CN102400754B - 用于诊断排气传感器的方法和用于实施该方法的装置 - Google Patents

Abstract

建议一种诊断排气传感器的方法，该排气传感器设置在内燃机排气区域内用于对至少一种排气成分进行检测，排气传感器借助传感器加热装置进行加热，并且对其温度进行检测，还建议用于实施该方法的装置。本发明方法的特征在于，将排气传感器加热到位于排气温度之上的诊断起始温度，然后将传感器加热装置的加热功率至少尽量降低或者将传感器加热装置完全关闭，从而能使所述传感器温度下降，对所述下降的传感器温度进行检测，计算用于关于时间的温度降低的量，将所述量与第一温度梯度阈值比较，并且如果温度下降过慢，而且相应地用于关于时间的温度下降的所获得的量没有超过所述第一温度梯度阈值，则提供错误信号。

Description

用于诊断排气传感器的方法和用于实施该方法的装置

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求前序部分所述的一种用于诊断排气传感器的方法和一种用于实施该方法的装置。

本发明的主题也是一种计算机程序以及一种计算机程序产品。

背景技术

为了遵守法定的内燃机排气排放极限值，使用不同的组件来清洁排气以及使用传感器单元来控制内燃机和监控排放。已知例如使用氧化-催化器、柴油机微粒过滤器(DPF)，SCR催化器以及NO_x催化器作为用于清洁排气的组件。相应的传感器系统例如是λ-探测器(剩余氧气含量探测器)、NO_x传感器或者微粒传感器。

根据规划的或者已经生效的法律规定，例如在行驶过程中必须在微粒过滤器之前或之后，对具有特别是设计成柴油发动机的内燃机的机动车的微粒排放进行监控。此外，在法规的框架内应确保对这些组件和传感器单元进行监控，防止出现错误和擅自拆卸。这可由所谓的车载自动诊断系统(OBD)确保实施。

例如由DE10358195A1已知一种用于对布设在内燃机排气区域内的元件进行监测的方法，根据该方法计算用于在元件前面的第一排气温度的值，并且在该方法中第二排气温度由第二温度传感器进行测量，该第二排气温度出现在所述元件之后。在此规定：通过对于关于第二排气温度的第一排气温度进行评估，检查由该元件的热容量确定的低通滤波器性能，并且当用于元件的低通滤波器性能的给定量值发生变化时输出错误信号。

使用本方法可以对元件的状态进行评估，该元件在排气的流动方向上位于两个温度传感器之间。这样便可以发现例如在该部件上不允许的操作直至完全拆掉该部件的这些情况。

在DE10133384A1中描述了一种聚集性微粒传感器作为用于排气传感器的实例。这种微粒传感器由两个相互交错的梳状的电极构成，所述电极至少部分地被一种接收套覆盖。如果内燃机排气中的微粒积聚在该微粒传感器上，那么这将导致微粒传感器的阻抗发生可评估的改变，根据该变化可以推算出积聚的微粒的数量并由此得出在排气中携带的微粒的数量。微粒传感器必须随时由积聚的微粒进行自洁式燃烧，以便重建测量准备。为此借助传感器加热装置将微粒传感器加热到规定的自洁式燃烧温度，在该温度下微粒被氧化。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于诊断排气传感器的方法和一种用于实施该方法的装置，该装置可识别出排气传感器上的或者排气传感器保护管上的微粒积聚直至识别出保护管的堵塞或被人工操纵。

所述目的分别通过在独立权利要求中所述的特征来实现。

根据本发明的用于诊断排气传感器的方法基于：所述排气传感器设置在内燃机的排气区域内用于对至少一种排气成分进行检测，所述排气传感器借助于传感器加热装置进行加热，并且对其温度进行检测。根据本发明的方法的特征在于：将所述排气传感器加热到位于排气温度之上的诊断起始温度，然后至少尽量降低所述传感器加热装置的加热功率或者将所述传感器加热装置完全关闭，从而能冷却排气传感器，对所述排气传感器的温度下降进行检测，计算用于关于时间的温度降低的值-即温度梯度或温度均差，将所述值与第一温度梯度阈值进行比较，并且如果温度下降过慢，而且相应地温度梯度没有超过所述温度梯度阈值，则提供错误信号。

根据本发明的方法可以对排气传感器进行诊断，从而可保证由排气传感器监控的排气成分遵守规定的排放值。如果排气传感器原本就有传感器加热装置，则可考虑将现有的传感器加热装置用于执行所述诊断。

