AT520414B1 - Arrangement of an internal combustion engine with exhaust gas aftertreatment system and preheating device - Google Patents
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- AT520414B1 AT520414B1 ATA50684/2017A AT506842017A AT520414B1 AT 520414 B1 AT520414 B1 AT 520414B1 AT 506842017 A AT506842017 A AT 506842017A AT 520414 B1 AT520414 B1 AT 520414B1
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine (1) mit einer Abgasnachbehandlungsanlage (2) und einer Vorheizvorrichtung (3), wobei die Vorheizvorrichtung (3) zur Vorheizung einer Komponente (4) der Abgasnachbehandlungsanlage (2) bei unbefeuerter Verbrennungskraftmaschine (1) eingerichtet ist, wobei die Vorheizvorrichtung (3) ein Heizelement (5) und eine Fördervorrichtung (6) umfasst, wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) und die Abgasnachbehandlungsanlage (2) eine Gaskanalanordnung (7) umfasst, wobei die Gaskanalanordnung (7) einen ansaugseitigen Gaskanal (8) umfasst, wobei die Gaskanalanordnung (7) einen abgasseitigen Gaskanal (9) umfasst, wobei die Vorheizvorrichtung (3) abgasseitig angeordnet ist, wobei der durch die Vorheizvorrichtung (3) erzeugte, beheizte Gasstrom in und durch die Abgasnachbehandlungsanlage (2) geführt ist, wobei eine Rezirkulationsleitung (13) vorgesehen ist, wobei die Rezirkulationsleitung (13) entlang des Gasstroms abgasseitig nach der zu beheizenden Komponente (4) der Abgasnachbehandlungsanlage (2) abzweigt und wobei die Rezirkulationsleitung (13) entlang des Gasstroms vor der zu beheizenden Komponente (4) der Abgasnachbehandlungsanlage (2) in die Gaskanalanordnung (7) mündet.The invention relates to a method and an arrangement for an internal combustion engine (1) with an exhaust gas aftertreatment system (2) and a preheating device (3), the preheating device (3) for preheating a component (4) of the exhaust gas aftertreatment system (2) in the case of an unfired internal combustion engine (1) is set up, wherein the preheating device (3) comprises a heating element (5) and a delivery device (6), wherein the internal combustion engine (1) and the exhaust gas aftertreatment system (2) comprises a gas channel arrangement (7), wherein the gas channel arrangement (7) comprises a gas channel on the intake side (8), wherein the gas channel arrangement (7) comprises a gas channel (9) on the exhaust gas side, the preheating device (3) being arranged on the exhaust gas side, the heated gas flow generated by the preheating device (3) being guided into and through the exhaust gas aftertreatment system (2). is, wherein a recirculation line (13) is provided, wherein the recirculation line (13) along the gas stream a branches off on the exhaust gas side after the component (4) of the exhaust aftertreatment system (2) to be heated, and the recirculation line (13) along the gas flow before the component (4) of the exhaust aftertreatment system (2) to be heated opens into the gas duct arrangement (7).
Description
ANORDNUNG EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE MIT ABGASNACHBEHANDLUNGSANLAGE UND VORHEIZVORRICHTUNG ARRANGEMENT OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH EXHAUST AFTER-TREATMENT SYSTEM AND PRE-HEATING DEVICE
[0001] Die Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to an arrangement and a method according to the preambles of the independent claims.
[0002] Es ist ein bekanntes Problem bei Abgasnachbehandlungsanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, dass die Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlagen erst ab einer gewissen Betriebstemperatur ihre volle Wirksamkeit entfalten können. Bei modernen, nahezu schadstofffrei arbeitenden Verbrennungskraftmaschinen tritt aus diesem Grund ein Großteil der emittierten Schadstoffe dann auf, wenn die Abgasnachbehandlungsanlage nicht auf Betriebstemperatur ist. Aus diesem Grund besteht eine Nachfrage nach Anordnungen, bei denen die Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage vorgeheizt werden können. It is a well-known problem with exhaust aftertreatment systems of internal combustion engines that the components of the exhaust aftertreatment systems can only develop their full effectiveness above a certain operating temperature. For this reason, the majority of the pollutants emitted in modern, almost pollutant-free internal combustion engines occur when the exhaust aftertreatment system is not at operating temperature. For this reason, there is a demand for arrangements in which the components of the exhaust aftertreatment system can be preheated.
[0003] Insbesondere bei Hybridantrieben, bei denen der Antrieb des Fahrzeugs zeitweise ausschließlich durch den Elektromotor erfolgt, kühlen sowohl der Verbrennungsmotor als auch dessen Abgasnachbehandlungsanlage zeitweise aus, wodurch erhöhte Emissionen ausgestoßen werden. Particularly in the case of hybrid drives, in which the vehicle is temporarily driven exclusively by the electric motor, both the internal combustion engine and its exhaust aftertreatment system cool down at times, resulting in increased emissions being emitted.
[0004] Zur Lösung dieses Problems wurde bisher versucht, die Grundkörper der Katalysatoren der Fahrzeuge von außen elektrisch zu beheizen. Jedoch ist es vorrangig notwendig, die mit dem Abgas in Berührung kommende Oberfläche des Katalysators auf Betriebstemperatur zu bringen. Durch die indirekte Beheizung über den Grundkörper des Katalysators ist die Beheizung herkömmlicher Vorrichtungen ineffizient und träge. To solve this problem, attempts have been made to electrically heat the base body of the catalytic converters of the vehicles from the outside. However, it is primarily necessary to bring the surface of the catalytic converter that comes into contact with the exhaust gas up to operating temperature. Due to the indirect heating via the main body of the catalytic converter, the heating of conventional devices is inefficient and sluggish.
[0005] Bei Hybridfahrzeugen besteht ferner das Problem, dass nicht nur die Abgasnachbehandlungsanlage sondern auch der Verbrennungsmotor selbst auskühlt. Aus diesem Grund ist es bei Hybridfahrzeugen bekannt, elektrische Heizungen vorzusehen, die zur Vorheizung der Ansaugluft dienen. Zur Aufheizung der Brennräume wird diese vorgewärmte Ansaugluft durch Schleppen des Verbrennungsmotors in die Brennräume des Verbrennungsmotors gepumpt, womit diese aufgewärmt werden. Gegebenenfalls wird diese Luft auch weiter durch die Abgasnachbehandlungsanlage gepumpt. Jedoch weist der Motorblock eine verhältnismäßig hohe Wärmekapazität auf, womit ein Großteil der Wärmeenergie von dem Motorblock bzw. den Brennraumwänden absorbiert wird. Eine effiziente Erwärmung der Abgasnachbehandlungsanlage ist mit dieser Methode nicht möglich. In hybrid vehicles there is also the problem that not only the exhaust aftertreatment system but also the internal combustion engine itself cools down. For this reason, it is known in hybrid vehicles to provide electric heaters that are used to preheat the intake air. In order to heat up the combustion chambers, this preheated intake air is pumped into the combustion chambers of the combustion engine by dragging the combustion engine, with the result that these are heated up. If necessary, this air is pumped further through the exhaust aftertreatment system. However, the engine block has a relatively high heat capacity, which means that a large part of the thermal energy is absorbed by the engine block or the combustion chamber walls. Efficient heating of the exhaust aftertreatment system is not possible with this method.
[0006] Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage umfassend eine Vorheizvorrichtung zur Vorheizung mindestens einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage sind beispielsweise aus der DE 102015015794 A1, der EP 1275839 A2 der US 2017120756 A1 und der US 2010115927 A1 bekannt. Internal combustion engines with an exhaust gas aftertreatment system comprising a preheating device for preheating at least one component of the exhaust gas aftertreatment system are known, for example, from DE 102015015794 A1, EP 1275839 A2, US 2017120756 A1 and US 2010115927 A1.
[0007] Aufgabe der Erfindung ist es nun, eine Anordnung zu schaffen, die eine effiziente Vorheizung mindestens einer Komponente einer Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere bei befeuerter und/oder unbefeuerter Verbrennungskraftmaschine, ermöglicht. The object of the invention is now to create an arrangement that enables efficient preheating of at least one component of an exhaust gas aftertreatment system, in particular when the internal combustion engine is fired and/or unfired.
[0008] Die Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. The object is achieved in particular by the features of the independent patent claim.
[0009] Die Erfindung betrifft insbesondere eine Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Vorheizvorrichtung, wobei die Vorheizvorrichtung zur Vorheizung mindestens einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere bei befeuerter und/oder unbefeuerter Verbrennungskraftmaschine, eingerichtet ist, wobei die Vorheizvorrichtung ein Heizelement und eine Fördervorrichtung zur Erzeugung eines die Abgasnachbehandlungsanlage durchströmenden, beheizten Gasstroms umfasst. The invention relates in particular to an arrangement of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system and a preheating device, the preheating device being set up to preheat at least one component of the exhaust gas aftertreatment system, in particular in the case of a fired and/or unfired internal combustion engine, the preheating device having a heating element and a conveying device for Generating a heated gas stream flowing through the exhaust aftertreatment system.
[0010] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung eine Fördervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine ist, die auch im Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine aktiv Optionally, it is provided that the conveyor is a conveyor of the internal combustion engine, which is also active in normal operation of the internal combustion engine
ist, oder dass die Fördervorrichtung eine separate Fördervorrichtung ist, die unabhängig vom Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine betrieben werden kann oder die im Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine deaktiviert ist. is, or that the conveying device is a separate conveying device which can be operated independently of the control operation of the internal combustion engine or which is deactivated in the control operation of the internal combustion engine.
[0011] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung ein Turbolader der Verbrennungskraftmaschine, ein Gebläse der Verbrennungskraftmaschine, ein Kompressor der Verbrennungskraftmaschine oder ein über einen separaten Antrieb angetriebener Turbolader der Verbrennungskraftmaschine bzw. ein E-Booster der Verbrennungskraftmaschine ist, oder dass die Fördervorrichtung ein separater Verdichter, ein separates Gebläse, oder ein separater Kompressor ist. If necessary, it is provided that the conveying device is a turbocharger of the internal combustion engine, a fan of the internal combustion engine, a compressor of the internal combustion engine or a turbocharger of the internal combustion engine driven by a separate drive or an e-booster of the internal combustion engine, or that the conveying device is a separate compressor, a separate blower, or a separate compressor.
[0012] Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass die Verbrennungskraftmaschine und die Abgasnachbehandlungsanlage eine Gaskanalanordnung zum Transport der Verbrennungsgase umfasst, wobei die Gaskanalanordnung mindestens einen ansaugseitigen Gaskanal wie insbesondere einen oder mehrere Luftansaugkanäle umfasst, wobei die Gaskanalanordnung mindestens einen abgasseitigen Gaskanal wie insbesondere einen oder mehrere Abgaskanäle umfasst, wobei die Vorheizvorrichtung oder zumindest das Heizelement der Vorheizvorrichtung entlang der Gaskanalanordnung nach der Verbrennungskraftmaschine, also abgasseitig angeordnet ist, und dass der durch die Vorheizvorrichtung erzeugte, beheizte Gasstrom in und durch die Abgasnachbehandlungsanlage geführt ist. According to the invention, it is further provided that the internal combustion engine and the exhaust gas aftertreatment system comprises a gas duct arrangement for transporting the combustion gases, the gas duct arrangement comprising at least one intake-side gas duct, such as in particular one or more air intake ducts, the gas duct arrangement comprising at least one exhaust-side gas duct, in particular one or more exhaust gas ducts comprises, wherein the preheating device or at least the heating element of the preheating device is arranged along the gas duct arrangement after the internal combustion engine, i.e. on the exhaust gas side, and that the heated gas flow generated by the preheating device is guided into and through the exhaust gas aftertreatment system.
[0013] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Gaskanalanordnung insbesondere abhängig von der Kolben- oder Ventilstellung, durch den Brennraum oder durch die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine geführt ist und/oder wobei die Gaskanalanordnung mindestens einen Rückführkanal wie insbesondere einen Abgasrückführkanal bzw. einen Hochdruckabgasrückführkanal umfasst. If necessary, it is provided that the gas duct arrangement is guided through the combustion chamber or through the combustion chambers of the internal combustion engine, in particular depending on the piston or valve position, and/or the gas duct arrangement comprises at least one recirculation duct, such as in particular an exhaust gas recirculation duct or a high-pressure exhaust gas recirculation duct.
[0014] Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Rezirkulationsleitung zur Rezirkulation des durch die Vorheizvorrichtung erzeugten, beheizten Gasstroms vorgesehen ist, dass die Rezirkulationsleitung entlang des Gasstroms abgasseitig nach der mindestens einen zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage abzweigt, und dass die Rezirkulationsleitung entlang des Gasstroms vor der mindestens einen zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage in die Gaskanalanordnung mündet. The invention provides that a recirculation line is provided for recirculating the heated gas flow generated by the preheating device, that the recirculation line branches off along the gas flow on the exhaust gas side after the at least one component of the exhaust gas aftertreatment system to be heated, and that the recirculation line along the gas flow before the at least one component of the exhaust aftertreatment system to be heated opens into the gas duct arrangement.
[0015] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Kühlleitung zur Kühlung, zur Temperaturregelung oder zur Temperatursteuerung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage vorgesehen ist. If necessary, it is provided that a cooling line is provided for cooling, for temperature regulation or for controlling the temperature of the components of the exhaust gas aftertreatment system.
[0016] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Kühlleitung zur Zuführung von kühlendem Gas in den abgasseitigen Gaskanal mündet. If necessary, it is provided that the cooling line for supplying cooling gas opens into the gas channel on the exhaust gas side.
[0017] Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Vorheizvorrichtung, wobei ein durch mindestens ein Heizelement der Vorheizvorrichtung beheizter Gasstrom unter Verwendung einer Fördervorrichtung durch die Abgasnachbehandlungsanlage gefördert wird, wobei der Gasstrom durch eine Gaskanalanordnung gefördert wird, wobei die Gaskanalanordnung zum Transport der Verbrennungsgase durch die Verbrennungskraftmaschine und durch die Abgasnachbehandlungsanlage eingerichtet ist. If necessary, the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system and a preheating device, wherein a gas flow heated by at least one heating element of the preheating device is conveyed through the exhaust gas aftertreatment system using a conveying device, the gas flow being conveyed through a gas duct arrangement, wherein the gas duct arrangement is set up to transport the combustion gases through the internal combustion engine and through the exhaust gas aftertreatment system.
[0018] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasstrom im Verlauf der Gaskanalanordnung nach der Verbrennungskraftmaschine, also abgasseitig, von der Vorheizvorrichtung, insbesondere von dem Heizelement der Vorheizvorrichtung beheizt wird. Optionally, it is provided that the gas flow is heated in the course of the gas duct arrangement after the internal combustion engine, ie on the exhaust gas side, by the preheating device, in particular by the heating element of the preheating device.
[0019] Erfindungsgemäß ist weiter vorgesehen, dass der beheizte Gasstrom durch eine Rezirkulationsleitung gefördert wird, dass der Gasstrom nach der mindestens einen zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage abgasseitig aus der Gaskanalanordnung in die Rezirkulationsleitung gefördert wird, und dass der Gasstrom entlang der Gaskanalanordnung vor der mindestens einen zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage aus der Rezirkulationsleitung in die Gaskanalanordnung gefördert wird. According to the invention, it is further provided that the heated gas flow is conveyed through a recirculation line, that the gas flow is conveyed after the at least one component of the exhaust gas aftertreatment system to be heated on the exhaust gas side from the gas duct arrangement into the recirculation line, and that the gas flow along the gas duct arrangement before the at least a component of the exhaust aftertreatment system to be heated is conveyed from the recirculation line into the gas channel arrangement.
[0020] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gasstrom zur Kühlung, zur Temperaturregelung oder zur Temperatursteuerung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage in einer Kühlleitung gekühlt wird. If necessary, it is provided that the gas stream is cooled in a cooling line for cooling, for temperature regulation or for controlling the temperature of the components of the exhaust gas aftertreatment system.
[0021] Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Anordnung, insbesondere die Vorheizvorrichtung, zumindest eine Fördervorrichtung und ein Heizelement umfasst. Bevorzugt ist vorgesehen, dass mehrere Heizelemente vorgesehen sind. It is preferably provided that the arrangement, in particular the preheating device, comprises at least one conveyor device and a heating element. It is preferably provided that several heating elements are provided.
[0022] In allen Ausführungsformen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Beheizung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage indirekt erfolgt. Dies bedeutet insbesondere, dass nicht die Komponente bzw. deren Bauteile direkt beheizt werden, sondern dass ein heißer Gasstrom erzeugt wird, der durch diese Komponenten hindurchgeleitet wird. Insbesondere wird in allen Ausführungsformen der vorgeheizte Gasstrom durch jene Abschnitte der Gaskanalanordnung gefördert, durch die auch im Regelbetrieb das Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchgeleitet wird. Dadurch kommt der vorgeheizte Gasstrom mit jenen Elementen und/oder Oberflächen der Abgasnachbehandlungsanlage in Kontakt, die katalytisch aktiv wirken bzw. die zur Verbesserung der Effizienz der Abgasnachbehandlungsanlage vorgeheizt werden müssen. Dadurch wird die Vorheizdauer signifikant verringert. In all embodiments, it is preferably provided that the heating of the components of the exhaust gas aftertreatment system takes place indirectly. This means in particular that the component or its parts are not heated directly, but that a hot gas flow is generated, which is passed through these components. In particular, in all of the embodiments, the preheated gas flow is conveyed through those sections of the gas duct arrangement through which the exhaust gas of the internal combustion engine is also conducted in regular operation. As a result, the preheated gas flow comes into contact with those elements and/or surfaces of the exhaust gas aftertreatment system that are catalytically active or that have to be preheated to improve the efficiency of the exhaust gas aftertreatment system. This significantly reduces the preheating time.
[0023] Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Beheizung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage direkt erfolgt. Additionally or alternatively, it can be provided that the components of the exhaust aftertreatment system are heated directly.
[0024] Eine weitere Verringerung der Vorheizdauer kann dadurch erzielt werden, dass nur jene Komponenten der Anordnung mit dem beheizten Gasstrom in Kontakt kommen, die durchströmt werden müssen, um die vorzuheizenden Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage zu erreichen. Beispielsweise ist es notwendig, den beheizten Gasstrom durch den abgasseitigen Gaskanal zu leiten, um die Abgasnachbehandlungsanlage durchströmen zu können. Jedoch ist es nicht zwingend notwendig, Komponenten, wie beispielsweise einen Ladeluftkühler, eine Turbine eines Turboladers oder die im Motorblock vorgesehenen Brennräume zu durchströmen. Gegebenenfalls ist daher mindestens eine Bypassleitung vorgesehen, durch die nicht zu beheizende Komponenten der Anordnung überbrückt werden können, sodass der beheizte Gasstrom an diesen Komponenten vorbeigeleitet wird. A further reduction in the preheating time can be achieved in that only those components of the arrangement come into contact with the heated gas flow which must be flown through in order to reach the components of the exhaust gas aftertreatment system to be preheated. For example, it is necessary to conduct the heated gas flow through the exhaust-side gas duct in order to be able to flow through the exhaust-gas treatment system. However, it is not absolutely necessary to flow through components such as an intercooler, a turbine of a turbocharger or the combustion chambers provided in the engine block. If necessary, at least one bypass line is therefore provided, through which components of the arrangement that are not to be heated can be bridged, so that the heated gas flow is routed past these components.
[0025] Gegebenenfalls ist ein Oxidationskatalysator vorgesehen, wobei die Vorheizvorrichtung dazu geeignet und/oder eingerichtet ist, diesen Oxidationskatalysator auf eine Temperatur von mindestens 100°C vorzuheizen. If necessary, an oxidation catalytic converter is provided, with the preheating device being suitable and/or set up to preheat this oxidation catalytic converter to a temperature of at least 100°C.
[0026] Gegebenenfalls ist ein NO--Speicherkatalysator oder ein passiver NO,-Adsorber vorgesehen, wobei die Vorheizvorrichtung dazu geeignet und/oder eingerichtet ist, diesen NOx-Speicherkatalysator oder den passiven NO,-Adsorber auf eine Temperatur von mindestens 100°C vorzuheizen. Optionally, an NO storage catalyst or a passive NO adsorber is provided, the preheating device being suitable and/or set up to preheat this NO x storage catalyst or the passive NO adsorber to a temperature of at least 100°C .
[0027] Gegebenenfalls sind ein SCR-System und/oder eine DPF/SCR-Kombination vorgesehen, wobei die Vorheizvorrichtung dazu geeignet und/oder eingerichtet ist, diese Komponente auf mindestens 80°C vorzuheizen. If necessary, an SCR system and/or a DPF/SCR combination are provided, with the preheating device being suitable and/or set up to preheat this component to at least 80°C.
[0028] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung entlang der Gaskanalanordnung vor der Verbrennungskraftmaschine, also entlang des ansaugseitigen Gaskanals, angeordnet ist, und dass auch ein Heizelement vor der Verbrennungskraftmaschine, also am ansaugseitigen Abschnitt der Gaskanalanordnung, angeordnet ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, zur Steigerung der Effizienz der Vorheizung der Abgasnachbehandlungsanlage, den beheizten Gasstrom über eine Bypassleitung an der Verbrennungskraftmaschine und insbesondere an den Brennräumen vorbei in die Abgasnachbehandlungsanlage zu fördern. If necessary, it is provided that the conveying device is arranged along the gas duct arrangement in front of the internal combustion engine, i.e. along the intake-side gas duct, and that a heating element is also arranged in front of the internal combustion engine, i.e. on the intake-side section of the gas duct arrangement. In this case it is advantageous, to increase the efficiency of the preheating of the exhaust gas aftertreatment system, to promote the heated gas flow via a bypass line past the internal combustion engine and in particular past the combustion chambers into the exhaust gas aftertreatment system.
[0029] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung entlang des ansaugseitigen Gaskanals angeordnet ist, das Heizelement jedoch entlang des abgasseitigen Gaskanals angeordnet ist. In diesem Fall kann eine Bypassleitung zur Umgehung der Brennräume entfallen, da die Beheizung ohnehin erst nach diesen Brennräumen erfolgt. Jedoch kann gegebenenfalls eine Bypassleitung zur Umgehung einer Komponente eines Verdichters, wie insbesondere eines Ab-Optionally, it is provided that the delivery device is arranged along the intake-side gas duct, but the heating element is arranged along the exhaust-side gas duct. In this case, there is no need for a bypass line to circumvent the combustion chambers, since the heating takes place after these combustion chambers anyway. However, if necessary, a bypass line for bypassing a component of a compressor, such as in particular a waste
gasturboladers, vorgesehen sein. gas turbocharger, be provided.
[0030] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Rezirkulationsleitung vorgesehen ist, durch die der bereits durch die Abgasnachbehandlungsanlage durchgeführte beheizte Gasstrom wieder in einen Bereich der Gaskanalanordnung geleitet wird, der den zu beheizenden Komponenten oder der zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage vorgelagert ist. Dadurch geht der beheizte Gasstrom nicht durch den Auspuff verloren, sondern kann rezirkuliert und gegebenenfalls erneut aufgewärmt werden. Dadurch kann die Effizienz der Vorheizung weiter verbessert werden. Gegebenenfalls mündet die Rezirkulationsleitung in den ansaugseitigen Gaskanal. In diesem Fall ist es vorteilhaft, die Brennräume und gegebenenfalls weitere Komponenten durch eine Bypassleitung zu überbrücken, sodass der rezirkulierte beheizte Gasstrom seine Wärme gezielt an die zu beheizenden Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage abgegeben werden kann und nicht an Komponenten wie beispielsweise den Motorblock oder eine Turbine eines Verdichters, die nicht vorrangig vorgeheizt werden müssen. If necessary, it is provided that a recirculation line is provided, through which the heated gas stream that has already passed through the exhaust gas aftertreatment system is guided back into an area of the gas duct arrangement that is upstream of the components to be heated or the component of the exhaust gas aftertreatment system to be heated. As a result, the heated gas flow is not lost through the exhaust, but can be recirculated and, if necessary, reheated. As a result, the efficiency of the preheating can be further improved. If necessary, the recirculation line opens into the gas channel on the intake side. In this case, it is advantageous to bridge the combustion chambers and, if necessary, other components with a bypass line, so that the recirculated heated gas flow can transfer its heat to the components of the exhaust aftertreatment system that are to be heated and not to components such as the engine block or a turbine of a compressor that do not need to be preheated as a matter of priority.
