(57)【要約】排気装置（２）が排気管（５）内に少なくとも１つの触媒コンバータ（４）を有する自動車用内燃機関（３）における排気装置（２）内の制御センサ（１）で燃料混合気を制御する方法において、該制御を少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の内部における単一制御センサ（１）で実施することを特徴とする。本発明の方法は、単純な構成を持ち、安価な装置を用いて実施可能である。本発明は、それに適した排気装置（２）をも提案する。
2008501887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気装置（２）が排気管（５）内に少なくとも１つの触媒コンバータ（４）を有する自動車用内燃機関（３）の排気装置（２）内の制御センサ（１）で燃料混合気を制御する方法において、該制御を少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の内部における単一制御センサ（１）で実施することを特徴とする自動車用内燃機関の燃料混合気の制御方法。
【請求項２】
制御センサ（１）を、内燃機関（３）の始動後、少なくとも１つの触媒コンバータ（４）が９５℃の温度に達する前に、少なくとも７０℃の温度となるように加熱することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
制御センサ（１）が、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、酸素の少なくとも１つの成分を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
制御センサ（１）がラムダセンサであり、該ラムダセンサを同時に、少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の転換性能を点検するために用いることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の方法。
【請求項５】
内燃機関（３）で発生した排気ガスを、該排気ガスが制御センサ（１）に達する前に、排気管（５）内で混合することを特徴とする請求項１から４の１つに記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの触媒コンバータ（４）を、排気ガス内の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子の少なくとも１つの成分の処理に使うことを特徴とする請求項１から５の１つに記載の方法。
【請求項７】
少なくとも１つの触媒コンバータ（４）が設けられた少なくとも１つの排気管（５）を備える自動車用内燃機関（３）と、制御センサ（１）と、該制御センサ（１）に接続された内燃機関（３）の燃料混合気を制御するための制御ユニット（６）とを備える排気装置（２）において、単一の制御センサ（１）が少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の内部に配置されたことを特徴とする排気装置。
【請求項８】
制御センサ（１）が、少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の排気ガス入口面（８）から１０〜８０ｍｍの間隔（７）を隔てて配置されたことを特徴とする請求項７記載の排気装置。
【請求項９】
制御センサ（１）が加熱可能なラムダセンサであることを特徴とする請求項７又は８記載の排気装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の排気ガス入口面（８）と制御センサ（１）との間の少なくとも１つの領域（９）に、水ないし水蒸気の伝搬速度を減少するための手段が設けられたことを特徴とする請求項７から９の１つに記載の排気装置。
【請求項１１】
少なくとも１つの触媒コンバータ（４）の排気ガス入口面（８）と制御センサ（１）との間の少なくとも１つの領域（９）が、通路（１０）と以下の少なくとも１つの特徴を備えることを特徴とする請求項７から１０の１つに記載の排気装置。
