DE19940802A1 - Facility for heating a catalytic converter electrically gets electric power through a DC/DC transformer with timed energy output from a control device matching a preset heating constant characteristic - Google Patents

Facility for heating a catalytic converter electrically gets electric power through a DC/DC transformer with timed energy output from a control device matching a preset heating constant characteristic

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Abstract

A heating device (8) for an electrically heatable catalytic converter gets electric power through a DC/DC transformer (4). Timed energy output from the DC/DC transformer is achieved with a control device (7) that matches a preset heating constant characteristic. A controllable switch (6) can be used instead of a DC/DC transformer if an available supply voltage for heating the catalytic converter has to be reduced.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The present invention relates to an arrangement for electrical heating a catalyst according to the preamble of claim 1.

Katalysatoren werden in der Abgasleitung von Kraftfahrzeugen zur Abgasreinigung verwendet. Hierzu sind Dreiwege-Reduktions- und Oxidationskatalysatoren bekannt. Die im Abgas enthaltenen Schadstoffe können jedoch von dem Katalysator nur dann konvertiert werden, wenn die Temperatur des Katalysators eine bestimmte Mindesttemperatur in der Größenordnung von ca. 250°C erreicht hat. Liegt die Temperatur des Katalysators unterhalb dieser Aktivierungstemperatur, arbeitet der Katalysator nicht.Catalysts are used in the exhaust pipe of motor vehicles Exhaust gas cleaning used. There are three-way reduction and Oxidation catalysts known. The pollutants contained in the exhaust gas can only be converted by the catalyst if the Temperature of the catalyst a certain minimum temperature in the Has reached an order of magnitude of approximately 250 ° C. Is the temperature of the Catalyst below this activation temperature, the works Not the catalyst.

Nach dem Starten erwärmt sich der Katalysator allmählich durch das Abgas des Motors und erreicht nach einer gewissen Zeit die erforderliche Aktivierungstemperatur. Wenn jedoch die Motortemperatur, wie z. B. beim Kaltstart, niedrig ist, kann bis zum Erreichen der Aktivierungstemperatur eine relativ lange Zeitspanne vergehen. Darüber hinaus wird ein gewisser Teil der Abgastemperatur durch die Wand der Abgasleitung absorbiert.After starting, the catalyst gradually warms up through the exhaust gas of the engine and reaches the required after a certain time Activation temperature. However, if the engine temperature, such as. B. at Cold start, low, can be a until the activation temperature is reached a relatively long period of time passes. In addition, some of the Exhaust gas temperature absorbed by the wall of the exhaust pipe.

Aus diesem Grunde wurde vorgeschlagen, in Kraftfahrzeugen neben einem Unterbodenkatalysator, der in der Regel im Fahrzeugbereich unterhalb der Feststellbremse zwischen dem Fahrer- und dem Beifahrersitz angeordnet ist, einen motornahen Katalysator vorzusehen, welchem somit heißere Abgasluft zugeführt werden kann, die zu einer schnelleren Aufheizung und demzufolge einer schnelleren Konvertierwirkung führt. For this reason, it has been proposed to use one in motor vehicles Underbody catalyst, which is usually in the vehicle area below the Parking brake is arranged between the driver and front passenger seats to provide a catalytic converter close to the engine, which therefore has hotter exhaust air can be supplied, which leads to faster heating and consequently leads to a faster conversion effect.  

Immer strengere Abgasvorschriften erfordern jedoch eine noch schnellere Konvertierung und somit eine noch schnellere Aufheizung des Katalysators, um eine zuverlässige Reinigung der Abgasluft zu gewährleisten.However, increasingly stringent emissions regulations require even faster ones Conversion and thus an even faster heating of the catalyst, to ensure reliable cleaning of the exhaust air.

