CN102016271B - 用于确定共轨喷射系统中轨压的方法及共轨喷射系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于确定内燃机的共轨喷射系统中的轨压的方法，其中获取至少一个测量参量，所述测量参量是用于内燃机的曲轴运动的角速度的度量，并且从该测量参量或者从由该测量参量导出的参量确定轨压。本发明还涉及到建立在本方法基础上的用于控制喷射量和用于控制轨压的方法以及相应的共轨喷射系统。

Description

用于确定共轨喷射系统中轨压的方法及共轨喷射系统

技术领域

本发明涉及用于确定内燃机的共轨喷射系统中的轨压的方法、用于控制建立在轨压基础上的共轨喷射系统的喷射量的方法、用于控制共轨喷射系统中的轨压的方法、以及内燃机的共轨喷射系统。

背景技术

在共轨喷射系统中，多个喷射器(喷射阀门)通常是相应内燃机的所有喷射阀门都通过共同的输送设备得到燃料的供应。燃料在这种情况下通过共同的高压泵保持在压力之下。燃料能够为此而通过燃料输送泵从储箱被输送给高压泵。为了对在共轨喷射系统的共同的输送设备中的在这里被称为轨压的压力也就是说在高压泵和喷射阀门之间进行调节，通常将压力调节阀或量调节阀前置于高压泵。

在喷射期间喷射到气缸中的燃料的量(喷射量)通过配设于该气缸的喷射阀门(喷射器)控制。对喷入的燃料量进行准确的控制的前提是对共轨喷射系统中的轨压的认知，也就是对在高压泵和喷射阀门之间的燃料中所占据的压力的认知。因此，该系统典型地在高压泵和喷射器之间被称为共轨的共同输送设备的区域中具有轨压传感器，利用该轨压传感器，轨压便能确定。

如果压力传感器出现故障，发动机控制机构就得不到任何关于轨压的信息，以致不能控制喷射量。除此之外可能出现一系列不同的故障，这些故障将导致共轨系统中的轨压上升到超出了压力传感器测量范围的值。这例如可能是出现泵的量调节阀保持打开的情况。而且在此，为控制喷射量必需的压力信息也将缺失。

发明内容

因此本发明的任务是给出一种方法，通过该方法轨压不依赖于压力传感器，特别是处于压力传感器测量范围之外仍能确定。除此之外没有附加部件也应该能进行确定。本发明的任务还在于，还提供一种用于控制喷射量的方法和一种用于控制轨压的方法以及一种适用于实施这些方法的共轨喷射系统。

该任务通过按权利要求1所述的用于确定内燃机的共轨系统中的轨压方法、按权利要求10所述的用于控制内燃机的喷射量的方法、按权利要求11所述的用于控制共轨喷射系统的轨压的方法以及按权利要求13所述的共轨喷射系统来完成。按照本发明的方法及共轨喷射系统的有利的结构形式以各项从属权利要求的特征给出。

通常情况下在内燃机中共轨喷射系统的高压泵通过发动机曲轴的运动得到驱动。本发明以轨压的变化会导致曲轴角速度随时间变化这个知识为基础。因此，根据本发明，首先获取至少一个测量参量，该测量参量是用于内燃机的曲轴运动的角速度的度量。从该测量参量或者从由该测量参量导出的参量可以确定共轨系统中的轨压。角速度在这里可被理解为曲轴在每时间单元绕其纵轴线转过的角度。其与瞬时转速成比例关系，该转速表明了曲轴的每时间单元的转过的圈数，在这里测量参量应该是一个在时间上高度解析的参量。轨压在这里可被理解为，当所有喷射阀门都处于关闭状态时，占据在高压泵和喷射阀门之间的动力材料中的压力。

按照本发明优选在没有进行燃料喷射的工况下对轨压进行确定，也就是在所有通过共轨系统得到供给的喷射阀门关闭的情况下，而且排除喷射阀门上可能存在开关泄漏的情况。这样的工况也被称为惰力运转阶段(Schubphase)。在汽车中，惰力运转阶段例如在如下情况下出现，即，在没有给予气体的情况下相应的内燃机在接合状态下被滚动的汽车带动的情况。

