DE4426020A1 - Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal ei
ner Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1
und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Moderne Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einem Katalysa
tor ausgerüstet, der vom Abgas der Brennkraftmaschine durch
strömt wird und chemische Reaktionen zwischen den Abgasbe
standsteilen fördert, die zu einer Konvertierung von schäd
lichen Abgasbestandteilen in weniger schädliche Stoffe füh
ren. Die Funktionsfähigkeit des Katalysators läßt jedoch mit
zunehmender Betriebsdauer nach, so daß der Katalysator nach
einer gewissen Einsatzzeit nicht mehr in der Lage ist, die
Schadstoffemission der Brennkraftmaschine auf ein ausrei
chend niedriges Niveau zu reduzieren und deshalb ausgetauscht
werden muß. Nach welcher Betriebszeit ein Austausch erfor
derlich ist, hängt stark von den Betriebsbedingungen des Ka
talysators ab und läßt sich nicht genau vorhersagen. Bei
spielsweise altert ein Katalysator sehr schnell, wenn er bei
sehr hohen Temperaturen betrieben wird. Weiterhin kann es
bei einer schlechten Kraftstoffqualität oder bei Verwendung
von bleihaltigem Kraftstoff zu einer chemischen Vergiftung
des Katalysators kommen, die den Katalysator ganz oder teil
weise unwirksam werden läßt. Um über die gesamte Lebensdauer
des Kraftfahrzeugs eine niedrige Schadstoffemission sicher
zustellen, sollte die Funktionsfähigkeit des Katalysators
überwacht werden.
Zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators kann
die Tatsache ausgenutzt werden, daß bei der Konvertierung
der Abgasbestandteile im Katalysator Wärme frei wird und da
durch eine Temperaturerhöhung hervorgerufen wird. Ein voll
funktionsfähiger Katalysator weist infolge einer hohen Kon
vertierungsrate eine starke Temperaturerhöhung auf, das
heißt, am Auslaß des Katalysators besitzt das Abgas eine hö
here Temperatur als am Einlaß des Katalysators. Je stärker
die Funktionsfähigkeit des Katalysators eingeschränkt ist,
desto geringer ist die Temperaturerhöhung.
Aus der DE 23 46 425 ist es bekannt, die Temperatur am Aus
laß und am Einlaß des Katalysators zu messen und aus der
Temperaturdifferenz, auf die Funktionsfähigkeit des Kataly
sators zu schließen. Bei einer zu geringen Temperaturdiffe
renz wird eine Alarmvorrichtung aktiviert, die signalisiert,
daß der Katalysator ausgetauscht werden sollte.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß von zwei Temperatursigna
len, die für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Ka
talysators benötigt werden, nur das erste Temperatursignal
ausgehend von einer Messung erzeugt werden muß. Das zweite
Temperatursignal wird mit Hilfe eines Temperaturmodells er
mittelt. Besonders vorteilhaft dabei ist, daß das gemessene
Temperatursignal und das mittels Temperaturmodell ermittelte
Temperatursignal in einem vorgebbaren Betriebszustand der
Brennkraftmaschine aufeinander abgeglichen werden. Insbeson
dere erfolgt der Abgleich zwischen den beiden Temperatur
signalen bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschi
ne, da dann die durch die exotherme Konvertierung hervorge
rufene Temperaturerhöhung relativ gering ist.
Die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators er
folgt in wenigstens einem vorgebbaren Betriebszustand der
Brennkraftmaschine, insbesondere bei niedrigem Gasdurchsatz
durch die Brennkraftmaschine, da dann durch die exotherme
Konvertierung hervorgerufene Temperaturerhöhung relativ hoch
ist und somit gut meßbar ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das Temperaturmo
dell die Temperatur stromab eines völlig funktionsunfähigen
Katalysators nach. Der Katalysator wird als ausreichend
funktionsfähig beurteilt, wenn ein von der Differenz aus dem
ersten Temperatursignal und dem zweiten Temperatursignal ab
hängiges Signal einen Schwellwert überschreitet.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel bildet
das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines gerade
noch ausreichend funktionsfähigen Katalysators nach. Der Ka
talysator wird als ausreichend funktionsfähig beurteilt,
wenn ein vom ersten Temperatursignal abhängiges Signal ein
vom zweiten Temperatursignal abhängiges Signal überschrei
tet.
