CN111024568A - 用于对烟尘传感器的传感器信号进行分析处理的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

提出用于分析处理烟尘传感器(1)的传感器信号的一种方法和一种设备，其中，所述烟尘传感器(1)布置在内燃机(3)的废气流中。设置装置(6)，所述装置通过测量所述烟尘传感器(1)的电极间的电导率来验证沉积在所述烟尘传感器上的烟尘的量。所述装置(6)通过模型确定废气的烟尘量，并且所述装置通过分析处理所述废气的通过所述模型预测的烟尘量来将所述电导率的测量评估为可信的或不可信的。

Description

用于对烟尘传感器的传感器信号进行分析处理的方法和设备
技术领域
本发明从用于对烟尘传感器的传感器信号进行分析处理的一种方法和一种设备出发。
背景技术
由DE 10 2005 040 790 A1已经已知用于对烟尘传感器的传感器信号进行分析处理的一种方法和一种设备，其中，烟尘传感器布置在内燃机的废气流中。在此，通过测量烟尘传感器的电极之间的电导率来验证(nachweisen)沉积在烟尘传感器上的烟尘的量，由此实现对废气中包含的颗粒的测量。为此，使电导率的变化与测量时间相关。
发明内容
根据本发明的方法或根据本发明的设备具有以下优点：通过与废气中的烟尘量的模型进行比较，可以对烟尘传感器的电导率的测量进行可信度检验。因此，可以在其说服力方面改善所测量的传感器信号的质量。通过这种可信度检验，尤其能够特别快速地识别颗粒过滤器的可能的错误，由此在总体上实现对如下内燃机的改善的诊断：该内燃机的废气流应通过颗粒过滤器净化。
通过下述说明书得出其他优点和改善方案。为了确保测量的稳定测量运行，仅应在所测量的电导率超过阈值时，才对传感器信号进行分析处理和进行可信度检验。为了测量电导率，可以分析处理电极之间的电阻或电极之间的电流流动。特别有说服力的是对电导率的梯度进行检查，尤其因为如此能够特别快速地识别到有问题的测量信号。为了对测量信号进行可信度检验，在此可以分析处理特别有说服力的时间阶段。这种特别有说服力的阶段是通过模型预测的高烟尘浓度和/或高烟尘浓度梯度的阶段。例如通过如下方式来对烟尘浓度或烟尘浓度梯度进行建模：通过内燃机的运行参数来对内燃机中的烟尘颗粒形成进行建模。此外还应考虑烟尘颗粒从内燃机直至烟尘传感器的传播时间。通过这两种措施能够实现所测量的电导率信号相对于所预测的烟尘量的可信度检验的高质量。通过烟尘传感器的如此进行可信度检验的测量信号，能够特别快速地识别出故障的颗粒过滤器。如果无法根据可信度检验确定测量是正确的，则必须在较长的时间段上分析处理传感器信号，以便识别颗粒过滤器的可能的功能故障。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且在下述说明书中进一步阐述。附图示出：
图1示出具有颗粒过滤器和烟尘传感器的内燃机；
图2示出烟尘传感器的测量信号和烟尘量随时间的变化过程；
图3示出烟尘传感器的测量信号和烟尘量随时间的变化过程；
图4示出根据本发明的方法的各个步骤。
具体实施方式
在图1中示意性地示出内燃机3，该内燃机的燃烧废气通过排气管4、通过颗粒过滤器2被引导至排气端管(Abgasendrohr)5。通过排气端管5将废气排放到周围环境中。内燃机3涉及常见的汽油内燃机或柴油内燃机，在该汽油内燃机或柴油内燃机中，燃料与空气一起被引入并进行燃烧。通过催化器来净化内燃机3的废气，该催化器例如布置在排气管4中。出于简化的原因，在图1中未示出催化器的细节。此外通过颗粒过滤器2引导废气。颗粒过滤器2由多孔材料构成，该多孔材料由废气流过。由颗粒过滤器2从内燃机3的废气流中滤出可能包含在内燃机3的废气中的颗粒(例如烟尘颗粒)。
