CN101896710A - 燃料压力调节系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于内燃机的燃料压力调节系统，具有蓄压器(6)，它储存处于压力下的燃料并且通过以燃料供给的喷射器(7)供应给内燃机的燃烧室(8)，具有高压泵(9)，它输送燃料流量到蓄压器(6)，具有第一阀门(VCV)用于配量燃料流量、具有第二阀门(PCV)，通过它使燃料从蓄压器(6)排出，还具有一个用于控制阀门(VCV，PCV)的控制单元(11)，其中所述控制单元(11)根据给定的蓄压器(6)中的理论压力求得由蓄压器(6)必需的燃料流量(QCTL)，将求得的燃料流量(QCTL)分成通过第一阀门(VCV)输入的和通过第二阀门(PCV)排出的流量分量(QVCV，QPCV)，并且对应于流量分量(QVCV，QPCV)控制阀门(VCV，PCV)。

Description

燃料压力调节系统
技术领域
本发明涉及一种用于内燃机的燃料压力调节系统，具有蓄压器，它储存处于压力下的燃料并且通过以燃料供给的喷射器供应给内燃机的燃烧室，还具有高压泵，它输送燃料流量到蓄压器，一个第一阀门用于节流燃料流量、一个第二阀门，通过它使燃料从蓄压器排出，和一个用于控制阀门的控制单元。
背景技术
在这种燃料压力调节系统中，它经常安装在蓄压管同路喷射系统里面，蓄压器中的压力或者由此调节，形成一个封闭的压力调节回路，在其中使用第一阀门作为调节环节。在这种情况下第二阀门作为压力保护。或者通过封闭的压力调节回路实现压力调节，在其中使用第二阀门作为调节环节。
但是这两个封闭的调节回路必需这样协调，总是只同时激活两个调节回路中的一个调节回路。由此尤其在从一个调节回路更换或过渡到另一调节回路时产生困难。
经常根据内燃机的工作点选择激活两个调节回路中的哪个调节回路。然后将不激活的调节回路调节到给定的值。
这个过程要求两个调节回路赋值。这与高费用有关，例如在调节器的程序技术转换时。
发明内容
因此本发明的目的是，这样改进上述形式的燃料压力调节系统，由此简化压力室中的压力调节。
这个目的在上述形式的燃料压力调节系统中由此得以实现，所述控制单元根据给定的蓄压器中的理论压力求得由蓄压器必需的燃料流量，将求得的燃料流量分成通过第一阀门输入的和通过第二阀门排出的流量分量，并且对应于流量分量控制阀门。
通过这个控制单元实现用于压力室压力的调节器，它同时作用于两个调整环节(两个阀门)。由此不再需要如同在目前已知的燃料喷射系统中那样在两个不同的压力调节回路之间换接，由此简化调节。有利地也只还需要唯一的压力调节回路，在该回路中连接两个阀门。这一点尤其由此实现，第二阀门不再如通常那样作为压力阀、而是作为流量阀在公共的调节回路中考虑。由此能够使控制单元作为调节器同时作用于两个阀门。
因此，按照本发明的燃料压力调节系统具有调节结构，它覆盖所有的运行状态。尤其是在按照本发明的燃料压力调节系统中，用于两个调节回路的控制单元的软件对于常见的情况可以减少到只一个调节回路或调节器。由于省去例如在常见的具有两个调节回路的燃料压力调节系统中的转换，在按照本发明的燃料压力调节系统中控制转换具有明显更低的费用。这一点例如也由此奠定基础，不再需要两个调节回路之间的协调以及一个或另一个调节回路的相应赋值。
蓄压器必需的燃料流量指的是这个燃料流量，它输入到蓄压器或者从蓄压器排出。
第一阀门尤其用于节流流到高压泵里面的燃料流量。
所述控制单元尤其根据理论压力和内燃机的至少一个运行参数求得必需的燃料流量。所述运行参数例如可以是内燃机转速、燃料温度、喷射量、喷射次数等等。
第一阀门优选具有一个工作范围，其中最小值是最小的正流量，最大值是最大的正流量。正流量指的是输送到蓄压器的流量。第二阀门优选具有一个工作范围，它从数值上大的负流量直到流量零。
负流量指的是从蓄压器排出的流量。
现在，优选使两个阀门的两个工作范围这样重叠，使得呈现从负的流量到正的流量的公共的连续的工作范围。因此省去在常见的燃料喷射系统中必需的在两个调节回路之间的转换过程，因此提高按照本发明的燃料喷射系统的调节能力。
