(57)【要約】【課題】簡単に実行可能であり且つ確実な診断を可能にする、排気ガス流れ内に配置されている触媒の診断方法および装置を提供する。【解決手段】排気ガス流れ（ｍｓ＿ａｂｇ）内に配置されている触媒（１５、１６、１７）の診断方法において、触媒診断が触媒（１５、１６、１７）の吸湿特性の評価に基づいて行われる。触媒温度（ｔｅ＿Ｋａｔ）に対する尺度（ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓ）の測定が行われ、触媒（１５、１６、１７）内に存在する水膜の蒸発の間に発生する測定温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の特性変数（ｔｅ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ）の評価が行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒診断が触媒（１５、１６、１７）の吸湿特性の評価に基づくことを特徴とする排気ガス流れ（ｍｓ＿ａｂｇ）内に配置されている触媒（１５、１６、１７）の診断方法。
【請求項２】
触媒温度（ｔｅ＿Ｋａｔ）に対する尺度（ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓ）の測定が行われること、および
触媒（１５、１６、１７）内に存在する水膜の蒸発の間に発生する測定温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の特性変数（ｔｅ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ）の評価が行われること、
を特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の特性変数（ｔｅ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ）として、平坦部温度（ｔｅ＿Ｐ）が使用されることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項４】
温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の特性変数（ｔｅ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ）として、平坦部期間（ｔｉ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ１、ｔｉ＿Ｐ２）が使用されることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項５】
温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の平坦部期間（ｔｉ＿Ｐ、ｔｉ＿Ｐ１、ｔｉ＿Ｐ２）は、平坦部検出の間における排気ガス流量（ｍｓ＿ａｂｇ）および触媒（１５、１６、１７）手前上流側の排気温度（ｔｅ＿ａｂｇ）および内燃機関（１０）の排気領域（１３）内に触媒（１５、１６、１７）が配置されている内燃機関（１０）の温度（ｔｅ＿ｍｏｔ）またはそれらのいずれかが許容範囲内に存在するときにのみ測定されることを特徴とする請求項４の方法。
【請求項６】
前記許容範囲が、温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の検出の開始時における排気ガス流量（ｍｓ＿ａｂｇ）および排気温度（ｔｅ＿ａｂｇ）および内燃機関（１０）温度（ｔｅ＿ｍｏｔ）またはそれらのいずれかの関数であることを特徴とする請求項５の方法。
【請求項７】
前記触媒診断は、内燃機関（１０）の排気領域（１３）内に触媒（１５、１６、１７）が配置されている内燃機関（１０）の低温始動後に行われることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項８】
前記触媒診断は、内燃機関（１０）の排気領域（１３）内に触媒（１５、１６、１７）が配置されている内燃機関（１０）の惰性燃料遮断（Ｓ＿Ａ）後に行われることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項９】
前記触媒診断は、内燃機関（１０）の排気領域（１３）内に触媒（１５、１６、１７）が配置されている内燃機関（１０）の遮断および再始動（Ｓｔ）後に行われることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１０】
