CN108286481B - 识别和区分废气再循环的流量故障和动态故障的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于识别和区分内燃机（10）的废气再循环（AGR）的流量故障和动态故障的方法。在此，分别使所测量的和所建模的AGR‑质量流经受具有被优化用以确定流量故障的时间常数的带通过滤和具有被优化用以确定动态故障的带通过滤。分别为被过滤的信号确定所述能量，并且计算在被过滤用于动态故障的信号的与被过滤用于流量故障的信号的能量之间的能量商。根据所述能量商能够识别并且相互区分所述废气再循环的动态故障和流量故障。

Description

识别和区分废气再循环的流量故障和动态故障的方法
技术领域
本发明涉及一种用于识别和区分在内燃机的空气填充***中的废气再循环（AGR）的流量故障和动态故障的方法，其中，AGR-质量流被间接地或者直接地测量或者建模，其中，分别将与此相关的所测量的和所建模的AGR-质量流信号进行相互比较，并且，其中，所述空气填充***配属有高压-废气再循环阀和/或低压-废气再循环阀。
此外，本发明还涉及一种用于执行该方法的计算机程序产品。
背景技术
对于在具有内燃机的机动车中的车载诊断（OBD）的法律规定要求识别在该空气填充***的子***中的与排放有关的故障。因此，加利福尼亚的法规要求在柴油发动机中监控该废气再循环（AGR），在具有增压件、例如具有废气涡轮增压器的汽油发动机和柴油发动机中监控增压压力调节。欧洲的法规要求在柴油发动机中监控该AGR。另外，在加利福尼亚的法规中还要求识别与排放有关的所谓的流量故障以及响应缓慢故障。除此以外，还要求尽可能精确地定位故障原因，以便能够修理或者更换故障组件。
高/低流量故障（流量故障）被理解为该AGR不期望的响应，该响应导致废气排放增加到高于预先给定的车载诊断-临界值的值。例如当AGR阀未完全关闭或者敞开地卡住时，称为高流量故障。未完全打开或者在关闭状态下卡住的AGR阀能够导致低流量故障。响应缓慢故障（动态故障）被理解为该废气再循环或者该增压压力对额定值的变化的放慢的响应。相关的故障类型例如是放慢的AGR阀、放慢的排气阀等等。
高/低流量故障和动态故障都能够例如在柴油发动机中导致排放增加。当AGR率由于低流量故障或者响应缓慢故障而暂时过低时，能够导致燃烧峰值温度提高并且从而导致氮氧化物排放增加。与此相反，暂时过高的AGR率能够导致燃烧温度降低以及氧气过剩减小，从而导致烟尘颗粒排放增加。暂时过低或者过高的增压压力能够导致对气缸的空气填充的干扰，从而使得燃料喷射的量或者时间点或者所述AGR率不再最佳地适配于实际的空气填充，这能够导致废气排放的增加。
流量故障对AGR-***和排放的影响与响应缓慢故障相似。所述高流量故障与负的响应缓慢故障（该AGR阀的延迟关闭）类似地影响所述AGR-***和所述排放。所述低流量故障与正的响应缓慢故障（该AGR阀的延迟打开）具有类似的对所述AGR-***和所述排放的影响。
为了诊断该空气填充***的子***，存在不同的方法。例如，已知在AGR额定值变化时监控空气填充调节的干预的方法。在此，对该填充调节的强烈干预表明该废气再循环的不被期望的或者缓慢的响应。同样地，已知在假定***无故障的情况下对所述增压压力建模并且将所建模的值与所测量的增压压力进行比较的方法。当在增压压力的额定值变化的情况下识别出在所建模的值与所测量的值之间的较大差异时，则说明增压压力调节的缓慢响应。
在DE 10 2011 088 296 A1中说明了一种用于对内燃机的气体传感器进行动态监控的方法以及一种用于执行该方法的装置，其中，所述气体传感器根据几何形状、测量原理、老化或者污染情况而具有低通特性，其中，在有待测量的气体状态量变化时基于所建模的信号和所测量的信号的比较来执行动态诊断，并且其中，所测量的信号是所述气体传感器的输出信号的实际值并且所建模的信号是模型值。在此设置，用高通滤波器对该气体传感器的输出信号进行滤波，并且在有待测量的气体状态量变化时对更高频的信号份额进行分析。利用这种方法能够对在气体传感器上的动态方面的变化进行证实和量化。
如DE 10 2012 201 033 A1所说明的关联的方法能够被用于确定气体传感器的死时间（Totzeit）。
