JP2005171994A - 内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 構成要素の変化に関する判定を可能にする、内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法を提供する。
【解決手段】 構成要素（１８）の手前の第１の排気温度（ＴｖＫ）に対する尺度が決定され、且つ構成要素（１８）の後方で発生する第２の排気温度（ＴｎＫ）が第２の温度センサ（ＴＨ）により測定される、内燃機関（１０）の排気領域（１２）内に配置されている構成要素（１８）のモニタ方法において、構成要素（１８）の熱容量によって決定されている低域フィルタ特性が、第１の排気温度（ＴｖＫ）を第２の排気温度（ＴｎＫ）に関して評価することにより検査され、構成要素（１８）の低域フィルタ特性に対する所定の尺度が変化したときにエラー信号（ＦＳ）が出力される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、構成要素の手前で発生する第１の排気温度に対する尺度が決定され、且つ構成要素の後方で発生する第２の排気温度が測定される、内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法に関するものである。

ドイツ特許公開第４４２６０２０号に、内燃機関の排気領域内に配置されている触媒の機能性がモニタリングされる方法が記載されている。モニタリングは、触媒内における排気ガスの発熱転化により発生される温度上昇を介して行われる。２つの温度信号が決定され、この場合、第１の温度信号は触媒後方の温度の測定に基づくものであり、第２の温度信号はモデルにより計算されるものである。

本発明の課題は、構成要素の変化に関する判定を可能にする、内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法を提供することである。

本発明によれば、構成要素の手前の第１の排気温度に対する尺度が決定され、且つ構成要素の後方で発生する第２の排気温度が第２の温度センサにより測定される、内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法において、構成要素の熱容量によって決定されている低域フィルタ特性が、第１の排気温度を第２の排気温度に関して評価することにより検査され、構成要素の低域フィルタ特性に対する所定の尺度が変化したときにエラー信号が出力される。

本発明により、構成要素の熱容量によって決定されている構成要素の熱的低域フィルタ特性の検査が行われる。検査は、構成要素の手前で発生する第１の排気温度を、構成要素の後方で測定される第２の排気温度に関して評価することにより行われる。構成要素の熱的低域フィルタ特性に対する所定の尺度が変化したときに、エラー信号が出力される。

本発明による方法は、例えば許容されない操作により発生することがある変化に関して前記構成要素のモニタリングを可能にする。極端な場合、モニタリングされるべき構成要素、例えば触媒および／または粒子フィルタが完全に取り外されていることがある。モニタリングされるべき構成要素の熱的低域フィルタ特性は、その熱容量により決定される。用語「熱容量」および「熱的低域フィルタ特性」は、相互に入替え可能である。以下においては、「熱的低域フィルタ特性」の用語のみが使用される。

モニタリングされるべき構成要素に対して、熱的低域フィルタ特性に対する所定の尺度が計算可能かまたは実験により決定可能である。
本発明による方法は、排ガス規制値の順守に関して実行されなければならない検査の範囲内で、または正常運転の間に、内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素の簡単なモニタリングを可能にする。

本発明による方法の有利な変更態様および形態が可能である。
モニタリングされるべき構成要素の手前の排気温度に対応する第１の排気温度に対する尺度が、測定の代わりに排気モデルにより計算可能であることが好ましい。第１の排気温度は、エンジン制御内に存在する、例えば回転速度およびトルク、または回転速度および燃料供給率のような変数から計算可能である。

本発明による方法の第１の形態は、第１の排気温度の時間線図の低域フィルタリングと、それに続いて第２の排気温度の時間線図との差形成とを行う。低域フィルタリングの時定数は、近似的に、モニタリングされるべき構成要素の期待値に設定される。前記差が所定のしきい値を超えたこと、または前記差がしきい値範囲を上方または下方に離れたことは、熱的低域フィルタ特性の変化が発生したことを示している。

