JP2004340138A - コンピューターによる圧力センサーの診断システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】デヒーゼル・エンジンにおいて排気ガス浄化用パティキュレート・フィルターの前後差圧を計測する差圧センサーの劣化を判定する。
【解決手段】差圧センサーのような少なくとも一つのセンサーに基きパティキュレート・フィルターの再生を制御する方法が記載される。そのとき、センサーの劣化が、種々の方法で検出される。一つの取組みでは、エンジン状態を変化させることにより生じる流量のより迅速な変動と比較して穏やかに変化する流路抵抗を利用する。センサー劣化が検出されると、デフォルト作動がとられる。
【選択図】図４

Description

ディーゼル・エンジンは、すす排出量削減のためにパティキュレート・フィルター（DPF）を用いることがある。これらフィルターは、そこを通過する排気中に含まれる粒子状物質を捕集する。フィルターは、すすで一杯になると周期的に、すすが燃焼する点まで、排気温度を上昇させることにより、再生される。このようにして、フィルターは再びすすを保持することが可能であり、すす排出総量が削減される。

DPF再生は、フィルター前後で計測される差圧に基き制御される。すすが蓄積されるほどに、より大きな差圧が計測される（例えば、特許文献１を参照）。また、パティキュレート・フィルターの劣化は、そのような差圧センサーから判定することが出来る。
米国特許出願公開第２００２／１３６９３６号明細書

本件発明者は、上記のようなシステムの不利な点を認識した。具体的には、再生を制御するのに用いられる圧力センサーが劣化したとき、その結果として、DPFの再生頻度が高過ぎるか、低過ぎるかとなり得る。多すぎる再生（誤って高い読取り値による）は、エネルギーが不必要に排気温度を高めるのに用いられるので、燃料経済性が低下する結果となり得る。同様に、少な過ぎる再生（誤って低い読取り値による）は、運転性が悪化する結果となり得る。更に、センサー出力が劣化する結果として、DPF自体が劣化して、それにより、フィルター交換に不必要なコストを要する結果となる、誤った判定を生じ得る。

本発明の一つの観点において、上述の不利な点が、排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムにより解消される。このシステムは、エンジン排気系に結合される圧力センサー、エンジン排気系に結合されるパティキュレート・フィルター及び、上記排気圧力センサーの劣化を判定するために符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体を有する。コンピューター記憶媒体は、予想されるセンサー応答を判定するコード、少なくとも選択されたエンジン運転状態の間に排気圧力センサーからの信号応答を計測するコード、及び、上記予測されたセンサー応答と上記信号応答とに少なくとも基き、排気圧力センサーの劣化を判定するコード、を有する。

このようにして、DPF再生を多すぎるか少な過ぎるようにする劣化した圧力センサーによる動作を減らすことが可能である。

本発明の別の観点において、上述の不利な点が、排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムにより解消される。このシステムは、エンジン排気系に結合される圧力センサー、エンジン排気系に結合されるパティキュレート・フィルター、及び、上記排気圧力センサーの劣化を判定するために符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体を有する。コンピューター記憶媒体は、少なくとも二つの流量状態に基き少なくとも一つのパラメーターを判定するコード、上記排気圧力センサーからの信号を計測するコード、及び、少なくとも上記パラメーター及び上記信号に基き上記排気圧力センサーの劣化を判定するコード、を有する。

流量状態を跨いで圧力センサーを監視することにより、すすの堆積が比較的低速の過程であるという知識を利用することが可能である。それで、センサーの劣化を判定するために、流量変動により予想される圧力変化を実際の読取値に合わせることが可能である。一つの例として、センサー特性の推定値が、（すす堆積量が比較的変化しない条件のもとで）流量変動に対する圧力センサーの応答から推定される。そのときセンサー劣化を検出するために、この推定されたセンサー特性を、予想されたセンサー特性と比較することが出来る。このようにして、再生頻度が多過ぎる又は少な過ぎることが、減らされる。

本発明の更に別の観点において、上述の不利な点が、排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムにより解消される。このシステムは、エンジン排気系に結合される圧力センサー、エンジン排気系に結合されるパティキュレート・フィルター及び、上記排気圧力センサーの劣化を判定するために符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体を有する。コンピューター記憶媒体は、上記センサーに基き上記パティキュレート・フィルターを再生するコード、及び、動作パラメーターに基き上記センサーの劣化を判定するコード、を有する。排気中では、種々の形式のセンサーを用いることが出来ることを記すべきである。例えば、圧力センサー、差圧センサー、絶対圧センサー、質量空気量センサー、空気−燃料センサー、温度センサー又は種々の他のものである。

それで、本発明によれば、その劣化が規制値を越えての排出量増大を招くことがあるセンサーを監視することが可能である。

図1Aに一気筒だけ示される複数の気筒を有する内燃機関10が、電子エンジン制御器12により制御される。エンジン10は、燃焼室30及び気筒壁32を、その中に位置してクランクシャフト40に接続されるピストン36と共に、含む。燃焼室30が、それぞれ吸気弁52と排気弁54を介して吸気マニフォールド44及び排気マニフォールド48と連通するのが示されている。吸気マニフォールド44はまた、制御器12からのパルス幅信号FPWに比例して液体燃料を供給するために、そこに接続された燃料噴射弁80を持つのが示されている。信号FPWにより制御される燃料量と噴射時期の両方が調整可能である。燃料タンク、燃料ポンプ及び燃料レールを含む燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁80へ燃料が供給される。エンジン10においては、圧縮点火燃焼が主に用いられる。

制御器12が、マイクロプロセッサー・ユニット102、入出力ポート104、読出専用メモリー106、ランダム・アクセス・メモリー108及び通常のデータ・バスを含む通常のマイクロコンピューターとして、図1Aに示されている。制御器12は、前述の信号に加えて、冷却スリーブ114に接続された温度センサー112からのエンジン冷媒温度（ECT）、吸気マニフォールド44に接続された圧力センサー116からのマニフォールド圧力の計測値（MAP）、温度センサー117からのマニフォールド温度の計測値（AT）、クランクシャフト40に接続されたエンジン速度センサー118からのエンジン速度信号（RPM）を含む、エンジン10に接続されたセンサーからの各種信号を受けているのが、示されている。

排出制御システム20が、排気マニフォールド48に接続され、そのシステムの本発明による実施形態の例がいくつか、具体的に図1C-1Eを参照して、記載されている。

ここで図1Bを参照すると、エンジン10が気筒30へ直接燃料を噴射するように噴射弁80が配置された直接噴射エンジンである別の実施形態が示されている。燃料タンク、燃料ポンプ及び高圧コモン・レール・システムを含む燃料システム（不図示）により、燃料噴射弁80へ燃料が供給される。

一例において、エンジン10は、酸素過剰状態で層状吸気を燃焼させて動作するディーゼル燃料エンジンである。燃料時期の調整及び複数回の燃料噴射を、均一吸気圧縮点火燃焼を得るために用いることが出来る。リーン動作中はそれが用いられるが、化学量論値又はリッチ空燃比での動作を得るために、エンジン状態を調整することも可能である。

別の実施形態において、吸気及び排気マニフォールドを介してエンジン10へターボチャージャーを接続することが出来る。

別の実施形態において、酸素リッチ環境でNOxを吸蔵し、酸素不足環境で吸蔵したNOxを放出して還元する、NOx吸蔵型触媒を用いることが出来る。

ここで図1Cを参照すると、排出制御システム20は、酸化触媒13の下流に接続された尿素系の選択還元触媒反応（SCR）触媒14を含む。パティキュレート・フィルター15も触媒14の下流に接続されているのが示されている。SCR触媒は、一例において、200-500℃の範囲で最適なNOx変換性能を持つ卑金属／ゼオライト組成である。水性尿素のような還元剤が貯蔵容器（不図示）に格納され、SCR触媒14上流の排気マニフォールド48に接続された還元剤供給システム16へ供給される。還元剤は、制御弁を介してポンプにより計量される。ここで、ポンプと弁の両方が制御器12により制御される。空気と還元剤が、還元剤供給システムへ噴射され、加熱した要素により蒸発させられ、その結果、蒸気がSCR触媒へ入る排気混合気内へ導入される。排気後処理装置へ還元剤を供給するために当業者に公知の他の構造を用いることも出来る。

NOxセンサーであるSCR上流のNOx1 (17)及び下流のNOx2 (18)が、SCR触媒へ入りそして出て行く排気通路に接続される。これらセンサーの出力は、制御器12により読み出され、SCRのNOx変換効率を判定するのに用いられ得る。NOx1センサー17を無くして、SCRへ入る排気混合気中のNOx量を、エンジン速度、負荷、排気温度などエンジンNOx生成に影響するものとして当業者に公知のパラメーターに基き、推定することも出来る。

酸化触媒は、エンジン排気中の炭化水素（HC）、一酸化炭素（CO）及び窒素酸化物（NO）を迅速に変換するために、白金を含有するものであるのが好ましい、貴金属触媒である。酸化触媒はまた、SCR触媒14の急速暖機のために熱を供給するのにも用いられ、それは、酸化触媒へ入る排気中のHC濃度を増大することによりなされる。そこにおいて、発熱反応は、過剰HCが酸化触媒で削減されるときに、生成される。これは、例えば、（直噴エンジンにおいて）エンジンの出力又は排気行程のいずれか又は両方における筒内噴射又は、噴射時期遅角、EGR増大、吸気絞りなど、排気中のHC濃度を増大させるものと当業者に知られている手段である、いくつかの代替案のいずれかにより、なす事が出来る。当業者に知られたいかなる手段も用いて、酸化触媒へ入る排気流へ直接炭化水素を噴射することも出来る。還元剤供給システム19は、SCR触媒を暖機するための余剰の熱を生成するために、燃料タンク又は貯蔵容器から酸化触媒13へHCを供給するのに用いることが出来る。

パティキュレート・フィルター（PF）（一例においてディーゼル・パティキュレート・フィルター（DPF））15が、SCR触媒の下流に接続され、車両の運転サイクル中に生成される粒子状物質（すす）を捕捉するのに用いられる。PFは、コーディライト、シリコン・カーバイドなど高温酸化物セラミックを含む各種材料から製造することが出来る。すすの堆積が所定レベルに到達したならば、後述のように、フィルターの再生を開始することが出来る。フィルター再生は、例えば400-600℃である、新たなすす状物質の堆積よりも速い速度ですす状物質を燃焼させることになる温度までフィルターを加熱することにより、達成される。発明者は、再生温度までパティキュレート・フィルター温度を上昇させるためにエンジン排気の生成量増大を用いることが、本発明のシステム構成における上流SCR触媒への熱損傷を招き得るということを、認識した。従って、発明者は、代替実施形態において、フィルターが、SCR触媒の下流での余剰炭化水素の噴射により、再生され得る、ということを認識した。取組みの一つにおいて、炭化水素（例えば、ディーゼル燃料若しくは他の還元剤）と空気の蒸発したか混合気をパティキュレート・フィルターへ供給し、それにより、再生温度を得るために、還元剤供給システム19がSCR触媒とパティキュレート・フィルターとの間の排気マニフォールドに結合される。一例において、PFは、すす燃焼温度を低下させると共に、炭化水素と一酸化炭素を二酸化炭素と水へ酸化させるために、白金のような貴金属のウォッシュコートを含有する触媒付パティキュレート・フィルターとすることが出来る。

それで、尿素系SCR触媒の上流に酸化触媒を、SCR触媒下流にパティキュレート・フィルターを配置することにより、排出量制御の向上を得ることが出来る。このシステム構成は、上流酸化触媒により生成される発熱反応と、軽負荷車両運転中の高い排気温度により、SCR触媒の迅速な暖機の機会を提供する。加えて、パティキュレート・フィルターがSCR触媒の下流に配置されるので、フィルター再生中のSCR触媒への熱損傷の可能性はなく、それで、別個の冷却手段は必要とされない。さらに、パティキュレート・フィルターは、SCR触媒を通り抜ける可能性のあるアンモニアを酸化することにより、アンモニアの排出量を削減する。

概略的には、制御器12が、排気NOx量、排気温度、触媒温度及び他の各種パラメーターのようなエンジン運転パラメーターに従い、尿素及びHC噴射の量及び時期を制御する。具体的には、パティキュレート・フィルターの再生が要求されるとき、制御器12が、フィルター温度を所望の再生温度まで上昇させるために、パティキュレート・フィルターの上流でのHC噴射の量と時期を制御する。後述の図５が、NOx排出量を効率的に減少する還元剤噴射量がどのように計算されるかを、さらに説明する。

代替実施形態において、排気システムは、機器13, 14及び16無しに、酸化触媒20とパティキュレート・フィルター15を、含むことが出来る。この場合に、DPF上流の空気で補助されたディーゼル燃料噴射（又は別の適切な還元剤）を、機器19を介して用いることが出来る。

追加の温度センサー120及び122が、それぞれDPFの上下流に接続されているのが示されてことを、更に記すべきである。更に、差圧信号（Δp）が圧力センサー124及び126から求められているのが示されている。DPF 15前後の差圧を計測するのに、単一の差圧を用いても良いことを記すべきである。更に、ディーゼル酸化触媒（DOC）前の温度センサー128も用いられる。一例において、圧力センサーは、ピエゾ電気型センサーとすることが出来る。しかしながら、各種他の形式の圧力センサーを用いることが出来る。例えば、抵抗型、容量型、若しくは各種他のものである。

図1Dは、本発明による排出制御システムの代替実施形態を示し、そこにおいて、追加の酸化触媒20が、すす燃焼温度を低下させるために、PFの上流に配置されている。この酸化触媒は、別個の触媒とすることも、PF入口（不図示）へウォッシュコートすることによりパティキュレート・フィルターと一体とすることも出来る。ウォッシュコートは、システム全体の大きさを縮小し、その温度管理を向上する。

図1Eは、SCR触媒とパティキュレート・フィルターとの間にアンモニア・クリーン・アップ触媒21が配置された、本発明の更に別の実施形態である。アンモニア・クリーン・アップ触媒は、SCR触媒から漏れ得るアンモニアの一部を窒素へと変換する。これは、パティキュレート・フィルターが漏れ出たアンモニアをNOxへと変換するのを防ぐので、システム全体のNOx変換効率を高める。

更に別の構成としては、上流位置にパティキュレート・フィルターを用いるものがあり、その際、パティキュレート・フィルターの下流に追加の触媒を配置しても良い。

上述のように、ディーゼル・パティキュレート・フィルター（DPF）は、粒子状物質の排出を削減するために、フィルター機能を奏する。DPFでのすす負荷が高まると、燃料経済性に悪影響を及ぼす背圧を上昇する。それで、このすすは、例えば、車両が数百マイル走行する毎に、又は排気の背圧が閾値に到達するときに、選択された間隔で燃え尽きる（再生される）。

一例において、排気マニフォールド又はターボより後のダウンパイプへ微粒化したディーゼル燃料を噴射する下流噴射弁が、DPFを再生する助けとなり得る。差圧センサーが、DPFのすす負荷を監視し、DPFの劣化の検出に用いられる。

一般的に、DPF前後の圧力降下（Δp）は、（望ましければ含めることができる）他の要因と共に、容積流量（F）とDPFのすす担持量により影響される。圧力降下は、収縮膨張損失、流体の壁面抵抗損失及び、流体が多孔質体を通過することによる圧力損失からなる。清浄なDPFについて、圧力降下と流量との関係は、数１のダーシー−フォルヒハイマーの式により近似することが出来る。

DPFのすす保持量は、この式の線形項に殆ど影響する（A.G. Konstandopoulos, E. Skaperdas, M. Masoudi，「ディーゼル・パティキュレート・フィルターの圧力降下に対する慣性の寄与（Inertial contributions to the pressure drop of diesel particulate filters）」，SAE 2001-01-0909及び、A.G. Konstandopoulos, M. Kostoglou, E. Skaperdas, E. Papaioannou, D. Zarvalis, E. Kladopoulou，「ディーゼル・パティキュレート・フィルターの基礎研究：過渡保持、再生そしてエージング（Fundamental studies of diesel particulate filters: transient loading, regeneration and aging）」，SAE 2000-01-1016を参照）。この情報を利用して、数２の関係を作ることが可能である。

ここで、Ｆは容積流量、ρは密度、νは粘度である。

係数c_iは、DPFの流量試験から得ることが出来る。更に、排気の密度と粘度は、排気温度と実験データとに基き推定することが出来る。絞りR(soot)は、グラム／リットルでのすす保持量の単調関数である。取組みの一つにおいて、すす保持量が一定限界を越えるとき、DPFすす再生が、すすを燃やすために開始される（後述の図２のステップ214-218を参照）。代替実施形態において、単純にルーチンが、差圧が設定された差圧閾値に到達するか否かを監視するように出来る。

また、差圧センサーからの読取りが正しいとすると、清浄なDPFに対応する一定レベルを絞りが下回るときに、DPFが劣化しており、高いレベルのすすを排出している可能性がある。

以下にこれらの作動を、以下のルーチンに具体的に言及して、より完全に説明する。

この分野の当業者には判るように、フローチャートにおいて後述されるルーチンは、イベント・ドリブン、インターラプト・ドリブン、マルチ・タスキング、マルチ・スレッディングなどいかなる数の処理制御の一つ又は複数のものを表し得る。そのようであるので、図示の機能の各種ステップは、図示の順で実行しても、並行して実行しても、場合によっては、省略しても良い。同様に、処理の順番は、本発明の特徴及び利点を得るために、必ずしも要求されるものではなく、図示と説明を容易にするために与えられている。明示的に図示されてはいないが、この分野の当業者であれば、用いられる個別の制御手法に応じて、図示のステップ又は機能の一つ又は複数を反復して実行しても良いことを、認識するであろう。

ここで図２を参照すると、パティキュレート・フィルターの再生を制御するルーチンが記載されている。最初にステップ210において、ルーチンは、排気流量（F）、排気温度及び他の各種要素を含む運転条件を計測する。そして、ステップ212において、ルーチンは、それ以上ではパティキュレート・フィルターの再生が要求される最大すす保持量（Rmax）を決定する。最大すす保持量は、実験により求めるか、運転状態に応じた可変の値に設定することが出来る。次に、ステップ214において、ルーチンは、図２に記載の式に従い、現在の運転状態における最大すす保持量に対応する最大差圧（ΔPmax）を計算する。

次にルーチンはステップ216へ進み、そこでルーチンは、現在計測された差圧（ΔP）が、ステップ214で求められた許容される最大圧力差以上であるか比較する。ステップ216の結果がYESのとき、ルーチンはステップ218において、パティキュレート・フィルターの再生を要求する。パティキュレート・フィルターの再生を実行するために各種方法を利用することが出来、例えば、フィルターに蓄積された粒子状物質が燃える自己着火温度までパティキュレート・フィルターの温度を上昇させる発熱反応を生成するために後期エンジン燃料噴射を利用する。

図２について続けると、ルーチンがステップ220へと進み、そこでルーチンは、計測された差圧が最小差圧（ΔPmin）未満であるか比較する。最小差圧は、装置が粒子を捕捉中であると仮定したときに、現在の運転状態において存在しているはずの最小絞りである。ステップ220の結果がYESのとき、ルーチンはステップ222へ進み、触媒の劣化を表示する。

ステップ216において、現在の差圧計測値が、数４の伝達関数を用いて求められる。一例において、ルーチンは、現在の推定値a₁及びb₁について、公称値a₀及びB₀を利用する。代替実施形態において、ルーチンは、b₁及びa₁の現在値について、図３及び４に関連して下記に求められる勾配とオフセットの適応パラメーターを用いる。

センサー・モニタリング
公称センサー信号は、数３に示されるように、圧力に関連する。

それで、数４に示されるように、入力電圧から圧力への伝達関数が、この信号を反転する。

ここで、名目上、b₁ = b₀及びa₁ = a₀である。

ここで、名目値b₀及びa₀は、量産センサーの平均又はメジアン値の統計データに基くものとすることが出来る。これら名目値は、制御器12のメモリー（例えばKAM）に格納することが出来る。

車両運転中に起こり得る圧力センサーの劣化状態は、実際の値b₁がb₀と等しくないといった、オフセットb₀の変化である。そのような劣化は、図３について説明するように、検出することが出来る。

ここで図３を参照すると、センサー・オフセットの変化を検出して、排気圧力センサーの劣化を判定するルーチンが記載されている。最初にステップ310において、ルーチンは、車両のキーがキー「オン」位置にあるか否かを判定する。ステップ310の結果がYESのとき、ルーチンはステップ312へ進む。ステップ312において、ルーチンは、エンジンが「オフ」状態にあるか（例えば、エンジン速度が所定速度未満であるか）否か判定する。ステップ312の結果がYESのとき、ルーチンはステップ314へ進み、センサー電圧（ΔP_volts）を読出し、これをオフセットの推定値bハット₁（

外１

）として記憶する。次に、ルーチンは、ステップ316へ進み、センサー・オフセットのモニタリングが可能とされているか否かを判断する。この可能化は、例えば、エンジン冷媒温度及び他の種々のパラメーターのような、種々の運転状態に基く。

ステップ310, 312, 314又は316のいずれかの結果がNOのとき、ルーチンは単純に終了する。

（ステップ316での結果がYESのときの）ステップ318において、ルーチンは、ステップ314からのオフセット推定値と記憶されたセンサー・オフセット公称値（B₀）との差の絶対値が、閾値ε1よりも大きいか否かを判定する。ステップ318の結果がNOのとき、ルーチンはステップ320においてカウンターC1をディクリメントする。一方ステップ318の結果がYESのときには、ルーチンはステップ322においてカウンターC1をインクリメントする。ステップ320又は322のいずれかから、ルーチンは、ステップ324へ進み、カウンター値C1が限界値L1より大きいか否か判定する。ステップ324の結果がYESのとき、劣化したセンサーのオフセットが充分な期間認められており、センサー・オフセット劣化がステップ326において、表示される。そしてルーチンは終了する。

概略的には、ルーチンは、実質的に流量が無いので排気中で計測される差圧は実質的にゼロであることが推定される場合に、センサー読取り値と状態を判定する。それで、ステップ310と312とは、そのような状態の一例である。また、ステップ314のオフセットの推定値（bハット₁）は、述べたように、実際の差圧を判定するための伝達関数における適応値として用いることが出来、それにより、そのような適応値がレンジ内でのセンサーのドリフトを反映していると判定されるときに、圧力精度を向上させることが出来る。ステップ318で用いられる値B₀は、適切に機能するセンサーのセンサー・オフセットの統計的なサンプリングに基き予想される公称値である。ステップ326における表示は、センサーが劣化し、それでデフォルト動作が用いられるべきで、車両ドライバーへ放置するためにライトが点灯されるべきであると、判定するのに、用いることが出来る。デフォルト動作には、例えば、パティキュレート・フィルター再生の不能化又は他の種々の変形例が含まれ得る。

それで、本発明のこの観点において、オフセット量の変動を招く圧力センサーの劣化は、制御システムがキー・オンされているが、エンジンが未だ始動していないときに、Dp_voltsを読み出すことにより判定することが出来る。言い換えると、実際の流量が既知である（ここでは実質的にゼロであると判っている）ので、電圧読取値（Dp_volts）はb₁に等しく、そして、伝達関数のオフセット値を判定することが可能である。

起こり得る圧力センサーの第２の劣化状態は、実際値a₁がa₀と等しくないようなゲインの変化である。そのような劣化の潜在的な要因の一つに、センサーの膜への堆積物がある。センサーは劣化した読取値を出し、その結果、頻度が多すぎる又は少な過ぎるパティキュレート・フィルターの再生につながる可能性がある。

そのような状態を監視するために、本発明のこの観点は、すすの体積が比較的低速の（数百マイル以上車両が走行して起こる）過程であるので、比較的短期間では、絞りRは、比較的一定値として近似され得るという事実を利用する。概略的には、比較的短い時間間隔で生じる二つ又はそれ以上の状態での圧力センサーと排気流量の読取値[(Dp₁, F₁), (Dp₂, F₂)]が利用される。すすの堆積による絞りは概して変化しないままであるので、以下の数５の関係は、すすの保持とは独立して、正常な動作状態を特徴付けるのに用いることが出来る。

実施形態の一例において、これら少なくとも二つの値が（一定の校正可能な値を越えて）かなり離れているならば、ゲインa₀の変化が起こっており、フラグが差圧センサーが劣化したことを表示する。加えて、更にペア（Dp_i, F_i）が得られるときには、ルーチンは、全てのペアについて商を計算し、全ての商についての差を検証することが出来る。それで、すすの保持が正確に判っていないか、全く判っていないとしても、商は、すすの保持に関わらず、ほぼ等しいはずである。そのようであるので、少なくとも二つの動作状態にわたる情報を利用することにより、センサー・ゲイン劣化を正確に判定することが出来る。

別の取組みにおいて、適応アルゴリズムが、実際のゲイン値を適応学習するのに利用される。この適応学習されたゲインは、より正確に差圧を計測するのと、センサー劣化を監視するのとの両方のために、用いることが出来る。

数２及び数４から、数６に示されるようなゲインについての数式を導くことが出来る（ここでVはDp_voltsの短縮形である）。

一例において、最初の値（V₁及びF₁）が判定される最初の状態は、キー・オンでのエンジン・スタート直後である。更に、これらの値は、予め選択された期間にわたり平均することが出来る。また、これらの値は、排気流量F₁が一定の閾値（L2）を越える前に読み出すか、排気流量F₁がその閾値を越えるまで平均化するすることが出来る。また別の実施例において、値は、エンジン・アイドル状態中に読み出すことが出来る。

それで、ルーチンは、数７に示されるように、F₂が一定の閾値（L3）よりも大きいサンプル時期ごとにaハット₀（

外２

）を計算する。数６の計算は、F₁とF₂とが選択された大きさの分だけ異なるときには、より正確になる。これが、F₁が一例において低流量（例えばアイドル）で記録され、F₂が一例において高流量で記録される理由である。

ここでtはサンプル・カウントであり、一例において、サンプル時間を表す。しかしながら、不均等なサンプル時間を用いることが出来ると共に、サンプルが点火間隔で得られるイベント・ベースのフィルターを用いることも出来る、ということを記すべきである。更に、数７に示された形態以外の別のフィルターを用いることが出来るということも記すべきである。

この推定値Aハット₀（

外３

）は、すす保持量が比較的一定であるという仮定が正確であり、F₁とF₂とが充分離れているならば、真のaハット₀に収束することになる。

もし、Aハット₀とa₀とが校正可能な値よりも大きく異なるとき、圧力センサーのゲイン劣化が表示される。これは、図４を参照してより詳細に説明される。

ここで、図４を参照すると、差圧センサーのゲインを監視するルーチンが記載されている。最初にステップ410において、ルーチンは、センサー勾配の監視が可能とされているか否かを、例えばエンジン冷媒温度が閾値よりも大きいといった各種条件に基き判定する。ステップ410の結果がYESのとき、ルーチンはステップ412へ進む。ステップ412において、ルーチンは、車両がキー「オン」位置にあるか否か判定する。ステップ412の結果がYESのとき、ルーチンはステップ414へ進む。ステップ414において、ルーチンは、現在の運転状態がエンジン始動直後であるか否か判定する。例えば、ルーチンは、エンジン速度が所定エンジン速度よりも大きいか否かを判断することが出来る。代わりに、ルーチンは単純に、車両が現在エンジン・アイドル状態にあるか否かを監視することも出来る。

ステップ414の結果がYESのとき、ルーチンはステップ416へ進む。ステップ416において、ルーチンが、排気流量（F）が閾値（L2）未満であるか否か判定する。ステップ416の結果がYESのとき、ルーチンは、ステップ418へ進む。ステップ418において、ルーチンは、流量と電圧の値の最初の組（F₁, V₁）を読み出す。ステップ410から416までのいずれかの結果がNOのとき、ルーチンは、ステップ418をバイパスして、直接ステップ420へ進む。ステップ418からも、ルーチンはステップ420へ進む。ステップ420において、ルーチンは、排気流速が閾値（L3）よりも大きいか否か判断する。ステップ420の結果がNOのとき、ルーチンは単純に終了する。ステップ420の結果がYESのとき、後述のように、ルーチンがステップ422乃至424において、推定されたセンサー・ゲインの更新を継続する。

ステップ422において、ルーチンは、現在の流量と電圧値を読出し、これらの値を一時的に（F₂, V₂）へ設定する。そしてルーチンは、数６及び数７を用いて、推定され平均化されたゲイン値（Aハット₀）を更新する。そしてルーチンはステップ424から、更新され、平均化された適応ゲイン値を利用して、圧力センサーが劣化したか否かを判定する。

具体的には、ステップ424から、ルーチンはステップ426へ進む。ステップ426においてルーチンは、適応ゲイン推定値と名目（予想）ゲイン値（A₀）との差の絶対値が、閾値（ε₂）よりも大きいか否か判断する。ステップ426の結果がYESのとき、ルーチンはカウンターC2をインクリメントする。一方、ステップ430においてルーチンは、カウンターC2をディクリメントする。ステップ428又は430のいずれかから、ルーチンは、ステップ432へ進み、カウンター値が閾値（L4）よりも大きいか否かを判断する。ステップ432の結果がNOのとき、ルーチンは終了する。一方、ステップ432の結果がYESのとき、ルーチンは、センサーの劣化（つまり、センサー・ゲインの劣化）を表示する。

このようにして、センサーが正確で信頼性のある情報を提供しているか否か監視するのに、センサー・ゲインの値を用いることが出来る。センサー・ゲインの適応推定値が、（複数の圧力センサーの統計的データに基き決定することが出来る）許容範囲の外に出るとき、センサー劣化が、表示ランプを用いて車両ドライバーへ表示される。

また、このようにして、排気流量が閾値よりも大きいとき、センサー応答を判定することが可能である。そのように動作することで、充分異なる流量状態における更新を確実なものとすることにより、精度を高める。それで、センサー劣化を判定するために、更新されたパラメーターを、予想された値と比較することが出来る。

ここに記載した診断方法は、DPFを制御するのに用いられる絶対圧力センサー又は差圧センサーのいずれに対しても、用いることが可能であることも、記すべきである。例えば、絶対圧センサーを用いる場合、差圧を形成するために、DPFの上流に配置して、速度と負荷に基く排気圧力の推定値と組合わせて用いることが出来る。

図３及び４に記載のようにセンサーを監視することにより、圧力に対するセンサー出力の勾配及びオフセットの変動の両方又はいずれかを検出することが可能である。この情報はそして、センサーの劣化を検出するために用いることが出来る。また、選択された状態（例えば高流量状態）での推定の更新値を出力することにより、より正確な結果が得られる。

