CN105715395A - 用于检查在用于内燃机的供气系统中的基于压力的质量流量传感器的方法和装置 - Google Patents

Abstract

用于检查在用于内燃机的供气系统中的基于压力的质量流量传感器的方法和装置。本发明涉及一种用于检查皮托管质量流量传感器（10）的功能能力的方法，皮托管质量流量传感器用于测量在带有内燃机（2）的发动机系统（1）中迎流的气体的质量流量，该方法带有下列步骤：-测量对应皮托管质量流量传感器（10）的皮托管的动压的动态的压力（）、绝对的压力（）和迎流的气体的温度（T）作为部分测量参数；-根据部分测量参数和在内燃机（2）中的质量流量确定（S4）诊断值（rDiag）；-根据诊断值确定（S6、S7）皮托管质量流量传感器（10）的功能能力。

Description

用于检查在用于内燃机的供气系统中的基于压力的质量流量传感器的方法和装置

技术领域

本发明涉及若干内燃机，以及特别是涉及用于检测在用于内燃机的供气系统中的空气质量流量的若干措施。本发明尤其涉及特别是在皮托管原理的基础上检查基于压力的空气质量传感器的规定的功能的若干措施。

背景技术

为了运行内燃机，需要测量在内燃机中的空气质量流量作为状态参量。除了传统的借助HFM传感器（HFM:热膜式空气质量传感器）的测量外，一种新型的方法规定，借助基于压力的质量流量传感器，例如皮托管质量流量传感器来进行质量流量检测。皮托管质量流量传感器借助皮托管和其它的传感器来测量动态的压力、绝对的压力和流过的气体的温度。由此可以业已在皮托管质量流量传感器中或在发动机控制器中确定流过的气流的质量流量。

为了对皮托管质量流量传感器的工作方式进行可信度验证，通常设一个附加的传感器，特别是压力传感器。

借助附加的传感器的传感器参数可以以其它的方式直接检测或可以模型化在皮托管质量流量传感器的位置上的参考质量流量，以便这样通过参考质量流量与借助皮托管质量流量传感器求出的质量流量的比较而检查皮托管质量流量传感器的工作方式。参考质量流量的求出需要附加的传感器的存在，以及值得期望的是，提供一种可信度验证方法，其在即使没有附加的传感器的情况下也实现了皮托管质量流量传感器的可信度验证。

发明内容

按照本发明，规定按权利要求1所述的、用于检查在带有内燃机的发动机系统中的皮托管质量流量传感器的功能能力的方法以及按并列权利要求所述的装置和发动机系统。

其它的设计方案在从属权利要求中说明。

按照第一个方面，规定一种用于检测皮托管质量流量传感器的功能能力的方法，皮托管质量流量传感器用于测量在带有内燃机的发动机系统中迎流的气体的质量流量，该方法带有下列步骤：

-测量对应皮托管质量流量传感器的皮托管的动压（Staudruck）的动态的压力、绝对的压力和迎流的气体的温度作为部分测量参数；

-根据部分测量参数和在内燃机中的质量流量确定诊断值；

-根据诊断值，特别是根据诊断值是否说明了在部分测量参数之间的数学关系式对应预定的关系式，来确定皮托管质量流量传感器的功能能力。

上述的用于检查皮托管质量流量传感器的功能能力的方法并不基于在用其所测得的质量流量和单独求得的参考质量流量之间的比较。更确切地说，所利用的是，让皮托管质量流量传感器从三个部分测量参数，亦即动态的压力、绝对的压力和流过的气体的温度中，求出质量流量。这三个部分测量参数在流速或体积流量的比较的基础上被互相进行可信度验证。由此为皮托管质量流量传感器得到了一种诊断的可行方案，其基于三个部分测量参数的测量值以及仅需要内燃机的转速和空气消耗量（充气）作为外部的参数。尤其为静态的工作点得出了部分测量参数的一种线性的相互关系，由此实现了可信度验证。

上述方法的优势在于，为了皮托管质量流量传感器的功能能力的可信度验证或检查，不需要任何在供气系统内的附加的压力传感器。倘若对设置附加的压力传感器没有任何进一步的要求，特别是在废气再循环管路汇入供气系统的进气管区段的上游的区域中，那么在那里可以取消压力传感器以及取而代之的是使用皮托管质量流量传感器的已经存在的压力传感器。在供气系统的进气管区段中取消压力传感器的可能性，是一种极大的成本优势，以及尽管如此仍然能够以可靠的方式在内燃机运行期间检查皮托管质量流量传感器的功能能力。

