Verfahren zur Überwachung der Funktion eines katalytischen Konverters

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse des Zu¬ Stands zumindest eines Teilvolumens eines von einem Gasgemisch durch- strömten katalytischen Konverters, insbesondere zur Überwachung der Funktion eines einem Verbrennungsmotor mit elektronischer Steuerung nachgeschalteten katalytischen Konverters. Hauptsächliches Anwendungs¬ gebiet sind katalytische Konverter und auch motornahe, sogenannte Vor¬ katalysatoren bei Personenkraftwagen mit Otto-Motoren. Im Zusammen- hang mit weltweit immer strenger werdenden Gesetzen zur Minderung des Schadstoffausstoßes von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotor wird es auch zunehmend erforderlich, die Funktion eines einem Verbrennungs¬ motor nachgeschalteten katalytischen Konverters ständig oder in Abstän¬ den zu überwachen, um Informationen über seinen Zustand, seine Wirk- samkeit und nach Möglichkeit über die noch zu erwartende Lebensdauer zu erhalten. Eine solche Überwachung soll beim Fahrbetrieb zu passen¬ den Gelegenheiten durchgeführt werden und wird daher auch mit dem Kürzel OBD (On Board Diagnosis) bezeichnet.

Im Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Überwachung der Funktion eines katalytischen Konverters bekannt, welche verschiedene physikalische und chemische Effekte ausnutzen. Zunächst kann mittels sogenannter Lamdasonden vor und hinter dem Katalysator der Sauerstoff¬ gehalt des Abgases gemessen werden. Aus der Abnahme des Sauerstoff- gehaites zwischen beiden Sonden kann dabei auf die Funktion des katalytischen Konverters geschlossen werden. Ein anderes physikalisches Prinzip nutzt die Tatsache aus, daß die im katalytischen Konverter ablaufenden Prozesse exotherme Reaktionen sind, welche Wärmeenergie

freisetzen. Im einfachsten Fall kann daher auch aus der Temperaturdiffe¬ renz von Temperaturfühlern, zwischen denen sich zumindest ein großer Teil des katalytisch aktiven Volumens befindet, auf die Wirksamkeit des katalytischen Konverters geschlossen werden. Ein solches Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung sind beispielsweise in der WO 91/14855 beschrieben. Geeignete Sensoren, mit denen Temperaturmessungen in einem katalytischen Konverter durchgeführt werden können, sind in dieser Schrift und auch in der WO 93/05284 beschrieben. Grundsätzlich muß man bei Temperaturmessungen im Abgassystem eines Verbrennungsmotors zwischen Messungen der Gastemperatur und Messungen der Strukturtem¬ peratur im katalytischen Konverter unterscheiden. Die Struktur eines katalytischen Konverters, die die katalytisch aktive Masse an ihrer Ober¬ fläche trägt, nimmt sehr viel schneller die Energie einer exothermen Reaktion in der katalytisch aktiven Oberfläche auf als das vorbeiströmen- de Abgas. Die Temperaturmessung dort erfolgt daher sozusagen an der Wärmequelle und reagiert in vielen Fällen bei transienten Vorgängen wesentlich schneller und genauer als die Gastemperatur. Trotzdem zeigt ^~~ auch die Gastemperatur, wenn auch verzögert und/oder abgeschwächt, ähnliche Reaktionen, so daß auswertbare Messungen nicht nur an der Struktur, sondern mit Einschränkungen auch im Abgas selbst innerhalb des katalytischen Konverters möglich sind.

Aus der DE 41 00 397 AI ist weiterhin ein Meßverfahren bekannt, bei welchem der Zustand eines Verbrennungsmotor kurzzeitig gestört wird, insbesondere durch Abschalten der Zündung und Einspritzen von Benzin während des Schubbetriebes, wobei die Reaktion von Temperaturfühlern an verschiedenen Stellen im Abgassystem beobachtet wird. Dabei wird auch vorgeschlagen, die Temperatursignale zu differenzieren und die differenzierten Signale zu speichern bzw. diese Signale mit schon gespei- cherten älteren Werten zu vergleichen.

