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没有节气门之前的压力传感器的空气过滤器节流监控.pdf

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有节 气门 之前 压力传感器 空气 过滤器 节流 监控
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摘要
申请专利号:

CN200810003834.2

申请日:

2008.01.24

公开号:

CN101230807A

公开日:

2008.07.30

当前法律状态:

终止

有效性:

无权

法?#19978;?#24773;: 未缴年费专利权终止IPC(主分类):F02D 41/18申请日:20080124授权公告日:20100908终止日期:20160124|||授权|||实质审查的生效|||公开
IPC分类号: F02D41/18 主分类号: F02D41/18
申请人: 通用汽车环球科技运作公司
发明人: W·王; M·A·克罗平斯基; K·D·麦克莱恩
地址: 美国密执安州
优?#28909;ǎ?/td> 2007.1.24 US 11/626579
专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 原绍辉
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法律状态
申请(专利)号:

CN200810003834.2

授权公告号:

|||101230807B||||||

法律状态公告日:

2017.03.15|||2010.09.08|||2008.09.24|||2008.07.30

法律状态类型:

专利权的终止|||授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明涉及一种在内燃机的进气口监控空气流量节流的方法,所述方法包括:记录预定数量的节气门之前的压力样本,记录预定数量的空气质量流量样本,其分别对应于节气门之前的压力样本并基于所述节气门之前的压力样本和空气质量流量样本确定斜率。基于所述斜率确定所述空气过滤器是否导致空气流量过度节流。

权利要求书

权利要求书
1.  一种在内燃机的进气口监控空气流量节流的方法,包括:
记录预定数量的节气门之前的压力样本;
记录预定数量的空气质量流量样本,其分别对应于所述节气门之前的压力样本;
基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一斜率;和
基于所述斜率确定所述空气过滤器是否导致空气流量过度节流。

2.  如权利要求1所述的方法,其中所述记录的步骤发生在节气门位置和发动机转速(转/分)大于各自的阈值时。

3.  如权利要求1所述的方法,其中确定斜率的步骤发生在空气质量流量值的增量大于增量阈值时。

4.  如权利要求3所述的方法,进一步包括:
从所述空气质量流量样本确定最大空气质量流量值;和
从所述空气质量流量样本确定最小空气质量流量值;
其中所述空气质量流量值的增量计算为最大空气质量流量值和最小空气质量流量值之间的差。

5.  如权利要求1所述的方法,进一步地包括基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一线性回归线,其中所述斜率对应于所述线性回归线。

6.  如权利要求1所述的方法,其中每个节气门之前的压力样本如此确定:
基于发动机工作参数确定一中间参数;和
基于所述中间参数确定节气门之前的压力样本。

7.  如权利要求6所述的方法进一步包括:
基于所述中间参数确定压力比;和
如果所述中间参数不小于一阈值,设定所述压力比等于一定值。

8.  一种在内燃机的进气口监控空气流量节流的系统,包括:
第一模块;其记录预定数量的节气门之前的压力样本并记录预定数量的分别对应于所述节气门之前的压力样本的空气质量流量样本;
第二模块,其基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一斜率;和
第三模块,其基于所述斜率确定所述空气过滤器是否导致空气流量过度节流。

9.  如权利要求8所述的系统,其中所述第一模块在节气门位置和发动机转速大于各自的阈值时记录所述样本。

10.  如权利要求8所述的系统,其中所述第二模块在空气质量流量值的增量大于增量阈值时确定所述斜率。

11.  如权利要求10所述的系统,进一步包括第三模块从所述空气质量流量样本确定最大空气质量流量值和从所述空气质量流量样本确定最小空气质量流量值,其中所述空气质量流量值的增量计算为最大空气质量流量值和最小空气质量流量值之间的差。

12.  如权利要求8所述的系统,其中所述第二模块基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一线性回归线,其中所述斜率对应于所述线性回归线。

13.  如权利要求8所述的系统,其中每个节气门之前的压力样本如此确定:
基于发动机工作参数确定一中间参数;和
基于所述中间参数确定节气门之前的压力样本。

14.  如权利要求13所述的系统,进一步地包括:第四模块,其基于所述中间参数确定压力比以及如果所述中间参数不小于一阈值,设定所述压力比为一定值。

15.  一种在内燃机的进气口监控空气流量节流的方法,包括:
确定是否多个运行参数状况被满足;
当所述多个运行参数状况都满足时,记录预定数量的节气门之前的压力样本和分别对应于所述节气门之前的压力样本的空气质量流量样本;
基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一斜率;和
基于所述斜率确定所述空气过滤器是否导致空气流量过度节流。

