JP2004517250A - 排気ガス処理システムの制御方法および排気ガス処理システムの制御装置 - Google Patents
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Abstract
排気ガス処理システムを備えた内燃機関の制御方法および制御装置を提供する。排気ガス処理システムの状態を表す量（Ｂ）は内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいて定められる。
Description
【０００１】
従来技術
本発明は排気ガス処理システムを有する内燃機関の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９０６２８７号明細書から、排気ガス処理システムを備えた内燃機関の制御方法および制御装置が公知である。ここに記載されているシステムでは排気ガス中に含まれる粒子をフィルタリングによって除去する粒子フィルタが使用されている。排気ガス処理システムを備えた内燃機関を正確に制御するにはこうした排気ガス処理システムの状態が既知となっていなければならない。特にフィルタの負荷状態、すなわちフィルタリングによって除去される粒子量が既知となっている必要がある。
【０００３】
本発明の利点
本発明の手法によれば排気ガス処理システムの状態を簡単に求めることができる。特に有利には、内燃機関に第１の駆動状態が生じているときには排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定し、第２の駆動状態が生じているときには当該の状態量Ｂを内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートする。駆動特性量として有利には排気ガス体積流、回転数、噴射燃料量、供給される新気量、またはドライバー要求に依存する量が使用される。
【０００４】
これは粒子フィルタを備えた排気ガス処理システムにおいて、第１の駆動状態では負荷状態が差圧に基づいて求められることによりきわめて正確に負荷状態が既知となり、これに対して第２の駆動状態では負荷状態のシミュレーションが行われることを意味する。これにより第２の駆動状態では正確な検出が不可能であることが定義される。これは測定量が所定の駆動状態では不正確となることに由来している。例えば排気ガス体積流が小さい値を取るケースがこれに相当する。さらに排気ガス処理システムの変化への応答には所定の時間遅延をともなう。これも測定量に影響する。
【０００５】
特に有利な実施形態では、排気ガス体積流を表す体積流量が第１の閾値よりも小さい場合に状態量がシミュレートされる。別の有利な実施形態では、内燃機関がダイナミックな駆動状態にある場合に状態量がシミュレートされる。こうした手段を個別または共通に行うことにより、負荷状態の検出精度が著しく改善される。
【０００６】
有利には、所定の駆動特性量の変化分が第２の閾値よりも大きいとき、ダイナミックな駆動状態が識別される。これに特に適する駆動特性量は、噴射燃料量、回転数、ドライバー要求、および／または空気量を表す量である。
【０００７】
特に簡単かつ正確な状態量のシミュレーションはこのシミュレーションに積分動作を含めることにより達成される。ここで第１の駆動状態から第２の駆動状態への移行時に、差圧に基づく状態量の設定値が積分の始値として使用される。相応に排気ガス処理システムおよび／または内燃機関の運転開始に際しては、前回最後に停止したとき記憶された値が積分の始値として使用される。有利にはこれらの始値は遮断時にもその内容の失われないメモリに格納される。例えば値はＥＥＰＲＯＭに格納される。
【０００８】
この粒子フィルタでは、状態量Ｂが少なくとも回転数Ｎおよび／または噴射燃料量を表す信号ＭＥに基づいてシミュレートされるように構成されている。このためにこれらの量に基づいて最新の粒子量が求められ、積分される。
【０００９】
特に有利には、排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力との少なくとも１つの差圧に基づいて設定する排気ガス処理システムの制御方法および／または排気ガス処理システムの制御装置において、差圧のほかに、排気ガス体積流を表す体積流量が考慮される。
【００１０】
その際に特に有利には、体積流量が他の量に基づいて求められる。有利にはこの算出は内燃機関へ供給される新気量および／または内燃機関へ供給される燃料量に基づいて行われる。新気量は有利にはセンサによって測定される。燃料量は制御ユニット内のパラメータとして生じる。これらの量に代えてこれらの量を表す置換量を使用してもよい。例えば燃料量に代えて噴射時間を使用することができる。
【００１１】
特に重要なのは、本発明がプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムおよびプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品として実現されることである。本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に本発明の方法の全てのステップを行うプログラムコード手段を有している。すなわちここでは、本発明は制御装置に記憶されたプログラムにより実現されるので、プログラムを備えた制御装置を当該のプログラムとして実行するのに適した本発明の方法と等価に見なすことができる。
【００１２】
また本発明のコンピュータプログラム製品では、コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に本発明の方法を行うプログラムコード手段がコンピュータで読み取り可能なデータ担体上に記憶されている。ここでは本発明は本発明の方法を実行できるデータ担体により実現されており、このプログラム製品またはデータ担体は車両の内燃機関の制御装置内に組み込まれて使用される。データ担体またはコンピュータプログラム製品として例えば電子記憶媒体、例えば読み出し専用メモリＲＯＭやＥＰＲＯＭを使用することができ、またＣＤＲＯＭまたはＤＶＤなどの他の持続的な電子メモリを使用することもできる。
