CN112867859A

CN112867859A - 用于检测空气过滤器堵塞的方法

Info

Publication number: CN112867859A
Application number: CN201980065623.8A
Authority: CN
Inventors: X·莫伊内; X·贝林
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-10-05
Filing date: 2019-10-02
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2039-10-02
Also published as: US11333113B2; US20210388800A1; CN112867859B; FR3086977A1; FR3086977B1; WO2020070179A1

Abstract

本发明的一个主题是一种用于检测空气过滤器堵塞的方法，当进气管中的空气通道截面大于预定的通道截面时，该方法包括以下步骤：‑在空气进入气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，‑在气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，‑根据一方面在空气进入气缸的阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力与另一方面在排气阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力之间进行的比较来确定空气过滤器的堵塞，当所述比较产生的值高于预定值时，则估计过滤器堵塞。

Description

用于检测空气过滤器堵塞的方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的方法。

背景技术

空气过滤器通常根据由制造商提供的信息进行更换。因此，可以建议在预定数量的小时后更换空气过滤器，该数量可以根据使用环境（该环境是否或多或少被污染）来确定。然而，最通常的是，实际使用条件不被考虑在内。

因此，已知的做法是使用用于测量空气过滤器的上游和下游的压力以确定其堵塞程度的压力测量系统。

这种系统可以作为（售后）选项安装到空气过滤器上。它包括两个压力传感器，这两个压力传感器需要相对精确，以便不给出错误信息。

文献JP2009074410公开了一种通过电子控制单元检测空气过滤器的堵塞的方法，该电子控制单元是燃料喷射控制装置，其中用于检查密度的系统被设计成通过根据检测到的发动机转速和进气管的压力值而预测进入空气量来确定喷射的燃料量，计算进气管中连续检测到的压力的平均值和最小值之间的差值。当该差值至少低于指示堵塞的预定值时，空气过滤器被确定为堵塞，并且用作显示装置的故障警示灯被点亮。

该系统集成在原始发动机中，但需要存在多个压力传感器。此外，这种检测系统不适用于化油器式发动机。此外，当测得的压力差值低于预定值时，检测到堵塞。因此，为了避免检测误差，传感器需要是精确的。

文献DE10358462更具体地涉及一种用于检测增压内燃发动机的空气过滤器结垢的装置。这里，检测是在发动机处于低怠速（空载）时执行的，并且使用两个传感器，一个传感器针对大气压力，一个传感器在压缩机下游针对进气压力。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于检测空气过滤器堵塞的方法，其基于通常在发动机中可获得的信息来工作。

为此，本发明提出了一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的方法，该内燃发动机一方面包括在气缸中移动的至少一个活塞，另一方面包括新鲜空气进气管和能够改变所述进气管中的空气通道截面的装置。

根据本发明，当进气管中的空气通道截面大于预定的通道截面时，该方法包括以下步骤：

- 在空气进入气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 根据一方面在空气进入气缸的阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力与另一方面在排气阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力之间进行的比较来确定空气过滤器的堵塞，当该比较产生的值高于预定值时，则估计过滤器堵塞。

该方法允许仅通过测量进气管中的压力来检测空气过滤器的堵塞。为了了解进入发动机中的空气流量，通常在该管中设置压力传感器。因此，检测堵塞的方法利用通常存在于发动机中的传感器来发挥功能。此外，因为该传感器存在于发动机中，所以堵塞的检测可以容易地由集成到发动机中的控制和管理单元来管理。因此，检测堵塞的功能可以直接集成到相应的车辆（或其他设备）中。

在所提出的检测方法中，当相应的活塞处于其下止点位置时，例如距其下止点位置±20°时，可以执行在空气进入气缸的阶段结束时的压力测量。

同样地，在该方法中，当相应的活塞距其上止点位置大约-30°时，例如距其上止点位置-50°和-10°之间，可以执行在气缸中的排气阶段结束时的压力测量。

为了避免错误检测，上述检测方法可以规定：当用于确定空气过滤器堵塞的几个步骤已经得出空气过滤器堵塞的估计时，则认为空气过滤器堵塞。

为了向用户指示堵塞，检测方法有利地还包括当检测到空气过滤器堵塞时，例如视觉或听觉地发出指示的步骤。

在双缸发动机的特定情况下，当进气管中的空气通道截面大于预定的通道截面时，根据本发明的检测方法包括以下步骤：

- 在空气进入第一气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在空气进入第二气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在第一气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 通过计算一方面在第一气缸中的排气阶段结束时测量的压力和另一方面在空气进入第一气缸和进入第二气缸的阶段结束时测量的两个压力的平均值之间的差值，并通过将所述差值与预定压力值进行比较来确定空气过滤器的堵塞，当该比较产生的值高于所述预定值时，则估计过滤器堵塞。

本发明还涉及一种计算机程序产品，包括一系列代码指令，用于当所述计算机程序产品由计算机实现时，实现如上所述的用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的方法。

本发明还涉及一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的装置，包括：

- 用于确定发动机转速的装置，

- 电子计算机，

- 新鲜空气进气管，

- 能够测量进气管中的压力的压力传感器，以及

- 能够改变所述进气管中的空气通道截面的装置，

所述装置包括被配置成完成以下各项的电子器件：

- 在空气进入气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 通过在一方面在空气进入气缸的阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力和另一方面在排气阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力之间进行的比较来确定空气过滤器的堵塞，当该比较产生的值高于预定值时，则估计过滤器堵塞。

最后，本发明的另一个主题是一种内燃发动机，其特征在于它包括如上所述的用于检测空气过滤器堵塞的装置。

附图说明

从以下参考附图的描述中，本发明的细节和优点将变得更加清楚，其中：

图1是双缸发动机进气管中压力变化的曲线，及

图2是示出用于检测所考虑的发动机的空气过滤器堵塞的方法的流程图。

具体实施方式

下面的描述涉及一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的方法。纯粹作为说明而非限制性地，这里考虑的是双缸四冲程发动机。本发明可以用几种类型的发动机来实现，但是优选地用单缸或双缸四冲程发动机或者单缸二冲程发动机来实现。

本发明更具体地而非排他地旨在用于在恶劣条件下运行的发动机，尤其是在特别充满灰尘和/或垃圾物体的大气中。例如，其可能是一台机器，如专业的割草机，它通常必须在充满灰尘的环境中工作，或者在另一个示例中，其可能是一辆耐久型或越野摩托车。

图1示出了呈90°V型的双缸发动机进气管中的压力变化。该图中发动机角位置的原点被选择为第一气缸燃烧冲程的上止点位置。从该图中可以看出，存在主压力峰值2和中间压力峰值4。同样，存在主压力谷值6和中间压力谷值8。进气管中的压力随着空气进入气缸（通常通过打开进气门）而降低。当不再有空气进入气缸时，压力增加。以发动机旋转度或°CRK表示的气门打开时间基本上每次是相同的。相反，由于发动机的几何形状（90°V型），两个进气门（在发动机具有四个气门的情况下）关闭的时间一次短，一次长。因此，当两个进气门关闭较长时间时，进气管中的压力具有较长的时间来基本上达到外部大气压力。相反，其他时候，当两个进气门关闭较短时间时，当进气门打开时进气管中的压力未达到大气压力。因此，一方面存在主压力峰值2，且另一方面存在中间压力峰值4。

如上所述，进气门的打开时间是相同的。相反，如图1所示，当气门打开时，进气管中的压力对应于主压力峰值2或中间压力峰值4。当进气门打开时的压力较低时，该气门关闭时的压力也较低。因此，进气管中的压力对应于主压力谷值6。

本发明基于以下新颖的观察：如果空气过滤器堵塞，在进气门打开期间（这是相对短暂的），吸入气缸的空气通常将不会在进气管中被替换，从而在进气管中产生更强的低压。当进气门在中间压力峰值4之后打开时，这一点更加明显。

因此，图2的流程图提出来测量对应于连续压力谷值、中间压力谷值8和主压力谷值6的进气管中的压力，计算其（算术）平均值，并将该平均值与对应于下一个主压力峰值2的压力值进行比较。

