CN115977775A - 用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法和装置 - Google Patents

用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于诊断内燃机（10）的废气探测器（15）的加热元件的方法，其中，废气探测器（15）具有用于测量温度的器件，其中，借助温度模型连续地求出在废气探测器（15）的地点处的模型化的温度（Tmod），其中，通过加热过程提高废气探测器（15）的温度，其中，通过开启条件授权诊断废气探测器（15）的加热元件，其中，随着诊断的开启求出在废气探测器（15）的模型化的温度（Tmod）和废气探测器（15）的所测得的温度（Tact）之间的温度差（DiffT），其中，当所求出的温度差（DiffT）超过了能预定的温度阈值（Tmax）时，废气探测器（15）的加热元件被识别为发生故障。

Description

用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法和装置
技术领域
本发明涉及用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法和装置。
背景技术
通过废气探测器来精确设定燃烧对遵守废气法规非常重要。立法者专门针对λ废气探测器要求通过加热功率诊断来鲁棒地监控废气探测器的良好运行。
DE 10 2015 224 465 A1涉及用于运行内燃机的废气后处理系统的λ探测器的方法和装置，其中，设置有用于加热λ探测器的加热机构，并且其中，尤其规定，评估分析（320、325）施加在λ探测器处的电压（300）的信号带宽并且作为评估分析（320、325）的结果推断（330、335）出λ探测器运转良好和/或可以诊断。
DE 10 2011 002 502 A1公开了一种用于诊断废气传感器（20）的方法，该废气传感器布置在内燃机（10）的废气区域（16）中以检测至少一种废气组分，该废气传感器借助传感器加热机构（22）加热并且检测其温度（temp）；以及建议了一种用于执行所述方法的装置。按本发明的做法的特征在于，废气传感器（20）被加热到处在废气温度（temp_Abg）之上的诊断开始温度（temp_Soll），紧接着将传感器加热机构（22）的加热功率至少减小到这样一种程度或者完全关断传感器加热机构（22），使得传感器温度（temp）可以下降，检测下降的传感器温度（temp），求出与时间相关的温度下降的程度（dtemp/dt），将这个程度（dtemp/dt）与第一温度梯度阈值（dSW1）相比较并且在温度下降太慢并且与此相应所求出的与时间相关的温度下降的程度（dtemp/dt）没有超过第一温度梯度阈值（dSW1）时，提供故障信号（F）。
发明内容
在第一个方面中，本发明涉及一种用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法，其中，废气探测器具有用于测量温度的器件，其中，借助温度模型连续地求出在废气探测器的地点处的模型化的温度，其中，废气探测器的温度通过加热过程提高，其中，通过开启条件授权诊断废气探测器的加热元件，其中，随着诊断的开启求出在废气探测器的模型化的温度和废气探测器的所测得的温度之间的温度差，其中，当所求出的温度差超过能预定的温度阈值时，废气探测器的加热元件被识别为发生故障。
所述方法具有的特别的优点是，从开启的时间点起连续地执行对废气探测器的加热元件的诊断。通过在废气探测器的地点处使用用于求出模型化的温度的温度模型，可以通过对比提供一种用于诊断废气探测器的加热元件的鲁棒的方法。
通过在废气探测器的真实求出的温度与废气探测器的基于温度模型的模型化的温度之间的连续的对比，可以诊断废气探测器的加热元件的故障或强烈老化。
尤其建议，随着加热过程的开始求出开始温度并且随着由于能预定的温度提高超过了开始温度而授权开启诊断。
特别有利的是，当足够的热能被带入到系统中时，才开启所述方法。因此确保了可以鲁棒地评估分析温度模型，以便紧接着可以与废气探测器的真实测得的温度相比较。
此外还可以基于传感器或基于模型求出开始温度。
此外，还可以根据能预定的时间在开始加热过程后授权开启诊断。
有利的是，当足够的热能被带入到系统中时才开启所述方法。因此确保了，可以鲁棒地评估分析温度模型，以便紧接着能与废气探测器的真实测得的温度相比较。
备选可以根据模型化的温度求出带入到废气系统中的热量，其中，当所求出的热量超过了能预定的热量时，授权开启诊断。特别有利的是，当足够的热能被带入到系统中时才开启所述方法。这可以特别有利地通过带入到系统中的热量基于模型化的温度求出。因此确保了，可以鲁棒地评估分析温度模型，以便紧接着与废气探测器的真实测得的温度相比较。
