检测催化转化器老化程度的方法技术

本发明专利技术涉及一种测定催化转化器(2)老化状态的方法。所公开的方法以非接触方式运行，当使用高频电磁波激发位于壳体中的所述催化转化器(2)时，分析所形成的谐振。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具体实施方式本专利技术提出了一种测定催化转化器老化程度的方法。目标方法通过分析在利用高频电磁波激发布置于壳体内的催化剂时形成的谐振来无接触地起作用。日益严格的废气法律，伴随着减少燃料消耗的压力，促使人们必须针对内燃机以及内燃机废气处理找到新方法。这也意味着用于控制和监测排放控制系统的新方法。例如，在汽油发动机(所谓的λ＝1发动机)中，使用第一λ传感器检测未处理废气的空气/燃料比λ(也称为空气比)。在相对于标称值λ＝1存在控制偏差的情况下调节空气/燃料比。λ＝1必须或多或少地随时间推移保持均值。考虑到布置在第一λ传感器之后的所谓“三效催化转化器”的储氧能力，只要该催化转化器仍处于良好状态，就总是发生最佳转化。当催化转化器的品质下降(这尤其会通过有害废气HC、CO和NO的转化率下降和启动温度升高表现出来)时，该催化转化器的储氧能力也下降。布置在该催化转化器之后的第二λ传感器可检测此问题。这种间接方法需要非常复杂的建模，其中储氧催化转化器的状态是从两个λ传感器的信号推断的，其建模尤其需要发动机操作状态模型(参见例如J.Riegeletal.,“Exhaustgassensorsforautomotiveemissioncontrol”SolidStateIonics152–153(2002),783–800(J.Riegel等人，“用于汽车尾气排放控制的废气传感器”，《固态离子学》，152-153，2002年，第783-800页))。其他类型的催化转化器，例如柴油机(氧化催化转化器)、包覆颗粒过滤器、NOx储存催化转化器和SCR催化转化器，均会出现老化现象，这导致催化转化器的转化效率随操作时间推移而持续降低。因此，有必要使用OBD测量设备进行适当监测，以便能够辨识和更换(如果必要的话)不能再充分处理废气的催化转化器。在这方面的辅助具体是通过一些方法来提供的，在所述方法中可直接测定催化转化器的操作状态和品质，特别是在常规操作期间。可由此测定催化转化器的功能仍然可用的程度，如例如R.Moos,M.Wedemann,M.S.Reiβ,G.Fischerauer，“DirectCatalystMonitoringbyElectricalMeans:AnOverviewonPromisingNovelPrinciples”，TopicsinCatalysis,52(2009),2035-2040(R.Moos，M.Wedemann，M.S.Reiβ，G.Fischerauer，“用电气手段进行直接的催化剂监测：关于有前途的新颖原理的综述”，《催化论题》，第52卷，2009年，第2035-2040页)能够展示的。高频辅助系统，如例如DE102011107784A1、DE102008012050A1或DE10358495A1中所公开的，具有特别简单的设计。在申请DE10358495A1中，提出了一种用于识别催化转化器(特别是NOx储存催化转化器)的状态的无接触方法。为此，在设计为空腔谐振器的催化转化器壳体的内部激发电磁微波谐振，并且观测谐振频率和/或品质的偏移。将谐振频率的降低被作为储存材料中NOx负荷增加的量度。一旦达到谐振频率的预定值，就进行再生。在DE102008012050A1中，在设计为空腔谐振器的催化转化器壳体的内部激发电磁微波谐振，并且例如观测谐振频率的位置。将例如谐振频率的变化作为催化转化器的储存材料中的氧负荷的量度。期望得到一种普遍适用、同样简单且稳健的方法，通过该方法可充分和可靠地测定所有(如果可能的话)汽车废气转化器的品质或转化效率。通过具有本专利技术权利要求1的特征的方法实现了这些目标以及对于本领域的技术人员从现有技术显而易见的其他目标。在从属于权利要求1的从属权利要求中，提供了根据本专利技术的方法的其他优选实施方案。以非常有利的同时还成功实现所提出目标的方式，利用在催化转化器温度小于200℃时的谐振特性来测定催化剂表面上的水吸附，并且由此以如下方法推断催化转化器的老化：通过优选地在微波范围内发射交变电磁场并检测该交变电磁场，来非侵入性地检测位于金属的催化转换器壳体中的汽车废气转化器的老化。