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Title:
METHOD FOR INTRODUCING HEAT INTO AT LEAST ONE COMPONENT OF AN EXHAUST-GAS AFTERTREATMENT DEVICE, SOFTWARE AND OPEN-LOOP OR CLOSED-LOOP CONTROL DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/096742
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for introducing heat into at least one component (11, 12, 13) of an exhaust-gas aftertreatment device (1) of an internal combustion engine (15), in which method a partial flow of an exhaust-gas flow is at least partially reacted with fuel in a heated catalyst (2) and fed back to the exhaust-gas flow, the amount of fuel fed to the heated catalyst (2) and/or the partial flow fed to the heated catalyst (2) being controlled, by open-loop or closed-loop control, in accordance with the exhaust-gas temperature (Tn, Tv) upstream and/or downstream of the component (12, 13, 14), and the amount of fuel fed to the heated catalyst (2) and/or the partial flow fed to the heated catalyst (2) being determined by means of at least one heated-catalyst characteristic map (35). The invention also relates to a data carrier having data stored thereon, to a signal sequence which represents data and is suitable for transmission by means of a computer network, and to an open-loop or closed-loop control device for carrying out the method.

Inventors:
SZOLAK ROBERT (DE)
KAKADIYA ANAND BHURABHAI (DE)
BEUTEL PAUL (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/081092
Publication Date:
May 12, 2022
Filing Date:
November 09, 2021
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GES FORSCHUNG (DE)
International Classes:
F01N3/20; F01N3/025; F01N3/36; F01N9/00
Domestic Patent References:
WO2020193595A12020-10-01
Foreign References:
DE102018104275A12019-08-29
EP2154344A22010-02-17
DE202009005251U12009-12-03
DE102011001596A12012-10-04
Attorney, Agent or Firm:
FRIESE GOEDEN PATENTANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
25

Ansprüche Verfahren zum Wärmeeintrag in zumindest eine Komponente (11, 12, 13) einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) einer Brennkraftmaschine (15) , bei welchem ein Teilstrom eines Abgasstromes mit Kraftstoff in einem Heizkatalysator (2) zumindest teilweise umgesetzt und dem Abgasstrom wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Heizkatalysator (2) zugeführte Kraf tstof fmenge und/oder der dem Heizkatalysator (2) zugeführte Teilstrom in Abhängigkeit der Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente (11, 12, 13) gesteuert oder geregelt wird, wobei die dem Heizkatalysator (2) zugeführte Kraftstoffmenge und/oder der dem Heizkatalysator (2) zugeführte Teilstrom mittels zumindest eines Heizkatalysatorkennfeldes (35) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente (11, 12, 13) mit zumindest einem Temperatursensor (111, 112, 132) erfasst wird. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente (11, 12, 13) aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine (15) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebszustand der Brennkraftmaschine aus aktuell anliegenden Kennfeldwerten oder Kennfeldbereichen der Motorsteuerung (16) bestimmt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dassdie Eingangsgrößen (351) des Heizkatalysatorkennfeldes (35) ausgewählt sind aus dem Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine und/oder dem Sauerstoff gehalt des Rohabgases der Brennkraftmaschine und/oder zumindest einer Abgas emperatur und/oder einem Fahrprofil und/oder einem Navigationsziel und/oder Positionsdaten und/oder dem Ladezustand von zumindest einer Batterie. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine (2) und/oder der Sauerstoff gehalt des Rohabgases der Brennkraftmaschine und/oder zumindest eine Abgastemperatur mit einem ersten referenzgeregelten Synthetisierer bestimmt werden . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Heizkatalysator (2) abgegebene thermische Leistung aus der dem Heizkatalysator (2) zugeführten Kraf tstof fmenge und/oder dem dem Heizkatalysator (2) zugeführten Teilstrom mittels eines zweiten referenzgeregelten Synthetisierers bestimmt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkatalysator (2) zumindest einen zweiten Betriebszustand (52) aufweist, bei welchem die Luftzahl Ä des Heizkatalysators (2) zwischen etwa 0,75 und etwa 30 oder zwischen etwa 1,0 und etwa 10 beträgt und der Heizkatalysator (2) zumindest einen vierten Betriebszustand (54) aufweist, bei welchem die Luftzahl Ä des Heizkatalysators (2) zwischen etwa 0,05 und etwa 0,7 beträgt . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom zwischen etwa 3 kg/h und etwa 100 kg/h oder zwischen etwa 6 kg/h und etwa 80 kg/h gewählt ist. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizkatalysator (2) zumindest eine elektrische Heizeinrichtung enthält, welche in einem ersten Betriebszustand dazu verwendet wird, den Heizkatalysator () auf eine Betriebstemperatur zu bringen, bei welcher zugeführter Kraftstoff am Heizkatalysator (2) zumindest teilweise umgesetzt werden kann und/oder dass der Heizkatalysator (2) zumindest eine elektrische Heizeinrichtung enthält, welche in einem achten Betriebszustand dazu verwendet wird, einen dem Heizkatalysator (2) zugeführten Teilstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine (15) zu erwärmen. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (11, 12, 13) ausgewählt ist aus einem Oxidationskatalysator (11) und/oder einem Dreiwegekatalysator und/oder einem SCR-Katalysator (13) und/oder einem Partikelfilter (12) . Datenträger mit darauf gespeicherten Daten oder Daten repräsentierende, zur Übertragung über ein Computernetzwerk geeignete Signalfolge, wobei die Daten ein Computerprogramm repräsentieren, welches ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführt, wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor ausgeführt wird. Steuer- oder Regeleinrichtung (3) , welche dazu eingerichtet ist ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen.

Description:
Verfahren zum Wärmeeintrag in zumindest eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, Software und Steueroder Regeleinrichtung

Die Erf indung betrif ft ein Verfahren zum Wärmeeintrag in zumindest eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine , bei welchem ein Teilstrom eines Abgasstromes mit Kraftstof f in einem Heizkatalysator zumindest teilweise umgesetzt und dem Abgasstrom wieder zugeführt wird . Weiterhin betrif ft die Erf indung eine Steuer- oder Regeleinrichtung sowie ein Computerprogramm zur Durchführung eines solchen Verfahrens .

Es ist aus der Praxis bekannt , in der Abgasleitung einer Brennkraftmaschine zumindest eine Komponente anzuordnen, welche das Rohabgas der Brennkraftmaschine reinigt . Diese Reinigung umfasst oftmals eine katalytische Nachoxidation, die Filterung von Partikeln oder die katalytische Umsetzung von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel . Fallweise können auch mehrere Komponenten für unterschiedliche Verfahrens schritte der Abgasnachbehandlung bzw . Abgasreinigung sequenziell durchlaufen werden .

Sofern diese Komponente eine chemische Umsetzung des Rohabgases ermöglicht , benötigt die Komponente in der Regel eine gewisse Betriebstemperatur von beispielsweise mehr als 200 ° C oder auch mehr als 300 C , um das Rohabgas mit hinreichender Ef f izienz zu reinigen . Partikelf ilter können zwar bereits bei Umgebungstemperatur wirksam sein . Jedoch müssen diese bei einer bestimmten Beladung regeneriert werden, was in der Regel durch Oxidation der eingelagerten Partikel bei hohen Temperaturen und gasförmiges Austragen der Verbrennungs produkte erfolgt .

Es besteht somit ein Bedürfnis , alle oder zumindest einzelne Komponenten einer Abgasnachbehandlungseinrichtung durch Zufuhr von Wärmeenergie zumindest zweitweise zu beheizen . Dies kann beispielsweise durch innermotorische Maßnahmen erfolgen, welche zwar den Wirkungsgrad und/oder den Schadstof fausstoß der Brennkraftmaschine nachteilig beeinf lussen, andererseits aber die Abgastemperatur des Rohabgases anheben, sodass zusätzliche Wärme in die Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung eingetragen wird .

Aus der WO 2020/193595 Al ist darüber hinaus bekannt , einen Heizkatalysator einzusetzen, welchem ein Teilstrom des von der Brennkraftmaschine abgegebenen Rohabgases zugeführt wird . Dieser Teilstrom des Rohabgases wird mit Kraftstof f umgesetzt . Dabei kann einerseits durch exotherme Reaktion unabhängig von der Betriebsführung der Brennkraftmaschine Wärme erzeugt und der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt werden . Darüber hinaus erlaubt dieser bekannte Heizkatalysator die Herstellung eines leicht entzündlichen Synthesegases aus dem zugeführten Kraftstof f . Dieses Synthesegas kann an einem Abgaskatalysator exotherm umgesetzt werden und so Wärme unmittelbar innerhalb des Abgaskatalysators erzeugen .

Diese bekannte Vorrichtung weist j edoch den Nachteil auf , dass bei dynamischem Betrieb einer Brennkraftmaschine , insbesondere in Kraftfahrzeugen, der Abgasmassenstrom und dessen Zusammensetzung variiert . Da die vom Heizkatalysator in die Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung abgegebene Wärmemenge nichtlinear von der zugeführten Abgas menge , der zugeführten Kraf tstof fmenge und der Zusammensetzung des zugeführten Abgases abhängt , führt dies zu starken Schwankungen der vom Heizkatalysator abgegebenen Wärme . Darüber hinaus wird die Temperaturregelung einer Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung durch lange Totzeiten erschwert .

Ausgehend vom Stand der Technik besteht somit ein Bedürfnis , den Wärmeeintrag in zumindest eine Komponente einer Abgas - nachbehandlungseinrichtung zuverlässiger zu steuern bzw . zu regeln, um einerseits ein Auskühlen der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit nachfolgenden Emissionsschlupf zu verhindern und andererseits keine unnötige Energie für die Aufheizung einzusetzen .

Die Aufgabe wird erf indungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 , einen Datenträger mit darauf gespeicherten Daten oder eine Daten repräsentierende , zur Übertragung über ein Computernetzwerk geeignete Signalfolge nach Anspruch 12 und eine Steuer- oder Regeleinrichtung nach Anspruch 13 gelöst . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erf indung f inden sich in den Unteransprüchen .

Erf indungsgemäß wird ein Verfahren zum Wärmeeintrag in zumindest eine Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen . Die Brennkraft maschine kann in einigen Ausführungsformen der Erf indung eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bzw . ein Ottomotor sein . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann die Brennkraftmaschine eine selbstzündende Brennkraftmaschine bzw . ein Dieselmotor sein . Die erf indungsgemäß eingesetzte Brennkraftmaschine kann Teil eines Kraftfahrzeuges sein, beispielsweise eines PKW oder eines LKW . In anderen Aus führungsformen der Erf indung kann die Brennkraftmaschine in einer Baumaschine oder einem Schif f verwendet werden . In wiederum anderen Ausführungsformen der Erf indung kann die Brennkraftmaschine auch in ortsfesten Stromerzeugern oder Kompressoren eingesetzt werden . Die Vorzüge des erf indungs gemäßen Verfahrens zeigen sich insbesondere im dynamischen Betrieb , d . h . wenn sich die Lastanforderungen der Brenn- Kraftmaschine kurzzeitig ändern . Dies ist beispielsweise bei Kraftfahrzeugen insbesondere im Stadtverkehr der Fall .

Die erf indungsgemäß eingesetzte Komponente einer Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ein Dreiwegekatalysator sein . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann die Komponente ausgewählt sein aus einem Oxidations katalysator , einem Speicherkatalysator , einem SCR- System und/oder einem Partikelf ilter . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann auch eine Mehrzahl von solchen Komponenten in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung vorhanden sein und parallel oder sequenziell vom Rohabgas der Brennkraftmaschine durchströmt werden .

Erf indungsgemäß wird vorgeschlagen, einen Teilstrom des Abgasstromes der Brennkraftmaschine mit Kraftstof f in einem Heizkatalysator zumindest teilweise umzusetzen, um das im Heizkatalysator erzeugte Produkt dem Abgasstrom wieder zuzuführen . Daraus ergibt sich der Vorteil , dass die Einrichtung zur Wärmeerzeugung von der Brennkraftmaschine weitgehend unabhängig ist , sodass die Brennkraftmaschine nicht mit ungünstigen Betriebsbedingungen betrieben werden muss , um zusätzliche Wärme zu erzeugen . Vielmehr kann die Brennkraftmaschine stets so betrieben werden, dass die j eweils angeforderte mechanische Leistung mit geringstmöglichen Schadstof fen und/oder geringstmöglichem Kraf tstof f einsatz erbracht wird .

