CN102102567B - 用于诊断废气传感器动态性的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于诊断废气传感器动态性的方法和装置。其中，本发明涉及一种用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性的方法，废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，为了诊断废气探测器的动态性求值λ调节器的周期持续时间。依据本发明规定：作为λ调节的调节值预先规定由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号，并在诊断期间求值λ调节取决于调节器设计引起的调节器静止时间以及从中确定校正的周期持续时间延长。本发明还涉及用于实施该方法的相应装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性(Dynamik)的方法，该废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，其中，为诊断废气探测器的动态性而求值λ调节器的周期持续时间。
本发明此外涉及一种用于实施依据本发明方法的装置。
背景技术
结合催化器的λ调节是目前对于快燃发动机最有效的废气净化方法。只有在与目前可供支配的点火和喷射系统的共同作用下，才能实现非常低的废气值。
特别有效的是使用三元催化器或者选择性催化器。这种催化器的特性是，如果发动机在约1％附近的范围内以λ＝1的化学计量学的空气-燃料比运行的话，可消除高达98％以上的碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物。在此，λ值说明实际存在的空气-燃料-混合物与数值λ＝1的相差程度，该数值相当于14.7kg空气与1kg汽油完全燃烧理论上需要的质量比，也就是说，λ值是所输送的空气质量与理论上空气需求的商。空气过量时λ>1(贫油的(mageres)混合物)。燃料过量时λ<1(富油的(fettes)混合物)。
现代化的内燃机中使用λ探测器，其确定内燃机废气中的氧浓度并通过λ调节回路调节内燃机的空气和燃料输送，使得达到针对通过在内燃机的废气通道内设置的催化器的废气再处理的最佳的废气成分。在此，优选的是，调节到为1的λ，也就是燃料与空气的化学计量学比例。这样可以最小化内燃机的有害物质排放。
使用不同形式的λ探测器。在也称为跃变探测器或者能斯脱探测器的两点式λ探测器中，λ＝1时的特性曲线具有跃变式下降。它因此基本上只能区分内燃机以燃料过量运行时的富油废气与以空气过量运行时的贫油废气。
也称为持续或者线性λ探测器的宽带λ探测器可以在λ＝1附近的宽范围内测量废气中的λ值。因此例如也可以将内燃机调节到空气过量的贫油运行。
对内燃机少有害物质的运行来说，重要的是将废气成分迅速调节到预先规定的λ值。
除了λ调节回路所选择的调节参数和区段参数(Streckenparametern)外，λ探测器的动态性还确定调节回路的速度。但由于老化效应，λ探测器的动态特性可能发生如下变化，即在确定废气成分时λ探测器的反应速度不再足够，这导致有害物质排放增加。
机动车诊断法规要求λ探测器的动态性监测。在采用2点式λ调节的系统中，这种监测通过评价λ调节的周期持续时间进行。周期持续时间延长直接体现为λ探测器的变慢并因此体现为实际出现了故障。
在文献DE 102 60 721 A1中介绍了这样一种用于诊断λ探测器动态特性的方法以及一种所属的诊断装置，该λ探测器至少暂时地用于气缸个体的λ调节。在此规定，检测λ调节的至少一个调节值并与可以预先规定的最大阈值进行比较，在超过最大阈值的情况下λ探测器的动态性质在针对气缸个体的λ调节的可用性方面被评估为不够。λ探测器的动态特性可以从单个气缸调节本身中检测，因为这些气缸个体的调节器在λ探测器动态性不够的情况下有差异。此外，可以设置具有有针对性的干扰或者失调当前λ值的测试功能。但该方法仅适用于采用单缸λ调节的内燃机或者需要有针对性地影响λ值。
公知用于确定λ探测器动态特性的其他诊断方法。这样例如可以将所测量的λ信号与预期的λ信号在公知的激发的情况下进行比较。
公知的许多方法中的缺点是，以此只能识别λ探测器时间常数的变化，而不能识别探测信号中的纯的静止时间(Totzeit)。例如，利用所测量的与所预期的λ信号之间的比较在周期性激发时不能识别纯的静止时间，因为不可能区分所测量的λ信号中所观察的反应是归因于直接在前周期还是更早周期的激发。
