DE4114642C2 - Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kataly­ tischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine ei­ nes Kraftfahrzeuges unter sekundärer Beheizung des Katalysa­ tors und/oder der diesem zugeführten Abgase, wobei bei Be­ trieb der Brennkraftmaschine die sekundäre Beheizung einge­ schaltet wird, wenn eine vorbestimmte Betriebstemperatur in­ nerhalb des Katalysators unterschritten wird und eine Vor­ richtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Katalysa­ tor in der Abgasleitung, mit einer sekundären Heizung für den Katalysator und/oder diesem zugeführte Abgase und mit einer Steuervorrichtung für die Ein- und Ausschaltung der sekundä­ ren Heizung, der äußere Schalter und Meßorgane zur Einschal­ tung bzw. Ausschaltung der sekundären Heizung zugeordnet sind.
Die katalytische Nachverbrennung findet nur oder nur in aus­ reichendem Umfang statt oberhalb einer bestimmten minimalen Betriebstemperatur. Durch die bei laufendem Betrieb heißen Abgase wird der Katalysator aufgeheizt und diese Betriebs­ temperatur erreicht oder überschritten. In der Startphase dagegen, wird die Betriebstemperatur nicht erreicht.
Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird deshalb mit dem Start der Brennkraftmaschine eine vorgesehene sekundäre Beheizung des Katalysators eingeschaltet. Unter sekundärer Beheizung wird hier und im folgenden eine Beheizung verstanden, die von der durch die heißen Abgase bedingten primären Beheizung des Katalysators unabhängig ist. Diese sekundäre Beheizung benötigt aber auch eine gewisse Vorwärmzeit, bis durch sie die minimale Betriebstemperatur des Katalysators erreicht ist.
Die Dauer der Funktionsunfähigkeit des Katalysators während der Startphase wird durch diese sekundäre Beheizung reduziert.
Aus der DE 27 19 252 A1 ist ein Verfahren zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges unter sekundärer Beheizung des Katalysators und/oder der diesem zugeführten Abgase bekannt, wobei bei Be­ trieb der Brennkraftmaschine die sekundäre Beheizung einge­ schaltet wird, wenn eine vorbestimmte Betriebstemperatur in­ nerhalb des Katalysators unterschritten wird.
Die DE 37 36 259 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Ermitt­ lung des Konvertierungsgrades eines im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators. Dort ist ein Prüfstand beschrieben, auf dem die Funktion des Katalysators geprüft wird. Die Brennkraftmaschine wird in programmierter Art und Weise angesteuert, und während dieser Ansteuerung wird die Konzentration der Abgasekomponenten in der Auspuff­ anlage der Brennkraftmaschine vor und hinter dem Katalysator ermittelt und in einem Rechner ausgewertet.
In der DE 38 02 159 A1 sowie der DE 40 15 558 A1 sind Vor­ richtungen zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die äu­ ßere, betätigbare Schalter zeigen, mittels derer vor dem Start der Brennkraftmaschine der Katalysator eingeschaltet wird bzw. nach Ablauf einer vorbestimmten Abschaltzeit die zugehörige sekundäre Beheizung wieder abgeschaltet wird, wenn zwischenzeitlich kein Start der Maschine erfolgt ist.
In der DE 38 04 915 A1 ist ein Kraftfahrzeugsteuersystem zur Verarbeitung von Signalen, wie beispielsweise von Fahrertür­ schaltersignalen, und von Signalen eines schlüssellosen Schalters und eines Hecklichtschalters zur Ausführung ver­ schiedener Steueroperationen beschrieben, das einen Signal­ verteiler enthält, der die Verarbeitung der von mehreren Steuereinheiten gemeinsam benötigten Signale ausführt.
Die WO 89/10470 A1 offenbart die Möglichkeit der Beheizung eines Katalysators bereits vor dem Anlassen der Brennkraftma­ schine.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur katalytischen Nachverbren­ nung der Abgase einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das eine zuverlässige Funktion des Katalysators gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die Merkmale des un­ abhängigen Anspruchs 1 gegeben. Die erfindungsgemäße Vorrich­ tung ist durch die Merkmale des nebengeordneten Anspruchs 2 gegeben.
