檢測機動車發動機排氣溫度的方法

專利名稱：檢測機動車發動機排氣溫度的方法
技術領域：
本發明涉及一種使用溫度探測器檢測機動車發動機排氣溫度的方法，溫度探測器 包括溫度傳感器和保護管，該保護管圍繞溫度傳感器，并伸到排氣流中。
背景技術：
現有的溫度探測器和使用溫度探測器測量機動車發動機排氣溫度的方法可以參 見 DElO 2006 034 248 B3。在內燃機排氣管中溫度探測器的使用條件艱難。使用條件的特點包括排氣管的溫 度高達600°C到約1000°C，溫度急速變化，比如在5秒鐘內溫度升高到800度，震動，以及周 圍流動的腐蝕介質。為了能夠承受這些壓力，將用于測量排氣溫度的溫度探測器的溫度傳感器封裝在 保護管中，通常嵌入到填充材料中，諸如粉末或灌封化合物。然而，這些保護傳感器的措施 增加了溫度探測器的慣性，因此更好地保護傳感器延長其使用壽命換來了傳感器的更高慣 性。

發明內容
本發明的目的在于盡可能更好地獲得溫度探測器的最長使用期限和最快，最精確 的檢測排氣溫度。本發明一方面提供一種使用溫度探測器檢測機動車發動機排氣溫度的方法，所述 溫度探測器包括溫度傳感器和保護管，所述保護管圍繞所述溫度傳感器，并伸到排氣流中， 所述溫度傳感器產生一系列溫度測量值，使用所述溫度探測器的熱慣性的特征量，從多個 時間連續溫度測量值中計算出修正溫度值。本發明另一方面提供一種溫度探測器，包括溫度傳感器和圍繞所述溫度傳感器的 保護管，評估電路使用所述溫度探測器的熱慣性的特征量，從多個時間連續溫度測量值中 計算出修正溫度值。根據發明方法，使用溫度探測器的熱慣性特征，從多個時間上連續的溫度測量值 計算得到修正的溫度值。這種方法的優勢在于，強大的溫度探測器能夠長時間承受機動車 發動機的排氣管內的高壓力，可以用來更快更精確地檢測排氣溫度，盡管該溫度探測器具 有顯著的熱慣性。在排氣溫度改變的情況下，到溫度探測器達到周圍排氣流的溫度以及能夠提供與 排氣溫度一致的溫度測量值為止，總是存在一定的時間。在加熱或降低溫度探測器到排氣 溫度的過程中，溫度測量值規律性的不同于實際排氣溫度，而且獲得相同值時會有一定時 間延遲。溫度探測器獲得排氣流溫度的速度是由其熱慣性決定的，熱慣性取決于該溫度探 測器的熱容量和圍繞該溫度傳感器的部件的熱導性。通過使用代表溫度探測器熱慣性的特 征量，本發明方法可用于從傳感器的溫度測量值計算得出修正溫度值，該修正溫度值與排 氣溫度的對應度更好。
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時間常數代表了溫度探測器獲得改變的環境溫度的速度，時間常數可作為溫度傳 感器的熱慣性的特征。可通過適當的措施確定特定溫度探測器的時間常數，例如，溫度探測 器有定義的初始溫度，如20°c，將探測器放入具有已知溫度的熱排氣流，如520°C。在這種 情況下，溫度傳感器在一段時間內提供的測量值接近排氣溫度。可以使用熱慣性的特征，比 如，熱慣性是溫度探測器溫度與排氣溫度之間的差異減少到初始差異的特定部分的所花時 間。為此，將時間常數定義為兩者溫度差異降至初始差別的Ι/e的所花時間是有利的。在 這里，e是歐拉，約是2. 718。這樣該傳感器在排氣溫度突變之后重新達到該突變的63%時， 使用溫度常數是有利的。嚴格來說，以這種方法確定的時間常數也取決于排氣流的密度和流速。出于實用 的目的，不同的發動機負載和速度會導致在每個時間單位內流過溫度探測器的排氣體積的 差異，該差異一般可忽略不計。有利的一點是，使用的溫度探測器的熱慣性的特征值由排氣 流決定，排氣流是在通常的發動機狀態，如平均速度和平均發動機負載時獲得。修正溫度值優選以修正項計算。修正項與之前溫度值的偏差成正比，并使用熱慣 性特征量計算得出，比如將其與熱慣性特征量相乘而添加到溫度測量值。優選修正項與兩 個溫度測量值之間的時間段成反比，修正項與兩個溫度測量值的差值成正比。


