JP5863995B2 - 内燃機関の排ガスセンサのむだ時間を決定する方法および制御ユニット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排ガス通路で排ガス状態量を算定するための排ガスセンサの反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定する方法に関するものであり、むだ時間τ_Ｓの算定は、排ガスセンサの測定された出力信号またはこれから導き出される測定された特性量と、参照信号またはこれから導き出される参照特性量とに基づいて行われる。

さらに本発明は、内燃機関を制御するための、および排ガスセンサの反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定するための制御ユニットに関するものであり、制御ユニットは、排ガスセンサの出力信号を測定するための手段および／またはこれから導き出される特性量を判定するための手段を含んでおり、制御ユニットは、参照信号を算定するための手段および／またはこれから導き出される参照特性量を判定する手段を含んでいる。

内燃機関の作動に関するオンボード診断（ＯＢＤ）の枠内においてＯＢＤＩＩ規定は、ラムダプローブやその他の排ガスプローブがその電気的な機能有用性に関して監視されるだけでなく、その反応挙動に関しても監視されることを要求している。増大する時間定数または長くなるむだ時間τ_Ｓによって感知できるようになるプローブダイナミックの劣化が、認識されなければならない。排ガス組成の変化とその認識との間のこのような遅延時間は、それがユーザー機能のために、すなわちセンサ信号を利用する制御機能、コントロール機能、監視機能のために、なおも許容されるか否かに関して、オンボード式にチェックされなければならない。排ガスセンサのダイナミック特性を表す特性量として、典型的な場合、内燃機関に供給される燃料・空気混合気の混合気変化から、排ガスセンサの対応する信号エッジまでのむだ時間τ_Ｓが適用される。むだ時間τ_Ｓは、特に、内燃機関の吐出部から排ガスセンサまでのガス進行時間によって規定され、たとえばセンサ取付位置が操作されたときに変化する。

内燃機関に供給される空気／燃料混合気を調整するために、通常、排ガスの酸素含有率を算定するラムダプローブが排ガスセンサとして用いられる。たとえばディーゼルエンジンでは、ラムダプローブは広帯域ラムダプローブの形態で用いられる。さらに、尿素によって窒素酸化物を二酸化炭素と窒素と水に変換するためのＳＣＲ触媒装置（ＳＣＲ：Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）との関連では、ＮＯｘセンサも意図される。ＮＯｘセンサは追加として酸素信号も供給する。

酸素信号のむだ時間τ_Ｓは、公知の方法では内燃機関の負荷から惰行への移行時に監視される。その場合には酸素割合は、内燃機関の動作点により負荷のもとで設定される割合から、空気の２１％の酸素含有率にまで上昇する。センサ信号が最大時間後に特定の中間値に達しないとき、このことは、むだ時間エラーとして解釈される。

次の車両世代ないしモデル年度については、酸素濃度が低下するときのセンサダイナミックの監視も要求される。さらに、ハイブリッド車両では将来的に惰行段階がなくなり、したがって、２１％の一定の酸素濃度を有する段階もなくなる。

方向依存的なむだ時間監視をする方法が特許文献１に記載されている。同文献は、内燃機関の排ガスシステムに配置された少なくとも１つの排ガスプローブを診断する方法を開示しており、信号変化が、予想される信号変化と比較される。その場合、内燃機関の特別な動作状態が認識され、その内燃機関の特別な動作状態のときにトルク中立的である、もしくは内燃機関の動作にとって妨げにならないテスト噴射が、診断のために行われることが意図されている。１つの特別な動作状態は、内燃機関の惰行段階であってよい。むだ時間τ_Ｓの算定は、排ガスプローブの信号が排ガス組成の変化に追従するまでの時間的遅延から実際遅延時間が判定され、保存されている、または算出された予定遅延時間と実際遅延時間とが比較されることによって行われる。その場合に欠点となるのは、能動的な監視が内燃機関の燃料システムへの介入となり、そのために、燃料消費量だけでなくＣＯ_２排気量も増加することである。

むだ時間を算定するために、エンジン制御の枠外において、相互相関の原理が知られている。この原理はたとえば非特許文献１に記載されている。両者とも同じ原因によって惹起される、比較されるべき第１および第２の信号が、その後にまずフィルタリングされる。次いで、第２の信号が遅延時間の分だけ時間的に遅延される。こうして得られた信号が相互相関関数に準じて相互に乗算され、所定の時間帯にわたって積分される。その後に配置されたピーク検出器が、相互相関関数すなわち乗算されて積分された信号の最大値が存在するようになるまで、遅延時間を変化させる。最大値になったときの遅延時間が、第１および第２の信号の間のむだ時間τに相当している。相互相関によるむだ時間測定は、たとえばレーザー距離測定やレーダー技術で、物体の距離を判定するために適用されている。

