DE102019122315A1 - Method for monitoring an electrically heatable catalytic converter - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators (28) in einer Abgasanlage (20) eines Verbrennungsmotors (10). Dabei ist in der Abgasanlage (20) stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (28) ein Temperatursensor (40) angeordnet, mit welchem eine Temperatur in der Abgasanlage (20) messbar ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:- elektrisches Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators (28), wobei- der Temperatursensor (40) durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators (28) aufgeheizt wird, wobei- durch die Aufheizung des Temperatursensors (40) ein Wärmeeintrag des elektrisch beheizbaren Katalysators (28) in die Abgasanlage (20) ermittelt wird.Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasanlage (20), in welcher ein elektrisch beheizbarer Katalysator (28) und ein stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators (28) angeordneter Temperatursensor (40) vorgesehen sind, sowie mit einem Steuergerät (50) zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring an electrically heatable catalytic converter (28) in an exhaust system (20) of an internal combustion engine (10). A temperature sensor (40) with which a temperature in the exhaust system (20) can be measured is arranged in the exhaust system (20) upstream of the electrically heatable catalytic converter (28). The method comprises the following steps: - electrical heating of the electrically heatable catalytic converter (28), the temperature sensor (40) being heated by the thermal radiation of the electrically heatable catalytic converter (28), wherein electrically heatable catalyst (28) is determined in the exhaust system (20). The invention also relates to an exhaust system (20) in which an electrically heatable catalyst (28) and a temperature sensor (40) arranged upstream of the electrically heatable catalyst (28) are provided are, as well as with a control unit (50) for performing such a method.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors sowie eine Abgasanlage mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for monitoring an electrically heatable catalytic converter in an exhaust system of an internal combustion engine and an exhaust system with an electrically heatable catalytic converter according to the preamble of the independent claims.
Die kontinuierliche Verschärfung der Abgasgesetzgebung stellt hohe Anforderungen an die Fahrzeughersteller, welche durch entsprechende Maßnahmen zur Reduktion der motorischen Rohemissionen und durch eine entsprechende Abgasnachbehandlung gelöst werden. Um die nicht vollständig vermeidbaren Rohemissionen effektiv nachmotorisch umsetzen zu können, werden in der Abgasanlage des Verbrennungsmotors mit Edelmetall beschichtete Katalysatoren verbaut. Damit diese Katalysatoren die Schadstoffe umsetzen können, ist ein minimales Temperaturniveau des Abgases und des Katalysators notwendig. Um den Katalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors möglichst schnell auf eine Betriebstemperatur zu bringen, werden motorische Heizmaßnahmen wie eine Verstellung des Zündwinkels oder der Kraftstoffeinspritzung in Richtung „spät“ oder ein unterstöchiometrischer Betrieb des Verbrennungsmotors unter gleichzeitiger Einbringung von Sekundärluft genutzt. Um noch mehr Wärmeenergie gezielt in die Abgasanlage einzubringen, ist es möglich, den Katalysator elektrisch zu beheizen oder an der Abgasanlage einen zuschaltbaren Abgasbrenner zu installieren, um heißes Abgas in die Abgasanlage einzuleiten und die in der Abgasanlage angeordneten Abgasnachbehandlungskomponenten unabhängig vom Verbrennungsmotor zu erwärmen. Dadurch können die Emissionen bereits in der Heizphase des Katalysators deutlich reduziert werden.The continuous tightening of exhaust gas legislation places high demands on vehicle manufacturers, which are met by appropriate measures to reduce engine raw emissions and by appropriate exhaust gas aftertreatment. In order to be able to effectively implement the raw emissions that cannot be completely avoided after the engine, catalytic converters coated with precious metal are installed in the exhaust system of the internal combustion engine. So that these catalytic converters can convert the pollutants, a minimum temperature level of the exhaust gas and the catalytic converter is necessary. In order to bring the catalytic converter up to operating temperature as quickly as possible after a cold start of the internal combustion engine, engine heating measures such as adjusting the ignition angle or fuel injection in the "retarded" direction or under-stoichiometric operation of the internal combustion engine with simultaneous introduction of secondary air are used. In order to bring even more thermal energy into the exhaust system in a targeted manner, it is possible to heat the catalytic converter electrically or to install a switchable exhaust gas burner on the exhaust system to feed hot exhaust gas into the exhaust system and to heat the exhaust gas aftertreatment components in the exhaust system independently of the combustion engine. This means that emissions can already be significantly reduced in the heating phase of the catalytic converter.
Bei Dieselmotoren sind zur Erhöhung der Abgastemperatur eine späte Nacheinspritzung und/oder eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunktes in Richtung „spät“ bekannt, wobei der thermische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors abnimmt und mehr Energie in die Abgasanlage eingetragen wird. Gleichzeitig können durch eine Verschiebung der Haupteinspritzung in Richtung „spät“ die Rohemissionen an Stickoxiden reduziert werden. In diesel engines, late post-injection and / or a shift in the center of combustion in the "late" direction are known to increase the exhaust gas temperature, with the thermal efficiency of the internal combustion engine decreasing and more energy being introduced into the exhaust system. At the same time, by shifting the main injection in the "late" direction, the raw emissions of nitrogen oxides can be reduced.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass innermotorische Heizmaßnahmen erst nach einem Start des Verbrennungsmotors wirksam werden. Zudem können diese innermotorischen Heizmaßnahmen zu einem Kraftstoffeintrag in das Motoröl führen, wodurch sich der Verschleiß erhöht oder die Ölwechselintervalle verkürzt werden müssen.A disadvantage of the solutions known from the prior art, however, is that heating measures within the engine only become effective after the internal combustion engine has been started. In addition, these internal engine heating measures can lead to fuel entering the engine oil, which increases wear or the oil change intervals have to be shortened.
Ferner sind aus dem Stand der Technik externe Heizmittel in der Abgasanlage wie beispielsweise ein Abgasbrenner oder ein elektrisches Heizelement bekannt. Durch externe Heizmittel können die Abgasnachbehandlungskomponenten im Wesentlichen unabhängig vom Abgasstrom des Verbrennungsmotors aufgeheizt werden und erreichen somit schneller ihre Betriebstemperatur, wodurch insbesondere in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors die Endrohremissionen reduziert werden können.Furthermore, external heating means in the exhaust system, such as an exhaust gas burner or an electrical heating element, are known from the prior art. The exhaust gas aftertreatment components can be heated essentially independently of the exhaust gas flow of the internal combustion engine by external heating means and thus reach their operating temperature more quickly, whereby the tailpipe emissions can be reduced in particular in a cold start phase of the internal combustion engine.
Die
Aus der
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem elektrisch beheizbaren Katalysator eine möglichst einfache und kostengünstige Überwachung der Funktion des elektrischen Heizelements zu ermöglichen.The invention is based on the object of enabling the function of the electrical heating element to be monitored as simply and inexpensively as possible in an electrically heatable catalytic converter.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors gelöst. Dabei ist in der Abgasanlage stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators ein Temperatursensor angeordnet, mit welchem eine Temperatur in der Abgasanlage messbar ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - elektrisches Beheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators, wobei
- - der Temperatursensor durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators aufgeheizt wird, wobei
- - die vom Temperatursensor gemessene Temperatur um den Kühleffekt durch den Abgasmassenstrom korrigiert wird, wobei
- - durch die Aufheizung des Temperatursensors ein Wärmeeintrag des elektrisch beheizbaren Katalysators in die Abgasanlage ermittelt wird.
- - electrical heating of the electrically heatable catalyst, wherein
- - The temperature sensor is heated by the thermal radiation of the electrically heatable catalyst, wherein
- - The temperature measured by the temperature sensor is corrected for the cooling effect caused by the exhaust gas mass flow, wherein
- - By heating the temperature sensor, a heat input from the electrically heatable catalytic converter into the exhaust system is determined.
Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist die Überwachung der elektrischen Heizleistung eines elektrisch beheizbaren Katalysators möglich. Dabei können die bereits in der Abgasanlage vorhandenen Sensoren genutzt werden, sodass das Verfahren einfach und kostengünstig umgesetzt werden kann. Dabei wird kein zusätzlicher Bauraum für weitere Sensoren in der Abgasanlage benötigt. Ferner kann eine On-Board-Diagnose des elektrisch beheizbaren Katalysators durchgeführt werden, damit ein Ausfall erkannt werden kann, welcher unmittelbar zu einer Erhöhung der Endrohremissionen führen würde.A method according to the invention makes it possible to monitor the electrical heating output of an electrically heatable catalytic converter. The sensors already present in the exhaust system can be used so that the method can be implemented simply and inexpensively. No additional space is required for additional sensors in the exhaust system. Furthermore, an on-board diagnosis of the electrically heatable catalytic converter can be carried out so that a failure can be detected which would directly lead to an increase in the tailpipe emissions.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators möglich.The features listed in the dependent claims allow advantageous improvements and further developments of the method specified in the independent claim for monitoring an electrically heatable catalytic converter.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die ermittelte Aufheizung des Temperatursensors mit einer bei einer definierten Heizleistung zu erwartenden Aufheizung bei einem gegebenen Abgasmassenstrom verglichen wird, und auf Basis dieses Vergleiches eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des elektrisch beheizbaren Katalysators erfolgt. Generell gilt dabei, dass je größer der Abgasmassenstrom ist, desto kleiner die zu erwartende Aufheizung ist. Dadurch kann eine quantitative Analyse der eingebrachten Heizleistung erfolgen. Somit kann rechtzeitig erkannt werden, wenn die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators abnimmt. Dabei kann ein Schwellenwert definiert werden, ab welchem ein Austausch des elektrischen Heizelementes des elektrisch beheizbaren Katalysators notwendig ist.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the determined heating of the temperature sensor is compared with the heating to be expected at a defined heating power at a given exhaust gas mass flow, and the functionality of the electrically heatable catalytic converter is monitored on the basis of this comparison. The general rule here is that the greater the exhaust gas mass flow, the smaller the expected heating. This enables a quantitative analysis of the heating power introduced. It can thus be recognized in good time when the heating output of the electrically heatable catalytic converter is decreasing. A threshold value can be defined, from which an exchange of the electrical heating element of the electrically heatable catalytic converter is necessary.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der ermittelte Gradient der Aufheizung des Temperatursensors mit einem bei einer definierten Heizleistung zu erwartenden Gradienten bei einem gegebenen Abgasmassenstrom verglichen wird, und auf Basis dieses Vergleiches eine Überwachung der Funktionsfähigkeit des elektrisch beheizbaren Katalysators erfolgt. Dabei ergibt sich eine Abhängigkeit vom Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors, bei der generell gilt, dass mit größerem Abgasmassenstrom, der zu erwartende Gradient für der Aufheizung abnimmt. Dadurch kann bereits unmittelbar nach dem Beginn der Heizphase eine quantitative Analyse der eingebrachten Heizleistung abgeschätzt werden. Somit kann rechtzeitig erkannt werden, wenn die Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators abnimmt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the determined gradient of the heating of the temperature sensor is compared with a gradient to be expected with a defined heating power at a given exhaust gas mass flow, and the functionality of the electrically heatable catalytic converter is monitored on the basis of this comparison. This results in a dependency on the exhaust gas mass flow of the internal combustion engine, which generally applies that the greater the exhaust gas mass flow, the lower the gradient to be expected for the heating. As a result, a quantitative analysis of the heating power introduced can be estimated immediately after the start of the heating phase. It can thus be recognized in good time when the heating output of the electrically heatable catalytic converter is decreasing.