本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的校準適于測量內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力的壓力傳感器的方法。

本發(fā)明還涉及一種內(nèi)燃活塞式發(fā)動機。

背景技術(shù)：

內(nèi)燃機的操作要求越來越高。內(nèi)燃活塞式發(fā)動機的廢氣排放要求越來越嚴格。為了應對這些要求，存在各種可用的技術(shù)，通過這些技術(shù)可以在發(fā)動機運行時控制氣體排放。另一方面，所不期望的是，發(fā)動機的整體性能由于旨在減少排放的動作而將受到影響。汽缸壓力給出關(guān)于內(nèi)燃活塞式發(fā)動機的燃燒過程的有價值的信息。使用汽缸壓力可以產(chǎn)生許多特征燃燒參數(shù)。因此，汽缸壓力傳感器需要非常精確，以便從發(fā)動機和燃燒過程獲得可靠的數(shù)據(jù)。即使傳感器的靈敏度的最小差異或變化也可能導致發(fā)動機的控制過程中的不準確的動作。這使得發(fā)動機以不符合要求的方式運行。因此，發(fā)動機可能不是以其最佳效率操作。特別是，傳感器的校準需要非常小心謹慎。還存在可用的僅表示相對壓力而不是絕對壓力的傳感器，并因此需要精確校準。

汽缸壓力傳感器在惡劣的環(huán)境中操作并且不完全燃燒可能會導致用以精確地測量壓力的傳感器或其靈敏度的損壞。因此，期望將壓力傳感器也設(shè)置在進氣歧管或類似物(諸如儲氣器(receiver))中。

wo2010124758a1公開了一種用于估計內(nèi)燃機的進氣歧管中普遍存在的壓力的方法。使用進氣閥關(guān)閉點處的壓力的估計值來估計進氣歧管的壓力。根據(jù)曲軸的角位置而不是對應于進氣閥關(guān)閉點的角度來測量壓力。

在某些情況下，可以假設(shè)儲氣器和汽缸中的壓力在進氣閥關(guān)閉點處基本相同。在這種情況下，汽缸壓力傳感器可以根據(jù)所測量的儲氣器壓力進行校準。然而，例如，如果儲氣器中的壓力測量點與汽缸中的壓力測量點之間的距離較長或在儲氣器中存在固定的振蕩波，則進氣閥關(guān)閉點處的汽缸壓力和儲氣器壓力可能會發(fā)生變化。因此，需要適當?shù)姆椒▉硇蕢毫鞲衅鳌?/p>

本發(fā)明的目的是提供一種校準汽缸壓力傳感器的方法，該汽缸壓力傳感器適于測量內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力，其中與現(xiàn)有技術(shù)方案相比，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機的性能被大大提高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的通過校準適于測量內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力的汽缸壓力傳感器的方法來實現(xiàn)，該方法在起動點火之前的壓縮階段期間包括至少以下步驟：

i.在曲柄轉(zhuǎn)角(crankangle)(θ0–θ1)測量表示汽缸中的壓力的壓力pm，

ii.確定在曲柄轉(zhuǎn)角范圍(θ0–θ1)期間的放熱特征，

iii.計算在曲柄轉(zhuǎn)角范圍(θ0–θ1)汽缸的體積變化，

iv.使用在步驟ii.中確定的放熱特征和在步驟iii.中確定的體積變化估計在步驟i.中測量的壓力的壓力偏移δp，

v.利用所估計的壓力偏移校準汽缸壓力測量。

這提供了一種校準適于測量其性能被顯著提高的內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力的汽缸壓力傳感器的方法。因此，獲得校準汽缸壓力測量的有效方式、更精確的壓力測量以控制發(fā)動機的操作。眾所周知，汽缸壓力是用于經(jīng)由燃燒參數(shù)(諸如放熱、最大壓力和最大壓力導數(shù)等，僅舉幾例)獲得關(guān)于燃燒情況的信息的非常重要的手段。更具體地，精確的壓力測量通過使得可以以更精確的方式控制發(fā)動機的操作來降低燃料消耗和減少氣體排放。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，步驟ii.中的放熱特征是放熱值的曲柄轉(zhuǎn)角導數(shù)。放熱值的所述導數(shù)也可以稱為放熱率。因此，根據(jù)放熱值的導數(shù)來估計壓力偏移。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，步驟ii.中的放熱特征是從放熱率獲得的放熱值，并且根據(jù)放熱值和汽缸體積變化來估計壓力偏移。