ドイツ特許出願公開第１０２００８００１１２１Ａ１号明細書

Ｃ．Ｈ．ＫｎａｐｐおよびＧ．Ｃ．Ｃａｒｔｅｒ著"Ｔｈｅ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ"， ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ， Ｓｐｅｅｃｈ， ａｎｄ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ， Ｖｏｌ． ＡＳＳＰ−２４， Ｎｏ．４， Ａｕｇｕｓｔ １９７６

内燃機関の排ガス通路に配置された排ガスセンサのむだ時間τ_Ｓを監視する方法を提供するという課題がある。

さらに本発明の課題は、この方法を実施するための相応の制御ユニットを提供することにある。

方法に関わる課題は、遅延されていない参照信号またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量が算定され、測定された出力信号またはこれから導き出される測定された特性量と、モデルむだ時間τ_Ｍの分だけ遅延された参照信号またはこれから導き出されるモデルむだ時間τ_Ｍの分だけ遅延された参照特性量との間の相互相関が形成され、モデルむだ時間τＭは相互相関関数が最大値をとるように選択され、排ガスセンサの測定された出力信号のむだ時間τ_Ｓはこのようにして算定されたモデルむだ時間τ_Ｍと同一とされることによって解決される。むだ時間τ_Ｓは、特に、内燃機関から排ガスセンサまでのガス進行時間によって規定される。遅延されていない参照信号またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量は、特に内燃機関の吐出部における、排ガス状態量の遅延されていない推移に相当している。たとえばモデルむだ時間τ_Ｍは、測定された出力信号と、モデルむだ時間τ_Ｍに応じて遅延された参照信号またはこれから導き出される特性量とが可能な限り合同になるまで、反復式に変更される。そうすればモデルむだ時間τ_Ｍは、排ガスセンサのむだ時間τ_Ｓに良好な近似で呼応する。各信号の合同性ないし類似性を表す目安は、最善に合致したときに最大値をとる相互相関関数である。

本方法は、測定されるべき排ガス状態量の、たとえばガス濃度の、増加と減少について統一的な監視原理を可能にする。これは、内燃機関の空気システムや燃料システムへの介入を必要としない受動式の方法である。本方法は内燃機関の特別な動作点に拘束されないので、高い利用可能性がもたらされる。本方法のさらに別の利点は外乱に対する高いロバスト性であり、ならびに本方法の低い複雑性、およびこれに応じて低くなる具体化時の適用コストである。原因（排ガス状態量の変化）と作用（排ガスセンサの出力信号）に関わる誤ったエッジ割当に基づく誤測定を、十分に長い積分時間と非周期的な励起とによって確実に防止することができる。

たとえば既存の制御ユニットにおけるソフトウェア拡張によって低コストに具体化可能である、遅延されていない適当な参照信号またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量の簡単な算定は、遅延されていない参照信号またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量がモデル化されることによって実現することができる。そのためにまず最初に、算定されるべき排ガス状態量を、たとえば内燃機関の吐出部においてモデル化し、そこから、遅延されていない参照信号ないしこれから導き出される参照特性量を算定することができる。

排ガスセンサのダイナミック挙動は、参照信号の算定にあたってたとえば相応のモデル化により、相互相関が形成される前に、参照信号またはこれから導き出される参照特性量のローパスフィルタリングが実行されることによって模倣することができる。

さらに、相互相関が形成される前に、測定された出力信号またはこれから導き出される測定された特性量のハイパスフィルタリングが実行され、および参照信号またはこれから導き出される参照特性量のハイパスフィルタリングが実行されることによって、むだ時間測定の選択度を向上させることができる。ハイパスフィルタリングにより、ダイナミックな段階だけが信号比較のときに考慮される。

測定された出力信号ないしこれから導き出される測定された特性量のハイパスフィルタリングは、ハイパスによって行うことができる。参照信号ないし参照特性量のローパスフィルタリングとハイパスフィルタリングは、相応のバンドパスによって行うことができるのが好ましい。実際の排ガスセンサのローパス挙動、およびこれに後置されたハイパスは、同じくバンドパスの挙動を生じさせる。ハイパスおよびバンドパスのハイパス成分は、ローパスフィルタリングの限界周波数を下回る等しい限界周波数を有しているのが好ましい。

