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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen eines Verschlechterungszustands einer Reinigungsleistung eines Reinigers zum Reinigen von Abgasen eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als ”Motor” bezeichnet).
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Aus der
DE 698 04 344 T2 , als nächstkommender Stand der Technik, ist ein Verfahren zur Überwachung des Wirkungsgrades eines katalytischen Konverters und ein Regelsystem geeignet zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Das zu überwachende Abgassystem besteht aus einer Brennkraftmaschine und einem Abgaskatalysator mit einem stromabwärts gelegenen Abgassensor, dessen Signale über einen Filter an eine elektronische Steuer/Regeleinheit geleitet werden. Zur Überwachung des Katalysators wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine hochfrequent variiert und das Signal des stromabwärts gelegenen Abgassensors ausgewertet. Zur Diagnose des Abgaskatalysators wird ein Restsignal generiert, indem das Signal des Abgassensors gefiltert und das gefilterte Signal von dem ungefilterten Signal subtrahiert wird. Durch Integration des Restsignals und Vergleich mit einem Schwellenwert wird die Alterung des Katalysators bestimmt.
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Ein weiterer Ansatz zum Bestimmen des Alterungszustands eines Abgasreinigers verwendet ein lineares Filter. Dieser Ansatz ist in der ungeprüften
japanischen Patentoffenlegungsschrift (Kokai) Nr. 2003-193898 offenbart. Gemäß diesem Ansatz wird zuerst ein Prozess mit einem linearen Filter (zum Beispiel einem Bandpassfilter) auf einer Ausgangsgröße SVO2 eines Sauerstoff-Dichtesensors (O2-Sensor) angewendet, welcher stromabwärts vom Reiniger angeordnet ist. Der Wert der gefilterten Ausgangsgröße wird dazu verwendet, die Alterung des Reinigers zu bestimmen.
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Im Allgemeinen reduziert ein Abgasreiniger eines Motors NOx im Abgas durch einen Sauerstoff(O2)-Speichereffekt und oxidiert unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxide CO. Wenn sich der O2-Speichereffekt verschlechtert, wird die Reinigung des Abgases ungenügend und eine Abweichung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf der stromaufwärts liegenden Seite des Reinigers tritt als eine Abweichung in den Ausgangsgrößen des O2-Sensors in Erscheinung. Anders ausgedrückt wird eine feine, rauschähnliche Schwingung in der Wellenform des Outputs SVO2 des O2-Sensors auftreten, wenn der Reiniger älter bzw. schlechter wird.
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Der oben erwähnte Ansatz verwendet die SVO2-Eigenschaften, welche durch Alterung bedingt sind, und vergleicht und analysiert die Frequenzkomponenten von SVO2 unter Anwendung einer schnellen Fourier-Transformierten (FFT) an SVO2. Als Resultat einer solchen Analyse wird beobachtet, dass es einen Fequenzbereich gibt, in welchem ein Leistungsspektrum ansteigt, wenn der Reiniger altert. Mit anderen Worten, wenn eine gewisse Frequenzkomponente, welche mit der Alterung korreliert, extrahiert werden kann, kann die Alterung des Reinigers bestimmt werden. Basierend auf dieser Beobachtung verwendet der oben bezeichnete Ansatz einen Bandpassfilter, um von SVO2 nur die Frequenzkomponente zu extrahieren, welche größer wird, wenn der Reiniger altert, um die extrahierte Frequenzkomponente als einen Parameter zum Bestimmen der Alterung zu verwenden.
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Gemäß dem oben genannten Ansatz können aber zeitweise ein neuer Katalysator (nachfolgend als ”frischer Katalysator” bezeichnet) und ein Katalysator mit einer normalen Reinigungsleistung (nachfolgend als ”normaler Katalysator” bezeichnet) nicht von einem Katalysator unterschieden werden, welcher eine ungenügende Reinigungsleistung aufweist (nachfolgend als ”NG-Katalysator” bezeichnet).
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Der frische Katalysator führt charakteristischerweise zu SVO2-Resultaten in rechteckiger Wellenform. Die rechteckige Wellenform enthält eine kantenförmige Welle sowie eine stufenförmige Welle. Es ist bekannt, dass eine stufenförmige Wellenform mit Kanten verschiedene Frequenzkomponenten enthält.
