DE10028699B4 - Motor vehicle and method for heating a catalytic converter of an internal combustion engine after a cold start - Google Patents

Motor vehicle and method for heating a catalytic converter of an internal combustion engine after a cold start Download PDF

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Abstract

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Abgasstrang (12, 14), einem im Abgasstrang (12) angeordneten Katalysator (16), einem Innenraum (24) für Fahrgäste und einem Innenraumgebläse (18) mit Innenraumluftkanal (20) zum Zuführen von Frischluft (22) an den Innenraum (24), dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Innenraumgebläses (18) ein Sekundärluftkanal (26) von dem Innenraumluftkanal (20) abzweigend angeordnet und mit dem Abgasstrang (12, 14) der Brennkraftmaschine (10) stromauf des Katalysators (16) verbunden ist, wobei eine Schalteinrichtung (30) vorgesehen ist, welche wahlweise den Sekundärluftkanal (26) öffnet oder schließt.motor vehicle with an internal combustion engine (10) with an exhaust gas line (12, 14), a in the exhaust line (12) arranged catalyst (16), an interior (24) for passengers and an interior blower (18) with indoor air duct (20) for supplying fresh air (22) the interior (24), characterized in that downstream of the interior blower (18) a secondary air duct (26) branched off from the indoor air duct (20) and with the exhaust line (12, 14) of the internal combustion engine (10) upstream of the Catalyst (16) is connected, wherein a switching device (30) is provided, which optionally opens the secondary air duct (26) or closes.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasstrang, einem im Abgasstrang angeordneten Katalysator, einem Innenraum für Fahrgäste und einem Innenraumgebläse mit Innenraumluftkanal zum Zuführen von Frischluft an den Innenraum, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasstrang, einem im Abgasstrang angeordneten Katalysator, einem Innenraum für Fahrgäste und einem Innenraumgebläse mit Innenraumluftkanal zum Zuführen von Frischluft an den Innenraum, wobei nach einem Kaltstart zum schnellen Aufheizen in den Abgasstrang stromauf des Katalysators Sekundärluft eingeleitet wird, bis der Katalysator eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The The invention relates to a motor vehicle with an internal combustion engine with an exhaust gas line, a catalyst arranged in the exhaust gas system, an interior for passengers and an interior fan with indoor air duct for feeding of fresh air to the interior, according to the preamble of the claim 1. The invention further relates to a method for operating a Internal combustion engine for a motor vehicle with an exhaust system, one arranged in the exhaust system Catalyst, an interior for passengers and an interior fan with indoor air duct for feeding from fresh air to the interior, where after a cold start to fast Heating in the exhaust line upstream of the catalyst introduced secondary air is until the catalyst reaches a predetermined temperature has, according to the generic term of claim 4.

Während eines Aufheizens eines Katalysators einer Brennkraftmaschine auf seine Betriebstemperatur nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ergeben sich besonders hohe Schadstoffemissionen, bis der Katalysator seine volle Wirkung bei vorbestimmter Betriebstemperatur erreicht. Da nach gängigen Normen auch die Kaltstartphase in einen Meßzyklus für die Bestimmung der Schadstoffemission einer Brennkraftmaschine mit einbezogen wird, ist es daher wünschenswert, den Katalysator nach dem Kaltstart möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur zu erwärmen, um die schadstoffintensive Kaltstartphase so kurz wie möglich zu halten. Es ist beispielsweise aus der DE 196 41 467 A1 bekannt, den Katalysator durch Einleiten von Frischluft in den Abgasstrang der Brennkraftmaschine stromauf des Katalysators schnell aufzuheizen. Hierzu wird ein sogen. Sekundärluftpumpengebläse als zusätzliches Aggregat im Abgasstrang verwendet.During a heating of a catalytic converter of an internal combustion engine to its operating temperature after a cold start of the internal combustion engine, particularly high pollutant emissions result, until the catalytic converter reaches its full effect at a predetermined operating temperature. Since common standards also include the cold start phase in a measurement cycle for determining the pollutant emission of an internal combustion engine, it is therefore desirable to heat the catalyst to its operating temperature as quickly as possible after the cold start in order to keep the pollutant-intensive cold start phase as short as possible. It is for example from the DE 196 41 467 A1 known to heat the catalyst by introducing fresh air into the exhaust line of the internal combustion engine upstream of the catalyst quickly. For this purpose, a so-called. Secondary air pump blower used as an additional unit in the exhaust system.

