專利名稱：動態(tài)修正空氣流量傳感器檢測的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及內燃機的空氣流量系統(tǒng)，尤其涉及用于修正該系統(tǒng)的
空氣流量傳感器^r測的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
可使用熱線或熱膜風速計式傳感器來檢測空氣流量(MAF)。這些 類型的傳感器使用在汽油機或柴油機的發(fā)動機控制系統(tǒng)中。M A F檢測 用于控制發(fā)動機內燃料與空氣的比例。MAF傳感器將流過熱感元件的 空氣轉換為電信號。信號的強度由將元件保持在超過引入的環(huán)境空氣 溫度的恒定溫度所需的能量來確定。當通過加熱元件的氣流的容量和 密度(質量)變化時，就調整該元件的溫度以保持加熱元件的所需溫 度。電流的變化對應于引入的空氣的特定特征(熱、冷、干、濕、高 /低壓)?？刂颇K監(jiān)測電流的變化，以確定空氣量，并計算精確的 燃料需求。
在瞬時發(fā)動機運行期間，MAF傳感器讀取延遲或相位變遷會不利地 影響對空氣燃料比、發(fā)動機煙控制系統(tǒng)和廢氣再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)的 控制。已經(jīng)進行了許多嘗試來克服MAF傳感器讀取的瞬時延遲。 一個 方法是采用數(shù)字平均法專欠件(digital averaging software)和濾波 函數(shù)來人工轉換MAF傳感器信號。另 一方法是采用歧管容量填充模型 (manifold volume filling model)。
研發(fā)這些方法，以便在超過各氣缸新鮮空氣量的預測時來修正MAF 傳感器。當各氣缸新鮮空氣量的預測極度偏低時，該方法并不修正。 在發(fā)動機的瞬時操作期間會發(fā)生預測偏低?？諝饬鞯念A觀'J偏低會嚴重 地不利于車輛的駕駛性能。這些方法還未考慮發(fā)動機速度變化的影 響。在具有渦輪增壓器的柴油機中，由于渦輪滯后，所以歧管壓力變 化小，但是發(fā)動才幾速度變化迅速，因而這些方法對這種柴油才幾的初始 車輛起動情形并不適用。
還可使用速度-密度計算或多相動態(tài)空氣(multi-zoned Dyna-Air )算法來替代MAF傳感器。這些方法復雜，需要使用大量的試驗數(shù) 據(jù)。
發(fā)明內容
因此， 一 種用于操作于瞬時情形下的渦輪增壓柴油機的空氣流量 傳感器檢測修正系統(tǒng)，包括信號輸入裝置，該信號輸入裝置基于渦輪 增壓柴油機的發(fā)動機速度產(chǎn)生發(fā)動機速度信號?？刂颇K接收所述發(fā)
動機速度信號，并從所述發(fā)動機速度信號的微分和常數(shù)來計算空氣流 量的修正值。
在其它方面，所述常數(shù)從所述發(fā)動機的排量、所述發(fā)動機的容積 效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少一個來確定。所述常數(shù)可 基于所述信號輸入裝置的延遲和所述控制模塊處理的延遲來進行調 節(jié)。
在另一方面，所述控制模塊確定所述發(fā)動機速度信號的微分，并
根據(jù)下面的公式從所述常數(shù)和所述微分計算所述修正值
麵F _ ^ ^KPM
--代，-。
在另 一方面，所述空氣流量傳感器檢測修正系統(tǒng)包括第二信號輸 入裝置，該第二信號輸入裝置基于聯(lián)接到所述發(fā)動機的進氣歧管的壓 力產(chǎn)生歧管絕對壓力信號。所述控制模塊接收所述歧管絕對壓力信 號，并根據(jù)下面的公式，從所述發(fā)動機速度信號、所述歧管絕對壓力
信號和所述第 一 常數(shù)計算空氣流量的修正值
在再一方面，所述控制模塊確定所述發(fā)動機速度信號的微分，確 定所述歧管絕對壓力信號的微分，并且根據(jù)下面的公式，基于所述發(fā) 動機速度信號的所述微分、所述歧管絕對壓力信號的所述微分、所述 常數(shù)以及所述第二常數(shù)來計算修正值
<formula>formula see original document page 8</formula> <formula>formula see original document page 9</formula>
在再 一 方面，所述控制模塊確定所述歧管絕對壓力信號的微分， 并且根據(jù)下面的公式，基于所述歧管絕對壓力信號的所述微分和所述
第 一 常數(shù)來計算所述修正值
<formula>formula see original document page 9</formula>
在再 一 方面，所述控制模塊從所述修正值確定每個氣缸的空氣流 量值。所述控制模塊基于每個氣缸的所述空氣流量值控制所述發(fā)動機 的燃料噴射器。
