用于确定内燃机排气系统中排气传感器的功能能力的方法与流程

1.本发明涉及一种确定内燃机的排气系统中的排气传感器的功能能力的方法，以及执行该方法的计算单元和计算机程序。


背景技术：

2.为了满足相应市场中排气法规（abgasgesetzgebung）的规定，在具有内燃机的车辆的排气系统中通常安装有催化转化器和传感器，特别是排气传感器，例如λ传感器。由于为了遵守极限值而强制性地需要这些组件，因此它们通过各种诊断而受到监控。
3.特别是在具有奥托发动机的系统中，优选地力求达到化学计量的空气燃料比 λ = 1)。这意味着：与使燃料完全燃烧成二氧化碳和水所需的氧气恰好一样多的氧气被送入发动机的燃烧室。对于其他发动机方案也存在这样的运行策略，所述运行策略使得需要以排气 λ 为 1 来运行（例如：颗粒过滤器的再生、加热策略
……
）。
4.以排气 λ = 1 运行内燃机的优势在于，三元催化转化器 (英文 three way catalyst twc ) 下游的废气排放量在该空气燃料比下具有最小值。出于此原因，优选将燃烧的λ值调节为λ＝1。
5.为了实现在催化转化器前的λ值的快速调节，可以在三元催化转化器上游使用至少一个λ探测器。然而，该第一调节回路（regelkreis）无法将催化转化器的储氧能力考虑在内。出于此原因，优选可以在催化转化器下游使用至少一个另外的λ探测器，以确保排气的λ值在催化转化器下游也处于排放最佳范围内。
6.由于在催化转化器下游的探测器受到“保护”，因此不会像发动机排气阀和催化转化器之间的探测器那样遭受如此高的排气温度以及温度和压力波动，因此通常假定该探测器不太容易受到老化效应和屈光不正（fehlsichtigkeit）的影响。出于此原因，催化转化器下游的探测器可以用作系统中所谓的“导向探测器（f
ü
hrungssonde）”。
7.由于燃烧系统中的老化效应（例如喷嘴上的沉积物）或催化转化器上游的探测器上的老化效应、排气质量流中的成绺性或不规则性、排气系统中的不密封性等，可能在各个λ探测器上会出现永久差异的 λ 测量值。催化转化器上游的探测器和催化转化器下游的探测器之间的这些测量偏差被称为燃料修整（fuel-trim）或 λ 偏移。通常，它们被整合并且鉴于系统中的最佳 λ 调节方面被校正。如果偏差超过定义的阈值，会报告系统中的错误并激活发动机控制灯（英文malfunction indicator light（故障指示灯），mil）。


