JP4931905B2 - 内燃エンジンの排気ラインに取り付けられた除粒子フィルタを監視する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関の排気ラインに配置された汚染物除去装置の分野に関連し、より詳細には、そのような内燃エンジンの排気配管に配置された除粒子フィルタを監視する方法および車載診断装置に関する。

内燃エンジン、特にディーゼルエンジンのエンジンの排気ラインに除粒子フィルタがあると、粒子、粉塵および大気中へ放出される他の煤煙の量を、特に汚染防止基準といった法的要件を満たすように著しく低減できる。
このような除粒子フィルタは、程度の差はあれ劣化を被ることがあり、これによって、その性能は低下し得る。よって、このようなフィルタの性能を正確に監視する、つまり、フィルタが損傷しているかまたは機能状態にあるかの監視を可能にする装置および方法が開発されてきた。

欧州特許第１４２５４９８号明細書または仏国特許第２８３６９５７号明細書のような先行技術においては、除粒子フィルタの運転モードの診断を可能にする装置および方法が提案されている。この装置および方法の多くは、除粒子フィルタにまたがって測定された差圧に関連する情報の利用、または例えばこの除粒子フィルタの上流および下流で様々な特性量の測定を本質とする。特性量は、例えば、蓄積された粒子量および捕捉された粒子の熱容量の変化による既知の表面の温度の変動、または存在する粒子量の変化による排気ガスの電気容量の変動である。

しかし、このような方法は、しばしば高価であるセンサの取付けを必要とする。さらに、新世代の触媒型または非触媒型の多孔性除粒子フィルタの運転モードを、圧力の測定によって監視することは、ますます難しくなっている。具体的には、そのような粉塵フィルタが排気ラインにあっても、いかなる圧力変動もほとんど起きず、よって、除粒子フィルタの状態を正確に監視することができず、診断の信頼性は低下する。

独国特許第１０２２８６５９号明細書からは、自動車の排気ガス排出システムを監視する方法が提案されている。この方法では、温度曲線が、排気ガス管の一部の上流および下流で測定される。これらの測定値の比較および処理は、除粒子フィルタの運転の診断を実施することを意図したものである。この文献では、測定された曲線が、高負荷状態から低負荷状態へまたはその逆にエンジンが移行する場合に行われる測定に対応することを規定している。この文献の提案における問題点は、２つのセンサを利用して分析を行うこと、そして、排気ラインに設けられるこれらのセンサの１個当たりの値段が高いことである。

本発明の課題は、上述したような内燃エンジンの配管に設けられる除粒子フィルタを監視するための改善された車載装置および診断方法を提供することである。
この課題に鑑み、本発明の対象は、内燃エンジンの排気ガス後処理エレメントの運転モードを監視する方法であって、
ａ）前記排気ガス後処理エレメントの下流で、排気ガスの量的特性を測定し、
ｂ）エンジンの減速を判定し、各減速時に減速カウンタを増加させ、
ｃ）ステップａ）で測定された前記量の変動が減速時に検出された時に、不具合カウンタを増加させ、
ｄ）前記２つのカウンタに依存する診断基準を構築し、
ｅ）前記診断基準がプログラムされた制限値を超える場合には、故障信号を発生するステップを含む方法である。
本発明の利点の１つは、排気ラインでセンサを１つだけ使用し、エンジン制御のために既に存在しているセンサを第２の速度センサとすることである。

本発明の他の特徴によれば、
− 診断基準を、複数の減速にわたって得た移動平均の形で構築する。
− 前記移動平均を、複数の減速が繰り返される間計算する。
− 診断基準を、不具合カウンタの瞬間値を減速カウンタの瞬間値で割ることによって構築する。
− 平均の診断基準を、しきい値基準、例えば誤検出率および非検出率に基づく統計学的な手法によって決定されたしきい値基準の形態であるプログラムされた制限値と比較する。
− 前記量を、前記排気ガス後処理エレメントの下流に配置された単一の温度センサを使用して測定する。
− 排気ガス温度の低下が検出された場合に、不具合カウンタを増加させる。

本発明の対象は、内燃エンジンの排気ガス後処理エレメントの運転モードを監視する装置であって、前記排気ガス後処理エレメントの下流に、排気ガスの量的特性を表す信号を受信することができる制御装置を備えている装置であって、この制御装置が、エンジンの減速を表す信号を受信することができかつ各減速時に減速カウンタを増加させるのに適しており、さらに、上記の測定される量の変動が減速時に検出された場合に増加する不具合カウンタを備えており、前記制御装置が、２つのカウンタに依存する診断基準を構築し、この診断基準が、プログラムされている制限値を超えた場合に、故障信号を発生することを特徴とする装置である。

