DE102020126717A1 - Method for exhaust aftertreatment of an internal combustion engine and motor vehicle with such an exhaust aftertreatment system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors (10) in einem Kraftfahrzeug (1). Der Verbrennungsmotor (10) ist auslassseitig mit einem Abgasnachbehandlungssystem (20) verbunden, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch das Abgasnachbehandlungssystem (20) eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (30), stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) ein externes Heizmittel (36) und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (32) angeordnet sind. Dabei werden die Bauteiltemperaturen (TANK1, TANK2) der Abgasnachbehandlungskomponenten sowie deren aktuelle Konvertierungsleistungen ermittelt. In Abhängigkeit von den ermittelten Bauteiltemperaturen (TANK1, TANK2) und den aktuellen Konvertierungsleistungen sowie einer Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) wird das externe Heizmittel (36) aktiviert, wenn die ermittelte Bauteiltemperatur (TANK2) der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (32) unterhalb einer ersten Schwellentemperatur (TS) liegt und die Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) bei der ermittelten Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) voraussichtlich nicht ausreichend ist, um eine vollständige Konvertierung der limitierten Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) sicherzustellen.The invention relates to a method for after-treating the exhaust gas of a spark-ignited internal combustion engine (10) in a motor vehicle (1). The internal combustion engine (10) is connected on the outlet side to an exhaust gas aftertreatment system (20), in which, in the direction of flow of an exhaust gas stream of the internal combustion engine (10) through the exhaust gas aftertreatment system (20), a first exhaust gas aftertreatment component (30), downstream of the first exhaust gas aftertreatment component (30) an external heating means ( 36) and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component (32) are arranged. The component temperatures (TANK1, TANK2) of the exhaust aftertreatment components and their current conversion performance are determined. Depending on the determined component temperatures (TANK1, TANK2) and the current conversion performance as well as a load requirement on the internal combustion engine (10), the external heating means (36) is activated if the determined component temperature (TANK2) of the second exhaust gas aftertreatment component (32) is below a first threshold temperature (TS) and the conversion performance of the first exhaust gas aftertreatment component (30) at the determined load requirement on the internal combustion engine (10) is probably not sufficient to ensure complete conversion of the limited pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit einem Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine in a motor vehicle and a motor vehicle with an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system for carrying out such a method according to the preamble of the independent patent claims.

Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren und einen Partikelfilter. Jede Vorrichtung zur katalytischen Abgasreinigung benötigt zum Erreichen einer Wirksamkeit das Überschreiten einer Mindesttemperatur, der sogenannten Light-off-Temperatur. Bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs liegen der Verbrennungsmotor und die Komponenten zur Abgasnachbehandlung im Temperaturniveau etwa auf Umgebungstemperatur. Auch mit einem hohen Energieeintrag in die Abgasanlage müssen zunächst die thermisch träge Masse der Abgasanlage überwunden und die Strahlungs- beziehungsweise Konvektionsverluste kompensiert werden, um zumindest eine Teilwirksamkeit der Abgasnachbehandlungskomponenten zu erreichen. In dieser Zeit werden die Rohemissionen des Verbrennungsmotors weitgehend ungereinigt emittiert. Abhängig vom Energieeintrag in die Abgasanlage kann dieser Zeitraum verkürzt werden, jedoch niemals auf Null abgesenkt werden. Je schneller die Light-Off-Temperaturen der Katalysatoren erreicht sind, desto emissionsärmer kann der Verbrennungsmotor in Kombination mit dem Abgasnachbehandlungssystem betrieben werden. Darüber hinaus hat das aktiv geheizte Katalysatorvolumen einen signifikanten Einfluss auf die Konvertierungsleistung. Zur Erreichung zukünftiger Emissionsvorschriften kann es daher gegebenenfalls notwendig sein, das Erreichen der Bauteiltemperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten durch eine zusätzliche externe Heizmaßnahme unterstützen zu müssen.The current exhaust gas legislation and one that will become increasingly strict in the future place high demands on engine raw emissions and the exhaust gas aftertreatment of combustion engines. In Otto engines, the exhaust gas is cleaned in a known manner via a three-way catalytic converter, as well as further catalytic converters upstream and downstream of the three-way catalytic converter and a particle filter. Every device for catalytic exhaust gas purification requires a minimum temperature, the so-called light-off temperature, to be exceeded in order to be effective. During a cold start of a motor vehicle, the temperature level of the internal combustion engine and the components for exhaust gas aftertreatment is approximately at ambient temperature. Even with a high energy input into the exhaust system, the thermally inertial mass of the exhaust system must first be overcome and the radiation or convection losses compensated in order to achieve at least partial effectiveness of the exhaust gas aftertreatment components. During this time, the raw emissions from the internal combustion engine are emitted largely untreated. Depending on the energy input into the exhaust system, this period can be shortened, but never reduced to zero. The quicker the light-off temperatures of the catalytic converters are reached, the lower emissions the combustion engine can be operated in combination with the exhaust aftertreatment system. In addition, the actively heated catalyst volume has a significant impact on conversion performance. In order to comply with future emission regulations, it may therefore be necessary to support the achievement of the component temperatures of the exhaust gas aftertreatment components with an additional external heating measure.

Aus der DE 10 2012 021 573 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung eines mit Luft und Kraftstoff betriebenen Brenners bekannt, dessen Brennerabgas mit einem verbrennungsmotorischen Abgas einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine zusammengeführt und ein so erhaltenes Mischabgas einem eine drei-wege-katalytische Funktion aufweisenden Abgaskatalysator zugeführt wird. Die DE 10 2012 021 573 A1 offenbart ferner eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Abgasanlage. Es ist vorgesehen, dass ein Ist-Sauerstoffgehalt des Mischabgases oder eine hiermit korrelierende Größe gemessen wird und eine dem Brenner zugeführte Kraftstoffmenge so beeinflusst wird, dass sich der Ist-Sauerstoffgehalt einem Soll-Sauerstoffgehalt des Mischabgases zumindest annähert.From the DE 10 2012 021 573 A1 a method for controlling or regulating a burner operated with air and fuel is known, the burner exhaust gas of which is combined with an internal combustion engine exhaust gas of a spark-ignited internal combustion engine and a mixed exhaust gas thus obtained is fed to an exhaust gas catalytic converter having a three-way catalytic function. the DE 10 2012 021 573 A1 also discloses an exhaust system configured to carry out the method. It is provided that an actual oxygen content of the mixed exhaust gas or a variable correlating thereto is measured and a quantity of fuel supplied to the burner is influenced in such a way that the actual oxygen content at least approaches a target oxygen content of the mixed exhaust gas.

