用于电加热废气催化转化器的方法和设备技术

用于电加热废气催化转化器的方法和设备。说明了用于加热废气催化转化器(35)的方法和设备，所述废气催化转化器布置在内燃机(10)的废气管道(25)中并且具有电加热装置(37)，其中能够借助于空气输送装置(70)将二次空气质量流(SLM)在所述废气催化转化器(35)上游的位置处输送到所述废气管道(25)中，并且时间上在所述内燃机(10)启动之前激活所述电加热装置(37)。监视废气催化转化器(35)的温度，并且不输送二次空气质量流(SLM)或以第一输送量将二次空气质量流(SLM)输送到所述废气管道(25)中，直到催化转化器温度(KT)达到预定的第一阈值(SW1)为止，以及在所述催化转化器温度(KT)达到预定的第一阈值(SW1)之后，以大于所述第一输送量的第二输送量将所述二次空气质量流(SLM)输送到所述废气管道(25)中。(SLM)输送到所述废气管道(25)中。(SLM)输送到所述废气管道(25)中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电加热废气催化转化器的方法和设备


[0001]本专利技术涉及用于电加热内燃机的废气催化转化器的方法和设备。

技术介绍

[0002]越来越严格的法律法规使得具有内燃机的机动车辆一方面需要尽可能地降低由于空气/燃料混合物在气缸中的燃烧而产生的原始排放。另一方面在内燃机中使用废气后处理系统，该废气后处理系统将在气缸内空气/燃料混合物的燃烧过程期间产生的污染物排放转化为无害物质。
[0003]为此尤其是使用废气催化转化器，在所述废气催化转化器中燃烧污染物的化学转化通过相应污染物的氧化或还原来进行。为此，废气催化转化器具有活性催化区域，在所述活性催化区域中发生化学转化，即催化。
[0004]必要的运行温度大多位于从大约300℃到大约600℃的燃料和涂层相关范围内。由于在催化区域中进行的催化通常需要特定的最低温度(也称为起燃温度，Light
‑
Off温度)以进行有效的废气后处理，因此为了在真实驾驶条件(即所谓的“真实驾驶排放”)下预计进一步降低允许的污染物排放极限值，需要保证尽可能快地将尽可能大的催化转化器体积至少加热到起燃温度。
[0005]因此有必要尽可能快地将催化转化器加热到期望的运行温度。为此，一方面可以执行燃烧技术措施，即运行内燃机使得内燃机的废热可以用于快速加热废气催化转化器的措施。然而，这通常会导致更高的燃料消耗并且只能缩短内燃机冷启动后的时间段——在该时间段中催化转化器还没有工作并且将排放更大量的污染物，但不能消除该时间段。
[0006]替代地或补充地，还已知使用可电加热的废气催化转化器。这种废气催化转化器具有自己的电加热装置，该加热装置例如由配备有内燃机的机动车辆的车载电网馈电并且可以将废气催化转化器加热到期望的运行温度。可电加热的废气催化转化器的优点在于，可以在所谓的催化转化器冷阶段中使该废气催化转化器达到运行温度，而无需运行内燃机，即例如在内燃机启动之前就达到运行温度。由此从内燃机的启动时刻起污染物就已经转化。为了最佳地运行废气催化转化器，必须使催化转化器衬底的整个体积，即整个催化作用表面，达到运行温度，但至少达到起燃温度。在此，与污染物CO和HC的转化相比，NOx排放的转化需要更大的催化转化器体积。
[0007]在可电加热的催化转化器(EHC＝Electrically Heated Catalyst或E
‑
KAT)的情况下，电加热装置例如以可由气体/废气流过的一个或多个电加热盘的形式实现，它们将电功率转化为加热功率并且紧邻本身未加热的催化转化器衬底地布置。
[0008]由于电加热盘的体积相对较小，并且加热盘本身的内表面也具有催化涂层，因此对该催化表面直接(即现场)以及非常快速地加热。
[0009]这种可电加热的废气催化转化器的结构例如在出版物DE 19943846A1和DE 4434673 A1中描述。
[0010]必要时至少在内燃机以低负载为特征的启动运行中，加热盘的相对较小的活性催
化表面可能足以将这一阶段的污染物减少到允许的程度，但也需要将剩余的催化转化器衬底尽可能快且尽可能完全地加热到运行温度。这在内燃机启动之前的加热阶段中几乎完全通过热辐射进行，所述热辐射只允许有限的热传递。在内燃机启动之后，剩余的催化转化器衬底的加热由废气在加热盘中开始的放热转化反应支持。
[0011]出版物DE 102019219906A1公开了一种用于加热布置在机动车辆的废气管道中的催化转化器的方法，其中可以在催化转化器上游将二次空气馈入废气管道中。当内燃机运转时，通过燃烧混合物的富集并因此也通过废气的富集和额外馈入二次空气，使得待加热催化转化器下游出现的空气比λ围绕化学计量空气比振荡，催化转化器中的富集的废气进行放热反应，从而有助于催化转化器衬底的快速加热。
[0012]然而，鉴于内燃机的启动停止运行越来越频繁并且经常在启动后立即增加负载，希望在内燃机启动之前就已经使催化转化器衬底的尽可能大的体积达到运行温度，但至少高于起燃温度，以保证废气中的污染物完全转化。为此仅仅增加加热功率不具有建设性，因为这可能很快导致过热并因此导致加热盘的损坏。
[0013]废气催化转化器的低于起燃温度的部分对转化没有贡献。因此，有效且快速地加热废气催化转化器的目标是将低于起燃温度的区域保持得尽可能小。此外，应当非常快速地使加热装置，通常是加热盘，达到起燃温度，以便在内燃机启动时能够立即转化废气成分。