最好以模型为基础实现控制单元，其中平衡蓄压器中的燃料量。由于燃料压缩性和蓄压器的略微膨胀在蓄压器中存在压力并且以固定比例处于燃料平衡。为了形成燃料平衡，必需考虑输入和流出的燃料流，即泄漏、喷射量以及两个阀门或伺服阀。
在给定喷射量并具有调制的泄漏时所述控制单元可以通过两个伺服阀这样影响燃料量平衡，使得调整蓄压器中的理论压力。所述控制单元有利地在第一步骤中通过两个伺服阀给定必需的燃料流量或体积流QCTL(图2)，其中由预控制(15；图2)和调节(19；图2)形成求和。
在第二步骤中所述控制单元将必需的燃料流量分成用于两个阀门的流量分量。
在图5中示出必需的燃料流量QCTL有利地分成阀门流量QVCV和QPCV。
在第三步骤中各阀门的控制信号可以作为至少一个运行参数如压力室中的压力、内燃机的转速等和相应的流量分量的函数计算。这些模型与常见的模型相比作为可逆模型计算，在常见的模型中压力室的压力作为控制信号和例如主压力泵的压力值的函数计算。
在按照本发明的燃料压力调节系统中所述控制单元可以由蓄压调压器(即蓄压器中的压力调节器)构成，它同时作用于两个作为调节环节的阀门上。因此在按照本发明的燃料压力调节系统中只需计算地求得唯一的调整参数，即燃料流量。然后将燃料流量分成流量分量并且转换成用于阀门的控制信号。由此也有利地用于补充两个阀门的工作范围，尤其是它们可以补充从负到正的流量的连续的工作范围。
所述燃料压力调节系统可以被改进作为燃料喷射系统、尤其是作为蓄压管同路喷射系统。此外按照本发明的燃料压力调节系统可以用于柴油内燃机。柴油内燃机尤其是指轿车或载重汽车的发动机。
在这种情况下蓄压器中的压力可以在约200至约2000bar之间的范围中调节。
但是所述内燃机也可以是汽油内燃机、尤其是用于轿车或载重汽车的内燃机。在这种情况下蓄压器中的压力通常明显更低。
通过在内燃机中使用燃料压力调节系统还提供具有按照本发明的燃料压力调节系统的内燃机供使用。
此外提供一种用于内燃机的燃料压力调节方法，该内燃机具有蓄压器，它储存处于压力下的燃料并且通过以燃料供给的喷射器供应给内燃机的燃烧室，具有高压泵，它输送燃料流量到蓄压器，具有第一阀门用于节流燃料流量、具有第二阀门，通过它使燃料从蓄压器排出，在该方法中根据给定的蓄压器中的理论压力求得由蓄压器必需的燃料流量，将求得的燃料流量分成通过第一阀门输入的和通过第二阀门排出的流量分量，并且对应于流量分量控制阀门。
在按照本发明的燃料压力调节方法中可以这样重叠两个阀门的工作范围，使得到蓄压器呈现连续的从负的到正的燃料流量工作范围。尤其第一阀门可以具有正的最小燃料流量和更大的值。第二阀门可以具有从流量零在负的流量方向(即从蓄压器中流出)的工作范围。
通过按照本发明的燃料压力调节方法尤其可以实现一个用于蓄压器的蓄压调压器，它同时作用于两个作为调节环节的阀门。
最后，为了控制阀门可以使用模型，在所述模型中求得各个阀门的控制信号作为内燃机的至少一个运行参数和相应的流量分量的函数
按照本发明的燃料压力调节系统以及按照本发明的燃料压力调节方法的改进方案也在从属权利要求中给出。
当然，上述的和下面还原解释的特征不仅以给出的组合、而且也以其它的组合或单独地使用，不离开本发明的范围。
附图说明
下面例如借助于也公开按照本发明的特征的附图详细解释本发明。附图中：
图1简示出按照本发明实施例的燃料压力调节系统，
图2简示出用于解释利用图1的控制单元11执行的调节方法，
图3简示出用于解释在调节器中使用的图1流量阀VCV的模型，
图4简示出用于解释在调节器中使用的图1限压阀PCV的模型，
图5简示出用于解释图1的两个阀门VCV、PCV的公共工作范围。
具体实施方式
在图1中所示的实施例中，按照本发明的燃料压力调节系统1包括输送泵2和主压力泵3，它们通过管道4相互连接。在管道4中设置流量阀VCV。
所述主压力泵3的出口(即高压侧)通过管道5与内燃机的蓄压器6连接。该蓄压器6本身与四个喷射器7连接，它们向燃烧室8(在图1中为了简化视图只示出其中的一个)供应高压燃料(蓄压器6中的压力)。因此所述燃料压力调节系统1作为燃料喷射系统构成。
两个泵2和3形成一个高压泵9，它将燃料从油箱10输送到蓄压器6，由此在那里呈现给定的压力。
