DE19913268C1 - Arrangement for monitoring the efficiency of a catalytic emission reduction device comprises a fuel feed device, flow and temperature sensors and data processing sensors - Google Patents
Arrangement for monitoring the efficiency of a catalytic emission reduction device comprises a fuel feed device, flow and temperature sensors and data processing sensorsInfo
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Abstract
Description
Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, können zur Verminderung der Emission umweltschädigender Abga se mit einer Abgasreinigungsanlage ausgestattet sein, die ei nen Katalysator aufweist. Die Funktionstüchtigkeit dieses Ka talysators ist entscheidend für den Schadstoffgehalt der Ab gasemission.Internal combustion engines, especially in motor vehicles, can reduce the emission of environmentally harmful emissions se be equipped with an exhaust gas cleaning system, the egg has a catalyst. The functionality of this Ka talysators is decisive for the pollutant content of the Ab gas emission.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit deren Hilfe die Funktionstüchtigkeit eines Katalysators bei einer Brennkraft maschine überwacht werden kann.The invention relates to a device by means of which Functionality of a catalytic converter in an internal combustion engine machine can be monitored.
Aus der DE 26 43 739 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Aktivität eines Katalysators für die Abgasreinigung bei Kraftfahrzeugen bekannt. Dort wird die Funktionstüchtigkeit des Katalysators mit Hilfe von zwei Temperaturwerten über wacht. Mit einem ersten Temperatursensor wird die Abgastempe ratur vorzugsweise im Eingangsbereich des Katalysators ermit telt, während mit einem zweiten Temperatursensor die Abga stemperatur im Inneren des Katalysators bestimmt wird. Solan ge die Abgastemperatur im Inneren des Katalysators höher ist als die Abgastemperatur im Eingangsbereich des Katalysators, geht man beim bekannten Verfahren davon aus, daß der Kataly sator voll funktionsfähig ist. Eine derartige Überwachung ist jedoch nur dann zuverlässig, wenn sichergestellt werden kann, daß die Temperaturmessungen zur Überwachung des Katalysators während stationärer Betriebszustände der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, so daß sich auch im Temperaturverlauf der Abgasströmung durch den Katalysator ein im wesentlichen stationärer Zustand einstellen kann.DE 26 43 739 A1 describes a method for monitoring the Activity of a catalyst for exhaust gas purification Motor vehicles known. There is the functionality of the catalyst using two temperature values watches. The exhaust gas temperature is measured with a first temperature sensor temperature preferably in the entrance area of the catalyst telt, while with a second temperature sensor the Abga temperature inside the catalyst is determined. Solan ge the exhaust gas temperature inside the catalyst is higher than the exhaust gas temperature in the entrance area of the catalyst, it is assumed in the known method that the Kataly sator is fully functional. Such monitoring is however only reliable if it can be ensured that the temperature measurements to monitor the catalyst during stationary operating states of the internal combustion engine be carried out so that the temperature profile the exhaust gas flow through the catalyst is essentially a can set steady state.
Aus der DE 40 27 207 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der katalytischen Aktivität eines Katalysators im Abgassystem ei ner Brennkraftmaschine bekannt, das ebenfalls auf der Auswer tung von zwei Temperaturwerten der Abgase, vorzugsweise am Eintritt sowie im Inneren des Katalysators, beruht. Aus den Signalen der Temperatursensoren wird dann eine Temperaturmeß größe gebildet, die entweder zur Bildung eines Mittelwertes unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine über einen langen Zeitraum hinweg be obachtet oder unter Berücksichtigung weiterer Meßgrößen, die mittels eines Maschinenüberwachungssystems gewonnen werden und den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisieren, auf eine vom jeweiligen Betriebszustand un abhängige Aussage reduziert und weiter mit einem vorgegebenen Grenzwert verglichen wird. Sobald die so generierte Tempera turmeßgröße kleiner als der vorgenannte Grenzwert ist, geht man bei diesem bekannten Verfahren davon aus, daß der Kataly sator defekt ist. DE 40 27 207 A1 describes a method for monitoring the catalytic activity of a catalyst in the exhaust system ei ner internal combustion engine known, also on the Auswer tion of two temperature values of the exhaust gases, preferably on Entry as well as inside the catalyst. From the Signals from the temperature sensors are then a temperature measurement size formed either to form an average taking into account a variety of operating conditions the internal combustion engine over a long period of time observed or taking into account other parameters, the by means of a machine monitoring system and the respective operating state of the internal combustion engine characterize, on one of the respective operating state dependent statement reduced and further with a given one Limit value is compared. Once the tempera so generated tower size is smaller than the aforementioned limit in this known method, it is assumed that the cataly sator is defective.
Aus der DE 41 22 787 A1 ist eine Einrichtung zur Überwachung des Konvertierungsgrades eines Katalysators bekannt. Mit Hil fe eines ersten Temperaturfühlers wird dort stromab des Kata lysators die Abgastemperatur ermittelt und einer Auswerteein heit zugeführt, die mit einem Ausgang eines Rechners in Ver bindung steht. Ein weiterer Temperatursensor ermittelt strom auf des Katalysators die dort herrschende Abgastemperatur und stellt diese dem Rechner zur Verfügung. Außerdem ist ein Mas senstromsensor vorgesehen, der die durch den Katalysator strömende Luft- bzw. Abgasmasse ermittelt und den entspre chenden Meßwert an den Rechner weiterleitet. Im Unterschied zu den vorgenannten Überwachungsverfahren, die den Konvertie rungsgrad des Katalysators anhand der Differenz von zwei ge messenen Temperaturen bestimmen, wird hier an einem bevorzug ten Meßort stromab des Katalysators die dort herrschende Ab gastemperatur gemessen und mit Hilfe der stromauf des Kataly sators gemessenen Temperatur und mit Hilfe des gemessenen Massenstromes unter Berücksichtigung der Katalysatorgeometrie eine Grenztemperatur errechnet, die sich in dem vorgenannten Meßort einstellen würde, wenn der Katalysator, ohne daß darin eine exotherme Reaktion stattfindet, durchströmt würde, d. h. wenn der Katalysator nicht mehr funktionsfähig wäre. Die Dif ferenz zwischen der an diesem bevorzugten Meßort gemessenen