发明内容
本发明的任务在于，提供这样的方法，其能够可靠地并且成本有利地实现对在内燃机的空气填充***中的废气再循环（AGR）的流量故障和动态故障的识别和区分。
本发明的任务还在于，提供用于执行该方法的计算机程序产品。
本发明通过下述方式得到解决：所测量的和所建模的AGR-质量流信号分别被输送给两个带通滤波器，所述带通滤波器具有被适配用于识别流量故障和用于识别动态故障的时间常数；分别确定所获得的被过滤的所测量的和所建模的AGR-质量流信号的能量Emeas、Emod；由被过滤用于流量故障的所测量的AGR-质量流信号的能量Emeas, flow和被过滤用于流量故障的所建模的AGR-质量流信号的能量Emod, flow 形成能量商rflow；由被过滤用于动态故障的所测量的AGR-质量流信号的能量Emeas, dyn和被过滤用于动态故障的所建模的AGR-质量流信号的能量Emod, dyn形成能量商rdyn；并且，当所述能量商rflow位于预先给定的流量-故障范围中时识别出流量故障，当所述能量商rdyn位于预先给定的动态-故障范围中时识别出动态故障。
在内燃机的空气填充***中的子***具有典型的低通特性，所述低通特性除其他外另外取决于所述子***的结构的几何形状。此外，这样的***能够由于老化或者外部的影响而改变它们的响应特性。在时域中，减小的极限频率表现在更多的上升时间中，也就是说，在激励不变时所述信号沿更加平坦。因此，如果将具有合适的高通过滤的带通滤波器、例如一阶高通滤波器与该空气填充***的待监控的子***串联，那么当该AGR-质量流变化较陡时能够在该带通滤波器的输出信号上识别，通过所述空气填充***形成的低通滤波器的极限频率是大于还是小于该高通滤波器的极限频率。如果所述子***由于老化或者外部的影响而反应迟缓，则在所述AGR-质量流变化时还仅仅确定较小的更高频的信号份额或者没有确定更高频的信号份额。如果所述子***具有较高尺度的动态性，那么这就影响到较大的更高频的信号份额。动态故障、例如响应缓慢故障能能够因此被证实。如令人惊讶地所显示的那样，借助于这种基于频率的方法也能够识别静态的流量故障（静态流量故障）。对此，仅仅应当适配该带通滤波器过滤的时间常数。因此，利用所介绍的方法能够提供统一的、用于在内燃机的废气再循环中的动态故障和静态的流量故障的监控原理。该方法一方面相对于干扰（例如静态振动或者然而也例如相对可能的偏置）具有高的鲁棒性。另一方面该方法的突出之处在于它的低的复杂性并且在于少的应用开销和资源需求、例如计算工作量和存储空间。
可靠地识别和区分流量故障和动态故障能够通过下述方式得到实现：所述能量商r通过预先给定的数量的诊断事件被确定并且配属于能量商范围；当能量商r的如此获得的分布的重心位于所述预先给定的流量-故障范围中时推断出流量故障，当能量商的分布的重心位于所述预先给定的动态-故障范围中时推断出动态故障。因此，只有当在许多相继的诊断事件中按照重心识别出了对应的故障时，才识别流量故障或者动态故障。由此，能够避免由于错误的单个测量而造成的错误诊断。
此外，还能够通过下述方式实现对流量故障和动态故障的明确区分：所述流量-故障范围位于相对较低的能量商r处，所述动态-故障范围位于相对较高的能量商r处。
为了使得相乘的误差不歪曲信号比较，优选执行相应的能量份额的标准化。相加的误差不起作用，因为高通滤波器抑制了信号的相同份额。
与本发明的一种优选的构型变型方案相对应地，能够设置，为了确定所述能量E，配属的被过滤的AGR-质量流信号被平方、然后被积分，其中，借助于对于信号而言个体化的积分持续时间来执行所述积分，和/或其中，不仅在所述输出信号的上升的信号沿处而且在下降的信号沿处都触发用于开始对所述两信号进行积分的时间点。由此，能够提高相对于该模型信号的不准确地建模的死时间的鲁棒性。为了确保所测量的和所建模的信号的沿由相同激励导致，触发器优选在能够被应用的阶段之后以恒定的信号被触发。
方向特定的故障识别能够通过下述方式得到实现：该能量E的确定和该能量商r的形成都被限制在所述被过滤的AGR-质量流信号的正份额和/或负份额内。通过这种措施能够确定，例如在打开或者在关闭废气再循环阀时是否出现相应的故障。