Während des Betriebes der Brennkraftmaschine, zum Bei­ spiel bei längeren Leerlaufphasen, kann die Betriebstempera­ tur des Katalysators durch die verringerte Wärmezufuhr mit­ tels der Abgase so weit absinken, daß keine ordentliche Ka­ talysation mehr stattfindet. Auch für diese Betriebsphasen kann die Katalysation aufrechterhalten bleiben, wenn bei Betrieb der Brennkraftmaschine die sekundäre Beheizung wieder eingeschaltet wird, wenn eine zweite vorbestimmte Betriebstemperatur T2 innerhalb des Ka­ talysators unterschritten wird und erst wieder abgeschaltet wird, wenn eine dritte vorbestimmte Betriebstemperatur T3 innerhalb des Katalysators überschritten wird. T1, T2 und/oder T3 können auch identisch sein, wenn anderweitig si­ chergestellt ist, daß nicht zu häufig hintereinander Schalt­ vorgänge ausgelöst werden.
Bei Betrieb der Brennkraftmaschine, erfolgt die Ein- bezie­ hungsweise Abschaltung der sekundären Beheizung auch in Ab­ hängigkeit von chemischen Meßwerten, die im Strom des katalytisch gereinigten Abgases ermittelt wird, vorzugs­ weise betreffend die CO-Gehalt, den C-Gehalt und/oder den O₂-Gehalt.
Die Ein- beziehungsweise Abschaltung der sekundären Behei­ zung während des Betriebes der Brennkraftmaschine erfolgt somit kombiniert in der genannten Abhängigkeit von chemischen Meß­ werten und der gemessenen Betriebstemperatur der Katalysati­ on erfolgen.
Eine Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abga­ se der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges mit einem Katalysator in der Abgasleitung, mit einer sekundären Hei­ zung für den Katalysator und/oder diesem zugeführten Abgase und mit einer Steuervorrichtung für die Ein- und Ausschal­ tung der sekundären Heizung, wobei der Steuervorrichtung äußere Schalter zur Einschaltung der se­ kundären Heizung zugeordnet sind, die durch Öffnen der Fahrertür, Öffnungsbetätigung der Türverriegelung, Belegen des Fahrersitzes, Öffnung einer Garagentür oder dergleichen Vorbereitungsmaßnahmen für den Start selbsttätig oder von Hand betätigbar sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Steu­ ervorrichtung ein Zeitglied zugeordnet ist, das mit Betäti­ gung eines äußeren Schalters einschaltbar ist, auf eine vor­ bestimmte Abschaltzeit Z1 eingestellt oder einstellbar ist und das nach Ablauf der Abschaltzeit in der Steuervorrich­ tung die Wiederabschaltung der sekundären Beheizung auslöst, wenn nicht innerhalb der Abschaltzeit der Start der Maschine erfolgt.
Diese Vorrichtung ist einfach zu verwirklichen. Die Ansteue­ rung der Steuervorrichtung durch äußere Schalter, die im Kraftfahrzeug eingebaut sind, ist durch im Kraftfahrzeug verlegte elektrische Leitungen leicht möglich. Die Ansteue­ rung von äußeren Schaltern, die außerhalb des Kraftfahrzeu­ ges angeordnet sind, zum Beispiel ein durch Öffnen des Gara­ gentors betätigter Schalter, kann durch Funk, Infrarot- oder andere berührungslos übertragbare Signale erfolgen, indem dem betreffenden Schalter ein Sender zugeordnet ist und im Kraftfahrzeug ein entsprechender Empfänger angeordnet ist.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung na­ her erläutert.
In der Zeichnung zeigt Fig. 1 blockschaltbildmäßig die Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeuges. Mit 2 ist die Abgasleitung bezeichnet, in der der Katalysator 3 angeordnet ist. Der Brennkraftmaschine 1 zugeordnet ist ein von Hand betätigbares Zündschloß 4. Dem Katalysator zugeordnet ist eine Steuervorrichtung 5, die von diversen Meßorganen 6, 7, 8, 9, 16 und 17 von einem oder mehreren äußeren Schaltern 10, 11, dem Zündschloß 4 und ei­ nem Zeitglied 12 angesteuert wird und ihrerseits zwei sekun­ däre Heizvorrichtungen 13, 14 ansteuert.
