用於確定燃料溫度的方法

2023-07-31 01:05:11 1

專利名稱：用於確定燃料溫度的方法
技術領域：
本發明涉及一種用於確定燃料噴射系統特別是內燃機的燃料噴射系統的高壓區 中的燃料溫度的方法。本發明另外涉及一種用於燃料噴射系統的控制器。
背景技術：
在目前的高壓燃料噴射系統中，例如用於柴油機的公知的共軌式系統中，在高壓 區中的燃料溫度通常從諸如發動機油或者內燃機的冷卻水的溫度等等效參量推導得出或 者基於模型來確定，其中，所應用的模型通常採用在燃料噴射系統的低壓區中測量到的燃 料溫度作為輸入值。這些傳統方法的精確度經常是不足的。

發明內容
因此，本發明的目的在於，對開頭所述形式的方法和裝置加以改善，從而可以更為 精確地確定高壓區中的燃料溫度。根據本發明，這一目的在開頭所述形式的方法中通過如下方式得以實現確定高 壓區的固有頻率，並從該固有頻率推導出燃料溫度。根據本發明已認識到，燃料噴射系統的高壓區的固有頻率與該高壓區中的燃料溫 度具有顯著的相關性。因此，在應用根據本發明的方法的情況下，可以有利地從高壓區本身 的物理參量確定出高壓區中的燃料溫度，由此可以放棄基於模型的方式以及放棄對高壓區 之外的參量的探測。尤其有利的是，與傳統的方法相反，根據本發明的方法還能夠精確地確 定燃料噴射系統在非靜止狀態下的燃料溫度。在根據本發明的一個相當有利的實施例中，高壓區的固有頻率是根據佔據在高壓 區中的燃料壓力的時間變化來確定的，而這尤其可以通過對表徵燃料壓力的燃料壓力信號 進行評估得以實現。為此，可以採用已經存在的燃料壓力傳感器的燃料壓力信號。需要確 保的是，燃料壓力傳感器工作在本發明感興趣的高於大約IkHz的頻率範圍內。作為從燃料壓力信號中確定高壓區的固有頻率的替代或者補充方案， 也可以藉助於例如夾緊式壓力傳感器(Klemmdruckgeber)和/或固體聲傳感器 (Korperschallsensor )和 / 或應變片(Dehnungsmessstreifen)確定出表示佔據在高 壓區中的燃料壓力的等效參量，所述固有頻率能夠根據該等效參量得以確定。如果同時考慮燃料壓力信號與等效參量，則可以進一步提高精確度，並可以進行 驗證。除了採用固有頻率之外，根據本發明還可以確定表示固有頻率特徵的參量並藉此 作為固有頻率的近似值。在此，固有頻率的尤其有利的近似值是在感興趣的頻率範圍內的 平面重心的橫坐標，也就是重心頻率(Schwerpunktsfrequenz) f_cog。 重心頻率f_cog的計算按照下式實現
其中，A(f)是高壓區的壓力波動的振幅譜，f是頻率，而且其中fl、f2(fl <f2)是 限定根據本發明感興趣的頻率範圍的下極限和上極限頻率。優選地，對於現在採用的燃料 高壓區，極限頻率fl、f2被選在大約3kHz和大約5kHz之間。但是，根據按照本發明所考慮 的高壓區的規劃，極限頻率也可以選擇得與此範圍不一致。在根據本發明的方法的另一非常有利的實施例中是這樣設計的在燃料噴射系統 的第一工作點中確定出高壓區的第一固有頻率，對於所述第一工作點而言，尤其在燃料系 統和包含所述燃料系統的內燃機和/或周圍環境之間的熱平衡之後，燃料溫度具有已知的 值；在燃料噴射系統的至少一個另外的工作點中確定出至少一個另外的固有頻率，對於該 至少一個另外的工作點而言，燃料溫度時未知的；並且從所述第一固有頻率與所述至少一 個另外的固有頻率之間的差異推導出在所述至少一個另外的工作點中的燃料溫度。這一發明變例使得在採用不同或者未知燃料類型的情況下也能夠有利地對燃料 溫度進行精確確定。根據本發明已認識到，對於不同燃料類型，與所述固有頻率相一致的聲 速由於燃料溫度而產生的梯度基本上是恆定不變的。於是，依據另一有利的發明變例，如果在評估固有頻率和/或重心頻率和/或等效 參量時考慮大約IkHz到大約5kHz優選到大約3kHz的頻率範圍，則可以特別精確地確定燃 料溫度。不感興趣的頻率範圍，尤其是頻率< IkHz的低頻部分，根據本發明可以通過對觀 察到的信號進行低通或帶通濾波除去。以在計算設備，特別是微處理器或者數位訊號處理器(DSP)上運行的電腦程式 的形式來實現根據本發明的方法是十分重要的。所述電腦程式優選存儲在電或光存儲介 質上。根據權利要求7闡述了一種控制器以作為本發明的目的的另一解決方案。


