用於確定進氣空氣品質的方法和設備的製作方法

2023-05-29 00:58:46 2

專利名稱：用於確定進氣空氣品質的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及監測內燃機中的進氣空氣品質。
背景技術：
已知內燃機以預定空氣/燃料比操作。空氣/燃料比能夠通 過確定進入發動機的空氣品質流量並據此來控制發動機燃料供應而被 控制。空氣品質流量能夠使用空氣流量計量裝置來測量或者使用速度/ 密度方程基於發動機操作狀況來估計。 已知的空氣流量計量裝置基於風速測定原理來操作，採 用能夠是熱絲裝置或者熱膜裝置的感測單元。感測單元包括設置在空 氣流中的加熱元件，通過增加電功率能夠將加熱元件保持在高於環境 空氣溫度的恆定溫度差。將加熱元件保持在合適的溫度差所需要的電 功率的量與經過感測單元的空氣品質流率直接相關。已知將用以將感 測單元的加熱元件保持在合適溫度的電功率的量作為數位訊號傳送給 控制模塊，所述數位訊號包括脈寬調製信號。 已知進入發動機的空氣品質流量可能由於發動機限流、 進氣門的開啟和關閉以及進入發動機氣缸的有關空氣流和其它因素所 引起的發動4幾進氣系統中的動態狀況而波動。已知這種波動在三缸、 四缸和五缸發動機中最能識別。空氣品質流量的波動可能包括反向流， 即遠離發動機的空氣流。波動和其它狀況可能在測量進入發動機的空 氣質量流量時引入誤差。

發明內容
內燃機使用進氣空氣和燃料操作。用於確定進入內燃機 的進氣空氣品質的方法包括使得空氣進氣系統配備有空氣計量系統， 所述空氣計量系統配置成產生信號輸出，所述信號輸出具有能與進氣 空氣品質相關聯的循環周期。在發動機事件期間監測來自於所述空氣計量系統的信號輸出，且確定來自於所述空氣計量系統的信號輸出的 連續循環周期。所述連續循環周期中的每個的進氣空氣品質被確定並 積分。


圖1是根據本發明的示意圖；
圖2是根據本發明的數據曲線； [0010圖3是根據本發明的算法流程圖；和圖4是根據本發明的分析數據曲線。
具體實施例方式
發動機10包括具有進氣歧管12的多缸內燃機，進氣歧 管12流體地連接到空氣進氣系統20。發動機10包括具有多個氣缸的 氣缸蓋和發動機本體，氣缸包含往復活塞，活塞可在氣缸中滑動移動。 氣缸蓋、氣缸、和活塞形成可變容積燃燒室16。每個活塞連接到旋轉 曲軸，活塞的線性往復移動通過曲軸轉換成旋轉運動。曲軸的旋轉位 置由曲軸傳感器18監測。每個燃燒室16中的進氣空氣和殘餘排氣的 流量由一個或多個進氣門15控制。流出每個燃燒室16到達排氣歧管 (未示出)的排氣流量由一個或多個排氣門17控制。進氣門15和排 氣門17的開啟和關閉能夠使用致動裝置(未示出)控制，致動裝置包 括單個凸輪軸、雙凸輪軸或者使用電動-液壓、液壓和電控力中的一種 來致動的其它裝置。用於開啟和關閉進氣門15和排氣門17的致動裝 置可以包括由控制模塊50控制且可與凸輪軸結合或者與凸輪軸分開操 作的可變凸輪定相裝置、可變氣門定時裝置和可變氣門開啟裝置。進 氣門15和排氣門17的開啟和關閉使用曲軸的旋轉來標引(index)， 使得在活塞從上止點(下文稱為TDC)向下 點(下文稱為BDC)移 動時燃燒室16的發動機循環的進氣沖程期間發生進氣門15的開啟。此外，在氣缸從BDC位置向TDC位置移動時燃燒室16的發動機循環 的排氣沖程期間發生排氣門17的關閉。 空氣進氣系統20優選地包括空氣過濾裝置22,空氣過濾 裝置22流體地連接到通向節氣門14的管道系統24，節氣門14可操作 控制進入進氣歧管12的空氣流量。