用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器的制作方法

用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器


背景技术：

1.由现有技术已知大量在内燃机的排气区域中使用的传感器。
2.下面，在不限制另外的实施方式和应用的情况下，尤其参照用于探测微粒或者颗粒、尤其是内燃机的排气流中的烟灰颗粒的传感器，来描述本发明。
3.由实践已知，借助布置在陶瓷上的两个电极测量排气中的微粒(诸如烟灰颗粒或者灰尘颗粒)的浓度。这可以例如通过测量分隔这两个电极的陶瓷材料的电阻来实现。更准确地说，测量在将电压施加到电极上时在所述电极之间流过的电流。烟灰颗粒由于静电力沉积在电极之间并且随着时间推移形成电极之间的导电的桥。存在越多所述桥，所测量的电流增大得越多。因此，形成电极的增加的短路。传感器元件在每次测量前再生，其方式是，通过集成的加热元件将该传感器元件带到至少700℃，由此烧掉烟灰沉积物。
4.因此，这种类型的传感器根据对在较长测量时间段内累积在传感器元件上的烟灰质量进行阻抗式测量的原理来工作。这种类型的传感器例如在内燃机、例如柴油机结构形式的燃烧发动机的排气系中使用。通常，所述传感器处在排气阀或烟灰颗粒过滤器的下游，并且用于监控该烟灰颗粒过滤器。
5.在排气传感器、例如颗粒传感器的情况下，必须监控所述排气传感器是否如所设置的那样安装在排气系中。这可以通过下述诊断来实现：通过对传感器元件的温度的测量进行拆出识别。如果达到排气系的经建模的最小温度并且传感器元件的温度小于阈值，则识别出拆出。当传感器元件未被加热、即在测量阶段中，发生这一点。替代地，进行保护管诊断。如果在排气流动速度变化的情况下用于调整(einregeln)恒定的传感器温度的加热功率不发生变化或者发生过低的变化，则识别出拆出或者被堵塞的保护管。该诊断的应用是费事的。
6.由de 10 2009 003 091 a1已知一种用于监控布置在内燃机的排气区域中的构件的方法和设备。
7.虽然由现有技术中已知的用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器的设备和方法具有许多优点，但其仍包含改进潜力。如此，通过排气系的模型温度和传感器温度的公差，只有在模型温度和传感器温度的足够高的间距的情况下，即在足够高的模型温度的情况下，才可以开启(freigegeben)拆出识别。这在如下车辆的情况下导致在诊断的开启频率方面的困难：在所述车辆中，颗粒传感器在相对较冷的位置上安装。


技术实现要素：

8.因此，提出一种用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器的方法和设备，所述方法和设备至少在很大程度上避免已知的监控方法的缺点并且尤其实现用于识别被拆出的传感器的分析处理，该分析处理基于对温度变化的分析处理并且与绝对温度值无关，使得可以在与在现有技术中描述的方法相比更低的温度的情况下开启所述诊断。
9.在本公开内容的范畴下，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”和类似的镜用于区分确定的特征或者构件，而不应标明确定的顺序、例如权重。
10.在本发明的第一方面中，提出一种用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器的方法。该方法包括，借助传感器确定传感器温度。在此，该传感器温度可以直接地或者间接地借助该传感器确定。
11.该方法另外包括，确定传感器的模型温度。模型温度接近在传感器的安装位置上的温度。换言之，对于模型温度，观察如下温度：该温度应尽可能准确地反应在安装的传感器的位置上的、由传感器测量的温度。在此，该模型温度可以借助真实的或者经建模的温度源形成。在实践中，由排气温度和在传感器安装位置上的壁温度构成的加权平均值(可校准)用作用于该传感器的模型温度。如果在(车辆)排气道中的适合的位置上真实的温度传感器可供使用的话，则可以将所述真实的温度传感器用于排气温度和壁温度，或者对排气温度和壁温度进行建模。
