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WO2022112014A1 - Verfahren und vorrichtung zum elektrischen beheizen eines abgaskatalysators - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum elektrischen beheizen eines abgaskatalysators Download PDF

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Publication number
WO2022112014A1
WO2022112014A1 PCT/EP2021/081397 EP2021081397W WO2022112014A1 WO 2022112014 A1 WO2022112014 A1 WO 2022112014A1 EP 2021081397 W EP2021081397 W EP 2021081397W WO 2022112014 A1 WO2022112014 A1 WO 2022112014A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
catalytic converter
mass flow
exhaust gas
temperature
air mass
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/081397
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Kleiner
Erwin Achleitner
Hendra Kurniawan
Soufiane KOLODZIEJ
Original Assignee
Vitesco Technologies GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vitesco Technologies GmbH filed Critical Vitesco Technologies GmbH
Priority to CN202180079345.9A priority Critical patent/CN116583661A/zh
Priority to US18/254,518 priority patent/US11905871B2/en
Priority to KR1020237018506A priority patent/KR20230096104A/ko
Publication of WO2022112014A1 publication Critical patent/WO2022112014A1/de

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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for electrically heating an exhaust gas catalytic converter of an internal combustion engine.
  • Exhaust gas catalytic converters are used for this purpose, in which a chemical conversion of combustion pollutants is carried out by oxidation or reduction of the respective pollutant.
  • the exhaust gas catalytic converters have active catalytic areas in which the chemical conversion—catalysis—takes place.
  • the necessary operating temperature is mostly in a fuel and coating-dependent range starting at around 300 °C to around 600 °C. Since the catalysis that is carried out in the catalysis area generally requires a certain minimum temperature, also known as the light-off temperature, for effective exhaust aftertreatment, it is among the expected further reductions in the permitted pollutant emission limits below the real ones Driving conditions, the so-called "Real Driving Emissions" necessary to ensure the fastest possible heating of the largest possible catalytic converter volume, at least up to the light-off temperature.
  • combustion-technical measures can be carried out, ie measures in which the internal combustion engine is operated in such a way that the waste heat from the internal combustion engine can be used to quickly heat up the exhaust gas catalytic converter.
  • this usually leads to higher fuel consumption and can extend the period after a cold start of the combustion engine. machine in which the catalytic converter is not yet working and increased amounts of pollutants are emitted can only be shortened, but not eliminated.
  • Exhaust gas catalytic converters of this type have their own electrical heating device, which is fed, for example, from the on-board electrical system of a motor vehicle equipped with the internal combustion engine and which can heat up the exhaust gas catalytic converter to the desired operating temperature.
  • An advantage of an electrically heatable exhaust gas catalytic converter is that the exhaust gas catalytic converter can be brought to operating temperature in a so-called catalytic converter cold phase without the internal combustion engine being operated, ie for example before the internal combustion engine is started. This means that the pollutants are already converted when the internal combustion engine is started.
  • the entire volume of the catalytic converter substrate ie the entire catalytically active surface, must be brought to the operating temperature, but at least to the light-off temperature.
  • a larger catalytic converter volume is required for the conversion of the NOx emissions than for the conversion of the pollutants CO and HC.
  • EHC Electrically Heated Catalyst or E-KAT
  • the electric heating device is implemented, for example, in the form of one or more electric heating disks through which the gas/exhaust gas can flow, which convert electrical power into heating cables and which are in the immediate vicinity are arranged to a self unheated catalyst substrate.
  • an electric heating disc has a comparatively small volume and the inner surface of the heating disc itself also has a catalytic coating, this catalytic surface is heated up directly, ie on site and very quickly.
  • the comparatively small active catalytic surface area of the heated disk can possibly be sufficient, at least in a starting mode of the internal combustion engine characterized by low load, to reduce the pollutants in this phase permissible amount, but it is also important to heat the rest of the catalyst substrate as quickly and as completely as possible to the operating temperature. This takes place during the heating-up phase, before the internal combustion engine is started, almost exclusively by thermal radiation, which only allows limited heat transfer. After the internal combustion engine has started, the rest of the catalytic converter substrate is heated up by the exothermic conversion reaction of the exhaust gases, which starts in the heated window.
  • Document DE 10 2019 219 906 A1 discloses a method for heating a catalytic converter arranged in an exhaust system of a motor vehicle, in which secondary air can be fed into the exhaust system upstream of the catalytic converter.
  • secondary air can be fed into the exhaust system upstream of the catalytic converter.
  • That part of the catalytic converter that is below the light-off temperature does not contribute to the conversion. It is therefore the goal of efficient and rapid heating of an exhaust gas catalytic converter to keep the area below the light-off temperature as small as possible. Furthermore, the heating device, generally the heating disc, should be brought to the light-off temperature very quickly in order to enable the exhaust gas components to be converted immediately when the internal combustion engine is started.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for heating and a device for an electrically heatable exhaust gas catalytic converter for a Provide internal combustion engine, the cold start behavior is improved, so that it can be operated particularly quickly and efficiently and has improved conversion behavior, especially in the starting phase of the internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and a device for carrying out the method for heating up an exhaust gas catalytic converter which is arranged in an exhaust line of an internal combustion engine and has an electric heating device.
  • a secondary air mass flow can be fed into the exhaust tract at a point upstream of the exhaust gas catalytic converter using an air conveying device, and the electric heating device is activated with a predetermined heating output before the internal combustion engine starts.
  • the catalytic converter temperature is monitored and, after the heating device has been activated, until the catalytic converter temperature has reached a predetermined first threshold value, no secondary air mass flow or a secondary air mass flow with a first delivery quantity is fed into the exhaust tract and after the catalyst temperature has reached the predetermined first threshold value, the secondary air mass flow is fed into the exhaust tract at a second delivery rate that is greater than the first delivery rate.
  • the method according to the invention results in optimal use of electrical energy in order to heat the electrically heated exhaust gas catalytic converter (EHC) before the internal combustion engine is started to such an extent that a high conversion rate of the pollutants is ensured even when the internal combustion engine is started.
  • EHC electrically heated exhaust gas catalytic converter
  • the method opens up the possibility of being able to operate the heating device with increased heat output right from the start and before the internal combustion engine is started, without risking overheating and thus thermal damage to the catalytic substrate. This is achieved by that until the first predetermined threshold value of the catalytic converter temperature is reached, which is set for example in the range of the light-off temperature, no secondary air mass flow or only a small secondary air mass flow is supplied in order to ensure that this threshold value is reached as quickly as possible.
  • the area of the exhaust gas catalytic converter close to the heating device is also effectively heated by convection by radiation and when there is a secondary air mass flow with a first, comparatively low flow rate.
  • the delivery quantity of the secondary air mass flow is reduced to a first delivery rate significantly increased value raised. This increases the convective heat transport from the heating device to the remaining substrate volume of the exhaust gas catalytic converter when the temperature is already elevated, and thus a rapid introduction of heat into the catalytic converter substrate.
  • the secondary air mass flow improves the thermal coupling between the heating device and the catalyst substrate and thus also the measurement of the catalyst temperature in the area near the heating device.
  • the specification of the delivery quantity of the secondary air mass flow is decisive for the size of the activated catalyst volume (catalysis area) at the time the internal combustion engine is started.
  • the part of the exhaust gas catalytic converter that is above the light-off temperature, typically 300° C., at the time the internal combustion engine is started can be expanded compared to known heating strategies. That part of the catalytic converter that is below this temperature does not contribute to the conversion. It is therefore the goal of efficient and rapid heating of an exhaust gas catalytic converter to keep the area below the light-off temperature as small as possible.
  • the heating device usually the heating pane, should be brought to the start temperature very quickly in order to immediately to enable the exhaust gas components to be converted when the internal combustion engine is started.
  • An advantageous development of the method is characterized in that as soon as the catalyst temperature reaches an upper limit value, the heating output of the heating device is reduced and then regulated in such a way that a specified working temperature of the exhaust gas catalyst is greater than the predetermined first threshold value of the catalyst temperature and smaller than the upper limit, is not fallen below. In this way it is ensured that the energy consumption of the heating device is limited to the required level and no valuable energy, for example from the electrical system of a motor vehicle, is wasted.
  • the delivery quantity of the secondary air mass flow fed into the exhaust gas duct is regulated as a function of a control sensor arranged downstream of the exhaust gas catalytic converter in the exhaust gas duct such that a The air ratio, l, present downstream of the catalytic converter approaches the stoichiometric value 1.
  • a nitrogen oxide sensor, a lambda sensor or an ammonia sensor, for example, which is arranged downstream of the catalytic converter, can serve as the control sensor. This avoids excess oxygen in the exhaust gas, which could have a negative impact on NOx emissions. Furthermore, this makes it possible to keep the exhaust gas catalytic converter at the operating temperature during operation of the internal combustion engine in conjunction with a variation in the fuel supply, without having to draw electrical energy from the vehicle electrical system.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized in that the light-off temperature or the light-off temperature of the exhaust gas catalytic converter is predetermined as the first threshold value for the catalytic converter temperature. This ensures that the heating device, which also has a catalytic coating, and the areas of the catalyst substrate close to the heating device quickly at least reach the light-off temperature before the internal combustion engine is started.
