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DE19940802B4 - Arrangement for the electrical heating of a catalytic converter - Google Patents

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DE19940802B4
DE19940802B4 DE19940802A DE19940802A DE19940802B4 DE 19940802 B4 DE19940802 B4 DE 19940802B4 DE 19940802 A DE19940802 A DE 19940802A DE 19940802 A DE19940802 A DE 19940802A DE 19940802 B4 DE19940802 B4 DE 19940802B4
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catalytic converter
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Alfons-Martin Kreipp
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Audi AG
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Abstract

Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators, mit einer Energieversorgungseinheit (3, 4), um einer Heizvorrichtung (8) des Katalysators elektrische Energie zuzuführen,
und mit einer Steuereinrichtung (7), um durch Ansteuerung der Energieversorgungseinheit (3, 4) die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) an die Heizvorrichtung (8) des Katalysators einzustellen,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinheit (7) die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) in Übereinstimmung mit einer bestimmten, dem zu beheizenden Katalysator (8) zugeordneten zeitabhängigen Heizkennlinie einstellt.Arrangement for the electrical heating of a catalytic converter, with an energy supply unit (3, 4) in order to supply electrical energy to a heating device (8) of the catalytic converter,
and with a control device (7) for adjusting the energy output of the energy supply unit (3, 4) to the heating device (8) of the catalytic converter by controlling the energy supply unit (3, 4),
characterized,
that the control unit (7) adjusts the energy output of the energy supply unit (3, 4) in accordance with a specific time-dependent heating characteristic curve associated with the catalyst (8) to be heated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The 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 for exhaust gas purification used. Three-way reduction and oxidation catalysts are known. The pollutants contained in the exhaust gas can However, the catalyst can only be converted if the Temperature of the catalyst a certain minimum temperature in of the order of magnitude of approx. 250 ° C has reached. If the temperature of the catalyst is below this Activation temperature, the catalyst is not working.

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.To warmed up after starting the catalyst gradually through the exhaust gas of the engine and reached after a certain time the required activation temperature. However, if the engine temperature, such as. on cold start, is low, can be reached until the Activation temperature pass a relatively long period of time. Furthermore becomes a certain part of the exhaust gas temperature through the wall of the exhaust pipe absorbed.

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.Out for this reason, it has been proposed in motor vehicles next to one Underbody catalyst, which is usually in the vehicle area below the parking brake between the driver and the front passenger seat is to provide a catalytic converter close to the engine, which therefore has hotter exhaust air be fed can lead to faster heating and consequently faster Conversion effect leads.

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.always However, stricter emissions regulations require an even faster one Conversion and thus an even faster heating of the catalyst, to be reliable To ensure 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 10-15mm 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 12V angelegt, wodurch die Heizwirkung hervorgerufen wird. Der Innenwiderstand des E-Katalysators liegt z.B. in der Größenordnung von 0,1Ω.For this reason, the use of electrically heated catalysts is also known. For the sake of simplicity, hereinafter referred to as e-catalytic converter, the electrically heatable catalytic converter is generally disc-shaped with a thickness of 10-15 mm and is arranged in front of the catalytic converter near the engine. Inside is the e-catalyst, such as in the DE 196 40 577 A1 is described, formed by a spirally wound flat metal sheet, in the space between which a corrugated metal sheet is arranged. A supply voltage of, for example, 12V is applied to the ends of the flat metal sheet, which causes the heating effect. The internal resistance of the e-catalyst is, for example, in the order of 0.1Ω.

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.The It is known that the e-catalyst is supplied with energy via a Battery, which is used to heat the heater of the e-catalytic converter is created. By using such an e-catalyst can a faster heating and thus a significantly improved Conversion behavior can be achieved.

