EP2115280A1 - Verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeuges mit einer abgas-heizvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeuges mit einer abgas-heizvorrichtung

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EP2115280A1
EP2115280A1 EP08701538A EP08701538A EP2115280A1 EP 2115280 A1 EP2115280 A1 EP 2115280A1 EP 08701538 A EP08701538 A EP 08701538A EP 08701538 A EP08701538 A EP 08701538A EP 2115280 A1 EP2115280 A1 EP 2115280A1
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EP
European Patent Office
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energy
exhaust
heating device
exhaust gas
recovered
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08701538A
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English (en)
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Inventor
Jörg-Roman KONIECZNY
Rolf BRÜCK
Jan Hodgson
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Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
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Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
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Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a motor vehicle, which has as components a drive means, an exhaust system for exhaust gases of the drive means with at least one heating device and at least one energy converter.
  • the invention finds particular application in the automotive industry.
  • heaters in particular those have already been proposed which are heated as a result of ohmic resistance heating.
  • the electrical conductor through which current flows at desired times is heated on account of its resistance and can thus heat the catalytically active material and / or the contacted exhaust gas positioned thereon.
  • the designs of such heaters are varied, in particular wire-grid constructions, honeycomb bodies, plate constructions and similar apparatuses have already been described.
  • With regard to the operation of such heaters is also to be regarded as known that they were activated before or with engine start or possibly shortly after engine start to improve the cold start behavior for a limited period of time, taking into account in particular that an electrical overload of the battery of the vehicle is avoided.
  • heating devices in combination with particle filters, in order to enable thermal regeneration of the trapped particles in case of need (eg a threatening blockage of the particle filter).
  • the inventive method for operating a motor vehicle having as components a drive means, an exhaust system for exhaust gases of the drive means with at least one heater and at least one energy converter comprising at least the following steps: (a) detecting a possibility for energy recovery, (b) activating the at least one energy converter,
  • the method according to the invention therefore relates in particular to the regulation of a heating device in contact with the exhaust gas of an automobile engine so that a desired target parameter of the exhaust gas system or a component therein is reliably achieved.
  • the drive means can also be any other comparable drive which ultimately produces an exhaust gas loaded with pollutant or an exhaust gas which is to be subjected to a temperature treatment.
  • These include hybrid powertrains or propellants based on alternative energy sources that emit exhaust gases.
  • the "exhaust system" is regularly formed with one strand (or several strands), in particular in the manner of a tubular conduit leading to a preferred flow direction, exhaust system is now provided at least one heating device, which spans at least partially over the inner cross section of the exhaust system in particular.
  • the heating device preferably forms passages, channels or the like, through which the exhaust gas flows, wherein a large contact surface is realized.
  • the heater may have additional functions in addition to its heating function, such as catalytic conversion, storage, or diversion of exhaust components.
  • step (a) first a possibility for energy recovery is detected.
  • a corresponding signal is then generated, which indicates that there is the possibility of energy recovery.
  • d. H. current conditions are used to determine the possibility of energy recovery.
  • future, expected, conditions in the recording of possibilities for energy recovery can be done for example by means of a GP S navigation device.
  • step (b) of the method at least one energy converter is then activated. If, as a result of step (a), a signal indicating the possibility of energy recovery is output, step (b) activates the energy converter as a result of the signal.
  • the energy converter then preferably recovers kinetic energy which is stored or generated in the vehicle and converts it into another form of energy (preferably electricity) - recuperation.
  • energy converters for example, power generators come into consideration. These can convert the rotational movements of the wheels (in particular the braking energy) or the drive elements of the vehicle into electrical current. Alternatively, in hybrid vehicles but also their electric motors, which serve in a drive state for driving the vehicle, can be used in overrun operation as generators for generating electrical power. Other forms of energy converters may be compressors that convert rotational movements, for example of the drive elements, into pressure potentials of compressed-air reservoirs which will later be used directly or indirectly.
  • step (c) the energy recovered by the at least one energy converter is then supplied to the heating device.
  • step (c) can also be designed in several stages, wherein, for example, first an energy store is supplied with the recovered energy and, at a later time, the heating device is supplied as needed.
  • the charging of the energy storage can also be done simultaneously or parallel to the supply of the recovered energy to the heater.
  • the method according to the invention further provides, in step (d), to operate the heating device for heating the exhaust gas with the recovered energy.
  • the heating device can act directly or indirectly on the exhaust gas to be heated.
  • a direct-acting heater for example, heating coils are provided, which are arranged directly in the exhaust gas flow and are flowed around there by the exhaust gas. If, for example, they are caused to glow by electric current, the energy provided is emitted by the heating device to the exhaust gas flowing around it, which heats it up. The thus heated exhaust gas can then reach the required temperatures for complete exhaust gas purification faster.
  • this can act, for example, on the honeycomb body or other components of the exhaust system. This means the exhaust system or its components are heated by the heating device and in turn heat the exhaust gas flowing through the exhaust system. This results in the direct mode of action of the heater.
  • the recovered energy can replace or supplement other energy sources in whole or in part.
  • hitherto conventional heating devices are operated with electric currents which are provided by generators and vehicle batteries, they often lead to high loads on the electrical systems.
  • 12 or 24 volt systems also results in a significant limitation with regard to the maximum possible power output of such systems.
  • the recovered energy completely or partially by means of the present invention, either derived from the usual energy sources heating energy. This leads to a particularly strong relief of the electrical systems.
  • the recovered energy can also be used in addition to the previous heating energy sources for heating the exhaust gas, which significantly higher heating capacities than previously possible.
  • step (e) of the invention the end of the opportunity for energy recovery is detected, after which the energy converter is deactivated and the provision of the recovered energy is terminated.
  • This ensures that a vehicle is not braked in a state or otherwise removed energy, if this energy is primarily needed for other purposes.
  • an acceleration process may be mentioned in which the available power or amount of energy should be used as completely as possible for the acceleration of the vehicle. In such a driving state, it would not be desirable and sometimes even relevant to safety if the available drive power would be partially converted in the context of energy recovery.
  • step (e) the energy recovery is thus terminated and the vehicle is, as it were, placed in a waiting state in which it remains until a renewed possibility for energy recovery ensues.
  • a possible limit for a partial load range is 80%. That means that only if the drive means of the motor vehicle are operated with a load of 80% or less, an energy recovery is to be performed.
  • Other load limits may be defined at, for example, 60% or 30%, thereby ensuring that no energy recovery is performed when the engine or drive means is operated at a power exceeding those partial load limits.
  • the load limits can also be linked to an average and / or actual exhaust gas temperature, so that heating is already commensurate even at lower temperatures despite high partial load ranges (eg 80%).
  • a heating can be omitted, even if the partial load is very small and, for example, less than 30%.
  • This temperature used to control the heating then represents a predetermined exhaust gas minimum temperature (eg 400 0 C, or 300 0 C or even 200 0 C), in the still sufficient effectiveness and exhaust aftertreatment is ensured by the exhaust gas purification device.
