校准汽缸压力传感器的方法和内燃活塞式发动机技术

校准汽缸压力传感器的方法和内燃活塞式发动机。发明专利技术涉及一种校准适于测量内燃活塞式发动机(12)中的压力的压力传感器(80)的方法，该方法在起动点火之前的压缩阶段期间包括至少以下步骤：i.在曲柄转角

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】校准压力传感器的方法和内燃活塞式发动机
本专利技术涉及一种根据权利要求1所述的校准适于测量内燃活塞式发动机中的压力的压力传感器的方法。本专利技术还涉及一种内燃活塞式发动机。
技术介绍
内燃机的操作要求越来越高。内燃活塞式发动机的废气排放要求越来越严格。为了应对这些要求，存在各种可用的技术，通过这些技术可以在发动机运行时控制气体排放。另一方面，所不期望的是，发动机的整体性能由于旨在减少排放的动作而将受到影响。汽缸压力给出关于内燃活塞式发动机的燃烧过程的有价值的信息。使用汽缸压力可以产生许多特征燃烧参数。因此，汽缸压力传感器需要非常精确，以便从发动机和燃烧过程获得可靠的数据。即使传感器的灵敏度的最小差异或变化也可能导致发动机的控制过程中的不准确的动作。这使得发动机以不符合要求的方式运行。因此，发动机可能不是以其最佳效率操作。特别是，传感器的校准需要非常小心谨慎。还存在可用的仅表示相对压力而不是绝对压力的传感器，并因此需要精确校准。汽缸压力传感器在恶劣的环境中操作并且不完全燃烧可能会导致用以精确地测量压力的传感器或其灵敏度的损坏。因此，期望将压力传感器也设置在进气歧管或类似物(诸如储气器(receiver))中。WO2010124758A1公开了一种用于估计内燃机的进气歧管中普遍存在的压力的方法。使用进气阀关闭点处的压力的估计值来估计进气歧管的压力。根据曲轴的角位置而不是对应于进气阀关闭点的角度来测量压力。在某些情况下，可以假设储气器和汽缸中的压力在进气阀关闭点处基本相同。在这种情况下，汽缸压力传感器可以根据所测量的储气器压力进行校准。然而，例如，如果储气器中的压力测量点与汽缸中的压力测量点之间的距离较长或在储气器中存在固定的振荡波，则进气阀关闭点处的汽缸压力和储气器压力可能会发生变化。因此，需要适当的方法来校准压力传感器。本专利技术的目的是提供一种校准汽缸压力传感器的方法，该汽缸压力传感器适于测量内燃活塞式发动机中的压力，其中与现有技术方案相比，该内燃活塞式发动机的性能被大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的通过校准适于测量内燃活塞式发动机中的压力的汽缸压力传感器的方法来实现，该方法在起动点火之前的压缩阶段期间包括至少以下步骤：i.在曲柄转角(crankangle)(θ0–θ1)测量表示汽缸中的压力的压力pm，ii.确定在曲柄转角范围(θ0–θ1)期间的放热特征，iii.计算在曲柄转角范围(θ0–θ1)汽缸的体积变化，iv.使用在步骤ii.中确定的放热特征和在步骤iii.中确定的体积变化估计在步骤i.中测量的压力的压力偏移Δp，v.利用所估计的压力偏移校准汽缸压力测量。这提供了一种校准适于测量其性能被显著提高的内燃活塞式发动机中的压力的汽缸压力传感器的方法。因此，获得校准汽缸压力测量的有效方式、更精确的压力测量以控制发动机的操作。众所周知，汽缸压力是用于经由燃烧参数(诸如放热、最大压力和最大压力导数等，仅举几例)获得关于燃烧情况的信息的非常重要的手段。更具体地，精确的压力测量通过使得可以以更精确的方式控制发动机的操作来降低燃料消耗和减少气体排放。根据本专利技术的实施方式，步骤ii.中的放热特征是放热值的曲柄转角导数。放热值的所述导数也可以称为放热率。因此，根据放热值的导数来估计压力偏移。根据本专利技术的实施方式，步骤ii.中的放热特征是从放热率获得的放热值，并且根据放热值和汽缸体积变化来估计压力偏移。由于对于经受热力学处理的系统而言众所周知的是，构成热力学第一定律的内部能量的变化dU可以被获得为：dU＝dQ-dW，其中，dQ是传热，并且dW是机械功。在发动机的汽缸中进行的机械功可以利用压力和体积写为dW＝pdV。在理想气体的情况下，内部能量的变化是dU＝nCvdT，其中n是在汽缸内捕获的摩尔数，Cv是恒定体积的热容量，dT是温度的变化，并且dV是体积变化。从理想的气体定律方程pV＝nRT求解T，上面的方程可以写为：其中，R是通用气体常数。简化上述方程(取d(pV)的偏导数，也就是d(pV)＝Vdp+pdV并且重排各项)，获得：使用热容量比γ＝Cp/Cv，其中Cp是恒定压力下的热容量，上面的方程可以写为：限定曲柄转角位置的变化为dθ，放热方程可以写为：通常，压力p是测量的值，并且现在将指示发动机汽缸中的压力的测量压力表示为pm。然而，测量的压力pm通常包括偏移Δp，并因此测量的压力pm可以表示为：pm＝p+Δp，其中p是实际压力，并且Δp是所谓的压力偏移。将测量的压力pm代入放热方程，如下获得偏移放热：重排各项并使用放热方程获得：最后，当假设汽缸压力偏移是常数(意味着其导数是常数)时，获得：在点火之前的压缩阶段期间，释放到汽缸中的热量假设为零，这意味着也假设放热率为零。那么该放热可以写为：因此，该方程描绘了放热与测量的压力的压力偏移之间的相关性。根据本专利技术的实施方式，使用如下函数来估计压力偏移：其中，是在步骤ii.中获得的确定值，γ是热容量比dV是汽缸中的体积的微分变化，dθ是曲柄转角的变化。在该实施方式中，针对多个单独的曲柄转角增量来估计压力偏移，在此之后确定压缩阶段期间的压力偏移的平均值。根据本专利技术的实施方式，确定在曲柄转角范围(θ0–θ1)期间的放热值Q的步骤通过在曲柄转角范围(θ0–>θ1)上进行如下计算来实现：根据本专利技术的实施方式，使用如下函数来估计压力偏移Δp：其中并且在该实施方式中，首先获得在特定曲柄转角上的放热和汽缸体积的积分，并且基于这些确定偏移值。根据本专利技术的实施方式，汽缸中的实际压力被获得为p＝pm-Δp。