所述方法能够特别有利地在具有废气再循环的柴油发动机中被使用。为了不仅能够监控在高压-废气再循环中的而且能够监控在低压-废气再循环中的故障，能够设置，监控通过该内燃机的低压-废气再循环阀的低压-废气再循环质量流或者通过该内燃机的高压-废气再循环阀的高压-废气再循环质量流，其中，所述低压-废气再循环质量流和/或所述高压-废气再循环质量流一方面以模型的形式被确定，另一方面被直接测量或者由用于在该内燃机的进气区域中的空气质量流的测量值、由该内燃机的的转速和/或进口压力或者增压压力计算出；并且，监控该低压-废气再循环阀的和/或该高压-废气再循环阀的功能。
故障严重性和从而对该内燃机的排放的影响能够通过下述方式被确定：分别为该低压-废气再循环阀的和/或该高压-废气再循环阀的两个或者多个AGR-阀调整范围确定所述能量商rflow和所述能量商rdyn；当所述能量商rflow位于预先给定的流量-故障范围中时，该低压-废气再循环阀的和/或该高压-废气再循环阀的相应的AGR-阀调整范围配属有流量故障，并且当所述能量商rdyn位于预先给定的动态-故障范围中时，相应的AGR-阀调整范围配属有动态故障。因此，优选确定分布，例如流量故障在何时以何种AGR-阀执行器-操控比在哪个能量商范围中出现。如果这是已知的，则能够估计例如能够被有效使用的AGR-阀-面积（例如由于积灰）减少了多少。能够被有效使用的AGR-阀-面积的这样的减少导致AGR率的降低。通过排放测试能够确定，AGR率的这样的降低是否导致超出车载诊断排放临界值。如果是这种情况，则能够基于该诊断识别低流量故障。对应地，识别高流量故障是可能的。
本发明的涉及到所述计算机程序产品的任务通过计算机程序产品得到解决，该计算机程序产品能够直接被加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码部分，当所述产品在计算机上运行时，利用所述软件代码部分实施根据本发明的方法的步骤，其中，数据被输送给所述计算机，由所述数据能够确定所测量的和所建模的AGR-质量流信号。所述计算机在此优选实施为发动机控制件的部件，用于建模和确定所述AGR-质量流信号的所需的测量数据和控制信号被输送给所述发动机控制件或者存在在所述发动机控制件中。
附图说明
下面，根据在附图中示出的实施例详细阐述本发明。附图示出：
图1技术环境的示意图，在该技术环境中能够使用根据本发明的方法，
图2用于识别动态故障和流量故障的方法的框图，
图3诊断事件的分布图表，
图4配属于不同的能量商范围和AGR-阀执行器位置范围的诊断事件的数量的分布，
图5用于在出现低流量故障时分析故障严重性的图表和
图6图5所示的、用于在出现高流量故障时分析故障严重性的图表。
具体实施方式
图1在示意图中示出技术环境，在该技术环境中能够使用根据本发明的方法。示例性地示出的是设计为柴油发动机的内燃机10，该内燃机具有进气管道30和废气管道20。该示意图在此被限制在对于说明本发明而言重要的部件内。沿着该进气管道30的进气通道36，新鲜空气31通过热膜空气质量传感器32、涡轮增压器11的压缩机12和内燃机10的新鲜空气节气门34被输送。所述进气管道30被划分为在所述压缩机12之前的进气低压区域14和在流动方向上在所述压缩机12之后的进气高压区域15。
该内燃机10的废气26通过所述废气管道20从所述内燃机10中沿着废气通道21通过该涡轮增压器11的废气涡轮机13、颗粒过滤器 22、排气阀24和消音器25被排出到环境中。所述废气管道20被划分为废气高压区域17和废气低压区域16，其中，所述废气低压区域16在流动方向上在所述废气涡轮机13之后开始。
低压-废气再循环件40在示例中使在所述颗粒过滤器 22之后的废气低压区域16与在所述热膜空气质量传感器32之后的进气低压区域14连接。所述低压-废气再循环件40包含废气过滤器41、第一废气再循环冷却件42以及具有压力差传感器44的低压-废气再循环阀43，低压-废气再循环质量流49通过所述低压-废气再循环阀被引导。在所述排气阀24之前的废气26的压力借助于第一压力传感器23并且在所述废气高压区域中借助于第四压力传感器27被确定。该新鲜空气31的压力借助于在所述新鲜空气节气门34之前的第二压力传感器33并且借助于在所述新鲜空气节气门34之后的第三压力传感器35被确定。在其它实施方式中，所述压力传感器23、27、33、35也能够被建模并且通过压力差传感器反向计算地（rückgerechnet）实施。
