CN103415690A - 用于确定燃料的温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定喷射设备（12）中的燃料的温度的方法，在该方法中根据喷射设备（12）的计量单元（10）的线圈（8）的温度来求出燃料的温度，其中测量计量单元（10）的电路的总电阻并计算线圈（8）的电阻占电路的总电阻的份额，并且其中由线圈（8）的电阻计算得出线圈（8）的温度。

Description

用于确定燃料的温度的方法
技术领域
本发明涉及用于确定燃料温度的方法和装置。
背景技术
迄今为止均通过安装在喷射设备的入口内的温度传感器来求出在喷射设备中的燃料的温度，其中，喷射设备被构造成共轨系统且其控制器需要关于温度的信息。有了针对燃料求出的温度可以确保在一定的时间点上燃料量以所需的精度的喷射。
文献DE 199 46 910 A1描述了用于求出在带有抑制抽吸的高压泵和计量单元的共轨系统中的燃料的温度的方法和装置，计量单元电磁地操纵伺服活塞且改变流动横截面，因而燃料被计量给高压泵。在此，燃料的温度在低压侧在计量单元的入口上以及在高压侧在高压泵的出口上通过静态的能量平衡方程式用参与的热量流计算得出。
由DE 10 2008 014 085 A1公开了一种用于计算在汽车的喷射系统的入口中的燃料的温度的方法。为此使用计算单元，其适用于根据通过用于共轨泵的计量单元的线圈的与线圈温度相关的实际电流以及根据在燃料温度和线圈温度之间的一个特定的偏移值来计算燃料的温度。
发明内容
在这个背景下提出了有独立权利要求特征的方法和装置。本发明的其它设计方案由从属权利要求和说明书得出。
在执行所述方法时，计量单元（ZME）结合其触发被用来求出例如可以构造成共轨系统的喷射设备的燃料的温度。
在此，通过观察和/或考虑计量单元的电路的所有构件的电阻得出计量单元的线圈的电阻以及由此计算线圈的温度。最后，根据线圈的温度计算出燃料的温度。
在一种设计方案中，以通常方式考虑到了所有在计量单元的电路中存在的构件的电阻以及因而热关联性。因此考虑到了计量单元的电路的各种构件，典型地为线圈、空转二极管、末级、插头、电缆、测量电阻等的电阻以及它们的热关联性。此外还可以考虑到脉宽调制（PWM）的触发的所有参数，例如电池电压、空转二极管的导通电压、占空比和在计量单元的电路中流动的电流。
在所述方法中还可以在计量单元的电路中使用电流调节器，电流调节器通过改变计量单元的末级的占空比来找平计量单元的实际电流与额定电流的偏差。
在本发明的设计方案中，沿下降的线圈电压的方向换算电阻，这在物理学上可以在欧姆定律的基础上进行。此外，在考虑到电路的电阻以及在电路内部的线圈的电阻的份额的情况下可以以分析的方式计算计量单元的线圈的温度。在此，典型地使用燃料到线圈的热交换的分析推断（analytischer Ansatz），因而没有考虑到燃料的温度和线圈的温度之间的偏移值。
燃料的温度通常通过喷射设备的公知的以及能方便地测量的参数，例如通过计量单元的电路的所述构件的电阻和/或温度进行计算。为此，测量计量单元的电路的总电阻以及计算线圈的电阻占电路的总电阻的份额，其中，由线圈的电阻占电路的总电阻的份额计算得出线圈的温度。由线圈的温度可以求出燃料的温度。
在喷射设备运行时，燃料流过高压泵，计量单元的滑阀伸入该高压泵。在此，燃料的热量通过滑阀传递给计量单元的线圈。线圈基于其热的状态而通过热量运输改变了它的电阻。电阻的这种变化可以被控制器通过其在触发计量单元时的电流调节探测到并且由电阻的该变化可以确定燃料的温度。因此可以取消用于燃料的温度传感器连同其布设线路，由此可以节省结构空间和重量。通过取消通常易有误差的温度传感器提高了喷射设备的可靠性。此外，用本发明在车载诊断时可以监控仍然存在的温度传感器。
也可以通过用于模拟和/或模仿温度的函数FTE（燃料温度模拟）来估算燃料的温度，该函数以喷射设备的计量单元（ZME）的运行参数结合喷射设备的触发为基础。为了提高这个函数FTE的精度，这个函数在本发明的设计方案中现在包括计量单元的电路的所有构件的初始化。
通过在转换本发明时实施的附加的初始化而在函数FTE的基础上确定了哪些构件在计量单元的电路内引起了与电阻的偏差和/或哪些构件与这种偏差相关。通过这种措施可以优化用函数FTE执行的计算以及因而提高函数FTE的精度。
