DE4201136A1 - METHOD FOR MONITORING A CATALYTIC EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
METHOD FOR MONITORING A CATALYTIC EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINEInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer katalytischen Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere bei Kraftfahrzeugen.The present invention relates to a method for Monitoring a catalytic emission control system Internal combustion engine, especially in motor vehicles.
Im Zuge der immer strenger werdenden Vorschriften über die zulässigen Emissionen von Schadstoffen bei Abgasen werden die Abgasreinigungsanlagen bei Kraftfahrzeugen immer weiter verbessert. Inzwischen werden vielfach Systeme eingesetzt, bei denen ein erster katalytischer Konverter, ein sogenannter Vorkatalysator, motornah eingesetzt wird, der insbesondere in der Kaltstartphase des Fahrzeuges schnell für eine genügende Umsetzung von Schadstoffen sorgen kann. Diesem Vorkatalysator wird ein meist größerer weiterer katalytischer Konverter nachgeschaltet, ein sogenannter Hauptkatalysator, welcher im Normalbetrieb für eine möglichst vollständige Entgiftung der Abgase, soweit diese nicht bereits im Vorkatalysator umgesetzt werden, sorgt.In the course of the increasingly strict regulations on the permissible emissions of pollutants in exhaust gases are the Exhaust gas cleaning systems in motor vehicles continue to grow improved. Systems are now widely used at which a first catalytic converter, a so-called Pre-catalyst is used close to the engine, which is particularly in the cold start phase of the vehicle quickly for a sufficient Implementation of pollutants can worry. This pre-catalyst usually becomes a larger catalytic converter downstream, a so-called main catalyst, which in Normal operation for a complete detoxification of the Exhaust gases, insofar as these have not already been implemented in the pre-catalytic converter be worried.
Natürlich ist es wünschenswert und in einigen Ländern sogar vorgeschrieben, die Funktionsfähigkeit der katalytischen Abgasreinigungsanlage zu überwachen, damit sich der Schadstoffausstoß nicht unbemerkt erhöht.Of course it is desirable and in some countries it is prescribed the functionality of the catalytic Exhaust emission control system to monitor, so that the Pollutant emissions not increased unnoticed.
Hierzu ist bereits bekannt, insbesondere aus der WO 91/14 855 und der WO 91/14 856, einen Katalysator mittels Temperatur fühlern während des Betriebes zu überwachen.This is already known, in particular from WO 91/14 855 and WO 91/14 856, a catalyst by means of temperature sensors during operation.
Da, wie sich inzwischen herausgestellt hat, zur Einhaltung von strengen Abgasbestimmungen die Funktionsfähigkeit des Vorkatalysators von entscheidender Bedeutung ist, sollte auch für diese die Möglichkeit einer Überwachung geschaffen werden. Bisher ist man davon ausgegangen, daß die integrale Überwachung des gesamten Abgassystemes oder die Überwachung des Hauptkatalysators ausreicht. Tatsächlich sind jedoch Vorkatalysatoren meist höher belastet als Hauptkatalysatoren, so daß die Funktionsfähigkeit des ganzen Systems eher durch die Lebensdauer der Vorkatalysatoren als der Hauptkataly satoren begrenzt ist. Auch sind die Vorgänge im Vorkatalysator wesentlich transienter und instationärer als im Hauptkataly sator, da der Vorkatalysator mit seiner wenn auch geringen Wärmekapazität auf Temperaturschwankungen des Abgases wie ein Tiefpaßfilter wirkt. Bei geeigneter Auswertung der Signale kann daher die Überwachung von Vorkatalysatoren zu sehr präzisen Aussagen über dessen Funktionsfähigkeit und gegebenenfalls sogar zur Gewinnung von für die Motorsteuerung wichtigen Daten genutzt werden.Since, as has now been found to comply with strict exhaust gas regulations the functionality of the Pre-catalyst is vital, too for this the possibility of monitoring is created. So far it has been assumed that the integral Monitoring the entire exhaust system or monitoring of the main catalyst is sufficient. Actually, however Pre-catalysts usually have a higher load than main catalysts, so that the functionality of the whole system is rather through the life of the pre-catalysts as the main catalyst is limited. The processes in the pre-catalyst are also much more transient and transient than in the main catalyze sator, because the pre-catalyst with its albeit small Heat capacity on temperature fluctuations of the exhaust gas like a Low pass filter works. With a suitable evaluation of the signals can therefore monitor pre-catalysts too much precise statements about its functionality and if necessary, even to obtain for engine control important data can be used.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe dient daher ausgehend von der WO 91/14 855 ein Verfahren zur Überwachung einer katalytischen Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, enthaltend mindestens einen Vorkatalysator und mindestens einen mit Abstand dazu angeord neten Hauptkatalysator, welche durch einen Zwischenabschnitt der Abgasleitung strömungsmäßig hintereinandergeschaltet sind, wobei die Überwachung mittels Temperaturmessung an einer oder mehreren Stellen der Abgasreinigungsanlage und Auswertung der Temperaturmeßwerte und/oder deren zeitlicher Verläufe und/oder deren Korrelation erfolgt, wobei weiter mindestens eine Temperaturmessung direkt im Vorkatalysator erfolgt und separat für den Vorkatalysator eine Auswertung und Überwachung vorgenommen wird. Durch diese Maßnahmen wird einerseits die Überwachung der Abgasreinigungsanlage besonders umfassend, da auch das in der Kaltstartphase wichtigste und wegen der motornahen Lage empfindlichste Teil mitüberwacht wird, andererseits können zusätzliche Informationen über den Betriebszustand des Motors mit großer Empfindlichkeit gewonnen werden.Starting from WO 91/14 855 a method for monitoring a catalytic exhaust gas cleaning system of an internal combustion engine, in particular in motor vehicles containing at least one Pre-catalytic converter and at least one arranged at a distance from it neten main catalyst, which by an intermediate section the exhaust pipe is connected in series in terms of flow, the monitoring by means of temperature measurement on one or several points of the emission control system and evaluation of the Temperature measurements and / or their temporal courses and / or their correlation takes place, at least one further Temperature measurement takes place directly in the pre-catalyst and separately an evaluation and monitoring for the pre-catalyst is made. Through these measures, on the one hand, the Monitoring of the exhaust gas cleaning system particularly comprehensive, because also the most important in the cold start phase and because of the the most sensitive part is closely monitored on the other hand, additional information about the Operating state of the engine obtained with great sensitivity will.
Entsprechend den aus dem Stand der Technik bekannten Gründen ist es sinnvoll, mindestens zwei Temperaturmessungen im Vorkatalysator durchzuführen. Dies ist nicht zwingend, da u. U. ein weiterer stromab im Abgassystem angeordneter Temperaturfühler mit zur Auswertung herangezogen werden kann, jedoch erscheint es sinnvoll, direkt im Vorkatalysator in zwei Bereichen die Temperatur zu ermitteln und entsprechend den bekannten Verfahren auszuwerten.According to the reasons known from the prior art it makes sense to carry out at least two temperature measurements in the Perform pre-catalyst. This is not mandatory there u. U. Another arranged downstream in the exhaust system Temperature sensor can be used for evaluation, however, it makes sense to do it right in the pre-catalyst in two Areas to determine the temperature and according to the evaluate known methods.
Dabei ist es auch möglich, daß mindestens eine der Temperaturmessungen im Vorkatalysator eine integrale Temperatur über mindestens einen Teil der axialen Länge des Vorkatalysators ermittelt. Schon eine so ermittelte Temperatur allein gestattet eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Katalysators, wenn sie ins Verhältnis zu einer an einem neuen Vorkatalysator aufgenommenen Temperatur bei entsprechenden Betriebsbedingungen gesetzt wird. Vorkatalysatoren altern aufgrund der thermischen Belastung, so daß sie möglicherweise am Ende ihrer Lebensdauer nicht mehr in ihrem ganzen Bereich katalytisch aktiv sind und damit exotherme Reaktionen auslösen, sondern nur noch in einem hinteren Teilbereich. Dies würde sich durch eine niedrigere integrale Temperatur des Vorkatalysators bei einer Messung über die axiale Länge auswirken. Günstig kann es auch sein, eine Messung über die axiale Länge mit einer weiteren Temperaturmessung in einem bestimmten Bereich des Vorkatalysators zu kombinieren und beide Messungen gemeinsam auszuwerten.It is also possible that at least one of the An integral temperature measurement in the pre-catalyst Temperature over at least part of the axial length of the Pre-catalyst determined. A temperature determined in this way alone allows a statement about the functionality of the Catalyst when compared to one on a new one Pre-catalyst temperature recorded at the appropriate Operating conditions is set. Aging pre-catalysts due to the thermal load so they may at the end of their lifespan no longer in their full range are catalytically active and thus exothermic reactions trigger, but only in a rear section. This would be due to a lower integral temperature of the Pre-catalyst when measuring over the axial length impact. It can also be convenient to take a measurement over the axial length with another temperature measurement in one combine certain area of the pre-catalyst and evaluate both measurements together.
Wie im Stand der Technik bereits erläutert, ist es sinnvoll, Temperaturmessungen integral über einen etwa repräsentativen Teil des Querschnitts des Vorkatalysators durchzuführen, um über den Querschnitt ungleichmäßige Temperaturprofile nicht falsch zu bewerten. Dies ist insbesondere bei den Anströmungsbedingungen und dem transienten Verhalten von Vorkatalysatoren besonders wichtig.As already explained in the prior art, it makes sense to Temperature measurements integrally over an approximately representative Part of the cross section of the pre-catalyst to perform non-uniform temperature profiles across the cross-section wrong to evaluate. This is particularly the case with the Inflow conditions and the transient behavior of Pre-catalysts are particularly important.
Für den Fall, daß außer dem Vorkatalysator auch der Hauptkatalysator durch Temperaturmessungen überwacht wird, kann es besonders günstig sein, für beide Überwachungen die Temperaturmeßwerte abwechselnd der gleichen Auswerteelektronik zuzuführen, um unnötige Bauteile zu vermeiden.In the event that in addition to the pre-catalyst Main catalyst is monitored by temperature measurements, it can be particularly cheap for both surveillance Temperature readings alternately from the same evaluation electronics feed to avoid unnecessary components.
Grundsätzlich ist es für die richtige Interpretation der Temperaturmeßwerte vorteilhaft, auch Daten über die Betriebs zustände des Verbrennungsmotors aus dessen Motorsteuerung in der Auswerteelektronik mit zu verwerten. So sollten beispielsweise die Meßwerte für Drehzahl, Motortemperatur, Stellung der Drosselklappe etc. der Auswerteelektronik über Datenleitungen zugeleitet werden.Basically it is for the correct interpretation of the Temperature readings advantageous, including data on the operating states of the internal combustion engine from its engine control in of the evaluation electronics. So should for example the measured values for speed, engine temperature, Position of the throttle valve etc. of the evaluation electronics Data lines are fed.
Auch die umgekehrte Verbindung, zur eventuellen Verwertung der Überwachungsergebnisse in der Motorsteuerung kann sinnvoll sein, so beispielsweise zur Einleitung von Schutzmaßnahmen für den Vorkatalysator gegen Überhitzung.Also the reverse connection, for the eventual utilization of the Monitoring results in the motor control can be useful be, for example, to initiate protective measures for the pre-catalyst against overheating.
Eine entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung einer katalytischen Abgasreinigungsanlage eines von einer Motorsteuerung gesteuerten Verbrennungsmotor, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, enthält mindestens einen Vorkatalysator mit mindestens einem darin angeordneten Temperaturfühler, mindestens einen vom Vorkatalysator durch einen Zwischenabschnitt der Abgasleitung getrennten Hauptkatalysator, der ebenfalls einen oder mehrere Temperaturfühler enthalten kann, und eine Auswerteelektronik, mit der alle Temperaturfühler über Meßleitungen verbunden sind und welche ihrerseits mit einer Anzeige über den Funktions zustand der Abgasreinigungsanlage verbunden ist. Einzelheiten der Vorrichtung werden anhand eines Ausführunsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Bevorzugt werden dabei zwei Temperaturfühler im Vorkatalysator, von denen einer ein über mindestens einen Teil der axialen Länge des Vorkatalysators integral messender Temperaturfühler sein kann.A corresponding device according to the invention Monitoring a catalytic emission control system internal combustion engine controlled by an engine control, in particular in motor vehicles, contains at least one Pre-catalyst with at least one arranged therein Temperature sensor, at least one from the pre-catalyst an intermediate section of the exhaust pipe separated Main catalyst, which is also one or more Can contain temperature sensors and evaluation electronics, with which all temperature sensors are connected via measuring lines and which in turn with an indication of the function state of the exhaust gas cleaning system is connected. details the device are based on an exemplary embodiment in the drawing explained. Two are preferred Temperature sensors in the pre-catalyst, one of which is a at least part of the axial length of the pre-catalyst integrally measuring temperature sensor.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, in der die Richtung des Abgases durch einen Pfeil angedeutet ist.An embodiment of the invention is in the drawing shown in the direction of the exhaust gas by an arrow is indicated.
