CN102966451A - 应用估算的空气消耗系数来监控空气系统中的错误 - Google Patents

Abstract

一种应用估算的空气消耗系数来监控空气系统中的错误。本发明涉及一种装置，用来监控具有内燃机（4）的发动机系统（2）中的错误，其中发动机系统（2）构造成使空气（19）输入到具有空气消耗（51、58）的内燃机（4）中，其中空气消耗（51、58）指示，内燃机（4）中的空气（19）的实际的体积流与内燃机（4）中的空气（19）的理想的、理论上可能的体积流的关系，其中此装置构造成借助所述空气消耗（51、58）来确定发动机系统（2）中的错误。

Description

应用估算的空气消耗系数来监控空气系统中的错误

技术领域

本发明涉及一种在具有内燃机的车辆中的车载诊断系统。

背景技术

车载诊断系统是一种车辆诊断系统，它在运行时监控所有影响废气的系统，并把可能出现的错误存储在存储器中，因此这些错误可通过服务中心询问，并可在必要时清除。

这种车载诊断系统中的大多数目前已知的功能在大多很少出现的运行点中测量内燃机内部的特征，并把这些特征与额定情况（Nominalfall）进行比较。备选的是，可实施所谓的介入式测试。在此，它是指在确定的运行点中干预系统，以创造用于测量的条件。但在各种情况下，必须存储额定情况下的状况，以使测量结果能与此进行比较。但是，存储器不仅是昂贵的，而且还需要空间，所述位置在车辆的发动机控制器中只能受限地供使用。

发明内容

按本发明，设置了一种按权利要求1所述的、用来监控发动机系统中的错误的装置，并设置了一种按并列权利要求5和11所述的发动机系统和方法。

在从属权利要求中说明了其它有利的构造方案。

按本发明的第一角度，设置一种用于在具有内燃机的发动机系统中监控错误的装置，其中发动机系统构造成使空气以空气消耗输入到内燃机中，其中空气消耗指示，内燃机中的空气的实际的体积流与内燃机中的空气的理想的、理论上可能的体积流的关系，其中此装置构造成借助所述空气消耗来确定发动机系统中的错误。

按本发明的装置的优点是，与传统的、用来监控发动机系统中的错误的装置相比，它需要的存储空间更少。这一点通过以下方式来实现，即对于用于识别错误的特征，作为发动机系统中的参量选择空气消耗，此参量是必要的且与用来监控错误的装置（例如用来运行充填调节）无关。以这种方式不必精确地确定用来与额定情况进行比较的数据，并且不必存储在存储器中。空气消耗估算/识别的反应时间大致在充填调节的反应时间的范围内。因此与目前已知的系统相比，可相当快地提供空气消耗。这一点扩展了可监控的区域，因为例如还可考虑的是，在相当短的受控的运行状态内识别空气消耗。空气消耗通过以下方式来计算，即它与已经应用于额定状态（正常的行驶运行）的参量进行比较。但不必在额定情况下专门应用和存储此状况。这减少了应用费用并降低了控制设备中的存储要求。

在本发明的实施方案中，此装置包括以下特征：

- 测量装置，它适合用来测量所述空气消耗；

- 估算装置，它适合用来估算所述空气消耗；以及

- 检验装置，它适合用来在估算的空气消耗的基础上可信性验证所述测得的空气消耗。

此估算装置可尤其在提供的内燃机模型的基础上估算所述空气消耗。

在本发明的优选实施方案中，所述装置是指用于由内燃机驱动的车辆的车辆诊断系统。车辆诊断系统（例如车载诊断系统）是指车辆中的法律上规定的设备，它不会给车辆本身的功能带来好处。它们只是用来保持有关环境保护的规定。通过按本发明的装置，可借助下述特征来实施这种车辆诊断系统，所述特征反正必须被计算用来实现车辆的功能正常，这节省了发动机控制器中的资源。

