专利名称：用于确定燃料温度的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定燃料喷射系统特别是内燃机的燃料喷射系统的高压区 中的燃料温度的方法。本发明另外涉及一种用于燃料喷射系统的控制器。
背景技术：
在目前的高压燃料喷射系统中，例如用于柴油机的公知的共轨式系统中，在高压 区中的燃料温度通常从诸如发动机油或者内燃机的冷却水的温度等等效参量推导得出或 者基于模型来确定，其中，所应用的模型通常采用在燃料喷射系统的低压区中测量到的燃 料温度作为输入值。这些传统方法的精确度经常是不足的。
发明内容
因此，本发明的目的在于，对开头所述形式的方法和装置加以改善，从而可以更为 精确地确定高压区中的燃料温度。根据本发明，这一目的在开头所述形式的方法中通过如下方式得以实现确定高 压区的固有频率，并从该固有频率推导出燃料温度。根据本发明已认识到，燃料喷射系统的高压区的固有频率与该高压区中的燃料温 度具有显著的相关性。因此，在应用根据本发明的方法的情况下，可以有利地从高压区本身 的物理参量确定出高压区中的燃料温度，由此可以放弃基于模型的方式以及放弃对高压区 之外的参量的探测。尤其有利的是，与传统的方法相反，根据本发明的方法还能够精确地确 定燃料喷射系统在非静止状态下的燃料温度。在根据本发明的一个相当有利的实施例中，高压区的固有频率是根据占据在高压 区中的燃料压力的时间变化来确定的，而这尤其可以通过对表征燃料压力的燃料压力信号 进行评估得以实现。为此，可以采用已经存在的燃料压力传感器的燃料压力信号。需要确 保的是，燃料压力传感器工作在本发明感兴趣的高于大约IkHz的频率范围内。作为从燃料压力信号中确定高压区的固有频率的替代或者补充方案， 也可以借助于例如夹紧式压力传感器(Klemmdruckgeber)和/或固体声传感器 (Korperschallsensor )和 / 或应变片(Dehnungsmessstreifen)确定出表示占据在高 压区中的燃料压力的等效参量，所述固有频率能够根据该等效参量得以确定。如果同时考虑燃料压力信号与等效参量，则可以进一步提高精确度，并可以进行 验证。除了采用固有频率之外，根据本发明还可以确定表示固有频率特征的参量并借此 作为固有频率的近似值。在此，固有频率的尤其有利的近似值是在感兴趣的频率范围内的 平面重心的横坐标，也就是重心频率(Schwerpunktsfrequenz) f_cog。 重心频率f_cog的计算按照下式实现
其中，A(f)是高压区的压力波动的振幅谱，f是频率，而且其中fl、f2(fl <f2)是 限定根据本发明感兴趣的频率范围的下极限和上极限频率。优选地，对于现在采用的燃料 高压区，极限频率fl、f2被选在大约3kHz和大约5kHz之间。但是，根据按照本发明所考虑 的高压区的规划，极限频率也可以选择得与此范围不一致。在根据本发明的方法的另一非常有利的实施例中是这样设计的在燃料喷射系统 的第一工作点中确定出高压区的第一固有频率，对于所述第一工作点而言，尤其在燃料系 统和包含所述燃料系统的内燃机和/或周围环境之间的热平衡之后，燃料温度具有已知的 值；在燃料喷射系统的至少一个另外的工作点中确定出至少一个另外的固有频率，对于该 至少一个另外的工作点而言，燃料温度时未知的；并且从所述第一固有频率与所述至少一 个另外的固有频率之间的差异推导出在所述至少一个另外的工作点中的燃料温度。这一发明变例使得在采用不同或者未知燃料类型的情况下也能够有利地对燃料 温度进行精确确定。根据本发明已认识到，对于不同燃料类型，与所述固有频率相一致的声 速由于燃料温度而产生的梯度基本上是恒定不变的。于是，依据另一有利的发明变例，如果在评估固有频率和/或重心频率和/或等效 参量时考虑大约IkHz到大约5kHz优选到大约3kHz的频率范围，则可以特别精确地确定燃 料温度。不感兴趣的频率范围，尤其是频率< IkHz的低频部分，根据本发明可以通过对观 察到的信号进行低通或带通滤波除去。以在计算设备，特别是微处理器或者数字信号处理器(DSP)上运行的计算机程序 的形式来实现根据本发明的方法是十分重要的。所述计算机程序优选存储在电或光存储介 质上。根据权利要求7阐述了一种控制器以作为本发明的目的的另一解决方案。
从下文对示出在附图中的本发明的实施例的说明中可获知本发明的其他特征、应 用方法以及优点。此外，所有述及的或者绘出的特征本身或者这些特征的任意组合，不管它 们是否被概括或者援引在权利要求中，也不管它们的表述以及在附图中表现，均构成本发 明的客体。在附图中图1是用于实施根据本发明的方法的内燃机的燃料喷射系统的示意框图，图2a是根据本发明的方法的第一实施例的简化功能图，图2b是根据本发明的方法的第二实施例的简化功能图，以及图3是图1所示燃料喷射系统的工作参数的时间曲线图。
