(57)【要約】温度パラメータ、例えば内燃機関の排ガス後処理システムの状態を特徴付ける温度パラメータを求めるための装置と方法が提案される。温度パラメータは、排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータ及び／又は排ガス後処理システムの手前の温度を特徴付ける第２の温度パラメータに基づいて設定される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度パラメータ、例えば内燃機関の排ガス後処理システムの状態を特徴付ける温度パラメータを求める方法において、
該温度パラメータを排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータ及び／又は排ガス後処理システムの上流側における温度を特徴付ける第２の温度パラメータに基づき設定することを特徴とする、温度パラメータを求める方法。
【請求項２】
排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータを、内燃機関に供給される空気量を特徴付ける空気パラメータ及び／又は内燃機関に供給される燃料量を特徴付ける燃料パラメータに基づき検出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記温度パラメータは、排ガス後処理システムにおけるガスの温度及び／又は排ガス後処理システムの下流側におけるガスの温度を特徴付ける、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
求められた温度を例えば動的な状態において、排ガス後処理システムの開ループ制御、閉ループ制御に使用する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
求められた温度をエラー監視に使用する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
温度パラメータ、例えば内燃機関の排ガス後処理システムの状態を特徴付ける温度パラメータを求める装置において、
該温度パラメータを、排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータ及び／又は排ガス後処理システムの上流側における温度を特徴付ける第２の温度パラメータに基づき設定する手段が設けられていることを特徴とする、温度パラメータを求める装置。
【請求項７】
排ガス後処理システムは少なくとも１つの触媒及び／又は粒子フィルタを包含する、請求項６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来技術
本発明は温度パラメータを求める方法と装置に関する。
【０００２】
排ガス後処理システムを制御及び／又は監視するために、排ガス後処理システムにおける状態、殊に流れ状態を正確に知ることが必要である。この状態は例えば排ガス後処理システムにおける温度によって検出されている。しかしながらこの温度は非常に多くの手間をもってしか正確に検知できない。
【０００３】
発明の利点
温度パラメータが、例えば排ガス後処理システムにおける質量流量のような内燃機関及び／又は排ガス後処理システムの状態を特徴付ける他のパラメータと、排ガス後処理システムの上流側における温度を特徴付ける第２のパラメータとに基づいて設定されることによって、粒子フィルタ及び／又は粒子フィルタの下流側における排ガスの平均温度の正確な検出が可能となる。
【０００４】
本発明によるやり方は粒子フィルタに制限されているものではなく、全ての排ガス後処理システムに使用することができる。これは例えば全ての種類の触媒にも該当する。
【０００５】
温度パラメータが本発明により検出されることによって、この温度パラメータをより迅速に使用することができる。したがって粒子フィルタの状態の迅速な識別が可能である。例えば粒子フィルタの堆積度または粒子フィルタの故障を明確に迅速に識別することができる。状態が早期に識別されることにより、排ガス後処理システムのより正確な開ループ制御、閉ループ制御及び／又は監視が可能である。
【０００６】
排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータが、内燃機関に供給される空気量を特徴付ける空気パラメータ及び／又は内燃機関に供給される燃料量を特徴付ける燃料パラメータに基づき検出されることは殊に有利である。これによって、付加的なセンサを必要とせずに、このパラメータを非常に簡単且つ正確に求めることができる。空気パラメータは通常の場合制御ユニットにおいて使用され、何故ならばこの空気パラメータは内燃機関、例えば噴射される燃料量及び／又は空気量を制御するためにも使用されるからである。通常の場合、このパラメータは内燃機関の吸気管におけるセンサを用いて測定される。燃料パラメータは同様に制御機器に存在するパラメータである。例えばここでは、瞬時の要求から導出されるパラメータ及び／又は量を決定する調整素子の制御信号から導出されるパラメータを使用することができる。
【０００７】
有利には本発明によるやり方でもって、排ガス後処理システムの温度及び／又は排ガス後処理システムの下流側におけるガスの温度が検出される。