Das erf indungsgemäße Verfahren stellt nun darauf ab , in Strömungsrichtung vor und/oder hinter der zum Wärmeeintrag vorgesehenen Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Abgastemperatur zu bestimmen und die vom Heizkatalysator abgegebene Wärmemenge in Abhängigkeit der Temperatur zu steuern oder zu regeln . Die vom Heizkatalysator abgegebene Wärme kann dabei durch die zugeführte Kraf tstof fmenge und/oder den Massenstrom des dem Heizkatalysator zugeführten Teilstroms des Rohabgases als Führungsgröße beeinf lusst werden . Erf indungsgemäß wird somit vorgeschlagen, eine oder beide Einf lussgrößen auf die vom Heizkatalysator abgegebene Wärme pro Zeiteinheit in Abhängigkeit zumindest einer Abgas temperatur anzupassen, sodass die Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente auf einem vorgebbaren Soll wert konstant oder innerhalb vorgebbarer Schwankungsbreiten gehalten wird . In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Heizkatalysator weitere Führungsgrößen aufweisen, beispielsweise eine Umgebungsluftzufuhr oder eine elektrische Heizeinrichtung . Diese können in gleicher Weise kontrolliert werden . Der dem Heiz-'kata-'lysa-'tor zugeführte Kraftstof f ist dabei in einigen Ausführungsformen der Erf indung vollständig oder zumindest teilweise f lüssig .

Der solchermaßen kontrollierte Sollwert der Abgastemperatur an zumindest einer vorgebbaren Stelle der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann während des Betriebs der Brennkraftmaschine variieren . Beispielsweise kann der Sollwert vor einem Partikelf ilter temporär erhöht werden, wenn ein Dif ferenzdrucksensor eine unzulässig hohe Beladung des Partikelf ilters erkennt und der Partikelf ilter durch Oxidation der Partikel regeneriert werden soll . Der Sollwert der Abgastemperatur kann sodann zeitabhängig oder in Abhängigkeit von Messwerten wieder abgesenkt werden, wenn der Partikelf ilter regeneriert wurde . In anderen Aus führungsformen der Erf indung kann die Abgastemperatur so geregelt werden, dass diese gewisse Mindestwerte nicht unterschreitet , beispielsweise beim Betrieb von Oxidations katalysatoren oder SCR- Systemen, welche eine Mindesttemperatur zum Betrieb benötigen . Wird diese Mindesttemperatur unterschritten, beispielsweise durch Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine , kann durch den erf indungsgemäß verwendeten Heizkatalysator zusätzliche Wärme eingetragen werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Abgas temperatur vor und/oder hinter der Komponente der Abgasnach- behandlungseinrichtung mit zumindest einem Temperatursensor erfasst werden . Als Temperatursensor können in an sich bekannter Weise Thermoelemente oder Widerstandsthermometer eingesetzt werden, welche ein der Temperatur entsprechendes elektrisches Signal erzeugen . In Abhängigkeit der so erfassten Messgröße der Abgastemperatur können sodann die Führungsgrößen am Heizkatalysator beeinf lusst werden, um die Stellgröße der thermischen Leistung des Heizkatalysators zu steuern oder zu regeln .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden . Dieses Merkmal erlaubt es , zusätzliche Sensorik einzusparen und dadurch die Betriebssicherheit zu erhöhen . Beispielsweise kann die sich an einem Katalysator oder einem Partikelf ilter einstellende Temperatur aus der in der Brennkraftmaschine umgesetzten thermischen Leistung , dem in das Abgas abgegebenen Anteil dieser Leistung und der Wärmeabfuhr der Abgasleitung vor der Komponente in Abhängigkeit von Außentemperatur und Anströmgeschwindigkeit des Fahrtwindes berechnet oder tabelliert werden . Dies erlaubt das Auf stellen einer Wärmebilanz für die Komponente und das Ableiten der sich einstellenden Temperaturen ohne den Einsatz eines Temperaturmessfühlers im Abgas ström .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann ein Teil der Abgastemperaturen gemessen und ein anderer Teil der Abgas temperaturen berechnet werden . Beispielsweise kann aus einer gemessenen Temperatur hinter einem Oxidationskatalysator und dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Temperatur vor dem Oxidationskatalysator berechnet werden oder umgekehrt . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann aus einer Temperatur hinter einem Oxidationskatalysator die Eintrittstemperatur oder auch die Austrittstemperatur eines SCR- Systems bestimmt werden, welches sich stromabwärts des Oxidationskatalysators bef indet .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der zur Bestimmung der Abgastemperatur herangezogene Betriebszustand der Brennkraftmaschine aus aktuell anliegenden Kennfeldwerten oder Kennfeldbereichen der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine bestimmt werden . Somit ist es nicht mehr erforderlich, beispielsweise den Abgasmassenstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine zu messen . Der Abgasmassenstrom kann stattdessen mit hoher Genauigkeit aus der Ansaugluft menge und der zugeführten Kraf tstof fmenge ermittelt werden . Fallweise kann der Betriebszustand der Brennkraftmaschine unter Nutzung weiterer Kennfelder mit größerer Genauigkeit bestimmt werden, beispielsweise den Messwerten einer Ä-Sonde , der Drehzahl , der Gaspedalstellung , der Stellung des AGR- Ventils , der Kühlwassertemperatur oder weiterer , hier nicht explizit genannter Werte .

