DE102022103350A1 - Method for heating an exhaust system, an exhaust system and a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasanlage (10) eines Kraftfahrzeugs mit einem Katalysator (12), wobei die Abgasanlage (10) eine elektrisch beheizbare Heizscheibe (14) umfasst, die in Strömungsrichtung eines Trägermassenstroms (16) vor dem Katalysator (12) in der Abgasanlage (10) angeordnet ist, umfassend die Schritte: Ermitteln von Werten einer oder mehrerer elektrischer Kenngrößen in Zeitintervallen während des Beheizens der elektrisch beheizbaren Heizscheibe (14); feststellen, ob ein hinreichend großer Trägermassenstrom (16) vorhanden ist, indem die ermittelten Werte der einen oder mehreren elektrischen Kenngrößen der elektrisch beheizbaren Heizscheibe (14) ausgewertet werden. Die Erfindung betrifft zudem eine Abgasanlage und ein Fahrzeug mit einer Abgasanlage. The invention relates to a method for heating an exhaust system (10) of a motor vehicle with a catalytic converter (12), the exhaust system (10) comprising an electrically heatable heating disc (14) which is located upstream of the catalytic converter (12) in the direction of flow of a carrier mass flow (16). is arranged in the exhaust system (10), comprising the steps of: determining values of one or more electrical parameters at time intervals during the heating of the electrically heatable heated pane (14); determine whether a sufficiently large carrier mass flow (16) is present by evaluating the determined values of the one or more electrical parameters of the electrically heatable heated pane (14). The invention also relates to an exhaust system and a vehicle with an exhaust system.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abgasanlage.The invention relates to a method for heating an exhaust system of a motor vehicle, an exhaust system of a motor vehicle and a motor vehicle with such an exhaust system.
Zur Sicherstellung von Niedrigstemissionen kann zum Vorheizen einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs eine Heizscheibe eingesetzt werden. Hierzu wird mit einem Trägermassenstrom (bspw. Luft) die elektrisch beheizte Heizscheibe umströmt bzw. durchströmt und der nachgelagerte Katalysator geheizt. Sollte der Trägermassenstrom nicht vorhanden oder nur unzureichend vorhanden sein, kann es zu einer Überhitzung und Beschädigung der Heizscheibe kommen.To ensure extremely low emissions, a heating pane can be used to preheat an exhaust system of a motor vehicle. For this purpose, a carrier mass flow (e.g. air) flows around or through the electrically heated heating disk and the downstream catalytic converter is heated. If the carrier mass flow is not available or is only insufficiently available, the heating disc may overheat and be damaged.
Nachteilig dabei ist, dass ein fehlender oder nicht ausreichend vorhandener Trägermassenstrom nicht sicher erkannt und die Heizscheibe nicht vor einer Beschädigung durch ein Überhitzen bewahrt werden kann.The disadvantage here is that a missing or insufficient carrier mass flow cannot be reliably detected and the heating pane cannot be protected from damage due to overheating.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs, eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Abgasanlage bereitzustellen, wobei ein fehlender oder nicht ausreichend vorhandener Trägermassenstrom sicher erkannt und eine Beschädigung der Heizscheibe durch ein Überhitzen vermieden werden kann.It is the object of the invention to provide a method for heating an exhaust system of a motor vehicle, an exhaust system of a motor vehicle and a motor vehicle with such an exhaust system, in which case a missing or insufficient carrier mass flow can be reliably detected and damage to the heated pane by overheating can be avoided.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Aufheizen einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 1, eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs nach Anspruch 8 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 10 gelöst.The object is achieved by a method for heating an exhaust system of a motor vehicle according to claim 1, an exhaust system of a motor vehicle according to claim 8 and a motor vehicle according to
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufheizen einer Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Katalysator, insbesondere zum Aufheizen oder Vorheizen des Katalysators, wobei die Abgasanlage eine elektrisch beheizbare Heizscheibe umfasst, die in Strömungsrichtung eines Trägermassenstroms (z. B. Luft) vor dem Katalysator in der Abgasanlage angeordnet ist, umfasst die Schritte:
- Ermitteln von (aktuellen) Werten (bspw. Messwerten) einer oder mehrerer elektrischer Kenngrößen in, insbesondere regelmäßigen, Zeitintervallen während des Beheizens der elektrisch beheizbaren Heizscheibe.
