CN104595047A - 基于借助电加热装置对燃油的加热来确定流经燃油喷射器的燃油量 - Google Patents

Abstract

介绍一种用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法，其中，该燃油喷射器具有用于加热燃油的电加热装置和用于测量被加热的燃油温度的温度测量装置。所述方法具有：(a)给电加热装置施加预定的电加热功率(110)；(b)测量因加热功率导致的燃油温度提高(120)；(c)基于所施加的电加热功率和测得的温度升高来确定流经燃油喷射器的燃油量(130)。还介绍一种用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法，其中，前述方法用来确定流经燃油喷射器的燃油量。还介绍一种发动机控制器以及一种用于实施所述方法的计算机程序。

Description

基于借助电加热装置对燃油的加热来确定流经燃油喷射器的燃油量

技术领域

本发明普遍地涉及把燃油喷射到内燃机的燃烧室或进气道中的技术领域。本发明尤其涉及用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法，其中，该燃油喷射器具有用于加热燃油的电加热装置和用于测量被加热的燃油温度的温度测量装置。本发明还涉及一种用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法，其中，前述方法用于确定流经燃油喷射器的燃油量。本发明还涉及一种发动机控制器以及一种用于实施上述方法的计算机程序。

背景技术

通常借助于也称为燃油喷射器的喷射阀将燃油输送到内燃机的燃烧室中。在燃油喷射器的输入端，要喷射的燃油借助于泵保持以提高的压力。按照已知的方式，在燃油喷射器的打开时段内对燃油量进行配给。发动机控制设备中的上级调节机构决定所述打开时段，进而决定配给给内燃机的相应气缸的燃油量，从而与经由节流阀流入的空气量一起在内燃机的相应燃烧室中产生由空气和燃油(燃气)构成的化学计量的混合物。只有当喷入的燃油完全燃烧而无燃油或氧气过剩时，通过燃烧产生的废气才能在后置的催化器中被去除有害物质。

上级调节机构虽然负责在内燃机的全部气缸中准备燃油-空气混合物，但上级调节机构却不能补偿或消除特定于气缸的燃油配给差异，致使无法实现在内燃机的各个气缸中进行所谓的均衡燃烧。这种差异例如可以因燃油喷射器的各自不同的打开和关闭时间而产生，和/或因流过燃油喷射器的燃油流速不同而产生。这种因制造引起的燃油喷射器波动虽然在精确的制造监控情况下可以是有限的，但原则上无法予以避免。

已知的用于均衡燃油配给的方法在于，借助专用的燃油探针(所谓的线性λ探针)来测量每个独立气缸的废气，并-基于此-分别单独地调整各燃油喷射器的打开和关闭时间。与广泛采用的阶跃型λ探针相反，这种线性λ探针可以在宽广的范围内测量废气中剩余氧气的浓度。而阶跃型λ探针的输出信号在化学计量的燃烧范围内具有从高电压水平到低电压水平的近乎数字式的特性。然而，已知的用于均衡燃油配给的方法由于需要专用的氧气探针和额外地需要测量和调节装置而繁琐且很昂贵。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种能用来分别单独地确定流经燃油喷射器的燃油流量的方法。本发明的目的还在于，提出一种用来均衡地把燃油输送给内燃机的至少两个气缸的易于实施的方法。

这些目的通过独立权利要求的主题得以实现。本发明的有利的实施方式、其它特征和细节可由从属权利要求、说明书和附图得到。在此，结合方法所述的特征和细节当然也适用于发动机控制器以及计算机程序，反之亦然，因此，本发明的公开内容针对各个发明方面始终都可以相互引用。

根据本发明的第一方面，介绍一种用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法，其中，该燃油喷射器具有用于加热燃油的电加热装置和用于测量被加热的燃油温度的温度测量装置。所述方法具有：(a)给电加热装置施加预定的电加热功率；(b)测量因加热功率导致的燃油温度提高；(c)基于所施加的电加热功率和测得的温度升高来确定流经燃油喷射器的燃油量。

