CN102341583B - 处理来自测量内燃发动机气体流量的流量计的信号的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的方法，其特征在于，该方法包括当该发动机在第一进气模式下运行时根据第一逻辑来处理该信号，而当该发动机在第二进气模式下运行时根据第二逻辑来处理该信号。该第一进气模式表征为启动高压EGR阀。该第二进气模式表征为启动低压EGR阀。

Description

处理来自测量内燃发动机气体流量的流量计的信号的方法

技术领域

本发明涉及一种用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的方法，从而确定进入发动机中的空气量。本发明还涉及一种用于配置系统的方法，该系统用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号。本发明还涉及一种数据介质，该介质包括用于管理这些方法的多个计算机程序。本发明还涉及一种处理系统、一种包括这种处理系统的测量系统以及一种包括这种处理系统或这种测量系统的机动车辆。

背景技术

未来的防污染标准将要求机动车辆制造商改进发动机的控制，也就是说，要求更精细地控制发动机从而减少它对环境的影响。为此，有必要确切地知道供给发动机燃烧室的空气量。为此，使用空气流量计来测量送入发动机的空气流量。发动机可以是任意种类的燃烧热力发动机，尤其是在就运行周期上的冲程数、注入模式等方面而言没有区别的内燃热力发动机。

因此本发明适用于：

-柴油发动机，其有或无增压并且可以是任何燃烧模式，

-受控的点火汽油发动机，其有或无增压并且可以是任何燃烧模式，

-使用汽油和乙醇的可变混合物的灵活燃料发动机，

-气体发动机。

在燃烧式发动机上，任何流量信息(按体积或按质量)是有可能借助一个流量传感器(如流量计或压力传感器)来测量的。来自流量传感器的原始信号由包含在计算机或者电子控制单元中的计算机程序来处理，该计算机程序使之能够调节这些信号并校正它们，特别是对它们滤波，以便获得可以由发动机控制策略使用的可靠信息。在进行这些处理之前，通常使用一种映射来将电信号转换成流量的物理信息。

由流量计测量流量的原理是基于对流量计的截面中的局部速度的测量，然后将所测得的速度值乘以流量计的截面面积。然而，这种流量测量原理对2个因素敏感：

-截面中的速度剖面，由于空气动力学现象，这个速度并非恒定，

-由发动机的周期性运行引起的流量脉冲。

如图1所示，还可以看出，发动机的转速和负荷是影响流量脉冲形状的两个主要变量，在该图中展现了4条曲线，这些曲线给出了对于800转每分钟、1400转每分钟、1700转每分钟以及2000转每分钟的发动机转速，在发动机喷嘴中的气体速度随时间变化的趋势，所有这些曲线都涉及相同的5巴的负荷。

为了获得准确的流量值，可以使用一种映射，这种映射取决于发动机的负荷和转速。因此，下面参考图2来说明用于处理由流量计所传递的信号的处理链。

流量计11提供具有取决于流经该流量计的气体流量的频率或电压的电信号。因此，该信号的频率是气体流量的一种反映。周期计数器12使这个频率离散化，从而在计数器12的输出端上获得离散的频率。借助于线性化装置13，该离散的频率然后被转换成离散的流量。该线性化装置使用流量计的线性化曲线从而根据该流量计的输出信号频率来表示流经该流量计的气体流量值。离散的空气流量保持为瞬时信息，该信息然后借助于装置14而在发动机的半转上被求平均，接着被一阶滤波器15滤波以便在滤波器15的输出端上给出平均气体流量信息。最后，这个平均空气流量由运算器16来校正，这个运算器为了进行这种校正而使用由映射17提供的一个或多个值。这种映射17提供了取决于发动机负荷值和发动机转速值的一个或多个值。因此，无论发动机负荷扭矩和转速值如何，都可以获得准确的气体流量值。

尽管如此，着眼于未来，并且从目前开始，所计划的是在发动机运行中所使用的进气回路增添不同的致动器，特别是阀门和/或减振器，这些致动器根据它们的状态而限定了用于发动机的不同进气模式或者不同的发动机进气配置。

从现在起，发动机的进气模式不再仅由发动机转速和发动机负荷参数来限定，而且还由这些致动器的状态来限定。例如，在符合Euro 6标准的未来柴油发动机生产设计的情况下，发动机将具有两种进气模式：

