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JP2002504972A - 内燃機関の排気触媒の変換率の監視方法 - Google Patents

内燃機関の排気触媒の変換率の監視方法

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JP2002504972A
JP2002504972A JP50363599A JP50363599A JP2002504972A JP 2002504972 A JP2002504972 A JP 2002504972A JP 50363599 A JP50363599 A JP 50363599A JP 50363599 A JP50363599 A JP 50363599A JP 2002504972 A JP2002504972 A JP 2002504972A
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カマン・ウーヴェ
ローエック・ハーラルト
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フォルクスワーゲン・アクチェンゲゼルシャフト
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Abstract

(57)【要約】 内燃機関の排気触媒の変換率を良好に監視するために、排気触媒の下流で検出された温度値を、時間(dt)を有する予め定められた時間ウインドウの間合計することが提案される。開始時点(tA)と時間(dt)は特に、内燃機関の運転態様に依存して、例えば燃料流量を考慮して、時間によって影響を受ける。時間(dt)の間カーブ(25)の下方に生じる合計値は、限界値と比較され、予め定めた偏差値に達したときに、エラー信号が発せられる。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の排気触媒の変換率の監視方法 本発明は、内燃機関に付設された排気触媒の変換率を監視するための方法に関 する。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4433988号公報は、触媒の上流と下流 で排気温度を検出する触媒監視方法を開示している。排気から触媒材料への熱の 伝達速度が絶えず演算され、それに基づいて触媒温度とこの触媒温度の変化速度 か決定される。所定の時間の間、熱伝達速度と触媒の温度の変化速度から、商が 決定される。この場合、内燃機関の冷間始動から触媒の変換温度に達するまでの 時間が選択される。商の時間的な変化に基づいて、変換温度に達するまでの時間 に対する傾向が絶えず決定される。変換温度に達するまでの時間は、この時間の 閾値と比較され、閾値を上回ると、エラー信号が発せられる。 ドイツ連邦共和国特許出願公開第4211092号公報に開示された方法は、 温度モデルをベースとした触媒用温度推定に基づいている。この場合、変換開始 温度に達した後のモデルと、変換時に生じる熱のモデルのために、まだ使用可能 な触媒が用いられる。この場合、触媒の温度状態を模擬的に決定するために、先 ず最初に、触媒の熱容量が知られていると仮定し、更にエンジンに供給される熱 量が推定される。これは、エンジンに供給される燃料の検出と、触媒に供給され る熱エネルギーの割合の演算によって行われる。この場合、熱エネルギーの割合 はエンジンのその都度の負荷状態と回転数に依存する。それによって、短い単位 時間の間、燃料、負荷および回転数から、触媒に供給される熱量が検出される。 この熱量は、方法の開始から触媒が得る熱量全体を検出するために加算される。 更に、触媒から周囲に放出される熱量が推定される。この熱量モデルによって推 定された温度は最後に、その実際の温度と比較される。自動車の走行運転中にも 使用可能であるこの方法は、方法を開始するために触媒がほぼ周囲温度を有する ときにのみスタートする。方法のスタートから、温度モデルブロックによって、 負荷、回転数、噴射時期、空気温度、空気圧および燃料のオクタン数の信号を用 いて、触媒温度が推定される。