CN1535356A - 在无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵的电路装置和方法 - Google Patents

在无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵的电路装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明是关于在无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵的一种电路装置，用布置在一个燃油罐(2)中的一个电动燃油泵(1)从油罐经第一输油管路(3)输送燃油到一个高压泵(4)，高压泵经第二输油管路(5)与多个燃油喷油阀(7)连接；用一个发动机控制机构(9)调节电动燃油泵(1)的输送能力；用一个主要是组合在发动机控制机构(9)中的调节电路(11)，确定电动燃油泵(1)要求的输送能力和输出一个与所确定的要求的输送能力相符合的控制信号到发动机控制机构(9)。电路装置的特征在于，调节电路(11)有一个温度模型电路(18)用于确定在燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)，以便调节电动燃油泵(1)要求的输送能力，输送能力是以如此确定的在燃油输送系统中存在的最高温度为基础。

Description

在无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵的电路装置和方法
本发明按照权利要求1的前序，涉及一种在一个无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵或电动燃油泵输送能力的一种电路装置；以及按照权利要求7的前序涉及一种在一个无回流燃油输送系统中调节电动燃油泵的方法。
一个传统的燃油输送系统包括有一个电动燃油泵，该泵布置在一个燃油罐中并将燃油从油罐经第一输油管路输送到一个高压泵，高压泵经另一个输油管路与多个燃油喷油阀连接。电动燃油泵的输送能力通过一个发动机控制机构调节，该机构有一个调节电路或与一个调节电路连接，该调节电路确定电动燃油泵需要的输送能力和在发动机控制机构中产生一个相应的控制信号或输出一个相应的控制信号到发动机控制机构。
在无回流燃油输送系统时，即在燃油输送系统时，系统没有为多余的燃油或燃油中的蒸汽泡设置从一个接在燃油喷油阀之前的燃油喷油阀到出或进油罐输油管路的回流管路，存在的问题是，多余的燃油或蒸汽泡危及燃油喷油阀正常的供应。
为了避免这个问题，例如从EP 0 713 968 B1得知，给一个无回流燃油输送泵的燃油喷射导板装设一个燃油蒸汽泡收集仓，蒸汽泡从收集仓回流到燃油喷射导板的燃油输入管路。
此外，DE 43 35 866 C2披露一个无回流燃油输送系统，为了使燃油输送系统中的油压与现实运行条件相匹配，在该无回流燃油输送系统时电动燃油泵能用可变的速度运行。为此，为了求得发动机吸入管负压与喷射导板燃油压力之间的燃油压力差，设置一个压差传感器；为了监控燃油喷射导板中燃油的温度，设置一个温度传感器，致使燃油泵的泵速能按照所求得的燃油压差和燃油温度进行调整。
在有回流管路的燃油输送系统时，燃油计量控制通常也与输送系统中的现实允许条件有关。在DE 195 36 109 A1的燃油输送系统时，例如要监控内燃机燃烧室中的温度和压力以及燃油喷射导板中的燃油压力。还知道有一些燃油输送系统(例如DE 195 47 644 A1和DE 19841 533 A1)，在这些系统时燃油喷射导板的燃油计量是受燃油的温度和/或压力影响来调整。
本发明的任务是提供一种无回流燃油输送系统，它可连续不断变化地适应运行条件。尤其是要在这样一种无回流燃油输送系统中为了调节一个电动燃油泵，创立一种电路装置和方法，其输送能力在任何时候都最佳地与运行条件协调一致。
这项任务通过具有权利要求1特征的一种电路装置和具有权利要求7特征的一种方法来解决。本发明的有利的发展和深入扩展在从属权利要求中有说明。
按照本发明，在一个无回流燃油输送系统中，用于调节一个电动燃油泵的电路装置有一个电动燃油泵，它布置在一个燃油罐中并将燃油从油罐经第一输油管路输送到一个高压泵，高压泵经第二输油管路与多个燃油喷油阀连接。电路装置还包括有一个用于调节电动燃油泵输送能力的发动机控制机构，它包括一个调节电路，该电路用于确定电动燃油泵要求的输送能力和输出一个与所确定的要求输送能力符合的控制信号，或它与这样一个调节电路连接。本发明的电路装置或本发明的方法的特征在于，电动燃油泵所要求的输送能力是以在燃油输送系统中存在的一个最高温度为基础来调节，该温度是用调节电路的一个温度模型电路来确定。
电动燃油泵要求的输送能力是以燃油输送系统中最高燃油温度为基础而不是像已知的一些系统是以燃油输送系统中一个预先规定位置的燃油温度为基础来确定，这就确保燃油压力在输送系统的任何位置都不能超过极限压力和在任何位置不能形成燃油蒸汽泡，蒸汽泡能危及燃油喷油阀正常的工作。通过电动燃油泵输送能力与运行条件这样良好地配合，电动燃油泵的功率消耗以及燃油消耗也能以有利的方式降低。
在优选的实施例中，要确定燃油输送系统中存在的建立在一个发动机温度、一个环境温度和一个汽车速度(vkfz)基础上的最高温度，这三个因素由相应的传感器输送给调节电路。此外，在确定燃油输送系统中存在的最高温度时，要优先考虑由于环绕燃油输送系统空气流动造成的冷却效应和/或发动机的运行状态。
电动燃油泵要求的输送能力，就以在燃油输送系统中要求的燃油压力以及燃油输送系统中现实存在的燃油压力为基础来确定，燃油输送系统中要求的燃油压力由确定的燃油输送系统中存在的最高温度计算出。
在下面用一个优选实施例及附图详细阐述本发明。示出的有：
图1按照本发明电动燃油泵电路装置的方块图；和
图2在图1的电路装置中使用的调节电路的方块图。
在图1中首先用示意图表示一个无回流燃油输送系统，该系统带有一个在一个汽车油罐2中布置的电动燃油泵(EKP)1。燃油泵1将燃油从油罐2经过第一燃油管路3和一个阀门(未画出)输送到一个高压泵(HDP)4。高压泵4将压力通常大于50巴的燃油经过第二燃油管路5输送给一个燃油喷射导板6。这个经常也称作为导轨(Rail)的燃油喷射导板6，给一台内燃机(未画出)的数个燃油喷油阀7供燃油。燃油喷油阀7一般按不同的运行条件来控制。
电动燃油泵1的任务是供给高压泵4足够的燃油。此外，必须保证燃油管路3、5中的燃油不以气相进入到高压泵4的低压侧以及高压泵4的供给侧。这通过调整燃油压力来调节。
在图1中示出的燃油输送系统，没有从燃油喷射导板6到燃油罐2的回流管路。因此，为了调节燃油压力，要求电动燃油泵1的输送能力与通过喷油阀7的现实燃油消耗相适应。运行点和由此产生的电动燃油泵1的功耗，由燃油压力的大小和燃油输送量来确定。燃油管路3中额定与实际燃油压力psoll、pist之间的调节误差能减小，此时要求的燃油输送量和要求的燃油压力包括在电动燃油泵运行点的计算中。从而能阻止在燃油管路中高于最大允许压力和低于最小蒸汽压力点的压力偏差，在最小蒸汽压力点时燃油还处于液相。
无回流燃油输送系统必须适应在高压泵4的低压侧没有值得一提的用冷燃油对热燃油的吹洗作用。这导致在接近发动机范围的燃油管路5中有个相对高的温度值。调整的燃油压力必须考虑这个作用。尤其在热启动过程期间和之后，为了确保在燃油管路3、5中没有蒸汽泡生成，必须将相应的压力值保持一段时间。
安装在燃油罐2中的和潜入到燃油中的燃油泵1，由一个作为驱动的直流电动机和一个作为输送装置的轮叶式泵组成。电动燃油泵1由一个功率末级(LE)8供电，它使连续改变调整燃油泵1的输送能力成为可能。功率末级8的控制信号是一个脉冲宽度调制(PWM-)的电压信号，用脉冲宽度能调整燃油泵1上的有效电压。
