用于确定进入二冲程马达的进气集流管中的空气流量的方法和设备与流程

文档序号:15573949发布日期:2018-09-29 05:07阅读:248来源:国知局

本发明还涉及一种用于实施这样的方法的设备。

已知的是凭借电子控制系统来操纵内燃机燃料喷射,所述电子控制系统根据由一定数目的马达运转参数取得的值来计算和操控不同的燃料喷射器的流量。

在对于操控喷射器而言必要的信息之中,列出进入马达汽缸中的新鲜空气的质量。空气质量与燃料量之间的比事实上被针对给定的马达预先限定的情况下,该空气质量直接确定要喷射的燃料的量。

然而,进入到内燃机汽缸中的新鲜空气的质量难以直接度量,以至于传统地使用更可获得的参数的值,其使得能够根据热力学和流体力学定律来重计算该空气质量的或多或少精确的值。

例如,专利ep1280988b1提出了一种用于根据大气压力和针对给定曲轴角而在进气集流管中所度量的集流管处的绝对压力来确定空气流量的方法。

该方法的精确度对于四冲程马达而言是完全可接受的,但是其对于二冲程马达不太可接受。

事实上,已经示出了对于二冲程马达而言存在着在集流管处所度量的绝对压力与马达负载之间的非线性。根据专利ep1280988b1的方法因此不能以可靠的方式应用于二冲程马达可能呈现的所有负载。更确切地,在呈现弱负载的二冲程马达中,在进气集流管处度量的绝对压力的值由于其中与在四冲程马达中相比更复杂的燃烧条件因而是相当地受扰动的。

以传统的方式,已知的是使用空气流量计来评估在二冲程马达中所发送的空气的质量。但是流量计的使用是成本太高的解决方案。

本发明为此目的在于通过提出如下的解决方案来消除或至少减轻现有技术解决方案的限制中的全部或部分,尤其是上文中展现的那些,所述解决方案使得能够针对二冲程马达可能呈现的所有负载,基于在进气集流管中对集流管处的绝对压力的度量来度量二冲程马达的空气流量。

发明人已经进行了实验,所述实验引导发明人标识了在集流管处所度量的绝对压力与进入进气集流管中的新鲜空气的质量之间的相关性。这些实验还引导发明人观察到了根据二冲程马达一方面呈现弱负载以及另一方面呈现中等或强负载,这些相关性是不相同的。发明人因此据此实施了一种用于基于这些观察来确定进入二冲程马达的进气集流管中的空气流量的方法。

为此,本发明的第一方面提出了一种用于度量进入二冲程马达的进气集流管中的新鲜空气的流量的方法,所述进气集流管位于节流箱与进气系统(诸如通过活塞裙、以活门或通过旋转阀门的进气)之间。所述方法包括在于如下的各步骤:

•选择预定的第一和第二曲轴旋转角,在所述预定的第一和第二曲轴旋转角处应当在进气集流管中获取集流管处的绝对压力;

•在上死点附近的预定的第一曲轴旋转角处在进气集流管中获取集流管处的第一绝对压力;

•在下死点附近的预定的第二曲轴旋转角处在进气集流管中获取集流管处的第二绝对压力;

•根据第一绝对压力值、第二绝对压力值以及大气压力来检测马达是在预定负载阈值以下运转还是在预定负载阈值以上运转;

并且当马达在预定负载阈值以下运转时:

•基于预定的特征直线来确定进气集流管中的新鲜空气的流量,所述预定的特征直线至少描述了在一方面在上死点和下死点之间在进气集流管中的压力的上升与另一方面当进气系统关闭时在节流箱与进气系统之间流通的所度量的新鲜空气的量之间的线性关系。

这具有简单的优点,因为所述方法使得能够将适当的预定模型应用于二冲程马达的负载,并且这基于在进气集流管处的仅两个绝对压力度量。流量计的使用不是必要的,并且空气流量的估计是精确的,因为适配于二冲程马达的负载。