Schließlich existiert noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem
das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines voll funk
tionsfähigen Katalysators nachbildet. Der Katalysator als
ausreichend funktionsfähig beurteilt, wenn ein von der Dif
ferenz aus dem zweiten Temperatursignal und dem ersten Tem
peratursignal abhängiges Signal einen Schwellwert unter
schreitet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur
Angabe des Gasdurchsatzes durch die Brennkraftmaschine ohne
hin vorhandene Signale verwendet werden können. Beispiels
weise kann ein Signal verwendet werden, das ausgehend von
einem Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser erzeugt wird
oder es kann ein Signal verwendet werden, das von einem
Signal für die Last und einem Signal für die Drehzahl der
Brennkraftmaschine abhängt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma
schine mit Katalysator,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Erfindung und
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des erfin
dungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 100, der über einen
Ansaugtrakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird und
deren Abgase in einen Abgaskanal 104 abgegeben werden. Im
Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft
gesehen - ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106,
beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, eine Drossel
klappe 108 mit einem Sensor 110 zur Erfassung des Öffnungs
winkels der Drosselklappe 108 und wenigstens eine Einspritz
düse 112 angebracht. Im Abgaskanal 104 sind - in Stromrich
tung des Abgases gesehen - eine Abgassonde 114 und ein Kata
lysator 116 angeordnet. Am Auslaß des Katalysators 116 ist
ein Temperatursensor 118 angebracht.
An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Drehzahlsensor 120
und ein Temperatursensor 121 angebracht. Weiterhin besitzt
die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier Zündkerzen
122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylin
dern. Die Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers oder
Luftmassenmessers 106, α des Sensors 110 zur Erfassung des
Öffnungswinkels der Drosselklappe 108, λ der Abgassonde 114,
THK des Temperatursensors 118, n des Drehzahlsensors 120 und
TBKM des Temperatursensors 121 werden einem zentralen Steu
ergerät 124 über entsprechende Verbindungsleitungen zuge
führt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensorsignale aus und
steuert über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzdüse
bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zündkerzen 122 an. Wei
terhin wird vom Steuergerät 124 das erfindungsgemäße Verfah
ren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Katalysators
116 durchgeführt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Erfindung. Ein Block
200 ermittelt aus dem Gasdurchsatz durch die Brennkraftma
schine 100 ein Signal TStat für die stationäre Abgastempera
tur und stellt dieses Signal TStat an seinem Ausgang bereit.
Die benötigte Information über den Gasdurchsatz wird dem
Block 200 beispielsweise in Form eines Signals mL für den
Luftmassenstrom zugeführt, das von dem in Fig. 1 einge
zeichneten Luftmassenmesser oder Luftmengenmesser 106 er
zeugt wird. Der Block 200 kann dann als Kennlinie ausgelegt
sein, die aus dem Signal mL das Signal TStat erzeugt. Alter
nativ zum Signal mL können auch die Signale n für die Dreh
zahl der Brennkraftmaschine 100 und tL für die Last in den
Block 200 eingespeist werden. Der Block 200 kann in diesem
Fall als Kennfeld ausgelegt sein, welches das Signal TStat
aus den Signalen n und tL ermittelt. Als Signal tL kann je
des gebräuchliche Lastsignal verwendet werden, beispielswei
se der Öffnungswinkel α der Drosselklappe 108 oder der Druck
im Ansaugtrakt 102, der mit Hilfe eines Drucksensors erfaßt
werden kann usw.
Der Ausgang des Blocks 200, an dem das Signal TStat anliegt,
ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 202
verbunden. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 202
liegt das Ausgangssignal TKor eines Korrekturblocks 204 an.
Der Korrekturblock 204 dient dazu, einen Abgleich zwischen
dem Temperaturmodell und dem Temperatursensor 118 durchzu
führen. Einzelheiten hierzu sind weiter unten beschrieben.