Die Meßorgane 6, 7 und 8 sind Temperaturfühler. Das Meßorgan 6 ist in dem dem Katalysator 3 vorgeordneten Abschnitt der Abgasleitung 2 angeordnet, das Meßorgan 8 ist in dem dem Ka­ talysator 3 nachgeordneten Abschnitt der Abgasleitung 2 an­ geordnet und das Meßorgan 7 ist innerhalb des Katalysators 3 angeordnet. Mit 9, 16 und 17 sind chemische Meßorgane bezeichnet, und zwar das Meßorgan 9 für den CO-Gehalt, das Meßorgan 16 für den C-Gehalt und das Meßorgan 17 für den O₂- Gehalt. Die Meßorgane sind in dem dem Katalysator 3 nach­ geordneten Abschnitt der Abgasleitung angeordnet.
Die sekundären Heizvorrichtungen 13 und 14 sind elektrische Heizvorrichtungen, die von der Stromversorgung des Kraft­ fahrzeuges betrieben und von der Steuervorrichtung 5 ein- und ausgeschaltet werden. Die sekundäre Heizvorrichtung 13 ist so angeordnet, daß sie auf die in den Katalysator strö­ menden Abgase einwirkt und diese zusätzlich aufheizt. Die sekundäre Heizvorrichtung 14 ist innerhalb des Katalysators 3 angeordnet.
Der äußere Schalter 10 ist gekoppelt mit der zentralen Tür­ verriegelung des Kraftfahrzeuges und wird geschlossen, so­ bald die Türverriegelung geöffnet wird.
Der äußere Schalter 11 ist gekoppelt mit dem Garagentor und wird geschlossen, wenn das Garagentor geöffnet wird. Dem Schalter 11 ist ein Sender 20 zugeordnet, der auf einen am Kraftfahrzeug angeordneten Empfänger 21 einwirkt. Der Emp­ fänger 21 steuert die Steuervorrichtung 5 an.
Das Zeitglied 12 bestimmt die Abschaltzeit Z1 und deren Län­ ge ist an der Handhabe 22 des Zeitgliedes 12 einstellbar.
Für die Steuervorrichtung 5 sind äußere Handhaben 23 bis 28 vorgesehen. Die Handhaben 23, 24, 25 sind den Meßorganen 9, 16 und 17 und die Handhaben 26, 27, 28 sind den Meßorganen 6, 7 und 8 zugeordnet. Mit den Handhaben 23 bis 28 wird an der Steuervorrichtung 5 derjenige Meßwert des zugeordneten Meßorgans eingestellt, auf den die Steuervorrichtung anspricht.
Für jedes der Meßorgane 6 bis 9, 16, 17 läßt sich so ein kritischer Meßwert festlegen, auf den die Steuervorrichtung anspricht, zum Beispiel durch Einschalten der sekundären Heizvorrichtung 13 oder 14 beziehungsweise durch Abschalten der sekundären Heizvorrichtung 13 beziehungsweise 14.
Wenn die Abschaltung durch den Meßwert eines der Meßorgane bereits ausgelöst ist, bleibt das auf Einschaltung gerichte­ te spätere Auslösesignal eines anderen Meßorgans unberück­ sichtigt und entsprechend auch beim Ausschalten.
An den Handhaben 22 bis 28 wird der gewünschte oder optimale Betrieb eingestellt oder einjustiert.
Wenn durch den Fahrer der Schalter 11 und/oder der Schalter 10 betätigt wird, schaltet die Steuervorrichtung 5 die bei­ den sekundären Heizvorrichtungen 13, 14 ein. Wenn anschlie­ ßend der Fahrer das Zündschloß 4 betätigt und die Brenn­ kraftmaschine 1 startet, ist der Katalysator 3 und die auf den Katalysator zuführende Abgasleitung 2 bereits vorgeheizt, so daß die gewünschte Katalysatorfunktion früh­ zeitig einsetzt.