  • the first delivery rate of the secondary air mass flow is a function of the at Activating the heater present catalyst temperature set. This has a particularly advantageous effect when the internal combustion engine is operated in "start-stop mode", ie with frequent intermediate stop phases through phasing coasting operation, all-electric operation or traffic light stops of the motor vehicle. In these cases, the electrical heating often starts at a higher level than with a cold start. In order to accelerate the heating process, a higher first delivery quantity of the secondary air mass flow can be used here, if necessary, than in the case of a cold start.
  • the first delivery rate of the secondary air mass flow can be specified with a value between 0.2 kg/h and 5 kg/h and the second delivery rate of the secondary air mass flow can be a value between 10 kg/h and 40 kg/h can be specified.
  • a larger first and second delivery quantity of the secondary air mass flow can in principle also be set. This enables the heating process to be optimized with regard to the structural and performance-related boundary conditions of the respective application.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that an electrically drivable air conveying device is used as the air conveying device, which can be electronically controlled or regulated with regard to its conveying capacity. This enables economical and precise use and a controlled or regulated delivery rate of the secondary air mass flow.
  • the delivery quantity of the secondary air mass flow fed into the exhaust tract can be varied by means of electronically controllable delivery capacity of the electrically drivable air delivery device and/or an electronically controllable air valve (71).
  • the unfired internal combustion engine itself can be used as an air conveying device that is towed by an electric machine.
  • This method takes advantage of the fact that a Reciprocating piston machine by means of an external drive, here for example a starter generator or starter which is coupled to the internal combustion engine and is present in any case, can also be operated as a compressor, ie as a pump.
  • the device according to the invention for heating up an exhaust gas catalytic converter which is arranged in an exhaust tract of an internal combustion engine and which has an electric heating device and a temperature sensor arranged in an area of the exhaust gas catalytic converter which is close to the heating device, the device having an air conveying device with the aid of which a secondary air mass flow into the The exhaust tract can be fed to a point upstream of the exhaust gas catalyzer and has an electronic control device which is designed and set up to control a method according to the invention as described above.
  • the device according to the invention results in an optimal use of electrical energy in order to heat the electrically heated exhaust gas catalytic converter (EHC) before the internal combustion engine is started to such an extent that a high conversion rate of the pollutants is ensured even when the internal combustion engine is started .
  • EHC electrically heated exhaust gas catalytic converter
  • a comparatively large catalyst volume or the catalyst area 39 can be activated in a short time.
  • 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system
  • 2 shows a diagram of various operating parameters when carrying out the method according to the invention
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 10, an electric machine 50 drivingly connected to the internal combustion engine 10, an intake tract 15, an engine block 20 with a plurality of cylinders (not designated in more detail) and an exhaust line 25 in which an exhaust gas aftertreatment system 30 is arranged , or which extends through the exhaust aftertreatment system 30 therethrough.
  • An intake air mass flow ALM which can also be referred to as primary air mass flow, is supplied to internal combustion engine 10 via intake tract 15, and fuel is supplied, for example, via a fuel injection system (not shown here). In the individual cylinders, the fuel is combusted with the intake air mass flow ALM and expelled from the internal combustion engine 10 into the exhaust line 25 as the exhaust gas mass flow AGM.
  • the exhaust gas aftertreatment system 30 has an exhaust gas catalytic converter 35, among other things. Based on the exhaust gas mass flow AGM downstream of the exhaust gas catalytic converter 35, further exhaust gas aftertreatment components 40 are optionally provided in the exhaust line 25, of which only one is shown as an example.
  • a three-way catalytic converter, an SCR catalytic converter for a selective catalytic reduction, diesel particulate filter, SCR-coated diesel particulate filter, petrol particulate filter, NOx catalytic converter (LNT lean NOx trap) are mentioned as possible exhaust gas aftertreatment components 40 at this point.
  • the exhaust gas catalytic converter 35 is designed as an electrically heatable catalytic converter and comprises a jacket tube 36 which encloses a catalytic area 39 which has a catalytic converter substrate. Seen in the flow direction of the exhaust gas, an electric heating device 37 is arranged upstream, ie in front of the catalysis area 39 .
  • the catalytic area 39 serves to catalytically treat or oxidize or reduce the exhaust gas of the internal combustion engine 10 present in the exhaust line 25 so that the exhaust gas can be discharged into the environment largely free of pollutants.
  • the heating device 37 is preferably designed as a heating disc and can extend completely or almost completely over the diameter of the interior of the casing tube 36, i.e. over the entire or almost the entire end face of the catalyst substrate, so that when the heating disc is heated, a large amount of thermal energy is used to heat the catalytic area 39 or the catalyst substrate and can be transferred to the catalyst substrate.
  • a so-called supporting catalyst 38 can be provided, for example upstream of the heating device 37, which supports or carries the heating device 37 or the heating pane.
  • a temperature sensor 45 is arranged in the catalytic area 39 near the heating device 37, which continuously records the temperature in the catalytic area 39 near the heating device 37 during operation and can therefore provide information about the temperature of the catalyst substrate at this point or in connection with model calculations for the heat input and the temperature distribution can at least approximately determine the temperature distribution in the catalyst substrate.
  • the secondary air mass flow SLM is introduced into the exhaust tract 25 by means of an electronically controllable, usually also electrically driven, air conveying device 70 and an air supply nozzle 72 .
  • An electronically controllable air valve 71 which is arranged downstream of the air conveying device 70, serves to additionally release and shut off or to meter the secondary air mass flow SLM.
  • a control sensor 47 is arranged in the exhaust line 25 downstream of the exhaust gas catalytic converter 35 .
  • a lambda sensor but also, for example, a nitrogen oxide sensor, or an ammonia sensor, which is arranged downstream of the exhaust gas catalytic converter 35 , can serve as the control sensor 47 .
  • the secondary air mass flow can be regulated in such a way that an air ratio, l, present downstream of the exhaust gas catalytic converter (35) approaches the stoichiometric value 1.
  • the electric machine 50 coupled to the internal combustion engine 10 is, for example, a starter generator or an electric motor auxiliary drive used as part of a hybrid drive solution.
  • an electronic control unit (ECU) 60 which can receive input signals ES and output output signals AS depending on the input signals ES and a work program stored in the control unit 60 .
  • Input signals ES are, for example, supplied by the temperature sensor 45 and the control sensor 47, as shown here with dashed arrows.
  • Output signals AS are output to the electric machine 50, the air conveying device 70, the air valve 71 and, last but not least, to the electric heating device 37 for their control or regulation.
  • other actuators and sensors can be provided, for example for controlling internal combustion engine 10 and other components of the exhaust system, such as exhaust gas recirculation.
  • At least the heating device 37 and the air conveying device 70 and possibly the air valve 71 can be actively controlled by the control device 60 according to the method according to the invention depending on the signals from the temperature sensor 45 .
  • the electronic control device 60 can be designed as a separate catalytic converter heating control device or can be integrated into an engine control unit for the internal combustion engine 10 .
  • the heating device 37 If the heating device 37 is supplied with energy, it heats up and transfers its thermal energy to the catalytic area 39 of the exhaust gas catalytic converter 35. According to the invention, the electric heating device 37 is activated before the start of the internal combustion engine 10 with a predetermined heat output HL. At the same time, the catalytic converter temperature KT is monitored in a region of the exhaust gas catalytic converter 35 close to the heating device 37 by means of the temperature sensor 45 .
  • the temperature rise in the entire catalytic area 39 can be determined, for example, by means of modelling, with the input variables such a model, for example, the measured values of the temperature sensor 45 and the thermal mass of the catalytic area 39 or the catalyst substrate and the energy for evaporating the water that is stored in the coating of the catalyst substrate can be used.
  • no secondary air mass flow SLM or a secondary air mass flow SLM with a first delivery quantity is fed into the exhaust tract 25 in a period after the activation of the heating device 37 until the catalytic converter temperature KT has reached a predetermined first threshold value SW1.
  • a secondary air mass flow SLM supplied in the period until the first threshold value SW1 is reached with a relatively small delivery rate, for example between 0.2 kg/h and 5 kg/h, can prevent heat transfer to the catalyst substrate and a reliable temperature measurement using temperature sensor 45 be beneficial in the exhaust gas catalytic converter 35 without significantly slowing down a rapid rise in temperature in the heating device 37 itself and in its surroundings in the catalytic converter substrate.
  • the secondary air mass flow SLM is increased at a second delivery rate that is significantly higher than the first delivery rate. in an order of magnitude between 10-40kg/h, fed into the exhaust tract 25.
  • FIG. 2 the heating strategy according to the invention for the exhaust gas catalytic converter is shown using three corresponding diagrams with the time profiles of the relevant operating variables heating output HL, catalytic converter temperature KT and secondary air mass flow rate SLM.
  • the diagram arranged at the top shows the course of the electrical power for the electrical heating device 37 of the exhaust gas catalytic converter 35 over time
  • the diagram arranged in the middle shows the course of the catalyst temperature in an area of the exhaust gas catalytic converter 35 close to the heating device 37
  • the diagram arranged below shows the course of the Flow rate of the secondary air mass flow SLM.
