DE102022128878A1

DE102022128878A1 - Verfahren zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, Steuervorrichtung und Motoranordnung

Info

Publication number: DE102022128878A1
Application number: DE102022128878.1A
Authority: DE
Inventors: Jörg Kemmerling; Frank Wunderlich; Michael Forsting
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-11-01
Filing date: 2022-11-01
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Es wird ein Verfahren 100 zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 einer Motoranordnung 1 angegeben. Die Motoranordnung 1 weist einen Verbrennungsmotor 2, einen Zuluftströmungskanal 25 zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor 2, einen in dem Zuluftströmungskanal 25 angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor 41, einen Abgasströmungskanal 18 zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor 2, die in dem Abgasströmungskanal 18 angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 und ein in dem Abgasströmungskanal 18 stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 angeordnetes Abgasventil 17 auf. Das Verfahren 100 umfasst die folgenden Schritte a) bis d): a) Sicherstellen, dass sich das Abgasventil 17 in einem geschlossenen Zustand befindet (S1), b) Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors 41 und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft (S2), c) Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 (S3) und e) Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors 41 und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft (S4).Daneben werden eine Steuervorrichtung 50 zum Steuern eines Erwärmens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 5, eine Motoranordnung 1, ein Kraftfahrzeug 200 sowie ein Computerprogramm angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Motoranordnung, eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Erwärmens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, eine Motoranordnung, ein Kraftahrzeug sowie ein Computerprogramm.
Mit Abgasnachbehandlungseinrichtungen werden Verbrennungsgase, nachdem sie den Brennraum oder die Brennkammer eines Verbrennungsmotors, z. B. einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brennkraftmaschine, verlassen haben, auf mechanischem, katalytischem und/oder chemischem Wege gereinigt. Im Zusammenhang mit zunehmend strenger werdenden rechtlichen Anforderungen an die Emissionen von Verbrennungsmotoren insbesondere von Kraftfahrzeugen, z. B. gemäß der Euro-7-Abgasnorm, ergeben sich weitreichende Herausforderungen an die Abgasnachbehandlung. Zum Einhalten solcher Normen wird eine volle Wirksamkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtungen bereits fast unmittelbar nach dem Motorstart angestrebt. Insbesondere bei Dieselmotoren mit niedrigen Abgastemperaturen ist es schwierig, die Zyklusemissionsgrenzwerte nach einer kurzen Fahrstrecke, z. B. 5 km, zu erfüllen.
Einen Lösungsansatz hierfür bietet das elektrische Vorwärmen von Abgasnachbehandlungseinrichtungen, beispielsweise mit sogenannten e-Kat-Anwendungen vor Dieseloxidationskatalysatoren (DOC) oder Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), ggf. in Kombination mit einer zusätzlichen Sekundärluftpumpe.
Der von einer Sekundärluftpumpe bereitgestellte Luftstrom gewährleistet den Wärmefluss von den e-Kat-Scheiben in die Abgasnachbehandlungskomponenten. Allerdings wird hierbei die erwärmte Luft aus dem Auspuff geblasen und dadurch Energie vergeudet. Außerdem sind die erforderlichen Vorwärmzeiten von üblicherweise mehr als 3 Minuten relativ lang und damit unpraktikabel. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Systeme ist, dass die Abgasturbine und der Abgaskrümmer nicht mit vorgeheizt werden. Dies führt zu einem unerwünschten Absinken der Abgastemperatur, sobald der Verbrennungsmotor gestartet wird.
Außerdem setzt eine effektive Abgasnachbehandlung das Vorhandensein ausreichend regenerierter Abgasnachbehandlungseinrichtungen voraus. Hierfür wird in der DE 10 2019 203 061 A1 ein Verfahren zum Regenerieren eines NOx-Speicherkatalysators einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung einer Verbrennungsmotoranordnung offenbart. Die Verbrennungsmotoranordnung umfasst einen Verbrennungsmotor, einen elektrisch angetriebenen Lader, einen Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal, einen Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal mit einem Einlass stromabwärts der Abgasnachbehandlungsvorrichtung und ein Abgasventil, welches stromabwärts des Einlasses des Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanals angeordnet ist. Das vorgeschlagene Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Erfassen eines Abschaltens des Verbrennungsmotors, Bestimmen der Beladung des NOx-Speicherkatalysators, Bestimmen der aktuellen Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, falls die bestimmte Beladung des NOx-Speicherkatalysators einen festgelegten Schwellenwert überschreitet und die bestimmte aktuelle Betriebstemperatur einen festgelegten Schwellenwert überschreitet, Regenerieren des NOx-Speicherkatalysators nach dem Abschalten des Verbrennungsmotors, wobei das Abgasventil geschlossen wird und Abgas durch den Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal geleitet wird, mittels des elektrisch angetriebenen Laders Frischluft und über den Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zurückgeführtes Abgas durch den Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zu dem NOx-Speicherkatalysator geleitet und dabei erwärmt wird, und das Gemisch aus Frischluft und zurückgeführtem Abgas stromaufwärts des NOx-Speicherkatalysators mit verdampftem Kraftstoff zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch vermischt wird.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung, neue Vorwärmverfahren und -vorrichtungen anzugeben, um die vorstehend erläuterten Nachteile zumindest teilweise zu beheben.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösungen.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Motoranordnung. Die Motoranordnung weist einen Verbrennungsmotor, einen Zuluftströmungskanal zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor, einen in dem Zuluftströmungskanal angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor, einen Abgasströmungskanal zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor, die in dem Abgasströmungskanal angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung und ein in dem Abgasströmungskanal stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnetes Abgasventil auf.
Unter einem Verbrennungsmotor, teilweise auch als Brennkraftmaschine bezeichnet, ist eine Verbrennungskraftmaschine zur Umwandlung von im Kraftstoff enthaltener chemischer Energie in mechanische Arbeit zu verstehen. Während des dafür nötigen Verbrennungsvorgangs wird Abgas gebildet, das in einen sich an den Verbrennungsmotor anschließenden Abgasströmungskanal eingeleitet und über diesen nach geeigneter Nachbehandlung des Abgases an die Umgebung abgegeben wird. Die für den Verbrennungsvorgang benötigte Zuluft wird dem Verbrennungsmotor über den Zuluftströmungskanal von außen zugeführt. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise als selbstzündender oder fremdgezündeter Verbrennungsmotor ausgebildet sein. Als Kraftstoff kann beispielsweise Motorbenzin oder Diesel genutzt werden. Angegebene Strömungsrichtungen beziehen sich auf die Strömungsrichtung des Abgases vom Verbrennungsmotor in Richtung Auslass bzw. Auspuff oder auf die Strömungsrichtung der Zuluft im Zuluftströmungskanal bei Verbrennungsmotorbetrieb, d. h. von der Umgebung in Richtung Verbrennungsmotor.
