JP4589016B2 - ＮＯｘセンサの診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＮＯｘセンサの診断方法に関する。

ＤＥ １９８ ４３ ８７９ Ａ１ には、排気ガス領域内にＮＯｘ吸蔵型触媒が配置されている内燃機関の運転方法が記載されている。内燃機関が成層シリンダ充填の枠組みの中で希薄燃焼により運転される第一の運転段階では、発生するＮＯｘがＮＯｘ吸蔵型触媒の中へ吸蔵される。内燃機関が均一シリンダ充填の枠組みの中で化学量論的に或いは過濃燃焼により運転される第二の運転段階では、ＮＯｘ吸蔵型触媒の再生が行われる。ＮＯｘ吸蔵型触媒の後方に配置されたＮＯｘセンサは、第一の運転段階の間における排気ガス中のＮＯｘ濃度の上昇を検出する。ＮＯｘ濃度が前もって定められている閾値をオーバーするや否や、第二の運転段階への切替えが開始される。別の実施例では、第一から第二への運転段階の切替えは、第一の運転段階の間のＮＯｘ吸蔵型触媒の後方でのＮＯｘマス流或いはＮＯｘマス流の積分が前もって定められている閾値をオーバーしたときに行われる。ＮＯｘ吸蔵型触媒の後方でのＮＯｘマス流は、ＮＯｘセンサの信号から、或いは測定された給気マス流から求めることのできる排気ガスマス流から得ることができる。

ＤＥ １９７ ３９ ８４８ Ａ１ にも又、排気ガス領域内にＮＯｘ吸蔵型触媒が配置されている内燃機関の運転方法が記載されている。第一から第二への運転段階の切替えは、ＮＯｘ吸蔵型触媒の中に吸蔵されているＮＯｘ質量に応じて行われる。その質量は、ＮＯｘマス流の積分から求められ、この積分は、測定されたエアマス流から或いは内燃機関の既知の負荷から求められる。場合によって、内燃機関の回転数および／または排気ガス・ラムダおよび／または触媒温度および／または触媒の飽和特性を一緒に考慮することができる。

本発明は、高い信頼性を持つ、ＮＯｘセンサの診断方法を提供することを課題としている。

内燃機関の希薄段階ではＮＯｘが吸蔵され且つ内燃機関の再生段階では再生されるＮＯｘ吸蔵型触媒の後方に配置されるＮＯｘセンサの診断方法において、ＮＯｘセンサ信号の少なくとも二つの信号値が異なる時点に観察され、信号値の間の少なくとも一つの差が確定され、この差と閾値との比較が行われ、その差が閾値を下回るときに、エラー信号が出力される。

本発明によれば、ＮＯｘセンサ信号（ＮＯ）の少なくとも二つの信号値が異なる時点において観察されるということ、信号値の間の少なくとも一つの差が確定されること、該差と閾値との比較が行われること、及び前記差が閾値を下回るときに、エラー信号が出力されることが提案される。

本発明による方法は、異なる時点におけるセンサ信号が予想されている差だけ変化したか否かという監視によって、ＮＯｘセンサによって出力されたセンサ信号の診断を可能にする。この診断は、ＮＯｘセンサ信号の妥当性確認に対応している。

本発明による方法は、上記の診断によって、前もって定められた排気ガス限界値の遵守を、異なる時点におけるＮＯｘセンサ信号が予想された変化から外れたときには、運転段階の切替えについて決定をするためのＮＯｘ信号が最早考慮されないということによって、保証する。出力されるエラー信号は、例えばＮＯｘセンサ信号のマスキング或いはマスキングのために援用される。更にサービスの要請が出されるようにすることができる。

本発明に基づく拡張例は、好ましくは内燃機関の第一の運転段階の終わりに始まり且つ後続の第一の運転段階の間に終了するマスキング信号を生成することを提案している。この措置によって、ＮＯｘセンサ信号は、内燃機関の第二の運転段階の間、他の信号処理のために遮断可能である。何故なら、ＮＯｘセンサ信号が第二の運転段階の間に排気ガス中のＮＯｘ濃度の上昇によって飽和し、又それによって信頼性のある信号値を反映しなくなるということが排除され得ないからである。マスキング信号は、ＮＯｘセンサ信号に回復時間が与えられるように、第二の運転段階の終わりと共に直ちに終了されるべきではないであろう。それ故、マスキング信号は、第一の運転段階の開始後にはじめて終了されるのが好ましい。

