DE4100241A1 - Katalysatoranordnung, insbesondere fuer das abgassystem einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Katalysatoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs, wie sie aus der DE-PS 26 43 739 im Prinzip bekannt ist. Bei diesem Stand der Technik liegen in Strömungsrichtung der dort zu reinigenden Abgase hinter dem in seinem üblichen Aufbau, d. h. homogen über seinen Querschnitt, unveränderten Katalysator zwei dort durch NTC-Widerstände gebil­ dete Temperaturfühler, von denen einer katalytisch belegt ist. Zur Überwachung des Betriebszustands des Katalysators dient die in diesem beim Ablauf der katalytischen Reinigungsvorgänge entstehende Wärme, indem die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Temperaturfühlern durch Verknüpfung der Ausgangssignale derselben in einer nachgeschalteten Auswerteschaltung ermittelt und zur Erzeugung eines entsprechenden Signals herangezogen wird. Infolge der Anordnung beider Temperaturfühler in einem Querschnitt strömungsabwärts des Katalysators und nicht eines der Temperaturfühler strömungsaufwärts werden durch unterschiedliche Betriebszustände hervorgerufene Temperatureinflüsse, besonders während des Warmlaufs, eliminiert. So können bei instationärem Betrieb der Brennkraftmaschine auch ohne Wärmeerzeugung durch die exothermen Umwandlungsprozesse im Katalysator wegen der zeitlichen Veränderbarkeit der Abgastemperatur und der Speicher­ wirkung der Matrix des Katalysators bei Einbau eines der elektri­ schen Bauteile (Temperaturfühler) strömungsaufwärts, dagegen des anderen strömungsabwärts des Katalysators die Temperaturen an den beiden Einbaustellen unterschiedlich sein, so daß die Zuordnung der Temperaturdifferenz zwischen den beiden elektrischen Bauteilen zum Konvertierungsgrad des Katalysators, insbesondere für Kohlenwasserstoffe, nicht eindeutig ist.

Diese Schwierigkeiten werden, wie gesagt, bei der bekannten Anordnung beider elektrischer Bauelemente strömungsabwärts des Katalysators in vorteilhafter Weise vermieden. Bei dem zitierten Stand der Technik ist eines der beiden elektrischen Bauteile mit einer katalytisch wirksamen Oberflächenschicht, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie der Kataly­ sator besteht, versehen. Ist der zu überwachende Katalysator voll funktionsfähig, so herrscht an den Einbauorten der beiden Temperaturfühler etwa die gleiche Temperatur; ist jedoch der Katalysator nicht mehr funktionsfähig, so sinkt die Temperatur des nicht katalytisch beschichteten elektrischen Bauteils ab, während die Temperatur des katalytisch beschichteten elektrischen Bauteils infolge der jetzt an seiner aktiven Oberfläche in verstärktem Maße einsetzenden exothermen Reaktionen zumindest gleich bleibt. Das Ergebnis ist eine relativ große Differenz der Temperaturen der beiden elektrischen Bauteile mit entsprechen­ der Signalerzeugung.

Die bekannte Anordnung versagt jedoch bei Temperaturen unterhalb der Anspringtemperatur der katalytischen Beschichtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysatoranordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs zu schaffen, die die dieser innewohnenden Vorteile sicherstellt, ohne daß ein katalytisch beschichtetes elektrisches Bauteil als Temperatur­ fühler Einsatz finden muß.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs.

Unter dem Längskanal ist ganz allgemein eine katalytisch praktisch unwirksame Durchtrittzone für die Gase zu verstehen; er kann auch aus einer Anzahl von Teilkanälen einer Trägermatrix bestehen.

