專利名稱：沒有進氣歧管的內(nèi)燃機中的進氣壓力信號的采集和處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及沒有進氣歧管的內(nèi)燃機中的進氣壓力信號的采集和處理方法。
背景技術(shù)：
近年來，必須知道具有足夠精度的平均進氣壓力以計算在每個汽缸中收集的新鮮空氣的質(zhì)量的所謂“速度密度”控制系統(tǒng)越來越廣泛地用于內(nèi)燃機的控制。用于汽車的新型內(nèi)燃機配置有多個汽缸(通常為直列的4個)，所述汽缸的每一個通過兩個進氣閥與進氣歧管連接，并且通過兩個排氣閥與排氣歧管連接；進氣歧管接收通過由蝶形閥控制的進氣導管的新鮮空氣(即，來自外部環(huán)境的空氣)，并且通過各自的進氣口與汽缸連接，所述進氣口的每一個由相應(yīng)的進氣閥控制。在配備有進氣歧管的內(nèi)燃機中，由于進氣歧管自身的容積效應(yīng)，進氣歧管內(nèi)的壓力脈沖是適度的；因此，為了確定配備有進氣歧管的內(nèi)燃機中的平均進氣壓力(即，進氣歧管內(nèi)的壓力平均值)，在每一次發(fā)動機循環(huán)(即，驅(qū)動軸每旋轉(zhuǎn)720° )，通過位于進氣歧管內(nèi)部的壓力傳感器測量兩個進氣壓力值就足夠了。由于用于控制內(nèi)燃機的“速度密度”控制系統(tǒng)所提供的諸多優(yōu)點，因此希望將這種系統(tǒng)用在用于摩托車以及賽車的內(nèi)燃機上；然而，用于摩托車或賽車的內(nèi)燃機通常不具有進氣歧管，并且每一個汽缸通過由相應(yīng)的蝶形閥控制的短進氣口(或進氣喇叭)與空氣濾清器箱(含空氣過濾器)直接連接。在這種情況下，將壓力傳感器插入各個進氣口的內(nèi)部；然而，在沒有進氣歧管的內(nèi)燃機的進氣口中，即使在空轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，壓力脈動也是極高的，因此在不使用具有非常高計算能力的電子控制單元的情況下，更加難以能夠計算具有足夠精度的平均進氣壓力值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在沒有進氣歧管的內(nèi)燃機中的進氣壓力信號的采集和處理方法，這種方法沒有上述缺點，特別是實施簡單并且經(jīng)濟。根據(jù)本發(fā)明，提供一種在沒有進氣歧管的內(nèi)燃機中的進氣壓力信號的采集和處理方法，所述內(nèi)燃機包括至少一個接收通過進氣口的新鮮空氣的汽缸，所述進氣口由蝶形閥控制并且配置有與電子控制單元連接的壓力傳感器，該采集和處理方法包括下列步驟:通過壓力傳感器，測量在發(fā)動機循環(huán)中分布的多個不同曲柄角條件下的瞬間吸氣(induction)壓力，以及估算在發(fā)動 機循環(huán)中的平均吸氣壓力，計算在發(fā)動機循環(huán)自身過程中測量的瞬間吸氣壓力的平均值，
所述采集和處理方法的特征在于包括下列另外的步驟:在每一個發(fā)動機循環(huán)過程中，將所述瞬間吸氣壓力存儲在電子控制單元的快速采集緩沖存儲器中；以及在每一個發(fā)動機循環(huán)的末端，通過計算預先存儲在所述電子控制單元的快速采集緩沖存儲器中的瞬間吸氣壓力的平均值，確定在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力。