本発明の特別に好ましい実施態様に基づき、排ガスセンサのプローブ時間定数Ｔ_Ｓが算定され、モデル時間定数Ｔ_Ｍがプローブ時間定数Ｔ_Ｓと同一とされることが意図されていてよい。プローブ時間定数Ｔ_Ｓは、排ガスセンサが算定されるべき排ガス状態量の変化に対して反応するダイナミックを表している。プローブ時間定数Ｔ_Ｓを算定する方法は、たとえばまだ公開されていない出願人の文献Ｒ．３３９８９２に記載されている。既存の排ガスセンサのプローブ時間定数Ｔ_Ｓに合わせてモデル時間定数Ｔ_Ｍを適合化することで、排ガスセンサの最新のダイナミックを考慮することができる。それにより、たとえば煤付着の結果として遅くなった排ガスセンサによってむだ時間τ_Ｓの算定が狂わされることがない。

相互相関関数として、正規化されたエネルギー相互相関関数、または正規化されたエネルギー相互相関関数の平方を利用することができるのが好ましい。このとき相互相関関数は、分母には、測定された出力信号および周波数フィルタリング後の参照信号の信号エネルギーを含んでおり、分子には、各信号の相互エネルギーを含んでいる。正規化された相互エネルギーを利用することで、参照信号が形成されるときに排ガスセンサの乗算誤差が除去され、ならびに、励起の信号ストロークの影響、すなわち算定されるべき排ガス状態量の変化の影響が除去される。

本発明の好ましい実施態様に基づき、エネルギー相互相関関数を計算するときの積分時間Ｔは、排ガス状態量の変化の１つまたは複数のエッジを含んでいることが意図されていてよい。積分時間Ｔが１つのエッジだけを含んでいるとき、診断結果は自動的に方向選択的であり、すなわち、排ガス状態量の正および負の変化が別々に評価される。相応に長い積分時間により、排ガス状態量の変化の複数のエッジが検出されれば、むだ時間τ_Ｓの算定にあたっての精度を向上させることができる。

この場合、積分時間Ｔは時間制御式または事象制御式に開始されることが意図されていてよい。積分時間Ｔの事象制御式の開始は、たとえば排ガス状態量の変化の１つのエッジに拘束されていてよく、または、噴射量の１つのエッジに拘束されていてよい。積分時間Ｔが排ガス状態量の変化のエッジのところで開始するとき、このスタートは、測定された出力信号または参照信号ないしこれらから導き出される特性量の以前に存在したエッジに合わせてセットすることができる。

むだ時間τ_Ｓの方向選択的な算定を高い精度で実現するために、排ガス状態量の変化の正および負のエッジが別々に評価されることが意図されていてよい。その場合、積分時間Ｔは複数のエッジにわたって延びることができる。

むだ時間τ_Ｓの方向選択的な算定は、正および負のエッジの別々の評価がハイパスフィルタリングおよびこれに後置された飽和素子によって行われることによって実現することができる。それにより、正または負のいずれかの信号成分だけを通過させることが実現され、それによってダイオード機能がもたらされる。

本発明の別の実施態様に基づき、相互相関の最大値を算定するために、相互相関関数が最大値をとるように、内燃機関と排ガスセンサの取付場所との間の排ガス通路の容積値が変更されることが意図されていてよい。むだ時間τ_Ｓは、電気的な操作が存在しない限りにおいて、内燃機関から排ガスセンサまでのガス進行時間に呼応する。ガス進行時間は、排ガス容積流量と、内燃機関と排ガスセンサの取付場所との間の排ガス設備の容積とに依存して決まる。排ガス設備の容積について想定される容積値を計算上で変えることにより、測定される出力信号と参照信号が合同になるように、参照信号を遅延させるためにガス進行時間を変えることができる。こうして得られた容積値を、容積流量を考慮したうえで、むだ時間τ_Ｓに換算することができる。

