DE10358495A1 - Catalyst status detection method e.g. for NOx storage catalyst, involves having interior of housing of catalyst having gas in it and having quality measure of cavity for gas with resonant frequency decreased as measure of increase of NOx - Google Patents

Catalyst status detection method e.g. for NOx storage catalyst, involves having interior of housing of catalyst having gas in it and having quality measure of cavity for gas with resonant frequency decreased as measure of increase of NOx Download PDF

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Abstract

The method involves having the interior of a housing (11) of a catalyst (10) having gas in it and having a quality measure of a cavity for the gas. The resonant frequency is decreased as a measure of an increase of NOx and such a reading is evaluated. The shift of the resonator quality as measure for carbon dioxide is evaluated.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Zustands eines Katalysators, insbesondere eines NOx-Speicherkatalysators, welcher im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zyklisch mit Gas beladen und regeneriert wird.The The invention relates to a method for detecting the condition of a Catalyst, in particular a NOx storage catalyst, which Cyclically loaded with gas in the exhaust gas stream of an internal combustion engine and regenerated.

Beim mit Luftüberschuss betriebenen Verbrennungsmotor, beispielsweise einem sogenannten "Magermotor" oder Dieselmotor, entstehen prinzipbedingt viele Stickoxide. Es wird daher in bekannter Weise im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ein Katalysator eingebracht, der eine gewisse Zeit lang Stickoxide speichern kann. Parallel dazu kann im Katalysator auch noch Sauerstoff gespeichert werden. Jeweils nach einer Speicherphase, in der der Katalysator mit der zu speichernden Abgaskomponente gefüllt bzw. angereichert wird, folgt eine Desorptionsphase, in der der Katalysator geleert wird. Die NOx-Speicherung erfolgt in Form von Nitraten und möglicherweise auch durch absorbierte Stickoxide. Nach der Desorption liegt das Speichermedium als Karbonat vor. Bei den zur Zeit gängigen Konzepten zur Erkennung des Katalysatorfüllgrades bzw. Katalysatorzustands und der daran anschließenden Regelung des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses (Luftzahl λ) werden Gassensoren verwendet, die das zu speichernde NOx-Gas hinter dem Katalysator messen. Ein Durchschlag des Gases hinter dem Katalysa- tor zeigt dann an, dass der Katalysator mit dem zu speichernden Gas gefüllt ist und dass eine Desorptionsphase eingeleitet werden muss. Derartige Systeme sind beispielsweise aus der EP 0 257 842 , der US 5 466 350 oder der DE 43 08 767 A1 bekannt. Diese NOx-Sensoren detektieren jedoch nicht den Katalysatorfüllgrad als solchen, sondern den NOx-Gehalt des Ab gases. Der Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, dass die Desorptionsphase erst dann gestartet werden kann, wenn schon ein Durchbruch des Katalysators erfolgt ist. Zudem sind solche Sensoren sehr teuer.When operated with excess air combustion engine, for example, a so-called "lean-burn engine" or diesel engine, inherently caused many nitrogen oxides. It is therefore introduced in a known manner in the exhaust system of a motor vehicle, a catalyst which can store nitrogen oxides for a certain time. In parallel, oxygen can also be stored in the catalyst. In each case after a storage phase in which the catalyst is filled or enriched with the exhaust gas component to be stored, followed by a desorption phase in which the catalyst is emptied. The NOx storage takes place in the form of nitrates and possibly also by absorbed nitrogen oxides. After desorption, the storage medium is present as carbonate. In the current concepts for detecting the degree of catalyst or catalyst state and the subsequent control of the fuel / air ratio (air ratio λ) gas sensors are used, which measure the stored NOx-gas behind the catalyst. A breakdown of the gas behind the catalyst then indicates that the catalyst is filled with the gas to be stored and that a desorption phase must be initiated. Such systems are for example from the EP 0 257 842 , of the US 5,466,350 or the DE 43 08 767 A1 known. However, these NOx sensors do not detect the Katalysatorfüllgrad as such, but the NOx content of the ex gas. The disadvantage of this known method is that the desorption phase can only be started when a breakthrough of the catalyst has already taken place. In addition, such sensors are very expensive.