通常，一个汽缸的操作可以分为四个阶段，而发动机可以是四冲程或二冲程发动机：1)进气阶段，在此期间，允许燃烧空气进入汽缸，2)压缩阶段，其中活塞向其上止点位置移动并且汽缸中的压力增加，3)动力阶段，其中由燃料燃烧产生的膨胀气体迫使活塞在汽缸中向下移动，转动曲轴并且汽缸中的压力降低，以及4)排气阶段，用于从汽缸中排出废气。然后重复从1)到4)的一系列阶段。从1)到4)的一个系列阶段被称为一个循环。根据本专利技术的实施方式，逐循环地，使用来自前一循环的压力偏移来校准测量单元，以便逐循环地改进校准。因此，校准过程可以称为自动校准。根据本专利技术的实施方式，在第一循环的第一压缩阶段，压力偏移Δp是预定值，在校准中考虑该预定值以便获得汽缸中的更好的压力信息。根据本专利技术的实施方式，在起动点火之前的压缩阶段期间步骤i.到步骤iv.被进行一次以上。根据本专利技术的实施方式，在起动点火之前的压缩阶段期间步骤i.到步骤iii.被进行一次以上，并且获得一个以上偏移压力Δp1,…,Δpn，其中n>1，它们在步骤iv.中被用作响应值。根据本专利技术的实施方式，步骤iv.使用偏移压力的平均值作为响应值，意味着在步骤iv.中估计的压力偏移是偏移压力Δp1,…,Δpk的平均值其中k>1。根据本专利技术的实施方式，表示汽缸中的压力的压力pm是直接在汽缸中测得的压力。根据本专利技术的实施方式，表示汽缸中的压力的压力pm是在储气器(airreceiver)(即，将燃烧空气分配到发动机汽缸的歧管)中测得的压力。在该实施方式中，压力偏移还考虑了发动机的燃烧储气器与汽缸之间的压力损失以及其它类似因素。本专利技术的目的还通过内燃活塞式发动机来实现，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种校准汽缸压力传感器(80)的方法，该汽缸压力传感器(80)适于测量内燃活塞式发动机(12)中的压力，所述方法在起动点火之前的压缩阶段期间包括至少以下步骤：i.在曲柄转角范围(θ0–θ1)测量表示汽缸(30)中的压力的压力pm，ii.确定在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)期间的放热特征，iii.计算在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)的汽缸的体积变化，iv.使用在步骤ii.中确定的所述放热特征和在步骤iii.中确定的所述体积变化估计在步骤i.中测量的所述压力的压力偏移Δp，v.利用所估计的压力偏移Δp校准所述汽缸压力测量。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种校准汽缸压力传感器(80)的方法，该汽缸压力传感器(80)适于测量内燃活塞式发动机(12)中的压力，所述方法在起动点火之前的压缩阶段期间包括至少以下步骤：i.在曲柄转角范围(θ0–θ1)测量表示汽缸(30)中的压力的压力pm，ii.确定在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)期间的放热特征，iii.计算在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)的汽缸的体积变化，iv.使用在步骤ii.中确定的所述放热特征和在步骤iii.中确定的所述体积变化估计在步骤i.中测量的所述压力的压力偏移Δp，v.利用所估计的压力偏移Δp校准所述汽缸压力测量。2.根据权利要求1所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，所述步骤ii.中的所述放热特征是放热值的曲柄转角导数，并且在步骤iv中，根据所述放热值的所述导数和所述汽缸的所述体积变化来估计所述压力偏移。3.根据权利要求1所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，所述步骤ii.中的所述放热特征是从放热率获得的放热值。4.根据权利要求2所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，使用以下函数来估计所述压力偏移Δp：其中，是在所述步骤ii.中获得的放热率，γ是热容量比dV是所述汽缸中的体积变化，dθ是曲柄转角的变化。5.根据权利要求3所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，确定在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)期间的放热值Q的步骤通过在所述曲柄转角范围(θ0–θ1)上进行如下计算来实现：6.根据权利要求5所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其特征在于，使用以下函数来估计所述压力偏移Δp：其中7.根据权利要求1-5中的任一项所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，通过从表示所述汽缸(30)中的压力的所述压力pm减去所述压力偏移Δp获得所述汽缸(30)中的实际压力。8.根据权利要求1或7中的任一项所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，表示所述汽缸(30)中的压力的所述压力pm是直接在所述汽缸(30)中测得的压力。9.根据权利要求1或7中的任一项所述的校准汽缸压力传感器(80)的方法，其中，表示所述汽缸(30)中的压力的所述压力pm是在所述发动机的储气器中测得的压力。10.根据权利要求1-6中的任一项所述的校准汽缸压力传感器(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤姆·凯丝，M·尼隆德，
申请(专利权)人：瓦锡兰芬兰有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI