JP2004360684A - 内燃機関の排気領域に配置されている構成部分の排気ガス成分を有しているローディング状態を求めるための方法およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関１０の排気領域１８に配置されている構成部分２０の排気ガス成分によるローディング状態を求めるための方法を、構成部分の前の圧力を考慮して求めるための方法。
【解決手段】内燃機関の排気ガス質量流量６１が高められるように設定し、構成部分の前の排気領域における圧力変化が捕捉検出されるようにしかつ該圧力変化から構成部分のローディング状態が求められるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、内燃機関の排気領域に配置されている構成部分（ユニット）の排気ガス成分によるローディング状態を求めるための方法から出発している。

ＤＥ１０１１２１３８Ａ１には、ディーゼル粒子フィルタに生じる差圧信号の監視のための方法および装置が記載されている。ディーゼル粒子フィルタの前に生じる圧力ないしディーゼル粒子フィルタに生じる圧力差をディーゼル粒子フィルタのローディング状態に対する尺度として用いることができる。信号の診断は排気ガス流量または排気ガス質量流量の変化に関連した信号変化の評価に基づいている。排気ガス流量の変化は内燃機関の作動特性量の相応の変化から導出される。変化は例えば負荷変化の際および／または機関回転数の変化の際に生じる。
ＤＥ１０１１２１３８Ａ１

本発明の課題は、内燃機関の排気領域に配置されている構成部分（ユニット）のローディング状態を、構成部分の前の圧力を考慮して求めるための方法および装置を提供することである。

この課題は方法においては冒頭に述べた形式の方法から出発して、請求項１の特徴部分に記載の構成により解決される。請求項１０にはこの方法を実施するための装置が記載されている。

本発明の方法およびこの方法を実施するための装置によれば、内燃機関の排気ガス流量ないし排気ガス質量流量が意図的に高められかつ構成部分の前の排気システムにおける圧力変化が捕捉検出されるようになっている。この圧力変化から構成部分の排気ガス成分、例えば煤のローディング状態が求められる。

本発明により設定された措置は内燃機関の制御に対する簡単な介入操作によって実現することができる。この場合内燃機関の作動状態を考慮することができる。排気ガス流量ないし排気ガス質量流量を意図的に高めることによって、いずれの場合にも構成部分の前に圧力変化が生じる。この圧力変化から、構成部分の、排気ガス成分のローディング状態を例えば圧力変化とローディング状態との間の格納されている関係に基づいて求めることができる。排気ガス流量ないし排気ガス質量流量を高める程度、すなわち大きさは固定にまたは可変に設定しておくことができる。以下に、排気ガス流量とは温度に依存する密度で結び付いている排気ガス質量流量についてだけ述べることにする。

本発明の方法およびこの方法を実施するための本発明の装置はステップ応答の評価に相応しており、その際排気ガス質量流量の少なくとも近似的にステップ形状の変化が意図的に前以て決められる。

本発明の方法の有利な発展形態および実施形態は従属請求項に記載されている。

１つの発展形態によれば、構成部分のローディング状態に対するしきい値を設けるようにし、ローディング状態が該しきい値を上回ると、構成部分の再生が開始される。

１つの有利な発展形態によれば、構成部分の前の圧力変化を構成部分に生じる差圧から求めるようにしている。この措置により、圧力変化の捕捉検出の精度が高められる。この発展形態の１形態によれば、構成部分の後ろに生じる圧力を計算するようにしている。

１形態によれば、内燃機関の排気ガス質量流量の上昇を排気ガス帰還率の低減によって行うようにしている。この措置の特別な利点は、排気ガス帰還率の変化が内燃機関の出力に僅かしか作用しないという点にある。

別の形態によれば、内燃機関の排気ガス質量流量の上昇を排気ガスシステムに供給される２次空気の上昇によって行うようにしている。この形態の利点は、内燃機関のシリンダの燃料空気混合気が変化しないとことである。

別の形態によれば、内燃機関の排気ガス質量流量の上昇は電気的なチャージャを用いて行うことができる。

排気ガス質量流量の上昇させる個々の措置は個別にも任意の組み合わせにおいても設定されるようにすることができる。

有利な形態によれば、排気ガス質量流量の上昇は、少なくとも近似的に定常的な作動状態が生じている内燃機関の無負荷運転時に行われるようにしている。この措置により、特別再現可能な結果が生じる。内燃機関の無負荷運転時以外に頻繁に生じる非定常的な状態により構成部分のローディング状態を求める際の結果に対する影響は著しく低減される。

内燃機関の吸気領域に配置されている構成部分として、例えば触媒および／または粒子フィルタ、殊にディーゼルフィルタを設けておくことができる。

本発明の方法および方法を実施するための本発明の装置により、簡単な手段によって、例えば粒子フィルタのローディング状態の識別が可能になり、その結果必要な再生が正しい時点で開始されるようにすることができる。この措置によって、内燃機関の生じる燃料消費は大幅に低減される。

本発明の方法および方法を実施するための本発明の装置の別の有利な形態および発展形態は以下の説明から明らかである。

次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。

図１には内燃機関１０が示されており、その吸気領域１１には空気質量流量センサ１２、第１の圧力センサ１３並びにチャージャ１４が配置されている。空気質量流量センサ１２は空気質量流量信号ｍｓｌを機関制御部１５に送出する。空気質量流量信号ｍｓｌ並びに第１の圧力センサ１３によって用意された第１の圧力信号１６は排気ガス質量流量算出部１７に供給される。

機関制御部１５は内燃機関１０に燃料質量流量信号ｍｓｋを送出する。内燃機関１０は機関制御部１５が内燃機関の回転数信号ｎを使用できるようにしている。

内燃機関１０の排気領域１８には、２次空気送風機１８’、第２の圧力センサ１９、構成部分２０並びに第３の圧力センサ２１が配置されている。第２の圧力センサ１９は第２の圧力信号２２を差圧算出部２３に送出する。これには第３の圧力センサ２１から第３の圧力信号２４が供給される。

内燃機関１０は２次空気送風機１８’に２次空気送風機制御信号２５を送出しかつ排気ガス帰還弁２６に排気ガス帰還弁制御信号２７を送出する。

更に排気ガス質量流量算出部１７によって計算された圧力信号２８も供給される差圧算出部２３は差圧信号２９を第１の圧力信号メモリ３０にも第２の圧力信号メモリ３１にも送出する。

シーケンス制御部３２はスタート信号３３の発生後、変化信号３４を機関制御部１５に、第１のメモリ信号３５を第１の圧力信号メモリ３０に、それから第２のメモリ信号３６を第２の圧力信号メモリ３１に送出する。

第１の圧力信号メモリ３０は第１の記憶された圧力信号３７を第１の圧力差算出部３８に送出する。ここには更に第２の圧力信号メモリ３１で用意された第２の記憶された圧力信号３９が供給される。第１の圧力差算出部３８は第１の圧力差信号４０を第１の圧力差比較器４１に送出する。比較器は再生信号４２を機関制御部１５に送出する。

第１の圧力差信号４０は更に、第１のメモリ４３並びに第２のメモリ４４に供給される。第１のメモリ４３にはシーケンス制御部３２から第３のメモリ信号４５が供給され、第２のメモリ４４には第４のメモリ信号４６が供給される。第１のメモリ４３は第３の記憶された圧力信号４７を、また第２のメモリ４４は第４の記憶された圧力信号４８を第２の圧力差算出部４９に送出し、該圧力差算出部は第２の圧力差信号５０を第２の圧力差比較器５１に送出する。

第１の圧力差比較器４１には第１の比較信号５２が供給されかつ第２の圧力差比較器５１には第２の比較信号５３が供給される。

図２には時間ｔに依存した３つの信号経過が示されている。第１の信号経過６０は排気ガス質量流量６１の時間経過を示し、第２の信号経過６２は差圧信号２９の第１の時間経過を示しかつ第３の信号経過６３は差圧信号２９の第２の時間経過を示している。３つの信号経過６０，６２，６３は第１の時点Ｔ１で振幅変化を有している。振幅変化は第２の時点Ｔ２で終了する。

本発明の方法およびこの方法を実施するための本発明の装置を図２に示されている信号経過６０，６２，６３に基づいて詳細に説明する。

切換信号３３の発生によって、構成部分（ユニット）の、少なくとも１つの排気ガス成分のローディング状態が求められることになる。構成部分２０は例えば内燃機関１０の排気領域１８に配置されている触媒である。構成部分２０は更に、粒子フィルタ、殊にディーゼル粒子フィルタであってよい。排気ガス成分は有利には、煤または灰のような固体の排気ガス構成成分、殊に油灰である。

スタート信号３３は例えば内燃機関１０の運転期間に周期的な時間間隔をおいて発生する。更に、スタート信号３３は燃料質量流量信号ｍｓｋに依存してしてよい。つまりこの信号の時間的な積分は運転期間に内燃機関１０に供給される燃料質量に対する尺度である。

スタート信号３３は有利には、例えば内燃機関１０が無負荷状態にあるときだけ用意される。無負荷は例えば空気質量流量信号ｍｓｌおよび／または燃料質量流量信号ｍｓｋおよび／または回転数ｎに基づいて検出することができる。更に、無負荷は機関制御部１５の詳しく示されていない、内燃機関１０の出力ないしトルクを確定するものである入力信号に基づいて識別することができる。

シーケンス制御部３２はスタート信号３３が生じている場合変化信号３４を機関制御部１５に送出する。この信号を排気ガス質量流量６１を意図的に高めようとするである。

変化信号３４は機関制御部１５を制御して例えば２次空気送風機制御信号２５が出力されるようにする。２次空気送風機１８はこれに基づいて吐出出力を高めるので、排気ガス質量流量が高められることになる。必要に応じて付加的に設定することができる別の手段を用いて、機関制御部１５がチャージャ１４をドライブ制御して、内燃機関１０の吸気領域１１における空気流が高められるようにする。従ってチャージャは、内燃機関の回転数に無関係に制御することができる電気的なチャージャとして実現されている。場合によっては付加的に設けるようにしてもよい特別有利な手段では、変化信号３４が機関制御部１５を制御して、排気ガス帰還弁制御信号２７が変化されるようにしている。この変化は排気ガス帰還率を低減する意味において行われるものであり、つまり排気ガス帰還率は排気ガス帰還弁２６によって調整設定することができる。排気ガス帰還率が低減されると排気ガス流量６１が高められることになる。この手段の、別の手段に対する特別な利点は、排気ガス帰還率が低減されても内燃機関１０の出力特性には全く影響しないまたは僅かしか影響しないという点にある。

排気ガス流量６１が高められると、機関制御部１５によって前以て与えられるべき信号は、内燃機関１０の回転数変化ができるだけ僅かに維持されるように決めることができる。内燃機関１０が無負荷状態にあるときは殊にこのことが考慮されなければならない。というのはこの作動状態において、内燃機関１０の使用者にはどんな回転数変化も特に感知されるからである。最も簡単にはこの目的は詳細に示されていない無負荷調整器を制御することによって達成することができる。

排気ガス質量流量６１を意図的に高めると、構成部分２０の前の圧力が高くなる。この圧力上昇は第２の圧力センサ１９によって検出される。この圧力センサはこの構成部分の前に配置されている。基本的に、第２の圧力センサ１９が用意する第２の圧力信号２２の考察で十分である。しかし有利には、構成部分２０に発生する差圧の考察が設定されている。この手段によって、排気領域１８における流れの変化に基づいて生じる圧力変化の影響が著しく低減されるようにしたことで精度は高められる。差圧を測定することができるようにするために、第３の圧力センサ２１が構成部分２０の後方に設けられており、これが第３の圧力信号２４を用意する。

択一的な実施形態によれば、構成部分２０の後方の圧力が計算されるようになっている。このために、排気ガス質量流量算出部１７が設けられている。この算出部は求められた排気ガス質量流量６１から、計算された圧力信号２８を用意する。この信号は第３の圧力信号２４、従って第３の圧力センサ２１に置換することができるものである。排気ガス質量流量算出部１７は排気ガス質量流量６１を例えば空気質量流量信号ｍｓｌから求める。この信号は空気質量流量センサ１２によって用意される。場合によっては付加的に、大抵はいずれにせよ存在している第１の圧力センサ１３によって用意された第１の圧力信号１６を一緒に考慮することができる。

以下において、第２の圧力センサ１９が用意する一方の圧力信号に変わって、差圧算出部２３が求める差圧信号２９が評価されるものとする。

第１の時点Ｔ１における機関制御部１５における変化信号３４の送出と同時に、シーケンス制御部３２は第１のメモリ信号３５を第１の圧力信号メモリ３０に送出する。第１のメモリ信号３５を第１の時点Ｔ１の前の短い時間間隔の間も送出して、差圧信号２９の変化が生じる可能性が来る前に第１のメモリ信号３５が発生されるのが保証されるようにすることができる。第１のメモリ信号３５は第１の圧力信号メモリ３０を制御して、排気ガス質量流量６１の変化が有効になる前に差圧信号２９が記憶されるようにする。

排気ガス質量流量６１が有効になった後、シーケンス制御部３２は第２の時点Ｔ２で第２のメモリ信号３６を第２の圧力信号メモリ３１に送出する。圧力信号メモリはその時高められた差圧信号２９を記憶する。第１の時点Ｔ１と第２の時点Ｔ２との時間差は実験的に求めることができる。

第１の圧力差算出部３８において第１の記憶された圧力信号３７および第２の記憶された圧力信号３９が第１の圧力差信号４０に処理される。第１の圧力差信号４０は、排気ガス質量流量６１の上昇に基づいて生じた圧力上昇を表している。第２の信号経過６２および第３の信号経過６３における圧力の上昇は第１の時点Ｔ１と第２の時点Ｔ２との間に現れる。第２の信号経過６２は構成部分２０のローディング状態が低い場合の状態を表しかつ第３の信号経過６３は構成部分２０のローディング状態が高められた場合の状態を表している。排気ガス成分によって構成部分２０のローディング状態が高められると、排気ガス流量６１が同じである場合にはローディング状態が低い場合よりも圧力は高いところに来る。更に、排気ガス質量流量６１が上昇してローディング状態が高められた場合に発生する圧力差はローディング状態が低い状態におけるよりも大きい。

第１の実施形態において圧力上昇と構成部分２０のローディング状態との間の機能的な関係は詳細に示されていないメモリに格納しておくことができる。第１の圧力差信号４０はこの実施例において構成部分２０のローディング状態を示すために直接排気ガス成分と一緒に用いることができる。

図１に図示の実施例では第１の圧力差信号４０は第１の圧力差比較器４１に供給される。この比較器は第１の圧力差信号４０を第１の比較信号５２と比較する。第１の比較信号５２は、それを上回ると構成部分２０の再生が排気ガス成分によって行われるべきであるという、構成部分２０のローディング状態に対する限界値１４である。しきい値超過が生じると、第１の圧力差比較器４１は再生信号４２を機関制御部１５に送出する。機関制御部はこれに基づいて構成部分２０の再生する適当な措置を開始する。構成部分２０が粒子フィルタであるとき、構成部分２０の再生のために構成部分２０の所定の最小温度が必要になってくる。必要な温度が生じていない限り、機関制御部１５は排気ガスの温度が高められるようにする措置が開始される。再生それ自体は内燃機関１０の排気ガスに酸素成分が十分にある場合に開始され、こうすれば粒子は燃焼されることになる。

