CN108180082B - 用于预测燃料喷射器中的压力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于预测施加在内燃机（100）的燃料喷射器（130）上的压力的方法，所述燃料喷射器通过高压存储器（120）来供应燃料，其中，获知在第一时间点（t₁）的当前的压力值（p_akt），而且获知至少一个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂），所述至少一个压力梯度描述了在所述第一时间点（t₁）之前的至少一个时间段内的压力曲线，而且其中，在考虑所述至少一个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂）时，由所述当前的压力值（p_akt）获知在第二时间点（t₂）的所要预测的压力值（p_pr），所述第二时间点在所述第一时间点（t₁）之后。

Description

用于预测燃料喷射器中的压力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于预测施加在内燃机的燃料喷射器（所述燃料喷射器通过高压存储器来供应燃料）上的压力的方法，以及一种用于所述方法的执行的计算单元和计算机程序。

背景技术

在现代内燃机中，可以使用高压存储器、即所谓的轨，燃料被输送到所述高压存储器中并且从那里被分配给多个燃料喷射器，接着通过所述燃料喷射器将燃料引入到内燃机中或在那里引入到燃烧室中。

为了运行内燃机，应通过燃料喷射器将（根据当前需要的转矩）一定的燃料量引入到相应的燃烧室中。在此，可以借助于燃料喷射器引入的或由所述燃料喷射器给出的燃料量不仅能取决于燃料喷射器的喷射持续时间和打开横截面（以及由此冲程），而且也取决于在喷射期间施加在燃料喷射器上的压力，所述压力以一级近似对应于在高压存储器中的压力。

现在，为了能够在喷射时引入确定的燃料量，在考虑燃料喷射器中的压力时可以计算必要的打开持续时间和/或打开横截面。然而，这种计算应基于为此需要的持续时间在实际喷射之前执行，这自然也导致被使用的针对燃料喷射器中的压力的压力值是在实际喷射之前的压力值。

由于压力变化、例如由于内燃机的（尤其是因此在转速和/或负载方面的）运行点变化，因此，在喷射的时间点的燃料压力、即所谓的喷射压力可能与最后测量的燃料压力有偏差，这与此相应地导致所喷射的燃料量与预先给定的燃料量的偏差。对此也还可能发生：对压力的检测仅仅在一定的时间间隔内是可能的，由此在计算时使用的压力值还可能进一步与实际喷射压力有区别。

例如从DE 10 2007 019 640 A1公知一种修正所获知的或所测量的压力值的方法。为此，针对每次喷射不仅测量在喷射之前的第一压力值，而且测量在第一压力值之后获知的第二压力值。接着，在使用之前的喷射的第二压力值时可以修正针对确定的喷射的第一压力值。在此，该方法基于：在高压存储器中的压力波动定期地重复，正如这在喷射时那样也是这种情况。

发明内容

按照本发明，提出了一种用于预测在燃料喷射器中的压力的方法以及用于所述方法的执行的一种计算单元和一种计算机程序。有利的设计方案是随后的描述的主题。

按照本发明的方法用于预测施加在内燃机的燃料喷射器（所述燃料喷射器通过高压存储器来供应燃料）上的压力。在此，燃料喷射器中的这种燃料压力至少以一级近似对应于高压存储器中的压力。然而，根据情况，也可能存在一定的偏差，然而所述偏差接着通常可以在考虑实际情况时来计算。在高压存储器中，压力例如可以通过适当的压力传感器来获知。

现在，在第一时间点的当前的压力值和至少一个压力梯度被获知，所述压力梯度描述了在第一时间点之前关于至少一个时间段的压力曲线。接着，在考虑所述至少一个压力梯度时，从当前的压力值获知在第一时间点之后的第二时间点所要预测的压力值。

通过优选地使用至少两个压力梯度（所述压力梯度接着分别描述了在第一时间点之前在不同的时间段内的压力曲线），非常精确的外插是可能的，因为不仅线性的外插是可能的。因此，通过两个在时间上一个接一个的压力梯度，也可以考虑用于预测的压力梯度的变化。由此，尤其可以通过其它压力梯度进行（在其它情况下仅仅是线性）加权（Wichtung）的预测。对此，例如可以使用两个压力梯度的比例。如果例如在时间上稍后的压力梯度小于在时间上更早的压力梯度，那么基于此可以是，压力还将以其它走向不那么剧烈地升高。换句话说，通过考虑两个（或者更多个）压力梯度，可以考虑压力梯度的时间上的导数或变化。优选地，所述不同的时间段紧接彼此接近，其中进一步优选地，更早的时间段的终值同时是稍后的时间段的初始值。不过，在此不是强制地需要所述时间段（时间间隔）一样大。

