JP4942744B2 - 内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システムの存在を検出するための方法とデバイス - Google Patents

Description

本発明は、自動車内燃エンジンの排出ガスの処理の分野に関し、より詳しくは、自動車の排出ガス処理システムの存在を検出するための方法及びデバイスに関する。

本発明は、粒子フィルタ型、窒素酸化物トラップ、触媒又は酸化コンバータ等の全ての種類の排出ガス処理システムに適用される。

或る現行規制によれば、排出ガス処理システムが正しく動作していることを点検する車載の診断デバイスが更に、このような排出ガス処理システムの存在を検出する能力を有することが求められる。

排出ラインにおける排出ガス処理システムの存在又は不在を検出するのに、現在種々の種類の手法が用いられている。

すなわち、フィルタの境界における差圧の決定を用いて内燃エンジンの排出ラインにおける粒子フィルタの存在を検出することが知られており、粒子フィルタの不在は差圧の挙動の変化によって示される。

しかし、この手法は高流量での作業を要する。その上、差圧が通常には、非常に雑音の多い計測値から抽出されるので、供給された信号はあまり信頼性が高くない。

フィルタの下流に配置された２値混合センサ又は比例混合センサのような排出ガスセンサによって供給された信号を用いて行う窒素酸化物トラップの存在の検出もまた知られており、検出された混合組成により、排出ラインにおける窒素酸化物トラップの不在又は存在を検出することが可能である。

この手法もまた、いくつかの欠点を有する。これらの欠点は、上記センサが歴年老化すると得られた計測値に変動が生じるため、特にこのようなセンサによって供給された信号はあまり信頼性が高くないこと、そしてまたセンサのコストに関連する欠点である。その上、上記センサによって計測された混合組成は、窒素酸化物トラップの上流の排出ガスの混合組成に関連して処理される必要がある。今やディーゼルエンジンに関しては、窒素酸化物トラップの上流の排出ガスの混合組成を点検するのが困難であり、したがってこの手法は高い信頼性で用いることが比較的困難である。

上記のことから、本発明の目的は、従来技術の欠点を克服して、自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システムの存在の検出を、高い信頼性で簡単に且つ廉価に実施可能にすることである。

したがって本発明の主題は、第１の態様によれば、自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システムの存在を検出するための方法において、
この方法が次のステップ、すなわち
上記排出ガス処理システムの上流の温度の導関数を定めるステップと、
上記排出ガス処理システムの下流の温度の導関数を定めるステップと、
上記排出ガス処理システムの上流の温度の導関数の予め定められたレベルを用いて、上記排出ガス処理システムの下流の温度の導関数を、上記排出ガス処理システムの不在を検出するためのしきい値と比較するステップと、
を含む、自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システムの不在を検出するための方法である。

一実施例によれば、上記しきい値を超える都度、カウンタが増値され、そしてこのカウンタのカウントレベルが第２の予め定められたしきい値を超えるときに上記排出ガス処理システムが不在であることが結論付けられる。

上記排出ガス処理システムの上流の温度の導関数が第３のしきい値を超えるときにも、上記排出ガス処理システムの下流の温度の導関数が上記しきい値と比較されるので有利である。

本発明の別の特徴によれば、上流及び下流の温度変化が、予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級に分類され、そして上記排出ガス処理システムの不在の検出が、1組の予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級について行われる。

その場合、上記温度変化値等級の各々が、対応する温度変化の発生の確率に関連付けられ、前記検出が、１つの温度変化値等級であって、その温度変化値等級より上では、指定された排出ガス処理システムを設けられた排出ラインに対して、対応する温度変化を得る確率がゼロであるようなある変化値等級より高い温度変化値であり、且つ別の温度変化値等級であってその変化値等級より上では温度変化の増加を得る確率がゼロであるような変化値等級より低い温度変化値に対して行われるので有利である。