Bei der Temperaturmessung in Abgassystemen, insbesondere innerhalb von katalytischen Konvertern gibt es folgende prinzipiellen Probleme: Einerseits sind die auftretenden absoluten Temperaturen so hoch, daß mit herkömmlichen, wirtschaftlich noch einsetzbaren Temperaturfühlern die absoluten Temperaturen nicht genau genug gemessen werden können, um daraus zuverlässige Schlüsse zu ziehen. Insbesondere bei der Bildung der Differenz von mehreren Temperaturfühlern addieren sich die Me߬ fehler, sodaß aufgrund der Meßfehler die an sich kleinen Änderungen, die gemessen werden sollen, nicht mehr sicher feststellbar sind. Ein weiteres Problem besteht darin, daß die von einem Temperaturfühler gemessenen Werte innerhalb eines katalytischen Konverters stark von der Stelle abhängen, an der der Fühler eingebaut ist. Ist beispielsweise ein Temperaturfühler ganz am Anfang eines etwa 20 cm langen katalytischen Konverters eingebaut, so kann es sein, daß sich dieser Fühler schon nach kurzer Betriebszeit in einer katalytisch wenig aktiven Zone befindet, so daß die dort gemessenen Werte praktisch keinerlei Aussagen mehr über die Funktionsfähigkeit des übrigen Katalysatorvolumens liefern können. Andererseits würde ein am Ende des katalytischen Konverters eingebauter Temperaturfühler bei transienten Vorgängen, insbesondere bei kurzzeiti- gen Störungen des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors bei einem Katalysator mit noch geringer Betriebszeit praktisch keinerlei Änderung messen, da sich die gesamte exotherme Reaktion im vorderen Bereich des katalytischen Konverters abspielt und durch die Wärmekapazität des dahinterliegenden Teiles kurzzeitige Änderungen nicht oder nur verzögert und stark abgeschwächt am Ende des katalytischen Konverters feststellbar sind. Noch schwieriger wird die Situation in dem häufigen Fall, daß ein katalytischer Konverter aus mehreren hintereinander angeordneten Teil¬ körpern besteht. Hier ist die Aussagekraft eines an irgendeiner Stelle gewonnenen Temperaturmeßwertes für den Gesamtzustand des Systems sehr gering.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Analyse des Zustands zumindest eines Teilvolumens eines von einem Gasgemisch durchströmten katalytischen Konverters zu schaffen, welches die beschrie¬ benen Nachteile vermeidet und allein oder gemeinsam mit der Analyse des Zustandes weiterer Teilvolumina eine zuverlässige Aussage über den Gesamtzustand eines katalytischen Konverters liefert. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß sich der Zustand eines katalytischen Konverters und sein Verhalten unter Betriebsbedingungen recht gut anhand einfacher Modelle beschreiben läßt und nur wenige physikalische Größen bei den mathematischen Gleichungen zur Beschreibung eines solchen Modells benötigt werden. Einige grundsätzliche Überlegungen dazu sind aus dem Dokument "SAE Technical Paper Series 930938" mit dem Titel "A Linear Catalyst Temperature Sensor for Exhaust Gas Ignition (EGI) and On Board Diagnostics of Misfire and Catalyst Effi- ciensy" von Nick Collings et al. und aus dem Dokument "SAE Technical Paper Series 930624" mit dem Titel "Thermal Measurements Inside a Three-Way Catalytic Converter on Engine Bench" von Angelo Germidis et al. zu entnehmen.

