CN104053890B - 用于确定内燃机的废气传感器的延迟时间的方法及控制单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定废气传感器（15）（例如氧传感器或者NO_x传感器）的响应特性中延迟时间τ_S的方法，所述废气传感器用于确定内燃机（10）的废气通道（18）中的废气状态参量，其中由所述废气传感器（15）的测得的输出信号和比较信号进行所述延迟时间τ_S的确定。根据本发明在此规定，确定无迟滞的比较信号；在所述测量的输出信号与以模型延迟时间τ_M为幅度迟滞的比较信号之间形成互相关；如此选择所述模型延迟时间τ_M，使得所述互相关函数具有最大值并且使得所述废气传感器的测得的输出信号的延迟时间τ_S与如此确定的模型延迟时间τ_M相等。

Description

用于确定内燃机的废气传感器的延迟时间的方法及控制单元

技术领域

本发明涉及一种用于确定废气传感器的响应特性中延迟时间τ_S的方法，所述废气传感器用于确定内燃机的废气通道中的废气状态参量，其中由废气传感器的测得的输出信号或者由其推导出来的测得的特征参量和比较信号或者由其推导出来的比较特征参量进行延迟时间τ_S的确定。

此外，本发明涉及一种用于控制内燃机并且用于确定废气传感器的响应特性中延迟时间τ_S的控制单元，其中所述控制单元包括用于测量所述废气传感器的输出信号并且/或者用于求取由其推导出来的特征参量的器件，并且其中所述控制单元包括用于确定比较信号并且/或者用于求取由其推导出来的比较特征参量的器件。

背景技术

在用于运行内燃机的车载诊断系统（OBD）的范围内，OBDII规定要求，不仅关于氧传感器和其他废气探测器的电气功能可靠性对其进行监控，而且在其响应特性方面对其进行监控。必须识别出探测器动态由于增大的时间常数或者由于延长的延迟时间τ_S而能够觉察到的变差情况。必须对这种在废气成分的变化与其识别之间的时间迟滞进行车载检验，看其对于使用传感器信号的用户功能、也就是控制、调节及监控功能来说是否还是允许的。作为用于废气传感器的动态特征的特征参量，典型地使用从输送给所述内燃机的燃料空气混合物的混合物变化直至所述废气传感器的所属的信号沿的延迟时间τ_S。所述延迟时间τ_S首先通过从所述内燃机的排出口直至所述废气传感器的气体运行时间来确定并且例如在改动传感器安装位置时发生变化。

为了调整输送给所述内燃机的空气/燃料混合物，一般将氧传感器用作废气传感器，所述氧传感器确定废气的氧气含量。对于柴油机来说，例如能够使用形式为宽带氧传感器的氧传感器。此外，结合用于借助于尿素来将氮氧化物转化为二氧化碳、氮气和水的SCR催化器（SCR：Selective Catalytic Reduction）来设置NO_x传感器。NO_x传感器额外地提供氧气信号。

根据熟知的方法，在所述内燃机从负载运行转变为惯性运行时对所述氧气信号的延迟时间τ_S进行监控。在此，所述氧气份额从在负载下通过所述内燃机的运行点预先给定的份额上升到空气中的21%的氧气含量。如果所述传感器信号在最大时间之后没有达到预先给定的中间值，则将此解释为延迟时间误差。

对于未来数代车辆或者说车型生产年份来说能够预料，在氧气浓度下降时也要求对于传感器动态性的监控。此外，对于混合动力车来说，将来不再存在惯性阶段，并且由此不再存在具有21%的恒定的O₂浓度的阶段。

一种取决于方向的延迟时间监控的方法在文件DE 10 2008 001 121 A1中得到了说明。该文件公开了一种用于对至少一个布置在内燃机的排气系统中的废气探测器进行诊断的方法，其中将信号变化与所预料的信号变化进行比较。在此规定，识别所述内燃机的一种特殊的运行状态，并且在所述内燃机的这种特殊的运行状态中为了进行诊断而进行测试喷射，所述测试喷射不干扰力矩或者对内燃机的运行者来说没有干扰。一种特殊的运行状态在此能够是所述内燃机的惯性阶段。对于所述延迟时间τ_S的确定能够通过以下方式来实现，即由直至所述废气探测器的信号跟随所述废气成分的变化的时间迟滞求取实际延迟时间，并且将所述实际延迟时间与所保存的或者所计算的额定延迟时间进行比较。在此不利的是，主动的监控代表着对于所述内燃机的燃料系统的干预并且由此不仅升高了燃料消耗而且升高了CO₂排放。

