CN115559804A - 用于监控机器的排放特性的控制设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监控机器的排放特性的控制设备，其中基于机器的部件的第一排放影响进行监控。根据本发明的用于监控机器的排放特性的控制设备构成和配置用于执行以下步骤：确定所述机器的第一部件的第一故障量度；基于所确定的第一故障量度确定第一排放影响；和基于所述第一排放影响监控所述机器的排放特性。

Description

用于监控机器的排放特性的控制设备
技术领域
本发明涉及一种用于监控机器的排放特性的控制设备，其中基于机器的部件的第一排放影响进行监控。
背景技术
从DE 10 2020 007 100 A1已知一种用于监控机器的控制设备，其中基于如下比较进行监控，所述比较是基于机器的测量值和/或运行值的标准相对于机器的标称值的相对位置的比较。
发明内容
根据本发明的用于监控机器的排放特性的控制设备构成和配置用于执行以下步骤：
-确定机器的第一部件的第一故障量度，
-基于所确定的第一故障量度确定第一个排放影响，以及
-基于第一排放影响监控机器的排放特性。
通过控制设备基于第一排放影响执行机器的排放特性的监控，本发明在监控第一部件的功能的过程中，在此即在确定第一故障量度时，能够实现对排放特性的评估。因此，本发明具有如下优点：在机器的车载诊断(OBD)中同时地通过确定第一排放影响来评估排放并且在监控排放特性时考虑所述评估。
机器优选是车辆，尤其是内燃机。然而，原则上，根据本发明的控制设备能够在所有考虑监控排放特性的机器中使用。
在此将故障量度理解为表示机器的故障程度的量度。
在此将第一部件的状态对排放特性的影响理解为排放影响。如果第一部件处于标称状态中，那么排放影响对应于标称排放。相反，如果第一部件的状态偏离标称状态，那么故障量度也不再对应于标称值并且第一部件的排放影响通常偏离标称排放。
在此将机器向环境输出的排放理解为排放特性。
在此将排放特性与预期的排放特性或所期望的排放特性的比较理解为监控。预期的或所期望的排放特性在此尤其能够由排放的法律法规产生。在此将有害物质排放、二氧化碳排放和噪音排放理解为排放。尤其地，如果机器由于第一部件的故障具有偏离预期的或所期望的排放特性的排放特性，那么监控也能够包括通知机器的操作者、功能限制或者甚至是机器的自动停机。
优选地，控制设备根据借助函数映射第一故障量度来执行第一排放影响的确定。映射函数例如能够是线性映射或S-函数。尤其地，映射函数能够与机器的运行状态相关。
此外，优选地，映射函数将最小的第一故障量度映射到对应于标称排放的排放影响上。映射函数将最大的第一故障量度映射到如下值上，所述值例如由于法律规定要求停止或至少维修机器，因为达到或超过了所规定的极限值。
尤其地，如果第一故障量度和排放影响彼此不成比例，也就是说，例如当故障量度变大和变小时排放都增加，那么需要更复杂的映射函数，所述映射函数例如具有非单调特性，使得例如即使从故障量度变小中也能够得出排放影响的增加。如果故障量度能够在两个方向上偏离标称值，但仅一个方向引起排放影响的增加，那么映射函数定义为，使得故障量度仅在所述方向上映射到如下值上，所述值指示排放影响增加的机器停机或者至少维护。
优选地，控制设备构成和配置用于在确定第一排放影响时使用统计函数。
通过控制设备利用统计函数确定第一排放影响，本发明能够实现在确定第一排放影响时能够考虑大量的第一故障量度。因此能够减少第一排放影响的强烈波动，因为第一故障量度的各个偏差值通过统计函数减弱。
在这种情况下，将第一故障量度的平均值或中值理解为统计函数。控制设备在此能够将统计函数应用于第一故障量度并且基于例如取平均的第一故障量度确定第一排放影响，或者直接基于第一故障量度确定第一排放影响并且将统计函数应用于所确定的第一排放影响。
