JPH08506161A - 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

Abstract

(57)【要約】 支持構造（４）、および支持構造（４）上に付着する触媒活性コーティングを有し、自動車の内燃機関（１）の下流に適合される、排気ガス浄化のための触媒コンバータ（３）の動作をモニタリングするためのプロセスであって、（ａ）少なくとも１つの点において触媒コンバータ（３）の触媒活性コーティング（５）および／または構造（４）の温度（Ｔｋ）を決定する段階と、（ｂ）触媒コンバータ（３）におけるこの点の上流の排気ガス温度（Ｔｇ）を決定し、両方の温度の少なくとも最初の経時的導出値を見つける（８）段階と、（ｄ）時間導出値間の差をみつける（９）段階と、（ｅ）内燃機関のスタート・アップの後差が符号を変える（１２）時を決定する段階とを含む。このプロセスは、触媒コンバータ（３）における、特にその温度の低い始動動作に関する誤動作の早期検出を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 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 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。排気物規制か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さまな構成を 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、または言い換えれは触媒変換が始 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。しかしなから、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 に関する情報をも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、俳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、これらの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より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、害されたまたは非常に老 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４ １ 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早く達するので、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１０ ｃｍ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 の着火温度を確か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．２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置され、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Ｔｇ、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

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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／ｄ ｔ 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．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．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．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．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．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．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．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．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．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．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／ｄ ｔ 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／ｄｔＴｇ）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．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．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（ｔ ｉ）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。