從下文對示出在附圖中的本發明的實施例的說明中可獲知本發明的其他特徵、應 用方法以及優點。此外，所有述及的或者繪出的特徵本身或者這些特徵的任意組合，不管它 們是否被概括或者援引在權利要求中，也不管它們的表述以及在附圖中表現，均構成本發 明的客體。在附圖中圖1是用於實施根據本發明的方法的內燃機的燃料噴射系統的示意框圖，圖2a是根據本發明的方法的第一實施例的簡化功能圖，圖2b是根據本發明的方法的第二實施例的簡化功能圖，以及圖3是圖1所示燃料噴射系統的工作參數的時間曲線圖。
具體實施例方式圖1示出了一種機動車內燃機的燃料噴射系統100的示意圖。燃料噴射系統100 具有低壓區ND，在該低壓區中，一個例如構造成電子燃料泵(Elektrokraftstoffpumpe)的低壓泵111將燃料從儲備容器110中輸出。以液壓方式布置在低壓區ND後面的是高壓區HD。在高壓區HD的入口處設置比如 構造成徑向柱塞泵的高壓泵120，該高壓泵由低壓泵111供給燃料，並將燃料以更高的例如 可能為數百巴的壓力輸送進燃料-蓄壓器121中。所述燃料-蓄壓器121可以是例如所謂 的共軌(commonrail)。在燃料-蓄壓器121上連接有噴射器122a、122b........這些噴射器在控制
器130的控制下將燃料從所述燃料_蓄壓器121中取出並噴入未示出的內燃機的燃燒室 中。除高壓區120之外，燃料-蓄壓器121及在這些組件120、121與所述噴射器122a、 122b......之間的未詳細標識出的液壓連接件也屬於所述高壓區HD。為確定燃料噴射系統100的高壓區HD中的燃料溫度，根據本發明提出了，確定高 壓區HD的固有頻率並從該固有頻率推導出燃料溫度。由此可以不需要在高壓區中設置獨 立的燃料溫度傳感器。此外，可以放棄傳統的基於模型的確定燃料溫度的方法，這種基於模 型的方法所具有的精確度是不夠的，特別是在工況不穩定的情況下。根據本發明所關注的高壓區HD的固有頻率是位於所述高壓區HD中的燃料的壓力 波動的頻率或者頻率範圍，這種壓力波動是按照已知的方式在通過例如高壓區120的單個
輸送衝程和/或藉助於噴射器122a、122b.......從高壓區HD中取得燃料產生的激勵時出
現的。固有頻率尤其取決於高壓區HD的幾何結構，這尤其與為在所述高壓區HD中形成駐 波而需的邊界條件相關聯。下面，結合圖2a來說明根據本發明的方法的第一實施例。根據本發明，處於高壓區HD中的燃料的燃料壓力p_HD是藉助於例如設置在所述 燃料-蓄壓器121的區域內的蓄壓管壓力傳感器(Raildrucksensor)(未示出)來確定的。 根據為確定高壓區HD的固有頻率所希望的精確度，需要為確定蓄壓管壓力傳感器的燃料 壓力信號預先確定相應高的採樣頻率，從而以單個採樣值之間相應的時間間隔獲得所述燃 料壓力P_HD的時間曲線。隨後，從處於高壓區HD中的燃料的燃料壓力p_HD通過功能塊131a確定出燃料噴 射系統100 (圖1)的高壓區HD的固有頻率f_eigen。對此，可以採用公知的頻率分析方法，例如，功能塊131a可以對燃料壓力信號p_ HD進行傅立葉變換，尤其是快速傅立葉變換(FFT)。根據本發明已認識到，高壓區HD的固有頻率f_eigen如同聲速一樣取決於高壓區 HD中的燃料的溫度。因此，在藉助於功能塊131a確定出的固有頻率f_eigen已經知道的情 況下，可以藉助於第二功能塊131b確定高壓區HD中的燃料溫度T。