現(xiàn)在參考說明實施方案的非限制性實例的附圖描述本發(fā)明，在附圖中:-圖1是實施進氣壓力信號采集和處理的方法，即本發(fā)明的主題的內(nèi)燃機的示意圖，以及-圖2和3是顯示圖1中的發(fā)動機的吸氣壓力隨曲柄角的變化(即，傳動軸的角位置)而變化的兩幅曲線圖。
具體實施例方式在圖1中，參考標記I在整體上表示用于摩托車的內(nèi)燃機。內(nèi)燃機I配置有多個汽缸2 (圖1中只顯示I個)，每一個汽缸通過兩個進氣閥4 (圖1中只顯示I個)與相應(yīng)的進氣口 3 (或進氣喇叭)連接，并且通過兩個排氣閥6 (圖1中只顯示I個)與排氣口 5連接。每一個進氣口 3運行，從空氣濾清器箱(含空氣過濾器)接收新鮮空氣(即，來自外部環(huán)境的空氣)，并且受蝶形閥7控制。電子控制單元8通過所謂的“速度密度”控制系統(tǒng)指揮內(nèi)燃機I的操作，該“速度密度”控制系統(tǒng)需要知道具有足夠精度的進氣壓力(即，在每一個進氣口 3中存在的壓力)的平均值，以計算在汽缸2內(nèi)部收集的新鮮空氣的質(zhì)量。為了確定在進氣口 3內(nèi)部的平均進氣壓力，將電子控制單元8與壓力`傳感器9連接，所述壓力傳感器9位于盡可能遠離蝶形閥7處，因此盡可能地靠近進氣閥4，在此壓力的形式和水平更顯著?？梢詫毫鞲衅?直接安裝在進氣口 3內(nèi)，或可以通過具有帶校準孔的壓力計接口的管與進氣口 3氣動連接。電子控制單元8包括快速采集緩沖存儲器10，該緩沖存儲器10接收由壓力傳感器9提供的測量值。特別是，瞬間吸氣壓力在電子控制單元8的快速采集緩沖存儲器10中的存儲由電子控制單元8的BIOS直接控制，而不需要調(diào)用(call)特殊的軟件；換言之，在快速采集緩沖存儲器10中壓力傳感器9所提供的測量值的采集由存在于BIOS中的初級軟件直接控制，而不需要由高級軟件控制的CPU的特別干預(intervention)。在使用中，電子控制單元8通過壓力傳感器9測量在發(fā)動機循環(huán)中分布的多個不同曲柄角條件下的瞬間吸氣壓力，并且通過計算在發(fā)動機循環(huán)本身過程中測量的瞬間吸氣壓力的平均值，估算在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力。如前所述，在發(fā)動機循環(huán)過程中由壓力傳感器9讀取的瞬間吸氣壓力被存儲在電子控制單元8的快速采集緩沖存儲器10中；然后，在每一個發(fā)動機循環(huán)的末端，通過計算預先存儲在電子控制單元8的快速采集緩沖存儲器10中的瞬間吸氣壓力的平均值，確定發(fā)動機循環(huán)的平均吸氣壓力。在必要時，通過以曲柄角的函數(shù)形式計算預先存儲在快速采集緩沖存儲器10中的瞬間吸氣壓力的加權(quán)平均值，可以確定在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力；換言之，在幾個固定的曲柄角條件下測量的瞬間吸氣壓力可以被認為比其它瞬間吸氣壓力更顯著(即，具有更高的權(quán)重)。
圖2說明了實驗獲得的曲線圖，其顯示了在四沖程內(nèi)燃機I中覆蓋720°曲柄角(即，驅(qū)動軸的角位置)的發(fā)動機循環(huán)過程中的瞬間吸氣壓力的變化。特別是，從圖2的左邊到右邊，可以觀察到與進氣階段的開始對應(yīng)的TDC(上死點)、與壓縮階段的開始對應(yīng)的BDC (下死點)、與作功階段的開始對應(yīng)的TDC (上死點)、與排氣階段的開始對應(yīng)的BDC (下死點)，并且可進一步觀察到與下一個進氣階段的開始對應(yīng)的TDC (上死點)。