CN101173637B - 动态修正空气流量传感器检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态修正空气流量传感器检测的方法，具体是一种修正操作于瞬时情形下的发动机的空气流量传感器检测的方法，包括：检测发动机的速度；确定所述发动机的所述速度的一阶微分；以及基于所述速度的所述一阶微分和第一常数计算空气流量传感器检测的值。本发明还涉及一种用于操作于瞬时情形下的涡轮增压柴油机的空气流量传感器检测修正系统，包括发动机速度信号输入装置，该发动机速度信号输入装置基于涡轮增压柴油机的发动机速度接收发动机速度信号。控制模块接收所述发动机速度信号，并从所述发动机速度信号的微分和常数来计算空气流量的修正值。

Description

动态修正空气流量传感器检测的方法

技术领域

本发明涉及内燃机的空气流量系统，尤其涉及用于修正该系统的空气流量传感器检测的系统和方法。

背景技术

可使用热线或热膜风速计式传感器来检测空气流量(MAF)。这些类型的传感器使用在汽油机或柴油机的发动机控制系统中。MAF检测用于控制发动机内燃料与空气的比例。MAF传感器将流过热感元件的空气转换为电信号。信号的强度由将元件保持在超过引入的环境空气温度的恒定温度所需的能量来确定。当通过加热元件的气流的容量和密度(质量)变化时，就调整该元件的温度以保持加热元件的所需温度。电流的变化对应于引入的空气的特定特征(热、冷、干、湿、高/低压)。控制模块监测电流的变化，以确定空气量，并计算精确的燃料需求。

在瞬时发动机运行期间，MAF传感器读取延迟或相位变迁会不利地影响对空气燃料比、发动机烟控制系统和废气再循环(EGR)系统的控制。已经进行了许多尝试来克服MAF传感器读取的瞬时延迟。一个方法是采用数字平均法软件(digital averaging software)和滤波函数来人工转换MAF传感器信号。另一方法是采用歧管容量填充模型(manifold volume filling model)。

研发这些方法，以便在超过各气缸新鲜空气量的预测时来修正MAF传感器。当各气缸新鲜空气量的预测极度偏低时，该方法并不修正。在发动机的瞬时操作期间会发生预测偏低。空气流的预测偏低会严重地不利于车辆的驾驶性能。这些方法还未考虑发动机速度变化的影响。在具有涡轮增压器的柴油机中，由于涡轮滞后，所以歧管压力变化小，但是发动机速度变化迅速，因而这些方法对这种柴油机的初始车辆起动情形并不适用。

还可使用速度-密度计算或多相动态空气(multi-zoned Dyna-Air)算法来替代MAF传感器。这些方法复杂，需要使用大量的试验数据。

发明内容

因此，一种用于操作于瞬时情形下的涡轮增压柴油机的空气流量传感器检测修正系统，包括信号输入装置，该信号输入装置基于涡轮增压柴油机的发动机速度产生发动机速度信号。控制模块接收所述发动机速度信号，并从所述发动机速度信号的微分和常数来计算空气流量的修正值。

在其它方面，所述常数从所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来确定。所述常数可基于所述信号输入装置的延迟和所述控制模块处理的延迟来进行调节。

在另一方面，所述控制模块确定所述发动机速度信号的微分，并根据下面的公式从所述常数和所述微分计算所述修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}.$

在另一方面，所述空气流量传感器检测修正系统包括第二信号输入装置，该第二信号输入装置基于联接到所述发动机的进气歧管的压力产生歧管绝对压力信号。所述控制模块接收所述歧管绝对压力信号，并根据下面的公式，从所述发动机速度信号、所述歧管绝对压力信号和所述第一常数计算空气流量的修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1[\mathrm{RPM}\left(\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}\right)+\mathrm{MAP}\left(\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}\right)].$

在再一方面，所述控制模块确定所述发动机速度信号的微分，确定所述歧管绝对压力信号的微分，并且根据下面的公式，基于所述发动机速度信号的所述微分、所述歧管绝对压力信号的所述微分、所述常数以及所述第二常数来计算修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}+K_2\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}.$

在再一方面，所述控制模块确定所述歧管绝对压力信号的微分，并且根据下面的公式，基于所述歧管绝对压力信号的所述微分和所述第一常数来计算所述修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}.$

在再一方面，所述控制模块从所述修正值确定每个气缸的空气流量值。所述控制模块基于每个气缸的所述空气流量值控制所述发动机的燃料喷射器。

根据下文中所提供的详细描述，本发明适用性的其它方面也是显而易见的。应当理解，尽管示出了本发明的优选实施例，但是其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。

