CN101960128B - 区分内燃机废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明介绍了一种用于区分内燃机(10)的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度的方法，其中通过预先确定空气量控制值(LMSW)和燃料量控制值(KMSW)设定实际的浓度。该方法具有下面的步骤：内燃机(10)在不同的工作点(P1、P2、P3、P4)利用工作点单独规定的空气量控制值和燃料量控制值工作，检测和计算在工作点(P1、P2、P3、P4)和/或在工作点(P1、P2、P3、P4)之间过渡时的浓度值，确定分别在工作点(P1、P2、P3、P4)检测和预计的浓度值之间的偏差，将该偏差与预先规定的门限值比较，如果在单独的工作点(P1、P2、P3、P4)的偏差超出了门限值，则通过设置工作点单独的错误位，产生错误位的模型，并且通过将至少一个第一模型配属给错误检测的浓度，以及将至少一个第二模型配属给错误预计的浓度，来区分废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于区分内燃机的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度的方法和装置，其中实际的浓度通过预先规定空气量控制值和燃料量控制值来调节。空气量控制值是用于节流阀或者蝶形阀(Regelklappe)打开角度调节、废气回输阀和/或增压压力调节机构的控制信号。燃料量控制值例如是用于燃料喷射阀或者在储存喷射系统的燃料高压存储器中的压力的控制信号。
背景技术
在燃料和空气在内燃机中燃烧时，在废气中产生废气成分如氧气或者氮氧化物的实际浓度。在现代的内燃机的控制中，对燃烧供应的空气质量一般被测量。给空气质量配量的燃料量在无错误的配量时由燃料量控制值得出。
按照现有技术，为了监控和调节应用在机动车中的内燃机使用了废气传感器。这种废气传感器的已知的例子是Lambda传感器或者NOx传感器，如它们在2003第25版的机动车技术手册(Kraftfahr-technischen Taschenbuch)(ISBN3-528-23876-3)第133和134页在标题“浓度传感器(Konzentrationssensoren)”下介绍的那样。这种传感器分别检测废气成分的浓度。在Lambda传感器的情况下检测氧气浓度，而在NOx传感器的情况下检测废气中的氮氧化物的浓度。
迄今已知的用于探测有故障的或者失真的Lambda传感器的方法基于内燃机通过供应的燃料量的变动的激励以及紧接着的Lambda探测器信号的分析。在无错误的配量系统和无错误的Lambda传感器的情况下，燃料量的变动在Lambda传感器的信号中、即在检测的浓度中体现。
还已知用于诊断在配量系统中的错误的方法，它同样基于内燃机通过供应的燃料量的变动的激励和Lambda信号的分析。
不过只有当假定配量系统或者Lambda传感器无错误时，从燃料量控制值和空气量控制值计算的氧气浓度与分别检测的氧气浓度的比较才允许定量的推断。如果燃料量控制值的变动没有或者只出乎意料很弱地在检测的浓度中体现，可能原因在于，配量系统出乎意料很弱地对控制值的改变做出反应。但是也可能，有错误的Lambda传感器没有正确检测浓度的实际改变。
按照现有技术，还未公开一种用于在废气成分的检测中的错误(例如由于有故障的废气传感器造成的)和在预计的浓度中的错误(例如由于有故障的配量系统造成的)之间进行区分的方法。有故障的配量系统例如导致，配量过少的燃料。相反在形成废气成分的浓度的预计值时从正确的燃料配量出发。那么废气成分的浓度的预计值偏离实际的浓度。因此在正确的燃料配量的前提下形成的预计值是错误的。这可能导致错误诊断。有时会更换功能正常的零件(例如废气传感器)，而未能识别出实际上有故障的组件(例如喷射阀)。
发明内容
