CN1119464A - 一种催化转化器的功能监视方法及装置 - Google Patents

一种催化转化器的功能监视方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种废气净化转化器的功能监视方法使用与一辆汽车的内燃机串接的、具有一种支架结构和一种附着在此支架结构上的催化活性涂层，这种方法具有说明中a)至e)项所述的步骤。这种方法使得有可能提早发现一个催化转化器的故障，尤其也可了解关于这种催化转化器的冷起动性能。

Description

一种催化转化器的功能监视方法及装置
本发明涉及用于废气净化的一种催化转化器的功能监视方法及装置。由于废气排放规定在世界范围内变得越来越严格，需要不断地或至少周期性地监视机动车的催化转化器的功能，为的是及时断定一个催化转化器不再能履行其功能。
从W091/14855和W092/03643已知具有各种不同温度探头的装置结构，这些装置结构是用来监视催化转化器的。文献也说明了用测量探头测得的测量值的计算方法。
以前的测量方案基本上只专心研究对处于工作温度的一种催化转化器的功能监视，就是说，这种催化转化器的温度明显在催化反应开始的温度以上。但事实已证明，对一辆汽车排出的总废气量的严格规定来说，在冷起动阶段，就是说，例如在一台内燃机起动后的第一分钟内的催化转化器的特性尤其起决定性作用。为了评价一个催化转化器的功能作用，知道何时在这个催化转化器开始催化反应，以及可能在哪一个温度开始催化反应，这也是重要的。
因此本发明的任务是创造一种也表明这种催化转化器在冷起动阶段的特性的催化转化器的监视方法，以及提供实施这种方法的一种合适的装置。
此任务是通过对用于废气净化的催化转化器的功能监视的一种方法来解决的。这种催化转化器具有一种支架结构，而且在此支架结构上粘附着一层催化活性涂层。该催化转化器是与一辆汽车的内燃机串接的。这种方法具有以下的步骤：
a)至少在一个位置测定这种催化活性涂层的温度和/或这种催
化转化器结构的温度；
b)测定在催化转化器的这个位置前面向上流动的废气的温度；
c)组成至少两个温度值的一次时间导数；
d)确定由这些时间导数组成的差值；
e)确定内燃机起动后差值改变符号的时刻。
与测定废气和催化活性涂层的温度或测定催化转化器结构温度的方法无关，监视这两种温度值的时间导数差值提供了关于何时这种催化转化器开始反应的准确结论。因为这种催化反应是放热的，所以此所应把催化活性涂层和直接在此涂层下的结构进行加热。在冷起动阶段内，废气的温度首先或多或少升高，也与此成比例地把催化转化器加热。但由于催化转化器的热容量，催化活性涂层的和/或催化转化器结构的温度变化首先比废气的温度变化慢。这种变化当然是在催化反应开始的瞬间进行的。因此可用本发明的方法测定的正是此时刻。通过与一些参考数据或与一种新的催化转化器对比，从而可推断此催化转化器的高效能，尤其可推断其冷起动特性。
因为在冷起动阶段，一辆汽车的操作方法总可能是很不同的，所以简单地测定内燃机起动后差值改变符号的时刻不总是有足够说服力的。因此特别有好处的是测定催化活性涂层和/或支架结构在此时刻的温度，因为这种温度使有可能得到关于关于这种催化转化器的功能能力的很准确的结论。这种温度符合所谓的起动温度，而且对一个已中毒的或已严重老化的催化转化器来说，这种温度从开始约350℃上升到400～450℃。在此温度范围内用典型的温度探头，尤其用电阻丝测量仍是很准确的，而且经过长时间还相当恒定，因此关于这种催化转化器的良好结论是可能的。
金属支架结构由于热容量小，这种支架的温度与这种催化活性涂层的温度只有微小不同，因此一种在此支架结构中与支架成为整体的测量探头实际上也测量这种催化活性涂层的温度。温度探头的相应结构例如已从DE-A-4129839或也从上面引用的W091/14855得知。对陶瓷支架结构来说，在某种情况下可能需要将温度探头安装在陶瓷支架结构的表面或安装在陶瓷支架和催化活性涂层之间，为的是尽可能在热源附近(在催化反应进行的附近范围)测量。
对金属支架结构来说，按本发明特别有好处的是直接用至少一根测量探头来测量这个催化转化器的支架结构的温度。这根测量探头是和此支架结构(在支架结构上或在支架结构中)成为一整体的。为了尽可能不受气流流动剖面分布不均匀和转化器的催化活度不均匀的影响，特别有好处的是测量催化转化器整体的至少一部份横截面和/或至少一部份长度。因此可使用在横截面的一定范围内延长的温度探头或纵向经过催化转化器的温度探头或者也可使用由两个成对角线斜穿过催化转化器的温度探头的组合。重要的是：这些温度探头主要测量热源的温度，就是说测量催化活性涂层的温度或与催化活性层直接接触的支架结构的温度，而不是主要测量气体温度。
