DE4019572A1 - Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzern - Google Patents
Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzernInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der
Gefährdung oder Schädigung von Katalysatoren oder katalytischen
Beschichtungen und zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern,
insbesondere zur Erkennung von sauerstoffhaltigen oxidations
fähigen Gemischen und/oder zur Erkennung von Alterung und/oder
Vergiftungserscheinungen von Katalysatoren oder katalytischen
Beschichtungen bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung.
Verfahren zur Erkennung von sauerstoffhaltigen oxidationsfähigen
Gemischen sind von besonderer Bedeutung bei Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung, deren Abgase durch Katalysatoren behan
delt werden, da Motorzyklen, bei denen brennbares Gemisch nicht
gezündet wurde, also Verbrennungsaussetzer ("Misfiring"), ver
mieden werden müssen, da diese eine Schädigung des Katalysators
durch Überhitzung bewirken können.
Als "Verbrennungsaussetzer" bezeichnete Störungen des Betriebes
von Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung haben im wesent
lichen zwei Erscheinungsformen:
Wenn Kraftstoff-Luftgemisch nicht gezündet wurde, befinden sich eine große Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe sowie freier Sauerstoff im Abgasstrom, die im Katalysator unter Freisetzung von Energie reagieren. Hierdurch kann es schon nach wenigen Mo torzyklen zur Überhitzung und somit zur Zerstörung des Kataly sators kommen.
Wenn Kraftstoff-Luftgemisch nicht gezündet wurde, befinden sich eine große Menge unverbrannter Kohlenwasserstoffe sowie freier Sauerstoff im Abgasstrom, die im Katalysator unter Freisetzung von Energie reagieren. Hierdurch kann es schon nach wenigen Mo torzyklen zur Überhitzung und somit zur Zerstörung des Kataly sators kommen.
Wenn andererseits bei Einspritzbrennkraftmaschinen, beispielswei
se bei einem der Zylinder, keine Einspritzung erfolgt, so kommt
es im Abgas zu einem Sauerstoffüberschuß. Durch die Lambdarege
lung bewirkt dieser Sauerstoffüberschuß eine vermehrte Kraft
stoffeinspritzung in den anderen Zylindern. Die Sauerstoffmasse
desjenigen Zylinders, in dem keine Einspritzung erfolgte, reagiert
dann mit der vermehrten Kraftstoffmenge aus den übrigen Zylindern,
und auch dieser Vorgang kann zu einer Überhitzung und somit zur
Zerstörung des Katalysators führen.
In der Literatur sind verschiedene Verfahren beschrieben, die aus
der Auswertung des Signals einer Lambda-Sonde oder aus einer Un
gleichförmigkeit der Drehbewegung des Motors Rückschlüsse auf
Verbrennungsaussetzer eines Zylinders zulassen. Diese Verfahren
haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht alle Zyklen mit Ver
brennungsaussetzern sicher erkennen können, insbesondere bei
kleinen Lasten oder größeren Zylinderzahlen.
Ein weiteres Problem stellt eine ungleiche Verteilung der Kraft
stoffzufuhr dar, die beispielsweise bedingt sein kann durch die
Alterung von Einspritzdüsen. Eine solche Ungleichverteilung kann
bewirken, daß unerwünscht fette Gemische auftreten, was zu un
nötig hohen Schadstoffemissionen führt. Bei stark ungleichmäßig
einspritzenden Düsen kann je nach Art der Lambda-Detektion sogar
eine Überhitzung des Katalysators auftreten, weil unverbrannte
Kohlenwasserstoffe aus Zylindern, die mit zu fettem Gemisch ge
speist werden, mit überschüssigem Sauerstoff aus zu mager ge
speisten Zylindern reagieren.
Gemeinsames Kennzeichen von Ungleichverteilung und Verbrennungs
aussetzern ist das Vorhandensein einer erhöhten Menge reaktions
fähigen Gemisches im Abgas.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein sicheres Verfahren
zur Erkennung der Gefährdung oder Schädigung von Katalysatoren
oder katalytischen Beschichtungen zu schaffen, und sie soll ins
besondere ermöglichen, sauerstoffhaltige oxidationsfähige Ge
mische, beispielsweise als Folge von Verbrennungsaussetzern
und/oder ungleichmäßiger Einspritzung, bei Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung zu erkennen.
