用于测量装备到机动车辆的发动机的供应管线中的压缩气体燃料的压力的方法以及相关联的测量装置与流程

本发明涉及用于测量机动车辆的发动机的供应管线中的压缩气体燃料的压力的方法以及相关联的测量装置。更特别地，本发明涉及红外光学传感器，其包括用于实时气体分析的光谱测量单元，该传感器对于连续分析在燃料管线中循环的气体特别有用。

背景技术：

作为主要的（尽管非排他的）应用，本发明涉及通过车辆的车载传感器来监测这些车辆的燃料的质量和组成。随着越来越多地使用各种来源和组成的天然气，这种监测已变得至关重要。

如果该控制实时地执行，则它允许车辆控制系统调适（adapter）各种发动机整定参数（paramètresderéglage）以便改进燃烧效率，诸如，所喷射的燃料量、点火提前、进气压力或甚至污染控制设定。

能够在泵处监测燃料组成；在石油来源的燃料有广泛选择或者气体具有可变百分比的甲烷、二氧化碳或氮气的情况下，质量必须保持不变。获知这种组成的简单手段是通过使用被放置在车箱（réservoir）中或者在车箱和发动机之间的传感器，使得车辆的电子管理系统能够调适发动机整定参数。目前，红外光领域被认知为与气体燃料特性（诸如，甲烷、丁烷、丙烷、乙烷二氧化碳含量或热值）的光学光谱分析有关。

当使用诸如压缩天然气之类的燃料时，还有必要获知发动机进气导管中的气体压力。

压缩天然气通常在高压下（200巴以上，且处于约250巴）可用。机动车辆中的车箱正是以该压力被填充。

对在车辆的车箱中被压缩至250巴的气体进行过滤，并且然后将其减小至小于20巴（通常为8巴）的压力，以便供应发动机。

为此目的，将以所期望的供应压力校准的调节器放置在车箱和发动机之间的供应管线中。为了控制供应压力，压力传感器也位于调节器下游。控制压力允许调整喷射参数，并且特别是检测天然气馈送系统的任何故障、过压或泄漏。

这在图1中表示。图1表示机动车辆的车载压缩气体馈送系统s。

馈送系统s包括被压缩至近似250巴的压力的天然气车箱10，该天然气车箱呈两个缸的形式，每个缸配备有阀20。打开阀20允许压缩气体循环朝向过滤器30；并且然后朝向压力调节器40（更准确地说压力控制阀），该压力调节器使压缩气体从250巴的初始压力膨胀到小于20巴（通常为约8巴）的入口压力。然后，由质量传感器50分析膨胀的压缩气体。压力测量传感器80位于压力调节器40和质量传感器50之间。质量传感器50是光谱仪类型，即，红外分析。

然后，经由连接到喷射道（rampe）80的至少一个喷射器60将燃料（其压力及组成因此是确定的）喷射到发动机m中。

阀20、压力传感器80、质量传感器50和喷射器60的操作由ecu类型的车载电子控制单元70控制。电子控制单元70管理阀20和喷射器60的致动，并且从压力测量传感器80和质量传感器50接收压力和燃料分析信息。

电子控制单元70还向所有这些部件供应电力。

该压力传感器表示馈送系统s中不可忽略的成本。它也是附加的潜在故障源。

技术实现要素：

本发明提出燃料红外分析和压力测量装置，其不需要附加的压力传感器。

本发明涉及用于使用压力测量装置来测量装备到机动车辆的发动机的馈送系统中的压缩气体燃料的压力的方法，该压力测量装置包括红外质量传感器和电子控制单元，该测量方法的特征在于，其包括：基于通过在预设波长处的红外分析执行的吸光度测量来确定燃料的校正的吸光度值，并将所述值与标称吸光度值进行比较以便确定燃料压力，所述标称吸光度值是根据在燃料压力的稳定阶段之后以标称压力和在相同的所述波长处进行的吸光度测量所先前确定的。

