JP2008502841A - 窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、酸素プローブ（２１）を排気管に設け、エンジンの過薄混合気での作動から過濃混合気での作動への移行に引き続く変化の後で得られる、窒素酸化物トラップのパージの開始からの閾値Ｓ１への代表的な信号の検知可能な唯一の増加を観察することからなり、検知可能な唯一の増加は、パージの終了を指令するための指標として用いられる方法に関する。本発明は、パージの開始の瞬間とパージの終了との間の有意な信号を積分して得られた積分値の第２の閾値Ｓ２との比較が、上記窒素酸化物トラップの劣化状態の診断に用いられることを特徴とする。本発明は、上記の方法を実行するための装置にも関する。

Description

本発明は、過薄混合気、すなわち燃料に対して過剰な酸素の状態で動作するエンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法及び装置に関する。

フランス特許出願ＦＲ ２ ８４３ ０４４には、上記のようなエンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理方法及び装置が既に開示されている。

この文献に記載された方法は、窒素酸化物トラップ型の触媒に吸収された窒素酸化物の還元作用の終了を検出するために、オール オア ナッシング型の酸素プローブを使用している。この方法によれば、パージの終了の検出は、約６５０℃と８００℃との間の、ガスセンサの標準動作温度において実行される。

この文献におけるパージの終了の検出は、窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブから発生される電気信号の２番目のジャンプの出現によって行われる。この２番目のジャンプは、パージの終了の指標として用いられる。

この文献による、２番目のジャンプの容易な検出は、様々な要因によって不幸にも混乱させられるという欠点を有する。

これらの要因の第１のものは、充分または不十分に行われ、従ってプローブからの信号に変動をもたらし、その結果パージの終了の誤った検出をもたらす、エンジンから排出されるガスの組成の調整に関連する。

第２の要因は、常に信頼できるためには明らかに短時間過ぎる、第１の台状部の検出時間に関連する。

最後の要因は、プローブの信号が、曲線状の２番目のジャンプの精確な検出を可能にするのに充分な振幅を有することが必要であることに関連する。

最後に、従来の方法は、使用中に、窒素酸化物トラップの劣化状態の診断を実行することが不可能であるという問題を呈する。

従って、窒素酸化物トラップの劣化状態、従って過薄混合気で動作する内燃エンジンのための窒素酸化物トラップの機能の診断を可能にしながら、窒素酸化物トラップの機能を管理する方法を用意することを可能にする要求が依然として存在する。
ＦＲ ２ ８４３ ０４４

従って本発明の目的は、過薄混合気で作動する内燃エンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法であって、それによって上記窒素酸化物トラップのパージが周期的に実行され、第１の酸素プローブを上記窒素酸化物トラップの下流の排気管に設けることと、上記第１の酸素プローブから供給される信号を表す有意な信号の変化を観察することとを含んでなる、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法においては、上記内燃エンジンの過薄混合気での作動から過濃混合気での作動への移行に引き続く変化の後で得られる、上記窒素酸化物トラップの上記パージの開始からの、上記有意な信号の、閾値Ｓ１へ向かう、検知可能な唯一の増加が、上記パージの終了を指令するための指標として用いられ、上記パージの開始の瞬間と上記パージの終了との間の上記有意な信号を積分して得られた積分値の第２の閾値Ｓ２との比較、または、上記パージの開始の瞬間から上記閾値Ｓ１へ到達するまでに経過した時間の測定値が、上記窒素酸化物トラップの劣化状態の診断に用いられることを特徴とする。

本発明の方法は、ガスセンサ（ラムダプローブ）が低温（４００℃〜５００℃）で作動するときに、パージの終了の検出と、窒素酸化物トラップの劣化状態の診断を、共に信頼可能なものにするという利点を有する。

ガスセンサ（ラムダプローブ）が低温（４００℃〜５００℃）で作動するときに、本発明の方法は、窒素酸化物トラップのパージの終了の、簡単で確固とした検出を可能にするという利点を有する。

診断が、ガスセンサの標準作動温度、すなわち約６５０℃と８００℃の間で行われる本発明の方法は、低温におけるよりも早いという利点を有する。これは、プローブの熱平衡の変化がないからである。従って、これは、決心した直後に診断を実行することを可能にする。