これは記憶された比較温度と比較される。続いて 、触媒の変換温度に既に達しているかどうか検査される。 本発明の根底をなす課題は、診断精度を高め、触媒コーティングに左右されず 、更に冷間始動の後で内燃機関の運転態様に依存しない、内燃機関の排気触媒の 変換率の改善された監視方法を提供することである。 この課題は請求項1記載の特徴によって解決される。方法の有利な実施形は従 属請求項に記載されている。 本発明による方法では、内燃機関の冷間始動の後で、排気触媒の下流側の実際 の温度値が、所定の時間ウインドウの間加算され、この合計値が予め定めた限界 値と比較される。この方法は、所定の時間ウインドウの間、使用可能な触媒と使 用不可能な触媒は、良好な触媒が早い時点でその変換温度に達し、時間ウインド ウの時間の間、悪化した触媒よりも大きな合計値を有する点が異なるという認識 に基づいている。 方法は、上記の量触媒が時間ウインドウに達する前および時間ウインドウを経 過した後で大きな違いはなく、従って評価のためには時間ウインドウの正確な決 定かきわめて重要であるこという認識を利用する。更に、時間ウイドウの開始時 点が重要である。というのは、この時点から温度値が合計されるからである。内 燃機関のその都度の冷間始動の後で、時間ウインドウの開始は内燃機関の運転態 様に依存して決定可能てある。すなわち、内燃機関がほとんど定常的にあるいは 比較的にダイナミックに運転されるかどうかが考慮される。この運転態様は、排 気に供給される熱量に大きな影響を与える。この熱量は最終的に、変換温度に達 する時点を決定する。これにより、時間ウインドウの開始時点と、時間ウインド ウの持続時間が運転態様に依存して決定される。 有利な実施形では、排気触媒の上流の排気温度値か、コントロール装置内の排 気温度モデルによって演算されるかあるいはその代わりに温度センサによって直 接的に検出される。 本発明の有利な実施形は、従属請求項と、図に基づいて次に詳しく説明する本 発明の実施の形態から明らかである。 図1は排気ラインと電子的なコントロール装置を備えた内燃機関を概略的に示 す図、 図2は温度値の時間的な変化を示すグラフ、そして 図3は電子的なコントロール装置の一部を概略的に示す図である。 内燃機関1は噴射ノズル2と、スロットル弁3を有する空気入口4と、触媒5 を有する排気ライン6を備えている。 エンジン制御装置として形成された電子的なコントロール装置7は、内燃機関 1と排気触媒5の間に配置された第1の温度センサ8の信号U1と、触媒の下流 に配置された第2の温度センサ9の信号U2を受け取る。 コントロール装置7の制御ブロック10は、信号U1とスロットル弁角度信号 ADKを受け取り、噴射時期信号Tiと点火角度信号Ziを内燃機関1に供給す る。コントロール装置7は更に、監視ブロック11を備えている。この監視ブロ ックには第1の温度センサ9の信号U2が供給され、この監視ブロックは制御ブ ロック10と連絡し、場合によっては故障信号ランプ12を操作する。この監視 ブロック11は図3に関連して詳しく説明する。 内燃機関の運転中、噴射ノズル2は燃料ポンプ13によって貯蔵タンク14か ら燃料を供給される。 監視ブロッ11は図3に詳細に示すように、排気温度モデルブロック20と触 媒温度モデルブロック21と補正ブロック22と評価ブロック23からなってい る。 ブロック20,21に供給される入力値はそれぞれ、水温TW、空気温度TL 、燃料流量MKS、内燃機関回転数N、点火角度信号Zi、他の値P1,P1・ ・・のための信号と、排気触媒5の上流で実際に測定された温度値TvKatと、排 気触媒5の下流のTnKatを示す信号U1,U2である。 方法は次のように行われる。 内燃機関1の冷間始動は公知のごとく、冷却水温度およびまたは空気温度また はオイル温度等の値の妥当性検査によって確認される。この冷間始動を確認した 後で、排気温度モデル20と触媒温度モデル21によって、前述のパラメータを 使用して、先ず最初に排気温度TABが推定され、続いて触媒温度TKAか推定 される。この場合、排気温度モデルブロッ20内では、推定の開始のために、T ABの値は水温TWおよび空気温度TLの値と同じに設定される。