CN105604714A - 对空气质量传感器的输出信号进行脉动修正的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对空气质量传感器的输出信号进行脉动修正的方法和设备，空气质量传感器用于对增压内燃机的燃烧空气进行空气质量检测。该方法的特征在于，使用第一修正因子(10)来修正空气质量传感器的输出信号，以实现脉动效应，依靠排气涡轮增压器的压缩机的压缩比(8)来确定所述第一修正因子(10)。

Description

对空气质量传感器的输出信号进行脉动修正的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于对根据权利要求1的前序部分的空气质量传感器的输出信号进行脉动修正的方法。本发明还涉及布置成执行根据本发明的方法的设备。
背景技术
为了修正燃料混合物准备，燃料计量系统需要关于内燃机在每个冲程所引入的空气质量的确切信息。它们借助于快速响应的空气质量传感器来获得所述信息，空气质量传感器例如根据热膜原理来工作。由于响应的速度快，空气质量传感器的输出信号跟随空气流中的各个脉动。甚至检测到逆向流动的空气质量——但正负号是错误的。一旦出现这样的脉动，气流计因此不再提供原本能够用来准备燃料混合物的正确测量值。
JP-A-56107124公开了一种用于借助于空气质量传感器来确定用于准备内燃机的燃料混合物的空气值的方法。关于该方法，如果脉动引起的测量值波动高于某个阈值且内燃机处于全负载模式，则通过转换成替代值，来避免脉动引起的错误。根据不正确的测量值和测量值波动的幅度，用算术的方式计算替代值。
DE-AA-3344276公开了另一种用于依靠内燃机的脉动的幅度、旋转速度和运行状态来修正空气质量流量的测量值或基本喷射时间的方法。但是，仅在扼流瓣的开度角大于预先限定的角，使得内燃机处于全负载区域，并且内燃机具有稳定运行状态的情况下才进行修正。
还从实际经验中了解到，使用脉动修正因子来修正空气质量传感器原始空气质量信号，原始空气质量信号源自空气质量传感器的经线性化和滤波的原始信号。在此期间，借助于跨越旋转速度和喷射量或旋转速度和扭矩的基本修正特征，来确定脉动修正因子。由于脉动行为可针对增压内燃机的恒定旋转速度和恒定喷射量或旋转速度而改变，所以必须使用另外的修正因子来修正基本修正。使用排气再循环(EGRR)促动器的位置和扼流瓣的位置来进行修正。借助于依赖相应的促动器位置的特征域的内插法来计算修正，或者通过缩放EGR促动器位置和扼流瓣的影响，借助于特征域来计算修正。为了进一步提高精度，对内燃机的各种运行状态使用不同的特征域，诸如正常运行、柴油微粒过滤器加热、选择性催化还原(SCR)加热等。
已知的脉动修正方法的缺点在于它们无法在车辆的所有工作情形中确定准确的空气质量值，而且精度往往在车辆的寿命中改变，并且因此需要重新校准。已知的脉动修正方法的另一个缺点在于它们较复杂，因为必须针对内燃机的不同运行状态来存储不同的特征域，而且除了用于基本修正的变量之外，还需要另外的修正变量，例如促动器位置。
发明内容
因而本发明的目标是提供一种改进的脉动修正方法，用它可避免传统技术的缺点。本发明的目标特别是提供一种脉动修正方法，其精度在内燃机的寿命内保持基本恒定，并且其特征在于简化的过程管理。
这些目标由具有独立权利要求的特征的方法和具有从属权利要求的特征的设备实现。本发明的有利实施例和应用是从属权利要求的主题，并且在一些情况下参照附图在以下描述中详细阐明本发明的有利实施例和应用。
根据本发明用于脉动修正的方法可用来修正空气质量传感器的输出信号，空气质量传感器用来对增压内燃机(即，具有排气涡轮增压器的内燃机)的燃烧空气进行空气质量检测。空气质量传感器提供测量值，特别是为了对机动车辆(优选商用车辆)的内燃机的燃烧空气进行空气质量检测，测量值由增压内燃机的进口管中的脉动空气流确定。
根据本发明的一般方面，第一修正因子用来修正空气质量传感器的输出信号，以实现脉动效应，依靠排气涡轮增压器的压缩机的压缩比来确定修正因子。压缩机的压缩比由压缩机上游的引入压力和压缩机下游的增压空气压力的比提供。第一修正因子优选是乘法修正因子。但第一修正因子也可用作加法修正因子。
