DE3516981A1

DE3516981A1 - Verfahren zum ueberpruefen der funktionsfaehigkeit eines abgaskatalysators

Info

Publication number: DE3516981A1
Application number: DE19853516981
Authority: DE
Inventors: Martin 8070 Ingolstadt Meier; Theo Dipl.-Ing. 7107 Bad Wimpfen Seufer; Klaus le Dipl.-Phys. 8071 Eitensheim Vrang; Josef Zahl
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1985-05-10
Filing date: 1985-05-10
Publication date: 1986-11-13

Description

Verfahren zum Überprüfen der F nktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators während des Normalbetriebs einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Vorrichtung, die nach einem derartigen Verfahren arbeitet, ist aus der DE-AS 23 46 245 bekannt. Die katalytische Konvertierung der beim Betrieb einer Brennkraftmaschine ausströmenden Abgase in einem Katalysator ist eine exotherme Reaktion, die dazu führt, daß die Temperatur hinter dem Katalysator sich gegenüber der Temperatur der einströmenden Abgase erhöht, so daß die Temperaturdifferenz gleichzeitig eine Aussage über die Konvertierungsrate liefert.
Dabei zeigt es sich jedoch, daß die Aussage über die Funktionsfähigkeit des Katalysators allein aus der Temperaturdifferenz zu Fehlanzeigen führt Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen die Aussage fähigkeit der Temperaturdifferenzmessung hinsichtlich der Katalysatorfunktion verbessert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Ansprüche 1 und 3.
Erfindungsgemäß wird vorgesehen, daß in den Bereichen starker Temperaturänderung, die durch Last- oder Drehzahlschwankungen hervorgerufen werden können, das Signal nicht ausgewertet wird. Eine derartige Einschränkung ist für die Anzeige absolut unproblematisch, da mit dem Ausfall des Katalysators oder mit einer schlechteren Konvertierungsrate nicht ein sofortiger Ausfall des gesamten Fahrzeuges oder wichtiger Teile davon verbunden ist. Der Fahrer erhält vielmehr eine Information darüber, daß er umgehend eine Werkstatt aufsuchen muß, um eine möglichst große Schadstofffreiheit des auszustoßenden Abgases zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, nur die Bereiche, in denen die Temperatur des einströmenden Abgases zeitlich verhältnismäßig konstant bleibt, als aussagekräftige Meßintervalle heranzuziehen. Dabei muß nicht notwendigerweise auf die einströmende Temperatur abgestellt werden, es kann genauso auf die Konstanz der auströmenden Temperatur abgestellt werden, oder sogar verlangt werden, daß beide Werte annähernd konstant sind, wenn die Temperaturdifferenzmessung ausgewertet wird.
Der Absolutwert der zeitlichen Änderung der auszuwertenden Temperaturwerte darf einen bestimmten vorgebbaren Maximalwert nicht überschreiten, nur in diesem Fall wird das Temperaturdifferenzsignal gewonnen und aus der Größe des Temperaturdifferenzsignals dann die Information abgeleitet, ob der Katalysator noch funktionsfähig ist oder nicht.
Die Temperatur am Auslaß des Katalysators kann gegenüber der Einlaßtemperatur bis zu 500 C höher sein, sie darf, solange der Katalysator arbeitet, bei konstanten oder einigermaßen konstanten Verhältnissen jedoch auf keinen Fall niedriger sein als die Temperatur am Katalysatoreinlaß.
Eine weitere Möglichkeit, festzulegen, ob eine aussagefähige Anzeige der Temperaturdifferenz erhalten wird, liegt darin, daß man das Drehzahlsignal auswertet. Solange die Drehzahl für einen bestimmten Zeitraum in etwa konstant bleibt, ist auch die Temperatur der durch den Katalysator strömenden Abgase nicht plötzlichen, motorbetriebsbedingten Anderungen unterworfen, so daß die Ermittlung der Temperaturdifferenz auch in diesem Falle einen aussagekräftigen Wert über die Funktionsfähigkeit des Katalysators liefert.
Bei einer derartigen Ausführungsform ist es jedoch wünschenswert, daß am Ende einer Drehzahlsehwankung ein gewisses Zeitintervall abgewartet wird, bis sich quasistationäre Verhältnisse eingestellt haben, so daß sich die durch die Drehzahlsnderung oder gar den Drehzahlsprung hervorgerufenen Verhältnisse wieder tabilisiert haben.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß das Temperaturdifferenzsignal nur dann ausgewertet wird, wenn die Absolutwerte der Temperatur, die vor und/oder hinter dem Katalysator gemessen wird, in einem bestimmten Wertbereich liegen. Dabei ist selbstverständlich, daß die Temperatur einen gewissen Mindestwert überschritten haben muß, da ein Katalysator erst oberhalb einer gewissen Abgastemperatur "anspringt", unterhalb dieser Temperatur ist er mehr oder weniger inaktiv. Das Erreichen dieser Mindesttemperatur kann, falls der Fahrer eine derartige Information wünscht, im Armaturenbrett angezeigt werden, beispielsweise, indem eine Warnlampe blinkt, solange die vorgegebene Temperatur noch nicht erreicht ist.
Wichtiger jedoch für die Erfindung ist die Erkenntnis, daß unter besonderen Betriebsbedingungen, nämlich dann, wenn die Abgastemperatur sich einem oberen Wert nähert, also bei hoher Drehzahl insbesondere, die Abgase durch den Katalysator eine derart hohe Strömungsgeschwindigkeit erreichen, daß die Temperaturdifferenz sich fast bis auf den Wert 0 verringert. Dementsprechend wird das Temperaturdifferenzsignal oberhalb eines Maximalwertes der Einlaß- und/ oder der Auslaßtemperatur, wie sie bei hoher Last und hohen Druckzahlen auftritt, als nicht mehr aussagekräftig verworfen.
Auch hier ist es möglich, statt des Temperatursignales zum Ermitteln dieser Grenze das Drehzahlsignal heranzuziehen, da bei sehr hohen Drehzahlen bzw. hohen Abgasdurchsätzen die Temperaturdifferenz zwischen Einlaß- und Auslaß des Katalysators bis auf 0 heruntergeht.
Im folgenden wird anhand der Zeichnung die Erfindung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt die schematische Anordnung von Sonden, mit Hilfe derer das erfindungsgemäße Verfahren zu- Anwendung kommen kann.
