专利名称：在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法和装置。
背景技术：
自从柴油颗粒过滤器被应用于机动车辆起，内燃发动机碳烟排放的分析越来越多 地通过对柴油颗粒过滤器的碳烟负荷的估算来进行。对内燃发动机中可能导致柴油颗粒过 滤器超负荷的异常状况的估算，主要用于柴油颗粒过滤器超负荷情况的预测，以及当安全 受控的再生不再可行时用于避免由于碳烟颗粒阻塞而引起的柴油颗粒过滤器更换。微粒过 滤器负荷增大的另一个不利影响在于背压升高超过标称值，由此内燃发动机的燃油经济性 和性能都会受到影响。因此存在这样的需求，即获得内燃发动机运转中的故障对内燃发动机碳烟排放的 影响的信息。另外，内燃发动机排气系统中NOx排放的“车上”测量开启了一系列新的可行方 法，用来在内燃发动机运转过程中进行控制及故障诊断。虽然当前是使用传感器进行故障 诊断，但也存在关于空气路径和燃料路径再循环调节的可行方法。此时便出现了一个问题，即在“车上”故障诊断的框架内，由于就从同一个出发点 到同一个目的地的试车驾驶而言，第一个驾驶员可以根据其驾驶习惯产生与另一个驾驶员 驾驶时不同的NOx排放和不同的燃料消耗，所以对于NOx临界值的限制是无意义的，例如， 更有闯劲的驾驶风格会产生更高的NOx排放以及更多的燃料消耗。与之相反，对于规则试 车驾驶周期，NOx排放和燃料消耗不依赖于驾驶风格，这是因为根据测试周期的定义，这种 依赖关系局限于不同测试周期间之间的可接受的变化。到当前为止，在现有技术情况下，就NOx排放而言，“车上”识别的应用既没有针对 “车上”故障诊断，也没有针对内燃发动机运行的控制进行深入的研究。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方 法及装置，它们在碳烟排放和/或NOx排放方面实现了可靠的“车上”故障诊断，并且必要时 实现适当的控制。该目的通过根据本发明的方法得以实现，并根据本发明的装置得以实现。在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法包括以下步骤基于空气路径和燃料路径的理论设置，确定排放参考值；确定当前工况下的当前排放值；确定索引值，其中该索引值对应于当前排放值在预定时间间隔上的积分与排放参 考值在该时间间隔上的积分的商；以及基于该索引值生成故障信号。
本发明尤其基于对排放参考值进行计算这一理念，该排放参考值可以是内燃发动 机的碳烟排放或NOx排放的排放参考值，这在一定程度上表示排放水平的理论值，其中排放 参考值用于“车上”故障诊断，必要时也用于排放控制。根据本发明，作为空气路径和燃料路径的理论设置的函数，对碳烟排放的参考值 (单位为mg/m3)进行计算，这样就可以顾及到车辆动力学(即瞬时修正)对稳定状态校准 值的影响。根据一实施例，基于排气中的燃烧质量分数的参考值(Frah,ref)确定排放参考值。 此外，也可以基于排气中燃烧质量分数的值(Frad^rf)确定当前工况下的当前排放值。对于给定的工况，在燃烧过程中产生的碳烟浓度主要取决于排气中的燃烧质量分 数(Frah)。对于碳烟排放的参考值，将计算排气中燃烧质量分数的参考值，用于空气路径和 燃料路径的理论设置。由于富于进攻性或有闯劲的驾驶风格会引起更为显著的理论值修正 (即由于瞬时修正的高通滤波会引起更大的偏差)，并引起理论设置和所测量数值之间更 大的偏差(尤其涉及空气路径)，因此在这种情况下应对驾驶行为加以考虑。根据一实施例，内燃发动机的排放控制取决于故障信号。根据另一实施例，对空气路径和/或燃料路径的理论设置的修正取决于故障信号。根据一实施例，针对故障信号的第一值域对空气路径的理论设置进行修正，以及 针对故障信号的第二值域对燃料路径的理论设置进行修正，其中第二值域较之第一值域符 合当前排放相对于排放参考值的更大偏差。根据本发明的另一方面，在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法， 其特征在于，所述方法包括基于空气路径和燃料路径的理论设置确定排放参考值；确定当 前工况下的当前排放值；确定索引值，其中该索引值对应于所述当前排放值在预定时间间 隔上的积分与所述排放参考值在该时间间隔上的积分的商；以及基于所述索引值生成故障 信号，其中基于空气和燃料路径控制协调确定是否需要修正空气路径和/或燃料路径的理 论设置，当存在较大的碳烟排放偏差时，对燃料路径的理论设置进行修正，当存在相对较小 的碳烟排放的偏差时，对空气路径的理论设置进行修正。此外，本发明还涉及一种在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的装置， 该装置被设计用来实施按照上述权利要求所述的方法。该设备的优选实施例参照与该方法 有关的上述实施例。本发明的其他实施例的更多细节参见说明书以及各从属权利要求。
下文将参照附图按照优选实施例对本发明进行更为详尽的说明。图1是图示说明根据一实施例在使用碳烟排放情况下执行用于故障诊断的方法 的示意图；图2是图示说明根据本发明用来控制碳烟排放的方法的示意图；图3是图示说明根据一实施例在使用NOx排放情况下执行用于故障诊断的方法的 示意图；图4是图示说明根据本发明用来控制NOx排放的方法的示意图。
具体实施例方式下面首先参照图1和图2，其示出了根据本发明在使用碳烟排放的情况下进行故 障诊断或控制内燃发动机的方法的一种可能实施方式。按照图1，基本上作为空气路径和/或燃料路径的理论设置的函数，对碳烟排放 (单位为mg/m3)的参考值进行计算。如图1中示意所示，对于给定的工况，在燃烧过程中产生的碳烟浓度主要取决于 排气中的燃烧质量分数(Frah)。相应地，为了确定碳烟排放的参考值，需要计算排气中燃烧 质量分数的参考值(FexhJrf)，以用于空气路径和燃料路径的理论设置。在燃料路径的理论设置非动态变化的情况下，主要基于排气中燃烧质量分数的参 考值(F‘Mf)计算碳烟排放的参考值，而排气中燃烧质量分数的参考值主要由不基于模型 的空气路径控制情况下的MAF和MAP参考值计算得来。之后针对空气路径和燃料路径的理 论设置中的内燃发动机排放，对碳烟排放的参考值进行估计。出于“车上”故障诊断的目的，按照图1，将计算的当前碳烟排放在预定时间间隔上 进行积分，并除以该碳烟排放的参考值在预定时间间隔上的积分。这里所用的时间间隔的 选择对于柴油颗粒过滤器中用于下一个运转周期的预校准质量分数的时间范围而言是十 分重要的，以确保正确无误的故障诊断。由此计算出的索引值将与用于故障诊断的OBD临界索引值进行对比(0BD临界索 引值，OBD = “车上诊断”)，其中该OBD临界索引值对应于OBD临界值(单位为克每运转周 期)与碳烟排放参考值(单位为克每运转周期)的积分的商。对于数值超出OBD临界索引 值的情况，将通过故障诊断显示故障信息并输出故障信号。按照图2，碳烟标位的参考值与碳烟排放的当前值之间的偏差被用来生成故障信 号。该故障信号将按下文所述在空气和燃料路径结构中得以应用空气和燃料路径控制协调确定是否需要修正空气路径和/或燃料路径的理论设 置，以便将碳烟排放的参考值与碳烟排放的计算值之间的偏差置于可接受的公差范围之 内。根据内燃发动机的运转范围，针对较大的碳烟排放偏差(即，在需要快速动态的 情况下)对燃料路径的理论设置进行修正。在碳烟排放的偏差相对较小的情况下，以及 参考值与空气路径的当前理论设置之间追随良好的情况下，对空气路径的理论设置进行修 正。可选地，在空气路径的闭路(“闭环”)反馈控制中能够直接应用碳烟故障信号，以 控制空气路径的调节。当运行发生在NOx碳烟修正曲线的另一个工作点上时，运用这种方 法进行控制的可行性由于与NOx排放值相关联而受到限制，该NOx排放值的公差范围由NOx 排放的OBD临界值来给定。据此，如果碳烟排放的“车上”控制和/或监控是期望的或必要的，任意排气后处 理部件的模型也可以被包括在内以用于估计碳烟排放，该部件会影响排气管内(以及监控 位置上)的碳烟含量，例如任意柴油颗粒过滤器催化剂元件，它会将进气口上的碳烟颗粒 储存在柴油颗粒过滤器的入口上并加以转化。类似地，可以使用当前碳烟排放的模型，用来 在监控位置对碳烟排放进行评估，然而在这种情况下是按照直接“车上”测量和/或适合的估计算法。这能够对应于与碳烟排放的参考值相关而被应用的估计算法，然而在此处需要 以空气路径和燃料路径的当前测量值(MAF，MAP，排气Lambda值、进气Lambda值)为基础 并对其加以应用。参照图1所示的用于“车上”故障诊断的上述方法也能够类似地用于NOx排放的 排放参考值。下面，首先参照图3和图4说明根据本发明在使用NOx排放的情况下进行故 障诊断及控制内燃发动机的方法的一种可能实施方式。在此，基于以下步骤计算NOx排放的参考值估计未燃烧的NOx的排放，利用排气 后处理部件的简化阶的热力学模型，以及估计下游的NOx排放。按照图3所示，针对给定的工况，根据排气中的燃烧质量分数(Fraih)确定在燃烧过 程中产生的NOx浓度。相应地，需要针对空气和燃料路径的理论设置计算出排气中燃烧质 量分数的参考值(FrahJrf)，从而确定NOx浓度的参考值。之后针对空气路径和燃料路径的理论设置中的内燃发动机排放，对碳烟排放的参 考值进行估计。在燃料路径的理论设置非动态变化的情况下，主要基于排气中燃烧质量分 数的参考值(F‘Mf)计算NOx浓度的参考值，而排气中燃烧质量分数的参考值主要由不基 于模型的空气路径控制情况下的MAF和MAP参考值计算得来。之后针对空气路径和燃料路 径的理论设置中的内燃发动机排放，对NOx浓度的参考值进行估计。出于“车上”故障诊断的目的，按照图3，将计算的当前NOx排放在预定时间间隔上 进行积分，并除以该NOx排放的参考值在预定时间间隔上的积分。这里所用的时间间隔的 选择对于柴油颗粒过滤器中用于下一个运转周期的预校准质量分数的时间范围而言是十 分重要的，以确保正确无误的故障诊断。对于数值超出OBD临界索引值的情况，将通过故障诊断显示故障信息并输出故障 信号。由此计算出的索引值将与用于故障诊断的OBD临界索引值进行对比(0BD临界索引 值，OBD = “车上诊断”)，其中该OBD临界索引值对应于OBD临界值(单位为克每运转周期) 与NOx排放参考值(单位为克每运转周期)的积分的商。对于数值超出OBD临界索引值的 情况，将通过故障诊断显示故障信息并输出故障信号。按照图4，NOx排放的参考值与NOx排放的当前值之间的偏差被用来生成故障信 号。该故障信号将按下文所述在空气和燃料路径机构中得以应用空气和燃料路径控制协调确定是否需要修正空气路径和/或燃料路径的理论设 置，以便将NOx排放的参考值与NOx排放的计算值之间的偏差置于可接受的公差范围之内。根据内燃发动机的运转范围，针对较大的NOx排放偏差(即，在需要快速动态的情 况下)对燃料路径的理论设置进行修正。在NOx排放的偏差相对较小的情况下，以及参考 值与空气路径的当前理论设置之间追随良好的情况下，对空气路径的理论设置进行修正。可选地，在空气路径的闭路(“闭环”)反馈控制中能够直接应用NOx故障信号，以 控制空气路径的设置。据此，如果NOx排放的“车上”控制和/或监控是期望的或必要的，任意排气后处 理部件的模型也可以被包括在内以用于估计NOx排放，该部件会影响排气管内(以及监控 位置上)的NOx排放，例如任意柴油颗粒过滤器催化剂元件，它会将进气口上的NOx排放储 存在柴油颗粒过滤器的入口上并加以转化。类似地，可以使用当前NOx排放的模型，用来在 监控位置对NOx排放进行评估的模型，然而在这种情况下是按照直接“车上”测量和/或适合的估计算法。这能够对应于与NOx排放的参考值相关而被应用的估计算法，然而在此处 需要以空气路径和燃料路径的当前测量值(MAF，MAP，排气Lambda值，进气Lambda值)为 基础并对其加以应用。
权利要求
1.在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法，其特征在于，所述方法包括基于空气路径和燃料路径的理论设置确定排放参考值； 确定当前工况下的当前排放值；确定索引值，其中该索引值对应于所述当前排放值在预定时间间隔上的积分与所述排 放参考值在该时间间隔上的积分的商；以及 基于所述索引值生成故障信号。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放参考值是所述内燃发动机的碳烟 排放的参考值。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排放参考值是所述内燃发动机的NOx排 放的参考值。
4.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述排放参考值是基于排 气中的燃烧质量分数的参考值(Frad^rf)进行的。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述当前排放值是基于当 前工况下排气中的燃烧质量分数的值(Frah,μ)进行的。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述内燃发动机的排放控制取 决于所述故障信号。
7.如上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对所述空气路径和/或燃料路 径的所述理论设置的修正取决于所述故障信号。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，针对所述故障信号的第一值域对所述空气 路径的所述理论设置进行修正，以及针对所述故障信号的第二值域对所述燃料路径的所述 理论设置进行修正，其中所述第二值域较之所述第一值域符合当前排放相对于排放参考值 的更大偏差。
9.用于内燃发动机运转中“车上”故障诊断的装置，其特征在于，该装置被设计以实施 如上述权利要求中任一项所述的方法。
10.在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法，其特征在于，所述方法包 括基于空气路径和燃料路径的理论设置确定排放参考值； 确定当前工况下的当前排放值；确定索引值，其中该索引值对应于所述当前排放值在预定时间间隔上的积分与所述排 放参考值在该时间间隔上的积分的商；以及基于所述索引值生成故障信号，其中基于空气和燃料路径控制协调确定是否需要修正 空气路径和/或燃料路径的理论设置，当存在较大的碳烟排放偏差时，对燃料路径的理论 设置进行修正，当存在相对较小的碳烟排放的偏差时，对空气路径的理论设置进行修正。
全文摘要
本发明涉及一种在内燃发动机运转过程中进行“车上”故障诊断的方法及装置。用于“车上”故障诊断的方法包括以下步骤基于空气路径和燃料路径的理论设置确定排放参考值；确定当前工况下的当前排放值；确定索引值，其中该索引值对应于当前排放值在预定时间间隔上的积分与排放参考值在该时间间隔上的积分的商；以及基于该索引值生成故障信号。
文档编号F02D41/22GK102102565SQ20101058602
公开日2011年6月22日 申请日期2010年12月9日 优先权日2009年12月17日
发明者Y·雅各布 申请人:福特环球技术公司