CN104471411A - 用于对内燃机中的氧传感器的在控制仪中实现的诊断进行检查的故障模拟器 - Google Patents

用于对内燃机中的氧传感器的在控制仪中实现的诊断进行检查的故障模拟器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于在出现所连接的宽带氧传感器（10）的功能性故障时对内燃机的控制仪（14）的故障识别功能进行检查的方法，其中所述检查用布置在所述宽带氧传感器（10）与所述控制仪（14）之间的故障模拟器（12）来实施，并且其中所述故障模拟器（12）为对所述宽带氧传感器（10）的故障进行模拟而有针对性地改变在所述宽带氧传感器（10）与所述控制仪（14）之间交换的电的信号。在此规定，向所述故障模拟器输送所述宽带氧传感器（10）的能斯特电压UNOmess（11）和所述控制仪的泵电流IPMSG（16），所述故障模拟器（12）向所述宽带氧传感器（10）输送泵电流IPsonde（15）并且向所述控制仪输送能斯特电压UNOstell（13），并且所述故障模拟器（12）为对所述宽带氧传感器（10）的故障进行模拟而相对于由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess（11）改变被输送给所述控制仪的能斯特电压UNOstell（13）。此外，本发明涉及一种用于实施所述方法的故障模拟器。所述方法和所述故障模拟器能够对用于宽带氧传感器的控制仪的故障识别功能进行监控。

Description

用于对内燃机中的氧传感器的在控制仪中实现的诊断进行检查的故障模拟器
技术领域
本发明涉及一种用于在出现所连接的宽带氧传感器的功能性故障时对内燃机的控制仪的故障识别功能进行检查的方法，其中所述检查用布置在所述宽带氧传感器与所述控制仪之间的故障模拟器来实施，并且其中所述故障模拟器为对宽带氧传感器的故障进行模拟而有针对性地改变在所述宽带氧传感器与所述控制仪之间交换的电的信号。
此外，本发明涉及一种用于在出现所连接的宽带氧传感器的功能性故障时对内燃机的控制仪的故障识别功能进行检查的故障模拟器，其中所述故障模拟器为对宽带氧传感器的故障进行模拟而布置在所述宽带氧传感器与所述控制仪之间。
背景技术
为了对有害物质排放和废气后处理进行优化，在现代的内燃机中将氧传感器用于确定废气的成分并且用于控制所述内燃机。氧传感器确定所述废气的氧含量，这用于调节被输送给所述内燃机的空气燃料混合物并且由此用于调节在催化器之前的废气λ。在此通过λ-调节回路来如此调节所述内燃机的空气及燃料输入量，从而实现所述废气的、对于通过被设置在所述内燃机的排气道中的催化器进行的废气后处理来说最佳的成分。对于汽油机来说，通常调节到1的λ，也就是空气对燃料的化学计量比。由此可以将所述内燃机的有害物质排放降低到最低限度。
不同形式的氧传感器得到了使用。宽带氧传感器，也被称为连续的或线性的氧传感器，与双点-氧传感器相比能够在较宽的、围绕着λ（Lambda）=1的范围内测量所述废气中的λ值。由此比如也可以将内燃机调节到具有空气盈余的稀薄混合气的运行。
宽带氧传感器的传感器元件在表面上具有一开口，废气通过该开口流进去。在进口上连接了多细孔的层，废气通过该层扩散到一空腔中。通过传导氧离子的电解质材料来将这个空腔与外部的废气分开。不仅在所述电解质的外面而且在所述空腔的一侧上都有电极，所述电极通过线缆与插头触点相连接。处于其之间的电解质被称为泵单元。此外，在所述传感器元件的内部，在通过所述传感器元件的电解质材料与所述空腔分开的情况下存在着具有特定的、恒定的氧气浓度的参考气体。另一电极与所述参考气体处于接触之中，所述另一电极也与插头触点相连接。处于所述另一电极与所述空腔侧的电极之间的电解质被称为测量单元。
根据能斯特原理，在所述测量单元上面加载着下面被称为能斯特电压UN0的电压，其通过在所述空腔中以及在所述参考气体中的、氧化的并且还原的气体成分的浓度来确定。因为在所述参考气体中的浓度已知并且不会变化，所以所述相关性降低到在所述空腔中的浓度。
