用于對氣體傳感器進行監(jiān)控的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于對燃燒發(fā)動機的氣體傳感器進行動態(tài)監(jiān)控的方法和裝置，其中在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時基于所建模的信號和所測量的信號的比較來實施動態(tài)診斷，并且所測量的信號是所述氣體傳感器的輸出信號的實際值并且所建模的信號是模型值。在此規(guī)定，用高通濾波器對所述氣體傳感器的輸出信號進行濾波，并且對更高頻的信號份額進行分析。利用所述方法和所述用于實施所述方法的裝置能夠提供統(tǒng)一的用于氣體濃度的增大和減小的監(jiān)控原理，該監(jiān)控原理能夠在沒有對所述燃燒發(fā)動機的空氣系統(tǒng)或者燃料系統(tǒng)進行干預的情況下就夠用，并且一方面相對于干擾具有較高的魯棒性并且另一方面突出之處在于其低復雜性以及低應用開銷。所述監(jiān)控原理首先也能夠應用在無慣性階段并且無空轉的車輛中、例如應用在混合動力車中。
【專利說明】用于對氣體傳感器進行監(jiān)控的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于對燃燒發(fā)動機的氣體傳感器進行動態(tài)監(jiān)控的方法，所述氣體傳感器例如作為廢氣監(jiān)控及減少系統(tǒng)的一部分作為廢氣探測器布置在燃燒發(fā)動機的廢氣道中或者作為氣體濃度傳感器布置在所述燃燒發(fā)動機的進氣管路中，其中所述氣體傳感器根據(jù)幾何形狀、測量原理、老化或者污染情況而具有低通特性，其中在有待檢測的氣體狀態(tài)參量變化時根據(jù)所建模的和所測量的信號的比較來實施動態(tài)診斷，并且其中所測量的信號是所述氣體傳感器的輸出信號的實際值并且所建模的信號是模型值。
[0002]此外，本發(fā)明涉及一種用于實施所述方法的裝置。
【背景技術】
[0003]為了降低在具有汽油發(fā)動機的客車中的排放，通常將3通路催化器用作廢氣凈化設備，所述3通路催化器只有在以較高的精度對空氣燃料比λ進行調(diào)節(jié)時才對足夠多的廢氣進行轉化。為此目的，借助布置在所述廢氣凈化設備之前的廢氣探測器來測量所述空氣燃料比λ。將這樣的廢氣凈化設備的用于氧氣的儲存能力用于在稀薄氣體混合物階段吸收氧氣并且在濃厚氣體混合物階段又排出氧氣。由此實現(xiàn)這一點:廢氣的能夠氧化的有害氣體成分能夠被轉化。布置在所述廢氣凈化設備后面的廢氣探測器在此用于對所述廢氣凈化設備的氧氣儲存能力進行監(jiān)控。必須在車載診斷系統(tǒng)(OBD)的范圍內(nèi)對所述氧氣儲存能力進行監(jiān)控，因為它代表著用于所述廢氣凈化設備的轉化能力的尺度。為了確定所述氧氣儲存能力，要么首先在稀薄氣體混合物階段中給所述廢氣凈化設備配備氧氣，并且隨后在具有在廢氣中已知的λ值的濃厚氣體混合物階段(Fettphase)中在考慮到流出的廢氣量的情況下將所述廢氣凈化設備排空，或者首先在濃厚氣體混合物階段中將氧氣從所述廢氣凈化設備中排空并且隨后在具有在廢氣中已知的λ值的稀薄氣體混合物階段中在考慮到流出的廢氣量的情況下來裝填所述廢氣凈化設備。在布置在所述廢氣凈化設備后面的廢氣探測器探測到再也不能由所述廢氣凈化設備所儲存的氧氣時，結束所述稀薄氣體混合物階段。同樣，在所述廢氣探測器探測到濃厚的廢氣流出時，結束濃厚氣體混合物階段。所述廢氣凈化設備的氧氣儲存能力相當于在濃厚氣體混合物階段中為進行排空而輸入的還原劑的量，或者相當于在稀薄氣體混合物階段中為進行裝填而輸入的氧氣的量。精確的量從前置的廢氣探測器的信號和從其他的傳感器信號中檢測到的廢氣質(zhì)量流量中算出。
