(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の排気ガス・システムに接続した二次空気システムの監視方法であって、
吸入路に吸入される空気の吸入空気質量を表す信号（ＭａｓｓｅAnsaugluft）と、
計算によって求められた、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比を表す信号（λMotor）と、
排気ガス管への二次空気管路の開口部の下流側において、センサによって求められた空燃比を表す信号（λAbgas）と、
から二次空気流のための信号が求められ、
その際、前記二次空気流のための信号に基づいて、前記二次空気システムの機能が評価される前記監視方法において、
前記二次空気流のための信号として、二次空気の質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft）が、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比（λMotor）、および前記センサによって求められた空燃比（λAbgas）、および吸入空気質量を表す信号（ＭａｓｓｅAnsaugluft）に依存して、計算によって求められ、且つ前記二次空気システムの機能が、二次空気の質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft）に依存して、評価されること、及び
前記二次空気の質量は、二次空気が排気ガス管の中へ吹き込まれている段階である二次空気吹き込み段階中に求められ、その際、二次空気の実際質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Ist）が、λコントローラーの調節パラメータ（ＦＲm）に依存して決定されること、
を特徴とする自動車の排気ガス・システムに接続した二次空気システムの監視方法。
【請求項２】
二次空気の質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft）が、次の方程式、即ち、
【数１】
0004593047.tif 000008
に基づいて、計算によって求められることを特徴とする請求項１に記載の監視方法。
【請求項３】
前記二次空気の質量が前もって与えられた閾値をオーバーしている時に、前記二次空気システムが機能していると判定されることを特徴とする請求項２に記載の監視方法。
【請求項４】
二次空気の実際質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Ist）が、次の方程式、即ち、
【数２】
0004593047.tif 000009
但し、λAbgas Sollは、調節されるべき空燃比とする、
に基づいて、計算によって求められることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の監視方法。
【請求項５】
二次空気の実際質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Ist）が、前もって与えられた、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比を表す信号（λMotor）のときに、モデルに基づいて求められた二次空気の目標質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Soll）の適応のために使用されることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の監視方法。
【請求項６】
二次空気の実際質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Ist）が、前記二次空気吹き込み段階の間に、λコントローラーの調節パラメータ（ＦＲm）に依存して、且つモデルに基づいて求められるべき二次空気の目標質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Soll）、および計算によって求められた、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比の目標値（λAbgas Soll）に依存して、計算され、その際、調節パラメータ（ＦＲm）が１に制限されていることを特徴とする請求項１に記載の監視方法。
【請求項７】
二次空気の実際質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Ist）が、次の方程式、即ち、
【数３】
0004593047.tif 000010
に基づいて、計算されることを特徴とする請求項５に記載の監視方法。
【請求項８】
前記二次空気の質量が、前もって与えられた閾値をオーバーしている時に、前記二次空気システムが機能していると判定されることを特徴とする請求項７に記載の監視方法。
【請求項９】