Aus diesem Grund ist zudem die Verwendung von elektrisch beheizbaren Katalysatoren bekannt. Der nachfolgend der Einfachheit halber als E- Katalysator bezeichnete elektrisch beheizbare Katalysator ist in der Regel scheibenförmig mit einer Dicke von 10-15 mm ausgebildet und vor dem motornahen Katalysator angeordnet. Im Inneren ist der E-Katalysator, wie beispielsweise in der DE 196 40 577 A1 beschrieben ist, durch ein spiralenförmig gewickeltes flaches Metallblech gebildet, in dessen Zwischenraum ein gewelltes Metallblech angeordnet ist. An die Enden des flachen Metallblechs wird eine Versorgungsspannung von beispielsweise 12 V angelegt, wodurch die Heizwirkung hervorgerufen wird. Der Innenwiderstand des E-Katalysators liegt z. B. in der Größenordnung von 0,1 Ω.For this reason, the use of electrically heated Catalysts known. The following for the sake of simplicity as E- Electrically heated catalyst is usually referred to as catalyst disc-shaped with a thickness of 10-15 mm and in front of arranged near the engine. Inside is the e-catalyst, like for example in DE 196 40 577 A1, by a spirally wound flat metal sheet formed in the A corrugated metal sheet is arranged in between. At the ends of the flat metal sheet becomes a supply voltage of, for example 12 V, which causes the heating effect. The Internal resistance of the e-catalyst is z. B. in the order of 0.1 Ω.

Die Energieversorgung des E-Katalysators erfolgt bekanntermaßen über eine Batterie, welche zum Beheizen an die Heizvorrichtung des E- Katalysators angelegt wird. Durch die Verwendung eines derartigen E- Katalysators kann eine schnellere Aufheizung und somit ein deutlich verbessertes Konvertierungsverhalten erzielt werden.As is known, the energy supply of the e-catalyst takes place via a battery which is used to heat the heating device of the Catalyst is created. By using such an e- Catalyst can heat up faster and thus significantly improved conversion behavior can be achieved.

In den Druckschriften DE-C2-44 21 066, JP-A-0 42 76111 und EP-A- 0 533 037 wird vorgeschlagen, die Heizvorrichtung des elektrisch beheizbaren Katalysators (E-Katalysators) über einen Kondensator mit Energie zu versorgen. Der Kondensator kann durch einen Leistungsschalter von der Heizvorrichtung getrennt und über einen mit der Fahrzeugbatterie verbundenen DC/DC-Wandler aufgeladen werden. Hat der Kondensator eine ausreichend hohe Ladespannung erreicht, wird der Schalter geschlossen, und der Kondensator entlädt sich über die Heizvorrichtung des E- Katalysators, wodurch diese erwärmt wird. Durch die Verwendung eines Kondensators als Energiespeicher für die Heizvorrichtung des E-Katalysators kann die Ansprechzeit des E-Katalysators nochmals verkürzt und somit eine schnellere Konvertierung durch den E-Katalysator erzielt werden.In documents DE-C2-44 21 066, JP-A-0 42 76111 and EP-A- 0 533 037 proposes the heater of the electric heatable catalyst (e-catalyst) via a condenser To supply energy. The capacitor can by a circuit breaker separated from the heater and via one with the vehicle battery connected DC / DC converter can be charged. If the capacitor has one sufficiently high charging voltage is reached, the switch is closed, and the capacitor discharges through the heater of the E- Catalyst, whereby it is heated. By using a Capacitor as an energy store for the heating device of the e-catalyst  can shorten the response time of the e-catalytic converter again and thus a faster conversion can be achieved by the e-catalyst.