[0031] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Kühlleitung vorgesehen ist, die in einen beliebigen Abschnitt der Gaskanalanordnung mündet, um eine Kühlung bzw. eine Temperaturregelung oder -steuerung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage bewirken zu können. If necessary, it is provided that a cooling line is provided, which opens into any section of the gas duct arrangement in order to be able to bring about cooling or temperature regulation or control of the components of the exhaust gas aftertreatment system.
[0032] In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass eine Kühlleitung zur Zuführung von kühlendem Gas in den abgasseitigen Gaskanal mündet. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass eine Kühlleitung über eine Fördervorrichtung ein Gas in den abgasseitigen Gaskanal einbringt, wobei die Temperatur dieses Gases kleiner ist als die Temperatur des im abgasseitigen Gaskanal befindlichen Gases. In all of the embodiments it can be provided that a cooling line for supplying cooling gas opens into the gas duct on the exhaust gas side. If necessary, it is provided that a cooling line introduces a gas into the gas duct on the exhaust gas side via a conveyor device, the temperature of this gas being lower than the temperature of the gas in the gas duct on the exhaust gas side.
[0033] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass den aufzuheizenden Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage zumindest ein Heizelement vorgelagert ist, durch das der von der Fördervorrichtung erzeugte Gasstrom beheizt ist oder wird. Gegebenenfalls ist vor jeder zu beheizenden Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage ein Heizelement angeordnet. Das oder jedes Heizelement kann beispielsweise ein elektrisches Heizelement zur Beheizung des geförderten Gasstroms sein. Optionally, it is provided that the components of the exhaust gas aftertreatment system to be heated are preceded by at least one heating element, through which the gas flow generated by the conveyor device is or is heated. If necessary, a heating element is arranged in front of each component of the exhaust aftertreatment system that is to be heated. The or each heating element can be, for example, an electrical heating element for heating the conveyed gas flow.
[0034] In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass der beheizte Gasstrom ein beheizter Luftstrom ist oder einen Luftstrom enthält, wobei zur Bildung des beheizten Luftstroms Umgebungsluft angesaugt wird, über eine Fördervorrichtung durch die Gaskanalanordnung gefördert und dabei über mindestens ein, bevorzugt mehrere, Heizelemente aufgeheizt wird. In all embodiments, it can be provided that the heated gas flow is a heated air flow or contains an air flow, with ambient air being sucked in to form the heated air flow, conveyed through the gas channel arrangement via a conveying device and in the process via at least one, preferably several, heating elements is heated.
[0035] Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der beheizte Gasstrom ein beheizter Abgasstrom ist oder einen Abgasstrom enthält, wobei zur Bildung des beheizten Abgasstroms beispielsweise das in der Verbrennungskraftmaschine und/oder das in der Abgasnachbehandlungsanlage befindliche Abgas über eine Fördervorrichtung durch die Gaskanalanordnung gefördert und dabei über mindestens ein, bevorzugt mehrere, Heizelemente aufgeheizt wird. In addition or as an alternative, it can be provided that the heated gas flow is a heated exhaust gas flow or contains an exhaust gas flow, with the exhaust gas located in the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment system being conveyed via a conveying device through the gas duct arrangement, for example, to form the heated exhaust gas flow and is heated by at least one, preferably several, heating elements.
[0036] In allen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass die Anordnung zusätzlich zu einer Verbrennungskraftmaschine auch einen elektrischen Antrieb umfasst, sodass ein Hybridantrieb gebildet ist. In all embodiments it can be provided that the arrangement also includes an electric drive in addition to an internal combustion engine, so that a hybrid drive is formed.
[0037] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung ein Verdichter der Verbrennungskraftmaschine, ein Gebläse der Verbrennungskraftmaschine, ein Kompressor der Verbrennungskraftmaschine oder ein über einen separaten Antrieb angetriebener Turbolader der Verbrennungskraftmaschine bzw. ein E-Booster der Verbrennungskraftmaschine ist. Optionally, it is provided that the conveying device is a compressor of the internal combustion engine, a fan of the internal combustion engine, a compressor of the internal combustion engine or a turbocharger of the internal combustion engine driven by a separate drive or an e-booster of the internal combustion engine.
[0038] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung ein separater Verdichter, ein separates Gebläse, oder ein separater Kompressor ist. Optionally, it is provided that the conveying device is a separate compressor, a separate blower, or a separate compressor.
[0039] Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Fördervorrichtung ein Gebläse des die Anordnung enthaltenden Fahrzeugs wie beispielsweise das Heizungsgebläse des Fahrzeugs ist. Optionally, it is provided that the conveying device is a fan of the vehicle containing the arrangement, such as the heating fan of the vehicle.
[0040] In allen Ausführungsformen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vorheizvorrichtung eine separate, vorzugsweise von der Verbrennungskraftmaschine unabhängige, Vorheizvorrichtung ist und insbesondere, dass die Verbrennungskraftmaschine kein Teil der Vorheizvorrichtung ist. In all embodiments, it is preferably provided that the preheating device is a separate preheating device, preferably independent of the internal combustion engine, and in particular that the internal combustion engine is not part of the preheating device.
[0041] In weiterer Folge werden die Erfindung und deren Funktionsweise anhand von Verfahrensschritten weiter beschrieben. Wurde die Anordnung, insbesondere die Verbrennungskraftmaschine und die Abgasnachbehandlungsanlage, über einen gewissen Zeitraum derart betrieben, dass die Abgasnachbehandlungsanlage eine Temperatur aufweist, in der sie nicht optimal arbeiten kann, so kann dies beispielsweise über einen Temperatursensor erkannt werden. Ergibt sich nun aufgrund unterschiedlicher Parameter, dass die Verbrennungskraftmaschine in Kürze wieder in ihren befeuerten Betrieb übergeht, oder dass in Kürze die Abgasnachbehandlungsanlage ihre Wirksamkeit entfalten soll, so wird die Vorheizvorrichtung aktiviert. Gegebenenfalls bzw. alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Vorheizvorrichtung immer dann in Betrieb ist, wenn die Temperatur der Abgasnachbehandlungsanlage unter einem gewissen Schwellwert liegt. [0041] In the following, the invention and its mode of operation will be further described with reference to process steps. If the arrangement, in particular the internal combustion engine and the exhaust gas aftertreatment system, has been operated over a certain period of time in such a way that the exhaust gas aftertreatment system has a temperature at which it cannot work optimally, this can be detected, for example, via a temperature sensor. If, based on different parameters, the internal combustion engine will soon switch back to its fired mode, or if the exhaust gas aftertreatment system will soon be effective, the preheating device is activated. Optionally or alternatively, however, it can also be provided that the preheating device is always in operation when the temperature of the exhaust gas aftertreatment system is below a certain threshold value.
[0042] Ist die Vorheizvorrichtung aktiviert, so wird jedenfalls ein Heizelement aktiviert, welches das durch die Gaskanalanordnung beförderte Gas beheizt. Dieses beheizte Gas wird in weiterer Folge durch die Abgasnachbehandlungsanlage und insbesondere durch jene Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage gefördert, die vorgeheizt werden sollen. Bevorzugt wird hierzu eine Fördervorrichtung aktiviert. Diese Fördervorrichtung kann beispielsweise eine Fördervorrichtung der Verbrennungskraftmaschine oder eine separate Fördervorrichtung sein. Insbesondere ist die Fördervorrichtung ein Gebläse oder ein Verdichter, durch das oder den ein Gas durch die Gaskanalanordnung befördert werden kann. Bevorzugt ist dieses Gas Umgebungsluft und/oder Abgas, das angesaugt und über ein Heizelement beheizt durch die Abgasnachbehandlungsanlage befördert wird. [0042] If the preheating device is activated, then in any case a heating element is activated, which heats the gas conveyed through the gas channel arrangement. This heated gas is subsequently conveyed through the exhaust aftertreatment system and in particular through those components of the exhaust aftertreatment system that are to be preheated. A conveyor device is preferably activated for this purpose. This conveying device can be, for example, a conveying device of the internal combustion engine or a separate conveying device. In particular, the conveying device is a blower or a compressor, by means of which a gas can be conveyed through the gas channel arrangement. This gas is preferably ambient air and/or exhaust gas, which is sucked in and transported through the exhaust gas aftertreatment system heated by a heating element.
[0043] Ist die notwendige Betriebstemperatur erreicht, was wiederum beispielsweise über einen Temperatursensor, insbesondere einen realen oder modellierten Temperatursensor, festgestellt werden kann, so kann die Vorheizvorrichtung gegebenenfalls deaktiviert werden. So sind beispielsweise modellierte Sensoren einsetzbar, bei denen ein Temperaturmodell hinterlegt ist, in das andere Werte zur Ermittlung der Temperatur wie z.B. die Leistungsaufnahme, der Wärmeeintrag in Motor- oder Abgasnachbehandlungskomponenten oder ähnliche Werte eingehen. If the necessary operating temperature is reached, which in turn can be determined, for example, via a temperature sensor, in particular a real or modeled temperature sensor, the preheating device can be deactivated if necessary. For example, modeled sensors can be used in which a temperature model is stored, in which other values for determining the temperature such as the power consumption, the heat input into engine or exhaust gas aftertreatment components or similar values are included.
[0044] Eine Vorheizung geschieht beispielsweise bei Hybridfahrzeugen nach einer längeren Antriebsphase, in der ausschließlich der Elektromotor aktiv ist und die Verbrennungskraftmaschine inaktiv oder zumindest unbefeuert geschleppt wird. Gegebenenfalls ist die Vorheizung der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage auch bei einem Kaltstart nötig, insbesondere wenn das Fahrzeug bzw. die Verbrennungskraftmaschine nach einer gewissen Zeit, in der die Verbrennungskraftmaschine nicht betrieben wurde, wieder gestartet wird. A preheating occurs, for example, in hybrid vehicles after a longer drive phase in which only the electric motor is active and the internal combustion engine is inactive or at least towed unfired. It may also be necessary to preheat the components of the exhaust aftertreatment system during a cold start, particularly when the vehicle or the internal combustion engine is restarted after a certain period of time in which the internal combustion engine has not been operated.
[0045] Gegebenenfalls kann das durch die Abgasnachbehandlungsanlage beförderte vorgeheizte Gas durch den Auspuff an die Umgebung abgegeben werden. Alternativ dazu kann jedoch eine Rezirkulationsleitung vorgesehen sein, durch die das beheizte Gas nach der Abgasnachbehandlungsanlage oder nach der zu beheizenden Komponente wieder in den Bereich vor der zu beheizenden Komponente eingebracht wird. Optionally, the preheated gas conveyed through the exhaust aftertreatment system can be emitted to the environment through the exhaust. As an alternative to this, however, a recirculation line can be provided, through which the heated gas is introduced back into the area before the component to be heated after the exhaust gas aftertreatment system or after the component to be heated.
[0046] Die Erfindung wird nun anhand von nicht einschränkenden, exemplarischen Ausführungsformen und anhand der Figuren weiter beschrieben. Dabei zeigen The invention will now be further described with reference to non-limiting, exemplary embodiments and with reference to the figures. show it
[0047] Fig. 1 eine erste Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung, [0048] Fig. 2 eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung, [0049] Fig. 3 eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung, [0050] Fig. 4 eine vierte Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung, [0051] Fig. 5 eine fünfte Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung, und [0052] Fig. 6 eine sechste Variante einer erfindungsgemäßen Anordnung. 1 shows a first variant of an arrangement according to the invention, [0048] FIG. 2 shows a second variant of an arrangement according to the invention, [0049] FIG. 3 shows a third variant of an arrangement according to the invention, [0050] FIG Arrangement, [0051] FIG. 5 shows a fifth variant of an arrangement according to the invention, and [0052] FIG. 6 shows a sixth variant of an arrangement according to the invention.
[0053] Die Figuren 1 bis 5 zeigen unterschiedliche mögliche Anordnungen einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage und einer Vorheizvorrichtung in schematischen, stark vereinfachten Darstellungen. Figures 1 to 5 show different possible arrangements of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system and a preheating device in schematic, greatly simplified representations.
[0054] Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen in den Figuren folgenden Komponenten: Unless otherwise indicated, the reference numbers in the figures correspond to the following components:
Verbrennungskraftmaschine 1, Abgasnachbehandlungsanlage 2, Vorheizvorrichtung 3, Komponente (der Abgasnachbehandlungsanlage) 4, Heizelement 5, Fördervorrichtung 6, Gaskanalanordnung 7, ansaugseitiger Gaskanal 8, abgasseitiger Gaskanal 9, Brennraum 10, Rückführkanal 11, Bypassleitung 12, Rezirkulationsleitung 13, Auspuff 14, Abgasdrosselklappe 15, Turbolader 16, Kühlerbypassleitung 17, Kühlleitung 18, Zusatzantrieb 19, Ladeluftkühler 22, EGR-Kühler 27, Reduktionsmittelinjektor 30. Internal combustion engine 1, exhaust gas aftertreatment system 2, preheating device 3, component (of the exhaust gas aftertreatment system) 4, heating element 5, conveying device 6, gas duct arrangement 7, intake-side gas duct 8, exhaust-gas side gas duct 9, combustion chamber 10, return duct 11, bypass line 12, recirculation line 13, exhaust 14, exhaust gas throttle valve 15 , turbocharger 16, cooler bypass line 17, cooling line 18, auxiliary drive 19, intercooler 22, EGR cooler 27, reducing agent injector 30.
[0055] Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Abgasnachbehandlungsanlage 2 und einer Vorheizvorrichtung 3. Die Abgasnachbehandlungsanlage 2 umfasst mehrere Komponenten 4, die durch die Vorheizvorrichtung 3 vorgeheizt werden können. Dabei kann eine Komponente 4 als SCR-Katalysator ausgeführt sein, der stromaufwärts ein Reduktionsmittelinjektor 30 zum Einbringen eines Reduktionsmittels wie z.B. Harnstoff bzw. Harnstofflösung vorgelagert ist. shows a schematic representation of an arrangement of an internal combustion engine 1 with an exhaust gas aftertreatment system 2 and a preheating device 3. The exhaust gas aftertreatment system 2 comprises a plurality of components 4, which can be preheated by the preheating device 3. One component 4 can be designed as an SCR catalytic converter, upstream of which is a reducing agent injector 30 for introducing a reducing agent such as urea or urea solution.
[0056] Zum Vorheizen sind in der folgenden Ausführungsform mehrere Heizelemente 5 vorgesehen, wobei die erfindungsgemäßen Vorteile auch mit nur einem Heizelement 5 erreicht werden können. Ferner umfasst die Vorheizvorrichtung 3 zumindest eine Fördervorrichtung 6, die in der vorliegenden Ausführungsform als Gebläse ausgebildet ist. Dieses Gebläse ist gemäß dieser Ausführungsform ein separates Gebläse, das im Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 bevorzugt nicht aktiv ist. Vielmehr wird dieses Gebläse, also die Fördervorrichtung 6, nur zum Zwecke der Vorheizung der Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingesetzt. Die Anordnung umfasst eine Gaskanalanordnung 7. Die Gaskanalanordnung 7 umfasst einen ansaugseitigen Gaskanal 8 und einen abgasseitigen Gaskanal 9, wobei ansaugseitig und abgasseitig hier hinsichtlich der Brennräume 10 zu verstehen ist. Im Regelbetrieb können die Brennräume 10 Teil der Gaskanalanordnung 7 sein, da Verbrennungsgase, insbesondere die Ansaugluft, durch die Brennräume 10 gefördert werden. In the following embodiment, a plurality of heating elements 5 are provided for preheating, the advantages according to the invention also being able to be achieved with only one heating element 5 . Furthermore, the preheating device 3 comprises at least one conveying device 6, which is designed as a blower in the present embodiment. According to this embodiment, this fan is a separate fan which is preferably not active during regular operation of the internal combustion engine 1 . Rather, this blower, ie the conveying device 6, is only used for the purpose of preheating the components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2. The arrangement comprises a gas duct arrangement 7. The gas duct arrangement 7 comprises a gas duct 8 on the intake side and a gas duct 9 on the exhaust gas side, with the intake side and exhaust gas side being understood here with regard to the combustion chambers 10. In regular operation, the combustion chambers 10 can be part of the gas duct arrangement 7 since combustion gases, in particular the intake air, are conveyed through the combustion chambers 10 .