所述燃料压力调节系统1还具有一个限压阀PCV，它使主压力泵3与油箱10连接并由此可以减小蓄压器6中的压力。
所述燃料压力调节系统1还包括一个控制单元11，它控制两个阀门VCV和PCV(如同通过导线12和13表示的那样)并且对控制单元输送在蓄压器6中呈现的实际压力，如同通过导线14表示的那样。
所述控制单元11求得在内燃机运行中由蓄压器6必需的燃料流量QCTL。如同尤其在图2的示意图中看到的那样，必需的燃料流量QCTL由预调整的燃料流量QPre和调节燃料流量QCLL-CTL组成。预调整的燃料流量QPre通过第一控制器子模型15根据例如蓄压器中的实际压力(通过箭头16表示)、喷射器的喷射量(通过箭头17表示)、发动机转速和燃料的喷射温度(通过箭头18表示)求得。第一控制器子模型15还可以考虑相关的喷射、损失等的假设。因此以有利的方式以模型为基础根据消耗(喷射器7)、泄漏和动态的存储器效应可以求得在蓄压器6中必需的流量输入。
利用第二控制器子模型19(在这里由PID调节器构成)根据蓄压器6中的实际压力(箭头16)以及蓄压器6中的理论压力(箭头20)求得调节燃料流量QCLL-CTL。
由第一控制器子模型15的预调节的燃料流量和第二修正的嵌入的控制器子模型19的调节燃料流量QCLL-CTL求得必需的燃料流量QCTL并且输送到控制单元11的分配器模型21。
所述分配器模型21将必需的燃料流量QCTL分成通过流量阀VCV输入的燃料流量QVCV以及通过限压阀PCV排出的燃料流量QPCV。这样执行分配，使两个燃料流量QVCV和QPCV的求和给出必需的燃料流量QCTL。
作为输入参数在用于流量阀VCV的模型22中使用要输入的燃料流量QVCV的值，然后流量阀将相应的调整参数VCV-PWM(在这里对于脉宽调制用于控制阀门VCV)输出给流量阀VCV。以相同的方式作为输入参数在用于限压阀PCV的模型23中使用要排出的燃料流量QPCV的值，由此模型23输出相应的调整参数PCV-PWM(在这里对于脉宽调制用于控制阀门PCV)。然后将利用两个模型22和23求得的调整参数通过控制单元11施加到两个阀门VCV和PCV上，由此使由蓄压器6必需的燃料流量QCTL施加在蓄压器6上。即，对蓄压器6这样输入或排出燃料，使得在蓄压器6中呈现理论压力。
在图3和4中简示出，如何可以求得模型22和23。在图3中给出用于流量阀VCV的特征曲线，在其中根据用于内燃机的不同转速N1、N2的流量阀VCV脉宽调制(PWM)已知流量Q。这个特征曲线反转，如同通过箭头P1表示的那样，并且由反转的特性曲线如通过箭头P2所示推导模型22，它根据流量Q和转速N输出流量阀VCV的脉宽控制VCV-PWM。
以类似的方式可以获得用于限压阀PCV的模型23。在这里它由用于确定蓄压器中的压力PFU的特性曲线根据限压阀PCV对于不同流量Q0，Q1的脉宽控制PWM给出。这个特征曲线也是反转的(箭头P3)并由反转的特征曲线(如同通过箭头P4表示的那样)推导出模型23。通过模型23能够对于流量Q和蓄压器6中的压力PFU求得用于限压阀PCV的控制信号PCV-PWM。
在图5中示出两个阀门VCV和PCV的工作范围(以QVCV和QPCV表示)。此外示出由这两个工作范围组成的、连续的工作范围(以QCTL表示)。
曲线QVCV表示流量阀VCV的工作范围。最小可调节的流量值是正值QVCV-MIN，因此对蓄压器6或管道5总是通过高压泵9输送这个QVCV-MIN流量。流量阀VCV的工作范围从这个最小值到较大值的方向，如同在图5中所示的那样。
限压阀PCV的工作范围作为最大值为零值。在这种情况下没有流量从蓄压器6中排出。限压阀PCV的工作范围从这个最大值到较小的、负值的方向，这意味着，由蓄压器6排出的流量增加。
两个阀门VCV和PCV的两个工作范围通过所述的调节重叠成唯一的、连续的工作范围QCTL，在该范围内燃料流量可以连续地从负值直到正值调节。
如果必需的燃料流量QCTL大于QVCV-MIN时，可以选择QVCV＝QCTL和QPCV＝0。当必需的燃料流量QCTL≤QVCV-MIN时，可以选择QVCV＝QVCV-MIN和QPCV＝QCTL-QVCV-MIN。