具体实施例方式图1示出了一种机动车内燃机的燃料喷射系统100的示意图。燃料喷射系统100 具有低压区ND，在该低压区中，一个例如构造成电子燃料泵(Elektrokraftstoffpumpe)的低压泵111将燃料从储备容器110中输出。以液压方式布置在低压区ND后面的是高压区HD。在高压区HD的入口处设置比如 构造成径向柱塞泵的高压泵120，该高压泵由低压泵111供给燃料，并将燃料以更高的例如 可能为数百巴的压力输送进燃料-蓄压器121中。所述燃料-蓄压器121可以是例如所谓 的共轨(commonrail)。在燃料-蓄压器121上连接有喷射器122a、122b........这些喷射器在控制
器130的控制下将燃料从所述燃料_蓄压器121中取出并喷入未示出的内燃机的燃烧室 中。除高压区120之外，燃料-蓄压器121及在这些组件120、121与所述喷射器122a、 122b......之间的未详细标识出的液压连接件也属于所述高压区HD。为确定燃料喷射系统100的高压区HD中的燃料温度，根据本发明提出了，确定高 压区HD的固有频率并从该固有频率推导出燃料温度。由此可以不需要在高压区中设置独 立的燃料温度传感器。此外，可以放弃传统的基于模型的确定燃料温度的方法，这种基于模 型的方法所具有的精确度是不够的，特别是在工况不稳定的情况下。根据本发明所关注的高压区HD的固有频率是位于所述高压区HD中的燃料的压力 波动的频率或者频率范围，这种压力波动是按照已知的方式在通过例如高压区120的单个
输送冲程和/或借助于喷射器122a、122b.......从高压区HD中取得燃料产生的激励时出
现的。固有频率尤其取决于高压区HD的几何结构，这尤其与为在所述高压区HD中形成驻 波而需的边界条件相关联。下面，结合图2a来说明根据本发明的方法的第一实施例。根据本发明，处于高压区HD中的燃料的燃料压力p_HD是借助于例如设置在所述 燃料-蓄压器121的区域内的蓄压管压力传感器(Raildrucksensor)(未示出)来确定的。 根据为确定高压区HD的固有频率所希望的精确度，需要为确定蓄压管压力传感器的燃料 压力信号预先确定相应高的采样频率，从而以单个采样值之间相应的时间间隔获得所述燃 料压力P_HD的时间曲线。随后，从处于高压区HD中的燃料的燃料压力p_HD通过功能块131a确定出燃料喷 射系统100 (图1)的高压区HD的固有频率f_eigen。对此，可以采用公知的频率分析方法，例如，功能块131a可以对燃料压力信号p_ HD进行傅里叶变换，尤其是快速傅里叶变换(FFT)。根据本发明已认识到，高压区HD的固有频率f_eigen如同声速一样取决于高压区 HD中的燃料的温度。因此，在借助于功能块131a确定出的固有频率f_eigen已经知道的情 况下，可以借助于第二功能块131b确定高压区HD中的燃料温度T。为了提高根据本发明的方法的精确度，功能块131b在确定燃料温度T时，除了固 有频率f_eigen之外，还可以考虑例如燃料类型和/或燃料压力p_HD。功能块131a、131b可以包含例如相应的特征曲线和/或特征域或者表示被观察的 参量p_HD、f_eigen、T的模型。作为对高压区HD中燃料压力p_HD的确定方法的替代或补充方案，可以对表示占 据在高压区HD中的燃料压力p_HD的等效参量进行确定，并将其用于根据本发明的温度确 定中。这样的等效参量的例子有借助于夹紧式压力传感器和/或固体声传感器和/或应变 片获得的测量值，所述测量值包含有关燃料压力P_HD的信息并因而也包含有关固有频率f_eigen的信息。另外有利的是，可以通过高压区HD的重心频率来获得固有频率f_eigen的近似 值。因此在这一发明变例中，并非从唯一的固有频率值推出燃料温度T，而是对压力信号p_ HD实施根据本发明的频率分析，从而得到重心频率f_cog，请参见图2b中的功能块131a’。 一定的感兴趣的例如大约3kHz到大约5kHz的频段的这种重心频率f_cog接近固有频率的 值并同样可以用来确定燃料温度T，请参见图2b中的功能块131b’。图3示出了比如在内燃机的热机运转期间得到的高压区HD(图1)中的燃料温度 T的时间曲线。同样，从图3中能够看到重心频率的时间曲线，所述重心频率在所观察的时 间内基本上是线性减小的。固有频率或重心频率f_cog与温度T之间反映出来的关系根据 本发明得以利用并例如可以以特征曲线的形式在图2b中的功能块131b’中实现。功能块131a、131b、131a’、131b，的功能可以整合在例如控制器130尤其控制器 130的诸如微处理器这样的计算单元中。于是，依据另一有利的发明变例，如果在评估固有频率f_eigen和/或重心频率f_ cog和/或等效参量时考虑大约IkHz到大约5kHz优选到大约3kHz的频率范围，则可以特 别精确地确定燃料温度。不感兴趣的频率范围，尤其是频率< IkHz的低频部分，根据本发 明可以通过对观察到的信号进行低通或带通滤波除去。例如，在将压力信号P_HD输入功能 块131a之前，可以对其实施相应的带通滤波(未示出)，请参见图2a。为了即使在使用不同的对于所述控制器130而言事先并不熟悉的燃料类型时也 能确保根据本发明的方法的高的精确度，实施下面所述的方法。首先，在燃料喷射系统100的第一工作点中确定高压区HD(图1)的第一固有频率 f_eigen_l，其中所述燃料温度T具有已知的值T_l。例如，在燃料喷射系统100和包含所述燃料喷射系统100的内燃机和/或周围环 境之间的热平衡之后即是这种情况。温度T_1可以从通常已存在于控制器130中的例如环 境温度和/或冷却水温度和/或发动机油温度中推导得出。接着，需在所述燃料喷射系统100的至少一个另外的工作点中确定出至少一个另 外的固有频率f_eigen_2，对于该至少一个另外的工作点而言，燃料温度具有未知的第二值 T_2。从所述第一固有频率与所述至少一个另外的固有频率之间的差值Δ f_eigen = f—eigen—2_f—eigen—1最终可以推导出在所述至少一个另外的工作点中的燃料温度。这一点根据本发明是可以做到的，因为固有频率的由于燃料温度而产生的梯度 Δ f_eigen/ Δ T通常是恒定的且尤其与燃料类型无关，因此，燃料温度的值Τ_2可以从等式 AT = T_2-T_l中确定得出Τ_2 = ΔΤ+Τ_1，其中，ΔΤ = Δ f_eigen/const.(常数)。这意味着，只要梯度Af_eigen/AT = const.存储在控制器130中，就能够从两 个根据本发明确定的固有频率f_eigen_l、f_eigen_2的差值有利地确定出燃料温度T_2。在这一方法变例中，也可以采用重心频率f_cog或者其他表征固有频率f_eigen 的参量代替固有频率f_eigen。根据本发明的方法可应用于一切具有高压区HD的燃料系统100中，在这些燃料系统中能够以足够的精确度及用于根据本发明的评估的采样率得到燃料压力P_HD。特别是必 须有可供利用的燃料压力信号P_HD，该燃料压力信号还需具有千赫范围内的、优选在大约 IkHz与大约5kHz之间的频率份额(Frequenzanteile)。
权利要求
用于确定尤其内燃机的燃料喷射系统(100)的高压区(HD)中的燃料温度(T)的方法，其特征在于，确定所述高压区(HD)的固有频率(f_eigen)，并从该固有频率(f_eigen)推导出燃料温度(T)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据占据在高压区(HD)中的燃料压力 (p_HD)的时间曲线尤其通过对表征燃料压力的燃料压力信号进行评估来确定所述高压区 (HD)的固有频率(f_eigen)。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，借助于夹紧式压力传感器和/或 固体声传感器和/或应变片确定出表示占据在高压区(HD)中的燃料压力(p_HD)的等效参 量，并且作为替代或者补充方案根据该等效参量确定所述固有频率(f_eigen)。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，以所述高压区(HD)的重心频率 (f_cog)作为所述固有频率(f_eigen)的近似值。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在燃料喷射系统(100)的第一工 作点中确定高压区(HD)的第一固有频率，对于所述第一工作点而言，燃料温度尤其在燃料 系统(100)和包含所述燃料系统的内燃机和/或周围环境之间的热平衡之后具有已知的 值；在所述燃料喷射系统的至少一个另外的工作点中确定至少一个另外的固有频率，对于 该至少一个另外的工作点而言，燃料温度是未知的；并且从所述第一固有频率与所述至少 一个另外的固有频率之间的差异推导出在所述至少一个另外的工作点中的燃料温度。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在评估所述固有频率(f_eigen) 和/或所述重心频率(f_cog)和/或所述等效参量时考虑大约1kHz到大约5kHz优选到大 约3kHz的频率范围。
7.用于尤其内燃机的燃料喷射系统(100)的控制器(130)，其特征在于，所述控制器 (130)被构造用于实施根据前述权利要求之一所述的方法。
8.一种存储元件，在该存储元件上存储了计算机程序，所述计算机程序能够在计算设 备上尤其在微处理器上或者在数字信号处理器(DSP)上运行且适于实施根据权利要求1至 6之一所述的方法。
9.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序当其在计算设备上尤其在微处理器 上或者在数字信号处理器(DSP)上运行时适于实施根据权利要求1至6之一所述的方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定燃料温度的方法，尤其是用于确定尤其内燃机的燃料喷射系统(100)的高压区(HD)中的燃料温度(T)的方法。根据本发明，确定所述高压区(HD)的固有频率(f_eigen)，并从该固有频率(f_eigen)推导出燃料温度(T)。
文档编号F02D41/26GK101892920SQ201010186630
公开日2010年11月24日 申请日期2010年5月19日 优先权日2009年5月20日
发明者A·西门斯, B·弗里, M·申克, S·奥尔布里克, S·迈耶-萨尔费尔德 申请人:罗伯特.博世有限公司