前記触媒診断は、排気ガス流量（ｍｓ＿ａｂｇ）がしきい値（Ｓ２）を下回っているときに行われることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項１１】
触媒が少なくとも２つの触媒部分領域（１６、１７）に分割されること、および
前記触媒診断が各触媒部分領域（１６、１７）に対して別々に行われること、
を特徴とする請求項１の方法。
【請求項１２】
触媒温度（ｔｅ＿Ｋａｔ）が、温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の平坦部温度期待値（ｔｅ＿Ｐ＿Ｅ）以下に低下したのちに温度平坦部（Ｐ１、Ｐ２）の検出が行われることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項１３】
平坦部温度期待値（ｔｅ＿Ｐ＿Ｅ）が平坦部温度診断信号（ｔｅ＿Ｐ＿Ｄ）の関数として決定されることを特徴とする請求項１２の方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれかに記載の方法を実施するために適した少なくとも１つの制御装置（３０）が設けられていることを特徴とする排気ガス流れ（ｍｓ＿ａｂｇ）内に配置されている触媒（１５、１６、１７）の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス流れ内に配置されている触媒の診断方法および方法を実施するための装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ドイツ特許公開第４４２６０２０号から、触媒内において場合により行われる発熱反応によって影響される少なくとも１つの温度の評価に基づく、排気ガス流れ内に配置されている触媒の診断方法が既知となっている。この既知の診断方法は、２つの温度信号に基づいて実行される。第１の温度信号は、触媒後方下流側に配置されている温度センサが提供する。第２の温度信号は、触媒の温度モデルにより得られる。両方の温度信号は、内燃機関の排気領域内に触媒が配置されている内燃機関の所定の運転状態において相互に比較される。温度モデルから得られた温度は、全く機能性がない触媒、完全に機能性を有する触媒またはいわゆる限界触媒に基づいて形成されてもよく、この場合、限界触媒は、これらの両極端の触媒の間に存在する、転化能力に対して法規がなお満たされている転化能力を有している。
【０００３】
ドイツ特許公開第１９７５１５８号から、排気ガス内の酸素濃度に対する少なくとも１つの尺度の評価に基づく、排気ガス流れ内に配置されている触媒の診断方法が既知となっている。酸素濃度に対する第１の尺度は、触媒後方下流側に配置されているλセンサが提供する。触媒後方下流側の酸素濃度に対する第２の尺度は、触媒モデルによって得られる。測定尺度および計算尺度間の差に対する尺度が評価される。触媒診断は、触媒の酸素吸蔵能力の評価に基づくものであり、この場合、新しい触媒は古い触媒よりも高い吸蔵能力を有していることから出発される。この既知の方法により、特に、触媒手前上流側において意図的に設定されたλ変化に基づいて、触媒後方下流側に発生する測定λ信号の振幅が評価される。
【０００４】
ドイツ特許公開第４１２８８２３号から、排気ガス内の酸素濃度に対する少なくとも１つの尺度の評価に基づく、排気ガス流れ内に配置されている触媒の他の診断方法が既知となっている。この触媒診断は、触媒の酸素吸蔵能力の決定に基づいている。酸素吸蔵能力は、内燃機関の排気領域内に触媒が配置されている内燃機関によって吸い込まれる空気流量並びに触媒手前上流側の排気ガスλを考慮する積分によって決定される。この積分は、触媒手前上流側において、例えば意図的に設定可能なλ変化が発生したときにスタートされる。この積分は、触媒後方下流側に配置されているλセンサが、触媒手前上流側におけるλ変化に基づいて発生する排気ガスλの変化を検出したときに終了される。
【０００５】
排気ガス流れ内に配置されている触媒の他の診断方法は、除去されるべき少なくとも１つの排気ガス成分の検出および評価を直接行う。対応する方法がドイツ特許公開第１９９６３９０１号に記載されている。ＮＯｘ吸蔵触媒後方下流側に配置されているＮＯｘ感知センサは、ＮＯｘ吸蔵触媒後方下流側のＮＯｘ濃度に対する尺度を提供し、この尺度がＮＯｘ吸蔵触媒の診断のために直接使用される。
【０００６】
ドイツ特許公開第４３３８３４２号から、排気温度に対する尺度および排気ガス・センサ温度および触媒温度またはそれらのいずれかのシミュレーション方法が既知であり、この方法においては、内燃機関の運転変数のほかに、内燃機関の排気領域内および触媒内またはそのいずれか内における液体の発生が予想されることを与える少なくとも１つの液体信号が考慮される。温度に対する尺度のシミュレーションにおいて、液体の蒸発が考慮される。この既知の方法は、例えば、排気領域内に配置されているセンサの電気加熱を制御するために使用可能であるが、同時に存在する液体がセンサ表面に沈降している場合に加熱が行われたとき、センサにおいて破損の危険性が存在する。
