DE4122787A1 - Einrichtung zur ueberwachung des konvertierungsgrads eines katalysators - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Einrichtungen dieser Art, wie sie aus der DE-PS 26 43 739 bekannt sind, erfassen beispielsweise mittels vor und in dem Katalysator im Strömungsweg der Gase angeordneter Tempe­ raturfühler die Temperaturerhöhung der Gase durch die exotherme Reaktion am Katalysator. Unterschreitet diese Temperaturerhöhung einen vorgegebenen Wert, so ist dies ein Anzeichen dafür, daß der Katalysator infolge Alterung oder mechanischer Beschädigung nicht mehr voll oder überhaupt nicht funktionsfähig ist.

Insbesondere im Fall der Überwachung eines Katalysators im Strö­ mungsweg der Abgase einer ein Kraftfahrzeug antreibenden Brenn­ kraftmaschine treten hier aber insofern Schwierigkeiten auf, als infolge des instationären Betriebs der Maschine und der thermischen Trägheit des Katalysators schlagwortartig gesprochen die zeitliche Zuordnung der Meßwerte für die vor und in dem Katalysator ermit­ telten Temperaturen nicht mehr zutrifft.

Aus der genannten Patentschrift ist es daher auch bereits bekannt, im Katalysator selbst oder hinter diesem zwei Temperaturfühler anzuordnen, von denen der eine eine katalytisch aktive Oberfläche aufweist; aus der gemessenen Temperaturdifferenz wird dann wieder ein Signal für den Konvertierungsgrad des Katalysators ermittelt. Die Unterbringung von Temperaturfühlern im Katalysator bereitet jedoch fertigungstechnische Schwierigkeiten, und auch bei Anordnung beider Temperaturfühler in Strömungsrichtung hinter dem Katalysa­ tor, also außerhalb desselben, ist diese Lösung insofern nachtei­ lig, als das Material der katalytisch aktiven Oberfläche des einen Temperaturfühlers denselben Gefährdungen durch Alterung und mecha­ nische Beschädigung unterliegt wie das Katalysatormaterial selbst.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine gattungsge­ mäße Einrichtung zu schaffen, die einerseits auch bei einem insta­ bilen Betrieb der die Gasströmung erzeugenden Einrichtung, also beispielsweise einer abgaserzeugenden Brennkraftmaschine, zuverläs­ sige Aussagen über den jeweiligen Konvertierungsgrad liefert, und die andererseits weder die Unterbringung von Temperaturfühlern im Katalysator selbst noch die Verwendung von Temperaturfühlern mit katalytisch aktiver Oberfläche verlangt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in einer Ein­ richtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine zweckmäßige Ausgestaltung der Einrichtung beschreibt der Unteranspruch.

Bei der Erfindung erfolgt also die Gewinnung des Signals für den Konvertierungsgrad nicht aus der Differenz von zwei gemessenen Tem­ peraturen, sondern aus der Differenz zwischen einer gemessenen Tem­ peratur, die infolge der Lage des Meßorts hinter dem Katalysator sich gleichsam verzögert gegenüber dem Geschehen am Eingang des Katalysators einstellt, und einer errechneten Temperatur, die sich zu diesem Zeitpunkt an eben diesem Ort einstellen würde, wenn der Katalysator nicht wirksam wäre. Der Rechner ermittelt also unter Berücksichtigung der Katalysatorgeometrie gleichsam im voraus aus der Gaseintrittstemperatur und dem Massenstrom am Katalysator die sich auch im instationären Fall einstellende Katalysatoraustritts­ temperatur unter der Annahme, daß die exotherme Reaktion im Kataly­ sator ausbleibt. Die Differenz zwischen diesen beiden Temperaturen, also einem gemessenen und einem errechneten Temperaturwert, ist dann ein Maß für die im Katalysator umgesetzte Energie und damit den Konvertierungsgrad des Katalysators.

Wie der Unteranspruch zum Ausdruck bringt, läßt sich der Rechner in dem bevorzugten Einsatzfall der Erfindung, nämlich der Ermittlung des Konvertierungsgrads eines Abgaskatalysators im Abgassystem einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, durch ohnehin vorhandene elektronische Steuerungs- bzw. Regelungseinrichtungen realisieren.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, die schematisch die Einrichtung für den Fall der Überwachung des Konvertierungsgrads eines Abgaskatalysators zeigt. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, daß unter "Über­ wachung" des Konvertierungsgrads sowohl eine qualitative Über­ wachung mit Erzeugung eines Signals nur bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestwerts des Konvertierungsgrads als auch eine quantitative Überwachung mit laufender zahlenmäßiger Ausgabe des Konvertierungsgrads zu verstehen ist.