为了确定延迟时间，除了发动机控制之外，还已知互相关的原理。该原理例如在C.H. Knapp和G.C. Carter的电气和电子工程师协会关于声学、语音和信号处理的会报（IEEETransactions an Acoustics、Speech and Signal Processing）第ASSP-24卷第四期1976年8月的“The Generalized Correlation Method for Estimation of Time Delay”中得到了描述。据此首先对有待比较的、由相同的原因所触发的第一和第二信号进行滤波。随后，所述第二信号在时间上迟滞了一迟滞时间。根据互相关函数使如此得到的信号彼此相乘，并且在预先给定的时间范围内对其进行积分。连接在后面的峰值探测器如此改变所述迟滞时间，直至存在所述互相关函数的、也就是相乘并且积分的信号的最大值。在所述最大值处的迟滞时间相当于所述第一与第二信号之间的延迟时间τ。通过互相关进行的延迟时间测量例如用在激光距离测量中或者用在雷达技术中，用于求取物体的距离。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于对布置在内燃机的废气通道中的废气探测器的延迟时间τ_S进行监控的方法。

此外本发明的任务是，提供一种相应的用于实施所述方法的控制单元。

涉及所述方法的任务通过以下方式来解决：确定无迟滞的比较信号或者由其推导出来的无迟滞的比较特征参量，在测得的输出信号或者由其推导出来的测得的特征参量与以模型延迟时间τ_M为幅度迟滞的比较信号或者由其推导出来的并且以所述模型延迟时间τ_M为幅度迟滞的比较特征参量之间形成互相关，如此选择所述模型延迟时间τ_M，使得所述互相关函数具有最大值并且使所述废气传感器的测得的输出信号的延迟时间τ_S与如此确定的模型延迟时间τ_M相等。所述延迟时间τ_S首先通过从所述内燃机到所述废气传感器的气体运行时间来确定。所述无迟滞的比较信号或者由其推导出来的无迟滞的比较特征参量相应于优选在所述内燃机的排出口处的废气状态参量的无迟滞的曲线。例如迭代地一直改变所述模型延迟时间τ_M，直至测得的输出信号和根据所述模型延迟时间τ_M迟滞的比较信号或者由其推导出来的特征参量尽可能全等。所述模型延迟时间τ_M而后非常近似地相当于所述废气传感器的延迟时间τ_S。用于所述信号的全等性或者相似性的量度是其互相关函数，所述互相关函数在出现最佳可能的叠合时具有其最大值。

所述方法能够不仅为有待测量的废气状态参量、例如气体浓度的增大而且为其减小实现统一的监控原理。在此是一种被动的方法，该方法不要求对所述内燃机的空气系统或者燃料系统进行干预。因为所述方法没有被绑定到所述内燃机的特殊的运行点上，所以得到高的可用性。所述方法的其他优点在于，抗干扰的鲁棒性高，所述方法的复杂性低，并且在实施中应用开销相应小。通过足够大的积分持续时间和非周期性的激励能够可靠地阻止由于关于原因（废气状态参量的变化）与结果（所述废气传感器的输出信号）错误的沿分配引起的错误测量。

一种简单的并且例如通过软件扩展在现存的控制单元中能够成本低廉地实施的、用于确定合适的无迟滞的比较信号或者由其推导出来的无迟滞的比较特征参量的方案能够通过以下方式来实现：对所述无迟滞的比较信号或者由其推导出来的比较特征参量进行建模。为此，首先能够对例如在所述内燃机的排出口处的有待确定的废气状态参量进行建模，并且由此确定所述无迟滞的比较信号或者由其推导出来的比较特征参量。

