SE510091C2 - Förfarande och anordning för detektering av oxiderbara ämnen i ett avgasutlopp - Google Patents

Description

1.5 20 25 30 35 510 091 2 Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas med ett utföringsexempel under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 schematiskt visar ett exempel på en pellistor och fig. 2 visar schematiskt ett exempel på en detekterings- anordning enligt uppfinningen.

Pellistorn är i och för sig tidigare känd, men beskrives här i en fördelaktig utföringsform. Namnet pellistor härstammar från “en pelletform.av resistor". Pellistorn är således ett elektriskt motståndselement i form av en platinatråd 2 av klen dimension, exempelvis en diameter av 50 p, vilken är doppad i aluminiumoxid och inlagd i ett hölje 3 i form av en katalysator, vilken exempelvis är baserad på palladium, platina, nickel eller rodium.

Platinatrådens ändar 4, 5 utskjuter ur höljet och bildar pellistorns två anslutningar till andra komponenter i mätanordningen. För att uppnå en god respons har' man eftersträvat en 'maximering av förhållandet area/volym.

Detta har i det valda exemplet uppnåtts genom att höljet 3 bildas av en tunn film, varvid motståndstråd med omgivande hölje formas till en cylinder, som är rak eller t.ex. U- krökt. Med ett U-krökt hölje kan man utsätta ena sidan för luft och andra sidan för den gas som skall mätas.

Pellistorn är en typ av resistor med temperaturberoende resistans, som dessutom utvecklar värme med förhållandevis hög temperatur, exempelvis 500-600°C, när en spänning läggs över pellistorn. När tändpunkten uppnåtts för oxiderbara ämnen, som kommer i kontakt med katalysatorhöljets 3 yta kommer dessa att förbrännas på ytan. Temperaturen på pellistorn kommer då att stiga ytterligare på grund av det utvecklade reaktionsvärmet, varvid resistansen i platina- tråden 2 stiger, vilket kan avläsas genom ström- eller spänningsmätning. 10 15 20 25 30 510 091 3 Såsom framgår av fig. 2 är detekteringsanordningen enligt uppfinningen uppbyggd såsom en mätbrygga, i det visade exemplet en Wheatstone-brygga med en första gren, i vilken den ovan beskrivna pellistorn är inkopplad. Denna benämnes forsättningsvis den aktiva pellistorn D. I en andra brygga är en andra pellistor R inkopplad, vilken saknar det ovan beskrivna katalytiska höljet och utgör därför en inaktiv referenspellistor som är avsedda att kompensera för vissa miljöparametrar, såsom temperaturtryck, flöde, luftfuktig- het etc. I de båda övriga grenarna i bryggan är inkopplade två identiska motstånd 6, 7 med relativt låg resistans, i det visade exemplet 270 ohm. Parallellt. med referens- pellistorn 1 är inkopplat ett motstånd 8, vars storlek är specifik för varje pellistorpar. över pellistorernas D, R båda icke gemensamma och kopplingspunkter 9, 10 är en spänningskälla 11 inkopplad för spänningsmatning. Paral- lellt med denna är inkopplad en potentiometer 12, vars rörliga anslutning 13 är ansluten till de båda fasta motstândens 6, 7 gemensamma kopplingspunkt 14. Över denna kopplingspunkt 14 och pellistorernas gemensamma kopplings- punkt 15 är inkopplad en spänningsmätare 16, som exempelvis innefattar en signalförstärkare för förstärkning av spänningssignalen från Wheatstone-bryggan med exempelvis 10 gqr.

