CN105089759B - 用于对排气净化设备的组件的拆除进行诊断的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对在内燃机的排气系中的排气净化组件的拆除进行诊断的方法，其中利用第二传感器确定所述排气系中在排气净化组件之前的排气的状态参量的第一时间曲线以及在所述排气净化组件之后的排气的状态参量的第二时间曲线。按照本发明规定，为了识别所述排气净化组件的拆除形成所述第一时间曲线的第一梯度和所述第二时间曲线的第二梯度，在所述第一梯度的时间曲线与所述第二梯度的时间曲线之间形成相关性并且在相关系数超过预先给定的界限时推断出所述排气净化组件的拆除。所述方法具有以下优点：即使在绝对温差很小时，尤其像在汽油直喷器作为内燃机时就是这种情况，也能够实现拆除诊断。

Description

用于对排气净化设备的组件的拆除进行诊断的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于对在内燃机的排气系中的排气净化组件的拆除进行诊断的方法，其中利用第二传感器确定所述排气系中在所述排气净化组件之前的排气的状态参量的第一时间曲线以及在所述排气净化组件之后的排气的状态参量的第二时间曲线。

此外，本发明涉及一种用于实施按本发明的方法的装置、尤其诊断单元。

背景技术

尤其在美国和欧洲，排放立法规定了用于微粒质量的排放以及也用于微粒数目或者微粒浓度的界限值。此外，也存在着关于氮氧化物及一氧化碳的允许的排放的规定。除了所述排放界限值之外，此外要说明诊断界限值，在超过所述诊断界限值时必须显示故障。在车辆中，为此要实现诊断功能，所述诊断功能在车辆运行的过程中在车载诊断（OBD）的范围内对为了降低排放而安装的构件和组件进行监控并且将导致超过所述诊断界限值的后果的故障显示出来。这样的诊断的部分方面是识别用于进行排气净化的组件的拆除情况。由用柴油或者汽油来运行的发动机排出的炭黑微粒能够借助于柴油颗粒过滤器（DPF）来有效地从排气中除去。目前，所谓的壁流式柴油颗粒过滤器（DPF）是现有技术。通过其单侧封闭的通道以及多细孔的过滤材料，能够实现高达99%的炭黑分离率。这样的过滤器必须时常以热的方式得到再生。在此，借助于发动机内部的或者发动机外部的措施来提高温度，并且由此将在所述过滤器中的所收集的炭黑烧尽，因为否则排气背压会过于剧烈地上升。

为了检查所述颗粒过滤器的功能能力，一般要在发动机的运行过程中连续地对颗粒过滤器的状态进行监控。对于所述颗粒过滤器的监控能够借助于压力传感器或者微粒传感器来进行。尤其对于比较严格的美国界限值来说，将微粒传感器用于对所述柴油颗粒过滤器进行监控。

由DE 10 2010 002 691 A1公开了用于对作为处于内燃机的排气系中的排气净化设备的组成部分的颗粒过滤器进行诊断的一种方法和一种装置，其中为了对所述颗粒过滤器进行监控而测量在所述颗粒过滤器的进口与出口之间的压差并且在诊断单元中对这种压差进行测评。在此规定，从两次压差测量或者两次绝对压力测量中确定所述颗粒过滤器上面的压差。由此能够改进所述车载诊断并且即使在所述颗粒过滤器被操纵或者甚至被拆除时也能够探测到。

汽油机中的颗粒过滤器能够在与处于靠近发动机的安装位置中的三通路催化器和布置在后面的、未经镀膜的汽油颗粒过滤器的组合中或者作为经过镀膜的颗粒过滤器（所谓的4通路催化器=3通路催化器+颗粒过滤器）被装入在靠近发动机的安装位置中。在此显而易见的是，将在柴油系统中所使用的方法用于对所述颗粒过滤器进行诊断，也就是说借助于压力传感器来测量压力升高情况或者借助于微粒传感器来测量在所述颗粒过滤器后面的微粒质量。

在用汽油来驱动的车辆中在对颗粒过滤器进行诊断时，成问题的是，在所述颗粒过滤器上出现比在柴油车辆中的情况明显低的压差。原因是：在汽油机中排气质量流量明显更低并且在汽油驱动车辆中由于较少的炭黑毛重量排放（Rußrohmasseemissionen）而对颗粒过滤器硬件进行了不一样的设计。因此，在这里，压力传感装置必须具有提高了的精度；这尤其也涉及压差传感器的偏移误差。