In den Druckschriften DE-C2-44 21 066 , JP-A-0 42 76 111 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 the pamphlets DE-C2-44 21 066 . JP-A-0 42 76 111 and EP-A-0 533 037 It is proposed to supply the heating device of the electrically heatable catalyst (e-catalyst) with energy via a capacitor. The capacitor can be separated from the heating device by a circuit breaker and charged via a DC / DC converter connected to the vehicle battery. When the capacitor has reached a sufficiently high charging voltage, the switch is closed and the capacitor discharges through the heating device of the e-catalytic converter, which heats it up. By using a capacitor as an energy store for the heating device of the e-catalytic converter, the response time of the e-catalytic converter can be shortened again and thus a faster conversion can be achieved by the e-catalytic converter.

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. 4s die Aktivierungstemperatur von ca. 250°C erreicht haben sollen.at The development of newer catalysts must be designed in this way be that they the currently required limit values for the pollutant content of the below the catalyzed exhaust air so that the catalytic converter the limit values even after aging caused by the operating time can adhere to. Currently, the development of electrically heated catalysts, which after approx. 4s should have reached the activation temperature of approx. 250 ° C.

In der Motortechnischen Zeitschrift 56 (1995) 9, S. 488 bis 498, wird eine Anordnung zum Aufheizen eines elektrisch beheizbaren Katalysators dargestellt, bei der die Katalysatortemperatur überwacht und auf die gewünschte Temperatur geregelt wird.In Motortechnische Zeitschrift 56 (1995) 9, pp. 488 to 498, an arrangement for heating an electrically heatable catalyst is shown, in which the catalyst temperature is monitored and checked for desired temperature is regulated.

Eine ähnliche Anordnung wird auch in der DE 198 04 098 A1 beschrieben. Auch hier wir die Temperatur des Katalysators gemessen und auf einen gewünschten Sollwert geregelt. Bei einem derartigen Verfahren ist in jedem Fall ein Regelkreis mit Sensoren zum schnellen Aufheizen des Katalysators nötig, was einen Hardware- und Schaltungsaufwand bedeutet. Zudem kann der anfängliche Wert der Energieabgabe weit unter dem tatsächlich benötigten Wert liegen, was zu einer Verzögerung des Aufheizvorgangs führen kann, bis der Regelkreis die Energieabgabe auf den tatsächlich benötigten Wert bringt.A similar arrangement is also used in the DE 198 04 098 A1 described. Here, too, the temperature of the catalyst is measured and regulated to a desired setpoint. In such a method, a control circuit with sensors for rapid heating of the catalytic converter is necessary in any case, which means a hardware and circuit outlay. In addition, the initial value of the energy output can be far below the actually required value, which can lead to a delay in the heating process until the control circuit brings the energy output to the actually required value.

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 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 high quality Ensure emission control.

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 Task will be according to the present Invention by an arrangement with the features of the 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 36V oder 42V 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 Energy supply unit of the heating arrangement the course over time the energy output to the heating device of the catalyst to be heated controls. The energy supply unit can in particular Vehicle battery and an associated and from a control device controllable DC / DC converter include. The use of a controllable DC / DC converter is particularly advantageous when connected to on-board electrical systems, those with a relatively high voltage, for example 36V or 42V operated so that with With the help of the DC / DC converter, the voltage required to operate the heating device Lowering the vehicle electrical system voltage is obtained as in this Case of the DC / DC converter compared to the case of increasing the Battery or vehicle electrical system voltage easier and cheaper can be designed. In these cases, it can be even cheaper A variant instead of a DC / DC converter is just a simple one electronically controllable switch, especially a low loss Semiconductor switch, used by the control device for clocking the power output to the heating device accordingly is controlled.

Die Ansteuerung der Energieversrogungseinheit durch die Steuereinrichtung erfolgt in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Heizkennlinie, 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 takes place in accordance with a predetermined heating characteristic curve which corresponds to that of the heating device of the catalyst to be heated as a function of time, the electrical to be supplied Defines amount of energy.

