WO2020207731A1 - Verfahren und vorrichtung zum überprüfen und sicherstellen einer funktionsfähigkeit eines abgasnachbehandlungssystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum überprüfen und sicherstellen einer funktionsfähigkeit eines abgasnachbehandlungssystems einer brennkraftmaschine Download PDF

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Dietmar Ellmer
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for checking and ensuring the functionality of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine.
  • Exhaust aftertreatment systems are provided, in particular in vehicles with an internal combustion engine, to carry out exhaust aftertreatment in order to reduce pollutants from an exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the exhaust gas aftertreatment system has at least one in this regard
  • Catalytic converter which binds the pollutants in the catalytic converter by means of a chemical conversion through oxidation or reduction.
  • the catalytic converter usually has a catalytic converter area in which the chemical conversion - catalysis - takes place.
  • the required operating temperature for the catalytic converter area is mostly in a range of> 200 ° C., since the exhaust gas catalysis that is carried out in the catalytic converter area is specific for effective exhaust gas aftertreatment
  • the catalytic converter has a heating device which is configured to bring the catalytic converter area into the operation of the exhaust gas aftertreatment system
  • the heater will heat up the desired temperature range.
  • the heater will
  • the heater is in the
  • the heating device is arranged in the flow area of the exhaust gas.
  • the operating time of the exhaust aftertreatment system can lead to malfunctions of the heating device or other components of the exhaust aftertreatment system.
  • the heating device which is permanently exposed to the exhaust gas over the operating time, can Develop functional disorders that affect the functionality of the
  • the internal resistance of the heating device can change over its operating time.
  • Another malfunction such as damage to the heating device, can cause a short circuit.
  • Exhaust aftertreatment system can reduce its functionality
  • the object of the present invention is to create a method and a device with which a reliable checking and ensuring of the functionality of an exhaust gas aftertreatment system of a
  • a method for checking and ensuring the functionality of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine wherein the exhaust gas aftertreatment system has a
  • the setpoint taking into account a specific heating behavior of the heating device and an expected long-term behavior of the catalytic converter, - Compare the actual value with the setpoint to check and
  • the catalytic converter has the catalytic converter area in which the catalysis takes place and the electrical heating device which is designed to heat the catalytic converter region.
  • the electrical heating device is upstream of the exhaust gas flow direction
  • the electrical heating device is arranged in the exhaust gas flow direction downstream of the exhaust gas catalytic converter area.
  • the catalytic converter has two electrical heating devices, one of the two in
  • Exhaust gas flow direction upstream of the catalytic converter area and the other of the two is arranged in the exhaust gas flow direction downstream of the catalytic converter area.
  • the electrical heating device is selectively supplied with electrical energy from a voltage source, for example from an accumulator or from a battery.
  • the catalytic converter area only needs to be heated to a certain temperature by means of the electrical heating device if the catalytic converter area has a temperature below a
  • the electrical heating device has a
  • Honeycomb structure or a matrix structure through which electrical current flows directly from the voltage source, the honeycomb structure or the matrix structure acting as an ohmic resistor.
  • the honeycomb structure or matrix structure heats up and transfers the heat to the catalytic converter area and / or to the exhaust gas.
  • the temperature of the heating device is thus directly dependent on the electrical energy transmitted from the voltage source.
  • the ohmic resistance of the heating device can change over the operating time of the heating device, for example due to deposits in the honeycomb structure or in the matrix structure or due to changes in the metallic structure. It is also conceivable that the ohmic resistance can change due to damage to the matrix structure and / or the honeycomb structure. Damage to the honeycomb structure and / or the matrix structure of the heating device can lead to a serious change in the ohmic resistance of the
  • the ohmic resistance can be determined by means of the electrical current strength and the electrical voltage. Accordingly, the ohmic resistance of the heating device by means of the heating device supplied electrical current strength and the electrical voltage supplied to the heating device from the
  • Voltage source can be determined. Damage or a change in the honeycomb structure or in the matrix structure of the heating device can be derived from the ohmic resistance of the heating device. By determining the ohmic resistance of the heating device, changes or damage to the heating device can accordingly be detected over the operating time of the heating device.
  • the expected ohmic resistance or the corresponding setpoint takes into account the specific heating behavior of the heating device and the expected long-term behavior of the exhaust gas catalytic converter.
  • the specific heating behavior of the heating device depends, for example, on the construction of the heating device and in particular on the construction of the honeycomb structure or the matrix structure of the heating device.
  • the specific heating behavior of the heating device can be recorded / measured, for example, during the development of the heating device and stored in a memory. This specific heating behavior is taken into account when providing the setpoint.
  • the expected long-term behavior of the catalytic converter can also be determined during the development and testing of the heating device.
  • the expected long-term behavior represents, for example, a certain service life of the catalytic converter.
  • the service life of the catalytic converter is 5 years or 80,000 vehicle kilometers.
  • the service life of the catalytic converter is 10 years or 160,000 vehicle kilometers. A longer service life is also conceivable.
  • the expected long-term behavior is the Heater of the catalytic converter mapped over the entire service life and stored in the memory.
  • the target value consequently takes into account the heating behavior and the corresponding long-term behavior of the exhaust gas catalytic converter and is made available in accordance with the current operating time of the exhaust gas catalytic converter.
  • the setpoint changes over the operating time of the catalytic converter. Overall, a setpoint is thus provided which is developed in accordance with the current operating time of the exhaust gas catalytic converter and the specific heating behavior.
  • the actual value is compared with the setpoint value in order to check and ensure that the heating device
  • the actual value is determined by means of the electrical current strength supplied to the heating device and the electrical voltage supplied to the heating device.
  • the electrical current strength supplied to the heating device can be determined and the electrical voltage supplied to the heating device can also be determined, so that the actual value determination can accordingly be carried out easily. Due to changes in the catalytic converter, in particular due to changes in the heating device, the actual value can vary over the operating time.
  • the setpoint is provided according to the specific heating behavior and the expected long-term behavior.
  • the setpoint also varies over the operating time of the exhaust gas catalytic converter or over the operating time of the heating device.
  • the actual value and the setpoint value can accordingly vary over the operating time of the heating device.
  • the heating behavior and the expected long-term behavior works and thus ensures that the exhaust gas aftertreatment system is operated in the predetermined operating range. If, for example, the actual value deviates too much from the target value due to damage to the heating device, this can be done comparatively easily it is found that the heating device is no longer working properly. Accordingly, for example, an entry can be made in a fault memory or a message can be output to an operator of the internal combustion engine. Overall, the method according to the present disclosure can be carried out comparatively easily, but nevertheless provides a reliable value about the functionality of the heating device and thus also about the functionality of the exhaust gas aftertreatment system.
  • a first difference is formed from the actual value and the setpoint and the first difference is compared with a first threshold value, it being recognized that the heating device does not function according to the specific heating behavior and the expected long-term behavior, if the first difference deviates from the first threshold value by at least a first specific amount.
  • the first difference can be formed, for example, by subtracting the actual value from the target value or by subtracting the target value from the actual value.
  • a parameterization of the actual value or the setpoint, whereby the values are represented as a function with one or more variables, is also conceivable before the difference is formed.
  • the first threshold value can, for example, be stored in the memory and continuously compared with the first difference.
  • the first threshold value can change, for example, over the operating time of the exhaust gas catalytic converter.
  • the first specific amount can also be stored in the memory.
