JP4587336B2 - 内燃機関の排ガス領域内に配置された触媒を診断する方法、および、該方法を実施するための装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、内燃機関の排ガス領域内に配置された触媒を診断（オンボード診断）するための、独立請求項の上位概念に記載の方法と、該方法を実施するための、独立請求項の上位概念に記載の装置とに関する。

本発明はさらに、制御回路プログラムと制御回路プログラム製品とに関する。

触媒の酸素貯蔵能力は、内燃機関に供給された空気燃料混合気のリーンフェーズで酸素を吸収し、リッチフェーズで放出するのに使用される。このことにより、不所望の排ガス成分を効率的に変換することができる。触媒の劣化が進むにつれて、酸素貯蔵能力は低減する。このことにより、リッチフェーズで酸化反応に十分な酸素が得られなくなる。

ＤＥ２４４４３３４に、触媒の酸素貯蔵性能の評価に関する触媒診断手法が記載されている。内燃機関には、ラムダ値０．９５のリッチ状態の空気燃料混合気と、ラムダ値１．０５のリーン状態の空気燃料混合気とが交互に供給される。触媒より下流に配置されたジャンプラムダセンサ（Sprung-Lambdasensor）が、リッチフェーズでは酸素不足の発生を検出し、リーンフェーズでは酸素過剰の発生を検出する。この下流ジャンプラムダセンサの信号はタイミング発生器を停止し、タイミング発生器は、触媒より上流に配置されたジャンプラムダセンサが供給する信号によって開始される。ラムダ値１の前後に制限されたラムダ領域のみを正確に検出するのを可能にするジャンプラムダセンサが使用されるにもかかわらず、リッチフェーズおよびリーンフェーズにおいて空気率λが、ラムダ制御の枠内で設定される。化学量論的燃焼での値１からの空気率λの所定の偏差は次のように決定される。すなわち、両ジャンプラムダセンサの特性曲線が、値１からの偏差を少なくとも近似的に定量的に検出するのになお十分であるように決定される。診断の前提条件は、ガス流量が少なくとも近似的に一定であることだ。このことは、空気量センサおよび／またはスロットルバルブ位置信号発生器によって供給される所定の信号が存在する場合にのみ、診断がイネーブルされることによって保証される。

ドイツ連邦共和国特許第４１１２４８０号に記載された触媒診断手法も触媒の酸素貯蔵性能の評価に関し、この手法は、リッチフェーズおよびリーンフェーズの枠内で触媒に供給された酸素量を、測定された空気流と該触媒より上流で広帯域ラムダセンサによって測定された空気率λとに基づいて、積分によって定量的に計算する点で一歩先を行く。

触媒より上流にジャンプラムダセンサ（２点ラムダセンサ）が使用される場合、入力された排ガスの酸素含流量を容易に定量的に検出することはできない。このことは、リッチ混合気にもリーン混合気にも当てはまる。排ガス中の酸素含有量を求める１つのアプローチに、内燃機関に供給される空気燃料運転混合気の正確な前制御に関するアプローチがある。しかし、この前制御誤差は診断結果に著しく大きな影響を及ぼす。

本発明の基礎となる課題は、内燃機関の排ガス領域内に配置された触媒を診断する方法と、該方法を実施するための装置とにおいて、触媒の酸素貯蔵性能の検出において高い精度を実現する方法および装置を提供することである。

発明の概要
上記課題は、独立請求項に記載の各構成によって解決される。

本発明による方法により、診断の基礎とすべき触媒の酸素貯蔵性能を高信頼性で求めることができ、触媒診断の精度および信頼性が向上される。

ここでは、診断混合気ラムダ瞬時信号経過と計算された診断混合気ラムダ信号経過との間で、診断混合気ラムダ瞬時信号経過のλ１通過点と計算された診断混合気ラムダ信号経過のλ１通過点との間に生じる時間差に基づいて偏差が検出される。求められた時間差は、所定の診断混合気λ目標信号経過の補正または診断の中断に使用される。

診断の中断とは、すでに求められた診断結果を却下するという意味でも理解すべきである。

従属請求項に、本発明による方法の有利な実施形態および構成が記載されている。

１つの実施形態では、診断混合気ラムダ瞬時信号経過のλ１通過点が、２点特性ないしはジャンプ特性を有する測定された上流ラムダ信号に基づいて検出される。２点特性ないしはジャンプ特性を有するこのようなセンサ信号を供給するラムダセンサは、特に低コストで入手できる。このことにより、本発明による触媒診断の大量導入で著しい節約が実現される。