所述诊断可以对于排气传感器的热惰性的升高实现探测，该热惰性的升高指示了积聚在传感器上的或者积聚在包覆着排气传感器的保护管上的微粒。特别是可识别堵塞的排气传感器保护管。

本发明的方法特别适合于已经具有传感器加热装置的排气传感器。但是也可以间接地例如借助排气对该排气传感器进行加热。在这种情况下也适用传感器加热装置的概念。

本方法特别适合于诊断聚集性的微粒传感器，其必须随时由沉积的微粒进行自洁式燃烧，因此需要原本随时加热到例如900℃的高温。优选地，排气传感器包含可提供用于温度的值的温度传感器。但是为了检测传感器温度，例如也可检测和评估加热元件或传感器元件的内电阻，从而就不需要单独的、具体实现的温度传感器。

根据本发明的方法的有利的改进方案和设计方案在从属权利要求中给出。

一种设计方案提出，给定一种确定的时间差来作为用于关于时间的温度降低的值，并计算温度差。替代地，也可以给定一种确定的温度差来作为用于关于时间的温度降低的值，并计算时间差。

特别有利地规定一种等待时间，此后在传感器温度下降开始之后，计算传感器温度的时间温度梯度。借助该等待时间可影响诊断的可靠性。

根据本发明方法的一种改进方案，用于关于时间的温度降低的值与第二温度梯度阈值进行比较，并且如果温度下降过快以及相应地温度梯度超过了所述第二温度梯度阈值，则也提供错误信号。因此第二温度梯度阈值在数量上大于第一温度梯度阈值。借助该改进方案可以发现，何时例如围绕着排气传感器的保护管被打开或被拆掉，由此会引起过快的冷却。

第一和必要时规定的第二温度梯度阈值可与排气温度相关，其中在排气温度较高时可降低第一和必要时第二温度梯度阈值。替代地或附加地，第一和必要时规定的第二温度梯度阈值可以与排气体积流量和/或排气质量流量相关，其中在排气体积流量或排气质量流量较高时可提高第一和必要时第二温度梯度阈值。

可用传感器加热装置获得的温度应明显高于所希望的排气温度，以便在诊断时会达到高分级精度可获得的诊断起始温度例如可以在750℃～950℃的范围内、优选在900℃。

为了确保可靠的诊断结果，除此之外还规定：将排气温度与排气温度阈值进行比较，并且在超过排气温度阈值时不启动诊断或者将运行的诊断中断或者将已有的诊断结果抛弃。排气温度阈值例如可以是500℃。

按照本发明的用于实施上述方法的装置首先涉及专门布置的控制设备，所述控制设备包含用于实施所述方法的器件。该控制设备可以是与内燃机控制设备分离的传感器控制设备。

控制设备优选包括加热调节器、温度梯度获取器以及温度梯度比较器。

控制设备优选包括至少一个电子存储器，在该电子存储器中存储所述方法步骤作为控制设备程序。

按照本发明的计算机程序提出：当它在计算机上运行时，执行按照本发明方法的所有步骤。

当所述程序在计算机上运行时，带有存储在机器可读的载体上的程序代码的根据本发明的计算机程序产品实施根据本发明的方法。

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中详细描述。

附图简短说明

图1示出了根据本发明的方法运行的技术环境，

图2示出了温度-时间-图。

实施方式的具体描述

附图1图示了内燃机10，在其吸气区域12内安设有空气传感器14并且在其排气区域16内安设有排气清洁设备18和排气传感器20。给排气传感器20装备了传感器加热装置22，并且给内燃机10装备了燃料计量装置24。

空气传感器14向内燃机控制设备30提供空气信号msL，内燃机10提供转速信号n。内燃机控制设备30向燃料计量装置24提供燃料信号mK。

排气传感器20向传感器控制设备32提供传感器温度temp和测量值MW。传感器控制设备32向排气传感器20提供加热信号HZ。

内燃机控制设备30含有燃料信号确定装置34，该燃料信号确定装置被供以转速信号n、扭矩信号Md和空气信号msL，并且该燃料信号确定装置准备燃料信号mK，该燃料信号除了被提供给燃料计量装置24之外还被提供给排气参数获取装置36，此外还有空气信号msL提供给该排气参数获取装置。排气参数获取装置36准备排气质量流量ms_Abg、排气体积流量vs_Abg以及排气温度temp_Abg。