  • an exhaust gas catalytic converter 35 which is arranged in an exhaust line 25 of an internal combustion engine 10 and has an electric heating device 37, with the aid of an air conveying device 70 being able to feed a secondary air mass flow SLM into the exhaust gas line 25 at a point upstream of the exhaust gas catalytic converter 35 the catalytic converter temperature KT is monitored in an area of the exhaust gas catalytic converter 35 close to the heating device 37, and the electric heating device 37 is activated before the start of the internal combustion engine 10 with a predetermined heating output HL.
  • the heating device 37 is activated with the specified heating power HL, here for example 4 kW. This point in time thus marks the beginning of the procedure. Prior to this point in time, the heating device 37 is deactivated and the heating output HL shown in the upper diagram remains at the value 0. The air conveying device 70 is also deactivated up to the point in time t1 and the delivery quantity of the secondary air mass flow remains at the value 0.
  • the value in the middle diagram The catalytic converter temperature shown is already monitored prior to time t1 or detected at the latest at time t1 and, in the case of a cold start of internal combustion engine 10, is at the level of the ambient temperature, as shown here.
  • the catalytic converter temperature KT can also be at a higher level at the point in time t1 if the internal combustion engine 10 was already in operation shortly beforehand and has not completely cooled down.
  • Time t1 can be triggered by an event that is indicative of an imminent start of internal combustion engine 10 .
  • a corresponding event that can be used for a possible start of the internal combustion engine is when the internal combustion engine 10 is operated in a motor vehicle, for example the opening of the driver's door, an opening actuation of the door lock, an occupancy signal from the driver's seat or similar preparatory measures.
  • the processing of the corresponding signals and the activation of the corresponding functions, for example the heating device 37 and the air conveying device 70, are carried out by means of the electronic control device 60.
  • the catalyst temperature KT begins to rise rapidly until, at the end of the first time period after the activation of the heater 37, it reaches the predetermined first threshold value SW1 at time t2, which in this example is 300°C. This corresponds approximately to the activation temperature or the light-off temperature of the catalytic converter area 39.
  • the first threshold value SW1 can also be predetermined to be higher or lower.
  • air conveying device 70 is activated in such a way that a secondary air mass flow SLM with a first conveying quantity, in this example 2 kg/h, is fed into exhaust tract 25.
  • a secondary air mass flow SLM with a first conveying quantity in this example 2 kg/h
  • the first delivery quantity can preferably have a value between 0 (i.e. no secondary air mass flow) and 5 kg /h or up to 10 kg/h can be specified. It is also possible to control the first delivery quantity of the secondary air mass flow SLM depending on the gradient of the temperature increase in the catalyst temperature KT within the first time period (t1 to t2) in order to ensure a uniform increase in the catalyst temperature KT.
  • the secondary air mass flow SLM is fed into the exhaust tract 25 at a second delivery rate, which is greater than the first delivery rate, here for example 10 kg/h.
  • the second delivery rate can preferably be specified with a value between 10 and 40 kg/h or even up to 60 kg/h. It is also possible here to regulate the first delivery quantity of the secondary air mass flow SLM as a function of the gradient of the temperature rise in the catalyst temperature KT within the second time period (t2 to t3) in order to ensure a uniform rise in the catalyst temperature KT.
  • the corresponding control or regulation of the secondary air mass flow is made possible, for example, by the fact that the air conveying device 70 and/or possibly also the air valve 71 can be driven electrically and their conveying capacity can be controlled or regulated electronically.
  • the catalytic converter temperature KT While maintaining the constant heating output HL after the increase in the secondary air mass flow SLM at time t2, the catalytic converter temperature KT continues to rise continuously, according to the example shown. However, due to the increased heat transport due to the increased secondary air mass flow SLM into the catalytic area 39, the catalytic converter temperature KT increases from time t2 with a lower gradient than before until the specified upper limit value OGW of the catalytic converter temperature is reached at time t3. This results in a rapid increase in the volume of the catalytic area or the catalytic converter substrate that has been heated to the light-off temperature and is therefore catalytically active.
  • the level of the default value of the upper limit value OGW of the catalytic converter temperature depends on the design and coating, ie on the type and design of the exhaust gas catalytic converter 35 and is 600° C. in this example.
  • the heating output of the heating device 37 is reduced to such an extent when the catalytic converter temperature KT reaches the upper limit value OGW and is then regulated in such a way that a predetermined Working temperature AT of the exhaust gas catalytic converter 35 is not fallen below and the upper limit value OGW is not exceeded, the working temperature KT being greater than the predetermined first threshold value SW1 and smaller than the upper limit value OGW.
  • the working temperature AT is preferably selected in such a way that the catalytic area 39 works with maximum efficiency.
  • the second delivery quantity of the secondary air mass flow SLM is kept at the set level in order to ensure that the catalysis area 39 is heated through as quickly as possible to the level of the working temperature AT.
  • the heating output is reduced or regulated, for example, by means of a clocked electrical control or in the manner of pulse width modulation (PWM) of the heating device, so that the working temperature AT is maintained or regulated.
  • PWM pulse width modulation
  • the catalytic converter temperature KT is greater than or equal to the working temperature AT or at the level of the working temperature.
  • the delivery quantity of the secondary air mass flow SLM fed into the exhaust tract 25 is regulated as a function of the control sensor 47 arranged downstream of the exhaust gas catalytic converter 35 in the exhaust gas tract 25, such that an air ratio, l, present downstream of the exhaust gas catalytic converter 35, approaches the stoichiometric value 1 approximates.
  • the exhaust gas catalytic converter is kept at the level of the working temperature AT by the hot exhaust gas mass flow AGM and the heat output of the heating device, in a manner known per se by means of corresponding activation of the internal combustion engine 10 37 can be lowered further or deactivated completely, as shown in the upper diagram in FIG.
  • the conveyed quantity of the secondary air mass flow can be effected by regulating the speed of the same or by means of a continuously adjustable air valve 71 downstream.
  • the air mass flow can be generated by the unfired internal combustion engine 10 itself instead of by a separate air conveying device.
  • the internal combustion engine 10 is driven by an electric machine 50, for example a starter generator or an electric auxiliary drive, ie it is dragged and as a result works as it were as a piston compressor.
  • the conveying quantity of the secondary air mass flow SLM can be adjusted, for example, by regulating the speed of the electric machine 50 . In this case, the secondary air mass flow SLM on the path of
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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Beheizen eines Abgaskatalysators Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufheizen eines, in einem Abgasstrang (25) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten, eine elektrische Heizeinrichtung (37) aufweisenden Abgaskatalysators (35) angegeben, wobei mit Hilfe einer Luftfördereinrichtung (70) ein Sekundärluft-Massenstrom (SLM) in den Abgastrakt (25) an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators (35) zuführbar ist, und die elektrische Heizeinrichtung (35) zeitlich vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine (10) aktiviert wird. Die Temperatur des Abgaskatalysators (35) wird überwacht und kein Sekundärluft-Massenstrom (SLM) oder ein Sekundärluft-Massenstrom (SLM) mit einer ersten Fördermenge wird in den Abgastrakt (25) zugeführt, bis die Katalysatortemperatur (KT) einen vorgestimmten ersten Schwellenwert (SW1) erreicht hat und nachdem die Katalysatortemperatur (KT) den vorbestimmten ersten Schwellenwert (SW1) erreicht hat wird der Sekundärluft-Massenstrom (SLM) mit einer zweiten Fördermenge in den Abgastrakt (25) zugeführt, die größer ist als die erste Fördermenge.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Beheizen eines Abgaskatalysators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum elektrischen Beheizen eines Abgaskatalysators einer Verbrennungskraftmaschine.
Immer strengere gesetzliche Vorschriften machen es bei Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen zum einen erforderlich, die Rohemissionen, hervorgerufen durch die Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern, so weit wie möglich zu senken. Zum anderen sind in Verbrennungs kraftmaschinen Abgasnachbehandlungssysteme im Einsatz, die Schadstoff emissionen, die während des Verbrennungsprozesses des Luft-/Kraftstoff - Gemisches in den Zylindern erzeugt werden, in unschädliche Stoffe umwandeln.
Hierzu dienen u.a. Abgaskatalysatoren, in denen eine chemische Umwandlung von Verbrennungsschadstoffen durch Oxidation bzw. Reduktion des jeweiligen Schadstoffes durchgeführt wird. Dazu weisen die Abgaskatalysatoren aktive Katalysebereiche auf, in denen die chemische Umwandlung- Katalyse- stattfindet.
Die nötige Betriebstemperatur liegt zumeist in einem kraftstoff- und beschichtungs abhängigen Bereich beginnend bei circa 300 °C bis circa 600 °C. Da die Katalyse, die in dem Katalysebereich durchgeführt wird, für eine effektive Abgasnachbe handlung in der Regel eine bestimmte Mindesttemperatur, auch Light-Off-Tem- peratur oder Anspringtemperatur genannt, benötigt, ist es unter den zu erwartenden weiteren Senkungen der erlaubten Schadstoffemissionsgrenzwerte unter realen Fahrbedingungen, den sogenannten „Real Driving Emissions“ erforderlich, ein möglichst schnelles Aufheizen eines möglichst großen Katalysatorvolumens, zumindest bis zur Light-Off-Temperatur, zu gewährleisten .