发动机由进气管供应空气。为了调节发动机中的气流，通常的做法是改变管道中的空气通道截面。以传统的方式，借助于绕垂直于进气管的轴线枢转的阀瓣来调节气流，该阀瓣通常（下文中也是如此）被称为节流阀（英文中的“throttle valve”）。

为了检测位于节流阀上游的空气过滤器的堵塞，规定只有当节流阀完全打开或几乎完全打开时才进行压力测量。在图2所示的优选实施例变型中，当可以用度数表示（在0°和90°之间）的节流阀的开度高于根据发动机转速ω而给定的值时，进行压力测量。在图2中，节流阀的打开位置被称为PAP。在该图中，字母“Y”对应于“是”，而字母“N”对应于“否”。因此，如果节流阀的开度相对于发动机转速ω是不足的，则等待节流阀开度条件得到满足才进行压力测量。

当节流阀充分打开时，进行第一次压力测量。该测量是对进气管的在节流阀下游和进气门上游的压力的测量。大多数发动机在该位置处装有压力传感器，用于监测进入发动机的空气流量。第一次压力测量总是在同一第一活塞到达其下止点位置时进行，即在第一气缸燃烧冲程的上止点位置之前180°。因此，进气管中的压力对应于中间压力谷值8。在目前的配置中（90°V型双缸发动机），下一次压力测量是在90°CRK，即第一次测量后的270°。其对应于进气阶段结束时第二活塞的下止点位置。这些压力测量优选地在下止点位置进行。当一个和/或另一个活塞处于靠近它们的下止点位置的另一个位置时，例如在距该下止点位置20°CRK处，也可以进行这些测量。通常，将发动机飞轮的角位置称为°CRK，其允许限定该发动机的运动部件的精确位置。

在这两次压力测量之后，进行对应于主压力峰值2的第三次压力测量。该峰值在第一气缸的排气阶段结束时达到，即在第一活塞到达其交叉上止点位置之前。第三次压力测量大约在第二个气缸的活塞开始再次下降而进气门仍然关闭时进行。该位置对应于第一个活塞的交叉上止点位置之前大约30°CRK。

按照它们的实施顺序的三次压力测量被称为MAP1、MAP2和MAP3。MAP1和MAP2对应于压力谷值，而MAP3对应于压力峰值。

在进行这三次测量时，计算：

- 测量的前两个压力的平均值，即(MAP1+MAP2)/2，以及

- MAP3和这个平均值之间的差值，称为MAP：

MAP = MAP3–(MAP1+MAP2)/2。

当MAP值高于预定值时，估计空气过滤器堵塞。预定值被限定为取决于允许堵塞的程度。它取决于发动机转速ω和节流阀的（角）位置，该位置称为TPS。

在上面的MAP的确定中，MAP3值基本上是恒定的，并且基本上对应于大气压力。进气管的几何形状也对该值有影响，但总是以相同的方式对其有影响。相反，当空气过滤器堵塞时，MAP1和MAP2值会降低。实际上，空气因此难以到达发动机，且当空气被吸入气缸时，观察到进气管中更大的低压。因此，差值MAP随着空气过滤器的堵塞而增加。

为了避免空气过滤器堵塞的错误检测，优选地，如图2所示，在认为过滤器堵塞之前进行多次堵塞检测。因此，提供了增量值N，当检测到堵塞时，该增量值例如递增一个单位，并且当MAP值保持低于预定阈值时，该增量值例如递减一个单位。因此，当N超过一个值No时，空气过滤器被认为是堵塞的，且指示灯点亮。

因此实现了对空气过滤器堵塞的可靠检测，并且通过点亮指示灯提醒用户需要更换该过滤器。

上述方法提供的优点是不需要存在特定的传感器来检测空气过滤器的堵塞（或结垢或阻塞）。

这种方法的另一个优点是它只使用一个传感器。因此，即使由传感器测量的绝对值是错误的，因为检测是基于压力差值，所以传感器能够可靠地工作。由于这个原因（单个传感器），当外部条件发生变化（海拔变化、外部大气压力变化等）时，检测也保持可靠。

所描述的方法也可以适用于二冲程或四冲程的单缸发动机。这种方法也可以针对化油器式发动机来实现。压力测量策略需要根据发动机进行调整。想法是在空气进入至少一个气缸的阶段结束时测量进气管中的低压，并将该低压与例如气缸中排气阶段之后产生的该进气管中的“高”压力进行比较。