排气传感器控制设备32包括加热调节器38，诊断要求信号DAS、传感器温度temp和与诊断起始温度temp_Soll相应的传感器温度额定值被提供给该加热调节器，并且该加热调节器准备第一释放信号FG1以及加热信号HZ。

此外，传感器控制设备32包含温度梯度获取器40，传感器温度temp、第一释放信号FG1以及等待时间Wt被提供给该温度梯度获取器，并且该温度梯度获取器准备一种时间的温度梯度dtemp/dt，该温度梯度被提供给温度梯度评估器42，此外还向该温度梯度评估器提供第一和第二温度梯度阈值dSW1、dSW2而该评估器准备错误信号F。

温度梯度阈值确定器44准备温度梯度阈值dSW，而排气质量流量ms_Abg、排气体积流量vs_Abg、排气温度temp_Abg、未校正的第一温度梯度阈值dSW1u和未校正的第二温度梯度阈值dSW2u则都被提供给该温度梯度阈值确定器。

此外，传感器控制设备32包括排气温度比较器46，向其提供排气温度temp_Abg以及排气温度阈值temp_SW，并且该排气温度比较器准备提供给诊断信号确定器48的第二释放信号FG2，此外将诊断查询信号DAF输送给该诊断信号确定器，并且该诊断信号确定器准备所述诊断要求信号DAS。

在内燃机控制设备30和传感器控制设备32之间设有信号总线50。

下而将借助在附图2中给出的温度-时间-图表详细说明按照本发明的方法：

所述燃料信号确定装置34获取燃料信号mK，该燃料信号提供给燃料计量装置24，这例如与内燃机10的转速信号n、内燃机10所需的通过扭矩信号Md体现的扭矩和必要时空气信号msL相关，该空气信号反映了用于输送给内燃机10的空气量的量。

排气参数获取装置36至少由空气信号msL和燃料信号mK确定所述排气质量流量ms_Abg、排气体积流量vs_Abg和排气温度temp_Abg。如果这种传感器控制设备32被设置成与内燃机控制设备30分开，便会将确定的三个排气参数ms_Abg、vs_Abg、temp_Abg通过信号总线50、例如CAN总线传输给传感器控制设备32。

排气传感器20提供了至少一个测量值MW作为传感器信号，该测量值反映了用于至少一种排气成分的量。排气传感器20例如是微粒传感器，其监控排气清洁设备18是否按规定工作，该排气清洁设备例如含有微粒过滤器。排气传感器20、例如上述的微粒传感器可以具有伸入到排气区域16内的保护管。

排气传感器20具有传感器加热装置22，其在有加热信号HZ时将排气传感器20加热。传感器加热装置22必须能够将排气传感器20加热到高于所希望的排气温度temp_Abg的传感器温度temp。如果基于柴油内燃机10，则可由排气温度temp_Abg出发，其不超过500℃。如果从作为排气传感器20的微粒传感器出发，则可以规定在750℃-950℃范围内、优选在900℃时的温度作为额定值用于诊断起始温度temp_Soll。在该温度下一种聚集性的微粒传感器可同时由积聚的碳黑微粒进行自洁式燃烧。

根据法律规定可能需要对排气传感器20进行诊断，其中在这里起因于排气传感器20的要探测的积碳或者一般情况下微粒在排气传感器20上的积聚或者积碳直至特别是排气传感器保护管堵塞。

根据本发明，对于在达到诊断起始温度temp_Soll之后的时间上的传感器温度下降进行评估，该传感器温度下降在传感器加热装置22的加热功率降低或者完全关闭传感器加热装置22之后出现。

根据图2，在第一时刻t1从还未加热的或仅低程度加热的排气传感器20出发，排气传感器20具有例如与排气温度temp_Abg相应的、例如为200℃-300℃的传感器温度temp。

在存在诊断信号DAS时，在该情况下必须首先对排气传感器20进行加热。为此，加热调节器38将传感器温度temp与诊断起始温度temp_Soll的额定值进行比较，并根据上述比较来确定加热信号HZ。根据图2，在第二时刻t2应达到例如900℃的传感器温度temp。然后，加热调节器38提供第一允许信号FG1。然后，降低加热功率或者完全关闭传感器加热装置22。必须确保能出现传感器温度下降，从而就可以评估时间上的温度下降情况。

