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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2007-0131621 , eingereicht beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum am 14. Dezember 2007, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
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Die Erfindung betrifft eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeugs und ein zugehöriges Verfahren, und insbesondere eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeugs und ein zugehöriges Verfahren, das den Katalysator durch Einspritzen einer Motorölmischung mit erhöhten Anteilen von Elementen, wie beispielsweise Phosphor (P), Zink (Zn), usw., die eine katalytische Vergiftung oder Verunreinigung bei der Alterung verursachen, genauso wie durch das Verwenden eines Hitze-Alterungsprozesses gemäß dem Stand der Technik, unter realen Fahrzeugbedingungen altern lässt.
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Im Allgemeinen strömt von einem Motor abgegebenes Abgas durch einen Katalysator, der in einem mittleren Teil eines Abgasrohrs angeordnet ist, und wird in dem Katalysator gereinigt, strömt durch einen Schalldämpfer, so dass der Lärm verringert wird, und wird durch einen Auspuff in die Atmosphäre ausgestoßen.
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In vielen modernen Staaten sind die Abgasvorschriften streng geworden und daher hat die Bedeutung des Katalysators zugenommen. Insbesondere wird die nutzbare Lebensdauer des Katalysators entsprechend den Abgasvorschriften vorgegeben, was bedeutet, dass die Eigenschaften eines Katalysators entsprechend der nutzbaren Lebensdauer beibehalten werden müssen.
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Im Allgemeinen wird ein experimentelles Verfahren des Fahrens eines echten Fahrzeugs verwendet, um die nutzbare Lebensdauer des Katalysators zu testen.
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Da allerdings vorgeschrieben ist, dass die nutzbare Lebensdauer des Katalysators gemäß koreanischen Vorschriften 160.000 km und gemäß nordamerikanischen Vorschriften 120.000 Meilen betragen muss, sind viel Zeit und Aufwand beim Testen der Lebensdauer des Katalysators durch Fahren eines echten Fahrzeugs erforderlich und daher gibt es viele Schwierigkeiten bei der effektiven Verwendung solcher Tests.
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Demgemäß können Verschlechterungsdaten, die an die Verschlechterungsdaten der wirklichen Fahrbedingungen eines echten Fahrzeugs herankommen, durch Altern des Katalysators in Prüfstandtests eines Motors bestimmt werden, die einen Betriebszustand eines echten Fahrzeugs nachbilden können.
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Allerdings verwendet das Alterungsverfahren, das bei Prüfstandtests eines Motors bis jetzt genutzt worden ist, Wärme und nutzt die Temperatur des Katalysators zum Verschlechtern des Katalysators.
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Zugleich nutzt das derzeit verwendete Verschlechterungsverfahren des Katalysators Wärme allein, weshalb viele Probleme auftreten.
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Das heißt, die Gesamtmenge an verbrauchtem Motoröl steigt mit der Verlängerung der Betriebsdauer, weshalb der Verbrauch von Phosphor (P), das in dem Motoröl enthalten ist, steigt, und dieses Material vergiftet den Katalysator und verschlechtert die Aktivierung des Katalysators.
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Demzufolge kann die katalytische Vergiftung oder Kontaminierung durch Verbrauch von Substanzen, die in dem Motoröl enthalten sind, im derzeit verwendeten thermischen Verschlechterungsverfahren nicht wiedergegeben werden, weshalb ein Problem darin besteht, zuverlässige Verschlechterungsdaten sicherzustellen.
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Da außerdem die Abgasvorschriften strenger werden, befindet sich der Katalysator näher am Motor, wodurch die Entwicklungsrichtung des Katalysators dahin geht, hohe Temperaturen auszuhalten, und ein Problem besteht darin, dass die katalytische Vergiftung oder die Kontaminierung durch im Motoröl enthaltene Substanzen größer und größer wird.
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Die
KR 10 2004 041872 A offenbart eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeuges, mit einem Motor, einem Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, durch welches in dem Motor verbranntes Abgas aus dem Motor ausgestoßen wird, und einem Ventil, das in dem Abgasrohr in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordnet ist und durch welches atmosphärische Luft eingeleitet wird.