Um ein separates Sekundärluftpumpengebläse einzusparen ist es beispielsweise aus der JP 54-86 015 A bereits bekannt, einen Generator als Sekundärluftpumpe zu verwenden. In der DE 28 20 592 A1 wird vorgeschlagen, ein Motorkühlluftgebläse zusätzlich als Sekundärluftgebläse zu verwenden. Beide Anordnungen haben den Nachteil, daß die jeweils mit einem Zweitnutzen versehenen Aggregate einen aufwendigen mechanischen Umbau benötigen, was dementsprechend kostenintensiv ist.To save a separate secondary air pump blower, it is for example from the JP 54-86 015 A already known to use a generator as a secondary air pump. In the DE 28 20 592 A1 It is proposed to use an engine cooling fan additionally as a secondary air blower. Both arrangements have the disadvantage that the units provided with a secondary benefit require a complex mechanical conversion, which is correspondingly expensive.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren der obengenannten Art zur Verfügung zu stellen, wobei die obengenannten Nachteile überwunden werden und auf einfache und kostengünstige Weise eine kurze Aufwärmephase für den Katalysator erzielt wird.Of the The present invention is therefore based on the object, a motor vehicle and to provide a method of the above type, wherein the above-mentioned disadvantages are overcome and easy and inexpensive Make a short warm-up phase for the Catalyst is achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen und durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 4 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.These The object is achieved by a Motor vehicle of the o. G. Type with the characterized in claim 1 Features and by a method of o. G. Kind of claim 4 marked features solved. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei einem Kraftfahrzeug der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß stromab des Innenraumgebläses ein Sekundärluftkanal von dem Innenraumluftkanal abzweigend angeordnet und mit dem Abgasstrang der Brennkraftmaschine stromauf des Katalysators verbunden ist, wobei eine Schalteinrichtung vorgesehen ist, welche wahlweise den Sekundärluftkanal öffnet oder schließt.at a motor vehicle of the o. Art it is provided according to the invention, that downstream of the interior blower a secondary air duct branched off from the indoor air duct and with the exhaust line the internal combustion engine is connected upstream of the catalytic converter, wherein a switching device is provided which selectively opens the secondary air channel or closes.

Dies hat den Vorteil, daß für die Zuführung weder zusätzliche Aggregate noch aufwendige mechanische Umbauten erforderlich sind.This has the advantage that neither for the feed additional Aggregates still complex mechanical conversions are required.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die Schalteinrichtung eine Schaltklappe im Sekundärluftkanal.In a preferred embodiment comprises the switching device a switching flap in the secondary air duct.

Damit die Innenraumbelüftung durch den Abzweig von Sekundärluft nicht beeinträchtigt wird, ist eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Gebläseleistung des Innenraumgebläses vorgesehen und derart ausgebildet, daß bei offenem Sekundärluftkanal die Gebläseleistung derart erhöht ist, daß eine Luftförderrate in den Innenraum im Vergleich mit der Luftförderrate bei geschlossenem Sekundärluftkanal im wesentlichen konstant bleibt.In order to the interior ventilation through the branch of secondary air not impaired is, is a control device for controlling a blower power of the interior blower provided and designed such that when open secondary air duct the blower power so increased is that an air delivery rate in the interior in comparison with the air flow rate when closed Secondary air channel in remains essentially constant.

Bei einem Verfahren der o. g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Sekundärluft von dem Innenraumluftkanal stromab des Innenraumgebläses abgezeigt wird.at a method of o. Art it is provided according to the invention, that the secondary air shown from the indoor air duct downstream of the interior blower becomes.

Dies hat den Vorteil, daß für die Zuführung weder zusätzliche Aggregate noch aufwendige mechanische Umbauten erforderlich sind.This has the advantage that neither for the feed additional Aggregates still complex mechanical conversions are required.

Damit die Innenraumbelüftung durch den Abzweig von Sekundärluft nicht beeinträchtigt wird, wird die Gebläseleistung des Innenraumgebläses während der Zeit, in der Sekundärluft abgezweigt wird, derart erhöht, daß eine Luftförderrate in den Innenraum im Vergleich mit der Luftförderrate ohne Abzweigung von Sekundärluft konstant bleibt.In order to the interior ventilation through the branch of secondary air not impaired becomes the blower power of the interior blower while the time, in the secondary air is branched off, so increased that one Air flow rate in the interior in comparison with the air flow rate without diversion of secondary air remains constant.