通常情况下在内燃机中角速度通过所谓的齿时间精确测量。对此，曲轴具有传感轮，此传感轮具有多个沿传感轮的外围布置的齿或者相似的周期性的信号发生器。若曲轴转动，则齿或者信号发生器就运动经过传感器，通过该传感器来记录齿或者信号发生器的经过。传感轮上两个连续的齿或者信号发生器经过传感器所消耗的时间，或者相应地在传感器上捕捉的齿形信号的两个连续的具有可比性的齿面之间的时间间隔称为齿时间。这些齿通常带有磁性。传感器具有线圈，并可测量在那里经过的齿感应产生的电压。以齿时间作为确定角速度的测量参量具有特殊优势，一方面是由于它的高精度，而另一方面，由于本测量方式本来就是按照标准执行，可以省掉实施本方法时对附加部件的顾虑。

为了在发动机每个冲程期间和高压泵每次运动阶段期间能够提供多个支撑点，测量参量应该足够精确地解析。如果测量参量是齿时间，那么这通过在传感轮上齿的足够大的数量得以实现。最好是齿的数量大于或等于60。

特别是齿时间的幅值或者其它各种用作为曲轴的角速度的度量的测量参量可以用作由测量参量导出的用来确定轨压的参量。该测量参量通常具有基本上呈周期性的变化曲线，其中该变化曲线的幅值是作用于曲轴上的变换力矩的度量，该变换力矩首先通过气缸中的压缩与卸压引起。除了齿时间自身，尤其曲轴的变换力矩或者在至少一个节段中(优选在至少一个完整的工作循环的运行中)反映该变换力矩的参量可以用来确定轨压。其中在通常情况下将能够配设于气缸的一个工作冲程的曲轴转角称为节段，该转角由2π除以气缸数目得到。

由于受不同影响，角速度会在曲轴旋转和内燃机冲程的变化曲线中波动。为了从这些众多的影响因素中筛选出轨压的影响，优选的是，为确定轨压，首先确定在曲轴旋转或发动机运行的至少一个阶段中的测量参量与在出现参考轨压的情况下曲轴旋转或发动机运行的相应阶段中的测量参量值之间的差值。在参考压力下进行测量时，发动机平均转速应该和在实施按照本发明的方法时一样。这里平均转速是基于大量曲轴旋转圈数求平均而得的发动机转速，并与基于对应旋转圈数求平均而得的角速度成比例关系。源自除轨压以外的其他缘由的、即便在参考轨压情况下也存在的对测量参量的影响可以由此从信号中减除。如果测量参量像上面优选方案描述的那样是齿时间，那么在这里测量齿时间，并且从该所测的齿时间中减去在具有参考值的轨压和相同的平均转速情况下在曲轴旋转或发动机运行的相同阶段的齿时间。通过这种方式就能特别清楚地获知轨压的影响，而且能够精确确定轨压。

换句话说，轨压的确定优选通过这样一种方式进行：测量参量和/或由此导出的参量不仅针对实际工况而且也针对对比工况得到确定，其中，对比工况通过参考轨压及与现时工况相对应的转速显现。轨压表现为实际测量参量或由此导出的参量与对比工况下相应的测量参量或导出的参量之间的偏差的函数。同时，在一定情况下，对比工况下的测量参量或由此导出的参量也可以不通过对比工况本身而是通过其他工况中的相应测量和内插法确定。

下文亦偶尔称作泵的高压泵直接或间接由曲轴驱动，其运动能够以在很大范围内任意的方式与曲轴的旋转运动同步。例如，泵或泵的驱动器可以这样设计，使泵正好在气缸的上止点推出。在这种情况下，高压泵的影响显著改变了曲轴自身角速度的最大值、最小值和幅值，从而可以将它们直接用以确定轨压。如果例如高压泵是一个双活塞泵，该双活塞泵以1∶1的传动比与曲轴耦合，那么曲轴每旋转一圈，泵推出两次。在该推出过程中，曲轴角速度减慢，从而齿时间变大。