この方法の一つの実施態様は、第一の運転段階の間に行われる、信号値の間の差の形成を提案している。
この実施態様の一つの拡張例は、第一の運転段階の間の第一の信号値がマスキング信号の終わりに求められ、且つ第二の信号値が第一の運転段階の終わりに求められるということを提案している。

一実施態様は、第一の信号値が第一の運転段階の終わりに求められ、且つ第二の信号値が第二の運転段階の終わりに求められるということを提案している。
一実施態様は、第一の信号値が第二の運転段階の終わりに求められ、且つ第二の信号値がマスキング信号の終わりに求められるということを提案している。

一実施態様は、第一の信号値が第一の運転段階の終わりに求められ、且つ第二の信号値がマスキング信号の終わりに求められるということを提案している。
一実施態様は、第一の差形成の際に前もって定められた閾値を下回る限り、少なくとももう一回の差形成が予定されるということが提案している。この措置によって、散発的に発生するエラーの後のエラー信号の出力が阻止される。

図１は内燃機関１０を示しており、該内燃機関は、回転数信号Ｎをエンジン制御装置１１に送り出す。吸気領域内に配置されている空気量センサ或いはエアマスセンサ１２は、空気量信号或いはエアマス信号ＬＳをエンジン制御装置１１に送り出し、エンジン制御装置１１には更にアクセルペダル信号ＰＷが送り込まれる。内燃機関１０の排気ガス領域内には、ＮＯｘ吸蔵型触媒１３が配置されており、該吸蔵型触媒は、以下の説明では単に触媒と呼ばれる。触媒１３の後方にはラムダセンサ１４が配置されており、該センサは、ラムダ信号ＬＡＭをエンジン制御装置１１に送り出す。触媒１３の後方には更に、ＮＯｘセンサ１５が配置されており、該センサは、ＮＯｘセンサ信号ＮＯをエンジン制御装置１１に、また第一から第三までのメモリ１６、１７、１８に送り出す。図１では、ラムダセンサ１４とＮＯｘセンサ１５とが一つの構成ユニットを形成可能であるということが示唆されている。

エンジン制御装置１１は、燃料分配信号ＫＳを内燃機関１０に送り出し、また運転段階信号Ｂをクロック１９に並びに第二及び第三のメモリ１７、１８に送り出す。クロック１９は、マスキング信号Ａを第一のメモリ１６に送り出す。メモリ１６、１７、１８は、記憶されたＮＯｘセンサ信号値を更に信号評価器２０に伝達し、該信号評価器は更に、閾値ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４、ＳＷ５を受け取る。信号評価器２０はエラー信号ＦＳを出力する。

図２は、ラムダ信号ＬＡＭとＮＯｘセンサ信号ＮＯとの時間的変化を示している。第一の時点Ｔ１にはＮＯｘセンサ信号ＮＯの第一の値ＮＯ１が、第三の時点には第二の値ＮＯ２が、第四の時点Ｔ４には第三の値ＮＯ３が、第五の時点Ｔ５には第四の値ＮＯ４が、第六の時点Ｔ６には第五の値ＮＯ５が現れている。第二の時点Ｔ２には、ラムダ信号ＬＡＭの第一の値ＬＡＭ１が、また第五の時点Ｔ５には第二の値ＬＡＭ２が現れている。ＮＯｘセンサ信号ＮＯの第二の値ＮＯ２と第三の値ＮＯ３との間の第一の差Ｄ１、第三の値ＮＯ３と第四の値ＮＯ４との間の第二の差Ｄ２、第二の値ＮＯ２と第四の値ＮＯ４との間の第三の差Ｄ３、第三の値ＮＯ３と第五の値ＮＯ５との間の第四の差Ｄ４、並びに第四の値ＮＯ４と第五の値ＮＯ５との間の第五の差Ｄ５、が記入されている。

図２ｂは、運転段階信号Ｂを示しており、該信号は第一と第二の時点Ｔ１、Ｔ２の間に存在する第一の再生段階Ｒ１、第二の時点Ｔ２と第四の時点Ｔ４との間に存在する第一の希薄段階Ｍ１、第四と第五の時点Ｔ４、Ｔ５の間に存在する第二の再生段階Ｒ２、及び第五の時点Ｔ５に始まる第二の希薄段階Ｍ２を示している。

