DE69635404T2

DE69635404T2 - Verfahren zur prüfung der dauerhaftigkeit einer abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69635404T2
Application number: DE69635404T
Authority: DE
Inventors: Toshio Toyota-shi Tanahashi; Masakatsu Toyota-shi SANADA; Hiroyuki Toyota-shi DOMYO; Hiroshi Toyota-shi Hirayama; Kazuaki Toyota-shi SOBUE; Tsuneo Toyota-shi HIGASHI; Koji Nagoya-shi YOKOTA; Hideo Nisshin-shi SOBUKAWA; Tadashi Seto-shi SUZUKI; Shinichi Owariasahi-shi MATSUNAGA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2016-05-18
Also published as: EP0786656A1; DE69635404D1; US5795992A; EP0786656B1; WO1996036863A1; EP0786656A4; JP3132005B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung einer Brennkraftmaschine.
Eine Abgasreinigungsvorrichtung, beispielsweise ein Abgasreinigungskatalysator, einer Brennkraftmaschine verschlechtert sich allmählich im Verlaufe ihres Gebrauches. In Verbindung hiermit nimmt ihr Leistungsvermögen zum Reinigen des Abgases allmählich ab. Wenn die Leistung in bezug auf die Reinigung des Abgases absinkt, wird eine Luftverschmutzung verursacht. Um daher eine Luftverschmutzung zu unterdrücken, wenn ein Fahrzeug über einen langen Zeitraum verwendet wird, ist es erforderlich, das Ausmaß zu bestimmen, um das sich das Reinigungsvermögen verschlechtert hat. Daher sind in der Vergangenheit Dauerhaftigkeitstests durchgeführt worden, bei denen das Fahrzeug auf einem Fahrzeugchassisdynamo meter mit einem Fahr- bzw. Antriebsmuster gefahren wird, das das Fahren eines auf dem Markt befindlichen Fahrzeuges kennzeichnet, bis die Fahrstrecke eine Sollfahrstrecke erreicht, die beispielsweise in Emissionskon- trollen gefordert wird (siehe beispielsweise die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 57-160042). Die Leistung in Bezug auf die Reinigung des Abgases wird an dem Zeitpunkt gemessen, an dem ein derartiger Dauerhaftigkeitstest beendet ist.
In neuerer Zeit ist jedoch die von Emissionskontrollen geforderte Sollfahrstrecke infolge von härteren Luftverunreinigungsregeln viel länger geworden. Wenn die von Emissionskontrollen geforderte Sollfahrstrecke länger wird, wird die für den Haltbarkeitstest erforderliche Zeit länger, so daß daher für die Entwicklung von Fahrzeugen eine längere Zeit benötigt wird.
In der US 3 667 914 werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Aufbringung einer Beanspruchung auf einen Katalysator, der eine Verschlechterung seiner Abgasreinigungsleistung erfährt, und zum Ermitteln des tatsächlichen Verschlechterungsgrades über eine Druckabfallmessung des Katalysators beschrieben. Die US '914 beschreibt Einrichtungen zum Verändern der Abgassauerstoffkonzentration. Des weiteren kann der Katalysator (und in manchen Fällen auch das Gas, bevor dieses in den Katalysator eindringt) auf eine vorgegebene Temperatur erhitzt werden.
So wird als erstes der Katalysator mit einer Beanspruchungsperiode beaufschlagt, wobei der Katalysator einer sich zyklisch verändernden Oxidations- und Reduktionsumgebung ausgesetzt wird. Während dieser Beanspruchungsperiode wird der Katalysator auf eine vorgegebene Temperatur über eine Heizvorrichtung erhitzt. Die Veränderung der Abgaszusammensetzung beschleunigt den Verschlechterungsprozeß gemäß der US '914. Nach einer bestimmten Zeit, in der der Katalysator diesen abwechselnden Gaszusammensetzungen auf der vorgegebenen Temperatur ausgesetzt wird, wird diese Beanspruchungsperiode unterbrochen und der Katalysator abgekühlt. Danach wird eine Auswertungsperiode durchgeführt, indem der Verschlechterungsgrad mit einer Druckabfallmessung ermittelt wird. Je höher der Druckabfall ist, desto höher ist der Verschlechterungsgrad. Hiernach wird der gleiche Katalysator erneut diesen abwechselnden Oxidations- und Reduktionsumgebungen und Wärme ausgesetzt, wie vorstehend beschrieben. Nach dieser weiteren Beanspruchungsperiode wird wiederum die Druckabfallmessung durchgeführt. Dadurch, daß der gleiche Katalysator weiteren Beanspruchungsperioden ausgesetzt und die Verschlechterung über die Druckabfallmessung gemessen wird, können Werte des Verschlechterungsgrades erhalten werden, die der gesamten Alterungszeit entsprechen. Auf diese Weise kann ein tatsächlicher Verschlechterungsgrad einer bestimmten Gesamtdauer der Beanspruchung des Katalysators zugeordnet werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreini gungsvorrichtung zu schaffen, mit der in einer kurzen Zeitdauer die Abgasreinigungsleistung eines Fahrzeuges nach marktüblichem Fahren über eine lange Zeitdauer ausgewertet werden kann.
Dieses Ziel wird mit einem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1, 7 oder 19 erreicht.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, das den gleichen Verschlechterungszustand der Abgasreinigungsvorrichtung erzeugt, als wenn das Fahrzeug tatsächlich marktüblich über eine vorgegebene Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit gefahren würde. Das Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung erhält eine reduzierte Testperiode (eine verkürzte Verschlechterungszeit) für den Katalysator, um etwa den gleichen Verschlechterungsgrad zu erhalten, als wenn das Fahrzeug marktüblich über die Sollfahrstrecke oder die Sollfahrzeit gefahren würde, wenn eine Beanspruchung, die höher ist als die auf den Katalysator ausgeübte Beanspruchung beim marktüblichen Fahren des Fahrzeuges auf den Katalysator aufgebracht wird, und zwar aus der Beziehung zwischen der Beanspruchungsgröße, die eine Verschlechterung des Katalysators für die Abgasreinigung bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad des Katalysators anzeigt, und bringt eine hohe Beansprchung auf den Katalysator über diese verkürzte Verschlechterungszeit auf, wenn der Motor oder das Fahrzeug in Betrieb ist.
Des weiteren wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, das auf einem Prüfdynamometer oder Chassisdynamometer den gleichen Verschlechterungszustand der Abgasreinigungsvorrichtung erzeugt, als wenn das Fahrzeug tatsächlich marktüblich gefahren würde. Das Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung erzeugt ein repräsentatives Fahrmuster, das das marktübliche Fahren des Fahrzeuges anzeigt, und erhält ein zeitverkürztes Fahrmuster zum Aufbringen einer Beanspruchung auf den Katalysator, die höher ist als die Beanspruchung, die auf den Katalysator aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug mit einem repräsentativen Fahrmuster gefahren wird, um einen Verschlechterungsgrad des Katalysators zu der Zeit zu realisieren, bei der das Fahren des Fahrzeuges über dieses zeitverkürzte Fahrmuster beendet ist, und zwar im wesentlichen identisch mit dem Verschlechterungsgrad des Katalysators durch das repräsentative Fahrmuster, aus der Beziehung zwischen der Beanspruchungsgröße, die eine Verschlechterung des Katalysators für die Abgasreinigung bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad des Katalysators anzeigt, und treibt den Motor oder das Fahrzeug auf einem Prüfdynamometer oder einem Chassisdynamometer über dieses zeitverkürzte Fahrmuster an.
Es folgt nunmehr eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen. Hiervon zeigen:
1 eine Übersichtsdarstellung der Brennkraftmaschine;
2 eine Darstellung der Reinigungsverhältnisse Φ des Abgases;
die 3A und 3B Darstellungen, die das Wachstum der Partikelgröße von Platin Pt zeigen;
4 eine Darstellung der Reinigungsverhältnisse Φ des Abgases;
die 5A und 5B Darstellungen der Verschlechterungsrate K;
6 eine Darstellung einer Karte der Verschlechterungsrate K;
7 eine Darstellung der Vergiftungsmenge des Katalysators;
8 eine Übersichtsdarstellung einer Dauerhaftigkeitstestvorrichtung;
9 eine Darstellung eines repräsentativen Antriebs- bzw. Fahrmusters;
10 eine Darstellung der über die Temperatur des katalytischen Bettes klassifizierten Fahrzustände;
11 eine Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zum Erhöhen der auf den Katalysator aufgebrachten Beanspruchung;
12 eine Darstellung der Fahrzustände in Abhängigkeit von der Temperatur des katalytischen Bettes, wenn die Beanspruchung erhöht wird;
13 eine Darstellung eines zeitverkürzten Antriebsmusters;
14 eine Darstellung der Reinigungsverhältnisse Φ des Abgases;
15 eine Darstellung der Abnahmegrade des Abgasreinigungsverhältnisses;
16 eine Darstellung der Abnahmegrade des Abgasreinigungsverhältnisses; und
17 eine Darstellung der Abnahmegrade des Abgasreinigungsverhältnisses.
1 zeigt einen Motorblock 1, Ansaugrohre 2, einen Druckausgleichsbehälter 3, einen Einlasskanal 4, ein Luftfilter 5, ein im Einlasskanal 4 angeordnetes Drosselventil 6 und Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7, die an den Ansaugrohren 2 befestigt sind. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7 besitzen ein Kraftstoffrohr 8, das damit verbunden ist. Im Kraftstoffrohr 8 ist eine Kraftstoffpumpe 9 angeordnet. Der von der Kraftstoffpumpe 9 abgegebene Kraftstoff wird durch das Kraftstoffrohr 8 den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7 zugeführt. Der Kraftstoff wird dann von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7 in Richtung auf die Einlassöffnungen der entsprechenden Zylinder eingespritzt. Ferner ist der Motorblock 1 mit einem Auslasskrümmer 10 versehen. Der Auslasskrümmer 10 ist über das Auslassrohr 11 an einen katalytischen Wandler 13 angeschlossen, der einen Katalysator 12 aufnimmt. Bei der in 1 dargestellten Brennkraftmaschine umfasst der Katalysator 12 einen Dreiwegekatalysator.
Die in 1 dargestellte Brennkraftmaschine ist mit einer elektronischen Steuereinheit 14 versehen, die einen Computer beherbergt. Die Brennkraftmaschine wird auf der Basis der Ausgangssignale der elektronischen Steuereinheit 14 gesteuert. Wie in 1 gezeigt, besitzt der Motorblock 1 einen Drehzahlsensor 15 zum Abtasten der Drehzahl der Brennkraftmaschine. Das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 15 wird der elektronischen Steuereinheit 14 zugeführt. Des weiteren ist im Druckausgleichsbehälter 3 ein Drucksensor 16 zum Detektieren des absoluten Drucks im Druckausgleichsbehälter 3 angeordnet. Das Ausgangssignal des Drucksensors 16 wird der elektronischen Steuereinheit 14 zugeführt. Des weiteren ist am Drosselventil 6 ein Drosselventilsensor 17 montiert, um den Öffnungsgrad des Drosselventils 6 zu detektieren. Das Ausgangssignal des Drosselventilsensors 17 wird der elektronischen Steuereinheit 14 zugeführt. Ferner ist im Auslasskrümmer 10 ein Sauerstoffkonzentrationssensor 18 angeordnet, um ein Ausgangssignal auf der Basis der Sauerstoffkonzentration im Abgas zu erzeugen. Das Ausgangssignal des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 wird der elektronischen Steuereinheit 14 zugeführt. Die elektronische Steuereinheit 14 gibt ein Kraftstoffeinspritzsignal ab, das dazu verwendet wird, um die Kraftstoffeinspritzung von den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7 zu steuern.
Der Dreiwegekatalysator 12 besitzt die Funktion, gleichzeitig HC, CO und NO_x im Abgas zu reinigen, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis entspricht. Um daher gleichzeitig HC, CO und NO_x im Abgas über den Dreiwegekatalysator 12 zu reinigen, ist es erforderlich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im wesentlichen auf das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu steuern. Daher ist bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine ein Sauerstoffkonzentrationssensor 18 am Auslasskrümmer 10 angeordnet, und es wird eine Regelung auf Basis des Ausgangssignales des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 so durchgeführt, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zum stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird. Speziell umfasst dieser Sauerstoffkonzentrationssensor 18 einen becherförmigen rohrförmigen Körper aus Zirkoniumdioxid. Auf der Innenfläche des rohrförmigen Körpers ist eine Anode ausgebildet, die eine dünne Schicht aus Platin umfasst, und auf der Außenfläche dieses rohrförmigen Körpers befindet sich eine Kathode, die eine dünne Schicht aus Platin umfasst. Die auf der Innenfläche des rohrförmigen Körpers ausgebildete Anode ist der Atmosphäre ausgesetzt, während die auf der Außenfläche des rohrförmigen Körpers ausgebildete Kathode dem Abgas ausgesetzt ist. Dieser Sauerstoffkonzentrationssensor 18 erzeugt eine Ausgangsspannung von etwa 0,1 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und eine Ausgangsspannung von etwa 0,9 V, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Wenn daher bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine auf der Basis des Ausgangssignales des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 festgestellt wird, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, wird die Menge des eingespritzten Kraftstoffs erhöht, während bei der Feststellung, daß das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, die Menge des eingespritzten Kraftstoffs verringert wird. Somit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über die beschriebene Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten.
