CN104919163B - 用于确定燃料质量的方法和装置以及具备该装置的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于确定用于燃烧发动机(10)特别是柴油发动机的燃料的燃料质量的方法和装置，其中，燃料从低压燃料箱(12)被输送至高压空间(22a、30)，并且被喷射到燃烧发动机(10)的至少一个汽缸(18)中，其中，控制阀(24)被提供用于直接或间接地控制喷射到所述至少一个汽缸(18)中的燃料量。将控制阀(24)的定时信号的实际值(S_24)与控制阀(24)的定时信号的参考值(S_ref)相比较，并且根据控制阀(24)的定时信号的实际值(S_24)与参考值(S_ref)之间的差(ΔS)来导出燃料质量参数，和/或根据在高压空间(22a)中在压力(p_inj)的构建阶段期间压力增加的梯度与在高压空间(22a)中压力增加的梯度的参考值(p_ref)相比较来导出燃料质量参数。

Description

用于确定燃料质量的方法和装置以及具备该装置的车辆
技术领域
本发明涉及用于确定用于燃烧发动机的燃料的燃料质量的方法和装置，并且涉及计算机程序和计算机程序产品。
背景技术
生物柴油为基于植物油或动物脂肪的柴油燃料，通过如下方法制造：使酒精与例如来自菜籽油、棕榈油或豆油的脂类起化学反应，生成甲基、丙基或乙基的长链烷基酯。在标准柴油发动机中使用生物柴油。在装备有注射泵的标准柴油发动机中，生物柴油可以以纯形式(“B100”)不被混合地使用，或替代地可以与任意浓度的矿物柴油燃料(石油柴油、石化柴油)混合。然而，比如，取决于制造商，新型高压(200MPa)共轨柴油发动机具有严格的B5或B20的工厂限制(意指在混合物中允许最大5vol％和20vol％的生物柴油)。
生物柴油可以被用作燃料，而不更改燃烧发动机。然而，生物柴油以及合成柴油具有与石化柴油不同的密度和特定卡值。这可能导致更改比如注射系统中的燃料数量的必要性以便当使用不同燃料成分的燃料时实现相同的发动机扭矩和相同的转速。另一方面，更改喷射燃料数量可能需要发动机控件的控制参数的适应，因为这可能影响排气温度以及排气成分。
比如，在发动机中生成的烟尘量以及氮氧化物的含量受到燃料成分的影响并且与石化柴油相比甚至可以被改进，使得还必须适应排气再生。通常，当将这种合成柴油或生物柴油燃料添加剂与石化柴油一起使用或如果石化柴油完全由这种替代燃料替换时，相对于排放、噪音、燃料消耗等而言，发动机校准通常不被最佳地适应。
EP 2 080 888 A2公开了一种用于确定车辆中直接喷射式内燃机的燃料的质量的方法。共轨燃油喷射系统包括受到PID-调节器控制的燃料泵。当燃料粘度改变时，PID调节器的I值将改变。响应于修改的粘度并且因此修改的轨压，I值也将改变。随后，使用新的l值结合存储在特性映射中的参考值来确定新的粘度。在燃烧发动机的平稳或递减操作模式期间，执行对燃料的粘度的评估。
DE 102011077404涉及一种用于结合高压喷射器通过分析压力增加曲线来确定燃料质量的方法。
WO 2009056402涉及一种用于使用高压区域中的压力随时间的测量来识别燃料类型的方法。
EP0828070和EP1873378涉及使用压力信号来包含燃料类型的特性的方法。
DE10252476涉及一种利用对电磁阀的移动的分析来对燃料的类型的进行确定的方法。
WO02/084101涉及一种利用可活动阀元件的移动来对燃料的能量的重要值进行确定的方法。
发明内容
本发明的一个目的是利用车辆中现有硬件提供用于尽可能快且尽可能精确地确定燃料质量的一种方法和一种装置。
其它目的是提供用于执行这样的方法的计算机程序、计算机系统和计算机程序产品。
这些目的通过一种用于确定燃烧发动机的燃料的燃料质量的方法和装置的特征来获得。其它图纸和描述公开了本发明的有利实施例。
根据本发明第一方面，提出了一种用于确定燃烧发动机特别是柴油发动机用燃料的燃料质量的方法，其中，燃料从低压燃料箱被输送至高压空间并且被喷射到燃烧发动机的至少一个汽缸中，其中，控制阀被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸中的燃料量。将控制阀的定时信号的实际值与控制阀的定时信号的参考值相比较，并且根据控制阀的定时信号的实际值与参考值之间的差来导出燃料质量参数。
此外或替代地，根据在高压空间中在压力的构建阶段期间压力增加的梯度与在高压空间中压力增加的梯度的参考值相比较来导出燃料质量参数。
有利地，可以在柴油发动机的共轨喷射系统以及单体式喷射器系统中采用该方法。
方便地，控制阀可以是在燃料箱与高压空间之间的溢流阀，该高压空间为在共轨喷射系统中的共轨或单体式喷射器系统的燃料泵中的泵室。可以根据燃料供应系统的溢流阀的定时信号的实际值与参考值之间的差和/或根据燃料系统中压力梯度的实际值与压力梯度的参考值之间的差来导出燃料质量参数。
