专利名称：没有进气歧管的内燃机中的进气压力信号的采集和处理方法
技术领域：
本发明涉及没有进气歧管的内燃机中的进气压力信号的采集和处理 方法。
背景技术：
近年来，必须知道具有足够精度的平均进气压力以计算在每个汽缸中 收集的新鲜空气的质量的所谓"速度密度"控制系统越来越广泛地用于内 燃机的控制。
用于汽车的新型内燃机配置有多个汽缸(通常为直列的4个)，所述汽 缸的每一个通过两个进气阀与进气歧管连接，并且通过两个排气阀与排气 歧管连接；进气歧管接收通过由蝶形阀控制的进气导管的新鲜空气(即，来 自外部环境的空气)，并且通过各自的进气口与汽缸连接，所述进气口的每 一个由相应的进气阀控制。在配备有进气歧管的内燃机中，由于进气歧管 自身的容积效应，进气歧管内的压力脉冲是适度的；因此，为了确定配备 有进气歧管的内燃机中的平均进气压力(即，进气歧管内的压力平均值)， 在每一次发动机循环(即，驱动轴每旋转720°)，通过位于进气歧管内部的 压力传感器测量两个进气压力值就足够了 。
由于用于控制内燃机的"速度密度"控制系统所提供的诸多优点，因此 希望将这种系统用在用于摩托车以及赛车的内燃机上；然而，用于摩托车 或赛车的内燃机通常不具有进气歧管，并且每一个汽缸通过由相应的蝶形 阀控制的短进气口(或进气喇叭)与空气滤清器箱(含空气过滤器)直接连接。 在这种情况下，将压力传感器插入各个进气口的内部；然而，在没有进气 歧管的内燃机的进气口中，即使在空转的状态下，压力脉动也是极高的， 因此在不使用具有非常高计算能力的电子控制单元的情况下，更加难以能 够计算具有足够精度的平均进气压力值。
发明内容
本发明的目的是提供一种在没有进气歧管的内燃机中的进气压力信 号的采集和处理方法，这种方法没有上述缺点，特别是实施简单并且经济。
根据本发明，提供一种在没有进气歧管的内燃机中的进气压力信号的 采集和处理方法，所述内燃机包括至少一个接收通过进气口的新鲜空气的 汽缸，所述进气口由蝶形阀控制并且配置有与电子控制单元连接的压力传 感器，该采集和处理方法包括下列步骤
通过压力传感器，测量在发动机循环中分布的多个不同曲柄角条件下
的瞬间吸气(induction)压力，以及
估算在发动机循环中的平均吸气压力，计算在发动机循环自身过程中 测量的瞬间吸气压力的平均值，
所述釆集和处理方法的特征在于包括下列另外的步骤.-在每一个发动机循环过程中，将所述瞬间吸气压力存储在电子控制单
元的快速采集缓冲存储器中；以及
在每一个发动机循环的末端，通过计算预先存储在所述电子控制单元 的快速釆集缓冲存储器中的瞬间吸气压力的平均值，确定在发动机循环中 的平均吸气压力。
现在参考说明实施方案的非限制性实例的附图描述本发明，在附图
中
-图1是实施进气压力信号采集和处理的方法，即本发明的主题的内 燃机的示意图，以及
-图2和3是显示图1中的发动机的吸气压力随曲柄角的变化(即，传 动轴的角位置)而变化的两幅曲线图。
具体实施例方式
在图1中，参考标记1在整体上表示用于摩托车的内燃机。内燃机1 配置有多个汽缸2(图1中只显示1个)，每一个汽缸通过两个进气阀4(图1 中只显示1个)与相应的进气口 3(或进气喇叭)连接，并且通过两个排气阀6(图1中只显示1个)与排气口 5连接。每一个进气口 3运行，从空气滤
清器箱(含空气过滤器)接收新鲜空气(即，来自外部环境的空气)，并且受蝶
形阀7控制。
电子控制单元8通过所谓的"速度密度"控制系统指挥内燃机1的操 作，该"速度密度"控制系统需要知道具有足够精度的进气压力(即，在每一 个进气口 3中存在的压力)的平均值，以计算在汽缸2内部收集的新鲜空 气的质量。为了确定在进气口 3内部的平均进气压力，将电子控制单元8 与压力传感器9连接，所述压力传感器9位于尽可能远离蝶形阀7处， 因此尽可能地靠近进气阀4，在此压力的形式和水平更显著。可以将压力 传感器9直接安装在进气口 3内，或可以通过具有带校准孔的压力计接 口的管与进气口 3气动连接。