更确切地说本申请人已知一些文献，在这些文献中一方面能够提高所测量的绝对的压差值，其方式为：在惯性滑行中打开节流阀并且由此提高所述排气质量流量。在另一种方案中，能够提高所测量的绝对的压差，如果发动机的效率由于较迟的点火角而变差。但是，这样的主动的干预在行驶运行的方面是不利的。

作为借助于压力测量进行的监控的替代方案，知道用温度传感器来为催化器进行拆除识别。借助于所述温度传感器来对在所述催化器中所储存的热量进行评估，并且将其与基准值进行比较。如果所测量的热差小于所述基准值，则识别出所述催化器的拆除，因为空管可能储存比催化器少的热量。也知道用温度传感器进行诊断，所述诊断研究组件的放热。

从具有内部的编号R.351781的文献中公开了一种用于对颗粒过滤器进行拆除识别的方法，该方法在冷起动的过程中或者在再生的过程中对在所述颗粒过滤器之前及之后的温度的曲线进行评估。

由DE 10358195A1公开了一种用于对布置在内燃机的排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排气温度的尺度，并且其中由第二温度传感器来测量在所述构件之后出现的第二排气温度。在此规定，通过关于所述第二排气温度来对所述第一排气温度进行评估的方式来检查通过所述构件的热容量来确定的低通特性，并且在改变预先给定的、用于所述构件的低通特性的尺度时输出错误信号（Fehlsignal）。在从属权利要求2中规定，所述用于第一排气温度（TvK）的尺度借助于排气的模型来计算，在该模型中对内燃机（10）的燃料信号（ME）和/或空气质量信号或者空气流量信号（mL）加以考虑。在从属权利要求6中要求，设置了所述第一及第二排气温度（TvK、TnK）的梯度形成以及随后的对于所述梯度的评估。在从属权利要求10中要求，设置了所述第一排气温度（TvK）与所述第二排气温度（TnK）的相关性。与本发明不同的是，没有实施所述第一与第二排气温度的梯度的、时间曲线的相关性。

所熟知的基于温度测量的诊断方法的不利之处是，需要较大的绝对温差，所述绝对温差例如会在加热阶段中出现或者能够通过组件的放热来获得。对于颗粒过滤器来说，这仅仅在通过炭黑烧尽进行再生的过程中来实现。对于用汽油来运行的内燃机来说，由于在颗粒过滤器中炭黑质量较小而很少能够或者根本不能得到实现。

发明内容

因此本发明的任务在于，提供一种方法，利用该方法即使在温差较小时也能够以基于温度测定的方法识别颗粒过滤器或者催化器的拆除。

本发明的任务还在于，提供一种用于实施所述方法的相应的装置、尤其诊断单元。

涉及方法的任务通过以下方式来解决：为了识别所述排气净化组件的拆除形成第一时间曲线的第一梯度和第二时间曲线的第二梯度，在第一梯度的时间曲线与第二梯度的时间曲线之间形成相关性，并且在相关系数超过预先给定的界限时推断出所述排气净化组件的拆除。所述用于拆除识别的方法能够借助排气的状态参量来应用，所述状态参量在所述内燃机的运行期限内动态地变化并且其动态性受到有待检查的排气净化组件的影响，因为所述排气净化组件具有储存作用或者其它变型的作用如放热。在典型的行驶周期的实施例中可能显示出，交叉相关性系数在存在排气净化组件的情况下在瞬态振荡持续时间之后处于数量级0.3中，而所述交叉相关性系数在拆除排气净化组件的情况下则达到0.8的数值。由此能够明确地指明拆除。

在所述方法的设计方案中，利用第一传感器或者由模型确定所述排气系中在所述排气净化组件之前的排气的状态参量的第一时间曲线，使得在所述排气净化组件之后的所测量的时间曲线与在所述排气净化组件之前的所测量的或者所建模的时间曲线相关联。如果是所述状态参量的第k个在所述组件之前所测量的梯度并且是所述状态参量的第k个在所述组件之后所测量的梯度，那么对于使在所述组件之前及之后所测量的数值相互关联的、标准化的交叉相关性 来说适用：