所述废气传感器的动态特性能够在例如通过相应的建模来确定所述比较信号时通过以下方式来仿真：在形成互相关之前对所述比较信号或者由其推导出来的比较特征参量实施低通滤波。

此外，延迟时间测量的选择性能够通过以下方式来提高：在形成互相关之前对测得的输出信号或者由其推导出来的测得的特征参量和所述比较信号或者由其推导出来的比较特征参量实施高通滤波。通过所述高通滤波，在信号比较时仅仅对动态相加以考虑。

对于测得的输出信号或者由其推导出来的测得的特征参量的高通滤波能够通过高通滤波器来实现。对于所述比较信号或者所述比较特征参量的低通滤波和高通滤波能够有利地通过相应的带通滤波器来实现。所述真实的废气传感器的低通特性和连接在后面的高通滤波器同样出现带通滤波器的特征。所述高通滤波器和所述带通滤波器的高通份额有利地具有相同的极限频率，该极限频率低于低通滤波器的极限频率。

根据本发明的一种特别优选的实施变型方案能够规定，确定所述废气传感器的探测器时间常数T_S并且使所述低通滤波器的低通滤波器时间常数T_M与所述探测器时间常数T_S相等。所述探测器时间常数T_S描述一种动态，所述废气传感器以所述动态对有待确定的废气状态参量的变化做出反应。一种用于确定所述探测器时间常数T_S的方法例如在本申请人的尚未公开的文件R. 339892中得到说明。通过使所述低通滤波器时间常数T_M与当前的废气传感器的探测器时间常数T_S相匹配这种方式，能够考虑到所述废气传感器的当前动态。对于所述延迟时间τ_S的确定由此没有被例如由于炭黑覆盖而变慢的废气传感器所歪曲。

优选作为互相关函数能够使用标准化的能量互相关函数或者标准化的能量互相关函数的平方。在这种情况下，互相关函数在分母中包括在频率滤波之后测得的输出信号和所述比较信号的信号能量并且在分子中包括所述信号的互能量（Kreuzenergie）。通过使用所述标准化的互能量消除了在形成比较信号时所述废气传感器的相乘的误差并且消除了所述激励的信号摆幅的影响、也就是有待确定的废气状态参量的变化的影响。

根据本发明的一种优选的实施变型方案能够规定，在计算能量互相关函数时积分时间范围T包括所述废气状态参量的变化的一条沿或者多条沿。如果所述积分时间范围T仅仅包括一条沿，那么所述诊断结果就自动地具有方向选择性，也就是说单独地对所述废气状态参量的正的和负的变化进行分析。如果通过相应长的积分时间范围检测所述废气状态参量的变化的多条沿，那就能够改善在确定所述延迟时间τ_S时的精度。

在此能够规定，以时间控制或者事件控制的方式开始所述积分时间范围T。所述积分时间范围T的以事件控制的方式进行的开始例如能够被绑定到所述废气状态参量的变化的一条沿上或者被绑定到喷射量的一条沿上。如果所述积分时间范围T在所述废气状态参量的变化的一条沿上开始，那就能够将开始时刻设置到测得的输出信号的或者所述比较信号的或者由其推导出来的特征参量的较早存在的沿上。

为了以较高的精度实现对于所述延迟时间τ_S的方向选择的确定，能够规定，分开地对所述废气状态参量的变化的正沿和负沿进行分析。所述积分时间范围T而后能够在多条沿的范围内延伸。

对于所述延迟时间τ_S的方向选择的确定能够通过以下方式来实现：对于正沿和负沿的分开的分析通过高通滤波器和连接在后面的饱和环节来实现。由此实现这一点：要么仅仅允许正的信号份额通过，要么仅仅允许负的信号份额通过，由此产生二极管功能。