电子控制单元8包括快速采集缓冲存储器10，该缓冲存储器10接收 由压力传感器9提供的测量值。特别是，瞬间吸气压力在电子控制单元8 的快速采集缓冲存储器IO中的存储由电子控制单元8的BIOS直接控制， 而不需要调用(call)特殊的软件；换言之，在快速采集缓冲存储器10中压 力传感器9所提供的测量值的采集由存在于BIOS中的初级软件直接控 制，而不需要由高级软件控制的CPU的特别干预(intervention)。
在使用中，电子控制单元8通过压力传感器9测量在发动机循环中 分布的多个不同曲柄角条件下的瞬间吸气压力，并且通过计算在发动机循 环本身过程中测量的瞬间吸气压力的平均值，估算在发动机循环中的平均 吸气压力。如前所述，在发动机循环过程中由压力传感器9读取的瞬间吸 气压力被存储在电子控制单元8的快速采集缓冲存储器10中；然后，在 每一个发动机循环的末端，通过计算预先存储在电子控制单元8的快速采 集缓冲存储器10中的瞬间吸气压力的平均值，确定发动机循环的平均吸 气压力。在必要时，通过以曲柄角的函数形式计算预先存储在快速采集缓 冲存储器10中的瞬间吸气压力的加权平均值，可以确定在发动机循环中 的平均吸气压力；换言之，在几个固定的曲柄角条件下测量的瞬间吸气压 力可以被认为比其它瞬间吸气压力更显著(即，具有更高的权重)。
图2说明了实验获得的曲线图，其显示了在四冲程内燃机1中覆盖 720。曲柄角(即，驱动轴的角位置)的发动机循环过程中的瞬间吸气压力的
变化。特别是，从图2的左边到右边，可以观察到与进气阶段的开始对应
的TDC(上死点)、与压缩阶段的开始对应的BDC(下死点)、与作功阶段的 开始对应的TDC(上死点)、与排气阶段的开始对应的BDC(下死点)，并且 可进一步观察到与下一个进气阶段的开始对应的TDC(上死点)。
根据一个优选实施方案，瞬间吸气压力的采集频率与发动机速度成正 比，以使在每一个发动机循环中测量到瞬间吸气压力的恒定数值；例如， 通过每隔6。曲柄角进行测量，可以在每一个发动机循环中测量到120个瞬 间吸气压力。通常，在进气BDC处确定在发动机循环中的平均吸气压力， 即，用于确定平均吸气压力的发动机循环以进气BDC开始和结束。然而， 为了避免电子控制单元8在进气BDC过程中过度地超载，当电子控制单 元8必须进行大量其它操作时，可以在另一个曲柄角条件下，例如，与进 气阀4关闭时的曲柄角相应地确定在发动机循环中的平均吸气压力。
根据一个可能的实施方案，在每一个发动机循环过程中存储在快速采 集缓冲存储器10中的瞬间吸气压力不仅可以用于确定平均吸气压力，而 且可以用于确定吸气压力的最小值和最大值。
如果内燃机l为单缸(即，它只具有l个汽缸2)，则上述进气压力信 号的釆集和处理方法的实施是即时的。如果内燃机1为多缸(即，它具有 多于1个的汽缸2)，则存在两种可能性如果电子控制单元8能够处理 用于各个汽缸2的相应的快速采集缓冲存储器10，则上述进气压力信号 的采集和处理方法的实施是即时的，否则，如果电子控制单元8只能够处 理一个快速采集缓冲存储器10，则在存在的所有汽缸2之间必须共用一 个快速采集缓冲存储器10。
例如，如果存在两个汽缸2，则交替确定两个汽缸2的平均进气压力， 使得在一个发动机循环中确定一个汽缸2的平均进气压力，而在下一个发 动机循环中确定另一个汽缸2的平均进气压力。在其中没有确定汽缸2的 平均进气压力的发动机循环过程中，假定该汽缸2的平均进气压力等于在 前一个发动机循环中确定的平均进气压力。作为选择，在其中没有确定汽 缸2的平均进气压力的发动机循环过程中，假定该汽缸2的平均进气压 力等于通过修正因子k修正的前一个发动机循环中确定的平均进气压力。 由在发动机循环过程中在给定的比较曲柄角条件下所测量的瞬间吸