前記二次空気吹き込み段階に続いて、二次空気遮断弁（１２２）を閉じ且つ二次空気ポンプ（１２０）のスイッチを入れた状態で、前記二次空気の質量が、次の式、即ち、
【数４】
0004593047.tif 000011
に基づいて、計算によって求められ、且つこの様にして求められた前記二次空気の質量に基づいて、二次空気遮断弁（１２２）の機能が判定されることを特徴とする請求項１ないし８の何れかに記載の監視方法。
【請求項１０】
二次空気弁質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft ventil）が、前もって与えられた閾値をオーバーしている時に、二次空気遮断弁（１２２）が漏れていると判定されることを特徴とする請求項９に記載の監視方法。
【請求項１１】
前記弁の漏れテストに続いて、二次空気質量のオフセットの確定が、二次空気ポンプ（１２０）のスイッチを切り、前もって定めておくことのできる時間間隔の後で前記二次空気の質量を確定し、且つこの質量をオフセット信号として評価し且つ判定することによって、行なわれることを特徴とする請求項１ないし１０の何れかに記載の監視方法。
【請求項１２】
前記オフセットとして求められた二次空気の質量が、前もって与えられた閾値をオーバーするときに、エラー信号が発生されることを特徴とする請求項１１に記載の監視方法。
【請求項１３】
吸入空気質量（ＭａｓｓｅAnsaugluft）の確定と、前記センサによって測定される空燃比（λAbgas）が、内燃機関の前もって定めておくことのできる空気質量の領域及び温度領域で行なわれることを特徴とする請求項１ないし１２の何れかに記載の監視方法。
【請求項１４】
前記測定される値が、低域フィルタで処理されることを特徴とする請求項１３に記載の監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術の現状
本発明は、請求項１の上位概念に基づく自動車の排気ガス・システムに接続した二次空気システムの監視方法に関する。
【０００２】
この種の方法および該方法を実施するための装置は、例えば ＤＥ ４３ ４３ ６３９ Ａ１ から知られている。この既知の方法によれば、確かに二次空気システムの機能をチェックすることはできるが、自動車の排気システムに実際に送り込まれている二次空気の質量を確定することは出来ない。アメリカの当局によって指定されている車載（オンボード）診断（この車載診断は、２０００年１月１日からはヨーロッパでも採用されることになっている）に従って、内燃機関の大気汚染に関わる全ての構成部品および制御のシステムは、診断可能でなければならない。その際には、実際の二次空気の質量の定量的確定も必要である。
【０００３】
本発明は、追加のセンサ、例えばエアマス計等を必要とすること無しに、排気ガス・システムに実際に送り込まれる二次空気の質量を確定することができるように、上記の種類の自動車の排気ガス・システムに接続した二次空気システムの監視方法を改良することを課題としている。
【０００４】
この課題は、請求項１のメルクマールによって解決される。この方法の複数の有利な実施態様が従属請求項の目的である。
発明の利点
本発明に基づく方法によれば、二次空気システムの機能が、計算によって求められた二次空気流に基づいて判定される。本発明の一つの利点は、二次空気の質量を、追加のセンサ無しに求めることができる。何故なら、二次空気の質量を確定するために必要な信号が（センサの追加無しに）利用可能であるか、或いは（センサの追加無しに）利用可能な信号から形成することができるからである。
【０００５】
その際、二次空気の質量は、連続λセンサ、或いは二点式λセンサのいずれでも求めることができる。
二次空気遮断弁の漏れテストおよび二次空気ポンプをスイッチ・オフした時の二次空気の質量のオフセットを確定するためのオフセット測定は、本発明の有利な拡張の対象である。
【０００６】
測定相の間の誤作動を排除するために、診断は、前もって与えられた空気質量およびエンジン温度の範囲で行なわれる。非定常的な影響は、測定結果の絞込みと低域フィルタによる処理によって大幅に除去される。
【０００７】
実施例
内燃機関の排気ガス管の中の触媒をできるだけ速やかに動作温度とするために、内燃機関と触媒との間の排気ガス管の中へ外気を吹き込むことができる。これによって、排気ガス管及び／又は触媒の中の排気ガスと吹き込まれた外気との間に発熱反応が起こり、これによって触媒の加速加熱が行なわれる。有害物質の排出をできるだけ少なくするという目的から、触媒をできるだけ速やかにその動作温度に加熱することが意図されている。それ故、排気ガス管の中へ外気を吹き込む二次空気システムが正しく機能することが重要である。本発明の基本的考え方は、二次空気システムの機能を、二次空気システムによって生成された空気質量流に基づいて判定するということにある。その際、二次空気流を測定するためのセンサは放棄される。それどころか、実際の二次空気の質量は、既知のパラメータから以下に説明される方法で求められる。
【０００８】