Temperatur und der dafür berechneten Grenztemperatur dient hier als Maß für die im Katalysator umgesetzte Energie und somit für den Konvertierungsgrad des Katalysators. DE 41 22 787 A1 describes a device for monitoring the degree of conversion of a catalyst is known. With Hil Fe of a first temperature sensor is there downstream of the Kata analyzer determines the exhaust gas temperature and an evaluation unit supplied with an output of a computer in Ver bond stands. Another temperature sensor determines current on the catalytic converter the prevailing exhaust gas temperature and makes these available to the computer. Also a mas current sensor provided by the through the catalyst flowing air or exhaust gas mass determined and the corresponding forward the measured value to the computer. The difference to the aforementioned surveillance procedures that the convert degree of catalyst based on the difference of two ge determine measured temperatures is preferred here The measuring point downstream of the catalyst is the prevailing Ab gas temperature measured and using the upstream of the Kataly sator measured temperature and with the help of the measured Mass flow taking into account the catalyst geometry a limit temperature calculated, which is in the aforementioned Place of measurement would set if the catalyst without it an exothermic reaction takes place, would be flowed through, d. H. if the catalytic converter were no longer functional. The Dif reference between the measured at this preferred location Temperature and the limit temperature calculated for it here as a measure of the energy converted in the catalytic converter and thus for the degree of conversion of the catalyst.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die Überwachung der Funktionstüchtigkeit eines Katalysa tors bei einer Brennkraftmaschine eine andere Möglichkeit an zugeben.The present invention addresses the problem for monitoring the functionality of a catalytic converter tors another option for an internal combustion engine admit.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.According to the invention, this problem is solved by a device solved with the features of claim 1.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Über wachung der Funktionstüchtigkeit des Katalysators für diesen eine Energie-Bilanz für den Fall aufzustellen, daß in den dem Katalysator zugeführten Abgasen Kraftstoff enthalten ist. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, daß die chemische Ener gie in dem Kraftstoff enthalten ist, der dem Katalysator, insbesondere durch Nacheinspritzung, zugeführt wird, in einem voll funktionstüchtigen Katalysator durch die darin stattfin dende exotherme Reaktion vollständig in thermische Energie umgewandelt wird. Wenn die dem Katalysator zugeführte Kraft stoffmenge bekannt ist, muß beim voll funktionsfähigen Kata lysator gemäß einer thermodynamischen Betrachtung insbesonde re die stromab des Katalysators meßbare thermische Energie einem theoretisch erreichbaren Energiewert entsprechen, der sich aus der stromauf des Katalysators meßbaren thermischen Energie und aus der chemischen Energie zusammensetzt, die in der Kraftstoffmenge enthalten ist, die dem Katalysator zuge führt, z. B. nacheingespritzt ist. Je weiter die stromab des Katalysators gemessene thermische Energie von diesem theore tisch erreichbaren Energiewert abweicht, desto stärker ist die Funktionstüchtigkeit des überwachten Katalysators redu ziert. Demnach bildet die Differenz zwischen dem theoretisch erreichbaren Energiewert und der stromab des Katalysators ge messenen thermischen Energie ein Maß für die Funktionstüch tigkeit des Katalysators.The invention is based on the general idea of about monitoring the functionality of the catalyst for this to draw up an energy balance in the event that in the Exhaust gas supplied to the catalyst is contained in the fuel. The Invention uses the knowledge that the chemical energy gie is contained in the fuel that the catalyst, in particular by post-injection, is supplied in one fully functional catalyst due to the exothermic reaction completely into thermal energy is converted. When the force applied to the catalyst Amount of substance is known, must be in the fully functional Kata lysator in particular from a thermodynamic view re the measurable thermal energy downstream of the catalyst correspond to a theoretically achievable energy value that resulting from the measurable thermal upstream of the catalyst Energy and composed of the chemical energy that is in the amount of fuel is included, which supplied the catalyst leads, e.g. B. is injected. The further downstream the Catalyst measured thermal energy from this theore achievable energy value deviates, the stronger the functionality of the monitored catalyst redu graces. Accordingly, the difference between that is theoretical achievable energy value and the ge downstream of the catalyst measured thermal energy a measure of the functional wipes activity of the catalyst.
Die Erfindung geht bei einer bevorzugten Ausführungsform da von aus, daß der Brennkraftmaschine eine Kraftstoffeinsprit zeinrichtung zur Verfügung steht, die es ermöglicht, in die Verbrennungsabgase eine bestimmte, das heißt bekannte Kraft stoffmenge einzuspritzen. Aus der Kraftstoffmenge kann dann die in der Nacheinspritzmenge enthaltene, von der verwendeten Kraftstoffart abhängige chemische Energie bestimmt, insbeson dere errechnet, werden. Um sicherzustellen, daß ausschließ lich der nacheingespritzte Kraftstoff zur Erhöhung der ther mischen Energie bei der Durchströmung des Katalysators bei trägt, setzt die erfindungsgemäße Vorrichtung bei dieser Aus führungsform zumindest während der Katalysatordiagnose einen stöchiometrischen, vorzugsweise überstöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine voraus. Brennkraftmaschinen die stöchiometrisch oder überstöchiometrisch betrieben werden können, sind allgemein bekannt.In a preferred embodiment, the invention is based from that the engine has a fuel injection is available, which makes it possible to move into the Combustion gases a certain, that is known force inject quantity of substance. From the amount of fuel can then that contained in the post-injection quantity, from that used Chemical energy dependent on fuel type determined, in particular which are calculated. To make sure that excl Lich the post-injected fuel to increase the ther mix energy when flowing through the catalyst carries, the device according to the invention sets off at this leadership form at least during the catalyst diagnosis stoichiometric, preferably superstoichiometric operation ahead of the engine. Internal combustion engines the be operated stoichiometrically or superstoichiometrically are generally known.
