CH670284A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erkennung des Alterungszustandes eines Abgaskatalysators bei einem mit À-Sondenregelung des Krafitstoff-Luft-Verhältnisses ausgerüsteten Verbrennungsmotor, bei dem bei Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in Abhängigkeit von der von der À-Sonde abgegebenen Spannung bei Erreichen des Umschaltpunktes das Kraftstoff-Luft-Verhältnis von fett auf mager bzw. von mager auf fett umgeschaltet wird.

Bestimmte gesetzliche Anforderungen an die Abgaszusammensetzung lassen sich nur durch katalytische Nachbehandlung der Abgase erreichen. Um ein optimales Arbeiten des Katalysators sicherzustellen, muss das Kraftstoff-Luft-Verhältnis innerhalb sehr enger Grenzen um das stöchiometrische Verhältnis schwanken. Erreicht wird das durch die Einschaltung einer A.-Sonde vor dem Katalysator, mit deren Hilfe der Restsauerstoff im Abgas ermittelt wird.

Von der von der X-Sonde abgegebenen Spannung (EMK) wird über eine Sondenlinie auf das Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückgeschlossen. Über einstellbare elektronische Parameter, wie Schwellwert, Arbeitspunkt, Integrator-Charakteristik und Verzugszeiten, wird der gewünschte X-Regelpunkt eingestellt. Aufgrund der Sondenkennlinie arbeitet der an die Sonde angeschlossene Regler im allgemeinen als Zweipunktregler, das heisst bei Abweichungen der abgegebenen Spannimg von dem Arbeitspunkt wird der Kraftstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch ver-grössert oder verkleinert. Aufgrund der Gaslaufzeiten im Motor ergibt sich damit ein ständiges Hin- und Herpendeln zwischen einem fetten und einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch.

Es ist nun bekannt, dass die Katalysatoren relativ empfindlich auf Überhitzung und insbesondere auf Verunreinigungen und Zusätze im Benzin, zum Beispiel Bleiverbindungen, reagieren. Ausserdem findet bei den harten Betriebsbedingungen im Fahrzeug eine gewisse Alterung der Katalysatoren statt. Alle die genannten Faktoren fuhren zu einer Leistungsminderung des Katalysators.

Sobald die Leistungsminderung des Katalysators einen bestimmten Grad erreicht hat, sollte der Katalysator ausgewechselt werden, wobei tunlichst nicht so lange zu warten ist, bis der Katalysator so weit zerstört ist, dass sich sein Nichtfunktionieren bereits nach aussen hin bemerkbar macht.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein einfaches Verfahren zu finden, was in praktisch jeder Kraftfahrzeugwerkstatt durchgeführt werden kann und mit dem Rückschlüsse auf den Alterungszustand des Katalysators gezogen werden können.

Diese Aufgabe wird durch das in den Patentansprüchen beschriebene Verfahren gelöst.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass der Katalysator bei Verbrennung eines mageren Gemisches (k > 1, Sauerstoffüberschuss im Abgas) in der Lage ist, Sauerstoff zu speichern, mit dem bei Verbrennung eines fetten Gemisches (k < 1, Sauerstoffunterschuss im Abgas) die noch verbrennbaren Abgasbestandteile oxidiert werden können. Ein Katalysator mit voller katalytischer Aktivität besitzt dabei ein verhältnismässig grosses Sauerstoffspeichervermögen. Im Verlauf des Alterungsprozesses des Katalysators nimmt das Sauerstoffspeichervermögen und damit auch die Aktivität des Katalysators ab.

Bedingt durch die Funktion der ^-Sonden-gesteuerten Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses pendelt dieses Verhältnis mit einer bestimmten Frequenz zwischen fett und mager. Die Funktionsweise einer ^-Sonden-gesteuerten Regelung ist allgemein bekannt und wird zum Beispiel ausfuhrlich beschrieben in: Glöclder, «Advances in closed-loop lambda-controlled fuel injection systems means to meet mist stringent émission levels», Pro-ceedings International Symposium in Automotive Technology & Automation, ISATA 81, Stockholm 7.-11. September, Band 1, Seiten 308-326, herausgegeben durch Automotive Automation Ltd., Croydon, England.

Verzögert man nun die Umschaltung von dem fetten zum mageren Gemisch bzw. umgekehrt um einen bestimmten zeitlichen Betrag, so verlängern sich sowohl die Zeiten, in denen dem Katalysator ein Gas mit Sauerstoffunterschuss angeboten wird, als auch die Zeiten, in denen ein Abgas mit SauerstoSüberschuss angeboten wird. Das noch oxidierbare Bestandteile enthaltende Abgas mit Sauerstoffunterschuss kann nur dann vollständig oxidiert werden, wenn die während der Sauerstoflüberschussphase im Katalysator gespeicherte Menge an Sauerstoff dazu ausreicht. Da die Sauerstoffspeicherfahigkeit des Katalysators aber mit zunehmender Alterung, das heisst zunehmendem Unwirksamwerden des Katalysators, abnimmt, ist bei geeigneter Wahl der Verzögerung der Umschaltpunkte der Anteil nicht mehr umgesetzter brennbarer Bestandteile im Abgas ein Mass für die Sauerstoffspeicherfahigkeit des Katalysators und damit für seinen Alterungszustand. Aus dem Gehalt an brennbaren Bestandteilen im Abgas hinter dem Katalysator kann man somit den Erschöpfungsgrad des Katalysators ermitteln und den Katalysator daraufhin gegebenenfalls auswechseln, bevor noch im normalen Betrieb störende Abgasbestandteile in die Atmosphäre gelangen.

Die Messung des Gehaltes an brennbaren Bestandteilen im Abgas bei Verzögerung der Umschaltung kann von jeder Werkstatt mit den heute schon gebräuchlichen Messgeräten (CO-Mes-sung) insbesondere im Leerlauf oder bei erhöhtem Leerlauf vorgenommen werden. Messungen zur Feststellung des CO-Gehaltes im Abgas werden ja auch bereits heute bei der Einstellung von Vergasern vorgenommen.

Die Zeit, mit der bei Erreichen des normalen Umschaltpunktes die Umschaltung verzögert wird, liegt zwischen 10 und 5000 msec, bevorzugt zwischen 50 und 200 msec. Die optimale Verzögerungszeit muss jeweils individuell für den entsprechenden Motorentyp ermittelt werden. Dabei kann von folgenden Richtwerten ausgegangen werden: wenn ein grosses Katalysatorvolumen vorhanden ist, muss auch die Verzögerung verhältnismässig gross sein, da ein grosses Katalysatorvolumen auch eine grosse Sauerstoffspeicherfahigkeit besitzt. Würde die Verzögerung zu klein genommen werden, so träte nicht die gewünschte Überlastung des Katalysators ein, und die Grenze der Sauerstoffspeicherfahigkeit könnte erst kurz vor dem Zusammenbrechen des Katalysators ermittelt werden.

Häufig sind Fahrzeuge auch mit einem in grosser Nähe zum Auspuff angebrachten Minikatalysator oder Startkatalysator versehen. Ein solcher Katalysator ist im Abgasstrom vor der X-Sonde und dem eigentlichen Katalysator angeordnet und hat die Aufgabe, sich in der Startphase sehr schnell zu erwärmen und dadurch in der Startphase den Gehalt unerwünschter Abgas2

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bestandteile zu reduzieren. Ist ein solcher Katalysator eingebaut, so ist eine Verkürzung der Verzögerungszeit angebracht, da die Abgase den eigentlichen Katalysator ja bereits in teilweise umgesetztem Zustand erreichen. Die Verzögerung der Umschaltung von fett auf mager bzw. umgekehrt lässt sich besonders einfach durch Zwischenschalten eines RC-Gliedes bzw. eines Tiefpasses in die Leitung zwischen der A,-Sonde und dem Steuergerät erreichen. Mitunter genügt sogar, wenn Plus- und Minusleitung der Verbindung zwischen Sonde und Regelgerät durch einen Kondensator geeigneter Kapazität überbrückt werden. Falls die Verzögerung durch Einschalten eines RC-Gliedes oder eines Kondensators in die Leitung zwischen X-Sonde und Regelgerät hervorgerufen wird, gestaltet sich die praktische Durchführung besonders einfach. Die Verbindung zwischen dem Kabel der A,-Sonde und dem Regelgerät erfolgt nämlich durch einen Steckkontakt. Schaltet man nun zwischen den Stecker der Leitung und den Steckkontakt des Regelgerätes einen geeigneten Zwischenstecker ein, der das RC-Glied bzw. den Kondensator enthält, so kann das in jeder Werkstatt ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Die

Werkstatt braucht nur einen Satz geeigneter Zwischenstecker, die auf die von ihr gewarteten Fahrzeugtypen abgestimmt sind. Eine andere Möglichkeit, die Verzögerung vorzunehmen, besteht darin, dass man ein entsprechendes Verzögerungsglied in das Regelgerät s einbaut und bei der Überprüfung der Katalysatoranlage durch einen Schalter aktiviert. Eine solche Lösung hat den Vorteil, dass in der Werkstatt ausser den ohnehin vorhandenen Geräten zur Messung der Abgaszusammensetzung keine weiteren Vorrichtungen erforderlich sind.

io Mit der vorliegenden Erfindung ist es erstmals auf ausserordentlich einfache Weise möglich geworden, den Alterungszustand des Abgaskatalysators im Fahrzeug zu messen. Die dazu vorhandenen apparativen Voraussetzungen sind ausserordentlich einfach und grösstenteils bereits in jeder Kraftfahrzeugwerkstatt i5 vorhanden. Durch das Verfahren ist es möglich geworden, einen erschöpften Katalysator rechtzeitig zu erkennen, bevor er so unbrauchbar geworden ist, dass unerwünschte Abgase während des Betriebes des Motors ins Freie gelangen.

Claims (3)

670 284 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erkennung des Alterungszustandes eines Abgaskatalysators bei einem mit ?u-Sonden-Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ausgerüsteten Verbrennungsmotor, bei dem bei Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in Abhängigkeit von der von der \-Sonde abgegebenen Spannung bei Erreichen des Umschaltpunktes das Kraftstoff-Luft-Verhältnis von fett auf mager bzw. von mager auf fett umgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung um 10 bis 5000 msec verzögert und der sich im Abgas hinter dem Katalysator einstellende Gehalt an brennbaren Abgasbestandteilen gemessen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung um 50 bis 200 msec verzögert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung durch Zwischenschalten eines RC-Glie-des bzw. eines Tiefpasses in den Stromkreislauf der A,-Sonde erzeugt wird.