具有排气后处理系统的内燃发动机和用于操作所述类型的内燃发动机的方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年1月27日提交的德国专利申请no.102016201184.7的优先权。上述申请的全部内容通过引用其整体内容而被并入本文，以用于所有目的。

背景技术：

加热装置已经用于排放控制装置上游的排气系统中以减少排放。例如，加热器可定位在催化剂上游，以能够调节进入催化剂的排气流的温度。提高排气温度能够提高催化剂中的转化效率并且减少排放。可调节由加热器生成的热的量，以在各种发动机工况范围减少排放。然而，加热器具有固定位置并且能够在发动机操作期间生成大量背压。背压降低发动机效率和功率输出并且增加发动机燃料消耗。

技术实现要素：

在一种方法中，在内燃发动机中设置排气系统，以克服先前排气系统的至少一些缺点。排气系统包括从汽缸接收排气的排气歧管；定位在排气歧管下游的排放控制装置；定位在排放控制装置上游和排气歧管下游的排气管路中的电加热装置，电加热装置包括至少部分地围绕加热元件的框架；以及经配置在内燃发动机的操作期间调节电加热装置在通过排气管路的排气流中生成的阻力(drag)的调节装置。调节由电加热装置生成的流动阻力的量使得能够在所选的时间间隔期间减小由电加热装置生成的背压，诸如在不期望加热排气的时候。在这些条件期间减小背压能够提高发动机效率和功率输出，并且减少发动机燃料消耗。

应该理解，提供上述发明内容是为以简化形式引入所选概念，所选概念将在具体实施例中进一步描述。这并非意味着确立所要求保护的主题的关键或必要特征，该主题的保护范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1a以半透视图示出处于主动位置的内燃发动机中的示例电加热装置；

图1b以在排气流方向上的视图示出图1所示的电加热装置；

图1c以在排气流方向上的视图示出图1b所示的电加热装置，其中电加热装置旋转到被动位置；

图2示出包括具有电加热装置的排气系统的内燃发动机的示意图；

图3a示出包括在图2所示的排气系统中的电加热装置的第一示例，其中电加热装置处于主动位置；

图3b示出图3a所示的电加热装置，其中电加热装置处于部分被动位置；

图3c示出图3a所示的电加热装置，其中电加热装置处于被动位置；

图4a示出图3a所示的电加热装置的详细视图；

图4b示出可包括在图2和图3a至图3c所示的排气系统中的电加热装置的另一个示例；

图4c示出可包括在图2和图3a至图3c所示的排气系统中的电加热装置的另一个示例；以及

图5示出用于操作车辆中的内燃发动机的方法。

具体实施方式

本文描述了与先前系统相比改进排气后处理的内燃发动机。在一个示例中，该效果可以通过包括电加热装置的内燃发动机实现，电加热装置具有布置在排气后处理系统上游的排气系统(例如，排气排放系统)中的至少一个加热元件，并且该电加热装置能够通过调节从主动位置(例如，工作位置)转变为被动位置(例如，静止位置)，在主动位置中，电加热装置至少部分地阻挡排气系统，在被动位置中，电加热装置较小程度地阻挡排气系统，其中转变可以独立地进行。

上述内燃发动机可以具有至少一个汽缸盖和至少两个汽缸，其中每个汽缸具有用于通过排气系统将排气排出汽缸的至少一个出气口，每个出气口邻接排气管路，并且至少一个排气后处理系统布置在排气系统中。

本文还描述了用于操作内燃发动机的方法。用于采用该方法的内燃发动机可以用作机动车辆驱动单元。如本文所描述，表述“内燃发动机”包括柴油发动机和奥托循环发动机以及还有混合动力内燃发动机，混合动力内燃发动机利用混合燃烧过程和混合驱动器，混合驱动器不仅包括内燃发动机而且包括电机，电机能够在驱动方面连接到内燃发动机并且从内燃发动机接收动力，或者作为可切换的辅助驱动器另外输出动力。

在先前的发动机中，为减少污染物排放，发动机能够配备各种排气后处理系统。即使没有附加的措施，未燃烧的烃类(hc)和一氧化碳(co)的氧化在高温水平下和在大量氧存在的情况下在汽缸充气的膨胀和排放期间适当地发生。然而，由于沿下游方向迅速下降的排气温度以及因此快速降低的反应速率，所述反应可以迅速停止。可能缺少的氧可以通过吹入二次空气来补偿。然而，专用的反应器和/或过滤器通常被设置在排气系统内，以便在所有工况下显著地减少污染物排放。

热反应器寻求通过提供热绝缘和排气系统的足够大的体积来实现排气系统中的hc和co的基本后氧化。热绝缘旨在通过减少(例如，最小化)热损失来确保高温水平，而大体积确保排气的长停留时间。长停留时间和高温水平都均有助于期望的后氧化。使用亚化学计量燃烧的低效率和高成本是不利的。对于柴油发动机，由于温度水平较低，热反应器并不是有效的。

