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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer angeschlossenen Abgasanlage sowie einen solchen Verbrennungsmotor gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen Stickoxidemissionen Herausforderungen für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Um die hohen Anforderungen an minimale Stickoxidemissionen zu erfüllen, sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche zwei in Reihe geschaltete SCR-Katalysatoren aufweisen, wobei jedem der SCR-Katalysatoren ein Dosierelement zur Eindosierung eines Reduktionsmittels vorgeschaltet ist. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wodurch Ammoniak im Abgaskanal freigesetzt wird. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Abgasbrenner und elektrisch beheizbare Katalysatoren bekannt, mit welchen im Wesentlichen unabhängig vom Betrieb des Verbrennungsmotors Wärme in die Abgasanlage eingebracht werden kann, um eine oder mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen.
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Zum Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten ist es ferner bekannt, eine späte Nacheinspritzung von Dieselkraftstoff in die Brennräume des Verbrennungsmotors durchzuführen, wobei der in der späten Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff nicht vollständig in den Brennräumen, sondern zumindest teilweise erst in der Abgasanlage exotherm umgesetzt wird, um die Abgasnachbehandlungskomponenten aufzuheizen. Nachteilig an einer späten Nacheinspritzung ist jedoch, dass eine späte Nacheinspritzung zu einer Verdünnung des Motoröls mit Dieselkraftstoff führen kann, welcher sich an den kalten Brennraumwänden niederschlägt. Eine solche Schmierölverdünnung reduziert die Schmierung des Kolbens im Zylinder und führt somit zu erhöhter Reibung, welche zu einem beschleunigten Verschleiß des Verbrennungsmotors führen kann.
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DE 10 2018 208 980 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors bei dem eine Katalysatortemperatur ermittelt wird und diese mit einer definierten Schwellentemperatur verglichen wird. Liegt die Katalysatortemperatur unterhalb der Schwellentemperatur werden eine Mehrzahl an möglichen Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators definiert, wobei jede Maßnahme eine maximale Heizleistung aufweist. Anhand der maximalen Heizleistung wird eine einer eine Reihenfolge beginnend mit der Maßnahme mit der höchsten Effizienz festgelegt. Anschließend werden die Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators in der festgelegten Reihenfolge durchgeführt, bis die Temperatur des Katalysators mindestens den Temperaturschwellwert erreicht hat.
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Aus der
DE 10 2018 104 275 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem zur Abgasnachbehandlung bekannt, welches einen vorzugsweise schaltbaren Bypass umfasst. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst ferner ein Dosierelement zur Eindosierung von Kraftstoff und einen elektrisch beheizbaren Katalysator sowie einen Abgaskanal, in welchem ein Oxidationskatalysator, ein Partikelfilter sowie ein Katalysator zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine besonders effiziente Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors zu ermöglichen und die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu überwinden.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Dieselmotors, mit mindestens einem Brennraum gelöst, wobei an dem Brennraum ein Kraftstoffinjektor zur Einspritzung eines Kraftstoffs in den Brennraum angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Generator, insbesondere mit einem Starter-Generator, besonders bevorzugt mit einem Riemen-Starter-Generator, koppelbar. Der Verbrennungsmotor ist mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors ein erster Katalysator und stromabwärts des ersten Katalysators ein zweiter Katalysator angeordnet sind. Dabei ist zumindest einer der Katalysatoren als elektrisch beheizbarer Katalysator ausgeführt. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Betreiben des Verbrennungsmotors, wobei Kraftstoff mittels des Kraftstoffinjektors in den Brennraum eingespritzt wird,
- - Aufheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators, wobei durch die elektrische Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators ein Lastpunkt des Verbrennungsmotors durch das Ankoppeln des Generators und eine damit verbundene Erhöhung der Motorlast verschoben wird, und wobei
- - auf eine späte Nacheinspritzung als Heizmaßnahme verzichtet wird oder eine späte Nacheinspritzung mit einer derart geringen Kraftstoffmenge durchgeführt wird, dass eine Benetzung der Wände des Brennraums vermieden wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Ölverdünnung des Motoröls vermieden, welche zu häufigen Ölwechselintervallen und im Extremfall zu Motorschäden führen kann. Durch die Anhebung der Motorlast wird die Temperatur in den Brennräumen des Verbrennungsmotors angehoben, sodass der in die Brennräume eingespritzte Kraftstoff schneller verdampft. Durch das elektrische Aufheizen des Katalysators können innermotorische Heizmaßnahmen entweder vollständig unterbleiben oder derart reduziert werden, dass insbesondere eine in Bezug auf die Ölverdünnung kritische späte Nacheinspritzung nicht dazu führt, dass sich ein Kraftstofffilm an der Brennraumwand ablagert, welcher durch die Kolbenringe bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens in Richtung Kurbelwelle gefördert wird und somit zu einer Ölverdünnung führt.