将一个PWM信号作为输入信号由一个发动机控制机构(Electronic Control Unit-ECU)9输到功率末级8。功率末级8按照发动机控制机构9的这个输入信号控制电动燃油泵1。在发动机控机构9中装设有一个调节电路11，它通过一个适当的调节算法计算电动燃油泵1要求的输送能力并输出一个相应的控制信号10。可选择的是，也能设置的是一个单独的、与发动机控制机构9连接的调节电路11。发动机控制机构9通常还用来控制高压泵4和燃油喷油阀7。
为了计算燃油泵1要求的输送能力，发动机控制机构9的调节电路11提供系统的各种测量数值。为此，发动机控制机构9与一个压力传感器12连接，该传感器在燃油过滤器(未画出)与高压泵4之间的低压侧测量燃油管路3中的燃油压力pist。此外，为了掌握发动机温度Tmot发动机控制机构9与第一温度传感器13连接，为了掌握环境温度Tumgeb与第二温度传感器14连接，为了掌握主催化器(Hauptkatalysator)之后的废气温度Tabgas与第三温度传感器15连接，以及为了掌握汽车速度vkfz与一个装置16连接。
发动机控制机构9的调节电路11的结构和作用方式下面用图2详细说明。
图2中所示优选实施例的调节电路11，主要有一个压力检测电路17、一个为了确定在燃油输送系统中存在的最高温度Tamx的温度模型电路18、一个为了确定在最高温度Tmax基础上的燃油额定压力psoll的压力确定电路19、一个PID调节器20、一个控制信号发生电路21和可选择地一个匹配电路22。
将测量高压泵4低压侧燃油压力的压力传感器12的电压值输到压力检测电路17。将读入的电压值先借助于压力传感器12的校准特性曲线换算成一个压力值。接着将这个压力值低通滤波，以便修正尤其是在主动的高压泵4时，即在第二燃油管路5中建立起的高压时出现的高频干扰。低通滤波器的滤波时间常数必须选择的，使由高压泵4产生的振动受到阻尼。根据所应用高压泵4的类型及其运行状态(主动-被动)，利用低通滤波器的一个预先规定的时间常数。将压力检测电路17的输出信号、燃油输送系统中的实际压力pist输到调节器20。此外，还能有选择地由压力检测电路17将燃油输送系统中一个未滤波的实际压力输出。
在温度模型电路18中，计算或模拟燃油输送系统中的最高温度Tmax。为此，要由相应的传感器13-16将用于发动机温度Tmot、环境温度Tumgeb、主催化器之后的废气温度Tabgas和汽车速度vkfz的数值作为输入信号输入到温度模型电路18。
把模型温度Tmax放到发动机温度Tmot之上。在发动机温度与环境温度Tumgeb之间有个大的温度差时，能认为是由于环绕高压泵4和其余燃油输送系统流动的空气造成的冷却作用相对的大。在这种情况，汽车速度vkfz要规定空气交换有多大从而使由于空气造成的冷却作用消失。因此，从发动机温度Tmot中减去与一个修正因数k相乘的环境温度与发动机温度之间的温度差(Tmot-Tumgeb)，此时汽车速度vkfz越大和环境温度Tumgeb越小，修正因数k选的就越大。为了计算所寻找的最高系统温度Tmax，除此之外要考虑到，发动机的燃油需求小时在高压泵4的低压侧造成温度升高，因为发动机不需要的燃油量由高压泵4的油量控制阀门(未画出)引回和再减压，该减压的燃油量在这个过程中得到一个温度提升。此外，要考虑在温度值的一个低通滤波的时间常数中发动机的运行状态(运行热态-冷态)。将这样得到在燃油输送系统中的最高温度Tmax作为低通滤波的结果。
此外，在温度模型电路18中还要计算油罐2中的燃油温度Ttank。原则上认为，油罐2中的燃油有和环境相同的温度Tumgeb。但是在燃油罐2中会由于排气设备有个温度升高Tabgas。如此造成的温度升高在计算油罐中的燃油温度Ttank时要予以考虑。
将在温度模型电路18中计算的最高温度Tmax应用于压力确定电路19中，以便去规定在系统中现实要求的最低燃油压力。最低燃油压力对计算出的系统温度Tmax的分配，经过一个放在压力确定电路19中的蒸汽压力曲线进行，它与在最坏情况消耗的燃油一致。
