Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der Funktion einer elektrischen Heizeinrichtung eines Abgaskatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Abgasnachbehandlung zur Entfernung bzw. Umwandlung von Schadstoffen im Abgas einer Brennkraftmaschine und insbesondere ein Verfahren zur Überprüfung bzw. Diagnose der vorschriftsmäßigen Funktion einer elektrischen Heizeinrichtung eines elektrisch heizbaren Abgaskatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs vor und während dessen Betriebs.

Immer strenger werdende gesetzliche Vorschriften zur Vermeidung bzw. Reduzierung von Umwelt-Schadstoffen im Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen erfordern den Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen, die sogenannte Abgaskatalysatoren, in unterschiedlichen Konfigurationen sowie auch Filtereinheiten beinhalten. In Bezug auf Abgaskatalysatoren ist es bekannt, dass eine angestrebte Umwandlungsrate von Umwelt-Schadstoffen in unkritische Bestandteile erst oberhalb einer bestimmten Betriebstemperatur der Katalysatoreinheit, der sogenannten Aktivierungstemperatur oder Light-Off-Temperatur, gewährleistet werden kann. Unterhalb dieser Betriebstemperatur ist der Schadstoffausstoß erhöht.

Die Aufheizung der Katalysatoren erfolgt im Betrieb in der Regel durch das Abgas selbst, wobei auf die Temperatur des den Verbrennungsmotor verlassenden Abgases durch gezielte Wahl verschiedener Betriebsparameter des Verbrennungsmotors Einfluss genommen werden kann, um nach einem Kaltstart oder Wiederstart des Verbrennungsmotors, ein möglichst schnelles Erreichen der Betriebstemperatur der Katalysatoreinheit zu gewährleisten.

Moderne Betriebskonzepte, wie beispielsweise der sogenannte Start-Stop-Betrieb und hybride Antriebskonzepte erhöhen durch häufiges Abschalten des Verbrennungsmotors im Alltagsbetrieb die Anzahl der Kaltstart- und Wiederstartphasen und somit die Betriebsphasen mit mangelhafter Abgasreinigung und somit den absoluten Schadstoffausstoß signifikant. Da dies nicht akzeptabel ist, werden vom Motorbetrieb unabhängige Heizsysteme eingesetzt, um die Katalysatoren bereits vor dem Start des Verbrennungsmotors oder zumindest sehr schnell nach dem Start auf Betriebstemperatur zu bringen oder zu halten. Ein solches System ist beispielsweise ein elektrisch beheizbarer Katalysator, kurz auch als „EHC“ (Electrical Heated Catalyst) bezeichnet. Bei einem solchen EHC ist ein elektrisches Heizelement EHU (Electrical Heating Unit) mit der Katalysatoreinheit gekoppelt oder das elektrische Heizelement ist selbst durch katalytische Beschichtung als Katalysatoreinheit ausgebildet, wobei das elektrische Heizelement zum Beispiel aus dem elektrischen Bordnetz des Kraftfahrzeugs durch Anlegen einer elektrischen Spannung mit elektrischem Strom versorgt wird und diesen in Heizleistung umsetzt. Unter Anwendung verschiedener Betriebsstrategien kann damit zur schnellen Aufheizung der Katalysatoreinheit und so zur Reduzierung der Umwelt-Schadstoffe im Abgas erheblich beigetragen werden.

Da die fehlerfreie Funktion des gesamten Abgas-Nachbehandlungssystems maßgeblich ist für die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben in Bezug auf den Schadstoffausstoß, erfordert die aktuelle Gesetzgebung darüber hinaus, dass die fehlerfreie Funktion von Abgas-Nachbehandlungssystemen, insbesondere beim Betrieb von Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen, im Betrieb sichergestellt und somit entsprechend im Betrieb ständig überwacht bzw. diagnostiziert werden muss. Dies ist unter dem Begriff „On-Board-Diagnose“ oder kurz „OBD“ bekannt und ist erforderlich, um im Versagensfall oder auch bei unerlaubter Manipulation einen erhöhten Schadstoffausstoß, im Zweifelsfall gar durch Stilllegung des Verbrennungsmotors, auf Dauer zu vermeiden.

Dies erfordert häufig den Einsatz zusätzlicher Sensoren und Auswerteeinheiten, die selbst wiederum Fehlfunktionen aufweisen können, ggf. zusätzliche Signalleitungen benötigen und daraus resultierend nicht unerhebliche Zusatzkosten verursachen können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine elektronische Steuerungseinrichtung anzugeben, die eine zuverlässige Überprüfung des EHC und insbesondere der darin integrierten elektrischen Heizeinrichtung (EHU) im Betrieb, im Rahmen der OBD ermöglichen, ohne zusätzliche Fehlerquellen einzuführen und ohne Zusatzkosten zu verursachen

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung eines beheizbaren Abgaskatalysatorsystems und eine elektronische Steuerungseinrichtung zur Funktionsüberprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung eines beheizbaren Abgaskatalysatorsystems mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Verfahrensanspruch bzw. dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch.

Vorteilhafte Ausführungsformen, Weiterbildungen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren der Zeichnung. Die vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen, können einzeln oder, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind, oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden sein, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.

Vorteile der Erfindung gemäß dem Verfahren und der elektronischen Steuerungseinrichtung zur Überprüfung der Funktion einer elektrischen Heizeinrichtung eines Abgaskatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine sind vor allem darin zu sehen, dass es sich um ein robustes, einfaches und somit wenig fehleranfälliges Verfahren handelt. Insbesondere die Betrachtung der Temperaturgradienten anstatt von absoluten Werten für Spannung und Strom macht das Verfahren unempfindlich gegenüber ggf. auftretenden Offsets der gemessenen Werte. Darüber hinaus werden für die Vorrichtung keine zusätzlichen, über die ohnehin vorhandenen Sensoren hinausgehenden systemtechnischen Einrichtungen benötigt.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Funktionsüberprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung eines beheizbaren Abgaskatalysatorsystems einer Brennkraftmaschine beansprucht, das eine Katalysatoreinheit und die elektrische Heizeinrichtung, die im Betrieb von einem Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine nacheinander durchströmt werden, aufweist. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die im Folgenden beschriebenen, mittels einer elektronischen Steuerungseinrichtung durchgeführten Verfahrensschritte. Zunächst wird die elektrischen Heizeinrichtung aktiviert durch Anlegen einer elektrischen Spannung und Zuführen eines elektrischen Stroms an die elektrische Heizeinrichtung und es wird die Routine zur Funktionsüberprüfung gestartet. Im Rahmen der Funktionsüberprüfung erfolgt das Ermitteln eines Ist-Temperaturgradienten der elektrischen Heizeinrichtung auf Basis einer Messung der anliegenden Spannung und des zugeführten Stroms über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg. Gleichzeitig erfolgt die Berechnung eines theoretischen Modell-Temperaturgradienten der elektrischen Heizeinrichtung, zeitlich parallel zum Ermitteln des Ist-Temperaturgradienten, mittels eines Rechenmodells. Dann erfolgt eine Berechnung eines Gradienten-Vergleichswertes auf Basis des ermittelten Ist-Temperaturgradienten und des berechneten Modell-Temperaturgradienten. In der Folge wird die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung als fehlerfrei bewertet, wenn der Gradienten-Vergleichswert innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt.

Somit ist verifiziert, dass die elektrische Heizeinrichtung des Abgaskatalysatorsystems vorhanden ist, sich im Abgasmassenstrom befindet und korrekt funktioniert, um die Voraussetzung für eine effektive Schadstoffkonvertierung zu schaffen. Einfache Manipulationen die, unter Inkaufnahme eines erhöhten Schadstoffausstoßes, das Vorhandensein der elektrischen Heizeinrichtung nur vortäuschen sind somit zumindest erschwert und zu einem großen Teil ausgeschlossen.

Das vorgegebene Toleranzband für den Gradienten-Vergleichswert weist einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert auf, die beispielsweise vorausgehend empirisch bestimmt werden können durch Versuche an einem realitätsnahen Funktionsmuster des Abgaskatalysatorsystems.

Die erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung zur Funktionsüberprüfung einer elektrischen Heizeinrichtung eines beheizbaren Abgaskatalysatorsystems einer Brennkraftmaschine, das eine Katalysatoreinheit und die elektrische Heizeinrichtung aufweist und die im Betrieb von einem Abgasmassenstrom der Brennkraftmaschine nacheinander durchströmte werden, ist dazu ausgestattet und eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren, gemäß der Ausführungen wie vorausgehend und nachfolgend beschrieben, auszuführen. Diese elektronische Steuerungseinrichtung hat den Vorteil, dass sie die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht ohne dass dazu zusätzliche, über die ohnehin vorhandenen Sensoren hinausgehenden systemtechnischen Einrichtungen benötigt werden.

Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung als fehlerhaft bewertet wird, wenn der Gradienten-Vergleichswert außerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes, also oberhalb eines oberen Grenzwertes oder unterhalb eines unteren Grenzwertes, liegt. In diesem Fall kann dann eine Fehlermeldung ausgegeben werden, die beispielsweise dem Benutzer angezeigt wird. Darüber hinaus kann auf dieser Grundlage wahlweise oder ergänzend auch der Betrieb der Brennkraftmaschine eingeschränkt werden. So kann beispielsweise die Leistung derart reduziert werden, dass lediglich ein Notbetrieb bis zur Reparatur der elektrischen Heizeinrichtung oder für eine bestimmte Betriebsdauer ermöglicht ist. Ein ggf. unbemerkter dauerhaft erhöhter Schadstoffausstoß kann so verhindert werden.

Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird als Gradienten-Vergleichswert ein Gradienten-Differenzwert oder ein Gradienten-Verhältniswert aus dem Ist-Temperaturgradienten und dem Modell-Temperaturgradienten ermittelt. Der Gradienten-Differenzwert wird durch einfache Differenzbildung zwischen dem Ist-Temperaturgradienten und dem Modell-Temperaturgradienten ermittelt. Zur Ermittlung des Gradienten-Verhältniswertes werden Ist-Temperaturgradient und Modell-Temperaturgradient zueinander ins Verhältnis gesetzt, wodurch ein Dimensionsloser Gradienten-Vergleichswert erhalten wird. In beiden Fällen sind Einflüsse durch die absolute Höhe der Gradientenwerte und ggf. darin enthaltene Offsets vorteilhaft eliminiert.

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Routine zur Funktionsüberprüfung erst gestartet, wenn der die elektrische Heizeinrichtung und den Abgaskatalysator durchströmende Abgasmassenstrom eine signifikante Änderung aufweist. Das heißt, dass nach dem Aktivieren der elektrischen Heizeinrichtung der Abgasmassenstrom überwacht wird und eine signifikante Änderung des Abgasmassenstroms erkannt werden kann. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn erst nach der Aktivierung der elektrischen Heizeinrichtung die Brennkraftmaschine gestartet wird oder beispielsweise eine Lasterhöhung aus dem Leerlauf heraus stattfindet.

Es besteht jedoch auch die Möglichkeit einen steuerbaren Sekundärluftmassenstrom stromaufwärts der Abgaskatalysatorsystems einzuspeisen. Dies kann ggf. bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine erfolgen, um vorab einen schnellen Wärmetransport von der elektrischen Heizeinrichtung zur Katalysatoreinheit zu gewährleisten. Insofern ist unter dem hier vorausgehend und nachfolgend beschriebenen Abgasmassenstrom allgemein ein das Abgassystem und insbesondere das Abgaskatalysatorsystems durchströmender Gasmassenstrom zu verstehen, der ggf. auch eine Mischung aus Abgas und Sekundärluft oder auch ein in das Abgassystem eingespeister Sekundärluftmassenstrom alleine sein kann.

Dabei kann der Abgasmassenstrom beispielsweise auf Basis des ohnehin gemessenen Ansaugluftmassenstromes und der aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine mittels eines Rechenmodells und ggf. unter Berücksichtigung einer Sekundärlufteinspeisung permanent ermittelt werden. Die signifikante Änderung kann beispielsweise durch einen vorgegebenen, zuvor empirisch ermittelten Grenzwert für den Gradienten der Änderung bestimmt sein. Durch diese Vorgehensweise wird die Genauigkeit bzw. die Zuverlässigkeit der Funktionsprüfung erhöht, da bei signifikanter Änderung des Abgasmassenstromes auch ein entsprechend größerer Ist- bzw. Modell-Temperaturgradient der elektrischen Heizeinrichtung zu erwarten ist und die Genauigkeit mit der Zunahme des Ist- bzw. Modell-Temperaturgradienten steigt.

In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Bewertung der Funktion der elektrischen Heizeinrichtung nur oder erst dann durchgeführt, wenn der berechnete Modell-Temperaturgradient der elektrischen Heizeinrichtung über einem bestimmten Vorgabewert liegt. Auch diese Vorgehensweise dient der Erhöhung der Genauigkeit bzw. die Zuverlässigkeit der Funktionsprüfung, da auch in diesem Fall die Genauigkeit mit der Zunahme des Modell-Temperaturgradienten steigt. So kann sichergestellt werden, dass es mit hoher Sicherheit nicht zu Fehlbewertungen der Funktion der elektrischen Heizeinrichtung kommt.

Weitere besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren der Zeichnung erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysatorsystem mit einer Katalysatoreinheit und einer elektrische Heizeinrichtung und einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungseinrichtung; Fig. 2 ein beispielhaftes Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs, des Verfahrens zur Funktionsüberprüfung der elektrischen Heizeinrichtung anhand der erforderlichen Verfahrensschritte;

Fig. 3 ein Flussdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs, einer erweiterten Ausführung des Verfahrens zur Funktionsüberprüfung der elektrischen Heizeinrichtung anhand der einzelnen Verfahrensschritte;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung der Ermittlung des Ist-Temperaturgradienten der elektrischen Heizeinrichtung;

Fig. 5 eine vereinfachte schematische Skizze eines Abgaskatalysatorsystems mit Darstellung der zu- und abgeführten Energieströme zur Berechnung des Modell-Temperaturgradienten;

Fig. 6 eine Zusammenstellung von Diagrammen zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der für das Verfahren maßgeblichen Betriebsparameter und Fig. 7 eine Zusammenstellung von Diagrammen zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Temperaturen, der Temperaturgradienten und des Gradienten-Verhältniswertes für gemessene Ist-Temperatur und berechnete Modell-Temperatur.

