DE102004013557B4

DE102004013557B4 - Prüfstand zur Überprüfung eines Brennkraftmaschinen-Abgaskatalysators

Info

Publication number: DE102004013557B4
Application number: DE102004013557A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Weber; Albert Gaul
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2004-03-19
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: DE102004013557A1

Abstract

Prüfstand zur Überprüfung eines Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysators auf Funktionsfähigkeit, insbesondere zur Überprüfung des Anspring- und Konvertierungsverhaltens, unter Berücksichtigung der über eine Abgaskühlvorrichtung beeinflussbaren Abgastemperatur mit:
– einem in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator (4) angeordneten Wärmetauscher, der als vertikal gerichteter Kühlzylinder (8) ausgebildet ist, der vom Abgas (5) durchströmt wird und der die Abgastemperatur beeinflusst,
– einem im Kühlzylinder (8) zirkulierenden flüssigen Kühlmittel (15), das mit dem Abgas (5) in Wärmeaustausch steht,
– Mitteln zum Einstellen des Flüssigkeitsstandes und des Volumenstroms des Kühlmittels (15) im Kühlzylinder (8), wodurch die Abgastemperatur im Kühlzylinder (8) beeinflusst wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Prüfstand zur Überprüfung eines Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysators auf Funktionsfähigkeit, insbesondere zur Überprüfung des Anspring- und Konvertierungsverhaltens, unter Berücksichtigung der über eine Abgaskühlvorrichtung beeinflussbaren Abgastemperatur.

Für Kraftfahrzeuge mit Benzinmotor ist es vorgeschrieben, das Funktionieren aller abgasrelevanten Bauteile des Abgassystems während des Fahrzeugbetriebes durch ein On-Board-Diagnosesystem (OBD-System) zu überwachen. Bei Fahrzeugen, die mit einem katalytischen Konverter zur Abgasnachbehandlung ausgerüstet sind, muss auch die Funktionsfähigkeit des Konverters durch das OBD-System überwacht werden. Zukünftig wird es nötig werden, auch Dieselkraftfahrzeuge mit einem solchen System auszurüsten. Neben der Abgasrückführung und dem Auspuffsystem wird das OBD-System auch die Überwachung von Dieselpartikelfiltern und insbesondere von Dieseloxidationskatalysoren einschließen. Die DE 100 13 893 A1 beschreibt eine Verfahrensweise zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators für die Reinigung der Abgase eines Verbrennungsmotors während dessen Betrieb.

In den Dokumenten DE 44 10 022 A1 , DE 101 45 916 A1 und DE 41 22 787 A1 werden, jeweils im Fahrzeug verbaut, eine Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen einer Katalysatoreinrichtung und eine Einrichtung zur Überwachung des Konvertierungsgrades eines Katalysators beschrieben, wobei im erstgenannten Dokument stromaufwärts des Katalysators im Abgasstrang ein mittels Kühlluft oder Kühlwasser beaufschlagter Wärmetauscher angeordnet ist, durch den die Abgastemperatur auf einen gewünschten Temperaturbereich, bei dem der Katalysator einen optimalen Wirkungsgrad hat, regelbar ist, und wobei im zweitgenannten Dokument zum Abkühlen der Katalysatoreinrichtung auf eine bestimmte Soll-Katalysatortemperatur eine bedarfsgerechte Steuerung der Abgastemperatur mittels eines der Katalysatoreinrichtung vorgeschalteten regelbaren Abgaskühlers erfolgt.

Darüber hinaus ist es üblich, auf Prüfständen eine Funktionsfähigkeitsüberprüfung von Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysatoren insbesondere hinsichtlich Überprüfung des Anspring- und Konvertierungsverhaltens unter Berücksichtigung der Abgastemperatur durchzuführen. Das Abgas eines Versuchsmotors wird dazu vor Eintritt in den zu testenden Katalysator über eine gaskühlvorrichtung geleitet. Es kann das Abgas auf eine definierte Temperatur vor den Kalysator eingestellt werden. Dabei können Untersuchungen vorgenommen werden, bei denen die Abgastemperatur schrittweise (10°C Schritte) von z. B. 240°C auf z. B. 450°C erhöht wird („Temperaturvariation") und es sind weiterhin Untersuchungen möglich, bei denen mit konstanter Abgastemperatur, z. B. 450°C, gearbeitet wird („Lambdavariation").