为了运行所述氧传感器，必须通过所述插头将所述氧传感器与相应的运行电子装置、通常是发动机控制仪连接起来。通过所述电极来检测所述能斯特电压UN0，并且将其传输给所述发动机控制仪。在所述发动机控制仪中有一调节回路，该调节回路将在所述测量单元上面的能斯特电压保持在额定值上，方法是：通过所述泵单元来驱动所谓的泵电流IP。为此，所述调节回路包括一泵电流调节器，该泵电流调节器经常也根据其调节量而被称为能斯特电压调节器。因为所述电流通过在电解质中通过氧离子来进行，所以在所述空腔中的氧气浓度受到影响。为了在瞬态振荡的状态中将所述能斯特电压UN0保持恒定，在稀薄混合气的范围内（λ＞1）必须从所述空腔中泵吸刚好和通过扩散阻挡层再扩散的氧气一样多的氧气。而在浓厚混合气的范围内（λ＜1）则必须将如此多的氧气泵吸到所述空腔中，从而对再扩散的、还原的废气分子进行补偿。在考虑到通过所述泵电流调节器来将在所述空腔中的氧气均势保持恒定这种事实的情况下，从扩散方程式中得到在扩散流以及由此泵电流与所述废气中的氧气浓度之间的线性的关联。现在在所述发动机控制仪中测量所述泵电流，或者由所述发动机控制仪根据所测量的能斯特电压来预先给定所述泵电流。所述泵电流代表着一种线性的、用于在废气中的氧气均势的信号。
如果宽带氧传感器有故障，那么这必须被所述发动机控制仪识别出来。为了检查，发动机控制仪是否识别宽带氧传感器的相关的故障，现今使用故障模拟器，所述故障模拟器在检查过程中布置在所述发动机控制仪与所述宽带氧传感器之间。在此，所述故障模拟器相对于所述发动机控制仪的表现像具有有待检查的故障的宽带氧传感器一样。所述发动机控制仪必须在没有软件及应用程序变化的情况下识别相关的故障情况。
有待模拟的故障情况之一是所述宽带氧传感器的λ信号的变化。在此，为所述发动机控制仪预先给定所述宽带氧传感器的、被延迟的或者被歪曲的信号。对于现今所熟知的故障模拟来说，为了模拟这种故障而改变所述泵电流，用于由此在所述宽带氧传感器中引起变化并且在所述发动机控制仪中引起相应的反应。这些变化必须通过在所述发动机控制仪中的诊断功能来识别并且显示出来。
所述泵电流的、用于对宽带氧传感器的故障进行模拟的变化可能引起以下情况：所述故障模拟本身太慢。这可能引起以下结果：所述发动机控制仪比如对由于所述废气的成分的实际的变化引起的实际的信号变化作出反应，尽管所述故障模拟器应该抑制这些变化。
对于一些发动机控制仪来说所提供的泵电流代表着所述测量信号并且没有对所产生的泵电流进行再测量，对于这些发动机控制仪来说所述泵电流是所述泵电流调节器的输出信号，并且所述能斯特电压UN0是所述泵电流调节器的输入信号。通过所述泵电流信号的变化进行的故障模拟在这里首先影响到所述宽带氧传感器。作为结果，所述能斯特电压UN0以及电此所述泵电流调节器的输入信号发生变化。已知的、用于通过所述泵电流的变化进行故障模拟的方法在这里具有以下缺点：所述泵电流的变化仅仅推迟地在所述控制仪中进行信号检测时出现。因此，一般来说无法完全抑制所述宽带氧传感器的、对信号变化的、实际的反应。
发明内容
本发明的任务是，提供一种用于对宽带氧传感器进行故障模拟的方法，该方法避免了像比如由于在所述发动机控制仪中推迟的反应或者信号传播时间而变得看得见的一样的干扰的影响。
此外，本发明的任务是，提供一种相应的故障模拟器。
本发明的、与所述方法有关的任务通过以下方式来解决：向所述故障模拟器输送所述宽带氧传感器的能斯特电压UN0mess和所述控制仪的泵电流IPMSG，所述故障模拟器向所述宽带氧传感器输送泵电流IPSonde并且向所述控制仪输送能斯特电压UN0stell，并且所述故障模拟器为对宽带氧传感器的故障进行模拟而相对于由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess来改变输送给所述控制仪的能斯特电压UN0stell。
根据本发明的一种特别优选的设计变型方案，在此可以规定，所述故障模拟器为对变化的泵电流IPMSG进行模拟而相对于由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess来改变被输送给所述控制仪的能斯特电压UN0stell。
