DE102020207872A1 - Method and device for operating an electrical heater for a catalytic converter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizung (4) eines Katalysators (3), wobei die Heizung 4() über einen steuerbaren Schalter (12) mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle (5) verbunden ist, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich (II; IV) spezifiziert ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs (II; IV) annehmen kann, wobei eine Steuereinheit (6) die Ausgangsspannung erfasst und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter (12) öffnend oder schließend ansteuert, und wobei der vorgegebene Referenzspannungswert dem Minimalspannungswert entspricht und bei einem Wert der Ausgangsspannung, der größer als der Minimalspannungswert ist, die Steuereinheit (6) den steuerbaren Schalter (12) pulsweitenmoduliert ansteuert, derart, dass die Leistung der elektrischen Heizung (4) der Leistung beim Minimalspannungswert entspricht.The invention relates to a method for operating an electric heater (4) of a catalytic converter (3), the heater 4 () being connected via a controllable switch (12) to an energy source (5) providing an output voltage, which output voltage is connected via one of a Minimum voltage value to a maximum voltage value is specified ranging voltage range (II; IV), but can also accept voltages outside this voltage range (II; IV), wherein a control unit (6) detects the output voltage and depending on a difference value of the detected output voltage to a predetermined reference voltage value controls the controllable switch (12) to open or close, and wherein the specified reference voltage value corresponds to the minimum voltage value and if the output voltage value is greater than the minimum voltage value, the control unit (6) controls the controllable switch (12) in a pulse width modulated manner such that the power of the elec tric heater (4) corresponds to the power at the minimum voltage value.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Heizung eines Katalysators, wobei die Heizung über einen steuerbaren Schalter mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle verbunden ist, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich vorgegeben ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs annehmen kann, wobei eine Steuereinheit die Ausgangsspannung erfasst und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter öffnend oder schließend ansteuert.The invention relates to a method and a device for operating an electrical heater of a catalytic converter, the heater being connected via a controllable switch to an energy source providing an output voltage, which output voltage is specified over a voltage range ranging from a minimum voltage value to a maximum voltage value, but also voltages outside this voltage range, wherein a control unit detects the output voltage and controls the controllable switch to open or close depending on a difference value between the detected output voltage and a predetermined reference voltage value.

Ein solches Verfahren und eine solche Vorrichtung sind aus der DE 196 45 016 C1 bekannt. Dort wird ausgeführt, dass für eine besonders geringe Emission von Schadstoffen es insbesondere bei einem Neustart einer Brennkraftmaschine notwendig sei, dass der Katalysator schnell auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt wird. Dazu soll beispielsweise eine elektrische Heizvorrichtung vorgesehen sein, die den Katalysator elektrisch aufheizt. Eine entsprechende elektrische Heizvorrichtung für einen Katalysator sei beispielsweise aus „Die Systementwicklung des elektrisch heizbaren Katalysators“, Erhard Otto et al., Motortechnische Zeitschrift 56 (1995) 9, Seite 488 ff bekannt. Die Stromversorgung des elektrisch beheizten Katalysators sei ein besonderes Problemfeld, da sie gravierende Rückwirkungen auf das Bordnetz und den Motorbetrieb hat.Such a method and apparatus are disclosed in US Pat DE 196 45 016 C1 known. There it is stated that for a particularly low emission of pollutants, especially when restarting an internal combustion engine, it is necessary for the catalytic converter to be heated up quickly to its operating temperature. For this purpose, for example, an electrical heating device should be provided which electrically heats the catalytic converter. A corresponding electrical heating device for a catalytic converter is known, for example, from “The system development of the electrically heatable catalytic converter”, Erhard Otto et al., Motortechnische Zeitschrift 56 (1995) 9, page 488 ff. The power supply of the electrically heated catalytic converter is a particular problem area, as it has serious repercussions on the vehicle electrical system and engine operation.

