用于检测凸轮定相发动机的稳态和瞬态气流状态的方法
专利汇可以提供用于检测凸轮定相发动机的稳态和瞬态气流状态的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种气流状态确定系统，确定进入具有 凸轮 相位 器的 发动机 的 气缸 内的 质量 空气流量，该系统包括第一模 块 ，该第一模块基于凸轮相位器 位置 确定气流状态是否是稳态和瞬态中的一个。第二模块基于质量气流状态是否是稳态的和瞬态中的一个，使用质量空气流量 传感器 信号 和速度 密度 关系中的一个来确定质量空气流量。，下面是用于检测凸轮定相发动机的稳态和瞬态气流状态的方法专利的具体信息内容。
1.一种气流状态确定系统，其确定进入具有凸轮相位器的发动机的 气缸中的质量空气流量，该气流状态确定系统包括：
第一模块，其基于凸轮相位器位置确定气流状态是否是稳态和瞬态 中的一个；和
第二模块，其基于所述质量气流状态是否是稳态和瞬态中的一个而 使用质量空气流量传感器信号和速度密度关系中的一个来确定所述质 量空气流量。
2.如权利要求1所述的气流状态确定系统，还包括第三模块，其使 用一阶线性模型处理所述凸轮相位器位置并且基于所述凸轮相位器位 置计算更新的中间值，其所述气流状态基于所述更新的中间值进行确 定。
3.如权利要求2所述的气流状态确定系统，其中基于在所述更新的 中间值和先前的中间值之间的差值确定所述气流状态。
4.如权利要求1所述的气流状态确定系统，还包括滤波器模块，其 对所述凸轮相位器位置进行滤波。
5.如权利要求1所述的气流状态确定系统，还包括死区模块，其基 于校准偏差对所述凸轮相位器位置进行调节。
6.如权利要求5所述的气流状态确定系统，还包括最小化模块，如 果所述调节导致所述凸轮相位器位置小于零，该最小化模块最小化所述 凸轮相位器位置为零。
7.一种对进入具有凸轮相位器的发动机的气缸中的质量空气流量 进行确定的方法，包括：
监控凸轮相位器位置；
基于凸轮相位器位置确定气流状态是否是稳态和瞬态中的一个；和
基于所述质量气流状态是否是稳态和瞬态中的一个而使用空气质 量流量传感器信号和速度密度关系中的一个来确定所述质量空气 流量。
8.如权利要求7所述的方法，还包括：
使用一阶线性模型处理所述凸轮相位器位置；和
基于所述凸轮相位器位置计算更新的中间值，其中所述气流状态基 于所述更新的中间值进行确定。
9.如权利要求8所述的方法，其中基于在所述更新的中间值和先前 的中间值之间的差值确定所述气流状态。
10.如权利要求7所述的方法，还包括对所述凸轮相位器位置进行滤 波。
11.如权利要求7所述的方法，还包括基于校准偏差对所述凸轮相位 器位置进行调节。
12.如权利要求11所述的方法，还包括如果所述调节导致所述凸轮 相位器位置小于零，最小化所述凸轮相位器位置为零。
13.一种对进入具有凸轮相位器的发动机的气缸中的质量空气流量 进行确定的方法，包括：
监控凸轮相位器位置；
对所述凸轮相位器位置进行滤波；
使用线性模型处理所述凸轮相位器位置以确定更新的中间变量；
基于所述更新的中间变量和先前的中间变量确定气流状态是否是 稳态和瞬态中的一个；和
基于所述质量气流状态是否是稳态和瞬态中的一个而使用质量空 气流量传感器信号和速度密度关系中的一个来确定所述质量空气流 量。
14.如权利要求13所述的方法，其中基于在所述更新的中间值和所 述先前的中间值之间的差值确定所述气流状态。
15.如权利要求13所述的方法，其中还包括基于校准偏差对所述凸 轮相位器位置进行调节。
16.如权利要求15所述的方法，还包括如果所述调节导致所述凸轮 相位器位置小于零，最小化所述凸轮相位器位置为零。
技术领域
本发明涉及车用发动机系统，并且更特别涉及检测输送到发动机气 缸的气流的状态。
背景技术