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Prüfstand zur Überprüfung eines Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysators auf Funktionsfähigkeit unter Berücksichti gung der Abgastemperatur bereit zu stellen, die mit einfachen Mitteln, aber besonders wirkungsvoll eine Einstellung einer gewünschten Abgastemperatur erlaubt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung ist ein als fahrbare (Wagen 1, Räder 2) Einheit ausgebildeter Prüfstand 3 zur Einstellung der Temperatur eines einem zu überprüfenden Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysator 4 zuzuführenden Abgases 5 dargestellt. Der Prüfstand 3 weist im Wesentlichen eine Brennkraftmaschine 6 mit angeschlossener Abgasleitung 7 auf, die in den zu überprüfenden Abgaskatalysator 4 mündet, an den sich beispielsweise eine hier nicht dargestellte serienmäßige Abgasanlage anschließen kann.
Um eine vorgegebene Abgastemperatur einstellen bzw. halten zu können durchströmt die Abgasleitung 7 über einen größeren Längenabschnitt einen vertikal gerichteten Kühlzylinder 8, innerhalb dessen sie des besseren Wärmeaustausches wegen als Wellrohr 9 ausgebildet ist. Im oberen Bereich des Kühlzylinders 8 ist ein Axialkompensator 14 angeordnet, der von oberen und unteren Flanschen 10, 11 begrenzt wird, die über Gewindestangen 12 mit aufgesetzten, als Wegbegrenzung dienende Muttern 13 miteinander verbunden sind.
Die Kühlwirkung des Kühlzylinders 8 wird im Wesentlichen durch den Flüssigkeitsstand eines darin befindlichen und das Wellrohr 9 umspülenden Kühlmittels 15 bestimmt. Die Kühlmittelversorgung geschieht über einen Vorratsbehälter 16, von wo aus das Kühlmittel 15 über eine Leitung 17 zunächst einem Wärmetauscher 18 zugeführt wird. In diesem steht das Kühlmittel 15 mit einem anderem geeigneten Wärmeträger im Wärmeaustausch mit dem Ziel, eine konstante Kühlmitteltemperatur bereit zu stellen. Dies kann über eine prüfstandseitige Regelung bewerkstelligt werden.
Den Wärmetauscher 18 verlassend gelangt das Kühlmittel 15 über eine Umwälzpumpe 19 und eine Leitung 20 mit zwischengeschaltendem Manometer 30 und Durchfluss-Regelventil 23 und über eine Montagezwecken dienende Schnellkupplung 24 in den Kühlzylinder 8, bzw. über einen Druckregler 22 und eine Rückführleitung 21 zurück in den Vorratsbehälter 16.
Damit die Flüssigkeitssäule des Kühlmittels 15 im Kühlzylinder 8 auf dem gewünschten Stand gehalten werden kann ist vorgesehen, dass überschüssiges Kühlmittel 15 über eine Leitung 25 mit einer zwischengeschaltenden, ebenfalls Montagezwecken dienenden Schnellkupplung 24 und eine sich anschließende verstellbare Rücklaufdrossel 26 wieder in den Vorratsbehälter 16 zurückfließen kann. In gleicher Weise ist eine Möglichkeit geschaffen, dass oberhalb der Flüssigkeitssäule im Kühlzylinder 8 dampfförmig vorliegendes Kühlmittel 15 wieder in den Vorratsbehälter 16 zurückgeleitet werden kann. Hierzu dient eine im Bereich des oberen Flansches 10 am Axialkompensator 14 ansetzende Dampf- Rückführleitung 27, die im oberen Bereich des Vorratsbehälters 16 in diesen mündet. Hier ist über eine Leitung 28 auch ein Zusatz- Kühlmittelbehälter 29 an den Vorratsbehälter 16 angeschlossen. Sowohl die Dampf- Rückführleitung 17 als auch der Zusatz- Kühlmittelbehälter 29 dienen der Kondensierung von dampfförmig vorliegendem Kühlmittel 15.
Die Kühlleistung des Kühlzylinders 8 wird im Wesentlichen bestimmt von der Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel 15 und Abgas 5 und der Kühlstreckenlänge, also der Höhe der Kühlmittelsäule im Kühlzylinder 8. Durch entsprechende Einstellungen des Durchfluss- Regelventils 23, des Druckreglers 22 und der verstellbaren Rücklaufdrossel 26 kann beispielsweise durch Einstellen eines relativ hohen Volumenstromes (Durchflussmenge je Zeiteinheit) an Kühlmittel 15 dessen Temperatur im Kühlzylinder 8 relativ niedrig gehalten werden, so dass bereits mit einer relativ geringen Füllstandshöhe eine ausreichende Kühlleistung erzielbar ist. Durch Einstellen eines relativ geringen Kühlmittel- Volumenstromes kann sich ergeben, dass eine relativ hohe Kühlmittel-Füllstandhöhe im Kühlzylinder 8 zu wählen ist.
Der Vorteil der Kombination von Durchfluss-Regelventil 23 und verstellbarer Rücklaufdrossel 26 ist, dass der Regelbereich dem jeweiligen Betriebszustand des Abgaskatalysators 4 angepasst werden kann. Daraus ergibt sich ein breiter Abgastemperaturbereich (230°–500°) bei einer kleinen Regelspanne (± 5°C).
Die steuerungs-/regelungstechnischen Einzelheiten des gesamten Prüfstandes 3 sind hier im Einzelnen nicht weiter erläutert, da sie nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind. Dabei sind insbesondere im Bereich des Abgaskatalysators 4 weitere Messeinrichtungen vorzusehen, um in Strömungsrichtung des Abgases 5 vor und nach dem Abgaskatalysator 4 das Abgas 5 zu analysieren bzw. dessen Temperatur zu ermitteln, wobei darüber hinaus auch an geeigneter Stelle Lambdasonden anzuordnen sind. In entsprechender Weise wird die Steuerung/Regelung des Prüfstandes dann auch z. B. die Einstellungen von Wärmetauscher 18, Durchfluss- Regelventil 23 und verstellbarer Rücklaufdrossel 26 beeinflussen.

Claims

Prüfstand zur Überprüfung eines Brennkraftmaschinen- Abgaskatalysators auf Funktionsfähigkeit, insbesondere zur Überprüfung des Anspring- und Konvertierungsverhaltens, unter Berücksichtigung der über eine Abgaskühlvorrichtung beeinflussbaren Abgastemperatur mit: – einem in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Katalysator (4) angeordneten Wärmetauscher, der als vertikal gerichteter Kühlzylinder (8) ausgebildet ist, der vom Abgas (5) durchströmt wird und der die Abgastemperatur beeinflusst, – einem im Kühlzylinder (8) zirkulierenden flüssigen Kühlmittel (15), das mit dem Abgas (5) in Wärmeaustausch steht, – Mitteln zum Einstellen des Flüssigkeitsstandes und des Volumenstroms des Kühlmittels (15) im Kühlzylinder (8), wodurch die Abgastemperatur im Kühlzylinder (8) beeinflusst wird.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasleitung (7) innerhalb des Kühlzylinders (8) als Wellrohr (9) ausgebildet ist.
Prüfstand nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vorratsbehälter (16), von dem aus das Kühlmittel (15) über eine Leitung (17) einem Wärmetauscher (18) zugeführt wird, von wo aus es über eine Umwälzpumpe (19) und eine Leitung (20) mit zwischengeschaltendem Manometer (30) und Durchfluss- Regelventil (23) in den Kühlzylinder (8) und von dort aus über eine Leitung (25) mit integrierter verstellbarer Rücklaufdrossel (26) wieder in den Vorratsbehälter (16) gelangt.
Prüfstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Bereich des Kühlzylinders (8) ein Axialkompensator (14) angeordnet ist, an den eine Dampf-Rückführleitung (27) angeschlossen ist, die in den Vorratsbehälter (16) mündet und der Rückführung von dampfförmig vorliegendem Kühlmittel (15) dient.
Prüfstand nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Vorratsbehälters (16) ein mit diesem über eine Leitung (28) verbundener Zusatz- Kühlmittelbehälter (29) angeordnet ist.