Beim dortigen Verfahren wird beim Start der Beheizung des Katalysators die Spannung als Referenzspannung gemessen, wobei die Spannung während des Beheizens des Katalysators laufend als aktuelle Spannung ermittelt und mit der Referenzspannung verglichen wird. Das Beheizen des Katalysators wird abgebrochen, wenn die Differenz zwischen der Referenzspannung und der aktuellen Spannung größer als ein Differenzwert ist. Auf diese Weise wird aufgrund des Spannungsabfalles während des Beheizens die Güte der Spannungsquelle bestimmt und abhängig von der Güte das Beheizen abgebrochen oder weitergeführt.In the method there, the voltage is measured as a reference voltage at the start of the heating of the catalytic converter, the voltage being continuously determined as the current voltage and compared with the reference voltage while the catalytic converter is being heated. The heating of the catalytic converter is canceled if the difference between the reference voltage and the current voltage is greater than a difference value. In this way, due to the voltage drop during heating, the quality of the voltage source is determined and, depending on the quality, heating is interrupted or continued.

Hierdurch wird allerdings nur das Problem bedient, dass die Energiequelle durch die Heizung nicht über Gebühr belastet wird.However, this only addresses the problem that the energy source is not overburdened by the heating.

Ein elektrisch beheizter Katalysator wird hauptsächlich benutzt, um die Katalysatorerwärmung nach einem Motorkaltstart zu beschleunigen. Er kann auch verwendet werden, um einen während eines Fahrzyklus abgekühlten Katalysator wieder zu erwärmen. Derzeit sind elektrisch beheizte Katalysatoren ausgelegt, bei einer Nominalspannung einer Spannungsversorgung von beispielsweise 12 V oder 48 V zu arbeiten, wobei eine geforderte Heizleistung von beispielsweise 2,5 kW oder 4 kW üblich ist. Der elektrisch beheizte Katalysator wird üblicherweise so entworfen, dass er die geforderte Heizleistung bei der Nominalspannung erzielt. Abweichungen von diesen Nominalwerten werden häufig benutzt, um den Effekt und Vorteile eines elektrisch beheizten Katalysators während der Entwicklungsphase zu untersuchen.An electrically heated catalytic converter is mainly used to accelerate catalytic converter heating after a cold engine start. It can also be used to reheat a catalytic converter that has cooled down during a drive cycle. Electrically heated catalytic converters are currently designed to work at a nominal voltage of a voltage supply of, for example, 12 V or 48 V, with a required heating power of, for example, 2.5 kW or 4 kW being common. The electrically heated catalytic converter is usually designed in such a way that it achieves the required heating power at the nominal voltage. Deviations from these nominal values are often used to investigate the effects and advantages of an electrically heated catalyst during the development phase.

Die Spannungsversorgung in Kraftfahrzeugen erfolgt zumeist mit Hilfe von Batterien mit Ausgangsspannungen von beispielsweise 12 oder 48 V, wobei dies lediglich die Nennspannungen sind, im Betrieb können jedoch erhebliche Abweichungen davon auftreten, da diese Batterien starken Belastungen aufgrund einer hohen Anzahl gleichzeitig zu betreibende Verbraucher unterliegen können. Außerdem können diese Batterien auf höhere Spannungen aufgeladen werden als ihrer Nennspannung entspricht. So ist beispielsweise der Betriebsspannungsbereich einer 12 V Batterie zwischen etwa 9 V und 14 V festgelegt, während dieser bei einer 48 V Batterie zwischen 36 V und 52 V definiert ist. D. h., dass die Batterien durch Zuschalten von Verbrauchern belastet werden dürfen, wenn ihre aktuelle Spannung innerhalb dieser Bereiche liegt.The power supply in motor vehicles is mostly carried out with the help of batteries with output voltages of 12 or 48 V, for example, whereby these are only the nominal voltages, but considerable deviations from this can occur during operation, as these batteries can be subject to heavy loads due to a high number of consumers that must be operated at the same time . In addition, these batteries can be charged to voltages higher than their nominal voltage. For example, the operating voltage range of a 12 V battery is set between approximately 9 V and 14 V, while it is defined between 36 V and 52 V for a 48 V battery. This means that the batteries may be loaded by connecting consumers if their current voltage is within these ranges.