【００１３】
他の有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【００１４】
図面
本発明を以下に図示の実施例に則して説明する。図１には本発明の装置のブロック図が示されている。図２にはシミュレーション回路の詳細図が示されている。図３には本発明のシミュレーション回路の別のブロック図が示されている。図４にはフローチャートが示されている。
【００１５】
実施例の説明
以下に本発明の装置を自己着火式内燃機関の実施例に則して説明する。ここでは燃料調量システムがいわゆるコモンレールシステムにより制御される。ただし本発明の手法はこのシステムに限定されない。本発明の手法は他の形式の内燃機関にも使用可能である。
【００１６】
参照番号１００で内燃機関が示されており、ここに吸気管路１０２を介して新気が供給され、ここから排気管路１０４を介して排気ガスが送出される。排気管路１０４には排気ガス処理手段（排気ガス後処理手段）１１０が設けられており、これにより浄化された排気ガスが排気管１０６を介して周囲空気へ排出される。排気ガス処理手段１１０は主としていわゆる上流の触媒コンバータ１１２と下流のフィルタ１１４とを有している。有利には触媒コンバータ１１２とフィルタとのあいだに温度センサ１２４が配置されており、このセンサは温度信号Ｔを調製する。これに代えて温度センサ１２４を排気ガス処理手段１１０の前方および／または後方に設けてもよい。上流の触媒コンバータ１１２の前方および下流のフィルタ１１４の後方にそれぞれセンサ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。これらのセンサは差圧センサ１２０として機能し、排気ガス処理手段の入力側と出力側とのあいだの差圧を表す差圧信号ＤＰを調製する。さらに吸気管路１０２には供給される新気量ＭＬを表す信号を検出するセンサ１２６が設けられている。このために有利にはいわゆるエアマスセンサが使用される。センサ１２５は排気ガス処理手段１１０前方の圧力を表す信号ＰＶを送出する。
【００１７】
内燃機関１００は燃料調量ユニット１４０を介して燃料を調量する。この燃料調量ユニットはインジェクタ１４１〜１４４を介して内燃機関１００の個々のシリンダへ燃料を調量する。有利にはこの燃料調量ユニットはいわゆるコモンレールシステムである。高圧ポンプにより燃料が蓄圧器へ圧送され、蓄圧器からインジェクタを介して内燃機関へ供給される。
【００１８】
燃料調量ユニット１４０には燃料調量ユニットの状態を表す信号を調製するセンサ１５１が設けられている。この場合の状態とは例えばコモンレールシステムでは蓄圧器内の圧力Ｐである。内燃機関１００には内燃機関の状態を表すセンサ１５２が設けられている。有利には、これは回転数信号Ｎを調製する回転数センサであり、図示されていない他のセンサも存在する。
【００１９】
これらのセンサの出力信号は制御装置１３０へ達する。この制御装置は第１の部分制御装置１３２および第２の部分制御装置１３４として示されている。有利には２つの部分制御装置は一体構造を形成している。第１の部分制御装置１３２は有利には燃料調量ユニット１４０を駆動信号ＡＤにより駆動し、燃料調量を制御する。このために第１の部分制御装置１３２は燃料量制御部１３６を有する。この制御部は噴射燃料量を表す信号ＭＥを第２の部分制御装置１３４へ送出する。
【００２０】
第２の部分制御装置１３４は有利には排気ガス処理手段を制御するために相応のセンサ信号を検出する。さらに第２の部分制御装置１３４は例えば噴射燃料量ＭＥに関する信号を第１の部分制御装置１３２と交換する。有利には２つの制御部は相互にセンサ信号および内部信号を利用しあっている。
【００２１】
第１の部分制御装置、すなわち機関制御部１３２は種々の信号に依存して駆動信号ＡＤを形成し、これにより燃料調量ユニット１４０を駆動制御する。ここで用いられる信号は内燃機関１００の駆動状態を表す信号、燃料調量ユニット１４０の状態を表す信号、周囲条件を表す信号、および内燃機関で所望される出力および／またはトルクを表す信号などである。この種の装置は周知であり、さまざまに利用されている。
【００２２】
例えばディーゼル内燃機関では排気ガス中の粒子放出が発生する。このために排気ガス処理手段１１０は粒子を排気ガスからフィルタリングにより除去するように構成されている。こうしたフィルタ過程を経てフィルタ１１４で粒子が集められる。この粒子は所定の駆動状態または負荷状態、および／または所定時間の経過後、または燃料量または走行区間に対する所定のカウント状態で燃やされ、フィルタが浄化される。これに対して通常はフィルタ１１４の再生のために排気ガス処理手段１１０内の温度が高められ、粒子が燃やされる。
【００２３】
温度を高めるために、上流の触媒コンバータ１１２が設けられている。温度上昇は例えば不完全燃焼の炭化水素の成分が排気ガス中に多くなることにより行われる。この不完全燃焼の炭化水素は上流の触媒コンバータ１１２内で反応し、これにより触媒コンバータ内の温度ひいてはフィルタ１１４へ達する排気ガスの温度が上昇する。
【００２４】
上流の触媒コンバータひいては排気ガスの温度上昇は高い燃費を必要とするので、フィルタ１１４に粒子の所定量の成分が負荷された場合にのみ行われる。この負荷状態を識別する手段として排気ガス処理手段の入力側と出力側とのあいだの差圧ＤＰが検出され、これに基づいて負荷状態が求められる。この手段には差圧センサ１２０が必要である。
【００２５】
本発明によれば、差圧に基づいて排気ガス処理手段の状態を表す状態量Ｂが設定される。この状態量Ｂはフィルタ１１４の負荷状態を表し、またフィルタ内に蓄積される粒子量を表している。相応の負荷状態に達すると、燃料調量ユニット１４０および他の手段を駆動することによりフィルタ１１４の再生が行われる。
【００２６】
例えば排気ガス体積流が小さい場合、差圧の評価に問題が生じる。なぜなら体積流が小さいと小さな差圧しか生じないからである。排気ガス体積流とは所定の時点で排気ガス管路系を通って流れる排気ガス体積のことである。さらに圧力変動および走行時間効果が生じるためにダイナミックな駆動状態の検出も困難である。
【００２７】