Dem Verbrennungsmotor kann optional ein Turbolader zugeordnet sein, der eine im Abgasströmungskanal angeordnete Abgasturbine und einen im Zuluftströmungskanal angeordneten Verdichter bzw. Verdichter aufweist, wobei die Abgasturbine und der Verdichter über eine Turboladerwelle miteinander verbunden sind, so dass der Verdichter mittels der Abgasturbine angetrieben werden kann.
Im Abgasströmungskanal ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Ist die Motoranordnung mit einen Turbolader ausgestattet, so ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung üblicherweise stromabwärts der Abgasturbine des Turboladers angeordnet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann ein oder mehrere Katalysatoren aufweisen, die vom Abgas durchströmt werden und dabei die Eigenschaften des Abgases, insbesondere dessen Zusammensetzung, durch katalysierte chemische Reaktionen beeinflussen. Beispiele für Katalysatoren sind Oxidationskatalysatoren, z. B. Dieseloxidationskatalysatoren (DOC), Katalysatoren zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysatoren), Partikelfilter mit SCR-Beschichtung und Stickoxidspeicherkatalysatoren (LNT-Katalysatoren). Außerdem kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung auch physikalisch wirksame Komponenten, wie z. B. Partikelfilter, aufweisen. Darüber hinaus kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung Sensoren und Hilfseinrichtungen aufweisen, mit denen beispielsweise die Zusammensetzung, Temperatur etc. des Abgases bestimmt werden können.
Wie bereits erwähnt, weist die Motoranordnung einen elektrisch betreibbaren Kompressor in Zuluftströmungskanal auf. Hierbei kann es sich um einen vom Verdichter des Turboladers verschiedenen Kompressor handeln, der beispielsweise stromabwärts oder stromaufwärts des Verdichters des Turboladers angeordnet sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Verdichter des Turboladers elektrisch betreibbar ausgebildet sein und die nachfolgend beschriebenen Funktionen des im Zuluftströmungskanal angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressors übernehmen.
Optional können im Zuluftströmungskanal weitere Einrichtungen, wie beispielsweise ein Luftfilter, einen Luftmassensensor, ein Zuluftkühler, angeordnet sein.
Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist das Abgasventil angeordnet, welches im geschlossenen Zustand ein Entweichen des Abgases oder anderer Gase aus dem Abgasströmungskanal in die Umgebung verhindert. Das Abgasventil ist derart ausgebildet, dass ein Entweichen des Abgases bzw. der anderen Gase in die Umgebung auch bei niedrigen Temperaturen verhindert wird, sodass innerhalb der Motoranordnung ein Überdruck aufgebaut werden kann. Beispielsweise kann das Abgasventil vergleichbar zu fachüblichen Abgasrückführventilen aufgebaut sein.
Das vorgeschlagene Verfahren wird bei Erwärmungsbedarf und deaktiviertem Verbrennungsmotor durchgeführt, beispielsweise unmittelbar vor dem Aktivieren des Verbrennungsmotors. Das Vorliegen eines Erwärmungsbedarfs kann auf unterschiedliche Art und Weise festgestellt werden. Beispielsweise kann die Temperatur eines Katalysators der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt und mit dessen Anspringtemperatur verglichen werden. Ist die aktuelle Temperatur geringer als die Anspringtemperatur, so liegt ein Erwärmungsbedarf vor. Alternativ kann beispielsweise die Zeitdauer seit einem Ausschalten des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Liegt diese Zeitdauer über einer vorgebbaren Zeitdauer, so kann von einer zu geringen Temperatur der Motoranordnung ausgegangen werden und es liegt ein Erwärmungsbedarf vor.
Das Verfahren weist die folgenden Schritte a) bis d) auf: a) Sicherstellen, dass sich das Abgasventil in einem geschlossenen Zustand befindet, b) Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft, c) Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung und d) Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft.
Hierbei kann das Verfahren in zwei Phasen unterteilt werden, die durch eine voneinander verschiedene Strömungsrichtung innerhalb der Motoranordnung gekennzeichnet sind. Die erste Phase umfasst dabei die Verfahrensschritte b) und c), die teilweise oder vollständig gleichzeitig ausgeführt werden können. Die zweite Phase umfasst den Verfahrensschritt d).
Der Verfahrensschritt a) kann als Voraussetzung für die Durchführung der ersten und zweiten Phase angesehen werden. Sicherstellen, dass sich das Abgasventil in einem geschlossenen Zustand befindet, bedeutet dabei, dass der Verschlusszustand des Abgasventils überprüft wird. Sollte sich das Abgasventil bereits in einem geschlossenen Zustand befinden, so verbleibt es in diesem geschlossenen Zustand. Sollte sich das Abgasventil hingegen nicht im geschlossenen Zustand befinden, also beispielsweise teilweise oder vollständig geöffnet sein, so wird das Abgasventil geschlossen. Geschlossen bedeutet dabei, dass im Wesentlichen kein Gas aus dem Abgasströmungskanal mehr in die Umgebung abgegeben wird.
Nach dem Sicherstellen, dass sich das Abgasventil in einem geschlossenen Zustand befindet, wird die erste Phase des vorgeschlagenen Verfahrens eingeleitet. Hierfür wird der elektrisch betreibbaren Kompressor aktiviert, d. h. eingeschaltet, sodass die über den Zuluftströmungskanal zugeführte Zuluft verdichtet wird. Aufgrund des geschlossenen Abgasventils baut sich dabei ein Überdruck im Zuluftströmungskanal stromabwärts des elektrisch betreibbaren Kompressors sowie im Abgasströmungskanal stromaufwärts des Abgasventils auf. Während der Verdichtung der Zuluft erwärmt sich diese. Die Begriffe „warm“ und „erwärmt“ bedeuten hier, dass die warme bzw. erwärmte Zuluft eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft aufweist.