制御ユニットに関わる本発明の課題は、制御ユニットが、遅延されていない参照信号を算定するための手段またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量を判定するための手段を含んでおり、制御ユニットには、測定された出力信号またはこれから導き出される測定された特性量と、モデルむだ時間τ_Ｍの分だけ遅延された参照信号またはこれから導き出される参照特性量との間の相互相関を形成するためのプログラム進行手順または電子回路が含まれており、制御ユニットは、モデルむだ時間τ_Ｍを変えるため、およびモデルむだ時間τ_Ｍのときの相互相関関数の最大値を認識するための最大値認識部を含んでいることによって解決される。このような種類の制御ユニットは、上述した本方法の実施を可能にする。既存の制御ユニットでの具体化は、たとえば相応のソフトウェア拡張によって、簡単かつ低コストに可能である。

方法または制御ユニットは、広帯域ラムダプローブまたはＮＯ_Ｘセンサの反応挙動におけるむだ時間τを算定するために適用できるのが好ましい。このとき広帯域ラムダプローブとＮＯ_Ｘセンサは、いずれも排ガスの排ガス状態量としての酸素含有率の変化に対して反応する。本方法は、ＮＯ_ＸセンサのＮＯ_Ｘ信号に適用することもでき、それは、たとえばＮＯＸモデルによって、相応のＮＯ_Ｘ参照信号を形成することができる場合である。

上に説明した各態様を有する方法および制御ユニットの１つの好ましい用途は、アイドリング動作段階や惰行段階を有していないハイブリッド車両、たとえばディーゼル・ハイブリッド車両での適用を意図している。特に強調すべきは、テスト噴射が必要ではなく、特別なエンジン動作状態を必要とすることもないので、ハイブリッド車両での適用が燃費やＣＯ_２の削減の潜在的可能性を狭めないことである。

上に説明した各態様を有する方法および制御ユニットの別の好ましい用途は、いわゆるセーリング動作を有している車両での適用を意図している。このような種類の車両でも、惰行動作が同じくほぼ不要となる。惰行でエンジンを牽引する代わりに、セーリング動作ではクラッチが開き、エンジンがアイドリングし、または停止され、車両がその慣性に基づいて動く。この場合にも、燃費とＣＯ_２の削減の潜在的可能性がもたらされる。

次に、図面に示されている実施例を参照しながら、本発明について詳しく説明する。図面は次のものを示している：

本発明による方法を適用することができる技術的環境を示す模式図である。 排ガスセンサのむだ時間τ_Ｓを算定するためのブロック図である。 モデルをベースとする酸素センサのむだ時間診断のためのブロック図である。 排ガスセンサのむだ時間τ_Ｓを方向選択的に監視するためのブロック図である。 別案の評価方法に基づいて排ガスセンサのむだ時間τ_Ｓを算定するためのブロック図である。

図１は、排ガスセンサ１５の反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定する本発明の方法を適用することができる技術的環境を、ガソリンエンジンを例にとって模式的に示している。内燃機関１０に空気が空気供給部１１を介して供給され、その質量が空気質量計１２によって測定される。空気質量計１２はホットフィルム・エアマスメータとして施工されていてよい。内燃機関１０の排ガスは、内燃機関１０の吐出部１７を介して排ガス通路１８に運び出され、排ガスの流動方向で排ガスセンサ１５と排ガス清浄化設備１６が設けられている。排ガス清浄化設備１６は、通常、少なくとも１つの触媒装置を含んでいる。

内燃機関１０を制御するために制御ユニット１４が設けられている。この制御ユニット１４は、排ガスセンサ１５、空気質量計１２、および燃料調量部１３と接続されている。

内燃機関１０の作動時に、制御ユニット１４は要求される付加に依存して、内燃機関への燃料と空気の供給をコントロールする。このとき排ガスセンサ１５と空気質量計１２の測定信号が考慮される。内燃機関１０への燃料の供給は燃料調量部１３を介して行われ、空気供給のコントロールは、空気供給部１１にある図示しないスロットルバルブを介して行われる。排ガスセンサ１５は、図示した実施例では広帯域ラムダプローブであり、内燃機関１０に供給される燃料・空気混合気のラムダ実際値を算定する。

オンボード診断（ＯＢＤ）に関する法律規定は、反応挙動に関わる排ガスセンサ１５の監視を定めている。排ガス組成の変化とその認識との間のむだ時間または遅延時間は、それがユーザー機能にとって許容されるかどうかに関して検査されなくてはならない。むだ時間τ_Ｓは、特に、内燃機関１０の吐出部１７から排ガスセンサ１５の取付場所までの排ガスの進行時間によって規定され、たとえば排ガスセンサ１５の取付場所が操作されると変化する。

