CN102777278B - 用于建立进入发动机的空气的质量流率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于建立进入发动机的空气的质量流率的系统和方法，包括通过供能装置建立输入电压，以对质量空气流量传感器供电。方法还包括响应于进入发动机的空气的质量流量经由质量空气流量传感器而产生输出频率，使用产生的输出频率来确定进入发动机的空气的质量流率。方法还另外包括将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较，预定的临界输出频率对应于所建立的输入电压。此外，该方法包括，如果产生的输出频率等于或低于预定临界输出频率，则将经确定的空气的质量流率选择为所建立的进入发动机的空气的质量流率。此外，该方法包括，如果产生的输出频率高于预定临界输出频率，则选择预定的替换算法以产生所建立的进入发动机的空气的质量流率。

Description

用于建立进入发动机的空气的质量流率的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于建立进入内燃发动机的空气的质量流率的系统和方法。

背景技术

在现代内燃发动机中——诸如用于为机动车辆提供动力的那些，进入发动机的空气的质量流率常常由质量空气流量(mass-air-flow，MAF)传感器来确定。MAF传感器被设计为对流过包含传感器的腔室的空气的量做出响应，以及通常有意使之对正被测量的空气流的密度不敏感。典型地，MAF传感器直接不测量空气的质量。

通常使用的类型的MAF传感器采用热丝。这样的热丝MAF传感器测量被加热丝的线的频率响应和流经传感器的空气的温度。热丝的频率响应和空气流的温度被传送到发动机控制单元，这允许控制单元精确地确定进入目标发动机的空气的质量流率(massflowrate)。

发动机控制单元使用被MAF传感器确定的质量空气流量来平衡和传递正确的燃料质量到发动机的燃烧室(一个或多个)。除了用于控制发动机的内部燃烧过程，由MAF传感器确定的空气流的质量可还被用于控制被发动机的燃烧影响的其他车辆系统。

发明内容

一种建立进入内燃发动机的空气的质量流率的方法，包括通过供能装置建立输入电压，以对质量空气流量传感器供电。根据本方法，所说的质量空气流量传感器配置为对进入发动机的空气的质量流率做出响应。该方法还包括响应于进入发动机的空气的质量流量经由质量空气流量传感器而产生输出频率，并使用产生的输出频率来确定进入发动机的空气的质量流率。该方法还另外包括将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较，所述预定的临界输出频率对应于所建立的输入电压。此外，该方法包括，如果产生的输出频率等于或低于预定临界输出频率，则将经确定的空气的质量流率选择为所建立的进入发动机的空气的质量流率。此外，该方法包括，如果产生的输出频率高于预定临界输出频率，则选择预定的替换算法以产生所建立的进入发动机的空气的质量流率。

预定的替换算法包括发动机速度、发动机燃料供应速率、和发动机容积效率值相对于进入发动机的空气的质量流率值的查找表。根据本方法，进入发动机的空气质量流率值包括发动机废气再循环和压缩机产生的升高压力中的至少一个的作用，所述压缩机配置为增加发动机的动力输出。

产生输出频率、计算指示流率、将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较、将确定的空气的质量流率选择为所建立的流率、和选择预定的替换算法以产生所建立的流率中的每一个可以通过操作地连接到发动机的控制器执行。

当输入电压掉落在临界值之下时，实现将产生的输出频率与预订的临界输出频率进行的比较。在非限制性示例中，输入电压的这样的临界值可以约为12伏。

所建立的空气的质量流率可以用于调节操作地连接到发动机的废气后处理装置的再生。此外，所建立的空气的质量流率可以用于调节发动机中的燃烧。

还提供了一种用于建立进入内燃发动机的空气的质量流率的系统和采用这样的系统的车辆。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述连同附图时显而易见。

附图说明

图1是车辆的示意图，所述车辆采用内燃发动机和质量空气流量传感器，所述空气流量传感器适用于确定进入发动机的空气的质量流率；和

图2是建立进入图1中所示的内燃发动机的空气的质量流率的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中在几幅图中相同的附图标记指向相同的构件。图1示意性地示出车辆10。车辆10采用动力传动系12。动力传动系12包括内燃发动机14、变速器16和驱动车轮18，其中，发动机配置为通过将发动机扭矩经过变速器传递到驱动车轮而为车辆提供动力。发动机14可以是柴油发动机或压缩点火类型发动机或火花点火类型发动机。尽管车辆10被描述为具有标准动力传动系12，其中主动力装置是发动机14，车辆还可以是混合动力类型的，其中，一个或多个电动机(未示出)用于为车辆提供动力。