Die vorliegende Erfindung geht nunmehr von der Betrachtungsweise aus, daß ein Katalysatorvolumen theoretisch in zwei oder mehr hintereinander- liegende Teilvolumina zerlegt werden kann und man diese Teilvolumina einzeln oder im Zusammenhang betrachten muß.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient daher ein Verfahren zur Analy¬ se des Zustands zumindest eines Teilvolumens eines von einem Gasge¬ misch durchströmten katalytischen Konverters, bei dem während einer Änderung der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Gasgemisches mindestens an einer Stelle oder in einem Bereich inner- halb des Teilvolumens mit einem Sensor eine Temperaturmessung durch-

geführt wird, wobei die Stelle oder der Bereich und die Anordnung des Sensors so gewählt sind, daß die Reaktion der gemessenen Temperatur zumindest näherungsweise repräsentativ für die Reaktion der Temperatur in dem Teilvolumen des katalytischen Konverters ist, und wobei weiter die Reaktion der gemessenen Temperatur bestimmt und mit Sollwerten für die betreffende Änderung der Eigenschaften des Gasgemisches ver¬ glichen wird.

Insbesondere wird als Reaktion die zeitliche Ableitung der gemessenen Temperatur beobachtet, wobei diese zumindest näherungsweise repräsen¬ tativ für die zeitliche Änderung der Temperatur in dem Teilvolumen des katalytischen Konverters sein soll, und wobei weiter die zeitliche Ablei¬ tung der gemessenen Temperatur bestimmt und mit Sollwerten für die betreffende Änderung der Eigenschaften des Gasgemisches verglichen wird. Insbesondere ist die Höhe des Maximums der zeitlichen Ableitung der gemessenen Temperatur während einer Änderung der Abgaszusam¬ mensetzung im Vergleich zu früher bei gleichen Änderungen gemessenen Maxima oder im Vergleich zu Sollwerten sehr aussagekräftig.

Als Reaktion kann auch vorteilhaft das zeitliche Integral der Temperatur über die Zeitdauer der betreffenden Änderung der Abgaszusammenset¬ zung beobachtet werden. Dabei muß gegebenenfalls eine zeitliche Ver¬ zögerung der Reaktion im katalytischen Konverter gegenüber der Ände¬ rung der Abgaszusammensetzung berücksichtigt werden. Auch muß von dem Integral natürlich der quasikonstante Temperaturanteil der Tempera¬ tur, die vor und nach der Änderung gemessen wird, abgezogen werden. Als Ergebnis erhält man dann bildlich gesprochen die Fläche unter dem Temperaturpeak, den die Änderung am Temperaturfühler auslöst.

Da ein Kraftfahrzeug fast ständig transienten Betriebsbedingungen unter¬ worfen ist, kann es schwierig sein, gemessene Temperaturänderungen einer Änderung der Abgaszusammensetzung zuzuordnen und dadurch auf den Zustand des katalytischen Konverters zu schließen. Deshalb ist es besonders vorteilhaft, zwei oder mehrere Änderungen in einer typischen, wiedererkennbaren Folge, einem Änderungsmuster, dem Abgas aufzuprä¬ gen. Dies kann periodisch, aperiodisch und wahlweise auch mit verschie¬ den starken Änderungen (Amplituden) erfolgen. Wichtig ist, daß das Änderungsmuster sich von allen denkbaren betriebsbedingten Änderungen unterscheidet, damit eine Temperaturänderung an dem Sensor sicher dem aufgeprägten Änderungsmuster in der Abgaszusammensetzung zugeordnet werden kann. Bei periodischen Änderungsmustern sind besonders Fre¬ quenzen geeignet, die so niedrig sind, daß sie von Sensoren noch erfaßt werden können und unterhalb der typischen betriebsbedingten Änderungs- frequenzen liegen. Andererseits müssen die Frequenzen hoch genug sein, um innerhalb eines kurzen Zeitraumes mit konstanten Betriebsbedingun¬ gen (Schub, Leerlauf) noch eine genügende Anzahl von Änderungen zu ermöglichen. Geeignete Frequenzen sind vorzugsweise 0,1 bis 10 Hz, insbesondere 0,5 bis 2 Hz.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein katalytischer Konverter ist im allgemeinen im Neuzustand für alle Betriebszustände überdimensioniert. Das bedeutet, daß über 90% der Schadstoffe schon innerhalb der ersten Zentimeter im Konverter umge¬ wandelt werden. Im Laufe der Katalysatoralterung mit zunehmender Betriebszeit nimmt die Effektivität im vorderen Teil des katalytischen Konverters ab, beispielsweise durch Vergiftung und/oder thermische Alterung. Aus der Tatsache, daß ein weit hinten angeordneter Tempera-