对本发明方法来说，最有利的是，与测量催化活性涂层或支架结构的温度的同时，可在靠测量位置或测量范围非常近的地方测定气体温度。这当然会遇到测量技术上的困难，因为在一个催化转化器内部单纯测量气体温度几乎是不可行的。一方面支架结构之间的机械间隙太小，另一方面催化活性涂层辐射会使气体温度的测量值不真实。因此按照本发明优选用至少一根测量探头直接在内燃机和催化转化器之间的废气流中测量废气的温度。同样重要的是：在催化活性涂层或支架结构的温度测量位置的前面进行测量。
在本发明的其它一种方案中也可能由为了控制内燃机本来测量的各种不同测量值来确定气体温度。尤其可由内燃机的温度、转数和输入的空气量及动力燃料量来确定废气的温度。
如果催化反应开始后催化活性涂层的温度升高，而且此温度的时间导数大于废气温度的时间导数，因此也就可从在规定的已知运转条件下的这两种时间导数差的绝对值来推断催化转化器的情况，尤其可通过与额定值比较和通过测定预定的额定值的偏差来断定催化转化器的情况。
因为在一般情况下催化转化器的第一部份范围最快达到催化反应必要的温度，所以特别有好处的是测量催化转化器的第一部分范围的整体长度上的支架结构和/或催化活性涂层的温度。尤其特别有利的是，比方说有代表性地测量一个横截面范围的温度，优选测量在这个催化转化器的支架结构内的最初3～10厘米内的横截面范围的温度。
监视时间导数的优点还在于：不取决于温度探头的绝对准确性。当然，这里在直到约500℃的温度范围内这种准确性本身还是很高的，并且在800℃以上的范围才明显降低。不同于对一个操作加热的催化转化器的监视，这儿在本发明的范围内对绝对温度的监视也是一种准确的测量方法，尤其是为了测量催化转化器的起动温度。为了还提高在催化转化器中的温度探头的准确度，可通过跟这辆汽车的其它温度探头比较和调整来校准这些温度探头。一辆汽车的一种外部温度探头或一种冷却水探头没有遭受过高温，因此是持久稳定的，因此它们可提供一种校正的良好基准。如果这辆汽车停开较长时间，例如停一个晚上，这辆汽车就可从所有的温度探头都处于相同温度的情况下开出去。
为了解决已提出的这项任务，本发明也涉及与一辆汽车的内燃机串接的、具有一种支架结构和一种附着在此支架结构上的催化活性涂层的一种废气净化催化转化器的一种功能监视装置，它具有：
a)至少一根用来测量支架结构温度和/或测量催化活性涂层温度的测量探头；
b)至少一个用来测定废气温度的装置；
c)一条差动电路，用它来产生已测量或已测定的温度的时间导数；
d)一条差示电路，用它来产生两上时间导数的差值；
e)一条对比电路，用它来确定差值变更符号的时刻。
困为监视不仅能立即显示这个催化转化器的功能故障，而且使得有可能在一个构架位置上得到准确诊断，所以特别有利有是，存在着在差值变更符号时刻用来存储催化活性涂层的温度测量值和/或支架结构的温度测量值的第一个存储装置。用来存储这种温度测量值的额定值和/或以前测量值的第二个存储装置和一个具有额定值和/或以前测量值的这种温度测量值的对比装置还有助于准确诊断这种催化转化器的情况，甚至可用来预测其还存在的预期寿命。
在图中(见示意图)概括地说明了本发明的一个实施例，但本发明不限于这个实施例。
从马达1引出废气管道2，通到一个催化转化器3。这个催化转化器3装有一个支架结构4，在这个支架结构上附着一层催化活性涂层5。把一个温度探头安装成使它尽可能靠近催化转化器中的测量位置7前面测量废气温度Tg，而在这个位置上不受热辐射影响。测量位置是一个点状的，但优选是一个扁平的温度探头，它测量支架结构4的温度Tk。如果这个支架结构是金属的，则这个温度Tk在一般情况下和催化活性涂层的温度非常一致。
一动差动装置8产生探头6和7的温度测定值Tg、Tk的时间导数d/dt，而差示电路9产生这两个时间导数的差值(d/dt Tk-d/dt Tg)。一条对比电路12确定差值符号的变更。如果对比电路12确定这样一个符号变更，就可把在这时刻ti在测量位置7测量的温度Tki存储在第一个存储装置10中。在第二个存储装置11中存储以前测量的温度测量值和/或额定值。第二条对比电路13把以前存储的温度测量值或温度额定值和存储在第一个存储装置10中的温度值对比，并在不容许偏差的情况引导到一个指示器16中，这个指示器指出这个催化转化器的错误功能。代替指示器或附加也可使用以后为车间中的诊断目的挑选的一个电子存储器。
为了提高这个监视装置的准确度，预先规定了一条校正电路17，此校正电路在汽车长时间停开之后把外部温度探头14、水温探头15和温度探头6及7的温度测定值互相对比，而且如果必要就校正温度探头6和7。
本发明用来提早断定一辆汽车中的催化转化器的功能故障，而且尤其也可断定起动性能的恶化，这种起动性能对总排放是重要的。