为了监测颗粒过滤器2的功能，在排气端管5中布置有烟尘传感器1。烟尘传感器1伸入到废气流中，废气中可能仍存在的烟尘颗粒沉积在烟尘传感器1的表面上。烟尘传感器1的表面设有电极，在所述电极之间施加有测量电压。如果足够量的烟尘颗粒沉积在烟尘传感器1的表面上，则可以在电极之间形成导电连接，使得由于施加的测量电压而产生电流流动。随着沉积在烟尘传感器1的表面上的烟尘颗粒的量增大，电极之间的电导率或相应的电阻或相应的电流流动发生变化。随着烟尘颗粒的量增大，烟尘传感器1的电极之间的电阻减小或电导率增大或电流流动增大。在此，如果大量的烟尘颗粒已沉积在烟尘传感器1上并且电极之间的电导率非常高，则烟尘传感器1不再能够识别烟尘颗粒的进一步沉积，该烟尘颗粒的进一步沉积从确定的阈值起就不再使电导率增加。为此目的，不时地进行自由燃烧(Freibrennen)，在该自由燃烧过程过程中，如此强烈地加热烟尘传感器1，使得沉积在烟尘传感器1的表面上的烟尘颗粒燃烧(即重新转换成气态)。在这种自由燃烧过程之后，烟尘传感器1重新处于初始状态中，在该初始状态中，电极之间的电阻非常高，或者说电极之间的电导率非常低。
此外，图1中还示出控制设备6，通过线路7给该控制设备提供烟尘传感器的信号。此外，控制设备6还可以通过将相应的信号施加在线路7上来触发烟尘传感器1的自由燃烧。此外，控制设备6还通过线路8与内燃机3连接。通过线路8，控制设备6能够从内燃机3的传感器读取相应的信号或者也能够影响/控制内燃机3的执行机构。
因此，通过烟尘传感器1可以实现对颗粒过滤器2的正确功能的监测。为此，每次启动内燃机3时，首先等待排气系统进行确定的加热，尤其等待已将在静止状态下也沉积在烟尘传感器1上的水分从排气系统中去除。然后，通过控制设备对烟尘传感器1进行加热，使得从烟尘传感器1去除在之前的燃烧循环中沉积在烟尘传感器1上的烟尘残留物。在该自由燃烧之后，进行正常的测量运行，将测量电压施加到烟尘传感器1的电极上并且等待：是否能够验证在电极之间存在电流流动并且因此表明由于烟尘传感器1上的烟尘的沉积导致电极之间的电导率增大。然而，仅当能够验证存在确定的电导率(即在烟尘传感器1的电极之间存在一定的电流流动)时，才对烟尘传感器的信号进行有意义的分析处理。
如果确定烟尘传感器1的电极之间的电导率太快地增大(即在过短时的时间后，由于所施加的测量电压导致过大的电流在电极之间流动)，则这可以视为表示颗粒过滤器2是故障的。颗粒过滤器2可能由于机械损坏或局部过热而损坏，使得由排气管4提供的废气流不再完全流过颗粒过滤器2的多孔材料，而是在颗粒过滤器2的一个或多个位置上存在排气管4与排气端管5之间的直接连接。在这种情况下，未由颗粒过滤器2过滤的颗粒可能直接从排气管4进入到排气端管5中，从而不再存在颗粒过滤器2的过滤效果。这种有缺陷的颗粒过滤器2导致排气端管5中的烟尘颗粒的量增加，并且因此导致烟尘颗粒到颗粒过滤器1上的沉积增加。必须可靠地识别颗粒过滤器的这种损坏。
然而，即使在正常工作的颗粒过滤器2中，在排气端管5中也会偶尔形成较大的烟尘颗粒，例如因为烟尘颗粒已在排气端管5的处于烟尘传感器1前面的位置处发生沉积，随后更大的烟尘颗粒(也被称作烟尘片)从排气端管5的内壁脱落并在短时间内处于烟尘传感器1上。因此，通过这种更大的烟尘颗粒或烟尘片(Ruβflocke)，烟尘传感器1的电极之间的电导率将会大幅增加，尽管颗粒过滤器2不存在一般性缺陷，而是仅偶然地有较大的烟尘颗粒沉积在烟尘传感器1上。然而，这种烟尘片具有如下特性：由于烟尘片的尺寸，烟尘片仅暂时地附着在烟尘传感器1上，使得起初大幅增大的电导率只是暂时性的。因此，通常仅当这种效应对于确定的时间(例如超过60秒)发生时，才对烟尘传感器1的快速增大的电导率进行评估。这意味着，在颗粒过滤器2突然损坏的情况下，仅在一定的延迟时间之后才能识别到颗粒过滤器2的相应缺陷。根据本发明，现在提出一种可信度检验方法，借助该方法缩短了可靠识别出颗粒过滤器2的缺陷的持续时间。
因此，在图2和图3中分别示出烟尘传感器1的所建模的烟尘浓度CR和电流流动I。在此，通过模型由内燃机的运行参数计算烟尘浓度CR。为此，在控制设备6中处理内燃机3的运行数据，并且根据内燃机3中的烟尘形成的模型，对在燃烧时存在的烟尘颗粒进行建模。此外，在进行该建模时也还必须考虑通过内燃机3的空气的流量，以及考虑废气从内燃机3通过排气系统至烟尘传感器1所需的传播时间。因此，图2和图3中所示的烟尘浓度CR表示由模型求取的在烟尘传感器1位置处的烟尘浓度。此外，图2和图3还分别示出电流流动I，该电流流动与烟尘传感器1的电极之间的电导率成比例。通过测量烟尘传感器的电极之间的电流流动，可以确定沉积在烟尘传感器1上的烟尘量。现在根据本发明设置，借助烟尘浓度的模型值来对电导率的所测量的值进行可信度检验。通过对测量值进行相应的可信度检验，与不进行这种可信度检验相比，能够明显更快地识别出颗粒过滤器2的缺陷。
在图2中示出时间变化过程，在该时间变化过程中，由于对所测量的电导率信号进行了可信度检验，所以与图3中的情况相比，能够明显更快识别出有缺陷的颗粒过滤器2。
在图2中，在图示的上部区域中示出烟尘浓度CR随时间t的变化过程。在该曲线图的下部区域中示出烟尘传感器1的电极之间的所测量的电流I随时间t的变化过程。如能够从时间变化过程得出的那样，最初没有测量电流。然后发生电流I的上升，这种上升不是连续发生的，而是存在大幅上升的阶段和仅具有略微上升的阶段或完全不上升的阶段。在时刻T1，达到电流的初始值I0。从该阈值I0起推测颗粒过滤器2已损坏。然而替代地，这种超过阈值I0可能由较大的烟尘颗粒或烟尘片所触发。由于这种烟尘片也可能再次从烟尘传感器1脱落，所以超过阈值I0并不是确定颗粒过滤器2存在缺陷的充分标准。因此，从时刻T1起开始一个持续到时刻T4的时间段。此外，在时刻T1时开始所测量的电流信号的可信度检验，其中，借助烟尘颗粒的浓度CR对所测量的电流进行可信度检验。为此，在时刻T2确定烟尘浓度的急剧上升。这种急剧上升持续到时刻T3。这意味着，在时间窗口T2-T3存在废气中的烟尘颗粒量的显著上升，并且通过模型还预测到在时刻T2与时刻T3之间也存在烟尘浓度的显著上升。相应地，现在在时间窗口T2-T3中检验电流信号。在该时间间隔T2-T3中，显示出所测量的电流显著增加，这对于通过模型计算出的废气中的烟尘浓度CR的增加是可信的。因此在时刻T3确定：在时间间隔T2-T3中，电流流动的增长对于烟尘浓度的所计算的梯度而言是可信的。因此，在时刻T3识别出所测量的电流信号对于所计算的烟尘浓度而言是可信的，因此，在时刻T3就已经可以可靠地确定颗粒过滤器2存在缺陷。
在图3中示出烟尘浓度的相同变化过程以及电流信号I的对此不可信的变化过程。直到时刻T2的变化过程相应于已经在图2中所描述的变化过程。然后在时刻T3同样确定：所预测的时间窗口T2-T3具有特征性上升——即具有烟尘浓度CR的高梯度。但是，所测量的电流信号I在时间间隔T2-T3内对于该烟尘浓度CR的梯度而言是不可信的，因为电导率或电流流动的增加与烟尘浓度不成比例。因此，在图3中的所测量的变化过程中，在时刻T3无法可靠地确定颗粒传感器是否存在缺陷。同样地，在时刻T5确定：在时刻T5之前存在烟尘浓度的高梯度。但是，该梯度也没有导致电流信号I的可信增大，因为电流的梯度对于烟尘浓度CR的梯度来说不可信。因此，在时刻T5也不能可靠地推断出颗粒传感器2存在缺陷。直到时刻T4(即在时刻T1之后经过例如60秒的合理的等待时间之后)，才出于安全性原因推断出颗粒过滤器2存在缺陷，因为电流信号I对于很长的时间段(即T1-T4的时间段)都高于阈值I0。但是时刻T4明显晚于图1中的时刻T3，使得在通过废气中的烟尘浓度对所测量的电流信号进行可信度检验的情况下，能够明显更快地识别出颗粒过滤器2的缺陷。