図２ｃは、クロック１６によって準備されるマスキング信号Ａを示しており、該信号は第一と第三の時点Ｔ１、Ｔ３の間並びに第四と第六の時点Ｔ４、Ｔ６の間に現れる。
本発明に基づく方法が図２ａから図２ｃまでに示されている信号の動きに基づいて以下に説明される。

内燃機関１０は、上述の ＤＥ １９８ ４３ ８７９ Ａ１ によれば、異なる二つの運転段階で運転することができる。それによれば、第一の運転段階は希薄段階Ｍ１、Ｍ２であり、第二の運転段階は再生段階Ｒ１、Ｒ２である。これ等の運転段階は、運転段階信号Ｂによって信号化される。第一の時点Ｔ１では、ＮＯｘセンサ信号ＮＯの第一の値ＮＯ１の到達と共にそれまでの希薄段階が終了されて第一の再生段階Ｒ１が開始される。同時に、クロック１９が第一の時点Ｔ１でスタートされる。第二の時点Ｔ２では、ラムダ信号ＬＡＭの第一の値ＬＡＭ１の到達と共に第一の再生段階Ｒ１が終了されて、第一の希薄段階Ｍ１が開始される。

ＮＯｘセンサ信号の第一の値ＮＯ１の到達による先行の希薄段階の終了の代わりに、上述の ＤＥ １９７ ３９ ８４８ Ａ１ に従って、希薄段階が触媒１３の中に吸蔵されているＮＯｘ質量のモデルによって終了可能である。

上述の二つの特許文献には、本開示の中へ採り入れられるべき、一方の運転段階への切替えのための実施例も、他方の運転段階への切替えのための実施例も記載されている。
本発明に基づく方法は、オットーエンジン或いはディーゼルエンジンの排気ガス領域内に配置されたＮＯｘセンサの診断のために採用できる。内燃機関の希薄段階では、空気過剰率は λ>１、例えば、１．５、に調節される。再生段階では再生のために必要な還元剤がエンジン内部で空気過剰率ラムダの引下げによって用意できる。空気過剰率の引下げは、ディーゼルエンジンの場合にもスロットルバルブの導入によって可能である。代わりのやり方として、還元剤は内燃機関の後方で排気ガス内へ送り込むことができる。

幾つかの実施例では、ＮＯｘセンサ信号ＮＯが運転段階の切替えの確定のために援用される。しかしながら、ＮＯｘセンサ１５は必ずしも常に作動の用意が出来ている訳ではなく、その様な状態は、例えばＮＯｘセンサ１５が未だその作動温度に到達していない、内燃機関１０の冷間スタートの後に生じる。その上、ＮＯｘセンサ１５の欠陥が発生することがある。この場合には、運転段階の切替えは、ＮＯｘセンサ信号ＮＯを考慮せずに行われなければならず、さもなければ有害な排気ガス成分の割合が許されない程増加してしまうことを排除することができないであろう。従って、ＮＯｘセンサ１５の信頼性のある診断が重要である。

第一の再生段階Ｒ１から第一の希薄段階Ｍ１への切替えは、ラムダ信号ＬＡＭを考慮して行うことができる。ラムダ信号ＬＡＭの第一の値ＬＡＭ１の発生は、触媒１３の後方で、完全に再生された触媒１３の下で現れる過濃段階の出現の始まりを示している。第二の時点Ｔ２における第一の希薄段階Ｍ１の始まりと共に、ラムダ信号ＬＡＭは再び低下する。

ＮＯｘ信号ＮＯは、第一の再生段階Ｒ１の間に減少し、その後は比較的緩やかに減少する。この減少は、未だ第一の再生段階Ｒ１の間に飽和状態となり且つ一定の回復時間を必要とするＮＯｘセンサ１５の実際の特性によって決定される。この時間の間、ＮＯｘセンサ信号ＮＯは、実際には存在していないＮＯｘ濃度を反映している。この理由から、第三の時点Ｔ３に終了するマスキング時間Ａが用意されている。マスキング信号Ａによって与えられるマスキング時間は所定の値に定められており、その値を過ぎると、ＮＯｘセンサ信号ＮＯが再び信頼できるものとなる。この第三の時点Ｔ３にはＮＯｘセンサ信号ＮＯの第二の値ＮＯ２があり、この値は、マスキング信号Ａの立ち下がり部と共に第一のメモリ１６へ引き継がれる。