此外，可以根据所求出的温度求出带入到废气系统中的热量，其中，当所求出的热量超过能预定的热量时，就授权开启诊断。特别有利的是，当足够的热能被带入到系统中时才开启所述方法。这可以特别有利地通过带入到系统中的热量在基于传感器的温度的基础上求出。因此确保了，可以鲁棒地评估分析温度模型，以便紧接着与废气探测器的真实测得的温度相比较。
备选可以针对加热过程预定额定温度，其中，当模型化的温度达到或超过所述能预定的额定温度时，就授权开启诊断。
因为特殊的废气探测器，例如λ探测器，随着针对测量的运行温度才被开启，所以有利地在达到这个运行温度后才开启诊断。
这还是有利的，因为产生了温度范围，在这些温度范围中，可以特别鲁棒地执行对废气探测器的加热元件的诊断。
此外，可以针对加热过程预定额定温度，其中，在当前的温度达到能预定的额定温度时就授权开启诊断。
因为特殊的废气探测器，例如λ探测器，随着针对测量的运行温度才被开启，所以有利地在达到这个运行温度后才开启诊断。
这还是有利的，因为产生了温度范围，在这些温度范围中，可以特别鲁棒地执行对废气探测器的加热器元件的诊断。
此外，可以这样来设计废气探测器的温度模型，使得温度模型在下方的公差带处模型化老化的废气探测器。这特别有利，因为因此可以鲁棒地诊断故障的废气探测器。
备选可以根据抽吸空气的温度、电池电压、废气探测器的加热器的经脉宽调制的驱控比、在废气探测器的地点处的壁温、废气温度、在内燃机的输出端处的冷却剂温度来求出温度模型。
因此可以节省资源地并且鲁棒地在控制器上求出温度模型。
此外，可以借助集成在废气探测器中的加热元件来执行对废气探测器的加热。
在第二个方面中，本发明涉及一种用于诊断内燃机的废气探测器的加热元件的方法，其中，废气探测器具有用于测量温度的器件，其中，借助温度模型连续地求出在废气探测器的地点处的模型化的温度，其中，根据所测得的温度求出加热功率，其中，通过加热过程提高废气探测器的温度，其中，根据温度模型求出加热器功率和模型化的加热器功率，其中，通过开启条件授权诊断废气探测器的加热元件，其中，随着诊断的开启，从废气探测器的所测得的加热器功率和废气探测器的模型化的加热器功率求出功率系数，其中，当所求出的功率系数超过能预定的功率阈值时，废气探测器的加热元件就被识别为发生故障。
所述方法具有的特别的优点是，可以从开启的时间点起连续地执行对废气探测器的加热元件的诊断。通过使用用于求出模型化的加热器功率的温度模型，可以通过与真实经调节的加热器功率的对比提供一种用于诊断废气探测器的加热元件的鲁棒的方法。
通过在真实求出的或调节的针对废气探测器的加热器功率与基于废气探测器的温度模型的模型化的加热器功率的连续的对比，可以鲁棒地诊断废气探测器的加热器元件的故障或强烈的老化。
备选可以根据所求出的温度求出被带入到废气系统中的热量，其中，当所求出的热量超过能预定的热量时，就授权开启诊断。有利的是，当足够的热能被带入到系统中时才开启所述方法。因此确保了，可以鲁棒地评估分析温度模型和由此模型化的加热器功率，以便紧接着可以与真实测得的针对废气探测器的加热器功率相比较。
此外，可以根据模型化的温度求出被带入到废气系统中的热量，其中，当所求出的热量超过了能预定的热量时，就授权开启诊断。有利的是，当足够的热能被带入到系统中时，才开启所述方法。因此确保了，可以鲁棒地评估分析温度模型和由此模型化的加热器功率，以便紧接着可以与真实测得的针对废气探测器的加热器功率相比较。
在另一些方面中，本发明涉及一种装置、特别是一种控制器和一种计算机程序，它们设置、特别是被编程地用于实施所述方法之一。在再另一个方面中，本发明涉及一种能机读的存储介质，其上储存有计算机程序。
附图说明
图1示出了在此涉及到的、在现有技术中公知的λ探测器的示意图；
图2借助流程图示出了按本发明的方法的第一种实施例；
图3借助流程图示出了按本发明的方法的第二种实施例。
具体实施方式
图1示意性地以汽油马达为例示出了技术领域，在该技术领域中可以使用按本发明的用于诊断废气探测器15的方法。空气经由空气输入机构11输送给内燃机10并且用空气质量测量仪12确定空气的质量。空气质量测量仪12可以设计成热膜空气质量测量仪。内燃机10的废气通过废气通道18被排出，其中，沿废气的流动方向在内燃机10后方设置有废气净化设备16。废气净化设备16通常包括至少一个催化器。
为了控制内燃机10，设置有控制器100，该控制器以公知的方式通过注射阀13执行燃料计量。此外，接收和储存空气质量测量仪12的和布置在废气通道18中的废气探测器15、17的信号。废气探测器15在所示例子中确定了输送给内燃机10的空燃混合物的λ实际值。废气探测器可以设计成宽带λ探测器或稳定的λ探测器。废气探测器17确定了废气净化设备16后的废气组分。废气探测器17可以构造成跳跃探测器或两点式λ探测器。
废气探测器15具有带集成的加热元件和温度传感器的测量室作为主要部件，测量室提供与废气通道18中的氧含量相关的输出信号，该输出信号用作λ调节的输入信号。测量室在此可以设计成内恩斯特室（Nernst-Zelle）。λ调节通常是控制器100中一个函数的组成部分。
接下来以设计成两点式λ探测器的废气探测器15为例阐释按本发明的方法。这个方法按照意义也可以应用于带有与温度相关的输出信号、加热元件和温度传感器的其它废气探测器。
本发明的一个特别的特征还在于一种用于废气探测器15的温度模型，该温度模型可以根据多个输入参量模型化加热过程期间在废气探测器15的地点处的温度。温度模型在此借助控制器100求出。温度模型在此考虑到了通过废气探测器15的加热器的热量输入以及外部影响，如热量输入或经由包围废气探测器15的废气的热量流出，废气探测器15埋入在所述废气中。
探测器温度模型在此考虑到了外部影响，其中，假设的加热功率按照经驱控的加热器电压（假设指定的加热器电阻Ri）设置成与热量输入或所产生的探测器温度相关。
此外，废气探测器15；17还分别包括用于测量温度的器件，其中，废气探测器15；17的温度由控制器100接收并储存在那里。
根据抽吸空气温度、电池电压、废气探测器15的加热器的经脉宽调制的驱控比、在废气探测器15的地点处的壁温、在废气探测器15的地点处的废气温度和在内燃机10的输出端处的冷却剂温度Tcoolant求出探测器温度模型或温度模型。由当前的电池电压和经脉宽调制的驱控比根据给定的加热器电阻Ri得出废气探测器15的电气的加热功率。这个加热器电阻Ri与温度相关并且指定用于正常运转的废气探测器15。加热器电阻Ri可以通过例如加热器元件的老化过程获得附加的分量，由此减小废气探测器15的所产生的加热功率。通过这个附加分量可以通过预设的评估分析逻辑区分正常运转的和处于边界的或发生故障的废气探测器15。
在图2中示出了用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法的示例性的流程。在控制器100上储存有温度模型，该温度模型将在废气探测器15的地点处的温度Tmod模型化。
可以例如将质量流量、体积流量、内燃机10的温度或内燃机10的抽吸空气的和废气的温度、优选在废气探测器15上游求出的温度用作针对温度模型的输入信号。
在特别有利的设计方案中，根据内燃机的抽吸空气的温度、内燃机的电池电压、废气探测器15的加热器的经脉宽调制的驱控比、在废气探测器15的地点处的壁温、废气温度、在内燃机10的输出端处的冷却剂温度Tcoolant求出温度模型。
在第一步骤200中检查所述方法的开启条件。
在第一种设计方案中，当从激活废气探测器15的加热元件起的能预定的持续时间twait到期时，授权开启用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。时间t随着加热过程的启动而在控制器100中启动。
若时间t超过了能预定的持续时间twait，那么授权开启所述方法并且在步骤210中继续所述方法。
在第二种设计方案中，当废气探测器15的在激活废气探测器15的加热元件的时间点上求出的开始温度Tstart超过了能预定的温度提高STemp时，授权启动用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。在此，开始温度Tstart在控制器100中加以接收和储存并且连续地检查，开始温度Tstart是否超过能预定的温度提高STemp。
在此所观察的温度Tstart在此优选通过温度模型或者基于传感器地通过废气探测器15的温度传感器求出。
紧接着可以在步骤210中继续所述方法。
在第三种设计方案中，当能预定的热量wvorgabe被随着废气探测器15的加热元件的激活而开始的所求出的热量wTrg超过时，授权开启用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。随着加热过程的激活开始，根据模型化的温度Tmod连续地求出热量wtrg。
以公知的方式由模型化的温度差Tmod、废气探测器15的比热容cp和废气探测器15的质量M得出热量wTrg。
在此通过控制器100执行计算以及开启。
备选也可以基于废气探测器15的温度传感器的连续地求出的温度Tsens求出热量wTrg。
在一种备选的设计方案中，可以求出能预定的持续时间内的模型化的热量wTrg。在激活加热器过程的时间点上开始直至例如能预定的时间结束。
在一种备选的设计方案中，也可以通过加热器功率Psens；Pmod求出热量wtrg。加热器功率可以一方面通过温度模型或者通过基于传感器的参量求出。
紧接着在步骤210中继续所述方法。
在第四种设计方案中，当废气探测器15的所求出的温度TSens超过了能预定的运行温度THSoll时，授权开启用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。
为此优选从激活废气探测器15的加热器元件的加热过程起求出废气探测器15的温度TSens，并且当所求出的温度TSens超过能预定的运行温度THSoll时，授权开启并且在步骤210中继续所述方法。
备选也可以将用于开启的模型化的温度Tmod用于评估分析。若模型化的温度Tmod超过了能预定的运行温度THSoll，那么授权开启并且在步骤210中继续所述方法。