所述方法基于如下认识：流经燃油喷射器的燃油从加热装置吸收热能，致使燃油温度升高。相比于热容小的少量燃油，在此当然可以使得大量燃油由于热容大而吸收更多的热量。换句话说，在一定的预定热量情况下，少量燃油要比大量燃油受热程度高。动态地观察，在预定的加热功率(即单位时间的热量)情况下，大的质量流(即每单位时间流经燃油喷射器的燃油量)相比于小的质量流受热程度小。因而如果现在知道加热功率和(以脉动形式)流经燃油喷射器的燃油的温度提高，就可以在考虑到燃油比热容的情况下采用如下公式(1)来确定燃油质量流：

$P=c_p\·\mathrm{\ΔT}\·\stackrel{\·}{m}---\left(1\right).$

在这里，P是单位为瓦特的电加热功率。电加热功率例如可以为200W。

参数c_p表示所用燃油的比热容。c_p的单位是Ws/(kg·K)。对于燃油乙醇来说，例如c_{P_Ethanol}＝2430Ws/(kg·K)。

ΔT是在燃油流至燃油喷射器时与从燃油喷射器流出时之间的燃油温度差。ΔT的单位是开尔文。温度差ΔT实际上例如可以为75K。

或dm/dt是流经燃油喷射器的燃油的质量流。燃油质量流的单位是kg/s。燃油质量流例如可以为0.001kg/s或1g/s。

加热功率P可以通过电阻式加热和/或通过电感式加热传递至位于燃油喷射器中的燃油。

需要指出，该方程仅适用于状态稳定的情况。因而如果例如在内燃机开始工作后不久，加热功率不仅用于加热燃油，而且用于加热燃油喷射器，则方程(1)就不能用于确定燃油质量流。但如果在稳定状态下达到了燃油喷射器的工作温度，则加热功率至少近乎仅用于加热流经燃油喷射器的燃油，利用方程(1)能非常近似地描述燃油质量流。

在这里还要指出，燃油喷射器与内燃机之间的良好的热解耦可以有助于快速地达到燃油喷射器的热平衡状态。燃油喷射器因而优选借助于良好热绝缘的保持件特别是塑料保持件被安装在内燃机的进气道的内壁上。

所述方法可以采用特别有利的方式应用于采用具有大量生物乙醇的燃油工作的柴油发动机。因而针对也要用生物乙醇工作的(所谓的弹性燃料汽车)柴油发动机已研发出一种用于燃油加热的系统，其要确保即使在低温情况下也能可靠地起动。在这里，比如在DE 10 2011 085 082 B3中记载到，采用电阻式或电感式工作原理来加热燃油喷射器的金属体，这又导致流过的燃油受热。该加热系统通过基于微处理器的调节来进行工作，其中，无论输送给电加热装置的功率还是由此导致的温度提高，都针对每个燃油喷射器分别单独地予以检测。了解所达到的温度提高和馈入的加热功率，允许使用方程(1)来确定流经燃油喷射器的燃油质量流。

根据本发明的一个实施例，借助电加热装置来测量燃油的温度提高。其优点是，为了实施这里所述的方法，无需内置在燃油喷射器中的单独的温度测量装置。确切地说，这里所述的方法采用已知的燃油喷射器就能实施，但所述燃油喷射器必须具有前述加热装置。

加热装置例如可以具有阻抗式导体，该导体一方面用于电阻式地或者有时电感式地加热流经燃油喷射器的燃油，而另一方面则形成温度测量探针，该探针的欧姆电阻与其温度有关，进而与每单位时间能够输出至流经燃油喷射器的燃油的热能量有关。

根据本发明的另一方面，介绍一种用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法。该方法具有：(a)针对分别指配给内燃机气缸的每个燃油喷射器都执行前述方法；(b)基于所确定的燃油量均衡燃油输送。

