JPH10510610A - 触媒機の機能監視方法および監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自己着火形内燃機関の触媒機、例えば酸化触媒機および/または還元触媒機の機能監視方法および監視装置が記載される。出力信号を形成するセンサが設けられており、この出力信号は排ガス中の炭化水素の割合を指示する。センサの出力信号に依存して触媒機の瑕疵が識別される。

Description

【発明の詳細な説明】 触媒機の機能監視方法および監視装置 従来の技術 本発明は、請求項１の上位概念による触媒機の機能監視方法および監視装置に 関する。 米国特許１８２９０７号明細書から、触媒機の監視方法および監視装置が公知 である。触媒機の上流と下流にそれぞれ１つのセンサが配置され、このセンサは 排ガス中の炭化水素成分を検出する。触媒機の上流と下流における炭化水素含有 量を比較することにより、触媒機の欠陥が識別される。ここでの欠点は２つのセ ンサが必要なことである。 自己着火形内燃機関の排ガスは、これが大きな過剰空気によって駆動されると いう事実から高いＮＯｘ放出につながりやすい。このことはとくに、直噴形の内 燃機関で強く発生する。この放出を低減するために、還元触媒機を使用すること ができる。ＮＯｘを還元するために、触媒機の上流で付加的に燃料を調量し、こ れが触媒機で置換される。 さらにディーゼル機関の場合、酸化触媒機により排ガスを後処理する。これに より炭化水素放出（ＨＣ放出）は格段に低減される。 このような手段は例えば、ＤＥ−ＯＳ４４４１２６ １に記載されている。 米国ではいわゆるオンボード診断（ＯＢＤ）が要求される。このことは所定の 素子を常時監視し、故障、例えば機関の排ガス放出の悪化を運転者に指示するこ とを意味する。ＮＯｘ触媒機に対しては調量される燃料に基づいて監視が要求さ れる。 発明の課題 本発明の課題は、低コストで酸化触媒機でもＮＯｘ触媒機でも効率の低下を診 断することもできる診断法方および診断装置を提供することである。 発明の利点 本発明の手段によって、触媒機の効率低下が動作中に識別される。 本発明の利点と有利な構成は従属請求項に記載されている。 図面 本発明を以下図面に示された実施例に基づき詳細に説明する。図１は内燃機関 と触媒機の全体概略図、図２はブロック回路図、図３は第１の実施例のフローチ ャート、図４はブロック回路図、図５は診断方法の第２の実施例のフローチャー トである。 実施例の説明 図１には内燃機関１００が概略的に示されている。ここでは有利には自己着火 形内燃機関を取り扱う。吸気管１０５を介して内燃機関に新鮮空気が供給され、 排ガス管１１０を介して内燃機関の排ガスが放出される。排ガス管には還元触媒 機１１５と酸化触媒機１２０が配置されている。両方の触媒機が構造的に１つの ユニットを形成するようにすると特に有利である。 温度センサ１２５は排ガス温度Ｔを検出する。調量装置１３０によって動作特 性マップに依存した燃料量ＱＤを排ガスに供給することができる。さらに炭化水 素センサ１３５（ＨＣセンサ）が設けられている。このセンサは排ガス中の非燃 焼炭化水素の割合を検出する。このセンサの送出する信号は炭化水素の割合に相 応する。 回転数センサ１４５は内燃機関の回転数Ｎを検出する。燃料調量装置１４５は 内燃機関に所定の燃料量ＱＫを調量する。 センサ１５０は吸気される空気量ＱＬを検出する。制御ユニットは、センサ１ ２５、１３５、１４０、１５０により生成された信号を処理する。制御ユニット １５５はまた、燃料調量ユニット１４５並びに調量装置１３０に制御信号を供給 する。 この装置は次のように動作する。種々の動作パラメータ、例えば回転数および 運転者の希望に依存して、制御ユニット１５５は噴射すべき燃料量ＱＫを計算す る。この燃料量ＱＫは燃料調量ユニット１４５に供給される。燃料調量ユニット は婦負年機関に相応の燃料量を調量する。