CN108699991B - 校准发动机的进气管线中的压力传感器的方法 - Google Patents

校准发动机的进气管线中的压力传感器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于校准位于内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的校准方法，其中，根据等式Cr(T1)＝Pcap(T1)‑Pref(T1)，通过初始校准补偿(Cr(T1))在初始温度(Tl)下在发动机停止的情况下校准所述至少一个压力传感器，所述发动机是停止的，Pcap(T1)是由所述至少一个压力传感器测量的压力测量值，Pref(T)是参考压力，所述至少一个压力传感器的测量值是通过由此计算的初始校准补偿(Cr(Tl))被校准的。在发动机运行期间，在给定温度(T)下，通过乘数校正因子，依据所述至少一个压力传感器的温度(T)，基于所述初始校准补偿(Cr(T1))来调整校准补偿(Cr(T))。

Description

校准发动机的进气管线中的压力传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种使用根据温度进行调整的校准补偿来校准位于内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的方法。
本发明属于内燃发动机的控制系统的技术领域，其中内燃发动机优选地是受控点火的内燃发动机。
背景技术
在内燃发动机的进气管线中，通常存在三个压力传感器，即大气压力传感器，增压压力传感器(这是在发动机是涡轮增压时，增压压力传感器位于涡轮增压器的压缩机的下游)，以及位于空气分配器中的进气压力传感器。这三个传感器用于测量进气管线的一些特定点处存在的压力。
压力传感器的测量准确度取决于其温度。通常，在0℃-90℃的温度范围内，准确度是最佳的，并且误差范围减小。当传感器非常冷时，温度低于0℃，或者非常热，温度高于90℃时，误差范围会变大很多。
因此，可以在发动机停止的情况下在初始温度下(有利地在0-90℃之间)通过校准补偿来校准传感器，该校准补偿是所述至少一个压力传感器的测量值与对应于在这个初始温度下在进气管线中的实际主导的参考压力的大气压力之间的差值。
还可以根据称为参考传感器的另一个传感器校准压力传感器，且甚至可以相对于同一个参考传感器校准多个压力传感器。实际上，由多个传感器测量同一个压力可以给出不同的值，这是由于它们固有的且可变化的准确度。
压力传感器的校准包括补偿该偏移，以便使这些传感器对相同的测量压力的测量值是相等的。该操作尤其对于受控点火发动机的操纵的良好运行而言是必需的。
目前存在一种用于校准进气管线的压力传感器的解决方案。在启动时，在发动机停止的情况下，进气管线处于大气压力下，并且三个传感器应当指示与大气压力值相同的值作为参考压力。
实际上，考虑到传感器的不精确性，由各个传感器所测量的值之间存在差异。然后通过应用校准补偿根据被选作参考的传感器值来校准这些传感器，校准补偿是根据下列等式的所述至少一个压力传感器的测量值与对应于在这个初始温度下在进气管线中实际主导的参考压力的大气压力之间的差值：
Cr(T1)＝Pcapteur(T1)-Pref(T1)，
Cr(T1)是在初始温度下并且在发动机停止的情况下的校准补偿， Pcapteur(T1)是由所述至少一个压力传感器测量的压力的测量值，并且 Pref(T1)是参考压力，该参考压力是温度T1下的大气压力。
然后，对于所关注的压力传感器，在发动机的整个运行持续时间期间保持并应用该校准补偿。
但是，通过补偿所应用的校准引起了下面的问题。第一个问题是对于补偿没有考虑到压力传感器的温度，这可能导致所关注的传感器准确度明显降低。实际上，传感器的准确度随温度变化，而所应用的补偿是恒定的。