本発明の別の特徴によれば、
− 前記処理エレメントが、除粒子フィルタである。
− 前記測定される量が、排気ガス後処理エレメントの下流の排気ガスの温度を表す。

本発明は、添付図面を参照し、本発明を制限しない例によって示される態様の以下の説明によって、より深く理解される。

図１で、曲線ＡおよびＢは、内燃エンジンの排気ラインの一箇所で、例えば炭化ケイ素からなる除粒子フィルタの下流で測定された温度の変動を時間の変化により表している。曲線ＡおよびＢは、内燃エンジンの標準的な運転サイクル中に構築され、加速および減速の複数回のサイクル中に、前記エンジンの汚染作用を評価するように意図したものである。

曲線Ａは、例えば、新品の除粒子フィルタを備えている車両で測定され、曲線Ｂは、除粒子フィルタを単なる管で置き換えた、つまり除粒子フィルタがないかもしくは重度に損傷した、例えば穴のあいた除粒子フィルタをシミュレートしている車両で測定されたものである。曲線Ｖは、このサイクル中の車両の速度を表している。

図示の温度プロファイルは、除粒子フィルタが存在し機能しているかどうか、または除粒子フィルタが存在しないもしくは重度に損傷しているかどうかによって、実質的に異なる。エンジン減速中にある図１の一部を拡大することによって、除粒子フィルタがないもしくは損傷した除粒子フィルタを備えている車両での汚染除去サイクルにわたり得られる温度プロファイルは、除粒子フィルタが正常に運転している場合に記録される温度プロファイルよりも、絶対値で実質的に大きな傾斜を示すことが分かる。

正常に運転している除粒子フィルタで観察される温度曲線の傾斜は、実質的に小さく、つまり、実際には実質的にゼロである。具体的には、エンジンの減速時に、正常に運転している除粒子フィルタは、減速時に蓄積される熱を全く回収しないかまたはほとんど回収せず、一方で、単なる管または重度に損傷した除粒子フィルタは、熱が一気に放出されることになんら影響を及ぼさない。減速中、除粒子フィルタの下流および上流での温度は低下する。よって、除粒子フィルタの下流に位置する排気ラインの一点で測定される熱信号の派生は、除粒子フィルタの運転モードに関する報告を可能にするインジケータとなり得る。

図３に示すのは、除粒子フィルタのような排気ガス後処理エレメントの運転モードを監視するための制御装置１０であって、フィルタ手段１と、除粒子フィルタの下流で測定される温度降下の検出を可能にする熱損失を検出するモジュール２と、車両の速度低下の検出を可能にする、減速を検出するモジュール３と、検出モジュール２、３の温度低下および減速の２つの条件が同時に存在することを可能にするＡＮＤ型の理論演算子４とを備えている。

除粒子フィルタを監視する制御装置１０は、不具合カウンタ５および減速カウンタ６も備えている。
診断基準Ｃは、不具合カウンタ５の値と減速カウンタ６の値との比として定義される。好ましくは、これらのカウンタの値は瞬間値である。
除粒子フィルタを監視するための制御装置１０は、診断基準の計算を可能にする、診断基準Ｃを計算するモジュール７も備えている。

続いて、前記診断基準Ｃの値の移動平均Ｍを、平均計算モジュール８によって、事前に決定された減速数にわたり構築する。このようにして、診断基準を、統計ベースに基づく減速数にわたり得られた移動平均Ｍの形態で構築する。
この移動平均Ｍは、規定された減速数が繰り返される間計算される。

本発明による除粒子フィルタを監視する方法は、除粒子フィルタ下流での温度といった特性量の測定値および車両速度の測定値に基づいて構築される。
よって、この方法の第１のステップは、各瞬間ｔにおいて、簡単なセンサにより、排気ラインの一点に設けられている除粒子フィルタの下流での温度および車両の速度を測定することを含む。発生した温度信号および速度信号はそれぞれ、その後フィルタリングされる。
これらの信号がフィルタリング手段１によってフィルタリングされると、ステップは、車両減速時の温度降下を検出することを含む。
この目的のために、減速検出モジュール３によって車両の減速が検出されると、第１の減速カウンタ６を増加させる。

減速の検出は、減速検出モジュール３により行われる。この減速検出モジュール３は、入力として、測定される車両の速度Ｖのフィルタリングされた信号を受信する。この減速検出モジュール３、例えば比較器（コンパレータ）により、瞬間ｔで測定された速度の信号の大きさ｜Ｖ_ｔ｜を、測定されメモリに記録されている速度の大きさ例えば前の時間｜Ｖ_ｔ−１｜と比較することができる。検出モジュール３は、例えば、減速が検出された場合には１に、または減速が検出されなかった場合には０に実質的に等しい大きさの減速検出信号を出力する。