turfühler bei einer kurzzeitigen Störung kaum eine Änderung seines Meßwertes zeigt, kann daher nicht geschlossen werden, daß der katalyti- sche Konverter seine Funktion nicht erfüllt. Andererseits kann bei einem gealterten katalytischen Konverter, bei dem ein weit vorne angeordneter Temperaturfühler kaum eine Reaktion auf eine Störung des Betriebs¬ zustandes des Verbrennungsmotors zeigt, ebenfalls nicht geschlossen werden, daß der katalytische Konverter in seinem übrigen Volumen seine Aufgabe nicht vollständig erfüllt. Dazu kommt, daß sämtliche Sensoren bei einem Kraftfahrzeug sowohl für die Motorsteuerung wie auch für die Überwachung des katalytischen Konverters durch produktionstechnische Toleranzen und Alterung Meßfehler aufweisen und außerdem auch ein katalytischer Konverter bei seiner Fertigung und seinem Einbau erhebli¬ che Toleranzen, insbesondere in der katalytisch aktiven Beschichtung aufweisen kann. Die Auswertung einzelner Temperaturmeßwerte, ihrer differenzierten oder integrierten Signale oder auch von Differenzen zwischen den Meßwerten von Temperaturmeßfühlern ist daher mit so großen Fehlern behaftet, daß eine genaue Auswertung schwer möglich ist. Insbesondere die Festlegung von Grenzwerten, bei deren Erreichen auf eine Fehlfunktion des katalytischen Konverters geschlossen wird, ist äußerst problematisch.

Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem besonders günstig durch eine theoretische Unterteilung des katalytischen Konverters in zwei oder mehrere Teilbereiche und die Beobachtung der Reaktion der Temperatu- ren in mindestens einem dieser Teilbereiche bei Änderungen der chemi¬ schen und/oder physikalischen Eigenschaften des den katalytischen Kon¬ verter durchströmenden Gasgemisches, d.h. des Betriebszustandes des Verbrennungsmotors. Die beobachteten differenzierten oder integrierten Signale oder ihre Differenzen werden jedoch vorzugsweise nicht mit festen Grenzwerten verglichen, sondern mit theoretischen oder durch

Vorversuche bestimmten Sollwertbereichen, wobei im Falle der Messung in zwei oder mehr Teilvolumina bei der Festlegung der Sollwertbereiche des zweiten Teilvolumens und aller folgenden Teilvolumina die tatsächlich gemessenen Werte in allen davorliegenden Teilvolumina berücksichtigt werden, da ansonsten das Bild über die Funktionsfähigkeit des katalyti¬ schen Konverters unvollständig bleibt.