依据压力梯度，可以将当前的压力值外插到稍后的或所要预测的压力值、即尤其是这种在燃料实际被喷射的时间点的压力值上。由此尤其而后也可以获知用于喷射燃料的燃料喷射器的打开持续时间和/或打开横截面（冲程）以及其它操控参数。在此，所述压力梯度之一尤其也可以紧接在当前的压力值之前或也可以在使用当前的压力值（以及还有更早的压力值）时被获知。由此，基于当前的压力比，可以推断出在稍后的时间点的非常精确的压力值。

也可以是适宜的是，在考虑压力的额定值和/或最大输送压力和/或高压泵的输送体积和/或预先确定的值时限制所要预测的压力值，以这种方式，避免了针对被预测的压力的不合实际的值。

优选地，所述至少一个压力梯度通过在不同的时间点获知的压力值来获知。在此，所述不同的时间点可以按照时间光栅、优选地以等距的时间间隔或者以如下时间间隔来预先给定，所述时间间隔取决于内燃机或者高压泵（尤其是当所述高压泵不通过内燃机来驱动时）的转速，即由事件、诸如将燃料喷射到燃烧室或内燃机的燃料高压泵的输送冲程中来得到。在使用等距的时间间隔、例如5、10、15或20ms时，可以特别简单地实施到控制设备的软件中。接着，压力梯度可以非常简单地获知为在连续的时间点处的两个压力值的差与两个连续的时间点的时间间隔之比。在使用两个压力梯度及其比例以及等距的时间间隔时，所述时间上的间隔至少在形成所述比例时必须不再被考虑，这简化了计算。在使用与事件（例如喷射）适配的时间点时，间隔随着内燃机的转速变化，喷射的时间上的间隔与所述转速有关联。

有利地，仅仅在存在可预先给定的关于内燃机的运行参数的标准时才使用预测。这样，例如仅仅当例如在内燃机的高转速动态性和/或负载动态性时应等待压力变化时，而后才可以接通或使用所述预测。而在内燃机的静态运行下、尤其是也在空转下，可以省去所述预测，以便这样使信号变化平静并且使调节回路稳定。

有利的是，此外在获知所要预测的压力值时考虑与内燃机的燃料和/或运行的参数有关的补偿因子。也可设想的是与在第一与第二时间点之间的时间上的间隔有关的补偿因子。这里，例如可以考虑：燃料的压缩模块或者压力存储器和调节回路的机械特性可以根据压力梯度的符号来变化。同样，在进一步在将来的时间点时（即在第一与第二时间点之间的更大的时间上的间隔时），压力值可能受到更大并且由此更困难地预测的波动。因此，通过这种补偿因子，可以考虑在预测时的其它影响。

优选地，在获知所要预测的压力值时，仅仅考虑一个压力梯度或两个在时间上连续的压力梯度的比例，只要所述比例低于最大值和/或高于最小值。同样适宜的是，当当前的压力值在可预先给定的压力范围之内时，才使用所述预测。由此，例如可以考虑如下效应：由于正好在较低的压力时在燃料存储器中常见的压力波动，压力梯度可能显现得过大，然而这不再符合所要预测的曲线，也就是说所要预测的压力值会被获知得过高或过低。而通过所提及的限制，至少可以降低或者排除这种错误。

有利地，仅仅在存在压力梯度的相同的符号时才使用所述预测。在存在不同的符号时，基于此可以是：在两个被获知的压力梯度之间曾存在压力曲线的最大值或最小值。接着，在使用所述两个压力梯度的比例时，所述预测会歪曲。

按照本发明的计算单元、例如机动车的控制设备尤其是能以程序技术方式被设立为执行按照本发明的方法。

尤其是当进行实施的控制设备还被用于其它任务并且因而反正存在时，以计算机程序的方式来实施该方法也是有利的，因为这造成了特别少的成本。尤其是，适合于提供所述计算机程序的数据载体是磁的、光的和电的存储器，诸如硬盘、闪速存储器（Flash-Speicher）、EEPROMs、DVDs以及其它等等。通过计算机网络（因特网、内联网等等）来下载程序也是可能的。

