DE4426020A1 - Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine

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DE4426020A1
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators im Abgaskanal ei­ ner Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Moderne Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einem Katalysa­ tor ausgerüstet, der vom Abgas der Brennkraftmaschine durch­ strömt wird und chemische Reaktionen zwischen den Abgasbe­ standsteilen fördert, die zu einer Konvertierung von schäd­ lichen Abgasbestandteilen in weniger schädliche Stoffe füh­ ren. Die Funktionsfähigkeit des Katalysators läßt jedoch mit zunehmender Betriebsdauer nach, so daß der Katalysator nach einer gewissen Einsatzzeit nicht mehr in der Lage ist, die Schadstoffemission der Brennkraftmaschine auf ein ausrei­ chend niedriges Niveau zu reduzieren und deshalb ausgetauscht werden muß. Nach welcher Betriebszeit ein Austausch erfor­ derlich ist, hängt stark von den Betriebsbedingungen des Ka­ talysators ab und läßt sich nicht genau vorhersagen. Bei­ spielsweise altert ein Katalysator sehr schnell, wenn er bei sehr hohen Temperaturen betrieben wird. Weiterhin kann es bei einer schlechten Kraftstoffqualität oder bei Verwendung von bleihaltigem Kraftstoff zu einer chemischen Vergiftung des Katalysators kommen, die den Katalysator ganz oder teil­ weise unwirksam werden läßt. Um über die gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs eine niedrige Schadstoffemission sicher­ zustellen, sollte die Funktionsfähigkeit des Katalysators überwacht werden.
Zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators kann die Tatsache ausgenutzt werden, daß bei der Konvertierung der Abgasbestandteile im Katalysator Wärme frei wird und da­ durch eine Temperaturerhöhung hervorgerufen wird. Ein voll funktionsfähiger Katalysator weist infolge einer hohen Kon­ vertierungsrate eine starke Temperaturerhöhung auf, das heißt, am Auslaß des Katalysators besitzt das Abgas eine hö­ here Temperatur als am Einlaß des Katalysators. Je stärker die Funktionsfähigkeit des Katalysators eingeschränkt ist, desto geringer ist die Temperaturerhöhung.
Aus der DE 23 46 425 ist es bekannt, die Temperatur am Aus­ laß und am Einlaß des Katalysators zu messen und aus der Temperaturdifferenz, auf die Funktionsfähigkeit des Kataly­ sators zu schließen. Bei einer zu geringen Temperaturdiffe­ renz wird eine Alarmvorrichtung aktiviert, die signalisiert, daß der Katalysator ausgetauscht werden sollte.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung hat den Vorteil, daß von zwei Temperatursigna­ len, die für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Ka­ talysators benötigt werden, nur das erste Temperatursignal ausgehend von einer Messung erzeugt werden muß. Das zweite Temperatursignal wird mit Hilfe eines Temperaturmodells er­ mittelt. Besonders vorteilhaft dabei ist, daß das gemessene Temperatursignal und das mittels Temperaturmodell ermittelte Temperatursignal in einem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine aufeinander abgeglichen werden. Insbeson­ dere erfolgt der Abgleich zwischen den beiden Temperatur­ signalen bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschi­ ne, da dann die durch die exotherme Konvertierung hervorge­ rufene Temperaturerhöhung relativ gering ist.
Die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators er­ folgt in wenigstens einem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere bei niedrigem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine, da dann durch die exotherme Konvertierung hervorgerufene Temperaturerhöhung relativ hoch ist und somit gut meßbar ist.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel bildet das Temperaturmo­ dell die Temperatur stromab eines völlig funktionsunfähigen Katalysators nach. Der Katalysator wird als ausreichend funktionsfähig beurteilt, wenn ein von der Differenz aus dem ersten Temperatursignal und dem zweiten Temperatursignal ab­ hängiges Signal einen Schwellwert überschreitet.
