CN103967635A - 燃料属性确定装置和燃料属性确定方法 - Google Patents

Abstract

一种燃料喷射系统设置有蓄积燃料的蓄积器（42）、通过喷射口（11b）喷射燃料的燃料喷射器（10）、将燃料从蓄积器引入到喷射口的燃料通道（42b、11a）和检测燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器（20）。基于当燃料喷射器（10）喷射燃料时由燃料压力传感器（20）检测的燃料压力，ECU（30）获得表示燃料压力的变化的压力波形。ECU（30）基于压力波形的波动周期（T）和燃料通道的长度（L）来计算形成压力波形的压力波的速度。此外，ECU（30）基于压力波的速度来计算燃料的密度，并基于燃料的密度来计算燃料的运动粘度。ECU（30）基于燃料的运动粘度来确定燃料的属性。

Description

燃料属性确定装置和燃料属性确定方法

技术领域

本公开涉及一种确定被供应到燃料喷射系统的燃料属性的燃料属性确定装置以及一种燃料属性确定方法。

背景技术

JP-2006-194224A示出当在燃料供应泵中流动的燃料的温度增加到大于规定值时确定燃料供应泵具有异常的异常检测设备。当滑动（sliding）异常由于劣质燃料而出现在燃料供应泵中时，燃料的温度增加。基于燃料温度的增加，设备检测燃料供应泵中的异常。

然而，因为燃料温度变化缓慢，不利的效应很可能在燃料喷射中产生，直到燃料供应泵的异常被检测到为止。此外，为了正确地检测燃料温度，高度精确的温度传感器是必要的。

发明内容

本公开的目的是提供一种快速确定燃料属性的燃料属性确定装置以及一种燃料确定方法。

根据本公开的第一方面，将一种燃料属性确定装置应用于燃料喷射系统，该燃料喷射系统包括蓄积燃料的蓄积器、通过喷射口喷射燃料的燃料喷射器、将燃料从蓄积器引入到喷射口的燃料通道和检测燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器。燃料属性确定装置包括：波形获得部分，其基于当燃料喷射器喷射燃料时由燃料压力传感器检测的燃料压力来获得表示燃料压力的变化的压力波形；速度计算部分，其基于压力波形的波动周期和燃料通道的长度来计算形成压力波形的压力波的速度；密度计算部分，其基于速度计算部分所计算的速度来计算燃料的密度；运动粘度计算部分，其基于密度计算部分所计算的密度来计算燃料的运动粘度；以及确定部分，其基于运动粘度计算部分所计算的运动粘度来确定燃料的属性。

根据上述配置，燃料被蓄积在蓄积器中，且燃料通过燃料通道从蓄积器流到燃料喷射器的喷射口。通过燃料压力传感器检测燃料通道中的燃料压力。

在当燃料喷射器喷射燃料时的时间，基于燃料压力传感器所检测的燃料压力来得到表示燃料压力的变化的压力波形。基于燃料压力波形的波动周期和燃料通道的长度，计算形成燃料压力波形的压力波的速度。

也就是说，在燃料喷射之后残留在燃料通道中的压力波在燃料通道中前后流动，使得压力波成为驻波。因此，基于燃料压力波形的波动周期和燃料通道的长度，可计算压力波的速度。关于驻波，燃料通道中的燃料压力可在任意位置处由燃料压力传感器检测。

接着，基于压力波的速度来计算燃料的密度。也就是说，基于压力波的速度和燃料的密度之间的物理关系，计算燃料的密度。此外，基于燃料的密度，计算燃料的运动粘度。也就是说，在燃料的密度和燃料的运动粘度之间存在相关性。通过实验来预先得到该相关性。因此，可根据该相关性基于燃料的密度来计算燃料的运动粘度。

因为燃料的运动粘度指示作为润滑油的燃料的属性，可基于燃料的运动粘度来确定燃料属性是否恶化。如上所述，基于在燃料喷射期间由燃料压力传感器检测的燃料压力，可确定燃料属性。因此，可在没有额外的温度传感器的情况下迅速地确定燃料属性。