第一の希薄段階Ｍ１では、ＮＯｘセンサ信号ＮＯが、第一の希薄段階Ｍ１の終了を知らせる第三の値ＮＯ３に到達するまで上昇する。この終了は、第二の再生信号Ｒ２が始まる第四の時点Ｔ４を示している。同時に、マスキング信号Ａが現れる。第二の再生信号Ｒ２の立ち上がり部は、ＮＯｘセンサ信号ＮＯの第三の値ＮＯ３を第二のメモリ１７へ記憶させる。

記憶された値が二つ（ＮＯ２およびＮＯ３）あることによって、信号評価器２０で行われる第一の差Ｄ１の形成が可能となる。その際、第一の差Ｄ１と第一の閾値ＳＷ１との比較に基づいて、第一の閾値ＳＷ１を下回っていると、エラー信号ＦＳが送り出される。

第二の再生段階Ｒ２の間は、ＮＯｘセンサ信号ＮＯが第四の値ＮＯ４へ上昇し、この値は、第二の再生段階Ｒ２の終わりに運転段階信号Ｂの立ち下がり部と共に第三のメモリ１８へ記憶される。

その他の記憶値ＮＯ４の存在によって、信号評価器２０で行われる第二及び第三の差Ｄ２、Ｄ３の形成が可能となる。第二の差Ｄ２と第二の閾値ＳＷ２との比較に基づいておよび／または第三の差Ｄ３と第三の閾値ＳＷ３との比較に基づいて、第二および／または第三の閾値ＳＷ２、ＳＷ３を下回っていると、エラー信号ＦＳが送り出される。

マスキング信号Ａの間、ＮＯｘセンサ信号ＮＯは第五の値ＮＯ５へ向かって下降し、この値が再びマスキング信号Ａの立ち下がり部と共に第一のメモリ１６へ記憶される。
記憶された第五の値ＮＯ５の存在によって、同じく信号評価器２０で行われる第四及び第五の差Ｄ４、Ｄ５の形成が可能となる。第四の差Ｄ４と第四の閾値ＳＷ４との比較に基づいておよび／または第五の差Ｄ５と第五の閾値ＳＷ５との比較に基づいて、第四および／または第五の閾値ＳＷ４、ＳＷ５を下回っていると、エラー信号ＦＳが送り出される。

上述の差形成Ｄ１からＤ５まで及び閾値ＳＷ１からＳＷ５までとの比較で必要となるのは、原理的には唯一つの差形成だけである。何回にもわたる差形成は、先ずＮＯｘセンサ１３のエラーの検出の確度を高める。更に、ずれが確認された場合にも、エラー信号ＦＳが送り出される前になお少なくとも一回の差形成とそれに対応する閾値との比較が行われる。この措置によって、一つには散発的に発生するずれがマスキングされる。もう一つには、より長い期間にわたって発生する、閾値（ＳＷ１からＳＷ５まで）からの唯一つの差（Ｄ１からＤ５まで）の大き過ぎるずれがマスキングされることができる。その様なケースは、触媒１３の特性が長期的に変化した時に起こり得る。代わりのやり方として、閾値ＳＷ１からＳＷ５までの方を適応させることもできるであろう。

上述の諸機能は、好ましくはエンジン制御装置１０に含まれるコンピュータで実行される、好ましくはソフトウェアの中で実現される。

図１は、本発明に基づく方法が展開されるブロック図を示す。 図２ａ〜２ｃは、ラムダ信号ＬＡＭとＮＯｘセンサ信号ＮＯとの時間的変化を示す。

符号の説明

１０…内燃機関
１１…エンジン制御装置
１２…エアマスセンサ（空気量センサ）
１３…ＮＯｘ吸蔵型触媒
１４…ラムダセンサ
１５…ＮＯｘセンサ
１６…第一のメモリ
１７…第二のメモリ
１８…第三のメモリ
１９…クロック
２０…信号評価器
Ａ…マスキング信号
Ｂ…運転段階信号
ＦＳ…エラー信号
ＫＳ…燃料分配信号
ＬＡＭ…ラムダ信号
ＬＳ…エアマス信号（空気量信号）
Ｎ…回転数信号
ＮＯ…ＮＯｘセンサ信号
ＰＷ…アクセルペダル信号
ＳＷ１〜ＳＷ５…閾値
Ｄ１〜Ｄ５…差信号
Ｍ１、Ｍ２…第一と第二の希薄段階
Ｒ１、Ｒ２…第一と第二の再生段階
Ｔ１〜Ｔ６…時点