In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel bildet das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines gerade noch ausreichend funktionsfähigen Katalysators nach. Der Ka­ talysator wird als ausreichend funktionsfähig beurteilt, wenn ein vom ersten Temperatursignal abhängiges Signal ein vom zweiten Temperatursignal abhängiges Signal überschrei­ tet.
Schließlich existiert noch ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines voll funk­ tionsfähigen Katalysators nachbildet. Der Katalysator als ausreichend funktionsfähig beurteilt, wenn ein von der Dif­ ferenz aus dem zweiten Temperatursignal und dem ersten Tem­ peratursignal abhängiges Signal einen Schwellwert unter­ schreitet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Angabe des Gasdurchsatzes durch die Brennkraftmaschine ohne­ hin vorhandene Signale verwendet werden können. Beispiels­ weise kann ein Signal verwendet werden, das ausgehend von einem Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser erzeugt wird oder es kann ein Signal verwendet werden, das von einem Signal für die Last und einem Signal für die Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängt.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftma­ schine mit Katalysator,
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Erfindung und
Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 100, der über einen Ansaugtrakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt wird und deren Abgase in einen Abgaskanal 104 abgegeben werden. Im Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, eine Drossel­ klappe 108 mit einem Sensor 110 zur Erfassung des Öffnungs­ winkels der Drosselklappe 108 und wenigstens eine Einspritz­ düse 112 angebracht. Im Abgaskanal 104 sind - in Stromrich­ tung des Abgases gesehen - eine Abgassonde 114 und ein Kata­ lysator 116 angeordnet. Am Auslaß des Katalysators 116 ist ein Temperatursensor 118 angebracht.
An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Drehzahlsensor 120 und ein Temperatursensor 121 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier Zündkerzen 122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylin­ dern. Die Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers oder Luftmassenmessers 106, α des Sensors 110 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 108, λ der Abgassonde 114, THK des Temperatursensors 118, n des Drehzahlsensors 120 und TBKM des Temperatursensors 121 werden einem zentralen Steu­ ergerät 124 über entsprechende Verbindungsleitungen zuge­ führt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zündkerzen 122 an. Wei­ terhin wird vom Steuergerät 124 das erfindungsgemäße Verfah­ ren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 durchgeführt.
Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild der Erfindung. Ein Block 200 ermittelt aus dem Gasdurchsatz durch die Brennkraftma­ schine 100 ein Signal TStat für die stationäre Abgastempera­ tur und stellt dieses Signal TStat an seinem Ausgang bereit. Die benötigte Information über den Gasdurchsatz wird dem Block 200 beispielsweise in Form eines Signals mL für den Luftmassenstrom zugeführt, das von dem in Fig. 1 einge­ zeichneten Luftmassenmesser oder Luftmengenmesser 106 er­ zeugt wird. Der Block 200 kann dann als Kennlinie ausgelegt sein, die aus dem Signal mL das Signal TStat erzeugt. Alter­ nativ zum Signal mL können auch die Signale n für die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine 100 und tL für die Last in den Block 200 eingespeist werden. Der Block 200 kann in diesem Fall als Kennfeld ausgelegt sein, welches das Signal TStat aus den Signalen n und tL ermittelt. Als Signal tL kann je­ des gebräuchliche Lastsignal verwendet werden, beispielswei­ se der Öffnungswinkel α der Drosselklappe 108 oder der Druck im Ansaugtrakt 102, der mit Hilfe eines Drucksensors erfaßt werden kann usw.