図２は、図１に示す排ガスセンサ１５のむだ時間τ_Ｓを算定するための回路構造またはソフトウェア機能の基本構成をブロック図として示している。ここでは、用途に即した相互相関法が適用される。
排ガスセンサ１５の測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０が、第１のハイパスフィルタ３０に供給される。フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１が、第１の乗算器３３に送られる。

遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２が、バンドパスフィルタ３１に供給され、バンドパスフィルタはこれからフィルタリングされた参照信号ｙ_２（ｔ）２３を形成する。フィルタリングされた参照信号ｙ_２（ｔ）２３は、むだ時間素子３２で時間的に遅延され、それにより、遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４が生じる。遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４は、同じく第１の乗算器３３に供給されて、そこでフィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と乗算される。こうして得られた信号が、第１の積分器３４、任意選択で設けられる平方器３５、およびこれに続く最大値認識部３６へと順次供給される。最大値認識部３６は、相互相関の結果として、正規化された相互エネルギー２５またはその平方と、むだ時間素子３２へ送られるモデルむだ時間τ_Ｍ２６とを出力する。平方器３５は最大値認識のために好ましいが、絶対に必要なわけではない。したがって関数の以後の説明については、正規化された相互エネルギー２５の出力を前提とするが、正規化された相互エネルギーの平方も、これについて同じ意味で適用することができる。

監視されるべき排ガスセンサ１５の測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０は、排ガスセンサの取付場所における、排ガスセンサ１５により算定される排ガス状態量に相当しており、たとえば酸素濃度に相当している。遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２は、内燃機関１０の吐出部１７における排ガス状態量の推移に相当している。遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２は、たとえば適当なモデルによって計算することができる。たとえば内燃機関の吐出部１７における酸素濃度は、測定された空気質量と、燃料調量部１３を通じて供給される予定燃料質量とから算出することができる。

バンドパスフィルタ３１は、排ガスセンサ１５のダイナミック挙動を模倣するローパス成分を含んでいる。バンドパスフィルタ３１に含まれるハイパス成分、ならびに排ガスプローブ１５の信号推移における第１のハイパスフィルタ３０は、むだ時間測定の選択度を向上させる役目を果たすものであり、それは、排ガス状態量の時間的推移のダイナミックな段階だけが後続の信号比較のときに考慮されることによる。第１のハイパスフィルタ３０およびバンドパスフィルタ３１のハイパス成分は、統一的な限界周波数と、ローパスフィルタの通過範囲と重ね合わされる通過範囲とを有している。急峻なエッジのハイパスおよびローパスの場合、ハイパス限界周波数はローパス限界周波数よりも下方に位置していなければならない。

むだ時間素子３２により、フィルタリングされた参照信号ｙ_２（ｔ）２３が、最大値認識部３６により出力されるモデルむだ時間τ_Ｍ２６の分だけ遅延され、それにより遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４が生じる。相互相関は、第１の乗算器３３と、第１の積分器３４と、任意選択で設けられる第１の平方器３５とによって行われる。このとき、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１およびフィルタリングされた参照信号ｙ_２（ｔ）２３の相互エネルギーは、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１およびフィルタリングされた参照信号ｙ_２（ｔ）２３の信号エネルギーに関連づけられる。

最大値認識部３６は、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と、遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４とが可能な限り合同になるまで、むだ時間素子３２のモデルむだ時間τ_Ｍ２６を好ましくは反復式に変更する。そうすればモデルむだ時間τ_Ｍ２６は、排ガスセンサ１５の算定されるべきむだ時間τ_Ｓに良好な近似で相当する。フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４の合同性ないし類似性を表す目安は、最善に合致したときに最大値をとる、相互相関関数を通じて得られる相互エネルギーＥ_ＫＫである。

任意選択の平方器３５を使用すると、相互エネルギーの平方も類似性基準として利用することができる。平方することは最大値の位置を変えないからである。

モデルむだ時間を段階的に適合化するために、同一の測定を複数回評価することができる。そのためには、測定と遅延されていない参照信号とを、好都合な時間にわたって記録しなければならない。同様に、たとえば測定と評価を異なる励起について異なるモデルむだ時間で実施することも可能である。別案の実施形態では、図２に示すブロック図の各部分が複数回実行されることによって、異なるモデルむだ時間についての評価を並列化することともできる。