Bei der in 1 gezeigten Brennkraftmaschine wird normalerweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regeln auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten und zum Zeitpunkt des Betriebes der Brennkraftmaschine mit hoher Last das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht. Während eines Verzögerungsbetriebes wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt. Mit anderen Worten, im Betrieb der Brennkraftmaschine bei hoher Last wird die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gestoppt. Zu dieser Zeit wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht, indem die Basiskraftstoffeinspritzmenge mit einem vorgegebenen Verhältnis versehen wird, das aus dem Absolutdruck im Druckausgleichsbehälter 3 und der Motordrehzahl ermittelt wurde. Wenn andererseits das Drosselventil 6 geschlossen und der Verzögerungsbetrieb begonnen wird, wird die Kraftstoffeinspritzung gestoppt, wenn die Motordrehzahl höher ist als eine vorgegebene Kraftstoffabsperrdrehzahl. Wenn die Motordrehzahl danach geringer wird als eine vorgegebene Kraftstoffzufuhr-Neustartdrehzahl, wird die Kraftstoffeinspritzung wieder begonnen. Wenn das Fahrzeug marktüblich gefahren wird, sind die Zeit, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, und die Zeit, wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, kürzer als die Zeit, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Daher wird dann, wenn das Fahrzeug in marktüblicher Weise gefahren wird, die Zeit, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, am längsten.
Wenn das Fahrzeug über eine lange Zeitdauer verwendet wird, nimmt die Abgasreinigungsleistung allmählich ab. In diesem Fall kann durch Vorausbestimmen der Sollfahrstrecke oder der Sollfahrzeit für das marktübliche Fahren des Fahrzeuges und durch Messen der Abgasreinigungsleistung nach dem tatsächlichen marktüblichen Fahren des Fahrzeuges über diese Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit die Leistung der Abgasreinigungsvorrichtung ausgewertet werden. In einigen Fällen ist die Sollfahrstrecke zum Auswerten der Abgasreinigungsleistung bei den Emissionskontrollen angegeben. Beispielsweise fallen die Zertifizierungstests für Emissionen in unterschiedlichen Ländern unter diese Kategorie. Was auch immer der Fall ist, zur Auswertung der Abgasreinigungsleistung ist es erforderlich, das Fahrzeug über die Sollfahrstrecke oder die Sollfahrzeit tatsächlich in marktüblicher Weise zu fahren. Für diese Auswertung wird eine beträchtliche Zeitdauer benötigt.
Als praktisches Problem ist es jedoch schwierig, ein Fahrzeug in marktüblicher Weise über eine lange Zeitdauer mit der Absicht einer Auswertung der Abgasreinigungsleistung zu fahren. Daher wird üblicherweise ein repräsentatives Fahrmuster, das das marktübliche Fahren des Fahrzeuges wiedergibt, bestimmt, das Fahrzeug mit diesem repräsentativen Fahrmuster auf einem Chassisdynamometer über eine Zeitdauer betrieben, die der Sollfahrstrecke entspricht, und nach Beendigung dieses Betriebes die Abgasreinigungsleistung ausgewertet. Selbst wenn jedoch ein Fahrzeug auf einem Chassisdynamometer auf diese Weise betrieben wird, wird nur eine beträchtliche Zeitdauer benötigt. Wenn eine lange Zeitdauer benötigt wird, um die Abgasreinigungsleistung auf diese Weise auszuwerten, wird zur Entwicklung des Fahrzeuges mehr Zeit benötigt, so daß ein starker Bedarf in Bezug auf eine Verkürzung der Zeit, die zur Auswertung der Abgasreinigungsleistung erforderlich ist, besteht.
Der Grund dafür, warum sich die Abgasreinigungsleistung verschlechtert, wenn das Fahrzeug über eine lange Zeitdauer benutzt wird, ist darin zu sehen, daß die Elemente des Fahrzeuges einen Effekt auf die Abgasreinigungsleistung der Abgasreinigungsvorrichtung ausüben. Wenn es daher möglich wäre, in einer kurzen Zeit den Verschlechterungszustand der Elemente des Fahrzeuges ähnlich dem Verschlechterungszustand der Elemente des Fahrzeuges, der einen Effekt auf die Abgasreinigungsleistung beim marktüblichen Fahren des Fahrzeuges über die Sollfahrstrecke ausübt, zu erzeugen, könnte die Zeit verkürzt werden, die zur Auswertung der Abgasreinigungsleistung erforderlich ist. Die vorliegende Erfindung wurde ausgehend von diesem Gesichtspunkt konzipiert. Nachfolgend wird das Verfahren zum Erzeugen des gleichen Verschlechterungszustandes der Elemente des Fahrzeuges wie beim Fahren des Fahrzeuges in marktüblicher Weise kurz erläutert.
Zuerst werden die Elemente des Fahrzeuges betrachtet, die einen Effekt auf die Abgasreinigungsleistung ausüben, wenn sich diese verschlechtert. Typische Elemente des Fahrzeuges sind von der Einlassseite zur Auslassseite das Luftfilter 5, der Drucksensor 16, die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 7, die Einlassventile und die Verbrennungskammern der Zylinder, der Sauerstoffkonzentrationssensor 18, der Dreiwegekatalysator 12 etc. Diese Elemente wurden über Versuche und Nachforschungen untersucht, wobei festgestellt wurde, daß die anderen Elemente als der Sauerstoffkonzentrationssensor 18 und der Dreiwegekatalysator 12 nahezu keinen Effekt auf die Abgasreinigungsleistung ausüben und daß die Abnahme der Abgasreinigungsleistung durch eine Verschlechterung der Leistung des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 und des Dreiwegekatalysators 12 bestimmt wird. Wenn sich die Leistung des Dreiwegekatalysators 12 verschlechtert, fällt das Abgasreinigungsverhältnis ab, so daß auch der Abfall der Abgasreinigungsleistung durch die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 bestimmt wird. Wenn sich andererseits die Leistung des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 verschlechtert, weicht das Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom Soll- Luft-Kraftstoff-Verhältnis, d.h. dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis, ab, so daß der Abfall der Abgasreinigungsleistung durch die Verschlechterung der Leistung des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 bestimmt wird.
Es gibt viele Arten von Sauerstoffkonzentrationssensoren. Es gibt Sauerstoffkonzentrationssensoren, deren Leistung sich überhaupt nicht verschlechtert, selbst wenn sie über lange Zeit im Gebrauch sind, und es gibt Sauerstoffkonzentrationssensoren, deren Leistung sich verschlechtert, wenn sie lange Zeit in Gebrauch sind. Wenn ein Sauerstoff konzentrationssensor 18 verwendet wird, dessen Leistung sich selbst bei einem Gebrauch über einen langen Zeitraum nicht viel verschlechtert, übt der Sauerstoffkonzentrationssensor 18 nahezu keinen Effekt auf die Abgasreinigungsleistung aus, so daß daher in diesem Fall der Abfall der Abgasreinigungsleistung nur durch die Verschlechterung des Dreiwegekatalysators 12 bestimmt wird.
Als nächstes wird untersucht, welche Art von Beanspruchung auf den Dreiwegekatalysator 12 ausgeübt wird, damit sich dessen Leistung verschlechtert. Beanspruchungen, die eine Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 bewirken, sind typischerweise die Temperatur des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12, die Sauerstoffkonzentration im Abgas, die Katalysatorvergiftung, die im Kraftstoff oder Öl enthalten ist, die durch Regen, Schnee oder Salz, Vibrationen erzeugte Korrosion etc. Diese Beanspruchungen wurden durch Versuche und Nachforschungen untersucht, wobei festgestellt wurde, daß andere Beanspruchungen als die Temperatur des katalytischen Bettes, die Sauerstoffkonzentration im Abgas und die Vergiftung nahezu keine Auswirkung auf die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 hatten und daß die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 durch die Temperatur des katalytischen Bettes, die Sauerstoffkonzentration im Abgas und die Vergiftung bestimmt wurde.
Mit anderen Worten, wenn die Temperatur des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12 ansteigt, wird das Sintern des Edelmetalls im Katalysator gefördert, wodurch die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 beschleunigt wird. Bei dem Edelmetall im Katalysator handelt es sich manchmal: um ein Edelmetall, dessen Sinterung beschleunigt wird, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher wird, d.h. um einen Edelmetallkatalysator, dessen Leistungsverschlechterung zunimmt, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher wird, um ein Edelmetall, bei dem das Sintern be schleunigt wird, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas geringer wird, d.h. um ein Edelmetall, bei dem die Leistungsverschlechterung zunimmt, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas geringer wird, und um ein Edelmetall, bei dem die Leistungsverschlechterung nicht beschleunigt wird, selbst wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher oder geringer wird. Ob sich die Leistung des Dreiwegekatalysators 12 verschlechtert, wenn sich die Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert, hängt daher vom Edelmetall im Katalysator ab. Des weiteren enthält der Kraftstoff oder das Öl manchmal eine Katalysatorvergiftung, die sich im Dreiwegekatalysator 12 ansammelt. In diesem Fall bedeckt die Katalysatorvergiftung allmählich die aktive Oberfläche des Katalysators, so daß sich die Leistung des Dreiwegekatalysators 12 mit fortlaufender Zeit allmählich verschlechtert.
Wenn daher ein Edelmetall verwendet wird, dessen Leistung sich mehr verschlechtert, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas höher wird, oder wenn ein Edelmetall verwendet wird, dessen Leistung sich mehr verschlechtert, wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas geringer wird, und wenn der Kraftstoff oder das Öl eine sich ansammelnde Katalysatorvergiftungssubstanz enthalten, wie vorstehend beschrieben, wird die Leistungsverschlechterung des Dreiwegekatalysators 12 durch die Temperatur des katalytischen Bettes, die Sauerstoffkonzentration des Abgases und die Vergiftung bestimmt. Wenn im Gegensatz dazu ein Edelmetall verwendet wird, dessen Verschlechterung nicht durch einen Anstieg oder Abfall der Sauerstoffkonzentration im Abgas beschleunigt wird, und bei dem der Kraftstoff oder das Öl keine sich ansammelnde Katalysatorvergiftungssubstanz enthalten, wird die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 nur durch die Temperatur des katalytischen Bettes bestimmt.
Andererseits wurde festgestellt, daß die Beanspruchung, die eine Leistungsverschlechterung des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 über eine lange Zeitdauer verursacht, die Temperatur des Sensors, die Sauerstoffkonzentration im Abgas und die Vergiftung umfasst. Mit anderen Worten, wenn die Temperatur des Sensors ansteigt, wird das Sintern der Platinelektrode beschleunigt. Wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas ansteigt, werden das Sintern und das Abblättern der Platinelektrode beschleunigt. Das Abblättern der Platinelektrode wird in Abhängigkeit von der sich ansammelnden Katalysatorvergiftungssubstanz beschleunigt, und die porösen Gaskanäle der Oberfläche des Sensors werden verstopft. Daher wird die Verschlechterung der Leistung des Sauerstoffkonzentrationssensors 18 von der Temperatur des Sensors, der Sauerstoffkonzentration im Abgas und der Vergiftung bestimmt.
Als nächstes wird in Verbindung mit 2 das Abgasreinigungsverhältnis ψ des Dreiwegekatalysators 12 erläutert. In 12 gibt die Horizontalachse die Betriebszeit der Brennkraftmaschine auf einem Prüfdynamometer wieder, und die Werte ψ₁, ψ₂, ψ₃, ψ₄ und ψ₅ zeigen das Abgasreinigungsverhältnis ψ bei einer Veränderung des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12 und der Sauerstoffkonzentration im Abgas. Des weiteren zeigt 2 den Fall, bei dem ein Edelmetall des Dreiwegekatalysators 12 verwendet wird, dessen Verhalten sich bei einer höheren Sauerstoffkonzentration im Abgas stärker verschlechtert.