根据本公开的第二方面，燃料属性确定装置包括：波形获得部分，其基于当燃料喷射器喷射燃料时由燃料压力传感器检测的燃料压力来获得表示燃料压力的变化的压力波形；速度计算部分，其基于压力波形的波动周期和燃料通道的长度来计算形成压力波形的压力波的速度；密度计算部分，其基于速度计算部分所计算的速度来计算燃料的密度；以及确定部分，其基于密度计算部分所计算的燃料的密度来确定燃料的属性。

如上所述，在燃料的密度和燃料的运动粘度之间存在相关性。因此，可基于燃料的密度来确定燃料属性。

根据本公开的第三方面，将一种燃料属性确定方法应用于燃料喷射系统，燃料喷射系统包括蓄积燃料的蓄积器、通过喷射口喷射燃料的燃料喷射器、将燃料从蓄积器引入到喷射口的燃料通道和检测燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器。该燃料属性确定方法包括：波形获得步骤，其基于当燃料喷射器喷射燃料时由燃料压力传感器检测的燃料压力来获得表示燃料压力的变化的压力波形；速度计算步骤，其基于压力波形的波动周期和燃料通道的长度来计算形成压力波形的压力波的速度；密度计算步骤，其基于压力波的速度来计算燃料的密度；运动粘度计算步骤，其基于燃料的密度来计算燃料的运动粘度；以及确定步骤，其基于燃料的运动粘度来确定燃料的属性。

根据上述燃料属性确定方法，可得到与第一方面相同的优点。

附图说明

根据参考附图做出的下列详细描述，本公开的上述和其它目的、特征和优点将变得更清楚。在附图中：

图1是示出燃料喷射系统的示意图；

图2是示出相对于燃料喷射命令信号的燃料喷射率和燃料压力的变化的时间图；以及

图3是示出燃料属性确定过程的流程图。

具体实施方式

将在下文描述应用于具有共轨的柴油发动机的燃料喷射系统的燃料属性确定装置的实施例。柴油发动机具有四个汽缸#1-#4。高压燃料被喷射到每个汽缸中。所喷射的燃料被压缩并自燃。

图1是示出燃料喷射系统的示意图。首先，将解释包括燃料喷射器10的发动机的燃料喷射系统。

燃料箱40中的燃料由燃料泵41泵送，并蓄积在共轨（蓄积器）42中。被提供到每个汽缸#1-#4的燃料喷射器10通过每个燃料管42b流体地连接到共轨42。共轨42中的燃料通过每个燃料管42b被分配到每个燃料喷射器10。每个燃料喷射器10（#1-#4）以预定的顺序顺序地执行燃料喷射。在本实施例中，#1燃料喷射器、#3燃料喷射器、#4燃料喷射器和#2燃料喷射器以这个顺序重复地执行燃料喷射。应注意，#1燃料喷射器对应于被提供到汽缸#1的燃料喷射器10。

高压燃料泵41是与柱塞的往复运动同步地排出高压燃料的柱塞泵。因为燃料泵41由发动机通过曲轴驱动，燃料泵41排出燃料预定的次数，同时燃料喷射器10以上述顺序喷射燃料。

燃料喷射器10由主体11、针阀主体12、电动致动器13等组成。主体11界定高压燃料通道11a和喷射口11b。针阀主体12被容纳在主体11中以打开/关闭喷射口11b。应注意，燃料管42b和高压燃料通道11a界定将共轨2流体地连接到喷射口11b的燃料通道。

主体11界定高压通道11a和低压通道11d所连通的背压室11c。电动致动器13操作控制阀14，以便在高压通道11a和低压通道11d之间切换，使得背压室11c与高压通道11a和低压通道11d之一连通。电动致动器13由电子控制单元（ECU）30控制。

当背压室11c与低压通道11d连通时，背压室11c中的燃料压力降低，使得针阀主体12升高以打开喷射口11b。高压通道11a中的高压燃料通过喷射口11b被喷射到发动机的燃烧室（未示出）中。同时，当背压室11c与高压通道11a连通时，背压室11c中的燃料压力增加，使得针阀主体12下降以关闭喷射口11b。

