CZ22093A3 - Způsob kontroly katalytické aktivity katalyzátoru vřazeného do systému pro odvod spalin ze spálová čího motoru - Google Patents

Abstract

Při způsobu kontroly katalytické aktivity katalyzátoru (1) vřazeného do systému (2) pro odvod spalin ze spalovacího motoru (3) se ze signálů nejmčné dvou milicích teplotních Sídel (4, 5, 6), která jsou přiřazena ke katalyzátoru (1) vytvoří teplotní měřená veličina, která se buď využije pro vytvoření střední hodnoty s přihlédnutím k množství provozních stavů spalovacího motoru (3) v průběhu dlouhodobého časového intervalu nebo se s přihlédnutím k dalším měřeným veličinám, které se získávají pomocí kontrolního systému (7) spalovacího motoru (3) a které charakterizují příslušný provozní stav spalovacího motoru (3) redukuje na výpovědi nezávislé na okamžitém provozním stavu spalovacíhío motoru (3) a srovnává se dále s předem stanovenou mezní hodnotou. Jestliže je teplotní měřená veličina menší než mezní hodnota, vyšle se hlášení indikující poruchu katalyzátoru (1).

Description

Způsob kontroly katalytické^ aktivity katalyzátoru vřazeného do systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu kontroly katalytické aktivity katalyzátoru, vřazeného do systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru, měřením opakovaným periodicky kontrolním systémem spalovacího motoru při jeho provozu a určováním teplotních měřených veličin ze signálů nejméně dvou měřicích teplotních čidel, která jsou umístěna v katalyzátoru nebo v jeho okolí, přičemž katalytická aktivita se zjišťuje srovnáváním s předem stanovenou mezní hodnotou a vysílá se hlášení, pokud je mezní hodnota překročena směrem dolů.

Dosavadní stav techniky

V důsledku stále přísnějších předpisů pro ochranu životního prostředí se v mnoha zemích ve stále větší míře opatřují spalovací motory, zejména motory motorových vozidel, výfukovými systémy pro odvod spalin, které jsou vybaveny katalyzátorem pro katalytickou přeměnu škodlivých látek ve výfukových plynech na neškodné látky. Pod pojmem katalyzátor se v těchto případech rozumí obvykle voštinové těleso z kovu nebo keramického materiálu, které jsou opatřeno množstvím kanálků, kterými proudí spaliny spalovacího motoru nebo jiné odpadní plyny, popřípadě jiné fluidní látky, které obsahují katalyzovatelné složky. Každý kanálek je přitom opatřen stěnou, která je pokryta povlakem z katalyticky aktivního materiálu, který je katalyzátorem ve vlastním slova smyslu. Kovové katalyzátory jsou vytvářeny obecně z vrstev tvarovaného plechu nebo jsou spirálovitě navíjeny nebo jsou jinak vytvořeny ze vzájemně proplétaných prvků. Takové katalyzátory jsou popsány například v EP 0 223 058 B2, EP 0 245 737 B2 nebo EP 0 245 738 B2.

Pro zajištěni funkce katalyzátoru ve výfukovém systému spalovacího motoru je známo opatřit katalyzátor měřicími čidly pro kontrolováni teploty nebo podobných hodnot katalyzátoru, aby potom bylo možno z naměřených hodnot vyvodit závěry o funkci a účinnosti katalyzátoru při provozu spalovacího motoru. Tyto návrhy jsou uvedeny v DE 26 43 739 AI, DE 37 10 '268 AI a EP 0 236 659 AI. V obou prvně jmenovaných spisech je navrženo opatřit katalyzátor nejméně dvěma teplotními čidly, která mají být umístěna na různých místech katalyzátoru za sebou, z hlediska směru proudění spalin . Obě měřicí teplotní čidla přitom mohou být umístěna mimo katalyzátor, přičemž první měřicí teplotní čidlo je umístěno před náběžnou stranou katalyzátoru a druhé měřicí teplotní čidlo je umístěno za výstupní stranou katalyzátoru. V DE 26 43 739 AI je také popsáno umístění nejméně jednoho měřicího čidla uvnitř katalyzátoru. Oba spisy dále obsahují návrh na vytváření signálu ze dvou naměřených signálů, který by udával rozdíl mezi teplotami zjištěnými na obou měřicích čidlech, a na odvádění tohoto výsledného signálu do vyhodnocovacího ústroji pro vyhodnoceni funkce katalyzátoru. V EP 0 236 659 AI je popsán také vyhod? nocovací systém pro vyhodnocování signálů měřicích čidel, i Tento vyhodnocovací systém vysílá varovný signál, jestliže τ teplotní rozdíl překročil určitou nastavenou první mezní hranici, a signál oznamující trvalé poškození katalyzátoru, jestliže rozdíl teplot překročil druhou mezní hodnotu, ležící výrazně nad první mezní hodnotou.

V DE 26 43 739 AI je dále navrženo umístit dvě teplotní měřicí čidla v oblasti výstupní strany katalyzátoru těsně vedle sebe, přičemž první čidlo má katalyticky aktivní povrchovou plochu a druhé měřicí čidlo má však povrchovou plochu katalyticky neaktivní. Při takovém uspořádání měřicích teplotních čidel je možno zjistit, zda odpadni plyny proudící kolem teplotních měřicích čidel obsahuji ještě přeměnitelné škodlivé látky. Přítomnost takových látek v odpadních plynech se projeví tím, že obě měřicí teplotní čidla signalizují roz3 dílné hodnoty teplot.

Pro realizaci dlouhodobého a vyhovujícího sledování katalyzátoru ve výfukovém systému pro odvod spalin neposkytuje současný známý stav techniky žádné vyhovující řešení. V dlouhodobém průměru a při použití u spalovacích motorů motorových vozidel, která ujedou alespoň řádově 100 000 km nebo jejichž provozní doba překračuje řádové 1000 hodin klesá schopnost katalyzátoru trvale přeměňovat přiváděné škodlivé složky spalin. Tento proces se nazývá stárnutím a je způsoben mnoha fyzikálními a chemickými vnějšími vlivy, které není možno odstranit ani dostatečnou péčí a údržbou katalyzátoru. Vedle stárnutí katalyzátoru se projevuje také jeho otrava, způsobená například použitím olovnatého benzinu v benzinových spalovacích motorech, vybavených katalyzátorem, která vede v kratší nebo delší době k částečné nebo úplné ztrátě katalytické aktivity katalyzátoru. Proces stárnutí je ve velké míře také závislý na namáháni, kterému je katalyzátor při obvyklém provozu vystaven. To znamená, že prakticky u každého motorového vozidla dochází ke stárnutí katalyzátoru, které je závislé na používání vozidla, takže obecně platné zásady pro určování životnosti katalyzátoru nejsou možné a lišily by se i v závislosti na typu motorového vozidla. Obecné předpisy, podle kterých se určuje doba možného používání katalyzátoru nebo počet najetých kilometrů, po kterém je třeba katalyzátor vyměnit, jsou velmi přísné, přičemž není možno vyloučit, že při výměně katalyzátoru podle těchto předpisů se vyhodil ještě použitelný katalyzátor, přičemž tyto předpisy neberou ohled na možnost otravy katalyzátoru ještě před dosažením stanoveného počtu kilometrů nebo doby provozu. Pomoc v takových případech by přineslo jen dlouhodobé a spolehlivé sledování funkčních schopností každého katalyzátoru. Sledování a kontrola katalyzátoru by musela ovšem probíhat podle kritérii, která jsou nezávislá na konkrétním namáhání sledovaného katalyzátoru. Jak vyplývá také z uvedených patentových spisů, je variabilita zmíněných teplotních měřených veličin v systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru při běžném provozu katalyzátoru velmi vysoká. Nejvyšší vznikající hodnota je podle okolností více než dvojnásobná oproti nejnižší teplotě, která se může vyskytnout. Pro zjišťování aktivity katalyzátoru proto nemůže být postačující určení vždy jen jediné spodní mezní hodnoty, nezávislé na zatížení spalovacího motoru a katalyzátoru, pro určující teplotní měřené veličiny, přičemž katalyzátor má být považován za vadný, pokud teplotní měřená veličina nebude vyšší než stanovená mezní hodnota.

Úkolem vynálezu je proto vyřešit způsob kontroly a sledování katalyzátoru v systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru zejména motorových vozidel, který by spolehlivěji vyhodnotil signály přiváděné od měřicích teplotních čidel, přiřazených ke katalyzátoru, aby se tak záskávaly spolehlivější výpovědi o katalytické aktivitě katalyzátoru.

Podstata vynálezu

Tento úkol je vyřešen způsobem kontroly katalytické aktivity katalyzátoru podle vynálezu, při kterém je katalyzátor s vřazen do systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru a kontrola se provádí měřením opakovaným periodicky kontrolním systémem spalovacího motoru při jeho provozu a určováním teplotních měřených veličin ze signálů nejméně dvou měřicích teplotních čidel, která jsou umístěna v katalyzátoru nebo v jeho okolí, přičemž katalytická aktivita se zjišťuje srovnáváním s předem stanovenou mezní hodnotou a vysílá se hlášení, pokud je mezní hodnota překročena směrem dolů. Podstata vynálezu spočívá v tom, že se vytvoří střední hodnota teplotních měřených veličin v průběhu dostatečně dlouhého časového intervalu provozu spalovacího motoru pro vyloučení speciálního namáháni při vytváření středních hodnot teplot a katalytická aktivita se zjišťuje srovnáním střední hodnoty teplot s předem stanovenou mezní hodnotou.

Podle této první varianty způsobu podle vynálezu se ze signálů měřicích teplotních čidel, přiřazených ke katalyzátoru, vytvoří teplotní měřená veličina, která se sleduje po dostatečné dlouhý sledovací interval při vytváření střední hodnoty teplot. Tím je dosaženo následujících výhod: přechodné provozní podmínky, které jsou obvykle označovány za změnu zatížení, prakticky nepůsobí na výsledky měření, protože doba trvání těchto přechodných provozních podmínek je v porovnání s dobou měření velmi krátká, přičemž interpretace naměřených výsledků se podstatně zjednodušuje. Procesy probíhající uvnitř katalyzátoru v průběhu změn jeho zatížení jsou velmi složité a jsou provázeny výsledky měření, které se podle okolnosti výrazně liší od naměřených hodnot při ustáleném provozu. To je možno odvodit z toho, že při změně zatížení katalyzátoru se sice rychlost spalin proudících katalyzátorem ve zlomku sekundy mění, ale rozdělení teplot uvnitř katalyzátoru se změní teprve v časovém intervalu několika sekund. Měřením prováděným v dostatečně dlouhém sledovacím časovém intervalu je tak možno potlačit vliv těchto krátkodobých přechodných změn.

Střední hodnota teplot zahrnuje větší počet různých provozních stavů spalovacího motoru, takže umožňuje získávat informace, které jsou ve značné míře nezávislé na konkrétním použiti spalovacího motoru.

Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu je doba trvání sledovacího časového intervalu, do jehož délky se pochopitelně nemohou započítávat doby, ve kterých byl spalovací motor v klidu, rovna nejméně 10 hodin a s výhodou se pohybuje v rozmezí od 100 do asi 1000 hodin. Musí se dosáhnout kompromisu mezi požadavkem na dosažení výroků, které by byly v co největší míře nezávislé na speciálních provozních podmínkách spalovacího motoru a možnosti co nejdřivějšího zjištění možných poruch katalyzátoru. Z hlediska použití řešení podle vynálezu u motorových vozidel odpovídá zmíněné měření časovému intervalu jízdního výkonu kolem 1 000 km a je směrem nahoru omezen dosavadními zkušenostmi o životnosti katalyzátoru, která se dosud pohybuje kolem 100 000 km.

