DD269673A1

DD269673A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR VERIFYING THE FUNCTIONALITY OF OXIDATION CATALYSTS

Info

Publication number: DD269673A1
Application number: DD87311526A
Authority: DD
Inventors: Hanns-Erhard Dd Heinze; Klaus Dd Kaiser; Juergen Dd Mueller; Eberhard Dd Aepler
Original assignee: Technische Universitaet "Otto Von Guericke" Magdeburg,Dd
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1989-07-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zur Ueberpruefung der Funktionsfaehigkeit von Oxidationskatalysatoren, die in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt sind und deren Wirkungsgrad hinsichtlich der Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen im Rahmen eines Funktionsschnelltestes untersucht wird, indem die Konzentration des im Abgas enthaltenen Kohlenmonoxids und der Kohlenwasserstoffe bei Leerlauf des Motors bzw. leicht erhoehter Leerlaufdrehzahl nach dem Passieren des Oxidationskatalysators gemessen wird. Erfindungsgemaess wird vor dem Katalysator die Temperatur des Abgases gemessen, mit der Mindestbetriebstemperatur des Katalysators verglichen und falls erforderlich das Abgas auf diese Temperatur aufgeheizt. Ferner wird vor dem Katalysator die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas gemessen, mit der die Funktion des Katalysators gewaehrleistenden Mindestkonzentration verglichen und falls erforderlich durch eine Veraenderung der Vergasereinstellung oder Drehzahlaenderung auf diese Konzentration eingestellt. Durch die Einstellung des Abgases auf die Anspringbedingungen des Katalysators ist es moeglich, die Testzeit sowie den Kraftstoffverbrauch zu verringern. FigurThe invention relates to a method and arrangement for verifying the operativeness of oxidation catalysts, which are used in exhaust systems of internal combustion engines and their efficiency with respect to the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons in a functional rapid test is examined by the concentration of carbon monoxide and hydrocarbons contained in the exhaust gas at Idling of the engine or slightly increased idle speed after passing the oxidation catalyst is measured. According to the invention, the temperature of the exhaust gas is measured before the catalyst, compared with the minimum operating temperature of the catalyst and, if necessary, the exhaust gas heated to this temperature. Further, before the catalyst, the concentration of oxygen in the exhaust gas is measured, compared with the minimum concentration of the function of the catalyst and, if necessary, adjusted to this concentration by changing the carburetor setting or speed change. By adjusting the exhaust gas to the light-off conditions of the catalyst, it is possible to reduce the test time and the fuel consumption. figure

Description

Hierzu 1 S jiie ZeichnungFor this, see 1 drawing

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Oxidationskatalysatoren, die in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzt sind und deren Wirkungsgrad hinsichtlich der Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlsnwasserstoffen im Rahmen eines Funktionsschnelltestes insbesondere an Kraftfahrzeugen in Kundenhand von Kraftfahrzaugherstellern oder -Werkstätten, beispielsweise in Verbindung mit einem Abgastest, untersucht wird.The invention relates to a method and arrangement for checking the functionality of oxidation catalysts, which are used in exhaust systems of internal combustion engines and their efficiency with respect to the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons in the context of a functional quick test in particular on motor vehicles in the hands of Kraftfahrzaugherstellern or -Werkstätten, for example in conjunction with an exhaust test, is examined.

Characteristic of the known state of the art

Um zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators den im Vergleich iu Schnelltestverfahren wesentlich höheren Aufwand der Prüfung auf einem Rollenprüfstand nach Konditionierung zu vermeiden und die Prüfzeit deutlich zu verringern, wurden verschiedne Kurztestverfahren entwickelt. So ist es beispielsweise bekannt, die Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators während des Normalbetriebes mit Hilfe einer Temperaturmessung vor und hinter dem Katalysator zu überprüfen. Das Differenzsignal charakterisiert die Katalysatoraktivität. Spezielle, dem Auswertesystem eingegebene Randbedingungen hinsichtlich des Einflusses von Drehzahl- oder Lastschwankungen verhindern eine Fehlinterpretation des Signals (DE-OS 3516981). Dieses Verfahren ist für eine genaue Überprüfung des Katalysators nicht geeignet, da die Temperatur nicht nur von betriebsbedingten Schwankungen der Drehzahl bzw. der Last, sondern auch von den Wärmeleitungs- und -abstrahlungsbedingungen des in die Abgasanlage eingebauten Katalysators abhängig ist.In order to test the functionality of an exhaust gas catalytic converter in order to avoid the considerably higher outlay of testing on a dynamometer after conditioning in comparison with the rapid test method and to significantly reduce the test time, various short test methods were developed. For example, it is known to check the functionality of an exhaust gas catalytic converter during normal operation by means of a temperature measurement in front of and behind the catalytic converter. The difference signal characterizes the catalyst activity. Special, the evaluation system entered boundary conditions with respect to the influence of speed or load fluctuations prevent misinterpretation of the signal (DE-OS 3516981). This method is not suitable for a precise examination of the catalyst, since the temperature is dependent not only on operational fluctuations in the speed or the load, but also on the heat conduction and radiation conditions of the built-in exhaust gas catalyst.

Zu den Kurztestmethoden gehören ferner der Leerlauftest und der Nullasttest. Beim Nullasttest, der dem realen Betriebszustand eines Verbrennungsmotors näher kommt als der Leerlauftest und aus diesem Grunde auch genauer ist als letzterer, wird die Prüfung bei einer gegem" her dem Leerlauf deutlich höheren konstanten Drehzahl durchgeführt. In der Regel wird die Konzentration von Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffen, meist als Sumr.entest, gemessen. Allerdings sagen diese Methoden nichts über das Emmissionsverhalten des Motors unter realistischen Fahrbedingungen auf der Straße aus. Außerdem ist aus dem Testergebnis ein Rückschluß auf die Funktionsfähigkeit des Katalysators nicht in jedem Fall gegeben. Zum einen können die emissionsverursachenden Fehler bereits an vor dem Katalysator liegenden Bauteilen, beispielsweise bei Fahrzeugen ohne Lamda-Regelung an einer fehlerhaften Vergasereinstellung, liegen. Eine zusätzliche Bauteilinspektion allein zur Fehlersuche würde die Testzeit wesentlich verlängern. Andererseits erreichen die Abgase bei der geringen Belastung des Motors in der kurzen Testzeit nicht die für die Funktion des Katalysators erforderliche Temperatur, so daß die gemessenen Werte keine Aussage zur Ai beitsweise des Katalysators zulassen.The short test methods also include the idle test and the zero load test. In the zero-load test, which comes closer to the real operating condition of an internal combustion engine than the idling test and therefore more accurate than the latter, the test is carried out at a much higher constant speed compared to idling However, these methods say nothing about the emission behavior of the engine under realistic driving conditions on the road and also the conclusion of the test result on the functionality of the catalyst is not always given Errors already on components lying ahead of the catalytic converter, for example on vehicles without lambda control on a faulty carburetor setting, would be an additional component inspection for troubleshooting alone would significantly extend the test time.On the other hand, the exhaust gases reach at the low n load of the engine in the short test time does not require the temperature required for the function of the catalyst, so that the measured values do not allow statement on the Ai beitsweise the catalyst.

Unter bestimmten Bedingungen kann zur Beurteilung der Funktion eines Katalysators der sog. Incoll-Test herangezogen werden. Dieses Verfahren beruht darauf, daß der Motor beim Hochdrehen im Leerlauf Arbeit gegen sein eigenes Trägheitsmoment sowie die Trägheitsmomente des Betriebes in Leerlaufstellung leisten muß, um ein definiertes Drehzahlniveau zu erreichen. Dabei wird eine vorgegebene Sequenz verschiedener Drehzahlen durch Betätigen der VergaserdrosselkLype durchfahren und das produzierte Abgas analysiert. Das Drehzahlregime muß so gewählt werden, daß ähnliche Mitteldruckverhältnisse wie bei einem normalen Abgastest auf einem Rollenprüfstand erreicht werden. In diesem Fall werden dann auch Abgasmengen produziert, die für einen Katalysatortest ausreichend sind. Dieses Verfahren ist auf Grund der erforderlichen instationären Meß- und Steuertechnik teuer. Gegenüber dem Leerlauf- bzw. Nullasttest erfordert es mehr Zeit und Kraftstoff.Under certain conditions, the so-called Incoll test can be used to assess the function of a catalyst. This method relies on the engine having to perform work against its own moment of inertia when idling, and the inertia of idling operation to achieve a defined speed level. In this case, a predetermined sequence of different speeds is driven through by actuation of the carburetor throttle and the produced exhaust gas is analyzed. The speed regime must be chosen so that similar medium pressure conditions are achieved as in a normal exhaust test on a chassis dynamometer. In this case, exhaust gas quantities that are sufficient for a catalyst test are then also produced. This method is expensive due to the required transient measuring and control technology. Compared to the idle or zero load test, it requires more time and fuel.

Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anordnung zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Oxidationskatalysatoren zu schaffen, die ohne Erhöhung des Energie-, Bedien- sowie Zeitaufwandes für die Verfahrensdurchführung oine ausreichend hohe Zuverlässigkeit der Meßwerte ermöglicht.The aim of the invention is to provide a method and an arrangement for checking the operability of oxidation catalysts, which allows a sufficiently high reliability of the measured values without increasing the energy, operating and time required for carrying out the method.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren und Anordnungen zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit von in Abgasanlagen von Verbrennungsmotoren eingesetzten Oxidationskatalysatoren durch Messung der Kohlenmonoxid- und Kohlenwasserstoffanteile im Abgas derart zu verändern, daß ohne Verlängerung der Testzeit sowie bei einer Motordrehzahl, die nicht wesentlich oberhalb der Leerlaufdrehzahl liegt, die Funktion des Katalysators gewährleistet ist und die gemessenen Werte frei von nicht durch den Abgaskatalysator bedingten Fehlern sind.The invention has for its object to change the known methods and arrangements for checking the operability of oxidation catalysts used in exhaust systems of internal combustion engines by measuring the carbon monoxide and hydrocarbon components in the exhaust gas so that without lengthening the test time and at an engine speed that is not significantly above the idling speed is, the function of the catalyst is ensured and the measured values are free of errors not caused by the catalytic converter.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß vor dem Katalysator die Temperatur des Abgases gemessen, mit der Mindestbetriebstemperatur des Katalysators verglichen und falls erforderlich, das Abgas auf diese Temperatur aufgeheizt wird.According to the invention the object is achieved in that measured before the catalyst, the temperature of the exhaust gas, compared with the minimum operating temperature of the catalyst and, if necessary, the exhaust gas is heated to this temperature.

Ferner wird vor dem Katalysator die Konzentration des Sauerstoffs im Abgas gemessen, mit der die Funktion des Katalysators gewährleistenden Mindestkonzentration verglichen und, falls erforderlich, durch eine Veränderung der Vergasereinstellung oder Drehzahländerung auf diese Konzentration eingestellt.Further, before the catalyst, the concentration of the oxygen in the exhaust gas is measured, compared with the minimum concentration ensuring the function of the catalyst and, if necessary, adjusted to this concentration by a change in the carburetor setting or speed change.

Die Anordnung zur Durchführung des Verfahrens besteht darin, daß vor dem Katalysator eine Temperaturmeßeinrichtung und ein Sauerstoff analysegerät angeordnet sind. Ferner ist die Abgasleitung vor der Temperaturmeßeinrichtung von einer Heizeinrichtung umgeben.The arrangement for carrying out the method is that a temperature measuring device and an oxygen analyzer are arranged in front of the catalyst. Further, the exhaust pipe is surrounded by a heater in front of the temperature measuring device.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird in verhältnismäßig kurzer Zeit und mit geringem Kraftstoffbedarf ein Abgas bereitgestellt, das eine ordnungsgemäße Arbeitsweise des Katalysators ermöglicht. Die Leerlaufdrehzahl kann dabei auf etwa 2000U/min begrenzt werden. Für die Messungen sind handelsübliche Meßgeräte verwendbar. Gleichzeitig ist mit der erfindungsgemäßen Verfahrensweise der Vergaser auf das optimale Brennstoff-Luftgemisch eingestellt, so daß die sich in bekannter Weise anschließende Abgasmessung eine eindeutige Aussage über die Funktionsfähigkeit des Katalysators ermöglicht.By the solution according to the invention, an exhaust gas is provided in a relatively short time and with low fuel consumption, which allows a proper operation of the catalyst. The idle speed can be limited to about 2000rpm. Commercially available measuring instruments can be used for the measurements. At the same time the carburetor is set to the optimum fuel-air mixture with the procedure according to the invention, so that the subsequent exhaust gas measurement in a known manner allows a clear statement about the functionality of the catalyst.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wordp n. Die zugehörige Zeichnung zeigt die prinzipielle Anordnung eines erfindungsgemäßen Katalysatorprüfstandes.Below, the invention will be explained in more detail by way of example wordp n. The accompanying drawing shows the basic arrangement of a catalyst test rig according to the invention.

Aus einem Motor 1 ist eine Abgasleitung 2 geführt, in die mittels Flanschen 3 ein Abgaskatalysator 4 eingebaut ist. Vor der Eintrittsöffnung in den Abgaskatalysator 4 weist die Abgasleitung 2 einen Schnellverschluß 5 auf. Unmittelbar vor dem an der Eitnrittsöffnung befindlichen Flansch 3 ist die Abgasleitung 2 von einer Heizeinrichtung 6 umgeben. An den Schnellverschluß 5 u'nd ein Kohlenmonoxidanalysegerät 7, ein Sauerstoffanalysegerät 8 sowie eine Temperaturmeßeinrichtung 9 angeschlossen.From an engine 1, an exhaust pipe 2 is guided, in which by means of flanges 3, an exhaust gas catalyst 4 is installed. Before the inlet opening into the exhaust gas catalytic converter 4, the exhaust gas line 2 has a quick-release closure 5. Immediately before located at the Eitnrittsöffnung flange 3, the exhaust pipe 2 is surrounded by a heater 6. To the quick release 5 u'nd a carbon monoxide analyzer 7, an oxygen analyzer 8 and a temperature measuring device 9 connected.

Dem Abgaskatalysator 4 ist ein Kohlenwasserstoffanalysegerät 10 nachgeordnet.The exhaust gas catalytic converter 4 is followed by a hydrocarbon analyzer 10.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Anordnung beschrieben werden. Der Motor 1 wird im warmgefahrenen Zustand über den Schnellverschluß 5 an die Analysegeräte 7,8 sowie die Temperaturmeßeinrichtung 9 angeschlossen. Um die vor dem Abgaskatalysator 4 befindliche Abgasleitung 2 wird die Heizeinrichtung 6 ge!sgt. Je nach Umgebungstemperatur sowie Intensität des Warmfahrvorganges kann die Heizeinrichtung 6 sofort nach Installation in Betrieb gesetzt werden.In the following, the operation of the arrangement will be described. The engine 1 is connected in the warm-running state via the quick release 5 to the analyzers 7,8 and 9 Temperaturmeßeinrichtung. To the exhaust pipe 2 located in front of the exhaust gas catalyst 4, the heater 6 is ge ss. Depending on the ambient temperature and the intensity of the warm driving process, the heater 6 can be set immediately after installation in operation.