由于對于經(jīng)受熱力學處理的系統(tǒng)而言眾所周知的是，構(gòu)成熱力學第一定律的內(nèi)部能量的變化du可以被獲得為：

du＝dq-dw，

其中，dq是傳熱，并且dw是機械功。在發(fā)動機的汽缸中進行的機械功可以利用壓力和體積寫為dw＝pdv。在理想氣體的情況下，內(nèi)部能量的變化是du＝ncvdt，其中n是在汽缸內(nèi)捕獲的摩爾數(shù)，cv是恒定體積的熱容量，dt是溫度的變化，并且dv是體積變化。從理想的氣體定律方程pv＝nrt求解t，上面的方程可以寫為：

其中，r是通用氣體常數(shù)。簡化上述方程(取d(pv)的偏導數(shù)，也就是d(pv)＝vdp+pdv并且重排各項)，獲得：

使用熱容量比γ＝cp/cv，其中cp是恒定壓力下的熱容量，上面的方程可以寫為：

限定曲柄轉(zhuǎn)角位置的變化為dθ，放熱方程可以寫為：

通常，壓力p是測量的值，并且現(xiàn)在將指示發(fā)動機汽缸中的壓力的測量壓力表示為pm。然而，測量的壓力pm通常包括偏移δp，并因此測量的壓力pm可以表示為：

pm＝p+δp，

其中p是實際壓力，并且δp是所謂的壓力偏移。將測量的壓力pm代入放熱方程，如下獲得偏移放熱：

重排各項并使用放熱方程獲得：

最后，當假設(shè)汽缸壓力偏移是常數(shù)(意味著其導數(shù)是常數(shù))時，獲得：

在點火之前的壓縮階段期間，釋放到汽缸中的熱量假設(shè)為零，這意味著也假設(shè)放熱率為零。那么該放熱可以寫為：

因此，該方程描繪了放熱與測量的壓力的壓力偏移之間的相關(guān)性。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，使用如下函數(shù)來估計壓力偏移：

其中，是在步驟ii.中獲得的確定值，γ是熱容量比dv是汽缸中的體積的微分變化，dθ是曲柄轉(zhuǎn)角的變化。在該實施方式中，針對多個單獨的曲柄轉(zhuǎn)角增量來估計壓力偏移，在此之后確定壓縮階段期間的壓力偏移的平均值。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，確定在曲柄轉(zhuǎn)角范圍(θ0–θ1)期間的放熱值q的步驟通過在曲柄轉(zhuǎn)角范圍(θ0–>θ1)上進行如下計算來實現(xiàn)：

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，使用如下函數(shù)來估計壓力偏移δp：

其中

并且

在該實施方式中，首先獲得在特定曲柄轉(zhuǎn)角上的放熱和汽缸體積的積分，并且基于這些確定偏移值。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，汽缸中的實際壓力被獲得為p＝pm-δp。