Ein Vorkatalysator 1 ist einem Hauptkatalysator 2 vorgeschaltet und mit diesem über einen Zwischenabschnitt 3 der Abgasleitung verbunden. Dabei kann sowohl der Vorkatalysator 1 wie der Hauptkatalysator 2 jeweils einer von zweien oder mehreren sein, was für die vorliegende Erfindung keine entscheidende Rolle spielt. Sind jeweils mehrere vorhanden, so können diese dennoch mit einer gemeinsamen Auswerteelektronik verbunden sein. Sowohl Vorkatalysator 1 wie Hauptkatalysator 2 bestehen aus bekannten Wabenkörpern mit einer Vielzahl von für das Abgas durchströmbaren Kanälen und enthalten die katalytisch aktive Substanz in einer keramischen Beschichtung. Bevorzugt können Vorkatalysator 1 und Hauptkatalysator 2 metallische Trägerkörper aus strukturierten Blechlagen haben, jedoch sind auch keramische Wabenkörper möglich.A pre-catalytic converter 1 is connected upstream of a main catalytic converter 2 and connected to it via an intermediate section 3 of the exhaust pipe. Both the pre-catalyst 1 and the main catalyst 2 can each be one of two or more, which does not play a decisive role in the present invention. If there are several in each case, these can nevertheless be connected to a common evaluation electronics. Both pre-catalytic converter 1 and main catalytic converter 2 consist of known honeycomb bodies with a multiplicity of channels through which the exhaust gas can flow and contain the catalytically active substance in a ceramic coating. Pre-catalytic converter 1 and main catalytic converter 2 can preferably have metallic carrier bodies made of structured sheet metal layers, but ceramic honeycomb bodies are also possible.
Erfindungsgemäß sind im Vorkatalysator Temperaturfühler 4, 5, 6 angeordnet, welche über Meßleitungen 14, 15, 16 mit einer Auswerteelektronik 8 verbunden sind. Vorzugsweise weist der Vorkatalysator mindestens zwei der drei dargestellten Temperaturfühler 4, 5, 6 auf, beispielsweise einen vorderen Temperaturfühler 4, und einen hinteren Temperaturfühler 5, welche beide integral über einen repräsentativen Teil der Querschnittsfläche in ihrem Bereich messen. Zusätzlich oder alternativ zu einem der beiden in Querschnittsbereichen messenden Temperaturfühlern 4, 5 kann ein über zumindest einen Teil der axialen Länge des Vorkatalysators 1 integral messender Längstemperaturfühler 6 vorhanden sein.According to the invention, temperature sensors 4 , 5 , 6 are arranged in the pre-catalyst and are connected to evaluation electronics 8 via measuring lines 14 , 15 , 16 . The precatalyst preferably has at least two of the three temperature sensors 4 , 5 , 6 shown , for example a front temperature sensor 4 and a rear temperature sensor 5 , both of which measure integrally over a representative part of the cross-sectional area in their area. In addition or as an alternative to one of the two temperature sensors 4 , 5 measuring in cross-sectional areas, a longitudinal temperature sensor 6 integrally measuring over at least part of the axial length of the pre-catalytic converter 1 can be present.
Falls auch der Hauptkatalysator 2 überwacht werden soll, kann dieser ebenfalls Temperaturfühler 7, welche über Meßleitungen 17 mit der Auswerteelektronik 8 verbunden sind, aufweisen. Die Auswerteelektronik 8 steht mit einer Anzeige 9 in Verbindung, welche eine Kontrollampe ein Meßinstrument oder dergleichen sein kann, wobei als Anzeige im weitesten Sinn auch die Speicherung für eine spätere Diagnose oder akustische Warnsignale und ähnliches gelten. Zusätzlich kann die Auswerteelektronik 8 über Datenleitungen 11, 12 mit der Motorsteuerung 10 in Verbindung stehen, um einerseits Informationen über den Betriebszustand des Motors über Zuleitungen 11 für die Auswertung der Temperaturmessungen zu erhalten und andererseits über Ableitungen 12 Auswertungsergebnisse an die Motorsteuerung 10 weitergeben zu können.If the main catalyst 2 is also to be monitored, it can also have temperature sensors 7 , which are connected to the evaluation electronics 8 via measuring lines 17 . The evaluation electronics 8 is connected to a display 9 , which can be a control lamp, a measuring instrument or the like, the storage in the broadest sense also being used for later diagnosis or acoustic warning signals and the like. In addition, the evaluation electronics 8 can be connected to the engine control 10 via data lines 11 , 12 , in order to obtain information on the operating state of the engine via feed lines 11 for evaluating the temperature measurements and to be able to pass on evaluation results to the engine control 10 via leads 12 .
Erfindungsgemäßes Verfahren und die zugehörige Vorrichtung eignen sich zur Betriebsüberwachung der Erfüllung auch der strengsten Abgasbestimmungen und zur Sicherstellung, daß Funktionsstörungen in der Abgasreinigungsanlage frühzeitig erkannt und beseitigt werden können.Method according to the invention and the associated device are also suitable for monitoring the fulfillment of operations strictest emissions regulations and to ensure that Malfunctions in the exhaust gas cleaning system early can be recognized and eliminated.
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