９３〜１８６ｃｐｓｃ（通路数／平方ｃｍ）の通路密度、
通路（１０）の通路壁（１２）における開口（１１）、
混合組織（１３）、
通路（１０）の多孔性表面（１４）、
少なくとも水或いは水蒸気に対する蓄積性能を有する被覆（１５）、および
４０〜１１０μｍの範囲の厚さ（１６）を持つ金属通路壁（１２）。
【請求項１２】
制御センサ（１）が、少なくとも水ないし水蒸気に対する蓄積性能或いは排気ガスの少なくとも１つの成分に対する触媒活性の少なくとも１つを備えた被覆（１５）を有することを特徴とする請求項７から１１の１つに記載の排気装置。
【請求項１３】
請求項７から１２の１つに記載の排気装置（２）を有することを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用内燃機関の排気装置における制御センサ（制御プローブ）による燃料混合気の制御方法に関する。また、自動車用内燃機関を含む排気装置を提案する。かかる排気装置ないし方法の好適な利用分野は自動車分野にある。
【０００２】
内燃機関の運転状態ないし排気装置に一体化された排気ガス処理装置の運転状態についての詳細情報を得るために、自動車用内燃機関の排気装置内にセンサおよび／又はプローブを設置することが知られている。
【０００３】
即ち例えば、電子制御装置に接続された酸素センサにより、排気ガス触媒コンバータの劣化状態を検出することが知られている。該センサは、排気ガス内における酸素分圧を測定するための酸素感応部を有している。触媒コンバータの酸素負荷がその機能能力に対する特性量として関連するので、その測定量から、制御装置によって触媒コンバータの劣化状態を求めることができる（所謂オンボード−ダイアグノーシス（内蔵故障診断））。
【０００４】
更に、排気装置において排気ガスの少なくとも１つの成分を監視し、これに伴い内燃機関への燃料供給を制御することも公知である。即ち、内燃機関の暖機運転中や設定可能な排気ガス温度への到達後、内燃機関のラムダ制御のために酸素センサが採用される。所謂空気過剰率「ラムダ」（λ）は、実際空燃比と化学量論的空燃比との比率を表し、しばしば燃焼過程における特性値として利用される。この場合、触媒コンバータの上流に配置された第１酸素センサは制御センサとして、排気ガス触媒コンバータに後置接続された第２酸素センサはトリミングセンサとして各々用いられる。第１酸素センサにより、内燃機関における燃焼過程で生ずる特有の振幅と周波数を持つラムダ振動が求められる。このラムダ振動は触媒コンバータの上流に置かれた第１酸素センサによって検出される。その処置は当該技術者において良く知られ、従ってここで詳細に説明するまでもない。
【０００５】
触媒コンバータの入口側に存在する排気ガス組成のラムダ振動は、触媒コンバータの通過中にその酸素蓄積容量に基づいてますます平滑にされる。その結果、触媒コンバータに沿ってラムダ振動の振幅が減少する。大きな酸素蓄積容量の場合、例えば触媒コンバータの出口側で殆どラムダ振動が検出されない。触媒コンバータ部分区域或いは触媒コンバータ全体の排気ガス通過後になお検出できるラムダ振動の振幅は、従って、触媒コンバータ部分区域或いは触媒コンバータ全体の酸素蓄積容量に対する目安である。
【０００６】
この場合に一般に、ラムダ値は、触媒コンバータの上流に存在するラムダ振動の一定平均値に定まる。この平均値は、触媒コンバータの下流における所謂トリミングセンサである第２センサによって検出される。そしてトリミングセンサによって、触媒コンバータに対して前置された酸素センサないし制御センサにより精確に検出或いは設定できないラムダ平均値が形成される。その理由は、例えば所謂“毒化”にあり、即ち、この前置制御センサへの高い有害物質濃度による不利な影響或いは未処理排気ガスの他の影響にある。このため、前置制御センサはその測定性能が変化し、確かに動的振動挙動は良好に検出されるが、トリミングセンサなしでは、前置制御センサの長期使用時間にわたり（平均）ラムダ値について精確な情報を得ることができない。
【０００７】
化学バランスにおいて、ラムダ値が酸素分圧から直に明らかになる。従って、触媒コンバータの下流に配置された第２酸素センサ（トリミングセンサ）による酸素分圧の測定を介してラムダ値が求められ、従って触媒コンバータの酸素蓄積容量も求められる。かくして、前置制御センサの劣化／毒化を補償する「遅い」補正ルーチンが設置される。