Es ist bereits auch beispielsweise aus der DE 100 64 499 A1 bekannt, den Zustand des Katalysators direkt zu detektieren, wobei das Speichermaterial das sensitive Element des Sensors bildet. Hierzu werden zwei voneinander unabhängige elektrische Bestimmungsgrößen der elektrischen komplexen Impedanz des NOx-Speicherkatalysators detektiert, wobei eine der beiden elektrischen Größen ein Maß für den Beladungsgrad des NOx-Speicher-katalysators ist, wobei aus der zweiten elektrischen Größe der Zeitpunkt für das Ende des Regenerationsvorgangs des NOx-Katalysators erkannt werden kann. Auf diese weise kann sowohl der Beginn, wie auch das Ende der Regenerationsvorgänge automatisch eingeleitet werden.It is already for example from the DE 100 64 499 A1 It is known to directly detect the state of the catalyst, wherein the storage material forms the sensitive element of the sensor. For this purpose, two independent electrical determination variables of the electrical complex impedance of the NOx storage catalytic converter are detected, wherein one of the two electrical quantities is a measure of the degree of loading of the NOx storage catalytic converter, wherein the second electrical variable is the time for the end of the regeneration process of the NOx catalyst can be detected. In this way, both the beginning, as well as the end of the regeneration processes can be initiated automatically.

Eine ähnliche Lösung wird in der DE 199 16 677 vorgeschlagen, gemäß der die elektrische Kapazität des Katalysatorwerkstoffes im Katalysator gemessen wird. Zwar muss hier keine Kontaktierung direkt am Katalysatorwerkstoff durchgeführt werden, dafür muss jedoch eine Kondensatoranordnung in den Abgaskatalysator integriert werden. Dabei werden stabförmige Elektroden inklusive elektrischer Zuführungen in den Katalysatormonolithen eingebracht. Auf Grund des Prinzip bedingt großen Abstandes zwischen den beiden Kondensatorelektroden wird die zu messende Kapazität sehr klein, was einen hohen elektrischen Aufwand zur Messwerterfassung erfordert. Bei beiden Verfahren müssen Zuleitungen und Elektroden direkt in den Katalysator eingebracht werden, was sich als durchaus problematisch erweist.A similar solution will be found in the DE 199 16 677 proposed, according to which the electrical capacity of the catalyst material is measured in the catalyst. Although no contacting must be carried out directly on the catalyst material here, but a capacitor arrangement must be integrated into the catalytic converter. In this case, rod-shaped electrodes including electrical feeds are introduced into the catalyst monoliths. Due to the principle caused by large distance between the two capacitor electrodes, the capacitance to be measured is very small, which requires a high electrical outlay for data acquisition. In both methods, leads and electrodes must be introduced directly into the catalyst, which proves to be quite problematic.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung zu schaffen, das keinen externen Sensor benötigt und bei dem eine elektrische Messung des Katalysatorzustandes bei wesentlich einfacherer Aufbau- und Verbindungstechnik möglich ist. The The object of the present invention is thus a method to provide the type mentioned, no external sensor needed and in which an electrical measurement of the catalyst state at much simpler construction and connection technology is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a Method solved with the features of claim 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Auswertung von Wechselwirkungen des Katalysatormaterials mit elektromagnetischen Wellen, die sich während des Betriebs ändernde physikochemische Zusammensetzung des Katalysatormaterials ändert auch dessen elektrische Eigenschaften. Die Katalysatorbeschichtung ändert sich nämlich auf Grund einer chemischen Wechselwirkung des zu speichernden Gases, insbesondere Sauerstoff und Stickoxyde, mit der Beschichtung. Diese sich ändernden elektrischen Eigenschaften des Katalysatormaterials wirken sich auf die zur Messung verwendeten Mikrowellen aus. Der gesamte Katalysator bzw. dessen Gehäuse wird als Hohlraumresonator ausgenutzt, und die Messung der Änderung des Katalysatorwerkstoffes kann kontaktlos über die Wechselwirkung mit den Mikrowellen erfolgen. Sowohl die Fehleranfälligkeit, als auch die Kosten einer solchen Sensorik werden dadurch drastisch reduziert. Es genügt zum ein- bzw. auskoppeln des Mikrowellensignals wenigstens eine Feldsonde, beispielsweise ein elektrischer λ/4-Monopol (Stabantenne) oder magnetischer Dipol (Schleifenantenne), die an geeigneten Positionen im Katalysatorgehäuse angebracht wird.The inventive method based on the evaluation of interactions of the catalyst material with electromagnetic waves that change during operation Physicochemical composition of the catalyst material also changes its electrical properties. The catalyst coating changes namely due to a chemical interaction of the gas to be stored, in particular oxygen and nitrogen oxides, with the coating. These changing electrical properties of the catalyst material affect on the microwaves used for the measurement. The entire catalyst or its housing is used as a cavity resonator, and the measurement of the change of the catalyst material can be contacted via the interaction with take the microwaves. Both the error rate, as well as the cost Such sensors are thereby drastically reduced. It is sufficient to or decoupling the microwave signal at least one field probe, for example, an electrical λ / 4 monopole (Rod antenna) or magnetic dipole (loop antenna), the appropriate positions in the catalyst housing is mounted.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.By in the subclaims listed activities are advantageous developments and improvements of the claim 1 specified method possible.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Absinken der Resonanzfrequenz als Maß für die zunehmende NOx-Beladung des Speichermaterials im Gehäuse des Katalysators ausgewertet. Entsprechend kann auch die Verschiebung der Resonatorgüte als Maß für die O2-Beladung des Speichermaterials im Gehäuse des Katalysators ausgewertet werden.In an advantageous embodiment, the decrease of the resonance frequency is evaluated as a measure of the increasing NOx loading of the storage material in the housing of the catalyst. Accordingly, the shift in the resonator quality can also be evaluated as a measure of the O 2 charge of the storage material in the housing of the catalytic converter.