因此通过这个所述的控制器可以覆盖燃料喷射系统的所有运行状态，其中为此只设有唯一的调节(控制单元11)。这与常见的系统相比降低了费用。
也完全省去了常见方式的在不同压力调节回路之间的常见转换，这使控制单元总体上简化。也完全没有在转换过程中经常出现的干扰。
所述燃料压力调节系统可以在柴油发动机或汽油发动机中使用。

Claims (13)

1.一种用于内燃机的燃料压力调节系统，具有蓄压器(6)，它储存处于压力下的燃料并且通过以燃料供给的喷射器(7)供应给内燃机的燃烧室(8)，具有高压泵(9)，它输送燃料流量到蓄压器(6)，具有第一阀门(VCV)用于节流燃料流量、具有第二阀门(PCV)，通过它使燃料从蓄压器(6)排出，还具有一个用于控制阀门(VCV，PCV)的控制单元(11)，其特征在于，所述控制单元(11)根据给定的蓄压器(6)中的理论压力求得由蓄压器(6)必需的燃料流量(QCTL)，将求得的燃料流量(QCTL)分成通过第一阀门(VCV)输入的和通过第二阀门(PCV)排出的流量分量(QVCV，QPCV)，并且对应于流量分量(QVCV，QPCV)控制阀门(VCV，PCV)。
2.如权利要求1所述的燃料压力调节系统，其特征在于，所述控制单元(11)这样重叠两个阀门(VCV，PCV)的工作范围，使得到蓄压器(6)呈现连续的从负的到正的燃料流量的工作范围。
3.如权利要求1或2所述的燃料压力调节系统，其特征在于，所述控制单元(11)作为蓄压调压器构成，它同时作用于两个阀门(VCV，PCV)，它们作为调节环节。
4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料压力调节系统，其特征在于，所述控制单元(11)为了控制阀门(VCV，PCV)使用模型，在所述模型中求得各个阀门(VCV，PCV)的控制信号作为内燃机的至少一个运行参数和相应的流量分量的函数。
5.如上述权利要求中任一项所述的燃料压力调节系统，其特征在于，通过预控制分量和调节分量的求和根据内燃机的至少一个运行参数计算必需的燃料流量(QCTL)。
6.如权利要求5所述的燃料压力调节系统，其特征在于，以模型为基础计算预控制分量。
7.如权利要求5或6所述的燃料压力调节系统，其特征在于，这样计算预调节分量，由蓄压器中的理论压力和蓄压器的燃料量平衡给出必需的燃料流量(QCTL)。
8.如权利要求7所述的燃料压力调节系统，其特征在于，由喷射量、控制泄漏、连续的泄漏、在蓄压器中储存的燃料量作为蓄压器中压力的理论变化率的函数根据受控的阀门计算燃料量平衡。
9.如权利要求8所述的燃料压力调节系统，其特征在于，由此计算预控制值，按照阀门关系解决燃料量平衡。
10.一种用于内燃机的燃料压力调节方法，具有蓄压器(6)，它储存处于压力下的燃料并且通过以燃料供给的喷射器(7)供应给内燃机的燃烧室(8)，具有高压泵(9)，它输送燃料流量到蓄压器(6)，具有第一阀门(VCV)用于配量燃料流量、具有第二阀门(PCV)，通过它使燃料从蓄压器(6)排出，在该方法中根据给定的蓄压器(6)中的理论压力求得由蓄压器(6)必需的燃料流量(QCTL)，将求得的燃料流量(QCTL)分成通过第一阀门(VCV)输入的和通过第二阀门(PCV)排出的流量分量(QVCV，QPCV)，并且对应于流量分量(QVCV，QPCV)控制阀门(VCV，PCV)。
11.如权利要求10所述的方法，其中这样重叠两个阀门(VCV，PCV)的工作范围，使得到蓄压器(6)呈现连续的从负的到正的燃料流量的工作范围，。
12.如权利要求10或11所述的方法，其中实现一个蓄压调压器，它同时作用于两个阀门(VCV，PCV)，它们作为调节环节。
13.如权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，为了控制阀门(VCV，PCV)使用模型，在所述模型中求得各个阀门(VCV，PCV)的控制信号作为内燃机的至少一个运行参数和相应的流量分量的函数。
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