  • a control device is understood to be a device which is capable of detecting various parameter signals and / or measured values of a vehicle, analyzes these according to predetermined conditions, situations, states and / or laws and outputs corresponding control commands.
  • a control device can be physically implemented on a device or in the vehicle distributed to a plurality of so-called control devices.
  • control programs are executed on such control devices in which the method steps are stored in program-technical form.
  • Control devices can be found in almost all modern vehicles and, by appropriate adaptation of control programs in a simple form, also for carrying out the method according to the present invention prepared and used. Such control devices are particularly powerful and can monitor and take into account a large number of parameters in real time in the decision making process. In particular, reference should also be made to a connection of control devices with navigation devices, which is advantageously possible in the context of the present invention.
  • the control device to continuously monitor at least one energy absorption capability or one energy emission capability of at least one energy store or one consumer. It can be provided that the energy-emitting capability and / or the energy-absorbing capacity of the energy store and / or consumer is monitored by a control device.
  • Such consumers are, for example, the abovementioned heating device or else other energy consumers, such as control devices, electric drives of hybrid vehicles or electric vehicles, or even energy storage devices, such as, for example, accumulators or capacitors.
  • Double-layer capacitors also called electrochemical double-layer capacitors (English: electrochemical double layer capacitor - EDLC) or supercapacitors called.
  • Double-layer capacitors consist of two electrodes, which are wetted with an electrolyte. When a voltage is applied which is smaller than the decomposition voltage of the electrolyte, ions of opposite polarity collect at both electrodes. They form a zone of immobile charge carriers whose layer thickness is only a few molecule layers.
  • Such double-layer capacitors have very high specific power density (watts / kg) compared to accumulators, which is determined by the internal resistance.
  • the recovered energy in a buffer of step (e) of the method of the invention may provide a time delay between the deactivation of the energy converter and the termination of the provision of the recovered energy.
  • the provision of the recovered energy can be done by means of the previously filled energy storage, which still emit the cached energy for a certain period of time to the heater. In this way, after an end of the recovery, a reheating with the cached energy can take place.
  • An idle phase can, for example, form a waiting time in front of a traffic light system.
  • a very high power output can occur. That means in a very short time will be a big one Generated amount of energy that needs to be consumed or stored.
  • Such quantities of energy can be monitored and distributed, for example, by a control device. In this case, it makes sense, for example, to consume a part of the energy in a heating device and to store another part in a storage device, wherein both steps can be executed in parallel or in succession as a function of the amount of energy to be absorbed.
  • step (b) it is advantageously provided in the context of the present invention to carry out the method according to step (b) by means of at least one electric motor or generator.
  • electric motors and / or generators are already used in modern vehicles, for example with hybrid drive or with pure electric drive, and can be used to generate electric currents and thus as energy converters. But even in previously driven exclusively by internal combustion engines vehicles such electric motors or generators can also be arranged as a drive or energy converter in the vehicle.
  • At least one electrically heatable honeycomb body is used as the heating device.
  • Such an electrically heatable honeycomb body may be formed either ceramic or metallic or a combination of both types of materials.
  • Such heatable honeycomb bodies are also already known in the art in a variety of configurations and have also proven themselves beyond. In this case, preference is given to honeycomb bodies which are constructed with at least partially structured sheet metal layers which form electrically insulated, wound winding current paths which extend over the cross section of the honeycomb body.
  • an exhaust gas mass flow is at least partially recycled during step (d).
  • the relatively cold and mecanicschmore exhaust gas mass flow can be significantly reduced in mass by this is at least partially slides back into the engine.
  • the remaining non-recirculated exhaust gas mass flow can then be heated to a higher temperature or the heating power required for heating can be correspondingly reduced without lowering the temperature.
  • both can be the case.
  • a reduction of the heating power relieves the electrical system of the vehicle and allows a longer heating time with the recovered energy.
  • the invention is particularly advantageous for use in a motor vehicle, comprising at least one drive means and an exhaust system with at least one controllable heating device which can be brought into contact with exhaust gas, in which at least the heating device connected to a control device is arranged to carry out the method described herein.
  • FIGS. show particularly preferred embodiments of the invention, but this is not limited thereto. They show schematically:
  • FIG. 1 shows a side view of a motor vehicle for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a plan view of the vehicle according to Fig. 1;
  • FIG. 3 shows a plan view of a second embodiment of a motor vehicle; and 4 shows a plan view of a third embodiment of a motor vehicle.
  • a motor vehicle 1 for carrying out the method according to the invention is shown.
  • the motor vehicle 1 consists of various components, which include, among other things, a drive means 2, an exhaust system 3 and a heater 4.
  • the drive means 2 is embodied as an internal combustion engine 5, which produces an exhaust gas 6 and conveys it through the exhaust system 3 to a catalytic converter 7, from where it is passed through a rear part of the exhaust system 3 to a vehicle rear 8, where it exits to the outside ,
  • the catalytic converter 7 also comprises a (at least one further) honeycomb body 9, which may be metallic or ceramic and may be provided with various catalytically active, adsorbing or further coatings.
  • the hitherto incompletely "cleaned" exhaust gas 6 is treated at corresponding temperatures in the honeycomb body 9.
  • the heating device 4 is arranged upstream of the honeycomb body 9.
  • each energy converter 11 are arranged, which are connected via conduit means 12 to the heater 4. Furthermore, the energy converters 11 are connected via control lines 13 to a control device 14.
  • the motor vehicle 1 of FIG. 1 is shown in a plan view.
  • the control device 14 can be seen, which is connected via control lines 13 to each of the four energy converters 11 and in addition to the internal combustion engine 5.
  • the control lines 13 serve either to send control commands or to query measured values and parameters.
  • the term control line is thus also to be understood in the sense of a signal transmission line.
  • an energy converter 11 is arranged on each of the wheels 10. The recovered in each of the energy converters 11 ne electrical energy is introduced via the conduit 12 directly into the heater 4.
  • the execution of the method according to the invention by the controller 14 first detects the presence of the possibility of energy recovery and then outputs 13 signals to the energy converter 11 via the control lines to activate them.
  • the kinetic energy of the rotating wheels is recovered by this and forwarded via the conduit means 12 in the form of an electric current to the heater 4, where they initiated according to the arrows shown and converted to heat the exhaust gas 6 to heat becomes.
  • the energy converter 11 are formed in the illustrated embodiment as a follower generators that are continuously coupled to the wheels 10. You can, for example, be designed so that they rotate in the inactivated state almost without resistance with the wheels and not slow them down.
  • FIG. 3 now shows a plan view of a motor vehicle 1, in which the drive means 2 is again designed as an internal combustion engine 5.
  • an electric motor 16 is arranged on a front axle 15 of the motor vehicle 1 as an energy converter 11.
  • the structure of the catalyst 7 corresponds to that of the previously described in connection with Figures 1 and 2 catalyst 7.
  • the control device is in turn connected via a control line 13 to the internal combustion engine 5 and can thus acquire measured values and parameters from it.