Der Ausgang des Blocks 200, an dem das Signal TStat anliegt, ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 202 verbunden. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 202 liegt das Ausgangssignal TKor eines Korrekturblocks 204 an. Der Korrekturblock 204 dient dazu, einen Abgleich zwischen dem Temperaturmodell und dem Temperatursensor 118 durchzu­ führen. Einzelheiten hierzu sind weiter unten beschrieben. Der Verknüpfungspunkt 202 verknüpft das Signal TStat mit dem Signal TKor und stellt das Ergebnis der Verknüpfung an sei­ nem Ausgang bereit. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 202 ist mit einem Eingang eines Blocks 206 verbunden, der die Dynamik der Abgastemperatur nachbildet. Der Block 206 kann als Filter ausgelegt sein, beispielsweise als Tiefpaßfilter. Das Übertragungsverhalten des Blocks 206 kann abhängig vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 100 beeinflußt werden. Dazu wird in einen weiteren Eingang des Blocks 206 das Signal mL für den Luftmassenstrom eingespeist bzw. es werden die Signale n für die Drehzahl und tL für die Last eingespeist. Wenn der Block 206 als Tiefpaßfilter realisiert ist, wird das Übertragungsverhalten durch entsprechende Än­ derung der Zeitkonstante beeinflußt. In einer bevorzugten Variante der Erfindung findet im Block 206 eine Aufspaltung in einen schnellen und einen langsamen Anteil an der Abgas­ temperatur statt, die unterschiedliches Zeitverhalten auf­ weisen und getrennt weiterverarbeitet werden und anschlie­ ßend wieder zu einem Signal überlagert werden. Einzelheiten zu der Auftrennung, der getrennten Weiterverarbeitung und der anschließenden Überlagerung sind in der DE 44 24 811 be­ schrieben.
Am Ausgang des Blocks 206 wird ein Signal TVKM bereit ge­ stellt, das die Temperatur unmittelbar stromauf des Kataly­ sators 116 angibt. Der Ausgang des Blocks 206 ist mit einem Eingang eines Blocks 208 verbunden, der das Temperaturver­ halten dem Katalysators 116 nachbildet, wobei angenommen wird, daß im Katalysator 116 keine Konvertierungswärme frei­ gesetzt wird. Das Übertragungsverhalten des Blocks 208 ist - ähnlich wie beim Block 206 - abhängig vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 100 beeinflußbar. Die Einspeisung der dazu benötigten Signale, des Signals mL bzw. der Signale n und tL, erfolgt über einen weiteren Eingang des Blocks 208. Die Realisierung des Blocks 208 kann als Filter, insbeson­ dere als Tiefpaßfilter, erfolgen. Am Ausgang des Blocks 208 liegt ein Signal THKM an, das die Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt, und zwar für den Fall, daß im Katalysator 116 keine Konvertierungswärme freigesetzt wird, das heißt für einen völlig funktionsunfähigen Kataly­ sator.
Das Signal THKM wird in zwei Verknüpfungspunkte eingespeist, und zwar in einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 210 und einen ersten Eingang eines Verknüpfungspunktes 212. Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 212 liegt das Signal THK an, das vom Temperatursensor 118 erzeugt wird. Der Verknüpfungspunkt 212 bildet die Differenz aus den Signalen THK und THKM, das heißt aus der mit dem Temperatur­ sensor 118 gemessenen Temperatur hinter dem Katalysator 116 und der mittels Temperaturmodell für einen funktionsunfähi­ gen Katalysator gebildeten Temperatur an der gleichen Stel­ le. Das Ergebnis der Differenzbildung wird als Signal dT am Ausgang des Verknüpfungspunktes 212 bereitgestellt. Dieser Ausgang ist über einen Schalter 214 mit dem Eingang eines Blocks 216 verbunden.
Der Block 216 dämpft kurzzeitige Schwankungen des Signals dT für die Temperaturdifferenz. Auf diese Weise wird ein Signal dT1 erzeugt, das am Ausgang des Blocks 216 abgegriffen wer­ den kann. Der Block 216 kann als Filter - beispielsweise als Tiefpaßfilter - ausgelegt sein. Der Ausgang des Blocks 216 st mit dem Eingang eines Blocks 218 und dem Eingang eines Blocks 220 verbunden.