在先前的奥托循环发动机中，已经使用催化反应器，通过使用增加某些反应的速率的催化材料，即使在低温下催化反应器也能确保hc和co的氧化。另外，如果还原氮氧化物(nox)，则这可以通过使用三元催化转化器来实现，然而为此目的需要将奥托发动机的化学计量操作(λ≈1)维持在窄限度内。

在此，氮氧化物被未氧化的排气组分还原，所述未氧化的排气组分是存在的，特别是一氧化碳和未燃烧的烃，其中所述排气组分同时被氧化。尽管有催化辅助，但是氧化催化转化器和三元催化转化器需要一定的最低温度或起燃温度，以实现可期望的(例如，足够高的)转化率，该温度可以例如在120℃至250℃的范围内。

在使用过量空气操作的内燃发动机中，也就是说例如以稀燃模式操作的火花点火发动机，特别是在直接喷射柴油发动机或直接喷射火花点火发动机中，排气中所含的氮氧化物原则上不可以被还原，也就是说由于缺少还原剂。

对于未燃烧的烃类和一氧化碳的氧化，可以在排气系统中设置氧化催化转化器。为还原氮氧化物，使用选择性催化转化器-也被称为scr催化转化器，其中有意地将还原剂引入到排气中以选择性地还原氮氧化物。作为还原剂，除氨和尿素之外，还可以使用未燃烧的烃类。后者还被称为hc富集，其中未燃烧的烃类被直接引入排气系统中或者通过发动机内部措施被进给，例如通过在实际燃烧之后将附加的燃料后喷射到燃烧室中。在此，期望后喷射的燃料在燃烧室中不被仍然发生的主燃烧或即使在主燃烧结束之后仍存在的高燃烧气体温度点燃，而且更确切地期望在进气交换期间将后喷射燃料引入到排放系统中。

然而，利用后喷射的内燃发动机非常容易受由于未燃烧的烃类而造成的油变薄或污染的影响。根据后喷射燃料量和喷射时间，后喷射燃料的更大或更小部分撞击在汽缸内壁上并且在那里与粘附的油膜混合。随后，燃料与油和窜气一起进入曲轴箱，从而显著地造成油变薄。油变薄随着燃料量的增加并且随着后喷射在延迟方向上的移动而增加。因此，由于油的润滑特性的改变，油变薄显著地影响了磨损和耐久性，即对内燃发动机的使用寿命具有显著的影响。

还可以通过所谓的氮氧化物存储催化转化器来减少氮氧化物排放。在此，氮氧化物首先在内燃发动机的稀燃操作期间被吸收，也就是说被收集和存储在催化转化器中，以便在再生阶段期间被还原，例如在缺乏氧的情况下通过内燃发动机的亚化学计量操作(λ<1)，其中未燃烧的烃类用作还原剂。进一步地，对于具有还原剂特别是未燃烧的烃类的富集排气，发动机内部可能措施为排气再循环(egr)，并且在柴油发动机的情况下，为在进气系统中节流。如上面已经关于scr催化转化器所进一步描述的，通过使用燃料的后喷射也可以实现具有未燃烧的烃类的排气的富集，这也被认为是发动机内部措施。所述方法的缺点是上面已经说明的那些，特别是油变薄，而且还使用了附加燃料。

如果将还原剂直接引入排气系统中，例如通过喷射附加燃料，则可以省去发动机内部措施。在再生阶段期间，氮氧化物被释放并基本上转化为二氧化氮(no2)、二氧化碳(co2)和水(h2o)。

再生阶段的频率由氮氧化物的总排放和存储催化转化器的存储容量确定。存储催化转化器的温度可位于200℃和450℃之间的温度窗口中，使得首先确保快速还原，其次在再释放的氮氧化物没有转化的情况下解吸不会发生，诸如可以由过高的温度触发的解吸。

使用存储催化转化器的一个困难来自排气中所含的硫，该硫同样被吸收在存储催化转化器中并且可以通过脱硫作用定期除去。为此，将存储催化转化器加热到高温，通常在600℃和700℃之间，并且供应给其还原剂，还原剂继而能够通过到内燃发动机的富燃操作的转变来实现。

关于具有还原剂的富集排气，参考已经在上文进行的说明。

在先前的发动机中，为减少碳烟微粒的排放，使用所谓的再生微粒过滤器，再生微粒过滤器将碳烟微粒从排气中过滤出来并将它们存储起来，其中所述碳烟微粒在过滤器的再生过程期间被间歇地燃烧掉。为此，为氧化过滤器中的碳烟，可期望排气中存在氧或过量空气，这能够例如通过内燃发动机的超化学计量操作(λ>1)来实现。