【０００７】
液体は一般に水であり、水は露点温度を下回ったときに表面上に凝縮する。内燃機関の排気領域内に支配している条件に基づき、水に対する露点温度は周囲空気よりも低くなる。この偏差は、一方で、排気ガス内の水蒸気濃度が周囲空気内の水蒸気濃度より小さいことに基づき、および他方で、内燃機関の排気領域内の排気圧力は一般に周囲空気圧力より高いことに基づいている。
【０００８】
ドイツ特許公開第１００６５１２５号から、上記のドイツ特許公開第４３３８３４２号に記載の方法の変更態様が既知であり、この方法においては、液体の蒸発の影響のほかに、さらに排気ガス流れによる凝縮液の搬出が考慮される。
【０００９】
最後に、ドイツ特許出願第１０２００５０４１６６１号に、内燃機関の排気領域内に配置されているセラミック・センサの加熱要素の作動方法が記載され、この場合、排気領域内に液体の存在が予想されない運転状態に内燃機関が存在しているときにおいてのみ、加熱要素が作動される。この特定の運転状態の存在は、ある時間にわたり加算された、排気ガス質量流量による搬出熱流量が設定可能なしきい値を超えたときに推測される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、簡単に実行可能であり且つ確実な診断を可能にする、排気ガス流れ内に配置されている触媒の診断方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
排気ガス流れ内に配置されている触媒の本発明による診断方法は触媒の吸湿特性の評価に基づいている。
水の自由表面には、水が蒸発するときにそれに打ち勝たなければならない水分子間の力のみが発生しているが、その一方で、触媒内には、明らかに、触媒の内部表面と、その表面上に凝縮された水膜の水分子との間の相互作用もまた働き、この相互作用は、追加的に発生したり、または水分子間の力よりも大きいことがある。したがって、吸湿特性とは、触媒の内部表面と、その上に存在する水との間のあらゆるタイプの相互作用と理解される。以下においては、水は水膜と呼ばれる。
【００１２】
触媒の吸湿特性は、触媒の活性に比例する有効触媒表面と関係する。したがって、排気ガス流れ内に配置されている触媒の本発明による診断方法は、直接、触媒の品質に対する尺度として使用可能な有効触媒表面に対する尺度の決定ないしは評価に基づいている。
【００１３】
本発明による方法の有利な変更態様および形態が得られる。
触媒の吸湿特性を評価するための一実施例は、はじめに、触媒温度に対する尺度の測定を行う。さらに、場合により触媒内に存在する水膜の蒸発の間に発生する測定温度平坦部の特性変数の評価が行われる。
【００１４】
水膜の蒸発過程はエネルギーを必要とし、このエネルギーは、排気ガスによって取り込まれたエネルギーから提供されている。したがって、温度平坦部は、水膜が蒸発し終わるまでの間形成されている。
【００１５】
温度平坦部の特性変数として、平坦部温度それ自身が使用されることは好ましい。実験により、傾向として、良好な触媒においては、劣化された触媒においてよりもより高い平坦部温度を発生することが示されている。代替態様または追加態様として、温度平坦部の期間が考慮されてもよい。特に、温度平坦部の間における触媒手前上流側の排気温度および触媒内を流れる排気ガス流量またはそのいずれかが許容範囲内に存在するとき、温度平坦部の期間が同様に触媒の診断のために使用されてもよく、この場合、より長い期間はより短い期間よりもより良好な触媒に対応している。
【００１６】
許容範囲は、温度平坦部の検出の開始時に存在する排気ガス流量および排気温度および内燃機関の排気領域内に触媒が配置されている内燃機関の温度またはそれらのいずれかの関数として決定されることが好ましい。
【００１７】
触媒は、例えば、上記のように、内燃機関の排気ガス流れ内に配置されている。触媒診断は、内燃機関の低温始動後に、および内燃機関の惰性燃料遮断後に、および内燃機関の遮断および再始動後に、またはそれらのいずれかにおいて行われる形態がとられてもよい。内燃機関のこれらの運転状態においては、排気領域内に存在する水蒸気から凝縮水膜を発生させる露点を既に下回っていることが予測されるので、温度平坦部が発生することから出発可能である。
【００１８】