Die erwärmte Zuluft strömt durch den Zuluftströmungskanal und den Verbrennungsmotor in den Abgasströmungskanal in Richtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, wird dieser zugeführt und erwärmt diese dadurch. Hierbei wird die erwärmte Zuluft abgekühlt. Die erste Phase, d. h. die Verfahrensschritte b) und c), können beispielsweise bis zum Erreichen eines bestimmten Drucks, beispielsweise eines Drucks von 1,4 bar, durchgeführt werden. Zur Druckermittlung kann beispielsweise der Luftdruck im Saugrohr gemessen werden, z. B. mit einem sog. „Charge Air Pressure Sensor“. Die Gesamtzeitdauer dieser ersten Phase kann beispielsweise zwischen 2 Sekunden und 5 Sekunden betragen.
An die erste Phase schließt sich die zweite Phase an. Die zweite Phase beginnt mit dem Deaktivieren, d. h. Abschalten, des elektrisch betreibbaren Kompressors. Dies bewirkt einen Abbau des erwähnten Überdrucks und damit ein Rückströmen der erwärmten Zuluft in dem Abgasströmungskanal und zumindest teilweise im Zuluftströmungskanal. Während dieses Rückströmens kommt die aufgrund der Wärmeabgabe an die Abgasnachbehandlungseinrichtung während der ersten Phase des Verfahrens zwar bereits etwas abgekühlte, aber dennoch warme Zuluft erneut in Kontakt mit der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sodass diese weiter erwärmt werden kann. Die Gesamtzeitdauer dieser zweiten Phase kann beispielsweise zwischen 2 Sekunden und 5 Sekunden betragen.
Das vorgeschlagene Verfahren bietet eine verbesserte Möglichkeit zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung kommen, sodass die Abgasnachbehandlung insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors effektiver durchgeführt werden und die Schadstoffemission in die Umgebung verringert wird. Dies kann die Einhaltung von gesetzlichen Vorschriften in Hinblick auf Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren ermöglichen. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird zudem keine erwärmte Luft in die Umgebung abgegeben, sodass weniger Energie zum Erreichen einer bestimmten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung benötigt wird. Insgesamt kann das Vorwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung effizienter, d. h. mit geringerem Zeitbedarf und geringerem Energieeinsatz, erreicht werden. Neben der Abgasnachbehandlungseinrichtung können zudem weitere Komponenten der Motoranordnung, wie beispielsweise die Abgangsturbine eines Turboladers und der Abgasströmungskanal erwärmt werden, sodass ein Abfall der Abgastemperatur nach dem Start des Verbrennungsmotors nicht oder nur in geringem Ausmaß eintritt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Motoranordnung einen Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal mit einem Einlass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und stromaufwärts des Abgasventils sowie ein Niederdruckabgasrückführungsventil aufweisen.
Bei Verbrennungsmotorbetrieb kann ein Teil des gebildeten Abgases von einer Abgasentnahmestelle im Abgasströmungskanal, d. h. dem Einlass, zu einer Abgaseinleitstelle im Zuluftströmungskanal zurückgeführt werden. Bei Vorhandensein eines Turboladers ist die Abgaseinleitstelle stromaufwärts des Verdichters des Turboladers angeordnet. Das Niederdruckabgasrückführungsventil kann vorzugsweise an der Abgaseinleitstelle angeordnet sein. Im Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal können weitere Einrichtungen, wie beispielsweise ein Abgaskühler, angeordnet sein. Die Niederdruck-Abgasrückführung dient wie üblich der Emissionsminderung, insbesondere von Stickoxiden.
Verfügt die Motoranordnung über einen Niederdruck-Abgasrückführung, so wird im Verfahrensschritt a) zusätzlich sichergestellt, dass sich auch das Niederdruckabgasrückführungsventil in einem geschlossenen Zustand befindet, d. h. die Niederdruck-Abgasrückführung deaktiviert ist. Im Verfahrensschritt c) wird die erwärmte Zuluft in diesem Fall nicht nur der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sondern auch dem Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zugeführt.
Während der ersten Phase des Verfahrens strömt die erwärmte Zuluft bis zum geschlossenen Niederdruckabgasrückführungsventil, sodass sich ein Überdruck auch im Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal aufbaut. Entsprechend strömt die erwärmte Zuluft in der zweiten Phase des Verfahrens, also nach Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors, vom Niederdruckabgasrückführungsventil wieder zurück in Richtung Verbrennungsmotor.
Dies ermöglicht ein Erwärmen bzw. Vorwärmen der Niederdruck-Abgasrückführung, also des Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal und des Niederdruckabgasrückführungsventils sowie etwaiger weiterer Einrichtungen im Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal. Dadurch kann, insbesondere nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, die Kondensation von im Abgas enthaltenen Wasser im Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal und im Bereich des Niederdruckabgasrückführungsventil verringert oder sogar vermieden werden. Dies kann zu einer Verlängerung der Lebensdauer des Niederdruckabgasrückführungsventils beitragen.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Motoranordnung einen Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal mit einem Hochdruckabgasrückführungsventil aufweisen.
Bei Verbrennungsmotorbetrieb kann ein Teil des gebildeten Abgases von einer Abgasentnahmestelle im Abgasströmungskanal zu einer Abgaseinleitstelle im Zuluftströmungskanal zurückgeführt werden. Bei Vorhandensein eines Turboladers ist die Abgasentnahmestelle stromaufwärts der Turbine des Turboladers und die Abgaseinleitstelle stromabwärts des Verdichters des Turboladers angeordnet. Beispielsweise kann die Abgasentnahmestelle direkt am Abgaskrümmer des Verbrennungsmotors angeordnet sein, während die Abgaseinleitstelle unmittelbar stromaufwärts eines Einlasskrümmers des Verbrennungsmotors angeordnet sein kann. Das Hochdruckabgasrückführungsventil kann an beliebiger Position im Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal angeordnet sein. Die Hochdruck-Abgasrückführung dient wie üblich der Emissionsminderung, insbesondere von Stickoxiden.