为诊断两点式λ探测器公知的是，求值(auszuwerten)出现的调节器波动的周期持续时间。基于λ＝1时两点式λ探测器输出信号的跃变式变化，不能进行如用于宽带λ探测器的线性调节。两点式λ探测器的λ调节回路因此普遍采用两点式调节算法实施。在这种调节算法中，向富油方向通过阈值的信号经过引起调节器调节值向贫油的跃变，接着燃料-空气混合物以及从而废气成分以恒定上升方式向贫油方向改变。如果λ信号由于这种调节值改变而向贫油方向经过第二阈值，那么调节器调节值重新向富油跃变，随后燃料-空气混合物以及从而废气成分以恒定上升方式向富油方向改变。按照这种方式，λ信号和调节器调节值出现周期性变化曲线，其中，周期持续时间取决于区段参数、调节器参数和两点式λ探测器的动态性。如果两点式λ探测器的动作特性例如由于老化效应而延长，那么这一点导致周期持续时间的延长。如果这种延长超过预先规定的极限值，那么得出的结论是两点式λ探测器的动态性不再足够。
采用这种类型的方法虽然可以良好识别对称的动态性故障，也就是说，探测器的信号在两个边缘上均匀延迟。但通过大量的实验发现，不同的调节器设计、系统状态和工作点情况下探测器的变缓会导致与实际周期持续时间延长大偏差的周期持续时间延长。
发明内容
本发明的任务因此在于，提供一种方法，该方法可以对废气传感器的实际周期持续时间延长以及从而动态性进行更好的车载诊断。
本发明此外的任务在于，提供一种相应的装置。
涉及该方法的任务通过如下方式得以解决：
在用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性的方法中，该废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，其中，为了诊断废气探测器的动态性求值λ调节器的周期持续时间。作为λ调节的调节值预先规定由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号，并在诊断期间求值λ调节取决于调节器设计地引起的调节器静止时间并且从中确定校正的周期持续时间延长。
为了确定校正的周期持续时间延长，从所确定的周期持续时间延长中减去调节器静止时间。
调节器静止时间通过求值运行时间来确定，该运行时间从废气传感器的探测器电压中的跃变与不同的调节器设计情况下相应相反的λ范围内λ调节器输出信号的变换之间的时间差中产生。
在正斜坡时的调节器静止时间从λ>1的λ值的探测器电压的跃变与直至λ调节器作为对应措施要求富油混合物的时间之间的时间差中确定，以及在负斜坡时的调节器静止时间从λ<1的λ值的探测器电压的跃变与直至λ调节器作为对应措施要求贫油混合物的时间之间的时间差中确定。
在用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性的装置中，该废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，其中，废气传感器与诊断装置连接，并且为了诊断废气探测器的动态性能够求值该诊断装置内部λ调节器的周期持续时间。该诊断装置具有用于预先规定作为λ调节的调节值的、由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号的装置，并能够从废气传感器的信号跃变的时间点与λ调节器直至要求相应的对应措施的反应时间之间的时间差中来求值λ调节的取决于调节器设计地引起的调节器静止时间，以及能够从中通过从所确定的周期持续时间延长中减去调节器静止时间来确定校正的周期持续时间延长。
涉及装置的任务由此得以解决，即与废气传感器连接的诊断装置具有用于预先规定作为λ调节的调节值的、由跃变部分和斜坡(Rampe)部分组成的λ调节器输出信号的装置，并可以从废气传感器信号跃变的时间点与λ调节器直至要求相应的对应措施的反应时间之间的时间差来求值λ调节取决于调节器设计地引起的调节器静止时间，以及可以从中通过从所确定的周期持续时间延长中减去调节器静止时间而确定校正的周期持续时间延长。
诊断装置在此可以是上级发动机控制的组成部分。调节和校正算法的功能在此优选作为诊断装置内的软件实现。在此，规定：在检测到由于过高的实际周期持续时间延长而造成废气传感器动态性故障时，在分配给中央发动机控制的故障存储器内进行故障登记和/或显示报警提示。
在此，依据本发明的方法规定：作为λ调节的调节值预先规定由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号，并在诊断期间求值λ调节取决于调节器设计地引起的调节器静止时间以及从中确定校正的周期持续时间延长。
采用该方法和用于实施该方法的装置，可通过这种校正措施与调节器设计、系统状态和内燃机的工作点无关地确定由于λ探测器的老化效应而造成的实际的周期持续时间延长，这样有助于对λ探测器的动态性进行更准确并因此更好的车载诊断。
在该方法中，充分利用了为确定校正的周期持续时间延长而从所确定的周期持续时间延长中减去调节器静止时间。这样做证明具有优点，因为由于该措施得出接近λ探测器真实变缓的周期持续时间延长。λ探测器动态性亏损方面的误解因此可以被减少。