输送到气缸中的气流能够采用质量空气流量(MAF)传感器进行测 量。该MAF传感器测量通过节气门的气流。在稳态的气流状态期间，测 量通过节气门的气流提供对传送到气缸中的新鲜空气的精确的估计。因 为MAF传感器测量通过节气门的空气流量，而不是流入气缸的空气，其 在稳态状态期间最精确，但是在瞬态条件期间精确度较小(例如，当额 外的空气必须流过节气门以增大进气歧管绝对压力(MAP)时，或者当 气流量必须减小以减小MAP时)。
采用速度密度计算能够估计空气流量，其通常基于MAP，发动机转 速以及进气温度和压力。速度密度计算仅仅是一个近似值，只要未明确 考虑在计算中的参数中没有参数发生变化，该近似值就是正确的。然 而，因为未考虑的参数在驱动车辆的时期内发生改变，该速度密度计算 仅仅对于一较短时期是精确的并且需要随着时间进行调节。为了保持在 瞬态条件期间速度密度计算的准确性，在有利状态条件期间使用MAF 传感器来修正速度密度计算。
在发动机没有可变凸轮定相(VCP)或者可变凸轮正时(VCT)的 情况下，如果进入气缸的新鲜空气质量改变(即，是瞬态的)，在MAP 中存在相应的增大或者减小。这表示空气量或者在进气歧管中累积或者 消耗。在这样的瞬态条件期间，速度密度计算用来确定进入气缸的质量 空气流量。确定质量空气流量是否是稳态的或者瞬态的能够通过诸如在 共同转让的美国专利No.5,423,208中的装置所实现，该专利的内容在 此作为参考进行结合。控制模块使用基于气流状态估计进入气缸内的质 量空气流量的适当方法。
然而在具有VCP或者VCT的发动机中，可能发生凸轮位置的改变， 而不会改变MAP，同时导致MAF传感器读数发生大量的改变。这种情况 的发生是因为VCP或者VCT系统允许改变返回到进气歧管内的剩余废 气量，其替换了在该歧管中的新鲜空气量。因此，或多或少的气流通过 节气门并且气流是瞬态的。传统的气流瞬态/稳态检测方法，类似在美国 专利No.5,423,208中所公开的，将发现在MAP中无变化并且不正确地 决定气流是稳态的。
发明内容
在其它特征中，该系统还包括第三模块，其使用一阶线性模型处理 凸轮相位器位置并且基于凸轮相位器位置计算更新的中间值。相应于凸 轮相位器运动的气流状态基于更新的中间值进行确定。基于在更新的中 间值和先前的中间值之间的差别确定气流状态。
在另一个特征中，还系统还包括滤波器模块，其滤波该凸轮相位器 位置。
在又一个特征中，该系统还包括死区模块，其基于校准偏差调节凸 轮相位器位置。该系统还包括最小化模块，如果调节导致凸轮相位器位 置小于零，其最小化凸轮相位器位置为零。
本发明的应用的进一步范围将从在下文中提供的详细说明中变得 明显。应该理解到详细说明和具体的例子虽然表示了本发明的优选实施 例，但其意图仅仅是示例而不意图限制本发明的范围。
附图说明
本发明将从详细说明和附图中变得更加充分理解，其中：
图1是使用根据本发明的气流状态检测控制进行调节的发动机系统 的原理框图；
图2是示出了通过根据本发明的气流状态检测控制实施的示例的步 骤的流程图；和
图3是实施本发明的气流状态检测控制的示例的模块的原理框图。
具体实施方式
现在参见图1，发动机系统10被示意地示出。发动机系统10包含发 动机12，其燃烧空气和燃料(空气/燃料)混合物以产生驱动扭矩。空 气通过节气门15被吸入到进气歧管14中。该节气门15调节进入进气歧管 14内的质量空气流量(MAF)。节气门15的位置基于指示加速踏板17位置 的踏板位置传感器16的信号进行调节。空气通过进行门18吸入到发动机 的气缸20中。虽然示出了4个气缸，应该理解的是发动机系统10包括但 不局限于2，3，4，5，6，8，10和12个气缸。
空气与燃料混合并且在气缸20中燃烧，以在气缸内往复地驱动活塞 (未示出)，该活塞可旋转地驱动曲轴24。排气通过排气门19从气缸中 排出并且进入到排气歧管25中。燃料喷射器(未示出)喷射与空气相结 合的燃料。燃料喷射器可以是与电子或者机械的燃料供应系统或者用于 混合燃料与进气的其他系统相关的喷射器。由燃料喷射器喷射的燃料量 基于进入气缸20的质量空气流量进行调节，以输送所需的空气/燃料比。
