WO2021069162A1 - Verfahren zum vorheizen eines katalysators - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for preheating a catalytic converter which is arranged in the exhaust gas flow of a motor vehicle and has an Ekat.
  • catalytic converters arranged in the exhaust gas flow of motor vehicles only achieve their full functionality at a certain temperature.
  • Ekat electrically heated catalytic converter
  • Such a heating catalytic converter can, for example, be designed in the form of a disk and have a honeycomb structure.
  • the exhaust gas flows through it, which is heated in the process and meets another catalytic converter, which can be designed as a three-way catalytic converter, for example.
  • the present invention is based on the object of providing a method of the specified type which enables a catalyst to be preheated particularly efficiently.
  • this object is achieved by a method for preheating a catalytic converter, which is arranged in the exhaust gas flow of a motor vehicle, and which has the following steps: Preheating the catalytic converter to a maximum temperature within a period of time prior to the first engine start; while monitoring the temperature of the Ekat and the battery status of the vehicle; check during preheating whether the battery condition has fallen below a condition threshold or not; If so, stopping the heating up of the Ekat and performing a shift in the center of combustion as a function of the current Ekat temperature; if not, continue heating up the Ekat until the maximum temperature is reached again.
  • the preheating of the catalytic converter via the Ekat for the first cold start of the vehicle engine takes place in the method according to the invention to a maximum temperature within a period of time.
  • This period of time can be, for example, 8 seconds before the engine is started and the maximum temperature can be, for example, 600 ° C.
  • the Ekat temperature and the battery status of the vehicle are monitored. It is checked whether the battery condition has fallen below a condition threshold or not.
  • the heating of the Ekat is stopped and an engine measure is carried out by shifting the combustion center of gravity of the vehicle engine depending on the current Ekat temperature before the engine start in order to achieve an emission equivalent to that for the first time with Ekat -Activation.
  • the Ekat is further or heated up again until the maximum temperature is reached again, for example 600 ° C. In this way, it can be avoided that the Ekat is always heated up when the door is opened several times and the battery status falls below a status threshold (a safety level). After the engine has been started and during the catalytic converter warm-up phase, the Ekat can continue to be activated at high power until the catalytic converter arranged after it reaches its operating temperature.
  • a status threshold a safety level
  • a check is preferably carried out to determine whether the battery status of the vehicle has fallen below a status threshold or not.
  • the preheating of the catalytic converter with the Ekat is preferably started as soon as a door of the vehicle is opened, for example 5 to 10 seconds before the engine is started. If the battery status of the vehicle is below the status threshold when the door is opened, the aforementioned motor-based measures are initiated. Otherwise, if the battery status is above the status threshold, the Ekat will continue to heat up.
  • the Ekat is not always heated up again, but the heating continues until the maximum temperature is reached or is reached again when the battery status is above the status threshold.
  • electrical power for the Ekat is preferably requested at a current temperature thereof until the maximum temperature is reached. This electrical power is calculated from the temperature difference between maximum temperature x Ekat heat capacity divided by the preheating time.
  • the electrical power is limited to a maximum permitted power.
  • secondary air can be blown in before the Ekat in order to improve the heat transport from the Ekat to the catalytic converter.
  • the secondary air is preferably only blown in when the engine starts, so that the Ekat temperature does not lose its level too quickly within a short time if the engine does not start, in order to ensure that the next heating up of the catalyst still remains energy-efficient .
  • the catalytic converter is preheated via the Ekat for the first cold start within a period of 8 seconds before the engine starts to a maximum temperature of 600 ° C. (step 1).
  • the Ekat temperature and the battery status of the vehicle are monitored, as indicated by step 2.
  • step 3 it is then checked in step 3 whether the battery level of the vehicle is below a condition threshold. If this is the case, the heating of the Ekat is stopped according to step 4 and an engine measure is carried out or intensified as a combustion center shift depending on the current Ekat temperature before the engine is started.
  • the Ekat is heated up again, depending on the current temperature, until the maximum temperature of 600 ° C is reached again.
  • the electrical power is calculated from the temperature difference between the maximum temperature of 600 ° C and the current temperature of 300 ° C x Ekat heat capacity divided by the preheating time of 8 seconds. This power is limited to a maximum permitted power and requested until the maximum temperature has been reached.
  • the Ekat After the engine has started and during the heating-up phase of the catalytic converter, the Ekat continues to be activated at high power until the catalytic converter arranged after it reaches its operating temperature (step 6). According to step 7, secondary air is blown in before the Ekat, namely after the start of the engine start.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Vorheizen eines im Abgasstrom eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators mit einem Ekat beschrieben. Der Katalysator wird mit dem Ekat innerhalb einer Zeitdauer vor dem ersten Motorstart auf eine maximale Temperatur vorgeheizt. Dabei werden die Temperatur des Ekat und der Batteriezustand des Fahrzeuges überwacht. Während des Vorheizens wird geprüft, ob der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht. Wenn ja, wird das Aufheizen des Ekat gestoppt und es werden motorische Maßnahmen durchgeführt. Wenn nein, erfolgt ein weiteres Aufheizen des Ekat, bis die maximale Temperatur wieder erreicht wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Vorheizen eines Katalysators
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vorheizen eines im Abgasstrom eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators mit einem Ekat.
