CN102686858B - 用于测量内燃机中喷射过程的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

对运行的发动机的燃料系统在周期和时间方面精确的测量至今不是已知的或有严重错误。按照本发明的建议，为了精确计算运行的发动机的喷射量，计算机单元(26)通过数据传输线(24)与设置在燃料管(4)中的用于测量时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)和压力传感器(14)相连。所述计算这样实现，通过将借助用于检测控制数据的器件所确定的控制时间、存储容器(12)上的压力传感器(14)的测量值和用于测量燃料管(4)中时间上可分辨的容积流量过程的装置的测量值传输到所述计算机单元(26)中，通过由在所述存储容器(12)中的压力传感器(14)测量的压力曲线计算出的存储容器流量和用于测量燃料管(4)中时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)的测量值相叠加，在所述计算机单元(26)中计算出喷嘴(18)的喷射量曲线。

Description

用于测量内燃机中喷射过程的系统和方法
本发明涉及一种用于测量内燃机中喷射过程的系统，该系统具有储存燃料的燃料箱、存储压缩燃料的存储容器、至少一个设置在该存储容器上的喷嘴、其中设置有向所述存储容器提供燃料的燃料供给泵和燃料高压泵的燃料管、可确定所述存储容器中压力的压力传感器和用于检测喷嘴的控制数据的器件。本发明还涉及一种通过这种系统测量喷射过程的方法。
这种系统是基本已知的并构成了现代化内燃机的共轨系统的结构。在所述存储容器中设置的压力传感器尤其用于这种系统的故障分析。
因此在文献DE 199 46 506 C1中推荐了一种用于识别发动机压力系统中的故障的方法，其中，压力传感器的压力信号在时间上可分辨地被记录，因此，由于喷射动作和活塞泵的活塞冲程引起的周期性压力波动能够被观察。压力信号的变化过程被测量并且与已储存的样本相对比，因此，在振幅或周期方面与样本的偏差中可推导出故障。
作为补充，在一个周期内获得最大和最小压力测量信号之间的差值。在该差值与储存的样本之间的偏差中同样可以推导出系统中的故障。对喷射量曲线的确定没有被公开。
此外，由文献DE 10 2005 004 423 B3中已知一种用于监测喷射系统功能性的方法，其中，同样通过安装在存储容器中的传感器测量出的压力曲线与理论压力曲线的偏差推导出故障。在此，既考虑压力随时间的变化特性也考虑绝对压力。通过这种方法也不能确定各个喷嘴实际的喷射量曲线。
在文献DE 197 40 608 A1中也公布了一种近似的构造。但是，其中通过压力传感器高分辨率地检测存储容器中的压力曲线并且由该压力曲线获得样本，通过该样本确定分别用于每个燃烧室和每个喷射过程的参数，如喷射量或喷射时长。这通过神经网络系统实现。所述网络系统然而必须先在试验台上试验，以获得有说服力的结果。尤其是喷射量的绝对值不通过前述的网络系统的自学习过程不能确定。因此，对于每个发动机都要执行分离的自学习过程，因此，在批量中的使用是不切实际的。
因此本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于测量内燃机中喷射过程的系统和方法，借助所述系统和方法除了故障检测外还能够精确确定喷射过程的曲线。其中，也应该能够确定绝对值并能够区分每个单独气缸的提前喷射和主喷射。
所述技术问题通过权利要求1的特征部分的特征以及通过按照权利要求7的方法解决。
因此应用计算机单元，该计算机单元与设置在燃料管中的、用于测量时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置相连，并且借助数据传输线与压力传感器相连。因此，由用于检测控制数据的器件确定的控制时间、存储容器中的压力传感器的测量值和用于测量燃料管中时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置的测量值能够被传输到所述计算机单元中，并且利用这些测量值，通过由在存储容器中的压力传感器测量的压力曲线计算出的存储容器流量和用于测量燃料管中时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置的测量值相叠加，可在计算机单元中计算出喷嘴的喷射量曲线。通过应用附加的用于测量时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置能够从由压力曲线获得的值反推出校准的容积或重量流量值，因此也可描述喷射量的绝对值。此外，两个喷嘴之间的区别和由此导致的故障能够在系统中被识别和对号入座。
在另一种实施形式中，在存储容器中设置与所述计算机单元相连的温度传感器。相应地借助该存储容器中的温度传感器可测量存储容器中的温度，可以将温度曲线传输至计算机单元中，在该计算机单元中计算燃料的压缩性模型并且紧接着在确定喷射量曲线时应用算出的压缩性模型。由此可非常精确地确定喷射量的绝对值。
优选地在高压泵入口设置与所述计算机单元相连的压力传感器。所述压力传感器的测量值被传输至计算机单元，由这些测量值可在计算机单元中计算高压泵流量，并且紧接着将算出的流量与用于测量燃料管中时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置的测量值和已算出的存储容器流量相叠加。由此可算得校正的喷射量曲线，该喷射量曲线同样考虑了由于公共燃料供给管中改变的理论压力和由此导致改变的有待供给的质量而引起的通过高压泵的视在流量。