方便地，燃料可以从处于第一压力下的燃料箱被输送至处于高于第一压力的压力下的高压空间并且被喷射到柴油发动机的至少一个汽缸中，其中溢流阀被提供用于限制高压空间中的燃料压力。
在有利的实施例中，通过调节控制阀定时和/或其操作持续时间经压力的闭环控制来建立高压空间中所需的压力。
方便地，可以在恒定发动机扭矩下确定控制阀的定时信号的实际值。通过发动机的稳定操作条件来改进确定控制阀定时的精确度。
在进一步的方便的实施例中，可以利用燃料的温度的实际值来精确化控制阀的定时信号的实际值。可以消除燃料密度和燃料粘度的温度相关性，因此改进本发明方法的精确度。
在进一步的有利的实施例中，可以利用燃料的温度的实际值来精确化高压空间的压力信号的实际值。可以消除燃料密度和燃料粘度的温度相关性，因此改进本发明方法的精确度。
在进一步的方便实施例中，可以根据参考燃料的特性曲线集合来导出控制阀的定时信号的参考值。参考燃料可以是其参数已公知的石化柴油。
当燃料在纯生物柴油或纯合成柴油或柴油与合成柴油或生物柴油的混合物(例如RME；RME是油菜籽生物柴油的简式)上运行时，确定本发明的燃料质量有利地解决测量燃料的成分的问题。优点在于，在共轨喷射系统的情况下，不需要附加硬件。在单体式喷射器系统的情况下，方便的是将压力传感器联接至高压空间。
可以避免安装附加燃料传感器，这将降低总发动机成本。控制阀的定时信号可以根据控制所述控制阀的操作的控制单元的控制信号容易地导出，所述控制阀比如在共轨柴油发动机中可以是控制共轨装置中的各种执行器的操作的控制单元(也被称为轨道控制器)。定时信号优选是控制阀的接通信号或断开信号。在共轨喷射器系统的情况下，溢流阀的激活针对所有发动机操作条件被编程(即，被映射)并且因此在相应的控制单元中可用。
本发明在这样的共轨喷射系统中是特别有用的，其中，燃料在被喷射到燃烧发动机的所述至少一个汽缸中之前从低压燃料箱被输送至处于高压下的共轨(高压空间)。
在共轨柴油发动机中，燃料从低压燃料箱被输送至高压空间(即，共轨)，并且经共轨被喷射到发动机中。溢流阀可以被理解为压力控制阀。轨压和喷射持续时间确定所喷射的燃料量。
比如，在共轨喷射系统中，由高压贮存器(其被称为轨道)中的柱塞(活塞)泵生成燃料压力。轨道内的压力经溢流阀控制器是可调节的。对于给定的轨压和被喷射到(发动机)汽缸中的给定的燃料量，需要柱塞泵送的某种占空比。泵送周期由被称为在轨道(轨道控制器)的控制单元(ECU)中使用的“占空比”的参数表示。为了获得所需的轨压，将压力传感器放置在轨道中，并且经对轨压的闭环控制通过调节溢流阀的操作的定时和/或持续时间(在下文中也被描述为溢流阀定时和/或其操作持续时间)来控制对正确压力的调节。这有利地被用来检测物理燃料性质(诸如，燃料的粘度和/或密度)上的差异。如果燃料的这些性质变化，则与纯石化柴油相比泵送功必须下降或增加，即，必须改变占空比。比如，如果不同于石化柴油的实际燃料的粘度和密度的值低于石化柴油的那些值，则对于这样的其它燃料而言泵送周期必须相应地增加，并且因此，如果实际燃料的粘度和密度的值高于石化柴油的那些值，则泵送周期必须下降。相应的石化柴油性质已公知并且被标准化，并且因此，可以作为参考性质有利地被利用。
替代地或此外，可以用将燃料从燃料箱输送至诸如轨道(尤其是在共轨喷射系统中)的高压空间中的燃料泵的泵送周期的实际来精确化控制阀的定时信号的实际值。可以通过包括更多信号用于确定控制阀的定时信号的实际值来改进该方法的精确性和稳健性。
该方法在单体式喷射器系统中也是特别有用的，在单体式喷射器系统中，燃料在泵空间中被压缩，同时泵送在将燃料喷射到至少一个汽缸中期间发生。特别地，在单体式喷射器柴油中，通过发动机的各个汽缸中的针阀来喷射发动机燃料。溢流阀提供在燃料泵与燃料箱之间。在单体式喷射器系统的情况下，溢流阀定时相当于特定曲柄角位置。可以根据溢流阀定时以及根据在构建阶段期间压力的梯度对比在燃料的喷射期间高压空间特别地泵室中的溢流阀定时(即，曲柄转角位置)来导出燃料质量参数。
根据在构建阶段期间高压空间中的压力增加的梯度与燃料泵的高压空间特别地泵室的压力信号的参考值相比来导出燃料质量参数。
在单体式喷射器系统的情况下，对溢流阀的激活针对所有发动机操作条件被编程(即，被映射)并且因此在诸如溢流阀控制器的相应的控制单元中是可用的。在这样的系统中不存在共轨。燃料泵压缩泵室中的燃料，该泵室在单体式喷射器系统的情况下是高压空间，并且通过布置在各个汽缸中的每一个处的针阀来将燃料喷射到各个汽缸中。在泵正泵送燃料的同时喷射发生。针阀控制到燃烧室中的燃料喷射、喷射定时和喷射持续时间。在现有技术系统中，燃料压力被映射在控制单元中，并且因此，不测量燃料压力。根据本发明，通过将压力传感器联接至高压空间(即，燃料泵的泵室)，可以确定泵室中的压力。
方便地，在单体式喷射器系统中，通过调节喷射器阀的针打开压力和/或通过调节控制阀的定时信号的实际值和/或其操作持续时间，经闭环控制来建立高压空间中所需的压力。