在第一实施例中，根据本发明的用于测量压力的方法包括下列步骤：

·步骤e3a：测量并存储标称吸光度，所述标称吸光度是基于在预设的且彼此不同的第一波长处和第二波长处、以标称压力进行的吸光度测量所确定的，

·步骤e5a：在预设的且彼此不同的第一波长处和第二波长处测量至少第一吸光度值和第二吸光度值，

·步骤e6a：基于标称压力、标称吸光度以及第一吸光度值和第二吸光度值来计算燃料压力。

在第二实施例中，根据本发明的用于测量压力的方法包括下列步骤：

·步骤e3b：测量标称吸光度并将其存储在存储器中，所述标称吸光度是基于在预设的且彼此不同的第一波长处、第二波长处和第三波长处并且以标称压力进行的吸光度测量所确定的，

·步骤e5b：分别在预设的且彼此不同的第一波长处、第二波长处和第三波长处测量至少第一吸光度值、第二吸光度值和第三吸光度值，

·步骤e6b：基于标称压力、标称吸光度、第一吸光度值、第二吸光度值和第三吸光度值来计算燃料压力。

优选地，该方法在步骤e3a或e3b前面进一步包括下列步骤：

·步骤e0：预先存储标称压力（pn），

·步骤e1：验证系统增压，

·步骤e2：验证第一预设时间（δt1）已流逝，否则返回到步骤1，

并且，第一预设时间对应于燃料压力的平均稳定周期。

用于测量压力的方法在相应地步骤e3a与步骤e5a之间或相应地步骤e3b与步骤e5b之间还可包括下列步骤：

·步骤e4：验证第二预设时间已流逝，否则返回到步骤e1。

适当地，第一波长是使得它不被燃料吸收的，并且第二波长对应于甲烷的吸收波长。

并且第三波长是这样的：使得它与第一波长不同并且使得它不被燃料吸收。

本发明还涉及用于测量装备到机动车辆的发动机的馈送系统中的压缩气体燃料的压力变化的装置，所述装置值得注意的是它包括：

·质量红外传感器，其至少在预设的且彼此不同的第一波长处和第二波长处测量第一吸光度值和第二吸光度值，

·用于检测系统的增压的机构，

·时钟，

·用于将质量传感器的波长调整到预设的且不同的至少两个波长处的机构，

·以下两者的存储机构：

–标称吸光度，该标称吸光度是基于在至少两个预设波长处、以对应的标称压力进行的吸光度测量来计算的；以及

–标称压力，

·用于从质量传感器接收在至少两个预设波长处进行的吸光度测量的机构，

·用于基于标称吸光度、标称压力和在至少两个预设波长处测量的吸光度值来计算压缩气体的压力的机构。

优选地，检测机构、时钟、调整机构、存储机构、接收机构和计算机构被包括在电子控制单元中。

本发明还涉及任何气体燃料馈送系统，其包括根据上文所列出的特性中的任一者的压力测量装置。

并且最后，本发明适用于包括根据上文所列出的特性中的任一者的压力测量装置的任何机动车辆。

附图说明

本发明的其他目的、特性和优点将从作为非限制性示例并参考附图给出的以下描述中变得更加显而易见，其中，

-图1示意性地表示根据现有技术的压缩气体馈送系统s，其旨在被车载于机动车辆上，

-图2示意性地表示根据本发明的压缩气体馈送系统s’，其旨在被车载于机动车辆上，

-图3示意性地表示根据本发明的电子控制单元700，

-图4是表示根据本发明的用于测量压力的方法的流程图，

-图5示意性地表示从向车辆供应电力的那一刻起在压力调节器下游的压力，

-图6表示根据在三种不同波长处的气体压力的吸光度变化。

具体实施方式

根据本发明的机动车辆的压缩气体馈送系统s’在图2中表示。

如在现有技术中一样，馈送系统s’包括被压缩至近似250巴的压力的天然气车箱10，该天然气车箱呈两个缸的形式，每个缸配备有阀20。打开阀20允许压缩气体循环朝向过滤器30；然后朝向压力调节器40、更准确地说减压阀40，该压力调节器使压缩气体从250巴的初始压力膨胀到小于20巴的入口压力。然后，由质量传感器500分析膨胀的压缩气体。质量传感器500是光谱仪类型，即，红外分析。

阀20、质量传感器500和喷射器60的操作由车载电子控制单元700控制。电子控制单元700管理阀20和喷射器60的致动，并且从压力测量传感器80和质量传感器50接收燃料分析信息。