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Im oben genannten Ansatz wird der Filterprozess ausgeführt, um die mit der Alterung in Verbindung stehenden Komponenten aus der SVO2 zu extrahieren. Mit anderen Worten müssen diejenigen Komponenten, welche als die Merkmale des frischen Katalysators repräsentierende Komponenten angesehen werden, entfernt werden. Die rechteckige Welle aber, welche durch die verschiedenen Frequenzkomponenten gebildet wird, kann mit dem Bandpassfilter nicht komplett entfernt werden. In ähnlicher Weise kann kein anderes lineares Filter, welches dazu ausgebildet ist, einen Bandpass unter Verwendung eines Frequenzbereichs bereitzustellen, eine solche rechteckige Wellenform vollständig entfernen. Daher weist der oben genannte Ansatz ein Problem auf, dass, auch dann, wenn der Katalysator normal ist, ein Teil der SVO2-Wellenform durch den Bandpassfilter durchgehen und einen Alterungsparameter ausgeben kann.
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Es ist also der Bedarf vorhanden, in angemessener Art und Weise eine rechteckförmige Wellenformkomponente zu extrahieren, welche für den frischen Katalysator kennzeichnend ist. Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochpräzisionsvorrichtung zur Alterungs-Bestimmung für einen Abgasreiniger eines Motors bereitzustellen, die eine optimale Reinigungsleistung des Abgasreinigers gewährleistet und einen Grad der Alterung des Abgasreinigers zuverlässig bestimmt.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Reinigeralterungs-Bestimmungsvorrichtung für einen Motor bereit. Der Motor enthält einen Abgasreiniger, welcher in einem Abgasrohr des Motors angeordnet ist, und einen Abgassensor, welcher im Abgasrohr stromabwärts vom Reiniger angeordnet ist, um Ausgangsgrößen zu erzeugen, welche im Abgas vom Motor enthaltene Komponenten wiedergeben. Die Vorrichtung umfasst eine Regelung zum Regeln eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses im Motor auf einen vorbestimmten Wert, welcher auf den Ausgangsgrößen des stromabwärts gelegenen Abgassensors basiert. Die Vorrichtung umfasst auch Mittel zum Durchführen einer nicht linearen Filterung, um aus den Ausgangsgrößen des stromabwärts gelegenen Abgassensors während eines Betriebs unter einer Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung rechteckförmige Wellenformkomponenten zu extrahieren, welche kennzeichnend für den frischen Katalysator sind. Die Vorrichtung umfasst ferner Mittel zum Subtrahieren der rechteckförmigen Wellenformkomponenten von den Sensorausgangsgrößen, um Rauschkomponenten zu extrahieren, welche einen Grad der Katalysatoralterung darstellen. Die Vorrichtung umfasst auch Mittel zur Bestimmung der Alterung des Reinigers, wobei die Reinigeralterungs-Bestimmungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, dass die Alterungsbestimmung parallel zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durchgeführt wird.
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Im Allgemeinen wird ein nicht lineares Filter als eine Funktion definiert, welche einen Medianwert aus allen Stichprobenwerten über eine gewisse Zeitdauer ausgibt. Ein lineares Filter multipliziert normalerweise einen Koeffizienten mit Komponenten eines Eingangssignals, um die Komponenten zu glätten. Im Gegensatz dazu wählt das nicht lineare Filter eine der Komponenten des Eingangssignals aus und gibt es so aus wie es ist. Wenn im Eingangssignal überhaupt kein Rauschen enthalten ist, ist die Eingangssignal-Wellenformausgangsgröße so wie sie ist, weil die Sortierreihenfolge der Stichprobenwerte unverändert ist gegenüber der ursprünglichen Reihenfolge des Eingangssignals.
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Das nicht lineare Filtern ist also dem linearen Filtern hinsichtlich Extraktionsleistung des Originalsignals, welches eine rechteckförmige Wellenform aufweist, überlegen. Folglich können ein frischer Katalysator und ein gealterter Katalysator unterschieden werden. Durch Anwenden eines nicht linearen Filterns wird es möglich, aus der Sensorausgangsgröße die Rauschkomponente zu extrahieren, welche einen Grad der Katalysatoralterung darstellt. Es ist bevorzugt, dass ein DW-MTM-(Double Window-Modified Trimmed Mean)-Filter beim nicht linearen Filter verwendet wird. Der Vorgang des nicht linearen Filters ist aber nicht auf ein solches Schema eingeschränkt. Jedes geeignete Schema kann verwendet werden, abhängig vom Typ, den Merkmalen und/oder ähnlichem des Motors und des Reinigers, an welchen die Reinigeralterungs-Bestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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Der Parameter, der die Alterung eines Reinigers anzeigt, ist ein Wert, welcher durch Quadrieren von Rauschkomponenten erzeugt wird, die durch das Rauschkomponenten-Extraktionsmittel erhalten werden, und durch Berechnen mit sequentiellen statistischen Algorithmen. Obwohl es bevorzugt ist, dass die Methode der kleinsten Quadrate auf die sequentiellen statistischen Algorithmen angewendet wird, ist der Algorithmus nicht auf die Methode der kleinsten Quadrate eingeschränkt.
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Das Reinigeralterungs-Bestimmungsmittel bestimmt die Alterung des Reinigers unter Verwendung des Unterscheidungsparameters. Es ist wünschenswert, dass das Alterungs-Bestimmungskriterium gleich oder größer als 1 Hz in einem Frequenzbereich beträgt. Dieses Kriterium basiert auf der Beobachtung beim Testen, welches durch die Erfinder durchgeführt wurde. Im Speziellen wurde beboachtet, dass die Frequenzkomponente des Sensorausgangswerts gleich oder kleiner als 1 Hz ist im Falle eines frischen Katalysators. Das Verfahren zum Definieren des Alterungs-Bestimmungskriteriums ist aber nicht auf diesen Ansatz beschränkt. Jedes geeignete Verfahren kann ausgewählt werden, entsprechend dem Typ und/oder den Merkmalen des Motors und des Reinigers, bei welchen die Reinigeralterungs-Bestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der 1 bis 10 in nicht einschränkender Weise beschrieben.
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1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Gesamtsystemstruktur einer Alterungs-Bestimmungsvorrichtung für einen Abgasreiniger eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
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2 zeigt schematisch Veränderungen in SVO2-Werten, welche durch Katalysatoralterung bewirkt sind.
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3 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Resultat einer Anwendung einer FFT an einer Stufenwellenform zeigt.
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4 zeigt schematisch, dass eine Ausgangsgröße eines Alterungs-Unterscheidungsparameters durch einen Linearfilterprozess groß wird, sofern ein SVO2-Wert eine Stufenform aufweist.
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5 ist ein schematisches Diagramm, um ein Verfahren zum Extrahieren von Rauschkomponenten in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu zeigen.
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6 zeigt eine Verarbeitungsprozedur eines nicht linearen DW-MTM-Filters, welches in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
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7 zeigt schematisch Merkmale eines DW-MTM-Filters.
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8 ist ein Blockdiagramm eines Katalysatoralterungs-Bestimmungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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9 zeigt einen Effekt eines nicht linearen Filters, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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10 zeigt schematisch Alterungs-Unterscheidungsparameter durch ein lineares Filter und Alterungs-Unterscheidungsparameter durch ein Verfahren der vorliegenden Erfindung, und zwar jeweils in der Reihenfolge des Alterungsgrades des Katalysators.
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1 ist ein schematisches Diagramm, welches eine Gesamtsystemstruktur einer Vorrichtung zeigt, bei welcher eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird. In 1 wird Abgas, welches durch Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemischs in jedem Zylinder eines Motors 1 erzeugt wird, in einem gemeinsamen Abgasrohr 3 in der Nähe des Motors 1 gesammelt und dann durch das Abgasrohr 3 in die Atmosphäre ausgestoßen. Ein Reiniger 4 ist im Abgasrohr 3 angebracht. Der Reiniger 4 umfasst beispielsweise einen Dreiwegekatalysator zum Reinigen des Abgases.
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Um einen Betriebszustand des Motors 1 zu erfassen, ist ein Einlassdrucksensor zum Messen eines Einlassrohr-Absolutdrucks (PBA) stromaufwärts eines Einlassrohrs 2 angeordnet. Ferner sind am Motor 1 Sensoren vorgesehen, umfassend einen Motordrehzahl-(NE)-Sensor und einen Kühlwassertemperatursensor. In 1 sind diese Sensoren zusammenfassend als ein generischer Sensor 8 dargestellt. Ausgangsgrößen des Sensors 8 werden an einer elektronischen Steuer/Regeleinheit (ECU) 10 bereitgestellt.
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Grundsätzlich wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung durchgeführt, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors 1 zu steuern/regeln (das heißt, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des im Motor 1 zu verbrennenden Gemischs), so dass eine optimale Reinigungsleistung des Reinigers 4 gewährleistet wird. Parallel zu dieser Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Steuerung/Regelung wird eine Alterungs-Bestimmung für den Reiniger durchgeführt.
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Um einen solchen Prozess durchzuführen, ist ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(LAF)-Sensor 5, welcher einen ersten Abgassensor darstellt, im Abgasrohr 3 stromaufwärts des Reinigers 4 angeordnet (im Speziellen dort, wo das Abgas von jedem Zylinder des Motors 1 gesammelt wird), und ein Sauerstoff-Dichtesensor (nachfolgend als ”O2-Sensor” bezeichnet), welcher einen zweiten Abgassensor darstellt, ist im Abgasrohr 3 stromabwärts des Reinigers 4 angeordnet. Es ist zu beachten, dass ein zweiter Reiniger zum Entfernen von in erster Linie NOx aus dem Abgas zusätzlich stromabwärts des O2-Sensors angeordnet sein kann.
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Der O2-Sensor 6 erzeugt eine Ausgangsgröße SVO2, welche einen Erfassungswert für die Sauerstoffdichte im Abgas darstellt, welches durch den Reiniger 4 hindurchgegangen ist. Wenn die Sauerstoffdichte des Abgases (des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses) nahe bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, erfährt die Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors eine wünschenswerte sensitive Veränderung fast proportional zu der Sauerstoffdichte im Abgas. Wenn die Sauerstoffdichte nicht nahe beim stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis liegt, behält SVO2 einen fast konstanten Pegel.
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Der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor (LAF-Sensor) 5 erzeugt eine Ausgangsgröße KACT, welche einen Erfassungswert des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases darstellt, welches in den Reiniger hineingeht. Die Ausgangsgröße KACT des LAF-Sensors 5 erzeugt eine Ausgangsgröße mit einem Pegel proportional zum Luft/Kraftstoff-Verhältnis, welches sich über einen großen Bereich erstreckt.
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Die Ausgangsgrößen dieser Sensoren 5, 6 werden der ECU 10 bereitgestellt, welche die Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und/oder den Alterungs-Bestimmungsprozess basierend auf diesen Ausgangsgrößen durchführt.
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Die ECU 10 enthält einen Computer. Die ECU 10 umfasst ein ROM zum Speichern von Computerprogrammen und Daten, ein RAM zum zwischenzeitlichen Speichern von Programmen und Daten, welche zu einer Laufzeit benötigt werden, und zur Bereitstellung eines Arbeitsbereichs für Berechnungen, eine CPU zum Ausführen der Programme, eine Eingangsschnittstelle zum Verarbeiten von Eingangssignalen von verschiedenen Sensoren und einen Antriebsschaltkreis zum Senden von Steuersignalen zu einem Kraftstoffeinspritzventil 7 und anderen Elementen. Die Signale von jedem dieser oben beschriebenen Sensoren werden von der Eingangsschnittstelle empfangen und gemäß den im ROM gespeicherten Programmen verarbeitet. Die ECU 10 mit einer solchen Hardware-Struktur ist in 1 in Form von funktionalen Blöcken dargestellt.
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Die ECU
10 enthält eine Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Berechnungseinheit
12 zum Berechnen eines gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD des Motors
1 (das heißt eines gewünschten Werts des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, welches durch den LAF-Sensor
5 erfasst wird) und eine Kraftstoffeinspritzmengen-Berechnungseinheit
14 zum Berechnen einer Kraftstoffeinspritzmenge entsprechend des gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses KCMD. Diese Einheiten führen die Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses durch. Ein spezifisches Steuer/Regelschema für die Steuerung/Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann in den ungeprüften
japanischen Patentoffenlegungsschriften (Kokai) Nr. 2001-182528 und (Kokai) Nr.
2000-230451 gefunden werden.
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Die ECU 10 enthält auch eine Extraktionseinheit für rechteckförmige Wellenformkomponenten (nachfolgend als ”Rechteck-Extraktionseinheit” bezeichnet) 15, eine Rauschkomponenten-Extraktionseinheit (nachfolgend als ”Rausch-Extraktionseinheit” bezeichnet) 16, eine Berechnungseinheit für Alterungs-Unterscheidungsparameter (nachfolgend als ”Parameter-Berechnungseinheit” bezeichnet) 17 und eine Reinigeralterungs-Bestimmungseinheit (nachfolgend als ”Alterungs-Bestimmungseinheit” bezeichnet) 18. Diese Einheiten bestimmen den Alterungszustand des Reinigers durch Verwenden der Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors. Details hierzu werden später beschrieben.
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Es wird nun ein Prinzip der Alterungs-Bestimmung des Reinigers entsprechend der vorliegenden Erfindung beschrieben. Im Allgemeinen reduziert ein Abgasreiniger eines Motors NOx im Abgas mittels eines O2-Speichereffekts des Reinigers und oxidiert unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC und Kohlenmonoxide CO vor dem Ausstoß des Abgases. Wenn sich der O2-Speichereffekt verschlechtert, wird die Reinigung des Abgases ungenügend und eine Abweichung im Luft/Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts des Reinigers wird als eine Abweichung in den Ausgangsgrößen des O2-Sensors erscheinen. Mit anderen Worten wird eine feine Schwingung in der Wellenform der Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors auftreten, wenn der Reiniger altert. Wie in 2 dargestellt, zeigt die SVO2 eine rechteckförmige Welle im Falle eines frischen Katalysators. Wenn der Reiniger altert, nimmt die feine Schwingung allmählich zu, was in Rauschen im gesamten Bereich der SVO2 im Falle des NG-Katalysators resultiert, welcher eine ungenügende Reinigungsleistung aufweist. Mit anderen Worten zeigen die Rauschkomponenten, welche in der Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors enthalten sind, den Alterungsgrad des Reinigers an. Deshalb werden in der vorliegenden Erfindung die Rauschkomponenten aus der SVO2 extrahiert und die Alterung wird unter Verwendung des Signals der extrahierten Rauschkomponenten bestimmt.
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Daneben müssen gewisse Bedingungen erfüllt sein zum Durchführen eines solchen Alterungs-Bestimmungsprozesses. Der Bestimmungsprozess wird beispielsweise gestartet, wenn die Abweichung der Belastung des Motors, die Abweichung der Ausgangsgröße des LAF-Sensors oder die Durchflussrate des Abgases vorbestimmte Werte überschreiten. Der Bestimmungsprozess wird ausgesetzt, wenn solche Parameter die jeweils vorbestimmten Werte nicht erreichen. Die Details einer solchen Steuer/Regeltechnik sind in der oben erwähnten Kokai Nr.
2003-193898 beschrieben.
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Die Kokai Nr.
2003-193898 offenbart ein Steuer/Regelschema des Verwendens eines Bandpassfilters zum Extrahieren der Frequenzkomponenten, welche größer werden, wenn die Alterung fortschreitet. Es sollte allerdings beachtet werden, dass die rechteckförmigen Wellenformkomponente (nachfolgend als ”Rechteckkomponenten” bezeichnet), welche vom SVO2 entfernt werden soll, eine stufenförmige Wellenform ist, wie in
2 gezeigt.
3 ist ein schematisches Diagramm, welches ein Resultat der Anwendung einer schnellen Fourier-Transformierten (FFT) auf die Stufenwellenform zeigt. Die Stufenwellenform ist durch verschiedene Frequenzkomponenten gebildet. Aus diesem Grund kann ein solches lineares Filter, wie ein Bandpassfilter, welches eine Bandpassfläche mit einem Frequenzbereich definiert, die rechteckigen Komponenten, welche verschiedene Frequenzkomponenten enthalten, nicht vollständig entfernen.
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4 stellt den oben beschriebenen Fehler des linearen Filters spezifischer dar.
4 zeigt (a) einen Eingangswert, (b) eine Linearfilter-Ausgangsgröße, (c) einen Quadratgrenzwert und (d) einen Unterscheidungsparameter. In (b) kann beobachtet werden, dass die dem Bandpass-Frequenzbereich entsprechenden Komponenten im Resultat des linaren Filters der Stufenwelleneingangsgröße von (a) übrig geblieben sind. Entsprechend der Unterscheidungsparameter-Bestimmungsmethode, welche in der Kokai Nr.
2003-193898 offenbart ist, wird der Quadratgrenzwert für den Wert von (b) wie gezeigt in (c) erzeugt, dessen Integralwert wie in (d) gezeigt als Unterscheidungsparameter verwendet wird. Es kann beobachtet werden, dass der Alterungs-Unterscheidungsparameter ein hoher Wert bleibt aufgrund des Einflusses der Komponenten (b), welche durch den Prozess des linaren Filters nicht entfernt werden konnten. In diesem Beispiel ist der Eingangswert eine komplette Stufenwelle, welche den SVO2-Wert in Verbindung mit dem frischen Katalysator simuliert. Mit anderen Worten kann entsprechend dieses konventionellen Ansatzes auch dann, wenn der frische Katalysator verwendet wird, manchmal als Resultat des linearen Filters eine Filterausgangsgröße erzeugt werden, was einen ungünstigen Einfluss auf die Alterungs-Bestimmung erzeugen kann.
