用于确定废气质量流的方法、计算单元以及存储介质与流程

本发明涉及一种用于确定再循环到内燃发动机中的废气质量流的方法以及一种用于执行所述方法的计算单元、计算机程序以及一种机器可读的存储介质。

背景技术：

1、为了减少内燃发动机的消耗和废气排放，可以使用外部的废气再循环(agr)。在此，来自发动机废气机构的确定量的废气经由外部管路被再循环到进气机构中，并从而重新被引入燃烧室中。由此提高了燃烧室中的惰性气体质量，由此降低了燃烧温度。这对消耗和排放产生积极影响。如果使用节气门对发动机进行负载控制，则附加地可以降低发动机部分负载区域内的节流损失。为了与运行点有关地将适量的废气再循环到进气机构中，在外部管路中安装废气再循环阀(agr阀)，借助该废气再循环阀可以控制再循环的废气质量流。

2、根据在废气机构中要再循环的废气的取走部位而定，尤其是在经增压的内燃发动机中在高压废气再循环(hdagr)和低压废气再循环(ndagr)之间存在区别。在hdagr的情况下，废气在出口阀与涡轮机之间的区域中被取走，并在压缩机之后和进气阀之前的区域中被供应给进气机构。在ndagr的情况下，要再循环的废气在涡轮机之后、优选在(第一)催化转化器之后被取走，并在压缩机之前被供应给进气机构。因此，ndagr的优点在于，与hdagr相比，已被催化转化器“清洁”的更冷的废气被再循环。

3、由于agr阀的功能影响废气排放，因此法律上要求在所谓的高流量和低流量缺陷方面监控agr阀。例如，当阀在打开位置卡住时，出现高流量故障。当阀在关闭位置卡住时，相应地出现低流量故障。

技术实现思路

1、根据本发明，提出一种用于确定再循环到内燃发动机中的废气质量流的方法以及一种用于执行该方法的计算单元和计算机程序以及机器可读的存储介质。本发明的有利构型从优选实施方式得到。

2、本发明涉及改进对agr质量流的确定，并且为此尤其使用对节气门质量流的改进确定。然后，可以在内燃发动机的不同运行和控制功能中使用确定的agr质量流。尤其地，从而可以识别出有缺陷的废气再循环阀。

3、具体地，首先求取供应给内燃发动机的总质量流和供应给内燃发动机的空气质量流。优选地，内燃发动机是使用节气门来进行负载控制的汽油发动机。供应给内燃发动机的空气质量流优选取自环境空气。供应给内燃发动机的总质量流优选是由空气质量流和废气质量流构成的总和，该废气质量流从内燃发动机的废气机构被再循环到内燃发动机中，优选地被再循环到内燃发动机的进气机构中。

4、再循环到内燃发动机中的废气质量流随后由供应给内燃发动机的空气质量流和总质量流来确定，尤其是通过减法来确定。供应给内燃发动机的空气质量流例如可以通过使用热膜空气质量测量计(hfm)进行的测量来求取。例如，供应给内燃发动机的总质量流可以基于内燃发动机的进气通道/进气歧管中测量出的压力来求取。在ndagr的情况下并且在使用节气门来进行负载控制时，还可以根据用于流经节气门的质量流的节流模型来确定总质量流，因为agr质量流在压缩机之前并因而在节气门之前已被供应给进气机构。如果使用hdagr，则附加地可以根据流经节气门的质量流来确定空气质量流，因为agr质量流在节气门之后才被供应给进气机构。

5、在此，通过融合用于总质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量来求取供应给内燃发动机的总质量流，或者通过融合用于空气质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量来求取供应给内燃发动机的空气质量流。

6、因此，本发明避免了在用于总质量流或空气质量流的彼此无关的测量和/或计算参量之间的困难选择，其方式是：基于用于两个质量流之一的所有现有的测量和/或计算参量来计算新的信号，该信号具有小的方差(“最佳信号”，英文：best-off-signal)。用于总质量流或空气质量流的所得的最佳信号的较小方差使得能够在内燃发动机运行特征场的较大部分中更可靠地诊断agr阀。

7、换句话说，通过使用信号融合避免了在冗余的彼此无关的测量和/或计算参量之间进行选择，而是估计至少两个参量之间的动态值。该值在此始终倾向于具有较小方差的测量和/或计算参量的方向。附加地，最佳信号具有比至少两个测量和/或计算参量中的任何一个更低的方差。由此也减少了随后计算的agr质量流的所得方差，由此可以在内燃发动机运行特征场的较大的部分区域中对agr阀进行更稳健的诊断。