高压-废气再循环件45（AGR）使在所述废气涡轮机13之前的废气高压区域17通过第二废气再循环冷却件46和高压-废气再循环阀47与在所述新鲜空气节气门34之后的进气高压区域15连接，从而使得高压-废气再循环质量流48能够被送回。
在运行中，利用所述热膜空气质量传感器32确定被输送给所述内燃机10的新鲜空气31的质量。通过所述低压-废气再循环件40在所述新鲜空气31中添加该废气26的分流。如此产生的空气混合物通过该涡轮增压器11的压缩机12被压缩，然后，通过所述高压-废气再循环件45在其中添加该废气26的另一分流。如此产生的混合物被输送给所述内燃机10。所产生的废气26通过所述废气涡轮机13驱动所述涡轮增压器11并且在此被降低压力到较低的压力水平。然后，利用所述颗粒过滤器22从所述废气26中过滤颗粒。
在根据本发明的方法中，所述高压-废气再循环质量流48和/或所述低压-废气再循环质量流49被直接测量或者间接由测量值导出。因此，例如所述高压-废气再循环质量流48能够由下述测量值例如在所述进气高压区域15中确定：通过节气门（新鲜空气节气门34）的空气质量流、转速和进口压力（增压压力）。此外，所述高压-废气再循环质量流48和/或所述低压-废气再循环质量流49继续被建模。
图2示出用于识别在该内燃机10的低压-废气再循环件40和/或高压-废气再循环件45中的动态故障和流量故障的方法的框图。
所测量的AGR-质量流信号50被输送给第一和第二带通滤波器51.1、51.2。所建模的AGR-质量流信号60被输送给第三和第四带通滤波器61.1、61.2。所述第一和第三带通滤波器51.1、61.1分别具有时间常数，所述时间常数适用于识别流量故障。该第二和第四带通滤波器51.2、61.2的时间常数被优化用于识别动态故障。流量故障在此是静态的AGR高/低流量故障，而动态故障是AGR响应缓慢故障，如在前文在说明它们可能的原因时所说明的那样。
因此，获得被过滤用于流量故障的所测量的AGR-质量流信号52.1、被过滤用于动态故障的所测量的AGR-质量流信号52.2、被过滤用于流量故障的所建模的AGR-质量流信号62.1和被过滤用于动态故障的所建模的AGR-质量流信号62.2。被过滤的AGR-质量流信号52.1、52.2、62.1、62.2分别被输送给平方器53.1、53.2、63.1、63.2并且然后被输送给积分器54.1、54.2、64.1、64.2。因此，在积分时间段内获得被过滤用于流量故障的所测量的AGR-质量流信号52.1的能量Emeas, flow55.1、被过滤用于动态故障的所测量的AGR-质量流信号52.2的能量Emeas, dyn55.2、被过滤用于流量故障的所建模的AGR-质量流信号62.1的能量Emod, flow65.1和被过滤用于动态故障的所建模的AGR-质量流信号62.2的能量Emod, dyn65.2。在第一除法器56中，能量商rflow57被确定为所述能量Emeas, flow55.1与所述能量Emod, flow65.1之间的比。在第二除法器66中，能量商rdyn57被确定为所述能量Emeas, dyn55.2与所述能量Emod, dyn65.1之间的比。
图3示出诊断事件的分布图。为了确定该分布图，根据图2所示的框图确定的能量商r57、58配属于相应的能量商范围，在当前示例中间距（Schritten）为0.1；并且相对于能量商轴70和频率轴71绘制诊断事件以何种频率配属于相应的能量商范围。流量误差分布74示出确定的能量商rflow57的典型的分布，如它们在发生流量误差（在当前示例中是低流量误差）时例如在高压-废气再循环件45处所获得的那样。当存在该废气再循环件（40、45）的动态误差时，对于所述能量商rdyn67而言获得响应缓慢误差分布75。如上述误差分布74、75所示，在发生流量误差时获得在统计学上较小的能量商rflow57，在发生动态误差时获得在统计学上较大的能量商rdyn57。因此，通过对应的分析能够识别并且区分单个的流量误差（高流量误差、低流量误差）以及不对称的响应缓慢误差。当例如所述能量商rflow57的统计平均值位于流量-故障范围72中时，推断出流量误差。当所述能量商rdyn67的统计平均值位于动态-故障范围73中时，识别出动态误差。