為了提高根據本發明的方法的精確度，功能塊131b在確定燃料溫度T時，除了固 有頻率f_eigen之外，還可以考慮例如燃料類型和/或燃料壓力p_HD。功能塊131a、131b可以包含例如相應的特徵曲線和/或特徵域或者表示被觀察的 參量p_HD、f_eigen、T的模型。作為對高壓區HD中燃料壓力p_HD的確定方法的替代或補充方案，可以對表示佔 據在高壓區HD中的燃料壓力p_HD的等效參量進行確定，並將其用於根據本發明的溫度確 定中。這樣的等效參量的例子有藉助於夾緊式壓力傳感器和/或固體聲傳感器和/或應變 片獲得的測量值，所述測量值包含有關燃料壓力P_HD的信息並因而也包含有關固有頻率f_eigen的信息。另外有利的是，可以通過高壓區HD的重心頻率來獲得固有頻率f_eigen的近似 值。因此在這一發明變例中，並非從唯一的固有頻率值推出燃料溫度T，而是對壓力信號p_ HD實施根據本發明的頻率分析，從而得到重心頻率f_cog，請參見圖2b中的功能塊131a』。 一定的感興趣的例如大約3kHz到大約5kHz的頻段的這種重心頻率f_cog接近固有頻率的 值並同樣可以用來確定燃料溫度T，請參見圖2b中的功能塊131b』。圖3示出了比如在內燃機的熱機運轉期間得到的高壓區HD(圖1)中的燃料溫度 T的時間曲線。同樣，從圖3中能夠看到重心頻率的時間曲線，所述重心頻率在所觀察的時 間內基本上是線性減小的。固有頻率或重心頻率f_cog與溫度T之間反映出來的關係根據 本發明得以利用並例如可以以特徵曲線的形式在圖2b中的功能塊131b』中實現。功能塊131a、131b、131a』、131b，的功能可以整合在例如控制器130尤其控制器 130的諸如微處理器這樣的計算單元中。於是，依據另一有利的發明變例，如果在評估固有頻率f_eigen和/或重心頻率f_ cog和/或等效參量時考慮大約IkHz到大約5kHz優選到大約3kHz的頻率範圍，則可以特 別精確地確定燃料溫度。不感興趣的頻率範圍，尤其是頻率< IkHz的低頻部分，根據本發 明可以通過對觀察到的信號進行低通或帶通濾波除去。例如，在將壓力信號P_HD輸入功能 塊131a之前，可以對其實施相應的帶通濾波(未示出)，請參見圖2a。為了即使在使用不同的對於所述控制器130而言事先並不熟悉的燃料類型時也 能確保根據本發明的方法的高的精確度，實施下面所述的方法。首先，在燃料噴射系統100的第一工作點中確定高壓區HD(圖1)的第一固有頻率 f_eigen_l，其中所述燃料溫度T具有已知的值T_l。例如，在燃料噴射系統100和包含所述燃料噴射系統100的內燃機和/或周圍環 境之間的熱平衡之後即是這種情況。溫度T_1可以從通常已存在於控制器130中的例如環 境溫度和/或冷卻水溫度和/或發動機油溫度中推導得出。接著，需在所述燃料噴射系統100的至少一個另外的工作點中確定出至少一個另 外的固有頻率f_eigen_2，對於該至少一個另外的工作點而言，燃料溫度具有未知的第二值 T_2。從所述第一固有頻率與所述至少一個另外的固有頻率之間的差值Δ f_eigen = f—eigen—2_f—eigen—1最終可以推導出在所述至少一個另外的工作點中的燃料溫度。這一點根據本發明是可以做到的，因為固有頻率的由於燃料溫度而產生的梯度 Δ f_eigen/ Δ T通常是恆定的且尤其與燃料類型無關，因此，燃料溫度的值Τ_2可以從等式 AT = T_2-T_l中確定得出Τ_2 = ΔΤ+Τ_1，其中，ΔΤ = Δ f_eigen/const.(常數)。這意味著，只要梯度Af_eigen/AT = const.存儲在控制器130中，就能夠從兩 個根據本發明確定的固有頻率f_eigen_l、f_eigen_2的差值有利地確定出燃料溫度T_2。在這一方法變例中，也可以採用重心頻率f_cog或者其他表徵固有頻率f_eigen 的參量代替固有頻率f_eigen。根據本發明的方法可應用於一切具有高壓區HD的燃料系統100中，在這些燃料系統中能夠以足夠的精確度及用於根據本發明的評估的採樣率得到燃料壓力P_HD。特別是必 須有可供利用的燃料壓力信號P_HD，該燃料壓力信號還需具有千赫範圍內的、優選在大約 IkHz與大約5kHz之間的頻率份額(Frequenzanteile)。