12.该方法另外包括，如果传感器温度的变化大于预确定的第一阈值并且模型温度的变化大于预确定的第二阈值，则对传感器温度的变化进行积分并且对模型温度的变化进行积分。相应地，只在大于相应的阈值的情况下，才对温度变化进行积分。该方法另外包括，将传感器温度的变化的积分与预确定的第四阈值进行比较。传感器温度的和模型温度的变化优选是温度升高。
13.该分析处理方法充分利用如下事实：在被拆出的传感器的情况下，传感器温度不具有明显的升高。而安装的传感器在一定的范畴中跟随排气系统的模型温度。该方法基于温度升高与排气系统的模型温度和传感器温度的相关性。该相关性通过下述方式实现：当升高大于可定义的阈值时，分别对模型温度和传感器温度的温度升高进行积分。通过适当地选择积分阈值，可以忽略信号噪声和不相关的温度升高。如果观察到不充分的一致性，则可以设置诊断错误并且因此识别出传感器拆出。
14.术语“积分”，如在此所使用的那样，是广义术语，应赋予该术语本领域技术人员所理解的、普通且常见的含义。该术语不局限于特定的或者匹配的含义。该术语可以在不受限制的情况下尤其指用于不定积分和定积分的上位概念。积分的计算称为进行积分。函数的定积分给该函数分配数字。如果以变量形成实数函数的定积分，则结果能够在二维坐标系中解释为位于函数的图形、x轴以及相对于y轴的进行限界的平行线之间的面的表面积。在此，x轴下方的面积块计为负数。这是定向表面积(也称为面积平衡)。选择该惯例，以便定积分是线性映射，这不仅对于理论考虑、而且对于具体计算都是积分术语的中心特性。如此，也保证，微分计算和积分计算的所谓的主要定理适用。函数的不定积分给该函数分配函数集，该函数集的元素被称为根函数。所述根函数的特征在于，所述根函数的一阶导数与被积分的函数一致。微分计算和积分计算的主要定理给出关于如下内容的信息：可以如何由根函数计算定积分。
15.该方法另外包括，如果模型温度的变化的积分大于预确定的第三阈值，则将传感器温度的变化的积分与预确定的第四阈值进行比较。因此，如果观察到足够的温度升高，即如果正模型温度变化的积分达到可校准的阈值，则进行所述分析处理。
16.该模型温度的确定可以至少基于排气温度和/或在传感器的安装位置上的排气区域的壁温度。
17.该方法另外可以包括，对传感器温度和/或模型温度进行低通过滤。相应地，可以对传感器温度和/或模型温度进行低通过滤，以便进行信号平整。术语“低通滤波器”，如在
此所使用的那样，是广义术语，应赋予该术语本领域技术人员所理解的、普通且常见的含义。该术语不局限于特定的或者匹配的含义。该术语可以不受限制地尤其指借助低通滤波器进行的过滤。在电子学中，被称为低通滤波器的是如下滤波器：所述滤波器使具有低于其极限频率的频率的信号分量几乎不受削弱地通过，相对地使具有较高的频率的分量衰减。在通讯技术中，极限频率是如下频率值：在大于该频率值的情况下，信号幅度(电压)或者调制幅度在构件的输出端上下降到低于确定的值。
18.该方法另外可以包括，以预确定的时间步长形成传感器温度商(sensortemperaturquotienten)和/或模型温度商。为了可以观察温度变化，相应地，借助可选择的时间步长dt形成两个温度的差商。
19.该方法另外可以包括，如果传感器温度的变化的积分小于预确定的第四阈值，则确定传感器的拆出和/或不符合功能要求的安装，并且如果传感器温度的变化的积分达到或者大于预确定的第四阈值，则确定传感器的安装和/或符合功能要求的安装。因此，如果在该时间点正的传感器温度变化的积分小于可校准的阈值，则识别出错误、即传感器拆出，否则报告完好无损的结果。
20.该传感器可以是颗粒传感器。
21.术语“颗粒传感器”，如在此所使用的那样，是广义术语，应赋予该术语本领域技术人员所理解的、普通且常见的含义。该术语不局限于特定的或者匹配的含义。该术语可以不受限制地尤其指设置用于检测微粒或者颗粒的传感器。所述微粒优选是导电的微粒。颗粒传感器的功能原理基于对电阻的测量。烟灰颗粒沉积在电极结构上，并且在电极之间形成烟灰路径。在每个测量阶段之前，通过加热使传感器元件再生，以便在测量过程开始时获得传感器元件的定义的状态。
22.内燃机可以是柴油马达，其中，可以在柴油马达的车载诊断的范畴中执行该方法。
