DE3935381A1

DE3935381A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberpruefung der funktionsfaehigkeit eines abgaskatalysators

Info

Publication number: DE3935381A1
Application number: DE3935381A
Authority: DE
Inventors: Juergen Ing Grad Winckler; Juergen Picker; Hartmut Hubensack
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1988-10-28
Filing date: 1989-10-24
Publication date: 1990-05-03

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funk tionsfähigkeit eines Abgaskatalysators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Zur Einhaltung der gesetzlich limitierten Grenzwerte der im Abgas einer Brennkraftmaschine vorhandenen Schadstoffkomponenten müssen die in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine ange ordneten Abgaskatalysatoren eine Mindestumsatzrate aufweisen. Thermische und mechanische Belastungen des Abgaskatalysators sowie dessen zunehmende Verunreinigung bei fortschreitender Betriebsdauer führen zu einer fortlaufenden Verminderung der Umsatzrate. Aus diesem Grunde ist nach vorgebbaren Betriebs dauerintervallen die Einhaltung der Grenzwerte der Schadstoffe im Abgas zu überprüfen.

Zur Überprüfung der Aktivität von Abgaskatalysatoren sind aus der Beschreibungseinleitung der DE-PS 35 24 592 Verfahren bekannt, bei denen der in einem Fahrzeug angeordnete Katalysator auf besonderen Prüfständen überprüft wird. Eine derartige Funktions überprüfung ist kostenaufwendig und kann nicht in jeder Werkstatt durchgeführt werden. Darüber hinaus werden in der DE-PS 35 24 592 Verfahren beschrieben, bei denen eine Bauteilüberprüfung an einem ausgebauten Abgaskatalysator vorgenommen wird. Der ent scheidende Vorteil einer derartigen Bauteilüberprüfung ist darin zu sehen, daß mit geringem zeitlichen und technischen Aufwand die Funktionsfähigkeit von Abgaskatalysatoren hinsichtlich ihres statischen und dynamischen Umsetzungsverhaltens, nachgewiesen werden kann.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, bei dem mit einfachen Mitteln und geringem finanziellen Aufwand die Funktionsfähigkeit eines im Kraftfahrzeug eingebauten Abgaskatalysators überprüft werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zunächst der Abgaskatalysator auf eine erste vorgebbare Mindesttempera tur erwärmt wird. Nach Erreichen dieser ersten vorgebbaren Mindest temperatur wird die Brennkraftmaschine im Leerlauf betrieben. Weil das im Leerlaufbetrieb von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas im Vergleich zum Vollastbetrieb größere Anteile an Kohlen monoxid, Kohlendioxid sowie Kohlenwasserstoffen und nur verschwin dend geringe Mengen an Stickoxiden enthält, werden während des Leerlaufbetriebes erfindungsgemäß dem Abgas vorgebbare Mengen an Stickoxid zugeführt. Die Konzentration der vom Abgaskatalysator nicht umgesetzten Stickoxidanteile, im folgenden auch Restkon zentration genannt, wird mit Bezug auf die Richtung der Abgas strömung hinter dem Abgaskatalysator erfaßt. Auf diese Weise kann beim Unterschreiten eines vorgebbaren Schwellenwertes für die Restkonzentration die Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysa tors beispielsweise nach einem einfachen Ja-Nein-Kriterium be stimmt werden. Alternativ hierzu kann aber auch bei entsprechend genauer Messung der Stickoxid-Restkonzentration die Umsatzrate durch Vergleich mit der stromauf des Abgaskatalysators vorliegenden Stickoxid-Konzentration bestimmt werden.

Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens und darüber hinaus vorteilhafte Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In der Zeichnung ist schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Dort ist mit 1 eine Brennkraftmaschine bezeichnet, deren Abgase über eine Abgasleitung 2, einen Abgaskatalysator 3 und ein Auspuffrohr 4 ausgeleitet werden. Ein Gasvorratsbehäl ter 5 ist über eine Gaszumeßeinrichtung 6 und eine Gasleitung 7 mit einem Befüllungsmittel 8 verbunden, das innerhalb der Abgas leitung 2 stromauf des Abgaskatalysators 3 angeordnet ist. Alter nativ zu dieser Art der Zumessung können die in dem Gasvorrats behälter 5 enthaltenen Gase auch dem Ansaugsystem 9 der Brenn kraftmaschine 1 zugeleitet werden. Mit 10 ist eine bewegliche und in der Höhe verstellbare Abdeckeinrichtung bezeichnet, mit deren Hilfe der aufgeheizte Abgaskatalysator 3 vor übermäßig großen Wärmeverlusten geschützt werden soll. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführung ist die Abdeckeinrichtung 10 sogar noch mit einer Heizeinrichtung versehen, um so bei einer übermäßig starken Abkühlung des Abgaskatalysators 3 diesem gegebenenfalls noch Wärme zuführen zu können. In dem Auspuffrohr 4 ist eine Abgasmeßsonde 11.1 angeordnet, die eine Gasprobe über eine Ver bindungsleitung dem Gasanalysator 11.2 zuführt. Ein stromab des Abgaskatalysators 3 angeordnetes Thermoelement 12 ist mit einer zentralen Steuereinrichtung 13 verbunden, welche die Zumeß einrichtung 6 und die Abdeckeinrichtung 10 mit Steuersignalen beaufschlagt. Die im Gasanalysator 11.2 ermittelten Meßwerte werden ebenfalls der zentralen Steuereinrichtung 13 zugeführt, die gegebenenfalls mit hier nicht dargestellten Meßwertschreibern verbindbar ist.

