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Die
Erfindung betrifft ein Abgassystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen
Abgassystems.
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Unter
einem thermoelektrischen Generator (abgekürzt auch als
TEG bezeichnet) wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden,
die nach dem Wirkprinzip des so genannten „Seebeck-Effekts” Wärmeenergie
in elektrische Energie umwandelt (diese Energieumwandlung entsteht
dadurch, dass zwei Punkte eines elektrischen Leiters unterschiedlichen
Temperaturen ausgesetzt werden, wodurch eine elektrische Spannung
zwischen diesen beiden Punkten erzeugt wird).
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Aus
der
US 2005/0268598
A1 ist bereits ein Kraftfahrzeug bekannt, welches in seinem
Abgasstrang, in Strömungsrichtung gesehen vor einer Katalysatoreinrichtung
zur Reinigung des Abgases, einen so genannten thermoelektrischen
Generator (TEG) aufweist. Dabei ist der Abgaskanal zwischen dem
Auslass der Brennkraftmaschine und dem Katalysator bereichsweise
zweikanalig mit zwei parallel verlaufenden Teil-Abgaskanälen
ausgebildet, wobei in einem der beiden Teil-Abgaskanäle
der TEG eingebunden ist. An der stromaufwärts angeordneten Verzweigungsstelle
des Abgaskanals in die beiden Teil-Abgaskanäle ist ein
steuerbares Schaltelement zur Lenkung des Abgasstroms (in den einen
oder in den anderen Teil-Abgaskanal) vorgesehen. Dabei wird das
Schaltelement über eine Steuereinheit derart angesteuert,
dass während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine,
in der der Katalysator eine vorbestimmte Temperatur noch nicht erreicht
hat, der gesamte Abgasstrom über den Teil-Abgaskanal ohne TEG
(den so genannten Bypass) geleitet wird, und erst wenn die vorbestimmte Katalysatortemperatur erreicht
ist, der Abgasstrom durch den anderen, den TEG aufweisenden Teil-Abgaskanal
geführt wird. Ziel dieser Anordnung ist es, während
Betriebsphasen, in denen der Katalysator Temperaturen ausgesetzt
ist, bei denen er Schaden nehmen könnte, überschüssige
Wärme abzuführen um den Katalysator vor Zerstörung
zu schützen und gleichzeitig wertvolle elektrische Energie
zu erzeugen.
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Darüber
hinaus sind zahlreiche Dokumente bekannt, in denen der Aufbau und
die Wirkungsweise eines eingangs erwähnten TEG beschrieben
sind. Stellvertretend seien an dieser Stelle die bislang unveröffentlichten
deutschen Patentanmeldungen genannt:
DE 10 2007 063 168 ,
DE 10 2007 063 172 ,
DE 10 2007 063 173 ,
DE 10 2007 063 196 , auf deren
Inhalt bezüglich eines möglichen Aufbaus eines
TEG vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes
Abgassystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
anzugeben, durch dass der energetische Wirkungsgrad des Kraftfahrzeugs
erheblich verbessert wird.