Zvláště výhodné řešení způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že se teplotní měřené veličiny periodicky snímají a ukládají se do vícekanálového analyzátoru. Ve vícekanálovém analyzátoru se zjištěné měřené hodnoty nejprve pomocí číslicově analogového převodníku převedou do digitální formy, pokud tak již nebylo učiněno předtím, a potom se použijí jako adresa pro označení místa uložení v paměti vícekanálového analyzátoru. Počet dat na takto adresovaném místě paměti se tak zvýší o jeden další údaj. Vícekanálový analyzátor může zabezpečit vydávání statistických výpovědí o tom, jak často byly naměřeny teplotní něřené veličiny určité hodnoty v průběhu časového intervalu. Podle toho je také možno získat výpovéd o druhu použití spalovacího motoru, což dále přispívá k dalšímu zlepšení kontroly katalyzátoru. Zvláště výhodné je přitom předběžné stanovení mezní hodnoty pro určeni, zda je katalytická aktivita katalyzátoru ještě dostatečná, aby mohla být přizpůsobena druhu použití spalovacího motoru, zjištěného vícekanálovým analyzátorem. Kromě zjišťování katalytické aktivity z rozdělení zjistitelných středních teplotních hodnot se může přídavně snímat forma rozdělení pro určení katalytické aktivity katalyzátoru.

Zvláště jednoduše je způsob podle vynálezu realizovatelný tehdy, jestliže se teplotní měřené veličiny v sledovacím časovém intervalu integruji pro vytvoření střední hodnoty teploty. To je možno realizovat například pomoci jednoduchého analogového integrátoru (dolní propusti); zařízeni k provádění tohoto postupu je zvláště jednoduché.

Způsob kontroly aktivity katalyzátoru se může dále zdo7 konalit tím, že se při provozu spalovacího motoru vytvoří další měřené veličiny, které charakterizují provozní stav spalovacího motoru, tyto další měřené veličiny se sledují v průběhu sledovacího časového intervalu a vytvářejí se další střední hodnoty a také se určí mezní hodnota s přihlédnutím k dalším středním hodnotám. Těmito dalšími měřenými veličinami jsou například počet otáček spalovacího motoru, teplota spalin, objem plynů procházejících systémem pro odvod spalin za jednotku času nebo objem vzduchu přiváděného do spalovacího motoru. Tyto měřené veličiny se určují pomoci elektronického kontrolního ústroji spalovacího motoru, které se zejména v poslední době ve stále větší míře používá zejména pro měření spotřeby paliva při provozu spalovacího motoru motorových vozidel. Proto se přímo nabízí využít těchto hodnot pro určováni dalších měřených veličin, vypovídajících rovněž o stavu katalyzátoru. Protože měřené veličiny zjištěné na katalyzátoru jsou do značné míry závislé na provozních podmínkách, je možno přizpůsobením mezních hodnot na další měřené veličiny, jmenovitě na jejich střední hodnoty, určit aktivitu do značné míry nezávisle na druhu namáháni spalovacího motoru.

Registrováni dalších měřených hodnot se provádí, podobně jako tomu bylo při měření teplotních měřených veličin, ve výhodném provedení pomoci popřípadě vívcedimezionálniho vícekanálového analyzátoru. Tímto postupem je možno například určit provozní stav spalovacího motoru, jmenovitě střední hodnotu pro provozní stav, s přihlédnutím k vzájemným korelacím dalších měřených veličin. Zvláště výhodné přirozeně je registrování jak teplotních měřených veličin, tak také dalších měřených veličin společně ve vícekanálovém analyzátoru. Tím je možno získat po každém dokončeném měření statistické výpovědi o četnosti libovolného a jednoznačně charakterizovaného provozního stavu. Zejména mohou být měřené veličiny, které zřejmě odpovídají přechodným stavům a tím nepředstavují žádné zužitkovatelné výpovědi, z další analýzy vyloučeny.

Druhé řešení stanoveného úkolu představuje způsob kontroly katalytické aktivity katalyzátoru, vřazeného do systému pro odvod spalin ze spalovacího motoru, měřením opakovaným periodicky kontrolním systémem spalovacího motoru při jeho provozu, při kterém se určí teplotní měřená veličina ze signálů nejméně dvou měřicích teplotních čidel, která jsou přiřazena ke katalyzátoru. Podstata vynálezu v tomto případě spočívá v tom, že se určí další měřené veličiny, které charakterizují příslušný provozní stav spalovacího motoru, určí se mezní hodnota teploty z dalších měřených veličin a nakonec se určí aktivita katalyzátoru srovnáním teplotní měřené veličiny s mezní hodnotou teploty a vyšle se hlášení, pokud je teplotní měřená veličina menší než mezní hodnota teploty.

V rámci prve popsaného řešení podle vynálezu stanoveného úkolu v rámci všech provedení se uskutečňuji všechna dlouhodobá měřeni, probíhající ve sledovacím časovém intervalu, a těmito měřeními se v podstatě získají statistické údaje o všech provozních stavech, které se vyskytly u spalovacího z. motoru a v katalyzátoru. Tímto způsobem se získají měřené I veličiny, které jsou ve značné míře nezávislé na speciánlních provozních stavech spalovacího motoru a tím umožňují získávat s dostatečnou spolehlivostí obecné údaje o tom, zda je katalytická aktivita katalyzátoru ještě vyhovující nebo nikoliv. V rámci druhého řešení úkolu způsobem podle vynálezu je pozornost zaměřena na vyhodnocení teplotních měřených veličin , naměřených na katalyzátoru v rámci krátkodobých měření, při kterých se doba měřeni pohybuje řádově kolem několika sekund, s přihlédnutím k dalším měřeným veličinám, ze kterých je možno odvodit provozní stav spalovacího motoru a katalyzátoru, a z tohoto vyhodnoceni je potom možno získávat výpovědi o katalytické aktivitě katalyzátoru, které jsou nezávislé na speciálních provozních stavech spalovacího motoru , které se vyskytly v průběhu měření. První způsob podle vynálezu se může ve výhodném provedení kombinovat s druhým provedením způsobu podle vynálezu, například tak, že se dlouhodobě sleduje vývoj výpovědí získávaných v rámci druhého provedení způsobu podle vynálezu.