Mit 10 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, von der das Abgasvorrohr 12 wegführt. An das Abgasvorrohr 12 schließt sich ein Katalysator 14 an, der im weiteren in das Abgassystem 16 überführt.
Der Abgaskatalysator 14 dient in bekannter Weise zur Oxidierung der Schadstoffanteile CO sowie der Kohlenwasserstoffe HC und zur Reduzierung der Stickoxide NO Durch die Oxidationen in dem Katalysator 14 wird Wärme freigesetzt, so daß bei einem Messen der Temperatur T1 mit Hilfe einer Sonde 18 vor dem Katalysator und der Temperatur T2 mit einer Sonde 20 hinter dem Katalysator 14 bei einwandfreier Funktion des Katalysators die Temperatur T2 höher liegen muß als die Temperatur T1. Die Sonden 18 und 20 liefern ihre Signale an eine Auswerteeinheit 22, in der abhängig von dem Signal der Sonden 18 und 20 eine Warnlampe 24, die als Beispiel für optische und/oder akustische Anzeigen dienen soll, gesetzt werden kann.
Weiterhin ist als Option möglich, auch das Drehzahlsignal von der Brennkraftmaschine 10 der Auswerteinheit 22 zuzuführen.
Wird nun die Brennkraftmaschine 10 gestartet, heizen sich die Abgase, die durch den Katalysator 14 strömen, mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine 10 auf. Solange die Temperatur T1 unterhalb eines vorgebbaren Wertes von ca. 5000 C liegt, findet keinerlei Auswertung statt. Durch ein Blinken der Warnleuchte 24 kann dieser Zustand angezeigt werden, damit erhält der Fahrer die Information, daß die Temperatur der Abgase so niedrig liegt, daß der Katalysator 14 noch nicht arbeitet. Durch eine schonende Fahrweise (niedrige Drehzahlen bei höherem Lastkollektiv) kann der Fahrer in diesem Falle versuchen, den Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine 10 gering zu halten und die Aufwärmung zu beschleunigen.
Hat die Temperatur T1 die vorgegebene Schwelle übe: schritten, arbeitet der Katalysator 14, und durch die katalytische Konvertierung innerhalb des Katalysators 14 verlassen die Abgase den Katalysator 14 mit einer Temperatur T2, die über der Eintrittstemperatur T1 liegt.
Die Auswerteinheit 22 mißt die Temperatur T2 und die Temperatur T1 und erhält durch die ermittelte Temperaturdifferenz die Information, daß der Katalysator zuverlässig arbeitet.
Wird der Katalysator in seiner Funktion, beispielsweise durch bleihaltigen Kraftstoff, beeinträchtigt, findet die katalytische Konvertierung nicht mehr in ausreichendem Maße statt, die Temperaturdifferenz zwischen T2 und T1 wird kleiner, im Extremfall sind die Abgase aus dem Katalysator sogar kälter als die einströmenden Gase. Dies wird angezeigt durch die Warnlampe 24.
Nun treten aber im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 instationäre Betriebszustände auf, bei denen trotz einwandfrei arbeitenden Katalysators eine Temperaturdifferenz zwischen den Temperatursonden T1 und T2 hervorgerufen wird, die der Anzeige entspricht, daß der Katalysator ausgefallen ist. Wenn beispielsweise die Drehzahl in der Brennkraftmaschine 10 plötzlich erhöht wird, strömen heißere Abgase an der Temperatursonde 18 vorbei in den Katalysator 15 ein, während die ausströmenden Abgase an der Temperatursonde 20 noch geringere Temperatur haben. Diesen instationären Zustand würde die Auswerteinheit 22 als Fehlfunktion des Katalysators interpretieren und damit die Warnlampe 24 setzen. Da die Warnlampe 24 vorzugsweise mit einer Halteschaltung versehen wird, würde durch diesen kurzzeitigen Betriebszustand die Warnlampe 24 den Fahrer veranlassen, eine Werkstatt aufzusuchen und den Katalysator auszuwechseln, zumindest aber zu überprüfen, obwohl eine derartige Notwendigkeit nicht besteht Erfindungsgemäß wird jedoch das Temperatursignal T1, das von der Sonde 18 abgegeben wird, überwacht, und die plötzliche Temperaturänderung der Temperatur T1 läßt die Logik 22 erkennen, daß ein Übergangszustand eintritt, der zu einer Fehlinterpretation f ;ren kann.
Solange deshalb das Temperatursignal T1 sich zeitlich stark ändert, findet keine Auswertung des Temperaturdifferenzsignales statt. Erst dann wieder, wenn das Temperatursignal T1 zeitlich verhältnismäßig konstant bleibt, d.h., wenn die Differenzierung des Signals einen Wert hat, der unterhalb eines gewissen Schwellwertes liegt, wird in der Logik 22 wieder das Temperatursignal T2 mit dem Temperatursignal T1 verglichen.
Da im wesentlichen die Änderungen der Abgastemperatur durch Änderungen der Drehzahl hervorgerufen werden, ist es möglich, alternativ oder zusätzlich das Drehzahlsignal von der Brennkraftmaschine 10 abzunehmen und ebenfalls der Auswerteinheit 22 zuzuführen. Damit wird sichergestellt, daß in Bereichen größerer Drehzahländerung ebenfalls die Auswertung des Signales gestoppt wird.
Für die Qualität der Anzeige ist das Ausblenden derartiger Übergangszustände völlig ohne Bedeutung. Dem Kunden wird die Beeinträchtigung seines Katalysators eventuell erst ein oder zwei Minuten später mitgeteilt, was jedoch die Betriebsfähigkeit des Fahrzeuges nicht' beeinträchtigt. Für den Fahrer ist es wertvoller, eine wirklich zuverlässig arbeitende Anzeige ohne Fehlalarme zu besitzen, auf deren Funktionsfähigkeit er vertraut und bei deren Anzeige er dann wirklich eine Werkstatt aufsucht, als wenn er durch Fehlinformationen ~die Warnlampe letztendlich nicht mehr' beachtet.
Um die Anzeige der Warnlampe 24 von der Anzeige, daß der Katalysator unterhalb der Mindestbetriebstemperatur noch nicht arbeitet, zu unterscheiden, ist denkbar, daß bei Unterschreiten eines Mindestwertes der Temperaturdifferenz zwischen den Temperaturen T2 und T1 die Warnlampe 24 auf eine Blinkanzeige geschaltet wird. Die Möglichkeit einer alternativen oder parallelen akustischen Anzeige ist selbstverständlich.
- L e e r s e i t e -