本发明的其它优点和设计方案从描述和附图中得到。

本发明依据实施例在附图中示意性地示出并且随后参考附图予以描述。

附图说明

图1示意性地示出了具有共轨系统（Common-Rail-System）的内燃机，所述内燃机适合于执行按照本发明的方法。

图2示出了在燃料喷射器中的压力的曲线。

图3示出了按照本发明的用于预测在燃料喷射器中的压力的方法的一个优选的实施方式。

具体实施方式

在图1中示意性地示出了内燃机100，所述内燃机适合于执行按照本发明的方法。示例性地，内燃机100包括三个燃烧室或附属的缸105。每个燃烧室105都分配有一个燃料喷射器130，所述燃料喷射器又分别连接到高压存储器120、即所谓的轨上，通过所述高压存储器给所述燃料喷射器供应燃料。理解为，按照本发明的方法即使在具有任意其它数目的缸的内燃机时也可以被执行。

此外，高压存储器120通过高压泵110从燃料罐140中馈给燃料。如这里示出的那样，高压泵110可以与内燃机100耦接，例如使得高压泵通过内燃机的曲轴或通过又与曲轴耦接的凸轮轴来驱动。

通过被构造为马达控制设备180的计算单元，操控燃料喷射器130，用来将燃料配给或喷射到相应的燃烧室105中。为了清楚起见，仅仅示出了马达控制设备180与燃料喷射器130的连接，然而理解为，每个燃料喷射器130相对应地连接到马达控制设备上。在此，每个燃料喷射器130都可以特别地来操控。

此外，马达控制设备180被设立为借助于压力传感器190检测在高压存储器120中的燃料压力。在此，在高压存储器120中存在着的压力也以一级近似对应于在燃料喷射器130中存在着的压力，然而至少后者可从在高压存储器120中的压力来计算。

在图2中示意性地示出了在燃料喷射器中的压力p关于时间t的曲线。现在，为了在所希望的时间点尤其是针对确定的喷射来获知在燃料喷射器中的压力，首先可以在时间点t₁'获知在燃料喷射器中的压力p₁'。除了这里示出的直接的测量值检测之外也可设想的是在时间点t₁'周围或之前关于确定的持续时间的平均值形成。

现在，在t₁'之后有持续时间Δt₁'的时间点t_B'，在使用（所获知的）压力p₁'时，可以获知或者计算在时间点t₂'周围的用于借助于燃料喷射器的喷射的打开-或喷射持续时间Δt_E，以便将所希望的燃料量引入到附属的燃烧室中，这里时间点t₂'位于喷射的中间并且在t_B'之后的持续时间Δt₂'周围。如已经在开头提及的那样，在时间点t₂'在燃料存储器中的压力是重要的（所述压力以一级近似对应于燃料喷射器中的压力），以便尽可能精确地确定燃料喷射器的必要的打开持续时间或打开横截面（冲程）。

然而如在压力p的曲线上可识别出的那样，压力p₂'在时间点t₂'、即在喷射期间与所获知的压力值p₁'偏差了Δp，因为所述压力在进行计算的间隔时间内继续升高。这意味着：所计算的打开持续时间不导致所希望的要给出的燃料量。在所示出的情况下，引入作为所希望的更高的燃料量，因为在燃料喷射器中的压力比曾为了计算所基于的压力更高。

现在，在图3中重新示出了在燃料喷射器中的压力p关于时间t的曲线。现在，依据所述曲线，应该以一个优选的实施方式示出了按照本发明的用于预测燃料喷射器中的压力的方法。

现在，这里应该基于在第一时间点t₁的当前的压力值p_akt来预测或获知在稍后的第二时间点t₂的压力值p_pr。如在图2中也示出的那样，可以在时间点t_B计算压力值p_akt，所述时间点t_B在第一时间点t₁与第二时间点t₂之间。

现在，这里对于所述预测来说，使用三个压力梯度，依据所述压力梯度可以基于当前的压力值p_akt来对压力p的曲线进行外插。在所示出的情况下，在确定的时间间隔Δt₁和Δt₂（所述时间间隔不必强制性地不一样大，而是也可以一样大）分别获知在燃料喷射器中或在高压存储器中的压力的压力值。以所述方式，不仅获知在第一时间点t₁的压力值p_akt，而且在时间点t_-1获知压力值p_-1并且在时间点t_-2获知压力值p_-2。

理解为，在重复获知压力值时也存在更早的压力值，然而所述更早的压力值在该示例中没有被使用。理解为，如也关于图2已经提及的那样，可以将压力值作为平均值来获知。

现在，从所获知的值可以获知两个压力梯度，所述压力梯度在第一时间点t₁之前存在着或所述压力梯度分别描述了在第一时间点t₁之前的不同的时间段内的压力曲线。所述压力梯度是Δp₁/Δt₁并且是Δp₂/Δt₂，其中Δp₂=p_akt-p_-1而且Δp₁=p_-1-p_-2。现在，所要预测的压力值p_pr可以从中优选按照公式