Der Verknüpfungspunkt 202 verknüpft das Signal TStat mit dem
Signal TKor und stellt das Ergebnis der Verknüpfung an sei
nem Ausgang bereit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 202
ist mit einem Eingang eines Blocks 206 verbunden, der die
Dynamik der Abgastemperatur nachbildet. Der Block 206 kann
als Filter ausgelegt sein, beispielsweise als Tiefpaßfilter.
Das Übertragungsverhalten des Blocks 206 kann abhängig vom
Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 100 beeinflußt
werden. Dazu wird in einen weiteren Eingang des Blocks 206
das Signal mL für den Luftmassenstrom eingespeist bzw. es
werden die Signale n für die Drehzahl und tL für die Last
eingespeist. Wenn der Block 206 als Tiefpaßfilter realisiert
ist, wird das Übertragungsverhalten durch entsprechende Än
derung der Zeitkonstante beeinflußt. In einer bevorzugten
Variante der Erfindung findet im Block 206 eine Aufspaltung
in einen schnellen und einen langsamen Anteil an der Abgas
temperatur statt, die unterschiedliches Zeitverhalten auf
weisen und getrennt weiterverarbeitet werden und anschlie
ßend wieder zu einem Signal überlagert werden. Einzelheiten
zu der Auftrennung, der getrennten Weiterverarbeitung und
der anschließenden Überlagerung sind in der DE 44 24 811 be
schrieben.
Am Ausgang des Blocks 206 wird ein Signal TVKM bereit ge
stellt, das die Temperatur unmittelbar stromauf des Kataly
sators 116 angibt. Der Ausgang des Blocks 206 ist mit einem
Eingang eines Blocks 208 verbunden, der das Temperaturver
halten dem Katalysators 116 nachbildet, wobei angenommen
wird, daß im Katalysator 116 keine Konvertierungswärme frei
gesetzt wird. Das Übertragungsverhalten des Blocks 208 ist -
ähnlich wie beim Block 206 - abhängig vom Gasdurchsatz durch
die Brennkraftmaschine 100 beeinflußbar. Die Einspeisung der
dazu benötigten Signale, des Signals mL bzw. der Signale n
und tL, erfolgt über einen weiteren Eingang des Blocks 208.
Die Realisierung des Blocks 208 kann als Filter, insbeson
dere als Tiefpaßfilter, erfolgen. Am Ausgang des Blocks 208
liegt ein Signal THKM an, das die Temperatur unmittelbar
stromab des Katalysators 116 angibt, und zwar für den Fall,
daß im Katalysator 116 keine Konvertierungswärme freigesetzt
wird, das heißt für einen völlig funktionsunfähigen Kataly
sator.
Das Signal THKM wird in zwei Verknüpfungspunkte eingespeist,
und zwar in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes
210 und einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 212.
Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 212 liegt das
Signal THK an, das vom Temperatursensor 118 erzeugt wird.
Der Verknüpfungspunkt 212 bildet die Differenz aus den
Signalen THK und THKM, das heißt aus der mit dem Temperatur
sensor 118 gemessenen Temperatur hinter dem Katalysator 116
und der mittels Temperaturmodell für einen funktionsunfähi
gen Katalysator gebildeten Temperatur an der gleichen Stel
le. Das Ergebnis der Differenzbildung wird als Signal dT am
Ausgang des Verknüpfungspunktes 212 bereitgestellt. Dieser
Ausgang ist über einen Schalter 214 mit dem Eingang eines
Blocks 216 verbunden.
Der Block 216 dämpft kurzzeitige Schwankungen des Signals dT
für die Temperaturdifferenz. Auf diese Weise wird ein Signal
dT1 erzeugt, das am Ausgang des Blocks 216 abgegriffen wer
den kann. Der Block 216 kann als Filter - beispielsweise als
Tiefpaßfilter - ausgelegt sein. Der Ausgang des Blocks 216
st mit dem Eingang eines Blocks 218 und dem Eingang eines
Blocks 220 verbunden.