在这个背景下本发明的任务在于，提供一种方法和装置，它们分别可以区分内燃机的废气中的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度。
根据方法方面，该任务利用权利要求1的特征解决，并且根据装置方面，不仅利用权利要求9的特征，而且利用权利要求11的特征解决。
建议的诊断导致高的诊断结果可重复性。特别是避免错误诊断并且实际的错误原因可以明确地分派给相应的组件。同样可以避免要诊断的组件的拆卸。诊断的速度由此提高。可靠的诊断结果在约10秒后就可以出现，因为该方法在这个短的时间间隔内可以不拆卸和/或安装组件地执行。本发明原则上不限于特殊的喷射系统类型并且可以在任何检测在内燃机的废气中的浓度的地方应用，该浓度借助空气质量控制值和燃料量控制值控制或者调节。
其它的优点由从属权利要求，说明和附图给出。
当然，前面所述的以及接下来还要说明的特征不仅可以应用在给出的组合中，而且可以在其它的组合中或者单独应用，而不脱离本发明的框架。
附图说明
本发明的实施实施例在图中示出并且在下面的说明中详细说明。图中分别以示意的方式示出：
图1示出了本发明的技术环境，
图2示出了在该方法的实施例中经过的工作点的序列，
图3示出了在按照图2的序列并且在无错误的系统的情况下氧气浓度在曲轴转角上的曲线，
图4示出了当在错误的氧气浓度检测的情况下经过按照图2的序列时氧气浓度在时间上的曲线，以及
图5示出了当在错误的氧气浓度计算的情况下经过按照图2的序列时氧气浓度在时间上的曲线。
具体实施方式
图1在细节中示出了具有燃烧室12的柴油机10，该燃烧室由活塞14可运动地密封。通过进气阀18和排气阀16的操作控制燃烧室12的填充的交替。燃烧过的填充物的废气通过排气系统20引出。燃料通过喷射器22配量给现存的燃烧室12利用空气的填充，此时所述配量也引起燃烧。燃烧室12利用空气的填充通过进气系统24实现。进气系统24和排气系统20通过由连接管26和废气回输阀28组成的废气回输装置连接。此外柴油机10可选择地具有废气涡轮增压器30，它在进气系统24中在进气阀18之前产生增压压力p_lade。蝶形阀31在进气系统24中布置在废气涡轮增压器30的压缩机和连接管26在进气系统24中的入口之间。
流到柴油机10中的空气的质量mL利用空气质量计32，例如热膜空气质量计检测。废气中的氧气浓度c_O2，它是在燃烧室12中燃烧的混合物的过量空气系数Lambda的量度，由废气传感器36检测。替代地或者补充地，废气传感器36用于检测废气中的NOx浓度。在一种设计方案中，氧气浓度和氮氧化物浓度利用单独的废气传感器确定。
此外柴油机10具有角度传感机构，它一般由凸轮轴角度传感器和曲轴角度传感器组成并且可以准确检测曲轴在柴油机10的燃烧循环的工作循环中的角度位置。在图1中为角度传感机构代表性地示出了曲轴角度传感器38，它感应地扫描传感器轮42的角度标记40并且提供曲轴角度信息KWW。确定的曲轴角度范围在此当作扇面段，例如作为60°、120°或者180°的扇面段。因此通过扇面段的计数可以检测转角范围，它从确定的触发事件开始掠过。驾驶员意愿发送器44检测驾驶员的扭矩需求FW。
控制器46处理信号mL、KWW、Lambda并且由此形成用于控制柴油机10的控制量。在图1的示意图中，它们特别是用于燃料供应的配量的喷射器22的燃料量控制值KMSW和用于控制废气回输装置的空气量控制值的LMSW__AGR、用于控制蝶形阀31的LMSW_31和用于通过增压压力调节机构控制涡轮增压器30的LMSW_ATL。增压压力调节机构例如可以是旁通阀48或者用于在VTG(VTG＝variable Turbinengeometrie(可变涡轮几何形状))增压器的情况下调节涡轮几何形状的调节机构。因为柴油机10尽可能不节流地工作，对废气关系重大的燃烧室填充物的新鲜空气份额的调节通过废气回输装置进行。回输的废气量越大，燃烧室填充物中的新鲜空气份额越小。当然为了柴油机10的控制，也可能存在其它的传感器，例如温度传感器、增压压力传感器等等和其它的调节机构，例如在燃烧室的多个进气道中的一个里面的涡流节气门。