參考實施例和相關附圖進一步詳細論述本發明的細節和優點，如下圖1為周圍氣體流的溫度突變過程中兩種不同溫度探測器的加熱特性；以及圖2為排氣流中測量的溫度測量值曲線、排氣溫度曲線以及修正溫度值偏差，都 是從兩種不同溫度探測器的排氣溫度計算得出的。
具體實施例方式為測定機動車發動機的排氣溫度，使用溫度探測器測得了一系列溫度測量值，溫 度探測器包括溫度傳感器和保護管，保護管圍繞著溫度傳感器，并伸到排氣流中。使用溫度 探測器熱慣性的特征量，通過多個時間上連續的溫度測量值計算出修正溫度值。時間常數代表了溫度探測器獲得改變的環境溫度的速度，可作為溫度傳感器的熱 慣性的特征量。可通過適當的措施確定特定溫度探測器的時間常數，例如，將具有已知初始 溫度的溫度探測器放入具有恒定溫度的排氣流，從而溫度探測器的溫度以及測量值會慢慢 地接近改變的環境溫度。圖1通過例證顯示了，在環境溫度突變過程中兩個不同溫度探測器的溫度曲線。 在圖1中縱坐標顯示以。C為單位的溫度T，橫坐標顯示以秒為單位的時間t。曲線1是第一 溫度探測器的溫度曲線。曲線2是具有較低熱慣性的第二個溫度探測器的溫度曲線。圖1 中的階越曲線3顯示了環境溫度。很明顯在時間t = Is時，環境溫度突然從0°C升到100°C。在時間t = 1秒時，兩個溫度探測器的溫度與環境溫度之間的溫差為100°C。經過 約10秒鐘后，該溫差下降到37%，該值是第一個溫度探測器初值的1/e。10秒后，第一個溫 度傳感器達到了排氣溫度63%的突變。因此第一個溫度探測器的時間常數為10秒。第二個溫度探測器具有較低的熱慣性，因此在約5秒后達到了 63%的環境溫度突 變。第二溫度探測器的溫度和環境溫度之間的差異在僅5秒后就降低到了原溫度差IOOk的Ι/e。因此第二溫度探測器的時間常數為5秒。在操作過程中，溫度探測器測得了一系列溫度測量值T1,T2，T3. . . Tn_1;Tn，其中每個 溫度測量值是在時間t1; t2，t3. . . V1, tn分別測量得到的。因為溫度的測量值是持續測得 的，指數η可以為任意整數。使用該溫度探測器的熱慣性特征量，如時間常數τ，可以計算 得出接近排氣溫度的修正溫度值Τ。。,，比如根據以下公式計算tn的修正溫度值。Tcor = Tn+ Δ T · τ / At在這里Tn為在時間tn測量的溫度測量值，Δ T是連續的溫度測量值Tn和Tlri之間 的差值，Δ T = Tn-Tlri，Δ t是連續時間tn和V1之間的差值，BP At = tn-tn_10上述公式用于以修正項計算修正溫度值，S卩ΔΤ· τ/At，被加到溫度測量值。該 修正項與之前溫度值的偏差成正比，也與溫度探測器的熱慣性特征量成正比。修正項與兩 個溫度測量值之間的時間At成反比，修正項與兩個溫度測量值的差值ΔΤ成正比。溫度探測器插入到機動車排氣管后，其測得的測量信號經常有噪音和干擾信號。 因此優選的，通過過濾諸如電氣測量電阻或熱電偶等溫度傳感器提供的原始數據，來決定 用于計算修正溫度值的溫度測量值。在原始數據過濾過程中，比如溫度測量值可通過組合 多個連續的原始數據值形成。這樣可以減少測量值的隨機波動。例如，溫度測量值可由三 個連續原始數據的算術平均值形成。