專利名稱：用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機(jī)并且更特別地涉及一種用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
這里提供的背景描述是為了總地示出本公開(kāi)內(nèi)容的目的。本發(fā)明人在該背景技術(shù)部分中所作描述的內(nèi)容，以及其描述在敘寫(xiě)時(shí)不會(huì)以其它方式被認(rèn)為現(xiàn)有技術(shù)的方面，既不特別地也不含蓄地認(rèn)為是破壞本公開(kāi)的現(xiàn)有技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)通過(guò)可以通過(guò)節(jié)氣門(mén)調(diào)節(jié)的進(jìn)氣系統(tǒng)將空氣吸入進(jìn)氣歧管。具體地，當(dāng)節(jié)氣門(mén)開(kāi)度增加時(shí)，通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的氣流速度可增加。質(zhì)量空氣流量(MAF)傳感器測(cè)量通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的氣流速度。MAF傳感器的測(cè)量值可以表示發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)上的負(fù)載可以根據(jù)駕駛員的輸入而變化。進(jìn)氣歧管中的空氣與燃料混合以產(chǎn)生空氣/燃料(A/ F)混合物。A/F混合物在多個(gè)氣缸內(nèi)燃燒以驅(qū)動(dòng)活塞，該活塞可旋轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸并且產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)包括密度確定模塊和質(zhì)量空氣流量(MAF)確定模塊。密度確定模塊根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度。MAF確定模塊根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，和進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的MAF。該方法包括根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度，并且根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，和進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)量空氣流量(MAF)。本發(fā)明提供下列技術(shù)方案。技術(shù)方案1 一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，包括
密度確定模塊，其根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度；以及
質(zhì)量空氣流量或MAF確定模塊，其根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的MAF。技術(shù)方案2 如技術(shù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中密度確定模塊根據(jù)空氣溫度，空氣壓力和相對(duì)空氣濕度使用包括多個(gè)空氣密度的查找表確定空氣密度。技術(shù)方案3 如技術(shù)方案1的控制系統(tǒng)，其中確定的MAF包括確定的空氣密度，空氣速度，以及進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積的乘積。技術(shù)方案4 如技術(shù)方案1所述的控制系統(tǒng)，其中進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積被預(yù)先確定并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。技術(shù)方案5 如技術(shù)方案1所述的控制系統(tǒng)，還包括測(cè)量空氣速度的MAF傳感器。技術(shù)方案6 如技術(shù)方案5所述的控制系統(tǒng)，其中MAF傳感器包括熱線風(fēng)速計(jì)。技術(shù)方案7 如技術(shù)方案1所述的控制系統(tǒng)，還包括使用基于電容的感測(cè)來(lái)測(cè)量空氣相對(duì)濕度的濕度傳感器。技術(shù)方案8 如技術(shù)方案1所述的控制系統(tǒng)，還包括根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)部件的部件控制模塊。技術(shù)方案9 如技術(shù)方案8所述的控制系統(tǒng)，其中部件控制模塊根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器。技術(shù)方案10 如技術(shù)方案8所述的控制系統(tǒng)，其中部件控制模塊根據(jù)確定的MAF 控制發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞。技術(shù)方案11 一種方法，包括
根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度；以
及
根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)量空氣流量或MAF。技術(shù)方案12 如技術(shù)方案11所述的方法，還包括根據(jù)空氣溫度，空氣壓力和相對(duì)空氣濕度使用包括多個(gè)空氣密度的查找表確定空氣密度。技術(shù)方案13 如技術(shù)方案11的方法，其中確定的MAF包括確定的空氣密度，空氣速度，以及進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積的乘積。技術(shù)方案14 如技術(shù)方案11所述的方法，其中進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積被預(yù)先確定并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。技術(shù)方案15 如技術(shù)方案11所述的方法，還包括使用MAF傳感器測(cè)量空氣速度。技術(shù)方案16 如技術(shù)方案15所述的方法，其中MAF傳感器包括熱線風(fēng)速計(jì)。技術(shù)方案17 如技術(shù)方案11所述的方法，還包括使用濕度傳感器測(cè)量空氣相對(duì)濕度，其中濕度傳感器基于電容的感測(cè)來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度。技術(shù)方案18 如技術(shù)方案11所述的方法，還包括根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)部件。技術(shù)方案19 如技術(shù)方案18所述的方法，還包括根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器。技術(shù)方案20 如技術(shù)方案18所述的方法，還包括根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的火花塞。從以下提供的詳細(xì)說(shuō)明中本公開(kāi)更進(jìn)一步適用領(lǐng)域?qū)?huì)變得顯而易見(jiàn)。應(yīng)當(dāng)理解，詳細(xì)說(shuō)明和具體例子僅僅是示例性的而并不旨在限制本公開(kāi)的范圍。