När bryggan är i balans, dvs när pellistorernas resistanser är inbördes lika stora med inbördes avvikelse kompenserad medelst motståndet 8, uppstår ej någon spänningsskillnad över punkterna 14 och 15. Komponenttoleranser, obalans i bryggan kan ytterligare kompenseras medelst potentiometern 12 så att ett nollvärde hos spänningsmätaren 16 kan inställas i en miljö när oxiderbara ämnen ej är närvarande. 10 15 20 25 30 35 510 09"! När detekteringsanordningen och närmare bestämt de båda pellistorerna 1, 2 placeras i ett utrymme med oxiderbara ämnen samtidigt som spänningskällan 11 inkopplas så, att temperaturen i. givarpellistorns 1. hölje 3 stiger till sådant värde, att oxiderbara ämnen förbränns på ytan, kommer givarpellistorns resistans att stiga. Detta medför en obalans i mätbryggan så att en spänning uppträder mellan punkterna 14 och 15, vilket avläses i spänningsmätaren 16, direkt i form av ett mätvärde, eller kan efter signalbe- handling indikera närvaro och även halten av oxiderbara ämnen.

Enligt uppfinningen är detekteringsanordningen särskilt avsedd för mätning av driftsförhållanden hos förbrännings- motorer. Exempel på sådan detektering är detektering av drivmedlets förbränning, vilket kan utnyttjas såväl för laboratorietester som för kontinuerlig driftsövervakning.

I sistnämnda fall kan detekteringsanordningen ingå i ett automatiskt styrsystem för justering av parametrar, som påverkar förbränningsförhållandena så, att optimal för- bränning kan erhållas, exempelvis styrning av bränslein- sprutningen eller tändningsinställning. Detekteringsanord- ningen placeras härvid.med åtminstone ett pellistorpar, dvs såväl den aktiva pellistorn som referenspellistorn, i utloppet från förbränningsrummen, direkt efter dessa eller längre bort i utloppssystemet. Detekteringsanordningen kan även detektera en katalysators funktion i en förbrännings- motors utlopp. Härvid kan detekteringsanordningen placeras efter katalysatorn för att analysera avgaserna och närmare bestämt närvaron eller halten av oförbrända oxiderbara ämnen eller för att bestämma katalysatoromsättningen, dvs katalysatorns verkningsgrad. I sistnämnda fall användes ett dubbelt system med dubbla pellistorpar, ett par placerat före katalysatorn och ett efter katalysatorn. Genom dubbla mätbryggor erhålles dubbla utsignaler, som jämföres och 10 15 20 25 30 35 510 097 5 signalbehandlas i en signalbehandlingsutrustning. Dock är det för stabila motorer tillräckligt med ett pellistorpar efter katalysatorn för detektion av verkningsgraden.

Förutom detektering av förbränningsavgaserna kan detekte- ringsanordningen även användas för att detektera och analysera bränslets ångtryck direkt i bränsletanken, varvid ett pellistorpar detekterar halten av kolväten ovanför ett flytande bränsles vätskeyta i tanken. Genom att bränslet i gasfas i tanken kommer att ha ett överskott av brännbart material vid "normala" termperaturer, detekteras i själva verket mängden syre i tanken. Ur detta kan sedan ångtrycket beräknas. Mätningen sker lämpligen direkt före kallstart, eventuellt vid varmstart när stabilitet har inträtt, dvs. jämvikt i tanken på grund av kommunikation med atmosfären.

Vid stabila tillstånd mäts även yttertemperaturer för att bilda en referens och en korrektionsfaktor.

Vid placering av detekteringsanordningens pellistorpar i en förbränningsmotors avgasutlopp kan anordningen utnyttjas för detektering av udsständningar genom analys av för- bränningsvärmet. Vidare kan transienta emissioner karaktä- riseras genom utvärdering av detektoranordningens utsignal.

Därvid kan analyseras andelen oförbrända ämnen i emissio- nerna vid varierande motorvarvtal, särskilt vid accelera- tion och retardation.

För en god korrelation eftersträvas även att avgasflödet ej uppvisar alltför fet blandning, som är ett resultat av en alltför fet bränsle/luftblandning. I tillämpningar, där feta blandningar förekommer, kan pellistorerna placeras i ett sidoflöde, där luft tillsättes för att göra blandningen mer mager. Alternativt kan en spänning läggas över en keramisk bärare (jonpump) som på ena sidan har tillträde till atmosfären och på andra sidan tillträde till den gasmiljö som analyseras. 510 091 10 15 20 25 6 Vid olika försök har konstaterats att responsen från detektoranordningen över ett stort mätområde är i stort sett proportionell, vilket har konstaterats vid mätning av kolvätekoncentrationer. Även god korrelation har konstate- rats vid mätning av kolmonoxid.

