CN108223163B - 用于修正空气质量流量传感器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于修正内燃机的空气质量流量传感器7的方法，其中，连续地获取所述空气质量流量传感器7的信号，其中尤其根据所述内燃机10的运行点来获取经由空气质量流量传感器7的压力损失，并且根据所获取的、经由所述空气质量流量传感器7的压力损失来修正所述空气质量流量传感器7的信号。

Description

用于修正空气质量流量传感器的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于修正空气质量流量传感器的方法和设备。
背景技术
就现代的柴油马达、汽油马达或者天然气马达而言，废气再循环（AGR）提供了积极影响排放或者特定的系统特性、例如爆震的可能性。就具有废气再循环的柴油马达而言，尤其氮氧化物-降低（NOx）处在中点。就天然气马达而言，能够通过废气再循环通过降低废气温度的方式实现对构件的保护（构件保护），或者通过热的废气的再循环来降低爆震倾向。就在载客车辆中应用AGR而言的背景技术是使用热膜式质量流量传感器（HFM）。为了热膜式质量流量传感器的尽可能良好的信号质量，需要在空气过滤器下游并且在涡轮增压器上游的安装位置。此外对进气道提出了特定的要求。这尤其在载货车辆领域（道路行驶和越野行驶）导致下述限制：
尽管使用了相同的马达，但是由于不同的空气导入而必须运用不同的热膜式质量流量传感器应用。这导致了提高的应用花费。此外，涡轮增压器形成了对于马达制造者而言的系统边界。
车辆特定的、对布管路以及对与之相关联的HFM-安装位置的要求在某些情况下没有最优地被满足。
视NKW（载货车辆）的使用领域而定，吸入的空气与载客车辆相比较能够具有提高的颗粒数量。这能够导致公差拓宽或者损伤传感器，直至传感器完全报废。NKW-马达制造者因此致力于：将新鲜空气质量测量尽可能靠近马达、即在系统边界—涡轮增压器之内实施。将HFM-传感器安装在涡轮增压器的下游是不可能的，因为通过增压，对于HFM-传感器来说最大允许的绝对压力被超过。由于这个原因，出现了基于压力的质量流量测量、例如借助于在所述涡轮增压器的下游的基于压力的传感器。在所述空气系统中，基于压力的质量流量传感器的特别合适的安装位置是在增压空气冷却器和节气门之间。由此所述基于压力的空气质量流量传感器位于对于马达制造者而言的系统边界之内。如果所述马达被安装到不同的应用情况中，则不需要所述传感器的新的应用。然而，基于压力的质量流量传感器由于其流动阻力的原因导致了压力损失。
本发明的任务是：补偿就基于压力的质量流量传感器而言存在的压力损失。
发明内容
就内燃机而言，由于对系统愈发严格的法律规定，在NKW领域也越来越多使用空气质量流量传感器。在PKW（载客车辆）领域在此尤其使用热膜式空气质量流量传感器（HFM），在载货机动车领域越来越来越经常使用所谓的基于压力的空气流量计（PFM）。使用空气质量流量传感器、例如PFM传感器的优点在于：能够建立在功率和排放方面优化的燃烧，或者能够以AGR来运行系统。PFM（基于压力的空气流量计）是用于测量内燃机的新鲜空气质量流量的、基于压力的传感器。PFM的特征在于：所述传感器能够靠近马达安装。用于确定新鲜空气质量流量的基础在此是在PFM处的绝对压力测量、温度测量和德尔塔（Delta）压力测量。由所述各个测量参量，随后通过物理上的关系获取新鲜空气质量流量。为了关于所产生的排放尽可能优化地调节燃烧，使用了废气后处理系统、例如内部废气再循环和特定的催化器、例如选择性SCR-催化器。新鲜空气质量流量接下来简称为空气质量流量，并且新鲜空气质量也简称为空气质量。
在载货车辆领域，制造的马达使用在许多不同的车辆中。因此在此对于相同的马达存在需要许多不同的配置或者应用。在正常情况下，马达自身、废气再循环、涡轮增压器以及废气后处理系统属于所述马达的区域。进气的区域、即废气涡轮增压器的压缩机的前部的部分、在涡轮增压器和节气门或者进气歧管之间的增压空气冷却器属于所述马达区域。
本发明涉及用于修正内燃机的空气质量流量传感器的方法以及在存储介质上用于实施所述方法的计算机程序。