Besonders günstig, insbesondere bei katalytischen Konvertern größerer Länge ist es, wenn mindestens in drei Teilvolumina die Temperatur gemessen, deren zeitliche Ableitung bestimmt und der Vergleich mit Sollwertbereichen durchgeführt wird. Da die vorliegende Erfindung in gewisser Weise nach der Methode der finiten Elemente arbeitet, hängt es von der Maschenweite, d. h. dem Abstand der einzelnen Elemente ab, welche Genauigkeit die Ergebnisse haben. Natürlich ist das Ergebnis umso genauer, je mehr Teilvolumina betrachtet und Temperaturen gemes¬ sen werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden die Soll¬ wertbereiche anhand einer Modellfunktion, die die funktionalen Zusam¬ menhänge der Temperaturen in verschiedenen Teilvolumina des katalyti¬ schen Konverters untereinander und mit den Daten der elektronischen Steuerung des Verbrennungsmotors für den jeweiligen Zustand und/oder die jeweilige Zustandsänderung des Verbrennungsmotors angibt, ermittelt. Vom Verbrennungsmotor stehen Meßgrößen wie der Massenstrom, die Abgastemperatur, das Luft/Brennstoff-Verhältnis usw. zur Verfügung. Aus diesen Werten und aus der bekannten Größe einer Zustandsänderung kann dann auf die im ersten Teilvolumen des katalytischen Konverters zu erwartende Temperaturänderung (für einen bestimmten Alterungs¬ zustand des Katalysators) geschlossen werden. Zum Ausgleich von Me- ßungenauigkeiten und Fertigungstoleranzen wird nun geprüft, ob die gemessene Temperatur innerhalb eines bestimmten vorberechneten Soll- wertbereiches liegt oder nicht. Dies liefert die erste Information über den

Zustand des katalytischen Konverters. Mit den gleichen Vorgaben unter zusätzlicher Berücksichtigung der gemessenen Temperaturänderung im ersten Teilvolumen kann eine Voraussage für die zu erwartende Tempe¬ raturänderung im zweiten Teilvolumen gemacht werden. Auch hier wird wiederum nur geprüft, ob der gemessene Wert der Temperaturänderung innerhalb eines Toleranzbereiches liegt oder nicht. Dieses Verfahren wird für alle Teilbereiche fortgesetzt. Liegen alle gemessenen Temperatur¬ änderungswerte unterhalb der Sollwertbereiche, so erfüllt der katalytische Konverter nicht mehr seine vorgesehene Funktion. Je weiter stromabwärts der gemessene Temperaturänderungswert im Sollwertbereich liegt, desto stärker ist der katalytische Konverter gealtert. Geht man davon aus, daß keine plötzliche Zerstörung des katalytischen Konverters zwischen zwei Meßvorgängen erfolgen kann, so genügt es, nur die Reaktion in einem hinteren Teilvolumen des katalytischen Konverters auf eine Zustands- änderung des Verbrennungsmotors zu überwachen. Ist der Katalysator neu, so sollte sich eine Zustandsänderung dort kaum auswirken, während bei einem immer stärker gealterten katalytischen Konverter die dort auftretenden Temperaturänderungen immer stärker werden. Mit dieser Überwachung allein würden sich allerdings (in der Praxis extrem selten vorkommende) plötzliche Zerstörungen des katalytischen Konverters, schnelle Vergiftungen zwischen zwei Meßvorgängen und vor allem eine Verschlechterung des Zustandes im vorderen Bereich des katalytischen Konverters, der unter anderem für das Kaltstartverhalten mit entschei¬ dend ist, nicht feststellen lassen. Für eine vollständige Überwachung sind daher vorzugsweise mindestens zwei, insbesondere jedoch drei oder mehr Messungen der Temperaturänderungen in verschiedenen Teilvolumina sinnvoll.

Wird als Störung zusätzlicher Kraftstoff in das Abgas gemischt, so ist darauf zu achten, daß die Menge des Kraftstoffes sowie das Verhältnis von Kraftstoff und Luft zum gesamten Abgas-Massenstrom während der Dauer der Störung auf eine optimale Umsetzungsfähigkeit im Volumen des katalytischen Konverters eingestellt werden, insbesondere so, daß die Kraftstoffmenge über die Dauer der Änderung und über die Länge des katalytischen Konverters vollständig umgesetzt werden kann. Dabei sind die Speichereigenschaften des katalytischen Konverters zu berücksichtigen. Auf diese Weise werden gut nachweisbare Meßsignale erzielt, ohne daß jedoch unverbrannte Kohlenwasserstoffe bei der Messung an die Umwelt abgegeben werden.