Verfügt die Motoranordnung über eine Hochdruck-Abgasrückführung, so wird im Verfahrensschritt a) zusätzlich sichergestellt, dass sich das Hochdruckabgasrückführungsventil in einem geöffneten Zustand befindet, d. h. die Hochdruck-Abgasrückführung aktiviert ist. Im Verfahrensschritt c) wird die erwärmte Zuluft in diesem Fall auch dem Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zugeführt.
Während der ersten Phase des Verfahrens strömt die erwärmte Zuluft von der Abgaseinleitstelle des Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanals zu dessen Abgasentnahmestelle und weiter zur Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei sich ein Überdruck auch im Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal aufbaut. Entsprechend strömt die erwärmte Zuluft in der zweiten Phase des Verfahrens, also nach Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors, von der Abgasentnahmestelle des Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zu dessen Abgaseinleitstelle.
Dies ermöglicht ein Erwärmen bzw. Vorwärmen des Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal, so dass, insbesondere unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors, Abgas bereits mit einer vergleichsweise hohen Temperatur rückgeführt werden kann und die Temperatur des die Abgasnachbehandlungseinrichtung erreichenden Abgases bereits ebenfalls vergleichsweise hoch ist. Die Einbindung der Hochdruck-Abgasrückführung hat zudem den Vorteil, dass im Vergleich zu einem Durchleiten durch den stehenden Verbrennungsmotor ein niedrigerer Druckverlust resultiert. Daher kann das vorgeschlagene Verfahren auch bei niedrigeren Drücken durchgeführt werden, d. h. das vorgeschlagene Verfahren mit pulsierender Strömung funktioniert bereits bei niedrigen Drücken.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine elektrische Heizung aufweisen. In diesem Fall kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der elektrischen Heizung erwärmt werden.
Vorzugsweise ist die elektrische Heizung stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Soll die Abgasnachbehandlungseinrichtung mehrere Katalysatoren aufweisen, so kann jedem Katalysator eine separate elektrische Heizung zugeordnet sein, die optional Bestandteil des betreffenden Katalysators sein kann. Die elektrische Heizung kann in Form eines sogenannten e-Kats, beispielsweise in Form von e-Kat-Scheiben, ausgebildet sein.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann wahlweise nur während der ersten Phase des Verfahrens, nur während der zweiten Phase des Verfahrens oder sowohl während der ersten als auch der zweiten Phase des Verfahrens mittels der elektrischen Heizung erwärmt werden.
Durch das Vorsehen einer elektrischen Heizung können die Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie gegebenenfalls weitere Komponenten der Motoranordnung, wie vorstehend erläuterte, effektiver und effizienter erwärmt werden. Insbesondere kann die Vorwärmzeit weiter verkürzt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können die Verfahrensschritte b) bis d) wiederholt werden.
Mit anderen Worten kann das Verfahren einen mehrmaligen Wechsel zwischen der ersten und zweiten Phase des Verfahrens vorsehen. Die Dauer der beiden Phasen und die Anzahl der Wechsel zwischen den beiden ist dabei unter anderem abhängig von den Volumina der Komponenten der Motoranordnung sowie dem erreichbaren Überdruck und dem damit einhergehenden Massenstrom der erwärmten Zuluft. Beispielsweise kann die Schaltfrequenz zwischen den beiden Phasen beispielsweise zwischen 0,2 und 0,5 Hz betragen. Bei einer solchen Frequenz wurde eine besonders effektive Erwärmung der Abgasnachbehandlungseinrichtung festgestellt.
Zum Beispiel kann vorgesehen sein, dass die Verfahrensschritte b) bis d) so lange wiederholt werden, bis eine Zieltemperatur erreicht ist. Bei der Zieltemperatur kann es sich beispielsweise um die Anspringtemperatur bzw. Light-Off-Temperatur eines Katalysators der Abgasnachbehandlungseinrichtung handeln, also diejenige Temperatur, bei die betrachteten Schadstoffe, beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickoxide oder Kohlenmonoxid, zu 50 % umgesetzt werden, d. h. ein Konvertierungsgrad von 50 % erreicht wird. Die Temperaturen können beispielsweise wie üblich mittels Temperatursensoren ermittelt werden.
Alternativ zu einem Erreichen der Zieltemperatur können die die Verfahrensschritte b) bis d) auch für eine vorgebbare Zeitdauer oder für eine vorgebbare Anzahl an Wiederholungen wiederholt werden. Dies kann die Steuerung des Verfahrens vereinfachen, da die Zieltemperatur nicht überwacht werden muss und auf entsprechende Einrichtungen, z. B: Temperatursensoren verzichtet werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung zum Steuern eines Erwärmens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Motoranordnung. Die Motoranordnung weist einen Verbrennungsmotor einen Zuluftströmungskanal zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor, einen in dem Zuluftströmungskanal angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor, einen Abgasströmungskanal zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor, die in dem Abgasströmungskanal angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung und ein in dem Abgasströmungskanal stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnetes Abgasventil. Die Motoranordnung kann wie vorstehend im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahrens zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Motoranordnung erläutert, ausgebildet sein, so dass auf diese Erläuterungen verwiesen wird.
Die vorgeschlagene Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet und ausgebildet, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale zu generieren und auszugeben, die die Durchführung eines Verfahrens mit den folgenden Schritten a) bis d) bewirken: a) Sicherstellen, dass sich das Abgasventil in einem geschlossenen Zustand befindet, b) Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft, c) Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung und d) Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft.
Mit anderen Worten kann die Steuervorrichtung die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Motoranordnung bewirken. Es wird daher auf die vorstehende Erläuterung eines solchen Verfahrens verwiesen. Mit der Steuervorrichtung sind die Vorteile eines solchen Verfahrens entsprechend verbunden.
Das Vorliegen eines Erwärmungsbedarfs kann, wie bereits im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Verfahren erläutert, auf unterschiedliche Art und Weise festgestellt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann die Motoranordnung einen Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal mit einem Einlass stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und stromaufwärts Ventil und einem Niederdruckabgasrückführungsventil aufweisen. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale zu generieren und auszugeben, die im Verfahrensschritt a) bewirken, dass sichergestellt wird, dass sich das Niederdruckabgasrückführungsventil in einem geschlossenen Zustand befindet, und die im Verfahrensschritt c) bewirken, dass die erwärmte Zuluft dem Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zugeführt wird.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Motoranordnung einen Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal mit einem Hochdruckabgasrückführungsventil aufweisen. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale zu generieren und auszugeben, die im Verfahrensschritt a) bewirken, dass sichergestellt wird, dass sich das Hochdruckabgasrückführungsventil in einem geöffneten Zustand befindet, und die im Verfahrensschritt c) bewirken, dass die erwärmte Zuluft dem Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal zugeführt wird.
Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine elektrische Heizung aufweisen. In diesem Fall ist die Steuervorrichtung dazu eingerichtet und ausgebildet, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale zu generieren und auszugeben, die ein Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels der elektrischen Heizung bewirken.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Motoranordnung aufweisend einen Verbrennungsmotor, einen Zuluftströmungskanal zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor, einen in dem Zuluftströmungskanal angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor, einen Abgasströmungskanal zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor, die in dem Abgasströmungskanal angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung, ein in dem Abgasströmungskanal stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnetes Abgasventil und eine Steuervorrichtung gemäß vorstehender Beschreibung.
Die Erläuterungen des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Steuervorrichtung treffen analog auf diese Motoranordnung zu. Mit der Motoranordnung die Vorteile des Verfahrens und der Steuervorrichtung entsprechend verbunden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Motoranordnung gemäß vorstehende Beschreibung.
Die Erläuterungen des vorgeschlagenen Verfahrens und der vorgeschlagenen Steuervorrichtung treffen analog auf die Motoranordnung des Fahrzeugs und somit auch insgesamt auf das Fahrzeug zu. Mit dem Fahrzeug sind die Vorteile des Verfahrens und der Steuervorrichtung entsprechend verbunden.
Unter einem Kraftfahrzeug kann jedes mobile Verkehrsmittel, d. h. sowohl ein Landfahrzeug, z. B. ein Personenkraftwagen, als auch ein Wasser- oder Luftfahrzeug verstanden werden. Das Kraftfahrzeug ist ein durch einen Motor antreibbar unabhängig davon, ob der Antrieb mit einem Elektromotor, Verbrennungsmotor oder mit Muskelkraft erfolgt. Neben dem Verbrennungsmotor der Motoranordnung des Kraftfahrzeugs kann ein weiterer Motor, z. B. ein Elektromotor, zum Antrieb des Kraftfahrzeugs vorhanden sein.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren gemäß vorstehende Beschreibung auszuführen.
Die Erläuterungen des vorgeschlagenen Verfahrens treffen analog auf das Computerprogramm zu. Mit dem Computerprogramm sind die Vorteile des Verfahrens entsprechend verbunden.
Unter einem Computerprogramm kann ein auf einem geeigneten Medium speicherbarer und/oder über ein geeignetes Medium abrufbarer Programmcode verstanden werden. Zum Speichern des Programmcodes kann jedes zum Speichern von Software geeignete Medium, beispielsweise ein in einem Steuergerät verbauter nichtflüchtiger Speicher, eine DVD, ein USB-Stick, eine Flashcard oder dergleichen, Verwendung finden. Das Abrufen des Programmcodes kann beispielsweise über das Internet oder ein Intranet erfolgen oder über ein anderes geeignetes drahtloses oder kabelgebundenes Netzwerk.
Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Motoranordnung in einer ersten Phase des vorgeschlagenen Verfahrens;
2 die beispielhafte Motoranordnung der 1 in einer zweiten Phase des vorgeschlagenen Verfahrens;
3 ein Ablaufschema eines beispielhaften Verfahrens; und
4 eine schematische Darstellung eines beispielhaften Kraftfahrzeugs.

Die in der 1 schematisch gezeigte Motoranordnung 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 5, eine Hochdruckabgasrückführungseinrichtung 6 und eine Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 7. Weiterhin umfasst die Motoranordnung 1 einen Turbolader 9 mit einem Kompressor 11 und einer Turbine 12.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 umfasst einen Oxidationskatalysator 13 und einen stromabwärts des Oxidationskatalysators 13 angeordneten Partikelfilter mit optionaler SCR-Beschichtung 14. Zwischen dem Oxidationskatalysator 13 und dem Partikelfilter mit optionaler SCR-Beschichtung 14 ist optional eine Urea-Einspritzeinrichtung 15 angeordnet, um im Falle des Vorhandenseins einer SCR-Beschichtung dem Partikelfilter 14 Harnstoff zuführen zu können. Sowohl der Oxidationskatalysator 13 als auch der Partikelfilter mit optionaler SCR-Beschichtung 14 sind mittels einer elektrischen Heizung 16 elektrisch beheizbar, die im Ausführungsbeispiel als sogenannter e-Kat ausgeführt und jeweils stromaufwärts des jeweiligen Katalysators 13, 14 angeordnet ist.
Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 und stromabwärts der Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung 7 ist ein Abgasventil 17 angeordnet.
Der Verbrennungsmotor 2 umfasst eine Anzahl Zylinder 3, in der gezeigten Variante vier Zylinder, ein Schwungrad 4, einen Einlasskrümmer 20 und einen Abgaskrümmer 21. Weiterhin ist in dem Verbrennungsmotor 2 ein Ölkühler 22 und eine Hochdruckkraftstoffpumpe 23 angeordnet.
Beim Betreiben des Verbrennungsmotors 2 wird den Zylindern 3 über die Hochdruckkraftstoffpumpe 23 Kraftstoff zugeführt. Weiterhin wird durch einen Frischlufteinlass 26, der beispielsweise an der Fahrzeugstruktur eines mit der Motoranordnung 1 ausgestatteten Fahrzeugs 200 befestigt sein kann, und einen Luftfilter 24 Zuluft mittels des Kompressors 11 angesaugt. In der gezeigten Variante umfasst der Luftfilter 24 einen Luftmassensensor 39. Der von dem Luftfilter 24 zu dem Kompressor 11 und weiter zum Einlasskrümmer 20 führende Zuluftströmungskanal ist mit der Bezugsziffer 25 gekennzeichnet. Die durch den Kompressor 11 verdichtete Zuluft bzw. das im Falle einer Abgasrückführung mit der Zuluft vermischte Abgas wird durch einen Zuluftkühler 28 zu dem Einlasskrümmer 20 und zu den Zylindern 3 geleitet. Optional kann stromaufwärts des Zuluftkühlers 28 eine Drossel (nicht dargestellt) angeordnet sein. Zusätzlich ist stromabwärts des Kompressors 11 des Turboladers 9 ein weiterer Kompressor 41 vorgesehen, welcher durch einen Elektromotor 42 betrieben wird.
In der gezeigten Variante ist ein Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 29 vorhanden, welcher von dem Abgaskrümmer 21 abzweigt und unmittelbar stromaufwärts des Einlasskrümmers 20 in diesen mündet. Der Strömungskanal 29 umfasst zudem ein Hochdruckabgasrückführungsventil 30.
Das den Verbrennungsmotor 2 verlassende Abgas wird über den Abgaskrümmer 21 zur Turbine 12 geleitet, wodurch der Kompressor 11 angetrieben wird. Anschließend wird das Abgas durch den Abgasströmungskanal 18 zu den bereits genannten Abgasnachbehandlungskomponenten geleitet. Nach dem Passieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 wird das gereinigte Abgas durch das Abgasventil 17 zum Auslass 31 geleitet.
Stromaufwärts des Abgasventils 17 zweigt ein Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 vom Abgasströmungskanal 18 ab. Dieser Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 umfasst einen Abgaskühler 35 und ist über ein Niederdruckabgasrückführungsventil 43 mit dem Zuluftströmungskanal 25 verbunden. Während der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens sind das Abgasventil 17 und das Niederdruckabgasrückführungsventil 43 geschlossen, das Hochdruckabgasrückführungsventil 30 ist hingegen geöffnet. Die Strömungsrichtungen, die in den Figuren durch Pfeile repräsentiert werden, wechseln während der Durchführung des Verfahrens, wie nachfolgend beschrieben.
Die Motoranordnung verfügt außerdem über eine Steuervorrichtung 50 (zur Verbesserung der Übersichtlichkeit nur in 1 dargestellt), die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, Steuersignale 51, 52a, 52b, 53, 54, 55 zu generieren und auszugeben, die die Durchführung des nachfolgend erläuterten Verfahrens 100 ermöglichen, indem beispielsweise bei Erwärmungsbedarf ein Schließen des Abgasventils 17 sowie des Niederdruckabgasrückführungsventil 43, ein Öffnen des Hochdruckabgasrückführungsventil 30 sowie ein Aktivieren des Kompressors 41 und ein Aktivieren der elektrischen Heizung 16 bewirkt wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 sowie das Ablaufschema der 3 der Betrieb der gezeigten Motoranordnung 1 gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren 100 beschrieben.
Nach dem Start des Verfahrens 100 wird im Verfahrensschritt S0 geprüft, ob Erwärmungsbedarf vorliegt. Hierfür kann beispielsweise die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 gemessen oder geschätzt werden, z. B. anhand eines Messwertes eines stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 im Abgasströmungskanal 18 angeordneten Temperatursensors (nicht dargestellt). Die ermittelte Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 kann mit der Anspringtemperatur eines Katalysators 13, 14 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 verglichen werden. Ist die ermittelte Temperatur geringer als die Anspringtemperatur, so wird das Verfahren 100 mit dem Verfahrensschritt S1 fortgesetzt, anderenfalls wird das Verfahren 100 beendet. Es sei darauf hingewiesen, dass das Vorliegen eines Erwärmungsbedarfs auch anderweitig festgestellt werden kann, z. B. unter Berücksichtigung einer abgelaufenen Zeitdauer seit dem Deaktivieren des Verbrennungsmotors 2.
Im Verfahrensschritt S1 wird sichergestellt, dass sich das Abgasventil 17 in einem geschlossenen Zustand befindet. Außerdem wird sichergestellt, dass sich auch das Niederdruckabgasrückführungsventil 43 in einem geschlossenen Zustand, das Hochdruckabgasrückführungsventil 30 hingegen in einem geöffneten Zustand befindet. Hierfür kann der Öffnungszustand der Ventile 17, 30, 43 mittels der Steuervorrichtung 50 ermittelt werden. Sollte der aktuelle Öffnungszustand vom erforderlichen Öffnungszustand abweichen, können entsprechende Steuersignale 51, 53, 55 generiert und an die betreffenden Ventile 17, 30, 43 ausgegeben werden, um ein Öffnen bzw. Schließen des bestreffenden Ventils 17, 30, 43 zu ermöglichen. Anschließend wird das Verfahren 100 mit dem Verfahrensschritt S2 fortgesetzt.
Im Verfahrensschritt S2 wird der Kompressor 41 in Antwort auf ein Steuersignal 54 der Steuervorrichtung 50 aktiviert, d. h. der den Kompressor 41 antreibende Elektromotor 42 wird gestartet. Dies bewirkt, dass die von außen zugeführte Zuluft verdichtet wird. Vor dem Verdichten entspricht die Temperatur der Zuluft im Wesentlichen der Umgebungstemperatur. Durch das Verdichten wird die Zuluft erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur, die 40 - 60 K höher als die Umgebungstemperatur ist. Die in den 1 und 2 unterschiedlich dargestellten Pfeile entsprechen unterschiedlichen Temperaturen gemäß der Figurenlegende.
Außerdem wird im Verfahrensschritt S2 die elektrische Heizung 16 aktiviert, so dass die Katalysatoren 13, 14 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 elektrisch erwärmt werden. Hierfür generiert die Steuervorrichtung 50 ein entsprechendes Steuersignal 52a, 52b und gibt es an die elektrische Heizung 16 aus.
Im Verfahrensschritt S3 wird die erwärmte Zuluft der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 zugeführt. Auf ihrem Weg zur Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 durchströmt die erwärmte Zuluft den Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 29, den Verbrennungsmotor 2 sowie die Turbine 12 des Turboladers 9, so dass diese Komponenten durch den Kontakt mit der erwärmten Zuluft erwärmt werden. Durch Kontakt mit der erwärmten Zuluft werden zudem die Katalysatoren 13, 14 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 erwärmt. Nach dem Passieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 strömt die erwärmte Zuluft in den Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 bis zum Niederdruckabgasrückführungsventil 43 und erwärmt diese ebenfalls. Da während des Verfahrensschritts S3 das Abgasventil 17 und das Niederdruckabgasrückführungsventil 43 geschlossen sind, wird in der Motoranordnung 1 stromabwärts des Kompressors 41 ein Überdruck aufgebaut. Der vorherrschende Druck kann beispielsweise 1,4 bar betragen.
