CN105089761B - 用于诊断颗粒过滤器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于诊断颗粒过滤器的方法，颗粒过滤器作为内燃机的废气线路中的废气清洁设备的组成部分，为了监控颗粒过滤器，测量在颗粒过滤器的入口和出口之间的压差并且将该压差在诊断单元中评价。本发明还涉及用于实施根据本发明的方法的装置，尤其诊断单元。根据本发明，为了识别颗粒过滤器的拆卸或损坏的颗粒过滤器，使在颗粒过滤器上的测量压差的时间梯度与功能正常的参考颗粒过滤器的压差的预期时间梯度置于关联中并且评价该关联。该方法相对于现有技术具有如下优点，即使在特别小的绝对压差，如尤其在汽油直接喷射作为内燃机的情况下那样，也能够实现拆卸诊断，无需系统中的额外的主动介入，例如提高质量流量或在惯性行驶中打开节流翻板。

Description

用于诊断颗粒过滤器的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于诊断颗粒过滤器的方法，所述颗粒过滤器作为内燃机的废气线路中的废气清洁设备的组成部分，其中，为了监控所述颗粒过滤器，测量在所述颗粒过滤器的入口和出口之间的压差并且将该压差在一诊断单元中进行评价。

本发明还涉及一种用于实施根据本发明的方法的装置，尤其诊断单元。

背景技术

排放法规尤其在美国和欧洲设定了针对颗粒质量以及颗粒数量或颗粒浓度的排放极限值。除了排放极限值之外，同样给出了诊断极限值，在超过该诊断极限值的情况下必须显示故障。在车辆中为此执行诊断功能，其在车辆运行期间在在线诊断（OBD）中监控为了减小排放所安装的构件和部件，并且显示出导致超过所述诊断极限值的故障。

由马达、尤其柴油马达排放的烟尘颗粒可以借助于柴油颗粒过滤器（DPF）有效地从废气中去除。目前是现有技术中所谓的壁流式柴油颗粒过滤器（DPF）。通过其单侧关闭的通道以及多孔的过滤器材料实现了直至99%的烟尘分离。缺点是，该过滤器必须时不时地热再生。在此，借助于马达内部或马达外部的措施进行一温度升高且由此将过滤器中聚集的烟尘燃烧掉，因为否则会使得废气反压力强烈地升高。

为了检测颗粒过滤器的功能特性，通常在马达运行期间连续地监控颗粒过滤器的状态。颗粒过滤器的监控可以借助于压力传感器或颗粒传感器来进行。尤其针对更加严格的美国极限值，采用用于监控柴油颗粒过滤器的颗粒传感器。

从DE 10 2010 002 691 A1中例如公开了一种用于诊断颗粒过滤器的方法和装置，该颗粒过滤器作为内燃机的废气线路中的废气清洁设备的组成部分，其中，为了监控所述颗粒过滤器，测量在所述颗粒过滤器的入口和出口之间的压差并且将该压差在一诊断单元中进行评价。在此规定，经过颗粒过滤器的压差从两个压差测量中或两个绝对压力测量中确定。由此可以改善在线诊断并且还可以检测，何时操纵了颗粒过滤器甚至何时拆除了颗粒过滤器。

从DE 10 2005 034 270 A1中公开了一种用于实施用于诊断布置在内燃机的废气区域中的压差传感器的方法以及装置，其检测在废气构件、尤其在颗粒过滤器上出现的压差，并且作为压差信号来提供，其中，由于废气压力的预先给定的变化而引起的压差信号的动态行为在该废气构件之前的上游进行评价。

颗粒过滤器在汽油马达中还没有批量应用。由于更严格的排放法规，尤其针对汽油直接喷射马达，几乎每个车辆制造商都在讨论废气后处理的马达内部的以及马达外部的措施。这样，在汽油系统中讨论具有在马达附近的安装位置中的三路径催化器，和连接在后面的、未涂层的汽油颗粒过滤器以及在马达附近的安装位置中的涂层的颗粒过滤器（所谓的4路径催化器=3路径催化器+颗粒过滤器）。在此情况下可想而知的是，考虑在柴油系统中使用的用于诊断颗粒过滤器的方法，也就是说，借助于压力传感器来测量压力升高或在颗粒过滤器后面借助于颗粒传感器测量颗粒质量。

在汽油驱动的车辆中的问题是，颗粒过滤器上的压差比在柴油车辆中的情况明显更小。原因是在汽油机中明显更小的废气质量流量以及由于更小的烟灰未处理重量排放而在汽油车辆中的所述颗粒过滤器硬件的其它设计。

虽然申请人公开了如下文献，其中，一方面可以提高测量的绝对压差值，方式为，在惯性行驶中打开节流翻板且因此提高了废气质量流量。在另一种应用中，当马达的效率通过后来的点火角度而变差时，提高了测量的绝对压差值。但这种主动介入在行驶运行方向是不利的。

颗粒质量和颗粒数量的未处理排放在柴油汽车中比在汽油马达中高出多倍。汽油车辆通常低于目前有效的针对颗粒质量的排放极限值且因此低于有效的诊断极限值。针对按照EU6c的新规定的颗粒数量的极限值当然被几种车辆类型所超出，如果不介入附加措施的话。由此针对按照EU6b（2014）和EU6c（2017）的废气规定的颗粒数量仅给出了排放极限值，但没有给出诊断极限值，预期的是，类似于柴油车辆，立法者要求在超过颗粒质量排放极限值和颗粒数量排放极限值的情况下的颗粒过滤器的拆卸识别或完全失效识别作为最低要求。

发明内容

因此，本发明的任务是，提出一种方法，利用该方法尤其在汽油驱动的车辆的情况下能够在牢靠（robusteren）的在线诊断方面识别这种操纵或损坏的颗粒过滤器。

本发明的任务还在于，提出一种用于实施该方法的相应的装置。

涉及该方法的任务通过权利要求1至9的特征来解决。

根据本发明在诊断方法中规定，为了识别颗粒过滤器的拆卸或损坏的颗粒过滤器，使在所述颗粒过滤器上的测量压差的时间梯度与功能正常的参考颗粒过滤器的压差的预期时间梯度置于关联中并且评价该关联。如果颗粒过滤器正确地安装在废气线路中，得到从当前的测量和预期的参考值的压差的时间梯度之间的良好的关联。如果颗粒过滤器被拆卸或是损坏的，则不存在或仅存在两个信号的特别弱的关联。因此可以可靠地检测颗粒过滤器的拆卸或失效。在该做法中有利的还有，与已知的基于压差的方法不同，不观察经过颗粒过滤器的绝对压差，而是观察其时间变化。因此，尽管很小的绝对压差，也能够实现利用压差传感器的拆卸诊断。该方法的另一个优点在于，其相对于压差传感器的偏移公差是绝对牢靠的。所述公差大大地加大了所有基于绝对压差的诊断方法的难度。此外，不需要系统中的额外的主动接入，例如质量流量提高，比如在惯性行驶中打开节流翻板，或点火角变差，如前面提到的那样。

优选地，如根据本发明的方法的一种变型中设置，参考颗粒过滤器的压差的预期值模型化地根据当前的运行参量来获知。这通常在上级的马达控制系统中提供，从而由此利用很小的应用费用就能计算出针对参考颗粒过滤器的当前压差的预期值。

以有利的方式，经过功能正常的参考颗粒过滤器的压差的时间梯度从一体积流量和/或其时间梯度以及所述功能正常的参考颗粒过滤器的流动阻力中计算出。流动阻力在此可以在诊断单元中作为固定值来存储或与一个或多个参数相关地存储在特征场存储单元中。

在另一种优选的方法变型中可以规定，经过颗粒过滤器的测量压差和/或经过参考过滤器的预期压差和/或用于确定模型式的压差的体积流量被低通过滤。由此可以抑制针对诊断的由干扰引起的信号波动，这提高了诊断品质。

该优选的方法规定，借助于从经过颗粒过滤器的测量压差的梯度和经过参考过滤器的预期压差的梯度中形成交互关联来形成标准化的交互关联因子。标准化的交互关联因子与梯度的信号高度无关且具有针对不足关联的较低值以及针对良好关联的较高值。