次に、上記排出ガス処理システムの下流の温度変化であって予め定められたしきい値よりも高い温度変化を得る確率が、排出ガス処理システムを設けられていない排出ラインに対してこの温度変化を得る確率よりも低く且つ最小確率よりも高いときに、上記排出ガス処理システムが不在であることが結論付けられる。

別の態様によれば、本発明の主題は、自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システムの存在を検出するためのデバイスであって、上記排出ガス処理システムの上流及び下流の温度の導関数を計算するための決定手段と、中央処理ユニットであって、上記排出ガス処理システムの下流の温度の導関数の計算された値を、上記排出ガス処理システムの不在を検出するためのしきい値と比較するための比較手段を含む中央処理ユニットとを備える、自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システム（２８）の不在を検出するためのデバイスである。

本発明の別の特徴によれば、その上、このデバイスが、上記比較手段の出力によって制御されるカウンタであって、上記しきい値を超える都度、増値されるカウンタと、そしてカウントレベルを第２のしきい値と比較するための第２の比較手段であって、この第２のしきい値を超えるときに上記排出ガス処理システムが不在であることが結論付けられるような、第２の比較手段とを備える。

特定の一実施例によれば、上記検出デバイスがその上、上記排出ガス処理システムの上流の温度の導関数の計算された値を第３のしきい値と比較するための第３の比較手段を含み、上記排出ガス処理システムの上流の温度の導関数がこの第３のしきい値を超えるときに、上記排出ガス処理システムの下流の温度の導関数が上記第1のしきい値と比較される。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、制限を課するものではない事例として添付図面を参照して下に述べる説明の通読により現出することとなろう。

図１は、全体参照番号１０を付した自動車内燃エンジンの全体配置を略図的に示す。

説明対象の実施例において、エンジン１０には４つのシリンダ１２が一連に設けられている。
シリンダ１２には吸気多岐管１４を介して空気が供給され、吸気多岐管１４自体には空気フィルタ（図示しない）とエンジンへの空気供給を加圧するためのターボ過給機１８とを設けた吸気管１６によって空気が供給される。

排気多岐管２０が、燃焼によって生成された排出ガスを収集し、これらのガスを、圧縮機であるターボ過給機１８と排出ライン２２とを経て外部に排出する。

排出ガス再循環系統が、吸気多岐管１８からの排出ガスの一部を収集する。これにより、燃焼によって生成された窒素酸化物の量が制限され他方、排出ガス中での煙の形成が回避される。

図１に見られるように、排出ガス再循環系統は原則的に、再循環される排出ガスの流れを調整するための調整弁（参照番号２４を付す）を有する。

排出ライン２２に関しては、例えば粒子フィルタ、窒素酸化物トラップ、又は従来型の触媒コンバータ又は酸化コンバータから構成される排出ガス処理システム２８を基本的に含む。

最後に、エンジン１０は、中央処理ユニット３０に連関する。この中央処理ユニット３０は、エンジン１０の動作、特にその動作パラメータの調整を点検し、同じく排出ガス処理システム２８の動作の点検及びその動作状態の解析を行う。

その上、中央処理ユニット３０が、例えば排出ガス処理システムが除去された場合に警報信号を発するために、排出ガス処理システムの存在を検出するように適切にプログラムされる。

エンジン１０の動作の点検を遂行するためエンジンには、吸気多岐管１４内にターボ過給圧力センサ３２及び吸気温度センサ３３が設けられ、同様に吸気管１６に流れセンサ３４が取り付けられる。これらのセンサ、そして同じくエンジンの主要機能コンポーネント（構成要素）及びエンジンの給気系統は、中央処理ユニット３０に接続される。

排出ガス処理システム２８の存在の検出に関しては、排出ガス処理システム２８の両側において、排出ライン２２に、排出ガス処理システム２８の上流の温度を計測するように指定された第１の温度センサ３８と、排出ガス処理システム２８の下流の温度を計測するように指定された第２の温度センサ４０とが設けられる。