附图说明

根据下面的详细描述和附图，可更加全面地理解本发明，其中：

图1为示出涡轮增压柴油机系统的功能框图；

图2为柴油机的气缸的截面图；

图3为示出由发动机系统的控制模块执行的计算MAF传感器修正值的方法的步骤的流程图；

图4为示出MAF传感器修正方法的图表。

具体实施方式

实质上，下列优选实施例的描述仅仅是示意性的，而绝不是限制本发明及其应用或使用。为简便起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，术语模块指的是特定用途集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或硬件程序的处理器(共享、专用或群组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。

现在参考图1，涡轮增压柴油机系统10包括发动机12，该发动机12燃料空气与燃料混合物以产生驱动扭矩。空气通过空气过滤器14进入系统。通过空气过滤器之后，空气吸入压缩机16。压缩机16压缩进入系统10的空气。通常空气的压缩越大，发动机12的输出就越大。然后，空气在进入进气歧管20之前通过空气冷却器18。空气冷却使得空气变密。然后，空气冷却器18将空气释放入进气歧管20。进气歧管20内的空气分配入气缸22中。虽然示出的是单个气缸22，但是应当理解，本发明的动态空气流量检测修正系统还可在具有多个气缸(包括，但不限于2、3、4、5、6、8、10、12个气缸)的发动机中执行。

现在参考图2，发动机的进气门24有选择地打开和关闭，以使空气能够进入气缸22。进气门位置由进气凸轮轴(未示出)调节。燃料喷射器26同时向气缸22内喷射燃料。燃料喷射器26控制成在气缸22内提供所需的空燃比(A/F)。热空气的压缩点燃了气缸22内的燃料，驱动了活塞28。活塞28随之驱动曲轴30产生驱动扭矩。当排气门32处于打开位置时，气缸22内的燃烧废气被排出排气口。排气门位置由排气凸轮轴(未示出)调节。尽管示出的是单个进气门24和排气门32，但是应当理解，发动机12可每个气缸包括多个进气门24和排气门32。

再参考图1，气缸内的燃烧废气被排出排气口，进入排气歧管33。因此，废气可返回到进气歧管20和/或在排气系统(未示出)中进行处理再释放到大气中。在可选实施例中，发动机系统中还可包括废气再循环(EGR)系统(虚线所示)。EGR系统包括EGR冷却器35和调节流回进气歧管20的废气的EGR气门37。再循环回进气歧管20的废气量还降低了发动机气缸内的燃烧温度，影响了发动机扭矩输出。

空气流量(MAF)传感器40感测进气流的量，并产生MAF信号42。进气歧管温度(IMT)传感器44感测进气歧管的温度，并产生进气歧管温度信号46。歧管绝对压力(MAP)传感器48感测进气歧管20内的压力，并产生MAP信号50。发动机速度传感器52感测发动机12的曲轴30的转速，并产生单位为转数每分钟(RPM)的发动机速度信号54。

控制模块60接收上述信号42、46、50和54。控制模块60基于这些信号的解译和本发明的空气流量传感器修正方法来控制发动机系统10。更具体地，控制模块60解译这些信号，并利用基本发动机空气物理学从瞬时发动机操作期间的信号来计算空气流量修正值。然后将该修正值应用到每个气缸的空气的计算上。然后使用每个气缸的空气值控制气缸22的燃料喷射器26。每个气缸的空气值还可用于控制EGR系统和/或烟控制系统(未示出)。

下面描述空气流量传感器的修正方法。实际的发动机气流与四冲程发动机的理论气流比与发动机的容积效率η_v相关，如下面的公式：

${\mathrm{\η}}_v=\frac{\mathrm{MAF}}{{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ch}\arg e}\left(\frac{V_{\mathrm{disp}}}{2}\right)*\left(\frac{\mathrm{RPM}}{60}\right)}$

简化为

${\mathrm{\η}}_v=\frac{\mathrm{MAF}}{\left(\frac{1}{120}\right){\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ch}\arg e}*V_{\mathrm{disp}}*\mathrm{RPM}}.$

其中，MAF为系统的空气流量，单位为克每秒。控制模块60从MAF信号42确定该值。V_disp可根据发动机12的气缸22的大小和数目变化。将V_disp除以二来计算每个循环转两圈的四冲程发动机的气缸22的实际排量。RPM为发动机速度，单位为转数每分。控制模块60从发动机速度信号52确定该值。将其除以六十则转换为相对于秒的公式。

ρ_charge为空气的充气密度，单位为千克每立方米。控制模块60从下面的公式计算ρ_charge：

${\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{ch}\arg e}=\left(\frac{\mathrm{MAP}}{R_{\mathrm{ch}\arg e}\·\mathrm{IMT}}\right).$