  • the control device 14 is connected via line means 12 both to the electric motor 16 and to the heating device 14.
  • the control device 14 If a possibility for energy recovery is detected by the control device 14, it activates the electric motor 16 as an energy converter 11, so that it provides energy via the line 12 in the form of an electric current, which is forwarded by the control device 14 to the heater 4 and there is used to heat the exhaust gas flowing through the exhaust system 3 6.
  • the vehicle shown here corresponds essentially to a so-called hybrid vehicle, in which the drive energy is first generated in an internal combustion engine and partly transmitted directly from the latter to the wheels 10. In other driving conditions, the energy generated by the internal combustion engine 5 is temporarily stored and then transmitted via the electric motor 16 to the wheels 10. In such a hybrid vehicle, the present invention can also be advantageously applied as previously shown.
  • FIG. 4 now shows a plan view of a further possible embodiment of a motor vehicle 1 which is suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the drive means 2 is again designed as an internal combustion engine 5.
  • Both on the front axle 15 and on a rear axle 17 are each an electric motor 16.
  • Both electric motors 16 are used as an energy converter 11.
  • the control device 14 can thus receive electrical energy from two drive shafts 15, 17 in the case of energy recovery.
  • this embodiment also has an energy store 18, which is formed with a plurality of so-called supercapacitors.
  • the control device 14 can thus be particularly well suited to complex driving conditions and vehicle states, in particular states of the electrical system. tems, to be adjusted.
  • the energy of the buffer 18 stored in the supercapacitors can optionally be used to drive the electric motors 16 or to heat the heating device 4.
  • a heating of the heater 4 it is then possible to clean particularly efficiently at a, for example, subsequent full-load operation of the internal combustion engine 5 resulting exhaust gases without delay at high temperatures.
  • the exhaust system 3 and in particular the catalytic converter 7 can thus unfold its full effect again by means of the energy stored in the energy store 18 or the energy provided by the energy converter 11 immediately in the event of a renewed attack of exhaust gases and does not first have to be heated, what else additional external Heating energy or a longer period of time with hot exhaust gases would be required in which then only a partial or poor exhaust gas purification is achieved.
  • the recovered energy is supplied in parallel to the energy storages 18 and the heating device 4.
  • the present invention is not limited to the illustrated embodiments.
  • a plurality of heaters may be used instead of the one heater.
  • different numbers of energy converters 11 and energy 18, as well as different types of consumers, are taken into account by the control device 14.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges (1), das als Komponenten ein Antriebsmittel (2), eine Abgasanlage (3) für Abgase (6) des Antriebsmittels (2) mit wenigstens einer Heizvorrichtung (4) sowie wenigstens einen Energiewandler (11) aufweist. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: (a) Erfassen einer Möglichkeit zur Energierückgewinnung, (b) Aktivieren des wenigstens einen Energiewandlers (11), (c) Zuführen der von dem wenigstenseinen Energiewandler (11) rückgewonnenen Energie zu der Heizvorrichtung (4), (d) Betreiben der Heizvorrichtung (4) zur Aufheizung des Abgases (6) mit der rückgewonnenen Energie, und (e) Erfassen eines Endes der Möglichkeit zur Energierückgewinnung, wonach der Energiewandler (11) deaktiviert und die Bereitstellung der rückgewonnenen Energie beendet wird.

Description

Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges mit einer Abgas-Heizvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges, das als Komponenten ein Antriebsmittel, eine Abgasanlage für Abgase des Antriebsmittels mit wenigstens einer Heizvorrichtung sowie wenigstens einen Energiewandler aufweist. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung im Automobilbau.
Es ist als bekannt anzusehen, das von einem Motor eines Kraftfahrzeuges erzeugte Abgas mit einer Heizvorrichtung in Kontakt zu bringen, um die Temperatur des Abgases zu beeinflussen. Darüber hinaus ist auch als bekannt anzusehen, dass solche Heizeinrichtungen beispielsweise gerade nach einem Kalt- oder Neustart eines Motors bzw. einer Abgasanlage dazu verwendet werden, die Abgase bzw. die Abgasreinigungskomponenten, die gegebenenfalls mit einer katalytisch aktiven Beschichtung versehen sind, schnell auf die Reaktionstemperatur zu bringen, insbesondere auf eine Temperatur, bei der eine Interaktion des Katalysators mit den Schadstoffen des Abgases stattfindet.
Als Heizeinrichtungen sind insbesondere solche bereits vorgeschlagen worden, die in Folge einer Ohmschen Widerstandserwärmung erhitzt werden. Der zu gewünschten Zeitpunkten mit Strom durchflossene elektrische Leiter erhitzt sich aufgrund seines Widerstandes und kann somit das darauf positionierte katalytisch aktive Material und/oder das kontaktierte Abgas erwärmen. Die Ausgestaltungen solcher Heizeinrichtungen sind mannigfaltig, insbesondere sind Draht-Gitter- Konstruktionen, Wabenkörper, Plattenkonstruktionen und ähnliche Apparate bereits beschrieben worden. Im Hinblick auf den Betrieb solcher Heizeinrichtungen ist ebenfalls als bekannt anzusehen, dass diese vor bzw. mit Motorstart oder ggf. kurz nach Motorstart zur Verbesserung des Kaltstartverhaltens für einen begrenzten Zeitraum aktiviert wurden, wobei insbesondere berücksichtigt wurde, dass eine elektrische Überlastung der Batterie des Fahrzeuges vermieden wird. Darüber hinaus ist auch bekannt, solche Heizeinrichtungen in Kombination mit Partikelfiltern einzusetzen, um hier im Bedarfsfall (z.B. eine drohende Verstopfung des Partikelfilters) eine thermische Regeneration der eingefangenen Partikel zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist bekannt, die Heizeinrichtung dann zu aktivieren, wenn ein vorgegebener Be- triebszeitraum verstrichen ist und/oder die Partikelbeladung im Filter eine vorgegebene Größe erreicht hat.
Die bekannten Einsatzwecke und/oder Einsatzstrategien führten jedoch nur teilweise zu den gewünschten Ergebnissen. Insbesondere musste festgestellt werden, dass der Einsatz der Heizeinrichtung teilweise einen unerwünscht hohen Energiebedarf zur Folge hat und die Aktivierungszyklen teilweise sehr große Zeiträume einnahmen.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mit Bezug auf den Stand der Technik geschilderten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Verfahren angegeben werden, das einen energiesparend und effektiv Einsatz solcher Heizeinrichtungen in Abgasanlagen mobiler Verbrennungskraftmaschinen ermöglicht.