在图4中还示意性地示出该方法的各个步骤。在步骤41中，首先确定烟尘传感器1的测量就绪状态。为此，在启动内燃机3之后等待合理的预热时间，以便确保在烟尘传感器1上或者排气系统中的其他位置处不再存在冷凝水。此外，使烟尘传感器1自由燃烧，并且因此将在烟尘传感器的之前的测量阶段中已经聚集在烟尘传感器1上的所有烟尘颗粒去除。如果在步骤41中确定烟尘传感器1运行就绪，则在步骤42中开始根据本发明的方法。在步骤42中，在电导率方面或电极之间流动的电流方面持续地检查烟尘传感器1的测量信号。只要电流流动低于阈值，则不开始根据本发明的方法，即在步骤42之后重新进行步骤41。如果在步骤42中确定电流流动大于阈值I0，则随后替代地进行步骤43和44。在步骤43中检查：电流信号相对于烟尘浓度CR或烟尘浓度CR的梯度是否可信。如果是这种情况，则在步骤43之后进行步骤45，在步骤45中确定颗粒过滤器2存在缺陷。并行地在步骤44中检查所测量的电流是否仍一直超过阈值I0，并且检查是否达到时刻T4。如果达到时刻T4并且电流仍一直超过阈值I0，则在步骤44之后进行步骤45，在步骤45中确定颗粒过滤器存在缺陷。对于两个步骤43和44都适用的是：如果在时刻T1之后，所测量的电流重新下降到低于阈值I0，则该方法终止或重新跳回到步骤41。在这种情况下，超过阈值I0仅是单个独立出现的烟尘片所导致的结果。

Claims (9)

1.一种用于对烟尘传感器(1)的传感器信号进行分析处理的方法，其中，所述烟尘传感器(1)布置在内燃机(3)的废气流中，并且所述烟尘传感器通过测量所述烟尘传感器(1)的电极之间的电导率来验证沉积在所述烟尘传感器(1)上的烟尘的量，其特征在于，通过模型确定废气的烟尘量，并且通过分析处理所述废气的通过所述模型预测的烟尘量来将所述电导率的测量评估为可信的或不可信的。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所测量的电导率超过阈值(I0)时，才激活可信度检验。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述电导率的梯度进行分析处理。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当高烟尘浓度的和/或高烟尘浓度梯度的时间阶段与高电导率梯度在时间上重合时，将所述传感器信号考虑为可信的。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述模型根据所述内燃机(3)的运行参数来对所述内燃机(3)中的烟尘颗粒形成进行建模。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述模型考虑所述烟尘从所述内燃机(3)直至所述烟尘传感器(1)的传播时间。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将测量评估为可信的情况下，将布置在所述烟尘传感器(1)前面的颗粒过滤器(2)视为有缺陷的。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在将测量评估为不可信的情况下，当所述电导率对于预给定的时间段超过阈值时，将布置在所述烟尘传感器(1)前面的颗粒过滤器(2)视为有缺陷的。
9.一种用于对烟尘传感器(1)的传感器信号进行分析处理的设备，其中，所述烟尘传感器(1)布置在内燃机(3)的废气流中，所述设备具有如下装置(6)：所述装置通过测量所述烟尘传感器(1)的电极之间的电导率来验证沉积在所述烟尘传感器上的烟尘的量，其特征在于，所述装置(6)通过模型确定废气的烟尘量，并且所述装置通过分析处理所述废气的通过所述模型预测的烟尘量来将所述电导率的测量评估为可信的或不可信的。
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