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Die vorliegende Erfindung verwendet folglich ein nicht lineares Filter, welches Impulsrauschen entfernt, Kanten erhält und Rechteckkomponenten als eine Grundwellenform erhält. Der Begriff ”Grundwellenform” bezieht sich auf die Wellenform, welche zu einer Eingangswellenform gehört, bevor diese gefiltert wird, und zu einer Ausgangswellenform, nachdem sie gefiltert ist.
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5 stellt schematisch ein Schema des Extrahierens von Rauschkomponenten entsprechend der vorliegenden Erfindung dar. Zuerst wird eine Rechteckkomponente aus der Eingangswellenform extrahiert mittels des nicht linearen Filters. Danach wird die extrahierte Rechteckkomponente von der Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors subtrahiert, um eine Rauschkomponente zu erhalten. 5 zeigt von oben nach unten Muster der SVO2-Wellenform eines frischen Katalysators, eines normalen Katalysators und eines NG-Katalysators. Wie in 5 gezeigt, kann die ein Grundsignal repräsentierende Rechteckkomponente mit Präzision extrahiert werden, ungeachtet des Vorhandenseins von Rauschen, welches seinerseits verwendet wird, um eine Rauschkomponente zu erhalten, die zum Unterscheiden einer Alterung wirksam ist.
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In dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein DW-MTM-Filter als nicht lineares Filter verwendet. Das DW-MTM ist ein nicht lineares Filter und weist die Fähigkeit auf, die Impulsgeräusche zu entfernen und die Kanten zu erhalten, was kennzeichnend für das nicht lineare Filter ist. Das DW-MTM weist zusätzlich die Fähigkeit auf, Gauss'sches Verteilungsrauschen zu entfernen. Deshalb kann das DW-MTM eine Wellenform entfernen, die eine relativ kleine Amplitude und gewisse Periodizität aufweist.
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6 zeigt die Verarbeitungsprozedur des DW-MTM. Im Beispiel in 6 ist die aktuelle Zeit bei 1000 ms und die Zahl der Zwischenspeicher beträgt elf. Der Prozess wird ausgeführt in Übereinstimmung mit der folgenden Prozedur (jede der folgenden Prozedurnummern entspricht der Nummer in einem Kreis in 6):
- (1) Führe Zwischenspeichern in einer vorbestimmten Zeitperiode aus (in diesem Beispiel 11 Zwischenspeicher, was 1000 ms entspricht).
- (2) Sortiere die zwischengespeicherten Werte in aufsteigender Reihenfolge.
- (3) Ausgeben eines Medianwerts, welcher in der Mitte der geordneten Werte angeordnet ist (der sechste Wert in diesem Beispiel).
- (4) Nimm den Medianwert als Filterausgangsgröße zur aktuellen Zeit (1000 ms in diesem Beispiel).
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Durch Durchführen dieses Prozesses über den gesamten Bereich in der Zeitachse kann die Grundwellenform von der Originalwellenform extrahiert werden.
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7 zeigt Merkmale des DW-MTM-Filters. Die Zahl der Zwischenspeicher beträgt im Beispiel der 7 fünf. Fünf Typen von Originalsignalwellenformen (a) bis (e) sind links dargestellt und die gefilterten Wellenformen sind auf der rechten Seite gezeigt. Merkmale für den Filterprozess jeder dieser Wellenformen sind beschrieben, gefolgt durch eine Zusammenfassung der Merkmale des DW-MTM-Filters.
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In (a) steigen die Werte in den Zwischenspeichern des Filters monoton und die Wellenform wird als Grundsignal angesehen, so dass sie unverändert bleibt (in ähnlicher Weise auch unverändert im Falle einer monotonen Abnahme). Es sollte beachtet werden, dass der Ausdruck ”Periode” hier eine Periode vom Anstieg der Wellenform bis zum Fallen der Wellenform zum Originalzustand meint.
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In (b) und (c) wird die Wellenform als Grundsignal angesehen, weil die Mehrheit der Werte in den Zwischenspeichern des Filters in einem Halbperiodenzustand verbleibt, d. h. einem Zustand, in welchem die Wellenform gestiegen ist und nicht gefallen ist. Die Wellenform ist in dieser Situation unverändert und die Wellenform wird als Grundsignal angesehen.