Wie man 2 entnehmen kann, zeigt ψ₁ den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine in einem stetigen Zustand betrieben wird, wobei die Temperatur des katalytischen Bettes auf 860°C gehalten wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fettgemacht ist, und ψ₂ zeigt den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine in einem stetigen Zustand betrieben wird, wobei die Temperatur des katalytischen Bettes auf 800°C gehalten wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, ψ₃, den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine im stetigen Zustand betrieben wird, wobei die Temperatur des katalytischen Bettes auf 900°C gehalten wird, während das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regelung gehalten wird, ψ₄ den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine im stetigen Zustand betrieben wird, wobei die Temperatur des katalytischen Bettes auf 700°C gehalten wird, während die Kraftstoffstoffeinspritzung gestoppt wird (Kraftstoffabsperrung), und ψ₅ den Fall, bei dem die Brennkraftmaschine im stetigen Zustand betrieben wird, wobei die Temperatur des katalytischen Bettes auf 825°C gehalten wird, während die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird.
Aus den Kurven ψ₁, ψ₂, ψ₃, ψ₄ und ψ₅ der 2 kann man entnehmen, daß das Reinigungsverhältnis ψ des Abgases um so stärker fällt, je länger die Betriebszeit ist. 2 zeigt den Fall eines Sauerstoffkonzentrationssensors 18, dessen Leistung sich selbst bei einem Langzeitgebrauch überhaupt nicht viel ändert und bei dem Kraftstoff und Öl keine sich ansammelnden Katalysatorvergiftungssubstanzen enthalten. Daher gibt der Verschlechterungsgrad des Abgasreinigungsverhältnisses ψ in 2 den Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 12 wieder. Andererseits gibt in dem Fall, in dem ein Sauerstoffkonzentrationssensor verwendet wird, dessen Leistung sich bei Langzeitgebrauch verschlechtert, der Verschlechterungsgrad des Abgasreinigungsverhältnisses ψ den Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 12 und des Sauerstoffkonzentrationssensors wieder.
In 2 zeigen die Kurven ψ₂ und ψ₃ die Fälle, bei denen die Temperaturen des katalytischen Bettes verschieden sind, jedoch eine Regelung durchgeführt wird, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu halten. Mit anderen Worten, die Kurven ψ₂ und ψ₃ zeigen die Fälle, bei denen die Sauerstoffkonzentration im Abgas gleich ist. Daher ist der Unterschied zwischen den Kurven ψ₂ und ψ₃ nur auf die Temperatur des katalytischen Bettes zurückzuführen. Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 800°C auf 900°C ansteigt, wird der Verschlechterungsgrad (ψ₂→ ψ₃) größer. Dies trifft auch für die Fälle der Kurven ψ₄und ψ₅ zu. Mit anderen Worten, der Unterschied zwischen den Kurven ψ₄ und ψ₅basiert ebenfalls allein auf dem Tempera turunterschied des katalytischen Bettes. Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 700°C auf 825°C ansteigt, wird der Verschlechterungsgrad (ψ₄ → ψ₅) größer.
Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes auf diese Weise ansteigt, wird der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators größer und die Leistungsverschlechterung des Dreiwegekatalysators 12 rasch beschleunigt. Mit anderen Worten, um die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu beschleunigen, ist es ausreichend, die Temperatur des katalytischen Bettes anzuheben. Wenn daher der durch die Kurve Ψ₂in 2 gezeigte Betriebszustand auf den durch die Kurve Ψ₃ gezeigten Betriebszustand verändert wird (wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 800°C auf 900°C angehoben wird), wird die Betriebszeit, bis das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases auf ein bestimmtes Reinigungsverhältnis abfällt, von t_a auf t_b verkürzt. Daher wird die Betriebszeit, die erforderlich ist, um die Leistung des Dreiwegekatalysators 12 auf den gleichen Verschlechterungszustand wie bei der Kurve ψ₂ zu bringen, zu t_b/t_a. Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12 auf diese Weise erhöht wird, kann daher die Betriebszeit, die erforderlich ist, um den gleichen Verschlechterungszustand der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu erhalten, verkürzt werden. Die Verkürzungsrate der Betriebszeit wird zu t_b/t_a.
Als nächstes wird der Fall untersucht, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes auf einem konstanten Wert, beispielsweise 800°C, gehalten und die Sauerstoff konzentration im Abgas verändert wird, d.h. das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht oder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis verwendet oder die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird (Kraftstoffabsperrung). In 2 ist der Fall, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes 800°C beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, nicht gezeigt. Die diesen Zustand zeigende Kurve wäre jedoch eine Kurve mit einer geringeren Neigung als die Kurve Ψ₁. In entsprechender Weise ist in 2 der Fall nicht gezeigt, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes 800°C beträgt und die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Die diesen Zustand zeigende Kurve läge zwischen den Kurven Ψ₄ und Ψ₅. Wenn daher die katalytische Betttemperatur auf einer konstanten Temperatur gehalten und der Motorbetriebszustand von einem Zustand mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den Zustand mit stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den Kraftstoffabsperrzustand verändert wird (wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht wird), wird der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators allmählich größer. Es ist daher auch möglich, die Leistungsverschlechterung des Dreiwegekatalysators 12 zu beschleunigen, indem die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht wird. Daher ist es möglich, die zum Erhalten des gleichen Verschlechterungsgrades der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 erforderliche Betriebszeit zu verkürzen.
Wie in 2 gezeigt, sinken die Abgasreinigungsverhältnisse Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ mit Ablauf der Zeit in ei ner Kurve. Dies wird als nächstes auf Basis des Mechanismus der Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 erläutert.
Der Mechanismus der Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 ist bis heute niemals vollständig geklärt worden. Die Erfinder haben jedoch wiederholte Untersuchungen durchgeführt und dabei festgestellt, daß die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 auf das Wachstum der Partikelgröße des Edelmetalls in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur und der Sauerstoffkonzentration zurückzuführen ist. Allgemein gesagt, eine höhere Katalysatortemperatur sowie eine höhere Sauerstoffkonzentration beschleunigen in ungünstiger Weise das Sintern der Partikel aus dem Edelmetall im Katalysator. Hierdurch werden die Partikel größer, was den Katalysator verschlechtert. Als nächstes wird dies auf Basis der experimentellen Feststellungen, die in den 3A und 3B gezeigt sind, erläutert. Bei einigen Arten von Edelmetallen wird das Sintern bei einer niedrigeren Sauerstoffkonzentration beschleunigt. Für die nachfolgende Erläuterung wird jedoch ein Beispiel benutzt, bei dem ein Edelmetall verwendet wird, bei dem das Sintern unter einer hohen Sauerstoffkonzentration beschleunigt wird.
3A zeigt die experimentellen Erkenntnisse bei der Messung der Partikelgröße D des Edelmetalls Pt im Katalysator, nachdem die Katalysatortemperatur über eine vorgegebene Zeit auf den Wert T gehalten wurde. Mit anderen Worten, 3A zeigt die Beziehung zwischen der Wachstumsgröße der Partikelgröße D von Platin Pt in einer vorgegebenen Zeit, d.h. die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt, und die Katalysatortemperatur T. In 3A ist die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt als dD/dt = A₁·exp(–B/T) ausgedrückt, (wobei A₁ und B Koeffizienten sind und T die absolute Temperatur des Katalysators bedeutet). Es versteht sich daher, daß die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt in der Form einer Arrhenius-Gleichung ausgedrückt wird. Aus diesen experimentellen Erkenntnissen geht hervor, daß die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt exponentiell zunimmt, wenn die Katalysatortemperatur T größer wird.
Ferner zeigt 3B die Erkenntnisse beim Messen der Partikelgröße D von Platin Pt im Katalysator, nachdem die Sauerstoffkonzentration über eine vorgegebene Zeitdauer auf dieser Konzentration [O₂] gehalten wurde. Mit anderen Worten, 3B zeigt die Beziehung zwischen der Wachstumsgröße der Partikelgröße D von Platin Pt in einer vorgegebenen Zeit, d.h. Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt, und die Sauerstoffkonzentration [O₂]. In 3B ist die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt mit dD/dt = A₂·[O₂]^α ausgedrückt (wobei A2 und α Koeffizienten sind). Daher wird aus diesen experimentellen Erkenntnissen deutlich, daß die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt mit einer höheren Sauerstoff konzentration [O₂] zunimmt.
Auf diese Weise ist es auch möglich, die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt auf der Basis der Sauerstoffkonzentration [O₂] nur als Funktion der Sauerstoffkonzentration [O₂] auszudrücken. Genauer gesagt wird jedoch die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße von Platin Pt auch durch die Verringerung der Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt beeinflusst. Mit anderen Worten, selbst wenn die Partikelgröße des Platins Pt zunimmt, verändert sich das Volumen des gesamten Platins Pt im Katalysator nicht, so daß dann, wenn die Partikelgröße des Platins Pt größer wird, die Anzahl der Partikel des Platins Pt geringer wird. Infolgedessen nimmt die Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt ab. Das Wachstum der Partikelgröße des Platins Pt infolge des Sauerstoffs wird jedoch durch den Angriff des Sauerstoffs auf die Oberfläche der Platinpartikel verursacht. Die Gesamtangriffskraft des Sauerstoffs auf das gesamte Platin Pt wird mit einer Abnahme der Summe des Oberflächenbereiches der Platinpartikel geringer. Wenn die Gesamtangriffskraft des Sauerstoffs auf das gesamte Platin Pt abfällt, fällt auch die Wachstumsrate der Partikelgröße der Platinpartikel.
Wenn man die Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt berücksichtigt, nimmt der Oberflächenbereich des Platins Pt proportional zum Quadrat der Partikelgröße D zu, wenn die Partikelgröße des Platins Pt wächst. Andererseits nimmt hierbei das Volumen von Platin Pt proportional zur dritten Potenz der Partikelgröße D zu, so daß die Zahl der Partikel des Platins Pt umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Partikelgröße D abfällt. Mit anderen Worten, wenn die Partikelgröße des Platins Pt zunimmt, nimmt der Oberflächenbereich des Platins Pt proportional zum Quadrat der Partikelgröße D zu. Da die Zahl der Partikel des Platins Pt umgekehrt proportional zur dritten Potenz der Partikelgröße D abfällt, nimmt die Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt umgekehrt proportional zur Partikelgröße D ab.
Wenn man daher die Tatsache berücksichtigt, daß die Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt proportional zur Partikelgröße D abnimmt, lässt sich die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße des Platins bei der Sauerstoffkonzentration [O₂] als dD/dt = A₃·(1/D)· [O₂]^α ausdrücken. Hierbei ist A₃ ein Koeffizient.
Daher kann man die Wachstumsrate dD/dt der Partikelgröße des Platins Pt im Katalysator, nachdem der Katalysator über eine vorgegebene Zeit auf der Temperatur T und der Sauerstoffkonzentration [O₂] gehalten worden ist, durch die folgende Gleichung, d.h. als Produkt von A₁·exp(–B/D) und A₃·(1/D)·[O₂]^α, ausdrücken: dD/dt = A·(1/D)·exp(–B/D)·[O2]α.
Hierbei ist A (= A₁·A₃) ein Koeffizient. Wenn (1/D) auf der rechten Seite auf die linke Seite bewegt wird, ändert sich die obige Gleichung wie folgt: D·dD/dt = a·exp(–B/T)·[O2]α ½·dD2/dt = A·exp(–B/T)·[O2]α
Obige Gleichung wird zu der folgenden Gleichung, wenn über die Zeit t integriert wird: D2 = 2A·exp(–B/T)·[O2]α·t D = (2A)1/2·exp(–B/2T)·[O2]α/2·t1/2
Wenn (2A)^1/2 umgeschrieben wird als A, B/2 umgeschrieben wird als B und α/2 umgeschrieben wird als α, ändert sich die obige Gleichung wie folgt: D = A·exp(–B/T)·[O2]α·t1/2.
Hierbei gibt t die Motorbetriebszeit wieder. Wie in der obigen Gleichung gezeigt, wird daher die Partikelgröße D des Platins Pt im Katalysator proportional zur (1/2)-Potenz der Betriebszeit. Die Partikelgröße D des Platins Pt im Katalysator wird proportional zur (1/2)-Potenz der Betriebszeit t, da, wie vorstehend erwähnt, die Annahme vorhanden ist, daß die Summe des Oberflächenbereiches des Platins Pt mit Ablauf der Zeit umgekehrt proportional zur Partikelgröße D abfällt. Der Oberflächenbereich des Platins Pt nimmt jedoch tatsächlich über einen komplizierten Prozeß ab. Die Summe des Oberflächenbereiches des Platins Pt sinkt nicht unbedingt genau umgekehrt proportional zur Partikelgröße D. Wenn die Summe des Oberflächenbereiches des Platins Pt nicht genau umgekehrt proportional zur Partikelgröße D abnimmt, wird bestätigt, daß die Partikelgröße D proportional zur nten Potenz der Betriebszeit t ist (m ist eine positive Zahl, die kleiner als 1,0 ist), so daß sich daher die generelle Gleichung, die die Partikelgröße des Platins Pt wiedergibt, wie folgt ändert: D = A·exp(–B/T)·[O2]α·tm
Wie in dieser generellen Gleichung gezeigt, wird die Partikelgröße D des Platins Pt zu einer Funktion der Katalysatortemperatur T, der Sauerstoffkonzentration [O₂] und der Betriebszeit t. Wenn die Partikelgröße D des Platins wächst, verschlechtert sich die katalytische Funktion, so daß das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases abnimmt. In diesem Fall wurde jedoch aus den experimentellen Erkenntnissen festgestellt, daß der Grad der Abnahme des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases exakt proportional zur Wachstumsrate der Partikelgröße des Platins Pt ist. Mit anderen Worten, wenn die anfängliche Partikelgröße des Platins Pt D₀ und das anfängliche Abgasreinigungsverhältnis Ψ₀ betragen, existiert die nachfolgende Beziehung: (Ψ0 – Ψ)/Ψ0 = D/D0.