-模式A，在这种模式中，排气再循环EGR(exhaust gas recirculation)发生在进气回路的高压区段中，

-模式B，在这种模式中，排气再循环EGR发生在进气回路的低压区段中。

迄今为止，如果在使用此前描述的处理子系统之前已经将其配置为使其适于在发动机以模式A运行时提供准确的气体流量值，则将得到图3所示的图。应当指出，当发动机以模式A运行时，不论进入发动机的空气流量如何，由流量计提供的流量值的测量误差是在+/-3％的范围内的。

另一方面，应当指出，当发动机以模式B运行时，由流量计提供的流量值的测量误差是在+/-3％的范围之外的，并且甚至达到+/-10％，如图4所示的。

+/-3％的误差范围构成了对于Euro 6柴油发动机设计而言可接受的流量测量误差限度。

通过计算借助于流量计所测得的流量之间的差值并且提供借助于先前定义的处理链获得的信息以及借助于例如对发动机进气模式是不灵敏的基准流量计所测得的流量，来获得前述图示的不同的误差数据，这种基准流量计使用对发动机排出气体的组分的分析。

类似地，该处理链可以被配置和适配为在发动机以进气模式B运行时提供准确的流量值。在这种情况下，可能是当发动机以模式A运行时所测得的流量值不具备所要求的准确度。

一种解决方案是根据一种折衷逻辑来配置并适配该处理链，以使得该处理链提供的流量值在发动机以模式A运行时与在发动机以模式B运行时是同样准确的。然而，利用这种解决方案，所要求的准确度在模式A中或者在模式B中都不会实现。

文件DE 19633680公开了一种用于校正由流量计传递的信号的方法，该流量计用于测量汽油发动机中空气的单位质量流量。流量计测量进入发动机中的新鲜空气量，从而反映出发动机的空气填充状况。将由流量计传递的空气流量信号除以一个常数并且除以发动机转速，以使得在输出端上获得的信号是每个冲程的原始空气流量信号，也就是说是对该发动机的每个汽缸的填充状况的一种反映。然后，基于一种映射来校正每个冲程的原始空气流量信号，该映射取决于进气蝶形阀的角度位置、发动机转速以及进入空气的温度。通过结合相对于标准空气温度而言的实际吸入的空气温度，这种校正能够将空气温度对发动机填充状况的影响考虑在内。这种方法具有缺陷。一方面，取决于发动机转速以及进入发动机的空气温度的这种校正无法克服出现在进气回路中的压力波脉冲的影响，而这些脉冲对于发动机的填充状况有影响。另一方面，这种校正对于由温度传感器以及由蝶形阀的角度位置传感器所提供的测量值的离差是敏感的。

专利US 6556929公开了一种通过对流量计所提供的原始信号的平均值和幅度的特征的分析的偏差来校正由该流量计传递的信号的方法。对来自流量计的原始平均信号所施加的校正取决于发动机进气阶段的持续时间以及已校准的映射，而它们本身又取决于来自流量计的原始信号的平均值和幅度。然后，被校正的信号被发送到发动机控制系统。这种校正方法具有缺陷。一方面，该校正方法没有将进气管线中产生的脉冲影响考虑在内。另一方面，这种校正方法需要大量的计算资源。

专利US 7286925公开了用于校正来自流量计的信号的两种方法。第一种方法在于修正流量计线性化曲线。根据所传递的电压来反映流经流量计的空气的单位质量流量的这些曲线是根据空气流动的脉冲状态来调整的。第二种方法在于使用一种系统来校正由发动机的脉冲所引起的误差，该系统用于对流量计传递的信号进行滤波。这种滤波系统结合了三个滤波器(高通滤波器、低通滤波器和带通滤波器)以及被校准的偏移装置。每个滤波器都可以独立于其他滤波器而停用。这种滤波系统对流量计传递的原始信号进行平滑处理。最终的校正是基于一种映射而施加在由该滤波系统所传递的信号上的，这种映射取决于信号的频率特征。这些方法具有缺陷。一方面，没有给出用于识别流量计的这个校正的线性化曲线的方法，并且由于空气声学现象的复杂性，在发动机控制系统中实现该方法是复杂的。另一方面，由滤波系统进行的校正使得对由流量计传递的信号进行平滑处理成为可能，但无法校正发动机进气管线中脉冲现象的物理影响。

