DE4437655C2 - Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Katalysatorheizvorrichtung - Google Patents
Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer KatalysatorheizvorrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überwa
chung der Funktionsfähigkeit einer Reizvorrichtung zur
beschleunigten Erwärmung eines Katalysators nach dem
Oberbegriff der Patentansprüche 1 bis 4.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 42 08 609 A1 bekannt. Zum technischen Umfeld wird
weiterhin auf die DE 42 39 079 A1, die DE 42 01 136 A1
und die DE 42 35 113 A1 hingewiesen.
Bei dem aus der DE 42 08 609 A1 bekannten Verfahren wird
eine Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Brenners
durch den Vergleich der Ist-Temperatur mit einem
Temperaturwert vorgenommen, der ein Erlöschen der
Brennerflamme anzeigt. Mittels einer derartigen
Überwachung kann jedoch lediglich ein Totalausfall des
Brenners erkannt werden. Darüber hinaus spricht die
Temperaturüberwachung nach dem bekannten Verfahren erst
geraume Zeit nach einem Brennerstart an.
Aus der DE 42 39 079 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung
einer Heizvorrichtung für einen Katalysator hervor, durch
das jedoch keine Überwachung der Funktionsfähigkeit der
Heizvorrichtung vorgenommen wird.
Bei dem aus der DE 42 01 136 A1 bekannten Verfahren wird
zur beschleunigten Erwärmung des Katalysators eines
Kraftfahrzeugs auf Betriebstemperatur eine Reizvorrich
tung in Form eines Vorkatalysators eingesetzt. Die Über
wachung der Funktionsfähigkeit des Vorkatalysators wird
durch Ermittlung mehrerer Temperaturverläufe an
unterschiedlichen Meßorten und durch deren Auswertung
durchgeführt. Nach dem bekannten Verfahren soll eine
sogenannte integrale Temperatur z. B. über die Länge
und/oder den Querschnitt des Vorkatalysators ermittelt
werden. Das weitere Auswerteverfahren nach der Ermittlung
der integralen Temperatur, insbesondere im Zusammenhang
mit der Überwachung der Funktionsfähigkeit geht aus der
DE 42 01 136 A1 nicht hervor.
Bei dem aus der DE 42 35 113 A1 bekannten Verfahren wird
die Funktionsfähigkeit einer elektrischen Reizvorrichtung
zur beschleunigten Erwärmung eines Kraftfahrzeugs auf Be
triebstemperatur diagnostiziert. Bei diesem bekannten
Verfahren befindet sich mindestens ein Temperatursensor
im oder am Katalysator, mit dem die Temperaturänderung
bzw. ein Temperatur-Istverlauf erfaßt und mit mindestens
einem Temperatur-Sollverlauf verglichen wird. Zur Feh
lererkennung wird die Übereinstimmung der beiden Verläufe
bewertet. Vorzugsweise sind mehrere Temperatur-Sollver
läufe vorgegeben, die für definierte Fehler der elektri
schen Reizvorrichtung charakteristisch sind.
Beispielsweise aus der motortechnischen Zeitschrift MTZ
1/93, S. 22/23, ist ein sog. "Katalysator-Startheizungs-System"
bekannt, bei dem zur beschleunigten Erwärmung ei
nes Katalysators in Kraftfahrzeugen eine Reizvorrichtung
in Form eines unmittelbar vor dem Katalysator angeordne
ten Brenners vorgesehen ist. Die Verwendung eines Bren
ners als Reizvorrichtung anstelle einer elektrischen
Reizvorrichtung für einen Katalysator hat den Vorteil,
daß die Batterie eines Kraftfahrzeuges nicht zusätzlich
belastet wird.
Da bei der Entwicklung von Kraftfahrzeugsystemen auch die
Verbesserung der Batterieladebilanz stark im Vordergrund
steht, ist es Aufgabe der Erfindung, eine nicht-elektri
sche Katalysator-Reizvorrichtung zu verwenden und ein
einfaches, hierzu angepaßtes Verfahren zur Überwachung
deren Funktionsfähigkeit zu schaffen. Insbesondere soll
die Funktionsfähigkeit dieser Reizvorrichtung dahingehend
überwacht werden, daß jeder Fehler schnellstmöglich
erkannt wird, der zur Erhöhung der Abgasemissionen über
einen zulässigen Wert hinaus führt.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche
1 bis 4 gelöst.
Gemäß Patentanspruch 1 wird erfindungsgemäß zum einen ein
Brenner als Reizvorrichtung zur beschleunigten Erwärmung
eines Katalysators verwendet. Zum anderen wird bei dem
Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des
Brenners die Temperatur des Brenners bzw. eine dem Bren
ner proportionale Temperatur ermittelt und diese Tempera
tur nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitraums, der ab der
Erkennung eines Brennerstarts beginnt, mit einer
vorgegebenen oberen Temperaturschwelle verglichen.
Bei funktionsfähigem Brenner muß also nach dem Brenner
start innerhalb eines bestimmten Zeitraums ein Mindest
wert der Brennertemperatur erreicht sein. Liegt die der
Brennertemperatur proportionale Temperatur nach Ablauf
des vorgegebenen Zeitraums ab Brennerstart unterhalb der
vorgegebenen oberen Temperaturschwelle wird bei
spielsweise eine Fehlerlampe, die auf einen Defekt am
Brenner hinweist, gesetzt.
Dieses erfindungsgemäße Verfahren, das lediglich einen
Temperatursensor erfordert, ermöglicht eine besonders
einfache und kostensparende Diagnose der Funktions
fähigkeit des Brenners. Somit kann auf die bekannten,
aufwendigen Verfahren zur Diagnose des Brenners, wie z. B.
auf das Ionenstrommeßverfahren zwischen den Zündelektro
den, verzichtet werden.
Der Ablauf des vorgegebenen Zeitraums beginnt bei dem er
findungsgemäßen Verfahren nach einer Erkennung des
Brennerstarts. So wird nach Anspruch 1 weiterhin der
Brennerstart durch das Erreichen einer vorgegebenen
unteren Temperaturschwelle erkannt. Diese Tempe
raturschwelle wird vorzugsweise derart definiert, daß sie
in ausreichendem Maß oberhalb einer maximal möglichen
Brennertemperatur bei Kaltstart liegt.
Alternativ wird nach Patentanspruch 2 der Brennerstart
durch eine vorgegebene Temperaturerhöhung gegenüber einem
Temperaturanfangswert erkannt. Dadurch ist ein
Brennerstart unabhängig von einem Kaltstart oder einem
Warmstart erkennbar.
Nach Patentanspruch 3 wird bei einem Verfahren zur Über
wachung der Funktionsfähigkeit eines Brenners als Reiz
vorrichtung zur beschleunigten Erwärmung eines Katalysa
tors ein Temperatur-Istverlauf der Brennertemperatur er
mittelt und mit einem vorgegebenen Temperatur-Sollverlauf
verglichen. Die Abweichung des Temperatur-Istverlaufs vom
Temperatur-Sollverlauf wird in Abhängigkeit von der Lauf
zeit des Brenners gewichtet. Diesem erfindungsgemäßen
Verfahren liegt der Gedanke zugrunde, daß Fehler, die
kurz nach dem Brennerstart auftreten, sich auf eine
Verschlechterung der Abgasemissionen um ein Vielfaches
stärker auswirken als Fehler, die erst nach längerer
Laufzeit des Brenners bei bereits angewärmtem Katalysator
auftreten. Somit wird ein Brennerdefekt nach kurzer
Laufzeit des Brenners bereits bei geringer Abweichung der
Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur erkannt, während
bei längerer Laufzeit des Brenners größere Abweichungen
noch ohne Fehlererkennung zulässig sind. Mit diesem
erfindungsgemäßen Verfahren findet einerseits eine
sichere Überwachung der Funktionsfähigkeit des Brenners
statt, wobei jedoch eine überflüssige Fehlererkennung
vermieden wird.