燃料压力传感器20包括杆21（负载单元）和压力传感器元件22。杆21被提供到主体11。杆21具有隔膜21a，隔膜21a响应于高压通道11a中的高燃料压力而弹性地变形。压力传感器元件22布置在隔膜21a上以取决于隔膜21a的弹性变形向ECU30传输压力检测信号。

燃料压力传感器20被提供到每个燃料喷射器10。在下面的描述中，被提供到汽缸#1的燃料喷射器10被称为喷射器10（#1），以及被提供到汽缸10（#1）的燃料喷射器10被称为喷射器20（#1）。类似地，被提供到汽缸（#2-#4）的燃料喷射器10和燃料压力传感器20分别被称为喷射器10（#2-#4）和传感器20（#2-#4）。

ECU30是具有CPU、ROM、RAM、存储设备、输入/输出接口等的微型计算机。ECU30基于加速器踏板的操作量、发动机负载、发动机速度等来计算目标燃料喷射条件，目标燃料喷射条件例如是燃料喷射的次数、燃料喷射开始时间、燃料喷射结束时间和燃料喷射量。将关于发动机负载和发动机速度的最佳燃料喷射条件存储在燃料喷射状况图中。然后，基于当前发动机负载和发动机速度，鉴于燃料喷射状况图来计算目标燃料喷射条件。

图2（a）所示的燃料喷射命令信号t1、t2、tq对应于所计算的目标喷射条件。基于稍后将详细描述的喷射率参数“td”、“te”、Rmax来建立燃料喷射命令信号t1、t2、tq。基于燃料压力传感器20的检测值的变化来检测上述喷射率参数的学习值。检测值的变化由压力波形表示。

参考图2（a）到2（c），在下文中将描述检测和学习喷射率参数的方法。应注意，下面的描述是关于当喷射器10（#1）执行燃料喷射时传感器20（#1）的检测值的学习。当另一燃料喷射器10喷射燃料时，基于被提供到另一喷射器10的燃料压力传感器20的检测值来学习喷射率参数。

例如，在喷射器10（#1）喷射燃料的情况下，归因于燃料喷射的燃料压力的变化基于传感器20（#1）的检测值而被检测为燃料压力波形（参考图2（c））。基于所检测的燃料压力波形，计算表示每单位时间的燃料喷射量的变化的燃料喷射率波形（参考图2（b））。定义所检测的燃料喷射率波形的喷射率参数“td”、“te”和Rmax被学习以控制喷射器10（#1）的喷射。

传感器20（#1）的检测值被指示为图2（c）所示的燃料压力波形。检测值（燃料压力）随着喷射开始从拐点P1开始下降。当喷射率变成最大值时，燃料压力的下降终止于拐点P2。在那之后，燃料压力随着针阀主体12的下降在拐点P3处开始下降。然后，当针阀主体12关闭喷射口11b以终止燃料喷射时，燃料压力的增加终止于拐点P4。接着，燃料压力伴随着增加和减少而衰减（参考点划线框Wc的内部）。也就是说，在燃料喷射之后残留在燃料管42b和高压通道11a中的压力波在燃料管42b和高压通道11a中前后流动，使得压力波变成驻波。

紧接在燃料喷射之后，喷射系统中的燃料压力降低了对应于所喷射的燃料量的量。具体地，如图2（c）所示，燃料压力从在喷射之前检测的参考压力Pc到在喷射之后检测的压力“Pe”下降了量ΔPc。

如图2（b）所示，在燃料压力波形和燃料喷射率波形之间存在相关性。具体地，在拐点P1和喷射开始时间R1之间、在拐点P3和喷射结束时间R4之间以及在最大喷射率Rmax和从拐点P1到拐点P2的压力降低量ΔP之间存在相关性。

图2（a）示出传输到喷射器10（#1）的喷射命令信号。喷射率参数“td”对应于喷射开始时间R1相对于喷射开始命令信号t1的延迟。喷射率参数“td”是喷射开始延迟时间“td”。喷射率参数“te”对应于燃料喷射结束时间R4相对于喷射结束命令信号t2的延迟。喷射率参数“te”是喷射结束延迟时间“te”。