根据本发明的另一种实施变型方案能够规定，为了确定互相关的最大值而如此改变所述废气通道在内燃机与废气传感器的安装位置之间的容积值，使得所述互相关函数具有最大值。只要不存在电方面的改动，所述延迟时间τ_S就相当于从所述内燃机直到所述废气传感器的气体运行时间。所述气体运行时间取决于所述废气体积流量并且取决于所述排气设备在内燃机与废气传感器的安装位置之间的容积。通过在计算方面改变所述为所述排气设备的容积所假定的容积值这种方式，能够为了延迟所述比较信号而如此改变所述气体运行时间，使得测得的输出信号与所述比较信号全等。能够在考虑到体积流量的情况下将如此得到的容积值换算为延迟时间τ_S。

本发明涉及控制单元的任务通过以下方式来解决：所述控制单元包括用于确定无迟滞的比较信号或者用于求取由其推导出来的无迟滞的比较特征参量的器件，在所述控制单元中包括用于在测得的输出信号或者由其推导出来的测得的特征参量与所述以模型延迟时间 τ_M为幅度迟滞的比较信号或者由其推导出来的比较特征参量之间形成互相关的程序流程或者电子线路，并且所述控制单元包括用于改变所述模型延迟时间τ_M并且用于识别所述互相关函数在模型延迟时间τ_M下的最大值的最大值识别器。这样的控制单元能够实施所描述的方法。在此能够比较容易并且成本低廉地、例如通过相应的软件扩展在既存的控制单元中实施所述方法。

所述方法或者所述控制单元能够优选用于确定宽带氧传感器或者NO_x传感器的响应特性中的延迟时间τ_S。在此，不仅所述宽带氧传感器而且所述NO_x传感器都对作为废气的废气状态参量的、氧气含量的变化作出反应。所述方法也能够运用到NO_x传感器的NO_x信号上，如果例如能够通过NO_x模型来形成相应的NO_x比较信号的话。

所述方法及所述控制单元连同其前面所描述的变型方案的一种优选的用途规定用在混合动力车、例如柴油混合动力车中，所述混合动力车没有空转运行阶段或者惯性阶段。特别要强调，用在所述混合动力车中不会减小消耗降低潜力和CO₂降低潜力，因为既不需要测试喷射又不必要求特殊的马达运行状态。

所述方法及所述控制单元连同其前面所描述的变型方案的另一种优选的用途规定用在具有所谓的滑行运行功能（Segelbetrieb）的车辆中。在这样的车辆中，同样在很大程度上省去所述惯性运行。取代在惯性运行中拖曳马达的做法，在滑行运行中断开离合器，马达进行空转或者被切断并且所述车辆由于其惯性而滚动。在这种情况下，也获得巨大的消耗降低潜力和CO₂降低潜力。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。附图中：

图1示出技术环境的示意图，在该技术环境中能够使用按本发明的方法；

图2示出用于确定废气传感器的延迟时间τ_S的方框图；

图3示出用于基于模型对氧气传感器进行延迟时间诊断的方框图；

图4示出用于对废气传感器的延迟时间τ_S进行方向选择的监控的方框图；并且

图5示出用于根据一种替代的分析方法来确定废气传感器的延迟时间τ_S的方框图。

具体实施方式

图1示意性地以汽油机的实施例示出了技术环境，在该技术环境中能够使用按本发明的、用于确定废气传感器15的响应特性中延迟时间τ_S的方法。通过空气输送装置11将空气输送给内燃机10，并且用空气质量测量计12来确定所述空气的质量。所述空气质量测量计12能够构造为热膜式空气质量测量计。所述内燃机10的废气通过所述内燃机10的排出口17被排到废气通道18中，其中沿着废气的流动方向设置了所述废气传感器15和废气净化设备16。所述废气净化设备16一般包括至少一个催化器。

为了控制所述内燃机10，设置了控制单元14。该控制单元14与所述废气传感器15、所述空气质量测量计12和燃料配量计13相连接。

在所述内燃机10的运行中，所述控制单元14根据所要求的负载来调节所述内燃机的燃料输送和空气输送。在此要考虑到所述废气传感器15及空气质量测量计12的测量信号。通过燃料配量计13将燃料输送给所述内燃机10，通过空气输送装置11中的未示出的节流阀来对空气输送进行调节。所述废气传感器15在所示出的实施例中是宽带氧传感器并且确定输送给所述内燃机10的燃料空气混合物的λ实际值。