Gemäß Anspruch 4 wird erfindungsgemäß alternativ zu An
spruch 3 eine Wichtung der Abweichung des Temperatur-Ist
verlaufs vom Temperatur-Sollverlauf in Abhängigkeit vom
momentanen Istwert der ermittelten Temperatur des Bren
ners vorgenommen. Der momentane Istwert der ermittelten
Temperatur des Brenners ist direkt proportional zur
momentanen Laufzeit des Brenners. Eine bestimmte
Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur
wirkt sich bei einem niedrigen momentanen Ist-Wert der
ermittelten Temperatur stärker aus, als bei einem hohen
momentanen Istwert der ermittelten Temperatur. Somit wird
im Falle eines niedrigen momentanen Ist-Werts der
ermittelten Temperatur ein Brennerdefekt bei einer viel
geringeren Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur
erkannt, als im Falle eines hohen momentanen
Istwerts der ermittelten Temperatur. Auch bei diesem
erfindungsgemäßen Verfahren wird eine unnötige
Fehlererkennung verhindert.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin
dung dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine einem Katalysator vorgeschaltete
Heizvorrichtung in Form eines Brenners,
Fig. 2 einen charakteristischen Temperaturverlauf eines
intakten Brenners, insbesondere nach Brennerstart
und
Fig. 3 eine Möglichkeit zur Wichtung der Abweichung ei
ner Ist-Temperatur von einer Soll-Temperatur des
Brenners.
In Fig. 1 ist eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine
1 mit einem Brenner 3 verbunden, der einem Katalysator 2
vorgeschaltet ist. In der Brennkammer des Brenners 3 sind
eine Brennerdüse 4, zwei Zündelektroden 7 und ein
Temperatursensor 8 angeordnet. Die Brennerdüse 4 ist über
eine erste Leitung mit einem Sekundärluftgebläse 5 und
über eine zweite Leitung mit einem Brennstoffabsperrven
til 6 verbunden.
Der Brenner 3 wird bei Inbetriebnahme der Brennkraftma
schine 1 vorzugsweise dann gestartet, wenn vom Tempera
turfühler 8 oder von einem nicht-dargestellten
Temperaturfühler des Katalysators 2 bei der Inbetrieb
nahme der Brennkraftmaschine 1 eine zu niedrige Tempera
tur, d. h. ein Kaltstart, erkannt wird. Daraufhin werden
das Sekundärluftgebläse 5 und die Zündelektroden 7 einge
schaltet sowie das Brennstoffabsperrventil 6 geöffnet.
Vom Brennstoffabsperrventil 6 wird Brennstoff zur
Brennerdüse 4 weitergeleitet. Zwischen dem Sekundärluft
gebläse 5 und der Brennerdüse 4 wird Sekundärluft trans
portiert. In der Brennerdüse 4 wird aus der Sekundärluft
und dem Brennstoff ein feinzerstäubtes Gemisch gebildet
und in die Brennkammer des Brenners 3 eingespritzt. Die
ses feinzerstäubte Gemisch wird im Bereich der Funken
strecke zwischen den Zündelektroden 7 gezündet und weit
gehend in der Brennkammer des Brenners 3 verbrannt. Vor
zugsweise wird der dazu benötigte Brennstoff dem Ein
spritzsystem der Brennkraftmaschine 1 entnommen. Der
Brennerstart erfolgt vorzugsweise gleichzeitig mit dem
Start der Brennkraftmaschine 1. Im Brenner 3 wird inner
halb von einigen Sekunden ein Temperaturanstieg von meh
reren 100°C erreicht. Hierdurch wird der Katalysator 2
ebenfalls innerhalb von wenigen Sekunden zumindest nahezu
auf Betriebstemperatur gebracht, wodurch eine sehr
schnelle Reduzierung der Abgasemissionen erreicht wird.
Fig. 2 zeigt schematisch den Anstieg der Temperatur T in
der Brennkammer des Brenners 3 in Abhängigkeit von der
Laufzeit des Brenners nach einem Brennerstart. Auf der
Abszisse ist die Zeit t und auf der Ordinate die Tempera
tur T dargestellt, die mit dem Temperatursensor 8 erfaßt
wird. Auf der Ordinate ist eine untere Temperaturschwelle
Su und eine obere Temperaturschwelle So eingetragen.