当燃料在纯生物柴油或纯合成柴油或柴油与合成柴油或生物柴油的混合物(例如RME；RME是油菜籽生物柴油的简式)上运行时，确定本发明的燃料质量有利地解决测量燃料成分的问题。可以避免安装附加燃料传感器，这将降低总发动机成本。
根据联接到泵室(例如，在泵室中或靠近泵室)的压力传感器可以容易地导出高压空间的压力信号，并且可以将该压力信号递交至控制控制阀的操作的控制单元。比如，对于单体式喷射器系统，与发动机以石化柴油运行相比，如果发动机以生物柴油运行，则喷射器压力将更高，并且因此可以监测压力。
如果喷射的所需的最大压力是固定的，则燃料泵的泵室中的压力对于生物柴油而言将比对于石化柴油而言将更快地增加。这有利地被用来检测物理燃料性质(诸如，不同燃料的粘度和/或密度)上的差异。如果这些性质变化，则与纯石化柴油相比，在泵室中压力的构建阶段中压力增加的梯度更低或更高。相应的石化柴油性质已公知并且被标准化，并且因此，可以作为参考性质有利地被利用。在传统单体式喷射器系统中，压力的更陡的增加将导致会损害单体式喷射器的更高的压力。
根据本发明的进一步方面，提出了一种用于执行用于确定用于燃烧发动机特别是柴油发动机的燃料的燃料质量的装置，其中，燃料从低压燃料箱被输送至高压空间并且被喷射到燃烧发动机的至少一个汽缸中，其中，控制阀被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸中的燃料量。控制单元被提供用于将控制阀的定时信号的实际值与控制阀的定时信号的参考值相比较，并且根据控制阀的定时信号的实际值与参考值之间的差来导出燃料质量参数。
此外或替代地，根据在高压空间中在压力的构建阶段期间压力增加的梯度与在高压空间中压力增加的梯度的参考值相比较来导出燃料质量参数。
该装置可以特别地适合于具有共轨喷射系统或具有单体式喷射器系统的柴油发动机，在所述单体式喷射器系统中，控制阀可以是系统的溢流阀，该溢流阀被用来限制高压空间中的压力。
在有利的实施例中，通过调节控制阀定时和/或其操作持续时间经对压力的闭环控制来建立所需的喷射压力。在单体式喷射器柴油发动机的情况下，与各个汽缸相关联的针阀控制到燃烧室中的燃料喷射、喷射定时和喷射持续时间。
替代地或此外，可以用将燃料从燃料箱输送至诸如单体式喷射器系统中的燃料泵室的燃料泵的泵送周期的实际值来精确化压力信号的实际值。可以通过包括更多信号用于确定高压空间的压力信号的实际值来改进该方法的精确性和稳健性。
方便地，温度传感器可以被提供用于确定燃料的温度的实际值，因此改进方法的测量精度。此外，压力传感器可以被提供用于测量高压空间中的压力和/或压力梯度。
根据本发明的另一个方面，提出了一种包括用于执行用于确定用于燃烧发动机特别地柴油发动机的燃料的燃料质量的方法的装置的车辆，其中，燃料从低压燃料箱被输送并且被喷射到燃烧发动机的至少一个汽缸中，其中，控制阀被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸中的燃料量。车辆可以装备有共轨喷射系统。在这种情况下，将溢流阀的定时信号的实际值与控制阀的定时信号的参考值相比较，并且根据控制阀的定时信号的实际值与参考值之间的差来导出燃料质量参数。
替代地，车辆可以装备有单体式喷射器系统，其中，溢流阀定时与时间相关的参考值的差和/或在燃料泵室中在构建阶段期间压力增加的梯度与压力梯度相关的参考值相比的差被用来导出燃料质量。
根据本发明的另一个方面，提出了一种计算机程序，该计算机程序包括计算机程序代码，当所述程序在可编程微型计算机上运行时，该计算机程序代码适于执行用于确定用于燃烧发动机的燃料的燃料质量的方法或适于在用于执行确定用于燃烧发动机的燃料的燃料质量的方法的方法中使用，其中，该方法包括将燃料从燃料箱输送并且将燃料喷射到燃烧发动机的至少一个汽缸中，其中，控制阀被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸中的燃料量，并且其中，例如，在共轨喷射系统的情况下，将控制阀的定时信号的实际值与控制阀的定时信号的参考值相比较，并且根据控制阀的定时信号的实际值与参考值之间的差来导出燃料质量参数。此外或替代地，在高压空间中在构建阶段期间压力的梯度上的差可以被用来导出燃料质量。所述计算机程序可以适于当计算机程序在连接至因特网的计算机上运行时可下载到控制单元或其组件中的一个。
根据本发明的进一步的方面，提出了存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，该计算机程序产品包括用于在计算机上在如上文所描述的方法中使用的程序代码。
附图说明
本发明连同上述和其它目的以及优点可以从对实施例的下列详细描述最佳地理解，但是并不限制于这些实施例，其中，示意性地示出的是：
图1：用于确定在共轨喷射系统中被实施为溢流阀的控制阀的定时信号的柴油发动机的共轨装置的根据本发明的示例实施例；
图2：对于石化柴油而言以及对于具有比用于根据图1的系统的石化柴油更低密度和粘度的燃料而言在共轨喷射系统中溢流阀的定时信号的比较；