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn die definierte Heizleistung die maximale elektrische Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators ist. Da der von einem Körper abgestrahlte Wärmestrom exponentiell mit der Temperatur zunimmt, führt eine größere Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators zu einem deutlichen Anstieg der Wärmestrahlung. Um die Temperaturerhöhung an dem Temperatursensor durch die Wärmestrahlung zu ermitteln, ist daher eine möglichst hohe, insbesondere die maximale Heizleistung des elektrisch beheizbaren Katalysators, zur Überwachung der Funktionsfähigkeit sinnvoll.It is particularly preferred if the defined heating output is the maximum electrical heating output of the electrically heatable catalytic converter. Since the heat flow radiated by a body increases exponentially with temperature, a greater heating output of the electrically heatable catalytic converter leads to a significant increase in heat radiation. In order to determine the temperature increase at the temperature sensor as a result of the thermal radiation, the highest possible, in particular the maximum heating power of the electrically heatable catalytic converter, is therefore useful for monitoring the functionality.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator für mindestens 15 Sekunden, vorzugsweise für mindestens 30 Sekunden, besonders bevorzugt für mindestens 45 Sekunden, elektrisch beheizt wird, wobei die Temperaturänderung des Temperatursensors auf den Wärmeeintrag ermittelt wird. Zur Aufheizung des elektrisch beheizbaren Katalysators beziehungsweise einem dem elektrisch beheizbaren Katalysator unmittelbar nachgeschalteten Katalysator auf seine Light-Off-Temperatur ist es sinnvoll, den elektrisch beheizbaren Katalysator für mindestens 45 Sekunden elektrisch aufzuheizen, um einen hinreichenden Energieeintrag in die Abgasanlage zu gewährleisten. Zur Analyse der Funktionsfähigkeit ist es ebenfalls hilfreich, den elektrisch beheizbaren Katalysator mindestens für 20 Sekunden elektrisch zu beheizen, um eine Erwärmung des elektrisch beheizbaren Katalysators auf seine maximal mögliche Temperatur sicherzustellen und eine entsprechend hohe Wärmestrahlung zu gewährleisten. In a further preferred embodiment of the invention it is provided that the electrically heatable catalyst is electrically heated for at least 15 seconds, preferably for at least 30 seconds, particularly preferably for at least 45 seconds, the temperature change of the temperature sensor being determined on the heat input. To heat the electrically heated catalytic converter or a catalytic converter immediately downstream of the electrically heated catalytic converter to its light-off temperature, it makes sense to electrically heat the electrically heated catalytic converter for at least 45 seconds in order to ensure sufficient energy input into the exhaust system. To analyze the functionality, it is also helpful to electrically heat the electrically heatable catalytic converter for at least 20 seconds in order to ensure that the electrically heatable catalytic converter is heated to its maximum possible temperature and to ensure a correspondingly high level of thermal radiation.
Erfindungsgemäß wird eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem Brennraum vorgeschlagen, wobei der Verbrennungsmotor mit seinem Auslass mit der Abgasanlage verbindbar ist. Dabei sind in der Abgasanlage mindestens ein Katalysator und stromaufwärts des Katalysators ein elektrisch beheizbarer Katalysator angeordnet. Stromabwärts des Auslasses des Verbrennungsmotors und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators ist ein Temperatursensor angeordnet. Der Temperatursensor und der elektrisch beheizbare Katalysator sind mit einem Steuergerät verbunden, welches dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Steuergerät ausgeführt wird. Durch einen Temperatursensor stromabwärts des Katalysators wäre nur eine stark verzögerte Ermittlung eines Temperaturanstieges in der Abgasanlage möglich, da zunächst der Katalysator Wärme aufnimmt, um sich selbst zu erwärmen. Ferner führen auch die exothermen, katalytischen Reaktionen auf dem Katalysator zu einem Anstieg der Temperatur, sodass die durch den elektrisch beheizbaren Katalysator eingebrachte Wärmemenge nur schwierig und zeitverzögert zu ermitteln wäre. Durch eine Anordnung des Temperatursensors stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators entfällt zwar der konvektive Anteil der Wärmeübertragung, ein Anstieg der Sensortemperatur durch die Wärmestrahlung ist jedoch unmittelbar messbar.According to the invention, an exhaust system for an internal combustion engine with at least one combustion chamber is proposed, the internal combustion engine being connectable with its outlet to the exhaust system. In this case, at least one catalytic converter is arranged in the exhaust system and an electrically heatable catalytic converter is arranged upstream of the catalytic converter. A temperature sensor is arranged downstream of the outlet of the internal combustion engine and upstream of the electrically heatable catalytic converter. The temperature sensor and the electrical Heatable catalytic converters are connected to a control device which is set up to carry out a method according to the invention when a machine-readable program code is executed by the control device. A temperature sensor downstream of the catalytic converter would only allow a greatly delayed determination of a temperature rise in the exhaust system, since the catalytic converter initially absorbs heat in order to warm itself up. Furthermore, the exothermic, catalytic reactions on the catalytic converter also lead to an increase in temperature, so that the amount of heat introduced by the electrically heatable catalytic converter would be difficult and time-delayed to determine. By arranging the temperature sensor upstream of the electrically heatable catalytic converter, the convective component of the heat transfer is eliminated, but an increase in the sensor temperature due to the thermal radiation can be measured directly.
Mit einer solchen Abgasanlage kann auf vergleichsweise einfache und kostengünstige Art und Weise eine Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators in der Abgasanlage erfolgen. Dabei kann erkannt werden, wenn der elektrisch beheizbare Katalysator eine Fehlfunktion, insbesondere eine unzureichende Heizleistung aufweist, und die Gefahr besteht, dass es durch die Fehlfunktion zu einer unzureichenden Konvertierung der Schadstoffe im Abgas des Verbrennungsmotors kommt.With such an exhaust system, monitoring of an electrically heatable catalytic converter in the exhaust system can take place in a comparatively simple and inexpensive manner. It can be recognized when the electrically heatable catalytic converter has a malfunction, in particular an insufficient heating output, and there is a risk that the malfunction will result in insufficient conversion of the pollutants in the exhaust gas of the internal combustion engine.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Abgasanlage ist vorgesehen, dass der elektrisch beheizbare Katalysator ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine elektrische Heizscheibe, umfasst. Durch ein elektrisches Heizelement, welches einem Katalysator vorgeschaltet ist, kann konvektiv mittels des Abgasstroms eine schnelle Erwärmung des Katalysators sichergestellt werden. Dabei strahlt das Heizelement Wärme ab, welche zu einer Erwärmung des Temperatursensors stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators führt.In a preferred embodiment of the exhaust system it is provided that the electrically heatable catalytic converter comprises an electrical heating element, in particular an electrical heating disk. An electrical heating element, which is connected upstream of a catalytic converter, can convectively ensure rapid heating of the catalytic converter by means of the exhaust gas flow. The heating element radiates heat, which leads to the temperature sensor being heated upstream of the electrically heatable catalytic converter.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Abgasanlage ist vorgesehen, dass der Katalysator als Oxidationskatalysator oder als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt ist. Da elektrisch beheizbare Katalysatoren oft in Abgasanlagen von Dieselmotoren eingesetzt werden, ist die Verwendung eines solchen elektrisch beheizbaren Katalysators als in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors ersten Katalysator sinnvoll.According to a preferred embodiment of the exhaust system, it is provided that the catalytic converter is designed as an oxidation catalytic converter or as a NOx storage catalytic converter. Since electrically heatable catalytic converters are often used in exhaust systems of diesel engines, the use of such an electrically heatable catalytic converter as the first catalytic converter in the direction of flow of an exhaust gas of the internal combustion engine makes sense.
Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Katalysator als Drei-Wege-Katalysator oder als Vier-Wege-Katalysator ausgeführt ist. Bei Ottomotoren ist die Anordnung eines elektrisch beheizbaren Katalysators als ersten Katalysator unmittelbar vor einem motornahen Katalysator, insbesondere einem Drei-Wege-Katalysator oder Vier-Wege-Katalysator, hilfreich um die Kaltstartemissionen zu reduzieren. Unter einem motornahen Katalysator ist in diesem Zusammenhang ein Katalysator zu verstehen, dessen einlassseitige Stirnseite mit einer Abgaslauflänge von weniger als 80 cm, vorzugsweise mit weniger als 50 cm, von einem Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet ist.Alternatively, it is advantageously provided that the catalytic converter is designed as a three-way catalytic converter or as a four-way catalytic converter. In gasoline engines, the arrangement of an electrically heatable catalytic converter as the first catalytic converter directly upstream of a catalytic converter close to the engine, in particular a three-way catalytic converter or four-way catalytic converter, is helpful in reducing cold start emissions. In this context, a close-coupled catalytic converter is to be understood as a catalytic converter whose inlet-side end face is arranged with an exhaust gas run length of less than 80 cm, preferably less than 50 cm, from an outlet of the internal combustion engine.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante der Abgasanlage ist vorgesehen, dass der Katalysator als SCR-Katalysator oder als Partikelfilter mit einer katalytisch wirksamen Beschichtung, insbesondere mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung), ausgeführt ist. Insbesondere bei Dieselmotoren kann es hilfreich sein, einen elektrisch beheizbaren Katalysator unmittelbar stromaufwärts eines SCR-Katalysators oder eines Partikelfilters mit einer SCR-Beschichtung anzuordnen, um den SCR-Katalysator oder den Partikelfilter auf eine zur selektiven, katalytischen Reduktion notwendige Temperatur aufzuheizen. Um einen solchen elektrisch beheizbaren Katalysator überwachen zu können, eignet sich das vorgeschlagene Verfahren ebenfalls.In a further advantageous embodiment of the exhaust system it is provided that the catalytic converter is designed as an SCR catalytic converter or as a particle filter with a catalytically active coating, in particular with a coating for the selective, catalytic reduction of nitrogen oxides (SCR coating). In diesel engines in particular, it can be helpful to arrange an electrically heatable catalytic converter directly upstream of an SCR catalytic converter or a particle filter with an SCR coating in order to heat the SCR catalytic converter or the particle filter to a temperature necessary for selective catalytic reduction. In order to be able to monitor such an electrically heatable catalyst, the proposed method is also suitable.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Temperatursensor maximal 5 cm, vorzugsweise maximal 3 cm stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators angeordnet ist. Da die Wärmestrahlung mit der Entfernung stark abnimmt, ist es zielführend, den Temperatursensor möglichst nahe an dem elektrisch beheizbaren Katalysator anzuordnen, um eine Erwärmung durch die Wärmestrahlung messen zu können. Dabei wird die Entfernung von einer Mittelachse des Temperatursensors bis zu einer einlassseitigen Stirnfläche des elektrisch beheizbaren Katalysators gemessen. Durch eine Entfernung von maximal 5 cm kann sichergestellt werden, dass eine starke Aufheizung des elektrisch beheizbaren Katalysators zu einer funktionssicher und reproduzierbar messbaren Temperaturerhöhung an dem Temperatursensor führt.In a preferred embodiment of the invention it is provided that the temperature sensor is arranged a maximum of 5 cm, preferably a maximum of 3 cm, upstream of the electrically heatable catalytic converter. Since the thermal radiation decreases sharply with distance, it is expedient to arrange the temperature sensor as close as possible to the electrically heatable catalytic converter in order to be able to measure heating by the thermal radiation. The distance from a central axis of the temperature sensor to an inlet-side end face of the electrically heatable catalytic converter is measured. A maximum distance of 5 cm ensures that strong heating of the electrically heatable catalytic converter leads to a functionally reliable and reproducible measurable temperature increase at the temperature sensor.