此外控制器46对此设立，特别是对此编程，即实施一种在此申请中介绍的方法，其中在一种实施方式下理解为该方法流程的控制。这样一种控制器通过权利要求9的特征表示。替代地该方法流程通过车辆外部的测试仪50，它例如可以是车间测试仪，结合控制器46控制。这样一种测试仪50通过权利要求11的特征表示并且对此设立，特别是对此编程，即连同控制器46一起实施一种在此申请中介绍的方法，其中这里也在一种实施方式下理解为该方法流程的控制。
本发明基于此认识，即废气成分的浓度在内燃机10在不同的工作点工作时和/或在两个工作点之间过渡时会变动，其中该变动的方向和/或幅度和/或时间曲线按照预计值的形成和检测是否无错误地进行、只有预计值的形成是无错误的，或者只有检测是无错误的，而不同地得出结果。
在下面交替参考图2和3说明一种根据本发明的方法的实施例，其中一个接一个地经过具有不同的废气中的氧气浓度的工作点P1、P2、P3、P4的序列。不过当然，本发明不限于特殊的工作点模型并且也可以实施其它的工作点模型，其中浓度的变化的方向和/或幅度和/或时间曲线按照计算和检测是否是无错误地进行的，只有计算是无错误的，或者只有检测是无错误的，不同地得出结果。
图2在细节中示出了三维的坐标系统，它通过曲轴角度值°KWW、空气质量控制值LMSW和燃料量控制值KWSW形成。在此当然可以选择时间轴代替°KWW轴。此外图2示出了燃料量控制值KMSW在该方法的一种实施例中的曲线51。
图3示出了在无错误的系统的情况下氧气浓度c_O2在和图2中相同的曲轴角度KWW上的曲线52，并且由此特别示出了实际的氧气浓度，它在无错误的系统的情况下在所示工作点P1、P2、P3和P4产生并且作为它们也正确地预计和检测。
在一种优选的设计方案中，该方法在停止的车辆的情况下实施。该方法在内燃机怠速中的曲轴角度KWW1开始。为了实施该方法，内燃机从这个确定的曲轴角度°KWW1开始利用恒定的空气质量控制值LMSW＝常量工作。为此调节机构，即废气回输阀28、蝶形阀31、旁通阀48和/或另一个增压压力调节机构和/或涡流节气门这样控制，即总体产生通过内燃机的最大空气通量。然后通过怠速控制产生在时间上恒定的要配量的燃料量的值并且由此也出现在时间上恒定的燃料量控制值KMSW，其中怠速转速维持不变。通过同时恒定的空气质量控制值然后产生，也许经过起振的阶段后，废气中的第一氧气浓度c1(和/或氮氧化物浓度)。
在掠过预定的扇面段数量后，即在掠过预定的曲轴角度间距S0_KWW后，在曲轴角度KWW2时在工作点P1中首先由废气传感器检测废气成分的浓度，可能是氧气或者氮氧化物的浓度。在连续地检测的情况下，在曲轴角度KWW2时检测的浓度被储存到控制器46中。
此外浓度的预计值在控制器中由已经存在于控制器中的控制量的值和/或测量量如测量的进气空气质量计算出。
那么工作点P1的特征在于恒定的、预定的空气质量控制值LMSW、对空转转速维持不变必需的燃料量控制值KMSW1和预定的用于开始该方法的非零的曲轴角度距离S0_KWW。预定的扇面段的数量以及由此曲轴角度距离S0_KWW这样测定，即在怠速中的氧气浓度在预定恒定的空气质量控制值后可以起振到基本上静态的值c1，它在怠速转速控制时产生。
在检测和/或储存氧气浓度后，提高每个工作节拍供应的燃料量。此时空气质量控制值LMSW继续保持恒定。燃料量的提高优选突变地进行到值KMSW2并且这样，内燃机的转速升高到较高的值。通过燃料量在恒定的空气质量控制值的情况下的提高，在废气中的氧气浓度首先在工作点P1左侧下降。
然后在预先规定的到开始利用变动的燃料量控制值KSMW2工作时的第一距离S1_KWW中，通过定义得出工作点P2。工作点P2由此特征在于恒定的、预定的空气质量控制值、对转速的提高必需的并且提高的燃料量控制值KSMW2和预先规定的到开始该方法的第一曲轴角度距离S1_KWW。在工作点P2中检测和预计氧气浓度的第二值c2。