有利的一點是，過濾原始數據允許刪除離群值，離群值是明顯錯誤的測量值，需要 刪除。例如，與之前測量值偏差超過特定閾值的原始數據被忽略。由于其熱慣性，溫度探測 器的溫度不會無限速度的改變，所以兩個連續測量信號之間的最大可能改變是有限的。如 果存在檢測到不可信的傳感器信號以及使用適當的過濾器將其從原始數據中刪除，則優選 原始數據的過濾和處理步驟優先于其他步驟。在圖2中，曲線1和2反映了使用溫度探測器測量的溫度測量值曲線，溫度探測器 安裝在機動車的排氣管中。左邊的縱坐標顯示以。C為單位的溫度Τ，橫坐標顯示時間以秒為 單位的時間t。圖2中的曲線3顯示了排氣溫度值的曲線。從曲線1計算出修正溫度值，即 相應溫度探測器的溫度測量值和其熱慣性的特征量。曲線4顯示修正溫度值與排氣溫度的 偏差。其偏差量可從右邊的顯示開爾文溫度偏差的縱坐標明顯看出。曲線4的過程顯示其修正溫度值比該溫度探測器的溫度測量值更與實際排氣溫 度具有一致性。尤其修正溫度值只在溫度突變的很短時間內偏離實際排氣溫度，這一點很 明顯。這表明，上述方法可用于從熱慣性溫度探測器的測量值中計算高精度的排氣溫 度。具體而言，這意味著使用以上方法時，熱慣性溫度探測器可轉化成不具有熱慣性的溫度 探測器。該方法的另一種應用是計算不反映排氣溫度的修正溫度值，但是模擬具有更高或 更低熱慣性的溫度探測器測量值。要做到這一點，在以上公式中用兩個溫度探測器的時間 常數差取代時間常數。本發明方法可以通過如機動車發動機控制器來實現。但是在安裝于該溫度探測器 上的評估電路實施該方法也是可以的。比如DE 10 2006 034 284 B3中的溫度探測器也適 用于實現本發明方法，該溫度探測器另外具有一評估電路，操作該評估電路實現上述方法。 該溫度探測器包括溫度傳感器和圍繞傳感器的保護管。該溫度傳感器嵌入在填充材料的保 護管中。絕緣粉末或灌封化合物可以用作填充材料。考慮成本效應，該評價電路可配置為
5專用集成電路(ASIC)。有利的一點，配置有ASIC的溫度探測器可通過數據總線連接到發動機控制器。特 別有利的一點是，可以使用多個溫度探測器在機動車排氣管的不同位置測量排氣溫度，其 中每個溫度探測器都連接到共同的數據總線，從而使發動機控制器只需要一個端口，以從 多個溫度探測器獲得溫度數據。通過連接多個溫度探測器到系統，有利的改進該系統的可靠性。尤其通過比較單 個溫度探測器的溫度測量值可發現單個溫度探測器的故障。發動機關閉了較長時間之后， 機動車的所有溫度探測器都冷卻到環境溫度，也就是說，其應提供一致的溫度測量值，因而 在機動車延長停放時間后，相互比較單個溫度探測器的溫度測量值，可檢測出某個單個溫 度探測器的故障。通常情況下，由于溫度傳感器受漂移影響的事實導致溫度探測器發生故障。在配 置有測量電阻的溫度傳感器中，比如觀察到電阻隨著時間的增加而增加，從而歪曲了測量 信號。在這種情況下，可以使用剩余溫度探測器的溫度測量值，重新調整顯示與剩余溫度探 測器的溫度測量值有顯著偏差的溫度探測器。例如，為了調整有偏差的溫度探測器，可以假 設剩余溫度探測器的算術平均測量值為正確的溫度，溫度探測器提供的偏差溫度可調整為 所述平均值。重要的是，溫度探測器的功能檢查和潛在的調整只能在機動車停放超過一定時間 才能執行。這個時間必須足夠長，能夠使所有的溫度探測器冷卻至機動車的環境溫度，優選 為至少6小時，最優選為至少12小時。以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范 圍為準。