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Erfindungsgemäß wird
die Aufgabe durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst,
während in den Unteransprüchen bevorzugte Weiterbildungen
der Erfindung angegeben sind. Gemäß der Erfindung
wird vorgeschlagen, bei einem Abgassystem für eine Brennkraftmaschine,
welches zumindest bereichsweise zweikanalig ausgeführt
ist, wobei die beiden Teilabgaskanäle stromabwärts
in einem gemeinsamen Abgaskanalabschnitt zusammengeführt
sind, und bei dem in einem der beiden Teil-Abgaskanäle
ein Energiewandlungsmittel (im Folgenden als thermoelektrischer
Generator bzw. TEG bezeichnet) implementiert ist, und bei dem über mindestens
ein im Abgaskanal angeordnetes Schaltelement der Abgasstrom derart
gesteuert werden kann, dass er ausschließlich durch einen
der beiden oder aufgeteilt durch beide Teil-Abgaskanäle
strömt, über eine Steuereinrichtung zur Steuerung
des mindestens einen Schaltelements, das mindestens eine Schaltelement
in Abhängigkeit von der Temperatur des TEG und/oder in
Abhängigkeit von dem im Abgassystem an einer vorbestimmten
Position vorliegenden Abgasgegendruck und/oder in Abhängigkeit von
der Temperatur der Antriebsmaschine (insbesondere Brennkraftmaschine)
anzusteuern. Es versteht sich von selbst, dass anstelle der vorstehenden
benannten Größen (in deren Abhängigkeit
eine Steuerung des mindestens einen Schaltelements erfolgt) stellvertretend
auch jeweils eine mit dieser Größe korrelierende
Größe herangezogen werden kann. Ferner ist denkbar,
alternativ zu den vorstehend beschriebenen Größen
eine Ansteuerung des Schaltelements in Abhängigkeit von
Fahrzeugumgebungsbedingungen – insbesondere in Abhängigkeit
von der Außen- bzw. Umgebungstemperatur und/oder dem Umgebungsdruck
oder dergleichen – vorzunehmen.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
wird der TEG in das Abgassystem eines Kraftfahrzeugs eingebunden,
in dem die so genannte Warmseite (erster Punkt, des zwischen zwei
Punkten unterschiedlicher Temperatur angeordneten, nach dem Seebeck-Effekt
arbeitenden Energiewandlungsmittel/TEG) des TEG mit einer Abgas
führenden Leitung des Abgasstrangs Wärme leitend
verbunden wird. Die Kaltseite (zweiter Punkt) des TEG kann beispielsweise
mit einer eine Kühlflüssigkeit führenden
Kühlmittelleitung des Motorkühlsystems des Kraftfahrzeugs
thermisch gekoppelt sein. In einer besonders einfachen Ausführungsform des
TEG wird eine Mehrzahl von Thermoelementmodulen um einen Abgaskanalabschnitt
des entsprechenden Teil-Abgaskanals herum angeordnet. In einer Weiterbildung
kann die thermisch wirksame Oberfläche des TEG vergrößert
werden, indem der Abgaskanal bereichsweise nach innen berippt ist
(also z. B. rippenförmige Elemente des Abgaskanals oder
der Thermoelemente in das innere des Teil-Abgaskanalabschnittes
hinein angeordnet sind).
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Mit
Vorteil sind zur Steuerung des Abgasstroms insgesamt zwei Schaltelemente
vorgesehen, wobei in jedem der beiden Teil-Abgaskanäle
ein Schaltelement angeordnet sein kann. Bevorzugt ist das Schaltelement,
welches in dem Teil-Abgaskanal anzuordnen ist, der den TEG aufweist,
in Strömungsrichtung gesehen hinter dem TEG angeordnet.
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Die
Steuereinrichtung zur Ansteuerung des mindestens einen Schaltelements
ist insbesondere derart ausgebildet, dass in jedem Fall eine Unterbrechung
des Abgasstroms durch vollständige Schließstellung
des mindestens einen Schaltelements verhindert wird. In der bevorzugten
Ausführungsform mit je einem Schaltelement pro Teil-Abgaskanal
muss durch die Steuereinrichtung demnach sichergestellt werden,
dass zu keinem Betriebszeitpunkt beide Schaltelemente in eine vollständig
geschlossene Position überführt werden.
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Die
Betriebsstrategie, die über die entsprechende Ansteuerung
der Schaltelemente realisiert werden soll und über die
eine signifikante Erhöhung des Wirkungsgrades eines per
Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs erreicht werden
soll, ist auf eine Maximierung der Konvertierung von thermischer
Energie aus dem Abgasstrang in elektrische Energie ausgerichtet.
Gleichzeitig muss stets die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs
und des TEG sichergestellt sein.