Das Aktivieren der elektrischen Heizung 16 im Verfahrensschritt S2 bewirkt, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 nicht nur mittels der erwärmten Zuluft, sondern zusätzlich auch elektrisch beheizt wird. Dies bewirkt, dass die Temperatur der Zuluft bei Kontakt mit dem Oxidationskatalysator 13 auf eine Temperatur steigt, die ca. 150 - 250 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt. Im Bereich des Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 sinkt die Temperatur der Zuluft anschließend wieder auf eine Temperatur, die ca. 100 - 150 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt.
Die Verfahrensschritte S2 und S3 bilden zusammen die erste Phase des Verfahrens 100, in der die Zuluft vom Kompressor 41 in Richtung Niederdruckabgasrückführungsventil 43 strömt, wie in 1 dargestellt. Diese erste Phase kann beispielsweise bei Erreichen eines bestimmten Drucks oder nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer beendet werden. Die Zeitdauer dieser ersten Phase kann beispielsweise zwischen 2 s und 5 s betragen.
Die zweite Phase des Verfahrens 100 beginnt mit dem auf Verfahrensschritt S3 folgenden Verfahrensschritt S4. Im Verfahrensschritt S4 wird der elektrisch betreibbare Kompressor 41 deaktiviert, z. B. in Antwort auf ein entsprechendes Steuersignal 54, was von der Steuervorrichtung 50 generiert und ausgegeben wird. Durch das Deaktivieren des Kompressors 41 wird der in der ersten Phase des Verfahrens aufgebaute Überdruck wieder abgebaut und die erwärmte Zuluft strömt in entgegengesetzter Richtung, d. h. vom Niederdruckabgasrückführungsventil 43 durch den Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 in den Abgasströmungskanal 18 und weiter durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 5, die Turbine 12, den Verbrennungsmotor 2 und den Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 29 zurück in Richtung Kompressor 41 (2).
Da die Zuluft im Bereich des Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal 33 weiterhin eine Temperatur aufweist, die ca. 100 - 150 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt und durch die elektrische Heizung 16 erneut auf eine Temperatur, die ca. 150 - 250 K oberhalb der Umgebungstemperatur liegt, erwärmt wird, werden die Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 sowie die weiteren Komponenten der Motoranordnung 1 stromabwärts des Kompressors 41 erwärmt. Da das Abgasventil 17 auf während der zweiten Phase des Verfahrens 100 geschlossen ist, entweicht keine warme Luft in die Umgebung und die Erwärmung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 5 kann besonders energieeffizient erfolgen. Die Zeitdauer der zweiten Phase kann ebenfalls zwischen 2 s und 5 s betragen.
Im Verfahrensschritt S5 wird geprüft, ob eine vorgebbare Zieltemperatur, z. B. die Anspringtemperatur eines oder beider der Katalysatoren 13, 14 erreicht ist. Ist dies der Fall, wird das Verfahren 100 beendet. Ist die Zieltemperatur noch nicht erreicht, so wird das Verfahren 100 mit dem Verfahrensschritt S2 fortgesetzt, d. h. die Verfahrensschritte S2 bis S4 werden bis zum Erreichen der Zieltemperatur wiederholt. Selbstverständlich kann die Zieltemperatur auch fortlaufend überwachte werden, so dass das Verfahren 100 jederzeit bei Erreichen der Zieltemperatur beendet werden kann. Ein Wechsel zwischen der ersten und zweiten Phase des Verfahrens kann beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 0,2 Hz und 0,5 Hz erfolgen.
Mit Erreichen der Zieltemperatur wird zudem die elektrische Heizung 16 deaktiviert, indem ein entsprechendes Steuersignal 52a, 52b von der Steuervorrichtung generiert und an die elektrische Heizung 16 ausgegeben wird.
Sobald die Zieltemperatur erreicht ist, wird das Verfahren 100 beendet.
Die 4 zeigt schematisch ein beispielhaftes Kraftfahrzeug 200. Das Kraftfahrzeug 200 umfasst eine Motoranordnung 1 mit einer Steuervorrichtung 50, beispielsweise eine anhand der 1 und 2 beschriebene Motoranordnung 1. Die Motoranordnung 1 ist dazu ausgelegt, eines der vorgeschlagenen Verfahren 100 auszuführen, beispielsweise ein im Zusammenhang mit der in 3 erläutertes Verfahren 100.
Zusammengefasst bietet die Erfindung unter anderem folgende Vorteile:

- Da das Abgasventil während des Erwärmungsvorgangs geschlossen ist, tritt kein Wärmeenergieverlust durch das Abgeben von erwärmter Luft durch den Auslass in die Umgebung auf.
- Die für das Erwärmen zur Verfügung stehende Energie kann effizient eingesetzt werden, d. h. es wird weniger (elektrische) Energie benötigt und die Vorwärmdauer kann verkürzt werden.
- Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann zu einem früheren Zeitpunkt eine ausreichende Leistungsfähigkeit erreichen, so dass insbesondere nach einem Kaltstart die Emission von Luftschadstoffen in die Umgebung verringert werden kann.
- Neben der Abgasnachbehandlungseinrichtung können auch weitere Komponenten, wie z. B. die Turbine des Turboladers und das Abgasströmungsrohr sowie Abgasrückführungen, vorgewärmt werden, so dass nach dem Start des Verbrennungsmotors kein oder allenfalls ein geringer Abfall der Abgastemperatur zu erwarten ist, was sich positiv auf die Reinigungsleistung des Abgasnachbehandlungssystems auswirkt.

Bezugszeichenliste

1: Motoranordnung
2: Verbrennungsmotor
3: Zylinder
4: Schwungrad
5: Abgasnachbehandlungseinrichtung
6: Hochdruck-Abgasrückführungseinrichtung
7: Niederdruck-Abgasrückführungseinrichtung
9: Turbolader
11: Kompressor
12: Turbine
13: Oxidationskatalysator
14: Partikelfilter mit optionaler SCR-Beschichtung
15: Urea-Einspritzeinrichtung
16: elektrische Heizung
17: Abgasventil
18: Abgasströmungskanal
20: Einlasskrümmer
21: Abgaskrümmer
22: Ölkühler
23: Hochdruckkraftstoffpumpe
24: Luftfilter
25: Zuluftströmungskanal
26: Frischlufteinlass
28: Zuluftkühler
29: Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal
30: Hochdruckabgasrückführungsventil
31: Auslass
33: Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal
34: Einlass
35: Abgaskühler
40: Strömungsrichtung der angesaugten Zuluft
41: Kompressor
42: Elektromotor
43: Niederdruckabgasrückführungsventil
50: Steuervorrichtung
51: Steuersignal
52a, 52b: Steuersignal
53: Steuersignal
54: Steuersignal
55: Steuersignal
100: Verfahren
200: Kraftfahrzeug
S0: Erwärmungsbedarf vorhanden?
S1: Sicherstellen, dass sich das Abgasventil in einem geschlossenen Zustand befindet
S2: Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft
S3: Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung
S4: Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft
S5: Zieltemperatur erreicht?

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102019203061 A1 [0005]

Claims

Verfahren (100) zum Erwärmen einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) einer Motoranordnung (1), wobei die Motoranordnung (1) einen Verbrennungsmotor (2), einen Zuluftströmungskanal (25) zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor (2), einen in dem Zuluftströmungskanal (25) angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor (41), einen Abgasströmungskanal (18) zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor (2), die in dem Abgasströmungskanal (18) angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) und ein in dem Abgasströmungskanal (18) stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) angeordnetes Abgasventil (17) aufweist, das Verfahren (100) die folgenden Schritte a) bis d) umfassend: a) Sicherstellen, dass sich das Abgasventil (17) in einem geschlossenen Zustand befindet (S1), b) Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors (41) und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft (S2), c) Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) (S3) und d) Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors (41) und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft (S4).
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Motoranordnung (1) einen Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (33) mit einem Einlass (34) stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) und stromaufwärts des Abgasventils (17) und einem Niederdruckabgasrückführungsventil (43) aufweist, wobei im Verfahrensschritt a) sichergestellt wird, dass sich das Niederdruckabgasrückführungsventil (43) in einem geschlossenen Zustand befindet, und wobei im Verfahrensschritt c) die erwärmte Zuluft dem Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (33) zugeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Motoranordnung (1) einen Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (29) mit einem Hochdruckabgasrückführungsventil (30) aufweist, wobei im Verfahrensschritt a) sichergestellt wird, dass sich das Hochdruckabgasrückführungsventil (30) in einem geöffneten Zustand befindet, und wobei im Verfahrensschritt c) die erwärmte Zuluft dem Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (29) zugeführt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) eine elektrische Heizung (16) aufweist und wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) mittels der elektrischen Heizung (16) erwärmt wird.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verfahrensschritte b) bis d) wiederholt werden.
Verfahren (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gesamtzeitdauer der Verfahrensschritte b) und c) und/oder des Verfahrensschritts d) zwischen 2 s und 5 s beträgt.
Steuervorrichtung (50) zum Steuern eines Erwärmens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) einer Motoranordnung (1), wobei die Motoranordnung (1) einen Verbrennungsmotor (2), einen Zuluftströmungskanal (25) zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor (2), einen in dem Zuluftströmungskanal (25) angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor (41), einen Abgasströmungskanal (18) zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor (2), die in dem Abgasströmungskanal (18) angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) und ein in dem Abgasströmungskanal (18) stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) angeordnetes Abgasventil (17) aufweist und wobei die Steuervorrichtung (50) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale (51, 54) zu generieren und auszugeben, die die Durchführung eines Verfahrens (100) mit den folgenden Schritten a) bis d) bewirken: a) Sicherstellen, dass sich das Abgasventil (17) in einem geschlossenen Zustand befindet, b) Aktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors (41) und Verdichten der Zuluft unter Erwärmung der Zuluft, c) Zuführen der erwärmten Zuluft zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) und d) Deaktivieren des elektrisch betreibbaren Kompressors (41) und Rückströmenlassen der erwärmten Zuluft.
Steuervorrichtung (50) nach Anspruch 7, wobei die Motoranordnung (1) einen Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (33) mit einem Einlass (34) stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) und stromaufwärts des Abgasventils (17) und einem Niederdruckabgasrückführungsventil (43) aufweist und wobei die Steuervorrichtung (50) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale (53) zu generieren und auszugeben, die im Verfahrensschritt a) bewirken, dass sichergestellt wird, dass sich das Niederdruckabgasrückführungsventil (43) in einem geschlossenen Zustand befindet, und die im Verfahrensschritt c) bewirken, dass die erwärmte Zuluft dem Niederdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (33) zugeführt wird.
Steuervorrichtung (50) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Motoranordnung (1) einen Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (29) mit einem Hochdruckabgasrückführungsventil (30) aufweist und wobei die Steuervorrichtung (50) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale (55) zu generieren und auszugeben, die im Verfahrensschritt a) bewirken, dass sichergestellt wird, dass sich das Hochdruckabgasrückführungsventil (30) in einem geöffneten Zustand befindet, und die im Verfahrensschritt c) bewirken, dass die erwärmte Zuluft dem Hochdruck-Abgasrückführungsströmungskanal (29) zugeführt wird.
Steuervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) eine elektrische Heizung (16) aufweist und wobei die Steuervorrichtung (50) dazu eingerichtet und ausgebildet ist, bei Erwärmungsbedarf Steuersignale (52a, 52b) zu generieren und auszugeben, die ein Erwärmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) mittels der elektrischen Heizung (16) bewirken.
Motoranordnung (1) aufweisend einen Verbrennungsmotor (2), einen Zuluftströmungskanal (25) zum Zuführen von Zuluft zum Verbrennungsmotor (2), einen in dem Zuluftströmungskanal (25) angeordneten elektrisch betreibbaren Kompressor (41), einen Abgasströmungskanal (18) zum Abführen von Abgas vom Verbrennungsmotor (2), die in dem Abgasströmungskanal (18) angeordnete Abgasnachbehandlungseinrichtung (5), ein in dem Abgasströmungskanal (18) stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (5) angeordnetes Abgasventil (17) und eine Steuervorrichtung (50) nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
Kraftfahrzeug (200) mit einer Motoranordnung (1) nach Anspruch 11.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.