CN102421998B - 用于对布置在内燃机的废气区域中的构件进行监控的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对布置在内燃机（10）的废气区域中的传感器单元（20）进行监控的方法。按本发明规定，用所述传感器单元（20）来直接或者间接地确定传感器温度（31、32）并且从所述直接或者间接地确定的温度（31、32）与借助于另一个传感器单元确定的废气温度（33）和/或与模型参量和/或与所定义的阈值之间的比较中来推断所述传感器单元的拆卸和/或对功能来说不合适的安装情况。此外，本发明涉及一种用于对布置在内燃机（10）的废气区域中的传感器单元（20）进行监控的装置，其中利用所述传感器单元能够直接或者间接地确定传感器温度（31、32），所述传感器温度（31、32）能够在发动机控制系统（14）中与借助于另一个传感器单元确定的废气温度（33）和/或与模型参量和/或与所定义的阈值相比较并且能够从所述比较中推导出故障记录和/或报警信息。

Description

用于对布置在内燃机的废气区域中的构件进行监控的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于对布置在内燃机的废气区域中的传感器单元进行监控的方法。
此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的相应的装置。
背景技术
为遵守用于内燃机的排放的法规上的极限值，使用不同的用于进行废气后处理的组件以及用于对这些系统进行调节并且用于对排放进行监控的传感器单元。作为用于进行废气后处理的组件，比如已知氧化催化器、柴油-微尘滤清器（DPF）、SCR催化器以及NOx催化器。相应的传感器系统比如是探针、NOx传感器或者微粒传感器。
根据目前所规划的法规的规定，比如在行驶运行的过程中必须在柴油-微尘滤清器（DPF）之前和/或之后对内燃机尤其柴油机的微尘排放进行监控。此外，为进行再生控制需要对柴油-微尘滤清器进行载荷预测，用于达到较高的系统安全性并且能够使用成本低廉的过滤材料。此外，可以规定在关于微尘排放的信息的基础上来调节内燃机的燃烧特性。
此外，在新的立法的范围内能够保证对这些组件和传感器单元进行监控以防止功能性故障和不恰当的拆卸。这能够在所谓的随车诊断系统（OBD）的范围内可靠地得到保障。
由文献DE 103 58 195 A1比如公开了一种用于对布置在内燃机的废气区域中的构件进行监控的方法，其中求得用于在该构件之前的第一废气温度的尺度，并且其中由第二温度传感器测量在所述构件之后出现的第二废气温度。在此规定，通过关于所述第二废气温度对所述第一废气温度进行的评估来检查通过所述构件的热容确定的低通滤波特性，并且规定在预先给定的用于所述构件的低通滤波特性的尺度变化时输出故障信号。
利用该方法可以对位于沿废气的流动方向处于所述两个温度传感器之间的构件的状态进行评估。因此比如也可以检测对该构件进行的不允许的操作乃至该构件的完全移除。
不过因此无法识别，所述传感器单元，比如微粒传感器是对本身进行操作还是甚至以不允许的方式移除。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种方法，利用该方法来对内燃机的排气管路中的传感器单元的不恰当的拆卸进行监控并且将这一点可靠地显示出来。
此外，本发明的任务是在于提供一种用于实施所述方法的相应的装置。
与所述方法有关的任务通过权利要求1到7所述的特征得到解决。
在此规定，利用所述传感器单元来直接或者间接地确定传感器温度并且从所述直接或者间接地确定的传感器温度与借助于另一个传感器单元确定的废气温度和/或与模型参量和/或与所定义的阈值之间的比较中来推断所述传感器单元的拆卸和/或对功能来说不合适的安装情况。
与所述装置有关的任务通过以下方式得到解决，即利用所述传感器单元能够直接或者间接地确定传感器温度，所述传感器温度能够在发动机控制系统中与借助于另一个传感器单元确定的废气温度和/或与模型参量和/或与所定义的阈值相比较并且能够从所述比较中推导出故障记录和/或报警信息。
利用所介绍的方法以及用于实施该方法的装置可以检测到内燃机的废气区域中的结构上的变化或者损坏。相对于上面所引用的现有技术，因此可以在扩展的随车诊断系统（OBD）的范围内可靠地检测到所述传感器单元的功能性故障或者甚至检测到其不恰当的拆卸情况。此外，也可以识别所述传感器单元上游的排气设备的结构上的变化或者缺陷。因此比如可以识别废气后处理设备的各个组件的拆卸情况或者排气管路中的孔洞，因为而后所述设备的蓄热特性或者说所述传感器单元的入流特性会发生变化，所述设备或者说所述传感器单元比如相对于温度变化曲线的以模型方式求得的数值产生变化了的、可以作为偏差检测并且显示出来的温度变化曲线。