利用函数FTE的在此说明的围绕初始化的扩展，公差电阻的每一份额通常可以按份额地根据计量单元的末级、二极管和其它部件，通常根据线圈被以最大份额划分。通过这种措施可以系统地提高燃料温度的计算精确度。
在本发明的另一设计方案中，可以通过脉宽调制的触发实现在两个时间范围内以及因而阶段内线圈的电压的计算的分离。针对向线圈供应电池电压的接通阶段，在考虑到计量单元的电路的构件的电阻，在此为电缆束的电阻（                                                
Figure 168423DEST_PATH_IMAGE001
）、插头的电阻（
Figure 960930DEST_PATH_IMAGE002
）、测量电阻的电阻（
Figure 740667DEST_PATH_IMAGE003
）和末级的电阻（）的情况下通过方程式（1）可以计算通过线圈下降的电压
Figure 199516DEST_PATH_IMAGE005
，其中此外还考虑到了流过计量单元的电路的电流，
Figure 21978DEST_PATH_IMAGE006
          （1）
在此也可以考虑到接下来说明的方程式（6）。
针对电池通过开关与线圈分离的切断阶段，可以在考虑到二极管的电压的情况下通过方程式（2）计算经由线圈下降的
Figure 665843DEST_PATH_IMAGE007
，其中，同样考虑到了计量单元的电路的构件的电阻：
Figure 740109DEST_PATH_IMAGE008
，          （2）
在此也考虑接下来说明的方程式（7）。
线圈的总共在这两个时间范围内在计量单元的线圈上下降的电压
Figure 152594DEST_PATH_IMAGE009
于是为：
Figure 519859DEST_PATH_IMAGE010
                （3）
在此规定，电压
Figure 274189DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 11201DEST_PATH_IMAGE007
提供作为在一个周期内有周期长度T和脉冲长度t的脉冲信号。占空比在此由脉冲长度t与周期长度T的商t/T得出。
线圈的电阻
Figure 409952DEST_PATH_IMAGE012
为：
Figure 216627DEST_PATH_IMAGE013
                                          （4）
这个值涉及电阻
Figure 458253DEST_PATH_IMAGE012
，计量单元的线圈实际具有这个电阻。线圈的电阻
Figure 733377DEST_PATH_IMAGE012
可以作为计量单元的电路的已测得的总电阻的一部分被计算。线圈的电阻包括额定电阻，线圈按制造规定应当具有这个额定电阻，还包括公差电阻
Figure 565569DEST_PATH_IMAGE015
，线圈的电阻因制造而与额定值相差该公差电阻，以及还包括热电阻，线圈基于其热的状态而具有这个热电阻。因此适用：
Figure 519192DEST_PATH_IMAGE017
                             （5）
与根据方程式（5）的线圈的电阻类似，从用于这些参量
Figure 166205DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 116844DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 638830DEST_PATH_IMAGE018
的各额定值
Figure 991314DEST_PATH_IMAGE014
、、以及用于这些例如可以基于针对制造的或针对供应的影响产生的参量的因公差引起的偏差
Figure 44611DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 392547DEST_PATH_IMAGE021
、，得出了在方程式（6）中的末级的电阻以及来自方程式（7）的通过二极管的导通电压
Figure 29436DEST_PATH_IMAGE018
的电阻。  
Figure 966299DEST_PATH_IMAGE023
                                 （6）
Figure 646722DEST_PATH_IMAGE024