また本発明の目的は、上記に示したような、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法を実行するための、過薄混合気で作動する内燃エンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置であって、上記内燃エンジンには、窒素酸化物トラップが設けられた排気管が装備された、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置は、上記窒素酸化物トラップの下流の上記排気管に配置された酸素プローブと、上記窒素酸化物トラップのパージの開始からの、上記酸素プローブによって供給される信号を表す有意な信号の検知可能な唯一の増加を決定するための計算手段を含み、上記信号は、上記パージの終了の指標として使用するためと、上記窒素酸化物トラップの上記劣化状態を決めるために、上記パージの操作の開始に引き続いて得られることを特徴とする。

上記機能の上記管理は、ラムダ型の上記酸素プローブが４００℃と５００℃の間に含まれる温度で作動するときに実行されることが望ましい。

上記診断は、ラムダ型の上記酸素プローブが約４００℃〜５００℃の間の温度、または約６５０℃〜８００℃の間の温度で作動するときに実行されることが望ましい。

約４００℃〜５００℃の温度において得られた唯一の上記信号の観察の前または後に、新しい補足的な信号が、先の信号と独立に観察されることが望ましい。

この新しい信号は、上記内燃エンジンの過薄混合気での作動から過濃混合気での作動への移行に引き続く変化の後で得られる、概ね一定のレベルを有する第１の台状部から第２の台状部を形成する、新たな有意な増加を含む。この新たな信号は、ラムダ型の上記酸素プローブが約６５０℃と８００℃の間の温度で作動するときの、上記パージの終了を指令するための補足の指標として用いられる。

診断は、ラムダ型の上記酸素プローブが約６５０℃と８００℃の間に含まれる温度で作動するときの、上記窒素酸化物トラップの上記劣化状態を明確にするために、上記第１の台状部と上記第２の台状部との間で経過した時間を測定することによっても実行することができる。

上記窒素酸化物トラップの上流に配置された第２の酸素プローブが参照信号を供給するために補足的に使用され、上記参照信号に対して、上記第１の酸素プローブによって供給される上記信号の上記変化が、上記有意な信号を供給するために比較されることが望ましい。

１または複数の上記酸素プローブは、以下の型：オール オア ナッシング型の酸素プローブ、比例型プローブ、酸素濃度測定機能が利用される窒素酸化物センサ、から選ばれる。

２つの上記酸素プローブは、異なる型のものであっても、同一の型のものであってもよい。

上記装置は、上記窒素酸化物トラップの上流に配置され、上記計算手段へ参照信号を供給するために上記計算手段へ接続された、第２の酸素プローブを含むことができる。

さて、例として示され、本発明の主題を限定するものではない、以下の実施の形態を用いて、添付図面を参照して本発明を説明する。これらの添付図面において：
− 図１は、エンジンの排気ガス回路の部分略図である。

図２、３は、実験の測定結果を、パージ開始からの時間の関数として示す。これらの曲線は、プローブの端子における電圧を、時間の関数として示す。

− 図２は、約６５０℃と８００℃の温度の間で機能するラムダプローブについて、特許出願ＦＲ ２ ３４３ ０４４に記載された方法によって得られた、窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブの信号を表す曲線を示すグラフである。

− 図３は、本発明による、約４００℃と５００℃の温度の間で機能するラムダプローブについての、窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブの信号を表す曲線を示すグラフである。

−図４Ａ、４Ｂは、それ自身が窒素酸化物トラップの劣化の関数である、センサの温度と、排気ガスの化学的な組成に応じた、酸素プローブの挙動を示し、この酸素プローブは、窒素酸化物トラップの下流に配置され、この挙動の検討は、高温（図４Ａ）と低温（図４Ｂ）における窒素酸化物トラップの劣化の状態を診断することを可能にする。