尤其优选地，控制设备基于第一故障量度的平均值确定第一排放影响，其中所述控制设备在去抖动时间段内对第一故障量度取平均。在此将如下时间量度理解为去抖动时间段，在所述时间量度内，控制设备将测量分级为可信或不可信。去抖动时间段在此能够定义为时间规定或大量数据点。去抖动时间段能够动态地调整。如果测量数据明确地可信，那么能够缩短去抖动时间段，相反如果测量数据不明确，则能够延长所述去抖动时间段。
优选地，控制设备构成和配置用于在确定第一排放影响时考虑机器的标称排放。
通过控制设备在确定第一排放影响时考虑机器的标称排放，本发明能够实现不仅能够绝对地考虑排放影响，而且能够相加地或相乘地考虑排放影响。
相加在此意味着排放影响作为系数加到标称排放上。例如，最小的故障量度在此可能对应于排放影响的系数0。
相乘在此意味着排放影响作为因数与标称排放相乘。例如，最小故障量度在此可能对应于排放影响的因数1。
优选地，控制设备构成和配置用于确定至少一个另外的排放影响并且基于第一排放影响和至少一个另外的排放影响执行对机器的排放特性的监控。
通过控制设备基于第一排放影响和至少一个另外的排放影响确定排放特性，本发明能够实现即使当机器包括多于一个部件和/或多于一个排放被监控时，也监控机器的排放特性。
优选地，控制设备构成和配置用于监控多个排放，针对不同的排放使用不同的映射函数，因为第一部件的故障能够对不同的排放具有不同的、甚至可能是相反的影响。通过使用不同的映射函数，控制设备对于每个排放能够有利地基于第一故障量度确定相应的排放影响。
优选地，在待监控的部件多于一个的情况下，控制设备构成和配置用于确定至少一个另外的故障量度。控制设备于是能够使用至少一个另外的故障量度来针对一个或多个待监控的排放确定相应的排放影响。
尤其优选地，控制设备构成和配置用于监控多个部件的多个排放，对于相应的排放使用个性化的映射函数，并且对于每个部件确定故障量度。每个排放的个性化的映射函数在此对于每个部件能够再次不同，以便考虑与第二部件的故障量度相比第一部件的故障量度能够对所考虑的排放具有不同的影响。
尤其地，本发明能够实现即使在多个部件部分的功能故障的情况下也执行排放的总评估。这例如对于如下情况是有利的，在所述情况中在各个部件的部分的功能故障不会导致错误消息，但是在组合中会引起超出极限值。
在本文中还描述了本发明的其他有利的实施方式。
附图说明
根据以下附图详细阐述优选的实施例。在此示出：
图1示出具有控制设备的动力总成的一个实施例，
图2示出由控制设备执行的用于监控机器的排放特性的步骤的一个实施例，
图3示出确定故障量度和去抖动速度的一个实施例，和
图4示出确定第一、第二和第三排放影响的一个实施例。
具体实施方式
图1示出用于机器尤其车辆的动力总成2。动力总成2包括进气段9、内燃机3、废气段10以及第一废气再循环段11和第二废气再循环段12。在此，进气段9设置在内燃机3的上游。废气段10设置在内燃机3的下游并且包括废气净化系统4。
内燃机3构成为具有四个缸13的增压直喷式柴油发动机。为此，内燃机3包括废气涡轮增压器14。废气涡轮增压器14包括设置在进气段9中的压缩机15和设置在废气段10中的涡轮16。涡轮16和压缩机15彼此耦联，使得通过涡轮16从废气中吸收的能量能够被压缩机15利用，以便将新鲜气体压缩到提高的压力水平。
为了用于将柴油引入缸13中，内燃机3包括喷射装置30。喷射装置30包括每个缸13的喷射器、输入管路和燃料供给装置。
废气净化系统4包括柴油氧化催化器(DOC)5、SCR系统和氨泄漏催化器(ASK)7。DOC5构成用于减少一氧化碳和未燃烧的碳氢化合物的排放。