Wenn die Brennkraftmaschine eine Kraftstoffeinspritzeinrich tung aufweist, mit der zur Verbrennung vorbestimmte Kraft stoffmengen in Brennkammern der Brennkraftmaschine einspritz bar sind, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise so ausgebildet, daß die Auswerteeinrichtung mit dieser Kraft stoffeinspritzeinrichtung kommuniziert und von dieser Signal werte erhält, die mit der in die Brennkammern eingespritzten Kraftstoffmenge korrelieren. Die Energiebestimmungsmittel können dann relativ einfach ausgestaltet sein, um die dem Ka talysator zugeführten bzw. davon abgeführten Energien zu be stimmen. Beispielsweise genügt eine Temperaturmessung strom auf und stromab des Katalysators sowie eine Messung der dem Katalysator zugeführten Luftmenge. Die Auswerteeinrichtung kann dann besonders einfach anhand der der Verbrennung zuge führten, durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung bekannten Kraftstoffmenge und anhand der dem Katalysator zugeführten, durch die Kraftstoffzuführungsmittel bekannten Kraftstoffmen ge in Verbindung mit einer Messung der der Verbrennung zuge führten Luftmenge die dem Katalysator zugeführte Energie durch eine Messung der Strömungstemperatur stromauf des Kata lysators und die vom Katalysator abgegebene Energie durch ei ne Messung der Strömungstemperatur stromab des Katalysators besonders einfach ermitteln.When the engine is a fuel injector device with the predetermined force for combustion quantities of substance in the combustion chambers of the internal combustion engine bar, the device according to the invention is preferred designed so that the evaluation device with this force The fuel injector communicates and from this signal receives values with those injected into the combustion chambers Correlate fuel quantity. The energy determination means can then be relatively simple to the Ka Talysator supplied or removed energies voices. For example, a temperature measurement of current is sufficient up and downstream of the catalyst and a measurement of the Amount of air supplied to the catalyst. The evaluation device can then be particularly easily based on the combustion led, known by the fuel injector Fuel quantity and based on the supplied to the catalytic converter fuel quantities known from the fuel supply means ge in connection with a measurement of the incineration amount of air led the energy supplied to the catalyst by measuring the flow temperature upstream of the Kata lysators and the energy given off by the catalyst by egg ne Measurement of the flow temperature downstream of the catalytic converter determine particularly easily.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. deren Auswerteeinrich tung stellt hinsichtlich der thermischen Abgasenergie strom auf und stromab des Katalysators unter Berücksichtigung der im Katalysator in thermische Energie umwandelbaren, im nach eingespritzten Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie eine Energiebilanz auf, die sie zur Überwachung der Funktionalität des Katalysators heranzieht. Da die Umwandlung der im nach eingespritzten Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie im Katalysator in thermische Energie relativ langsam abläuft, wirkt sich eine Nacheinspritzung oder eine Änderung der Nach einspritzmenge erst mit einer zeitlichen Verzögerung auf die stromab meßbare thermische Energie aus. Um bei der Energiebi lanz derartige Verzögerungseffekte zu eliminieren, erfolgt die Erfassung der thermischen Energie über einen ausreichend großen Zeitraum. Vorzugsweise werden zu diesem Zweck bei spielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz aufeinanderfolgende Energiemengen gemessen und aufsummiert oder über der Zeit in tegriert.The device according to the invention or its evaluation device tion provides electricity with regard to the thermal exhaust gas energy up and downstream of the catalyst taking into account the convertible in the catalyst into thermal energy, in after injected fuel contained a chemical energy Energy balance on which they monitor functionality of the catalyst. Since the conversion of the after injected fuel contained chemical energy in the Catalyst in thermal energy runs relatively slowly, a post-injection or a change in the after affects injection quantity only after a time delay on the downstream measurable thermal energy. In order at the Energiebi to eliminate such delay effects the detection of thermal energy over a sufficient great period. Preferably be used for this purpose for example with a frequency of 10 Hz consecutive Amounts of energy measured and added up or over time in tegrated.
Die Integration von Energiemengen über der Zeit wird hierbei bevorzugt, da dann für die Energiemengen von der Zeit abhän gige Größen der Abgasströmung, wie z. B. die durch einen be stimmten Querschnitt des Abgasstranges pro Zeiteinheit durch strömende Abgasmasse (Abgasmassenstrom), verwendet werden können, die besonders einfach meßbar sind.The integration of amounts of energy over time is here preferred, because then the amount of energy depends on time gige sizes of the exhaust gas flow, such as. B. by a be agreed cross section of the exhaust line per unit of time flowing exhaust gas mass (exhaust gas mass flow) can be used can, which are particularly easy to measure.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform startet die Auswerte einrichtung die Integrationen der thermischen Energien etwa zu Beginn der Nacheinspritzung. So kann gewährleistet werden, daß in der thermischen Energie der Abgase stromab des Kataly sators die im Katalysator umgewandelte chemische Energie der nacheingespritzten Kraftstoffmenge sicher enthalten ist. Eine Integration weit vor Beginn der Nacheinspritzung verbraucht lediglich Speicherkapazität, da die thermischen Energien stromauf und stromab des Katalysators gleich groß sein soll ten. Der Zeitraum, während dem die Integration der Energie mengen stattfindet, wird so groß gewählt, daß die Umwandlung der chemischen Energie der nacheingespritzten Kraftstoffmenge in thermische Energie regelmäßig vollständig stattgefunden hat, sofern der Katalysator ordnungsgemäß arbeitet. Wenn der Katalysator ordnungsgemäß arbeitet, ist die über diese Zeit spanne aufintegrierte thermische Energie stromab des Kataly sators etwa gleich groß wie die über diesem Zeitraum aufinte grierte thermische Energie stromauf des Katalysators zuzüg lich der chemischen Energie der nacheingespritzten Kraft stoffmenge.In a preferred embodiment, the evaluation starts the integration of thermal energies at the start of post-injection. So it can be guaranteed that in the thermal energy of the exhaust gases downstream of the Kataly the chemical energy converted in the catalytic converter after the amount of fuel injected is safely contained. A Integration consumed well before the start of post-injection only storage capacity because of the thermal energies upstream and downstream of the catalyst should be the same size ten. The period during which the integration of energy quantity takes place, is chosen so large that the conversion the chemical energy of the amount of fuel injected in thermal energy regularly took place completely if the catalytic converter is working properly. If the The catalyst is working properly over that time span integrated thermal energy downstream of the Kataly sators about the same size as the ink that was recorded over this period added thermal energy upstream of the catalyst chemical energy of the injected force amount of substance.
Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor richtung kann die Auswerteeinrichtung die Integration perma nent durchführen, sofern die Brennkraftmaschine stöchiome trisch oder überstöchiometrisch und mit Nacheinspritzung be trieben ist. Solange bei dieser Ausführungsform die Differenz zwischen der thermischen Energie stromab des Katalysators und der thermischen Energie stromauf des Katalysators etwa der chemischen Energie der nacheingespritzten Kraftstoffmenge entspricht, arbeitet der Katalysator ordnungsgemäß. Sobald jedoch die vorgenannte Differenz kleiner wird als die chemi sche Energie des nacheingespritzten Kraftstoffes, erkennt die Auswerteeinrichtung eine reduzierte Funktionstüchtigkeit oder eine Fehlfunktion des Katalysators.In another embodiment of the invention direction, the evaluation device can integrate perma Do not perform if the internal combustion engine is stoichiome trical or overstoichiometric and with post-injection is driven. As long as the difference in this embodiment between the thermal energy downstream of the catalyst and the thermal energy upstream of the catalyst is about chemical energy of the amount of fuel injected corresponds, the catalytic converter works properly. As soon as however, the aforementioned difference becomes smaller than the chemi cal energy of the post-injected fuel, recognizes the Evaluation device a reduced functionality or malfunction of the catalyst.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Auswerteeinrichtung zur Ermittlung des mit der Funktionstüch tigkeit des Katalysators korrelierten Energiewertes eine Nacheinspritzung herbeiführen oder bei vorhandener Nachein spritzung die Nacheinspritzmenge variieren. Mit anderen Wor ten, die Auswerteeinrichtung kann entsprechend der ersten Al ternative speziell für die Überwachung der Funktionstüchtig keit des Katalysators die Nacheinspritzung einer bestimmten Kraftstoffmenge herbeiführen oder entsprechend der zweiten Alternativen bei einer permanent ablaufenden Nacheinspritzung für eine bestimmte Zeit die eingespritzte Kraftstoffmenge um einen bestimmten Wert erhöhen oder erniedrigen. Die Auswerte einrichtung kann dann die Auswirkungen dieser speziell her beigeführten Nacheinspritzung oder Einspritzmengenveränderung auf die Bilanz der thermischen Energien stromauf und stromab des Katalysators beobachten.In a particularly advantageous embodiment, the Evaluation device for determining the with the functional cloth activity of the catalyst correlated energy value one Carry out post-injection or if there is post-injection the amount of post-injection varies. With other wor ten, the evaluation device can according to the first Al alternative especially for the monitoring of the functioning speed of the catalyst the post-injection of a certain Introduce the amount of fuel or the second Alternatives for a permanent post-injection the amount of fuel injected for a certain time increase or decrease a certain value. The evaluations establishment can then specifically measure the impact of this post-injection or change in injection quantity on the balance of thermal energies upstream and downstream watch the catalyst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise für eine als Dieselmotor ausgebildete Brennkraftmaschi ne, die mager, das heißt überstöchiometrisch betrieben wird und die insbesondere einen DENOX-Katalysator aufweist. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines, solchen DENOX- Katalysators wird üblicherweise eine Nacheinspritzung durch geführt. Diese Nacheinspritzung kann vorteilhafterweise von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung der Funkti onstüchtigkeit des Katalysators herangezogen werden.The device according to the invention is particularly suitable Way for an internal combustion engine designed as a diesel engine ne, the lean, that is operated over stoichiometric and which in particular has a DENOX catalyst. For Improving the efficiency of such a DENOX Post-injection is usually carried out by the catalyst guided. This post-injection can advantageously of the device according to the invention for monitoring the functi efficiency of the catalyst can be used.