Die DE 10 2008 032 601 A1 offenbart ein Verfahren zum Einstellen eines Zustandes eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges. Dabei ist in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors ein Abgasbrenner angeordnet. Um ein verbessertes Einstellen des Zustandes des Abgasstroms zu ermöglichen, wird die Einspritzmenge eines Kraftstoffs in den Brenner und die dem Brenner zugeführte Sekundärluft derart geregelt, dass sich aus der Einspritzmenge und dem Sekundärluftmassenstrom ein unterstöchiometrisches Brennerabgas einstellt. Dabei wird der Brenner insbesondere dazu verwendet, um einen Dieselpartikelfilter in der Abgasanlage zu regenerieren.the DE 10 2008 032 601 A1 discloses a method for adjusting a condition of an exhaust flow of an internal combustion engine of a motor vehicle. In this case, an exhaust gas burner is arranged in the exhaust system of the internal combustion engine. In order to enable improved adjustment of the state of the exhaust gas flow, the quantity of fuel injected into the burner and the secondary air supplied to the burner are regulated in such a way that the quantity injected and the secondary air mass flow result in a substoichiometric burner exhaust gas. The burner is used in particular to regenerate a diesel particle filter in the exhaust system.

Die DE 10 2017 113 366 A1 beschreibt ein Verfahren zum Beheizen von Abgasnachbehandlungskomponenten in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors vor einem Start des Verbrennungsmotors. Dabei werden ein elektrisch beheizbarer Drei-Wege-Katalysator und vorzugsweise auch ein stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneter Vier-Wege-Katalysator beheizt, um bereits ab dem Start des Verbrennungsmotors eine effiziente Abgasnachbehandlung der Rohemissionen des Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Das Abgasnachbehandlungssystem ist ferner dazu eingerichtet, auch während einer Regeneration des Vier-Wege-Katalysators eine effiziente Umsetzung der Schadstoffe zu ermöglichen und somit in allen Betriebszuständen des Verbrennungsmotors besonders niedrige Emissionen zu gewährleisten.the DE 10 2017 113 366 A1 describes a method for heating exhaust gas aftertreatment components in the exhaust system of an internal combustion engine before starting the internal combustion engine. An electrically heatable three-way catalytic converter and preferably also a four-way catalytic converter arranged downstream of the three-way catalytic converter are heated in order to enable efficient exhaust aftertreatment of the raw emissions from the internal combustion engine right from the start of the internal combustion engine. The exhaust aftertreatment system is also set up to enable efficient conversion of the pollutants even during regeneration of the four-way catalytic converter and thus to ensure particularly low emissions in all operating states of the internal combustion engine.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug bei sämtlichen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs eine möglichst hohe Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungskomponenten sicherzustellen.The invention is now based on the object of ensuring the highest possible conversion performance of the exhaust gas aftertreatment components in a spark-ignited internal combustion engine in a motor vehicle in all operating states of the motor vehicle.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug gelöst. Der Verbrennungsmotor ist mit seinem Auslass mit einem Abgasnachbehandlungssystem verbunden, welches eine Abgasanlage aufweist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal der Abgasanlage eine erste Abgasnachbehandlungskomponente, stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente ein externes Heizmittel und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet sind. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

  • - Ermitteln einer Bauteiltemperatur der ersten Abgasnachbehandlungskomponente und einer Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente,
  • - Ermitteln einer Bauteiltemperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente und/oder einer Konvertierungsleitung der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente,
  • - Vergleichen der Bauteiltemperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente mit einer ersten Schwellentemperatur,
  • - Ermitteln einer Lastanforderung an den Verbrennungsmotor, und
  • - Aktivieren des externen Heizmittels, wenn die ermittelte Bauteiltemperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente unterhalb der ersten Schwellentemperatur liegt und die Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente bei der ermittelten Lastanforderung an den Verbrennungsmotor voraussichtlich nicht ausreichend ist, um eine vollständige Konvertierung der limitierten Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors sicherzustellen.
This object is achieved by a method for treating the exhaust gas of a spark-ignited internal combustion engine in a motor vehicle. The internal combustion engine is connected at its outlet to an exhaust gas aftertreatment system, which has an exhaust system in which a first exhaust gas aftertreatment component, downstream of the first exhaust gas aftertreatment component, an external heating means and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component are arranged in the flow direction of an exhaust gas stream of the internal combustion engine through an exhaust gas duct of the exhaust system. The procedure includes the following steps:
  • - Determining a component temperature of the first exhaust gas aftertreatment component and a conversion performance of the first exhaust gas aftertreatment component,
  • - Determining a component temperature of the second exhaust gas aftertreatment component and/or a conversion line of the second exhaust gas aftertreatment component,
  • - comparing the component temperature of the second exhaust aftertreatment component with a first threshold temperature,
  • - determining a load requirement on the internal combustion engine, and
  • - Activation of the external heating means if the determined component temperature of the second exhaust gas aftertreatment component is below the first threshold temperature and the conversion performance of the first exhaust gas aftertreatment component is not likely to be sufficient for the load demand determined on the internal combustion engine to ensure complete conversion of the limited pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine.

Das Ermitteln der Bauteiltemperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten kann durch eine Temperaturmessung in der Abgasanlage, insbesondere durch einen Temperatursensor an einer der Abgasnachbehandlungskomponenten, oder durch ein Berechnungsmodell erfolgen, welches die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten in Abhängigkeit der Last des Verbrennungsmotors und gegebenenfalls weiterer Parameter, insbesondere der Umwelttemperatur, berechnet. Ein solches Verfahren ermöglicht es, bedarfsgerecht die Abgasnachbehandlungskomponenten auf ihre jeweilige Betriebstemperatur zu bringen und somit eine besonders effiziente Konvertierung der Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors zu erreichen. Ferner können unnötige Heizmaßnahmen, welche den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors mindern und zu einem Mehrverbrauch führen würden, vermieden werden. Unter externen Heizmitteln sind motorexterne Heizmaßnahmen in der Abgasanlage, also ein externer Wärmeeintrag in die Abgasanlage, zu verstehen. Die externen Heizmittel umfassen insbesondere einen Abgasbrenner oder ein elektrisches Heizelement. The component temperatures of the exhaust gas aftertreatment components can be determined by measuring the temperature in the exhaust system, in particular by a temperature sensor on one of the exhaust gas aftertreatment components, or by a calculation model that calculates the temperature of the exhaust gas aftertreatment components depending on the load on the internal combustion engine and possibly other parameters, in particular the ambient temperature . Such a method makes it possible to bring the exhaust gas aftertreatment components to their respective operating temperature as required and thus to achieve a particularly efficient conversion of the pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine. Furthermore, unnecessary heating measures, which would reduce the efficiency of the internal combustion engine and lead to increased consumption, can be avoided. External heating means are to be understood as meaning engine-external heating measures in the exhaust system, ie an external heat input into the exhaust system. The external heating means comprise in particular an exhaust gas burner or an electric heating element.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten zusätzlichen Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors möglich.The additional features listed in the dependent claims allow advantageous improvements and further developments of the method for exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine listed in the independent claim.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das externe Heizmittel unmittelbar nach einem Motorstart des Verbrennungsmotors aktiviert wird. Da unmittelbar nach dem Motorstart sämtliche Abgasnachbehandlungskomponenten noch nicht ihre Betriebstemperatur erreicht haben, kann durch das gleichzeitige Aufheizen der ersten Abgasnachbehandlungskomponente mittels innermotorischer Heizmaßnahmen und das Aufheizen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente durch die externen Heizmittel zeitnah ein großes katalytisch wirksames Volumen zur Verfügung gestellt werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the external heating means is activated immediately after the internal combustion engine is started. Since all exhaust gas aftertreatment components have not yet reached their operating temperature immediately after the engine starts, a large catalytically effective volume can be made available promptly by simultaneously heating up the first exhaust gas aftertreatment component using internal engine heating measures and heating up the second exhaust gas aftertreatment component using external heating means.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das externe Heizmittel aktiviert wird, wenn eine aktuelle oder bevorstehende höhere Lastanforderung an den Verbrennungsmotor detektiert wird. Dadurch kann vermieden werden, dass es bei einem plötzlichen Lastsprung zu einem Emissionsdurchbruch durch die erste Abgasnachbehandlungskomponente kommt und diese Emissionen unkonvertiert in die Umwelt emittiert werden.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the external heating means is activated when a current or upcoming higher load requirement on the internal combustion engine is detected. This can prevent emissions from breaking through the first exhaust gas aftertreatment component in the event of a sudden load jump, and these emissions being emitted unconverted into the environment.