图3：对于石化柴油而言以及对于具有比用于根据图1的系统的石化柴油更高密度和粘度的燃料而言在共轨喷射系统中溢流阀的定时信号的比较；
图4：在共轨喷射系统中溢流阀的定时信号对比根据本发明的轨道压力增加的差；
图5：泵送元件的正弦移动和作为用于根据图1的系统的曲柄角位置的函数的提升速率；
图6：用于确定在单体式喷射器系统中被实施为针阀的控制阀的定时信号的柴油发动机的装置的根据本发明的示例实施例；
图7：对于石化柴油而言以及对于具有比用于根据图6的系统的石化柴油更高密度和粘度的燃料而言单体式喷射器系统的压力信号的比较；
图8：泵送元件的移动的特性曲线和作为图7中的系统中的曲柄角位置的函数的提升速率。
具体实施方式
在附图中，相等或类似的元件用相等的附图标记来引用。附图仅是示意表征，意图不是描绘本发明的特定参数。而且，附图旨在仅描绘本发明的典型实施例并且因此不应被视为限制本发明的范围。
在图1中，示出共轨喷射系统20的示意性示例实施例。高压空间30(也被称为“轨道”)中的燃料压力(图2中的p_rail)由泵22的柱塞(活塞)将燃料从低压燃料箱12经管14和16输送至高压空间30而产生。燃料从燃料箱12被输送至泵22的泵室22a，然后被输送至高压空间30。控制阀24(被实施为溢流阀)被布置为燃料箱12与泵22之间的管14中的计量阀。在管16中，止回阀26布置在高压空间30与泵22之间。压力传感器36布置在高压侧处例如在高压空间30处。燃料通过喷射器40被喷射到柴油发动机10的汽缸18(以示例的方式示出仅一个喷射器40和发动机的一个汽缸18)，并且针阀34布置在高压空间30与喷射器40之间的连接管32中。喷射器40、针阀34和泵22可以被集成到单个设备中，或在替代解决方案中可以是独立的设备。
燃料箱12可以包含一种燃料，比如石化柴油与合成物或生物柴油的混合物。在替代解决方案(在图中未示出)中，可能存在两个或更多个独立的贮存器，一个使用石化柴油，另一个贮存器(或多个贮存器)使用生物柴油和/或合成柴油，其出口可以组合以便混合贮存器的燃料以及为高压空间提供希望的燃料混合物。替代地，可以提供多个贮存器系统(在图中未示出)，其中，将不同的燃料存储在所述贮存器中，并且其中，阀控件控制将各个贮存器的各个出口连接至高压空间的阀装置，使得在某时，仅来自一个贮存器的燃料被供应至高压空间，并且取决于对发动机的需要，使得各个燃料贮存器可以连续地被连接至高压空间，所述对发动机的需要可以随时间改变以便在正确的时间为发动机供给正确的燃料种类。
布置在燃料箱12处的温度传感器38可以检测燃料温度。
共轨喷射系统20以及优选地发动机10的组件受到控制单元60(比如，电子控制单元ECU)的控制。在控制单元60中，依赖于比如加速踏板的控制元件，发动机特性图谱被存储，借助于所述发动机特性图谱，喷射器40受到控制以将例如驾驶员的燃料要求所需的燃料喷射到汽缸18中。高压空间30中的实际压力(图2中的p_rail)作为输入参数被输入控制单元60并且在控制单元60中被分析，其中，压力p_rail可以依赖于发动机10的转速，使得在较高的旋转速度下，在高压空间30中建立较高的压力p_rail。
除轨道中燃料的实际压力p_rail之外，控制单元60的其它输入参数为比如燃料温度、发动机速度(特别地，关于实际曲柄角的信号)、发动机操作状态(特别地，关于实际凸轮轴位置的信号)。
高压空间30内的压力p_rail经也控制控制阀24的操作的控制单元60是可调节的。当压力p_rail必须增加时，泵22将燃料从燃料箱12通过控制阀24输送至高压空间30，控制阀24对将被供给至高压空间30的燃料进行计量。当到达所需的压力时，过量燃料流经控制阀24返回至燃料箱12。高压空间30中的压力p_rail由止回阀26维持并且由压力传感器36测量。
对于给定的轨压p_rail和被喷射到(发动机)汽缸18中的燃料量，需要泵22的柱塞泵送的某种占空比。通过泵送周期(图2中的T_22)来描述这种柱塞泵送占空比。泵送周期T_22由在控制单元60(ECU)中使用的被称为“占空比”的参数表示。为了获得所需的轨压p_rail，通过调节控制阀操作的定时和/或持续时间，经闭环控制，使用压力传感器36的压力测量结果来控制对正确压力p_rail的调节。使用这种控制来检测物理燃料性质(特别地，粘度和密度)的差异。
如果这些性质变化，则与纯石化柴油相比泵送功必须下降或增加，即，“占空比”必须改变。因此，控制阀定时被用作简单的燃料传感器。比如，如果使用了具有比石化柴油的燃料粘度和密度值更低的燃料粘度和密度值的燃料，则泵送周期T_22必须增加，如在图2中以示例的方式所示。在图2中，将标准石化柴油和合成柴油彼此相比较。在图2中，实线图是指合成柴油，而折线图是指标准石化柴油。另一方面，与标准石化柴油相比，生物柴油(如比如RME)具有高得多的粘度和密度，并且将因此要求更短的泵送周期T_22。在图3中示出这一点。RME混合的等级越高，“占空比”越低，即，泵送周期越低。