Im Block 218 wird berücksichtigt, daß die bei der Konvertie­ rung im Katalysator 116 freigesetzte Wärme eine unterschied­ lich starke Temperaturerhöhung zur Folge hat, abhängig da­ von, wie hoch der Gasdurchsatz durch den Katalysator 116 und damit durch die Brennkraftmaschine 100 ist. Je höher der Gasdurchsatz ist, desto kleiner ist bei gleichem Eingangs­ signal dT1 das vom Block 218 ausgegebene Signal dT3. Die In­ formation über den Gasdurchsatz wird dem Block 218 über ei­ nen weiteren Eingang in Form eines Signals mLF mitgeteilt, wobei das Signal MLF durch Filterung aus dem Signal mL bzw. aus den Signalen n und tL erzeugt wird.
Im Block 220 findet eine Dämpfung der kurzzeitigen Schwan­ kungen des Signals dT1 statt. Da das Signal dT1 bereits ein gedämpftes Signal darstellt, weist das vom Block 220 ausge­ gebene Signal dT2 einen sehr glatten Verlauf auf. Das Signal dT2 gibt die von kurzzeitigen Störeinflüssen befreite Diffe­ renz aus den Signalen THK (stromab des Katalysators 116 ge­ messene Temperatur) und THKM (mittels Temperaturmodell be­ stimmte Temperatur stromab des Katalysators 116) wieder. Da das Signal THK die Temperaturerhöhung durch die exotherme Konvertierung im Katalysator 116 beinhaltet und das Signal THKM diese Temperaturerhöhung nicht beinhaltet, stellt die Differenz der beiden Signale gerade die Temperaturerhöhung selbst dar. Aus der durch die exotherme Konvertierung her­ vorgerufenen Temperaturerhöhung kann die Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 ermittelt werden. Dazu wird Signal dT2 an einen Auswerteblock 222 weitergeleitet und dort mit we­ nigstens einem Schwellwert verglichen. Ist der Schwellwert überschritten so wird die Funktionsfähigkeit des Katalysa­ tors 116 als ausreichend beurteilt, ist er dagegen unter­ schritten, so liegt eine nicht mehr ausreichende Funktions­ fähigkeit vor und der Katalysator 116 ist auszutauschen. Al­ ternativ kann im Auswerteblock 222 auch abgeprüft werden, ob das Signal dT2 innerhalb eines vorgebbaren Bereichs liegt.
Um eine möglichst verläßliche Beurteilung der Funktionsfä­ higkeit des Katalysators 116 zu gewährleisten, wird - wie bereits weiter oben erwähnt - das von kurzzeitigen Störein­ flüssen befreite Signal dT2 verwendet. Weiterhin wird mit­ tels des Schalters 214 sichergestellt, daß die durch die exotherme Umsetzung im Katalysator 116 verursachte Tempera­ turerhöhung nur bei einem niedrigen Gasdurchsatz zur Beur­ teilung des Katalysators 116 herangezogen wird. Bei einem niedrigen Gasdurchsatz führt die exotherme Umsetzung im Ka­ talysator 116 zu einer besonders starken Temperaturerhöhung, die sich leicht nachweisen läßt. Die Ansteuerung des Schal­ ters 214 erfolgt durch eine Steuerstufe 224. Die Steuerstufe 224 steuert den Schalter 214 bei niedrigem Gasdurchsatz - üblicherweise 15 bis 25 Kilogramm pro Stunde - in einen ge­ schlossenen Zustand und bei höherem Gasdurchsatz in einen geöffneten Zustand. Am Eingang der Steuerstufe 224 liegt das gefilterte Signal mLF für den Luftmassenstrom an.
Das Signal mLF wird von einem Block 226 entweder aus dem Signal mL oder aus den Signalen n und tL erzeugt. Der Block 226 kann als Filter ausgelegt sein, beispielsweise als Tief­ paßfilter. Das Übertragungsverhalten des Blocks 226 ist in Abhängigkeit vom Gasdurchsatz beeinflußbar, wobei als Signal für den Gasdurchsatz entweder das Signal mL oder die Signale n und tL über einen weiteren Eingang in dem Block 226 einge­ speist werden.
