DE3736259C2 - Einrichtung zur Ermittlung des Konvertierungsgrads eines Katalysators - Google Patents
Einrichtung zur Ermittlung des Konvertierungsgrads eines KatalysatorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan
spruchs 1.
Die Erzeugung vorgegebener Drehzahlsequenzen dient nach dem sogenannten INCOLL-
Verfahren (siehe beispielsweise Klingenberg und Schürmann "Eine Idee zur Überprü
fung der Effizienz von Abgaskatalysatoren in Personenwagen", MTZ 46 (1985),
261, oder Collin "INCOLL - ein neuer Lösungsweg zur Abgaskontrolle", MTZ 47
(1986), 173) letztlich zur Erzeugung einer für das Meßverfahren geeigneten Rohab
gasmenge und einer vorgegebenen Temperatur des Katalysators durch Ausnutzung
der Massenträgheit der Brennkraftmaschine insbesondere im Leerlauf als Last
der Maschine. Bezüglich Einzelheiten wird auf die genannten Literaturstellen
verwiesen.
In der Veröffentlichung von Collin ist eine Einrichtung beschrieben, die eine
zur Erzeugung der Drehzahlsequenzen vorprogrammierte Zentraleinheit enthält.
Diese wird zur Ermittlung des Konvertierungsgrads in das mit der Brennkraftmaschine
und dem zu überprüfenden Katalysator ausgerüstete Kraftfahrzeug eingesetzt,
wozu außer Verbindungen mit der Abgasanlage der Maschine auch Anschlußvorgänge
am Gaspedal und am Kraftstoffsystem (zur Ermittlung der Drehzahl) erforderlich
sind. Durch Betätigen des Gaspedals über einen Servomotor, der von der programmier
ten Zentraleinheit angesteuert wird, werden Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge
für den Motor und dadurch die Drehzahlsequenzen erzeugt.
Während dieser programmierten Ansteuerung der Brennkraftmaschine werden die
Konzentrationen der interessierenden Abgaskomponenten in der Auspuffanlage der
Brennkraftmaschine vor und hinter dem Katalysator ermittelt und in einem Rechner
ausgewertet, der den Konvertierungsgrad angibt.
Der besondere Vorteil dieses Incoll-Verfahrens ist darin zu sehen, daß sich
der Einsatz eines üblichen Rollenprüfstands erübrigt, der außer dem Nachteil
einer ortsgebundenen Überprüfung der Wirkung des Katalysators mit einer Reihe
von Meßfehlern behaftet ist; auch in dieser Hinsicht kann auf die an zweiter
Stelle genannte Arbeit verwiesen werden.
Aus der DE 33 41 471 A1 ist ein nicht-flüchtiger Schreib-Lese-Speicher bekannt, der mittels
einer geeigneten Programmiereinrichtung individuell eingeschrieben werden kann. Mit der
Einschreibung der Daten wird einmalig eine Festlegung bestimmter Daten getroffen, die
später nicht mehr geändert werden. Der festgelegte Datensatz bestimmt beispielsweise, ob
eine Geschwindigkeit in km/h oder m/h angezeigt wird. Nach dem Abschluß des
Programmiervorgangs wird die Programmiereinrichtung wieder entfernt. Dies hat den Vorteil,
daß bestimmte Instrumente (beispielsweise ein Tachometer) universell geliefert werden
können, wobei die Festlegung des Instrumentes erst kurz vor oder nach dem Einbau in ein
spezielles Fahrzeug erfolgt.
In der DE 30 34 636 A1 werden austauschbare Datenspeicher beschrieben, die in
Prüfgeräten eingesetzt werden. Hierbei bestimmt der jeweilige Datenspeicher am Prüfgerät
dessen Funktion, durch den Austausch eines Datenspeichers kann ein anderer Prüfmodus
gewählt werden.
Ferner ist aus der DE 35 24 592 C1 ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion eines
Abgaskatalysators bekannt. Hierzu ist eine Prüfvorrichtung vorgesehen, die auf mindestens
einen Eingang der Motorsteuerung einwirkt, wobei die Prüfvorrichtung z. B. das Regelsignal
einer Lambdasonde ersetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, d. h. unter Wahrung der Vorteile des Incoll-Verfahrens,
zu schaffen, die mit geringerem Montage- und Geräteaufwand auskommt als der
beschriebene Stand der Technik.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen
des Hauptanspruchs, vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung beschreiben
die Unteransprüche.
Die Erfindung nutzt also in vorteilhafter Weise ein ohnehin vorhandenes elektro
nisches Steuer- und/oder Regelgerät der Brennkraftmaschine zur Ermittlung des
Konvertierungsgrads des der Maschine zugeordneten Katalysators aus, indem in
einen ohnehin vorhandenen Programmspeicher dieses Geräts auch das Programm zur
Ermittlung des Konvertierungsgrads eingespeichert wird, also das Programm zur
Erzeugung der Drehzahlsequenzen bzw. gemäß Patentanspruch 3 auch das Programm
zur Umschaltung zwischen verschiedenen Luftzahlen.