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Abgasanlage ist vorgesehen, dass in der Abgasanlage eine Turbine eines Abgasturboladers angeordnet ist, wobei der Temperatursensor stromabwärts der Turbine und stromaufwärts des elektrisch beheizbaren Katalysators angeordnet ist. Um einen messbaren Effekt für die Erwärmung des Temperatursensors durch die Wärmestrahlung des elektrisch beheizbaren Katalysators zu ermitteln, soll der Temperatursensor von einem möglichst homogenen Abgas angeströmt werden. Dabei sorgt die Turbine für eine Durchmischung des Abgasstroms, sodass heiße Zonen des Abgasstroms mit vergleichsweise kalten Zonen durchmischt werden und der Temperatursensor von einem thermisch im Wesentlichen homogenen Abgas angeströmt wird.In an advantageous embodiment of the exhaust system it is provided that a turbine of an exhaust gas turbocharger is arranged in the exhaust system, the temperature sensor being arranged downstream of the turbine and upstream of the electrically heatable catalytic converter. In order to determine a measurable effect for the heating of the temperature sensor by the thermal radiation of the electrically heatable catalytic converter, the temperature sensor should be exposed to an exhaust gas that is as homogeneous as possible. The turbine ensures that the exhaust gas flow is mixed so that hot zones of the exhaust gas flow are mixed with comparatively cold zones and the temperature sensor is flowed against by a thermally essentially homogeneous exhaust gas.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless stated otherwise in the individual case.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Es zeigen:
-
1 ein erstes Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators; -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Verbrennungsmotor mit einer Abgasanlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators; und -
3 einen Temperaturverlauf an einem Temperatursensor in der Abgasanlage bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Überwachung eines elektrisch beheizbaren Katalysators.
-
1 a first embodiment of an internal combustion engine with an exhaust system for performing a method according to the invention for monitoring an electrically heatable catalytic converter; -
2 a further exemplary embodiment of an internal combustion engine with an exhaust system for carrying out a method according to the invention for monitoring an electrically heatable catalytic converter; and -
3 a temperature profile on a temperature sensor in the exhaust system when performing a method according to the invention for monitoring an electrically heatable catalytic converter.
Stromabwärts der Turbine
In
Der Verbrennungsmotor
Stromabwärts des motornahen ersten Katalysators
Stromabwärts der Turbine
Durch den elektrisch beheizbaren Katalysator
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- VerbrennungsmotorInternal combustion engine
- 1212th
- BrennraumCombustion chamber
- 1414th
- KraftstoffinjektorFuel injector
- 1616
- Zündkerzespark plug
- 1818th
- Auslass Outlet
- 2020th
- AbgasanlageExhaust system
- 2222nd
- AbgaskanalExhaust duct
- 2424
- AbgasturboladerExhaust gas turbocharger
- 2626th
- Turbineturbine
- 2828
- elektrisch beheizbarer Katalysator electrically heated catalytic converter
- 3030th
- elektrisches Heizelementelectric heating element
- 3232
- Katalysatorcatalyst
- 3434
- OxidationskatalysatorOxidation catalyst
- 3636
- NOx-SpeicherkatalysatorNOx storage catalytic converter
- 3838
- Drei-Wege-Katalysator Three way catalytic converter
- 4040
- TemperatursensorTemperature sensor
- 4242
- PartikelfilterParticle filter
- 4444
- elektrische Heizscheibeelectric heating disc
- 4646
- Vier-Wege-KatalysatorFour way catalytic converter
- 4848
- SCR-Katalysator SCR catalytic converter
- 5050
- Steuergerät Control unit
- PH P H
- elektrische Heizleistungelectrical heating power
- Pdef P def
- definierte Heizleistungdefined heating power
- PmaxPmax
- maximale Heizleistungmaximum heating power
- TS T S
- Temperatur am TemperatursensorTemperature at the temperature sensor
- TnKat T nKat
- Temperatur stromabwärts des KatalysatorsTemperature downstream of the catalyst
- tt
- Zeittime
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102016122304 A1 [0006]DE 102016122304 A1 [0006]
- DE 102017113320 A1 [0007]DE 102017113320 A1 [0007]
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