在图2中所示的实施例中由此出发：在降低加热功率或者关闭传感器加热装置22之前直至达到第三个时刻t3继续将排气传感器20保持在诊断起始温度temp_Soll上。这时与诊断无关而可能涉及微粒传感器的自洁式燃烧过程。如果诊断信号DAS现在才出现，则在这种情况下可取消仅对于诊断来说必要的加热过程，因为排气传感器20原本就已经加热过了。

温度梯度获取器40确定时间上的温度梯度dtemp/dt，其在实际情况下计算为温度均差，如图2所示。温度梯度dtemp/dt或者温度均差是关于时间的用于温度下降的值dtemp/dt。优选地，在规定的等待时间Wt过后来确定温度梯度dtemp/dt。

在温度梯度评估器42中，将温度梯度dtemp/dt与第一温度梯度阈值dSW1进行比较。如果没有超过第一温度梯度阈值dSW1，则温度梯度评估器42便会提供表示错误的错误信号F。

此外，在温度梯度评估器42中将温度梯度dtemp/dt与第二温度梯度阈值dSW2进行比较。如果没有超过该第二温度梯度阈值dSW2，那么所述温度梯度评估器42同样会提供表示错误的错误信号F。

根据本发明的诊断基于下列知识，即在关闭传感器加热装置22或者至少明显降低加热功率后，积聚、例如在排气传感器20上的碳黑沉淀或者堵塞的排气传感器保护管会导致时间上较缓慢的温度下降。在加热信号HZ减小或者完全关闭传感器加热装置22之后对温度梯度dtemp/dt的检测会导致温度下降，其梯度dtemp/dt或者均差在符合规定的排气传感器20时比在具有沉淀的或者堵塞的排气传感器20更陡峭地延伸。排气传感器20的热容量在有微粒沉淀时已经升高。

在根据图1中所示的实施例中由下述情况出发：传感器加热装置22直接配置给排气传感器20。替代地，也可以将传感器加热装置22理解为用于对排气传感器20进行加热而采取的措施。为了对排气传感器20进行加热，可考虑例如内燃机10的排气温度temp_Abg，该排气温度专门为了对排气传感器20进行加热而被暂时升高。在这种情况下，与降低或者关闭所述传感器加热装置22相对应的是排气温度temp_Abg下降或者完全撤销已经用于升高排气温度temp_Abg的措施。

如果规定第二梯度阈值dSW2-温度梯度dtemp/dt与该第二梯度阈值进行比较，则能确定：例如包围排气传感器20的保护管是否已被打开或者去掉。这样可能会发生冷却过快。如果温度梯度dtemp/dt位于第一和第二温度梯度阈值之间，则因此在这种设计方案中将排气传感器20评为正常。

如前所述，优选在等待时间Wt过后才对温度梯度dtemp/dt进行测量，该等待时间能与所希望的时间上的温度下降相关地来确定。所述等待时间Wt可在几秒至几十秒范围内。

在实际情况下，代替温度梯度dtemp/dt，求得温度均差temp1-temp2、在一处于四分之一和五分之一时刻之间的时间间隔t5-t4内的dtemp、dt，并与温度梯度阈值dSW进行比较。

在测量时能以下述方式进行，即规定相应于dt的时间间隔t5-t4，其可在几秒至几十秒范围内，并对温度差temp1-temp2、dtemp进行测量，或者规定可处于几十摄氏度范围内的温度差temp1-temp2、dtemp，并相应于dt测量时间差t5-t4。然后据此确定温度均差，该温度均差作为温度梯度dtemp/dt进行评估。

所述温度梯度评估器42将所测量的温度梯度dtemp/dt或者温度均差与第一温度梯度阈值dSW1进行比较。此时第一温度梯度阈值dSW1形成了下限值。如果传感器温度下降相应过慢，且低于第一温度梯度阈值dSW1、即更小，则温度下降评估器42便会发送错误信号F。该情况与图2中所示的上部曲线走向60相应。

在图2中，在中间的曲线走向62上示出了梯度获取(Gradientenermittlung)，其中在运种情况下温度下降足够快，从而就不会发出错误信号F。

温度梯度评估器42可将测量到的温度梯度dtemp/dt或者温度均差继续与第二温度梯度阈值dSW2进行比较。此时第二温度梯度阈值dSW2构成了上部极限值。如果传感器温度下降相应过快，且超过了第二温度梯度阈值dSW2、即更大，则温度下降评估器42同样会发出错误信号F。该情况与在图2中所示的下部曲线走向64相应。