因此，当传感器的温度在运行期间变化时，所应用的补偿校准不再适于实际条件。当校准和运行之间的温差很大时，这种现象更加明显。例如但非限制性地，对于初始地在非常低的温度下进行校准而随后由于发动机运行引起变热就是这样的情况。
图1示出了压力传感器的误差范围随着温度(在横坐标上示出)的变化，其中纵坐标表示误差乘数值。对于在0到85℃之间精确到+/-15毫巴的传感器，它在-40℃下的准确度为+/-30毫巴，而且在140℃下的准确度为+/-38毫巴。
对于温度T，压力传感器的误差可以用eref.mult(T)的形式表示，其中 eref是传感器的参考误差，并且mult(T)是误差乘数。误差乘数取决于温度，并且其随温度的变化由传感器制造商根据定义的曲线给出。
对于在发动机的进气管线中存在的多个压力传感器，如果每个传感器具有相同的准确度曲线，则绝对误差值不相同。
图2示出了对于两个特定的压力传感器(即大气压力传感器和增压传感器)的误差范围分别随温度的变化。横坐标表示温度，并且纵坐标表示误差乘数值。
对于每个传感器，包括两条曲线的界限限定了对于一系列温度的误差范围。两条虚线与增压传感器Capsural相关联，而两条实线与大气压力传感器Capatm相关联。每个传感器的曲线是不同的，其中增压传感器 Capsural的值的误差裕度大于大气压力传感器Capatm的值的误差裕度。
例如，大气压力传感器Cap atm在0-85℃区域内精确到+/-15mb，而增压压力传感器Capsural在同一区域内精确到+/-25mb。这同样适用于进气压力传感器和增压压力传感器Capsural，而图2中未示出该进气压力传感器的界限。
分别对于温度T1或T的最大校准补偿Crmax(T1)和Crmax(T)可以定义为，在大气压力传感器Capatm的曲线之一与增压传感器Capsural的曲线之一的彼此距离最远的点之间，在增压传感器Capsural的最高曲线与大气压力传感器Capatm的最低曲线之间。
例如，使用大气压力传感器Capatm作为参考传感器，当先前针对温度T1采用的最大校准补偿Crmax(T1)被应用在增压传感器Capsural的传感器最佳准确度的中间区域中(例如在温度T下)时，这会使得该增压传感器Capsural的准确度在其界限的固有准确度边界之外。这通过从增压压力传感器Capsural的界限底部的垂直虚线示出。
图2示出了通过对所有温度保持相同的校准补偿，将会使特定传感器的压力测量准确度降低，这可能导致不可接受的情况，例如内燃发动机不启动或性能损失，例如因为对目标发动机的扭矩的错误确定。
文献US-B-7 668 687描述了一种系统，该系统使得可以通过在发动机停止的情况下将传感器的压力相互比较来对压力传感器进行校正。这对应于传感器相对于彼此的校准。另一方面，该文献没有给出关于考虑到传感器附近的温度变化来对一个或多个压力传感器的校准进行可能的补偿的启示。
必须设置能够在进气管线中提供至少相同的压力准确度同时降低传感器的固有准确度并因此降低其成本的功能。
在进气管线中存在多个传感器的情况下，还需要相对于彼此校准传感器，使得它们的测量值彼此一致。这也适用于存在单个传感器的时候，以使其测量值在所有运行条件下对应于实际存在的压力。
发明内容
因此，本发明所基于的问题是针对内燃发动机中的包括至少一个压力传感器的进气管线，通过将压力传感器的测量值加上校准补偿来校准该测量值，所述校准补偿是根据考虑到这个或这些传感器附近的温度变化的发动机的运行条件经过更新的。
为了实现这个目标，根据本发明提供一种用于校准位于内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的校准方法，其中，在初始温度下在发动机停止的情况下，通过初始校准补偿来校准所述至少一个压力传感器，所述初始校准补偿根据下面的等式等于所述至少一个压力传感器的测量值与大气压力之间的差值，该大气压力对应于在这个初始温度下进气管线中的实际主导的参考压力：