其中，MAP为从MAP信号48确定的进气歧管绝对压力，单位为千帕。R_charge为气体常数，IMT为由IMT信号44确定的进气歧管温度，单位为开式温度。

为清楚空气流量对输入的依赖，公式可写成明确的形式：

$\mathrm{MAF}={\mathrm{\η}}_v\left(\frac{1}{120}\right)V_{\mathrm{disp}}\left(\frac{\mathrm{MAP}}{R_{\mathrm{ch}\arg e}\·\mathrm{IMT}}\right)\mathrm{RPM}.$

在上面的关系中，发动机排量V_disp和气体R_charge几乎不变。η_v为检测气缸22进排气有多好的容积效率。η_v的变化可为适中的，范围从百分之十至百分之二十。数值变化大的参数是RPM和MAP。RPM和MAP可经历达百分之二百至百分之三百的百分比变化。例如，RPM范围可从怠速时的600RPM至3200之高。对于在海平面的操作，MAP范围可从怠速时的近100kPa至275kPa之高。尽管公开了示意性的范围，但是也可使用其它数值。

通过将变化参数集合成常数K，通过下面的公式，从RPM和MAP中的变化可预计MAF中的大致变化：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K[\mathrm{RPM}\left(\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}\right)+\mathrm{MAP}\left(\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}\right)].$

常数K可基于系统的排量、歧管温度、气体常数和容积效率来选择。该常数还可考试由于发动机系统10的组件的长度及容量变化引起的传感器读取或控制器处理的系统延迟和/或时间差。

现在参考图2，示出了控制模块根据MAF传感器修正方法执行的步骤。在步骤100中，控制解译系统的传感器的信号。解译的信号用在MAF的微分运算中。在步骤110中，控制可选定忽略RPM与MAP之间的相互影响，在步骤120中，从常数K₁、常数K₂、MAP微分和RPM微分计算MAF微分。常数K₁和K₂是可选的。其关系可由下面的公式表示：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}+K_2\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}.$

另外，在步骤130中，控制可选定忽略MAP信号，在步骤140中，从常数K₃和RPM微分计算MAF微分。常数K₃是可选的。下面的公式示出了其关系：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_3\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}.$

可选择地，在步骤150中，控制可选定忽略RPM信号，在步骤160中，从常数K₄和MAP微分计算MAF微分。常数K₄是可选的。下面的公式示出了其关系：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_4\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}.$

另外，在步骤170中，控制通过考虑MAP与RPM之间的相互影响、RPM微分、MAP微分和常数K₀来计算MAF微分。常数K₀是可选的。下面的公式示出了其关系：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_0[\mathrm{RPM}\left(\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}\right)+\mathrm{MAP}\left(\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}\right)].$

基于MAF微分，可计算每个气缸的空气值。在步骤180中，控制将MAF微分加到计算的每个气缸的MAF值(MAFPC)。从MAF、MAP和常数值计算MAFPC。其常数值从每个循环的转数及每个发动机的气缸数来确定。对于四冲程每循环转两圈的八缸发动机，常数值为15。其中每分的秒数60乘以每循环的转数2再除以每发动机的气缸数8。具有常数值15的MAFPC的公式示为：

$\mathrm{MAFPC}=(\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}+\mathrm{MAF})*\frac{15}{\mathrm{RPM}}$

现在参考图4，示出了将修正方法应用至四冲程八缸发动机的实例结果的曲线图。沿着200处的x轴显示了时间，单位为秒。沿着210处的左侧y轴显示了每个气缸每个RPM的MAF。沿220处的右侧y轴显示了节气门位置打开百分比。在230处，以百分比显示的节气门位置值示出了发动机的瞬时情形。在240处示出了从传统回归试验数据计算的速度-密度值。在250处示出了未使用修正方法的每个气缸的MAF值。在260处示出了新的每个气缸MAF修正计算的效果，其中图示计算的每个气缸的MAF值包括基本符合传统速度-密度计算值的修正项目。

本领域的技术人员从前面的描述应当理解，本发明广泛的教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当这样限制。

Claims (25)

1.一种用于操作于瞬时情形下的涡轮增压柴油发动机的空气流量传感器检测修正系统，包括：

发动机速度信号输入装置，该发动机速度信号输入装置基于涡轮增压柴油发动机的发动机速度接收发动机速度信号RPM；以及

控制模块，该控制模块接收所述发动机速度信号，并从所述发动机速度信号的微分和第一常数K₁来计算空气流量的修正值

并且该控制模块将所述修正值应用到检测的空气流量值，其中所述第一常数从所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来确定。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述第一常数基于所述发动机速度信号输入装置的延迟和所述控制模块处理的延迟来进行调节。