有利な発展形態によれば、再生の作用が評価されるようになっている。このためにシーケンス制御部３２は第３のメモリ信号４５を第１のメモリ４３に送出する。このメモリは第１の圧力差信号４０を第３の記憶された圧力信号４７として構成部分２０の再生の前に記憶する。再生の終了後、シーケンス制御部３２は第４のメモリ信号４６を第２のメモリ４４に送出する。こうしてこのメモリは第１の圧力差信号４０を再生後に第４の記憶された圧力信号４８として記憶する。

第２の圧力差算出部４９は第３の記憶された圧力信号４７と第４の記憶された圧力信号４８とから第２の圧力差信号５０を求める。その場合第２の圧力差信号５０は再生の前および後の圧力上昇間の差を表している。排気ガス質量流量６１の上昇が再生の前でも後ろでも少なくとも近似的に一定であった場合に限って、第２の圧力差信号５０が再生を定性的のみならず、定量的にも表すことができる。第２の圧力差比較器５１は第２の圧力差信号５０を第２の比較信号５３と比較する。これは再生の品質に対するしきい値である。このしきい値が越えられていない限りは、再生は十分ではなく、必要に応じて繰り返されなければならない。１回または複数回の再生にも拘わらずしきい値が越えられることがないということは、構成部分２０に欠陥があるかまたは再生措置が十分でなかったことを示唆している。いずれの場合にも、内燃機関１０の使用者にこの事実を指示するエラーメッセージを生成することができる。

本発明の方法が実施される技術的な環境のブロック線図 時間に依存した排気ガス質量流量および差圧信号経過線図

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気領域
１２ 空気質量流量センサ
１３，１９，２１ 圧力センサ
１４ チャージャ
１５ 機関制御部
１６，２２，２８ 圧力信号
１７ 排気ガス質量流量算出部
１８ 排気領域
１８’ ２次空気送風機
２０ 構成部分
２６ 排気ガス帰還弁
３０，３１ 圧力信号メモリ
３２ シーケンス制御部
３３ スタート信号
３４ 変化信号
４１、５１ 圧力差比較器
４２ 再生信号
６０，６２，６３ 排気ガス（質量）流量信号および差圧信号時間経過
６１ 排気ガス（質量）流量

Claims (10)

1. 内燃機関（１０）の排気領域（１８）に配置されている構成部分（２０）の排気ガス成分によるローディング状態を求めるための方法において、
   内燃機関（１０）の排気ガス質量流量（６１）が高められるように設定し、
   前記構成部分（２０）の前の排気領域（１８）における圧力変化が捕捉検出されるようにしかつ
   該圧力変化から前記構成部分（２０）のローディング状態が求められるようにする
   ことを特徴とするローディング状態を求める方法。
2. 前記構成部分（２０）のローディング状態に対するしきい値（５２）を設定し、かつ
   ローディング状態が該しきい値（５２）を上回ると、該構成部分（２０）の再生を開始する
   請求項１記載のローディング状態を求める方法。
3. 前記圧力変化を前記構成部分（２０）に生じる差圧（２９）から求める
   請求項１または２記載のローディング状態を求める方法。
4. 前記構成部分（２０）の後ろに生じる圧力を計算する
   請求項３記載のローディング状態を求める方法。
5. 前記排気ガス質量流量（６１）の上昇を排気ガス帰還率の低減によって行う
   請求項１から４までのいずれか１項記載のローディング状態を求める方法。
6. 前記排気ガス質量流量（６１）の上昇を供給される２次空気の上昇によって行う
   請求項１から５までのいずれか１項記載のローディング状態を求める方法。
7. 前記排気ガス質量流量（６１）の上昇を電気的なチャージャを用いて行う
   請求項１から６までのいずれか１項記載のローディング状態を求める方法。
8. ローディング状態の算出を前記構成部分（２０）の再生の前および後に実施する
   請求項２記載のローディング状態を求める方法。
9. 前記排気ガス質量流量（６１）の上昇を少なくとも近似的に内燃機関（１０）の無負荷運転時に行う
   請求項１から８までのいずれか１項記載のローディング状態を求める方法。
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載のローディング状態を求める方法を実施するための装置。

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