- Determination of (current) values (e.g. measured values) of one or more electrical parameters in, in particular regular, time intervals during the heating of the electrically heatable heated pane.
Feststellen, ob ein hinreichend großer Trägermassenstrom vorhanden ist, indem die ermittelten Werte der einen oder mehreren elektrischen Kenngrößen der elektrisch beheizbaren Heizscheibe ausgewertet werden.Determining whether a sufficiently large carrier mass flow is present by evaluating the determined values of the one or more electrical parameters of the electrically heatable heated pane.
Ein nicht hinreichend großer Trägermassenstrom kann bspw. durch eine Leckage oder ein Klemmen eines Ventils einer zur Heizscheibe und den Trägermassenstrom führenden Leitung verursacht werden. Ein nicht hinreichend großer Trägermassenstrom kann ein fehlender und/oder ein in Zeitintervallen unterbrochener Trägermassenstrom sein. Ein nicht hinreichend großer Trägermassenstrom kann vorliegen, wenn der Trägermassenstrom zwar (konstant) vorhanden ist, jedoch nicht groß genug (also nicht ausreichend ist, um die Wärmeenergie von der aufgeheizten Heizscheibe abzuführen, so dass diese überhitzen kann).An insufficient carrier mass flow can be caused, for example, by a leak or a jammed valve in a line leading to the heating disc and the carrier mass flow. An insufficiently large carrier mass flow can be a missing carrier mass flow and/or a carrier mass flow that is interrupted at time intervals. An insufficiently large carrier mass flow can be present if the carrier mass flow is (constant) present, but not large enough (i.e. not sufficient to dissipate the thermal energy from the heated heating pane, so that it can overheat).
Durch die Auswertung der ermittelten Werte der einen oder mehreren elektrischen Kenngrößen kann sicher festgestellt werden, ob der Trägermassenstrom vorhanden ist und ob er hinreichend groß ist, um die Wärmeenergie von der aufgeheizten Heizscheibe abzuführen. Sollte festgestellt werden, dass der Trägermassenstrom nicht hinreichend groß ist, so kann die Heizscheibe bspw. abgeschaltet werden und so ein Überhitzen der Heizscheibe verhindert werden.By evaluating the determined values of the one or more electrical parameters, it can be determined with certainty whether the carrier mass flow is present and whether it is large enough to dissipate the thermal energy from the heated heating pane. If it is determined that the carrier mass flow is not sufficiently large, the heating disc can be switched off, for example, and the heating disc can thus be prevented from overheating.
Vorzugsweise kann der Trägermassenstrom in der Abgasanlage durch eine Sekundärluftpumpe oder einen elektrischen Abgasturbolader bereitgestellt werden. The carrier mass flow in the exhaust system can preferably be provided by a secondary air pump or an electric exhaust gas turbocharger.
Vorzugsweise kann die eine oder mehrere elektrischen Kenngrößen der elektrisch beheizbaren Heizscheibe die elektrische Stromstärke, der elektrische Widerstand, die elektrische Spannung und/oder die elektrische Leistung der elektrisch beheizbaren Heizscheibe sein.The one or more electrical parameters of the electrically heatable heated pane can preferably be the electrical current intensity, the electrical resistance, the electrical voltage and/or the electrical power of the electrically heatable heated pane.
Dabei kann die elektrische Leistung nicht direkt ermittelt (gemessen) werden. Sie kann jedoch bspw. aus der ermittelten Spannung und Stromstärke, insbesondere rechnerisch, bestimmt (ermittelt) werden.The electrical power cannot be determined (measured) directly. However, it can, for example, be determined (determined) from the ascertained voltage and current strength, in particular by calculation.