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Über
ein insbesondere versuchstechnisch ermitteltes Kennfeld, in dem
für eine bestimmte Brennkraftmaschine eines bestimmten
Kraftfahrzeugs, die Last über der Drehzahl der Brennkraftmaschine
für verschiedene stationäre Betriebszustände abgebildet
ist, und in dem jedem Last-Drehzahlzustand über das Kennfeld
ein bestimmter Schaltelementzustand zugeordnet ist, wird das mindestens
eine Schaltelement zur Lenkung des Abgasstroms entsprechend eingestellt.
Hierdurch wird eine Art Vorsteuerung des mindestens einen Schaltelements (Abgasklappe(n))
in Abhängigkeit von dem jeweils eingestellten Betriebspunkt
der Brennkraftmaschine gewährleistet. Diese Vorsteuerung
eignet sich bevorzugt für einen dynamischen Betrieb der
Brennkraftmaschine, in dem eine vorbestimmte „Warmlauftemperatur” (insbesondere
ein Durchschnittswert der Temperatur von Brennkraftmaschine oder
TEG – oder einer hiermit korrelierenden Größe
(wie Abgastemperatur o. d.). bereits erreicht ist – mit
Vorteil eine Temperatur bei der der TEG seinen besten Wirkungsgrad
erreicht hat. Dies hat zur Folge, dass über die Kennfeld-Vorsteuerung
der Abgasklappen, ausgehend von einem kalten Betriebszustand des
TEG und einer noch betriebswarmen bzw. eine bestimmte Restwärme
aufweisenden Brennkraftmaschine die mindestens eine Abgasklappe
nicht optimal eingestellt werden kann. Um den TEG auch bei unterschiedlichen
Umgebungsbedingungen (Druck, Temperatur) und Fahrzeug- bzw. TEG-Betriebsparametern
in einem optimalen Temperaturbereich betreiben zu können,
ist ein Reglermodul (z. B. PID-Regler) vorgesehen, über
welches insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur
des TEG und/oder der Temperatur der Antriebsmaschine (bzw. einer
hiermit korrelierenden Größe) die Abgasklappen erforderlichenfalls
anders als von der Vorsteuerung vorgesehen eingestellt werden können.
Beispielsweise würde, ausgehend von einem kalten Betriebszustand des
TEG und noch nicht abgekühlter Brennkraftmaschine (und
damit mit einer erhöhten Temperatur des Abgases) aufgrund
der Kennfeld-Vorsteuerung über den Abgaskanal mit TEG weniger
Abgas geführt werden (um diesen lt. Kennfeld nicht gefährlich
zu erhitzen) als dies aufgrund des tatsächlichen thermischen Gesamtzustands
(wärmeres Abgas aufgrund nicht ausgekühlter Brennkraftmaschine)
möglich wäre. Über das Reglermodul können
die Abgasklappen abweichend hiervon eingestellt werden, so dass
aufgrund der Information, dass der TEG die im Vorsteuerkennfeld
zugrunde gelegte Temperatur noch nicht erreicht hat, der Abgasstrom
im Teil-Abgaskanal mit TEG durch abweichende Ansteuerung der Abgasklappen
erhöht und so die Effizienz in der Warmlaufphase erhöht
werden kann.
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Zur
Abgasgegendruck abhängigen Steuerung der mindestens einen
Abgasklappe ist die Steuereinrichtung mit einem Steuermodul zur
Abgasgegendruckbegrenzung ausgeführt, wodurch verhindert wird,
dass über die Klappeneinstellung durch das Reglermodul
in bestimmten Fahrsituationen (wie z. B. in der Aufheizphase des
TEG) ein zu hoher Abgasmassenstrom durch den Teil-Abgaskanal mit
TEG geführt und dadurch ein zu hoher Abgasgegendruck eingestellt
wird. Durch die abgasgegendruckabhängige Steuerung des
mindestens einen Schaltelements wird die Einstellung eines zu hohen
Abgasgegendrucks (welcher wiederum einen schlechteren Wirkungsgrad
der Brennkraftmaschine zur Folge hätte) wirksam verhindert.
