JP2654430B2 - 内燃機関の制御方法と装置 - Google Patents

内燃機関の制御方法と装置

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンに後置接続された触媒の実際温度
を利用して内燃機関を制御する方法とそのために好適な
装置に関する。
多くの国々においてますます厳しくなっている環境保
護基準に応じて、多くの内燃機関は特に自動車の場合に
触媒が装備されている。かかる触媒は、一般には排気ガ
スが貫流する多数の流路を有するハニカム体が用いられ
ている。本来の触媒活性材料に対する担体として多数の
実施例が公知であり、特に例えば欧州特許第0245737号
公報あるいは欧州特許第0245738号公報に記載されてい
るような金属触媒担体が知られている。
最近の内燃機関を制御するために複雑なエンジン制御
装置が採用されている。この制御装置は、例えば温度、
吸込み圧力、回転数、アクセルペダル位置などの多数の
測定値から複雑なプログラムによって、内燃機関におけ
る種々の制御要素例えば燃料噴射ポンプ、点火装置、ス
ロットル弁などを制御する制御データを計算する。
このために従来利用されているエンジン制御装置およ
びプログラムは、エンジンに後置接続されている触媒が
その担体および特に触媒活性材料の損傷を避けるために
非作動状態において所定の最大温度を超過しないように
考慮されている。これを保証するためにはエンジン制御
プログラムにおいて所定の条件を満足しなければならな
いが、しかしこれは多くの作動状態において、触媒が実
際にその最大許容運転温度からまだ大きく離れているに
も拘わらず、エンジンが有害物質発生値、出力、トルク
および／又は燃料消費にとって最適な制御範囲に維持さ
れない状態に導く。
本発明の目的は、触媒を過大温度から防護するための
従来技術におけるエンジン制御装置の制約を、エンジン
を作動中において頻繁に燃料消費、出力、トルクおよび
又は有害物質発生に対して最適な状態に維持するように
できるだけ限定することにある。
この目的を達成するため、本発明によれば、測定導線
を介して受信した多数の測定値を処理し、これらの測定
値をエンジンを作動するための制御データに変換し、エ
ンジン供給導線を介してエンジンに制御データを導く内
燃機関の制御方法において、触媒物質を保持しエンジン
の下流側に配置されている触媒担体の壁の温度を直接測
定し、この壁の温度値を少なくとも１本のデータ導線を
介してエンジン制御装置に導き、他の測定値と共に処理
し、その処理された値をエンジンの制御に用いる。本発
明に基づく方式は、エンジン制御の設計が、その都度の
設備形式において種々の作動条片のもとで触媒の温度挙
動に対して今まで労力を要する実験で得られた結果に従
来のように左右されないという利点を有する。実際の触
媒温度が測定値として供給されるので、実験で得られる
ような予備的な安全基準をエンジン制御においてもはや
考慮する必要はない。特にエンジン制御装置は例えば燃
料消費の最適化に対して優先的に設計でき、これは実際
の触媒温度が許容範囲にある間は制限されない。
従来の制御方法の場合、多くの作動状態においてエン
ジン制御装置が、燃料消費および／又は出力に対して最
適な制御データからずれている状態のもとで触媒を過大
温度から防護するためにエンジンに変更した制御データ
を導くことは避けられないことである。本発明に基づい
てデータはもはや予防のためではなく、触媒の測定温度
が実際に所定のしきい値に接近したとき又は所定のしき
い値を超過したときだけ、最適な制御データからずれた
状態で変化されればよい。
触媒の実際の温度の処理は低温始動過程においても大
きな利点をもたらす。触媒を急速に作動温度にするため
に、エンジン制御装置には種々の制御方式が用いられる
が、これは燃料消費を増大しおよび場合によっては走行
快適性を減少するおそれがある。触媒の温度の直接測定
および処理によって、この低温始動過程は、触媒の始動
温度の到達時点が直接検出できるので、正確に必要な大
きさに制限できる。低温始動過程の有害物質発生にとっ
て不利な早すぎる終了並びに燃料消費にとって不利な遅
すぎる終了は、これによって避けられる。これは特に種
々の長さの作動中断後におけるエンジンの再起動に対し
ても当てはまる。
触媒における温度は一般に一様に分布していないの
で、触媒の温度が、触媒のほぼ代表的な横断面範囲およ
び又は縦断面範囲に広げられている積分測定温度センサ
によって測定されるとき、測定の信頼性は明らかに増大
する。その場合代表的範囲とは、流れの縁部範囲並びに
中央範囲から情報を得る測定を意味している。その場合
横断面範囲は排気ガス系統におけるほぼ横断面平面内に
位置しその中で測定が行われる円板である。縦断面範囲
は排気ガス系統における縦断面平面内に位置する円板で
ある。もっとも代表的範囲は、触媒内部において斜めに
又は対角線上に延びる測定平面であるか、線形測定セン
サのねじれた経路でもよい。
温度測定の精度についての要求および本発明と組み合
わされる測定装置によっては、２つあるいはそれ以上の
温度センサからの温度測定値を電子監視回路によって評
価し、この電子監視回路が触媒における温度分布を検出
し、この温度分布あるいは計算最大値をデータ導線を介
してエンジン制御装置に導くことが有利である。２つの
温度センサが利用される場合には、これらは特に触媒の
両側端面の近くに配置される。
上述の電子監視回路は、温度測定データから同時に触
媒の機能および作動状態を監視し、その監視結果を診断
導線を介して表示器又はデータ記憶器に与えることがで
きる。触媒における温度分布および温度の時間的挙動の
分析から、触媒の機能、まだ存在する変換率および触媒
の予期し得る残りの寿命についての情報が得られる。
電子監視回路がエンジン制御装置にデータ例えば回転
数、吸込み圧、燃料供給量などをデータ導線を介して、
触媒における状態および／又は温度分布を求めるために
供給すると、触媒の監視は特に正確となる。これはそれ
から排気ガス系統内の流速および別の重要な値が計算で
きるからである。
特に低公害形自動車に対して触媒として公知のように
電気式に加熱できる触媒が用いられる場合、上述の目的
のために測定された触媒の温度は、触媒をできるだけ迅
速に作動中に引続き有害物質変換にとって必要な最低温
度に維持するために、電気加熱の制御に補助的に利用で
きる。
エンジン制御装置がエンジンをまず触媒の温度を考慮
せずに制御し、触媒の臨界温度に到達した際にはじめて
制御データを、触媒の温度がそれ以上増大しないように
変更することは、本発明の最も有利な実施態様とみなさ
れる。これは例えば燃料と空気の比率の変更および／又
は点火時点の変更によって行うことができる。補助的に
排気ガス経路ないし触媒に対する冷却手段を導入するこ
ともできる。
更にエンジン制御における種々の経路に関する触媒の
温度の時間的挙動が監視され、そこからエンジンの異常
作動例えば不点火が推定される。多くのエンジン制御装
置は、異常作動の際に車両に対する比較的大きな損傷を
回避するが継続走行を短くするおそれのあるいわゆる非
常走行プログラムを有している。触媒温度へのかかる種
々の非常走行プログラムの作用は温度センサの迅速な反
応によって短時間内に検出でき、これによって触媒にお
ける損傷を避けるために適した非常走行プログラムが選
択できる。例えばシリンダの一つのみが不点火である
と、このシリンダに対する燃料供給を遮断する非常走行
プログラムが生じる。例えば個々のシリンダに対する燃
料供給の一時的な遮断およびそれに従う触媒温度の反応
によって、不点火のシリンダを検出し、その燃料供給を
遮断することができる。
本発明の目的の達成には、 ａ）触媒物質を保持する触媒担体の壁の１つに取り付け
られ、触媒担体の壁の温度を直接測定するための少なく
とも１つの温度センサと、 ｂ）測定導線を介して受信した多数の測定値を入力と
し、これらの測定値からエンジンを作動するための制御
データをエンジン供給導線を介してエンジンに導くエン
ジン制御装置と、 ｃ）触媒担体からの測定された温度値を、他の測定値と
共にエンジン制御装置へ導く少なくとも１つのデータ導
線と を備えている ことを特徴とする内燃機関の排気ガスに対する触媒の温
度を監視するためおよび内燃機関を制御するための装置
も有効である。本発明における重要な点は触媒からのデ
ータをエンジン制御装置に導入することにあり、これに
よって上述の本発明に基づく方法の利用がはじめて可能
となる。この場合触媒の作動状態の監視および診断だけ
に限定することなく（これらは引続き可能ではある
が）、エンジン制御装置において触媒の温度を処理する
ことによって、一方では触媒の作動状態を制御し、他方
では触媒の保護にとって不要な制約（これは安全性の理
由から必要される）を、触媒が実際に臨界温度範囲にな
い間は回避できる。
触媒に少なくとも２つの温度センサが配置されている
と、それにより触媒における温度分布についての正確な
情報が得られ、診断に対して補助的な情報が供給される
ので有利である。
この関係において、触媒からの温度測定値を電子式に
処理し、その後で初めてデータ導線を介してエンジン制
御装置に導く働きをする電子監視回路が中間接続されて
いると有利である。電子監視回路は補助的に触媒の作動
状態に関して監視および診断を行える。
測定の精度に対しては、以下に図面を参照して説明す
るように、代表的な測定結果を得るために、１つあるい
は複数の温度センサが平面的にあるいはほぼ線形に形成
されていると有利である。特に温度センサが触媒の横断
面範囲のほぼ代表的部分にわたって広がっていると有利
である。
図面には本発明の細部の部分的概略構成と実施例が示
されている。
第１図は本発明に基づくエンジン制御・触媒監視装置
の概略構成図、 第２図は本発明に基づいて形成された触媒の温度セン
サを通る部分の横断面図、 第３図および第４図はそれぞれ好適な温度センサの構
造の縦断面図（第３図）および横断面図（第４図）、 第５図は温度センサを触媒の中に組み込んだ実施例の
斜視図である。
第１図は電子式エンジン制御装置２を持ったエンジン
１を概略的に示している。ここではエンジンとは、測定
装置およびエンジン制御装置を除いて、エンジン並びに
点火装置、燃料噴射装置、空気導入装置のようなすべて
のエンジン補助器を意味する。エンジン制御装置２は測
定値導線３を介して外部から情報を受け、そこからエン
ジン供給導線４を介してエンジン１に導かれる制御デー
タを検出する。エンジン１から排気ガスが矢印の方向に
排気ガス配管５に到達する。排気ガス配管５内にはラム
ダ・プローブ６が配置され、これは更に測定値導線７を
介してエンジン制御装置２に接続されている。排気ガス
配管には触媒８が配置されており、ここには排気ガス出
口配管９が接続されている。触媒８は１枚あるいは複数
枚の円板から構成できる。勿論排気ガス系統は多重条片
で構成することもできる。しかしこれらのことは本発明
にとって重要ではない。触媒８は少なくとも一部領域を
電気式に加熱することもでき、対応した電気接続端子を
有している。本発明において重要なことは、触媒が測定
導線13、14を介して電子式監視回路10に接続されている
温度センサTF1、TF2を有していることである。原理的に
は温度センサTF1、TF2の温度測定値はエンジン制御装置
２に直接導くことができるが、この実施例においては電
子式監視回路10において前処理されている。この電子式
監視回路10は温度測定値から触媒内の温度分布および又
は平均値および又は最大値を検出し、データ導線12を介
してエンジン制御装置２に導く。その上に電子式監視回
路10は触媒８における測定データおよび場合によっては
データ導線11を介して導入されるエンジン制御装置２の
データから触媒８の機能も監視し、この監視結果は診断
導線15を介して表示器16あるいは記憶器に導かれる。
第２図は、温度センサが組み込まれている触媒の実施
例を触媒８の温度センサを通る断面図で示している。第
２図の場合、欧州特許第245737号公報で公知の配置構造
が用いられている。この触媒８は波形板金21と平形板金
22とを交互に重ね合わせた板金層から構成されている。
この板金層はケース23で取り囲まれている。この触媒８
の内部において各板金層に対して平行に温度センサTFが
延びている。この実施例において温度センサTFは温度に
伴って抵抗が変化するワイヤを含んでいる。温度センサ
に対する２つの接続端子を異なった個所に設ける必要が
ないようにするために、抵抗線は内部にＵ字形に敷設さ
れ、即ちこれは第３図および第４図から明らかなように
端部が結合された往路配線と復路配線から成っている。
温度センサTFは片側においてケース23を貫通して外側に
導出され、そこに測定導線用の接続端子29を有してい
る。ここに図示した触媒８内への温度センサTFの敷設原
理は単なる一例に過ぎない。触媒の他の形成方式も多数
考えられ、特に温度センサをスパイラル状に巻回するこ
とあるいは横孔の中に挿入することも考えられる。また
多くの場合、温度センサの金属ケースを戻り導線として
即ちアースとして使用し、抵抗線の一端をケースに接続
するとき、Ｕ字形の抵抗線の利用は省略できる。
第３図は温度センサTFの一端を通る縦断面図であり、
第４図には第３図におけるIV-IV線に沿った横断面図が
示されている。温度センサTFはケース31を有している。
このケースは例えばインコネルあるいはクロムおよび又
はアルミニウム成分を含む他の耐熱鋼から成っている。
必要条件に応じてケース31は触媒８の板金と同じ材料で
も作れる。これによって温度センサTFと板金21、22ない
しケース24との間で問題なしにろう付けすることができ
る。温度センサTFの内部にワイヤ33、34がＵ字形に敷設
され、ワイヤはその抵抗が温度に著しく依存する例えば
ニッケルあるいは他の材料で作られる。例えば酸化マグ
ネシウム粉末から成る絶縁層32は公知のように抵抗線の
両ワイヤ33、34の相互接触およびケース31との接続を阻
止する。
第５図は、触媒担体を構成するために利用されるよう
な波板ないしこの実施例では折り曲げ板の一部を示して
いる。構造物の経路に対して横に波の山に適当な溝を切
り込むことによって、温度センサTFに対する収容部が作
られる。この収容部は温度センサを構造化された板金21
と共に触媒担体の形に重ね合わせること、巻回するこ
と、又は組み合わせることを可能にする。その場合溝51
はここで分り易く示したのとは異なり温度センサの横断
面積よりも著しくは大きくなく、ぼぼ同じ寸法を有して
いるので、溝を介して温度センサTFのろう付けあるいは
少なくとも固定ができる。溝51が浅いことおよび隣接す
る最も近い平形板金にろう付けできることによって、温
度センサTFは主に担体構造物の温度を測定することがで
きる。しかし溝が深い場合、温度センサTFはガス温度も
測定できる。必要条件に応じた柔軟な構造にできる。
本発明は、燃料噴射電子制御装置付きの内燃機関エン
ジンを有し且つ制御式触媒が装備されている自動車にお
ける積分診断・監視・制御装置の改良に対して特に適し
ている。特に本発明は電気式に加熱できる触媒に関連し
て利用される。燃料消費にとって最適でない条件のもと
で内燃機関が作動されねばならない時間は、触媒に対し
て何等の危険なしに短縮され、従って燃料消費は減少さ
れる。
フロントページの続き (72)発明者 ブリユツク、ロルフ ドイツ連邦共和国 Ｄ―5063 オフエラ ート グロスフルデナー ベルク 19 (56)参考文献 特開 昭62−223427（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−38648（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−64139（ＪＰ，Ａ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】測定導線を介して受信した多数の測定値を
    処理し、これらの測定値をエンジンを作動するための制
    御データに変換し、エンジン供給導線を介してエンジン
    に制御データを導く内燃機関の制御方法において、触媒
    物質を保持しエンジンの下流側に配置されている触媒担
    体の壁の温度を直接測定し、この壁の温度値を少なくと
    も１本のデータ導線を介してエンジン制御装置に導き、
    他の測定値と共に処理し、その処理された値をエンジン
    の制御に用いることを特徴とする内燃機関の制御方法。
  2. 【請求項２】多くの作動状態においてエンジン制御装置
    が、燃料消費および／又は負荷に対して最適な制御デー
    タからずれている状態のもとで触媒を過大温度から防護
    するためにエンジンに変更した制御データを導く方法に
    おいて、制御データが予防のためではなく、触媒の測定
    温度が実際に所定の臨界値に接近したとき又は所定のし
    きい値を超過したときだけ、最適な制御データからずれ
    た状態で変化されることを特徴とする請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】触媒担体の温度が、触媒のほぼ代表的範囲
    特に横断面範囲および／又は縦断面範囲に広げられてい
    る積分測定温度センサによって測定されることを特徴と
    する請求項１又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】２つあるいはそれ以上の温度センサから電
    子監視回路によって触媒における温度分布が検出され、
    この温度分布あるいは計算最大値がデータ導線を介して
    エンジン制御装置に導かれることを特徴とする請求項１
    ないし３のいずれか１つに記載の方法。
  5. 【請求項５】電子監視回路が温度測定データから同時に
    触媒の機能および作動状態を監視し、その監視結果を診
    断導線を介して表示器又はデータ記憶器に与えることを
    特徴とする請求項４記載の方法。
  6. 【請求項６】電子監視回路が、エンジン制御装置に回転
    数、吸込み圧、又は燃料供給量データをデータ導線を介
    して、触媒における状態および又は温度分布を求めるた
    めに供給することを特徴とする請求項４又は５記載の方
    法。
  7. 【請求項７】触媒が電気式に加熱できる触媒であり、触
    媒の測定温度が電気加熱を制御するために補助的に処理
    されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一
    つに記載の方法。
  8. 【請求項８】エンジン制御装置が触媒の臨界温度に到達
    した際にはじめてエンジンの制御を、燃料と空気の比率
    の変化又は点火時点の取消によって触媒温度がそれ以上
    増大しないように調整することを特徴とする請求項１な
    いし７のいずれか１つに記載の方法。
  9. 【請求項９】触媒の時間的挙動が監視され、そこからエ
    ンジンの異常な作動状態が推定されることを特徴とする
    請求項１ないし８のいずれか１つに記載の方法。
  10. 【請求項１０】ａ）触媒物質を保持する触媒担体の壁の
    １つに取り付けられ、触媒担体の壁の温度を直接測定す
    るための少なくとも１つの温度センサと、 ｂ）測定導線を介して受信した多数の測定値を入力と
    し、これらの測定値からエンジンを作動するための制御
    データをエンジン供給導線を介してエンジンに導くエン
    ジン制御装置と、 ｃ）触媒担体からの測定された温度値を、他の測定値と
    共にエンジン制御装置へ導く少なくとも１つのデータ導
    線と を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  11. 【請求項１１】触媒担体に少なくとも２つの温度センサ
    が配置されていることを特徴とする請求項10記載の装
    置。
  12. 【請求項１２】触媒担体からの温度測定値を電子式に処
    理し、データ導線を介してエンジン制御装置に導く電子
    監視回路が設けられていることを特徴とする請求項10又
    は11記載の装置。
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