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Die
DE 100 57 082 A1 beschreibt eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeuges, mit einem Motor, einem Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, durch welches in dem Motor verbranntes Abgas aus dem Motor ausgestoßen wird, einem Ventil, das in dem Abgasrohr in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordnet ist und durch welches atmosphärische Luft eingeleitet wird, und einer Steuervorrichtung, welche die thermische Alterung des Katalysators steuert.
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Die
US 2002 0 022 272 A1 beschreibt eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeuges, mit einem Motor, einem Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, durch welches in dem Motor verbranntes Abgas aus dem Motor ausgestoßen wird, einem Ventil, das in dem Abgasrohr in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordnet ist und durch welches Kontaminierungsmaterial eingeleitet wird, und einer Steuervorrichtung, welche die Kontaminierungsalterung des Katalysators steuert.
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Die
US 5 396 794 A beschreibt eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeuges, mit einem Motor, einem Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, durch welches in dem Motor verbranntes Abgas aus dem Motor ausgestoßen wird, einem Ventil, das in dem Abgasrohr in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordnet ist und durch welches Additive eingeleitet werden, und einer Steuervorrichtung, welche die thermische Alterung des Katalysators steuert.
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Die oben offenbarte Information dient lediglich zum Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und soll nicht als ein Anerkenntnis oder irgendeine Form der Andeutung verstanden werden, dass diese Information den Stand der Technik bildet, welcher einem Fachmann bereits bekannt ist.
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Verschiedene Aspekte der Erfindung sind auf eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeugs gerichtet, welche aufweist einen Motor für einen Prüfstandtest, ein erstes Ventil, durch welches ein Ölzusatz oder eine Motorölmischung in den Motor eingespritzt wird, wobei das erste Ventil in einem Ansaugrohr angeordnet ist, durch welches Ansaugluft strömt, eine Pumpe, die den Ölzusatz oder die Motorölmischung unter Druck setzt und von einem Vorratstank zu dem ersten Ventil leitet, einen Katalysator, der in einem Abgasrohr angeordnet ist, durch welches Abgas, das in dem Motor verbrannt wurde, aus dem Motor ausgestoßen wird, ein zweites Ventil, durch welches atmosphärische Luft eingeleitet wird, um eine zweite Verbrennung von unverbranntem Abgas zu erzeugen, wobei das zweite Ventil in dem Abgasrohr in Strömungsrichtung vor dem Katalysator angeordnet ist, und/oder eine Steuervorrichtung, welche die thermische Alterung und die Kontaminierungsalterung des Katalysators in einem Prüfstandtest-Zustand des Motors unter Bedingungen steuert, die den Betriebszustand eines Fahrzeugs simulieren.
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Die Steuervorrichtung führt die thermische Alterung und die Kontaminierungsalterung gleichzeitig durch, um den Katalysator durch Versorgen des Ansaugrohrs mit einem Kontaminierungsmaterial und Steuern des Motors unter normalen und harten Bedingungen unter Bedingungen altern zu lassen, welche denen eines echten Fahrzeugs gleichen. Die Steuervorrichtung versorgt das Ansaugrohr durch Steuern des Vorlaufdrucks einer Pumpe und Öffnen des ersten Ventils mit einer vorgegebenen Menge von Kontaminierungsmaterial und versorgt den Katalysator durch Steuern der Öffnung des zweiten Ventils unter harten Bedingungen des Motors mit Luft. Die Steuervorrichtung versorgt das Ansaugrohr durch das erste Ventil mit einer vorgegebenen Menge von Kontaminierungsmaterial und hält durch Betreiben des Motors mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 17:1 die Temperatur des Katalysators für 60 Sekunden bei weniger als 900°C, betreibt den Motor mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 14,7:1 und hält durch Verbrennen des unverbrannten Abgases, indem Luft durch das zweite Ventil zu dem Katalysator strömt, die Temperatur des Katalysators für 20 Sekunden höher als 900°C, und steuert für eine vorgegebene Zeitdauer die genannten Aktivitäten mehrmals.
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Die Motorölmischung, welche in das Ansaugrohr durch das erste Ventil eingespritzt wird, ist eine Mischung von im Handel erhältlichem Motoröl, in welchem die Anteile von Phosphor und Zink jeweils etwa 1000 ppm betragen, und einem Ölzusatz von ZDDP (Zinkdialkyldithiophosphat) oder ZDTP (Zinkdithiophosphat), in welchem die Anteile von Phosphor und Zink mehr als ungefähr 1000 ppm betragen. Eine Einspritzmenge und ein Mischungsverhältnis des Ölzusatzes und der Motorölmischung, welche durch das erste Ventil in das Ansaugrohr eingespritzt wird, werden gemäß einer entsprechenden Abgasmenge während des Prüfstandtests eingestellt. Der Ölzusatz, welcher in das Ansaugrohr durch das erste Ventil eingespritzt wird, weist Zinkdialkyldithiophosphat (ZDDP) und/oder Zinkdithiophosphat (ZDTP) auf, die Anteile von Phosphor und Zink aufweisen, welche höher sind, als die von handelsüblichem Motoröl. Die Menge des Ölzusatzes oder die Menge der Motorölmischung, die in das Ansaugrohr durch das erste Ventil eingespritzt wird, basiert auf der Menge von Motoröl, die entsprechend einem allgemeinen Betriebszustand eines Fahrzeugs verbraucht wird. Unverbranntes Abgas kann in dem Katalysator durch Luft verbrannt werden, die durch das zweite Ventil eingeleitet wird, so dass die Temperatur des Katalysators erhöht wird, so dass eine Bedingung eines harten Betriebs des Motors simuliert wird. Normale Bedingungen des Motors können ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis für normale Verbrennung bereitstellen und harte Bedingungen des Motors können ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis bereitstellen, in welchem der Anteil von unverbranntem Abgas erhöht ist.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Alterung eines Katalysators eines Fahrzeugs gerichtet, wobei das Verfahren aufweist einen ersten Prozess, der Kontaminierungsmaterial in einen Motor einspritzt, so dass eine Alterung eines Katalysators simuliert wird, einen zweiten Prozess, der den Motor mit einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betreibt, einen dritten Prozess, der die Temperatur des Katalysators für eine vorgegebene Zeitdauer niedriger als eine Basistemperatur hält, einen vierten Prozess, der den Motor mit einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betreibt, einen fünften Prozess, der durch Liefern von Luft an den Katalysator eine hohe Temperatur des Katalysators für eine weitere vorgegebene Zeitdauer höher als die Basistemperatur hält, und einen sechsten Prozess, der bestimmt, ob eine vorgegebene Zeitdauer in einem Experiment vergangen ist, und den zweiten, dritten und vierten Prozess mehrmals durchführt, wenn die vorgegebene Zeitdauer nicht vergangen ist.
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Das Kontaminierungsmaterial, welches in den Motor eingespritzt werden kann, kann zumindest eines von einem Ölzusatz oder einer Motorölmischung sein. Das Kontaminierungsmaterial, das in den Motor eingespritzt werden kann, kann ein Ölzusatz sein, der einen Anteil von Phosphor und/oder Zink aufweist, der höher als der eines handelsüblichen Motoröls ist. Das Kontaminierungsmaterial kann eine Motorölmischung sein, bei welcher ein Motoröl und ein Ölzusatz in einem vorgegebenen Verhältnis vermischt sind. Der Anteil und das Mischungsverhältnis des Kontaminierungsmaterials, das in den Motor eingespritzt wird, können basierend auf einer Abgasmenge des Motors in dem ersten Prozess bestimmt werden. Der Anteil des Kontaminierungsmaterials, das in den Motor in dem ersten Prozess eingespritzt wird, entspricht einer Menge von Motoröl, die typischerweise von einem echten Fahrzeug verbraucht wird. Das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann ungefähr 17,0:1 betragen. Ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht einem normalen Fahrzustand. Die Basistemperatur des Katalysators kann ungefähr 900°C betragen. Das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann ungefähr 14,7:1 betragen. Das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis entspricht einem harten Fahrzustand, in welchem ein fettes Kraftstoffgemisch an den Motor geliefert wird. Zu dem Katalysator gelieferte Luft reagiert mit unverbranntem Abgas, so dass dieses im Inneren des Katalysators verbrennt und die Temperatur des Katalysators auf über 1.015°C steigt.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Alterung eines Katalysators durch einen Motorprüfstandtest gerichtet, wobei das Verfahren aufweist (a) einen Belieferungsprozess, der ein Kontaminierungsmaterial durch ein Ansaugrohr liefert, wobei die Menge des Kontaminierungsmaterials auf der Abgasmenge und der Lebensdauer des Motors basiert, (b) einen Alterungsprozess, der den Katalysator für eine vorgegebene Zeitdauer unter normalen Fahrbedingungen durch Betreiben des Motors mit einem theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis altern lässt, und/oder (c) einen Alterungsprozess, der den Katalysator für eine vorgegebene Zeitdauer unter harten Fahrbedingungen durch Betreiben des Motors unter einer Bedingung eines fetten Kraftstoffgemischs altern lässt, wobei die Alterungsprozesse für eine vorgegebene experimentelle Zeitdauer mehrmals und abwechselnd unter normalen Fahrbedingungen und unter harten Fahrbedingungen durchgeführt werden.
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Beim Verwenden der obigen Einrichtungen und Verfahren können gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung korrekte Daten, die zum Entwickeln eines Katalysators benötigt werden, durch eine Alterung des Katalysators unter Berücksichtigung der katalytischen Vergiftung oder Kontaminierung in Prüfstandtests des Motors gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung unter Bedingungen erhalten werden, die identisch mit realen Fahrzeugbedingungen sind. Außerdem kann darauf basierend ein Katalysator mit einem geeigneten Abgas-Betriebsverhalten angeboten werden.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der Erfindung weisen weitere Merkmale und Vorteile auf, welche aus den beigefügten Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung ersichtlich sind, die gemeinsam zum Erläutern bestimmter Prinzipien der Erfindung dienen.
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1 ist ein Diagramm, welches eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeugs gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung zeigt.
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2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Alterungsverfahren eines Katalysators gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung zeigt.
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Es wird nun im Detail auf verschiedene Ausführungsformen der Erfindung(en) Bezug genommen, von welchen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargelegt und untenstehend beschrieben sind. Obwohl die Erfindung(en) in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird(werden), soll die Beschreibung die Erfindung(en) nicht auf diese beispielhaften Ausführungsformen beschränken. Im Gegensatz dazu soll(en) die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen umfassen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche innerhalb des Bereichs und der Idee der Erfindung, wie diese durch die beigefügten Ansprüche definiert sind, liegen.
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1 ist ein Diagramm, welches eine Alterungseinrichtung eines Katalysators eines Fahrzeugs gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt, und 2 ist ein Flussdiagramm, welches ein Alterungsverfahren eines Katalysators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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Der hierin verwendete Begriff "Prüfstandtest"-Motor bezieht sich entweder auf einen echten Motor (zum Beispiel in einem Fahrzeug), welcher für experimentelle Zwecke und/oder Testzwecke verwendet wird, oder auf einen separaten Motor in einem Labor, in einer Garage, in einer Forschungs- und Entwicklungsabteilung oder in einer anderen Umgebung, das(die) für experimentelle Zwecke und/oder Testzwecke eingerichtet ist.
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Wie gezeigt, ist in Prüfstandtests eines Motors 10 ein erstes Ventil 14, das einen Ölzusatz oder eine Motorölmischung in ein Ansaugrohr 2 einspritzt, an dem Ansaugrohr 2 angeordnet. Der Zustrom atmosphärischer Luft zu dem Motor 10 wird in einer ansonsten herkömmlichen Weise durch ein Drosselventil an dem Motor 10 gesteuert. Gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung sind ein erster Katalysator 6 und ein zweiter Katalysator 8 jeweils an Positionen eines Abgasrohrs 4 angeordnet, welches in dem Motor 10 verbranntes Abgas in die Atmosphäre ausstößt.
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Ein zweites Ventil 16, das atmosphärische Luft zuströmen lässt oder einleitet, ist an einer Seite des Abgasrohrs 4 in Strömungsrichtung vor dem ersten Katalysator 6 angeordnet.
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Der Ölzusatz oder die Motorölmischung, die in das Ansaugrohr 2 durch das erste Ventil 14 eingespritzt wird, wird unter Druck gesetzt und von einem Vorratstank oder einem anderen geeigneten Reservoir durch eine Pumpe 12 weitergeleitet, die durch ein Steuersignal einer Steuervorrichtung 20 betätigt wird.
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Die Steuervorrichtung 20 für den Prüfstandtest steuert die Alterung des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8, so dass eine katalytische Vergiftung oder eine Kontaminierung in einer Weise erzeugt wird, die dem echten Fahrzeugverschleiß sehr ähnlich ist.
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Die Steuervorrichtung 20 kann so eingerichtet sein, dass unter einer normalen Bedingung der Motor 10 so gesteuert wird, dass für eine vorgegebene einheitliche Zeitdauer die Verbrennung eines theoretischen Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird, um den ersten Katalysator 6 und den zweiten Katalysator 8 unter den gleichen Bedingungen zu betreiben, wie bei einer echten Fahrzeugalterung oder einem echten Fahrzeugverschleiß, inklusive einer entsprechenden katalytischen Vergiftung oder Kontaminierung. Die Steuervorrichtung 20 kann ferner den Motor 10 unter einer harten Bedingung so steuern, dass für eine vorgegebene einheitliche Zeitdauer aufgrund eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses mehr unverbranntes Abgas ausgestoßen wird, und wiederholt für eine vorgegebene einheitliche Zeitdauer die oben genannten Alterungstests. Es ist zu bemerken, dass die Steuervorrichtung so eingerichtet sein kann, dass die Betriebszustände gewechselt werden und die Zeitdauern und/oder andere Parameter variiert werden, wenn dies gewünscht wird.
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Die Motorölmischung wird durch Mischen von handelsüblichem Motoröl, in welchem die Anteile von Phosphor (P) und Zink (Zn) ungefähr 1000 ppm betragen können, und einem Ölzusatz, wie beispielsweise ZDDP (Zinkdialkyldithiophosphat) oder ZDTP (Zinkdithiophosphat), usw., in welchen der Anteil von Phosphor (P) und Zink (Zn) größer ist, als der des handelsüblichen Motoröls, hergestellt.
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Außerdem wird das Einspritzen des Ölzusatzes oder der Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, durch ein Steuersignal der Steuervorrichtung 20 gesteuert. Auf diese Weise können Alterungstests, welche die katalytische Vergiftung oder Kontaminierung durch solch eine Einspritzung durch das in dem Ansaugrohr 2 angeordnete erste Ventil 14 wiedergeben oder nachahmen, die Verschlechterung des Katalysators unter Bedingungen verfolgen, die denen eines echten Fahrzeugs gleichen.
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Die Einspritzung des Ölzusatzes oder der Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, kann soviel betragen, wie eine Menge von Motoröl, welche von einem echten Fahrzeug verbraucht wird. Hier kann der Ölzusatz oder die Motorölmischung durch Öffnen/Schließen des ersten Ventils 14 für eine gewünschte Zeitdauer unter Druck gesetzt werden und durch die Pumpe 12 gleichmäßig weitergeleitet werden.
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Der Alterungstest, in welchem die katalytische Vergiftung oder Kontaminierung in dem Katalysator der Alterungseinrichtungen gemäß der Erfindung, welche eine oben genannte Funktion aufweist, wiedergegeben oder nachgeahmt wird, wird nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf 2 erklärt.
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Wie in 2 gezeigt, startet in Prüfstandtests ein Alterungsmodus (S201) unter einer Bedingung, in welcher der erste Katalysator 6 und der zweite Katalysator 8 in dem Abgasrohr 4 des Motors 10 angeordnet sind, und eine Steuervorrichtung 20 öffnet das erste Ventil 14, welches in dem Ansaugrohr 2 angeordnet ist. Außerdem bewirkt die Steuervorrichtung 20, dass ZDDP, dessen Anteile an Phosphor (P) und Zink (Zn) hoch sind, oder ein Ölzusatz eines ZDTP-Materials oder eine Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, unter Druck gesetzt und durch die Pumpe 12 durch das Ansaugrohr 2 zu dem Motor 10 weitergeleitet wird (S202).
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Das Mischungsverhältnis und die Einspritzmenge des Ölzusatzes, der in das Ansaugrohr 2 durch das erste Ventil 14 eingespritzt wird, oder die Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, werden entsprechend der Abgasmenge des Motors 10 eingestellt, der das Alterungsexperiment durchführt.
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In diesem Prozess betreibt die Steuervorrichtung 20 den Motor unter einer Bedingung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist (S203), und hält die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8, die in dem Abgasrohr 4 angeordnet sind, für eine erste Basiszeitdauer niedriger als eine Basistemperatur (S204).
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Das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis beträgt ungefähr 17,0:1 und die Bedingung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ist, wird durch ein Verhältnis von etwa 14,7:1 erfüllt.
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Ferner beträgt die Basistemperatur 900°C, die Bedingung, dass die Temperatur niedriger die Basistemperatur ist, wird durch eine Temperatur von 780°C erfüllt, und die erste Basiszeitdauer beträgt ungefähr 60 Sekunden.
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Wie oben beschrieben, werden der Betrieb des Motors 10 unter einer Bedingung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Halten des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 unterhalb der Basistemperatur in einem normalen Zustand, in welchem ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis beibehalten wird, verbrennungsgesteuert.
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In dem oben genannten Steuerzustand wird bestimmt, ob die vorgegebene erste Zeitdauer vergangen ist, oder nicht (S205).
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Wenn bei der Bestimmung gemäß Schritt S205 die erste Basiszeitdauer nicht vergangen ist, wird zu Schritt S203 zurückgekehrt, und wenn die erste Basiszeitdauer vergangen ist, wird der Motor 10 unter einer Bedingung betrieben, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist (S206).
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Die Bedingung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, stellt eine Fahrbedingung unterhalb eines Verhältnisses von ungefähr 14,7:1 dar, welche durch eine Bedingung eines fetten Kraftstoffs von ungefähr 13:1 erfüllt wird.
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Wie oben beschrieben, strömt eine zweite oder zusätzliche Luftmenge durch das zweite Ventil 16 zu dem ersten Katalysator 6 und dem zweiten Katalysator 8 in einem Zustand, in welchem der Motor unter der Bedingung betrieben wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und der unverbrannte Kraftstoff, der von dem Motor 10 ausgestoßen wird, verbrennt durch die zweite oder zusätzliche Luftmenge (S207), was die Temperatur der Katalysatoren über die Basistemperaturen erhöht.
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Weil demgemäß der unverbrannte Kraftstoff durch die zweite Luftmenge verbrennt, steigt die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 über die Basistemperatur (S208).
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Die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 kann durch Verbrennen der zweiten Luftmenge bis auf 1.015°C ansteigen, so dass sich das Betriebsverhalten des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 verschlechtert, wobei dieser Betriebszustand repräsentativ für harte Fahrbedingungen ist.
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Dann wird bestimmt, ob eine Zeitdauer, in welcher die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 höher als die Basistemperatur gehalten wird, eine zweite vorgegebene Basiszeit durchlaufen hat (S209).
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Die zweite Basiszeit kann ungefähr 20 Sekunden betragen.
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Wie oben beschrieben, sind der Betrieb des Motors unter einer Bedingung, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis niedriger als das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist, und das Halten der Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 über der Basistemperatur durch Einströmen der zweiten Luftmenge kennzeichnend für harte Fahrbedingungen.
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Wenn die vorgegebene zweite Basiszeitdauer bei der Bestimmung gemäß Schritt S209 nicht vergangen ist, wird zu Schritt S207 zurückgekehrt, und wenn die vorgegebene zweite Basiszeitdauer vergangen ist, wird bestimmt, ob eine vorgegebene Zeitdauer für das Alterungsexperiment vergangen ist, oder nicht (S210).
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Die vorgegebene Zeitdauer für das Alterungsexperiment kann etwa 100 Stunden betragen.
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Wenn die vorgegebene Zeitdauer für das Alterungsexperiment in Schritt S210 nicht vergangen ist, wird zu Schritt S203 zurückgekehrt und die oben erläuterten Prozesse werden wiederholt.
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Entsprechend den Wiederholungen der oben genannten Prozesse werden Phosphor (P) und Zink (Zn), die in dem Ölzusatz oder der Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, enthalten sind, durch das erste Ventil 14 zu dem Ansaugrohr 2 geliefert, und der erste Katalysator 6 und der zweite Katalysator 8 werden dadurch vergiftet, daher werden Alterungsexperiment-Ergebnisse ermittelt, die fast identisch mit den Fahrbedingungen des echten Fahrzeugs sind.
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Wenn in Schritt S210 die vorgegebene Gesamt-Alterungszeitdauer vergangen ist, kommt es zum Ende des Alterungsexperiments (S211), und die Entwicklung und das Design des Katalysators können durch Analysieren der Ergebnisse, die durch das Experiment entsprechend der Abgasmenge des Motors 10 ermittelt wurden, bewerkstelligt werden (S212).
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Ein beispielhaftes Verfahren des Durchführens des Alterungsexperiments für eine vorgegebene Zeitdauer von 100 Stunden bei einer hohen Temperatur für einen Katalysator, der an einem kleinen Motor von 1.500 cm3 eingesetzt werden kann, unter Verwendung des Katalysator-Alterungsverfahren gemäß der Erfindung wird nachfolgend erläutert.
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Gemäß dem Start des Alterungsexperiments wird ein Kontaminierungsmaterial in das Ansaugrohr 2 eingespritzt, wobei das Kontaminierungsmaterial den Ölzusatz oder die Motorölmischung, in welcher das Motoröl und der Ölzusatz gemischt sind, aufweisen kann, und das Material durch die Pumpe 12 unter Druck gesetzt und durch das erste Ventil 14 geleitet wird.
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Das Mischungsverhältnis des Kontaminierungsmaterials, das in das Ansaugrohr 2 eingespritzt wird, ist ein Gewichtsverhältnis von Motoröl zu Ölzusatz von ungefähr 30:1, wobei die Einspritzmenge 1.200 cm3 beträgt, weshalb die katalytische Vergiftung oder Kontaminierung durch das Motoröl in dem Katalysator eintritt.
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In diesem Zustand wird der Motor 10 bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 14,7:1 betrieben, und die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 wird für etwa 60 Sekunden bei ungefähr 780°C gehalten.
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Ferner wird der Motor 10 in einem Zustand eines fetten Kraftstoffgemischs eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses von niedriger als etwa 13:1 betrieben, außerdem wird Luft durch das zweite Ventil 16 in das Abgasrohr 4 eingeleitet. Der unverbrannte Kraftstoff in dem Motor 10 verbrennt mit der Luft in dem ersten Katalysator 6 und dem zweiten Katalysator 8, daher steigt die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 für 20 Sekunden auf etwa 1.015°C. Infolgedessen wird das Betriebsverhalten des Katalysators verschlechtert.
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Die oben beschriebene Durchführung wird für 100 Stunden bei einer hohen Temperatur wiederholt.
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Gemäß einem Vergleichsbeispiel 1 wird ein Katalysator, der die gleichen Spezifikationen wie der Katalysator der genannten beispielhaften Ausführungsform aufweist, in einem echten Fahrzeug angeordnet, dann legt das echte Fahrzeug die vom koreanischen Gesetz geforderte nutzbare Lebensdauer von 160.000 km zurück und die Alterungsergebnisse in dem Vergleichsbeispiel 1 werden erhalten.
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Das Vergleichsbeispiel 2 verwendet das Verfahren zur Alterung des Katalysators für 100 Stunden durch alleiniges Verwenden des Temperatur-Alterungsschritts, wobei das Verfahren in einem herkömmlichen Prüfstand-Betriebszustand des Motors betrieben wird.
