DE4100133A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrischen vorheizen eines bauteils eines kraftfahrzeuges, insbesondere eines katalysatorsystems - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrischen Vorheizen eines Bauteils eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines elektrisch beheizbaren Katalysatorsystems, wobei das Bauteil insgesamt für eine vorgebbare Heizperiode mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird.

Außerdem betrifft die Erfindung entsprechende Vorrichtungen zum elektrischen Vorheizen.

Das elektrische Vorheizen von Bauteilen, beispielsweise auch das Vorglühen von Dieselmotoren oder das Vorwärmen von Dieselkraftstoff bei sehr niedrigen Außentemperaturen, bedeutet einen erheblichen Verbrauch an elektrischer Energie, was gerade im Winter die für ein späteres Anlassen des Kraftfahrzeug- Motors noch vorhandene Energie verringert. Es ist daher wünschenswert, daß solche Vorheizvorgänge nicht unnötig und zu häufig ausgelöst werden. Andererseits ist es für den Komfort eines Kraftfahrzeugbenutzers nachteilig, wenn dieser vor dem Starten des Motors zunächst einige Zeit in seinem Fahrzeug warten muß, bis der Vorheizvorgang beendet ist. Wird bei einem Kraftfahrzeug beispielsweise das Anlassen des Motors so lange gesperrt, bis ein elektrisch beheizbarer Katalysator auf Betriebstemperatur ist, damit in der Kaltstartphase schon eine minimale Schadstoffemission erreicht wird, so beeinträchtigt dies durch die Wartezeit den Fahrkomfort.

Elektrisch beheizbare Katalysatorsysteme und Verfahren zu ihrem Betrieb sind beispielsweise in der WO 89/10 470 A1 oder der DE-A-22 51 631 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und entsprechender Vorrichtungen, welche ein elektrisches Vorheizen eines Bauteils nicht zu oft unnötig auslösen, jedoch die Wartezeit des Kraftfahrzeug-Benutzers weitestmöglich reduzieren.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Verfahren zum elektrischen Vorheizen eines Bauteils eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines elektrisch beheizbaren Katalysatorsystems, wobei das Bauteil insgesamt für eine vorgebbare Heizperiode mit einem elektrischen Strom beaufschlagt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die vorgebbare Heizperiode in eine Mehrzahl von Teilheizperioden unterteilt ist, wobei die Vorheizung für jede Teilheizperiode durch ein ihr zugeordnetes Sensorsignal eines Sensors oder eine ihr zugeordnete logische Verknüpfung einer Mehrzahl von Sensorsignalen von zwei oder mehreren Sensoren ausgelöst wird. Wie anhand der Zeichnung näher erläutert wird, spielt es bis auf ganz geringe Unterschiede bei den Verlusten keine Rolle, ob eine Vorheizperiode zusammenhängend oder unterteilt in mehrere Teilheizperioden ist. Die Unterteilung in Teilheizperioden bietet jedoch die Möglichkeit, das Vorheizen zumindest teilweise schon bei Auftreten bestimmter Sensorsignale zu beginnen, ohne daß jedoch von einem einzigen Signal schon der gesamte Energieverbrauch für die Vorheizung ausgelöst wird.

Besonders sinnvoll ist es dabei, daß die Sensorsignale durch Sensoren ausgelöst werden, welche auf das Vorbereiten einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch eine Einsteigende Person ansprechen, z. B. Sensoren am Türgriff, der Tür, dem Sitz, dem Gurtschloß und/oder dem Zündschloß. Würde man beispielsweise die vollständige Heizperiode durch einen Sensor am Türgriff auslösen, so würde man sehr häufig unnötig Energie verbrauchen, da nicht jedes Öffnen der Tür sicheres Anzeichen für eine Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges ist. Als Kompromiß zwischen Komfort und Energieeinsparung kann man jedoch beispielsweise beim Öffnen der Tür schon eine erste Teilheizperiode auslösen, der dann eine zweite Teilheizperiode folgt, wenn eine Person auf dem Fahrersitz Platz nimmt. Eine weitere Teilheizperiode kann beispielsweise durch das Schließen des Sicherheitsgurtes ausgelöst werden. Nur in den seltensten Fällen ist das Schließen des Sicherheitsgurtes kein Anzeichen für eine bevorstehende Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges. Ein weiterer Sensor kann beispielsweise im Zündschloß angeordnet sein.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn die Dauer der einzelnen Teilheizperioden, die durch Sensorsignale oder deren logische Verknüpfung ausgelöst werden, von der Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges bei Auftreten der betreffenden Sensorsignale abhängig gewählt wird. So sollte die Dauer der Teilheizperiode, die durch das Öffnen der Tür ausgelöst wird beispielsweise kleiner sein als die Dauer der Teilheizperiode die durch das Schließen des Sicherheitsgurtes ausgelöst wird. Die höchste Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Inbetriebnahme hat natürlich das Einstecken eines Schlüssels in das Zündschloß des Kraftfahrzeuges oder gar die Betätigung des Schlüssels. Betrachtet man typische Gesamtvorheizperioden von etwa 10 sec, so können diese in Form von Teilheizperioden schon abgelaufen sein, bevor eine Person tatsächlich den Zündschlüssel betätigt, um den Motor anzulassen.