この燃料は内燃機関で供給される空気 量ＱＬと共に燃焼される。ここで発生する排ガスは窒化酸化物ＮＯｘと非燃焼炭 化水素ＨＣを含んでいる。 これら構成成分は２つの触媒機１１５と１２０で無害な化合物ＣＯ₂とＨ₂Ｏに 置換される。ＮＯｘを還元するためには所定量の炭化水素ＨＣを排ガスに添加し なければならない。このことは例えば調量装置１３０によって行うことができる 。このために制御ユニットは所要の調量量ＱＤを計算し、調量装置１３０を相応 に制御する。 酸化触媒１２０の動作が不十分であると、触媒機の下流で排ガス中の非燃焼炭 化水素の割合が高まる。相応して、還元触媒機１１５の故障の場合は、調量され た燃料が置換されず、このことにより同様に炭化水素放出が高まる。この炭化水 素は炭化水素センサ１３５によって排ガス中で検出することができる。 ＨＣセンサ１３５による触媒機の監視は次のことのため困難となる。すなわち 、所定の動作状態では触媒機が完全に機能していても排ガス中の炭化水素放出が 高まるため監視が困難となる。 この短時間の炭化水素放出がエラー表示につながってはならない。さらに監視 は触媒機が作動しているときにだけ行わなければならない。 本発明によれば次のように行われる。 本発明の方法では、触媒機が完全であると識別する。このことは触媒機が故障 であると識別する方法より も有利であると判明した。さらに積分測定が実行される。なぜならこの場合、不 規則性の短時間の影響が低減されるからである。 監視装置の実施例が図２に示されている。図１にすでに示した素子には相応す る参照符号が付してある。動作領域識別部２００には、温度センサ１２５、回転 数センサ１４０および量設定部１４６の出力信号が供給される。 量設定部１４６は信号ＱＫを生成する。この信号ＱＫは噴射すべき燃料量ＱＫ を定め、これにより素子１４５が制御される。択一的に、制御ユニット１５５に 存在する別の量信号を使用することもできる。この信号並びに調量設定部１３１ の出力信号ＱＤは比較器２２０の負の入力側に供給される。この比較器の正の入 力側には炭化水素センサ１３５の出力信号が供給される。 比較器２２０の出力信号はスイッチ手段２３０を介してカウンタ２３５と接続 されている。動作領域識別部２００は、スイッチ手段２３０とカウンタ２３５、 ２４０に信号を供給する。カウンタ２３５と２４０の出力信号は処理部２４５に 供給される。処理部もエラー指示部２５０に信号を供給する。エラー指示部２５ ０は例えば警報ランプであり、運転者に触媒機の故障を指示する。択一的に記憶 素子とすることもでき、この記憶素子にエラーを記憶し、後の時点で、例えば工 場点検の際に読み出すことができる。 この装置の機能を図３のフローチャートに基づいて説明する。第１のステップ ３００で、カウンタ２４０の計数状態ＺＵとカウンタ２３５の計数状態ＺＯがゼ ロにセットされる。引き続きステップ３１０で、種々の動作パラメータ、例えば 排ガス温度Ｔ、噴射すべき燃料量ＱＫおよび回転数Ｎが検出される。 ステップ３２０で、特性マップ２１０から閾値ＳＷが読み出される。特性マッ プ２１０には閾値が、排ガス温度Ｔ，噴射すべき燃料ＱＫ，回転数Ｎおよび/ま たは調量量ＱＤのパラメータの少なくとも１つに依存してファイルされている。 排ガス温度、噴射すべき燃料量ＱＫおよび回転数に基づいて、動作領域識別部 ２００はステップ３３０で、触媒機の監視が可能である動作領域か否かを検査す る。このような動作状態が識別されなければ、プログラムステップ３１０が続く 。監視が有意に可能である動作領域が識別されれば、ステップ３４０でカウンタ ２４０の計数状態ＺＵが１だけカウントアップされる。この計数状態は、監視が 可能である持続時間に相応する。 温度Ｔが最低温度を越えていれば監視が可能である。さらに噴射される燃料量 ＱＫおよび／または調量量ＱＤが最小値を越えていなければならない。 