JP4083021B2 - 排気ガス処理システムの監視方法および装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は排気ガス処理システムの監視方法および装置に関する。

独国特許出願第１９９０６２８７号明細書から排気ガス処理システムの制御方法および装置が公知である。ここに記載されているシステムでは粒子フィルタが使用されており、排気ガス中に含まれる粒子が除去される。こうした粒子フィルタは規則的なインターバルで再生される。そのために排気ガス温度が高められ、粒子が燃焼される。排気ガス温度を高めるために通常は酸化触媒が使用される。再生に際して、炭化水素を排気ガス中に取り込みこれを酸化触媒で反応させることにより、排気ガス温度が高まる。

この種の排気ガス処理システムには効果および使用可能性の点できわめて高い要求が課される。酸化触媒の効力は使用時間が経過するにつれて低下する。効力の低下は酸化層の品質および特に支配的な駆動条件に依存しており、予測不能である。酸化触媒の効力の低下とこれに結びついた放出物質の増大を識別するために、酸化触媒の検査が必要になる。

本発明の利点
所定の駆動状態が発生しているのに所定の駆動特性量が予測されたように変化しなかったときエラーを識別することにより、車両運転中に排気ガス処理システムを監視することができる。

特に有利には、温度に作用する後噴射が行われる際に、所定の駆動特性量が予測された値となるか否かを検査する。このとき当該の駆動特性量が予測された値にならない場合、エラーが識別される。これは所定の駆動状態で温度に作用する後噴射が行われたことを意味する。温度に作用する後噴射は特に、後噴射で調量される燃料量ＮＥおよび／または後噴射の噴射時点ＢＮＥが所定の範囲内にあることによって識別される。これにより後噴射が排気ガス温度を高めるのに寄与することが保証される。

特に有利には、所定の時間範囲中に所定の駆動状態が発生しており、第１の駆動特性量が予測されたように変化し、かつ第２の駆動特性量がほぼ一定にとどまるとき、排気ガス処理システムにエラーのないことが識別される。

有利には、所定の時間範囲中に温度に作用する後噴射が行われており、監視すべき排気ガス処理システムの後方の温度が予測されたように上昇し、かつ監視すべき排気ガス処理システムの前方の温度がほぼ一定にとどまるとき、排気ガス処理システムにエラーのないことが識別される。

これにより付加的なセンサおよび他のハードウェアコンポーネントは必要なくなる。排気ガス処理システムの動作不良または故障も早期に判別可能となる。

こうした診断は、所定の駆動状態が終了した場合には中止される。なぜなら所定の駆動状態が存在しないと、確実なエラーまたは故障の判別がもはや不可能となるからである。

特に有利には、所定の駆動状態が発生しており、かつ最後の診断および／または最後の診断中止からの最小待機時間が経過している場合に診断が行われる。これにより診断は定義された駆動状態でのみ行われることが保証される。

他の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

図面
本発明を図示し、実施例に則して詳細に説明する。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には本発明の方法のフローチャートが示されている。

実施例の説明
本発明の手法を以下に酸化触媒の実施例に則して説明する。ただしこの手法は酸化触媒に適用するのみにとどまらない。本発明は全ての排気ガス処理システムで使用することができる。ここで所定の駆動状態とこれに対応する動作特性量の変化量とのあいだの相関関係は排気ガス処理システムの作用に基づいて生じる。

特に有利には、本発明は酸化触媒とこれに後置された粒子フィルタとを有する排気ガス処理システムに対して使用される。

以下では自己着火式内燃機関でいわゆるコモンレールシステムによる燃料調量が行われる場合に基づいて本発明の装置を説明する。ただし本発明の手法はこのシステムのみに限定されない。本発明は他の内燃機関でも使用可能である。

参照番号１００で内燃機関が示されている。吸気管１０２を介して新気が取り入れられ、排気管１０４を介して排気ガスが排出される。排気管１０４に排気ガス処理システム１１０が配置されており、ここから正常化された排気ガスが管路１０６を介して周囲へ達する。排気ガス処理システム１１０は主としていわゆる１次触媒１１２と下流のフィルタ１１４とから成っている。有利には１次触媒１１２とフィルタ１１４とのあいだに第１の温度センサ１２４が配置されており、温度信号ＴＮが形成される。さらに１次触媒１１２の前方に第２の温度センサ１２５が配置されており、温度信号ＴＶが形成される。

有利な実施例では、温度信号の一方および／または双方が他の駆動特性量に基づいて計算されるかおよび／またはシミュレートされる。

さらに吸気管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が配置されている。ここでは有利にはいわゆるエアマスセンサが使用される。

内燃機関１００には燃料調量ユニット１４０を介して燃料が供給される。燃料はインジェクタ１４１〜１４４を介して内燃機関１００の個々のシリンダへ調量される。有利には燃料調量ユニット１４０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レールへ圧送され、蓄圧レールからインジェクタを介して内燃機関へ達する。