Im folgenden sei anhand der Zeichnung das Umfeld, die Funktionsweise und eine Ausführungsform beispielhaft beschrieben, und_zwar zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anordnung, Fig. 2 ein Diagramm mit Kurvenbeispielen für die auftretenden Tem¬ peraturänderungen bei Änderungen der Abgaszusammensetzung, Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung des zeitlichen Temperatu¬ rintegrals über die Dauer einer Änderung. Gemäß Fig. 1 ist einem Verbrennungsmotor 1 mit einer elektronischen Steuerung 2 ein Abgassystem 3, 4 nachgeschaltet, welches einen katalyti¬ schen Konverter K enthält. Das Volumen des katalytischen Konverters K umfaßt mehrere (theoretische) Teilvolumina, im vorliegenden Beispiel vier Teilvolumina Kl, K2, K3 und K4. In jedem dieser Teilvolumina ist ein Sensor Sl, S2, S3 bzw. S4 angeordnet, welcher die Temperatur in diesen Teilvolumen annähernd repräsentativ mißt, vorzugsweise die Temperatur der Trägerstruktur. Ein solcher Sensor kann im einfachsten Falle aus einem punktförmig messenden Sensor bestehen, welcher etwa im Schwer-

punkt des jeweiligen Teilvolumens Kl, K2, K3 oder K4 liegt. Günstiger ist es jedoch, wenn linienförmige oder flächige Sensoren verwendet werden, da hierdurch die Genauigkeit der Messung steigt. Besonders günstig ist es, wenn nicht nur repräsentativ über einen Querschnitt des s Teilvolumens, sondern auch repräsentativ über die axiale Länge des Teilvolumens gemessen wird. Am empfindlichsten ist die Messung dann, wenn die Temperatur der Trägerstruktur, auf die die katalytisch aktive Masse aufgebracht ist, direkt gemessen wird. Dies kann beispielsweise durch an oder in der Trägerstruktur integrierte Sensoren, wie sie aus 0 dem Stand der Technik bekannt sind, erfolgen. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Messung mit Sensoren möglich, die die Gastemperatur erfas¬ sen, da im katalytischen Konverter immer auch ein Wärmeübergang von der Struktur und der katalytisch aktiven Oberfläche auf das durchströ¬ mende Gas stattfindet. 5

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein Diagramm, in dem an der vertikalen Achse die erste Ableitung der Temperatur nach der Zeit d/dt T aufgetragen ist und bei dem die horizontale Achse die Zeit t darstellt. Die durchgezoge¬ ne Linie stellt die Ableitung der Temperatur des Gases dar, die punk- 0 tierte Linie die theoretische Temperatur an einem Sensor im katalyti¬ schen Konverter ohne Änderung der Gaszusammensetzung, das heißt ohne Erhöhung z. B. der Kohlenwasserstoffzufuhr in dem katalytischen Konverter, und die strichpunktierte Linie die Ableitung der Temperatur an einem Sensor bei Zufuhr von zusätzlichem Kohlenwasserstoff zum Abgas. Bei dieser Messung werden während einer konstanten Belastungs¬ phase des Verbrennungsmotors 1, die bei einem Zeitpunkt t ₀ beginnt, zu einem Zeitpunkt t _j die Kohlenwasserstoffanteile im Abgas erhöht bis zu einem Zeitpunkt t ₂ . Die Reaktion der Temperatur ist gut erkennbar und es läßt sich auch die Höhe des Maximums der Temperaturänderung feststellen.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Verhältnisse, wenn das Integral unter einer Temperaturkurve (durchgezogene Linie) während einer Änderung be¬ stimmt wird. Auf der vertikalen Achse ist in diesem Diagramm die Temperatur T aufgestragen und auf der horizontalen Achse die Zeit t. Die schraffierte Fläche entspricht dem Integral der Temperatur über die gesamte Zeit, während der sich eine Änderung auswirkt, wobei der quasikonstante Anteil der Temperatur, d.h. die Fläche unter der theoreti¬ schen ungestörten Temperaturkurve (gestrichelte Linie) unberücksichtigt bleibt.