Cr(T1)＝Pcap(T1)-Pref(T1)，
Cr(T1)是在初始温度下并且在发动机停止的情况下的初始校准补偿，Pcap(T1)是由所述至少一个压力传感器测量的压力测量值，Pref(T1)是作为大气压力的参考压力，并且T1是初始温度，
通过由此计算的初始校准补偿来校准所述至少一个压力传感器的测量值，其特征在于，在发动机运行期间，在给定温度下，通过乘数校正因子，根据所述至少一个压力传感器的温度，基于该初始校准补偿来调整校准补偿。
技术效果在于，获得内燃发动机的进气管线中存在的至少一个压力传感器的测量值，该测量值总是根据温度经校正的。
在已知一个或更多个传感器的误差特征的情况下，计算取决于传感器温度的乘数因子，其在启动之前校正所确定的校准补偿(所谓的初始校准补偿)，以便无论传感器的温度如何都适于进行校准，因为在运行期间，传感器附近的温度变化，因此传感器的准确度以及先前针对初始温度所计算的校准补偿也会变化。
主要优点在于，压力测量值的准确度提高。考虑温度对于传感器的影响，能够减小传感器测量误差。无论温度如何，都能进行发动机的进气管线的传感器的校准。该实施方案完全是以软件的方式，而不需要在进气管线中增加新部件，且因此不会产生额外成本。
有利地，针对至少一个第二压力传感器相对于第一压力传感器在初始温度下在其相应压力测量值之间，进行初始校准补偿，其中，在发动机运行期间并且在给定温度下，通过根据温度基于这个初始校准补偿来调整校准补偿，所述至少一个第二传感器和所述第一传感器位于进气管线中，对于每个传感器已经建立随传感器的温度变化的各自的误差界限，每个误差界限限定在连续温度下的具体误差范围，在连续温度下在第一传感器和所述至少一个第二传感器的压力测量值之间，进行所述校准补偿。
有利地，根据下面的等式获得针对给定温度T的校准补偿：
Cr(T)＝k(T).Cr(T1)，
Cr(T)是针对给定温度T的在给定时刻两个传感器之间的校准补偿， Cr(T1)是在发动机停止的情况下在初始温度T1下的初始校准补偿，并且 k(T)是针对给定温度T的乘数校正因子，根据给定温度和初始温度下的第一传感器和所述至少一个第二传感器的各自的误差范围之间的最大校准补偿，根据下面的等式计算该因子：
k(T)＝Crmax(T)/Crmax(T1)，
k(T)是针对给定温度T的乘数校正因子，Crmax(T)和Crmax(T1)分别是在发动机停止的情况下对于给定温度和初始温度T1，第一传感器和所述至少一个第二传感器的各自的误差范围之间的最大校准补偿。
有利地，每个界限包括限定误差裕度的两条曲线，误差裕度在0-85℃的温度范围内保持恒定，并且对于这个范围之外的温度，误差裕度随着这些温度远离0℃或85℃而增加。
有利地，基于各自的误差界限，创立给出随温度变化的最大校准补偿的表。
本发明还涉及一种动力总成，其包括内燃发动机，所述内燃发动机具有通向发动机的进气管线，所述管线包括至少一个压力传感器，其特征在于，所述至少一个压力传感器是根据如上所述的校准方法被校准的。
本发明还涉及一种动力总成，其包括内燃发动机，所述内燃发动机具有通向发动机的进气管线，所述管线包括第一和至少一个第二压力传感器，其特征在于，在发动机运行期间，所述至少一个第二压力传感器是根据如上所述的校准方法相对于第一压力传感器被校准的。
有利地，第一传感器和所述至少一个第二传感器是选自大气压力传感器、位于增压内燃发动机的涡轮增压器的压缩机的下游的增压传感器以及位于进气分配器中的进气压力传感器。
有利地，第一传感器是大气压力传感器。
有利地，发动机是点火受控的。
附图说明
通过阅读下列详细说明以及参照以示例且非限制性的方式给出的附图，本发明并使其它特征、目的和优点将显现，且在附图中：
-图1是给出压力传感器的误差乘数随温度变化的曲线的示意图，温度的中间范围给出恒定的误差乘数，而在这个范围之外，误差乘数偏离，该压力传感器是根据现有技术的，但是可以依据根据本发明的校准方法进行校正，
