DE10053828A1 - Controlling catalyst comprises measuring temperature gradient over catalyst path during operation of catalyst, and ignoring and/or suppressing gradient measured at zero or close to zero in heating-up phase - Google Patents

Controlling catalyst comprises measuring temperature gradient over catalyst path during operation of catalyst, and ignoring and/or suppressing gradient measured at zero or close to zero in heating-up phase

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Abstract

Controlling a catalyst comprises measuring the temperature gradient over the catalyst path during operation of the catalyst; and ignoring and/or suppressing the gradient measured at zero or close to zero in the heating-up phase. An Independent claim is also included for a device for controlling a catalyst comprising temperature sensor elements (30) arranged at the inlet (10) and the outlet (20) of the catalyst and connected to a microcontroller (40) structured as a separate component. Preferred Features: The heating-up time can be adjusted.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Katalysators gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for controlling a catalyst according to Preamble of claim 1.

Katalysatoren werden bei Kraftfahrzeugmotoren weltweit eingesetzt. Sie bewirken durch eine Oberflächenreaktion eine katalytische Nachbehandlung des Abgases, wobei jedoch die Effizienz des Katalysators von seiner jeweiligen Betriebstemperatur abhängt. Innerhalb der sogenannten Kaltphase ist der Katalysator entweder wirkungslos oder ineffizient.Catalysts are used in automotive engines worldwide. They effect a catalytic aftertreatment of the exhaust gas by a surface reaction, however, the efficiency of the catalyst depends on its respective operating temperature depends. The catalyst is either within the so-called cold phase ineffective or inefficient.

Wichtig ist hierbei durch eine entsprechende Steuerung den Katalysator so schnell wie möglich auf Betriebstemperatur zu bringen.What is important here is that the catalyst is controlled as quickly as possible by appropriate control possible to bring to operating temperature.

Eine zweite technische bzw. physikalische Gegebenheit ist, daß ein ordnungsgemäß arbeitender Katalysator entlang seiner in der Abgasstrecke eingebrachten Länge einen Temperaturgradienten aufweist. Dieser zwischen Katalysatoreintritt und Katalysatoraustritt entstehende Temperaturgradient ist signifikant für einen optimal arbeitenden Katalysator. Der Temperaturgradient muß eine entsprechende Größe, sprich einen bestimmten Wert aufweisen, um beim optimalen Arbeitspunkt wirksam sein zu können. Hierbei ist das Maß eines bestimmten Temperaturgradienten maßgebend. Ist dieser Temperaturgradient unterschritten oder Null, so zeigt dies die Funktionsuntüchtigkeit des Katalysators an. Somit ergibt sich, daß die Temperaturdifferenzmessung zwischen Katalysatoreingang und Katalysatorausgang und die Bewertung derselben eine Bewertung über die Funktionstüchtigkeit eines Katalysators zuläßt. A second technical or physical fact is that a properly working catalyst along its length in the exhaust line Has temperature gradients. This between the catalyst inlet and The emerging temperature gradient is significant for an optimal working catalyst. The temperature gradient must have an appropriate size, Say have a certain value to be effective at the optimal working point to be able to be. Here is the measure of a certain temperature gradient prevail. If this temperature gradient is undershot or zero, this shows the Inoperability of the catalyst. It follows that the Temperature difference measurement between catalyst inlet and catalyst outlet and the evaluation of the same a rating about the functionality of a Allows catalyst.  

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine entsprechende Messung und Bewertung dieses Temperaturgradienten zur Diagnose der Katalysatorfunktion heranziehen zu können, ohne dabei von bestimmten Betriebssituationen abhängig zu sein.The invention is therefore based on the object of a corresponding measurement and Evaluation of this temperature gradient to diagnose the catalyst function to be able to use without depending on certain operating situations his.

Die gestellte Aufgabe wird beim Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.The stated object is achieved according to the invention in the method of the generic type solved by the characterizing features of claim 1.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 angegeben.Further advantageous embodiments of the method according to the invention are shown in FIGS dependent claims 2 to 5 indicated.

Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 6 gelöst.With regard to a device of the generic type, the task is According to the invention by the characterizing features of claim 6 solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den übrigen anhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are in the remaining dependent claims specified.

Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist hierbei, daß um von bestimmten Betriebssituationen, wie der Anheizphase oder betriebsbedingten Fluktuationen unabhängig zu sein, in der Anheizphase ZFU der zu Null oder nahe Null ermittelte Temperaturgradient regelungstechnisch ignoriert bzw. unterdrückt wird.The essence of the method according to the method is that of certain Operating situations, such as the heating phase or operational fluctuations to be independent, in the heating phase ZFU the zero or near zero determined Temperature gradient is ignored or suppressed by control technology.

Dies bedeutet, daß der natürlich in der Startphase noch kalte Katalysator einen gegenüber der Optimalbetriebsphase viel zu niedrigen Temperaturgradienten aufweist. Um zu verhindern, daß in der Startphase hierdurch eine Fehlermeldung generiert wird, wird in der zu erwartenden Anheizphase in einer Zeit ZFU, Abkürzung für zeitgesteuerte Fehlerunterdrückung, der als viel zu klein ermittelte Temperaturgradient regelungstechnisch ignoriert und somit eine Fehlermeldung unterdrückt.This means that the catalyst, which is of course still cold in the starting phase, is a temperature gradients that are much too low compared to the optimal operating phase. To prevent an error message from being generated in the start-up phase, is in the expected heating phase in a time ZFU, abbreviation for time-controlled error suppression, the temperature gradient determined as too small Ignored in terms of control technology and thus suppresses an error message.

Erst nach Erreichen der Betriebstemperatur, das heißt nach Ablauf der Zeit ZFU, wird der Temperaturgradient über die Katalysatorstrecke gemessen und mit einem zu erwartenden Sollwert vergleichen. Only after the operating temperature has been reached, that is after the time ZFU has elapsed the temperature gradient measured over the catalytic converter section and with a too Compare expected setpoint.  

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist angegeben, daß die Anheizzeit ZFU einstellbar ist. Auf diese Weise ist es möglich, verschiedene Katalysatortypen mit ein und derselben Steuerung bzw. mit ein und demselben Steuerverfahren betreiben zu können. Die Applikation auf den jeweiligen Katalysator erfolgt dann durch Einstellung der besagten Anheizzeit ZFU.In an advantageous embodiment of the method according to the invention it is stated that the heating time ZFU is adjustable. In this way it is possible to have different Catalyst types with one and the same control or with one and the same To be able to operate tax procedures. The application on the respective catalyst is then carried out by setting the said heating time ZFU.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher auch noch angegeben, daß nach Ablauf der Zeit ZFU das dauerhafte Absinken oder das nahezu Nullbleiben des Temperaturgradienten eine Fehlermeldung generiert. Wird nämlich bei einem betriebswarmen Katalysator kein oder ein nahezu Null verbleibender Temperaturgradient entlag der Katalysatorstrecke ermittelt, so deutet dies bei einem betriebswarmen Katalysator auf eine Störung oder Funktionsuntauglichkeit desselben hin. Dies soll dann auch durch eine entsprechende Fehlermeldung generiert werden.In a further advantageous embodiment, it is therefore also stated that after Expiration of the time ZFU the permanent sinking or the almost zero remaining Temperature gradient generated an error message. Because with one warm catalytic converter no or almost zero remaining Temperature gradient determined along the catalyst path, this indicates at one warm catalytic converter for a malfunction or inoperability of the same out. This should then also be generated by an appropriate error message.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß nach Ablauf der Zeit ZFU das Absinken unter einen Grenzwert oder einer Toleranzgrenze, das nahezu Nullbleiben des Temperaturgradienten für eine Zeit größer als ein Zeitintervall FTZ ein Fehlersignal generiert wird. Innerhalb der Betriebsphase wird so ein zweites Zeitfenster gesetzt. Bleibt sodann in der Betriebsphase der Temperaturgradient unter dem Grenzwert für eine Zeit länger als FTZ, so wird erst dann eine Fehlermeldung generiert. Hierdurch wird berücksichtigt, daß auch betriebsbedingte Schwankungen des Temperaturgradienten auftreten können, diese jedoch so lange keine Rolle spielen, so lange diese innerhalb des zweiten Zeitfensters FTZ bleiben. Dies bedeutet, daß innerhalb des Zeitfensters FTZ der Temperaturgradient bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Katalysator wieder oberhalb des Grenzwertes liegen muß.In a further advantageous embodiment it is indicated that after the time ZFU falling below a limit or a tolerance limit that is almost The temperature gradient remains zero for a time greater than a time interval FTZ Error signal is generated. During the operating phase, this becomes a second Time window set. The temperature gradient then remains in the operating phase the limit value for a time longer than FTZ, an error message is only then issued generated. This takes into account that operational fluctuations of the temperature gradient can occur, but this does not matter as long play as long as they remain within the second time window FTZ. This means, that within the time window FTZ the temperature gradient at one properly working catalyst are again above the limit got to.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist daher angegeben, daß das besagte Zeitfenster FTZ ebenfalls einstellbar ist. Auf diese Weise können bestimmte Betriebsverhalten bei bestimmten Katalysatortypen berücksichtigt werden und das Verfahren entsprechend darauf appliziert werden.In a further advantageous embodiment, it is therefore stated that said Time window FTZ is also adjustable. This way, certain Operating behavior with certain types of catalysts are taken into account and that Processes can be applied accordingly.

Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art besteht der Kern der Erfindung darin, daß die gesamte verfahrensmäßige Vorgehensweise in einem entsprechenden Mikrocontroller vorgenommen wird, der die Werte mindestens zweier Temperaturfühler aufnimmt, wovon einer am Eintritt zum Katalysator und ein anderer am Austritt zum Katalysator angeordnet ist. Diese Temperaturfühler sind dabei temperaturschlüssig mit dem Katalysatorkörper verbunden, so daß die Temperatur dort zuverlässig gemessen werden kann. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, daß die besagten ortsbezogen angeordneten Temperaturfühler auch redundant zweifach ausgelegt sein können.With regard to a device of the generic type, there is the core of Invention in that the entire procedural approach in one Corresponding microcontroller is made, the values of at least two  Temperature sensor, one at the inlet to the catalytic converter and another is arranged at the outlet to the catalyst. These temperature sensors are included thermally connected to the catalyst body, so that the temperature can be measured reliably there. In a further advantageous embodiment indicated that said location-based temperature sensors also can be designed redundantly twice.

Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, daß das System mit einem autarken Mikrocontroller, sprich mit einem Prozessor, ausgestattet sein kann, der lediglich auf die besagte entsprechende Funktion appliziert ist und somit als preiswertes Zurüstteil auch in bestehende Anlagen eingebaut werden kann.It is also advantageous that the system with a self-sufficient Microcontroller, that is, with a processor that can only be equipped said function is applied and thus as an inexpensive accessory can also be installed in existing systems.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachfolgend näher beschrieben.The invention is illustrated in the drawing and described in more detail below.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 Temperaturverlauf entlang einer Betriebsphase. Fig. 1 temperature curve along an operating phase.

Fig. 2 Die wichtigsten Bauteile der einrichtungsgemäßen Erfindung. Fig. 2 The most important components of the inventive device.

Fig. 1 zeigt den verfahrensgemäßen Ablauf einer Betriebsphase in Teilabschnitten. Aufgetragen ist in einem entsprechenden Koordinatensystem die Temperatur gemessen über den Zeitverlauf. Zu Beginn, das heißt in der Startphase bei T = 0, ist der eigentliche Katalysatorkörper noch im thermischen Gleichgewicht, das heißt, es wird sowohl am Eintritt als auch am Austritt die gleiche Temperatur gemessen. Dadurch entsteht ein Temperaturgradient von Null. Dies würde in dieser Inbetriebnahmephase eine Fehlermeldung generieren, weil der Temperaturgradient, hier Null, unterhalb eines Grenzwertes bleibt und somit eigentlich die logische Bedingung einer Fehlermeldung erzeugt. Fig. 1 shows the process flow according to an operating phase in sections. The temperature measured over time is plotted in a corresponding coordinate system. At the beginning, that is to say in the starting phase at T = 0, the actual catalyst body is still in thermal equilibrium, that is to say the same temperature is measured both at the inlet and at the outlet. This creates a temperature gradient of zero. In this commissioning phase, this would generate an error message because the temperature gradient, here zero, remains below a limit value and thus actually generates the logical condition of an error message.