一种按本发明的方法变形方案规定，连续地将所述传感器单元的绝对的传感器温度与废气温度进行比较。如果在此比如产生较大的偏差，那就可以借助于相应的比较器检测到这种偏差。同样可以与保存在发动机综合特性曲线中的模型数值进行相应的比较。在此可以从已经提供的测量值中或者从发动机控制单元内部的模型数值中推导出废气温度。
因此也可能有利的是，连续地将从所述传感器单元的绝对的温度变化曲线中推导出来的参量与废气温度的相应地推导出来的参量进行比较。因此比如可以将温度变化曲线的浮动的（gleitender）平均值或者时间上的导数相互进行比较或者说将传感器-温度变化曲线与所保存的数值进行比较。除了诊断之外，还可以当比如求得浮动的平均值时，利用这样的数学运算来消除信号过程中的比如短时间出现的干扰。由此可以避免错误警报。
另一种方法实施例涉及所述传感器单元的温度变化曲线的梯度与废气温度的变化曲线的梯度的比较。这尤其在对信号过程的动态进行分析时提供了一些优点。
另一种方法规定，相对于用于在加热时的传感器单元的模型参量对传感器单元的在该传感器单元加热时的动态的温度变化曲线进行分析。这里利用这一点，即在不恰当拆卸或者错误地安装传感器单元时记录与按照规范安装的传感器单元明显不同的温度变化曲线。
在此比如可以规定，在考虑到废气质量流和废气温度的情况下对用于调节额定温度所需要的加热功率进行分析。如果比如确定了过小的加热功率，那么这就表明传感器单元已拆卸。
在另外的方法变形方案中规定，周期性地以特定的时间间隔比如在柴油内燃机的柴油-微尘滤清器（DPF）的再生过程中和/或在内燃机的特定的运行状态中比如在内燃机惯性运行的过程中实施所述分析。这一点是有利的，因为这里占大多数的是已知的或者说相对恒定的运行条件并且轻易地识别出外部的干扰参量或者说仅仅微不足道地存在着外部的干扰参量。
当所述传感器单元具有铂金曲管（Platinmäander）形式的温度传感器时，可以实现一种特别精确的温度测量机构，因为这种类型的温度传感器具有几乎线性的电阻-温度-特性曲线，能够以单一的电子的线路成本来对所述几乎线性的电阻-温度-特性曲线进行分析。在其它的实施例中也可以使用与温度探测器不同的金属合金，所述温度探测器具有另外的电阻特征。
在另一种优选的实施方式中，所述传感器单元可以具有加热元件。在这种情况下可以在考虑到废气质量流量和废气温度的情况下比如间接地从所需要的加热功率中确定所述传感器单元的温度。
在一种特别优选的实施方式中，所述传感器单元构造为微粒传感器。所述微粒传感器可以已经包括温度传感器和/或用于进行直接的或者间接的温度测定的加热元件。微粒传感器此时代表着柴油内燃机的排气系统中的重要的监控传感器。
因此，所述方法变型方案的一种此前所描述的优选的运用情况在柴油内燃机上设置了随车诊断系统。在这种运用情况中尤其重要的是，规范地安装了微粒传感器或者说没有不允许地拆卸所述微粒传感器。这一点可以可靠地用所介绍的诊断方法来检测。由此保证，对布置在柴油内燃机的排气管路中的炭黑微尘滤清器（DPF）的微尘排放的精确且能够再现的诊断进行检测并且在随车诊断系统的范围内对此进行监控。
所述方法的功能在此可以作为基于软件和/或硬件的解决方案集成在发动机控制系统中。对于柴油机来说，这尤其可以集成在电子的柴油调节系统EDC（Electronic Diesel Control）中。
所述按本发明的方法也可以运用在作为传感器单元的λ探针或者NOx传感器上。
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。附图示出：
图1是技术环境的示意图，在该示意图中可以运用所述方法；
图2是构造为微粒传感器的传感器单元的示意性的俯视图；
图3是微粒传感器的侧视图的示意图；
图4是关于废气质量流量、废气温度以及微粒传感器温度的曲线图。
具体实施方式
图1作为一种实施例示意性地示出了技术环境，可以在该技术环境中运用所述按本发明的方法。此外，所述技术环境也可以包括废气后处理装置，所述废气后处理装置则包含用于减少至少一种其他的在法规上受到限制的成分的措施、比如NOx降低措施。