在所述内燃机的正常的运行中，所述能斯特电压UN0的、偏离能斯特电压额定值的偏差是所述泵电流调节器的输入参量。所述泵电流IP是所述泵电流调节器的输出信号，并且同时是在所述控制仪中进一步经过处理的测量参量。通过相对于由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess来改变被输送给所述控制仪的能斯特电压UN0stell这种方式，所述故障模拟器可以引起所述泵电流信号的变化。因为这种变化在时间上在所述调节过程本身之前进行，所以在所述控制仪中没有出现对由于实际的废气的变化而引起的泵电流信号的变化的、不受欢迎的反应。此外，可以对控制仪进行检查，对于所述控制仪来说所提供的电流代表着所述测量信号，并且没有对所产生的泵电流进行再测量。
所述宽带氧传感器的、不同的故障、比如由于老化效应而延迟的响应特性或者被歪曲的能斯特信号可以通过以下方式来模拟：所述故障模拟器为对故障进行模拟而将预先给定的能斯特电压UNOstell或者根据时间而变化的能斯特电压UNOstell输出给所述控制仪。
在此可以规定，所述故障模拟器在不取决于或者取决所述由宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess的情况下预先给定所述预先给定的能斯特电压UNOstell或者所述根据时间而变化的能斯特电压UNOstell。可以通过在所述故障模拟器中所设置的μ控制器来预先给定所输出的能斯特电压UNOstell。
根据本发明的一种优选的设计变型方案，可以规定，
·被输送给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde相当于由所述发动机控制系统输出的泵电流IPMSG或者
·在由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UN0mess的基础上预先给定被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde或者
·由所述故障模拟器根据所述由控制仪输出的泵电流IPMSG来预先给定被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde。
对于被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde的选择在此可以根据有待模拟的故障来进行。如果所述泵电流IPSonde相当于所述由发动机控制系统输出的泵电流IPMSG，那么这种泵电流IPSonde就可以由所述发动机控制系统通过所述故障模拟器来传输（duchschleifen）给所述宽带氧传感器。如果所述泵电流IPSonde由所述故障模拟器来预先给定，那么所述由发动机控制系统所提供的泵电流IPMSG可以在所述故障模拟器中得到降低。
如果由所述故障模拟器根据所述由控制仪输出的泵电流IPMSG来预先给定被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde，则可以规定，与所述泵电流IPMSG相比，可以更大地或者更小地并且/或者在时间上延迟地预先给定所述根据泵电流IPMSG由所述故障模拟器预先给定的并且被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde。
为了对所述宽带氧传感器的运行状态进行监控，尤其为了对其运行温度进行监控，在正常的运行中设置了对于所述宽带氧传感器的内电阻的、有规律的测定。因此可以规定，所述故障模拟器为了内电阻测量而相对于所述控制仪模拟一种负荷并且提供相应的电压信号。
所述宽带氧传感器的不同的故障可以通过以下方式来模拟：所述由故障模拟器输出给所述控制仪的能斯特电压UN0stell的以及被输出给所述宽带氧传感器的泵电流IPSonde的、相对于所述由宽带氧传感器输出的能斯特电压UN0mess和所述由控制仪输出的泵电流IPMSG的变化可以同时或者彼此分开地进行。