図５及び６は、圧力センサー・モニターのシミュレーションを示す。最初の10秒は、アイドルにあり、Fとdp_voltsの基準値を設定するのに用いられる。図５の最上段のウインドウは、流入量を示す正弦波形である。二番目のウインドウは、実際のセンサー・ゲインa₀ = 0.08で、校正ゲイン又は予想値がa₁=0.1であるときの、実際と計測された圧力降下である。三番目のウインドウは、結果としての電圧波形と、モニターがゲインを推定するのに充分な程高流量であるときに表示するフラグとを示す。図５において、閾値（L3）は、40 kg/hである。四番目のウインドウは、数７から推定されたAハット₀を示す。図６において閾値L3が150 kg/hに設定され、四番目のウインドウは、ペア（Dp, F）がアイドル基準点よりも離れた流量状態でサンプリングされるときに、推定値がより正確になるのを示している。

本発明に従いなすことのできる、種々の代替的な取組み及び改良があることを、記すべきである。これらを以下に要約する。

一例として、図３及び４のルーチンが、サンプリングされるデータにおける過渡影響を低減するために、ペア（Dp, F）をサンプリングする前に定常状態に到達するのを待つように出来る。例えば、ルーチンは、ステップ410におけるセンサーの監視を可能とする前に所定期間待機するように出来る。代わりに、ルーチンは、所定エンジン回転数待機するか、流量状態の変動が閾値を下回るときに監視を可能とするようにも出来る。別の代替例において、図３及び４のルーチンが、より正確な読取値を得るために、ペア（Dp, F）をサンプリングする前に排気温度が一定値に到達するのを待つようにすることも出来る。更にまた、ステップ410の可能化は、すす保持量が予め選択されたすす量未満（例えばすす保持量の5%, 10%, 30%未満等）であると判定される期間に限定することが出来る。

ここに記載の診断の取組みは、圧力センサーを持つ他の構成又は、その流量特性を、長期的には緩慢に変化するにもかかわらず、短期間で判定可能な装置の前後で用いられる差圧センサーへ、適用される。例えば、ここに記載のルーチンは、蒸気漏れ検出システムにおける詰りを監視する圧力センサーの監視に用いることが出来る。

そのような代替のシステム構成において、穏やかに変化するパラメーターが（乗算的にではなく）加算的に流量特性に入ると、商の代わりに、差Dp1-Dp2及びg(F1) ・ g(F2)を計算して、これらの差の間の差を比較することが出来る。また、流量特性が、穏やかに変化するパラメーター（この場合すす保持量）とは独立した別の演算（例えばX(g(F1), g(F2)を奏する演算X[ ]）があるようなものの場合、ルーチンは、その演算X[ ]を用いて読取値を比較する。

更に上述のように、いくつかの商Dpi/Dpjが、伝達関数のゲインa₀とは異なる値を生じる場合、新たな値を反映して、システムの低下した能力を維持するために、適応されたa₀を用いることが出来る。これが、数７のAハット₀の計算である。言い換えると、センサーが予測されず劣化した態様で動作しているにも関わらず、更なる対応がとられるまで、許容可能な車両動作を提供するのに、この劣化を考慮するためにこのルーチンの適応特性を用いることが可能である。

また、センサー・モニターは、線形だけでなく、電圧から圧力へのいかなる伝達関数にも適用可能である。言い換えると、検出された圧力の変化に対して出力電圧において非線形に応答する圧力センサーが利用される場合、上記で用いられた線形関数の代わりに、単純にこの新たな伝達関数を用いることが出来る。例えば、ルーチンは、相関が線形となるように当初の非線形性を最初に反転し、そして上記アルゴリズムをオフセットとゲインに適用するように、変形することが出来る。

最後に、ここに記載の監視方法は、従属変数と独立変数との間の既知の短期特性（上記のDp=g(F)）を持つ他のセンサーにも等しく適用されるが、より長期にわたるドリフト（上記のすすにおけるgの従属）の対象になる、ということを記すべきである。

DPF再生を制御するために用いられるセンサーが劣化したと判定された場合、車両ドライバーへ報知するために表示ランプが作動される。更に、DPF再生が延期されるとき、デフォルト作動が用いられる。DPF再生を、継続するが、他の方法に基き可能化することも出来る。他の方法として、車両走行距離、上述のようなDPFへのすす貯蔵量の推定値に基くものなど、種々の方法がある。

ここで図７を参照すると、還元剤供給システムを用いてSCR触媒への還元剤の噴射を制御するルーチンの一例が示されている。最初にステップ710において、装置へ入る排気混合気中のNOx量NOx_fgがエンジン運転状態に基づき推定される。これらの状態には、エンジン速度、エンジン負荷、排気温度、排気後処理装置の温度、噴射時期、エンジン温度及び、燃焼過程により生成されるNOxの量を表示するものとして当業者に公知の他のパラメーター、が含まれ得る。NOxセンサーを、排気混合気中のNOx量を計測するために、用いることが出来る。次にステップ712において、定常状態での還元剤噴射量RA_inj_₁が数８に基き計算される。

ここで、RA_fgは、エンジン供給ガス中の還元剤量であり、これは、エンジン運転状態に基づき求めることが出来る。この初期還元剤量RA_inj_₁は、定常状態で評価され、エンジン速度と負荷の各点について噴射されるべき基本還元剤量を生成する。この量は、NOxに対する供給還元剤の一定の比R_desを得るように、校正される。この比は、NOx変換と還元剤噴射による燃料損失との間の妥協として得られるのが一般的で、この例においては、約10に設定される。次にステップ714において、定常状態での基本還元剤噴射量が、エンジン冷媒温度T_c、排気温度T_eg、EGR弁位置EGR_pos、噴射開始SOI及び他のパラメーターなどのエンジン運転状態を考慮して、数９のように補正される。

そしてルーチンは、ステップ716へ進み、そこで、ペダル位置の瞬間的な変化が数10のように計算される。

ここで、Tsはサンプリング・レートで、pps(t)は時間tにおけるペダル位置を示す。次にステップ718において、数11のように、ノイズ除去のためにローパス・フィルターが適用される。