车辆10还包括系统20，该系统20并入了一些部件的配置，所述部件为建立进入发动机14的空气的质量流率而互相作用，所述空气被输送用于发动机内部的后续的燃烧。系统20包括进气系统22，该进气系统22连接到发动机14。进气系统22配置为将周围空气流输送到发动机14用于后续的发动机燃烧室内合适量的燃料和空气流的组合。进气系统22包括质量空气流量(MAF)传感器26，所述传感器位于导气管28内部。MAF传感器26配置为感测运动通过导管28的质量流率，并产生代表进入发动机14的质量空气流率的输出频率信号。

MAF传感器26包括热丝(未示出)，所述热丝悬于导管28内部的空气流24中。当热丝通过电流被加热时，所述热丝感测空气流24。热丝的电阻响应于热丝的温度而增加，这继而限制流过MAF传感器26的电路的电流。空气经过MAF传感器26的流动使热丝冷却，由此降低热丝的电阻，这继而允许更多电流流过传感器的电路。在更大电流流动时，热丝的温度增加，直到热丝的电阻在此达到平衡。需要维持热丝温度的电流量正比于流经热丝的空气流24的质量速率。用于驱动跨过MAF传感器26的热丝的电流及由此为MAF传感器供电的输入电压通过供能装置30建立。供能装置30安装在车辆10上并可以配置为能量储存装置，诸如一个或多个电池、或交流发电机。

进入发动机14的空气流24的温度被传感器32监视。进气系统22包括压缩机34。压缩机34被描述为发动机废气驱动的涡轮增压器，但还可以为机械驱动的增压器。压缩机34可操作为通过为进入的空气流加压以用于随后将加压空气输送充入到发动机的燃烧室而增加发动机14的容积效率。进气系统22还包括中冷器(chargeaircooler，增压空气冷却器)36，用于减少加压空气流的温度，以便另外改进发动机14的运转效率。在中冷器36之后的空气流24的温度被传感器38监视。如所示的，压缩机34由废气流40赋能，所述废气流40由发动机14在每一个燃烧事件之后释放。

压缩机34连接到废气系统42，所述废气系统42包括废气后处理装置44。在发动机14是压缩点火发动机的情况下，废气后处理装置44是颗粒过滤器，该颗粒过滤器适用于在废气流40排放到大气之前收集和处理发动机排放的烟灰颗粒物质。相应地，废气后处理装置44可包括如柴油氧化催化器和选择性催化还原催化器这样的废气排放装置。

通常，在废气后处理装置44中达到并在其中收集到一定颗粒量的烟灰之后，需要废气后处理装置44再生或清洁，以在对装置的任何损害发生之前烧掉被收集的颗粒。如所知的，废气后处理装置44上的碳氢化合物排放物的大量累积会导致温度升高和对装置的最终损害。可以响应于在一段时间内已经通过发动机14燃烧而消耗的经确定的空气质量流量，通过控制器46对后处理装置44的再生进行调节。废气后处理装置44可以用高温废气来燃烧掉以其他方式累积和阻碍系统的颗粒而被再生。废气后处理装置44可以还通过在废气流40中直接喷射和点燃燃料而被再生。在这样的情况下，控制器46可被编程以命令燃料在适当的时间喷射到废气系统42中。

在发动机14为汽油发动机或火花点火发动机的情况下，废气后处理装置44可以是汽油机专用三元催化转化器。如被本领域技术人员所理解的，三元催化转化器是一种废气后处理装置，其同时执行三项任务：1)氮氧化物的氧化，2)一氧化氮的氧化，和3)未燃烧碳氢化合物的氧化。类似于柴油机专用废气后处理装置，三元催化转化器可以被再生，以卸掉沉积的碳氢化合物排放物，以便先预防催化器中的可能造成最终损害的温度升高。

系统20还包括控制器46，所述控制器46操作地连接到发动机14。控制器46配置为调节发动机14中的燃烧过程的运行，并可以还配置为调节作为动力传动系12的一部分的其它部件，诸如变速器16。MAF传感器26将代表进入发动机14的质量空气流率的输出频率信号传送到控制器46。控制器46被编程以接受MAF传感器26产生的输出频率。

控制器46还被编程以使用所产生的输出频率和来自其它传感器的额外的输入来确定进入发动机14的空气的质量流率，所述其它传感器诸如氧气(O₂)传感器48和/或歧管绝对压力(MAP)传感器50。来自这样的传感器的额外输入的使用通常增加控制器46确定的空气流的质量值的准确性。相应地，这样的额外传感器输入用于改进发动机14中被调节的燃烧过程的稳定性，以及对其它装置进行调节的准确性，所述其它装置诸如是废气后处理装置44，其操作被进入发动机的空气质量的流率影响。