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Der Motor 10 wird gemäß dem Start der Alterung mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 14,7:1 betrieben, daher wird die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 für 45 Sekunden bei etwa 780°C gehalten. Dann wird der Motor 10 in einem Zustand eines fetten Kraftstoffgemischs eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, das niedriger als ungefähr 13:1 ist, betrieben und Luft wird durch das zweite Ventil 16 eingeleitet. Der in dem Abgas enthaltene unverbrannte Kraftstoff reagiert mit der Luft und verbrennt in dem ersten Katalysator 6 und dem zweiten Katalysator 8.
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Demzufolge steigt die Temperatur des ersten Katalysators 6 und des zweiten Katalysators 8 bis auf 1.015°C und dieser Betriebszustand hält für etwa 20 Sekunden an.
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Dieser Alterungsprozess bei der hohen Temperatur wird für 100 Stunden wiederholt, was die Zeitdauer des vorgegebenen Alterungsexperiments ist.
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Die folgende Tabelle zeigt die experimentellen Ergebnisse in Form eines Vergleichs der beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung mit den Vergleichsbeispielen.
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Das gealterte Auspuffsystem (Katalysator) gemäß der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung als eine Referenz und gemäß des Vergleichsbeispiels 1 und gemäß des Vergleichsbeispiels 2 wird in das Fahrzeug eingebaut und das Reinigungsergebnis des durch den Katalysator geleiteten Abgases wird basierend auf einem Fahrzustand eines offiziellen Prüfungsmodus gemessen. Tab. 1
| | THC (g/km) | NOx (g/km) | P-Gehalt (%) |
| Beispielhafte Ausführungsform | 0,037 | 0,130 | 2,5 |
| Vergleichsbeispiel 1 | 0,045 | 0,180 | 4,0 |
| Vergleichsbeispiel 2 | 0,032 | 0,0035 | 0,2 |
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Wie in Tabelle 1 gezeigt, deckt sich die beispielhafte Ausführungsform gemäß der Erfindung am ehesten mit einem realen Zustand des Fahrzeugs von Vergleichsbeispiel 1 unter realen Bedingungen.
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Allerdings kann die Abgaskonzentration von Stickstoffoxid in dem Vergleichsbeispiel 2 bei Verwendung allein des herkömmlichen Hochtemperatur-Alterungsverfahrens verglichen mit Vergleichsbeispiel 1 sehr niedrig sein.
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Außerdem ist unter den gealterten Katalysatoren der beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 der erste Katalysator eingeschnitten, und die Menge des darin abgelagerten Phosphors wird durch ein induktiv gekoppeltes Plasmagerät bestimmt.
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Wie in den Analyseergebnissen gezeigt, ist die Verbreitung von Phosphor in der beispielhaften Ausführungsform gemäß der Erfindung sehr ähnlich zu der des Vergleichsbeispiels 1 unter realen Fahrzeugbedingungen.
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Das heißt, das Altern im Zustand katalytischer Vergiftung oder Kontaminierung durch das Öl tritt in ähnlicher Weise wie bei einem echten Fahrzeugs auf.
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Allerdings tritt das Altern im Zustand katalytischer Vergiftung oder Kontaminierung durch das Öl in Vergleichsbeispiel 2 kaum auf, daher ist die Menge der Ablagerung von Phosphor (P) gering.
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Zum Zweck der Erläuterung und der genaue Definition in den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe "obere" oder "untere", "innerhalb", usw. verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Positionen solcher Merkmale zu beschreiben, wie in den Figuren gezeigt ist.
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Die vorangegangenen Beschreibungen spezieller beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung sind für Zwecke der Darstellung und Beschreibung aufgeführt worden. Sie sollen nicht vollständig sein oder die Erfindung auf genau die offenbarten Formen beschränken, und offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen im Licht der obigen Lehren möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden gewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, so dass dabei andere Fachleute befähigt werden, verschiedene Ausführungsformen der Erfindung herzustellen und zu nutzen, genauso wie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon.