技术实现思路

[0014]因此，本专利技术所基于的任务是提供用于加热内燃机的可电加热废气催化转化器的方法和设备，所述可电加热废气催化转化器的冷启动行为得到改善，从而所述可电加热废气催化转化器可以特别快速和有效地运行并且具有改进的转化行为，特别是在内燃机的启动阶段。
[0015]该任务根据独立权利要求的特征解决。本专利技术的有利设计是从属权利要求的主题。
[0016]本专利技术的特征在于一种用于加热废气催化转化器的方法和一种执行该方法的设备，所述废气催化转化器布置在内燃机的废气管道中并且具有电加热装置。在此，可以借助于空气输送装置将二次空气质量流在所述废气催化转化器上游的位置处输送到所述废气管道中，并且时间上在内燃机启动之前用预给定的加热功率激活所述电加热装置。在所述废气催化转化器中靠近所述加热装置的区域中，监视催化转化器温度，并且在激活所述加热装置之后直到催化转化器温度达到预定的第一阈值为止的时间段中，不输送二次空气质量流或以第一输送量将二次空气质量流输送到所述废气管道中，以及在所述催化转化器温度达到预定的第一阈值之后，以大于所述第一输送量的第二输送量将所述二次空气质量流输送到所述废气管道中。
[0017]通过根据本专利技术的方法得到电能的最佳使用，以便在内燃机启动之前就已经将电加热的废气催化转化器(EHC)加热到使得在内燃机启动时就已经确保了污染物的高转化率。在此，与传统方法相比，可以在短时间内实现较大的活性催化转化器体积(催化区域)。
[0018]该方法开辟了能够从一开始以及在内燃机启动之前就已经以增加的加热功率运行加热装置的可能性，而没有过热和因此对催化衬底的热损坏的风险。这是通过以下方式
实现的，即直到达到催化转化器温度的预定的第一阈值为止不输送二次空气质量流或仅输送少量的二次空气质量流，以保证尽可能快地达到该阈值，其中所述第一阈值例如设定在起燃温度的范围内。在此情况下，所述废气催化转化器中靠近所述加热装置的区域通过辐射以及当存在具有相对较低的第一输送量的二次空气质量流时也通过对流有效地一起加热。
[0019]为了在继续施加高加热功率的情况下防止电加热装置的温度过冲，在达到催化转换器温度的预定的第一阈值时——该第一阈值在任何情况下都以低于最大允许催化转化器温度的安全裕度预先确定，将二次空气质量流的输送量增加到相对于第一输送量明显增加的值。在温度已经升高时，这增加了从加热装置到废气催化转化器的剩余衬底体积的对流热传输，并且因此将热量快速引入催化转化器衬底中。
[0020]通过二次空气质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于加热废气催化转化器(35)的方法，所述废气催化转化器布置在内燃机(10)的废气管道(25)中并且具有电加热装置(37)，其中能够借助于空气输送装置(70)将二次空气质量流(SLM)在所述废气催化转化器(35)上游的位置处输送到所述废气管道(25)中，并且时间上在所述内燃机(10)启动之前用预给定的加热功率激活所述电加热装置(37)，其特征在于，在所述废气催化转化器(35)靠近所述加热装置(37)的区域中监视催化转化器温度(KT)，并且在激活所述加热装置(37)之后直到所述催化转化器温度(KT)达到预定的第一阈值(SW1)为止的时间段中，不输送二次空气质量流(SLM)或以第一输送量将二次空气质量流(SLM)输送到所述废气管道(25)中，以及在所述催化转化器温度(KT)达到预定的第一阈值(SW1)之后，以大于所述第一输送量的第二输送量将所述二次空气质量流(SLM)输送到所述废气管道(25)中。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一旦所述催化转化器温度(KT)达到上限值(OGW)，所述加热装置(37)的加热功率就被降低并且然后加以调节，使得不低于所述废气催化转化器(35)的预给定工作温度(AT)，所述预给定工作温度大于所述预定的第一阈值(SW1)且小于所述上限值(OGW)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述催化转化器温度(KT)大于或等于所述工作温度(AT)并且在所述内燃机(10)启动之后，根据布置在所述废气管道(25)中所述废气催化转化器(35)下游的调节传感器(47)调节输送到所述废气管道(25)中的二次空气质量流(SLM)的输送量，使得所述催化转化器(35)下游的空气比λ接近化学计量值1。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，作为所...

【专利技术属性】
技术研发人员：F，
申请(专利权)人：纬湃科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：