-图2分别是大气压力传感器和增压传感器的两个误差界限的示意图，依据根据本发明的校准方法根据温度调整校准补偿，
-图3是根据本发明的校准方法的时序的示意图，
-图4是示出根据本发明的校准方法的步骤的逻辑图的示意图。
具体实施方式
应当注意到，附图是以示例的方式提供的，而不限制本发明。它们构成旨在有利于理解本发明的原理的示意图。
在下文中，以组合的方式参考所有附图。当参考一个或多个特定附图时，这些附图将与其它附图组合以获知所指定的附图标记。
本发明涉及一种用于校准位于内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的方法。本发明可以应用于动力总成，该动力总成包括内燃发动机，该内燃发动机具有通向发动机的进气管线，该管线包括至少一个压力传感器。发动机可以优选地是受控点火的。
在单个压力传感器的情况下，可以根据下述校准方法来校准压力传感器。
在通向发动机的进气管线中存在多个压力传感器的情况下，压力传感器之一用作参考传感器，并且根据下述校准方法在发动机运行期间相对于参考压力传感器校准一个或更多个其它传感器。
作为非限制性示例，参考压力传感器和其余的一个或更多个压力传感器可以是选自大气压力传感器、位于增压内燃发动机的涡轮增压器的压缩机的下游的增压传感器以及位于进气分配器中的进气压力传感器。参考压力传感器可以是大气压力传感器，因为这个传感器是最准确的。
图3示出了实施根据本发明的校准方法的时序图。在计算机的唤醒 Rcal后，计算偏移补偿，该计算机嵌入在期望校准位于机动车辆中所配备的内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的车辆中。
计算机的唤醒Rcal可以在驾驶员点火但是还没有启动发动机时进行。发动机停止保持持续时间MA开始于计算机的唤醒Rcal，并且结束于发动机的启动D。
在这个发动机停止保持持续时间MA期间，参考图2进行计算下文中称为Cr(T1)的初始参考校准补偿，用作通向发动机的进气管线中存在的压力传感器的未来校准的基础。初始校准补偿Cr(T1)是压力传感器的测量值与大气压力之间的差值。大气压力由此对应于发动机停止情况下在该初始温度T1下进气管线中实际主导的参考压力。
发动机的该初始温度很可能接近环境温度，除非车辆刚刚停止并准备重新启动，在这种情况下发动机仍然很热。初始温度很可能在压力传感器的最佳测量区域内，例如在0℃-50℃之间，除非外部温度非常低。
在图2中，为了附图的清楚起见并且也为了解释极端情况，温度T1 已被标示为低于0℃以与发动机运行期间的温度T(高于0℃)良好地隔开。这绝不是限制性的，并且应该注意到，初始温度T1在最常见的情况下高于0℃，因此在大多数压力传感器的最佳运行范围内。
根据下面的等式计算该补偿：
Cr(T1)＝Pcap(T1)–Pref(T1)，
Cr(T1)是在初始温度T1下并且在发动机停止的情况下的初始校准补偿，Pcap(T1)是由所述至少一个压力传感器测量的压力的测量值，以及 Pref(T1)是作为大气压力的参考压力，这些测量值是在初始温度T1下获得的。
通过如此计算的校准补偿Cr(T1)来校准压力传感器的测量值和传感器的后续测量值，而且根据发动机中的主导温度连续地校准该校准补偿 Cr(T1)。
因此，校准方法包括，通过乘数校正因子根据压力传感器的温度在发动机运行期间调整初始校准补偿Cr(T1)的步骤。
这可以通过压力传感器相对于大气压力来进行，压力传感器在初始温度下在发动机停止的情况下在它应为大气压力的测量值与大气压力之间的校准补偿根据温度被更新。
然而，这优选地在包括参考传感器的两个或更多个压力传感器之间进行，这些压力传感器位于发动机的进气管线中。
在该后一种情况下，针对至少一个第二压力传感器相对于第一压力传感器在初始温度下它们各自的压力测量值之间，进行初始校准补偿。然后，在发动机运行期间并且在给定温度T下，根据该测量时的主导温度T，从该初始校准补偿Cr(T1)进行对校准补偿Cr(T)的调整。