在这些文件中所描述的方法受到了对由发动机引起的脉冲所进行的平滑处理的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于处理来自空气流量计的信号的方法，该方法能够克服上述问题并且改进现有技术中已知的处理方法。具体而言，本发明提出了一种简单的处理方法，该方法能够获得进入发动机中的空气流量的准确测量值，同时这个发动机能以不同的进气模式运行。

根据本发明，用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的方法的特征在于，当发动机以第一进气模式运行时，根据第一逻辑来处理该信号，并且其特征在于，当发动机以第二进气模式运行时，根据第二逻辑来处理该信号。

该第一进气模式可以表征为启动高压EGR阀。

该第二进气模式可以表征为启动低压EGR阀门。

该处理方法可以包括一个用于将来自该流量计的信号的电特征转换为瞬时流量值的步骤，当该发动机以该第一进气模式运行时根据第一逻辑来执行这个转换步骤并且当该发动机以该第二进气模式运行时根据第二逻辑来执行这个转换步骤。

这种处理方法可以包括用于计算平均值的步骤，以便从多个瞬时流量值中获得平均流量值。

这种处理方法可以包括一个校正步骤，以便基于流量值获得被校正的流量值，当该发动机以该第一进气模式运行时根据第一逻辑来执行这个校正步骤并且当该发动机以该第二进气模式运行时根据第二逻辑来执行这个校正步骤。

该校正步骤可以借助于由映射提供的值来实现，这个值取决于发动机参数，特别是发动机负荷和/或转速。

根据本发明，一种用于对处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的系统进行配置的方法的特征在于，它包括如下步骤的迭代：

-对于由该发动机所使用的所有进气模式，确定对来自该流量计的信号的处理逻辑以获得流量值。

本发明还涉及一种计算机可读的数据存储介质，在该介质上存储了计算机程序，该计算机程序包括用于实现先前定义的处理方法的步骤的软件装置。

根据本发明，用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的系统的特征在于，它包括用于实现先前定义的处理方法或用于实现先前定义的配置方法的硬件装置和/或软件装置。

根据本发明，用于测量内燃发动机中的气体流量的系统的特征在于，它包括先前定义的处理系统以及流量计。

根据本发明，一种机动车辆包括先前定义的处理系统或者先前定义的测量系统。

附图说明

附图作为例子而示出了根据本发明的处理方法的原理。

图1是说明发动机转速对进入发动机中的空气流量的影响的曲线图；

图2示出了用于处理来自流量计的信号以便确定空气流量值的信号处理链；

图3示出了当发动机以第一进气模式运行时用给定的流量计测量空气流量时所产生的测量误差，用于处理该来自流量计的信号的信号处理链被配置并且适配于这个第一进气模式；

图4示出了当发动机以第二进气模式运行时用同一个流量计测量空气流量时所产生的测量误差，用于处理该来自流量计的信号的信号处理链被配置并且适配于该第一进气模式；

图5是示出了用于处理来自流量计的信号以便确定空气流量值的信号处理链，这个处理链符合本发明；

图6和图7示出了用于对根据本发明的处理链或处理系统进行配置的步骤，以使得能够处理来自流量计的信号以提供准确的流量值；

图8和图9示出了当发动机以第一进气模式以及以第二进气模式运行时用同一个流量计测量空气流量时所产生的测量误差，用于处理来自流量计的信号的信号处理链是根据本发明来配置和适配的。

具体实施方式

以下参考图5描述根据本发明的一个实施例的用于在燃烧式发动机(特别是用于驱动机动车辆的燃烧式发动机)中测量气体(特别是进入气体)流量的系统100。

气体流量测量系统主要包括个流量计21以及用于处理来自该流量计的信号(例如电信号)的系统101。

在所描述的实施例中，周期电信号是来自该流量计的。这个电信号的频率是由该流量计通过测量气体流量来确定的。这个电信号被提供给处理系统。

第一计数装置22用来确定从该流量计接收的电信号的频率。在该计数装置的输出端上收集这个频率值。它被提供给第一线性化装置23以及第二线性化装置24。该第一线性化装置用来将该频率值转换成第一瞬时的或离散的流量值，这种转换是在内燃发动机以第一进气模式运行的假设下实现的。该第二线性化装置用来将该频率值转换成第二瞬时的或离散的流量值，这种转换是在内燃发动机以第二进气模式运行的假设下实现的。