Alternativ ist in einer vorteilhaften Ausführung des Verfahrens vorgesehen, dass das externe Heizmittel aktiviert wird, wenn die Lastanforderung an den Verbrennungsmotor für ein definiertes Zeitintervall einen Schwellenwert unterschreitet. Bei einem längeren Schwachlastbetrieb kann es dazu kommen, dass die zweite Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage unter ihre Light-Off-Temperatur auskühlt. Um dies zu vermeiden, wird das externe Heizmittel bei einer längeren Schwachlastphase aktiviert, um die zweite Abgasnachbehandlungskomponente auf einer Temperatur zu halten, bei der eine effiziente Konvertierung von Schadstoffen möglich ist.Alternatively, an advantageous embodiment of the method provides for the external heating means to be activated when the load requirement on the internal combustion engine falls below a threshold value for a defined time interval. In the case of prolonged low-load operation, the second exhaust aftertreatment component in the underbody position can cool down below its light-off temperature. In order to avoid this, the external heating means is activated during a longer low-load phase in order to keep the second exhaust gas aftertreatment component at a temperature at which efficient conversion of pollutants is possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Abgasnachbehandlung ist vorgesehen, dass das externe Heizmittel aktiviert wird, wenn die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente eine zweite Schwellentemperatur unterschreitet. Alternativ kann das externe Heizmittel auch direkt durch die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente angesteuert werden, wenn diese Temperatur sich der Light-Off-Temperatur nähert und die Gefahr einer mangelnden Wirksamkeit der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente besteht.In an advantageous embodiment of the method for exhaust gas aftertreatment, it is provided that the external heating means is activated when the temperature of the second exhaust gas aftertreatment component falls below a second threshold temperature. Alternatively, the external heating means can also be controlled directly by the temperature of the second exhaust gas aftertreatment component if this temperature approaches the light-off temperature and there is a risk that the second exhaust gas aftertreatment component will be ineffective.

Ein weiterer Teilaspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor, welcher mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage eines Abgasnachbehandlungssystems verbunden ist. In der Abgasanlage sind in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors durch einen Abgaskanal der Abgasanlage eine erste Abgasnachbehandlungskomponente, stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente ein externes Heizmittel und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente angeordnet. Das Kraftfahrzeug weist ferner ein Steuergerät, insbesondere ein Motorsteuergerät, auf, welches dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren auszuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Bei einem solchem Kraftfahrzeug ist eine besonders effektive und energieeffiziente Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors möglich.A further partial aspect of the invention relates to a motor vehicle with a spark-ignited internal combustion engine, the outlet of which is connected to an exhaust system of an exhaust gas aftertreatment system. In the exhaust system, in the direction of flow of an exhaust gas stream of the internal combustion engine, the exhaust gas is routed through an exhaust gas duct layer a first exhaust gas aftertreatment component, downstream of the first exhaust gas aftertreatment component an external heating means and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component. The motor vehicle also has a control unit, in particular an engine control unit, which is set up to execute such a method when a machine-readable program code is executed by the control unit. In such a motor vehicle, particularly effective and energy-efficient exhaust gas aftertreatment of the internal combustion engine is possible.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kraftfahrzeuges ist vorgesehen, dass das externe Heizmittel ein Abgasbrenner ist. Durch einen Abgasbrenner kann in kurzer Zeit eine vergleichsweise hohe Wärmemenge in die Abgasanlage eingebracht werden, wodurch sich die zweite Abgasnachbehandlungskomponente besonders schnell erwärmt. Dadurch kann der Zeitraum, bis die zweite Abgasnachbehandlungskomponente ihre Light-Off-Temperatur erreicht hat, verkürzt werden.In a preferred embodiment of the motor vehicle, it is provided that the external heating means is an exhaust gas burner. A comparatively high amount of heat can be introduced into the exhaust system in a short time by an exhaust gas burner, as a result of which the second exhaust gas aftertreatment component heats up particularly quickly. As a result, the period of time until the second exhaust aftertreatment component has reached its light-off temperature can be shortened.

Alternativ oder zusätzlich ist mit Vorteil vorgesehen, dass das externe Heizmittel ein elektrisches Heizelement umfasst. Durch ein elektrisches Heizelement ist eine besonders exakte Regelung der Temperatur in der Abgasanlage möglich. Ferner ist ein elektrisches Heizelement im Vergleich zu einem Abgasbrenner kleiner und kostengünstiger.Alternatively or additionally, it is advantageously provided that the external heating means comprises an electrical heating element. An electric heating element enables the temperature in the exhaust system to be regulated particularly precisely. Furthermore, an electric heating element is smaller and cheaper compared to an exhaust gas burner.

Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die Heizleistung des externen Heizmittels eine Heizleistung von mindestens 5 KW aufweist. Durch eine Heizleistung von mindestens 5 KW, vorzugsweise von mindesten 8 KW, besonders bevorzugt von mindestens 10 KW kann die zweite Abgasnachbehandlungskomponente in einem besonders kurzen Zeitintervall auf ihre Light-Off-Temperatur aufgeheizt werden. Dies ist insbesondere bei einem (bevorstehenden) Lastsprung, insbesondere einer Volllastbeschleunigung nützlich, um die zweite Abgasnachbehandlungskomponente auf ihre Light-Off-Temperatur aufzuheizen, bevor es zu einem Emissionsdurchbruch durch die erste Abgasnachbehandlungskomponente kommt.It is particularly preferred if the heat output of the external heating means has a heat output of at least 5 KW. With a heat output of at least 5 KW, preferably at least 8 KW, particularly preferably at least 10 KW, the second exhaust gas aftertreatment component can be heated to its light-off temperature in a particularly short time interval. This is particularly useful in the event of an (imminent) load jump, in particular full load acceleration, in order to heat the second exhaust gas aftertreatment component to its light-off temperature before emissions break through through the first exhaust gas aftertreatment component.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs ist vorgesehen, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente jeweils eine katalytische Drei-Wege-Funktionalität aufweisen. Durch zwei Abgasnachbehandlungskomponenten mit einer katalytischen Drei-Wege-Funktion kann auf einfache Art und Weise ein besonders großes katalytisch wirksames Volumen zur Verfügung gestellt werden, um die Emissionen des Verbrennungsmotors an jedem Betriebspunkt effektiv zu konvertieren.In an advantageous embodiment of the motor vehicle, it is provided that the first exhaust gas aftertreatment component and the second exhaust gas aftertreatment component each have a catalytic three-way functionality. A particularly large catalytically active volume can be made available in a simple manner by two exhaust gas aftertreatment components with a catalytic three-way function in order to effectively convert the emissions of the internal combustion engine at each operating point.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des Kraftfahrzeuges ist vorgesehen, dass das Kraftfahrzeug mindestens ein Detektionsmittels aufweist, über welches ein bevorstehender Anstieg der Lastanforderung an den Verbrennungsmotor erkennbar ist, wobei das Steuergerät das externe Heizmittel aktiviert, wenn das Detektionsmittel einen bevorstehenden Anstieg der Lastanforderung an den Verbrennungsmotor detektiert hat. Durch Detektionsmittel kann das Umfeld um das Kraftfahrzeug und/oder die Position des Kraftfahrzeuges ermittelt werden. Dabei umfassen die Detektionsmittel insbesondere eine Kamera und/oder einen GPS-Sensor. Dabei kann aufgrund der befahrenen Strecke und/oder aufgrund der Verkehrssituation eine bevorstehende wahrscheinliche Lastanforderung an den Verbrennungsmotor ermittelt werden. So kann beispielsweise beim Auffahren auf eine Autobahn oder am Fuße einer Steigung erkannt werden, dass demnächst einen hohe Lastanforderung bevorsteht und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente mittels des externen Heizmittels aufgeheizt werden, bevor die entsprechende Lastanforderung an den Verbrennungsmotor erfolgt. Auf diese Art und Weise können die Emissionen des Verbrennungsmotors besonders effektiv vermindert werden.In a preferred embodiment of the motor vehicle, it is provided that the motor vehicle has at least one detection means, via which an imminent increase in the load requirement on the internal combustion engine can be identified, with the control unit activating the external heating means when the detection means detects an imminent increase in the load requirement on the internal combustion engine Has. The environment around the motor vehicle and/or the position of the motor vehicle can be determined by detection means. In this case, the detection means include in particular a camera and/or a GPS sensor. In this context, an imminent, probable load requirement on the internal combustion engine can be determined on the basis of the route traveled and/or on the basis of the traffic situation. For example, when driving onto a freeway or at the foot of an incline, it can be recognized that a high load requirement is imminent and the second exhaust gas aftertreatment component is heated by the external heating means before the corresponding load requirement is placed on the internal combustion engine. In this way, the emissions from the internal combustion engine can be reduced particularly effectively.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.Unless stated otherwise in the individual case, the various embodiments of the invention mentioned in this application can advantageously be combined with one another.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuges,
  • 2 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem;
  • 3 eine alternative Ausgestaltung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem in schematischer Darstellung;
  • 4 eine weitere alternative Ausgestaltung eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasnachbehandlungssystem in schematischer Darstellung; und
  • 5 ein Ablaufschema zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Identical components or components with the same function are identified in the different figures with the same reference numbers. Show it:
  • 1 a schematic representation of a motor vehicle,
  • 2 a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system;
  • 3 an alternative embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system in a schematic representation;
  • 4 a further alternative embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system in a schematic representation; and
  • 5 a flow chart for carrying out a method according to the invention for the exhaust aftertreatment of an internal combustion engine in a motor vehicle.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Verbrennungsmotor 10. Der Verbrennungsmotor 10 ist als fremdgezündeter Verbrennungsmotor 10 nach dem Ottoprinzip ausgeführt und weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an denen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 und eine Zündkerze 16 angeordnet sind. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 22 eines Abgasnachbehandlungssystems 20 verbunden. Das Kraftfahrzeug 1 weist mindestens ein Detektionsmittel 76, vorzugsweise eine Mehrzahl von Detektionsmitteln 76 auf, mit welchen die Umgebung des Kraftfahrzeuges, die Position des Kraftfahrzeuges, die Fahrtrichtung, die Geschwindigkeit, die Umwelt und ggf. weitere Parameter erfasst werden können. Die Detektionsmittel 76 können insbesondere einen GPS-Sensor 66 zur Erfassung der Position und Positionsänderung des Kraftfahrzeuges 1 umfassen. Die Detektionsmittel 76 können ferner eine oder mehrere optische Detektionsmittel 76, insbesondere eine oder mehrere Kamera(s) 68, umfassen. Die Detektionsmittel 76 sind mit einer Datentransfereinheit 70 verbunden, welche die Informationen der Detektionsmittel verarbeitet und mit weiteren Fahrzeug-internen oder Fahrzeug-externen Datenquellen, insbesondere einem Fahrassistenzsystem des Kraftfahrzeuges 1, einem Navigationssystem oder einem externen Rechenzentrum austauscht. Dazu weist das Kraftfahrzeug 1 eine Sendeeinheit 62 und eine Empfangseinheit 64 auf. Die Sendeeinheit 62 und die Empfangseinheit 64 können auch in einem Bauteil integriert sein. 1 shows a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 10. The internal combustion engine 10 is designed as a spark-ignited internal combustion engine 10 according to the Otto principle and has a plurality of combustion chambers 12, on each of which a fuel injector 14 and a spark plug 16 are arranged. The internal combustion engine 10 is connected with its outlet 18 to an exhaust system 22 of an exhaust gas aftertreatment system 20 . The motor vehicle 1 has at least one detection means 76, preferably a plurality of detection means 76, with which the surroundings of the motor vehicle, the position of the motor vehicle, the direction of travel, the speed, the environment and possibly other parameters can be detected. The detection means 76 can in particular include a GPS sensor 66 for detecting the position and change in position of the motor vehicle 1 . The detection means 76 can also include one or more optical detection means 76, in particular one or more camera(s) 68. The detection means 76 are connected to a data transfer unit 70, which processes the information from the detection means and exchanges it with other vehicle-internal or vehicle-external data sources, in particular a driver assistance system of the motor vehicle 1, a navigation system or an external data center. For this purpose, the motor vehicle 1 has a transmitting unit 62 and a receiving unit 64 . The transmission unit 62 and the reception unit 64 can also be integrated in one component.