针对λ探测器的运行温度例如约为700℃。
在步骤210中，随着所述方法的开启通过控制器100连续地求出在模型化的温度Tmod和所求出的温度TSens之间的温度差DiffT。
若所求出的温度差DiffT超过了能预定的温度阈值Tmax，那么废气探测器15的加热元件被识别为发生故障并且可以结束所述方法或者从头在步骤200中开始所述方法。
备选可以经滤波地执行温度差DiffT相对能预定的温度阈值Tmax的评估分析，因而在废气探测器15的加热元件被识别为发生故障之前，必然由于所求出的温度差DiffT而在特定的时间内存在超过能预定的温度阈值Tmax。
在图3中示出了用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法的第二种示例性的流程。在控制器100上储存有温度模型，该温度模型将在废气探测器15的地点处的温度Tmod以及模型化的加热器功率Pmod模型化。
在第一步骤300中，随着对废气探测器15的运行温度的预定开始激活废气探测器15的加热器元件。额外随着加热器元件的激活通过控制器100连续地接收和储存内燃机10的抽吸空气的温度、内燃机10的电池电压、废气探测器15的加热器的经脉宽调制的驱控比、在废气探测器15的地点处的壁温、废气温度和在内燃机10的输出端处的冷却剂温度Tcoolant。根据所求出的温度Tsens、电池电压和加热器的经脉宽调制的驱控信号通过控制器100求出加热器功率PSens。
同样通过温度模型基于所求出的温度TSens求出模型化的加热器功率Pmod。
紧接着在步骤310中继续所述方法。
在步骤310中，随着开始激活废气探测器15的加热器元件开始开启对废气探测器15的加热元件的诊断。在第一种设计方案中，当从激活废气探测器15的加热元件起的能预定的持续时间twait到期时，授权开启用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。时间t随着加热过程的开始而在控制器100中开始。若时间t超过了能预定的持续时间twait，那么授权开启所述方法并且在步骤320中继续所述方法。
在备选的设计方案中，当能预定的热量wvorgabe被随着废气探测器15的加热元件的激活而开始的所求出的热量wTrg超过时，授权开启用于诊断内燃机10的废气探测器15的加热元件的方法。随着开始激活加热过程，根据所测得的温度Tsens和/或模型化的温度Tmod连续地求出热量wtrg。
热量wTrg以公知的方式由温度差Tmod、废气探测器15的比热容cp和废气探测器15的质量M得出。
在此通过控制器100执行计算以及开启。
备选也可以基于废气探测器15的温度传感器的连续地求出的温度Tsens求出热量wTrg。
在一种备选的设计方案中，可以求出能预定的持续时间内的模型化的热量wTrg。在激活加热器过程的时间点上开始直至例如能预定的时间结束。
在一种备选的设计方案中，也可以通过加热器功率Psens；Pmod求出热量wtrg。加热器功率可以一方面通过温度模型或者通过基于传感器的参量求出。
紧接着在步骤320中继续所述方法。
在步骤320中，随着所述方法的开启通过控制器100连续地求出在所求出的加热器功率PSens和模型化的加热器功率Pmod之间的功率系数QP。
若所求出的功率系数QP超过能预定的功率阈值SQ，那么废气探测器15的加热元件被识别为发生故障并且可以结束所述方法或者从头在步骤300中开始所述方法。
对功率系数QP的监控基于这样的思想，即，功率系数QP针对废气探测器15的加热器元件运转良好的的情形接近值1。
针对废气探测器15的故障的加热元件，真正所需的加热器功率Psens始终要大于由温度模型加以模型化的针对废气探测器15的运转良好的加热器元件的加热器功率Pmod。
若废气探测器15的加热器元件的加热功率例如由于故障而受到限制，那么所述加热器元件与正常运转的废气探测器的加热器元件不同的是消耗更多的加热器能量，以便例如达到能预定的运行温度或者以便保持这个运行温度。
因此通过加热器功率Psens与模型化的加热器功率Pmod的不断对比，可以鲁棒地执行对废气探测器15的加热器元件的诊断。
若针对功率系数QP得出了大于1的值，那么由此可知，废气探测器15的加热元件强烈地在其有效功率上受到限制或甚至发生故障。
备选可以经滤波地执行功率系数QP相对能预定的功率阈值SQ的评估分析，因而在废气探测器15的加热元件被识别为发生故障之前，必然由于所求出的功率系数QP而在特定的时间内存在超过能预定的功率阈值SQ。
紧接着可以结束方法或者在步骤300中从头开始所述方法。

Claims (17)

1.用于诊断内燃机（10）的废气探测器（15）的加热元件的方法，其中，废气探测器（15）具有用于测量温度的器件，
其中，借助温度模型连续地求出在废气探测器（15）的地点处的模型化的温度（Tmod），
其中，通过加热过程提高废气探测器（15）的温度，其特征在于，