Heizkatalysatoren der verwendeten Art zeigen ein nichtli neares Verhalten der Wärmeabgabe in Abhängigkeit der zugeführten Kraf tstof fmenge und/oder des dem Heizkatalysator zugeführten Teilstroms des Rohabgases . Erf indungsgemäß wird daher die dem Heizkatalysator zugeführte Kraf tstof fmenge und/oder der dem Heizkatalysator zugeführte Teilstrom des Rohabgases mittels zumindest eines Heizkatalysatorkennfeldes bestimmt . Die Eingangsgrößen des Heizkatalysatorkennfeldes können beispielsweise ausgewählt sein aus dem Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine und/oder dem Sauerstof f gehalt des Rohabgases und/oder zumindest einer Abgastemperatur und/oder einem Fahrprof il und/oder einem Navigationsziel und/oder Positionsdaten und/oder dem Ladezustand von zumindest einer Batterie . Die Steuerung oder Regelung mittels eines Heizkatalysatorkennfeldes weist dabei insbesondere den Vorteil auf , dass die Regelung auch bei hochdynamischem Betrieb sehr rasch erfolgen kann, da aus der im Steuergerät gespeicherten Umsetzungstabelle nur die zu den Betriebsbedingungen der Brennkraf maschine gerade passenden Sollwerte der Führungsgrößen ausgelesen und am Heizkatalysator eingestellt werden müssen .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Abgas massenstrom der Brennkraftmaschine und/oder der Sauerstof f - gehalt des Rohabgases der Brennkraftmaschine und/oder zumindest eine Abgastemperatur mit einem ersten referenz geregelten Synthetisierer bestimmt werden . Ein solcher referenzgeregelter Synthetisierer bezeichnet für die Zwecke der vorliegenden Erf indung ein System, welches aus bekannten Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen der Brennkraftmaschine nicht messbare Größen rekonstruiert . Hierzu bildet der Synthetisierer die Brennkraftmaschine als Modell nach und führt mit einem Regler die messbaren und daher mit der realen Brennkraftmaschine vergleichbaren Zustandsgrößen nach . Auf diese Weise kann beispielsweise aus der angesaugten Luftmasse und der zugeführten Kraf tstof fmenge ein Abgasmassenstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine berechnet werden, ohne dass der Abgasmassenstrom mit großem technischen Aufwand gemessen werden muss und ohne dass über die Betriebszeit ein wachsender Fehler generiert wird .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann die vom Heizkatalysator abgegebene thermische Leistung aus der dem Heizkatalysator zugeführten Kraf tstof fmenge und/oder dem dem Heizkatalysator zugeführten Teilstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine und/oder dem Sauerstof f gehalt des Rohabgases mittels eines zweiten referenzgeregelten Synthetisierens bestimmt werden . Somit steht zur Temperaturregelung stets ein exakter Messwert der thermischen Leistung bzw . der vom Heizkatalysator in die Abgasnachbehandlung eingetragenen Wärmemenge zur Verfügung , ohne dass diese thermische Leistung mit großem technischen Aufwand gemessen werden muss . In einigen Ausführungsformen des Verfahrens kann der Heiz - katalysator zumindest einen zweiten Betriebszustand auf weisen, bei welchem die Luftzahl Ä des Heizkatalysators zwischen etwa 0 , 75 und etwa 30 beträgt . In anderen Aus führungsformen des Verfahrens kann der Heizkatalysator zumindest einen zweiten Betriebszustand aufweisen, bei welchem die Luftzahl Ä des Heizkatalysators zwischen etwa 1 , 0 und etwa 10 beträgt . Dieser erste Betriebszustand kann auch als Brennerbetrieb bezeichnet werden, da die zugeführte Kraf tstof fmenge weitgehend oder vollständig im Heizkatalysator mit dem Restsauerstof f des Rohabgases umgesetzt wird . Der Heizkatalysator gibt in diesem ersten Betriebszustand ein Heißgas ab , welches über eine Abgasleitung der Komponente der Abgasnachbehandlung zugeführt werden kann und diese durch unmittelbaren Wärmeeintrag erwärmt .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Heiz - katalysator darüber hinaus zumindest einen vierten Betriebszustand aufweisen, bei welchem die Luftzahl Ä des Heizkatalysators zwischen etwa 0 , 05 und etwa 0 , 7 beträgt . In diesem Betriebszustand wird ein Teil des Kraftstof fes exotherm umgesetzt . Die hierdurch freigesetzte Wärme kann dazu verwendet werden, einen anderen Teil des zugeführten Kraftstof fes zu verdampfen und gasförmig in die Abgasleitung abzugeben . Alternativ oder zusätzlich kann der Kraftstof f durch chemische Reaktionen am Heizkatalysator in ein Synthesegas umgewandelt werden, welches ebenfalls in die Abgasleitung abgegeben wird . Das Synthesegas und/oder der Kraf tstof f dampf kann beispielsweise an einem Abgaskatalysator oxidiert werden und dort Wärmeenergie unmittelbar in der auf zuheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung freisetzen, sodass diese mit geringeren thermischen Verlusten und/oder größerer thermischer Leistung erwärmt wird .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Heiz - katalysator zumindest eine elektrische Heizeinrichtung enthalten, welche in einem ersten Betriebszustand dazu verwendet wird, den Heizkatalysator auf eine Betriebs temperatur zu bringen, bei welcher zugeführter Kraftstof f am Heizkatalysator zumindest teilweise umgesetzt werden kann . Hierdurch kann der Heizkatalysator nach einem Kaltstart auf Betriebstemperatur gebracht werden .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Heiz - katalysator zumindest eine elektrische Heizeinrichtung enthalten, welche in einem achten Betriebszustand dazu verwendet wird, einen dem Heizkatalysator zugeführten Teilstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine zu erwärmen . Diese Ausführungsform ermöglicht es , bei einem Überschuss an verfügbarer elektrischer Energie , beispielsweise wenn sich die Brennkraftmaschine im Schubbetrieb bef indet und rekuperiert , auch ohne Zufuhr von Kraftstof f Wärme in zumindest eine Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung einzubringen . In einigen dieser Ausführungsform kann die dem Heizkatalysator zugeführte elektrische Leistung vom dem Ladezustand von zumindest einer Batterie abhängig gemacht werden, d . h . der Heizkatalysator wird erst elektrisch beheizt , wenn die elektrische Energie nicht als Ladestrom benötigt wird oder wenn Positionsdaten und Navigationsziel in einer vorausschauenden Betrachtung der Fahrt die Batterieladung zu einem späteren Zeitpunkt ermöglichen . Die Batterie kann ausgewählt sein aus einer Starterbatterie und/oder einer Hochvoltbatterie eines Hybridantriebes .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung kann der Teilstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine , welcher dem Heizkatalysator zugeführt wird, zwischen etwa 3 kg/h und etwa 200 kg/h betragen . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann der Teilstrom des Rohabgases der Brennkraft maschine , welcher dem Heizkatalysator zugeführt wird, zwischen etwa 3 kg/h und etwa 100 kg/h betragen . In wieder anderen Ausführungsformen der Erf indung kann der Teilstrom zwischen etwa 6 kg/h und etwa 80 kg/h gewählt sein . In wieder anderen Ausführungsformen der Erf indung kann der Teilstrom zwischen etwa 6 kg/h und etwa 150 kg/h gewählt sein . Der Teilstrom kann in Abhängigkeit des Sauerstof f gehaltes des Rohabgases und/oder in Abhängigkeit des gewünschten Betriebszustandes des Heizkatalysators und/oder in Abhängigkeit der benötigten thermischen Heizleistung gewählt sein .

Das erf indungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann in einem Computerprogramm implementiert werden, welches das erf indungsgemäße Verfahren durchführt , wenn das Computerprogramm auf einem Mikroprozessor läuft . Das Computerprogramm kann auf einem Datenträger mit darauf gespeicherten Daten vorliegen oder in Form einer datenrepräsentierenden, zur Übertragung über ein Computernetzwerk geeigneten Signal - folge .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung betrif ft diese eine Steuer- oder Regeleinrichtung , welche dazu eingerichtet ist , das erf indungsgemäße Verfahren durchzuführen . Hierzu kann die Steuer- oder Regeleinrichtung zumindest einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller aufweisen . Darüber hinaus kann die Steuer- oder Regeleinrichtung Speicher enthalten, welche zur Aufnahme eines Computerprogrammes eingerichtet sind . Die Steuer- oder Regeleinrichtung kann darüber hinaus analoge oder digitale Schnittstellen enthalten, welche Sensordaten verarbeiten können, beispiels weise den Sauerstof f gehalt des Rohabgases und/oder die Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung . Schließlich kann die Steuer- oder Regeleinrichtung eine digitale Schnittstelle aufweisen, welche dazu eingerichtet ist , Daten einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine zu empfangen, um aus dem aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine die Betriebsbedingungen des Heizkatalysators abzuleiten . Nachfolgend soll die Erf indung ohne Beschränkung des allgemeinen Erf indungsgedankens anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert werden . Dabei zeigt

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erf indungsgemäß verwendbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung .

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erf indungsgemäß verwendbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung .

Figur 3 zeigt ein Blockschaltbild einer Steuer- oder Regeleinrichtung gemäß der vorliegenden Erf indung .

Figur 4 zeigt ein Struktogramm des erf indungsgemäßen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform .

Figur 5 zeigt ein Struktogramm des erf indungsgemäßen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform .

Figur 6 zeigt die Anwendung des erf indungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel .

Figur 7 zeigt die Anwendung des erf indungsgemäßen Verfahrens in einem zweiten Ausführungsbeispiel .

Anhand der Figur 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel einer erf indungsgemäß verwendbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 näher erläutert . Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ist über eine Abgasleitung mit einer Brennkraftmaschine 15 verbunden . Die Brennkraftmaschine 15 kann eine selbst zündende oder auch eine fremdgezündete Brennkraftmaschine bekannter Bauweise sein . Die Brennkraftmaschine 15 saugt Umgebungsluft an und setzt diese mit zugeführtem Kraftstof f exotherm um . Dabei gibt die Brennkraftmaschine 15 mechanische Leistung ab . Bei Betrieb der Brennkraftmaschine 15 entsteht ein Rohabgas , welches neben CO 2 und H 2 O auch Schadstoffe wie beispielsweise CH X , CO und/oder NO X enthalten kann .

Das Rohabgas wird über eine Abgasleitung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 zugeführt. Optional kann in der Abgasleitung eine Sensorik verbaut sein, beispielsweise eine Ä-Sonde zur Messung des Sauerstoff gehaltes des Rohabgases. Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel enthält die Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ein erstes SCR-System 13a und ein zweites SCR-System 13b. Die SCR-Systeme sind jeweils dazu eingerichtet, Stickoxide im Rohabgas unter Zugabe eines Reduktionsmittels katalytisch zu reduzieren. Hierfür werden Temperaturen über 220°C, bevorzugt über 250°C benötigt.

In Strömungsrichtung zwischen den beiden SCR-Systemen 13a und 13b befindet ein Partikelfilter 12. Der Partikelfilter 12 ist dazu eingerichtet, beim Betrieb der Brennkraftmaschine 15 entstehende Feinstaub- oder Rußpartikel zurückzuhalten. Sofern der Partikelfilter 12 bei zunehmendem Gebrauch verstopft, kann dieser zeitweilig unter Sauerstoffzufuhr auf hohe Temperaturen aufgeheizt werden, sodass die eingelagerten Partikel oxidiert und gasförmig abgeführt werden .

In dem in Figur 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das erste SCR-System 13a und der Partikelfilter 12 motornah eingebaut, sodass die thermische Energie des Rohabgases ausreicht, um diese Komponenten auf Betriebstemperatur zu bringen bzw. auf Betriebstemperatur zu halten. Das zweite SCR-System 13b befindet sich hingegen weiter stromab in der Abgasleitung, sodass dieses die Betriebstemperatur nur langsam erreicht und/oder im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine 15 unterhalb seiner Betriebstemperatur abkühlen kann. Die Abgasreinigung ist somit im Teillastbetrieb nur unzureichend, was im Sinne der vorliegenden Beschreibung als Emissionsschlupf bezeichnet wird. Zur Lösung dieses Problems bef indet sich vor dem zweiten SCR- System 13b ein Heizkatalysator 2 . Dem Heizkatalysator 2 wird ein Teilstrom des in der Abgasleitung strömenden Rohabgases zugeführt . Weiterhin wird dem Heizkatalysator ein Kraftstof f zugeführt , welcher mit dem Abgas bzw . dem im Abgas enthaltenen Restsauerstof f umgesetzt wird . Die hierbei entstehende Wärme wird der Abgasleitung in Form eines Heißgases wieder zugeführt und in das zweite SCR- System 13b eingetragen . Dieser zusätzliche Wärmeeintrag kann sowohl nach einem Kaltstart als auch im Teillastbetrieb erfolgen und so einerseits eine rasche Aufheizung ermöglichen und andererseits das Auskühlen im Betrieb verhindern . Bei Voll last oder volllast -nahen Betriebszuständen der Brennkraft maschine kann der Heizkatalysator 2 abgeschaltet werden .

Anhand der Figur 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel einer erf indungsgemäß verwendbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung näher erläutert . Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bestandteile der Erf indung , sodass die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt ist . Figur 2 zeigt einen Oxidationskatalysator 11 , welcher dazu eingerichtet ist , oxidierbare Bestandteile des Rohabgases nachzuoxidieren, beispielsweise CO und/oder CH X . Stromabwärts des Oxidationskatalysators bef indet sich ein Partikelf ilter 12 , wie vorstehend beschrieben . Stromabwärts des Partikelf ilters 12 bef indet sich ein SCR- System, welches insbesondere der Reduktion von NO X dient .

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bef indet sich der Heiz katalysator 2 vor dem Oxidationskatalysator 11 und nach der Brennkraftmaschine 15 . Bei Betrieb wird dem Heizkatalysator 2 somit ein Teilstrom des nicht vorgereinigten Rohabgases der Brennkraftmaschine 15 zugeführt .

Weiter zeigt Figur 11 drei Temperatursensoren 111 , 112 und 132 . Die Temperatursensoren messen die Abgastemperatur am Eintritt in den Oxidationskatalysator , am Austritt aus dem Oxidationskatalysator und am Austritt aus dem SCR- System . Diese drei Temperatursensoren sind lediglich beispielhaft zu verstehen . In anderen Ausführungsformen der Erf indung kann die Anzahl verwendeter Temperatursensoren größer oder auch geringer sein . Fallweise kann auch überhaupt kein Temperatursensor verwendet werden, wie vorstehend anhand der Figur 1 beschrieben . In diesem Fall können die Temperaturen aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden, beispielsweise mit einem referenzgeregelten Synthetisierer .

Es ist darauf hinzuweisen, dass die in Figuren 1 und 2 gezeigten Abgasnachbehandlungseinrichtungen 1 lediglich beispielhaft zu verstehen sind . In anderen Ausführungsformen der Erf indung können andere Komponenten eingesetzt werden, beispielweise Dreiwegekatalysatoren oder Speicherkatalysatoren . Ebenso können einzelne Komponenten entfallen . Erf indungswesentlich ist lediglich, dass zumindest eine Komponente 11 , 12 , 13 in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 vorhanden ist .

Die Aufgabe der Erf indung besteht darin, die Betriebs temperatur zumindest einer Komponente 11 , 12 , 13 rasch zu erreichen und/oder bei niedrigen Abgastemperaturen der Brennkraftmaschine 15 , welche insbesondere im unteren Teillastbereich auf treten können, aufrecht zu erhalten . Eine Abgastemperatur vor und/oder hinter der Komponente kann entweder , wie in Figur 2 gezeigt , gemessen oder aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden . Auch in diesem zweiten Fall wird die Temperatur für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung als „Messwert" bezeichnet , auch wenn diese nicht unmittelbar gemessen wurde , beispiels weise durch ein Thermoelement oder ein Widerstandsthermometer .

Aus dem Messwert der Temperatur , dessen Abweichung zu einem vorgebbaren Sollwert , der Wärmekapazität der Abgasleitung und vorgeschalteter Komponenten der Abgasnachbehandlungsein- richtung und dem Wärmeverlust oder -gewinn des Rohabgases auf seinem Weg durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung ergibt sich eine erforderliche thermische Leistung des Heiz katalysators 2 als Stellgröße . Diese Stellgröße kann durch die dem Heizkatalysator 2 zugeführte Kraf tstof fmenge sowie die dem Heizkatalysator zugeführte Abgasmenge und fallweise der dem Heizkatalysator zugeführten elektrischen Energie als Führungsgrößen beeinf lusst werden . Die Führungsgrößen hängen wiederum vom Sauerstof f gehalt des Rohabgases , der Abgas temperatur und dem Abgasmassenstrom des Rohabgases der Brennkraftmaschine 15 ab . Das in Figur 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Steuer- oder Regeleinrichtung 3 verwendet daher ein Heizkatalysatorkennfeld 35 . Dem Heiz katalysatorkennfeld 35 werden die gemessenen oder über einen ersten referenzgeregelten Synthetisierer aus den Daten der Motorsteuerung 16 bestimmten Temperaturen und der Sauerstof fgehalt des Rohabgases zugeführt . Ebenso werden der Steuer- oder Regeleinrichtung 3 optional aus der Motorsteuerung 16 ausgelesene Messwerte über eine digitale Datenverbindung 351 zugeführt . Sodann kann die Steuer- oder Regeleinrichtung 3 unter Zuhilfenahme des Heizkatalysatorkennfeldes 35 die Führungsgrößen ablesen und einstellen .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung können neben den Daten der Motorsteuerung 16 der Steuer- oder Regeleinrichtung 3 weitere Daten zur Verfügung gestellt werden, welche sodann kennfeldgesteuert oder auch durch Berechnung die Führungsgrößen des Heizkatalysators 2 rascher oder mit größerer Genauigkeit kontrollieren kann . Diese weiteren Daten können ausgewählt sein aus einem Fahrprof il und/oder einem Navigationsziel und/oder Positionsdaten und/oder dem Ladezustand einer Batterie . So kann beispielsweise die Heizleistung des Heizkatalysators 2 bereits proaktiv reduziert werden, wenn bekannt ist , dass das Fahrzeug in Kürze eine Steigung hinauf fährt und hierdurch ein größerer und auch heißerer Abgasmassenstrom des Rohabgases aus der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht . Ebenso kann der Heizkatalysator bereits am Ende einer Steigung proaktiv aktiviert werden, um einen Temperaturabfall der Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu vermeiden oder zu reduzieren, welcher sich daraus ergibt , dass die Brennkraft maschine bei Bergabfahrt nur noch im Teillastbetrieb oder sogar im Schubbetrieb arbeitet . In gleicher Weise können Positionsdaten dazu verwendet werden, einen Grundlastbereich des Heizkatalysators 2 festzulegen, da beispielsweise innerorts eine niedrigere mittlere Last der Brennkraft maschine 15 erwartet werden kann als bei Autobahnfahrt . Ebenso kann der Betrieb des Fahrzeuges innerorts auf eine höhere Dynamik hinweisen, wohingegen bei Überlandfahrt eine gleichmäßigere Lastanforderung an die Brennkraftmaschine 15 gestellt wird . Schließlich kann auch ein Navigationsziel zur Steuerung des Heizkatalysators 2 herangezogen werden, beispielsweise indem das Regenerieren eines Partikelf ilters 12 kurz vor Erreichen des Fahrziels unterbunden oder bis zum Erreichen der Stadtgrenze auf geschoben wird .

Figur 4 zeigt ein Struktogramm einer ersten Ausführungsform des erf indungsgemäßen Verfahrens . In der ersten Ausführungs form kann der Heizkatalysator 2 in sieben verschiedenen Betriebszuständen betrieben werden, welche mit den Bezugs zif fern 51 bis 57 bezeichnet sind . Die Verfahrensführung gemäß Figur 4 ist nicht dahingehend zu verstehen, dass die sieben Betriebszustände zwingend sequenziell durchlaufen werden . Vielmehr wird zumindest eine Temperatur nach einem Oxidationskatalysator bestimmt , entweder unmittelbar durch Messung oder mittelbar aus dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine . In Abhängigkeit der Temperatur und optional weiterer Parameter , beispielsweise der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine , wird sodann einer der dargestellten Betriebszustände des Heizkatalysators 2 ausgewählt . Verändert sich die Temperatur am Ausgang des Oxidations katalysators , sodass der anliegende Betriebszustand nicht mehr angemessen ist , wechselt die Steuer- oder Regeleinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur in einen anderen Betriebszustand . Dabei kann eine Hysterese genutzt werden, um häuf ige Wechsel des Betriebszustandes des Heizkatalysators 2 zu vermeiden . Nachfolgend werden die einzelnen Betriebszustände näher erläutert .

Der erste Betriebszustand 51 bezeichnet den Start des Heiz katalysators . Hierzu kann der Heizkatalysator zunächst unter Zufuhr eines Abgasmassenstromes mit einer optionalen elektrischen Heizeinrichtung vorgewärmt werden, bis zugeführter Kraftstof f am Heizkatalysator exotherm umgesetzt wird und den Heizkatalysator weiter bis auf seine Betriebs temperatur heizt .