针对每个传感器，已经建立了根据传感器温度的相应误差界限或等效模型，每个误差界限限定了连续温度下的具体误差范围。
在第一和第二传感器的压力测量值之间进行校准补偿Cr(T1)或 Cr(T)，或者针对连续温度的其它温度进行校准补偿。这对于转动的发动机MT进行。实际上，首先，在温度T1下在发动机停止的情况下，在计算机的唤醒RCal时计算初始校准补偿Cr(T1)。在发动机的运行期间，特别是车辆行驶期间，温度变化，且因此一个或更多个传感器的准确度和校准补偿Cr(T1)或Cr(T)也变化。
在本发明的优选实施例中，根据下面的等式获得在给定温度T下的校准补偿或Cr(T)：
Cr(T)＝k(T).Cr(T1)，
Cr(T)是针对给定温度T的在给定时刻两个传感器之间的校准补偿， Cr(T1)是在发动机停止的情况下在初始温度T1下的初始校准补偿，并且 k(T)是针对给定温度T的乘数校正因子。
根据下面的等式，对于给定温度(T)和对于初始温度(T1)，根据第一传感器和所述至少一个第二传感器的相应误差范围之间的最大校准补偿Crmax(T1)或Crmax(T)计算因子k(T)：
k(T)＝Crmax(T)/Crmax(T1)，
k(T)是针对给定温度T的乘数校正因子，Crmax(T)和Crmax(T1)分别是在发动机停止的情况下，分别对于给定温度T和对于初始温度T1，第一传感器和所述至少一个第二传感器的相应误差范围之间的最大校准补偿。
由于传感器的误差界限是已知的，因此可以制作最大校准补偿表，该表以温度作为索引。如其在图2中所示。然后可以通过测试来细化该表，以获得比基于理论误差的特征更准确的确定。
每个界限可以包括限定误差裕度的两条曲线，误差裕度在0到85℃的温度范围内保持恒定，并且对于这个范围之外的温度，误差裕度随着这些温度远离0℃或85℃而增加。
图4示出了根据本发明的校准方法的各个步骤。MA表示发动机停止，Pcap表示压力传感器的测量值，并且Pref表示在初始温度T1(这是参考温度)下测量的参考压力测量值，具体地，大气压力。将这些参数引入到第一计算模块1中。
第一计算模块1将对应于温度T1下的校准补偿的校准补偿Cr发送到校正模块5，该校正模块5计算经校正的校准补偿Crcorrig。
同时，第一计算模块1将温度T1的值发送到用于计算初始温度T1 下的最大校准补偿Crmax(T1)的第二模块，该第二模块标记为2。第三模块根据发送到其输入端的温度测量值计算温度T下的最大校准补偿 Crmax(T)，该第三模块标记为3。这是在发动机运行期间进行的，因此使用转动的发动机MT。第三模块3的计算在传感器处的一系列温度下连续进行。
初始温度T1下的初始最大校准补偿Crmax(T1)可以由第二模块2借助于通过温度进行索引的表来计算。该表是基于传感器的误差界限所计算的。
在第三模块的每个计算步骤中，可以借助通过温度进行索引的表针对当前温度T来计算最大校准补偿Crmax(T)。该表与用于计算初始温度 T1下的初始最大校准补偿Crmax(T1)的表相同。
第二模块2和第三模块3将所计算出的相应的最大校准补偿Crmax(T1) 和Crmax(T)发送到用于计算系数k的第四模块4。第四计算模块4输出至形成第五模块的校正模块5，该校正模块5计算经校正的校准补偿 Crcorrig。
本发明绝不限于所描述和所示出的实施例，这些仅以示例的方式给出。

Claims (10)

1.一种用于校准位于内燃发动机的进气管线中的至少一个压力传感器的校准方法，其中，在初始温度（T1）下在内燃发动机停止的情况下，通过初始校准补偿Cr(T1)来校准所述至少一个压力传感器，所述初始校准补偿根据下面的等式等于所述至少一个压力传感器的测量值（Pcap）与大气压力之间的差值，所述大气压力于是对应于在这个初始温度（T1）下所述进气管线中的实际主导的参考压力（Pref）：