Zuerst erfolgt die übliche Überprüfung und Einstellung des Vergasers und des Zündzeitpunktes unter Verwendung der standardmäßigen Werkstattausrüstung. Danach wird der Motor 1 in eine vorgeschriebene erhöhte Leerlaufdrehzahl gebracht.First, the usual carburetor and spark timing and adjustment is done using standard workshop equipment. Thereafter, the engine 1 is brought into a prescribed increased idle speed.

Mit der ebenfalls am Schnellverschluß 5 in die Abgasleitung 2 eingebrachten Temperaturmeßeinrichtung 9 wird die Temperatur des Abgases gemessen und mit der Anspringtemperatur des Abgaskatalysators 4 verglichen. Gleichzeitig erfolgt mit Hilfe des Sauerstoffanalysegerätes 8 die Kontrolle des Sauerstoffgehaltes im Abgas. Liegt die Temperatur noch unterhalb der Anspringtemperatur des Abgaskatalysators 4, wird die Heizeinrichtung 6 in Betrieb genommen bzw. der Heizvorgang bis zum Erreichen der Anspringtemperatur fortgeführt. Ein zu geringes Sauerstoffangebot wird durch eine erneute Vergasereinstellung korrigiert.With the also introduced at the quick release 5 in the exhaust pipe 2 temperature measuring device 9, the temperature of the exhaust gas is measured and compared with the light-off temperature of the catalytic converter 4. At the same time with the help of the oxygen analyzer 8, the control of the oxygen content in the exhaust gas. If the temperature is still below the light-off temperature of the exhaust gas catalytic converter 4, the heating device 6 is put into operation or the heating process is continued until the light-off temperature is reached. An insufficient supply of oxygen is corrected by a renewed carburetor setting.

Das Kohlenmonoxidanalysegerät 7 entnimmt vor dem Abgaskatalysator 4 eine Abgasprobe, um die standardmäßig vorgesehene schadstoffarme Vergasereinstellung vornehmen zu können.The carbon monoxide analyzer 7 takes before the catalytic converter 4, an exhaust sample to make the default low-pollutant carburetor adjustment can.

Die eigentliche Funktionskontrolle des Abgaskatalysators 4 erfolgt durch die Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration am Austrittsende der Abgasleitung 2, da der Gehalt an Kohlenwasserstoffen von dem Abgaskatalysator 4 wesentlich stärker beeinflußt wird als der Gehalt an Kohlenmonoxid im Abgas.The actual function control of the catalytic converter 4 is carried out by the measurement of the hydrocarbon concentration at the outlet end of the exhaust pipe 2, since the content of hydrocarbons is significantly more affected by the exhaust gas catalyst 4 than the content of carbon monoxide in the exhaust gas.

Claims

1. A method for checking the functioning of oxidation catalysts, the dio in exhaust systems of internal combustion engines are used and their effectiveness in the oxidation of carbon monoxide and hydrocarbons in the context of functional fastness test is examined by the concentration of carbon monoxide contained in the exhaust and the hydrocarbons at idle engine or slightly higher idle speed after passing through the oxidation catalyst are measured, characterized in that measured before the catalyst, the temperature of the exhaust gas, compared with the minimum operating temperature of the catalyst and, if necessary, the exhaust gas is heated to this temperature and that before the catalyst concentration of the oxygen measured in the exhaust gas, compared with the function of providing the catalyst minimum concentration and, if necessary, by changing the carburetor setting or speed change to the se concentration is adjusted.

2. Arrangement for checking the functionality of oxidation catalysts, characterized in that upstream of the catalyst, a temperature measuring device (9) and an oxygen analyzer (8) are arranged and the exhaust pipe (2) before the Tempuraturmaßeinrichtung (9) or the oxygen analyzer (8) of a heating device (6) is surrounded.