Nach einer Anheizphase entlang einer Zeit ZFU (zeitgesteuerte Fehlerunterdrückung) erwärmt sich der Katalysator auf Betriebstemperatur und die Funktionsweise des Katalysators wird aktiv. Mit einem entsprechend aktiven Katalysator, bei Erreichen der Betriebstemperatur wird nunmehr das bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Katalysator auftretende physikalische Phänomen des sich Einstellens eines Temperaturgradienten zwischen Eintritt und Austritt des Katalysators signifikant. Somit erreicht der Katalysator dann nach der Anheizzeit ZFU die Betriebstemperatur und somit den gewünschten Temperaturgradienten. Bei Erhalt des besagten Temperaturgradienten bedeutet dies ein ordnungsgemäßes Arbeiten des Katalysators. Im weiteren Verlauf sind mehrere betriebsbedingte Abfälle des Temperaturgradienten dargestellt, die jedoch innerhalb eines zweiten einstellbaren Zeitfensters FTZ liegen. Diese Temperaturgradientenabfälle sind betriebsbedingt und deuten daher nicht auf die Funktionsuntüchtigkeit des Katalysators hin. Aus diesem Grund ist das zweite Zeitfenster FTZ geschaffen, welches ebenfalls einstellbar ist, so daß eine entsprechende Applikation auf verschiedene Katalysatortypen mit ein und derselben Einrichtung möglich ist. Erst nach Unterschreiten eines Temperaturgradientgrenzwertes für eine Zeit größer als FTZ, wie es im rechten Verlauf der Temperaturgradientenkurve gezeigt ist, wird eine Fehlermeldung generiert, und ordnungsgemäß angezeigt.After a heating phase along a time ZFU (time-controlled error suppression) the catalyst warms up to operating temperature and the mode of operation of the The catalyst becomes active. With a correspondingly active catalyst, when the Operating temperature is now that of a properly working Physical phenomenon of the occurrence of a catalyst  Temperature gradients between entry and exit of the catalyst significant. Consequently the catalyst then reaches the operating temperature and after the heating-up time ZFU thus the desired temperature gradient. On receipt of said Temperature gradients mean that the catalyst is working properly. In the further course there are several operational drops in the temperature gradient shown, which, however, lie within a second adjustable time window FTZ. These temperature gradient drops are operational and therefore do not indicate the inoperability of the catalyst. For this reason, the second is Time window FTZ created, which is also adjustable so that a corresponding application to different types of catalysts with one and the same Setup is possible. Only after falling below one Temperature gradient limit for a time greater than FTZ, as shown in the right The temperature gradient curve is shown, an error message is generated, and displayed properly.

Fig. 2 zeigt in symbolhafter Weise die wichtigsten Elemente zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es ist ein Katalysator 1 dargestellt, der im Abgassystem so eingebaut ist, daß er vom Abgas am Eintritt 10 beaufschlagt, innerhalb des Katalysators 1 die entsprechende katalytische Reaktion abläuft, und das Abgas am Austritt 20 des Katalysators 1 wieder austreten kann. Diese sich hier ergebende Gesamtstrecke ist als Katalysatorstrecke bezeichnet, und entlag dieser stellt sich bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Katalysator ein ganz spezifischer Temperaturgradient ein. Sowohl am Eintritt 10 als auch am Austritt 20 des Katalysators 1 wird jeweils die Temperatur gemessen. Hierzu können entsprechende Mikrotemperaturfühler 30 direkt mit dem Katalysator 1 schlüssig verbunden sein; gegebenenfalls können diese Temperaturfühler auch redundant, das heißt zweifach oder mehrfach ausgelegt werden, falls einer von ihnen ausfällt. Die Temperaturfühler sind sodann mit einem Mikrocontroller 40 verbunden, der die besagten Temperaturwerte einliest und den Temperaturgradienten entlag der Katalysatorstrecke durch Differenzbildung ermittelt. Innerhalb des Mikrocontrollers 40 wird somit gemäß dem genannten erfindungsgemäßen Verfahren der Temperaturgradient in Relation zur Zeit gestellt und so wird eine Anheizphase ZFU sowie ein zweites Zeitfenster FTZ generiert bzw. durch entsprechende Einstellmittel eingestellt. Erst bei einer entsprechenden Bewertung der Temperaturdifferenz über die besagten Zeitfenster ist das erfindungsgemäße Ergebnis zu erzielen. Am Ausgang des Mikrocontrollers 40 wird dann eine Fehlermeldung gemäß o. g. Bedingung generiert. Fig. 2 shows, in symbolic manner, the most important elements for implementing the method according to the invention. A catalyst 1 is shown which is installed in the exhaust system in such a way that the exhaust gas acts on it at the inlet 10 , the corresponding catalytic reaction takes place within the catalyst 1 , and the exhaust gas can exit again at the outlet 20 of the catalyst 1 . This total distance resulting here is referred to as the catalytic converter section, and this creates a very specific temperature gradient for a properly working catalytic converter. The temperature is measured both at the inlet 10 and at the outlet 20 of the catalyst 1 . For this purpose, corresponding micro-temperature sensors 30 can be directly connected to catalyst 1 ; if necessary, these temperature sensors can also be designed redundantly, ie twice or more, if one of them fails. The temperature sensors are then connected to a microcontroller 40 , which reads in the said temperature values and determines the temperature gradient along the catalytic converter section by forming a difference. Within the microcontroller 40 , the temperature gradient is thus set in relation to time in accordance with the aforementioned method according to the invention, and thus a heating phase ZFU and a second time window FTZ are generated or set by appropriate setting means. The result according to the invention can only be achieved when the temperature difference has been appropriately assessed over the said time window. An error message according to the above-mentioned condition is then generated at the output of the microcontroller 40 .