这两个瞬时流量值被传送到门25，这个门在其输出端提供该第一瞬时流量值或第二瞬时流量值，这取决于发动机是以第一进气模式(模式A)还是以第二进气模式(模式B)运行。电信号(例如逻辑信号)被提供给这个门25。该信号的值是由发动机正在运行的进气模式来确定的。因此，它确定了由第一和第二线性化装置提供的这两个流量值中的哪一个是位于门25的输出端上的。

用于计算平均值的装置26用来计算在给定的周期(例如，燃烧式发动机的曲轴的半转)上在门25的输出端所获得的瞬时流量的平均值。

然后，借助于滤波装置27(例如一阶滤波器)对在计算装置26的输出端获得的平均值进行滤波。接着，平均流量值驱动校正装置32。

这个校正装置32包括例如用于(例如通过使用映射)确定再校准值的第一装置29、用于(例如通过使用映射)确定校准值的第二装置30、逻辑门31以及加法运算器28。用于确定校准值的第一装置29使用发动机运行参数，例如发动机的负荷和/或转速，以便确定第一校准值。同样，用于确定校准值的第二装置30使用发动机运行参数，例如发动机的负荷和/或转速，以便确定第二校准值。第一和第二校准值连同电信号(例如逻辑信号)一起被提供给门31。这个信号的值由发动机正在运行的进气模式来确定。因此，它确定了由第一和第二确定装置提供的第一和第二校准值中的哪一个位于门31的输出端并且被提供给运算器28。因此，在运算器28处将这个校准值与来自滤波装置27的平均空气流量值相加以在运算器28的输出端构造被校正的空气流量值。

该处理系统的所有装置可以集成在一台计算机中，该计算机包括一种存储介质或者能够利用一种存储介质来运行。这些装置或这些装置中的一部分可以以计算机程序的形式制造。用它们来控制和/或实现作为本发明目标的处理装置。

借助于本发明，能够非常准确地确定进入内燃发动机中的气体流量值。

可以设想先前所述的实施例的不同变型。例如，门25和31可以位于装置23、24、29、30的上游从而仅计算一个瞬时流量值并且仅计算一个校准值。

同样，运算器28可以是乘法运算器。在这种情况下，在门31的输出端获得的值不再与流量值同类，而是与无量纲的系数同类。

最后，应当清楚，根据本发明的处理系统可以例如是用来管理多于2个供应模式的。因此，会有多于2个的线性化装置，每个线性装置根据不同的逻辑来运行，并且有多于2个的校准值确定装置，每个确定装置根据不同的逻辑来运行。因此，可以使用专用于每个进气模式的处理逻辑。

进气模式的实现起因于不同的需要，如防止污染、微粒过滤器的再生、或者甚至是增压。因此，这些进气模式对应于适当定义的发动机状态，这些状态是可以识别的并且确定用于驱动门25和31的逻辑信号的状态。因此，可以将一条线性化曲线和一种空气流量校准映射与一种空气进气模式相关联。第一供应模式例如表征为将排出气体返回到压缩机上游的进气回路中(启动低压EGR阀)，而第二供应模式例如表征为将排出气体返回到压缩机下游的进气回路中(启动高压EGR阀)。优选地，不同的进气模式是通过进气回路中的减振器或阀门的状态(打开或关闭)来区分的。作为变型，不同的进气模式是通过位于压缩机下游的空气减振器或位于空气过滤器上游的减振器的状态(打开或关闭)来区分的。优选地，不同的进气模式不是通过减振器或阀门的两个部分打开的状态来区分的，例如部分地打开到30°的减振器以及部分地打开到60°的减振器。

借助于根据本发明的处理系统，获得以下结果：

当发动机以模式A运行时，获得了图9所示的图表。应当指出，当发动机以模式A运行时，不论吸入发动机的空气流量如何，由流量计提供的流量值的测量误差是在+/-3％的范围内的。

类似地，当发动机以模式B运行时，获得了图8所示的图表。应当指出，当发动机以模式B运行时，不论吸入发动机的空气流量如何，由流量计提供的流量值的测量误差是在+/-3％的范围内的。

