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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und von
einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Moderne
Kraftfahrzeuge sind in der Regel mit einem Katalysator ausgerüstet, der
vom Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird und chemische Reaktionen
zwischen den Abgasbestandteilen fördert, die zu einer Konvertierung
von schädlichen Abgasbestandteilen
in weniger schädliche
Stoffe führen.
Die Funktionsfähigkeit
des Katalysators lässt
jedoch mit zunehmender Betriebsdauer macht, sodass der Katalysator
nach einer gewissen Einsatzzeit nicht mehr in der Lage ist, die
Schadstoff-Emissionen der Brennkraftmaschine auf ein ausreichend
niedriges Niveau zu vermindern. Der Katalysator muss dann ausgetauscht
werden. Nach welcher Betriebszeit ein Austausch erforderlich ist,
hängt stark
von den Betriebsbedingungen des Katalysators ab und lässt sich nicht
genau vorhersagen. Beispielsweise 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 teilweise unwirksam werden lässt. Um über die
gesamte Lebensdauer des Kraftfahrzeugs niedrige Schadstoff-Emissionen sicherzustellen,
sollte die Funktionsfähigkeit
des Katalysators überwacht
werden.
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In
der WO 93/20340 sind hierzu mehrere Verfahren und eine Vorrichtung
zum Beurteilen der Funktionsfähigkeit
eines Katalysators vorgeschlagen worden.
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Ein
erstes Verfahren sieht vor, dass eine Brennkraftmaschine ausgehend
von einem Zustand betrieben wird, bei dem die Katalysatortemperatur unter
der Konvertierungsbeginn-Temperatur eines neuen-Katalysators liegt.
Danach wird untersucht, bei welcher Temperatur der durch das Abgas
der Brennkraftmaschine erwärmte
Katalysator zu konvertieren beginnt. Die festgestellte Konvertierungsbeginn-Temperatur wird mit
einer vorgegebenen Vergleichstemperatur verglichen, die über der Konvertierungsbeginn-Temperatur
eines neuen Katalysators liegt. Wenn die festgestellte Konvertierungsbeginn-Temperatur
unter der Vergleichstemperatur liegt, ist der Katalysator funktionsfähig.
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Ein
zweites Verfahren sieht ebenfalls vor, dass die Brennkraftmaschine
mit vorgegebenen Betriebsbedingungen ausgehend von einem Zustand betrieben
wird, bei dem die Katalysatortemperatur unter der Konvertierungbeginn-Temperatur
eines neuen Katalysators liegt. Gemessen wird die Zeitspanne, die
der Katalysator benötigt,
um eine Vergleichstemperatur zu erreichen, die über der Konvertierungbeginn-Temperatur
eines neuen Katalysators liegt. Die gemessene Zeitspanne wird mit
einer vorgegebenen Vergleichs-Zeitspanne verglichen. Wenn die gemessene
Zeitspanne kürzer
ist als die Vergleichs-Zeitspanne, ist der Katalysator funktionsfähig.
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Ein
drittes Verfahren sieht ebenfalls vor, dass die Brennkraftmaschine
ausgehend von einem Zustand betrieben wird, bei dem die Katalysatortemperatur
unter der Konvertierungsbeginn-Temperatur eines neuen Katalysators
liegt. Der Verlauf der Temperatur des Katalysators wird aus einem
Modell abgeschätzt,
in welches jeweils aktuelle Werte von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine
und des Katalysators eingegeben werden. Die tatsächliche Temperatur des Katalysators
wird untersucht, wenn die aus dem Modell abgeschätzt der Temperatur eine Vergleichstemperatur
erreicht hat, die über
der Konvertierungbeginn-Temperatur eines neuen Katalysators liegt.
Wenn die tatsächliche
Temperatur des Katalysators über
der geschätzten
Temperatur liegt, wird der Katalysator als funktionsfähig beurteilt.
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Aus
der
DE 23 46 425 A1 eine
Katalysator-Diagnose bekannt geworden, bei der die am Katalysator
auftretende Temperaturdifferenz bewertet wird. Die Temperatur stromaufwärts vor
dem Katalysator und die Temperatur stromabwärts nach dem Katalysator wird
jeweils von einem Temperatursensor erfasst. Die Temperaturdifferenz
wird anschließend
mit einem Schwellenwert verglichen. Bei einem funktionsfähigen Katalysator
tritt während
der Konvertierung aufgrund der Reaktionswärme eine Temperaturerhöhung auf.
Bei einem funktionsfähigen
Katalysator wird demnach der Schwellenwert der Temperaturdifferenz überschritten.