然而，与现有技术的馈送系统s不同，根据本发明的馈送系统s’不包括压力测量传感器。

根据本发明，质量传感器500和它所连接至的电子控制单元700限定压力测量装置d，并且被调适成以便能够确定流向发动机m的压缩气体的组成和压力两者。

然后，经由连接到喷射道80的至少一个喷射器60将燃料（其压力及组成因此是确定的）喷射到发动机m中。

包括燃料质量传感器500和电子控制单元700的压力测量装置d使得有可能摆脱对使用附加的压力传感器的需求。

为此目的，质量传感器500是红外类型的传感器，其在预设的且不同的至少两个波长处连续测量燃料的吸光度。质量传感器500使得有可能在红外或近红外波长窗口当中的可选波长处测量吸光度。例如，质量传感器500的波长窗口位于烃的分子键的吸收带中，所述吸收带在800nm和2500nm之间，优选地在1550nm和1950nm之间。

电子控制单元700向质量传感器500供应电力，控制所述传感器，并接收所述传感器500进行的吸光度测量。

根据本发明，电子控制单元700包括：

·用于检测系统s’的增压的机构m1，

·时钟h，

·用于质量传感器500的波长调整到预设的且不同的至少两个波长λ1、λ2处的机构m2，

·以下两者的存储机构m3：标称吸光度absn，该标称吸光度是基于在至少两个预设波长处、以对应的标称压力pn进行的吸光度测量absn1、absn2来计算的；以及标称压力pn，

·用于从质量传感器500接收在至少两个预设波长处进行的吸光度测量的机构m4，

·用于基于标称压力pn的标称吸光度absn、第一吸光度abs1和第二吸光度abs2来计算压缩气体的压力pr的机构m5。

用于检测系统s’的增压的机构m1例如由用于检测阀20的打开的机构构成，例如，测量在阀20的端子两端的控制电压并供应（例如，作为输出）二进制信号的电子电路，如果阀关闭（无控制电压或者控制电压低于阈值），则二进制信号为0，如果阀打开（控制电压高于阈值），则二进制信号为1，后一种情况意味着压缩气体从车箱10中被释放并在馈送系统s’中循环。

因此，用于检测的机构m1使得有可能获知压缩气体是否在馈送系统s’中循环。用于检测的机构m1连接到时钟h。

时钟h是电子类型，所述时钟h测量在由检测机构m1检测到的阀20的打开直到第一预设时间δt1之间的持续时间。一旦第一预设时间已流逝，时钟h就向计算机构m5发送信号。第一设定时间δt1对应于在阀20打开之后压缩气体所需要的使得在供应管线中在调节器40下游的所述气体的压力和组成能够稳定的时间。

当阀20打开时，气体压力发生波动。

气体在该暂时阶段期间被压缩，并且只要第一预设时间δt1尚未流逝，就因此具有可变压力。在开始吸光度测量之前，必要的是等待直到所述气体的压力稳定下来。

这在图5中图示。当发动机运转时（图5中的“ign”从0转变为1），调节器40下游的压力p逐渐增加，直到它达到稳定值pr。在第一预设时间δt1期间，压力p增加并且是不稳定的。

调整机构m2构成质量传感器500的控制电路。它们允许将传感器500的发射器的波长值被设定为预设值。

在第一实施例中，调整机构m2将质量传感器500的光束发射器调整到两个预设的且不同的波长，即，第一波长λ1（其为所谓的“参考”波长）和所谓的第二“测量”波长λ2。

以这样的方式选择第一波长λ1，使得基于气体的浓度及因此其压力，在所述第一波长λ1处进行的第一吸光度测量abs1位于这样的光谱区域中：其中压缩气体吸收很少或根本不吸收且因此其中吸光度测量变化很小或根本不变化。

这在图6中表示。例如，λ1=1576.6nm。

以这样的方式选择第二波长λ2，使得根据压缩气体的压力，在所述第二波长处进行的第二吸光度测量abs2变化很大。由于压缩气体由超过80％的甲烷组成，并且无论压缩天然气的类型如何，压缩天然气总是包含甲烷，因此第二波长λ2对应于甲烷的检测波长。