气压力与在前一个发动机循环过程中在相同的给定曲柄角条件下所测量 的相应的瞬间吸气压力之间的差或比率，计算修正因子k。在比较曲柄角 条件下所测量的瞬间吸气压力需要调用特殊的高级软件，因为快速采集缓 冲存储器IO被另一个汽缸2的瞬间吸气压力的测量值占据。换言之，修 正因子k是使用下列2个方程之一计算的
K = & - Pw
P是瞬间吸气压力，
"i"是当前发动机循环，其中平均进气压力被估算为前一个发动机循环中的 平均进气压力的函数，并且
"i-l"是前一个发动机循环，其中平均进气压力在来自压力传感器9的测量 值的基础上确定。
当计算修正因子k时，可以使用在唯一的比较曲柄角条件下所测量 的唯一瞬间吸气压力值，或可以使用在两个截然不同的比较曲柄角条件下 所测量的两个(或可以为更多个)瞬间吸气压力值的平均值；在这点上，根 据系统的物理构造(例如，压力传感器9的测压孔的直径、连接到压力传 感器9上的连接管的长度和直径、压力传感器9的特性、...)，在进气BDC 和在排气冲程的点所测量的瞬间吸气压力值是特别显著的。
在多缸内燃机l的情况下，提供更多的压力传感器9，并且将其与汽 缸2关联；在这种情况下，在内燃机1不运行的情况下，压力传感器9 在它们自己之间及时补偿例如，可以将第一压力传感器9视为参照，并 且计算其它压力传感器9的补偿值。
通常，假定气压(对于正确控制内燃机1是必需的)等于在内燃机1 不运行时的进气压力；作为选择，当蝶形阀7完全打开时，假定气压等于 进气压力和取决于发动机速度的补偿值(考虑由蝶形阀7所导致的负荷损 失)的总和。然而，可能发生的是在开始之后，内燃机1在非常长的时 间内(甚至数小时)都没有以满功率(即，在蝶形阀7完全打开的情况下)运 行；因此，可以证明必须能够估算出在内燃机1运行并且蝶形阀7没有
完全打开时的气压。
通过压力传感器9测量在分布于测量窗口(Window) W(示于图3中)
中的多个不同曲柄角条件下的瞬间吸气压力，确定取决于发动机速度和蝶
形阀7的位置的补偿因子，然后通过将补偿因子用于在测量窗口 W中所
测量出的瞬间吸气压力的平均值而确定气压，可以确定在内燃机1运行并
且蝶形阀7没有完全打开时的气压。通过使用存储在电子控制单元8中 的根据试验获得的图(map)，获得补偿因子。优选地，测量窗口 W位于排 气阶段的末端，并且测量窗口 W的位置(开始角度和结束角度)和/或可能 的宽度取决于发动机速度(即，测量窗口 W的开始角度和结束角度取决于 发动机速度)。
如果在测量窗口 W内瞬间吸气压力大约保持恒定，即，如果在测量 窗口 W内的瞬间吸气压力测量之前的时间内的变化率或导数小，则只计 算气压。此外，如果内燃机l处于稳定状态，则只计算气压；如果发动机 速度和/或蝶形阀7位置的瞬间值之差与发动机速度和/或蝶形阀7位置的 相应滤波值(例如， 一阶滤波器(first-orderfilter))差别不大，则认为内燃机1 处于稳定状态。
最后，如果与之前的气压估值相比的差小于第一可接受阈值和/或仅 仅如果两个气压估值之间的变化率小于第二可接受阈值，则只接受新的气 压估值。
显然，通过接连地计算多个气压值并且取这些气压值的平均值，可 以使气压估值变得更具鲁棒性(robust)。
在具有较多的汽缸2(例如，4个汽缸2)的发动机的情况下，可以在 每一个进气口 3中安装相应的压力传感器9，或使用减少数量的压力传感 器9，所述压力传感器9的每个与两个以上或更多个进气口 3气动互连； 在后者的情况下，两个以上彼此气动连接的进气口 3共用一个压力传感器 9。
上述的进气压力信号的采集和处理方法具有很多优点，比如它允许 高度精确地确定在每一个发动机循环中的平均进气压力，而没有滞后，并 且没有使电子控制单元8过载。事实上，上述进气压力信号的采集和处理 方法允许在每一个发动机循环中测量大量的瞬间吸气压力，并且将其存储
在快速采集缓冲存储器10中，通过BIOS直接控制的缓冲存储器10没有 对在电子控制单元8中的软件的执行造成负担。
而且，上述的进气压力信号的采集和处理方法允许在内燃机1运行 并且蝶形阀7扼流(g卩，没有完全打开)时精确地确定气压。