【０００８】
酸素センサで検出された酸素分圧又は排気ガス組成を表す他のパラメータの経過が、同様に、内燃機関の個々の燃焼室での燃焼の効率や領域についての解明を可能にする。従って、それに伴い発生した値は、内燃機関のラムダ制御に対しても採用され、その際、例えば空燃混合気の組成、点火時点、燃焼中に生ずる圧力等の影響を受ける。
【０００９】
かかる酸素センサや他の制御センサの採用時、それらの水に対する感度も問題となる。制御センサの感応部が水に接触すると、通常、制御センサの機能が保証されなくなる。このため、感応部の水との接触を防止した制御センサないしラムダセンサの種々の構成が既に多数知られている。通常、かかる酸素センサやラムダセンサは、電熱導体構造によって運転温度にされる。又、水に対する抵抗として機能する特殊シールド、格子或いは被覆を設けることが公知である。このセンサないしプローブが排気管に接触し、又は排気管を通って導かれていることによって、そのセンサないしプローブは排気ガスより低い温度となる。更に、内燃機関の種々の運転状態に基づく排気ガスの温度が著しく変動することを考慮せねばならない。従って、センサ或いはこのセンサを取り囲むケースが排気ガス内の水分を凝縮してしまう温度に達する恐れが再三ある。
【００１０】
本発明の課題は、自動車用内燃機関の排気装置内における制御センサで燃料混合気を制御する単純な方法を提供することにある。特に、上述した従来の問題を少なくとも部分的に解消することにある。また、単純に構成された安価な排気装置を提供することにある。
【００１１】
この課題は請求項１に記載の特徴を備えた燃料混合気の制御方法並びに請求項７に記載の特徴を備えた排気装置によって解決される。本発明の有利な実施態様は各従属請求項に記載してある。加えてなお、請求項に個々に記載した特徴事項は、互いに技術的に有意義に任意に組み合わせることができ、本発明の他の実施態様をなす。
【００１２】
自動車用内燃機関の燃料混合気を制御すべく、制御センサを排気装置内に設け、該排気装置に排気管内に少なくとも１つの触媒コンバータを設ける。この方法は、制御を少なくとも１つの触媒コンバータ内部の単一制御センサで実施することを特徴とする。
【００１３】
まず第１に本発明は、内燃機関の燃料混合気を多数の制御センサ（その１つは動的ラムダ振動用およびその１つは遅い作動トリミング用）で制御すると言う当該技術者の先入観から出発する。従って、この方法の実施は、僅かなコストおよび比較的安価な電子装置で実現でき、その場合、自動的に燃料混合気の制御装置の故障も低減できる。凝縮水、未処理排気ガスによる腐食性周辺条件および大きな温度変動から防護すべく、この１個の制御センサを少なくとも１つの触媒コンバータの内部に配置する。これは特に、制御センサの一部が触媒コンバータの内部に延びていることを意味する。制御センサを排気装置ないし排気管から導出せねばならず、従って、制御センサを触媒コンバータの内部に完全に配置していないことは明白である。触媒コンバータ自体は、温度や有害物質濃度等に対する減衰素子となる。特にこれは熱質量であり、そのため、ここでは幾分鈍い熱的挙動が起こる。その限りにおいて、内燃機関の種々の運転状態による排気ガス温度の変動は、排気管の中に露出して突出する制御センサの場合程、制御センサに大きく作用しない。
【００１４】
実験の結果、触媒コンバータへの単一制御センサの組入れが、長い運転期間にわたり驚くべき精確な結果を保証することを確認した。排気ガスの影響（例えば温度変化や圧力変動等）が触媒コンバータの最初の数ｍｍを経て早くもかなり低下し、このため制御センサの顕著な「劣化防護ないし毒化防護」を実現できることを確認した。その結果、以下に詳述する情報が得られた。同時になお、内燃機関のラムダ制御のために使用できる十分なラムダ振動が存在する。かかる形態では、相応した形式の制御センサを利用するとよい。即ち、例えば触媒コンバータにおける「入り」ラムダ振動の５０％減少迄の範囲で、所謂跳躍センサ（ラムダ値が約１の際に出力信号が跳躍的に変化するジルコン二酸化物センサ）が利用でき、該センサは特に安価であり、かつ十分な感度を示す。ラムダ振動振幅を、例えば５％迄更に減少した場合、所謂線形センサを採用すると有利である。