Wenn der Schwellenwert nicht erreicht wird, kann von einem defekten
Katalysator ausgegangen werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit
eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine anzugeben,
das es ermöglicht,
einem funktionsfähigen
von einem defekten Katalysator zu unterscheiden, und eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale jeweils gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
hat den Vorteil, dass nur ein einziger Temperatursensor, der ein
erstes Temperatursignal bereitstellt, zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
des Katalysators benötigt
wird. Das zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators benötigte zweite mittels
Temperaturmodell ermittelte Temperatursignal, wird mit dem ersten
Temperatursignal einem vorgebaren Betriebszustand der Brennkraftmaschine
aufeinander abgeglichen. Insbesondere erfolgt der Abgleich zwischen
den beiden Temperatursignalen bei hohem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine,
da dann die durch die exotherme Konvertierung hervorgerufene Temperaturerhöhung relativ
gering ist.
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Die
Beurteilung der Funktionsfähigkeit
des Katalysators erfolgt 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.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
bildet das Temperaturmodell 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 abhängiges
Signal einen Schwellwert überschreitet.
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In
einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel bildet das Temperaturmodell
die Temperatur stromab eines gerade noch ausreichend funktionsfähigen Katalysators
nach. Der Katalysator wird als ausreichend funktionsfähig beurteilt,
wenn ein vom ersten Temperatursignal abhängiges Signal ein vom zweiten
Temperatursignal abhängiges
Signal überschreitet.
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Schließlich existiert
noch ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Temperaturmodell die Temperatur stromab eines voll funktionsfähigen Katalysators
nachbildet. Der Katalysator als ausreichend funktionsfähig beurteilt,
wenn ein von der Dif ferenz aus dem zweiten Temperatursignal und
dem ersten Temperatursignal abhängiges
Signal einen Schwellwert unterschreitet.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß zur Angabe des Gasdurchsatzes
durch die Brennkraftmaschine ohne- hin vorhandene Signale verwendet
werden können.
Beispielsweise kann ein Signal verwendet werden, das ausgehend von
einem Lufmengenmesser 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.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Katalysator,
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2 ein
Blockschaltbild der Erfindung und
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3 ein
Flußdiagramm
zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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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 Öffnungswinkels
der Drosselklappe 108 und wenigstens eine Einspritzdüse 112 angebracht.
Im Abgaskanal 104 sind – in Stromrichtung des Abgases
gesehen – eine
Abgassonde 114 und ein Katalysator 116 angeordnet.
Am Auslaß des
Katalysators 116 ist ein Temperatursensor 118 angebracht.
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An
der Brennkraftmaschinbe 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 Zylindern. 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 Steuergerät 124 über entsprechende
Verbindungsleitungen zugeführt.
Das Steuergerät 124 wertet
die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen
die Einspritzdüse
bzw. die Einpritzdüsen 112 und
die Zündkerzen 122 an.
Weiterhin wird vom Steuergerät 124 das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit des
Katalysators 116 durchgeführt.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Erfindung. Ein Block 200 ermittelt
aus dem Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine 100 ein
Signal TStat für
die stationäre
Abgastemperatur 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 1 eingezeichneten Luftmassenmesser
oder Luftmengenmesser 106 erzeugt 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 Drehzahl 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 jedes gebräuchliche Lastsignal verwendet
werden, beispielsweise der Öffnungswinkel α der Drosselklappe 108 oder
der Druck im Ansaugtrakt 102, der mit Hilfe eines Drucksensors
erfaßt werden
kann usw.
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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 durchzuführen. Einzelheiten
hierzu sind weiter unten beschrieben. Der Verknüpfungspunkt
202 verknüpft das
Signal TStat mit dem Signal TKor und stellt das Ergebnis der Verknüpfung an
seinem 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 Änderung
der Zeitkonstante beeinflußt.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung findet im Block
206 eine
Aufspaltung in einen schnellen und einen langsamen Anteil an der
Abgastemperatur statt, die unterschiedliches Zeitverhalten auf weisen
und getrennt weiterverarbeitet werden und anschließend wieder zu
einem Signal überlagert
werden. Einzelheiten zu der Auftrennung, der getrennten Weiterverarbeitung und
der anschließenden Überlagerung
sind in der
DE 44 24 811 beschrieben.
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Am
Ausgang des Blocks 206 wird ein Signal TVKM bereit gestellt,
das die Temperatur unmittelbar stromauf des Katalysators 116 angibt.
Der Ausgang des Blocks 206 ist mit einem Eingang eines
Blocks 208 verbunden, der das Temperaturverhalten des Katalysators 116 nachbildet,
wobei angenommen wird, daß im
Katalysator 116 keine Konvertierungswärme freigesetzt 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, insbesondere 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
Katalysator.