Die Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind dabei lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen. Funktions- und Benennungsgleiche Gegenstände sind figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 4 mit einem über ein Abgaszuführrohr 1 .2 daran angeschlossenen Abgaskatalysatorsystem 1 . Das Abgaskatalysatorsystem 1 weist eine Katalysatoreinheit 3 und eine elektrische Heizeinrichtung 2 auf, die beide in einem Katalysatortopf 1.1 hintereinander angeordnet sind. Auf der dem Abgasszuführrohr

1 .2 gegenüberliegenden Seite des Katalysatortopfes 1.1 ist ein Abgasabführrohr

1.3 vorgesehen, zum Anschluss an die im Abgasmassenstrom m* _exh stromabwärts liegenden Komponenten der Abgasanlage. Der Abgasmassenstrom m* _exh ist mit Pfeilen dargestellt, strömt von der Brennkraftmaschine 4 durch das Abgaszuführrohr 1.2 in den Katalysatortopf und durchströmt die elektrische Heizeinrichtung 2 sowie die Katalysatoreinheit 3 in der genannten Reihenfolge nacheinander. Dadurch erfolgt, bei aktivierter elektrischer Heizeinrichtung 2, ein Wärmetransport von der elektrischen Heizeinrichtung 2 in die Katalysatoreinheit 3 und trägt so zur schnellen Erwärmung der Katalysatoreinheit auf Aktivierungstemperatur bei. uie elektrische Heizeinrichtung 2 ist in diesem Beispiel mittels einer elektrischen Anschlussleitung 7 direkt an eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungseinrichtung 5 angeschlossen. In alternativer Ausführung (nicht dargestellt) kann jedoch auch ein elektrisches Leistungsmodul zwischengeschaltet sein, das über elektrische Signale von der elektronischen Steuerungseinrichtung 5 angesteuert wird. Über die elektrische Anschlussleitung 7 wird zur Aktivierung der elektrischen Heizeinrichtung 2 eine elektrische Spannung U _ehu angelegt und ein elektrischer Strom I _ehu zugeführt. Die elektronische Steuerungseinrichtung 5 ist dazu ausgestattet und eingerichtet, das Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.

Dazu kann die elektronische Steuerungseinrichtung 5 beispielsweise zum Empfang von Signalen, beispielsweise von Sensoren die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfassen, und zur Ausgabe von Signalen, beispielsweise Steuerungssignale für Aktuatoren zur Einstellung von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, mit einem Ein-/Ausgabemodul 5.1 ausgestattet sein, das entsprechende Anschlüsse aufweist.

Weiterhin ist mit einer gestrichelten Linie, die die elektronische Steuerungseinrichtung 5 umfasst eine übergeordnete Steuerungseinrichtung 6 symbolisch dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist also die elektronische Steuerungseinrichtung 5 ein Teil der übergeordneten Steuerungseinrichtung 6, beispielsweise einer zentralen Motorsteuerungseinrichtung, mit der sie im Betrieb Signale und Daten austauscht. Dadurch können separate Gehäuse und Leitungsverbindungen vorteilhaft eingespart werden.