在此，在一种优选的方法变型方案中规定：调节器静止时间通过求值运行时间来确定，该运行时间由废气传感器的探测器电压中的跃变与不同的调节器设计情况下相应相反的λ范围内λ调节器输出信号的变换之间的时间差而产生。因此，在评价周期持续时间延长时特别是可以考虑λ调节器的不同的侧重斜坡的设计中的延迟，这否则会导致明显误导周期持续时间的确定。实际周期持续时间延长的确定因此可与调节器设计无关地进行。
在此，该方法尤其规定，正斜坡时调节器静止时间由λ>1的λ值探测器电压的跃变与直至λ调节器作为对应措施要求富油混合物的时间之间的时间差中来确定，以及负斜坡时调节器静止时间从λ<1的λ值探测器电压的跃变与直至λ调节器作为对应措施要求贫油混合物的时间之间的时间差中来确定。这两部分确定调节器静止时间的主要部分并且特别是取决于调节器设计。λ调节大多这样设计，使调节干预(Stelleingriff)跃变到λ＝1，但如果探测器失灵或具有延迟时间，则调节变成侧重斜坡的。由于探测器的延迟时间，λ调节不能同时得到探测器已经跃变。因此斜坡继续延伸，这一点意味着，由于探测器故障使λ调节变成侧重斜坡。在侧重跃变地设计的λ调节器中，也就是说，如果调节器静止时间仅为斜坡运行时间的一小部分，那么与由于老化效应造成的实际周期持续时间延长相比，周期持续时间延长仅仅略微变大。
附图说明
下面借助附图所示的实施例对本发明进行进一步说明。其中：
图1示出λ调节器的λ调节器输出信号以及取决于时间的探测器电压的示意图；
图2示出在不同的调节器设计中周期持续时间延长的模拟曲线图；
图3示出具有校正可能性的、取决于调节器静止时间的周期持续时间延长的曲线图；以及
图4示出无校正可能性的与图3相同的曲线图。
具体实施方式
在两点式调节算法中，废气中的λ在两个预先规定的极限值之间摆动。如果λ达到分配给富油的空气-燃料混合物的下极限值，那么两点式调节算法这样调节内燃机燃料测量装置和节流装置的调节器调节值，使得空气-燃料比的改变向贫油调整、也就是空气过量进行。如果λ由此达到分配给贫油的空气-燃料混合物的上极限值，那么两点式调节算法这样调节燃料测量装置和节流装置的调节器调节值，使空气-燃料比的改变向富油调整、也就是燃料过量进行。贫油与富油调整之间的变换速度则取决于所选择的调节参数、调节区段以及废气传感器的动态性。但在给定的调节参数以及给定的调节区段情况下，λ波动的周期持续时间是废气传感器动态性的程度并可以相应用于诊断废气传感器的动态性。
图1示意示出λ调节器1的λ调节器输出信号10的典型变化曲线以及两点式λ探测器取决于时间30的探测器电压20USonde。
图1所示λ调节器输出信号10的各段定义如下：
-λ调节器输出信号10(frw)
-催化器之前λ调节的调整振幅11(frAmp)
-催化器之前λ调节的积分斜坡部分12(frIAmp)
-积分器停止λ调节时的跃变部分13(frP)
-斜坡运行时间14(tRamp)(相当于λ调节的半个周期)
-正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)
-负斜坡时的调节器静止时间16(tReglern)
-周期持续时间17(tPeriode)
-校正的斜坡运行时间18(tRampkorr)
调节器静止时间在周期持续时间17(tPeriode)时由正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)和负斜坡时的调节器静止时间16(tReglern)两部分组成。
正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)从λ>1的λ值、也就是在λ探测器检测到贫油相21时探测器电压20的跃变与直至λ调节器1作为对应措施要求富油混合物、也就是λ调节器输出信号10(frw)在时间变化曲线上取大于1的数值的时间之间的时间差中确定。
负斜坡时的调节器静止时间16(tReglern)从λ<1的λ值、也就是在λ探测器检测到富油相21时探测器电压20的跃变与直至λ调节器作为对应措施要求贫油混合物、也就是λ调节器输出信号10(frw)在时间变化曲线上取小于1的数值的时间之间的时间差中确定。
正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)和负斜坡时的调节器静止时间(tReglern)16的计算在此按照下列关系式进行：
tReglerp＝tRamp*(frM-frmin-frP)/(frmax-frmin-frP) (1)
tReglern＝tRamp*(frmax-frM-frP)/(frmax-frmin-frP) (2)
其中，frmax相当于λ调节器输出信号10(frw)的最大值并且frmin相当于最小值。frM是指λ调节器输出信号10(frw)在周期持续时间17(tPeriode)上的平均值并且frP是指此前提到的跃变部分13。