節氣門14優選包括響應於來自於 控制模塊50的控制信號的電子控制裝置。四分之一波長管形式的振蕩 器裝置26能夠作為空氣進氣系統20的元件安裝，用於聲音管理。 包括空氣計量器30和信號調節電路40的空氣計量系統 35監測空氣進氣系統20中的進氣空氣流量。空氣計量器30優選包括 可操作產生電阻的變化的熱絲風力計裝置，所述電阻能夠與流經空氣 計量器30的進氣空氣品質相關聯。來自於空氣計量器30的電導線電 連接到信號調節電路40。信號調節電路40包括電阻橋接電路42，通 常稱為惠斯通電橋。空氣計量器30形成電阻橋接電路42的一個分支。 電阻橋接電路42包括空氣計量器30和溫度敏感性電阻器，溫度敏感 性電阻器包括設置成感測環境溫度的至少一個電阻器(Rl和R2)。溫 度敏感性電阻器每個都形成為使得其電阻隨著環境溫度的變化而變 化。電阻的變化覆蓋通過空氣計量器30的進氣空氣的潛在溫度範圍。 電阻橋接電路42包括其它電阻器(R3和R4),以形成用於信號處理 的分壓器。替代地，其它空氣計量器傳感器，例如熱膜風力計，能夠 用於監測空氣品質流量並產生能與空氣進氣系統2 0中的進氣空氣流量 相關聯的信號輸出。 空氣計量器30放置在空氣進氣系統20的空氣流中。當 進氣空氣流經空氣計量器30時，驅散與空氣品質流量的大小成比例的 熱量。因而，電阻橋接電路42上的電壓輸出是經過空氣計量器30的 散熱的測量，所述散熱由環境溫度補償，並與經過空氣進氣系統20中 的空氣計量器30的空氣品質流量相關聯。 信號調節電路40包括運算放大器44 (OP)和壓控振蕩 器46 ( VCO)。來自於電阻橋接電路42的電信號輸出被輸入到運算放 大器44 (OP),運算放大器44產生模擬電壓，模擬電壓輸入給壓控 振蕩器46(VCO)。壓控振蕩器46產生數字脈寬調製信號，所述數字 脈寬調製信號具有基於輸入給其的模擬電壓的大小的循環周期。由壓 控振蕩器46產生的數字脈寬調製信號經由線束信號連接到控制模塊50
7的時間處理單元56 (TPU)。時間處理單元56監測從壓控振蕩器46 輸出的數字脈寬調製信號且基於空氣計量器30的預定標定值將它轉換 成進氣空氣品質的大小。 控制模塊50優選地包括通用數字計算機，通用數字計算 機大體包括微處理器或中央處理單元(CPU) 54、存儲介質(包括非 易失性存儲器和隨機存取存儲器(RAM)，非易失性存儲器包括只讀 存儲器(ROM)和電子可編程只讀存儲器(EPROM))、高速時鐘、 模數和數模電路、輸入/輸出電路和裝置(包括時間處理單元56)以及 合適的信號調節和緩沖電路。控制模塊50具有一組控制算法，所述控 制算法包括存儲在非易失性存儲器中的常駐程序指令和標定值。所述 算法可以在預定循環期間被執行使得每個算法在每個循環中至少被執 行一次。算法由中央處理單元54執行，以監測來自前述感測裝置的輸 入並且執行控制和診斷程序從而用預定標定值控制致動器的操作。在 持續進行的發動機操作期間，循環通常以固定間隔例如每3.125、 6.25、 12.5、 25和100毫秒被執行。替代性地，算法可響應於事件的發生而 被執行。 圖3和4示意性地並以圖表的形式示出了優選在控制才莫 塊50中執行的算法，以確定發動機操作期間單個發動機事件的進氣空 氣質量。所示發動機事件包括燃燒循環的空氣進氣部分，包括在一個 燃燒循環期間進入發動機10的一個燃燒室16的進氣空氣流。從空氣
8計量系統35輸入的信號使用優選在時間處理單元56 (TPU)中執行的 算法52來監測。每個發動機事件的開始和結束由具體的發動機位置觸 發，該位置包括每個活塞的進氣下止點(下文稱為進氣BDC)位置。 發動機事件的開始和結束優選通過監測曲軸傳感器18來識別。空氣計 量器30對空氣進氣系統20中的進氣空氣流量作出響應，且信號調節 電路40據此產生一系列數字脈寬調製信號，所述數字脈寬調製信號被 輸入給控制模塊50的時間處理單元56。時間處理單元56執行算法52 以監測和識別所示的數字脈寬調製信號中的每個的下降沿(110)並確 定循環周期(單位毫秒)(120)。循環周期包括在數字脈寬調製信號 的連續下降沿之間經過的時間。連續循環周期中的每個的進氣空氣質 量(Amaf)採用與參考圖2所描述的標定值相似的標定值基於循環周 期來確定(130)。在發動機事件期間，循環周期中的每個的進氣空氣 質量(Amaf)通過優選地求和每個連續循環周期的進氣空氣品質(2 (Amaf))而積分(140)。中央處理單元54監測曲軸傳感器18以識 別發動機事件的結束(150)，且當識別到發動機事件的結束時，基於 在發動機事件期間的連續循環周期的求和進氣空氣品質來確定發動機 事件的進氣空氣品質(mafEVENT) (160)。寄存器被清零且中央處理 單元等待下一發動機事件的發生。圖4示出了在一個發動機事件期間 的空氣品質流量。示出了空氣計量系統35的相應信號輸出和通過求和 每個連續循環周期的進氣空氣品質(S (Amaf))實現的積分進氣空氣 質量。在發動機事件的結束時(即，在每個活塞的進氣BDC時)確定 發動機事件的進氣空氣品質(mafEVENT)。控制模塊50使用發動機事 件的進氣空氣品質來控制發動機操作，包括發動機燃料供應、火花正 時、和燃燒循環的其它控制參數。進氣空氣品質的數值積分能夠在控 制模塊50的時間處理單元56中完成。由於進氣空氣品質的積分值是 質量單位，因此控制模塊50能夠使用該值來控制和估計。也可以在除 以總經過時間時轉換成空氣品質流率。 本發明已經描述了某些優選實施例及其變型。本領域技 術人員在閱讀和理解說明書以後可以想到其它變型和變化。因而，本 發明並不限於作為用於實施本發明的最佳模式公開的具體實施例，本 發明將包括落入所附權利要求範圍內的所有實施例。
權利要求
1.一種用於確定流入內燃機的進氣空氣品質的方法，包括使得空氣進氣系統配備有空氣計量系統，所述空氣計量系統配置成產生信號輸出，所述信號輸出具有能與進氣空氣品質相關聯的循環周期；確定發動機事件的開始；在發動機事件期間監測來自於所述空氣計量系統的信號輸出；確定在發動機事件期間來自於所述空氣計量系統的信號輸出的連續循環周期；確定來自於所述空氣計量系統的信號輸出的連續循環周期中的每個的進氣空氣品質；和將所述信號輸出的連續循環周期的進氣空氣品質進行積分。
2. 根據權利要求l所述的方法，還包括確定在單個燃燒循環期間流 入內燃機的燃燒室的進氣空氣品質。
3. 根據權利要求2所述的方法，其中，發動機事件的開始通過開始 開啟至燃燒室的進氣門來觸發。
4. 根據權利要求3所述的方法，其中，發動機事件的結束通過完全 關閉至燃燒室的進氣門來觸發。
5. 根據權利要求4所述的方法，包括監測曲軸傳感器的信號輸出以 確定發動機事件的開始和結束。
6. 根據權利要求l所述的方法，包括所述空氣計量系統配置成產生 具有能與進氣空氣品質的大小相關聯的循環周期的脈寬調製信號輸 出。