根據(jù)一個優(yōu)選實施方案，瞬間吸氣壓力的采集頻率與發(fā)動機速度成正比，以使在每一個發(fā)動機循環(huán)中測量到瞬間吸氣壓力的恒定數(shù)值；例如，通過每隔6°曲柄角進行測量，可以在每一個發(fā)動機循環(huán)中測量到120個瞬間吸氣壓力。通常，在進氣BDC處確定在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力，即，用于確定平均吸氣壓力的發(fā)動機循環(huán)以進氣BDC開始和結(jié)束。然而，為了避免電子控制單元8在進氣BDC過程中過度地超載，當電子控制單元8必須進行大量其它操作時，可以在另一個曲柄角條件下，例如，與進氣閥4關(guān)閉時的曲柄角相應(yīng)地確定在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力。根據(jù)一個可能的實施方案，在每一個發(fā)動機循環(huán)過程中存儲在快速采集緩沖存儲器10中的瞬間吸氣壓力不僅可以用于確定平均吸氣壓力，而且可以用于確定吸氣壓力的最小值和最大值。如果內(nèi)燃機I為單缸(S卩，它只具有I個汽缸2)，則上述進氣壓力信號的采集和處理方法的實施是即時的。如果內(nèi)燃機I為多缸(即，它具有多于I個的汽缸2)，則存在兩種可能性:如果電子控制單元8能夠處理用于各個汽缸2的相應(yīng)的快速采集緩沖存儲器10，則上述進氣壓力信號的采集和處理方法的實施是即時的，否則，如果電子控制單元8只能夠處理一個快速采集緩沖存儲器10，則在存在的所有汽缸2之間必須共用一個快速采集緩沖存儲器10。例如，如果存在兩個汽缸2，則交替確定這兩個汽缸2的平均進氣壓力，使得在一個發(fā)動機循環(huán)中確定汽缸2的平均進氣壓力，而在下一個發(fā)動機循環(huán)中確定另一個汽缸2的平均進氣壓力。在其中沒有確定汽缸2的平均進氣壓力的發(fā)動機循環(huán)過程中，假定該汽缸2的平均進氣壓力等于在前一個發(fā)動機循環(huán)中確定的平均進氣壓力。作為選擇，在其中沒有確定汽缸2的平均進氣壓力的發(fā)動機循環(huán)過程中，假定該汽缸2的平均進氣壓力等于通過修正因子k修正的前一個發(fā)動機循環(huán)中確定的平均進氣壓力。由在發(fā)動機循環(huán)過程中在給定的比較曲柄角條件下所測量的瞬間吸氣壓力與在前一個發(fā)動機循環(huán)過程中在相同的給定曲柄角條件下所測量的相應(yīng)的瞬間吸氣壓力之間的差或比率，計算修正因子k。在比較曲柄角條件下所測量的瞬間吸氣壓力需要調(diào)用特殊的高級軟件，因為快速采集緩沖存儲器10被另一個汽缸2的瞬間吸氣壓力的測量值占據(jù)。換言之，修正因子k是使用下列2個方程之一計算的:K = P1-P1-!K = PiAV1P是瞬間吸氣壓力，“i”是當前發(fā)動機循環(huán)，其中平均進氣壓力被估算為前一個發(fā)動機循環(huán)中的平均進氣壓力的函數(shù)，并且“i_l”是前一個發(fā)動機循環(huán)，其 中平均進氣壓力在來自壓力傳感器9的測量值的基礎(chǔ)上確定。