23.在另一方面中，提出一种用于监控布置在内燃机的排气区域中的传感器的设备。该设备包括控制装置，其中，该控制装置设置用于执行根据上述实施方案中任一种实施方案所述的方法。该控制装置可以在控制器中实现，例如在马达控制器中实现。
24.在另一方面中，提出一种计算机程序，该计算机程序设置用于执行根据上述实施方案中任一种实施方案所述的方法的每个步骤。
25.在另一方面中，提出一种电子存储介质，在该电子存储介质上存储有这样的计算机程序。
26.在另一方面中，提出一种电子控制器，该电子控制器包括这样的电子存储介质。
附图说明
27.本发明的其他可选细节和特征由下面对优选实施例的描述得出，所述优选实施例在附图中示意性示出。
28.附图示出：
29.图1示出应用根据本发明的方法的技术环境，
30.图2示意性地在俯视图中示出实施为颗粒传感器的传感器的传感器元件，
31.图3示出根据本发明的方法的流程图，
32.图4示出在完好无损的情况下温度和正温度变化的积分的示例性变化过程，
33.图5示出在故障的情况下温度和正温度变化的积分的示例性变化过程。
具体实施方式
34.图1示出应用根据本发明的方法的技术环境。另外，该技术环境也可以包括排气后处理装置，所述排气后处理装置包含用于减少至少一个另外的法律限制的成分的措施，例如nox减少措施。
35.通过空气供应装置12向可以实施为柴油马达的内燃机10供应燃烧空气。在此，燃烧空气的空气量可以借助空气供应装置12中的空气质量测量计14来确定。在校正存在于内燃机10的排气中的颗粒的积聚概率(anlagerungswahrscheinlichkeit)时，可以使用该空气量。内燃机10的排气通过排气系16导出，在该排气系中布置有排气净化装置18。该排气净化装置18可以实施为或可以具有柴油颗粒过滤器。另外，在示出的例子中，在排气系16中布置有实施为λ探针的排气探针20和实施为颗粒传感器的传感器22，向马达控制装置24提供所述排气探针和所述传感器的信号。在排气的流动方向中，传感器22布置在排气净化装置18的后方。另外，马达控制装置24与空气质量测量计14连接，并且基于供应给该马达控制装置的数据确定可以通过燃料计量装置26向内燃机10供应的燃料量。传感器22或者附加的传感器可以在此也在排气的流动方向上布置在排气净化装置18的前方。借助示出的设备，可以观察内燃机10的颗粒排放(on-board-diagnose，车载诊断)并诊断对构造为柴油颗粒过滤器(dpf)的排气净化装置18的装载或确定该排气净化装置的故障。
36.图2示出实施为颗粒传感器的传感器22的传感器元件的示意性俯视图。在绝缘载体28上施加有第一电极30和第二电极32，该绝缘载体例如由氧化铝制成。电极30、32实施呈两个交叉指型的、相互啮合的梳状电极。在电极30、32的前端部上设置有第一端口34和第二端口36，通过所述第一端口和第二端口可以将用于电压供给且用于执行测量的电极30、32与未示出的控制单元连接。附加地，传感器22具有温度传感器38，借助该温度传感器可以直接确定传感器温度。温度传感器38可以实施呈铂波纹部形式，其中，通过附加的电极确定与温度有关的电阻并且能够在马达控制装置24内对该电阻进行分析处理。
37.另外，传感器22具有集成在载体28中的加热元件40以及可选的保护层42。在此可以设置，加热元件40同时实施为温度传感器38，或者加热元件40和温度传感器38实施为具有单独的电极的单独的电导体。
38.这种类型的颗粒传感器的作用原理在文献中已经充分描述，因此在下文中应只简短描述。
39.如果这样的传感器22在引导颗粒的气体流中、例如在柴油马达的排气通道中运行，则来自气体流的颗粒沉积在传感器22上。在柴油马达的情况下，颗粒尤其是具有相应的导电性的烟灰颗粒。在此，传感器22上的颗粒的沉积率除了与排气中的颗粒浓度有关之外，主要还与施加在电极30、32上的电压有关。通过所施加的电压产生电场，该电场将相应的吸引力施加到带电的颗粒和具有偶极电荷的颗粒上。因此，通过适当地选择施加在电极30、32上的电压，可以影响颗粒的沉积率。
40.在该实施例中，电极30、32的至少线路区段和载体28在电极侧覆盖有可选的保护层42。在大多数情况下普遍存在的、传感器22的高运行温度的情况下，可选的保护层42保护电极30、32免受腐蚀。该可选的保护层在本实施例中由具有低导电性的材料制成，但是也可