Es ist also notwendig, den Abgaskatalysator möglichst schnell auf die gewünschte Betriebstemperatur aufzuheizen. Hierzu können einerseits verbrennungstech nische Maßnahmen durchgeführt werden, das heißt Maßnahmen, bei denen die Verbrennungskraftmaschine derart betrieben wird, sodass die Abwärme der Verbrennungskraftmaschine zum schnellen Aufheizen des Abgaskatalysators genutzt werden kann. Dies führt jedoch in der Regel zu einem höheren Kraftstoff verbrauch und kann den Zeitraum nach einem Kaltstart der Verbrennungskraft- maschine, in dem der Katalysator noch nicht arbeitet und erhöhte Schadstoff mengen emittiert werden, lediglich verkürzen, nicht aber beseitigen.
Alternativ oder ergänzend dazu ist es auch bereits bekannt, elektrisch beheizbare Abgaskatalysatoren einzusetzen. Derartige Abgaskatalysatoren weisen eine eigene elektrische Heizeinrichtung auf, die beispielsweise aus dem elektrischen Bordnetz eines mit der Verbrennungskraftmaschine ausgestatteten Kraftfahrzeugs gespeist wird und welche den Abgaskatalysator auf die gewünschte Betriebstemperatur aufheizen kann. Ein Vorteil eines elektrisch beheizbaren Abgaskatalysators besteht darin, dass der Abgaskatalysator in einer sogenannten Katalysator-Kaltphase auch ohne Betrieb der Verbrennungskraftmaschine, also beispielsweise vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine, auf Betriebstemperatur gebracht werden kann. Damit werden die Schadstoffe bereits ab dem Startzeitpunkt der Verbrennungskraftmaschine konvertiert. Für einen optimalen Betrieb eines Abgaskatalysators muss das gesamte Volumen des Katalysatorsubstrates, also die gesamte katalytisch wirksame Oberfläche auf Betriebstemperatur, zumindest jedoch auf die Light-Off-Temperatur gebracht werden. Dabei ist für die Konvertierung der NOx-Emissionen ist ein größeres Katalysatorvolumen erforderlich als für die Konvertierung der Schadstoffe CO und HC.
Bei einem elektrisch beheizbaren Abgaskatalysator (EHC = Electrical Heated Catalyst oder E-KAT), ist die elektrische Heizeinrichtung beispielsweise in Form von einer oder mehreren elektrischen, vom Gas/Abgas durchström baren Heizscheiben realisiert, die elektrische Leistung in Heizleitung umsetzen und die in unmittelbarer Nähe zu einem selbst unbeheizten Katalysatorsubstrat angeordnet sind.
Da eine elektrische Heizscheibe ein vergleichsweise geringes Volumen aufweist und die innere Oberfläche der Heizscheibe selbst auch eine katalytische Beschichtung aufweist, wird diese katalytische Oberfläche unmittelbar, das heißt vor Ort und sehr schnell aufgeheizt.
Der Aufbau solcher elektrisch beheizbaren Abgaskatalysatoren ist beispielsweise in den Druckschriften DE 19943 846 A1 und DE 44 34 673 A1 beschrieben.
Die vergleichsweise geringe aktive katalytische Oberfläche der Heizscheibe kann ggf. zumindest in einem durch niedrige Last gekennzeichneten Startbetrieb der Verbrennungskraftmaschine ausreichen um die Schadstoffe in dieser Phase auf ein zulässiges Maß zu reduzieren, es gilt jedoch auch das restliche Katalysatorsubstrat möglichst schnell und möglichst vollständig auf Betriebstemperatur aufzuheizen. Dies erfolgt während der Aufheizphase, vor dem Start der Verbrennungskraft maschine nahezu ausschließlich durch Wärmestrahlung, die nur eine limitierte Wärmeübertragung ermöglicht. Nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine wird das Aufheizen des restlichen Katalysatorsubstrats durch die in der Heizscheibe startende exotherme Umwandlungsreaktion der Abgase unterstützt.
Aus Dokument DE 10 2019 219 906 A1 ist ein Verfahren zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt eines Kraftfahrzeugs angeordneten Katalysators bekannt, bei dem stromaufwärts des Katalysators Sekundärluft in den Abgastrakt einspeisbar ist. Bei laufender Verbrennungskraftmaschine kann durch ein Anfetten des Verbrennungsgemischs und somit auch des Abgases und der zusätzlichen Einspeisung von Sekundärluft, derart, dass die stromab des aufzuheizenden Katalysators vorliegende Luftzahl l um die stöchiometrische Luftzahl oszilliert, eine exotherme Reaktion des angefetteten Abgases im Katalysator erfolgen, was zur schnellen Aufheizung des Katalysatorsubstrates beiträgt.
Im Hinblick auf immer häufiger auftretenden Start-Stopp-Betrieb der Verbren nungskraftmaschinen und häufig unverzügliche Lasterhöhung nach dem Start ist es jedoch wünschenswert bereits vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine ein möglichst großes Volumen des Katalysatorsubstrates auf Betriebstemperatur, zumindest jedoch über die Light-Off-Temperatur zu bringen, um eine vollständige Umwandlung der Schadstoffe im Abgas zu gewährleisten. Eine bloße Erhöhung der Heizleistung ist dazu nicht zielführend, da dies schnell zur Überhitzung und somit zur Schädigung der Heizscheibe führen kann.
Jener Teil des Abgaskatalysators, der unterhalb der Light-Off-Temperatur liegt, trägt nicht zur Konvertierung bei. Es ist daher Ziel einer effizienten und schnellen Aufheizung eines Abgaskatalysators den Bereich, der unterhalb der Light-Off-Temperatur liegt, so klein wie möglich zu halten. Weiters soll die Heizeinrichtung, in der Regel die Heizscheibe sehr schnell auf die Light-Off-Temperatur gebracht werden, um sofort beim Start der Verbrennungskraftmaschine eine Konvertierung der Abgasbestandteile zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufheizen und eine Vorrichtung für einen elektrisch beheizbaren Abgaskatalysator für eine Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, dessen Kaltstartverhalten verbessert ist, so dass dieser besonders schnell effizient betrieben werden kann und ein verbessertes Konvertierungsverhalten insbesondere in der Startphase der Verbrennungskraftmaschine aufweist.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Aufheizen eines, in einem Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten, eine elektrische Heizeinrichtung aufweisenden Abgaskatalysators. Dabei ist mit Hilfe einer Luftfördereinrichtung ein Sekundär-Luftmassenstrom in den Abgastrakt an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators zuführbar, und die elektrische Heizeinrichtung wird zeitlich vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine mit einer vorgegebenen Heizleistung aktiviert. In einem der Heizeirichtung nahegelegenen Bereich im Abgaskatalysator wird die Katalysatortemperatur überwacht und in einem Zeitraum nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung, bis die Katalysatortemperatur einen vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht hat, wird kein Sekundär-Luftmassenstrom oder ein Sekundär-Luftmassenstrom mit einer ersten Fördermenge in den Abgastrakt zugeführt und nachdem die Katalysatortemperatur den vorbestimmten ersten Schwellenwert erreicht hat wird der Sekundär-Luftmassenstrom mit einer zweiten Fördermenge in den Abgastrakt zugeführt, die größer ist als die erste Fördermenge.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich ein optimaler Einsatz der elektrischen Energie, um den elektrisch beheizten Abgaskatalysator (EHC) bereits vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine soweit aufzuheizen, dass bereits beim Start der Verbrennungskraftmaschine eine hohe Umwandlungsrate der Schadstoffe sichergestellt ist. Dabei kann gegenüber herkömmlichen Verfahren ein vergleichsweise großes aktives Katalysatorvolumen in kurzer Zeit (Katalysebereich) realisiert werden.
Das Verfahren eröffnet die Möglichkeit die Heizeinrichtung bereits von Beginn an und vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine mit erhöhter Heizleistung betreiben zu können, ohne eine Überhitzung und somit eine thermische Schädigung des katalytischen Substrats zu riskieren. Dies wird dadurch erreicht, dass bis zum Erreichen des ersten vorbestimmten Schwellenwertes der Katalysatortemperatur, der beispielsweise im Bereich der Light-Off-Temperatur festgelegt ist, kein oder nur eine kleiner Sekundär-Luftmassenstrom zugeführt wird um ein möglichst schnelles erreichen dieses Schwellenwertes zu gewährleisten. Hierbei wird der der Heizeinrichtung nahegelegene Bereiche des Abgaskataly sators durch Radiation und bei Vorliegen eines Sekundär-Luftmassenstroms mit einer ersten, vergleichsweise niedrigen Fördermenge auch durch Konvektion effektiv mitbeheizt.
Um bei weiterhin anliegender hoher Heizleistung ein Überschießen der Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung zu verhindern, wird bei Erreichen des vorbestimmten ersten Schwellenwertes der Katalysatortemperatur, der jedenfalls mit einem Sicherheitsabstand niedriger als die maximal zulässige Katalysatortemperatur vorbestimmt ist, die Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms auf einen gegenüber der ersten Fördermenge deutlich erhöhten Wert angehoben. Dies erhöht den konvektiven Wärmetransport von der Heizeirichtung zum restlichen Substratvolumen des Abgaskatalysators bei bereits erhöhter Temperatur und somit einen schnellen Wärmeeintrag in das Katalysatorsubstrat.