Wenn die obige Gleichung umgeschrieben wird, ändert sich das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases wie folgt: Ψ = Ψ0(Ψ0/D0)·A·exp(–B/T)·[O2]α·tm.
Wenn (Ψ₀/D₀)·A umgeschrieben wird als A, ändert sich die obige Gleichung wie folgt: Ψ = Ψ0 – A·exp(–B/T)·[O2]α·tm.
2 zeigt die Beziehung zwischen dem Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases und der Betriebszeit t in einem Fall, in dem die Katalysatortemperatur T und die Sauerstoffkonzentration [O₂] in der obigen Gleichung auf diverse Weise verändert wurden. Wie in 2 gezeigt, wird die Abnahmerate des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases mit einer längeren Betriebszeit t allmählich geringer.
Genauer gesagt ändert sich auf diese Weise das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases, wie in 2 gezeigt. In der Praxis ist es jedoch möglich, eine Näherungsgleichung zu verwenden, in der die Rate des Partikelwachstums des Platins Pt unabhängig von der Betriebszeit t als konstant angesehen wird. Da bei dieser Näherungsgleichung davon ausgegangen wird, dass m = 1 ist, kann in der Formel, die das obige Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases zeigt, das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases wie folgt ausgedrückt werden: Ψ = Ψ0 – A·exp(–B/T)·[O2]α·t.
Wie aus der obigen Gleichung deutlich wird, fällt, wenn diese Näherungsgleichung verwendet wird, das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases mit Ablauf der Betriebszeit linear ab. Bei dieser Näherungsgleichung wurden die Koeffizienten A, B und α aus Versuchen ermittelt. In 4 zeigen die schwarzen Punkte die experimentellen Werte zum Zeitpunkt einer Änderung der Temperatur des Dreiwegekatalysators 12 und der Sauerstoffkonzentration im Abgas. Die Geraden Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ in 4 zeigen die Reinigungsverhältnisse des Abgases auf der Basis der Berechnung mit der obigen Näherungsgleichung unter Verwendung der Koeffizienten A, B und α, die aus diesen Bezugswerten gewonnen wurden. Wie aus 4 deutlich wird, entsprechen die aus der obigen Näherungsgleichung erhaltenen Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ den experimentellen Werten bei den entsprechenden Katalysatortemperaturen und Sauerstoffkonzentrationen, so daß daher die Näherungsgleichung in geeigneter Weise die Änderung des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases wiedergibt.
In 4 sind die Betriebsbedingungen (fett, 860°C etc.) für die Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ die gleichen wie die Betriebsbedingungen für die entsprechenden Kurven Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ der 2. Mit anderen Worten, 4 gibt mit Ψ₁ den Fall wieder, bei dem der Motor in einem stetigen Zustand betrieben wird, in dem die Temperatur des katalytischen Bettes auf 860°C gehalten wird und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, Ψ₂ den Fall, bei dem der Motor im stetigen Zustand betrieben wird, während die Temperatur des katalytischen Bettes auf 800°C und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regelung gehalten wird, Ψ₃ den Fall, bei dem der Motor im stetigen Zustand betrieben wird, während die Temperatur des katalytischen Bettes auf 900°C und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regelung gehalten wird, Ψ₄ den Fall, bei dem der Motor im stetigen Zustand betrieben wird, während die Temperatur des katalytischen Bettes auf 700°C gehalten und die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, und Ψ₅ den Fall, bei dem der Motor im stetigen Zustand betrieben wird, während die Temperatur des katalytischen Bettes auf 825°C gehalten und die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. Des weiteren zeigt 4 den Fall, bei dem ähnlich wie bei dem in. 2 gezeigten Fall ein Edelmetall als Edelmetall des Dreiwegekatalysators 12 verwendet wird, das sich in seiner Leistung mit einer höheren Sauerstoffkonzentration im Abgas stärker verschlechtert.
Wenn die Partikelwachstumsrate des Platins Pt unabhängig von der Betriebszeit t als konstant angesehen wird, werden Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ in 4 als gerade Linien ausgedrückt. In diesem Fall geben die Neigungen der Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ die Verschlechterungsraten des Abgasreinigungsverhältnisses Ψ wieder. 4 zeigt den Fall, bei dem ein Sauerstoffkonzentrationssensor 18 verwendet wird, dessen Leistung sich selbst bei einem Gebrauch über einen langen Zeitraum überhaupt nicht viel verschlechtert, und bei dem Kraftstoff und Öl verwendet werden, die keine sich ansammelnden Katalysatorgiftstoffe enthalten. Daher ergibt die Abnahmerate des Abgasreinigungsverhältnisses Ψ die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 wieder. Hiernach wird die Neigung (–dΨ/dt) der Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ der 4 als Verschlechterungsrate K bezeichnet. Wenn die Verschlechterung schneller wird, wird der Verschlechterungsgrad des Katalysators größer, so daß die Verschlechterungsrate K den Verschlechterungsgrad des Katalysators ausdrückt.
Wenn man die Näherungsgleichung (Ψ = Ψ₀ – A·exp(–B/t) ·[O₂]^α·t) über die Zeit differenziert, wird die Steigung bzw· Neigung (–d Ψ/dt) der Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ als folgende Gleichung erhalten: –dΨ/dt = A·exp(–B/T)·[O2]α
Daher wird die Verschlechterungsrate K zu einer Funktion der Katalysatortemperatur T und der Sauerstoffkonzentration [O₂], wie durch die folgende Gleichung angedeutet: K = –dΨ/dt = A·exp(–P/T)·[O2]α
Als nächstes wird das Verfahren zum Verkürzen der Betriebszeit, die erforderlich ist, um den gleichen Verschlechterungsgrad des Dreiwegekatalysators 12 wie unter Verwendung der Verschlechterungsrate K zu erhalten, d.h. der Verschlechterungsrate K aus der Näherungsgleichung, erläutert.
In 4 zeigen die Linien Ψ₁und Ψ₂ die Fälle, bei denen sich die Temperaturen des katalytischen Bettes unterscheiden, jedoch das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Mit anderen Worten, die Linien Ψ₂ und Ψ₃ zeigen Fälle, bei denen die Sauerstoffkonzentration im Abgas gleich ist. Daher basiert der Unterschied zwischen den Linien Ψ₃ und Ψ₃ nur auf dem Unterschied der Temperatur des katalytischen Bettes. Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 800°C auf 900°C (Ψ₂ → Ψ₃) ansteigt, wird die Verschlechterungsrate K größer. Dies kann man auch auf die Linien Ψ₄ und Ψ₅ übertragen. Mit anderen Worten, der Unterschied zwischen den Linien Ψ₄ und Ψ₅ basiert ebenfalls allein auf der Temperatur des katalytischen Bettes. Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 700°C auf 825°C erhöht wird (Ψ₄ → Ψ₅), wird die Verschlechterungsrate K größer.
Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes auf diese Weise erhöht wird, wird die Verschlechterungsrate K größer und läuft daher die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 rasch ab. Mit anderen Worten, um die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu beschleunigen, ist es ausreichend, die Temperatur des katalytischen Bettes zu erhöhen. Mit anderen Worten, wenn die Verschlechterungsraten zum Zeitpunkt der durch die Linien Ψ₁, Ψ₂, Ψ₃, Ψ₄ und Ψ₅ in 4 wiedergegebenen Betriebszustände K₁, K₂, K₃, K₄ und K₅bedeuten, wird bei Änderung des Betriebszustandes, der durch die Linie Ψ₂wiedergegeben ist, auf den der Linie Ψ₃, d.h. wenn die Temperatur des katalytischen Bettes von 800°C auf 900°C erhöht wird, die Verschlechterungsrate der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu einem Faktor von K₃/K₂(K₃/K₂ > 1,0). Daher wird die Zeit, die erforderlich ist, um die Leistung des Dreiwegekatalysators 12 in den gleichen Verschlechterungszustand zu bringen wie dies dem durch die Linie Ψ₂ gekennzeichneten Betriebszustand entspricht, zu einem Faktor von K₂/K₃ (K₂/K₃ < 1,0). Wenn die Temperatur des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12 auf diese Weise erhöht wird, wird es möglich, die Betriebszeit zu kürzen, die erforderlich ist, um den gleichen Verschlechterungszu stand der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu erhalten. Die Verkürzungsrate der Betriebszeit beträgt K₂/K₃, d.h. das Verhältnis zwischen der Verschlechterungsrate K₂ bei der niedrigen Temperatur des katalytischen Bettes und der Verschlechterungsrate K₃ bei der hohen Temperatur des katalytischen Bettes.
Auf diese Weise wird die Verkürzungsrate der Betriebszeit, die erforderlich ist, um den gleichen Verschlechterungszustand der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu erhalten, durch das Verhältnis zwischen der Verschlechterungsrate K bei der niedrigen Temperatur des katalytischen Bettes und der Verschlechterungsrate K bei der hohen Temperatur des katalytischen Bettes ausgedrückt. Daher kann man durch Auffindung der Verschlechterungsraten K für diverse Temperaturen des katalytischen Bettes durch Versuche die Verkürzungsrate der Betriebszeit sofort für diverse Verfahren zum Erhöhen der Temperatur des katalytischen Bettes ermitteln.
Als nächstes wird der Fall betrachtet, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes auf einem konstanten Wert, beispielsweise 800°C, gehalten und die Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert wird, d.h. der Fall, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis vorliegt oder die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird. In 4 ist der Fall, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes 800°C beträgt und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, nicht gezeigt. Die diesen Fall zeigende Linie besitzt jedoch eine geringere Stei gung als die Linie Ψ₁. In entsprechender Weise ist in 4 der Fall, bei dem die Temperatur des katalytischen Bettes 800°C beträgt und die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, nicht gezeigt, wobei jedoch die diesen Fall darstellende Linie zwischen den Linien Ψ₄ und Ψ₅ liegen würde. Wenn daher die Temperatur des katalytischen Bettes auf einem konstanten Wert gehalten und der Betriebszustand des Motors von einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis über ein stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf einen Kraftstoffabsperrzustand verändert wird, d.h. wenn die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht wird, wird die Verschlechterungsrate K allmählich größer. Es ist daher möglich, die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu beschleunigen, indem die Sauerstoffkonzentration im Abgas erhöht wird. Die Verkürzungsrate der Betriebszeit, die zum Erhalten des gleichen Verschlechterungszustandes der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 erforderlich ist, entspricht dem Verhältnis zwischen der Verschlechterungsrate K bei der niedrigen Sauerstoffkonzentration im Abgas und der Verschlechterungsrate K bei der hohen Sauerstoffkonzentration im Abgas.
Auf diese Weise ist es durch Erhöhen der Temperatur des katalytischen Bettes oder der Sauerstoffkonzentration im Abgas möglich, die Verschlechterung der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 zu beschleunigen. Die Beschleunigungsrate und die Verkürzungsrate der Betriebszeit werden aus der Verschlechterungsrate K ermittelt.
Wie vorstehend erläutert, wird die Verschlechterungsrate K durch die folgende Gleichung ausgedrückt: K = A·exp(–B/T)·[O2]α
Wenn die Koeffizienten A und B durch C₁ und C₂ wiedergegeben werden und wenn der Logarithmus beider Seiten gebildet wird, lässt sich die obige Gleichung wie folgt ausdrücken: lnK = C1 – C2·(1/T) + α ln[O2]
In der obigen Weise wird die Verschlechterungsrate K benutzt, um die Beschleunigungsrate der Verschlechterung der Leistung des Katalysators aufzufinden. Daher wird nachfolgend die obige Gleichung als Beschleunigungsformel bezeichnet. C₁, C₂ und α sind Koeffizienten, die auf der Basis von Versuchswerten ermittelt wurden. Wie vorstehend erwähnt, zeigt 4 den Fall, bei dem als Edelmetall des Dreiwegekatalysators 12 ein Edelmetall verwendet wird, dessen Verhalten sich mit einer höheren Sauerstoffkonzentration im Abgas stärker verschlechtert. In diesem Fall erhält der vorstehend erwähnte Koeffizient α einen positiven Wert. Im Gegensatz dazu erhält der Koeffizient α einen negativen Wert, wenn ein Edelmetall verwendet wird, dessen Verhalten sich bei einer geringeren Sauerstoffkonzentration im Abgas stärker verschlechtert.