Es ist bekannt, dass im Abgasstrom von Kraftfahrzeugen angeordnete Katalysatoren erst bei einer bestimmten Temperatur ihre vollständige Funktionsfähigkeit erreichen. Um diese Anspringtemperatur (Light-off-Temperatur) möglichst früh zu erreichen, ist es bekannt, den Katalysator vorzuheizen. Dies wird beispielsweise auf elektrische Weise durchgeführt, wobei hierzu beispielsweise ein Ekat (elektrisch beheizter Katalysator) Verwendung findet. Ein solcher Heizkatalysator kann beispielsweise scheibenförmig ausgebildet sein und eine Wabenstruktur besitzen. Er wird vom Abgas durchströmt, das dabei erhitzt wird und auf einen weiteren Katalysator trifft, der beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgebildet sein kann.
Ein derartiger Ekat ist in der EP 1 967 712 A2 beschrieben.
Es ist somit das Voraufheizen eines Katalysators mit einem Ekat vor dem Kaltstart eines Fahrzeugmotors bekannt. Beispielsweise wird dabei der Voraufheizvorgang beim Öffnen einer Tür des Fahrzeuges begonnen, d. h. beispielsweise 5 bis 10 sec vor dem Motorstart. Wenn der Motorstart jedoch nicht erfolgt oder gleich nach dem Start abgebrochen wird, beispielsweise auch beim mehrfachen Öffnen und Schließen einer Fahrzeugtür, wird der Vorheizvorgang mehrfach initiiert bzw. es erfolgt ein ineffizientes Vorheizen, was eine hohe Belastung der Batterie des Kraftfahrzeuges zur Folge hat.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, das ein besonders effizientes Vorheizen eines Katalysators ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Vorheizen eines im Abgasstrom eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators mit einem Ekat gelöst, das die folgenden Schritte aufweist: Vorheizen des Katalysators mit einem Ekat innerhalb einer Zeitdauer vor dem ersten Motorstart auf eine maximale Temperatur; dabei Überwachen der Temperatur des Ekat und des Batteriezustandes des Fahrzeuges; während des Vorheizens prüfen, ob der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht; wenn ja, Stoppen des Aufheizens des Ekat und Durchführen einer Verbrennungsschwerpunktverschiebung abhängig von der aktuellen Ekat-Temperatur; wenn nein, weiteres Aufheizen des Ekat, bis die maximale Temperatur wieder erreicht wird.
Das Vorheizen des Katalysators über den Ekat für den ersten Kaltstart des Fahrzeugmotors (wenn die Kat-Temperatur etwa gleich der Umgebungstemperatur ist) erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren innerhalb einer Zeitdauer auf eine maximale Temperatur. Diese Zeitdauer kann beispielsweise 8 sec vor dem Motorstart und die maximale Temperatur beispielsweise 600°C betragen. Gleichzeitig damit werden die Ekat-Temperatur und der Batteriezustand des Fahrzeuges überwacht. Dabei wird geprüft, ob der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht.
Ist dies der Fall, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Aufheizen des Ekat gestoppt und es wird eine motorische Maßnahme über eine Verbrennungsschwerpunktverschiebung des Fahrzeugmotors abhängig von der aktuellen Ekat-Temperatur vor dem Motorstart durchgeführt, um eine äquivalente Emission zu erreichen wie zum erstem Male mit Ekat-Aktivierung. Je niedriger hierbei die Ekat-Temperatur vor dem Motorstart ist, desto stärker ist die Verbrennungsschwerpunktverschiebung nach spät.
Ist der Batteriezustand nicht unter eine Zustandsschwelle gefallen, wird der Ekat abhängig von der aktuellen Temperatur vor der wiederholten Aktivierung weiter bzw. wieder aufgeheizt, bis die maximale Temperatur wieder erreicht wird, beispielsweise 600°C. Auf diese Weise kann vermieden werden, dass bei mehrmaligem Türöffnen der Ekat immer aufgeheizt wird und der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle (ein Sicherheitslevel) fällt. Nach dem Motorstart und während der Kataufheizphase kann der Ekat weiterhin mit hoher Leistung angesteuert werden, bis der danach angeordnete Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise beim ersten Öffnen einer Tür des Fahrzeuges geprüft, ob der Batteriezustand des Fahrzeuges unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht. Bei dieser Ausführungsform wird vorzugsweise auch mit dem Voraufheizen des Katalysators mit dem Ekat bereits beim Öffnen einer Tür des Fahrzeugs begonnen, beispielsweise 5 bis 10 sec vor Motorstart. Liegt der Batteriezustand des Fahrzeugs beim Öffnen der Tür unter der Zustandsschwelle, werden die vorstehend erwähnten motorischen Maßnahmen eingeleitet. Andernfalls, wenn der Batteriezustand oberhalb der Zustandsschwelle liegt, wird der Ekat weiter aufgeheizt.