Bei der Entwicklung von neueren Katalysatoren müssen diese derart ausgelegt werden, dass sie die augenblicklich geforderten Grenzwerte für den Schadstoffgehalt der katalysierten Abgasluft deutlich unterschreiten, damit der Katalysator die Grenzwerte auch noch nach einer durch die Betriebszeit hervorgerufenen Alterung einhalten kann. Derzeit wird insbesondere an der Entwicklung von elektrisch beheizbaren Katalysatoren gearbeitet, welche nach ca. 45 die Aktivierungstemperatur von ca. 250°C erreicht haben sollen.When developing newer catalysts, they have to do this be designed to meet the currently required limit values for significantly below the pollutant content of the catalyzed exhaust air, so that the catalytic converter also meets the limit values after a Operating time caused by aging. Is currently especially in the development of electrically heated catalysts worked, which after about 45 the activation temperature of about 250 ° C. should have reached.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Anordnung zum Beheizen eines elektrisch beheizbaren Katalysators vorzuschlagen, welche einerseits mit einfachen Mitteln sowie billig aufgebaut werden kann und andererseits ein möglichst rasches Erreichen der Aktivierungstemperatur des Katalysators gewährleistet, um eine hochqualitative Abgasreinigung sicherzustellen.The present invention has for its object an improved Arrangement for heating an electrically heated catalyst propose which, on the one hand, is built using simple means as well as cheap can and on the other hand reaching the Activation temperature of the catalyst ensures a ensure high quality exhaust gas cleaning.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Die Unteransprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.This object is achieved according to the present invention by a Arrangement with the features of claim 1 solved. The Subclaims define preferred and advantageous embodiments of the present invention.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Steuereinrichtung vorzusehen, welche durch Ansteuerung der Energieversorgungseinheit der Heizanordnung den zeitlichen Verlauf der Energieabgabe an die Heizvorrichtung des zu beheizenden Katalysators steuert. Die Energieversorgungseinheit kann dabei insbesondere die Fahrzeugbatterie sowie einen damit verbundenen und von einer Steuereinrichtung ansteuerbaren DC/DC-Wandler umfassen. Die Verwendung eines steuerbaren DC/DC-Wandlers ist insbesondere bei Anbindung an Bordnetzen vorteilhaft, die mit einer relativ hohen Spannung, beispielsweise 36 V oder 42 V betrieben werden, so dass mit Hilfe des DC/DC-Wandlers die zum Betreiben der Heizvorrichtung benötigte Spannung durch Heruntersetzen der Bordnetzspannung erhalten wird, da in diesem Fall der DC/DC-Wandler im Vergleich zum Fall des Heraufsetzens der Batterie- oder Bordnetzspannung einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden kann. In diesen Fällen kann als nochmals kostengünstigere Variante anstelle eines DC/DC-Wandlers auch lediglich ein einfacher elektronisch steuerbarer Schalter, insbesondere ein verlustarmer Halbleiterschalter, verwendet werden, der von der Steuereinrichtung zum Takten der Leistungsabgabe an die Heizvorrichtung entsprechend angesteuert wird.According to the invention, it is proposed to provide a control device which by controlling the power supply unit of the Heating arrangement the time course of the energy delivery to the Controls the heater of the catalyst to be heated. The The power supply unit can in particular the vehicle battery and an associated and from a control device controllable DC / DC converter include. The use of a controllable DC / DC converter is especially when connected to On-board electrical systems advantageous with a relatively high voltage, for example 36 V or 42 V are operated, so that with the help of the DC / DC converter  voltage required to operate the heater Lowering the vehicle electrical system voltage is obtained because in this case the DC / DC converter compared to the case of raising the battery or Vehicle electrical system voltage can be made simpler and cheaper. In these cases, an even more economical variant can be used instead of one DC / DC converter also just a simple electronically controllable Switches, in particular a low-loss semiconductor switch, are used be that of the control device for clocking the power output the heating device is controlled accordingly.

Die Ansteuerung der Energieversorgungseinheit durch die Steuereinrichtung kann in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Heizkennlinie erfolgen, welche die der Heizvorrichtung des zu beheizenden Katalysators in Abhängigkeit von der Zeit die zuzuführende elektrische Energiemenge festlegt.The control of the energy supply unit by the control device can be done in accordance with a given heating curve, which the in the heater of the catalyst to be heated Depending on the time, the amount of electrical energy to be supplied specifies.

Dabei kann die Heizkennlinie insbesondere derart sein, dass bereits innerhalb der ersten Sekunde der Großteil der Gesamt-Heizenergie abgegeben wird. Hierzu wird gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, während der ersten Sekunde der Heizvorrichtung des Katalysators eine Leistung von ca. 8-9 kW zuzuführen und anschließend die elektrische Heizleistung drastisch zu verringern, so dass die Heizleistung nach zwei Sekunden nurmehr ca. 1-2 kW beträgt und nach fünf bis sechs Sekunden auf 0 KW abgesunken ist.The heating curve can in particular be such that already Most of the total heating energy within the first second is delivered. This is done according to a preferred embodiment suggested during the first second of the heater of the Catalyst to deliver a power of about 8-9 kW and then the electrical heating output decrease drastically, so the heating output after two seconds is only about 1-2 kW and after five to six Seconds has dropped to 0 KW.