图2示出石化柴油和具有比石化柴油更低密度和粘度的燃料(如例如合成柴油可以具有)的控制阀定时信号的比较，所述控制阀定时信号作为以曲柄角度CAD表示的发动机的曲柄角位置的函数。360℃AD的曲柄角位置对应于上死点TDC，该上死点TDC是离发动机10中的活塞的曲柄最远的位置。控制阀24(图1)在该示例中为溢流阀。
示出恒定发动机扭矩的特性。如在图2的下部中所示的图形中所看到的，合成柴油的溢流阀信号S_24比石化柴油的溢流阀信号S_ref更早开始，导致溢流阀定时差ΔS。在图2的上部中所示的图形中，指示轨压p_rail，示出高压空间30中的压力增加ΔP(图1)以及泵送持续时间T_22的变化。
图3示出石化柴油和具有比石化柴油更高密度和粘度的燃料(如例如生物柴油可以具有)的控制阀定时信号的比较，所述控制阀定时信号作为发动机的曲柄角位置的函数。在图3中，实线图是指所述生物柴油，而折线图是指标准石化柴油。控制阀在该示例中为溢流阀。如在图3的下部中所示的图形中所看到的，生物柴油的溢流阀信号S_24比石化柴油的溢流阀信号S_ref更早开始，导致溢流阀定时差ΔS。在图3的上部中所示的图形中，指示轨压p_rail，示出高压空间30中的压力增加Δp(图1)以及泵送周期T_22的变化。
两个图都示出，甚至对于轨压p_rail中的小增加，溢流阀定时S_24中的差ΔS也是显而易见的，比如，在这些示例中约2°曲柄角每80个杆。溢流阀定时控制泵22的泵送事件的开始(图1)，即，溢流阀24何时关闭。
当溢流阀(控制阀24)不被激活时，它是打开的。当溢流阀(控制阀24)被激活时，即，在泵送期间，它是关闭的。这意味着，通过激活溢流阀(控制阀24)，高压空间30被关闭，使得在高压空间30中可以生成高压。
图4以示例的方式图示了石化柴油与生物柴油之间的溢流阀定时差ΔS对比轨道(即，高压空间(图1中的30))中的压力的增加Δρ。该差意味着，当使用生物柴油代替石化柴油时，溢流阀(控制阀24；图1)更迟(在更高的曲柄角位置)关闭。
图5示出被称为A_lift的泵送元件的正弦移动(在附图的图形中被示出为以mm表示的升程，图中的右手纵坐标)和被称为CR的两个峰值，所述正弦移动作为以CAD(曲柄角度)示出的曲柄角位置POS的函数，所述两个峰值的相应的最大值在示出泵送元件的提升速率的正弦曲线的最陡的正斜率处(在附图的图形中被示出mm/℃am，图1中的左手纵坐标)。
图1中的泵22的泵送元件(即，柱塞)比如由凸轮轴的凹缺形状的轮廓机械地激活。这在图5中以图形A_lift指示，其中，由凸轮轴的轮廓生成的升程(单位：mm)被示出作为凸轮角位置CAD(单位：度)的函数。泵送元件的移动独立于任何控制信号。当柱塞的升程增加时，即，当凸轮速率(图5中图形CR)在从近似90°至270°和近似450°至630°的凸轮角位置范围内是正的时，燃料压力可以增加，或，换言之泵送可以发生。泵送每个发动机循环发生两次。燃料喷射到燃烧室中在近似350°至380°的范围内发生，近似5°至25°曲柄角位置的通常持续时间取决于功率(扭矩)需求。凸轮轴的转速与发动机速度成比例。凸轮轴以发动机的转速的一半旋转。因此，图5图示了一个凸轮轴转。
如果溢流阀(图1中的控制阀24)不被激活，则压力增加或燃料泵送到高压空间30(轨道或储存箱)中将不会发生，当泵送元件向上移动然后将它“放置”返回到低压系统(即，图1中的低压燃料箱12)中时，泵22(图1)的泵送元件将恰好从低压系统(即，图1中的低压燃料箱12)吸入燃料。低压系统的压力n通常为近似5巴。“未被激活”在上下文中意味着溢流阀(控制阀24；图1)是打开的，而“被激活”意味着控制阀24被关闭。
溢流阀(控制阀24；图1)被激活(即，被关闭)的时刻确定泵送事件的开始并且因此确定泵送的持续时间。最大泵送周期实际上受到泵凸轮轴轮廓的限制，并且在图5中，最大持续时间可以是近似180°(x 2倍)每循环。因此，控制阀定时确定需要多长时间的泵送以便获得高压箱30的某一压力增加。
特别地，对于共轨喷射系统，控制阀定时和/或泵送周期是如下参数的函数：
-燃料粘度，由于更高的粘度提供更快速的压力增加，即，在稍后时间点(更偏向图5中的曲柄角位置刻度上的右边)需要溢流阀定时，使得溢流阀被激活并且在稍后时间被去激活；
-燃料密度，由于更高的密度提供更快速的压力增加，即，在稍后时间点(更偏向图5中的曲柄角位置刻度上的右边)需要溢流阀定时，使得溢流阀被激活并且在稍后时间被去激活；
-燃料温度，由于更低的温度提供更快速的压力增加，即，在稍后时间点(更偏向图5中的曲柄角位置刻度上的右边)需要溢流阀定时，使得溢流阀被激活并且在稍后时间被去激活，因为粘度和密度随着燃料温度增加而增加；
-发动机转速(从曲柄信号获得)，因为泵送在更高转速下更有效；
-所需的压力增加，因为所需的压力增加可以取决于至少两个条件。
-首先，如果许多燃料被喷射到燃烧室中(高发动机扭矩)，则高压空间(图1中的30)内的压降将更大，并且因此，需要更长的泵送周期来重获该压力降。
-其次，所需的压力变化还会取决于发动机切换操作状况的事实，并且到燃烧室中的希望的(最佳)喷射压力为发动机速度和扭矩的函数。
将控制单元60(图1)以某种方式布置成通过确定溢流阀(图1中的控制阀24)的定时信号的实际值(图2中的S_24)并且将它与溢流阀(图1中的控制阀24)的定时信号的参考值(图2中的S_ref)相比较来执行本发明方法。为了根据该比较来导出在高压空间(即，轨道)的燃料供应系统中所使用的燃料的实际质量，根据公知的且标准化的燃料(诸如比如石化柴油)的燃料特性来导出这些参考值(图1中的控制阀24)。
控制单元60可以包括具有计算机程序代码的可编程微型计算机，所述计算机程序代码适于执行该方法，或当程序在微型计算机上运行时，在该方法中使用所述计算机程序代码。特别地，计算机程序适于当将微型计算机连接至因特网时可下载到控制单元60或其组件中的一个。
可选地，已存储在计算机可读介质上的计算机程序产品可以包括用于在微型计算机上在该方法中使用的程序代码。
被喷射到发动机10(图1)中的燃料的性质影响排气温度、排气的成分和发动机10的扭矩以及功率输出。比如，与石化柴油相比，合成柴油密度更低，而生物柴油的密度更高，而合成柴油的粘度仅略低，并且生物柴油的粘度高得多。粘度和密度上的这些差异确定以正确的方式操作发动机所需的喷射器(图1中的40)的喷射压力。合成柴油的热值(燃烧热)比石化柴油的热值高一点点，而生物柴油具有比石化柴油低得多的热值。石化柴油的每公升的燃料能量高于合成柴油和生物柴油的每公升的燃料能量，在这三个类型的燃料中，生物柴油具有最低的每公升燃料能量。这一点对于发动机10(图1)的扭矩和功率而言是非常重要的。当燃料质量已知时，发动机控制器可以适于操作发动机10(图1)以及相应地与所述发动机10相关联的排气处理系统。
图6示出具有单体式喷射器系统120的柴油发动机10的装置的示例实施例，且每个汽缸18(在图中仅描绘一个)具有单独的针阀34。
在图6所示的实施例中，燃料压力(图7中的p_inj)由泵22的泵室22a中的柱塞(活塞)泵22通过将燃料从低压燃料箱12经到针阀34的管14和管16输送至泵室22a而生成。被实施为溢流阀的控制阀24被布置为燃料箱12与泵22之间的管14中的计量阀。压力传感器36布置在泵22处用于确定泵室22a中的压力。当针阀34打开时，燃料通过喷射器40被喷射到发动机10的汽缸18(以示例的方式示出仅一个喷射器40、一个针阀34、和发动机10的一个汽缸18)，并且针阀34布置在泵22与喷射器40之间。喷射器40、针阀34和泵22可以被集成到单个设备中，或在替代解决方案中可以是独立的设备。
燃料箱12可以包含一种燃料，比如石化柴油与合成物或生物柴油的混合物。在替代解决方案(在图中未示出)中，可能存在两个或更多个独立的贮存器，一个使用石化柴油，另一个贮存器(或多个贮存器)使用生物柴油和/或合成柴油，其出口可以组合以便混合贮存器的燃料以及向高压空间提供希望的燃料混合物。替代地，可以提供多个贮存器系统(在图中未示出)，其中，将不同的燃料存储在所述贮存器中，并且其中，阀控件控制将各个贮存器的各个出口连接至高压空间(即，泵室22a)的阀装置，使得在某时，仅来自一个贮存器的燃料被供应至高压空间，并且取决于对发动机的需要，使得各个燃料贮存器可以连续地被连接至高压空间，所述对发动机的需要可以随时间改变以便在正确的时间为发动机供给正确的燃料种类。
布置在燃料箱12处的温度传感器38可以检测燃料温度。
单体式喷射器喷射系统120以及优选地发动机10的组件受到控制单元60(比如，电子控制单元ECU)的控制。在控制单元60中，依赖于比如加速踏板的控制元件，发动机特性图谱被存储，借助于所述发动机特性图谱，喷射器40受到控制以将例如驾驶员的燃料需求所需的燃料喷射到汽缸18中。高压空间(即，该实施例中的泵室22a)中的实际压力(图7中的p_inj)作为输入参数被输入控制单元60并且在控制单元60中被分析，其中，压力p_inj可以依赖于发动机10的转速，使得在较高的旋转速度下，在泵22的泵室22a中建立更高的压力p_inj。
对于单体式注射器系统，压力p_inj必须总是增加，因为在每个操作发动机循环开始时，燃料压力处于低压回路水平(比如小于等于5巴)。操作周期如下：当燃料泵22中的柱塞向上移动时，泵室22a将充满燃料。当泵室22a已完全填充时，它总是填充有相同量的燃料。当柱塞开始向下移动时，它将熄灭到低压回路中的燃料，直至溢流阀24被激活为止。作为该激活的结果，泵室22a中的压力p_inj的构建阶段开始，即，压力增加。泵室22a流体连接至燃烧发动机10的针阀34。当针阀34打开时，燃料被喷射到发动机10的相应的汽缸18中。在EOI(EOI＝喷射结束)之后，停留在泵室22a中的燃料然后回流至低压回路中。
除泵室22a中的燃料的实际压力p_inj之外，控制单元60的其它输入参数为比如燃料温度、发动机速度(特别地，关于实际曲柄角的信号)、发动机操作状态(特别地，关于实际凸轮轴位置的信号)。
泵室22a内的压力p_inj经也控制溢流阀24和针阀34的操作的控制单元60是可调节的。当压力p_inj必须增加时，泵22将燃料从燃料箱12溢流阀24输送至针阀34，溢流阀24对将被供给至发动机10的燃料进行计量。当到达所需的压力时，过量燃料流经溢流阀24返回至燃料箱12。
对于给定的喷射压力p_inj和被喷射到(发动机)汽缸18中的燃料量，需要泵22的柱塞泵送的某种占空比。通过泵送周期来描述这种柱塞泵送占空比。泵送周期由在控制单元60(ECU)中使用的被称为“占空比”的参数表示。为了获得所需的压力，通过调节控制阀操作的定时和/或持续时间，经闭环控制，使用压力传感器36的压力测量结果来控制对正确压力p_inj的调节。使用这种控制来检测物理燃料性质(特别地，粘度和密度)的差异。
如果这些性质变化，则与纯石化柴油相比泵送功必须下降，即，“占空比”必须改变。因此，控制阀定时被用作简单的燃料传感器。比如，如果使用了具有比石化柴油的燃料粘度和密度值更高的燃料粘度和密度值的燃料，则泵送周期必须增加，如在图7中以示例的方式所示。
在图7中，实线图是指生物柴油，而折线图是指标准石化柴油。与标准石化柴油相比，生物柴油(如比如RME)具有高得多的粘度和密度，并且将因此要求更短的泵送周期。RME混合的等级越高，“占空比”越低，即，泵送周期将越低。
图7描绘石化柴油和具有比石化柴油更高密度和粘度的燃料的喷射压力p_inj的比较，而图8图示了泵送元件的移动和作为曲柄角位置POS的函数的提升速率CR。在图8中，泵送元件的移动被称为A_lift(在附图的图形中，被示出为单位为mm的提升)，示出在近似300°与420°POS之间的泵送元件的提升，且在中部具有几乎线性梯度，并且凸轮速度被示出为具有峰的图形CR，该峰具有在近似340°与390°POS之间最大宽度，该最大宽度对应于A_lift的线性梯度，示出作为以CAD(曲柄角度)示出的曲柄角位置POS的函数的泵送元件的提升速率(在附图的图形中，被示出为mm/°凸轮，参见图8中的左手竖直坐标)。
在单体式注射器系统的情况下，泵送事件在燃料被喷射到燃烧室18中之前开始。喷射开始的时间点也被称为SOI(SOI＝喷射开始)，参见图7。随着喷射周期结束，泵送同时结束。喷射结束的时间点也被称为EOI。在喷射开始之前压力的构建阶段的长度被定义为NOP-角度(NOP＝针打开压力，即，在SOI时的压力)。在压力的构建阶段(NOP-角度)期间压力增加为相对线性的。在构建阶段中压力增加的梯度为凸轮提升速率(图8中的A_lift)、发动机速度、柱塞直径和燃料特性的函数。对于相同的喷射压力p_inj，利用生物柴油的梯度更陡。在泵送石化柴油与生物柴油之间在构建阶段间中压力梯度的差是实际燃料的质量的量度。
为了比较，在图7中，分别示出石化柴油的和生物柴油的控制阀24(图6)的定时信号S_ref和S_24。
在喷射周期(喷射持续时间)期间喷射压力p_inj的性质取决于与在构建阶段中压力的梯度以及喷嘴流数的梯度相同的参数，这种情况进而是注射器40的喷嘴孔的大小和数目的结果。在EOI处，(针阀34的)针控制器和溢流阀24去激活，并且泵室22a(在泵22处)中剩余的燃料被泵送出到低压回路中，即，到低压燃料箱12中。
当系统启动时，根据在控制单元60(图6)中映射的参数来建立喷射压力p_inj。由于在构建阶段中压力的梯度取决于燃料质量，在几个循环之后，构建阶段特性中压力的梯度根据在系统中实际使用的燃料种类而建立，压力的梯度可以通过压力传感器36(图6)监测的压力值来提取。
对该系统的燃料质量的检测可以从在构建阶段期间压力p_inj的增加梯度和/或经对于给定NOP的溢流阀定时实现。
有利地，根据本发明的方法可以识别生物柴油和标准柴油的任何混合，使得发动机和车辆的安全操作是可能的。

Claims (20)

1.一种用于确定用于燃烧发动机(10)的燃料的燃料质量的方法，其中，所述燃料从低压燃料箱(12)被输送至高压空间(22a、30)，并且被喷射到所述燃烧发动机(10)的至少一个汽缸(18)中，其中，控制阀(24)被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸(18)中的燃料量，其中，将所述控制阀(24)的定时信号的实际值(S_24)与所述控制阀(24)的定时信号的参考值(S_ref)相比较，并且根据所述控制阀(24)的所述定时信号的所述实际值(S_24)与所述参考值(S_ref)之间的差(ES)来导出燃料质量参数，
其特征在于，利用将所述燃料从所述燃料箱(12)输送至所述燃烧发动机(10)的燃料泵(22)的泵送周期的实际值，来精确化所述控制阀(24)的所述定时信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧发动机(10)是柴油发动机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据在所述高压空间(22a)中在压力(p_inj)的构建阶段期间压力增加的梯度与在所述高压空间(22a)中压力增加的梯度的参考值(p_ref)相比较，来导出燃料质量参数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一压力下将所述燃料从所述燃料箱(12)输送至处于高于所述第一压力的压力下的高压空间(22a、30)并且将所述燃料喷射到所述燃烧发动机(10)的至少一个汽缸(18)中，其中，所述控制阀(24)被提供用于限制所述高压空间(22a、30)中的燃料压力(p_rail、p_inj)。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过调节所述控制阀(24)的所述定时信号的所述实际值(S_24)和/或其操作持续时间，经由在所述高压空间(22a、30)中的压力(p_rail、p_inj)的闭环控制来建立所述高压空间(22a、30)中所需的压力(p_rail、p_inj)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在单体式喷射器系统中，通过调节喷射器阀(40)的针打开压力(NOP)或通过调节所述控制阀(24)的所述定时信号的所述实际值(S_24)和/或其操作持续时间，经由闭环控制来建立所述高压空间(22a)中所需的压力(p_inj)。
7.根据权利要求述3所述的方法，其特征在于，在恒定发动机扭矩下确定所述高压空间(22a；30)中的压力(p_inj；p_rail)的实际值。
8.根据权利要求述3所述的方法，其特征在于，利用所述燃料的温度的实际值来精确化所述高压空间(22a、30)中的压力(p_inj、P_rail)。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述燃料的温度的实际值，来精确化所述控制阀(24)的所述定时信号。
10.根据权利要求3至9中的任一项所述的方法，其特征在于，根据用于参考燃料的特性曲线集合来导出所述高压空间(22a、30)中的压力(p_rail、p_inj)的参考值(p_ref)。
11.根据权利要求3至9中的任一项所述的方法，其特征在于，根据用于参考燃料的特性曲线集合来导出所述控制阀(24)的所述定时信号的所述参考值(S_ref)。
12.一种用于执行根据前述权利要求中的任一项所述的用于确定用于燃烧发动机(10)的燃料的燃料质量的方法的装置，其中，所述燃料从低压燃料箱(12)被输送至高压空间(22a、30)，并且被喷射到所述燃烧发动机(10)的至少一个汽缸(18)中，其中，控制阀(24)被提供用于直接或间接地控制被喷射到所述至少一个汽缸(18)中的燃料量，其特征在于，控制单元(60)被提供用于将所述控制阀(24)的定时信号的实际值(S_24)与所述控制阀(24)的所述定时信号的参考值(S_ref)相比较，并且根据所述控制阀(24)的所述定时信号的所述实际值(S_24)与所述参考值(S_ref)之间的差(AS)来导出燃料质量参数，以及利用从所述燃料箱(12)输送至所述燃烧发动机(10)的燃料泵(22)的泵送周期的实际值，来精确化所述控制阀(24)的所述定时信号。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述燃烧发动机(10)是柴油发动机。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，根据在所述高压空间(22a)中在压力(p_inj)的构建阶段期间压力增加的梯度与在所述高压空间(22a)中压力增加的梯度的参考值(p_ref)相比较，来导出燃料质量参数。
15.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述控制阀(24)是溢流阀(24)，用于限制所述高压空间(22a、30)中的燃料压力(p_rail)。
16.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，温度传感器(38)被提供用于确定所述燃料的温度的实际值。
17.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，压力传感器(36)被提供用于确定所述高压空间(22a、30)中的压力(p_rail、p_inj)的实际值和/或与所述高压空间(22a、30)中的压力(p_inj)相关的压力梯度。
18.根据所述权利要求12至17中的任一项所述的装置，
其特征在于，所述高压空间(30)是共轨喷射系统的轨道。
19.根据所述权利要求12至17中的任一项所述的装置，
其特征在于，所述高压空间(22a)是单体式喷射器系统的燃料泵(22)的泵室。
20.一种包括根据权利要求12至19中的任一项所述的装置的车辆。
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