进气和排气门18，19的打开和关闭分别通过进气凸轮轴22和排气凸 轮轴23进行调节。曲轴24使用链/皮带和滑轮系统(未示出)可旋转地驱 动进气和排气凸轮轴22，23，以相对于气缸20内的活塞位置调节进气和 排气门18，19的打开和关闭正时。虽然只示出了单个进气凸轮轴22和单 个排气凸轮轴23，应当理解的是可以使用双进气凸轮轴和双排气凸轮 轴。
进气凸轮相位器26和排气凸轮相位器27分别改变进气和排气凸轮 轴22，23的致动时间，进排气凸轮轴机械地驱动进气及排气门18，19。 更具体地说，进气和排气凸轮轴22，23的旋转位置能够相对于气缸20内 的活塞的位置提前和/或延迟，以改变进气和/或排气门18，19的打开和/ 或关闭的致动时间。如此，进气和排气门18，19的正时和/或升程能够相 对彼此和/或相对于气缸20内的活塞位置进行改变。
使用进气和/或排气凸轮相位器26，27对进气和排气凸轮轴22，23 的调节能够影响MAP。例如，当凸轮相位器22，23被调节以增大输送到 气缸18中的空气时，较少的排气剩余量流入进气歧管14中，以替换较少 的新鲜空气质量。因此，易燃的空气质量增大。相反地，进气和排气凸 轮相位器26，27能够进行调节以减小输送到气缸20内的空气，同时增大 进入进气歧管14的废气剩余量。因此，存在更多的空气量进入进气歧管 14并且由此进入气缸14。
当进气和/或排气凸轮相位器26，27保持在恒定位置时，进气及排气 门18，19致动正时保持不变。因此，稳态的气流发生并且不变的空气量 输送到气缸20中。然而，当进气和/或排气凸轮相位器进行调节时，致动 正时相应地调节并且输送到气缸20中的空气量或者增大或者减小。在 气流中产生的突变通常称为空气瞬态。无论何时进气和/或排气凸轮相位 器26，27从固定位置进行移动，通常存在由凸轮轴位置改变产生的空气 瞬态。
发动机系统10还包括空气流量传感器30，发动机转速传感器31，凸 轮相位器位置传感器32，33，进气歧管空气温度传感器34和MAP传感 器35。控制模块36接收由各种传感器产生的信号并且基于本发明的气流 状态检测系统调节发动机系统10的运行。空气流量传感器30测量流过节 气门15的空气量，并且发动机转速传感器31响应于发动机12的转速。进 气歧管温度传感器34测量进气歧管14内的空气温度并且MAP传感器35 测量进气歧管14内的MAP。
凸轮相位器位置传感器32，33分别连接到进气凸轮相位器26和排气 凸轮相位器27，并且响应于它们相应的旋转位置。当进气和排气凸轮相 位器26，27的旋转位置进行调节时，凸轮相位器位置传感器32，33输出 位置信号给控制模块36。可以使用一阶延迟滤波器，在控制模块36接收 到之前或者在控制模块36内对位置信号进行过滤，以除去可能存在的任 何高频噪声。
由于传统的空气流量瞬态/稳态检测器能够检测的改变以及凸轮相 位器26，27位置的改变(传统的瞬态的/稳态的检测器不检测到)，气流 瞬态可能发生。因此，本发明的气流状态检测控制基于传统的瞬态/稳态 检测控制输出的信号并且还基于凸轮相位器26，27的旋转速度，来对质 量空气流量是在稳态或者瞬态进行检测。而且，控制模块36基于质量空 气流量被视为稳态或者瞬态来确定进入气缸20内的质量空气流量。
虽然气流状态检测控制基于进气凸轮相位器26和/或排气凸轮相位 器27旋转速率检测稳态的气流和/或瞬态的气流，气流状态检测控制将基 于单独用于检测稳态的气流和/或瞬态的气流的进气凸轮相位器26的旋 转速度。
在基于发动机转速传感器信号的每个进气基准脉冲处，气流状态检 测控制基于进气凸轮位置传感器信号确定进气凸轮位置(θICAM)。θICAM 能够使用一阶延迟滤波器进行滤波(例如，y＝ay+(1-a)x)。过滤系数(a) 的合理选择使得在每隔一个进气基准脉冲缓慢地进行良好的取样。气流 状态检测控制从滤波的θICAM中减去校准偏差(θTHR)，以除去与θICAM 相关的死区(即，不影响MAF的凸轮相位器调整值)。如果差值小于0， θICAM设置为零。
气流状态检测控制输入ICAM到一阶模型中，该一阶模型由下面的 公式提供：
X(k+1)＝αX(k)+βθICAM
