KR100187711B1 - 내연기관의 촉매 변환기의 작동을 감시하기 위한 방법 및 장치,그리고 이러한 방식으로 감시되는 촉매 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스 장치의 적어도 2개가 서로 이격된 단면영역에 온도가 온도 센서(TF1, TF2; TF1', TF2')에 의해 측정되고 감시장치(10)에 의해 감시되며, 2개의 측정장소 사이에 배기가스 유해물질의 촉매변환에 적합한 촉매 변환기 용적의 적어도 한 부분이 위치하는, 배기가스 장치(5,8,9)를 가진 내연기관(1)의 배기가스를 위한 촉매 변환기(8)의 동작감시방법에 관한 것이다. 온도 센서(TF1, TF2)는 점형식이 아닌 단면영역의 대표부분에 의해 적분식으로 측정한다. 온도 측정 장소는 촉매 변환기속에 일체화될 수 있고 촉매 변환기(8)가 전기적으로 가열된다.(17,18). 배기가스 유해물질의 촉매 변환에서의 발열반응은 순서에 따른 장치의 기능에서 감시될 수 있는 2개의 측정장소 사이의 어느 정해진 온도차를 야기시킨다. 온도차의 부호 및/또는 절대값 및/또는 시간적인 상태로부터 촉매 변환기(8) 및/또는 기관(1) 및/또는 전자적 기관제어장치(2)의 기능이 추론될 수 있다. 바람직한 적용분야는 전자적 기관제어장치를 가진 오토-기관을 가진 차량이다.

Description

[발명의 명칭]

내연기관의 촉매 변환기의 작동을 감시하기 위한 방법 및 장치, 그리고 이러한 방식으로 감시되는 촉매 변환기

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 배기 시스템을 갖는 내연기관으로부터 배출되는 배기 가스용 촉매 변환기의 작동을 감시하기 위한 방법 및 이에 적합한 장치, 그리고 이러한 목적에 따라 구성된 촉매 변환기에 관한 것이다.

많은 나라에서 점점 강화되는 환경보호규정에 상응하게 차량의 많은 내연 기관이 촉매 변환기를 갖는다. 이와 같은 촉매 변환기를 통해 배기가스가 흐르며, 배기 가스와 접하는 대형 면적을 갖는 촉매 활성 영역에서 촉매 변환기는 배기 가스내의 유해물질을 촉매작용시켜 무해한 물질로 변환시킨다. 촉매 활성 물질을 운반하기 위한 운반체의 많은 변형예가 공지되어 있는데, 그 중 일부는 세라믹 또는 금속으로 이루어진다. 일반적으로 금속 촉매 운반체는 배기가스가 통과되는 다수의 채널을 갖는 벌집형상체로 이루어진다. 금속 촉매 변환기는 일반적으로 적층되어 나선형으로 감겨져 있거나 또는 구조화된 금속 시이트로 감겨져 있다. 이와 같은 형태는 예를들면, 미국 특허 제 4,824,011호에 대응하는 EP-B-O 223 058호, 미국 특허 제 4,832,998호 및 제 4,923,109호에 대응하는 EP-B-O 245 737호 또는 미국 특허 제 4,803,189호 및 제 4,946,822호에 대응하는 EP-B-O 245 738호에 기재되어 있다.

유해물질을 감소시키기 위해 기관의 시동후 곧바로 촉매 변환 작용을 일으키기 위해, 전기 가열식 촉매 변환기가 제공되며, 이로 인해 촉매 변환에 필요한 온도를 더 빠르게 얻을 수 있다. 이와 같은 전기 가열식 촉매 변환기는 예를 들어, WO 89/10470호에 기재되어 있으며, 변환기의 저항 측정을 통해 온도 센서로서의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 가열 촉매 변환기가 온도 센서로 사용될 때, 전체 가열 영역 위로 온도를 적분식으로 측정하며, 특히 전체 횡단 영역에 걸쳐 온도를 적분식으로 측정한다. 그러나, 이러한 가열 촉매 운반체의 총괄적인 낮은 저항으로 인해, 측정의 정확성은 특히, 순간적인 정확성은 낮다. 촉매 운반체의 저항 측정으로 촉매 변환기의 감시는 제한적으로만 정보를 제공하고 있다.

