способ определения параметров воздуха, впускаемого в двигатель внутреннего сгорания, и соответствующий измерительный блок для двигателя внутреннего сгорания

Формула изобретения

1. Способ определения параметров впускаемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха, при этом измеряют массовый расход воздуха с помощью соответствующего расходомера (10) и влажность воздуха с помощью датчика (20) влажности, отличающийся тем, что массовый расход воздуха и влажность воздуха измеряют одновременно с измерением давления во впускном газопроводе и полученные данные обрабатывают в одной схеме (41) обработки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что влажность воздуха измеряют во впускном газопроводе (30) ДВС, предпочтительно рядом с расходомером (10) воздуха.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что влажность воздуха измеряют вне впускного газопровода (30) ДВС.

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что давление во впускном газопроводе (30) измеряют рядом с расходомером (10) воздуха.

5. Измерительный блок для ДВС, имеющий расходомер (10) воздуха с чувствительным элементом (14) для определения массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, отличающийся тем, что рядом с расходомером (10) воздуха, соответственно с его чувствительным элементом (14), предусмотрены размещенные предпочтительно в одном общем корпусе (25) датчик (20) влажности и/или датчик (50) давления, а также схема (41) обработки данных, поступающих от расходомера (10) воздуха, соответственно от его чувствительного элемента (14), от датчика (20) влажности и от датчика (50) давления.

6. Измерительный блок по п. 5, отличающийся тем, что чувствительный элемент (14) расходомера (10) воздуха и датчик (50) давления выполнены в виде деталей в микромеханическом исполнении.

7. Измерительный блок по п. 6, отличающийся тем, что чувствительный элемент (14) расходомера (10) воздуха и датчик (50) давления размещены на одном кристалле (13).

8. Измерительный блок по п. 6, отличающийся тем, что чувствительный элемент (14) расходомера (10) воздуха и датчик (50) давления размещены на двух разнесенных друг от друга кристаллах.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится прежде всего к способу определения параметров воздуха, впускаемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС), где массовый расход воздуха измеряют с помощью соответствующего расходомера.

Применение расходомеров воздуха для измерения массового расхода воздуха, впускаемого в установленный на транспортных средствах ДВС, уже известно давно.

Измеренное количество воздуха наряду с другими относящимися к процессу сгорания параметрами, например, температурой или давлением во впускном газопроводе, обрабатывается в системе управления двигателем для расчета времени впрыскивания и т.п.

Проблема, присущая известным способам определения параметров впускаемого в ДВС воздуха, заключается в том, что при измерении массового расхода воздуха не учитываются величины, непосредственно влияющие на этот расход. Одной из таких величин, изменяющих массу воздуха, является, например, его влажность. При высокой влажности атмосферного воздуха погрешность определения расходомером расхода воздушного потока объясняется тем, что помимо собственно воздуха, предназначенного для сгорания в ДВС, учитывается также водяной пар, который, как очевидно, не может сгорать, что ведет к весьма нежелательным изменениям в показателях токсичности выбрасываемых отработавших газов.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача усовершенствовать указанный выше способ определения параметров впускаемого в ДВС воздуха таким образом, чтобы обеспечить точное определение количества только того воздуха, который непосредственно сгорает в ДВС.

Для вышеупомянутого способа определения параметров впускаемого в ДВС воздуха, при котором измеряют массовый расход воздуха с помощью соответствующего расходомера и влажность воздуха с помощью датчика влажности, указанная задача решается согласно изобретению благодаря тому, что массовый расход воздуха и влажность воздуха измеряют одновременно с измерением давления во впускном газопроводе и полученные данные обрабатывают в одной схеме обработки. Особое преимущество дополнительного измерения и обработки показателей влажности впускаемого воздуха заключается в возможности провести различие между той фракцией впускаемого воздуха, которая подлежит сгоранию в ДВС, и водой, присутствующей в воздушном потоке в газообразном состоянии. Благодаря этому на вход схемы управления двигателем поступают гораздо более точные исходные данные, на основании которых эта схема, следовательно, рассчитывает и выдает более точные управляющие рабочей нагрузкой сигналы, а также другие сигналы, влияющие на процесс сгорания.