5A zeigt die auf der Basis der Beschleunigungsgleichung und der Katalysatortemperatur, d.h. der Bezie hung mit der Temperatur T_c des katalytischen Bettes, berechnete Verschlechterungsrate K, während 5B die Beziehung zwischen der Verschlechterungsrate K zeigt, die auf der Basis der Beschleunigungsgleichung der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas berechnet wurde. Wie in 5A gezeigt, nimmt bei einem Anstieg der Temperatur T_c des katalytischen Bettes die Verschlechterungsrate K exponentiell zu. 6 zeigt die in den 5A und 5B wiedergegebene Beziehung in der Form einer Karte, K₁₁...K_1n. wenn die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wurde, K₂₁...K_2n. wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und K₃₁...K_3n, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist.
Wenn gemäß 6 die Feedback-Regelung durchgeführt wird, wird es durch Erhöhen der Temperatur T_c des katalytischen Bettes von beispielsweise der Temperatur des katalytischen Bettes, die K₂₁ entspricht, auf die Temperatur des katalytischen Bettes, die K_2n entspricht, möglich, den gleichen Verschlechterungszustand des Dreiwegekatalysators innerhalb der Motorbetriebszeit von einem Faktor von K₂₁/K_2n (K₂₁/K_2n < 1,0) zu erhalten. Dies stellt die grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung dar.
Der üblicherweise verwendete Kraftstoff oder das üblicherweise verwendete Öl besitzt in manchen Fällen Katalysatorgiftstoffe, die sich im Dreiwegekatalysator 12 im Laufe der Zeit ansammeln, wie in 7 gezeigt. In diesem Fall wird beispielsweise bei Erhöhung der Tem peratur T_c des katalytischen Bettes von der K₂₁ entsprechenden Temperatur auf die K_2n entsprechende Temperatur die Gesamtmenge der im Dreiwegekatalysator 12 angesammelten Katalysatorgiftstoffe bei einem Betrieb auf der Temperatur des katalytischen Bettes, die K₂₁ entspricht, in der verkürzten Betriebszeit zugeführt, wodurch der Motor oder das Fahrzeug auf der Temperatur des katalytischen Bettes betrieben wird, die K_2n entspricht.
Als nächstes wird ein Beispiel des Verfahrens zum Prüfen der Dauerhaftigkeit, bei dem die vorliegende Erfindung Anwendung findet, im einzelnen beschrieben. 8 zeigt den Fall der Durchführung eines Dauerhaftigkeitstests an einem Motor auf einem Prüfstand-Dynamometer. Wie in 8 gezeigt, ist die Ausgangswelle 20 des Motors mit einem Dynamometer 22 verbunden, das von der Steuervorrichtung 21 gesteuert wird. Des weiteren besitzt die Drosselklappe 6 eine Betätigungseinheit 23 zum Antreiben der Drosselklappe. Diese Betätigungseinheit 23 wird von der Steuervorrichtung 21 gesteuert. Ferner hat der katalytische Wandler 13 einen Temperatursensor 24 zum Detektieren der Temperatur des katalytischen Bettes des Dreiwegekatalysators 12. Das Ausgangssignal des Temperatursensors 24 und das Ausgangssignal des Drehzahlsensors 15 werden der Steuervorrichtung 21 zugeführt. Des weiteren steht mit dem Kraftstoffrohr 8 ein Katalysatorvergiftungsrohr 26 in Verbindung, das mit einer Pumpe 25 versehen ist, um die sich ansammelnden Katalysatorgiftstoffe zuzuführen.
Bei dem Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit wird zuerst ein repräsentatives Fahrmuster ermittelt, das die marktmäßige Fahrweise des Fahrzeuges wiedergibt. 9 zeigt ein Beispiel eines repräsentativen Fahrmusters. Dieses repräsentative Fahrmuster wird so ermittelt, daß beim Betreiben eines Motors auf einem Prüfstand-Dynamometer über dieses repräsentative Fahrmuster die Abgasreinigungsleistung gleich stark oder weniger abnimmt als in dem Fall, in dem das Fahrzeug tatsächlich über eine bestimmte Sollfahrdistanz gefahren wird. Dieses repräsentative Fahrmuster wird so ermittelt, daß der Betrieb in einer Zeit endet, die kürzer ist als die Zeit, die erforderlich ist, damit das Fahrzeug tatsächlich über die Sollfahrdistanz fährt.
Als nächstes werden im repräsentativen Fahrmuster die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis über Feedback-Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und die Zeit, bei der die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, für jeden vorgegebenen Temperaturbereich des katalytischen Bettes berechnet. Die Ergebnisse dieser Berechnung sind in 10 dargestellt. In 10 zeigt der untere schraffierte Abschnitt die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist, der obere schraffierte Abschnitt die Zeit, bei der die Einspritzung gestoppt wird, und der nicht schraffierte Abschnitt die Zeit, während der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird. Des weiteren geben T₁, T₂..T₉ repräsenta tive Temperaturen in den Bereichen der Temperaturen T_c des katalytischen Bettes wieder.
Als nächstes wird die Temperatur des katalytischen Bettes nur dann erhöht, wenn die Feedback-Regelung durchgeführt wird, um die auf den Dreiwegekatalysator 12 aufgebrachte Beanspruchung zu vergrößern. Dies wird auch in Verbindung mit den 11(A) bis (H) erläutert. 11(A) entspricht vollständig 10. Als erstes werden die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht ist, die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung gehalten wird, und die Zeit, bei der die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, gemäß 11(A) unterteilt, wie in den 11(B), (C) und (D) gezeigt. Daher zeigt 11(B) die Zeit, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht ist, 11(C) die Zeit, bei der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Rückkopplung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und 11(D) die Zeit, bei der die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird.
Als nächstes wird die Temperatur des katalytischen Bettes unter der in 11(C) gezeigten Feedback-Regelung erhöht. Mit anderen Worten, wenn die Verschlechterungsraten entsprechend den repräsentativen Temperaturen T₁, T₂ .. T₉ des katalytischen Bettes unter Feedback-Regelung im Betriebszustand bei einer repräsentativen Temperatur T₁, K₁, K₂ .. K₉ bedeuten, wird die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₉ angeloben und die durch Mul tiplizieren der Betriebszeit bei der repräsentativen Temperatur T₁ mit K₁/K₉ erhaltene Zeit der Betriebszeit bei der Temperatur T₉ des katalytischen Bettes hinzugefügt. Des weiteren wird auch im Feedback-Betriebszustand der repräsentativen Temperatur T₂ die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₉ erhöht und die durch Multiplizieren der Feedback-Betriebszeit bei der repräsentativen Temperatur T₂ mit K₂/K₉ erhaltene Zeit weiter zur Betriebszeit bei der Temperatur T₉ des katalytischen Bettes hinzugefügt. In entsprechender Weise wird in den Feedback-Betriebszuständen der verbleibenden repräsentativen Temperatur T₃, T₄, T₅, T₆, T₇ und T₈ die Katalysatortemperatur auf T₉ erhöht und werden die Zeiten, die durch Multiplizieren der Feedback-Regelzeiten bei den repräsentativen Temperaturen T₃, T₄, T₅, T₆, T₇ und T₈ mit K₃/K₉, K₄/K₉, K₅/K₉, K₆/K₉, K₇/K₉ und K₈/K₉ erhaltenen wurden, zur Betriebszeit bei der Temperatur T₉ des katalytischen Bettes addiert.
Auf diese Weise werden während der Feedback-Regelung die Temperaturen des katalytischen Bettes in sämtlichen Betriebszuständen auf die höchste Temperatur T9 des katalytischen Bettes erhöht. Die Betriebszeit zu dieser Zeit ist in 11(G) dargestellt. Wie aus einem Vergleich der 11(C) mit der 11(G) hervorgeht, wird die Betriebszeit stark verkürzt, wenn die Temperatur des katalytischen Bettes in sämtlichen Betriebszuständen auf T9 erhöht wird. In diesem Fall kann die zu erhöhende Temperatur größer als T9 sein. Wenn die Temperatur jedoch zu stark erhöht wird, schmilzt der Katalysator, so daß die Erhöhung begrenzt ist.
Der in 11(B) gezeigte fette Betriebszustand wird aufrechterhalten, so wie er in 11(F) gezeigt ist, und der in 11(D) gezeigte Kraftstoffabsperrzustand wird aufrechterhalten, so wie er in 11(H) gezeigt ist. Die in den 11(F), (G), (H) gezeigten Fahrzustände werden zusammengelegt, wie in Figur (E) gezeigt. Eine Vergrößerung dieser Figur zeigt 12. Wie in 12 dargestellt, werden im Bereich der Temperaturen des katalytischen Bettes von T₂ bis T₈ der fette Betriebszustand und die Kraftstoffabsperrung allein wiederholt, während die Feedback-Regelung durchgeführt wird, wenn die Temperatur des katalytischen Bettes T₉ beträgt.
13 zeigt das zeitlich verkürzte (reduzierte) Fahrmuster zur Durchführung des Betriebszustandes für exakt die in 12 gezeigte Zeit. Wie in 13 gezeigt, wird als erstes die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₂ gebracht, und werden der Betrieb im fetten Zustand sowie die Kraftstoffabsperrung wiederholt, wonach die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₃ erhöht wird und der Betrieb im fetten Zustand sowie die Kraftstoffabsperrung wiederholt werden. In entsprechender Weise wird die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₈ erhöht, und der Betrieb im fetten Zustand sowie die Kraftstoffabsperrung werden bei den Temperaturen T₄, T₅, T₆, T₇ und T₈ des katalytischen Bettes wiederholt. Die Zeit für den Betrieb im fetten Zustand sowie die Zeit bei Kraftstoffabsperrung bei den Temperaturen T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇ und T₈ des katalytischen Bettes entsprechen den in 12 gezeigten Zeiten. Als nächstes wird die Temperatur des katalytischen Bettes auf T₉ erhöht und die Feedback-Regelung für exakt die in 12 gezeigte Zeit durchgeführt.
Das in 13 gezeigte zeitlich verkürzte Fahrmuster ist lediglich ein Beispiel, und es können verschiedenartige Muster Verwendung finden. Beispielsweise ist es möglich, zuerst eine Feedback-Regelung durchzuführen und dann den Betrieb im fetten Zustand sowie die Kraftstoffabsperrung zu wiederholen, während die Temperatur des katalytischen Bettes allmählich verringert wird.
Als nächstes wird das Verfahren zum Betreiben des Motors auf einem Prüfstand-Dynamometer über das in 13 gezeigte zeitlich verkürzte Fahrmuster kurz erläutert. Wenn, wie in 13 gezeigt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, wird die Betätigungseinheit 23 (8) verwendet, um die Drosselklappe 6 vollständig zu öffnen. Wenn die Drosselklappe 6 vollständig geöffnet werden soll, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch das Ausgangssignal von der elektronischen Steuereinheit 14 fett gemacht. Wenn andererseits die Kraftstoffeinspritzung gestoppt werden soll, wird die Drosselklappe 6 geschlossen. Da hierbei die Motordrehzahl höher geworden ist als die Drehzahl bei der Kraftstoffabsperrung wird die Einspritzung durch das Ausgangssignal von der elektronischen Steuereinheit 14 gestoppt. Während der Feedback-Regelung wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch das Ausgangssignal des Sauerstoffkon zentrationssensors 18 auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten.
Andererseits wird die Temperatur T_c des katalytischen Bettes mit einer höheren Motordrehzahl höher, und es wird die Motordrehzahl, die erforderlich ist, um die Temperatur T_c des katalytischen Bettes in die Solltemperatur zu bringen, vorher ermittelt. Daher wird das Dynamometer 22 so geregelt, daß die Motordrehzahl zur vorgegebenen Drehzahl wird. Wie in 8 gezeigt, ist es möglich, das Dynamometer 22 auf der Basis des Ausgangssignales des Temperatursensors 24 so zu regeln, daß die Temperatur T_c des katalytischen Bettes zur Solltemperatur wird.
Während das Fahrzeug auf dem Prüfstand-Dynamometer über das zeitlich verkürzte Fahrmuster gefahren wird, werden die sich ansammelnden Katalyatorgiftstoffe vom Katalysatorvergiftungsrohr 26 zum Kraftstoffrohr 8 geführt. Die Gesamtzufuhr der Katalysatorvergiftungsstoffe zu diesem Zeitpunkt entspricht der Gesamtzufuhr der Katalysatorvergiftungsstoffe, wenn das in 9 dargestellte repräsentative Fahrmuster benutzt wird.