Bei der Ansteuerung der Energieversorgungseinheit kann es sich um eine reine Steuerung ('Open Loop Control') oder auch um eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis ('Closed Loop Control') handeln, wobei im zweiten Fall beispielsweise der Istwert der Abgaszusammensetzung oder Schadstoffkonzentration des von dem zu beheizenden Katalysator abgegebenen Abgasstroms überwacht und ausgewertet werden kann.The activation of the energy supply unit can be a pure control ('Open Loop Control') or also with regulation Closed Loop Control, whereby in the second case, for example, the actual value of the exhaust gas composition or Pollutant concentration of the catalyst to be heated emitted exhaust gas flow can be monitored and evaluated.

Durch die zeitliche Steuerung der Energieabgabe der Energieversorgungseinheit kann mit einfachen und billigen Mitteln ein rasches Erreichen der Aktivierungstemperatur des elektrisch beheizbaren Katalysators erzielt und somit eine schnelle Konvertierung und hochqualitative Abgasreinigung gewährleistet werden. Dies gilt insbesondere für Bordnetze, die mit relativ hohen Spannungen (z. B. 36 V oder 42 V) betrieben werden.By timing the energy output of the Power supply unit can be done with simple and cheap means  quickly reaching the activation temperature of the electrically heatable Catalyst achieved and thus a quick conversion and high quality exhaust gas cleaning can be guaranteed. This is especially true for on-board networks with relatively high voltages (e.g. 36 V or 42 V) operate.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.The invention is described below with reference to the drawing described in more detail using a preferred embodiment.

Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, Fig. 1 shows the construction of an arrangement for the electrical heating of a catalyst according to a preferred embodiment of the present invention,

Fig. 2 zeigt ein Katalysatorsystem bestehend aus einem elektrisch beheizbaren Katalysator, einem Stützkatalysator und einem Dreiwege- Katalysator, und Fig. 2 shows a catalyst system consisting of an electrically heatable catalyst, a support catalyst and a three-way catalyst, and

Fig. 3 zeigt einen angestrebten Verlauf der zum Aufheizen des elektrisch beheizbaren Katalysators benötigten Leistung. Fig. 3 shows a desired course of the power required to heat the electrically heated catalyst.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines elektrisch beheizbaren Katalysators (E-Katalysators) gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.In Fig. 1 illustrates an arrangement for the electrical heating of an electrically heated catalyst (E) catalyst according to a preferred embodiment of the present invention.

Als Energieversorgungseinheit zum Beheizen des mit dem Bezugszeichen 8 versehenen E-Katalysators bzw. dessen Heizvorrichtung dient die Fahrzeugbatterie 3 des entsprechenden Kraftfahrzeugs, welche beispielsweise eine Spannung von 12 V, 36 V oder 42 V bereitstellt. Von der Fahrzeugbatterie 3 wird dem E-Katalysator 8 elektrische Energie über einen DC/DC-Wandler 4 zugeführt. Des weiteren ist in Fig. 1 ein Generator 2 dargestellt, welcher als Energieversorgung für das Bordnetz 1 des Kraftfahrzeugs bzw. der daran angeschlossenen Verbraucher sowie zum Aufladen der Fahrzeugbatterie 3 dient. The vehicle battery 3 of the corresponding motor vehicle, which for example provides a voltage of 12 V, 36 V or 42 V, serves as the energy supply unit for heating the e-catalytic converter provided with the reference numeral 8 . Electrical energy is supplied to the e-catalytic converter 8 from the vehicle battery 3 via a DC / DC converter 4 . Furthermore, a generator 2 is shown in FIG. 1, which serves as an energy supply for the vehicle electrical system 1 or the consumers connected to it, and for charging the vehicle battery 3 .

Der E-Katalysator kann beispielsweise wie in Fig. 2 gezeigt angeordnet sein, wobei in Fig. 2 der Aufbau eines motornahen Katalysators bestehend aus dem E-Katalysator 8, einem Stützkatalysator 9 und einem Dreiwege- Katalysator 10 dargestellt ist. Dem E-Katalysator wird über die Abgasleitung eines Kraftfahrzeugs in Pfeilrichtung der Abgasstrom zugeführt.The E-catalyst may be, for example, as shown in Fig. 2 can be arranged as shown, in Fig. 2, the construction of a proximity catalyst is shown consisting of the E-catalyst 8, a support and a three-way catalyst 9. Catalyst 10. The exhaust gas flow is fed to the e-catalyst via the exhaust pipe of a motor vehicle in the direction of the arrow.

