DE102021200701A1 - Method and device for diagnosing a catalytic converter with an electric heater - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators (1) mit einem elektrischen Heizer zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors. Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors wird die elektrische Beheizung des Katalysators aktiviert und eine gemessene (QSensor) und eine modellierte Wärmemenge (QModOk)des Abgases nach dem Katalysator (1) werden verglichen. The invention relates to a method and a device for diagnosing a catalytic converter (1) with an electric heater for treating exhaust gases from an internal combustion engine. During operation of the internal combustion engine, the electrical heating of the catalytic converter is activated and a measured (Q Sensor ) and a modeled amount of heat (Q ModOk ) of the exhaust gas after the catalytic converter (1) are compared.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators mit einem elektrischen Heizer nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose eines Katalysators mit einem elektrischen Heizer nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass eine zuverlässige Diagnose des Katalysators und dabei insbesondere der Funktion des elektrischen Heizers sichergestellt werden kann. Es kann daher zu jedem Zeitpunkt ein Nachweis der Funktionsfähigkeit des Abgasreinigungssystems erfolgen. Die Fähigkeit zu einer derartigen Diagnose ist unerlässlich um eine ausreichende Reinigung des Abgases zu jedem Zeitpunkt zu gewährleisten.The method according to the invention and the device according to the invention for diagnosing a catalytic converter with an electric heater have the advantage that a reliable diagnosis of the catalytic converter and in particular the function of the electric heater can be ensured. Therefore, the functionality of the emission control system can be verified at any time. The ability to make such a diagnosis is essential to ensure adequate cleaning of the exhaust gas at all times.
Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach erfolgt die Bestimmung der gemessenen Wärmemenge indem ein Wärmestrom durch eine Temperaturmessung des Angases nach dem Katalysator bestimmt wird. Um sicherzustellen, dass nur der Einfluss des Heizers auf den Wärmestrom gemessen wird, wird eine Differenz mit einer modellierten Temperatur ohne aktivierte elektrische Beheizung gebildet. Die Modellierung der Wärmemenge kann besonders einfach durch einen Wärmestrom erfolgen, der durch eine Differenz einer modellierten Temperatur des Abgases nach dem Katalysator mit aktivierter und ohne aktivierte elektrische Beheizung erfolgen. Alternativ kann die Wärmemenge durch einen Wärmestrom modelliert werden, der aus einer elektrischen Leistung des Heizers und einem Wirkungsgrad des Heizers gebildet wird. Aus den so ermittelten Wärmeströmen kann dann durch eine Integration in einem Zeitfenster die jeweilige gemessene und modellierte Wärmemenge ermittelt werden. Zur Bestimmung des Beginns des Zeitfensters kann alternativ ein Einschalten des elektrischen Heizers oder eine gemessene Leistung des elektrischen Heizers oder ein Überschreiten der Differenz der modellierten Temperatur des Abgases über einen Schwellwert verwendet werden. Zur Bestimmung des Endes des Zeitfensters kann alternativ ein Ausschalten des elektrischen Heizers oder eine gemessene Leistung des elektrischen Heizers oder ein Unterschreiten der Differenz der modellierten Temperatur mit und ohne aktivierte elektrische Beheizung oder ein Überschreiten der modellierten Wärmemenge über einen Schwellwert verwendet werden. Die Diagnose der Funktionsfähigkeit des Heizers kann besonders einfach dadurch erfolgen, dass ein Quotient aus gemessener und modellierter Wärmemenge gebildet wird und mit einem Schwellwert verglichen wird. Ein Schwellwert in der Nähe von 1 weist dabei auf einen funktionierenden Heizer hin, während eine grobe Abweichung des Schwellwertes vom Wert 1, eine Fehlfunktion nahelegt.Further advantages and improvements result from the features of the dependent patent claims. The measured amount of heat is determined in a particularly simple manner by determining a heat flow by measuring the temperature of the exhaust gas downstream of the catalytic converter. To ensure that only the influence of the heater on the heat flow is measured, a difference is made with a modeled temperature without activated