KR101369790B1 - 배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 배기가스 프로브를위한 진단 장치 - Google Patents

배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 배기가스 프로브를위한 진단 장치 Download PDF

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Abstract

배기가스 프로브가 내연기관의 배기가스관에 있는 촉매 변환기의 하류에 배치된다. 배기가스 프로의 측정 신호(MS2)의 신호 다이내믹을 나타내는 제 1 품질 값(GW1)이 배기가스 프로브의 측정 신호의 함수로서 결정된다. 만약 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 하나의 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타낸다면, 배기가스 프로브는 정확하게 동작하는 것으로서 진단된다. 만약 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 상기 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타내지 않는다면, 산소를 로딩하는 것 및/또는 적어도 두 가지의 상이한 공기/연료 비들로 산소를 비우는 것을 포함하는 촉매 변환기 진단이 수행된다. 촉매 변환기 진단에 따라, 배기가스 프로브는 정확하게 기능하는 것으로 또는 부정확하게 동작하는 것으로서 진단된다.

Description

배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 배기가스 프로브를 위한 진단 장치{DIAGNOSTIC METHOD FOR AN EXHAUST GAS PROBE AND DIAGNOSTIC DEVICE FOR AN EXHAUST GAS PROBE}
도 1은 내연기관을 나타내는 도면.
도 2는 내연기관의 제어 장치의 일부에 대한 블록도.
도 3은 제어 장치에서 실행되는 프로그램의 흐름도.
도 4는 제 1 신호 파형들을 나타내는 도면.
도 5는 제 2 신호 파형들을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부호에 대한 설명 *
1 : 흡입관 2 : 엔진 블록
3 : 실린더 헤드 4 : 배기가스관
6 : 매니폴드 7 : 흡입 파이프
8 : 크랭크축 10 : 접속 로드
11 : 피스톤 12 : 주입 밸브
13 : 배출 밸브 19 : 스파크 플러그
21 : 촉매 변환기 43 : 배기가스 프로브
본 발명은 내연기관의 배기가스관에서 배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 진단 장치에 관한 것으로, 상기 배기가스 프로브는 배기가스관 내에 있는 촉매 변환기(catalytic converter)의 다음에 배치된다.
내연기관들이 배치되는 자동차의 허용가능한 오염 배출물에 관련하여 점차 엄격한 법규정은 내연기관의 동작 동안에 상기 오염 배출물로 하여금 절대 최소치로 유지되도록 한다. 이는 한편으로는 내연기관의 각각의 실린더에서 공기/연료 혼합물의 연소 동안에 발생되는 오염 배출물들을 감소시킴으로써 이루어질 수 있다. 다른 한편으로는, 배기가스 후처리 시스템들이 내연기관들에서 사용되고, 상기 배기가스 후처리 시스템들은 각각의 실린더에서 공기/연료 혼합물의 연소 과정 동안에 발생되는 오염 배출물들을 무해한 물질들로 변환시킨다. 이를 위해서, 일산화탄소, 탄화수소 및 질소 산화물들을 무해한 물질들로 변환시키는 촉매 변환기들이 사용된다. 연소 동안에 오염 배출물들 생성의 의도된 영향 및 배기가스 촉매 변환기를 통한 고도의 효율성을 갖는 오염성분들의 변환 양쪽 모두는 각각의 실린더에서 공기/연료 비가 매우 정확하게 조정되어야 하는 것을 필요로 한다.
이와 관련해서는, 배기가스 후처리 시스템의 구성성분들이 긴 서비스 수명에 걸쳐 원하는 방식으로 또한 동작하고 결함들이 신뢰적으로 검출되는 것이 보장되어야 한다.
이와 관련해서, 예컨대 배기가스 프로브와 같은 센서들에서의 결함들이 정확 하고 신뢰적으로 검출되는 것이 또한 중요하다.
본 발명의 목적은 배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 진단 장치를 제작하는 것으로서, 상기 진단 장치는 내연기관의 배기가스관의 촉맨 변환기의 하류(downstream)에 위치되고, 상기 진단 방법 및 진단 장치 모두는 간단하고 신뢰적이다.
상기 목적은 독립항들의 특징들에 의해서 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예들이 종속항들에 기재되어 있다.