【００１５】
なおこの点において、これは、排気装置に別のセンサを設ける必要がないことを意味しない。例えば触媒コンバータとの接触後における排気ガス内の窒素酸化物濃度を検出する窒素酸化物センサを、触媒コンバータに後置接続し得る。しかしこれで得られた測定値は内燃機関のラムダ制御に利用されない。
【００１６】
方法の他の実施態様では、内燃機関の始動後、少なくとも１つの触媒コンバータが９５℃の温度に達する前に、制御センサを少なくとも７０℃の温度に達するように加熱する。その際、制御センサの加熱は受動的に、主に制御センサと接触する排気ガスの温度だけで行いおよび／又は能動的に行う（例えば加熱要素、電熱器等で行う）。既述のように、かかる制御センサは、通常、水に関して特別な感度を示す。そしてここでは、制御センサが、触媒コンバータが９５℃に達する前に、（ここで提案された触媒コンバータにおける配置構造のために凝縮現象が相当程度生じない）少なくとも７０℃の温度に達するようにする。触媒コンバータは熱質量の他に、水ないし水蒸気の蓄積に関与する大きな表面積も提供する。即ち換言すれば、触媒コンバータないし特にその被覆も、水に対してスポンジのように作用し、長時間にわたり拘束する。
【００１７】
内燃機関の再始動時、触媒コンバータを貫流する排気ガスで触媒担体および被覆を徐々に加熱する。その際、触媒コンバータにおいて排気ガスの流れ方向に温度分布が生じ、このため、排気ガス入口面が最高温となり、そこからこの温度は流れ方向に低下する。ここでいまや特に、触媒コンバータないし触媒担体が排気ガス入口面に対して平行でそこから１０ｍｍ離れた平面で９５℃の温度に達する前に、制御センサが既に少なくとも７０℃の温度、特に少なくとも９０℃の温度を有することを提案する。平均９０℃以上の温度領域において、蓄積された水はますます蒸発し、触媒コンバータの流れ方向に伝搬し、その際水は低温部に衝突した際に再凝縮する。従って、触媒コンバータを通して「水蒸気フロント（前面）」が発生する。制御センサを或る温度に加熱することで、制御センサが水蒸気前面と接触した際に、そこで水蒸気が凝縮する冷熱源とならないことを保証できる。従って、単一制御センサの機能性を保証できる。
【００１８】
特に、制御センサが、排気ガス内における炭化水素、一酸化炭素、酸素の少なくともいずれか１つの成分を検出することを提案する。また、この制御センサによって、分圧、温度或いは他の物理的測定量を検出できる。
【００１９】
方法の他の実施態様では、制御センサがラムダセンサであり、該センサを同時に、少なくとも１つの触媒コンバータの転換性能を点検するために用いる。特にこの制御センサは所謂広域ラムダセンサ（ラムダセンサ）であり、これは、排気ガス内における酸素含有量に関係してラムダ＝１の領域（例えば誤差±０．００５）で、連続した、例えば線形の出力信号を生ずる。この信号で、燃料混合気を目標設定値に応じて制御できる。ここで提案する制御センサの形態では、制御センサを触媒コンバータ内のかなり後方に、特に２５〜６０ｍｍの距離に置くことができる。この領域で、ラムダ振動はしばしば早くも５０％以上、むしろ部分的には９０％以上、減少ないし平滑化されている。それにも係らず、かかる広域ラムダセンサの採用は、依然として高い測定精度を可能にし、その触媒コンバータ内における位置によって、極端に低い毒化傾向を確認することができ、従って、ラムダ平均値も長い期間にわたって精確に検出できる。ラムダセンサで検出した酸素含有量は、触媒コンバータの転換性能に対する目安としても使用できる。この過程に関しては上述の説明を参照されたい。かかるラムダセンサによれば、オンボード−ダイアグノーシスが簡単に実施できる。これにより、特に単純に構成され、同時に内燃機関のラムダ制御とオンボード−ダイアグノーシスを可能にする方法が得られる。
【００２０】