Im Blockdiagramm der Fig. 2 ist noch eine weitere Maßnahme im Sinne einer möglichst zuverlässigen Beurteilung der Funk­ tionsfähigkeit des Katalysators 116 vorgesehen. Dieser wei­ teren Maßnahme liegt die Überlegung zugrunde, daß die bei für die Beurteilung benötigten Signale THK und THKM mit Feh­ lern behaftet sein können. Es erscheint daher sinnvoll, ei­ nen Abgleich zwischen den Signalen THK und THKM durchzufüh­ ren. Bei diesem Abgleich ist zu berücksichtigen, daß ledig­ lich im Signal THK nicht aber im Signal THKM die Temperatur­ erhöhung infolge der exothermen Umsetzung im Katalysator 116 enthalten ist. Deshalb wird im Verknüpfungspunkt 210, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des Blocks 208 verbunden ist und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Blocks 218 verbunden ist, dem Signal THKM ein Singal dT3 überlagert, das die Temperaturerhöhung durch die exotherme Umsetzung im Katalysator 116 angibt. Das so erzeugte Signal THKME wird am Ausgang des Blocks 210 bereitgestellt. Der Ausgang des Blocks 210 ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungs­ punktes 228 verbunden, an dessen zweiten Eingang das Signal THK anliegt. Die vom Verknüpfungspunkt gebildete Differenz der beiden Eingangssignale wird über einen Schalter 230 dem Eingang des Korrekturblocks 204 zugeführt. Der Korrektur­ block 204 erzeugt daraus das Korrektursignal TKor, das im Verknüpfungspunkt 202 mit dem Signal TStat für die stationä­ re Abgastemperatur verknüpft wird, d. h. der Abgleich zwi­ schen dem Temperatursensor 118 und dem Temperaturmodell fin­ det durch Korrektur des Signals TStat mit dem Signal TKor statt.
Über die Ansteuerung des Schalters 230 ist eine weitere Maß­ nahme zur Erhöhung der Zuverlässigkeit bei der Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 realisiert. Die Ansteuerung erfolgt durch die Steuerstufe 224. Bei einem ho­ hen Gasdurchsatz, in der Regel ca. 40 bis 90 Kilogramm pro Stunde, steuert die Steuerstufe 224 den Schalter 230 in eine geschlossene Stellung, so daß der Ausgang des Verknüpfungs­ punktes 228 mit dem Eingang des Korrekturblocks 204 verbun­ den ist. Ist der Gasdurchsatz jedoch geringer, so steuert die Steuerstufe 224 den Schalter 230 in eine geöffnete Stel­ lung und unterbricht somit die Verbindung zwischen dem Aus­ gang des Verknüpfungspunktes 228 und dem Eingang des Korrek­ turblocks 204. Die hier geschilderte Ansteuerung hat zur Folge, daß der vom Korrekturblock 204 ausgegebene Korrektur­ wert immer nur bei einem hohen Gasdurchsatz ermittelt wird, das heißt in einem Betriebsbereich in dem die Temperaturer­ höhung durch exotherme Umwandlung im Katalysator vergleichs­ weise gering ist. Folglich wirken sich auch Fehler, die bei der Ermittlung der Temperaturerhöhung auftreten, nicht be­ sonders stark auf den Abgleich aus.
Zusammenfassend läßt sich sagen, daß bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 100 ein Abgleich zwischen dem Temperatursensor 118 und dem Temperaturmodell stattfindet und bei niedrigem Gasdurchsatz eine Beurteilung der Funk­ tionsfähigkeit des Katalysators 116 unter Verwendung des Temperatursensors 118 und des Temperaturmodells durchgeführt wird.