；

在此用来考虑到经过所述排气后处理组件的气体通过时间。所述标准化借助在所述排气净化组件之前的曲线的自相关性来实现。

对于使在所述组件之前所建模的数值与在所述组件之后所测量的数值相互关联的、标准化的交叉相关性KKF_Z2来说适用：

；

其中是所述状态参量的第k个在所述组件之前所建模的数值。

所述用于对在内燃机的排气系中的排气净化组件的拆除进行诊断的方法的一种替代方案规定，由用于所述排气净化组件的模型或者由用于空管件的模型确定在所述排气系中在排气净化组件之后的排气的状态参量的第一时间曲线并且利用第二传感器确定在所述排气净化组件之后的排气的状态参量的第二时间曲线。按照本发明规定，为了识别所述排气净化组件的拆除形成所述第一时间曲线的第一梯度和所述第二时间曲线的第二梯度，在所述第一梯度的时间曲线与所述第二梯度的时间曲线之间形成相关性，并且在相关系数超过预先给定的界限时推断出所述排气净化组件的拆除。对于所述标准化的交叉相关性KKF_Z3来说，用、也就是所述状态参量的第k个在所述基准组件（排气净化组件或者空管）之后所建模的数值适用以下关系式：

；

在此有利的是，不必对经过所述组件的气体通过时间加以考虑。在正确地安装了所述排气净化组件并且以KKF_Z3对其进行建模的情况下，所述KKF_Z3具有大数值。同样，如果移除所述排气净化组件并且以KKF_Z3对空管进行建模，KKF_Z3也具有大数值。在所有其它情况中，KKF_Z3具有小数值。

在一种方法变型方案中规定，作为所述排气的状态参量单个地或者组合地使用其氧气、湿气、碳氢化合物、一氧化碳或者氮氧化物的含量，并且如果所述标准化的交叉相关性具有大数值，则推断出作为排气净化组件的催化器的拆除。在这种变型方案中规定，作为传感器示例性地使用用于所述排气的氧含量的氧传感器。

如果在所述排气系中使用温度传感器，则规定作为所述排气的状态参量使用其温度，并且如果所述相关性具有大数值，则推断出作为排气净化组件的催化器或者颗粒过滤器的拆除。相对于现有技术，所述方法拥有以下优点：即使在绝对温差很小时，尤其像汽油直喷器作为内燃机时就是这种情况，也能够实现拆除诊断，而不需要在所述系统中进行附加的主动的干预、比如提高质量流量或者在惯性滑行中打开节流阀。

在一种特别合适的方法变型方案中规定，作为相关性形成所述第一梯度与第二梯度的时间曲线的标准化的交叉相关性，其中利用所述排气的状态参量的第一梯度的时间曲线的自相关函数来对所述交叉相关性进行标准化。

所述方法尤其适合于用在用汽油运行的内燃机中，在所述用汽油运行的内燃机中排气设备具有催化器和颗粒过滤器或者催化器-颗粒过滤器组合或者经过催化涂层的颗粒过滤器。在这样的技术环境中，根据现有技术所使用的、基于所述颗粒过滤器上的压差或者在所述催化器之前及之后的温差的方法就仅仅稍许地合适了。但是，按本发明的对于相应所使用的状态参量的梯度的时间上的变化的测评则能够可靠地发现所述排气净化组件的拆除。

涉及装置的任务通过以下方式得到解决：所述诊断单元具有用于实施所述方法的机构并且尤其包括计算单元，该计算单元用于在假设存在或者拆除所述排气净化组件的情况下、利用在所述排气净化组件之前的排气的状态参量的梯度的所测量的或者所建模的时间曲线或者在所述排气净化组件之后的排气的状态参量的梯度的所建模的时间曲线、由在所述排气净化组件之后的排气的状态参量的梯度的时间曲线中确定交叉相关系数，并且所述诊断单元包括用于将所述交叉相关系数与预先确定的阈值进行比较的比较级。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例来对本发明进行详细解释。附图示出：