Weitere Energieeinsparung kann dadurch erzielt werden, daß die gesamte Heizperiode nicht festgelegt ist, sondern von zusätzlichen Meßwerten, z. B. von einem Temperatursensor oder aus der Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges beeinflußt wird. Durch solche Meßwerte kann die momentane Temperatur des vorzuheizenden Bauteils und damit die noch notwendige Heizperiode bestimmt werden, wodurch unnötiger Energieverbrauch vermieden wird.

Bevorzugt gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren, bei dem die vorgebbare Heizperiode in mindestens drei Teilheizperioden unterteilt wird von denen eine durch einen Sitzsensor im Fahrersitz des Kraftfahrzeuges, eine durch einen Gurtschloßsensor dem Sicherheitsgurtschloß des Fahrers und eine durch einen Zündschloßsensor beim Einstecken oder betätigen des Zündschlüssels ausgelöst wird. Die Gesamtheizperiode kann beispielsweise 10 sec betragen, von denen 2 sec auf die erste Teilheizperiode, 3 sec auf die zweite Teilheizperiode und 5 sec auf die dritte Teilheizperiode entfallen.

Um mehrfaches unnötiges Heizen einzelner Teilheizperioden zu vermeiden, kann eine elektrische Logik vorgesehen werden, welche verhindert, daß eine durch ein Sensorsignal ausgelöste Teilheizperiode durch nochmaliges Ansprechen desselben Sensors wiederholt wird. Dies verhindert, daß beispielsweise bei Wartungs- oder Pflegearbeiten am Kraftfahrzeug durch mehrfaches Öffnen der Tür oder Einsteigen des Fahrers immer wieder unnötig Teilheizperioden ausgelöst werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrischen Vorheizen eines Bauteils eines Kraftfahrzeuges weist dementsprechend folgende Merkmale auf:

• a) im Kraftfahrzeug sind zwei oder mehrere Sensoren vorhanden, welche auf das Vorbereiten einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch eine einsteigende Person ansprechen;
• b) es ist eine Steuerelektronik vorhanden, welche mit den Sensoren und dem vorzuheizenden Bauteil verbunden ist, wobei die Steuerelektronik aufgrund der Signale der Sensoren die Beaufschlagung des Bauteils durch einen elektrischen Strom in zwei oder mehreren Teilheizperioden steuert. Dabei können insbesondere ohnehin im Fahrzeug vorhandene Sensoren (z. B. ein Kontakt zum Anschalten der Innenbeleuchtung beim Öffnen der Tür) in das System einbezogen werden. Die Steuerelektronik kann entsprechende Verknüpfungen von logischen Signalen vornehmen und ihnen Wahrscheinlichkeiten für die bevorstehende Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges zuordnen.

Hierfür kann die Steuerelektronik mindestens einen Mikroprozessor und Datenspeicher, sowie eine Leistungs­ elektronik zur Steuerung des das Bauteil vorheizenden elektrischen Stromes aufweisen. Die Verarbeitung von mehreren Signalen in einem Mikroprozessor ist im allgemeinen günstiger als eine analoge Schaltung.