此外可以通过气体速度或进入内燃机的体积流量的比较来确定诊断值。

可以规定，对带有废气再循环的内燃机而言，诊断值在废气再循环阀闭合时被确定。

皮托管质量流量传感器的功能能力尤其可以在满足许可条件时被确定，其中，许可条件尤其包括一个或多个下列标准：

-内燃机的转速处在一个预定的转速范围内；

-喷射量或内燃机的扭矩处在一个预定的范围内；

-节流活板被打开，特别是完全被打开；

-环境温度和环境压力处在一个预定的范围内；以及

-转速梯度和喷射量梯度或所产生的扭矩梯度小于一个预定的极限值；

-内燃机的运行方式是有主动的再生的运行方式；

-排气再循环被去激活。

按照一种实施形式，数学的关系式可以被这样设计，即，这个数学的关系式评估了在两个分别包含至少一个部分测量参数的数学项之间的差异。

此外，可以根据诊断值是否处在极限值范围之外来确定皮托管质量流量传感器的功能能力。

作为备选，诊断值可以在一个预定的最小许可时间上求平均值以及根据求出平均值的诊断值是否处在极限值区域之外来确定皮托管质量流量传感器的功能能力。

按照另一个方面，规定一种用于检查用于测量在带有内燃机的发动机系统内的迎流的气体的质量流量的皮托管质量流量传感器的功能能力的装置，其中，该装置被构造用于:

-作为部分测量参数测量对应皮托管质量流量传感器的皮托管的动压的动态的压力、绝对的压力和迎流的气体的温度；

-根据部分测量参数和在内燃机中的质量流量来确定诊断值；

-根据诊断值是否说明了在部分测量参数之间的关系式对应预定的关系式来确定皮托管质量流量传感器的功能能力。

按照另一个方面，设置一种带有内燃机和上述装置的发动机系统。

附图说明

接下来借助附图详细阐释实施例。图示出：

图1是发动机系统的示意图，其配设有皮托管质量流量传感器；以及

图2是用于说明用于检查皮托管质量流量传感器的功能能力的方法的流程图。

具体实施方式

图1示意性地示出了带有内燃机2的发动机系统1。内燃机2具有气缸3，空气经由供气系统4被输送给气缸以及燃烧废气经由废气排出系5被从气缸排出。

设一个增压装置6，其具有在废气排出系5中的涡轮61，以便将废气焓转化成机械能以及用这个机械能来驱动压缩机62。压缩机62被布置在供气系统4中以及用于通过空气滤清器41从环境中吸取新鲜空气以及通过增压空气冷却器7在供气系统4的增压压力区段42中提供新鲜空气。增压压力区段42在上游被节流活板8限定。在节流活板8和内燃机2的气缸3的进气阀之间设一个进气管区段43。

设一个废气再循环管路9，其将废气排出系5在内燃机2的排气阀和经废气驱动的增压装置6的涡轮61之间的区域中与供气系统4的进气管区段43连接起来。在废气再循环管路9中设一个废气再循环阀91，其能被可变地控制，以便调整进入所述进气管区段43中的废气质量流量。

上述的发动机系统1还包括一个发动机控制器15，其根据通过传感器检测到的状态参数以及在预先规定额定扭矩的情况下进行内燃机2的触发，特别是通过预先规定在调整分配器如节流活板8和废气再循环阀91上的调整参数，在气缸3上的进气阀和排气阀的打开和关闭时间以及类似参数。

带有一个内燃机的发动机系统的上述的配置仅是示例性的以及接下来所说明的内容也可以被使用在带有若干没有增压装置和/或没有废气再循环装置的内燃机的发动机系统中。

在传统的内燃机中，进入内燃机2的空气质量流量借助在压缩机62的进气侧和空气滤清器41之间的热膜式空气质量传感器被测量。若取而代之使用一个基于压力的质量流量传感器，例如皮托管质量流量传感器10，那么这个基于压力的质量流量传感器在增压空气冷却器7的下游、在增压空气冷却器7和节流活板8之间被用作皮托管质量流量传感器10。

皮托管质量流量传感器借助皮托管原理来测量压差。皮托管质量流量传感器为此具有皮托管，其平行于流动取向以及更确切地说，所述流动在正面与管口汇合。气体的流速通过皮托管被确定为是动态的压力和绝对的压力的函数，动态的压力对应迎流的气体的动压，也就是说，迎流的气体通过其速度和质量施加的压力，绝对的压力就是环境压力。

皮托管质量流量传感器10也测量动态的压力、绝对的压力和流过的质量流量的温度T作为部分测量参数以及如下求出相应的质量流量：

其中，对应气体管路的有效的横截面积，有待测量的气流流过该横截面积，则对应专用的气体常数。上述的方程式可以由连续性方程、转换后的伯努利方程和气体密度的计算推导出，其中，对应流速以及对应气体密度。