In vorteilhafter Weise wird bei Erreichen eines vorgebbaren Werts der Resonanzfrequenz und/oder -güte die Regenerierung des Speichermaterials durchgeführt, was jeweils automatisch erfolgen kann.In Advantageously, upon reaching a predetermined value of Resonant frequency and / or quality the regeneration of the storage material is carried out, each time automatically can be done.

Die Erfassung der Resonanzfrequenz und/oder -güte als Maß für die NOx- oder O2-Beladung des Speichermaterials erfolgt bevorzugt über eine Transmissions- oder Reflexionsmessung der Mikrowelle. Im ersten Falle werden zwei Messelektroden bzw. Feldsonden benötigt und im zweiten Fall nur eine.The detection of the resonance frequency and / or quality as a measure of the NOx or O 2 loading of the storage material is preferably carried out via a transmission or reflection measurement of the microwave. In the first case two measuring electrodes or field probes are needed and in the second case only one.

Die Regeneration des Speichermaterials erfolgt im fetten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, und zwar bis zu einem vorgebbaren Absenkungswert der mittels einer Transmissions- oder Reflexionsmessung erfassten Amplitude der Mikrowelle und der daraus berechenbaren Resonatorgüte und/oder bis zum Erreichen eines vorgebbaren höheren Wertes der Resonanzfrequenz. Dadurch werden die Regenerationsphasen jeweils automatisch nach einer optimalen Zeitspanne abgeschlossen.The Regeneration of the storage material takes place in the rich operating state of the internal combustion engine, up to a predefinable reduction value by means of a transmission or Reflection measurement detected amplitude of the microwave and the resulting calculable resonator quality and / or until reaching a predefinable higher value of the resonance frequency. As a result, the regeneration phases automatically become one after another optimal time period completed.

Zur Erfassung der Resonatorgüte wird zweckmäßigerweise die Amplitude des Transmissions- oder Reflexionsfaktors der Mikrowelle gemessen. Zur Optimierung des Verfahrens wird bei der Anregung der Mikrowelle die Frequenz so hoch gewählt, dass sich mindestens der erste Grundmodus eines resonanten Feldes im Gehäuse ausbilden kann, aber auch gleichzeitig so niedrig, dass an das Gehäuse angeschlossene Rohrleitungen zur Zuführung und Abführung des Abgases eine Abstrahlung des Feldes nach außen verhindern.to Detection of the resonator quality is expediently the amplitude of the transmission or reflection factor of the microwave measured. To optimize the process, the excitation of the Microwave the frequency chosen so high that at least the first basic mode of a resonant field in the housing can form, but also at the same time so low that piping connected to the housing to the feeder and exhaustion of the exhaust gas prevent radiation of the field to the outside.

Bei der Transmissionsmessung wird die Mikrowelle mit einer ersten Feldsonde eingekoppelt und in einer zweiten Feldsonde erfasst, wobei die Feldsonden im Gehäuse angeordnet sind, vorzugsweise so, dass sich das Speichermaterial dazwischen befindet.at The transmission measurement is the microwave with a first field probe coupled and detected in a second field probe, the field probes in the case are arranged, preferably so that the memory material in between.

Bei der Reflexionsmessung wird die Mikrowelle mit einer Feldsonde eingekoppelt und wieder in dieser Feldsonde im Gehäuse erfasst, so dass man nur eine Feldsonde benötigt. Dies vereinfacht die elektrische Installation.at The reflection measurement is coupled to the microwave with a field probe and again captured in this field probe in the case, so you only a field probe needed. This simplifies the electrical installation.