Vorzugsweise kann das Auswerten der ermittelten Werte der einen oder mehreren elektrischen Kenngrößen umfassen:
- Erstellen mindestens einer zeitabhängigen Funktion aus den ermittelten Werten der mindestens einen elektrischen Kenngröße. Vorzugsweise wird aus den ermittelten Werten der Kenngröße(n) und den Zeitintervallen, in denen die Werte ermittelt worden sind, eine Kennlinie erstellt. Anders ausgedrückt, die ermittelten Werte der Kenngröße(n) werden in einem Diagramm über der Zeit aufgetragen, so dass eine Kennlinie entsteht.
- Creating at least one time-dependent function from the determined values of the at least one electrical parameter. A characteristic curve is preferably created from the determined values of the parameter(s) and the time intervals in which the values were determined. In other words, the determined values of the parameter(s) are displayed in a slide gram plotted against time, resulting in a characteristic curve.
Bestimmen und Auswerten mindestens einer Ableitungsfunktion (bzw. eines Gradienten) der zeitabhängigen Funktion der ermittelten Werte der mindestens einen elektrischen Kenngröße der elektrisch beheizbaren Heizscheibe.Determination and evaluation of at least one derivative function (or a gradient) of the time-dependent function of the determined values of the at least one electrical parameter of the electrically heatable heated pane.
Mit einer Ableitungsfunktion ist die Ableitungsfunktion des ersten Grades gemeint. Dabei entspricht die Ableitungsfunktion insbesondere der Ableitung im mathematischen Sinne, also der Steigung der zeitabhängigen Funktion aus den ermittelten (gemessenen) Werten der elektrischen Kenngröße.By a derivative function is meant the derivative function of the first degree. In this case, the derivation function corresponds in particular to the derivation in the mathematical sense, ie the slope of the time-dependent function from the determined (measured) values of the electrical parameter.
Vorzugsweise kann das Auswerten der Ableitungsfunktion umfassen:
- Vergleich des Verlaufs der Ableitungsfunktion (bzw. des Gradienten) mit einem Verlauf einer Idealableitungsfunktion, die aus einer Idealfunktion ermittelt wird, die aus idealen, vorbestimmten Idealwerten erstellt ist. Auch die Idealableitungsfunktion ist eine Ableitungsfunktion ersten Grades im mathematischen Sinne.
- Comparison of the course of the derivation function (or the gradient) with a course of an ideal derivation function that is determined from an ideal function that is created from ideal, predetermined ideal values. The ideal derivative function is also a first-degree derivative function in the mathematical sense.
Mit anderen Worten kann ein Vergleich eines Ist-Gradienten (der Ableitungsfunktion) mit einem (idealen) Soll-Gradienten (der Idealableitungsfunktion) erfolgen. Ebenso denkbar ist es, dass die Auswertung der Werte durch einen Vergleich der zeitabhängigen Funktion aus den ermittelten Werten mit der Idealfunktion bzw. durch einen Vergleich der einzelnen Werte mit den Idealwerten durchgeführt wird.In other words, an actual gradient (of the derivative function) can be compared with an (ideal) target gradient (of the ideal derivative function). It is also conceivable for the values to be evaluated by comparing the time-dependent function from the determined values with the ideal function or by comparing the individual values with the ideal values.
Die Idealfunktion kann aus Idealwerten erstellt (bestimmt) werden, die einem Trägermassestrom entsprechen, der hinreichend groß, also in Ordnung, ist. Wird eine Abweichung bei dem Vergleich festgestellt, so kann auf einen fehlenden und/oder einen nicht hinreichend vorhandenen Trägermassenstrom rückgeschlossen werden.The ideal function can be created (determined) from ideal values that correspond to a carrier mass flow that is sufficiently large, that is, in order. If a discrepancy is established during the comparison, then it can be concluded that the carrier mass flow is absent and/or insufficient.
Vorzugsweise kann das das Auswerten der Ableitungsfunktion umfassen: Vergleich des Startwertes der Ableitungsfunktion mit dem Idealstartwert der Idealableitungsfunktion.This can preferably include evaluating the derivative function: comparing the start value of the derivative function with the ideal start value of the ideal derivative function.
Insbesondere kann hier die Abweichung der Werte (also der Abstand zwischen dem jeweiligen X-Wert in dem Kennliniendiagramm) am größten sein. So kann bspw. direkt beim Start der Aufheizphase der Heizscheibe direkt auf einen fehlerhaften Trägermassenstrom rückgeschlossen werden und entsprechende Maßnahmen unternommen werden, wie z. B. ein Ausschalten der Heizscheibe und/oder ein Ausgeben eines Alarmsignals (akustisch und/oder optisch) an den Benutzer bzw. den Fahrer des Kraftfahrzeugs.In particular, the deviation of the values (ie the distance between the respective X value in the characteristic curve diagram) can be greatest here. For example, right at the start of the heating-up phase of the heating pane, a faulty carrier mass flow can be deduced and appropriate measures can be taken, e.g. B. switching off the heated window and / or issuing an alarm signal (acoustic and / or optical) to the user or the driver of the motor vehicle.
Vorzugsweise kann das Auswerten der Ableitungsfunktion umfassen:
- Ermitteln einer Zeitspanne, die zur Erreichung eines vorbestimmten Schwellwerts der Ableitungsfunktion benötigt wird.
- Determining a period of time that is required to reach a predetermined threshold value of the derivative function.
Vergleich der ermittelten Zeitspanne, mit einer Idealzeitspanne, die zur Erreichung des vorbestimmten Schwellwerts der Idealableitungsfunktion benötigt wird.Comparison of the determined time span with an ideal time span that is required to reach the predetermined threshold value of the ideal derivation function.
Bei einer Abweichung zwischen der ermittelten Zeitspanne und der Idealzeitspanne kann auf einen fehlenden und/oder nicht hinreichend vorhandenen Trägermassenstrom rückgeschlossen werden.If there is a discrepancy between the determined period of time and the ideal period of time, it can be concluded that the carrier mass flow is absent and/or insufficient.
Erfindungsgemäß wird eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs umfassend mindestens einen Katalysator und mindestens eine elektrisch beheizbare Heizscheibe vorgeschlagen, wobei die Abgasanlage derart eingerichtet ist, dass mindestens ein Wert einer elektrischen Kenngröße der elektrisch beheizbaren Heizscheibe ermittelt (gemessen) werden kann.According to the invention, an exhaust system of a motor vehicle comprising at least one catalytic converter and at least one electrically heatable heated window is proposed, the exhaust system being set up such that at least one value of an electrical parameter of the electrically heated heated window can be determined (measured).
Die Abgasanlage kann eine Sekundärluftpumpe oder einen elektrischen Abgasturbolader umfassen.The exhaust system can include a secondary air pump or an electric exhaust gas turbocharger.
Vorzugsweise kann die Abgasanlage eingerichtet sein, und mit einem Verfahren gemäß obiger Ausführungen aufgeheizt zu werden. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zum Verfahren verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung der Abgasanlage können die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.Preferably, the exhaust system can be set up to be heated with a method according to the above statements. With regard to the advantages that can be achieved in this way, reference is made to the relevant statements on the method. The measures described in connection with the method and/or the measures explained below can be used to further refine the exhaust system.
Insbesondere kann mit dem Verfahren der Katalysator der Abgasanlage beheizt werden.In particular, the catalytic converter of the exhaust system can be heated with the method.
Erfindungsgemäß wird ein Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Abgasanlage verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs können die im Zusammenhang mit der Abgasanlage beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.According to the invention, a motor vehicle is proposed with an exhaust system according to the above statements. With regard to the advantages that can be achieved in this way, reference is made to the relevant statements on the exhaust system. The measures described in connection with the exhaust system and/or the measures explained below can serve to further refine the motor vehicle.