在另一种实施形式中，在高压泵入口同样设置与所述计算机单元相连的温度传感器，因此借助该温度传感器能够在高压泵入口测量温度，温度曲线被传输至计算机单元，在计算机单元中计算高压泵中燃料的压缩性模型并且在确定高压泵流量时应用该计算出的压缩性模型。由此可再次优化计算喷射量曲线时的结果，因为测量的视在流量同样被精确确定了。
燃料回流管从高压泵或存储容器优选地经由调压阀通回燃料箱，由此可附加地实现调压的可能性。
为此，在另一种实施形式中，所述燃料管在设置有用于测量时间上可分辨的容积的流量过程的装置的区域中构成燃料回流管。这样能够在然后附加设置的回流管中节省对附加传感器或其他用于测量流量过程的装置的设置。
相应地创造一种系统以及附属的方法，借助所述系统和方法能够在共轨式系统中精确地确定喷射量。在此，可实现对每个单独的喷嘴的分辨，其中，甚至可以区分提前喷射和主喷射。因此能够周期精确地和气缸可选地计算喷射量的变化曲线。此外，用于诊断喷射系统的应用也是可行的。
在图1中示意地显示了按照本发明的系统的实施例。以下结合该附图描述本发明。
所示系统基本包括已知的共轨式燃料系统的部件。燃料箱2通过燃料管4与燃料泵6相连。该燃料泵6将燃料向大多设计成活塞泵的燃料高压泵8供给。该活塞泵通过高压管10与存储容器12流体地相连通，在该存储容器12设置有压力传感器14和温度传感器16。在本实施例中除此之外在该存储容器12上设置四个燃料喷嘴18，通过所述燃料喷嘴18可将燃料喷射进内燃机对应的气缸中。
此外，在存储容器12上设置调压阀19，该调压阀同样如高压泵8的入口与燃料回流管20相连，通过该燃料回流管20可使剩余的燃料流回燃料箱2。该燃料回流管20首先通入燃料管4中，在燃料管4的这个区域中相应地出现差流或合成燃料流。
按照本发明，所述合成的、向存储容器12供给的燃料量通过用于测量容积流量过程的装置22测量，该装置22设置在燃料管4中在燃料箱2和向燃料回流管20的分支之间。
这种装置22由文献DE 103 31 228 B3已知。该装置22由旋转式排挤装置以及设置在该排挤装置的旁路通道中的平动式的、形式为设置在测量室中的活塞的体积差传感器构成。活塞的偏转被连续地检测，其中，泵基本以恒定转速周期性地运行。通过燃料的供出和回收出现活塞的叠加运动，该运动是实际向存储容器供给量的计量标准。在测量室中附加地设置压力传感器以及温度传感器，它们的测量值被输入评估单元，因此，由于压力和温度改变导致的视在流量(Scheindurchfluesse)能够被排除。但是，高压泵8和喷嘴18之间的过程不能由装置22测量。
出于此原因，压力传感器14、温度传感器16和用于测量容积的流量过程的装置22通过数据传输线24与计算机单元26相连。用于计算在时间上可分辨的容积流量过程的公共燃料供给管模型(Rail-Modell)被储存在计算机单元26中。可附加地储存各种用于不同线路和容积的模型，所述模型具有一定的大小并因此能够由于压力和温度的改变引起视在流量。因此例如能够使用所示的泵模型，其可附加地改善公共燃料供给管模型的结果。但是，为此必须在高压泵8的区域中安装其他的传感器，如压力传感器和温度传感器。
在计算当前的燃料消耗时必须考虑的是，尤其在存储容器12中，由于现有的容积，较小的压力改变基于燃料的压缩性可导致明显改变的被测量的容积。
按照本发明首先将喷嘴18的控制数据或控制时间传输给计算机单元26。这能够通过直接从发动机控制单元向计算机单元传输数据来实现。同样可以考虑的是通过相应的流体传感器或位置传感器测量打开时间。
同时，存储容器12上的压力传感器14的测量值和用于测量燃料管4中时间上可分辨的容积流量过程的装置22的测量值被传输到计算机单元26中。借助压力传感器14测量的压力改变首先以任意比例因子被加权，并在足够的时长内相加。紧接着将各加权的压力改变之和与用于测量时间上可分辨的容积流量过程的装置22测量的流量相比较，通过这样的比较，所述比例因子可通过叠加计算出。在比例因子恒定的前提下，随后对于每个单独的分量，亦即对于每个任意时间段，可计算出具体的体积流量并因此可计算出该时间段中的喷射量曲线。
业已表明，关于喷射的即便非常小的时间段也可应用。
另一种对结果的优化能够通过(除了测量压力外还附加地)在存储容器中测量温度实现。存储容器中温度的波动导致视在流量，但是该视在流量能够通过公式ΔVT＝V0·α·ΔT计算。因此，之后可借助相应的结果校正所求出的流量值。
通过在高压泵入口处连续测量压力能够附加地计算出高压泵流量，由此能够将基于喷射量引起的压力变化与基于高压泵供给量引起的压力变化相分离或相区分。为此，通过将由测量出的压力和温度推导出的泵流量与用于测量燃料管中时间上可分辨的容积流量过程的装置的流量值相叠加，可校正已计算的喷射量曲线。因此，喷射量能够精确地与供给量相分离或相区分。不言而喻地在此还可以通过对温度的测量相应地校正压缩性模型，以再次优化结果。
借助所述方法和所述构造能够以高的精确度量化确定内燃机的燃料高压系统中的喷射过程。甚至存在这种可行性，区分提前喷射和主喷射并确定喷射量。不言而喻地还可以识别出有缺陷的喷嘴。喷嘴存在的问题可导致喷射量的改变，所述问题能够首先被识别并紧接着通过相应的调节和适配的打开时间来弥补。