此外规定，所述交互关联因子与事先获知的并且存储在所述诊断单元中的阈值进行比较，并且在低于所述阈值的情况下，检测出有故障的或不存在的颗粒过滤器，并且在达到或超过所述阈值的情况下，诊断出功能正常的颗粒过滤器。该阈值在此作为固定值存储在诊断单元中或者作为与内燃机的其它运行参数相关的特征场来存储。由此能够实现在拆卸的或损坏的颗粒过滤器与仍功能正常的颗粒过滤器之间的可靠的区分。由此几乎可以排除有错误的诊断结果。

该诊断方法在如下情况下特别可靠地起作用，当达到和/或超过了尤其在预期压差的梯度的情况下的确定的动态临界时实施该诊断。纳入考虑的还有废气质量流量的梯度、废气体积流量的梯度、马达转速的梯度或从中导出的参量的梯度。

之前描述的方法变型在如下情况下同样可靠地起作用，当所述压差和其时间梯度从两个压差传感器和/或两个绝对压力传感器的信号中确定，所述压差传感器和/或绝对压力传感器在废气线路中布置在颗粒过滤器上游和下游时。

如之前描述的该方法的一种特别优选的应用规定了该方法在汽油驱动的内燃机中的应用，在该情况下，废气设备具有至少一个分开的催化器和至少一个颗粒过滤器或至少一个催化器-颗粒过滤器组合或至少一个催化涂层的颗粒过滤器，所谓的4路径催化器，在它们上也可以在催化器壳体上安装压差传感器。尤其在这些马达中得到了很小的体积流量，从而仅会出现经过这种汽油颗粒过滤器的很小的压差，如文章开头所述，从而借助于根据本发明的方法利用其变型的应用尤其在此实现了不允许的颗粒过滤器拆卸或损坏的颗粒过滤器的安全和可靠的诊断，且因此也可以满足预期的将来的法律规定。

涉及所述装置的任务通过如下方式解决，即所述诊断单元具有用于实施具有前面描述的特征的方法的装置并且尤其包括用于从经过所述颗粒过滤器的测量压差的时间梯度和一参考颗粒过滤器的模型式地确定的压差的梯度中确定一交互关联因子的计算单元，以及用于将所述交互关联因子与一可存储在诊断单元中的阈值进行比较的比较单元。在此功能特性可以基于软件在诊断单元中转换。诊断单元可以在此实施成单独的单元或实施成上级的马达控制系统的集成的组成部分。

附图说明

下面借助附图中展示的实施例详细阐释本发明。其中：

图1 举例示出了用于本发明的技术领域，

图2 在示意图中示出了该技术领域的另一种变型，在该变型中可以应用该方法，

图3 在第一走向图表中示意性示出了针对功能正常的颗粒过滤器的测量的和模型式地确定的参考压差的压差走向，

图4 在第二走向图表中示意性示出了针对拆卸的或损坏的颗粒过滤器的测量的和模型式地确定的参考压差的压差走向，以及

图5 在第三走向图表中示意性示出了针对拆卸的或损坏的颗粒过滤器的测量的和模型式地确定的参考压差的压差走向。

具体实施方式

图1示意性示出了能够应用根据本发明的方法的技术领域。示例性示出了一内燃机10，其实施成汽油马达，其中，该内燃机的废气经由废气线路11被导出，在该废气线路中布置一废气清洁设备，其在所示的例子中是多级地实施的。沿着废气（废气流14）的流动方向，在所示的例子中首先设置一催化器12，其可以实施成三路径催化器，在该催化器的后面布置一颗粒过滤器13。此外，通常在废气线路11中布置废气传感器或其它传感器，当然它们在该示意性原理图中未示出，它们的信号被输送给一马达控制系统（电子控制单元ECU）。

为了诊断颗粒过滤器13，按照现有技术设置一压差传感器15，利用该压差传感器可确定颗粒过滤器13的过滤器入口和过滤器出口之间的压力不同（压差19）。压差传感器15的输出信号在此情况下被输送给一诊断单元18，在该诊断单元中可在在线诊断（OBD）中实施在可能的断开、去除或堵塞的颗粒过滤器13方面的诊断。诊断单元18可以在此是上级的马达控制系统（ECU）的组成部分。

图2示出了一种替选的技术领域。代替借助于压差传感器15测量经过颗粒过滤器13的压差19，分别在颗粒过滤器13之前和之后相对于环境压力测量压差19。针对两种压差测量，设置两个独立的压差传感器16、17，它们的信号被输送给诊断装置18用于评价。压差传感器16、17利用软管连接装置或管道与废气线路11连接。

在一种这里未示出的变型中，经过颗粒过滤器13的压差19分别借助于一绝对压力传感器在颗粒过滤器13之前和之后来确定。原则上也可以一起使用两种压力传感器类型，也就是说，在颗粒过滤器13之前的压差传感器16和在颗粒过滤器13之后的绝对压力传感器，或者在颗粒过滤器13之前的绝对压力传感器和在颗粒过滤器13之后的压差传感器17。

催化器12和颗粒过滤器13也可以合并成所谓的四路径催化器（FWC），在该情况下是一种催化涂层的颗粒过滤器13。针对本发明的方法的前提仅是，压差传感器15经过颗粒过滤器13或涂层的颗粒过滤器或两个绝对压力传感器安装在颗粒过滤器的上游和下游。

根据本发明的诊断方法基于通过经过颗粒过滤器13的测量压差19的时间梯度与功能正常的颗粒过滤器13的预期时间梯度的关联来监控颗粒过滤器13。预期值在此情况下从一模型中根据内燃机10的当前运行参量来获知。下面阐述该诊断的主要步骤。

测量压差信号首先被低通过滤，用以抑制噪音。接下来获知该信号的时间梯度d(Δp_(k))/dk，其中，k表示第k次测量。与此平行地，获知一相应的参考值d(Δp*_(k))/dk，方式为，从废气体积流量或从其时间梯度和功能正常的过滤器、即参考过滤器的流动阻力、功能正常的过滤器的压差的时间走向或梯度中计算出。该值或那里所讨论的体积流量可以可选地同样被低通过滤。

接下来经由测量压差Δp_(k)与参考压差Δp*_(k)的时间梯度的标准化交互关联确定，当前的测量值和参考值的梯度的走向以多少程度接近。此外，按照下面的关系式形成一交互关联因子KKF：

其中，d(Δp_(k)))/dk表示测量压差梯度27以及d(Δp*_(k))/dk表示参考压力梯度或模型化的压力梯度26（参见图5）。参考压力p*_(k)从废气体积流量和功能正常的参考颗粒过滤器的流动阻力R*中计算出来。

为了评价是否颗粒过滤器正确地存在或安装或正确地工作，将标准化的交互关联、即交互关联因子KKF的初始值与事先获知的并且在控制设备或在诊断单元18中存储的阈值进行比较。如果结果低于所述阈值，这相当于仅很小的甚至完全不存在的关联，那么颗粒过滤器13是拆除的或损坏的。如果结果高于所述阈值，这相当于一良好的关联，那么颗粒过滤器13是存在的或功能正常的。

当存在一定的动态激励时，也就是说当压差梯度26、27（参见图5）超过了确定的尺度时，所述方法特别可靠的工作。因此，只有当满足了确定的动态标准时，才进行交互关联的评价。纳入考虑的有废气质量流量的梯度、废气体积流量的梯度、转速的梯度或从中导出的参量的梯度。理想地，为此直接采用压差参考值的梯度。

在一种替选的布置方案中，所述压差以及其时间梯度也可以从所述颗粒过滤器13上游和下游的两个压差传感器或两个绝对压力传感器的信号中确定，如图2中示意性所示，其中，所述两个压差传感器分别测量相对于空气压力的压差。

在图3和图4中分别在一走向20中示意性示出了关于时间24的针对测量的和模型化地确定的参考压差的压差走向（模型化的压差走向22、测量的压差走向23）的压差信号21。