图1是用于本发明的技术环境的示意图；

图2是所述技术环境的一种变型方案的示意图，在所述变型方案中能够运用所述方法；

图3是用于在存在颗粒过滤器的情况下的相关系数的时间曲线图；并且

图4是用于在拆除颗粒过滤器的情况下的相关系数的时间曲线图。

具体实施方式

图1示意性地示出了所述技术环境，在该技术环境中能够运用按本发明的方法。在此示例性地示出了构造为汽油机的内燃机10，其中所述内燃机的排气通过排气系12来排出，在所述排气系中布置了排气净化组件14。在所示出的实施方式中，沿着排气流19的流动方向，在所述排气道12中在所述内燃机10之后并且在所述排气净化组件14之前布置了第一传感器13，并且在所述排气净化组件14之后布置了第二传感器15。所述第一传感器13及第二传感器15的输出信号被输送给诊断单元11，该诊断单元是发动机控制系统（ElectronicControl Unit，电子控制单元）的一部分。

为了在车载诊断（OBD）的范围内对所述排气净化组件14的拆除进行诊断，按照本发明对所述第一传感器13及第二传感器15的输出信号的梯度进行研究。如果所述排气净化组件14是催化器，则能够借助于构造为氧传感器的第一及第二传感器13、15来确定在所述排气中的氧浓度。在所述诊断单元11中，从中确定在所述催化器之前及之后的氧浓度的梯度的时间曲线以及所述曲线的交叉相关性。如果所述催化器被拆除，那么所述梯度的时间曲线就良好地相一致并且确定了较大的、例如0.8的相关系数。在存在催化器的情况下，其用于氧气的储存能力引起在所述催化器之前及之后的梯度的不同的曲线。由此所述曲线的相关性较小，并且所述相关系数例如大约为0.4。

图2示出了一种作为替代方案的技术环境。图1的排气净化组件14在这里被划分为催化器16和颗粒过滤器17。除了现在布置在所述催化器16之后的第二传感器15之外，在所述排气系12中在所述颗粒过滤器17之后布置了第三传感器18。所有传感器13、15和18的输出信号被输送给所述诊断单元11。在一种实施例中，所述传感器13、15和18构造为温度传感器。由此能够在所述催化器16及所述颗粒过滤器17之前及之后确定所述温度曲线的梯度的时间曲线，并且在所述诊断单元11中确定其标准化的交叉相关性KKF_T1。所述标准化在此相应地利用在所述催化器16或者颗粒过滤器17的上游测定的温度曲线的梯度的自相关函数来实现。

；

其中是第k个在所述组件之前测量的温度梯度，并且是第k个在所述组件之后所测量的温度梯度。在此用来对经过所述排气后处理组件的气体通过时间加以考虑。

在一种方法变型方案中，对在相应的排气后处理组件之前的温度曲线进行建模并且通过标准化的交叉相关性KKF_T2将其与在所述组件之后的所测量的曲线进行比较。在此适用：

；其中是第k个在所述组件之前所建模的温度梯度。

所述催化器16和所述颗粒过滤器17也能够被组合为所谓的四路催化器（Four-Way-Catalyst（FWC）），其中涉及经过催化涂层的颗粒过滤器17。

图3在第一时间曲线图20中示出了在对在所述内燃机10的排气系12中在功能正常的颗粒过滤器17之前和之后的温度曲线进行评估时标准化的交叉相关系数KKF_T1的第一时间曲线22。所述第一时间曲线22沿着第一时间轴23和第一相关系数轴21来绘出。所述第一时间曲线22在靠近1的数值处开始，这相当于非常好的相关性。但是，由于所述颗粒过滤器17，在所述颗粒过滤器17之前及之后的温度梯度的时间曲线明显地彼此不同；在所述颗粒过滤器17之后的动态性明显较小。即使在所述交叉相关性中对经过所述颗粒过滤器的气体通过时间加以考虑，所述第一时间曲线22也随着时间的进展而剧烈下降，并且在数值0.3的周围达到平均值，这相当于较差的相关性。

图4在第二时间曲线图30中示出了在对在所述内燃机10的排气系12中在拆除颗粒过滤器17之前和之后的温度曲线进行评估时标准化的交叉相关系数KKF_T1的第二时间曲线32。所述第二时间曲线32沿着第二时间轴33和第二相关系数轴31来绘出。所述第二时间曲线32在靠近1的数值处开始，这相当于非常好的相关性。但是，由于所述颗粒过滤器17的拆除，在所述颗粒过滤器17之前及之后的温度梯度的时间曲线彼此区别只有很小；在所述颗粒过滤器17（空管件）之后的动态性与在其之前的动态性大概相同。由此，所述第二时间曲线32随着时间的进展仅仅稍微地下降，并且在围绕着0.8的数值处达到平均值，这相当于很好的相关性。