为了能够确定上面所说的测量参量或由此导出的参量与其在参考轨压下的值的差值，认识参考轨压下测量参量或由此导出的参量的变化过程是很重要的。测量参量在参考轨压下随时间或阶段变化的特性曲线可以在制造内燃机的时候优选对于不同的平均转速事先设定和存储。但是，在发动机运行的某些特定时间点重新确定测量参量的参考变化曲线也是可行的。例如，可以在发动机调试、开动或者也可以以一定的时间间隔进行那样的测量参量的确定。那么测量值可以例如按小时或者按分钟地与时间有关地或者针对通常以平均转速和进气压力表征的发动机运行的不同工况的确定的曲轴运动阶段得到采集。测量参量采集得越频繁，不会被引回到轨压上的影响就保持得越小。另一方面，随着参考值测量分布范围的变长，可以得到轨压更长期的变化。

如上所述，凭着曲轴旋转运动产生的轨压，高压泵的运动叠加了一个周期性的运动，该周期性运动随泵运动的周期波动。从与时间有关地采集的测量参量或由此导出的参量中可以非常容易地确定测量参量或由此导出的参量的幅值、最大值和/或最小值。测量参量的幅值、最大值和/或最小值也可以是导出的参量本身。

如果泵的推出阶段示例性地发生在各气缸工作冲程开始时候的内燃机气缸上止点，就能够确定绝对测量参量的幅值、最大值和/或最小值，而且理论上可以作为轨压的度量直接应用。由于其高精度，所以，当把如上所述的既得差值，与在具有特定参考压力的参考工况下的测量值放到一起考虑时，是有利的。然后，就能够将曲轴运动或发动机运动或泵循环的一个周期内的测量参量，与相应地在参考轨压、相同平均转速以及优选具有同样进气压力情况下的测量值作比较，其差值变化曲线的幅值和/或最大值和/或最小值，可用于确定轨压，而且并不依赖于高压泵是怎样构成和怎样与曲轴同步的。当然要注意的是，每次差值的形成是在工作周期的各个阶段，在互相对比的工况中进行，这些工况不仅在曲轴角度和气缸行程上相符，而且对于由比如挺杆位置定义的高压泵相位也相互对应。为此应该每次通过一个时间点观察差值，该时间点与内燃机和高压泵的共同周期相对应—即至少为曲轴旋转两圈和泵每个循环周期所对应曲轴转角间的最小公倍数。

可以通过不同方法将测量值或由测量参量导出的参量的值与轨压实际地匹配。最简单的情况下，可以存储数值表格，该数值表格将一定的轨压与给定平均转速情况下测量参量或由此导出的参量的一定值相配合。为了提高精确度，也可以在数值表格的各值之间进行插值。插值不仅能在测量参量的不同值之间也能在不同平均转速之间进行。除此之外，也可以作为数值或分析用的函数使用，借此由所测得的测量参量或由此导出的参量计算出轨压。

测量参量或由此导出的参量与轨压间的匹配关系，能够在发动机生产的时候进行一次性存储。但是也可以，通过例如测量测量参量，尤其也可以测量平均转速，并在同时用功能完好的压力传感器测出与测量值(或由此导出的参量)相对应的轨压，以此定期更新匹配关系。在使用数值表格的情况下也可以定期更新存储。对于使用分析函数的情况，可以借助已确定的测量值调整其参数。

需要注意的是，燃料共轨系统中的故障可能会导致轨压的急剧升高，致使其明显超过了压力传感器的测量范围。对于这种情况，可有利地预先从外部给出测量参量与轨压间的匹配关系，例如在发动机生产或检验过程中。但是也有另外一种选择，可以从压力传感器测出的匹配关系进行外推。也可以将不同的匹配关系进行组合。那么在压力传感器测量范围以内的值就可以定时更新，而在压力传感器测量范围以外的值可以从外部预定并保持不变。

对于另一种选择或者组合，可以确定至少一个曲轴运动阶段的测量参量与参考量的差值以确定轨压，或者确定至少一个曲轴运动阶段测量参量导出的参量与参考量的差值。另一方面，该差值优选在转速和进气压力都相同的情况下确定。在这里，参考量可以是在早些时刻相应阶段的测量参量或由此导出的参量。有另外一种选择，参考量可以是对于相应阶段已经给定的值。