本发明的、与所述故障模拟器有关的任务通过以下方式得到解决：向所述故障模拟器输送所述宽带氧传感器的能斯特电压UN0mess和所述控制仪的泵电流IPMSG，由所述故障模拟器向所述宽带氧传感器输送泵电流IPSonde并且向所述控制仪输送能斯特电压UN0stell，并且所述故障模拟器被设计用于：相对于所述由宽带氧传感器输出的能斯特电压UNOmess来改变被输送给所述控制仪的能斯特电压UN0stell。所述故障模拟器由此能够实施所描述的方法。
附图说明
下面借助于一种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是用于对控制仪的故障识别功能进行检查的故障模拟器。
具体实施方式
图1示出了一种用于对控制仪14的故障识别功能进行检查的故障模拟器12。所述故障模拟器12被布置在宽带氧传感器10与控制仪14之间。向所述故障模拟器12输送所述宽带氧传感器10的能斯特电压UN0mess11和所述控制仪14的泵电流IPMSG16。所述故障模拟器12向所述宽带氧传感器10输送泵电流IPSonde15并且向所述控制仪14输送能斯特电压UN0stell13。所述信号在此通过相应的箭头来示出，所示出的信号线的数目被限制到对于本发明的描述来说必要的数目。
使用故障模拟器12，用于在宽带氧传感器10中测试特定的故障情况。为此，将所述故障模拟器12布置在所述宽带氧传感器10与所属的控制仪14之间。所述故障模拟器12相对于所述控制仪14的表现和具有有待检查的故障的宽带氧传感器10一样，而所述宽带氧传感器10则继续运行。所述控制仪14必须在没有软件及应用程序变化的情况下识别由所述故障模拟器预先给定的故障。一种有待模拟的故障情况是所述宽带氧传感器10的λ信号的变化，从而用延迟的或者被歪曲的λ信号来蒙蔽所述控制仪14。对于所熟知的故障模拟器12来说，为此改变所述泵电流IP，用于由此在所述宽带氧传感器10中引起变化。这些变化必须通过诊断功能由所述控制仪14来识别。
所述泵电流IP的、用于对所述宽带氧传感器10的故障进行模拟的变化可能引起以下情况：所述故障模拟本身太慢。这可能在所述控制仪14中引起以下结果：所述控制仪比如在出现废气成分的、相应的实际的变化时对实际的信号变化作出反应，尽管所述故障模拟器12应该抑制这种变化。
因此，按照本发明来规定，通过所述故障模拟器12在所述能斯特电压UN0的基础上实施所述故障模拟。为此，所述故障模拟器12也中断将所述由宽带氧传感器10输出的能斯特电压UN0mess输送给所述控制仪14的过程，并且将相应地变化的能斯特电压UN0stell13输出给所述控制仪14。所述故障模拟器12因此可以引起所述泵电流IPMSG16的变化，方法是：相应地改变所述能斯特电压UN0stell13。因为这种变化在时间上在所述调节过程本身之前进行，所以在所述控制仪14中看不到不受欢迎的、对由于实际的废气的变化而引起的泵电流信号的变化的反应。
所述控制仪14可以任意地预先给定所输出的能斯特电压UN0stell13以及尤其所述能斯特电压UN0stell13的时间上的变化。这可以通过在所述故障模拟器12中所设置的μ控制器、比如根据所测量的能斯特电压UN0mess或者在不取决于所述能斯特电压UN0mess的情况下进行。
随后由所述控制仪14所计算和输出的泵电流IPMSG16可以直接通过所述故障模拟器12来传输给所述宽带氧传感器10。作为替代方案，可以在对所述宽带氧传感器10没有影响的情况下在所述故障模拟器12中降低所述泵电流IPMSG16。在这种情况下向所述宽带氧传感器10加载在所述故障模拟器12中在所述能斯特电压UN0mess11的基础上所计算的泵电流IPSonde15。第三种可行方案在于，根据所述泵电流IPMSG16对所述泵电流IPMSG15进行控制，并且将其传输给所述宽带氧传感器10。在此，相对于所述泵电流IPMSG16可以更大地、更小地或者在时间上延迟地选择所述泵电流IPSonde15。

Claims (9)