В принципе влажность впускаемого воздуха можно определить различными методами. Так, например, в одном из предпочтительных вариантов предлагается измерять влажность воздуха во впускном газопроводе ДВС, более предпочтительно рядом с расходомером воздуха. В этом случае обеспечивается очень точное определение влажности впускаемого воздуха.

В другом предпочтительном варианте предлагается измерять влажность воздуха вне впускного газопровода. В этом случае измеренное значение влажности атмосферного воздуха может быть использовано и в целях управления иными параметрами и характеристиками транспортного средства. Так, например, можно предусмотреть автоматическое включение стеклоочистителя, осветительных приборов и т.п. при превышении влажностью воздуха определенного порогового значения.

Кроме того, дополнительно можно предусмотреть одновременное измерение давления во впускном газопроводе с обработкой полученных данных в соответствующей схеме обработки. Такое решение позволяет повысить точность определения параметров впускаемого воздуха.

При этом давление во впускном газопроводе предпочтительно измерять рядом с расходомером воздуха.

В основу настоящего изобретения была также положена задача усовершенствовать измерительный блок для ДВС, имеющий расходомер воздуха с чувствительным элементом для определения массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, таким образом, чтобы наряду с измерением массового расхода воздуха обеспечить возможность простого определения его влажности и/или давления во впускном газопроводе.

Эта задача в отношении измерительного блока для ДВС, имеющего расходомер воздуха с чувствительным элементом для определения массового расхода впускаемого в ДВС воздуха, решается согласно изобретению благодаря тому, что рядом с расходомером воздуха, соответственно с его чувствительным элементом предусмотрены размещенные предпочтительно в одном общем корпусе датчик влажности и/или датчик давления, а также схема обработки данных, поступающих от расходомера воздуха, соответственно от его чувствительного элемента, от датчика влажности и от датчика давления.

Особое преимущество такого измерительного блока состоит в том, что он не только регистрирует наряду с массовым расходом воздуха еще и его влажность и давление, но и сам осуществляет обработку полученных данных. Еще одно преимущество такого измерительного блока состоит в том, что благодаря предусмотренной в нем схеме обработки полученные данные можно передавать на последующий блок управления с использованием малого числа соединительных линий. Поэтому предлагаемый измерительный блок можно подсоединять, в частности, и к шинной системе, для которой требуется только две линии передачи данных. Кроме того, такой измерительный блок может быть выполнен очень компактным.

Так, в частности, согласно одному из предпочтительных вариантов расходомер воздуха, соответственно его чувствительный элемент и датчик давления предлагается выполнять в виде деталей в микромеханическом исполнении. При этом чувствительный элемент расходомера и датчик давления могут быть расположены на одном кристалле или на одной пластинчатой керамической подложке, благодаря чему обеспечивается не только очень компактное расположение этих деталей, но и регистрация количества воздуха и его влажности практически в одном и том же месте. В другом предпочтительном варианте предлагается размещать расходомер воздуха, соответственно его чувствительный элемент и датчик давления на двух разнесенных друг от друга кристаллах. В этом случае давление можно измерять по длине определенного, предварительно задаваемого участка на пути движения воздуха, например, в пределах измерительной трубки расходомера.

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения более подробно рассмотрены ниже на примере нескольких вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - первый вариант выполнения предлагаемого в изобретении измерительного блока для ДВС,

на фиг.2 - второй вариант выполнения предлагаемого измерительного блока для ДВС,

на фиг. 3 - схематичное изображение комбинации из расходомера воздуха и датчика влажности для одновременного определения количества и влажности впускаемого в ДВС воздуха согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого способа,

на фиг. 4 - схематичное изображение комбинации из расходомера воздуха и датчика влажности для одновременного определения количества и влажности впускаемого в ДВС воздуха согласно другому варианту осуществления предлагаемого способа и

на фиг. 5 - схематичное изображение комбинации из расходомера воздуха и датчика давления для одновременного определения количества и давления впускаемого в ДВС воздуха согласно одному из вариантов осуществления предлагаемого способа.