electrical heating. The quantity of heat can be modeled in a particularly simple manner by means of a heat flow, which occurs as a result of a difference in a modeled temperature of the exhaust gas downstream of the catalytic converter with activated and without activated electrical heating. Alternatively, the amount of heat can be modeled by a heat flow, which is formed from an electrical output of the heater and an efficiency of the heater. The respective measured and modeled amount of heat can then be determined from the heat flows determined in this way by integration in a time window. Alternatively, to determine the start of the time window, switching on the electric heater or a measured output of the electric heater or the difference in the modeled temperature of the exhaust gas exceeding a threshold value can be used. Alternatively, to determine the end of the time window, switching off the electric heater or a measured power of the electric heater or falling below the difference in the modeled temperature with and without activated electric heating or exceeding the modeled quantity of heat via a threshold value can be used. The functionality of the heater can be diagnosed particularly easily by forming a quotient from the measured and modeled amount of heat and comparing it with a threshold value. A threshold value close to 1 indicates a functioning heater, while a gross deviation of the threshold value from the
Figurenlistecharacter list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine Brennkraftmaschine und einen Katalysator, -
2 Temperaturverläufe und Wärmemengen aufgetragen gegenüber der Zeit für einen funktionstüchtigen Katalysator, -
3 Temperaturverläufe und Wärmemengen aufgetragen gegenüber der Zeit für einen funktionsuntüchtigen Katalysator, und -
4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 an internal combustion engine and a catalytic converter, -
2 Temperature curves and amounts of heat plotted against time for a functional catalytic converter, -
3 Temperature courses and amounts of heat plotted against time for a non-functional catalyst, and -
4 a flowchart of the method according to the invention.
Beschreibungdescription
Erfindungsgemäß erfolgt eine Diagnose des Katalysators 1 mit einem elektrischen Heizer durch Auswertung einer gemessenen und einer modellierten Wärmemenge des Abgases nach dem Katalysator. Durch eine Messung der Temperatur eines strömenden Gases kann die jeweils von dem strömenden Gas transportierte Wärmemenge pro Zeiteinheit, d.h. ein Wärmestrom der durch das Abgas transportiert wird, bestimmt werden. Durch eine Messung der Temperatur des Abgases vor dem Katalysator 1 durch den Temperatursensor 3, kann eine Bestimmung des Wärmestroms erfolgen, der dem Katalysator 1 durch das Abgas zugeführt wird. Durch eine Messung der Temperatur des Abgases nach dem Katalysator 1 kann der Wärmestrom ermittelt werden, der aus dem Katalysator 1 abfließt. Durch eine zeitliche Integration des jeweiligen Wärmestromes kann dann eine entsprechende Wärmemenge bestimmt werden, die in den Katalysator 1 hineingeflossen und herausgeflossen ist und auch welche Wärmemenge durch den elektrischen Heizer in dem Katalysator 1 erzeugt wurde.According to the invention, the
Der durch den elektrischen Heizer im Katalysator 1 erzeugte Wärmestrom (d.h. Wärmemenge pro Zeit) lässt sich aus einer Temperaturmessung nach dem Katalysator wie folgt ermitteln:
Aus den elektrischen Parametern des Heizers ergibt sich ein zu erwartender oder modellierter Wärmestrom:
Für ein Zeitintervall t1 bis t2 kann aus dem Wärmestrom durch Integration die jeweils in dem Zeitintervall angefallenen gemessene oder modellierte Wärmemenge berechnet werden:
Durch eine Division ergibt sich eine tatsächliche Heizkatalysator-Effizienz:
In einem alternativen Verfahren kann die Katalysator-Effizienz durch eine Modellierung der Temperatur des Abgases nach dem Katalysator einmal mit Heizer und einmal ohne Heizer berechnete werden. Der Erwartungswert für den modellierten Wärmestrom nach dem Heizkatalysator berechnet sich dabei als:
Die erwartete Wärmemenge für die modellierte Wärmemenge nach dem Heizkatalysator berechnet sich dabei als:
Bei allen Berechnungen der Wärmemenge durch Integration gilt:
- t1: Integrations-Startzeitpunkt = Beginn Heizphase
- t2: Integrations-Endezeitpunkt = Ende Heizphase inkl. Abkühlung oder alternativ ausreichend Wärmemenge aus Heizphase erreicht.
- t1: integration start time = start of heating phase
- t2: integration end time = end of heating phase incl. cooling or alternatively sufficient amount of heat from heating phase reached.
Der Integrations-Startzeitpunkt t1 bzw. die Freigabe der Integration kann z.B. festgelegt werden durch das Überschreiten eines Minimalwertes für den erwarteten Temperaturhub durch den Betrieb des Heizers:
Alternativ kann der Zeitpunkt t1, an dem die Integration begonnen wird, auch einfach durch ein Einschaltsignal des Heizers bestimmt werden. Eine weitere alternative Möglichkeit besteht darin eine gemessene Leistung des elektrischen Heizers zu bestimmen. Wenn die elektrische Heizung einen Schwellwert überschreitet, sollte bei funktionierender Heizung eine Temperaturdifferenz erzeugt werden.Alternatively, the point in time t1 at which the integration is started can also be determined simply by a switch-on signal from the heater. Another alternative possibility is to determine a measured power of the electric heater. If the electric heating exceeds a threshold value, a temperature difference should be generated with the heating working.
Der Integrations-Endzeitpunkt t2 kann analog durch das Unterschreiten des Minimalwertes für den erwarteten Temperaturhub erkannt werden:
Alternativ kann auch einfach ein Ausschalten des elektrischen Heizers zur Feststellung des Endes der Integration genutzt werden. Eine weitere alternative Möglichkeit besteht darin eine gemessene Leistung des elektrischen Heizers zu bestimmen. Wenn die elektrische Heizung einen Schwellwert unterschreitet, sollte keine Temperaturdifferenz mehr nachweisbar sein. Weiterhin kann die Integration beendet werden, wenn die modellierte Wärmemenge, d.h. der Wert des Integrals über dem modellierten Wärmestrom, einen Schwellwert überschreitet. Mit dem Integrationsende kann schließlich mit Hilfe der gemessenen und modellierten Wärmemengen ein Wert für die Effizienz als Überwachungsgröße ermittelt werden.Alternatively, switching off the electric heater can also be used to determine the end of the integration. Another alternative possibility is to determine a measured power of the electric heater. If the electric heater falls below a threshold value, no temperature difference should be detectable. Furthermore, the integration can be terminated when the modeled amount of heat, i.e. the value of the integral over the modeled heat flow, exceeds a threshold value. At the end of the integration, a value for the efficiency can be determined as a monitoring variable using the measured and modeled heat quantities.
In der
In der
In der
Der Verfahrensschritte 52 kann unterschiedliche Alternativen realisieren. In einer ersten Alternative erfolgt eine Rücksetzung der Diagnose dahingehend, dass alle bisher gebildeten Integrale wieder auf 0 gesetzt werden und mit dem Schritt 41, der auf den Schritt 52 folgt, das Verfahren vollständig neu begonnen wird. In einer zweiten Alternative wird vorgesehen, dass die Integrale, durch die Wärmemengen berechnet werden, über mehrere einzelne Heizphasen aufaddiert werden. Bei dem Verfahren nach der ersten Alternative kann eine Diagnose nur dann erfolgen, wenn eine ausreichend lange Heizphase erfolgt, die die Bildung einer ausreichend großen Wärmemenge erlaubt. Nach der zweiten Alternative können mehrere kurze Heizphasen zusammengefasst werden, um so eine ausreichend große Wärmemenge für eine Diagnose zu gewinnen.
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