したがって本発明によれば、内燃機関の第１の駆動状態が生じているときには排気ガス処理システムの状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力との少なくとも１つの差圧に基づいて設定し、第２の駆動状態が生じているときには状態量Ｂを内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートするように構成されている。
【００２８】
シミュレーション時には当該の状態量は種々の量、例えば回転数Ｎおよび噴射燃料量ＭＥに基づいて計算される。このためにこれらの量に基づいて粒子放出量予測値が求められ、負荷状態がシミュレートされる。回転数Ｎおよび噴射燃料量ＭＥに代えて、他の量を表す他の信号を使用することもできる。この手段では例えばインジェクタの駆動信号（駆動時間）および／または燃料量ＭＥとしてのトルク量が使用される。
【００２９】
負荷状態または排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを求める方法および装置が図２のブロック図に示されている。図１に則して説明したコンポーネントには相応の参照番号が付されている。
【００３０】
基本特性マップ２００には回転数センサ１５２の出力信号Ｎ、燃料量制御部１３６からの噴射燃料量を表す量ＭＥ、および／または酸素濃度を表す量が供給される。有利には酸素濃度を表す量はセンサまたは計算回路１２５により設定される。
【００３１】
基本特性マップ２００から第１の結合点２０５に粒子排出量の基本値を表す量ＧＲが印加される。第１の結合点２０５から第２の結合点２１０に信号が印加され、ここからさらにインテグレータ２２０にフィルタ１１４内の粒子増加量ＫＲを表す信号が印加される。インテグレータ２２０は排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを送出する。この状態量Ｂはフィルタ１１４の負荷状態に相応する。この状態量Ｂが制御装置１３０へ供給される。
【００３２】
結合点２０５の第２の入力側には第１の補正量形成回路２３０の出力信号が印加される。この補正量形成回路には種々のセンサ２３５の信号が供給される。センサ２３５は例えば周囲条件を表す信号を送出する。この信号は例えば冷却水温度ＴＷ、空気温度、および空気圧ＰＬなどである。結合点２１０の第２の入力側にはスイッチング手段２４５を介して第２の補正量形成回路２４０の出力信号が供給される。第２の補正量形成回路２４０にはセンサ１２４の出力信号Ｔが供給される。これに代えてスイッチング手段２４５を介して第２の結合点２１０の第２の入力側に置換値設定回路２４９の出力信号を供給することもできる。スイッチング手段２４５はエラー識別回路２４８により駆動される。
【００３３】
特に有利には、排気ガス中の酸素濃度が別の補正量形成回路、すなわち補正量形成回路２３０により流入される。
【００３４】
基本特性マップ２００には内燃機関の駆動状態、例えば回転数Ｎ、噴射燃料量ＭＥ、および／または酸素濃度を表す量に依存して粒子放出量の基本値ＧＲが格納されている。特に有利にはここでは回転数Ｎと酸素濃度を表す量とが考慮される。さらに有利には、回転数Ｎと噴射燃料量ＭＥとが考慮される。
【００３５】
これらの量のほか、さらに別の量を考慮することもできる。噴射燃料量ＭＥに代えて噴射された燃料量を表す値を使用してもよい。
【００３６】
第１の結合点２０５ではこの値が冷却水温度、周囲空気温度および大気圧に依存して補正される。この補正は内燃機関１００の粒子排出量への影響を考慮して行われる。
【００３７】
第２の結合点２１０では触媒コンバータの温度の影響が考慮される。ここでの補正は、所定の温度Ｔ１から粒子がフィルタ中に蓄積されなくなり、直接に無害の成分へ変換されることを考慮して行われる。当該の温度Ｔ１の下方では変換は行われず、粒子は全てフィルタに蓄積されてしまう。
【００３８】
第２の補正量形成回路２４０は排気ガス処理手段１１０の温度Ｔに依存して係数Ｆを設定する。この係数は有利には基本放出量ＧＲに乗算される。
【００３９】
温度Ｔ１にいたるまで係数Ｆは値１を取る。これは温度Ｔ１の下方では結合点２１０で基本値ＧＲが係数１と結合されても値ＫＲが値ＧＲと等しくなることを意味する。温度Ｔ１からは係数Ｆは低下していき、所定の温度Ｔ２で値０となる。すなわち放出される粒子の全てが直接に変換され、フィルタ２には粒子は残らない。温度が値Ｔ３を上回ると係数は負の値−ｘを取る。これはフィルタ１１４に粒子が供給されても、フィルタ１１４の負荷量が低下していくことを意味している。
【００４０】
エラー識別回路２４８で温度センサ１２４に障害があることが識別されると、温度値Ｔに代えて置換値設定回路２４９の置換値が使用される。有利にはこの置換値は前述の場合と同様に種々の駆動特性量、例えば噴射燃料量ＭＥに依存して設定される。
【００４１】
このようにして補正された値ＫＲはフィルタ１１４を負荷する粒子量流を表しており、この値がインテグレータ２２０へ供給される。このインテグレータ２２０はこの量を所定の時間にわたって積分し、フィルタ１１４の負荷状態を表す状態量Ｂを送出する。補正された基本特性マップ２００の出力信号は状態量Ｂを求めるために積分される。通常はフィルタ１１４の負荷状態を表す状態量Ｂが直接に排気ガス処理システムの制御に使用される。シミュレーション量を使用することにより、種々のセンサ、例えば差圧センサ１２０が確実な信号を送出できなかったり不正確な信号しか形成しなかったりする駆動状態でも、負荷状態を正確に求めることができる。
【００４２】
特に有利な別の実施例が図３に示されている。図２の状態量Ｂを計算するシミュレーション回路が参照番号４００で示されている。このシミュレーション回路４００はフィルタ１１４の負荷状態に関する状態量Ｂを送出する。さらに計算回路４２０が設けられており、この回路へ差圧センサ１２０の出力信号ＤＰおよびエアマスセンサ１２６の出力信号ＭＬが供給される。シミュレーション回路４００および計算回路４２０は信号をスイッチング手段４１０へ送出する。このスイッチング手段は選択的に信号を選択し、制御装置１３０へ供給する。このスイッチング手段４１０は切り換え回路４１５により駆動される。
【００４３】
排気ガス処理手段１１０の前方の圧力を表す圧力値ＰＶに基づいて、排気ガス体積流に相応する体積流量Ｖは
Ｖ＝（ＭＬ＋ＭＥ）＊Ｒ＊Ｔ／ＰＶ
の式により計算される。ここで量ＭＬはセンサ１２６により測定された空気量に相応し、量Ｒは定数である。このようにして計算された排気ガス体積流と差圧ＤＰとに基づいて、計算回路により、フィルタの負荷状態を表す量ＢＩが計算される。量ＢＩの計算は有利には
ＢＩ＝ＤＰ／Ｖ
により行われる。
【００４４】
第１の駆動状態ではこの負荷状態ＢＩに基づいて排気ガス処理システムの制御が行われる。所定の第２の駆動状態が生じているときには切り換え回路４１５によりスイッチング手段４１０が駆動され、シミュレーション回路４００の状態量Ｂを排気ガス処理システムの制御に使用するように制御される。
【００４５】
切り換え回路の機能を以下に図４のフローチャートに則して説明する。
【００４６】
第１のステップ４００でメモリから内燃機関の遮断時に格納された状態量Ｂが読み出される。メモリとしてこのために有利にはＥＥＰＲＯＭが使用される。ただし内燃機関の遮断時にその内容が失われないものであれば、これに代えて他のメモリを使用することもできる。
【００４７】
続くステップ４１０で内燃機関の駆動状態が検出される。図示の実施例では体積流量Ｖが測定量に基づいて求められる。
【００４８】
続く問い合わせステップで、体積流量Ｖを求める図示の実施例では、第１の駆動状態が生じているか第２の駆動状態が生じているかが検査される。第１の駆動状態は体積流量Ｖが第１の閾値Ｓ１よりも大きい場合に存在する。第２の駆動状態は体積流量Ｖが第１の閾値Ｓ１以下である場合に存在する。
【００４９】
第１の駆動状態が生じているときには、ステップ４３０へ続く。このステップでは差圧および／または体積流量に基づく状態量ＢＩが前述のように求められる。続くステップ４４０ではこの値ＢＩが状態量として記憶される。続いて新たにステップ４１０が開始される。
【００５０】
第２の駆動状態が生じているときには、ステップ４５０へ続く。ステップ４５０ではフィルタ１１４の粒子増加量を表す量ＫＲが求められる。続くステップ４６０で、粒子増加量ＫＲに相応する求められた最新の粒子量が記憶された状態量Ｂの値に加算される。これにより状態量Ｂの新たな値が生じる。これは続いてステップ４７０で前述の場合と同様に記憶される。続いて新たにステップ４１０が開始される。
【００５１】
問い合わせステップ４２０で内燃機関の第１の駆動状態が生じているときには状態量Ｂが少なくとも１つの差圧に基づいて設定され、第２の駆動状態が生じているときには状態量Ｂが内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートされる。
【００５２】
そのつど求められた状態量をステップ４４０、４７０で記憶し、ステップ４６０で加算することにより、状態量のシミュレーションには積分動作が含まれることになる。ここで第１の駆動状態から第２の駆動状態への移行時に、差圧に基づく状態量の設定値が積分の始値として使用される。
【００５３】
例えば内燃機関および／または排気ガス処理システムの遮断時に状態量がメモリ内に持続的に格納される。排気ガス処理システムおよび／または内燃機関の使用開始時にはこの記憶値がステップ４００で読み出され、積分の始値として使用される。
【００５４】
別の実施例ではステップ４１０で体積流でなく別の値が検出される。問い合わせステップ４２０ではダイナミックな駆動状態が生じているか否かが検査される。ダイナミックな駆動状態が生じている場合にはステップ４５０へ続く。
【００５５】
ここでのダイナミックな駆動状態とは駆動特性量が迅速に変化するケースである。このようなダイナミックな駆動状態を識別するには、例えば噴射燃料量、回転数、ドライバー要求、および／または空気量が評価される。この実施例では、問い合わせステップ４２０で回転数の変化分、空気量の変化分、および／または他の適切な量の変化分が第１の閾値よりも大きいか否かが検査される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の装置のブロック図である。
【図２】
シミュレーション回路の第１の実施例の図である。
【図３】
シミュレーション回路の第２の実施例の図である。
【図４】
本発明の方法を示すフローチャートである。
従来技術
本発明は排気ガス処理システムを有する内燃機関の制御方法および制御装置に関する。
【０００２】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９０６２８７号明細書から、排気ガス処理システムを備えた内燃機関の制御方法および制御装置が公知である。ここに記載されているシステムでは排気ガス中に含まれる粒子をフィルタリングによって除去する粒子フィルタが使用されている。排気ガス処理システムを備えた内燃機関を正確に制御するにはこうした排気ガス処理システムの状態が既知となっていなければならない。特にフィルタの負荷状態、すなわちフィルタリングによって除去される粒子量が既知となっている必要がある。
【０００３】
本発明の利点
本発明の手法によれば排気ガス処理システムの状態を簡単に求めることができる。特に有利には、内燃機関に第１の駆動状態が生じているときには排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定し、第２の駆動状態が生じているときには当該の状態量Ｂを内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートする。駆動特性量として有利には排気ガス体積流、回転数、噴射燃料量、供給される新気量、またはドライバー要求に依存する量が使用される。
【０００４】
これは粒子フィルタを備えた排気ガス処理システムにおいて、第１の駆動状態では負荷状態が差圧に基づいて求められることによりきわめて正確に負荷状態が既知となり、これに対して第２の駆動状態では負荷状態のシミュレーションが行われることを意味する。これにより第２の駆動状態では正確な検出が不可能であることが定義される。これは測定量が所定の駆動状態では不正確となることに由来している。例えば排気ガス体積流が小さい値を取るケースがこれに相当する。さらに排気ガス処理システムの変化への応答には所定の時間遅延をともなう。これも測定量に影響する。
【０００５】
特に有利な実施形態では、排気ガス体積流を表す体積流量が第１の閾値よりも小さい場合に状態量がシミュレートされる。別の有利な実施形態では、内燃機関がダイナミックな駆動状態にある場合に状態量がシミュレートされる。こうした手段を個別または共通に行うことにより、負荷状態の検出精度が著しく改善される。
【０００６】
有利には、所定の駆動特性量の変化分が第２の閾値よりも大きいとき、ダイナミックな駆動状態が識別される。これに特に適する駆動特性量は、噴射燃料量、回転数、ドライバー要求、および／または空気量を表す量である。
【０００７】
特に簡単かつ正確な状態量のシミュレーションはこのシミュレーションに積分動作を含めることにより達成される。ここで第１の駆動状態から第２の駆動状態への移行時に、差圧に基づく状態量の設定値が積分の始値として使用される。相応に排気ガス処理システムおよび／または内燃機関の運転開始に際しては、前回最後に停止したとき記憶された値が積分の始値として使用される。有利にはこれらの始値は遮断時にもその内容の失われないメモリに格納される。例えば値はＥＥＰＲＯＭに格納される。
【０００８】
この粒子フィルタでは、状態量Ｂが少なくとも回転数Ｎおよび／または噴射燃料量を表す信号ＭＥに基づいてシミュレートされるように構成されている。このためにこれらの量に基づいて最新の粒子量が求められ、積分される。
【０００９】
特に有利には、排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力との少なくとも１つの差圧に基づいて設定する排気ガス処理システムの制御方法および／または排気ガス処理システムの制御装置において、差圧のほかに、排気ガス体積流を表す体積流量が考慮される。
【００１０】
その際に特に有利には、体積流量が他の量に基づいて求められる。有利にはこの算出は内燃機関へ供給される新気量および／または内燃機関へ供給される燃料量に基づいて行われる。新気量は有利にはセンサによって測定される。燃料量は制御ユニット内のパラメータとして生じる。これらの量に代えてこれらの量を表す置換量を使用してもよい。例えば燃料量に代えて噴射時間を使用することができる。
【００１１】
特に重要なのは、本発明がプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムおよびプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品として実現されることである。本発明のコンピュータプログラムは、コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に本発明の方法の全てのステップを行うプログラムコード手段を有している。すなわちここでは、本発明は制御装置に記憶されたプログラムにより実現されるので、プログラムを備えた制御装置を当該のプログラムとして実行するのに適した本発明の方法と等価に見なすことができる。
【００１２】
また本発明のコンピュータプログラム製品では、コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に本発明の方法を行うプログラムコード手段がコンピュータで読み取り可能なデータ担体上に記憶されている。ここでは本発明は本発明の方法を実行できるデータ担体により実現されており、このプログラム製品またはデータ担体は車両の内燃機関の制御装置内に組み込まれて使用される。データ担体またはコンピュータプログラム製品として例えば電子記憶媒体、例えば読み出し専用メモリＲＯＭやＥＰＲＯＭを使用することができ、またＣＤＲＯＭまたはＤＶＤなどの他の持続的な電子メモリを使用することもできる。
【００１３】
他の有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【００１４】
図面
本発明を以下に図示の実施例に則して説明する。図１には本発明の装置のブロック図が示されている。図２にはシミュレーション回路の詳細図が示されている。図３には本発明のシミュレーション回路の別のブロック図が示されている。図４にはフローチャートが示されている。
【００１５】
実施例の説明
以下に本発明の装置を自己着火式内燃機関の実施例に則して説明する。ここでは燃料調量システムがいわゆるコモンレールシステムにより制御される。ただし本発明の手法はこのシステムに限定されない。本発明の手法は他の形式の内燃機関にも使用可能である。
【００１６】
参照番号１００で内燃機関が示されており、ここに吸気管路１０２を介して新気が供給され、ここから排気管路１０４を介して排気ガスが送出される。排気管路１０４には排気ガス処理手段（排気ガス後処理手段）１１０が設けられており、これにより浄化された排気ガスが排気管１０６を介して周囲空気へ排出される。排気ガス処理手段１１０は主としていわゆる上流の触媒コンバータ１１２と下流のフィルタ１１４とを有している。有利には触媒コンバータ１１２とフィルタとのあいだに温度センサ１２４が配置されており、このセンサは温度信号Ｔを調製する。これに代えて温度センサ１２４を排気ガス処理手段１１０の前方および／または後方に設けてもよい。上流の触媒コンバータ１１２の前方および下流のフィルタ１１４の後方にそれぞれセンサ１２０ａ、１２０ｂが設けられている。これらのセンサは差圧センサ１２０として機能し、排気ガス処理手段の入力側と出力側とのあいだの差圧を表す差圧信号ＤＰを調製する。さらに吸気管路１０２には供給される新気量ＭＬを表す信号を検出するセンサ１２６が設けられている。このために有利にはいわゆるエアマスセンサが使用される。センサ１２５は排気ガス処理手段１１０前方の圧力を表す信号ＰＶを送出する。
【００１７】
内燃機関１００は燃料調量ユニット１４０を介して燃料を調量する。この燃料調量ユニットはインジェクタ１４１〜１４４を介して内燃機関１００の個々のシリンダへ燃料を調量する。有利にはこの燃料調量ユニットはいわゆるコモンレールシステムである。高圧ポンプにより燃料が蓄圧器へ圧送され、蓄圧器からインジェクタを介して内燃機関へ供給される。