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In (d) und (e) wird der Medianwert nicht genommen, weil die Zahl der Werte in einem Halbperiodenzustand kleiner ist als die Hälfte der totalen Anzahl des Zwischenspeichers. Diese Signale werden entfernt, weil sie als Rauschen angesehen werden. Es ist also kennzeichnend für das DW-MTM-Filter, dass eine moderate Varianz erhalten bleibt und eine kleine Varianz entfernt wird. Daneben wird die Phase der Ausgangsgröße durch etwas weniger als die Hälfte der Zahl an Zwischenspeichern verzögert (im Speziellen 2 im Falle von 5 Zwischenspeichern, 5 im Falle von 11 Zwischenspeichern etc.).
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8 zeigt einen Prozessfluss eines Alterungs-Bestimmungssystems entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Prozessfluss bezieht sich auf die Rechteck-Extraktionseinheit 15 bis zur Alterungs-Bestimmungseinheit 18 der 1. Um die Entsprechung mit 1 zu zeigen, sind die in 1 verwendeten Blöcke in gestrichelten Linien in 8 dargestellt. Zuerst ist die Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors Eingangsgröße für das System (31). Das Eingangssignal wird unter Verwendung des nicht linearen DW-MTM-Filters gefiltert, so dass die Rechteckkomponente extrahiert wird (32). Die Phase des Ausgangssignals ist mit derjenigen des Filtereingangs (33) abgeglichen. Die Rauschkomponente wird extrahiert durch Subtrahieren der Rechteckkomponente von der Ausgangsgröße SVO2 des O2-Sensors. Als Nächstes wird eine sequentielle Methode der kleinsten Quadrate durchgeführt durch Verwendung der Quadratwerte der extrahierten Rauschkomponente (35). Der berechnete Wert wird als Alterungs-Unterscheidungsparameter verwendet. Danach wird eine Kriteriumsbestimmung durchgeführt basierend auf dem Unterscheidungsparameter (36).
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Der Vorteil der Anwendung der Methode der kleinsten Quadrate liegt darin, dass die Menge der Berechnungen durch die ECU
10 und die benötigte Speicherkapazität minimiert werden können, weil der Parameter nacheinander immer wieder aktualisiert wird durch Verwenden des vorherigen Werts und des aktuellen Werts. Daher kann die Berechnung mit einer On-Board-CPU durchgeführt werden, welche eine eingeschränkte Verarbeitungsfähigkeit und eine eingeschränkte Speicherkapazität aufweist. Für Einzelheiten der sequentiellen Methode der kleinsten Quadrate kann Bezug genommen werden auf die oben erwähnte Kokai Nr.
2003-193898 .
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Ein Kriteriumsbestimmungsblock 36 der 8 entspricht der Alterungs-Bestimmungseinheit 18. Das Bestimmungskriterium für das Bestimmen der Alterung des Reinigers ist wie folgt. Durch das Experiment der Erfinder wird beobachtet, dass der normale Katalysator und der NG-Katalysator im 1 Hz-Frequenzbereich unterschieden werden können. Das Bestimmungskriterium wird basierend auf dieser Beobachtung festgelegt. Weil der Unterscheidungsparameter erhalten wird durch Quadrieren eines Zeitbereichsignals, wird ein Quadratwert eines Zeitbereichsignals von 1 Hz als Unterscheidungsparameter verwendet. Der Parameter ist jedoch nicht auf einen solchen Wert eingeschränkt. Jede geeignete Methode kann ausgewählt werden abhängig vom Typ, den Merkmalen des Motors und des Reinigers, an welchen die Reiniger-Alterungs-Bestimmungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung angewendet werden soll.
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9 zeigt ein Beispiel des Effekts des nicht linearen Filterprozesses. In den Diagrammen (a) und (b) sind der SVO2-Wert, der Filterausgangswert und die Rauschkomponenten-Wellenform von oben nach unten gezeigt. Die Zwischenspeicherlänge der Messdaten, welche in den Diagrammen gezeigt sind, beträgt 1000 ms. In 9(a) zeigt der SVO2-Wert kontinuierlich Rechteckkomponenten, welche eine relativ lange Periode aufweisen. Entsprechend der oben beschriebenen Merkmale des DW-MTM-Filters wird die Wellenform erhalten, wenn die Periode länger ist als die Zwischenspeicherlänge oder wenn die halbe Periode (die Periode, in welcher sich der Signalpegel erhöht hat) länger ist als die halbe Länge des Zwischenspeichers. In diesem Fall werden fast alle der SVO2-Werte als Grundwellenformen erhalten, so dass die Filterausgangswerte im Wesentlichen die gleiche Wellenform wie die SVO2-Werte aufweisen. Entsprechend wird die Differenz zwischen dem SVO2-Wert und dem entsprechenden Filterausgangswert beinahe null über den gesamten Bereich des Diagramms.