Claims (13)

1.一种用于废气净化的催化转化器(3)的功能监视方法，它使用与一辆汽车的内燃机(1)串接的、具有一个支架结构(4)和一种附着在此支架结构(4)上的催化活性涂层(5)，这种方法具有以下步骤：
a.测定这种催化活性涂层(5)和/或催化转化器(3)在至少
  一个位置的结构(4)的温度(Tk)，
b.测定在催化转化器(3)的这个位置前面向上流动的废气的
  温度(Tg)，
c.组成至少两个温度值的一次时间导数(d/dt Tk，d/dt
  Tg)，
d.由这些时间导数组成的差值(d/dt Tk，d/dt Tg)，
e.确定内燃机(1)起动后差值改变符号的时刻(ti)。
2.按权利要求1所述的方法，其中测量催化活性涂层(5)和/或在差值改变符号的时刻(ti)支架结构(4)的温度值(Tk)。
3.按权利要求1或2所述的方法，催化转化器(3)的支架结构(4)的温度(Tk)通过至少一个测量探头(7)直接测量，该测量探头(7)在催化转化器(3)的支架结构(4)上或整合在支架结构(4)中，优选通过一根整体测量催化转化器(3)的横截面的至少一部份和/或整体测量催化转化器(3)的至少一部份长度的测量探头来测量催化转化器(3)的支架结构(4)的温度(Tk)。
4.按权利要求1、2或3所述的方法，其中直接通过在内燃机(1)和催化转化器(3)之间的废气气流中的至少一根测量探头(6)来测量废气的温度(Tg)。
5.按权利要求1、2或3所述的方法，其中由各种不同的测量值来确定废气的温度(Tg)，这些测量值是本来为控制内燃机(1)测量的。
6.按权利要求5所述的方法.其中废气的温度(Tg)由内燃机(1)的温度、转速和输入的空气量和动力燃料量来确定。
7.按上述权利要求的一项所述的方法，其中还可在已知的规定操作条件下，测定时间导数差值的绝对值，并在额定值的偏差上加以监视。
8.按上述权利要求的一项所述的方法，其中，在催化转化器(3)的最初部份长度上整体测量催化转化器(3)的支架结构(4)和/或催化活性涂层(5)的温度(Tk)。
9.按上述权利要求的一项所述的方法，其中例如有代表性地测量催化转化器(3)的一个横截面范围的温度(Tk)，优选测量催化转化器(3)的支架结构(4)内的最初3～10厘米内的一个横截面的温度(Tk)。
10.按权利要求3至9的一项所述的方法，其中在内燃机(1)停开较长时间之后，对这个或这些测量探头(6、7)时常进行再校正，尤其通过与汽车的环境温度探头(14)或冷却剂探头(15)比较并进行相应的校正。
11.和一辆汽车串接的、具有支架结构(4)和一种附着在支架结架(4)上的催化活性涂层(5)的废气净化催化转化器(3)的功能监视装置，它具有：
a)至少一根用来测量支架结构(4)的温度和/或测量催化活性涂层(5)的温度的测量探头(7)，
b)至少一个用来测定废气温度的装置(6)，
c)一条差动电路(8)，用它来产生已测量的或已测定的温度(Tk，Tg)的时间导数(d/dt Tk，d/dt Tg)，
d)一条差示电路(9)，用它来产生两个时间导数(d/dt Tkd/dt Tg)的差值(d/dt Tk-d/dt Tg)，
e)第一条对比电路(12)用它来确定差值(d/dt Tk-d/dt Tg)改变符号的时刻(ti)。
12.按权利要求11所述的装置，其中存在着在差值(d/dt Tkd/dt Tg)改为符号时刻(ti)用来存储催化活性涂层(5)和/或支架结构(4)的温度测量值(Tki)的第一个存储装置(10)。
13按权利要求11或12所述的装置，其中存在着在差值(d/dtTk-d/dt Tg)改变符号时刻(ti)用来存储温度测量值(Tki)的额定值和/或以前测量过的值的第二个存储装置(11)，和在差值(d/dt Tk-d/dt Tg)改变符号时刻(ti)用来比较温度测量值(Tki)的第二个对比装置(13)，这个对比装置(13)具有额定值和/或以前测量过的值。
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