[0004]如果所述前置的廢氣探測器的動態(tài)性例如由于污染或老化而降低，那么再也不能以必要的精度對所述空氣燃料比進行調(diào)節(jié)，使得所述廢氣凈化設備的轉化效率減小。此外，在所述廢氣凈化設備的診斷中可能產(chǎn)生偏差，所述偏差可能導致:本身正確地工作的廢氣凈化設備被錯誤地評估為不可運行。立法機構要求在行駛運行的過程中對探測器特性進行診斷，用于保證，能夠繼續(xù)足夠精確地設定所要求的空氣燃料比，所述排放沒有超過允許的極限值并且正確地對所述廢氣凈化設備進行監(jiān)控。所述OBDII條例要求，不僅關于λ傳感器和其他的廢氣探測器的電的功能可靠性而且在其響應特性方面對其進行監(jiān)控，也就是說，必須識別出探測器動態(tài)性的變差情況，所述變差情況能夠通過擴大的時間常數(shù)和/或延時覺察出來。必須隨車對在廢氣成分的變化及對其的識別之間的延時和延遲時間就以下方面進行檢驗:它們對用戶函數(shù)來說也就是說對使用所述探測器信號的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)控功能來說是否依然可靠。作為用于廢氣傳感器的動態(tài)特性的特征參量，典型地使用從氣體混合物變化直至信號沿的延時以及確定的、例如從信號幅度的0%上升到63%或者從信號幅度的30%上升到60%的上升時間。所述延時也包括從發(fā)動機排氣口直至所述探測器的氣體運行時間并且因此尤其在更改傳感器安裝位置時發(fā)生變化。
[0005]對柴油發(fā)動機來說，作為氣體傳感器或者氣體濃度傳感器使用寬帶λ傳感器，并且結合SCR催化器(也稱為NOx傳感器)來使用。后者額外地同樣提供O2信號。所述寬帶λ傳感器或者NOx傳感器的O2信號對柴油發(fā)動機來說不僅用于廢氣后處理裝置的運行，而且也用于發(fā)動機內(nèi)部的排放降低。在廢氣中的所測量的O2濃度或者說所測量的λ信號用于在動態(tài)方面精確地調(diào)節(jié)所述空氣燃料混合物并且就這樣將未處理排放的離散度降低到最低限度。對具有NOx儲存催化器(NSC)的柴油發(fā)動機來說，在催化器之前和之后各需要一個寬帶λ傳感器，用于可靠地描述用于再生的稠密運行(Fettbetrieb)。發(fā)動機內(nèi)部的排放降低和NSC運行同樣向所述O2探測器的動態(tài)特性提出確定的最低要求。目前在從負載運行轉向慣性運行(Schub)時，也就是說在從比空氣中正常的O2含量低確定的百分比的情況上升到21%時，對所述O2信號的上升時間進行監(jiān)控。如果所述傳感器信號在最大時間之后甚至連確定的中間值也沒有達到，則將此解釋為延時故障(Totzeitfehler)。對具有NOx儲存催化器(NSC)的柴油發(fā)動機來說，此外一般對在所述催化器前后的λ傳感器的響應特性進行比較。
[0006]對未來的數(shù)代的車輛或者說車型生產(chǎn)年份來說能夠預料，在O2濃度下降時也要求對傳感器動態(tài)性的監(jiān)控。此外，對混合動力車來說，將來不再存在慣性階段，并且由此不再存在具有21%的、恒定的O2濃度的階段。第一批用于這些附加要求的解決方案是在DE 102008 001 121 Al中的主動的監(jiān)控以及在DE 10 2008 040 737 Al中的基于觀測程序的方法。
[0007]由DE 10 2008 040 737 Al公開了一種用于對寬帶λ傳感器的動態(tài)的特性進行監(jiān)控的方法，其中借助所述寬帶λ傳感器來確定所測量的λ信號，該λ信號相應于在燃燒發(fā)動機的廢氣中的氧氣濃度，其中為所述燃燒發(fā)動機分配了一種觀測程序，該觀測程序從輸入?yún)⒘恐挟a(chǎn)生所建模的λ信號，并且其中從所建模的λ信號和所測量的λ信號的差中或者從一從所建模的λ信號所推導出來的信號和從所測量的λ信號中推導出來的信號的差中，來形成一個用作在所述觀測程序中布置在模型前面的調(diào)節(jié)器的輸入?yún)⒘康墓浪阏`差信號(Schjitzfehler-Signal)。在此規(guī)定，從對所述估算誤差_信號和從中推導出來的參量的評估中確定所述寬帶λ傳感器的、通過延時和反應時間來表示出特征的、動態(tài)的特性，并且將所述用于動態(tài)的特性的尺度與預先給定的極限值進行比較，用于評估，到什么程度所述寬帶λ傳感器的動態(tài)的特性足以用于所述燃燒發(fā)動機的所規(guī)定的運行。
[0008]此外，在DE 10 2008 001 569 Al中說明了用于對LSU動態(tài)模型進行在線適應處理的一種方法和一種裝置。具體來講，該文件涉及用于對廢氣探測器的動態(tài)模型進行適應的一種方法和一種裝置，所述廢氣探測器是燃燒發(fā)動機的廢氣道的組成部分，并且用所述廢氣探測器來確定用于對空氣燃料組成進行調(diào)節(jié)的λ值，其中在所述燃燒發(fā)動機的控制機構或者診斷機構中在與此平行的情況下計算所模擬的λ值，并且由用戶函數(shù)不僅使用所模擬的λ值而且使用所測量的λ值。在此規(guī)定，在連續(xù)的車輛運行中在激勵所述系統(tǒng)時通過對信號變化的分析來確定所述廢氣探測器的躍變特性，并且根據(jù)這些結果來對所述廢氣探測器的動態(tài)模型進行適應。