本発明による方法の他の形態は、第１の排気温度周りの公差範囲の形成と、それに続いて公差範囲限界と第２の排気温度との間の差形成とを行う。第１の排気温度周りの公差範囲は、実際排気温度値に対して、所定の絶対値が加算され、同様に所定の絶対値が減算されることにより形成される。公差範囲の幅は計算または実験により決定可能である。第２の排気温度との差形成、およびこの差と所定のしきい値またはしきい値範囲との比較は、熱的低域フィルタ特性の変化に関する判定を可能にする。

本発明による方法の他の形態は、第１および第２の排気温度の時間線図の勾配形成と、それに続いて勾配の評価とを行う。勾配形成は、信号極大または信号極小の簡単な決定を可能にする。一変更態様においては、低域フィルタ特性を決定するために、２つの温度極大および／または温度極小間の時間差の評価が実行されてもよい。勾配形成の範囲内の他の形態は、温度線図の勾配の比較を行う。

本発明による方法の他の形態は、第１および第２の排気温度間の振幅比較を行う。モニタリングされるべき構成要素の低域フィルタ特性に基づいて、第２の排気温度においては第１の排気温度においてよりもより小さい振幅が得られる。決定された両方の振幅に対して、所定のしきい値またはしきい値範囲と比較することにより、熱的低域フィルタ特性がモニタリング可能である。

本発明による方法の他の形態は、第１および第２の排気温度の時間線図のスペクトル分析を行う。モニタリングされるべき構成要素の低域フィルタ特性に基づいて、スペクトル線または連続スペクトルの重心は、第１の排気温度における高周波成分から第２の排気温度における低周波成分へシフトしている。例えば、両方のスペクトル線図の包絡線の重心形成、および所定のしきい値またはしきい値範囲との比較により、熱的低域フィルタ特性がモニタリング可能である。

本発明による方法の他の形態は、第２の排気温度と第１の排気温度との相関を形成する。この相関は数学的演算であり、数学的演算は、排気温度に偏差があるときよりも排気温度が一致したときにより高い数値を得る。したがって、より高い相関値は、低域フィルタ特性が低いことを示している。

一変更態様は、第１の排気温度に対する尺度が内燃機関の負荷信号および／またはトルク信号により与えられるように設計されている。

図１は、吸気領域および排気領域１１、１２を有する内燃機関１０を示す。吸気領域１１内に空気質量流量または空気容積流量センサ１３が配置され、空気質量流量または空気容積流量センサ１３は、空気質量または空気容積流量信号ｍＬをエンジン制御手段１４に出力する。排気領域１２内にλセンサ１５が配置され、λセンサ１５はλ信号ＬＡＭをエンジン制御手段１４に出力する。エンジン制御手段１４は、空気質量流量信号ｍＬ、λ信号ＬＡＭから、並びに加速ペダル１６が供給する加速ペダル信号ＰＷＧから、内燃機関１０への燃料供給量に対する尺度である燃料信号ＭＥを決定する。エンジン制御手段１４にはさらに回転速度信号Ｎが供給されている。

燃料信号ＭＥおよび回転速度信号Ｎはさらに、モニタ装置１７に供給され、モニタ装置１７は、排気領域１２内に配置されている構成要素１８をモニタリングする。モニタリングされるべき構成要素１８の手前に第１の温度センサＴＶが配置され、第１の温度センサＴＶは、第１の（排気）温度信号ＴｖＫをモニタ装置１７に出力する。モニタリングされるべき構成要素１８の後方に第２の温度センサＴＨが配置され、第２の温度センサＴＨは、第２の（排気）温度信号ＴｎＫをモニタ装置１７に出力する。これらの信号と、しきい値メモリ１９内に記憶されているしきい値との比較から、モニタ装置１７は、場合によりエラー信号ＦＳを出力する。

図２は、第１および第２の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫを、時間ｔの関数として示している。第１の排気温度ＴｖＫは、時間に関して、第２の排気温度ＴｎＫよりもより多くの変化を有している。さらに、第１の排気温度ＴｖＫは、所定の時間間隔に関して、第２の排気温度ＴｎＫよりもより高い振幅を有している。

