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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine.
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Abgasnachbehandlungssysteme sind insbesondere in Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine dafür vorgesehen, eine Abgasnachbehandlung durchzuführen, um Schadstoffe aus einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Das Abgasnachbehandlungssystem weist diesbezüglich mindestens einen Abgaskatalysator auf, der mittels einer chemischen Umwandlung durch Oxidation bzw. durch Reduktion die Schadstoffe in dem Abgaskatalysator bindet. Diesbezüglich weist der Abgaskatalysator zumeist einen Abgaskatalysebereich auf, in dem die chemische Umwandlung - die Katalyse - stattfindet.
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Die nötige Betriebstemperatur für den Abgaskatalysebereich liegt zumeist in einem Bereich von ≥ 200° C, da die Abgaskatalyse, die in dem Abgaskatalysebereich durchgeführt wird, für eine effektive Abgasnachbehandlung eine bestimmte Mindesttemperatur benötigt. Um den Abgaskatalysebereich schnell in den gewünschten Temperaturbereich zu bringen, weist gemäß einer Ausführungsform der Abgaskatalysator eine Heizeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems den Abgaskatalysebereich in den gewünschten Temperaturbereich aufzuheizen. Die Heizeinrichtung wird herkömmlich gemäß einer Ausführungsform mittels elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle versorgt. Die Heizeinrichtung ist in dem
Abgasnachbehandlungssystem in unmittelbarer Nähe zum Abgaskatalysebereich angeordnet, damit die Wärmeübertragung vorteilhaft schnell und verlustarm von statten gehen kann. Deshalb ist die Heizeinrichtung in dem Strömungsbereich des Abgases angeordnet. Über die Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems kann es zu Funktionsstörungen der Heizeinrichtung oder anderer Bauteile des Abgasnachbehandlungssystems kommen. Insbesondere die Heizeinrichtung, die dem Abgas über die Betriebszeit dauerhaft ausgesetzt ist, kann Funktionsstörungen ausbilden, die die Funktionstüchtigkeit des Abgasnachbehandlungssystems beeinträchtigen.
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Beispielsweise kann sich der Innenwiderstand der Heizeinrichtung über dessen Betriebsdauer verändern. Eine andere Funktionsstörung, wie beispielsweise eine Beschädigung der Heizeinrichtung kann einen Kurzschluss herbeiführen. Die Funktionsstörungen der Heizeinrichtung und/oder des
Abgasnachbehandlungssystems können dessen Funktionsfähigkeit beeinträchtigen und/oder das Fahrzeug sogar beschädigen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine zuverlässige Überprüfung und Sicherstellung einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Abgaskatalysator und eine Spannungsquelle aufweist, wobei der Abgaskatalysator einen Abgaskatalysebereich und eine elektrische Heizeinrichtung, die von der Spannungsquelle selektiv mit elektrischer Energie versorgt wird, folgende Schritte auf:
- - Ermitteln eines Istwerts, der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist, wobei der Istwert unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung aus der Spannungsquelle ermittelt wird,
- - Bereitstellen eines Sollwerts, der charakteristisch für einen erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist, wobei der Sollwert ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators berücksichtigt,
- - Vergleichen des Istwerts mit dem Sollwert, um zu überprüfen und sicherzustellen, ob die Heizeinrichtung entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert.
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Der Abgaskatalysator weist den Abgaskatalysebereich, in dem die Katalyse stattfindet, und die elektrische Heizeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Abgaskatalysebereich aufzuheizen, auf. Die elektrische Heizeinrichtung ist gemäß einer Ausführungsform in Abgasströmungsrichtung stromauf des Abgaskatalysebereichs angeordnet, es ist aber auch denkbar, dass die elektrische Heizeinrichtung in Abgasströmungsrichtung stromab des Abgaskatalysebereich angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Abgaskatalysator zwei elektrische Heizeinrichtungen auf, wobei eine von den zweien in Abgasströmungsrichtung stromauf des Abgaskatalysebereichs und die andere von den zweien in Abgasströmungsrichtung stromab des Abgaskatalysebereichs angeordnet ist. Die elektrische Heizeinrichtung wird von einer Spannungsquelle, beispielsweise von einem Akku oder von einer Batterie selektiv mit elektrischer Energie versorgt. Der Abgaskatalysebereich muss nur dann mittels der elektrischen Heizeinrichtung auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt werden, wenn der Abgaskatalysebereich eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer Schwellentemperatur liegt, die für eine wirksame Abgasnachbehandlung notwendig ist. Dies ist beispielsweise unmittelbar nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Fall. Demgemäß muss der Abgaskatalysebereich nicht dauerhaft von der elektrischen Heizeinrichtung aufgeheizt werden.
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Die elektrische Heizeinrichtung weist gemäß einer Ausführungsform eine Wabenstruktur oder eine Matrixstruktur auf, durch die unmittelbar elektrischer Strom aus der Spannungsquelle durchfließt, wobei die Wabenstruktur oder die Matrixstruktur als ohmscher Widerstand wirkt. Dadurch heizt sich die Wabenstruktur oder Matrixstruktur auf und gibt die Wärme an den Abgaskatalysebereich und/oder an das Abgas weiter. Die Temperatur der Heizeinrichtung ist somit unmittelbar von der aus der Spannungsquelle übertragenen elektrischen Energie abhängig.
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Der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung kann sich über die Betriebsdauer der Heizeinrichtung beispielsweise aufgrund von Ablagerungen in der Wabenstruktur oder in der Matrixstruktur oder aufgrund von Änderungen im metallischen Gefüge ändern. Auch ist es denkbar, dass sich der ohmsche Widerstand aufgrund einer Beschädigung der Matrixstruktur und/oder der Wabenstruktur ändern kann. Eine Beschädigung der Wabenstruktur und/oder der Matrixstruktur der Heizeinrichtung kann zu einer gravierenden Änderung des ohmschen Widerstands der Heizeinrichtung und/oder sogar zu einem Kurzschluss innerhalb der Heizeinrichtung führen. Eine solcher Beschädigung hat Einfluss auf das Strömungsverhalten der elektrischen Energie durch die Heizeinrichtung, wodurch der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung und damit die Wärmeübertragung an den Abgaskatalysebereich verändert ist.
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Der ohmsche Widerstand lässt sich mittels der elektrischen Stromstärke und der elektrischen Spannung ermitteln. Demgemäß ist der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung mittels der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung aus der Spannungsquelle ermittelbar. Eine Beschädigung oder eine Änderung in der Wabenstruktur oder in der Matrixstruktur der Heizeinrichtung sind aus dem ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ableitbar. Mittels der Ermittlung des ohmschen Widerstands der Heizeinrichtung können demgemäß Änderungen oder Beschädigungen der Heizeinrichtung über die Betriebszeit der Heizeinrichtung detektiert werden.
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Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird der Sollwert bereitgestellt, der charakteristisch für den erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist. Der erwartete ohmsche Widerstand bzw. der entsprechende Sollwert berücksichtigt dabei das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und das erwartete Langzeitverhalten des Abgaskatalysators. Das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung hängt beispielsweise von dem Aufbau der Heizeinrichtung und insbesondere von dem Aufbau der Wabenstruktur bzw. der Matrixstruktur der Heizeinrichtung ab. Das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung kann beispielsweise bei der Entwicklung der Heizeinrichtung erfasst / gemessen und in einem Speicher hinterlegt werden. Dieses spezifische Aufheizverhalten wird bei der Bereitstellung des Sollwerts berücksichtigt.