技术实现要素：

8.根据本发明提出了具有独立专利权利要求的特征的用于确定内燃机排气系统中的排气传感器的功能能力的方法和用于执行该方法的计算单元和计算机程序。有利的设计方案是从属权利要求和以下描述的主题。
9.本发明基于：比较在冷催化转化器状态下来自两个排气传感器的信号。在此充分利用了：在这种状态下，催化转化器对排气成分的存储能力（还）非常低，因此排气组成成分
不会受到催化转化器的明显影响。在催化转化器起燃（light-off）之后在确定催化转化器上游的排气传感器和催化转化器下游的排气传感器之间的信号偏差时，必须以复杂的方式（aufw
ä
ndig）考虑储氧能力的非线性行为，而在起燃之前则仅要考虑排气的气体运行时间（gaslaufzeit）作为偏差。
10.排气系统具有至少一个催化转化器和在所述至少一个催化转化器上游的第一排气传感器以及在所述至少一个催化转化器下游的第二排气传感器，用于确定内燃机的所述排气系统中的排气传感器的功能能力的方法具体地包括：将所述第一排气传感器和第二排气传感器加热到高于相应排气传感器的最低运行温度的温度；确定第一排气传感器的第一传感器信号；确定第二排气传感器的第二传感器信号；比较在至少一个催化转化器的温度不超过温度阈值的运行时间段中的第一传感器信号和第二传感器信号；并且基于第一传感器信号和第二传感器信号的比较的结果确定第一排气传感器的运行参数。使用这种方法，能够非常快速并且稳健地识别出测量偏差。其他的只有在确定无错误的状态后之才允许释放（freigeben）的功能可以比迄今为止更早地得以释放。在大的测量偏差的情况下，必要时可以非常快速地进行相应的错误录入（fehlereintrag）。由此改善y了诊断的运行频率（laufh
ä
ufigkeit）。本发明也适用于在所述至少一个催化转化器上游的多个排气传感器和/或下游的多个排气传感器。
11.在比较第一传感器信号和第二传感器信号时，优选地考虑排气系统中第一排气传感器的位置和第二排气传感器的位置之间的气体运行时间。因此，在这两个传感器位置处基本上分析的是相同的排气段，由此，传感器信号之间的偏差主要基于的是不同的测量质量。
12.根据优选实施方式，在运行时间段中第一传感器信号和第二传感器信号的比较包括：确定第一传感器信号和第二传感器信号之间的差值并且将所述差值随时间相加或积分。以这种方式，可以可靠地识别到明显的偏差，其中短的波动或噪声是较为无足轻重的。
13.特别地，温度阈值被选择为，使得所述至少一个催化转化器针对排气成分、特别是氧气的存储能力最多为所述至少一个催化转化器的额定存储能力的 20%，特别是最多 10%，优选最多 5%。因此，尽可能避免了所述至少一个催化转化器下游的排气组成成分受到影响，这提高了传感器信号彼此的可比性或使比较更容易。
14.温度阈值尤其是选自从0
°
c到250
°
c的范围，特别是从10
°
c到200
°
c的范围，优选地从20
°
c到100
°
c的范围，其中上限和下限可以任意组合。在这些温度范围内，催化转化器还没有做好运行准备，尤其是还没有转化能力，并且对排气成分没有基本的存储能力。
15.第一和/或第二排气传感器优选包括宽带λ探测器（breitbandlambdasonde）和/或阶跃λ探测器（sprunglambdasonde）和/或no
x
传感器和/或氧传感器。这些是对于控制排气系统而言特别相关的传感器。
16.优选地，根据运行参数执行措施，尤其是输出警告消息和/或确定校正值。由此，一方面，可以考虑到第一传感器信号和第二传感器信号之间虽已确定出但仍可接受的偏差，以便对排气系统的控制更精准地进行设计，例如通过对传感器信号的评估进行适配。另一方面，不再可接受的偏差可被用于确定功能故障并相应地通知用户以便在必要时请求维护或更换排气传感器。
17.在此，所确定的校正值可以被考虑用于第一传感器信号的未来评估并且此外与第
一传感器信号进行计算（verrechnen），其中可以例如以校正因子或加性λ偏移量（additiven lambda-offset）的形式确定所述校正值。例如，在所确定的λ偏移量情况下，第一传感器信号可以分别与λ偏移量相加，以便获得经校正的传感器信号。以此方式，可以对所识别到的屈光不正进行校正，这对λ调节的调节质量具有正面影响。
18.根据本发明的计算单元、例如机动车辆的控制设备特别是以程序技术的方式被设置为，执行根据本发明的方法。
19.以具有用于执行所有方法步骤的程序代码的计算机程序或计算机程序产品的形式实现根据本发明的方法也是有利的，因为这导致特别低的成本，特别是在进行执行的控制设备还用于其他任务并且因此无论如何都存在的情况下。最后，设置一种机器可读存储介质，其上存储有如上所述的计算机程序。适合于提供所述计算机程序的存储介质或数据载体特别是磁的、光的和电的存储器，例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等。还可以通过计算机网络（互联网、内联网等）下载程序。这种下载在此可以有线地或者说有缆线地或无线地（例如通过wlan网络、3g、4g、5g或6g连接等）进行。
附图说明
20.本发明的进一步优点和设计方案从说明书和附图中得出。
21.在附图中依据实施例示意性地示出本发明并且在下文中参考附图进行描述。
