JP2620654B2 - 触媒コンバータの動作を機能的にモニタリングするための方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、排気ガスを浄化するための触媒コンバー
タを機能的にモニタリングするための方法および装置に
関する。排気物規制が世界中でますます厳しくなってい
るので、触媒コンバータがもはやその機能を果たさなく
なっとときにそれが早く判断できるよう、自動車におけ
る触媒コンバータの機能を常に、または少なくとも周期
的にモニタすることが必要になっている。

国際特許公開WO第91/14855号およびWO第92/03643号は
触媒コンバータをモニタすべく使用される温度センサに
関するさまざまな構成を開示する。温度センサで達成さ
れた測定値の評価方法もまた説明される。

今までの測定の概念は、動作温度における、または言
い換えれば触媒変換が始まる温度より極めて上の温度に
おける触媒コンバータの機能的モニタリングを本質的に
扱ってきた。しかしながら、自動車の全排気物に対する
厳しい排気ガス規制に鑑みて、温度の低い始動段階、特
に、または言い換えれば内燃機関の始動後最初の数分内
の触媒コンバータの性能が特に決定的な役割を果たすこ
とがわかっている。触媒コンバータの機能的能力を評価
するためには、触媒コンバータにおける触媒変換がいつ
始まるかを知っておくことも重要であり、さらに恐らく
は何度で始まるかを知っておくことも重要である。

この発明の目的はゆえに、温度の低い始動段階におけ
る触媒コンバータの性能に関する情報を提供する触媒コ
ンバータの機能的モニタリングのための方法を生み出す
ことと、この方法を実施するための適切な装置を生み出
すことである。

この目的は、キャリヤ構造およびそのキャリヤ構造に
付着する触媒活性コーティングを有し、かつ自動車の内
燃機関に続いて置かれる、排気ガスを浄化するための触
媒コンバータを機能的にモニタリングするための、以下
のようなステップを有する方法によって達成される。す
なわち、 a.触媒コンバータの触媒活性コーティングおよび／また
は構造の少なくとも１つの点の温度を決定するステップ
と、 b.触媒コンバータのこの点の上流で排気ガスの温度を決
定するステップと、 c.両方の温度の値の少なくとも最初の経時的導出値を形
成するステップと、 d.経時的導出値の差を形成するステップと、 e.エンジンの開始後に、差がその符号を変える瞬間を確
かめるステップとを含む。

排気ガス、および触媒コンバータの触媒活性コーティ
ングまたは構造の温度がどのように決定されるかにかか
わらず、これら２つの温度の経時的導出値間の差を観察
することは、触媒コンバータがいつ変換を始めるかを正
確に表わす。触媒変換は放熱性であるので、それは触媒
活性コーティングおよびその真下に置かれる構造を加熱
する。温度の低い始動段階の間、排気ガスの温度は始め
に多かれ少なかれ着実に上がり、触媒コンバータを比例
して加熱する。しかしながら、触媒コンバータの熱容量
のために、触媒コンバータの触媒活性コーティングおよ
び／または構造の温度は始め排気ガスの温度の変化より
もゆっくりと変化する。しかしながら、後者は触媒変換
が始まる瞬間に変化する。ゆえにこの発明の方法ではこ
の瞬間を正確に決定することが可能である。参照データ
または新しい触媒コンバータと比較することで、触媒コ
ンバータの機能的状態、特にその温度の低い始動段階の
性能についての結論を引き出すことができる。

温度の低い始動段階では自動車の動作は依然としてか
なり変わりやすいので、エンジン始動後温度変化の差が
その符号を変える瞬間を単に決定するだけでは必ずしも
十分な結論は導き出されない。ゆえに、その瞬間におい
て触媒活性コーティングおよび／またはキャリヤ構造の
温度を確かめることが特に有利である。なぜならその温
度は触媒コンバータの機能性を非常に正確に表わすこと
を可能にするからである。この温度はいわゆる着火温度
に対応し、害されまたは非常に老化した触媒コンバータ
では温度は初めおよそ350℃から400℃ないし450℃の値
に上がる。その温度範囲において、典型的な温度セン
サ、特に抵抗器ワイヤを用いた温度測定は、依然として
かなり正確であり、長い時間比較的一定しているので、
触媒コンバータについて良好に表わすことができる。

