JPH05505660A - 内燃機関の制御方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 後置接続された触媒の実際温度を利用した内燃機関の制御！１方法と１置本発明 は、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 燃機間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０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ぐ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Ｘ。

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。

この目的は、多数の測定値を測定導線を介して受けて処理し、エンジンの作動に 対する制御データに変換し、例えば燃料噴射、空気供給、点火などを制御するた めにエンジン供給導線を介してエンジンに導くようなエンジン制御装！によって 内燃機関を制御する方法において、エンジンに後置接続されている触媒の温度が 直接測定され、エンジン制ｍ装置に少なくとも１本のデータ導線を介して導かれ 、そこで他の測定値と一緒に処理されることによって達成される。ここで直接測 定とは、触媒担体の壁あるいは構造物の温度を優先して測定することを意味して いるが、触媒内におけるガス温度の測定によってもエンジン制御に通した値を得 ることもできる０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 備形式において糧々の作動条片のもとて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」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て触媒を 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０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伏還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、哉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ｉする温度は一船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オ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、測定の信鱈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１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 位宜する円板である。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しれた経路でもよい。

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１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１１１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！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／又は温度分布をめるるた めに供給すると、触媒の監視は特に正確となる。これはそれらから排気ガス系統 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Ｂ、４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過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通した非常走 行プログラムが選択できる８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０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）少なくとも１つの温度センサが組み込まれている触媒と、ｂ）測定ＩＥ１ｉ １を介して導入される多数の測定データをエンジンの作動に対する制御データに 変換し、エンジン供給１線を介してエンジンに導くエンジン制御装置と、 Ｃ）触媒からの温度測定値をエンジン制御装置に１人する少なくとも１本のデー タ１線とを有している、 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１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）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（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 れているとを利である。を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＆ｉ３を介して外部から情報を受け、 そこからエンジン供給１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［１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！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は少なくとも一部謂 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１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ＴＦＩ、ＴＦ２の温！測定値はエンジン制御′Ｂ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監視回路１０において前処理されてい る。この電子監視回路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Ｗ１装置２に温 く、その上に電子監視回路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 遣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、皿ちこれ 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１ 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 も多数者えられ、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槽体の 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１線として部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の一端を遣る縦断面図であり、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。必要条件に応してケース３１は触 媒８の板金と同し材料でも作れる。これによって温度センサＴＦと板金２１．２ ２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０例えば酸化マグネ シウム粉末から成る絶縁層３２ば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との接触を阻止する。

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、 は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。

ＦＩＧ　２ １ｖ 要約喜 センサは好適には触媒（８）の代表的範囲につし）で積分的に測定する。

第１図 −轡−−＾−−−Ｎｓ、　ＰＣＴ／ＥＰ　９１１００５１９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多数の測定値を測定導線（３）を介して受けて処理し、エンジン（１）の作 動に対する制御データに変換し、例えば燃料噴射、空気供給、点火などを制御す るためにエンジン供給導線（４）を介してエンジン（１）に導くようなエンジン 制御装置（２）によって内燃機関（１）を制御する方法において、エンジン（１ ）に後置接続されている触媒（８）の温度が面接測定され、エンジン制御装置（ ２）に少なくとも１本のデータ導線（１２）を介して導かれ、そこで他の測定値 と一緒に処理されることを特徴とする内燃機関の制御方法。 ２．多くの作動状態においてエンジン制御装置（２）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（８）を過大温 度から防護するためにエンジン（１）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（８）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の範囲第１項記載の方法。 ３．触媒（８）の温度が、触媒（８）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（ＴＦ；ＴＦ１；ＴＦ２） によって測定されることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４．２つあるいはそれ以上の温度センサ（ＴＦ１、ＴＦ２）から電子監視回路（ １０）によって触媒（８）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（１２）を介してエンジン制御装置（２）に導かれるこ とを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１つに記載の方法。 ５．電子監視回路（１０）が温度測定データから同時に触媒（８）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（１５）を介して表示器（１６）又 はデータ記憶器に与えることを特徴とする請求の範囲第４項記載の方法。 ６．電子監視回路（１０）が、エンジン制御装置（２）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（１１）を介して、触媒（８）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の範囲第 ４項又は第５項記載の方法。 ７．触媒（８）が公知のように電気式に加熱できる触媒である場合、触媒（８） 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 求の範囲第１項ないし第６項のいずれか一つに記載の方法。 ８．エンジン制御装置（２）が触媒（８）の臨界温度に到達した際にはじめてエ ンジン（１）の制御を、例えば燃料と空気の比率の変化あるいは点火時点の取消 など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 求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１つに記載の方法。 ９．触媒（８）の時間的挙動が監視され、そこからエンジン（１）の異常な作動 状態例えば不点火が推定されることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第８項 のいずれか１つに記載の方法。 １０．ａ）少なくとも１つの温度センサ（ＴＦ；ＴＦ１、ＴＦ２）が組み込まれ ている触媒（８）と、 ｂ）測定導線（３、７）を介して導入される多数の測定データをエンジン（１） の作動状態に対する制御データに変換し、エンジン供給導線（４）を介してエン ジン（１）に導くエンジン制御装置（２）と、ｃ）触媒（８）からの温度測定値 をエンジン制御装置（２）に導入する少なくとも１本のデータ導線（１２）とを 有している、ことを特徴とする内燃機関（１）の排気ガスに対する触媒（８）の 温度を監視するためおよび内燃機関（１）を制御するための装置。 １１．触媒（８）に少なくとも２つの温度センサ（ＴＦ１、ＴＦ２）が配置され ていることを特徴とする請求の範囲第１０項記載の装置。 １．２．触媒（８）からの温度測定値を電子式に処理し、そしてデータ導線（１ ２）を介してエンジン制御装置（２）に導く電子監視回路（１０）が設けられて いることを特徴とする請求の範囲第１０項又は第１１項記載の装置。