Oförbrända rester i en förbränningsmotors avgassystem kan utgöras av ett flertal olika ämnen. Medelst detekterings- anordningen enligt uppfinningen kan ämnen med olika tändtemperatur selekteras genom att givarpellistorn ges olika matningsspänning och därmed olika, av resistansen skapade temperaturer. Detta kan lösas antingen genom att dubbla detekteringsanordningar inrättas med olika matnings- spänning eller att en och samma detekteringsanordning bringas att arbeta i olika moder eller intervall med skilda spänningsnivåer för de olika tidsintervallen med en på motsvarande sätt tidsuppdelad analys i signalbehandlingen.

Uppfinningen är ej begränsad till ovan beskrivna och på ritningen visade utföringsexempel utan kan varieras inom Exempelvis kan mät- Med ideala komponenter kan exempelvis såväl den fasta resistorn 8 som Vidare kan andra spännings- ramen för efterföljande patentkrav. bryggan konstrueras med en annan kretslösning. potentiometern 12 utelämnas . och resistansvärden förekomma.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 51oro91 PATENTKRAV:

1. l. Förfarande för detektering av oxiderbara ämnen i avgasutloppet hos en förbränningsmotor, medelst en mätan- ordning i vilken ingår åtminstone en mätbrygga med åt- minstone två pellistorer (D, R), som placeras i nämnda avgasutlopp, varvid mätbryggan utsättes för en elektrisk drivspänning och den ena pellistorn bildar en aktiv pellistor (D) genom att på sin genom resistansen upphettade yta förbränna nämnda oxiderbara ämnen och därmed öka sin av temperaturen beroende resistans och den andra pellistorn (R) tjänstgör som referens genom att i likhet med den aktiva pellistorn ändra resistansen i beroende av likartade miljöparametrar utan att höja sin temperatur genom närvaron av brännbara ämnen, varvid oxiderbara ämnen detekteras genom mätning av spänningsvariationer i mätbryggan, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att till avgasutloppet tillföres ett kontrollerat flöde av luft före givarpellis- torns (p) position.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v , att en elektrisk spänning lägges över en keramisk bärare, som på ena sidan har tillträde till atmosfären och på andra sidan har tillträde till avgaserna i utloppet.

3. Förfarande enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a t d ä r a v, att misständningar hos förbrän- ningsmotorn detekteras.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, attdentillfördaspän- 10 15 20 25 30 510 091 8 ningen varieras för att detektera olika ämnen med olika tändtemperatur.

5. Anordning för detektering av oxiderbara ämnen i avgasutloppet hos en förbränningsmotor, i vilken anordning ingår åtminstone en mätbrygga med åtminstone två pellisto- rer (D, R), som är inrättade att placeras i nämnda avgasut- lopp, och en elektrisk spänningskälla för spänningsmatning till mätbryggan, varmed den ena pellistorn (D) bildar en aktiv pellistor, inrättad att på sin genom resistansen upphettade yta förbränna nämnda oxiderbara ämnen och därmed öka sin av temperaturen beroende resistans och den andra pellistorn (R) är en referenspellistor, inrättad att i likhet med den aktiva givarpellistorn ändra resistansen i beroende av likartade miljöparametrar, varvid en utsignal från bryggan i form av en elektrisk spänning utgör en indikering av närvaron av oxiderbara ämnen i avgasutloppet, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att anordningen inne- fattar medel för tillförsel av ett kontrollerat flöde av luft före givarpellistorns (D) position.

6. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k - n a d d ä r a v , att nämnda medel innefattar en keramisk bärare över vilken en elektrisk spänning lägges, vilken bärare på ena sidan har tillträde till atmosfären och på andra sidan har tillträde till avgaserna i utloppet.

7. Anordning enligt patentkrav 5 eller 6, k ä n n e - t e c k n a d d ä r a v, att pellistorerna (D, R) är inkapslade i en skyddshuv.