図１に示されている装置は次のように作動する。
エンジン制御手段１４は、空気容積流量信号ｍＬ、加速ペダル信号ＰＷＧ、回転速度Ｎ、およびλ信号ＬＡＭの関数として、内燃機関１０への燃料供給に対する基礎を形成する燃料信号ＭＥを決定する。内燃機関１０排気領域１２内に、モニタリングされるべき構成要素１８が配置されている。構成要素１８は、例えば触媒であり、または例えば粒子フィルタである。

第１の温度センサＴＶは、モニタリングされるべき構成要素１８の手前で発生する第１の排気温度ＴｖＫを測定する。第２の温度センサＴＨは、モニタリングされるべき構成要素１８の後方に存在する第２の排気温度ＴｎＫを測定する。

内燃機関１０排気領域１２内に配置されている構成要素１８の本発明によるモニタ方法は、その熱容量に基づいて発生する、モニタリングされるべき構成要素１８の熱的低域フィルタ特性の検査に関するものである。

本発明による方法は、第２の排気温度ＴｎＫが、常に、実際に存在する温度センサにより、この実施例においては第２の温度センサＴＨにより測定されることから出発している。第１の排気温度ＴｖＫは、温度センサにより、図示の実施例においては第１の温度センサＴＶにより測定されてもよい。代替態様または追加態様として、第１の排気温度ＴｖＫの計算が排気モデルにより行われている。モニタ装置１７内に含まれているモデルにより、第１の排気温度ＴｖＫに対する尺度が、例えば回転速度Ｎおよび燃料信号ＭＥから決定可能である。場合により、燃料信号ＭＥに追加してまたはその代わりに、例えば空気質量または空気容積流量信号ｍＬが使用されてもよい。第１の排気温度ＴｖＫに対する尺度は、燃料信号ＭＥ、または空気質量ないし空気容積流量信号ｍＬ、または加速ペダル信号ＰＷＧのみにより、回転速度信号Ｎと結合されて、内燃機関１０のトルクまたは負荷に対応して与えられていてもよく、その理由は、トルクないし負荷は、排気温度ＴｖＫを反映しているからである。

本発明による方法の第１の形態は、第１の排気温度ＴｖＫの低域フィルタリングと、それに続いて第２の排気温度ＴｎＫとの差形成とを行う。モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性は、簡単な近似において、一次の低域フィルタ特性として与えられてもよい。したがって、モニタ装置１７内において実行される第１の排気温度ＴｖＫの低域フィルタリングは、一次の対応低域フィルタによって近似可能である。低域フィルタリングの時定数は、モニタリングされるべき構成要素１８の期待時定数に適合されるべきである。この適合は、計算されてもまたは実験により行われてもよい。低域フィルタの出口に、少なくとも近似的に第２の排気温度ＴｎＫに対応する信号が形成される。低域フィルタリングされた第１の排気温度ＴｖＫと、測定された第２の排気温度ＴｎＫとの間の差形成は、モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性が変化したかどうかに関する判定を可能にする。この差と、しきい値メモリ１９内に記憶されているしきい値、または上限しきい値および下限しきい値を有するしきい値範囲との比較により、低域フィルタ特性の変化が、しきい値またはしきい値範囲により設定された尺度を超えているかどうかが判定可能である。この判定が肯定の場合、モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性の変化を信号するエラー信号ＦＳが出力される。モニタリングされるべき構成要素１８が、一部または全てが除去されたか、またはより高い熱容量を有する他の構成要素と交換されたとき、低域フィルタ特性の変化が発生する。