根據(jù)下文中所提供的詳細描述，本發(fā)明適用性的其它方面也是顯 而易見的。應當理解，盡管示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是其詳細 描迷和具體實例僅僅是示意性目的，而不是限制本公開的范圍。
才艮據(jù)下面的詳細描述和附圖，可更加全面地理解本發(fā)明，其中 圖1為示出渦輪增壓柴油機系統(tǒng)的功能框圖； 圖2為柴油機的氣缸的截面圖3為示出由發(fā)動機系統(tǒng)的控制模塊執(zhí)行的計算MAF傳感器修正值 的方法的步驟的流程圖4為示出MAF傳感器修正方法的圖表。
具體實施例方式
實質上，下列優(yōu)選實施例的描述僅僅是示意性的，而絕不是限制 本發(fā)明及其應用或使用。為簡便起見，附圖中使用相同的附圖標記來 表示相似的元件。如本文所使用的，術語模塊指的是特定用途集成電 路(ASIC)、電子電路、執(zhí)行一種或多種軟件或硬件程序的處理器(共 享、專用或群組的)和存儲器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它 合適部件。 現(xiàn)在參考圖l,渦輪增壓柴油機系統(tǒng)10包括發(fā)動機12,該發(fā)動機12 燃料空氣與燃料混合物以產(chǎn)生驅動扭矩?？諝馔ㄟ^空氣過濾器14進入 系統(tǒng)。通過空氣過濾器之后，空氣吸入壓縮機16。壓縮機16壓縮進入 系統(tǒng)10的空氣。通?？諝獾膲嚎s越大，發(fā)動機12的輸出就越大。然后， 空氣在進入進氣歧管20之前通過空氣冷卻器18?？諝饫鋮s使得空氣變 密。然后，空氣冷卻器18將空氣釋放入進氣歧管20。進氣歧管20內的 空氣分配入氣缸22中。雖然示出的是單個氣缸22,但是應當理解，本 發(fā)明的動態(tài)空氣流量檢測修正系統(tǒng)還可在具有多個氣缸(包括，但不 限于2、 3、 4、 5、 6、 8、 10、 12個氣缸)的發(fā)動機中執(zhí)行。
現(xiàn)在參考圖2，發(fā)動機的進氣門24有選擇地打開和關閉，以使空氣 能夠進入氣缸22。進氣門位置由進氣凸輪軸(未示出)調節(jié)。燃料噴 射器26同時向氣缸22內噴射燃料。燃料噴射器26控制成在氣缸22內提 供所需的空燃比(A/F)。熱空氣的壓縮點燃了氣缸22內的燃料，驅 動了活塞28。活塞28隨之驅動曲軸30產(chǎn)生驅動扭矩。當排氣門32處于 打開位置時，氣缸22內的燃燒廢氣被排出排氣口。排氣門位置由排氣 凸輪軸(未示出)調節(jié)。盡管示出的是單個進氣門24和排氣門32，但 是應當理解，發(fā)動機12可每個氣缸包括多個進氣門24和排氣門32。
再參考圖l，氣缸內的燃燒廢氣被排出排氣口 ，進入排氣歧管33。 因此，廢氣可返回到進氣歧管20和/或在排氣系統(tǒng)(未示出)中進行 處理再釋放到大氣中。在可選實施例中，發(fā)動機系統(tǒng)中還可包括廢氣 再循環(huán)(EGR)系統(tǒng)(虛線所示)。EGR系統(tǒng)包括EGR冷卻器35和調節(jié)流 回進氣歧管20的廢氣的EGR氣門37。再循環(huán)回進氣歧管20的廢氣量還 降低了發(fā)動機氣缸內的燃燒溫度，影響了發(fā)動機扭矩輸出。
空氣流量(MAF)傳感器40感測進氣流的量，并產(chǎn)生MAF信號42。 進氣歧管溫度UMT)傳感器44感測進氣歧管的溫度，并產(chǎn)生進氣歧 管溫度信號46。歧管絕對壓力(MAP)傳感器48感測進氣歧管20內的 壓力，并產(chǎn)生MAP信號50。發(fā)動機速度傳感器52感測發(fā)動機12的曲軸30 的轉速，并產(chǎn)生單位為轉數(shù)每分鐘UPM)的發(fā)動機速度信號54。
控制模塊6Q接收上述信號42、 46、 5Q和54。控制模塊6Q基于這些 信號的解譯和本發(fā)明的空氣流量傳感器修正方法來控制發(fā)動機系統(tǒng) 10。更具體地，控制模塊60解譯這些信號，并利用基本發(fā)動機空氣物 理學從瞬時發(fā)動機操作期間的信號來計算空氣流量修正值。然后將該
修正值應用到每個氣缸的空氣的計算上。然后使用每個氣缸的空氣值
控制氣缸22的燃料噴射器26。每個氣缸的空氣值還可用于控制EGR系 統(tǒng)和/或煙控制系統(tǒng)(未示出)。
下面描述空氣流量傳感器的修正方法。實際的發(fā)動機氣流與四沖 程發(fā)動才幾的理論氣流比與發(fā)動才幾的容積效率^相關，如下面的公式
<formula>formula see original document page 11</formula>
筒化為
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，MAF為系統(tǒng)的空氣流量，單位為克每秒?？刂颇K60從MAF信號 42確定該值。^卻可根據(jù)發(fā)動機12的氣缸22的大小和數(shù)目變化。將^ 除以二來計算每個循環(huán)轉兩圈的四沖程發(fā)動機的氣缸22的實際排量。 RPM為發(fā)動機速度，單位為轉數(shù)每分。控制模塊60從發(fā)動機速度信號52 確定該值。將其除以六十則轉換為相對于秒的公式。
Aww為空氣的充氣密度，單位為千克每立方米?？刂颇K60從下
面的公式計算:
<formula>formula see original document page 11</formula>
其中，MAP為從MAP信號48確定的進氣歧管絕對壓力，單位為千帕。 ^。，為氣體常數(shù)，IMT為由IMT信號44確定的進氣歧管溫度，單位為開 式溫度。
為清楚空氣流量對輸入的依賴，公式可寫成明確的形式<formula>formula see original document page 12</formula>
在上面的關系中，發(fā)動才幾排量^鄉(xiāng)和氣體凡—s幾乎不變。W為才企測
氣缸22進排氣有多好的容積效率。^的變化可為適中的，范圍從百分 之十至百分之二十。數(shù)值變化大的參數(shù)是RPM和MAP。 RPM和MAP可經(jīng)歷 達百分之二百至百分之三百的百分比變化。例如，RPM范圍可/人怠速 時的60Q RPM至3200之高。對于在海平面的才喿作，MAP范圍可/人怠速時 的近IOO kPa至275 kPa之高。盡管公開了示意性的范圍，但是也可使 用其它數(shù)值。
通過將變化參數(shù)集合成常數(shù)K，通過下面的公式，從RPM和MAP中的 變化可預計MAF中的大致變化
<formula>formula see original document page 12</formula>
常數(shù)K可基于系統(tǒng)的排量、歧管溫度、氣體常數(shù)和容積效率來選擇。 該常數(shù)還可考試由于發(fā)動機系統(tǒng)10的組件的長度及容量變化引起的傳 感器讀取或控制器處理的系統(tǒng)延遲和/或時間差。
現(xiàn)在參考圖2，示出了控制模塊根據(jù)MAF傳感器修正方法執(zhí)行的步 驟。在步驟100中，控制解譯系統(tǒng)的傳感器的信號。解譯的信號用在MAF 的孩i分運算中。在步驟110中，控制可選定忽略RPM與MAP之間的相互 影響，在步驟120中，從常數(shù)、、常數(shù)、、MAP微分和RPM微分計算MAF 微分。常數(shù)^和^是可選的。其關系可由下面的公式表示
<formula>formula see original document page 12</formula>
另外，在步驟130中，控制可選定忽略MAP信號，在步驟140中，從 常數(shù)、和RPM微分計算MAF微分。常數(shù)^是可選的。下面的公式示出了 其關系 <formula>formula see original document page 13</formula>可選拷，地，在步驟150中，控制可選定忽略RPM信號，在步驟160中， 從常數(shù)K4和MAP微分計算MAF微分。常數(shù)K,是可選的。下面的公式示出 了其關系
-=-
另夕卜，在步驟170中，控制通過考慮MAP與RPM之間的相互影響、RPM 微分、MAP微分和常數(shù)K。來計算MAF微分。常數(shù)K。是可選的。下面的公 式示出了其關系
<formula>formula see original document page 13</formula>基于MAF微分，可計算每個氣缸的空氣值。在步驟180中，控制將MAF 樣i分力口到i十算的每個氣虹的MAF寸直(MAFPC) 。 /人MAF、 MAP禾口常數(shù)4直i十 算MAFPC。其常數(shù)值從每個循環(huán)的轉數(shù)及每個發(fā)動機的氣缸數(shù)來確定。 對于四沖程每循環(huán)轉兩圏的八缸發(fā)動機，常數(shù)值為15。其中每分的秒 數(shù)60乘以每循環(huán)的轉數(shù)2再除以每發(fā)動機的氣缸數(shù)8。具有常數(shù)值15的 MAFPC的y^式示為<formula>formula see original document page 13</formula>
現(xiàn)在參考圖4，示出了將修正方法應用至四沖程八缸發(fā)動機的實例 結果的曲線圖。沿著200處的x軸顯示了時間，單位為秒。沿著210處 的左側y軸顯示了每個氣缸每個RPM的MAF。沿220處的右側y軸顯示了節(jié) 氣門位置打開百分比。在230處，以百分比顯示的節(jié)氣門位置值示出 了發(fā)動機的瞬時情形。在240處示出了從傳統(tǒng)回歸試驗數(shù)據(jù)計算的速
度-密度值。在250處示出了未使用修正方法的每個氣缸的MAF值。在260 處示出了新的每個氣缸MAF修正計算的效果，其中圖示計算的每個氣 缸的MAF值包括基本符合傳統(tǒng)速度-密度計算值的修正項目。
本領域的技術人員從前面的描述應當理解，本發(fā)明廣泛的教導可 以多種形式執(zhí)行。因此，盡管根據(jù)其特定實施例描述了本發(fā)明，但是 由于通過對附圖、說明書和所附權利要求的研究，其它修改對于技術 人員也是顯而易見的，所以本發(fā)明的實際范圍不應當這樣限制。