3.如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块确定所述发动机速度信号的微分，并根据下面的公式从所述第一常数和所述微分计算所述修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}{K}_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}.$

4.如权利要求1所述的系统，还包括歧管绝对压力信号输入装置，该歧管绝对压力信号输入装置基于联接到所述发动机的进气歧管的压力接收歧管绝对压力信号MAP，其中所述控制模块接收所述歧管绝对压力信号，并且可操作，以从所述发动机速度信号、所述歧管绝对压力信号和所述第一常数计算空气流量的修正值。

5.如权利要求4所述的系统，其中所述控制模块确定所述发动机速度信号的微分，确定所述歧管绝对压力信号的微分，并且根据下面的公式，基于所述发动机速度信号RPM、所述歧管绝对压力信号MAP、所述发动机速度信号的所述微分、所述歧管绝对压力信号的所述微分以及所述第一常数K₁来计算所述空气流量的修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}{K}_1[\mathrm{RPM}\left(\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}\right)+\mathrm{MAP}\left(\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}\right)].$

6.如权利要求4所述的系统，其中所述控制模块确定所述发动机速度信号的微分，确定所述歧管绝对压力信号的微分，并且根据下面的公式，基于所述发动机速度信号的所述微分、所述歧管绝对压力信号的所述微分、所述第一常数以及第二常数K₂来计算所述修正值：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}+K_2\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}$

其中所述第二常数从所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来确定。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述第二常数基于所述歧管绝对压力信号输入装置的延迟和所述控制模块处理的延迟来进行调节。

8.如权利要求1所述的系统，其中所述控制模块从所述空气流量的修正值确定每个气缸的空气流量值。

9.如权利要求8所述的系统，其中所述控制模块基于每个气缸的所述空气流量值控制所述发动机的燃料喷射器。

10.一种修正操作于瞬时情形下的发动机的空气流量传感器检测的方法，包括：

检测发动机的速度RPM；

确定所述发动机的所述速度的第一微分；

基于所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来选择第一常数K₁；以及

基于所述速度的所述第一微分和所述第一常数计算空气流量传感器检测的修正值

11.如权利要求10所述的方法，其中所述计算空气流量传感器检测的修正值基于下面的公式：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}.$

12.如权利要求10所述的方法，还包括：

从所述发动机的进气歧管检测歧管绝对压力MAP；

确定所述歧管的所述歧管绝对压力的第二微分；

基于所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来选择第二常数K₂；并且

其中所述计算空气流量传感器检测的修正值进一步描述为基于所述速度的所述第一微分、所述第一常数、所述歧管绝对压力的所述第二微分以及第二常数来计算修正值。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述计算空气流量传感器检测的修正值基于下面的公式：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}+K_2\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}.$

14.如权利要求12所述的方法，其中所述计算空气流量传感器检测的修正值进一步描述为基于所述发动机的所述速度、所述速度的所述第一微分、所述第一常数、所述歧管绝对压力以及所述歧管绝对压力的所述第二微分来计算修正值。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述计算空气流量传感器检测的修正值基于下面的公式：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1[\mathrm{RPM}\left(\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}\right)+\mathrm{MAP}\left(\frac{\mathrm{dRPM}}{\mathrm{dt}}\right)].$

16.如权利要求10所述的方法，还包括基于所述修正值计算每个气缸的空气流量值。

17.如权利要求16所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制所述发动机的燃料。

18.如权利要求16所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制所述发动机的废气再循环系统。

19.如权利要求16所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制烟控制系统。

20.一种修正具有进气歧管的发动机系统的空气流量传感器检测的方法，包括：

检测歧管的歧管绝对压力MAP；

确定所述歧管绝对压力的第一微分；

基于所述发动机的排量、所述发动机的容积效率、进气歧管的温度和气体常数中的至少一个来选择第一常数K₁;以及

基于所述歧管绝对压力的所述第一微分和所述第一常数计算空气流量传感器检测的修正值

21.如权利要求20所述的方法，其中所述计算空气流量传感器检测的修正值基于下面的公式：

$\frac{\mathrm{dMAF}}{\mathrm{dt}}=K_1\frac{\mathrm{dMAP}}{\mathrm{dt}}.$

22.如权利要求20所述的方法，还包括基于所述修正值计算每个气缸的空气流量值。

23.如权利要求22所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制所述发动机的燃料。

24.如权利要求22所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制废气再循环系统。

25.如权利要求22所述的方法，还包括基于每个气缸的所述空气流量值控制烟控制系统。

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