在一些情形下，由供能装置30建立的电压可以从其约13.5伏的目标值下降。此外，由供能装置30建立的输入电压甚至会下降到一临界值以下，所述临界值对每一个具体的MAF传感器都是特定的。输入电压的临界值表示一输入电压，在该电压以下，MAF传感器26开始产生不正确地表示进入发动机14的质量空气流率的输出频率。这样的电压下降可以例如因充电系统故障而发生。通常，当输入电压被减少到临界值之下时，如被控制器46确定的进入发动机14的质量空气流率会被错误地表示在低侧。根据在代表性MAF传感器上进行的测试，在输入电压减小时，MAF传感器产生的输出频率趋于以更大质量流量错误地表示实际的质量空气流率。另外，类似地基于在代表性MAF传感器上进行的测试，输入电压的临界值可以等于约12伏。

考虑到以减少的输入电压错误表示质量空气流率，控制器46被编程，以当输入电压下降到临界值之下时将产生的输出频率与预定临界输出频率52进行比较。预定临界输出频率52是正确地对应于由供能装置30建立的输入电压的输出频率。此外，控制器46被编程，以便如果产生的输出频率等于或低于预定临界输出频率时，则将经确定的质量空气流率选择为所建立的进入发动机14的空气质量流率。相应地，所建立的空气的质量流率是用于通过控制器46调节发动机14的燃烧和废气后处理装置44的再生的流率值。

正确对应于输入电压的输出频率的适当范围在MAF传感器26的校准期间被预先确定。此外，如在上述非限制性示例中所述，这样的“正确对应”的输出频率的范围的预先确定可以用于建立输入电压的临界值，该输入电压可以等于约12伏。输入电压的目标值——其对特定MAF传感器26来说可以等于约13.5伏——可以被类似地建立。

控制器46还被编程，以当产生的输出频率在具体电压下处于预定临界输出频率52之下时，选择预先确定的替换算法来产生所建立的进入发动机14的空气质量流率。另外，当输入电压掉落在所建立的临界值之下时，可以执行预定的替换算法的选择。预定的替换算法包括在发动机运转期间在特定情况下进入发动机14的适当空气质量流率值的确定。

为了确定适当的质量空气流率值，预定的替换算法采用与发动机14使用的质量空气流率关联的发动机运转参数的范围值。预定的替换算法可以例如使质量空气流率与如运转速度、燃料供应速率和容积效率这样的可测量或已知发动机参数相关联。相应地，预定替换算法允许在目标发动机运转参数和要用于建立在特定情况下进入发动机14的空气质量流率的空气质量流率之间的经验地和/或数学地确定的关联。此外，预定的替换算法可以包括燃料供应速率和发动机14的速度的数学模拟，以调节后处理装置44的再生。

预定的替换算法可以包括查找表54，所述查找表54被编程到控制器46中，其中，查找表包括发动机速度、发动机、燃料供应速率、和发动机容积效率值相对于进入发动机14的空气质量流率值的范围。由此被编程到控制器46中，在发动机14的实际运转期间查找表54保持可用于后续访问。在预定的替换算法包括使用查找表54的情况下，具体发动机运转参数和质量空气流率之间的关联通常在发动机开发的测试和校准阶段被经验地确定。查找表54还可被控制器46使用，以确定在后处理装置44中收集的烟灰质量的量的变化，以便随后触发后处理装置的适当的再生。

预定替换算法可用包括其他运转参数的作用，其影响进入发动机14的可燃烧混合物的燃料-空气比。例如，预定替换算法可包括由于压缩机34产生的升高压力而造成的、空气流24的增加密度的额外作用。预定替换算法还可计入废气再循环(EGR)的量，所述量在EGR阀56开启时的特定时限期间被引入到发动机14的燃烧室。如本领域技术人员所意识到的，当EGR阀开启时，燃料-空气混合物变得更富，这是因为再循环的废气流40包括被重新引入用于燃烧的未燃烧燃料。相应地，当EGR阀56开启时，新鲜空气流24被引入到发动机的燃烧室的量常常减少，而在后处理装置44中收集的烟灰的质量常常增加。

总的来说，不管在预定的替换算法中采用的具体参数如何，该替换算法对建立空气质量流率来说是有用的。而且，当产生的输出频率由于输入电压的下降而处于预定临界输出频率之上时，预定的替换算法对于建立质量空气流率特别有用。