8、例如，为了探测废气再循环阀的缺陷，可以将所确定的再循环到内燃发动机中的废气质量流(agr质量流)与参考质量流进行比较。可以以计算方式、例如通过微分或求商等进行该比较。参考质量流例如可以是通过废气再循环阀的期望质量流、从实际节流模型获得的质量流、非再循环的质量流等。例如，可以在流动试验台或发动机试验台上求取该参考质量流，并将该参考质量流作为特征曲线/特征场存储在发动机控制器中。

9、如果所确定的再循环到内燃发动机中的废气质量流与参考质量流偏差(超过允许值)，则探测到有缺陷的agr阀。如果该确定的废气质量流过大，则可以得出结论：agr阀卡在打开位置(“高流量故障”，外文：high-flow fehler)。如果该确定的废气质量流过小，则可以得出结论：agr阀被卡在关闭位置(“低流量故障”，外文low-flow fehler)。

10、如果该方法用于探测位于具有ndagr的内燃发动机上的有缺陷的agr阀，则将用于总质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量融合。如果该方法用于探测位于具有hdagr的内燃发动机上的有缺陷的agr阀，则将用于空气质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量融合。

11、优选地，对于用于总质量流或空气质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量的融合，针对测量和/或计算参量中的每一个参量求取离散度(maβfür einestreuung)。例如，离散度可以是标准差、离散宽度(streubreite)或方差。优选地，离散度是用于总质量流或空气质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量的方差。特别优选地，在融合时至少两个测量和/或计算参量根据它们的离散度被加权。在此，可以借助所谓的“逆方差加权”算法将用于总质量流或空气质量流的至少两个彼此无关的测量和/或计算参量融合成新的信号。该算法基于输入信号的方差对该输入信号进行加权，以便计算出新的优化的信号。附加地，可以计算所得信号的方差。该算法的数学定义如下给出：

12、

13、

14、在此，项sigopt表示新的优化的信号，项sigi表示输入的测量和/或计算参量，项σ2i表示输入的测量和/或计算参量的方差，项σ2opt表示新的优化的信号的方差。

15、下面，针对用于探测位于具有ndagr的汽油发动机上的有缺陷的agr阀的方法来描述根据等式(1)和(2)借助“逆方差加权”算法对至少两个彼此无关的测量和/或计算参量的融合，这是本发明的一个优选实施方式。

16、在这种情况下，用于供应给内燃发动机的总质量流的两个计算参量和被融合为一个优化的总质量流。在此，基于以下简化的假设来实现：两个计算参量和彼此无关(彼此独立)。

17、计算参量是指根据节流模型计算出的、经由节气门的总质量流，计算参量是指基于内燃发动机的进气通道/进气歧管中的压力所求取的总质量流。

18、优选地，借助分析计算方法或数值计算方法求取计算参量的离散度。在这里描述的“逆方差加权”算法的情况下，这意味着可以以分析或数值的方式求取对于方差计算所需的、对输入变量的偏导数。

19、接下来，首先更详细地解释借助分析计算方法对根据节流模型计算的、经由节气门的总质量流进行的方差确定。

20、经由节气门的质量流可以根据节气门之前的压力pus、节气门之后的压力pds、当前节气门位置r和节气门之前的温度tus通过以下等式(3)来确定：

21、

22、在此，项表示经由节气门的标准化质量流，该标准化质量流可以在标准温度t0和标准压力p0以及在不同节气门位置r下的超临界压力比πcrit情况下被求取。例如，这可以在固定的流动测试台上进行。以这种方式求取的特征曲线可以存储在发动机控制器中。

23、标准化质量流到实际质量流的换算借助节气门之前的实际环境条件(压力pus和温度tus)以及通过流出特征曲线ψ(π)来进行，其中，π表示经由节气门的压力比。

24、参量的方差σ2thrbasd可以通过以下等式(4)通过线性化来近似：

25、

26、在此，vari通常表示等式(3)的各个输入变量。输入变量σ2vari的方差可以由所用传感装置的规格(在本情况下为位于发动机上的压力和温度传感器的规格)来确定。

27、优选地，在求取用于计算参量的离散度(该离散度优选是计算参量的方差)时，考虑计算参量的预先确定的数量的输入变量。例如，为了确定所得方差可以确定：输入变量中的哪些是带有误差的，然后可以相应地在方差确定中考虑这些输入变量。

28、接下来，假设这些输入变量“节气门位置r、标准质量流节气门之前的压力pus和节气门之后的压力pds”是带有误差的。但是，输入变量中的更少或更多变量可以是带有误差的。

29、根据等式(3)的、对带有误差的输入参量的偏导数，在这些输入参量的方差σ2vari给定的情况下，可以根据等式(4)以分析的方式确定用于基于节流的质量流的所得方差σ2thrbasd。

30、用于总质量流的第二计算参量，即基于进气压力的总质量流根据内燃发动机的进气通道/进气歧管中的当前压力pintkmnf、其当前转速n和在当前运行点存在的换气过程因子(ladungswechselfaktor)facslp、facofs如下所示来计算：

31、

32、其中，

33、[facslp，facofs]＝p(*)         (6)

34、通过换气过程因子facslp将进气压力pintkmnf换算为相对的气缸充注量，其中，换气过程因子facofs考虑了留在燃烧室中或被回吸到燃烧室中的内部剩余气体质量。通过因子fac(n)又将相对的气缸充注量换算成质量流。

35、所得参量的方差σ2pbasd可以通过以下等式(4)通过线性化来近似：

36、

37、在此，项vari在该情况下表示等式(5)的各个输入变量。输入变量的方差σ2vari可以类似于等式(4)地由安装在发动机上的传感器的规格(在此例如根据安装在进气歧管中的压力传感器的规格)来确定。

38、优选地，以在时间或曲柄角度方面的等距间隔求取离散度并进行至少两个彼此无关的测量和/或计算参量的融合。在此，等距的时间间隔或曲柄角距表示一个计算网格(rechenraster)。在此处描述的本发明的优选实施方式中，以在时间或曲柄角度方面的等距间隔，根据等式(4)和(7)求取两个总质量流和的方差，并且根据等式(1)和(2)求取它们的融合。这意味着在每个计算网格中求取两个输入参量的方差和计算得到的总质量流。

39、等式(6)中列出的换气过程因子facslp，facofs通过广泛函数p(*)(umfangreichefunktion)来确定，该函数考虑了大量输入参数。这也可以是基于特征场的输入参数，这些输入参数例如考虑进气和排气凸轮轴的位置。

40、由于用于求取基于进气压力的质量流的广泛计算链，以数值的方式进行对于方差确定所需的、对进气变量的导数，例如根据以下等式进行：

41、

42、在此，项δvari表示等式(5)的输入变量vari关于前述计算网格中的输入变量的值而言的变化。

43、由于发动机控制器中的计算时间限制，不能够在每个计算网格中针对任意多个的输入变量确定数值梯度

44、为了实时达到借助数值计算方法确定的离散度(例如基于进气压力的总质量流的方差σ2pbasd)的尽可能高的品质，下面介绍随机梯度的方案。在此优选地，在第一计算网格中计算所述计算参量的、对第一输入变量的偏导数，在第一计算网格之后的第二计算网格中计算所述计算参量的、对第二输入变量的偏导数。表述“第一输入变量”和“第二输入变量”不应将输入变量的数量限制为两个，而是仅仅说明彼此相继的计算步骤的过程。换句话说，当在每个计算网格中求取随机梯度时，始终仅仅更新输入变量的数值梯度(以数值方式求取的偏导数)，并且所有其他数值梯度保持不变。在下一个计算网格中，更新下一个输入变量的数值梯度，并且该过程继续进行，直到预先确定的数量的输入变量的所有数值梯度都被更新。然后该方法重新开始。

45、所描述的方案利用了以下事实：主要在内燃发动机的固定运行点来进行agr阀的监控。因此，通过逐步更新数值梯度来计算离散度，不会出现显著误差。为了扩大阀被监控所处的运行区域，还可以减少输入变量的预先确定的数量。例如，可以仅仅考虑其方差σ2vari大于预先给定的阈值的这种输入变量vari。

46、优选地，还可以计算再循环到内燃发动机中的废气质量流的离散度，并且可以基于计算出的该离散度来释放(freigeben)agr阀的故障探测。例如，离散度可以是标准差、离散宽度或方差。优选地，所述离散度是再循环到内燃发动机中的废气质量流的方差。例如，仅当计算出的agr质量流的方差小于预先确定的边界值时，才能够释放故障探测，以便提高故障探测的可靠性。

47、在等式(3)和(5)中描述的总质量流分别为计算参量。但是，也可以测量总质量流。例如，这可以借助热膜质量测量计来进行，该热膜质量测量计安装在进气机构中的agr质量流的引入部位之后。如果根据等式(1)和(2)进行两个测量参量的融合，则仅仅需要考虑各个传感器的离散度、优选是方差。

48、根据本发明的计算单元，例如机动车的控制器，尤其在编程技术方面配置成用于执行根据本发明的方法。

49、同样，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是有利的，因为这造成特别低的成本，尤其是在执行的控制器还用于进一步的任务并且因此无论如何都是存在的情况下。最后，设置一种机器可读的存储介质，其具有在其上存储的如上所述的计算机程序。用于提供计算机程序的合适存储介质或数据载体尤其是磁性存储器、光学存储器和电气存储器，例如硬盘、闪存、eeprom、dvd等。也可以通过计算机网络(互联网，局域网等)下载程序。这种下载在此可以通过线缆连接地或电缆连接地或者无线地(例如，通过wlan网络、3g、4g、5g或6g连接等)进行。

50、本发明的进一步优点和构型由对附图的描述得到。