内燃机10可以构造为柴油机，该内燃机10由供气管路11输送燃烧用空气。在此，所述燃烧用空气的空气量借助于所述供气管路11中的空气量测量计12来确定。所述空气量可以在对内燃机10的废气中存在的微尘的沉积可能性进行校正时使用。所述内燃机10的废气通过排气管路17来排出，在所述排气管路17中布置了废气净化设备16。这个废气净化设备16可以构造为柴油-微尘滤清器。此外，在所示出的实施例中在所述排气管路17中布置了构造为λ探针的废气检测探针15以及构造为微粒传感器的传感器单元20，在此将所述废气检测探针15及传感器单元20的信号输送给发动机控制系统14。此外，所述发动机控制系统14与所述空气量测量计12相连接，并且在向该发动机控制系统14输送的数据的基础上确定可以经过内燃机10的燃料计量装置13输送的燃料量。所述传感器单元20也可以在此沿废气的流动方向布置在所述废气净化设备16的后面。利用所示出的装置可以观测内燃机10的微尘排放（随车诊断器）并且可以预测构造为柴油-微尘滤清器（DPF）的废气净化设备16的载荷。
图2示出了相应于现有技术的构造为微粒传感器的传感器单元20的俯视图的示意图。
在比如由氧化铝制成的绝缘的载体21上施加了第一电极22和第二电极23。所述电极22和23构造为两个交叉指型的、插入到彼此当中的梳形电极的形式。在所述电极22、23的正面的端部上设置了第一接头24和第二接头25，通过所述接头24和25，所述用于电压供应以及实施测量的电极可以与未示出的控制单元相连接。此外，所述传感器单元20具有温度传感器29，利用该温度传感器29可以直接确定传感器温度31、32。所述温度传感器29可以构造为铂金曲管的形式，其中通过附加的电极来确定取决于温度的电阻并且能够在所述发动机控制系统14中进行分析。
图3示出了微粒传感器20的截取部分的侧视图的示意图。
除了已经在图2中示出的结构元件，在所述侧视图中还示出了集成在所述载体21中的加热元件26以及可选的保护层27和由微尘28形成的层。在此可以规定，所述加热元件26同时构造为温度传感器29，或者所述加热元件26和温度传感器29构造为具有单独的电极的单独的导电体。
这样的微粒传感器的作用原理在文献中已经得到足够的描述并且因此在下面仅作简短描述。
如果在导送微尘28的气流中比如在柴油机的排气道中运行这样的传感器单元20，那么来自气流的微尘28就会沉积在所述传感器单元20上。在使用柴油机的情况下，所述微尘28是具有相应的导电能力的炭黑微尘。在此，所述微尘28的在传感器单元20上的沉积率除了取决于废气中的微尘浓度也此外取决于加载在所述电极22、23上的电压。通过所加载的电压产生电场，该电场将相应的吸引力施加到加载电荷的微尘28上并且施加到具有偶极电荷的微尘28上。因此，通过对加载在电极22、23上的电压进行合适的选择可以影响微尘28的沉积率。
在所述实施例中，所述电极22、23和载体21在电极侧被保护层27所覆盖。所述可选的保护层27在所述传感器单元20的在多数情况下处于较高的运行温度时防止所述电极22、23受到腐蚀。该保护层27在之前的实施例中可以由具有微小的导电能力的材料制成，但是也可以由绝缘体制成。
在所述保护层27上以层的形式沉积了来自气流的微尘28。通过所述具有微小的导电能力的保护层27，所述微尘28在所述电极22、23之间形成有导电能力的电路，从而取决于沉积的微尘28的量在所述电极22、23之间产生电阻变化。这种电阻变化比如可以测量，方法是将恒定的电压加载到所述电极22、23的接头24、25上并且确定流过所沉积的微尘28的电流的变化。
如果所述保护层27构造为绝缘的结构，那么所沉积的微尘28就导致所述传感器单元20的欧姆电阻的变化，这可以优选用直流电压通过相应的测量来分析。
所述按本发明的诊断方法规定，用所述传感器单元来直接或者间接地确定传感器温度，并且从所述直接或者间接地确定的传感器温度与借助于另一个传感器单元确定的废气温度和/或与模型参量和/或与所定义的阈值之间的比较中推断出所述传感器单元的拆卸和/或对功能来说不合适的安装情况。所述按本发明的具有上面所描述的变形方案的方法的功能在此尤其可以有利地在内燃机10的发动机控制系统14中作为软件来实现，对于柴油内燃机来说可以在电子的柴油调节系统EDC（Electronic Diesel Control）中得到实现。
因此例如在图4中在曲线图30里取决于时间35示出了废气质量流34以及布置在设计为柴油-微尘滤清器的废气净化设备16（DPF）后面的传感器单元20的传感器温度31、32的温度变化曲线，其中所述传感器单元20构造为微粒传感器。此外示出了废气温度33。在此，所述传感器温度31的时间上的变化曲线示出了用于按照规范安装在所述内燃机10的排气管路17中的微粒传感器的温度变化曲线。反之，在所述微粒传感器已拆卸或者说不正确地安装时，则产生所述传感器温度32的时间上的变化曲线。