図１は、ガスの循環方向に順番に、ガスが通過するエンジンの部品：
− エアフィルタから出る空気の入口１１、
− ターボチャージャーの吸入部１２、
− 吸気マニホールド１３、
− 燃料噴射器１５が設けられたシリンダの頂部１４、
− 排気マニホールド１６及びターボチャージャーの排出部１７、
− 排気ラインに粒子フィルタ１９が設けられた窒素酸化物トラップ１８、
を略図で示す。

第１の酸素プローブ２１は、窒素酸化物トラップの下流に設けられ、第２の酸素プローブ２２は、窒素酸化物トラップの上流に設けられる。第１の酸素プローブ２１と第２の酸素プローブ２２は、共にコンピュータ装置２３に接続され、コンピュータ装置２３自身は、エンジンの制御装置２４に接続される。

これらの酸素プローブは、例えばオール オア ナッシング型である。

図２における曲線は、新しい、安定した窒素酸化物トラップを用いて得られたものである。

標準の使用温度（高温）において機能する従来技術の方法は、全ての還元剤がプローブの電極（プラチナ）に存在する酸素と反応することを可能にする。

このことは、酸素の分圧の減少、従ってプローブの起電力の増加をもたらす。従って、センサからの信号は、燃料／空気比（還元剤／酸化剤比）が充分になると直ちに、飽和レベル（第１の台状部）１に達するように上昇する傾向を有する。

この第１の台状部１は、窒素酸化物トラップの中で窒素酸化物を還元するのに要する、燃料／空気比（還元剤／酸化剤比）の増加に相当する。窒素酸化物トラップの下流には、主にメタンが存在する。

２番目のジャンプ２は、窒素酸化物トラップの上流における還元剤が、窒素酸化物トラップの中に吸収された窒素酸化物の還元のために少ししか用いられなくなると直ちに、及びパージの終了時に窒素酸化物トラップの中に形成される水素のために、生じる。

窒素酸化物トラップの下流における、この、水素を含む還元剤濃度の２番目の増加は、パージの終了に対応し、センサからの電気信号の変化によって示される。

図３における曲線４〜８は、それぞれ、４００℃、５００℃、６００℃、７００℃、８００℃の温度のラムダプローブについて得られたものである。

窒素酸化物トラップの劣化状態は同じであるが、エンジンの運転温度が低い場合（曲線４、５）には、ラムダプローブの電極における触媒反応が制限されることが分かる。

低温の曲線（曲線４、５）については、高温の曲線（曲線６、７、８）において観察される第１の台状部２０はもはや存在しない。存在しているメタンのような還元剤は、酸化剤と反応しない。従って、弱い信号を生じる。

ラムダプローブの温度が高いときには、窒素酸化物トラップの中に蓄えられた窒素酸化物トラップの処理に応じて、センサからの電気信号３０は増加して、２番目のジャンプ２に相当する電圧レベルに到達する。低温において観察されるセンサの電気信号３０の単純なジャンプは、高温において得られる２番目のジャンプ２に相当する。２番目のジャンプ２は、パージの終了と同時に発生し、従って窒素酸化物トラップの下流における還元剤（水素、ＣＯ、及び炭化水素）の量の増加と同時に発生する。

プローブの最高電圧の低下は、センサの温度の増加の関数であるので、パージの終了の検出を最適化するために、閾値Ｓ１を、センサの温度に応じて定義することができる。

このようなパージの終了の検出方法は、単独で、または文献ＦＲ ２ ８４３ ０４４による管理方法と組み合わせて使用することができる。

パージ中におけるセンサの温度が低いときには、センサの正常な動作温度を得、センサの煤による機能低下と残留物による被毒との少なくとも一方を回避するために、パージの直後に温度を再上昇させることが望ましい。

図４Ａ、４Ｂにおいて、縦軸の左側の目盛は、ラムダプローブの端子における電圧を示し、右側の目盛は、比例型のプローブによって供給される燃料／空気比の信号を表す。

図４Ａ、４Ｂは、それぞれ、７００℃と４００℃の温度の下流のラムダプローブについて得られた。

図４Ａ、４Ｂにおいて、曲線９ａ、９ｂは、それぞれ、新しい、安定した窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブによって供給された、高温と低温のセンサ（ラムダプローブ）の温度について得られた信号を表す。

曲線１０ａ、１０ｂは、それぞれ、劣化した窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブによって供給された、高温と低温のラムダプローブの温度について得られた信号を表す。

曲線１１ａ、１１ｂは、それぞれ、機能低下した窒素酸化物トラップの下流に配置された酸素プローブによって供給された、高温と低温のラムダプローブの温度について得られた信号を表す。

曲線１２ａ、１２ｂは、それぞれ、窒素酸化物トラップの上流に配置された酸素プローブによって供給された、プローブの標準温度について得られた信号を表す。

曲線１３ａ、１３ｂは、それぞれ、窒素酸化物トラップの上流に配置された比例型のプローブによって供給された、ポンピング流なしの、プローブの標準動作温度について得られた信号を表す。

曲線１４ａ、１４ｂは、それぞれ、窒素酸化物トラップの上流に配置された比例型のプローブによって供給された、標準動作温度について得られた燃料／空気比の信号を表す。

これらの曲線から、低温及び高温におけるプローブの挙動の変化が、プローブの劣化状態を明らかにすることを含む、窒素酸化物トラップの診断を可能にすることがわかる。

診断を最適化するために、パージが始動された瞬間から、パージの終了に相当する時間、すなわち、高温についての２番目のジャンプのレベルまで、または低温についての所定の電圧までの間の、測定された電気信号を積分することができる。

窒素酸化物トラップの良好な機能を確認するためには、低温においても高温においても、電気信号の数学的な積分値は、所定の値（第２の閾値Ｓ２とも呼ばれる）よりも高いことが望ましい。

積分値の所定の値との比較は、エンジンの既知の動作点、例えばエンジンの吸気の燃料／空気比を約１．０５とするパージ過程の間に実行される。

窒素酸化物トラップの診断を実行するための他の１つの方法によれば、パージの開始を示す排気ガスの高燃料／空気比化に対応する時間を参照時間として、高温においては２番目のジャンプまで、あるいは低温においては所定の閾値まで、到達するのに要する時間を測定することができる。

この測定時間は、窒素酸化物をトラップからパージ（排出）するのに要する時間に実際に該当する。

これらの測定値から、パージに要する時間は、窒素酸化物トラップの劣化に比例して減少することが明らかに分かる。

従って、窒素酸化物トラップの劣化の診断は、この測定値を所定の値と比較することによって実行される。

この測定値が、エンジンの吸気の燃料／空気比のような、エンジンの所定の運転条件の下で、所定の閾値よりも小さくなったなら、窒素酸化物トラップが不良であると診断することができる。

窒素酸化物トラップの診断を実行するための最後の方法によれば、窒素酸化物トラップの診断は、使用される型（酸素プローブ）と同じ型、または異なる型（電流測定（ａｍｐｅｒｏｍｅｔｒｉｃ）「燃料／空気比プローブ」、または電流測定窒素酸化物センサ）の、第２のプローブの測定値との比較によって実行される。

電流測定センサについては、発生される「燃料／空気比」信号、またはオール オア ナッシング型の酸素プローブを構成するように、ゼロポンピング電流を加えながら参照セルの信号を使用することができる。

この第２のプローブは、窒素酸化物トラップの上流に配置され、参照用のプローブとして用いられる。

窒素酸化物トラップの上流と下流に配置されたプローブの挙動の差が極めて僅かであるときには、窒素酸化物トラップの機能が不良であると診断することができる。

窒素酸化物トラップの上流と下流に配置されたプローブの挙動の差が、所定の閾値よりも小さいときには、窒素酸化物トラップの機能が不良であると診断される。

本発明の方法を実行するための装置は、以下のように作動する。

酸素プローブの温度は、主として窒素酸化物トラップのパージの有用な過程の間のメタンの触媒反応を回避するために、低温（約４００℃〜５００℃）が得られるように、加熱用の電圧によって、調整すなわち操作される。

このようにして、窒素酸化物トラップの診断とパージの終了の検出が容易になされる。窒素酸化物トラップの診断とパージの終了の検出は、センサの劣化による挙動の変化に対する感受性は低く、触媒形成に対しても感受性は低い。

