CN103827471A - 用于在内燃机运行时识别不同的废气探针故障的方法和装置 - Google Patents

Abstract

为了使得内燃机工作，对空气系数施加以规定的强制激励，其作为λ控制器的给定值的基础。在诊断运行中，借助诊断功能（DIAGF）来获知废气探针是否存在探针故障（SOND_ERR）。如果识别到了探针故障（SOND_ERR），就在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测测量信号的值作为起始值（STW），经过规定的第一时间段（TD1）之后检测测量信号的当前值作为终止值（EW）。根据起始值（STW）和终止值（EW）来获知是否存在滤波器故障（FIL_ERR）或废气探针的无效时间故障（DEL_ERR）。第一时间段（TD1）经过适当设定，使得在滤波器故障（FIL_ERR）的情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差与在无效时间故障（DEL_ERR）情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差相差规定的差值。

Description

用于在内燃机运行时识别不同的废气探针故障的方法和装置

本发明涉及用于使得内燃机工作的方法和装置，该内燃机带有在内燃机排气道上设置在废气催化器上游或者设置在废气催化器中的废气探针，废气探针的测量信号表明流过它的废气的剩余氧气含量。

针对其中设有内燃机的汽车的允许的有害物质排放，日益严格的法律规定要求在内燃机运行时的有害物质排放保持得尽可能小。这一方面可以采取如下措施来实现：减小在内燃机的相应气缸中在空气/燃油混合物燃烧期间产生的有害物质排放。另一方面，在内燃机中采用废气后处理系统，其把在相应气缸中在空气/燃油混合物的燃烧过程期间产生的有害物质排放物转变成无害物质。为此使用废气催化器，其把一氧化碳、碳氢化合物和氧化氮转变为无害物质。无论有针对性地影响在燃烧期间产生有害物质排放，还是利用废气催化器高效地转变有害物质组分，其前提都是非常精确地调节相应气缸中的空气/燃油比例。此外，在与有害物质相关的组件的诊断方面存在日益严格的规定。例如设置在废气催化器上游或者设置在其中的废气探针也是如此。废气探针可能会出现例如因污染或探针上的沉积而引起的故障特性。废气探针故障会导致响应特性明显缓慢，或者也会导致无效时间明显改变。在这种情况下，若不采取其它措施，就会加剧有害物质排放到外界。

本发明的目的在于，提出用于使得内燃机运行的方法和装置，该方法或者该装置有助于内燃机的可靠的低排放的运行。

所述目的通过独立权利要求的特征得以实现。有利的改进在从属权利要求中给出。

本发明的特点还有用于使得内燃机运行的方法和对应的装置，该内燃机带有在内燃机排气道中设置在废气催化器上游或者设置在废气催化器中的废气探针，废气探针的测量信号表明流过它的废气的剩余氧气含量。

对空气系数施加以规定的强制激励，其作为λ控制器给定值的基础。根据废气探针的测量信号和λ控制器的给定值来求取λ控制器的调节信号。

在规定的诊断运行中，借助规定的诊断功能来获知废气探针是否存在探针故障。由此借助诊断功能来获知探针是否无误地工作，或者通常是否存在有探针故障。

如果识别到了探针故障，就在诊断运行中在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测废气探针的测量信号值作为起始值，经过规定的第一时间段之后检测废气探针的测量信号的当前值作为终止值。根据起始值和终止值来获知是否存在滤波器故障或废气探针的无效时间故障。第一时间段经过适当设定，使得在滤波器故障的情况下终止值和起始值的相应差与在无效时间故障情况下终止值与起始值的相应差相差规定的差值。

通过这种方式可以简单地把滤波器故障与无效时间故障区分开。在无效时间故障情况下，废气探针的响应特性相比于标定的废气探针具有至少规定的增加的无效时间，标定的废气探针例如是基准探针。在滤波器故障情况下，废气探针的响应特性至少规定地延迟，特别是在增大的时间常数意义下延迟，确切地说，相比于标定的废气探针有所延迟。采用该设计的做法可以简单地在滤波器故障与无效时间故障之间进行这种区分，然后相应地告知相应的故障类型，或者存储在故障存储器中，或者也可以用于后续调整内燃机的运行。