Betrachtet man nun die Zeichnung, so ist bei 1 die übliche Kataly­ satoranordnung mit eigentlichem Katalysator 2 und Katalysatorge­ häuse 3 angedeutet; die Katalysatoranordnung 1 liegt im Zuge der üblichen Abgasleitung 4 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine und wird in Pfeilrichtung von den Abgasen durchströmt.

Sobald der Katalysator 2 seine Betriebstemperatur erreicht hat, finden an seiner Oberfläche chemische Reaktionen statt, die der Beseitigung schädlicher Abgasbestandteile dienen und exotherm verlaufen. Demgemäß erfaßt der in Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Katalysator 2 angeordnete Temperaturfühler 5 eine Tempe­ ratur der Abgase, die höher ist als die Temperatur vor dem Kataly­ sator 2 an der Stelle des Temperaturfühlers 6. Im Prinzip könnte man also durch Vergleich der Ausgangssignale der beiden Temperatur­ fühler 5 und 6 die durch die Arbeitsweise des Katalysators 2 her­ vorgerufene Temperaturerhöhung der Abgase ermitteln und daraus ein Signal für den jeweiligen Konvertierungsgrad gewinnen. Wie bereits eingangs dargelegt, würde ein derartiges Verfahren aber den Insta­ bilitäten in der Betriebsweise der Brennkraftmaschine nicht Rechnung tragen.

Daher enthält die erfindungsgemäße Einrichtung außer der Auswerte­ einheit 7, der die Signale des Temperaturfühlers 5 zugeführt wer­ den, den Rechner 8, der einen Bestandteil eines Motormanagements bilden kann und dem sowohl die Ausgangssignale des Temperaturfüh­ lers 6 in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 2 als auch die Aus­ gangssignale der Meßeinrichtung 9 für den Massendurchsatz zugeführt werden und der unter Berücksichtigung der Geometrie und damit der thermischen Trägheit des Katalysators 2 diejenige Temperatur am Ort des Temperaturfühlers 5 errechnet, die sich bei den jeweils vorlie­ genden Verhältnissen - Gaseintrittstemperatur, Massenstrom - am Ort des Temperaturfühlers 5 zum Meßzeitpunkt einstellen würde, falls der Katalysator 2 unwirksam wäre, also an seiner Oberfläche keine exotherme Reaktion stattfände. Ein Signal für diese errechnete Tem­ peratur wird ebenso wie das Signal für die am Ort des Temperatur­ fühlers 5 gemessene Temperatur der Auswerteeinheit 7 zugeführt, die im wesentlichen eine Vergleichsstufe beinhaltet und an den nachge­ schalteten Signalgeber 10 ein aus der Differenz dieser beiden Tem­ peraturwerte abgeleitetes Signal für den jeweiligen Konvertierungs­ grad liefert. Dabei kann die Signaleinrichtung 10 ein Signalgeber sein, der bei Unterschreiten eines vorgegebenen Werts des Konver­ tierungsgrads aktiviert wird; es ist jedoch auch möglich, als Signalgeber 10 ein Anzeigeinstrument für die laufende Anzeige des Zahlenwerts des Konvertierungsgrads zu verwenden.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einrichtung geschaffen, die mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Überwachung des Konvertierungsgrads des Katalysators auch im Falle instabiler Betriebsbedingungen gestattet.

Claims (2)

1. Einrichtung zur Überwachung des Konvertierungsgrads eines in einer Gasleitung, insbesondere der Abgasleitung einer ein Fahr­ zeug antreibenden Brennkraftmaschine, angeordneten Katalysators mit zumindest einem Temperaturfühler an einem Ort der Gaslei­ tung, der bei wirksamem Katalysator eine erhöhte Temperatur annimmt, und mit einer Auswerteeinheit zur Erzeugung eines Signals für den Konvertierungsgrad aus der von dem Temperatur­ fühler erfaßten Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit (7) ein Rechner (8) zugeordnet ist, der, mit Fühlern (6, 9) für die Gaseintrittstemperatur am Katalysa­ tor (2) und den Massenstrom des Gases durch den Katalysator (2) verbunden, aus den Ausgangssignalen dieser Fühler (6, 9) unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit des Katalysators (2) die sich bei unwirksamem Katalysator (2) am Ort des Temperatur­ fühlers (5) einstellende Temperatur errechnet, und daß die Aus­ werteeinheit (7) aus der Differenz zwischen gemessener und errechneter Temperatur das Signal für den Konvertierungsgrad erzeugt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (8) Bestandteil des elektronischen Motormanagements einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Steuerung einer Kraftstoff-Einspritzanlage, ist.