また、内燃機関で発生した排気ガスを、該ガスが制御センサに達する前に、排気管内で混合することを提案する。排気管における制御センサの状態ないし位置のため、常に排気ガスの所定の周辺流しか検出されず、評価されない。排気ガス流全体を代表する結果を得ることを保証すべく、排気ガス流をこれが制御センサに到達する前に混合する。それにより、排気管に関する単一制御センサの位置が測定結果に殆ど悪い影響を与えないと仮定できる。排気ガスを混合すべく、別個の静的或いは動的流れ混合器を設けおよび／又は触媒コンバータおよび／又は他の排気ガス処理装置を特別な形態にする。
【００２１】
方法の他の実施態様では、少なくとも１つの触媒コンバータを排気ガス内の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、粒子の少なくとも１つの成分を処理すべく用いる。特に触媒コンバータは、上述の成分の少なくとも１つに触媒的に作用し、その転換を促進する被覆を施した金属触媒担体又はセラミックハニカム構造物である。触媒コンバータは、触媒機能の他に、例えば吸収機能および／又はフィルタ機能および／又は他の機能を持ち得る。該被覆は、測定結果に悪影響を与えないよう、酸素に対し中性であるとよい。
【００２２】
本発明の他の観点に応じ、少なくとも１つの触媒コンバータが設けられた少なくとも１つの排気管を備えた自動車用内燃機関と、制御センサと、該センサに接続された内燃機関の燃料混合気を制御するための制御ユニットとを備える排気装置を提案する。この場合、排気装置は、少なくとも１つの触媒コンバータの内部に単一制御センサしか備えない。制御センサの測定結果を制御ユニットを介して評価し、そこに記憶された目標設定値に応じて、まずは燃料混合気の組成を変化させ、場合によっては、点火時点や燃料噴射圧力等も変化させる。またこれによって、前置制御センサと後置トリミングセンサから成る装置を省略し、少なくとも１つの触媒コンバータの内部領域に突出する単一制御センサに置き換えられる。これにより、故障、技術的複雑性およびコストが大幅に減少する。
【００２３】
排気装置の他の実施態様では、制御センサを、少なくとも１つの触媒コンバータの排気ガス入口面から１０〜８０ｍｍの間隔を隔てて配置する。実験の結果、内燃機関に関係してここで挙げた間隔が、内燃機関の低温始動時と同時の制御センサ電気加熱時、制御センサに水蒸気が到達する前に７０℃以上の温度となるのを保証するのに十分であることを確認した。制御センサを、排気ガス入口面から２５〜６０ｍｍの距離の位置に置くとよい。
【００２４】
更にまた、制御センサが加熱可能なラムダセンサであるとよい。基本的には、制御センサを低温始動後にそばを通過して流れる排気ガスだけで必要な温度に加熱できるが、ここでは、ラムダセンサをその内部に一体に組み入れた電熱導体構造物により加熱することを提案する。内燃機関の始動に伴い、前記構造物に電流を供給し、もって排気管内に突出して排気ガスと接触するラムダセンサの部分を急速に７０℃以上の温度になし得る。
【００２５】
更に、少なくとも１つの触媒コンバータの排気ガス入口面と制御センサとの間の少なくとも１つの領域に、水や水蒸気の伝搬速度を減少する手段を設けるとよい。これは、特に水や水蒸気が排気ガスと同じ速度で触媒コンバータの領域を通過しないことを意味する。水や水蒸気の伝搬速度を減少する幾つかの方法を以下に説明する。
【００２６】
それによれば、少なくとも１つの触媒コンバータの排気ガス入口面と制御センサとの間の少なくとも１つの領域が、通路および以下の少なくとも１つの特徴を備える。即ち、
９３〜１８６ｃｐｓｃ（通路数／平方ｃｍ）の通路密度、
通路の通路壁における開口、
混合組織、
通路の多孔性表面、
少なくとも水或いは水蒸気に対する蓄積性能を有する被覆、および
４０〜１１０μｍの範囲の厚さを持つ金属通路壁。
【００２７】
通路を備えた触媒コンバータの形態は知られている。それは、好適には、互いにほぼ平行に配置された多数の通路を有する所謂ハニカム体である。基本的には、通路は金属通路壁或いはセラミック通路壁によって形成できる。
【００２８】
なおここで「通路密度」とは、触媒コンバータないしハニカム構造物の単位面積当たりに存在する通路の数を意味する。ここで単位「ｃｐｓｃ」は当該技術者が通常利用している単位（cells per square centimeter）である。１ｃｐｓｃは1平方センチメートル（ｃｍ2）当たり1個の通路に相当する。ここで指定した９３〜１８６ｃｐｓｃの範囲は比較的大きく、大きな表面積並びにこの領域における比較的高い熱質量を表している。これによって、一方では、水ないし水蒸気に対する大きな接触面積を準備し、他方では、同時に比較的大きな熱容量を与え、もって内燃機関の低温始動過程中にここに水や水蒸気を良好に拘束ないし保持できる。
