DE3830515A1 - Verfahren zur ueberpruefung der funktion des abgaskatalysators einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion des Abgaskatalysators einer Brennkraftmaschine.

Das Abgas von Brennkraftmaschinen, insbesondere von Otto-Motoren enthält noch geringe Mengen an brennbaren Bestandteilen wie Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen sowie an Stickoxyden. Um den Anteil dieser Bestandteile auf ein vom Gesetzgeber erlaubtes Maß zu senken, muß das Abgas weitgehend von diesen Stoffen befreit werden. Dazu ist im Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein Abgaskatalysator vorgesehen, durch den die brennbaren Bestandteile möglichst voll­ ständig zu Kohlendioxyd und Wasser oxydiert und die Stickoxyde zu Stickstoff reduziert werden. Diese einer­ seits oxydierende und andererseits reduzierende Eigen­ schaft des Abgaskatalysators beruht im wesentlichen darauf, daß dieser bei einem wechselweise sauerstoff­ reichen und sauerstoffarmen Abgas während der sauer­ stoffreichen Phase des Abgases zumindest einen Teil des überschüssigen Sauerstoffes speichert, um diesen dann während der nachfolgenden sauerstoffarmen Phase des Abgases zur Oxydation der unverbrannten Bestandteile wieder abgeben zu können. Die Wirksamkeit des Abgas­ katalysators wird dabei im wesentlichen durch seine Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt.

Da die Wirksamkeit oder Funktionsfähigkeit des Abgas­ katalysators mit zunehmender Betriebsdauer abnimmt, ist es erforderlich, daß die Abgaskatalysatorfunktion regelmäßig überprüft wird.

Ein Verfahren zur Überprüfung der Abgaskatalysatorfunk­ tion bei einer mit Lambda-Regelung ausgerüsteten Brenn­ kraftmaschine ist bereits aus der DE-OS 34 43 649 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird bei kon­ stanten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine die Regelfrequenz der Lambda-Regelung mit einer vor dem Abgaskatalysator angeordneten Sauerstoffsonde bestimmt. Ferner wird die Regelfrequenz der Lambda-Regelung mit einer hinter dem Abgaskatalysator angeordneten Sauer­ stoffsonde ermittelt. Anschließend wird der Quotient dieser Regelfrequenzen gebildet. Dieser Quotient wird schließlich zur Angabe des Funktionszustandes des Abgaskatalysators mit einem vorgegebenen Soll-Wert verglichen, der einmalig für den betreffenden Abgas­ katalysatortyp ermittelt wurde.

Diesem bekannten Verfahren liegt die Erkenntnis zugrun­ de, daß der Quotient der Regelfrequenzen mit der Sauer­ stoffspeicherfähigkeit eines zu überprüfenden Abgas­ katalysators korreliert und daß diese Sauerstoffspei­ cherfähigkeit ein Maß für die Wirksamkeit bzw. Funk­ tionsfähigkeit des Abgaskatalysators ist. Da die Sauer­ stoffspeicherfähigkeit eines Abgaskatalysators beim bekannten Verfahren durch einen Eingriff in die Brenn­ kraftmaschinenregelung nur indirekt über den Quotienten der Regelfrequenzen ermittelt wird, kann die Wirksamkeit bzw. Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators mit dem bekannten Verfahren nur sehr ungenau bestimmt und damit nur sehr unzuverlässig überprüft werden.

Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht darin, daß nur die Abgaskatalysatoren von Brennkraftmaschinen überprüft werden können, bei denen eine Lambda-Regelung mit einer Sauerstoffsonde mit nichtlinearer Kennlinie vorgesehen ist. Mit dem bekann­ ten Verfahren ist es also nicht möglich, die Wirksamkeit bzw. Funktionsfähigkeit der Abgaskatalysatoren von Brennkraftmaschinen zu überprüfen, bei denen entweder keine Lambda-Regelung oder eine stetige Lambda-Regelung vorgesehen ist.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Wirksamkeit bzw. Funktion der Abgaskatalysatoren auch von Brennkraftmaschinen ohne bzw. mit stetiger Lambda-Regelung mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit überprüft werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei konstanten Betriebsbedingungen der Brennkraftma­ schine der jeweilige Sauerstoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine vor Eintritt in den Abgaskatalysator und nach Austritt aus dem Abgaskatalysator gemessen wird, daß die Differenz der beiden Sauerstoffgehalte gebildet wird, daß der Quotient aus dieser Sauerstoff­ gehaltsdifferenz und dem Sauerstoffgehalt des Abgases vor Eintritt in den Abgaskatalysator gebildet wird und daß dieser Quotient zur Angabe des Funktionszustandes des Abgaskatalysators mit einem abgaskatalysatortyp­ spezifischen Sollwert verglichen wird.

Wie bereits vorstehend dargelegt, stellt die Sauer­ stoffspeicherfähigkeit eines Abgaskatalysators ein Maß für dessen Wirksamkeit und Funktionsfähigkeit dar. Diese Sauerstoffspeicherfähigkeit eines Abgaskatalysators wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Messen des jeweiligen Sauerstoffgehaltes des Abgases der Brenn­ kraftmaschine vor Eintritt in den Abgaskatalysator und nach Austritt aus dem Abgaskatalysator direkt und daher mit einer sehr hohen Genauigkeit bestimmt. Der aus der Differenz der beiden gemessenen Sauerstoffgehalte und dem Sauerstoffgehalt des Abgases vor Eintritt in den Abgaskatalysator gebildete Quotient gibt unmittelbar die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines gerade überprüften Abgaskatalysators an. Diese gemessene Sauerstoffspei­ cherfähigkeit wird mit dem Wert der Sauerstoffspeicher­ fähigkeit eines neuen Abgaskatalysators desselben Typs verglichen. Das Vergleichsergebnis gibt dann die Wirk­ samkeit bzw. Funktionsfähigkeit des überprüften Abgas­ katalysators in Relation zu einem neuen Abgaskatalysator desselben Typs an.

Neben der hohen Genauigkeit besteht ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin, daß es auch zur Überprüfung der Abgaskatalysatoren von Brennkraftma­ schinen angewandt werden kann, bei denen entweder keine oder eine stetige Lambda-Regelung vorgesehen ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die zeitlichen Mittelwerte der gemessenen Sauerstoffgehalte gebildet und zur Differenzbildung verwendet. Es können dadurch kurzzeitige Abweichungen der Sauerstoffgehalte von ihrem jeweiligen Mittelwert eliminiert werden, welche auf eine eventuelle kurzfristige Störung im Abgas der Brennkraftmaschine zurückzuführen sind.

Vorzugsweise werden die Sauerstoffgehalte mit Hilfe jeweils einer am Eingang und einer am Ausgang des Abgaskatalysators angeordneten Sauerstoffsonde mit linearer Kennlinie gemessen. Bei bekanntem linearen Zusammenhang des Sauerstoffgehaltes des die Sauerstoff­ sonde umströmenden Abgases und der elektrischen Aus­ gangsspannung der Sauerstoffsonde kann der Sauerstoff­ gehalt des Abgases durch einfache Messung der elektri­ schen Ausgangsspannung der Sauerstoffsonde bestimmt werden.

Wenn nach einer Weiterbildung der Erfindung der abgas­ katalysatortypspezifische Sollwert mit Hilfe einer Sollwertvorgabeeinrichtung für verschiedene Abgaskata­ lysatortypen individuell vorgebbar ist, dann können mit einer einzigen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Prüfeinrichtung lediglich durch Umschalten der Sollwertvorgabeeinrichtung Abgaskatalysatoren unterschiedlichen Typs überprüft werden.

Eine weitere Komfortverbesserung einer derartigen Prüfeinrichtung wird erreicht, wenn der Funktionszustand eines gerade überprüften Abgaskatalysators mit Hilfe einer optischen Anzeigeeinrichtung angegeben wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Prüfeinrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet,

Fig. 2 ein erstes Diagramm, das die Sauerstoff­ gehalte bei Eintritt in und bei Austritt aus einem neuen, also ordnungsgemäß funk­ tionierenden Abgaskatalysator wiedergibt, und

Fig. 3 ein zweites Diagramm, das die Sauerstoffge­ halte des Abgases bei Eintritt in bzw. bei Austritt aus einem gealterten, d. h. nicht mehr funktionsfähigen Abgaskatalysator wie­ dergibt.