【００１８】
燃料調量ユニット１４０には燃料調量ユニットの状態を表す信号を調製するセンサ１５１が設けられている。この場合の状態とは例えばコモンレールシステムでは蓄圧器内の圧力Ｐである。内燃機関１００には内燃機関の状態を表すセンサ１５２が設けられている。有利には、これは回転数信号Ｎを調製する回転数センサであり、図示されていない他のセンサも存在する。
【００１９】
これらのセンサの出力信号は制御装置１３０へ達する。この制御装置は第１の部分制御装置１３２および第２の部分制御装置１３４として示されている。有利には２つの部分制御装置は一体構造を形成している。第１の部分制御装置１３２は有利には燃料調量ユニット１４０を駆動信号ＡＤにより駆動し、燃料調量を制御する。このために第１の部分制御装置１３２は燃料量制御部１３６を有する。この制御部は噴射燃料量を表す信号ＭＥを第２の部分制御装置１３４へ送出する。
【００２０】
第２の部分制御装置１３４は有利には排気ガス処理手段を制御するために相応のセンサ信号を検出する。さらに第２の部分制御装置１３４は例えば噴射燃料量ＭＥに関する信号を第１の部分制御装置１３２と交換する。有利には２つの制御部は相互にセンサ信号および内部信号を利用しあっている。
【００２１】
第１の部分制御装置、すなわち機関制御部１３２は種々の信号に依存して駆動信号ＡＤを形成し、これにより燃料調量ユニット１４０を駆動制御する。ここで用いられる信号は内燃機関１００の駆動状態を表す信号、燃料調量ユニット１４０の状態を表す信号、周囲条件を表す信号、および内燃機関で所望される出力および／またはトルクを表す信号などである。この種の装置は周知であり、さまざまに利用されている。
【００２２】
例えばディーゼル内燃機関では排気ガス中の粒子放出が発生する。このために排気ガス処理手段１１０は粒子を排気ガスからフィルタリングにより除去するように構成されている。こうしたフィルタ過程を経てフィルタ１１４で粒子が集められる。この粒子は所定の駆動状態または負荷状態、および／または所定時間の経過後、または燃料量または走行区間に対する所定のカウント状態で燃やされ、フィルタが浄化される。これに対して通常はフィルタ１１４の再生のために排気ガス処理手段１１０内の温度が高められ、粒子が燃やされる。
【００２３】
温度を高めるために、上流の触媒コンバータ１１２が設けられている。温度上昇は例えば不完全燃焼の炭化水素の成分が排気ガス中に多くなることにより行われる。この不完全燃焼の炭化水素は上流の触媒コンバータ１１２内で反応し、これにより触媒コンバータ内の温度ひいてはフィルタ１１４へ達する排気ガスの温度が上昇する。
【００２４】
上流の触媒コンバータひいては排気ガスの温度上昇は高い燃費を必要とするので、フィルタ１１４に粒子の所定量の成分が負荷された場合にのみ行われる。この負荷状態を識別する手段として排気ガス処理手段の入力側と出力側とのあいだの差圧ＤＰが検出され、これに基づいて負荷状態が求められる。この手段には差圧センサ１２０が必要である。
【００２５】
本発明によれば、差圧に基づいて排気ガス処理手段の状態を表す状態量Ｂが設定される。この状態量Ｂはフィルタ１１４の負荷状態を表し、またフィルタ内に蓄積される粒子量を表している。相応の負荷状態に達すると、燃料調量ユニット１４０および他の手段を駆動することによりフィルタ１１４の再生が行われる。
【００２６】
例えば排気ガス体積流が小さい場合、差圧の評価に問題が生じる。なぜなら体積流が小さいと小さな差圧しか生じないからである。排気ガス体積流とは所定の時点で排気ガス管路系を通って流れる排気ガス体積のことである。さらに圧力変動および走行時間効果が生じるためにダイナミックな駆動状態の検出も困難である。
【００２７】
したがって本発明によれば、内燃機関の第１の駆動状態が生じているときには排気ガス処理システムの状態量Ｂを排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力との少なくとも１つの差圧に基づいて設定し、第２の駆動状態が生じているときには状態量Ｂを内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートするように構成されている。
【００２８】
シミュレーション時には当該の状態量は種々の量、例えば回転数Ｎおよび噴射燃料量ＭＥに基づいて計算される。このためにこれらの量に基づいて粒子放出量予測値が求められ、負荷状態がシミュレートされる。回転数Ｎおよび噴射燃料量ＭＥに代えて、他の量を表す他の信号を使用することもできる。この手段では例えばインジェクタの駆動信号（駆動時間）および／または燃料量ＭＥとしてのトルク量が使用される。
【００２９】
負荷状態または排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを求める方法および装置が図２のブロック図に示されている。図１に則して説明したコンポーネントには相応の参照番号が付されている。
【００３０】
基本特性マップ２００には回転数センサ１５２の出力信号Ｎ、燃料量制御部１３６からの噴射燃料量を表す量ＭＥ、および／または酸素濃度を表す量が供給される。有利には酸素濃度を表す量はセンサまたは計算回路１２５により設定される。
【００３１】
基本特性マップ２００から第１の結合点２０５に粒子排出量の基本値を表す量ＧＲが印加される。第１の結合点２０５から第２の結合点２１０に信号が印加され、ここからさらにインテグレータ２２０にフィルタ１１４内の粒子増加量ＫＲを表す信号が印加される。インテグレータ２２０は排気ガス処理システムの状態を表す状態量Ｂを送出する。この状態量Ｂはフィルタ１１４の負荷状態に相応する。この状態量Ｂが制御装置１３０へ供給される。
【００３２】
結合点２０５の第２の入力側には第１の補正量形成回路２３０の出力信号が印加される。この補正量形成回路には種々のセンサ２３５の信号が供給される。センサ２３５は例えば周囲条件を表す信号を送出する。この信号は例えば冷却水温度ＴＷ、空気温度、および空気圧ＰＬなどである。結合点２１０の第２の入力側にはスイッチング手段２４５を介して第２の補正量形成回路２４０の出力信号が供給される。第２の補正量形成回路２４０にはセンサ１２４の出力信号Ｔが供給される。これに代えてスイッチング手段２４５を介して第２の結合点２１０の第２の入力側に置換値設定回路２４９の出力信号を供給することもできる。スイッチング手段２４５はエラー識別回路２４８により駆動される。