In vorteilhafter Weise kann eine Ansteuer- und Auswerteeinrichtung im oder am Gehäuse mit wenigstens einer der als Feldsonde ausgebildeten Antennen integriert werden, wodurch aufwändige Hochfrequenzzuleitungen entfallen können. Weiterhin ermöglicht dies mit entsprechenden Mitteln die direkte Erfassung der Katalysatortemperatur als Mess- und Kalibrierungsgröße.In Advantageously, a drive and evaluation device in or on the housing integrated with at least one of the antenna designed as a field probe become, thereby consuming high-frequency supply lines can be omitted. Furthermore possible this with appropriate means the direct detection of the catalyst temperature as measurement and calibration variable.

Durch Messung mehrerer Resonanzmoden bei mehreren Frequenzen können die Abhängigkeiten verschiedener physikalischer und/oder chemischer Einflüsse auf die Messgröße kompensiert bzw. getrennt werden. Dies betrifft beispielsweise die Temperatur, den Beladungszustand, die Vergiftung und dgl..By Measuring several resonance modes at several frequencies can be the dependencies various physical and / or chemical influences compensates the measured variable or be separated. This concerns for example the temperature, the loading condition, the poisoning and the like ..

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, zumindest die stirnseitigen Stege des als Wabenkörper ausgebildeten Speichermaterials mit einer Metall- oder Metallisierungsschicht zu versehen, so dass die Resonatorlänge ausschließlich durch den Wabenkörper festgelegt ist. Eine solche Ausführung besitzt eine höhere Empfindlichkeit durch höheren Volumenanteil des Speicher- bzw. Katalysatormaterials im Resonator und eine sehr einfache gehäuseunabhängige Resonatorgeometrie. Zusätzlich wird die Ausbreitung von Mikrowellenleistung nach außen reduziert.Farther It has proved to be advantageous, at least the frontal Webs of the honeycomb body formed memory material with a metal or metallization layer to be provided so that the resonator length exclusively by the honeycomb body is fixed. Such a design has a higher one Sensitivity due to higher volume fraction the storage or catalyst material in the resonator and a very simple housing-independent resonator geometry. additionally the spread of microwave power to the outside is reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail. It demonstrate:

1 eine schematische Darstellung eines NOx-Speicherkatalysators mit angeschlossener Messeinrichtung, 1 a schematic representation of a NOx storage catalyst with connected measuring device,

2 ein Signaldiagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Transmissionsfaktors von der Mikrowellenfrequenz beim Wechsel vom fetten Betriebszustand in den mage ren Betriebszustand ohne NOx in der Gasphase (keine Beladung des Speichermaterials mit NOx) und 2 a signal diagram showing the dependence of the transmission factor of the microwave frequency when changing from the rich operating state to the lean operating state without NOx in the gas phase (no loading of the storage material with NOx) and

3 ein Signaldiagramm zur Darstellung der Abhängigkeit des Transmissionsfaktors von der Mikrowellenfrequenz beim Wechsel vom fetten Betriebszustand in den mageren Betriebszustand in Anwesenheit von NOx (Beladung des Speichermaterials mit NOx). 3 a signal diagram showing the dependence of the transmission factor of the microwave frequency when changing from the rich operating state to the lean operating state in the presence of NOx (loading of the storage material with NOx).

Der in 1 dargestellte Abgaskatalysator 10 ist zum Einbau in die Abgasanlage bzw. dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors vorgesehen und ist als NOx-Speicherkatalysator ausgebildet. Er besteht aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Gehäuse 11, in dem ein mit einer katalytisch aktiven Beschichtung beschichteter keramischer Wabenkörper 12 angeordnet ist. Das zu reinigende Abgas wird über ein Zuleitungsrohr 13 zugeführt, strömt durch den Wabenkörper 12 und verlässt den Abgaskatalysator 10 wieder als gereinigtes Gas über ein Auslassrohr 14. Auf Grund der elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Gehäuses 11 stellt dieses in einem gewissen Wellenlängenbereich einen elektrischen Hohlraumresonator dar, dessen Eigenschaften unter anderem vom sich darin befindlichen Material abhängen, insbesondere von dessen komplexer Dielektrizitätszahl ε im Hochfrequenzbereich (Mikrowellen-Frequenzbereich).The in 1 illustrated catalytic converter 10 is intended for installation in the exhaust system or the exhaust gas stream of an internal combustion engine and is designed as a NOx storage catalytic converter. It consists of an electrically conductive metallic housing 11 in which a coated with a catalytically active coating ceramic honeycomb by 12 is arranged. The exhaust gas to be cleaned is via a supply pipe 13 supplied, flows through the honeycomb body 12 and leaves the catalytic converter 10 again as purified gas via an outlet pipe 14 , Due to the electrical conductivity of the metallic housing 11 this represents in a certain wavelength range an electric cavity resonator, the properties of which inter alia depend on the material contained therein, in particular its complex dielectric constant ε in the high frequency range (microwave frequency range).