为了尽可能得到轨压的精确结果，优先考虑，经过曲轴运动、泵运动和发动机运转的很多次循环来确定测量参量，并由这多次循环求出平均测量值。这样就能够示例性地确定这多次循环平均的最大值、最小值和/或幅值。用以求平均值的周期数，在这里可以变化，并取决于曲轴旋转的快慢。周期数的限制可以通过例如发动机运行时打开喷射阀门(也就是说结束用于测量的惰力运转阶段)的方式给出。

也建议和当前的发明一同使用一个方法以控制共轨喷射系统中的轨压，其中轨压如上所述已确定，然后以该已定的轨压为基础，改变轨压。这里的改变首先要这样进行，应使轨压与某个理论值相当，或者无论如何都调整至一个可以喷射的范围。特别是轨压也可以通过这种方法降至压力传感器可测的范围。

为改变轨压存在一系列可能的方法。例如，能够在至少一个喷射阀门产生设定好的开关泄漏，借此在喷射阀门打开之前，压力能够自行降低。特别地，压力也能够通过在发动机当前行程中不喷射的喷射阀门旁的开关泄漏被降低，以使通过其它喷射阀门仍能正常喷射。能够通过一个控制回路实现轨压值和理论值间的匹配，即通过将测量参量或由此导出的参量调整至一个与之相匹配的理论值。

最后，除此之外也建议和当前的发明一同使用一个方法以控制带共轨喷射系统的内燃机的喷射量。其中轨压如上所述已确定，然后以该已定的轨压为基础，控制喷射阀门的打开—也就是由其理论喷射量决定的触发持续时间或者开启持续时间。该用以控制喷射量的方法也可以与控制轨压的方法结合使用。

附图说明

接下来根据两个附图阐述确定轨压的方法。其中：

图1表示在不同压力下在一个发动机周期的变化曲线内的绝对齿时间信号，以及

图2表示在不同压力下齿时间与在参考压力下在一个发动机周期内的齿时间的差值。

具体实施方式

图1为在内燃机共轨燃料喷射系统中在三种不同轨压下内燃机的惰力运转阶段以10^-4秒为单位的齿时间，其中在这三种不同工况下的进气压力和平均转速数值相同。沿着X轴为四冲程发动机的四个工作冲程。图1描述的是绝对齿时间，即和曲轴相连的传感轮上相邻两个轮齿经过传感器所测得的时间。在所示例子中的传感轮有60个齿。在一个工作循环的四个阶段中则有120个齿经过传感器。标注为1的曲线显示了在进气压力为160Mpa情况下的齿时间，曲线2对应100Mpa，而曲线3对应20Mpa。在所示例子中双活塞高压泵与曲轴以1∶1的传动比相接，因此高压泵在曲轴每转一圈时被推出两次，而在发动机一个工作循环下被推出四次。在当前的实施例中，高压泵的推出阶段发生在气缸工作行程刚开始时的上止点。

进气压力的影响可以从图1中明显的看出。在高压情况下，在一半的气缸冲程中齿时间比压力较低时长，而在另一半的气缸冲程中情况则相反。齿时间的延长或缩短幅度越大，则进气压力也越大。因此，通过测量齿时间的延长或缩短能够推断出进气压力。然而，由于在所示例子中给出的是齿时间的绝对值，所以，除了更高的轨压外，还有其它的影响因素包含在里面。只要这些因素在确定测量参量和进气压力之间关系时不被知晓，其就将使测量不准确。4显示了在发动机第一冲程中齿时间最大值的改变。

图2以10^-6秒为单位展示了在一个工作循环内所测得的齿时间与在与之相对应的发动机工作阶段在参考轨压和相同曲轴平均转速下所测得的齿时间的差值。当每个轮齿经过传感器时，所测得的齿时间与在参考轨压下所对应的工作阶段测得的齿时间的差值即被确定。参考测量在一个参考工况下进行，该工况除已知的参考轨压外还由与该运行工况相应的转速和进气压力所定义。不管是对于可以确定轨压的运行(实际)工况还是参考工况都在内燃机的惰力运转阶段进行。通过这种方式基本上可以消除非轨压改变而产生的对齿时间波动的影响。特别是在发动机工作过程中对这个信号有影响的因素也将不存在。如图所示泵一共推出四次。泵推出时所对应的轨压越大，在该阶段中齿时间延长量也越大。在图2中曲线5是在压力160Mpa情况下记录，曲线6为100Mpa而曲线7为40Mpa。在相同的转速下，用在压力20Mpa下记录的齿时间曲线作为参照。为了确定轨压，也可确定齿时间差值的最大值、最小值和/或幅值。在这种情况下，这种测量方式很大程度上不会受到除轨压外的其它因素影响。

优先考虑这样一个实施例：由于能够清清楚知道幅值和轨压之间的关系，从而可以用已记录下的齿时间差值的在图2中可辨识的波动曲线的幅值来确定轨压。上述提到的振幅和轨压的关系，可对于某个发动机型号一次性或是通过多次在发动机运行中测量确定，并与转速和轨压相关联地保存在一张数值表格里，或者作为数值或分析用的函数存储。也可以用在图2中所示变化曲线的最大值或最小值来代替幅值，以相应地测量轨压。

本内燃机的燃料共轨喷射系统具有一个与编程技术对应的装置，用于以如上所述方式确定轨压。另外，这个设备可以用于调节该已确定的轨压；此外还可以根据当前理论喷射量调节内燃机气缸所带喷射阀门的触发持续时间，该喷射量在另一方面又取决于—在用于测量轨压的惰力运转阶段之后的——实际工况。

本发明可以在所有通过共轨喷射系统喷射燃料的发动机系统中使用。首先可用于机车发动机上，尤其是带汽油或柴油发动机的轿车或货车。

Claims (10)

1.用于确定内燃机共轨喷射系统中轨压的方法，其中，

获取至少一个测量参量，所述测量参量是用于内燃机的曲轴运动的角速度的度量，并且，

从该测量参量或者从由该测量参量导出的参量确定轨压，

其中，测量参量作为在曲轴运动的至少一个阶段中的齿时间来选择，

其中，为确定轨压，将在曲轴运动的至少一个节段期间和／或在共轨系统的高压泵的循环周期期间的齿时间变化曲线的幅值和／或最大值和／或最小值确定为由测量参量导出的参量，或者将所述齿时间与在曲轴运动的至少一个节段期间和／或在共轨系统的高压泵的循环周期期间在参考轨压下曲轴运动的相同阶段的齿时间的差值的变化曲线的幅值和／或最大值和／或最小值确定为导出的参量，并由此确定轨压。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，其特征在于，为确定轨压，确定至少一个在曲轴运动或工作循环的至少一个阶段中的测量参量与在参考轨压下曲轴运动或工作循环的同一阶段中的测量参量的差值。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，根据时间并且/或者针对曲轴运动的多个阶段并且／或者在内燃机的惰力运转阶段中确定测量参量。

4.根据权利要求1的方法，其特征在于，为确定轨压，在考虑到曲轴的平均转速的情况下将测量参量或由该测量参量导出的参量配设于轨压。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在额外关联曲轴的平均转速的情况下，通过数值表格和／或数值函数和／或分析函数将测量参量或由该测量参量导出的参量配设于轨压。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，数值表格和／或数值函数和／或分析函数在制造内燃机的时候预定并且／或者在惰力运转阶段中发动机无干扰运行期间在确定的时间点重新确定，优选通过对比测量参量或由此导出的参量与由压力传感器测出的轨压值的方式。

7.用于控制具有共轨喷射系统的内燃机中的喷射量的方法，其中通过按权利要求1—6之一所述的方法来确定共轨喷射系统中的轨压，并且根据如此确定的轨压来控制至少一个喷射阀门的开启持续时间和／或触发持续时间。

8.用于控制共轨喷射系统中的轨压的方法，其中通过按权利要求1至6中任一项所述的方法来确定共轨喷射系统中的轨压，并且根据如此确定的实际轨压来控制轨压。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，为控制轨压，在至少一个喷射阀门上产生开关泄漏。

10.用于内燃机的共轨喷射系统，包括用于获取至少一个测量参量的装置，该测量参量是用于内燃机的曲轴运动的角速度的度量，还包括用于按权利要求1至6中任一项所述的方法从该测量参量或由该测量参量导出的参量中来确定轨压的大小的装置。

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