Diese Aufgaben werden gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Einsatzgebiete der Erfindung werden in den abhängig formulierten Patentansprüchen angegeben. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller, Weise miteinander kombiniert werden können, und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Erfin- dung wird nachfolgend gerade im Zusammenhang mit der Beschreibung und den Figuren weiter spezifiziert, so dass auch hier besonders bevorzugte Ausführungsvarianten angegeben sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges, das als Komponenten ein Antriebsmittel, eine Abgasanlage für Abgase des Antriebsmittels mit wenigstens einer Heizvorrichtung sowie wenigstens einen Energiewandler aufweist, umfassend zumindest die folgenden Schritte: (a) Erfassen einer Möglichkeit zur Energierückgewinnung, (b) Aktivieren des wenigstens einen Energiewandlers,
(c) Zuführen der von dem wenigstens einen Energiewandler rückgewonnenen Energie zu der Heizvorrichtung,
(d) Betreiben der Heizvorrichtung zur Aufheizung des Abgases mit der rückgewonnenen Energie, und (e) Erfassen eines Endes des Möglichkeit zur Energierückgewinnung, wonach der Energiewandler deaktiviert und die Bereitstellung der rückgewonnenen Energie beendet wird
Damit betrifft das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere die Regelung einer mit dem Abgas eines Kraftfahrzeugmotors in Kontakt stehenden Heizvorrichtung, so dass ein gewünschter Zielparameter der Abgasanlage bzw. eine Komponente darin sicher erreicht wird.
Bei dem Antriebsmittel kann es sich neben bekannten Diesel- oder Benzinmoto- ren auch um jeden anderen, vergleichbaren, Antrieb handeln, der letztendlich ein mit Schadstoff belastetes Abgas erzeugt bzw. ein Abgas, das einer Temperaturbehandlung unterzogen werden soll. Dazu zählen auch Hybridantriebe oder auf alternativen Energieträgern basierende Antriebsmittel, die Abgase emittieren. Die „Abgasanlage" ist regelmäßig mit einem Strang (oder mehreren Strängen) gebil- det, insbesondere nach Art einer rohrförmigen Leitung. In dieser, das Abgas in einer bevorzugten Strömungsrichtung führenden, Abgasanlage ist nun mindestens eine Heizvorrichtung vorgesehen, die insbesondere den inneren Querschnitt der Abgasanlage zumindest teilweise überspannt. Dabei bildet die Heizvorrichtung bevorzugt Durchlässe, Kanäle oder dergleichen, durch die das Abgas hindurch strömt, wobei eine große Kontaktfläche realisiert ist. Die Heizvorrichtung kann zusätzlich zu ihrer Heizfunktion weitere Funktionen aufweisen, beispielsweise eine katalytische Umwandlung, Speicherung, oder Umlenkung von Abgasbestandteilen.
Gemäß Schritt (a) wird zunächst eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung erfasst. Dies geschieht beispielsweise, in dem wenigstens ein Fahr- und/oder Betriebszustand des Kraftfahrzeuges (bevorzugt fortlaufend) mittels einer Steuerungseinrichtung überwacht wird. Bei vorbestimmten Zuständen, bei denen es möglich ist Energie rückzugewinnen, wird dann ein entsprechendes Signal er- zeugt, welches angibt, dass die Möglichkeit zur Energierückgewinnung besteht. Im Rahmen der Erfindung können hierbei wahlweise aktuelle, d. h. momentane, Zustände zur Bestimmung der Möglichkeit zur Energierückgewinnung herangezogen werden. Es ist aber durchaus auch möglich zukünftige, zu erwartende, Zustände bei der Erfassung von Möglichkeiten zur Energierückgewinnung heranzu- ziehen. Dies kann beispielsweise mittels einer GP S -Navigationseinrichtung geschehen. Wird dabei beispielsweise erkannt, dass sich ein Fahrzeug an einer längeren Gefällestrecke befindet und die Fahrtrichtung zudem in Richtung der Talfahrt weist, so ist zu erwarten, dass sich das Fahrzeug in näherer Zukunft überwiegend im Brems- bzw. Leerlaufzustand befinden wird und somit eine Energie- rückgewinnung möglich sein wird. Neben einem solchen ganz besonders vorteilhaften Fahrzustand, welcher eine hervorragende Möglichkeit zur Energierückgewinnung darstellt, können aber auch in zahlreichen anderen Zuständen bzw. Situationen Energierückgewinnungen vorgenommen werden. Dies sind beispielsweise Bremsvorgänge aus hohen Geschwindigkeiten oder auch kürzere Gefällestrecken.
- A - Im nachfolgenden Schritt (b) des Verfahrens wird dann wenigstens ein Energiewandler aktiviert. Wird infolge des Schrittes (a) ein Signal ausgegeben, welches die Möglichkeit zur Energierückgewinnung anzeigt, so aktiviert der Schritt (b) infolge des Signals den Energiewandler. Der Energiewandler gewinnt dann vor- zugsweise kinetische Energie, welche im Fahrzeug gespeichert bzw. erzeugt wird, zurück und wandelt diese in eine andere Energieform (bevorzugt Elektrizität) um - Rekuperation. Neben der Umwandlung von kinetischer Energie ist es hierbei auch denkbar, potentielle Energie des Kraftfahrzeuges umzuwandeln. Dies könnte beispielsweise durch Höhenveränderungen im Rahmen der Fahrwerkskinematik ge- schehen, wo Federwege zur Energierückgewinnung genutzt werden können.
Als Energiewandler kommen beispielsweise Stromgeneratoren in Betracht. Diese können die Drehbewegungen der Räder (insbesondere die Bremsenergie) oder der Antriebselemente des Fahrzeuges in elektrischen Strom umsetzen. Alternativ kön- nen bei Hybridfahrzeugen aber auch deren Elektromotoren, welche in einem Antriebszustand zum Antrieb des Fahrzeuges dienen, im Schubbetrieb als Generatoren zur Erzeugung von elektrischem Strom genutzt werden. Andere Formen von Energiewandlern können Kompressoren sein, die Drehbewegungen beispielsweise der Antriebselemente in Druckpotentiale von Druckluftspeichern umwandeln, die später mittelbar oder unmittelbar weiter verwendet werden.