Zur Ein- bzw. Auskopplung eines zur Messung verwendeten Mikrowellensignals dienen zwei Feldsonden 15, 16, die beispielsweise als elektrische λ/4-Monopole oder magnetische Dipole ausgebildet sind. Die Orte der Ein- und Auskopplung des Mikrowellensignals sind nach dem Prinzip der Reziprozität vertauschbar. Gemäß 1 wird an der Feldsonde 15 im einlassseitigen Bereich vor dem Wabenkörper das Mikrowellensignal in das Gehäuse 11 eingekoppelt, d.h. der durch das Gehäuse 11 gebildete Hohlraumresonator wird angeregt, und an der Feldsonde 16 im auslassseitigen Bereich wird ein Teil der eingekoppelten Leistung wieder ausgekoppelt, so dass eine Transmissionsmessung durch den Wabenkörper ermöglicht wird. Die beiden Feldsonden 15, 16 dienen dabei als Sende- bzw. Empfangsantennen für die Mikrowellensignale.For coupling or decoupling a microwave signal used for the measurement serve two field probes 15 . 16 , which are formed for example as electrical λ / 4 monopolies or magnetic dipoles. The locations of the coupling and decoupling of the microwave signal are interchangeable according to the principle of reciprocity. According to 1 is at the field probe 15 in the inlet side region in front of the honeycomb body, the microwave signal in the housing 11 coupled, ie through the housing 11 formed cavity resonator is excited, and at the field probe 16 In the outlet-side region, a part of the coupled-in power is decoupled again, so that a transmission measurement through the honeycomb body is made possible. The two field probes 15 . 16 serve as transmitting or receiving antennas for the microwave signals.

Die beiden Feldsonden 15, 16 sind mit einer Messeinrichtung 17 verbunden, wobei auch eine integrierte Ausbildung möglich und zweckmäßig ist. Der Mikrowellengenerator 18 der Messeinrichtung 17 ist ausgangsseitig mit der Feldsonde 15 verbunden und das in der Feldsonde 16 empfangene Mikrowellensignal wird einer Auswerteeinrichtung 19 zugeführt. Bei der Anregung der Mikrowellen im Mikrowellengenerator 18 wird die Wellenlänge so hoch gewählt, dass sich mindestens der erste Grundmodus eines resonanten Feldes ausbilden kann, aber auch so niedrig, dass die angeschlossenen Rohre 13, 14 eine Abstrahlung des Feldes nach außen verhindern (Rundhohlleiter im Cut-off-Betrieb). Die Frequenz kann variabel zur Anregung von geeigneten Resonanzmoden (z.B.H11p-Mode)und zur Messung der Transmission vorgegeben werden. Die Transmission in Abhängigkeit der Frequenz ist eine Möglichkeit, Resonanzfrequenz und Güte zu bestimmen. Im Resonanzfall ist die Transmission minimal, dort erfolgt vorteilhafterweise auch die Gütebestimmumg. Große Betragswerte der Transmission korrelieren mit hoher Güte.The two field probes 15 . 16 are with a measuring device 17 connected, with an integrated training is possible and appropriate. The microwave generator 18 the measuring device 17 is output side with the field probe 15 connected and in the field probe 16 received microwave signal is an evaluation 19 fed. In the excitation of microwaves in the microwave generator 18 the wavelength is chosen so high that at least the first fundamental mode of a resonant field can form, but also so low that the connected tubes 13 . 14 prevent radiation of the field to the outside (round waveguide in cut-off mode). The frequency can be variably specified for the excitation of suitable resonance modes (eg H11p mode) and for measuring the transmission. The transmission as a function of the frequency is one way to determine resonance frequency and quality. In the case of resonance, the transmission is minimal, there is also advantageously the quality determination. Large magnitude values of the transmission correlate with high quality.

Da sich die elektrischen Eigenschaften des mit Speichermaterial beschichteten Wabenkörpers 12 mit dem Katalysatorzustand, also dessen Beladung mit NOx und O2 oder mit der Vergiftung bzw. Alterung ändern, können Rückschlüsse auf den Zustand des Katalysatormaterials getroffen werden. Bei einem Vollkatalysator, z.B. einem SCR-Katalysator, wird das komplette Volumen von den Mikrowellen erfasst. Bei einem beschichteten Katalysator verändert sich während des Katalysatorbetriebs nur die chemische Zusammensetzung des Beschichtungs- bzw. Speichermaterials, welches am gesamten Füllvolumen nur einen Anteil von wenigen Prozent hat. Trotzdem erweisen sich die Resonanzfrequenz und -güte als hinreichend sensible Messgrößen. As is the electrical properties of the coated with memory material honeycomb body 12 With the catalyst state, ie its loading with NOx and O 2 or change with the poisoning or aging, conclusions about the state of the catalyst material can be made. In a full catalyst, such as an SCR catalyst, the entire volume is detected by the microwaves. In the case of a coated catalyst, only the chemical composition of the coating or storage material changes during catalyst operation, which has only a fraction of a few percent of the total filling volume. Nevertheless, the resonance frequency and quality prove to be sufficiently sensitive parameters.

Die Verhältnisse bzw. Messergebnisse bei einer Anordnung gemäß 1 sind in den 2 und 3 dargestellt. Die Kur ven zeigen den Transmissionsfaktor TF über der Mikrowellenfrequenz f beim NOx-Speicher-Katalysator. Dabei zeigt jeweils die Kurve "F" die Verhältnisse im fetten Betriebszustand und die Kurve "M" im mageren Betriebszustand. In den Figuren ist für den fetten Betriebszustand ein λ-Wert von 0,75, für den mageren Betrieb ein λ-Wert von 2,8 angegeben. Die Kurven gemäß 2 zeigen die Verhältnisse ohne Anwesenheit von NOx in der Gasphase, also bei fehlender Einlagerung von NOx im Speichermaterial und die Kurven gemäß 3 die Verhältnisse bei Anwesenheit von NOx, also im Speichermaterial eingelagertem NOx und somit beladenem Katalysator.The conditions or measurement results in an arrangement according to 1 are in the 2 and 3 shown. The curves show the transmission factor TF over the microwave frequency f in the NOx storage catalyst. In each case the curve "F" shows the conditions in the rich operating state and the curve "M" in the lean operating state. In the figures, a λ value of 0.75 is given for the rich operating state, and a λ value of 2.8 for lean operation. The curves according to 2 show the conditions without the presence of NOx in the gas phase, ie in the absence of incorporation of NOx in the storage material and the curves according to 3 the conditions in the presence of NOx, so stored in the storage material NOx and thus loaded catalyst.

Aus den Kurven geht hervor, dass gemäß 2 beim Wechsel vom fetten zum mageren Betriebszustand ohne Anwesenheit von NOx die Resonatorgütenänderung ohne eine deutliche Resonanzfrequenzverschiebung erfolgt. Im mageren Betriebszustand ist die Resonatorgüte deutlich höher als im fetten Betriebszustand. Bei Anwesenheit von NOx im Abgas, also bei beladenem Katalysator, ändert sich gemäß 3 zusätzlich noch die Resonanzfrequenz: Sie nimmt mit zunehmender Beladung ab. Dies kann dahingehend interpretiert werden, dass der Realteil der Dielektrizitätszahl des Katalysatormaterials im fetten Bereich niedriger ist, der Imaginärteil (Verluste) dagegen höher. Zusammengefasst heißt dies, dass die O2-Beladung des NOx-Speicherkatalysators die Resonatorgüte der Messanordnung beeinflusst und die NOx-Beladung zusätzlich die Resonanzfrequenz.From the curves it appears that according to 2 When changing from rich to lean operating state without the presence of NOx, the resonator quality change takes place without a significant resonance frequency shift. In the lean operating state, the resonator quality is significantly higher than in the rich operating state. In the presence of NOx in the exhaust gas, so with loaded catalyst changes according to 3 In addition, the resonance frequency: it decreases with increasing load. This can be interpreted as meaning that the real part of the dielectric constant of the catalyst material is lower in the rich region, whereas the imaginary part (loss) is higher. In summary, this means that the O 2 charge of the NOx storage catalytic converter influences the resonator quality of the measuring arrangement and the NOx load additionally influences the resonance frequency.