高温についても、同様に実行することができる。

実験の測定結果をパージ開始からの時間の関数として示すグラフである。 実験の測定結果をパージ開始からの時間の関数として示すグラフである。 酸素プローブの挙動を、センサの温度と排気ガスの化学的な組成の関数として示すグラフである。

Claims (10)

1. 過薄混合気で作動する内燃エンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法であって、それによって上記窒素酸化物トラップのパージが周期的に実行され、第１の酸素プローブを上記窒素酸化物トラップの下流の排気管に設けることと、上記第１の酸素プローブから供給される信号を表す有意な信号の変化を観察することとを含んでなる、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法において、
   上記内燃エンジンの過薄混合気での作動から過濃混合気での作動への移行に引き続く変化の後で得られる、上記窒素酸化物トラップの上記パージの開始からの、上記有意な信号の、閾値Ｓ１へ向かう、検知可能な唯一の増加が、上記パージの終了を指令するための指標として用いられ、
   上記パージの開始の瞬間と上記パージの終了との間の上記有意な信号を積分して得られた積分値の第２の閾値Ｓ２との比較、または、上記パージの開始の瞬間から上記閾値Ｓ１へ到達するまでに経過した時間の測定値が、上記窒素酸化物トラップの劣化状態の診断に用いられる、
   ことを特徴とする、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
2. 上記機能の上記管理は、ラムダ型の上記酸素プローブが４００℃と５００℃の間に含まれる温度で作動するときに実行されることを特徴とする、請求項１に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
3. 上記診断は、ラムダ型の上記酸素プローブが約４００℃〜５００℃の間の温度、または約６５０℃〜８００℃の間の温度で作動するときに実行されることを特徴とする、請求項１に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
4. 唯一の上記信号の観察の前または後における、上記内燃エンジンの過薄混合気での作動から過濃混合気での作動への移行に引き続く変化の後で得られる、概ね一定のレベルを有する第１の台状部から第２の台状部を形成する、新たな有意な増加を含む新たな信号が、ラムダ型の上記酸素プローブが約６５０℃と８００℃の間に含まれる温度で作動するときの、上記パージの終了を指令するための補足の指標として用いられることを特徴とする、請求項１に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
5. 上記第１の台状部と上記第２の台状部との間で経過した時間の測定値が、ラムダ型の上記酸素プローブが約６５０℃と８００℃の間に含まれる温度で作動するときの、上記窒素酸化物トラップの上記劣化状態を明確にするために用いられることを特徴とする、請求項４に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
6. 上記窒素酸化物トラップの上流に配置された第２の酸素プローブが参照信号を供給するために補足的に使用され、上記参照信号に対して、上記第１の酸素プローブによって供給される上記信号の上記変化が、上記有意な信号を供給するために比較されることを特徴とする、請求項１に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
7. １または複数の上記酸素プローブは、以下の型：オール オア ナッシング型の酸素プローブ、比例型プローブ、酸素濃度測定機能が利用される窒素酸化物センサ、から選ばれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
8. ２つの上記酸素プローブは、異なる型のもの、または同一の型のものであることを特徴とする、請求項６に従属する場合の請求項７に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断方法を実行するための、過薄混合気で作動する内燃エンジンのための、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置であって、上記内燃エンジンには、窒素酸化物トラップが設けられた排気管が装備された、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置において、
   上記窒素酸化物トラップ（１８）の下流の上記排気管に配置された酸素プローブ（２１）と、上記窒素酸化物トラップのパージの開始からの、上記酸素プローブによって供給される信号を表す有意な信号の検知可能な唯一の増加を決定するための計算手段（２３）を含み、上記信号は、上記パージの終了の指標として使用するためと、上記窒素酸化物トラップの上記劣化状態を決めるために、上記パージの操作の開始に引き続いて得られる、
   ことを特徴とする、窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置。
10. 上記窒素酸化物トラップ（１８）の上流に配置され、上記計算手段（２３）へ参照信号を供給するために上記計算手段へ接続された、第２の酸素プローブ（２２）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の窒素酸化物トラップの機能の管理及び劣化状態診断装置。

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