所述气缸均衡方法基于如下认识：不同气缸之间的燃油质量输送差异可以采用前述方法在内燃机工作期间予以确定，并基于这种确定至少部分地予以补偿。

明确地说，这意味着，可以采用有效的方式基于在汽车中已经可用的功能装置的信息来识别出燃油喷射器的燃油质量配给差异，并通过对燃油喷射系统的适当控制来至少部分地补偿这种差异。这里所述方法的一个主要优点在于，可以省去使用否则必需的很昂贵的线性的λ探针。采用本发明的方法获知的燃油质量配给差异可以用于改善气缸均衡。这既允许改善发动机的平稳性，又允许减少有害物质的未处理排放。减少的有害物质未处理排放又能实现减小催化器的存储量，从而可以实现使用较小的进而成本低廉的催化器。

所述内燃机尤其可以是柴油发动机，其中，装入到燃烧室中的燃油-空气混合物例如借助火花塞被以外燃方式点燃。然而，所述方法也可以用自燃式内燃机特别是柴油发动机来实施。

根据本发明的一个实施例，对燃油输送的均衡包括调整相关燃油喷射器的打开和/或关闭时间。

对至少某些燃油喷射器的控制时间进行调整，其优点是，能采用简单的方式把流经相关燃油喷射器的燃油质量流调至一定的值，这导致利用不同的燃油喷射器均衡地输送燃油。

根据本发明的另一实施例，该方法还包括：针对内燃机的每个燃油喷射器都求取预定的电加热功率，从而在流经相关燃油喷射器的一定的燃油物质流情况下传递至流经燃油喷射器的燃油的热加热功率对于全部燃油喷射器来说都相同。

按这里所述，确定针对每个燃油喷射器预定的电加热功率，这样能求取从相关加热装置到流经相关燃油喷射器的燃油的能量传递的静态的和/或动态的波动或特性，以及求取因热能排放至外界所致的损失，且能通过对相应的预定电加热功率的适当选择来予以补偿。为了确定对从相关加热装置到流经燃油喷射器的燃油的热能传递或热功率传递的影响，采用有利的方式绝不需要器械方面的额外开支。

根据本发明的另一实施例，针对内燃机的每个燃油喷射器求取预定的电加热功率，这包括：(a)关闭燃油喷射器；(b)测量位于燃油喷射器中的燃油的温度；(c)在燃油喷射器关闭的情况下输送预定的测试加热功率，直至位于燃油喷射器中的燃油的所测温度已达到预定的给定温度；(d)测量在预定的测试加热功率情况下达到预定的给定温度所需要的时间段；(e)基于测得的时间段求取预定的电加热功率。

采用这里所述的用来求取针对每个燃油喷射器分别单独地预定的电加热功率的流程，可以通过简单而有效的方式在指配于不同的燃油喷射器的加热装置之间进行均衡。在此，分别测得的时段确定预定的电加热功率，从而对于需要较长时段以便使得燃油喷射器或位于燃油喷射器中的燃油处于预定的给定温度的燃油喷射器，将预定的电加热功率提高至相比于所述时段较短的燃油喷射器较大的值。通过这种方式，不同的加热装置在燃油喷射器或者位于燃油喷射器中的燃油的加热方面的不同的热效率以及功率测量装置的不精确性可以得到补偿或调节。

根据本发明的另一实施例，在内燃机不工作至少一定的休息时间之后，在一个时间点针对内燃机的每个燃油喷射器对预定的电加热功率进行求取。

经过内燃机的一定的最短待机时间之后求取相应的预定的电加热功率，其优点是，于是可以认为整个内燃机都在一定程度上得到冷却，从而在开始输送测试加热功率时位于关闭的燃油喷射器内的燃油的温度等于内燃机的机油温度。由此可以通过通常能利用几乎所有汽车都本来就有的机油温度测量装置进行的对机油温度的简单测量来测量在开始输送测试加热功率时位于关闭的燃油喷射器内的燃油的温度。