Durch den Sekundär-Luftmassenstrom wird die Wärmekopplung zwischen Heizeinrichtung und Katalysatorsubstrat und somit auch die Messung der Katalysatortemperatur im Bereich nahe der Heizeinrichtung verbessert. Die Vorgabe der Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms ist, neben der elektrischen Heizleistung, für die Größe des aktivierten Katalysatorvolumens (Katalysebereich) zum Zeitpunkt des Starts der Verbrennungskraftmaschine ausschlaggebend.
Mit Hilfe des Luftmassenstromes, der in den Abgaskatalysator eingeleitet wird, kann der Teil des Abgaskatalysators, welcher zum Zeitpunkt des Starts der Verbrennungskraftmaschine über der Anspringtemperatur, typischerweise 300°C, liegt, gegenüber bekannten Heizstrategien erweitert werden. Jener Teil des Abgaskatalysators, der unterhalb dieser Temperatur liegt, trägt nicht zur Konvertierung bei. Es ist daher Ziel einer effizienten und schnellen Aufheizung eines Abgaskatalysators den Bereich, der unterhalb der Anspringtemperatur liegt, so klein wie möglich zu halten. Weiters soll die Heizeinrichtung, in der Regel die Heizscheibe sehr schnell auf die Anspringtemperatur gebracht werden, um sofort beim Start der Verbrennungskraftmaschine eine Konvertierung der Abgasbestandteile zu ermöglichen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass, sobald die Katalysatortemperatur einen oberen Grenzwert erreicht, die Heizleistung der Heizeinrichtung so weit verringert und im Folgenden derart geregelt wird, dass eine vorgegebene Arbeitstemperatur des Abgaskatalysators, die größer ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert der Katalysatortemperatur und kleiner als der obere Grenzwert, nicht unterschritten wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Energieverbrauch der Heizeinrichtung auf das erforderliche Maß beschränkt wird und keine wertvolle Energie, beispielsweise aus dem Bordnetz eines Kraftfahrzeugs verschwendet wird.
In Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens, wird bei Vorliegen einer Katalysatortemperatur größer gleich der Arbeitstemperatur und nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine, die Fördermenge des in den Abgastrakt zugeführten Sekundär-Luftmassenstromes, in Abhängigkeit von einem stromabwärts des Abgaskatalysators im Abgastrakt angeordneten Regelsensors, so geregelt, dass eine stromab des Abgaskatalysators vorliegende Luftzahl, l, sich dem stöchiometrischen Wert 1 annähert. Als Regelsensor kann dabei beispielsweise ein Stickoxidsensor, ein Lambdasensor oder ein Ammoniaksensor dienen, der stromabwärts des Katalysators angeordnet ist. Auf diese Weise wird ein Sauerstoff-Überschuss im Abgas vermieden, der sich nachteilig auf die NOx-Emissionen auswirken könnte. Weiterhin besteht dadurch die Möglichkeit den Abgaskatalysator während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine in Verbindung mit einer Variation der Kraftstoffzugabe auf Arbeitstemperatur zu halten, ohne elektrische Energie aus dem Bordnetz abziehen zu müssen.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass als erster Schwellenwert für die Katalysatortemperatur die Anspringtemperatur bzw. die Light-Off-Temperatur des Abgaskatalysators vorbestimmt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Heizeinrichtung, die ja auch eine katalytische Beschichtung aufweist und die der Heizeinrichtung nahegelegenen Bereiche des Katalysatorsubstrates schnell zumindest die Light-Off-Temperatur erreichen, bevor die Verbrennungskraftmaschine gestartet wird.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms in Abhängigkeit von der beim Aktivieren der Heizeinrichtung vorliegenden Katalysatortemperatur eingestellt. Dies wirkt sich vor allem vorteilhaft aus, wenn die Verbrennungskraftmaschine im „Start-Stop-Betrieb“ also mit häufigen Zwischenstopphasen durch phasenweisen Segelbetrieb, vollelektrischen Betrieb oder Ampelstops des Kraftfahrzeugs betrieben wird. In diesen Fällen startet die elektrische Aufheizung häufig auf einem bereits höheren Niveau als bei einem Kaltstart. Zur Beschleunigung der Aufheizung kann hier gegebenenfalls mit einer höheren ersten Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms gearbeitet werden als beim Kaltstart.
In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann in Abhängigkeit von der Leistung der elektrischen Heizeinrichtung die erste Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms mit einen Wert zwischen 0,2 kg/h bis 5 kg/h vorgegeben werden und die zweite Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms kann mit einem Wert zwischen 10 kg/h bis 40 kg/h vorgegeben werden. Dabei kann bei höherer Nennleistung der Heizeinrichtung und gegebenenfalls in Abhängigkeit vom Volumen des Katalysatorsubstrats prinzipiell auch jeweils eine größere erste und zweite Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms eingestellt werden. Dies ermöglicht eine Optimierung des Aufheizverfahrens in Bezug auf die konstruktiven und leistungstechnischen Randbedingungen des jeweiligen Anwendungsfalls.
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass als Luftfördereinrichtung eine elektrisch antreibbare Luftfördereinrichtung verwendet wird, die bezüglich ihrer Förderleistung elektronisch steuerbar oder regelbar ist. Dies ermöglicht einen ökonomischen und punktgenauen Einsatz und eine gesteuerte oder geregelte Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms.
Dies trifft insbesondere zu, wenn, gemäß einer weiteren Ausführung, mittels elektronisch regelbarer Förderleistung der elektrisch antreibbaren Luftfördereinrichtung und/oder einem elektronisch ansteuerbaren Luftventil (71) die Fördermenge des in den Abgastrakt zugeführten Sekundär-Luftmassenstroms variiert werden kann.
In einer anderen Ausführung kann, alternativ zu einer elektrisch betriebenen Luftfördereinrichtung, die unbefeuerte Verbrennungskraftmaschine selbst als Luftfördereinrichtung verwendet werden, die mittels einer elektrischen Maschine geschleppt wird. Dieses Verfahren nutzt die Tatsache, dass eine Hubkolbenmaschine mittels Fremdantrieb, hier beispielsweise ein mit der Verbrennungskraftmaschine gekoppelter, ohnehin vorhandener Startergenerator oder Anlasser, auch als Kompressor, also als Pumpe betrieben werden kann. Dies hat zwar den Nachteil, dass hier ein erhöhter Aufwand an elektrischer Energie zu erwarten ist, da die gesamte Verbrennungskraftmaschine geschleppt werden muss, hat andererseits den Vorteil, dass kein zusätzliches Aggregat und kein zusätzlicher Bauraum benötigt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgaskatalysators, der eine elektrische Heizeinrichtung und einen in einem der Heizeinrichtung nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators angeordneten Temperatursensor aufweist, wobei die Vor richtung eine Luftfördereinrichtung aufweist mit deren Hilfe ein Sekundär-Luft- massenstrom in den Abgastrakt an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskataly sators zuführbar ist und eine elektronische Steuerungseinrichtung aufweist, die zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, wie vorausgehend beschrieben, ausgebildet und eingerichtet ist.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich, in Analogie zum erfindungsgemäßen Verfahren, ein optimaler Einsatz der elektrischen Energie, um den elektrisch beheizten Abgaskatalysator (EHC) bereits vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine soweit aufzuheizen, dass bereits beim Start der Verbrennungskraftmaschine eine hohe Umwandlungsrate der Schadstoffe sichergestellt ist. Dabei kann ein vergleichsweise großes Katalysatorvolumen bzw. der Katalysebereich 39 in kurzer Zeit aktiviert werden.
Merkmale der dargestellten Ausführungsformen können, sofern sie sich nicht gegenseitig ausschließen oder nur alternativ anwendbar sind, einzeln oder in Kombination die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche ergänzen und diese weiterbilden.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung für einen solchen elektrisch beheizten Abgaskatalysator werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels bezugnehmend auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsanlage, FIG 2 ein Diagramm von verschiedenen Betriebsparametern bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine 10, eine mit der Verbrennungskraftmaschine 10 antriebsmäßig verbundene Elektro- maschine 50, einem Ansaugtrakt 15, einen Motorblock 20 mit mehreren, nicht näher bezeichneten Zylindern und einen Abgasstrang 25, in dem eine Abgasnachbehand lungsanlage 30 angeordnet ist, bzw. der sich durch die Abgasnachbehandlungs anlage 30 hindurch erstreckt. Der Verbrennungskraftmaschine 10 wird über den Ansaugtrakt 15 ein Ansaugluft-Massenstrom ALM, der auch als Primärluft-Mas- senstrom bezeichnet werden kann und beispielsweise über eine Kraftstoff-Ein- spritzanlage (hier nicht dargestellt) Kraftstoff zugeführt. In den einzelnen Zylindern wird der Kraftstoff mit dem Ansaugluft-Massenstrom ALM verbrannt und als Abgas-Massenstrom AGM von der Verbrennungskraftmaschine 10 in den Abgasstrang 25 ausgestoßen.