공지된 배기 시스템의 부가적 사항으로서, 작동 불량을 미리 인식하여 제거할 수 있기 위해, 작동중에 촉매작용에 의한 배기가스 정화작용의 작동을 연속적으로 감시할 수 있는 것이 요구된다. 이는 예를 들면, 온도차가 관찰되는 2개의 온도 측정 장소에 의해 시도되었다. 이와 같은 장치는 WO88/07622 A1호, DE 35 16 981 A1호, DE-AS 23 46 425호 또는 DE 2643 739 C2에 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 내연 기관의 촉매변환기의 작동을 감시하기 위한 방법 및 장치와, 그리고 감시되어질 촉매변환기를 제공하는 것으로서, 공지된 단점을 극복하고 가능한 적은 장치 비용과 작동 불량이 거의 없도록 작동중에 촉매 변환기의 기능을 가능한 한 정확하고 포괄적으로 감시하기 위한 측정 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 전술한 목적 및 또 다른 목적은 내연 기관의 배기가스용 배기 시스템 내의 촉매변환기의 작동을 감시하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이는 배기 가스내의 유해물질의 촉매변환을 위해 규정된 측정 위치들 사이에서 배기 시스템의 촉매 변환기의 적어도 일부 용적을 한정하도록 내연기관의 배기 가스용 배기 시스템의 각각 3차원으로 이격된 횡단 영역에서 적어도 두 개의 측정 위치를 선택하는 단계와, 적어도 두 개의 측정 위치에서 온도를 측정 및 감시하는 단계와, 그리고 적어도 하나의 측정 장소에서 횡단영역의 대표적 부분에 걸쳐 점형식(spotwise)이 아닌 적분식으로 온도를 측정하는 단계를 포함한다.

본 발명은 촉매 변환기에서 유해물질의 변환이 발열반응이며 이 반응에서 에너지는 불필요하다는 것에 근거한다. 이 에너지는, 촉매 변환기 상류 부문의 유해물질 배기가스가 촉매 변환기 하류 부문의 정화된 배기가스보다 낮은 온도를 가지도록 한다. 이러한 의도는 본 발명에 있어서 촉매 변환기의 작동 감시 및 그외의 다른 정보를 조사하는 것이다. 이에 따라, 촉매 변환을 위해 한정된 촉매 변환기 용적의 적어도 일부가 놓여진 배기시스템 내의 2개의 횡단 영역에서 온도가 측정된다. 도면에 의해 상술되어진 것처럼, 측정 결과를 얻기 위해 촉매변환기의 전체 용적이 측정 장소 사이에 위치되어질 필요는 없다. 따라서, 측정 장소를 여러곳에 배열할 수도 있으며, 특정 배기 시스템의 공간적인 상태에 따라 달라질 수 있다. 가장 단순한 경우에, 언급한 바 처럼 촉매변환기의 배기 라인 상류부문 및 하류부문에서 온도가 측정될 수 있다. 일반적으로 총괄 흐름 단면의 온도 분포가 배기 시스템 내에서 균일하지 않기 때문에, 어느 정해진 측정장소에서의 온도를 점형식으로 측정하는 것이 아니라 횡단면 영역의 대표적 부분에 걸쳐 적분식으로 측정하는 것이 중요하다. 이로 인해, 감시의 정확성이 향상된다. 흐름의 주변부 영역 및 중심부 영역으로부터 온도를 측정하는 것이 대표적인 것으로 보인다. 예를 들어, 횡단 영역은 측정이 수행되는 배기가스 장치의 횡단면내에 위치된 디스크 형상이다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따라, 적어도 하나의 측정 위치를 평면형 또는 대략 선형의 온도 센서로 측정한다. 이러한 온도 센서는 일체식 측정에 적합하며 측정 형태는 공지된 기술이다. 특히 와이어의 형태인, 온도 의존 저항기를 갖는 측정 센서가 적합하다. 더욱이, 온도 측정은 기술적으로 가장 정확하고 제어된 측정으로서 본 적용에 적합하다. 또한, 온도 측정은 비교적 소형의 신속한 변화에 대하여 반응한다.

본 발명의 또 다른 실시 양태에 따라, 촉매변환기 내에 적어도 하나의 온도 측정위치를 선택한다. 특히 전기 가열식 촉매 변환기에는 전기 덕트 및 접점이 이용가능하므로, 이러한 부가적인 기구 사용으로 배기 시스템의 케이블 연결 비용은 크게 증가되지 않는다.