为了精确地估计要求的燃油压力psoll，作一些修正是有益的。在发动机转数高时和在中等燃油温度时，有必要提高高压泵4的低压侧上的燃油压力，以便高压泵4的供给系数不是太小。在一个热启动情况，优先转换到一个固定预先规定的额定压力上。也有可能选择的是，不去用最高系统温度Tmax和发动机转数计算额定压力而是预先规定一个常数的额定压力。
为了改进电动燃油泵1的输送能力，能将如此确定的燃油额定压力用一个预先规定的燃油额定压力滤去最大的，使在发动机启动时以及在热运行阶段转换到预先规定的燃油压力。预先规定的燃油压力这样来确定，即为了混合气形成能按规定工作，在发动机启动时必须预先规定一个一定的燃油压力。
选出的一定的或预先规定的燃油额定压力，受燃油输送系统的两个极限值限制，然后作为额定压力psoll由压力确定电路19输出。
将由压力确定电路19求得的额定压力psoll和由压力检测电路17求得的实际压力pist，作为输入量输到PID调节器20并在那里进行比较。PID调节器20的I-部分的加权经过一个发动机转数特性曲线来匹配，PID调节器20的加权的P-部分与加权的D-部分相加作为调节器的应答输出。
此外，PID调节器20优先发现推力断开的运行状态，并以实际压力pist超过额定压力psoll为前提，PID调节器20的I-部分置零。这就阻止I-部分、还有PID调节器的调节器应答有个快速和明显的下降。在一个推力断开之后需要燃油时，用这个措施能避免出现压力降。
PID调节器20的I-部分能在一个匹配电路22中为一个匹配使用。匹配的目的是平衡电动燃油泵1的公差位置和寿命变化。将在匹配电路22中计算的匹配值，作为非易失性的存储值转给控制信号发生电路21且不需要由PID调节器20去平衡。
最后，在控制信号发生电路21中计算电动燃油泵1现实要求的输送能力。为此，先将由压力确定电路19确定的额定压力psoll和调节器应答加权并加到一个总压力上。此外，到泵组合特性曲线中去读现实喷射燃油量，该组合特性曲线以电动燃油泵1的相对输送能力要求的形式反映压力与输送量之间的关系，这样输出数值是个相对值，100％以输送能力为基础。此外，能修正之前由温度模型电路18确定的、在油罐2中具有燃油温度的燃油泵相对的输送能力要求。
将如此由调节电路11求得的燃油泵的相对输送能力要求，转换成一个PWM控制信号，它还要到功率末级8上校准。将控制信号给到发动机控制机构9的输出端，并为了相应控制电动燃油泵1输给功率末级8。
本发明的系统出众之处在于，电动燃油泵的输送能力在考虑一些预先规定的和可测量的参数情况下与燃油输送系统中的最高燃油温度匹配。因此，与以前知道的无回流燃油输送系统相反，随时确保阻止在燃油管路中形成蒸汽泡。
除此之外，因为电动燃油泵的输送能力随时最佳地配合现实运行状况或运行条件，能实现节约电动燃油泵的电耗以及节约燃油消耗。电动燃油泵可连续不断地随变化的输送能力运转并确保随时给高压泵一个最佳的供应，从而用要求的燃油量供应燃油喷油阀。
参考符号清单
1   电动燃油泵(EKP)
2   燃油罐
3   低压侧燃油管路
4   高压泵(HDP)
5   高压侧燃油管路
6   燃油喷射导板
7   燃油喷油阀
8   功率末级(LE)
9   发动机控制机构(ECU)
11  调节电路
12  压力传感器
13  第一温度传感器
14  第二温度传感器
15  第三温度传感器
16  速度检测装置
17  压力检测电路
18  温度模型电路
19  压力确定电路
20  PID调节器
21  控制信号发生电路
22  匹配电路

Claims (14)

1.在一个无回流燃油输送系统中调节一个电动燃油泵的电路装置，具有
一个电动燃油泵(1)，该泵布置在一个燃油罐(2)中并将燃油从油罐经第一输油管路(3)输送到一个高压泵(4)，高压泵经第二输油管路(5)与多个燃油喷油阀(7)连接；和