2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10, welcher mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 22 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist vorzugsweise als Ottomotor mit Benzin-Direkteinspritzung ausgeführt und weist eine Mehrzahl von Brennräumen 12 auf, an denen jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet ist. Ferner ist jedem Brennraum 12 eine Zündkerze 16 zugeordnet, um ein zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in dem jeweiligen Brennraum 12 des Verbrennungsmotors 10 zu entzünden. 2 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10, which is connected to an exhaust system 22 with its outlet 18. The internal combustion engine 10 is preferably designed as an Otto engine with direct gasoline injection and has a plurality of combustion chambers 12, on each of which a fuel injector 14 for injecting a fuel into the respective combustion chamber 12 is arranged. Furthermore, a spark plug 16 is assigned to each combustion chamber 12 in order to ignite an ignitable fuel-air mixture in the respective combustion chamber 12 of the internal combustion engine 10 .

Der Verbrennungsmotor 10 weist ein Abgasnachbehandlungssystem 20 mit einer Abgasanlage 22 auf. Die Abgasanlage 22 umfasst einen Abgaskanal 24, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors 10 durch den Abgaskanal 24 eine Turbine 28 eines Abgasturboladers 26, stromabwärts der Turbine 28 eine erste Abgasnachbehandlungskomponente 30, insbesondere ein erster Drei-Wege-Katalysator 44, stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 30 ein externes Heizmittel 36, insbesondere ein Abgasbrenner 38, und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32, insbesondere ein zweiter Drei-Wege-Katalysator 46, angeordnet sind. Die erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 ist als motornahe Abgasnachbehandlungskomponente 72 und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 als Abgasnachbehandlungskomponente in einer Unterbodenposition 74 des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet. An der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 30 ist ein erster Temperatursensor 52 angeordnet. Die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 weist einen zweiten Temperatursensor 54 auf. Stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 32 ist ein Abgassensor 58, insbesondere ein Sensor zur Erfassung einer Schadstoffkonzentration im Abgaskanal 24, angeordnet. Alternativ kann der Verbrennungsmotor 10 auch als Saugmotor ausgeführt sein, wobei in diesem Falle der Abgasturbolader 26 mit der Turbine 28 entfällt. Ferner kann alternativ eine der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten 30, 32 als Vier-Wege-Katalysator 50 ausgeführt sein, um zusätzlich zu der katalytischen Funktion Partikel aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 zu filtern. Am Abgaskanal 24 ist eine Einleitstelle 40 ausgebildet, an welcher das Abgas des Abgasbrenners 38 in den Abgaskanal 24 des Verbrennungsmotors 10 eingeleitet werden kann. Alternativ zu einem Abgasbrenner 38 kann des externe Heizmittel 36 auch wie in 4 dargestellt als ein elektrisches Heizelement 42 ausgeführt sein.Internal combustion engine 10 has an exhaust aftertreatment system 20 with an exhaust system 22 . Exhaust system 22 includes an exhaust gas duct 24, in which, in the direction of flow of an exhaust gas flow from internal combustion engine 10 through exhaust gas duct 24, is a turbine 28 of an exhaust gas turbocharger 26, downstream of turbine 28 a first exhaust gas aftertreatment component 30, in particular a first three-way catalytic converter 44, downstream of the first Exhaust gas aftertreatment component 30, an external heating means 36, in particular an exhaust gas burner 38, and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component 32, in particular a second three-way catalytic converter 46, are arranged. The first exhaust gas aftertreatment component 30 is arranged as an exhaust gas aftertreatment component 72 close to the engine and the second exhaust gas aftertreatment component 32 as an exhaust gas aftertreatment component in an underbody position 74 of the motor vehicle 1 . A first temperature sensor 52 is arranged on first exhaust gas aftertreatment component 30 . The second exhaust aftertreatment component 32 has a second temperature sensor 54 . An exhaust gas sensor 58 , in particular a sensor for detecting a pollutant concentration in the exhaust gas duct 24 , is arranged downstream of the second exhaust gas aftertreatment component 32 . Alternatively, the internal combustion engine 10 can also be designed as a naturally aspirated engine, in which case the exhaust gas turbocharger 26 with the turbine 28 is omitted. Alternatively, one of the two exhaust gas aftertreatment components 30, 32 can be designed as a four-way catalytic converter 50 in order to filter particles from the exhaust gas flow of the internal combustion engine 10 in addition to the catalytic function. An introduction point 40 is formed on the exhaust gas duct 24 , at which the exhaust gas from the exhaust gas burner 38 can be introduced into the exhaust gas duct 24 of the internal combustion engine 10 . As an alternative to an exhaust gas burner 38, the external heating means 36 can also be used as in 4 shown as an electric heating element 42 .

In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 20 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 2 ausgeführt, ist stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 30 eine weitere, motornahe Abgasnachbehandlungskomponenten 34, 72 angeordnet. Diese weitere Abgasnachbehandlungskomponente kann insbesondere ein Ottopartikelfilter 48 sein. In diesem Fall liegt das externe Heizmittel 36 beziehungsweise die Einleitstelle 40 des Abgasbrenners 38 stromabwärts der weiteren Abgasnachbehandlungskomponente 34 und stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 32, welche in einer Unterbodenposition des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet ist. Alternativ zu einem Ottopartikelfilter 48 kann die weitere Abgasnachbehandlungskomponente 34 auch als ein weiterer Katalysator ausgeführt sein.In 3 An alternative exemplary embodiment of an internal combustion engine 10 with an exhaust gas aftertreatment system 20 is illustrated. With essentially the same structure as 2 executed, downstream of the first exhaust gas aftertreatment component 30 is another exhaust gas aftertreatment component close to the engine 34 , 72 . This additional exhaust gas aftertreatment component can be a gasoline particle filter 48 in particular. In this case, the external heating means 36 or the introduction point 40 of the exhaust gas burner 38 is located downstream of the further exhaust gas aftertreatment component 34 and upstream of the second exhaust gas aftertreatment component 32, which is arranged in an underbody position of the motor vehicle 1. As an alternative to an Otto particle filter 48, the additional exhaust gas aftertreatment component 34 can also be designed as an additional catalytic converter.