                              （7）
线圈的温度
Figure 934615DEST_PATH_IMAGE025
通过计量单元的线圈的热电阻计算，其中，alpha是与感应率以及因此与线圈的材料相关的温度系数：
Figure 362883DEST_PATH_IMAGE026
                   （8）
因为计量单元的线圈就其电阻而言可能限于制造而伴随有公差，所以求出了其针对示例的公差电阻
Figure 544465DEST_PATH_IMAGE015
。此外规定，为了相比函数FTE提高精度而求出通过二极管的针对示例的导通电压以及末级的针对示例的电阻，它们可能时也会有公差。一旦计量单元的线圈在停止运行的内燃机中处在热学上公知的状态中，例如在计量单元通电开始后不久在汽车很长的停车时间之后，那么在考虑到推断（Ansatz）：
Figure 609505DEST_PATH_IMAGE027
的情况下学习和/或计算它们的针对示例的公差电阻
Figure 509327DEST_PATH_IMAGE015
。
在这种情况下假设线圈的温度、计量单元的温度（）和发动机的温度（
Figure 16587DEST_PATH_IMAGE029
）是相同的。在此在一种设计方案中例如
Figure 986948DEST_PATH_IMAGE030
。但也可以使用其它合适的温度，其中所述温度
Figure 16477DEST_PATH_IMAGE031
、
Figure 261645DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 152241DEST_PATH_IMAGE029
是相同的。在规定的时间和温度情况下，公差电阻
Figure 323197DEST_PATH_IMAGE015
与额定电阻
Figure 807399DEST_PATH_IMAGE014
的偏差仅由制造引起并且未造成由热引起的差异。此外，在这种初始化方法中同样可能引起偏差的热电阻部分，一旦初始化不在20℃时发生，就借助方程式（9）加以补偿：
Figure 980891DEST_PATH_IMAGE033
                 （9）
Figure 368404DEST_PATH_IMAGE034
也就是通过公知的为20℃的线圈温度补偿线圈的公差电阻的那部分。
然后用方程式确定公差电阻：
Figure 211726DEST_PATH_IMAGE035
                           （10）
相应于此可以用方程式（8）从在方程式（5）中的线圈的电阻计算出线圈的温度，线圈的电阻包括额定电阻、公差电阻和热电阻。
为了进一步计算，计算计量单元的针对示例的电阻值
Figure 307858DEST_PATH_IMAGE015
连同其它针对示例的公差部分。在此，方程式（1）和（2）以及方程式（3）同方程式（6）和（7）一起使用在方程式（4）中以及在方程式（5）中。  
Figure 19462DEST_PATH_IMAGE036
            （11）
Figure 258551DEST_PATH_IMAGE037
                （12）
其中，考虑到了针对
Figure 397408DEST_PATH_IMAGE034
的方程式（9）。
在借助提出的方程式（11）和（12）提到的且同样可能基于偏差引起的热电阻，例如可以借助前述方程式（8）补偿。结果为在第一电流水平电流1中的总公差初始化值。
类似地，为至少另一个电流水平电流2、电流3，例如为一个或两个其它的电流水平电流2、电流3确定一个公差初始化值，这例如在调整计量单元的调节器保护的时间点上，也就是说当端子K15接通以及内燃机被切断时。在此得出了下列三个方程式：
        （13）
Figure 105918DEST_PATH_IMAGE039
       （14）
Figure 468023DEST_PATH_IMAGE040
        （15）
电流水平电流1、电流2和电流3的借助方程式（13）至（15）提出的公差电阻
Figure 777782DEST_PATH_IMAGE041
、
Figure 848506DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 42858DEST_PATH_IMAGE043