予め定めた時 間間隔をおいて、その前に検出したTABの値が絶えず温度差の値だけ高められ る。この場合、この温度差の値のために、特に最初の温度TvKatを信号化する量 U1、内燃機関1を備えた自動車の走行速度の最初の微分値、回転数N、点火角 度信号Ziおよびオクタン数の形の燃料品質が入力される。 これにより、この排気温度モデルブロック20によって推定された排気温度T ABが走行サイクル、すなわち自動車の運転態様に依存することが既に明らかと なる。 同時に、排気触媒5内の触媒温度TKAによって補正するために、触媒温度モ デルブロック21内で、既に述べたパラメータと排気温度TABを使用して、触 媒5の物質の反応前面の範囲の温度が推定される。出力部の触媒温度値TKAは 、排気温度モデルブロック20の出力と同様に、補正ブロック22に供給される 。この補正ブロックは温度始動値TSTを求めるために値TKAを考慮して値T ABの補正を行う。 温度閾値TSWは経験的に決定された温度値である。この温度閾値に達すると 、新品同様の触媒5が変換を開始すると見なすことができる。コントロール装置 7に記憶されたTSWの値は、実際に自動車に装備された触媒5を考慮した量だ け適応させて補うことができる。 始動信号ASを評価ブロック23に供給することによって、所定の数の温度値 TnKatを検出するために、合計アルゴリズムの処理が開始される。この温度値は 予め定めた時間ウインドウ中、触媒5の下流において第2の温度センサ9と他の パラメータによって検出される。 予め定めた時間間隔をおいて絶えず新しい温度値TnKatが検出され、時間ウイ ンドウの時間dtの間、合計されて合計値THCとなる。 図2は、時間tに対する、温度センサ9によって検出された排気中の値Tの時 間的な変化と、触媒5の上流の排気温度Tの時間的変化を示している。その際、 カーブ25は完全に機能を発揮する新しい排気触媒5の時間的な変化を示してい る。カーブ26は既に老化した触媒5の変化を示している。冷間始動の直後、時 間dtにわたって延びる時間ウインドウの間開始時点tAに達するまでは、カー ブ25と26の間の大きな違いはない。従って、この時間範囲は場合によって損 傷している触媒の確実な認識のためには適していない。カーブ28は触媒5の上 流の排気温度Tの時間的な変化を示している。この排気温度は排気温度値TAB である。温度閾値TSWに達することによって、開始時点tAから時間dtの間 温度値TnKatが合計されて合計値TTnKatとなる。 内燃機関1の最初の始動の後でその都度使用される触媒5によって検出された 合計値TTnKat1は、基準値としてコントロール装置7に記憶される。この合計 値は整備工場で診断のために読み出すことができ、使用された触媒の品質を判断 するために用いることかできる。 内燃機関1と排気触媒5の組み合わせの寿命の間、排気触媒の変換特性は悪化 し、それによって変換のために必要な温度が増大する。すなわち、有害な排気エ ミッションが増大する。図2のカーブ26はこのような老化した触媒の下流にお ける代表的な温度変化を示している。合計値TTnKatに対応する、時間ウインド ウの範囲内のカーブ26の下方の面積は、カーブ25の下方の面積よりも非常に 小さい。 補正ブロック22が停止信号ESを評価ブロック23に与えるときに、温度値 TnKatの合計が終了する。時間ウインドウの端部開始時点taと時間dtによっ て決まる。この時間は更に、経験的に決められた前置の平均値tMと、内燃機関 1のパラメータに依存する補正値tKとからなっている。 排気温度値TABと触媒温度値TKAと補正値tKを検出するために用いられ るパラメータは、特に自動車を運転する走行態様を考慮したパラメータである。 これによって、個々の走行サイクルが標準走行サイクルに戻され、このような標 準サイクルと比較される。このような標準サイクルは、いろいろな国で立法機関 によって、例えばいわゆるFTPサイクルまたはMVEGサイクルとして規定さ れている。規定されたこのサイクルは時間に対して正確に定められた速度プロフ ィルを有する。すなわち、走行サイクルが正確に設定されている。