專利名稱：一種催化轉(zhuǎn)化器的功能監(jiān)視方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于廢氣凈化的一種催化轉(zhuǎn)化器的功能監(jiān)視方法及裝置。由于廢氣排放規(guī)定在世界范圍內(nèi)變得越來越嚴格，需要不斷地或至少周期性地監(jiān)視機動車的催化轉(zhuǎn)化器的功能，為的是及時斷定一個催化轉(zhuǎn)化器不再能履行其功能。
從W091/14855和W092/03643已知具有各種不同溫度探頭的裝置結(jié)構(gòu)，這些裝置結(jié)構(gòu)是用來監(jiān)視催化轉(zhuǎn)化器的。文獻也說明了用測量探頭測得的測量值的計算方法。
以前的測量方案基本上只專心研究對處于工作溫度的一種催化轉(zhuǎn)化器的功能監(jiān)視，就是說，這種催化轉(zhuǎn)化器的溫度明顯在催化反應(yīng)開始的溫度以上。但事實已證明，對一輛汽車排出的總廢氣量的嚴格規(guī)定來說，在冷起動階段，就是說，例如在一臺內(nèi)燃機起動后的第一分鐘內(nèi)的催化轉(zhuǎn)化器的特性尤其起決定性作用。為了評價一個催化轉(zhuǎn)化器的功能作用，知道何時在這個催化轉(zhuǎn)化器開始催化反應(yīng)，以及可能在哪一個溫度開始催化反應(yīng)，這也是重要的。
因此本發(fā)明的任務(wù)是創(chuàng)造一種也表明這種催化轉(zhuǎn)化器在冷起動階段的特性的催化轉(zhuǎn)化器的監(jiān)視方法，以及提供實施這種方法的一種合適的裝置。
此任務(wù)是通過對用于廢氣凈化的催化轉(zhuǎn)化器的功能監(jiān)視的一種方法來解決的。這種催化轉(zhuǎn)化器具有一種支架結(jié)構(gòu)，而且在此支架結(jié)構(gòu)上粘附著一層催化活性涂層。該催化轉(zhuǎn)化器是與一輛汽車的內(nèi)燃機串接的。這種方法具有以下的步驟a)至少在一個位置測定這種催化活性涂層的溫度和/或這種催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)的溫度；b)測定在催化轉(zhuǎn)化器的這個位置前面向上流動的廢氣的溫度；c)組成至少兩個溫度值的一次時間導數(shù)；d)確定由這些時間導數(shù)組成的差值；e)確定內(nèi)燃機起動后差值改變符號的時刻。
與測定廢氣和催化活性涂層的溫度或測定催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)溫度的方法無關(guān)，監(jiān)視這兩種溫度值的時間導數(shù)差值提供了關(guān)于何時這種催化轉(zhuǎn)化器開始反應(yīng)的準確結(jié)論。因為這種催化反應(yīng)是放熱的，所以此所應(yīng)把催化活性涂層和直接在此涂層下的結(jié)構(gòu)進行加熱。在冷起動階段內(nèi)，廢氣的溫度首先或多或少升高，也與此成比例地把催化轉(zhuǎn)化器加熱。但由于催化轉(zhuǎn)化器的熱容量，催化活性涂層的和/或催化轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)的溫度變化首先比廢氣的溫度變化慢。這種變化當然是在催化反應(yīng)開始的瞬間進行的。因此可用本發(fā)明的方法測定的正是此時刻。通過與一些參考數(shù)據(jù)或與一種新的催化轉(zhuǎn)化器對比，從而可推斷此催化轉(zhuǎn)化器的高效能，尤其可推斷其冷起動特性。
因為在冷起動階段，一輛汽車的操作方法總可能是很不同的，所以簡單地測定內(nèi)燃機起動后差值改變符號的時刻不總是有足夠說服力的。因此特別有好處的是測定催化活性涂層和/或支架結(jié)構(gòu)在此時刻的溫度，因為這種溫度使有可能得到關(guān)于關(guān)于這種催化轉(zhuǎn)化器的功能能力的很準確的結(jié)論。這種溫度符合所謂的起動溫度，而且對一個已中毒的或已嚴重老化的催化轉(zhuǎn)化器來說，這種溫度從開始約350℃上升到400～450℃。在此溫度范圍內(nèi)用典型的溫度探頭，尤其用電阻絲測量仍是很準確的，而且經(jīng)過長時間還相當恒定，因此關(guān)于這種催化轉(zhuǎn)化器的良好結(jié)論是可能的。
