专利名称：检测机动车发动机排气温度的方法
技术领域：
本发明涉及一种使用温度探测器检测机动车发动机排气温度的方法，温度探测器 包括温度传感器和保护管，该保护管围绕温度传感器，并伸到排气流中。
背景技术：
现有的温度探测器和使用温度探测器测量机动车发动机排气温度的方法可以参 见 DElO 2006 034 248 B3。在内燃机排气管中温度探测器的使用条件艰难。使用条件的特点包括排气管的温 度高达600°C到约1000°C，温度急速变化，比如在5秒钟内温度升高到800度，震动，以及周 围流动的腐蚀介质。为了能够承受这些压力，将用于测量排气温度的温度探测器的温度传感器封装在 保护管中，通常嵌入到填充材料中，诸如粉末或灌封化合物。然而，这些保护传感器的措施 增加了温度探测器的惯性，因此更好地保护传感器延长其使用寿命换来了传感器的更高惯 性。
发明内容
本发明的目的在于尽可能更好地获得温度探测器的最长使用期限和最快，最精确 的检测排气温度。本发明一方面提供一种使用温度探测器检测机动车发动机排气温度的方法，所述 温度探测器包括温度传感器和保护管，所述保护管围绕所述温度传感器，并伸到排气流中， 所述温度传感器产生一系列温度测量值，使用所述温度探测器的热惯性的特征量，从多个 时间连续温度测量值中计算出修正温度值。本发明另一方面提供一种温度探测器，包括温度传感器和围绕所述温度传感器的 保护管，评估电路使用所述温度探测器的热惯性的特征量，从多个时间连续温度测量值中 计算出修正温度值。根据发明方法，使用温度探测器的热惯性特征，从多个时间上连续的温度测量值 计算得到修正的温度值。这种方法的优势在于，强大的温度探测器能够长时间承受机动车 发动机的排气管内的高压力，可以用来更快更精确地检测排气温度，尽管该温度探测器具 有显著的热惯性。在排气温度改变的情况下，到温度探测器达到周围排气流的温度以及能够提供与 排气温度一致的温度测量值为止，总是存在一定的时间。在加热或降低温度探测器到排气 温度的过程中，温度测量值规律性的不同于实际排气温度，而且获得相同值时会有一定时 间延迟。温度探测器获得排气流温度的速度是由其热惯性决定的，热惯性取决于该温度探 测器的热容量和围绕该温度传感器的部件的热导性。通过使用代表温度探测器热惯性的特 征量，本发明方法可用于从传感器的温度测量值计算得出修正温度值，该修正温度值与排 气温度的对应度更好。
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时间常数代表了温度探测器获得改变的环境温度的速度，时间常数可作为温度传 感器的热惯性的特征。可通过适当的措施确定特定温度探测器的时间常数，例如，温度探测 器有定义的初始温度，如20°c，将探测器放入具有已知温度的热排气流，如520°C。在这种 情况下，温度传感器在一段时间内提供的测量值接近排气温度。可以使用热惯性的特征，比 如，热惯性是温度探测器温度与排气温度之间的差异减少到初始差异的特定部分的所花时 间。为此，将时间常数定义为两者温度差异降至初始差别的Ι/e的所花时间是有利的。在 这里，e是欧拉，约是2. 718。这样该传感器在排气温度突变之后重新达到该突变的63%时， 使用温度常数是有利的。严格来说，以这种方法确定的时间常数也取决于排气流的密度和流速。出于实用 的目的，不同的发动机负载和速度会导致在每个时间单位内流过温度探测器的排气体积的 差异，该差异一般可忽略不计。有利的一点是，使用的温度探测器的热惯性的特征值由排气 流决定，排气流是在通常的发动机状态，如平均速度和平均发动机负载时获得。修正温度值优选以修正项计算。修正项与之前温度值的偏差成正比，并使用热惯 性特征量计算得出，比如将其与热惯性特征量相乘而添加到温度测量值。优选修正项与两 个温度测量值之间的时间段成反比，修正项与两个温度测量值的差值成正比。
参考实施例和相关附图进一步详细论述本发明的细节和优点，如下图1为周围气体流的温度突变过程中两种不同温度探测器的加热特性；以及图2为排气流中测量的温度测量值曲线、排气温度曲线以及修正温度值偏差，都 是从两种不同温度探测器的排气温度计算得出的。