Im zweiten Betriebszustand 52 wird dem Heizkatalysator ein vergleichsweise großer Abgasmassenstrom von beispielsweise etwa 60 kg/h bis etwa 100 kg/h zugeführt . Der Heizkatalysator wird mit Luftzahl Ä zwischen etwa 0 , 75 und etwa 3 , 5 oder zwischen etwa 1 , 5 und etwa 2 , 5 betrieben . Dies führt zu einer nahezu vollständigen Umsetzung des zugeführten Kraftstof fes mit dem Restsauerstof f des dem Heizkatalysator 2 zugeführten Abgases , wobei der Heizkatalysator in einigen Ausführungsformen eine thermische Leistung von etwa 5 kW bis etwa 20 kW in Form eines Heißgases abgeben kann .

Der dritte Betriebszustand 53 bezeichnet einen Wechselbetrieb , bei welchem zwischen einem ersten Teilschritt 53a und einem zweiten Teilschritt 53b zyklisch geschaltet wird . Im ersten Teilschritt 53a entsprechen die Betriebsbedingungen in etwa dem Betrieb im zweiten Verfahrensschritt 52 . Im zweiten Teilschritt 53b wird der Abgasmassenstrom um einen Faktor 10 bis 25 reduziert , auf beispielsweise etwa 3 kg/h bis etwa 10 kg/h, sodass der Heizkatalysator mit einer Luftzahl /. zwischen etwa 0 , 05 und etwa 0 , 5 oder zwischen etwa 0 , 1 und etwa 0 , 4 betrieben wird . Im zweiten Teilschritt 53b wird somit der zugeführte Kraftstof f nicht vollständig umgesetzt , sondern teilweise verdampft und teilweise in ein Synthesegas umgewandelt , welches über die Abgasleitung dem Oxidationskatalysator zugeführt wird . Durch die im ersten Teilschritt 53a zugeführte Wärme kann sich das Synthesegas am Oxidations katalysator entzünden und dort exotherm umgesetzt werden, sodass eine Heizleistung von etwa 13 kW bis etwa 20 kW unmittelbare am Oxidationskatalysator freigesetzt wird .

Der vierte Verfahrensschritt 54 ist dem zweiten Teilschritt 53b des dritten Verfahrensschritts 53 ähnlich . Jedoch ist der dem Heizkatalysator zugeführte Abgasteilstrom größer und kann zwischen etwa 5 kg/h und etwa 20 kg/h betragen . Die Regelung kann dergestalt erfolgen, dass ein vorgebbarer Anteil des Rohabgases durch den Heizkatalysator geführt wird . Beispielsweise können etwa 2 % und etwa 10 % oder zwischen etwa 3 % und etwa 8 % des Abgasstromes der Brennkraftmaschine als Teilstrom dem Heizkatalysator 2 zugeführt werden . Der Heizkatalysator kann im vierten Betriebszustand 54 eine thermische Leistung von etwa 10 kW bis etwa 50 kW oder von etwa 14 kW bis etwa 36 kW in Form eines zündfähigen Synthesegases in den Oxidationskatalysator 11 einbringen .

Der vierte Betriebszustand 54 eignet sich daher insbesondere zum raschen Aufheizen der Abgasnachbehandlungseinrichtung nach einem Kaltstart und nachdem der Heizkatalysator im ersten Verfahrensschritt 51 gestartet wurde und eine gewisse Vorkonditionierung der Abgasnachbehandlungseinrichtung in den zweiten und dritten Verfahrensschritten 52 und 53 erfolgt ist .

Nach Aufheizung der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf eine vorgebbare Solltemperatur kann der Heizkatalysator 2a im fünften Verfahrensschritt 55 gereinigt werden . Hierzu wird der zugeführte Teilstrom wieder erhöht , auf beispielsweise etwa 50 kg/h bis etwa 100 kg/h . Die zugeführte Kraftstof f menge kann gegenüber dem zweiten Verfahrensschritt 52 reduziert sein, sodass die im Heizkatalysator 2 freigesetzte Wärme primär dafür verwendet wird, verbleibende Ablagerungen und Restkraftstof f zu oxidieren und zu verdampfen, um dauerhafte Ablagerungen und Verschmutzungen im Heizkatalysator 2 zu vermeiden .

Der sechste Verfahrensschritt 56 eignet sich für einen Warmhaltebetrieb , beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine 15 im tiefen Teillastbereich nur niedrige Abgastemperaturen erzeugt oder der Brennkraftmaschine im Schubbetrieb überhaupt kein Kraftstof f zugeführt wird . Im sechsten Verfahrensschritt 56 kann die thermische Leistung des Heiz katalysators zwischen etwa 0 kW und etwa 10 kW betragen . Hierfür wird dem Heizkatalysator 2 ein vergleichsweise kleiner Teilstrom von etwa 5 kg/h bis etwa 50 kg/h des Rohabgases zugeführt , während der Heizkatalysator mit einer Luftzahl Ä zwischen etwa 0 , 75 und etwa 3 , 5 oder zwischen etwa 1 , 5 und etwa 2 , 5 betrieben wird .

Wenn der Heizkatalysator 2 bei hohen Abgastemperaturen dauerhaft nicht benötigt wird, kann dieser im siebten Verfahrensschritt 57 auch abgeschaltet werden . In diesem Fall wird dem Heizkatalysator 2 kein Kraftstof f zugeführt , sodass dieser selbst für den Fall , dass der Heizkatalysator aufgrund seiner Einbausituation dauerhaft von einem Teil - strom des Abgases durchströmt wird, keine Wärme abgibt .

In einigen Ausführungsformen der Erf indung werden die Verfahrensschritte 51 , 52 , 53 und 54 nach einem Kaltstart zyklisch durchlaufen, wobei j eweils beim Erreichen vorgebbarer Temperaturschwellen in den nächsten Betriebszustand umgeschaltet wird . Bei dauerhaftem Betrieb der Brennkraft maschine kann dann in Abhängigkeit der Abgastemperatur bzw . der Abweichung des Temperatursollwertes des Oxidations katalysators vom I stwert zwischen den Betriebszuständen 54 , 55 , 56 und 57 geschaltet werden . Die Temperaturgrenzwerte zwischen den einzelnen Betriebszuständen können mit einer Hysterese versehen sein, um häuf ige unerwünschte Wechsel des Betriebszustandes zu vermeiden . Anhand der Figur 5 wird ein Struktogramm einer zweiten Aus führungsform des erf indungsgemäßen Verfahrens näher erläutert . Gleiche Bestandteile der Erf indung bzw . gleiche Betriebszustände sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass sich die nachfolgende Beschreibung auf die wesentlichen Unterschiede beschränkt . Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine bzw . des damit versehenen Fahrzeuges wird der Heizkatalysator im ersten Verfahrensschritt 51 gestartet .