SCR系统设置在DOC5的下游并且包括SCR催化器6。SCR催化器6构成为SDPF，即构成为具有SCR覆层的柴油颗粒过滤器，使得能够降低SDPF6中的NOx和煤黑排放。为此，在SDPF6的上游设置计量单元19和混合器20。计量单元19构成和配置用于将氨(NH3)在SDPF6上游引入到废气段10中。所引入的氨和废气在设置在计量单元19和SDPF6之间的混合器20中混合。SDPF6构成和配置用于利用氨降低NOx排放。
为了检测NOx排放，在废气后处理系统4的下游设置NOx传感器22。
第一废气再循环段11设置在废气净化系统4的上游，并且构成用于将废气在涡轮增压器14的涡轮16上游从废气段10导出并且将其在废气涡轮增压器14的压缩机15下游输送给进气段9。第二废气再循环段12构成用于将废气在DOC5下游从废气段10导出并且将其在废气涡轮增压器14的压缩机15上游输送给进气段9。通过第一废气再循环段11和第二废气再循环段12，能够为内燃机3的运行提供优选的废气再循环率并且能够实现内燃机3的尽可能有效的运行。
动力总成2包括控制设备1。控制设备1构成和配置用于执行控制程序。控制程序包括指令，所述指令将在图2中示出的步骤中执行：-检测S10动力总成2的多个测量值和运行值，
-基于检测到的测量值和运行值求取SDPF6的第一标准S21，
-基于检测到的测量值和运行值求取DOC5的第二标准S22，
-将第一标准与第一标称值和第一故障值进行比较S31，其中第一标称值表示SDPF6的完好状态，而第一故障值表示SDPF6的故障状态，并且确定S41第一标准相对于第一标称值和第一故障值的相对位置，
-将第二标准与第二标称值和第二故障值进行比较S32，其中第二标称值表示DOC5的完好状态，而第二故障值表示DOC5的故障状态，并且确定S42第二标准相对于第二标称值和第二故障值的相对位置，
-基于所确定的第一标准的相对位置S41确定SDPF6的第一故障量度S51，
-基于所确定的第二标准的相对位置S42确定DOC5的第二故障量度S52，
-基于所确定的第一故障量度S51确定第一排放影响S61，
-基于所确定的第一故障量度S51确定第二排放影响S62，
-基于所确定的第二故障测量度S52确定第三排放影响S63，
-基于第一排放影响S61、第二排放影响S62和第三排放影响S63确定总排放影响S70，和
-基于总排放影响S70监控动力总成2的排放特性S80。
控制设备程序在此用于包括评估动力总成2的排放在内的车载诊断。为此，所述控制设备连续地执行以下步骤：检测S10；求取第一和第二标准S21、S22；比较S31、S32；确定第一和第二标准的相对位置S41、S42；确定第一和第二故障量度S51、S52；确定第一、第二和第三排放影响S61、S62、S63；确定总排放影响S70；以及监控动力总成2的排放特性S80，如通过图2中的从步骤S80到步骤S10的虚线所表明的那样。
控制设备程序检测关于DOC5、SDPF6、废气后处理系统4下游的NOx排放以及内燃机3的转速和负载的信息作为测量值和运行值。转速和负载通过马达控制装置提供给控制设备，NOx排放通过NOx传感器22测量，并且DOC5和SDPF6的状态由控制设备程序通过运行用于计算DOC5和SDPF6的老化、加载和/或温度的模型来求取。
控制设备程序基于检测到的测量值和运行值求取第一标准S21。为此，所述控制设备程序将所求取的NOx排放和SDPF6的所求取的状态与所求取的转速和负载的预期值进行比较。预期值在此保存在可由控制设备程序调用的特征曲线族中。类似地，基于关于DOC2的信息，控制设备程序求取第二标准S22。所求取的第一标准和所求取的第二标准S21、S22因此表征测量值和运行值对应于SDPF6或DOC5的预期状态的程度。
控制设备程序包括如下指令，所述指令将所求取的第一标准S21与第一标称值和第一故障值进行比较S31。第一标称值表示SDPF6的完好状态，第一故障值表示SDPF6的故障状态。如果SDPF6处于标称状态中，那么所求取的第一标准S21基本上对应于第一标称值。SDPF6越偏离标称状态，即故障越多，所求取的第一标准S21就越远离第一标称值并且接近第一故障值。