在操作期间，在高负载和高发动机速度下达到用于微粒过滤器的再生的高温(没有催化辅助的情况大约550℃)。因此，可期望实施附加的措施以确保过滤器在所有工况下的再生。

微粒过滤器的加热能够通过将附加燃料后喷射到燃烧室中来实现，其中后喷射的燃料已经在燃烧室中点燃，这可由于结束的主燃烧或在燃烧室中燃烧将要结束时存在的高温而发生，使得通过发动机内部措施增加排放到排气系统中的排气的排气温度。为加热排气并因此加热过滤器，内燃发动机也能够以亚化学计量(λ<1)进行操作，其也可以被认为是发动机内部措施。附加的燃料也可被直接引入排气系统中并将其点燃，以便提高过滤器上游的排气温度。

在微粒过滤器再生的情况下，也可以考虑，为使过滤器升温而使用附加燃料在原则上增加了内燃发动机的燃料消耗，这是由于转变到富发动机操作或者由于燃料喷射到燃烧室和/或排气系统中。

各种排气后处理装置，也就是说如上所述的催化转化器、反应器和过滤器，可对用于排气后处理的燃料量，并且因此对内燃发动机的总消耗具有显著和直接的影响。特别地，为了其操作和/或再生，排气后处理装置需要一定的温度，这必需使用附加燃料。

上述说明显示，用于转化污染物的排气后处理系统可以具有某些期望的操作温度，为此，实施措施以便生成和维持期望的温度。此外，可期望例如在冷起动之后、在重新起动之后或在暖机阶段期间快速加热排气后处理系统以迅速达到其操作温度。

根据上述背景，本说明书的目的是提供一种关于排气后处理装置而进行改进的内燃发动机。

本说明书的另一目的是提供用于操作改进排放控制的内燃发动机的方法。该目的可以通过具有至少一个汽缸盖并且具有至少两个汽缸的内燃发动机来实现，其中每个汽缸可具有至少一个出气口用于经由排气系统将排气从汽缸排出，每个出气口邻接排气管路，并且至少一个排气后处理系统可布置在排气系统中，并且该内燃发动机可以通过以下事实来区分：具有至少一个加热元件的电加热装置布置在至少一个排气后处理系统上游的排气系统中，并且电加热装置可以通过调节从主动位置转变为被动位置，在主动位置中，电加热装置至少部分地阻挡排气系统并且因此构成在排气系统中的排气的流动阻力，在被动位置中，电加热装置在较小程度上阻挡排气系统，并且因此构成在排气系统中的排气的减小的流动阻力，其中转变独立地进行。

在一个示例中，电加热装置可布置在排气后处理系统上游的排气系统中。在此示例中，电加热装置可在排气进入至少一个排气后处理系统之前使其升温。电加热装置在排气后处理系统附近的布置可以支持电加热装置的功能，特别是提供也就是说供应升温的或预热的排气到排气后处理系统的功能。

通过靠近排气后处理系统布置电加热装置，可以缩短从电加热装置到排气后处理系统的升温排气的路径。因此，升温排气可以仅被给予小的冷却距离。在电加热装置和排气后处理系统之间的排气系统部分的热惯性可由于所述部分的质量和长度的减小而减小。由此，在一个示例中，至少两个汽缸的排气管路合并以形成合并的排气管路，从而在至少一个汽缸盖内形成排气歧管。将排气歧管集成到汽缸盖中可以进一步缩短排气系统的路径。所述措施还可以允许驱动单元的密集封装，并且如果需要，可以减少部件的数目，并且因此减少组装和采购成本。

在另一个示例中，排气管路可在至少一个汽缸盖的外部合并，也就是说形成一个外部排气歧管。

电加热装置具有的优点是，电加热装置的操作所需的电能可以是通过再生回收的能量。例如，在机动车辆的内燃发动机的超限(overrun)操作期间通过发电机回收的能量可以与电加热装置一起用于加热流经排气系统的排气传导管路的排气，并且将布置在排气系统中的排气后处理系统加热或者将升温的排气供应到排气后处理系统。

在一个示例中，可以减少(例如，消除)用于加热排气或者布置在排气系统中的排气后处理系统的附加燃料的使用，使得总体燃料消耗减少。尽管通过电加热装置对排气后处理系统进行主动加热，但内燃发动机的燃料消耗可以不增加，或者可以在较小程度上增加。此外，电加热装置的加热或操作可以独立于内燃发动机的当前操作状态，例如独立于内燃发动机是以亚化学计量还是以超化学计量进行操作。相反，在一个示例中，电加热装置的操作可以不对内燃发动机的操作参数的设置施加限制。

当排气后处理系统尚未达到期望的操作温度并且期望缩短加热过程时，本文描述的内燃发动机可以在冷起动之后和在暖机阶段中提供特别的优点，而且例如在期望非常高的温度时，在存储催化转化器的脱硫或微粒过滤器的再生期间也提供特别的优点。

优点也可以在可部分停用的内燃发动机的情况下实现，其中每个汽缸组设置有单独的排气后处理系统，排气后处理系统对来自相关联的汽缸组的排气执行后处理。这是因为，在部分停用的情况下，热排气不再流过停用汽缸组的排气后处理系统，并且排气后处理系统冷却。如果停用汽缸的气门也不停用，并且停用的汽缸继续参与进气交换，则该效果可进一步加强。因此，冷空气流过对应的排气后处理系统，从而加速和加强冷却过程。

