DE19506012A1 - Anpassung von Verfahren zur Katalysatorwirkungsgradüberprüfung an Katalysatoren mit zwei Lambdasonden - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anpassung von Verfahren zur Ka­ talysatorwirkungsgradüberprüfung an Katalysatoren mit zwei Lambdasonden

Neben anderen möglichen Prüfverfahren kann der Wirkungsgrad eines Katalysators mit zwei Sauerstoffsonden überprüft wer­ den. Es wird dabei eine Sauerstoffsonde vor dem zu überprü­ fenden Katalysator angeordnet und eine Sauerstoffsonde nach dem Katalysator, wie dies beispielsweise in der DE 23 04 622 oder der DE 23 28 459 beschrieben ist. Bei den dort beanspruchten Verfahren wird die Differenz der Aus­ gangssignale der beiden Sauerstoffsonden ausgewertet.

Die katalytische Nachbehandlung von Abgasen, setzt eine be­ stimmte Zusammensetzung des Abgases voraus, ein sogenanntes stöchiometrisches Gemisch. Hierzu dient eine Gemischrege­ lung, die mit Hilfe einer Sauerstoffsonde vor dem Katalysa­ tor die Gemischzusammensetzung mißt und periodisch in engen Grenzen um den Sollwert regelt. Es entstehen hierdurch so­ genannte Lambdaschwankungen, d. h. Schwankungen der Gemisch­ zusammensetzung.

Wenn der Katalysator gute Konvertierungsfähigkeiten be­ sitzt, was gleichbedeutend mit einem hohen Wirkungsgrad ist, werden diese Lambdaschwankungen vor dem Katalysator, welche durch den Lambdaregler erzeugt werden, durch das Sauerstoffspeichervermögen des Katalysators geglättet.

Der Sauerstoffsensor nach dem Katalysator erkennt somit keine oder nur noch geringe Schwankungen. Hat der Katalysa­ tor aber infolge Alterung, Vergiftung durch verbleiten Kraftstoff oder hervorgerufen durch Verbrennungsaussetzer keine oder nur noch eine verminderte Konvertierungseigen­ schaft, so treten die vor dem Katalysator herrschenden Lambdaschwankungen auch nach dem Katalysator auf und werden von dem dort angeordneten Sauerstoffsensor erfaßt. Aus dem Vergleich der Lambdaschwankungen nach dem Katalysator mit den Lambdaschwankungen vor dem Katalysator kann somit der Wirkungsgrad des Katalysators bestimmt werden.

Aus der DE 38 41 685 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Er­ kennung des Zustandes von Katalysatoren für Brennkraftma­ schinen mit einem im Abgasweg angeordnetem Katalysator und zwei mit Abstand voneinander angeordneten Abgasmeßsonden, von denen das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraft­ stoff/Luftgemisch in Abhängigkeit von der erkannten Abgas­ zusammensetzung in einer Regeleinheit auf einen stöchiome­ trischen Wert geregelt wird, bekannt. Die Phasenverschie­ bung zwischen den Signalen der beiden Abgasmeßsonden wird erfaßt und als Maß für den Alterungszustand des Katalysa­ tors in der Regeleinheit ausgewertet.

Der Katalysator ist üblicherweise in Bezug auf seine Größe derart dimensioniert, daß er im instationären Betrieb der Brennkraftmaschine eine ausreichende Konvertierung der drei im Abgas enthaltenen Schadstoffkomponenten CO, HC und NO_x ermöglicht. Um bei stationärem Betrieb der Brennkraftma­ schine eine ausreichende Schadstoffreduzierung zu erhalten, könnte ein Katalysator kleinerer Bauart eingesetzt werden. Wird die zweite Lambdasonde, die als Überprüfungssonde für den Katalysator dient, nach dem Katalysator angeordnet, so ist bei einer Auslegung des Katalysators für instationären Betrieb der Brennkraftmaschine eine Verschlechterung des Ka­ talysatorwirkungsgrades im stationären Betriebsbereich nur bei deutlich nachlassendem Katalysatorwirkungsgrad erkenn­ bar.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vor­ richtung anzugeben, die es ermöglicht, schon geringe Ver­ schlechterungen des Katalysatorwirkungsgrades festzustel­ len.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Um bereits sehr geringe Verschlechterungen des Katalysator­ wirkungsgrades und damit sehr kleine Beeinträchtigungen der Konvertierungsfähigkeit des Katalysators zu erkennen, wird die Überprüfungssonde innerhalb des Katalysators oder in­ nerhalb des ersten und zweiten Monolithen angeordnet. Das Katalysatorvolumen vor der Überprüfungssonde muß dabei grö­ ßer sein, als für die Konvertierung bei stationärem Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlich ist. Die Größe dieses Volumens wird für eine vorgegebene Brennkraftmaschine ex­ perimentiell auf dem Prüfstand ermittelt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch das Auftreten von Verbrennungsaussetzern oder durch Vergiftung infolge der Verwendung von bleihaltigem Kraftstoff die Ka­ talysatoren in erster Linie im vorderen Bereich, d. h. in dem Eintrittsbereich des Abgases geschädigt werden. Das Ka­ talysatorvolumen vor der Überprüfungssonde ist wegen der Schädigung des Katalysators daher für die stationäre Kon­ vertierung nicht mehr ausreichend, was mit der erfindungs­ gemäßen Anordnung der Überprüfungssonde detektiert werden kann. Dadurch ist bereits ein geringes Nachlassen der Kon­ vertierungseigenschaften des Katalysators feststellbar.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird anhand der nachfolgenden schematischen Zeichnung be­ schrieben.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist dabei eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasrohr 17 bezeichnet, das in einen Dreiwege­ Katalysator 11 mündet, so daß Abgas in der mit einem Pfeil­ symbol gekennzeichneten Richtung in den Katalysator 11 strömen kann. Nach Durchlaufen des gesamten Katalysatorvo­ lumens verläßt das nun mehr gereinigte Abgas den Katalysa­ tor 11 und gelangt durch ein, einen oder mehrere Schall­ dämpfer aufweisendes Auspuffsystem 18 in die Atmosphäre. Stromaufwärts des Katalysators 11 ist im Abgasrohr 17 eine Lambdasonde 12 zur Erfassung der Abgaszusammensetzung ange­ ordnet. Üblicherweise handelt es sich dabei um eine Sauer­ stoffsonde, mit deren Hilfe ein Übergang von einem fetten zu einem mageren Kraftstoff/Luftgemisch und umgekehrt er­ kannt wird. Das Ausgangssignal dieser Lambdasonde 12 dient als Regelgröße für eine Lambdaregeleinrichtung 13, die das der Brennkraftmaschine 10 zuzuführende Kraftstoff/Luftge­ misch auf einen optimalen Wert einstellt (λ = 1).