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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 Temperatursensor 118 gemessenen Temperatur hinter
dem Katalysator 116 und der mittels Temperaturmodell für einen
funktionsunfähi gen
Katalysator gebildeten Temperatur an der gleichen Stelle. 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.
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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
werden kann. Der Block 216 kann als Filter – beispielsweise
als Tiefpaßfilter – ausgelegt
sein. Der Ausgang des Blocks 216 ist mit dem Eingang eines
Blocks 218 und dem Eingang eines Blocks 220 verbunden.
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Im
Block 218 wird berücksichtigt,
daß die
bei der Konvertierung im Katalysator 116 freigesetzte Wärme eine
unterschiedlich starke Temperaturerhöhung zur Folge hat, abhängig davon,
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 Eingangssignal dT1 das vom Block 218 ausgegebene Signal
dT3. Die Information über
den Gasdurchsatz wird dem Block 218 über einen 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.
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Im
Block 220 findet eine Dämpfung
der kurzzeitigen Schwankungen des Signals dT1 statt. Da das Signal
dT1 bereits ein gedämpftes
Signal darstellt, weist das vom Block 220 ausgegebene Signal dT2
einen sehr glatten Verlauf auf. Das Signal dT2 gibt die von kurzzeitigen
Störeinflüssen befreite
Differenz aus den Signalen THK (stromab des Katalysators 116 gemessene
Temperatur) und THKM (mittels Temperaturmodell bestimmte 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 hervorgerufenen Temperaturerhöhung kann
die Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 ermittelt werden. Dazu wird Signal
dT2 an einen Auswerteblock 222 weitergeleitet und dort
mit wenigstens einem Schwellwert verglichen. Ist der Schwellwert überschritten,
so wird die Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 als ausreichend beurteilt, ist er
dagegen unterschritten, so liegt eine nicht mehr ausreichende Funktionsfähigkeit
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.
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Um
eine möglichst
verläßliche Beurteilung der
Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 zu gewährleisten, wird – wie bereits
weiter oben erwähnt – das von
kurzzeitigen Störeinflüssen befreite
Signal dT2 verwendet. Weiterhin wird mittels des Schalters 214 sichergestellt,
daß die
durch die exotherme Umsetzung im Katalysator 116 verursachte
Temperaturerhöhung
nur bei einem niedrigen Gasdurchsatz zur Beurteilung des Katalysators 116 herangezogen wird.
Bei einem niedrigen Gasdurchsatz führt die exotherme Umsetzung
im Katalysator 116 zu einer besonders starken Temperaturerhöhung, die
sich leicht nachweisen läßt. Die
Ansteuerung des Schalters 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 geschlossenen Zustand und bei höherem Gasdurchsatz in einen
geöffneten
Zustand. Am Eingang der Steuerstufe 224 liegt das gefilterte
Signal mLF für
den Luftmassenstrom an.
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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 Tiefpaßfilter.
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 eingespeist werden.
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Im
Blockdiagramm der 2 ist noch eine weitere Maßnahme im
Sinne einer möglichst
zuverlässigen
Beurteilung der Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 vorgesehen. Dieser weiteren Maßnahme liegt
die Überlegung
zugrunde, daß die
bei für
die Beurteilung benötigten
Signale THK und THKM mit Fehlern behaftet sein können. Es erscheint daher sinnvoll,
einen Abgleich zwischen den Signalgen THK und THKM durchzuführen. Bei
diesem Abgleich ist zu berücksichtigen,
daß lediglich
im Signal THK nicht aber im Signal THKM die Temperaturerhöhung 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 Verknüpfungspunktes 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
Korrekturblock 204 erzeugt daraus das Korrektursignal TKor,
das im Verknüpfungspunkt 202 mit
dem Signal TStat für
die stationäre
Abgastemperatur verknüpft
wird, d. h. der Abgleich zwi schen dem Temperatursensor 118 und
dem Temperaturmodell findet durch Korrektur des Signals TStat mit
dem Signal TKor statt.
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Über die
Ansteuerung des Schalters 230 ist eine weitere Maßnahme zur
Erhöhung
der Zuverlässigkeit
bei der Beurteilung der Funktionsfähigkeit des Katalysators 116 realisiert.