类似的情况可应用于其中设置多个排气涡轮增压器的内燃发动机，该内燃发动机的涡轮并联布置在排气系统中，并且一个排气涡轮增压器的涡轮呈可切换的涡轮的形式。此类内燃发动机可以具有涡轮专用的排气后处理系统，该排气后处理系统可以对来自相关联的涡轮的排气执行后处理。在可切换的涡轮停用的情况下，相关联的排气后处理系统可以同样停用，也就是说该排气后处理系统不再被热排气流过，并且冷却。

在本文描述的内燃发动机中，加热装置可以采取不同的位置，由此，首先可以控制加热效果的强度，也就是说调整加热效果，其次，在排气系统中，加热装置的流动阻力可显著减小。

加热装置可以通过调节从主动位置转变为被动位置，在主动位置中，加热装置至少部分地阻挡排气系统并且因此构成排气系统中的排气的流动阻力，在被动位置中，加热装置在较小程度上阻挡排气系统，并因此构成排气系统中的排气的减小的流动阻力。

将加热装置调节到不同位置可以用多种方式实现。在一个具体示例中，加热装置本身，也就是说作为整体，可以被调节，例如旋转。在另一个示例中，可以调节加热元件，但加热装置本身维持其局部定位。

在一个示例中，位于主动位置的加热装置可以至少部分地阻挡排气系统，由此加热装置上游的排气压力增加，并且加热装置两端的压力梯度增加。增加的压力梯度使排气在流过加热装置时的流速能够增加。热传递增加，并且因此排气的温度升高。

在一个示例中，在被动位置中，加热装置可以在较小程度上阻挡排气系统，并且对排气施加减小的阻力，使得加热装置两端的压力梯度较小。热传递减少，由此加热效应被减弱。此外，排气可以至少部分地围绕位于被动位置中的加热装置流动。

通过调节装置从被动位置到主动位置和从主动位置到被动位置的转变可被动地执行，也就是说自动地进行。例如，电加热装置可以配备有自控制调节装置。加热装置的调节能够在所选的时间间隔减少排放物，而在不期望加热排气的其他所选时间间隔减少由装置生成的背压。

内燃发动机也可以具有两个汽缸盖，例如如果多个汽缸分布在两个汽缸组上。

在一个示例中，内燃发动机可包括具有氧化催化转化器的至少一个排气后处理系统。

在另一个示例中，内燃发动机可包括具有存储催化转化器的至少一个排气后处理系统。

在另一个示例中，内燃发动机可以包括具有微粒过滤器的至少一个排气后处理系统。

在另一个示例中，内燃发动机可包括具有选择性催化转化器的至少一个排气后处理系统。

以上关于各种排气后处理系统及其操作给出的解释也可以应用于本文描述的排气后处理系统中的任何一种。可期望借助辅助装置主动地间歇地加热排气后处理系统。应当理解，本文所描述的排气后处理系统可以包括一个或多个排放控制装置，诸如催化剂、过滤器等。例如，上述排气后处理装置中的每个可以用作，也就是说设计成组合的排气后处理系统的部件。因此，在一些示例中，也可以在单个排气后处理系统中使用多个不同类型的排放控制装置。

因此，在一个示例中，内燃发动机还可包括具有四元催化转化器的排气后处理系统。

四元催化转化器可以为组合的排气后处理系统的示例，并且可以包括例如氧化催化转化器、存储催化转化器和微粒过滤器。

在另一个示例中，出于排气后处理的目的，内燃发动机可包括设置为串联连接的氧化催化转化器、存储催化转化器和微粒过滤器，存储催化转化器可以布置在微粒过滤器的上游，并且氧化催化转化器可以布置在存储催化转化器的上游。

在另一个示例中，排气后处理系统可以关于减少相应污染物所需的温度来设计。

由于氧化催化转化器可以设置在两个其他排放控制装置的上游的事实，所以氧化催化转化器可以为布置在内燃发动机的出口附近(例如，最靠近)的排气后处理系统，并且热排气首先流过该排气后处理系统。因此，热排气的热损失和温度的相关降低较低。因此，氧化催化转化器可以甚至在冷起动之后在相对短的时间内就达到其所谓的起燃温度，例如150℃。特别地，在内燃发动机的亚化学计量操作期间，排气中的高浓度的未燃烧烃类由于氧化催化转化器中的增强的氧化过程而确保了排气温度的显著提高。在这种情况下，可以在需要热的地方，特别是在排气后处理系统附近释放热。

在氧化催化转化器中发生的放热反应可以实现对流过的排气的加热，并且因此加热下游排气后处理系统，特别是存储催化转化器和微粒过滤器。在存储催化转化器中发生的反应与少量热的释放相关联，并且以这种方式导致排气温度和微粒过滤器温度的增加。

在另一个示例中，内燃发动机可包括电池，电池在需要时为至少一个电加热装置提供电能。

在另一个示例中，内燃发动机可包括具有至少两个出气口的汽缸。

气门驱动器可用于以所选的时间间隔打开和关闭汽缸的进气口和出气口。在一个示例中，气门驱动器可以被设计成能够以大的流动横截面快速打开，以便将流入和流出气流中的节流损失保持为低，并且以新鲜的混合物为汽缸提供充气，以及有效地(例如，基本上完全)排出排气。因此，汽缸设置有两个或更多个出气口可以是有利的。

下面将讨论内燃发动机的进一步的有利特征。在另一个示例中，内燃发动机可经配置使得至少两个汽缸的排气管路合并以形成合并的排气管路，至少一个排气后处理系统布置在合并的排气管路中，并且电加热装置布置在合并排气管路中。

在一个示例中，仅来自汽缸的一部分的排气管路可合并以形成合并的排气管路。然而，在其他示例中，来自汽缸盖中的所有汽缸的排气管路可以合并以形成合并的排气管路。

在另一个示例中，内燃发动机可包括具有框架的电加热装置，至少一个加热元件布置或夹紧在框架中。在此示例中，加热元件与框架一起可形成一体的预制组件，由此除别的以外还简化了组装过程。

在另一个示例中，内燃发动机可包括布置在框架中的多个加热元件。如果提供多个加热元件，则提供至少两个加热元件。

在另一个示例中，内燃发动机可包括以网格布置在框架中的多个加热元件。

在电加热装置具有框架的示例中，框架的形状可对应于排气系统的其中布置有电加热装置的那部分的横截面。例如，排气管路可具有圆形或椭圆形横截面，并且加热装置的框架也可以具有圆形或椭圆形周边。应当理解，在一些示例中，框架的尺寸(例如，直径)可以稍微小于排气管路的横截面的尺寸，以使加热装置能够从主动位置移动到被动位置。

在此示例中，可以将加热装置转变为主动位置，在主动位置中，排气流过该装置但是被阻止围绕框架的边缘流动。

在一些示例中，电加热装置的框架具有环形形状。

进一步地，在一些示例中，电加热装置可包括具有金属丝的至少一个加热元件。在此示例中，具有金属丝的加热元件可具有螺旋形或加热线圈的形状，或者也可以形成编织物或网。加热元件还可以包括具有直线形状的一个或多个金属丝。在此示例中，(一个或多个)金属丝可形成网格图案(例如，其中重叠的金属丝形成一系列正方形或矩形的图案)。在其他示例中，电加热元件中的金属丝可以彼此平行地布置。

在其他示例中，电加热装置可包括具有带状形状(例如，具有平坦或薄条的形状)的一个或多个加热元件。当加热元件具有带状形状时，与金属丝状加热元件相比，热传递表面积可以增加。以这种方式，更大量的热可以从电加热装置传递到从中通过的排气。在一些示例中，当电加热装置包括具有带形状的多个加热元件时，加热元件可以关于电加热装置的圆(例如，圆形或椭圆形)框架径向对齐。然而，在其他示例中，电加热装置可包括具有彼此平行布置的带形状的多个加热元件。带形状加热元件可以通过横截面的窄侧而面向排气流，以减少电加热装置的流动冲击(例如，背压的生成)。例如，带形状加热元件的平坦表面可以平行于其中布置加热元件的排气管路的中心轴线。加热元件的带状形式与加热元件的特定取向一起可以关于热传递改进流动。

在其他示例中，电加热装置可包括具有呈叶片状形式的金属丝或带的加热元件。也就是说，金属丝或带可关于框架的中心轴线径向对齐。在此示例中，加热元件可充当升温的排气流的引导装置。

在另一个示例中，可以在电加热装置中设置引导装置。引导装置可经配置以期望的方式引导和转移排气。在此示例中，引导装置可以是可调节的，引导装置或加热元件的调节也可以用于将加热装置转变成各个位置。

在一个示例中，电加热装置可以具有至少两个加热元件。使用多个加热元件时，热传递表面积增加，并且通过表面积，通过对流进行的热传递增加。在该示例中，至少两个加热元件可以彼此间隔开地布置。

进一步地，在一个示例中，电加热装置的至少一个加热元件可以通过调节装置进行调节。这使加热装置能够采取不同的位置。在此示例中，可以调节加热元件。加热元件的所述调节可以用于将加热装置转变到不同位置。加热装置本身可以维持其局部定位和取向，或者本身也可以是可调节的。在一个示例中，电加热装置可以通过绕旋转轴线旋转而从主动位置转变为被动位置。在被动位置中，加热装置可以沿流动方向，即沿排气流的流线取向，以便对流过排气系统的排气施加减小的(例如，最小化的)流动阻力。然后，排气流撞击在加热装置的窄侧上。这可以从流动方面产生优点。