16.  如权利要求15所述的方法,其?#26800;?#33410;气门位置和发动机转速大于各自的阈值时,所述多个运行参数状况被满足。

17.  如权利要求15所述的方法,其中确定斜率的步骤发生在空气质量流量值的增量大于增量阈值时。

18.  如权利要求17所述的方法,进一步地包括:
从所述空气质量流量样本确定最大空气质量流量值;和
从所述空气质量流量样本确定最小空气质量流量值;
其中所述空气质量流量值的增量计算为最大空气质量流量值和最小空气质量流量值之间的差。

19.  如权利要求15所述的方法,进一步包括基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一线性回归线,其中所述斜率对应于所述线性回归线。

20.  如权利要求15所述的方法,  其中每个节气门之前的压力样本如此确定:
基于发动机工作参数确定一中间参数;和
基于所述中间参数确定节气门之前的压力样本。

21.  如权利要求20所述的方法,进一步地包括:
基于所述中间参数确定压力比;和
如果所述中间参数不小于一阈值,设定所述压力比等于一定值。

说明书

说明书没有节气门之前的压力传感器的空气过滤器节流监控
技术领域
[0001]本发明涉及内燃机,更具体的说,涉及监控经过没有提供节气门之前的压力传感器的过滤器限制的空气流量。
背景技术
[0002]本节仅仅提供与本发明相关的背景资料,可能?#36824;鉤上?#26377;技术。
[0003]内燃机燃烧燃料和空气混合物以产生驱动力矩。更准确地说,空气通过节气门吸入发动机。所述空气与燃料混合,且所述空气燃料混合物在发动机的气缸内利?#27809;?#22622;压缩。空气燃料混合物在所述气缸内燃烧从而来回地驱动气缸内部的活塞,活塞?#26469;?#26059;转地驱动发动机的曲轴。
[0004]发动机操作基于多个参数调节,所述参数包括但不限于,吸入空气温度(TPRE),进气歧管绝对压力(MAP),节气门位置(TPS)和发动机转速。对于具体的节气门,节气门之前的参数(例如,气温和压力)是好的基准,这可以用于发动机控制和诊断。例如,节气门的适当的功能可以通过计算经过给定节气门位置的节气门的流量监控,并随后比较所述计算的空气流量和测量的或?#23548;?#30340;空气流量。结果,所述总量或节气门之前的空气(即,节气门之前的空气压力)临界压力对精确计算流经节气门的流量是非常重要的。换句话说,总压力和/或静态的压力可用于监控器空气过滤器节流。
[0005]空气过滤器往往用于内燃机中以去除吸入空气中的杂质。在空气过滤器的使用期间可能变得塞住并限制进入发动机内的空气流量。这将?#26723;?#24615;能,减少燃料经济性?#20197;?#21152;发动机放。因此,确定空气流量是否被空气过滤器限制是非常重要的。
[0006]传统的内燃机包括直接测量节气门之前的压力的节气门之前的压力传感器。相应地,如果上游和下游的压力传感器在起作用,传统的发动机系统能诊断由空气过滤器引起的空气流量节流。然而,这样额外的硬件增加了成本和制造时间,并?#19968;?#35201;考虑维修,因为传感器的正常运行必须被监控且在不能正常工作时,所述传感器必须更换。
发明内容
[0007]相应地,本发明提供一种在内燃机的进气口监控空气流量节流的方法。所述方法包括:记录预定数量的节气门之前的压力样本,记录预定数量的空气质量流量样本,其分别对应于节气门之前的压力样本,并基于所述节气门之前的压力样本和空气质量流量样本确定斜率。基于所述斜率确定所述空气过滤器是否导致空气流量过度节流。
[0008]一个特征是,记录的步骤发生在节气门位置和发动机转速(转/分)大于各自的阈值时。
[0009]其他的特征是,确定斜率的步骤发生在空气质量流量值的增量大于增量阈值时。最大的空气质量流量由空气质量流量样本确定以及最小的空气质量流量值也由空气质量流量样本确定。空气质量流量值的增量由最大空气质量流量值和最小空气质量流量值之间的差确定。
[0010]本发明其他特征是,所述方法进一步包括基于所述节气门之前的压力样本和所述空气质量流量样本确定一线性回归线。所述斜率对应于所述线性回归线。
[0011]其他的特征是,每个节气门之前的压力样本如此确定:基于发动机工作参数确定一中间参数确定,并基于所述中间参数确定节气门之前的压力样本。压力比基于所述中间参数确定以及如果所述中间参数不小于一阈值,所述压力比设定为一定值。
[0012]本发明应用的进一步的方面从下述详细说明中将变得明显。应当理解,所述说明和具体实施例只是为了说明的目的,决不是为了限制该发明的范围。
附图说明
[0013]这里说明的附图只是为了说明的目的,决不是为了限制该发明的范围。
[0014]图1是一内燃机系统的功能方框图,该内燃机系统基于本发明的空气流量节流控制而操作;
[0015]图2是一图表,其图解地说明了用于基于中间值确定压力比的示例性对照表;
[0016]图3是一图表,其示例性地说明了作为与干净的空气过滤器相关的空气质量流量的函数的环境临界压力和测量的进气歧管绝对压力图;
[0017]图4是一图表,其示例性地说明了作为与脏的空气过滤器相关的空气质量流量的函数的环境临界压力和测量的进气歧管绝对压力图;
[0018]图5是一流程图,该流程图说明了本发明的空气过滤器节流控制所执行的示意性步骤;以及
[0019]图6是一功能方框图,该图说明了执行所述空气过滤器节流控制的示例?#38405;?#22359;。
具体实施方式
[0020]下面优选实施例的说明?#23548;?#19978;只是示意性,决不是对本发明及其应?#27809;?#36816;用的限制。为清楚起见,在附图中同样的附图标记表示类似的元件。这里用到的,术语模块指的是专用集成电路(ASIC),电子电路,处理器(共用,专用,或集群)以及执行一个或多个软件或固定软件的存贮器,组?#19979;?#36753;电路,或其他合适的提供上述功能的元件。
[0021]  现参见图1,示意地说明了示例性内燃机系统10。所述发动机系统10包括发动机12,进气歧管14和排气歧管16。空气经由空气过滤器17和节气门18吸入进气歧管14。所述空气与燃料混合,且所述燃料和空气混合物在发动机12的气缸20内燃烧。更准确地说,所述燃料和空气混合物在气缸20由活塞(未显示)压缩并开始燃烧。燃烧过程释放能量,该能量用来来回地驱动气缸20内部的活塞。燃烧过程产生的废气经由排气歧管16排出并在排放到大气之前在排气后处理系统(未显示)中处理。尽管说明的是单个气缸20,但可以预料,本发明的环境估计控制可以应用在具有多于一个缸的发动机中。
[0022]控制模块30基于多个发动机工作参数调节发动机的操作,这些参数包括但不限于,环境静力压(PPRE),环境临界压力(PPPE0)(即节气门上游的空气压力),吸入空气温度(TPRE),空气质量流量(MAF),进气歧管绝对压力(MAP),有效的节气门面积(AEFF)和发动机转速(RPM)。PPRE0和PPRE基于环境估计控制确定,这在共同申请人的,申请日为2006年8月14日,申请号为11/464,340的美国申请中公开。
[0023]TPRE,MAF,MAP和发动机转速(RPM)分别基于由TPRE传感器32,MAF传感器34,进气歧管绝对压力传感器36和发动机转速传感器38产生的信号确定,这些都是发动机系统的标准传感器。AEFF基于节气门位置信号确定,节气门位置信号由节气门位置传感器产生,其也是标准传感器。利用大气压力传感器40监控大气压(PBARO)。节气门位置传感器42产生节气门位置信号(TPS)。AEFF与TPS之间的关系根据发动机测功试验验预确定,临时的临界压力传感器(图1中虚影所示)被安装。生产车辆包括其中既定程序的关系因此不需要所述临界压力传感器的存在。
[0024]美国专利申请号11/464,340的节气门之前的压力估计控制基于发动机工作参数确定PPRE和PPRE0,所述发动机工作参数包括但不限于MAF,AEFF,TPRE和MAP。更准确地说,所述节气门18和相关的前后空气道50,52分别被提供为控制量,经过他们的气流被处理为一维的,准稳态可压缩的气体流量。相应地,下列关?#24403;?#25552;供:
MAF=AEFF·Φ·PPRE0R·TPRE0---(1)]]>
其中,PPRE0是以kPa测量的环境临界压力(即,如果通过稳态的,绝热的,没有额外做功的准静态过程以零速度吸入所述空气会达到的压力),TPRE0是以K(开氏)测量的环境临界温度(即,如果通过稳态的,没有额外做功的绝热过程以零速度吸入所述流体会达到的温度),R是用于空气的理想气体常数(即,288.17Nm/(kg/K))。Φ是相关系数,对于音速空气流(即,其中MAP/PPRE0小于0.528)其等于0.6847,对于?#25105;?#36895;空气流,基于下列关系确定:
Φ=[2kk-1(PR2k-PRk+1k)]1/2---(2)]]>
其中,k是用于空气的?#28909;?#27604;(即1.4),PR等于MAP与PPRE0的比值。TPRE0基于下列关系确定:
TPRE0=TPRE+k-12·k·RV2---(3)]]>
其中V是节气门上游的空气速度并基于所述MAF信号,ρ以及节气门进气管几何参数确定。ρ是空气密度(kg/m3)并可以假定为与周围空气的值相同,因为经过空气过滤系统的流量具有低的马赫(Mach)数(例如,<<0.3),以至于其可以作为不可压缩的空气流处理。
[0025]等式1和2可以结合来提供下列关系:
Φ·PPRE0=MAF·R·TPRE0AEFF---(4)]]>
将等式4的两侧同除以MAP,可得
Φ·PPRE0MAP=MAP·R·TPRE0MAP·AEFF---(5)]]>
上述等式可改写成:
ΦPR=MAP·R·TPRE0MAP·AEFF---(6)]]>
基于等式6确定中间参数(ΦNEW)以提供下列关系:
ΦNEW=ΦPR=MAF·R·TPRE0MAP·AEFF---(7)]]>
相应地,对于音速空气流(即,PR<0.528),ΦNEW提供为:
ΦNEW=0.68470.528=1.2968]]>
对于?#25105;?#36895;空气流(即,PR≥0.528),ΦNEW提供为:
ΦNEW=[2kk-1(PR2k-PRk+1k)]1/2PR---(8)]]>
[0026]PPREO通过首先基于MAF,R,TPREO,AEFF和MAP根据等式7计算ΦNEW确定。如果ΦNEW大于或等于1.2968(即音速的空气流量),Φ定为0.6847且PPREO基于等式4确定。由上面提供的,对于音速的空气流量PR设定为恒定的(例如,0.528)。如果ΦNEW小于一阈值(XTHR)1.2968(即,?#25105;?#36895;的空气流量),PR基于ΦNEW计算。更准确地说,PR可以利用等式8计算或可以利用对照表确定。一示例性的对照表在图2中示例性的说明。
[0027]PPREO值可以由MAP除以PR确定,并用于控制发动机操作和/或用于诊断。例如,在发动机控?#30772;?#38388;,PPRE0,MAF,MAP和TPRE0可以用来计算节气门位置。如果进入发动机内的空气流量需要改变,节气门位置的改变可被预测用于当前的空气流量至期望空气流量。PPRE0,与其他的参数一起,可用于计算理论的MAF,这与由MAF传感器确定的相比较。如此,可以确定是否MAF传感器和/或节气门正常工作。结果,节气门位置误差和/或MAF误差可以基于其他已知的情况判断。
[0028]节气门之前的估计控制?#22266;?#20379;下列关系:
PPRE0=PPRE+ρ·V22---(9)]]>
相应地,PPRE基于PPRE0利用等式9确定。PPRE还可以用于控制发动机操作和诊断。例如,在发动机控?#30772;?#38388;,PPRE,MAF,PBARO和TPREO可用于计算或监控器空气过滤器节流情况。
[0029]在发动机工作参数的校准期间,例如当与节气门位置比较校准AEFF时,PPRE0可以直接地测量。更准确地说,与节气门位置比较校准AEFF,PPRE0被同时地测量,相应于所述AEFF和节气门位置值,其他的参数例如TPRE,MAF和MAP。如此,在后校准发动机操作期间,通过本发明提供的PPRE0估计是精确的。换句话说,PPRE0可?#28304;?#27979;量的PPRE和计算的气流速度利用等式9计算。
[0030]本发明的空气流量节流控制确定是否空气过滤器足够的脏以至于空气流量被不希望地限制以及是否空气过滤器应当替换。更准确地说,所述节气门之前的压力作为发动机普遍可用的参数的函数确定,所述参数例如MAF,TPS,IAT,和MAP,如上详细所述。测量的大气压力和计算的节气门之前的压力之间的差?#24403;?#26816;验以确定所述空气过滤器状况在情况的中间范围。
[0031]图3说明了用于具有干净的空气过滤器的发动机的测量的进气歧管绝对压力和预测的节气门之前的压力与测量的MAF的关系。图4显示?#21496;?#26377;脏的或堵住的空气过滤器的类似的数据。基于所述数据曲线提供线性的回归线。脏的过滤器的回归线的斜率几乎是干净的过滤器的两倍。相应地,本发明的空气过滤器节流控制基于预测的节气门之前的压力微分和MAF微分确定斜率(m)。如果m大于阈值斜率(mTHR),所述空气过滤器是过度或不理想地限制了空气流量。如果m小于或等于mTHR,空气过滤器则没有过度或不理想地限制所述空气流量。