因此，通过实验来预先得到表示各种相关性的相关性系数。基于相关性系数，得到拐点P1、P3和压力降低量ΔP以计算喷射率参数“td”、“te”、Rmax。

而且，基于喷射率参数“td”、“te”、Rmax，可估计喷射率波形。此外，基于所估计的喷射率波形的面积（在图2（b）中的阴影部分），计算喷射量Q。

如上所述，基于燃料压力传感器20的检测值，可计算和学习关于喷射命令信号的实际燃料喷射条件（喷射率参数“td”、“te”、Rmax、喷射量Q等）。然后，基于学习的值，ECU30建立对应于目标喷射条件的喷射命令信号。

接着，关于燃料属性确定，它将在下文中被描述。图3是示出用于燃料属性确定的过程的流程图。这个过程通过ECU30（燃料属性确定装置）以规定周期被重复地执行。

在S11中，燃料喷射器10喷射燃料。具体地，喷射命令信号被传输到燃料喷射器10，使得燃料从燃料喷射器10被喷射。接着，在S12中，ECU30基于由被提供到喷射燃料的燃料喷射器10的燃料压力传感器20所检测的燃料压力来得到表示燃料压力的变化的压力波形。例如，在喷射器10（#1）喷射燃料的情况下，基于传感器20（#1）的检测值得到由于燃料喷射所致的燃料压力的变化作为燃料压力波形（参考图2（c））。

接着，在S13中，基于燃料压力波形的波动周期“T”和燃料通道的长度“L”，ECU30计算形成燃料压力波形的压力波的速度“v”。具体地，如图2（c）中的框Wc中所示的，ECU30基于在燃料喷射之后产生的燃料波动的一个循环来计算波动周期“T”。然后，将燃料管42b和高压通道11a的长度“L”的双倍值“2L”除以波动周期“T”，从而计算出压力波的速度“v”。

然后，在S14中，ECU30基于燃料压力波形来计算在燃料喷射之前和之后的压力之间的降低量ΔPc。降低量ΔPc是在燃料喷射之前检测的参考压力Pc和在燃料喷射之后检测的压力“Pe”之间的差。

然后，在步骤S15中，ECU30基于燃料压力波形来计算燃料喷射器10所喷射的燃料的喷射量Q。具体地，如上所述，基于喷射率参数“td”、“te”和Rmax，估计喷射率波形。此外，基于所估计喷射率波形的面积（在图2（b）中的阴影部分），计算喷射量Q。应注意，S13到S15的处理顺序可任意改变。

在S16中，ECU30基于速度“v”、降低量ΔPc、喷射量Q和燃料通道的体积“V”来计算燃料的密度“ρ”。具体地，根据在流体动力学中定义的下列公式来计算燃料的密度“ρ”。燃料通道的体积“V”是燃料管42b的体积和高压通道11a的体积之和。

ρ＝ΔPc/(Q×v²）

然后，在S17中，基于燃料的密度“ρ”，ECU30计算燃料的运动粘度“ν”。具体地，在燃料的密度“ρ”和燃料的运动粘度“ν”之间存在相关性。通过实验预先来得到该相关性，且根据该相关性基于燃料的密度“ρ”来计算燃料的运动粘度“ν”。

在S18中，ECU30确定燃料的运动粘度“v”是否小于阈值“r”。相应地随着燃料的运动粘度“ν”更小，燃料的润滑性更恶化。作为润滑油的燃料的属性恶化了。阈值“r”被建立为ECU30能够确定当前供应的燃料是否对燃料泵41的驱动和燃料喷射器10的燃料喷射有不利的影响所基于的值。

当在S18中答案为是时，过程继续进行到S19，在S19中ECU30执行规定的控制来抵抗燃料属性的恶化。应注意，燃料喷射器10的燃料喷射属性根据燃料的运动粘度“ν”是变化的。因此，ECU30基于燃料的运动粘度“ν”来控制燃料喷射器10的燃料喷射条件。具体地，根据运动粘度“ν”，目标燃料喷射条件（喷射阶段的数量、燃料喷射开始时间、燃料喷射结束时间、喷射量等）被校正。然后，过程结束。