下で詳しく述べるように、排出ガス処理システム２８の上流及び下流の温度値が、特に排出ガス処理システム２８の上流及び下流の温度の導関数を計算できるように、そして排出ガス処理システムの下流の温度の導関数を、排出ガス処理システムの不在を検出するためのしきい値と比較するように、中央処理ユニット３０によって処理される。この比較は、排出ガス処理システムの上流の、設定された温度変化の値に対してのみ行われる。

したがって、図２に示すように、中央処理ユニット３０は、第１の比較器（比較手段）４２を有し、この第１の比較器４２により、排出ガス処理システム２８の下流の温度の導関数（下流のｄＴ）と、第１のしきい値（しきい値１）との比較が得られる。下流の温度Ｔの導関数が第１のしきい値（しきい値１）を超えると、第１の比較器４２の出力によって制御されるカウンタ４４が増値される。第２の比較器４６が、カウンタ４４のカウントレベルが第２のしきい値（しきい値２）を超えるときに決定Ｄを行うために、カウンタ４４のカウントレベルと第２のしきい値（しきい値２）との間の比較を行う。

それで、排出ガス処理システム２８の下流の温度の導関数が第１のしきい値（しきい値１）を超えると、排出ライン２２には排出ガス処理システム２８が設けられていないと考えられる。しかし、排出ライン２２に排出ガス処理システム２８が設けられていないと実際に結論付けられるのは、第２のしきい値（しきい値２）によって定まる予め定められた回数、第１のしきい値（しきい値１）を超えたと観察されたときのみである。

その上、カウンタ４４と比較器４２、４６とに加えて中央処理ユニット３０には、第３の比較器４８が設けられる。この第３の比較器４８は、排出ガス処理システム２８の上流の温度の導関数（上流のｄＴ）が第３のしきい値を超えるときにのみ排出ガス処理システム２８の存在の検出を認証するために、上流の温度の導関数（上流ｄＴ）と第３のしきい値との間の比較を行う。従って、このような解析は、排出ガス処理システム２８の上流の温度の時間変動であって、排出ガス処理システムが設けられた排出ラインと排出ガス処理システムを設けていない排出ラインとの間の挙動の差異を観察するのに十分なほど大きい時間変動に対してのみ行われる。

ここで、図３から図５までを参照して、本発明に基づく排出ガス処理システムの存在を検出するための原理について述べる。

先ず図３を参照すると、図３は、第１の温度センサ３８及び第２の温度センサ４０によって供給される、排出ガス処理システム２８の上流の温度導関数の計測値(曲線１)、排出ガス処理システム２８のフィルタ処理材料がコージライト(菫青石)から構成されるような排出ガス処理システム２８の下流の温度導関数の計測値(曲線２)、排出ガス処理システム２８のフィルタ処理材料が炭化ケイ素から構成されるような排出ガス処理システム２８の下流の温度導関数の計測値(曲線３)、及び排出ガス処理システム２８が不在の場合に温度センサ３８又は４０のうちの１つによって供給される温度導関数の計測値(曲線４)を示す。

これらの信号は例えば、冷気運転時の新ヨーロッパドライビングサイクル（ＮＥＤＣ）の間に得られる。

この図３に見られるように、排出ガス処理システム２８の上流の温度の導関数から構成される与えられた入力信号に対して、出力信号、すなわち下流ｄＴ信号は減衰し、位相がずれている。これらの減衰及び位相差は、用いられる排気ガス制御コンポーネント（構成要素）の熱慣性に依存することを指摘したい。すなわち、熱慣性が大きいほど減衰及び位相差が大きい。このことは、特に炭化ケイ素ＳｉＣに基づく排出ガス処理システムの場合に当てはまり、このシステムでは大きな減衰と大きな位相差とが発生する。これに反して、排出ガス処理システム２８が不在の場合には位相差及び減衰は比較的小さい。