診断の信頼性ないしは精度は、λ１通過点の検出時に平均値形成を行うことによってさらに向上される。

すでに述べたように第１の実施形態では、求められた時間差を使用して、診断混合気λ目標信号経過に対する補正信号を決定し、これによって、所定の診断混合気λ目標信号経過を実際に発生する診断混合気λ瞬時信号経過に可能な限り正確に近づける。第２の実施形態では、求められた時間差を時間差閾値との比較によって、計算された診断混合気λ信号経過に対する補正信号を決定するのに使用する。別の実施形態では、求められた時間差は時間差閾値との比較によって、閾値を超える場合に診断を中断し、ないしはすでに求められた診断結果を却下するのに使用する。

本方法を実施するための本発明の装置はまず、本方法を実施するために特別に構成された制御回路に関する。

制御回路は有利には、本方法のステップが制御回路プログラムとして格納されている少なくとも１つの電気的なメモリを有する。

本発明による制御回路プログラムは、本発明の方法が制御回路内で実行される場合に、該方法のすべてのステップが実施されるように構成されている。

機械読み取り可能な担体上に記憶されたプログラムコードを有する制御回路プログラム製品は、プログラムが制御回路内で実行される場合に、本発明による方法を実行する。

後続の従属請求項に、本発明による方法の別の有利な実施形態および構成が記載されている。図面に本発明の実施例が示されており、これらの実施例について以下で詳しく説明する。

図面
図１ 本発明による方法が実施される技術的環境を示す。
図２ 時間に依存するラムダ信号経過を示す。

図１は内燃機関１１０を示しており、該内燃機関１１０の吸気領域１１１内に空気検出部１１２が設けられており、排ガス領域１１３に、触媒１１５より上流に配置された上流ラムダセンサ１１４と、該触媒１１５より下流に配置された下流排ガスセンサ１１６とが設けられている。

空気検出部１１２は制御装置１２０に空気信号ｍｓ＿Ｌを供給し、内燃機関１１０は回転数ｎを供給し、上流ラムダセンサ１１４は測定された上流ラムダ信号ｌａｍ＿ｖＫ＿Ｍｅｓを供給し、下流ラムダセンサ１１６は測定された下流ラムダ信号ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓを供給する。制御回路１２０は燃料調量部１２１に燃料信号ｍ＿Ｋを供給する。

両ラムダセンサ１１４，１１６は有利には、低コストのジャンプラムダセンサとして構成されており、測定されたラムダ信号ｌａｍ＿ｖＫ＿Ｍｅｓ，ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓはジャンプ特性を有する。ラムダセンサ１１４，１１６は、λ＝１の領域内のラムダ値に高い精度で調整できる空気燃料混合気、たとえばλ＝０．９９５〜１．００５の領域内のラムダ値に高い精度で調整できる空気燃料混合気による内燃機関１１０の運転を可能にする。

ここでは、触媒１１５の酸素貯蔵性能を表す少なくとも１つの尺度の検出を基礎とする触媒１１５の診断が行われる。この酸素貯蔵性能は、触媒１１５の経時変化の尺度として使用することができる。酸素貯蔵性能が低いということは、ここでは触媒１１５が経時変化したことを意味する。

内燃機関１１０の少なくとも１つの運転量が所定の条件を満たす場合にのみ診断が実行されるように構成することができる。運転量としては、たとえば内燃機関１１０の回転数ｎまたは負荷を使用することができる。前記少なくとも１つの運転量ｎが閾値を超えるかまたは下回るかないしは領域内にあるかの検査が行われた後、微分商が所定の閾値を下回るか否かの検査を行うのが目的に適っている。この微分商は、差分商によって近似することができる。このことにより、内燃機関が少なくとも近似的に定常的な運転状態で運転するのが保証される。特性量決定部１３０に供給される診断イネーブル信号Ｄｉａｇ＿Ｆｇが存在する場合に、診断はイネーブルおよび実施される。

図２に示された第１の時点ｔｉ１の前では内燃機関１１０は、ラムダ値がたとえばλ＝１に少なくとも近似的に決定された空気燃料運転混合気によって運転する。第１の時点ｔｉ１で、診断イネーブル信号Ｄｉａｇ＿Ｆｇが生じる。これに応答して、特性量決定部１３０が第１の時点ｔｉ１で、たとえばλ＝０．９５のラムダ値に決定された診断混合気で内燃機関１１０の運転を行わせる。触媒診断の枠内での新たなλへの変化は、有利にはそのつどジャンプ状に行われる。診断混合気のλの時間的経過が、図２に診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌとしてプロットされている。