본 발명의 부가적인 실시양태에 따라, 촉매변환기 내의 상류부문 영역에 제1온도 측정 위치를 선택하는 단계와, 촉매변환기 내의 하류부문 영역에 제2온도 측정 위치를 선택하는 단계를 포함한다. 이는 상류흐름 단부의 영역내의 촉매 변환기내에 일체화된 온도 측정 위치는 접근하는 배기 가스의 온도에 비례하는 온도를 측정하는 반면, 하류흐름 단부 영역내의 촉매변환기내에 일체화된 온도 측정 위치는 배출되는 배기 가스의 온도에 비례하는 온도를 측정한다. 이러한 형태의 배치에 있어서, 시스템 기술 및 이론에 따라 다양한 배치가 가능하다. 한편으로는, 온도 센서는 배기 가스의 흐름에 둘러싸여 배기 가스의 온도를 측정할 수 있도록 위치되며, 온도 측정위치는 촉매 물질 또는 촉매 운반 물질과의 양호한 열접촉을 할 수 있도록 온도 측정 장소가 설치된다. 이 2가지 경우에 대하여, 주된 작동 온도 및 촉매 변환기 시스템의 기하학적 형태의 고려하에 측정 시스템을 선택하여야 한다. 예를 들면, 촉매 변환기의 상류부분 영역에서 배기가스 온도를 측정하고 하류부문 영역에서 촉매 운반체의 온도를 측정하는 것이 바람직하다. 촉매 변환 반응에서 필요로 하지 않는 에너지는 열 전달 과정에 따르면 먼저 촉매 변환기 운반체 재료에 전달되고 이로부터 다시 배출되는 배기가스에 전달된다.

여하튼, 변환기내에서 발생되는 에너지의 양은 상당하므로, 온도차는 쉽게 측정될 수 있다. 따라서, 측정 장소 사이에 촉매 변환기의 전체 용적이 놓이는 것이 아니라, 50%이상 바람직하게는 70%이상 놓이면, 그것으로 충분하다.

본 발명의 또 다른 실시 양태에 따라, 적어도 두 개의 측정 위치에서 측정된 수치 사이의 차이값을 계산하고, 촉매변환기 또는 내연 기관, 선택적으로 온도차의 부호 또는 절대값 또는 시간에 따른 온도차의 반응 등으로부터 촉매변환기 조절 시스템(존재하는 경우)의 작동을 탐지하는 전자식 감시 장치로 감시 단계가 수행된다. 온도차 △ T=T1-T2가 발생하는 경우, 측정의 정확성이 증가된다. 식에서 T1은 상류부문 측정 위치에서의 측정값이고 T2는 하류부문 측정 위치에서의 측정값이다 :

a) 델타T가 매우 작거나 아니면 양수인 경우, 촉매 변환기내에서 변환이 발생하지 않았으므로, 촉매 변환기 결함 보고가 이루어져야 한다.

b) 델타T가 음수이고 어느 정해진 허용오차 범위내에 있는 경우, 모든 장치가 정상이므로 보고가 이루어지지 않는다.

c) 델타T가 음수이고 매우 큰 경우, 상당한 유해 성분 또는 불연소잔류 연료가 배기가스 장치로 들어가 촉매 변환기에서 격렬한 반응이 이루어진다. 이 경우에 내연 기관의 제어장치 결함 보고가 이루어진다.

실시예와 관련하여 보다 상세히 기술되어질 것처럼, 제안되어진 측정시스템은 배기가스에서 불연소 잔류 연료의 발생에 대해 매우 민감하다. 이러한 측정 시스템의 사용으로, 내연 기관의 제어장치에서의 에러가, 특히 분사 기관에서 주기적 또는 일시적인 불점화(misfiring)가 진단될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따라, 기관 회전수, 기관 부하, 유량, 주위 조건등으로 구성되는 군으로부터 선택된 변수와 관련된 데이터를 내연기관용 전기조절식 기관 제어 장치에 공급하는 기관 특히, 차량용 오토(otto)기관을 내연 기관으로 선택하며, 이러한 데이터를 시스템의 정확한 작동 진단을 가능하게 하기 위해 성능 그래프와 같은 전자식 감시 장치 내의 온도차를 적어도 부분적으로 기능적으로 연결시키는 방법이 제공된다. 이는 데이터로부터 시스템이 적절하게 작동되는지를 나타내는 온도차 △ T를 임의의 범위내에서 예상할 수 있다. 이와 같은 방식으로, 마이크로프로세서로 정확한 정량 진단(quantitative diagnosis)이 정교해질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시양태에 따라, 전자식 감시 장치를 갖는 배기시스템 내의 하나 이상의 람다 센서에 의해 측정된 수치를 부가적으로 공도으로 측정할 수 있다.

최종적으로, 이러한 방식으로 촉매변환기의 임의 작동 상태(작동온도에 도달하기 이전 또는 소정의 최대 온도가 초과했을 때와 같은)에서 전자식 제어 장치로부터 내연기관 제어기로의 피드백이 가능하다. 내연 기관 제어기 내의 적절한 제어 명령이 변경된다.

본 발명의 부가적인 실시양태에 따라, 내연기관이 비교적 장기간동안 정지된 후와 같은 제한된 작동 상태에서 전자식 제어 감시 장치로 온도 센서를 재보정하는 방법이 제공된다. 시간에 따른 온도 센서의 변화는 때때로 재보정되어야 한다. 기관이 장기간동안 정지해 있었다면, 모든 온도 센서는 동일한 온도로 가정되어, 이러한 상태에서 선택적으로 다른 방식으로 측정된 외부 온도의 고려하에서 재교정이 수행될 수 있다. 이로 인해, 유지 작업 및 외부로부터의 개입이 필요치 않다.

본 발명의 목적으로서, 내연기관의 배기 가스용 촉매 변환기를 갖는 배기 시스템 내에서 상기 촉매변환기의 작동을 감시하기 위한 장치는 상기 배기 시스템의 적어도 두 개의 횡단 영역내에 배기 가스 흐름 방향으로 앞뒤로 위치된 두 개 이상의 온도 센서와, 측정된 온도 수치를 평가하도록 적어도 두 개의 온도 센서에 연결된 전자식 감시 장치, 및 평가 결과를 나타내도록 전자식 감시 장치에 연결된 계기 장치를 포함한다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 내연 기관에 연결된 전자식 제어장치, 및 회전수, 부하, 유량, 및 주위 조건으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 변수와 관련된 데이터를 전자식 감시 장치에 데이터를 공급하기 위해 전자식 제어 장치에 전자식 감시 장치를 연결하는 데이터 라인을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 적어도 하나의 온도 센서는 촉매 변환기 내에 바람직하게, 촉매 변환기의 하류 단부 부근에 일체식으로 형성된다. 본 발명의 또 다른 특성에 따라, 적어도 두 개의 온도 센서는 상기 촉매 변환기 내에서 일체식으로 형성되며, 바람직하게 촉매 변환기 내의 온도 센서중 하나는 촉매 변환기의 상류 단부 부근에, 하나는 촉매 변환기의 하류 단부 부근에 일체식으로 형성된다.

적어도 두 개의 온도 센서중 적어도 하나의 온도 센서는 측정 픽업(pickup)으로 온도 의존 저항기를 갖추고 있다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 촉매 변환기의 적어도 일부 영역을 전기적으로 가열시키기 위한 가열 수단을 포함하며 바람직하게, 이러한 가열 수단은 측정된 온도 수치를 고려하여 전자식 감시 장치와의 가열을 조절하도록 연결된다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 전자식 감시 장치로부터 데이터를 제어 장치에 공급하기 위해 제어 장치와 감시 장치를 연결하는 데이터 라인을 포함한다.

본 발명의 목적에 따라, 촉매 변환기가 부가적으로 제공되는데, 이는 단부면 및 횡단 영역을 형성하도록 적어도 부분적으로 구조화된 시이트 금속층, 및 적어도 하나의 단부면 부근의 적어도 하나의 횡단 영역내에서 상기 구조화된 시이트 금속층으로 일체화된 적어도 하나의 온도 센서를 포함하며, 이러한 적어도 하나의 온도 센서가 상기 횡단 영역의 대표적 부분에 걸쳐 적분식으로 온도를 측정한다.

이러한 촉매 변환기는 전술한 장치 및 감시 방법을 수행하기 위해 적합하다. 부가적으로, 본 발명의 적용 이외에도 측정된 온도 수치가 필요한 다른 시스템에도 적합하다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 이러한 촉매 변환기의 적어도 일부영역을 전기적으로 가열시키기 위한 수단을 포함하고, 이러한 일부 영역의 부근에 적어도 하나의 온도 센서가 위치된다. 특히, 가열식 촉매 변환기는 작동되는 감시 장치가 제공되지 않는다 하더라도 설치된다.

본 발명의 또 다른 특성에 따라, 적어도 하나의 온도 센서는 하나의 시이트 금속층에 횡단하여 뻗어있는 슬릿내에 위치되어 있다. 횡단 영역은 주변부 영역 및 중심부 영역을 갖추고 있으며, 적어도 하나의 온도 센서는 상기 주변부 영역과 상기 하나의 횡단 영역의 중심부 영역 너머로 방사상으로 뻗어있다.

본 발명의 부가적인 특성에 따라, 적어도 두 개의 온도 센서는 온도의존 저항기를 갖는 와이어, 상기 와이어를 둘러싼 금속 재킷, 및 상기 와이어로부터 상기 금속 재킷을 전기 절연시키는 절연층을 포함한다. 재킷은 인코우넬 또는 크롬 및 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 물질을 포함하는 고내열 강철로 구성되는 군으로부터 선택된 재료로 형성된다.