[0032]利用节气门之前的压力代替测量的进气歧管绝对压力的好处将包括非线性的可压缩流越过节气门本体和不同的节气门位置的影响。当大气压力传感器有效时,大气压力减去所述节气门之前的压力的差可用于上面斜率计算和空气过滤器节流监控。在一定条件下利用节气门之前的压力比空气质量流量的斜率的优点是将未知的气压计改变或错误的大气压力预报的影响最小化,当大气压力传感器没有安装时。
[0033]参见图5,所述空气流量节流控制执行的示例性步骤将被详细描述。在步骤400,计数器n设定为1。在步骤402,控制确定是否TPS大于阈值TPS(TPSTHR)。如果TPS大于TPS THR,控制继续至步骤404。如果TPS不大于TPSTHR,控制回到步骤400。控制确定是否发动机转速大于阈值转速(RPMTHR)。如果转速大于RPMTHR,控制继续至步骤406。如果转速不大于RPMTHR,控制回到步骤400。通过最初核对所述节气门和发动机转速情况以确保足够的发动机流量(如果所述流量太低,经由空气过滤器的节流损失是非常小的),控制还可以在一定的范围内核对车辆里程和/或发动机运行时间以保证所述大气压力没有急速地改变。在大气压力传感器无效的情况下,这是特别有用的。
[0034]在步骤406,控制如上所述确定节气门之前的压力。在步骤408,控制过滤所述节气门之前的压力。控制为步骤410中的n存储所述节气门之前的压力和MAF。在步骤412,控制确定是否n大于步骤阈值(nTHR)。如果n不大于氮nTHR,n在步骤414?#26012;辉?#21152;且返回至步骤420。在步骤416,控制从保存在存储器中的N个样本确定是否最大MAF(MAFMAX)和最小MAF(MAFMIN)之间的差,大于微分的MAF阈值(ΔAMAFTHR)。如果所述差不大于ΔAMAFTHR,控制回到步骤400。如果所述差大于ΔAMAFTHR,控制继续至步骤418。
[0035]在步骤418,控制基于节气门之前的压力微分和MAF微分计算M。在步骤420,控制确定是否m大于mTHR。如果m大于mTHR,控制继续至步骤422。如果m不大于mTHR,控制继续至步骤424。在步骤422,控制指示空气过滤器正在限制空气流量然后控制结束。在步骤424,控制指示空气过滤器没有限制空气流量然后控制结束。
[0036]参见图6,执行空气流量节流控制的示例性组件将被详细描述。所述示例性组件包括比较器模块600,602,“与”门604,节气门之前的压力模块606,一MAF采样模块608,斜率模块612和比较模块614,616。比较模块600比较TPS和TPSTHR并产生一信号(例如,1),如果TPS大于TPStHR。类似地,比较模块602比较转速和RPMTHR并产生一信号(例如,1),如果转速大于RPMTHR。所述“与”门604接收所述信号并产生一信号(例如,1),如果来自比较器的信号显示TPS和转速?#21363;?#20110;他们各自的阈值。
[0037]当“与”门604产生合适的信号(例如1)时,节气门之前的压力模块606确定所述节气门之前的压力并记录样本。类似地,当所述“与”门604产生合适的信号(例如1)时,所述MAF采样模块608监控MAF并记录所述样本。当ΔAMAF(即,MAFMAX减去MAFMIN)大于ΔAMAFTHR时,斜率模块612接收所述节气门之前的压力和MAF值并计算m。更准确地说,如果ΔAMAF是大于ΔAMAFTHR,比较模块614产生一对应的信号(例如,1),这由斜率模块612接收。如果m大于mTHR,比较模块616产生一信号(例如,1),这表明空气流量受到过度限制。如果m不大于mTHR,比较模块616产生一对应的信号(例如0),这表明空气流量不受过度限制。
[0038]可以预料,上述示例?#38405;?#22359;可以作为子模块集成到一个模块中。例如,节气门之前的压力模块606和MAF采样模块608可以是单个模块的子模块。
[0039]本领域技术人员从上述说明可以理解,本发明充分的教导可以以各种形式执行。所以,尽管发明已经结合特别的例子进行了描述,本发明的真正的范围将不会被因此限制因为在研究所述附图,所述说明书及其后的权利要求的基础上其他的改进对本领域技术人员?#27492;到?#21464;得明显。

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