7. 根據權利要求6所述的方法，包括確定發動機事件期間連續脈寬 調製信號的循環周期。
8. 根據權利要求6所述的方法，包括標定值，所述標定值限定作為 脈寬調製信號的循環周期的函數的進氣空氣品質的大小。
9. 根據權利要求8所述的方法，包括預先確定標定值，所述標定值 限定作為脈寬調製信號的循環周期的函數的進氣空氣品質的大小。
10. 根據權利要求6所述的方法，包括測量脈寬調製信號的循環周 期的經過時間。
11. 一種測量進入發動機的空氣品質流率的方法，包括使得空氣進氣系統配備有空氣計量系統，所述空氣計量系統配置成產生能與進氣空氣品質相關聯的信號輸出； 監測來自於空氣計量系統的信號輸出； 確定來自於所述空氣計量系統的信號輸出的循環周期； 基於預定標定值來確定信號輸出的循環周期的進氣空氣品質； 將來自於所述空氣計量系統的信號輸出的連續周期的進氣空氣品質進行積分；和將所積分的進氣空氣品質除以連續周期的經過時間。
12. 根據權利要求ll所述的方法，其中，監測來自於空氣計量系統 的信號輸出包括監測來自於空氣計量系統的脈寬調製信號輸出。
13. 根據權利要求12所述的方法，其中，確定脈寬調製信號輸出的 循環周期包括測量在脈寬調製信號輸出的連續下降沿之間的經過時 間。
14. 根據權利要求ll所述的方法，其中，將在發動機事件期間來自 於進氣空氣計量器的信號輸出的連續周期的進氣空氣品質進行積分包 括將信號輸出的連續周期的進氣空氣品質進行求和。
15. 根據權利要求12所述的方法，其中，所述預定標定值包括在進 氣空氣品質的大小和來自於空氣計量系統的脈寬調製信號輸出的循環 周期之間的關係。
16. —種確定在燃燒循環期間進入內燃機的燃燒室的進氣空氣品質 的設備，包括空氣計量系統，包括適合於監測空氣進氣系統中的空氣流量的空氣計量器；和 電子電路，所述電子電路信號連接到所述空氣計量器且配置 成基於空氣計量器的輸出產生脈寬信號，其中，所述脈寬信 號具有能與進氣空氣品質相關聯的循環周期；和 控制模塊，所述控制模塊信號連接到所述空氣計量系統且配置成執 行算法代碼，所述算法代碼包括識別燃燒室的燃燒循環的開始的代碼；測量從電子電路產生的連續脈寬信號的循環周期的代碼；將所測量的連續脈寬信號的循環周期轉換成連續進氣空氣品質的代碼；和將燃燒室的燃燒循環期間的連續進氣空氣品質進行積分的代碼。
17. 根據權利要求16所述的設備，包括曲軸傳感器，所述曲軸傳感器配置成產生能與燃燒室的進氣門的開 啟和關閉相關聯的信號；和確定在燃燒循環期間進氣門的開啟和隨後關閉的代碼。
18. 根據權利要求16所述的設備，還包括具有進氣空氣品質的大 小和脈寬調製信號的相應循環周期的矩陣的代碼。
19. 根據權利要求16所述的設備，還包括基於燃燒室的燃燒循環 期間積分的連續空氣品質和燃燒室的燃燒循環的經過時間周期來確定 空氣品質流量的代碼。
全文摘要
用於確定進入發動機的進氣空氣品質的方法包括使得空氣進氣系統配備有空氣計量系統，所述空氣計量系統配置成產生信號輸出，所述信號輸出具有能與進氣空氣品質相關聯的循環周期。在某事件期間監測來自於所述空氣計量系統的信號輸出，且確定來自於所述空氣計量系統的信號輸出的連續循環周期。所述連續循環周期中的每個的進氣空氣品質被確定並積分。
文檔編號F02D41/18GK101657627SQ200880012231
公開日2010年2月24日 申請日期2008年4月9日 優先權日2007年4月17日
發明者Q·馬 申請人:通用汽車環球科技運作公司