DE10053674B4

DE10053674B4 - A method for controlling the temperature of a guided in an exhaust line of an internal combustion engine to a catalyst exhaust stream and the corresponding exhaust gas temperature control system

Info

Publication number: DE10053674B4
Application number: DE10053674A
Authority: DE
Inventors: Ekkehard Pott; Michael Zillmer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-10-28
Filing date: 2000-10-28
Publication date: 2012-08-16
Anticipated expiration: 2020-10-29
Also published as: DE10053674A1

Abstract

Verfahren zur Temperierung und insbesondere zur Kühlung eines in einem Abgasstrang von einer Verbrennungskraftmaschine zu einem Katalysator geführten Abgasstroms mittels mindestens eines abgezweigten Ladeluftteilstroms eines der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Abgasturboladers, wobei der abgezweigte Ladeluftteilstrom wenigstens teilweise derart mittels eines Wärmetauschelements (17) auf eine vorgebbare Betriebstemperatur eingestellt wird, dass der Katalysator (13) innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement (17) in einer zu einem Abgasstrang (16) führenden Abzweigungsleitung (18) angeordnet ist.Method for temperature control and in particular for cooling an exhaust gas flow in an exhaust line from an internal combustion engine to a catalytic converter by means of at least one branched charge air partial flow of an exhaust gas turbocharger assigned to the internal combustion engine, wherein the diverted charge air partial flow is at least partially adjusted to a predefinable operating temperature by means of a heat exchange element (17), the catalyst (13) can be operated within a predefinable temperature range, characterized in that the heat exchange element (17) is arranged in a branch line (18) leading to an exhaust line (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung eines in einem Abgasstrang von einer Verbrennungskraftmaschine zu einem Katalysator geführten Abgasstroms mittels mindestens eines abgezweigten Ladeluftteilstroms eines der Verbrennungskraftmaschine zugeordneten Abgasturboladers, wobei der abgezweigte Ladeluftteilstrom wenigstens teilweise – derart mittels eines Wärmetauschelements auf eine vorgebbare Betriebstemperatur eingestellt wird, dass der Katalysator innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs betreibbar ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for controlling the temperature of an exhaust gas flow in an exhaust gas system from an internal combustion engine to a catalytic converter by means of at least one branched charge air partial flow of an exhaust gas turbocharger assigned to the internal combustion engine, wherein the branched charge air partial flow is at least partially adjusted to a predefinable operating temperature by means of a heat exchange element Catalyst within a predeterminable temperature range is operable according to the preamble of claim 1.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Abgastemperiersystem mit einem Abgasturbolader und einem Katalysator, welche jeweils mit einer Verbrennungskraftmaschine wirkverbunden sind, und einem Ladeluftabzweigsystem, mittels welchem eine Temperierung eines Abgasstroms mittels eines Ladeluftteilstroms erzielbar ist, wobei mindestens ein Wärmetauschelement zur Einstellung einer vorgebbaren Betriebstemperatur des abgezweigten Ladeluftteilstroms vorgesehen ist, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 14.Furthermore, the invention relates to an exhaust gas temperature control system with an exhaust gas turbocharger and a catalyst, which are each operatively connected to an internal combustion engine, and a charge air branching system, by means of which a temperature control of an exhaust gas flow by means of a charge air partial flow can be achieved, wherein at least one heat exchange element for setting a predetermined operating temperature of the branched off Charge air stream is provided according to the preamble of claim 14.

Abgaskühlverfahren und entsprechende Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind bereits beispielsweise aus der EP 0 415 128 A1 bekannt.Exhaust gas cooling and corresponding devices of the type mentioned are already for example from the EP 0 415 128 A1 known.

Die DE 197 46 658 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regelung des Temperaturbereiches eines als NOx-Speicherkatalysator ausgeführten Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Diesel- oder Mager-Otto-Motors. Aus dem Abgasstrom wird in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors vor dem im Abgasstrang vorgesehenen NOx-Speicher ein solcher Wärmestrom abgeführt, dass eine maximale Temperatur des NOx-Speichers nicht überschritten und insbesondere ein vorgebbarer Temperaturbereich eingehalten wird.The DE 197 46 658 A1 discloses a method and a device for controlling the temperature range of a catalytic converter designed as a NOx catalytic converter in an exhaust system of an internal combustion engine, in particular a diesel or lean-burn gasoline engine. Depending on the operating state of the internal combustion engine, such a heat flow is removed from the exhaust gas flow upstream of the NOx storage device provided in the exhaust gas line so that a maximum temperature of the NOx storage device is not exceeded and, in particular, a specifiable temperature range is maintained.

Dies ist notwendig, da NOx-Speicher, beziehungsweise NOx-Speicherkatalysatoren, welche in Fahrzeugen mit magerlauffähigen Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, lediglich in einem eingeschränkten, Arbeits-Temperaturfenster von circa 220°C bis circa 500°C zur Erzielung einer erwünschten Mager-NOx-Einlagerung betrieben werden können. Bei NOx-Speicherkatalysator-Betriebstemperaturen außerhalb dieses Temperaturfensters wird. nachteilhafterweise lediglich eine geringe NOx-Einlagerungsrate erhalten. Es besteht zwar die Möglichkeit, bei direkt magerlauffähigen Otto-Motoren in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Ausführung der Verbrennungskraftmaschine und der Katalysatoranlage einen Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine bei einer vorliegenden, zu hohen NOx-Speicherkatalysator-Betriebstemperatur zu unterdrücken, obwohl ein grundsätzlich anzustrebender Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich des Brennverlaufs durchführbar wäre, jedoch wird nachteilhafterweise ein mittels eines Magerbetriebs vermeidbarer Kraftstoff-Mehrverbrauch erhalten. Um den Kraftstoffverbrauch so gering wie möglich zu halten, wird deshalb in bekannter Weise eine Umströmung der Abgasanlage mit Frischluft zur Erzielung einer Abgaskühlung herbeigeführt, um geeignete Betriebsbedingungen zu schaffen, welche einen Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zulassen. Im Falle einer mittels eines Abgasturboladers in an sich bekannter Weise mit Ladeluft aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine kann ferner gemäß DE 197 46 658 A1 überschüssige, aus dem Abgasturbolader abgeblasene Luft zur Zwangskühlung des Abgasstrangs eingesetzt werden.This is necessary because NOx storage, or NOx storage catalysts, which are used in vehicles with lean-burn internal combustion engines, only in a restricted, working temperature window of about 220 ° C to about 500 ° C to achieve a desired lean NOx storage can be operated. At NOx storage catalyst operating temperatures outside this temperature window. disadvantageously obtained only a low NOx storage rate. Although there is the possibility of suppressing lean running Otto engines in response to the operating state of the embodiment of the internal combustion engine and the catalyst system lean operation of the internal combustion engine at a present, too high NOx storage catalyst operating temperature, although a basically desirable lean operation of the internal combustion engine in terms of Burning process would be feasible, but disadvantageously obtained by means of a lean operation avoidable fuel consumption. In order to keep the fuel consumption as low as possible, therefore, a flow around the exhaust system with fresh air to achieve an exhaust gas cooling is brought about in a known manner to provide suitable operating conditions, which allow a lean operation of the internal combustion engine. In the case of an internal combustion engine supercharged with charge air by means of an exhaust gas turbocharger in a manner known per se, it is also possible according to FIG DE 197 46 658 A1 Excessive, blown off the exhaust gas turbocharger air for forced cooling of the exhaust system can be used.

Aus der DE 44 10 022 A1 ist es bekannt, die Temperatur eines Katalysators durch einen Abgaswärmetauscher vordem Katalysator einzustellen. Gemäß der DE 100 09 541 A1 ist bei einer Brennkraftmaschine mit defekter Kraftstoffeinspritzung in den Brennraum in einem Abgasstrang stormaufwärts eines NOx-Speicherkatalysators ein Abgaskühler vorgesehen.From the DE 44 10 022 A1 It is known to adjust the temperature of a catalyst through an exhaust gas heat exchanger upstream of the catalyst. According to the DE 100 09 541 A1 is provided in an internal combustion engine with defective fuel injection into the combustion chamber in an exhaust line storm upstream of a NOx storage catalytic converter, an exhaust gas cooler.

Nachteilhafterweise sind die bekannten Abgaskühlverfahren und die entsprechenden Abgaskühlsysteme nicht geeignet, in zuverlässiger Weise eine betriebsoptimale Abgastemperierung zu gewährleisten, um eine möglichst hohe Zulässigkeit eines Magerbetriebs der entsprechenden Verbrennungskraftmaschine zu erhalten.Disadvantageously, the known exhaust gas cooling methods and the corresponding exhaust gas cooling systems are not suitable for reliably ensuring optimum exhaust temperature control in order to obtain as high a permissibility as possible of a lean operation of the corresponding internal combustion engine.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und ein Abgastemperiersystem der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchem eine zuverlässige und betriebsgünstige Abgastemperierung möglich ist.It is an object of the invention to provide a method and a Abgastemperiersystem of the type mentioned, by means of which a reliable and convenient exhaust temperature control is possible.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen, das sich dadurch auszeichnet, dass das Wärmetauschelement in einer zu einem Abgasstrang führenden Abzweigungsleitung angeordnet ist. Mittels des Wärmetauschelements kann somit der abgezweigte Ladeluftteilstrom wenigstens teilweise derart abgekühlt beziehungsweise erwärmt (temperiert) werden, dass die Betriebstemperatur des NOx-Speichers möglichst lange innerhalb eines vorgebbaren Temperaturbereichs (Arbeits-Temperaturfenster) gehalten werden kann. Es ist somit möglich, eine kontrollierte und betriebsoptimierende Wärmeübertragung zwischen dem abgezweigten Ladeluftteilstrom und dem Abgasstrom – in Abgasströmungsrichtung – vor dem NOx-Speicher zu erhalten, um einen grundsätzlich anzustrebenden Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine zuzulassen und gleichzeitig eine möglichst hohe und somit effektive NOx-Einlagerungsrate mittels des NOx-Speichers zu erzielen.To solve the problem, a method with the features of claim 1 is proposed, which is characterized in that the heat exchange element is arranged in a leading to an exhaust line branch line. By means of the heat exchange element, the branched charge air partial stream can thus at least partially be cooled or heated (tempered) such that the operating temperature of the NOx storage tank can be kept as long as possible within a predeterminable temperature range (working temperature window). It is thus possible to obtain a controlled and operationally optimized heat transfer between the branched charge air partial flow and the exhaust gas flow - in the exhaust gas flow direction - in front of the NOx storage tank, in order to allow a basically desirable lean operation of the internal combustion engine and at the same time as possible achieve high and thus effective NOx storage rate by means of the NOx storage.

Mit Vorteil wird die Betriebstemperatur des abgezweigten Ladelufteilstroms mittels mindestens eines Ladeluftkühlers eingestellt. Dabei ist ein Ladeluftkühler verhältnismäßig einfach steuerbar, so dass eine geregelte Abgaskühlung mittels des abgezweigten Ladeluftteilstroms ermöglicht wird. Es ist somit in zuverlässiger Weise möglich, mittels geeigneter Steuerung des Ladeluftkühlers ein Überschreiten der NOx-Speicher-Betriebstemperatur über eine vorgebbare, maximal zulässige Arbeitstemperatur zu verhindern. Zur Erhöhung der Effektivität einer angestrebten Abgaskühlung können auch mehrere, gegebenenfalls verschiedenartig ausgebildete beziehungsweise arbeitende Ladeluftkühler im Ladeluftstrang vorgesehen sein.Advantageously, the operating temperature of the branched charge air part flow is adjusted by means of at least one charge air cooler. In this case, a charge air cooler is relatively easy to control, so that a controlled exhaust gas cooling is made possible by means of the branched charge air partial flow. It is thus possible in a reliable manner, by means of suitable control of the intercooler to prevent exceeding the NOx storage operating temperature over a predetermined, maximum allowable operating temperature. To increase the effectiveness of a desired exhaust gas cooling, it is also possible to provide a plurality of charge air coolers, which may be designed differently or operate in the charge air line.

Alternativ oder ergänzend wird die Betriebstemperatur eines in einem Ladeluftstrang vom Abgasturbolader zur Verbrennungskraftmaschine geführten Ladelufthauptstroms mittels eines Ladeluftkühlers eingestellt. Im Falle eines gekühlten Ladelufthauptstroms und eines zusätzlich separat gekühlten Ladeluftteilstroms ergibt sich die Möglichkeit einer besonders flexiblen und schnellen Abgaskühlung, da die entsprechenden Ladeluftkühler separat aktivierbar und/oder steuerbar sind.Alternatively or additionally, the operating temperature of a charge air main flow guided in a charge air line from the exhaust gas turbocharger to the internal combustion engine is set by means of a charge air cooler. In the case of a cooled charge air main flow and an additionally separately cooled charge air partial flow, there is the possibility of a particularly flexible and rapid exhaust gas cooling, since the corresponding charge air coolers can be separately activated and / or controlled.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird der abgezweigte Ladeluftteilstrom in Abgasströmungsrichtung vor dem NOx-Speicher in den Abgasstrom eingeblasen. Mittels Einblasen eines vorgekühlten, abgezweigten Ladeluftteilstroms in den Abgasstrom stromaufwärts des NOx-Speichers beziehungsweise von weiteren Katalysatoren (Vorkatalysatoren) ist es möglich, den Abgasstrom im Querschnitt nahezu gleichförmig abzukühlen, so dass ein korrektes und störungsfreies Betreiben des NOx-Speichers beziehungsweise der Katalysatoren möglich ist. Dabei kann die Einblaserichtung und/oder Einblasestelle des Ladeluftteilstroms in den Abgasstrom an die jeweils vorliegenden Betriebsbedingungen angepasst werden.According to a preferred embodiment, the branched charge air partial flow is blown in the exhaust gas flow direction upstream of the NOx storage in the exhaust gas stream. By blowing a pre-cooled, branched charge air partial flow in the exhaust stream upstream of the NOx storage or other catalysts (precatalysts), it is possible to cool the exhaust stream in cross section almost uniform, so that a correct and trouble-free operation of the NOx storage or the catalysts is possible , In this case, the Einblaserichtung and / or Einblasestelle the charge air partial flow can be adjusted in the exhaust gas flow to the respective operating conditions.

Gemäß einer zusätzlichen beziehungsweise alternativen Ausführungsvariante wird der abgezweigte Ladelufteilstrom vom Abgasstrang vor dem NOx-Speicher unter Ausbildung eines Abgaswärmetauschers vorbeigeführt. In dieser Weise erfolgt eine Abgastemperierung vor dem NOx-Speicher beziehungsweise vor weiteren Katalysatoren, ohne dass es zu einer Vergrößerung des Volumenstroms im Abgasstrang (wie beispielsweise mittels Einblasen von Ladeluft) kommt. Der Ladeluftteilstrom kann somit unabhängig vom Abgasstrom druck- und volumenstrommäßig ausgelegt werden.According to an additional or alternative embodiment, the branched charge air part stream is passed from the exhaust line in front of the NOx storage to form an exhaust gas heat exchanger. In this way, an exhaust gas temperature control takes place before the NOx storage or before further catalysts, without causing an increase in the volume flow in the exhaust system (such as by blowing charge air). The charge air partial flow can thus be designed independently of the exhaust gas flow in terms of pressure and volume flow.

Vorzugsweise werden die Betriebstemperatur des Ladelufthauptstroms, des Ladeluftteilstroms, des Abgasstroms im Abgasstrang und/oder des NOx-Speichers mittels eines Sensormittels gemessen und das Wärmetauschelement unter Ausbildung eines Regelkreises mittels einer Steuereinheit betrieben. Hierdurch wird eine automatisierte, präzise und in zuverlässiger Weise reproduzierbare Abgastemperierung und insbesondere Abgaskühlung gewährleistet. Dabei können mittels der Steuereinheit gegebenenfalls auch weitere Betriebsdaten beziehungsweise Informationen zur Durchführung einer optimierten Abgastemperierung herangezogen werden.Preferably, the operating temperature of the main charge air flow, the charge air partial flow, the exhaust gas flow in the exhaust gas line and / or the NOx storage are measured by means of a sensor means and operated the heat exchange element to form a control loop by means of a control unit. As a result, an automated, precise and reliably reproducible exhaust gas temperature control and in particular exhaust gas cooling is ensured. If necessary, further operating data or information for carrying out an optimized exhaust gas temperature control can also be used by means of the control unit.

Mit Vorteil erfolgt die Abzweigung des Ladeluftteilstroms vom Ladelufthauptstrom und/oder einer Unterteilung des Ladeluftteilstroms mittels eines insbesondere zentral steuerbaren Ladeluftabzweigsystems. Mittels eines derartigen Abzweigsystems besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Volumenstromgröße des Ladeluftteilstroms zu steuern und somit eine flexibel anpassbare Abgastemperierung und insbesondere Abgaskühlung mittels eines Ladeluftteilstroms zu erhalten. Dabei kann das Ladeluftabzweigsystem beispielsweise eine Mehrzahl an einstellbaren Verteilerventilen aufweisen.Advantageously, the branching off of the charge air partial flow from the main charge air flow and / or a subdivision of the charge air partial flow takes place by means of an in particular centrally controllable charge air branching system. By means of such a branching system is additionally possible to control the volume flow size of the charge air partial flow and thus to obtain a flexibly adaptable exhaust gas temperature control and in particular exhaust gas cooling by means of a charge air partial flow. In this case, the charge air branching system may for example have a plurality of adjustable distribution valves.

Zur Lösung der Aufgabe wird auch ein Abgastemperiersystem vorgeschlagen, das die Merkmale des Anspruchs 14 aufweist. Das erfindungsgemäße Abgastemperiersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmetauschelement in einer zu einem Abgasstrang führenden Abzweigungsleitung angeordnet ist. Mittels eines derartigen Abgastemperiersystems lassen sich die bereits im Bezug auf das Verfahren vorgenannten Vorteile erzielen.To solve the problem, a Abgastemperiersystem is proposed which has the features of claim 14. The exhaust gas temperature control system according to the invention is characterized in that the heat exchange element is arranged in a branch line leading to an exhaust gas line. By means of such Abgastemperiersystems the already mentioned in relation to the method advantages can be achieved.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wärmetauschelement als Ladeluftkühler ausgebildet, wobei in einem zur Verbrennungskraftmaschine führenden Ladeluftstrang und in einer zu einem Abgasstrang führenden Abzweigungsleitung ein jeweiliges Wärmetauschelement angeordnet sein kann. Ein derartiges Abgastemperiersystem ist vorteilhafterweise kompakt ausbildbar und kann flexibel an die jeweils vorliegenden Abgasbetriebsbedingungen und an das entsprechende Katalysatoraggregat angepasst werden.According to a preferred embodiment, the heat exchange element is designed as a charge air cooler, wherein in a leading to the internal combustion engine charge air line and in a branch line leading to an exhaust line, a respective heat exchange element may be arranged. Such an exhaust gas temperature control system can advantageously be made compact and can be adapted flexibly to the particular exhaust gas operating conditions present and to the corresponding catalytic aggregate.

Mit Vorteil ist das Ladeluftabzweigsystem insbesondere zentral mittels einer Steuereinheit steuerbar zur Abzweigung und/oder Unterteilung des Ladeluftteilstroms. Ein mit einer zentralen Steuereinheit operativ wirkverbundenes Abgastemperiersystem eignet sich besonders zur kontrollierten, flexiblen und schnellen Abgastemperierung und insbesondere Abgaskühlung mittels eines oder mehrerer Ladeluftteilströme.Advantageously, the charge air branching system is in particular centrally controllable by means of a control unit for branching and / or subdivision of the charge air partial flow. An operationally connected with a central control unit exhaust gas temperature control system is particularly suitable for controlled, flexible and fast exhaust gas temperature control and in particular exhaust gas cooling by means of one or more charge air partial flows.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen und aus der Beschreibung. Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the other dependent claims and from the description.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand einer zugehörigen Zeichnung näher erläutert. In einer einzigen Figur ist ein erfindungsgemäßes Abgastemperiersystem anhand eines Blockschaltbildes dargestellt.The invention will be explained in more detail in an embodiment with reference to an accompanying drawing. In a single figure, an exhaust gas temperature control system according to the invention is illustrated by a block diagram.

