DE4336091B4

DE4336091B4 - Vorrichtung zur Überwachung eines elektrischen Heizelementes in einem Katalysator eines Kraftfahrzeugs und Verfahren, bei dem die Vorrichtung eingesetzt wird

Info

Publication number: DE4336091B4
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: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2013-10-23
Also published as: JP3437656B2; DE4336091A1; JPH07166842A

Abstract

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) besitzt, 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) anliegenden Spannung (UC) beurteilt wird, ob das Heizelement (102) ordnungsgemäß arbeitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines elektrischen Heizelementes in einem Katalysator eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren, bei dem die Vorrichtung eingesetzt wird.
Stand der Technik
Um die Schadstoffemission eines Kraftfahrzeugs zu verringern, werden die Abgase der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs einem Katalysator zugeführt, der die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe in weniger schädliche Stoffe umgewandelt. Da eine Umwandlung der Schadstoffe nur oberhalb einer Mindestbetriebstemperatur des Katalysators erfolgt, ist es zweckmäßig, den Katalysator zu beheizen. Die Beheizung des Katalysators kann beispielsweise mittels eines elektrischen Heizelementes geschehen. Ein Katalysator mit einem elektrischen Heizelement ist aus der DE 22 30 663 A1 bekannt. Das dort beschriebene elektrische Heizelement besteht aus einem rohrförmigen Bauteil, dass eine Wicklung aus Widerstandsdraht enthält und in der Mitte des Katalysators angeordnet ist.
Da sich bei einem Ausfall des Heizelementes die Schadstoffeemission des Kraftfahrzeugs erhöht, ist es zweckmäßig, das Heizelement zu überwachen. Eine Überwachung des Heizelementes ist technisch sehr schwer zu realisieren, da das Heizelement einen sehr niedrigen elektrischen Widerstand besitzt und genaue Messungen derart kleiner Widerstände sehr aufwendig sind. Ein Problem bei derartigen Messungen stellt beispielsweise die Kontaktierung der Meßkabel an die Anschlusskabel 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 Heizelementes 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 Ampére liegt und somit eine aufwändige Messtechnik erforderlich ist.
Aus der DE 39 20 159 A1 ist ein Katalysator bekannt geworden, der ebenfalls elektrisch beheizt wird. Eine Überwachung der elektrischen Heizung ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine zuverlässige Überwachung eines elektrischen Heizelements in einem Katalysator zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 und die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen gelöst.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht einen Mittelabgriff am Heizelement vor, der der Spannungsmessung dient. Falls das Heizelement eingeschaltet ist und ordnungsgemäß arbeitet, wird am Mittelabgriff die halbe Betriebsspannung gemessen, da die elektrischen Widerstände zwischen dem Minuspol der Batterie und dem Mittelabgriff und zwischen 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 Schaltzustand eines Schalters, der im Heizstromkreis angeordnet ist, überwacht 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 Spannungseinbruch der Batteriespannung ausgewertet, damit auch der zwar seltene aber prinzipiell mögliche Fall einer Widerstandsänderung unter Beibehaltung der Symmetrie relativ zum Mittelabgriff erkannt wird.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigen
1 eine schematische Darstellung eines Katalysators mit einem Heizelement und
2 ein Flußdiagramm eines Verfahrens, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden kann.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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 Heizelements 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 verbunden. 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 jeweils der Minuspol der Batterie 108. Am Mittelabgriff C des Heizelements 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 Heizelement 102 einschließlich sämtlicher 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 Batteriespannung 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 ausgelegt, daß er immer dann einen Fehler anzeigt, wenn die am Mittelabgriff C gemessene Spannung UC um mehr als die Toleranz dU von der halben Batteriespannung UBatt abweicht. Außerdem zeigt der Auswerteblock 108 an, daß der Schalter 104 geschlossen ist, wenn am Mittelabgriff C eine beliebige, von Null verschiedene Spannung UC anliegt.
In dem sehr seltenen aber prinzipiell möglichen Fall, daß im Stromkreis zwischen dem Mittelabgriff C des Heizelements 102 und dem Pluspol der Batterie und zwischen dem Mittelabgriff C und dem Minuspol 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 funktionsfähiges 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 Auswerteblock 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 2 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens dargestellt, bei dem die erfindungsgemäße Vorrichtung aus 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 Funktionseinheit 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 Abweichung 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 werden. Sowohl mit Schritt 214 als auch mit Schritt 216 ist der Durchlauf 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 2 realisiert 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 Batteriespannung UBatt außerhalb eines zulässigen Bereichs, so wird gefolgert, 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 oberbeschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf den Fall, daß der Mittelabgriff C des Heizelements 102 in der Mitte zwischen den Anschlüssen A und B angeordnet ist, so daß sich für ein voll funktonsfähiges 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 Mittelabgriff C anliegenden Spannung ist dann nicht die halbe Batteriespannung UBatt heranzuziehen, sondern ein anderer, der Lage des Mittelabgriffs entsprechender Bruchteil der Batteriespannung UBatt.

Claims

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) besitzt, 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) anliegenden Spannung (UC) beurteilt wird, ob das Heizelement (102) ordnungsgemäß arbeitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (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) angelegten Spannung (UBatt) abweicht.
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.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelabgriff in der Mitte zwischen den beiden Anschlüssen (A, B) des Heizelements (102) angeordnet ist und daß der Bruchteil 1/2 ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzufuhr zum Heizelement (102) durch einen Schalter (104) unterbrochen werden kann und daß anhand der am Mittelabgriff (C) anliegenden Spannung (UC) die Schalterstellung ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (104) geschlossen ist, wenn am Mittelabgriff (C) eine von Null verschiedene Spannung (UC) anliegt.
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.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (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) angelegten Spannung (UBatt) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement dann ordnungsgemäß arbeitet, wenn die Versorgungsspannung bei Inbetriebnahme des Heizelements absinkt und die Höhe des Absinkens in einem vorgebbaren Bereich liegt.