Im Gegensatz zu im Stand der Technik bekannten Meß- und Überwa¬ chungsverfahren ist das vorliegende Meßverfahren nicht darauf angewie¬ sen, absolute Temperaturen oder Temperaturdifferenzen zwischen zwei Meßstellen zu ermitteln, sondern es werden in einem oder mehreren der Teilvolumina Kl, K2, K3, K4 die zeitlichen Ableitungen der von den Sensoren Sl, S2, S3, S4 gemessenen Temperaturen beobachtet, die bei einer Änderung der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften des vom Motor 1 in den katalytischen Konverter K gelangenden Gasge¬ misches auftreten. Zu diesem Zwecke sind den Sensoren Sl, S2, S3, S4 Differenziereinrichtungen Dl, D2, D3, D4 nachgeschaltet, deren Aus¬ gangssignale einer Auswerteelektronik 5 zugeführt werden. Die Auswerte¬ elektronik 5 kann über Datenleitungen 10 mit der elektronischen Motor¬ steuerung 2 verbunden sein, so daß sowohl Daten der Motorsteuerung 2 an die Auswerteelektronik 5 übertragen werden können als auch Zu- standswerte des katalytischen Konverters K an die elektronische Motor¬ steuerung 2. Die Auswerteelektronik 5 steht mit einer ersten Speicher¬ einrichtung 6 für Sollwertbereiche in Verbindung, so daß die gemessenen zeitlichen Ableitungen der Temperaturen Tl, T2, T3, T4 mit Sollwertbe¬ reichen verglichen werden können. Die Ergebnisse dieses Vergleiches können in einer zweiten Speichereinrichtung 7 für eine spätere Diagnose

in einer Fachwerkstatt gespeichert werden und/oder mittels einer Anzeige 8 angezeigt werden. Statt der Differenziereinrichtungen oder zusätzlich können auch Integriereinrichtungen verwendet werden, so daß auch die Flächen unter den Temperaturkurven (ohne den quasikonstanten Anteil) während einer Änderung zur Auswertung zur Verfügung stehen.

Um den Zustand des katalytischen Konverters K zu analysieren, bedarf es einer Änderung der chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der aus dem Motor 1 austretenden Abgase. Eine solche Änderung muß, um eine sinnvolle Zustandsanalyse durchführen zu können, mit einer bestimmten Genauigkeit definiert sein. Hier kommen viele im Alltags¬ betrieb vorkommende Zustandsänderungen in Betracht, beispielsweise eine Beschleunigungsphase nach einer Phase konstanter Last, eine Schubab¬ schaltung nach einer Phase konstanter Last, ein Kaltstart nach einem längeren Stillstand oder ähnliches. Durch Analyse der Reaktion der zeitlichen Ableitungen der Temperaturen Tl, T2, T3, T4 auf verschiedene Zustandsänderungen können verschiedene Aspekte der Funktion eines katalytischen Konverters überprüft werden. So kann während einer Kalt¬ startphase der Beginn der katalytischen Reaktion im katalytischen Kon- verter K festgestellt werden und das Teilvolumen, in welchem die erste Umsetzung stattfindet. Bei anderen Zustandsänderungen des Verbren¬ nungsmotors, bei denen sich beispielsweise nur die Temperatur der Ab¬ gase, nicht jedoch ihre chemische Zusammensetzung ändert, kann über¬ prüft werden, ob sämtliche Meßfühler noch korrekt, nämlich in diesem Falle mit einer Zeitverzögerung von vorne nach hinten messen.