根据其有利的设计，规定的诊断功能包括：在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测废气探针的测量信号值作为诊断功能的起始值，经过规定的第二时间段之后检测测量信号的当前值作为诊断功能的终止值。第一时间段设定得比第二时间段短。根据诊断功能的起始值和终止值识别到或者未识别到存在探针故障。

根据另一种有利的设计，强制激励的幅度被设定得在诊断运行期间大于在诊断运行之外。通过这种方式可以简单地特别是针对无效时间故障与滤波器故障之间的差异进行特别可靠的诊断。

根据另一种有利的设计，在识别到传感器故障时，在识别出无效时间故障的情况下，激活用于λ控制器的配设的无效时间故障控制参数组，而在识别出滤波器故障的情况下，激活用于λ控制器的配设的滤波器故障控制参数组和/或滤波器模型参数组。通过这种方式，在两种情况下都能在相应故障方面最佳地使得λ控制器运行或λ控制运行，由此特别是在两种故障情况下分别保证有害物质排放尽可能小。

下面参照示意图详述本发明的实施例。其中：

图1示出内燃机的排气道和配设的控制装置；

图2为特别是在控制装置中构造的λ控制器的方框图；

图3为程序流程图；

图4示出所绘制的关于时间的第一信号曲线；和

图5示出所绘制的关于时间的第二信号曲线。

相同构造或功能的部件在这些附图中一致地标有相同的附图标记。

内燃机包括进气道、发动机组、气缸盖和排气道1（图1）。进气道优选包括节流阀，还包括汇集器和进气管，进气管朝向气缸经由输入通道伸入到发动机组中。此外，发动机组包括曲轴，曲轴通过连杆与气缸的活塞耦接。

气缸盖包括配气机构，配气机构带有气体入口阀和气体出口阀。气缸盖还包括喷射阀2，且优选包括火花塞。替代地，喷射阀2也可以设置在进气管上。

在排气道1上设置有优选被构造成三元催化器的废气催化器。此外任选地在废气道1上设置有被构造成NOX催化器的另一废气催化器5。

设置有控制装置7，该控制装置配设有传感器，这些传感器检测各种不同的测量参数，且分别求得测量参数的值。控制装置7被设计用于根据至少一个测量参数来求得调节参数，这些调节参数于是转变成一个或多个调节信号，用于控制调节设备，特别是用于控制其伺服驱动器，伺服驱动器作用到调节设备的调节件上。

控制装置7也可以称为使得内燃机工作的装置。

传感器是踏板位置产生器、检测在节流阀上游的空气质量流的空气质量传感器、检测进气温度的温度传感器、进气管压力传感器、曲轴角度传感器，曲轴角度传感器检测曲轴的曲轴角度，然后给其指配一个转速N。

还设有废气探针9，其设置在废气催化器3的上游，或者也可以设置在废气催化器3中。废气探针9的测量信号MS1表示流过它的废气的剩余氧气含量，因而表明在燃油氧化之前且在废气探针9的上游在气缸燃烧室中的空气-燃油-比例，进而表明所检测的空气系数LAM_AV。

必要时可以在废气探针9的下游设置有另一废气探针11，该废气探针位于废气催化器3中或其下游，且也检测流过它的废气的剩余氧气含量。废气探针11的测量信号标有MS2。废气探针9优选是直线的λ探针。另一废气探针11优选是二元的λ探针，但它原则上也可以是直线的λ探针。相应的情况适用于废气探针9。

视实施方式而定，可以存在所述传感器的任意子集，或者也可以存在附加的传感器。调节件例如是节流阀、气体入口阀和气体出口阀、喷射阀2或火花塞。

不言而喻，内燃机必要时可以包括多个气缸，于是必要时也给这些气缸配设相应的伺服驱动器和必要时的传感器。

图2中所示为借助控制装置7构造的λ控制器的方框图。

可以采用特别简单的设计针对正常运行预先设定好给定的空气系数LAM_SP_RAW。该空气系数优选例如根据内燃机的当前运行模式比如均质运行或分层运行和/或根据内燃机的运行参数来求取。

方框B1被设计用于求取强制激励ZWA，该强制激励优选被设计成周期性矩形信号的形式，该信号围绕中间值振荡。在累加部位S1的输出端有规定的强制激励的空气系数LAM_SP可供使用。