Innerhalb des Katalysators 11 ist nahe dem Eintrittsbereich des Abgases eine weitere Lambdasonde 14 zum Erfassen der Gemischzusammensetzung des Abgases im Katalysator vorge­ sehen. Diese Lambdasonde 14, die auch als Überprüfungssonde bezeichnet wird, kann identisch aufgebaut sein wie die Lambdasonde 12 zur Gemischreglung oder aber die beiden Son­ den können unterschiedliche Ansprechzeiten aufweisen, wie es in der europäischen Patentanmeldung EP 0 634 567 A1 be­ schrieben ist.

Der Anbringungsort der Lambdasonde 14 innerhalb des Kata­ lysators ist derart gewählt, daß das Katalysatorvolumen stromaufwärts der Lambdasonde 14 größer ist, als für die Konvertierung bei stationärem Betrieb der Brennkraftma­ schine 10 erforderlich ist.

Das Ausgangssignal der Lambdasonde 14 ist zu einer Einrich­ tung 15 zur Katalysatorwirkungsgradüberprüfung geführt.

Dieser Einrichtung 15 werden über die Lambdaregeleinrich­ tung 13 auch die von der Lambdasonde 12 vor dem Katalysator 11 erfaßten Schwankungen der Gemischzusammensetzung, d. h. die sogenannten Lambdaschwankungen zugeführt. Da die im Ka­ talysator angeordnete Lambdasonde 14 die Restschwankungen erfaßt, die nach dem Durchlaufen des Abgases durch den stromaufwärts der Lambdasonde 14 befindlichen Volumens des Katalysators 11 noch vorhanden sind, kann durch Vergleich der beiden Schwankungen nach einem der bekannten und ein­ gangs erwähnten Verfahren der Wirkungsgrad des Katalysators bestimmt werden.

Unterschreitet er einen vorgebbaren Grenzwert, so erfolgt, gegebenenfalls nach einer statistischen Auswertung eine Eintragung in einen Fehlerspeicher und /oder das Ergebnis der Überprüfung wird mit Hilfe eines Anzeigeblocks 16 aku­ stisch und / oder optisch angezeigt.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Anpassung von Verfahren zur Katalysator­ wirkungsgradüberprüfung an Katalysatoren für Brennkraftma­ schinen mit zwei Lambdasonden dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine, zur Regelung des Kraftstoff/Luftgemisches der Brennkraftmaschine dienende, erste Lambdasonde (12) strom­ aufwärts des Katalysators (11) angeordnet ist und
• - eine, zur Überprüfung des Katalysatorwirkungsgrades dienen­ de, zweite Lambdasonde (14) innerhalb des Katalysators (11) an einer nahe dem Einströmbereich des Abgases gelegenen Stelle angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lambdasonde (14) nahe dem Einströmbereich des Ab­ gases derart angeordnet ist, daß das Katalysatorvolumen zwi­ schen Einlaß des Katalysators (11) und Lambdasonde (14) grö­ ßer ist, als dasjenige Katalysatorvolumen, das für die Kon­ vertierung der Schadstoffe bei stationärem Betrieb der Brenn­ kraftmaschine (10) erforderlich ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lambdasonde (14) innerhalb eines ersten und zwei­ ten Monolithen des Katalysators (11) angeordnet ist.