DE4336091A1

DE4336091A1 - Vorrichtung zur Überwachung eines elektrischen Heizelements in einem Katalysator eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE4336091A1
Application number: DE4336091A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dipl Ing Schnaibel; Dieter Schuler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-10-22
Filing date: 1993-10-22
Publication date: 1995-04-27
Anticipated expiration: 2013-10-23
Also published as: DE4336091B4; JP3437656B2; JPH07166842A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines elek trischen Heizelements in einem Katalysator eines Kraftfahrzeugs ge mäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung eingesetzt wird.

Um die Schadstoffemission eines Kraftfahrzeugs zu verringern, werden die Abgase der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs einem Katalysa tor zugeführt, der die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe in we niger schädliche Stoffe umwandelt. Da eine Umwandlung der Schadstof fe nur oberhalb einer Mindestbetriebstemperatur des Katalysators er folgt, ist es zweckmäßig, den Katalysator zu beheizen. Die Beheizung des Katalysators kann beispielsweise mittels eines elektrischen Heizelements geschehen. Ein Katalysator mit einem elektrischen Heiz element ist aus der DE-OS 22 30 663 bekannt. Das dort beschriebene elektrische Heizelement besteht aus einem rohrförmigen Bauteil, das eine Wicklung aus Widerstandsdraht enthält und in der Mitte des Katalysators angeordnet ist.

Da sich bei einem Ausfall des Heizelements die Schadstoffemission des Kraftfahrzeugs erhöht, ist es zweckmäßig, das Heizelement zu überwachen. Eine Überwachung des Heizelements ist technisch sehr schwer zu realisieren, da das Heizelement einen sehr niedrigen elek trischen Widerstand besitzt und genaue Messungen derart kleiner Widerstände sehr aufwendig sind. Ein Problem bei derartigen Messun gen stellt beispielsweise die Kontaktierung der Meßkabel an die An schlußkabel des Heizelements dar. Die Übergangswiderstände dieser Kontakte müssen möglichst klein und über die gesamte Lebensdauer konstant sein, um eine ausreichend genaue Messung zu ermöglichen. Statt den Widerstand des Heizelements könnte man beispielsweise auch den Strom überwachen, der bei eingeschaltetem Heizelement fließt. Aber auch diese Variante birgt große Schwierigkeiten, da der Strom typischerweise in der Größenordnung von 100 Ampère liegt und somit eine aufwendige Meßtechnik erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Überwa chung eines elektrischen Heizelements in einem Katalysator zu ermög lichen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des An spruchs 7 und die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestal tungen und Weiterbildungen gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht einen Mittelabgriff am Heiz element vor, der der Spannungsmessung dient. Falls das Heizelement eingeschaltet ist und ordnungsgemäß arbeitet, wird am Mittelabgriff die halbe Batteriespannung gemessen, da die elektrischen Widerstände zwischen dem Minuspol der Batterie und dem Mittelabgriff und zwi schen dem Pluspol der Batterie und dem Mittelabgriff jeweils gleich sind. Ändert sich an irgendeiner Stelle des Stromkreises der elektrische Widerstand, so wird die Symmetrie gebrochen und die am Mittelabgriff gemessene Spannung verschiebt sich entsprechend. Die Erfindung hat somit den Vorteil, daß durch eine technisch sehr leicht zu realisierende Spannungsmessung bereits kleinste Änderungen im Heizstromkreis erfaßt werden können. Obwohl der Widerstand des Heizelements sehr gering ist, fällt infolge des hohen Stroms eine leicht meßbare Spannung ab.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Schaltzu stand eines Schalters, der im Heizstromkreis angeordnet ist, über wacht werden kann. Falls am Mittelabgriff des Heizelements eine Spannung anliegt, ist der Schalter geschlossen.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich der durch das Einschalten des Heizelements verursachte Spannungsein bruch der Batteriespannung ausgewertet, damit auch der zwar seltene aber prinzipiell mögliche Fall einer Widerstandsänderung unter Bei behaltung der Symmetrie relativ zum Mittelabgriff erkannt wird.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Katalysators mit einem Heizelement und

Fig. 2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens, bei dem die erfindungsge mäße Vorrichtung eingesetzt werden kann.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt einen Katalysator 100 mit einem Heizelement 102. Ein Anschluß A des Heizelements 102 ist über einen Schalter 104 mit dem Pluspol einer Batterie 106 verbunden. Ein Anschluß B des Heizele ments 102 ist mit dem Minuspol der Batterie 106 verbunden. Zwischen den Anschlüssen A und B des Heizelements 102 ist ein Mittelabgriff C angeordnet. Der Mittelabgriff C ist mit einem Auswerteblock 108 ver bunden. Weiterhin ist der Auswerteblock 108 mit dem Pluspol und mit dem Minuspol der Batterie 106 verbunden.

Der Erfindung liegt folgendes Funktionsprinzip zugrunde:
Als Referenzpotential für die folgenden Spannungsangaben dient je weils der Minuspol der Batterie 108. Am Mittelabgriff C des Heizele ments 102 liegt nur dann eine von Null verschiedene Spannung UC an, wenn der Schalter 104 geschlossen ist, d. h., falls am Mittelabgriff C eine Spannung UC gemessen wird, kann daraus gefolgert werden, daß der Schalter 104 geschlossen ist. Befindet sich zudem das Heizele ment 102 einschließlich samtlicher Zuleitungen im ordnungsgemäßen Zustand, so entspricht die am Mittelabgriff C gemessene Spannung UC der Hälfte der Batteriespannung UBatt. Solange also die Spannung UC um maximal eine zulässige Toleranz dU von der Hälfte der Batterie spannung UBatt abweicht, wird der Katalysator 100 ordnungsgemäß vom Heizelement 102 beheizt. Ist die Abweichung dagegen größer als die zulässige Toleranz dU, so liegt eine eingeschränkte Heizwirkung des Heizelements 102 vor. Die Heizwirkung ist umso geringer, je größer die Abweichung ist. Das Überschreiten der zulässigen Toleranz kann dem Fahrer durch ein geeignetes Anzeigemittel mitgeteilt werden, so daß dieser eine Werkstatt aufsucht und den Schaden beheben läßt. Im Extremfall wird am Mittelabgriff C überhaupt keine Spannung UC bzw. die volle Batteriespannung UBatt gemessen. Dies ist dann der Fall, wenn der Stromkreis zwischen dem Pluspol der Batterie 106 und dem Mittelabgriff C bzw. zwischen dem Minuspol der Batterie 106 und dem Mittelabgriff C unterbrochen ist. Der Auswerteblock 108 ist so aus gelegt, daß er immer dann einen Fehler anzeigt, wenn die am Mittel abgriff C gemessene Spannung UC um mehr als die Toleranz dU von der halben Batteriespannung UBatt abweicht. Außerdem zeigt der Auswerte block 108 an, daß der Schalter 104 geschlossen ist, wenn am Mittel abgriff C eine beliebige, von Null verschiedene Spannung UC anliegt.

In dem sehr seltenen aber prinzipiell möglichen Fall, daß im Strom kreis zwischen dem Mittelabgriff C des Heizelements 102 und dem Pluspol der Batterie und zwischen dem Mittelabgriff C und dem Minus pol der Batterie jeweils genau der gleiche Fehler auftritt, würde am Mittelabgriff C die halbe Batteriespannung UBatt anliegen und der Auswerteblock 108 würde somit fälschlicherweise ein voll funktions fähiges Heizelement melden. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird deshalb ein zusätzliches Kriterium für die Funktionsfähigkeit des Heizelements herangezogen. Dieses zusätzliche Kriterium basiert auf der Tatsache, daß die Batterie 106 durch das Heizelement 102 sehr stark belastet wird und folglich die Batteriespannung UBatt beim Schließen des Schalters 104 absinkt. Je höher der Strom ist, der durch das Heizelement 102 fließt, desto stärker sinkt die Batteriespannung beim Schließen des Schalters 104 ab. Der Auswerte block 108 ermittelt, wie stark die Batteriespannung UBatt beim Schließen des Schalters 104 absinkt und prüft, ob der ermittelte Wert innerhalb eines vorgebbaren Intervalls liegt. Liegt der Wert außerhalb des Intervalls, so wird ein Fehler angezeigt, unabhängig davon, welche Spannung UC am Mittelabgriff C anliegt. Liegt der Wert dagegen innerhalb des Intervalls, so wird - wie oben beschrieben - anhand der Spannung UC beurteilt, ob ein Fehler vorliegt.

In Fig. 2 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens dargestellt, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung aus Fig. 1 eingesetzt werden kann. In einem ersten Schritt 200 wird der Schalter 104 geschlossen. Anschließend werden in einem Schritt 202 die Batteriespannung UBatt und die am Mittelabgriff C des Heizelements 102 anliegende Spannung UC gemessen. Es folgt ein Schritt 204, indem abgefragt wird, ob die Spannung UC von Null verschieden ist. Falls dies nicht zutrifft, schließt sich ein Schritt 206 an, in dem gefolgert wird, daß der Schalter 104 offen ist. Die Information über die Schalterstellung kann je nach Bedarf weiter verarbeitet werden, beispielsweise im Rahmen einer vom Gesetzgeber vorgeschriebenen Funktionseinheit zur Überwachung der Schalterstellung. Mit Schritt 206 ist der Durchlauf des Flußdiagramms beendet.

Wird im Schritt 204 festgestellt, daß die Spannung UC ungleich Null ist, so schließt sich an Schritt 204 ein Schritt 208 an. In Schritt 208 wird gefolgert, daß der Schalter 104 geschlossen ist. Ähnlich wie in Schritt 206 kann auch diese Information in der Funktionsein heit zur Überwachung der Schalterstellung weiterverarbeitet werden, falls eine solche Funktionseinheit vorhanden ist. Auf Schritt 208 folgt eine Schritt 210, in dem ermittelt wird, wie groß die Abwei chung UC vom Idealwert ist. Dazu wird der absolute Betrag der Differenz aus der Spannung UC und der halben Batteriespannung UBatt ermittelt. Anschließend wird in einem Schritt 212 abgefragt, ob die so ermittelte Abweichung kleiner ist als eine zulässige Toleranz dU. Falls dies der Fall ist, so schließt sich ein Schritt 214 an, in dem gefolgert wird, daß kein Fehler vorliegt. Andernfalls schließt sich an Schritt 212 ein Schritt 216 an, in dem ein Fehler festgestellt wird. Der Fehler kann gespeichert und/oder dem Fahrer angezeigt wer den. Sowohl mit Schritt 214 als auch mit Schritt 216 ist der Durch lauf des Flußdiagramms beendet.

Die weiter oben angesprochene Ausgestaltung der Erfindung, bei der zusätzlich das Absinken der Batteriespannung UBatt beim Schließen des Schalters 104 berücksichtigt wird, kann durch Einfügen einiger weniger zusätzlicher Schritte in das Flußdiagramm der Fig. 2 reali siert werden:
Vor dem Schritt 200 wird bereits die Batteriespannung UBatt gemessen und in einem nach dem Schritt 208 eingefügten Schritt mit der im Schritt 202 gemessenen Batteriespannung UBatt verglichen. Liegt der Unterschied zwischen den beiden so ermittelten Werten der Batterie spannung UBatt außerhalb eines zulässigen Bereichs, so wird gefol gert, daß ein Fehler vorliegt und der Durchlauf des Flußdiagramms ist beendet. Liegt der Unterschied dagegen innerhalb des Bereichs, so wird der Durchlauf des Flußdiagramms mit Schritt 210 fortgesetzt.

Die obenbeschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf den Fall, daß der Mittelabgriff C des Heizelements 102 in der Mitte zwi schen den Anschlüssen A und B angeordnet ist, so daß sich für ein voll funktionsfähiges Heizelement gleiche Widerstände zwischen dem Mittelabgriff und den beiden Anschlüssen ergeben. Es sind aber auch Ausführungsbeispiele denkbar, bei denen der Mittelabgriff C näher am Anschluß A oder am Anschluß B liegt. Für die Auswertung der am Mit telabgriff C anliegenden Spannung ist dann nicht die halbe Batterie spannung UBatt heranzuziehen, sondern ein anderer, der Lage des Mit telabgriffs entsprechender Bruchteil der Batteriespannung UBatt.

Claims

1. Vorrichtung zur Überwachung eines Heizelements (102) in einem Katalysator (100) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Heizelement (102) einen ersten (A) und einen zweiten elektrischen Anschluß (B) be sitzt, wobei beim Anlegen einer elektrischen Spannung (UBatt) an die beiden Anschlüsse (A, B) des Heizelements (102) ein elektrischer Strom durch das Heizelement (102) fließt, der das Heizelement (102) aufheizt, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten (A) und dem zweiten Anschluß (B) des Heizelements (102) ein Mittelabgriff (C) vorhanden ist und daß anhand der am Mittelabgriff (C) anliegen den Spannung (UC) beurteilt wird, ob das Heizelement (102) ordnungs gemäß arbeitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (102) dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn die am Mittelab griff (C) anliegende Spannung (UC) um maximal einen Toleranzwert (dU) von einem vorgebbaren Bruchteil der an den beiden Anschlüssen (A, B) angelegten Spannung (UBatt) abweicht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bruchteil abhängig von der Anordnung des Mittelabgriffs (C) zwischen den beiden Anschlüssen (A, B) des Heizelements vorgegeben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mit telabgriff in der Mitte zwischen den beiden Anschlüssen (A, B) des Heizelements (102) angeordnet ist und daß der Bruchteil 1/2 ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Stromzufuhr zum Heizelement (102) durch einen Schalter (104) unterbrochen werden kann und daß anhand der am Mit telabgriff (C) anliegenden Spannung (UC) die Schalterstellung ermit telbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (104) geschlossen ist, wenn am Mittelabgriff (C) eine von Null verschiedene Spannung (UC) anliegt.

7. Verfahren zur Überwachung eines Heizelements (102) in einem Katalysator (100) eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der an einem Mittelabgriff (C) des Heizelements anliegenden Spannung (UC) beurteilt wird, ob das Heizelement (102) ordnungsgemäß arbeitet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heiz element (102) dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn die am Mittelabgriff (C) anliegende Spannung (UC) um maximal einen Toleranzwert (dU) von einem vorgebbaren Bruchteil der an den beiden Anschlüssen (A, B) an gelegten Spannung (UBatt) abweicht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn die Versorgungsspan nung bei Inbetriebnahme des Heizelements absinkt und die Höhe des Absinkens in einem vorgebbaren Bereich liegt.