这在图6中表示。例如，λ=1646nm。

能够使用下列公式来计算第二校正的吸光度测量abs2corr：

其中：

abs2corr：根据第一实施例校正的吸光度，

abs1：在第一波长λ1处的第一吸光度测量，

abs2：在第二波长λ2处的第二吸光度测量。

在第二实施例中，调整机构m2将质量传感器500的光束发射器调整到三个预设的且不同的波长，即，第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3（该第三波长也被称为“参考”波长）。

第三波长λ3与第一波长λ1不同，并且以这样的方式选择，使得取决于压缩气体的压力，在所述第三波长λ3处进行的第三吸光度测量abs3也位于这样的光谱区中：其中压缩气体不吸收且因此其中吸光度测量变化很小或根本不变化。第三吸光度测量abs3类似于第一吸光度测量abs1（参考测量），这使得有可能测量在压缩气体的任何吸收之外的吸光度阈值。

这在图6中表示。例如，λ3=1923.3nm。

在第三波长λ3处进行的第三吸光度测量abs3使得有可能与在第一波长λ1处进行的第一吸光度测量abs1校正任何测量偏差，并改进在第二波长λ2处进行的第二吸光度测量abs2的精度。第三吸光度测量abs3使得有可能校正参考吸光度测量中的任何偏差。该第三测量中的兴趣在于根据压力和波长来校正压缩气体的折射率变化。

通过在第一吸光度测量abs1和第三吸光度测量abs3之间执行线性回归，我们以下列方式获得斜率a和在原点处的纵坐标b（见图6）：

以及：

a是斜率，并且b是穿过abs1和abs3的直线在原点处的纵坐标：

。

因此，能够以下列方式计算第二校正的吸光度测量abs2corr'：

其中：

abs2corr'：根据第二实施例校正的吸光度，

abs1：在第一波长λ1处的第一吸光度测量，

abs2：在第二波长λ2处的第二吸光度测量，

abs3：在第三波长λ3处的第三吸光度测量，

λ1：第一波长，

λ2：第二波长，

λ3：第三波长。

存储机构m3是可重写存储器类型并且包含：压缩气体的吸光度的标称值absn，该标称值是基于在至少两个预设波长λ1、λ2处和以标称压力pn进行的吸光度测量来计算的；以及标称压力pn的值。标称吸光度absn的校正的值是以下列方式计算的，并且一旦第一预设时间δt1已流逝，当压缩气体的压力稳定时，根据下列公式在每次车辆启动时确定：

其中：

absn：根据第一实施例的标称吸光度值，

absn1：以标称压力pn和在第一波长λ1处测量的吸光度值，

absn2：以标称压力pn和在第二波长λ2处测量的吸光度值，

标称压力pn被假设为具有固定值并且对应于压力调节器40的压力，例如8巴。标称压力pn被存储在存储机构m3中。

类似地，根据第二实施例，根据下列公式，基于在三个预设波长λ1、λ2、λ3处、以标称压力pn进行的吸光度测量来计算标称吸光度absn’的值：

其中：

以及：

absn^’：根据第二实施例的标称吸光度值，

absn1：以标称压力pn和在第一波长λ1处测量的吸光度值，

absn2：以标称压力pn和在第二波长λ2处测量的吸光度值，

absn3：以标称压力pn和在第三波长λ3处测量的吸光度值，

λ1：第一波长，

λ2：第二波长，

λ3：第三波长。

存储机构m3连接到计算机构m5。

接收机构m4（例如，用于接收数据的电子电路）接收所有吸光度测量，这些吸光度测量由质量传感器500在至少两个预设波长处通过例如“控制器区域网络”（can）总线或者通过对本领域技术人员来说已知的任何其他类型的通信协议发送，所述吸光度测量即，在第一波长λ1处的第一吸光度abs1、在第二波长λ2处的第二吸光度abs2，并且在第二实施例中，接收机构m4还接收在第三波长λ3处实施的第三吸光度abs3以及所有标称吸光度值：absn1：以标称压力pn和在第一波长λ1处测量的吸光度值；和absn2：以标称压力pn和在第二波长λ2处测量的吸光度值；以及absn3：以标称压力pn和在第三波长λ3处测量的吸光度值。