Sobald der Heizkatalysator 2 seine Betriebsbereitschaft erreicht hat , prüft die Steuer- oder Regeleinrichtung , ob die Abgastemperaturen vor und nach dem Oxidationskatalysator 11 oberhalb vorgebbarer Grenzwerte liegen und ob der Abgas massenstrom des Rohabgases einen vorgebbaren Mindestwert überschreitet . I st dies der Fall , kann unmittelbar der vierte Betriebszustand mit vergleichsweise geringem Teilstrom und niedriger Luftzahl angefahren werden, welcher eine rasche Aufheizung des Oxidationskatalysators ermöglicht . I st dies nicht der Fall , wird die Komponente der Abgasnachbehandlungseinrichtung zunächst im katalytischen Brennerbetrieb gemäß dem zweiten Betriebszustand 52 vorgeheizt .

Sobald die im vierten Verfahrensschritt 54 erzeugte Wärmefront alle Komponenten der Abgasnachbehandlungseinrichtung durchdrungen hat und auch der Temperatursensor 132 am Ausgang des SCR- Systems einen Wert oberhalb eines vorgebbaren Grenzwertes erfasst , wird der Heizkatalysator 2 in einen Warmhaltebetrieb gemäß dem vorstehend beschriebenen sechsten Betriebszustand 56 versetzt .

Die Verfahrensführung gemäß Figur 5 unterscheidet von der vorangegangenen Regelung primär dadurch, dass die Steueroder Regeleinrichtung 3 des Heizkatalysators 2 die Betriebsdaten aus der Motorsteuerung 16 der Brennkraft maschine 15 ausliest sowie ggf . weitere Daten, wie beispielsweise die verbleibende Fahrstrecke , die Topographie und die Straßenklasse dazu nutzt , die erforderliche thermische Leistung des Heizkatalysators 2 vorausschauend zu bestimmen und anhand der gegenwärtigen und/oder zukünftigen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine unter Verwendung des Heizkatalysatorkennfeldes 35 die j eweils optimalen Werte für den Teilstrom und die Kraf tstof fmenge des Heizkatalysators 2 einstellt . Auf diese Weise können Totzeiten des Regelkreises eliminiert werden, sodass die Sollwerte der Temperatur der Komponente der Abgasnachbehandlung schneller erreicht werden können oder die I st -Temperatur in geringerem Maße schwankt .

Figur 6 zeigt die Anwendung des erf indungsgemäßen Verfahrens in einem ersten Ausführungsbeispiel einer mehrstuf igen Regelung gemäß Figur 4 . Dargestellt ist in Figur 6 a) der Abgasmassenstrom eines Rohabgases in Kurve A auf der linken Ordinate und der Sauerstof f gehalt des Abgases in Kurve B auf der rechten Ordinate gegen die Zeit in Sekunden . Figur 6 b) zeigt auf der gleichen Zeitachse die Temperatur des Temperatursensors 12 hinter dem Oxidationskatalysator 11 auf der rechten Ordinate in Kurve C sowie die Ausgangsleistung des Heizkatalysators in Kurve D auf der linken Ordinate . Dargestellt sind in Figur 6 b) Messwerte für einen Sollwert von 400 ° C . Figur 6 c ) zeigt ähnliche Messwerte wie Figur 6 b) , j edoch für einen Sollwert von 280 ° C .

Wie aus Figur 6 ersichtlich ist , ist die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 15 im dargestellten Ausschnitt aus einem WHTC- Zyklus zeitlich nicht konstant , sondern vielmehr hochdynamisch . Dementsprechend ändert sich auch der Abgas massenstrom und der Sauerstof f gehalt des Abgases innerhalb weniger Sekunden . Wie Figuren 6 b) und 6 c ) j eweils zeigen, kann der Heizkatalysator 2 mit der erf indungsgemäßen Steueroder Regeleinrichtung sehr rasch geregelt werden, sodass der Wärmeeintrag durch den Heizkatalysator den schwankenden Wärmeeintrag durch die Brennkraftmaschine weitgehend kompensiert , sodass die Ausgangstemperatur hinter dem Oxidationskatalysator 11 nur in geringem Maße schwankt . Der Oxidationskatalysator 11 ist daher auch im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine stets einsetzbar . Ein Emissions schlupf tritt nicht auf .

Anhand der Figur 7 wird die Anwendung des erf indungsgemäßen Verfahrens in einem zweiten Ausführungsbeispiel beschrieben, nämlich der Regeneration eines Partikelf ilters 12 . Dargestellt ist in Figur 7 a) der Abgasmassenstrom in Kurve A . Figur 7 b) zeigt in Kurve F die Abgastemperatur des Rohabgases hinter der Brennkraftmaschine . In Kurve C ist die Temperatur am Ausgang des Oxidationskatalysators bzw . am Eingang des Partikelf ilters dargestellt . Figur 7 c ) zeigt in Kurve E den CO-Gehalt des Rohabgases und in Kurve G den Gehalt an CH X .

Zur Regeneration des Partikelf ilters 12 werden hohe Abgastemperaturen benötigt , um die eingelagerten Partikel zu oxidieren und gasförmig aus dem Partikelf ilter 12 auszutragen . Hierzu wird nach dem Stand der Technik die Abgas temperatur durch innermotorische Maßnahmen angehoben, was zu schlechten Verbrauchs - und Emissionswerten während der Regenerierung führt .

Wie Figur 7 zeigt , führt das Einschalten des Heizkatalysators 2 nach etwa 60 Sekunden zu einem raschen Anstieg der Abgas temperatur von etwa 200 ° C auf etwa 600 ° C . Die Abgas - temperatur wird vom Heizkatalysator trotz dynamischer Lastanf orderung an die Brennkraftmaschine und dement sprechend zeitlich schwankenden Abgasmassenstrom des Rohabgases innerhalb eines engen Temperaturbereiches konstant gehalten . Wie die Kurven E , F und G zeigen, sind weitere innermotorische Maßnahmen zur Regeneration nicht erforderlich, d . h . die Temperatur des Rohabgases bleibt zu j eder Zeit unter 250 ° C . Ebenso sind die in Kurve E und G gezeigten Schadstof femissionen während dem Regenerieren des Partikelf ilters , anders als nach dem Stand der Technik , nicht erhöht .

Selbstverständlich ist die Erf indung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt . Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen . Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erf indung vorhanden ist . Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus . Sofern die Ansprüche und die vorstehende Beschreibung „ erste" und „ zweite" Ausführungsformen def inieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Aus führungsformen, ohne eine Rangfolge festzulegen .