Die Auswertung dieser Verhältnisse kann nun so erfolgen, dass im üblichen mageren Betriebszustand des Verbrennungsmotors durch die Auswerteeinrichtung 19 die Resonanzfrequenz überwacht wird. Diese verringert sich gemäß den dargestellten Verhältnissen bei zunehmender NOx-Beladung. Durch einen vorgebbaren unteren Grenzwert der Resonanzfrequenz kann nun der Zeitpunkt vorgegeben werden, bei dessen Erreichen ihre Regenerationsphase eingeleitet wird. Ein entsprechendes Signal wird über eine Steuersignalleitung 20 der zentralen Motorelektronik zugeführt, durch die zur Regeneration kurzzeitig in den fetten Betriebszustand umgeschaltet wird. Durch die Regeneration im fetten Betriebszustand verringert sich die NOx-Beladung und O2-Beladung im Wabenkörper 12. Die Resonanzfrequenz steigt wieder gemäß den 2 und 3 an und die Amplitude sinkt wegen der Sauerstoffspeicherentleerung. Bei Erreichen eines vorgebbaren oberen Grenzwerts wird dann die Regeneration abgeschlossen, und es kann wieder in den mageren Betriebszustand umgeschaltet werden. Diese Vorgänge verlaufen vollautomatisch ab.The evaluation of these conditions can now be carried out so that in the usual lean operating state of the internal combustion engine by the evaluation 19 the resonance frequency is monitored. This decreases according to the conditions shown with increasing NOx loading. By a predeterminable lower limit of the resonance frequency, the time can now be specified, when its reaching its regeneration phase is initiated. A corresponding signal is transmitted via a control signal line 20 fed to the central engine electronics, by the short-term for regeneration in the rich operating condition is switched. The regeneration in the rich operating state reduces the NOx load and O 2 load in the honeycomb body 12 , The resonance frequency increases again according to the 2 and 3 and the amplitude decreases due to oxygen depletion. Upon reaching a predetermined upper limit, the regeneration is then completed, and it can be switched back to the lean operating state. These processes are fully automatic.

Der vereinfacht dargestellte Ablauf kann noch durch geeignete Maßnahmen erweitert werden, die die temperaturbedingten Veränderungen der Resonanzfrequenz kompensieren. So bewirkt z.B. eine Erwärmung und die damit verbundene Ausdehnung des Katalysatorgehäuses ebenfalls ein Absinken der Resonanzfrequenz.Of the Simplified flow can still be achieved through appropriate measures be extended, the temperature changes compensate the resonance frequency. For example, a warming and the associated expansion of the catalyst housing also a decrease in the resonant frequency.

An Stelle der beschriebenen Transmissionsmessung kann auch eine Reflexionsmessung erfolgen, d.h., das im Hohlraumresonator reflektierte Mikrowellensignal wird erfasst und in entsprechender Weise ausgewertet. Die Reflexionsmessung kann auch nur mit einer einzelnen Feldsonde durchgeführt werden, die das Mikrowellensignal sowohl einkoppelt, wie auch das reflektierte Signal wieder ankoppelt.At Position of the transmission measurement described can also be a reflection measurement that is, the microwave signal reflected in the cavity resonator is recorded and evaluated in a corresponding manner. The reflection measurement can also be performed only with a single field probe, which both injects the microwave signal and the reflected one Reconnect signal.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich nicht nur zur Erfassung des Zustands des beschriebenen NOx-Speicherkatalysators oder eines SCR-Katalysators, sondern kann auch für andere Katalysatorarten eingesetzt werden, z.B. einen 3-Wege-Katalysator, eine Kohlenwasserstofffalle oder auch eine SOx-Falle.The inventive method is not suitable only for detecting the state of the described NOx storage catalyst or an SCR catalyst, but can also for other types of catalysts are used, e.g. a 3-way catalyst, a Hydrocarbon trap or a SOx trap.

Claims (13)

Verfahren zur Erfassung des Zustands eines Katalysators, insbesondere eines NOx-Speicher-Katalysators, welcher im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors zyklisch mit Gas beladen und regeneriert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer im Innenraum des als Hohlraumresonator ausgebildeten Gehäuses (11) des Speicherkatalysators (10) erzeugten Mikrowelle die Verschiebung der Resonanzfrequenz und/oder -güte als Maß für die Gasbeladung des Speichermaterials bestimmt und ausgewertet wird.Method for detecting the state of a catalytic converter, in particular of a NOx storage catalytic converter, which is cyclically charged and regenerated with gas in the exhaust gas stream of an internal combustion engine, characterized in that in the interior of the housing designed as a cavity resonator ( 11 ) of the storage catalyst ( 10 ) Microwave, the displacement of the resonant frequency and / or quality as a measure of the gas loading of the storage material is determined and evaluated. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absinken der Resonanzfrequenz als Maß für die zunehmende NOx-Beladung des Speichermaterials im Gehäuse (11) des Katalysators (10) ausgewertet wird.A method according to claim 1, characterized in that the decrease in the resonant frequency as a measure of the increasing NOx loading of the storage material in the housing ( 11 ) of the catalyst ( 10 ) is evaluated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebung der Resonatorgüte als Maß für die O2-Beladung des Speichermaterials im Gehäuse (11) des Katalysators (10) ausgewertet wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement of the resonator as a measure of the O 2 -Beladung of the memory material in the housing ( 11 ) of the catalyst ( 10 ) is evaluated. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen eines vorgebbaren Werts der Resonanzfrequenz und/oder -güte die Regeneration des Speichermaterials durchgeführt wird.Method according to claim 2 or 3, characterized that when a predefinable value of the resonance frequency and / or quality the regeneration of the storage material is performed. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration im fetten Betriebszustand des Verbrennungsmotors bis zu einem vorgebbaren Absenkungswert der mittels einer Transmissions- oder Reflexionsmessung erfassten Amplitude der Mikrowelle und der daraus berechenbaren Resonatorgüte und/oder bis zum Erreichen eines vorgebbaren höheren Werts der Resonanzfrequenz durchgeführt wird.Method according to claim 4, characterized in that that the regeneration in the rich operating state of the internal combustion engine up to a predefinable subsidence value, which is determined by means of a transmission or reflection measurement detected amplitude of the microwave and the From this calculable resonator quality and / or is performed until reaching a predeterminable higher value of the resonance frequency. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung der Resonatorgüte die Amplitude des Transmissions- oder Reflexionsfaktors (TF) gemessen wird.Method according to claim 5, characterized in that that for detecting the resonator quality, the amplitude of the transmission or reflection factor (TF). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anregung der Mikrowelle die Frequenz so hoch gewählt wird, dass sich mindestens der erste Grundmodus eines resonanten Feldes im Gehäuse (11) ausbilden kann, aber auch so niedrig, dass an das Gehäuse (11) angeschlossene Rohrleitungen (13, 14) eine Abstrahlung des Feldes nach außen verhindern.Method according to one of the preceding claims, characterized in that when the microwave is excited, the frequency is selected to be so high that at least the first fundamental mode of a resonant field in the housing ( 11 ), but also so low that to the housing ( 11 ) connected pipelines ( 13 . 14 ) prevent radiation of the field to the outside. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelle mit einer ersten, insbesondere als Feldsonde ausgebildeten Antenne (15) abgestrahlt oder eingekoppelt und in einer zweiten, insbesondere als Feldsonde ausgebildeten Antenne (16) erfasst wird, wobei die Antennen (15, 16) im Gehäuse (11) angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the microwave with a first, in particular designed as a field probe antenna ( 15 ) radiated or coupled in and in a second, in particular designed as a field probe antenna ( 16 ), the antennas ( 15 . 16 ) in the housing ( 11 ) are arranged. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowelle mit einer insbesondere als Feldsonde ausgebildeten Antenne eingekoppelt und nach Reflexion wieder in dieser Antenne im Gehäuse erfasst wird.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the microwave with a particular field probe trained antenna coupled and after reflection back in this antenna in the housing is detected. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch die Integration einer Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (17) mit wenigstens einer der als Feldsonde ausgebildeten Antennen (15, 16).Method according to Claim 10 or 11, characterized by the integration of a control and evaluation device ( 17 ) with at least one of the field probes designed as antennas ( 15 . 16 ). Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierte Ansteuer- und Auswerteeinrichtung (17) mit Mitteln zur direkten Erfassung der Katalysatortemperatur als Mess- und Kalibrierungsgröße versehen ist.A method according to claim 11, characterized in that the integrated control and evaluation device ( 17 ) is provided with means for the direct detection of the catalyst temperature as a measurement and calibration size. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Messung mehrerer Resonanzmoden bei mehreren Frequenzen die Abhängigkeiten verschiedener physikalischer und/oder chemischer Einflüsse auf die Messgröße kompensiert werden.Method according to one of the preceding Claims, characterized in that the dependencies of various physical and / or chemical influences on the measured variable can be compensated by measuring a plurality of resonance modes at a plurality of frequencies. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die stirnseitigen Stege des als Wabenkörper (12) ausgebildeten Speichermaterials mit einer Metall- oder Metallisierungsschicht versehen sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least the frontal webs of the honeycomb body ( 12 ) formed memory material with a metal or metallization layer are provided.
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