  • the first specific amount can also change over the operating time of the exhaust gas catalytic converter. If, for example, it is recognized that the first difference deviates positively or negatively from the first threshold value by the first amount, a malfunction of the
  • Exhaust aftertreatment system are recognized. Such a comparison is easy to carry out and provides a comparatively reliable result over the operating time of the exhaust gas catalytic converter. In particular due to the variability of the first threshold value and the first specific amount, a robust checking of the can be carried out over the entire lifetime of the catalytic converter
  • the setpoint and / or the actual value is added up over a specific operating time before the added setpoint is added to the
  • the exhaust gas aftertreatment system has a voltage measuring device which is arranged at an end of a transmission cable assigned to the heating device, which transmits electrical energy from the voltage source to the heating device when the heating device is in operation, the voltage measuring device being set up to determine a measurement signal, this is characteristic of the one on the heating device in operation
  • the electrical energy is transmitted from the voltage source to the heating device by means of the transmission cable.
  • Transmission cable is assigned to the heating device, the other end of the transmission cable is assigned to the voltage source.
  • Voltage measuring device is arranged at the end that is assigned to the heating device.
  • the measurement signal accordingly takes into account transmission losses from the voltage source to the heating device. This makes the process more detailed and more reliable.
  • the voltage measuring device or an additional voltage measuring device is arranged directly on the heating device, which is set up to determine another or an additional measuring signal that is characteristic of the electrical voltage supplied to the honeycomb structure or the matrix structure of the heating device during operation, which is applied to the Honeycomb structure or the matrix structure is important.
  • the measurement signal according to this embodiment takes into account additional transmission losses within the heating device.
  • an additional voltage measuring device is arranged on a ground line of the electrical heating device, which is set up to determine an additional measurement signal which is characteristic of the electrical voltage in the ground line.
  • the method additionally has the following step:
  • Heating device from the voltage source wherein a difference with the measurement signal is used to compare the measurement signal with the voltage setpoint and the voltage setpoint is formed and the difference is compared with a second threshold value, it being recognized that the
  • Threshold deviates by at least a second specific amount.
  • the measurement signal is characteristic of the voltage supplied to the heating device during operation, consequently the electrical voltage applied to the
  • the voltage setpoint is characteristic of the expected electrical voltage delivered to the heating device. Accordingly, the voltage setpoint is characteristic of the voltage transmitted from the transmission cable to the electrical heater. Accordingly, the voltage command value also takes into account resistance losses of the transmission cable.
  • the voltage setpoint can, for example, be stored in the memory and can also take into account long-term behavior of the transmission cable that was determined in advance and stored in the memory.
  • the second difference is formed from the measurement signal and the voltage setpoint. The measurement signal can be subtracted from the voltage setpoint or the
  • the voltage setpoint can be subtracted from the measurement signal.
  • Parameterization of the measurement signal and / or the voltage setpoint or other processing of the measurement signal and the voltage setpoint can also be carried out in order to facilitate the formation of the difference.
  • the second threshold value can also be stored in the memory and continuously compared with the second difference.
  • the second specific amount can also be stored in the memory. According to one embodiment, the second threshold value and the second amount can change over the operating time of the exhaust gas aftertreatment system. Accordingly, over the entire operating time of the exhaust gas aftertreatment system, an advantageously robust
  • Ambient conditions can be an ambient temperature, for example.
  • the ambient conditions can include the heating behavior of the heating device and / or the transfer behavior of electrical energy from the
  • the method can also be used in the case of changing
  • the map can
  • the corresponding target value and / or the corresponding voltage target value for a reliable comparison of the target value or the
  • the determination of the actual value and / or the determination of the measurement signal is carried out using an electrical test current strength supplied to the heating device and one of the heating device
  • test current strength and the test voltage can, for example, in one
  • test operation of the heating device are supplied.
  • the test operation can, for example, before the start of the
  • test current The test current
  • Test voltage can accordingly be specifically selected in order to obtain values that are as representative as possible for the actual value or for the measurement signal. It is thus possible specifically the functionality of the
  • test current intensity and the test voltage can be adjusted via the
  • Service life of the exhaust gas aftertreatment system can be kept constant, so that values that are well comparable with one another can be determined over the entire service life of the exhaust gas aftertreatment system.
  • the electrical test voltage is 0.5 volts to 5 volts.
  • Embodiment is, negative influences on the determination of the actual value or on the determination of the measurement signal can be reduced. In addition, because of these comparatively low electrical voltages
  • the voltage source is designed to output a maximum electrical voltage that is greater than or equal to 36 volts. According to a further embodiment, the voltage source is designed to output an electrical voltage that is 48 volts or more.
  • the catalytic converter area cools down comparatively quickly, since the internal combustion engine does not have to be operated continuously during the operating time of the vehicle, since the electrical machine can also drive the vehicle. Accordingly, it makes sense in such vehicles to provide a Fleiz adopted on the catalytic converter to reduce the
  • Voltage sources from such vehicles are designed to output an electrical voltage of greater than or equal to 36 volts. Accordingly, the voltage source that supplies the electrical machine with electrical energy can also supply the electrical heating device with electrical energy. This allows the number of voltage sources to be reduced.
  • the control of the electrical meat device can be adapted in accordance with the findings from the comparison or the comparisons.
  • the supply of electrical energy to the electrical heating device from the voltage source can also be regulated. The control or regulation described according to these embodiments enables an adapted and safe operation of the electrical
  • Meat equipment over its entire service life As a result, checking and ensuring the functionality can advantageously be implemented simply and reliably.
  • a device for checking and ensuring the functionality of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine has a control unit which is designed to control a method described above.
  • the device can for example be an engine control unit. It is also conceivable that the device is part of the Motor control unit or is installed as an additional control unit, for example in a vehicle with the internal combustion engine.
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • Figure 2 is a block diagram of a method for checking
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an exhaust gas aftertreatment system 100 of an internal combustion engine, the exhaust gas aftertreatment system 100 having an exhaust gas catalytic converter 110, a voltage source 140 and a control unit 200.
  • the exhaust gas catalytic converter 110 has an exhaust gas catalytic converter area 112 and an electrical heating device 114.
  • the catalytic converter region 112 is set up to reduce pollutants from an exhaust gas 102.
  • the heating device 114 is set up to heat the catalytic converter area 114.
  • the exhaust gas catalytic converter 110 additionally has an exhaust gas inlet region 120 and an exhaust gas outlet region 130.
  • the exhaust gas inlet region 120 is designed to allow exhaust gas 102 to flow into the exhaust gas catalytic converter 110.
  • the exhaust gas outlet region 130 is designed to allow exhaust gas 102 to flow out of the exhaust gas catalytic converter 110.
  • the voltage source 140 for example a rechargeable battery or a battery, is designed to supply the heating device 114 with electrical energy.
  • the exhaust gas aftertreatment system 100 has a Transmission cable 142 and the heating device 114 has a power connection 116.
  • the electrical energy flows to the heating device 114 by means of the transmission cable 142 and the power connection 116.
  • the exhaust gas aftertreatment system 100 has a voltage measuring device 170.
  • the voltage measuring device 170 is arranged at one end of the transmission cable 142 assigned to the heating device 114.
  • the voltage measuring device 170 is accordingly arranged in the immediate vicinity of the heating device 114.