在第一方面，提出了用于修正内燃机的空气质量流量传感器的方法，其中，连续地获取所述空气质量流量传感器的信号，其中，获取经由所述空气质量流量传感器的压力损失，并且根据所获取的、经由所述空气质量流量传感器的压力损失来修正所述空气质量流量传感器的信号。所述空气质量流量传感器的、连续获取的信号能够例如借助于CAN总线连接传输到控制装置处。
在此尤其有利的是，由所述空气质量传感器引起的、在进气道中的流动阻力借助于用于修正的压力损失促使所述空气质量流量的更精准的获取。因此，能够实施更精准的喷射量和废气再循环量或者更精准的充气和增压压力调节，从而能够降低或者阻止有害的排放。
经由所述空气质量流量传感器的、待获取的压力损失能够借助于在所述空气质量流量传感器的上游的第一压力传感器和在所述空气质量流量传感器的下游的第二压力传感器来获取。以这种方式能够特别简单地确定所述空气质量流量传感器的压力损失。
所述压力损失能够特别简单地作为在在所述空气质量流量传感器的上游的第一压力传感器的信号与在所述空气质量流量传感器的下游的第二压力传感器的信号之间的差进行获取。这种操作能够特别简单地在例如控制装置中实施，并且保护所述控制装置的资源。
此外，经由空气质量流量传感器的压力损失能够根据内燃机的至少一个运行参量进行获取，并且作为修正值存储在特性曲线族中。这是特别有利的，因为经由所述空气质量流量传感器的压力损失例如依赖于内燃机的不同的运行参量和不同的运行点。通过考虑这种依赖性，能够实施空气质量流量传感器的更精准的修正。此外有利的是，所获取的修正值存储在特性曲线族中和/或存储在特性曲线中或者特性曲线和特性曲线族的组合中。
此外有利的是，经由空气质量流量传感器的压力损失在应用阶段期间在进气道中进行获取，并且经由所述空气质量传感器的压力损失根据所述内燃机的至少一个运行参量作为修正值例如存储在特性曲线族中。“应用阶段”被理解为：车辆或者其部件在不同的试验台上以及在行驶试验中的测试，其中尤其通过控制装置检测测量值，并且适配控制装置内部的参数。特别有利的是，所述修正值在应用阶段中已经被计算，并且被存储在特性曲线族中或者特性曲线中或者特性曲线和特性曲线族的组合中，因为由此能够弃用在所述空气质量传感器上游和下游的压力传感器，所述压力传感器用于确定在量产车辆中的压力损失。这促使成本节省。当所使用的马达、传感器的安装位置和用于不同车辆类型的进气道的几何形状相同或者近似相同时，得到了另一优点，因为由此能够弃用修正值的重新的获取。这促使应用花费的明显降低，因为获取了用于基准设计的修正值并且能够用于不同的车辆。
特别有利的是，所述至少一个运行参量根据吸入空气的温度和/或空气质量流量传感器的绝对压力和/或用于质量流量确定的压力下降和/或涡轮增压器的转速和/或内燃机的马达转速进行获取。所述压力损失根据上述运行参量的获取是特别有利的，因为由此能够通过所述压力损失实现空气质量流量的更精准的修正。
特别有利的是，所述空气质量流量传感器是基于压力的空气质量流量传感器、尤其基于压力的空气流量计传感器，因为这些传感器能够使用在废气涡轮增压器的压缩机的下游、使用在进气道的高压区域中。然而，由于所述传感器的结构上的几何形状，所述传感器能够产生压力损失，该压力损失能够通过所介绍的方法予以补偿，从而能够获取例如用于所述增压压力的更精准的值。
在另一方面中，本发明涉及设备、尤其控制装置和计算机程序，所述控制装置和计算机程序被设置、尤其被编程以用于实施所述方法中的一个方法。还在另一方面中，本发明涉及机器能够读取的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序。
附图说明
接下来本发明参照附图并且借助于实施例进行详细说明。在此：
图1示出具有废气再循环的内燃机的示意图；
图2示出用于阐述所述方法的功能图，其中所述空气质量流量传感器根据所获取的、经由所述空气质量流量传感器的压力损失进行修正；
图3示出用于阐述所述方法的替代性实施方式的功能图；并且
图4示出在考虑PFM-误差模型的条件下用于可能的目标值修正的功能图。
具体实施方式
图1示出内燃机10的示意图，所述内燃机具有进气道2和马达排出管道11，废气51通过排出管道在流动方向上从所述内燃机10排出，空气50通过进气道供给所述内燃机10。在此，所述视图限于对于接下来的阐述相关的部件。