Im Block 218 wird berücksichtigt, daß die bei der Konvertie
rung im Katalysator 116 freigesetzte Wärme eine unterschied
lich starke Temperaturerhöhung zur Folge hat, abhängig da
von, wie hoch der Gasdurchsatz durch den Katalysator 116 und
damit durch die Brennkraftmaschine 100 ist. Je höher der
Gasdurchsatz ist, desto kleiner ist bei gleichem Eingangs
signal dT1 das vom Block 218 ausgegebene Signal dT3. Die In
formation über den Gasdurchsatz wird dem Block 218 über ei
nen weiteren Eingang in Form eines Signals mLF mitgeteilt,
wobei das Signal MLF durch Filterung aus dem Signal mL bzw.
aus den Signalen n und tL erzeugt wird.
Im Block 220 findet eine Dämpfung der kurzzeitigen Schwan
kungen des Signals dT1 statt. Da das Signal dT1 bereits ein
gedämpftes Signal darstellt, weist das vom Block 220 ausge
gebene Signal dT2 einen sehr glatten Verlauf auf. Das Signal
dT2 gibt die von kurzzeitigen Störeinflüssen befreite Diffe
renz aus den Signalen THK (stromab des Katalysators 116 ge
messene Temperatur) und THKM (mittels Temperaturmodell be
stimmte Temperatur stromab des Katalysators 116) wieder. Da
das Signal THK die Temperaturerhöhung durch die exotherme
Konvertierung im Katalysator 116 beinhaltet und das Signal
THKM diese Temperaturerhöhung nicht beinhaltet, stellt die
Differenz der beiden Signale gerade die Temperaturerhöhung
selbst dar. Aus der durch die exotherme Konvertierung her
vorgerufenen Temperaturerhöhung kann die Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 ermittelt werden. Dazu wird Signal dT2
an einen Auswerteblock 222 weitergeleitet und dort mit we
nigstens einem Schwellwert verglichen. Ist der Schwellwert
überschritten so wird die Funktionsfähigkeit des Katalysa
tors 116 als ausreichend beurteilt, ist er dagegen unter
schritten, so liegt eine nicht mehr ausreichende Funktions
fähigkeit vor und der Katalysator 116 ist auszutauschen. Al
ternativ kann im Auswerteblock 222 auch abgeprüft werden, ob
das Signal dT2 innerhalb eines vorgebbaren Bereichs liegt.
Um eine möglichst verläßliche Beurteilung der Funktionsfä
higkeit des Katalysators 116 zu gewährleisten, wird - wie
bereits weiter oben erwähnt - das von kurzzeitigen Störein
flüssen befreite Signal dT2 verwendet. Weiterhin wird mit
tels des Schalters 214 sichergestellt, daß die durch die
exotherme Umsetzung im Katalysator 116 verursachte Tempera
turerhöhung nur bei einem niedrigen Gasdurchsatz zur Beur
teilung des Katalysators 116 herangezogen wird. Bei einem
niedrigen Gasdurchsatz führt die exotherme Umsetzung im Ka
talysator 116 zu einer besonders starken Temperaturerhöhung,
die sich leicht nachweisen läßt. Die Ansteuerung des Schal
ters 214 erfolgt durch eine Steuerstufe 224. Die Steuerstufe
224 steuert den Schalter 214 bei niedrigem Gasdurchsatz -
üblicherweise 15 bis 25 Kilogramm pro Stunde - in einen ge
schlossenen Zustand und bei höherem Gasdurchsatz in einen
geöffneten Zustand. Am Eingang der Steuerstufe 224 liegt das
gefilterte Signal mLF für den Luftmassenstrom an.
Das Signal mLF wird von einem Block 226 entweder aus dem
Signal mL oder aus den Signalen n und tL erzeugt. Der Block
226 kann als Filter ausgelegt sein, beispielsweise als Tief
paßfilter. Das Übertragungsverhalten des Blocks 226 ist in
Abhängigkeit vom Gasdurchsatz beeinflußbar, wobei als Signal
für den Gasdurchsatz entweder das Signal mL oder die Signale
n und tL über einen weiteren Eingang in dem Block 226 einge
speist werden.
Im Blockdiagramm der Fig. 2 ist noch eine weitere Maßnahme
im Sinne einer möglichst zuverlässigen Beurteilung der Funk
tionsfähigkeit des Katalysators 116 vorgesehen. Dieser wei
teren Maßnahme liegt die Überlegung zugrunde, daß die bei
für die Beurteilung benötigten Signale THK und THKM mit Feh
lern behaftet sein können. Es erscheint daher sinnvoll, ei
nen Abgleich zwischen den Signalen THK und THKM durchzufüh
ren. Bei diesem Abgleich ist zu berücksichtigen, daß ledig
lich im Signal THK nicht aber im Signal THKM die Temperatur
erhöhung infolge der exothermen Umsetzung im Katalysator 116
enthalten ist. Deshalb wird im Verknüpfungspunkt 210, dessen
erster Eingang mit dem Ausgang des Blocks 208 verbunden ist
und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Blocks 218
verbunden ist, dem Signal THKM ein Singal dT3 überlagert,
das die Temperaturerhöhung durch die exotherme Umsetzung im
Katalysator 116 angibt. Das so erzeugte Signal THKME wird am
Ausgang des Blocks 210 bereitgestellt. Der Ausgang des
Blocks 210 ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungs
punktes 228 verbunden, an dessen zweiten Eingang das Signal
THK anliegt. Die vom Verknüpfungspunkt gebildete Differenz
der beiden Eingangssignale wird über einen Schalter 230 dem
Eingang des Korrekturblocks 204 zugeführt. Der Korrektur
block 204 erzeugt daraus das Korrektursignal TKor, das im
Verknüpfungspunkt 202 mit dem Signal TStat für die stationä
re Abgastemperatur verknüpft wird, d. h. der Abgleich zwi
schen dem Temperatursensor 118 und dem Temperaturmodell fin
det durch Korrektur des Signals TStat mit dem Signal TKor
statt.
Über die Ansteuerung des Schalters 230 ist eine weitere Maß
nahme zur Erhöhung der Zuverlässigkeit bei der Beurteilung
der Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 realisiert. Die
Ansteuerung erfolgt durch die Steuerstufe 224. Bei einem ho
hen Gasdurchsatz, in der Regel ca. 40 bis 90 Kilogramm pro
Stunde, steuert die Steuerstufe 224 den Schalter 230 in eine
geschlossene Stellung, so daß der Ausgang des Verknüpfungs
punktes 228 mit dem Eingang des Korrekturblocks 204 verbun
den ist. Ist der Gasdurchsatz jedoch geringer, so steuert
die Steuerstufe 224 den Schalter 230 in eine geöffnete Stel
lung und unterbricht somit die Verbindung zwischen dem Aus
gang des Verknüpfungspunktes 228 und dem Eingang des Korrek
turblocks 204. Die hier geschilderte Ansteuerung hat zur
Folge, daß der vom Korrekturblock 204 ausgegebene Korrektur
wert immer nur bei einem hohen Gasdurchsatz ermittelt wird,
das heißt in einem Betriebsbereich in dem die Temperaturer
höhung durch exotherme Umwandlung im Katalysator vergleichs
weise gering ist. Folglich wirken sich auch Fehler, die bei
der Ermittlung der Temperaturerhöhung auftreten, nicht be
sonders stark auf den Abgleich aus.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß bei hohem Gasdurchsatz
durch die Brennkraftmaschine 100 ein Abgleich zwischen dem
Temperatursensor 118 und dem Temperaturmodell stattfindet
und bei niedrigem Gasdurchsatz eine Beurteilung der Funk
tionsfähigkeit des Katalysators 116 unter Verwendung des
Temperatursensors 118 und des Temperaturmodells durchgeführt
wird.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah
rens. In einem ersten Schritt 300 wird mit Hilfe des Tempe
ratursensors 118 das Signal THK für die Temperatur unmittel
bar stromab des Katalysators 118 gebildet. Im folgenden
schritt 302 wird mittels des Blocks 200 aus Fig. 2 das
Signal TStat für die stationäre Abgastemperatur bestimmt.
Anschließend wird das Signal TStat im Schritt 304 mit dem
Korrekturwert TKor verknüpft, um das Temperaturmodell und
den Temperatursensor 118 abzugleichen. Dieser Abgleich wird
mit Hilfe des Verknüpfungspunktes 202 vorgenommen. Es folgt
ein Schritt 306, in dem mittels des Blocks 206 aus dem kor
rigierten Signal für die stationäre Abgastemperatur das
Signal TVKM für die Temperatur unmittelbar stromauf des Ka
talysators 116 erzeugt wird. Im folgenden Schritt 308 wird
aus dem Signal TVKM mittels des Blocks 208 ein Signal THKM
für die Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 116
ermittelt unter der Annahme, daß im Katalysator 116 keine
exotherme Konvertierung stattfindet. Im darauf folgenden
Schritt 310 wird mittels des Blocks 226 das Signal mLF für
den gefilterten Luftmassendurchsatz ermittelt.
An Schritt 310 schließt sich eine Abfrage 312 an, ob das
Signal mLF innerhalb eines vorgebbaren Bereichs liegt. Der
vorgebbare Bereich liegt bei kleinen Luftmassendurchsätzen,
typischerweise bei ca. 15 bis 25 Kilogramm pro Stunde. Ist
die Abfrage 312 erfüllt, das heißt liegt mLF innerhalb des
Bereichs, so werden eine Reihe von Schritten ausgeführt um
die Temperaturerhöhung durch die exotherme Umsetzung der Ab
gase im Katalysator 116 zur ermitteln und anhand dieser
Temperaturerhöhung die Funktionsfähigkeit des Katalysators
116 zu beurteilen. Dabei wird zunächst im Schritt 314 der
Schalter 214 geschlossen, um den entsprechenden Bereich des
Blockschaltbilds der Fig. 2 zu aktivieren. Weiterhin wird
im darauffolgenden Schritt 316 der Schalter 230 geöffnet, um
zu verhindern, daß der für den Abgleich zwischen dem Tempe
raturmodell und dem Temperatursensor 118 benötigte Korrek
turwert TKor neu gebildet wird. Die Bildung neuer Werte für
TKor soll nur bei einem hohen Luftmassendurchsatz stattfin
den. An Schritt 316 schließt sich ein Schritt 318 an zur
Bildung eines Signals dT für die Differenz aus dem Signal
THK, das die mit dem Temperatursensor 118 bestimmte Tempera
tur unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt, und dem
Signal THKM, das die mit dem Temperaturmodell ermittelte
Temperatur an der gleichen Stelle angibt. In dem folgenden
Schritt 320 werden kurzzeitige Schwankungen des Signals dT
mittels des Blocks 216 herausgefiltert bzw. gedämpft und auf
diese Weise wird ein Signal dT1 erzeugt. Das Signal dT1 wird
im Schritt 322 mittels des Blocks 220 nochmals gefiltert
bzw. gedämpft und so ein Signal dT2 erzeugt.
An Schritt 322 schließt sich eine Abfrage 324 an. Die Ab
frage 324 dient dazu, durch Vergleich des Signals dT1 mit
wenigstens einem Schwellwert herauszufinden, ob der Kataly
sator 116 in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt ist.
Die Abfrage 324 kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß
abgefragt wird, ob das Signal dT2 größer ist als ein
Schwellwert. Ist dies der Fall, so schließt sich ein Schritt
326 an, in dem festgestellt wird, daß der Katalysator 116
ausreichend funktionsfähig ist. Ist das Signal dT2 dagegen
nicht größer als der Schwellwert, so schließt sich an die
Abfrage 324 ein Schritt 328 an, in dem ein nicht ausreichend
funktionsfähiger Katalysator 116 festgestellt wird. Sowohl
mit Schritt 326 als auch mit Schritt 328 ist der Durchlauf
des Flußdiagramms beendet und beginnt von neuem mit Schritt
300.
Ist die Abfrage des Schrittes 312 nicht erfüllt, das heißt
liegt das Signal mLF für den gefilterten Luftmassendurchsatz
außerhalb des vorgebbaren Bereichs, so schließt sich an die
Abfrage 312 ein Schritt 330 an. In Schritt 330 wird der
Schalter 214 geöffnet, da der vorliegende Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 100 nicht dazu geeignet ist, neue Da
ten für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysa
tors 116 zu sammeln.
An Schritt 330 schließt sich eine Abfrage 332 an, ob das
Signal MLF innerhalb eines weiteren vorgebbaren Bereichs
liegt. Dieser weitere Bereich ist bei hohen Werten für den
Luftmassendurchsatz angesiedelt, beispielsweise bei ca. 40
bis 90 Kilogramm pro Stunde. Ist die Abfrage 332 erfüllt,
das heißt liegt ein derartig hoher Luftmassendurchsatz vor,
so wird eine Reihe von Schritten ausgeführt, um das Tempera
turmodell auf den Temperatursensor 118 abzugleichen. Dazu
wird zunächst in einem Schritt 334 der Schalter 230 ge
schlossen, um die Ermittlung neuer Werte für die Temperatur
korrektur TKor mittels des Blocks 204 zuzulassen. Im darauf
folgenden Schritt 336 wird aus dem zuletzt ermittelten
Signal dT1 für die Temperaturerhöhung mittels des Blocks 218
ein Signal dT3 ermittelt, indem das Signal dT1 abhängig vom
Gasdurchsatz durch den Katalysator 116, der durch das Signal
mLF repräsentiert wird, verringert wird. Im darauffolgenden
Schritt 338 wird das so gebildete Signal dT3 mit dem Signal
THKM verknüpft und auf diese Weise das Signal THKME gebil
det, das die mit dem Temperaturmodell ermittelte Temperatur
unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt, und zwar
unter Berücksichtigung der exothermen Konvertierung im Kata
lysator 116. Falls das Temperaturmodell und der Temperatur
sensor 118 optimal aufeinander abgeglichen sind, entspricht
das so ermittelte Signal THKME genau dem Signal THK, das vom
Temperatursensor 118 ausgegeben wird. An Schritt 338
schließt sich ein Schritt 340 an. In Schritt 340 wird die
Differenz aus den Signalen THK und THKME gebildet. Diese
Operation findet im Verknüpfungspunkt 228 statt. Als Ergeb
nis wird ein Signal TAbw erzeugt, aus dem im darauffolgenden
Schritt 342 mittels des Blocks 204 der Korrekturwert TKor
zur Korrektur des Signals TStat für die stationäre Abgas
temperatur ermittelt wird. Mit Schritt 342 ist der Durchlauf
des Flußdiagramms beendet und beginnt von neuem bei Schritt
300.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so abgewandelt wer
den, daß die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators
116 anhand eines Vergleichs der stromab des Katalysators 116
gemessenen Temperatur mit einer Temperatur erfolgt, die un
ter Berücksichtigung der Temperaturerhöhung durch die exo
therme Konvertierung mittels eines Temperaturmodells für die
gleiche Stelle bestimmt wurde. In dem dabei verwendeten Tem
peraturmodell kann entweder die Temperaturerhöhung eines
voll funktionsfähigen Katalysators 116 oder die Temperatur
erhöhung eines gerade noch ausreichend funktionsfähigen Ka
talysators 116 berücksichtigt werden. Im ersten Fall wird
der Katalysator 116 als ausreichend funktionsfähig beur
teilt, wenn die Differenz zwischen gemessener Temperatur und
Modelltemperatur unterhalb eines Schwellwerts liegt. Im
zweiten Fall wird der Katalysator 116 als ausreichend funk
tionsfähig beurteilt, wenn die gemessene Temperatur oberhalb
der Modelltemperatur liegt.