[0009] 為了識別傳感器特性，在此動用已知的、用于對寬帶λ傳感器進行動態(tài)監(jiān)控的功能。對例如用于NOx信號的廢氣傳感器的其他氣體濃度信號來說，適用和用于O2信號或者
O2傳感器的情況相類似的要求。因此能夠假設在所述監(jiān)控功能之間的類似性。
[0010]按照DE 10 2008 001 121 Al的方法是一種主動的監(jiān)控。它包含通過測試噴射進行的激勵，所述測試噴射不僅提高了燃料消耗而且提高了排放。按照DE 10 2008 040 737Al的方法雖然被動地工作，但是以所謂的觀測程序為前提，所述觀測程序的應用比較麻煩。此外，這兩種方法基本上對較大的延時變化的識別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]因此，本發(fā)明的任務是，提供一種用于氣體傳感器的動態(tài)監(jiān)控方法，其滿足以下要求中的至少一部分:
?特別適用于對上升時間的診斷或者說識別；
?用于氣體濃度的增大和減小的統(tǒng)一的監(jiān)控原理；
?被動的方法，也就是說沒有對燃燒發(fā)動機的空氣或者燃料系統(tǒng)進行干預；
?也能夠用在無慣性階段并且無空轉的車輛中(例如用在混合動力車中)；
?在相關的認證周期中高的可用性；
?相對于干擾的高的魯棒性；以及 ?低的復雜性和低的應用開銷。
[0012]此外本發(fā)明的任務是，提供一種相應的、用于實施所述方法的裝置。
[0013]與所述方法相關的任務通過以下方式得到解決:用高通濾波器對所述氣體傳感器的輸出信號進行濾波，并且在有待測量的氣體狀態(tài)參量例如氣體濃度變化時對更高頻的信號份額進行分析。變化在此可能通過對所述燃燒發(fā)動機的激勵來進行。利用這種方法能夠?qū)υ跉怏w傳感器上的動態(tài)方面的變化進行檢測和量化。在本發(fā)明意義上的氣體傳感器是這樣的傳感器，其能夠測量氣體的狀態(tài)或者說能夠探測到變化。所述氣體的狀態(tài)在此能夠通過氣體的溫度、氣壓、氣體質(zhì)量流量和/或確定的氣體份額的濃度、例如氧氣含量或者NOx含量來描述。氣體傳感器具有一種典型的低通特性，所述低通特性尤其取決于所述氣體傳感器的構造的幾何形狀。此外，這樣的傳感器會由于其老化或者外部的影響(例如由于柴油發(fā)動機上的積碳)而改變其響應特性。在時域中，減小的極限頻率表現(xiàn)在更大的上升時間，也就是說在激勵沒有變化時，信號沿更加平坦。因此，如果將合適的高通濾波器、例如一階高通濾波器與所述探測器串聯(lián)，那么在出現(xiàn)所述有待測量的氣體狀態(tài)參量的、例如氣體濃度的較陡的變化時能夠在高通濾波器的輸出信號上識別，低通濾波器的極限頻率是大于還是小于所述高通濾波器的極限頻率。如果所述傳感器由于老化或者外部的影響而反應遲緩，則在出現(xiàn)所述氣體狀態(tài)參量的變化時還僅僅確定較小的更高頻的信號份額或者沒有確定更高頻的信號份額。如果所述傳感器具有較高尺度的動態(tài)性，那么這就影響到較大的更高頻的信號份額，從而用這種特征能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)診斷。利用所介紹的方法，能夠提供統(tǒng)一的、用于氣體狀態(tài)參量、例如氣體濃度的增大和減小的監(jiān)控原理，該監(jiān)控原理被動地設計而成，也就是說能夠在沒有對所述燃燒發(fā)動機的空氣或者燃料系統(tǒng)進行干預的情況下就夠用，這就像在以往的動態(tài)診斷方法中的情況一樣。該方法一方面相對于干擾具有較高的魯棒性。另一方面該方法的突出之處在于其較低的復雜性并且在于較小的應用開銷。因此，開頭所提到的、在任務設置中的要求能夠同時得到滿足。
[0014]在一種優(yōu)選的方法變型方案中，在輸送給燃燒發(fā)動機的空氣燃料混合物的空氣燃料比變化時對所述氣體傳感器實施動態(tài)診斷。其中對所述更高頻的信號份額進行分析。
[0015]為了能夠區(qū)分緩慢的傳感器與不足夠的激勵，必須對有待測量的氣體狀態(tài)參量的變化速度進行評估，而在此沒有使用有待監(jiān)控的傳感器本身的信號。因此，在一種優(yōu)選的方法變型方案中規(guī)定，將所述氣體傳感器的更高頻的信號份額與來自所述氣體傳感器的模型的、相應經(jīng)過高通濾波的輸出信號進行比較，并且根據(jù)所述比較情況來推斷出所述氣體傳感器的動態(tài)性。在使用寬帶λ傳感器的或者NOx傳感器的O2信號的情況下，為此將空氣質(zhì)量和燃料質(zhì)量作為輸入?yún)⒘枯斔徒o所述模型，該模型預測在所述廢氣中的剩余氧氣濃度。所述模型在此一般在與延時的組合中描繪所述氣體傳感器連同其典型的低通特性。然后，通過對所述兩個高通濾波器輸出值的比較，能夠推斷出實際的傳感器的功能可靠性。對于其他的氣體濃度、例如NOx信號而言，可能需要使用額外的未處理排放模型。
[0016]在一種優(yōu)選的方法變型方案中規(guī)定，不僅使所述氣體傳感器的更高頻的信號份額而且使所述模型的更高頻的信號份額進行平方以及求積分并且由此計算更高頻的能量份額，并且隨后將這些能量份額轉換為比例，并且根據(jù)如此計算的能量比來推斷出所述氣體傳感器的動態(tài)特性。在所述高通濾波器的求平方的輸出信號下方的面積越小，所述探測器或者所述激勵就越慢。作為所述信號能量的替代方案，也能夠形成一些與所述信號能量相關聯(lián)的參量并且將其轉換為比例。例如也能夠取代所述信號能量而使用所述信號能量的方根，或者對所述高通濾波器輸出信號的數(shù)值求積分。
[0017]為了所述氣體傳感器的和/或所述模型的或者其輸入信號的相乘的誤差不會歪曲信號比較結果，優(yōu)選對相應的能量份額實施標準化。所述氣體傳感器的或者所述模型的或者其輸入信號的相加的誤差不起作用，因為高通濾波器抑制了信號的相同份額。
[0018]在檢測所述信號能量時能夠規(guī)定，對更高頻的信號份額的積分借助對所述兩種信號來說個性化的積分持續(xù)時間At來實施，其中不僅在所述輸出信號的上升的信號沿處而且在下降的信號沿處都觸發(fā)用于開始對所述兩種信號進行積分的時刻。如果不必分開地對所述傳感器信號的上升沿和下降沿進行監(jiān)控，則能夠簡化所述按本發(fā)明的方法。而后可選能夠在任意的時刻在兩條路徑中開始所述積分并且在持續(xù)時間At里執(zhí)行所述積分。前提僅僅是通過有待測量的氣體狀態(tài)參量、例如氣體濃度的變化引起的足夠的激勵，所述變化例如來源于變換的發(fā)動機運行點。所述時間間隔At因而能夠包括多個下降沿和上升沿。對所述標準化來說，而后應該在At里在兩個高通濾波器輸入端上檢測相應的最大值和最小值。
[0019]一種優(yōu)選的方法變型方案規(guī)定，從確定的定點開始，當置入所述信號沿時在開始積分之前要等待可用的信號幅度。在監(jiān)控之前的短時間的穩(wěn)定運行保證了，探測器和模型的信號沿即使在出現(xiàn)延時差別時也來源于相同的激勵。如果所述廢氣探測器的安裝位置被操縱了，這一點則尤其重要。
[0020]如果將所述能量比與代表著極限值的傳感器的動態(tài)性的可用的閾值進行比較，其中所述閾值和在用于所述傳感器的模型中所選擇的模型時間常數(shù)Tm彼此依賴，那就能夠非常容易地實施動態(tài)診斷。如果Tm已經(jīng)相當于極限值的傳感器動態(tài)性，那么合適的閾值就大約為1，從而省去其應用。而如果所述模型時間常數(shù)Tm相應于足夠快的氣體傳感器、例如標準傳感器，那么所述用于能量比的監(jiān)控極限就低于I。對所述能量比>所述閾值這種情況來說，能夠?qū)⑺鰝鞲衅饕暈檫\行正常，在所述能量比< 所述閾值的情況中，則應該將所述傳感器視為有故障。
[0021]所述用于傳感器的動態(tài)性的特征參量一般取決于氣體質(zhì)量流量、氣體體積流量或者取決于氣體速度。如果所述診斷應該在較大的發(fā)動機運行范圍內(nèi)具有較高的選擇性，那么有利的是，也根據(jù)氣體的上述的狀態(tài)參量來跟蹤不同的濾波時間常數(shù)和/或閾值。如果所述模型沒有模擬極限探測器(Grenzsonde)，而是模擬足夠快的探測器、也就是例如標準探測器，那么這一點也適用于所述監(jiān)控閾值。