減速検出モジュール３からの出力信号により、車両の減速中、つまり、時間ｔでの速度が時間ｔ−１で測定された速度よりも実質的に低い時、減速カウンタ６を作動させることができ、これにより、減速カウンタ６は増加する。

同様に、温度低下の検出は、熱損失を検出するモジュール２を用いて行われる。熱損失を検出するモジュール２は、入力として、除粒子フィルタの下流で測定された温度のフィルタリングされた信号を受信する。熱損失検出モジュール２、例えば比較器により、瞬間ｔで測定された温度の信号の大きさ｜Ｔ_ｔ｜を、例えばその前の時間に測定されメモリに記録された温度の大きさ｜Ｔ_ｔ−１｜と比較することができ、例えば温度低下が検出された場合には１に、温度低下が検出されなかった場合には０に実質的に等しい大きさの熱損失を検出する信号を出力する。

第１の減速カウンタ６を増加させるステップと平行して、下流で測定された温度の低下が、温度降下を検出するモジュール２によって検出された場合かつ減速が検出された場合には、第２の不具合カウンタ５も増加する。このために、理論演算子４、例えばＡＮＤ型の理論演算子は、入力として、減速検出信号および熱損失を検出する信号を受信し、２つの検出条件が同時に存在する場合には、つまり、例えば、減速検出信号の大きさおよび熱損失を検出する信号の大きさが実質的に１に等しい場合には、実質的に１に等しい大きさの信号を出力する。

これらのステップを実施した後、診断基準Ｃの計算モジュール７、例えば分割器は、入力として、減速カウンタ６からの出力信号および不具合カウンタ５からの出力信号を受信する。これらの出力信号の大きさは、それぞれ、減速数、および測定されたガスの量特性に変動のあった回数を示す。この場合、好ましくは、検出すべき変動は、減速中の温度降下である。よって、診断基準Ｃの計算モジュール７は、出力として、減速の回数を表す信号の大きさと減速中の温度降下があった回数を表す信号の大きさとの比を表す大きさを有する信号を発生する。排気ガスの他の量特性、例えば圧力を検討することもできる。

診断基準Ｃを構築した後、次のステップは、診断基準Ｃの移動平均Ｍを決定することを本質とする。診断基準Ｃを計算するモジュール７からの出力信号に基づき、平均計算モジュール８は、それ以前に決定された減速数にわたる診断基準Ｃの信号の大きさの移動平均Ｍを表す大きさを有する信号を出力する。

図４に示すのは、除粒子フィルタの状態の極端な場合の、前記測定基準Ｃの関数としての前記移動平均の値の一般的な形状および分散状態である。曲線Ｃ１は、例えば、新品の除粒子フィルタの場合の前記診断基準Ｃの関数としての診断基準Ｃの移動平均を表す。曲線Ｃ２は、除粒子フィルタがない場合の診断基準Ｃの移動平均を表す。曲線Ｃ１およびＣ２によって、監視装置を標準調整することができる。

曲線Ｃ１の移動平均Ｍの値は、診断基準Ｃの平均値Ｃ１ｍｏｙ付近にまとまっており、この平均値Ｃ１ｍｏｙの周りでは分散度が低くなっている。
除粒子フィルタがない場合には、移動平均Ｍの値は、前出の平均値Ｃ１ｍｏｙを実質的に超える診断基準Ｃの平均値Ｃ２ｍｏｙ付近にまとまっている。そして、平均値Ｃ２ｍｏｙの周りでの移動平均Ｍの値は、排気ラインにおける除粒子フィルタが新品である場合よりも更に大きく分散している。新品の除粒子フィルタに対応する曲線Ｃ１および除粒子フィルタがない場合に対応するＣ２は、重なることはない。

その後、予めプログラムされた制限値、例えばしきい値基準Ｃｓを、制御装置１０で標準化する。しきい値基準Ｃｓは、例えば、誤検出率および非検出率に基づく統計的手法によって、新品の除粒子フィルタで得られる曲線Ｃ１および除粒子フィルタがない場合の曲線Ｃ２に基づいて決定することができる。

移動平均Ｍを表す大きさを有する信号に基づいて、以下のステップでは、平均診断基準Ｃｍｏｙに実質的に等しい大きさを有する信号を発生させる。平均診断基準Ｃｍｏｙの信号の大きさがしきい値基準Ｃｓより実質的に小さい場合には、診断基準Ｃの移動平均Ｍは、曲線Ｃ１に実質的に類似の曲線に従って形成され、除粒子フィルタは、内燃エンジンの排気ラインにあり、機能している。