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Das erwartete Langzeitverhalten des Abgaskatalysators kann ebenso bei der Entwicklung und bei der Erprobung der Heizeinrichtung ermittelt werden. Das erwartete Langzeitverhalten bildet beispielsweise eine bestimmte Lebensdauer des Abgaskatalysators ab. Die Lebensdauer des Abgaskatalysators beträgt gemäß einer Ausführungsform 5 Jahre oder 80 000 Fahrzeugkilometer. Die Lebensdauer des Abgaskatalysators beträgt gemäß einer anderen Ausführungsform 10 Jahre oder 160 000 Fahrzeugkilometer. Eine längere Lebensdauer ist ebenso denkbar. Gemäß einer Ausführungsform wird das erwartete Langzeitverhalten der Heizeinrichtung des Abgaskatalysators über die gesamte Lebensdauer abgebildet und in dem Speicher hinterlegt.
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Der Sollwert berücksichtigt folglich das Aufheizverhalten und das entsprechende Langezeitverhalten des Abgaskatalysators und wird entsprechend der aktuellen Betriebszeit des Abgaskatalysators bereitgestellt. Der Sollwert ändert sich über die Betriebszeit des Abgaskatalysators. Insgesamt ist somit ein Sollwert bereitgestellt, der entsprechend der aktuellen Betriebszeit des Abgaskatalysators und des spezifischen Aufheizverhalten entwickelt ist.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung erfolgt der Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert, um zu überprüfen und sicherzustellen, ob die Heizeinrichtung entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert. Der Istwert wird mittels der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung ermittelt. Die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Stromstärke ist ermittelbar und die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Spannung ist ebenso ermittelbar, sodass die Istwertermittlung dementsprechend einfach ausführbar ist. Aufgrund von Veränderungen in dem Abgaskatalysator, insbesondere aufgrund von Veränderungen in der Heizeinrichtung kann der Istwert über die Betriebszeit variieren. Der Sollwert wird entsprechend des spezifischen Aufheizverhaltens und des erwarteten Langzeitverhaltens bereitgestellt. Demgemäß variiert auch der Sollwert über die Betriebszeit des Abgaskatalysators bzw. über die Betriebszeit der Heizeinrichtung. Der Istwert und der Sollwert können demgemäß über die Betriebszeit der Heizeinrichtung gleichermaßen variieren.
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Der Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert liefert folglich über die gesamte Betriebszeit des Abgaskatalysators bzw. über die gesamte Betriebszeit der Heizeinrichtung des Abgaskatalysators eine vergleichsweise gute und robuste Überprüfung, ob die Heizeinrichtung entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert und stellt somit sicher, dass das Abgasnachbehandlungssystem im vorbestimmten Betriebsbereich betrieben wird. Weicht beispielsweise der Istwert aufgrund einer Beschädigung der Heizeinrichtung zu stark von dem Sollwert ab, kann vergleichsweise einfach festgestellt werden, dass die Heizeinrichtung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Demgemäß kann beispielsweise ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgen oder ein Hinweis einem Betreiber der Brennkraftmaschine ausgegeben werden. Insgesamt ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung vergleichsweise einfach durchführbar, liefert aber dennoch einen zuverlässigen Wert über die Funktionsfähigkeit der Heizeinrichtung und dadurch auch über die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems.