以由绝缘体制成。
41.来自气体流的颗粒在确定的时间之后以层的形式沉积在保护层42上。由于保护层42的低导电性，颗粒形成电极30、32之间的导电路径，使得根据沉积的颗粒的量产生电极30、32之间的电阻变化。该电阻变化可以例如通过下述方式来测量：将恒定的电压施加到电极30、32的端口34、36上并且通过积聚的颗粒确定电流的变化。
42.如果保护层42绝缘地构造，则沉积的颗粒导致传感器22的欧姆电阻的变化，这可以通过相应的测量、优选借助直流电压来分析处理。
43.下面更详细地描述根据本发明的诊断方法。具有上文或者下文描述的变型的根据本发明的方法的功能可以在此特别有利地作为软件在内燃机10的马达控制装置24中实现，在柴油内燃机的情况下在电子柴油调节装置edc(electronic diesel control)中实现。相应地，马达控制装置24可以通过其作为设备或控制器的控制装置用于执行该方法。例如，在柴油马达的车载诊断的范畴中执行该方法。
44.图3示出根据本发明的方法的流程图。根据本发明的方法在步骤s10中设置，借助传感器22确定传感器温度。该传感器温度可以直接地或者间接地确定。在随后的步骤s12中，对传感器温度进行低通过滤。另外，检测传感器温度的温度变化并且尤其检测该传感器温度的温度升高。为了可以观察温度变化，在随后的步骤s14中，以预确定的时间步长dt形成传感器温度的差商。如果传感器温度的变化大于预确定的第一阈值，则在步骤s16中对传感器温度的变化进行积分。如此选择第一阈值，使得由于信号噪声引起的变化被隐没。不考虑如下小的变化：对于所述小的变化，在传感器22的模型温度的变化方面找不到相应的配对物(pendant)。在此，重点不在于比较单个的时间步长内的温度变化，而是比较在例如几秒钟的较大的时间段内的温度变化。
45.与步骤s10至s16并行地，方法在步骤s18中设置，确定传感器22的模型温度。该模型温度可以例如借助另外的传感器来确定。模型温度至少基于排气温度和/或在传感器的安装位置上的排气区域的壁温度。在随后的步骤s20中，对模型温度进行低通过滤。另外，检测模型温度的温度变化并且尤其检测该模型温度的温度升高。为了可以观察温度变化，在随后的步骤s22中，以预确定的时间步长dt形成模型温度的差商。如果模型温度的变化大于预确定的第二阈值，则在步骤s24中对模型温度的变化进行积分。如此选择第二阈值，使得由于信号噪声引起的变化被隐没。在此只考虑如下模型温度升高：对于所述模型温度升高，也可以观察到传感器温度的相应的反应。在此，重点不在于比较单个的时间步长内的温度变化，而是比较在例如几秒钟的较大的时间段内的温度变化。
46.如果在随后的步骤s26中模型温度的变化的积分大于预确定的第三阈值，则在步骤s28中将传感器温度的变化的积分与预确定的第四阈值进行比较。否则，该方法在步骤s26之后结束。如果在步骤s28中传感器温度的变化的积分小于预确定的第四阈值，则在步骤s30中确定传感器22的拆出和/或不符合功能要求的安装。如果在步骤s28中传感器温度的变化的积分达到或者大于预确定的第四阈值，则在步骤s32中确定传感器22的安装和/或符合功能要求的安装。
47.图4示出在完好无损的情况下温度和正温度变化的积分的示例性变化过程。在x轴44上绘制时间。在y轴46上示出传感器温度、模型温度、正传感器温度变化的积分和正模型温度变化的积分。曲线48示出传感器温度的变化过程。曲线50示出传感器的模型温度的变
化过程。曲线52示出正传感器温度变化的积分的变化过程。曲线54示出正模型温度变化的积分的变化过程。如能够从图4中看出的那样，在完好无损的传感器22的情况下，传感器温度跟随模型温度，使得曲线52和54具有相似的、相应积分的变化过程。
48.图5示出在故障的情况下温度和正温度变化的积分的示例性变化过程。下面仅描述与图4的区别，相同或者类似的特征设有相同的附图标记。如能够从图5中看出的那样，在有故障的传感器22的情况下，传感器温度不跟随模型温度。如此，在模型温度升高的情况下，传感器温度保持几乎恒定，如根据曲线48和50能够看出的那样。相应地，曲线54升高，而曲线52不升高。