In Schritt (c) wird dann die von dem wenigstens einen Energiewandler rückgewonnene Energie der Heizvorrichtung zugeführt. Dies geschieht im einfachsten Fall über Leitungsmittel, wie beispielsweise in Form von elektrischen Leitungen, wenn die rückgewonnenen Energie in Form elektrischer Ströme vorliegt. Gleichwohl kann Schritt (c) auch mehrstufig ausgeführt sein, wobei z.B. zunächst ein Energiespeicher mit der rückgewonnenen Energie versorgt wird und zu einem späteren Zeitpunkt bedarfsgerecht die Heizvorrichtung beliefert wird. Das Aufladen des Energiespeichers kann auch gleichzeitig bzw. parallel zur Zuführung der rückgewonnenen Energie hin zur Heizvorrichtung erfolgen. Das erfϊndungsgemäße Verfahren sieht im Weiteren vor, im Schritt (d) die Heizvorrichtung zum Aufheizen des Abgases mit der rückgewonnenen Energie zu betreiben. Die Heizvorrichtung kann dabei unmittelbar oder mittelbar auf das aufzu- heizende Abgas einwirken. Bei einer unmittelbar wirkenden Heizung sind beispielsweise Heizspiralen vorgesehen, welche direkt im Abgasstrom angeordnet sind und dort vom Abgas umströmt werden. Werden sie dazu etwa durch elektrischen Strom zum Glühen gebracht, so wird die bereitgestellte Energie von der Heizvorrichtung an das umströmende Abgas abgegeben und dieses dadurch auf- geheizt. Das so aufgeheizte Abgas kann dann schneller die zur vollständigen Abgasreinigung erforderlichen Temperaturen erreichen. Beim Betrieb einer unmittelbaren Heizvorrichtung kann diese beispielsweise auf den Wabenkörper oder andere Komponenten der Abgasanlage einwirken. Dies bedeutet die Abgasanlage oder deren Komponenten werden durch die Heizvorrichtung aufgeheizt und hei- zen ihrerseits dann wieder das durch die Abgasanlage durchströmende Abgas auf. Hierdurch ergibt sich die unmittelbare Wirkweise der Heizvorrichtung.
Je nach Einsatzform und Fahrzeug kann die rückgewonnene Energie andere Energiequellen ganz oder teilweise ersetzen oder diese ergänzen. Während beispiels- weise bisher übliche Heizvorrichtungen mit elektrischen Strömen betrieben werden, welche durch Generatoren und Fahrzeugbatterien bereitgestellt werden, führen diese häufig zu hohen Belastungen der elektrischen Systeme. Zudem ergibt sich aus der Verwendung von 12 oder 24 Voltsystemen auch eine erhebliche Beschränkung im Hinblick auf die maximal mögliche Leistungsabgabe solcher Sys- teme. Ausgehend von diesem Stand der Technik kann mittels der vorliegenden Erfindung nun wahlweise die aus den bisher üblichen Energiequellen stammende Heizenergie durch die rückgewonnene Energie ganz oder teilweise ersetzt werden. Dies führt zu einer besonders starken Entlastung der elektrischen Anlagen. Ist bei anderen Einwendungsfällen eine besonders hohe Heizleistung gewünscht, beispielsweise bei geforderter möglichst vollständiger Abgasnachbehandlung, so kann die rückgewonnene Energie auch zusätzlich zu dem bisherigen Heizenergiequellen zur Aufheizung des Abgases verwendet werden, wodurch deutlich höhere Heizleistungen als bisher möglich werden. Darüber hinaus wird nun sichergestellt, dass bei Fahrsituationen, die grundsätzlich zur Abkühlung der Abgasanlage führen, weil keine ausreichende Menge heißen Abgases erzeugt wird, direkt ein Heizen der „kühleren" Abgase erfolgt und damit die Aktivität bzw. Effektivität der Abgasreinigungskomponenten der Abgasanlage aufrecht erhalten wird (insbeson- dere bei Dieselmotoren).
Im Schritt (e) der Erfindung wird schließlich das Ende der Möglichkeit zur Energierückgewinnung erfasst, wonach der Energiewandler deaktiviert und die Bereitstellung der rückgewonnenen Energie beendet wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass ein Fahrzeug nicht in einem Zustand gebremst oder ihm in sonstiger Weise Energie entnommen wird, wenn diese Energie vorrangig für andere Zwecke benötigt wird. Beispielsweise sei hier ein Beschleunigungsvorgang erwähnt, bei dem die zur Verfügung stehende Leistung bzw. Energiemenge möglichst vollständig zur Beschleunigung des Fahrzeuges eingesetzt werden soll. In einem solchen Fahrzustand wäre es nicht wünschenswert und teilweise sogar sicherheitsrelevant, wenn die zur Verfügung stehende Antriebsleistung teilweise im Rahmen der E- nergierückgewinnung umgewandelt würde. In dem Schritt (e) wird somit die E- nergierückgewinnung beendet und das Fahrzeug gleichsam in einen Wartezustand versetzt, in dem es verbleibt, bis sich eine erneute Möglichkeit zur Energierück- gewinnung einstellt.
Ganz besonders bevorzugt ist es gemäß der vorliegenden Erfindung, wenn das vorstehend beschriebene Verfahren wenigstens bei einer Teillast des Antriebsmittels oder unterhalb einer Abgasmindesttemperatur ausgeführt wird. Eine mögliche Grenze für ein Teillastbereich liegt dabei bei 80 %. Das bedeutet, dass nur wenn die Antriebsmittel des Kraftfahrzeuges mit einer Last von 80 % oder weniger betrieben werden, eine Energierückgewinnung durchgeführt werden soll. Andere Lastgrenzen können beispielsweise bei 60 % oder 30 % definiert werden, wodurch sichergestellt wird, dass keine Energierückgewinnung vorgenommen wird, wenn der Motor bzw. das Antriebsmittel mit einer Leistung betrieben wird, die oberhalb dieser Teillastgrenzen liegen. Grundsätzlich können die Lastgrenzen auch an eine durchschnittliche und/oder aktuelle Abgastemperatur gebunden sein, so dass etwa auch bei tieferen Temperaturen trotz hoher Teillastbereichen (z.B. 80 %) bereits zugeheizt wird. Umgekehrt kann bei hohen Abgastemperaturen eine Zuheizung entfallen, auch wenn die Teillast sehr klein ist und beispielspielsweise unter 30 % liegt. Diese zur Steuerung der Zuheizung verwendete Temperatur stellt dann eine vorgegebene Abgasmindesttemperatur (z.B. 400 0C, oder 300 0C oder auch 200 0C) dar, bei der noch eine ausreichende Wirksamkeit und Abgasnachbehandlung durch die Abgasreinigungseinrichtung sichergestellt ist.
Ganz besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Schritte (a) bis (e) von einer mit den Komponenten verbundenen Steuerungseinrichtung ausgeführt werden. Unter einer Steuerungseinrichtung wird hierbei eine Einrichtung verstanden, welche in der Lage ist, verschiedene Parametersignale und/oder Messwerte eines Fahrzeuges zu erfassen, diese entsprechend vorgegebenen Bedingungen, Situationen, Zustände und/oder Gesetzmäßigkeiten analysiert und entsprechende Steuerungsbefehle ausgibt. Eine solche Steuerungseinrichtung kann physikalisch auf einem Gerät oder auch im Fahrzeug verteilt auf eine Vielzahl von so genannten Steuergeräten ausgeführt sein. Insbesondere sei dabei auch darauf hingewiesen, dass Steue- rungsprogramme auf solchen Steuerungseinrichtungen abgearbeitet werden, in denen die Verfahrensschritte in programmtechnischer Form hinterlegt sind.