いずれの場合も、触媒温度が平坦部温度に対する期待温度以下に低下したのちに温度平坦部の検出が行われるとき、温度平坦部の発生が予想可能である。内燃機関がさらに運転されるかぎり、温度平坦部が再び発生することから出発可能である。この形態の一変更態様により、期待温度が診断信号の関数として決定されるように設計されている。予め良好であると判定された触媒においては、劣化されていると判定された触媒においてよりも、平坦部温度に対するより高い期待温度が設定可能である。
【００１９】
排気ガス流れ内に配置されている触媒の本発明による診断装置は、はじめに、特に本方法を実施するために適している制御装置に関するものである。制御装置は、方法ステップがコンピュータ・プログラムとして記憶されている少なくとも１つの電気メモリを含むことが好ましい。
【００２０】
本発明による方法の他の有利な変更態様および形態が他の従属請求項および以下の説明から得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、内燃機関１０の吸気領域１１内に空気測定手段１２が配置され、また内燃機関１０の排気領域１３内に排気温度センサ１４並びに触媒１５が配置されている、内燃機関１０を示す。触媒１５は、第１の触媒部分領域１６および第２の触媒部分領域１７に分割されている。内燃機関１０はエンジン温度ｔｅ＿ｍｏｔを有している。
【００２２】
触媒１５は触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔを有している。第１の触媒部分領域１６の温度は第１の触媒温度センサ１８が測定し、第２の触媒部分領域１７の温度は第２の触媒温度センサ１９が測定する。
【００２３】
排気領域１３内に排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｇが発生し、並びに触媒１５の手前上流側に排気温度ｔｅ＿ａｂｇが発生する。
内燃機関１０に、エンジン温度センサ２０並びに燃料配量２１が付属されている。
【００２４】
制御装置３０に、空気測定手段１２が空気信号ｍｓ＿Ｌを、内燃機関１０が回転速度ｎを、エンジン温度センサ２０がエンジン温度測定信号ｔｅ＿ｍｏｔ＿ｍｅｓｓを、排気温度センサ１４が排気温度測定信号ｔｅ＿ａｂｇ＿ｍｅｓｓを、第１の触媒温度センサ１８が第１の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓを、第２の触媒温度センサ１９が第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓを供給する。制御装置３０は、燃料配量手段２１に燃料信号ｍ＿Ｋを供給する。
【００２５】
制御装置３０は燃料信号決定手段３１を含み、燃料信号決定手段３１に、空気信号ｍｓ＿Ｌ、回転速度ｎ並びにトルク目標値Ｍｄ＿Ｓｏｌｌが供給され、燃料信号決定３１は、燃料信号ｍ＿Ｋ、排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｇに対する計算尺度ｍｓ＿ａｂｇ＿ｍｏｄ並びに排気温度ｔｅ＿ａｂｇに対する計算尺度ｔｅ＿ａｂｇ＿ｍｏｄを提供する。
【００２６】
制御装置３０はさらに診断開始手段３２を含み、診断開始手段３２に、内燃機関スタート信号Ｓｔ、惰性燃料遮断信号Ｓ＿Ａ、並びに第１ないし第４の開始信号Ｆ１−Ｆ４が供給され、診断開始手段３２は診断開始信号Ｄ＿Ｆを決定し、診断開始信号Ｄ＿Ｆは温度平坦部検出３３に供給される。
【００２７】
第１の開始信号Ｆ１は第１の比較器３４が提供し、第１の比較器３４に、エンジン温度ｔｅ＿ｍｏｔ並びにエンジン温度比較信号Ｓ１が供給される。第２の開始信号Ｆ２は第２の比較器３５が提供し、第２の比較器３５に、排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｇ並びに排気ガス流量比較信号Ｓ２が供給される。第３の開始信号Ｆ３は第３の比較器３６が提供し、第３の比較器３６に、排気温度ｔｅ＿ａｂｇ並びに排気温度比較信号Ｓ３が供給される。第４の開始信号Ｆ４は第４の比較器３７が提供し、第４の比較器３７に、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔおよび平坦部温度期待値ｔｅ＿Ｐ＿Ｅが供給される。第１ないし第３の比較信号Ｓ１−Ｓ３は診断開始手段３２から提供される。
【００２８】
温度平坦部検出手段３３に、診断開始信号Ｄ＿Ｆのほかに、第１の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓおよび第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓが供給される。温度平坦部検出手段３３は診断開始手段３２に平坦部信号Ｐを出力する。
【００２９】