例えば単位時 間あたりの燃料流量MKSのような走行サイクルに依存するパラメータの影響は 方法に従って、単位時間あたりの燃料流量MKSの値が増大するにつれて時間d tが短くなるように認識できるようになる。これは、増大した燃料流量MKSに よってもたらされるエネルギーが触媒5を迅速に加熱し、その結果図2の時間ウ インドウの範囲内のカーブ26が左側にずれ、元の時間dtを維持する際最終時 点tEの後でカーブ25,26の大きくは違わない区間が認識できるようになる 場合に有利である。 方法の精度を更に改善するために、走行サイクルのパラメータに依存して、例 えば単位時間当たりの燃料流量MKSの増大につれて、開始時点tAが早い方向 にずれるようにすることができる。 評価ブロック23では、合計値TTnKatのための限界値GTTが記憶されてい る。この限界値GTTは例えば国毎に設定され、まだ許容されるものとして見な される触媒5を表している。TTnKatとGTTの比較によって所定の偏差値DT に達すると、エラー信号が発せられる。このエラー信号はl回または複数回発生 した後で故障信号ランプ12を制御する。 前述の方法は、従来の方法よりも良好な診断精度を有し、更に触媒コーティン グに左右されず、更に鉛毒の触媒も認識可能であるという利点がある。本発明に よる方法にとって重要なものは、始動信号ASの設定と時間dtの持続時間であ る。 本発明による方法は触媒5の下流の温度値TnKatを比較し、それによって最終 径には排気ラインに供給される全熱エネルギーを比較する。実際に供給されたこ のエネルギーは走行サイクルに依存しない評価によって基準として決められ、図 2において時間tの代わりに横座標に等価で記入可能である。この方法は、時間 ウインドウ内のカーブ25の下方の面積分の大きさを介して、機能する排気触媒 5を確実に認識する。この面積分が大きければ大きいほど、排気触媒5の変換率 に関する特性が良好となる。これはカーブ25,28の交点の比較的に低い位置 とも相関関係かある。すなわち、機能する排気触媒5は、既に老化した触媒の交 点に対して大きな間隔を有する(図2のカーブ26参照)。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年6月10日(1999.6.10) 【補正内容】 請求の範囲 1.電子コントロール装置(7)を備えた内燃機関81)のための排気触媒(5 )の変換率を監視するための方法において、次のステップ a)内燃機関(1)を冷間始動させ、 b)排気触媒(5)の上流の排気温度値(TAB)を検出し、 c)冷間始動後少なくとも所定の時間ウインドウの時間の間、温度センサ(8 ,9)によって、排気触媒(5)の上流と下流の排気の実際の温度値(Tvk at,TnKat)を検出し、 d)少なくとも時間ウインドウの間の排気触媒(5)の下流の実際の温度値( TnKat)を合計して合計値(TTnKat)を求め e)この合計値(TTnKat)を限界合計値(GTT)と比較し、 f)ステップe)の比較で所定の偏差値(DT)に達するときに、エラー信号 が発せられ、 g)ステップc)においてコントロール装置(7)内で時間ウインドウの開始 のために、 c1)触媒温度値(TKA)を検出し、 c2)触媒温度値(TKA)によって排気温度値(TAB)を補正して温度 始動値(TST)を求め、 c3)温度始動値(TST)が予め定めた温度閾値(TSW)に達したとき に、開始時点(tA)の始動信号(AS)が発せられ、 h)時間ウインドウの終わりに最終時点(tE)で、開始時点(tA)から、 予め設定した平均値(tM)と内燃機関のパラメータに依存する補正値(t K)とからなる時間(dt)が経過したときに、停止信号(ES)が発せら れる ことを特徴とする方法。 2.内燃機関(1)と排気触媒(5)を最初に一緒に運転するときに、ステップ d)において検出された合計値(TTnKat)が使用される触媒の品質の基準値 として記憶されることを特徴とする請求項1記載の方法。 3.ステップc1)で検出された触媒温度値(TKA)がコントロール装置(7 )の触媒温度モデルブロック(21)で推定されることを特徴とする請求項2 記載の方法。 