본 발명은 배기가스 프로브를 위한 진단 방법 및 그에 상응하는 진단 장치에 의해서 특징되는데, 상기 진단 장치는 내연기관의 배기가스관의 촉매 변환기의 하류에 위치된다. 배기가스 프로브의 측정 신호에 대한 신호 다이내믹(dynamic)을 나타내는 제 1 품질 값이 배기가스 프로브의 측정 신호의 함수로서 결정된다. 만약 제 1 품질 값이 적어도 하나의 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타낸다면, 배기가스 프로브는 정확히 기능하는 것으로 진단된다. 이는, 내연기관 변화들의 통상적인 동작이 부유(rich) 공기/연료 혼합과 희박(lean) 공기/연료 혼합 사이 및 그 반대의 사이에서 발생하고 또한 상기 변화는 불규칙한 형태로 이루어진다는 인지에 기초한다. 따라서, 정확하게 기능하는 배기가스 프로브의 경우에는, 배기가스 프로브의 측정 신호는 특히 촉매 변환기가 자신에게 저장될 수 있는 산소가 완전히 비어있을 때나 또는 그 산소의 저장이 완전히 로드되었을 때 상응하는 신호 다이내믹을 나타낸다. 통상적으로, 촉매 변환기가 노화되었을 때는, 그것의 산소 저장 용량이 또한 감소하고, 그로 인해서 내연기관이 통상적으로 동작하고 배기가스 프로브가 정확하게 기능하는 동안에, 배기가스 프로브의 신호 다이내믹이 증가한다. 따라서, 특히 내연기관이 정상적으로 동작하는 동안에는 상기 내연기관을 추가적으로 조정할 필요없이 제 1 품질 값이 매우 쉽게 결정될 수 있다. 따라서, 제 1 품질 값에 기초하여, 촉매 변환기의 하류에 있는 적어도 하나의 정확히 기능하는 배기가스 프로브가 특히 상기 촉매 변환기의 산호 저장 용량이 감소하는 경우에 매우 쉽게 진단될 수 있다.
만약 제 1 품질 값이 적어도 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타내지 않는다면, 촉매 변환기 진단이 수행된다. 이는 적어도 두 가지의 상이한 공기/연료 비들로 산소를 촉매 변환기에 로딩하고 및/또는 촉매 변환기에서 산소를 비우는 것을 필요로 한다. 촉매 변환기 진단에 따라, 배기가스 프로브는 정확하게 기능하거나 부정확하게 기능하는 것으로서 진단된다. 이러한 방식에서는, 만약 제 1 품질 값에 기초해서 배기가스 프로브가 정확하게 기능하는 것으로서 진단될 수 없다면, 하류의 촉매 변환기 진단을 통해서 배기가스 프로브가 정확하게 또는 부정확하게 기능하고 있는지 여부를 결정하는 것이 가능하다. 두 가지의 상이한 공기/연료 비를 제공함으로써, 촉매 변환기의 산소 저장 용량 변화의 영향이 추가적으로 배기가스 프로브의 반응 동작으로부터 독립될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 품질 값은 배기가스 프로브의 측정 신호의 기울기의 함수로서 결정된다. 배기가스 프로브의 측정 신호의 기울기는 예컨대 선택가능한 시간 구간과 같은 내연기관의 정상 동작 동안에 특별히 쉽게 결정될 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제 1 품질 값은 배기가스 프로브에 의해 감지되는 희박 공기/연료 비로부터 부유 공기/연료 비로의 변이를 나타내는 측정 신호의 변이를 위해 배기가스 프로브의 측정 신호의 신호 다이내믹과 관련하여 결정된다. 이는, 지금까지는 배기가스 프로브의 희박 공기/연료 비로부터 부유 공기/연료 비로의 그러한 변이에 대해서 배기가스 프로브를 진단할 가능성, 특히 신뢰적으로 진단할 가능성들이 존재하지 않았기 때문에, 특히 유리하다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 화학량론적인 공기/연료 비로 강제 자극 신호(forced stimulation signal)를 변조함으로써 기준 공기/연료 비가 결정되고, 이때 상기 강제 자극 신호의 진폭은 제 1 진폭 값으로 설정되고, 강제 자극 신호의 주파수는 촉매 변환기 진단 동안에 제 1 공기/연료 비를 설정하기 위해서 제 1 주파수로 설정된다. 촉매 변환기 진단 동안에 제 2 공기/연료 비를 설정하기 위해서, 강제 자극 신호의 진폭은 제 2 진폭 값으로 설정되고, 강제 자극 신호의 주파수는 제 2 주파수로 설정된다. 제 1 진폭과 제 1 주파수의 곱은 제 2 진폭과 제 2 주파수의 곱과 동일하다. 이러한 방식으로, 촉매 변환기 진단이 특별히 쉽게 수행될 수 있는데, 그 이유는 강제 자극이 여하튼 가능한 산소 센서 배출 제어 설비의 일부로서 제공되기 때문이다.
만약 배기가스 프로브의 측정 신호가 촉매 변환기 진단 과정 중에 평가된다면 특별히 유리하다. 이러한 방식에서는, 진단될 구성성분과 관련되는 측정 신호가 또한 평가될 것이다.
이와 관련해서는, 배기가스 프로브의 측정 신호가 촉매 변환기 진단 과정 중에 기준 값과 관련하여 적분된다. 이러한 방식을 통해, 특히 가능한 개별적인 에러적으로 측정된 값들 또는 배기가스 프로브의 측정 신호의 가능한 잡음에 대해서 진단이 특별히 정확하게 수행될 수 있다.
기준 값은 바람직하게도 화학량론적인 공기/연료 비의 경우에 통상의 측정 신호에 거의 상응하도록 적절히 선택된다.
이와 관련해서, 만약 촉매 변환기 진단 중에 배기가스 프로브의 측정 신호가 기준 값과 관련하여 적분되고 있다면 바람직하고, 배기가스관 내에서 배기가스의 온도가 고려된다. 이러한 방식을 통해, 진단은 더욱더 정확하게 수행될 수 있는데, 그 이유는 촉매 변환기들의 산소 저장 용량이 배기가스 온도에 따라 좌우되기 때문이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 제 2 품질 값이 촉매 변환기 진단 중에 제 1 공기/연료 비와 관련하여 결정된다. 제 3 품질 값이 상기 제 2 공기/연료 비와 관련하여 결정된다. 제 2 및 제 3 품질 값에 따라서, 배기가스 프로브가 정확하게 기능하는 것으로서 또는 부정하게 기능하는 것으로서 진단된다. 이러한 방식을 통해, 배기가스 프로브의 작동에 대해서 진단의 특별히 높은 상관관계가 보장될 수 있고, 그로 인해서 배기가스 프로브의 매우 정확한 진단이 보장될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예들이 개략적인 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다.
도면들에 걸쳐서 동일한 구성 기능의 엘리먼트들은 동일한 참조부호들로 식별되어 있다.
내연기관(도 1)은 흡입관(1), 엔진 블록(2), 실린더 헤드(3) 및 배기가스관(4)을 포함한다. 흡입관(1)은 바람직하게도 스로틀 밸브(throttle valve)(5)뿐만 아니라 매니폴드(6), 및 엔진 블록(2)으로의 주입 포트를 통해 실린더(Z1)에 라우팅되는 흡입 파이프(7)를 포함한다. 엔진 블록(2)은 또한 접속 로드(10)를 통해 실린더(Z1)의 피스톤(11)에 연결되는 크랭크축(8)을 포함한다.
실린더 헤드(3)는 가스 주입 밸브(12) 및 가스 배출 밸브(13)를 갖는 밸브 트레인 어셈블리를 포함한다.
실린더 헤드(3)는 분사 밸브(injection valve)(18) 및 스파크 플러그(19)를 또한 포함한다. 대안적으로, 분사 밸브(18)는 흡입 파이프(7)에도 배치될 수 있다.
배기가스관에는 3-방식 촉매 변환기로서 바람직하게 구현되는 촉매 변환기(21)가 배치된다. 상기 촉매 변환기(21)는 또한 NOx 촉매 변환기로서도 구현될 수 있다. 3-방식 촉매 변환기에 부가하여 NOx 촉매 변환기가 제공될 수도 있다. 하나보다 많은 수의 3-방식 촉매 변환기가 또한 존재할 수 있다.
측정되는 상이한 변수들을 기록하고 또한 각각의 경우에 상기 측정되는 변수의 값을 결정하는 센서들이 할당된 제어 장치(25)가 제공된다. 동작 변수들은 측정되는 변수들 및 그로부터 유도되는 변수들을 포함한다.
동작 변수들 중 적어도 하나의 함수로서, 제어 장치(25)는 상응하는 작동 드라이브들을 통해 작동 엘리먼트들을 제어하기 위한 하나 이상의 작동 신호들로 변환되는 작동 변수들을 결정한다. 제어 장치(25)는 또한 진단 장치로서 지정될 수 있다.
센서들은 가속 페달(27)의 페달 위치를 기록하는 페달 위치 센서(26), 스로틀 밸브(5) 앞에 있으면서 공기류량을 기록하는 공기류량 센서(28), 흡입 공기 온도를 기록하는 제 1 온도 센서(32), 매니폴드(6)에서의 흡입 파이프 압력을 기록하는 흡입 파이프 압력 센서(34), 회전 속도가 할당되는 크랭크축 각도를 기록하는 크랭크축 각도 센서(36), 및 냉각수 온도를 기록하는 제 2 온도 센서(38)이다.
또한, 촉매 변환기(21) 앞에 배치되거나 또는 촉매 변환기(21) 내에 배치되면서 배기가스의 잔류 산소량을 기록하는 제 1 배기가스 프로브(42)가 제공되는데, 상기 제 1 배기가스 프로브(42)의 측정 신호(MS1)는 연료의 산화에 앞서서 실린더(Z1)의 연소 챔버 내이면서 또한 상기 제 1 배기가스 프로브 앞에서의 공기/연료 비의 특징이며, 상기 공기/연료 비율은 실린더들(Z1 내지 Z4)에서의 공기/연료 비로서 이후에 지칭된다.
촉매 변환기(21) 하류에 배치되면서 배기가스의 잔류 산소량을 기록하는 제 2 배기가스 프로브(43)가 또한 제공되는데, 상기 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)는 연료의 산화에 앞서서 실린더(Z1)의 연소 챔버 내이면서 또한 상기 제 2 배기가스 프로브 앞에서의 공기/연료 비의 특징이며, 상기 공기/연료 비는 촉매 변환기(21) 하류의 공기/연료 비로서 이후에 지칭된다.
제 1 배기가스 프로브(42)는 바람직하게도 선형 람다 프로브이다. 제 2 배기가스 프로브(43)는 이진 람다 프로브이다. 그러나, 제 2 배기가스 프로브(43)도 선형 람다 프로브일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 앞서 설명된 센서들로 이루어진 임의의 서브세트가 존재하거나, 또는 추가적인 센서들이 또한 존재할 수 있다.
작동 엘리먼트들은 예컨대 스로틀 밸브(5), 가스 주입 및 가스 배출 밸브들(12, 13), 분사 밸브(18) 또는 스파크 플러그(19)이다.
바람직하게는, 상기 실린더(Z1) 이외에도 추가적인 실린더들(Z2 또는 Z2)이 또한 제공되는데, 상기 추가적인 실린더들은 작동 엘리먼트에 해당하며, 적절한 경우에는 센서들이 또한 할당된다.
제어 장치(25)의 일부에 대한 블록도가 도 2에 도시되어 있다. 특별히 간단한 실시예에서는, 미리 정해진 원래(raw) 공기/연료 비(LAMB_SP_RAW)가 고정 값으로서 정해질 수 있다. 그러나, 바람직하게는, 그것은 예컨대 균일 동작 모드나 시프트 동작 모드와 같은 내연기관의 현재 동작 모드의 함수로서 및/또는 내연기관의 동작 변수의 함수로서 결정된다. 특히, 미리 정해진 원래 공기/연료 비(LAMB_SP_RAW)가 대략 화학량론적인 공기/연료 비로서 정해질 수 있다.
강제 자극이 블록(B1)에서 결정되고, 미리 정해진 원래 공기/연료 비(LAMB_SP_RAW)가 제 1 합계 포인트(SUM1)에서 합계된다. 강제 자극은 유사-직사각형 신호(quasi-rectangular signal)이다. 다음으로, 합계 포인트의 출력 변수는 실린더들(Z1 내지 Z4)의 연소 챔버들에서의 미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)다.
미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)는 블록(B2)에 공급되는데, 상기 블록(B2)은 사전제어부를 포함하며 미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)의 함수로서 람다 사전제어 계수(LAMB_FAC_PC)를 생성한다.
제 2 측정 신호의 함수로서 트림 신호(trim signal)를 생성하는 트림 제어기가 또한 제공된다. 제 1 배기가스 프로브(42)에 의해서 기록되는 공기/연료 비(LAMB/AV)가 트림 신호의 함수로서 결합 포인트(V1)에서 정정되고, 이러한 방식으로 정정되어진 기록된 공기/연료 비가 획득된다.
제 2 합계 포인트(SUM2)에서는, 차이를 형성함으로써, 블록(B4)으로의 입력 변수인 제어 차이(D_LAMB)가 미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP) 및 정정되어진 기록된 공기/연료 비(LAMB_AV_COR)의 함수로서 결정된다. 선형 람다 제어기가 블록(B4)에서 구현되며, 또한 바람직하게는 PII2D 제어기로서 구현된다. 블록(B4)의 선형 람다 제어기의 작동 변수는 람다 제어 계수(LAM_FAC_FB)이다.
미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)는 또한 합계 포인트(S2)에서 상기 차이를 형성하기 이전에 필터링이 이루어질 수 있다.
측량되어질 연료량(MFF)이 예컨대 공기류량일 수 있는 부하(LOAD)의 함수로서 결정되는 블록(B6)이 또한 제공된다. 측량되어질 정정된 연료량이 람다 사전-제어 계수(LAM_FAC_PC)의 측량되어질 연료량과 람다 제어 계수(LAM_FAC_FB)의 측량되어질 연료량의 곱을 형성함으로써 곱셈 포인트(M1)에서 결정된다. 이어서, 분사 밸브(18)가 측량되어질 정정된 연료량(MFF_COR)을 측량할 목적으로 적절히 동작된다.