上述した方法は、測定されるべき排ガス状態量の増加と減少についての統一的な監視原理によって、排ガスプローブ１５のむだ時間τ_Ｓの簡単な算定を可能にする。これは、内燃機関１０の空気システムや燃料システムへの介入を必要としない受動式の方法である。本方法は、惰行段階やアイドリング段階を有していない、または少ししか有していない車両、たとえばハイブリッド車両でも適用可能である。さらに別の利点は、関連する認証周期での高い利用可能性、外乱に対する高いロバスト性、原因（排ガス状態量の変化）と作用（排ガスセンサの出力信号）に関わる誤ったエッジ割当に基づく誤測定の回避可能な危険性、ならびに低い複雑性と少ない適用コストである。

図３は、排ガスセンサ１５としての広帯域ラムダプローブの実施形態における、モデルをベースとした酸素センサのむだ時間診断のためのブロック図を示している。広帯域ラムダプローブの反応挙動は、実際のシステム４０によって図示されている。モデル５０は、必要な参照信号を供給する。

実際のシステム４０では、内燃機関１０の吐出部１７における排ガス中に存在している酸素濃度４１が、広帯域ラムダプローブのプローブ遅延４２に応じて、測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０へと変換される。測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０から、第１のハイパスフィルタ３０により、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１が形成される。フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１は、第２の乗算器４３および第３の乗算器４５に供給される。第２の乗算器４３の後には第２の積分器４４が配置されており、および、これに続いて最大値認識部３６が配置されている。

モデル５０では、エアマス５１と燃料マス５２が第１の除算ユニット５３へ供給され、そこで形成されたラムダ値が換算ユニット５４に供給される。換算ユニット５４は、図２に示す遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２を計算された酸素含有率の形態で形成し、これが遅延素子５５に供給される。そこで形成されるモデル化された酸素含有率５６が、第２のハイパスフィルタ５７に供給される。得られる遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４は、第３の乗算器４５および第４の乗算器５８に送られる。第４の乗算器５８の後には、第４の積分器５９と最大値認識部３６とが続いている。

第３の乗算器４５の後には第３の積分器４６、およびこれに続いて最大値認識部３６が設けられている。最大値認識部３６は、相互相関の結果としての出力信号として、正規化された相互エネルギー２５とモデルむだ時間τ_Ｍ２６を供給し、これが遅延素子５５に供給される。

実際のシステム４０は、実際の広帯域ラムダプローブに相当している。内燃機関１０の吐出部１７における本件の酸素濃度４１の場合の広帯域ラムダプローブの反応挙動は、下記式（１）の伝達関数に準じて、むだ時間τ_Ｓと、プローブ時間定数Ｔ_Ｓを有する１次ローパスフィルタとによって表すことができる。むだ時間τ_Ｓは、実質的に、内燃機関１０の吐出部１７から広帯域ラムダプローブまでのガス進行時間によって与えられる。プローブ時間定数Ｔ_Ｓは、広帯域ラムダプローブのダイナミックを表している。測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０は、広帯域ラムダプローブの出力信号に相当している。

参照信号はモデル５０を用いて形成される。内燃機関１０に供給されるエアマス５１と燃料マス５２から、第１の除算ユニット５３での化学量論的な修正の後、ラムダ値が計算される。燃料マス５２は、運転者が設定するトルク希望から得ることができる。換算ユニット５４で、ラムダ値から、内燃機関１０の吐出部１７における算出される酸素含有率が算定される。算出される酸素含有率は、遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２に相当している。実際のシステム４０に準じて、遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２から、下記式（２）の伝達関数に従ってモデル化された酸素含有率５６が形成され、ここでτはモデルむだ時間τ_Ｍ２６であり、Ｔ_Ｍはモデル時間定数である。モデル化された酸素含有率５６は、遅延されていない参照信号ｘ_２（ｔ）２２に比べて、モデルむだ時間τ_Ｍ２６の分だけ遅延されている。モデル時間定数Ｔ_Ｍは、広帯域ラムダプローブのプローブ時間定数Ｔ_Ｓの実際値に等しく選択されるのが好ましい。それにより、固定的に調整された時間定数に比べたとき、むだ時間診断がたとえば煤付着の結果として遅くなった排ガスプローブ１５によって狂わされることがないという利点がもたらされる。プローブ時間定数ＴＳは、たとえばまだ公開されていない出願人の文献Ｒ．３３９８９２に記載されている方法に従って算定することができる。