In einer Ausführung der elektrischen Heizeinrichtung 2 ist diese selbst mit einer katalytischen Beschichtung ausgestattet und stellt so einen Heizkatalysator 3‘ dar. Die in Fig. 1 dargestellte elektrische Heizeinrichtung 2 kann dem entsprechend wahlweise auch als Heizkatalysator 3‘ ausgebildet sein. Dies ermöglicht es, dass bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die katalytische Beschichtung direkt aufgeheizt wird. Dies ermöglicht einerseits einen sehr kompakten Aufbau des Abgaskatalysatorsystems 1 , da ggf. auf eine zusätzliche separate Katalysatoreinheit 3 verzichtet werden kann, und andererseits eine sehr schnelle Aufheizung und Aktivierung der Katalysatorbeschichtung. Das in Fig.2 dargestellte beispielhafte Verfahrensdiagramm zur Darstellung des Verfahrensablaufs, zeigt den Ablauf des Verfahrens zur Funktionsüberprüfung der elektrischen Heizeinrichtung anhand der erforderlichen Verfahrensschritte, die im Folgenden mit V1 bis V10 gekennzeichnet sind. In Verfahrensschritt V1 wird die Funktionsüberprüfung der elektrischen Heizeinrichtung 2 eines beheizbaren Abgaskatalysatorsystems 1 einer Brennkraftmaschine 4, das eine im Betrieb von einem Abgasmassenstrom m*exh der Brennkraftmaschine 4 durchströmte Katalysatoreinheit 3 und die elektrische Heizeinrichtung 2, die beide auch in einem Heizkatalysator 3‘ vereint sein können, aufweist, durch Aktivieren der elektrischen Heizeinrichtung 2 gestartet, wobei die Aktivierung durch Anlegen einer elektrischen Spannung Uehu und Zuführen eines elektrischen Stroms Iehu an die elektrische Heizeinrichtung 2 erfolgt. In dem darauffolgenden Verfahrensschritt V3 erfolgt dann das Starten der Routine zur Funktionsüberprüfung der elektrischen Heizeinrichtung 2. Darauf folgend werden dann die Verfahrensschritte V4a und V4b parallel und zeitgleich durchgeführt, wobei der Verfahrensschritt V4a das Ermitteln eines Ist-Temperaturgradienten der elektrischen Heizeinrichtung 2 auf Basis einer Messung der anliegenden Spannung Uehu und des zugeführten Stroms Iehu über eine vorgegebene Zeitspanne Δt hinweg repräsentiert und der Verfahrensschritt V4b das Berechnen eines theoretischen Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl der elektrischen Heizeinrichtung 2, zeitlich parallel zum Ermitteln des Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist, mittels eines Rechenmodells repräsentiert. In dem darauffolgenden Verfahrensschritt V6 erfolgt das Berechnen eines Gradienten-Vergleichswertes CV_ΔT* auf Basis des ermittelten Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist und des berechneten Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl. Wahlweise kann hier als Gradienten-Vergleichswertes CV_ΔT* ein Gradienten-Differenzwert DV_ΔT* oder auch ein Gradienten-Verhältniswert RV_ΔT* ermittelt werden. In dem darauffolgenden Verfahrensschritt V7 wird dann ermittelt, ob der berechnete Gradienten-Vergleichswert CV_ΔT* innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegt, wobei das Toleranzband zwischen einen oberen Grenzwert GWO und einem unteren Grenzwert GWU für den Gradienten-Vergleichswert CV_ΔT* aufgespannt ist. Es wird also ermittelt, ob die Bedingung GWO > CV_ΔT* > GWU erfüllt ist und sofern diese Bedingung erfüllt ist wird beispielsweise in einem Verfahrensschritt V8 die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung 2 als fehlerfrei bewertet und der Betrieb der Brennkraftmaschine 4 kann ohne Einschränkung fortgesetzt werden. In einer Ausführung des Verfahrens wird andererseits in einem Verfahrensschritt V9 die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung 2 als fehlerhaft bewertet, sofern die Bedingung GWO > CV_ΔT* > GWU nicht erfüllt ist, der Gradienten-Vergleichswert CV_ΔT* also außerhalb des Toleranzbandes liegt. In weiterer Folge kann dann beispielsweise in einem Verfahrensschritt V10 eine Fehlermeldung ausgegeben werden und/oder der Betrieb der Brennkraftmaschine 4 eingeschränkt werden. In Fig.3 ist eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Verfahrensdiagramms dargestellt. Dabei weisen die Verfahrensschritte, die mit den in Fig.2 dargestellten Verfahrensschritte übereinstimmen, jeweils die gleiche Kennzeichnung V1 bis V10 auf. Im Unterschied zu der in Fig.2 dargestellten Ausführung des Verfahrens, ist hier zwischen den Verfahrensschritten V1 und V3 ein weiterer Verfahrensschritt V2 eingefügt. In diesem Verfahrensschritt V2 wird der die elektrische Heizeinrichtung 2 und den Abgaskatalysator 3 durchströmende Abgasmassenstrom m*exh beobachtet und festgestellt, ob dieser eine signifikante Änderung aufweist. Dies kann ggf. bereits vor dem Start der Brennkraftmaschine der Fall sein, wenn eine Einspeisung von Sekundärluft erfolgt, um vorab einen schnellen Wärmetransport von der elektrischen Heizeinrichtung zur Katalysatoreinheit zu gewährleisten. In diesem Fall ist der Sekundärluftmassenstrom als Abgasmassenstrom zu betrachten. Die Routine zur Funktionsüberprüfung wird in Verfahrensschritt V3 wird erst oder nur gestartet, wenn eine signifikante Änderung des Abgasmassenstroms m*exh vorliegt. Dabei kann der Abgasmassenstrom m*exh beispielsweise auf Basis des ohnehin gemessenen Ansaugluftmassenstromes und der aktuellen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 4 ggf. unter Einbeziehung eines eingespeisten Sekundärluftmassenstromes mittels eines Rechenmodells permanent ermittelt werden, wobei dessen zeitlicher Verlauf, also dessen Gradient beobachtet wird. Die signifikante Änderung kann beispielsweise durch einen vorgegebenen, zuvor empirisch ermittelten Grenzwert für den Gradienten der Änderung bestimmt sein. Wenn also der Gradient der Änderung des Abgasmassenstromes den vorgegebenen Grenzwert überschreitet, kann die Routine zur Funktionsüberprüfung gestartet werden. Der Verfahrensschritt V2 wird also so lange wiederholt ausgeführt, bis eine signifikante Änderung des Abgasmassenstromes m*exh erkannt wird. Ein weiterer Unterschied der in Fig.3 gezeigten Ausführung gegenüber der in Fig.2 gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in dem auf den Verfahrensschritt V4b folgenden Verfahrensschritt V5. In diesem Verfahrensschritt V5 wird überprüft, ob der in Verfahrensschritt V4b berechnete theoretische Modell-Temperaturgradienten (ΔT*ehu, mdl) der elektrischen Heizeinrichtung 2 über einem bestimmten Vorgabewert liegt. Ist dies nicht der Fall erfolgt ein Rücksprung zu Verfahrensschritt V2 und es erfolgt eine erneute Überprüfung des Gradienten des Abgasmassenstroms m*exh und die Routine zur Funktionsüberprüfung wird in Verfahrensschritt V3 erneut gestartet, sofern dieser eine signifikante Änderung aufweist. Wird in Verfahrensschritt V5 dagegen festgestellt, dass der berechnete theoretische Modell-Temperaturgradienten (ΔT*ehu, mdl) über dem bestimmten Vorgabewert liegt, so wird die Routine zur Funktionsüberprüfung mit Verfahrensschritt V6 fortgeführt, in dem das Berechnen eines Gradienten-Verhältniswertes RV_ΔT* auf Basis des ermittelten Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist und des berechneten Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl erfolgt. In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Ermittlung des Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist der elektrische Wiederstand Rehu der elektrischen Heizeinrichtung 2 auf Basis der Messung der anliegenden Spannung Uehu und des zugeführten Stroms Iehu ermittelt wird und der Ist-Temperaturgradient ΔT*ehu,ist auf Basis des ermittelten Wiederstands Rehu der elektrischen Heizeinrichtung 2 ermittelt. Dabei kann der elektrische Widerstand Rehu nach der Formel Rehu = Uehu / Iehu ermittelt werden. Das in Fig.4 gezeigte Diagramm zeigt den physikalischen Zusammenhang zwischen dem elektrischen Widerstand Rehu und der Temperatur Tehu der elektrischen Heizeinrichtung 2. Dazu ist die Temperatur Tehu über dem elektrischen Widerstand Rehu aufgetragen. Die eingezeichnete Kurve zeigt den Zusammenhang bzw. die Abhängigkeit der beiden Größen voneinander. Es wird dann beispielsweise über eine vorgegebene Zeitspanne Δt hinweg die Veränderung des elektrischen Widerstands Rehu/Δt ermittelt, woraus sich über die Eingetragene Kurve die zugehörige Temperaturänderung ΔTehu,ist ablesen lässt. Bezieht man diese Temperaturänderung ΔTehu,ist wiederum auf die vorgegebene Zeitspanne Δt, so ergibt sich der Ist-Temperaturgradient ΔT*ehu,ist = ΔTehu,ist / Δt. Der in dem Diagramm der Fig.4 dargestellte physikalische Zusammenhang zwischen Rehu und Tehu kann beispielsweise in Form eines zweidimensionalen Kennfeldes in einem elektronischen Speicher der elektronischen Steuerungseinrichtung 5 zur Ermittlung des Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist zur Verfügung gestellt werden. Diese Vorgehensweise ermöglicht eine einfache, fortlaufende Ermittlung des Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist im laufenden Betrieb der Brennkraftmaschine. Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung des theoretischen Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl der elektrischen Heizeinrichtung 2 auf Basis des zugeführten elektrischen Energiestroms Q*ehu,el, des zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 2 und dem Abgasmassenstrom m*exh übertragenen, hier als Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh bezeichneten Energiestrom sowie der Wärmekapazität cehu und der Masse mehu der elektrischen Heizeinrichtung 2 erfolgt. Die Ermittlung des Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl erfolgt somit auf der Basis des Energieerhaltungssatzes. Die grundlegenden Zusammenhänge dazu sind in Fig.5 dargestellt. Am Beispiel des elektrisch beheizbaren Abgaskatalysatorsystems 1 mit elektrischer Heizeinrichtung 2 und Katalysatoreinheit 3 sind die oben genannten, bei der Berechnung des Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl hauptsächlich zu berücksichtigenden Energieströme dargestellt. Der elektrische Energiestrom Q*ehu, el wird dabei nach der Formel Q*ehu, el = Uehu × Iehu berechnet und wird der elektrischen Heizeinrichtung zugeführt. Der zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 2 und dem Abgasmassenstrom m*exh übertragene Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh wird nach der Formel Q*ehu.exh = α × Aehu × (Tehu - Texh) berechnet, wobei α der Wärmeübergangskoeffizient EHU/Abgas ist, der vom Material und der Oberflächenbeschaffenheit der Heizeinrichtung abhängt und zumindest in erster Näherung als bekannte Konstante angenommen werden kann; Aehu die Wärmeübergangsfläche EHU/ Abgas ist, die als konstante Kalibrationsgröße angenommen werden kann; Tehu ist die Temperatur der EHU und Texh ist Temperatur des Abgases, das in die EHU einströmt. In der Regel wird davon auszugehen sein, dass der Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh, in Bezug auf die elektrische Heizeinrichtung EHU, Energie aus der EHU abtransportieren wird, also mit einem negativen Vorzeichen versehen ist. Je nach aktueller Temperatur der EHU und des Abgasmassenstroms m*exh besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der EHU über den Abgasmassenstrom m*exh Energie zugeführt wird, also der übertragene Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh positiv ist. Dabei sei darauf hingewiesen, dass hierbei lediglich die Wärmeenergie betrachtet wird, die zwischen der elektrischen Heizeinrichtung 2 und dem Abgasmassenstrom m*exh übertragen wird, weitere, zum Beispiel kinetische Energieanteile und die Wärmeenergie, die der Abgasmassenstrom m*exh bereits mitbringt, bleiben in dieser Betrachtung unberücksichtigt. Bei einer weiteren Ausgestaltung der vorausgehend beschriebenen Ausführung ist vorgesehen, dass der theoretische Modell-Temperaturgradient ΔT*ehu, mdl der elektrischen Heizeinrichtung 2 berechnet wird gemäß der Formel: ΔT*ehu, mdl = ΣQ*ehu / (mehu × cehu) wobei ΣQ*ehu die Summe aus dem zugeführten elektrischen Energiestrom Q*ehu, el und dem zwischen dem Abgasmassenstrom m*exh und der elektrischen Heizeirichtung 2 übertragenen Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh ist, mehu die Masse der Heizeinrichtung ist, die eine bekannte, konstante Systemgröße ist und cehu die Wärmekapazität der Heizeinrichtung ist, die ebenfalls als bekannte, konstante Systemgröße angenommen werden kann. Eine Berechnung nach der genannten Formel, die das einfachste Rechenmodell zur Berechnung des Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl darstellt, bietet eine einfache Möglichkeit den Modell-Temperaturgradienten ΔT*ehu, mdl fortlaufend im Betrieb zu ermitteln. Die Anwendung dieses einfachen Berechnungsmodells schließt jedoch die Anwendung komplexerer Berechnungsmodelle nicht aus, die beispielsweise auch Energieströme berücksichtigen, die möglicherweise an die Umgebung abgegeben werden. In der Fig.6 sind nun die bestimmenden Betriebsparameter der elektrischen Heizeinrichtung 2 in einzelnen Diagrammen mit übereinstimmender Zeitachse dargestellt. Auf der Zeitachse gibt es zwei maßgebliche Ereignisse, nämlich den Zeitpunkt der Aktivierung der elektrischen Heizeinrichtung EHU und den Zeitpunkt des Starts der Brennkraftmaschine BKM. Die ersten drei Diagramme von oben zeigen den jeweiligen Verlauf der elektrischen Spannung Uehu und des elektrischen Stroms Iehu der EHU, sowie des sich daraus ergebenden, der EHU zugeführten elektrischen Energiestroms Q*ehu,el , die zum Zeitpunkt der Aktivierung der EHU sprunghaft auf einen vorgegebenen Betriebswert ansteigen. Im weiteren zeitlichen Verlauf ist dann eine leichte Abnahme des elektrischen Stroms Iehu und des elektrischen Energiestroms Q*ehu,el zu erkennen, die aus der Zunahme des elektrischen Widerstandes Rehu der EHU resultieren, der im vierten Diagramm von oben dargestellt ist. Der elektrische Widerstand Rehu steigt wiederum mit steigender Temperatur Tehu der EHU an. In anderer Ausführung kann, abhängig von der Materialauswahl für die elektrische Heizeinrichtung 2 der elektrische Widerstand Rehu mit steigender Temperatur Tehu der EHU auch abnehmen. In dem darunter dargestellten Diagramm ist der Abgasmassenstrom m*exh dargestellt, der erst zum Zeitpunkt des Starts der BKM sprunghaft ansteigt. Dies ist beispielsweise auch ein Zeitpunkt, zu dem eine signifikante Änderung des Abgasmassenstroms m*exh vorliegt und die Routine zur Funktionsüberprüfung vorteilhaft gestartet werden kann, gemäß einer der vorgenannten Ausführungen des Verfahrens. Im weiteren zeitlichen Verlauf bleibt der Abgasmassenstrom m*exh, bei angenommener gleichbleibender Drehzahl und Last der BKM, zunächst nahezu konstant. Das unterste Diagramm der Fig.4 schließlich ist das Temperaturdiagramm, das den Verlauf der Temperatur der EHU zeigt, die ab dem Zeitpunkt der Aktivierung der EHU kontinuierlich, jedoch mit abnehmender Steigung zunimmt. Dies resultiert wiederum aus dem mit steigender Temperatur Tehu zunehmendem elektrischen Widerstand Rehu und dem entsprechend abnehmenden elektrischen Energiestrom Q*ehu,el. Ab dem Zeitpunkt des Starts der BKM und dem damit verknüpften Anstieg des Abgasmassenstroms m*exh, wird der EHU mit dem Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh Energie entzogen und die Temperatur der EHU beginnt zu sinken. In dem Temperaturdiagramm ist sowohl der über den elektrischen Widerstand Rehu gemessene Temperaturverlauf als auch der mittels Modellrechnung berechnete Temperaturverlauf dargestellt. Diese beiden Temperaturverläufe weichen, zum Beispiel aufgrund von Unzulänglichkeiten des Berechnungsmodells leicht voneinander ab. In Fig.7 sind weitere drei Diagramme mit gleicher Zeitachse und den eingezeichneten zwei maßgebliche Ereignissen, in Übereinstimmung mit den in Fig. 6 gezeigten Diagrammen, untereinandergestellt. Das oben angeordnete Diagramm zeigt wiederum das Temperaturdiagramm, identisch zu Fig.6. Darunter, in der Mitte angeordnet, ist ein Gradientendiagramm dargestellt, das den Verlauf der Temperaturgradienten, resultierend aus den im darüberliegenden Diagramm dargestellten Temperaturverläufen, zeigt. Es ergibt sich so eine Gradientenkurve (gemessen) für den Ist-Temperaturgradienten ΔT*ehu,ist, resultierend aus dem gemessenen Temperaturverlauf und eine Gradientenkurve (berechnet) für den Modell-Temperaturgradienten ΔT* _ehu , _mdl , aus dem mittels Modellrechnung berechneten Temperaturverlauf. Gemäß der Abweichung der beiden Temperaturkurven im Temperaturdiagramm ist auch im Gradientendiagramm eine leichte Abweichung der beiden Diagrammkurven vorhanden. Die Abweichung dieser beiden Gradientenkurven voneinander stellt ein Maß für die Beurteilung der Funktion der elektrischen Heizeinrichtung EHU dar.