Steuerungseinrichtungen finden sich in nahezu allen modernen Fahrzeugen und können durch entsprechende Anpassung von Steuerungsprogrammen in einfacher Form auch zur Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung hergerichtet und verwendet werden. Solche Steuerungseinrichtungen sind besonders leistungsfähig und können nahezu in Echtzeit eine Vielzahl von Parametern überwachen und bei der Entscheidungsfmdung berücksichtigen. Insbesondere sei auf eine Verbindung auch von Steuerungseinrichtungen mit Navigationseinrich- tungen hingewiesen, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich ist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, durch die Steuerungseinrichtung fortlaufend zumindest eine Energie- aufnahmefähigkeit oder eine Energieabgabefähigkeit wenigstens eines Energiespeichers oder eines Verbraucher zu überwachen. Hierbei kann vorgesehen werden, dass die Energieabgabefähigkeit und/oder die Energieaufnahmefähigkeit der Energiespeicher und/oder Verbraucher mit einer Steuerungseinrichtung überwacht wird. Solche Verbraucher sind beispielsweise die vorstehend genannte Heizvor- richtung oder aber auch andere Energieverbraucher wie etwa Steuergeräte, Elekt- roantriebe von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen oder auch die von Energiespeichern, wie beispielsweise Akkumulatoren oder Kondensatoren.
Hierbei sind vor allem besonders leistungsfähige Kondensatoren bekannt, die in Fahrzeugen zur kurzzeitigen Zwischenspeicherung großer Energiemengen dienen. Ganz bevorzugt ist der Einsatz von Doppelschicht-Kondensatoren, auch elektrochemische Doppelschicht-Kondensatoren (englisch: electrochemical double layer capacitor - EDLC) oder Superkondensatoren genannt. Doppelschicht- Kondensatoren bestehen aus zwei Elektroden, die mit einem Elektrolyten benetzt werden. Beim Anlegen einer Spannung, die kleiner ist als die Zersetzungsspannung des Elektrolyten, sammeln sich an beiden Elektroden Ionen umgekehrter Polarisation. Sie bilden eine Zone von unbeweglichen Ladungsträgern, deren Schichtdicke nur wenige Moleküllagen beträgt. Solche Doppelschicht- Kondensatoren weisen gegenüber Akkumulatoren sehr hohe spezifische Leis- tungsdichte (Watt/kg) auf, die durch den Innenwiderstand bestimmt wird. Solche hohen Leistungsdichten begünstigen Anwendungen zur Pufferung von Verbrauchern, die kurzzeitig einen hohen Strom benötigen oder abgeben (Im hier angeführten Automobilbereich kann eine entsprechende Elektromotorische Bremse bei Elektro-, Hybridfahrzeugen und Fahrzeugen mit Gyroantrieb Einsatz finden, weil diese ausreichend große Antriebsmotoren und Energiespeicher besitzen.). Diese Kondensatoren können im Gegensatz zu bisher bekannten Akkumulatoren elektrische Energie sehr schnell und in großer Menge Zwischenspeichern. Sie sind damit insbesondere zur kurzzeitigen und raschen Zwischenspeicherung der rückgewonnenen Energie geeignet.
Insofern ist es vorteilhaft, die Energiespeicherfähigkeit und Energieabgabefähigkeit solcher Energiespeicher zu überwachen, um die rückgewonnene Energie, die durch den Energiewandler bereitgestellt wird, dort vorübergehend zwischenzu- speichern. Hierbei ist anzumerken, dass im Falle einer Zwischenspeicherung der rückgewonnene Energie in einem Zwischenspeicher der Schritt (e) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine zeitliche Verzögerung zwischen der Deaktivierung des Energiewandlers und der Beendung der Bereitstellung der rückgewonnenen Energie vorsehen kann. In der verbleibenden Zeit nach der Deaktivierung des Energiewandlers kann die Bereitstellung der rückgewonnenen Energie nämlich mittels der zuvor gefüllten Energiespeicher geschehen, welche die zwischengespeicherte Energie noch für eine bestimmte Zeitdauer an die Heizvorrichtung abgeben. Hierdurch kann auch nach einem Ende der Rückgewinnung eine Nachheizung mit der zwischengespeicherten Energie erfolgen. Dies ist insbesondere in Leerlaufphasen sinnvoll, die sich beispielsweise direkt oder mit zeitlicher Verzö- gerung an Phasen der Energierückgewinnung anschließen. Eine Leerlaufphase kann beispielsweise eine Wartezeit vor einer Ampelanlage bilden. Zudem kann es in bestimmten Fällen sinnvoll sein, die rückgewonnene Energie aufzuteilen und an eine Mehrzahl von Verbrauchern oder Speichern weiterzuleiten. So kann insbesondere bei Fahrzeugen mit Elektroantrieben bei der Energierückgewinnung eine sehr hohe Leistungsabgabe auftreten. Das heißt in sehr kurzer Zeit wird eine große Energiemenge erzeugt, die zu verbrauchen oder zu speichern sind. Solche Energiemengen können beispielsweise durch eine Steuerungseinrichtung überwacht und verteilt werden. Hierbei ist es dann beispielsweise sinnvoll einen Teil der E- nergie in einer Heizeinrichtung zu verbrauchen und einen anderen Teil in einer Speichereinrichtung zu speichern, wobei beide Schritte in Abhängigkeit von der aufzunehmenden Energiemenge parallel oder nacheinander ausführbar sind.
Wie bereits zuvor erwähnt, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise vorgesehen, das Verfahren nach Schritt (b) mittels wenigstens eines Elektromotors oder Generators auszuführen. Solche Elektromotoren und/oder Generatoren finden in modernen Fahrzeugen, beispielsweise mit Hybridantrieb oder mit reinem Elektroantrieb, bereits Anwendung und können zur Erzeugung von elektrischen Strömen und damit als Energiewandler genutzt werden. Aber auch bei bisher ausschließlich von Verbrennungskraftmaschinen getriebenen Fahrzeugen können solche Elektromotoren oder Generatoren zusätzlich als Antriebs- oder als Energiewandler im Fahrzeug angeordnet werden.
Darüber hinaus wird bevorzugterweise im Rahmen des vorliegenden Verfahrens zur Durchführung des Schrittes (d) als Heizvorrichtung wenigstens ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper eingesetzt. Ein solcher elektrisch beheizbarer Wabenkörper kann wahlweise keramisch oder metallisch oder aus einer Kombination beider Werkstoffarten ausgebildet sein. Derartige heizbare Wabenkörper sind zudem in der Technik bereits in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt und haben sich darüber hinaus auch bewährt. Bevorzugt sind dabei Wabenkörper, die mit zumindest teilweise strukturierten Blechlagen aufgebaut sind, die elektrisch voneinander isolierte, gewundene Strompfade bilden, die sich über den Querschnitt des Wabenkörpers erstrecken.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn während des Schrittes (d) ein Abgasmas- senstrom zumindest teilweise rückgeführt wird. Hierdurch kann der relativ kalte und aufzuheizende Abgasmassenstrom erheblich in seiner Masse reduziert werden, indem dieser zumindest teilweise wieder zurück in den Verbrennungsmotor gleitet wird. Durch die Reduzierung des aufzuheizenden Abgasmassenstroms kann der verbleibende nicht rückgeführte Abgasmassenstrom dann auf eine höhe- re Temperatur aufgeheizt werden oder es kann die zur Aufheizung erforderliche Heizleistung ohne Temperaturabsenkung entsprechend verringert werden. Alternativ kann auch beides der Fall sein. Insbesondere eine Reduzierung der Heizleistung entlastet das elektrische System des Fahrzeuges und ermöglicht eine verlängerte Heizzeit mit der rückgewonnenen Energie.