図１は、二次空気システムを備えた内燃機関１００を示している。吸入路１０２を通して、内燃機関１００に空気／燃料混合気が供給され、排気ガスは、排気ガス管１０４へ排出される。吸入路１０２の中には、（吸入された空気の流れの方向に対して）空気量計或いは空気質量計１０６、例えばホット・フィルム・エアマス計、スロットル・バルブ１０８の開口角を測定するためのセンサ１１０、および少なくとも一つの噴射ノズル１１２が配置されている。排気ガス管１０４の中には、（排気ガスの流れの方向に対して）酸素センサ１１４と、温度センサ１１７を備えた触媒１１６とが配置されている。酸素センサ１１４の上流側には、二次空気管１１８が排気ガス管１０４の中へ口を開いている。二次空気管１１８を通して、二次空気ポンプ１２０によって外気が排気ガス管１０４の中へ吹き込まれる。二次空気ポンプ１２０と、排気ガス管１０４の中への二次空気管１１８の開口部との間には、弁１２２が配置されている。弁１２２は、例えば、二次空気ポンプ１２０のスイッチ・オフの時に、排気ガス管１０４を密閉するために必要である。更に、弁１２２は、二次空気流を制御するために用いることもできる。
【０００９】
内燃機関１００には回転数センサ１２４が備えられている。更に、内燃機関１００は、例えば、シリンダ内の空気／燃料混合気を点火するための４本の点火プラグ１２６を備えている。空気量計或いは空気質量計１０６、スロットル・バルブ１０８の開口角度を測定するためのセンサ１１０、酸素センサ１１４、温度センサ１１７、および回転数センサ１２４の出力信号は、それぞれの対応する接続線を通して中央制御装置１２８に送られる。中央制御装置１２８に送られたセンサ信号を評価し、別の接続線を通して、１本或いは複数本の噴射ノズル１１２、二次空気ポンプ１２０、弁１２２、および点火プラグ１２６を制御する。
【００１０】
定常酸素センサ（λセンサ）１１４が装備されている場合には、二次空気が排気ガス管１０４の中へ吹き込まれている段階である二次空気吹き込み段階の間の、二次空気の希薄度を、酸素センサ１１４によって測定されたゾンデ信号λAbgasから直接求めることができる。実際の二次空気の質量ＭａｓｓｅSekundaerluftへの換算は、吸入空気質量ＭａｓｓｅAnsaugluftが分かっており、且つ吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比λMotorが分かっている時に、次式によって行なうことが出来る。
【００１１】
【数５】
0004593047.tif 000002
ここで、λMotorは吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比を、またＭａｓｓｅSekundaerluftは二次空気の質量を表す。
診断は、これに関連して、前もって与えられた二次空気の質量閾値との比較によって行われる。
【００１２】
図２には、二次空気システムの機能の監視方法の一つの実施例が略示されている。
ステップ２０１では、吸入空気の質量ＭａｓｓｅAnsaugluftが、空気量計或いは空気質量計１０６によって測定される。
【００１３】
次いで、ステップ２０２で、例えば特性曲線群から、前もって求められた二次空気の目標質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Sollが定められ，またステップ２０３では、定常λコントローラーの調節値が求められる。λコントロールによって、調節パラメータＦＲmの時間に対する平均値がもたらされる。
【００１４】
二次空気の実際質量、即ち実際に吹き込まれた二次空気の質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istは、ステップ２０４で次式によって求められる。
【００１５】
【数６】
0004593047.tif 000003
但し、目標ゾンデ信号λAbgas Sollは、計算によって求められたλコントロールの目標値である。
【００１６】
次いで、二次空気吹き込み段階に続いて、先ず弁漏れテストが行われる。このために、ステップ２０６で、先ず弁１２２が閉じられる。次いで、二次空気ポンプ１２０が、閉じられた弁１２２に対して作動する。弁１２２が漏れていると、弁が閉じられているにも係わらず、排気ガス管１０４の中への二次空気の吹き込みが行なわれ、この二次空気の吹き込みは、λコントロールの調節パラメータＦＲmから、上記の式に基づいて確定することが出来る。この場合には、二次空気の目標質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Sollとして、値ゼロが取られ、これによって次の式が得られる。
【００１７】
【数７】
0004593047.tif 000004
ステップ２０７では、二次空気弁空気質量ＭａｓｓｅSekundaerluft ventilが、この式に基づいて計算によって求められる。なお、二次空気弁空気質量ＭａｓｓｅSekundaerluft ventilは、二次空気ポンプ１２０が、閉じられた二次空気遮断弁１２２に対して作動しているとき、弁１２２の漏れにより排気ガス管１０４の中へ吹き込まれる二次空気の質量である。