Die abgasgegendruckabhängige Steuerung des mindestens einen
Schaltelements ist insbesondere sinnvoll, für den Fall,
dass der Teil-Abgaskanal im Bereich der TEG-Anordnung eine vorstehend
beschriebene Innenberippung aufweist. Durch diese Innenberippung
wird zwar eine verbesserte Wärmeübertragung in
den TEG gewährleistet, andererseits entsteht bei höheren
Lasten nachteiliger Weise ein erhöhter Abgasgegendruck. Um
diesen Abgasgegendruck bei höheren Lasten vermeiden zu
können, kann die Steuereinheit zur Ansteuerung des mindestens
einen Schaltelements derart ausgebildet sein, dass die Ansteuerung
in Abhängigkeit vom sich einstellenden Abgasgegendruck erfolgt.
Dabei kann der Abgasgegendruck modellbasiert oder messtechnisch
ermittelt werden.
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Durch
die temperaturabhängige Steuerung des mindestens einen
Schaltelements, bei der die Steuerung in Abhängigkeit von
der Temperatur der Antriebsmaschine oder einer hiermit korrelierenden Größe
erfolgt, wird wirksam eine Überhitzung der Antriebsmaschine
verhindert.
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Im
Rahmen der temperaturabhängigen Steuerung des mindestens
einen Schaltelements, bei der die Steuerung in Abhängigkeit
von der Temperatur des TEG oder einer hiermit korrelierenden Größe
erfolgt, wird wirksam ein thermischer Schutz des TEG erreicht.
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Ergänzt
werden kann die vorgestellte Betriebsstrategie durch ein vorausschauendes
Element, indem die Steuerung des mindestens einen Schaltelements
zusätzlich in Abhängigkeit von Fahrzeugumgebungsbedingungen
erfolgt. Insbesondere seien hier angeführt, die Nutzung
von Navigationsdaten und Verkehrsinformationen. Hierdurch soll wirksam
verhindert werden, dass der TEG in bestimmten Betriebsphasen zu
stark abkühlt.
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In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird zusätzlich
zur Ansteuerung der Schaltelemente zur Lenkung des Abgasstroms auch
die Kühlmittelpumpe (Wasserpumpe) des Kühlsystems
der Antriebsmaschine gesteuert. Dabei wird die Kühlleistung
für die Antriebsmaschine bedarfsgerecht zur Verfügung
gestellt und gleichzeitig der Warmlauf des TEG beschleunigt bzw.
das Auskühlen des TEG bei niedriger Motorlast verlangsamt.
Hierfür wird die Kühlmittelpumpe in Abhängigkeit
von der Temperatur des TEG (oder in Abhängigkeit von der
Temperatur des TEG und in Abhängigkeit von der Temperatur
der Antriebsmaschine) gesteuert. Alternativ hierzu kann anstelle
der Koppelung des TEG über seine Kaltseite an den Kühlmittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs auch ein separater autarker Kühlkreislauf
für die Kaltseite des TEG vorgesehen sein und entsprechend
die Steuerung durch Ansteuerung einer zusätzlichen Wasserpumpe
erfolgen.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es
zeigen:
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1:
ein Abgassystem gemäß der Erfindung nebst angekoppelter
Brennkraftmaschine und angekoppeltem elektrischen Bordnetz in schematischer
Darstellung, und
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2:
die Steuereinrichtung zur Steuerung des mindestens einen, den Abgasstrom
lenkenden Schaltelements, in schematischer Darstellung.
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1 zeigt
in einer schematischen Gesamtdarstellung ein Abgassystem gemäß der
Erfindung nebst verschiedener Peripherie wie Antriebsmaschine BKM
und Bordnetz BN. Das Abgassystem umfasst einen Abgasstrang A mit
einem Abgaskanal 2 der zumindest bereichsweise – zwischen
einer ersten Abgaskanalstelle AKS_1 und einer, von der ersten Abgaskanalstelle
AKS_1 stromabwärts beabstandeten, zweiten Abgaskanalstelle
AKS_2 – zwei parallel verlaufende Teil-Abgaskanäle 2.1, 2.2 aufweist.