Das Kraftfahrzeug kann eine Sekundärluftpumpe oder einen elektrischen Abgasturbolader umfassen.The motor vehicle can include a secondary air pump or an electric exhaust gas turbocharger.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
-
1 schematisch eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs; -
2 ein Verhalten der Abgasanlage bei konstanter Spannung mit zeitabhängigen Funktionen der ermittelten Werte von Kenngrößen (2c ,2e ,2g) und deren Ableitungsfunktionen (2d ,2f ,2h) ; -
3 eine vergrößerte Darstellung des Diagramms gemäß2d ; -
4 ein Verhalten der Abgasanlage bei konstanter Leistung mit zeitabhängigen Funktionen der ermittelten Werte von Kenngrößen (4c ,4e ,4g) und deren Ableitungsfunktionen (4d ,4f ,4h) ; und -
5 eine vergrößerte Darstellung des Diagramms gemäß4h .
-
1 schematically an exhaust system of a motor vehicle; -
2 a behavior of the exhaust system at constant voltage with time-dependent functions of the determined values of parameters (2c ,2e ,2g) and their derivative functions (2d ,2f ,2h) ; -
3 an enlarged representation of the diagram according to2d ; -
4 a behavior of the exhaust system at constant power with time-dependent functions of the determined values of parameters (4c ,4e ,4g) and their derivative functions (4d ,4f ,4 hours) ; and -
5 an enlarged representation of the diagram according to4 hours .
Wird die Heizscheibe 14 beheizt (mittels eines Pfeils angedeutet), so erwärmt sich diese und erwärmt den Trägermassenstrom 16, der die Heizscheibe 14 um- oder durchströmt. Der so erwärmte Trägermassenstrom 16 erwärmt wiederum den Katalysator 12. Fehlt der Trägermassenstrom oder ist dieser nicht hinreichend vorhanden, so wird die Wärmeenergie von der Heizscheibe 14 nicht oder nur unzureichend abgetragen, so dass es zu einer Überhitzung der Heizscheibe 14 kommen kann. Dies kann mittels Ermittlung und Auswertung von Kennwerten mindestens einer elektrischen Kenngröße der Heizscheibe 14 verhindert werden.If the
Die
In den
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In
Zudem kann aus den jeweiligen Ableitungsfunktionen 24, 26 die Zeit bestimmt werden, die benötigt wird, um einen vorbestimmten Schwellwert 36 zu erreichen. So wird dieser Schwellwert 36 bei der Ableitungsfunktion 24 nach einer Zeitspanne 34 erreicht. Bei der Idealableitungsfunktion 26 wird dieser Schwellwert 36 nach einer Idealzeitspanne 38 erreicht. Aus dem Vergleich dieser beiden Zeitspannen 34, 38 kann vorliegend auf einen vorhandenen bzw. nicht vorhandenen Trägermassenstrom 16 rückgeschlossen werden. Vorliegend ist die Zeitspanne 34 kürzer als die Idealzeitspanne 38.In addition, the time required to reach a
Die
In den
In
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Zudem kann aus den jeweiligen Ableitungsfunktionen 24, 26 die Zeit bestimmt werden, die benötigt wird, um einen vorbestimmten Schwellwerts 36 zu erreichen. So wird dieser Schwellwert 36 bei der Ableitungsfunktion 24 nach einer Zeitspanne 34 erreicht. Bei der Idealableitungsfunktion 26 wird dieser Schwellwert 36 nach einer Idealzeitspanne 38 erreicht. Aus dem Vergleich dieser beiden Zeitspannen 34, 38 kann vorliegend auf einen vorhandenen bzw. nicht vorhandenen Trägermassenstrom 16 rückgeschlossen werden. Vorliegend ist die Zeitspanne 34 länger als die Idealzeitspanne 38.In addition, the time required to reach a
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Luftmassenmesser. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 14. Jul. 2022, 21:42. URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Luftmassenmesser (URL des Weblinks: http://www.msi-motor-service.com/ximages/PG_SI_0079_DE_WEB.pdf) [abgerufen am 14.09.2022] |
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