通常，一個汽缸的操作可以分為四個階段，而發(fā)動機可以是四沖程或二沖程發(fā)動機：1)進氣階段，在此期間，允許燃燒空氣進入汽缸，2)壓縮階段，其中活塞向其上止點位置移動并且汽缸中的壓力增加，3)動力階段，其中由燃料燃燒產(chǎn)生的膨脹氣體迫使活塞在汽缸中向下移動，轉(zhuǎn)動曲軸并且汽缸中的壓力降低，以及4)排氣階段，用于從汽缸中排出廢氣。然后重復從1)到4)的一系列階段。從1)到4)的一個系列階段被稱為一個循環(huán)。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，逐循環(huán)地，使用來自前一循環(huán)的壓力偏移來校準測量單元，以便逐循環(huán)地改進校準。因此，校準過程可以稱為自動校準。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在第一循環(huán)的第一壓縮階段，壓力偏移δp是預定值，在校準中考慮該預定值以便獲得汽缸中的更好的壓力信息。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在起動點火之前的壓縮階段期間步驟i.到步驟iv.被進行一次以上。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在起動點火之前的壓縮階段期間步驟i.到步驟iii.被進行一次以上，并且獲得一個以上偏移壓力δp1,…,δpn，其中n>1，它們在步驟iv.中被用作響應值。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，步驟iv.使用偏移壓力的平均值作為響應值，意味著在步驟iv.中估計的壓力偏移是偏移壓力δp1,…,δpk的平均值其中k>1。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，表示汽缸中的壓力的壓力pm是直接在汽缸中測得的壓力。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，表示汽缸中的壓力的壓力pm是在儲氣器(airreceiver)(即，將燃燒空氣分配到發(fā)動機汽缸的歧管)中測得的壓力。在該實施方式中，壓力偏移還考慮了發(fā)動機的燃燒儲氣器與汽缸之間的壓力損失以及其它類似因素。

本發(fā)明的目的還通過內(nèi)燃活塞式發(fā)動機來實現(xiàn)，所述內(nèi)燃活塞式發(fā)動機包括：

a.至少一個汽缸，

b.活塞，所述活塞被設(shè)置成在汽缸內(nèi)往復運動，

c.至少一個壓力傳感器，所述至少一個壓力傳感器被設(shè)置成與汽缸連接。

本發(fā)明的特征在于，發(fā)動機包括校準系統(tǒng)，該校準系統(tǒng)包括：測量單元，該測量單元被設(shè)置成在起動點火之前的壓縮階段期間利用發(fā)動機中的至少一個壓力傳感器測量表示汽缸中的壓力的壓力；放熱確定單元，該放熱確定單元被設(shè)置成確定放熱特征；估計單元，該估計單元被設(shè)置成估計使用所述放熱特征執(zhí)行的測量的汽缸壓力偏移；以及校準單元，該校準單元被設(shè)置成響應于所估計的汽缸壓力偏移來校準汽缸壓力傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，發(fā)動機包括一個以上汽缸。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，放熱確定單元包括用于確定放熱值的指令。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，經(jīng)由導管與汽缸連接的儲氣器包括至少一個壓力傳感器，以測量儲氣器中的壓力并與校準系統(tǒng)連接。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，內(nèi)燃活塞式發(fā)動機的壓力傳感器校準系統(tǒng)被提供有用于執(zhí)行根據(jù)所附權(quán)利要求1-14中的任一項所述的校準汽缸壓力傳感器的方法的指令。

附圖說明

在下文中，將參考所附示例性示意圖來描述本發(fā)明，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的校準適于測量內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力的壓力傳感器的方法的圖，

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的校準適于測量內(nèi)燃活塞式發(fā)動機中的壓力的壓力傳感器的方法的圖，以及

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實施方式的具有擁有壓力傳感器的儲氣器的燃燒活塞式發(fā)動機。

具體實施方式

圖1示意性地描繪了壓力傳感器校準系統(tǒng)10，該壓力傳感器校準系統(tǒng)10被設(shè)置成執(zhí)行指令以實施根據(jù)本發(fā)明的實施方式的校準內(nèi)燃活塞式發(fā)動機12中的壓力傳感器80的方法。發(fā)動機12通常包括幾個汽缸30，在所述汽缸30的每一個中，活塞32被設(shè)置成在汽缸30內(nèi)在上止點和下止點之間往復運動，并從而使發(fā)動機的曲軸(未示出)旋轉(zhuǎn)。在圖1中，示出了第一汽缸30.1、第二汽缸30.2、第三汽缸30.3、第四汽缸30.4和第n汽缸30.n。即使在圖1中僅示出了一個具有活塞30的汽缸，但所述汽缸30.1...30.n中的每一個都設(shè)置有活塞。