In Fig. 1 ist ein Abgaskatalysator 1 dargestellt, der in Richtung A vom Abgas einer nicht dargestellten Brenn- Kraftmaschine durchströmt wird. Am Eingang 2 des Abgas­ katalysators 1 ist eine erste vom Abgas umströmte Sauerstoffsonde 3 mit linearer Kennlinie vorgesehen. Da zwischen dem Sauerstoffgehalt des Abgases am Eingang 2 des Abgaskatalysators 1 und dem Ausgangssignal der Sauerstoffsonde 3 ein linearer Zusammenhang besteht, ist die Größe des Ausgangssignals der Sauerstoffsonde 3 ein Maß für den Sauerstoffgehalt des Abgases am Eingang 2 des Abgaskatalysators 1. Zum Ausgleich von kurzzeitigen Schwankungen des Ausgangssignals der Sauerstoffsonde 3 wird dieses einer ersten Mittelwertbildungseinrichtung 4 zugeführt. Der am Ausgang der ersten Mittelwertbil­ dungseinrichtung 4 erhaltene Mittelwert des Ausgangs­ signals der ersten Sauerstoffsonde 3 wird gleichzeitig einer ersten Summationseinrichtung 5 und einer Divi­ sionseinrichtung 6 zugeführt.

Am Ausgang 7 des Abgaskatalysators 1 ist eine von dem aus dem Abgaskatalysator 1 austretenden Abgas umströmte zweite Sauerstoffsonde 8 mit linearer Kennlinie vorge­ sehen. Das Ausgangssignal der zweiten Sauerstoffsonde 8 wird zum Ausgleich von kurzzeitigen Schwankungen analog dem Ausgangssignal der ersten Sauerstoffsonde 3 einer zweiten Mittelwertbildungseinrichtung 9 zugeführt. Der am Ausgang der zweiten Mittelwertbildungseinrichtung 9 erhaltene zeitliche Mittelwert des Ausgangssignals der zweiten Sauerstoffsonde 8 wird dem invertierenden Eingang der Summationseinrichtung 5 zugeführt. Am Ausgang der Summationseinrichtung 5 wird nun ein Signal erhalten, das die Differenz der zeitlichen Mittelwerte der Ausgangssignale der beiden Sauerstoffsonden 3 und 8 und damit die Differenz der Mittelwerte der Sauerstoff­ gehalte des Abgases beim Eintritt in den Abgaskataly­ sator 1 und beim Austritt aus dem Abgaskatalysator 1 wiedergibt. Diese Differenz der Mittelwerte der gemes­ senen Sauerstoffgehalte wird in der Divisionseinrichtung 6 durch den Mittelwert des Ausgangssignals der Sauer­ stoffsonde 3 und damit durch den Mittelwert des Sauer­ stoffgehalts am Eingang 2 des Abgaskatalysators 1 dividiert. Am Ausgang der Divisionseinrichtung 6 er­ scheint dann die auf den Mittelwert des Sauerstoffge­ halts am Eingang 2 des Abgaskatalysators 1 bezogene Differenz der Mittelwerte der Sauerstoffgehalte am Eingang 2 und am Ausgang 7 des Abgaskatalysators 1. Dieses Ausgangssignal der Divisionseinrichtung 6 stellt damit ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators 1 dar. Es wird zum Vergleich mit einem abgaskatalysatortypspezifischen Sollwert einer zweiten Summationseinrichtung 10 zugeführt, deren invertierender Eingang mit einer Sollwertvorgabeeinrichtung 11 verbun­ den ist. Mit Hilfe dieser Sollwertvorgabeeinrichtung 11 kann für verschiedene Abgaskatalysatortypen der jeweils einmalig ermittelte gültige Sollwert vorgegeben werden. Durch Vergleich der Sauerstoffspeicherfähigkeit des überprüften Abgaskatalysators 1 mit der vorgegebenen Sauerstoffspeicherfähigkeit eines neuen und voll funk­ tionsfähigen Abgaskatalysators desselben Typs wird am Ausgang der dritten Summationseinrichtung 10 ein Aus­ gangssignal erhalten, das den Funktionszustand des gerade überprüften Abgaskatalysators 1 angibt. Dieser Funktionszustand wird in der Anzeigeeinrichtung 12 beispielsweise auf optischem Wege angezeigt.

Mit Hilfe der Fig. 2 und 3 soll lediglich gezeigt werden, wie sehr sich die Sauerstoffspeicherfähigkeit eines neuen und damit voll funktionsfähigen Abgaskata­ lysators von der eines alten und damit nicht mehr funktionsfähigen Abgaskatalysators unterscheidet.

In den beiden Diagrammen der Fig. 2 und 3 ist in Form der Kennlinie I jeweils der Sauerstoffgehalt des Abgases am Eingang eines zu überprüfenden Abgaskatalysators in Abhängigkeit vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis Lambda des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft- Gemisches aufgetragen. Im Diagramm von Fig. 2 ist im Vergleich zur Kennlinie I in Form der Kennlinie II der Sauerstoffgehalt des Abgases am Ausgang eines neuen und damit voll funktionsfähigen Abgaskatalysators in Abhän­ gigkeit vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis Lambda darge­ stellt. Es ist deutlich zu erkennen, daß sich bei einem neuen und damit voll funktionsfähigen Abgaskatalysator die Sauerstoffgehalte am Eingang und am Ausgang des Abgaskatalysators deutlich unterscheiden, was auf einer großen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskatalysators beruht.

Im Unterschied zum Diagramm von Fig. 2 ist im Diagramm von Fig. 3 in Form der Kennlinie III der Sauerstoffge­ halt des Abgases am Ausgang eines gealterten und damit nicht mehr funktionsfähigen Abgaskatalysators in Abhän­ gigkeit vom Kraftstoff-Luft-Verhältnis Lambda darge­ stellt. Der Vergleich mit der im Diagramm von Fig. 3 ebenfalls eingezeichneten Kennlinie I, die den Sauer­ stoffgehalt des Abgases am Eingang des Abgaskatalysators wiedergibt, zeigt, daß sich die Sauerstoffgehalte des Abgases am Eingang und am Ausgang eines gealterten und damit nicht mehr funktionsfähigen Abgaskatalysators nur noch sehr wenig unterscheiden, was auf einer nur noch geringen Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgaskataly­ sators beruht.

Wie vorstehend dargelegt, stellt die Sauerstoffspei­ cherfähigkeit eines Abgaskatalysators ein Maß für dessen Wirksamkeit bzw. Funktionsfähigkeit dar. Diese Sauer­ stoffspeicherfähigkeit wird beim erfindungsgemäßen Verfahren in einfacher Weise dadurch sehr genau be­ stimmt, daß die Sauerstoffgehalte des Abgases am Eingang und am Ausgang eines zu überprüfenden Abgaskatalysators gemessen und zueinander in Relation gesetzt werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Überprüfung der Funktion des Abgas­ katalysators einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß bei konstanten Betriebsbedin­ gungen der Brennkraftmaschine der jeweilige Sauer­ stoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine vor Eintritt in den Abgaskatalysator (1) und nach Austritt aus dem Abgaskatalysator (1) gemessen wird, daß die Differenz der beiden Sauerstoffge­ halte gebildet wird, daß der Quotient aus dieser Sauerstoffgehaltsdifferenz und dem Sauerstoffgehalt des Abgases vor Eintritt in den Abgaskatalysator (1) gebildet wird und daß dieser Quotient zur Angabe des Funktionszustandes des Abgaskatalysators (1) mit einem abgaskatalysatortypspezifischen Sollwert verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Mittelwerte der gemessenen Sauerstoffgehalte gebildet und zur Differenzbildung verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sauerstoffgehalte mit Hilfe jeweils einer am Eingang (2) und einer am Ausgang (7) des Abgaskatalysators (1) angeordneten Sauer­ stoffsonde (3, 8) mit linearer Kennlinie gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der abgaskatalysator­ typspezifische Sollwert mit Hilfe einer Sollwert­ vorgabeeinrichtung (11) für verschiedene Abgas­ katalysatortypen individuell vorggebbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Funktionszustand des Abgaskatalysators (1) mit Hilfe einer optischen Anzeigeeinrichtung (12) angegeben wird.