引き続き比較器２２０がステップ３５０で、炭化水 素センサ１３５の出力信号ＨＣが閾値ＳＷより大きいか否かを検査する。大きく なければステップ３６０で、カウンタ２３５の計数状態ＺＯが１だけかうんとア ップされる。計数状態ＺＯは、触媒機が完全であると識別された持続時間に相応 する。 信号ＨＣが閾値より大きければ、ステップ３６０に続いて問い合わせ３７０で 、カウンタ２４０の計数状態ＺＵが閾値Ｓ１より大きいか否か検査される。大き くなければ新たにステップ３１０が実行される。 計数状態ＺＵが閾値Ｓ１より大きければ、問い合わせ３８０で計数状態ＺＯが 第２の閾値Ｓ２より大きいか否かが検査される。大きくなければステップ３９０ でエラーが識別される。計数状態が閾値より大きいかまたは等しければ、ステッ プ３９５でエラーの存在しないことが識別される。引き続きプログラムは終了し 、次の機関始動後に初めて新たに初期化される。択一的にプログラムを新たにス テップ３００から開始することもできる。 タイムカウンタ２４０は、監視が有意に可能である時間を計数する。さらにセ ンサ１３５の瞬時の炭化水素値が限界値ＳＷと比較される。センサの値が限界値 より小さい限り、触媒機は監視領域にあり、第２のカウンタ２３５で時間が計数 される。この時間は、触媒機が正常に動作している時間に相応する。処理論理回 路２４５は監視タイムカウンタ２４０を限界値と比較 する。これを上回っていれば、すなわち測定時間の終了に達していれば、カウン タ２３５が読み出される。この値が最小値よりも上にあれば、触媒機は正常であ る。 簡単な実施例では、固定の閾値ＳＷを用いるようにすることもできる。付加的 にやはり制御ユニット１５５に存在する他の動作パラメータ、例えば空気量また は噴射開始を閾値ＳＷの形成のために用いることもできる。 図４には、量を監視することによる本発明の手段の別の構成が示されている。 すでに説明した素子には相応の参照符号が付してある。特性マップ２１０の出力 信号は結合点４３０、結合点４４０およびスイッチ４５０を介して積分器４１０ に供給される。空気量計１５０の出力信号はスイッチ手段４２５を介して積分器 ４００に供給される。 ２つの積分器４００と４１０の出力信号は処理部４２０によって評価され、処 理部はエラー指示部２５０を制御する。スイッチ手段４２５と４５０は動作領域 識別部２００により制御される。 この装置の機能を図５のフローチャートに基づいて説明する。第１のステップ ５００で、積分器４００の内容ＩＭＬと積分器４１０の内容ＩＨＣがゼロにセッ トされる。ステップ５１０で、種々の動作パラメータが検出される。問い合わせ ５２０で動作領域識別部２ ００が所定の動作領域の存在していないことを識別すると、新たにステップ５１ ０が実行される。しかし動作領域識別部２００が所定の動作領域の存在を識別す るとする。 監視は、温度Ｔが最小温度を上回り、噴射される燃料量ＱＫおよび/または調 量量ＱＤが最小値を上回るときに行われる。 所定の動作領域が存在していると、スイッチ手段４２５と４５０が導通制御さ れ、このことによりステップ５３０で出力信号ＱＬが積分器４００で積分される 。さらにステップ５４０で特性マップ２１０により限界値ＧＷが排ガス温度、噴 射される燃料量ＱＫ，回転数Ｎおよび調量量ＱＤの関数として定められる。 結合点４３０により、炭化水素濃度ＨＣに対して検出された値と限界値ＧＷと の差が形成される。結合点４４０でこの値が空気量ＱＬと乗算される。この計算 はステップ５５０で行われる。引き続き、積分器４１０がステップ５６０でこの 値ＤＨＣを積分する。 処理部４２０は問い合わせ５７０で、積分器４００の内容が閾値Ｓ３を越えて いるか否かを検査する。越えていなければ新たにステップ５１０が実行される。 越えている場合には、問い合わせ５８０で処理部４１０により、積分器４１０の 内容ＩＨＣが閾値Ｓ４を越えているか否かが検査される。越えていればステップ ５９０でエラーが識別される。