温度平坦部検出手段３３は、平坦部温度比較器３８に平坦部温度ｔｅ＿Ｐを、平坦部期間比較器３９に平坦部期間ｔｉ＿Ｐを供給する。
平坦部温度比較器３８に、さらに、平坦部温度基準設定手段４０から提供された平坦部温度基準値ｔｅ＿Ｐ＿Ｒｅｆが供給される。平坦部温度比較器３８は、平坦部温度診断信号ｔｅ＿Ｐ＿Ｄを、平坦部期待値決定手段４１のみならず診断決定手段４２にも供給する。
【００３０】
平坦部期間比較器３９に、さらに、平坦部期間基準設定手段４３から提供された平坦部期間基準値ｔｉ＿Ｐ＿Ｒｅｆが供給される。平坦部期間比較器３９は平坦部期間診断信号ｔｉ＿Ｐ＿Ｄを診断決定手段４２に供給する。
【００３１】
診断決定手段４２は診断結果Ｄ＿Ｅを出力する。
平坦部期待値決定手段４１は平坦部温度期待値ｔｅ＿Ｐ＿Ｅを決定する。
図２ａは触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔを時間ｔの関数として示す。第１および第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓが示され、これらは両方とも第１の時点ｔｉ１に温度スタート値ｔｅ＿Ｓで開始する。
【００３２】
両方の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓは温度平坦部Ｐ１、Ｐ２を有し、温度平坦部Ｐ１、Ｐ２において、例えば５５℃の平坦部温度ｔｅ＿Ｐが発生する。温度平坦部Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ平坦部期間ｔｉ＿Ｐを有している。
【００３３】
第１の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓの第１の温度平坦部Ｐ１は第１の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ１を有し、第１の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ１は第２の時点ｔｉ２において開始し且つ第４の時点ｔｉ４において終了する。第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓの第２の温度平坦部Ｐ２は第２の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ２を有し、第２の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ２は第３の時点ｔｉ３において開始し且つ第５の時点ｔｉ５において終了する。
【００３４】
図２ｂは、同様に、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔを時間ｔの関数として示す。両方の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓは、同様に、それぞれ温度平坦部Ｐ１、Ｐ２を有し、この場合、平坦部温度ｔｅ＿Ｐは例えば９０℃である。
【００３５】
本発明による本方法は次のように実行される。
燃料信号決定手段３１は、燃料信号ｍ＿Ｋを、例えば空気信号ｍｓ＿Ｌおよび回転速度ｎおよびトルク目標値Ｍｄ＿Ｓｏｌｌまたはそれらのいずれかの関数として決定する。トルク目標値Ｍｄ＿Ｓｏｌｌは、例えば、駆動エンジンとして内燃機関がその内において使用される、詳細には図示されていない自動車の、同様に詳細には図示されていない加速ペダルから提供される。燃料信号ｍ＿Ｋは、例えば、内燃機関１０の個々のシリンダ内に噴射されるべき燃料量および噴射時期を決定する。
【００３６】
燃料信号決定手段３１は、供給された信号に基づき、さらに、排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｇに対する計算尺度ｍｓ＿ａｂｇ＿ｍｏｄ並びに触媒１５の手前上流側の排気温度ｔｅ＿ａｂｇに対する計算尺度ｔｅ＿ａｂｇ＿ｍｏｄを決定する。代替態様または追加態様として、排気温度ｔｅ＿ａｂｇは、排気温度測定信号ｔｅ＿ａｂｇ＿ｍｅｓｓを提供する排気温度センサ１４により測定されてもよい。
【００３７】