Weitere Merkmale, Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie aus der nachstehenden Beschreibung der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung. Diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.Further Features, advantages and advantageous embodiments of the invention arise from the dependent ones claims, and from the following description of the invention with reference to the attached Drawing. This shows in the only Fig. A schematic representation a motor vehicle according to the invention to run the method according to the invention.

Das in der einzigen Fig. beispielhaft dargestellte Kraftfahrzeug umfaßt eine Brennkraftmaschine mit einem Motorblock 10 der einen Abgasstrang 12 mit zylinderindividuellen Auslaßkanälen 14 aufweist, wobei im Abgasstrang 12 ein Katalysator 16 angeordnet ist. Ferner ist ein Innenraumgebläse 18 mit Innenraumluftkanal 20 vorgesehen, welches Frischluft 22 an einen Innenraum 24 für Fahrgäste fördert.The motor vehicle exemplified in the single FIGURE comprises an internal combustion engine with an engine block 10 the one exhaust system 12 with cylinder-specific outlet channels 14 having, wherein the exhaust line 12 a catalyst 16 is arranged. Furthermore, an interior fan 18 with indoor air duct 20 provided, which fresh air 22 to an interior 24 for passengers.

Stromab des Innenraumgebläses 18 zweigt von dem Innenraumluftkanal 20 ein Sekundärluftkanal 26 ab, der mit den Auslaßkanälen 14 des Abgasstranges 12 stromauf des Katalysators 16 verbunden ist. An der Abzweigung 28 des Sekundärluftkanal 26 ist eine Schaltklappe 30 vorgesehen, welche den Sekundärluftkanal 26 wahlweise öffnet oder schließt, so daß wahlweise Sekundärluft von dem Innenraumluftkanal 20 abgezeigt und dem Abgasstrang 12 zugeführt wird oder nicht.Downstream of the interior blower 18 branches from the indoor air duct 20 a secondary air duct 26 off, with the outlet channels 14 the exhaust line 12 upstream of the catalyst 16 connected is. At the junction 28 of the secondary air duct 26 is a switching flap 30 provided, which the secondary air duct 26 optionally opens or closes, so that optionally secondary air from the indoor air duct 20 shown and the exhaust line 12 is fed or not.

Nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit kaltem Katalysator 16 öffnet die Schaltklappe 30 in Pfeilrichtung 32, so daß von dem Innenraumgebläse 18 geförderte Luft als Sekundärluft 22a abgezweigt und dem Abgasstrang 12 vor dem Katalysator zugeführt wird. Diese Sekundärluft führt durch entsprechende exotherme Prozesse im Abgas 34 zu einer schnellen Erwärmung des Katalysators 16 auf seine Betriebstemperatur, bei der der Katalysator 16 seine volle Wirkung entfaltet und entsprechend weniger Schadstoffe (CO, NOx, HC) ausgestoßen werden.After a cold start of the engine with cold catalyst 16 opens the switching flap 30 in the direction of the arrow 32 , so that of the interior fan 18 conveyed air as secondary air 22a branched off and the exhaust line 12 is supplied before the catalyst. This secondary air leads through corresponding exothermic processes in the exhaust gas 34 to a rapid heating of the catalyst 16 to its operating temperature at which the catalyst 16 its full effect unfolds and accordingly fewer pollutants (CO, NOx, HC) are ejected.

Sobald jedoch der Katalysator 16 seine Betriebstemperatur erreicht hat, was beispielsweise bereits ca. 20 bis 60 Sekunden nach Sekundärluftzufuhr der Fall ist, schließt die Schaltklappe 30 wieder den Sekundärluftkanal 26, damit eine Überhitzung des Katalysators 16 mit entsprechender thermischer Schädigung desselben vermieden wird.But as soon as the catalyst 16 has reached its operating temperature, which is already the case, for example, about 20 to 60 seconds after the secondary air supply closes the switching flap 30 again the secondary air duct 26 , thus overheating the catalyst 16 with corresponding thermal damage of the same is avoided.