Aus den Werten dieser beiden Gradientenkurven wird dann zum jeweiligen Zeitpunkt ein Gradienten-Vergleichswert CV_AT* berechnet, der die Größe der Abweichung und unabhängig von der absoluten Größe der Werte widerspiegelt. Der zeitliche Verlauf dieses Gradienten-Vergleichswertes CV_AT* ist in dem zuunterst angeordneten Diagramm der Fig. 7 dargestellt. Die in diesem Diagramm dargestellte Kurve ist symbolisch dargestellt und kann beispielhaft sowohl einen dimensionslosen Gradienten-Verhältniswert RV_AT* als auch einen Gradienten-Differenzwert DV_AT* repräsentieren, wobei auch das Toleranzband 8 für den Gradienten-Vergleichswert CV_AT* eingezeichnet ist, das von dem oberen Grenzwert GWo und dem unteren Grenzwert GWu begrenzt ist. Liegt der Gradienten-Vergleichswert CV_AT* zum jeweils betrachteten Zeitpunkt oder innerhalb eines betrachteten Zeitintervalls durchgehend innerhalb des vorgegebenen Toleranzbandes 8, wie in Fig. 7 dargestellt, so wird die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung 2 als fehlerfrei bewertet. Verlässt der ermittelte Gradienten-Vergleichswert CV_AT* jedoch das Toleranzband 8 durch überschreiten des oberen Grenzwertes GWo oder durch unterschreiten des unteren Grenzwertes GWu , so wird die Funktion der elektrischen Heizeinrichtung 2 als fehlerhaft bewertet und es wird beispielsweise eine Fehlermeldung ausgegeben. In diesem Fall kann jedoch als weitere Maßnahme auch der Betrieb der Brennkraftmaschine 4 eingeschränkt werden.