接收机构m4连接到计算机构m5。

计算机构m5呈软件的形式。

在第一实施例中，计算机构m5根据标称吸光度absn、标称压力pn和根据由质量传感器500测量的第一吸光度abs1和第二吸光度abs2校正的吸光度通过下列公式来确定从调节器40向下游流动的压缩气体的实际压力pr：

absn：根据第一实施例，在标称压力pn下的标称吸光度值，

abs2corr：根据第一实施例校正的吸光度值，

pn：压力调节器40的标称压力；例如，8巴，

pr：根据第一实施例，我们想要确定的从调节器40向下游流动的实际压力。

在第二实施例中，计算机构m5根据校正的吸光度abs2corr’测量和根据标称吸光度absn’测量来确定压缩气体的实际压力pr’，所述校正的吸光度测量和标称吸光度测量各自是根据三个吸光度测量确定的。

即：

其中：

absn’：根据第二实施例的标称吸光度值，

abs2corr’：根据第二实施例校正的吸光度值，

pr’：根据第二实施例，我们想要确定的从调节器40向下游流动的实际压力，

pn：减压阀40的标称压力；例如，8巴。

现在将描述图4中所图示的在发动机m的馈送管线s’中循环的气体燃料的压力方法pr、pr’。

在第一预备步骤（e0）中，标称压力pn（调节器40的出口压力抑或在调节器40操作时在调节器40下游的压力）被记录在存储机构m3中，以便用于确定实际压力pr、pr’，如下文所描述的。

在第一步骤（e1）期间，如果由检测机构m1检测到阀20的打开，即，如果车辆通电（soustension）并且发动机已启动，那么在预设时间δt1期间（步骤e2），不执行吸光度测量。

然后，一旦第一预设时间δt1流逝，在第三步骤（e3）中，调整机构m2就控制质量传感器500使得它测量根据两个吸光度测量（步骤e3a）或三个吸光度测量（步骤e3b）所确定的标称吸光度值，即absn或absn’，这些吸光度测量被假设为以先前被存储在存储器中的标称压力pn（该标称压力pn是调节器40的压力）实施。所述测量被存储在存储机构m3中的存储器中。

在第四步骤（e4）中，只要由时钟h测量的第二预设时间δt2尚未流逝，就不进行吸光度测量。一旦第二预设时间δt2已流逝，则进行测量：

·步骤e5a：第一实施例中，在第一波长λ1和第二波长λ2处测量第一吸光度值abs1和第二吸光度值abs2，或者

·步骤e5b：在第一波长λ1、第二波长λ2和第三波长λ3处测量第一吸光度值abs1、第二吸光度值abs2和第三吸光度值abs3。

然后，质量传感器500将所述测量发送到接收机构m4，并且然后，计算机构m5针对第一实施例通过如下公式来计算从调节器向下游循环的实际压力pr、pr’（步骤e6a）：

其中：

并且：

pn：调节器40的标称压力，其被事先确定并被存储在存储机构m3中，

absn：根据第一实施例的标称吸光度，

abs2corr：根据第一实施例校正的吸光度，

abs1：在第一波长λ1处的第一吸光度测量，

abs2：在第二波长λ2处的第二吸光度测量，

并且针对第二实施例通过使用下列公式来计算（步骤e6b）：

其中：

并且：

pn：标称压力，

absn’：根据第二实施例的标称吸光度，

abs2corr’：根据第二实施例校正的吸光度，

abs1：在第一波长λ1处的第一吸光度测量，

abs2：在第二波长λ2处的第二吸光度测量，

abs3：在第三波长λ3处的第三吸光度测量，

λ1：第一波长，

λ2：第二波长，

λ3：第三波长。

根据本发明的用于测量压力的方法明智地使得有可能使用燃料质量传感器来确定燃料压力。

本发明的方法明智地使用在某些波长处的根据燃料压力变化的燃料吸光度值，以简单地根据吸光度测量来确定馈送系统中的燃料压力。

本发明基于如下的假设：一旦系统被增压并稳定，调节器下游的压力就被认为是调节器的标称压力。然后，根据该标称压力pn来估计系统中的任何压力变化。

该测量方法还提出执行各种吸光度测量，以便校正所测量到的值并以便实现更好的燃料压力精度。

最后，压力测量装置是巧妙且廉价的，因为它仅需要内置于传感器的电子控制单元中的简单软件和硬件机构并且使得有可能摆脱对附加的专用压力传感器的需求。