图3示例性示出了针对一功能正常的颗粒过滤器13的走向。在此情况下的特征是，在模型化的压差走向22和测量的压差走向23之间仅出现很小的信号高度不同和相位不同，从而由此产生出高的交互关联因子KKF。

图4在第二走向20中示意性示出了针对拆卸的或损坏的颗粒过滤器的测量的和模型式地确定的参考压差的压差走向。在此情况下，在信号高度和/或在相位上出现了明显的不同，从而由此产生出低的交互关联因子KKF。

图5在第三走向20中示意性示出了关于时间24的针对拆卸的或损坏的颗粒过滤器13的测量的和模型化地确定的参考压差的压差梯度（模型化的压差梯度26，测量的压差梯度27）走向的压差梯度信号25。特征是在信号走向中的巨大的不同。

该诊断方法在有利的设计中作为软件存储在诊断单元18中并且尤其可以在具有将来的汽油颗粒过滤器的汽油马达中使用，但原则上也可以在柴油马达中使用。

Claims (10)

1.用于诊断颗粒过滤器（13）的方法，所述颗粒过滤器作为内燃机（10）的废气线路（11）中的废气清洁设备的组成部分，其中，为了监控所述颗粒过滤器（13），测量在所述颗粒过滤器（13）的入口和出口之间的压差（19）并且将该压差在一诊断单元（18）中进行评价，其特征在于，为了识别所述颗粒过滤器（13）的拆卸或识别损坏的颗粒过滤器（13），使在所述颗粒过滤器（13）上的测量的压差（19）的时间梯度与功能正常的参考颗粒过滤器的压差（19）的预期的时间梯度置于关联中并且评价该关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述参考颗粒过滤器的压差（19）的预期值模型式地根据当前的运行参量来获知。

3.根据权利要求1或2之一所述的方法，其特征在于，经过所述功能正常的参考颗粒过滤器的压差（19）的时间梯度从一体积流量和/或其时间梯度以及所述功能正常的参考颗粒过滤器的流动阻力中计算出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，经过所述颗粒过滤器（13）的测量的压差（19）和/或经过所述参考颗粒过滤器的预期的压差（19）和/或所述体积流量为了确定模型式的压差（19）被低通过滤。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，借助于由经过所述颗粒过滤器（13）的测量的压差（19）的梯度和经过所述参考颗粒过滤器的预期的压差（19）的梯度形成标准化的交互关联，形成一交互关联因子。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述交互关联因子与事先获知的并且存储在所述诊断单元（18）中的阈值进行比较，并且在低于所述阈值的情况下，检测出有故障的或不存在的颗粒过滤器（13），以及在达到或超过所述阈值的情况下，诊断出功能正常的颗粒过滤器（13）。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当达到和/或超过了在预期的压差（19）的梯度的情况下的确定的动态临界时，实施该诊断。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述压差（19）和其时间梯度从两个压差传感器和/或两个绝对压力传感器的信号中确定，所述压差传感器和/或所述绝对压力传感器在废气线路（11）中布置在颗粒过滤器（13）的上游和下游。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法在汽油驱动的内燃机（10）中的应用，其中，废气清洁设备具有至少一个分开的催化器（12）和至少一个颗粒过滤器（13）或至少一个催化器颗粒过滤器组合或至少一个催化涂层的颗粒过滤器（13）。

10.用于诊断颗粒过滤器（13）的诊断单元（18），所述颗粒过滤器作为内燃机（10）的废气线路（11）中的废气清洁设备的组成部分，其中，为了监控所述颗粒过滤器（13），能测量在所述颗粒过滤器（13）的入口和出口之间的压差（19）并且能在诊断单元（18）中进行评价，其特征在于，所述诊断单元（18）具有用于实施根据权利要求1至8所述的方法的装置，并且包括用于从经过所述颗粒过滤器（13）的测量的压差（19）的时间梯度和一功能正常的参考颗粒过滤器的模型式地确定的压差（19）的梯度中确定一交互关联因子的计算单元，以及用于将所述交互关联因子与一能存储在诊断单元（18）中的阈值进行比较的比较单元。