Die Erfindung kann sowohl zur Beurteilung der Funktions
fähigkeit eines Vorkatalysators als auch eines Hauptkataly
sators eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Tempera
tursensor 118 entfallen. Das Signal THK für die stromab des
Katalysators 116 gemessene Temperatur wird dann mit Hilfe
einer Abgassonde erzeugt, die stromab des Katalysators 116
angeordnet ist. Dazu kann beispielsweise der temperaturab
hängige Innenwiderstand der Abgassonde erfaßt werden. Wenn
die Abgassonde mit einem Heizelement zur elektrischen Behei
zung der Abgassonde ausgestattet ist, so kann auch der tem
peraturabhängige Widerstand des Heizelements zur Erzeugung
des Signals THK herangezogen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Temperatur
sensor 118 auch in einer stromab des Katalysators 116 ange
ordneten Abgassonde integriert sein.
Claims (10)
1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines
Katalysators (116) im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
(100) wobei
- - die Funktionsfähigkeit ausgehend von zwei Temperatursigna len (THK, THKM) beurteilt wird und
- - das erste Temperatursignal (THK) ausgehend von einer Mes sung stromab des Katalysators (116) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- - das zweite Temperatursignal (THKM) mit Hilfe eines Tempe raturmodells erzeugt wird und
- - die beiden Temperatursignale (THK, THKM) in wenigstens ei nem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) aufeinander abgeglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Abgleich zwischen den beiden Temperatursignalen (THK,
THKM) bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine
(100) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß die Beurteilung der Funktions
fähigkeit des Katalysators (116) in wenigstens einem vorgeb
baren Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
daß die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators
(116) bei niedrigem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschi
ne (100) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Temperaturmodell die Tempera
tur stromab eines völlig funktionsunfähigen Katalysators
(116) nachbildet und der Katalysator (116) als ausreichend
funktionsfähig beurteilt wird, wenn ein von der Differenz
aus dem ersten Temperatursignal (THK) und dem zweiten Tempe
ratursignal (THKM) abhängiges Signal (dT2) einen Schwellwert
überschreitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Temperaturmodell die Temperatur strom
ab eines wenigstens eingeschränkt funktionsfähigen Katalysa
tors (116) nachbildet und der Katalysator (116) als ausrei
chend funktionsfähig beurteilt wird, wenn ein vom ersten
Temperatursignal (THK) abhängiges Signal ein vom zweiten
Temperatursignal (THKM) abhängiges Signal überschreitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
kennzeichnet, das Temperaturmodell die Temperatur stromab
eines voll funktionsfähigen Katalysators (116) nachbildet
und der Katalysator (116) als ausreichend funktionsfähig be
urteilt wird, wenn ein von der Differenz aus dem zweiten
Temperatursignal (THKM) und dem ersten Temperatursignal
(THK) abhängiges Signal einen Schwellwert unterschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gasdurchsatz durch die Brennkraftma
schine (100) von einem Signal (mL) repräsentiert wird, das
ausgehend von einem Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser (106)
erzeugt wird oder von einem Signal, das von einem
Signal (tL) für die Last und einem Signal (n) für die Dreh
zahl der Brennkraftmaschine (100) abhängt.
9. Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines
Katalysators (116) im Abgaskanal (104) einer Brennkraftma
schine (100), mit
- - einem Temperaturerfassungsmittel (118) zur Erzeugung eines ersten Temperatursignals (THK) für die Temperatur stromab des Katalysators (116),
- - einem Temperaturmodellmittel zur Erzeugung eines zweiten Temperatursignals (THKM) für die Temperatur stromab des Ka talysators (116)
- - einem Abgleichmittel zum Abgleich des ersten Temperatur signals (THK) und des zweiten Temperatursignals (THKM) in wenigstens einem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraft maschine (100) und
- - einem Beurteilungsmittel (222) zur Beurteilung der Funk tionsfähigkeit des Katalysators (116) ausgehend vom ersten Temperatursignal (THK) und vom zweiten Temperatursignal (THKM).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das Temperaturerfassungsmittel ein Temperatursensor (118)
ist, der stromab des Katalysators (116) angeordnet ist oder
eine Abgassonde, die stromab des Katalysators (116) angeord
net ist oder ein Heizelement zur elektrischen Beheizung der
Abgassonde.
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