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形成するセンサ１５１が配置されている。例えばコモンレールシステムでは蓄圧レール内の圧力Ｐなどが検出される。内燃機関１００には内燃機関の状態を表すセンサ１５２が配置されている。これは有利には回転数センサであり、回転数信号Ｎを形成する。この他にも図示されていない別のセンサが存在する。

これらのセンサの出力信号は制御装置１３０へ供給される。制御装置は第１の制御セクション１３２および第２の制御セクション１３４として示されている。有利にはこれら２つの制御セクションが１つの構造的なユニットを形成している。第１の制御セクション１３２は有利には駆動信号ＡＤにより燃料調量ユニット１４０を制御し、燃料調量を行う。このために第１の制御セクション１３２は機関制御部１３６を有している。機関制御部は相応の量を表す信号ＭＥを第２の制御セクション１３４へ送出する。

第２の制御セクション１３４は有利には排気ガス処理システム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の制御セクション１３４は種々の信号、例えば噴射燃料量ＭＥの信号を第１の制御セクション１３２と交換する。有利にはこれらの制御セクションは交互にセンサ信号および内部信号を利用している。

第１の制御セクション１３２は機関制御部とも称され、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、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、種々の信号に依存して、燃料調量ユニット１４０を駆動するための制御信号ＡＤを形成する。この種の装置はすでに知られており、さまざまに使用されている。

特にディーゼル型内燃機関では排気ガスへの粒子放出が起こりやすい。このため、排気ガス処理システム１１０はこれ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。フィルタリング過程によりフィルタ１１４内に粒子が集められる。この粒子は所定の駆動状態、所定の負荷状態、所定時間の経過後、および／または燃料量または走行距離のカウンタ状態に応じて燃焼され、フィルタが清浄化される。通常はフィルタ１１４の再生のために排気ガス処理システム１１０内の温度が高められ、粒子が燃焼される。

温度上昇のために１次触媒１１２が設けられている。温度上昇は例えば排気ガス中の燃焼していない炭化水素成分を高めることにより行われる。燃焼していない炭化水素は１次触媒１１２で反応し、これにより触媒の温度が上昇し、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。

本発明の基本となるのは、意図的に触媒の層に炭化水素を添加して酸化させることにより温度上昇に基づいて発熱反応が見られるということである。このため酸化触媒の劣化も温度上昇の度合が低下することによって早期に検出可能となる。

エラーを識別するには酸化触媒の前後に１つずつ温度センサを設けるのみでよい。粒子フィルタを設けた車両でもハードウェアに大きなコストはかからない。なぜならこうした温度センサは既に粒子フィルタの再生制御のために設けられているからである。

酸化触媒の診断は粒子フィルタの再生が導入される場合、触媒の前方および後方の温度特性を評価することに基づいて行われる。再生のためには、排気ガス温度を高めてフィルタ内に蓄積された煤粒子を酸化させなければならない。通常はこのために排気ガスの炭化水素をリッチにする。これにより所定の温度を上回ると酸化触媒で発熱反応が生じる。これは例えば１回の後噴射または連続的な数回の後噴射によって行うことができる。

図２には相応の手法がフローチャートで示されている。本発明の手法を以下にディーゼル型内燃機関での粒子フィルタ用の酸化触媒において１回または２回の後噴射を行うケースに則して説明するが、本発明の適用分野はこれのみに限定されない。本発明は相応の制御信号を設定することにより、排気ガス処理システム内で温度上昇の生じる全てのシステムに使用可能である。温度に代えて排気ガス処理システムの機能を表す他の信号を評価することもできる。また本発明の手法は酸化触媒のみに限定されず、基本的に全ての排気ガス処理システムで使用可能である。

機関制御部１３６によって、第１の後噴射ＢＮＥ１の噴射量を表す第１の信号ＮＥ１と、第２の後噴射ＢＮＥ２の噴射量および／または噴射開始を表す第２の信号ＮＥ２とが設定される。信号ＮＥ１は第１の比較器２００へ達する。第１の比較器の第２の入力側に第１の閾値設定回路２０１の出力信号Ｓ１が印加される。さらに信号ＢＮＥ１が第２の比較器２０２へ供給される。第２の比較器の第２の入力側には第２の閾値設定回路２０３の出力信号Ｓ２が印加される。第１の比較器２００および第２の比較器２０２の出力信号は第１のＡＮＤゲート２０８を介して第１のＯＲゲート２１０へ達する。

信号ＮＥ２は第３の比較器２０４へ供給される。第３の比較器の第２の入力側に第３の閾値設定回路２０５の出力信号Ｓ３が印加される。さらに信号ＢＮＥ２が第４の比較器２０６へ供給される。第４の比較器の第２の入力側には第４の閾値設定回路２０７の出力信号Ｓ４が印加される。第３の比較器２０４および第４の比較器２０６の出力信号は第２のＡＮＤゲート２０９を介して第１のＯＲゲート２１０へ達する。

第１のＯＲゲート２１０の出力信号は第１の低下識別回路（Abfallerkennung）２５０、第３のＡＮＤゲート２２０、さらに第４のＡＮＤゲート２３４へ供給される。第３のＡＮＤゲート２２０は特に第１のタイマ２３０に開始信号を印加する。第１のタイマ２３０は第１の否定回路３３１を介して第３のＡＮＤゲート２２０の入力側と第２の低下識別回路２３２とへ信号を印加する。第２の低下識別回路２３２は第４のＡＮＤゲート２３４の第２の入力側へ信号を印加する。第４のＡＮＤゲート２３４の出力信号は機能完全性識別回路（Intakterkennung）２９０へ印加される。

第３のＡＮＤゲート２２０の第３の入力側に第２のタイマ２４０からの出力信号が第１の否定回路２４２を介して印加される。第２のタイマ２４０は第２のＯＲゲート２５２の信号で開始される。第２のＯＲゲート２５２は第１の低下識別回路２５０と第４のＡＮＤゲート２３４とから入力信号を受け取る。

第２の温度センサ１２５の出力信号ＴＶは第１のメモリエレメント２６０と第１の差形成回路２６２とへ供給される。第１のメモリエレメント２６０には第３のＡＮＤゲート２２０の温度信号ＴＶが“真”であるとき温度信号ＴＶが書き込まれる。差形成回路２６２の出力信号ＤＴＶは第５の比較器２６４へ達し、この比較器の第２の入力側には第５の閾値設定回路２６５の出力信号ＳＶが印加される。第５の比較器２６４の出力信号は第５のＡＮＤゲート２８０に印加され、さらに機能完全性識別回路２９０へ供給される。

第１の温度センサ１２４の出力信号ＴＮは第２のメモリエレメント２７０と第２の差形成回路２７２とへ供給される。第２のメモリエレメント２７０には第３のＡＮＤゲート２２０の温度信号ＴＶが“真”であるとき温度信号ＴＮが書き込まれる。第２の差形成回路２７２の出力信号ＤＴＮは第６の比較器２７４へ達し、この比較器の第２の入力側には第６の閾値設定回路２７５の出力信号ＳＮが印加される。第６の比較器２７４の出力信号は第５のＡＮＤゲート２８０に印加され、さらに機能完全性識別回路２９０へ供給される。

本発明の装置は次のように動作する。第１の比較器２００は第１の後噴射ＮＥ１の噴射量が第１の閾値よりも大きいか否かを検査する。相応に第２の比較器２０２は第１の後噴射の噴射開始ＢＮＥ１の値が第２の閾値Ｓ２よりも小さいか否かを識別する。第１のＡＮＤゲート２０８の出力側には、第１の後噴射の噴射量ＮＥ１が閾値Ｓ１よりも大きく、かつ噴射開始の値が第２の閾値Ｓ２よりも遅い場合に所定の信号が印加される。すなわち温度に作用する後噴射が生じているときに信号が印加される。相応に第２のＡＮＤゲート２０９にも、第２の後噴射の噴射量ＮＥ２が第３の閾値Ｓ３よりも大きく、かつ噴射開始ＢＮＥ２の値が第４の閾値Ｓ４よりも遅い場合に所定の信号が印加される。第１のＯＲゲート２１０の出力側には第１の後噴射ＮＥ１または第２の後噴射ＮＥ２が識別された場合に信号が印加される。

後噴射を１回だけ行うシステムの簡単な実施例では、素子２０４〜２０９を省略することができる。

この場合、つまり温度に影響する後噴射が１回だけ行われる場合には、第３のＡＮＤゲートによって検査される別の条件が満足されると、第１のタイマ２３０が開始され、温度ＴＶの実際値が第１のメモリエレメント２６０内に格納される。相応に第２のメモリエレメント２７０には温度ＴＮの実際値が格納される。

第２の条件として第３のＡＮＤゲート２２０によって、第２のタイマ２４０が開始されたか否かが検査される。第２のタイマ２４０は、検査が終了している場合、または後噴射が行われていない（つまり後噴射が終了している）場合に開始される。後噴射の終了は第１の低下識別回路２５０により識別される。検査が行われたことを示す信号は第４のＡＮＤゲート２３４の出力側に印加される。これら２つの信号は第２のＯＲゲート２５２で結合される。この信号が生じると第２のタイマ２４０は開始され、これにより最小時間が経過する前にテストが新たに行われることが阻止される。これは第３のＡＮＤゲート２２０のさらなる条件として、第１のタイマ２３０がすでに動作しているか否かを検査することにより行われる。動作している場合にはタイマは新たには開始されず、テストは行われない。

第１のタイマ２３０が動作しているのにもう一度後噴射が行われていることが第２の低下識別回路２３２および第４のＡＮＤゲート２３４によって検出されると、温度信号が第１のタイマ２３０の開始から変化したか否かが識別される。このために差形成回路２６２、２７２はその時点での温度値とタイマの開始時に記憶された温度値との差を形成する。これらの値は比較器２６４、２７４で閾値と比較される。

酸化触媒前方の温度ＴＶの変化量が閾値ＳＶよりも小さく、酸化触媒後方の温度の変化量が閾値ＳＮより大きい場合、機能完全性識別回路２９０で酸化触媒にエラーのないことが識別される。

酸化触媒の診断は２回の後噴射のうち少なくとも一方の識別に基づいて行われる。第１の後噴射の作動直後に酸化触媒前方および後方の温度が記憶され、第１のタイマ２３０が開始される。第１のタイマ２３０の作動後、記憶された温度とその時点の温度との差ＤＴＶおよびＤＴＮが形成される。酸化触媒後方でこの差が設定されたオーダーＳＮを上回っている場合、酸化触媒は充分に機能を果たしていることが識別される。これは第１のタイマ２３０の全時間中の後噴射が中止なくアクティブとなり、かつ酸化触媒前方の温度差が閾値ＳＶよりも小さい場合にのみ識別される。

触媒前方の温度特性を検査することにより、触媒後方の温度の上昇が、負荷の増大ひいては排気温度の増大に基づくのではなく、発熱反応によるものであることが保証される。

このことは、後噴射が行われ、検査すべき排気ガス処理システムの前方の温度がほとんど変化しない場合に診断が行われるということを意味する。排気ガス処理システムにエラーのないことが識別されるのは、後噴射が第１のタイマ２３０によって定められる所定の時間範囲内に行われ、監視すべき排気ガス処理システムの後方の温度が上昇し、システム前方の温度がほぼ一定にとどまる場合である。

触媒、特に触媒層の劣化が増悪すると、炭化水素の変換率が低下し、温度上昇はどんどん小さくなって温度グラジエントを下回る。これにより触媒に欠陥のあることが識別される。

１回または複数回の後噴射が第１のタイマ２３０の動作中に不活性化すると、診断機能は中止される。同時に第２のタイマにより新たな診断まで検査が時間的に阻止され、再び定義された状態が保証される。診断の阻止は診断の停止後に第４のＡＮＤゲート２３４の出力信号によって行われる。

これは後噴射が行われない場合、最後の診断からの最小待機時間が経過していない場合、および／または診断の中止からの最小待機時間が経過していない場合に診断が行われないか、または診断が中止されることを意味する。

本発明の装置のブロック図である。

本発明の方法のフローチャートである。

Claims (9)

1. 排気ガス処理システム（１１２、１１４）後方の排気ガスの温度を第１の温度センサ（１２４）で測定し、排気ガス処理システム（１１２、１１４）前方の排気ガスの温度を第２の温度センサ（１２５）で測定し、
   燃焼していない炭化水素の成分が内燃機関（１００）の排気ガス中で増大したことに基づいて排気ガス処理システム（１１２、１１４）の後方で測定された温度が予測された温度上昇を生じた場合に排気ガス処理システムにエラーがないことを識別する内燃機関（１００）の排気管（１０４）内に配置された排気ガス処理システム（１１２、１１４）の診断方法において、
   排気ガス処理システム（１１２、１１４）の前方に配置された第２の温度センサ（１２５）で測定される温度が、燃焼していない炭化水素の成分の増大後、所定の時間範囲中に僅かしか変化しない場合にのみ診断を行う
   ことを特徴とする排気ガス処理システムの監視方法。
2. 内燃機関（１００）の駆動状態が診断終了前に変化した場合に診断を終了する、請求項１記載の方法。
3. 所定の駆動状態が発生しており、かつ最後の診断および／または最後の診断中止からの最小待機時間が経過している場合に診断を行う、請求項１または２記載の方法。
4. 温度に作用する燃料の後噴射を行って内燃機関（１００）の排気ガス中に燃焼していない炭化水素成分を増大させる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 後噴射で調量された燃料量および／または後噴射の噴射時点が所定の領域内にあるとき診断を行う、請求項４記載の方法。
6. 温度に作用する後噴射が識別された場合に診断を行う、請求項４または５記載の方法。
7. 後噴射が所定の時間範囲中中止されずにアクティブとなった場合にのみ診断を行う、請求項６記載の方法。
8. 排気ガス処理システム（１１２、１１４）として配置された酸化触媒（１１２）に適用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 排気ガス処理システム（１１２、１１４）として配置された粒子フィルタ（１１４）に適用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。

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