关于车载诊断系统（OBD）的法律规章规定了在废气探测器15的响应特性方面对其监控。必须对废气组成成分的变化与其识别之间的延迟时间或者迟滞时间进行检验，看其对于应用功能来说是否还是允许的。所述延迟时间τ_S首先通过废气从内燃机10的排出口17直到所述废气传感器15的安装位置的运行时间来确定并且例如在操纵所述废气传感器15的安装位置时发生变化。

图2以方框图示出了用于确定在图1中示出的废气传感器15的延迟时间（Totzeit）τ_S的线路装置或者软件函数的基本结构。在此，使用为应用情况而量身设定的互相关方法。

将所述废气传感器15的测得的输出信号x₁(t) 20输送给第一高通滤波器30。将经过滤波的输出信号y₁(t) 21传送给第一乘法器33。

将无迟滞的比较信号x₂(t) 22输送给带通滤波器31，该带通滤波器由此形成经过滤波的比较信号y₂(t) 23。所述经过滤波的比较信号y₂(t) 23在延迟时间环节32中在时间方面迟滞，从而产生迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24。将所述迟滞的比较信号y₂(t-τ)24同样输送给所述第一乘法器33，并且在那里使其与所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21相乘。将如此得到的信号先后输送给第一积分器34、可选设置的平方器35并且随后输送给最大值识别器36。所述最大值识别器36作为互相关的结果输出标准化的互能量25或者其平方以及模型延迟时间26τ_M ，将所述模型延迟时间传送给所述延迟时间环节32。所述平方器35对于所述最大值识别器来说是有利的，但并非务必需要。为了对所述功能或者说函数（Funktion）进行进一步描述，因此基于标准化的互能量25的输出，但是对其而言也能够意义相同地使用标准化的互能量的平方。

有待监控的废气传感器15的测得的输出信号x₁(t) 20相应于由所述废气传感器15所确定的、在废气传感器的安装位置处的废气状态参量、例如氧气浓度。所述无迟滞的比较信号x₂(t) 22则相应于在所述内燃机10的排出口17处的废气状态参量的曲线。所述无迟滞的比较信号x₂(t) 22例如能够通过合适的模型来计算。因此，能够由测得的空气质量和所述通过燃料配量计13输送的额定燃料质量计算所述内燃机的排出口17处的氧气浓度。

所述带通滤波器31包括低通份额，该低通份额仿真所述废气传感器15的动态特性。所述带通滤波器31中所包含的高通份额以及第一高通滤波器30在废气探测器15的信号流中用于提高延迟时间测量的选择性或者说分离性（Trennschärfe），其方式为在接下来的信号比较中仅仅考虑所述废气状态参量的时间曲线的动态相。所述第一高通滤波器30以及所述带通滤波器31的高通份额具有统一的极限频率以及与所述低通滤波器的滤波通带重叠的滤波通带。对陡沿的高通及低通滤波而言，高通极限频率为此低于低通极限频率。

通过所述延迟时间环节32使得所述经过滤波的比较信号y₂(t) 23以由所述最大值识别器36输出的模型延迟时间τ_M 26为幅度迟滞，从而产生迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24。所述互相关通过第一乘法器33、第一积分器34和可选设置的第一平方器35来实现。在此所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述经过滤波的比较信号y₂(t) 23的互能量与所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述经过滤波的比较信号y₂(t) 23的信号能量有关。

所述最大值识别器36优选迭代地改变所述延迟时间环节32的模型延迟时间τ_M 26，直到所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21与所述迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24尽可能全等（deckungsgleich）。所述模型延迟时间τ_M 26而后非常近似地相当于所述废气传感器15的有待确定的延迟时间τ_S。所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24的全等性或者相似性的量度是其通过互相关函数得到的互能量E_KK，所述互能量在出现最佳可能的重叠时具有其最大值。