【０００８】
本発明によるやり方は有利には、少なくとも１つの粒子フィルタを包含する排ガス後処理システムに適している。粒子フィルタの他に、排ガスを処理するために使用される別のシステムであっても良い。
【０００９】
求められた温度が所定の状態、例えば動的な状態においてのみ、排ガス後処理システムの開ループ制御及び／又は閉ループ制御に使用される場合は殊に有利である。
【００１０】
さらに、求められた温度がエラー監視のために使用される場合は有利である。有利には、測定された温度の値が計算された値と比較され、この比較に基づきエラーが識別される場合には有利である。
【００１１】
本発明に有利且つ好適な構成及び発展形態は従属請求項に記載されている。
【００１２】
図面
本発明を以下では図面に示した実施形態に基づき説明する。ここで図１は排ガス後処理システムのブロック図である。図２は、本発明によるやり方を示す。図３は、本発明によるやり方のフローチャートである。
【００１３】
実施例の説明
以下本発明によるやり方を粒子フィルタを例にして説明する。本発明によるやり方は粒子フィルタへの適用に制限されているのではなく、他の排ガス後処理システム、例えば触媒にも使用することができる。
【００１４】
実施例の説明
図１には、内燃機関の排ガス後処理システムの本質的な素子が示されている。内燃機関が参照記号１００で表されている。この内燃機関には外気管１０５を介して外気が供給される。内燃機関１００の排ガスは排ガス管１１０を介して外部に達する。排ガス管内には排ガス後処理システム１１５が配置されている。ここでは触媒及び／又は粒子フィルタであってもよい。さらには、種々の有害物質のための複数の触媒または少なくとも１つの触媒と少なくとも１つの粒子フィルタとを組み合わせたものも可能である。
【００１５】
さらに制御ユニット１７０が設けられており、この制御ユニット１７０には少なくとも１つのエンジン制御ユニット１７５及び少なくとも１つの排ガス後処理制御ユニット１７２を包含する。エンジン制御ユニット１７５は燃料調量システム１８０に制御信号を印加する。排ガス後処理制御ユニット１７２はエンジン制御ユニット１７５に制御信号を印加し、また構成によっては排ガス後処理システムの上流側における排ガス管内または排ガス後処理システム内に配置されている調整素子１８２に制御信号を印加する。
【００１６】
さらには、排ガス後処理制御ユニット及びエンジン制御ユニットに信号を供給する種々のセンサを設けることができる。内燃機関に供給される外気の状態を特徴付ける信号を供給する少なくとも１つの第１のセンサ１９４が設けられている。第２のセンサ１７７は、燃料調量システム１８０の状態を特徴付ける信号を供給する。少なくとも１つの第３のセンサ１９１は、排ガス後処理システムの上流側における排ガスの状態を特徴付ける信号を供給する。少なくとも１つの第４のセンサ１９３は、排ガス後処理システム１１５の状態を特徴付ける信号を供給する。
【００１７】
さらに少なくとも１つのセンサ１９２は、排ガス後処理システムの下流側における排ガスの状態を特徴付ける信号を供給する。有利には温度及び／又は圧力値を検知するセンサが使用される。
【００１８】
以下に記述する実施形態ではセンサ１９１は温度センサとして構成されている。このセンサは、排ガス後処理システムの上流側における温度を特徴付ける信号ＴＶを供給する。センサ１９２は、排ガス後処理システムの下流側における温度を特徴付ける信号ＴＮを供給する。この信号ＴＮは他のパラメータに基づいても計算することができる。
【００１９】
第１のセンサ１９４、第３のセンサ１９１、第４のセンサ１９３及び第５のセンサ１９２の出力信号が有利には排ガス後処理制御ユニット１７２に印加される。第２のセンサ１７７の出力信号は有利にはエンジン制御ユニット１７５に印加される。ドライバ要求または別の周囲状態またはエンジン動作状態に関する信号を特徴付ける、図示していない別のセンサを設けることもできる。
【００２０】
エンジン制御ユニット及び排ガス後処理制御ユニットが構造的に１つのユニットを形成する場合には殊に有利である。しかしながらこれらを空間的に分離されている２つの制御ユニットとして構成しても良い。
【００２１】
本発明によるやり方は有利には内燃機関、殊に排ガス後処理システムを備えた内燃機関を制御するために使用される。例えば、触媒と粒子フィルタが組み合わされている排ガス後処理システムに使用することができる。さらには、触媒のみが装備されているシステムに使用することができる。
【００２２】
存在するセンサ信号に基づいて、エンジン制御部１７５は燃料調量システム１８０に印加する制御信号を計算する。この燃料調量システム１８０は相応の燃料量を内燃機関１００に調量する。燃焼の際に排ガス内には粒子が発生する可能性がある。この粒子は排ガス後処理システム１１５における粒子フィルタによって受け止められる。動作している内に粒子フィルタ１１５には相応の量の粒子が蓄積される。このことは粒子フィルタ及び／又は内燃機関の機能を損なうことになる。したがって所定の間隔をおいて、ないし粒子フィルタが所定の堆積状態に達すると再生過程が開始される。この再生を特殊動作と称することもできる。
【００２３】