【００２９】
通路壁への開口の設置は、各通路を貫流する部分排気ガス流の混合を可能にする。この結果、触媒コンバータの横断面にわたり排気ガスの温度と濃度を一様とし、制御センサにて、排気装置での位置と無関係に、排気ガス流全体に対する特徴的測定値が得られる。
【００３０】
この混合作用を支援すべく、少なくとも１つの領域にミクロ組織を設けるとよい。ここでミクロ組織とは、特に少なくとも部分的に通路の内部領域に突出するか他の様式で圧力差或いは流れ転向を生じさせる隆起部やバッフルを意味する。これは部分排気ガス流を隣の通路に強制的に案内し、これにより、部分排気ガス流の十分な混合を保証する。
【００３１】
通路の多孔性表面は、水や水蒸気に対する十分な蓄積ないし堆積性能を提供する。その際、通路壁自体の多孔性表面ないし材料は、例えば触媒担体ないしハニカム構造物の多孔性表面ないし材料を意味する。
【００３２】
また、通路ないしその表面に、少なくとも水或いは水蒸気に対する蓄積性能を有する被覆を設け得る。これは、その被覆が吸湿性であることを意味する。この結果水蒸気フロントの伝搬が時間的に遅れ、このため更に、制御センサが対応した温度に達するのに必要な時間が生ずる。事情によっては、前置領域における蓄積容量が制御センサの下流における部分領域より大きいと有利である。
【００３３】
他の処置として、触媒コンバータを金属触媒担体で構成してもよい。この場合、４０〜１１０μｍの範囲の厚さを持つ金属通路壁が有利である。これはまた、蓄積ないし堆積した水の急速な蒸発を防止するのに有効な大きな熱容量を提供する。
【００３４】
なお基本的には、上述した特徴の少なくとも２つを組み合わせることができる。
【００３５】
排気装置の有利な実施態様では、制御センサは、少なくとも水ないし水蒸気に対する蓄積性能或いは排気ガスの少なくとも１つの成分に対する触媒活性の少なくとも１つを備えた被覆を有する。有利な実施態様では、被覆はその両機能を備える。その場合、蓄積性能が、触媒活性が始動する温度まで存在すると望ましい。
【００３６】
更に、本発明は上述の如き排気装置を備えた車両を提案する。当該車両として、特に乗用車、トラック、オートバイ、モータボート、エンジン飛行機等が考えられる。
【００３７】
上述の制御センサと無関係に、測定センサ、特にラムダセンサに、該センサを水衝撃から有効に防護する防護キャップを設けるとよい。ここで水衝撃とは、測定センサへの水滴の衝突や、測定センサ上での水蒸気の凝縮を意味する。特にラムダセンサの機能は水衝撃により少なくとも害され、センサが水衝撃に伴い完全に使用不能となることもある。
【００３８】
水衝撃は、防護キャップを、測定センサが設置されたハニカム構造物又はハニカム体より速く加熱することで防止できる。防護キャップをできるだけ速く、測定センサの表面上への水蒸気の凝縮を確実に回避できる温度に加熱する。これは、例えば防護キャップを、ハニカム体を形成する材料よりかなり小さな熱容量、特に比熱容量を有する物質で形成することで達成できる。好適には、ハニカム体が流れ方向において測定センサの前で水の沸騰温度以上の温度を有する通常の運転状態において、詳しくは、ハニカム体が流れ方向において測定センサの直ぐ上流でまだ沸騰温度以下の温度を有するときでも、防護キャップが水の沸騰温度以上の温度に達するような比熱容量を持つ物質を選定する。同様にハニカム体が流れ方向において測定センサの前で水の沸騰温度以上の温度を有するとき、通常の運転条件下において測定センサないし防護キャップにおける水の露結が確実に防止され、従って測定センサないし防護キャップがそこでの水の凝縮が効果的に防止される温度を有するよう、防護キャップの熱容量、特に比熱容量を選定すると望ましい。
【００３９】