这里应当提到的是，发明人已经确定，在试验台测量期间，排气涡轮增压器的压缩机的压缩比构成显著地影响脉动的物理变量，而且当使用压缩比来进行脉动修正时，可省略促动器位置等所做的其它修正。另一个优点在于，根据本发明的修正方法的精度因此在内燃机的寿命中保持恒定。本发明的另一个优点在于，修正对于内燃机的所有运行状态都有效，并且因而不需要特征域的依赖于运行模式的切换。仅必须执行一次校准。
此外，在本发明的上下文内，对脉动修正使用第二修正因子是可行的，依靠排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比来确定第二修正因子。因此，脉动修正的精度可得到进一步改进。当使用具有可变的涡轮几何构造的排气涡轮增压器时，所述实施例方案特别有利。排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比由涡轮上游的排气压力和涡轮的出口压力的比提供。
根据本发明的一个实施例，根据现有技术的空气质量传感器的电输出信号或原始信号来确定原始空气质量信号，然后修正所确定的原始空气质量信号，以实现脉动效应。根据空气质量传感器的输出信号或原始信号用已知方式确定原始空气质量信号，这取决于空气质量传感器的设计。这里例如借助于存储的变换曲线来使空气质量传感器(例如可根据热线风速计的原理来运行)的原始电流信号和/或电压信号线性化，并且借助于一个或多个滤波器来处理该原始电流信号和/或电压信号，以便获得原始空气质量信号。然后原始空气质量信号提供每单位时间所流过的空气质量(质量流量)，但它未经修正，以便考虑到空气流中出现的任何脉动，脉动会产生不正确的测量值。
根据所述实施例，依靠原始空气质量信号和排气涡轮增压器的压缩机的当前压缩比来确定第一修正因子。根据本发明的一个有利的可行实现提供下者：第一修正因子存储在第一脉动修正特征域中，第一脉动修正特征域把原始空气质量信号作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的压缩机的压缩比作为第二输入变量。
在所述实施例的一个有利方案中，还使用第二修正因子来进行脉动修正，依靠排气涡轮增压器的涡轮的排气质量流量和膨胀比来确定第二修正因子。第二修正因子可存储在第二脉动修正特征域中，第二脉动修正特征域把排气质量流量作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比作为第二输入变量。
再次优选地确定压缩比、膨胀比、原始空气质量信号和排气质量流量的当前值，并且将其用来进行脉动修正。例如可用已知方式根据内燃机的原始空气质量信号和当前燃料喷射量来计算排气质量流量。
根据本发明的另一个实施例，使用至少第一修正因子来直接修正空气质量传感器的输出信号，即，空气质量传感器的原始信号(尚未转换成质量流量)，然后经修正的输出信号转换成原始空气质量信号。这里，再次存在将修正因子存储在适当的脉动修正特征域中的可能性，适当的脉动修正特征域把空气质量传感器的电输出信号作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的压缩机的压缩比作为第二输入变量。根据所述另一个实施例的一个方案，在本发明的上下文内，再次存在另外使用第二修正因子来进行脉动修正的可能性，依靠排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比来确定第二修正因子。
此外，在上面描述的方案中，第一修正因子和第二修正因子两者都优选为乘法修正因子，其中，这里也存在将第一修正因子和第二修正因子构造成加法修正因子的可能性。
为了进一步提高脉动修正的精度，可使用压缩机修正因子，依靠当前压缩机运行状态来确定压缩机修正因子的值，以便考虑到压缩机运行状态对脉动的影响，该影响不是压缩比造成的。压缩机修正因子例如可用来修正原始空气质量信号。此外，可使用涡轮修正因子，依靠排气质量流的温度，以及/或者如果涡轮几何构造可以可变地调节的，则依靠排气涡轮增压器的涡轮的打开状态，来确定涡轮修正因子的值。涡轮修正因子例如可用来修正排气质量流量。