图2显示了经由系统20建立进入发动机14的质量空气流率的方法60，如参考图1描述的。该方法在图框62开始，这里该方法包括通过供能装置30建立输入电压，以对MAF传感器26供电。在图框62之后，方法行进至图框64，这里该方法包括经由MAF传感器26响应于导管28内部的空气流24而建立输出频率“x”。如上参考图1所述，由MAF传感器26产生的输出频率“x”代表进入发动机14的空气质量流率。

在输出频率已经经由MAF传感器26产生(在图框64中)之后，该方法前进至图框66。在图框66，该方法包括使用产生的输出频率“x”确定进入发动机14的质量空气流率。在图框66之后，该方法行进至图框68，这里该方法包括将产生的输出频率“x”与预定的临界输出频率“y”进行比较，所述预定的临界输出频率对应于所建立的输入电压。在图2中，图框68中进行比较的结果在产生的输出频率“x”被确定为等于或高于预定的临界输出频率“y”的情况下被表示为“x≥y”，且在产生的输出频率“x”被确定为低于预定的临界输出频率“y”被表示为“x<y”。

如果在图框68中已经确定产生的输出频率“x”等于或低于预定的临界输出频率“y”，则该方法移动到图框70，这里其包括将确定的质量空气流率选择为所建立的进入发动机14的空气质量流率。在另一方面，如果在图框68中已经确定产生的输出频率“x”高于预定的临界输出频率“y”，则该方法移动到图框72，这里其包括选择预定的替换算法以产生所建立的进入发动机14的空气质量流率。

如上所述，预定的替换算法可以采用查找表54，所述查找表54包括发动机速度、发动机燃料高于速率、和发动机容积效率值相对于进入发动机14的空气质量流率值的范围。因此，所建立的进入发动机14的空气质量流率可以被控制器46使用，以调节发动机本身的燃烧过程和/或用于调节其它装置，所述其它装置的运转受到空气质量流率的影响。特别地，所建立的空气质量流率还可以用于调节废气后处理装置44的再生。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (8)

1.一种建立进入内燃发动机的空气的质量流率的方法，所述方法包括：

通过供能装置建立输入电压，以对质量空气流量传感器供电，所述质量空气流量传感器配置为对进入发动机的空气的质量流率做出响应；

响应于进入发动机的空气的质量流率经由质量空气流量传感器产生输出频率；

使用产生的输出频率来确定进入发动机的空气的质量流率；

将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较，所述预定的临界输出频率对应于所建立的输入电压；

如果产生的输出频率等于或低于预定临界输出频率，则将经确定的空气的质量流率选择为所建立的进入发动机的空气的质量流率；和

如果产生的输出频率高于预定临界输出频率，则选择预定的替换算法以产生所建立的进入发动机的空气的质量流率；

其中，预定的替换算法包括发动机速度、发动机燃料供应速率、和发动机容积效率值相对于进入发动机的空气的质量流率值的查找表。

2.如权利要求1所述的方法，其中，进入发动机的空气质量流率值包括发动机废气再循环和压缩机产生的升高压力中的至少一个的作用，所述压缩机配置为增加发动机的动力输出。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述产生输出频率、所述确定进入发动机的空气的质量流率、所述将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较、所述将确定的空气的质量流率选择为所建立的流率、和所述选择预定的替换算法以产生所建立的流率中的每一个通过操作地连接到发动机的控制器而执行。

4.如权利要求1所述的方法，其中，当输入电压掉落在临界值之下时，实现所述将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行的比较。

5.如权利要求4所述的方法，其中，输入电压的临界值为12伏。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所建立的空气的质量流率用于调节操作地连接到发动机的废气后处理装置的再生。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所建立的空气的质量流率用于调节发动机中的燃烧。

8.一种用于建立进入内燃发动机的空气的质量流率的系统，所述系统包括：

质量空气流量传感器，配置为对进入发动机的空气的质量流率做出响应和产生输出频率；

供能装置，配置为建立输入电压并为质量空气流量传感器供电；和

控制器，操作地连接到发动机并编程为：

使用产生的输出频率来确定进入发动机的空气的质量流率；

将产生的输出频率与预定的临界输出频率进行比较，所述预定的临界输出频率对应于所建立的输入电压；

如果产生的输出频率等于或低于预定临界输出频率，则将经确定的空气的质量流率选择为所建立的进入发动机的空气的质量流率；和

如果产生的输出频率高于预定临界输出频率，则选择预定的替换算法以产生所建立的进入发动机的空气的质量流率，

其中，预定的替换算法包括发动机速度、发动机燃料供应速率、和发动机容积效率值相对于进入发动机的空气的质量流率值的查找表。