规定的强制激励的空气系数LAM_SP被输送给方框B2，该方框包含有先导控制，且根据规定的强制激励的空气系数LAM_SP来产生λ先导控制因数LAM_FAC_PC。

在方框B4中构造有滤波器，确切地说，特别是基于系统模型（Streckenmodell）来构造，借助该滤波器对规定的强制激励的空气系数LAM_SP进行滤波，由此产生λ控制器的给定值LAM_SP_FIL。

设置有方框B6，其输入信号是转速N和/或负载LOAD。负载例如可以用进气管压力来表示，或者也可以用空气物质流MAF来表示。方框B6被设计用于根据转速N和/或负载LOAD来求取无效时间T_T。为此例如可以在方框B6中存储特征曲线族，并采用特征曲线族内插法来求取无效时间T_T。

还设置有方框B8，其输入参数是转速N和/或负载LOAD。方框B8被设计用于根据其输入参数来求取延迟时间T_V，确切地说，优选利用存储在方框B8中的特性曲线族采用特性曲线族内插法进行求取。特性曲线族优选事先通过试验或模拟来求得。

无效时间T_T以及延迟时间T_V表明在对于计量燃油至关重要的时间点与在废气探针9上的测量信号MS1的相关曲线之间所历经的气体蔓延时间。无效时间T_T和/或延迟时间T_V优选是方框B4的输入参数，进而是滤波器的输入参数。

滤波器优选包括Padé滤波器。此外，方框B4优选也包括低通滤波器，其特别是根据延迟时间T_V来近似废气探针9的特性。

向第三累加部位S3输送所检测的空气系数LAM_AV，该空气系数根据废气探针9的测量信号MS1来求得。根据λ控制器的给定值LAM_SP_FIL和所检测的空气系数LAM_AV，在第三累加部位通过形成差来求得控制差D_LAM。

控制差D_LAM是方框B12的输入参数，λ控制器构造在该方框中，确切地说，优选被构造成PII²D控制器。方框B12的λ控制器的调节信号例如是λ控制因数LAM_FAC_FB。

还设置有方框B14，在该方框中根据负载LOAD和规定的强制激励的空气系数LAM_SP来求取要计量的燃油量MFF。在这种情况下，负载LOAD优选是每工作周期流入到相应气缸的相应燃烧室中的空气质量。

在相乘部位M1通过形成要计量的燃油量MFF、λ预控制因数LAM_FAC_PC和λ控制因数LAM_FAC_FB的积来求取矫正后的要计量的燃油量MFF_COR。相应地控制喷射阀2，用于计量矫正后的要计量的燃油量MFF_COR。

控制装置7包括程序和数据存储器与计算单元，在该计算单元中，在内燃机运行期间，处理一个或多个存储在程序存储器中的程序。

将借助图3详述程序流程图。程序在步骤S1中开始，在该步骤中必要时可以对变量进行初始化。在步骤S3中检查内燃机当前是否在规定的运行范围内运行，该运行范围例如可以是较低的部分负载范围，其例如带有大约2500转/分钟的最大转速。此外，在步骤S3中检查是否满足了至少一个其它的条件和/或从诊断运行最近一次结束以来是否驶过了规定的行驶路段，例如当存在有在一定程度上静止的运行状态时和/或当从最近结束诊断运行以来经过了规定的时间段时就满足所述条件。如果满足了步骤S3的条件，就进入诊断运行并在步骤S5中继续处理。在其它情况下就重新进行处理，必要时在步骤S3中经过规定的等待时间之后继续处理。

在步骤S5中执行诊断功能DIAGF，借此功能来获知废气探针9是否存在探针故障SOND_ERR。接下来在步骤S7中继续处理，其方式为，如果不存在探针故障SOND_ERR，就在步骤S3中必要时经过规定的等待时间之后重新继续处理。

在其它情况下，在步骤S7之后在步骤S9中继续处理。在步骤S9中使得后续处理延迟一段时间，直至识别到λ控制器的给定值LAM_SP_FIL的给定值曲线的边沿。该边沿原则上可以是上升边沿或下降边沿。