金屬支架結(jié)構(gòu)由于熱容量小，這種支架的溫度與這種催化活性涂層的溫度只有微小不同，因此一種在此支架結(jié)構(gòu)中與支架成為整體的測量探頭實際上也測量這種催化活性涂層的溫度。溫度探頭的相應(yīng)結(jié)構(gòu)例如已從DE-A-4129839或也從上面引用的W091/14855得知。對陶瓷支架結(jié)構(gòu)來說，在某種情況下可能需要將溫度探頭安裝在陶瓷支架結(jié)構(gòu)的表面或安裝在陶瓷支架和催化活性涂層之間，為的是盡可能在熱源附近(在催化反應(yīng)進行的附近范圍)測量。
對金屬支架結(jié)構(gòu)來說，按本發(fā)明特別有好處的是直接用至少一根測量探頭來測量這個催化轉(zhuǎn)化器的支架結(jié)構(gòu)的溫度。這根測量探頭是和此支架結(jié)構(gòu)(在支架結(jié)構(gòu)上或在支架結(jié)構(gòu)中)成為一整體的。為了盡可能不受氣流流動剖面分布不均勻和轉(zhuǎn)化器的催化活度不均勻的影響，特別有好處的是測量催化轉(zhuǎn)化器整體的至少一部份橫截面和/或至少一部份長度。因此可使用在橫截面的一定范圍內(nèi)延長的溫度探頭或縱向經(jīng)過催化轉(zhuǎn)化器的溫度探頭或者也可使用由兩個成對角線斜穿過催化轉(zhuǎn)化器的溫度探頭的組合。重要的是這些溫度探頭主要測量熱源的溫度，就是說測量催化活性涂層的溫度或與催化活性層直接接觸的支架結(jié)構(gòu)的溫度，而不是主要測量氣體溫度。
對本發(fā)明方法來說，最有利的是，與測量催化活性涂層或支架結(jié)構(gòu)的溫度的同時，可在靠測量位置或測量范圍非常近的地方測定氣體溫度。這當然會遇到測量技術(shù)上的困難，因為在一個催化轉(zhuǎn)化器內(nèi)部單純測量氣體溫度幾乎是不可行的。一方面支架結(jié)構(gòu)之間的機械間隙太小，另一方面催化活性涂層輻射會使氣體溫度的測量值不真實。因此按照本發(fā)明優(yōu)選用至少一根測量探頭直接在內(nèi)燃機和催化轉(zhuǎn)化器之間的廢氣流中測量廢氣的溫度。同樣重要的是在催化活性涂層或支架結(jié)構(gòu)的溫度測量位置的前面進行測量。
在本發(fā)明的其它一種方案中也可能由為了控制內(nèi)燃機本來測量的各種不同測量值來確定氣體溫度。尤其可由內(nèi)燃機的溫度、轉(zhuǎn)數(shù)和輸入的空氣量及動力燃料量來確定廢氣的溫度。
如果催化反應(yīng)開始后催化活性涂層的溫度升高，而且此溫度的時間導數(shù)大于廢氣溫度的時間導數(shù)，因此也就可從在規(guī)定的已知運轉(zhuǎn)條件下的這兩種時間導數(shù)差的絕對值來推斷催化轉(zhuǎn)化器的情況，尤其可通過與額定值比較和通過測定預(yù)定的額定值的偏差來斷定催化轉(zhuǎn)化器的情況。
因為在一般情況下催化轉(zhuǎn)化器的第一部份范圍最快達到催化反應(yīng)必要的溫度，所以特別有好處的是測量催化轉(zhuǎn)化器的第一部分范圍的整體長度上的支架結(jié)構(gòu)和/或催化活性涂層的溫度。尤其特別有利的是，比方說有代表性地測量一個橫截面范圍的溫度，優(yōu)選測量在這個催化轉(zhuǎn)化器的支架結(jié)構(gòu)內(nèi)的最初3～10厘米內(nèi)的橫截面范圍的溫度。
監(jiān)視時間導數(shù)的優(yōu)點還在于不取決于溫度探頭的絕對準確性。當然，這里在直到約500℃的溫度范圍內(nèi)這種準確性本身還是很高的，并且在800℃以上的范圍才明顯降低。不同于對一個操作加熱的催化轉(zhuǎn)化器的監(jiān)視，這兒在本發(fā)明的范圍內(nèi)對絕對溫度的監(jiān)視也是一種準確的測量方法，尤其是為了測量催化轉(zhuǎn)化器的起動溫度。為了還提高在催化轉(zhuǎn)化器中的溫度探頭的準確度，可通過跟這輛汽車的其它溫度探頭比較和調(diào)整來校準這些溫度探頭。一輛汽車的一種外部溫度探頭或一種冷卻水探頭沒有遭受過高溫，因此是持久穩(wěn)定的，因此它們可提供一種校正的良好基準。如果這輛汽車停開較長時間，例如停一個晚上，這輛汽車就可從所有的溫度探頭都處于相同溫度的情況下開出去。
為了解決已提出的這項任務(wù)，本發(fā)明也涉及與一輛汽車的內(nèi)燃機串接的、具有一種支架結(jié)構(gòu)和一種附著在此支架結(jié)構(gòu)上的催化活性涂層的一種廢氣凈化催化轉(zhuǎn)化器的一種功能監(jiān)視裝置，它具有a)至少一根用來測量支架結(jié)構(gòu)溫度和/或測量催化活性涂層溫度的測量探頭；b)至少一個用來測定廢氣溫度的裝置；c)一條差動電路，用它來產(chǎn)生已測量或已測定的溫度的時間導數(shù)；d)一條差示電路，用它來產(chǎn)生兩上時間導數(shù)的差值；e)一條對比電路，用它來確定差值變更符號的時刻。