Cr(T1)= Pcap(T1) – Pref(T1)，
Cr(T1)是在初始温度（T1）下并且在内燃发动机停止的情况下的初始校准补偿，Pcap(T1)是由所述至少一个压力传感器所测量的压力测量值，Pref(T)是作为大气压力的参考压力，并且T1是初始温度，T是给定温度，
所述至少一个压力传感器的测量值是通过由此计算的初始校准补偿Cr(T1)被校准的，
其特征在于，在内燃发动机运行期间，通过乘数校正因子，根据所述至少一个压力传感器的给定温度（T），基于该初始校准补偿Cr(T1)来调整在给定温度（T）下的校准补偿Cr(T)。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中，针对至少一个第二压力传感器相对于第一压力传感器在初始温度下在其相应压力测量值之间，进行初始校准补偿，其中，在内燃发动机运行期间并且在给定温度（T）下，根据所述给定温度（T），基于该初始校准补偿Cr(T1)来调整校准补偿Cr(T)，所述至少一个第二压力传感器和所述第一压力传感器位于所述进气管线中，对于每个传感器已经建立随传感器的温度变化的各自的误差界限，每个误差界限限定在连续温度下的具体误差范围，在连续温度下在第一压力传感器和所述至少一个第二压力传感器的压力测量值之间，进行所述校准补偿Cr(T1)或Cr(T)。
3.根据权利要求2所述的校准方法，其中，根据下面的等式获得给定温度（T）下的校准补偿Cr(T)：
Cr(T)= k(T)Cr(T1)，
Cr(T)是针对给定温度T的在给定时刻两个传感器之间的校准补偿，Cr(T1)是在初始温度T1下在内燃发动机停止的情况下的初始校准补偿，并且k(T)是针对所述给定温度T的乘数校正因子，根据下面的等式，根据对于所述给定温度（T）和对于所述初始温度（T1），所述第一压力传感器和所述至少一个第二压力传感器的各自的误差范围之间的最大校准补偿Crmax(T1)或Crmax(T)，计算该因子：
k(T) = Crmax(T)/ Crmax(T1)，
k(T)是针对给定温度T的乘数校正因子，Crmax(T)和Crmax(T1)分别是在内燃发动机停止的情况下分别对于所述给定温度（T）和对于所述初始温度（T1），所述第一压力传感器和所述至少一个第二压力传感器的各自的误差范围之间的最大校准补偿。
4.根据权利要求2所述的校准方法，其中，每个界限包括限定误差裕度的两条曲线，所述误差裕度在0-85℃的温度范围内保持恒定，并且对于这个范围之外的温度，所述误差裕度随着这些温度远离0℃或85℃而增加。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的校准方法，其中，基于各自的误差界限，创立给出随温度变化的最大校准补偿Crmax(T1)或Crmax(T)的表。
6.一种动力总成，其包括内燃发动机，所述内燃发动机具有通向内燃发动机的进气管线，所述管线包括至少一个压力传感器，其特征在于，所述至少一个压力传感器是根据权利要求1所述的校准方法被校准的。
7.一种动力总成，其包括内燃发动机，所述内燃发动机具有通向内燃发动机的进气管线，所述管线包括第一压力传感器和至少一个第二压力传感器，其特征在于，在内燃发动机运行期间，所述至少一个第二压力传感器是根据权利要求2至5中的任一项所述的校准方法相对于所述第一压力传感器被校准的。
8.根据权利要求7所述的动力总成，其中，所述第一压力传感器和所述至少一个第二压力传感器是选自大气压力传感器、位于增压内燃发动机的涡轮增压器的压缩机的下游的增压传感器以及位于进气分配器中的进气压力传感器。
9.根据权利要求8所述的动力总成，其中，所述第一压力传感器是所述大气压力传感器。
10.根据权利要求7所述的动力总成，其中，所述内燃发动机是点火受控的。
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