Zunächst wird erfindungsgemäß der Brennerstart erkannt,
wenn die untere Temperaturschwelle Su zumindest erreicht
wird. Hierdurch ist der Zeitpunkt t1 als Brennerstart-Zeitpunkt
definiert. Nach der Erkennung des Brennerstarts
zum Zeitpunkt t1 beginnt der Ablauf des vorgegebenen
Zeitraums t2 - t1. Zum Zeitpunkt t2, d. h. nach Ablauf des
vorgegebenen Zeitraums, wird überprüft, ob die durch den
Temperatursensor 8 aktuell erfaßte Temperatur T in der
Brennkammer die obere Temperaturschwelle So zumindest er
reicht hat. Liegt die momentan erfaßte Temperatur T zum
Zeitpunkt t2 unterhalb der oberen Temperaturschwelle So,
so wird auf einen Brennerdefekt geschlossen. In diesem
Fall wird beispielsweise eine Warnlampe gesetzt. Liegt
jedoch zum Zeitpunkt t2 eine Temperatur T vor, die größer
als die obere Temperaturschwelle So ist, so wird die
fehlerfreie Funktionsfähigkeit des Brenners festgestellt.
In Fig. 2 ist gestrichelt ein typischer Verlauf der HC-Emissionen
in Abhängigkeit von der erreichten Temperatur
T des Brenners 3 dargestellt. Aus dem gestrichelten Ver
lauf ist erkennbar, daß nach Ablauf des vorgegebenen
Zeitraums zum Zeitpunkt t2 die HC-Emissionen bereits sehr
stark reduziert werden.
Alternativ oder zusätzlich zur Überwachung der Funktions
fähigkeit des Brenners 3 mittels der Schwellwertüberwa
chung nach Fig. 2 wird erfindungsgemäß die Funktionsfä
higkeit des Brenners 3 anhand des Vergleichs eines Tempe
ratur-Istverlaufs Tist mit einem vorgegebenen Temperatur-Sollverlauf
Tsoll gemäß Fig. 3 überwacht. In Fig. 3 ist
auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate zum
einen die Temperatur T des Brenners 3 und zum anderen ein
Wichtungsfaktor G dargestellt.
Der Wichtungsfaktor G bewertet die Abweichung A des mo
mentanen Istwerts der ermittelten Temperatur T entspre
chend dem Temperatur-Istverlaufs Tist von der durch den
Temperatur-Sollverlauf Tsoll vorgegebenen Sollwert der
Temperatur T zum momentanen Zeitpunkt t, der beispiels
weise durch die Laufzeit des Brenners 3 nach Brennerstart
t1 bestimmt ist. Durch den Wichtungsfaktor G wird mit zu
nehmender Laufzeit t des Brenners bzw. mit Zunahme des
Istwerts der ermittelten Temperatur T eine Abweichung A
der Solltemperatur (Tsoll) von der Isttemperatur (Tist)
für eine Fehlererkennung weniger stark bewertet. Für eine
Fehlererkennung kann beispielsweise die Multiplikation
der Abweichung A mit dem Wichtungsfaktor G vorgenommen
werden und mit einer Fehlererkennungsschwelle verglichen
werden. Empirisch hat sich herausgestellt, daß sich kurz
nach Beginn des Brennerstarts Abweichungen A der
Isttemperatur von der Solltemperatur viel stärker auf die
Verschlechterung der Abgasemissionen auswirken, als zu
einem späteren Zeitpunkt, wenn der zeitabhängige Tem
peraturverlauf T des Brenners in den Sättigungsbereich
übergeht. Somit wird beispielsweise kurz nach Brenner
start schon eine geringe Abweichung A als sehr bedeutend
für die Abgasverschlechterung eingestuft. Weiterhin hat
sich empirisch herausgestellt, daß sporadische Fehlerer
eignisse vorzugsweise im Zeitraum t2 - t1 erkannt werden,
während beispielsweise die Absolutwerte der Abweichungen
A im Sättigungsbereich des Temperaturverlaufes unabhängig
von einem Wichtungsfaktor G Rückschlüsse auf sich langsam
ändernde Fehlerereignisse, wie z. B. Alterungsvorgänge,
treffen lassen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemä
ßen Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des
Brenners vorzugsweise im Leerlaufbetrieb der Brennkraft
maschine 1 vorgenommen werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
einer Heizvorrichtung zur beschleunigten Erwärmung
eines Katalysators in Kraftfahrzeugen mittels Mes
sung und Auswertung der Heizvorrichtungstempera
tur, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrich
tung ein Brenner (3) ist, dessen Temperatur (T)
ermittelt und nach Ablauf eines vorgegebenen Zeit
raums (t₂-t₁) ab einer Erkennung des Brennerstarts
(t₁) mit einer vorgegebenen oberen Temperatur
schwelle (So) verglichen wird und daß
der Brennerstart (t₁) bei Erreichen
einer vorgegebenen unteren Temperaturschwelle (Su)
erkannt wird.
2. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
einer Heizvorrichtung zur beschleunigten Erwärmung
eines Katalysators in Kraftfahrzeugen mittels Mes
sung und Auswertung der Heizvorrichtungstempera
tur, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrich
tung ein Brenner (3) ist, dessen Temperatur (T)
ermittelt und nach Ablauf eines vorgegebenen Zeit
raums (t₂-t₁) ab einer Erkennung des Brennerstarts
(t₁) mit einer vorgegebenen oberen Temperatur
schwelle (So) verglichen wird und daß
der Brennerstart (t₁) bei einer vor
gegebenen Temperaturerhöhung gegenüber einem Tem
peraturanfangswert erkannt wird.
3. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
einer Heizvorrichtung zur beschleunigten Erwärmung
eines Katalysators in Kraftfahrzeugen mittels Mes
sung und Auswertung der Heizvorrichtungstempera
tur, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrich
tung ein Brenner (3) ist, dessen Temperatur-Ist
verlauf (Tist) ermittelt und mit einem vorgegebe
nen Temperatur-Sollverlauf (Tsoll) verglichen wird
und daß die Abweichung (A) des Temperatur-Istver
laufs (Tist) vom Temperatur-Sollverlauf (Tsoll) in
Abhängigkeit von der Laufzeit (t) des Brenners (3)
gewichtet wird.
4. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
einer Heizvorrichtung zur beschleunigten Erwärmung
eines Katalysators in Kraftfahrzeugen mittels Mes
sung und Auswertung der Heizvorrichtungstempera
tur, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrich
tung ein Brenner (3) ist, dessen Temperatur-Ist
verlauf (Tist) ermittelt und mit einem vorgegebe
nen Temperatur-Sollverlauf (Tsoll) verglichen wird
und daß die Abweichung (A) des Temperatur-Istver
laufs (Tist) vom Temperatur-Sollverlauf (Tsoll) in
Abhängigkeit vom momentanen Istwert der ermittel
ten Temperatur (T) gewichtet wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4437655A DE4437655C2 (de) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Katalysatorheizvorrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4437655A DE4437655C2 (de) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Katalysatorheizvorrichtung |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4437655A1 DE4437655A1 (de) | 1996-05-02 |
DE4437655C2 true DE4437655C2 (de) | 1998-03-26 |
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ID=6531361
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4437655A Expired - Fee Related DE4437655C2 (de) | 1994-10-21 | 1994-10-21 | Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Katalysatorheizvorrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4437655C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11713704B1 (en) | 2022-04-28 | 2023-08-01 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Exhaust burner control for reduced fuel consumption |
US11821350B2 (en) | 2021-07-09 | 2023-11-21 | Tenneco Automotive Operating Company Inc. | Multi-tier exhaust burner control for SCR catalyst pre-heating |
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CN106762045A (zh) * | 2016-11-24 | 2017-05-31 | 浙江大学 | 三元催化器微波加热*** |
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DE4208609A1 (de) * | 1992-03-18 | 1993-09-30 | Daimler Benz Ag | Verfahren zur Reduzierung der Zeitdauer bis zum Erreichen der Betriebstemperatur einer im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung |
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1994
- 1994-10-21 DE DE4437655A patent/DE4437655C2/de not_active Expired - Fee Related
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Owner name: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG, 80809 MUENCHEN, DE DA |
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Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE BAYERISCHE |
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Owner name: BAYERISCHE MOTOREN WERKE AG, 80809 MUENCHEN, DE Owner name: DAIMLER AG, 70327 STUTTGART, DE |