在时间上与给定值LAM_SP_FIL的给定值曲线的所识别的边沿相关地，即特别是直接在其之后，在步骤S11中检测废气探针9的测量信号MS1的值作为起始值STW，其中，该值可以是检测到的相应的空气系数LAM_AV。接下里在步骤S13中使得计时器起动，该计时器经过规定的第一时间段TD1之后停止。在计时器停止之后，在步骤S15中继续处理，其方式为，求取废气探针9的测量信号MS1的当前值作为终止值EW，其中，该值尤其也可以是当前检测的空气系数LAM_AV。

在步骤S17中求取阈值THD，该阈值可以采用简单的设计预先设定好，但也可以根据至少一个参数特别是借助特征曲线族来求取。为此例如设有相应的特征曲线族，借此根据转速N和/或负载LOAD来求取阈值THD。该负载例如可以用空气质量流和/或进气管压力来表示。

在步骤S19中检查在终止值EW与起始值STW之间的偏差量是否大于阈值THD。如果情况如此，就识别到滤波器故障FIL_ERR，确切地说，在步骤S21中识别到所述故障，在其它情况下则在步骤S23中识别到无效时间故障DEL_ERR。

第一时间段TD1经过适当设定，使得在滤波器故障FIL_ERR的情况下终止值EW和起始值STW之间的相应的差，与在无效时间故障DEL_ERR的情况下终止值EW和起始值STW的相应的差，至少相差规定的差值。

在步骤S21或步骤S23之后，在步骤S3中必要时经过规定的等待时间之后重新继续处理。

在诊断运行期间，即从步骤S5到步骤S7的处理期间，如果其条件未得到满足，而在其它情况下直至步骤S21或S23的处理，则相比于在诊断运行之外，将强制激励ZWA的幅度设定得比较大。在诊断运行中，强制激励的幅度相比于其它运行例如可以是2倍至3倍或4倍。

在步骤S5中执行诊断功能DIAGF时，例如在时间上与λ控制器给定值的给定值曲线的边沿相关地检测测量信号MS1的值作为诊断功能的起始值。经过规定的时间段之后，检测废气探针9的测量信号MS1的当前值作为诊断功能的终止值。第一时间段TD1被设定得比第二时间段短。根据诊断功能的起始值和终止值，识别到或未识别到存在探针故障SOND_ERR。

第一时间段TD1被设定得特别是明显比第二时间段短。第二时间段相关地例如适当地设定，使得在其终了时针对于标定废气探针而言，测量信号的特别是检测到的空气系数LAMV的值处于靠近λ控制器给定值LAM_SP_FIL的很窄的范围内，而检测到的空气系数LAM_AV无论在滤波器故障FIL_ERR情况下还是在无效时间故障DEL_ERR情况下都仍与所述给定值明显间隔开。

在识别到无效时间故障DEL_ERR的情况下，优选激活用于λ控制器的配设的无效时间故障控制器参数组和/或无效时间故障模型参数组。这在识别到波器故障FIL_ERR情况下相应地适用，于是在这种情况下激活用于λ控制器的配设的滤波器故障控制器参数组，和/或激活用于λ控制器的配设的滤波器故障模型参数组。相关地，相应的控制器参数组特别是包括λ控制器的控制器参数。模型参数组特别是涉及方框B4的滤波器的系统模型的参数。这些参数因而例如可以包括方框B6和B8的输出参数。在此，控制参数以及模型参数分别应用于测量信号MS1的所期望的曲线，作为对λ控制器的给定值曲线的边沿的回应，确切地说，特别是考虑到至少一个规定的品质标准和对该品质标准的相应优化。

对于在未识别到废气探针9的探针故障情况下λ控制器的运行，无论控制器参数还是模型参数都应用于标定废气探针的测量信号特性。对于无效时间故障的情况，无效时间故障控制器参数组的控制参数或无效时间故障模型参数组的模型参数应用于带有无效时间故障的这种废气探针的所希望的测量信号特性。对于滤波器故障的情况，滤波器故障控制器参数组的控制器参数或滤波器故障模型参数组的模型参数应用于带有滤波器故障的这种废气探针的所希望的测量信号特性。

在图4中绘出了关于时间t的不同的信号曲线。在此，第一信号曲线SV1表示λ控制器的给定值LAM_SP_FIL的曲线，SV2针对带有滤波器故障的废气探针9的情况表示所检测的空气系数LAM_AV的信号曲线。信号曲线SV3表示用于标定的废气探针的所检测的空气系数LAM_AV的信号曲线。