Gemäß der Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs bezeich
neten Art vorgesehen, daß mindestens zwei Meßgrößen ausgewertet
werden, die von jeweils unterschiedlichen katalytischen Effekten
beeinflußt sind. Dabei können wenigstens zwei der Meßgrößen glei
che physikalische Meßgrößen sein, die jeweils aus einer anderen
Stelle und/oder unter anderen Bedingungen ermittelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Meßstellen von im
wesentlichen demselben Abgasstrom beaufschlagt werden. Auch kann
es zweckmäßig sein, daß wenigstens eine der Meßgrößen durch
keinen katalytischen Effekt beeinflußt ist.
Vorzugsweise kann bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung
wenigstens eine der Meßgrößen temperaturabhängig sein, und die Än
derung der Temperatur kann ausgewertet werden, die durch Reaktion
des Kohlenwasserstoff/Luftgemisches an einem Katalysator entsteht.
So kann auch bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die
Temperaturänderung eines Sauerstoffsensors bei Reaktion des Koh
lenwasserstoff/Luftgemisches an einem Katalysator ausgewertet
werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, daß bei der Auswertung von Tempe
raturen durch Thermofühler als Fühlermaterial wenigstens teilwei
se ein katalytisch wirkendes Material verwendet wird, und/oder
daß die Differenz zwischen den Temperaturen an einer katalytisch
stärker beeinflußten Meßstelle und einer an einer katalytisch
schwächer beeinflußten Meßstelle ausgewertet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
daß bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die nicht
oder schwächer katalytisch wirkende Seite einer einzigen Sauer
stoffsonde sowie auch die stärker katalytisch wirkende Seite mit
Abgas beaufschlagt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
daß bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung das Signal
mindestens einer Meßstelle im Betrieb mit fettem Brennstoff/
Luft-Gemisch bei normalem Verbrennungsablauf bestimmt und als Re
ferenzwert für die Feststellung von Verbrennungsaussetzern ver
wendet wird, und Unterschiede in den Signalen von Sauerstoff
sonden können zur Feststellung von Vergiftung oder Alterung von
Katalysatoren oder katalytischen Beschichtungen ausgewertet wer
den.
Auch können die Signale von wenigstens zwei Sauerstoff- und/oder
Lambdasonden mit unterschiedlichem Verhalten ausgewertet werden,
wobei wenigstens zwei Sonden mit im wesentlichen dem gleichen
Gasstrom beaufschlagt sind.
Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit ist, daß Signale wenigstens
einer Lambdasonde mit stärker katalytisch wirkender Beschichtung
und wenigstens einer Lambdasonde mit schwächer oder nicht kataly
tisch wirkender Beschichtung ausgewertet werden. Auch können Un
terschiede in den Signalen wenigstens zweier Meßstellen zur Er
kennung von Verbrennungsaussetzern bei Brennkraftmaschinen mit
innerer Verbrennung ausgewertet werden, oder es können Unter
schiede in den Signalen wenigstens zweier Meßstellen zur Erken
nung von ungleichmäßiger Einspritzung bei Einspritz-Brennkraft
maschinen mit innerer Verbrennung ausgewertet werden. Auch be
steht die Möglichkeit, daß Signale von wenigstens einer Sauer
stoffsonde ausgewertet werden und die Unterschiede von mehreren
Signalwerten außerhalb des Knickpunktes der Kennlinie der Sauer
stoffsonde berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden wenig
stens zwei Meßstellen zur Erkennung des Luftverhältnisses Lambda
einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet, deren
Signale sich bei dem Luftverhältnis Lambda unterscheiden, bei dem
die größte Steilheit oder ein Knickpunkt oder ein Nulldurchgang
der Kurve der Meßfunktion besteht.
Unterschiedliche Signale von wenigstens zwei Meßstellen können
dadurch erreicht werden, daß diese mit unterschiedlichen Sauer
stoffpartialdrücken als Referenzdruck beaufschlagt werden.
Bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung können gemäß
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wenigstens zwei Meß
stellen in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet werden, in
dem die Abgase der einzelnen Zylinder unvermischt oder unwesent
lich miteinander vermischt sind, oder es können auch wenigstens
zwei Meßstellen in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet
werden, in dem die Abgase der einzelnen Zylinder stark miteinan
der vermischt sind. Es kann auch wenigstens eine der Meßstellen
in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet werden, in dem die
Abgase der einzelnen Zylinder unvermischt oder unwesentlich ver
mischt sind, während wenigstens eine andere Meßstelle in einem
Bereich des Abgasstromes angeordnet wird, in dem die Abgase der
einzelnen Zylinder stark miteinander vermischt sind.
Bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung können gemäß
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wenigstens zwei Meß
stellen mit im wesentlichen gleichem Verhalten an Stellen im Ab
gassystem angeordnet werden, wo die Abgase der einzelnen Zylin
der oder Zylinderbänke noch getrennt geführt sind.
Wenigstens zwei Meßstellen oder Sonden mit unterschiedlichem Ver
halten können in einem Gehäuse zu einer Sonde zusammengefaßt wer
den, wobei jedoch die Ausgänge getrennt bleiben.
Vorteile werden bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung
und Abgaskatalysator dadurch erreicht, daß wenigstens zwei Meß
stellen vor einem Katalysator angeordnet sind und das Abgas ganz
oder teilweise von der Abströmseite des Katalysators zu wenig
stens einer der Meßstellen geführt wird. Dabei kann der Volumen
strom von der Abströmseite des Katalysators über eine Schaltein
richtung zu wenigstens einer der Meßstellen geführt werden.
Bei Brennkraftmaschinen mit Abgaskatalysator können die Signale
von wenigstens je einer der Meßstellen, die in der Abgasströmung
zuströmseitig und abströmseitig des Katalysators liegen, zur
Überwachung der Funktion des Katalysators ausgewertet werden.
Auch kann es vorteilhaft sein, daß bei Brennkraftmaschinen mit
innerer Verbrennung wenigstens ein Katalysator oder eine kata
lytische Beschichtung bei Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine
beheizt wird.
Allgemein können besondere Vorteile dadurch erreicht werden, daß
bei Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung im Abgasstrom
wenigstens eine Meßstelle zur Messung elektromagnetischer Strah
lung angeordnet wird und ihre Signale zur Erkennung von Verbren
nungsaussetzern ausgewertet werden, oder im Abgasstrom wenigstens
eine Meßstelle zur Messung von Ionisierungseffekten angeordnet
wird und ihre Signale zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern
ausgewertet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen
näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt schematisch und vereinfacht eine
Verbrennungskraftmaschine mit innerer Verbrennung, deren Abgase
durch einen Abgaskatalysator behandelt werden.
Fig. 2 zeigt vereinfacht eine Sauerstoffsonde, deren nicht oder
schwächer katalytisch wirkende Seite ebenso wie auch die stärker
katalytisch wirkende Seite mit Abgas beaufschlagt werden.
Fig. 3 zeigt schematisch und vereinfacht eine Schaltung, bei der
die Differenz zwischen den Temperaturen an einer katalytisch
stärker beeinflußten Meßstelle und an einer katalytisch schwächer
beeinflußten Meßstelle ausgewertet wird.
Wie Fig. 1 zeigt, gelangen die Abgase eines Verbrennungsmotors 1
zu zwei unterschiedlichen Meßstellen (Gassensoren) 2 und 3, deren
Signale von einer Mikroprozessoreinheit 4 ausgewertet werden. Hier
bei wird mindestens eines der Signale der Meßstellen (Gassensoren)
2 und 3 zur Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses verwendet.
Die durch eine Einspritzdüse 5 der zuströmenden Frischluft beigege
bene Brennstoffmenge wird in Abhängigkeit von der Auswertung der
Signale der Meßstellen 2 und 3 durch Mikroprozessoreinheit 4 ge
ändert. Die Abgase strömen zur Behandlungsstelle 6.
Auch werden die Signale beider Sonden 2 und 3 dahingehend überprüft,
ob ein Fehlverhalten des Motors vorliegt, d. h. ob Verbrennungsaus
setzer oder ungleichmäßige Einspritzung erfolgt ist. Wird ein sol
cher Fehler erkannt, wird dies z. B. dem Fahrer des Fahrzeugs mit
Hilfe einer Lampe 7 signalisiert, und es können auch selbsttätig
diejenigen Änderungen vorgenommen werden, die die nachteiligen
Folgen der Verbrennungsaussetzer mildern oder beheben, bevor die
erforderlichen Reparaturen ausgeführt werden.
Durch den Einsatz zweier Lambda-Sonden, von denen eine im wesent
lichen als Sauerstoffsensor arbeitet und die andere im wesentli
chen als katalytisch beschichtete Lambdasonde arbeitet, ist eine
sichere Erkennung unverbrannten Gemisches möglich.