在使用可选的平方器35时，也能够将所述互能量的平方用作相似性量度，因为平方运算不改变所述最大值的位置。

为了逐步地调整所述模型延迟时间，能够对同一测量进行多次分析。为此必须在有利的持续时间内记录测量情况和无迟滞的比较信号。同样，例如能够在不同的模型延迟时间下为不同的激励实施测量和分析。在一种替代的实施方式中，也能够对用于不同的模型延迟时间的分析进行对照，其方式为多次执行按照图2的方框图的一些部分。

所描述的方法能够用统一的、用于有待测量的废气状态参量的增加和减小的监控原理来容易地确定所述废气探测器15的延迟时间τ_S。在此涉及一种被动的方法，该方法不要求对所述内燃机10的空气系统或者燃料系统进行干预。它也能够用在没有或者仅仅具有少量的惯性阶段和空转阶段的车辆、例如混合动力车中。其他优点在于，在相关的认证周期中的可用性高、抗干扰的鲁棒性高、由于原因（废气状态参量的变化）与结果（所述废气传感器的输出信号）的错误的沿分配引起错误测量的危险能够被避免并且应用开销低。

图3示出了在将宽带氧传感器作为废气传感器15的实施方式中用于基于模型对氧气传感器进行延迟时间诊断的方框图。所述宽带氧传感器的响应特性在此通过实际系统40来描绘。模型50提供所需要的比较信号。

在所述实际系统40中，根据所述宽带氧传感器的探测器迟滞装置42将所述内燃机10的排出口17处废气中存在的氧气浓度41转化为测得的输出信号x₁(t) 20。通过所述第一高通滤波器30由测得的输出信号x₁(t) 20形成所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21。将所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21输送给第二乘法器43和第三乘法器45。在所述第二乘法器43的后面布置了第二积分器44并且紧接着布置了所述最大值识别器36。

在所述模型50中，将空气质量51和燃料质量52输送给第一除法单元53并且将在那里形成的λ值输送给换算单元54。所述换算单元54形成在图2中示出的、形式为计算出的氧气含量的、无迟滞的比较信号x₂(t) 22，将所述无迟滞的比较信号输送给迟滞环节55。将在其中形成的所建模的氧气含量56输送给第二高通滤波器57。将所得到的迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24传送给第三乘法器45和第四乘法器58。在所述第四乘法器58的后面跟随着第四积分器59和所述最大值识别器36。

在所述第三乘法器45的后面设置了第三积分器46并且紧接着设置了所述最大值识别器36。所述最大值识别器36作为输出信号作为所述互相关的结果提供标准化的互能量25和模型延迟时间τ_M 26，将该模型延迟时间输送给所述迟滞环节55。

所述实际系统40相当于真实的宽带氧传感器。在所述内燃机10的排出口17处存在氧气浓度41时，所述宽带氧传感器的响应特性能够根据传递函数

通过延迟时间τ_S和具有探测器时间常数T_S的一阶低通滤波器来描述。所述延迟时间τ_S基本上通过从所述内燃机10的排出口17直到所述宽带氧传感器的气体运行时间来给定。所述探测器时间常数T_S描述了所述宽带氧传感器的动态。测得的输出信号x₁(t) 20相当于所述宽带氧传感器的输出信号。

所述比较信号借助于所述模型50来形成。在进行化学计算的校正之后，在所述第一除法单元53中由输送给所述内燃机10的空气质量51和燃料质量52计算λ值。所述燃料质量52能够由驾驶员预先给定的转矩期望中产生。在换算单元54中，由所述λ值确定所述内燃机10的排出口17处经过核算的氧气含量。所述经过核算的氧气含量相当于无迟滞的比较信号x₂(t) 22。根据所述实际系统40，按照传递函数

由所述无迟滞的比较信号x₂(t) 22形成所建模的氧气含量56，其中τ代表所述模型延迟时间τ_M 26并且T_M代表模型时间常数。所建模的氧气含量56相对于所述无迟滞的比较信号x₂(t) 22迟滞了模型延迟时间τ_M 26。所述模型时间常数τ_M选择得优选等于所述宽带氧传感器的探测器时间常数T_S的实际值。由此相对于固定设定的时间常数产生以下优点，即所述延迟时间诊断例如没有被由于炭黑覆盖而变慢的废气探测器15歪曲。所述探测器时间常数T_S例如能够根据一种像在本申请人的尚未公开的文件R.339892中所描述的那样的方法来确定。