본 발명이 내연 기관의 촉매 변환기의 작동을 감시하기 위한 방법 및 장치와 감시되어질 촉매 변환기에 관해 기술되어 있다 하더라도, 본문에 기재된 실시예 및 세부 사항은 본 발명을 이것에 국한시키려 하는 것이 아니며 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

본 발명의 구체적인 내용에 대한 실시예가 도면에 의거하여 상술되어 있다.

제1도는 본 발명에 따른 기관 및 촉매 변환기 감시 장치에 대한 개략도.

제2도는 본 발명에 따른 촉매 변환기의 횡단면도.

제3도 및 4도는 온도 센서의 종단면도 및 횡단면도.

제5도는 촉매 변환기의 몸체에 온도 센서가 고정된 실시예를 나타내는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 내연 기관 2 : 기관 제어 장치

3 : 측정값 공급라인 4 : 기관 공급 라인

5 : 배기 가스 라인 6 : 람다 센서

7 : 측정값 라인 8 : 촉매 변환기

9 : 배출 라인 10 : 전자식 감시 장치

11 : 데이터 공급 라인 12 : 데이터 출력 라인

13,14 : 측정 라인 15 : 진단 라인

16 : 계기판 17,18,29 : 접점

21,22 : 금속 시이트 23,24 : 반분 셸 재킷

25,26 : 절연부 27,28 : 절연부

31 : 재킷 32 : 절연층

33,34 : 와이어 51 : 홈

[발명의 상세한 설명]

제1도는 측정값 공급라인(3)을 통해 정보를 외부로부터 받아 기관공급 라인(4)을 통해 기관을 제어하는 전자식 기관 제어 장치(2)를 가진 내연 기관(1)을 도시하고 있다. 배기가스는 내연 기관(1)으로부터 화살표 방향으로 람다 센서(6)가 배열되어 있는 배기 가스 라인(5)을 통과한다. 이 람다센서는 측정값 라인(7)을 통해 기관 제어 장치(2)와 연결된다. 촉매 변환기(8)는 배기 가스 라인(5) 내에 위치하고 있으며 변환기의 하류 부문에 배기가스 라인(9)이 뒤따른다. 촉매 변환기(8)는 하나 또는 다수의 개별 디스크 형상을 포함하고 있으며, 이중 또는 복수의 시스템으로 형성될 수 있으나, 이는 본 발명에 대하여 중요한 역할을 하지 않는다. 촉매 변환기(8)는 적어도 국부적으로 전기적으로 가열될 수 있고 그에 상응하는 전기적 접점(17과 18)을 갖는다. 본 발명에 따른 배기 시스템에는 2개 이상의 온도 센서가 위치되어야 하며, 그 사이에 촉매 작용을 하는 부분이 적어도 일부분 존재하여야 한다. 제1도는 촉매변환기의 상류부분에 온도 센서가 위치되는 경우, 촉매변환기(8)의 상류 단부 영역과 배기 가스라인(5)에 온도 센서(TF1)가 제공되며, 촉매 변환기의 하류부분에 온도 센서가 위치되는 경우, 촉매변환기(8)의 하류 단부 영역과, 배기가스 배출 라인(9)에 온도센서(TF2)가 제공되고 있음을 도시하고 있다. 다양한 선택 사항이 서로 유리하게 조합되어야 하는 것은 기하학적 사실 또는 다른 요소에 좌우된다. 그중에서도, 촉매 반응 발생 부분이 측정 위치의 사이에서 진행되는 것이 특히 중요하다. 온도측정값은 측정 라인(13과 14)을 통해 전자식 감시 장치(10)에 제공된다. 이러한 감시 장치는 측정값을 평가하고, 선택적으로 기관 제어 장치(2)로부터 데이터 공급 라인(11)을 통과한 데이터를 이용할 수 있다. 또한 감시 장치(10)로부터 데이터 출력 라인(12)을 통해 기관 제어 장치(2)에 데이터를 다시 전달할 수 있다. 측정 결과는 진단 라인(15)을 통해 진단 결과 계기판(16)에 전달된다. 이러한 계기판(16)은, 예를 들면 신호 램프 또는 계기판 장치의 형태로 형성될 수 있다.

제2도는 온도 센서가 촉매변환기(8)에 일체화된 온도 센서(TF)의 높이에서의 촉매변환기(8)의 부분 단면도이다. 제2도는 WO 89/10470에 공지된 전기 가열식 금속 촉매 변환기의 실시예를 도시하고 있으며, 이러한 촉매변환기 운반체는 한 방향으로 원형으로 감겨진 시이트 금속층으로 이루어지며 절연층의 횡단면으로 나뉘어져 가열에 적합한 전기 저항 및 전류 통로가 생긴다. 이러한 촉매 변환기(8)는 파형 시이트(21)와 편평한 시이트(22)가 차례로 감겨져 있으며, 촉매 변환기 내부에 내측으로 감겨진 나선 형상의 절연층을 가지며, 도면에 개략적으로만 도시되어 있다. 이러한 시이트 금속층은 절연부(25,26)에 의해 서로 전기적으로 분리된 두 개의 반분셸(23,24)을 포함하는 재킷에 의해 둘러싸여 있다. 반분셸 재킷(23,24)은 전기적 가열을 위한 전기 접점(27,28)을 갖는다.