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Andererseits erscheint beim SVO2-Wert in 9(b) eine Wellenform, welche eine Periode gleich oder kleiner als 1000 ms aufweist, und zwar ungefähr in der Mitte des Diagramms (beim Zeitpunkt A). Entsprechend den Merkmalen des DW-MTM-Filters wird die Wellenform nicht erhalten, wenn die Periode kleiner ist als die Zwischenspeicherlänge oder wenn die halbe Periode kürzer ist als die halbe Länge des Zwischenspeichers. In diesem Fall erscheint die Wellenform, welche eine kurze Periode um den Zeitpunkt A aufweist, nicht in der Filterausgangsgröße. Entsprechend weist die Differenz zwischen dem SVO2-Wert und der entsprechenden Filterausgangsgröße einen gewissen Wert um den Zeitpunkt A auf. Im Gegensatz hierzu ist die Differenz im übrigen Bereich nahezu null.
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10 zeigt Resultate anderer Experimente bezogen auf den Effekt des nicht linearen Filters. Das Experiment wurde durchgeführt unter Verwendung von fünf Katalysatoren, wobei jeder von diesen einem unterschiedlichen Alterungsniveau entspricht, welches vom frischen Katalysator zum NG-Katalysator reicht. Jedes Diagramm der 10 zeigt das Resultat der Methode der kleinsten Quadrate unter Verwendung der Quadrate der Rauschkomponenten, welche aus der SVO2-Wellenform für jeweilige Katalysatoren extrahiert wurden. Dieses Resultat repräsentiert also die Reinigeralterungs-Bestimmungsparameter. 10(a) zeigt ein Resultat eines Experiments unter Verwendung eines konventionellen linearen Filters, wohingegen 10(b) ein Resultat eines Experiments unter Verwendung des nicht linearen Filters zeigt, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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Beim dritten Graph in 10(a) zeigt der Alterungs-Unterscheidungsparameter eine relativ hohe Ausgangsgröße, obwohl der Katalysator, welcher in diesem Falle verwendet wird, nicht ein ausgesprochen frischer, aber ein ausreichend frischer Katalysator für einen Normalgebrauch ist. Das heißt mit der Verwendung eines konventionellen linearen Filters kann der Unterscheidungsparameter einen hohen Wert annehmen, auch wenn er dies nicht sollte. Das System versagt also beim Unterscheiden eines normalen Katalysators von einem NG-Katalysator.
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Andererseits wird in 10(b) vom frischen Katalysator bis zum drittten Katalysator sozusagen kein Unterscheidungsparameter ausgegeben. Geringe kleine Ausgangsgrößen können erst im vierten Graph gesehen werden und genügend große Unterscheidungsparameter sind Ausgangsgrößen allein für den NG-Katalysator unten im Diagramm. Dieses Resultat zeigt an, dass die Alterungs-Bestimmungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung einen Unterscheidungsparameter berechnen kann, welcher eine genügend signifikante Differenz zwischen einem normalen Katalysator und einem NG-Katalysator aufweist, was der vorliegenden Erfindung eine hohe Zuverlässigkeit bescheinigt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf solche spezifischen Ausführungsformen eingeschränkt.
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Zusammenfassend wird eine hoch präzise Alterungs-Bestimmungsvorrichtung für einen Abgasreiniger eines Motors bereitgestellt. Der Motor umfasst einen Abgasreiniger, welcher in einem Abgasrohr des Motors angeordnet ist, und einen Stromabwäres-Abgassensor, welcher im Abgasrohr stromabwärts des Reinigers angeordnet ist, zum Erzeugen von Ausgangsgrößen, welche Komponenten eines Abgases entsprechen. Die elektronische Steuer/Regeleinheit steuert/regelt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors auf einen vorbestimmten Wert basierend auf den Ausgangsgrößen des Stromabwärts Abgassensors. Die Steuer/Regeleinheit ist zum Durchführen eines nicht linearen Filters programmiert, um rechteckförmige Wellenformkomponenten aus den Ausgangsgrößen des Stromabwärts-Abgassensors zu extrahieren. Die Steuer/Regeleinheit subtrahiert die rechteckförmigen Wellenformkomponenten von den Sensorausgangsgrößen, um Rauschkomponenten zu extrahieren, welche einen Grad der Katalysatoralterung repräsentieren.