相比之下，在主动位置中，当加热装置可以相对于排气流横向地(例如，垂直地)取向时，其至少部分地阻挡流过排气排放系统的排气。

本文还描述了用于操作内燃发动机的方法。该方法的特征在于，可以激活电加热装置以用于使排气升温的目的。

以上关于内燃发动机所述的那些内容也可以应用于本文描述的方法，为此参考对应的陈述。

在该方法中，可以激活电加热装置，以用于在停用到内燃发动机的燃料供应时使排气升温的目的。

如果停用燃料供应，则在燃烧期间由于燃料的放热化学转化而释放的热量，或者用于将排气后处理系统升温到期望操作温度的排气就会减少(例如，消除)。

在一个示例中，可以激活加热装置，以便在停用到内燃发动机的燃料供应时加热排气。

在该方法中，可以激活电加热装置以用于在超限条件期间使排气升温的目的。

在该方法中，可以激活加热装置，以便在停用内燃发动机的燃料供应达可预先限定的时间段δt1时加热排气。

引入用于激活加热装置的附加条件可以减少加热装置的不需要的(例如，过度的)激活和停用，特别是如果燃料供应仅短暂地停用，不需要通过加热装置加热排气，而加热装置激活的情况。

在该方法中，可以激活电加热装置以用于在内燃发动机的暖机阶段中使排气升温的目的。

在该方法中，电加热装置可以从被动位置转变为主动位置，以便强制使排气升温。

对于不仅包括内燃发动机而且包括作为驱动器的电机的混合动力车辆的操作，该示例方法是有利的，其中，从通过电机提供驱动的情况开始，电加热装置被激活，用于在内燃发动机的点火开始之前或者内燃发动机起动之前使排气升温的目的，以用于驱动的目的。

图1a以半透视图示出处于主动位置的内燃发动机的第一实施例的加热装置2。

内燃发动机具有用于排放来自汽缸的排气的排气系统1。在排气系统1中布置有至少一个排气后处理系统，用于对排气进行后处理并且减少污染物排放(未示出)。

电加热装置2在至少一个排气后处理系统的上游布置在排气系统1的合并排气管路1a中，该电加热装置用于使排气后处理系统中的排气和/或装置升温。

加热装置2具有框架2b，其中多个线状加热元件2a可以以网格的方式布置(例如，夹紧)在框架2b中。框架2b可以具有圆形形状并且因此具有对应于排气系统1的横截面，使得加热装置2在位于主动位置时阻挡(例如，完全阻挡)合并的排气管路1a，并且减少的排气量能够流过加热装置2。在此，加热装置2相对于排气流横向地，在当前情况下垂直地取向。

图1b以在排气流方向上的视图示出图1a所示的加热装置2。合并的排气管路1a的纵向轴线垂直于附图平面。该图还示出了旋转轴线2c，加热装置2与加热元件2a一起也就是说作为整体能够围绕旋转轴线2c旋转。电加热装置2能够通过围绕旋转轴线2c旋转而从主动位置转变为被动位置。

图1c以在排气流方向上的视图示出图1b所示的加热装置2，其中加热装置2旋转90°处于被动位置。

在所示的被动位置中，加热装置2可以沿流动方向取向，即沿排气流的流线取向。当位于被动位置时，加热装置2对排气流施加低的流动阻力。加热装置2通过框架2b的窄侧来面向排气流。

图2示出车辆201中的内燃发动机200的示意图。内燃发动机200被描述为包括图3a至图3c所示的电加热装置230。然而，应当理解，在其他示例中如1a至图1c所示的电加热装置2及相关联的部件、特征等可以包括在图2所示的内燃发动机200中。

内燃发动机200包括耦接到形成两个汽缸206的汽缸体204的汽缸盖202。然而，也可以考虑具有替换数目的汽缸的发动机。内燃发动机200还包括进气系统208，进气系统208经配置通过进气歧管210、进气管路212和/或其他部件诸如节气门、进气口等向汽缸206提供进气空气。内燃发动机200还包括排气系统214，排气系统214经配置从汽缸206接收排气。排气系统214包括经由出气口218耦接到(例如，直接耦接到)汽缸206的两个排气管路226。两个排气管路216合并以形成合并排气管路220。排气歧管222可以设置在两个排气管路216和合并的排气管路220的汇合处。然而，在其他示例中，排气歧管可以从耦接到汽缸的单个管道接收排气。

内燃发动机200还包括布置在排气系统214中的排气后处理装置224。排气后处理系统224包括至少一个排放控制装置226(例如，催化剂、过滤器等)。

排气系统214还包括在排气管路232中定位在排放控制装置226上游和排气歧管222下游的电加热装置230。在一个示例中，电加热装置230可直接定位在排放控制装置226上游而无中间部件定位在两者之间。电加热装置230经配置调节流过排气管路232的排气的温度。激活装置234可设置在排气系统214中，以控制由电加热装置230中的加热元件236生成的热的量。例如，激活装置234可经配置改变提供给加热元件236的电流的量。经配置调节电加热装置230的位置的调节装置238也包括在排气系统214中，以在发动机操作期间改变由排气管路中的电加热装置230生成的阻力的量。能量存储装置237(例如，电池)可耦接到激活装置234并且因此耦接到电加热装置230。由此，能量存储装置237可经配置向激活装置234和电加热装置230提供电能。