困為監(jiān)視不僅能立即顯示這個催化轉(zhuǎn)化器的功能故障，而且使得有可能在一個構(gòu)架位置上得到準確診斷，所以特別有利有是，存在著在差值變更符號時刻用來存儲催化活性涂層的溫度測量值和/或支架結(jié)構(gòu)的溫度測量值的第一個存儲裝置。用來存儲這種溫度測量值的額定值和/或以前測量值的第二個存儲裝置和一個具有額定值和/或以前測量值的這種溫度測量值的對比裝置還有助于準確診斷這種催化轉(zhuǎn)化器的情況，甚至可用來預(yù)測其還存在的預(yù)期壽命。
在圖中(見示意圖)概括地說明了本發(fā)明的一個實施例，但本發(fā)明不限于這個實施例。
從馬達1引出廢氣管道2，通到一個催化轉(zhuǎn)化器3。這個催化轉(zhuǎn)化器3裝有一個支架結(jié)構(gòu)4，在這個支架結(jié)構(gòu)上附著一層催化活性涂層5。把一個溫度探頭安裝成使它盡可能靠近催化轉(zhuǎn)化器中的測量位置7前面測量廢氣溫度Tg，而在這個位置上不受熱輻射影響。測量位置是一個點狀的，但優(yōu)選是一個扁平的溫度探頭，它測量支架結(jié)構(gòu)4的溫度Tk。如果這個支架結(jié)構(gòu)是金屬的，則這個溫度Tk在一般情況下和催化活性涂層的溫度非常一致。
一動差動裝置8產(chǎn)生探頭6和7的溫度測定值Tg、Tk的時間導數(shù)d/dt，而差示電路9產(chǎn)生這兩個時間導數(shù)的差值(d/dt Tk-d/dt Tg)。一條對比電路12確定差值符號的變更。如果對比電路12確定這樣一個符號變更，就可把在這時刻ti在測量位置7測量的溫度Tki存儲在第一個存儲裝置10中。在第二個存儲裝置11中存儲以前測量的溫度測量值和/或額定值。第二條對比電路13把以前存儲的溫度測量值或溫度額定值和存儲在第一個存儲裝置10中的溫度值對比，并在不容許偏差的情況引導到一個指示器16中，這個指示器指出這個催化轉(zhuǎn)化器的錯誤功能。代替指示器或附加也可使用以后為車間中的診斷目的挑選的一個電子存儲器。
為了提高這個監(jiān)視裝置的準確度，預(yù)先規(guī)定了一條校正電路17，此校正電路在汽車長時間停開之后把外部溫度探頭14、水溫探頭15和溫度探頭6及7的溫度測定值互相對比，而且如果必要就校正溫度探頭6和7。
本發(fā)明用來提早斷定一輛汽車中的催化轉(zhuǎn)化器的功能故障，而且尤其也可斷定起動性能的惡化，這種起動性能對總排放是重要的。
權(quán)利要求
1.一種用于廢氣凈化的催化轉(zhuǎn)化器(3)的功能監(jiān)視方法，它使用與一輛汽車的內(nèi)燃機(1)串接的、具有一個支架結(jié)構(gòu)(4)和一種附著在此支架結(jié)構(gòu)(4)上的催化活性涂層(5)，這種方法具有以下步驟a.測定這種催化活性涂層(5)和/或催化轉(zhuǎn)化器(3)在至少一個位置的結(jié)構(gòu)(4)的溫度(Tk)，b.測定在催化轉(zhuǎn)化器(3)的這個位置前面向上流動的廢氣的溫度(Tg)，c.組成至少兩個溫度值的一次時間導數(shù)(d/dt Tk，d/dtTg)，d.由這些時間導數(shù)組成的差值(d/dt Tk，d/dt Tg)，e.確定內(nèi)燃機(1)起動后差值改變符號的時刻(ti)。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其中測量催化活性涂層(5)和/或在差值改變符號的時刻(ti)支架結(jié)構(gòu)(4)的溫度值(Tk)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，催化轉(zhuǎn)化器(3)的支架結(jié)構(gòu)(4)的溫度(Tk)通過至少一個測量探頭(7)直接測量，該測量探頭(7)在催化轉(zhuǎn)化器(3)的支架結(jié)構(gòu)(4)上或整合在支架結(jié)構(gòu)(4)中，優(yōu)選通過一根整體測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的橫截面的至少一部份和/或整體測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的至少一部份長度的測量探頭來測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的支架結(jié)構(gòu)(4)的溫度(Tk)。