Die Abgasnachbehandlungsanlage 30 weist u.a. einen Abgaskatalysator 35 auf. Bezogen auf den Abgas-Massenstrom AGM stromabwärts des Abgaskatalysators 35 sind optional noch weitere Abgasnachbehandlungskomponenten 40 im Abgasstrang 25 vorgesehen, von denen beispielhaft nur eine gezeigt ist. Als mögliche Abgasnachbehandlungskomponenten 40 seien an dieser Stelle ein Drei wegekatalysator, ein SCR-Katalysator für eine selektive katalytische Reduktion, Dieselpartikelfilter, SCR-beschichtete Dieselpartikelfilter, Ottopartikelfilter, NOx-Katalysator (LNT lean NOx trap) genannt.
Der Abgaskatalysator 35 ist als ein elektrisch beheizbarer Katalysator ausgebildet und umfasst ein Mantelrohr 36, das einen Katalysebereich 39 einschließt, der ein Katalysatorsubstrat aufweist. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen, ist stromaufwärts, also vordem Katalysebereich 39 eine elektrische Heizeinrichtung 37 angeordnet.
Der Katalysebereich 39 dient dazu, das im Abgasstrang 25 vorhandene Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 katalytisch zu behandeln bzw. zu oxidieren oder zu reduzieren, damit das Abgas weitestgehend schadstofffrei in die Umgebung ausgeleitet werden kann. Die Heizeinrichtung 37 ist bevorzugt als Heizscheibe ausgebildet und kann sich vollständig oder nahezu vollständig über den Durchmesser des Innenraums des Mantelrohrs 36, also über die gesamte oder über nahezu die gesamte Stirnfläche des Katalysatorsubstrats erstrecken, sodass beim Erwärmen der Heizscheibe eine große Wärmeenergie zur Erwärmung des Katalysebereichs 39 bzw. des Katalysatorsubstrats zur Verfügung gestellt und auf das Katalysatorsubstrat übertragen werden kann. Zur Fixierung der Heizeinrichtung 37 kann, wie hier gezeigt, beispielsweise stromaufwärts der Heizeirichtung 37 ein sogenannter Stützkatalysator 38 vorgesehen sein, der die Heizeinrichtung 37 bzw. die Heizscheibe stützt oder trägt.
In dem Katalysebereich 39 ist nahe der Heizeinrichtung 37 ein Temperatursensor 45 angeordnet, welcher die Temperatur in dem Katalysebereich 39 nahe der Heizeinrichtung 37 im Betrieb fortlaufend erfasst und somit Auskunft geben kann über die Temperatur des Katalysatorsubstrates an dieser Stelle oder in Verbindung mit Modellberechnungen zum Wärmeeintrag und der Temperaturverteilung zumindest angenähert die Temperaturverteilung im Katalysatorsubstrat bestimmen lässt.
Im Bereich des Abgasstranges 25 zwischen dem Motorblock 20 und dem Abgaskatalysator 35, also im Abgasmassenstrom AGM stromaufwärts des Abgaskatalysators 35, ist eine Einleitstelle für den Sekundärluft-Massenstrom SLM vorgesehen. Der Sekundärluft-Massenstrom SLM wird mittels einer elektronisch ansteuerbaren, in der Regel auch elektrisch angetriebenen Luftfördereinrichtung 70, und eine Luftzuführdüse 72 in den Abgastrakt 25 eingebracht. Zum zusätzlichen Freigeben und Absperren, bzw. zum Dosieren des Sekundärluft-Massenstroms SLM dient ein stromabwärts der Luftfördereinrichtung 70 angeordnetes, elektronisch ansteuerbares Luftventil 71.
Weiterhin ist bezogen auf den Abgas-Massenstrom AGM stromabwärts des Abgaskatalysators 35 ein Regelsensor 47 im Abgasstrang 25 angeordnet. Als Regelsensor 47 kann dabei vorzugsweise ein Lambdasensor, beispielsweise aber auch ein Stickoxidsensor, oder ein Ammoniaksensor dienen, der stromabwärts des Abgaskatalysators 35 angeordnet ist. Auf Basis der Messwerte des Regelsensor 47 kann der Sekundärluft-Massenstrom so geregelt werden, dass eine stromab des Abgaskatalysators (35) vorliegende Luftzahl, l, sich dem stöchiometrischen Wert 1 annähert. Die mit der Verbrennungskraftmaschine 10 gekoppelte elektrische Maschine 50 ist beispielsweise ein Startergenerator oder ein im Rahmen einer hybriden Antriebslösung eingesetzter elektromotorischer Hilfsantrieb. Dieser kann im Falle einer unbefeuerten Verbrennungskraftmaschine 10, also vor deren Start, dafür eingesetzt werden, die Verbrennungskraftmaschine 10 zu schleppen und gegebenenfalls als Luftfördereinrichtung 70 zu betreiben, um einen Sekundärluft-Massenstrom SLM über den Ansaugtrakt 15 anzusaugen und in den Abgastrakt 25 zu spülen.
Des Weiteren ist eine elektronische Steuereinrichtung (ECU) 60 vorgesehen, die Eingangssignale ES empfangen und Ausgangssignale AS in Abhängigkeit von den Eingangssignale ES und einem in der Steuereinrichtung 60 abgelegten Arbeits programm ausgeben kann. Eingangssignale ES werden beispielsweise, wie hier mit gestrichelten Pfeilen dargestellt, von dem Temperatursensor 45 und dem Regelsensor 47 geliefert. Ausgangssignale AS, wie hier mit gepunkteten Pfeilen dargestellt, werden dagegen an die elektrische Maschine 50, die Luftförderein richtung 70, das Luftventil 71 und nicht zuletzt an die elektrische Heizeinrichtung 37 zu deren Ansteuerung bzw. Regelung ausgegeben. Darüber hinaus können weitere, nicht dargestellte Aktoren und Sensoren, beispielsweise zur Ansteuerung der Verbrennungskraftmaschine 10 und weiterer Komponenten der Abgasanlage, wie zum Beispiel einer Abgasrückführung, vorgesehen sein. So kann zumindest die Heizeinrichtung 37 sowie die Luftfördereinrichtung 70 sowie ggf. das Luftventil 71 abhängig von den Signalen des Temperatursensors 45 aktiv von der Steuerungs einrichtung 60 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren angesteuert werden. Die elektronische Steuerungseinrichtung 60 kann als separate Katalysator-Heizungs-Steuerungseinrichtung konzipiert sein oder in ein Motorsteuergerät für die Verbrennungskraftmaschine 10 integriert sein.
Wird die Heizeinrichtung 37 mit Energie beaufschlagt, erwärmt sich diese und überträgt ihre Wärmeenergie auf den Katalysebereich 39 des Abgaskatalysators 35. Erfindungsgemäß wird die elektrische Heizeinrichtung 37 zeitlich vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer vorgegebenen Heizleistung HL aktiviert. Gleichzeitig wird die Katalysatortemperatur KT in einem der Heizeinrichtung 37 nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators 35 mittels des Temperatursensors 45 überwacht.
Die Bestimmung des Temperaturanstiegs im gesamten Katalysebereich 39 kann beispielsweise mittels einer Modellbildung erfolgen, wobei als Eingangsgrößen eines solchen Modells beispielsweise die Messwerte des Temperatursensors 45 sowie die thermische Masse des Katalysebereichs 39 bzw. des Katalysatorsub strats und die Energie für die Verdampfung des Wassers, welche in der Beschichtung des Katalysatorsubstrats gespeichert ist herangezogen werden kann. Dann wird in einem Zeitraum nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung 37, bis die Katalysatortemperatur KT einen vorbestimmten ersten Schwellenwert SW1 erreicht hat, kein Sekundär-Luftmassenstrom SLM oder ein Sekundär-Luftmassenstrom SLM mit einer ersten Fördermenge in den Abgastrakt 25 zugeführt.
Ein in dem Zeitraum bis zum Erreichen des ersten Schwellenwert SW1 zugeführter Sekundärluft-Massenstrom SLM mit im Verhältnis kleiner Fördermenge, beispiels weise zwischen 0,2 kg/h bis 5 kg/h kann dem Wärmeübergang auf das Katalysatorsubstrat und einer zuverlässigen Temperaturmessung mittels des Temperatursensors 45 im Abgaskatalysator 35 förderlich sein, ohne einen schnellen Temperaturanstieg in der Heizeirichtung 37 selbst und in deren Umgebung im Katalysatorsubstrat maßgeblich zu verlangsamen.
Nachdem die Katalysatortemperatur KT den vorbestimmten ersten Schwellenwert SW1 erreicht hat, der beispielsweise auf dem Niveau der Anspringtemperatur des Katalysebereichs 39, beispielsweise im Bereich von 300°C liegt, wird der Sekundär-Luftmassenstrom SLM mit einer zweiten, signifikant gegenüber der erste Fördermenge erhöhten Fördermenge, in einer Größenordnung zwischen 10-40kg/h, in den Abgastrakt 25 zugeführt.