權利要求
1.一種用于操作于瞬時情形下的渦輪增壓柴油機的空氣流量傳感器檢測修正系統(tǒng)，包括發(fā)動機速度信號輸入裝置，該發(fā)動機速度信號輸入裝置基于渦輪增壓柴油機的發(fā)動機速度接收發(fā)動機速度信號；以及控制模塊，該控制模塊接收所述發(fā)動機速度信號，并從所述發(fā)動機速度信號的微分和第一常數(shù)來計算空氣流量的修正值，并且該控制模塊將所述修正值應用到檢測的空氣流量值。
2. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述第一常數(shù)A/v所述發(fā)動機的 排量、所述發(fā)動機的容積效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少 一個來確定。
3. 如權利要求2所述的系統(tǒng)，其中所述第一常數(shù)基于所述信號輸 入裝置的延遲和所述控制模塊處理的延遲來進行調節(jié)。
4. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊確定所述發(fā)動機 速度信號的微分，并根據(jù)下面的公式從所述第 一 常數(shù)和所述微分計算 所述修正值tM4F 一 ^KPM -=K，-。
5. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，還包括歧管絕對壓力信號輸入裝置， 該歧管絕對壓力信號輸入裝置基于聯(lián)接到所述發(fā)動機的進氣歧管的壓 力接收歧管絕對壓力信號，其中所述控制模塊可接收所述歧管絕對壓 力信號，并且可操作，以從所述發(fā)動機速度信號、所述歧管絕對壓力 信號和所述第 一常數(shù)計算空氣流量的修正值。
6. 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊確定所述發(fā)動機 速度信號的微分，確定所述歧管絕對壓力信號的微分，并且根據(jù)下面 的公式，基于所述發(fā)動機速度信號、所述歧管絕對壓力信號、所述發(fā) 動機速度信號的所述微分、所述歧管絕對壓力信號的所述微分以及所 述第一常數(shù)來計算所述修正值 <formula>formula see original document page 3</formula>
7. 如權利要求5所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊確定所述發(fā)動機 速度信號的微分，確定所述歧管絕對壓力信號的微分，并且根據(jù)下面 的公式，基于所述發(fā)動機速度信號的所述微分、所述歧管絕對壓力信 號的所述微分、所述第一常數(shù)以及第二常數(shù)來計算所述修正值<formula>formula see original document page 3</formula>
8. 如權利要求7所述的系統(tǒng)，其中所述第二常數(shù)從所述發(fā)動機的 排量、所述發(fā)動機的容積效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少 一個來確定。
9. 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中所述第二常數(shù)基于所述信號輸 入裝置的延遲和所述控制模塊處理的延遲來進行調節(jié)。
10. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，還包括歧管絕對壓力信號輸入裝 置，該歧管絕對壓力信號輸入裝置基于進氣歧管的空氣壓力接收歧管 絕對壓力信號，其中所述控制模塊可接收所述歧管絕對壓力信號，并 且可操作，以從所述歧管絕對壓力信號和所述第一常數(shù)計算空氣流量 的所述》f正值。
11. 如權利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述控制才莫塊確定所述歧管 絕對壓力信號的微分，并根據(jù)下面的公式，基于所述歧管絕對壓力信 號的所述微分和所述第 一常數(shù)計算所述修正值<formula>formula see original document page 3</formula>
12. 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊從所述修正值確 定每個氣缸的空氣流量值。
13. 如權利要求12所述的系統(tǒng)，其中所述控制模塊基于每個氣缸 的所述空氣流量值控制所述發(fā)動機的燃料噴射器。
14. 一種修正操作于瞬時情形下的發(fā)動機的空氣流量傳感器檢測的方法，包括檢測發(fā)動機的速度；確定所述發(fā)動機的所述速度的一階微分；以及 基于所述速度的所述一階微分和第一常數(shù)計算空氣流量傳感器檢 測的值。