Die Ansteuerung erfolgt durch die Steuerstufe 224. Bei
einem hohen 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 Verknüpfungspunktes 228 mit
dem Eingang des Korrekturblocks 204 verbunden ist. Ist
der Gasdurchsatz jedoch geringer, so steuert die Steuerstufe 224 den
Schalter 230 in eine geöffnete
Stellung und unterbricht somit die Verbindung zwischen dem Ausgang
des Verknüpfungspunktes 228 und
dem Eingang des Korrekturblocks 204. Die hier geschilderte Ansteuerung
hat zur Folge, daß der
vom Korrekturblock 204 ausgegebene Korrekturwert immer
nur bei einem hohen Gasdurchsatz ermittelt wird, das heißt in einem
Betriebsbereich in dem die Temperaturerhöhung durch exotherme Umwandlung
im Katalysator vergleichsweise gering ist. Folglich wirken sich
auch Fehler, die bei der Ermittlung der Temperaturerhöhung auftreten,
nicht besonders stark auf den Abgleich aus.
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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
Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 unter Verwendung des Temperatursensors 118 und
des Temperaturmodells durchgeführt
wird.
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3 zeigt
ein Flußdiagramm
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt 300 wird mit Hilfe des Temperatursensors 118 das
Signal THK für
die Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 118 gebildet.
Im folgenden Schritt 302 wird mittels des Blocks 200 aus 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 korrigierten Signal für
die stationäre
Abgastemperatur das Signal TVKM für die Temperatur unmittelbar
stromauf des Katalysators 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 darauffolgenden Schritt 310 wird mittels des Blocks 226 das
Signal mLF für
den gefilterten Luftmassendurchsatz ermittelt.
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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 Abgase 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 2 zu
aktivieren. Weiterhin wird im darauffolgenden Schritt 316 der
Schalter 230 geöffnet,
um zu verhindern, daß der
für den
Abgleich zwischen dem Temperaturmodell und dem Temperatursensor 118 benötigte Korrekturwert
TKor neu gebildet wird. Die Bildung neuer Werte für TKor soll
nur bei einem hohen Luftmassendurchsatz stattfinden. 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
Temperatur 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.
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An
Schritt 322 schließt
sich eine Abfrage 324 an. Die Abfrage 324 dient
dazu, durch Vergleich des Signals dT1 mit wenigstens einem Schwellwert
herauszufinden, ob der Katalysator 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.
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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 Daten für die
Beurteilung der Funktionsfähigkeit
des Katalysators 116 zu sammeln.
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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 Temperaturmodell auf den Temperatursensor 118 abzugleichen.
Dazu wird zunächst
in einem Schritt 334 der Schalter 230 geschlossen,
um die Ermittlung neuer Werte für
die Temperaturkorrektur TKor mittels des Blocks 204 zuzulassen.
Im darauffolgenden 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 gebildet, das die mit dem Temperaturmodell
ermittelte Temperatur unmittelbar stromab des Katalysators 116 angibt,
und zwar unter Berücksichtigung
der exothermen Konvertierung im Katalysator 116. Falls
das Temperaturmodell und der Temperatursensor 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 Ergebnis 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 Abgastemperatur
ermittelt wird. Mit Schritt 342 ist der Durchlauf des Flußdiagramms
beendet und beginnt von neuem bei Schritt 300.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch so abgewandelt werden, daß die Beurteilung der Funktionsfähig des
Katalysators 116 anhand eines Vergleichs der stromab des
Katalysators 116 gemessenen Temperatur mit einer Temperatur
erfolgt, die unter Berücksichtigung
der Temperaturerhöhung durch
die exotherme Konvertierung mittels eines Temperaturmodells für die gleiche
Stelle bestimmt wurde. In dem dabei verwendeten Temperaturmodell kann
entweder die Temperaturerhöhung
eines voll funktionsfähigen
Katalysators 116 oder die Temperaturerhöhung eines gerade noch ausreichend
funktionsfähigen
Katalysators 116 berücksichtigt
werden. Im ersten Fall wird der Katalysator 116 als ausreichend
funktionsfähig
beurteilt, wenn die Differenz zwischen gemessener Temperatur und
Modelltemperatur unterhalb eines Schwellwerts liegt. Im zweiten Fall
wird der Katalysator 116 als ausreichend funktionsfähig beurteilt,
wenn die gemessene Temperatur oberhalb der Modelltemperatur liegt.
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Die
Erfindung kann sowohl zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit
eines Vorkatalysators als auch eines Hauptkatalysators eingesetzt
werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung kann der Temperatursensor 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 temperaturabhängige Innenwiderstand der Abgassonde
erfaßt werden.
Wenn die Abgassonde mit einem Heizelement zur elektrischen Beheizung
der Abgassonde ausgestattet ist, so kann auch der temperaturabhängige Widerstand
des Heizelements zur Erzeugung des Signals THK herangezogen werden.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
kann der Temperatursensor 118 auch in einer stromab des Katalysators 116 angeordneten
Abgassonde integriert sein.