其中X是中间变量，k是当前事件并且对每个进气参考事件进行递增，并 且a和β是预先确定模型或者过滤系数。a和β使用多个优化技术进行确 定，从而使得下面关系式被最小化：
|[X(k)-X(k-1)]-MAP(k)-MAP(k-1)|
其中MAP(k)-MAP(k-1)是进气歧管压力的改变，仅由于进气凸轮位置的 改变而引起。如果下面的关系式是真：
|X(k)-X(k-1)|＞ΔTHR
质量空气流量是瞬态的并且设置瞬态标志。否则，质量空气流量是 稳态的并且设置稳态标志。
如果设置稳态标志，控制模块36运行在稳态模块下并且基于气流传 感器30估计气缸的质量空气流量。如果设置瞬态标志，控制模块36基于 速度密度方式估计气流，采用下面公式：
其中ma是进入气缸的空气量，R是通用气体常数，Vd是发动机12的排量， ηv是发动机12的容积效率，Ti是输送到进气歧管14的空气的温度，并且 Pm是进气歧管压力。由于R和Vd对于给定发动机是常量，发动机12的容 积能够根据下面公式进行定义：
替换Ve到公式(1)，进入气缸20的空气量能够根据下面的公式进 行确定：
现在参见图2，流程图示出了由气流状态检测控制所执行的示例步 骤。在步骤200，控制确定θICAM。在步骤202，控制对θICAM进行滤波以 提供滤波后的θICAM。在步骤204，控制从θICAM中减去θTHR，以除去停止 位置附近的死区。在步骤206，控制确定θICAM是否小于零。如果θICAM小 于零，控制在步骤208继续。如果θICAM不小于零，控制继续到步骤210。 在步骤208处，控制设置θICAM为零。
在步骤210，控制更新中间变量X(k+1)。在步骤212，控制确定在X (k+1)和X(k)之间的差值的绝对值是否大于ΔTHR。如果在X(k+1)和X(k) 之间的差值的绝对值大于ΔTHR，控制继续到步骤214。如果在X(k+1)和 X(k)之间的差值的绝对值不大于ΔTHR，控制继续到步骤216。在步骤214， 控制设置瞬态标志并且在步骤218中使用速度密度方式计算气缸的质量 空气流量。在步骤216，设置稳态标志。在步骤219，控制确定传统或者 标准的瞬态/稳态检测控制是否通过设置SS标志已经表示气流是稳态 (SS)。如果设置SS标志，控制在步骤220中使用MAF传感器30估计气 缸质量空气流量。如果没有设置SS标志，控制继续到步骤218。在步骤 222，控制设置X(k)等于X(k+1)并且控制结束。
现在参见图3，实施气流状态检测控制的示例的模块将详细描述。 示例的模块包括滤波器模块300，死区模块302，θICAM最小化模块304， X更新模块306，加法器308，绝对值模块310，比较器模块312，标志模 块314和气缸MAF估计模块316。滤波器模块300和死区模块302分别滤波 θICAM和从θICAM中除去死区值。
如果在死区除去操作之后θICAM小于零，θICAM最小化模块304使得 θICAM的最小值为零。X更新模块306基于X(k)、θICAM和上面详细描述的 一阶线性模型确定X(k+1)。加法器308确定在X(k+1)和X(k)之间的差值， 并且绝对值模块310产生该差值的绝对值。
比较器模块312比较差值的绝对值与ΔTHR，并且如果差值大于ΔTHR 则输出第一信号(例如，1)，并且如果差值小于ΔTHR则输出第二信号 (例如，0)。标志模块314基于比较器模块312的输出设置稳态或者瞬 态标志。气缸MAF模块316基于MAF传感器信号或者速度密度计算确定 气缸MAF，其中基于MAF传感器信号或者速度密度计算取决于比较器模 块312的输出和标准SS标志的状态。
本领域技术人员应该从上述说明书中理解到本发明宽的教导能够 以多种形式进行实施。因此，虽然本发明已经相关于具体例子进行描 述，本发明真实的范围不应当受到限制，因为在本领域技术人员对附 图，说明书和下面的权利要求进行了解之后其它的修改是显然的。
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