촉매 변환기(21) 하류에 배치되는 제 2 배기가스 프로브(43)의 진단을 수행하기 위한 프로그램이 제어 장치의 메모리에 저장되고 내연기관이 동작하고 있는 동안에 그 제어 장치에서 실행된다. 그 프로그램은 도 3의 흐름도를 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다. 프로그램은 단계(S1)에서 시작된다. 이는 예컨대 내연기관의 개시 시간에 근접하여 이루어지거나, 또는 그렇지 않으면 제 2 배기가스 프로브(43)의 진단이 수행될 임의의 미리 정해질 수 있는 시간에 이루어진다. 여기서는 적용가능한 변수들이 단계(S1)에서 초기화된다.
제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 기울기(GRAD)가 단계(S2)에서 결정된다.
단계(S4)에서는, 제 1 품질 값(GW1)이 기울기(GRAD)의 함수로서 결정된다. 단계(S2)에서 결정된 기울기(GRAD)는 예컨대 제 1 품질 값(GW1)에 직접 할당될 수 있다. 그러나, 그것은 또한 예컨대 임의적으로 정규화될 수 있거나, 또는 예컨대 적합한 필터링 등이 이루어질 수 있다.
다음으로, 진단(DIAG)이 단계(S10)에서 수행된다. 제 1 품질 값(GW1)이 제 1 임계값(THD1)보다 큰지 여부를 결정하기 위한 검사가 단계(S10)에서 실행된다. 이와 관련해서, 제 1 임계값(THD1)은, 만약 제 1 품질 값이 제 1 임계값(THD1)보다 큰 경우에 제 2 배기가스 프로브(43)가 충분한 신호 다이내믹을 가짐으로써 촉매 변환기 영향에 상관없이 정확하게 기능할 수 있도록 보장되는 방식으로 정해진다. 제 1 임계값(THD1)은 실험적으로 결정될 수 있다. 제 1 품질 값(GW1)이 양의 부호뿐만 아니라 음의 부호도 갖는 기울기들을 고려하여 단계(S4)에서 결정될 수 있다.
그러나, 단계(S4)에 대한 대안으로서, 기울기(GRAD)의 값들이 제로보다 작은 경우에 그 기울기(GRAD)의 값들의 함수로서 제 1 품질 값(GW1)이 간단히 결정되고 그로 인해 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)가 음의 경사를 갖는 것이 단계(S6)에서 제공될 수도 있다. 다음으로, 제 1 품질 값(GW1)은 부유 공기/연료 혼합으로부터 희박 공기/연료 혼합으로 변이하는 제 2 배기가스 프로브(43)의 신호 다이내믹을 일관되게 나타낸다. 게다가, 단계(S8)가 또한 단계(S4)에 대한 대안으로서 제공될 수 있다.
단계(S8)에 따르면, 제 1 품질 값(GW1)이 제로보다 큰 기울기(GRAD)의 값들의 함수로서 결정된다. 이러한 방식으로, 제 1 품질 값(GW1)은 제 2 배기가스 프로브(43)에 의해 감지되는 희박 혼합으로부터 부유 혼합으로의 변이에 대해 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)에 대한 신호 다이내믹을 나타낸다. 특히, 이와 관련해서 제 2 배기가스 프로브(43)의 진단은 도 3에 따른 프로그램의 특별히 바람직한 적용 영역이다. 단계(S6)를 갖는 도 3의 프로그램의 제 1 버전 및 단계(S8)를 갖는 프로그램의 제 2 버전도 물론 제어 장치에서 실행될 수 있다.
만약 단계(S10)에서 획득된 결과가 제 1 품질 값(SW1)이 제 1 임계값(THD1)보다 크다는 것이면, 단계(S12)에서 진단(DIAG)은 제 2 배기가스 프로브(43)가 어떠한 에러들도 갖지 않는다(NE)고 결정한다. 다음으로, 프로그램은 단계(S28)에서 종료될 수 있다.
단계(S10)에서 명시된 조건들 이외에도, 단계(S1)에서 프로그램의 개시 이후에 미리 정해질 수 있는 시간 기간이 경과하였는지 여부, 또는 예컨대 단계(S1)에서 프로그램의 개시 이후에 내연기관이 오버런 연료 차단의 동작 조건이 적어도 한 번은 발생하는지 여부를 결정하기 위한 검사가 단계(S10)에서 또한 이루어질 수 있고, 여기서는 분사 밸브들(18)에 의한 연료의 공급이 보호되고, 그 결과, 오버런 연료 차단의 동작 조건의 적절한 지속시간이 제공되면, 촉매 변환기(21)의 산소 저장부가 산소로 완전히 로딩된다. 단계(S10)에서의 이러한 추가적인 조건의 함수로서, 프로그램은 단계(S10)에서의 검사에서 제 1 품질 값(GW1)이 제 1 임계값보다 크지 않고 추가적인 조건이 아직 충족되지 않는 경우, 즉, 예컨대 미리 정해진 시간 기간이 만료되지 않았거나 또는 유사하게 오버런 연료 차단의 동작 조건이 아직 가정되지 않은 경우에 있을 수 있고, 처리는 단계(S2)에서 다시 재개된다. 이는 프로그램의 바람직한 실시예이다. 이러한 방식을 통해, 진단(DIAG)은 내연기관의 동작에 개입할 필요없이 기울기(GRAD)의 함수로서 연속해서 수행될 수 있다.