In 4 ist ein weiteres alternatives Ausführungsbeispiel eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 20 dargestellt. Bei im Wesentlichen gleichem Aufbau wie zu 2 und 3 beschrieben, weist das in 4 dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 20 eine motornahe Abgasnachbehandlungskomponente 72 und zwei Abgasnachbehandlungskomponenten 32, 34, 74 in Unterbodenposition auf. Dabei ist die motornahe erste Abgasnachbehandlungskomponente 30, 72 vorzugsweise als Drei-Wege-Katalysator 44 ausgeführt. Die beiden Abgasnachbehandlungskomponenten 32, 34, 74 in Unterbodenposition sind vorzugsweise als zweiter Drei-Wege-Katalysator 46 und als Ottopartikelfilter 48 ausgeführt, wobei die Reihenfolge, in welcher der zweite Drei-Wege-Katalysator 46 und der Ottopartikelfilter 48 durchströmt werden, beliebig ist. Das externe Heizmittel 36 ist in 4 als elektrisches Heizelement 42 ausgeführt, alternativ kann aber auch wie in 2 oder 3 dargestellt an gleicher Stelle ein Abgasbrenner 38 vorgesehen werden.In 4 Another alternative exemplary embodiment of an internal combustion engine 10 with an exhaust gas aftertreatment system 20 is illustrated. With essentially the same structure as 2 and 3 described, the in 4 Exhaust gas aftertreatment system 20 shown has a close-coupled exhaust gas aftertreatment component 72 and two exhaust gas aftertreatment components 32, 34, 74 in the underbody position. The first exhaust gas aftertreatment component 30 , 72 close to the engine is preferably designed as a three-way catalytic converter 44 guided. The two exhaust gas aftertreatment components 32, 34, 74 in the underbody position are preferably designed as a second three-way catalytic converter 46 and as a gasoline particulate filter 48, with the order in which the second three-way catalytic converter 46 and the gasoline particulate filter 48 flow through being arbitrary. The external heating means 36 is in 4 designed as an electric heating element 42, but alternatively, as in 2 or 3 shown at the same place an exhaust gas burner 38 can be provided.

Das Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung ist es, eine möglichst hohe Konvertierungsleistung bedarfsgerecht unter allen Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs 1 im gesamten Fahrzyklus darzustellen. Durch das Beheizen einer motorfernen Abgasnachbehandlungskomponente 32, 74 in Unterbodenlage wird ein größeres katalytisch wirksames Volumen zur Konvertierung der Emissionen bereitgestellt, als bei einem ausschließlichen Beheizen der Abgasnachbehandlungskomponenten durch innermotorische Heizmaßnahmen.The aim of the method for exhaust gas aftertreatment according to the invention is to provide the highest possible conversion performance as required under all driving conditions of the motor vehicle 1 in the entire driving cycle. By heating an exhaust gas aftertreatment component 32, 74 remote from the engine in the underbody position, a larger catalytically active volume is provided for converting the emissions than if the exhaust gas aftertreatment components were only heated by internal engine heating measures.

Das Verfahren entscheidet je nach Zustand der beiden Abgasnachbehandlungskomponenten 30, 32 und weiteren Bedingungen, ob ein Beheizen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 32, vorzugsweise der Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage 74, sinnvoll ist. Auf diese Art und Weise kann gleichzeitig ein energetisch unnötiges Überheizen der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente 32 verhindert werden und eine stets hohe Konvertierungsleistung des Abgasnachbehandlungssystems 20 sichergestellt werden.Depending on the state of the two exhaust gas aftertreatment components 30, 32 and other conditions, the method decides whether heating the second exhaust gas aftertreatment component 32, preferably the exhaust gas aftertreatment component in the underbody layer 74, makes sense. In this way, an energetically unnecessary overheating of the second exhaust gas aftertreatment component 32 can be prevented at the same time and a constantly high conversion performance of the exhaust gas aftertreatment system 20 can be ensured.

Ausgehend von einem Motorstart des Verbrennungsmotors 10 kann das Abgasnachbehandlungssystem 20 parallel zu innermotorischen Heizmaßnahmen, welche vorwiegend eine schnelle Erwärmung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente bewirken, die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 durch das externe Heizmittel 36 auf ihre Betriebstemperatur aufgeheizt werden. Dies führt zu einer Emissionsreduktion. Ist die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32, insbesondere ein zweiter Drei-Wege-Katalysator 46 betriebswarm, kann das externe Heizmittel 36 deaktiviert werden. Kühlt die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 im weiteren Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 wieder aus und es ist abhängig von verschiedenen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 10 oder durch ein Signal eines Detektionsmittels 76 absehbar, dass eine hohe Konvertierungsleistung erforderlich ist, kann das externe Heizmittel 36 wieder aktiviert werden, um die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 zumindest wieder auf ihre Light-Off-Temperatur aufzuheizen. Einflussgrößen können in diesem Zusammenhang insbesondere die Temperaturen der Abgasnachbehandlungskomponenten 30, 32, der Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors 10, der Alterungszustand der Abgasnachbehandlungskomponente 30, 32 die Abgastemperatur, die Umgebungstemperatur und die Leistungs- oder Drehmomentanforderung an den Verbrennungsmotor 10 sein.Starting from an engine start of the internal combustion engine 10, the exhaust gas aftertreatment system 20 can be heated to its operating temperature by the external heating means 36 in parallel to internal engine heating measures, which predominantly cause rapid heating of the first exhaust gas aftertreatment component. This leads to a reduction in emissions. If the second exhaust gas aftertreatment component 32, in particular a second three-way catalytic converter 46, is at operating temperature, the external heating means 36 can be deactivated. If the second exhaust gas aftertreatment component 32 cools down again during the further operation of the motor vehicle 1 and it is foreseeable, depending on various operating parameters of the internal combustion engine 10 or by a signal from a detection means 76, that a high conversion output is required, the external heating means 36 can be activated again in order to second exhaust gas aftertreatment component 32 to at least heat up again to its light-off temperature. Influencing variables in this context can be, in particular, the temperatures of the exhaust gas aftertreatment components 30, 32, the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine 10, the aging condition of the exhaust gas aftertreatment components 30, 32, the exhaust gas temperature, the ambient temperature and the power or torque demand on the internal combustion engine 10.

Die Heizmaßnahme durch das externe Heizmittel 36 ist besonders geeignet für einen Motorstart des Verbrennungsmotors 10 bei dem alle Abgasnachbehandlungskomponenten 30, 32, 34 noch nicht auf Betriebstemperatur sind. Als Betriebstemperatur für Katalysatoren wird in diesem Zusammenhang eine Temperatur von mindestens 350°C angesehen. Die Heizmaßnahme durch das externe Heizmittel 36 ist ferner geeignet, um eine Abgasnachbehandlungskomponente in Unterbodenlage 74, insbesondere einen Drei-Wege-Katalysator 46, nach einem längeren Schwachlastbetrieb wieder auf seine Betriebstemperatur zu bringen. Die relevanten Bauteiltemperaturen können durch die Temperatursensoren 52, 54, 56 ermittelt oder auf Basis eines Temperaturmodells im Steuergerät 60 berechnet werden.The heating measure by the external heating means 36 is particularly suitable for starting the engine of the internal combustion engine 10 in which all exhaust gas aftertreatment components 30, 32, 34 are not yet at operating temperature. In this context, a temperature of at least 350° C. is regarded as the operating temperature for catalytic converters. The heating measure by the external heating means 36 is also suitable for bringing an exhaust gas aftertreatment component in the underbody layer 74, in particular a three-way catalytic converter 46, back to its operating temperature after prolonged low-load operation. The relevant component temperatures can be determined by temperature sensors 52, 54, 56 or calculated in control unit 60 on the basis of a temperature model.