Der DC/DC-Wandler 4 wird von einer Steuereinheit 7 angesteuert, die auch integraler Bestandteil des DC/DC-Wandlers 4 sein kann. Die Steuereinheit 7 kann durch Ein- und Ausschalten des DC/DC-Wandlers 4 den Heizvorgang gezielt starten oder unterbrechen. Die Ansteuerung des DC/DC-Wandlers 4 durch die Steuereinheit 7 erfolgt andererseits derart, dass die zeitliche Heizenergieabgabe des DC/DC-Wandlers 4 an den E-Katalysator 8 gezielt eingestellt wird, wobei dies insbesondere in Übereinstimmung mit einer dem jeweiligen E-Katalysatortyp entsprechenden Heizkennlinie erfolgen kann. Durch die Heizkennlinie wird der Steuereinheit 7 vorgegeben, wie der DC/DC-Wandler 4 in Abhängigkeit von der Zeit anzusteuern ist, um den angestrebten zeitlichen Verlauf der Energieabgabe zu realisieren.The DC / DC converter 4 is controlled by a control unit 7 , which can also be an integral part of the DC / DC converter 4 . The control unit 7 can specifically start or interrupt the heating process by switching the DC / DC converter 4 on and off. On the other hand, the control of the DC / DC converter 4 by the control unit 7 takes place in such a way that the temporal heating energy output of the DC / DC converter 4 to the e-catalytic converter 8 is set in a targeted manner, this in particular in accordance with the respective e-catalytic converter type corresponding heating curve can take place. The heating characteristic curve gives the control unit 7 how the DC / DC converter 4 is to be controlled as a function of time, in order to realize the desired time profile of the energy output.

Die Flexibilität der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird erhöht, wenn der Steuereinheit 7 ein Kennlinienspeicher 5 zugeordnet wird, in dem für unterschiedliche zu betreibende E-Katalysatortypen die jeweils optimalen Heizkennlinien gespeichert sind, so dass ohne Änderung der Hardware verschiedene E-Katalysatortypen mit der in Fig. 1 gezeigten Anordnung betrieben werden können.The flexibility of the arrangement shown in FIG. 1 is increased if the control unit 7 is assigned a characteristic curve memory 5 , in which the respectively optimal heating characteristic curves are stored for different types of e-catalytic converters to be operated, so that different e-catalytic converter types can be changed without changing the hardware can be operated in Fig. 1 arrangement shown.

Ist die von der Fahrzeugbatterie 3 bereitgestellte Versorgungsspannung größer als die zum Beheizen des E-Katalysators 8 benötigte Spannung, kann anstelle des DC/DC-Wandlers 4 auch lediglich ein in Fig. 1 gestrichelt dargestellter elektronisch steuerbarer Schalter 6, insbesondere ein verlustarmer Halbleiterschalter, zum Takten der Energieabgabe an den E- Katalysator 8 verwendet werden. Auch in diesem Fall erfolgt die Ansteuerung über die Steuereinheit 7, welche den Schalter 6 insbesondere in Übereinstimmung mit einer bestimmten Heizkennlinie gezielt ein- und ausschaltet, um somit über das Tastverhältnis zwischen den Einschalt- und Ausschaltphasen des steuerbaren Schalters 6 die Energieabgabe an den E- Katalysator 8 einzustellen.If the supply voltage provided by the vehicle battery 3 is greater than the voltage required to heat the e-catalytic converter 8 , instead of the DC / DC converter 4 , only an electronically controllable switch 6 shown in dashed lines in FIG. 1, in particular a low-loss semiconductor switch, can be used for Cycles of energy output to the E-catalyst 8 are used. In this case too, the control takes place via the control unit 7 , which specifically switches the switch 6 on and off, in particular in accordance with a specific heating characteristic curve, in order thus to use the pulse duty factor between the switch-on and switch-off phases of the controllable switch 6 to deliver the energy to the Adjust catalyst 8 .