本発明による他の形態は、第１の排気温度ＴｖＫの周りに公差範囲が形成され、それに続いて第２の排気温度ＴｎＫとの差が形成されるように設計されている。決定された差が、しきい値メモリ１９内に記憶されているしきい値またはしきい値範囲を超えているかまたは下回っている場合、エラー信号ＦＳの出力が行われる。第１の排気温度ＴｖＫの周りの公差範囲は、所定の温度絶対値が加算されおよび所定の温度絶対値が減算されることにより形成可能である。この絶対値は、モニタリングされるべき構成要素１８が正常な場合に、各時点において第２の排気温度ＴｎＫが第１の排気温度ＴｖＫの公差範囲内に存在するように選択される。モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性の変化は、第２の排気温度ＴｎＫが公差範囲を離れるかまたは中心においてきわめて広い範囲に存在するようにさせる。第２の排気温度と公差範囲との間の差形成が所定のしきい値ないししきい値範囲を超えているかまたは下回っている場合、エラー信号ＦＳが出力される。

本発明による方法の他の形態は、両方の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫの勾配形成と、勾配の評価とを行う。勾配の評価は、例えば、第１の排気温度ＴｖＫのみならず第２の排気温度ＴｎＫの極大および／または極小の決定を含んでもよい。両方の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫの間における極大および／または極小の時間差の評価は、モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性に基づく、第２の排気温度ＴｎＫの第１の排気温度ＴｖＫからの遅れに対する尺度である。時間差と、しきい値メモリ１９内に記憶されているしきい値またはしきい値範囲との比較は、場合によりエラー信号ＦＳを出力させる。

勾配の他の評価は、例えば、第１の排気温度ＴｖＫの勾配の振幅の、第２の排気温度ＴｎＫの勾配の振幅との比較における評価である。モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性による平滑作用に基づいて第２の排気温度ＴｎＫの勾配の振幅は、第１の排気温度ＴｖＫの勾配の振幅よりも小さくなければならない。勾配の他の評価はその平均値の比較に基づくものである。

振幅比較は第１の排気温度ＴｖＫと第２の排気温度ＴｎＫとの間でも直接可能であるので、勾配の決定は行われない。排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫの直接の振幅間および／または排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫの勾配の振幅間の差の決定は、時間線図にわたり所定の間隔で実行されなければならない。この時間間隔は、階段状に形成されてもまたは時間と共に自由に形成されてもよい。

本発明による方法の他の形態は、第１および第２の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫのスペクトル分析を行う。スペクトル分析は、例えば高速フーリエ変換ＦＦＴで行われてもよい。モニタリングされるべき構成要素１８の低域フィルタ特性に基づいて、第１の排気温度ＴｖＫのスペクトルは、より高いスペクトル成分から、第２の排気温度ＴｎＫにおけるより低いスペクトル成分へシフトする。両方のスペクトル成分の比較は、例えば平均値の形成により可能である。平均値の形成において、第１および第２の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫの平均周波数が決定される。平均値の形成は、振幅および周波数により展開された面積の重心の決定に対応する。差形成、およびこの差としきい値メモリ１９内に記憶されているしきい値またはしきい値範囲との比較により、場合によりエラー信号ＦＳが出力される。

本発明による方法の他の形態は、第１の排気温度ＴｖＫと第２の排気温度ＴｎＫとの相関計算を行う。設定される相関係数は、モニタリングされるべき構成要素１８が存在しないときに絶対値１に正規化可能である。この場合には、第１および第２の排気温度ＴｖＫ、ＴｎＫが一致することになる。この仮定のもとで、モニタリングされるべき構成要素１８が正常な場合には、相関係数は１より小さい所定の値を有していなければならない。この方法は、Ｂｒｏｎｓｔｅｉｎ著「数学ハンド・ブック」、Ｈａｒｒｙ Ｄｅｕｔｓｃｈ出版、第１６．３．４章以降に記載されている。