Wenn die Feedback-Regelung durchgeführt wird, ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stabil. Daher wird, wie vorstehend erwähnt, die Temperatur T_c des katalytischen Bettes nur dann erhöht, wenn die Feedback-Regelung durchgeführt wird. Gemäß 12 können jedoch auch die Temperaturen T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇ und T₈ des katalytischen Bettes im fetten Betrieb und beim Kraftstoffabsperrzu stand auf beispielsweise T₈ erhöht werden. Während bisher der Betrieb eines Motors auf einem Prüfstand-Dynamometer erläutert wurde, kann natürlich die vorliegende Erfindung auch Anwendung finden, wenn ein Fahrzeug auf einem Chassis-Dynamometer betrieben wird.
Als nächstes wird das Verfahren zum Verkürzen der Betriebszeit auf Basis des genau ermittelten Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases kurz erläutert. Wie in 10 gezeigt, werden auch in diesem Fall zuerst die Zeit im repräsentativen Fahrmuster gemäß 9, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht ist, die Zeit, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung gehalten wird, und die Zeit, bei der Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, für jeden der vorgegebenen Temperaturbereiche des katalytischen Bettes T₁, T₂, T₃, T₉, T₅, T₆, T₇, T₈ und T₉ berechnet.
Als nächstes werden, wie in den 11(C) und (D) gezeigt, die Feedback-Regelzeiten in den Temperaturbereichen des katalytischen Bettes von T₁ bis T₈ auf die Feedback-Regelzeit im Temperaturbereich T₉ des katalytischen Bettes verkürzt und addiert. Wie in den 11(B) und (F) gezeigt, wird auch der fette Betriebszustand so wie er ist aufrechterhalten, und wie in den 11(D) und (H) gezeigt, wird auch der Kraftstoffabsperrzustand so wie er ist aufrechterhalten. Als nächstes wird der Motor mit dem zeitlich verkürzten Fahrmuster gemäß 13 gemäß der in 12 gezeigten Fettbetriebszeit, Kraftstoffabsperrzeit und Feedback-Regelzeit gefahren.
Selbst wenn die Betriebszeit auf der Basis dieses genau ermittelten Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases verkürzt wird, wird versucht, die Feedback-Regelzeit zu verkürzen. In diesem Fall bildet jedoch das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases eine Kurve, so dass es nicht möglich ist, die Feedback-Regelzeit einfach dadurch zu kürzen, dass die Feedback-Regelzeit mit der Verschlechterungsrate K wie bei Verwendung der Näherungsgleichung multipliziert wird, so dass es erforderlich ist, die Feedback-Regelzeit über ein anderes Verfahren zu verkürzen. Dies wird als nächstes in Verbindung mit 14 erläutert.
Das vorstehend erwähnte genau ermittelte Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Ψ = Ψ0 – A·exp(–B/T)·[O2]α·tm.
Hierbei werden die Koeffizienten A, B, α und m aus tatsächlich gemessenen Werten gewonnen. In 14 geben Ψ_c, Ψ_d, Ψ_e und Ψ_f die Reinigungsverhältnisse des Abgases während der Feedback-Regelung wieder, die auf Basis der vorstehenden Gleichung berechnet wurden. Wenn diese Reinigungsverhältnisse zur Verfügung gestellt werden, wird die Katalysatortemperatur in der Reihenfolge von Ψ_c, Ψ_d, Ψ_e und Ψ_f allmählich höher. Ψ_f in 14 entspricht Ψ₃ in 2, und Ψ_e entspricht Ψ₃ in 2. Die Ψ_c und Ψ_d in 14 entsprechenden Kurven sind in 2 nicht enthalten.
Wie in 10 gezeigt, werden beispielsweise, wenn die Temperaturbereiche des katalytischen Bettes in die neun Bereiche von T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇, T₈ und T₉ unterteilt werden, neun Kurven berechnet, die die Reinigungsverhältnisse Ψ entsprechend den Bereichen zeigen. 14 dient lediglich zur Erläuterung des Verfahrens der Verkürzung der Feedback-Regelzeit, so daß in 14 nur vier repräsentative Kurven Ψ_c, Ψ_d, Ψ_e und Ψ_f gezeigt sind.
14 gibt das Verfahren zum Ermitteln der verkürzten Betriebszeit wieder, wenn der mit Ψ_c gezeigte Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_c durchgeführt wird, der durch Ψ_d gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_d durchgeführt wird und der durch Ψ_e gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_e durchgeführt wird sowie die Katalysatortemperatur T zu der Zeit, bei der die durch Ψ_c, Ψ_d, und Ψ_e gekennzeichneten Feedback-Regelvorgänge durchgeführt werden, auf die Katalysatortemperatur T zu der Zeit, wenn der durch Ψ_f gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang durchgeführt wird, erhöht wird.
Wenn der mit Ψ_c in 14 gezeigte Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_c durchgeführt wird, fällt das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases auf den Punkt t auf der Kurve Ψ_c ab. Wenn als nächstes der bei Ψd gezeigte Feedback-Regelvorgang gestartet wird, beginnt das Reinigungsverhältnis, vom Punkt d' auf der Kurve Ψ_d des gleichen Reinigungsverhältnisses Ψ wie der Punkt c abzufallen. Wenn der durch Ψ_d gezeigte Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_d durchgeführt wird, fällt das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases auf den Punkt d auf der Kurve Ψ_d. Wenn der durch Ψ_e gezeigte Feedback-Regelvorgang begonnen wird, beginnt das Reinigungsverhältnis Ψ, vom Punkt e' auf der Kurve Ψ_e des gleichen Reinigungsverhältnisses Ψ wie beim Punkt d abzufallen. Wenn der durch Ψ_e gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t_e durchgeführt wird, fällt das Reinigungsverhältnis des Abgases auf den Punkt e auf der Kurve Ψ_e ab.
Der Punkt auf der Kurve Ψ_f, der das gleiche Reinigungsverhältnis Ψ_e auf der Kurve Ψ_e liefert, ist mit f' bezeichnet. Wenn daher der durch Ψ_c gezeigte Feedback-Regelungsvorgang für die Zeit t_c, der mit Ψd gezeigte Feedback-Regelungsvorgang für die Zeit t_d und der durch Ψ_e gezeigte Feedback-Regelungsvorgang für die Zeit t_e durchgeführt werden, wird das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases zu dem durch Punkt f' auf der Kurve Ψ_f gezeigten Reinigungsverhältnis. Wenn im Gegensatz dazu der durch Ψ_f gezeigte Feedback-Regelungsvorgang für die Zeit t_f durchgeführt wird, wird das Reinigungsverhältnis Ψ zu dem durch den Punkt f' auf der Kurve Ψ_f gezeigten Reinigungsverhältnis. Daher wird die Betriebszeit, die zum Erhalten des gleichen Verschlechterungszustandes der Leistung des Dreiwegekatalysators 12 wie beim Erhöhen der Katalysatortemperatur T zu der Zeit, wenn die durch Ψ_c, Ψ_d und Ψ_e gezeigten Feedback-Regelungsvorgänge durchgeführt werden, auf die Katalysatortemperatur T zu der Zeit, wenn die durch Ψ_f gezeigte Feedback-Regelung durchgeführt wird, erforderlich ist, von t_c + t_d + t_e auf t_f verkürzt.
Als nächstes wird ein Verfahren zum Ermitteln des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases über ein vollständig anderes Verfahren unter Ausnutzung der Wahrscheinlichkeit und Verkürzung der Betriebszeit auf Basis des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, nimmt die Partikelgröße des Platins Pt im Katalysator allmählich zu, wenn die Betriebszeit länger wird. Wenn die Partikelgröße des Platins Pt größer wird, nimmt die Zahl der Partikel des Platins Pt ab. Infolgedessen nimmt die Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt allmählich ab, so daß das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases allmählich sinkt. In diesem Fall kann die allmähliche Abnahme der Summe des Oberflächenbereiches des gesamten Platins Pt als äquivalent zu einem allmählichen Anstieg der Fehlerrate der die katalytische Funktion ausführenden Elemente angesehen werden. Es ist daher möglich, das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases aus der Fehlerrate der die katalytische Funktion ausführenden Elemente zu ermitteln.
Es ist bekannt, daß die Fehlerrate aus der nachfolgenden Weibull-Verteilungsfunktion ermittelt werden kann: R(t) = 1 – F(t) = exp(–tm/t0).
Dabei bedeutet F (t) die Fehlerrate, so daß R (t) die Wahrscheinlichkeit wiedergibt, daß kein Fehler auftritt. t bedeutet die abgelaufene Zeit, m ist eine Variable, und t₀ ist ein Koeffizient. Wenn diese Weibull-Verteilungsfunktion zur Berechnung des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases eingesetzt wird, entspricht die Wahrscheinlichkeit R(t), daß kein Fehler auftritt, dem Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases, während t der Betriebszeit entspricht. Wenn daher die Weibull-Verteilungsfunktion verwendet wird, wird das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases durch die folgende Gleichung ausgedrückt: Ψ = exp Ψ(–tm/t0).
Der Logarithmus der obigen Gleichung lässt sich wie folgt ermitteln: ln(1/Ψ) = tm/t0.
Wenn der Koeffizient t₀ durch (1/C) ersetzt wird, erhält man folgende Gleichung: ln(1/Ψ) = C·tm.
Wenn andererseits die linke Seite der obigen Gleichung über das Taylor'sche Expansionsverfahren entwickelt wird und Positionen der zweiten und höheren Ordnung ignoriert werden, kann die linke Seite der obigen Gleichung wie folgt umgeschrieben werden: ln(1/Ψ) = 1 – Ψ.
Mit anderen Worten, l_n(1/Ψ) gibt den Abnahmegrad des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases wieder.
Andererseits kann das vorstehend erwähnte, genau ermittelte Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: Ψ = Ψ0 – A·exp(–B/T)·[O2]α·tm·
Im Gegensatz hierzu wird das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases unter Verwendung der Weibull-Verteilungsfunktion wie folgt ausgedrückt: Ψ = Y0 – C·tm (wobei 1 durch Ψ₀ersetzt ist).
Wie man einem Vergleich dieser beiden Gleichungen entnehmen kann, entsprechen diese beiden Gleichungen einander beträchtlich in der Form.
Als nächstes wird das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases unter Verwendung der Weibull-Verteilungsfunktion und der experimentellen Erkenntnisse in Verbindung mit 15 erläutert. Wenn der Logarithmus beider Seiten der Gleichung Ψ = exp·(–t^m/t₀), die das Reinigungsverhältnis des Abgases wiedergibt, zweifach gebildet wird, wird die folgende Gleichung erhalten: lnln(1/Ψ) = mln t – lnt0
Die Vertikalachse l_nl_n(1/Ψ) der 15 zeigt die linke Seite der obigen Gleichung. Daher gibt die Vertikalachse l_nl_n(1/Ψ) der 15 den Abnahmegrad des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases wieder. Die Horizontalachse l_nl_t der 15 gibt die Betriebszeit wieder. Des weiteren zeigen in 15 die schwarzen Punkte die experimentellen Werte, wenn eine Feedback-Regelung durchgeführt und die Temperatur T des Dreiwegekatalysators 12 auf 700°C, 800°C und 900°C gehalten wird. Wie in 15 gezeigt, sind die experimentellen Werte im wesentlichen auf den Linien angeordnet, die lediglich durch Veränderung des Wertes von m, der die Steigung in der obigen Gleichung wiedergibt, erhalten werden. Es ist daher möglich, eine Weibull-Verteilungsfunktion zu benutzen, um das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases zu berechnen. Wie aus 15 hervorgeht, wird der Wert m, der die Steigung der obigen Gleichung wiedergibt, zu einer Funktion der Katalysatortemperatur T. Wie aus m_c, m_d und m_e hervorgeht, wird der Wert von m um so größer, je höher die Katalysatortemperatur T wird.
Wie vorstehend erläutert, kann das Reinigungsverhältnis Ψ des Abgases durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: ln(1/Ψ) = C·tm (C ist ein Koeffizient).
Die Vertikalachse l_n(1/Ψ) der 16 gibt die linke Seite der obigen Gleichung wieder, während die Horizontalachse t der 16 die Betriebszeit wiedergibt. Die Kurven zeigen Kurven im Falle von unterschiedlichen Wer ten von m. Die Werte von m wurden aus experimentellen Werten ermittelt, die in 15 gezeigt sind. Jede der Kurven zeigt die Änderung des Abnahmegrades l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses 4 zur Zeit eines Feedback-Regelungsvorganges. Wenn der Feedback-Regelungsvorgang durchgeführt wird, wird die Katalysatortemperatur T mit einem größeren Wert von m höher, d.h. wird in der Reihenfolge von m₁, m₂, m₃ und m₄ höher.