所述诊断方法在有利的设计方案中作为软件被保存在所述诊断单元11中，并且尤其能够用在具有汽油滤清器的汽油机中，但是原则上也能够用在柴油机中。

Claims (10)

1.用于对在内燃机（10）的排气系（12）中的排气净化组件（14）的拆除进行诊断的方法，其中利用第二传感器（15）来确定所述排气系中在所述排气净化组件（14）之前的排气的状态参量的第一时间曲线以及在所述排气净化组件（14）之后的排气的状态参量的第二时间曲线，其特征在于，为了识别所述排气净化组件（14）的拆除形成所述第一时间曲线的第一梯度和所述第二时间曲线的第二梯度，在所述第一梯度的时间曲线与所述第二梯度的时间曲线之间形成相关性，并且在相关系数超过预先给定的界限时推断出所述排气净化组件（14）的拆除。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，利用第一传感器（13）或者由模型确定所述排气系中在所述排气净化组件（14）之前的排气的状态参量的第一时间曲线。

3.用于对在内燃机（10）的排气系（12）中的排气净化组件（14）的拆除进行诊断的方法，其中由用于所述排气净化组件（14）的模型或者由用于空管件的模型确定所述排气系中在所述排气净化组件（14）之后的排气的状态参量的第一时间曲线，并且利用第二传感器（15）来确定在所述排气净化组件（14）之后的排气的状态参量的第二时间曲线，其特征在于，为了识别所述排气净化组件（14）的拆除形成所述第一时间曲线的第一梯度和所述第二时间曲线的第二梯度，在所述第一梯度的时间曲线与所述第二梯度的时间曲线之间形成相关性，并且在相关系数超过预先给定的界限时推断出所述排气净化组件（14）的拆除。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述排气的状态参量单个地或者组合地使用其氧气、湿气、碳氢化合物、一氧化碳或者氮氧化物的含量，并且如果所述相关性具有大数值0.8，则推断出作为排气净化组件（14）的催化器的拆除。

5.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述排气的状态参量单个地或者组合地使用其氧气、湿气、碳氢化合物、一氧化碳或者氮氧化物的含量，并且如果所述相关系数超过预先给定的界限0.8时，则推断出作为排气净化组件（14）的催化器的拆除。

6.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述排气的状态参量使用其温度，并且如果所述相关性具有大数值0.8，则推断出作为排气净化组件（14）的催化器或者颗粒过滤器的拆除。

7.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，作为所述排气的状态参量使用其温度，并且如果所述相关系数超过预先给定的界限0.8时，则推断出作为排气净化组件（14）的催化器或者颗粒过滤器的拆除。

8.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，作为相关性形成所述第一梯度的和所述第二梯度的时间曲线的标准化的交叉相关性，其中用所述排气的状态参量的第一梯度的时间曲线的自相关函数来对所述交叉相关性进行标准化。

9.按权利要求1到8中任一项所述的方法的用途，用于利用汽油运行的内燃机（10）中，在所述利用汽油运行的内燃机中排气设备具有催化器（16）和颗粒过滤器（17）或者催化器-颗粒过滤器组合或者经过催化涂层的颗粒过滤器（17）。

10.用于对在内燃机（10）的排气系（12）中的排气净化组件（14）的拆除进行诊断的诊断单元（11），其特征在于，所述诊断单元（11）具有用于实施按权利要求1到8中任一项所述的方法的机构并且包括计算单元，所述计算单元用于在假设存在或者拆除所述排气净化组件（14）的情况下、利用在所述排气净化组件（14）之前的排气的状态参量的梯度的所测量的或者所建模的时间曲线或者在所述排气净化组件（14）之后的排气的状态参量的梯度的所建模的时间曲线、由在所述排气净化组件（14）之后的排气的状态参量的梯度的时间曲线确定交叉相关系数，并且所述诊断单元（11）包括用于将所述交叉相关系数与预先确定的阈值进行比较的比较级。