【００３３】
特に有利には、排気ガス中の酸素濃度が別の補正量形成回路、すなわち補正量形成回路２３０により流入される。
【００３４】
基本特性マップ２００には内燃機関の駆動状態、例えば回転数Ｎ、噴射燃料量ＭＥ、および／または酸素濃度を表す量に依存して粒子放出量の基本値ＧＲが格納されている。特に有利にはここでは回転数Ｎと酸素濃度を表す量とが考慮される。さらに有利には、回転数Ｎと噴射燃料量ＭＥとが考慮される。
【００３５】
これらの量のほか、さらに別の量を考慮することもできる。噴射燃料量ＭＥに代えて噴射された燃料量を表す値を使用してもよい。
【００３６】
第１の結合点２０５ではこの値が冷却水温度、周囲空気温度および大気圧に依存して補正される。この補正は内燃機関１００の粒子排出量への影響を考慮して行われる。
【００３７】
第２の結合点２１０では触媒コンバータの温度の影響が考慮される。ここでの補正は、所定の温度Ｔ１から粒子がフィルタ中に蓄積されなくなり、直接に無害の成分へ変換されることを考慮して行われる。当該の温度Ｔ１の下方では変換は行われず、粒子は全てフィルタに蓄積されてしまう。
【００３８】
第２の補正量形成回路２４０は排気ガス処理手段１１０の温度Ｔに依存して係数Ｆを設定する。この係数は有利には基本放出量ＧＲに乗算される。
【００３９】
温度Ｔ１にいたるまで係数Ｆは値１を取る。これは温度Ｔ１の下方では結合点２１０で基本値ＧＲが係数１と結合されても値ＫＲが値ＧＲと等しくなることを意味する。温度Ｔ１からは係数Ｆは低下していき、所定の温度Ｔ２で値０となる。すなわち放出される粒子の全てが直接に変換され、フィルタ２には粒子は残らない。温度が値Ｔ３を上回ると係数は負の値−ｘを取る。これはフィルタ１１４に粒子が供給されても、フィルタ１１４の負荷量が低下していくことを意味している。
【００４０】
エラー識別回路２４８で温度センサ１２４に障害があることが識別されると、温度値Ｔに代えて置換値設定回路２４９の置換値が使用される。有利にはこの置換値は前述の場合と同様に種々の駆動特性量、例えば噴射燃料量ＭＥに依存して設定される。
【００４１】
このようにして補正された値ＫＲはフィルタ１１４を負荷する粒子量流を表しており、この値がインテグレータ２２０へ供給される。このインテグレータ２２０はこの量を所定の時間にわたって積分し、フィルタ１１４の負荷状態を表す状態量Ｂを送出する。補正された基本特性マップ２００の出力信号は状態量Ｂを求めるために積分される。通常はフィルタ１１４の負荷状態を表す状態量Ｂが直接に排気ガス処理システムの制御に使用される。シミュレーション量を使用することにより、種々のセンサ、例えば差圧センサ１２０が確実な信号を送出できなかったり不正確な信号しか形成しなかったりする駆動状態でも、負荷状態を正確に求めることができる。
【００４２】
特に有利な別の実施例が図３に示されている。図２の状態量Ｂを計算するシミュレーション回路が参照番号４００で示されている。このシミュレーション回路４００はフィルタ１１４の負荷状態に関する状態量Ｂを送出する。さらに計算回路４２０が設けられており、この回路へ差圧センサ１２０の出力信号ＤＰおよびエアマスセンサ１２６の出力信号ＭＬが供給される。シミュレーション回路４００および計算回路４２０は信号をスイッチング手段４１０へ送出する。このスイッチング手段は選択的に信号を選択し、制御装置１３０へ供給する。このスイッチング手段４１０は切り換え回路４１５により駆動される。
【００４３】
排気ガス処理手段１１０の前方の圧力を表す圧力値ＰＶに基づいて、排気ガス体積流に相応する体積流量Ｖは
Ｖ＝（ＭＬ＋ＭＥ）＊Ｒ＊Ｔ／ＰＶ
の式により計算される。ここで量ＭＬはセンサ１２６により測定された空気量に相応し、量Ｒは定数である。このようにして計算された排気ガス体積流と差圧ＤＰとに基づいて、計算回路により、フィルタの負荷状態を表す量ＢＩが計算される。量ＢＩの計算は有利には
ＢＩ＝ＤＰ／Ｖ
により行われる。
【００４４】
第１の駆動状態ではこの負荷状態ＢＩに基づいて排気ガス処理システムの制御が行われる。所定の第２の駆動状態が生じているときには切り換え回路４１５によりスイッチング手段４１０が駆動され、シミュレーション回路４００の状態量Ｂを排気ガス処理システムの制御に使用するように制御される。
【００４５】
切り換え回路の機能を以下に図４のフローチャートに則して説明する。
【００４６】
第１のステップ４００でメモリから内燃機関の遮断時に格納された状態量Ｂが読み出される。メモリとしてこのために有利にはＥＥＰＲＯＭが使用される。ただし内燃機関の遮断時にその内容が失われないものであれば、これに代えて他のメモリを使用することもできる。
【００４７】
続くステップ４１０で内燃機関の駆動状態が検出される。図示の実施例では体積流量Ｖが測定量に基づいて求められる。
【００４８】
続く問い合わせステップで、体積流量Ｖを求める図示の実施例では、第１の駆動状態が生じているか第２の駆動状態が生じているかが検査される。第１の駆動状態は体積流量Ｖが第１の閾値Ｓ１よりも大きい場合に存在する。第２の駆動状態は体積流量Ｖが第１の閾値Ｓ１以下である場合に存在する。
【００４９】
第１の駆動状態が生じているときには、ステップ４３０へ続く。このステップでは差圧および／または体積流量に基づく状態量ＢＩが前述のように求められる。続くステップ４４０ではこの値ＢＩが状態量として記憶される。続いて新たにステップ４１０が開始される。
【００５０】
第２の駆動状態が生じているときには、ステップ４５０へ続く。ステップ４５０ではフィルタ１１４の粒子増加量を表す量ＫＲが求められる。続くステップ４６０で、粒子増加量ＫＲに相応する求められた最新の粒子量が記憶された状態量Ｂの値に加算される。これにより状態量Ｂの新たな値が生じる。これは続いてステップ４７０で前述の場合と同様に記憶される。続いて新たにステップ４１０が開始される。
【００５１】