一方面当压力（或压力差值）高于预定阈值时进行该检测，以及另一方面该检测取决于发动机参数（在这种情况下是发动机转速和进气节流阀的打开角度）的事实使得可以在尽可能接近空气过滤器堵塞状态的情况下检测到堵塞。

基于前述描述，本领域技术人员将能够设想用于检测空气过滤器堵塞的多种变型。

因此，例如，可以调整压力（低压和高压）测量的次数。可能只有一次或两次以上的低压测量。类似地，可以进行两次（或更多次）高压测量，而不是进行一次高压测量。当测量多个压力（同一类型，低或高）时，建议计算测量值的算术平均值。可以设想用于处理这些压力的另一种计算，例如加权平均值，以便赋予特定的某种测量更大的重要性。

为了简化该方法，可以规定仅在节流阀完全打开时进行检测。这限制了执行检测的范围，但不会降低检测的可靠性。

错误检测的管理方式可以完全不同于上文提出的使用增量变量N的管理方式。例如，可以规定需要预定数量的连续的确定以便确定过滤器堵塞。

当然，本发明不限于上文描述的方法实施例或提及的变型，而是还涉及在本领域技术人员能力范围内的实施例变型。

Claims

1.一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的检测方法，所述内燃发动机一方面包括在气缸中移动的至少一个活塞，另一方面包括新鲜空气进气管和能够改变所述进气管中的空气通道截面的装置，

其特征在于，当进气管中的空气通道截面大于预定的通道截面时，其包括以下步骤：

- 在空气进入气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 根据一方面在空气进入气缸的阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力与另一方面在排气阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力之间进行的比较来确定空气过滤器的堵塞，当所述比较产生的值高于预定值时，则估计过滤器堵塞。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，当相应的活塞处于其下止点位置时，例如距其下止点位置±20°时，可以执行在空气进入气缸的阶段结束时的压力测量。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的检测方法，其特征在于，当相应的活塞距其上止点位置大约-30°时，例如距其上止点位置-50°和-10°之间，可以执行在气缸中的排气阶段结束时的压力测量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的检测方法，其特征在于，当用于确定空气过滤器堵塞的几个步骤已经得出空气过滤器堵塞的估计时，则认为空气过滤器堵塞。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的检测方法，其特征在于，其还包括当检测到空气过滤器堵塞时，例如视觉或听觉地发出指示的步骤。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述内燃发动机包括各自在气缸中运动的两个活塞，并且当进气管中的空气通道截面大于预定的通道截面时，其包括以下步骤：

- 在空气进入第一气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在空气进入第二气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在第一气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 通过计算一方面在第一气缸中的排气阶段结束时测量的压力和另一方面在空气进入第一气缸和进入第二气缸的阶段结束时测量的两个压力的平均值之间的差值，并通过将所述差值与预定压力值进行比较来确定空气过滤器的堵塞，当所述比较产生的值高于所述预定值时，则估计过滤器堵塞。

7.一种计算机程序产品，其包括一系列代码指令，用于当所述计算机程序产品由电子计算机实现时，实现如权利要求1至6中的任一项所述的用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的检测方法。

8.一种用于检测内燃发动机中的空气过滤器堵塞的装置，包括：

- 用于确定发动机转速的装置，

- 电子计算机，

- 新鲜空气进气管，

- 能够测量进气管中的压力的压力传感器，以及

- 能够改变所述进气管中的空气通道截面的装置，

其特征在于，所述装置包括被配置成完成以下各项的电子器件：

- 在空气进入气缸的阶段结束时测量进气管中的压力，

- 在气缸中的排气阶段结束时测量进气管中的压力，

- 通过在一方面在空气进入气缸的阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力和另一方面在排气阶段结束时的至少一次压力测量期间测量的至少一个压力之间进行的比较来确定空气过滤器的堵塞，当所述比较产生的值高于预定值时，则估计过滤器堵塞。

9.一种内燃发动机，其特征在于，其包括如权利要求8所述的用于检测空气过滤器堵塞的装置。