Bei Verbrennungsaussetzern aufgrund nicht erfolgter Zündung ist
das gesamte Luftverhältnis (Lambda) des Abgases der Brennkraft
maschine das gleiche wie bei erfolgter Zündung. Bei fetten Gemi
schen wird demnach die katalytisch beschichtete Lambdasonde auf
grund der stattfindenden Reaktion an der Beschichtung auch ein
fettes Gemisch anzeigen, wohingegen die nicht katalytisch be
schichtete Sonde den enthaltenen Sauerstoff feststellt. Aufgrund
des widersprüchlichen Signals kann nun auf eine Fehlfunktion ge
schlossen werden. Im regulären Betrieb wird entweder grundsätz
lich mit fettem Brennstoff/Luft-Verhältnis gefahren (z. B. Voll
last, Warmlauf) oder aber die Lambdaregelung sorgt für einen al
ternierenden Mager/Fett-Betrieb, so daß jeweils eine Feststel
lung von Verbrennungsaussetzern nach kurzer Zeit gewährleistet
ist.
Eine sichere Feststellung von Verbrennungsaussetzern kann mit
diesem Verfahren auch im Bereich kleiner Lasten erfolgen, was mit
bisherigen Verfahren praktisch nicht zu erreichen ist.
Bei Verbrennungsaussetzern aufgrund nicht erfolgter Einspritzung
sorgt die konventionelle Lambda-Regelung - wie schon erwähnt -
aufgrund des Sauerstoffüberschusses für ein fetteres Gemisch in
den übrigen Zylindern. Über eine Auswertung des hochfrequenten
Signalanteils der unbeschichteten Sonde kann besonders gut auf
die Fehlfunktion geschlossen werden. Hierbei wird die Tatsache
ausgenutzt, daß abwechselnd zu fettes Gemisch und zu mageres Ge
misch an der Sonde vorbeiströmt.
Die erfindungsmäßige Kombination der beiden Sonden ermöglicht
auch eine besonders zuverlässige Erkennung einer Ungleichvertei
lung der Kraftstoffzufuhr. Bei diesem Verfahren können sowohl
ungleichmäßige Einspritzverteilungen zwischen den einzelnen Zy
lindern als auch stochastisch ungleiche Mengen einer einzelnen
Düse erkannt werden.
Auch hier kann wiederum durch einen Vergleich der beiden Sonden
signale auf eine Fehlfunktion geschlossen werden. Während die
katalytisch arbeitende Sonde bei insgesamt zu fettem Gemisch auch
ein dem fetten Betrieb entsprechendes Signal abgibt, reagiert die
Sauerstoffsonde auf den überschüssigen Sauerstoff und zeigt einen
mageren Betrieb an.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit (zumindest bei quasistatio
närem Betrieb) durch gezielte Mager-Fett Variation die Größe der
Ungleichmäßigkeit festzustellen. In dieser Weise können auch Un
gleichförmigkeiten von Verbrennungsaussetzern unterschieden wer
den.
Wie bereits erwähnt, kann es zweckmäßig sein, daß bei Brennkraft
maschinen mit innerer Verbrennung die nicht oder schwächer kata
lytisch wirkende Seite einer Sauerstoffsonde sowie auch die stär
ker katalytisch wirkende Seite mit Abgas beaufschlagt werden.
Fig. 2 zeigt eine entsprechende Ausführungsform. Das in Richtung
des Pfeiles 20 strömende Abgas gelangt sowohl an die katalytisch
beschichtete Außenseite 21 der Sonde als auch durch Überström
bohrungen 22 an die Innenseite 23 der Sonde, die mit nicht oder
nur schwächer katalytisch wirkendem Material beschichtet ist.
An den Anschlüssen 24 der Elektroden kann dann eine Spannung ab
gegriffen werden, die vom Vorhandensein von oxidationsfähigem
sauerstoffhaltigen Gemisch im Abgas abhängig ist.
Insbesondere bei der Verwendung einer einzigen Sauerstoffsonde,
deren beide Seiten unterschiedlich stark wirkende katalytische
Beschichtungen aufweisen, kann aus der Größe der abgegebenen Span
nung ebenfalls auf Alterung bzw. Vergiftung von Katalysatoren
rückgeschlossen werden.
Bei fettem Betrieb wird sich auf der nicht katalytisch wirkenden
Seite ein Sauerstoffpartialdruck in der Größenordnung von ca.
10-3 bar einstellen. Auf der katalytisch beschichteten Seite
ergibt sich bei einer neuen, unvergifteten Sonde aufgrund der ka
talytisch geförderten Reaktion des Sauerstoffs ein sehr kleiner
Sauerstoffpartialdruck von 10-9 bar und kleiner (je nach
verwendetem Katalysator).