Damit erfolgt eine verstärkte Wärmeübertragung auf den Katalysebereich 39, also das Katalysatorsubstrat, und dessen weitere beschleunigte Temperaturerhöhung des Abgaskatalysators insgesamt sowie eine schnelle Vergrößerung des auf Anspringtemperatur bzw. Light-Off-Temperatur gebrachten Volumens des Katalysatorsubstrates, stromabwärts der elektrischen Heizeinrichtung 37. Der Temperaturanstieg im Abgaskatalysator erfolgt durch diese Vorgehensweise wesentlich schneller, als wenn der Sekundärluft-Massenstrom von Beginn an mit großer Fördermenge eingeleitet wird, da die elektrische Energie am Beginn vorrangig zur Aufheizung der elektrischen Heizeinrichtung selbst verwendet wird, die so sehr schnell die Anspringtemperatur erreicht, da keine übermäßige Kühlung durch Wärmeabfuhr erfolgt. Eine verstärkte Wärmeübertragung durch die erhöhte Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM erflogt dann erst auf höherem Temperturniveau, was den Wärmeübergang beschleunigt. In der Figur 2 ist die erfindungsgemäße Heizstrategie für den Abgaskatalysator anhand von drei zeitlich übereinstimmenden Diagrammen mit den zeitlichen Verläufen der relevanten Betriebsgrößen Heizleistung HL, Katalysatortemperatur KT und Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM dargestellt.
Das oben angeordnete Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Leistung für die elektrische Heizeinrichtung 37 des Abgaskatalysators 35, das in der Mitte angeordnete Diagramm zeigt den Verlauf der Katalysatortemperatur in einem der Heizeinrichtung 37 nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators 35 und das unten angeordnete Diagramm zeigt den Verlauf der Fördermenge des Sekundärluft-Massenstrom SLM.
Entsprechend dem Verfahren zum Aufheizen eines, in einem Abgasstrang 25 einer Verbrennungskraftmaschine 10 angeordneten, eine elektrische Heizeinrichtung 37 aufweisenden Abgaskatalysators 35, wobei mit Hilfe einer Luftfördereinrichtung 70 ein Sekundär-Luftmassenstrom SLM in den Abgastrakt 25 an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators 35 zuführbar ist, wird die Katalysatortemperatur KT in einem der Heizeinrichtung 37 nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators 35 überwacht und die elektrische Heizeinrichtung 37 wird zeitlich vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer vorgegebenen Heizleistung HL aktiviert.
In den in Fig. 2 dargestellten Diagrammen ist derZeitraum dargestellt, der dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 unmittelbar vorausgeht. Zum Zeitpunkt t1 wird die Heizeirichtung 37 mit der vorgegebenen Heizleistung HL, hier beispielsweise 4 kW aktiviert. Dieser Zeitpunkt kennzeichnet somit den Beginn des Verfahrensab laufs. Diesem Zeitpunkt vorausgehend ist die Heizeinrichtung 37 deaktiviert und die im oberen Diagramm dargestellte Heizleistung HL verharrt auf dem Wert 0. Ebenso ist bis zu dem Zeitpunkt t1 die Luftfördereinrichtung 70 deaktiviert und die Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms verharrt auf dem Wert 0. Die im mittleren Diagramm dargestellte Katalysatortemperatur wird bereits dem Zeitpunkt t1 vorausgehend überwacht oder spätestens zum Zeitpunkt t1 erfasst und liegt im Falle eines Kaltstarts der Verbrennungskraftmaschine 10 auf dem Niveau der Umgebungstemperatur, wie hier dargestellt. Die Katalysatortemperatur KT kann zum Zeitpunkt t1 jedoch auch auf einem höheren Niveau liegen, wenn die Verbrennungskraftmaschine 10 zeitnah vorausgehend bereits in Betrieb war und nicht vollständig abgekühlt ist. Der Zeitpunkt tl kann durch ein Ereignis getriggert werden, das für einen bevor stehenden Start der Verbrennungskraftmaschine 10 indikativ ist. Ein entsprech endes Ereignis, das für einen möglichen Start der Verbrennungskraftmaschine herangezogen werden kann, ist beim Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 in einem Kraftfahrzeug beispielsweise das Öffnen der Fahrertür, eine Öffnungsbe tätigung der Türverriegelung, ein Belegungssignal des Fahrersitzes oder dergleichen Vorbereitungsmaßnahmen. Die Verarbeitung der entsprechenden Signale und die Ansteuerung der entsprechenden Funktionen beispielsweise der Fleizeinrichtung 37 und der Luftfördereinrichtung 70 erfolgt mittels der elektronischen Steuerungseinrichtung 60.
Unmittelbar nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung 37 beginnt die Katalysatortemperatur KT schnell zu steigen, bis sie, zum Ende des ersten Zeitraums nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung 37, zum Zeitpunkt t2 den vorbestimmten ersten Schwellenwert SW1 erreicht, der in diesem Beispiel bei 300°C liegt. Dies entspricht in etwa der Aktivierungstemperatur bzw. der Light-Off-Temperatur des Katalysatorbereichs 39. Je nach Art bzw. Ausführung des zu beheizenden Katalysators kann der erste Schwellenwert SW1 auch höher oder niedriger vorbestimmt werden.
Ebenfalls zum Zeitpunkt t1 wird die Luftfördereinrichtung 70 ggf. in Verbindung mit dem Luftventil 71 derart aktiviert, dass ein Sekundär-Luftmassenstrom SLM mit einer ersten Fördermenge, in diesem Beispiel 2 kg/h, in den Abgastrakt 25 zugeführt wird. Dies bewirkt vorteilhaft einen zusätzlichen konvektiven Wärmetransport von der Heizeinrichtung 37 in den restlichen Katalysebereich 39 hinein, ohne die Heizeinrichtung 37 zu stark zu kühlen. Je nach der zur Verfügung stehenden Leistung der Heizeinrichtung 37 und/oder dem Startwert der Katalysatortemperatur KT zum Zeitpunkt t1 und gegebenenfalls abhängig von der Gesamtkonfiguration des Abgaskatalysators 35, kann die erste Fördermenge vorzugsweise mit einem Wert zwischen 0 (also kein Sekundärluft-Massenstrom) und 5kg/h oder auch bis zu 10 kg/h vorgegeben werden. Es besteht weiterhin die Möglichkeit die erste Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM in Abhängigkeit vom Gradienten des Temperaturanstiegs der Katalysatortemperatur KT innerhalb des ersten Zeitraums (t1 bis t2) zu regeln, um einen gleichmäßigen Anstieg der Katalysatortemperatur KT zu gewährleisten.
Nachdem die Katalysatortemperatur KT zum Zeitpunkt t2 den vorbestimmten ersten Schwellenwert SW1 erreicht hat, wird durch entsprechende elektronische Ansteuerung der Luftfördereinrichtung 70 ggf. in Kombination mit dem Luftventil 71 mittels der elektronischen Steuerungseinheit 60, der Sekundär-Luftmassenstrom SLM mit einer zweiten Fördermenge in den Abgastrakt 25 zugeführt, die größer ist als die erste Fördermenge, hier beispielsweise 10 kg/h. Dies ist durch den sprunghaften Anstieg der Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms zum Zeitpunkt t2 im Diagramm dargestellt. Je nach der zur Verfügung stehenden Leistung der Heizeinrichtung 37 und gegebenenfalls abhängig von der Gesamtkonfiguration des Abgaskatalysators 35 kann die zweite Fördermenge vorzugsweise mit einem Wert zwischen 10 und 40 kg/h oder auch bis zu 60 kg/h vorgegeben werden. Es besteht auch hier die Möglichkeit die erste Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM in Abhängigkeit vom Gradienten des Temperaturanstiegs der Katalysatortemperatur KT innerhalb des zweiten Zeitraums (t2 bis t3) zu regeln, um einen gleichmäßigen Anstieg der Katalysatortemperatur KT zu gewährleisten.
Die entsprechende Steuerung oder Regelung des Sekundärluft-Massenstromes wird beispielsweise dadurch ermöglicht, dass die Luftfördereinrichtung 70 und/oder gegebenenfalls auch das Luftventil 71 elektrisch antreibbar und bezüglich ihrer Förderleistung elektronisch steuerbar oder regelbar ist/sind.
Unter Beibehaltung der konstanten Heizleistung HL nach der Erhöhung des Sekundärluft-Massenstroms SLM zum Zeitpunkt t2 steigt, gemäß dem gezeigten Beispiel, die Katalysatortemperatur KT weiter kontinuierlich an. Aufgrund des erhöhten Wärmtransports durch den erhöhten Sekundärluft-Massenstrom SLM in den Katalysebereich 39 hinein steigt die Katalysatortemperatur KT jedoch ab dem Zeitpunkt t2 mit niedrigerem Gradienten als zuvor, bis der vorgegebene obere Grenzwert OGW der Katalysatortemperatur zum Zeitpunkt t3 erreicht ist. Dadurch erfolgt eine schnelle Vergrößerung des auf die Anspringtemperatur aufgeheizten und somit katalytisch aktiven Volumens des Katalytischen Bereichs bzw. des Katalysatorsubstrats. Die Höhe des Vorgabewertes des oberen Grenzwertes OGW der Katalysatortemperatur hängt von der Konstruktion und Beschichtung, also von der Art und der Bauart des Abgaskatalysators 35 ab und beträgt in diesem Beispiel 600°C.