可以用控制器求出。此外规定，用三个未知的公差值（
Figure 882638DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 363298DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 764061DEST_PATH_IMAGE022
）作为参量的
Figure 621159DEST_PATH_IMAGE012
、
Figure 315445DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 107952DEST_PATH_IMAGE018
的可能由公差引起的偏差来解由三个方程式构成的方程式系统并且可以在控制器中进行计算。在此，基于公知的公差情况也可以取消针对电流水平电流1、电流2和电流3的公差电阻、
Figure 548477DEST_PATH_IMAGE042
和
Figure 972637DEST_PATH_IMAGE043
的方程式（13）至（15）的至少一个以减少存储空间和计算时间。取而代之的是规定，基于公知的影响因子，例如温度、电流和外协件初始化通过二极管的导通电压。求出的公差份额表明，计量单元的电路的电阻比在它们的通过占空比的时间影响，要好于在函数FTE中的单个的初始化值，由此可以提高燃料的温度的求解精度。此外，公差值
Figure 60678DEST_PATH_IMAGE015
、
Figure 704543DEST_PATH_IMAGE044
和
Figure 903443DEST_PATH_IMAGE022
的初始化可能在内燃机的运行时间上是充分的。
通常充分的是，一次性进行公差电阻
Figure 306742DEST_PATH_IMAGE015
的值在计量单元的运行时间上的初始化。学习到的计量单元的线圈的公差电阻被储存在控制器的例如构造成EEPROM的存储器中。为了将来例如在车辆启动时观察计量单元的电路中的电阻，考虑到了计量单元的线圈的经学习和储存的公差电阻。
在本发明的设计方案中，可以考虑到针对热交换的不同的值以及因此考虑到喷射设备的不同的部件的热传递。适用于在线圈和发动机舱之间的热交换的是：
Figure 195381DEST_PATH_IMAGE045
                                  （16）
在线圈和高压泵之间的热交换对应：
Figure 932393DEST_PATH_IMAGE046
                                       （17）
在线圈和燃料之间的热交换为：
Figure 829679DEST_PATH_IMAGE047
                                     （18）
线圈通过控制器的脉宽调制的触发被电加热。因此适用于电的热交换的是：
Figure 259524DEST_PATH_IMAGE048
                                      （19）
在此，
Figure 235570DEST_PATH_IMAGE031
是线圈的温度，
Figure 776273DEST_PATH_IMAGE012
是线圈的电阻，
Figure 295110DEST_PATH_IMAGE049
是高压泵的温度，
Figure 630276DEST_PATH_IMAGE050
是发动机舱的温度。三个参数
Figure 359198DEST_PATH_IMAGE051
、
Figure 814843DEST_PATH_IMAGE052
和
Figure 312821DEST_PATH_IMAGE053
是在从线圈到相关位置的热传导时的热电阻（单位℃/W）。
得出了在计量单元的线圈上的热量维持方程式：
Figure 818889DEST_PATH_IMAGE054
                                 （20）
因此从经计算得出的线圈的温度
Figure 910472DEST_PATH_IMAGE031
，通过其它的修正，求出了燃料的温度，这些修正通过在高压泵、发动机舱和计量单元以及它们的线圈之间的车型特定的热交换，例如在计量单元内部的热交换产生。