만약 단계(S10)의 조건이 충족되지 않거나 만약 단계(S10)의 조건들이 충족되지 않는다면, 위의 설명들에 따라서, 처리는 단계(S14)에서 계속된다. 단계(S14)에서, 강제 자극 신호의 진폭(LAMB_AMP)은 제 1 진폭 값(LAMB_AMP1)으로 설정된다. 강제 자극 신호의 주파수(LAMB_f)는 또한 단계(S14)에서 제 1 주파수(LAMB_F1)로 설정된다.
단계(S16)에서는, 제 2 품질 값(GW2)이 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 함수로서 결정된다. 바람직하게는, 또한, 제 2 측정 신호(MS2)가 기준 값에 관련하여 적분되는데, 특히 바람직하게는 강제 자극 신호의 수 개의 사이클들에 걸쳐 적분된다. 기준 값은 연료의 산화 이전에 화학량론적인 혼합의 경우 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 값에 상응하도록 바람직하게 정해진다. 기준 값은 예컨대 대략 700mV일 수 있다. 바람직하게는, 기준 값은 강제 자극 사이클에 걸쳐 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)를 평균함으로써 결정된다. 또한, 제 2 배기가스 프로브(43)의 범위에서 각각의 경우에 일반적인 배기가스의 온도 및/또는 존재하는 부하 또는 회전 속도를 고려하여 제 2 품질 값(GW2)이 바람직하게 결정된다.
단계(S18)에서는, 강제 자극 신호의 진폭(LAMB_AMP)이 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2)으로 설정된다. 단계(S18) 이외에도, 강제 자극 신호의 주파수(LAMB_F)가 또한 제 2 주파수(LAMB_F2)로 설정된다. 제 1 진폭 값(LAMB_AMP1) 및 제 1 주파수(LAMB_F1) 모두는 각각의 경우에 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2) 및 제 2 주파수(LAMB_2)와 각각 다르다. 제 1 진폭 값(LAMB_AMP1) 및 제 1 주파수(LAMB_F1)의 곱은 바람직하게 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2) 및 제 2 주파수(LAMB_F2)의 곱과 동일하다.
단계(S20)에서는, 제 3 품질 값(GW3)이 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 함수로서 결정된다. 이러한 결정은 바람직하게는 단계(S16)에서 제 2 품질 값(GW2)을 결정하기 위한 절차와 유사하게 실행된다.
단계(S22)에서는, 진단(DIAG)이 수행되는데, 특히 제 2 및 제 3 품질 값(GW2, GW3)의 함수로서 수행된다. 제 2 및 제 3 품질 값(GW2, GW3) 사이의 관련성이 바람직하게 추가적으로 결정된다. 이러한 방식을 통해, 비고유한 촉매 변환기 영향들과 고유한 배기가스 프로브 영향들 사이의 특별히 신뢰적인 분리가 가능하다. 바람직하게는, 그에 따라 결정되는 관련성이 추가의 미리 정해진 임계값과 또한 비교되고, 그 비교 결과에 따라서, 배기 가스 프로브는 단계(S24)에서 에러가 없는 것(NE)으로서 진단되거나 또는 단계(S26)에서 에러를 갖는 것(E)으로서 진단된다. 이와 관련해서, 추가의 임계값이 제 2 배기가스 프로브(43)가 에러가 없이 동작하고 있는지 또는 에러가 발생하며 실행되는지 여부를 특징짓는 방식으로 실험적으로 바람직하게 결정된다.
통상적으로는, 특히 여전히 매우 훌륭한 산소 저장 용량을 갖는 촉매 변환기(21)의 경우, 예컨대 매우 새로운 촉매 변환기들을 갖는 경우에는, 실제로 에러가 없이 동작하고 있는 제 2 배기가스 프로브(43)가 단지 단계들(S2 내지 S10)의 절차를 통해 어렵게 인지될 수 있는데, 그 이유는 훌륭한 산소 저장 용량으로 인해 제 2 배기가스 프로브(43)의 영역에서의 배기가스 농도가 노화된 촉매 변환기와 비교해서 감소된 낮은 다이내믹들을 나타내고 그 결과 제 2 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)가 어떠한 높은 신호 다이내믹들도 나타내지 않기 때문이다.
그러나, 이 경우, 배기가스 프로브는 그럼에도불구하고 단계들(S14 내지 S28)의 절차에 따른 정밀한 진단을 통해 매우 신뢰적으로 진단될 수 있다. 특히 매우 크게 확장된 응답 시간을 갖고 그 결과 혼합 비의 변화가 생겼을 때 덜 급격하게 떨어지거나 상승하는 신호를 갖는 제 2 배기가스 프로브(43)를 구비한 OBD 제한 촉매 변환기의 경우에는, 결함이 있는 배기가스 프로브가 이러한 방식으로 매우 효율적으로 탐지될 수 있고, 따라서 실질적으로 결함이 있는 촉매 변환기(21)가 정확하게 동작하는 것으로서 부정확하게 진단되는 것을 방지할 수 있다.
단계들(S14 내지 S22)이 수행되고 있는 동안에 트림 제어기가 바람직하게 동 작된다.
단계들(S14 내지 S22)이 수행될 때는 미리 정해진 원래 공기/연료 비(LAMP_SP_RAW)가 화학량론적인 값으로 바람직하게 설정된다.
대안적으로는, 단계들(S14 내지 S22)이 수행되는 동안에, 강제 자극의 주파수(LAMB_F)가 각각의 경우에 변할 수 있고, 예컨대, 상응하는 미리 정해진 희박 공기/연료 비(LAMB_SP)로 상응하는 미리 정해진 부유 공기/연료 비(LAMB_SP)의 지정 변경 및 그 반대로의 지정 변경이 제 1 또는 제 2 배기가스 프로브(42, 43)의 측정 신호(MS1, MS2)의 함수로서 수행될 수 있다. 다음으로, 미리 정해진 부유 공기/연료 비가 제 1 공기/연료 비로 설정되는 단계 동안에 제 2 품질 값(GW2)이 측정되는 값들에 관련해서 각각의 경우에 결정될 수 있다. 다음으로, 미리 정해진 부유 공기/연료 비가 제 2 공기/연료 비로 설정되는 단계 동안에 제 3 품질값(GW3)이 측정되는 값들에 관련해서 각각이 경우에 결정될 수 있다. 미리 정해진 희박 공기/연료 비들이 각각의 경우에 설정되는 단계 동안에 결정되는 측정된 값들에 관련해서 그와 유사한 절차가 또한 후속할 수 있다.
제 1 진폭 값(AMP1)은 제 1 공기/연료 비를 나타내고, 제 2 진폭 값(AMP2)은 제 2 공기/연료 비를 나타낸다.
도 4는 시간(t)에 대해 도시된 상이한 신호 파형들을 나타낸다. 이 경우에, 파형들은 결함이 있는 제 2 배기가스 프로브(43)의 경우 60 밀리그램의 산소 부하의 화학량론적인 공기/연료 비 주위에서 플러스 또는 마이너스 2.5 퍼센트의 제 1 진폭 값(AMP1)을 갖는 실험적인 결과들이다. 이 경우에, SIG1은 제 2 배기가스 프로브(43)의, 기준 값에 관련하여 적분되어진 측정 신호(MS2)의 파형을 나타낸다. 제 2 품질 값(GW2)은 제 2 배기가스 프로브(43)의 적분된 측정 신호(MS2)의 파형(SIG1)의 함수로서 결정되며, 이 경우에는 이들의 함수로서 미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)에서 양의 점프들을 통해서만 새로 결정된다.
도 5는 동일한 제 2 배기가스 센서(43)에 대한 상응하는 신호 파형들을 나타내는데, 이 경우에는 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2), 예컨대 화학량론적인 공기/연료 비로 지칭되는 플러스 또는 마이너스 4.5 퍼센트, 및 제 2 주파수(LAMB_F2)가 설정된다.
도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 기준 값으로 지칭되는 적분된 제 2 측정 신호(MS2)의 신호 파형(SIG1)은 상당히 더 작은 변동이 발생하며, 도 4에서보다 더 작은 값을 또한 절대적으로 가정한다. 이는 또한 제 3 품질 값을 유도하는데, 상기 제 3 품질 값은 본질적으로 더 작은 값들을 가정하며 제 2 품질 값(GW2)만큼 큰 변동이 발생하지 않는다.
다음으로, 제 2 및 제 3 품질 값들(GW2, GW3)의 관련성 형성은 비고유한 촉매 변환기 영향들과 제 2 배기가스 프로브(43)의 영향들의 특별히 훌륭한 분리가 달성될 수 있게 하고 그 결과로 제 2 배기가스 프로브(43)가 정확히 진단될 수 있게 한다(이 경우에는 에러(E)를 갖는 것으로서 진단함).
도 4의 프로그램들에 따른 진단은 또한 제 2 또는 심지어 제 1 배기가스 프로브(43, 42)의 진단이나 촉매 변환기(21)의 진단과 연계하여 당업자에게 공지된 추가 진단 방법들과 결합해서 사용될 수도 있다.