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Gemäß einer Ausführungsform wird zum Vergleichen des Istwerts mit dem Sollwert eine erste Differenz aus dem Istwert und dem Sollwert gebildet und die erste Differenz wird mit einem ersten Schwellenwert verglichen, wobei erkannt wird, dass die Heizeinrichtung nicht entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert, wenn die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert um mindestens einen ersten bestimmten Betrag abweicht. Die erste Differenz kann beispielsweise dadurch gebildet werden, indem der Istwert von dem Sollwert abgezogen wird oder dadurch indem der Sollwert von dem Istwert abgezogen wird. Eine Parametrisierung des Istwerts bzw. des Sollwerts, wobei die Werte als Funktion mit einer oder mehrerer Variablen dargestellt werden, vor der Differenzbildung ist ebenso denkbar. Der erste Schwellenwert kann beispielsweise in dem Speicher hinterlegt sein und laufend mit der ersten Differenz verglichen werden. Der erste Schwellenwert kann sich beispielsweise über die Betriebszeit des Abgaskatalysators verändern. Der erste bestimmte Betrag kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein. Der erste bestimmte Betrag kann sich ebenso über die Betriebszeit des Abgaskatalysators verändern. Wird beispielsweise erkannt, dass die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert um den ersten Betrag ins Positive oder ins Negative abweicht, kann eine Fehlfunktion des Abgasnachbehandlungssystems erkannt werden. Ein derartiger Vergleich ist einfach durchführbar und liefert über die Betriebszeit des Abgaskatalysators ein vergleichsweise zuverlässiges Ergebnis. Insbesondere aufgrund der Variabilität des ersten Schwellenwerts und des ersten bestimmten Betrags kann über die gesamte Lebenszeit des Abgaskatalysators ein robustes Überprüfen der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems realisiert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Sollwert und/oder der Istwert über eine bestimmte Betriebszeit aufaddiert bevor der aufaddierte Sollwert mit dem entsprechend aufaddierten Istwert miteinander verglichen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Abgasnachbehandlungssystem eine Spannungsmesseinrichtung auf, der an einem der Heizeinrichtung zugeordneten Ende eines Übertragungskabels, das elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung im Betrieb der Heizeinrichtung überträgt, angeordnet ist, wobei die Spannungsmesseinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Messsignal zu ermitteln, das charakteristisch für die an der Heizeinrichtung im Betrieb ankommenden elektrischen Spannung ist, und wobei der Istwert unter Verwendung des Messsignals der Spannungsmesseinrichtung ermittelt wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird die elektrische Energie von der Spannungsquelle mittels des Übertragungskabels an die Heizeinrichtung übertragen. Ein Ende des Übertragungskabels ist der Heizeinrichtung zugeordnet, das andere Ende des Übertragungskabels ist der Spannungsquelle zugeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung ist an dem Ende angeordnet, das der Heizeinrichtung zugeordnet ist. Das Messsignal berücksichtigt demgemäß Übertragungsverluste von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung. Dadurch ist das Verfahren zusätzlich detaillierter und zuverlässiger.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Spannungsmesseinrichtung oder eine zusätzliche Spannungsmesseinrichtung direkt an der Heizeinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist ein anderes oder ein zusätzliches Messignal zu ermitteln, das charakteristisch für die der Wabenstruktur oder der Matrixstruktur der Heizeinrichtung im Betrieb zugeführten elektrischen Spannung, die an der Wabenstruktur oder der Matrixstruktur ankommt, ist. Das Messsignal gemäß dieser Ausführungsform berücksichtigt zusätzliche Übertragungsverluste innerhalb der Heizeinrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine zusätzliche Spannungsmesseinrichtung an einer Masseleitung der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist, ein zusätzliches Messsignal zu ermitteln, das charakteristisch für die elektrische Spannung in der Masselleitung ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich folgenden Schritt auf:
- - Vergleichen des Messsignals der Spannungsmesseinrichtung mit einem Spannungssollwert, der charakteristisch für die an der Heizeinrichtung ankommenden erwarteten elektrischen Spannung im Betrieb der Heizeinrichtung aus der Spannungsquelle ist, wobei zum Vergleichen des Messsignals mit dem Spannungssollwert eine Differenz mit dem Messsignal und dem Spannungssollwert gebildet wird und die Differenz mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird, wobei erkannt wird, dass das Übertragungskabel und/oder andere Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems nicht entsprechend seiner / ihrer erwarteten Funktionalität funktioniert, wenn die zweite Differenz von dem zweiten Schwellenwert um mindestens einen zweiten bestimmten Betrag abweicht.
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Das Messsignal ist charakteristisch für die der Heizeinrichtung im Betrieb zugeführten Spannung, folglich der elektrischen Spannung, die an der Heizeinrichtung ankommt. Der Spannungssollwert ist charakteristisch für an die Heizeinrichtung abgegebene erwartete elektrische Spannung. Demgemäß ist der Spannungssollwert charakteristisch für die von dem Übertragungskabel an die elektrische Heizeinrichtung übertragene Spannung. Demgemäß berücksichtigt ebenso der Spannungssollwert Widerstandsverluste des Übertragungskabels. Der Spannungssollwert kann beispielsweise in dem Speicher hinterlegt sein und kann zusätzlich Langzeitverhalten des Übertragungskabels, das im Vorfeld ermittelt und in dem Speicher hinterlegt wurde, berücksichtigen. Die zweite Differenz wird aus dem Messsignal und dem Spannungssollwert gebildet. Dabei kann das Messsignal von dem Spannungssollwert abgezogen werden oder es kann der Spannungssollwert von dem Messsignal abgezogen werden. Eine Parametrisierung des Messsignals und/oder des Spannungssollwerts oder eine anderweitige Aufbereitung des Messsignals und des Spannungssollwerts können ebenso vorgenommen werden, um die Differenzbildung zu erleichtern.
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Der zweite Schwellenwert kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein und laufend mit der zweiten Differenz verglichen werden. Der zweite bestimmte Betrag kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein. Der zweite Schwellenwert und der zweite Betrag können sich gemäß einer Ausführungsform über die Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems verändern. Demgemäß kann über die gesamte Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems eine vorteilhaft robuste Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Übertragungskabels bzw. von den anderen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems, die elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung übertragen, realisiert werden. Weist beispielsweise das Übertragungskabel Brüche oder anderweitige Schäden auf und überträgt nicht mehr wie erwartet die elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung, kann dies gemäß dieser Ausführungsform erkannt werden. Insgesamt ist demgemäß neben der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems zusätzlich eine Unterscheidung von etwaigen Fehlerquellen möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform berücksichtigt der Sollwert und/oder der Spannungssollwert aktuelle Umgebungsbedingungen. Aktuelle Umgebungsbedingungen kann beispielsweise eine Umgebungstemperatur sein. Die Umgebungsbedingungen können das Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und/oder das Übertragungsverhalten von elektrischer Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung beeinflussen. Werden die Umgebungsbedingungen in dem Sollwert und/oder dem Spannungssollwert berücksichtigt, kann das Verfahren auch bei sich ändernden Umgebungsbedingungen weiterhin vorteilhaft zuverlässig und robust die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems überprüfen.
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Gemäß einer Ausführungsform werden der Sollwert und/oder der Spannungssollwert als ein Kennfeld bereitgestellt. Das Kennfeld kann beispielsweise ein mathematisches Modell sein, das verschiedene Parameter berücksichtigt und entsprechend aktuell vorherrschender Parameter den entsprechenden Sollwert und/oder den entsprechenden Spannungssollwert für einen zuverlässigen Vergleich des Sollwerts beziehungsweise des Spannungssollwerts mit dem Istwert beziehungsweise mit dem Messsignal bereitstellt. Die Bereitstellung des Sollwerts und/oder des Spannungssollwerts mittels des Kennfelds ist eine vergleichsweise einfache Art um Parameter der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Abgasnachbehandlungssystems beziehungsweise Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen und somit eine vorteilhaft zuverlässige Überprüfung und Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems zu realisieren.
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Gemäß einer Ausführungsform wird die Ermittlung des Istwerts und/oder die Ermittlung des Messsignals unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Teststromstärke und einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Testspannung aus der Spannungsquelle ermittelt. Die Teststromstärke und die Testspannung können beispielsweise in einem bestimmten Testbetrieb der Heizeinrichtung zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Testbetrieb beispielsweise vor dem Start der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Teststromstärke und die Testspannung können demgemäß spezifisch gewählt werden, um möglichst repräsentative Werte für den Istwert beziehungsweise für das Messsignal zu erhalten. Es ist somit möglich spezifisch die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems zu überprüfen und sicherzustellen. Dadurch ist das Verfahren zusätzlich zuverlässig und genau, da unbeeinflusste Ergebnisse vorliegen. Die Teststromstärke und die Testspannung können über die Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems konstant gehalten werden, sodass über die gesamte Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems miteinander gut vergleichbare Werte ermittelt werden können.