在所述进气道2中，在空气50的流动方向上看布置了下述部件：空气过滤器1、废气涡轮增压器4的压缩机3、增压空气冷却器5、PFM-传感器7和节气门9。所述PFM-传感器7（PFM）在此连续地获取所述空气质量流量。这个空气质量流量能够例如以信号的形式传输到控制装置100处。此外，能够获取经由所述PFM-传感器7的压力损失。为了获取所述压力，能够在所述系统中将第一压力传感器6安装在所述增压空气冷却器5的下游和所述PFM-传感器7的上游，并且将第二压力传感器8安装在所述PFM-传感器7的下游和所述节气门9的上游。经由所述PFM-传感器7的压力损失例如能够作为在所述PFM-传感器7的上游的第一压力传感器6的第一压力值与在所述PFM-传感器7的下游的压力传感器8的第二压力值的差进行获取。
在马达排出管道11中，由内燃机10出发在废气51的流动方向上接下来布置有：废气涡轮机12、氧化催化器（DOC）13和例如柴油颗粒过滤器15（DPF）、具有SCR-催化器的选择性催化系统17。所描述的值能够例如作为传感器值或者作为模型值出现，并且例如作为传感器数据提供给控制装置100。所述内燃机10例如能够是指柴油内燃机或者汽油内燃机或者天然气内燃机。
在废气涡轮增压器4的废气涡轮机12的上游、就是说在排气设备的高压侧上由所述排气设备11分支出废气再循环管道24，该废气再循环管道在所述内燃机10的上游并且在所述节气门9的下游汇入进气道2中。在所述内燃机10的下游，废气再循环阀22和废气再循环冷却器23沿着所述废气再循环管道24布置。废气的再循环用于降低内燃机10的排放或者爆震倾向。在进一步的进程中，替代所述PFM-传感器7也提及空气质量流量传感器7。
通过PFM-传感器7由于流动阻力产生的压力损失能够如下地表达为：
Δp损失,PFM = pDs,PFM - pUs,PFM（1）
其中，Δp损失,PFM是经由所述PFM-传感器7的压力损失，并且pDs,PFM是在所述PFM-传感器7下游的压力，并且pUs,PFM是在所述PFM-传感器上游的压力。
为了马达的足够的新鲜空气填充，以便例如达到期望的转矩或者排放特性，尤其使用增压压力调节。为此，视所述内燃机10的运行点而定地将所述增压压力控制和/或调节到相应的目标值。利用下述假设：不存在增压压力传感器的误差，并且尤其不存在PFM-传感器7的误差，则实际-增压压力对应于待测量的增压压力并且适用于：
pBstPres,Act = pBstPres,Meas = pBstPres,Des（2）
其中，pBstPres,Act是实际-增压压力，pBstPres,Meas是测量的增压压力并且pBstPres,Des是目标-增压压力。空气质量传感器、尤其PFM-传感器7的安装位置的缺点在于：由于所述空气质量流量传感器的压力损失，根据公式（1）实际-增压压力的降低如下：
pBstPres,Act2 = pBstPres,Act - Δp损失,PFM = pBstPres,Des - Δp损失,PFM （3）
其中，pBstPres,Act2是修正的实际-增压压力。所述修正的实际-增压压力对应于在没有修正的实际-增压压力pBstPres,Act与压力损失Δp损失,PFM之间的差，或者对应于在目标-增压压力pBstPres,Des与压力损失Δp损失,PFM之间的差。
利用在此所提出的方法，在使用PFM-传感器7时的压力损失Δp损失,PFM被补偿。在此用于不同的运行点的压力损失根据公式（1）被测量，并且根据合适的测量参量被以特性曲线或者特性曲线族的形式存储在所述控制装置100中，所述测量参量例如是在所述PFM-传感器7处的绝对压力和/或在所述PFM-传感器7处的温度和/或在所述PFM-传感器7处的压力下降或者压力损失和/或所获取的PFM-质量流量和/或内燃机10的马达转速和/或涡轮增压器4的涡轮增压器转速，这些测量参量描述了运行点。得到了下述关系：
Δp损失,PFM,ECU = pDs,PFM – pUs,PFM = f（x1,…,xn） （4）
Δp损失,PFM,ECU是在所述控制装置100中获取的和/或存储的、根据运行点的压力损失，并且x1,…,xn作为上面所提到的测量参量。
利用在所述控制装置（100）中存储的或者由公式（4）获取的压力损失Δp损失,PFM,ECU，能够为增压压力调节确定在目标值结构内的前置量，并且因此补偿真实的压力损失。利用公式（4）得到修正的增压压力如下：
pBstPres,Act2,korr = pBstPres,Des - Δp损失,PFM （5）
=pBstPres,Des+Δp损失,PFM,ECU-Δp损失,PFM
其中，pBstPres,Des + Δp损失,PFM,ECU和Δp损失,PFM,ECU - Δp损失,PFM≈0。
图2示出了用于阐述用于修正内燃机10的空气质量流量传感器7的方法，其中连续地获取所述空气质量流量传感器7的信号，其中，获取了经由所述空气质量流量传感器7的压力损失，并且根据所获取的、经由所述空气质量流量传感器7的压力损失来修正所述空气质量流量传感器7的信号。
在第一实施例中，在步骤500中，空气质量流量传感器7的、尤其基于压力的空气流量计传感器7的信号连续地被例如控制装置100接收。所述空气质量流量传感器7的信号能够被所述控制装置100转化为空气质量流量值。此外，能够借助于第一压力传感器6和第二压力传感器8来获取通过安装在所述进气道2中的PFM-传感器7产生的压力损失，所述第一压力传感器在所述PFM-传感器7的上游，所述第二压力传感器在所述PFM-传感器7的下游。在此，在所述系统中，所述第一压力传感器6优选安装在所述增压空气冷却器5的下游和所述PFM-传感器7的上游，并且所述第二压力传感器8优选安装在所述节气门9的上游和所述PFM-传感器7的下游。所述压力损失能够例如通过第一压力传感器6的值与第二压力传感器8的值的差形成来形成。
在步骤510中，随后所述PFM-传感器的信号被控制装置100接收。此外，所述控制装置100接收所述第一和第二压力传感器6；8的压力尤其作为信号或者压力值，并且从中计算出经由所述PFM-传感器7的压力损失。
在步骤520中，所获取的、经由所述PFM-传感器7的压力损失根据内燃机10的运行点、例如根据吸入空气50的温度和/或在所述PFM-传感器7处的绝对压力和/或用于质量流量确定的压力下降和/或所述废气涡轮增压器4的转速进行修正。所描述的参量能够例如作为传感器值或者由传感器值导出的参量或者作为模型值而出现。所获取的压力损失在此也能够根据运行点例如由内燃机10的负荷和/或马达转速进行获取。
在步骤530中，随后所述PFM-传感器7的信号根据被修正的压力损失进行修正。特别有利的是，将所述PFM传感器7的被修正的信号用作用于控制和/或调节（充气调节、增压压力调节）的目标值预先规定，或者用作用于控制执行器、尤其节气门9和/或废气再循环阀22和/或涡轮增压器的调节的目标值预先规定。随后，所述方法能够在步骤500中继续进行。
图3示出用于修正内燃机10的空气质量流量传感器7的方法的替代的实施方式，其中，连续地获取所述空气质量流量传感器7的信号，其中经由所述空气质量流量传感器7的压力损失已经在应用阶段期间对于不同的负荷点和/或测量参量被测量，并且被存储在特性曲线族中，并且根据在所述特性曲线族中存储的压力损失值将所述空气质量流量传感器7的信号进行修正，所述测量参量例如是在所述PFM-传感器7处的绝对压力和/或在所述PFM-传感器7处的温度和/或在所述PFM-传感器7处压力下降（Druckeinbruch）或者压力损失和/或所获取的PFM-质量流量和/或所述内燃机10的马达转速和/或所述内燃机的涡轮增压器4的涡轮增压器转速。
在步骤610中，所述空气质量流量传感器7的信号被控制装置100连续地接收。所述空气质量流量传感器7的信号能够被所述控制装置100转化为空气质量流量值。
在步骤620中，随后经由所述空气质量流量传感器7的压力损失由例如特性曲线或者由特性曲线族选出。在此，所述PFM-传感器7的当前的空气质量流量值和内燃机10的下述运行参量中的至少一个运行参量用作用于所述特性曲线或者用于所述特性曲线族的输入参量，所述运行参量例如是在所述PFM-传感器7处的绝对压力和/或在所述PFM-传感器7处的温度和/或在所述PFM-传感器7处的压力下降或者压力损失和/或所获取的PFM-质量流量和/或所述内燃机10的马达转速和/或所述涡轮增压器4的涡轮增压器转速。
所描述的参量例如能够作为传感器值或者作为由传感器值导出的参量或者作为模型值出现。所获取的压力损失在此也能够根据运行点例如由内燃机10的负荷和/或马达转速来获取。所述特性曲线或者所述特性曲线族能够例如存储在控制装置100中或者存储在空气质量传感器或者PFM-传感器7的存储器中。