越えていなければ所為 部４２０はステップ５９５で触媒機の正常動作を識別する。 この実施例では、排ガス温度、噴射量および回転数に基づいて、いつ監視を行 うことができるかが識別される。瞬時に測定された炭化水素値ＨＣから限界値Ｇ Ｗが減算される。この限界値は特性マップを介して、排ガス温度Ｔ，噴射量ＱＫ ，回転数Ｎおよび調量量ＱＤから形成される。測定された炭化水素値ＨＣと限界 値ＧＷとの差は、正常に機能している触媒機に対する排ガスの有害物質含有量の 差を表す。この差は瞬時の空気質量流と乗算される。これにより瞬時の有害物質 質量流が得られる。監視時間の間、この有害物質質量流が積分器で加算される。 処理論理回路は常時、監視される空気質量が最小値Ｓ３に達しているか否かを検 査する。達していれば、有害物質質量ＩＨＣが最大値Ｓ４を越えているか否かが 検査される。越えていればエラーが識別される。本発明の構成に応じて、検査が 車両の始動後１回だけ実行される。択一的に、検査を各プログラム実行後に新た に開始することもできる。 択一的に、排ガス温度を直接測定するのではなく、種々の動作パラメータから 温度モデルを介して計算することもできる。 カウンタないし積分器によって、触媒機の短時間のエラー特性に対し非常に頑 強な監視を行うことができる。検査方法はとくに走行が乱暴なときに確実に試験 を実行するのに適する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 自己着火形内燃機関の触媒機、例えば酸化触媒機および/または還元触 媒機の機能監視方法であって、出力信号を形成するセンサが設けられており、該 出力信号は排ガス中の炭化水素の割合を指示するものである監視方法において、 前記センサの出力信号と、動作パラメータに依存して設定可能なパラメータと に基づいて、触媒機の瑕疵を識別する、ことを特徴とする監視方法。 ２． 触媒機の監視が有意である持続時間に対する尺度である第１のパラメー タが検出可能であり、触媒機が正常に動作している持続時間に対する尺度である 第２のパラメータが検出可能であり、 第１のパラメータと第２のパラメータとの比較に基づいて触媒機の瑕疵を識別 する請求項１記載の方法。 ３． 触媒機の検査を、所定の動作状態が存在するときだけ行う、請求項２記 載の方法。 ４． 監視が行われる所定の動作状態が、回転数および噴射される燃料量の少 なくとも１つに依存して設定可能である、請求項３記載の方法。 ５． 触媒機の正常動作を、排ガスの炭化水素の割合が閾値を越えていないと きに識別する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。 ６． 閾値は、排ガス温度、噴射量、回転数および 調量量のパラメータの少なくとも１つに依存する、請求項１から５までのいずれ か１項記載の方法。 ７． 所定の動作状態が存在している第１の持続時間と、触媒機の正常動作が 識別される第２の持続時間を検出し、第１と第２の持続時間が背負い底の値以上 相互に偏差しているときにエラーを識別する、請求項１から６までのいずれか１ 項記載の方法。 ８． 所定の動作状態が存在しているときの放出される有害物質量を検出し、 有害物質量が所定の閾値を越えるときにエラーを識別する、請求項１から７ま でのいずれか１項記載の方法。 ９． 有害物質量は、炭化水素の検出された割合、特性マップ値および空気量 値に基づいて検出可能である、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。 １０． 自己着火形内燃機関の触媒機、例えば酸化触媒機および/または還元 触媒機の機能監視装置において、 センサが設けられており、該センサは出力信号を形成し、該出力信号は排ガス 中の炭化水素の割合を指示し、センサの出力信号に依存する手段を用いて触媒機 の瑕疵を識別する、ことを特徴とする監視装置。