图4示出配属于不同能量商范围77.1、77.2、77.3和AGR-阀执行器位置范围76的诊断事件的数量的分布。所述分布对应地相对于频率轴71被绘制。
图5示出用于在出现低流量故障时分析故障严重性的图表。为此，相对于有效的AGR阀面积轴80和AGR-阀执行器位置81绘制阀特性曲线83。相对于所述阀面积轴80标记第一有效的AGR阀面积a182.1、第二有效的AGR阀面积a282.2和第三有效的AGR阀面积a382.3。能量商轴70形成第二纵坐标。沿着该能量商轴70标记能量商r=0 70.1、第一能量商阈值70.2和能量商r=1 70.3。所述阀特性曲线83标明在AGR-阀执行器位置不同时废气再循环阀43、47的有效面积。
在当前情况下，在图4中所述AGR-阀执行器位置范围76以最大值的20%的间距被分割。在所示实施例中，该故障分布的重心位于41-60%的AGR-阀执行器位置范围76中。在该AGR-阀执行器位置范围76内，所述诊断事件的最大值配属于所述第一能量商范围77.1。所述第一能量商范围77.1当前包括0.1-0.2的能量商rflow57并且因此位于图5所示的第一能量商阈值70.2的下方。转移到图5所示的图上，这表明，例如由于积灰在所述第二有效的AGR阀面积a282.2与第三有效的AGR阀面积a382.3之间的范围中的、对应于60%至100%的AGR-阀执行器位置的有效的AGR阀面积不再能够被使用。这导致比预期更低的废气再循环率。通过排放测试能够确定，废气再循环率的这样的降低是否导致超出OBD排放临界值。如果是这种情况，则所述诊断当前必须识别作为流量故障的低流量故障。
图6示出图5所示的、用于在出现高流量故障时分析故障严重性的图表。在这里，所述诊断事件的最大值也配属于能量商范围77.1、77.2、77.3，所述能量商范围位于第二能量商阈值70.4的下方。例如当在AGR-质量流与新鲜空气之间的混合位置处出现泄漏时，能够出现这样的故障情况。这能够又配属于有效的AGR阀面积，所述有效的AGR阀面积当前比所述第一有效的AGR阀面积a1小。所述有效的AGR阀面积能够配属有AGR-阀执行器位置x1。在这个AGR-阀执行器位置x1之下，所述废气再循环阀43、47不再能够有效地被使用。所述AGR率对应地被提高。因此，在该AGR-阀执行器位置x1之下的诊断事件导致低的能量商r（57、67）。通过排放测试能够确定，废气再循环率的这样的提高是否导致超出OBD排放临界值。

Claims (9)

1.用于识别和区分在内燃机（10）的空气填充***中的废气再循环的流量故障和动态故障的方法，其中，对于AGR-质量流（48、49）间接地或者直接地进行测量并且对于AGR-质量流（48、49）进行建模，其中，分别将与此相关的所测量的和所建模的AGR-质量流信号（50、60）进行相互比较，并且其中，所述空气填充***配属有高压-废气再循环阀（47）和/或低压-废气再循环阀（43），其特征在于，所测量的和所建模的AGR-质量流信号（50、60）分别被输送给两个带通滤波器（51.1、51.2、61.1、61.2），所述带通滤波器均具有被适配用于识别流量故障和用于识别动态故障的时间常数；分别确定所获得的被过滤的所测量的和所建模的AGR-质量流信号（52.1、52.2、62.1、62.2）的能量Emeas、Emod（55.1、55.2、65.1、65.2）；由被过滤用于流量故障的所测量的AGR-质量流信号（52.1）的能量Emeas, flow（55.1）和被过滤用于流量故障的所建模的AGR-质量流信号（62.1）的能量Emod, flow（65.1）形成能量商rflow（57）；由被过滤用于动态故障的所测量的AGR-质量流信号（52.2）的能量Emeas, dyn（55.2）和被过滤用于动态故障的所建模的AGR-质量流信号（62.2）的能量Emod, dyn（65.2）形成能量商rdyn（67）；并且，当所述能量商rflow（57）位于预先给定的流量-故障范围（72）中时识别出流量故障，当所述能量商rdyn（67）位于预先给定的动态-故障范围（73）中时识别出动态故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）通过预先给定的数量的诊断事件进行确定并且配属于能量商范围；当能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）的如此获得的分布的重心位于所述预先给定的流量-故障范围（72）中时推断出流量故障，当能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）的分布的重心位于所述预先给定的动态-故障范围（73）中时推断出动态故障。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流量-故障范围（72）位于相对较低的能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）处，所述动态-故障范围位于相对较高的能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）处。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行能量Emeas、Emod（55.1、55.2、65.1、65.2）的份额的标准化。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了确定所述能量Emeas、Emod（55.1、55.2、65.1、65.2），配属的被过滤的AGR-质量流信号（52.1、52.2、62.1、62.2）进行平方以及之后进行积分，其中，借助于对于信号而言个体化的积分持续时间来执行所述积分，和/或其中，不仅在输出信号的上升的信号沿处而且在下降的信号沿处都触发用于开始对两信号进行积分的时间点。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述能量Emeas、Emod（55.1、55.2、65.1、65.2）的确定和所述能量商rflow（57）和能量商rdyn（67）的形成都被限制在所述被过滤的AGR-质量流信号（52.1、52.2、62.1、62.2）的正份额和/或负份额上。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，监控通过所述内燃机（10）的低压-废气再循环阀（43）的低压-废气再循环质量流或者通过所述内燃机（10）的高压-废气再循环阀（47）的高压-废气再循环质量流，其中，所述低压-废气再循环质量流和/或所述高压-废气再循环质量流一方面以模型的形式进行确定，另一方面进行直接测量或者由用于在所述内燃机（10）的进气区域中的空气质量流的测量值、由所述内燃机（10）的转速和/或进口压力或者增压压力计算出；并且，监控所述低压-废气再循环阀（43）的和/或所述高压-废气再循环阀（47）的功能。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，分别为所述低压-废气再循环阀（43）的和/或所述高压-废气再循环阀（47）的两个或者多个AGR-阀调整范围确定所述能量商rflow（57）和所述能量商rdyn（67）；当所述能量商rflow（57）位于预先给定的流量-故障范围（72）中时，所述低压-废气再循环阀（43）的和/或所述高压-废气再循环阀（47）的相应的AGR-阀调整范围配属有流量故障，并且当所述能量商rdyn（67）位于预先给定的动态-故障范围（73）中时，相应的AGR-阀调整范围配属有动态故障。
9.计算机程序产品，其能够直接被加载到数字计算机的内部存储器中并且包括软件代码部分，当所述产品在计算机上运行时，利用所述软件代码部分实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，数据输送给所述计算机，由所述数据能够确定所测量的和所建模的AGR-质量流信号（50、60）。
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