15. 如權利要求14所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的排量、 所述發(fā)動機的容積效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少一個來 選擇所述第一常數(shù)。
16. 如權利要求14所述的方法，其中所述計算步驟基于下面的公式<formula>formula see original document page 4</formula>
17. 如權利要求14所述的方法，還包括 從所述發(fā)動機的進氣歧管檢測空氣壓力； 確定所述歧管的所述空氣壓力的二階微分；并且 其中所述計算步驟進一步描述為基于所述速度的所述一階微分、所述第 一 常數(shù)、所述空氣壓力的所述二階微分以及第二常數(shù)來計算修 正值。
18. 如權利要求17所述的方法，其中所述計算步驟基于下面的公式<formula>formula see original document page 4</formula>
19. 如權利要求17所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的排量、所述發(fā)動機的容積效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少一個來 選擇所述第二常數(shù)。
20. 如權利要求17所述的方法，其中所述計算步驟進一步描述為 基于所述發(fā)動機的所述速度、所述速度的所述一階微分、所述第一常 數(shù)、所述空氣壓力以及所述空氣壓力的所述二階微分來計算修正值。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述計算步驟基于下面的公式<formula>formula see original document page 5</formula>
22. 如權利要求14所述的方法，還包括基于所述修正值計算每個 氣缸的空氣流量。
23. 如權利要求22所述的方法，還包括基于每個氣缸的所述空氣 流量值控制所述發(fā)動機的燃料。
24. 如權利要求22所述的方法，還包括基于每個氣缸的所述空氣 流量值控制所述發(fā)動機的廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
25. 如權利要求22所述的方法，還包括基于每個氣缸的所述空氣 流量值控制煙控制系統(tǒng)。
26. —種修正具有進氣歧管的發(fā)動機系統(tǒng)的空氣流量傳感器檢測 的方法，包4舌檢測歧管的空氣壓力； 確定所述空氣壓力的一階微分；以及基于所述空氣壓力的所述一 階微分和第 一常數(shù)計算空氣流量傳感 器檢測的修正值。
27. 如權利要求26所述的方法，還包括基于所述發(fā)動機的排量、 所述發(fā)動機的容積效率、進氣歧管的溫度和氣體常數(shù)中的至少一個來 選擇所述第一常數(shù)。
28. 如權利要求26所述的方法，其中所述計算步驟基于下面的公式<formula>formula see original document page 5</formula>
29.如權利要求26所述的方法，還包括基于所述修正值計算每個 氣缸的空氣流量。
30. 如權利要求29所述的方法, 流量值控制所述發(fā)動機的燃料。
31. 如權利要求29所述的方法,流量值控制廢氣再循環(huán)系統(tǒng)。
32. 如權利要求29所述的方法，流量值控制煙控制系統(tǒng)。還包括基于每個氣缸的所述空氣 還包括基于每個氣缸的所述空氣 還包括基于每個氣缸的所述空氣
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動態(tài)修正空氣流量傳感器檢測的方法，具體是一種修正操作于瞬時情形下的發(fā)動機的空氣流量傳感器檢測的方法，包括檢測發(fā)動機的速度；確定所述發(fā)動機的所述速度的一階微分；以及基于所述速度的所述一階微分和第一常數(shù)計算空氣流量傳感器檢測的值。本發(fā)明還涉及一種用于操作于瞬時情形下的渦輪增壓柴油機的空氣流量傳感器檢測修正系統(tǒng)，包括發(fā)動機速度信號輸入裝置，該發(fā)動機速度信號輸入裝置基于渦輪增壓柴油機的發(fā)動機速度接收發(fā)動機速度信號?？刂颇K接收所述發(fā)動機速度信號，并從所述發(fā)動機速度信號的微分和常數(shù)來計算空氣流量的修正值。
文檔編號F02D41/18GK101173637SQ20071016671
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月5日 優(yōu)先權日2006年11月3日
發(fā)明者Y·肖 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司