4.内燃機関(1)のパラメータとして、特に走行サイクルに依存する、燃料流 量(MKS)のようなパラメータが検出されることを特徴とする請求項1〜3 のいずれか一つまたは複数に記載の方法。 5.単位時間あたりの燃料流量(MKS)の値か大きくなるにつれて、時間(d t)が短くなることを特徴とする請求項4記載の方法。 6.燃料流量(MKS)の値が大きくなるにつれて、開始時点(tA)が早い方 向にずらされることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つまたは複数に記 載の方法。 7.ステップb)において排気温度値(TAB)か第1の温度センサ(8)によ って実際の温度値(TvKat)として直接検出されることを特徴とする請求項1 記載の方法。 8.ステップb)において排気温度値(TAB)がコントロール装置(7)の排 気温度モデルブロック(20)内で内燃機関(1)のパラメータに依存して決 定されることを特徴とする請求項1記載の方法。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.電子コントロール装置(7)を備えた内燃機関81)のための排気触媒(5 )の変換率を監視するための方法において、次のステップ a)内燃機関(1)を冷間始動させ、 b)排気触媒(5)の上流の排気温度値(TAB)を検出し、 c)冷間始動後少なくとも所定の時間ウインドウの時間の間、温度センサ(8 ,9)によって、排気触媒(5)の上流と下流の排気の実際の温度値(Tvk at,TnKat)を検出し、 d)少なくとも時間ウインドウの間の排気触媒(5)の下流の実際の温度値( TnKat)を合計して合計値(TTnKat)を求め e)この合計値(TTnKat)を限界合計値(GT)と比較し、 f)ステップe)の比較で所定の偏差値(DHC)に達するときに、エラー信 号が発せられる ことを特徴とする方法。 2.内燃機関(1)と排気触媒(5)を最初に一緒に運転するときに、ステップ d)において検出された合計値(TTnKatが基準値として記憶されることを特 徴とする請求項1記載の方法。 3.ステップc)においてコントロール装置(7)内で時間ウインドウの開始の ために、 c1)触媒温度値(TKA)を検出し、 c2)触媒温度値(TKA)によって排気温度値(TAB)を補正して温度始 動値(TST)を求め、 c3)温度始動値(TST)が予め定めた温度閾値(TSW)に達したときに 、開始時点(tA)の始動信号(AS)が発せられる ことを特徴とする請求項1または2記載の方法。 4.ステップc1)で検出された触媒温度値(TKA)がコントロール装置(7 )の触媒温度モデルブロック(21)で推定されることを特徴とする請求項3 記載の方法。 5.時間ウインドウの終わりに最終時点(tE)で、開始時点(tA)から、予 め設定した平均値(tM)と内燃機関のパラメータに依存する補正値(tK) とからなる時間(dt)が経過したときに、停止信号(ES)が発せられるこ とを特徴とする請求項3または4記載の方法。 6.内燃機関(1)のパラメータとして、特に走行サイクルに依存する、燃料流 量(MKS)のようなパラメータが検出されることを特徴とする請求項1〜5 のいずれか一つまたは複数に記載の方法。 7.単位時間あたりの燃料流量(MKS)の値が大きくなるにつれて、時間(d t)が短くなることを特徴とする請求項6記載の方法。 8.燃料流量(MKS)の値が大きくなるにつれて、開始時点(tA)が早い方 向にずらされることを特徴とする請求項3〜7のいずれか一つまたは複数に記 載の方法。 9.ステップb)において排気温度値(TAB)が第1の温度センサ(8)によ って実際の温度値(TvKat)として直接検出されることを特徴とする請求項1 記載の方法。 10.ステップb)において排気温度値(TAB)がコントロール装置(7)の排 気温度モデルブロック(20)内で内燃機関(1)のパラメータに依存して決 定されることを特徴とする請求項1記載の方法。
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