DE4019572A1 - Verfahren zur erkennung der gefaehrdung oder schaedigung von katalysatoren oder katalytischen beschichtunggen und zur erkennung von verbrennungsaussetzern - Google Patents

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 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.