1.用于在出现所连接的宽带氧传感器（10）的功能性故障时对内燃机的控制仪（14）的故障识别功能进行检查的方法，其中所述检查用布置在所述宽带氧传感器（10）与所述控制仪（14）之间的故障模拟器（12）来实施，并且其中所述故障模拟器（12）为对所述宽带氧传感器（10）的故障进行模拟而有针对性地改变在所述宽带氧传感器（10）与所述控制仪（14）之间交换的电的信号，其特征在于，向所述故障模拟器（12）输送所述宽带氧传感器（10）的能斯特电压UN0mess（11）和所述控制仪（14）的泵电流IPMSG（16），所述故障模拟器（12）向所述宽带氧传感器（10）输送泵电流IPSonde（15）并且向所述控制仪（14）输送能斯特电压UN0stell（13），并且所述故障模拟器（12）为对所述宽带氧传感器（10）的故障进行模拟而相对于由所述宽带氧传感器（10）输出的能斯特电压UNOmess（11）改变被输送给所述控制仪（14）的能斯特电压UN0stell（13）。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障模拟器（12）为对变化的泵电流IPMSG（16）进行模拟而相对于由所述宽带氧传感器（10）输出的能斯特电压UNOmess（11）来改变被输送给所述控制仪（14）的能斯特电压UN0stell（13）。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述故障模拟器（12）为对故障进行模拟而将预先给定的能斯特电压UNOstell（13）或者根据时间而变化的能斯特电压UNOstell（13）输出给所述控制仪（14）。
4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述故障模拟器在不取决于或者取决于由所述宽带氧传感器（10）输出的能斯特电压UNOmess（11）的情况下预先给定所预先给定的能斯特电压UNOstell（13）或者根据时间而变化的能斯特电压UNOstell（13）。
5.按权利要求1到4中任一项所述的方法，其特征在于，
·被输出给所述宽带氧传感器（10）的泵电流IPSonde（15）相当于由所述发动机控制系统（14）输出的泵电流IPMSG（16）或者
·由所述故障模拟器（12）在由所述宽带氧传感器（10）输出的能斯特电压UN0mess（11）的基础上预先给定被输出给所述宽带氧传感器（10）的泵电流IPSonde（15）或者
·由所述故障模拟器（12）根据由所述控制仪（14）输出的泵电流IPMSG（16）来预先给定被输出给所述宽带氧传感器（10）的泵电流IPSonde（15）。
6.按权利要求5所述的方法，其特征在于，与所述泵电流IPMSG（16）相比，更大地或者更小地并且/或者在时间上延迟地预先给定根据所述泵电流IPMSG（16）由所述故障模拟器（12）预先给定的并且输出给所述宽带氧传感器（10）的泵电流IPSonde（15）。
7.按权利要求1到6中任一项所述的方法，其特征在于，所述故障模拟器（12）为了内电阻测量而相对于所述控制仪（14）模拟负荷并且提供相应的电压信号。
8.按权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，由所述故障模拟器（12）输出给控制仪（14）的能斯特电压UN0stell（13）的以及被输出给所述宽带氧传感器（10）的泵电流IPSonde（15）的、相对于由所述宽带氧传感器输出的能斯特电压UN0mess（11）和由所述控制仪（14）输出的泵电流IPMSG（16）的变化同时或者彼此分开地进行。
9.故障模拟器（12），用于在出现所连接的宽带氧传感器（10）的功能性故障时对内燃机的控制仪（14）的故障识别功能进行检查，其中所述故障模拟器（12）为对所述宽带氧传感器（10）的故障进行模拟而布置在所述宽带氧传感器（10）与所述控制仪（14）之间，其特征在于，向所述故障模拟器（12）输送所述宽带氧传感器（10）的能斯特电压UN0mess（11）和所述控制仪（14）的泵电流IPMSG（16），由所述故障模拟器（12）向所述宽带氧传感器（10）输送泵电流IPSonde（15）并且向所述控制仪（14）输送能斯特电压UN0stell（13），并且所述故障模拟器（12）被设计用于相对于由所述宽带氧传感器（10）输出的能斯特电压UNOmess（11）来改变被输送给所述控制仪（14）的能斯特电压UN0stell（13）。
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