具体实施例方式为测定机动车发动机的排气温度，使用温度探测器测得了一系列温度测量值，温 度探测器包括温度传感器和保护管，保护管围绕着温度传感器，并伸到排气流中。使用温度 探测器热惯性的特征量，通过多个时间上连续的温度测量值计算出修正温度值。时间常数代表了温度探测器获得改变的环境温度的速度，可作为温度传感器的热 惯性的特征量。可通过适当的措施确定特定温度探测器的时间常数，例如，将具有已知初始 温度的温度探测器放入具有恒定温度的排气流，从而温度探测器的温度以及测量值会慢慢 地接近改变的环境温度。图1通过例证显示了，在环境温度突变过程中两个不同温度探测器的温度曲线。 在图1中纵坐标显示以。C为单位的温度T，横坐标显示以秒为单位的时间t。曲线1是第一 温度探测器的温度曲线。曲线2是具有较低热惯性的第二个温度探测器的温度曲线。图1 中的阶越曲线3显示了环境温度。很明显在时间t = Is时，环境温度突然从0°C升到100°C。在时间t = 1秒时，两个温度探测器的温度与环境温度之间的温差为100°C。经过 约10秒钟后，该温差下降到37%，该值是第一个温度探测器初值的1/e。10秒后，第一个温 度传感器达到了排气温度63%的突变。因此第一个温度探测器的时间常数为10秒。第二个温度探测器具有较低的热惯性，因此在约5秒后达到了 63%的环境温度突 变。第二温度探测器的温度和环境温度之间的差异在仅5秒后就降低到了原温度差IOOk的Ι/e。因此第二温度探测器的时间常数为5秒。在操作过程中，温度探测器测得了一系列温度测量值T1,T2，T3. . . Tn_1;Tn，其中每个 温度测量值是在时间t1; t2，t3. . . V1, tn分别测量得到的。因为温度的测量值是持续测得 的，指数η可以为任意整数。使用该温度探测器的热惯性特征量，如时间常数τ，可以计算 得出接近排气温度的修正温度值Τ。。,，比如根据以下公式计算tn的修正温度值。Tcor = Tn+ Δ T · τ / At在这里Tn为在时间tn测量的温度测量值，Δ T是连续的温度测量值Tn和Tlri之间 的差值，Δ T = Tn-Tlri，Δ t是连续时间tn和V1之间的差值，BP At = tn-tn_10上述公式用于以修正项计算修正温度值，S卩ΔΤ· τ/At，被加到温度测量值。该 修正项与之前温度值的偏差成正比，也与温度探测器的热惯性特征量成正比。修正项与两 个温度测量值之间的时间At成反比，修正项与两个温度测量值的差值ΔΤ成正比。温度探测器插入到机动车排气管后，其测得的测量信号经常有噪音和干扰信号。 因此优选的，通过过滤诸如电气测量电阻或热电偶等温度传感器提供的原始数据，来决定 用于计算修正温度值的温度测量值。在原始数据过滤过程中，比如温度测量值可通过组合 多个连续的原始数据值形成。这样可以减少测量值的随机波动。例如，温度测量值可由三 个连续原始数据的算术平均值形成。有利的一点是，过滤原始数据允许删除离群值，离群值是明显错误的测量值，需要 删除。例如，与之前测量值偏差超过特定阈值的原始数据被忽略。由于其热惯性，温度探测 器的温度不会无限速度的改变，所以两个连续测量信号之间的最大可能改变是有限的。如 果存在检测到不可信的传感器信号以及使用适当的过滤器将其从原始数据中删除，则优选 原始数据的过滤和处理步骤优先于其他步骤。在图2中，曲线1和2反映了使用温度探测器测量的温度测量值曲线，温度探测器 安装在机动车的排气管中。左边的纵坐标显示以。C为单位的温度Τ，横坐标显示时间以秒为 单位的时间t。图2中的曲线3显示了排气温度值的曲线。从曲线1计算出修正温度值，即 相应温度探测器的温度测量值和其热惯性的特征量。曲线4显示修正温度值与排气温度的 偏差。其偏差量可从右边的显示开尔文温度偏差的纵坐标明显看出。曲线4的过程显示其修正温度值比该温度探测器的温度测量值更与实际排气温 度具有一致性。尤其修正温度值只在温度突变的很短时间内偏离实际排气温度，这一点很 明显。这表明，上述方法可用于从热惯性温度探测器的测量值中计算高精度的排气温 度。具体而言，这意味着使用以上方法时，热惯性温度探测器可转化成不具有热惯性的温度 探测器。该方法的另一种应用是计算不反映排气温度的修正温度值，但是模拟具有更高或 更低热惯性的温度探测器测量值。要做到这一点，在以上公式中用两个温度探测器的时间 常数差取代时间常数。本发明方法可以通过如机动车发动机控制器来实现。但是在安装于该温度探测器 上的评估电路实施该方法也是可以的。比如DE 10 2006 034 284 B3中的温度探测器也适 用于实现本发明方法，该温度探测器另外具有一评估电路，操作该评估电路实现上述方法。 该温度探测器包括温度传感器和围绕传感器的保护管。该温度传感器嵌入在填充材料的保 护管中。绝缘粉末或灌封化合物可以用作填充材料。考虑成本效应，该评价电路可配置为
5专用集成电路(ASIC)。有利的一点，配置有ASIC的温度探测器可通过数据总线连接到发动机控制器。特 别有利的一点是，可以使用多个温度探测器在机动车排气管的不同位置测量排气温度，其 中每个温度探测器都连接到共同的数据总线，从而使发动机控制器只需要一个端口，以从 多个温度探测器获得温度数据。通过连接多个温度探测器到系统，有利的改进该系统的可靠性。尤其通过比较单 个温度探测器的温度测量值可发现单个温度探测器的故障。发动机关闭了较长时间之后， 机动车的所有温度探测器都冷却到环境温度，也就是说，其应提供一致的温度测量值，因而 在机动车延长停放时间后，相互比较单个温度探测器的温度测量值，可检测出某个单个温 度探测器的故障。通常情况下，由于温度传感器受漂移影响的事实导致温度探测器发生故障。在配 置有测量电阻的温度传感器中，比如观察到电阻随着时间的增加而增加，从而歪曲了测量 信号。在这种情况下，可以使用剩余温度探测器的温度测量值，重新调整显示与剩余温度探 测器的温度测量值有显著偏差的温度探测器。例如，为了调整有偏差的温度探测器，可以假 设剩余温度探测器的算术平均测量值为正确的温度，温度探测器提供的偏差温度可调整为 所述平均值。重要的是，温度探测器的功能检查和潜在的调整只能在机动车停放超过一定时间 才能执行。这个时间必须足够长，能够使所有的温度探测器冷却至机动车的环境温度，优选 为至少6小时，最优选为至少12小时。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。
权利要求
一种使用温度探测器检测机动车发动机排气温度的方法，所述温度探测器包括温度传感器和保护管，所述保护管围绕所述温度传感器，并伸到排气流中，所述温度传感器产生一系列温度测量值，其特征在于，使用所述温度探测器的热惯性的特征量，从多个时间连续温度测量值中计算出修正温度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征量为时间常数，所述时间常数代 表所述温度探测器获得改变的环境温度的速度。
3.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述修正温度值以添加到所述温 度测量值的修正项计算，所述修正项与之前温度值的偏移成正比。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述修正项与所述特征量成正比。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述修正项与两个温度测量值之间的 时间段成反比，所述修正项与所述两个温度测量值之间的差值成正比。
6.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过过滤所述温度传感器提供的 原始数据确定所述温度测量值。
7.根据以上任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述修正温度值Tcot通过两个时 间连续的温度测量值Tn和Tlri以及特征值τ计算得到，所述温度测量值Tn和Tlri由时间 tn和tn_i决定，Tcor = Tn+ Δ T · τ / Δ t，Δ T是连续温度测量值Tn和Tlri之间的差值，Δ t是 连续时间&和tn_i之间的差值。
8.一种温度探测器，包括温度传感器和围绕所述温度传感器的保护管，其特征在于，通 过评估电路实现使用所述温度探测器的热惯性的特征量，从多个时间连续温度测量值中计 算出修正温度值。
9.根据权利要求8所述的温度探测器，其特征在于，所述保护管内的所述温度传感器 由填充材料包围。
10.根据按权利要求8或9所述的温度探测器，其特征在于，所述评估电路为专用集成 电路ASIC。
11.一种系统，包括多个如权利要求8至10任一项所述的温度探测器，其特征在于，所 述温度探测器通过公用数据总线连接到发动机控制器。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述温度探测器安装在机动车的排气管内。
13.根据权利要求11或12所述的系统，其特征在于，机动车停放超过规定的时间，优选 至少6个小时，检查评估各所述温度探测器的温度测量值是否在特定的公差范围内。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，机动车停放超过特定时间后，温度探测 器显示与剩余温度探测器的温度测量值存在显著偏差，使用所述剩余温度探测器的温度测 量值调整所述温度探测器。
全文摘要
本发明涉及使用温度探测器检测机动车发动机排气温度的方法，温度探测器包括温度传感器和保护管，该保护管围绕温度传感器，并伸到排气流中，根据本发明的方法，使用温度探测器的热惯性的特征量，从多个时间连续温度测量值中计算出修正温度值。本发明进一步涉及包括评估电路的温度探测器，评估电路在操作中实现本方法。
文档编号G01K13/02GK101929895SQ201010203639
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月17日 优先权日2009年6月22日
发明者施耐德 乌利齐 申请人:博格华纳贝鲁系统有限公司