【００１８】
二次空気ポンプ１２０の作動によって、弁が漏れていると、漏れている弁の純粋な自己吸引作用の場合よりも高い空気質量流が生じる（なお、漏れている弁の純粋な自己吸引作用とは、二次空気ポンプ１２０が非作動の状態で閉じている弁から自然に漏れ出ることを意味する。）。しかしながら、この弁のテストは、二次空気ポンプ１２０によって生み出された圧力によって開かれない弁の場合にのみ可能である。
【００１９】
次いで、弁の漏れテストに続いて、二次空気の質量のオフセットの確定が行なわれる。このオフセットの確定は、弁の漏れテストに対応して行なわれる。何故なら、二次空気吹き込み段階の間のλコントローラーの調節パラメータＦＲmは、単に二次空気の実際質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istに依存しているだけでなく、直接、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比λMotor、並びに燃料配分にも依存しているからである。その結果、不安定な燃料の適応は、二次空気の質量として説明されるであろう。この理由から、弁の漏れテストの後で、ゼロ・ポイントの確定が二次空気の質量のオフセットとして行われ、その際には、二次空気ポンプ１２０もスイッチが切られ、二次空気は、排気ガス管１０４から遮断される。先に、ステップ２０３とステップ２０７で確定された二次空気の質量は、この二次空気の質量のオフセットに関係付けられる（ステップ２１０）。即ち、ステップ２１０において、二次空気ポンプ１２０のスイッチが切られた状態で閉じている二次空気遮断弁１２２から自然に漏れ出る二次空気の質量をオフセットとして確定し、そしてステップ２１１において、この確定されたオフセットが前もって与えられている１つの閾値と比較される。
【００２０】
測定相の間の誤った挙動を排除するために、測定は、前もって与えられた空気質量およびエンジン温度の範囲でのみ行なわれる。非定常挙動に基づく影響は、測定結果を更に低域フィルタ（ＰＴ１）によって処理することによって排除される。
【００２１】
診断は、次の方法で行なわれる。
求められた二次空気の実際質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istが、前もって与えられた閾値を下回っている場合には、吹き込まれた二次空気の質量が不十分であるということが検知される（ステップ２０４）。この場合には、エラー・メッセージが出される（ステップ２０５）か、或いは該メッセージが記憶される。
【００２２】
二次空気弁質量ＭａｓｓｅSekundaerluft ventilが、前もって与えられた閾値をオーバーしている場合には、二次空気弁遮断弁１２２の漏れが検知される。従って、ステップ２０８で、二次空気弁質量ＭａｓｓｅSekundaerluft ventilが閾値と比較される。閾値をオーバーしている場合には、再びエラー・メッセージが出される（２０９）か、或いは該メッセージが記憶される。
【００２３】
ステップ２１１において、二次空気の質量のオフセット量が前もって与えられているもう一つの閾値と比較される。オフセット量が、二次空気の質量のオフセットの確定の際に、過度に大きいことが検知された場合、即ち、オフセット量が、前もって与えられているもう一つの閾値をオーバーしている場合にも、同じくエラーが発生しており、ステップ２１２で、エラー・メッセージが出されるか、或いは該メッセージが記憶される。しかしながら、診断結果のこの様な割当ては明確なものではない。何故なら、二次空気弁１２２の漏れの他に、吸入路１０２内或いは排気ガス管１０４内のその他の漏れや燃料供給のエラーも考えられるからである。
【００２４】
先に説明された方法の一つの有利な実施態様では、二次空気の質量に依存してエンジンに対する燃料供給を定める際に、求められた二次空気の実際質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istを、想定された二次空気の目標質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Sollの適応のために利用することができるように考えられている。このようにすることによって、二次空気と関連させた内燃機関の顕著に改善された制御が可能であり、この方法によれば、二次空気の許容差を内燃機関に対する燃料供給の適応によって補正することができる。これに対して、二次空気の質量可変式の内燃機関の場合には、二次空気の質量を直接修正することが可能である。
【００２５】
先に説明された方法の一つの大きな利点はまた、定常λセンサの使用によって、二次空気の質量の量的診断が、排気ガスに関して不利な影響を与えること無しに、既に二次空気吹き込み段階の間に可能であるという点にある。現在の技術から知られているような、診断目的のための二次空気システムの追加挿入は不要である。