本发明还涉及一种用于空气质量传感器的输出信号进行脉动修正的设备，空气质量传感器用于对增压内燃机的燃烧空气进行空气质量检测，其中，该设备布置成接收空气质量传感器的输出信号。根据本发明的一般方面，该设备布置成执行本文公开的用于修正输出信号的方法，以实现脉动效应。
为了避免重复，根据方法单独公开的特征也应如公开的那样应用，并且能够根据设备进行声明。因而根据本发明的方法的前述方面和特征也适用于例如在程序上适当地布置的设备。本发明的前面描述的优选实施例和特征可按任何方式彼此结合。
附图说明
参照图在下面描述本发明的另外的细节和优点。在图中：
图1A显示本发明的方法的步骤的简化图；
图1B显示根据本发明的实施例的用于进行脉动修正的设备的简化示意图；
图2显示原始空气质量信号的确定；
图3显示根据本发明的实施例的脉动修正；以及
图4显示根据本发明的另一个实施例的脉动修正。
部件列表
1空气质量传感器的输出信号
2取样的原始测量值
3节段信息
4变换曲线
5滑动窗取平均值
6滤波器处理
7原始空气质量信号
8压缩比
8a压缩机修正因子
9第一脉动修正特征域
10第一修正因子
11乘法处理
12经修正的空气质量信号
13燃料喷射量
14排气质量信号
15经修正的排气质量信号
16膨胀比
16a涡轮修正因子
17第二脉动修正特征域
18第二修正因子
19修正因子
20经修正的空气质量信号
21加法处理
22设备脉动修正
23输入信号
24空气质量传感器。
具体实施方式
相同元件和信号或功能相同的元件和信号在所有图中由相同参考符号引用。
图1在非常简化的图中显示空气质量传感器的输出信号的脉动修正过程的流程图，空气质量传感器用于对增压内燃机的燃烧空气进行空气质量检测。方法包括以下方法步骤：根据空气质量传感器的输出信号来确定原始空气质量信号(步骤S1)，以及修正原始空气质量信号，以实现脉动效应(步骤S2)。
在图2中详细地显示了根据步骤S1，根据空气质量传感器的输出信号来确定原始空气质量信号。已经在上面提到过，已经从现有技术中了解到根据空气质量传感器的输出信号或原始信号来确定原始空气质量信号，并且因此在这一点上仅对此进行简要描述。在第一处理步骤中对呈根据热膜原理来运行的空气质量传感器(热线传感器)的当前测量值的形式的原始信号1取样，然后借助于变换曲线4使其线性化，然后使其经历滑动窗取平均值5，其中，使用来自第一处理步骤的节段信息3，这由虚线表示。借助于一个或多个滤波器6来处理按此方式获得的信号，以便获得原始空气质量信号7。
要强调的是，以上描述仅以示例的方式详细说明了对原始空气质量信号的确定，而且可在本发明的上下文内使用其它已知方法，以便根据空气质量传感器测量的电变量来确定原始空气质量信号。
图3示出根据本发明的实施例的脉动修正(步骤S2)。
为了修正空气流中出现的任何脉动对原始空气质量信号7引起的错误测量值，使用第一修正因子10，依靠原始空气质量信号7和排气涡轮增压器的压缩机的压缩比8来确定第一修正因子10。第一修正因子10存储在第一脉动修正特征域9中，第一脉动修正特征域9把原始空气质量信号7作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的压缩机的压缩比8作为第二输入变量。第一脉动修正因子10由所述两个输入变量7和8产生。第一脉动修正因子10乘以原始空气质量信号7，并且产生经修正的空气质量信号12，以实现脉动效应。因而脉动修正因子10是乘法修正因子，其由参考符号11所描绘的乘法运算表示。压缩机的压缩比由压缩机上游的引入压力和压缩机下游的增压空气压力的比提供，并且可根据指示压缩机上游的引入压力和压缩机下游的增压空气压力的经建模或计算的信号计算得出。
可在试验台上针对不同内燃机按经验确定脉动修正特征域9，其中，对于不同的运行状态，特别是对于不同的压缩比，将借助于实验室测量装置所确定的基准空气质量信号与原始空气质量信号7进行比较。然后可根据确定的比较数据来确定脉动修正域9。