權利要求
用於確定尤其內燃機的燃料噴射系統(100)的高壓區(HD)中的燃料溫度(T)的方法，其特徵在於，確定所述高壓區(HD)的固有頻率(f_eigen)，並從該固有頻率(f_eigen)推導出燃料溫度(T)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據佔據在高壓區(HD)中的燃料壓力 (p_HD)的時間曲線尤其通過對表徵燃料壓力的燃料壓力信號進行評估來確定所述高壓區 (HD)的固有頻率(f_eigen)。
3.根據前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，藉助於夾緊式壓力傳感器和/或 固體聲傳感器和/或應變片確定出表示佔據在高壓區(HD)中的燃料壓力(p_HD)的等效參 量，並且作為替代或者補充方案根據該等效參量確定所述固有頻率(f_eigen)。
4.根據前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，以所述高壓區(HD)的重心頻率 (f_cog)作為所述固有頻率(f_eigen)的近似值。
5.根據前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在燃料噴射系統(100)的第一工 作點中確定高壓區(HD)的第一固有頻率，對於所述第一工作點而言，燃料溫度尤其在燃料 系統(100)和包含所述燃料系統的內燃機和/或周圍環境之間的熱平衡之後具有已知的 值；在所述燃料噴射系統的至少一個另外的工作點中確定至少一個另外的固有頻率，對於 該至少一個另外的工作點而言，燃料溫度是未知的；並且從所述第一固有頻率與所述至少 一個另外的固有頻率之間的差異推導出在所述至少一個另外的工作點中的燃料溫度。
6.根據前述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，在評估所述固有頻率(f_eigen) 和/或所述重心頻率(f_cog)和/或所述等效參量時考慮大約1kHz到大約5kHz優選到大 約3kHz的頻率範圍。
7.用於尤其內燃機的燃料噴射系統(100)的控制器(130)，其特徵在於，所述控制器 (130)被構造用於實施根據前述權利要求之一所述的方法。
8.一種存儲元件，在該存儲元件上存儲了電腦程式，所述電腦程式能夠在計算設 備上尤其在微處理器上或者在數位訊號處理器(DSP)上運行且適於實施根據權利要求1至 6之一所述的方法。
9.一種電腦程式，其特徵在於，所述電腦程式當其在計算設備上尤其在微處理器 上或者在數位訊號處理器(DSP)上運行時適於實施根據權利要求1至6之一所述的方法。
全文摘要
本發明涉及一種用於確定燃料溫度的方法，尤其是用於確定尤其內燃機的燃料噴射系統(100)的高壓區(HD)中的燃料溫度(T)的方法。根據本發明，確定所述高壓區(HD)的固有頻率(f_eigen)，並從該固有頻率(f_eigen)推導出燃料溫度(T)。
文檔編號F02D41/26GK101892920SQ201010186630
公開日2010年11月24日 申請日期2010年5月19日 優先權日2009年5月20日
發明者A·西門斯, B·弗裡, M·申克, S·奧爾布裡克, S·邁耶-薩爾費爾德 申請人:羅伯特.博世有限公司