DE3939068A1 - Vorrichtung zur abgasentgiftung einer brennkraftmaschine in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abgasentgiftung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einer Abgasentgiftung mit Lambda-geregelter Brennstoffzumessung und einem Dreiwegekatalysator wird bereits ein sehr hoher Konvertierungsgrad erreicht. Problematisch ist jedoch der Kaltfahrbereich unterhalb der Anspringtemperatur des Katalysators, bei dem meist auch die Lambda-Regelung abgeschaltet ist.

Ein Vorschlag zur schnellen Aufheizung des Katalysators liegt darin, dem Abgas stromauf des Katalysators Zusatzluft zuzuführen. Ferner wurde vorgeschlagen, den Katalysator oder diese Zusatzluft elektrisch aufzu­ heizen (z. B. DE-OS 38 35 939).

Aufgabe der Erfindung ist es, im Kaltfahrbereich unterhalb der An­ springtemperatur des Katalysators Mittel vorzuschlagen, mit denen die Abgabe schädlicher Abgasemissionen verringerbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbil­ dungen der Erfindung sind den weiteren Patentansprüchen entnehmbar.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zumindest einen Verbraucher, gemäß Anspruch 2 eine Heizung des Katalysators, während der Aufheizphase des Katalysators elektrisch von dem Generator abgetrennt ausschließlich über die Batterie zu versorgen. In einer einfachsten Ausführung kann dies bewerkstelligt werden, indem in der Aufheizphase der Generator ab­ gekoppelt bzw. auf Nullast geschaltet wird. Die Aufheizphase kann er­ fahrungsgemäß ohne elektrische Heizung nur durch das Abgas bis zu fünf Minuten und mit elektrischer Heizung zwischen einigen Sekunden und meh­ reren Minuten liegen und hat bei Vorsehen einer geeigneten leistungs­ starken Batterie keine nachteiligen Auswirkungen auf das Bordnetz. Überraschend hat sich gezeigt, daß durch das elektrische Wegschalten des Generators - dessen Leistungsaufnahme bis zu 10 kW betragen kann - der Abgas-Massendurchsatz deutlich verringerbar ist. Dies wirkt sich in der Aufheizphase des Katalysators besonders effizient aus, weil gerade in diesem Bereich der Ausstoß der Brennkraftmaschine an schädlichen Ab­ gasen besonders hoch ist; verursacht durch noch kalte Brennraumwände, die nicht wirksame Lambdaregelung und den noch nicht optimal konvertie­ renden Katalysator. Bei Erreichen der Anspringtemperatur des Katalysa­ tors und/oder nach einer definierten Zeitspanne wird der Generator wieder mit dem Bordnetz verbunden bzw. auf Leistung geschaltet, so daß der der Batterie entnommene Strom wieder zugeführt wird.

Ferner wird gemäß den Merkmalen der Patentansprüche 3 und 4 vorgeschla­ gen, während dieser Aufheizphase andere elektrische Verbraucher voll­ ständig von dem elektrischen Bordnetz abzuschalten, um für die Auf­ heizung des Katalysators möglichst viel Energie zur Verfügung stellen zu können. Die Verbraucher können insbesondere solche Verbraucher sein, die ohne Sicherheitsbedenken und aufgrund ihres hohen Stromverbrauches effizient für diesen relativ kurzen Zeitraum abgeschaltet werden können, z. B. eine elektrisch beheizbare Heckscheibe, elektrische Sitz­ heizungen, elektrische Fensterheber gegebenenfalls mit Ausnahme der Fahrerseite, elektrische Sitzverstellung etc. Logischerweise nicht vollständig abgeschaltet werden dürfen verkehrstechnische Einrichtungen wie Beleuchtung, Warnanlagen, etc.