In 5 ist ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung dargestellt. In einem Verfahrensschritt <100> wird geprüft, ob der Verbrennungsmotor 10 aktiv ist. Ist der Verbrennungsmotor 10 nicht aktiv, so wird in einem Verfahrensschritt <105> das Verfahren abgebrochen und das externe Heizmittel 36 nicht aktiviert. Ist der Verbrennungsmotor 10 aktiv, so wird in einem Verfahrensschritt <110> geprüft, ob die Temperatur TANK2 der zweiten Abgasnachbehandlungskomponenten 32, 74 in Unterbodenlage kleiner ist als eine erste Schwellentemperatur TS1. Ist die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente TANK2 höher als diese erste Schwellentemperatur TS1, so wird das Verfahren in einem Verfahrensschritt <115> beendet und das externe Heizmittel 36 nicht aktiviert beziehungsweise abgeschaltet. Ist die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente TANK2 niedriger als diese erste Schwellentemperatur TS1, so wird in einem Verfahrensschritt <120> geprüft, ob die Temperatur TANK1 der motornahen ersten Abgasnachbehandlungskomponente 30, 72 niedriger ist als ihre Light-Off-Temperatur. Ist die Temperatur TANK1 höher als ihre Light-Off-Temperatur, so wird in einem Verfahrensschritt <125> geprüft, ob die Lastanforderung an den Verbrennungsmotor 10 höher als eine Schwellenlast ist, bei der eine hinreichende Konvertierung der Schadstoffe allein durch die erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 möglich ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Verfahren im Verfahrensschritt <115> wieder abgebrochen. Ist die Lastanforderung höher als diese Schwellenlast oder ist die Temperatur TANK1 der ersten Abgasnachbehandlungskomponente niedriger als ihre Light-Off-Temperatur, so wird in einem Verfahrensschritt <130> das externe Heizmittel 36 aktiviert, um die zweite Abgasnachbehandlungskomponente 32 zumindest bis auf ihre Light-Off-Temperatur, vorzugsweise bis auf ihre Betriebstemperatur, aufzuheizen.In 5 a flowchart of a method according to the invention for exhaust gas aftertreatment is shown. In a method step <100> it is checked whether internal combustion engine 10 is active. If the internal combustion engine 10 is not active, the method is aborted in a method step <105> and the external heating means 36 is not activated. If internal combustion engine 10 is active, a method step <110> checks whether temperature T ANK2 of second exhaust gas aftertreatment components 32, 74 in the underbody position is lower than a first threshold temperature T S1 . If the temperature of the second exhaust gas aftertreatment component T ANK2 is higher than this first threshold temperature T S1 , the method is ended in a method step <115> and the external heating means 36 is not activated or switched off. If the temperature of the second exhaust gas aftertreatment component T ANK2 is lower than this first threshold temperature T S1 , a method step <120> checks whether the temperature T ANK1 of the first exhaust gas aftertreatment component 30, 72 close to the engine is lower than its light-off temperature. If the temperature T ANK1 is higher than its light-off temperature, in a method step <125> it is checked whether the load requirement on the internal combustion engine 10 is higher than a threshold load at which sufficient conversion of the pollutants by the first exhaust gas aftertreatment component 30 is possible. If this is not the case, the method is aborted again in method step <115>. Is the load request higher than this threshold load or is the temperature T ANK1 of the first exhaust aftertreatment component If the temperature is lower than its light-off temperature, the external heating means 36 is activated in a method step <130> in order to heat the second exhaust gas aftertreatment component 32 at least up to its light-off temperature, preferably up to its operating temperature.

Wird durch die Detektionsmittel erkannt, dass eine hohe Leistungsanforderung an den Verbrennungsmotor 10, insbesondere eine Volllastbeschleunigung, bevorsteht, so wird das externe Heizmittel 36 auch dann aktiviert, wenn aktuell die Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente 30 noch ausreicht, um die Emissionen des Verbrennungsmotors 10 vollständig zu konvertieren. Somit kann verhindert werden, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente 30 bei einer Vollastbeschleunigung „überfahren“ wird und dann kein hinreichendes katalytisches Volumen zur Verfügung steht, um die zusätzlichen Schadstoffe zu konvertieren. Eine typische bevorstehende Vollastbeschleunigung kann beispielsweise beim Auffahren auf eine Autobahn angenommen werden. Dies kann durch die beschriebenen Detektionsmittel 76, insbesondere durch den GPS-Sensor 66 und/oder die Kamera 68, erkannt werden.If the detection means recognizes that a high power demand on the internal combustion engine 10, in particular a full load acceleration, is imminent, then the external heating means 36 is also activated if the conversion capacity of the first exhaust gas aftertreatment component 30 is currently still sufficient to completely reduce the emissions of the internal combustion engine 10 convert. It can thus be prevented that the first exhaust gas aftertreatment component 30 is “run over” during a full-load acceleration and then insufficient catalytic volume is available to convert the additional pollutants. A typical forthcoming full-load acceleration can be assumed, for example, when driving onto a freeway. This can be detected by the detection means 76 described, in particular by the GPS sensor 66 and/or the camera 68 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Kraftfahrzeug motor vehicle
1010
Verbrennungsmotorcombustion engine
1212
Brennraumcombustion chamber
1414
Kraftstoffinjektorfuel injector
1616
Zündkerzespark plug
1818
Auslass outlet
2020
Abgasnachbehandlungssystemexhaust aftertreatment system
2222
Abgasanlageexhaust system
2424
Abgaskanalexhaust duct
2626
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
2828
Turbine turbine
3030
erste Abgasnachbehandlungskomponentefirst exhaust aftertreatment component
3232
zweite Abgasnachbehandlungskomponentesecond exhaust aftertreatment component
3434
dritte Abgasnachbehandlungskomponentethird exhaust aftertreatment component
3636
externes Heizmittelexternal heating medium
3838
Abgasbrenner exhaust burner
4040
Einleitstelledischarge point
4242
elektrisches Heizelementelectric heating element
4444
erster Drei-Wege-Katalysatorfirst three-way catalytic converter
4646
zweiter Drei-Wege-Katalysatorsecond three-way catalytic converter
4848
Ottopartikelfilter gasoline particulate filter
5050
Vier-Wege-KatalysatorFour-way catalytic converter
5252
erster Temperatursensorfirst temperature sensor
5454
zweiter Temperatursensorsecond temperature sensor
5656
dritter Temperatursensorthird temperature sensor
5858
Abgassensorexhaust gas sensor
6060
Motorsteuergerätengine control unit
6262
Sendeeinheittransmitter unit
6464
Empfangseinheitreceiving unit
6666
GPS-SensorGPS sensor
6868
Kamera camera
7070
Datentransfereinheitdata transfer unit
7272
motornahe Abgasnachbehandlungskomponenteclose-coupled exhaust aftertreatment component
7474
Abgasnachbehandlungskomponente in UnterbodenpositionExhaust aftertreatment component in underbody position
7676
Detektionsmitteldetection means