基于法律规定，需要检查所使用的质量流量传感器的功能能力以及对所检测的传感器值进行可信度验证。这一点与所使用的质量流量传感器是否是热膜式空气质量传感器或皮托管质量流量传感器无关。

在使用迄今为止的用于检查质量流量传感器的功能能力的方法时，借助为此所设的单独的进气管压力传感器来测量进气管压力以及借助所测得的进气管压力和发动机转速求出流入发动机的空气量以及将这个空气量与空气质量传感器的测量值相比较。由此可以检查质量流量传感器的功能能力。

为了现在检查在增压压力区段42中的皮托管质量流量传感器的功能能力，而不必动用在进气管区段中或供气系统的其它部位上的压力传感器的测量值或其它描述气流的状态的状态参数，则现在通过比较在废气再循环阀91闭合时经过供气系统4的流速或体积流量，在由皮托管质量流量传感器10提供的三个部分测量参数的基础上进行可信度验证。

功能能力的检查在示意性地在图2的流程图中示出的方法的基础上进行。

在步骤S1中检查，是否满足用于执行诊断的许可条件。若是（选项：是），那么就随步骤S2继续该方法，否则的话（选项：否）就跳回步骤S1。

通过许可条件定义了运行范围，在该运行范围内可以允许诊断。这些许可条件可以尤其包括一个或多个下列标准：

-内燃机的转速处在一个预定的转速范围内；

-喷射量或内燃机的扭矩处在一个预定的范围内；

-节流活板被打开，特别是被完全打开；

-环境温度和环境压力处在一个预定的范围内；

-转速梯度和喷射量梯度或所产生的扭矩梯度小于预定的极限值；

-内燃机的运行模式是有主动的再生的运行方式；

-排气再循环被去激活。

在步骤S2中检查，废气再循环阀91是否被关闭。这个阀可以为了执行诊断而被主动地关闭或基于内燃机的运行状态而处在关闭的状态中。若废气再循环阀关闭（选项：是），那么随步骤S3继续所述方法，否则的话（选项：否）就跳回到步骤S1。

在步骤S3中等待一定的持续时间至空气系统稳定化。这在废气再循环阀91为了执行方法而被关闭且再循环的废气的质量流量的由此产生的跳跃式变化导致所抽吸的空气质量流量的振荡激励时特别适用。

在步骤S4中，在测量参数即动态的压力、绝对的压力和流过的质量流量的温度T的基础上计算诊断值rDiag。所述计算基于在皮托管质量流量传感器10的位置上的气体速度与在进气弯管上、也就是说直接在进入内燃机2之前的进气管区段43中的气体速度的比较。适用于在皮托管质量流量传感器的位置上的气体速度的是：

适用于在进气弯管中的气体速度的是：

这两个气体速度被等同，因而得出了：

=

适用于在内燃机2中的体积流量的是：

其中，nENG对应发动机转速，对应内燃机2的工作容积以及对应内燃机2的空气消耗量。

在按照动态的压力的转换之后得出了：

以及通过使用参考体积流量得出：

这样获得的形式适用于诊断，因为通过皮托管质量流量传感器10获得的部分测量参数即动态的压力、绝对的压力和流过的质量流量的温度T得到了一种线性的相互关系以及因此不具有根数相关性。由此在有偏差时排除了失真。

此外可信度验证与单独的传感器或单独的压力测量没有相关性，因而可以取消它们。

此外，其它所需的附加的可变的参数，如发动机转速nEng和空气消耗量都被作为极为精确的参数由发动机控制器15提供以及以单独的方式进行可信度验证。体积、有效的横截面积以及气体常数R都是能精确使用的参数，它们在内燃机2的运行时间上不发生变化。限定一个诊断值rDiag，其由方程式左边和右边的关系得出：

因此可以确定三个部分参量参数的关系式的偏差。诊断值rDiag与值1的偏差可以归因于部分测量参数中的其中一个的传感器漂移、空气消耗量变差、未密封的废气再循环阀91或在进气管区段中的泄漏。通常当皮托管空气质量流量传感器10功能有效时，诊断值rDiag在1的范围内运动。

在步骤S5中，在极限值比较中检查，可信度验证参数是否处在预定的极限值之外。若是（选项：是），那么在步骤S6中识别皮托管质量流量传感器10的故障以及相应地发出信号。否则的话（选项：否）就在步骤S7中发出信号，皮托管质量流量传感器10功能有效。