ここで、K_fが、フィルター処理速度を制御する。ルーチンはそしてステップ720へ進み、そこで、数12のように、還元剤量が、ペダル位置により表されるようなエンジン過渡挙動を考慮するように補正される。

ここで関数ｆ₅はペダル・ティップ・イン中の還元剤の過剰噴射と、ペダル開放中の還元剤の過小噴射を許容するように、形成される。代替実施形態において、ペダル位置の代わりに、エンジン速度又は燃料要求センサー又は、エンジン過渡挙動を計測するものと当業者に知られている他のパラメーターを、RA_inj_₃を得るために用いることが出来る。

そしてルーチンは、ステップ724へ進み、そこで、RA_inj_₃と空気が還元剤供給システム19へ供給される。ｆ₅の例が、特に図８を参照して示されている。

それで、本発明によれば、SCR触媒のより効率的なNOx変換効率を得るために、還元剤噴射量が、エンジンの過渡挙動により生じるエンジン排気中のNOx量の変化を考慮するように調整され得る。これは、ペダル位置などのエンジン過渡挙動を測ることの出来るエンジン・パラメーターを連続的に監視し、そして、このようなパラメーターのフィルター処理された瞬間的な変化の関数として還元剤噴射量を調整することにより、なされる。NOx生成量は、典型的にはティップ・インで増加し、ティップ・アウトで減少するので、そのような動作の結果として、前者の基本噴射量が増大し、後者の基本噴射量が減少することになる。更に、還元剤供給ユニットは、迅速なシステム応答、より効率的なシステム作動、より良好な排出制御及び向上した燃料経済性、を確実なものとする。

ここで図９を参照すると、パティキュレート・フィルターを再生する方法の別の例が示されており、これは、フィルター前後で計測された差圧に基くパティキュレート・フィルターの再生の代わり又はそれに加えて用いることが出来る。

一例のシステム構成において、パティキュレート・フィルターはSCR触媒の下流に配置されるので、上流排気温度を再生温度まで上昇させ、酸化触媒へ追加の炭化水素を噴射することによるフィルターの再生は、SCR触媒への熱損傷を生じ得る。それで、本件発明者は、SCR触媒の下流に配置されたパティキュレート・フィルターを再生する別の方法を開発した。そこにおいて、パティキュレート・フィルター温度は、排気中の酸素と炭化水素が発熱反応する温度まで上昇させられ、その後で、追加の炭化水素がSCR触媒下流のパティキュレート・フィルターへ噴射される。生じた発熱反応は、SCR触媒への熱損傷を生じることなしに、フィルターを再生する。

最初にステップ810において、パティキュレート・フィルターに蓄積した粒子総量spaが判定される。好ましい実施形態において、この量は、絶えず更新され、そして現在の粒子蓄積量と、燃料噴射量及びエンジン速度のようなエンジン運転状態に基づき決定される燃焼過程での所定のサンプリング・タイム毎に生成される粒子の増加量とに基く。次に、ルーチンはステップ812へ進み、そこでパティキュレート・フィルター温度T_fが推定される。好ましい実施形態において、この温度は、メモリーに記憶された所定の特性マップを用いて、エンジン運転状態に基づき推定される。エンジン動作パラメーターは、エンジン速度、燃料噴射量、燃料噴射時期及びエンジン温度、が含まれる。排出制御装置の温度を推定する当業者に公知の他の方法を用いても、本発明には好都合である。

次にステップ814において、パティキュレート・フィルターが再生されるべきであるか否かの判断がなされる。具体的には、粒子蓄積量（spa）が最大限界量S2よりも大きいか、パティキュレート・フィルター温度T_fが温度限界T1よりも高く、そしてspaが限界量S1よりも大きいとき、再生が表示される。それで、本発明は、一定の運転状態で遭遇し得るより高いパティキュレート・フィルター温度を、総量spaが最大限界量S2を下回る場合でさえも、その時点で蓄積粒子をパージすることにより、利用する。それで、日和見的にパティキュレート・フィルターを再生することにより、フィルター温度を再生温度まで上昇させるのに必要とされるエネルギー量が小さいので、燃料経済性が向上する。ステップ814の結果がNOのとき、ルーチンは終了する。ステップ814の結果がYESのとき、つまり、パティキュレート・フィルター再生が表示されるとき、ルーチンはステップ816へ進み、そこで、炭化水素が排気中で発熱反応し得る最低温度であるT_exよりもT_fが高いか否かの判断がなされる。ステップ816の結果がYESのとき、ルーチンは、ステップ818へ進み、そこで、炭化水素と空気の蒸気混合気が、還元剤供給システムを通じてパティキュレート・フィルターへ入る排気中へ噴射される。また、還元剤を排気後処理装置へ供給する当業者に公知の他のいかなる方法も用いることが出来る。生じた発熱反応は、パティキュレート・フィルターの温度を再生温度まで上昇させる。炭化水素噴射率及び、フィルター再生を終了するのに要する噴射期間は、spa、フィルター温度、エンジン速度、燃料噴射量、差圧などの運転状態に基き決定されるのが好ましい。フィルター再生が完了すると、ルーチンは終了する。ステップ816の結果がNOのとき、ルーチンはステップ818へ進み、そこで、パティキュレート・フィルター温度がT_exを越えて高められる。それは、例えば、余剰の炭化水素の噴射による酸化触媒13内での発熱反応を生成するなどにより、パティキュレート・フィルター上流の排気の温度を上昇させることによるか、噴射時期の遅角、EGRの増大又は吸気スロットルを閉じるなどエンジン関連の手法による。ルーチンは、T_exへ到達するまで、ステップ816を繰り返す。

動作状態又はシステム構成によっては、ステップ820の追加噴射を無くすことが出来る。

それで、それより上で炭化水素が排気中の酸素と発熱反応する温度までパティキュレート・フィルターの温度を上昇させるように上流の排気温度を最初に調整し、そして追加の炭化水素をフィルターへ噴射して再生温度を得ることにより、パティキュレート・フィルターを再生することが可能である。

これで、本発明の説明を終える。当業者は、それを読むことで、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、多くの変更及び改良を想到するであろう。

本発明が有利に用いられるエンジンの概略図である。 本発明が有利に用いられるエンジンの概略図である。 本発明による排出制御システムの実施形態の例の概略図である。 本発明による排出制御システムの実施形態の例の概略図である。 本発明による排出制御システムの実施形態の例の概略図である。 本発明の観点に従う制御ルーチンを示す図である。 本発明の観点に従う制御ルーチンを示す図である。 本発明の観点に従う制御ルーチンを示す図である。 本発明の観点の圧力センサー・モニターのシミュレーションを示す図である。 本発明の観点の圧力センサー・モニターのシミュレーションを示す図である。 本発明によるSCR触媒再生のルーチンの例である。 図７のルーチンで用いられる関数の例である。 本発明によるパティキュレート・フィルター再生のルーチンの例である。

Claims (29)

1. 排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムであって、
   該システムが、エンジン排気系に接続された圧力センサー、エンジン排気系に接続されたパティキュレート・フィルター、及び、上記排気圧力センサーの劣化を判定するための符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体、を有し、
   該コンピューター記憶媒体が、少なくとも二つの流量状態に基づき少なくとも一つのパラメーターを判定するコード、上記排気圧力センサーからの信号を計測するコード、及び、少なくとも上記パラメーター及び上記信号に基き上記排気圧力センサーの劣化を判定するコード、を有する、システム。
2. 上記エンジンがディーゼル・エンジンである、請求項１のシステム。
3. 上記圧力センサーが、上記パティキュレート・フィルター前後の差圧を計測する差圧センサーである、請求項１又は２のいずれかのシステム。
4. 上記圧力センサーが、上記パティキュレート・フィルター下流に接続された絶対圧センサーである、請求項１又は２のいずれかのシステム。
5. 上記パティキュレート・フィルターが酸化触媒へ結合される、請求項１乃至４のいずれか１つのシステム。
6. 上記パティキュレート・フィルターがＮＯｘ吸収体へ結合される、請求項１乃至４のいずれか１つのシステム。
7. 第１と第２のパラメーターの両方に応答する圧力センサーを監視する方法であって、
   上記第１パラメーターの変動が第１の量よりも大きく、上記第２パラメーターの変動が第２の量よりも小さい状態で、少なくとも上記圧力センサーからの信号を計測し、 そして、上記信号と基準値とに基き、上記センサーの劣化を判定する、方法。
8. 上記第１パラメーターが排気流量を含む、請求項７の方法。
9. 上記第２パラメーターが、パティキュレート・フィルターに保持されたすすの量を含む、請求項８の方法。
10. 上記第１と第２の量が、実質的に同じである、請求項７乃至９のいずれか１つの方法。
11. 上記第１と第２の量が、実質的に異なる、請求項７乃至９のいずれか１つの方法。
12. 上記応答が、上記状態での上記センサーの予想された信号応答である、請求項７乃至11のいずれか１つの方法。
13. 上記状態での上記センサーの予想される信号応答の上記判定が、上記第１のパラメーターの上記変動に基き上記状態の間、上記センサーの予想される信号応答を判定することを含む、請求項12の方法。
14. エンジン排気中の圧力センサーを監視する方法であって、
    第１と第２の流量状態で上記圧力センサーからの信号を計測し、
    上記流量状態での上記センサーの予想される応答を判定し、そして、
    上記信号が、上記予想される応答から一定量異なるとき、上記センサーの劣化を判定する、方法。
15. 上記第１と第２の流量状態が、高流量状態と低流量状態とを含む、請求項14の方法。
16. 上記第１と第２の流量状態が、アイドルと非アイドル状態を含む、請求項14の方法。
17. 上記センサーが、パティキュレート・フィルター前後の差圧を計測する、請求項14乃至16のいずれか１つのの方法。
18. 上記エンジンがディーゼル・エンジンである、請求項14乃至17のいずれか１つの方法。
19. 上記予想される応答が、流量絞りの変化の時間的尺度よりも速い尺度で変化する流量状態から予想される応答を含む、請求項14乃至18のいずれか１つの方法。
20. 排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムであって、
    該システムが、上記エンジン排気系に接続された圧力センサー、上記エンジン排気系に結合されたパティキュレート・フィルター、及び、上記圧力センサーの劣化を判定するための符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体、を有し、
    該コンピューター記憶媒体が、予想されるセンサー応答を判定するコード、少なくとも選択されたエンジン運転状態で、上記排気圧力センサーからの信号応答を計測するコード、及び、上記予想されるセンサー応答と上記信号応答に少なくとも基き、上記排気圧力センサーの劣化を判定するコード、を有する、システム。
21. 上記予想されるセンサー応答が、上記エンジンがオフのときに、判定される、請求項20に記載のシステム。
22. 上記予想されるセンサー応答が、上記エンジンが作動しているときに判定される、請求項20に記載のシステム。
23. 予想されるセンサー応答を判定する上記コードが、排気流量が閾値よりも大きいときに可能化される、請求項20に記載のシステム。
24. 排気システムと共にエンジンを搭載した車両のためのシステムであって、
    該システムが、上記エンジン排気系に接続されたパティキュレート・フィルター、上記エンジン排気系に接続されたセンサー、及び、その中に符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体、を有し、
    該コンピューター記憶媒体が、上記センサーに基き上記パティキュレート・フィルターを再生するコード、及び、動作パラメーターに基き上記センサーの劣化を判定するコード、を有する、システム。
25. 上記センサーが、差圧センサーである、請求項24のシステム。
26. 上記センサーが、温度センサーである、請求項24のシステム。
27. 排気システムと共にエンジンを搭載した車両のシステムであって、
    該システムは、排気に晒されるようにエンジン排気系に結合されるセンサー、該センサーと共にエンジン排気系に結合されるパティキュレート・フィルター、上記センサーの劣化を判定するための符号化されたコンピューター・プログラムを持つコンピューター記憶媒体、を有し、
    該コンピューター記憶媒体が、少なくとも二つの排気流量状態に基き、少なくともセンサーの動作パラメーターを判定するコード、一定期間、上記センサーからの信号を計測するコード、及び、少なくとも上記パラメーター及び上記信号に基き、一定期間上記センサーの劣化を判定するコード、を有する、システム。
28. 上記センサーの劣化判定が、定常流量状態の表示に基き開始する、請求項27のシステム。
29. 上記センサーの劣化判定が、排気システム温度が限界値を越えていることの表示に基き開始する、請求項27のシステム。
    

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