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Späte Nacheinspritzungen bezeichnen Einspritzereignisse, welche nicht mehr am Verbrennungsvorgang im Zylinder teilnehmen. Demnach verlassen diese Einspritzmengen den Brennraum im Wesentlichen unverbrannt und erzeugen eine exotherme Reaktion auf einem nachgelagerten Diesel-Oxidationskatalysator. Der Kurbelwinkelbereich, in welchem ideale Brennbedingungen vorherrschen bzw. aufrechterhalten werden können und in welchem die exothermen Reaktionen innerhalb des Brennraums stattfinden, liegt in einem Bereich bis etwa 40° KW nach dem oberen Totpunkt des Zündzyklus (Zünd-OT) bis 100° KW nach Zünd-OT.
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Durch die weitere Abwärtsbewegung des Kolbens sinken Druck und Temperatur im Brennraum stark ab. Die Brennbedingungen verschlechtern sich deutlich, wodurch die Oxidationsvorgänge unvollständig ablaufen/ die Reaktionen unterbrochen werden. Die Abnahme des Zylinderinnendrucks führt außerdem dazu, dass eine Benetzung der Zylinderwände durch den Einspritzstrahl entsteht, welche zu einer Verdünnung des Motorenöls durch Dieselkraftstoff führt.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zum Betreiben des Verbrennungsmotors möglich.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors durchgeführt wird. Da die Brennwände der Brennräume in einer Kaltstartphase besonders kalt sind, ist in der Kaltstartphase die Gefahr besonders hoch, dass sich Kraftstoff an der Brennraumwand niederschlägt und es zu einer Verdünnung des Schmieröls mit dem Kraftstoff des Verbrennungsmotors kommt. Daher ist es in einer Kaltstartphase besonders wichtig, eine späte Nacheinspritzung auf ein Minimum zu reduzieren oder komplett auf eine solche späte Nacheinspritzung als innermotorische Heizmaßnahme zu verzichten.
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Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das Verfahren in einem Leerlauf- oder Schwachlastbetrieb des Verbrennungsmotors durchgeführt wird, um die Katalysatoren auf einer Temperatur zu halten, welche oberhalb der jeweiligen Light-Off-Temperatur des jeweiligen Katalysators liegt. Haben die Katalysatoren bereits ihre Betriebstemperatur erreicht, so ist davon auszugehen, dass auch die Brennraumwände eine entsprechende Temperatur erreicht haben. Dennoch kann auch in diesem Betriebszustand des Verbrennungsmotors eine späte Nacheinspritzung dazu führen, dass das Motoröl mit dem Kraftstoff verdünnt wird und die Schmiereigenschaften des Motoröls reduziert sind. Daher ist es auch in einer Schwachlastphase, in welcher die Katalysatoren auf einem Temperaturniveau oberhalb der jeweiligen Light-Off-Temperatur gehalten werden sollen, sinnvoll, auf eine späte Nacheinspritzung zu verzichten oder die Einspritzmenge der späten Nacheinspritzung derart zu verringern, dass eine Benetzung des Brennraumwände vermieden wird.