  • the voltage measuring device 170 is designed to detect a value which is characteristic of an incoming voltage transmitted from the voltage source 140 to the heating device 114. Accordingly, the tension measuring device 170 detects a value which takes transmission losses of the transmission cable 142 into account.
  • the control unit 200 has a computing unit 210, a program /
  • Data memory 220 and an error memory 230 are transmitted to the control unit 200.
  • measurement data from voltage source 140 are transmitted to control unit 200.
  • the control unit 200 is designed to control the exhaust gas aftertreatment system 100 and also that
  • control unit 200 is designed for a method shown in FIG. 2 for checking and ensuring the
  • control unit 200 is designed to determine an actual value 302 which is characteristic of an ohmic resistance of the heating device 114. At least one first actual value condition 310 and a second actual value condition 312 are taken into account for the actual value determination.
  • the first actual value condition 310 and a second actual value condition 312 are taken into account for the actual value determination.
  • Actual value condition 310 is an electrical current strength supplied to heating device 114.
  • the second actual value condition 312 is an electrical voltage supplied to the heating device 114.
  • the control unit 200 is according to this
  • Embodiment also designed to provide a target value 304.
  • This provision can take place from the program / data memory 220, for example.
  • the setpoint 304 is characteristic of an expected ohmic resistance of the heating device 114.
  • a first setpoint condition 314, a second setpoint condition 316, and a third setpoint condition 318 are included in the provision of the setpoint 304.
  • the first setpoint condition 314 takes into account a specific heating behavior of the heating device 1 14.
  • the second setpoint condition 316 takes into account an expected long-term behavior of the exhaust gas catalytic converter 1 10.
  • the third setpoint condition 314 takes into account a specific heating behavior of the heating device 1 14.
  • the second setpoint condition 316 takes into account an expected long-term behavior of the exhaust gas catalytic converter 1 10.
  • Setpoint condition 318 takes into account environmental conditions such as an ambient temperature.
  • the control unit 200 is further designed to carry out a comparison of the actual value 302 with the setpoint value 304.
  • the computing unit 210 of the control unit 200 can be used in this regard.
  • a first difference is formed from the actual value 302 and the setpoint value 304 by means of a first difference formation 380.
  • the first difference is then compared to a first threshold value 360.
  • the threshold value 360 can be stored in the program / data memory 220, for example.
  • the first difference is formed continuously during the operation of exhaust gas aftertreatment system 100.
  • control unit 200 is designed to recognize that the heating device 114 is not functioning as desired if the first difference deviates from the first threshold value 360 by at least a first specific amount 400.
  • the first specific amount 400 can also be stored in the program / data memory 220 and made available therefrom. This first result formation 420 is also carried out with the computing unit 210. If it is recognized that the heating device 114 is not
  • the control unit 200 is also designed to determine a measurement signal 306. When the measurement signal 306 is determined, a first one flows
  • the first measurement signal condition 320 is characteristic of a signal that is measured by the voltage measuring device 170 at the end of the transmission cable 142 that faces the heating device 114.
  • the control unit 200 is additionally designed to use the program / data memory 220 to generate a
  • the voltage setpoint value 308 depends on a first voltage setpoint value condition 322 and a second voltage setpoint value condition 324.
  • Voltage setpoint condition 322 takes into account the expected electrical
  • Voltage setpoint condition 324 takes into account at least one
  • the control unit 200 is additionally formed by means of the computing unit 210 to form a second difference 390 with the measurement signal 306 and the
  • the control unit 200 is additionally designed with the computing unit 210 to compare the result of the second subtraction 390 with a second threshold value 370.
  • the second threshold value 370 can be stored in the program / data memory 220 of the control unit 200. With the second difference formation 340 and the comparison of the second difference formation 390 with the second threshold value 370, it can be determined whether the transmission of the electrical energy from the voltage source 140 to the heating device 114 is functioning properly. A second result formation 430 is carried out for this check. It is recognized that the transmission cable 142 is not functioning in accordance with its expected functionality if the second difference from the second
  • Threshold value 370 deviates by at least a second specific amount 410.
  • the second specific amount 410 can be stored in the program / data memory 220 of the control unit 200. The method according to this embodiment makes it possible, on the one hand, to check whether the exhaust gas aftertreatment system 100 is functioning properly and, otherwise, to determine which components of the
  • Exhaust aftertreatment system 100 can be adapted to ensure that the functionality continues to be ensured. Overall that is
  • Exhaust aftertreatment system 100 has a simple structure despite the possibility of checking, does not require any additional components and nevertheless allows the functionality of exhaust aftertreatment system 100 to be checked. Overall, the method and device are accordingly reliable and robust as a result.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems (100) einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (100) einen Abgaskatalysator (110) und eine Spannungsquelle (140) aufweist, wobei der Abgaskatalysator (110) einen Abgaskatalysebereich (112) und eine elektrische Heizeinrichtung (114), die von der Spannungsquelle (140) selektiv mit elektrischer Energie versorgt wird, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: - Ermitteln eines Istwerts(302), der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung (114) ist, wobei der Istwert (302) unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen Stromstärke und einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen Spannung aus der Spannungsquelle (140) ermittelt wird, - Bereitstellen eines Sollwerts (304), der charakteristisch für einen erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung (114) ist, wobei der Sollwert (304) ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung (114) und ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators (110) berücksichtigt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Überprüfen und Sicherstellen einer
Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer
Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine.
Abgasnachbehandlungssysteme sind insbesondere in Fahrzeugen mit einer Brennkraftmaschine dafür vorgesehen, eine Abgasnachbehandlung durchzuführen, um Schadstoffe aus einem Abgas der Brennkraftmaschine zu reduzieren. Das Abgasnachbehandlungssystem weist diesbezüglich mindestens einen
Abgaskatalysator auf, der mittels einer chemischen Umwandlung durch Oxidation bzw. durch Reduktion die Schadstoffe in dem Abgaskatalysator bindet.
Diesbezüglich weist der Abgaskatalysator zumeist einen Abgaskatalysebereich auf, in dem die chemische Umwandlung - die Katalyse - stattfindet.
Die nötige Betriebstemperatur für den Abgaskatalysebereich liegt zumeist in einem Bereich von > 200° C, da die Abgaskatalyse, die in dem Abgaskatalysebereich durchgeführt wird, für eine effektive Abgasnachbehandlung eine bestimmte
Mindesttemperatur benötigt. Um den Abgaskatalysebereich schnell in den gewünschten Temperaturbereich zu bringen, weist gemäß einer Ausführungsform der Abgaskatalysator eine Heizeinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems den Abgaskatalysebereich in den
gewünschten Temperaturbereich aufzuheizen. Die Heizeinrichtung wird
herkömmlich gemäß einer Ausführungsform mittels elektrischer Energie aus einer Spannungsquelle versorgt. Die Heizeinrichtung ist in dem
Abgasnachbehandlungssystem in unmittelbarer Nähe zum Abgaskatalysebereich angeordnet, damit die Wärmeübertragung vorteilhaft schnell und verlustarm von statten gehen kann. Deshalb ist die Heizeinrichtung in dem Strömungsbereich des Abgases angeordnet. Über die Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems kann es zu Funktionsstörungen der Heizeinrichtung oder anderer Bauteile des Abgasnachbehandlungssystems kommen. Insbesondere die Heizeinrichtung, die dem Abgas über die Betriebszeit dauerhaft ausgesetzt ist, kann Funktionsstörungen ausbilden, die die Funktionstüchtigkeit des
Abgasnachbehandlungssystems beeinträchtigen.