Wird nun die Wirksamkeit des Katalysators durch Alterung oder
Vergiftung (z. B. durch Bleiatome) schlechter, ergeben sich Sauer
stoffpartialdrücke, die deutlich über 10-9 bar, beispiels
weise im Bereich 10-4 bis 10-6 bar, liegen. Dieser Unterschied
schlägt sich in der Ausgangsspannung nieder. Die Ausgangsspannung
folgt der Beziehung
U = K*T*log (P01/P02),
wobei K eine materialabhängige Konstante, T die Temperatur und
P01 bzw. P02 die Sauerstoffpartialdrücke auf der katalytisch be
schichteten Seite (P01) bzw. der nicht katalytisch wirkenden Seite
(P02) sind.
Bei gealterter bzw. vergifteter katalytischer Beschichtung wird
man also (im gewählten Beispiel) eine um den Faktor 5 kleinere
Ausgangsspannung als bei einer neuen Sonde feststellen.
Für die folgenden Betrachtungen wird der Sauerstoffpartialdruck
an einer (neuen) katalytisch beschichteten Sonde im fetten Be
trieb mit 10-10 zugrundegelegt. Bei ordnungsgemäßem Betrieb
liegt dann der Quotient P01/P02 für fetten Betrieb bei ca. 10-7.
Bei Verbrennungsaussetzern liegt der Wert im fetten Be
trieb bei ca. 10-6. Die unterschiedlichen daraus resultie
renden Spannungen für Normalbetrieb und bei Verbrennungsausset
zern können somit zur Detektion von Verbrennungsaussetzern ver
wendet werden.
Um Einflüsse von Alterungs- und Vergiftungserscheinungen auszu
schließen, ist es vorteilhaft, die Spannung im fetten Betrieb bei
normalem Verbrennungsablauf während des Betriebes zu bestimmen
und als Referenzwert für die Detektion von Verbrennungsaussetzern
zu verwenden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist, daß
die Differenz zwischen den Temperaturen an einer katalytisch
stärker beeinflußten Meßstelle und einer an einer katalytisch
schwächer beeinflußten Meßstelle ausgewertet wird.
Diese Differenzbildung kann bei Verwendung von Thermoelementen
einfach durch in Reihe Schalten der beiden Meßstellen bewirkt
werden. Bei Verwendung von temperaturabhängigen Widerständen
kann dies durch eine Brückenschaltung erreicht werden.
Eine mögliche Ausführungsform ist in Fig. 3 wiedergegeben. Hier
bei werden zwei Thermoelemente 31, 32 und 33, 34 durch das glei
che in Richtung des Pfeiles 30 strömende Abgas beaufschlagt,
wobei jedoch eines der Thermoelemente durch einen katalytisch
wirkenden Käfig 35 umgeben ist und durch diesen bei Reaktion von
Gemischen am Katalysator beeinflußt wird. In dieser Ausführungs
form ist es vorteilhaft, beide Thermoelemente aus im wesentlichen
den gleichen, nicht katalytisch wirkenden Materialien herzustel
len. Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sollte also
Material 31 gleich Material 34 und Material 32 gleich Material 33
sein. Somit kann dann im Falle einer Temperaturerhöhung des rech
ten Thermoelementes durch eine Reaktion am Katalysatorkäfig eine
Spannung, die der Temperaturdifferenz der beiden Thermoelemente
in etwa proportional ist, an Meßstelle 36 abgenommen werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Käfig entfallen, wenn
beispielsweise nur Material 34 katalytisch wirkt und nicht gleich
dem Material 31 ist. Dann ergibt sich eine Temperaturerhöhung des
zweiten Thermoelementes durch Reaktion des Abgases am Thermoele
ment selbst. Allerdings müssen dann die Signale der beiden Thermo
elemente je nach verwendetem Material zunächst noch eine Wich
tungsstufe durchlaufen, ehe die Differenzbildung erfolgen kann.
Diese Wichtung kann durch einen einfachen Spannungsteiler oder
aber durch Verstärker mit unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren
erzielt werden.
Neben der Bedeutung für den Umweltschutz ist die Erfindung auch
von erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung. Bedingt durch die Ge
setzgebung in Kalifornien sind die Kfz-Hersteller gezwungen, alle
abgasrelevanten Fehlfunktionen während der Fahrt zu überwachen.
Hierzu bietet die Erfindung eine einfach zu realisierende Lösung.
Auch in den übrigen Staaten der USA wird in Zukunft eine ent
sprechende gesetzliche Regelung erwartet.