Weitere wichtige Vorteile und Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung an hand der Zeichnungen. Other important advantages and features of the invention Device result from the dependent claims, from the Drawings and from the associated figure description hand of the drawings.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der je weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombi nationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the following standing features to be explained not only in the ever because specified combination, but also in other combinations nations or alone can be used without the To leave the scope of the present invention.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Be schreibung näher erläutert.A preferred embodiment of the invention is in the Drawings and is shown in the following Be spelling explained in more detail.
Es zeigen, jeweils schematisch,Each shows schematically
Fig. 1 eine schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brenn kraftmaschine, die mit der erfindungsgemäßen Vorrich tung ausgestattet ist, Fig. 1 combustion engine, a circuit diagram-like representation of an internal principle, which is equipped with the inventive Vorrich tung,
Fig. 2 ein Diagramm, das den thermischen Energieverlauf stromauf und stromab eines Katalysators über der Zeit integriert wiedergibt. Fig. 2 is a diagram that shows the thermal energy profile upstream and downstream of a catalyst integrated over time.
Entsprechend Fig. 1 ist in einem Abgasstrang 1 einer Brenn kraftmaschine 2, z. B. eines Dieselmotors, ein Katalysator 3, insbesondere ein DENOX-Katalysator, angeordnet. Die Brenn kraftmaschine 2 weist außerdem eine Kraftstoffeinspritzein richtung 4 auf, mit deren Hilfe relativ genau bemessene Kraftstoffmengen in die Brennräume der Brennkraftmaschine 2 einspritzbar sind. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 4 wird dabei von einem Motorsteuergerät 5 über eine Steuerleitung 6 betätigt. Das Motorsteuergerät 5 gibt für die Einspritzung insbesondere den Zeitpunkt der Einspritzung und die Kraft stoffmenge an, die in den jeweiligen Brennraum der Brenn kraftmaschine 2 eingespritzt werden soll. Die Brennkraftma schine 2 ist luftgeführt, das heißt die Regelung der Kraft stoffeinspritzung zur Einstellung bestimmter Betriebszustände der Brennkraftmaschine 2 erfolgt mit der der Brennkraftma schine 2 zugeführten Luft als Führungsgröße. Zu diesem Zweck weist die Brennkraftmaschine 2 einen stromauf der Brennkraft maschine 2 angeordneten Luftmassensensor 7 auf, der mit der der Brennkraftmaschine 2 zugeführten Luftmenge korrelierte Signale über eine entsprechende Signalleitung 8 dem Motor steuergerät 5 zuleitet. Der Luftmassensensor 7 kann dabei als Heißfilmmeßvorrichtung ausgebildet sein, die allgemein be kannt ist.According to Fig. 1 is combustion engine in an exhaust system 1 of an internal 2, z. B. a diesel engine, a catalyst 3 , in particular a DENOX catalyst, arranged. The internal combustion engine 2 also includes a Kraftstoffeinspritzein direction 4, are injected with the aid of relatively accurately metered amounts of fuel into the combustion chambers of the engine. 2 The fuel injection device 4 is actuated by an engine control unit 5 via a control line 6 . The engine control unit 5 specifies for the injection, in particular the time of the injection and the amount of fuel that is to be injected into the respective combustion chamber of the internal combustion engine 2 . The internal combustion engine 2 is air-guided, that is to say the regulation of the fuel injection for setting certain operating states of the internal combustion engine 2 takes place with the air supplied to the internal combustion engine 2 as a reference variable. For this purpose, the internal combustion engine 2 has an air mass sensor 7 arranged upstream of the internal combustion engine 2 , which supplies signals correlated with the amount of air supplied to the internal combustion engine 2 to the engine control unit 5 via a corresponding signal line 8 . The air mass sensor 7 can be designed as a hot film measuring device, which is generally known to be.
Zur Überwachung der Funktionstüchtigkeit des Katalysators 3 ist die Brennkraftmaschine 2 mit einer erfindungsgemäßen Überwachungsvorrichtung ausgestattet, die eine Auswerteein richtung 9 aufweist. Diese Auswerteeinrichtung 9 erhält vom Motorsteuergerät 5 die Werte der stromauf der Brennkraftma schine 2 gemessenen Luftmasse und die Werte der eingespritz ten Kraftstoffmengen. Der vom Motorsteuergerät 5 zur Auswer teeinrichtung 9 fließende Datenstrom wird über eine Daten- oder Signalleitung 10 übertragen. Beispielsweise können so die für die eingespritzten Kraftstoffmengen relevanten Daten an die Auswerteeinrichtung 9 weitergeleitet werden. Die Über wachungsvorrichtung weist außerdem einen ersten Temperatur sensor 11 auf, der stromab der Brennkraftmaschine 2 und stromauf des Katalysators 3 im Abgasstrang 1 angeordnet ist und über eine entsprechende Signalleitung 12 Temperatursigna le der Auswerteeinrichtung 9 zuführt, die mit der stromauf des Katalysators 3 im Abgas herrschenden Temperatur korrelie ren. Die Überwachungsvorrichtung weist zusätzlich einen zwei ten Temperatursensor 13 auf, der stromab des Katalysators 3 im Abgasstrang 1 angeordnet ist und über eine Signalleitung 14 Temperatursignale der Auswerteeinrichtung 9 zur Verfügung stellt, die mit der stromab des Katalysators 3 im Abgas herr schenden Temperatur korrelieren.To monitor the functionality of the catalytic converter 3 , the internal combustion engine 2 is equipped with a monitoring device according to the invention, which has an evaluation device 9 . This evaluation device 9 receives from the engine control unit 5 the values of the air mass measured upstream of the internal combustion engine 2 and the values of the injected fuel quantities. The data stream flowing from the engine control unit 5 to the evaluation device 9 is transmitted via a data or signal line 10 . For example, the data relevant to the injected fuel quantities can be forwarded to the evaluation device 9 . The monitoring device also has a first temperature sensor 11 , which is arranged downstream of the internal combustion engine 2 and upstream of the catalytic converter 3 in the exhaust line 1 and supplies 12 temperature signals to the evaluation device 9 via a corresponding signal line, which prevail in the exhaust gas with the upstream of the catalytic converter 3 Correlate temperature. The monitoring device additionally has a second temperature sensor 13 , which is arranged downstream of the catalytic converter 3 in the exhaust line 1 and via a signal line 14 provides temperature signals of the evaluation device 9 , which prevail with the temperature downstream of the catalytic converter 3 in the exhaust gas correlate.