在第一实施中,所述方法包括在于如下的步骤:针对给定的马达转速,基于第一绝对压力和第二绝对压力来确定预定负载阈值。该实施使得能够获得对二冲程马达的负载的简单估计。此外,由于该实施不是基于节流箱处的角信息,所以它可以在缺乏节流角信息的情况下被使用。

在第二实施中,所述方法包括在于如下的各步骤:

•基于第一绝对压力和大气压力而形成第一商(quotient);

•基于第二绝对压力和大气压力而形成第二商;以及

•基于所述第一商和第二商来检测马达是在预定负载阈值以下运转还是在预定负载阈值以上运转。

这具有效率优点,因为所述商取决于大气压力,以使得本发明还可以在高处、在有很少或没有校正的情况下被实施。

在第二实施示例中,当马达在预定负载阈值以下运转时,所述方法包括在于如下的各步骤:

•基于所述第一商和第二商来形成第三商;以及

•针对给定的马达转速,基于预定的特征直线来确定进气集流管中的新鲜空气的流量,所述预定的特征直线至少描述了在一方面所述第三商与另一方面当进气系统关闭时在节流箱与进气系统之间流通的所度量的新鲜空气的量之间的线性关系。

在第二实施的另一示例中,当马达在预定负载阈值以上运转时,所述方法包括在于如下的步骤:针对给定的马达转速,基于预定的特征曲线来确定进气集流管中的新鲜空气的流量,所述预定的特征曲线描述了在一方面所述第一商与另一方面当进气系统关闭时在节流箱与进气系统之间流通的所度量的新鲜空气的量之间的关系。

在第三实施中,所述方法包括在于如下的步骤:在约30度附近的范围中选择预定的第一和第二曲轴旋转角。

在第三实施的示例中,所述方法包括在于如下的步骤:

•在约30度附近的范围中选择预定的第一和第二曲轴旋转角,优选地以30度用于预定的第一角,并且以180度用于预定的第二角。

这些值已经被度量,因为对于二冲程马达而言是相关的。

在第二方面中,本发明涉及一种用于改进被预备用于与二冲程马达一起使用的电子操控模块的方法,所述二冲程马达具有位于节流箱与进气系统之间的进气集流管,所述进气集流管具有压力传感器。所述改进方法的特征在于它包括如下步骤:按照根据第一方面的方法来度量进入进气集流管中的新鲜空气的流量。

在第三方面中,本发明还涉及一种被预备用于与二冲程马达一起使用的电子操控模块(或者,针对于按英语的“enginecontrolunit(引擎控制单元)”的ecu),所述二冲程马达具有位于节流箱与进气系统之间的进气集流管,所述进气集流管具有压力传感器,所述电子操控模块被适配用于按照根据第一方面的方法来度量进入进气集流管中的新鲜空气的流量。

本发明的第四方面涉及一种车辆,所述车辆包括根据本发明第三方面的电子操控模块。

本发明的第五方面涉及将第三方面的电子操控模块使用于检测二冲程马达的燃烧的不稳定性。

最后,在第六和最后一方面中,本发明涉及将第三方面的电子操控模块与被适配用于基于节流箱处的角信息来确定集流管中的新鲜空气的流量的方法或设备相组合地用于检测二冲程马达的空气管线的误运转。

本发明的其它特征和优点还将在阅读随后的描述时显现。所述描述单纯是说明性的并且应当关于随附附图来被阅读,在附图中:

-图1是二冲程马达的空气进气线路(circuit)的示意性表示;

-图2是步骤图,其图示根据本发明的用于确定进入二冲程马达的进气集流管中的空气的流量的方法的实施方式。

在这些图中,从一幅图到另一幅图的相同的参考标记指明相同或相似的元素。为了清楚的原因,除非相反地提及,否则所表示的元素相对于彼此不是成比例的。

图1示意性地表示了二冲程马达(未被表示)的已知类型的空气进气线路10。

诸如通过图1图示那样,空气进气线路10包括被称为节流箱11的闸门,其定位在空气过滤器(未被表示)与进气集流管12(英语中的“manifold(集流管)”)之间。节流箱11包括空气进气管道以及在管道中旋转装配的一般为平板形式的节流门。根据节流箱11的管道中的节流门的角定位来调节进气集流管12中的空气进气。进气集流管12位于节流箱11与被布置在压缩机壳14内部的进气系统13之间。例如,进气系统可以是通过活塞裙、以活门或通过旋转阀门的进气。进气集流管12包括已知类型的绝对压力传感器,所述绝对压力传感器使得能够在进气集流管12中度量集流管处的绝对压力。例如,压力传感器可以是如在四冲程马达的进气线路中使用的、具有位于大气压力以下的狭窄使用范围的那些之类的压力传感器。