一个调节电动燃油泵(1)输送能力的发动机控制机构(9)，该机构(9)包括有一个调节电路(11)，用于确定电动燃油泵(1)要求的输送能力和输出一个与所确定的要求的输送能力相符合的控制信号，或该机构与这样一个调节电路(11)连接，
其特征在于：
调节电路(11)有一个温度模型电路(18)用于确定在燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)，以便调节电动燃油泵(1)要求的输送能力，该输送能力是以如此确定的在燃油输送系统中存在的最高温度为基础。
2.如权利要求1的电路装置，
其特征在于：
调节电路(11)的温度模型电路(18)为了掌握发动机温度(Tmot)与第一温度传感器(13)连接，为了掌握环境温度(Tumgeb)与第二温度传感器(14)连接，以及为了掌握汽车速度vkfz与一个装置(16)连接。
3.如权利要求1或2的电路装置，
其特征在于
调节电路(11)还有一个压力确定电路(19)用于从通过温度模型电路(18)确定的在燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)计算要求的燃油压力(psoll)。
4.如权利要求1至3之一的电路装置，
其特征在于：
调节电路(11)与一个用于掌握现实在燃油输送系统中存在的燃油压力(pist)的压力传感器(12)连接。
5.如权利要求4的电路装置，
其特征在于：
调节电路(11)有一个控制信号发生电路(21)，它以现实在燃油输送系统中存在的燃油压力(pist)和由压力确定电路(19)计算的要求的燃油压力(psoll)为基础，产生一个符合电动燃油泵(1)要求的输送能力的控制信号。
6.如权利要求1至5之一的电路装置，
其特征在于：
符合电动燃油泵(1)要求的输送能力的控制信号是脉冲宽度调制电压信号。
7.在一个无回流燃油输送系统中调节一个电动燃油泵的方法，该燃油输送系统具有一个电动燃油泵(1)，该泵布置在一个燃油罐(2)中并将燃油从油罐经第一输油管路(3)输送到一个高压泵(4)，该高压泵经第二输油管路(5)与多个燃油喷油阀(7)连接，
其特征在于：
电动燃油泵(1)要求的输送能力以在燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)为基础进行调节。
8.如权利要求7的方法，
其特征在于：
在燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)以一个发动机温度Tmot、环境温度(Tumgeb)和汽车速度(vkfz)为基础来确定。
9.如权利要求8的方法，
其特征在于：
在确定燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)时，要考虑由于环绕燃油输送系统流动的空气和/或发动机的运行状态造成的冷却作用。
10.如权利要求7至9之一的方法，
其特征在于：
电动燃油泵(1)要求的输送能力是以燃油系统中要求的燃油压力(psoll)为基础确定的，该压力是由确定的燃油输送系统中存在的最高温度(Tmax)来计算。
11.如权利要求10的方法，
其特征在于：
在计算要求的燃油压力(psoll)时要考虑发动机的现实运行状态。
12.如权利要求7至11之一的方法，
其特征在于：
掌握现实在燃油系统中存在的燃油压力(pist)和以现实在燃油输送系统中存在的燃油压力(pist)为基础确定电动燃油泵(1)要求的输送能力。
13.如权利要求10至12之一的方法，
其特征在于：
在确定电动燃油泵(1)要求的输送能力时，要考虑燃油罐(2)中的燃油温度(Ttank)。
14.如权利要求13的方法，
其特征在于：
燃油罐(2)中的燃油温度(Ttank)是以环境温度(Tumgeb)为基础并考虑到主催化器之后的废气温度(Tabgas)确定的。
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