接着开始经过第三工作点P3，它通过恒定的、预定的空气质量控制值、对转速的提高必需的并且提高的燃料量控制值KSMW2和预先规定的到开始利用变动的燃料量控制值KMSW2工作时的第二距离S2_KWW来确定。此外在第三工作点中和/或对第三工作点P3也检测和预计氧气浓度的第三值c3。第二距离S2_KWW这样预定，即内燃机在工作点P3的转速不超过预先规定的最大转速。
在经过工作点P3后，燃料供应被切断。因此在废气中的氧气浓度重新升高。然后在预先规定的由KWW值在开始切断燃料时测定的第三距离S3_KWW中，通过定义得出第四工作点P4。对这个工作点P4检测和预计氧气浓度的第四值c4。第三距离S3_KWW这样预定，即在检测氧气浓度的第四值c4之前，由内燃机在切断的燃料供应的情况下泵出的空气已经达到废气传感器36。
接着规定一套新的工作条件，特别是另外的燃料量控制值KMSW和可能不再恒定的空气量控制值LMSW，其中该内燃机继续怠速。在经过所述点时优选，在燃料供应切断之前在内燃机的怠速中进行燃料量控制值变动的幅度和/或持续时间以及变动的燃料量控制值KMSW2这样衡量，即转速升高到这样的值，其在接下来燃料供应切断的情况下仍足够使内燃机不会在达到第四工作点P4之前停止。
对每个工作点P1、P2、P3、P4，确定测量的(检测的)和预计的氧气浓度的距离并且与门限值比较。对每个工作点Pi＝1、2、3、4由此分别得出区间1i，它的宽度通过门限值距离di定义并且分别围绕工作点Pi以相同的符号i对中心。那么门限值标记了区间界限。如果预计的值处在分别考虑的区间内，则这个工作点对于分析而言配属零。相反如果预计的值处在这个区间外，则这个工作点配属1。由此对点P1至P4的每次通过产生零和/或1的模型。
在无错误的系统的情况下，预计的值和检测的值基本上互相一致，这样它们之间的距离小于到区间界限的距离。那么得出的模型由四个零组成。
图4示出了，废气传感器36的不同的错误如何反映在通过点P1至P4时在检测的(测量的)氧气浓度中的氧气浓度曲线56、58和60中。在这里曲线54对应正确预计的曲线。已经提及的宽度di围绕点Pi的区间1i被画出。如它在比较小的宽度的区间13中所示，点与点的区间宽度di可以是不同的。
曲线56在一种废气传感器的情况下得出，即废气中的氧气浓度的变动延迟地表现在它的信号中。这种错误例如在废气在它与传感器本身接触之前必须通过穿过的保护管中的孔被堵塞的情况下出现。这种错误首先表明，对点P2检测的值不在区间12内，而对其它的点P1、P3、P4检测的值可以在配属的区间11、13、14内。产生的位模型0100和特别是工作点P2的那个1由此指出由于有错误的延迟的废气传感器36引起的有错误的检测。
曲线58在具有向上拉伸的特性曲线的废气传感器36的情况下得出。这种错误首先表明，对点P1和P4检测的值不处在区间11和14内，而对其它的点P2、P3检测的值可以处在所属的区间12、13内。
曲线60在具有向下压缩的特性曲线的废气传感器36的情况下得出。这种错误同样表明，对点P1和P4检测的值不处在区间11和14内，而对其它的点P2、P3检测的值可以处在所属的区间12、13内。
产生的位模型1001以及特别是工作点P1和P4的1由此指出由于废气传感器36的有错误的拉伸或者压缩的特性曲线引起的有错误的检测。
图5示出，计算中的不同的错误如何反映在通过点P1至P4的情况下在检测的(测量的)氧气浓度中的氧气浓度曲线62、64和66中。这里曲线54对应在无错误的状态下预计的曲线。错误预计的曲线例如在喷射系统错误的情况下出现，此时相比额定值配量实际上太多或者太少的燃料。因为控制器从额定值出发，它的计算的结果，即预计值的形成在这种情况下与实际值偏离。
已经提及的宽度di围绕点Pi的区间1i也在图5中画出。如果在升高的转速的情况下预喷射有错误地消失，那么典型地得出曲线62。在这种量错误的情况下出现位模型0010。
如果错误地喷射过少，那么得出曲线64，并且如果错误地喷射过多，那么得出曲线66。在这两种量错误的情况下也出现位模型0010，这样这种位模型总体体现由于燃料配量中的量错误引起的错误计算。