Dále je možno zvolit speciální provozní stav nebo několik speciálních provozních stavů na základě předem daných hodnot pro další měřené veličiny a aktivitu katalyzátoru určit vždy jen pro takový speciální provozní stav. Jako speciální provozní stavy přicházejí v úvahu takové provozní stavy, které se s dostatečnou pravděpodobností vyskytují u skutečného provozu spalovacího motoru, například volnoběh u motorových vozidel, pomalá jízda na polních cestách a polích u zemědělských vozidel, pomalé zrychlování chodu motoru a podobně. Ve výhodném provedení způsobu podle vynálezu se může pro určení katalytické aktivity katalyzátoru vytvořit z více takových provozních stavů střední hodnota.

Zvláště výhodné je v rámci druhého provedeni způsobu podle vynálezu, že se pro určeni mezní hodnoty teploty použije kromě dalších měřených veličin nejméně jedna teplotní měřená veličina, zjištěná při dřívějším měření. Tím se otevírá možnost brát ohled na časový průběh teplotních měřených veličin při určováni mezní hodnoty teploty a tím také přizpůsobit mezní hodnotu teploty v jednotlivých případech na katalyzátor a na okolnosti jeho namáháni.

V j iném výhodném .konkrétním provedeni způsobu podle vynálezu se aktivita katalyzátoru registruje vždy v časovém intervalu, dostatečně dlouhém pro zjištění speciálních namáháni spalovacího motoru, a vezme se v úvahu při každém určování mezní hodnoty teploty. To je výhodné zejména v těch případech, kdy v rámci kontrolního způsobů není sledován celý katalyzátor, ale jen jeden jeho segment. Jestliže je katalyzátor nový, je sledovaná aktivita jednoho segmentu ve výstup10 ní oblasti katalyzátoru malá, protože přeměna škodlivin na neškodné složky spalin proběhla prakticky v plném rozsahu v oblasti katalyzátoru v blízkosti náběžného konce katalyzátoru, do kterého spaliny vstupuji při svém proudění v systému pro odvod spalin nejdříve. Současně s poklesem aktivity v oblasti, která byla v první fázi používání katalyzátoru nejaktivnější, stoupá aktivita kontrolovaného segmentu, která dosahuje po určité době svého maxima a klesá potom s přibývajícím stárnutím katalyzátoru. Dlouhodobá kontrola aktivity segmentu katalyzátoru umožňuje velmi citlivé přizpůsobení mezní hodnoty teplot. Bezprostředně po uvedení katalyzátoru do provozu není třeba provádět žádná sledování. Po určité době, po které aktivita katalyzátoru překročila určitý práh, se může mezní hodnota teploty zvolit velmi velkoryse pro zjištění případných jevů spojených s otrávením katalyzátoru. S výskytem poklesu aktivity katalyzátoru je konečně možné velmi jemné nastavení mezní hodnoty teploty.

Obtížná vyhodnotitelnost měření, které se provedlo při přechodných provozních stavech spalovacího motoru a katalyzátoru, již byla v předchozím popisu vysvětlena. Podle toho je zvláště výhodné sledovat u měřicích signálů měřicích teplotních čidel a/nebo dalších měřicích čidel takové přechodné hodnoty, jejichž bezpečným znakem je signál proměnný časově v rozsahu jemenovitých hodnot. Výhodněji se měření přeruší, jestliže časová derivace alespoň jednoho signálu je v podstatě odlišná od nuly. Tím je v každém případě zajištěno, že pro kontrolu katalyzátoru se vezmou v úvahu jen měření prováděná v podstatě při ustáleném stavu katalyzátoru.

Překvapivě není možné v rámci určitých zvolených přechodných hodnot vyhodnocovat zjištěné měřené veličiny. Konkrétně je další výhodné provedení druhého způsobu podle vynálezu charakteristické tím, že se kontroluje signál prvního měřicího teplotního čidla z hlediska jeho náhlé změny a při výskytu skokové změny se u druhého měřicího teplotního čidla sleduje v krátkodobém časovém intervalu jeho signál, přičemž z časových změn signálu druhého měřicího teplotního čidla se vytvoří teplotní měřená veličina.

Krátkodobý časový interval má délku kolem nejvýše tří sekund, zejména se pohybuje mezi jednou a dvěma sekundami.

Vyhodnocovat je tak možno skokově se ménici proměnlivé přechodné veličiny, které se vyskytuji v krátkém časovém inervalu při přechodu spalovacího motoru z jednoho provozního stavu na druhý ustálený provozní režim. Aby se skutečně jednalo o takový případ, musí být popřípadě odpovídajícím vyhodnocením zajištěny další měřené veličiny. Prvním teplotním čidlem je v tomto případě například měřicí čidlo, které se nachází před náběžnou stranou katalyzátoru a které má malou tepelnou setrvačnost, takže může zaznamenat skokovou změnu teploty spalin. Druhé teplotní měřici čidlo je umístěno uvnitř katalyzátoru nebo za jeho výstupní stranou. Vyhodnocuje se časový průběh změny signálu druhého měřicího teplotního čidla, který reprezentuje změny termických a katalytických poměrů v katalyzátoru. V rámci kontroly vyhodnocováním jednoduchých přechodných stavů a režimů spalovacího motoru musi být zabezpečeno, že v průběhu měřeni se nevyskytnou žádné další přechodné hodnoty, které by zkreslily výsledky měření.