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfah­ rens. In einem ersten Schritt 300 wird mit Hilfe des Tempe­ ratursensors 118 das Signal THK für die Temperatur unmittel­ bar stromab des Katalysators 118 gebildet. Im folgenden schritt 302 wird mittels des Blocks 200 aus Fig. 2 das Signal TStat für die stationäre Abgastemperatur bestimmt. Anschließend wird das Signal TStat im Schritt 304 mit dem Korrekturwert TKor verknüpft, um das Temperaturmodell und den Temperatursensor 118 abzugleichen. Dieser Abgleich wird mit Hilfe des Verknüpfungspunktes 202 vorgenommen. Es folgt ein Schritt 306, in dem mittels des Blocks 206 aus dem kor­ rigierten Signal für die stationäre Abgastemperatur das Signal TVKM für die Temperatur unmittelbar stromauf des Ka­ talysators 116 erzeugt wird. Im folgenden Schritt 308 wird aus dem Signal TVKM mittels des Blocks 208 ein Signal THKM für die Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 116 ermittelt unter der Annahme, daß im Katalysator 116 keine exotherme Konvertierung stattfindet. Im darauf folgenden Schritt 310 wird mittels des Blocks 226 das Signal mLF für den gefilterten Luftmassendurchsatz ermittelt.
An Schritt 310 schließt sich eine Abfrage 312 an, ob das Signal mLF innerhalb eines vorgebbaren Bereichs liegt. Der vorgebbare Bereich liegt bei kleinen Luftmassendurchsätzen, typischerweise bei ca. 15 bis 25 Kilogramm pro Stunde. Ist die Abfrage 312 erfüllt, das heißt liegt mLF innerhalb des Bereichs, so werden eine Reihe von Schritten ausgeführt um die Temperaturerhöhung durch die exotherme Umsetzung der Ab­ gase im Katalysator 116 zur ermitteln und anhand dieser Temperaturerhöhung die Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 zu beurteilen. Dabei wird zunächst im Schritt 314 der Schalter 214 geschlossen, um den entsprechenden Bereich des Blockschaltbilds der Fig. 2 zu aktivieren. Weiterhin wird im darauffolgenden Schritt 316 der Schalter 230 geöffnet, um zu verhindern, daß der für den Abgleich zwischen dem Tempe­ raturmodell und dem Temperatursensor 118 benötigte Korrek­ turwert TKor neu gebildet wird. Die Bildung neuer Werte für TKor soll nur bei einem hohen Luftmassendurchsatz stattfin­ den. An Schritt 316 schließt sich ein Schritt 318 an zur Bildung eines Signals dT für die Differenz aus dem Signal THK, das die mit dem Temperatursensor 118 bestimmte Tempera­ tur unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt, und dem Signal THKM, das die mit dem Temperaturmodell ermittelte Temperatur an der gleichen Stelle angibt. In dem folgenden Schritt 320 werden kurzzeitige Schwankungen des Signals dT mittels des Blocks 216 herausgefiltert bzw. gedämpft und auf diese Weise wird ein Signal dT1 erzeugt. Das Signal dT1 wird im Schritt 322 mittels des Blocks 220 nochmals gefiltert bzw. gedämpft und so ein Signal dT2 erzeugt.
An Schritt 322 schließt sich eine Abfrage 324 an. Die Ab­ frage 324 dient dazu, durch Vergleich des Signals dT1 mit wenigstens einem Schwellwert herauszufinden, ob der Kataly­ sator 116 in seiner Funktionsfähigkeit beeinträchtigt ist. Die Abfrage 324 kann beispielsweise so ausgelegt sein, daß abgefragt wird, ob das Signal dT2 größer ist als ein Schwellwert. Ist dies der Fall, so schließt sich ein Schritt 326 an, in dem festgestellt wird, daß der Katalysator 116 ausreichend funktionsfähig ist. Ist das Signal dT2 dagegen nicht größer als der Schwellwert, so schließt sich an die Abfrage 324 ein Schritt 328 an, in dem ein nicht ausreichend funktionsfähiger Katalysator 116 festgestellt wird. Sowohl mit Schritt 326 als auch mit Schritt 328 ist der Durchlauf des Flußdiagramms beendet und beginnt von neuem mit Schritt 300.
Ist die Abfrage des Schrittes 312 nicht erfüllt, das heißt liegt das Signal mLF für den gefilterten Luftmassendurchsatz außerhalb des vorgebbaren Bereichs, so schließt sich an die Abfrage 312 ein Schritt 330 an. In Schritt 330 wird der Schalter 214 geöffnet, da der vorliegende Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 nicht dazu geeignet ist, neue Da­ ten für die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysa­ tors 116 zu sammeln.