[0022]在激勵不足時，原則上可能出現(xiàn)以下情況:所述能量比的分子和/或分母具有接近于或者等于零的數(shù)值。能夠捕集到除以零的情況，方法是:在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時，例如在所述燃燒發(fā)動機的負荷變換時，實施對足夠的激勵的檢驗，其中對模型信號來說根據(jù)信號變化的符號來將邊沿陡度與可用的閾值進行比較。作為替代方案，通過對所述模型的輸入?yún)⒘康倪呇囟付冗M行評估能夠?qū)嵤ψ銐虻募畹臋z驗。
[0023]作為所述診斷方法的擴展方案，能夠額外地規(guī)定，對傳感器時間常數(shù)Ts實施迭代的識別，其中根據(jù)所述信號份額的能量比或者根據(jù)取決于所述能量比的參量逐步對所述模型時間常數(shù)Tm進行適應(adaptieren)。為此，用起始值Tinit來使所述模型時間常數(shù)Tm初始化，并且在步驟中在每次積分之后根據(jù)所述能量比對其進行校正。為了加速或者減慢所述迭代方法的收斂性，能夠不是根據(jù)所述能量比而是根據(jù)取決于所述能量比的參量來進行所述適應處理。
[0024]在一種作為替代方案的方法變型方案中，能夠借助保存在特性曲線族中的、用于所述時間常數(shù)Ts或者比例值TS/TM的數(shù)值來實施對所述傳感器時間常數(shù)Ts的識別，其中作為輸入?yún)⒘渴褂盟鰯?shù)值對能量比和模型時間常數(shù)Tm或者相應的所計算的能量比的分子和分母。這種方法尤其由較低的計算開銷看來是有利的，并且由此在直至存在識別結果之前的時間方面也是有利的。
[0025]所述按本發(fā)明的診斷方法能夠特別有利地用在氣體傳感器上，所述氣體傳感器作為氣體壓力傳感器、氣體溫度傳感器、氣體質(zhì)量流量傳感器或者氣體濃度傳感器作為廢氣監(jiān)控及減少系統(tǒng)的一部分用作所述燃燒發(fā)動機的廢氣道中的廢氣探測器或者用在所述燃燒發(fā)動機的進氣管路、例如進氣歧管中，用于檢測氣體狀態(tài)參量或者說濃度。必須根據(jù)開頭所提到的、在這些與排放相關的氣體傳感器的動態(tài)性和普通的功能方面的要求對所述氣體傳感器進行監(jiān)控。因此，例如能夠?qū)怏w壓力傳感器的響應特性進行監(jiān)控，并且例如在所述氣體壓力傳感器的連接到進氣歧管上的連接管路堵塞或者折彎時探測到所述動態(tài)性的減弱情況。氣體溫度傳感器或者氣體質(zhì)量流量傳感器例如能夠構造為設置在所述燃燒發(fā)動機的進氣管路內(nèi)部的熱膜空氣質(zhì)量測量計，并且對所述氣體溫度傳感器或者氣體質(zhì)量流量傳感器來說由于污染而能夠記錄到動態(tài)損失。只要能夠為這樣的傳感器的信號說明合適的模型，那就能夠有利地使用所述按本發(fā)明的、如前面在其方法變型方案中所描述的那樣的方法。[0026]作為氣體傳感器，尤其考慮寬帶λ傳感器(LSU探測器)或者NOx傳感器的形式的廢氣探測器，利用所述廢氣探測器能夠確定在氣體混合物中的氧氣含量。對構造為寬帶λ傳感器和連續(xù)的λ傳感器的廢氣探測器來說，為進行診斷而根據(jù)前面所描述的方法變型方案優(yōu)選將所測量的氧氣濃度與所建模的氧氣濃度進行比較。作為替代方案，能夠為這種比較而使用倒數(shù)的λ值，因為其近似地與所述氧氣濃度成比例。同樣合適的是與所述氧氣濃度成比例的電的參量，也就是在傳感器中的或者在所屬的開關電路中的電壓或者電流。然后，必須相應地對為進行比較而使用的模型信號進行換算。對氧化氮傳感器來說，作為實際值對所述氧化氮傳感器的輸出信號進行分析，其中從所建模的NOx數(shù)值中確定所述模型值。這種診斷因此能夠特別有利地用在汽油發(fā)動機上或者用在稀薄-發(fā)動機(Mager-Motoren)上,所述發(fā)動機的廢氣凈化設備具有用于進行氧化氮還原的催化器和/或機構。對安裝在廢氣凈化設備后面的氣體傳感器來說，必須在模型中考慮到廢氣凈化的、對相關的氣體濃度的影響。作為替代方案能夠設想，僅僅在一些階段中實施所述診斷，在這些階段中所述廢氣凈化對所述相關的氣體濃度沒有影響。
[0027]—般來說，能夠在使用至少一個傳感器的過程中設置所述方法連同其以前所描述的變型方案的進一步的使用方案，對所述過程來說能夠通過具有時間常數(shù)并且必要時具有延時的一階濾波器來近似計算所述過程，并且能夠通過擴大的濾波時間常數(shù)來描述減慢的傳感器的特性。原則上，在這種情況下也在對所述傳感器的響應特性的評估方面獲得前面所描述的優(yōu)點。此外，這樣的過程能夠在其調(diào)節(jié)特性方面得到改進，方法是:使其調(diào)節(jié)器與變化的時間常數(shù)相匹配。
[0028]所述方法連同其前面所描述的變型方案的一種優(yōu)選的使用方案設置用在混合動力車例如柴油混合車輛上，所述混合動力車沒有空轉運行階段或者慣性階段。特別要強調(diào)的是，在所述混合動力車上的使用沒有減少消耗潛力和CO2還原潛力，因為既不需要測試噴射又不必要求特殊的發(fā)動機運行狀態(tài)。
[0029]所述方法連同其前面所描述的變型方案的另一種優(yōu)選的使用方案設置用在一些車輛上，所述車輛具有所謂的滑行運行功能(Segelbetrieb)。對這樣的車輛來說，同樣在很大程度上取消所述慣性運行。取代在慣性運行中牽引發(fā)動機，而是在滑行運行中斷開所述離合器，發(fā)動機進行空轉，并且所述車輛由于其慣性而滾動。在這種情況中也獲得巨大的消耗潛力和CO2還原潛力。
[0030]所述與裝置相關的任務通過以下方式得到解決:為了實施所述按本發(fā)明的方法而設置了診斷單元，該診斷單元具有用于在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時對更高頻的信號份額進行分析的高通濾波器以及至少一個用于具有低通特性的傳感器的模型和用于按照前面所描述的方法變型方案來實施動態(tài)診斷的計算單元、例如積分單元、比較器以及必要時特性曲線族單元。所述診斷單元的功能在此至少能夠部分在軟件基礎上實現(xiàn)，其中這個診斷單元能夠被設置為單獨的單元或者被設置為上級的發(fā)動機控制系統(tǒng)的一部分。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]下面借助在附圖中示出的實施例對本發(fā)明進行詳細解釋。附圖示出:
圖1是技術環(huán)境的示意圖，在該技術環(huán)境中能夠使用所述按本發(fā)明的方法；
圖2a和2b分別是用于快的和慢的氣體傳感器的伯德圖； 圖3是按照本發(fā)明的動態(tài)診斷線路的方框圖；
圖4是用于不同的信號路徑的曲線圖；并且 圖5是用于對探測器時間常數(shù)Ts進行迭代識別的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]圖1借助汽油發(fā)動機的實施例示意性地示出技術環(huán)境，在該技術環(huán)境中能夠使用按本發(fā)明的、用于對廢氣探測器15進行診斷的方法。通過進氣管路11將空氣輸送給燃燒發(fā)動機10，并且用空氣質(zhì)量測量計12來確定所述空氣的質(zhì)量。所述空氣質(zhì)量測量計12能夠構造為熱膜空氣質(zhì)量測量計。所述燃燒發(fā)動機10的廢氣通過廢氣道18來排出，其中沿著廢氣的流動方向在所述燃燒發(fā)動機10的后面設置了廢氣凈化設備16。該廢氣凈化設備16通常包括至少一個催化器。
[0033]為了對所述燃燒發(fā)動機10進行控制，設置了發(fā)動機控制系統(tǒng)14，一方面所述發(fā)動機控制系統(tǒng)通過燃料計量單元13將燃料輸送給所述燃燒發(fā)動機10，并且另一方面將所述空氣質(zhì)量測量計12的以及布置在所述廢氣道18中的廢氣探測器15的以及布置在廢氣排出管路18中的廢氣探測器17的信號輸送給所述發(fā)動機控制系統(tǒng)。所述廢氣探測器15在所示出的實施例中確定輸送給所述燃燒發(fā)動機10的燃料空氣混合物的λ實際值。該廢氣探測器能夠構造為寬帶λ傳感器或者連續(xù)的λ傳感器。所述廢氣探測器17確定在所述廢氣凈化設備16后面的廢氣成分。所述廢氣探測器17能夠構造為躍變式探測器或者二進制探測器。
[0034]在對所述廢氣探測器15的得到改進的動態(tài)監(jiān)控方面，按照本發(fā)明規(guī)定，利用高通及低通濾波器在所述燃燒發(fā)動機10負荷變換時檢驗，濃度變化的更高頻的份額是否依然被所述廢氣探測器15識別。這樣的氣體傳感器具有典型的低通特性，所述低通特性尤其取決于所述氣體傳感器的保護管的幾何形狀。此外，對柴油發(fā)動機來說這樣的保護管會積碳，由此所述傳感器的帶寬減小。在時域中，減小的極限頻率表現(xiàn)在更多的上升時間中，也就是說，在激勵不變時所述信號沿更加平坦。因此，如果將合適的高通濾波器與所述探測器串聯(lián)，那么對較陡的負荷變換來說能夠在高通濾波器的輸出信號上識別，所述低通濾波器的極限頻率是大于還是小于所述高通濾波器的極限頻率。
[0035]圖2a和2b借助伯德圖20示意性地示出了所述功能原理。在頻域中示出了簡化地描繪為線譜的、具有兩個頻率份額的輸入信號譜21并且示出了一階高通濾波器23，所述一階高通濾波器的傳遞函數(shù)能夠通過關系式
G(Jw) = Tf ]w/(TFjw + 1)(1)
來描述，其中Tf作為濾波器的極限頻率(濾波器極限頻率24)。如果所述廢氣探測器15的極限頻率超過所述一階高通濾波器23的極限頻率TF，那么所述串聯(lián)線路就表現(xiàn)得像帶通濾波器一樣，也就是說，像圖2a示意性地示出的那樣，所述廢氣探測器15的輸入信號譜21的高頻依然被允許通過并且能夠在輸出信號譜22中被探測到。而與此相對地，如果所述廢氣探測器15的極限頻率由于動態(tài)損失而下降到所述一階高通濾波器23的極限頻率Tf (濾波器極限頻率24)之下，則所述串聯(lián)線路阻斷所有頻率，從而在所述輸出信號譜22中再也不能測量任何頻率份額(圖2b)。要說明的是，這種線譜僅僅用于對所述原理進行解釋。廢氣探測器15的實際的頻譜能夠通過連續(xù)演進的頻率份額來描述。[0036]原則上，本發(fā)明在此不局限于一階高通濾波器。更確切地說，也能夠使用任意其他的高通濾波器。如果例如用極限頻率取代所述時間常數(shù)來給所述低通濾波器包括廢氣探測器15設定參數(shù)或者所述低通濾波器擁有更高的階，同樣能夠使用所述監(jiān)控方法。
[0037]為了能夠區(qū)分慢的廢氣探測器15與不足夠的激勵，必須對廢氣成分的變化速度進行評估，這例如在使用寬帶λ傳感器的情況下能夠借助空氣和燃料質(zhì)量變化來進行。這能夠用類似的由濾波器構成的串聯(lián)線路來進行。在使用寬帶λ傳感器的情況下，必須為此僅僅將上述的質(zhì)量換算為O2濃度并且用低通濾波器來延遲，所述低通濾波器相當于功能可用的廢氣傳感器。然后應該將這個低通濾波器與高通濾波器串聯(lián)，所述高通濾波器擁有和實際的探測器相同的傳遞函數(shù)。然后，通過對所述兩個高通濾波器輸出值進行比較，能夠推斷出所述實際的傳感器的功能可靠性。對于其他的氣體成分而言，可能需要使用附加的未處理排放模型。
[0038]圖3以方框圖30示出了前面所描述的原理在一種優(yōu)選的方法變型方案中的功能性。在上部分中示出了用于用所述廢氣探測器15測量的氧氣濃度31的路徑。由于能夠通過延時(Totzeit)Tt或者說具有探測器時間常數(shù)Ts的一階低通濾波器來描述的探測器延遲32和實際的氣體運行時間(Gaslaufzeit)，由所述實際的氧氣濃度31中得出氧氣探測器信號32.1。所述探測器及氣體運行時間32的傳遞函數(shù)通過以下關系式來獲得，其中Ks代表著用于所述探測器的放大系數(shù):
【權利要求】
1.用于對燃燒發(fā)動機(10)的氣體傳感器進行動態(tài)監(jiān)控的方法，其中所述氣體傳感器根據(jù)幾何形狀、測量原理、老化或者污染具有低通特性，其中在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時基于所建模的信號和所測量的信號的比較來實施動態(tài)診斷，并且其中所測量的信號是所述氣體傳感器的輸出信號的實際值并且所建模的信號是模型值，其特征在于，用高通濾波器(23、33)對所述氣體傳感器的輸出信號進行濾波，并且在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時對更高頻的信號份額進行分析。
2.按權利要求1所述的方法，其特征在于，在輸送給所述燃燒發(fā)動機(10)的空氣燃料混合物的空氣燃料比變化時對所述氣體傳感器實施動態(tài)診斷，并且在出現(xiàn)所述燃燒發(fā)動機(10)的空氣燃料比的這種變化時對更高頻的信號份額進行分析。
3.按權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將所述氣體傳感器的更高頻的信號份額與來自所述氣體傳感器的模型(41)的相應經(jīng)過高通濾波的輸出信號進行比較，并且根據(jù)所述比較來推斷出所述氣體傳感器的動態(tài)性。