Dabei ist der eine Teil-Abgaskanal 2.1 mit Mitteln 3 zur Umwandlung
von Wärmeenergie in elektrische Energie (im Folgenden auch
als thermoelektrischer Generator oder TEG bezeichnet) thermisch
gekoppelt, während der andere Teil-Abgaskanal 2.2 als
Bypass zur gesteuerten Umgehung des TEG fungiert. Im Abgaskanal 2 ist
zumindest ein steuerbares Schaltelement 4; 4.1, 4.2 zur
Lenkung des Abgasstroms vorhanden – im vorliegenden Ausführungsbeispiel
weist hingegen jeder Teil-Abgaskanal 2.1, 2.2 ein
eigenes Schaltelement 4.1, 4.2 auf. Durch das
mindestens eine, über eine Steuereinrichtung 6 ansteuerbare Schaltelement 4; 4.1, 4.2 (im
Folgenden auch als Abgasklappe bezeichnet) wird der Abgasstrom einer Brennkraftmaschine
BKM entweder ausschließlich durch den ersten Teil-Abgaskanal 2.1,
ausschließlich durch den zweiten Teil-Abgaskanal 2.2 oder
anteilig durch beide Teil-Abgaskanäle 2.1, 2.2 gelenkt.
Der Abgasstrang A ist im Wesentlichen in drei Teilbereiche aufgeteilt,
wobei in einem ersten Teilbereich A1, der lediglich einkanalig ausgebildet
ist, eine Katalysatoreinrichtung Kat zur Reinigung des Abgases angeordnet
ist. Der zweite, sich hieran anschließende Teilbereich
A2 des Abgasstrangs A ist durch die beiden zwischen den Abgaskanalstellen
AKS_1 und AKS_2 parallel verlaufenden Teil-Abgaskanäle 2.1 und 2.2 gebildet.
Der letzte Teilbereich A3 des Abgasstrangs A ist vorliegend wiederum
einkanalig ausgebildet und umfasst zwei hintereinander geschaltete Schalldämpfereinrichtungen
SD1, SD2. Der Abgasstrang A kann abweichend von dem beschriebenen Aufbau
auch beliebig anders aufgebaut sein. Wesentlich ist lediglich, dass
der Abgaskanal in einem Teilbereich zweikanalig ausgeführt
und stromabwärts wieder zusammengeführt ist (AKS_2).
Der Abgaskanal A kann zweikanalig aus den Auslässen der Brennkraftmaschine
BKM bis zur besagten Zusammenführung ausgebildet sein.
Der Abgaskanal A kann aus den Auslässen der Brennkraftmaschine BKM – wie
dargestellt – auch einkanalig herausgeführt sein,
um sich anschließend, bis zur besagten stromabwärtigen
Zusammenführung (AKS_2), zweikanalig auszubilden. Auch
nach der stromabwärtigen Zusammenführung kann
der Abgaskanal A beliebig ausgebildet (ein- oder mehrflutig) ausgebildet
sein.
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Der
TEG ist in das Abgassystem A eingebunden, in dem die so genannte
Warmseite des TEG mit einer Abgas führenden Leitung des
Abgasstrangs A (hier: Teil-Abgasstrang 2.1) und die Kaltseite
des TEG mit einer eine Kühlflüssigkeit führenden
Kühlmittelleitung 8 (gestrichelt dargestellt)
des Kühlsystems KS der Brennkraftmaschine BKM thermisch
gekoppelt ist. Das Kühlsystem KS ist in herkömmlicher Weise
aufgebaut und umfasst eine Kühlmittelpumpe P sowie eine
Kühleranordnung K.
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Elektrisch
ist der TEG über eine Gleichspannungskoppeleinrichtung 10 in
Form eines DC-DC-Wandlers in das Bordnetz BN des Kraftfahrzeugs
eingekoppelt (alternativ ist auch die Einkopplung über
eine einfache Diode denkbar). Das Bordnetz BN umfasst beispielsweise
eine zumindest generatorisch arbeitende elektrische Maschine EM, eine
elektrische Energiespeichereinrichtung in Form einer Bordnetzbatterie
Batt, einer Kondensatoreinrichtung oder dergleichen sowie elektrische
Verbraucher V. Mit Vorteil ist die elektrische Maschine EM als so
genannter Kurbelwellenstartergenerator ausgebildet, über
den die Brennkraftmaschine BKM bei motorischem Betrieb der elektrischen
Maschine EM gestartet werden kann, und über den in Brems-
oder Schubbetriebsphasen elektrische Energie zur Einspeisung in
Batterie Batt und/oder in das Bordnetz BN generiert werden kann.
Auch kann die elektrische Maschine EM für einen zumindest
zeitweise vorgesehenen elektrischen oder hybriden Antrieb des Kraftfahrzeugs
ausgelegt sein.
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Die
Wirkungsweise des TEG kann durch die Ansteuerung der mindestens
einen Abgasklappe 4; 4.1, 4.2 (entweder
eine zentrale Abgasklappe 4 in der ersten Abgaskanalstelle
AKS_1 – oder wie dargestellt, in jedem Abgas-Teilkanal 2.1, 2.2 jeweils
eine Abgasklappe 4.1, 4.2) gemäß einer
in der Steuereinrichtung 6 hinterlegten Betriebsstrategie
derart optimiert werden, dass durchaus ein nennenswerter Vorteil
im Hinblick auf die CO2 Bilanz des Kraftfahrzeugs erzielt werden
kann. Die Steuereinrichtung 6 ist vorzugsweise an ein Bus-Steuersystem
wie CAN in die Steuerungsstruktur des Kraftfahrzeugs eingebunden. Die
Wirkungsweise der Steuereinrichtung 6 bzw. die der hierin
abgelegten Betriebsstrategie wird im Folgenden anhand von 2 näher
erläutert.
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2 zeigt
in schematischer Darstellung die Funktionalität der Steuereinrichtung 6 bzw.
die hierdurch umgesetzte Betriebsstrategie. Die Steuereinrichtung 6 erhält
eingangsseitig über verschiedene Sensoren als auch über
weitere Steuereinrichtungen innerhalb des Kraftfahrzeugverbunds
eine Vielzahl von Informationen (Fahrzeugbetriebs- und Fahrzeugumgebungsparametern
PB, PU). Insbesondere
umfassen diese Informationen: Informationen die den Zustand des
TEG (TEG-Temperatur TTEG, Abgasgegendruck
im Teil-Abgaskanal 2.1, Druck und Temperatur im angekoppelten
Kühlmittelsystem, ...) beschreiben, Informationen die den
Zustand der Brennkraftmaschine BKM (BKM-Temperatur, Motordrehzahl,
Motormoment, ...) beschreiben und Informationen die den Zustand
der Fahrzeugumgebung (Navigationsdaten, Verkehrsinformationen, ...)
beschreiben. In die Steuereinrichtung 6 werden somit zumindest
Informationen über den Zustand des TEG als auch Informationen
aus dem weiteren Informationsverbund des Kraftfahrzeugs (wie Informationen
aus der zentralen Motorsteuerung oder dergleichen) eingelesen. In
der Steuereinrichtung 6 sind zumindest vier (Teil-)Steuermodule
Mod_1, Mod_2, Mod_3, Mod_4 abgebildet, wobei in einem ersten Steuermodul
Mod_1 ein Kennfeld zur Vorsteuerung der beiden Abgasklappen 4.1, 4.2 in
Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine BKM,
in einem zweiten Steuermodul Mod_2 eine allgemeine Reglerstruktur
zur Modifizierung der vorgesteuerten Klappenstellung bei instationärem
Betrieb des Kraftfahrzeugs, in einem dritten Steuermodul Mod_3 ein Kennfeld
zur Steuerung der Abgasklappen 4.1, 4.2 in Abhängigkeit
von dem in Abgassystem herrschenden Abgasgegendruck pAbgas und
in einem vierten Steuermodul Mod_4 eine Notlauffunktion der Abgasklappen 4.1, 4.2 zur
Sicherstellung eines sicheren Betriebs hinterlegt ist.