通过开启条件授权诊断废气探测器（15）的加热元件，
其中，随着诊断的开启求出在废气探测器（15）的模型化的温度（Tmod）和废气探测器（15）的所测得的温度（TSens）之间的温度差（DiffT），
其中，当所求出的温度差（DiffT）超过了能预定的温度阈值（Tmax）时，废气探测器（15）的加热元件被识别为发生故障。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，随着开始加热过程求出开始温度（Tstart）并且随着由于能预定的温度提高（STemp）超过开始温度（Tstart）而授权开启诊断。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，基于传感器或基于模型求出所述开始温度（Tstart）。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据能预定的时间（twait）在开始加热过程后授权开启诊断。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述模型化的温度（Tmod）求出被带入到废气系统中的热量（wtrg），其中，当所求出的热量超过了能预定的热量（wvorgabe）时，授权开启诊断。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所求出的温度（TSens）求出被带入到废气系统中的热量（wtrg），其中，当所求出的热量超过了能预定的热量（wvorgabe）时，授权开启诊断。
7.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，针对加热过程预定额定温度（TSoll），其中，当模型化的温度（Tmod）达到或超过能预定的额定温度（TSoll）时，授权开启诊断。
8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，针对加热过程预定额定温度，其中，在当前的温度（Tsens）达到能预定的额定温度（TSoll）时，授权开启诊断。
9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，这样来设计所述废气探测器（15）的温度模型，使得所述温度模型将在下方的公差带处模型化老化的废气探测器（15）。
10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，根据抽吸空气的温度、电池电压、针对所述废气探测器的加热器的经脉宽调制的驱控比、在所述废气探测器（15）的地点处的壁温、废气温度、在内燃机（10）的输出端处的冷却剂温度（Tcoolant）求出所述温度模型。
11.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助集成在所述废气探测器（15）中的加热元件执行对所述废气探测器（15）的加热。
12.用于诊断内燃机（10）的废气探测器（15）的加热元件的方法，其中，废气探测器（15）具有用于测量温度的器件，
其中，借助温度模型连续地求出在废气探测器（15）的地点处的模型化的温度（Tmod），
其中，根据所测得的温度（Tsens）求出加热功率（Psens），
其中，通过加热过程提高废气探测器（15）的温度，
其中，根据所述温度模型求出加热器功率（PSens）和模型化的加热器功率（Pmod）
其特征在于，
通过开启条件授权诊断废气探测器（15）的加热元件，
其中，随着诊断的开启由废气探测器（15）的所测得的加热器功率（Psens）和废气探测器（15）的模型化的加热器功率（Pmod）求出功率系数（QP），
其中，当所求出的功率系数（QP）超过能预定的功率阈值（SQ）时，废气探测器（15）的加热元件被识别为发生故障。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，根据所求出的温度（TSens）求出被带入到废气系统中的热量（wtrg），其中，当所求出的热量超过能预定的热量（wvorgabe）时，授权开启诊断。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征在于，根据模型化的温度（Tmod）求出带入到废气系统中的热量（wtrg），其中，当所求出的热量超过能预定的热量（wvorgabe）时，授权开启诊断。
15.计算机程序，其设置用于，执行按照权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤。
16.能机读的存储介质，其上储存有按照权利要求15所述的计算机程序。
17.电子的控制器，其设置用于，执行按照权利要求1至14中任一项所述的方法的步骤。
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