Gemäß einem weiteren (nicht gezeigten) Ausführungsbeispiel ist zur zeitabhängigen Einstellung der Energieabgabe an den E-Katalysator 8 die Verwendung eines Spannungsreglers mit einstellbarer Ausgangsspannung vorgesehen, der den DC/DC-Wandler 4 bzw. den Schalter 6 ersetzt und in Abhängigkeit von der Steuereinheit 7 die an den E-Katalysator 8 angelegte Heizspannung einstellt.According to a further exemplary embodiment (not shown), for the time-dependent setting of the energy output to the e-catalytic converter 8, the use of a voltage regulator with an adjustable output voltage is provided, which replaces the DC / DC converter 4 or the switch 6 and as a function of the control unit 7 sets the heating voltage applied to the e-catalytic converter 8 .

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf Fig. 3 ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine von der Steuereinheit 7 zu verwendende Heizkennlinie erläutert werden.A possible exemplary embodiment of a heating characteristic curve to be used by the control unit 7 will be explained below with reference to FIG. 3.

Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, wird eine möglichst rasche Erwärmung des E-Katalysators angestrebt. Eine optimale Lösung würde darin bestehen, bereits in der ersten Sekunde nach Inbetriebnahme des Katalysators diejenige Leistung in den Katalysator zu leiten, welche zum Erwärmen einerseits der Metallbleche des E-Katalysators und andererseits des (bei einem Kaltstart) relativ kalten Abgases von 20°C auf 300°C erforderlich ist. In den nachfolgenden Sekunden müsste dann nurmehr diejenige Energie oder Leistung zugeführt werden, welche zur Erwärmung des Abgasmassenstroms von seiner aktuellen Temperatur auf 300°C erforderlich ist. Hat die Abgastemperatur Werte oberhalb von 300°C erreicht, kann die externe Beheizung gegebenenfalls abgeschaltet werden.As has already been mentioned at the beginning, it will be as quick as possible Desired heating of the e-catalyst. An optimal solution would be consist in the first second after commissioning the To lead the catalyst into the catalyst, which to Heating the metal sheets of the e-catalyst on the one hand and on the other hand of the (with a cold start) relatively cold exhaust gas from 20 ° C to 300 ° C is required. In the following seconds you would only have to the energy or power that is used for heating of the exhaust gas mass flow from its current temperature to 300 ° C is required. If the exhaust gas temperature has reached values above 300 ° C, the external heating can be switched off if necessary.

Wird davon ausgegangen, dass das zu erwärmende Metallblech des E- Katalysators ca. 50 g wiegt, wird für eine schlagartige Erwärmung auf 300°C eine Energie von ca. 7 kWs benötigt. Wird des weiteren davon ausgegangen, dass der Abgasmassenstrom zeitlich konstant zusammengesetzt ist, ergibt sich für eine Zeitdauer von 10 s nach Einschalten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs der in der folgenden Tabelle dargestellte beispielhafte Leistungsbedarf:
If it is assumed that the metal plate of the e-catalyst to be heated weighs approx. 50 g, an energy of approx. 7 kWs is required for a sudden heating to 300 ° C. If it is further assumed that the exhaust gas mass flow has a constant temporal composition, the exemplary power requirement shown in the following table results for a period of 10 s after switching on the internal combustion engine of the motor vehicle:

In Fig. 3 ist der zeitliche Verlauf der Summe (fünfte Spalte der Tabelle) aus der zum Erwärmen des E-Katalysators (dritte Tabellenspalte) und der zum Erwärmen der Abgasluft (vierte Tabellenspalte) erforderlichen Heizleistung aufgetragen.In Fig. 3 the variation of the sum (fifth column of the table) and for heating the exhaust air (fourth column of the table) applied heating power required from the (third column of the table) for heating the E-catalyst.

Der Darstellung von Fig. 3 kann entnommen werden, dass innerhalb der ersten zwei Sekunden der deutlich überwiegende Teil der Heizenergie abgegeben wird. Insbesondere wird der E-Katalysator zu Beginn mit einer relativ hohen Heizleistung von ca. 8-9 kW, gemäß der obigen Tabelle insbesondere mit 8,59 kW, beheizt, wobei bereits anschließend die Heizleistung stetig derart verringert werden kann, dass sie nach zwei Sekunden lediglich 1-2 kW und nach ca. sechs Sekunden 0 kW beträgt. D. h. bereits nach sechs Sekunden kann von der Steuereinheit 7 der Schalter 6 geöffnet werden. Die in Fig. 3 gezeigte und durch die obige Tabelle repräsentierte Heizkennlinie gewährleistet somit eine rasche Erwärmung des E-Katalysators 8 ohne unnötigen Energieverbrauch.It can be seen from the illustration in FIG. 3 that the clearly predominant part of the heating energy is released within the first two seconds. In particular, the e-catalytic converter is heated at the beginning with a relatively high heating output of approx. 8-9 kW, in particular with 8.59 kW according to the table above, whereby the heating output can then be steadily reduced in such a way that it is reduced after two seconds is only 1-2 kW and after about six seconds it is 0 kW. That is, The control unit 7 can open the switch 6 after only six seconds. The heating characteristic curve shown in FIG. 3 and represented by the table above thus ensures rapid heating of the e-catalytic converter 8 without unnecessary energy consumption.

Bei der Ansteuerung des DC/DC-Wandlers durch die Steuereinheit 7 kann es sich um eine Steuerung im eigentlichen Sinne handeln, d. h. die Energieabgabe des DG/DC-Wandlers 4 wird ohne Berücksichtigung möglicher Istwerte bestimmter Betriebsparameter ausschließlich in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Heizkennlinie eingestellt.The control of the DC / DC converter by the control unit 7 can be a control in the true sense, ie the energy output of the DG / DC converter 4 is set without taking into account possible actual values of certain operating parameters only in accordance with the predetermined heating characteristic.

Ebenso ist jedoch auch die Ausgestaltung in Form einer Regelschleife denkbar. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Abgassensor 11, z. B. in Form einer Lambdasonde, vorgesehen sein, der die Schadstoffkonzentration des von dem E-Katalysator 8 oder der in Fig. 2 gezeigten Gesamtkatalysatoranordnung abgegebenen Abgasstroms erfasst und der Steuereinheit 7 mitteilt. Insbesondere ist in diesem Fall die Verwendung einer 'schnellen' Lambdasonde vorteilhaft, welche innerhalb kürzester Zeit betriebsbereit ist und korrekte Werte liefert. Die Steuereinheit 7 übernimmt in diesem Fall die Funktion eines Reglers und vergleicht den ihr zugeführten Istwert der Schadstoffkonzentration mit einem vorgebbaren Sollwert, um davon abhängig ein Stellsignal für den DC/DC-Wandler 4 zur Einstellung der Heizenergieabgabe zu erzeugen. Zusätzlich oder alternativ kann beispielsweise auch die Temperatur des E-Katalysators 8 erfasst und ausgewertet werden. Diese Regelung kann anstelle der zuvor beschriebenen reinen Steuerung oder auch in Kombination mit dieser eingesetzt werden, um z. B. die infolge einer vorgegebenen Heizkennlinie vorgenommenen Einstellungen des DC/DC Wandlers 4 nachzuregeln.However, the configuration in the form of a control loop is also conceivable. For this purpose, an exhaust gas sensor 11 , e.g. B. in the form of a lambda probe, which detects the pollutant concentration of the exhaust gas stream emitted by the e-catalytic converter 8 or the overall catalytic converter arrangement shown in FIG. 2 and communicates it to the control unit 7 . In this case it is particularly advantageous to use a 'fast' lambda probe, which is ready for operation within a very short time and delivers correct values. In this case, the control unit 7 takes on the function of a controller and compares the actual value of the pollutant concentration supplied to it with a predeterminable target value in order to generate an actuating signal for the DC / DC converter 4 for adjusting the heating energy output. Additionally or alternatively, for example, the temperature of the e-catalytic converter 8 can also be recorded and evaluated. This regulation can be used instead of the pure control described above or in combination with this, for. B. readjust the settings made by the DC / DC converter 4 as a result of a predetermined heating characteristic.