在图5中也绘出了关于时间t的信号曲线。SV4在此表示λ控制器的给定值LAM_SP_FIL的曲线。SV5表示在废气探针9具有无效时间故障DEL_ERR情况下所检测的空气系数LAM_AV的曲线。SV6表示用于标定的废气探针的所检测的空气系数LAM_AV的曲线。

上述做法也有助于提高各个组件例如废气探针9和/或废气催化器3的寿命。

Claims (5)

1. 一种用于使得内燃机工作的方法，该内燃机带有在内燃机的排气道（1）上设置在废气催化器（3）上游或者设置在废气催化器中的废气探针（9），废气探针的测量信号（MS1）表明流过它的废气的剩余氧气含量，其中，

- 对空气系数（LAM_SP）施加以规定的强制激励（ZWA），其作为λ控制器的给定值（LAM_SP_FIL）的基础；

- 根据废气探针（9）的测量信号（MS1）和λ控制器的给定值（LAM_SP_FIL）来求取λ控制器的调节信号；

- 在规定的诊断运行中，

-- 借助规定的诊断功能（DIAGF）来获知废气探针是否存在探针故障（SOND_ERR），

-- 如果识别到了探针故障（SOND_ERR），

--- 就在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测测量信号（MS1）的值作为起始值（STW），经过规定的第一时间段（TD1）之后检测测量信号（MS1）的当前值作为终止值（EW），

--- 根据起始值（STW）和终止值（EW）来获知是否存在滤波器故障（FIL_ERR）或废气探针（9）的无效时间故障（DEL_ERR），其中，第一时间段（TD1）经过适当设定，使得在滤波器故障（FIL_ERR）的情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差与在无效时间故障（DEL_ERR）情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差相差规定的差值。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，规定的诊断功能（DIAGF）包括：

- 在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测测量信号（MS1）的值作为诊断功能的起始值，经过规定的第二时间段之后检测测量信号（MS1）的当前值作为诊断功能的终止值，其中，将第一时间段设定得比第二时间段短；

- 根据诊断功能的起始值，在诊断功能的终止值中，识别到或者未识别到存在探针故障（SOND_ERR）。

3. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，将强制激励（ZWA）的幅度设定得在诊断运行期间大于在诊断运行之外。

4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在识别到传感器故障时，在识别出无效时间故障（DEL_ERR）的情况下，激活用于λ控制器的配设的无效时间故障控制参数组和/或用于λ控制器的配设的无效时间故障模型参数组，而在识别出滤波器故障（FIL_ERR）的情况下，激活用于λ控制器的配设的滤波器故障控制参数组和/或滤波器模型参数组。

5. 一种用于使得内燃机工作的装置，该内燃机带有在内燃机的排气道（1）上设置在废气催化器（3）上游或者设置在废气催化器中的废气探针（9），废气探针的测量信号（MS1）表明流过它的废气的剩余氧气含量，其中，该装置经过适当设计，从而

- 对空气系数（LAM_SP）施加以规定的强制激励（ZWA），其作为λ控制器的给定值（LAM_SP_FIL）的基础；

- 根据废气探针（9）的测量信号（MS1）和λ控制器的给定值（LAM_SP_FIL）来求取λ控制器的调节信号；

- 在规定的诊断运行中，

-- 借助规定的诊断功能（DIAGF）来获知废气探针是否存在探针故障（SOND_ERR），

-- 如果识别到了探针故障（SOND_ERR），

--- 就在时间上与λ控制器的给定值曲线的边沿相关地检测测量信号（MS1）的值作为起始值（STW），经过规定的第一时间段（TD1）之后检测测量信号（MS1）的当前值作为终止值（EW），

--- 根据起始值（STW）和终止值（EW）来获知是否存在滤波器故障（FIL_ERR）或废气探针（9）的无效时间故障（DEL_ERR），其中，第一时间段（TD1）经过适当设定，使得在滤波器故障（FIL_ERR）的情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差与在无效时间故障（DEL_ERR）情况下终止值（EW）和起始值（STW）的相应差相差规定的差值。

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