在本发明的另一优选实施方案中，可设置所述用于可信性验证的检验装置，用来计算测得的空气消耗与估算的空气消耗之间的差值，并用来发出错误，如果此差值超过了预先确定的数值。通过把此差值与预先确定的数值进行比较，可把公差引入此系统中，此公差可忽视与额定状态的偏差，此偏差不会使车辆产生值得注意的错误行为。

按本发明的另一角度，用来驱动车辆的发动机系统包括内燃机，此内燃机用来接收燃烧燃料的进气增压气体并用来在燃料燃烧之后排出废气；并包括按本发明的用来发送错误的装置，如果空气消耗系数的可信性验证得出测得的和估算的空气消耗系数之间的偏差。在按本发明的发动机系统中，能以简单的方式识别到含有错误的废气值，而不必在发动机系统中实施额外的测量系统。

在本发明的改进方案中，发动机系统包括：进气歧管，用来把气体吸入发动机系统中；废气回输装置，用来使至少一部分废气回输到内燃机中；混合部段，用来使新鲜空气与回输的废气混合，以实现充填。以这种方式实现了废气回输，它可减少废气中的排放的有害物质（如氧化碳）的份额。

在另一改进方案中，所述装置设置用于在内燃机中的压力、温度和转速的基础上测量所述空气消耗。以这种方式，可借助已存在于内燃机中的传感器来测量所述空气消耗。

在备选或附加的实施方案中，所述装置设置用于在吸入气体的热函流和回输的废气的热函流之间的热函流平衡的基础上来估算所述空气消耗。此热函流平衡可在发动机系统中借助现有的传感器来检测，因此可确定用来估算所述空气消耗的边界条件，而无需在发动机系统中进行其它的技术改变。

在本发明的另一实施方案中，所述装置设置用于在通过废气回输装置回输的废气的质量流的基础上来估算回输的废气的热函流。例如以简单的方式以阀门上的在废气回输装置中存在的测量参量（例如位置信号/调整信号）为基础来进行所述估算。

在本发明的附加的实施方案中，所述装置设置用于在通过混合部段回输的废气的质量流的基础上来估算回输的废气的热函流。以简单的方式，通过在吸入气体的热函流和内燃机中的热函流之间的热函流平衡来进行所述估算。

在本发明的优选实施例中，所述装置设置用于选择在废气回输阀的调整信号的基础上计算的热函流，或选择在混合位置上在热函平衡的基础上模拟的热函流，用来估算所述空气消耗。空气消耗在信噪比方面的信号质量总是均匀良好的，因为空气消耗是通过使用不同的信息来源来计算的。在此，限制了强烈的区域或运行状态，因此总是能提供具有足够品质的信号。在迄今已知的车载诊断系统中计算特征时，这种例如信号噪声明显增多的强烈的区域必须清楚地通过运行范围限制来隐藏。

按本发明的另一角度，提出一种用来监控发动机系统中的错误的方法，其把气体充填到具有空气消耗的内燃机中，其中空气消耗指示，发动机中的实际的体积流与发动机中的理想的（理论上可能的）体积流的关系，该方法包括以下步骤：测量所述空气消耗，估算所述空气消耗以及在估算的空气消耗的基础上来可信性验证所述测得的空气消耗。

附图说明

下面借助附图详细地阐述了本发明的优选实施例。其中：

图1  示出了发动机系统的方块图；

图2  示出了图1的方块图的简化视图；以及

图3  示出了方块图，它用来在估算的空气消耗的基础上来检验测量到的空气消耗。

具体实施方式

在此参照了图1。在图1中示出了具有内燃机4的发动机系统2。

新鲜空气10通过空气输入管6首先在由箭头标出的流动方向上输入到内燃机4中。在此空气输入管6中设置有空气质量测量装置12，其形式例如为热膜式空气质量测量计，它测量新鲜空气质量流11并且发送到发动机控制器13上。备选的是，也可以模拟新鲜空气进气，并且必要的传感器可在空气系统中的其它位置上模拟。在下面，新鲜空气质量流11配备了公式符号                                                