發(fā)動機12的汽缸壓力傳感器校準系統(tǒng)10包括測量單元40，該測量單元40被設(shè)置成使用壓力傳感器80在曲柄轉(zhuǎn)角θ0處在起動點火之前的壓縮階段期間測量汽缸30.1…30.n中的每一個中的壓力。每個汽缸30.1、30.2、30.3、30.4...30.n的汽缸壓力由測量單元40至少在一個預定的曲柄轉(zhuǎn)角位置θ0單獨測量為40.1、40.2、40.3、40.4...40.n。每個汽缸30.1、30.2、30.3、30.4...30.n設(shè)置有壓力傳感器80.1、80.2、80.3、80.4...80.n以測量汽缸中的壓力。特別是，可以通過曲柄轉(zhuǎn)角確定系統(tǒng)90檢測曲柄轉(zhuǎn)角，并且該位置可用于校準系統(tǒng)10。了解發(fā)動機的細節(jié)，可以以相當高的精度針對任何曲柄轉(zhuǎn)角位置計算汽缸中的燃燒室的體積。另選地，校準系統(tǒng)可以設(shè)置有體積查找表，該體積查找表為特定的、不同的曲柄轉(zhuǎn)角值提供汽缸體積的值。

校準系統(tǒng)10還包括放熱確定單元50，該放熱確定單元50針對每個汽缸具有可選的單獨確定單元50.1、50.2、50.3、50.4...50.n，該放熱確定單元50被設(shè)置成確定在曲柄轉(zhuǎn)角范圍θ0–θ1期間的放熱特征。放熱特征可以是放熱值，該放熱值可以通過任何傳統(tǒng)方式(例如，通過使用最小二乘估計)來確定。

針對放熱的通式如下：

其中，γ是熱容量比p是壓力，v是體積，dv是汽缸中的體積變化，dθ是曲柄轉(zhuǎn)角的變化并且dp是汽缸中的壓力變化。將放熱方程(1)相對于曲柄轉(zhuǎn)角進行積分，這里，曲柄轉(zhuǎn)角范圍θ0–>θ1，獲得放熱q，也就是：

測量的壓力pm可以表示為：

pm＝p+δp，(2)

其中p是實際壓力，并且δp是所謂的壓力偏移。壓力偏移δp是可以根據(jù)本發(fā)明確定的因子。將測量的壓力方程(2)代入方程(1)中，偏移放熱可以被寫為：

重排各項并使用方程(1)獲得：

最后，當假設(shè)汽缸壓力偏移是常數(shù)時，意味著其導數(shù)是常數(shù)獲得：

然而，在點火之前的壓縮階段期間，假設(shè)汽缸中的放熱為零，因此該項分別為零。放熱可以被稱為偏移放熱。

從方程(3)可以解出壓力偏移δp，并且可以寫為下面的關(guān)系：

其中已假設(shè)在沒有壓力偏移的情況下放熱為零，也就是

因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式，通過針對多個單獨的曲柄轉(zhuǎn)角增量獲得放熱和體積來確定壓力偏移，在此之后確定壓縮階段期間的壓力偏移的平均值。

具體地說，方程(4)給出了測量中可能的校準誤差的信息，并且可以在閉環(huán)中使用方程(4)的值來校準壓力傳感器。在包括估計單元60.1、60.2、60.3、60.4...60.n的估計單元60處使用在放熱確定單元50確定的放熱值和汽缸體積的變化針對于每個汽缸30.1、30.2、30.3、30.4...30.n估計壓力偏移。

根據(jù)本發(fā)明的另一個實施方式，在壓縮階段對放熱率

和體積變化

執(zhí)行積分，在此之后，壓縮階段期間的壓力偏移被確定為放熱值和體積變化的比率。

根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式，同樣可以使用已知的離散近似方法替代積分方法。測量、確定和計算可以例如在1度的曲柄轉(zhuǎn)角分辨率(或者具有更高的分辨率)下進行。

在校準單元70利用估計的壓力偏移δp獲得汽缸壓力測量的校準。線72描繪了在測量單元40中考慮關(guān)于來自校準單元70的校準的信息。經(jīng)由線72.1、72.2、72.3、72.4...72.n的校準信息針對每個汽缸30.1、30.2、30.3、30.4...30.n被單獨傳送。這意味著可以對壓力傳感器80進行校準，以指示汽缸中正確的普遍存在的實際壓力。換句話說，汽缸中的實際壓力p可以如下從方程(2)獲得：

p＝pm-δp。(5)

應當注意，可以從前一循環(huán)在測量單元40中使用所估計的壓力偏移δp。這通過使用利用偏移壓力的循環(huán)到循環(huán)補償針對壓力傳感器80提供自動校準方案。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，在點火之前的壓縮階段期間，在測量單元40處測量壓力一次以上，在確定單元50處確定放熱在估計單元60處估計壓力偏移δp，并且利用所估計的偏移壓力δp校準汽缸壓力測量值。例如，如果對汽缸中的壓力測量了三次，并獲得三個壓力值p1、p2和p3。那么可以獲得三個放熱值q1、q2和q3、以及三個放熱值和可以使用這三個放熱值q1、q2和q3，或者優(yōu)選地使用這三個放熱值和將三個壓力偏移值確定為δp1、δp2和δp3。當計算例如平均壓力偏移時，得到對壓力偏移的估計。然后在校準中使用平均值這意味著所估計的壓力偏移是偏移壓力δp1、δp2和δp3的平均值

圖1示意性地示出了測量單元40、確定單元50、估計單元60和校準單元70是單獨的單元。然而，應當理解，測量單元40、確定單元50、估計單元60和校準單元70可以被設(shè)置到一個物理單元中，該物理單元可以例如被稱為調(diào)整單元，該調(diào)整單元包括用于以先前描述的方式進行測量、確定、估計和校準的指令。

圖2示出了本發(fā)明的另一實施方式。在第一循環(huán)的第一壓縮階段，壓力偏移δp是預定值，在校準中考慮該預定值以便獲得汽缸中的更好的壓力信息。然而，從第二個循環(huán)向前，如前所述，在點火之前的每個壓縮階段期間確定壓力偏移δp，并且在校準前向測量值中使用來自前一循環(huán)的所確定的壓力偏移δp。

圖3示意性地示出了內(nèi)燃活塞式發(fā)動機12，該內(nèi)燃活塞式發(fā)動機12包括設(shè)置成校準測量的壓力值的壓力傳感器校準系統(tǒng)10。發(fā)動機12包括儲氣器36，從該儲氣器36至少將燃燒空氣經(jīng)由導管14引入汽缸30.1、30.2、30.3、30.4、30.5和30.6。儲氣器36中的壓力也由壓力傳感器82來監(jiān)測。儲氣器36設(shè)置有連接到儲氣器36中的至少一個壓力傳感器82，以便測量該儲氣器36中普遍存在的壓力。圖3示出了連接到儲氣器36的兩個壓力傳感器82.1、82.2，然而壓力傳感器的數(shù)量并不限于兩個。同樣，作為汽缸30中的壓力傳感器80，可以校準連接到儲氣器36中的壓力傳感器82。來自儲氣器36的壓力信息經(jīng)由測量單元40被傳送，在確定單元50處獲得儲氣器36中的放熱，并且可以在估計單元60中估計儲氣器36中的壓力偏移δprec。最后，利用儲氣器36中的估計的壓力偏移δprec在校準單元70處獲得儲氣器壓力測量的校準。與之前類似地，線72描繪了在測量單元40中考慮關(guān)于來自校準單元70的校準的信息。圖3示意性地示出了六個汽缸，但實際上汽缸的數(shù)量可能不同。

雖然本文通過結(jié)合現(xiàn)在被認為是最優(yōu)選實施方式的實施方式的示例描述了本發(fā)明，但是應當理解，本發(fā)明并不限于所公開的實施方式，而是旨在覆蓋其特征的各種組合或修改以及包括在如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的若干其它應用。結(jié)合上述任何實施方式提及的細節(jié)可以結(jié)合另一實施方式使用，當這種組合在技術(shù)上可行時。