Eine typische Anforderung ist nun, dass die vorgegebene Heizleistung von beispielsweise 4 kW des elektrisch beheizten Katalysators über den gesamten erlaubten Spannungsbereich von beispielsweise 36 V bis 52 V einer 48 V Batterie verfügbar sein soll. Der elektrisch beheizte Katalysator hat eine rein resistive Charakteristik. Dies bedeutet, dass die gewünschte Nominalheizleistung nur bei der Nominalspannung erzeugt wird. Ist die Spannung geringer, wird auch die Heizleistung geringer sein, was bedeutet, dass die Aufwärmphase des Katalysators deutlich verlängert ist. Bei einer höheren Batteriespannung als der Nominalspannung wäre entsprechend die Heizleistung größer, was ein Aufheizen des Katalysators beschleunigen würde. Dieser Zusammenhang ist in der 2 verdeutlicht, die die quadratische Abhängigkeit der Heizleistung von der Batteriespannung zeigt. Es ist zu erkennen, dass die tatsächliche Heizleistung innerhalb des erlaubten Spannungsbereichs erhebliche Abweichungen haben kann.A typical requirement is that the specified heating power of, for example, 4 kW of the electrically heated catalytic converter should be available over the entire permitted voltage range of, for example, 36 V to 52 V of a 48 V battery. The electrically heated catalytic converter has a purely resistive characteristic. This means that the desired nominal heating output is only generated at the nominal voltage. If the voltage is lower, the heating output will also be lower, which means that the warm-up phase of the catalytic converter is significantly longer. If the battery voltage was higher than the nominal voltage, the heating output would be correspondingly greater, which would accelerate the heating of the catalytic converter. This connection is in the 2 which shows the quadratic dependence of the heating power on the battery voltage. It can be seen that the actual heating output can have considerable deviations within the permitted voltage range.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Heizung eines Katalysators anzugeben, bei denen eine konstante Heizleistung über den gesamten spezifizierten Ausgangsspannungsbereich eines Energiespeichers ermöglicht ist.The object of the invention is to specify a method and a device for operating an electrical heater for a catalytic converter, in which a constant heating power is made possible over the entire specified output voltage range of an energy store.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizung eines Katalysators gelöst, wobei die Heizung über einen steuerbaren Schalter mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle verbunden ist, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich spezifiziert ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs annehmen kann, und wobei eine Steuereinheit die Ausgangsspannung erfasst und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter öffnend oder schließend ansteuert, bei dem der vorgegebene Referenzspannungswert dem Minimalspannungswert entspricht und bei dem bei einem Wert der Ausgangsspannung, der größer als der Minimalspannungswert ist, die Steuereinheit den steuerbaren Schalter pulsweitenmoduliert ansteuert, derart, dass die Leistung der elektrischen Heizung der Leistung beim Minimalspannungswert entspricht.The object is achieved by a method for operating an electrical heater for a catalytic converter, the heater via a controllable switch is connected to an energy source providing an output voltage, which output voltage is specified over a voltage range ranging from a minimum voltage value to a maximum voltage value, but can also accept voltages outside this voltage range, and wherein a control unit detects the output voltage and depends on a differential value of the detected output voltage controls the controllable switch opening or closing at a predetermined reference voltage value, in which the predetermined reference voltage value corresponds to the minimum voltage value and in which the control unit activates the controllable switch in a pulse-width-modulated manner at a value of the output voltage that is greater than the minimum voltage value, in such a way that the power of the electrical heating corresponds to the power at the minimum voltage value.

Die Erfindung wird auch durch eine Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Heizung eines Katalysators, mit einem steuerbaren Schalter, der die Heizung mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle verbindet, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich vorgegeben ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs annehmen kann, und mit einer Steuereinheit, die eingerichtet ist, die Ausgangsspannung zu erfassen und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter öffnend oder schließend anzusteuern, gelöst, bei der der vorgegebene Ausgangsspannungswert dem Minimalspannungswert entspricht, und bei der die Steuereinheit außerdem eingerichtet ist, den steuerbaren Schalter bei einem Wert der Ausgangsspannung, der größer als der Minimalspannungswert ist, pulsweitenmoduliert anzusteuern, derart, dass die Leistung der elektrischen Heizung der Leistung beim Minimalspannungswert entspricht.The invention is also provided by a device for operating an electrical heater for a catalytic converter, with a controllable switch that connects the heater to an energy source providing an output voltage, which output voltage is specified over a voltage range ranging from a minimum voltage value to a maximum voltage value, but also voltages outside of it can assume this voltage range, and with a control unit which is set up to detect the output voltage and, depending on a difference value of the detected output voltage to a predetermined reference voltage value, to open or close the controllable switch, in which the predetermined output voltage value corresponds to the minimum voltage value, and in which the control unit is also set up to control the controllable switch in a pulse-width-modulated manner at a value of the output voltage that is greater than the minimum voltage value, in such a way that the power of the electric heater corresponds to the power at the minimum voltage value.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine Vorrichtung, um die Heizleistung des elektrisch beheizten Katalysators über einen erlaubten Spannungsbereich einer Spannungsversorgung zu stabilisieren. Zunächst wird die geforderte Heizleistung des elektrisch beheizten Katalysators nicht mehr bei der Nominalspannung, sondern bei der minimal zulässigen Spannung der Spannungsversorgung eingestellt und dann durch eine Pulsweitenmodulation des Ansteuersignals für den Schalter, der die Heizung mit der Batterie verbindet, die Heizleistung bei höheren Spannungen geregelt. Das bedeutet, das bei höheren Batteriespannungen ein geringeres Tastverhältnis des Ansteuersignals für den Schalter erforderlich ist, um die geforderte Heizleistung einzustellen. Dies ist in der 3 verdeutlicht. Dort ist ein zulässiger Spannungsbereich von 36 bis 52 V angegeben, wobei die nominale Heizleistung von 4 kW bei 36 V erzielt werden soll. Um diese Heizleistung von 4 kW über den gesamten Spannungsbereich zwischen 36 V und 52 V beizubehalten, wird die Pulsweitenmodulation des Ansteuersignals für den Schalter, der die Batterie mit der Heizung des Katalysators verbindet von 100 % bei 36 V auf etwa 50 % bei 52 V reduziert.The invention thus relates to a method and a device to stabilize the heating power of the electrically heated catalytic converter over a permitted voltage range of a voltage supply. First, the required heating output of the electrically heated catalytic converter is no longer set at the nominal voltage, but at the minimum permissible voltage of the power supply and then the heating output is regulated at higher voltages by pulse width modulation of the control signal for the switch that connects the heater to the battery. This means that with higher battery voltages, a lower pulse duty factor of the control signal for the switch is required in order to set the required heating power. This is in the 3 made clear. A permissible voltage range of 36 to 52 V is specified there, with the nominal heating output of 4 kW at 36 V being achieved. In order to maintain this heating output of 4 kW over the entire voltage range between 36 V and 52 V, the pulse width modulation of the control signal for the switch, which connects the battery to the heating of the catalytic converter, is reduced from 100% at 36 V to around 50% at 52 V. .

Durch diese vorteilhafte Steuerung der Heizleistung kann eine konstante Heizleistung über den gesamten zulässigen Spannungsbereich erreicht werden. Sowohl langsame als auch schnelle Spannungsänderungen, welche durch die Batterietechnologie und das Spannungsnetz bzw. die daran angeschlossenen Verbraucher beeinflusst werden, können kompensiert werden. Außerdem ist die Katalysatoraufheizung in jedem Fahrzyklus gleich über den vorgegebenen Bereich der Batteriespannung.This advantageous control of the heating output enables a constant heating output to be achieved over the entire permissible voltage range. Both slow and fast voltage changes, which are influenced by the battery technology and the voltage network or the consumers connected to it, can be compensated. In addition, the catalyst heating in each driving cycle is the same over the specified range of the battery voltage.

In einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Schalter Bestandteil eines DC-DC-Wandlers sein, wobei der DC-DC-Wandler dann vorzugsweise als Abwärtswandler ausgebildet ist.In one embodiment of the device according to the invention, the switch can be part of a DC-DC converter, the DC-DC converter then preferably being designed as a step-down converter.

Das Verfahren und die Vorrichtung können sowohl für benzin- als auch für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren verwendet werden. Dabei kann der Katalysator an jedem beliebigen Ort im Abgasstrang angebracht werden.The method and the device can be used for both gasoline and diesel-powered internal combustion engines. The catalytic converter can be installed anywhere in the exhaust system.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Figuren näher beschrieben werden. Dabei zeigen

  • 1 eine prinzipielle Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 2 eine Darstellung der Spannungs- und Heizleistungsbereiche bei einer ungeregelten Heizungsteuerung und
  • 3 eine Darstellung der Spannungs- und Heizleistungsbereiche bei einer erfindungsgemäß geregelten Heizungsteuerung.
The invention is to be described in more detail below on the basis of an exemplary embodiment with the aid of figures. Show it
  • 1 a basic arrangement of a device according to an embodiment,
  • 2 a representation of the voltage and heating power ranges with an unregulated heating control and
  • 3 a representation of the voltage and heating power ranges in a heating control regulated according to the invention.

1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die einen Abgasstrang 2 aufweist, in dem ein Katalysator 3 verbaut ist. Der Katalysator 3 weist eine elektrische Heizvorrichtung 4 auf, die den Katalysator 3 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur aufheizt. Die Heizvorrichtung 4 wird von einer Spannungsquelle, beispielsweise einer Batterie 5 oder einem Kondensator als Energiespeicher mit elektrischer Energie versorgt. Im Folgenden wird das Ausführungsbeispiel anhand einer Batterie 5 erläutert. 1 shows an internal combustion engine 1 that have an exhaust system 2 has, in which a catalyst 3 is installed. The catalyst 3 has an electric heater 4th on that the catalyst 3 heats up to a specified operating temperature. The heater 4th is from a voltage source, for example a battery 5 or a capacitor as an energy store is supplied with electrical energy. The exemplary embodiment is described below using a battery 5 explained.

Die Batterie 5 ist mit einem Pluspol über eine erste Versorgungsleitung 11 an die Heizvorrichtung 4 angeschlossen. Der Minuspol ist über eine zweite Versorgungsleitung 12 und einen Schalter 13 ebenfalls mit der Heizvorrichtung 4 verbunden. Die Batterie kann eine Nennspannung von 12 V, also die Spannung einer herkömmlichen Fahrzeugbatterie, oder eine Nennspannung von 48 V haben. Bei einer Fahrzeugbatterie mit einer Nennspannung von 48 V ist ein zulässiger Spannungsbereich von 36 V bis 52 V spezifiziert.The battery 5 is connected to a positive pole via a first supply line 11th to the heater 4th connected. The negative pole is via a second supply line 12th and a switch 13th also with the heating device 4th connected. the Battery can have a nominal voltage of 12 V, i.e. the voltage of a conventional vehicle battery, or a nominal voltage of 48 V. For a vehicle battery with a nominal voltage of 48 V, a permissible voltage range of 36 V to 52 V is specified.

Statt die Batterie 5 lediglich über eine Schalter 13 mit der Heizvorrichtung 4 zu verbinden, kann auch ein DC-DC-Wandler verwendet werden, der den Schalter 13 aufweist.Instead of the battery 5 only via a switch 13th with the heater 4th To connect, a DC-DC converter can also be used to control the switch 13th having.

In einer einfachen Ausbildung weist die Heizvorrichtung 4 als Heizelement beispielsweise einen Widerstandsdraht auf. Es ist zudem ein Steuergerät 6 vorgesehen, das über einen Datenbus 8 mit der Brennkraftmaschine 1, über eine zweite Messleitung 9 mit der zweiten Versorgungsleitung 12, über eine erste Messleitung 10 mit der ersten Versorgungsleitung 11 und über eine Steuerleitung 7 mit dem ansteuerbaren Schalter 13 verbunden ist. Das Steuergerät 6 ist zudem über eine Sensorleitung 15 mit einem Temperatursensor 14 verbunden, der am Katalysator 3 angeordnet ist.In a simple embodiment, the heating device 4th as a heating element, for example, a resistance wire. It is also a control device 6th provided via a data bus 8th with the internal combustion engine 1 , via a second measuring line 9 with the second supply line 12th , via a first test lead 10 with the first supply line 11th and via a control line 7th with the controllable switch 13th connected is. The control unit 6th is also via a sensor cable 15th with a temperature sensor 14th connected to the catalyst 3 is arranged.

Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über einen Luftmassenmesser 18, der im Ansaugkanal angeordnet ist und die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmasse misst. Weiterhin verfügt die Brennkraftmaschine 1 über einen Kühler 16, der mit Kühlflüssigkeit gefüllt ist, die über Kühlkanäle, die in die Brennkraftmaschine eingebracht sind, die Brennkraftmaschine kühlt. Zudem ist ein Generator 19 an der Brennkraftmaschine 1 vorgesehen, der von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und über eine Ladeleitung 20 die Batterie 5 auflädt.The internal combustion engine 1 has an air mass meter 18th , which is arranged in the intake duct and measures the air mass sucked in by the internal combustion engine. The internal combustion engine also has 1 via a cooler 16 , which is filled with cooling liquid that cools the internal combustion engine via cooling channels that are introduced into the internal combustion engine. There is also a generator 19th on the internal combustion engine 1 provided, which is driven by the internal combustion engine and via a charging line 20th the battery 5 charges.