Claims (9)

1. 内燃機関（１０）の希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）ではＮＯｘが吸蔵され且つ内燃機関（１０）の再生段階（Ｒ１、Ｒ２）では再生され、ＮＯｘセンサ信号（ＮＯ）の少なくとも二つの信号値（ＮＯ１〜ＮＯ５）が異なる時点（Ｔ１〜Ｔ６）で観察される、ＮＯｘ吸蔵型触媒（１３）の後方に配置されるＮＯｘセンサ（１５）の診断方法において、
   希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の初めに第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ５）が求められ、且つ希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の終わりに第二の信号値（ＮＯ１、ＮＯ３）が求められること、
   第一及び第二の信号値（ＮＯ２、ＮＯ３；ＮＯ３、ＮＯ５）の間の少なくとも一つの差（Ｄ１、Ｄ４）が求められること、
   差（Ｄ１、Ｄ４）と閾値（ＳＷ１、ＳＷ４）との比較が行われること、及び
   差（Ｄ１、Ｄ４）が閾値（ＳＷ１、ＳＷ４）を下回るときに、エラー信号（ＦＳ）が出力されること、
   を特徴とするＮＯｘセンサの診断方法。
2. 内燃機関（１０）の希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）ではＮＯｘが吸蔵され且つ内燃機関（１０）の再生段階（Ｒ１、Ｒ２）では再生され、ＮＯｘセンサ信号（ＮＯ）の少なくとも二つの信号値（ＮＯ１〜ＮＯ５）が異なる時点（Ｔ１〜Ｔ６）で観察される、ＮＯｘ吸蔵型触媒（１３）の後方に配置されるＮＯｘセンサ（１５）の診断方法において、
   希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）において第一の信号値（ＮＯ１、ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ５）が求められ、且つ再生段階（Ｒ１、Ｒ２）において第二の信号値（ＮＯ４）が求められこと、
   第一及び第二の信号値（ＮＯ３、ＮＯ４；ＮＯ２、ＮＯ４；ＮＯ４、ＮＯ５）の間の少なくとも一つの差（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５）が求められること、
   差（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５）と閾値（ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５）との比較が行われること、及び
   差（Ｄ２、Ｄ３、Ｄ５）が閾値（ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ５）を下回るときに、エラー信号（ＦＳ）が出力されること、
   を特徴とするＮＯｘセンサの診断方法。
3. 再生段階（Ｒ１、Ｒ２）と共に始まり且つ希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）で終わる、ＮＯｘセンサ（１５）のための回復時間を作り出すマスキング信号（Ａ）が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の診断方法。
4. 希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の始めに求められる第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ５）であって、それによってマスキング信号（Ａ）の終了が求められる第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ５）を特徴とする請求項３に記載の診断方法。
5. 先ず第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ５）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の始めに、続いて第二の信号値（ＮＯ１、ＮＯ３）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の終わりに求められることを特徴とする請求項１又は３に記載の診断方法。
6. 先ず第二の信号値（ＮＯ１、ＮＯ３）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の終わりに、続いて第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ５）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）の始めに求められることを特徴とする請求項１又は３に記載の診断方法。
7. 先ず第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ５）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）において、続いて第二の信号値（ＮＯ４）が再生段階（Ｒ１、Ｒ２）において求められることを特徴とする請求項２又は３に記載の診断方法。
8. 先ず第二の信号値（ＮＯ４）が再生段階（Ｒ１、Ｒ２）において、続いて第一の信号値（ＮＯ２、ＮＯ３、ＮＯ５）が希薄段階（Ｍ１、Ｍ２）において求められることを特徴とする請求項２又は３に記載の診断方法。
9. 少なくとも二つの差（Ｄ１〜Ｄ５）が形成されて、複数の差に割り当てられている閾値（ＳＷ１〜ＳＷ５）と比較されること、及び
   複数の差がそれ等の閾値（ＳＷ１〜ＳＷ５）を下回るときにのみ、エラー信号（ＦＳ）が出力されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の診断方法。

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