příkladů provedeni obr. 1 schematické pro odvod spalin

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude blíže objasněn pomocí zobrazených na výkresech, kde znázorňuji uspořádání spalovacího motoru, systému a katalyzátoru, upraveného pro použiti způsobu podle vynálezu, obr. 2 boční schematický pohled na katalyzátor s prvním příkladným umístěním teplotních měřicích čidel na kontrolovaném katalyzátoru, obr. 3 boční pohled na jiné uspořádáni teplotnách čidel, obr. 4 axonometrický pohled na třetí příkladné umístěni teplotních čidel na katalyzátoru a obr. 5 axonometrický pohled na čtvrté příkladné uspořádání teplotních čidel na katalyzátoru, obr. 6 znázorňuje grafické zobrazení rozdělení teplot uvnitř katalyzátoru v průběhu provozu a obr. 7 grafické znázornění rozděleni teplot na plášťové ploše katalyzátoru v průběhu provozu. Pro zjednodušení popisu jsou stejně působící součásti ve všech obrázcích označeny stejnými vztahovými značkami.

Příklady provedeni vynálezu

Obr. 1 zobrazuje schematicky spalovací motor 2 s výfukovým systémem 2 pro odvod spalin, ve kterém je umístěn katalyzátor 1. Katalyzátor 1 je opatřen měřicími teplotními čidly 4, 5. 6. kterými jsou například termické prvky nebo elektrické odporové členy, u nichž se odpor mění v závislosti na teplotě. Měřici teplotní čidla 4, 5,6 jsou spojena s kontolním systémem 7 pro kontrolu spalovacího motoru 2/ kterým je například příslušné rozšířená elektronická řídicí jednotka

- pro řízení činnosti spalovacího motoru 2/ která přijímá a dále zpracovává všechna data potřebná pro provoz spalovaci- ho motoru 2· ^v kontrolním systému 7 se nachází ústroji, ve kterém při provozu spalovacího motoru 2 probíhá způsob * kontroly katalytické aktivity katalyzátoru 1, kterým procházejí spaliny. Výroky, které jsou předávány kontrolním systémem 7 spalovacího motoru 2 například v případě nedostatečné aktivity katalyzátoru 1, se projevuji zpravidla aktivizaci signálního ústrojí 2/ například kontrolní svítilny. Je samozřejmě také možné tyto výroky dále zpracovávat například tak, že v extrémních případech se další provoz spalovacího motoru 2 zcela přeruší.

Pro řízeni provozu spalovacího motoru 2 jsou přiváděna na kontrolní systém 7 splovacího motoru 2 příslušná data. Na obr. 1 je například přívodní systém 10 pro přívod spalovací směsi pro přívod směsi vzduchu a paliva do spalovacího motoru

3. opatřen měřicím ústrojím 11 pro měřeni množstvi vzduchu, který určuje objem vzduchu procházející spalovacím motorem 3. a sděluje tyto hodnoty kontrolnímu systému spalovacího motoru 3.· Další měřici čidla nejsou pro zachováni přehlednosti obr. 1 znázorněna; zejména se zpravidla jedná o ústrojí pro měřeni provozní rychlosti chodu spalovacího motoru 3./ popřípadě počtu otáček. Řidiči funkce kontrolního systému 7 spalovacího motoru 3. spočívají například v měřeni množstvi •

přidávaného paliva, přičemž tímto kontrolním systémem 7 je možno řídit činnost palivového čerpadla 9. Pro přehlednost přikladu není na obr. 1 znázorněna zapalovací soustava pro zapálení spalovací směsi ve spalovacím motoru 3./ která je pro chod spalovacího motoru 3. samozřejmě nezbytná, přičemž její podrobnější popisování není nutné.

V přikladu na obr. 1 je katalyzátor 1 opatřen prvním měřicím teplotním čidlem 4, které je umístěno před náběžnou stranou 12 katalyzátoru 1, na které do něj vstupuji spaliny přiváděné od spalovacího motoru 3.· Druhé měřicí teplotní čidlo 5 se nachází uvnitř katalyzátoru 1, ve znázorněném příkladném provedení v jeho středu, a třetí měřici teplotní čidlo 6 je umístěno za výstupní stranou 13 katalyzátoru 1, na které spaliny katalyzátor 1 opět opouštějí.

Také první měřici teplotní čidlo 4. a třeti měřici teplotní čidlo .6 může být umístěno uvnitř katalyzátoru 1, zejména v blízkosti jeho náběžné strany 12, popřípadě v blízkosti jeho výstupní strany 13., aniž by to omezilo nebo ovlivnilo jeho funkci. S pomoci těchto tří měřicích teplotních čidel 4, 5, 6 je možno provádět vícenásobnou kontrolu katalyzátoru 1. Sledováním signálů prvního měřicího teplotního čidla 4 a druhého měřicího teplotního čidla 5 se může sledovat aktivita katalyzátoru 1 od jeho náběžné strany 12 až ke středu katalyzátoru 1. Jestliže je katalyzátor 1 nový, je jeho akti14 vita vysoká, přičemž s přibývajícím stářím katalyzátoru 1 se jeho aktivita snižuje.

Pomoci druhého měřicího teplotního čidla 5 a třetího měřicího teplotního čidla 6 se může sledovat aktivita v oblasti od středu katalyzátoru 1 až k jeho výstupnímu konci 13. Ta je pro nový katalyzátor 1 nejprve nízká a stoupá v průběhu používáni v důsledku výpadku segmentu katalyzátoru 1, který byl na začátku aktivní, a klesá potom postupné s výskytem jevů spojených s procesem stárnutí. Pod pojmem aktivita se v tomto případě nerozumí teoretická katalytická schopnost výkonu, ale schopnost odpovídající stupni přeměny škodlivin ve spalinách na neškodné látky, dosaženém v průběhu skutečného provozu spalovacího motoru 3,. Teoretická schopnost přeměny se pochopitelně stále snižuje od okamžiku uvedeni katalyzátoru J. do provozu. Dokud tato schopnost leží nad kritickou hodnotou, byla by aktivita zjišťovaná kontrolním systémem podle vynálezu konstantní. Teprve při měřitelném úbytku aktivity odpovídá tato aktivita bezprostředně maximální katalytické schopnosti katalyzátoru i.

-i < Realizace kontroly s pomocí tři osazených měřicích teplotních čidlel 4, 5, 6, uspořádaných podle obr. 1, je samozřejmě možná se všemi třemi páry měřicích teplotních čidel 4, 5, 5. Pouze je zdlouhavé provádět v časovém intervalu několika set až několika tisíc hodin vždy jiný způsob sledování, který musí brát ohled na dosaženi mezní hodnoty podle realizované konfigurace. Jestliže je tato mezní hodnota dosažena, vyšle se příslušná informace. Měřici konfigurace podle obr. 1 dovoluje přitom provádět všechny alternativy měřicího postupu podle vynálezu. Pro případ prováděni dlouhodobých měření je to vcelku jasné, přičemž ma-li být prováděna krátkodobá měření, může být konfigurace s použitím prvního měřicího teplotního čidla 4 a třetího měřicího teplotního čidla 6 za určitých okolnosti nevýhodná a příznivější je v takovém pří15 pádě měřici konfigurace vytvořená z prvního měřicího teplotního čidla 4 a z druhého měřicího teplotního čidla 5. protože první měřici teplotní čidlo 4. je nejdříve ze všech schopno zaznamenat náhlou změnu teploty spalin proudících katalyzátorem 1. Tomu odpovídá požadavek, aby konstrukce prvního měřicího teplotního čidla 4 měla co nejmižší tepelnou setrvačnost. Druhé měřici teplotní čidlo 5 by mělo sloužit pro krátkodobá měření, zejména pro krátkodobá měřeni s vyhodnocováním transientů, a nemá být umístěno v příliš velkém odstupu od prvního měřicího teplotního čidla 4. Jak již bylo řečeno, změny rychlosti prouděni spalin probíhají v katalyzátoru 1 v nejkratším čase (s rychlosti zvuku), změny teploty však probíhají pomaleji, v časovém rámci několika sekund. Signál druhého měřicího teplotního čidla 5 se tedy mění nejen podstatně pomaleji než signál prvního měřicího teplotního čidla 4, ale mezi oběma změnami se projevuje také zpoždění, které činí řádově několik sekund. Toto zpožděni se musí eventuelně v kontrolním systému 7 spalovacího motoru 2 zohlednit, popřípadě korigovat.

Obr. 2 znázorňuje další možné příkladné provedeni uspořádáni prvního měřicího teplotního čidla 4 a druhého měřicího teplotního čidla 5, u katalyzátoru 1, vřazeného do systému 2 pro odvod spalin. Obě měřici teplotní čidla 4, 5 jsou ve znázorněném příkladném provedeni umístěna uvnitř katalyzátoru

1,. S tímto uspořádáni měřicích teplotních čidel 4, 5 je možno provádět jak dlouhohodá měřeni, tak také krátkodobá měřeni. Na základě nutně se vyskytující tepelné setrvačnosti oblasti mezi náběžnou stranou 12 a prvním měřicím teplotním čidlem 4 je však měřicí postup s vyhodnocováním přechodných provozních podmínek méně příznivý. Pro korekci vlivu eventuelních přechodných provozních podmínek se signály měřicích teplotních čidel 4, 5 výhodněji integruji s časovou konstantou řádově několia sekund. To se může provádět bud elektronicky, s použitím dolních propusti, nebo je možno výhodněji použit měřicí teplotní čidla 4, 5 s příslušně velkou tepelnou setrvačností, například termické prvky, které jsou obklopeny příslušně masivním pouzdrem, odporové dráty, které jsou zapuštěny do konstrukce katalyzátoru 1 a podobné.

Obr. 3 znázorňuje jiné uspořádáni měřicích teplotních čidel 4, 5, u kterého je první měřici teplotní čidlo 4 umístěno před nábéžnou stranou 12 katalyzátoru 1 systému 2 pro odvod spalin a druhé měřici teplotní čidlo 5 probíhá katalyzátorem 1 od jeho náběžné strany 12 k výstupní straně 13. U tohoto příkladného provedení příliš nezáleží na konstrukčním řešení druhého měřicího teplotního čidla 5 a na jeho zapojení do katalyzátoru 1. Druhé měřicí teplotní čidlo 5 také nemusí být nutně umístěno ve středu katalyzátoru 1., v jiném příkladném provedení katalyzátoru 1 je například možné, aby druhé měřicí teplotní čidlo 5 mělo šroubovicový nebo spirálový tvar. Obecně jsou měřicí teplotní čidla 4, 5 podobně jako ve znázorněném příkladném provedení vytvořena s určitým rozsahem ve směru kolmém na směr proudění spalin, jestliže nezáleží na co nejnižší tepelné setrvačnosti, jak je š to například nutné pro realizaci způsobu podle vynálezu & s vyhodnocováním přechodných veličin. Profukování katalyzáto> ru i spalinami je zpravidla ve směru kolmém na směr proudění spalin výrazné nehomogenní, takže s použitím měřicích teplotních čidel 4, 5 roztažených do šířky se získávají výpovědi o podmínkách panujících v určité oblasti katalyzátoru 1, které jsou mnohem výstižnější než informace získávané v prostorově úzce omezených oblastech, přičemž tyto výpovědi jsou lépe reprodukovatelné a dopravovatelné.

Měřici systém podle obr. 3 je méně vhodný pro krátkodobá měřeni a slouží především pro dlouhodobá měřeni, jak to bude ještě podrobněji popsáno při objasňování obr. 6.

Obr. 4 znázorňuje speciální příkladné provedeni konfigu· race katalyzátoru 1, zobrazené schematicky na obr. 3. Obě měřicí teplotní čidla 4_,_5 jsou vytvořena z odporových drátů vytvarovaných do smyčky, přičemž elektrický odpor je vždy závislý na teplotě. První měřici teplotní čidlo 4 je umístěno na náběžné straně 12 katalyzátoru 1 a je na ní připevněno, popřípadě je jinak uspořádáno v blízkosti náběžné strany 12 katalyzátoru 1. Druhé měřici teplotní čidlo 5 probíhá uvnitř katalyzátoru 1.

Principu uspořádáni katalyzátoru 1 podle obr. 3 a 4 se podobá další příkladné provedení katalyzátoru 1 s měřicími teplotními čidly 4, 5,6 podle obr. 5. V tomto příkladném provedení však není druhé měřici teplotní čidlo 5 umístěno uvnitř katalyzátoru 1, ale nachází se na jeho plášťové ploše

14.. Stejná obměna byla použita u prvního měřicího teplotního čidla 4 a třetího měřicího teplotního čidla 6. Příkladné provedení podle obr. 5 je zvláště výhodné z toho důvodu, protože nevyžaduje žádné úpravy uvnitř katalyzátoru 1. Konstrukční provedeni podle obr. 5 je zejména vhodné pro katalyzátor 1 s kovovým nosným tělesem, který je tvořen jednoduše pevnou plášťovou trubkou, jejíž vnější obvodová plocha tvoři plášťovou plochu 14. Na takovém katalyzátoru 1 mohou být odporové velmi jednoduše, přičemž v případě poškozeni odporové dráty snadno vyměnit. První měřicí teplotní čidlo 4. a třetí měřici teplotní čidlo 6 je umístěno vády v blízkosti jednoho z konců katalyzátoru 1 a je navinuto na plášťové ploše 14 katalyzátoru 1.. Pro všechna tři měřici teplotní čidla 4,5, 6 jsou zobrazena nejjednodušší provedeni , vytvořená vytvarování odporových drátů do tvaru vlásenkových smyček. Tyto vlásenkové smyčky mohou být pochopitelně nahrazeny jinak uspořádanými vinutími, zejména v případech, kdy je nutno použít drátů větších délek, aniž by s tím bylo spojeno ovlivněni funkce.

dráty upevněny je možno opět

Na obr. 6 je zobrazeno rozděleni teplot uvnitř katalyzá18 toru 1 při ustáleném provozu spalovacího motoru 3. Na vodorovné ose je zobrazena dráha od náběžného konce 12 katalyzátoru 1 k jeho výstupnímu konci 13 , na pořadnicích jsou vynášeny příslušné teploty. Teplota spalin vstupujících do katalyzátoru 1 musí mít hodnotu, která je vyšší než nejnižši teplota, která je nutná k provozu katalyzátoru 1. Plnou čarou kreslený graf zobrazuje průběh teploty pro poměrně nový katalyzátor 1. Teplota v tomto případě stoupá bezprostředně za náběžným koncem 12, odpovídajícím nulovému bodu grafu, velmi rychle a dosahuje velmi brzy maximální hodnoty, která zůstává v důsledku tepelné vodivosti katalyzátoru 1 a množství tepla dopravovaného spalinami až k výstupnímu konci 13 katalyzátoru 1 přibližně konstantní. Čárkovanou čarou kreslený graf představuje průběh teploty pro silně zestárlý katalyzátor 1, u kterého od jeho náběžné strany 12 stoupá teplota jen pomalu. Aktivita oblasti katalyzátoru 1 bezprostředně za náběžnou stranou 12 silně poklesla, ale ještě se úplně neztratila. Teprve v oblasti v blízkosti výstupního konce 13 dochází v důsledku zachované aktivity této oblasti k výraznějšímu zvýšení teploty. V rámci uspořádání měřicích teplotních čidel 4, 5 ve formě odporových drátů z příkladů n aobr. 3 a 4 by první měřicí teplotní čidlo 4 měřilo teplotu na náběžné straně 12 a druhé měřicí teplotní čidlo měří hodnotu teploty, snímanou v celé délce katalyzátoru 1, což odpovídá integrálu grafu vyznačeného na obr. plně funkční, naměřily a druhé měřicí teplotní

6. Jestliže je katalyzátor 1 ještě by první měřicí teplotní čidlo 4 čidlo 5 v podstatě stejné hodnoty teploty. Jestliže pokračuje stárnutí katalyzátoru 1, pak naměří první měřící teplotní čidlo 4 podstatně nižší teplotu než druhé měřicí teplotní čidlo 5. Takto vznikající teplotní diference je měřítkem stárnuti katalyzátoru 1.. Tento teplotní rozdíl je nejprve malý, stoupá s prodlužující se dobou provozu katalyzátoru 1 a konečně klesá, jestliže katalyzátor 1. ztrácí aktivitu v celé své délce, přičemž v extrémním případě, kdy katalyzátor i zcela ztratil svoji aktivitu, se již nevyskytuje žádný rozdál mezi naměřenými hodnotami. Aktivita katalyzátoru musí být považována za nedostatečnou, jestliže s přihlédnutím ke specielním provozním stavům spalovacího motoru 3. rozdíl teplot proběhl svým maximem, přičemž podle toho je nutno zvolit mezní hodnotu.

Obr. 7 zobrazuje průběh teploty na plášti katalyzátoru 1, přičemž zobrazovací zásady jsou stejné jako na obr. 6. Podstatné je, že teplota po dosaženi svého maxima nezůstává v podstatě konstantní, ale za oblastí katalyzátoru 1, ve které probíhá v podstatě katalytická reakce, opět klesá. To je způsobeno v prvé řadě ztrátami tepla vyzařováním, přičemž za aktivní oblasti již nedochází k žádnému vývinu tepla, takže teplota katalyzátoru 1 v oblasti jeho pláště za nejaktivnějši zónou opět klesá. Na základě toho se mohou dlouhodobá měřeni provádět také tak, že se urči poloha oblasti s nej vyšší teplotou na plášti katalyzátoru 1. To se může provádět v rámci vynálezu například uspořádáním katalyzátoru 1 a měřicích teplotních čidel 4, 5, 6 podle obr. 5. Toto uspořádání je možno podle požadavků dále podstatně zlepšit tim, že se na plášti _ katalyzátoru 1 vytvoří skupina měřicích míst pro měření tep_z loty, takže je v každé chvíli možno určit prostorové rozloženi teploty.

2020

Claims (14)

1. Způsob kontroly katalytické aktivity katalyzátoru (1), vřazeného do systému (2) pro odvod spalin ze spalovacího motoru (3), měřením opakovaným periodicky kontrolním systémem (7) spalovacího motoru (3) při jeho provozu a určováním teplotní měřené veličiny ze signálů nejméně dvou ve směru proudění od sebe vzdálených měřicích teplotních čidel (4, 5,

6), která jsou umístěna v katalyzátoru (1) nebo v jeho okolí, přičemž katalytická aktivita se zjišťuje srovnáváním s předem stanovenou mezní hodnotou a vysílá se hlášení, pokud je mezní hodnota překročena směrem dolů, vyznačující se t i m , že se vytvoří střední hodnota teplotních měřených veličin v průběhu dostatečně dlouhého časového intervalu provozu spalovacího motoru pro vyloučení speciálního namáhání při vytváření středních hodnot teplot a katalytická aktivita se zjišťuje srovnáním střední hodnoty teplot s předem stanovenou mezní hodnotou.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že sledovací časový interval trvá nejméně asi 10 hodin a zejména se jeho délka pohybuje mezi asi 100 a asi 1000 hodinami provozní doby spalovacího motoru (3).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m , že se a) periodicky určuje teplotní měřená veličina v časových odstupech, které jsou podstatně kratší než sledovací časový interval a pak se tato teplotní měřená veličina ukládá do paměti vícekanálového analyzátoru kontrolního systému (7) spalovacího motoru (3), načež b) po uplynutí sledovaciho časového intervalu pro vytvoření střední hodnoty teploty se vyvolá obsah paměti a c) paměť se vynuluje.

4. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se t í m , že teplotní měřené veličiny se v sledovacím ča21 sovém intervalu integruji pro vytvořeni střední hodnoty teploty.

5. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 1 až 4, vyznačující se t i m , že a) při provozu spalovacího motoru (3) se vytvoří další měřené veličiny, které charakterizují provozní stav spalovacího motoru (3), b) tyto další měřené veličiny se sleduji v průběhu sledovacího časového intervalu a vytvářejí se další střední hodnoty a c) určí se mezní hodnota s přihlédnutím k dalším středním hodnotám.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se t i m , že se a) další měřené veličiny periodicky registrují a ukládají se do vxcedimenzionálního vicekanálového analyzátoru, b) po uplynutí sledovacího časového intervalu se obsah vicedimenzionálního vicekanálového analyzátoru vyvolá pro vytvoření dalších středních hodnot a c) vicedimenzionálni vícekanálový analyzátor se vynuluje.

7. Způsob podle nároku 1, vyznačující se t í m , že velikost teplotních měřených veličin se periodicky

- registruje společné s dalšími měřenými veličinami a ukládá se do vicedimenzionálního vicekanálového analyzátoru.

8. Způsob kontroly katalytické aktivity katalyzátoru (1), vřazeného do systému (2) pro odvod spalin ze spalovacího motoru (3), měřením opakovaným periodicky kontrolním systémem (7) spalovacího motoru (3) při jeho provozu, při kterém se urči teplotní měřená veličina ze signálů nejméně dvou měřicích teplotních čidel (4, 5, 6), která jsou přiřazena ke katalyzátoru (1), vyznačující se tím, že se

a) urči další měřené veličiny, které charakterizují příslušný provozní stav spalovacího motoru (3), b) urči se mezní hodnota teploty z dalších měřených veličin a c) urči se aktivita katalyzátoru (1) srovnáním teplotní měřené veličiny s mezní hodnotou teploty a vyšle se hlášeni, pokud je teplotní měřená veličina menší než mezní hodnota teploty.

9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím, že pro určení mezní hodnoty teploty se použije kromě dalších měřených veličin nejméně jedna teplotní měřená veličina, zjištěná při dřívějším měření.

10. Způsob podle nároku 9, vyznačující se tím, že se aktivita katalyzátoru (1) registruje vždy v časovém intervalu, dostatečně dlouhém pro zjištění speciálních namáhání spalovacího motoru (3), a vezme se v úvahu při každém určování mezní hodnoty teploty.

11. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 8 až 10, v y značujicí se tím, že teplotní měřená veličina odpovídá rozdílům teplot, naměřených dvěma měřicími teplotními čidly (4, 5, 6).

12. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 8 až 11, vyznačující se tím, že a) vytvoří časová derivace nejméně jednoho signálu a b) měření se potlačí, pokud se časová derivace podstatně odchyluje od nuly.

13. Způsob podle nejméně jednoho z nároků 8 až 10, vyznačující se tím, že se a) kontroluje signál prvního měřicího teplotního čidla (4) z hlediska jeho náhlé změny a b) při výskytu skokové změny se u druhého měřicího teplotního čidla (5) sleduje v krátkodobém časovém intervalu jeho signál, přičemž c) z časových změn signálu druhého měřicího teplotního čidla (5) se vytvoří teplotní měřená veličina.

14. Způsob podle nároku 13, vyznačuiíci se tím, že krátkodobý časový interval má délku kolem nejvýše tři sekund, zejména se pohybuje mezi jednou a dvěma sekundami.