Besonders vorteilhaft findet die Erfindung Einsatz in einem Kraftfahrzeug, umfassend wenigstens ein Antriebsmittel und eine Abgasanlage mit wenigstens einer regelbaren und mit Abgas in Kontakt bringbaren Heizvorrichtung, bei dem zumindest die mit einer Steuerungseinrichtung verbundene Heizvorrichtung zur Durchführung des hier erfindungsgemäß beschriebenen Verfahrens eingerichtet ist.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren besonders bevorzugte Aus- führungsvarianten der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt ist. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 : eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeuges zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig.2: eine Draufsicht auf das Fahrzeug nach Fig. 1;
Fig. 3: eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges; und Fig. 4: eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges.
In Fig. 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Kraftfahrzeug 1 besteht aus verschiedenen Komponenten, zu denen unter anderem ein Antriebsmittel 2, eine Abgasanlage 3 sowie eine Heizvorrichtung 4 gehören. Das Antriebsmittel 2 ist als Verbrennungsmotor 5 ausgebildet, der ein Abgas 6 produziert und durch die Abgasanlage 3 hin zu einem Katalysator 7 fördert, von wo es behandelt durch einen hinteren Teil der Abgasanlage 3 zu einer Fahrzeugrückseite 8 geleitet wird, an der es ins Freie austritt. Der Katalysator 7 umfasst neben der Heizvorrichtung 4 noch einen (wenigstens einen weiteren) Wabenkörper 9, der metallisch oder keramisch ausgebildet und mit verschiedenen katalytisch aktiven, adsorbierenden oder weiteren Beschichtungen versehen sein kann. In dem Wabenkörper 9 wird das bisher unvollständig „gereinigte" Abgas 6 bei entsprechenden Temperaturen behandelt. Zur Erreichung der für die Umwandlung günstigen bzw. erforderlichen Temperaturen ist die Heizvorrichtung 4 stromaufwärts des Wabenkörpers 9 angeordnet.
An den Rädern 10 sind jeweils Energiewandler 11 angeordnet, die über Leitungsmittel 12 mit der Heizvorrichtung 4 verbunden sind. Weiterhin sind die E- nergiewandler 11 über Steuerleitungen 13 mit einer Steuerungseinrichtung 14 verbunden.
In Fig. 2 ist das Kraftfahrzeug 1 aus Fig. 1 in einer Draufsicht dargestellt. Dort ist wiederum die Steuerungseinrichtung 14 erkennbar, die über Steuerleitungen 13 mit jedem der vier Energiewandler 11 und zusätzlich mit dem Verbrennungsmotor 5 verbunden ist. Die Steuerleitungen 13 dienen dabei wahlweise zum Senden von Steuerbefehlen oder zur Abfrage von Messwerten und Parametern. Der Begriff Steuerleitung ist damit auch im Sinne einer Signalübertragungsleitung zu verstehen. In Fig. 2 ist zudem deutlich erkennbar, dass an jedem der Räder 10 ein Ener- giewandler 11 angeordnet ist. Die in jedem der Energiewandler 11 rückgewonne- ne elektrische Energie wird über die Leitungsmittel 12 direkt in die Heizvorrichtung 4 eingeleitet. Bei der gezeigten Ausführungsform erfolgt die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, indem die Steuerungseinrichtung 14 zunächst das Vorliegen der Möglichkeit zur Energierückgewinnung erkennt und anschließend über die Steuerleitungen 13 Signale an die Energiewandler 11 abgibt, um diese zu aktivieren. Nach der Aktivierung der Energiewandler 11, wird durch diese die Bewegungsenergie der sich drehenden Räder rückgewonnen und über die Leitungsmittel 12 in Form eines elektrischen Stromes zur Heizvorrichtung 4 weitergeleitet, wo sie entsprechend den dargestellten Pfeilen eingeleitet und zur Aufhei- zung des Abgases 6 in Wärme umgewandelt wird. Die Energieumwandler 11 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als mitlaufende Generatoren ausgebildet, die fortlaufend an die Räder 10 angekoppelt sind. Sie können dabei beispielsweise so ausgelegt sein, dass sie im inaktivierten Zustand nahezu widerstandslos mit den Rädern mitdrehen und diese nicht abbremsen. Erst im Zeitpunkt ihrer Aktivierung kann ein geringer Erregerstrom auf die Generatoren aufgelegt werden, wodurch diese als Generatoren aktiviert werden und mit der Erzeugung von elektrischer Energie beginnen. Bei einer anderen Ausführungsform ist es durchaus auch möglich, die Generatoren fortwährend mitlaufen zu lassen, und nur im Falle einer Aktivierung den Leitungskontakt zu der Heizvorrichtung 4 herzu- stellen und damit einen Verbraucherkreis zu schließen.
Somit kann beispielsweise eine einfache Steuerung wahlweise durch der Zuschal- tung des Verbrauchers in Form der Heizvorrichtung 4 oder durch Anlegen eines Erregerstroms an die Generatoren erfolgen.
In Fig. 3 ist nun eine Draufsicht auf ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt, bei dem das Antriebsmittel 2 wiederum als Verbrennungsmotor 5 ausgelegt ist. Zusätzlich ist an einer Vorderachse 15 des Kraftfahrzeuges 1 als Energiewandler 11 ein Elektromotor 16 angeordnet. Der Aufbau des Katalysators 7 entspricht dem des zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschriebenen Katalysators 7. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung wiederum über eine Steuerleitung 13 mit dem Verbrennungsmotor 5 verbunden und kann so Messwerte und Parameter von diesem erfassen. Zusätzlich ist die Steuerungseinrichtung 14 über Leitungsmittel 12 sowohl mit dem Elektromotor 16 als auch mit der Heizvorrich- tung 14 verbunden. Wird nun durch die Steuerungseinrichtung 14 eine Möglichkeit zur Energierückgewinnung erfasst, so aktiviert sie den Elektromotor 16 als Energiewandler 11, so dass dieser über das Leitungsmittel 12 Energie in Form eines elektrischen Stromes bereitstellt, der durch die Steuerungseinrichtung 14 an die Heizvorrichtung 4 weitergeleitet wird und dort zur Aufheizung des durch die Abgasanlage 3 durchströmenden Abgases 6 genutzt wird. Das gezeigte Fahrzeug entspricht dabei im Wesentlichen einem so genannten Hybrid-Fahrzeug, bei dem die Antriebsenergie zunächst in einem Verbrennungsmotor erzeugt und teilweise direkt von diesem auf die Räder 10 übertragen wird. In anderen Fahrzuständen wird die durch den Verbrennungsmotor 5 erzeugte Energie zwischengespeichert und anschließend über den Elektromotor 16 an die Räder 10 übertragen. Bei einem solchen Hybrid-Fahrzeug kann die vorliegende Erfindung, wie zuvor gezeigt, ebenfalls in vorteilhafter Weise angewandt werden.