An Schritt 330 schließt sich eine Abfrage 332 an, ob das Signal MLF innerhalb eines weiteren vorgebbaren Bereichs liegt. Dieser weitere Bereich ist bei hohen Werten für den Luftmassendurchsatz angesiedelt, beispielsweise bei ca. 40 bis 90 Kilogramm pro Stunde. Ist die Abfrage 332 erfüllt, das heißt liegt ein derartig hoher Luftmassendurchsatz vor, so wird eine Reihe von Schritten ausgeführt, um das Tempera­ turmodell auf den Temperatursensor 118 abzugleichen. Dazu wird zunächst in einem Schritt 334 der Schalter 230 ge­ schlossen, um die Ermittlung neuer Werte für die Temperatur­ korrektur TKor mittels des Blocks 204 zuzulassen. Im darauf­ folgenden Schritt 336 wird aus dem zuletzt ermittelten Signal dT1 für die Temperaturerhöhung mittels des Blocks 218 ein Signal dT3 ermittelt, indem das Signal dT1 abhängig vom Gasdurchsatz durch den Katalysator 116, der durch das Signal mLF repräsentiert wird, verringert wird. Im darauffolgenden Schritt 338 wird das so gebildete Signal dT3 mit dem Signal THKM verknüpft und auf diese Weise das Signal THKME gebil­ det, das die mit dem Temperaturmodell ermittelte Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt, und zwar unter Berücksichtigung der exothermen Konvertierung im Kata­ lysator 116. Falls das Temperaturmodell und der Temperatur­ sensor 118 optimal aufeinander abgeglichen sind, entspricht das so ermittelte Signal THKME genau dem Signal THK, das vom Temperatursensor 118 ausgegeben wird. An Schritt 338 schließt sich ein Schritt 340 an. In Schritt 340 wird die Differenz aus den Signalen THK und THKME gebildet. Diese Operation findet im Verknüpfungspunkt 228 statt. Als Ergeb­ nis wird ein Signal TAbw erzeugt, aus dem im darauffolgenden Schritt 342 mittels des Blocks 204 der Korrekturwert TKor zur Korrektur des Signals TStat für die stationäre Abgas­ temperatur ermittelt wird. Mit Schritt 342 ist der Durchlauf des Flußdiagramms beendet und beginnt von neuem bei Schritt 300.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so abgewandelt wer­ den, daß die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 anhand eines Vergleichs der stromab des Katalysators 116 gemessenen Temperatur mit einer Temperatur erfolgt, die un­ ter Berücksichtigung der Temperaturerhöhung durch die exo­ therme Konvertierung mittels eines Temperaturmodells für die gleiche Stelle bestimmt wurde. In dem dabei verwendeten Tem­ peraturmodell kann entweder die Temperaturerhöhung eines voll funktionsfähigen Katalysators 116 oder die Temperatur­ erhöhung eines gerade noch ausreichend funktionsfähigen Ka­ talysators 116 berücksichtigt werden. Im ersten Fall wird der Katalysator 116 als ausreichend funktionsfähig beur­ teilt, wenn die Differenz zwischen gemessener Temperatur und Modelltemperatur unterhalb eines Schwellwerts liegt. Im zweiten Fall wird der Katalysator 116 als ausreichend funk­ tionsfähig beurteilt, wenn die gemessene Temperatur oberhalb der Modelltemperatur liegt.
Die Erfindung kann sowohl zur Beurteilung der Funktions­ fähigkeit eines Vorkatalysators als auch eines Hauptkataly­ sators eingesetzt werden.