На фиг. 1 показана комбинация из известного расходомера 10 воздуха и известного, например, из DE 3829517 А1, датчика 20 влажности, которые установлены во впускном газопроводе 30 двигателя внутреннего сгорания. В варианте, показанном на фиг.1, расходомер 10 воздуха и датчик 20 влажности расположены в одном общем корпусе 25, в котором также предусмотрено гнездо 40, где размещена электронная схема обработки данных, регистрируемых расходомером 10 воздуха и датчиком 20 влажности, которая выполнена, например, по гибридной технологии и сигнал с выхода которой по линиям 42 подается, например, на блок управления (на фиг.1 не показан).

Расходомер 10 воздуха, как показано на фиг.2 в увеличенном масштабе, имеет термочувствительный измерительный элемент 14, представляющий собой деталь в микромеханическом исполнении. Расходомер воздуха с чувствительным элементом такого типа известен из заявки DE 4407209 С2, которая в полном объеме является составной частью настоящего описания. Очевидно, что расходомер 10 воздуха может быть выполнен и в виде так называемого расходомера на пленочных терморезисторах, в котором чувствительным элементом служит выполненная в виде пластинки керамическая подложка с нанесенными на нее пленочными термозависимыми резисторами и который известен, например, из DE 3638138 А1.

Измерение влажности воздуха одновременно с определением его количества позволяет провести различие между той фракцией впускаемого воздуха, которая подлежит сгоранию в ДВС, и водой, присутствующей в воздушном потоке в газообразном состоянии. Благодаря этому значительно повышается точность, например, при расчете управляющего рабочей нагрузкой сигнала, поскольку при таком расчете может учитываться только определенная часть от всего измеренного количества воздуха.

Как показано на фиг.1, датчик 20 влажности вместе с расходомером 10 воздуха и схемой 41 обработки могут быть расположены в одном общем корпусе 25.

Однако влажность воздуха можно также измерять с помощью соответствующего датчика 20, расположенного во впускном газопроводе 30 вне собственно расходомера 10 воздуха, при этом результаты измерения, выдаваемые расходомером 10 воздуха и датчиком 20 влажности, подаются на обработку в блок 70 управления (см. фиг.3).

Кроме того, датчик 20 влажности можно установить и вне впускного газопровода 30. В этом случае его можно использовать также для управления иными узлами и агрегатами транспортного средства, например, для автоматического включения стеклоочистителя, осветительных приборов и т.п. (см. фиг.4).

В корпусе 25 расходомера 10 воздуха, помимо датчика 20 влажности, может быть установлен и датчик 50 давления, как показано на фиг.2. При этом и датчик 50 давления, и собственно расходомер 12 воздуха, соответственно его чувствительный элемент 14 могут представлять собой детали в микромеханическом исполнении, расположенные на общем кристалле 13 (чипе) или на керамической подложке, например, в байпасном канале 15 расходомера 10 воздуха. Более того, датчик 50 давления можно расположить во впускном газопроводе 30 и вне расходомера 10 воздуха, как показано на фиг.5. При этом датчик давления также может представлять собой микромеханическую деталь или может быть выполнен известным образом, как это описано, например, в DE 4317312 А1.

Следует отметить, что представленная на фиг.2 комбинация из расходомера 10 воздуха, соответственно его чувствительного элемента 14 и датчика 50 давления может быть дополнена датчиком 20 влажности по тому же принципу, который описан для варианта по фиг.1. В этом случае в измерительном блоке для двигателя имеются расходомер 10 воздуха, датчик 20 влажности и датчик 50 давления, а сам этот измерительный блок размещен в одном общем корпусе со схемой обработки.

Чувствительный элемент 14 расходомера 10 воздуха, датчик 20 влажности и датчик 50 давления могут быть нанесены при этом на один общий кристалл или керамическую подложку, который, соответственно которая предпочтительно располагается в байпасном канале 15 расходомера 10 воздуха.