СПОСОБ ДИАГОНОСТИКИ ХАРАКТЕРИСТИК КАТАЛИТИЧЕСКОГО НЕЙТРАЛИЗАТОРА
METHOD FOR CATALYTIC CONVERTER CHARACTERISTICS DIAGNOSTICS

Изобретение относится к области каталитических нейтрализаторов автомобильных транспортных средств, работающих на бензине, и, в частности, относится к диагностике этих нейтрализаторов на борту транспортного средства.
Каталитический нейтрализатор является устройством, устанавливаемым в выхлопную систему двигателя транспортного средства на входе в глушитель. Он является фильтром, предназначенным для сокращения выбросов загрязняющих газов (НС, СО, NOx…).
В частности, каталитический нейтрализатор представляет собой керамический блок, содержащий каналы, покрытые изнутри катализатором, через которые проходят выхлопные газы.
С некоторых, в частности. Европейским Союзом, были изданы нормы, вынуждающие конструкторов устанавливать все более эффективные каталитические нейтрализаторы и предоставлять услугу бортовой диагностики показателей нейтрализаторов по мере их старения.
Сначала предложили так называемый пассивный способ диагностики, поскольку речь идет о наблюдении без вмешательства. Для этого используют систему с двумя кислородными зондами, соответственно установленными в выхлопном трубопроводе на входе и на выходе каталитического нейтрализатора. На практике, наблюдают только сигнал выходного зонда. Кислородные зонды измеряют электрическое напряжение, создаваемое перемещением ионов кислорода, содержащихся в выхлопных газах.
Сигнал входного зонда имеет вид синусоиды в соответствии с характеристикой регулирования обогащения смеси, впускаемой в двигатель, которая колеблется, чередуя фазы обогащенной смеси и фазы обедненной смеси. Это чередование позволяет получить оптимальное преобразование выхлопных газов при помощи каталитического нейтрализатора.
В начале эксплуатации при новом состоянии нейтрализатора сигнал выходного зонда является почти плоским сигналом. По мере старения каталитического нейтрализатора сигнал выходного зонда искажается, меняется и постепенно усиливается, принимая почти синусоидальную форму. В конце срока службы каталитического нейтрализатора, когда катализатор уже не действует, сигнал выходного зонда после катализатора почти идентичен сигналу входного зонда, только смещен по времени на интервал, за который газы проходят от одного зонда к другому.
Диагностика состоит в сравнении посткаталитического сигнала диагностируемого нейтрализатора с посткаталитическим сигналом эталонного каталитического нейтрализатора.
Каждое изменение вышеуказанных экологических норм предполагает все более низкие пороги обнаружения.
Таким образом, пассивный способ диагностики больше не обладает достаточной точностью, чтобы соответствовать современным критериям обнаружения. Поскольку норма изменилась, диагностика тоже изменилась, и пассивный способ диагностики уступил место так называемому интрузивному способу.
Согласно интрузивному способу, по-прежнему используют два кислородных зонда, входной и выходной, производят сравнение соответствующих сигналов и вмешиваются в работу двигателя, откуда и происходит прилагательное «интрузивный», возбуждая кислородные зонды последовательными строб-импульсами обогащения. Каждое возбуждение состоит во впрыске большего количества бензина после того, как двигатель стабилизируется в течение определенного периода, например, 3 сек. Интрузивная диагностика основана на измерении емкости накапливания кислорода (OSC).
При нормальном режиме соотношение
<mrow><msub><mi>С</mi><mi>r</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>о</mi><mi>з</mi><mi>д</mi><mi>у</mi><mi>х</mi></mrow><mrow><mi>Р</mi><mi>е</mi><mi>а</mi><mi>л</mi><mi>ь</mi><mi>н</mi><mi>о</mi><mi>е</mi><mtext></mtext><mo>_</mo><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mi>о</mi></mrow></mfrac></mrow><mrow><mfrac><mrow><mi>В</mi><mi>о</mi><mi>з</mi><mi>д</mi><mi>у</mi><mi>х</mi></mrow><mrow><mi>С</mi><mi>т</mi><mi>е</mi><mi>х</mi><mi>и</mi><mi>о</mi><mi>м</mi><mi>е</mi><mi>т</mi><mi>р</mi><mi>и</mi><mi>ч</mi><mi>е</mi><mi>с</mi><mi>к</mi><mi>о</mi><mi>е</mi><mo>_</mo><mi>т</mi><mi>о</mi><mi>п</mi><mi>л</mi><mi>и</mi><mi>в</mi><mi>о</mi></mrow></mfrac></mrow></mfrac></mrow>
равно 1.
r
В сигнале входного зонда Sa создаваемое возбуждение является двойным строб-импульсом обогащения с первым обедненным строб-импульсом (избыток воздуха), когда отношение C превышает 1, и со вторым обогащенным строб-импульсом (избыток топлива), когда отношение Cr меньше 1, как показано на фиг.2. Когда каталитический нейтрализатор является новым, посткаталитический сигнал Sp воспроизводит второй строб-импульс обогащения, практически идентичный строб-импульсу входного сигнала Sa, но со смещением по времени Δt(n).