Die Steuerelektronik kann zusätzlich mit weiteren Sensoren, z. B. Temperaturfühlern, verbunden sein, um die oben erwähnten Vorteile zu ermöglichen, daß bei der Bestimmung der gesamten Heizperiode die tatsächliche Temperatur des vorzuheizenden Bauteils berücksichtigt wird.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerelektronik auch mit der elektronischen Motorsteuerung des Kraftfahrzeuges verbunden sein, so daß von dort Daten über die Motortemperatur, die Umgebungstemperatur oder andere Betriebsbedingungen übernommen werden können.

Die vorliegende Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 die erfindungsgemäße Anordnung von Sensoren in einem Kraftfahrzeug,

Fig. 2 die elektrische Schaltung der Sensoren und der übrigen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 3 ein Diagramm zum zeitlichen Verlauf des Heizstromes I und der Temperatur T eines vorheizbaren Katalysators.

Fig. 1 zeigt schematisch den vorderen Teil eines Kraftfahrzeuges 1, unter dessen Bodenwanne ein elektrisch beheizbarer Katalysator 2 angeordnet ist zur Reinigung der Abgase des Verbrennungsmotors 3. Der Verbrennungsmotor 3 wird von einer Motorsteuerung 4 gesteuert. Eine Steuerelektronik 5 steuert den elektrischen Strom I, mit welchem der Heizkatalysator 2 aus der Batterie 6 aufgeheizt wird. In oder an der Fahrgastzelle des Fahrzeuges sind verschiedene Sensoren angeordnet, welche die Vorbereitung der Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges durch eine einsteigende Person registrieren können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind ein Sitzsensor 7, ein Gurtschloßsensor 8, ein Zündschloßsensor 9, ein Türsensor 10 und ein Türgriffsensor 11 vorhanden.

Wie aus Fig. 2 schematisch zu erkennen ist, stehen die Sensoren 7, 8, 9, 10, 11 mit einem zur Steuerelektronik 5 gehörenden Mikroprozessor 51 in Verbindung, welcher die Sensorsignale elektronisch verarbeitet. Der Mikroprozessor 51 ist mit Datenspeichern 52 verbunden und wirkt auf eine Leistungselektronik 53, welche den Strom I von der Batterie 6 zum Heizkatalysator 2 steuert. Die Steuerelektronik 5 kann zusätzlich mit weiteren Sensoren, beispielsweise einem Temperatursensor 12, in Verbindung stehen. Auch eine Übernahme von Daten aus der Motorsteuerung 4 und damit vom Zustand des Verbrennungsmotors 3 ist möglich. Auch umgekehrt können gegebenenfalls Daten aus der Steuerelektronik 5 bei der Motorsteuerung 4 verarbeitet werden; beispielsweise kann der Start des Verbrennungsmotors blockiert werden, bis die Steuerelektronik 5 die Information liefert, daß der Heizkatalysator 2 seine Betriebstemperatur erreicht hat.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm das Verhalten des elektrischen Stromes I und der Temperatur T des Heizkatalysators beim Aufheizen in verschiedenen Teilheizperioden TP1, TP2, TP3. Auf der x-Achse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen; die y-Achse gibt den elektrischen Strom I in Ampere bzw. die Temperatur T in Grad Celsius an. Zum Zeitpunkt t1, beispielsweise beim Ansprechen des Sitzsensors 7 wird der Strom I für eine Teilheizperiode TP1 von 2 sec eingeschaltet. Diese Teilheizperiode TP1 endet bei t2. Während der Teilheizperiode TP1 steigt die Temperatur T des Heizkatalysators etwa linear an und fällt in der anschließenden Heizpause wieder etwas ab. Zum Zeitpunkt t3, beispielsweise beim Ansprechen des Gurtschloßsensors 8, beginnt eine zweite Teilheizperiode TP2 von etwa 3 sec, die zum Zeitpunkt t4 beendet ist. Nach einem zwischenzeitlichen Abfall der Temperatur T folgt eine dritte Teilheizperiode TP3, die zum Zeitpunkt t5, beispielsweise beim Ansprechen des Zündschloßsensors 9, beginnt. Innerhalb dieser letzten Teilheizperiode steigt die Temperatur T des Heizkataly­ sators auf einen Wert oberhalb der Anspringtemperatur T_S der katalytischen Reaktion an. Damit kann eine Startfreigabe für den Verbrennungsmotor 3 erfolgen, so daß nach Beendigung der letzten Teilheizperiode TP3 beim Starten des Verbrennungsmotors 3 unmittelbar die katalytische Umsetzung schädlicher Abgase einsetzten kann. Der Fahrer des Kraftfahrzeuges 1 braucht keine zusätzliche Wartezeit für das Vorheizen des Katalysators in Kauf zu nehmen. Andererseits wird nicht jedesmal die volle Heizenergie für den Katalysator verbraucht, wenn eine Person nur in das Fahrzeug einsteigt, ohne tatsächlich den Motor anzulassen. Im allgemeinen führt dies nur zur einmaligen Auslösung der ersten Teilheizperiode TP1.