Die Auswerteeinrichtung 9 ermittelt die thermische Energie
EthvorKat im Abgas stromauf des Katalysators 3 in Analogie zu
folgender Gleichung:
The evaluation device 9 determines the thermal energy E thvorKat in the exhaust gas upstream of the catalytic converter 3 in analogy to the following equation:
EthvorKat = Σ(mx.cpmx.Tx)E thvorKat = Σ (m x .c pmx .T x )
In dieser Gleichung bedeutet:
x = einzelne Abgaskomponente,
mx = Masse der Abgaskomponente x,
cpmx = spezifische Wärmekapazität der Abgaskomponente x,
Tx = Temperatur der Abgaskomponente x.In this equation:
x = individual exhaust gas component,
m x = mass of the exhaust gas component x,
c pmx = specific heat capacity of the exhaust gas component x,
T x = temperature of the exhaust gas component x.
Die Summe wird über x, das heißt über alle Abgaskomponenten des Abgases gebildet. Unter der Voraussetzung, daß die Tempe ratur Tx bei allen Abgaskomponenten x gleich groß ist und mit der durch den ersten Temperatursensor 11 gemessenen Tempera tur übereinstimmt, kann die thermische Energie EthvorKat im Abgas stromauf des Katalysators 3 relativ einfach berechnet werden, da die Zusammensetzung des Abgases, das heißt die Anteile der einzelnen Abgaskomponenten an der Gesamtmasse der Abgase und die einzelnen spezifischen Wärmekapazitäten cpmx ebenfalls be kannt sind. Die Masse der einzelnen Abgaskomponenten mx ergibt sich dabei aus der stromauf der Brennkraftmaschine 2 gemesse nen Luftmasse und aus der bekannten Kraftstoffmenge, die der Verbrennung zugeführt wird. Daraus ist die anteilige Zusam mensetzung der Abgase nach der Verbrennung bekannt.The sum is formed over x, that is over all exhaust gas components of the exhaust gas. Provided that the temperature T x is the same for all exhaust gas components x and agrees with the temperature measured by the first temperature sensor 11 , the thermal energy E thvorKat in the exhaust gas upstream of the catalyst 3 can be calculated relatively easily, since the composition of the exhaust gas, that is, the proportions of the individual exhaust gas components in the total mass of the exhaust gases and the individual specific heat capacities c pmx are also known. The mass of the individual exhaust gas components m x results from the air mass measured upstream of the internal combustion engine 2 and from the known amount of fuel that is supplied to the combustion. From this, the proportionate composition of the exhaust gases after combustion is known.
Ebenso kann die thermische Energie EthvorKat im Abgas stromauf des Katalysators 3 dadurch ermittelt werden, daß zunächst aus der mit dem Luftmassensensor 7 gemessenen Luftmenge und der Menge des für die Verbrennung vorgesehenen Kraftstoffes ein Kraftstoff/Luft-Verhältnis, genannt "Lambda", berechnet oder mit Hilfe einer nicht dargestellten Lambda-Sonde gemessen wird. Mit diesem Lambda kann aus einem temperaturabhängigen Kennfeld ein Wert für die Wärmekapazität der Abgase zugeord net werden. Daraus kann dann mit Hilfe eines weiteren Kenn feldes die im Abgas mitgeführte Wärmeenergie ermittelt wer den.Likewise, the thermal energy E thvorKat in the exhaust gas upstream of the catalytic converter 3 can be determined by first calculating or calculating a fuel / air ratio, known as "lambda", from the quantity of air measured with the air mass sensor 7 and the quantity of fuel provided for combustion is measured using a lambda probe, not shown. With this lambda, a value for the heat capacity of the exhaust gases can be assigned from a temperature-dependent map. From this, the thermal energy carried in the exhaust gas can then be determined with the aid of a further characteristic field.
Die thermische Energie EthnachKat im Abgas stromab des Katalysa
tors 3 wird in entsprechender Weise analog zu folgender Glei
chung ermittelt:
The thermal energy E thnachKat in the exhaust gas downstream of the catalyst 3 is determined in a corresponding manner analogously to the following equation:
EthnachKat = Σ(mx.cpmx.Tx)E thnachKat = Σ (m x .c pmx .T x )
Wenn die Auswirkung einer Kraftstoffnacheinspritzung auf die
thermische Energiebilanz stromauf und stromab des Katalysa
tors ausgewertet werden soll, kann die Auswerteeinrichtung 9
die in der nacheingespritzten Kraftstoffmenge enthaltene che
mische Energie EchnK in Analogie zu folgender Gleichung ermit
teln:
If the effect of fuel post-injection on the thermal energy balance upstream and downstream of the catalyst is to be evaluated, the evaluation device 9 can determine the chemical energy E chnK contained in the post-injected fuel quantity in analogy to the following equation:
EchnK = mnK.HuK E chnK = m nK .Hu K
In dieser Gleichung bedeutet:
mnK = Masse des nacheingespritzten Kraftstoffes,
HuK = unterer Heizwert des Kraftstoffes.In this equation:
m nK = mass of the fuel injected,
Hu K = lower heating value of the fuel.
Die Art des von der Brennkraftmaschine 2 verwendeten Kraft stoffes, z. B. Dieselkraftstoff, liegt üblicherweise fest, so daß auch der untere Heizwert HuK des Kraftstoffes bekannt ist. Von dem Motorsteuergerät 5 kennt die Auswerteeinrichtung 9 die nacheingespritzte Kraftstoffmenge und kann daraus die Masse mnK des nacheingespritzten Kraftstoffes ermitteln.The type of fuel used by the internal combustion engine 2 , for. B. diesel fuel is usually fixed, so that the lower calorific value Hu K of the fuel is known. From the engine control unit 5 , the evaluation device 9 knows the quantity of fuel injected and can determine the mass m nK of the fuel injected therefrom.
Die Auswerteeinrichtung 9 stellt nun eine Vielzahl zeitlich
aufeinanderfolgender Messungen bzw. Berechnungen auf, bei
spielsweise mit einer Frequenz von 10 Hz. Zur Überwachung der
Funktionstüchtigkeit des Katalysators 3 führt die Auswerte
einrichtung 9 dann eine Integration der zeitlich aufeinander
folgenden Einzelmessungen über der Zeit aus. Dies kann in
Analogie zu folgender Gleichung erfolgen:
The evaluation device 9 now sets up a number of measurements or calculations which follow one another in time, for example with a frequency of 10 Hz. To monitor the functionality of the catalytic converter 3 , the evaluation device 9 then carries out an integration of the chronologically successive individual measurements over time. This can be done in analogy to the following equation:
∫E.dt∫E.dt
Die Auswerteeinrichtung 9 stellt dann eine Energiebilanz auf
und beobachtet die Differenz zwischen der thermischen Energie
EthnachKat stromab des Katalysators 3 und der thermischen Energie
EthvorKat stromauf des Katalysators 3 zuzüglich der chemischen
Energie EchnK der nacheingespritzten Kraftstoffmenge. Die Er
findung geht davon aus, daß bei einem voll funktionstüchtigen
Katalysator 3 nach Ablauf einer ausreichenden Zeitspanne fol
gender Zusammenhang gilt:
The evaluation device 9 then draws up an energy balance and observes the difference between the thermal energy E thnachKat downstream of the catalytic converter 3 and the thermal energy E thvorKat upstream of the catalytic converter 3 plus the chemical energy E chnK of the quantity of fuel injected afterwards. The invention assumes that the following applies to a fully functional catalyst 3 after a sufficient period of time:
(EthvorKat + EchnK) - EthnachKat = 0(E thvorKat + E chnK ) - E thnachKat = 0
Hierbei werden Energieverluste, z. B. durch Abstrahlung vom Abgasstrang 1 in die Umgebung oder durch Speicherung im Ab gasstrang 1, insbesondere im Katalysator 3, z. B. durch ent sprechende Korrekturfaktoren berücksichtigt.Here, energy losses, e.g. B. by radiation from the exhaust line 1 into the environment or by storage in the gas line 1 , in particular in the catalyst 3 , z. B. taken into account by appropriate correction factors.
Wenn die Auswerteeinrichtung 9 feststellt, daß die vorstehen de Gleichung nicht erfüllt wird, schließt sie daraus, daß der Katalysator 3 nicht voll funktionstüchtig arbeitet. Weicht die tatsächlich ermittelte thermische Energie EthnachKat stromab des Katalysators 3 um ein vorbestimmtes Maß von der stromab des Katalysators 3 bei vollständiger Umwandlung der chemi schen Energie EchnK der nacheingespritzten Kraftstoffmenge theoretisch erreichbaren thermischen Energie ab, so gibt die Auswerteeinrichtung 9 über eine Leitung 15 ein entsprechendes Signal an das Motorsteuergerät 5, das dieses Signal in ent sprechender Weise verarbeitet. Beispielsweise wird bei der Verwendung der Brennkraftmaschine 2 in einem Fahrzeug dem Fahrzeugführer mitgeteilt, daß eine Fehlfunktion der Abgas reinigungsanlage vorliegt. Ebenso kann ein Signal gesetzt werden, das erst bei der nächsten Wartung dem Wartungsperso nal einen entsprechenden Warnhinweis gibt.If the evaluation device 9 determines that the above equation is not met, it concludes that the catalytic converter 3 is not fully functional. If the actually determined thermal energy E thnachKat downstream of the catalytic converter 3 deviates by a predetermined amount from that downstream of the catalytic converter 3 with complete conversion of the chemical energy E chnK of the post-injected fuel quantity theoretically achievable thermal energy, the evaluation device 9 inputs via a line 15 corresponding signal to the engine control unit 5 , which processes this signal in a corresponding manner. For example, when the internal combustion engine 2 is used in a vehicle, the vehicle driver is informed that the exhaust gas cleaning system is malfunctioning. A signal can also be set which only gives the maintenance personnel a corresponding warning during the next maintenance.
In Fig. 2 ist in X-Richtung die Zeit aufgetragen und in Y- Richtung der Verlauf der von der Auswerteeinrichtung 9 be trachteten Energien in Abhängigkeit von der Zeit. Ein mit durchgezogener Linie dargestellter Verlauf I gibt dabei die zeitliche Entwicklung der Summe aus der thermischen Energie EthvorKat stromauf des Katalysators 3 und der chemischen Energie EchnK der nacheingespritzten Kraftstoffmenge wieder. Ein mit unterbrochener Linie dargestellter Energieverlauf II gibt die zeitliche Entwicklung der thermischen Energie EthnachKat stromab des Katalysators 3 wieder. Mit III ist ein Zeitfenster ge kennzeichnet, während dem eine Kraftstoffnacheinspritzung stattfindet, das heißt während dem chemische Energie EchnK stromauf des Katalysators 3 dem Abgas zugeführt wird.In Fig. 2, the time is plotted in the X direction and in the Y direction the course of the energies be considered by the evaluation device 9 as a function of time. A curve I shown with a solid line represents the development over time of the sum of the thermal energy E thvorKat upstream of the catalytic converter 3 and the chemical energy E chnK of the quantity of fuel injected. An energy curve II shown with a broken line shows the temporal development of the thermal energy E thnachKat downstream of the catalytic converter 3 . III denotes a time window during which fuel post- injection takes place, that is to say during which chemical energy E chnK upstream of the catalytic converter 3 is supplied to the exhaust gas.
In einem ersten Zeitabschnitt a, während dem keine Nachein spritzung stattfindet, entspricht der Verlauf I der thermi schen Energie EthvorKat stromauf des Katalysators 3 und ist gleich dem Verlauf II der thermischen Energie EthnachKat stromab des Katalysators 3. Während einem Zeitabschnitt b findet eine Nacheinspritzung (III) statt, was sich unmittelbar auf den Verlauf I der Summe aus thermischer Energie EthvorKat stromauf des Katalysators 3 und chemischer Energie EchnK der nacheinge spritzten Kraftstoffmenge auswirkt. Die Umsetzung der chemi schen Energie EchnK der nacheingespritzten Kraftstoffmenge im Katalysator 3 in zusätzliche thermische Energie erfolgt zeit verzögert, so daß die thermische Energie EthnachKat stromab des Katalysators 3 entsprechend zeitverzögert zunimmt. Die Ener gieverläufe I und II verlaufen daher im Zeitabschnitt b und in einem nachfolgenden Zeitabschnitt c getrennt voneinander. Wenn der Katalysator 3 ordnungsgemäß funktioniert, erreicht der Energieverlauf II, das heißt die thermische Energie Ethnach Kat stromab des Katalysators 3, nach einer gewissen Zeit wieder den Energieverlauf I, das heißt den Verlauf der Summe aus thermischer Energie EthvorKat stromauf des Katalysators und che mischer Energie EchnK der nacheingespritzten Kraftstoffmenge. In einem Zeitabschnitt d weisen die Energieverläufe I und II wieder denselben Verlauf auf.In a first time period a, during which no post-injection takes place, the course I corresponds to the thermal energy E thvorKat upstream of the catalyst 3 and is equal to the course II of the thermal energy E thnachKat downstream of the catalyst 3 . A post-injection (III) takes place during a time period b, which has a direct effect on the course I of the sum of thermal energy E thvorKat upstream of catalytic converter 3 and chemical energy E chnK of the quantity of fuel subsequently injected. The conversion of the chemical energy E chnK of the amount of fuel injected into the catalytic converter 3 into additional thermal energy is delayed, so that the thermal energy E thnachKat downstream of the catalytic converter 3 increases with a corresponding time delay. The energy courses I and II therefore run separately in time period b and in a subsequent time period c. If the catalytic converter 3 functions properly, the energy profile II, that is to say the thermal energy E thnach Kat downstream of the catalyst 3 , reaches the energy profile I again after a certain time, that is to say the profile of the sum of thermal energy E thvorKat upstream of the catalyst and che mixer energy E chnK of the amount of fuel injected. In a time period d, the energy profiles I and II again have the same profile.
Wenn die Funktionstüchtigkeit des Katalysators 3 einge schränkt ist, wird der Energieverlauf II nach dem Einspritz vorgang den Energieverlauf I nicht mehr erreichen. Der sich nach einem Einspritzvorgang zwischen den Energieverläufen I und II einstellende Abstand ist dann ein Maß für die Funkti onstüchtigkeit bzw. Fehlfunktion des Katalysators 3.If the functionality of the catalytic converter 3 is restricted, the energy profile II will no longer reach the energy profile I after the injection process. The distance between the energy profiles I and II after an injection process is then a measure of the functionality or malfunction of the catalytic converter 3 .
Bei einem Katalysator 3, der zu seiner Wirkungsgradsteigerung ohnehin permanent mit einer Nacheinspritzung betrieben wird, kann entsprechend einer anderen Ausführungsform der Verlauf I der Summe aus thermischer Energie EchvorKat stromauf des Kataly sators 3 und der chemischen Energie EchnK der nacheingespritz ten Kraftstoffmenge permanent mit dem Verlauf II der thermi schen Energie EthnachKat stromab des Katalysators 3 verglichen werden. Solange der Katalysator 3 ordnungsgemäß arbeitet, liegen die Energieverläufe I und II aufeinander. Sobald eine Einschränkung der Funktionstüchtigkeit des Katalysators 3 auftritt, entfernt sich der Energieverlauf II vom Energiever lauf I. Wenn der Abstand zwischen den Energieverläufen I und II einen vorbestimmten Grenzwert übersteigt, alarmiert die Auswerteeinrichtung 9 das Motorsteuergerät 5.In the case of a catalytic converter 3 , which is in any case permanently operated with a post-injection in order to increase its efficiency, according to another embodiment, the course I of the sum of thermal energy E chvorKat upstream of the catalytic converter 3 and the chemical energy E chnK of the quantity of fuel injected afterwards can be permanently with Course II of the thermal energy E thnachKat downstream of the catalyst 3 can be compared. As long as the catalytic converter 3 is working properly, the energy profiles I and II lie on one another. As soon as the functionality of the catalytic converter 3 is restricted, the energy profile II moves away from the energy profile I. If the distance between the energy profiles I and II exceeds a predetermined limit value, the evaluation device 9 alerts the engine control unit 5 .
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Auswerteeinrich tung 9 für den Fall, daß der Katalysator 3 ebenfalls perma nent mit einer Nacheinspritzung betrieben wird, für einen be stimmten Zeitraum die nacheingespritzte Kraftstoffmenge vari ieren, wobei sich bei einer Erhöhung grundsätzlich derselbe Zusammenhang ergibt wie in Fig. 2.In another embodiment, the evaluation device 9 for the case that the catalytic converter 3 is also permanently operated with a post-injection, the post-injected fuel quantity can vary for a certain period of time, the increase being basically the same as in Fig. 2nd
Es ist klar, daß die Funktion der Auswerteeinrichtung 9 in ein entsprechend programmierbares Motorsteuergerät 5 inte grierbar ist.It is clear that the function of the evaluation device 9 can be integrated into a correspondingly programmable engine control unit 5 .
Die Integration oder Summation oder allgemein die Beobachtung der Energien kann grundsätzlich unabhängig vom jeweiligen Be triebszustand der Brennkraftmaschine 2 durchgeführt werden. Jedoch ist es von Vorteil, wenn vor dem Zeitpunkt, für den oder ab dem die vorstehend genannte Gleichung (EthvorKat + EchnK) - EthnachKat = 0 erfüllt sein soll, während eines hinreichend langen Zeitraumes ein stationärer oder quasistationärer Be triebszustand vorgelegen hat. Dieser Zeitraum ist dabei so gewählt, daß Zeitverzögerungen bei der Durchströmung des Ka talysators berücksichtigt werden.The integration or summation or generally the observation of the energies can in principle be carried out independently of the respective operating state of the internal combustion engine 2 . However, it is advantageous if before or at which the above equation (E thvorKat + E chnK ) - E thnachKat = 0 is to be fulfilled, there was a stationary or quasi-stationary operating state for a sufficiently long period of time. This period is chosen so that time delays in the flow through the catalyst are taken into account.
Außerdem werden Energie-"Verluste" bei der Katalysatordurch strömung weitgehend durch Korrekturgrößen berücksichtigt, wie z. B. die vom Katalysator nach außen abgestrahlte Wärmeener gie. Diese Korrekturgrößen sind z. B. in Kennfeldern in der Auswerteeinrichtung 9 gespeichert.In addition, energy "losses" in the catalyst flow are largely taken into account by corrective variables, such as. B. the heat radiated from the catalyst to the outside. These correction values are e.g. B. stored in maps in the evaluation device 9 .