[0057] Ferner umfasst die Verbrennungskraftmaschine 1 der Ausführungsform gemäß Fig. 1 einen Rückführkanal 11, der im Regelbetrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 ein Abgasrückführkanal bzw. ein Hochdruckabgasrückführkanal ist oder als ein solcher Kanal wirkt. Zur effizienten Vorheizung der Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2 wird dieser Rückführkanal 11 als Bypassleitung 12 verwendet, um den Luftstrom, vorbei an den Brennräumen 10, zur Abgasnachbehandlungsanlage 2 zu fördern. Furthermore, the internal combustion engine 1 of the embodiment according to FIG. 1 comprises a recirculation duct 11, which is an exhaust gas recirculation duct or a high-pressure exhaust gas recirculation duct during normal operation of the internal combustion engine 1 or acts as such a duct. For efficient preheating of the components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2 , this return duct 11 is used as a bypass line 12 in order to convey the air flow past the combustion chambers 10 to the exhaust gas aftertreatment system 2 .
[0058] Der bei der Vorheizung geförderte Gasstrom folgt den eingezeichneten Pfeilen vom ansaugseitigen Gaskanal 8 über die Bypassleitung 12 vorbei an den Brennräumen 10 in den abgasseitigen Gaskanal 9, von dort aus weiter zu einem ersten Heizelement 5 und einer ersten Komponente 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2, weiter zu gegebenenfalls weiteren Heizelementen 5 und weiteren Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2. In der vorliegenden Ausführungsform verlässt der beheizte Gasstrom die Anordnung durch den Auspuff 14, und wird dort an die Umgebung abgegeben. Stromaufwärts des Auspuffs 14 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine Abgasdrosselklappe 15, zwischen dem Verdichter des Turboladers 16 und dem Ladeluftkühler 22 eine Drosselklappe 20 vorgesehen. The gas flow conveyed during preheating follows the arrows shown from the intake-side gas channel 8 via the bypass line 12 past the combustion chambers 10 into the exhaust-gas-side gas channel 9, from there on to a first heating element 5 and a first component 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2. continue to possibly further heating elements 5 and further components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2. In the present embodiment, the heated gas flow leaves the arrangement through the exhaust pipe 14 and is discharged there into the environment. In the illustrated exemplary embodiment, an exhaust gas throttle valve 15 is provided upstream of the exhaust pipe 14 , and a throttle valve 20 is provided between the compressor of the turbocharger 16 and the intercooler 22 .
[0059] Gegebenenfalls kann diese Anordnung auch zur Kühlung der Abgasnachbehandlungsanlage 2 mit Umgebungsluft bei deaktivierten Heizelementen 4 verwendet werden, falls die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponenten 5 beispielsweise einen Schwellwert überschreitet. Optionally, this arrangement can also be used to cool the exhaust gas aftertreatment system 2 with ambient air when the heating elements 4 are deactivated if the temperature of the exhaust gas aftertreatment components 5 exceeds a threshold value, for example.
[0060] Fig. 2 zeigt eine ähnliche Konfiguration wie Fig. 1, wobei anstatt der Verwendung eines separaten Gebläses als Fördervorrichtung 6 ein Verdichter bzw. ein Gebläse der Verbrennungskraftmaschine 1 als Fördervorrichtung 6 herangezogen wird. Diese Fördervorrichtung 6 ist insbesondere als elektrisch angetriebener Verdichter, wie beispielsweise als sogenannter „E-Booster“ oder als elektrisch betriebener Kompressor ausgebildet. Die restlichen Komponenten und deren Funktionsweise entsprechen den Komponenten und der Funktionsweise aus Fig. 1. Die Förder-FIG. 2 shows a configuration similar to FIG. 1, wherein instead of using a separate blower as the conveying device 6, a compressor or a blower of the internal combustion engine 1 is used as the conveying device 6. FIG. This conveyor device 6 is designed in particular as an electrically driven compressor, such as a so-called “e-booster” or as an electrically operated compressor. The remaining components and their mode of operation correspond to the components and mode of operation from Fig. 1. The conveyor
vorrichtung 6 fördert einen Gasstrom durch die Gaskanalanordnung 7, insbesondere durch den ansaugseitigen Gaskanal 8, durch den als Bypassleitung 12 wirkenden Rückführkanal 11 weiter in den abgasseitigen Gaskanal 9 und dadurch weiter durch die Abgasnachbehandlungsanlage 2. Den aufzuheizenden Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2 ist zumindest ein Heizelement 5 vorgelagert, sodass der beheizte Gasstrom durch die Abgasnachbehandlungsanlage 2 gefördert wird, um selbige vorzuheizen. Device 6 conveys a gas flow through the gas duct arrangement 7, in particular through the gas duct 8 on the intake side, through the return duct 11 acting as a bypass line 12 further into the gas duct 9 on the exhaust gas side and thus further through the exhaust gas aftertreatment system 2. The components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2 to be heated are fitted with at least one heating element 5 upstream, so that the heated gas stream is promoted through the exhaust aftertreatment system 2 in order to preheat the same.
[0061] Der Gasstrom verlässt die Abgasnachbehandlungsanlage 2 durch den Auspuff 14 und wird dort an die Umgebung abgegeben. Zusätzlich zur Abgasdrosselklappe 15 stromaufwärts des Auspuffs 14 und der Drosselklappe 20 ist ein Ladeluftventil 21 in Form eines Drei-/Zweiwegeventils an der Stelle angeordnet, wo die Ladeluftzuführung zum „E-Booster“ abzweigbar bzw. zum Ladeluftkühler 22 führbar ist. The gas flow leaves the exhaust gas treatment system 2 through the exhaust pipe 14 and is discharged there to the environment. In addition to the exhaust gas throttle valve 15 upstream of the exhaust pipe 14 and the throttle valve 20, a charge air valve 21 in the form of a three/two-way valve is arranged at the point where the charge air supply to the “e-booster” can be branched off or to the charge air cooler 22.
[0062] In den Figuren 1 und 2 kann zur Umgehung der Brennräume 10 ein Abgasrückführventil, insbesondere das sogenannte Hochdruck-EGR-Ventil 23 einer Hochdruck-Abgasrückführung, bei deaktivierter Verbrennungskraftmaschine 1 geöffnet sein sodass der Rückführkanal 11 als Bypassleitung 12 wirken kann. In Figures 1 and 2, to bypass the combustion chambers 10, an exhaust gas recirculation valve, in particular the so-called high-pressure EGR valve 23 of a high-pressure exhaust gas recirculation system, can be open when the internal combustion engine 1 is deactivated, so that the recirculation channel 11 can act as a bypass line 12.