当在S18中的答案为否时，过程结束。也就是说，ECU30确定燃料属性没有恶化。

应注意，S12中的过程对应于波形获得部分，且S13中的过程对应于速度计算部分。S14中的过程对应于降低量计算部分，且S15中的过程对应于喷射量计算部分。S16中的过程对应于密度确定部分，S17中的过程对应于运动粘度计算部分，S18中的过程对应于确定部分，且S19中的过程对应于控制部分。

根据上面的实施例，可得到下面的优点。

ECU30基于被提供到喷射燃料的燃料喷射器10的燃料压力传感器20所检测的燃料压力来得到表示燃料压力的变化的压力波形。基于燃料压力波形的波动周期“T”和燃料通道的长度“L”，ECU30计算形成燃料压力波形的压力波的速度“v”。也就是说，在燃料喷射之后残留在燃料通道中的压力波在燃料通道中前后流动，使得压力波成为驻波。因此，基于燃料压力波形的波动周期“T”和燃料通道的长度“L”，可计算压力波的速度“v”。关于驻波，燃料通道中的燃料压力可在任意位置处由燃料压力传感器20检测。

基于压力波的速度“v”来计算燃料的密度“ρ”。也就是说，基于压力波的速度“v”和燃料的密度“ρ”之间的物理关系，计算燃料的密度“ρ”。此外，基于燃料的密度“ρ”，计算燃料的运动粘度“ν”。也就是说，在燃料的密度“ρ”和燃料的运动粘度“ν”之间存在相关性。可通过实验来预先得到该相关性。因此，可根据该相关性基于燃料的密度“ρ”来计算燃料的运动粘度“ν”。

因为燃料的运动粘度“ν”指示作为润滑油的燃料的属性，可基于燃料的运动粘度“ν”来确定燃料属性是否恶化。如上述，基于在燃料喷射期间由燃料压力传感器20检测的燃料压力，可确定燃料属性。因此，燃料属性可在没有额外的温度传感器的情况下被迅速地确定。

基于燃料压力波形，计算在燃料喷射之前和之后的燃料压力之间的降低量ΔPc。此外，基于燃料压力波形，计算由燃料喷射器10喷射的燃料的喷射量Q。接着，基于压力波的粘度“ν”、喷射量Q和燃料通道的体积“V”来计算燃料的密度“ρ”。也就是说，只基于燃料压力波形，可计算燃料的密度“ρ”。

根据燃料的密度“ρ”和燃料的运动粘度“ν”之间的相关性，基于密度“ρ”来计算运动粘度“ν”。因此，基于燃料的密度“ρ”，可容易计算燃料的运动粘度“ν”。

将燃料管42b和高压通道11a的长度“L”的双倍值“2L”除以波动周期“T”，从而压力波的速度“v”被计算。因此，基于燃料压力波的波动周期“T”和燃料通道的长度“L”，可容易计算压力波的速度“v”。

燃料喷射器10的燃料喷射属性根据燃料的运动粘度“ν”是变化的。鉴于这点，基于燃料的运动粘度“ν”来控制燃料喷射器10的喷射条件。因此，根据燃料属性，燃料可被适当地喷射。

可如下修改上述实施例。

通过进行关于压力波形的频率分析，可计算压力波的波动周期T。

也可根据下列公式来燃料的密度“ρ”。也就是说，基于燃料的体积弹性模量“K”和压力波的速度“v”，可计算燃料的密度“ρ”。

ρ=K/v²

可通过实验预先得到体积弹性模量“K”。此外，可根据下面的公式来计算体积弹性模量“K”。也就是说，基于降低量ΔPc、燃料的喷射量Q和燃料通道的体积“V”，可计算体积弹性模量“K”。

ΔPc=K×Q/V

如上所述，在燃料的密度“ρ”和燃料的运动粘度“ν”之间存在相关性。因此，可基于燃料的密度“ρ”来确定燃料属性。

上述燃料属性确定装置不仅可被应用于柴油发动机而且可被应用于具有输送管的汽油直喷发动机。

Claims (8)