Beispielsweise kann sich der Innenwiderstand der Heizeinrichtung über dessen Betriebsdauer verändern. Eine andere Funktionsstörung, wie beispielsweise eine Beschädigung der Heizeinrichtung kann einen Kurzschluss herbeiführen. Die Funktionsstörungen der Heizeinrichtung und/oder des
Abgasnachbehandlungssystems können dessen Funktionsfähigkeit
beeinträchtigen und/oder das Fahrzeug sogar beschädigen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der eine zuverlässige Überprüfung und Sicherstellung einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer
Brennkraftmaschine möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen
Abgaskatalysator und eine Spannungsquelle aufweist, wobei der Abgaskatalysator einen Abgaskatalysebereich und eine elektrische Heizeinrichtung, die von der Spannungsquelle selektiv mit elektrischer Energie versorgt wird, folgende Schritte auf:
- Ermitteln eines Istwerts, der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist, wobei der Istwert unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und einer der
Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung aus der
Spannungsquelle ermittelt wird,
- Bereitstellen eines Sollwerts, der charakteristisch für einen erwarteten
ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist, wobei der Sollwert ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators berücksichtigt, - Vergleichen des Istwerts mit dem Sollwert, um zu überprüfen und
sicherzustellen, ob die Heizeinrichtung entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert.
Der Abgaskatalysator weist den Abgaskatalysebereich, in dem die Katalyse stattfindet, und die elektrische Heizeinrichtung, die dazu ausgebildet ist, den Abgaskatalysebereich aufzuheizen, auf. Die elektrische Heizeinrichtung ist gemäß einer Ausführungsform in Abgasströmungsrichtung stromauf des
Abgaskatalysebereichs angeordnet, es ist aber auch denkbar, dass die elektrische Heizeinrichtung in Abgasströmungsrichtung stromab des Abgaskatalysebereich angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Abgaskatalysator zwei elektrische Heizeinrichtungen auf, wobei eine von den zweien in
Abgasströmungsrichtung stromauf des Abgaskatalysebereichs und die andere von den zweien in Abgasströmungsrichtung stromab des Abgaskatalysebereichs angeordnet ist. Die elektrische Heizeinrichtung wird von einer Spannungsquelle, beispielsweise von einem Akku oder von einer Batterie selektiv mit elektrischer Energie versorgt. Der Abgaskatalysebereich muss nur dann mittels der elektrischen Heizeinrichtung auf eine bestimmte Temperatur aufgeheizt werden, wenn der Abgaskatalysebereich eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer
Schwellentemperatur liegt, die für eine wirksame Abgasnachbehandlung notwendig ist. Dies ist beispielsweise unmittelbar nach dem Kaltstart der Brennkraftmaschine der Fall. Demgemäß muss der Abgaskatalysebereich nicht dauerhaft von der elektrischen Heizeinrichtung aufgeheizt werden.
Die elektrische Heizeinrichtung weist gemäß einer Ausführungsform eine
Wabenstruktur oder eine Matrixstruktur auf, durch die unmittelbar elektrischer Strom aus der Spannungsquelle durchfließt, wobei die Wabenstruktur oder die Matrixstruktur als ohmscher Widerstand wirkt. Dadurch heizt sich die Wabenstruktur oder Matrixstruktur auf und gibt die Wärme an den Abgaskatalysebereich und/oder an das Abgas weiter. Die Temperatur der Heizeinrichtung ist somit unmittelbar von der aus der Spannungsquelle übertragenen elektrischen Energie abhängig.
Der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung kann sich über die Betriebsdauer der Heizeinrichtung beispielsweise aufgrund von Ablagerungen in der Wabenstruktur oder in der Matrixstruktur oder aufgrund von Änderungen im metallischen Gefüge ändern. Auch ist es denkbar, dass sich der ohmsche Widerstand aufgrund einer Beschädigung der Matrixstruktur und/oder der Wabenstruktur ändern kann. Eine Beschädigung der Wabenstruktur und/oder der Matrixstruktur der Heizeinrichtung kann zu einer gravierenden Änderung des ohmschen Widerstands der
Heizeinrichtung und/oder sogar zu einem Kurzschluss innerhalb der
Heizeinrichtung führen. Eine solcher Beschädigung hat Einfluss auf das
Strömungsverhalten der elektrischen Energie durch die Heizeinrichtung, wodurch der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung und damit die Wärmeübertragung an den Abgaskatalysebereich verändert ist.
Der ohmsche Widerstand lässt sich mittels der elektrischen Stromstärke und der elektrischen Spannung ermitteln. Demgemäß ist der ohmsche Widerstand der Heizeinrichtung mittels der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung aus der
Spannungsquelle ermittelbar. Eine Beschädigung oder eine Änderung in der Wabenstruktur oder in der Matrixstruktur der Heizeinrichtung sind aus dem ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ableitbar. Mittels der Ermittlung des ohmschen Widerstands der Heizeinrichtung können demgemäß Änderungen oder Beschädigungen der Heizeinrichtung über die Betriebszeit der Heizeinrichtung detektiert werden.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung wird der Sollwert
bereitgestellt, der charakteristisch für den erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung ist. Der erwartete ohmsche Widerstand bzw. der entsprechende Sollwert berücksichtigt dabei das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und das erwartete Langzeitverhalten des Abgaskatalysators. Das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung hängt beispielsweise von dem Aufbau der Heizeinrichtung und insbesondere von dem Aufbau der Wabenstruktur bzw. der Matrixstruktur der Heizeinrichtung ab. Das spezifische Aufheizverhalten der Heizeinrichtung kann beispielsweise bei der Entwicklung der Heizeinrichtung erfasst / gemessen und in einem Speicher hinterlegt werden. Dieses spezifische Aufheizverhalten wird bei der Bereitstellung des Sollwerts berücksichtigt.
Das erwartete Langzeitverhalten des Abgaskatalysators kann ebenso bei der Entwicklung und bei der Erprobung der Heizeinrichtung ermittelt werden. Das erwartete Langzeitverhalten bildet beispielsweise eine bestimmte Lebensdauer des Abgaskatalysators ab. Die Lebensdauer des Abgaskatalysators beträgt gemäß einer Ausführungsform 5 Jahre oder 80 000 Fahrzeugkilometer. Die Lebensdauer des Abgaskatalysators beträgt gemäß einer anderen Ausführungsform 10 Jahre oder 160 000 Fahrzeugkilometer. Eine längere Lebensdauer ist ebenso denkbar. Gemäß einer Ausführungsform wird das erwartete Langzeitverhalten der Heizeinrichtung des Abgaskatalysators über die gesamte Lebensdauer abgebildet und in dem Speicher hinterlegt.
Der Sollwert berücksichtigt folglich das Aufheizverhalten und das entsprechende Langezeitverhalten des Abgaskatalysators und wird entsprechend der aktuellen Betriebszeit des Abgaskatalysators bereitgestellt. Der Sollwert ändert sich über die Betriebszeit des Abgaskatalysators. Insgesamt ist somit ein Sollwert bereitgestellt, der entsprechend der aktuellen Betriebszeit des Abgaskatalysators und des spezifischen Aufheizverhalten entwickelt ist.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung erfolgt der Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert, um zu überprüfen und sicherzustellen, ob die Heizeinrichtung
entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten
Langzeitverhalten funktioniert. Der Istwert wird mittels der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Stromstärke und der der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Spannung ermittelt. Die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Stromstärke ist ermittelbar und die der Heizeinrichtung zugeführte elektrische Spannung ist ebenso ermittelbar, sodass die Istwertermittlung dementsprechend einfach ausführbar ist. Aufgrund von Veränderungen in dem Abgaskatalysator, insbesondere aufgrund von Veränderungen in der Heizeinrichtung kann der Istwert über die Betriebszeit variieren. Der Sollwert wird entsprechend des spezifischen Aufheizverhaltens und des erwarteten Langzeitverhaltens bereitgestellt.