第２の時点ｔｉ２での切替は、下流ラムダセンサ１１６によって供給された測定ラムダ信号ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓに依存して行われる。この測定ラムダ信号ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓは特性量決定部１３０によって使用される。図中にない測定下流ラムダ信号ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓが、触媒１１５より下流の酸素不足の発生を示すλ１通過点を少なくとも近似的に有する場合、前記変化は行われる。その後、特性量決定部１３０は診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌをたとえば１．０５のリーンλに決定する。この切替は、基本的に直ちに行うことができる。しかし有利には、直ちにリーンλに切り換えるのではなく、まずはさらに付加的な量のリッチ排ガスを排ガス領域１３に投入する。この切替はたとえば、所定の遅延時間の経過後に行われる。測定された下流ラムダ信号ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓに再び、触媒１１５に酸素過剰が発生したことを示すλ１通過点が生じた場合、詳細に図示されていない、０．９５のλを有するリッチ診断混合気へのさらなる切替が行われる。この場合も、切替は原則的に直ちに行うことができる。しかし、有利にはここでも、直ちにリッチλに切り換えるのではなく、まずはさらに付加的な量のリーン排ガスを排ガス領域１３に投入する。この切替は、ここでもたとえば、所定の遅延時間の経過後に行われる。下流ジャンプラムダセンサ１１６の代わりにもちろん、択一的に下流広帯域ラムダセンサを使用することもできる。

触媒１１５の酸素貯蔵性能Ｏ２＿Ｓｉｍは、空気信号ｍｓ＿Ｌと診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌと補正信号Ｋｏｒｒとが供給される特性量計算部１４０において、積分によって求められる。積分はたとえば、診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌがたとえば１．０５のリーンλを有する時間にわたって行われる。有利には触媒診断は、複数の周期にわたる酸素貯蔵性能Ｏ２＿Ｓｉｍの計算結果の平均値を形成できるようにするため、診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌの複数の周期にわたって行われる。

診断結果の検出では、実際に排ガス領域１１３に生じた診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓのλが、‐伝搬時間による既知の信号遅延と立ち上がり振動過程とを除外して‐所定の診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌと十分に一致することが前提とされる。偏差が発生した場合、この偏差は診断結果に直接影響する。

図中の実施例では、第１の時点ｔｉ１と第２の時点ｔｉ２との間に偏差２１０が生じていると仮定する。偏差２１０がたとえば、燃料調量部１２１に含まれる詳細には図示されていない燃料噴射弁のばらつきまたはドリフトによって、または空気検出部１１２の誤差によって発生することがある。これは、詳細に図示されていないラムダ制御回路の適合の枠内では完全には補償されない。

ここでは時間差検出部１５０が設けられている。この時間差検出部１５０は、診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓのλ１通過点２１１と、特性量計算部１４０によって計算された診断混合気λ信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｉｍのλ１通過点２１２との間に生じる時間差ｔｉ＿Ｄを検出する。小さい時間差ｔｉ＿Ｄは、診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓと計算された診断混合気λ信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｉｍとが良好に一致することに相応する。この場合、特性量計算部１４０によって求められた酸素貯蔵性能Ｏ２＿Ｓｉｍは高信頼性であると見なすことができ、診断の基礎とすることができる。正方向または負方向の比較的大きな時間差ｔｉ＿Ｄは比較的大きな偏差２１０を示しているので、求められた酸素貯蔵性能Ｏ２＿Ｓｉｍは誤差を有することが予測され、このことに相応して診断結果は信頼性を有さないと見なされる。

求められた時間差ｔｉ＿Ｄは時間差評価部１６０において、診断λ補正値ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｋｏｒｒを求めるのに使用することができる。この診断λ補正値ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｋｏｒｒは特性量検出部１３０へ供給され、該特性量検出部１３０は該診断λ補正値ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｋｏｒｒに依存して、診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌの後続の周期で、制御された診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌと生じる診断混合気λ瞬時信号経過とが良好に一致するように、診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌを上昇ないしは下降によって調整することができる。診断混合気λ目標信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌを調整するために、燃料信号ｍ＿Ｋまたは内燃機関１１０の空気供給部に介入することができる。