汽车废气转化器的表面因热应力或污染而变化。在此过程中，可发生反应的自由表面位置的数量减少。在受到污染的情况下，活性中心被阻断，而如果是受热应力的作用，则微细分布的贵金属和载体材料均会被烧结在一起。表面由此因老化而缩小，并且相应地其在表面上化学和物理吸附物质的能力也降低。因老化而减少的自由表面位置的量改变了表面上可吸附的水量。此外，表面上可吸附的水量一方面取决于废气中水的比例，另一方面取决于温度。催化转化器(包括载体材料)的电磁材料参数(导电率和介电常数或复介电常数)因水吸附而改变。因此，在给定的催化转化器温度下测定相应的谐振特性，或者在给定的温度范围(例如df谐振/dT)内追踪相应的谐振特性，然后与更新(younger)或更新制(fresher)状态的催化转化器的数据进行比较，该更新或更新制状态的催化转化器的数据可保存在汽车的ECU中。如果结果向更低的值偏移，例如在谐振频率随温度变化的情况下，则催化转化器因其可吸收更少的水而被假定为老化，并且空腔谐振频率相应地改变。然而，充分的区分仅发生在低于200℃的温度下。因此，测量优选地在大于50℃和小于200℃、优选地在60℃和150℃之间、特别优选地在70℃和120℃之间进行。此温度范围也是有利的，因为由于电性质在该温度范围内几乎不随氧负荷变化(如DE102011107784A1中的图4所示)，所以DE10358495A1中描述的状态诊断至少对于三效催化转化器不适用。在根据本专利技术的方法中，如果可能的话，应该排除或校正环境影响，例如利用排气系的加热特性。例如，可通过DE102011107784A1中概述的方法来校正温度影响。如已指出的，被照射腔的谐振特性在车辆运行期间随着位于车辆中的催化转化器的吸附能力而改变。这相应地又取决于催化转化器的老化程度。优选地，将被吸附的试剂是水；当然，在发生燃料燃烧时，水总是自然而然地存在于废气中。水还具有高介电常数，并使得催化转化器的电磁材料参数随着吸附增多或减少而改变至相应程度。除了老化之外，所吸附水的量还受废气中水含量的影响。有利的是，由此在发动机控制中计算废气中的水含量，并且在根据谐振信号确定老化程度时将废气中的水含量考虑在内。如果废气中的水含量随时间推移变化，则可通过考虑水的有限吸附速率来进一步改进评估。优选地，当废气中存在足够和最好是恒定量的水时采用根据本专利技术的方法。特别优选地，当存在每体积含有3-20份水、优选地每体积含有5-15份水的废气混合物时进行测量。催化转化器的电特性不仅可利用谐振频率测定，还可通过考虑其他谐振特性来测定。此类特性优选地选自以下各项：谐振频率、振幅、谐振器品质(Q)、损耗、散射矩阵Sij的参数、透射因数的量值、谐振峰或谐振谷的宽度以及从S参数获得的其他量(参见DE102008012050A1)。在该语境中，谐振频率以及反射参数S11或透射参数S12量值是特别优选的。在该语境中，使用谐振频率进行评估(参见图2)是特别优选的。还可使用各种谐振模式。特别地，对不同的干扰变量(如温度)有不同反应的那本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于通过发射交变电磁场并检测所述交变电磁场来非侵入地检测位于金属的催化转换器壳体中的汽车废气转化器的老化程度，其中使用在小于200℃的催化剂温度下的某些谐振特性测定所述催化剂表面上的水吸附，并且由此推断所述催化转化器的所述老化程度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.16 DE 102014209305.81.一种方法，用于通过发射交变电磁场并检测所述交变电磁场来非侵入地检测位于金属的催化转换器壳体中的汽车废气转化器的老化程度，其中使用在小于200℃的催化剂温度下的某些谐振特性测定所述催化剂表面上的水吸附，并且由此推断所述催化转化器的所述老化程度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·比勒尔兹，M·沃茨迈尔，R·穆斯，
申请(专利权)人：优美科股份公司及两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE