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 |
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| 申请号 | CN201010586026.0 | 申请日 | 2010-12-09 | 公开(公告)号 | CN102102565B | 公开(公告)日 | 2014-11-12 |
| 申请人 | 福特环球技术公司; | 发明人 | Y·雅各布; | ||||
| 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 。 | ||||||
| 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： |
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| 说明书全文 | 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 技术领域[0001] 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[0002] 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。 [0003] 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。 [0004] 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。 [0005] 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。 [0006] 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[0007] 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。 [0008] 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。 [0009] 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： [0010] 基于空气路径和燃料路径的理论设置，确定排放参考值； [0011] 确定当前工况下的当前排放值； [0012] 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 [0014] 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。 [0017] 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(Fexh)。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。 [0018] 根据一实施例，内燃发动机的排放控制取决于故障信号。 [0019] 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。 [0020] 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。 [0021] 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。 [0024] 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。 [0025] 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； [0026] 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； [0027] 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； [0028] 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。 具体实施方式[0029] 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。 [0030] 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3 (单位为mg/m)的参考值进行计算。 [0031] 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(Fexh)。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(Fexh，ref)，以用于空气路径和燃料路径的理论设置。 [0032] 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(Fexh，ref)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。 [0033] 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。 [0034] 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(OBD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。 [0035] 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： [0036] 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。 [0037] 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。 [0038] 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。 [0039] 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。 [0040] 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。 [0041] 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。 [0042] 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(Fexh)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(Fexh，ref)，从而确定NOx浓度的参考值。 [0043] 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(Fexh，ref)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。 [0044] 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。 [0045] 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(OBD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。 [0046] 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： [0047] 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。 [0048] 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。 [0049] 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。 [0050] 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。 |
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