問い合わせステップ４２０で内燃機関の第１の駆動状態が生じているときには状態量Ｂが少なくとも１つの差圧に基づいて設定され、第２の駆動状態が生じているときには状態量Ｂが内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートされる。
【００５２】
そのつど求められた状態量をステップ４４０、４７０で記憶し、ステップ４６０で加算することにより、状態量のシミュレーションには積分動作が含まれることになる。ここで第１の駆動状態から第２の駆動状態への移行時に、差圧に基づく状態量の設定値が積分の始値として使用される。
【００５３】
例えば内燃機関および／または排気ガス処理システムの遮断時に状態量がメモリ内に持続的に格納される。排気ガス処理システムおよび／または内燃機関の使用開始時にはこの記憶値がステップ４００で読み出され、積分の始値として使用される。
【００５４】
別の実施例ではステップ４１０で体積流でなく別の値が検出される。問い合わせステップ４２０ではダイナミックな駆動状態が生じているか否かが検査される。ダイナミックな駆動状態が生じている場合にはステップ４５０へ続く。
【００５５】
ここでのダイナミックな駆動状態とは駆動特性量が迅速に変化するケースである。このようなダイナミックな駆動状態を識別するには、例えば噴射燃料量、回転数、ドライバー要求、および／または空気量が評価される。この実施例では、問い合わせステップ４２０で回転数の変化分、空気量の変化分、および／または他の適切な量の変化分が第１の閾値よりも大きいか否かが検査される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の装置のブロック図である。
【図２】
シミュレーション回路の第１の実施例の図である。
【図３】
シミュレーション回路の第２の実施例の図である。
【図４】
本発明の方法を示すフローチャートである。
Claims (13)
- 内燃機関に第１の駆動状態が生じているとき排気ガス処理システムの状態を表す状態量（Ｂ）を排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定する排気ガス処理システムの制御方法、例えば内燃機関の排気ガス処理システムの制御方法において、
第２の駆動状態が生じているときには状態量（Ｂ）を内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートする
ことを特徴とする排気ガス処理システムの制御方法。 - 状態量（Ｂ）を少なくとも回転数（Ｎ）および／または噴射燃料量を表す信号（ＭＥ）に基づいてシミュレートする、請求項１記載の方法。
- 排気ガス体積流を表す体積流量が第１の閾値よりも小さいときを第２の駆動状態とする、請求項１または２記載の方法。
- ダイナミックな駆動状態で状態量（Ｂ）をシミュレートする、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
- 噴射燃料量の変化分、回転数の変化分、ドライバー要求の変化分、および／または空気量の変化分を表す駆動特性量が第２の閾値よりも大きいときをダイナミックな駆動状態とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
- 状態量のシミュレーションの際に積分を行い、ここで第１の駆動状態から第２の駆動状態への移行時に差圧に基づく状態量の設定値を積分の始値として使用する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
- 状態量のシミュレーションの際に積分を行い、ここで排気ガス処理システムおよび／または内燃機関の運転開始に際して、前回最後に停止したとき記憶された値を積分の始値として使用する、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
- 排気ガス処理システムの状態を表す状態量（Ｂ）を排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定する
排気ガス処理システムの制御方法、例えば請求項１から７までのいずれか１項記載の排気ガス処理システムの制御方法において、
差圧のほかに排気ガス体積流を表す体積流量を考慮する
ことを特徴とする排気ガス処理システムの制御方法。 - 吸入空気量および／または噴射燃料量を表す駆動特性量に基づいて体積流量を設定する、請求項８記載の方法。
- 内燃機関に第１の駆動状態が生じているとき排気ガス処理システムの状態を表す状態量（Ｂ）を排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定する手段が設けられている
排気ガス処理システムの制御装置、例えば内燃機関の排気ガス処理システムの制御装置において、
第２の駆動状態が生じているときには状態量（Ｂ）を内燃機関の少なくとも１つの駆動特性量に基づいてシミュレートする手段が設けられている
ことを特徴とする排気ガス処理システムの制御装置。 - 排気ガス処理システムの状態を表す状態量（Ｂ）を排気ガス処理システム前方の圧力と排気ガス処理システム後方の圧力とのあいだの少なくとも１つの差圧に基づいて設定する手段が設けられている
排気ガス処理システムの制御装置、例えば請求項１０記載の排気ガス処理システムの制御装置において、
差圧のほかに排気ガス体積流を表す体積流量を考慮する手段が設けられていることを特徴とする排気ガス処理システムの制御装置。 - コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に請求項１から９までのいずれか１項記載の排気ガス処理システムの制御方法の全てのステップを行うプログラムコード手段を備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
- コンピュータ、例えば内燃機関の制御装置上で実行される際に請求項１から９までのいずれか１項記載の排気ガス処理システムの制御方法を行うプログラムコード手段がコンピュータで読み取り可能なデータ担体上に記憶されていることを特徴とするコンピュータプログラム製品。
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