Damit die reguläre Frischluftzufuhr an den Innenraum 24 durch das Abzweigen von Sekundärluft 22a aus dem Innenraumluftkanal 20 nicht beeinträchtigt wird, ist eine Steuereinrichtung 36 vorgesehen, welche bei geöffneter Schaltklappe 30 eine Förderleistung des Innenraumgebläses 18 um den Betrag der abgezweigten Sekundärluft erhöht. Hierdurch bleibt der Luftstrom zum Innenraum 24 im wesentlichen konstant.Thus the regular fresh air supply to the interior 24 by branching off secondary air 22a from the indoor air duct 20 is not affected, is a control device 36 provided, which with open switching flap 30 a capacity of the interior blower 18 increased by the amount of branched secondary air. As a result, the air flow to the interior 24 essentially constant.

Claims (5)

Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (10) mit einem Abgasstrang (12, 14), einem im Abgasstrang (12) angeordneten Katalysator (16), einem Innenraum (24) für Fahrgäste und einem Innenraumgebläse (18) mit Innenraumluftkanal (20) zum Zuführen von Frischluft (22) an den Innenraum (24), dadurch gekennzeichnet, daß stromab des Innenraumgebläses (18) ein Sekundärluftkanal (26) von dem Innenraumluftkanal (20) abzweigend angeordnet und mit dem Abgasstrang (12, 14) der Brennkraftmaschine (10) stromauf des Katalysators (16) verbunden ist, wobei eine Schalteinrichtung (30) vorgesehen ist, welche wahlweise den Sekundärluftkanal (26) öffnet oder schließt.Motor vehicle with an internal combustion engine ( 10 ) with an exhaust gas line ( 12 . 14 ), one in the exhaust system ( 12 ) arranged catalyst ( 16 ), an interior ( 24 ) for passengers and an interior fan ( 18 ) with indoor air duct ( 20 ) for supplying fresh air ( 22 ) to the interior ( 24 ), characterized in that downstream of the interior blower ( 18 ) a secondary air channel ( 26 ) from the indoor air duct ( 20 ) branching off and with the exhaust line ( 12 . 14 ) of the internal combustion engine ( 10 ) upstream of the catalyst ( 16 ), wherein a switching device ( 30 ) is provided which optionally the secondary air duct ( 26 ) opens or closes. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung eine Schaltklappe (30) im Sekundärluftkanal (26) umfaßt.Motor vehicle according to Claim 1, characterized in that the switching device has a switching flap ( 30 ) in the secondary air channel ( 26 ). Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (36) zum Steuern einer Gebläseleistung des Innenraumgebläses (18) vorgesehen und derart ausgebildet ist, daß bei offenem Sekundärluftkanal (26) die Gebläseleistung derart erhöht ist, daß eine Luftförderrate in den Innenraum (24) im Vergleich mit der Luftförderrate bei geschlossenem Sekundärluftkanal (26) konstant bleibt.Motor vehicle according to Claim 1, characterized in that a control device ( 36 ) for controlling a blower output of the interior blower ( 18 ) and is designed such that when the secondary air channel ( 26 ) the blower power is increased such that an air flow rate into the interior ( 24 ) in comparison with the air flow rate with closed secondary air duct ( 26 ) remains constant. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Abgasstrang, einem im Abgasstrang angeordneten Katalysator, einem Innenraum für Fahrgäste und einem Innenraumgebläse mit Innenraumluftkanal zum Zuführen von Frischluft an den Innenraum, wobei nach einem Kaltstart zum schnellen Aufheizen in den Abgasstrang stromauf des Katalysators Sekundärluft eingeleitet wird, bis der Katalysator eine vorbestimmte Temperatur erreicht hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärluft von dem Innenraumluftkanal stromab des Innenraumgebläses abgezweigt wird.Method for operating an internal combustion engine for a motor vehicle with an exhaust gas line, a catalyst arranged in the exhaust gas system, an interior for passengers and an interior fan with indoor air duct for feeding of fresh air to the interior, wherein after a cold start to rapid heating in the exhaust line upstream of the catalyst secondary air is introduced until the catalyst reaches a predetermined temperature has reached, characterized in that the secondary air of is branched off the indoor air duct downstream of the interior blower. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebläseleistung des Innenraumgebläses während der Zeit, in der Sekundärluft abgezweigt wird, derart erhöht wird, daß eine Luftförderrate in den Innenraum im Vergleich mit der Luftförderrate ohne Abzweigung von Sekundärluft konstant bleibt.Method according to claim 4, characterized in that that the fan power of the interior blower while the time, in the secondary air is branched off, so increased will that one Air flow rate in the interior in comparison with the air flow rate without diversion of secondary air remains constant.
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