Sobald die sekundäre Beheizung unnötig wird, schaltet die Steuervorrichtung 5, angesteuert durch eines der Meßorgane 6 bis 9 beziehungsweise 16 und 17, die sekundäre Heizvorrich­ tung 13 beziehungsweise 14 wieder aus.
Sollte die Katalysatorfunktion während des Betriebes der Brennkraftmaschine aussetzen, zum Beispiel weil nicht genü­ gend heiße Abgase dem Katalysator zugeführt werden, dann löst dies in den Meßorganen 6, 7 und/oder 8 ein entsprechen­ des Temperatursignal oder in den Meßorganen 9, 16 und/oder 17 ein entsprechendes Signal aus. Das erste dieser Signale löst in der Steuervorrichtung 5 die Wiedereinschaltung der sekundären Heizvorrichtungen 13 beziehungsweise 14 aus.
In Abänderung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann auf eine der sekundären Heizvorrichtungen 13 oder 14 ver­ zichtet werden, die Heizvorrichtung 14 ist bevorzugt.
In weiterer Abänderung des dargestellten Ausführungsbei­ spiels kann auf zwei der vorgesehenen temperaturmessenden Meßorgane 6, 7, 8 verzichtet werden - das Meßorgan 7 ist be­ vorzugt - und es kann auch auf eines der oder alle chemi­ schen Meßorgane 9, 16, 17 verzichtet werden.
In weiterer Abänderung des dargestellten Ausführungsbei­ spiels kann auf den äußeren Schalter 11 verzichtet werden und es kann auch anstelle des der Türverriegelung zugeordne­ ten äußeren Schalters 10 ein äußerer Schalter vorgesehen sein, der einer anderen Vorbereitungsmaßnahme für den Start zugeordnet ist.

Claims (3)

1. Verfahren zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges unter sekun­ därer Beheizung des Katalysators und/oder der diesem zu­ geführten Abgase, wobei bei Betrieb der Brennkraftmaschi­ ne die sekundäre Beheizung eingeschaltet wird, wenn eine vorbestimmte Betriebstemperatur (T2) innerhalb des Kata­ lysators unterschritten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Beheizung erst wieder abgeschaltet wird, wenn eine weitere vorbestimmte Betriebstemperatur (T3) innerhalb des Katalysators überschritten wird und die Ein- beziehungsweise Abschaltung der sekundären Beheizung während des Betriebs der Brennkraftmaschine in Abhängig­ keit von chemischen Meßwerten erfolgt, die im Strom des katalytisch gereinigten Abgases ermittelt werden, vor­ zugsweise betreffend den CO-Gehalt, den C-Gehalt und/oder den O₂-Gehalt.
2. Vorrichtung zur katalytischen Nachverbrennung der Abgase der Brennkraftmaschine (1) eines Kraftfahrzeuges
  • - mit einem Katalysator (3) in der Abgasleitung (2),
  • - mit einer sekundären Heizung (13, 14) für den Kataly­ sator (3) und/oder diesem zugeführte Abgase und
  • - mit einer Steuervorrichtung (5) für die Ein- und Aus­ schaltung der sekundären Heizung (13, 14), der äußere Schalter (10, 11) und Meßorgane (6, 7, 8, 9, 16, 17) zur Einschaltung bzw. Ausschaltung der sekundären Heizung (13, 14) zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • - der Steuervorrichtung (5) ein Zeitglied (12) zugeordnet ist, das mit Betätigung eines äußeren Schalters (10, 11) einschaltbar ist, auf eine vorbestimmte Abschaltzeit (Z1) eingestellt oder einstellbar ist und das nach Ablauf der Abschaltzeit in der Steuervorrichtung (5) die Wiederab­ schaltung der sekundären Beheizung (13, 14) auslöst, wenn nicht innerhalb der Abschaltzeit der Start der Maschine (1) erfolgt und Handhaben (23-28) vorhanden sind, mit­ tels derer die kritischen Werte der Meßorgane (6, 7, 8, 9, 16, 17) einstellbar sind.
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