1.一种被应用于燃料喷射系统的燃料属性确定装置，所述燃料喷射系统设置有蓄积燃料的蓄积器（42）、通过喷射口（11b）喷射所述燃料的燃料喷射器（10）、将所述燃料从所述蓄积器引入到所述喷射口的燃料通道（42b、11a）和检测所述燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器（20），所述燃料属性确定装置包括：

波形获得部分（30、S12），其基于当所述燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器检测的所述燃料压力来获得表示所述燃料压力的变化的压力波形；

速度计算部分（30、S13），其基于所述压力波形的波动周期（T）和所述燃料通道的长度（L）来计算形成所述压力波形的压力波的速度；

密度计算部分（30、S16），其基于所述速度计算部分所计算的速度来计算所述燃料的密度；

运动粘度计算部分（30、S17），其基于所述密度计算部分所计算的所述密度来计算所述燃料的运动粘度；以及

确定部分（30、S18），其基于所述运动粘度计算部分所计算的运动粘度来确定所述燃料的属性。

2.一种被应用于燃料喷射系统的燃料属性确定装置，所述燃料喷射系统设置有蓄积燃料的蓄积器（42）、通过喷射口（11b）喷射所述燃料的燃料喷射器（10）、将所述燃料从所述蓄积器引入到所述喷射口的燃料通道（42b、11a）和检测所述燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器（20），所述燃料属性确定装置包括：

波形获得部分（30、S12），其基于当所述燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器检测的所述燃料压力来获得表示所述燃料压力的变化的压力波形；

速度计算部分（30、S13），其基于所述压力波形的波动周期（T）和所述燃料通道的长度（L）来计算形成所述压力波形的压力波的速度；

密度计算部分（30、S16），其基于所述速度计算部分所计算的所述速度来计算所述燃料的密度；以及

确定部分（30、S18），其基于所述密度计算部分所计算的所述燃料的所述密度来确定所述燃料的属性。

3.根据权利要求1或2所述的燃料属性确定装置，还包括：

降低量计算部分（30、S14），其基于所述燃料压力波形来计算在所述燃料喷射之前和之后的所述燃料压力之间的降低量（ΔPc）；

喷射量计算部分（30、S15），其基于所述燃料压力波形来计算所述燃料喷射器所喷射的所述燃料的喷射量，其中

所述密度计算部分基于所述压力波的所述速度、所述降低量、所述燃料的所述喷射量和所述燃料通道的体积来计算所述密度。

4.根据权利要求1所述的燃料属性确定装置，其中

运动粘度计算部分参考预先获得的在所述燃料的所述密度和所述运动粘度之间的相关性而基于所述密度来计算所述燃料的所述运动粘度。

5.根据权利要求1或2所述的燃料属性确定装置，其中

所述速度计算部分通过将所述燃料通道的双倍长度除以所述燃料压力波形的波动周期来计算所述压力波的所述速度。

6.根据权利要求1或4所述的燃料属性确定装置，还包括：

控制部分（30、S19），其基于所述燃料的所述运动粘度来控制所述燃料喷射器的燃料喷射条件。

7.根据权利要求1或2所述的燃料属性确定装置，其中

所述速度计算部分基于在所述燃料喷射器喷射所述燃料之后产生的所述压力波形的波动部分来计算所述压力波的所述速度。

8.一种被应用于燃料喷射系统的燃料属性确定方法，所述燃料喷射系统设置有蓄积燃料的蓄积器（42）、通过喷射口（11b）喷射所述燃料的燃料喷射器（10）、将所述燃料从所述蓄积器引入到所述喷射口的燃料通道（42b、11a）和检测所述燃料通道中的燃料压力的燃料压力传感器（20），所述燃料属性确定方法包括：

波形获得步骤（S12），其基于当所述燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器检测的所述燃料压力来获得表示所述燃料压力的变化的压力波形；

速度计算步骤（S13），其基于所述压力波形的波动周期（T）和所述燃料通道的长度（L）来计算形成所述压力波形的压力波的速度；

密度计算步骤（S16），其基于所述压力波的速度来计算所述燃料的密度；

运动粘度计算步骤（S17），其基于所述燃料的密度来计算所述燃料的运动粘度；以及

确定步骤（S18），其基于所述燃料的所述运动粘度来确定所述燃料的属性。