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Gemäß einer Ausführungsform beträgt die elektrische Testspannung 0,5 Volt bis 5 Volt. Dadurch, dass die Testspannung in dem Bereich gemäß dieser Ausführungsform liegt, können negative Einflüsse auf die Ermittlung des Istwerts beziehungsweise auf die Ermittlung des Messsignals reduziert werden. Außerdem sind aufgrund dieser vergleichsweise niedrigen elektrischen Spannungen Widerstandsveränderungen, die sich negativ auf die Ermittlung des Istwerts beziehungsweise auf die Ermittlung des Messsignals, aufgrund einer starken Erwärmung des Heizelements verringert.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Spannungsquelle ausgebildet, eine maximale elektrische Spannung auszugeben die größer gleich 36 Volt beträgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Spannungsquelle ausgebildet, eine elektrische Spannung auszugeben, die 48 Volt oder mehr beträgt. Bei Fahrzeugen, die beispielsweise neben einer Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Maschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine aus der Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt wird, kühlt der Abgaskatalysebereich vergleichsweise schnell aus, da die Brennkraftmaschine nicht dauerhaft während der Betriebszeit des Fahrzeugs betrieben werden muss, da die elektrische Maschine ebenso das Fahrzeug antreiben kann. Demgemäß ist es sinnvoll bei solchen Fahrzeugen eine Heizeinrichtung an dem Abgaskatalysator vorzusehen, um den Abgaskatalysebereich in die gewünschte Temperaturspanne aufzuheizen, wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Spannungsquellen von solchen Fahrzeugen sind dazu ausgebildet eine elektrische Spannung von größer gleich 36 Volt auszugeben. Demgemäß kann die Spannungsquelle, die die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt auch die elektrische Heizeinrichtung mit elektrischer Energie versorgen. Die Anzahl an Spannungsquellen kann dadurch reduziert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform wird mittels des Vergleiches des Istwerts mit dem Sollwert und/oder mittels des Vergleichs des Messsignals mit dem Spannungssollwert eine Steuerung der selektiven Energieversorgung der elektrischen Heizeinrichtung aus der Spannungsquelle erfolgt. Dadurch kann entsprechend den Erkenntnissen aus dem Vergleich oder den Vergleichen die Ansteuerung der elektrischen Heizeinrichtung angepasst werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Versorgung der elektrischen Heizeinrichtung mit elektrischer Energie aus der Spannungsquelle auch geregelt werden. Die gemäß diesen Ausführungsformen beschriebene Steuerung oder Regelung ermöglicht einen angepassten und sicheren Betrieb der elektrischen Heizeinrichtung über dessen gesamte Lebensdauer. Dadurch sind das Überprüfen und Sicherstellen der Funktionsfähigkeit vorteilhaft einfach und zuverlässig realisierbar.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Vorrichtung zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eine Steuereinheit auf, die zur Steuerung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Motorsteuereinheit sein. Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung ein Teil der Motorsteuereinheit ist oder als zusätzliche Steuereinheit verbaut ist, beispielsweise in einem Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine.
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Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems mit einer Steuereinheit,
- 2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehand lungssystem s.
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Die 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 100 einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem 100 einen Abgaskatalysator 110, eine Spannungsquelle 140 und eine Steuereinheit 200 aufweist. Der Abgaskatalysator 110 weist einen Abgaskatalysebereich 112 und eine elektrische Heizeinrichtung 114 auf. Der Abgaskatalysebereich 112 ist dazu eingerichtet Schadstoffe aus einem Abgas 102 zu reduzieren. Die Heizeinrichtung 114 ist dazu eingerichtet den Abgaskatalysebereich 112 aufzuheizen. Die Heizeinrichtung 114 ist in Abgasströmungsrichtung stromauf des Abgaskatalysebereichs 112 angeordnet. Der Abgaskatalysator 110 weist zusätzlich einen Abgaseinlassbereich 120 und einen Abgasauslassbereich 130 auf. Der Abgaseinlassbereich 120 ist dazu ausgebildet Abgas 102 in den Abgaskatalysator 110 einströmen zu lassen. Der Abgasauslassbereich 130 ist dazu ausgebildet Abgas 102 aus dem Abgaskatalysator 110 ausströmen zu lassen.