Derartige elektronische Steuer- und/oder Regelgeräte für Brennkraftmaschinen
sind in verschiedenen Ausbildungen bekannt; es wird hier nur auf den Aufsatz
von Spies und Knoke "DIGIFANT - ein zukunftsweisendes Konzept zur Steuerung
und Regelung eines Otto-Motors", Impulse 5, 1985, Seite 21, verwiesen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung
erläutert, deren
Fig. 1 den Konvertierungsgrad η eines üblichen
Dreiwege-Katalysators in Abhängigkeit von
der Luftzahl λ und deren
Fig. 2 ein Blockschaltbild der Einrichtung wieder
gibt.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist dort der Konvertierungsgrad η eines
Dreiwege-Katalysators für die Abgasbestandteile NOx, HC und CO in Abhängigkeit
von der Luftzahl λ wiedergegeben. Man erkennt, daß die Maxima der Kurven für
die verschiedenen Abgaskomponenten bei unterschiedlichen Werten von λ liegen,
nämlich für NOx etwas unterhalb, dagegen für HC und CO oberhalb des stöchiometri
schen Werts 1,0. Zur Ermittlung des maximalen Konvertierungsgrads für NOx ist
daher die Einstellung eines relativ fetten Gemischs (reduzierende Umgebung)
erforderlich, während zur Ermittlung der maximalen Konvertierungsgrade für HC
und CO ein mageres Gemisch mit einer Luftzahl < 1 (oxydierende Umgebung) einge
stellt werden muß. Hierzu ist, wie noch anhand Fig. 2 beschrieben wird, die
erfindungsgemäße Einrichtung so ausgelegt, daß während der Prüfung des Katalysators
die Luftzahl λ zwischen zwei λ-Fenstern I und II umgeschaltet wird.
Betrachtet man nun Fig. 2, so ist der bei 1 angedeuteten Brennkraftmaschine
eine Elektronik 2 zugeordnet, die als Steuer- und/oder Regelgerät für den normalen
Betrieb der Brennkraftmaschine mit integrierter Steuereinheit der Einrichtung
zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des Katalysators in der Abgasleitung 4
der Maschine ausgebildet ist. Wesentliche Bestandteile der Elektronik 2 sind
das eigentliche Steuergerät 5, das beispielsweise mit einem Kennfeldspeicher
für die optimale Einstellung der Kraftstoffeinspritzmenge über die Einspritzzeit
durch den Einspritzregler 6 und für die Gewinnung der Ansteuersignale eines
Leerlauf-Füllungs-Reglers 7 ausgerüstet ist. Zusätzlich ist in das Steuergerät 5
bzw. in dessen Speicher das Programm zur Ermittlung des Konvertierungsgrads
des Katalysators 3 für die verschiedenen in Fig. 1 vorkommenden Abgaskomponenten
integriert. Dieses Programm enthält in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei
Teilprogramme, nämlich eines zur Erzeugung der Drehzahlsequenzen durch Beeinflus
sung der der Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb zugeführten Verbrennungs
luftmenge über den Leerlauf-Füllungs-Regler 7 und eines zur Umschaltung zwischen
den beiden λ-Fenstern I und II (siehe Fig. 1) durch Beeinflussung der jeweiligen
Einspritzzeit.
Bei 8 ist ein manuell betätigbarer Umschalter angedeutet, der dazu dient, die
Elektronik 2 von den Verhältnissen bei üblichem Betrieb der Brennkraftmaschine,
also Fahrbetrieb des mit ihr ausgerüsteten Fahrzeugs, auf Prüfbetrieb, nämlich
zur Ermittlung des Konvertierungsgrads des Katalysators 3, umzuschalten.
Zu dieser Überprüfung des Katalysators 3 ist es dann nur noch erforderlich,
vor und hinter dem Katalysator 3 Leitungen 9 und 10 anzuschließen, die Rohabgas
bzw. im Katalysator 3 gereinigtes Abgas den Konzentrationsmeßgeräten 11 und 12 zulei
ten, die Ausgangssignale für die jeweilige Konzentration von NOx, HC und CO
an den als Auswerteeinheit dienenden, die Konvertierungsgrade η für diese Abgas
komponenten ermittelnden Rechner 13 liefern.
Wie auch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zeigt, bietet die Erfindung
die Möglichkeit, mit minimalem Montage- und Geräteaufwand eine schnelle und
genaue Ermittlung des Konvertierungsgrads eines eingebauten Katalysators vorzuneh
men.
Claims (5)
1. Einrichtung zur Ermittlung des Konvertierungsgrads eines im Abgassystem
einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators mit einer programmierten
Steuereinheit zur Erzeugung vorgegebener Drehzahlsequenzen der Brennkraft
maschine, mit Meßeinrichtungen für die Konzentrationen interessierender
Abgaskomponenten vor und hinter dem Katalysator sowie mit einer Auswerteein
heit für diese Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mit einem
elektronischen Steuer- und/oder Regelgerät (2) ausgerüsteten Brennkraftma
schine (1) die Steuereinheit in das Steuer- und/oder Regelgerät (2) integriert
und eine Schaltvorrichtung (8) zur Umschaltung dieses Geräts (2) von normalem
Betrieb der Brennkraftmaschine (1) auf Ermittlung des Konvertierungsgrads (η)
vorgesehen ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit
zumindest teilweise in einen Leerlauf-Füllungsregler (7) der Brennkraft
maschine (1) integriert ist und die Drehzahlsequenzen durch Beeinflussung
der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Verbrennungsluftmenge erzeugt.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung
der maximalen Konvertierungsgrade (η) eines Dreiwegekatalysators (3) für
verschiedene Abgaskomponenten (NOx, HC, CO) die Steuereinheit Umschaltungen
zwischen über- und unterstöchiometrischen Werten (I, II) der Luftzahl (λ)
des in der Brennkraftmaschine (1) zu verbrennenden Kraftstoff-Luft-Gemischs
vornimmt, bei denen die maximalen Konvertierungsgrade (η) für die verschie
denen Abgaskomponenten (NOx, HC, CO) auftreten.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraft
maschine (1) mit Kraftstoffeinspritzung die Steuereinheit (2) zumindest
teilweise in einen Einspritzmengenregler
integriert ist und die Umschaltungen zwischen den Werten (I, II) der Luftzahl
(λ) durch Beeinflussung der der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Kraftstoff
menge vornimmt.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Einspritzmengen
regler ein Einspritzzeitregler (6) ist.
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