Bei einem mehrfahren Öffnen der Fahrzeugtür wird daher der Ekat nicht immer von neuem aufgeheizt, sondern das Aufheizen wird weiter durchgeführt, bis die maximale Temperatur erreicht bzw. wieder erreicht wird, wenn der Batteriezustand über der Zustandsschwelle liegt.
Beim weiteren Aufheizen des Ekat wird vorzugsweise bei einer aktuellen Temperatur desselben eine elektrische Leistung für den Ekat angefordert, bis die maximale Temperatur erreicht ist. Diese elektrische Leistung wird aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler Temperatur x Ekat-Wärmekapazität dividiert durch die Vorheizzeit berechnet.
Insbesondere wird die elektrische Leistung auf eine maximal erlaubte Leistung begrenzt.
Bei einem derartigen Verfahren zum Vorheizen eines Katalysators kann vor dem Ekat Sekundärluft eingeblasen werden, um den Wärmetransport vom Ekat zum Katalysator zu verbessern. Erfindungsgemäß wird dabei die Sekundärluft vorzugsweise erst eingeblasen, wenn der Motorstart beginnt, damit die Ekat-Temperatur bei nicht erfolgtem Start nicht innerhalb kurzer Zeit zu schnell ihre Höhe verliert, um auf diese Weise zu erreichen, dass das nächste Aufheizen des Katalysators immer noch energieeffizient bleibt. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der einzigen Figur im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein stark schematisiertes Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das Vorheizen des Katalysators über den Ekat für den ersten Kaltstart erfolgt innerhalb einer Zeitdauer von 8 sec vor dem Motorstart auf eine maximale Temperatur von 600°C (Schritt 1). Gleichzeitig werden die Ekat-Temperatur und der Batteriezustand des Fahrzeuges überwacht, wie durch Schritt 2 angedeutet. Beim nächsten Türöffnen des Fahrzeuges wird dann in Schritt 3 geprüft, ob der Batteriezustand des Fahrzeuges unter einer Zustandsschwelle liegt. Ist dies der Fall, wird gemäß Schritt 4 das Aufheizen des Ekat gestoppt und eine motorische Maßnahme als Verbrennungsschwerpunktverschiebung abhängig von der aktuellen Ekat-Temperatur vor dem Motorstart durchgeführt bzw. verstärkt eingesetzt.
Liegt der Batteriezustand über der festgelegten Zustandsschwelle wird gemäß Schritt 5 der Ekat abhängig von der aktuellen Temperatur wieder aufgeheizt, bis die maximale Temperatur von 600°C wieder erreicht wird. Beispielsweise bei einer aktuellen Temperatur von 300°C des Ekat wird die elektrische Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler Temperatur von 600°C und aktueller Temperatur von 300°C x Ekat-Wärmekapazität dividiert durch die Vorheizzeit von 8 sec berechnet. Diese Leistung wird auf eine maximal erlaubte Leistung begrenzt und so lange angefordert, bis die maximale Temperatur erreicht worden ist.
Nach dem Motorstart und während der Aufheizphase des Katalysators wird der Ekat weiterhin mit hoher Leistung angesteuert, bis der danach angeordnete Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht (Schritt 6). Gemäß Schritt 7 wird Sekundärluft vor dem Ekat eingeblasen und zwar nach dem Beginn des Motorstarts.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vorheizen eines im Abgasstrom eines Kraftfahrzeuges angeordneten Katalysators mit einem Ekat mit den folgenden Schritten:
Vorheizen des Katalysators mit einem Ekat innerhalb einer Zeitdauer vor dem ersten Motorstart auf eine maximale Temperatur; dabei Überwachen der Temperatur des Ekat und des Batteriezustandes des Fahrzeuges; während des Vorheizens Prüfen, ob der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht; wenn ja, Stoppen des Aufheizens des Ekat, Durchführen einer Verbrennungsschwerpunktverschiebung abhängig von der aktuellen Ekat-Temperatur; wenn nein, weiteres Aufheizen des Ekat bis die maximale Temperatur wieder erreicht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek ennzeichnet, dass beim ersten Öffnen einer Tür des Fahrzeuges geprüft wird, ob der Batteriezustand unter eine Zustandsschwelle gefallen ist oder nicht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gek ennzeichnet, dass beim weiteren Aufheizen des Ekat bei einer aktuellen Temperatur desselben eine elektrische Leistung für den Ekat angefordert wird, bis die maximale Temperatur erreicht ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gek ennzeichnet, dass die elektrische Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler Temperatur x Ekat-Wärmekapazität dividiert durch die Vorheizzeit berechnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gek ennzeichnet, dass die elektrische Leistung auf eine maximal erlaubte Leistung begrenzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gek ennzeichnet, dass Sekundärluft vor dem Ekat eingeblasen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gek ennzeichnet, dass Sekundärluft erst eingeblasen wird, wenn der Motorstart beginnt.
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