Die gesamte Baueinheit bzw das Bauteil des Mikrocontrollers 40 mit der Verschaltung zu den Temperaturfühlern kann auch als separierbare Baueinheit ausgestaltet sein, um diese beispielsweise bei bestehenden Abgasanlagen nachrüsten zu können.The entire structural unit or the component of the microcontroller 40 with the connection to the temperature sensors can also be designed as a separable structural unit in order to be able to retrofit them, for example, to existing exhaust systems.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß beim Betrieb des Katalysators der Temperaturgradient über die Katalysatorstrecke gemessen wird, und daß in der Anheizphase (ZFU) der zu Null oder nahe Null ermittelte Temperaturgradient in dieser Zeit regelungs- und/oder anzeigetechnisch ignoriert bzw. unterdrückt wird.1. A method for controlling a catalytic converter, characterized in that the temperature gradient is measured over the catalytic converter section during operation of the catalytic converter, and that in the heating phase (ZFU) the temperature gradient determined to be zero or near zero is ignored in terms of control and / or display technology during this time or suppressed. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anheizzeit (ZFU) einstellbar ist.2. The method according to claim 1, characterized, that the heating time (ZFU) is adjustable. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der Anheizzeit (ZFU) das dauerhafte Absinken oder das nahezu Nullbleiben des Temperaturgradienten eine Fehlermeldung generiert.3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that after the heating up time (ZFU) the permanent sinking or almost If the temperature gradient remains zero, an error message is generated. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Ablauf der Anheizzeit (ZFU) das Absinken unter einen Grenzwert oder das nahezu Nullbleiben des Temperaturgradienten für eine Zeit größer als ein Zeitintervall FTZ ein Fehlersignal generiert wird.4. The method according to claim 1 or 2, characterized, that after the heating-up time (ZFU) the drop below a limit or the almost zero remaining temperature gradient for a time greater than one Time interval FTZ an error signal is generated. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitintervall FTZ einstellbar ist.5. The method according to claim 4, characterized, that the time interval FTZ is adjustable. 6. Einrichtung zur Steuerung eines Katalysators, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl am Eintritt (10) als auch am Austritt (20) des Katalysators (1) Temperaturfühlerelemente (30) angeordnet sind, welche signaltechnisch mit einem separierbaren Mikrocontroller (40) verschaltet sind. 6. Device for controlling a catalyst, characterized in that both at the inlet ( 10 ) and at the outlet ( 20 ) of the catalyst ( 1 ) temperature sensor elements ( 30 ) are arranged, which are connected to a separable microcontroller ( 40 ). 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrocontroller (40) als separates Bauteil nachrüstbar ausgestaltet ist.7. Device according to claim 6, characterized in that the microcontroller ( 40 ) is designed to be retrofittable as a separate component.
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