22.图1示意性地示出了可以在本发明的范畴内使用的具有内燃机和催化转化器的车辆。
23.图2以极简化的流程图的形式示出了本发明的有利设计方案。
具体实施方式
24.图1中示意性地示出了可以在本发明的范畴内使用的车辆并且总体上用100表示。车辆100包括：内燃机110、排气系统120以及计算单元130，其中所述内燃机这里例如具有六个所标出的气缸，所述排气系统120具有第一催化转化器122和第二催化转化器124，所述计算单元130被设置用于控制内燃机110和排气系统120并且以数据传导方式与内燃机110和排气系统120连接。此外，在所示示例中，计算单元130以数据传导方式与传感器121、123、127连接，这些传感器检测内燃机110和/或排气系统120的运行参数。在所示的示例中，可以在三元催化转化器122的上游例如设置宽带λ探测器121并且可以在三元催化转化器122的下游设置阶跃λ探测器123。可以理解，可能存在未示出的另外的传感器。排气系统120必要时还可以具有另外的清洁组件，例如颗粒过滤器和/或另外的催化转化器，但为了简单起见未在这里示出。
25.为了简单起见，下面仅考虑单个三元催化转化器（twc）122。然而，如果在相应催化转化器的上游和下游存在特别是提供λ信号的λ探测器或另外的排气传感器，本发明也可以变通适用地应用于排气系统120中的其他催化转化器和/或其他催化转化器类型。原则上，本发明可应用于任何按化学计量运行的内燃机（例如汽油、酒精、气体，可能是氢气），其中在所述内燃机的情况下特别有意义的是：使用具有储氧能力的催化转化器。然而，本发明并不限于安装具有储氧能力的催化转化器的排气系统。
26.在这里所示的示例中，计算单元130包括数据存储器132，在该数据存储器中例如
可以保存计算规则和/或参数（例如内燃机110和/或排气系统120的特性参量、阈值等）。
27.内燃机110驱动车轮140并且还可以在特定运行阶段中由车轮驱动（例如，所谓的惯性运行）。
28.以方法为例的本发明的有利设计以流程图的形式在图2中被示意性地示出并且总体上用200表示。
29.在方法200的描述中使用的对车辆部件或车辆部分的引用（verweis）特别是涉及图1中所示的车辆100。
30.下面逐步介绍方法200以实现对本发明的更好理解。然而，这不应被理解为本发明限于逐步执行方法200。相反，除非另有明确说明，各个步骤也可以同时或以其他顺序执行，例如以相反的顺序执行。一些所描述的步骤的基本连续执行必要时也可能是有利的。
31.在此再次强调，方法200是在排气系统120的如下状态下执行的，催化转化器122的温度在该状态下不超过温度阈值。例如，温度阈值可以是 150
°
c。而在低于该温度阈值的温度下，催化转化器122的存储能力和催化能力如此低，以至于流过催化转化器122的排气的组成成分没有明显变化。
32.在方法200的步骤210的范畴内，检测催化转化器122上游的λ探测器121的第一传感器信号。在步骤220中，检测催化转化器122下游的λ探测器123的第二传感器信号。
33.在步骤230中将检测到的第一传感器信号和第二传感器信号相互比较。排气为了通过排气系统 120 的位于 λ 探测器 121 的位置和 λ 探测器 123 的位置之间的区段所需的气体运行时间被考虑，使得与相同排气相关的信号被相互比较。例如，可以根据所述两个传感器位置之间的已知距离或已知排气系统体积结合测得的排气质量流或由（差分）压力测量确定的流速来计算所述气体运行时间。例如，可以在比较中计算 λ 差值。以这种方式确定的λ差值优选地随时间被积分或相加，使得在相同方向上所述两个传感器信号的偏差持续更长的情况下得出增长的比较结果，而在所述偏差的正负号变换的情况下比较结果则围绕零而波动。
34.在步骤240中，基于来自步骤230的比较结果，例如基于随时间求和或积分的λ差值，确定方法200的进一步进程。为此，例如可以将所积分的λ差值与一个或多个差值阈值进行比较。如果所积分的λ差值比低的第一阈值更低，所述低的第一阈值例如可以是δλ＝0.03，则该方法返回到步骤210和220。
35.另一方面，如果 λ 差值比高的第二阈值更高，所述高的第二阈值例如可以为 0.06，则该方法以步骤 260继续进行，在步骤 260中确定出催化转化器 122 上游的 λ 探测器 121 的功能故障，并且执行相应的措施，例如输出警告消息，特别是以操控发动机控制灯的形式。
36.另一方面，如果λ差值在第一阈值和第二阈值之间，则该方法可以以步骤250继续进行，在步骤250中确定校正值，例如以校正因子或加性λ偏移量的形式，所述校正值被存储在计算单元130的数据存储器132中并且被考虑用于第一传感器信号的未来评估。尤其是，必要时也可以基于所确定出的偏差而确定相应偏差的原因。例如，在偏差相对较小的情况下可以假定为所谓的燃料修整误差，其可以通过适配被输送给内燃机的燃料量而得以校正或补偿，而特别是在偏差较高的情况下可以将λ探测器 121 和λ探测器 123 之间的偏移考虑为原因，该偏移可以在信号评估中在计算上予以校正。
37.当然，可以将具体的第一阈值和第二阈值选择为与这里给出的示例有所偏差。例如，如果低的第一阈值等于零，则所确定的偏差始终持续不断地被校正。例如也可以完全省略上限阈值。

技术特征：
1.用于确定内燃机（110）的排气系统（120）中的排气传感器（121）的功能能力的方法（200），其中所述排气系统具有至少一个催化转化器（122）和在所述至少一个催化转化器（122）上游的第一排气传感器（121）以及在所述至少一个催化转化器（122）下游的第二排气传感器（123），所述方法包括：将所述第一排气传感器和第二排气传感器（121、123）加热到高于相应排气传感器（121、123）的最低运行温度的温度；确定（210）所述第一排气传感器（121）的第一传感器信号；确定（220）所述第二排气传感器（123）的第二传感器信号；比较（230）在所述至少一个催化转化器（122）的温度不超过温度阈值的运行时间段中的第一传感器信号和第二传感器信号；并且基于所述第一传感器信号和第二传感器信号的比较（230）的结果确定（250）所述第一排气传感器（121）的运行参数。2.根据权利要求1所述的方法（200），其中，在比较（230）所述第一传感器信号和第二传感器信号时，考虑所述排气系统（120）中所述第一排气传感器（121）的位置和所述第二排气传感器 （123）的位置之间的气体运行时间。3.根据权利要求1或2所述的方法（200），其中，在运行时间段中所述第一传感器信号和第二传感器信号的比较（230）包括：确定所述第一传感器信号和第二传感器信号之间的差值并且将所述差值随时间相加或积分。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述温度阈值被选择为，使得所述至少一个催化转化器（122）针对排气成分、特别是氧气的存储能力最多为所述至少一个催化转化器（122）的额定存储能力的 20%，特别是最多 10%，优选最多 5%。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，所述温度阈值选自从0
°
c到250
°
c的范围，特别是从10
°
c到200
°
c的范围，优选地从20
°
c到100
°
c的范围。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中，所述第一排气传感器（121）包括宽带λ探测器和/或阶跃λ探测器和/或no
x
传感器和/或氧传感器，和/或其中，所述第二排气传感器（123）包括宽带λ探测器和/或阶跃λ探测器和/或no
x
传感器和/或氧传感器。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），所述方法包括：根据运行参数执行措施（260）。8.根据权利要求7所述的方法（200），其中，所述措施包括由输出警告消息和确定校正值所构成的组中的一项或多项。9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述措施包括：确定校正值，并且所确定的校正值与所述第一传感器信号进行计算以获得经校正的传感器信号。10.计算单元（130），所述计算单元被设置为执行根据前述权利要求中任一项所述的方法（200）的所有方法步骤。11.计算机程序，当所述计算机程序在计算单元（130）上被执行时，所述计算机程序促使所述计算单元（130）执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法（200）的所有方法步骤。12.机器可读的存储介质，其上存储有根据权利要求11所述的计算机程序。

技术总结
本发明涉及用于确定内燃机的排气系统中的排气传感器的功能能力的方法，该排气系统具有至少一个催化转化器和在所述至少一个催化转化器上游的第一排气传感器以及在所述至少一个催化转化器下游的第二排气传感器，该方法包括：将第一和第二排气传感器加热到高于相应排气传感器的最低运行温度的温度；确定第一排气传感器的第一传感器信号；确定第二排气传感器的第二传感器信号；比较在催化转化器的温度不超过温度阈值的运行时间段中的第一和第二传感器信号；并基于第一和第二传感器信号的比较的结果确定第一排气传感器的运行参数。还提出了用于执行这种方法的计算单元和计算机程序。序。序。


技术研发人员：B
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2022.12.12
技术公布日：2023/6/16