求められた時間差ｔｉ＿Ｄは時間差評価部１６０においてさらに、誤差信号Ｆを求めるのに使用することができる。こうするためには、時間差ｔｉ＿Ｄは所定の時間差閾値ｔｉ＿Ｄ＿Ｌｉｍと比較される。時間差ｔｉ＿Ｄが時間差閾値ｔｉ＿Ｄ＿Ｌｉｍを超える場合には誤差信号Ｆが出力される。この誤差信号Ｆは、診断結果が信頼性を有さないことが予測されることを示すか、または、連続的な診断を中断するために使用することができる。さらに誤差信号Ｆは、すでに求められた診断結果を却下すべきであることを決定することができる。

触媒診断の信頼性をさらに向上するためには、診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓのλ１通過点２１１の検出時に平均値形成を行うことができる。診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓにノイズが重畳されている場合には、この平均値形成によって、リッチ診断混合気からリーン診断混合気への切替時にすでに、ノイズに起因する第１のλ１通過点２１１が実際のλ１通過点２１１として評価されない。

この平均値形成の前提条件は、診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓに対して、図２の基礎となるタイムスケールを基準として格段に短いサンプリング間隔を決定することである。このことによって、たとえば第４の時点ｔｉ４の前後に、診断混合気λ瞬時信号経過ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓの多数のサンプリング値が得られ、平均値形成が可能になる。このような平均値形成はたとえば次のように実施される。すなわち、まずは、リッチ診断混合気が現れる時間間隔とリーン診断混合気が現れる時間間隔との比が形成された後に、閾値‐たとえば５０％‐との比較が行われるように実施される。

本発明による方法が実施される技術的環境を示す。 時間に依存するラムダ信号経過を示す。

Claims (10)

1. 内燃機関（１１０）の排ガス領域（１１３）内に配置された触媒（１１５）を、該触媒（１１５）の酸素貯蔵性能（Ｏ２＿Ｓｉｍ）の検出に基づいて診断する方法であって、
   該酸素貯蔵性能（Ｏ２＿Ｓｉｍ）を、測定された下流ラムダ信号（ｌａｍ＿ｎＫ＿Ｍｅｓ）に依存して設定されリッチラムダ値およびリーンラムダ値を有する診断混合気λ目標信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌ）に基づいて検出する方法において、
   診断混合気λ瞬時信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓ）のλ１通過点（２１１）と計算された診断混合気λ信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｉｍ）のλ１通過点（２１２）との間に生じる時間差（ｔｉ＿Ｄ）に基づいて、該診断混合気λ瞬時信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓ）と該計算された診断混合気λ信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｉｍ）との間の偏差（２１０）を求め、
   該時間差（ｔｉ＿Ｄ）を、診断λ補正値（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｋｏｒｒ）による該所定の診断混合気λ目標信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌ）の補正に使用するか、または診断の中断に使用することを特徴とする方法。
2. 前記診断混合気λ瞬時信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｉｓ）のλ１通過点（２１１）を、ジャンプ特性を有する測定された上流ラムダ信号（ｌａｍ＿ｖＫ＿Ｍｅｓ）に基づいて検出する、請求項１記載の方法。
3. 前記λ１通過点（２１１）の検出時に平均値形成を行う、請求項２記載の方法。
4. 前記診断混合気λ目標信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌ）をジャンプ状に、リッチラムダ値およびリーンラムダ値にまで決定する、請求項１記載の方法。
5. 前記時間差（ｔｉ＿Ｄ）から、前記診断混合気λ目標信号経過（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｓｏｌ）に対する診断λ補正値（ｌａｍ＿Ｄｉａｇ＿Ｋｏｒｒ）を決定する、請求項１記載の方法。
6. 前記時間差（ｔｉ＿Ｄ）が所定の時間差閾値（ｔｉ＿Ｄ＿Ｌｉｍ）を上回る場合、前記診断を中断する、請求項１記載の方法。
7. 内燃機関（１１０）の排ガス領域（１１３）内に配置された触媒（１１５）を診断するための装置において、
   請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実施するために特別に構成された制御回路（１２０）が設けられていることを特徴とする装置。
8. 前記触媒（１１５）より上流にジャンプラムダセンサ（１１４）が配置されている、請求項７記載の装置。
9. 制御回路（１２０）内で実行される場合、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法のすべてのステップを実施することを特徴とする、制御回路プログラム。
10. 機械読み取り可能な担体上に記憶されたプログラムコードを有し、プログラムが制御回路（１２０）内で実行される場合に請求項１から６までのいずれか１項記載の方法を実施するための制御回路プログラム製品。

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