權利要求
一種使用溫度探測器檢測機動車發動機排氣溫度的方法，所述溫度探測器包括溫度傳感器和保護管，所述保護管圍繞所述溫度傳感器，并伸到排氣流中，所述溫度傳感器產生一系列溫度測量值，其特征在于，使用所述溫度探測器的熱慣性的特征量，從多個時間連續溫度測量值中計算出修正溫度值。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征量為時間常數，所述時間常數代 表所述溫度探測器獲得改變的環境溫度的速度。
3.根據以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述修正溫度值以添加到所述溫 度測量值的修正項計算，所述修正項與之前溫度值的偏移成正比。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述修正項與所述特征量成正比。
5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述修正項與兩個溫度測量值之間的 時間段成反比，所述修正項與所述兩個溫度測量值之間的差值成正比。
6.根據以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，通過過濾所述溫度傳感器提供的 原始數據確定所述溫度測量值。
7.根據以上任一權利要求所述的方法，其特征在于，所述修正溫度值Tcot通過兩個時 間連續的溫度測量值Tn和Tlri以及特征值τ計算得到，所述溫度測量值Tn和Tlri由時間 tn和tn_i決定，Tcor = Tn+ Δ T · τ / Δ t，Δ T是連續溫度測量值Tn和Tlri之間的差值，Δ t是 連續時間&和tn_i之間的差值。
8.一種溫度探測器，包括溫度傳感器和圍繞所述溫度傳感器的保護管，其特征在于，通 過評估電路實現使用所述溫度探測器的熱慣性的特征量，從多個時間連續溫度測量值中計 算出修正溫度值。
9.根據權利要求8所述的溫度探測器，其特征在于，所述保護管內的所述溫度傳感器 由填充材料包圍。
10.根據按權利要求8或9所述的溫度探測器，其特征在于，所述評估電路為專用集成 電路ASIC。
11.一種系統，包括多個如權利要求8至10任一項所述的溫度探測器，其特征在于，所 述溫度探測器通過公用數據總線連接到發動機控制器。
12.根據權利要求11所述的系統，其特征在于，所述溫度探測器安裝在機動車的排氣管內。
13.根據權利要求11或12所述的系統，其特征在于，機動車停放超過規定的時間，優選 至少6個小時，檢查評估各所述溫度探測器的溫度測量值是否在特定的公差范圍內。
14.根據權利要求13所述的系統，其特征在于，機動車停放超過特定時間后，溫度探測 器顯示與剩余溫度探測器的溫度測量值存在顯著偏差，使用所述剩余溫度探測器的溫度測 量值調整所述溫度探測器。
全文摘要
本發明涉及使用溫度探測器檢測機動車發動機排氣溫度的方法，溫度探測器包括溫度傳感器和保護管，該保護管圍繞溫度傳感器，并伸到排氣流中，根據本發明的方法，使用溫度探測器的熱慣性的特征量，從多個時間連續溫度測量值中計算出修正溫度值。本發明進一步涉及包括評估電路的溫度探測器，評估電路在操作中實現本方法。
文檔編號G01K13/02GK101929895SQ201010203639
公開日2010年12月29日 申請日期2010年6月17日 優先權日2009年6月22日
發明者施耐德 烏利齊 申請人:博格華納貝魯系統有限公司