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. 8-9kW zuzuführen und anschließend die elektrische Heizleistung drastisch zu verringern, so daß die Heizleistung nach zwei Sekunden nurmehr ca. 1-2kW beträgt und nach fünf bis sechs Sekunden auf 0KW abgesunken ist.there the heating curve can in particular be such that already Most of the total heating energy is released within the first second becomes. According to a preferred embodiment suggested while the. power of the first second of the catalyst heater of about 8-9kW and subsequently to reduce the electrical heating output drastically, so that the heating output after two seconds is only about 1-2kW and after five to six Seconds has dropped to 0KW.

Durch die zeitliche Steuerung der Energieabgabe der Energieverorgungseinheit 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. 36V oder 42V) betrieben werden.By the timing of the energy delivery of the energy supply unit can be reached quickly and easily with simple and cheap means Activation temperature of the electrically heated catalyst achieved and thus a quick conversion and high quality exhaust gas cleaning guaranteed become. This applies in particular to On-board networks with relatively high voltages (e.g. 36V or 42V) 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 of a preferred embodiment described in more detail.

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

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

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

In 1 ist eine Anordnung zum elektrischen Beheizen eines elektrisch beheizbaren Katalysators (E-Katalysators) gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt.In 1 An arrangement for the electrical heating of an electrically heatable catalytic converter (e-catalytic converter) according to a preferred exemplary embodiment of the present invention is shown.

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 12V, 36V oder 42V bereitstellt. Von der Fahrzeugbatterie 3 wird dem E-Katalysator 8 elektrische Energie über einen DC/DC-Wandler 4 zugeführt. Des weiteren ist in 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.As a power supply unit for heating the one with the reference symbol 8th provided E-catalytic converter or, the heater of which serves the vehicle battery 3 of the corresponding motor vehicle, which for example provides a voltage of 12V, 36V or 42V. From the vehicle battery 3 becomes the e-catalyst 8th electrical energy via a DC / DC converter 4 fed. Furthermore, in 1 a generator 2 shown, which is used as an energy supply for the electrical system 1 of the motor vehicle or the consumers connected to it and for charging the vehicle battery 3 serves.

Der E-Katalysator kann beispielsweise wie in 2 gezeigt angeordnet sein, wobei in 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 can, for example, as in 2 shown to be arranged, wherein in 2 the construction of a catalytic converter close to the engine consisting of the e-catalytic converter 8th , a support catalyst 9 and a three-way catalyst 10 is shown. 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 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 in Übereinstimmung mit einer dem jeweiligen E-Katalysatortyp entsprechenden Heizkennlinie erfolgt. 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 controlled, which is also an integral part of the DC / DC converter 4 can be. The control unit 7 can by switching the DC / DC converter on and off 4 Start or interrupt the heating process specifically. The control of the DC / DC converter 4 by the control unit 7 on the other hand takes place in such a way that the temporal heating energy output of the DC / DC converter 4 to the e-catalyst 8th is set in a targeted manner, this being done in accordance with a heating characteristic curve corresponding to the respective e-catalytic converter type. The control unit is characterized by the heating curve 7 specified like the DC / DC converter 4 to be controlled depending on the time in order to realize the desired time course of the energy delivery.

Die Flexibilität der in 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 1 gezeigten Anordnung betrieben werden können.The flexibility of in 1 arrangement shown is increased when the control unit 7 a characteristic curve memory 5 is assigned in which the optimal heating characteristics are stored for different types of e-catalysts to be operated, so that different e-types of catalyst with the in 1 shown arrangement can be operated.

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 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 steurbaren Schalters 6 die Energieabgabe an den E-Katalysator 8 einzustellen.Is that from the vehicle battery 3 provided supply voltage greater than that for heating the e-catalyst 8th required voltage, can be used instead of the DC / DC converter 4 also just an in 1 Electronically controllable switch shown in dashed lines 6 , in particular a low-loss semiconductor switch, for clocking the energy output to the e-catalyst 8th be used. In this case too, the control takes place via the control unit 7 which is the switch 6 specifically switches on and off in accordance with a specific heating characteristic, in order to use the duty cycle between the on and off phases of the controllable switch 6 the energy output to the e-catalyst 8th adjust.