这样求出的燃料的温度可以与迄今为止的做法类似地使用在控制器中，例如用来调节通过喷射设备的喷射量。
用所有热动力学的方程式（16）-（20）产生了针对燃料的温度的方程式：
Figure 792978DEST_PATH_IMAGE055
         （21）
在方程式（21）中还包含了来自方程式（8）的温度，其由来自方程式（5）的线圈的电阻计算得出。其包括电阻
Figure 461911DEST_PATH_IMAGE016
和，它们又是计量单元的电路的构件的电阻。线圈的温度因此从线圈的电阻占计量单元的电路的总电阻的份额计算得出。
计算温度所需的温度和电阻可以被预先求出以及伴随所述方法计算和/或通过热量计以及电测量仪测量。
按本发明的装置构造用于实施所述方法的所有步骤。在此，这种方法的单个步骤也可以被装置的单个部件执行。此外，装置的功能或装置的单个部件的功能被转换成方法的步骤。此外还可能的是，将方法的步骤实现为装置的至少一个部件或整个装置的功能。
本发明其它的优点和设计方案由说明书和附图得出。
当然之前所述的以及接下来还要阐释的特征不仅可以使用在分别说明的组合中，而也能使用在其它组合中或单独使用，而不会脱离本发明的框架。
附图说明
图1在示意图中示出了按本发明的装置的一种实施形式；
图2在示意图中示出了计量单元的转换电路的细节。
具体实施方式
本发明借助实施例在附图中被示意性地示出并且接下来参考附图加以详细说明。
附图被结合上下文综合性地说明，相同的附图标记表示相同的部件。
在图1中示出的按本发明的装置2的第一种实施形式包括控制器4，用该控制器可以执行按本发明的方法的一种实施形式。在此，这个控制器4通过电缆6与汽车的喷射设备12的计量单元10的线圈8连接。此外，就喷射设备12而言，在图1中还示意性示出了用于输送燃料的高压泵14。燃料流过高压泵14的通道16，这在图1中通过四个箭头18示出。
线圈8通电时，通过计量单元10的线圈8感应出了一个磁场，通过磁场改变了至少部分伸入高压泵14的通道16内的滑阀20的位置，其中，通电可以从控制器4出发经由电缆6进行。通过滑阀20的定位可以调节通道16的横截面的大小以及因而可以通过计量单元计量流过高压泵14的通道16的燃料的量。
在图1中分别通过双箭头示出了在燃料和滑阀之间的第一热交换22的值的梯度，在滑阀20和线圈8之间的第二热交换24的值的梯度、在计量单元10和线圈8之间的第三热交换26的值的梯度、在高压泵14和计量单元10之间的热交换28的第四个值的梯度以及在汽车的内燃机的发动机舱和计量单元10之间的第五热交换30的值的梯度。所述的针对热交换的值同样可以在方法的框架内被考虑到。
此外，图1示出了电测量仪32作为控制器4的一个部件，用电测量仪可以为了在按本发明的方法的框架内确定燃料的温度而求出计量单元10的电路和/或线圈8的至少一个电参数，也就是说计量单元10的电流和/或电压。
在图2中示意性示出了借助图1示出的计量单元10的电路40。这个电路40包括线圈8的真实的电阻42 ，其又包括线圈8的额定电阻44 
Figure 781848DEST_PATH_IMAGE057
、线圈8的公差电阻46 
Figure 707079DEST_PATH_IMAGE015
以及线圈8的热电阻48 
Figure 42639DEST_PATH_IMAGE058
。此外，计量单元10的电路40还包括末级的电阻50 
Figure 369715DEST_PATH_IMAGE004
和末级的公差电阻51 
Figure 654066DEST_PATH_IMAGE044
（仅在接通阶段期间，此时电池58为图1的线圈8供电，其中，时间份额对应占空比）以及二极管的与之并联的电阻52 和二极管的公差电阻53 （仅在切断阶段，此时电池58通过开关与图1的线圈分离，其中，时间份额是1-占空比）。此外，电路40还包括残余电阻54 
Figure 151540DEST_PATH_IMAGE061
，参与电阻包括电缆束的电阻
Figure 715114DEST_PATH_IMAGE062
以及至少一个插头的电阻
Figure 614937DEST_PATH_IMAGE002
，电路还包括并接电阻56或测量分流电阻
Figure 181048DEST_PATH_IMAGE063
。为了确定燃料的温度而考虑到电路40的构件的这些所述电阻。计量单元10的电路40连接在电池58上，电池伴随脉宽调制的触发60给电路40供电，因而计量单元10的电流62