如果检测到的NOx排放和检测到的SDPF6的状态很大程度上对应于检测到的转速和检测到的负载的预期值，那么所求取的第一标准S21更接近于第一标称值而不是第一故障值。
如果检测到的NOx排放和检测到的SDPF6的状态不对应于预期值，那么所求取的第一标准S21更接近于第一故障值而不是第一标称值。如果仅NOx排放或者仅SDPF6的检测到的状态对应于预期值，那么所求取的第一标准S20可能相对居中地位于第一标称值和第一故障值之间。由此可能无法明确地清楚SDPF6是有故障的还是完好的。
控制设备程序还包括如下指令，所述指令将所求取的第二标准S22与第二标称值和第二故障值进行比较S32。第二标称值表示DOC5的完好状态，第二故障值表示DOC5的故障状态。如果DOC5处于标称状态中，那么所求取的第二标准S22基本上对应于第二标称值。DOC5越偏离标称状态，即故障越多，所求取的第二标准S22就越远离第二标称值并且接近第二故障值。
根据检测到的DOC5的状态与检测到的转速和负载的期望值的对应程度，所求取的第二标准S22更接近于第二故障值或更接近于第二标称值。
为了鲁棒地求取SDPF6的状态和DOC5的状态，控制设备程序包括如下指令，所述指令在求取状态时考虑第一和第二标准的相对位置、第一和第二故障量度和第一和第二去抖动速度。为此，所述控制设备程序首先确定第一和第二标准的相对位置S41、S42，其方式为：所述控制设备程序计算第一标准距第一标称值和距第一故障值的距离以及第二标准距第二标称值和距第二故障值的距离。
为了确定第一和第二故障量度S51，控制设备程序包括如下指令，所述指令将第一标称值和第一故障值之间以及第二标称值和第二故障值之间的值域映射到两个所限定的值A和B之间的值域上。在此，值A和B为0和1，如在图3的上部绘图中所示。对于动力总成2的示例性的运行点，控制设备程序使用线性函数作为映射函数。对于一些运行点，所述控制设备程序使用其他函数，有时还使用不同的函数来确定第一和第二故障值。第一和第二标称值NW被映射到值A上，而第一和第二故障值DW被映射到值B上。
位于第一或第二标称值NW的背离第一或第二故障值DW一侧上的第一和第二标准的值被映射到小于A的值上。位于第一或第二故障值DW的背离第一或第二标称值NW一侧上的第一和第二标准的值被映射到大于B的值上。对于这些映射，控制设备程序在此使用相同的线性函数，对于一些运行点，所述控制设备程序使用不同的函数或外推法来映射第一和/或第二标准。
在此，线性函数向上和向下有限，使得值以远离第一或第二标称值和第一和第二极限值的方式，即以小于A或大于B的方式，趋于极限值。
第一标准的映射值对应SDPF6的故障量度，即第一故障量度，第二标准的映射值对应DOC5的故障量度，即第二故障量度。低于或接近A的映射值理解为完好的SDPF6或DOC，接近或高于B的结果理解为有故障的SDPF6或DOC5。A和B之间的结果是不明确的。
为了确定第一和第二去抖动速度，控制设备程序包括如下指令，所述指令用于将所确定的第一故障量度和所确定的第二故障量度映射到另一值域上，如在图3的下部绘图中所示。所述另一值域由三个值C、D和E定义。在此，C小于D并且D小于E，即C＝-1，D＝0和E＝1。在此，在靠近A的点处的第一或第二故障量度被映射到C上，靠近A和B之间的预设的故障量度的第一或第二故障量度映射到D上，并且在靠近B的点处的第一和第二故障量度映射到E上。预设的故障量度对应于限定完好和有故障的SDPF6或DOC5之间的界限的极限值。
映射函数是连续的，但在值D的范围内斜率为零。对于第一或第二故障量度的非常大和非常小的值，函数是有限的，并且趋向于下限值和上限值。