In Weiterbildung der Erfindung können gemäß Patentanspruch 5 und/oder 6 zwei Batterien als Stromspeicher und zwei Generatoren vorgesehen sein, wobei die eine Batterie während der Beheizung des Katalysators von dem übrigen elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeuges getrennt ist und so­ mit den Generator während der Aufheizphase nicht belastet; ferner kann bei zwei Generatoren einer während der Aufheizphase auf Nullast ge­ schaltet werden, um einerseits eine teilweise Versorgung des Bordnetzes auch während der Aufheizphase sicherzustellen, andererseits jedoch zu­ mindest nicht die für die Heizung des Katalysators erforderliche elek­ trische Leistung auf den Generator zu schalten. Gegebenenfalls kann der ständig mit dem Bordnetz verbundene Generator eine geringere Ladelei­ stung nur zur sicheren Versorgung der absolut notwendigen Verbraucher aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug mit einer Abgasanlage mit einem elektrisch beheizbaren Katalysator und mit einer elektrischen Schaltung, mit der der Generator während der Aufheizphase elektrisch von der Heizung und von anderen Verbrauchern abkoppelbar ist.

Mit 10 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, die in bekannter Weise über einen Antriebsriemen 12 und entsprechende Riemenscheiben 14, 16 einen elektrischen Generator 18 antreibt. Das von der Brennkraftmaschi­ ne emittierte Abgas wird über einen Abgaskrümmer 20 und ein Abgasvor­ rohr 22 einem Dreiwegekatalysator 24 zugeleitet und von dort in nicht näher dargestellter Weise an die Atmosphäre abgegeben. In dem Abgasvor­ rohr 22 ist eine Lambdasonde 26 vorgesehen, die in bekannter Weise die Brennstoffzumeßeinrichtung der Brennkraftmaschine derart ansteuert, daß ein nahezu stöchiometrisches Brennstoff-Luft-Verhältnis aufrechterhal­ ten bleibt.

Das nur teilweise dargestellte, elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeu­ ges weist zwei Batterien 28, 30 als Stromspeicher auf, deren Minuspole über eine Leitung 32 miteinander verbunden sind. Der Pluspol der einen Batterie 30 ist an das Bordnetz des Kraftfahrzeuges über eine Leitung 34 angeschlossen, unter anderem an den Leistungsausgang des Generators 18.

Der Katalysator 24 ist mit einer elektrischen Heizung 36 ausgerüstet, die beispielsweise durch mehrere in den Katalysator ragende Glühkerzen gebildet sein kann. Die Heizung 36 ist einerseits an Minuspotential ge­ schaltet, während deren plusseitiger Eingang an ein erstes Schaltrelais 38 angeschlossen ist. Das Schaltrelais 38 ist ein Schließerrelais mit zwei Arbeitskontakten 40, 42, wobei der Arbeitskontakt 40 über eine Lei­ tung 44 mit der Heizung 36 und über eine Leitung 46 mit der Batterie 28 verbunden ist. Der Arbeitskontakt 42 ist über eine Leitung 48 mit der Plusleitung 34 der Batterie 30 verbunden und steuert über eine Leitung 50 die Anzugswicklung 52 eines Zentralrelais 54. Die Steuerwicklung 56 des Schaltrelais 38 liegt plusseitig an der Leitung 48 und wird minus­ seitig über eine Leitung 58 von einem Steuergerät 60 angesteuert.

Das Zentralrelais 54 ist ein Öffnerrelais mit ebenfalls zwei Arbeits­ kontakten 62, 64, von denen der Arbeitskontakt 64 über eine Leitung 66 die beiden Pluspotential führenden Leitungen 34 und 46 der beiden Bat­ terien 28 und 30 verbinden kann, während der ebenfalls an der Leitung 66 liegende zweite Arbeitskontakt 62 über eine Leitung 68 diejenigen Verbraucher des Kraftfahrzeuges mit Strom versorgt, die während der Aufheizphase des Katalysators 24 von dem elektrischen Bordnetz getrennt werden sollen; dies sind beispielsweise eine elektrisch beheizbare Heckscheibe des Kraftfahrzeuges, eine elektrische Sitzheizung und elek­ trisch betätigbare Fensterheber.

Das elektronische Steuergerät 60, welches die Steuerwicklung 56 des Schaltrelais 38 steuert, weist mehrere Eingänge auf, über die die Tem­ peratur der Brennkraftmaschine 10 über einen Temperaturfühler 69, die Außentemperatur, in nicht dargestellter Weise die Temperatur des Kata­ lysators, das Signal der Lambdasonde 26 und ein Signal, ob in das Ab­ gasvorrohr 22 Zusatzluft eingeblasen wird, eingegeben werden. In dem Steuergerät 60 wird aufgrund dieser Eingaben die erforderliche Aufheiz­ zeit für den Katalysator 24 ermittelt und die entsprechende Ausgangs­ leitung 58 für diese Zeit an Minuspotential gelegt.