在干燥/保护阶段36中首先借助于向所述传感器单元20的加热元件26主动地通电这种方式来实现所述传感器单元20的干燥直到露点结束。在时间上紧接着是再生阶段37，在该再生阶段37之内所沉积的炭黑烧尽。在这个阶段中传感器温度31、32剧烈上升。在这个阶段中可以在考虑到加热功率的情况下进行诊断。
紧接着在用于沉积炭黑微尘38的阶段中，所述加热元件26切换为无电流的状态，在该阶段中在分析方法比如梯度比较或者说正确安装的传感器单元20的传感器温度31和已拆卸或者说不正确安装的传感器单元20的传感器温度32的动态进程的比较的基础上进行诊断。于是，正确安装的传感器单元20的传感器温度31在这个用于沉积炭黑微尘38的阶段中又相应于增加的废气温度33稍许上升并且在此稍许相应于所述废气质量流34的变化曲线来调制，这可以通过同时对废气质量流34的分析得到支持。反之，已拆卸或者说不正确安装的传感器单元20的传感器温度32则下降并且直至又进行主动的加热之前停留在较低的水平上。
利用所介绍的方法和所述用于实施这种方法的装置，可以在所述内燃机的废气区域中检测到结构上的变化或者损坏。尤其因此可以在扩展的随车诊断系统（OBD）的范围内可靠地检测到所述传感器单元的功能性故障或者甚至检测到其不恰当的拆卸情况。
所述按本发明的方法的一种特别有利的运用情况以及相应的装置的使用规定在柴油内燃机的废气区域中对微粒传感器进行随车诊断。

Claims (11)

1.用于对布置在内燃机（10）的废气区域中的微粒传感器（20）进行监控的方法，其特征在于，用所述微粒传感器（20）来直接或者间接地确定传感器温度（31、32）并且从所述直接或者间接地确定的传感器温度（31、32）与借助于另一个微粒传感器确定的废气温度（33）和/或与模型参量和/或与所定义的阈值之间的比较中来推断所述微粒传感器（20）的拆卸和/或对功能来说不合适的安装情况，连续地将从所述微粒传感器（20）的绝对的温度变化曲线中推导出来的参量与所述废气温度（33）的相应地推导出来的参量进行比较。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，连续地将所述微粒传感器（20）的绝对的传感器温度（31、32）与所述废气温度（33）进行比较。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述微粒传感器（20）的温度变化曲线的梯度与所述废气温度（33）的变化曲线的梯度进行比较。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，相对于用于在加热时的微粒传感器（20）的模型参量对所述微粒传感器（20）的在对该微粒传感器（20）加热时的动态的温度变化曲线进行分析。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，在考虑到废气质量流（34）和废气温度（33）的情况下对用于调节额定温度所需要的加热功率进行分析。
6.按权利要求4或5所述的方法，其特征在于，周期性地以特定的时间间隔和/或在内燃机（10）的特定的运行状态中实施所述分析。
7.用于对布置在内燃机（10）的废气区域中的微粒传感器（20）进行监控的装置，其特征在于，利用所述微粒传感器（20）能够直接或者间接地确定传感器温度（31、32），所述传感器温度（31、32）能够在发动机控制系统（14）中与借助于另一个微粒传感器确定的废气温度（33）和/或与模型参量和/或与所定义的阈值相比较并且从所述比较中能够推导出故障记录和/或报警信息，连续地将从所述微粒传感器（20）的绝对的温度变化曲线中推导出来的参量与所述废气温度（33）的相应地推导出来的参量进行比较。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述微粒传感器（20）具有铂金曲管形式的温度传感器（29）。
9.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述微粒传感器（20）具有加热元件（26）。
10.按权利要求1到6中任一项所述的方法在构造为柴油机的内燃机（10）上进行随车诊断的范围内的应用。
11. 按权利要求7到9所述的装置在构造为柴油机的内燃机（10）上进行随车诊断的范围内的应用。
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