在图4中示出根据本发明的另一个实施例的脉动修正(步骤S2)。这里，再次使用第一修正因子10，依靠当前原始空气质量信号7和排气涡轮增压器的压缩机的当前压缩比8来确定第一修正因子10。可选地，原始空气质量信号7可乘以压缩机修正因子8a，依靠当前压缩机运行状态来确定压缩机修正因子8a的值。因此，可考虑到压缩机运行状态对脉动的影响，该影响不是压缩比造成的。第一修正因子10再次存储在脉动修正特征域9中，脉动修正特征域9把原始空气质量信号7作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的压缩机的压缩比8作为第二输入变量。
所述实施例方案的特殊特征在于使用第二修正因子18来修正原始空气质量信号7，依靠排气涡轮增压器的涡轮的当前排气质量流量14和当前膨胀比16来确定第二修正因子18。第二修正因子18也存储在脉动修正特征域17中，脉动修正特征域17把排气质量流量14作为第一输入变量，并且把排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比16作为第二输入变量。排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比由涡轮上游的排气压力和涡轮的出口压力的比提供。可再次在试验台上针对不同内燃机按经验确定脉动修正特征域17，这类似于前面针对第一脉动修正特征域9所描述的。该方案使得能够进一步提高脉动修正的精度，特别是在使用具有可变的涡轮几何构造的排气涡轮增压器时。根据原始空气质量信号7和内燃机的当前燃料喷射量13以加法的方式计算排气质量信号14。这由参考符号21标识的加法处理描绘。
可选地，可使用涡轮修正因子16a，其可用于具有可变的涡轮几何构造的涡轮，以修正涡轮的打开状态对燃烧空气的脉动的影响，或者对排气质量流量进行温度修正。对此可依靠涡轮上游的排气质量流的温度来确定修正因子(对也可使用模式数值)，以及/或者如果涡轮几何构造可以可变地调节，则依靠排气涡轮增压器的涡轮的打开状态来确定修正因子。
排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比由涡轮上游的排气压力和涡轮的出口压力的比提供。
两个确定的修正因子10和18然后相乘，并且产生的总修正因子19然后乘以原始空气质量信号7，以便获得经修正的空气质量信号20。
如已经在上面提到的那样，根据未显示的备选实施例，存在将输出信号1直接馈送到脉动修正域中的可能性。然后来自至少一个脉动特征域的输出变量是经修正的未滤波的空气质量信号。然后可对未滤波的空气质量信号应用已知滤波器。
如已经在上面提到的那样，提出的脉动修正方法使得能够特别精确地进行脉动修正，当使用排气涡轮增压器的压缩机的压缩比时，这对内燃机的所有运行状态也有效，使得无需进一步修正促动器位置等。另一个优点在于，根据本发明的修正方法的精度在内燃机的寿命内因此保持恒定。
图1B显示根据本发明的实施例的用于进行脉动修正的设备22的简化示意图。该设备可实现为独立的修正单元，或者实现为发动机控制器的一部分。设备22布置成接收空气质量传感器24的输出信号1。设备进一步布置成借助于输入信号线23(例如借助于CAN数据总线)来接收其它参数和测量值，它们包括前面描述的变量8、13、16或者可根据变量8、13、16计算出的变量。脉动修正域9和17也存储在设备中，并且设备布置成执行信号处理来进行脉动修正，如图2至4中描述的那样。
本发明不限于上面描述的优选的示例性实施例。相反，许多方案和变型是可行的，它们利用了有创造性的概念，并且因此落在保护范围内。特别地，本发明还要求保护从属权利要求的主题和特征，不管其所引用的权利要求如何。

Claims (11)