金属キャリヤ構造の場合、キャリヤの温度は、熱容量
が小さいために触媒活性コーティングの温度からずれが
あるが、僅かにずれているだけであるので、キャリヤ構
造の中に統合された測定センサは実際触媒活性コーティ
ングの温度を同時に測定する。温度センサの適切な配置
はたとえばドイツ特許公開DE−Ａ 第41 29 839号か
ら既知であり、また前述のWO第91/14855号から既知であ
る。セラミックキャリヤ構造においては、熱源（すなわ
ち触媒反応が起こる領域）のできるだけ近くで測定を行
なうために、ある状況下で温度センサをそれらの表面上
に、またはセラミックキャリヤと触媒活性コーティング
との間に配置することが必要になるかも知れない。

金属キャリヤ構造に関して、触媒コンバータのキャリ
ヤ構造の温度は、この発明に従えば、キャリヤ構造上ま
たはその中に統合される少なくとも１つの測定センサに
よって特に有利に直接測定される。一般的に流量プロフ
ァイルの不均一な分布およびコンバータの不均一な触媒
活性度が測定に影響を及ぼさないようにするために、触
媒コンバータの断面の少なくとも一部分にわたっておよ
び／または全長にわたって測定を総体的に行なうことが
特に有利である。ある断面領域に置かれる長手の温度セ
ンサ、または触媒コンバータの縦方向に延びる温度セン
サ、もしくはその２つの組合せ、さらには触媒コンバー
タに斜めに延びる温度センサすべてが使用できる。重要
なことは、これらの温度センサはガスの温度を主に測定
するのではなく、熱源の温度、すなわちそれに直接接触
する触媒活性コーティングまたはキャリヤ構造の温度を
主に測定することである。

触媒活性コーティングまたはキャリヤ構造の温度が決
定されると同時に、この測定点または測定領域のすぐ近
くのガスの温度もまた決定できれば、この発明の方法に
とって最も好ましいと言えるであろう。しかしながら、
これは技術的に非常に難しい。なぜなら触媒コンバータ
の内部のガス温度を純粋に測定することはほとんど不可
能だからである。一方で、キャリヤ構造間の間隔は機械
的に非常に小さく、さらに他方で、触媒活性コーティン
グからの放射がガス温度の測定値の品質を落とす可能性
がある。この発明に従えば、排気ガスの温度はゆえに、
好ましくは、エンジンと触媒コンバータとの間の排気ガ
ス流における少なくとも１つの測定センサによって直接
測定されるいずれの場合にも、触媒活性コーティングま
たはキャリヤ構造の温度が測定される点の上流で測定が
行なわれることが重要である。

この発明の別の変形では、エンジンを制御すべくいず
れの場合にも測定されるさまざまな測定値からガス温度
を決定することもまた可能である。特に、排気ガスの温
度はエンジンの温度、rpm、ならびに供給される空気お
よび燃料の量から決定することができる。

触媒活性コーティングの温度が触媒変換の開始後に上
がるとき、さらにこの温度の経時的導出値が排気ガス温
度の経時的導出値よりもより大きいとき、一定の既知の
動作条件下で、特にコマンド値との比較によって、さら
に予め定められたコマンド値からのずれの決定によっ
て、２つの経時的導出値間の差の絶対値の大きさから触
媒コンバータの状況についての結論を引き出すことがで
きる。

温度の低い始動段階において、触媒コンバータの最初
の部分は一般的に触媒反応に必要な温度に最も良く達す
るので、触媒コンバータのキャリヤ構造および／または
触媒活性コーティングの温度を触媒コンバータのこの最
初の部分の全長にわたって総体的に測定することが特に
有利である。触媒コンバータの断面領域にわたって、好
ましくは触媒コンバータのキャリヤ構造内部の最初の３
ないし10cm内の断面領域にわたってほぼ代表されるよう
に温度が測定されれば特に好ましい。

経時的導出値を観察することの利点は、とりわけ、温
度センサの絶対的な正確さが決定的要因にならないこと
である。いずれの場合にも、ここでは決定的であるほぼ
500℃までの温度範囲では、この正確さは依然として高
く、800℃より上の範囲までは著しく低減することがな
い。動作温度にある触媒コンバータをモニタリングする
ときの状況とは違って、この発明に則した絶対温度の観
察はゆえに、特に触媒コンバータの着火温度を確めるた
めの正確な測定方法である。この状況において、触媒コ
ンバータにおける温度センサの正確さを一層増大させる
ためには、自動車の他の温度センサと比較しての比較お
よび再調整によって、それらを再較正することができ
る。自動車の周囲温度センサまたはクーラメントセンサ
は高温に晒されずゆえに長い時間にわたって安定するの
で、それらは再較正の目的のために良好な基準を提供す
る。自動車は比較的長い時間たとえば夜間駐車しても、
すべての温度センサは同じ温度にあると考えられ得る。

前述の目的を達成するために、この発明はまた、キャ
リヤ構造およびそのキャリヤ構造に付着する触媒活性コ
ーティングを有する、排気ガスを浄化するための触媒コ
ンバータを機能的にモニタリングするための装置に関
し、触媒コンバータは自動車の内燃機関に続いて置か
れ、 a.キャリヤ構造および／または触媒活性コーティングの
温度を測定するための少なくとも１つの測定センサと、 b.排気ガス温度を決定するための少なくとも１つの素子
と、 c.測定されたまたは決定された温度の経時的導出値を形
成するための微分回路と、 d.3つの経時的導出値間の差を形成するための減算回路
と、 e.差がその符号を変えるその瞬間を確かめるための比較
回路とを有する。

モニタリングは、触媒コンバータの機能的問題を即座
に示すだけではなく修復設備における正確な診断を可能
にすることが意図されているので、触媒活性コーティン
グまたはキャリヤ構造の測定温度値を、差がその符号を
変えるその瞬間にストアする第１の記憶素子が存在すれ
ば特に好ましい。コマンド値および／またはこの測定温
度値のためにより早く測定された値をストアするための
第２の記憶素子、ならびにこの測定温度値を、コマンド
値および／またはより早く測定された値と比較するため
の比較素子は、触媒コンバータの状況の正確な診断にさ
らに貢献し、それがどのくらい残りの有効な寿命を有す
るかを予測するために使用することもできる。

この発明の例示的実施例が図中に示されているが、こ
の発明はそれに限定されることはない。

エンジン１から、排気ガスライン２が触媒コンバータ
３に通じる。この触媒コンバータ３はキャリヤ構造４を
含み、キャリヤ構造４に触媒活性コーティング５が付着
する。温度センサ６は、それが触媒コンバータにおける
測定点７の上流のできるだけ近くで排気ガスの温度Tgを
測定するように配意され、この点における熱放射によっ
て影響されることはない。この測定点７はポイント型ま
たは好ましくは地域型の温度センサであって、キャリヤ
構造４の温度Tkを測定し、キャリヤ構造が金属からなっ
ていればこの温度は触媒活性コーティング５の温度に一
般的に非常に正確に整合する。

微分装置８は、温度センサ６および７からの測定値T
g、Tkの経時的導出値d/dtを形成し、減算回路９はこれ
らの２つの経時的導出値から差（d/dt Tk−d/dt Tg）
を形成する。比較回路12は差の符号がいつ変わるかを確
かめる。比較回路12がそのような符号の変化を確かめる
と、測定点７におけるこの瞬間tiで測定された温度Tki
は第１の記憶素子10中にストアされる。

第２の記憶素子11では、より早く測定された温度測定
値および／またはコマンド値がストアされる。第２の比
較回路13は、より早くストアされた値またはコマンド値
を、第１のメモリ10においてストアされた温度値と比較
し、過度の導出値があるとわかると、ディスプレイ16に
通じ、それは触媒コンバータの誤動作を示す。ディスプ
レイの代わりに、またはそれに加えて、電子メモリを使
用することができ、それは後に修復設備における診断目
的のために読出される。

モニタリング素子の正確さを増大するために、再較正
回路17が提供され、それは自動車が比較的長い時間駐車
された後周囲温度センサ14、クーラント温度センサ15、
ならびに温度センサ６および７の測定温度値を互いに比
較し、必要であればセンサ６および７を再較正する。

この発明は、自動車の触媒コンバータにおける機能的
問題の早期検出の目的に適い、特に全排気物にとって重
大となる着火性能の悪化を確かめることができる。

フロントページの続き (72)発明者 ブリュック，ロルフ ドイツ連邦共和国、デー―51429 ベル ギッシュ・グラドバッハ、フレーベルシ ュトラーセ、12 (56)参考文献 特開 平５−508900（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−50315（ＪＰ，Ａ)

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャリヤ構造（４）、およびキャリヤ構造
   （４）に付着する触媒活性コーティング（５）を有す
   る、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ（３）を
   機能的にモニタリングするための方法であって、触媒コ
   ンバータは自動車の内燃機関（１）に続いて置かれ、 a.触媒コンバータ（３）の触媒活性コーティング（５）
   および／または構造（４）の少なくとも１つの点の温度
   （Tk）を決定するステップと、 b.排気ガスの温度（Tg）を触媒コンバータ（３）のこの
   点の上流で決定するステップと、 c.両方の温度値の少なくとも最初の経時的導出値（d/dt
   Tk、d/dt Tg）を形成するステップと、 d.経時的導出値の差（d/dt Tk−d/dt Tg）を形成する
   ステップと、 e.エンジン（１）の開始後に差がその符号を変える瞬間
   （ti）を確かめるステップとを含む、方法。
2. 【請求項２】触媒活性コーティング（５）および／また
   はキャリヤ構造（４）の温度（Tki）は、差がその符号
   を変える瞬間（ti）において測定される、請求項１に記
   載の方法。
3. 【請求項３】触媒コンバータ（３）のキャリヤ構造
   （４）の温度（Tk）は直接触媒コンバータ（３）のキャ
   リヤ構造（４）上にまたはそれの中に統合される少なく
   とも１つの温度センサ（７）によって測定され、触媒コ
   ンバータ（３）の好ましくは断面の少なくとも一部分に
   わたっておよび／または全長の少なくとも一部分にわた
   って総体的に測定する測定センサによって測定される、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】排気ガスの温度（Tg）は、直接エンジン
   （１）と触媒コンバータ（３）との間の排気ガス流にお
   ける少なくとも１つの測定センサ（６）によって測定さ
   れる、請求項１、２、または３に記載の方法。
5. 【請求項５】排気ガスの温度（Tg）は、エンジン（１）
   を制御するためにいずれかで測定されるさまざまな測定
   値から決定される、請求項１、２、または３に記載の方
   法。
6. 【請求項６】排気ガスの温度（Tg）は、エンジン
   （１）、rpm、ならびに供給された空気および燃料の量
   から決定される、請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】さらに経時的導出値の間の差の絶対値の大
   きさが、一定の既知の動作条件下で決定され、コマンド
   値からのずれがモニタリングされる、前掲の請求項の１
   つに記載の方法。
8. 【請求項８】触媒コンバータ（３）のキャリヤ構造
   （４）および／または触媒活性コーティング（５）の温
   度（Tk）は、触媒コンバータ（３）の最初の部分の全長
   にわたって総体的に測定される、前掲の請求項の１つに
   記載の方法。
9. 【請求項９】温度（Tk）は、触媒コンバータ（３）の断
   面領域にわたってほぼ代表されるように測定され、好ま
   しくは触媒コンバータ（３）のキャリヤ構造（４）内部
   の最初の３ないし10cm内の断面領域にわたって測定され
   る、前掲の請求項の１つに記載の方法。
10. 【請求項１０】測定センサまたはセンサ（６、７）は、
    エンジン（１）が比較的長い時間オフした後に、特に自
    動車の周囲温度センサ（14）またはクーラントセンサ
    （15）との比較によってさらに適切な再較正によって時
    々再較正される。請求項３ないし９の１つに記載の方
    法。
11. 【請求項１１】キャリヤ構造（４）およびキャリヤ構造
    （４）に付着する触媒活性コーティング（５）を有す
    る、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ（３）を
    機能的にモニタリングするための装置であって、触媒コ
    ンバータは自動車の内燃機関（１）に続いて置かれ、 a.キャリヤ構造（４）、および／または触媒活性コーテ
    ィング（５）の温度（Tk）を測定するための少なくとも
    １つの測定センサ（７）と、 b.排気ガス温度（Tg）を決定するための少なくとも１つ
    の素子（６）と、 c.測定されたまたは決定された温度（Tk、Tg）の経時的
    導出値（d/dt Tk、d/dt Tg）を形成するための微分回
    路（８）と、 d.2つの経時的導出値（d/dt Tk、d/dt Tg）間の差（d
    /dt Tk−d/dt Tg）を形成するための減算回路（９）
    と、 e.差（d/dt Tk−d/dt Tg）がその符号を変える瞬間
    （ti）を確かめるための第１の比較回路（12）とを有す
    る、装置。
12. 【請求項１２】第１の記憶素子（10）は、差（d/dt Tk
    −d/dt Tg）がその符号を変える瞬間（ti）において触
    媒活性コーティング（５）および／またはキャリヤ構造
    （４）の測定温度値（Tki）をストアするために存在す
    る、請求項11に記載の装置。
13. 【請求項１３】第２の記憶素子（11）は、差（d/dt Tk
    −d/dt Tg）がその符号を変える瞬間（ti）において測
    定温度値（Tki）のコマンド値および／またはより早く
    測定された値をストアするために存在し、第２の比較素
    子（13）は、差（d/dt Tk−d/dt Tg）がその符号を変
    える瞬間（ti）における測定温度値（Tki）をコマンド
    値および／またはより早く測定された値と比較するため
    に存在する、請求項11または12に記載の装置。