In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann der Tempera­ tursensor 118 entfallen. Das Signal THK für die stromab des Katalysators 116 gemessene Temperatur wird dann mit Hilfe einer Abgassonde erzeugt, die stromab des Katalysators 116 angeordnet ist. Dazu kann beispielsweise der temperaturab­ hängige Innenwiderstand der Abgassonde erfaßt werden. Wenn die Abgassonde mit einem Heizelement zur elektrischen Behei­ zung der Abgassonde ausgestattet ist, so kann auch der tem­ peraturabhängige Widerstand des Heizelements zur Erzeugung des Signals THK herangezogen werden.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Temperatur­ sensor 118 auch in einer stromab des Katalysators 116 ange­ ordneten Abgassonde integriert sein.

Claims (10)

1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators (116) im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine (100) wobei
  • - die Funktionsfähigkeit ausgehend von zwei Temperatursigna­ len (THK, THKM) beurteilt wird und
  • - das erste Temperatursignal (THK) ausgehend von einer Mes­ sung stromab des Katalysators (116) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - das zweite Temperatursignal (THKM) mit Hilfe eines Tempe­ raturmodells erzeugt wird und
  • - die beiden Temperatursignale (THK, THKM) in wenigstens ei­ nem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) aufeinander abgeglichen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgleich zwischen den beiden Temperatursignalen (THK, THKM) bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine (100) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Beurteilung der Funktions­ fähigkeit des Katalysators (116) in wenigstens einem vorgeb­ baren Betriebszustand der Brennkraftmaschine (100) erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß daß die Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators (116) bei niedrigem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschi­ ne (100) erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Temperaturmodell die Tempera­ tur stromab eines völlig funktionsunfähigen Katalysators (116) nachbildet und der Katalysator (116) als ausreichend funktionsfähig beurteilt wird, wenn ein von der Differenz aus dem ersten Temperatursignal (THK) und dem zweiten Tempe­ ratursignal (THKM) abhängiges Signal (dT2) einen Schwellwert überschreitet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Temperaturmodell die Temperatur strom­ ab eines wenigstens eingeschränkt funktionsfähigen Katalysa­ tors (116) nachbildet und der Katalysator (116) als ausrei­ chend funktionsfähig beurteilt wird, wenn ein vom ersten Temperatursignal (THK) abhängiges Signal ein vom zweiten Temperatursignal (THKM) abhängiges Signal überschreitet.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines voll funktionsfähigen Katalysators (116) nachbildet und der Katalysator (116) als ausreichend funktionsfähig be­ urteilt wird, wenn ein von der Differenz aus dem zweiten Temperatursignal (THKM) und dem ersten Temperatursignal (THK) abhängiges Signal einen Schwellwert unterschreitet.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Gasdurchsatz durch die Brennkraftma­ schine (100) von einem Signal (mL) repräsentiert wird, das ausgehend von einem Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser (106) erzeugt wird oder von einem Signal, das von einem Signal (tL) für die Last und einem Signal (n) für die Dreh­ zahl der Brennkraftmaschine (100) abhängt.
9. Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators (116) im Abgaskanal (104) einer Brennkraftma­ schine (100), mit
  • - einem Temperaturerfassungsmittel (118) zur Erzeugung eines ersten Temperatursignals (THK) für die Temperatur stromab des Katalysators (116),
  • - einem Temperaturmodellmittel zur Erzeugung eines zweiten Temperatursignals (THKM) für die Temperatur stromab des Ka­ talysators (116)
  • - einem Abgleichmittel zum Abgleich des ersten Temperatur­ signals (THK) und des zweiten Temperatursignals (THKM) in wenigstens einem vorgebbaren Betriebszustand der Brennkraft­ maschine (100) und
  • - einem Beurteilungsmittel (222) zur Beurteilung der Funk­ tionsfähigkeit des Katalysators (116) ausgehend vom ersten Temperatursignal (THK) und vom zweiten Temperatursignal (THKM).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperaturerfassungsmittel ein Temperatursensor (118) ist, der stromab des Katalysators (116) angeordnet ist oder eine Abgassonde, die stromab des Katalysators (116) angeord­ net ist oder ein Heizelement zur elektrischen Beheizung der Abgassonde.
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