JP2015092077A - 選択触媒還元インジェクタの開時間を検出する方法および装置 - Google Patents

選択触媒還元インジェクタの開時間を検出する方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】選択触媒還元インジェクタの開時間および状態を検出するための処理方法の提供【解決手段】バルブの開時間を検出する方法であり、この方法には、バルブの起動電流プロファイルを受け取るステップ216と、少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用してバルブ電流プロファイルを処理するステップ220と、このスロープ反射検出器の出力に基づいてバルブの状態を求めるステップ222とが含まれている。【選択図】図3

Description

本発明は一般的には選択触媒還元インジェクタ制御に関しており、さらに具体的には選択触媒還元インジェクタの開時間および状態を検出するための処理に関する。
ディーゼルエンジン排気ガスからのNOxおよびCO2の放出を低減するための世界的な取り組みにより、ディーゼルエンジン車両に選択触媒還元システムが実現されるようになり、これによって自動車排出物が低減されている。選択触媒還元システムは、エンジンからの排出ガス流にガス状また液体状の還元剤を加えることによって動作する。このガス状または液体状の還元剤は触媒に吸収され、ここでこの還元剤は、排気ガスに含まれる窒素酸化物と反応し、水蒸気と窒素が形成されるのである。
OBDまたはOBDIIのようなオンボード診断システムと適切に相互作用を及ぼし合うため、既存の選択触媒還元システムには自己診断機能が含まれており、これによって車両の点検整備中に故障が識別されてピンポイントの交換が可能になる。
排出物を低減するための選択触媒還元インジェクタを有する車両を示す図である。 時間について、開弁する選択触媒還元インジェクタの電流プロファイルと、固着した選択触媒還元インジェクタの電流プロファイルとを示す図である。 選択触媒還元インジェクタの開時間および状態を検出するための処理を説明する図である。 図2の処理に対するスロープ反射検出方式を説明する図である。 スロープ反射検出器の出力グラフである。
ここに開示されているのは、バルブの開時間を検出する方法であり、この方法には、バルブの起動電流プロファイルを受け取るステップと、少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用してバルブ電流プロファイルを処理するステップと、このスロープ反射検出器の出力に基づいてバルブの状態を求めるステップとが含まれている。
また本発明では、エグゾーストシステムを含む車両も開示されており、このエグゾーストシステムには、選択触媒還元インジェクタと、この選択触媒還元インジェクタの引き込み電流を検出するように動作可能なコントローラとが含まれており、このコントローラは、上記の選択触媒還元インジェクタの引き込み電流におけるスロープ反射を検出して、上記の選択触媒還元インジェクタの開時間が検出されるように動作可能である。
また本発明では、選択触媒還元インジェクタを制御する方法も開示されており、この方法には、コントローラを用いて選択触媒還元インジェクタに開弁を開始するように指示するステップと、上記のコントローラにおいて選択触媒還元インジェクタの選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを受け取るステップと、上記のコントローラにおいて少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して上記の選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを処理するステップと、スロープ反射検出器の出力に基づいて選択触媒還元インジェクタの開状態を求めるステップとが含まれている。
本発明の上記の特徴および別の特徴は、以下の詳細および図面から最も良好に理解することができる。
図1には、車両10の内燃機関から排気ガス30を取り除くエグゾーストシステム20を含む車両10が略示されている。このエグゾーストシステム20にはエンジンからの排気ガス流にガス状または液状の還元剤を加える選択触媒還元インジェクタ40が含まれている。このガス状または液状の還元剤は触媒に吸収され、この触媒において還元剤は排気ガスに含まれている窒素酸化物と反応して水蒸気および窒素が形成される。選択触媒還元インジェクタ40は、コントローラ50によって制御され、また選択触媒還元インジェクタ40への入力およびここからの出力を検知することの可能なセンサパッケージを有している。1つの実施例においてインジェクタ40は、ソレノイドバルブ型である。
上記のセンサパッケージが検出可能でありかつコントローラ50と通信してこれに返送することの可能な複数の入力のうちの1つは、選択触媒インジェクタ40の引き込み電流である。この引き込み電流は、コントローラ50によって集められて、選択触媒還元インジェクタ40の電流プロファイルが決定される。選択触媒還元インジェクタ40の電流プロファイルに基づいて、コントローラ50は、以下に説明する処理を使用して、正確なインジェクタ開時間と、インジェクタが固着しているか否かを求めることができる。
選択触媒還元インジェクタ40の電流プロファイルは、インジェクタに供給されるバッテリ電圧と、インジェクタ温度と、インジェクタ液圧とに依存する。低温、低圧および高電圧の条件下では、正常な選択触媒還元インジェクタ40の電流プロファイルは、固着した選択触媒還元インジェクタ40とほぼ同じであり(見かけ上は類似している)、トップレベルのまたは視覚的な電流プロファイルの検査は、固着したインジェクタを識別するのには、または、インジェクタ40の開時間を正確に識別するのには不十分である。
図1を引き続いて参照して図2を見ると、この図には選択触媒還元インジェクタ40を開く電流プロファイル110と、選択触媒還元インジェクタ40が固着した電流プロファイル120とが時間について示されている。選択触媒還元インジェクタを開く電流プロファイル110の場合、インジェクタ40は、噴射(開)を時点112に開始し、電流プロフィール110は、比較的一定の傾きで増大する。選択触媒還元インジェクタ40が完全に開いた場合、電流プロファイル110は、点114に示した(凹みと称される)わずかな傾きの変化を示す。この凹みの後、電流プロファイル110の傾きが変化する。これに対し、固着した選択触媒還元インジェクタ40の電流プロファイル120は、時点122において開きはじめ、検出窓126にわたり、凹み無しに比較的一定の傾きで増大する。
電流プロファイル110,120の検出窓116,126はそれぞれ、コントローラ50が電流プロファイルを解析して凹み114が存在する否かを検出する窓である。この窓116,126の間、インジェクタ電流データは、コントローラ50によって処理されて、スロープ反射検出器に供給されて選択触媒還元インジェクタ40の開が検出される。このスロープ反射検出器は、別のコントローラ、コントローラ50のメモリ内に格納されたソフトウェアモジュールまたは別の任意の類似のシステムとすることが可能である。
図1を引き続いて参照しながら図3を参照すると、この図には、選択触媒還元インジェクタ40の開時間を検出するため、コントローラ50によって使用されるプロセス200が示されている。最初にコントローラ50は、インジェクション開始チェックステップ210の開始時にインジェクションが開始したか否かを調べるためにチェックを行う。インジェクションが開始されていない場合、プロセス200はループの先頭に戻り、適当に遅延した後、再びインジェクション開始チェックステップ210を実行する。
インジェクションが開始している場合、プロセス200は、スロープ反射検出窓が開始するのを待機するステップ212に進む。図2に示したように、インジェクションが開始する時間112,122と、検出窓116,126が開く時間との間には遅延期間がある。ステップ212では、コントローラ50は、スロープ反射検出窓開始チェックステップ214に進む前に、インジェクションの開始と、スロープ反射検出窓116,126の開始との間の遅延期間の間、待機する。
コントローラ50が、スロープ反射検出窓開始チェックステップ214を実行した時に、スロープ反射検出窓がまだ開始されていない場合、このプロセスはループの、スロープ反射検出窓が開始されるのを待機するステップ212に戻る。スロープ反射検出窓116,126が開始されている場合、コントローラ50は、電流データ検出ステップ216において電流データを蓄積してインジェクタ40の電流プロファイルを組み立てる。この電流データを、許容可能な任意のセンサ装置を使用して蓄積することができる。実施例によっては、この電流データは、極めて高いサンプリングレートを使用して収集される。このサンプリングレートは、データサンプルを検出するレートのことである。例として、1マイクロ秒のサンプリングレートは、1マイクロ秒毎に1つの電流検出が行われることに相応する。
検出した電流データを、処理可能な状態および量に低減するため、この検出データは、標準のデジタルフィルタを使用し、コントローラ50によってフィルタリングされて高周波ノイズが除去される。高いサンプリングレートを使用する例では、データはさらに、公知のダウンサンプリング技術を使用してダウンサンプリングされ、上記の電流プロファイルにおけるデータ量が低減される。上記のフィルタリングおよびダウンサンプリングは、コントローラ50により、電流データフィルタリングステップ218において行われる。
フィルタリングおよびダウンサンプリングされたデータは、図2に示した電流プロファイル110,120のようなインジェクタ電流プロファイルを形成する。この電流プロファイルが求められると、スロープ反射検出器適用ステップ220において、コントローラ50または別のスロープ反射検出器により、スロープ反射検出プロセスが上記の電流プロファイルに適用される。このスロープ反射検出器によって実行されるプロセスについては、図4に関連して以下に一層詳しく説明する。
上記のスロープ反射検出器は、インジェクタ電流プロファイルにスロープ反射があるか否かを求める。スロープ反射が検出されない場合、コントローラ50は、「開時間および状態を求めるステップ」222において、インジェクタ40の状態を「固着」として設定する。「固着」状態とは、インジェクタ40が開放中に固着して完全には開かなかったことを示す。スロープ反射が検出される場合、「開時間および状態(ステータス)を求めるステップ」222において、コントローラ50は、インジェクタ40の状態を「開」に設定し、インジェクタ40が完全に開いた時間が、上記のスロープ反射の最小点であるとする。
インジェクタ40の上記の開時間および状態が求められると、「開時間および状態を通報するステップ」224においてこの開時間および状態を通報する。この通報は、独立した別のコントローラへの通報、コントローラ50内のサブプログラムへの通報、またはOBD(On-Board Diagnostic)またはOBDII(On-Board Diagnostic II)のような診断システムへの通報とすることが可能である。択一的には、インジェクタ40のこの開時間および状態が必要な別の任意のシステムに、上記の開時間および状態を通報することができる。
図1を引き続き参照しながら図4を参照すると、この図にはスロープディップ314を含む、インジェクタ40の電流プロファイル302を示すグラフ300が示されている。上記のように電流プロファイル302を求めるため、コントローラ50は、非線形デジタルフィルタリング技術を使用してノイズを除去し、データ量を低減するためにダウンサンプリングし、これによってデータバッファサイズを低減している。電流プロファイル302が求められると、コントローラ50は、スロープ反射検出器を適用する。
このスロープ反射検出器は、スロープ反射点314を求めるために改良メジアンフィルタを使用する。スロープ反射検出器は、メディアン電流プロファイルを求めるため、電流プロファイル302をエントリ毎に処理し、各エントリを、メディアン窓320内の隣接する複数のエントリの中央値に置き換える。つぎにこのメディアン窓内の上記のエントリが値の昇順にソートされる。上記のスロープ反射検出器はさらに、平均電流プロファイルを求めるため、電流プロファイル302を各エントリ毎に処理し、各エントリを、平均窓310内の隣接する複数のエントリの中央値に置き換える。
図4からわかるように、平均窓310は、メディアン窓320よりも小さい(隣接する2,3のデータポイントを含む)窓である。さらに平均窓310は完全にメディアン窓320内に入っている。平均窓310の開始エッジは、メディアン窓320の開始エッジから、オフセット値330だけオフセットしている。平均窓310およびメディアン窓320の双方のサイズも、オフセット330のサイズも共に調整値であり、この調整値は、この明細書の開示内容の恩恵を受けた当業者であれば、特定の選択触媒還元インジェクタ40に対して実験的または数学的に求めることができる。窓310,320の所要サイズに起因して上記のスロープ反射検出処理の最初の出力は、点340において行われ、この電流プロプロファイル302の開始時間304には行われない。図4に示した例において、スロープ反射検出器の最初の出力340は、最初の平均窓310の終点において行われる。
出力340の値は、つぎの関係式によって求められる。すなわち、
Out=mid*dfact−(mean*gfact)
である。ここでOutは出力値であり、midはメディアン窓320の中央値であり、meanは平均窓310の平均値であり、dfactおよびgfactは可変の係数である。dfactおよびgfactはつぎの関係式、すなわち
fact=1+ABS(mid−mean)
fact=1−ABS(mid−mean)
によって定められ、ここでmidはメディアン窓320の中心値であり、meanは平均窓310の平均値であり、ABSは絶対値関数である。
上記の関係式の結果として、メディアン窓320の値(mid)と平均窓310の値(mean)との差分が大きくなればなるほど、係数gfactが大きくなる。同様にメディアン窓320の値(mid)と平均窓310の値(mean)との差分が大きくなればなるほど、係数dfactが小さくなる。gfactおよびdfactにおけるこの差分は、スロープ反射314を大きく拡大する出力(out)になり、その一方でスロープ反射がない場合に相対的に一定な値が維持される。
図1および4を引き続き参照しながら図5を参照すると、この図にはスロープ反射検出器の出力を示す出力グラフ400が示されており、スロープ反射が存在する場合の出力が出力410に、またスロープ反射が存在しない場合の出力が出力420に示されている。上記のことからわかるように、このスロープ反射は、選択触媒還元インジェクタ40が完全に開いた場合に発生し、選択触媒還元が固着した場合にはスロープ反射が発生しない。
固着のないスロープ反射グラフ410では、スロープ反射検出器の出力412は、スロープ反射が発生するまでおおよそ0値に留まっている。スロープ反射により、スロープ反射の持続期間の間、スロープ反射検出器の出力が急激に低下しており、この急激な低下の後、スロープ反射検出器はおおよそ0値に戻っている。これに対してスロープ反射が存在しない場合、スロープ反射グラフ420に示したように、スロープ反射検出器の出力は、全持続期間にわたっておおよそ0値を維持している。このような違いに基づき、コントローラ50は、選択触媒還元インジェクタ40を固着している場合(すなわちスロープ反射がない場合)を検出することができるのである。
スロープ反射グラフ410からさらに求めることができるのは、選択触媒還元インジェクタ40が完全に開いた正確な時間である。スロープ反射は、選択触媒還元インジェクタ40が完全に開いた時点に発生するため、選択触媒還元インジェクタ40が完全に開いた正確な時間は、スロープ反射検出器の出力412の最小値点414に遅延時間およびフィルタ処理オフセットを加えたものになる。選択触媒還元インジェクタ40の正確な開時間は、ダウンサンプリングされるデータレートの時間内の精度を有する。したがってダウンサンプリングされるデータレートが1マイクロ秒である場合、最小値点414の時間は、このシステムの許容公差およびスロープ反射検出器フィルタ調整に依存して、選択触媒還元インジェクタ40が実際に完全に開いた時間の1秒以内に入るのである。
上記のプロセスを利用することにより、コントローラ50は、選択触媒還元インジェクタの正確な開時間と、選択触媒還元インジェクタが固着しているか否かとを求めることができる。当業者にはわかるように本発明のこの開示内容の恩恵を受ければ、類似のスロープ反射特性を示す任意の個数のインジェクタバルブに、上記のプロセスを適用することができ、これは選択触媒還元インジェクタには限定されない。
さらに上で説明した任意の概念は、単独でできること、または、上記の別の概念のすべてもしくその任意のものと組み合わせて使用できることは当然である。ここでは本発明の1つの実施形態を示したが、当業者には所定の変更が本発明の範囲内に入ることは認識されよう。このため、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲および内容を定めるものとして検討すべきである。

Claims (21)

  1. バルブの開時間を検出する方法において、
    該方法は、
    前記バルブのバルブ電流プロファイルを受け取るステップと、
    少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記バルブ電流プロファイルを処理するステップと、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記バルブの状態を求めるステップとを有することを特徴とする方法。
  2. 請求項1に記載の方法において、
    前記少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記バルブ電流プロファイルの処理する前記ステップには、メディアン窓内の中心値と、平均窓内で平均値とを求めるステップが含まれており、
    前記メディアン窓および前記平均窓は、前記バルブの前記電流プロフィールを定めるデータ窓である、
    ことを特徴とする方法。
  3. 請求項2に記載の方法において、
    前記メディアン窓における各出力データ点は、対応する時間における前記メディアン窓内にある複数のデータ点の中心値であり、ただし前記メディアン窓内の前記データ点は値の昇順にソートされ、
    前記平均窓における各出力データ点は、対応する時間における前記平均窓内にある複数のデータ点の平均値である、
    ことを特徴とする方法。
  4. 請求項3に記載の方法において、
    前記平均窓は、前記メディアン窓より少ないデータ点を含んでおり、
    前記平均窓は、前記メディアン窓開始点から所定のオフセットで開始される、
    ことを特徴とする方法。
  5. 請求項2に記載の方法において、
    少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記バルブ電流プロファイルを処理する前記ステップには、関係式
    Out=mid*dfact−(mean*gfact)
    にしたがってスロープ反射出力を形成することが含まれており、ただし
    Outは、所定の時間におけるスロープ反射出力であり、
    midは、前記所定の時間における前記メディアン窓内でソートされたデータ点の中央値であり、
    meanは、前記所定の時間における前記平均窓内で平均されたデータ点の平均値であり、
    factおよびgfactは、可変の増幅係数である、
    ことを特徴とする方法。
  6. 請求項5に記載の方法において、
    factは、前記所定の時間において前記メディアン窓内でソートされたデータ点の前記中央値と、前記所定の時間における前記平均窓内の前記データの前記平均値との間の差分の絶対値に1を加算したものであり、
    factは、前記所定の時間において前記メディアン窓内でソートされたデータ点の前記中央値と、前記所定の時間における前記平均窓内の前記データの前記平均値との間の差分の絶対値を1から減算したものである、
    ことを特徴とする方法。
  7. 請求項1に記載の方法において、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記バルブの状態を求めるステップにはさらに、スロープ反射検出器出力において閾値よりも大きな振幅を有する谷部を識別するステップと、当該谷部における最小データ点を識別して、前記バルブが完全に開く時間を識別するステップとが含まれる、
    ことを特徴とする方法。
  8. 請求項7に記載の方法において、
    さらに、前記バルブが完全に開かれる時間を識別するのに応答して当該バルブのバルブ開状態を設定するステップが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
  9. 請求項7に記載の方法において、
    さらに、前記スロープ反射検出器の前記最小点の位置を識別することにより、前記バルブの前記開時間を求めるステップが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
  10. 請求項1に記載の方法において、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記バルブの状態を求める前記ステップにはさらに、前記スロープ反射検出器の前記出力における閾値よりも大きな振幅を有する谷部が存在しないことを識別して、前記バルブが固着位置にあり、かつ、完全に開いていないことを決定することが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
  11. 請求項10に記載の方法において、
    さらに、前記バルブが固着位置にあり、かつ、完全に開いていないことを決定するのに応じて、当該バルブのバルブ固着状態を設定するステップが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
  12. 車両において
    選択触媒還元インジェクタを含むエグゾーストシステムと、
    前記選択触媒還元インジェクタの引き込み電流を検出できるように動作可能な少なくとも1つのセンサと、
    当該少なくとも1つのセンサに接続されたコントローラとを有しており、
    当該コントローラは、前記選択触媒還元インジェクタの引き込み電流におけるスロープ反射を検出して、前記選択触媒還元インジェクタの開時間を検出するように動作可能である、
    ことを特徴とする車両。
  13. 請求項12に記載の車両において、
    前記コントローラはさらに、命令を記憶する有体の記憶装置を有しており、
    前記命令は、前記コントローラに、
    前記センサから選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを受け取るのに応じ、少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを処理するステップと、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記選択触媒還元インジェクタの状態を決定するステップと
    を実行させるように動作する、
    ことを特徴とする車両。
  14. 請求項13に記載の車両において、
    前記センサから前記選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを受け取るのに応じ、少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを処理する前記ステップには、前記選択触媒還元インジェクタの電流プロファイルのメディアン窓内でソートされたデータから中心値を求めるステップと、平均窓から平均値を求めるステップとが含まれている、
    ことを特徴とする車両。
  15. 請求項14に記載の車両において、
    前記メディアン窓の各出力データ点は、前記バルブ電流プロファイルの前記メディアン窓内でソートしたデータ点の中心値であり、
    前記メディアン窓内の前記データ点は、昇順の値にソートされており、
    前記平均窓の各出力データ点は、前記平均窓内のデータ点の平均値である、
    ことを特徴とする車両。
  16. 請求項15に記載の車両において、
    前記平均窓は、前記メディアン窓よりも少ないデータ点を含んでおり、
    前記平均窓は、前記メディアン窓開始点から所定のオフセットで開始される、
    ことを特徴とする車両。
  17. 請求項13に記載の車両において、
    少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記バルブ電流プロファイルを処理する前記ステップには、関係式
    Out=mid*dfact−(mean*gfact)
    にしたがってスロープ反射出力を形成するステップが含まれており、ただし
    Outは、所定の時間におけるスロープ反射出力であり、
    midは、前記所定の時間における前記メディアン窓内でソートされたデータ点の中央値であり、
    meanは、前記所定の時間における前記平均窓内のデータ点の平均値であり、
    factおよびgfactは、可変の増幅係数である、
    ことを特徴とする車両。
  18. 請求項17に記載の車両において、
    factは、前記所定の時間において前記メディアン窓内でソートされたデータ点の前記中央値と、前記所定の時間における前記平均窓の前記データ点の前記平均値との間の差分の絶対値に1を加算したものであり、
    factは、前記所定の時間において前記メディアン窓内でソートされたデータ点の前記中央値と、前記所定の時間における前記平均窓の前記データ点の前記平均値との間の差分の絶対値を1から減算したものである、
    ことを特徴とする車両。
  19. 選択触媒還元インジェクタを制御するための方法において、
    コントローラを用いて選択触媒還元インジェクタに開弁を開始するように指示するステップと、
    前記コントローラにおいて前記選択触媒還元インジェクタの選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを受け取るステップと、
    前記コントローラにおいて少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを処理するステップと、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記選択触媒還元インジェクタの開状態を求めるステップとが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
  20. 請求項19に記載の方法において、
    少なくとも1つのスロープ反射検出器を使用して前記選択触媒還元インジェクタ電流プロファイルを処理する前記ステップには、
    前記選択触媒還元インジェクタの前記電流プロファイルのメディアン窓から中央値を求め、平均窓から平均値を求めるステップと、
    関係式
    Out=mid*dfact−(mean*gfact)
    にしたがってスロープ反射出力を形成するステップとを有しており、ここで
    Outは所定のデータ点における前記スロープ反射出力であり、
    midは、前記所定の時間における前記メディアン窓内のデータの中央値であり、
    meanは、前記所定の時間における前記平均窓内のデータの平均値であり、
    factは、前記mid値と前記mean値との間の差分の絶対値に1を加算したものであり、
    factは、前記mid値と前記mean値との間の差分の絶対値を1から減算したものである、
    ことを特徴とする方法。
  21. 請求項19に記載の方法において、
    前記スロープ反射検出器の出力に基づいて前記選択触媒還元インジェクタの状態を求めるステップにはさらに、スロープ反射検出器出力において十分な振幅の谷部を識別するステップと、当該谷部における前記最小データ点を識別して、前記選択触媒還元インジェクタが完全に開いた時間を識別するステップとが含まれている、
    ことを特徴とする方法。
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