总是由所述梯度的数值出发，因为该温度梯度dtemp/dt由于温度下降而成为负值。

原则上，第一也还有第二温度梯度阈值dSW1、dSW2被固定地规定，并因此与未校正的第一和第二温度梯度阈值dSW1u、dSW2u相应。有利地，设置温度梯度阈值确定器44，该温度梯度阈值确定器能够用排气质量流量ms_Abg和/或排气体积流量vs_Abg和/或排气温度temp_Abg来校正第一未校正的温度梯度阈值dSW1u和必要时第二未校正的温度梯度阈值dSW2u。

此时，在排气质量流量ms_Abg和排气体积流量vs_Abg升高时，第一和必要时给定的第二温度梯度阈值dSW1、dSW2也会升高，因为可能会期望更快的温度下降。

与此相反，当排气温度temp_Abg较高时，第一和必要时给定的第二温度梯度阈值dSW1、dSW2会下降，因为可能会考虑到更缓慢的温度下降。

已说明一种可能性，即当排气温度temp_Abg过高或者正在运行的诊断被中断或者拒绝已有的诊断结果时，可以闭锁所述诊断。

如果设置空间上分离的控制设备30、32，则通过信号总线50、例如CAN总线由内燃机控制设备30向传感器控制设备32提供向温度梯度阈值确定器44提供的排气参数temp_Abg、ms_Abg、vs_Abg。

Claims (12)

1.用于诊断排气传感器（20）的方法，所述排气传感器设置在内燃机（10）的排气区域（16）内用于对至少一种排气成分进行检测，所述排气传感器借助于传感器加热装置（22）进行加热，并且对其传感器温度（temp）进行检测，其特征在于，将所述排气传感器（20）加热到位于排气温度（temp_Abg）之上的诊断起始温度（temp_Soll），然后至少尽量降低所述传感器加热装置（22）的加热功率或者将所述传感器加热装置（22）完全关闭，从而能使所述传感器温度（temp）下降，对所述下降的传感器温度（temp）进行检测，来计算用于关于时间的温度降低的量（dtemp/dt），将所述量（dtemp/dt）与第一温度梯度阈值（dSW1）进行比较，并且如果温度下降过慢，而且相应地用于关于时间的温度下降的算得的量（dtemp/dt）没有超过所述第一温度梯度阈值（dSW1），则提供错误信号（F）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算出温度均差作为用于关于时间的温度降低的量（dtemp/dt），并且给定一种确定的时间差（t5-t4、dt）并计算温度差（templ-temp2、dtemp）。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，计算出温度均差作为用于关于时间的温度降低的量（dtemp/dt），并且给定一种确定的温度差（templ-temp2、dtemp）并计算时间差（t5-t4、dt）。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述传感器加热装置（22）的加热功率降低或者关闭所述传感器加热装置（22）后等待给定的等待时间（Wt），此后计算出所述用于关于时间的温度降低的量（dtemp/dt）。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，用于关于时间的温度降低的量（dtemp/dt）与第二温度梯度阈值（dSW2）进行比较，并且如果温度下降过快以及相应地所求得的用于关于时间的温度下降的量（dtemp/dt）超过了所述第二温度梯度阈值（dSW2），则提供错误信号（F）。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）与所述排气温度（temp_Abg）相关，其中在排气温度（temp_Abg）较高时使所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）降低。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）与排气体积流量（vs_Abg）相关，其中在排气体积流量（vs_Abg）较高时使所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）升高。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）与排气质量流量（ms_Abg）相关，其中在排气质量流量（ms_Abg）较高时使所述第一和第二温度梯度阈值（dSW1、dSW2）升高。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将排气传感器（20）加热到在750°C至950°C范围内的诊断起始温度（temp_Soll）。

10.根据权利要求1的方法，其特征在于，将所述排气温度（temp_Abg）与排气温度阈值（temp_SW）进行比较，并且在超过排气温度阈值（temp_SW）时不启动诊断或者中断进行的诊断或者将已有的诊断结果作废。

11.用于诊断排气传感器（20）的装置，其特征在于，设置专门布置的控制设备（32），所述控制设备包含用于实施按照权利要求1至9中任一项所述的方法的器件（38、40、42）。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制设备（32）包含加热控制设备（38）、温度梯度获取器（40）以及温度梯度比较器（42）。