測定された出力信号ｘ_１（ｔ）２０、およびモデル化された酸素含有率５６を表す信号は、それぞれハイパスフィルタ３０，５７でフィルタリングされる。ハイパスフィルタ３０，５７は、次の伝達関数に準じて、それぞれ等しいハイパスフィルタ時間定数Ｔ_Ｆを有している：

それにより、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１、および遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４が得られる。

相互相関は、本実施例では、正規化されたエネルギー相互相関関数の平方を通じて行われる：

そのために、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１、および遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４がそれぞれ乗算器４３，５８で平方され、このことは、信号出力に相当する信号を供給する。この信号は、引き続き積分器４４，５９により所定の積分時間Ｔにわたって積分され、それにより、分母に相互相関関数（４）が示された信号エネルギーがもたらされる。

この式の分子にある相互エネルギーは、第３の乗算器４５および第３の積分器４６で、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４との相互エネルギーから、所定の積分時間Ｔにわたって形成される。

最大値認識部３６は、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４の信号エネルギーおよび相互エネルギーから、相互相関関数（４）に準じて正規化された相互エネルギーＥ_ＫＫ２５を形成する。このとき最大値認識部３６は、正規化された相互エネルギーＥ_ＫＫ２５がその最大値をとるまで、モデルむだ時間τ_Ｍ２６を反復式に変更する。正規化された相互エネルギーＥ_ＫＫ２５がその最大値をとるのは、フィルタリングされた出力信号ｙ_１（ｔ）２１と遅延された参照信号ｙ_２（ｔ−τ）２４がほぼ合同になるときである。このことが該当するのは、モデルむだ時間τ_Ｍ２６が、広帯域ラムダプローブの算定されるべきむだ時間τ_Ｓに相当しているケースである。
正規化された相互エネルギーＥ_ＫＫ２５を適用することで、モデル５０と実際のシステム４０すなわち実際に存在している排ガスセンサ１５の乗算誤差がいずれも除去され、ならびに、励起の信号ストロークの影響が除去される。

積分時間Ｔは、排ガスの酸素濃度の変化の１つまたは複数のエッジを含むことができる。このとき積分は、時間制御式または事象制御式に開始することができる。事象制御式に積分がスタートするのは、たとえば両方の酸素エッジ（測定ないしシミュレーションされる）のうちの早いほうが始まるとき、または噴射量エッジが始まるときである。１つのエッジだけが評価されるとき、診断結果は方向選択的であり、すなわち、酸素含有率の増加または減少についてのみ対象となる。

図４は、排ガスセンサ１５のむだ時間τ_Ｓの方向選択的な監視のためのブロック図を示している。回路構造ないしソフトウェア機能は、基本的に、図２についてすでに説明したように構成されている。

追加として、第１のハイパスフィルタ３０の後に第１の飽和素子６０が設けられており、むだ時間素子３２の後には第２の飽和素子６１が設けられている。飽和素子６０，６１はダイオード機能を有しており、それにより、正または負のいずれかの信号成分だけを通過させる。このことは、測定されるべき排ガス状態量の変化の、たとえば排ガスの酸素含有率の上昇の、複数の同種のエッジを通じて方向選択的な評価をすることを可能にする。

図５は、別案の評価方法に基づく、排ガスセンサ１５のむだ時間τ_Ｓを算定するためのブロック図を示している。この構造は、やはり図２で説明した構造に大筋で呼応している。しかし最大値認識部３６は、本実施例では、モデルむだ時間τ_Ｍ２６を出力信号として直接供給するのではなく、容積変化ΔＶ２７を供給する。この容積変化は加算器６２で容積Ｖ２８に加算され、その結果が第２の除算ユニット６３で容積流量ｖ２９に関係づけられ、そこからモデルむだ時間τ_Ｍ２６が得られる。

排ガスセンサ１５のむだ時間τ_Ｓはガス進行時間なので、排ガスの容積流量ｖ２９と、内燃機関１０の吐出部１７と排ガスセンサ１５の取付場所との間の排ガス設備の容積Ｖ２８とに依存して決まる。したがって最大値認識部３６は、本実施例では、モデルむだ時間τ_Ｍ２６ではなく、排ガス設備のシリーズ生産状態に対する容積変化ΔＶ２７に応じて容積Ｖ２８を計算上で変えるように変更されている。容積流量ｖ２９が既知であれば、そこからモデルむだ時間τ_Ｍ２６を算定することができ、それに応じて排ガスセンサ１５のむだ時間τ_Ｓを算定することができる：