本発明により、図示の実施例において少なくとも２つの触媒部分領域１６、１７に分割されている触媒１５の診断が行われる。診断を実行するために、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔの測定が必要である。少なくとも２つの触媒部分領域１６、１７に分割されていることに基づき、それに対応して少なくとも２つの触媒温度センサ１８、１９が設けられ、２つの触媒温度センサ１８、１９は、第１の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓないしは第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓを提供する。部分領域１６、１７への分割は必ずしも必要ではない。原理的に、例えば触媒１５の後部部分にまたは好ましくは触媒１５の後方下流側に配置されているただ１つの触媒温度センサを使用するだけで十分である。診断されるべき触媒１５の触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔに対する少なくとも１つの尺度である測定信号を提供することが重要である。
【００３８】
本発明により、触媒診断が触媒１５の吸湿特性の評価に基づくように設計されている。吸湿特性とは、物理的効果とは無関係に、触媒１５の内部表面上に発生する水膜と表面との間の各相互作用と理解される。
【００３９】
内燃機関１０の運転の間に、排気領域１３内には常に水蒸気の発生が予想される。水蒸気は、内燃機関１０内において空気／燃料混合物が燃焼するときに発生する。さらに、内燃機関１０によって吸い込まれる周囲空気の湿度を介して水蒸気の流入が行われる。内燃機関１０により吸い込まれる空気の低い相対湿度から出発されたとき、内燃機関１０の排気領域１３内の水蒸気濃度は約１２．５％である。排気ガス内に含まれている水蒸気は排気ガス水蒸気圧を有し、この排気ガス水蒸気圧は、排気ガス水蒸気濃度および排気圧力の関数である。
【００４０】
露点を下回ったとき、排気ガス内に含まれている水蒸気は触媒１５を含む排気領域１３内の低温表面上に水膜として沈降する。露点を下回ったことに基づいて触媒１５の内部表面上に水膜が存在するとき、水膜と触媒表面との間の移行領域内に、詳細には解明されていない効果が発生する。これらの効果は、水膜の分子間の相互作用および特に水膜の分子と触媒表面との間の相互作用に基づいている。これらの効果は、ここでは、触媒１５の吸湿特性と呼ばれる。吸湿特性は、特に、吸着過程および吸収過程またはそのいずれかにより決定される。毛細管効果が存在することもまた考えられる。水膜と触媒１５の内部表面との間におそらく表面張力および引力またはそのいずれかが働いているのであろう。
【００４１】
触媒１５の内部表面上の水膜は水膜蒸気圧を有し、水膜蒸気圧は水膜温度の関数である。以下においては、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔは水膜温度に対応することから出発される。水膜蒸気圧は水膜を蒸発させ、一方、排気ガス水蒸気圧はこの過程に抵抗として働く。水膜蒸気圧および排気ガス水蒸気圧が等しいとき、熱力学的平衡が存在する。このとき、水膜は増大することもまたは蒸発することもないであろう。排気ガス水蒸気濃度が１２．５％であり且つ排気圧力が空気圧力よりも高い場合、乾いた吸込周囲空気から出発されるとき、水膜の露点温度は約５５℃である。内燃機関１０により吸い込まれる周囲空気の相対湿度が高い場合、排気ガス水蒸気濃度もまた１２．５％より高いので、温度は約５℃だけ上昇する。
【００４２】
この温度は水膜が蒸発する間においても設定される。ここで平坦部温度ｔｅ＿Ｐとも呼ばれるこの温度は、蒸発の間においてほとんど変化しない。単位時間当たりに蒸発する水膜の量ないしは凝縮する水蒸気の量は、水膜と排気ガス水蒸気との間の蒸気圧勾配に直接比例している。
【００４３】
図示の実施例において平坦部温度ｔｅ＿Ｐを下回っているスタート温度ｔｅ＿Ｓから出発して、内燃機関１０の運転の間における、例えば排気温度ｔｅ＿ａｂｇの上昇により、第２の時点ｔｉ２において触媒１５の第１の部分領域１６の第１の温度平坦部Ｐ１が到達されたとし、この場合、図示の実施例においては、平坦部温度ｔｅ＿Ｐは、例えば５５℃である。第２の触媒部分領域１７が空間的に第１の触媒部分領域１６の後方下流側に配置されていることに基づき、第２の触媒部分領域１７の第２の温度平坦部Ｐ２は、第２の時点ｔｉ２後方の第３の時点ｔｉ３においてはじめて到達される。平坦部温度ｔｅ＿Ｐは両方の触媒部分領域１６、１７において同じである。
【００４４】
温度平坦部Ｐ１、Ｐ２が存在するかどうかは温度平坦部検出手段３３により検出される。この検出は、例えば触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔの勾配を観察することに基づいている。図示の実施例においては、第１および第２の触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓ、ｔｅ＿Ｋａｔ２＿ｍｅｓｓが別々に評価される。
【００４５】
この形態により、温度平坦部検出手段３３は、診断開始手段３２から提供される診断開始信号Ｄ＿Ｆが存在するときにおいてのみ、場合により存在する温度平坦部Ｐ１、Ｐ２を検出するように設計されている。
【００４６】
診断開始信号Ｄ＿Ｆは、内燃機関１０のスタート信号Ｓｔの関数であってもよい。温度平坦部Ｐ１、Ｐ２は、内燃機関１０の低温始動後または内燃機関１０の再始動後において高い確率で発生する。触媒１５を冷却可能にするほどの、内燃機関１０の比較的長い運転休止は、走行運転の間に内燃機関１０の遮断が行われているハイブリッド車内に内燃機関が配置されているときに特に発生する。
【００４７】
さらに、診断開始信号Ｄ＿Ｆはエンジン温度ｔｅ＿ｍｏｔの関数であってもよく、エンジン温度ｔｅ＿ｍｏｔは、第１の比較器３４内においてエンジン温度比較信号Ｓ１と比較され、第１の比較器３４は、比較結果の関数として第１の開始信号Ｆ１を提供する。エンジン温度比較信号Ｓ１は、例えば診断開始手段３２から提供される。エンジン温度比較信号Ｓ１は、しきい値または許容範囲であってもよい。
【００４８】
さらに、惰性燃料遮断信号Ｓ＿Ａが考慮されてもよい。惰性燃料遮断信号Ｓ＿Ａは、内燃機関１０の運転の間に燃料供給が完全に遮断されたときに発生する。惰性燃料遮断信号Ｓ＿Ａの発生の間においては排気領域１３内へのエネルギー流入は存在しないので、同時に場合により存在する排気領域１３内の高い空気流量に基づいて触媒１５は冷却され、ないしは触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔは少なくとも上昇しない。
【００４９】
さらに、排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｇが考慮されてもよい。排気ガス容積流量としてまたは好ましくは排気ガス質量流量として存在していてもよい排気ガス流量ｍｓ＿ａｂｓは、第２の比較器３５において排気ガス流量比較信号Ｓ２と比較される。第２の比較器３５は、比較結果の関数として第２の開始信号Ｆ２を提供する。排気ガス流量比較信号Ｓ２は、例えば診断開始手段３２から提供される。排気ガス流量比較信号Ｓ２は、しきい値であってもまたは許容範囲であってもよい。
【００５０】
さらに、排気温度ｔｅ＿ａｂｇが考慮されてもよい。排気温度ｔｅ＿ａｂｇの計算尺度ｔｅ＿ｍｏｔ＿ｍｏｄが使用されても、または排気温度センサ１４から提供される排気温度測定信号ｔｅ＿ａｂｇ＿ｍｅｓｓが使用されてもよい。第３の比較器３６は、排気温度ｔｅ＿ａｂｇを排気温度比較信号Ｓ３と比較し、且つ比較結果の関数として第３の開始信号Ｆ３を提供する。排気温度比較信号Ｓ３は、例えば診断開始手段３２から提供される。排気温度比較信号Ｓ３は、しきい値であってもまたは許容範囲であってもよい。
【００５１】
さらに、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔが考慮されることが特に有利である。図示の実施例においては、第４の比較器３７は、触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔを平坦部温度期待値ｔｅ＿Ｐ＿Ｅと比較する。平坦部温度期待値ｔｅ＿Ｐ＿Ｅは、平坦部期待値決定手段４１から、しきい値として、または少なくとも１つの先行診断からの決定値として提供される。
【００５２】
温度平坦部検出手段３３は、図示の実施例においては、平坦部温度ｔｅ＿Ｐのみならず平坦部期間ｔｉ＿Ｐもまた決定する。平坦部期間ｔｉ＿Ｐは、第１の触媒部分領域１６に対しては第１の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ１として、また第２の触媒部分領域１７に対しては第２の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ２として、別々に決定且つ提供される。
【００５３】
図示の実施例においては、第１の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ１が、第２の時点ｔｉ２において、例えば２０秒において開始し、且つ第４の時点ｔｉ４において、例えば４０秒において終了することから出発される。図示の実施例においては、さらに、第２の平坦部期間ｔｉ＿Ｐ２が、第３の時点ｔｉ３において、例えば２５秒において開始し、且つ第５の時点ｔｉ５において、例えば６０秒において終了することから出発される。両方の温度平坦部Ｐ１、Ｐ２の平坦部温度ｔｅ＿Ｐは、少なくとも近似的に等しいことが重要である。平坦部温度ｔｅ＿Ｐは、この実施例により、図２ａにおいては、例えば５５℃であり、図２ｂにおいては、例えば９０℃である。
【００５４】