可以规定，当在皮托管质量流量传感器10中动态的压力的测量在较小的差压下极为不精确时，借助许可条件规定，诊断仅在内燃机2的中部或上部的负荷范围中才进行。

为了通过其它的诊断排除对误差的可能的双重识别，相宜的是，在皮托管质量流量传感器10的原本的上述的诊断被执行之前，用于测量绝对的压力和温度T的传感器（绝对压力传感器和温度传感器）先被布置在皮托管质量流量传感器10内。绝对压力传感器和温度传感器的功能能力的可信度验证可以例如在发动机启动时相对于环境条件、也就是说相对于环境压力和环境温度地执行。

为了提高诊断的稳健性，可以在最小许可时间期间对诊断值rDiag求平均值以及在步骤S5的极限值比较中检查经求平均值的诊断值。

作为替代方案，皮托管质量流量传感器10可以取代动态的压力仅传送质量流量当量TRANS。这个质量流量当量在发动机控制器15中被与有效的横截面积相乘，以便获得质量流量。为此适用的是：

其中，在皮托管质量流量传感器10中进行下列计算;

其中，K对应预定的常数。

物理上所传达的项TRANS是气体速度与气体密度相乘或是将质量流量除以有效的横截面积。

因为在发动机控制器15中的物理的压差未被提供，所以表征性的特征rDiag被如下转化：

进行平方以便重新建立起在部分测量参数、和T之间的线性的相互关系。

Claims (12)

1.一种用于检查皮托管质量流量传感器（10）的功能能力的方法，该皮托管质量流量传感器用于测量在带有内燃机（2）的发动机系统（1）中的迎流的气体的质量流量，该方法带有下列步骤：

-测量对应皮托管质量流量传感器（10）的皮托管的动压的动态的压力（）、绝对的压力（）和迎流的气体的温度（T）作为部分测量参数；

-根据部分测量参数和在内燃机（2）中的质量流量确定（S4）诊断值（rDiag）；

-根据诊断值确定（S6、S7）皮托管质量流量传感器（10）的功能能力。

2.按权利要求1所述的方法，其中，根据诊断值（rDiag）是否说明了在部分测量参数之间的数学的关系式对应预定的关系式来确定皮托管质量流量传感器（10）的功能能力。

3.按权利要求1或2所述的方法，其中，诊断值（rDiag）通过进入内燃机（2）的气体速度或体积流量的比较被确定。

4.按权利要求1至3任一项所述的方法，其中，诊断值（rDiag）在带有经去激活的废气再循环的内燃机（2）中、特别是在废气再循环阀（91）关闭时被确定。

5.按权利要求1至4任一项所述的方法，其中，皮托管质量流量传感器（10）的功能能力在满足许可条件时被确定，其中，许可条件尤其包括下列标准中的一项或多项：

-内燃机（2）的转速处于一个预定的转速范围内；

-喷射量或内燃机（2）的扭矩处在一个预定的范围内；

-节流活板（8）被打开，特别是被完全打开；

-环境温度和环境压力处在预定的范围内；

-转速梯度和喷射量梯度或所产生的扭矩梯度要小于预定的极限值；

-内燃机（2）的运行方式是有主动的再生的运行方式；并且

-废气再循环被去激活。

6.按权利要求1至5任一项所述的方法，其中，这样设计数学的关系式，使得这个数学的关系式评估在两个相应地包含至少一个部分测量参数的数学项之间的差异。

7.按权利要求6所述的方法，其中，皮托管质量流量传感器（10）的功能能力根据诊断值是否处在预定的极限值范围之外被确定。

8.按权利要求6所述的方法，其中，诊断值（rDiag）在预定的最小许可时间上被求平均值，以及其中，皮托管质量流量传感器（10）的功能能力根据求平均值的诊断值（rDiag）是否处在预定的极限值范围外被确定。

9.一种用于检查皮托管质量流量传感器（10）的功能能力的装置，该皮托管质量流量传感器用于测量在带有内燃机（2）的发动机系统（1）中的迎流的气体的质量流量，其中，该装置被构造用于：

-作为部分测量参数测量对应皮托管质量流量传感器（10）的皮托管的动压的动态的压力（）、绝对的压力（）和迎流的气体的温度（T）；

-根据部分测量参数和在内燃机（2）中的质量流量来确定诊断值；

-根据诊断值（rDiag），特别是根据诊断值（rDiag）是否说明了在部分测量参数之间的关系式对应预定的关系式来确定皮托管质量流量传感器（10）的功能能力。

10.一种发动机系统（1），其带有内燃机（2）和按权利要求9所述的装置。

11.计算机程序，该计算机程序被设计用于实施按照前述权利要求1到8中任一项所述的方法的所有步骤。

12.能够由机器读取的存储介质，在该存储介质上储存了按照权利要求11所述的计算机程序。