Claims (8)

1. Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators, mit einer Energieversorgungseinheit (3, 4), um einer Heizvorrichtung (8) des Kata­ lysators elektrische Energie zuzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (7) vorgesehen ist, um durch Ansteuerung der Energieversorgungseinheit (3, 4) die Energieabgabe der Energieversor­ gungseinheit (3, 4) an die Heizvorrichtung (8) des Katalysators in Abhän­ gigkeit von der Zeit zu steuern.1. Arrangement for the electrical heating of a catalytic converter, with an energy supply unit ( 3 , 4 ) to supply electrical energy to a heating device ( 8 ) of the catalytic converter, characterized in that a control device ( 7 ) is provided in order to control the energy supply unit ( 3 , 4 ) to control the energy output of the energy supply unit ( 3 , 4 ) to the heating device ( 8 ) of the catalyst as a function of time. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener­ gieversorgungseinheit einen von einer Versorgungsspannungsquelle (3) betriebenen DC/DC Wandler (4) umfasst, dessen Energieabgabe an die Heizvorrichtung (8) durch die Steuereinrichtung (7) steuerbar ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit comprises a DC / DC converter ( 4 ) operated by a supply voltage source ( 3 ), the energy output of which is controllable by the control device ( 7 ) to the heating device ( 8 ). 3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener­ gieversorgungseinheit einen mit einer Versorgungsspannungsquelle (3) verbundenen steuerbaren Schalter (6) umfasst, dessen Ein- und Aus­ schaltphasen von der Steuereinrichtung (7) zur Steuerung der Energie­ abgabe an die Heizvorrichtung (8) steuerbar sind.3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit comprises a controllable switch ( 6 ) connected to a supply voltage source ( 3 ), the on and off switching phases of the control device ( 7 ) for controlling the energy output to the heating device ( 8 ) are controllable. 4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ener­ gieversorgungseinheit einen Spannungsregler umfasst, dessen an die Heizvorrichtung (8) angelegte Ausgangsspannung durch die Steuerein­ richtung (7) steuerbar ist.4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit comprises a voltage regulator, the output voltage applied to the heating device ( 8 ) can be controlled by the control device ( 7 ). 5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (7) die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) in Übereinstimmung mit einer bestimm­ ten, dem zu beheizenden Katalysator (8) zugeordneten zeitabhängigen Heizkennlinie steuert.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 7 ) controls the energy output of the energy supply unit ( 3 , 4 ) in accordance with a determined th, the catalyst to be heated ( 8 ) associated time-dependent heating characteristic. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Steu­ ereinrichtung (7) ein Kennlinienspeicher (5) zugeordnet ist, in dem für verschiedene Katalysatortypen entsprechende Kennliniendaten betref­ fend die den unterschiedlichen Katalysatortypen zugeordneten Heizkenn­ linien gespeichert sind.6. Arrangement according to claim 5, characterized in that the control device ( 7 ) is associated with a characteristic curve memory ( 5 ) in which corresponding characteristic data relating to the different catalyst types and the characteristic curves associated with the different catalyst types are stored. 7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensormittel (11) zum Überwachen eines bestimmten Betriebsparameters des zu beheizenden Katalysators (8) vorgesehen sind, und dass die Steuereinrichtung (7) abhängig von einem von den Sensormitteln (11) gelieferten Istwert des Betriebsparameters die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) an die Heizvorrich­ tung (8) des zu beheizenden Katalysators derart einstellt, dass der über­ wachte Betriebsparameter einen vorgebbaren Sollwert erreicht.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that sensor means ( 11 ) are provided for monitoring a specific operating parameter of the catalyst ( 8 ) to be heated, and that the control device ( 7 ) is dependent on an actual value supplied by the sensor means ( 11 ) the operating parameter of the energy output of the energy supply unit ( 3 , 4 ) to the Heizvorrich device ( 8 ) of the catalyst to be heated such that the monitored operating parameter reaches a predetermined target value. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass von den Sensormitteln (11) als Betriebsparameter die Abgaszusammensetzung des von dem zu beheizenden Katalysator (8) abgegebenen Abgasstroms überwacht wird.8. Arrangement according to claim 7, characterized in that the sensor means ( 11 ) monitors the exhaust gas composition of the exhaust gas stream emitted by the catalyst ( 8 ) to be heated as an operating parameter.
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