来获知。对于应用情况Δt₁=Δt₂来说，即如果时间间隔一样大或相等，那么得到

。

在此，Δt_pr说明了在第一时间点t₁与第二时间点t₂之间的时间上的间隔。在此，梯度Δp_M/Δt_M可以从另一值对（压力差和时间间隔）来计算（如在附图中示出的那样），但是优选地也可以对应于梯度Δp₂/Δt₂（接着仅仅使用两个压力梯度）。在附图中示出的示例中，紧接在时间点t_B开始计算之前，还获知了最后的压力值p_M并且由此获知了梯度，其中这里持续时间Δt_M比之前的持续时间短。在此，依据梯度Δp₁/Δt₁和Δp₂/Δt₂，考虑压力曲线的变化。理解为，仅仅当这种短期的对压力梯度的获知能在所选择的应用情况下实现时，例如借助于另一时间光栅用来进行压力获知，这种做法才是可能的。否则，如所描述的那样，可以使用最新的梯度直至第一时间点，即

。

通过考虑这里作为比例或商的两个梯度Δp₁/Δt₁和Δp₂/Δt₂，不仅可以实现线性的外插，而且也可以考虑压力梯度的时间上的导数或压力梯度的变化，这使得明显更精确的预测成为可能。针对如下情况：两个梯度相同，也就是说压力均匀地升高（或下降），或者对于外插来说仅仅一个梯度可支配或使用，例如得到：

。

因此，利用所示出的方法，可以预测或事先计算尤其是用于喷射的在稍后的时间点的压力值，由此对所希望的燃料量的非常精确的配给是可能的。由此，例如可以降低有害物质排放和燃料消耗。

Claims (16)

1.用于预测施加在内燃机（100）的燃料喷射器（130）上的压力（p_pr）的方法，所述燃料喷射器通过高压存储器（120）来供应燃料，

其中，获知在第一时间点（t₁）的当前的压力值（p_akt），而且获知至少一个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂），所述至少一个压力梯度描述了在所述第一时间点（t₁）之前的至少一个时间段内的压力曲线，而且

其中，在考虑所述至少一个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂）时，由所述当前的压力值（p_akt）获知在第二时间点（t₂）的所要预测的压力值（p_pr），所述第二时间点在所述第一时间点（t₁）之后，

其中，获知至少两个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂），所述至少两个压力梯度分别描述了在所述第一时间点（t₁）之前的不同的时间段内的压力曲线，并且

使用所述至少两个压力梯度的比例以用于所述预测。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂）通过获知在不同的时间点（t₁、t_-1、t_-2）的压力值（p_akt、p_-1、p_-2）来获知。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述不同的时间点（t₁、t_-1、t_-2）按照时间光栅来预先给定。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述不同的时间点（t₁、t_-1、t_-2）按照如下时间间隔来预先给定，所述时间间隔取决于所述内燃机（100）或高压泵的转速。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在考虑被预测的压力值（p_pr）时，获知用于喷射燃料的燃料喷射器（130）的操控参数。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在考虑被预测的压力值（p_pr）时，获知用于喷射燃料的燃料喷射器（130）的打开持续时间（Δt_E）和/或打开横截面。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述预测仅仅在存在可预先给定的关于所述内燃机（100）的运行参数的标准时被使用。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，此外，在获知所要预测的压力值（p_pr）时，考虑与所述内燃机（100）的运行的参数有关的补偿因子。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，此外，在获知所要预测的压力值（p_pr）时，考虑与所述内燃机（100）的燃料和/或与在所述第一（t₁）与所述第二时间点（t₂）之间的时间上的间隔（Δt_pr）有关的补偿因子。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，在获知所要预测的压力值（p_pr）时，仅仅考虑一个压力梯度或者两个在时间上连续的压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂）的比例，只要其低于最大值和/或高于最小值。

11.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，当所述当前的压力值（p_akt）在能预先给定的压力范围内时，才使用所述预测。

12.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，仅仅在存在所述压力梯度（Δp₁/Δt₁、Δp₂/Δt₂）的相同的符号时，才使用所述预测。

13.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所要预测的压力值在考虑预先确定的值时受限制。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所要预测的压力值在考虑压力的额定值和/或高压泵的最大输送压力和/或所述高压泵的最大输送体积时受限制。

15.计算单元（180），所述计算单元被设立为执行根据上述权利要求1至14中任一项所述的方法。

16.机器可读的存储介质，具有被存储在其上的计算机程序，所述计算机程序促使计算单元（180）执行根据权利要求1至14中任一项所述的方法，如果所述计算机程序在所述计算单元（180）上实施的话。

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