在上面说明的实施例中，第一错误位模型0100和1001配属错误的检测，而第二模型0010配属错误的计算。此外模型0000在一种优选的设计方案中配属无错误的系统：
0000 无错误的系统
0100 由于有错误的延迟的废气传感器36造成的错误的检测
1001 由于废气传感器36的有错误的拉伸或者压缩的特性曲线造成的错误的检测
0010 有错误的燃料配量造成的错误的计算
总体上该用于区别内燃机的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度的方法具有下面的步骤：
通过预先规定空气量控制值和燃料量控制值来设定实际的浓度，内燃机在不同的工作点P1、P2、P3、P4利用工作点单独规定的空气量控制值和燃料量控制值工作，检测和计算在工作点和/或在两个工作点之间过渡时的浓度值，确定分别在工作点检测和预计的浓度值之间的偏差，将该偏差与预定的门限值比较，如果在单独的工作点的偏差超出了门限值，则通过设置工作点单独的错误位产生错误位的模型，并且通过将至少一个第一模型配属到错误检测的浓度，以及将至少一个第二模型配属到错误预计的浓度，来区分废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度。
Claims (9)
1.用于区分内燃机(10)的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度的方法，其中通过预先确定空气量控制值(LMSW)和燃料量控制值(KMSW)来设定实际的浓度，该方法具有下述步骤：
-内燃机(10)在不同的工作点(P1、P2、P3、P4)利用工作点单独规定的空气量控制值和燃料量控制值来进行工作，
-检测和计算在工作点(P1、P2、P3、P4)中的和／或在工作点(P1、P2、P3、P4)之间过渡时的浓度值，
-确定分别在工作点(P1、P2、P3、P4)中检测的和预计的浓度值之间的偏差，
-将所述偏差与预先规定的门限值比较，
-如果在单独的工作点(P1、P2、P3、P4)的偏差超出了门限值，则通过设置工作点单独的错误位产生错误位的模型，以及
-通过将至少一个第一模型配属给错误检测的浓度，以及将至少一个第二模型配属给错误预计的浓度，来区分废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度，
其特征在于，在第一工作点(P1)设定固定的空气量控制值和第一燃料量控制值，
-在第一工作点(P1)检测并计算第一浓度值，
-内燃机(10)在固定的空气量控制值的情况下利用变动的燃料量控制值(KMSW2)工作，在此内燃机(10)的转速升高，
-在第二工作点(P2)检测并计算第二浓度值，通过到开始利用已变动的燃料量控制值(KMSW2)进行工作时的预先规定的第一距离(S1_KWW)来定义，
-在到开始利用已变动的燃料量控制值(KMSW2)来进行工作时的预先规定的第二距离(S2_KWW)中，在第三工作点(P3)检测并计算第三浓度值，
-切断燃料供应，在第四工作点(P4)检测并计算第四浓度值，在该工作点中，在切断的燃料供应的情况下在检测浓度的地点已经设定废气成分的浓度，该浓度相当于在环境空气中的废气成分的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述废气成分是氧气浓度或者氮氧化物浓度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气量控制值配属于蝶形阀调节器和／或增压压力调节器和／或涡流节气门调节器和／或废气回输阀的预先规定的调节位置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在燃料供应切断之前在内燃机(10)的怠速中确定燃料量控制值变动的幅度和／或持续时间并这样衡量，即内燃机(10)的转速不超出预先规定的最大值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在燃料供应切断之前在内燃机(10)的怠速中确定燃料量控制值(KMSW)变动的幅度和／或持续时间，并且变动的燃料量控制值(KMSW2)这样衡量，即转速升高到这样的值，其在接下来燃料供应切断的情况下仍足够使内燃机(10)不会在达到第四工作点(P4)之前停止。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法在停止的车辆的情况下实施。