。

在流动方向中在空气质量测量装置12的后面可在空气输入管6中设有一个或多个压缩机14。压缩的气体用参考标记15来表示。

空气输入管6的在流动方向中接在压缩机14后面的部件随后称为进气管16。来自发动机系统2的排气系22的废气20可通过废气回输通道18在入口17中输入到进气管16中。这样产生的发动机空气19输入到内燃机4中。排气系22中的废气20和发动机空气19的流动方向用箭头来表示。回输的废气用参考标记21来表示，它的流动方向同样通过箭头来表示。燃料可喷入发动机气体19或压缩的气体15中，如同例如在一些奥托发动机中那样。备选的是，燃料也可直接喷入内燃机中，如同通常在柴油发动机中那样。

在废气回输通道18的入口17的流动方向上在进气管16中依次地在进气管16中设置压力传感器24和温度传感器26。此温度传感器26和压力传感器24检测可能已通过回输的废气21加浓的输入的和压缩的气体15的温度28和压力30，并且把其发送到发动机控制器13上。此压力和温度信息也可根据定位在其它地方的传感器进行模拟。

废气回输阀32设置在废气回输通道18中，以便控制回输的废气21的量。如同已描述的一样，内燃机4在输出侧具有排气系22，废气回输通道18从此排气系中分岔出来。在废气回输通道18的分岔的流动方向上在排气系10中依次地可设有一个或多个涡轮机34，它们例如驱动压缩机14。此外，在内燃机4上还设置有转速传感器36，它检测内燃机30的转速38并且发送到发动机控制器13上。

发动机气体19的以下称为充填的质量流配备了公式符号

，用于以下的计算。此充填从具有公式符号

的进气气体质量流11与回输的废气18的质量流之和中得出，此进气气体质量流11例如借助空气质量测量装置12来测量。除了在封闭的废气回输中的空气质量测量装置12的测量以外，充填

也能以以下方式来计算：

在公式（1）中，图3示出的空气消耗58的λ_α指示，发动机中的实际的体积流与发动机中的理想的（理论上可能的）体积流的关系。V_H是内燃机4的冲程体积。n是内燃机4的转速38。p是指进气管16中的由压力传感器24测得的压力30。R是指通用的气体常数。T是指在进气管16中在流动方向上在回输的废气18的入口17后面由温度传感器26测得或模拟的温度28。

为了测量所述空气消耗58，例如在校准测量时中断废气回输18，并且确定充填。空气消耗58的测量值可以通过求解空气消耗58的公式（1）来确定。

测得的空气消耗58按本发明进行可信性验证。为此，它例如可再次估算并在此基础上进行检验。这种估算和检验示例性地借助图2和3来阐述，其中与图1相同的元件用相同的参考标记来表示，并且不再描述。

在图2中，所述这个或多个压缩机14将发动机中的空气输入划分成低压区和高压区。在低压区中，吸入的新鲜空气10通过图1未示出的低压阀40进行引导，并与一部分废气22在涡轮机34之后混合。低压区中混入的废气22的量通过低压-废气回输阀42进行控制。在高压区中，通过图1未示出的节流阀48来控制压缩的新鲜空气15朝入口17的输送。

图3示出了结构图表，它表示在估算的空气消耗51的基础上来确定计算的空气消耗58的可信性。在图3所示的流程中，估算的空气消耗51的确定包括平衡部段54（Bilanzierungsabschnitt）和估算部段56。接在估算后面的是，在检验部段57中在估算的基础上检验测得的空气消耗58。

在此实施方案中，估算所述空气消耗58的估算基础是回输的废气21的质量流，因为这些参量在大多数车辆中是可冗余地确定的，因此为了实现估算总是使用回输的废气21的质量流的数值，所述数值具有最高的信息内容。如果例如阀门32在废气回输通道18中封闭，但是回输的废气21的质量流的数值中的一个大于零，那么它的信息内容等于零，因为此数值明显是错误的。