Bezugszeichenliste / Bezeichnungs-Legende 1 Abgaskatalysatorsystem 1.1 Katalysatortopf 1.2 Abgaszuführrohr 1.3 Abgasabführrohr 2 elektrische Heizeinrichtung (EHU) 3 Katalysatoreinheit 3‘ Heizkatalysator 4 Brennkraftmaschine/Verbrennungsmotor 5 elektronische Steuerungseinrichtung 5.1 Ein-/Ausgabemodul 6 übergeordnete Steuerungseinrichtung 7 elektrische Anschlussleitung 8 Toleranzband EHU elektrische Heizeinrichtung BKM Brennkraftmaschine V1 – V10 Verfahrensschritte m*exh Abgasmassenstrom Uehu elektrische Spannung der Heizeinrichtung Iehu elektrischer Strom der Heizeinrichtung Rehu elektrischer Widerstand der Heizeinrichtung Tehu Temperatur der Heizeinrichtung Δt vorgegebene Zeitspanne ΔT*ehu,ist Ist-Temperaturgradient ΔT*ehu, mdl Modell-Temperaturgradient CV_ΔT* Gradienten-Vergleichswert DV_ΔT* Gradienten-Differenzwert RV_ΔT* Gradienten-Verhältniswert GWU unterer Grenzwert des Toleranzbandes GWO oberer Grenzwert des Toleranzbandes Q*ehu,el elektrischer Energiestrom Q*ehu,exh Abgas-Wärmestrom ΣQ*ehu die Summe aus dem zugeführten elektrischen Energiestrom Q*ehu, el und dem zwischen dem Abgasmassenstrom m*exh und der elektrischen Heizeirichtung 2 übertragenen Abgas-Wärmestrom Q*ehu,exh cehu Wärmekapazität der elektrischen Heizeinrichtung mehu Masse der elektrischen Heizeinrichtung