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Claims (10)

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines fremdgezündeten Verbrennungsmotors (10) eines Kraftfahrzeugs (1) mit einem Abgasnachbehandlungssystem (20), welches eine Abgasanlage (22) aufweist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (24) der Abgasanlage (22) eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (30), stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) ein externes Heizmittel (36) und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (32) angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln einer Bauteiltemperatur (TANK1) der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) und einer Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30), - Ermitteln einer Bauteiltemperatur (TANK2) der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (32) und/oder einer Konvertierungsleitung der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (32), - Vergleichen der Bauteiltemperatur (TANK2) der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (32) mit einer ersten Schwellentemperatur (TS1), - Ermitteln einer Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10), und - Aktivieren des externen Heizmittels (36), wenn die ermittelte Bauteiltemperatur (TANK2) der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (32) unterhalb der ersten Schwellentemperatur (TS) liegt und die Konvertierungsleistung der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) bei der ermittelten Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) voraussichtlich nicht ausreichend ist, um eine vollständige Konvertierung der limitierten Schadstoffe im Abgasstrom des Verbrennungsmotors (10) sicherzustellen.Method for exhaust gas aftertreatment of a spark-ignited internal combustion engine (10) of a motor vehicle (1) with an exhaust gas aftertreatment system (20) which has an exhaust system (22) in which, in the flow direction of an exhaust gas flow from the internal combustion engine (10), through an exhaust gas duct (24) of the exhaust system (22 ) a first exhaust gas aftertreatment component (30), downstream of the first exhaust gas aftertreatment component (30) an external heating means (36) and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component (32) is arranged, comprising the following steps: - determining a component temperature (T ANK1 ) of the first exhaust gas aftertreatment component (30 ) and a conversion performance of the first exhaust gas aftertreatment component (30), - determining a component temperature (T ANK2 ) of the second exhaust gas aftertreatment component (32) and/or a conversion line of the second exhaust gas aftertreatment component (32), - comparing the component temperature (T ANK2 ) of the second exhaust gas aftertreatment s component (32) with a first threshold temperature (T S1 ), - determining a load requirement on the internal combustion engine (10), and - activating the external heating means (36) if the determined component temperature (T ANK2 ) of the second exhaust gas aftertreatment component (32) below the first threshold temperature (T S ) and the conversion performance of the first exhaust gas aftertreatment component (30) is probably not sufficient for the determined load requirement on the internal combustion engine (10) to ensure complete conversion of the limited pollutants in the exhaust gas flow of the internal combustion engine (10). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) unmittelbar nach einem Motorstart des Verbrennungsmotors (10) aktiviert wird.Process for exhaust aftertreatment claim 1 , characterized in that the external heating means (36) is activated immediately after an engine start of the internal combustion engine (10). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) aktiviert wird, wenn eine aktuelle oder bevorstehende höhere Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) detektiert wird.Process for exhaust aftertreatment claim 1 or 2 , characterized in that the external heating means (36) is activated when a current or upcoming higher load requirement on the internal combustion engine (10) is detected. Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) aktiviert wird, wenn die Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) für ein definiertes Zeitintervall (Δt) einen Schwellenwert (PS) unterschreitet.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the external heating means (36) is activated when the load requirement on the internal combustion engine (10) for a defined time interval (Δt) falls below a threshold value (P S ). Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) aktiviert wird, wenn die Temperatur der zweiten Abgasnachbehandlungskomponente (TANK2) einen zweiten Schwellenwert (TS2) unterschreitet.Process for exhaust gas aftertreatment according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the external heating means (36) is activated when the temperature of the second exhaust gas aftertreatment component (T ANK2 ) falls below a second threshold value (T S2 ). Kraftfahrzeug (1) mit einem fremdgezündeten Verbrennungsmotor (10), wobei der Verbrennungsmotor (10) mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (22) eines Abgasnachbehandlungssystems (20) verbunden ist, in welcher in Strömungsrichtung eines Abgasstroms des Verbrennungsmotors (10) durch einen Abgaskanal (24) der Abgasanlage (22) eine erste Abgasnachbehandlungskomponente (30), stromabwärts der ersten Abgasnachbehandlungskomponente (30) ein externes Heizmittel (36) und weiter stromabwärts eine zweite Abgasnachbehandlungskomponente (32) angeordnet sind, sowie mit einem Steuergerät (60), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät (60) ausgeführt wird.Motor vehicle (1) with a spark-ignited internal combustion engine (10), the internal combustion engine (10) being connected by its outlet (18) to an exhaust system (22) of an exhaust gas aftertreatment system (20), in which in the flow direction of an exhaust gas stream of the internal combustion engine (10) through an exhaust gas duct (24) of the exhaust system (22), a first exhaust gas aftertreatment component (30), downstream of the first exhaust gas aftertreatment component (30) an external heating means (36) and further downstream a second exhaust gas aftertreatment component (32) are arranged, and with a control unit (60), which is set up to use a method according to one of Claims 1 until 5 to be carried out when a machine-readable program code is executed by the control unit (60). Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) ein Abgasbrenner (38) oder ein elektrisches Heizelement (42) ist.Motor vehicle (1) after claim 6 , characterized in that the external heating means (36) is an exhaust gas burner (38) or an electric heating element (42). Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das externe Heizmittel (36) eine Heizleistung von mindestens 5 kW aufweist.Motor vehicle (1) after claim 7 , characterized in that the external heating means (36) has a heating capacity of at least 5 kW. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abgasnachbehandlungskomponente (30) und die zweite Abgasnachbehandlungskomponente (32) jeweils eine katalytische Drei-Wege-Funktionalität aufweisen.Motor vehicle (1) according to one of Claims 6 until 8th , characterized in that the first exhaust gas aftertreatment component (30) and the second exhaust gas aftertreatment component (32) each have a catalytic three-way functionality. Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) mindestens Detektionsmittel (76) aufweist, über welche ein bevorstehender Anstieg der Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) erkennbar ist, wobei das Steuergerät (60) das externe Heizmittel aktiviert, wenn das Detektionsmittel (76) einen bevorstehenden Anstieg der Lastanforderung an den Verbrennungsmotor (10) detektiert hat.Motor vehicle (1) according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the motor vehicle (1) has at least detection means (76) via which an imminent increase in the load requirement on the internal combustion engine (10) can be identified, the control unit (60) activating the external heating means when the detection means (76) has detected an impending increase in the load requirement on the internal combustion engine (10).
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