Besonders günstig ist es, wenn der Betriebszustand des Verbrennungs¬ motors 1 über die elektronische Steuerung, die den Motor über Steue¬ rungsleitungen 9 steuert, kurzzeitig, insbesondere mit einem definierten Änderungsmuster, gestört wird. Dies kann beispielsweise in ansich be-

kannter Weise durch eine kurzzeitige Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff bei gleichzeitigem Abschalten der Zündung während einer Schubphase erfolgen. Die Einspritzung kann dabei auch nach einem definierten Änderungsmuster erfolgen. Das Angebot an zusätzlicher chemischer Energie im Abgas löst in dem ersten noch funktionsfähigen Teilvolumen des katalytischen Konverters K eine starke Reaktion der Temperatur aus, deren zeitliche Ableitung oder Integral gebildet und von der Auswerteelektronik 5 analysiert werden können.

Anders als für die im Stand der Technik bekannten Verfahren spielt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Rolle, welche Temperatur¬ verteilung zum Zeitpunkt der Messung gerade im katalytischen -Konverter vorliegt. Gerade dies ist ein entscheidender Vorteil. Je nach den Be¬ triebsbedingungen, die ein Kraftfahrzeug vor einer Messung durchlaufen hat, können nämlich in einem katalytischen Konverter verschiedene Temperaturverteilungen vorliegen. Es gibt Zustände, in denen der kataly¬ tische Konverter in seinem vorderen Bereich wesentlich heißer als in seinem hinteren Bereich ist, andere mit eher gleichmäßiger Temperatur¬ verteilung und auch Zustände, bei denen der katalytische Konverter hinten heißer als vorne ist. Diese Tatsache verfälscht alle nach dem Stand der Technik bekannten Meßverfahren, welche darauf beruhen, die zwischen zwei Meßbereichen freiwerdende thermische Energie zu messen. Die bisherige Betrachtungsweise ging davon aus, daß die Meßfühler das zwischen Ihnen befindliche Volumen überwachen, während die vorliegen- de Erfindung nach der Methode der finiten Elemente davon ausgeht, daß die Meßfühler das sie umgebende Teilvolumen und die dort auftretenden Temperaturänderungen separat überwachen.

Natürlich muß die Zahl der dafür notwendigen Sensoren nicht dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel entsprechen. Die Genauigkeit der Mes-

sung steigt zwar mit zunehmender Zahl an Sensoren, jedoch ist, wie oben erwähnt, das erfindungsgemäße Verfahren sogar schon dann in gewissem Umfange aussagefähig, wenn nur ein einziger Sensor ein ein¬ ziges Teilvolumen überwacht und die dort bei Betriebsänderungen auf- tretenden zeitlichen Ableitungen und/oder Integrale der Temperatur mit Sollwertbereichen und/oder früher gemessenen Werten vergleicht. Das Verfahren ist sowohl für monolitische katalytische Konverter wie auch für aus mehreren Teilkörpern bestehende katalytische Konverter geeignet und kann ebenso Sensoren in sogenannten Vor- oder Startkatalysatoren und/oder in elektrisch beheizbaren katalytischen Konvertern mit ein¬ beziehen. Die Sensoren Sl, S2, S3, S4 können selbstverständlich auch zur Messung der absoluten Temperaturen und/oder des Temperaturprofils im katalytischen Konverter herangezogen werden, zumindest in einem Tem¬ peraturbereich von beispielsweise unterhalb 500° C, in dem die meisten Temperaturfühler noch verhältnismäßig genau messen können. Solche Messungen liefern beispielsweise Aussagen über das Kaltstartverhalten des katalytischen Konverters. In vielen Fällen kann es erforderlich sein, eine vorhandene Lamdaregelung bei der Messung auszuschalten, damit diese nicht eine gezielt aufgebrachte Störung wieder "ausregelt".

Die Erfindung eignet sich besonders für die ständige Betriebsüberwachung von katalytischen Konvertern in Kraftfahrzeugen zur Sicherstellung der Einhaltung von strengen Abgasbestimmungen.