内燃发动机200还包括燃料系统239，燃料系统239经配置以选择的时间间隔向汽缸206供应燃料。燃料系统239可包括一个或多个燃料泵、燃料喷射器(例如，直接喷射器或进气道喷射器)、燃料管路、燃料罐等。

车辆201还包括电机240(例如，电动马达)，电机240经配置在选择的时间间隔期间向车辆提供动力。以这种方式，车辆201可具有混合动力配置。已经设想了许多混合动力车辆布置，诸如串联、并联等操作电动马达和发动机的情况下的布置。

控制器250在图2中被示为微型计算机，其包括微处理器单元252、输入/输出端口254、在该特定示例中示为只读存储器芯片256的用于可执行程序和校准值的电子存储介质、随机存取存储器258、不失效存储器260和数据总线。控制器250可从耦接到内燃发动机200的传感器接收各种信号。例如，控制器250可接收来自温度传感器280的排气温度的测量值和来自节气门位置传感器282的节气门位置(tp)，节气门位置传感器282耦接到操作者286致动的踏板284。控制器250可从信号pip生成发动机转速信号rpm。控制器250可经配置向调节装置238和激活装置234发送命令信号。此外，控制器250连同对应的控制系统部件可经配置执行本文所述的方法步骤。

图3a至图3c示出图2所示的排气系统214的一部分的详细视图，其包括排气管路232和处于不同位置的电加热装置230。调节装置238和激活装置234也在图3a至图3c中示出。尽管调节装置238和激活装置234被描绘成分离的结构，但是应当理解，在其他示例中，调节装置和激活装置可以集成到单个外壳中。如前所述，调节装置238和激活装置234均可以从控制器250接收控制信号，如图2所示。然而，在其他示例中，可将控制器和对应的命令逻辑内置在调节装置和/或激活装置中。

激活装置234可经配置激活和停用电加热装置230中的加热元件236，以调节由电加热装置230提供的排气加热的量。

此外，调节装置238经配置使耦接到旋转轴308的电加热装置230的框架300旋转，以调节加热装置的位置。框架300围绕旋转轴线302旋转。此外，在所示示例中，旋转轴线302垂直于排气管路232的中心轴线304。应当理解，已经设想了框架300和排气管路232之间的其他相对位置。此外，已经设想了电加热装置230的其他类型的机械调节。例如，在其他示例中，调节装置238可经配置将框架延伸到排气管路中以及将框架自排气管路缩回，或者使单独的加热元件带旋转。

图3a示出处于主动位置的电加热装置230，当与图3b和图3c所示的位置相比时，在主动位置的电加热装置生成增大量的阻力。在图3a所示的位置中，框架300的中心轴线306平行于排气管路232的中心轴线304。然而，已经设想了其他框架布置。框架300的轮廓对应于其所定位在其中的排气管路232的横截面。具体地，在所描绘的示例中，框架具有对应于排气管路的圆形横截面的环的形状。此外，在主动位置，框架和排气管路的壁之间的间隙的尺寸可以被设定为(例如，足够小)使排气管路中的大部分排气能够流过加热元件236。箭头310描绘了排气流通过加热元件236的大致方向。因此，在需要时，可将处于主动位置的加热元件236激活以提高流过加热元件236的排气的温度。因此，在一些示例中，加热元件的操作可以与调节装置238协调以增加排气加热的量。以这种方式，如果需要，可以提高下游排放控制装置226的温度。

图3b示出处于比图3a所示的主动位置生成更小阻力的位置的电加热装置230。特别地，在图3b中，电加热装置230的框架300从图3a所示的位置旋转45°。然而，可以将电加热装置调节到许多旋转取向。图3b所示的加热装置的位置可以被称为被动位置或部分被动位置。箭头320描绘通过加热元件236的排气流的大致方向，箭头322描绘绕过电加热装置230的框架300和加热元件236的排气流的大致方向。应当理解，当与图3a所示框架的位置相比时，在图3b所示的位置，更多的排气可以围绕框架300和加热元件236流动，而不是通过加热元件236。因此，电加热装置230在图3b所示的位置生成较小的阻力。因此，由电加热装置230生成的背压减小。在一个示例中，当电加热装置230处于图3b所示的位置时，激活装置234可以停用加热元件236以降低流过排气管路232的排气的温度。然而，在其他示例中，当电加热装置230处于图3b所示的位置时，激活装置可以激活加热元件236。