從詳細(xì)說(shuō)明和附圖中將會(huì)更完全地理解本發(fā)明，其中圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的功能方塊圖； 圖2是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的控制模塊的功能方塊圖；以及圖3是根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下的描述實(shí)際上僅僅是示例性的并且并不旨在限制本公開(kāi)，其應(yīng)用或使用。為了清楚，相同的附圖標(biāo)記在附圖中將被用以表示同樣的元件。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)A，B，以及C中的至少一個(gè)應(yīng)當(dāng)解釋為表示邏輯(A或B或C)，使用非排他的邏輯“或”。應(yīng)當(dāng)理解， 在沒(méi)有改變本公開(kāi)的原理的情況下，方法中的步驟可以以不同順序執(zhí)行。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“模塊”可以指屬于或包括下列專用集成電路(ASIC);電子電路；組合邏輯電路；字段可編程門(mén)陣列(FPGA)；執(zhí)行代碼的處理器(共享，專用，或組)；提供所描述的功能其它適當(dāng)?shù)牟考?；或上述的一些或全部的組合，例如芯片上的系統(tǒng)。術(shù)語(yǔ)“模塊”可以包括存儲(chǔ)由處理器執(zhí)行的代碼的存儲(chǔ)器(共享，專用，或組)。如在上面所使用的術(shù)語(yǔ)“代碼”可以包括軟件，固件和/或微代碼，以及可以指程序，例程，函數(shù)，類，和/或?qū)ο蟆Ｈ缭谏厦嫠褂玫男g(shù)語(yǔ)“共享”意思是來(lái)自多個(gè)模塊的一些或者全部代碼可以使用單個(gè)(共享)處理器執(zhí)行。此外，來(lái)自多個(gè)模塊的一些或全部代碼可以由單個(gè)(共享)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。如在上面所使用的術(shù)語(yǔ)“組”的意思是來(lái)自單個(gè)模塊的一些或者全部代碼可以使用一組處理器執(zhí)行。此外，來(lái)自單個(gè)模塊的一些或全部代碼可以使用一組存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。在此描述的裝置和方法可以通過(guò)由一個(gè)或多個(gè)處理器執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)。計(jì)算機(jī)程序包括存儲(chǔ)在非暫時(shí)的有形計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)上的處理器可執(zhí)行指令。計(jì)算機(jī)程序還可以包括存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。非暫時(shí)的有形計(jì)算機(jī)可讀取介質(zhì)的非限制的例子是非易失性存儲(chǔ)器，磁存儲(chǔ)，以及光存儲(chǔ)。質(zhì)量空氣流量(MAF)是空氣密度，空氣速度，和進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積的的乘積。換句話說(shuō)，MAF可以按以下確定
= (1)，
其中Pjs表示空氣密度，Vas表示空氣速度，以及表示進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積。因此在不同的進(jìn)氣系統(tǒng)之間MAF可以變化。例如，不同的進(jìn)氣系統(tǒng)實(shí)施方式或結(jié)構(gòu)可以影響空氣密度P—和進(jìn)氣系統(tǒng)^"^ 的橫截面積中的至少一個(gè)。因此，為了正確地解釋MAF傳感器輸出，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以基于進(jìn)氣系統(tǒng)需要標(biāo)定。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以通過(guò)使用聲速噴嘴流量支架以及調(diào)節(jié)的空氣(即，控制的溫度，壓力，和/或相對(duì)濕度)表征通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的氣流而被標(biāo)定。基于進(jìn)氣系統(tǒng)實(shí)施方式的發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的所需標(biāo)定可增加發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的成本和/或復(fù)雜性。此外，盡管進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積可以是已知的，但空氣密度Pda可以變化。例如， 進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積可以預(yù)先確定并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。僅僅是舉例，存儲(chǔ)器可以包括非易失性存儲(chǔ)器(NVM)。然而，空氣密度Α·可以基于空氣溫度(Γ—),空氣壓力(/&)，以及
相對(duì)的空氣濕度(紐通)而變化。因此，空氣溫度4 ,空氣壓力4 ,和/或相對(duì)空氣濕度中的波動(dòng)可能影響MAF傳感器的測(cè)量值。不準(zhǔn)確的MAF測(cè)量值會(huì)降低性能和/或燃料經(jīng)濟(jì)性。因此，提出一種用于改進(jìn)的發(fā)動(dòng)機(jī)氣流測(cè)量值的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法可以根據(jù)測(cè)量的空氣溫度測(cè)量的空氣壓力P-,以及測(cè)量的相對(duì)空氣濕度iW-確定發(fā)動(dòng)
機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度~。例如，系統(tǒng)和方法可以使用查找表確定空氣密度~。因
此，基于確定的空氣密度^ ,測(cè)量的空氣速度F.,以及進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積，系統(tǒng)和方法可以確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的MAF。例如，基于確定的空氣密度P—,測(cè)量的空氣速度,以及進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積
瞧這的乘積，可以確定MAF。此外，例如，進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積可以預(yù)先確定并且存
儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。該系統(tǒng)和方法然后可以根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)部件。例如， 該系統(tǒng)和方法可以根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器和/或火花塞?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10包括發(fā)動(dòng)機(jī)12。例如，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10可以用于驅(qū)使車(chē)輛。發(fā)動(dòng)機(jī)12可以包括火花塞點(diǎn)火(Si)發(fā)動(dòng)機(jī)，壓縮點(diǎn)火(Cl)發(fā)動(dòng)機(jī)(例如，柴油機(jī))， 或勻質(zhì)充氣壓縮點(diǎn)火(HCCI)發(fā)動(dòng)機(jī)。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)10也可以包括不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)和/或額外的部件，諸如在混合電動(dòng)車(chē)輛或電動(dòng)車(chē)輛中。僅僅是舉例，額外的部件可以包括電動(dòng)機(jī)，電池系統(tǒng)，和發(fā)電機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)12通過(guò)可以由節(jié)氣門(mén)17調(diào)節(jié)的進(jìn)氣系統(tǒng)16將空氣吸入進(jìn)氣歧管14。例如，節(jié)氣門(mén)17可以經(jīng)由電子節(jié)氣門(mén)控制(ETC)被電控制。MAF- HUM裝置18可以測(cè)量進(jìn)氣系統(tǒng)16中的空氣速度‘和進(jìn)氣系統(tǒng)16中的相對(duì)空氣濕度皿邏。具體地，MAF- HUM裝
置18可以包括測(cè)量空氣速度Fjs的MAF傳感器19以及測(cè)量相對(duì)空氣濕度iW—的濕度傳
感器20。例如，濕度傳感器20可以包括使用電容感測(cè)測(cè)量相對(duì)空氣濕度皿Μ的模擬濕度傳感器或數(shù)字濕度傳感器。可替換地，濕度傳感器20可以包括不同類型的傳感器。此外， 進(jìn)氣溫度(IAT)傳感器21和歧管絕對(duì)壓力(MAP)傳感器22可以分別測(cè)量空氣溫度^is和
空氣壓力&。MAF傳感器19例如可以包括熱線風(fēng)速計(jì)。可替換地，MAF傳感器19可以包括不同類型的傳感器。具體地，熱線風(fēng)速計(jì)可以包括暴露于通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)16的氣流中的電加熱的線?？諝馑俣惹伞び绊懰鼍€損失熱量的速度，因此MAF傳感器19可以通過(guò)測(cè)量將所述線
維持在恒溫所需的電流而確定空氣速度Vam。此外，空氣速度Vas可以根據(jù)空氣溫度Tam , 空氣壓力和/或相對(duì)空氣濕度皿-而變化。僅僅是舉例，熱線風(fēng)速計(jì)可以包括電阻電橋和運(yùn)算放大器電路以將對(duì)流傳熱轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。具體地，用于在氣流中維持恒溫的電加熱電線的能量平衡方程如下 O = I2R- -JiLDkX(Tw-Ta) (2)，
其中I表示通過(guò)電線的電流(安培，或A)，R表示電線的電阻(歐姆或 )，L和D分別表示電線的長(zhǎng)度和直徑，h表示對(duì)流傳熱系數(shù)(瓦特每平方米攝氏溫度，或JTZh2)，以及 Tw和Ta分別表示電線溫度和環(huán)境溫度(°C )。 通 過(guò) 重排和替換項(xiàng)，包括替換Nusselt，Reynolds，和ft~andtl數(shù)，能量平衡方程可以得出MAF與電壓之間的關(guān)系(S卩，表示MAF的電信號(hào))。例如，產(chǎn)生的能量平衡方程可以是如下的
權(quán)利要求
1.一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，包括密度確定模塊，其根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度；以及質(zhì)量空氣流量或MAF確定模塊，其根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的MAF。
2.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中密度確定模塊根據(jù)空氣溫度，空氣壓力和相對(duì)空氣濕度使用包括多個(gè)空氣密度的查找表確定空氣密度。
3.如權(quán)利要求1的控制系統(tǒng)，其中確定的MAF包括確定的空氣密度，空氣速度，以及進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積的乘積。
4.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，其中進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積被預(yù)先確定并且存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。
5.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括測(cè)量空氣速度的MAF傳感器。
6.如權(quán)利要求5所述的控制系統(tǒng)，其中MAF傳感器包括熱線風(fēng)速計(jì)。
7.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括使用基于電容的感測(cè)來(lái)測(cè)量空氣相對(duì)濕度的濕度傳感器。
8.如權(quán)利要求1所述的控制系統(tǒng)，還包括根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的至少一個(gè)部件的部件控制模塊。
9.如權(quán)利要求8所述的控制系統(tǒng)，其中部件控制模塊根據(jù)確定的MAF控制發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料噴射器。
10.一種方法，包括根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度；以及根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的質(zhì)量空氣流量或MAF。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)氣流的系統(tǒng)和方法，提供了用于發(fā)動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)，其包括密度確定模塊和質(zhì)量空氣流動(dòng)(MAF)確定模塊。密度確定模塊根據(jù)空氣溫度，空氣壓力，和空氣的相對(duì)濕度確定發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)中的空氣密度。MAF確定模塊根據(jù)確定的空氣密度，空氣速度，和進(jìn)氣系統(tǒng)的橫截面積確定通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)的MAF。
文檔編號(hào)G01F1/69GK102297031SQ201110176398
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者G. 哈蒙 B., A. 加托夫斯基 J., K. 維金斯 L. 申請(qǐng)人:通用汽車(chē)環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司