Claims (10)

1.一种用于测量内燃机中喷射过程的系统，该系统具有储存燃料的燃料箱、存储压缩燃料的存储容器、至少一个设置在该存储容器上的喷嘴、其中设置有向所述存储容器提供燃料的燃料供给泵和燃料的高压泵的燃料管、可确定所述存储容器中压力的压力传感器和用于检测喷嘴控制数据的器件，其特征在于，计算机单元(26)通过数据传输线(24)与设置在燃料管(4)中的用于测量时间上可分辨的容积或重量的流量过程的装置(22)和压力传感器(14)相连。
2.按照权利要求1所述的用于测量内燃机中喷射过程的系统，其特征在于，在所述存储容器(12)上设置与所述计算机单元(26)相连的温度传感器(16)。
3.按照权利要求1或2所述的用于测量内燃机中喷射过程的系统，其特征在于，在所述高压泵(8)的入口设置与所述计算机单元(26)相连的压力传感器。
4.按照权利要求3所述的用于测量内燃机中喷射过程的系统，其特征在于，在所述高压泵(8)的入口设置与所述计算机单元(26)相连的温度传感器。
5.按照权利要求1所述的用于测量内燃机中喷射过程的系统，其特征在于，燃料回流管(20)从所述高压泵(8)或从所述存储容器(12)经由调压阀(19)导向所述燃料箱(2)。
6.按照权利要求5所述的用于测量内燃机中喷射过程的系统，其特征在于，所述燃料管(4)在设置所述用于测量时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)的区域构成所述燃料回流管(20)。
7.一种借助按照前述权利要求之一所述的系统用于测量内燃机中喷射过程的方法，其具有以下步骤：
-将借助用于检测控制数据的器件所确定的控制时间、所述存储容器(12)上的压力传感器(14)的测量值和用于测量燃料管(4)中时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)的测量值传输到所述计算机单元(26)中，
-通过由在所述存储容器(12)上的压力传感器(14)测量的压力曲线计算出的存储容器流量和所述用于测量燃料管(4)中时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)的测量值相叠加，在所述计算机单元(26)中计算出喷嘴(18)的喷射量曲线。
8.按照权利要求7所述的用于测量内燃机中喷射过程的方法，其特征在于，
-借助在所述存储容器(12)上的温度传感器(16)测量所述存储容器(12)中的温度，
-将温度曲线传输至所述计算机单元(26)中，
-在所述计算机单元(26)中计算燃料的压缩性模型并
-在确定喷射量曲线中应用所述压缩性模型。
9.按照权利要求7或8所述的用于测量内燃机中喷射过程的方法，其特征在于，
-将在所述高压泵(8)入口处的压力传感器的测量值传输至所述计算机单元(26)中，
-在所述计算机单元(26)中利用所述测量值计算所述高压泵(8)的高压泵流量，
-将算出的流量与所述用于测量燃料管(4)中时间上可分辨的容积流量过程的装置(22)的测量值和算出的存储容器流量相叠加，并由此计算出校正的喷射量曲线。
10.按照权利要求9所述的用于测量内燃机中喷射过程的方法，其特征在于，
-借助在所述高压泵(8)入口处的温度传感器测量所述高压泵(8)入口处的温度，
-将温度曲线传输至所述计算机单元(26)中，
-在所述计算机单元(26)中计算所述燃料在所述高压泵(8)处的压缩性模型和
-在确定高压泵流量时应用所述计算出的压缩性模型。
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