根据本发明的另一实施例，把预定的测试加热功率调节至一定的值。由此可以采用简单的方式以特别高的精确度求取针对每个燃油喷射器分别单独地预定的电加热功率。

根据本发明的另一方面，介绍一种用于内燃机的发动机控制器。该发动机控制器经过设计，从而可实施用于确定流经燃油喷射器的燃油量的前述方法，和/或同样前述的用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法。

相关地需要指出，所述发动机控制器也可以与内燃机或汽车的其它组件配合作用，以便实施这里所述的方法的某些方法步骤。因此，发动机控制器例如可以与用来给电加热装置施加以预定的电加热功率的末级和/或与用于测量燃油的因加热功率所致的温度提高的温度测量装置配合作用。

根据本发明的另一方面，介绍一种用于确定流经燃油喷射器的燃油量的计算机程序。所述计算机程序被设计用来在其被处理器执行时实施前述方法之一。

按照该文献，这种计算机程序的称谓与术语“程序元”、“计算机程序产品”和/或“计算机可读的介质”具有同等含义，其含有用于控制计算机系统的指令，以便以适当的方式协调系统或方法的工作方式，用来实现与本发明的方法相关的效果。

计算机程序可以作为计算机可读的指令代码采用任何合适的程序语言比如JAVA、C++等来执行。计算机程序可以存储在计算机可读的存储介质(CD-ROM、DVD、蓝光磁盘、可装卸式磁盘驱动器、易失性或非易失性存储器、内置式存储器或处理器等)上。指令代码可以对计算机或其它可编程的设备比如特别是汽车内燃机控制器进行编程，从而执行所希望的功能。计算机程序还可以在网络比如因特网上提供，在需要时用户可以从网络上下载计算机程序。

本发明既可以用计算机程序即用软件来实现，又可以用一个或多个专用的电路即用硬件来实现，或者也可以采用任何混合形式即用软件组元和硬件组元来实现。

需要指出，本发明的实施方式已针对不同的发明主题予以介绍。特别地，本发明的有些实施方式用方法权项来描述，而本发明的其它实施方式则用装置权项来描述。但本领域技术人员在本申请的教导下将立即知道，只要未做其它明确说明，除了属于一类发明主题的特征的组合外，还可以任意地组合属于不同类的发明主题的特征。

附图说明

本发明的其它优点和特征可由对当前优选实施方式的如下示范性说明得到。

图1根据本发明的一个实施例示出了用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法；

图2以流程图的形式针对四缸发动机示出了用于将分别指配给燃油喷射器的四个电加热装置的预定的电加热功率标准化的流程；

图3以流程图的形式针对四缸发动机示出了用于求取气缸均衡所需的矫正值的方法，用以对每个独立气缸进行燃油配给。

具体实施方式

需要指出，下述实施方式仅仅是对本发明的可行变型设计的有限选择。尤其可行的是，将各个实施方式的特征以适当的方式相互组合，从而对于本领域技术人员而言通过这里明确给出的变型设计可将多个不同实施方式视为明确公开。

图1根据本发明的一个实施例示出了用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法。在这里，使用燃油喷射器，其具有用于加热燃油的电加热装置和用于测量被加热的燃油温度的温度测量装置。

在这里所述方法的第一步骤110中，给电加热装置施加预定的电加热功率。其结果是，电加热装置将热量传送至流经燃油喷射器的燃油质量流。

在第二步骤120中，测量燃油质量流的基于电加热装置的温度提高。

在第三步骤130中，基于所施加的电功率和测得的温度升高来确定流经燃油喷射器的燃油量或燃油质量流。为此根据这里所示的实施例采用上面已给出的公式(1)：

$P=c_p\·\mathrm{\ΔT}\·\stackrel{\·}{m}---\left(1\right).$

在这里：

-P[W]为例如200瓦的加热功率；

-为燃油的比热容；

-ΔT[K]在电加热装置或电加热器的输入端(Vorlauf)与输出端(Ablauf)之间的燃油温度差(例如75K)；

-燃油的质量流(例如0.001kg/s或1g/s)。

针对每个燃油喷射器观察到的相对于其它燃油喷射器的质量流/体积流的差可以随后用来通过调整燃油喷射器的螺线管阀的各自的控制时间而提高配给精度。

需要注意，加热器的温度和加热器的功率还不是流经相关燃油喷射器的质量流的直接量度。为了求取该量度，需要附加的信息，比如燃油输入温度、从加热器到燃油的能量传递的静态和动态特性以及因从未彻底避免能量向外界排放所致的损失。但为此绝不需要额外开支。

在内燃机或所属汽车经过长久的停机时间之后，机油温度和燃油温度相等，从而可以把机油温度值用作燃油输入温度。

从加热器到燃油的能量传递机理很稳定，因而实际上在进展阶段期间进行的求取就足以建立起从加热器或加热装置到流经燃油喷射器的燃油的足够精确的热能传递的特性模型。该模型在该文献中也简称为加热器模型，它于是可以在汽车中用来精确地确定燃油温度和输入的加热功率。

此外，在内燃机经过长久的停机时间之后，第一加热阶段可以用于均衡指配于燃油喷射器的各个不同的加热器。

根据这里所述的实施例，在该加热阶段-在燃油喷射器关闭情况下-给加热器输送预定的受调节的加热功率P_stell1...4，直至达到给定温度。在达到给定温度之前观察各个时段，这允许在不同的加热器之间进行比较。

E_stell1...4＝t_1...4·P_stell1...4         (2)。

在方程(2)中：

-E_stell1...4[Ws]＝加热器1...4的能量调节值；

-t_1...4[s]＝加热器1...4的加热时段；

-P_stell1...4[W]＝加热器1...4的功率调节值。

加热器/燃油喷射器和位于燃油喷射器中的燃油的(热)质量波动很小。同样，沿着相同的观察路径对全部加热器的温度变化进行检测，从而在这种情况下也几乎观察不到区别。

E_calc1...4＝ΔT₁·(c_p1·m₁+c_p2·m₂)＝const       (3)。

在方程(3)中：

-E_calc1...4[Ws]＝加热器1...4的经计算的能量实际值；

-

-

-ΔT₁[K]＝在加热过程期间的温度差；

-m₁[kg]＝燃油喷射器中的燃油质量；

-m₂[kg]＝燃油喷射器的主体质量。

相应地，各个燃油喷射器的加热时段t₁、t₂、t₃、t₄本来应该相同。但实际上，这些加热时段t_1...4其实明显不同，这主要归因于实际施加在加热器上的加热功率不同。

根据测得的加热时段t_1...4可以确定出各个加热时段t_1...4的平均值t_avg。于是，与平均值t_avg的偏差允许在标准化的范畴内-相对于平均值-确定出各个燃油喷射器的加热器的实际加热功率。

t_avg＝∑t_1...4÷4     (4)；

$P_{\mathrm{norm}1...4}=\frac{t_{\mathrm{avg}}}{t_{1...4}}\·P_{\mathrm{stell}1...4}---\left(5\right).$

这些标准化的加热功率现在可以被考虑用来精确地求取流经燃油喷射器的不同的燃油质量流(进而求取体积流)。

$P_{\mathrm{norm}1...4}=c_p\·\mathrm{\ΔT}\·{\stackrel{\·}{m}}_{1...4}---\left(6\right).$

图2以流程图的形式针对四缸发动机示出了用于将分别指配给燃油喷射器的四个电加热装置的预定的电加热功率标准化的流程。按照该标准化流程，在内燃机(BKM)起动之前，对于每个燃油喷射器来说都在燃油喷射器关闭的情况下使得相应的加热器以预定的测试加热功率工作，并确定直至达到预定的给定温度之前的时段(加热时间)。由确定出的加热时段来确定平均加热时段t_avg。然后，针对每个加热器都利用方程(5)基于平均加热时段t_avg、此前测量的加热时段t_1...4和在加热过程中使用的预定的受调节的加热功率P_stell1...4来计算标准化的加热功率P_1...4norm。

需要指出，图2中所示的流程图的最下面的那一行实际上可以采用迭代优化的形式重复地执行。

图3以流程图的形式针对四缸发动机示出了用于求取气缸均衡所需的矫正值的方法，用以对每个独立气缸进行燃油配给。在这里，在内燃机(BKM)起动之后，使得每个燃油喷射器的加热器以先前计算的标准化的加热功率P_1...4norm工作。然后基于对燃油输入温度T_in的了解，利用相应加热器的温度测量功能来确定流经燃油喷射器的燃油的由加热过程引起的温度提高ΔT。基于针对每个燃油喷射器分别单独地确定的该温度提高ΔT，在考虑方程(6)的情况下确定流经相关燃油喷射器的燃油的质量流dm/dt。

然后，由各个燃油质量流dm_1...4/dt计算平均的燃油质量流dm_1...4avg/dt。然后基于各个燃油质量流dm_1...4/dt和算得的平均燃油质量流dm_1...4avg/dt，针对每个燃油喷射器都确定矫正值dm_{1...4_corr}/dt。该矫正值dm_{1...4_corr}/dt于是用于修正地控制各个燃油喷射器(特别是通过调整相关燃油喷射器的打开和/或关闭时间)，从而使得内燃机的各个气缸在其所输送的燃油量方面至少近乎均衡。

在此需要指出，图3中示出的量矫正实际上可以优选采用不断重复的控制回路的形式来实施。

Claims (10)

1.一种用于确定流经燃油喷射器的燃油量的方法，其中，该燃油喷射器具有用于加热燃油的电加热装置和用于测量被加热的燃油温度的温度测量装置，所述方法具有：

给电加热装置施加预定的电加热功率(110)；

测量因加热功率导致的燃油温度提高(120)；

基于所施加的电加热功率和测得的温度升高来确定流经燃油喷射器的燃油量(130)。

2.如前述权利要求所述的方法，其中，借助电加热装置来测量燃油的温度提高。

3.一种用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法，该方法具有：

针对分别指配给内燃机气缸的每个燃油喷射器都执行根据前述权利要求1-2中任一项的方法；

基于所确定的燃油量均衡燃油输送。

4.如前述权利要求所述的方法，其中，对燃油输送的均衡包括：调整相关燃油喷射器的打开和/或关闭时间。

5.如前述权利要求所述的方法，还包括：针对内燃机的每个燃油喷射器都求取预定的电加热功率，从而在流经相关燃油喷射器的一定的燃油物质流情况下传递至流经燃油喷射器的燃油的热加热功率对于全部燃油喷射器来说都相同。

6.如前述权利要求所述的方法，其中，针对内燃机的每个燃油喷射器求取预定的电加热功率，这包括：

关闭燃油喷射器；

测量位于燃油喷射器中的燃油的温度；

在燃油喷射器关闭的情况下输送预定的测试加热功率，直至位于燃油喷射器中的燃油的所测温度已达到预定的给定温度；

测量在预定的测试加热功率情况下达到预定的给定温度所需要的时间段；

基于测得的时间段求取预定的电加热功率。

7.如前述权利要求所述的方法，其中，在内燃机不工作至少一定的休息时间之后，在一个时间点针对内燃机的每个燃油喷射器对预定的电加热功率进行求取。

8.如前述权利要求6-7中任一项的方法，其中，把预定的测试加热功率调节至一定的值。

9.一种用于内燃机的发动机控制器，该发动机控制器经过设计，从而可实施根据权利要求1-2中任一项的用于确定流经燃油喷射器的燃油量的前述方法，和/或根据权利要求3-8中任一项的用于均衡地给内燃机的至少两个气缸输送燃油的方法。

10.一种用于确定流经燃油喷射器的燃油量的计算机程序，其中，所述计算机程序被设计用来在其被处理器执行时实施根据权利要求1-8中任一项的方法。