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) is for time-dependent adjustment of the energy output to the e-catalyst 8th the use of a voltage regulator with adjustable output voltage provided that the DC / DC converter 4 or the switch 6 replaced and depending on the control unit 7 the to the e-catalyst 8th sets the applied heating voltage.

Nachfolgend soll unter Bezugnahme auf 3 ein mögliches Ausführungsbeispiel für eine von der Steuereinheit 7 zu verwendende Heizkennlinie erläutert werden.The following is intended with reference to 3 a possible embodiment of one of the control unit 7 heating curve to be used are explained.

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.How already mentioned at the beginning has been one if possible rapid warming of the e-catalyst sought. An optimal solution would already be in the first second after starting the catalytic converter To conduct power into the catalytic converter, which for heating on the one hand the metal sheets of the e-catalyst and on the other hand the (at one Cold start) relatively cold exhaust gas from 20 ° C to 300 ° C is required. In the following Seconds would then have only the energy or power that is required to heat the Exhaust gas mass flow required from its current temperature to 300 ° C is. 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. 50g wiegt, wird für eine schlagartige Erwärmung auf 300°C eine Energie von ca. 7kWs benötigt. Wird des weiteren davon ausgegangen, daß der Abgasmassenstrom zeitlich konstant zusammengesetzt ist, ergibt sich für eine Zeitdauer von 10s nach Einschalten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs der in der folgenden Tabelle dargestellte beispielhafte Leistungsbedarf:

Figure 00090001
If it is assumed that the metal plate of the e-catalyst to be heated weighs approx. 50 g, an energy of approx. 7 kW is required for a sudden heating to 300 ° C. If it is further assumed that the exhaust gas mass flow has a constant composition over time, this results for a period of time 10s after switching on the internal combustion engine of the motor vehicle, the exemplary power requirement shown in the following table:
Figure 00090001

In 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 3 the time course of the sum (fifth column of the table) from the heating power required to heat the e-catalyst (third table column) and the heating power required to heat the exhaust gas (fourth table column) is plotted.

Der Darstellung von 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. 8-9kW, gemäß der obigen Tabelle insbesondere mit 8,59kW, beheizt, wobei bereits anschließend die Heizleistung stetig derart verringert werden kann, daß sie nach zwei Sekunden lediglich 1-2kW und nach ca. sechs Sekunden 0kW beträgt. D.h. bereits nach sechs Sekunden kann von der Steuereinheit 7 der Schalter 6 geöffnet werden. Die in 3 gezeigte und durch die obige Tabelle repräsentierte Heizkennlinie gewährleistet somit eine rasche Erwärmung des E-Katalysators 8 ohne unnötigen Energieverbrauch.The representation of 3 it can be seen that the clearly predominant part of the heating energy is released within the first two seconds. In particular, the e-catalytic converter is initially heated with a relatively high heating output of approx. 8-9kW, in particular 8.59kW according to the table above -2kW and after about six seconds it is 0kW. That means after only six seconds the control unit can 7 the desk 6 be opened. In the 3 The heating curve shown and represented by the table above thus ensures rapid heating of the e-catalytic converter 8th 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 DC/DC-Wandlers 4 wird ohne Berücksichtigung möglicher Istwerte bestimmter Betriebsparameter ausschließlich in Übereinstimmung mit der vorgegebenen Heizkennlinie eingestellt.When the DC / DC converter is controlled by the control unit 7 it can be a control in the true sense, ie the energy output of the DC / DC converter 4 is set without taking into account possible actual values of certain operating parameters only in accordance with the specified heating curve.