[0063] Fig. 3 zeigt eine ähnliche Konfiguration wie Fig. 2, wobei jedoch zusätzlich eine Rezirkulationsleitung 13 im Niederdruckbereich vorgesehen ist. Der Gasstrom zur Vorheizung der Abgasnachbehandlungsanlage 2 wird, ausgehend von der Fördervorrichtung 6, vorbei an den Brennräumen 10 der Verbrennungskraftmaschine 1 in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 gefördert. Vor den zu beheizenden Komponenten 4 ist wiederum zumindest ein Heizelement 5 vorgesehen. Im Unterschied zur Konfiguration der Fig. 2 ist jedoch bei Fig. 3 zur Vorheizung der Abgasnachbehandlungsanlage 2 zumindest zeitweise die Abgasdrosselklappe 15 betätigt, die geschlossen wird, damit der beheizte Gasstrom nicht aus dem Auspuff 14 austritt, sondern über die Rezirkulationsleitung 13 im Niederdruckbereich wieder zur Vorheizvorrichtung 3, insbesondere zur Fördervorrichtung 6 und zum Heizelement 5, geleitet wird. Neben einem Niederdruck EGR-Ventil 24 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 mindestens ein erstes Stellelement 25 in Form eines Drei- /Zweiwegeventils vorgesehen, welches betätigt werden kann, damit der beheizte Gasstrom über die Niederdruckabgasrückführleitung, in der ein EGR-Kühler 27 angeordnet ist, in die Rezirkulationsleitung 13 und von dort wieder zu der Fördervorrichtung 6 geleitet wird. Die Rezirkulationsleitung 13 ist dabei eine separate Leitung, die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht notwendig ist. Die Rezirkulationsleitung 13 ist insbesondere dazu vorgesehen, um den als Verdichter ausgeführten ansaugseitigen Teil eines Turboladers 16 zu umgehen. FIG. 3 shows a configuration similar to FIG. 2, but a recirculation line 13 is additionally provided in the low-pressure area. The gas flow for preheating the exhaust gas aftertreatment system 2 is conveyed, starting from the conveying device 6 , past the combustion chambers 10 of the internal combustion engine 1 into the exhaust gas aftertreatment system 2 . At least one heating element 5 is provided in front of the components 4 to be heated. In contrast to the configuration of Fig. 2, however, in Fig. 3 the exhaust gas throttle valve 15 is actuated at least temporarily to preheat the exhaust gas aftertreatment system 2, and is closed so that the heated gas flow does not exit from the exhaust pipe 14, but instead flows back to the exhaust pipe 13 in the low-pressure area via the recirculation line 13 Preheating device 3, in particular to the conveyor 6 and the heating element 5, is passed. In addition to a low-pressure EGR valve 24, at least one first actuating element 25 in the form of a three/two-way valve is provided in the exemplary embodiment according to FIG , is passed into the recirculation line 13 and from there back to the conveying device 6 . The recirculation line 13 is a separate line that is not necessary for the operation of the internal combustion engine 1 . The recirculation line 13 is provided in particular to bypass the intake-side part of a turbocharger 16 designed as a compressor.
[0064] Gegebenenfalls kann aber auch vorgesehen sein, dass die Rezirkulationsleitung 13 durch die Abgasrückführungsleitung, insbesondere die Niederdruckabgasrückführungsleitung, gebildet ist, wodurch eine separate Rezirkulationsleitung 13 entfallen kann. Hierfür ist bevorzugt ein zweites Stellelement 26 vorgesehen, das beispielsweise als Drosselklappe ausgeführt sein kann. Das erste Stellelement 25, gegebenenfalls auch die Drosselklappe 20, kann bzw. können in einer solchen Variante entfallen. Optionally, however, it can also be provided that the recirculation line 13 is formed by the exhaust gas recirculation line, in particular the low-pressure exhaust gas recirculation line, as a result of which a separate recirculation line 13 can be omitted. For this purpose, a second control element 26 is preferably provided, which can be designed, for example, as a throttle valve. The first control element 25, optionally also the throttle valve 20, can be omitted in such a variant.
[0065] Durch Konfiguration der Fig. 3 kann der beheizte Gasstrom durch die Gaskanalanordnung 7 zirkulieren, wodurch die Effizienz der Vorheizvorrichtung 3 verbessert wird, da die Wärme nicht durch den Auspuff 14 nach außen abgegeben wird. Gegebenenfalls ist jedoch vorgesehen, dass je nach gewünschter Heizleistung oder Zieltemperatur die Abgasdrosselklappe 15 ganz oder teilweise geöffnet wird, sodass der beheizte Gasstrom ganz oder teilweise durch den Auspuff 14 austritt. The configuration of FIG. 3 allows the heated gas flow to circulate through the gas passage arrangement 7, thereby improving the efficiency of the preheater 3 since the heat is not released through the exhaust pipe 14 to the outside. If necessary, however, it is provided that, depending on the desired heat output or target temperature, the exhaust gas throttle valve 15 is opened completely or partially, so that the heated gas flow exits completely or partially through the exhaust pipe 14 .
[0066] Bei der Konfiguration gemäß Fig. 3 dient, wie auch bei Fig. 2, ein bereits vorhandener Verdichter bzw. ein Gebläse der Verbrennungskraftmaschine 1 als Fördervorrichtung 6. Diese Fördervorrichtung 6 der Verbrennungskraftmaschine 1 kann beispielsweise ein Verdichter, insbesondere ein elektrisch unterstützter Turbolader 16, ein Kompressor und bevorzugt ein E-Booster der Verbrennungskraftmaschine 1 sein. In the configuration according to FIG. 3, as in FIG. 2, an already existing compressor or a fan of the internal combustion engine 1 serves as the conveying device 6. This conveying device 6 of the internal combustion engine 1 can, for example, be a compressor, in particular an electrically assisted turbocharger 16, a compressor and preferably an e-booster of the internal combustion engine 1.
[0067] Fig. 4 zeigt eine weitere Konfiguration, die im Wesentlichen mit der Konfiguration der Fig. Fig. 4 shows a further configuration which is essentially identical to the configuration of Fig.
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3 übereinstimmt, wobei zusätzlich eine Kühlerbypassleitung 17 vorbei am EGR- Kühler 27 vorgesehen ist. 3 coincides, with an additional cooler bypass line 17 being provided past the EGR cooler 27 .
[0068] Die Kühlerbypassleitung 17 ist eine Bypassleitung, durch die der Gasstrom am EGR- Kühler 27 der Abgasrückführleitung vorbeileitbar ist. Durch das Umgehen des EGR-Kühlers 27 durch die Kühlerbypassleitung 17 wird der beheizte Gasstrom nicht durch den EGR-Kühler 27 geleitet, womit die Effizienz der Vorrichtung weiter verbessert wird. Die Funktionsweise der Anordnung gemäß Fig. 4 entspricht mit Ausnahme der Kühlerbypassleitung 17 der Funktion der Ausführungsform der Fig. 3. The cooler bypass line 17 is a bypass line through which the gas flow can be routed past the EGR cooler 27 of the exhaust gas recirculation line. By bypassing the EGR cooler 27 with the cooler bypass line 17, the heated gas flow is not directed through the EGR cooler 27, further improving the efficiency of the device. The functioning of the arrangement according to FIG. 4 corresponds to the function of the embodiment of FIG. 3, with the exception of the cooler bypass line 17.
[0069] In alle Ausführungsformen kann, alternativ zur Verwendung des Rückführkanals 11 der Verbrennungskraftmaschine als Bypassleitung 12, eine eigene, insbesondere eine zusätzliche Leitung vorgesehen sein, um den Luftstrom, vorbei an den Brennräumen 10, zur Abgasnachbehandlungsanlage 2 zu fördern. Beispielhaft ist dazu in Fig. 4 eine strichpunktierte Zusatzleitung 120 eingezeichnet, die unmittelbar stromabwärts der dort als E-Booster ausgeführten Fördervorrichtung 6 abzweigt und nach den Brennräumen unmittelbar stromabwärts der Turbine des Turboladers 16 in die Abgasleitung einmündet. Die zusätzlich an den Mündungspunkten möglichen 3/2-Wegeventile sind aus Gründen der Ubersichtlichkeit nicht eingezeichnet. In all embodiments, as an alternative to using the return duct 11 of the internal combustion engine as a bypass line 12, a separate line, in particular an additional line, can be provided in order to convey the air flow past the combustion chambers 10 to the exhaust gas aftertreatment system 2. As an example, a dot-dash additional line 120 is shown in FIG. The 3/2-way valves that are also possible at the opening points are not shown for reasons of clarity.