Im folgenden wird nun ein werkstattgerechter Ablauf des erfin dungsgemäßen Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators 3 beschrieben. Zunächst wird der Abgas katalysator 3 auf eine erste vorgebbare Mindesttemperatur erwärmt. Der Betrag dieser ersten vorgebbaren Mindesttemperatur ist vom Fahrzeughersteller anzugeben. Zweckmäßigerweise wird das den Abgaskatalysator 3 enthaltende Fahrzeug "warmgefahren", so daß der Abgaskatalysator 3 mit heißem Abgas aufgeheizt werden kann. Nach Erreichen der ersten vorgebbaren Mindesttemperatur wird die Brennkraftmaschine 1 nach Herstellerdaten im Leerlauf be trieben. In diesem Betriebszustand enthält das Abgas als Schad stoffkomponenten hauptsächlich Kohlenmonoxid und Kohlenwasser stoffe. Stickoxide sind jedoch im Leerlaufbetrieb kaum nachweis bar. Erfindungsgemäß wird deshalb aus dem Gasvorratsbehälter 5 Stickoxid über das Befüllungsmittel 8 dem heißen Abgas in der Abgasleitung 2 zugesetzt. Durch die zentrale Steuereinrichtung 13 kann die Zumeßeinrichtung 6 beispielsweise so beaufschlagt werden, daß die Zumessung der Stickoxide in dem heißen Abgas zu einem reaktionsfähigen Gemisch der drei Schadstoffkomponenten führt. Auf diese Weise kann das statische Umsetzungsverhalten des Abgaskatalysators 3 bestimmt werden. In Abhängigkeit von Signalen der zentralen Steuereinrichtung 13 kann die Zumeßeinrich tung 6 aber auch in der Weise beaufschlagt werden, daß die Stick oxide mit einer periodischen Mengenänderung dem Abgas zugeführt werden, damit auch das dynamische Umsetzungsverhalten des Abgas katalysators 3 überprüft werden kann. Mit Hilfe der Abgasmeßson de 11.1 wird die Stickoxidkonzenration stromab des Abgaskata lysators 3 erfaßt und im Gasanalysator 11.2 ausgewertet. Die so bestimmte Stickoxidkonzentration stromab des Abgaskatalysa tors 3 wird verglichen mit der Stickoxidkonzentration strom auf des Abgaskatalysators 3. Letztere muß nicht zwangsläufig mit einer Abgasmeßsonde bestimmt werden, weil sie auch rechnerisch aus der von der Brennkraftmaschine 1 gelieferten Abgasmenge und aus der zugemessenen Stickoxidmenge bestimmt werden kann. Die Stickoxidkonzentrationen stromauf und stromab des Abgaskata lysators 3 werden innerhalb einer Rechnereinheit in der zentralen Steuereinrichtung 13 verglichen. Das Ergebnis dieser Vergleichs rechnung liefert eine Aussage über die Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators 3.

Im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 1 ist in der Regel durch Wärmeabstrahlung und -leitung der Wärmeverlust im Abgas katalysator 3 größer als die durch das heiße Abgas bewirkte Wärmezufuhr. Der Abgaskatalysator 3 kühlt also allmählich aus. Mit Hilfe des Thermoelementes 12 wird deshalb vor und während der Abgasmessung die Temperatur des Abgaskatalysators 3 überwacht, damit die Abgasmessung des Abgaskatalysators 3 unterbrochen oder gar nicht erst begonnen wird, wenn die Temperatur des Abgas katalysators 3 durch Auskühlung eine zweite vorgebbare Mindest temperatur, deren Betrag kleiner als die erste vorgebbare Mindest temperatur und ebenfalls vom Fahrzeughersteller anzugeben ist, unterschreitet. Mit Hilfe der Abdeckeinrichtung 10 soll ein schnelles Auskühlen des Abgaskatalysators 3 im Leerlaufbetrieb verhindert werden. Gegebenenfalls kann in der Abdeckeinrichtung 10 auch eine Heizeinrichtung vorgesehen sein, welche dem Abgas katalysator 3 noch zusätzlich Wärme zuführen kann.