在平衡部段54中，确定了回输的废气21的质量流的数值76，作为估算部段56的估算基础。这基本上是在平衡充填和新鲜空气质量流11的平衡的基础上进行的。但出于实施方面的原因，不是平衡质量流本身，而是平衡它所属的热函流。为了进行计算，从发动机系统2中把压力30、测得的空气消耗58、转速38和新鲜空气质量流11输入到平衡部段56中。在平衡部段54中，从图3所示的温度感应器52中产生了节流阀48之前的压缩的新鲜空气15的温度60，此温度配备了公式符号

。以相同的方式，检测废气回输通道18中的温度61，它配备了公式符号

，并将其提供给平衡部段54。代替所述测量，也可以模拟节流阀48之前的温度和在废气回输通道18中的温度。

在平衡部段54中借助具有函数表达式f₁的第一函数64确定通过节流阀48的热函流62，给其配备有公式符号

。在f₁中，新鲜空气质量流11和节流阀48之前的压缩的新鲜空气15的温度60遵循以下公式：

第一函数64的函数表达式f₁可通过用来确定热函流的热力学方法推导出来。

为了确定穿过内燃机4的热函流65，首先必须确定穿过内燃机4的体积流38，此体积流配备了公式符号

。在具有函数表达式f₂的第二函数66中，这在测得的空气消耗58和转速38的基础上按以下公式进行：

第二函数66的函数表达式f₂可通过发动机上的体积平衡（Volumenbilanz）推导出来，并且可以例如存储在发动机控制器13的存储器中。穿过了内燃机4的热函流65（其配备了公式符号

）在平衡部段54中产生，然后通过具有函数表达式f₃的第三函数70在内燃机4中的事先计算出的体积流68和压力30的基础上按以下公式产生：

第三函数70的函数表达式f₃可通过用来确定热函流的热力学方程推导出来。

为了在废气回输通道18中平衡通过阀门32的具有公式符号

的热函流72，在一种变型方案中假设，在入口17中既不能存储质量也不能存储热函。平衡的热函流72则按以下公式产生：

此公式还可针对混合位置的存储效果以及壁热过程进行扩展。

最后，平衡的热函流72通过具有函数表达式f₁的第四函数74在废气回输通道18中的温度61的基础上在回输的废气21的质量流的第一数值76中，其配备了公式符号

，按以下公式进行换算：

在估算部段56中，在回输的废气21的质量流的第一数值76以及回输的废气21的质量流

的第二数值78（其配备了公式符号

）的基础上，来估算回输的废气21的真实的质量流。第二数值78可例如直接从废气回输阀32上的压力比例52的测量通过热力学方程例如借助节流方程来确定。

在理想情况下，用于回输的废气21的质量流的第一数值76和第二数值78是大小相同的。但是在实践中，这两个数值总是有一点偏差。在用来确定估算的空气消耗51的估算部段56中，以已提到的方式和方法选出了那个由于确定的框架条件而信息内容较大的数值76、78。通过估算部段56例如卡尔曼滤波器中的估算函数80来实施此选择。

然后，从回输的废气21的由估算函数80估算出的质量流82中，与废气回输通道18中的温度61一起在第五函数84中（它是以公式（2）的函数表达式f₁为基础的）中计算出穿过废气回输通道18的估算的热函流86。然后，通过回输的废气21的这个估算的热函流86与从第一函数64中得出的穿过节流阀48的热函流62的平衡，在估算部段56中确定穿过内燃机4的估算的热函流88，在它的基础上最后在第七函数87中（它以函数表达式f₂、f₃为基础）通过压力30计算出估算的空气消耗51。

在监控部段57中，测得的空气消耗58在估算的空气消耗51的基础上通过对比（Gegenüberstellung）进行可信性验证。所述对比通过形成差值89来实现，此差值在过滤器90中检验其大小。如果测得的空气消耗58和估算的空气消耗51相差很大，则最后由监控部段57发出错误92。