所望の防護キャップを形成する他の方法は、防護キャップの伝熱係数αの変更である。この伝熱係数αの適合により、同様に測定センサないし防護キャップは、ハニカム体の内部での蒸発で生ずる水蒸気の凝縮を効果的に防止し得る温度に速やかに達する。防護キャップは別個の部品として又は測定センサと一体に形成することをできる。また防護キャップは、本発明に基づく制御センサと組み合わせることもできる。
【００４０】
以下図を参照して本発明並びに技術分野について詳細に説明する。なお、図は本発明の特に有利な実施例を示すもので、本発明はこれに限定されない。
【００４１】
図１は、内燃機関３を備えた車両１７とその排気装置２を概略的に斜視図で示す。内燃機関３として特にディーゼルエンジンおよびオットーエンジンが利用される。内燃機関３で生じた排気ガスは排気管５を介して大気に放出される。そのために、排気ガスを、例えば触媒コンバータ、吸収器、粒子トラップ等の排気ガス処理装置と接触させ、その際排気ガスの有害物質の少なくとも一部を少なくとも害の少ない成分に転換する。
【００４２】
図１において、排気ガスは触媒コンバータ４に導入される前にまず混合器２０を貫流する。触媒コンバータ４は、燃料混合気を制御し又は触媒コンバータ４のオンボード−ダイアグノーシス（内蔵故障診断）のため、制御センサ１を装備し、該制御センサ１は触媒コンバータ４の内部領域に突出している。制御センサ１は制御ユニット６、特にエンジン制御装置に接続されている。制御ユニット６は、制御センサ１により検出されたパラメータ並びにそれに記憶された設定値に関係して、燃料混合気の組成を変化させる。
【００４３】
図２は、制御センサ１を備えた触媒コンバータ４を概略的に示す。制御センサ１は排気管５を貫通して触媒コンバータ４の内部領域に挿入されている。ここで触媒コンバータ４はハウジング１８を有し、該ハウジング１８の内部に排気ガスが貫流できるハニカム構造物が設けられている。ハニカム構造物は、排気ガスが貫流できる通路１０を用意する多数の通路壁１２で形成されている。排気ガスは流れ方向１９に流れ、排気ガス入口面８に衝突する。排気ガス入口面８と制御センサ１との間に、内燃機関の（再）始動時に触媒コンバータ４を通して伝搬する水蒸気フロント（前面）の伝搬速度を抑制するための手段を有する領域９が設けられている。低温始動後にその水蒸気フロントが制御センサ１に到達する前に、制御センサ１が７０℃以上の温度に達していることを保証するために、制御センサ１は（排気ガス入口面８から）１０〜８０ｍｍの間隔７を隔てて置かれている。なおここで記された間隔７は概略的に示され、即ち、流れ方向１９の方向における触媒コンバータ４の全長に対する比として表されていない。
【００４４】
図３は触媒コンバータ４の異なる実施例を横断面図で示す。触媒コンバータ４は、ハウジング８と排気ガス入口面８から出て間隔７にわたって延びる領域９とを有する。この際触媒コンバータ４は金属触媒担体を有し、従ってここでは通路壁１２は金属源である。
【００４５】
通路１０は、領域９の内部において、触媒コンバータの他の領域に比べ大きな厚み１６を持つ通路壁１２で画成されている。同時に隣り合う部分ガス流の混合を可能にする開口１１と混合組織１３が設けられている。この結果、切欠き開口２３にはめ込むべき制御センサ１が、そこで排気ガス組成について有用な結果を発信することを可能とする。
【００４６】
通路は領域９の下流が薄い通路壁１２で画成され、その表面１４に例えば被覆１５を施すこともできる。ここで図示した実施例では、通路壁１２は下流側領域に同様に開口１１を備えている。触媒コンバータ４の異なる領域９は、場合により異なった別個の、場合により隙間で間隔を隔てられたハニカム構造物ないし担体で形成することもできる。
【００４７】
図４と図５は制御センサ１を備えた触媒コンバータ４の異なる実施例を示す。ここでも触媒コンバータ４はハウジング１８を有し、その際、内蔵されたハニカム構造物は平箔２１と波箔２２で形成され、該平箔２１と波箔２２は互いにインボリュート曲線状に絡み合わされ、互いにろう付け、特に高温ろう付けされている。端面図から解る如く、平箔２１と波箔２２は各々層２４を形成し、該層２４の内部でも隣り合う通路１０の混合が可能である。詳細図（図５）から解るように、平箔２１と波箔２２は互い違いに置かれ、この結果通路１０を形成している。通路１０の表面１４上に触媒活性被覆１５が存在する。
【００４８】