본 발명에서는 배기가스 프로브의 작동에 대해서 진단의 특별히 높은 상관관계가 보장될 수 있고, 그로 인해서 배기가스 프로브의 매우 정확한 진단이 보장될 수 있다.

Claims (9)

  1. 내연기관의 배기가스관(4)에서 촉매 변환기(21)의 하류에 배치되는 배기가스 프로브(43)를 위한 진단 방법으로서,
    상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS1)의 신호 다이내믹(dynamic)을 나타내는 제 1 품질 값(GW1)이 상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 함수로서 결정되고,
    상기 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 하나의 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타낸다면, 상기 배기가스 프로브(43)가 정확하게 기능하는 것으로서 진단되며,
    상기 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 상기 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타내지 않는다면, 촉매 변환기 진단이 수행되고, 상기 촉매 변환기 진단은 산소를 로딩하는 것 및 적어도 두 가지의 상이한 공기/연료 비(ratio)들로 산소를 비우는 것 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 촉매 변환기 진단에 따라서 상기 배기가스 프로브(43)는 정확하게 또는 부정확하게 기능하는 것으로서 진단되는,
    진단 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 품질 값(GW1)은 상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 기울기(GARD)의 함수로서 결정되는,
    진단 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 품질 값(GW1)은 상기 배기가스 프로브(43)에 의해서 감지되는 희박(lean) 공기/연료 비로부터 부유(rich) 공기/연료 비로의 변이를 나타내는 측정 신호(MS2)의 변이를 위해 상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)의 신호 다이내믹에 관련하여 결정되는,
    진단 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    미리 정해진 공기/연료 비(LAMB_SP)가 화학량론적인 공기/연료 비로 강제 자극 신호(forced stimulation signal)를 변조함으로써 결정되고, 이때 상기 촉매 변환기 진단 동안에 제 1 공기/연료 비를 설정하기 위한 목적으로 상기 강제 자극 신호의 진폭(LAMB_AMP)은 제 1 진폭 값(LAMB_AMP1)으로 설정되며 상기 강제 자극 신호의 주파수(LAMB_F)는 제 1 주파수(LAMB_F1)로 설정되고, 상기 촉매 변환기 진단 동안에 제 2 공기/연료 비를 설정하기 위한 목적으로 상기 강제 자극 신호의 진폭(LAMB_AMP)은 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2)으로 설정되며 상기 강제 자극 신호의 주파수(LAMB_F)는 제 2 주파수(LAMB_F2)로 설정되고, 상기 제 1 진폭 값(LAMB_AMP1)과 상기 제 1 주파수(LAMB_F1)의 곱은 상기 제 2 진폭 값(LAMB_AMP2)과 상기 제 2 주파수(LAMB_F2)의 곱과 동일한,
    진단 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)는 상기 촉매 변환기 진단 동안에 평가되는,
    진단 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)는 상기 촉매 변환기 진단 동안에 기준 값에 관련하여 적분되는,
    진단 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 배기가스 프로브(43)의 측정 신호(MS2)는 상기 촉매 변환기 진단 동안에 상기 기준 값에 관련하여 적분되고, 이때 상기 배기가스관(4)에서의 배기가스 온도가 고려되는,
    진단 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 2 품질 값(GW2)이 상기 촉매 변환기 진단 동안에 제 1 공기/연료 비에 관련하여 결정되고, 제 3 품질 값(GW3)이 제 2 공기/연료 비에 관련하여 결정되며, 상기 제 2 및 제 3 품질 값(GW2, GW3)의 함수로서 상기 배기가스 프로브(43)가 정확하게 또는 부정확하게 기능하는 것으로서 진단되는,
    진단 방법.
  9. 내연기관의 배기가스관(4)에서 촉매 변환기(21)의 하류에 배치되는 배기가스 프로브(43)를 위한 진단 장치로서, 상기 진단 장치는,
    상기 배기가스 프로브의 측정 신호(MS2)의 함수로서 상기 배기가스 프로브의 측정 신호(MS2)의 신호 다이내믹을 나타내는 제 1 품질 값(GW1)을 결정하고,
    상기 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 하나의 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타낸다면, 상기 배기가스 프로브(43)가 정확히 기능하는 것으로서 진단하며,
    상기 제 1 품질 값(GW1)이 적어도 상기 미리 정해진 신호 다이내믹을 나타내지 않는다면, 촉매 변환기 진단을 수행하도록 구현되고,
    상기 촉매 변환기 진단은 산소를 로딩하는 것 및 적어도 두 가지의 상이한 공기/연료 비들로 산소를 비우는 것 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 진단 장치가 구현되는 한, 상기 촉매 변환기 진단의 함수로서 상기 배기가스 프로브(43)를 정확하게 또는 부정확하게 기능하는 것으로서 진단하는,
    진단 장치.
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