按本发明，使用了空气消耗来诊断车辆中的错误，因为在存在于车辆中的调节系统的框架内反正要计算空气消耗，因此不仅用较少的测量消耗能进行诊断，而且诊断结果随着使用了空气消耗的调节的反应时间出现。

Claims (12)

1.一种用来监控具有内燃机（4）的发动机系统（2）中的错误的装置，其中发动机系统（2）构造成使空气（19）输入到具有空气消耗（51、58）的内燃机（4）中，其中所述空气消耗（51、58）指示，内燃机（4）中的空气（19）的实际的体积流与内燃机（4）中的空气（19）的理想的、理论上可能的体积流的关系，其特征在于，此装置构造成借助所述空气消耗（51、58）来确定发动机系统（2）中的错误。

2.按权利要求1所述的装置，包括：

- 测量装置，它适合用来测量所述空气消耗（58）；

- 估算装置（56），它适合用来估算所述空气消耗（51）；以及

- 检验装置（57），它适合用来在估算的空气消耗（51）的基础上可信性验证所述测得的空气消耗（58）。

3.按权利要求1或2所述的装置，其中所述装置是用于由内燃机（4）驱动的车辆的车辆诊断系统。

4.按权利要求2或3所述的装置，其中所述用于可信性验证的检验装置（57）构造

- 用来计算测得的空气消耗（58）与估算的空气消耗（51）之间的差值（89），以及

- 用来发出错误信号（92），如果此差值（89）超过了预先确定的数值。

5.一种用来驱动车辆的发动机系统（2），其包括：

- 内燃机（4），此内燃机构造成用来接收燃烧燃料的气体增压空气（10），并且用来在燃料燃烧之后排出废气（20），以及

- 按上述权利要求之任一项所述的用来发出错误（92）的装置，如果空气消耗系数（51、58）的可信性验证在测得的空气消耗系数（58）和估算的空气消耗系数（51）之间得出偏差。

6.按权利要求5所述的发动机系统（2），包括：

- 至少一个进气歧管（16），它适合用来把气体（10）吸入发动机系统（2）中；

- 至少一个废气回输装置（18），它适合用来使至少一部分废气（20）回输到内燃机（4）中；

-  至少一个混合部段（17），它适合用来使新鲜空气（10）与回输的废气（21）混合成由内燃机（4）吸入的空气（19）。

7.按权利要求6所述的发动机系统（2），其中所述装置设置用于在内燃机中的压力（30）、温度（28）和转速（38）的基础上模拟空气消耗（51、58）。

8.按权利要求6或7所述的发动机系统（2），其中所述装置设置用于在吸入的新鲜空气（10）的热函流（62）和回输的废气（21）的热函流（86）之间的热函流平衡（88）的基础上来估算所述空气消耗（51）。

9.按权利要求8所述的发动机系统（2），其中所述装置设置用于在通过废气回输装置（18）回输的废气（21）的质量流（78）的基础上来估算回输的废气（21）的热函流（86）。

10.按权利要求8或9所述的发动机系统（2），其中所述装置设置用于在通过混合部段（17）回输的气体（21）的质量流（76）的基础上来估算回输的废气（21）的热函流（86）。

11.按权利要求9和10所述的发动机系统（2），所述装置构造用于，为了估算所述空气消耗（51），选择在通过废气回输装置（18）回输的废气（21）的质量流（78）的基础上估算的热函流（86），或选择在通过混合部段（17）回输的废气（21）的质量流（76）的基础上估算的热函流（86）。

12.一种用来监控发动机系统（2）中的错误的方法，此发动机系统构造成使空气（19）输入到具有空气消耗（51、58）的内燃机（4）中，其中所述空气消耗（51、58）指示，有多少空气（19）被内燃机（4）在燃烧循环中相对于理论上可能的填充量吸进来，包括：

- 测量所述空气消耗（58）；

- 估算所述空气消耗（51）；以及

- 在估算的空气消耗（51）的基础上来可信性验证所述测得的空气消耗（58）。

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