Je nach verwendetem Motor kann auch unter im wesentlichen norma
len Betriebsbedingungen ein gewisser Anteil an reaktionsfähigem
Gemisch im Abgas und somit auch an freiem Sauerstoff enthalten
sein. Selbst bei dem fettesten Gemisch, das während eines lambda
geregelten Betriebszustandes auftritt, kann dann noch ein gerin
ger Anteil an freiem Sauerstoff im Abgas vorhanden sein. Da die
normalen Sonden eine sehr steile Kennlinie aufweisen, kann unter
Umständen dieser freie Sauerstoff dazu führen, daß die geringer
katalytisch wirkende Sonde grundsätzlich, das heißt auch im
fetten Bereich, genauso reagiert wie bei Verbrennungsaussetzern.
Um dennoch mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens Verbrennungs
aussetzer und Ungleichverteilungen erkennen zu können, kann eine
Magersonde eingesetzt werden. Dies ist eine Sonde, bei der nicht
nur ein einziges Lambda exakt bestimmt werden kann, sondern bei
der sich vielmehr über einen weiteren Lambdabereich ein etwa
lineares Ausgangssignal ergibt. Mit Hilfe solcher Sonden kann man
dann auch relativ genau den Anteil des unverbrannten Gemisches
bestimmen, da man den Wert des überschüssigen Sauerstoffes (bei
der katalytisch wirkenden Sonde) oder den Wert des überhaupt
vorhandenen Sauerstoffes im Abgas bestimmen kann.
Da solche Magersonden jedoch aufgrund von Alterungseffekten zu
Ungenauigkeit neigen, kann man auch Sonden verwenden, deren
Knickpunkte bezüglich des Lambdas bzw. des Sauerstoffpartial
druckes verschoben sind. Beispielsweise besteht die Möglichkeit,
mit verschiedenen Sauerstoffpartialdrücken als Referenz zu ar
beiten. Dabei kann der Partialdruck entweder fest vorgegeben sein
oder aber während des Betriebes noch variiert werden. Hierzu sind
mögliche Verfahren aus DE 37 14 543.6 bekannt.
Besonders vorteilhaft ist hierbei die Auswertung des Nulldurch
gangs der Ausgangsspannung, der dann erfolgt, wenn gerade die
Sauerstoffpartialdrücke auf beiden Seiten der Sonde gleich sind.
Dieser Nulldurchgang wird nicht durch Alterungs- oder Temperatur
effekte beeinflußt.
Eine gute Integration über alle Zylinder und somit eine einfache
re Detektionsmöglichkeit läßt sich erreichen, wenn die Sonden in
einem Bereich liegen, in dem die Abgase der einzelnen Zylinder
schon stark miteinander vermischt sind.
Vorteile hinsichtlich der Erkennbarkeit, welcher Zylinder das
Fehlverhalten aufweist, lassen sich andererseits erzielen, wenn
die Sonden dort angeordnet sind, wo die Abgase der einzelnen Zy
linder noch nicht stark miteinander vermischt sind. Besonders ge
naue Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Sonden sogar vor
der Zusammenführung der Abgasrohre der einzelnen Zylinder oder
Zylinderbänke angeordnet sind.
Aus Aufwandsgründen wird man allerdings dann im Normalfall nur
einen Sondentyp, vorzugsweise den weniger katalytisch wirkenden
Typ, mehrfach ausführen und die stärker katalytisch wirkende
Sonde nur einfach ausführen und dann dort anordnen, wo die Abgase
schon stark miteinander vermischt sind.
Werden Sonden verschiedenen Typs jedoch am selben Ort angebracht,
kann der Montageaufwand durch Unterbringung beider Sonden in
einem Gehäuse reduziert werden.
In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind die beiden
Sonden 2 und 3 vor dem Katalysator angeordnet. Die Erfindung ist
jedoch nicht auf dieses Beispiel beschränkt.
Vorteile hinsichtlich des hardwaremäßigen Aufwandes lassen sich
z. B. erzielen, wenn eine Sonde vor dem Katalysator angeordnet ist
und eine zweite Sonde hinter dem Katalysator angeordnet ist. Die
vordere Sonde ist normalerweise schon zum Zwecke der Lambdare
gelung vorhanden, während die Sonde hinter dem Katalysator gleich
zeitig zur Überprüfung der Funktion des Katalysators verwendet
werden kann. Aufgrund der Wirkung des Katalysators spielt dann
die Beschichtung der zweiten Sonde keine Rolle.