控制设备程序使用所确定的第一去抖动速度和所确定的第二去抖动速度作为用于求取SDPF6的状态以及DOC5的状态的参数。在第一或第二去抖动速度高的情况下，即接近1或-1时，少量明确的结果就足够了，在第一或第二去抖动速度低的情况下，即接近0时，在状态的求取被认为是鲁棒的之前需要许多结果。在此，负的第一或第二去抖动速度对应于完好的SDPF6或DOC5，正的第一或第二去抖动速度对应于有故障的SDPF6或DOC5。
在A和B之间的第一或第二故障量度不明确的情况下，第一或第二去抖动速度为0或接近0，并且SDPF6或DOC5的状态的求取永远不会结束或需要持续很长时间。这与不明确的结果一致并且解决了在这种情况下随机结果的问题。
为了基于所确定的第一故障测量以及所确定的第二故障测量S51、S52确定第一、第二和第三排放影响S61、S62、S63，控制设备程序包括如下指令，所述指令将所确定的第一故障量度S51映射到由值F和G定义的两个另外的值域上，如在图4的上部绘图和下部绘图中所示，并且将所确定的第二故障量度S52映射到由值F和G定义的另一值域上，如在图4的上部绘图中所示。
在这种情况下，图4的上部绘图对应于第一和第三排放影响，而图4中的下部绘图对应于第二排放影响。第一排放影响在此描述了第一故障量度S51对NOx排放的影响，第二排放影响S52描述了第一故障量度S51对NH3排放的影响，并且第三排放影响描述了第二故障量度S52对HC排放的影响。
在此第一、第二和第三排放影响S61、S62、S63的确定由控制设备程序执行，使得首先在去抖动时间段内形成第一以及第二故障量度的平均值。去抖动时间段对应于直到基于第一或第二去抖动速度求取SDPF6或DOC5的状态被认为是鲁棒的时间段。控制设备程序然后基于取平均的第一故障量度和取平均的第二故障量度来确定第一、第二和第三排放影响S61、S62。所选择的、在图4和5中示出的函数，在此通过控制设备程序根据动力总成2的运行点来选取，并且至少部分地还针对第一和第三排放影响使用不同的函数。
控制设备程序还包括如下指令，所述指令在确定第一、第二和第三排放影响S61、S62、S63时考虑SDPF6和DOC5的第一、第二和第三标称排放。这由控制设备程序以相加的方式执行，使得第一、第二和第三排放如下产生：
E1＝E1,nominal+K1(D1)，E2＝E2,nominal+K2(D1)和E3＝E3,nominal+K3(D2)其中E1是第一排放影响，E2是第二排放影响，E3是第三排放影响，E1,nominal是SDPF6的第一标称排放，并且E2,nominal是SDPF6的第二标称排放，E3,nominal是DOC5的标称排放以及K1(D1)和K2(D1)是第一和第二排放影响的与第一故障量度D1相关的系数，并且K3(D2)是第三排放影响的与第二故障量度D2相关的系数。
控制设备程序包括如下指令，所述指令基于第一、第二和第三排放影响确定动力总成2的总排放影响以及基于总排放影响监控动力总成的排放特性。
为此，控制设备程序首先确定第一、第二和第三排放影响的线性且不相关的叠加：
EGes＝EGes,nominal+∑Ki，其中i＝1、2、3。
基于总排放影响，控制设备程序监控S70动力总成2的排放特性，其方式为，所述控制设备程序将总排放影响与保存在控制设备中的极限值进行比较。如果动力总成2的排放特性基于所述比较处于标称范围中，那么不需要控制设备的干预。相反，如果动力总成的排放特性位于标称范围之外，即违背一个或多个极限值，那么所述控制设备程序控制动力总成，其方式为，所述控制设备程序进行动力总成的改变的运行或通知车辆的操作者需进行维护、修理和/或至少检查有故障的构件，即在此为SDPF6或DOC5。如果排放特性显著偏离极限值，那么控制设备使动力总成2停止，例如以便防止对SDPF6、DOC5或其他部件造成永久性损伤。
在未示出的替选的实施例中，控制设备程序包括如下指令，所述指令通过下述方式确定总排放影响：