Als nächstes wird das Verfahren zum Verkürzen der Betriebszeit auf Basis des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases unter Verwendung einer Weibull-Verteilungsfunktion kurz erläutert. Wie in 10 gezeigt, wird auch in diesem Fall zuerst die Zeit im in 9 gezeigten repräsentativen Fahrmuster, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett gemacht wird, die Zeit, in der das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Feedback-Regelung auf dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, und die Zeit, bei der die Kraftstoffeinspritzung gestoppt wird, für jeden der vorgegebenen Temperaturbereiche des katalytischen Bettes T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇, T₈ und T₉ berechnet.
Wie in den 11(C) und (G) gezeigt, werden als nächstes die Feedback-Regelungszeiten in den Temperaturbereichen des katalytischen Bettes von T₁ bis T₈ auf die Feedback-Regelzeit im Temperaturbereich T₉ des katalytischen Bettes verkürzt und addiert. Wie in den 11(B) und (F) gezeigt, wird der fette Betriebszustand so wie er ist auftrecherhalten, und wie in den 11(D) und (H) gezeigt, wird der Kraftstoffabsperrzu stand so wie er ist aufrechterhalten. Als nächstes wird der Motor mit dem zeitlich verkürzten Fahrmuster der 13 gemäß der Zeit des fetten Betriebes, der Kraftstoffabsperrzeit und der Feedback-Regelzeit gemäß 12 betrieben.
Selbst wenn auf diese Weise die Betriebszeit auf Basis des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases unter Verwendung einer Weibull-Verteilungsfunktion verkürzt wird, wird nur die Feedback-Regelzeit verkürzt. Als nächstes wird das Verfahren zum Verkürzen der Feedback-Regelzeit in Verbindung mit 17 erläutert. Die Kurven m₁, m₂, m₃ und m₄ in 17 entsprechen den Kurven ml, m₂, m₃ und m₄ in der 16.
Wenn beispielsweise, wie in 10 gezeigt, der Temperaturbereich des katalytischen Bettes in neun Bereiche T₁, T₂, T₃, T₄, T₅, T₆, T₇, T₈ und T₉ unterteilt wird, werden neun Kurven berechnet, die das Ausmaß der Verringerung l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ entsprechend den Bereichen zeigen. 17 dient nur zur Darstellung des Verfahrens zum Verkürzen der Feedback-Regelzeit, so daß daher 17 nur vier repräsentative Kurven m₁, m₂, m₃ und m₄ zeigt, die den Verringerungsgrad l_m(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ von den neun Kurven zeigen, die die Verringerungsgrade l_n1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ darstellen.
17 zeigt das Verfahren zum Ermitteln der verkürzten Betriebszeit, wenn der durch ml gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₁ durchgeführt wird, der durch m₂ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₂ durchgeführt wird und der durch m₃ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₃ durchgeführt wird, wobei die Katalysatortemperatur T bei Durchführung der Feedback-Regelvorgänge gemäß m₁, m₂ und m₃ auf die Katalysatortemperatur T erhöht wird, wenn der durch m₄ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang durchgeführt wird.
Wenn der durch ml in 17 gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t1 ausgeführt wird, wird der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases zum Punkt P₁' auf der Kurve ml. Wenn als nächstes der durch m₂ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang begonnen wird, beginnt der Verringerungsgrad l_n (1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ vom Punkt P₂ auf der Kurve m₂ mit dem gleichen Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ wie der Punkt P₁' anzusteigen. Wenn als nächstes der durch m₂ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₂ durchgeführt wird, wird der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases zum Punkt P₂' auf der Kurve m₂. Wenn als nächstes der durch m₃ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang begonnen wird, beginnt der Verringerungsgrad l_n (1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ vom Punkt P₃ auf der Kurve n₃ mit dem gleichen Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) wie das Reinigungsverhältnis Ψ am Punkt P₂' anzusteigen. Wenn als nächstes der durch m₃ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₃ durchgeführt wird, wird der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases zum Punkt P₃' auf der Kurve m₃.
Der Punkt auf der Kurve m₄ mit dem gleichen Verringerungsgrad l_n(1/1Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ wie der Punkt P₃' auf der Kurve m₃ ist als P₄ bezeichnet. Mit anderen Worten, wenn der durch ml gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₁ durchgeführt wird, wird der durch m₂ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₂ ausgeführt und der durch m₃ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₃ durchgeführt, wobei der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ des Abgases zu dem Verringerungsgrad des Reinigungsverhältnisses wird, der als Punkt P₄ auf der Kurve m₄ gezeigt ist. Wenn im Gegensatz dazu der durch m₄ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang für die Zeit t₃' ausgeführt wird, wird der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ zum Verringerungsgrad des Reinigungsverhältnisses, der durch Punkt P₄ auf der Kurve m₄ gezeigt ist. Wenn daher die Katalysatortemperatur T, wenn die Feedback-Regelvorgänge gemäß m₁, m₂ und m₃ durchgeführt werden, auf die Katalysatortemperatur T erhöht wird, wenn die Feedback-Regelung gemäß m₄ durchgeführt wird, wird die Betriebszeit, die zum Erhalten des gleichen Verschlechterungszustandes des Dreiwegekatalysators 12 erforderlich ist, von t₁ + t₂ + t₃ auf t₃' verkürzt.
Diese verkürzte Betriebszeit t₃' kann unter Verwendung von t₁, t₂, t₃, m₁, m₂, m₃ und m₄ berechnet werden. Mit anderen Worten, der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die durch ml in 17 gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₁ durchgeführt wird, und der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungs verhältnisses Ψ, wenn die durch m₂ gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₁' durchgeführt wird, werden daher gleich. Mit anderen Worten: l_n(1/Ψ) = C·t₁ ^m1 = C·t₁'^m2. Daher wird t₁' zu t₁' = t₁ ^m1/m2.
Andererseits werden auch der Verringerungsgrad ln(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die durch m₁ in 17 gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₁ durchgeführt wird, und der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die durch m₂ gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₁' + t₂ durchgeführt wird, und der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die Feedback-Regelung gemäß m3 für die Zeit t₂' ausgeführt wird, einander gleich. Mit anderen Worten; l_n(1/Ψ) = C·(t₁' + t₂)^m2 = C·t₂'^m3. Daher wird t₂' zu t₂' = (t₁' + t₂)^m2/m3. Wenn t₁' = t₁ ^m1/m2 in diese Gleichung eingesetzt wird, wird t₂' zu t₂' (t₁ ^m1/m2 + t₂)^m2/m3.
Des weiteren werden der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die durch m₃ in 17 gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₂' + t₃ durchgeführt wird, und der Verringerungsgrad l_n(1/Ψ) des Reinigungsverhältnisses Ψ, wenn die durch m₄ gezeigte Feedback-Regelung für die Zeit t₃' durchgeführt wird, gleich. Mit anderen Worten. L_n(1/Ψ) = C·(t₂' + t₃)^m3 = C· t₃'^m4. Daher wird t₃' zu t₃' = (t2' + t₃)^m3/m4. Wenn t₂' = (t₁ ^m1/m2 + t₂)^m2/m3 in diese Gleichung eingesetzt wird, wird t₃' zu t₃' = [(t₁ ^m1/m2 + t₂)^m2/m3 + t₃]^m3/m4. Diese verkürzte Betriebszeit t₃' kann unter Verwendung von t₁, t₂, t₃, m₁, m₂, m₃ und m₄ ausgedrückt werden.
Wie in 17 gezeigt, wird der durch m₄ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang weiter für die Zeit t₄ durchgeführt. Hierbei wird die Gesamtzeit, in der der durch m₄ gekennzeichnete Feedback-Regelvorgang durchgeführt wird, zu t = [(t₁ ^m1/m2 + t₂)^m2/m3 + t3]^m3/m4 + t₄.
Wie vorstehend erläutert, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, in einer kurzen Zeit den Verschlechterungszustand eines Katalysators, wenn ein Fahrzeug marktmäßig über eine lange Zeitdauer gefahren wird, zu erzeugen, so daß es daher möglich ist, die Entwicklungszeit eines Fahrzeuges zu verkürzen, da das Abgasreinigungsverhalten in einer kurzen Zeit ausgewertet werden kann.

Claims

Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) durch Erzeugung des gleichen Verschlechterungszustandes der Abgasreinigungsvorrichtung, als wenn ein Fahrzeug tatsächlich auf dem Markt über eine vorgegebene Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit gefahren würde, mit den folgenden Schritten: Erhalten im voraus einer Beziehung zwischen einer Beanspruchungsgröße, die eine Verschlechterung eines Abgasreinigungskatalysators (12) bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, Erhalten einer verkürzten Verschlechterungszeit für den Katalysator (12), um etwa den gleichen Verschlechterungsgrad zu erreichen, als wenn das Fahrzeug auf dem Markt über die Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit unter einer höheren Beanspruchung gefahren würde, als sie der Katalysator (12) aufweist, wenn das Fahrzeug auf dem Markt auf Basis der obigen Beziehung gefahren wird, und Aufbringen einer hohen Beanspruchung des Kata lysators (12) über die verkürzte Verschlechterungszeit im Betrieb des Motors oder des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Beanspruchung, die eine Verschlechterung der Leistung des Katalysators (12) bewirkt, die Temperatur des katalytischen Bettes ist, deren Anstieg einen Anstieg des Verschlechterungsgrades der Leistung des Katalysators (12) bewirkt.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, die Verschlechterungsrate K der Leistung des Katalysators (12) ist, die mit einem Anstieg der Temperatur des katalytischen Bettes schneller wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 2, bei dem die Verschlechterungsrate K der Leistung des Katalysators mit der Temperatur des katalytischen Bettes T über die Gleichung 1nK = C₁ – C₂/T ausgedrückt wird, wobei C₁ und C₂ Koeffizienten sind.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Temperatur des katalytischen Bettes T und der Betriebszeit t des Motors oder des Fahrzeuges über den Ausdruck A·exp(–B/T)·t^m ausgedrückt wird, wobei A und B Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine positive Zahl, die kleiner als 1,0 ist, bedeutet.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m ausgedrückt wird, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges bedeuten.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 5, bei dem m mit einer höheren Temperatur des katalytischen Bettes größer wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) durch Erzeugung des gleichen Verschlechterungszustandes der Abgasreinigungsvorrichtung (13), als wenn ein Fahrzeug tat sächlich auf dem Markt über eine vorgegebene Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit gefahren würde, mit den folgenden Schritten: Erhalten im voraus einer Beziehung zwischen einer Beanspruchungsgröße, die die Verschlechterung eines Abgasreinigungskatalysators (12) bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, Erhalten einer verkürzten Verschlechterungszeit für den Katalysator (12), um etwa den gleichen Verschlechterungsgrad zu erreichen, als wenn das Fahrzeug auf dem Markt über die Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit unter einer höheren Beanspruchung gefahren würde, als sie der Katalysator (12) aufweist, wenn das Fahrzeug auf dem Markt auf der Basis der obigen Beziehung gefahren wird, und Aufbringen einer hohen Beanspruchung auf den Katalysator (12) über die verkürzte Verzögerungszeit im Betrieb des Motors oder des Fahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, die Verschlechterungsrate der Leistung des Katalysators (12) ist, die sich zusammen mit einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 7, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, die Verschlechterungsrate der Leistung des Katalysators (12) ist, die sich zusammen mit einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 8, bei dem die Verschlechterungsrate K der Leistung des Katalysators (12) mit der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas durch die Gleichung 1nK = α1n[O₂] ausgedrückt wird, wobei α ein Koeffizient ist.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 9, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in Bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der Betriebszeit t des Motors (1) oder des Fahrezuges durch den Ausdruck A[O₂]·t^m ausgedrückt wird, wobei A und α Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine positive Zahl, die kleiner ist als 1,0, bedeutet.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 10, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechte rungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m ausgedrückt wird, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges bedeuten.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1, bei dem eine zusätzliche Beanspruchung, die eine Verschlechterung der Leistung des Katalysators bewirkt, die Sauerstoffkonzentration im Abgas ist und sich der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) mit einer Änderung der Abgaskonzentration im Abgas verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 12, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Temperatur des katalytischen Bettes T, der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der Betriebszeit t des Motors oder des Fahrzeuges durch den Ausdruck A·exp(–B/T)·[O₂]·t ausgedrückt wird, wobei A, B und α Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine positive Zahl, die kleiner ist als 1,0, bedeutet.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 12, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m ausgedrückt wird, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges bedeuten.