[0070] Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung. Diese umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Abgasnachbehandlungsanlage 2 und einer Vorheizvorrichtung 3, wobei die Vorheizvorrichtung 3 mindestens ein Heizelement 5 und eine Fördervorrichtung 6 umfasst. Die Fördervorrichtung 6 ist im Verlauf des abgasseitigen Gaskanals 9 der Gaskanalanordnung 7 angeordnet. Eine gezielte Umgehung der Brennräume 10 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist dadurch im vorliegenden Fall nicht notwendig. Vielmehr wird ein Gasstrom von der Fördervorrichtung 6 z.B. aus der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 angesaugt und durch die Abgasnachbehandlungsanlage 2 gefördert. Dabei mündet ein von der Fördervorrichtung 6 kommender Gaskanal in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 bzw. stromabwärts der Turbine des Turboladers 16, unmittelbar vor der Abgasnachbehandlungsanlage 2 in den abgasseitigen Gaskanal 9. Durch ein Heizelement 5 oder mehrere Heizelemente 5 kommt es zu einer Beheizung des Gasstroms. Der Gasstrom wird dann durch die zu beheizenden Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2 gefördert. 5 shows a further embodiment of an arrangement according to the invention. This comprises an internal combustion engine 1 with an exhaust gas aftertreatment system 2 and a preheating device 3, the preheating device 3 comprising at least one heating element 5 and a conveying device 6. The conveying device 6 is arranged in the course of the gas duct 9 of the gas duct arrangement 7 on the exhaust gas side. A targeted bypassing of the combustion chambers 10 of the internal combustion engine 1 is therefore not necessary in the present case. Rather, a flow of gas is sucked in by the conveying device 6 e.g. from the environment of the internal combustion engine 1 and conveyed through the exhaust gas aftertreatment system 2 . A gas duct coming from the conveyor device 6 opens into the exhaust gas aftertreatment system 2 or downstream of the turbine of the turbocharger 16, directly in front of the exhaust gas aftertreatment system 2, into the gas duct 9 on the exhaust gas side. The gas flow is heated by a heating element 5 or a plurality of heating elements 5. The gas flow is then conveyed through the components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2 to be heated.
[0071] Ferner sind in der Ausführungsform gemäß Fig. 6 zusätzlich mehrere Stellelemente vorgesehen, durch die eine Rezirkulation des Gasstroms zur Beheizung der Abgasnachbehandlungsanlage 2 bewirkt werden kann, um eine raschere Aufheizung und Erhöhung der Effizienz zu erzielen. Darin besteht eine Verbindung zwischen der zum Auspuff 14 führenden Leitung und einer mit der Umgebung der Verbrennungskraftmaschine 1 verbundenen Zuleitung 18 der Fördervorrichtung 6, wobei in dieser Verbindung ein drittes Stellelement 28 angeordnet ist. Des Weiteren ist in der Zuleitung 18 der Fördervorrichtung, stromaufwärts des Eintrittspunkts der genannten Verbindung, ein viertes Schaltelement 29 angeordnet. Wird das dritte Stellelement 28 in eine Durchlassstellung gebracht und werden gleichzeitig die Abgasdrosselklappe 15, das Niederdruck EGR-Ventil 24 und das vierte Schaltelement 29 in eine Schließstellung gebracht, wird der in die Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingebrachte Gasstrom zirkuliert und zusätzlich aufgewärmt. Die Rezirkulation dieses Gases geschieht entlang der durch die Pfeile markierten Abschnitte der Gaskanalanordnung 7. [0071] Furthermore, in the embodiment according to FIG. 6, a plurality of adjusting elements are additionally provided, through which a recirculation of the gas stream for heating the exhaust gas after-treatment system 2 can be effected in order to achieve faster heating and an increase in efficiency. There is a connection between the line leading to the exhaust pipe 14 and a feed line 18 of the conveying device 6 connected to the environment of the internal combustion engine 1, with a third actuating element 28 being arranged in this connection. Furthermore, a fourth switching element 29 is arranged in the feed line 18 of the conveying device, upstream of the entry point of said connection. If the third control element 28 is brought into an open position and at the same time the exhaust gas throttle valve 15, the low-pressure EGR valve 24 and the fourth switching element 29 are brought into a closed position, the gas flow introduced into the exhaust gas aftertreatment system 2 is circulated and additionally heated. This gas is recirculated along the sections of the gas channel arrangement 7 marked by the arrows.
[0072] Je nach gewünschter Betriebstemperatur oder Effizienz der Anordnung können überdies ein oder mehrere Stellelemente, insbesondere die Abgasdrosselklappe 15 derart gestellt werden, dass der beheizte Gasstrom teilweise oder - mit dem dritten Stellelement 28 und dem Niederdruck EGR-Ventil 24 in Schließstellung - vollständig durch den Auspuff 14 austritt. Depending on the desired operating temperature or the efficiency of the arrangement, one or more control elements, in particular the exhaust gas throttle valve 15, can also be positioned in such a way that the heated gas flow partially or - with the third control element 28 and the low-pressure EGR valve 24 in the closed position - completely through the exhaust 14 exits.
[0073] Die in den vorliegenden Ausführungsformen der Fign. 5 und 6 dargestellte Zuleitung kann ferner als Kühlleitung fungieren. Eine derartige Kühlleitung kann gegebenenfalls in allen Ausführungsformen vorgesehen sein. Die Kühlleitung kann beispielsweise als einfache Frischluftzufuhr mit einem vierten Stellelement 29 und gegebenenfalls mit einem Gebläse ausgebildet sein. Durch diese Kühlleitung kann eine Herabsetzung der Temperatur des beheizten Gasstroms erfolgen. Dies kann beispielsweise einen Vorteil bei der Regelung oder Steuerung der Temperatur des In the present embodiments of Figs. The supply line shown in FIGS. 5 and 6 can also function as a cooling line. Such a cooling line can optionally be provided in all embodiments. The cooling line can be designed, for example, as a simple fresh air supply with a fourth control element 29 and optionally with a fan. The temperature of the heated gas stream can be reduced through this cooling line. This can, for example, be an advantage when regulating or controlling the temperature of the
Gasstroms bringen. Ferner kann gegebenenfalls die Kühlleitung im Regelbetrieb bzw. bei befeuerter und/oder unbefeuerter Verbrennungskraftmaschine 1 zur Kühlung von Komponenten 4 der Abgasnachbehandlungsanlage 2 eingesetzt werden. bring gas flow. Furthermore, the cooling line can optionally be used in regular operation or in the case of a fired and/or unfired internal combustion engine 1 for cooling components 4 of the exhaust gas aftertreatment system 2 .
[0074] In den Ausführungsformen der Figuren 1 bis 6 kann gegebenenfalls ein Zusatzantrieb 19, wie beispielsweise ein Elektromotor vorgesehen sein. Die Stellelemente der Figuren 1 bis 5 können beispielsweise Ventile, Absperrelemente oder Klappen sein. In the embodiments of Figures 1 to 6, an additional drive 19, such as an electric motor can optionally be provided. The actuating elements of FIGS. 1 to 5 can be valves, shut-off elements or flaps, for example.
[0075] Die Abgasnachbehandlungselemente in den Figuren bzw. in der Beschreibung können motornah und/oder im Unterflurbereich und damit weiter entfernt vom Motor angeordnet sein. Für die erfindungsgemäße Funktion spielt die Lage der Komponenten keine oder eine untergeordnete Rolle. The exhaust gas aftertreatment elements in the figures or in the description can be arranged close to the engine and/or in the underfloor area and thus further away from the engine. The position of the components plays no or only a minor role for the function according to the invention.
[0076] Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform können gegenüber den dargestellten Ausführungsformen zusätzliche bzw. weniger Abgasnachbehandlungskomponenten vorgesehen sein. According to an embodiment that is not illustrated, additional or fewer exhaust gas aftertreatment components can be provided compared to the illustrated embodiments.
[0077] Das Heizelement muss nicht unmittelbar an einer Komponente der Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet sein, sondern kann gegebenenfalls in einem beliebigen Bereich der Gaskanalanordnung angeordnet sein, in dem der zu beheizende Gasstrom gefördert wird. Insbesondere kann das Heizelement nahe der Fördervorrichtung angeordnet sein. [0077] The heating element does not have to be arranged directly on a component of the exhaust gas aftertreatment system, but can optionally be arranged in any area of the gas duct arrangement in which the gas flow to be heated is conveyed. In particular, the heating element can be arranged close to the conveying device.
[0078] Da insbesondere Luft bzw. Abgas durch das System bewegt wird, kann auch bei einer derartigen Anordnung ein Aufwärmen der Abgasnachbehandlungselemente erreicht werden. Since in particular air or exhaust gas is moved through the system, heating of the exhaust gas aftertreatment elements can also be achieved with such an arrangement.
[0079] Allgemein können bei den Stellelementen 3/2-Wegeventile auch mit zwei Drosselklappen bzw. zwei Drosselklappen mit 3/2-Wegeventilen ausgeführt sein. In general, 3/2-way valves can also be designed with two throttle flaps or two throttle flaps with 3/2-way valves for the actuating elements.
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