図６は、制御センサの触媒コンバータにおける位置に応じた測定品質についての線図を概略的に示す。横軸は一例として制御センサ１の排気ガス入口面８からの間隔７をミリメートル（ｍｍ）で示し、縦軸は一例としてラムダ制御振動の減少率をパーセント（％）で示している。この図から明らかなように、数ｍｍ、例えば１０ｍｍ後に早くも、ラムダ振動の顕著な減少、特に少なくとも５０％の減少が起こる。即ち、場合によっては４０ｍｍの間隔で既に８０％以上、そして加えて６０ｍｍの間隔で９５％の減少が起こる。図示した曲線２５は概略であり、経過を表そうとしている。ラムダ制御にとって十分精確な測定結果を得るべく、ここでは、事情によっては制御センサの位置に応じて種々の実施形態を選定することができる。このために、制御センサの感度の大きさと見なし得る限界値２６を記している。「Ｉ」を付した領域は跳躍センサの採用領域、「ＩＩ」を付した領域は広域線形センサの採用領域を表している。ここから明らかなように、例えば約２０ｍｍの間隔迄は（他の場合には４０ｍｍの間隔迄は）、跳躍センサが有利であり（安価、十分な精確）、それ以上の間隔では、制御のために広域線形センサの採用が好適である。
【００４９】
図７は組立状態における制御センサ１の構造を概略的に示す。以下に述べる制御センサ１が特に有利な実施形態であり、これは場合によっては単一制御センサ１として、例えば触媒コンバータ４の下流でも採用できる。制御センサ１は、ハウジング１８に固定するためのナット２７およびねじ付き部２８を有している。感応部２９は、触媒コンバータ４における通路１０を形成する通路壁１２に在る切欠き開口２３の中に突出している。
【００５０】
例えば排気ガスの温度、有害物質濃度、圧力変動、含水量に関する減衰素子としての触媒コンバータ４による上述した感応部２９の防護処置によって、制御センサ１は排気ガス流に直に曝すこと、従って通常採用される保護キャップを省くことができる。それでも、保管中、搬送中、組立中等に感応部２９を防護すべく、事情によっては、キャップ３０を設ける必要がある。しかしこのキャップ３０は、これが特に１Ｊ／Ｋ（ジュール／ケルビン）以下、むしろ０．８Ｊ／Ｋより小さな僅かな熱吸収容量を有するように形成する。それは例えば特に薄肉キャップ３０、多孔性キャップ３０、多数の開口３２を持つキャップ３０、極めて小さなキャップ３０等で達成できる。該キャップ３０は鋼材で作るとよく、特に成形製造法（例えば深絞り法）により製造できる。また、排気ガスの感応部２９への最適な流れを可能にするバッフル３１を設け、場合によってはキャップ３０の内部での排気ガス滞在時間の延長を図り得る。キャップ３０が少なくとも部分的に被覆されている場合、上述のパラメータは被覆を含めたキャップ３０に関係する。制御センサのかかる実施形態は、ここで述べた制御方法と無関係に、特に制御センサ１が触媒コンバータ４に後置された排気装置に有利に採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】排気装置付き車両の概略図。
【図２】制御センサ付き触媒コンバータの概略図。
【図３】触媒コンバータの概略横断面図。
【図４】触媒コンバータの異なった実施例の概略図。
【図５】図４における触媒コンバータの詳細図。
【図６】制御センサの触媒コンバータにおける位置に関係する測定品質についての概略線図。
【図７】制御センサの構造の概略図。
【符号の説明】
【００５２】
１  制御センサ、２  排気装置、３  内燃機関、４  触媒コンバータ、５  排気管、６  制御ユニット、７  間隔、８  排気ガス入口面、９  領域、１０  通路、１１  開口、１２  通路壁、１３  混合組織、１４  表面、１５  被覆、１６  厚さ、１７  車両、１８  ハウジング、１９  流れ方向、２０  混合器、２１  平箔、２２  波箔、２３  切欠き開口、２４  層、２５  曲線、２６  限界値、２７  ナット、２８  ねじ付き部、２９  感応部、３０  キャップ、３１  バッフル、３２  開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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