Bei der Realisierung dieses Verfahrens muß allerdings die Spei
cherfähigkeit des Katalysators und damit das verzögerte An
sprechen der zweiten Sonde berücksichtigt werden, wobei die
Speicherfähigkeit des Katalysators sich über die Lebensdauer
ändert.
Auch ist es möglich, daß durch Messung elektromagnetischer Strah
lung des Abgases im Bereich hinter dem Auslaß der Brennkraftma
schine Verbrennungsaussetzer sicher erkannt werden, oder daß
durch Messung von Ionisierungseffekten auf Verbrennungsaussetzer
rückgeschlossen wird, denn unmittelbar hinter dem Auslaß des Ver
brennungsmotors strahlen die Abgase bei der Verbrennung elektro
magnetischer Strahlung in Form von sichtbarem Licht oder infraro
tem Licht bzw. Mikrowellen ab. Bei fehlender Verbrennung ist
sowohl die abgestrahlte Energie deutlich geringer, als auch die
Wellenlänge des Lichtmaximums zu deutlich größeren Wellenlängen
hin verschoben.
Die Messung der Strahlung kann mit einem einzigen Sensor entweder
direkt im Bereich des Verbrennungsvorgangs gemessen werden, oder
aber durch einen (Licht-)Wellenleiter an einen geeigneteren Ort
geleitet werden, wo dann die Umsetzung in elektrische Signale er
folgt.
Durch die höhere Temperatur bei erfolgter Verbrennung ist auch
die Ionisierung in der Nähe des Auslasses noch deutlich höher als
bei nicht erfolgter Verbrennung. Wird nun zwischen mindestens
zwei Elektroden eine Spannung angelegt, kann aus dem sich ein
stellenden Stromfluß auf die erfolgreiche Verbrennung rückge
schlossen werden.
Weiterhin kann durch Messung von Durchbruchspannung oder Brenn
spannung eines Lichtbogens auf die Abgaszusammensetzung und somit
auch auf die erfolgte Verbrennung rückgeschlossen werden.
Claims (29)
1. Verfahren zur Erkennung der Gefährdung oder Schädigung von
Katalysatoren oder katalytischen Beschichtungen und zur Erkennung
von Verbrennungsaussetzern, insbesondere zur Erkennung von sauer
stoffhaltigen oxidationsfähigen Gemischen und/oder zur Erkennung
von Alterung und/oder Vergiftungserscheinungen von Katalysatoren
oder katalytischen Beschichtungen bei Brennkraftmaschinen mit in
nerer Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei
Meßgrößen ausgewertet werden, die von jeweils unterschiedlichen
katalytischen Effekten beeinflußt sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig
stens zwei der Meßgrößen gleiche physikalische Meßgrößen sind,
die jeweils an einer anderen Stelle und/oder unter anderen Bedin
gungen ermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Meßstellen von im
wesentlichen demselben Abgasstrom beaufschlagt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig
stens eine der Meßgrößen durch keinen katalytischen Effekt beein
flußt ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung wenigstens eine der
Meßgrößen temperaturabhängig ist und die Änderung der Temperatur
ausgewertet wird, die durch Reaktion des Kohlenwasserstoff/Luft
gemisches an einem Katalysator entsteht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Temperaturände
rung eines Sauerstoffsensors bei Reaktion des Kohlenwasser
stoff/Luftgemisches an einem Katalysator ausgewertet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Auswertung von Temperaturen durch Thermofühler als Fühlermaterial
wenigstens teilweise ein katalytisch wirkendes Material verwendet
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Differenz zwischen den Temperaturen an einer katalytisch stärker
beeinflußten Meßstelle und einer an einer katalytisch schwächer
beeinflußten Meßstelle ausgewertet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die nicht oder schwä
cher katalytisch wirkende Seite einer Sauerstoffsonde sowie auch
die stärker katalytisch wirkende Seite mit Abgas beaufschlagt
werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung das Signal mindestens
einer Meßstelle im Betrieb mit fettem Brennstoff/Luft-Gemisch bei
normalem Verbrennungsablauf bestimmt und als Referenzwert für die
Feststellung von Verbrennungsaussetzern verwendet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Unter
schiede in den Signalen von Sauerstoffsonden zur Feststellung von
Vergiftung oder Alterung von Katalysatoren oder katalytischen Be
schichtungen ausgewertet werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung die Signale von we
nigstens zwei Sauerstoff- und/oder Lambdasonden mit unterschied
lichem Verhalten ausgewertet werden, wobei wenigstens zwei Sonden
mit im wesentlichen dem gleichen Gasstrom beaufschlagt sind.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signa
le wenigstens einer Lambdasonde mit stärker katalytisch wirkender
Beschichtung und wenigstens einer Lambdasonde mit schwächer oder
nicht katalytisch wirkender Beschichtung ausgewertet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Unter
schiede in den Signalen wenigstens zweier Meßstellen zur Erkennung
von Verbrennungsaussetzern bei Brennkraftmaschinen mit innerer
Verbrennung ausgewertet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
Unterschiede in den Signalen wenigstens zweier Meßstellen zur
Erkennung von ungleichmäßiger Einspritzung bei Einspritz-Brennkraft
maschinen mit innerer Verbrennung ausgewertet werden.