Demgemäß variiert auch der Sollwert über die Betriebszeit des Abgaskatalysators bzw. über die Betriebszeit der Heizeinrichtung. Der Istwert und der Sollwert können demgemäß über die Betriebszeit der Heizeinrichtung gleichermaßen variieren.
Der Vergleich des Istwerts mit dem Sollwert liefert folglich über die gesamte Betriebszeit des Abgaskatalysators bzw. über die gesamte Betriebszeit der Heizeinrichtung des Abgaskatalysators eine vergleichsweise gute und robuste Überprüfung, ob die Heizeinrichtung entsprechend dem spezifischen
Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert und stellt somit sicher, dass das Abgasnachbehandlungssystem im vorbestimmten Betriebsbereich betrieben wird. Weicht beispielsweise der Istwert aufgrund einer Beschädigung der Heizeinrichtung zu stark von dem Sollwert ab, kann vergleichsweise einfach festgestellt werden, dass die Heizeinrichtung nicht mehr ordnungsgemäß funktioniert. Demgemäß kann beispielsweise ein Eintrag in einen Fehlerspeicher erfolgen oder ein Hinweis einem Betreiber der Brennkraftmaschine ausgegeben werden. Insgesamt ist das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung vergleichsweise einfach durchführbar, liefert aber dennoch einen zuverlässigen Wert über die Funktionsfähigkeit der Heizeinrichtung und dadurch auch über die Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems.
Gemäß einer Ausführungsform wird zum Vergleichen des Istwerts mit dem Sollwert eine erste Differenz aus dem Istwert und dem Sollwert gebildet und die erste Differenz wird mit einem ersten Schwellenwert verglichen, wobei erkannt wird, dass die Heizeinrichtung nicht entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert, wenn die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert um mindestens einen ersten bestimmten Betrag abweicht. Die erste Differenz kann beispielsweise dadurch gebildet werden, indem der Istwert von dem Sollwert abgezogen wird oder dadurch indem der Sollwert von dem Istwert abgezogen wird. Eine Parametrisierung des Istwerts bzw. des Sollwerts, wobei die Werte als Funktion mit einer oder mehrerer Variablen dargestellt werden, vor der Differenzbildung ist ebenso denkbar. Der erste Schwellenwert kann beispielsweise in dem Speicher hinterlegt sein und laufend mit der ersten Differenz verglichen werden. Der erste Schwellenwert kann sich beispielsweise über die Betriebszeit des Abgaskatalysators verändern. Der erste bestimmte Betrag kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein. Der erste bestimmte Betrag kann sich ebenso über die Betriebszeit des Abgaskatalysators verändern. Wird beispielsweise erkannt, dass die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert um den ersten Betrag ins Positive oder ins Negative abweicht, kann eine Fehlfunktion des
Abgasnachbehandlungssystems erkannt werden. Ein derartiger Vergleich ist einfach durchführbar und liefert über die Betriebszeit des Abgaskatalysators ein vergleichsweise zuverlässiges Ergebnis. Insbesondere aufgrund der Variabilität des ersten Schwellenwerts und des ersten bestimmten Betrags kann über die gesamte Lebenszeit des Abgaskatalysators ein robustes Überprüfen der
Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems realisiert werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird der Sollwert und/oder der Istwert über eine bestimmte Betriebszeit aufaddiert bevor der aufaddierte Sollwert mit dem
entsprechend aufaddierten Istwert miteinander verglichen wird. Gemäß einer Ausführungsform weist das Abgasnachbehandlungssystem eine Spannungsmesseinrichtung auf, der an einem der Heizeinrichtung zugeordneten Ende eines Übertragungskabels, das elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung im Betrieb der Heizeinrichtung überträgt, angeordnet ist, wobei die Spannungsmesseinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Messsignal zu ermitteln, das charakteristisch für die an der Heizeinrichtung im Betrieb
ankommenden elektrischen Spannung ist, und wobei der Istwert unter Verwendung des Messsignals der Spannungsmesseinrichtung ermittelt wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird die elektrische Energie von der Spannungsquelle mittels des Übertragungskabels an die Heizeinrichtung übertragen. Ein Ende des
Übertragungskabels ist der Heizeinrichtung zugeordnet, das andere Ende des Übertragungskabels ist der Spannungsquelle zugeordnet. Die
Spannungsmesseinrichtung ist an dem Ende angeordnet, das der Heizeinrichtung zugeordnet ist. Das Messsignal berücksichtigt demgemäß Übertragungsverluste von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung. Dadurch ist das Verfahren zusätzlich detaillierter und zuverlässiger.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Spannungsmesseinrichtung oder eine zusätzliche Spannungsmesseinrichtung direkt an der Heizeinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist ein anderes oder ein zusätzliches Messignal zu ermitteln, das charakteristisch für die der Wabenstruktur oder der Matrixstruktur der Heizeinrichtung im Betrieb zugeführten elektrischen Spannung, die an der Wabenstruktur oder der Matrixstruktur ankommt, ist. Das Messsignal gemäß dieser Ausführungsform berücksichtigt zusätzliche Übertragungsverluste innerhalb der Heizeinrichtung. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist eine zusätzliche Spannungsmesseinrichtung an einer Masseleitung der elektrischen Heizeinrichtung angeordnet, die dazu eingerichtet ist, ein zusätzliches Messsignal zu ermitteln, das charakteristisch für die elektrische Spannung in der Masselleitung ist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verfahren zusätzlich folgenden Schritt auf:
Vergleichen des Messsignals der Spannungsmesseinrichtung mit einem Spannungssollwert, der charakteristisch für die an der Heizeinrichtung ankommenden erwarteten elektrischen Spannung im Betrieb der
Heizeinrichtung aus der Spannungsquelle ist, wobei zum Vergleichen des Messsignals mit dem Spannungssollwert eine Differenz mit dem Messsignal und dem Spannungssollwert gebildet wird und die Differenz mit einem zweiten Schwellenwert verglichen wird, wobei erkannt wird, dass das
Übertragungskabel und/oder andere Komponenten des
Abgasnachbehandlungssystems nicht entsprechend seiner / ihrer erwarteten Funktionalität funktioniert, wenn die zweite Differenz von dem zweiten
Schwellenwert um mindestens einen zweiten bestimmten Betrag abweicht.
Das Messsignal ist charakteristisch für die der Heizeinrichtung im Betrieb zugeführten Spannung, folglich der elektrischen Spannung, die an der
Heizeinrichtung ankommt. Der Spannungssollwert ist charakteristisch für an die Heizeinrichtung abgegebene erwartete elektrische Spannung. Demgemäß ist der Spannungssollwert charakteristisch für die von dem Übertragungskabel an die elektrische Heizeinrichtung übertragene Spannung. Demgemäß berücksichtigt ebenso der Spannungssollwert Widerstandsverluste des Übertragungskabels. Der Spannungssollwert kann beispielsweise in dem Speicher hinterlegt sein und kann zusätzlich Langzeitverhalten des Übertragungskabels, das im Vorfeld ermittelt und in dem Speicher hinterlegt wurde, berücksichtigen. Die zweite Differenz wird aus dem Messsignal und dem Spannungssollwert gebildet. Dabei kann das Messsignal von dem Spannungssollwert abgezogen werden oder es kann der
Spannungssollwert von dem Messsignal abgezogen werden. Eine
Parametrisierung des Messsignals und/oder des Spannungssollwerts oder eine anderweitige Aufbereitung des Messsignals und des Spannungssollwerts können ebenso vorgenommen werden, um die Differenzbildung zu erleichtern.
Der zweite Schwellenwert kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein und laufend mit der zweiten Differenz verglichen werden. Der zweite bestimmte Betrag kann ebenso in dem Speicher hinterlegt sein. Der zweite Schwellenwert und der zweite Betrag können sich gemäß einer Ausführungsform über die Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems verändern. Demgemäß kann über die gesamte Betriebszeit des Abgasnachbehandlungssystems eine vorteilhaft robuste
Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Übertragungskabels bzw. von den anderen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems, die elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung übertragen, realisiert werden. Weist beispielsweise das Übertragungskabel Brüche oder anderweitige Schäden auf und überträgt nicht mehr wie erwartet die elektrische Energie von der Spannungsquelle an die Heizeinrichtung, kann dies gemäß dieser Ausführungsform erkannt werden. Insgesamt ist demgemäß neben der Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems zusätzlich eine Unterscheidung von etwaigen Fehlerquellen möglich.
Gemäß einer Ausführungsform berücksichtigt der Sollwert und/oder der
Spannungssollwert aktuelle Umgebungsbedingungen. Aktuelle
Umgebungsbedingungen kann beispielsweise eine Umgebungstemperatur sein. Die Umgebungsbedingungen können das Aufheizverhalten der Heizeinrichtung und/oder das Übertragungsverhalten von elektrischer Energie von der
Spannungsquelle an die Heizeinrichtung beeinflussen. Werden die
Umgebungsbedingungen in dem Sollwert und/oder dem Spannungssollwert berücksichtigt, kann das Verfahren auch bei sich ändernden
Umgebungsbedingungen weiterhin vorteilhaft zuverlässig und robust die
Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems überprüfen.
Gemäß einer Ausführungsform werden der Sollwert und/oder der
Spannungssollwert als ein Kennfeld bereitgestellt. Das Kennfeld kann
beispielsweise ein mathematisches Modell sein, das verschiedene Parameter berücksichtigt und entsprechend aktuell vorherrschender Parameter den entsprechenden Sollwert und/oder den entsprechenden Spannungssollwert für einen zuverlässigen Vergleich des Sollwerts beziehungsweise des
Spannungssollwerts mit dem Istwert beziehungsweise mit dem Messsignal bereitstellt. Die Bereitstellung des Sollwerts und/oder des Spannungssollwerts mittels des Kennfelds ist eine vergleichsweise einfache Art um Parameter der Brennkraftmaschine beziehungsweise des Abgasnachbehandlungssystems beziehungsweise Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen und somit eine vorteilhaft zuverlässige Überprüfung und Sicherstellung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems zu realisieren. Gemäß einer Ausführungsform wird die Ermittlung des Istwerts und/oder die Ermittlung des Messsignals unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung zugeführten elektrischen Teststromstärke und einer der Heizeinrichtung
zugeführten elektrischen Testspannung aus der Spannungsquelle ermittelt. Die Teststromstärke und die Testspannung können beispielsweise in einem
bestimmten Testbetrieb der Heizeinrichtung zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann der Testbetrieb beispielsweise vor dem Start der
Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Die Teststromstärke und die
Testspannung können demgemäß spezifisch gewählt werden, um möglichst repräsentative Werte für den Istwert beziehungsweise für das Messsignal zu erhalten. Es ist somit möglich spezifisch die Funktionsfähigkeit des
Abgasnachbehandlungssystems zu überprüfen und sicherzustellen. Dadurch ist das Verfahren zusätzlich zuverlässig und genau, da unbeeinflusste Ergebnisse vorliegen. Die Teststromstärke und die Testspannung können über die
Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems konstant gehalten werden, sodass über die gesamte Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems miteinander gut vergleichbare Werte ermittelt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt die elektrische Testspannung 0,5 Volt bis 5 Volt. Dadurch, dass die Testspannung in dem Bereich gemäß dieser
Ausführungsform liegt, können negative Einflüsse auf die Ermittlung des Istwerts beziehungsweise auf die Ermittlung des Messsignals reduziert werden. Außerdem sind aufgrund dieser vergleichsweise niedrigen elektrischen Spannungen
Widerstandsveränderungen, die sich negativ auf die Ermittlung des Istwerts beziehungsweise auf die Ermittlung des Messsignals, aufgrund einer starken Erwärmung des Heizelements verringert.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Spannungsquelle ausgebildet, eine maximale elektrische Spannung auszugeben die größer gleich 36 Volt beträgt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Spannungsquelle ausgebildet, eine elektrische Spannung auszugeben, die 48 Volt oder mehr beträgt. Bei Fahrzeugen, die beispielsweise neben einer Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Maschine angetrieben werden, wobei die elektrische Maschine aus der Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt wird, kühlt der Abgaskatalysebereich vergleichsweise schnell aus, da die Brennkraftmaschine nicht dauerhaft während der Betriebszeit des Fahrzeugs betrieben werden muss, da die elektrische Maschine ebenso das Fahrzeug antreiben kann. Demgemäß ist es sinnvoll bei solchen Fahrzeugen eine Fleizeinrichtung an dem Abgaskatalysator vorzusehen, um den
Abgaskatalysebereich in die gewünschte Temperaturspanne aufzuheizen, wenn die Brennkraftmaschine in Betrieb ist. Spannungsquellen von solchen Fahrzeugen sind dazu ausgebildet eine elektrische Spannung von größer gleich 36 Volt auszugeben. Demgemäß kann die Spannungsquelle, die die elektrische Maschine mit elektrischer Energie versorgt auch die elektrische Fleizeinrichtung mit elektrischer Energie versorgen. Die Anzahl an Spannungsquellen kann dadurch reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird mittels des Vergleiches des Istwerts mit dem Sollwert und/oder mittels des Vergleichs des Messsignals mit dem
Spannungssollwert eine Steuerung der selektiven Energieversorgung der elektrischen Fleizeinrichtung aus der Spannungsquelle erfolgt. Dadurch kann entsprechend den Erkenntnissen aus dem Vergleich oder den Vergleichen die Ansteuerung der elektrischen Fleizeinrichtung angepasst werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Versorgung der elektrischen Fleizeinrichtung mit elektrischer Energie aus der Spannungsquelle auch geregelt werden. Die gemäß diesen Ausführungsformen beschriebene Steuerung oder Regelung ermöglicht einen angepassten und sicheren Betrieb der elektrischen
Fleizeinrichtung über dessen gesamte Lebensdauer. Dadurch sind das Überprüfen und Sicherstellen der Funktionsfähigkeit vorteilhaft einfach und zuverlässig realisierbar.
Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Vorrichtung zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine eine Steuereinheit auf, die zur Steuerung eines oben beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist. Die Vorrichtung kann beispielsweise eine Motorsteuereinheit sein. Es ist auch denkbar, dass die Vorrichtung ein Teil der Motorsteuereinheit ist oder als zusätzliche Steuereinheit verbaut ist, beispielsweise in einem Fahrzeug mit der Brennkraftmaschine.
Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der
vorliegenden Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines
Abgasnachbehandlungssystems mit einer Steuereinheit,
Figur 2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zum Überprüfen und
Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines
Abgasnachbehandlungssystems.
Die Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem 100 einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem 100 einen Abgaskatalysator 1 10, eine Spannungsquelle 140 und eine Steuereinheit 200 aufweist. Der Abgaskatalysator 1 10 weist einen Abgaskatalysebereich 1 12 und eine elektrische Fleizeinrichtung 1 14 auf. Der Abgaskatalysebereich 1 12 ist dazu eingerichtet Schadstoffe aus einem Abgas 102 zu reduzieren. Die Fleizeinrichtung 1 14 ist dazu eingerichtet den Abgaskatalysebereich 1 12 aufzuheizen. Die
Fleizeinrichtung 1 14 ist in Abgasströmungsrichtung stromauf des
Abgaskatalysebereichs 1 12 angeordnet. Der Abgaskatalysator 1 10 weist zusätzlich einen Abgaseinlassbereich 120 und einen Abgasauslassbereich 130 auf. Der Abgaseinlassbereich 120 ist dazu ausgebildet Abgas 102 in den Abgaskatalysator 1 10 einströmen zu lassen. Der Abgasauslassbereich 130 ist dazu ausgebildet Abgas 102 aus dem Abgaskatalysator 1 10 ausströmen zu lassen.
Die Spannungsquelle 140, beispielsweise ein Akku oder eine Batterie, ist dazu ausgebildet die Heizeinrichtung 1 14 mit elektrischer Energie zu versorgen.
Diesbezüglich weist das Abgasnachbehandlungssystem 100 ein Übertragungskabel 142 und die Heizeinrichtung 1 14 weist einen Stromanschluss 1 16 auf. Die elektrische Energie fließt mittels des Übertragungskabels 142 und des Stromanschlusses 1 16 an die Heizeinrichtung 1 14.
Gemäß dieser Ausführungsform weist das Abgasnachbehandlungssystem 100 eine Spannungsmesseinrichtung 170 auf. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist an einem der Heizeinrichtung 1 14 zugeordneten Ende des Übertragungskabels 142 angeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist demgemäß in unmittelbarer Nähe zur Heizeinrichtung 1 14 angeordnet. Die Spannungsmesseinrichtung 170 ist dazu ausgebildet einen Wert zu erfassen, der charakteristisch für eine von der Spannungsquelle 140 an die Heizeinrichtung 1 14 übermittelte ankommende Spannung ist. Demgemäß erfasst die Spannungsmesseinrichtung 170 einen Wert, der Übertragungsverluste des Übertragungskabels 142 berücksichtigt.
Die Steuereinheit 200 weist eine Recheneinheit 210, einen Programm-/
Datenspeicher 220 und einen Fehlerspeicher 230 auf. Die erfassten Messdaten der Spannungsmesseinrichtung 170 werden gemäß dieser Ausführungsform an die Steuereinheit 200 übermittelt. Zusätzlich werden Messdaten der Spannungsquelle 140 an die Steuereinheit 200 übermittelt. Die Steuereinheit 200 ist dazu ausgebildet das Abgasnachbehandlungssystem 100 zu steuern und auch das
Abgasnachbehandlungssystem 100 auf seine Funktionsfähigkeit zu überprüfen.
Die Steuereinheit 200 ist gemäß einer Ausführungsform dazu ausgebildet ein in Figur 2 dargestelltes Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen der
Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 100 auszuführen.
Demgemäß ist die Steuereinheit 200 dazu ausgebildet einen Istwert 302 zu ermitteln der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung 1 14 ist. Dabei wird für die Istwertermittlung mindestens eine erste Istwertbedingung 310 und eine zweite Istwertbedingung 312 berücksichtigt. Die erste
Istwertbedingung 310 ist ein der Heizeinrichtung 1 14 zugeführte elektrische Stromstärke. Die zweite Istwertbedingung 312 ist eine der Heizeinrichtung 1 14 zugeführte elektrische Spannung. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser
Ausführungsform zusätzlich dazu ausgebildet einen Sollwert 304 bereitzustellen. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aus dem Programm-/ Datenspeicher 220 erfolgen. Der Sollwert 304 ist dabei charakteristisch für einen erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung 1 14. Der Bereitstellung des Sollwerts 304 fließen gemäß dieser Ausführungsform eine erste Sollwertbedingung 314, eine zweite Sollwertbedingung 316, und eine dritte Sollwertbedingung 318 ein. Die erste Sollwertbedingung 314 berücksichtigt ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung 1 14. Die zweite Sollwertbedingung 316 berücksichtigt ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators 1 10. Die dritte
Sollwertbedingung 318 berücksichtigt Umgebungsbedingungen wie beispielsweise eine Umgebungstemperatur.
Die Steuereinheit 200 ist weiter dazu ausgebildet einen Vergleich des Istwerts 302 mit dem Sollwert 304 durchzuführen. Diesbezüglich kann die Recheneinheit 210 der Steuereinheit 200 herangezogen werden. Für den Vergleich des Istwerts 302 mit dem Sollwert 304 wird gemäß dieser Ausführungsform mittels einer ersten Differenzbildung 380 eine erste Differenz aus dem Istwert 302 und dem Sollwert 304 gebildet. Die erste Differenz wird anschließend mit einem ersten Schwellenwert 360 verglichen. Der Schwellenwert 360 kann beispielsweise in dem Programm-/ Datenspeicher 220 hinterlegt sein. Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Differenz laufend im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 100 gebildet. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser Ausführungsform dazu ausgebildet zu erkennen, dass die Heizeinrichtung 1 14 nicht wie gewünscht funktioniert, wenn die erste Differenz von dem ersten Schwellenwert 360 um mindestens einen ersten bestimmten Betrag 400 abweicht. Der erste bestimmte Betrag 400 kann ebenso in dem Programm-/ Datenspeicher 220 hinterlegt und daraus bereitgestellt werden. Diese erste Ergebnisbildung 420 wird ebenso mit der Recheneinheit 210 durchgeführt. Sofern erkannt wird, dass die Heizeinrichtung 1 14 nicht
ordnungsgemäß funktioniert, kann ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 230 erfolgen. Zusätzlich ist es denkbar, dass einem Betreiber der Brennkraftmaschine beziehungsweise einem Fahrer eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine mit dem Abgasnachbehandlungssystem 100 eingebaut ist ein Fehler mittels einer Fehleranzeigevorrichtung angezeigt wird. Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich dazu ausgebildet ein Messsignal 306 zu ermitteln. Bei der Ermittlung des Messsignals 306 fließt eine erste
Messsignalbedingung 320 ein. Die erste Messsignalbedingung 320 ist dabei charakteristisch für ein Signal das mit der Spannungsmesseinrichtung 170 an dem Ende des Übertragungskabels 142, das der Heizeinrichtung 1 14 zugewandt ist, gemessen wird. Die Steuereinheit 200 ist gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich dazu ausgebildet, mittels des Programm-/ Datenspeichers 220 einen
Spannungssollwert 308 bereitzustellen. Der Spannungssollwert 308 hängt gemäß dieser Ausführungsform von einer ersten Spannungssollwertbedingung 322 und einer zweiten Spannungssollwertbedingung 324 ab. Die erste
Spannungssollwertbedingung 322 berücksichtigt die erwartete elektrische
Spannung, die an der Heizeinrichtung 1 14 ankommen soll. Die zweite
Spannungssollwertbedingung 324 berücksichtigt mindestens einen
Umgebungsparameter.