【００２６】
以下に図３を参照して、二点式λコントロールの場合の二次空気の実際質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istの確定が説明される。
先ず最初に、前述されたように（ステップ２０１から２０３まで）、吸入空気質量（ＭａｓｓｅAnsaugluft）、二次空気の目標質量（ＭａｓｓｅSekundaerluft Soll）、およびλコントローラーの目標パラメータ（ＦＲm）が求められる。更に、先ずλAbgas Sollが、吸入空気の内燃機関に供給される燃料に対する質量比（λMotor）として、それ自体既知の方法で計算によって確定される。
【００２７】
その際、二次空気吹き込み段階の間は、λコントロールは、いわゆる“過濃保護モード（Ｆｅｔｔ−Ｓｃｈｕｔｚ−Ｍｏｄｕｓ）”で作動される。このことは、調節パラメータＦＲmが１に制限されていることを意味している。λコントロールは、換言すれば、酸素ゾンデ１１４の希薄ゾンデ信号にも拘わらず、空燃比は、過濃化されず、希薄化されるだけである。換言すれば、λコントロールは、二次空気の希薄化を、“範囲を越えて”調節することはできない。これに対して、酸素ゾンデ１１４が過濃の空燃比を検知した時には、少なくとも排気ガス中で、λ＝１ に調節される。この結果として生じるλコントローラーの調節パラメータ ＦＲm＜１は、この場合、二次空気の実際質量ＭａｓｓｅSekundaerluft Istを、下記の方程式に基づいて、計算によって確定するために用いられる（ステップ３０１）。
【００２８】
【数８】
0004593047.tif 000005
その際、二次空気の実際質量は、前もって与えられ空気質量および温度の範囲で確定され、且つ非定常的な影響を除去するために低域（ＰＴ１）フィルタによって処理される。計算によって求められた、吸入空気流対単位時間当りで割当てられるべき燃料の比λAbgas Sollが分かっていない場合には、二次空気の実際質量は、次の方程式に基づいて確定することができる。
【００２９】
【数９】
0004593047.tif 000006
代替的な選択肢として、二次空気の実際質量はまた、λコントローラーの調節パラメータ ＦＲm＜１から時間測定或いは積分によって形成することができる。
【００３０】
この場合、診断は、前もって与えられている二次空気閾値との比較によって行われる。
【００３１】
二次空気の実際質量が、第１の閾値の下側にある場合（ステップ３０２）には、二次空気が恐らく全く送り込まれていなかったと考えられる。このことは、二次空気弁が開かれなかったか、或いは二次空気管が詰まっていたということを意味している。エラー・メッセージが出される（ステップ３０３）か或いは記憶される。
【００３２】
これに対して、二次空気の実際質量が第１の閾値より大きい第２の閾値の下側にある場合（このことは、ステップ３０４で調べられる）には、不十分な二次空気しか吹き込まれなかった。弁１２２を開くことによって自己吸入が行なわれ、二次空気の希釈が調べられる。この結果から、弁１２２が開かれていたにも拘わらず、二次空気ポンプ１２０が十分な気流を供給していなかったということが理解される。この場合には、エラー・メッセージが出される（ステップ３０５）か或いはエラー・エントリが記憶される。
【００３３】
これに対して、二次空気の実際質量が第１と第２の閾値の間にある場合には、吸入空気の質量閾値の上側で、排気ガス中で、λ＝１ に制御される二次適応（ステップ３０７）は行なわれない。この適応相は、この相が本来の二次空気吹き込みの間に行なわれ、二次空気吹き込み段階が延長されるか、或いは後にエンジンが暖機されている時に改めて二次空気システムを制御することによって行なわれるように、構成されている。この適合相の間に、二次空気の実際質量の確定が、次の方程式に基づいて行なわれる。
【００３４】
【数１０】
0004593047.tif 000007
更に、二次空気吹き込み段階の終わりに、先ず弁漏れテスト（上記のステップ２０６から２０９まで参照）が、続いてオフセット測定（上記のステップ２１０から２１２まで参照）が、既に前述のように行なわれる。
また、ステップ３０６では、二次空気の実際質量が、第２の閾値より大きい第３の閾値の上方にあるか否かがチェックされる。閾値の上方にあれば、システムは正しく機能している。何故なら、十分な二次空気が吹き込まれているからである（λコントロールは無視できる程僅かに希薄化するであろう）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法によって監視されている二次空気システムを備えた、従来の技術から知られている内燃機関の略図である。
【図２】本発明に基づく方法の一つの実施態様の流れ図である。
【図３】本発明に基づく方法のもう一つの実施態様の流れ図である。
【図１】
0004593047.tif 000012
【図２】
0004593047.tif 000013
【図３】
0004593047.tif 000014