堆積状態は例えば種々のセンサ信号に基づいて識別される。一方では粒子フィルタ１１５の入口側と出口側との間の差圧を評価することができる。他方では堆積状態を種々の温度値及び／又は種々の圧力値に基づいて求めることができる。さらには、別のパラメータも堆積状態の計算またはシミュレーションのために使用することができる。相応のやり方が例えばＤＥ１９９  ０６  ２８７から公知である。
【００２４】
排ガス後処理システムが、粒子フィルタは所定の堆積状態に達したことを識別すると再生が開始される。粒子フィルタを再生するために種々の可能性が使用される。一方では、排ガス後処理システム１１５における相応の再生を惹起する所定の物質を調整素子１８２を介して排ガスに供給することができる。付加的に調量されるこの物質は例えば温度の上昇及び／又は粒子フィルタにおける粒子の酸化を惹起する。例えば、調整素子１８２を用いて燃料及び／又は酸化剤を供給することができる。
【００２５】
構成によっては、相応の信号をエンジン制御ユニット１７５に伝送し、このエンジン制御ユニット１７５がいわゆるポスト噴射を行う。ポスト噴射によって、排ガス後処理システムを再生するための温度上昇に寄与する炭化水素を排ガスに所期に混入することができる。
【００２６】
通常の場合、堆積状態は種々のパラメータに基づいて検出される。閾値と比較することによって種々の状態が識別され、識別された堆積状態に依存して再生が開始される。
【００２７】
本発明によれば、粒子フィルタの動的な温度特性がモデル化される。粒子フィルタの温度ＴＦのモデルは実質的に、粒子フィルタ１１５の上流側における排ガス流の温度ＴＶに依拠する。この温度は粒子フィルタの温度バランス計算に使用される。流入ないし流出する熱流のバランスは次式より生じる。
【００２８】
【数１】
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【００２９】
ここでパラメータＣＰＦはフィルタの熱容量を表し、パラメータＣＰＡは排ガス流の個別の熱容量を表す。排ガス流Ｍは有利には、例えばセンサ１９４によって測定される空気質量、エンジン制御ユニット１７５によって供給される燃料質量ＱＫのような他の既知のパラメータから計算される。これらのパラメータの代わりに、量を決定する調整素子の制御時間または量を決定する調整素子の制御信号のような相応の代替パラメータも使用することができる。パラメータＴＮはフィルタの下流側における温度に相応する。排ガス後処理システムの下流側における排ガスの温度ＴＮを検出するためにセンサ１９２が使用されない場合には、温度ＴＮは有利には次式により求められる。
【００３０】
【数２】
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【００３１】
ここでは最初の計算の際に、温度ＴＦについて初期化値が設定される。このために有利には、始動時に測定される温度ＴＶまたは他の温度値が始動値として使用される。後続の計算においては、先行の計算ステップからの温度ＴＦが使用される。このことは、フィルタの温度は実質的にプログラムの実行における計算時間よりも緩慢に変化するために可能である。パラメータＢＦは、フィルタを用いた熱交換に関与している排ガス流の成分を表すパラメータである。パラメータ１−ＢＦは、熱交換が行われない場合にフィルタを通過する排ガス流の成分を表す。
【００３２】
相応のやり方が図２に示されている。
【００３３】
図１において既に説明した要素には、図２においても対応する参照記号が付されている。実質的に上記式によりパラメータの積分を行う積分器には参照記号２００が付されている。この積分器２００には乗算点２１０の出力信号が供給される。乗算点の入力側には、内燃機関から排出される排ガス流を特徴付けるパラメータＭが加えられる。結合点２１０の第２の入力側には、値設定部２３０の出力信号ＣＰＡが供給される別の乗算点２２０の出力信号が印加される。乗算点２２０の第２の入力側には減算点２４０の出力信号が印加される。減算点２４０には一方ではセンサ１９１の出力信号ＴＶが印加され、他方では結合点２８０の出力信号ＴＮが印加される。
【００３４】
さらに積分器２００には、種々の積分定数を包含する値設定部２５０の出力信号ｄｔが供給される。さらに積分器２００には始動値設定部２５５の出力信号Ｔ０が供給され、この始動値設定部２５５には積分の始動値が格納されている。
【００３５】
積分器２００は除法器２１５に信号を印加し、この除法器２１５の第２の入力側には信号ＣＰＦを供給する値設定部２６０の出力信号ＣＰＦが印加される。除法器の出力側にはフィルタ温度を特徴付ける信号ＴＦが生じる。この信号は一方では制御ユニット１７０、例えば排ガス後処理制御ユニット１７２に供給される。さらに信号ＴＦは乗算器２７５に達し、この乗算器２７５の別の入力側には信号設定部２７０の信号ＢＦが印加される。乗算器２７５の出力信号が加算点２８０に印加される。加算点２８００においてはさらに乗算器２９４の出力信号が印加され、この乗算器２９４にはやはりセンサ１９１の出力信号ＴＶ並びに減算点２９２の出力信号が印加される。この減算点２９２は定数値１とパラメータＢＦとの間の差分を形成する。図２に示した構造は上記の式をシミュレートする。
【００３６】
本発明によれば、排ガス後処理システムの温度ＴＦないし排ガス後処理システムにおける排ガスの温度並びに排ガス後処理システムの下流側における温度ＴＮが、排ガス後処理システムにおける質量流量を特徴付けるパラメータと、排ガス後処理システムの上流側における温度を特徴付ける第２の温度とに基づいて計算される。質量流量はやはり内燃機関に供給される空気量及び燃料量に基づいて検出される。空気量及び燃料量の代わりに、これらのパラメータを特徴付ける別のパラメータも使用することができる。排ガス後処理システムにおける温度ＴＦ及び排ガス後処理システムの下流側における温度ＴＮの代わりに、別の温度パラメータも相応にして検出することができる。
【００３７】
本発明によれば、そのようにして計算された温度パラメータＴＦ及び／又はＴＮが排ガス後処理システムを制御するために使用される。これによって例えばセンサ１９２、１９３を省略することができる。
【００３８】
計算されたパラメータが所定の動作状態においてのみ使用される場合には殊に有利である。相応のやり方が図３に示されている。ステップ３００では、計算されたパラメータが測定パラメータの代わりに使用されることが適当である動作状態にあるか否かが検査される。そのような動作状態は例えば、所定の動作パラメータが迅速に変化する動的な状態である。例えば、ドライバの要望、噴射される燃料量、回転数及び／又は外気量の変化が閾値よりも大きいか否かを検査することができる。肯定である場合、すなわちそのような動的な状態にある場合には、ステップ３１０において排ガス後処理システムの制御が計算された温度に依存して行われる。
【００３９】
判定ステップ３００においてそのような状態ではないという結果になると、ステップ３１０ではシミュレートされた温度ＴＮ及び／又はＴＦと測定された温度ＴＮ及び／又はＴＦとの差分の絶対値は閾値よりも小さいか否かが検査される。肯定の場合にはステップ３３０において、測定された温度が内燃機関及び／又は排ガス後処理システムを制御するために使用される。否定の場合には、すなわち測定された温度とシミュレートされた温度が実質的に偏差する場合には、ステップ３４０においてエラーが識別される。
【００４０】
本発明による構成では、制御のために測定された温度を常に使用し、シミュレーションされた温度をエラー識別のためにのみ使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
排ガス後処理システムのブロック図である。
【図２】
本発明によるやり方を示す。
【図３】
本発明によるやり方のフローチャートである。
【図３】
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【国際公開パンフレット】
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2004518848.tif 000008
2004518848.tif 000009
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2004518848.tif 000012
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【手続補正書】
【提出日】平成15年3月3日(2003.3.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
前記排ガス後処理システム（１１５）における排ガス流を特徴付けるパラメータ並びに前記排ガス後処理システム（１１５）の上流側における排ガス温度を特徴付ける第２の温度（ＴＶ）に基づき、内燃機関（１００）の排ガス後処理システム（１１５）の温度（ＴＦ）及び／又は排ガス後処理システムの下流側における排ガス温度（ＴＮ）を求める方法において、
前記排ガス後処理システム（１１５）の温度（ＴＦ）及び／又は前記排ガス後処理システム（１１５）の下流側における排ガス温度（ＴＮ）を温度センサ（１９２、１９３）によって測定し、
計算された温度（ＴＦ、ＴＮ）と測定された温度（ＴＦ、ＴＮ）との差分を閾値と比較し、
該閾値を上回る場合にはエラーを識別することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記排ガス後処理システム（１１５）における質量流量を特徴付けるパラメータを、前記内燃機関（１００）に供給される空気量を特徴付ける空気パラメータ及び／又は前記内燃機関に供給される燃料量を特徴付ける燃料パラメータに基づき検出する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記計算された温度（ＴＮ、ＴＦ）を例えば前記内燃機関（１００）の動的な状態において前記排ガス後処理システム（１１５）を開ループ制御／閉ループ制御するために使用する、請求項１及び２記載の方法。
【請求項４】
該方法を前記排ガス後処理システム（１１５）内に包含されている粒子フィルタの温度（ＴＦ）を計算するために行われる、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
第２の温度（ＴＶ）を温度センサ（１９１）により測定する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【国際調査報告】
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