Figure 358082DEST_PATH_IMAGE064
流过电路40。
在按本发明的方法的实施方案中，根据计量单元10的线圈8的温度以及在考虑到计量单元10的电路40中的电阻的情况下确定在喷射设备12中的燃料的温度。计量单元的电路的总电阻通过控制器4测量。此外，控制器4计算线圈8的电阻
Figure 984236DEST_PATH_IMAGE012
占电路40的总电阻的份额。线圈8的温度由控制器4从线圈8的电阻占电路40的总电阻的份额计算得出。
此外，在所述方法的实施方案中可以考虑到在接通阶段施加在线圈8上的电压和在切断阶段施加在线圈8上的电压
Figure 852408DEST_PATH_IMAGE065
以及占空比。

Claims (8)

1.用于确定喷射设备（12）中的燃料的温度的方法，在该方法中根据喷射设备（12）的计量单元（10）的线圈（8）的温度来求出燃料的温度，其中测量计量单元（10）的电路（40）的总电阻并计算线圈（8）的电阻占电路（40）的总电阻的份额，并且其中由线圈（8）的电阻计算得出线圈（8）的温度。
2.按权利要求1所述的方法，在该方法中考虑到，计量单元（10）的电路（40）的总电阻包括电路（40）的单个构件的电阻，亦即线圈（8）的电阻，末级的电阻（50）、末级的公差电阻（51）、二极管的电阻（52）、二极管的公差电阻（53）、残余电阻（54）、电缆束的电阻、插头的电阻和/或并接电阻（56）。
3.按权利要求1或2所述的方法，在该方法中在考虑到占空比的情况下使用各一个在接通阶段期间和切断阶段期间施加在线圈（8）上的电压。
4.按前述权利要求中任一项所述的方法，在该方法中考虑到，线圈（8）的电阻包括线圈（8）的额定电阻（44）                                                、线圈（8）的公差电阻（46）
Figure 271740DEST_PATH_IMAGE002
以及线圈（8）的热电阻（48）
Figure DEST_PATH_IMAGE003
。
5.按权利要求4所述的方法，在该方法中，在内燃机停止时并且在热学方面已知的条件下确定公差电阻（46）
Figure 80558DEST_PATH_IMAGE002
。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，在该方法中考虑到了针对在线圈（8）和发动机舱之间、在线圈（4）和高压泵（14）之间、在燃料和高压泵（14）之间、在计量单元（10）的滑阀（20）和线圈（8）之间、在燃料和滑阀（20）之间和/或在计量单元（10）和高压泵（14）之间的热交换的值。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，在该方法中，为了计算燃料的温度
Figure 719350DEST_PATH_IMAGE004
而使用下列方程式:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中，
Figure 114559DEST_PATH_IMAGE006
是线圈（8）的温度，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
是线圈（8）的电阻，
Figure 820610DEST_PATH_IMAGE008
是高压泵（14）的温度并且
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是发动机舱的温度，其中三个参量、
Figure DEST_PATH_IMAGE011
和是在从线圈（8）到相关位置的热传导时的热电阻（单位℃/W），并且其中考虑到了流过计量单元（10）的电路（40）的电流。
8.用于确定喷射设备（12）中的燃料的温度的装置，其中所述装置（2）具有控制器（2），该控制器根据喷射设备（12）的计量单元（10）的线圈（8）的温度求出燃料的温度、测量计量单元（10）的电路（40）的总电阻并计算所述线圈（8）的电阻占所述电路（40）的总电阻的份额，其中所述控制器（2）由所述线圈（8）的电阻计算出所述线圈（8）的温度。
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