Durch das Ansteuern der Steuerspule 56 werden die Arbeitskontake 40, 42 geschlossen, so daß die Heizung 36 über die Leitungen 44, 46 am Pluspo­ tential der Batterie 28 liegt und somit die Aufheizung beginnt. Zu­ gleich wird der Arbeitskontakt 42 geschlossen, wodurch über die Leitung 50 die Anzugswicklung 52 des Zentralrelais 54 angesteuert wird und da­ mit die Arbeitskontakte 62, 64 geöffnet werden. Dies bedeutet, daß die Leitung 66 unterbrochen wird, so daß die Batterie 28 von dem übrigen elektrischen Bordnetz getrennt ist. Die Heizung 36 belastet somit nur die Batterie 28 und ist somit faktisch von dem Generator 18 abgetrennt. Ferner wird über den Arbeitskontakt 62 des Zentralrelais 54 die Leitung 68 vom Pluspotential der Batterie 30 abgeschaltet, wodurch die an der Leitung 68 liegenden Verbraucher für die Dauer der Aufheizphase des Katalysators 24 abgeschaltet sind.

Sobald der Katalysator 24 seine Anspringtemperatur erreicht hat oder das von dem Steuergerät 60 vorgegebene Zeitintervall verstrichen ist, steuert dieses das Schaltrelais 38 entsprechend an, wodurch einerseits die Heizung 36 des Katalysators 24 abgeschaltet und andererseits die an der Leitung 68 liegenden Verbraucher wieder zugeschaltet werden. Ferner wird über das Zentralrelais 54 auch wieder die Batterie 28 an das elek­ trische Bordnetz angeschaltet und kann somit über den Generator 18 wieder auf ihre volle Kapazität aufgeladen werden.

Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel be­ schränkt. Beispielsweise können auch zwei Generatoren 18 verwendet sein, von denen einer während der Aufheizphase des Katalysators 24 auf Nullast geschaltet ist. Anstelle von zwei Batterien 28, 30 kann auch nur eine, gegebenenfalls kapazitätsgrößere Batterie verwendet sein, die während der Aufheizphase das gesamte Bordnetz mit den absolut notwendi­ gen Verbrauchern und der Heizung 36 versorgt, während der Generator 18 auf Nullast geschaltet ist. Gegebenenfalls kann an die Batterie eine Spannungsüberwachungsschaltung angeschlossen sein, die eine Aufheizung des Katalysators 24 nur dann zuläßt, wenn eine ausreichende Batterieka­ pazität vorhanden ist. Dadurch wird sichergestellt, daß bei sehr nied­ rigen Außentemperaturen und häufigen Kaltstarts die Batterie unzulässig entladen wird.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Abgasentgiftung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit in der Abgasanlage angeordnetem Katalysator und mit elektrischen Verbrauchern, die an das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeuges angeschlossen sind, wobei das Bordnetz zumindest eine Batterie und zumindest einen von der Brennkraftmaschine ange­ triebenen Generator aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Verbraucher während der Aufheizphase des Katalysators von der Stromversorgung über den Generator und/oder die Batterie abge­ trennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Katalysator zum schnellen Erreichen seiner Anspringtemperatur elektrisch beheizt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die elektrische Heizung (36) während der Aufheizphase elektrisch von dem Generator (18) abgetrennt nur über die Batterie (28) versorgt ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aufheizphase andere elektrische Verbraucher voll­ ständig von dem elektrischen Bordnetz abgeschaltet sind.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die anderen elektrischen Verbraucher über ein Zentralrelais (54) abschaltbar sind, das parallel zur Steuerung der Heizung (36) mit dem Abschalten der Heizung die Verbraucher wieder zuschaltet.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Batterien (28, 30) als Stromspei­ cher vorgesehen sind, daß zumindest die Heizung (36) des Katalysa­ tors (24) an eine Batterie (28) und der Generator (18) und die anderen Verbraucher an die andere Batterie (30) angeschlossen sind und daß die Batterien während der Aufheizphase elektrisch voneinan­ der getrennt sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine zumindest zwei Generatoren antreibt und daß zumindest ein Generator während der Aufheizphase des Katalysators vom Bordnetz getrennt ist.