図４を参照すると、排出ガス処理システム２８の上流及び下流の温度変化は、予め定められた温度変化値の等級に分類される。しかし、これらの等級の大きさは設定が可能であることを指摘したい。このようなサンプリングにより、説明対象の実施例において冷気運転時のＮＥＤＣに対応する与えられた設定可能な観察時間の間、種々の種類の排出ガス処理システムに対して、そしてまた排出ガス処理システム不在の場合において、これらの等級の各々について、排出ガス処理システム２８の上流及び下流の温度の導関数の値の数を定めることが可能になる。

この図４において、１サイクルの間に、上流の温度の導関数が１℃／ｓと１．５℃／ｓとの間で変化する確率が０．１３であることが分かる(曲線５)。この種類の運転では、１℃／ｓと１．５℃／ｓとの間の下流の温度の導関数応答を得る確率は、排出ガス処理システムの不在の場合に０．１３(曲線６)、熱慣性の小さいコンポーネントに対しては０．０６(曲線７)、そして熱慣性の大きいコンポーネント、この場合炭化ケイ素に基づくシステムに対しては０(曲線８)である。

したがって、用いられる排気ガス制御コンポーネントに依り、温度変化値等級による下流の温度の導関数の信号(応答)を得る確率が異なること、そして同じ種類の運転に対してそうであることが観察できる。

下流の温度の導関数のしきい値であって、そのしきい値より上では下流の温度の導関数についてより高い値を得る確率がゼロであるようなしきい値もまた生じる。このしきい値は、用いられる排気ガス制御コンポーネントの熱慣性に依存する。

特に、炭化ケイ素に基づく排出ガス処理システム２８に対しては、しきい値は１℃／ｓであり他方、コージライトに基づく排出ガス処理システムに対しては、しきい値は１．５℃／ｓである。

また、０．５℃／ｓと１℃／ｓとの間の温度変化値の等級に対しては、高い熱慣性の排出ガス処理システムを設けた排出ラインを、排出ガス処理システムを設けていない排出ラインから区別することは不可能なことである。したがって、図５に見られるように、排出ガス処理システムの存在の検出は、しきい値３（Ｓ３）よりも高い上流温度導関数、上流ｄＴに対してのみ行われる。説明対象の例においては、このしきい値は１℃／ｓに固定される。

この検出範囲Ｐは、その上限値においては、温度変化値等級であってこれらの変化値等級より上では温度変化の増加を得る確率がゼロであるようなこれらの温度変化値等級に対応するしきい値Ｓ４によって制限される。

前に図２を参照したときに見たように、排出ガス処理システム２８の存在の検出を行うために、センサ４０（第２の温度センサ）によって供給された信号から抽出された温度導関数、下流ｄＴが、較正されたしきい値Ｓ１と比較され、そしてこのしきい値Ｓ１を超える回数がカウントされ、決定Ｄを行うために列記される。

言い換えれば、下流のセンサ４０によって供給された信号から抽出された温度導関数が、しきい値Ｓ１と、排出ガス処理システム２８が不在のときの下流温度導関数の変化に対応する曲線６と、そして小さすぎる確率に対応する値を除去するための最小しきい値Ｓ６とにより定義される区域Ｓ５内に位置するときに、排出ガス処理システムが不在であると考えられる。

本発明に基づく排出ガス処理システムの存在を検出するためのデバイスを設けた排出ラインが取り付けられた自動車内燃エンジンの略図である。 排出ガス処理システムの存在を検出するためのデバイスの全体配置を示す略図である。 排出ガス処理システムの上流及び下流の熱信号の導関数を示す曲線を示す。 種々の排出ライン構成に対する温度の増加率を得る確率の変化を示す曲線を示す。 本発明の基本原理を表わす排出ガス処理システムの上流及び下流の温度の増加率を得る確率の変化を示す曲線を示す。

Claims (8)