本発明による方法の他の形態は、第２の排気温度ＴｎＫと内燃機関１０の負荷および／またはトルクおよび／または燃料信号ＭＥ（燃料噴射量）との相関計算を行う。内燃機関１０の負荷および／またはトルクおよび／または燃料信号ＭＥは、排気温度ＴｖＫに対する尺度である。負荷またはトルクは、例えば、回転速度信号Ｎおよび燃料信号ＭＥまたは空気質量流量信号ｍＬから、評価装置（モニタ装置）１７内において決定可能である。この手段の利点は、上記変数は内燃機関１０のエンジン制御手段１４内に存在し且つそれらが評価されるだけでよいことにある。

本発明による方法の信号供給および信号評価は、完全にソフトウェアとして実行可能である。モニタ装置１７並びにしきい値メモリ１９は、エンジン制御手段１４内に含まれていることが好ましい。

本発明による方法が実行される技術的周辺図である。 排気温度の時間線図である。

符号の説明

１０ 内燃機関
１１ 吸気領域
１２ 排気領域
１３ 空気質量流量センサ（または空気容積流量センサ）
１４ エンジン制御手段
１５ λセンサ
１６ 加速ペダル
１７ モニタ装置
１８ 構成要素
１９ しきい値メモリ
ＦＳ エラー信号
ＬＡＭ λ信号
ＭＥ 燃料信号
ｍＬ 空気質量（または空気容積流量）信号
Ｎ 回転速度信号
ＰＷＧ 加速ペダル信号
Ｔ 温度
ＴＶ 第１の温度センサ
ＴｖＫ 第１の排気温度
ＴＨ 第２の温度センサ
ＴｎＫ 第２の排気温度
ｔ 時間

Claims (10)

1. 構成要素（１８）の手前の第１の排気温度（ＴｖＫ）に対する尺度が決定され、且つ構成要素（１８）の後方で発生する第２の排気温度（ＴｎＫ）が第２の温度センサ（ＴＨ）により測定される、内燃機関（１０）の排気領域（１２）内に配置されている構成要素（１８）のモニタ方法において、
   構成要素（１８）の熱容量によって決定されている低域フィルタ特性が、第１の排気温度（ＴｖＫ）を第２の排気温度（ＴｎＫ）に関して評価することにより検査されること、および
   構成要素（１８）の低域フィルタ特性に対する所定の尺度が変化したときにエラー信号（ＦＳ）が出力されること、
   を特徴とする内燃機関の排気領域内に配置されている構成要素のモニタ方法。
2. 第１の排気温度（ＴｖＫ）に対する尺度が排気モデルにより計算され、このモデルにおいて、内燃機関（１０）の燃料信号（ＭＥ）および／または空気質量または空気容積流量信号（ｍＬ）が考慮されることを特徴とする請求項１に記載のモニタ方法。
3. 第１の排気温度（ＴｖＫ）に対する尺度として、内燃機関（１０）のトルクおよび／または負荷が使用されることを特徴とする請求項１に記載のモニタ方法。
4. 第１の排気温度（ＴｖＫ）の低域フィルタリングと、それに続いて第２の排気温度（ＴｎＫ）との差形成とが行われることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。
5. 第１の排気温度（ＴｖＫ）の周りの公差範囲の形成と、それに続いて公差範囲と第２の排気温度（ＴｎＫ）との間の差形成とが行われることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。
6. 第１および第２の排気温度（ＴｖＫ、ＴｎＫ）の勾配形成と、それに続いて勾配の評価とが行われることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。
7. 両方の排気温度（ＴｖＫ、ＴｎＫ）の両方の勾配間の極大および／または極小間の時間差の決定が行われることを特徴とする請求項６に記載のモニタ方法。
8. 第１および第２の排気温度（ＴｖＫ、ＴｎＫ）間の振幅比較、および第１および／または第２の排気温度（ＴｖＫ、ＴｎＫ）の勾配の比較、特に勾配の振幅比較が、所定の時間間隔で行われることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。
9. 第１および第２の排気温度（ＴｖＫ、ＴｎＫ）のスペクトル分析が行われることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。
10. 第１の排気温度（ＴｖＫ）と第２の排気温度（ＴｎＫ）との相関が形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のモニタ方法。

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