权利要求
1.一种在没有进气歧管的内燃机(1)中的进气压力信号的采集和处理方法，所述内燃机(1)包括至少一个接收通过进气口(3)的新鲜空气的汽缸(2)，所述进气口(3)由蝶形阀(7)控制并且配置有与电子控制单元(8)连接的压力传感器(9)，所述采集和处理方法包括下列步骤通过所述压力传感器(9)，测量在发动机循环中分布的多个不同曲柄角条件下的瞬间吸气压力，以及估算在发动机循环中的平均吸气压力，计算在发动机循环自身过程中测量的所述瞬间吸气压力的平均值，所述采集和处理方法的特征在于包括下列另外的步骤在每一个发动机循环过程中，将所述瞬间吸气压力存储在所述电子控制单元(8)的快速采集缓冲存储器(10)中；以及在每一个发动机循环的末端，通过计算预先存储在所述电子控制单元(8)的所述快速采集缓冲存储器(10)中的所述瞬间吸气压力的平均值，确定在发动机循环中的平均吸气压力。
2. 根据权利要求1的采集和处理方法，其中所述瞬间吸气压力在所述 电子控制单元(8)的所述快速采集缓冲存储器(10)中的存储由所述电子控制 单元(8)的BI0S控制。
3. 根据权利要求l的采集和处理方法，其中所述瞬间吸气压力的采集 频率与发动机速度成正比，以使在每一个发动机循环中产生基本上恒定的 瞬间吸气压力测量数值。
4. 根据权利要求1的采集和处理方法，其中在进气BDC的末端，确定在发动机循环中的所述平均吸气压力。
5. 根据权利要求1的采集和处理方法，其中与进气阀(4)闭合时的曲柄角相应地确定在发动机循环中的所述平均吸气压力。
6. 根据权利要求1的采集和处理方法，其中通过以所述曲柄角的函数 形式计算预先存储在所述快速采集缓冲存储器(10)中的所述瞬间吸气压力 的加权平均值，确定在每一个发动机循环中的所述平均吸气压力。
7. 根据权利要求1的采集和处理方法，其中所述内燃机(l)包括至少 两个汽缸(2);所述两个汽缸(2)的平均进气压力被交替地确定，使得在一个 发动机循环中确定一个汽缸(2)的平均进气压力，而在下一个发动机循环中确定另一个汽缸(2)的平均进气压力。
8. 根据权利要求7的采集和处理方法，其中在没有确定汽缸(2)的平 均进气压力时的发动机循环过程中，假定该同一汽缸(2)的平均进气压力等于在前一个发动机循环中确定的平均进气压力。
9. 根据权利要求7的采集和处理方法，其中在没有确定汽缸(2)的平 均进气压力时的发动机循环过程中，假定该同一汽缸(2)的平均进气压力等 于通过修正因子(k)修正的前一个发动机循环中确定的平均进气压力。
10. 根据权利要求9的采集和处理方法，其中由在发动机循环过程中 在给定的比较曲柄角条件下所测量的瞬间吸气压力与在前一个发动机循 环过程中在相同的给定曲柄角条件下所测量的相应瞬间吸气压力之间的 差或比率，计算所述修正因子(k)。
11. 根据权利要求10的采集和处理方法，其中使用在两个截然不同的 比较曲柄角条件下所测量的至少两个瞬间吸气压力值的平均值计算所述 修正因子(k)。
12. 根据权利要求11的采集和处理方法，其中第一比较曲柄角是进气 BDC，而第二比较曲柄角是沿着排气冲程设定的。
13. 根据权利要求1的采集和处理方法，所述方法还包括下列另外的 步骤假定气压等于在所述内燃机(l)不运行时的进气压力；以及 在所述蝶形阀(7)完全打开时，假定气压等于进气压力和取决于发动机 速度的补偿值的总和。
14. 根据权利要求l的采集和处理方法，其中进行下列步骤以确定在 所述内燃机(1)运行并且所述蝶形阀(7)没有完全打开时的气压通过所述压力传感器(9)测量在分布于测量窗口(W)中的多个不同曲柄 角条件下的所述瞬间吸气压力；确定取决于发动机速度和所述蝶形阀(7)的位置的补偿因子；以及 通过将所述补偿因子用于在所述测量窗口(W)中所测量出的所述瞬间 吸气压力的平均值而确定所述气压。