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Ferner ist alternativ oder zusätzlich mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest einer der Katalysatoren als ein katalytisch beschichteter Partikelfilter, insbesondere ein Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung, ausgeführt ist, wobei das Verfahren in einer Aufheizphase für eine bevorstehende Regeneration des Partikelfilters durchgeführt wird. In einer Aufheizphase des Partikelfilters werden bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ebenfalls innermotorische Heizmaßnahmen eingesetzt, um die Temperatur des Partikelfilters auf eine zur Regeneration notwendige Mindesttemperatur anzuheben. In diesem Fall kann das Aufheizen durch das elektrische Heizelement beschleunigt und durch die zusätzliche Last des Generators begünstigt werden. Dies gilt auch dann, wenn die Brennraumwände heiß genug sind, dass ein über eine späte Nacheinspritzung in die Brennräume eingespritzter Kraftstoff bei Kontakt mit der Brennraumwand hinreichend schnell verdampft, sodass die Gefahr einer Schmierölverdünnung nicht oder nur in geringem Ausmaß existiert.
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Ferner ist mit Vorteil vorgesehen, dass zumindest einer der Katalysatoren als ein katalytisch beschichteter Partikelfilter ausgeführt ist, wobei des Verfahren ausgeführt wird, um den Partikelfilter während einer Regeneration des Partikelfilters auf einer Temperatur oberhalb der Regenerationstemperatur des Partikelfilters zu halten. Unter einer Regenerationstemperatur ist in diesem Zusammenhang eine Mindesttemperatur zu verstehen, welche notwendig ist, um die im Partikelfilter zurückgehaltenen Rußpartikel mit dem Restsauerstoff aus dem Abgasstrom zu oxidieren. Auch zum Halten der Partikelfiltertemperatur können innermotorische Heizmaßnahmen durch das vorgeschlagene Verfahren minimiert werden, um die Gefahr einer Schmierölverdünnung zu reduzieren. Ferner können die innermotorischen Heizmaßnahmen abgeschwächt durchgeführt werden und durch das elektrische Beheizen zumindest eines der Katalysatoren ergänzt werden, um das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten zu beschleunigen.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verbrennungsschwerpunkt in Richtung „früh“ verschoben wird und gleichzeitig ein elektrisches Beheizen mindestens eines der Katalysatoren erfolgt, um eine Ölverdünnung des Motoröls durch nicht verdampften Kraftstoff in den Brennräumen des Verbrennungsmotors zu vermeiden. Eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes in Richtung früh kann den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors verbessern. Gleichzeitig steigen aber die NOx-Rohemissionen mit einer solchen Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes an und die Gefahr einer Schmierölverdünnung mit dem Kraftstoff des Verbrennungsmotors nimmt ab. Dies kann ggf. akzeptiert werden, wenn durch das elektrische Heizelement ein hinreichendes Temperaturniveau der Katalysatoren sichergestellt wird, um die Stickoxide vollständig im Rahmen der Abgasnachbehandlung in molekularen Stickstoff und Kohlendioxid zu konvertieren.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Brennraumtemperatur eines Brennraums des Verbrennungsmotors ermittelt wird und diese Brennraumtemperatur mit einer Schwellentemperatur verglichen wird, wobei eine späte Nacheinspritzung vollständig unterbunden wird, wenn die Brennraumtemperatur unterhalb der Schwellentemperatur liegt. Eine solche Ermittlung der Brennraumtemperatur kann beispielsweise durch ein im Steuergerät abgelegtes Rechenmodell oder durch einen Temperatursensor am Brennraum ermittelt werden. Da die Gefahr eines Schmierölverdünnung besonders bei kalten Brennraumwänden besonders hoch ist, kann eine solche Schmierölverdünnung besonders effizient vermieden oder verringert werden, wenn unterhalb einer Schwellentemperatur auf innermotorische Heizmaßnahmen mit einer späten Nacheinspritzung verzichtet wird.
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In einer weiteren vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Ladezustand einer Batterie ermittelt wird, wobei bei einem hinreichenden Ladezustand der Batterie die Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators zumindest teilweise durch einen Batteriestrom sichergestellt wird. Dadurch kann das Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponente in der Abgasanlage weiter beschleunigt werden. Durch die Entkopplung des Generators von dem Verbrennungsmotor und die Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators aus der Batterie können die Rohemissionen des Verbrennungsmotors verringert und gleichzeitig ein schnelles und effizientes Aufheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten erreicht werden.
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Besonders bevorzugt ist dabei, wenn ein Schwellenwert für den Ladezustand der Batterie festgelegt wird, wobei oberhalb des Schwellenwerts eine zumindest teilweise Kompensation der eingeschränkten Generatorleistung durch einen Batteriestrom der Batterie erfolgt. Der Schwellenwert liegt vorzugsweise im Bereich von 10% - 40%, besonders bevorzugt im Bereich von 15% - 30% der maximalen Batterieladung. Durch einen Schwellenwert kann sichergestellt werden, dass die Batterie stets einen ausreichenden Ladezustand hat, um die weiteren Aufgaben zu erfüllen und die Batterie durch das Bestromen des elektrisch beheizbaren Katalysators nicht übermäßig entleert wird.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum, wobei an dem Brennraum ein Kraftstoffinjektor zur Einspritzung eines Kraftstoffs in den Brennraum angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor ist mit einem Generator koppelbar, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors ein erster Katalysator und stromabwärts des ersten Katalysators ein zweiter Katalysator angeordnet sind, und wobei zumindest einer der Katalysatoren als elektrisch beheizbarer Katalysator ausgeführt ist. Der Verbrennungsmotor steht mit einem Steuergerät in Wirkverbindung, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren zum Betreiben des Verbrennungsmotors und zur Abgasnachbehandlung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch eine Recheneinheit des Steuergeräts ausgeführt wird. Bei einem solchen Verbrennungsmotor können die Schadstoffemissionen durch den elektrisch beheizbaren Katalysator minimiert werden, da eine effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom gewährleistet ist, wobei durch die selektive Ansteuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators die Rohemissionen des Verbrennungsmotors verringert werden. Somit können insbesondere in einer Kaltstartphase oder nach einer Schwachlastphase, bei der eine vollständige Konvertierung der schädlichen Abgaskomponenten durch die Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht gewährleistet ist, die Endrohremissionen und somit die Umweltbelastung minimiert werden. Dabei wird eine Schmierölverdünnung vermieden oder zumindest stark reduziert, da auf innermotorische Heizmaßnahmen mit einer späten Nacheinspritzung verzichtet wird oder diese Maßnahmen gegenüber bekannten Konzepten deutlich reduziert werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist vorgesehen, dass der Generator als Starter-Generator, insbesondere als Riemen-Starter-Generator, ausgeführt ist.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verbrennungsmotors ist der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor. Dabei ist der erste Katalysator als Oxidationskatalysator, als NOx-Speicherkatalysator oder als passiver NOx-Adsorber ausgebildet. Der passive NOx-Adsorber wird stromaufwärts des beheizbaren Katalysators angeordnet. Der zweite Katalysator als Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahren zur Abgasnachbehandlung;
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung; und
- 3 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben eines Verbrennungsmotors und zur Abgasnachbehandlung seines Abgasstroms.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 100 mit einem Verbrennungsmotor 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein direkteinspritzender Dieselmotor und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. An den Brennräumen 12 sind Auslassventile 16 angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden kann.
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Die Abgasanlage 20 umfasst einen Abgaskanal 22, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 22 eine Turbine 34 eines Abgasturboladers 24 und stromabwärts der Turbine 34 ein elektrisch beheizbarer Katalysator 26 angeordnet sind. Dem elektrisch beheizbaren Katalysator 26 ist ein erster Katalysator 28, insbesondere ein Oxidationskatalysator 72 oder ein NOx-Speicherkatalysator 74, nachgeschaltet, welcher durch den elektrisch beheizbaren Katalysator 26 erwärmt werden kann. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 ist ein zweiter Katalysator 30, insbesondere ein Partikelfilter 32 mit einer Beschichtung 76 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) und weiter stromabwärts ein dritter Katalysator 40, insbesondere ein weiterer SCR-Katalysator, angeordnet. Der zweite Katalysator 30 und der dritte Katalysator 40 sind stromabwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 angeordnet und können somit ebenfalls durch den elektrisch beheizbaren Katalysator 26 erwärmt werden.
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Stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 ist ein erster Temperatursensor 36 und stromabwärts des ersten Katalysators 28 ein zweiter Temperatursensor 38 angeordnet. Stromabwärts des ersten Katalysators 28 und stromaufwärts des zweiten Katalysators 30 ist ein erstes Dosierelement 42 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal 22 vorgesehen, welchem ein erster Abgasmischer 44 zur besseren Gleichverteilung des Reduktionsmittels über den Abgasstrom nachgeschaltet ist. Stromabwärts des zweiten Katalysators 30 und stromaufwärts des dritten Katalysators 40 ist ein zweites Dosierelement 46 angeordnet, welchem ein zweiter Abgasmischer 48 nachgeschaltet ist.
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Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Getriebe 50 gekoppelt, über welches die Räder 68 einer Antriebsachse 66 des Kraftfahrzeugs 100 angetrieben werden. Ferner ist der Verbrennungsmotor 10 mit einem Generator 52 verbunden, welcher die kinetische Energie des Verbrennungsmotors 10 in elektrische Energie umwandelt. Vorzugsweise ist der Generator 52 als Riemen-Starter-Generator 56 ausgeführt und über einen Riemen 54 mit dem Verbrennungsmotor 10 verbunden. Der Generator 52, 56 ist über eine erste elektrische Leitung 58 mit einem Steuergerät 70 zur Steuerung des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 verbunden. Das Steuergerät 70 ist über eine zweite elektrische Leitung 60 mit dem elektrisch beheizbaren Katalysator 26 verbunden. Das Steuergerät 70 ist über einen dritte elektrische Leitung 62 mit einer Batterie 64 des Kraftfahrzeugs 100 verbunden, welche durch den Generator 52, 56 aufladbar ist. Alternativ kann der Generator 52, 56, insbesondere der Riemen-Starter-Generator 56, auch direkt mit der Batterie 64 verbunden sein, um die Batterie 64 zu laden.
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Das Steuergerät 70 weist eine Speichereinheit 78 und eine Recheneinheit 80 auf, wobei in der Speichereinheit 78 ein maschinenlesbarer Programmcode 82 abgelegt ist, welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des Verbrennungsmotors 10 durchführt, wenn der maschinenlesbare Programmcode 82 durch die Recheneinheit 80 des Steuergeräts 70 ausgeführt wird.
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In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor 10 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 10 ist auslassseitig mit einer Abgasanlage 20 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst eine Mehrzahl von Brennräumen 12, an welchen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet ist. Die Brennräume 12 weisen jeweils mindestens ein Auslassventil 16, vorzugsweise jeweils zwei Auslassventile auf, mit welchem eine fluidische Verbindung von dem jeweiligen Brennraum 12 zur Abgasanlage 20 geöffnet oder verschlossen werden kann.
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Die Abgasanlage 20 weist einen Abgaskanal 22 auf, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch die Abgasanlage 20 ein erster Katalysator 28, insbesondere ein Oxidationskatalysator 72 oder ein NOx-Speicherkatalysator 74 und stromabwärts des ersten Katalysators 28 mindestens ein zweiter Katalysator 30, insbesondere ein Katalysator zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden, besonders bevorzugt ein Partikelfilter 32 mit einer Beschichtung 76 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist. In 2 sind verschiedene Positionen dargestellt, in welchen ein elektrisches Heizelement 84 zum Beheizen eines Katalysators 28, 30 angeordnet sein kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der erste Katalysator 28 als elektrisch beheizbarer Katalysator 26 mit einem elektrischen Heizelement 84 ausgeführt, welches einlassseitig an dem ersten Katalysator 28 angeordnet ist. Alternativ kann ein elektrisches Heizelement 26 auch auslassseitig am ersten Katalysator 28 oder zwischen dem Einlass und dem Auslass des ersten Katalysators 28 angeordnet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft stromaufwärts des beheizbaren Katalysators 26 einen passiven NOx-Adsorber anzuordnen.