4.按權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中直接通過在內(nèi)燃機(1)和催化轉(zhuǎn)化器(3)之間的廢氣氣流中的至少一根測量探頭(6)來測量廢氣的溫度(Tg)。
5.按權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中由各種不同的測量值來確定廢氣的溫度(Tg)，這些測量值是本來為控制內(nèi)燃機(1)測量的。
6.按權(quán)利要求5所述的方法.其中廢氣的溫度(Tg)由內(nèi)燃機(1)的溫度、轉(zhuǎn)速和輸入的空氣量和動力燃料量來確定。
7.按上述權(quán)利要求的一項所述的方法，其中還可在已知的規(guī)定操作條件下，測定時間導數(shù)差值的絕對值，并在額定值的偏差上加以監(jiān)視。
8.按上述權(quán)利要求的一項所述的方法，其中，在催化轉(zhuǎn)化器(3)的最初部份長度上整體測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的支架結(jié)構(gòu)(4)和/或催化活性涂層(5)的溫度(Tk)。
9.按上述權(quán)利要求的一項所述的方法，其中例如有代表性地測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的一個橫截面范圍的溫度(Tk)，優(yōu)選測量催化轉(zhuǎn)化器(3)的支架結(jié)構(gòu)(4)內(nèi)的最初3～10厘米內(nèi)的一個橫截面的溫度(Tk)。
10.按權(quán)利要求3至9的一項所述的方法，其中在內(nèi)燃機(1)停開較長時間之后，對這個或這些測量探頭(6、7)時常進行再校正，尤其通過與汽車的環(huán)境溫度探頭(14)或冷卻劑探頭(15)比較并進行相應(yīng)的校正。
11.和一輛汽車串接的、具有支架結(jié)構(gòu)(4)和一種附著在支架結(jié)架(4)上的催化活性涂層(5)的廢氣凈化催化轉(zhuǎn)化器(3)的功能監(jiān)視裝置，它具有a)至少一根用來測量支架結(jié)構(gòu)(4)的溫度和/或測量催化活性涂層(5)的溫度的測量探頭(7)，b)至少一個用來測定廢氣溫度的裝置(6)，c)一條差動電路(8)，用它來產(chǎn)生已測量的或已測定的溫度(Tk，Tg)的時間導數(shù)(d/dt Tk，d/dt Tg)，d)一條差示電路(9)，用它來產(chǎn)生兩個時間導數(shù)(d/dt Tkd/dt Tg)的差值(d/dt Tk-d/dt Tg)，e)第一條對比電路(12)用它來確定差值(d/dt Tk-d/dt Tg)改變符號的時刻(ti)。
12.按權(quán)利要求11所述的裝置，其中存在著在差值(d/dt Tkd/dt Tg)改為符號時刻(ti)用來存儲催化活性涂層(5)和/或支架結(jié)構(gòu)(4)的溫度測量值(Tki)的第一個存儲裝置(10)。
13按權(quán)利要求11或12所述的裝置，其中存在著在差值(d/dtTk-d/dt Tg)改變符號時刻(ti)用來存儲溫度測量值(Tki)的額定值和/或以前測量過的值的第二個存儲裝置(11)，和在差值(d/dt Tk-d/dt Tg)改變符號時刻(ti)用來比較溫度測量值(Tki)的第二個對比裝置(13)，這個對比裝置(13)具有額定值和/或以前測量過的值。
全文摘要
一種廢氣凈化轉(zhuǎn)化器的功能監(jiān)視方法使用與一輛汽車的內(nèi)燃機串接的、具有一種支架結(jié)構(gòu)和一種附著在此支架結(jié)構(gòu)上的催化活性涂層，這種方法具有說明中a)至e)項所述的步驟。這種方法使得有可能提早發(fā)現(xiàn)一個催化轉(zhuǎn)化器的故障，尤其也可了解關(guān)于這種催化轉(zhuǎn)化器的冷起動性能。
文檔編號F01N3/18GK1119464SQ94191493
公開日1996年3月27日 申請日期1994年2月18日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月18日
發(fā)明者W·毛斯, H·施瓦斯, R·布呂克 申請人:發(fā)射技術(shù)有限公司