1.一种用于对空气质量传感器(24)的输出信号(1)进行脉动修正的方法，所述空气质量传感器(24)用于对增压内燃机的燃烧空气进行空气质量检测，其特征在于，为了修正所述空气质量传感器(24)的输出信号(1)，以实现脉动效应，使用第一修正因子(10)，依靠排气涡轮增压器的压缩机的压缩比(8)来确定所述第一修正因子(10)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了修正原始空气质量信号(7)，使用第二修正因子(18)，依靠排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比(16)来确定所述第二修正因子(18)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
(a)为了对所述空气质量传感器(24)的输出信号(1)进行脉动修正，根据所述空气质量传感器(S1)的输出信号(1)来确定(S1)原始空气质量信号(7)，然后使用所述第一修正因子来修正(S2)确定的原始空气质量信号，以实现脉动效应；以及
(b)依靠所述原始空气质量信号(7)和所述压缩机的压缩比(8)来确定所述第一修正因子(10)，并且所述第一修正因子(10)存储在第一脉动修正特征域(9)中，所述第一脉动修正特征域(9)把所述原始空气质量信号(7)作为第一输入变量，并且把所述压缩机的压缩比(8)作为第二输入变量。
4.根据从属于权利要求2的权利要求3所述的方法，其特征在于，依靠所述排气涡轮增压器的涡轮的排气质量流量(14)和膨胀比(16)来确定所述第二修正因子(18)，并且所述第二修正因子(18)存储在第二脉动修正特征域(17)中，所述第二脉动修正特征域(17)把所述排气质量流量(14)作为第一输入变量，并且把所述排气涡轮增压器的涡轮的膨胀比(16)作为第二输入变量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述原始空气质量信号(7)和所述内燃机的当前燃料喷射量(13)来计算所述排气质量流量(14)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
(a)为了进行脉动修正，使用所述第一修正因子来修正(S2)的空气质量传感器(24)的输出信号(1)，并且然后经修正的输出信号转换成原始空气质量信号；以及
(b)所述第一修正因子存储在第三脉动修正特征域中，所述第三脉动修正特征域把所述空气质量传感器(23)的电输出信号作为第一输入变量，并且把所述排气涡轮增压器的压缩机的压缩比(8)作为第二输入变量。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第一修正因子(10)是乘法修正因子。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的方法，其特征在于，所述第二修正因子(18)是乘法修正因子。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，为了进行脉动修正
(a)使用压缩机修正因子(8a)，依靠当前压缩机运行状态来确定所述压缩机修正因子(8a)的值，以便考虑到压缩机运行状态对脉动的影响，所述影响不是所述压缩比的结果；和/或
(b)使用涡轮修正因子(16a)，依靠排气质量流的温度，以及/或者如果涡轮几何构造可以可变地调节，则依靠所述排气涡轮增压器的涡轮的打开状态，来确定所述涡轮修正因子(16a)的值。
10.一种用于对空气质量传感器(24)的输出信号(1)进行脉动修正的设备(22)，所述空气质量传感器(24)用于对增压内燃机的燃烧空气进行空气质量检测，其中，所述设备(22)布置成接收所述空气质量传感器的输出信号(1)，其特征在于，所述设备布置成执行根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，所述方法用于修正所述输出信号(1)，以实现脉动效应。
11.一种机动车辆，特别是商用车辆，其包括增压内燃机和根据权利要求10的设备(22)。
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