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Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Katalysator 30 als elektrisch beheizbarer Katalysator 26 ausgeführt sein. Dabei ist das elektrische Heizelement 84 einlassseitig oder mittig an dem zweiten Katalysator 30 angeordnet. Bei einer mittigen Anordnung des elektrischen Heizelements 84 am zweiten Katalysator 30 kann insbesondere das Filtersubstrat des Partikelfilters 32 elektrisch leitend ausgeführt sein und der elektrische Widerstand dieses Substrates genutzt werden, um den Partikelfilter 32 elektrisch zu beheizen. Auch in diesem Fall ist es vorteilhaft den ersten Katalysator 28 zumindest teilweise als passiven NOx-Adsorber auszuführen.
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In 3 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors 10 und zur Abgasnachbehandlung seines Abgasstroms dargestellt. In einem Verfahrensschritt <100> wird der Verbrennungsmotor 10 betrieben, wobei Kraftstoff mittels der Kraftstoffinjektoren 14 in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt wird. In einem Verfahrensschritt <110> wird ermittelt, ob die Katalysatoren 28, 30 ihre Betriebstemperatur erreicht haben oder ob Heizmaßnahmen notwendig sind, um die Temperatur zumindest eines der Katalysatoren 28, 30 anzuheben. Sind solche Maßnahmen notwendig, so erfolgt in einem Verfahrensschritt <120> ein Aufheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators 26, wobei durch die elektrische Stromversorgung des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 ein Lastpunkt des Verbrennungsmotors durch das Ankoppeln des Generators und eine damit verbundene Erhöhung der Motorlast verschoben wird. In einem Verfahrensschritt <130> kann eine Brennraumtemperatur eines oder mehrerer Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 ermittelt werden. In einem Verfahrensschritt <140> wird auf eine späte Nacheinspritzung als innermotorische Heizmaßnahme verzichtet oder eine späte Nacheinspritzung mit einer derart geringen Kraftstoffmenge durchgeführt, dass eine Benetzung der Wände des Brennraums vermieden wird. Dadurch kann eine Verdünnung des Motoröls mit Kraftstoff und eine damit verbundene Erhöhung der Reibung vermieden werden. In einem Verfahrensschritt <150> wird ein elektrisches Heizelement des elektrisch beheizbaren Katalysators 26 wieder deaktiviert, wenn sämtliche Katalysatoren 28, 30 ihre Betriebstemperatur erreicht haben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 12
- Brennraum
- 14
- Kraftstoffinjektor
- 16
- Auslassventil
- 18
- Auslass
- 20
- Abgasanlage
- 22
- Abgaskanal
- 24
- Abgasturbolader
- 26
- elektrisch beheizbarer Katalysator
- 28
- erster Katalysator
- 30
- zweiter Katalysator
- 32
- Partikelfilter
- 34
- Turbine
- 36
- erster Temperatursensor
- 38
- zweiter Temperatursensor
- 40
- dritter Katalysator
- 42
- erstes Dosierelement
- 44
- erster Abgasmischer
- 46
- zweites Dosierelement
- 48
- zweiter Abgasmischer
- 50
- Getriebe
- 52
- Generator
- 54
- Riemen
- 56
- Riemen-Starter-Generator
- 58
- erste elektrische Leitung
- 60
- zweite elektrische Leitung
- 62
- dritte elektrische Leitung
- 64
- Batterie
- 66
- Antriebsachse
- 68
- Rad
- 70
- Steuergerät
- 72
- Oxidationskatalysator
- 74
- NOx-Speicherkatalysator
- 76
- SCR-Beschichtung
- 78
- Speichereinheit
- 80
- Recheneinheit
- 82
- Programmcode
- 84
- elektrisches Heizelement
- 86
- SCR-Katalysator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018208980 A1 [0005]
- DE 102018104275 A1 [0006]