在步骤630中，随后所述PFM传感器7的信号根据由所述特性曲线或者特性曲线族中选出的压力损失进行修正。随后所述方法能够在步骤600中继续进行。
图4示出了在考虑PFM-误差模型的情况下用于可能的目标值修正的流程图。在步骤700中，根据内燃机10的运行点和/或驾驶员愿望、例如通过行驶踏板位置来形成例如用于所述增压压力的目标值。附加地，在步骤710中，获取用于所述PFM-传感器7的误差模型。所述误差模型能够如已经说明的那样根据运行点和/或根据不同的运行参量来确定，所述运行参量例如是在所述PFM-传感器7处的绝对压力和/或在所述PFM-传感器7处的温度和/或在所述PFM-传感器7处压力下降或者压力损失和/或所获取的PFM-质量流量和/或所述内燃机10的马达转速和/或所述涡轮增压器4的涡轮增压器转速。
在此，经由所述PFM-传感器7的压力损失借助于所描述的方法进行获取，并且相应确定经由所使用的PFM-传感器7的压力损失。
在步骤720中，随后将在步骤700中所获取的、例如用于增压压力的目标值借助于在步骤710中所确定的、经由所述PFM-传感器7的压力损失计算成经修正的目标值。
随后在步骤730中，将经修正的目标值提供至调节/控制、例如内燃机10的增压压力调节/控制。
在步骤740中，所述经修正的目标值、例如目标-增压压力随后例如能够通过操控内燃机10的涡轮增压器废气门来实施。

Claims (9)

1.用于修正内燃机（10）的空气质量流量传感器（7）的方法，其特征在于，连续地获取所述空气质量流量传感器（7）的信号，其中根据所述内燃机（10）的运行点来获取经由空气质量流量传感器（7）的压力损失，其中所获取的压力损失根据内燃机（10）的运行点进行修正，随后所述空气质量流量传感器（7）的信号根据被修正的压力损失进行修正，其中根据内燃机（10）的运行点和/或驾驶员愿望来形成用于增压压力的目标值，用于增压压力的目标值借助于经由所述空气质量流量传感器（7）的压力损失计算成经修正的目标值，将经修正的目标值提供至内燃机（10）的增压压力的调节/控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经由所述空气质量流量传感器（7）的压力损失借助于在所述空气质量流量传感器（7）的上游的第一压力传感器（6）和在所述空气质量流量传感器（7）的下游的第二压力传感器（8）进行获取。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力损失作为在所述空气质量流量传感器（7）的上游的第一压力传感器（6）的信号与在所述空气质量流量传感器的下游的第二压力传感器（8）的信号之间的差进行获取。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经由所述空气质量流量传感器（7）的压力损失根据所述内燃机（10）的至少一个运行参量进行获取，并且作为修正值存储在特性曲线和/或特性曲线族中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，经由所述空气质量流量传感器（7）的压力损失在应用阶段期间在进气道（2）中进行获取，并且经由所述空气质量流量传感器（7）的压力损失根据所述内燃机（10）的至少一个运行参量作为修正值存储在特性曲线和/或特性曲线族中。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述至少一个运行参量根据吸入空气（50）的温度和/或空气质量流量传感器（7）的绝对压力和/或用于质量流量确定的压力下降和/或涡轮增压器（4）的转速和/或内燃机（10）的马达转速进行获取。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述空气质量流量传感器是基于压力的空气质量流量传感器。
8.电子存储介质，其具有计算机程序，所述计算机程序被设置用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
9.控制装置（100），所述控制装置被设置用于实施根据权利要求1至7中任一项所述的方法。
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