如以上所指示那样,发明人进行了实验,所述实验引导发明人标识了在集流管处所度量的绝对压力与进入进气集流管中的新鲜空气的质量——取决于一方面二冲程马达呈现弱负载以及另一方面呈现中等或强负载——之间的相关性。

事实上,所追求的目标在于制成一种模型,所述模型用于基于压力信息来填充新鲜空气。

为此,已经实现了众多测试。尤其是,已经使得以下各项变化:所喷射的燃料的量、点火提前、马达的压缩比、进气口和排气口的定位以及诸如温度之类的环境条件。对于变化中的每个或变化的组合而言,已经基于压力传感器而在多个位置度量了新鲜空气流量和绝对压力。特别是,压力传感器已经被定位在节流箱11的下游、压缩机壳14中、马达汽缸中又或在排气管线中。

基于以上描述的度量信息,发明人得出如下结论:压力的简单获取并不使得能够正确地推断新鲜空气流量,因为并未针对二冲程马达可能呈现的所有负载观察到在所度量的压力和所度量的新鲜空气流量之间的单调性。

基于该认定,发明人已经开发了取决于一方面二冲程马达呈现弱负载以及另一方面呈现中等或强负载的特定预测模型。根据负载对适当模型的选择是凭借预定阈值以及在上死点和下死点附近的曲轴旋转角下在进气集流管处获得的绝对压力的两个度量而获得的。然后,形成针对每个模型的压力商,其将用于推断进入进气集流管12中的新鲜空气的流量。

图2示意性地图示了根据本发明的用于确定进入图1的进气集流管12中的空气的流量的方法100的主要步骤。该方法例如是以存储在电子操控模块(未被表示)中并且在电子操控模块中执行的计算机程序指令的形式被实施的。

在步骤101处,在上死点(pmh)附近的预定的第一曲轴旋转角下获取进气集流管12中的第一绝对压力map的值。例如,将预定的第一角固定在pmh附近的30度的曲轴角处。

在步骤102处,在下死点(pmb)附近的预定的第二曲轴旋转角下获取进气集流管12中的第二绝对压力map_up的值。例如,将预定的第二角固定在pmb附近的180度的曲轴角处。

根据本发明,选择预定的第一曲轴旋转角以使得它不同于预定的第二曲轴旋转角。此外,预定的第一曲轴旋转角和预定的第二曲轴旋转角的选择可以分别是在pmh或pmb附近的在约30度附近的范围中实现的。

在步骤102之后,按照步骤103和104,根据绝对压力map的值、绝对压力map_up的值以及大气压力amp来确定二冲程马达的负载状态。

在步骤103处,凭借已知类型的用于确定大气压力的方法来确定大气压力amp。例如,可以基于绝对压力map_up的值来确定大气压力amp。事实上,由于当曲轴处于pmb处时获取压力信号map_up的值,所以信号map_up表示节流箱上游的压力。在特定实施中,使用低通滤波器来更新大气压力amp,其激活是通过马达的转速和负载参数(甚至例如在步骤104处,第一商pq_amp)来确定的。于是低通滤波器的输入是被通过映射修正的绝对压力信号map_up的值,所述映射的输入是使得能够激活滤波器的那些,即马达转速和负载。在示例中,校正可以受限于马达的许多运转点上的低值、例如20mbar。

在步骤104处,基于map和amp的值来形成第一商pq_map。例如,商pq_map对应于比值map/amp。此外,在步骤104处,基于map_up和amp的值来形成第二商pq_map_up。例如,所述商pq_map_up对应于比值map_up/amp。最后,仍在步骤104处,基于商pq_map和pq_map_up来确定二冲程马达的负载指数ic。例如,负载指数ic对应于商pq_map和pq_map_up的总和。

在步骤104之后,根据步骤105和106,确定二冲程马达是在预定负载阈值s以下运转还是在预定负载阈值s以上运转。在本发明的框架中,预定负载阈值s使得能够根据二冲程马达一方面呈现弱负载以及另一方面呈现中等或强负载而将所述二冲程马达的运转模式分成两部分。此外,发明人还发现了预定负载阈值s根据马达转速n而变化。因此,预定负载阈值s对于每个马达转速n而言可以是不同的。

在步骤105处,凭借已知类型的用于确定马达转速的方法来确定二冲程马达的转速n。例如,可以使用已知类型的马达转速传感器又或已知类型的马达转速估计器。此外,在步骤105处,确定与马达转速n相对应的预定负载阈值s。例如,可以基于预先存储在存储器中的对应表来确定针对给定的马达转速的预定阈值s。

在步骤106中,通过比较负载指数ic与阈值s,确定二冲程马达是在阈值s以下运转还是在阈值s以上运转。

然后,当负载指数ic在阈值s以下时,在步骤107处继续进行方法100,并且当负载指数ic在阈值s以上时,在步骤109处继续进行方法100。

在步骤107处,基于商pq_map_up和pq_map来形成第三商pq_bdc。例如,商pq_bdc对应于比值(pq_map_up-pq_map)/(1-pq_map)。

在步骤108处,基于预定的特征直线maf_bdc来确定进气集流管12中的新鲜空气流量maf,所述预定的特征直线maf_bdc至少描述了在商pq_bdc和进气集流管12处的新鲜空气流量之间的线性关系。更确切地,直线maf_bdc呈现一预定斜率,所述预定斜率描述了在一方面在上死点和下死点之间的在进气集流管中的压力的上升与另一方面当进气系统关闭时在节流箱与进气系统之间流通的所度量的新鲜空气的量之间的线性关系。事实上,发明人已经发现了当二冲程马达呈现弱负载时,在商pq_bdc和流量maf之间存在线性相关性。发明人还发现了所述相关性可以是分段的线性。在该情况下,预定的特征直线maf_bdc由多段组成。

在本发明的特定实施中,仅仅针对位于pmh和pmb之间的所确定的区考虑进气集流管中的压力上升。例如,可以设想一种方法,其基于在pmh处的压力度量以及在pmh之后的100°处的压力梯度的度量。于是将可以获得与诸如所描述的解决方案等同的结果。

以上描述的相关性尤其是由于二冲程马达在完整的一周上的特定运转。事实上,在第一马达冲程中,马达汽缸的活塞位于高死点处,并且下部机壳处于其最大体积水平处。事实上,在该时刻,在示例中,位于进气系统13处的活门打开以使得下部机壳吸入来自进气线路10的空气。然后,在第二马达冲程中,活塞下降以用于压缩下部机壳中的混合物。在相同时刻,进气系统的活门关闭以使得不再有空气进入下部机壳中。因此,在从上死点去往下死点的过程之间,由于进气系统关闭,于是节流箱的打开将引起压力的上升,其使得能够表征进入进气集流管中的新鲜空气的量。

此外,发明人还发现了该相关性取决于马达转速。因此,可以例如基于预先存储在存储器中的、描述了在商pq_bdc和流量maf之间的关系的对应表来确定针对给定的马达转速的流量maf。

在步骤109处,基于预定的特征曲线maf_map来确定进气集流管中的新鲜空气流量maf,所述预定的特征曲线maf_map描述了在商pq_map和进气集流管12处的新鲜空气流量之间的关系。事实上,发明人已经发现了当二冲程马达呈现中等或强负载时,在商pq_map和流量maf之间存在相关性。此外,发明人还发现了该相关性取决于马达转速。因此,可以例如基于预先存储在存储器中的、描述了在商pq_map和流量maf之间的关系的对应表来确定针对给定的马达转速的流量maf。

在步骤108和109之后,以可选的方式,基于二冲程马达的进气处的温度t和大气压力amp来修正新鲜空气流量maf。例如,可以使用以上在步骤103处获得的大气压力amp。

在步骤110处,凭借已知类型的用于确定空气温度的方法来确定二冲程马达的汽缸处的温度t。例如,可以使用已知类型的温度传感器。

在步骤111处,凭借校正方法,基于温度t和大气压力amp来确定新鲜空气流量maf的校正corr。在校正方法的实施中,基于预定的对应表来确定取决于温度t的校正corr(t)。然后,基于预定的对应表来确定取决于马达转速和大气压力的校正corr_amp(n,amp)。在示例中,corr(t)是通过如下等式定义的:corr(t)=t0.8,其中t是通过开氏度表述的。在另一示例中,校正corr_amp(n,amp)等于零。

最后,在步骤112处,通过将校正corr应用于新鲜空气流量maf来确定经修正的新鲜空气流量maf_corr。在示例中,经修正的新鲜空气流量maf_corr是通过如下等式定义的:

maf_corr=corr(t)*(maf*amp+cor_amp(n,amp))。

方法100可以在包括二冲程马达的载具的电子操控模块(英语中的“ecu”)中被实施,所述载具诸如船只、雪地机动车又或任何地面类型的摩托车。电子操控模块包括例如至少一个处理器和至少一个存储器,在所述至少一个存储器中存储了计算机程序。该程序包括程序代码指令集,所述程序代码指令集在它们被处理器执行时实施诸如以上描述的方法100的不同步骤。在变型中,电子操控模块包括硬件装置,如一个或多个fpga、pld等等类型的可编程逻辑电路,和/或一个或多个被适配用于实施方法100的步骤中的全部或部分的专用集成电路(asic)。

这样的硬件装置与一个或多个计算机程序的组合也是可能的。

换言之,电子操控模块包括被配置用于以软件(特定的计算机程序产品)和/或硬件(fpga、pld、asic等等)的方式实施方法100的装置集合。

本发明呈现众多优点。例如,发明人观察到绝对压力map的值的可变性使得能够从中推断马达在燃烧方面的不稳定性。因此,当二冲程马达在弱负载下运转并且观察到大于预定阈值的绝对压力map的值的变化偏差、诸如均方根偏差时,于是可以设想校正混合物的丰度又或点火提前以便使燃烧稳定。此外,绝对压力map的值的观测还使得能够检测燃烧未点火。事实上,当很少有未点火时,发明人已经观察到绝对压力map的值是相对稳定的。因此,如果观察到绝对压力map的值突然变化,则这可能是对燃烧未点火、不稳定燃烧或控制校正要素的的指示。因此,当检测到不稳定燃烧时,将可以设想对控制参数(例如喷射和点火)进行修正。还将可以例如增大喷射时间,或增大点火提前。因此可能的是基于绝对压力map的值来监视压力峰值的出现,并且获得关于燃烧状态的新信息。这是相对于在四冲程马达中可以获得的内容的优势,在所述四冲程马达中,燃烧不稳定性不必定意味着压力的不稳定性。

本发明还可以与被适配用于基于节流箱处的角信息来确定集流管中新鲜空气流量的方法或设备相耦合。例如,如果在根据节流角信息所获得的新鲜空气流量与根据本发明所获得的新鲜空气流量之间存在显著的差异,则可以检测到在排气闸门处的空气泄漏或误运转。在另一示例中,可以通过本发明的冗余使用来暂缓节流角信息的机能不良。

已经在本详细描述中和在随附附图的各图中描述和图示了本发明。然而,本发明不限于如此呈现的实现形式。在阅读本描述和随附附图时,本领域技术人员可以推断和实施其它变型和实施方式。

在权利要求中,术语“包括”不排除其它元件或其它步骤。量词“一个”不排除多个。单个处理器或多个其它单元可以被用于实施本发明。所呈现和/或要求保护的不同特征可以被有利地组合。它们在描述中或者在不同的从属权利要求中的出现不排除该可能性。最后,随附各图中的参考标记不会被理解为对本发明的范围进行限制。

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