图3c示出处于比图3a或图3b所示的加热装置的位置生成甚至更小阻力的位置的电加热装置230。特别地，在图3c中，电加热装置230的框架300从图3b所示的位置旋转45°。另外，在图3c中，框架300的中心轴线306垂直于排气管路232的中心轴线304。然而，在其他示例中可以使用其他框架和排气管路布置。图3c所示的加热装置的位置可以被称为被动位置。应当理解，主动位置和被动位置可以更一般地称为第一位置和第二位置。箭头330描绘围绕电加热装置230的框架300和加热元件236的排气流的大致方向。应当理解，图3c所示的电加热装置230的位置比图3a和图3b所示的加热装置的位置生成甚至更小的阻力。因此，能够进一步减小由电加热装置230生成的背压。再次，当电加热装置230处于图3c所示的位置时，加热元件236可以通过激活装置234停用。

图4a示出图3a所示的电加热装置230的详细视图。示出了电加热装置230的框架300和加热元件236。在所描绘的示例中，加热元件236包括以网格图案布置的多根金属丝400。在图4a所示的网格图案中，多根金属丝400横跨框架延伸并且彼此垂直相交。然而，已经设想了其他线图案布置。应当理解，可以通过图2所示的激活装置234以期望的时间间隔向金属丝400提供电能，以使金属丝能够生成热，从而提高流过其的排气的温度。

图4b示出可包括在图2和图3a至图3c所示的排气系统214中的另一个示例性电加热装置410。在图4b中，封闭在框架414中的加热元件412包括多个径向对齐的带416。再次，可以通过图2所示的激活装置234以所选的时间间隔向带416提供电能以产生热。

图4c示出可包括在图2和图3a至图3c所示的排气系统214中的又一个示例性电加热装置420。图4c所示的电加热装置420包括加热元件422，加热元件422具有横跨框架426横向延伸的多个带424。再次，可以通过图2所示的激活装置234以所选的时间间隔向带424提供热能以生成热。

图5示出用于操作车辆中的内部燃烧的方法500。应当理解，方法500可以通过上面关于图1a-图4c描述的内燃发动机和排气系统来实现，或者可以通过其他合适的内燃发动机和排气系统来实现。

在502处，方法包括确定发动机工况。工况可包括发动机温度、发动机转速、排气温度、排放控制装置温度等。

接下来，在504处，方法包括确定是否将电加热装置调节到主动位置或被动位置，电加热装置布置在排放控制装置上游的排气管路中。该确定可以基于发动机工况。例如，当发动机低于阈值温度和/或转速或者排放控制装置低于阈值温度时，可以确定电加热装置应当处于主动位置。相反，当发动机高于阈值温度和/或转速或者排放控制装置高于阈值温度时，可以确定电加热装置应当处于被动位置。此外，当与在被动位置中的电加热装置生成的阻力相比时，在主动位置的电加热装置可以对加热装置定位在其中的排气管路中的排气流生成更多的阻力。

如果确定应当将电加热装置调节到主动位置，则该方法前进到506。在506处，方法包括将电加热装置调节到主动位置。将电加热装置调节到主动位置可包括步骤508，从而使电加热装置旋转。如前所述，当电加热装置处于主动位置时，加热装置可生成增加量的阻力。然而，当电加热装置处于主动位置时，增加量的排气也可以被引导通过加热装置中的加热元件。因此，在步骤510处，该方法包括当电加热装置处于主动位置时激活电加热装置以生成热并提高流过电加热装置的排气的温度。以这种方式，电加热装置可以在选择的时间间隔被激活，例如当期望加热下游排放控制装置时。在一个示例中，当被供应到内燃发动机的燃料被停用时，电加热装置可以被激活。在另一个示例中，电加热装置可以在发动机转速高于阈值的超限条件期间被激活。在另一个示例中，当发动机低于阈值温度时，电加热装置可以在内燃发动机的暖机阶段期间被激活。

然而，如果确定电加热装置应当处于被动位置，则方法前进到步骤512。在512处，方法包括将电加热装置调节到被动位置，这可以包括在514处旋转电加热装置。当与主动位置相比时，在被动位置，电加热装置生成较小的阻力。以这种方式，可以调节电加热装置的位置，以改变电加热装置对通过电加热装置定位在其中的排气管路的排气流所生成的阻力的量。

然而，在被动位置，较少的排气也流过加热元件。由此，当电加热装置处于被动位置时，可不期望由电加热装置生成的热。因此，在516处，方法包括停用电加热装置以抑制加热元件生成热。以这种方式，可以在选择的时间间隔激活和停用电加热装置。

应当理解，在其他示例中，电加热装置中的加热元件的激活和加热元件的调节可以独立地进行。例如，加热元件在被动位置和主动位置中均可以被激活，以调节排气的温度。在另一个示例中，当加热元件被停用时，可以将电加热装置被调节到主动位置和被动位置。在此示例中，电加热装置的移动改变了提供给下游排放控制装置的排气的流率。

应当理解，本文公开的配置和程序在本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为具有限制性意义，因为可能有许多变化。例如，上述技术可以应用于v-6、i-4、i-6、v-12、对置4缸和其他发动机类型。进一步地，各种系统配置中的一个或多个可以所描述的诊断程序中的一个或多个组合使用。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或性质的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。