7.内燃机(10)的控制器(46)，其设置用于区分内燃机(10)的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度，并且其设置用于，
-预先规定空气量控制值(LMSW)和燃料量控制值(KMSW)，其中设定实际的浓度，内燃机(10)在不同的工作点(P1、P2、P3、P4)利用工作点单独规定的空气量控制值和燃料量控制值来进行工作，
-检测和计算在工作点(P1、P2、P3、P4)中的和／或在工作点(P1、P2、P3、P4)之间过渡时的浓度值，
-确定分别在工作点(P1、P2、P3、P4)检测的和预计的浓度值之间的偏差，
-将所述偏差与预先规定的门限值进行比较，
-如果在单独的工作点(P1、P2、P3、P4)的偏差超出了门限值，则通过设置工作点单独的错误位，产生错误位的模型，以及
-通过将至少一个第一模型配属给错误检测的浓度，以及将至少一个第二模型配属给错误预计的浓度，来区分废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度，
其特征在于，
此外设置测试仪(50)用于结合内燃机(10)的控制器(46)来区分内燃机(10)的废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度，并且其设置用于，
-预先规定空气量控制值(LMSW)和燃料量控制值(KMSW)，其中设定实际的浓度，
-内燃机(10)在不同的工作点(P1、P2、P3、P4)利用工作点单独规定的空气量控制值和燃料量控制值来进行工作，
-检测和计算在工作点(P1、P2、P3、P4)中的和／或在工作点(P1、P2、P3、P4)之间过渡时的浓度值，
-确定分别在工作点(P1、P2、P3、P4)检测的和预计的浓度值之间的偏差，
-将所述偏差与预先规定的门限值比较，
-如果在单独的工作点(P1、P2、P3、P4)的偏差超出了门限值，则通过设置工作点单独的错误位，产生错误位的模型，以及
-通过将至少一个第一模型配属给错误检测的浓度，以及将至少一个第二模型配属给错误预计的浓度，来区分废气成分的错误预计的浓度与错误检测的浓度，
在第一工作点(P1)设定固定的空气量控制值和第一燃料量控制值，
-在第一工作点(P1)检测并计算第一浓度值，
-内燃机(10)在固定的空气量控制值的情况下利用变动的燃料量控制值(KMSW2)工作，在此内燃机(10)的转速升高，
-在第二工作点(P2)检测并计算第二浓度值，通过到开始利用已变动的燃料量控制值(KMSW2)进行工作时的预先规定的第一距离(S1_KWW)来定义，
-在到开始利用已变动的燃料量控制值(KMSW2)来进行工作时的预先规定的第二距离(S2_KWW)中，在第三工作点(P3)检测并计算第三浓度值，
-切断燃料供应，在第四工作点(P4)检测并计算第四浓度值，在该工作点中，在切断的燃料供应的情况下在检测浓度的地点已经设定废气成分的浓度，该浓度相当于在环境空气中的废气成分的浓度。
8.根据权利要求7所述的控制器(46)，其特征在于，其设置用于，结合内燃机(10)的控制器(46)实施根据权利要求2至6中任意一项所述的方法。
9.根据权利要求7所述的控制器(46)，其特征在于，其设置用于，结合一种外部的测试仪(50)实施根据权利要求1至6中任意一项所述的方法。
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