Die Figur zeigt in schematischer Darstellung ein allgemein mit 10 bezeichnetes Abgastemperiersystem, welches insbesondere in einem Fahrzeug (nicht dargestellt) mit aufgeladener, magerlauffähiger Verbrennungskraftmaschine 11 eingesetzt werden kann. Die Verbrennungskraftmaschine 11 (Verbrennungsmotor) steht mit einem Abgasturbolader 12 und mit einem beispielsweise als NOx-Speicher ausgeführten Katalysator 13 in an sich bekannter Weise in Wirkverbindung. Vom Abgasturbolader 12 führt ein Ladeluftstrang 15 in Form eines Saugrohrs 23 zur Ladeluftbeaufschlagung zur Verbrennungskraftmaschine 11, welche austrittsseitig mittels eines Abgasstrangs 16 mit dem NOx-Speicher 13 in Wirkverbindung steht. Der Ladeluftstrang 15 ist mittels eines Ladeluftabzweigsystems 14 mit dem Abgasstrang 16 zur Abgastemperierung und insbesondere zur Abgaskühlung verbunden.The figure shows a schematic representation of a generally with 10 designated exhaust gas temperature control system, which in particular in a vehicle (not shown) with charged, lean-running internal combustion engine 11 can be used. The internal combustion engine 11 (Internal combustion engine) is connected to an exhaust gas turbocharger 12 and with a catalyst designed, for example, as a NOx storage 13 in a conventional manner in operative connection. From the exhaust gas turbocharger 12 leads a charge air line 15 in the form of a suction tube 23 for charge air admission to the internal combustion engine 11 , which exit side by means of an exhaust line 16 with the NOx storage 13 is in active connection. The charge air line 15 is by means of a charge air branching system 14 with the exhaust system 16 connected to the exhaust gas temperature control and in particular for exhaust gas cooling.

Mittels des Abgasturboladers 12 wird die Verbrennungskraftmaschine 11 in an sich bekannter Weise gemäß Pfeile 24 durch den Ladeluftstrang 15 mit Ladeluft beaufschlagt, während austrittsseitig von der Verbrennungskraftmaschine 11 Abgas durch den Abgasturbolader 12 und den Abgasstrang 16 gemäß Pfeile 25 zum NOx-Speicher 13 geleitet und von diesem in ebenfalls bekannter Weise weitergeleitet wird. Zwischen Abgasturbolader 12 und NOx-Speicher 13 ist im Abgasstrang 16 ein Vorkatalysator 26 integriert, welcher im Betrieb vom Abgasstrom durchsetzt wird (Pfeil 25).By means of the exhaust gas turbocharger 12 becomes the internal combustion engine 11 in a conventional manner according to arrows 24 through the charge air line 15 charged with charge air while exiting from the internal combustion engine 11 Exhaust through the exhaust gas turbocharger 12 and the exhaust system 16 according to arrows 25 to the NOx storage 13 directed and forwarded by this in a likewise known manner. Between exhaust gas turbocharger 12 and NOx storage 13 is in the exhaust system 16 a precatalyst 26 integrated, which is interspersed during operation of the exhaust stream (arrow 25 ).

Ladelufteintrittsseitig zur Verbrennungskraftmaschine 11 ist der Ladeluftstrang 15 mit dem Ladeluftabzweigsystem 14 wirkverbunden. Hierzu sind zwei voneinander in Ladeluftströmungsrichtung (Pfeile 24) beabstandet angeordnete Ventilmittel 28, 29 innerhalb des Ladeluftstrangs 15 vorgesehen, von welchen Abzweigungsleitungen 18 zu einem gemeinsamen Wärmetauschelement 17 führen. Ferner ist auch zwischen den Ventilmitteln 28, 29 ein im Ladeluftstrang 15 integriertes Wärmetauschelement 17 vorgesehen. Die Abzweigungsleitungen 18 führen durch das gemeinsame Wärmetauschelement 17 zu einem Ventilmittel 32, welches austrittsseitig mittels einer Ladeluftzuführleitung 19 mit dem Abgasstrang 16 sowie mittels einer weiteren, separaten Ladeluftzuführleitung 20 mit einem weiteren Ventilmittel 35 wirkverbunden ist. Das Ventilmittel 35 ist austrittsseitig mittels zwei voneinander getrennter Ladeluftzuführleitungen 21, 22 ebenfalls mit dem Abgasstrang 16 wirkverbunden. Die Wirkverbindung zwischen den Ladeluftzuführleitungen 19 und 22 mit dem Abgasstrang 16 ist derart ausgebildet, dass ein direktes Einblasen von Ladeluft in den Abgasstrang 16 möglich ist. Dabei ist die Ladeluftzuführleitung 19 in Bezug auf den Vorkatalysator 26 stromaufwärts mit dem Abgasstrang 16 wirkverbunden, während die Ladeluftzuführleitung 22 zwischen Vorkatalysator 26 und NOx-Speicher 13 mit dem Abgasstrang 16 in Wirkverbindung steht. Die Ladeluftzuführleitung 21 bildet dagegen im Bereich des Abgasstrangs 16 einen Abgaswärmetauscher, welcher in der Figur mit 27 bezeichnet ist. Der Abgaswärmetauscher 27 befindet sich im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen Vorkatalysator 26 und NOx-Speicher 13.Charge air inlet side to the internal combustion engine 11 is the charge air line 15 with the charge air system 14 operatively connected. For this purpose, two of each other in the charge air flow direction (arrows 24 ) spaced valve means arranged 28 . 29 within the charge air line 15 provided, from which branch lines 18 to a common heat exchange element 17 to lead. Furthermore, it is also between the valve means 28 . 29 one in the charge air line 15 integrated heat exchange element 17 intended. The branch lines 18 lead through the common heat exchange element 17 to a valve means 32 , which on the outlet side by means of a charge air supply 19 with the exhaust system 16 and by means of another, separate charge air supply 20 with another valve means 35 is actively connected. The valve means 35 is on the outlet side by means of two separate charge air supply 21 . 22 also with the exhaust system 16 operatively connected. The operative connection between the charge air supply lines 19 and 22 with the exhaust system 16 is designed such that a direct injection of charge air into the exhaust system 16 is possible. Here is the charge air supply 19 with respect to the precatalyst 26 upstream with the exhaust line 16 operatively connected while the charge air supply line 22 between precatalyst 26 and NOx storage 13 with the exhaust system 16 is in active connection. The charge air supply line 21 forms on the other hand in the area of the exhaust gas line 16 an exhaust gas heat exchanger, which in the figure with 27 is designated. The exhaust gas heat exchanger 27 is in the present embodiment between precatalyst 26 and NOx storage 13 ,

Von dem Ladelufthauptstrom, welcher gemäß Pfeile 24 durch den Ladeluftstrang 15 gefördert wird, wird mittels des Ventilmittels 28 und/oder des Ventilmittels 29 ein Ladeluftteilstrom abgezweigt und durch die Abzweigungsleitungen 18 gemäß Pfeile 30, 31 zum Ventilmittel 32 geleitet. Dabei wird der abgezweigte Ladeluftteilstrom mittels wenigstens eines der zwei Wärmetauschelemente 17 auf eine vorgebbare Betriebstemperatur temperiert. Das Ventilmittel 32 ist geeignet, den abgezweigten und temperierten und insbesondere gekühlten Ladeluftteilstrom aufzuteilen und mittels der Ladeluftzuführleitung 19 gemäß Pfeil 33 in den Abgasstrang 16 einzublasen, während die restliche Ladeluft des abgezweigten Ladeluftteilstroms durch die Ladeluftzuführleitung 20 gemäß Pfeil 34 zum Ventilmittel 35 geleitet wird. Das Ventilmittel 35 ist ebenfalls geeignet, den restlichen Ladeluftteilstrom aufzuteilen und mittels der Ladeluftzuführleitung 21 gemäß Pfeil 36 dem Abgaswärmetauscher 27 zuzuführen sowie mittels der Ladeluftzuführleitung 22 gemäß Pfeil 37 in den Abgasstrang 16 einzublasen.From the main charge air flow, which according to arrows 24 through the charge air line 15 is promoted, by means of the valve means 28 and / or the valve means 29 branched off a charge air partial flow and through the branch lines 18 according to arrows 30 . 31 to the valve means 32 directed. In this case, the branched charge air partial stream by means of at least one of the two heat exchange elements 17 tempered to a predetermined operating temperature. The valve means 32 is suitable to divide the branched and tempered and in particular cooled charge air partial flow and by means of the charge air supply 19 according to arrow 33 in the exhaust system 16 blow while the remaining charge air of the branched charge air partial flow through the charge air supply 20 according to arrow 34 to the valve means 35 is directed. The valve means 35 is also suitable to divide the remaining charge air partial flow and by means of the charge air supply 21 according to arrow 36 the exhaust gas heat exchanger 27 to be supplied and by means of the charge air supply 22 according to arrow 37 in the exhaust system 16 blow.

Die Ventilmittel 28, 29, 32, 35 sind vorzugsweise als steuerbare Regelventile ausgebildet und jeweils mittels entsprechender, als Doppelpfeile dargestellte Steuerleitungen 39, 40, 41, 42 mit einer zentralen Steuereinheit 38 operativ wirkverbunden. Die zentrale Steuereinheit 38 kann zusätzlich mit weiteren Funktionselementen (nicht dargestellt) mittels einer als Doppelpfeil 43 dargestellten Steuerleitung wirkverbunden sein, wobei die Funktionselemente beispielsweise Sensoren zur Ermittlung der Betriebstemperatur des Ladelufthauptstroms im Ladeluftstrang 15, des Ladeluftteilstroms in den Abzweigungsleitungen 18, des Abgasstroms im Abgasstrang 16 und/oder des NOx-Speichers 13 sein können. Das Abgastemperiersystem 10 eignet sich somit besonders zur kontrollierten und flexiblen Abgastemperierung und insbesondere Abgaskühlung im Abgasstrang 16 stromaufwärts des Vorkatalysators 26 und/oder des NOx-Speichers 13.The valve means 28 . 29 . 32 . 35 are preferably designed as controllable control valves and in each case by means of corresponding, shown as double arrows control lines 39 . 40 . 41 . 42 with a central control unit 38 operatively linked. The central control unit 38 can additionally with other functional elements (not shown) by means of a double arrow 43 be shown operatively connected to the control line, wherein the functional elements, for example, sensors for determining the operating temperature of the main charge air flow in the charge air line 15 , the charge air partial flow in the branch lines 18 , the exhaust stream in the exhaust line 16 and / or the NOx storage 13 could be. The exhaust gas temperature control system 10 is thus particularly suitable for controlled and flexible exhaust gas temperature control and in particular exhaust gas cooling in the exhaust gas system 16 upstream of the precatalyst 26 and / or the NOx storage 13 ,

Es sind bei der aufgeladenen Verbrennungskraftmaschine 11 verschiedene Betriebsstrategien möglich:

– In einem geschichtet-mageren oder homogen-mageren Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 11 wird bei einer erforderlichen Abgaskühlung zunächst ein oberhalb eines von der Motorsteuerung vorgegebenen Soll-Ladedrucks, idealerweise ein vom Turbolader abhängiger maximaler Ladedruck mittels des Abgasturboladers 12 aufgebaut. Die Beaufschlagung der Verbrennungskraftmaschine 11 mit Ladeluft erfolgt dabei mittels Steuerung der Ventilmittel 28, 29. Der mittels des Ladeluftabzweigsystems 14 abgezweigte Ladeluftteilstrom wird dabei zur Abgaskühlung herangezogen. Dabei ergänzen sich zwei voneinander getrennte Kühlungsmechanismen, da aufgrund der verhältnismäßig hohen Aufladung der aus der Verbrennungskraftmaschine 11 austretende Abgasstrom relativ stark entspannt und somit gekühlt wird und anschließend mittels des abgezweigten Ladeluftteilstroms zusätzlich abgekühlt wird.
– Bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 11 mit einem Lambda-Wert von 1,0 ist zur Abgaskühlung ebenfalls ein Ladedruck-Aufbau mittels des Abgasturboladers 12 möglich. In diesem Betriebsfall kann allerdings der Kühlungsanteil der Ladeluft üblicherweise lediglich zur äußeren Kühlung der Abgasanlage mittels des Abgaswärmetauschers 27 herangezogen werden. Eine direkte Einblasung von Ladeluft in den Abgasstrang 16 ist lediglich stromabwärts des Vorkatalysators 26 möglich, sofern mittels dieses Vorkatalysators 26 eine 3-Wege-Funktion der Abgasreinigung weitgehend gewährleistet ist. In einem solchen Betriebsfall ist ein Magerbetrieb des NOx-Speichers 13 insbesondere dann möglich, wenn mittels einer Ladelufteinblasung mittels der Ladeluftzuführleitung 22 der NOx-Speicher 13 auf eine innerhalb eines Mager-NOx-Arbeitstemperaturfensters liegende Betriebstemperatur gekühlt wird.
– Bei einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 11 unter hohen Lasten ist eine Nutzung eventuell überschüssiger Ladeluftanteile lediglich bei einem Lambda-Wert von 1,0 in vorstehend beschriebener Weise möglich. Wird allerdings beispielsweise zum Bauteilschutz eine Abgasanfettung vorgenommen, darf keine Ladelufteinblasung in den Abgasstrang 16 erfolgen, da die zusätzlich eingeblasene Luft mit den Abgasschadstoffen so reagieren würde, dass in den Katalysatoren eine schädigende Temperaturüberhöhung auftreten würde. Eine Temperierung beziehungsweise Kühlung mittels des Abgaswärmetauschers 27 ist allerdings weiterhin möglich. Mit einer derartigen Maßnahme kann die Einleitung einer Volllastanreicherung zumindest verzögert werden. Im Volllastbetrieb und im volllastnahen Betrieb mit entsprechend hoher Motor- und Turboladerbelastung kann eine zeitlich variable, kurzfristige Überlastung des Turboladers toleriert werden (”Overboost”), so lange die Betriebsfähigkeit der Verbrennungskraftmaschine und des Turboladers hierdurch nicht wesentlich beeinträchtigt wird.

It's the supercharged internal combustion engine 11 different operating strategies possible:

- In a stratified-lean or homogeneous-lean operation of the internal combustion engine 11 In the case of a required exhaust gas cooling, first of all a desired boost pressure, which is predetermined by the engine control, is ideally a supercharging pressure dependent on the turbocharger by means of the exhaust gas turbocharger 12 built up. The admission of the internal combustion engine 11 with charge air takes place by means of control of the valve means 28 . 29 , The by means of the charge air branch system 14 branched charge air partial flow is used for the exhaust gas cooling. This is complemented by two separate cooling mechanisms, since due to the relatively high charge from the internal combustion engine 11 emerging exhaust stream is relatively strong relaxed and thus cooled and then additionally cooled by means of the branched charge air partial flow.
- In an operation of the internal combustion engine 11 With a lambda value of 1.0, exhaust-gas cooling also has a boost pressure build-up by means of the exhaust-gas turbocharger 12 possible. In this operating case, however, the cooling portion of the charge air usually only for external cooling of the exhaust system by means of the exhaust gas heat exchanger 27 be used. A direct injection of charge air into the exhaust system 16 is only downstream of the precatalyst 26 possible, if provided by means of this precatalyst 26 a 3-way function of the exhaust gas purification is largely guaranteed. In such an operating case is a lean operation of the NOx storage 13 especially possible if by means of a charge air injection by means of the charge air supply 22 the NOx storage 13 is cooled to a lying within a lean NOx operating temperature window operating temperature.
- In an operation of the internal combustion engine 11 Under high loads, it is possible to use any excess charge air components only at a lambda value of 1.0 in the manner described above. However, if, for example, an exhaust gas lubrication is carried out for component protection, no charge air injection into the exhaust gas line is permitted 16 take place, since the additionally injected air would react with the exhaust gas pollutants so that a harmful temperature increase would occur in the catalysts. A tempering or cooling by means of the exhaust gas heat exchanger 27 is still possible. With such a measure, the initiation of a full-load enrichment can at least be delayed. In full-load operation and in full-load operation with correspondingly high engine and turbocharger load, a temporally variable, short-term overload of the turbocharger can be tolerated ("overboost"), as long as the operability of the internal combustion engine and the turbocharger is not significantly affected.

Es ist vorteilhafterweise möglich, die einzelnen Funktionselemente des Ladeluftabzweigsystems 14 beziehungsweise des Abgastemperiersystems 10 (Abzweigungsleitungen 18, Wärmetauschelemente 17; Ventilmittel 28, 29, 32, 35; Ladeluftzuführleitungen 19, 20, 21, 22; Abgaswärmetauscher 27) in sinnvoller Kopplung beliebig miteinander zu kombinieren. Ferner können für die Wärmetauschelemente 17 unterschiedliche Kühlmedien vorgesehen sein.It is advantageously possible, the individual functional elements of the charge air branch system 14 or the exhaust gas temperature control system 10 (branch lines 18 , Heat exchange elements 17 ; valve means 28 . 29 . 32 . 35 ; Ladeluftzuführleitungen 19 . 20 . 21 . 22 ; Exhaust gas heat exchanger 27 ) in a meaningful coupling to combine with each other. Furthermore, for the heat exchange elements 17 be provided different cooling media.

Claims

Method for controlling the temperature and in particular for cooling an exhaust gas flow in an exhaust system from an internal combustion engine to a catalytic converter by means of at least one branched charge air partial flow of an exhaust gas turbocharger assigned to the internal combustion engine, wherein the branched charge air partial flow at least partially by means of a heat exchange element ( 17 ) is set to a predeterminable operating temperature that the catalyst ( 13 ) within a predeterminable temperature range, characterized in that the heat exchange element ( 17 ) in a to an exhaust line ( 16 ) leading branch line ( 18 ) is arranged.

A method according to claim 1, characterized in that the operating temperature of the branched charge air partial flow by means of at least one intercooler ( 17 ) is set.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating temperature of a in a charge air line ( 15 ) from the exhaust gas turbocharger ( 12 ) to the internal combustion engine ( 11 ) guided charge air mainstream by means of a charge air cooler ( 17 ) is set.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the branched charge air partial flow in the exhaust gas flow direction ( 25 ) in front of the catalyst ( 13 ) is blown into the exhaust stream.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the branched charge air partial flow at the exhaust gas line ( 16 ) in front of the catalyst ( 13 ) forming an exhaust gas heat exchanger ( 27 ) is passed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the operating temperature of the main charge air flow, the charge air partial flow, the exhaust gas flow in the exhaust gas line ( 16 ) and / or the catalyst ( 13 ) is measured by means of a sensor means and the heat exchange element ( 17 ) forming a control loop by means of a control unit ( 38 ) operate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the diversion of the charge air partial flow from the charge air mainstream and / or a subdivision of the charge air partial flow by means of a particular centrally controllable charge air tapping system ( 14 ) he follows.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as catalyst ( 13 ) Nox storage or a NOx storage catalyst is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as an internal combustion engine ( 11 ) a lean-running direct-injection gasoline engine is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that as an internal combustion engine ( 11 ) a diesel engine is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbocharger ( 12 ) applied boost pressure above that of the engine control ( 38 ) in the current operating point of the internal combustion engine ( 11 ) requested target boost pressure is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbocharger ( 12 ) applied boost pressure corresponds to the maximum attainable in the current turbocharger operating point boost pressure.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the exhaust gas turbocharger ( 12 ) applied boost pressure in full load operation or in full-load operation temporarily above the operating strength limit of the exhaust gas turbocharger ( 12 ) lies.

Exhaust gas temperature control system, in particular for carrying out the method according to one of the preceding claims 1 to 13, with an exhaust gas turbocharger ( 12 ) and a catalyst ( 13 ), each with an internal combustion engine ( 11 ) and a charge air branching system ( 14 ), by means of which a temperature control of the exhaust gas flow by means of a charge air partial flow can be achieved, wherein at least one heat exchange element ( 17 ) is provided for setting a predeterminable operating temperature of the branched charge air partial flow, characterized in that the heat exchange element ( 17 ) in a to an exhaust line ( 16 ) leading branch line ( 18 ) is arranged.

Exhaust gas temperature control system according to claim 14, characterized in that the heat exchange element ( 17 ) is designed as a charge air cooler.

Exhaust gas temperature control system according to claim 14 or 15, characterized in that the heat exchange element ( 17 ) in one of the internal combustion engine ( 11 ) leading charge air line ( 15 ) is arranged.

Exhaust gas temperature control system according to one of claims 14 to 16, characterized in that the charge air branching system ( 14 ) in particular centrally by means of a control unit ( 38 ) is controllable for branching and / or subdivision of the charge air partial flow.