Claims (9)

1. Verfahren zum elektrischen Vorheizen eines Bauteils (2) eines Kraftfahrzeuges (1), insbesondere eines elektrisch beheizbaren Katalysatorsystems (2), wobei das Bauteil (2) insgesamt für eine vorgebbare Heizperiode (P) mit einem elektrischen Strom (I) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Heizperiode (P) in eine Mehrzahl von Teilheizperioden (TP1, TP2, TP3) unterteilt ist, wobei die Vorheizung für jede Teilheizperiode (TP1, TP2, TP3) durch ein ihr zugeordnetes Sensorsignal eines Sensors (7, 8, 9, 10) oder eine ihr zugeordnete logische Verknüpfung einer Mehrzahl von Sensorsignalen von zwei oder mehreren Sensoren (7, 8, 9, 10) ausgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorsignale durch Sensoren (7, 8, 9, 10) ausgelöst werden, welche auf das Vorbereiten einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges (1) durch eine einsteigende Person ansprechen, z. B. Sensoren am Türgriff (11), der Tür (12), dem Sitz (7), dem Gurtschloß (8) und/oder dem Zündschloß (9).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Teilheizperioden (TP1, TP2, TP3), die durch Sensorsignale oder deren logische Verknüpfung ausgelöst werden, von der Wahrscheinlichkeit einer bevorstehenden Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges (1) bei Auftreten der betreffenden Sensorsignale abhängig gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vorgabe der gesamten Heizperiode (P) zusätzliche Meßwerte, z. B. von einem Temperatursensor (12) und aus der Motorsteuerung (4) des Kraftfahrzeuges (1) herangezogen werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgebbare Heizperiode (P), von z. B. 10 sec, in mindestens drei Teilheizperioden (TP1, TP2, TP3) unterteilt wird, von denen eine, z. B. etwa 2 sec., durch einen Sitzsensor (7) im Fahrersitz des Kraftfahrzeuges (1), eine, z. B. etwa 3 sec, durch einen Gurtschloßsensor (8) im Sicherheitsgurtschloß des Fahrers und eine, z. B. etwa 5 sec, durch einen Zündschloßsensor (9) beim Einstecken oder Betätigen des Zündschlüssels ausgelöst wird.

6. Vorrichtung zum elektrischen Vorheizen eines Bauteils (2) eines Kraftfahrzeuges (1), insbesondere eines elektrisch beheizbaren Katalysatorsystems (2) wobei das Bauteil (2) insgesamt für eine vorgebbare Heizperiode (P) mit einem elektrischen Strom (I) beaufschlagt wird, mit folgenden Merkmalen:

• a) im Kraffahrzeug (1) sind zwei oder mehr Sensoren (7, 8, 9, 10, 11) vorhanden, welche auf das Vorbereiten einer Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges (1) durch eine einsteigende Person ansprechen;
• b) es ist eine Steuerelektronik (5) vorhanden, welche mit den Sensoren (7, 8, 9, 10, 11) und dem vorzuheizenden Bauteil (2) verbunden ist, wobei die Steuerelektronik (5) aufgrund der Signale der Sensoren (7, 8, 9, 10, 11) die Beaufschlagung des Bauteils (2) durch einen elektrischen Strom (I) in zwei oder mehreren Teilheizperioden (TP1, TP2, TP3) steuert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (5) mindestens einen Mikroprozessor (51) und Datenspeicher (52) und eine Leistungselektronik (53) zur Steuerung des das Bauteil (2) vorheizenden elektrischen Stroms (I) umfaßt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik mit weiteren Sensoren (12) , z. B. Temperaturfühler, verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (5) mit der elektronischen Motorsteuerung (4) des Kraftfahrzeuges (1) verbunden ist.