이러한 촉매변환기(8)의 내측에 온도에 따라 저항이 바뀌는 와이어를 구비한 온도 센서(TF)가 개별적인 시이트 금속층에 대해 평행하게 뻗어 있다. 온도 센서용 2개의 접점을 다른 위치에 제공할 필요를 없애기 위해서는, 저항 와이어가 내측에 U-형상으로 설치된다. 즉, 제3도와 4도에 도시된 바처럼, 단부에 함께 결합된 전방 라인(forward line) 및 왕복 라인(return line)을 포함한다. 온도 센서(TF)는 한 단부의 반분 셸 재킷(24)을 통해 외부로 뻗어 있고 측정 라인 위치에 접점(29)을 갖는다. 본문에 도시된 촉매 변환기(8)에 온도 센서(TF)를 삽입하는 형태는 단지 하나의 실시예이다. 다른 구조를 갖는 촉매 변환기도 가능하며, 특히 온도 센서를 나선형으로 감거나 횡보어에 삽입하는 것도 생각할 수 있다.

제3도는 온도 센서(TF)의 단부의 종단면도이고 제4도에는 제3도의 선 IV-IV에 따라 취한 횡단면도가 도시되어 있다. 온도 센서는 예를 들면 인코넬(INCONEL), 또는 크롬 및 알루미늄 성분의 일부 다른 고내열 강철(high-temperature-proof steel)로 형성된 재킷(31)을 포함한다. 필요에 따라서 재킷(31)은 촉매 변환기(8)의 금속 시이트와 동일한 재료로 이루어질 수도 있으며, 이로 인해 온도 센서(TF)와 금속 시이트(21,22) 또는 재킷(24)사이의 용접 역시 아무런 문제없이 이루어질 수 있다. 온도 센서(TF)의 내측에는 와이어(33,34)가 U-형상으로 삽입되어 있고, 와이어는 니켈 또는 다른 재료로 이루어질 수 있으며, 이 재료는 온도에 매우 의존적인 저항을 갖는다. 공지된 방식에 따라, 산화 마그네슘 분말로 이루어진 절연층(32)은 상하로 놓인 2개의 저항 와이어(33,34)사이의 접촉 및 재킷(31)과의 접촉을 방지한다.

제5도에는 촉매 운반체의 형성에 사용되는 일부분의 파형 시이트, 본 발명에서는 접혀진 금속 시이트의 단면도가 도시되어 있다. 운반체의 진행 방향에 대해 횡으로 상단에 적당한 홈을 형성함으로써 온도 센서(TF) 수용 장소가 제공되며, 또한 촉매운반체를 형성하기 위해 구조화된 금속 시이트(2!)와 함께 온도 센서를 적층 시키거나 감거나 에워싸게 할 수 있게 한다. 홈(51)은 도면에 도시된 것처럼, 온도 센서의 단면보다 커서는 안되며 대략 온도 센서의 크기를 가지므로, 홈에 의해 온도 센서(TF)의 용접 또는 고정이 가능하게 된다. 온도 센서(TF)가 접힌 판의 절반 높이에 놓일 정도의 깊이로 홈(51)이 만들어지면, 온도 센서는 흐르는 가스의 온도를 측정할 수 있으나, 운반체 구조물 자체의 온도를 동일한 정도로 측정하지는 않는다. 그에 반해 홈의 깊이가 낮으며, 이웃하는 다음의 편평한 시이트와 용접이 수행되면, 온도 센서(TF)는 운반체 구조물의 온도를 우선적으로 측정할 수 있다. 필요에 따라서 구성 방식이 변경될 수도 있다.

본 발명은, 전자 분사식 내연 기관을 가지며 제어 가능한 촉매 변환기를 구비한 차량에 있어서, 개선된 일체식 진단 및 감시 장치에 특히 적합하다. 본 발명은 전기 가열되는 촉매 변환기와 관련하여 적용되는 경우 특히 양호하다.

Claims (39)

1. 내연기관으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 촉매변환기를 갖는 배기 시스템 내에서 상기 촉매변환기의 작동을 감시하기 위한 방법에 있어서, (A) 배기 가스내의 유해물질의 촉매 변환을 위해 규정된 측정 위치들 사이에서 배기 시스템 내의 촉매 변환기의 적어도 일부 용적을 한정하도록 내연기관 내의 배기 시스템의 각각 3차원으로 이격된 횡단 영역에서 적어도 두 개의 측정 위치를 선택하는 단계와, (B) 상기 적어도 두 개의 측정 위치에서 온도를 측정하고 감시하는 단계와. 그리고 (C) 적어도 하나의 상기 측정 위치에서 상기 횡단 영역의 대표적 부분에 걸쳐 점형식이 아닌 적분식으로 온도를 측정하는 단계를 포함하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (C) 단계의 온도 측정을 평면형 온도 센서로 측정하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 (C) 단계의 온도 측정을 선형 온도 센서로 측정하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 상기 측정 위치를 상기 촉매 변환기의 내부에서 선택하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 적어도 두 개의 상기 측정 위치에서 제1 측정 위치를 상기 촉매 변환기 내부의 상류 부문 영역에 선택하고, 제2 측정 위치를 상기 촉매 변환기 내부의 하류부문 영역에 선택하는 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 (A)단계는 적어도 두 개의 측정 위치 사이에 50% 이상의 촉매활성화된 촉매 변환기 용적을 갖도록 선택하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 (A)단계는 적어도 두 개의 상기 측정 위치 사이에 70% 이상의 촉매활성화된 촉매 변환기 용적을 갖도록 선택하는 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 (B)단계를 전자식 감시 장치로 수행하되, (a) 상기 적어도 두 개의 측정 위치에서 측정된 수치들 사이의 하나 이상의 온도차의 차이값을 계산하는 단계와, 그리고 (b) 상기 촉매 변환기, 상기 내연기관 제어 장치, 그리고 상기 온도차의 부호와 절대값 및 시간에 따른 상기 온도차의 반응으로부터 촉매 변환기 조절 시스템의 작동을 탐지하는 단계로 수행하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 내연기관용 전기조절식 기관 제어 장치에 데이터를 공급하는 기관을 상기 내연 기관으로 선택하고, 상기 기관 및 상기 배기 시스템의 정확한 작동 진단을 가능하도록 상기 데이터를 상기 전자식 감사 장치 내의 온도차와 적어도 부분적으로 기능적으로 연결시키는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 내연 기관으로 차량용 오토 기관을 선택하는 방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 데이터는 기관의 회전수, 기관의 부하, 유량, 및 주위 조건으로 구성되는 군으로부터 선택된 변수와 관련이 있는 방법.
12. 제9항에 있어서, 상기 데이터와 성능 그래프를 통한 온도차를 적어도 부분적으로 기능적으로 연결하는 방법.
13. 제9항에 있어서, 상기 전자식 감시 장치를 갖는 배기시스템 내의 하나 이상의 람다 센서에 의해 측정된 수치를 부가적으로 공동으로 측정하는 방법.
14. 제8항에 있어서, 제한된 작동 상태에서 상기 온도 센서를 상기 전자식 감시장치로 재보정하는 방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 기관이 비교적 장기간동안 정지된 후에 상기 온도 센서를 재보정하는 방법.
16. 내연기관으로부터의 배기 가스를 처리하기 위한 촉매 변환기를 갖는 배기 시스템 내에서 상기 촉매 변환기의 작동을 감시하기 위한 장치에 있어서, (A) 배기 가스내의 유해물질의 촉매 변환을 위해 규정된 상기 배기시스템의 적어도 두 개의 횡단 영역 사이에서 상기 촉매 변환기의 적어도 일부 용적을 한정하도록 상기 적어도 두 개의 횡단 영역에서 배기 가스 흐름 방향으로 앞뒤로 위치된 적어도 두 개의 온도 센서(TF1, TF2; TF1'; TF2')와, (B) 측정된 온도 수치를 평가하도록 상기 적어도 두 개의 온도센서에 연결된 전자식 감시 장치(10)와, 그리고 (C) 평가 결과를 나타내도록 상기 전자식 감시 장치에 연결된 계기 장치(16)를 포함하고 있으며, 적어도 하나의 상기 온도 센서가 상기 온도 센서가 위치된 상기 횡단영역의 대표적 부분에 걸쳐 적분식으로 온도를 측정하는 장치.
17. 제16항에 있어서, 온도를 적분식으로 측정하는 상기 적어도 하나의 온도 센서가 평면형 온도 센서인 장치.