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Die Spannungsquelle 140, beispielsweise ein Akku oder eine Batterie, ist dazu ausgebildet die Heizeinrichtung 114 mit elektrischer Energie zu versorgen. Diesbezüglich weist das Abgasnachbehandlungssystem 100 ein Übertragungskabel 142 und die Heizeinrichtung 114 weist einen Stromanschluss 116 auf. Die elektrische Energie fließt mittels des Übertragungskabels 142 und des Stromanschlusses 116 an die Heizeinrichtung 114.
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Gemäß dieser Ausführungsform weist das Abgasnachbehandlungssystem 100 eine Spannungsmesseinrichtung 170 auf. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist an einem der Heizeinrichtung 114 zugeordneten Ende des Übertragungskabels 142 angeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist demgemäß in unmittelbarer Nähe zur Heizeinrichtung 114 angeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist dazu ausgebildet einen Wert zu erfassen, der charakteristisch für eine von der Spannungsquelle 140 an die Heizeinrichtung 114 übermittelte ankommende Spannung ist. Demgemäß erfasst die Spannungsmesseinrichtung 170 einen Wert, der Übertragungsverluste des Übertragungskabels 142 berücksichtigt.
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Die Steuereinheit 200 weist eine Recheneinheit 210, einen Programm-/ Datenspeicher 220 und einen Fehlerspeicher 230 auf. Die erfassten Messdaten der Spannungsmesseinrichtung 170 werden gemäß dieser Ausführungsform an die Steuereinheit 200 übermittelt. Zusätzlich werden Messdaten der Spannungsquelle 140 an die Steuereinheit 200 übermittelt. Die Steuereinheit 200 ist dazu ausgebildet das Abgasnachbehandlungssystem 100 zu steuern und auch das Abgasnachbehandlungssystem 100 auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen.
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Die Steuereinheit 200 ist gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet ein in 2 dargestelltes Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 100 auszuführen. Demgemäß ist die Steuereinheit 200 dazu ausgebildet einen Istwert 302 zu ermitteln der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung 114 ist. Dabei wird für die Istwertermittlung mindestens eine erste Istwertbedingung 310 und eine zweite Istwertbedingung 312 berücksichtigt. Die erste Istwertbedingung 310 ist ein der Heizeinrichtung 114 zugeführte elektrische Stromstärke. Die zweite Istwertbedingung 312 ist eine der Heizeinrichtung 114 zugeführte elektrische Spannung. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich dazu ausgebildet einen Sollwert 304 bereitzustellen.
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Diese Bereitstellung kann beispielsweise aus dem Programm-/ Datenspeicher 220 erfolgen. Der Sollwert 304 ist dabei charakteristisch für einen erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung 114. Der Bereitstellung des Sollwerts 304 fließen gemäß dieser Ausführungsform eine erste Sollwertbedingung 314, eine zweite Sollwertbedingung 316, und eine dritte Sollwertbedingung 318 ein. Die erste Sollwertbedingung 314 berücksichtigt ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung 114. Die zweite Sollwertbedingung 316 berücksichtigt ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators 110. Die dritte Sollwertbedingung 318 berücksichtigt Umgebungsbedingungen wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur.