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 14, bei dem m mit einer höheren Temperatur des katalytischen Bettes größer wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1 oder 7, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in mindestens einem Teil des Betriebsbereiches, wenn das Fahrzeug auf dem Markt gefahren wird, geregelt und die die Verschlechterung bewirkende Beanspruchung auf den Katalysator (12) während der Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Betrieb des Motors (1) aufgebracht wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1 oder 7, bei dem der Schritt zum Erhalten der Beziehung im voraus zusätzlich das Erhalten der Beziehung zwischen der Größe der Beanspruchung, die die Verschlechterung eines Sauerstoffkonzentrationssensors (18) zum Regeln des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bewirkt, sowie einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Sauerstoffkonzentrationssensors (18) anzeigt, umfasst, der Schritt zum Erhalten der verkürzten Verschlechterungszeit zusätzlich den Schritt der Bestimmung der Zeit, die für den Sauerstoffkonzentrationssensor (18) benötigt wird, um im wesentlichen den gleichen Verschlechterungsgrad zu erreichen, als wenn das Fahrzeug auf dem Markt über die Sollfahrstrecke oder die Sollfahrzeit ebenfalls unter einer höheren Beanspruchung gefahren würde, als sie der Sauerstoffkonzentrationssensor (18) zur Zeit des Fahrens des Fahrzeuges auf dem Markt aus der Beziehung besitzt, umfasst, und der Schritt der Aufbringung einer hohen Beanspruchung auch eine hohe Beanspruchung auf den Sauerstoffkonzentrationssensor (18) über die verkürzte Verschlechterungszeit im Betrieb des Motors (1) oder Fahrzeuges aufbringt.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 1 oder 7, bei dem die Gesamtmenge der akkumulativen Katalysatorvergiftung, die im verbrauchten Kraftstoff enthalten ist, wenn das Fahrzeug auf dem Markt über die Sollfahrstrecke oder Sollfahrzeit gefahren wird, zugeführt wird, während der Motor (1) oder das Fahrzeug über das zeitlich verkürzte Fahrmuster betrieben wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) durch Erzeugung an einem Prüfdynamometer oder Chassisdynamometer (2) des gleichen Verschlechterungszustandes der Abgasreinigungsvorrichtung (13), als wenn ein Fahrzeug tatsächlich auf dem Markt gefahren würde, gekennzeichnet durch Erzeugen eines repräsentativen Fahrmusters, das das Fahren des Fahrzeuges auf dem Markt anzeigt, Erhalten im voraus der Beziehung zwischen einer Beanspruchungsgröße, die eine Verschlechterung der Leistung eines Abgasreinigungskatalysators (12) bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt; Erhalten eines zeitverkürzten Fahrmusters zum Aufbringen einer Beanspruchung auf den Katalysator (12), die höher ist als die Beanspruchung, die auf den Katalysator aus der Beziehung aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug so gefahren wird, dass im wesentlichen der gleiche Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) zur Zeit der Beendi gung des Fahrens des Fahrzeuges mit dem repräsentativen Fahrmuster bewirkt wird; und Antreiben des Motors oder des Fahrzeuges auf einem Prüfdynamometer oder Chassisdynamometer über dieses zeitverkürzte Fahrmuster.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 19, bei dem die Beanspruchung, die eine Verschlechterung der Leistung des Katalysators (12) bewirkt, die Temperatur des katalytischen Bettes ist, deren Anstieg einen Anstieg des Verschlechterungsgrades der Leistung des Katalysators (12) verursacht.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 20, bei dem das repräsentative Fahrmuster diverse Fahrzustände von unterschiedlichen Temperaturen des katalytischen Bettes umfasst, das zeitverkürzte Fahrmuster ermittelt wird, indem mindestes ein Teil der Fahrzustände von diesen Fahrzuständen durch einen Fahrzustand ersetzt wird, der eine höhere Temperatur des katalytischen Bettes aufweist, und die Fahrzeit im ersetzten Fahrzustand auf der Basis der Beziehung bestimmt wird, um im wesentlichen den gleichen Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators zu erhalten, als wenn das Fahren in den vorher ausgetauschten Fahrzuständen beendet wäre.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 21, bei dem die verschiedenen Fahrzustände im repräsentativen Fahrmuster auf Basis der Temperatur des katalytischen Bettes klassifiziert und die klassifizierten Fahrzustände durch Fahrzeiten ausgedrückt werden.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 21, bei dem die verschiedenen Fahrzustände im repräsentativen Fahrmuster einen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand enthalten, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Regeln auf dem Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis gehalten wird, einen Antriebszustand auf der fetten Seite, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis geringer ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, und einen Fahrzustand auf der mageren Seite, bei dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer ist als das Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, wobei der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand, der Fahrzustand auf der fetten Seite und der Fahrzustand auf der mageren Seite auf der Basis der Temperatur des katalytischen Bettes klassifiziert und durch die Fahrzeit ausgedrückt werden.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 23, bei dem nur der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand durch einen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhält nis-Fahrzustand mit einer höheren Temperatur des katalytischen Bettes ersetzt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 24, bei dem nur der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand durch einen Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand mit einer vorgegebenen Temperatur des katalytischen Bettes ersetzt wird, die der maximalen Temperatur des katalytischen Bettes im Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand entspricht oder höher als diese ist.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 24, bei dem das zeitverkürzte Fahrmuster einen ersetzten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand, einen nichtersetzten Fahrzustand auf der fetten Seite und einen nichtersetzten Fahrzustand auf der mageren Seite umfasst und den Fahrzustand auf der fetten Seite sowie den Fahrzustand auf der mageren Seite abwechselnd durchführt und dann den Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand durchführt.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 26, bei dem im zeitverkürzten Fahrmuster die Temperatur des katalytischen Bettes allmählich angehoben wird, während abwechselnd der Fahrzustand auf der fetten Seite und der Fahrzustand auf der mageren Seite wiederholt wird, wonach bei der maximalen Tempe ratur des katalytischen Bettes der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand aufrechterhalten wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 23, bei dem der Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand, der Fahrzustand auf der fetten Seite und der Fahrzustand auf der mageren Seite durch jeden entsprechenden Zustand ersetzt werden, der eine höhere Temperatur des katalytischen Bettes besitzt.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 28, bei dem das zeitverkürzte Fahrmuster einen substituierten Soll-Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Fahrzustand, einen substituierten Fahrzustand auf der fetten Seite und einen substituierten Fahrzustand auf der mageren Seite umfasst.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 20, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (13) anzeigt, die Verschlechterungsrate der Leistung des Katalysators (12) ist, die mit einem Anstieg der Temperatur des katalytischen Bettes ansteigt.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 30, bei dem die Verschlechterungsrate K der Leistung des Katalysators (12) mit der Temperatur des katalyti schen Bettes T durch die Gleichung 1nK = C₁ – C₂/T ausgedrückt wird, wobei C₁ und C₂ Koeffizienten sind.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 20, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Temperatur des katalytischen Bettes T und der Betriebszeit t des Motors oder des Fahrzeuges über den Ausdruck A·exp(–B/T)·t^m, wobei A und B Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine positive Zahl, die geringer ist als 1,0, bedeutet, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 20, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors oder des Fahrzeuges bedeuten, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 33, bei dem der Wert m größer wird, je höher die Temperatur des katalytischen Bettes ist.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 34, bei dem das repräsentative Fahrmuster diverse Fahrzustände mit unterschiedlichen Temperaturen des katalytischen Bettes aufweist, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in mindestens einem Teil von Fahrzuständen unter diesen Fahrzuständen durch ct^m1, ct^m2, ct^m3 und ct^m4 in ansteigender Reihenfolge der Temperaturen des katalytischen Bettes ausgedrückt wird, der mindestens eine Teil der Fahrzustände über die Zeiten t₁, t₂, t₃ und t₄ in ansteigender Reihenfolge der Temperaturen des katalytischen Bettes aufrechterhalten wird und die Fahrzeit durch [(t1^m1/m2 + t2)^m2/m3 + t3]^m3/m4 + t4 ausgedrückt wird, wenn die Temperatur des katalytischen Bettes der Fahrzustände des Verschlechterungsgrades der Leistung des Katalysators, ausgedrückt durch ct^m1, ct^m2 und ct^m3, die Temperatur des katalytischen Bettes des Fahrzustandes der Temperatur ct^m4 des katalytischen Bettes erreicht.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 19, bei dem die Beanspruchung, die eine Verschlechterung der Leistung des Katalysators (12) bewirkt, die Sauerstoffkonzentration im Abgas ist und sich der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) zusammen mit einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 36, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, die Verschlechterungsrate der Leistung des Katalysators (12) ist, die sich zusammen mit einer Änderung der Sauerstoffkonzentration des Abgases verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 37, bei dem die Verschlechterungsrate K der Leistung des Katalysators (12) mit der Sauerstoffkonzentration [O²] im Abgas durch die Gleichung 1nK = α1n[O₂] ausgedrückt wird, wobei α ein Koeffizient ist.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 36, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der Betriebszeit t des Motors oder des Fahrzeuges durch den Ausdruck A·[O₂]^α·t^m, wobei A und α Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine posi tive Zahl, die kleiner ist als 1,0, bedeutet, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 36, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in Bezug auf die Betriebszeit des Motors oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors oder des Fahrzeuges bedeuten, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 19, bei dem die Beanspruchung, die eine Verschlechterung der Leistung des Katalysators (12) bewirkt, die Temperatur des katalytischen Bettes und die Sauerstoffkonzentration im Abgas ist, ein Anstieg der Temperatur des katalytischen Bettes einen Anstieg des Verschlechterungsgrades der Leistung des Katalysators (12) bewirkt und sich der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) zusammen mit einer Änderung der Sauerstoffkonzentration im Abgas verändert.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 41, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert mit der Temperatur des katalytischen Bettes T, der Sauerstoffkonzentration [O₂] im Abgas und der Betriebszeit t des Motors (1) oder des Fahrzeuges durch den Ausdruck A·exp(–B/T)·[O₂]^α·t^m, wobei A, B und α Koeffizienten sind und m 1,0 oder eine positive Zahl, die kleiner ist als 1,0, bedeutet, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 42, bei dem der repräsentative Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) anzeigt, der Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) in bezug auf die Betriebeszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges ist und der repräsentative Wert durch den Ausdruck C·t^m, wobei C ein Koeffizient ist und m eine positive Zahl als Funktion der Temperatur des katalytischen Bettes sowie t die Betriebszeit des Motors (1) oder des Fahrzeuges sind, ausgedrückt wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 43, bei dem der Wert m mit einem Anstieg der Temperatur des katalytischen Bettes größer wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 19, bei dem der Schritt zur Erzeugung eines repräsentativen Fahrmusters ein repräsentatives Fahrmuster erzeugt, das für das marktübliche Fahren des Fahrzeuges repräsentativ ist, bei dem Schritt des Erhaltens der Beziehung im voraus im voraus die Beziehung zwischen der Größe der Beanspruchung, die die Verschlechterung der Leistung des Abgasreinigungskatalysators (12) und des Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Regelungs-Sauerstoffkonzentrationssensors bewirkt, und einem repräsentativen Wert, der den Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) und des Sauerstoffkonzentrationssensors (18) anzeigt, erhalten wird, bei dem Schritt zum Erhalten eines zeitverkürzten Fahrmusters ein zeitverkürztes Fahrmuster zum Aufbringen auf den Katalysator (12) und den Sauerstoffkonzentrationssensor (18) einer Beanspruchung, die höher ist als die Beanspruchung, die auf den Katalysator (12) und den Sauerstoff konzentrationssensor (18) aus der Beziehung aufgebracht wird, wenn das Fahrzeug so gefahren wird, dass im wesentlichen der gleiche Verschlechterungsgrad der Leistung des Katalysators (12) und des Sauerstoffkonzentrationssensors (18) zur Zeit der Beendigung des Fahrens des Fahrzeuges mit dem repräsentativen Fahrmuster bewirkt wird, erhalten wird und bei dem Schritt zum Fahren des Motors oder des Fahrzeuges der Motor oder das Fahrzeug auf einem Prüfdynamometer (22) oder einem Chassisdynamometer (22) über dieses zeitverkürzte Fahrmuster angetrieben wird.
Verfahren zum Prüfen der Dauerhaftigkeit einer Abgasreinigungsvorrichtung (13) nach Anspruch 19, bei dem der Schritt des Fahrens des Motors (1) oder des Fahrzeuges durchgeführt wird, während die Gesamtmenge der akkumulativen Katalysatorvergiftung, die im verbrauchten Kraftstoff enthalten ist, wenn das Fahrzeug über ein repräsentatives Fahrmuster auf dem Markt gefahren wird, zugeführt wird, während der Motor (1) oder das Fahrzeug über das zeitverkürzte Fahrmuster auf dem Prüfdynamometer (22) oder dem Chassisdynamometer (22) angetrieben wird.