本发明还涉及一种用于配置处理来自流量计的信号的系统的方法。

在第一步骤中，选择旨在与用于处理来自流量计的信号的根据本发明的系统一起运行的发动机的类型。

在第二步骤中，使发动机在第一供应模式中运行。

在第三步骤中，根据第一组发动机参数值(例如根据第一对的发动机负荷/转速值)而使发动机稳定地运行。在此步骤中，测量并记录由流量计所提供的电信号的频率Fhfm。类似地，测量并记录提供给发动机的基准气体流量值Qref，该测量是借助于非常准确且独立于该流量计的流量测量系统来进行的。例如，可以通过测量排出气体的成分来进行基准流量的测量。

以不同的发动机参数集合的值将第三步骤迭代若干次，以便能够构建如图6所示的图表，该图在横轴上给出电信号频率且在纵轴上给出所测量的基准流量。第三步骤的不同迭代使之能够确定一个法则，例如一个数学法则，该法则将频率值Fhfm与基准流量值Qref相关联。这种法则将被用在当发动机以第一供应模式运行时所应用的线性化装置中。

在第四步骤中，对于在前一步骤中所使用的各个运行点，从流量计所提供信号的频率Fhfm来确定通过先前已确定的法则而获得的气体流量值Qhfm。然后，确定在该气体流量值与基准流量值Qref之间的差值。记录这个差值以及用于获得频率Fhfm的发动机参数集合的值。

在发动机的所有工作点上迭代第四步骤，以便能够构建如图7所示的映射，该图在横轴上给出发动机转速且在纵轴上给出负荷，并且以多维的形式给出了气体流量值Qhfm与基准气体流量值Qref之间的差值。第四步骤的不同迭代使之能够确定一个法则(优选地是一种映射)，例如一个数学法则，该法则将确定工作点的参数值集合与流量差值相关联。该法则将被用在当发动机以第一供应模式运行时所应用的校正装置中。

对于所有可以由发动机使用的进气模式，迭代第二至第四步骤。

然后，将不同的法则和映射存储在用于处理来自流量计的信号的系统中的存储器中。因此，根据发动机供应模式，可以按照适合的逻辑来处理来自流量计的信号。

本发明的目的不同于现有技术，在现有技术中没有任何文件提供这样一种方法，该方法在发动机可以以多个不同进气模式运行时使得测量进入该发动机中的空气流量的流量计能够提供准确的空气流量测量值。

Claims (10)

1.一种用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计（21）的信号的方法，其特征在于，在该发动机是在第一进气模式下运行时根据第一逻辑来处理该信号，并且在该发动机是在第二进气模式下运行时根据第二逻辑来处理该信号，其中，该第一进气模式表征为启动高压EGR阀，该第二进气模式表征为启动低压EGR阀。

2.如权利要求1所述的处理方法，其特征在于，它包括一个用于将来自该流量计的信号的电特征转换为瞬时流速值的步骤，当该发动机是在该第一进气模式下运行时该转换步骤是根据第一逻辑来实现的，而当该发动机是在该第二进气模式下运行时该转换步骤是根据第二逻辑来执行的。

3.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，它包括一个用于计算平均值的步骤，以便从瞬时流速值中获得平均流速值。

4.如权利要求2所述的处理方法，其特征在于，它包括校正步骤以便从流速值中获得被校正的流速值，当该发动机是在该第一进气模式下运行时这个校正步骤是根据第一逻辑来实现的，而当该发动机是在该第二进气模式下运行时这个校正步骤是根据第二逻辑来实现的。

5.如权利要求4所述的处理方法，其特征在于，该校正步骤是借助于由映射提供的值来实现的，这个值取决于发动机参数。

6.如权利要求5所述的处理方法，其特征在于，所述发动机参数包括发动机负荷和/或转速。

7.一种用于配置处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的系统的方法，其特征在于，它包括对如下步骤的迭代：

对于由该发动机所使用的所有进气模式，对来自于该流量计的信号确定处理逻辑以便获得流量值，其中，上述进气模式包括第一进气模式和第二进气模式，该第一进气模式表征为启动高压EGR阀，该第二进气模式表征为启动低压EGR阀。

8.一种用于处理来自用于测量内燃发动机中的气体流量的流量计的信号的系统(101)，其特征在于，它包括用于实现如权利要求1至6之一所述的处理方法或用于实现如权利要求7所述的配置方法的硬件装置（22，23，24，25，26，27，32）和/或软件装置。

9.一种用于测量内燃发动机中的气体流量的系统（100），其特征在于，它包括如权利要求8所述的处理系统（101）以及流量计（21）。

10.一种包括如权利要求8所述的处理系统或如权利要求9所述的测量系统的机动车辆。