Claims

Patenta-sprüche 1. Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators während des Normalbetriebs einer Brennkraftmaschine, wobei die Temperatur vor und hinter dem Katalysator gemessen wird und aus der auftretenden Temperaturdifferenz ein Signal zur Anzeige der Katalysatoraktivität gewonnen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man das Temperaturdifferenzsignal nur dann auswertet, wenn der Absolutwert der zeitlichen Anderung zumindest eines der Temperatursignale einen vorgebbaren Maximalwert nicht überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß die zeitliche Änderung der Temperatur sowohl vor als auch hinter dem Katalysator in einem vorgebbaren Wertintervall liegen muß zur Auswertung des Temperaturdifferenzsignals.
3. Verfahren zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators während des Normalbetriebs einer Brennkraftmaschine, wobei die Temperatur vor und hinter dem Katalysator gemessen wird und aus der auftretenden Temperaturdifferenz ein Signal zur Anzeige der Katalysatoraktivität gewonnen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß man zusätzlich das Drehzahlsignal auswertet, und das Temperaturdifferenzsignal als Maß der Katalysatoraktivität nur heranzieht, wenn der Absolutwert der zeitlichen Anderung des Drehzahlsignales einen Maximalwert nicht überschreitet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Temperaturdifferenzsignal nur dann ausgewertet wird, wenn die Absolutwerte der Temperatur vor und/oder hinter dem Katalysator in einem vorgebbaren Wertebereich liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß oberhalb einer vorgebbaren Drehzahlschwelle das Temperaturdifferenzsignal nicht ausgewertet wird.