一方、内燃エンジンの排気ラインにある損傷した除粒子フィルタは、しきい値基準Ｃｓより実質的に大きい平均測定基準Ｃｍｏｙの周りで、曲線Ｃ２に実質的に類似の曲線に従って形成される診断基準Ｃの移動平均Ｍを表す。しきい値基準Ｃｓを超えた場合には、車両の運転者が見ることのできる故障信号を発生し、運転者に保守措置を講じるように促す。

本発明の好ましい態様では、除粒子フィルタの下流で測定される温度値の処理が、限定されることなく、適切なコンピュータ、例えば内燃エンジンの運転を管理し制御するためのコンピュータによって保証される。

したがって、本発明による方法は、自動車の内燃エンジンの排気ラインに設けられている除粒子フィルタの存在の簡単でかつ信頼性の高い診断を提供するものである。さらに、除粒子フィルタの下流での簡単な温度測定値に基づくこの方法は、最新世代の高多孔性の除粒子フィルタを含むあらゆる型の除粒子フィルタに応用可能である。さらに、この方法は、除粒子フィルタの下流に設けられる単一の温度センサの簡単な取付けが必要とされるだけで、よって、装置およびこれに関連する方法の実施は安価である。具体的には、測定された温度値の処理に対応する計算の負荷がほとんどなく、よって、それが、内燃エンジンの運転を管理し監視する装置の計算の負荷に関する負担となることもほとんどない。

除粒子フィルタの下流に位置する排気ラインの一箇所で測定された、除粒子フィルタが設けられかつ正常に運転している場合、および除粒子フィルタがないもしくは重度に損傷している場合の様々な温度プロファイルを示す図である。 図１で示された量の漸進的な変化の詳細を示す図である。 本発明による方法の動作を示すフローチャートである。 移動平均の分布の形状を診断基準の関数として示す図である。

Claims (10)

1. 内燃エンジンの排気ガス後処理エレメントの運転モードを監視する方法であって、
   ａ）前記排気ガス後処理エレメントの下流で、排気ガスの量特性を測定し、
   ｂ）前記エンジンの減速を判定し、減速が判定された場合に、各減速時に、減速カウンタ（６）を増加させ、
   ｃ）ステップｂ）で減速が判定され、かつ、ステップａ）で測定された前記量の変動が検出された場合に、不具合カウンタ（５）を増加させ、
   ｄ）前記不具合カウンタ（５）が示す前記量の変動回数と前記減速カウンタ（６）が示す減速数とに基づいて診断基準（Ｃ）を構築し、
   ｅ）前記診断基準（Ｃ）がプログラムされた制限値（Ｃｓ）を超えた場合に、故障信号を発生させるステップを含む、監視方法。
2. 前記診断基準（Ｃ）を、減速数にわたって得られる移動平均（Ｍ）の形で構築することを特徴とする、請求項１に記載の監視方法。
3. 前記移動平均（Ｍ）が、複数の減速が繰り返される間、計算されることを特徴とする、請求項２に記載の監視方法。
4. 前記診断基準（Ｃ）を、前記不具合カウンタ（５）が示す前記量の変動回数を前記減速カウンタ（６）が示す前記減速数で割ることによって構築することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の監視方法。
5. 平均の診断基準（Ｃｍｏｙ）を、誤検出率および非検出率に基づく統計的な手法によって決定されたしきい値基準（Ｃｓ）の形態のプログラムされた制限値と比較することを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の監視方法。
6. 前記量を、前記排気ガス後処理エレメントの下流に設けられている単一の温度センサを用いて測定することを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の監視方法。
7. 前記不具合カウンタ（５）が、前記排気ガスの温度の低下を検出した時に増加する、請求項１から６のいずれか１項に記載の監視方法。
8. 内燃エンジンの排気ガス後処理エレメントの運転モードを監視する装置であって、該排気ガス後処理エレメントの下流での排気ガスの量特性を表す信号を受信することができる制御装置を備えているものであって、
   前記制御装置（１０）が、前記エンジンの減速を表す信号を受信することができかつ各減速時に減速カウンタ（６）を増加させるのに適しており、減速が判定され、かつ、前記量の変動が検出された場合に増加する不具合カウンタ（５）をさらに備えており、
   前記制御装置（１０）が、前記不具合カウンタ（５）が示す前記量の変動回数と前記減速カウンタ（６）が示す前記減速数とに基づいて診断基準（Ｃ）を構築し、該診断基準（Ｃ）が、プログラムされた制限値（Ｃｓ）を超えた場合に、故障信号が発生することを特徴とする、監視装置。
9. 前記処理エレメントが、除粒子フィルタであることを特徴とする、請求項８に記載の監視装置。
10. 前記測定された量が、前記排気ガス後処理エレメントの下流での排気ガスの温度を表すことを特徴とする、請求項８または９に記載の監視装置。

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