Die Steuereinheit 200 ist mittels der Recheneinheit 210 zusätzlich dazu ausgebildet eine zweite Differenzbildung 390 mit dem Messsignal 306 und dem
Spannungssollwert 308 durchzuführen. Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich gemäß dieser Ausführungsform mit der Recheneinheit 210 dazu ausgebildet das Ergebnis der zweiten Differenzbildung 390 mit einem zweiten Schwellenwert 370 zu vergleichen. Der zweite Schwellenwert 370 kann in dem Programm-/ Datenspeicher 220 der Steuereinheit 200 hinterlegt sein. Mit der zweiten Differenzbildung 340 und dem Vergleich der zweiten Differenzbildung 390 mit dem zweiten Schwellenwert 370 kann festgestellt werden, ob die Übertragung der elektrischen Energie von der Spannungsquelle 140 an die Heizeinrichtung 1 14 ordnungsgemäß funktioniert. Zu dieser Überprüfung wird eine zweite Ergebnisbildung 430 durchgeführt. Dabei wird erkannt, dass das Übertragungskabel 142 nicht entsprechend seiner erwarteten Funktionalität funktioniert, wenn die zweite Differenz von dem zweiten
Schwellenwert 370 um mindestens einen zweiten bestimmten Betrag 410 abweicht. Der zweite bestimmte Betrag 410 kann in dem Programm-/ Datenspeicher 220 der Steuereinheit 200 hinterlegt sein. Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform ermöglicht einerseits zu überprüfen, ob das Abgasnachbehandlungssystem 100 ordnungsgemäß funktioniert und andernfalls gegebenenfalls festzustellen, welche Komponenten des
Abgasnachbehandlungssystems 100 nicht ordnungsgemäß funktionieren.
Zusätzlich kann bei festgestellten Problemen die Steuerung des
Abgasnachbehandlungssystems 100 angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Funktionsfähigkeit weiterhin sichergestellt bleibt. Insgesamt ist das
Abgasnachbehandlungssystem 100 trotz der Überprüfungsmöglichkeit einfach aufgebaut, benötigt keine zusätzlichen Komponenten und erlaubt dennoch die Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 100. Insgesamt sind dadurch das Verfahren und die Vorrichtung dementsprechend zuverlässig und robust.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überprüfen und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines Abgasnachbehandlungssystems (100) einer Brennkraftmaschine, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (100) einen Abgaskatalysator (110) und eine Spannungsquelle (140) aufweist, wobei der Abgaskatalysator (110) einen
Abgaskatalysebereich (112) und eine elektrische Heizeinrichtung (114), die von der Spannungsquelle (140) selektiv mit elektrischer Energie versorgt wird, aufweist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ermitteln eines Istwerts (302), der charakteristisch für einen ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung (114) ist, wobei der Istwert (302) unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen
Stromstärke und einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen
Spannung aus der Spannungsquelle (140) ermittelt wird,
Bereitstellen eines Sollwerts (304), der charakteristisch für einen erwarteten ohmschen Widerstand der Heizeinrichtung (114) ist, wobei der Sollwert (304) ein spezifisches Aufheizverhalten der Heizeinrichtung (114) und ein erwartetes Langzeitverhalten des Abgaskatalysators (110) berücksichtigt,
Vergleichen des Istwerts (302) mit dem Sollwert (304), um zu überprüfen und sicherzustellen, ob die Heizeinrichtung (114) entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten Langzeitverhalten funktioniert.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei zum Vergleichen des Istwerts (302) mit dem Sollwert (304) eine erste Differenz aus dem Istwert (302) und dem Sollwert (304) gebildet wird und die erste Differenz mit einem ersten Schwellenwert (360) verglichen wird, wobei erkannt wird, dass die Heizeinrichtung (114) nicht entsprechend dem spezifischen Aufheizverhalten und dem erwarteten
Langzeitverhalten funktioniert, wenn die erste Differenz von dem ersten
Schwellenwert (360) um mindestens einen ersten bestimmten Betrag (400) abweicht.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (100) eine Spannungsmessvorrichtung (170) aufweist, der an einem der Heizeinrichtung (114) zugeordneten Ende eines
Übertragungskabels (142), das elektrische Energie von der Spannungsquelle (140) an die Heizeinrichtung (114) im Betrieb der Heizeinrichtung (114) überträgt, angeordnet ist, wobei die Spannungsmesseinrichtung (170) dazu eingerichtet ist ein Messsignal (306) zu ermitteln, das charakteristisch für die an der
Heizeinrichtung (114) im Betrieb ankommenden elektrischen Spannung ist, und wobei der Istwert (302) unter Verwendung des Messignals (306) der
Spannungsmesseinrichtung (170) ermittelt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei das Verfahren folgenden Schritt aufweist:
Vergleichen des Messsignals (306) der Spannungsmesseinrichtung (170) mit einem Spannungssollwert (308), der charakteristisch für die an der Heizeinrichtung (114) ankommenden erwarteten elektrischen Spannung im Betrieb der Heizeinrichtung (114) aus der Spannungsquelle (140) ist, wobei zum
Vergleichen des Messsignals (306) mit dem Spannungssollwert (308) eine zweite Differenz aus dem Messsignal und dem Spannungssollwert (308) gebildet wird und die zweite Differenz mit einem zweiten Schwellenwert (370) verglichen wird, wobei erkannt wird, dass das Übertragungskabel (142) nicht entsprechend seiner erwarteten Funktionalität funktioniert, wenn die zweite Differenz von dem zweiten Schwellenwert (370) um mindestens einen zweiten bestimmten Betrag (410) abweicht.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei der Sollwert (304) und/oder der Spannungssollwert (308) aktuelle Umgebungsbedingungen berücksichtigt.
6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der Sollwert (304) und/oder der Spannungssollwert (308) als ein Kennfeld bereitgestellt werden.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ermittlung des Istwerts (302) und/oder die Ermittlung des Messsignals (306) unter Verwendung von einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen Teststromstärke und einer der Heizeinrichtung (114) zugeführten elektrischen Testspannung aus der Spannungsquelle (140) ermittelt wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die elektrische Testspannung 0,5 Volt bis 5 Volt beträgt.
9. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Spannungsquelle (140) ausgebildet ist, eine maximale elektrische Spannung auszugeben, die größer gleich 36 Volt beträgt.
10. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei mittels des Verglichs des Istwerts (302) mit dem Sollwert (304) und/oder mittels des Vergleichs des Messsignals (306) mit dem Spannungssollwert (308) eine
Steuerung der selektiven Energieversorgung der elektrischen Heizeinrichtung (114) aus der Spannungsquelle (140) erfolgt.
11. Vorrichtung zum Überprüfen
und Sicherstellen einer Funktionsfähigkeit eines
Abgasnachbehandlungssystems (100) einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung eine Steuereinheit (200) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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