當計算修正因子k時，可以使用在唯一的比較曲柄角條件下所測量的唯一瞬間吸氣壓力值，或可以使用在兩個截然不同的比較曲柄角條件下所測量的兩個(或可以為更多個)瞬間吸氣壓力值的平均值；在這點上，根據(jù)系統(tǒng)的物理構(gòu)造(例如，壓力傳感器9的測壓孔的直徑、連接到壓力傳感器9上的連接管的長度和直徑、壓力傳感器9的特性、...)，在進氣BDC和在排氣沖程的點所測量的瞬間吸氣壓力值是特別顯著的。在多缸內(nèi)燃機I的情況下，提供更多的壓力傳感器9，并且將其與汽缸2關(guān)聯(lián)；在這種情況下，在內(nèi)燃機I不運行 的情況下，壓力傳感器9在它們自己之間及時補償:例如，可以將第一壓力傳感器9視為參照，并且計算其它壓力傳感器9的補償值。通常，假定氣壓(對于正確控制內(nèi)燃機I是必需的)等于在內(nèi)燃機I不運行時的進氣壓力；作為選擇，當?shù)伍y7完全打開時，假定氣壓等于進氣壓力和取決于發(fā)動機速度的補償值(考慮由蝶形閥7所導致的負荷損失)的總和。然而，可能發(fā)生的是:在開始之后，內(nèi)燃機I在非常長的時間內(nèi)(甚至數(shù)小時)都沒有以滿功率(即，在蝶形閥7完全打開的情況下)運行；因此，可以證明必須能夠估算出在內(nèi)燃機I運行并且蝶形閥7沒有完全打開時的氣壓。通過壓力傳感器9測量在分布于測量窗口(Window)W(不于圖3中)中的多個不同曲柄角條件下的瞬間吸氣壓力，確定取決于發(fā)動機速度和蝶形閥7的位置的補償因子，然后通過將補償因子用于在測量窗口 W中所測量出的瞬間吸氣壓力的平均值而確定氣壓，可以確定在內(nèi)燃機I運行并且蝶形閥7沒有完全打開時的氣壓。通過使用存儲在電子控制單元8中的根據(jù)試驗獲得的圖(map)，獲得補償因子。優(yōu)選地，測量窗口 W位于排氣階段的末端，并且測量窗口W的位置(開始角度和結(jié)束角度)和/或可能的寬度取決于發(fā)動機速度(即，測量窗口 W的開始角度和結(jié)束角度取決于發(fā)動機速度)。如果在測量窗口 W內(nèi)瞬間吸氣壓力大約保持恒定，即，如果在測量窗口 W內(nèi)的瞬間吸氣壓力測量之前的時間內(nèi)的變化率或?qū)?shù)小，則只計算氣壓。此外，如果內(nèi)燃機I處于穩(wěn)定狀態(tài)，則只計算氣壓；如果發(fā)動機速度和/或蝶形閥7位置的瞬間值之差與發(fā)動機速度和/或蝶形閥7位置的相應(yīng)濾波值(例如，一階濾波器(first-order filter))差別不大，則認為內(nèi)燃機I處于穩(wěn)定狀態(tài)。最后，如果與之前的氣壓估值相比的差小于第一可接受閾值和/或僅僅如果兩個氣壓估值之間的變化率小于第二可接受閾值，則只接受新的氣壓估值。顯然，通過接連地計算多個氣壓值并且取這些氣壓值的平均值，可以使氣壓估值變得更具魯棒性(robust)。在具有較多的汽缸2 (例如，4個汽缸2)的發(fā)動機的情況下，可以在每一個進氣口3中安裝相應(yīng)的壓力傳感器9，或使用減少數(shù)量的壓力傳感器9，所述壓力傳感器9的每個與兩個以上或更多個進氣口 3氣動互連；在后者的情況下，兩個以上彼此氣動連接的進氣口 3共用一個壓力傳感器9。上述的進氣壓力信號的采集和處理方法具有很多優(yōu)點，比如它允許高度精確地確定在每一個發(fā)動機循環(huán)中的平均進氣壓力，而沒有滯后，并且沒有使電子控制單元8過載。事實上，上述進氣壓力信號的采集和處理方法允許在每一個發(fā)動機循環(huán)中測量大量的瞬間吸氣壓力，并且將其存儲在快速采集緩沖存儲器10中，通過BIOS直接控制的緩沖存儲器10沒有對在電子控制單元8中的軟件的執(zhí)行造成負擔。
而且，上述的進氣壓力信號的采集和處理方法允許在內(nèi)燃機I運行并且蝶形閥7扼流(即，沒有完全打開)時 精確地確定氣壓。
權(quán)利要求