1. 自動車内燃エンジンの排出ライン（２２）における排出ガス処理システム（２８）の存在を検出するための方法において、
   該方法が次のステップ、すなわち
   該排出ガス処理システム（２８）の上流の温度の導関数（上流のｄＴ）を定めるステップと、
   該排出ガス処理システム（２８）の下流の温度の導関数（下流のｄＴ）を定めるステップと、
   該排出ガス処理システムの上流の温度の導関数の予め定められたレベルを用いて、該排出ガス処理システムの下流の温度の導関数を、該排出ガス処理システムの不在を検出するためのしきい値（しきい値１）と比較するステップと、
   を含み、
   上流及び下流の温度変化が、予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級に分類され、そして
   該排出ガス処理システム（２８）の不在の検出が、１組の該予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級について行われることを特徴とする自動車内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システム（２８）の存在を検出するための方法。
2. 該しきい値（しきい値１）を超過する度に、カウンタ（４４）が増値され、そして
   該カウンタのカウントレベルが第２の予め定められたしきい値（しきい値２）を超えるときに該排出ガス処理システムが不在であることが結論付けられることを特徴とする請求項１による方法。
3. 該排出ガス処理システムの上流の温度の導関数が第３のしきい値（しきい値３）を超えるときに、該排出ガス処理システム（２８）の下流の温度の導関数（下流ｄＴ）が該しきい値（しきい値１）と比較されることを特徴とする請求項１及び２のうちのいずれかによる方法。
4. 該温度変化値等級の各々が、対応する温度変化の発生の確率に関連付けられ、
   該検出が、１つの温度変化値等級であって、その変化値等級より上では、指定された排出ガス処理システムが設けられた排出ライン（２２）に対して、対応する温度変化を得る確率がゼロであるような１つの温度変化値等級より高く、且つ別の１つの変化値等級であって、その変化値等級より上では、温度変化の増加を得る確率がゼロであるような別の１つの変化値等級より低い温度変化値に対して行われることを特徴とする請求項１による方法。
5. 予め定められたしきい値よりも高い、該排出ガス処理システムの下流の温度変化を得る確率が、排出ガス処理システムが設けられていない排出ラインに対して該温度変化を得る確率よりも低く且つ最小確率よりも高いときに、該排出ガス処理システム（２８）が不在であることが結論付けられることを特徴とする請求項４による方法。
6. 内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システム（２８）の存在を検出するためのデバイスであって、
   該排出ガス処理システムの上流及び下流の温度の導関数（上流のｄＴ、下流のｄＴ）を計算するための決定手段と、
   中央処理ユニット（３０）であって、該排出ガス処理システムの下流の温度の導関数の計算された値を、該排出ガス処理システムの不在を検出するためのしきい値（しきい値１）と比較するための比較手段（４２）を備え、上流及び下流の温度変化が、予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級に分類され、そして該排出ガス処理システム（２８）の不在の検出が、１組の該予め定められた温度変化値からなる温度変化値等級について行われる中央処理ユニット（３０）とを備える、内燃エンジンの排出ラインにおける排出ガス処理システム（２８）の存在を検出するためのデバイス。
7. その上、該デバイスが、該比較手段の出力によって制御されるカウンタ（４４）であって、該しきい値（しきい値１）を超過する度に、増値されるカウンタ（４４）と、
   カウントレベルを第２のしきい値（しきい値２）と比較するための第２の比較手段（４６）であって、該第２のしきい値を超えるときに該排出ガス処理システムが不在であることが結論付けられるような、第２の比較手段（４６）とを備えることを特徴とする請求項６によるデバイス。
8. 該デバイスが、該排出ガス処理システムの上流の温度の導関数の計算された値を第３のしきい値（しきい値３）と比較するための第３の比較手段（４８）を備え、
   該排出ガス処理システム（２８）の上流の温度の導関数が該第３のしきい値（しきい値３）を超えるときに、該排出ガス処理システム（２８）の下流の温度の導関数が該第１のしきい値（しきい値１）と比較されることを特徴とする、請求項７によるデバイス。

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