15. 根据权利要求14的采集和处理方法，其中所述测量窗口(W)的开始角度和结束角度取决于所述发动机速度。
16. 根据权利要求14的采集和处理方法，其中所述测量窗口(W)位于排气阶段的末端。
17. 根据权利要求16的釆集和处理方法，其中如果在所述测量窗口(W)内所述瞬间吸气压力大约保持恒定，则只确定所述气压。
18. 根据权利要求14的采集和处理方法，其中如果所述内燃机(l)处 于稳定状态，则只确定所述气压。
19. 根据权利要求18的采集和处理方法，其中如果所述发动机速度和 /或所述蝶形阀(7)的位置的瞬间值之差与所述发动机速度和/或所述蝶形阀 (7)的位置的相应滤波值差别不大，则认为所述内燃机(l)处于稳定状态。
20. 根据权利要求19的采集和处理方法，其中用一阶滤波器将所述发 动机速度和/或所述蝶形阀(7)的位置的瞬间值滤波。
21. 根据权利要求14的采集和处理方法，其中如果与之前的气压估值 相比的差小于第一可接受阈值和/或仅仅如果两个气压估值之间的变化率 小于第二可接受阈值，则只接受新的气压估值。
22. —种在没有进气歧管的内燃机(l)中的进气压力信号的采集和处 理方法，所述内燃机(l)包括至少一个接收通过进气口(3)的新鲜空气的汽缸 (2)，所述进气口(3)由蝶形阀(7)控制并且配置有与电子控制单元(8)连接的 压力传感器(9);为了确定在所述内燃机(1)运行并且所述蝶形阀(7)没有完全打开时的 气压，进行下列步骤通过所述压力传感器(9)，测量在分布于测量窗口(W)中的多个不同曲柄角条件下的瞬间吸气压力；确定取决于发动机速度和所述蝶形阀(7)的位置的补偿因子；以及 通过将所述补偿因子用于在所述测量窗口(W)中所测量出的所述瞬间吸气压力的平均值而确定所述气压。
23. 根据权利要求22的采集和处理方法，其中所述测量窗口(W)的开始角度和结束角度取决于所述发动机速度。
24. 根据权利要求22的采集和处理方法，其中所述测量窗口(W)位于 排气阶段的末端。
25. 根据权利要求24的采集和处理方法，其中如果在所述测量窗口(W) 内所述瞬间吸气压力大约保持恒定，则只确定所述气压。
26. 根据权利要求22的采集和处理方法，其中如果所述内燃机(l)处 于稳定状态，则只确定所述气压。
27. 根据权利要求26的采集和处理方法，其中如果所述发动机速度和 /或所述蝶形阀(7)的位置的瞬间值之差与所述发动机速度和/或所述蝶形阀 (7)的位置的相应滤波值差别不大，则认为所述内燃机(l)处于稳定状态。
28. 根据权利要求27的采集和处理方法，其中用一阶滤波器将所述发 动机速度和域所述蝶形阀(7)的位置的瞬间值滤波。
29. 根据权利要求22的采集和处理方法，其中如果与之前的气压估值 相比的差小于第一可接受阈值和/或仅仅如果两个气压估值之间的变化率 小于第二可接受阈值，则只接受新的气压估值。
全文摘要
一种在没有进气歧管的内燃机(1)中的进气压力信号的采集和处理方法，所述内燃机(1)具有至少一个接收通过进气口(3)的新鲜空气的汽缸(2)，所述进气口(3)由蝶形阀(7)控制并且配置有与电子控制单元(8)连接的压力传感器(9)。所述采集和处理方法提供下列步骤通过所述压力传感器(9)，测量在发动机循环中分布的多个不同曲柄角条件下的瞬间吸气压力；在每一个发动机循环过程中，将所述瞬间吸气压力存储在所述电子控制单元(8)的快速采集缓冲存储器(10)中；以及在每一个发动机循环的末端，通过计算预先存储在所述电子控制单元(8)的所述快速采集缓冲存储器(10)中的所述瞬间吸气压力的平均值，确定在发动机循环中的平均吸气压力。
文档编号F02D41/00GK101358561SQ20081013563
公开日2009年2月4日 申请日期2008年7月7日 优先权日2007年7月5日
发明者弗朗切斯科·阿兰尼, 洛里斯·兰贝蒂尼, 马尔科·潘其罗利, 马尔科·蒙塔古蒂, 马泰奥·多梅尼科·艾伯塔齐 申请人:玛涅蒂马瑞利动力系统股份公司