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Für
den Betrieb des Abgassystems A bzw. des darin angeordneten thermoelektrischen
Generators TEG erfolgt über das erste Steuermodul Mod_1 eine
Vorsteuerung der Abgasklappen, in dem anhand des hinterlegten Kennfeldes
KF1 in Abhängigkeit von mindestens einem Betriebsparameter
(vorzugsweise in Abhängigkeit von mindestens zwei Betriebsparametern)
wie Abgasmassenstrom, Abgastemperatur, Last M und/oder Drehzahl
n der Brennkraftmaschine BKM eine Klappenposition ermittelt wird.
Da das Vorsteuerkennfeld auf versuchstechnisch ermittelten Werten
bei stationären Umgebungsbedingungen der Brennkraftmaschine
basiert, ist die über die Vorsteuerung gefundene Klappenpostion
für den Betrieb der Brennkraftmaschine bei instationären
Umgebungsbedingungen (Umgebungstemperatur, Umgebungsdruck, o. d.)
nur bedingt geeignet. Um den TEG auch im instationären
Betrieb stets im optimalen Temperaturbereich (Temperaturbereich
mit bestem Wirkungsgrad) betreiben zu können, wird die
vorgesteuerte Klappenposition durch das Steuermodul Mod_2 falls erforderlich
modifiziert. Durch die im dritten Steuermodul Mod_3 abgebildete
Abgasgegendruckbegrenzung wird verhindert, dass der über
das Steuermodul Mod_2 abgebildete Regler in bestimmten Situationen – wie
z. B. in der Aufheizphase des TEG – einen zu hohen Abgasmassenstrom
durch den TEG und somit einen zu hohen Abgasgegendruck einstellt.
Durch die über das vierte Steuermodul Mod_4 abgebildete Notlauffunktionalität
wird sicher gestellt, dass ein gleichzeitiges Schließen
beider Abgasklappen – und somit ein komplettes Verschließen
der Abgasanlage – vermieden wird. Hierfür werden
die beiden Abgasklappen steuerungstechnisch funktional zwangsgekoppelt.
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Durch
ein nicht dargestelltes weiteres Steuermodul könnte die
beschriebene Betriebsstrategie dahingehend erweitert werden, dass
durch Berücksichtigung von Navigations- und/oder Verkehrsinformationen
die Ansteuerung der Abgasklappen und damit die „Regelung” des
TEG derart erfolgt, dass ein zu starkes Abkühlen des TEG – insbesondere
durch vorübergehende Hochlastphasen in denen der Teil-Abgaskanal 2.1 mit
TEG verschlossen ist oder in vorübergehenden Entlastungsphasen
wie Ampelstopp (ggf. mit abgeschalteter Brennkraftmaschine) – verhindert
wird.
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Darüber
hinaus kann die Betriebsstrategie dahingehend erweitert werden,
dass auch die elektrische Kühlmittelpumpe P derart angesteuert
wird, dass eine Aufwärmehase des TEG möglichst
schnell und effizient erfolgt und eine schnelle Auskühlung des
TEG möglichst vermieden wird. Beispielsweise kann in der
Warmlaufphase des TEG der Kühlmittelstrom möglichst
gering gehalten werden, um ein Ableiten der durch den Abgasstrom
in den TEG aufwändig eingebrachten Wärmeenergie
möglichst zu vermeiden. Umgekehrt kann bei einer erreichten
oberen Grenztemperatur des TEG über eine Beschleunigung
des Kühlmittelflusses schnell überflüssige
Wärme vom TEG abgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2005/0268598
A1 [0003]
- - DE 102007063168 [0004]
- - DE 102007063172 [0004]
- - DE 102007063173 [0004]
- - DE 102007063196 [0004]