分别在高通滤波器30、57中对测得的输出信号x₁(t) 20和用于所建模的氧气含量56的信号进行滤波。所述高通滤波器30、57根据以下传递函数具有相同的高通滤波器时间常数T_F：

由此获得所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24。

所述互相关在所述实施例中通过标准化的能量互相关函数的平方来实现：

为此，分别用乘法器43、58对所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24进行平方，这提供了相应于信号功率的信号。随后借助于所述积分器44、59在预先给定的积分时间范围T内对这些信号进行积分，从而得到在所述互相关函数（4）的分母中示出的信号能量。

出现在所述等式的分子中的互能量在所述第三乘法器45和所述第三积分器46中由经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24在所述预先给定的积分时间范围T内形成。

所述最大值识别器36根据所述互相关函数（4）由所述经过滤波的输出信号y₁(t)21和所述迟滞的比较信号y₂(t-τ) 24的信号能量及互能量形成标准化的互能量E_KK 25。在此，所述最大值识别器36迭代地一直改变所述模型延迟时间τ_M 26，直至标准化的互能量E_KK 25占据其最大值。如果所述经过滤波的输出信号y₁(t) 21和所述迟滞的比较信号y₂(t-τ)24在很大程度上全等，那么所述标准化的互能量E_KK 25就占据其最大值。如果所述模型延迟时间τ_M 26相当于所述宽带氧传感器的有待确定的延迟时间τ_S，则出现上述情况。

通过使用标准化的互能量E_KK 25，不仅消除了所述模型50的相乘的误差，而且消除了所述实际系统40、也就是所述真实地存在的废气传感器15的相乘的误差，并且消除了所述激励的信号摆幅的影响。

所述积分时间范围T能够包括所述废气的氧气浓度的变化的一条沿者多条沿。所述积分在此能够以时间控制或者事件控制的方式开始。例如当指定所述两条（测得的或者所模拟的）氧气沿中较早的氧气沿或者喷射量沿时，以事件控制的方式开始所述积分。如果仅仅对一条沿进行分析，则所述诊断结果具有方向选择性，也就是说它仅仅对于所述氧气含量的增大或者减小来说有效。

图4示出了用于对废气传感器15的延迟时间τ_S进行方向选择的监控的方框图。所述线路装置或者说所述软件函数基本上如关于图2已经描述的那样来构成。

额外地，在所述第一高通滤波器30的后面设置了第一饱和环节60并且在所述延迟时间环节32的后面设置了第二饱和环节61。所述饱和环节60、61具有二极管功能，从而使得其要么仅仅让正的信号份额通过要么仅仅让负的信号份额通过。这能够通过有待测量的废气状态参量的变化、例如废气的氧气含量的上升的多条同种沿来实现方向选择的分析。

图5示出了用于根据一种替代的分析方法来确定废气传感器15的延迟时间τ_S的方框图。结构在很大程度上仍相当于在图2中所描绘的结构。但是，所述最大值识别器36在该实施例中不直接提供作为输出信号的模型延迟时间τ_M 26，而是提供体积变化ΔV 27。将所述体积变化在加法器62中加到容积V 28上，并且使所述结果在第二除法单元63中与体积流量v 29相关，从这产生所述模型延迟时间τ_M 26。

因为所述废气传感器15的延迟时间τ_S是气体运行时间，所以其取决于所述废气的体积流量v 29并且取决于所述排气设备在内燃机10的排出口17与所述废气传感器15的安装位置之间的容积V 28。因此，所述最大值识别器36在该实施例中如此变化，使得其不改变所述模型延迟时间τ_M 26，而是在计算方面相对于所述排气设备的连续的状态根据容积变化ΔV 27来改变所述容积V 28。在已知体积流量v 29的情况下，能够由此确定所述模型延迟时间τ_M 26并且相应地确定所述废气传感器15的延迟时间τ_S：

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Claims (15)

1.用于确定废气传感器（15）的响应特性中延迟时间τ_S的方法，所述废气传感器用于确定内燃机（10）的废气通道（18）中的废气状态参量，其中由所述废气传感器（15）的测得的输出信号（20）或者由所述测得的输出信号推导出来的测得的特征参量、和、比较信号或者由所述比较信号推导出来的比较特征参量进行所述延迟时间τ_S的确定，其特征在于，确定无迟滞的比较信号（22）或者由所述无迟滞的比较信号推导出来的无迟滞的比较特征参量，在测得的输出信号（20）或者由所述测得的输出信号推导出来的测得的特征参量与以模型延迟时间τ_M（26）为幅度迟滞的比较信号（24）或者由所述迟滞的比较信号推导出来的并且以所述模型延迟时间τ_M（26）为幅度迟滞的比较特征参量之间形成互相关，如此选择所述模型延迟时间τ_M（26），使得表征所述互相关的互相关函数具有最大值并且使得所述废气传感器（15）的测得的输出信号的延迟时间τ_S与如此确定的模型延迟时间τ_M（26）相等。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述无迟滞的比较信号（22）或者由所述无迟滞的比较信号推导出来的无迟滞的比较特征参量进行建模。

3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在形成所述互相关之前对所述比较信号或者由所述比较信号推导出来的比较特征参量实施低通滤波。

4.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在形成所述互相关之前对测得的输出信号（20）或者由所述测得的输出信号推导出来的测得的特征参量、和、所述比较信号或者由所述比较信号推导出来的比较特征参量实施高通滤波。

5.按权利要求3所述的方法，其特征在于，确定所述废气传感器（15）的探测器时间常数T_S并且使得低通滤波器的低通滤波器时间常数T_M等于所述探测器时间常数T_S。

6.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，作为互相关函数使用标准化的能量互相关函数或者标准化的能量互相关函数的平方。

7.按权利要求6所述的方法，其特征在于，在计算所述能量互相关函数时积分时间范围T包括所述废气状态参量的变化的一条或者多条沿。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于，所述积分时间范围T时间控制地或者事件控制地开始。

9.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分开地对所述废气状态参量的变化的正沿和负沿进行分析。

10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，通过高通滤波器和连接在后面的饱和环节对正沿和负沿进行分开的分析。

11.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了确定所述互相关的最大值，如此改变废气通道（18）在所述内燃机（10）与所述废气传感器（15）的安装位置之间的容积值，使得所述互相关函数具有最大值。

12.用于控制内燃机（10）并且用于确定废气传感器（15）的响应特性中延迟时间τ_S的控制单元（14），其中所述控制单元（14）包括用于测量所述废气传感器（15）的输出信号（20）并且/或者用于求取由所述输出信号推导出来的特征参量的器件，并且其中所述控制单元（14）包括用于确定比较信号并且/或者用于求取由所述比较信号推导出来的比较特征参量的器件，其特征在于，所述控制单元（14）包括用于确定无迟滞的比较信号（22）或者用于求取由所述无迟滞的比较信号推导出来的无迟滞的比较特征参量的器件，在所述控制单元（14）中包括用于在测得的输出信号（20）或者由所述测得的输出信号推导出来的测得的特征参量与以模型延迟时间τ_M（26）为幅度迟滞的比较信号（24）或者由所述迟滞的比较信号推导出来的比较特征参量之间形成互相关的程序流程或者电子线路，并且所述控制单元（14）包括用于改变所述模型延迟时间τ_M（26）并且用于识别表征所述互相关的互相关函数在模型延迟时间τ_M（26）下的最大值的最大值识别器（36）。

13.按权利要求1到11中任一项所述的方法或按权利要求12所述的控制单元的用途，用于确定宽带氧传感器或者NO_x传感器的响应特性中的延迟时间τ_S。

14.按权利要求1到11中任一项所述的方法或按权利要求12所述的控制单元的用途，用于混合动力车中。

15.按权利要求1到11中任一项所述的方法或按权利要求12所述的控制单元的用途，用于具有滑行运行功能的车辆中。