-通过根据E＝Enominal·∏Fi的线性不相关的相乘，其中Fi是排放影响的与故障量度相关的因子，
-通过基于根据E＝E(D1,…,Dn)的所有故障量度的组合的共同映射，
-通过基于根据E＝E(D1,…,Dn)或E＝Enominal·∏Fij(Di,Dj)的两个故障量度的成对的相互作用的映射。
尤其地，基于共同的映射和基于成对的相互作用的映射的确定具有以下优点：总排放影响能够直接基于故障量度来确定。因此，确定各个排放影响不是绝对必要的。

Claims (9)

1.一种用于监控机器的排放特性的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于执行以下步骤：
-确定所述机器的第一部件的第一故障量度，
-基于所确定的第一故障量度确定第一排放影响，以及
-基于所述第一排放影响监控所述机器的排放特性。
2.根据权利要求1所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于在确定所述第一排放影响时使用统计函数。
3.根据权利要求1或2所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于在确定所述第一排放影响时考虑所述机器的标称排放。
4.根据上述权利要求中任一项所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于确定至少一个另外的排放影响，并且基于所述第一排放影响和所述至少一个另外的排放影响执行对所述机器的排放特性的监控。
5.根据权利要求4所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于基于所述第一排放影响和所述至少一个另外的排放影响来确定所述机器的总排放影响，并且基于所述总排放影响执行对所述机器的排放特性的监控。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其特征在于，所述控制设备构成和配置用于：
-基于所述第一排放影响的和所述至少一个另外的排放影响的线性且不相关的相加或相乘来执行所述总排放影响，
-基于所述第一故障量度和至少一个另外的故障量度来确定所述总排放影响，和/或
-基于所述第一故障量度的和所述至少一个另外的故障量度的成对的相互作用来确定所述总排放影响。
7.根据上述权利要求中任一项所述的控制设备，其中所述第一排放影响的和所述至少一个另外的排放影响的确定基于函数，并且所述函数与运行点相关地公式化。
8.根据上述权利要求中的一项所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于通过以下步骤执行所述第一部件和/或至少一个另外的部件的第一故障量度和/或至少一个另外的故障量度：
-检测所述机器的测量值和/或运行值，
-基于检测到的测量值和/或运行值求取标准，
-将所述标准与标称值进行比较，其中所述标称值表示所述机器的完好状态，
-确定所述标准相对于所述标称值的相对位置，
-将所述第一部件和/或所述至少一个另外的部件的标称值和故障值之间的值域映射到由两个值A和B定义的值域上，其中所述故障值表示所述机器的故障状态，
-将所述标称值映射到所定义的值A上，并且将所述故障值映射到所定义的值B上，以及
-基于所述标准的相对位置将所述标准映射到小于或等于A、大于或等于B的值上或映射到A和B之间的值域上，其中所述标准的映射对应于所述第一部件和/或所述至少一个另外的部件的故障量度。
9.根据上述权利要求中任一项所述的控制设备，其中所述控制设备构成和配置用于基于所监控的排放特性来控制所述机器。
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