В конце эффективного срока службы каталитического нейтрализатора, когда участок посткаталитического сигнала за пределам строб-импульса обогащения становится тоже синусоидальным, почти идентичным участку входного сигнала Sa, возбуждение выражается в посткаталитическом сигнале Sp двойным строб-импульсом, практически идентичным строб-импульсу входного сигнала Sa, но со смещением по времени Δt(v), меньшим, чем Δt(n) (фиг.3).
Поскольку характеристики двойного строб-импульса могут вполне контролироваться программой автомата диагностики, в отличие от синусоидальных участков кривых сигналов Sa и Sp, интрузивный способ диагностики является гораздо более точным, чем пассивная диагностика. Как только Δt(n) достигает нижнего порога, срабатывает сигнализация.
Заявитель предложил свое изобретение после того, как обнаружил парадоксальную сторону интрузивной диагностики. Функцией каталитического нейтрализатора является уменьшение выбросов загрязняющих газов. Однако возбуждения интрузивной диагностики с их обогащенными и обедненными фазами являются причиной загрязнения, причем независимо от состояния каталитических нейтрализаторов. Парадокс проявляется особенно тогда, когда нейтрализаторы являются новыми и должны препятствовать загрязнению.
Тогда Заявитель пошел против тенденции требования повышения точности и предложил опять вернуться к пассивной диагностике во время первой части срока службы каталитических нейтрализаторов и перейти к интрузивной диагностике во время второй части срока службы каталитических нейтрализаторов, то есть самой критической в плане загрязнения.
Пойдя дальше выявленного парадокса и смелого возврата назад, в конечном счете, Заявитель пошел по пути простых рассуждений и основал свое изобретение на том, что, поскольку нормы становятся все более строгими, конструкторы вынуждены выпускать на рынок эффективные, по меньшей мере, в течение определенного времени каталитические нейтрализаторы. Все это является залогом изобретательского уровня.
В связи с этим, объектом изобретения является способ диагностики характеристик каталитического нейтрализатора автотранспортного средства на борту транспортного средства, при этом нейтрализатор установлен в выхлопной системе транспортного средства, согласно которому в выхлопной системе соответственно на входе и на выходе нейтрализатора устанавливают два кислородных зонда, анализируют их сигналы и сравнивают сигнал выходного зонда с пороговым значением, чтобы производить пассивную диагностику во время первого периода срока службы нейтрализатора, после прохождения которого во время последнего периода срока службы нейтрализатора при помощи двух зондов и автомата диагностики и путем измерения емкости накапливания кислорода нейтрализатора производят интрузивную диагностику характеристик нейтрализатора.
Предпочтительно переход между пассивной диагностикой и интрузивной диагностикой заранее определяют по прохождению нижнего порога временным смещением между двумя сигналами двух зондов, при этом порог можно устанавливать произвольно, поскольку он не нормирован.
Предпочтительно переходный порог определяют по уровню выхлопа согласно действующей норме, например, Евро 5.
На фиг.1 схематично показана выхлопная система бензинового двигателя автотранспортного средства, при этом выхлопная система 1 автотранспортного средства содержит на трубопроводе 2 каталитический нейтрализатор 3 и на выходе нейтрализатора 3 - глушитель 4. Два кислородных зонда 5, 6 установлены на трубопроводе 2 соответственно на входе (5) и на выходе (6) нейтрализатора 3. Выходной зонд 6 (Sp) является посткаталитическим зондом, а входной зонд 5 (Sa) - предкаталитическим зондом. На фиг.2 показаны сигналы зондов Sa и Sp, соответствующие практически новому каталитическому нейтрализатору. На фиг.2a показан сигнал предкаталитического зонда (Sa) 5 в фазе интрузивной диагностики. Перед возбуждением сигнал является классической синусоидой 7, образованной чередованием обогащенного состояния и обедненного состояния. Возбуждение 8 представлено строб-импульсом в верхнем состоянии 9, за которым следует строб-импульс в нижнем состоянии 10. После возбуждения кривая опять принимает свою синусоидальную форму. На фиг.2b кривая 16 сигнала посткаталитического зонда (Sp) 6 перед и после возбуждения 11 практически является плоской. Строб-импульсы возбуждения 11 сигнала посткаталитического зонда 6 являются почти такими же, как строб-импульсы сигнала зонда 5, но смещены на Δt(n). На фиг.3а, 3b показаны сигналы двух зондов 5(Sa), 6(Sp), но уже для состарившегося каталитического нейтрализатора 3.
Кривые на этих фигурах отличаются от кривых, показанных на фиг.2а, 2b, тем, что:
1) до и после возбуждения кривая сигнала посткаталитического зонда 6 является синусоидой, практически идентичной синусоиде кривой сигнала предкаталитического зонда 5,
2) строб-импульсы возбуждения 13 кривой 12 сигнала 15 зонда 6 смещены относительно строб-импульсов кривой 14 сигнала зонда 5 на значение Δt(v), намного меньшее, чем Δt(n).