18. 제16항에 있어서, 온도를 적분식으로 측정하는 상기 적어도 하나의 온도 센서가 선형 온도센서인 장치.
19. 제16항에 있어서, (D) 상기 내연 기관(1)에 연결된 전자식 제어장치(2), 및 (E) 상기 전자식 감시 장치에 데이터를 공급하도록 상기 전자식 제어장치와 상기 전자식 감시 장치를 연결하는 데이터 라인(11)을 더 포함하고 있는 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 데이터는 회전수, 부하, 유량, 및 주위 조건으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 변수와 관련되어 있는 장치.
21. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 상기 온도 센서가 상기 촉매 변환기 내에 일체식으로 형성되어 있는 장치.
22. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 상기 온도 센서가 상기 촉매 변환기의 하류 단부 부근에 일체식으로 형성되어 있는 장치.
23. 제16항에 있어서, 적어도 두 개의 상기 온도 센서가 상기 촉매 변환기 내에 일체식으로 형성되어 있는 장치.
24. 제16항에 있어서, 적어도 두 개의 상기 온도 센서 중 어느 하나의 온도 센서가 상기 촉매 변환기의 상류 단부 부근에 일체식으로 형성되어 있고, 다른 하나의 온도 센서는 상기 촉매 변환기의 하류 단부 부근에 일체식으로 형성되어 있는 장치.
25. 제16항에 있어서, 적어도 두 개의 상기 온도 센서 중 적어도 하나의 온도 센서는 측정 픽업으로 온도 의존 저항기를 갖추고 있는 장치.
26. 제16항에 있어서, (F)상기 촉매 변환기의 적어도 일부영역을 전기적으로 가열시키기 위한 가열 수단을 더 포함하고 있는 장치.
27. 제26항에 있어서, 상기 가열 수단은 측정된 온도 수치를 고려하여 상기 전자식 감시 장치에 의한 가열을 조절하도록 상기 전자식 감시 장치에 연결된 장치.
28. 제19항에 있어서, (G) 상기 전자식 감시 장치로부터 상기 전자식 제어 장치로 상기 데이터를 공급하도록 상기 전자식 제어 장치와 상기 전자식 감시 장치를 연결하는 데이터 라인(12)을 더 포함하고 있는 장치.
29. 촉매 변환기로서, (A)단부면 및 횡단 영역을 형성하도록 적어도 부분적으로 구조화된 시이트 금속층(21,22), 및 (B)적어도 하나의 상기 단부면 부근의 적어도 하나의 상기 횡단 영역 내에서 상기 구조화된 시이트 금속층으로 일체화된 적어도 하나의 온도 센서를 포함하고 있으며 상기 적어도 하나의 온도 센서가 상기 횡단 영역의 대표적 부분에 걸쳐 적분식으로 온도를 측정하는 촉매 변환기.
30. 제29항에 있어서, 상기 시이트 금속층(21,22)은 함께 적층되어 있는 촉매 변환기.
31. 제29항에 있어서, 상기 시이트 금속층(21,22)은 함께 감겨져 있는 촉매 변환기.
32. 제29항에 있어서, 상기 시이트 금속층(21,22)은 서로 감겨져 있는 촉매 변환기.
33. 제29항에 있어서, 상기 촉매 변환기(8)의 적어도 일부영역을 전기적으로 가열시키기 위한 가열 수단을 더 포함하고, 적어도 하나의 상기 온도 센서는 상기 일부 영역의 부근에 위치되는 촉매 변환기.
34. 제29항에 있어서, 적어도 하나의 상기 온도 센서는 상기 하나의 시이트 금속층의 구조물에 횡단하여 뻗어있는 슬릿(51)내에 위치되는 촉매 변환기.
35. 제29항에 있어서, 상기 횡단 영역은 주변부 영역 및 중심부 영역을 갖추고 있으며, 적어도 하나의 상기 온도 센서는 상기 주변부 영역과 상기 하나의 횡단 영역의 중심부 영역 너머로 방사상으로 연장하는 촉매 변환기.
36. 제29항에 있어서, 적어도 두 개의 상기 온도 센서는 온도 의존 저항기를 갖는 와이어(33,34), 상기 와이어를 둘러싼 금속 재킷(31), 및 상기 와이어로부터 상기 금속 재킷을 전기 절연시키는 절연층(32)을 포함하는 촉매 변환기.
37. 제29항에 있어서, 적어도 하나의 상기 온도 센서는 온도 의존 저항기를 갖는 와이어(33,34), 상기 와이어를 둘러싼 금속 재킷(31), 및 상기 와이어로부터 상기 금속재킷을 전기 절연시키는 절연층(32)을 포함하는 촉매 변환기.
38. 제36항에 있어서, 상기 재킷(31)은 인코우넬 또는 크롬 및 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 고내열 강철로 구성되는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 촉매 변환기.
39. 제37항에 있어서, 상기 재킷(31)은 인코우넬 또는 크롬 및 알루미늄으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 고내열 강철로 구성되는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는 촉매 변환기.