16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Signa
le von wenigstens einer Sauerstoffsonde ausgewertet werden und
die Unterschiede von mehreren Signalwerten außerhalb des Knick
punktes der Kennlinie der Sauerstoffsonde berücksichtigt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß we
nigstens zwei Meßstellen zur Erkennung des Luftverhältnisses
Lambda einer Brennkraftmaschine mit innerer Verbrennung verwendet
werden, deren Signale sich bei dem Luftverhältnis Lambda unter
scheiden, bei dem die größte Steilheit oder ein Knickpunkt oder
ein Nulldurchgang der Kurve der Meßfunktion besteht.
18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unter
schiedliche Signale von wenigstens zwei Meßstellen erreicht werden,
indem diese mit unterschiedlichen Sauerstoffpartialdrücken als
Referenzdruck beaufschlagt werden.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung wenigstens zwei Meß
stellen in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet werden, in dem
die Abgase der einzelnen Zylinder unvermischt oder unwesentlich
miteinander vermischt sind.
20. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung wenigstens zwei Meß
stellen in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet werden, in
dem die Abgase der einzelnen Zylinder stark miteinander vermischt
sind.
21. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung wenigstens eine der
Meßstellen in einem Bereich des Abgasstromes angeordnet wird, in
dem die Abgase der einzelnen Zylinder unvermischt oder unwesentlich
vermischt sind, während wenigstens eine andere Meßstelle in einem
Bereich des Abgasstromes angeordnet wird, in dem die Abgase der
einzelnen Zylinder stark miteinander vermischt sind.
22. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung wenigstens zwei Meß
stellen mit im wesentlichen gleichem Verhalten an Stellen im
Abgassystem angeordnet werden, wo die Abgase der einzelnen Zy
linder oder Zylinderbänke noch getrennt geführt sind.
23. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß we
nigstens zwei Meßstellen oder Sonden mit unterschiedlichem Ver
halten in einem Gehäuse zu einer Sonde zusammengefaßt werden,
wobei jedoch die Ausgänge getrennt bleiben.
24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung und Abgaskatalysator
wenigstens zwei Meßstellen vor einem Katalysator angeordnet sind
und das Abgas ganz oder teilweise von der Abströmseite des Kata
lysators zu wenigstens einer der Meßstellen geführt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der
Volumenstrom von der Abströmseite des Katalysators über eine
Schalteinrichtung zu wenigstens einer der Sonden geführt wird.
26. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Signale von wenigstens je einer der Meßstellen, die in der Ab
gasströmung zuströmseitig und abströmseitig des Katalysators
liegen, zur Überwachung der Funktion des Katalysators ausge
wertet werden.
27. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung und wenigstens ein
Katalysator oder eine katalytische Beschichtung bei Inbetrieb
nahme der Brennkraftmaschine beheizt wird.
28. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung im Abgasstrom wenig
stens eine Meßstelle zur Messung elektromagnetischer Strahlung
angeordnet wird und ihre Signale zur Erkennung von Verbrennungs
aussetzern ausgewertet werden.
29. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei
Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung im Abgasstrom wenig
stens eine Meßstelle zur Messung von Ionisierungseffekten ange
ordnet wird und ihre Signale zur Erkennung von Verbrennungsaus
setzern ausgewertet werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4019572A DE4019572A1 (de) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzern |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4019572A DE4019572A1 (de) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzern |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4019572A1 true DE4019572A1 (de) | 1992-01-02 |
Family
ID=6408687
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4019572A Withdrawn DE4019572A1 (de) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzern |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4019572A1 (de) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1990
- 1990-06-20 DE DE4019572A patent/DE4019572A1/de not_active Withdrawn
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