Das Steuergerät 6 steuert in Abhängigkeit von Parametern der Brennkraftmaschine 1, der Spannung der Batterie 5 und der Temperatur des Katalysators 3 die elektrische Heizvorrichtung 4, mit der der Katalysator 3 auf seine vorgegebene Betriebstemperatur aufgeheizt wird.The control unit 6th controls depending on parameters of the internal combustion engine 1 , the voltage of the battery 5 and the temperature of the catalyst 3 the electric heater 4th with which the catalyst 3 is heated to its specified operating temperature.

Eine Temperaturregelung des Katalysators 3 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Steuergerät 6 beim Start der Brennkraftmaschine 1 die Temperatur des Katalysators 3 misst. Danach vergleicht das Steuergerät 6 die gemessene Temperatur des Katalysators 3 mit einer im Speicher 17 abgelegten vorgegebenen Katalysatortemperatur. Die abgelegte Katalysatortemperatur entspricht vorzugsweise der optimalen Betriebstemperatur des Katalysators von beispielsweise 350°C. Ergibt der Vergleich, dass die gemessene Katalysatortemperatur größer oder gleich der abgelegten Katalysatortemperatur ist, so wird keine elektrische Beheizung des Katalysators vorgenommen, da der Katalysator 3 ausreichend warm ist. Anderenfalls wird der Schalter 12 geschlossen und die Heizvorrichtung 4 eingeschaltet, bis die Betriebstemperatur erreicht ist.A temperature control of the catalyst 3 can be done, for example, that the control unit 6th when starting the internal combustion engine 1 the temperature of the catalyst 3 measures. Then the control unit compares 6th the measured temperature of the catalyst 3 with one in memory 17th stored predetermined catalyst temperature. The stored catalyst temperature preferably corresponds to the optimum operating temperature of the catalyst of 350 ° C., for example. If the comparison shows that the measured catalytic converter temperature is greater than or equal to the stored catalytic converter temperature, then no electrical heating of the catalytic converter is carried out because the catalytic converter 3 is sufficiently warm. Otherwise the switch will 12th closed and the heater 4th switched on until the operating temperature is reached.

Die 2 zeigt die quadratische Abhängigkeit der Heizleistung von der angelegten Batteriespannung. Dabei weist im dargestellten Beispiel die Batteriespannung einen spezifizierten Ausgangsspannungsbereich II von 36 V bis 52 V auf. Dadurch ergibt sich aufgrund des Widerstands der Heizung ein Heizleistungsbereich I von 2,25 kW bis 4,69 kW. Bei der Nominalspannung von 48 V wird die gewünschte Heizleistung von 4 kW erreicht. Dies ist mit einem Punkt III dargestellt.the 2 shows the quadratic dependence of the heating power on the applied battery voltage. In the example shown, the battery voltage has a specified output voltage range II of 36 V to 52 V. Due to the resistance of the heater, this results in a heating power range I from 2.25 kW to 4.69 kW. At the nominal voltage of 48 V, the required heating output of 4 kW is achieved. This is shown with a point III.

Einen Verlauf der Heizleistung und des Tastverhältnisses eines pulsweitenmodulierten Ansteuersignals für den Schalter 12 bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens oder Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt die 3. Der spezifizierte Ausgangsspannungsbereich IV der Batteriespannung liegt wieder zwischen 36 V und 52 V. Allerdings ist nun die gewünschte Heizleistung von 4 kW bereits bei der Minimalspannung dieses Ausgangsspannungsbereich IV erreicht, was mit V dargestellt ist. Danach wird die Heizleistung durch eine pulsweitenmodulierte Ansteuerung des Schalters 12 der Heizanordnung gemäß 1 auf einen konstanten Wert von 4 kW geregelt. Hierzu muss das Tastverhältnis des pulsweitenmodulierten Ansteuersignals abhängig von dem ermittelten aktuellen Wert der Batteriespannung eingestellt werden. Die Abhängigkeit des Tastverhältnis von der Batteriespannung ist mit einem Verlauf VII dargestellt.A course of the heating power and the duty cycle of a pulse-width-modulated control signal for the switch 12th when applying the method according to the invention or using a device according to the invention, the 3 . The specified output voltage range IV of the battery voltage is again between 36 V and 52 V. However, the desired heating power of 4 kW has already been achieved at the minimum voltage of this output voltage range IV, which is represented by V. Thereafter, the heating output is controlled by a pulse-width modulated control of the switch 12th according to the heating arrangement 1 regulated to a constant value of 4 kW. For this purpose, the pulse duty factor of the pulse-width-modulated control signal must be set as a function of the determined current value of the battery voltage. The dependence of the pulse duty factor on the battery voltage is shown with a curve VII.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 19645016 C1 [0002]DE 19645016 C1 [0002]

Claims (4)

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Heizung (4) eines Katalysators (3), wobei die Heizung (4) über einen steuerbaren Schalter (12) mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle (5) verbunden ist, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich (II; IV) spezifiziert ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs (II; IV) annehmen kann, wobei eine Steuereinheit (6) die Ausgangsspannung erfasst und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter (12) öffnend oder schließend ansteuert, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Referenzspannungswert dem Minimalspannungswert entspricht und bei einem Wert der Ausgangsspannung, der größer als der Minimalspannungswert ist, die Steuereinheit (6) den steuerbaren Schalter (12) pulsweitenmoduliert ansteuert, derart, dass die Leistung der elektrischen Heizung (4) der Leistung beim Minimalspannungswert entspricht.A method for operating an electrical heater (4) of a catalytic converter (3), the heater (4) being connected via a controllable switch (12) to an energy source (5) providing an output voltage, which output voltage varies from a minimum voltage value to a maximum voltage value reaching voltage range (II; IV) is specified, but can also accept voltages outside this voltage range (II; IV), wherein a control unit (6) detects the output voltage and depending on a difference value of the detected output voltage to a predetermined reference voltage value, the controllable switch (12 ) controls opening or closing, characterized in that the specified reference voltage value corresponds to the minimum voltage value and, at a value of the output voltage that is greater than the minimum voltage value, the control unit (6) controls the controllable switch (12) in a pulse-width-modulated manner, so that the power of the electrical n Heater (4) corresponds to the power at the minimum voltage value. Vorrichtung zum Betreiben einer elektrischen Heizung (4) eines Katalysators (3), mit einem steuerbaren Schalter (12), der die Heizung (4) mit einer eine Ausgangsspannung bereitstellenden Energiequelle (5) verbindet, welche Ausgangsspannung über einen von einem Minimalspannungswert zu einem Maximalspannungswert reichenden Spannungsbereich (II; IV) vorgegeben ist, aber auch Spannungen außerhalb dieses Spannungsbereichs (II; IV) annehmen kann, mit einer Steuereinheit (6), die eingerichtet ist, die Ausgangsspannung zu erfassen und abhängig von einem Differenzwert der erfassten Ausgangsspannung zu einem vorgegebenen Referenzspannungswert den steuerbaren Schalter (12) öffnend oder schließend anzusteuern, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Referenzspannungswert dem Minimalspannungswert entspricht und, dass die Steuereinheit (6) außerdem eingerichtet ist, den steuerbaren Schalter (12) bei einem Wert der Ausgangsspannung, der größer als der Minimalspannungswert ist, pulsweitenmoduliert anzusteuern, derart, dass die Leistung der elektrischen Heizung (4) der Leistung beim Minimalspannungswert entspricht.Device for operating an electric heater (4) of a catalytic converter (3), with a controllable switch (12) which connects the heater (4) to an energy source (5) providing an output voltage, which output voltage varies from a minimum voltage value to a maximum voltage value Reaching voltage range (II; IV) is specified, but can also accept voltages outside this voltage range (II; IV), with a control unit (6) which is set up to detect the output voltage and depending on a difference value of the detected output voltage to a predetermined Reference voltage value to control the controllable switch (12) opening or closing, characterized in that the predetermined reference voltage value corresponds to the minimum voltage value and that the control unit (6) is also set up to control the controllable switch (12) at a value of the output voltage that is greater than the The minimum voltage value is pulse width modulus rt to be controlled in such a way that the power of the electric heater (4) corresponds to the power at the minimum voltage value. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der der Schalter 13 Bestandteil eines DC-DC-Wandlers ist.Device according to Claim 2 , in which the switch 13 is part of a DC-DC converter. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der der DC-DC-Wandler ein Abwärtswandler ist.Device according to Claim 3 where the DC-DC converter is a buck converter.
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