１０ 内燃機関
１４ 制御ユニット
１５ 排ガスセンサ
１８ 排ガス通路
２０ 測定された出力信号
２２ 参照信号
２６ モデルむだ時間τ_Ｍ
３６ 最大値認識部

Claims (13)

1. 内燃機関（１０）の排ガス通路（１８）で排ガス状態量を算定するための排ガスセンサ（１５）の反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定する方法であって、むだ時間τ_Ｓの算定は、前記排ガスセンサ（１５）の測定された出力信号（２０）またはこれから導き出される測定された特性量と、参照信号またはこれから導き出される参照特性量とに基づいて行われる、そのような方法において、遅延されていない参照信号（２２）またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量が算定され、測定された出力信号（２０）またはこれから導き出される測定された特性量と、モデルむだ時間τ_Ｍ（２６）の分だけ遅延された参照信号（２２）またはこれから導き出されるモデルむだ時間τ_Ｍ（２６）の分だけ遅延された参照特性量との間の相互相関が形成され、モデルむだ時間τ_Ｍ（２６）は相互相関関数が最大値をとるように選択され、前記排ガスセンサ（１５）の測定された出力信号のむだ時間τ_Ｓはこのようにして算定されたモデルむだ時間τ_Ｍ（２６）と同一とされることを特徴とする方法。
2. 遅延されていない参照信号（２２）またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量がモデル化されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 相互相関を形成する前に参照信号またはこれから導き出される参照特性量のローパスフィルタリングが実行されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 相互相関が形成される前に測定された出力信号（２０）またはこれから導き出される測定された特性量のハイパスフィルタリングが実行され、および参照信号またはこれから導き出される参照特性量のハイパスフィルタリングが実行されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記排ガスセンサ（１５）のプローブ時間定数Ｔ_Ｓが算定され、モデル時間定数Ｔ_Ｍがプローブ時間定数Ｔ_Ｓと同一とされることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
6. 相互相関関数として正規化されたエネルギー相互相関関数または正規化されたエネルギー相互相関関数の平方が利用され、
   正規化されたエネルギー相互相関関数の平方は、フィルタリングされた出力信号をｙ _１ （ｔ）、遅延された参照信号をｙ _２ （ｔ−τ）として、
   

   

   で表されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
7. エネルギー相互相関関数を計算するときの積分時間Ｔは排ガス状態量の変化の１つまたは複数のエッジを含んでいることを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
8. 積分時間Ｔは時間制御式または事象制御式に開始されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
9. 相互相関の最大値を算定するために、相互相関関数が最大値をとるように、前記内燃機関（１０）と前記排ガスセンサ（１５）の取付場所との間の排ガス通路（１８）の容積値が変更されることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
10. 内燃機関（１０）を制御するため、および排ガスセンサ（１５）の反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定するための制御ユニット（１４）であって、前記制御ユニット（１４）は、前記排ガスセンサ（１５）の出力信号（２０）を測定する手段および／またはこれから導き出される特性量を判定する手段を含んでおり、前記制御ユニット（１４）は、参照信号を算定する手段および／またはこれから導き出される参照特性量を判定する手段を含んでいる、そのような制御ユニットにおいて、前記制御ユニット（１４）は、遅延されていない参照信号（２２）を算定するための手段またはこれから導き出される遅延されていない参照特性量を判定するための手段を含んでおり、前記制御ユニット（１４）には、測定された出力信号（２０）またはこれから導き出される測定された特性量と、モデルむだ時間τ_Ｍ（２６）の分だけ遅延された参照信号（２４）またはこれから導き出される参照特性量との間の相互相関を形成するためのプログラム進行手順または電子回路が含まれており、前記制御ユニット（１４）はモデルむだ時間τ_Ｍ（２６）を変えるため、およびモデルむだ時間τ_Ｍ（２６）のときの相互相関関数の最大値を認識するための最大値認識部（３６）を含んでいることを特徴とする制御ユニット。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法または制御ユニットの利用法において、広帯域ラムダプローブまたはＮＯ_Ｘセンサの反応挙動におけるむだ時間τ_Ｓを算定するための利用法
12. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法または制御ユニットの利用法において、ハイブリッド車両での利用法。
13. 請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法または制御ユニットの利用法において、セーリング動作を有している車両での利用法。

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