49.该分析处理方法的另一优点在于期待高的分离清晰度，因为传感器温度的积分在故障情况下不升高或仅略微升高。因此，故障阈值可以设置得非常低，这也使得在相对较少的模型温度升高之后能够进行分析处理。在例外情况下，在故障情况下的传感器温度升高可能通过积热而引起，例如当车辆直接在以高的马达负荷驾驶之后停放在车库中时。但是，在这样一种场景中的温度升高首先是小的，其次是相对较缓慢的，使得通过适当地选择积分阈值可以防止对这样的升高进行积分。
50.在本发明中实施的分析处理方法充分利用温度变化，即以相对较动态的驾驶方式为条件。目前使用的方法以具有小变化的较静态的条件为前提条件。即，所述分析处理方法覆盖互补的驾驶条件，因此二者可以有利地同时使用以识别被拆出的传感器。在这种情况下，首先得出诊断结果的方法可以触发误差的设置。也能够考虑仅使用所描述的新的分析处理方法。
51.本发明的使用可以通过相应的软件的分析来证明。在应如何将相应的诊断应用到传感器拆出上的方式方面，也可以证明本发明。另外，如果借助根据本发明的控制器和相应的软件来运行传感器，也能够进行证明。

技术特征：
1.一种用于监控布置在内燃机(10)的排气区域中的传感器(22)的方法，所述方法包括，-借助所述传感器(22)确定传感器温度，-确定所述传感器(22)的模型温度，-如果所述传感器温度的变化大于预确定的第一阈值并且所述模型温度的变化大于预确定的第二阈值，则对所述传感器温度的变化进行积分并且对所述模型温度的变化进行积分，-将所述传感器温度的变化的积分与预确定的第四阈值进行比较。2.根据前一项权利要求所述的方法，所述方法另外包括，如果所述模型温度的变化的积分大于预确定的第三阈值，则将所述传感器温度的变化的积分与所述预确定的第四阈值进行比较。3.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述模型温度的确定至少基于排气温度和/或在所述传感器(22)的安装位置上的排气区域的壁温度。4.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法另外包括，对所述传感器温度和/或所述模型温度进行低通过滤。5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法另外包括，以预确定的时间步长形成传感器温度商和/或模型温度商。6.根据上述权利要求中任一项所述的方法，所述方法另外包括，如果所述传感器温度的变化的积分小于所述预确定的第四阈值，则确定所述传感器(22)的拆出和/或不符合功能要求的安装，并且如果所述传感器温度的变化的积分达到或者大于所述预确定的第四阈值，则确定所述传感器(22)的安装和/或符合功能要求的安装。7.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述传感器(22)是颗粒传感器。8.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述内燃机(10)是柴油马达，其中，在所述柴油马达的车载诊断的范畴中执行所述方法。9.一种用于监控布置在内燃机(10)的排气区域中的传感器(10)的设备(24)，其中，所述设备包括控制装置，其中，所述控制装置设置用于执行根据上述权利要求中任一项所述的方法。10.一种计算机程序，所述计算机程序设置用于执行根据权利要求1至8中任一项所述的方法的每个步骤。11.一种电子存储介质，在所述电子存储介质上存储有根据前一项权利要求所述的计算机程序。12.一种电子控制器(24)，所述电子控制器包括根据前一项权利要求所述的电子存储介质。

技术总结
提出一种用于监控布置在内燃机(10)的排气区域中的传感器(22)的方法。该方法包括：借助所述传感器(22)确定传感器温度，确定所述传感器(22)的模型温度，如果所述传感器温度的变化大于预确定的第一阈值并且所述模型温度的变化大于预确定的第二阈值，则对所述传感器温度的变化进行积分并且对所述模型温度的变化进行积分，将所述传感器温度的变化的积分与预确定的第四阈值进行比较。确定的第四阈值进行比较。确定的第四阈值进行比较。


技术研发人员：N
受保护的技术使用者：罗伯特
技术研发日：2021.09.08
技术公布日：2023/6/7