Claims (11)
daß die Brennkraftmaschine (2) eine Kraftstoffeinspritzein richtung (4) aufweist, mit der zur Verbrennung vorbestimmte Kraftstoffmengen in Brennkammern der Brennkraftmaschine (2) einspritzbar sind,
daß die Auswerteeinrichtung (9) mit der Kraftstoffeinsprit zeinrichtung (4) kommuniziert und Signalwerte erhält, die mit der in die Brennkammern eingespritzten Kraftstoffmenge korre lieren,
daß die Energiebestimmungsmittel (7, 11, 13) zur Bestimmung der Temperaturen in der Gasströmung stromauf und stromab des Katalysators (3) sowie zur Bestimmung der zur Verbrennung den Brennkammern der Brennkraftmaschine (2) zugeführten Luftmenge ausgebildet sind,
daß die Auswerteeinrichtung (9) aus der in die Brennkammern eingespritzten Kraftstoffmenge, aus der den Brennkammern zu geführten Luftmenge und aus der Strömungstemperatur stromauf des Katalysators (3) die thermische Energie (EthvorKat) im Abgas stromauf des Katalysators (3) ermittelt,
daß die Auswerteeinrichtung (9) aus der dem Katalysator (3) zugeführten Kraftstoffmenge deren chemische Energie (Ech) er mittelt,
daß die Auswerteeinrichtung (9) aus der in die Brennkammern eingespritzten Kraftstoffmenge, aus der den Brennkammern zu geführten Luftmenge, aus der dem Katalysator (3) zugeführten Kraftstoffmenge und aus der Strömungstemperatur stromab des Katalysators (3) die thermische Energie (EthnachKat) im Abgas stromab des Katalysators (3) ermittelt,
wobei die thermische Abgasenergie (EthvorKat) stromauf des Kata lysators (3) zuzüglich der chemischen Energie (Ech) der dem Katalysator (3) zugeführten Kraftstoffmenge abzüglich der thermischen Abgasenergie (EthnachKat) stromab des Katalysators (3) einen Energiewert liefert, der mit der Funktionstüchtig keit des Katalysators (3) korreliert und von der Auswerteein richtung (9) zur Auswertung herangezogen wird.3. Device according to claim 2, characterized in
that the internal combustion engine ( 2 ) has a fuel injection device ( 4 ) with which predetermined amounts of fuel can be injected into the combustion chambers of the internal combustion engine ( 2 ) for combustion,
that the evaluation device ( 9 ) communicates with the fuel injection device ( 4 ) and receives signal values which correlate with the amount of fuel injected into the combustion chambers,
that the energy determination means ( 7 , 11 , 13 ) are designed to determine the temperatures in the gas flow upstream and downstream of the catalyst ( 3 ) and to determine the amount of air supplied to the combustion chambers of the internal combustion engine ( 2 ) for combustion,
that the evaluation device (9) of the fuel injected into the combustion chambers amount of fuel from the determined combustion chambers to guided air amount and from the flow temperature upstream of the catalyst (3), the thermal energy (E thvorKat) in the exhaust gas upstream of the catalyst (3),
that the evaluation device ( 9 ) determines the chemical energy (E ch ) from the fuel quantity supplied to the catalyst ( 3 ),
that the evaluation device ( 9 ) from the amount of fuel injected into the combustion chambers, from the amount of air supplied to the combustion chambers, from the amount of fuel supplied to the catalyst ( 3 ) and from the flow temperature downstream of the catalyst ( 3 ) the thermal energy (E thnachKat ) in the exhaust gas determined downstream of the catalyst ( 3 ),
wherein the thermal exhaust gas energy (E thvorKat ) upstream of the catalyst ( 3 ) plus the chemical energy (E ch ) of the amount of fuel supplied to the catalyst ( 3 ) minus the thermal exhaust gas energy (E thnachKat ) downstream of the catalyst ( 3 ) provides an energy value that correlates with the functionality of the catalyst ( 3 ) and is used by the evaluation device ( 9 ) for evaluation.
daß die Kraftstoffzuführungsmittel durch eine Kraftstoffein spritzeinrichtung (4) der Brennkraftmaschine (2) gebildet sind, und
daß die Auswerteeinrichtung (9) entweder die Brennkraftma schine (2) zur Durchführung eines zeitlich begrenzten unters töchiometrischen Betriebes der Brennkraftmaschine (2) betä tigt, bei dem eine bestimmte Kraftstoffmenge mit der Ab gasströmung dem Katalysator (3) zugeführt wird, oder die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (4) zur Durchführung einer Kraftstoffnacheinspritzung betätigt, bei der eine bestimmte Kraftstoffmenge in die Verbrennungsabgase eingespritzt wird, oder bei vorhandener Nacheinspritzung die Nacheinspritzmenge zeitlich begrenzt variiert.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in
that the fuel supply means are formed by a fuel injection device ( 4 ) of the internal combustion engine ( 2 ), and
that the evaluation device ( 9 ) either actuates the internal combustion engine ( 2 ) to carry out a time-limited sub-stoichiometric operation of the internal combustion engine ( 2 ), in which a certain amount of fuel is supplied with the gas flow from the catalyst ( 3 ), or the fuel injection device ( 4 ) actuated to carry out a fuel post-injection in which a certain amount of fuel is injected into the combustion exhaust gases, or the post-injection amount varies with a time limit if post-injection is present.
daß die Auswerteeinrichtung (9) die Integration etwa zu Be ginn der Nacheinspritzung startet oder
daß die Auswerteeinrichtung (9) die Integration permanent durchführt, sofern die Brennkraftmaschine (2) stöchiometrisch oder überstöchiometrisch und mit einer Kraftstoffzuführung zum Katalysator (3) betrieben ist.6. The device according to claim 5, characterized in
that the evaluation device ( 9 ) starts the integration approximately at the start of the post-injection or
that the evaluation device ( 9 ) permanently carries out the integration, provided the internal combustion engine ( 2 ) is operated stoichiometrically or over-stoichiometrically and with a fuel supply to the catalytic converter ( 3 ).
Eth = Σ(mx.cpmx.Tx)
berechnet, wobei
Eth = thermische Energie im Abgas,
x = einzelne Abgaskomponente,
mx = Masse der Abgaskomponente x,
cpmx = spezifische Wärmekapazität der Abgaskomponente x,
Tx = Temperatur der Abgaskomponente x.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 9 ) the thermal energy (E th ) in the exhaust gas in analogy to the equation:
E th = Σ (m x .c pmx .T x )
calculated where
E th = thermal energy in the exhaust gas,
x = individual exhaust gas component,
m x = mass of the exhaust gas component x,
c pmx = specific heat capacity of the exhaust gas component x,
T x = temperature of the exhaust gas component x.
EchnK = mnK.HuK
berechnet, wobei
EchnK = chemische Energie des Kraftstoffes,
mnK = Masse des nacheingespritzten Kraftstoffes,
HuK = unterer Heizwert des Kraftstoffes.11. The device according to one of the preceding claims, characterized in that the evaluation device ( 9 ) the chemical energy (E chnK ) of the amount of fuel supplied to the catalyst ( 3 ), in particular sprayed afterwards, in analogy to the equation:
E chnK = m nK .Hu K
calculated where
E chnK = chemical energy of the fuel,
m nK = mass of the fuel injected,
Hu K = lower heating value of the fuel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19913268A DE19913268C1 (en) | 1999-03-24 | 1999-03-24 | Arrangement for monitoring the efficiency of a catalytic emission reduction device comprises a fuel feed device, flow and temperature sensors and data processing sensors |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70327 STUTTGART, DE |
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R071 | Expiry of right |