DE102019215698B3 - Verfahren zum Vorheizen eines Katalysators - Google Patents

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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

  • 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.
  • In der DE 10 2010 035 480 A1 ist ein Katalysatortemperatursteuersystem beschrieben, das ein Fahrzeugstarterwartungsmodul sowie ein Steuermodul für elektrisch beheizten Katalysator (EHC) umfasst. Das Fahrzeugstarterwartungsmodul bestimmt auf Grundlage zumindest eines einer Mehrzahl von Fahrzeugzuständen, bevor ein Zündschalter eingeschaltet wird, ob ein Fahrzeugstart erwartet wird. Das EHC-Steuermodul aktiviert einen EHC auf Grundlage der Bestimmung.
  • In dem Buch „Abgastechnik für Verbrennungsmotoren“, Wiesbaden: Springer Vieweg, 2015, ISBN 978-3-658-09522-2 sind verschiedene Katalysatorheizkonzepte beschrieben, insbesondere auch das Aufheizen eines Abgaskatalysators mittels Sekundärluft in Verbindung mit einer Spätverstellung des Zündwinkels (Seiten 92 bis 94).
  • 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,
    • wobei beim weiteren Aufheizen des Ekat bei einer aktuellen Temperatur desselben eine elektrische Leistung für den Ekat angefordert wird, bis die maximale Temperatur erreicht ist;
    • und wobei die elektrische Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler Temperatur und aktueller Temperatur x Ekat-Wärmekapazität dividiert durch die Vorheizzeit berechnet 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 mehrfachen 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 und aktueller 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 (5)

  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, wobei beim weiteren Aufheizen des Ekat bei einer aktuellen Temperatur desselben eine elektrische Leistung für den Ekat angefordert wird, bis die maximale Temperatur erreicht ist; und wobei die elektrische Leistung aus der Temperaturdifferenz zwischen maximaler Temperatur und aktueller Temperatur x Ekat-Wärmekapazität dividiert durch die Vorheizzeit berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Leistung auf eine maximal erlaubte Leistung begrenzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch ge-kennzeichnet, dass Sekundärluft vor dem Ekat eingeblasen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dad u rch gekennzeichnet, dass Sekundärluft erst eingeblasen wird, wenn der Motorstart beginnt.
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