4.按權利要求1到3中任一項所述的方法，其特征在于，不僅對所述氣體傳感器的更高頻的信號份額而且對所述模型(40)的更高頻的信號份額進行平方運算以及求積分并且由此計算更高頻的能量份額，并且隨后將所述能量份額轉換為比例，并且根據(jù)如此計算的能量比(36.1)來推斷出所述氣體傳感器的動態(tài)特性。
5.按權利要求4所述的方法，其特征在于，對相應的能量份額實施標準化。
6.按權利要求4或5所述的方法，其特征在于，借助對所述兩種信號來說個性化的積分持續(xù)時間At來實施對所述更高頻的信號份額的積分，其中不僅在所述輸出信號的上升的信號沿處而且在下降 的信號沿處觸發(fā)開始對所述兩種信號進行積分的時刻(55、56)。
7.按權利要求6所述的方法，其特征在于，從確定的定點開始，當置入所述信號沿時在開始所述積分之前要等待可用的信號幅度。
8.按權利要求3到7中任一項所述的方法，其特征在于，將所述能量比(36.1)與代表著極限值的傳感器的動態(tài)性的、可用的閾值進行比較，其中所述閾值與在用于所述傳感器的模型(41)中所選擇的模型時間常數(shù)Tm彼此依賴。
9.按權利要求1到8中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)所述氣體的狀態(tài)參量來跟蹤濾波器時間常數(shù)和/或所述閾值。
10.按權利要求1到9中任一項所述的方法，其特征在于，在所述有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時，實施對足夠的激勵的檢驗，其中對模型信號來說根據(jù)信號變化的符號來將邊沿陡度與可用的閾值進行比較。
11.按權利要求1到10中任一項所述的方法，其特征在于，對傳感器時間常數(shù)Ts實施迭代的識別，其中根據(jù)所述信號份額的能量比(36.1)或者根據(jù)取決于所述能量比的參量逐步對所述模型時間常數(shù)Tm進行適應。
12.按權利要求1到11中任一項所述的方法，其特征在于，借助保存在特性曲線族中的、用于所述時間常數(shù)Ts或者比例值TS/TM的數(shù)值來實施對所述傳感器時間常數(shù)Ts的識別，其中作為輸入?yún)⒘渴褂脭?shù)值對能量比(36.1)和模型時間常數(shù)Tm或者相應計算的能量比(36.1)的分子和分母。
13.按權利要求1到12中任一項所述的方法，其特征在于，作為氣體傳感器將氣體壓力傳感器、氣體溫度傳感器、氣體質(zhì)量流量傳感器或者氣體濃度傳感器作為廢氣監(jiān)控及減少系統(tǒng)的一部分用作所述燃燒發(fā)動機(10)的廢氣道(18)中的廢氣探測器(15)或者用在所述燃燒發(fā)動機(10)的進氣管路(11)中。
14.按權利要求1到13中任一項所述的方法，其特征在于，作為氣體傳感器使用形式為寬帶λ傳感器或者NOx傳感器的廢氣探測器(15)，利用所述廢氣探測器能夠確定氣體混合物中的氧氣含量。
15.按權利要求1到14所述的方法在混合動力車中的用途。
16.按權利要求1到14所述的方法在具有滑行運行功能的車輛中的用途。
17.裝置，用于對作為廢氣監(jiān)控及減少系統(tǒng)的一部分位于燃燒發(fā)動機(10)的廢氣道中或者在所述燃燒發(fā)動機(10)的進氣管路中的氣體傳感器進行動態(tài)監(jiān)控，其中所述氣體傳感器根據(jù)幾何形狀、測量原理、老化或者污染具有低通特性，其中在有待測量的氣體狀態(tài)參量變化時基于所建模的信號和所測量的信號的比較能夠在診斷單元中實施動態(tài)診斷，并且其中所測量的信號是所述氣體傳感器的輸出信號的實際值并且所建模的信號是模型值，其特征在于，所述診斷單元具有用于對更高頻的信號份額進行分析的高通濾波器(23、33)以及至少一個用于所述氣體 傳感器的模型(41)和用于按照權利要求1到14來實施所述動態(tài)診斷的計算單元。
【文檔編號】F02D41/14GK103975150SQ201280061008
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2012年10月17日 優(yōu)先權日:2011年12月12日
【發(fā)明者】A.米夏爾斯克 申請人:羅伯特·博世有限公司