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 2 gezeigten Gesamtkatalysatoranordnung abgegebenen Abgasstroms erfaßt und der Steuereinheit 7 mitteilt. Insbesondere ist in diesem Fall die Verwendung einer 'schnellen' Lamdasonde 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 in Kombination mit der zuvor beschriebenen Steuerung 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 example, an exhaust gas sensor can be used for this purpose 11 , for example in the form of a lambda probe, can be provided, which the pollutant concentration of the e-catalyst 8th or the in 2 Total catalyst arrangement shown exhaust gas flow detected and the control unit 7 telling. 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. The control unit 7 In this case, it takes on the function of a controller and compares the actual value of the pollutant concentration supplied to it with a specifiable setpoint, depending on which control signal for the DC / DC converter 4 to generate the heating energy output. Additionally or alternatively, the temperature of the e-catalyst can also be used, for example 8th be recorded and evaluated. This regulation can be used in combination with the control described above, for example to adjust the settings of the DC / DC converter as a result of a predetermined heating curve 4 readjust.

Claims (5)

Anordnung zum elektrischen Beheizen eines Katalysators, mit einer Energieversorgungseinheit (3, 4), um einer Heizvorrichtung (8) des Katalysators elektrische Energie zuzuführen, und mit einer Steuereinrichtung (7), um durch Ansteuerung der Energieversorgungseinheit (3, 4) die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) an die Heizvorrichtung (8) des Katalysators einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (7) die Energieabgabe der Energieversorgungseinheit (3, 4) in Übereinstimmung mit einer bestimmten, dem zu beheizenden Katalysator (8) zugeordneten zeitabhängigen Heizkennlinie einstellt.Arrangement for the electrical heating of a catalytic converter, with an energy supply unit ( 3 . 4 ) to a heater ( 8th ) supply electrical energy to the catalytic converter, and with a control device ( 7 ) in order to control the power supply unit ( 3 . 4 ) the energy output of the energy supply unit ( 3 . 4 ) to the heating device ( 8th ) adjust the catalyst, characterized in that the control unit ( 7 ) the energy output of the energy supply unit ( 3 . 4 ) in accordance with a specific catalyst to be heated ( 8th ) sets the assigned time-dependent heating curve. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit einen von einer Versorgungsspannungsquelle (3) betriebenen DC/DC-Wandler (4) umfasst, dessen Energieabgabe an die Heizvorrichtung (8) durch die Steuereinrichtung (7) einstellbar ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit is one of a supply voltage source ( 3 ) operated DC / DC converter ( 4 ), whose energy output to the heating device ( 8th ) by the control device ( 7 ) is adjustable. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit einen mit einer Versorgungsspannungsquelle (3) verbundenen steuerbaren Schalter (6) umfasst, dessen Ein- und Ausschaltphasen von der Steuereinrichtung (7) zur Einstellung der Energieabgabe an die Heizvorrichtung (8) einstellbar sind.Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit with a supply voltage source ( 3 ) connected controllable switch ( 6 ), the switch-on and switch-off phases of the control device ( 7 ) for setting the energy output to the heating device ( 8th ) are adjustable. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgungseinheit einen Spannungsregler umfasst, dessen an die Heizvorrichtung (8) angelegte Ausgangsspannung durch die Steuereinrichtung (7) einstellbar ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the energy supply unit comprises a voltage regulator, which is connected to the heating device ( 8th ) applied output voltage by the control device ( 7 ) is adjustable. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinrichtung (7) ein Kennlinienspeicher (5) zugeordnet ist, in dem für verschiedene Katalysatortypen entsprechende Kennliniendaten betreffend die den unterschiedlichen Katalysatortypen zugeordneten Heizkennlinien gespeichert sind.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the control device ( 7 ) a characteristic curve memory ( 5 ) is assigned in which corresponding characteristic curve data relating to the heating characteristic curves assigned to the different catalytic converter types are stored for different catalytic converter types.
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