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Die Steuereinheit 200 ist weiter dazu ausgebildet einen Vergleich des Istwerts 302 mit dem Sollwert 304 durchzuführen. Diesbezüglich kann die Recheneinheit 210 der Steuereinheit 200 herangezogen werden. Für den Vergleich des Istwerts 302 mit dem Sollwert 304 wird gemäß dieser Ausführungsform mittels einer ersten Differenzbildung 380 eine erste Differenz aus dem Istwert 302 und dem Sollwert 304 gebildet. Die erste Differenz wird anschließend mit einem ersten Schwellenwert 360 verglichen. Der Schwellenwert 360 kann beispielsweise in dem Programm-/ Datenspeicher 220 hinterlegt sein. Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Differenz laufend im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 100 gebildet. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser Ausführungsform dazu ausgebildet zu erkennen, dass die Heizeinrichtung 114 nicht wie gewünscht funktioniert, wenn die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert 360 um mindestens einen ersten bestimmten Betrag 400 abweicht. Der erste bestimmte Betrag 400 kann ebenso in dem Programm-/ Datenspeicher 220 hinterlegt und daraus bereitgestellt werden. Diese erste Ergebnisbildung 420 wird ebenso mit der Recheneinheit 210 durchgeführt. Sofern erkannt wird, dass die Heizeinrichtung 114 nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 230 erfolgen. Zusätzlich ist es denkbar, dass einem Betreiber der Brennkraftmaschine beziehungsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine mit dem Abgasnachbehandlungssystem 100 eingebaut ist ein Fehler mittels einer Fehleranzeigevorrichtung angezeigt wird.
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Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich dazu ausgebildet ein Messsignal 306 zu ermitteln. Bei der Ermittlung des Messsignals 306 fließt eine erste Messsignalbedingung 320 ein. Die erste Messsignalbedingung 320 ist dabei charakteristisch für ein Signal das mit der Spannungsmesseinrichtung 170 an dem Ende des Übertragungskabels 142, das der Heizeinrichtung 114 zugewandt ist, gemessen wird. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich dazu ausgebildet, mittels des Programm-/ Datenspeichers 220 einen Spannungssollwert 308 bereitzustellen. Der Spannungssollwert 308 hängt gemäß dieser Ausführungsform von einer ersten Spannungssollwertbedingung 322 und einer zweiten Spannungssollwertbedingung 324 ab. Die erste Spannungssollwertbedingung 322 berücksichtigt die erwartete elektrische Spannung, die an der Heizeinrichtung 114 ankommen soll. Die zweite Spannungssollwertbedingung 324 berücksichtigt mindestens einen Umgebungsparam eter.
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Die Steuereinheit 200 ist mittels der Recheneinheit 210 zusätzlich dazu ausgebildet eine zweite Differenzbildung 390 mit dem Messsignal 306 und dem Spannungssollwert 308 durchzuführen. Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich gemäß dieser Ausführungsform mit der Recheneinheit 210 dazu ausgebildet das Ergebnis der zweiten Differenzbildung 390 mit einem zweiten Schwellenwert 370 zu vergleichen. Der zweite Schwellenwert 370 kann in dem Programm-/ Datenspeicher 220 der Steuereinheit 200 hinterlegt sein. Mit der zweiten Differenzbildung 340 und dem Vergleich der zweiten Differenzbildung 390 mit dem zweiten Schwellenwert 370 kann festgestellt werden, ob die Übertragung der elektrischen Energie von der Spannungsquelle 140 an die Heizeinrichtung 114 ordnungsgemäß funktioniert. Zu dieser Überprüfung wird eine zweite Ergebnisbildung 430 durchgeführt. Dabei wird erkannt, dass das Übertragungskabel 142 nicht entsprechend seiner erwarteten Funktionalität funktioniert, wenn die zweite Differenz von dem zweiten Schwellenwert 370 um mindestens einen zweiten bestimmten Betrag 410 abweicht. Der zweite bestimmte Betrag 410 kann in dem Programm-/ Datenspeicher 220 der Steuereinheit 200 hinterlegt sein.
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Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht einerseits zu überprüfen, ob das Abgasnachbehandlungssystem 100 ordnungsgemäß funktioniert und andernfalls gegebenenfalls festzustellen, welche Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 100 nicht ordnungsgemäß funktionieren. Zusätzlich kann bei festgestellten Problemen die Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems 100 angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Funktionsfähigkeit weiterhin sichergestellt bleibt. Insgesamt ist das Abgasnachbehandlungssystem 100 trotz der Überprüfungsmöglichkeit einfach aufgebaut, benötigt keine zusätzlichen Komponenten und erlaubt dennoch die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 100. Insgesamt sind dadurch das Verfahren und die Vorrichtung dementsprechend zuverlässig und robust.