Selbstverständlich kann ein eingebauter Abgaskatalysator 3 auch mit einer Einrichtung überprüft werden, bei der dem Gasvorratsbe hälter 5 ein Gasgemisch mit stöchiometrischer Zusammensetzung entnommen wird. Dieses Gasgemisch wird gegebenenfalls beheizt und über das Befüllungsmittel 8 dem Abgaskatalysator 3 zugeführt. Dieser ist zuvor durch eine in der Abdeckeinrichtung 10 eingebaute Heizeinrichtung auf die zur Bestimmung der Umsatzrate erforderliche Betriebstemperatur erwärmt worden. Der weitere Verfahrensablauf zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Abgaskatalysators gleicht dann dem zuvor bereits beschriebenen Ablauf.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nicht vom Einsatz einer zentralen Steuereinrichtung abhängig. Die Bedienung der Gaszumeßeinrichtung 6 und der Abdeckeinrichtung 10 kann beispielsweise auch für den Handbetrieb ausgelegt sein. Ferner ist prinzipiell bezüglich der meßtechnischen Geräte für die ordnungsgemäße Durchführung der Funktionsüberprüfung ein mit einer Abgasmeßsonde verbundener Gasanalysator sowie ein Temperaturmeßmittel völlig ausreichend. Zweckmäßigerweise können Temperaturmeßmittel und Gasanalysator mit optischen oder akusti schen Signalgebern ausgerüstet sein, damit das Bedienpersonal nach einfachen Ja-Nein-Kriterien die Funktionsfähigkeit des Abgaskatalysators bestimmen kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt also auf vielfältige Weise mit dem Einsatz handelsüblicher Geräte in jeder Werkstatt eine leicht handhabbare Überprüfung der Funktionsfähigkeit und erfordert zudem nur einen äußerst geringen Investitionsaufwand.

Claims

1. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Abgas katalysators (3) einer Brennkraftmaschine (1), dadurch gekenn zeichnet, daß

- der Abgaskatalysator (3) auf eine erste vorgebbare Mindest temperatur erwärmt wird,
- nach Erreichen der ersten vorgebbaren Mindesttemperatur die Brennkraftmaschine (1) im Leerlauf betrieben wird,
- während des Leerlaufbetriebes dem Abgas vorgebbare Mengen an Stickoxid zugeführt werden,
- hinter dem Abgaskatalysator (3) die verbleibende Konzen tration des zugeführten Stickoxids meßtechnisch erfaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgaskatalysator (3) durch das heiße Abgas erwärmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Stickoxids über das Ansaugsystem (9) der Brenn kraftmaschine erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Stickoxids in einer zwischen der Brennkraft maschine (1) und dem Abgaskatalysator (3) angeordneten Ab gasleitung (2) über ein Befüllungsmittel (8) erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte vorgebbare Menge an Stickoxid so dosiert wird, daß stromauf des Abgaskatalysators (3) die Mischung der Stick oxide mit den heißen Abgasen zumindest annähernd zur Bildung eines stöchiometrisch zusammengesetzten Gasgemisches führt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den heißen Abgasen zugeführte vorgebbare Menge an Stickoxid kleiner ist als die zur Bildung eines stöchiometrisch zusam mengesetzten Gasgemisches erforderliche Stickoxidmenge.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zugeführte Menge Stickoxid ihrem Betrage nach im Rahmen vorgebbarer Grenzwerte periodische Schwankungen auf weist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Stickoxidkonzentration unterbrochen wird, wenn am Abgaskatalysator (3) eine zweite vorgebbare Mindesttempera tur, deren Betrag kleiner ist als derjenige der ersten vor gebbaren Mindesttemperatur, unterschritten wird.

9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Einrichtung Mittel (10) zur Wärmeisolierung und/oder Beheizung des Abgaskatalysators (3), Temperaturmeßmittel (12) zur Überwachung der Temperatur des Abgaskatalysators (3), Mittel (6) zur Zumessung des zuzuführenden Stickoxides sowie mindestens eine Abgasmeß sonde (11.1) und ein Gasanalysator (11.2) vorgesehen sind.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Durchführung des Verfahrens benötigten Mittel und Geräte mit einer zentralen Steuereinrichtung (13) lösbar verbunden sind.