温度平坦部検出手段３３は、温度平坦部Ｐ１、Ｐ２の検出の間に、診断開始手段３２に平坦部信号Ｐを供給し、診断開始手段３２は、存在する平坦部信号Ｐの関数として、第１ないし第３の比較信号Ｓ１−Ｓ３を決定可能である。第２ないしは第３の時点ｔｉ２、ｔｉ３において温度平坦部Ｐ１、Ｐ２の開始を信号する平坦部信号Ｐの発生により、第１ないし第３の比較信号Ｓ１−Ｓ３の少なくとも１つが許容範囲として設定され、これにより、温度平坦部Ｐ１、Ｐ２の他の決定、特に平坦部期間ｔｉ＿Ｐの決定は、入力変数が許容範囲内に存在するときにのみ実行される。その他の場合には、特に触媒１５内へのエネルギーの流入が平坦部期間ｔｉ＿Ｐに影響を与えるので、その決定は中止される。平坦部温度ｔｅ＿Ｐへの影響は小さいことが実験により特定されている。
【００５５】
実験により、さらに、触媒１５の吸湿特性は、少なくとも異なる平坦部温度ｔｅ＿Ｐないしは異なる平坦部期間ｔｉ＿Ｐにおいて再現されることが特定された。この場合、より高い平坦部温度ｔｅ＿Ｐはより良好な触媒１５に対応し、より低い平坦部温度ｔｅ＿Ｐはそれに対応してより劣化された触媒１５に付属可能であることが特定された。
【００５６】
したがって、図２ａに示されている、時間ｔの関数としての触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔの時間線図は比較的劣化された触媒１５に対応し、一方、図２ｂに示されている、時間ｔの関数としての触媒温度ｔｅ＿Ｋａｔの時間線図はより良好な触媒１５に対応する。それに対応して、より長い平坦部期間ｔｉ＿Ｐはより短い平坦部期間ｔｉ＿Ｐよりもより良好な触媒１５に対応する。
【００５７】
水膜と触媒１５の内部表面との間の相互作用の効果は、少なくとも近似的に触媒１５内の活性表面に比例することが推測される。触媒１５の活性表面が大きければ大きいほど、触媒作用はそれだけより良好である。高い平坦部温度ｔｅ＿Ｐないしは長い平坦部期間ｔｉ＿Ｐにおいてはより大きな活性表面が提供され、したがって、触媒１５の転化能力は、低い平坦部温度ｔｅ＿Ｐないしは短い平坦部期間ｔｉ＿Ｐにおいてよりもより良好であることから出発される。
【００５８】
平坦部温度ｔｅ＿Ｐは、平坦部温度比較器３８内において、平坦部温度基準設定手段４０が提供する平坦部温度基準値ｔｅ＿Ｐ＿Ｒｅｆと比較される。平坦部温度ｔｅ＿Ｐの、好ましくは複数の平坦部温度基準値ｔｅ＿Ｐ＿Ｒｅｆとの１つまたは好ましくは複数の比較に基づき、平坦部温度診断信号ｔｅ＿Ｐ＿Ｄにより触媒の等級付けが行われる。平坦部温度基準値ｔｅ＿Ｐ＿Ｒｅｆは、例えば各触媒タイプに対して別々に決定される。
【００５９】
それに対応して、平坦部期間ｔｉ＿Ｐは、平坦部期間比較器３９内において、平坦部期間基準設定手段４３が提供する平坦部期間基準値ｔｉ＿Ｐ＿Ｒｅｆと比較される。平坦部期間ｔｉ＿Ｐの、好ましくは複数の平坦部期間基準値ｔｉ＿Ｐ＿Ｒｅｆとの１つまたは好ましくは複数の比較に基づき、平坦部期間診断信号ｔｉ＿Ｐ＿Ｄにより触媒の等級付けが行われる。平坦部期間基準値ｔｅ＿Ｐ＿Ｒｅｆもまた、例えば各触媒タイプに対して別々に決定される。
【００６０】
平坦部温度診断信号ｔｅ＿Ｐ＿Ｄおよび平坦部期間診断信号ｔｉ＿Ｐ＿Ｄまたはそのいずれかから、診断決定手段４２は最終的に診断信号Ｄ＿Ｅを決定し、診断信号Ｄ＿Ｅは触媒１５の転化能力に関する判定を可能にする。限界触媒の転化能力との比較により、診断信号Ｄ＿Ｅは、触媒１５の交換の必要性に対する指針として使用可能である。
【００６１】
平坦部温度診断信号ｔｅ＿Ｐ＿Ｄはさらに平坦部期待値決定手段４１に供給され、これにより、平坦部温度期待値ｔｅ＿Ｐ＿Ｅは触媒１５の実際状態に適応可能である。
それに対応して別々に評価されてもよい少なくとも第１および第２の触媒部分領域１６、１７への触媒１５の分割は、触媒１５の転化能力の変化が位置により異なって現われることに関する追加情報の提供を可能にする。さらに、両方の触媒部分領域１６、１７の診断結果の比較に基づき、触媒温度測定信号ｔｅ＿Ｋａｔ１＿ｍｅｓｓの提供に関する妥当性ないしは他の信号処理に関する妥当性が検査されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、排気ガス流れ内に配置される触媒の本発明による診断がその中で実行される技術的周辺図を示す。
【図２】図２ａ、２ｂは触媒温度を時間の関数として示す。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年6月6日(2008.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2009518573.tif 000009
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