Zum Schutz der Komponenten des Abgaskatalysators 35 vor thermischer Schädigung durch Überhitzung, wird bei Erreichen des oberen Grenzwertes OGW der Katalysatortemperatur KT die Heizleistung der Heizeinrichtung 37 so weit verringert und im Folgenden derart geregelt, dass eine vorgegebene Arbeitstemperatur AT des Abgaskatalysators 35 nicht unterschritten und der obere Grenzwert OGW nicht überschritten wird, wobei die Arbeitstemperatur KT größer ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert SW1 und kleiner als der obere Grenzwert OGW. Die Arbeitstemperatur AT wird vorzugsweise so gewählt, dass der Katalysbereich 39 mit maximaler Effizienz arbeitet. Gleichzeitig wird die zweite Fördermenge des Sekundärluft-Massenstromes SLM auf dem eingestellten Niveau gehalten, um eine schnelle möglichst vollständige Durchheizung des Katalysebereichs 39 bis auf das Niveau der Arbeitstemperatur AT zu gewährleisten.
Die Reduzierung bzw. Regelung der Heizleistung erfolgt beispielsweise mittels einer getakteten elektrischen Ansteuerung oder nach Art einer Pulsweiten-Modulation (PWM) der Heizeinrichtung, so dass die Arbeitstemperatur AT gehalten bzw. eingeregelt wird. Dies ist im oberen Diagramm ab dem Zeitpunkt t3 erkennbar. Die Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM wird auch über den Zeitpunkt t3 hinaus auf dem erhöhten Niveau beibehalten. Die Katalysatortemperatur KT wird daraus resultierend ab dem Zeitpunkt t3 auf die Arbeitstemperatur AT abgesenkt bzw. eingeregelt.
Zum Zeitpunkt t4 wird beispielsweise die Verbrennungskraftmaschine gestartet.
Die Katalysatortemperatur KT ist zu diesem Zeitpunkt größer gleich der Arbeitstemperatur AT bzw. auf dem Niveau der Arbeitstemperatur. Unter diesen Bedingungen wird die Fördermenge des in den Abgastrakt 25 zugeführten Sekundär-Luftmassenstromes SLM, in Abhängigkeit von dem stromabwärts des Abgaskatalysators 35 im Abgastrakt 25 angeordneten Regelsensors 47, so geregelt, dass eine stromab des Abgaskatalysators 35 vorliegende Luftzahl, l, sich dem stöchiometrischen Wert 1 annähert. Im Anschluss an den Zeitpunkt t4, also nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 wird der Abgaskatalysator, in an sich bekannter Weise mittels entsprechender Ansteuerung der Verbrennungs kraftmaschine 10, durch den heißen Abgas-Massenstrom AGM auf dem Niveau der Arbeitstemperatur AT gehalten und die Heizleistung der Heizeinrichtung 37 kann weiter abgesenkt bzw. ganz deaktiviert werden, wie im oberen Diagramm der Fig. 2 dargestellt.
Die Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms kann bei Verwendung einer separaten, elektrisch angetriebenen und elektronisch ansteuerbaren Luftförder einrichtung 70 durch eine Drehzahlregelung derselben oder durch ein nachgeschal tetes kontinuierlich einstellbares Luftventil 71 erfolgen. In einer alternativen Ausführung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann der Luftmassenstrom statt durch eine separate Luftfördereinrichtung durch die unbefeuerte Verbrennungskraftmaschine 10 selbst erzeugt werden. Dabei wird die Verbrennungskraftmaschine 10 von einer elektrischen Maschine 50, beispielsweise einem Startergenerator oder einem elektrischen Hilfsantrieb, angetrieben, d.h. geschleppt und arbeitet dadurch quasi als Kolben-Kompressor. Wird die Verbrennungskraftmaschine 10 als Luftfördereinrichtung eingesetzt, so kann die Fördermenge des Sekundärluft-Massenstroms SLM beispielsweise durch Regelung der Drehzahl der elektrischen Maschine 50 eingestellt werden. In diesem Fall wird der Sekundärluft-Massenstrom SLM auf dem Pfad des
Ansaugluft-Massenstromes ALM in den Abgasstrang 25 eingeleitet. Nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 10 ist in diesem Fall eine parallele Einspeisung eines Sekundärluft-Massenstroms SLM zur Regelung der Luftzahl, l, stromabwärts des Abgaskatalysators 35 nicht möglich.
Begriffs-/Bezugszeichenliste
10 Verbrennungskraftmaschine
15 Ansaugtrakt
20 Motorblock
25 Abgasstrang
30 Abgasnachbehandlungsanlage
35 Abgaskatalysator
36 Mantelrohr
37 elektrische Heizeinrichtung, Heizscheibe
38 Stützkatalysator
39 Katalysebereich
40 Abgasnachbehandlungskomponente
45 Temperatursensor
47 Regelsensor
50 elektrische Maschine
60 elektronische Steuerungseinrichtung (ECU)
70 Luftfördereinrichtung
71 Luftventil
72 Luftzuführdüse
ES Eingangssignale
AS Ausgangssignale
HL Heizleistung
KT Katalysatortemperatur
SW1 erster Schwellenwert (der Katalysatortemperatur) OGW oberer Grenzwert
AT Arbeitstemperatur
ALM Ansaugluft-Massenstrom
SLM Sekundärluft-Massenstrom
AGM Abgas-Massenstrom t1 - 14 Zeitpunkte 1 -4

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Aufheizen eines, in einem Abgasstrang (25) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten, eine elektrische Heizeinrichtung (37) aufweisenden Abgaskatalysators (35), wobei mit Hilfe einer Luftfördereinrichtung (70) ein Sekundär-Luftmassenstrom (SLM) in den Abgastrakt (25) an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators (35) zuführbar ist, und die elektrische Heizeinrichtung (37) zeitlich vor dem Start der Verbrennungskraftmaschine (10) mit einer vorgegebenen Heizleistung aktiviert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatortemperatur (KT) in einem der Heizeinrichtung (37) nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators (35) überwacht wird und in einem Zeitraum nach dem Aktivieren der Heizeinrichtung (37), bis die Katalysatortemperatur (KT) einen vorbestimmten ersten Schwellenwert (SW1) erreicht hat, kein Sekundär-Luftmassenstrom (SLM) oder ein Sekundär-Luftmassenstrom (SLM) mit einer ersten Fördermenge in den Abgastrakt (25) zugeführt wird und nachdem die Katalysatortemperatur (KT) den vorbestimmten ersten Schwellenwert (SW1 ) erreicht hat der Sekundär-Luftmassenstrom (SLM) mit einer zweiten Fördermenge in den Abgastrakt (25) zugeführt wird, die größer ist als die erste Fördermenge.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass, sobald die Katalysatortemperatur (KT) einen oberen Grenzwert (OGW) erreicht, die Heizleistung der Heizeinrichtung (37) so weit verringert und im Folgenden derart geregelt wird, dass eine vorgegebene Arbeitstemperatur (AT) des Abgaskatalysators (35), die größer ist als der vorbestimmte erste Schwellenwert (SW1 ) und kleiner als der obere Grenzwert (OGW), nicht unterschritten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen einer Katalysatortemperatur (KT) größer gleich der Arbeitstemperatur (AT) und nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine (10), die Fördermenge des in den Abgastrakt (25) zugeführten Sekundär-Luftmassenstromes (SLM), in Abhängigkeit von einem stromabwärts des Abgaskatalysators (35) im Abgastrakt (25) angeordneten Regelsensors (47), so geregelt wird, dass eine stromab des Abgaskatalysators (35) vorliegende Luftzahl, l, sich dem stöchiometrischen Wert 1 annähert.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Schwellenwert (SW1 ) für die Katalysatortemperatur (KT) die Anspringtemperatur des Abgaskatalysators (35) vorbestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms (SLM) in Abhängigkeit von der beim Aktivieren der Heizeinrichtung (37) vorliegenden Katalysatortemperatur (KT) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Leistung der elektrischen Heizeinrichtung (37) die erste Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms (SLM) mit einen Wert zwischen 0,2 kg/h bis 5 kg/h vorgegeben werden kann und die zweite Fördermenge des Sekundär-Luftmassenstroms (SLM) mit einem Wert zwischen 10 kg/h bis 40 kg/h vorgegeben werden kann.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftfördereinrichtung (70) elektrisch antreibbar und bezüglich ihrer Förderleistung elektronisch steuerbar oder regelbar ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der elektronisch regelbaren Förderleistung der elektrisch angetriebenen Luftfördereinrichtung (70) und/oder einem elektronisch ansteuerbaren Luftventil (71 ) die Fördermenge des in den Abgastrakt (25) zugeführten Sekundär-Luftmassenstroms (SLM) variiert werden kann.
9. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Luftfördermittel (70) die unbefeuerte Verbrennungskraftmaschine (10) verwendet wird, die mittels einer elektrischen Maschine (50) geschleppt wird.
10. Vorrichtung zum Aufheizen eines in einem Abgastrakt (25) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten Abgaskatalysators (35), der eine elektrische Heizeinrichtung (37) und einen in einem der Heizeinrichtung (37) nahegelegenen Bereich des Abgaskatalysators (35) angeordneten Temperatursensor (45) aufweist, wobei die Vorrichtung eine Luftfördereinrichtung (70) aufweist mit deren Hilfe ein Sekundär-Luftmassenstrom (LM) in den Abgastrakt (25) an einer Stelle stromaufwärts des Abgaskatalysators (35) zuführbar ist und eine elektronische Steuerungseinrichtung (60) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet und eingerichtet ist.
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