取决于调节器设计，正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)以及负斜坡时的调节器静止时间16(tReglern)可以取不同的数值，这些数值可以有助于总周期持续时间17的部分研究的份额。当从调节器影响、即斜坡运行时间14(tRamp)中减去正斜坡时的调节器静止时间15(tReglerp)以及负斜坡时的调节器静止时间16(tReglern)时，得到校正的斜坡运行时间18。
在侧重跃变地设计的λ调节器1中，也就是说，如果斜坡运行时间14仅具有一小部分周期持续时间17的话，那么由于老化效应与实际的周期持续时间延长相比仅形成略微变大的周期持续时间延长。
图2作为模拟以曲线图40示出取决于λ探测器的探测器信号人为预先规定的延迟时间43的周期持续时间延长41。在此，表明：取决于确定的调节器设计，周期持续时间延长41由于调节器静止时间15、16会更快上升并因此会造成λ探测器的真实动态性的失真。通过减去调节器静止时间15、16，正如依据本发明所规定的那样(与校正的周期持续时间延长42相应)，周期持续时间延长41近似预先规定的延迟时间43或所调整的相移。在所示的举例中，示出预先规定的非对称探测器延迟43的调节器输出。跃变探测器在从贫油向富油过渡时具有延迟时间。在从富油向贫油过渡时，这种延迟时间通常无延迟地跃变。对称的探测器延迟相当于无论是从贫油向富油过渡时、还是从富油向贫油过渡时均具有延迟时间的探测器。
图3以另一曲线图40示出取决于探测器信号在时间30上变化的预先规定的延迟时间43的校正周期持续时间延长42的变化曲线和周期持续时间延长41的变化曲线。所示为针对侧重斜坡地设计的λ调节器1周期持续时间延长41、42的变化曲线。通过减去调节器静止时间15、16，可以实现校正的周期持续时间延长42尽可能近似于预先规定的延迟时间43。
图4以另一曲线图40示出在侧重跃变地设计的λ调节器1中取决于探测器信号在时间30上改变的预先规定的延迟时间43的校正周期持续时间延长42的变化曲线和周期持续时间延长41的变化曲线。从约330ms预先规定的延迟时间43起进入校正开始44，也就是说，周期持续时间延长41然后近似于预先规定的延迟时间43。
Claims (5)
1.用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性的方法，该废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器(1)调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，其中，为了诊断废气探测器的动态性求值λ调节器(1)的周期持续时间(17)，其特征在于，作为λ调节的调节值预先规定由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号(10)，并在诊断期间求值λ调节取决于调节器设计(44)地引起的调节器静止时间(15、16)并且从中确定校正的周期持续时间延长(42)。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定校正的周期持续时间延长(42)，从所确定的周期持续时间延长(41)中减去调节器静止时间(15、16)。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，调节器静止时间(15、16)通过求值运行时间来确定，该运行时间从废气传感器的探测器电压(20)中的跃变与不同的调节器设计(44)情况下相应相反的λ范围内λ调节器输出信号(10)的变换之间的时间差中产生。
4.按权利要求3所述的方法，其特征在于，在正斜坡时的调节器静止时间(15)从λ>1的λ值的探测器电压(20)的跃变与直至λ调节器(1)作为对应措施要求富油混合物的时间之间的时间差中确定，以及在负斜坡时的调节器静止时间(16)从λ<1的λ值的探测器电压(20)的跃变与直至λ调节器(1)作为对应措施要求贫油混合物的时间之间的时间差中确定。
5.用于诊断作为两点式λ探测器构造的废气传感器动态性的装置，该废气传感器设置在内燃机的废气通道内并利用该废气传感器通过λ调节器(1)调节输送到内燃机的气体混合物的空气-燃料比，其中，废气传感器与诊断装置连接，并且为了诊断废气探测器的动态性能够求值该诊断装置内部λ调节器(1)的周期持续时间(17)，其特征在于，该诊断装置具有用于预先规定作为λ调节的调节值的、由跃变部分和斜坡部分组成的λ调节器输出信号(10)的装置，并能够从废气传感器的信号跃变的时间点与λ调节器(1)直至要求相应的对应措施的反应时间之间的时间差中来求值λ调节的取决于调节器设计(44)地引起的调节器静止时间(15、16)，以及能够从中通过从所确定的周期持续时间延长(41)中减去调节器静止时间(15、16)来确定校正的周期持续时间延长(42)。
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