Bei der Erfindung liegen infolge seiner Anordnung hinter einem Längskanal im Katalysator im Bereich eines der elektrischen Bauteile also hinsichtlich der Gaszusammensetzung dieselben Verhältnisse vor, als wenn dieses elektrische Bauteil strömungs­ aufwärts des Katalysators angeordnet ist. Da der Querschnitt des Längskanals im Katalysator sehr klein gehalten werden kann, beeinträchtigt der Kanal die Reinigung der Gase, insbesondere Abgase, im Katalysator praktisch nicht. Der durch die Erfindung mögliche Verzicht auf eine katalytische Beschichtung eines der elektrischen Bauteile (NTC-Widerstand, Thermoelement oder ähnliches) bietet den Vorteil einer erhöhten Lebensdauer, da eine katalytische Beschichtung verständlicherweise ebenso wie der Katalysator selbst, der durch die elektrischen Bauteile überwacht werden soll, eine begrenzte Lebensdauer besitzt. Auch wird die Erzeugung eines fehlerhaften "Gut"-Signals bei Temperaturen vermieden, bei denen der Katalysator nicht arbeitet.

An dieser Stelle sei eingefügt, daß die mit den Ausgangssignalen der elektrischen Bauteile beschickte Auswerteschaltung so ausge­ bildet sein kann, daß sie bei einem Signal, das einem Schwellwert der Temperaturdifferenz in den beiden elektrischen Bauteilen entspricht, ein Warnsignal erzeugt; es ist jedoch auch möglich, durch kontinuierliche Auswertung der Ausgangssignale der beiden elektrischen Bauteile kontinuierlich eine Aussage über den jeweiligen Konvertierungsgrad des Katalysators und damit über seine Funktionsfähigkeit zu gewinnen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Katalysatoranordnung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 einen Längsschnitt und deren Fig. 2 eine Stirnansicht des Katalysators wiedergibt.

Der einen bekannten und daher im einzelnen nicht zu beschreibenden matrixartigen Aufbau besitzende Katalysator 1 ist in üblicher Weise in dem Gehäuse 2 angeordnet, das einen Bestandteil der Abgasanlage der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs bildet. Strömungsabwärts des Katalysators 1 sind innerhalb des Gehäuses 2 nebeneinander in einer Querebene und auf gleichen Radien die beiden Thermoelemente 3 und 4 angeordnet, und zwar das letztge­ nannte Thermoelement in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Kanal 5 im Katalysator 1, so daß das Thermoelement 4 im Strömungsweg von ungereinigtem Abgas liegt. Dagegen befindet sich das Thermoelement 3 im Strömungsweg der im Katalysator 1 gereinigten Abgase. Wie durch die Bezeichnung ΔT in Fig. 1 angedeutet, liegen die beiden Thermoelemente 3 und 4 bei voll funktionsfähigem Katalysator 1 infolge des exothermen Charakters der Umsetzungsreaktionen in ihm auf unterschiedlichen Temperaturen, und zwar ist die Temperatur im Bereich des Thermoelements 3 höher als im Bereich des - von ungereinigtem Abgas umströmten - Thermoelements 4. Fällt dagegen der Katalysator 1 völlig aus, so werden beide Thermoelemente 3 und 4 von ungereinigtem Abgas umströmt und besitzen demgemäß zumindest annähernd die gleiche Temperatur. Durch Verknüpfung der Ausgangsspannungen der beiden Thermoelemente 3 und 4 in einer nicht dargestellten, nachge­ schalteten Auswertevorrichtung kann also eine eindeutige Aussage über den Funktionszustand (Konvertierungsgrad) des Katalysators 1 gewonnen werden.

Mit der Erfindung ist demgemäß durch einfache Maßnahmen eine gattungsgemäße Katalysatoranordnung geschaffen, die die Problema­ tik von Einflüssen zeitlicher Änderungen der Abgastemperatur und der Wärmespeicherung im Katalysator vermeidet, ohne katalytisch beschichtete Temperaturfühler zu erfordern.

Claims (1)

1. Katalysatoranordnung, insbesondere für das Abgassystem einer Brennkraftmaschine, mit zumindest zwei strömungsabwärts des Katalysators nahe diesem im wesentlichen nebeneinander ange­ ordneten elektrischen Bauteilen zur Erzeugung von der Temperatur an ihrem Einbauort abhängiger elektrischer Signale, die zur Fehlererkennung des Katalysators geeignet sind, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle elektrischen Bauteile (3, 4) frei von kataly­ tischen Beschichtungen sind und eines (4) derselben strömungs­ abwärts eines katalytisch praktisch unwirksamen Längskanals (5) im Katalysator (1) angeordnet ist.