1.一種在沒有進氣歧管的內(nèi)燃機(I)中的進氣壓力信號的采集和處理方法，所述內(nèi)燃機(I)包括至少一個接收通過進氣口(3)的新鮮空氣的汽缸(2)，所述進氣口(3)由蝶形閥(7)控制并且配置有與電子控制單元(8)連接的壓力傳感器(9)； 為了確定在所述內(nèi)燃機(I)運行并且所述蝶形閥(7)沒有完全打開時的氣壓，進行下列步驟 通過所述壓力傳感器(9)，測量在分布于測量窗口(W)中的多個不同曲柄角條件下的瞬間吸氣壓力； 確定取決于發(fā)動機速度和所述蝶形閥(7)的位置的補償因子；以及 通過將所述補償因子用于在所述測量窗口(W)中所測量出的所述瞬間吸氣壓力的平均值而確定所述氣壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的采集和處理方法，其中所述測量窗口(W)的開始角度和結(jié)束角度取決于所述發(fā)動機速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I的采集和處理方法，其中所述測量窗口(W)位于排氣階段的末端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的采集和處理方法，其中如果在所述測量窗口(W)內(nèi)所述瞬間吸氣壓力大約保持恒定，則只確定所述氣壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求I的采集和處理方法，其中如果所述內(nèi)燃機(I)處于穩(wěn)定狀態(tài)，則只確定所述氣壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的采集和處理方法，其中如果所述發(fā)動機速度和/或所述蝶形閥(7)的位置的瞬間值之差與所述發(fā)動機速度和/或所述蝶形閥(7)的位置的相應(yīng)濾波值差別不大，則認為所述內(nèi)燃機(I)處于穩(wěn)定狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的采集和處理方法，其中用一階濾波器將所述發(fā)動機速度和所述蝶形閥(7)的位置的瞬間值濾波。
8.根據(jù)權(quán)利要求I的采集和處理方法，其中如果與之前的氣壓估值相比的差小于第一可接受閾值和/或僅僅如果新的氣壓估值與之前的氣壓估值之間的變化率小于第二可接受閾值，則只接受新的氣壓估值。
全文摘要
一種在沒有進氣歧管的內(nèi)燃機(1)中的進氣壓力信號的采集和處理方法，所述內(nèi)燃機(1)具有至少一個接收通過進氣口(3)的新鮮空氣的汽缸(2)，所述進氣口(3)由蝶形閥(7)控制并且配置有與電子控制單元(8)連接的壓力傳感器(9)。所述采集和處理方法提供下列步驟通過所述壓力傳感器(9)，測量在發(fā)動機循環(huán)中分布的多個不同曲柄角條件下的瞬間吸氣壓力；在每一個發(fā)動機循環(huán)過程中，將所述瞬間吸氣壓力存儲在所述電子控制單元(8)的快速采集緩沖存儲器(10)中；以及在每一個發(fā)動機循環(huán)的末端，通過計算預先存儲在所述電子控制單元(8)的所述快速采集緩沖存儲器(10)中的所述瞬間吸氣壓力的平均值，確定在發(fā)動機循環(huán)中的平均吸氣壓力。
文檔編號F02D41/00GK103256131SQ201310148019
公開日2013年8月21日 申請日期2008年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月5日
發(fā)明者馬爾科·潘其羅利, 洛里斯·蘭貝蒂尼, 弗朗切斯科·阿蘭尼, 馬泰奧·多梅尼科·艾伯塔齊, 馬爾科·蒙塔古蒂 申請人:瑪涅蒂馬瑞利動力系統(tǒng)股份公司