In Fig. 4 ist nun eine Draufsicht auf eine weitere mögliche Ausführungsform eines Kraftfahrzeuges 1 dargestellt, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Auch hierbei ist das Antriebsmittel 2 wiederum als Verbrennungsmotor 5 ausgeführt. Sowohl an der Vorderachse 15 als auch an einer Hinterachse 17 befindet sich jeweils ein Elektromotor 16. Beide Elektromotoren 16 sind als Energieumwandler 11 nutzbar. Im Unterschied zu der in Fig. 3 gezeig- ten Aus führungs form, kann die Steuerungseinrichtung 14 damit im Falle der E- nergierückgewinnung elektrische Energie von zwei Antriebsachsen 15, 17 erhalten. Darüber hinaus verfügt dieses Ausführungsbeispiel aber auch noch über einen Energiespeicher 18, der mit mehreren so genannten Superkondensatoren ausgebildet ist. Die Steuerungseinrichtung 14 kann damit besonders gut an komplexe Fahrzustände und Fahrzeugzustände, insbesondere Zustände des elektrischen Sys- tems, angepasst werden. So ist es beispielsweise möglich, die von den Elektromotoren 16 bereitgestellte elektrische Energie, welche im Falle der Energierückgewinnung anfällt, wahlweise in die Heizvorrichtung 4 oder zur Zwischenspeiche- rung in den Energiespeicher 18 einzuleiten. Wird der Zustand der Energierückge- winnung dann beendet, und von den Energiewandlern 11 keine weitere elektrische Energie mehr bereitgestellt, so kann die in den Superkondensatoren gespeicherte Energie des Zwischenspeichers 18 wahlweise zum Antrieb der Elektromotoren 16 oder zur Aufheizung der Heizvorrichtung 4 verwendet werden. Bei einer Aufheizung der Heizvorrichtung 4 ist es dann möglich bei einem sich beispielsweise anschließenden Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors 5 anfallende Abgase ohne zeitliche Verzögerung bei hohen Temperaturen besonders wirksam zu reinigen. Die Abgasanlage 3 und insbesondere der Katalysator 7 kann so mittels der im Energiespeicher 18 zwischengespeicherten Energie bzw. der durch die Energiewandler 11 bereitgestellten Energie unmittelbar bei einem erneuten Anfall von Abgasen wieder seine volle Wirkung entfalten und muss nicht erst zunächst aufgeheizt werden, wozu ansonsten zusätzliche externe Heizenergie oder ein längerer Zeitraum mit heißen Abgasen erforderlich wäre, in dem dann aber nur eine teilweise oder schlechte Abgasreinigung erreicht wird. Dabei wird, wie mit den beiden Leitungsmitteln 12 angedeutet, die rückgewonnenen Energie parallel den E- nergiespeichern 18 und der Heizvorrichtung 4 zugeführt.
Im Übrigen ist die vorliegende Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen bzw. Ausführungsbeispiele beschränkt. Im Rahmen der Erfindung ist es durchaus möglich, die dargestellten Anordnungen von Energiewandlern, Steue- rungseinrichtungen und Heizvorrichtungen innerhalb der Abgasanlage in zahlreichen Varianten auszubilden ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen. So kann beispielsweise anstelle der einen Heizvorrichtung eine Vielzahl von Heizvorrichtungen zur Anwendung kommen. Darüber hinaus können, wie auch bereits angedeutet, unterschiedliche Anzahlen von Energieumwandlern 11 und Energiespei- ehern 18, sowie unterschiedlichte Arten von Verbrauchern, durch die Steuerungseinrichtung 14 Berücksichtigung finden.
Bezugszeichenliste
1 Kraftfahrzeug
2 Antriebsmittel
3 Abgasanlage
4 Heizvorrichtung
5 Verbrennungsmotor
6 Abgas
7 Katalysator
8 Fahrzeugrückseite
9 Wabenkörper
10 Rad
11 Energiewandler
12 Leitungsmittel
13 Steuerleitung
14 Steuerungseinrichtung
15 Vorderachse
16 Elektromotor
17 Hinterachse
18 Energiespeicher

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Kraftfahrzeuges (1), das als Komponenten ein Antriebsmittel (2), eine Abgasanlage (3) für Abgase (6) des Antriebsmittels
(2) mit wenigstens einer Heizvorrichtung (4) sowie wenigstens einen Energiewandler (11) aufweist, umfassend zumindest die folgenden Schritte:
(a) Erfassen einer Möglichkeit zur Energierückgewinnung,
(b) Aktivieren des wenigstens einen Energiewandlers (11), (c) Zuführen der von dem wenigstens einen Energiewandler (11) rückgewonnenen Energie zu der Heizvorrichtung (4),
(d) Betreiben der Heizvorrichtung (4) zur Aufheizung des Abgases (6) mit der rückgewonnenen Energie, und
(e) Erfassen eines Endes der Möglichkeit zur Energierückgewinnung, wo- nach der Energiewandler (11) deaktiviert und die Bereitstellung der rückgewonnenen Energie beendet wird.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Patentanspruch, wobei dieses wenigstens bei einer Teillast des Antriebsmittels (2) oder unterhalb einer Abgasmindest- temperatur ausgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Schritte (a) bis (e) von einer mit den Komponenten verbundenen Steuerungseinrichtung (14) ausgeführt werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei durch eine Steuerungseinrichtung (14) fortlaufend zumindest eine Energieaufnahmefähigkeit oder eine Energieabgabefähigkeit wenigstens eines Energiespeichers (18) oder eines Verbrauchers (4) überwacht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei Schritt (b) mittels wenigstens eines Elektromotors (16) oder Generators ausgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei zur Durch- führung des Schrittes (d) als Heizvorrichtung (4) wenigstens ein elektrisch beheizbarer Wabenkörper (9) eingesetzt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei während des Schrittes (d) ein Abgasmassenstrom zumindest teilweise rückgeführt wird.
8. Kraftfahrzeug (1) umfassend wenigstens ein Antriebsmittel (2) und eine Abgasanlage (3) mit wenigstens einer regelbaren und mit Abgas in Kontakt bringbaren Heizvorrichtung (4), bei dem zumindest die Heizvorrichtung (4) mit einer Steuerungseinrichtung (14) verbunden ist, die zur Durchführung ei- nes Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche eingerichtet ist.
EP08701538A 2007-02-06 2008-01-17 Verfahren zum betrieb eines kraftfahrzeuges mit einer abgas-heizvorrichtung Withdrawn EP2115280A1 (de)

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