专利名称：运行具有配量单元和燃料泵的内燃机的燃料系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的方法以及如各并列权利要求所 述的计算机程序、电存储介质以及控制和/或调节装置。
背景技术：
从市场来看，用于内燃机的燃料喷射系统是公知的，在所述燃料喷射系统中，高压 泵的配量单元通过脉冲化的信号以脉宽调制的方式来触发。由此能够更加精确地对燃料进 行配量，这是因为通过强制的微观运动显著地减小了摩擦效应，进而减小了阀门迟滞作用。 这种配量单元尤其被应用于直接喷射的燃料喷射装置。在这种燃料喷射装置中，对控制起 决定作用的脉宽调制信号(PWM-Signal)的频率通常是恒定的。在DE 10 2005 020 362 Al中公开了一种组合式的体积流量和压力调节阀，其中， 体积流量调节阀和压力阀通过共同的致动器来控制。其中，致动器是以脉宽调制的输入信 号来控制的，所述输入信号根据运行条件在两个PWM频率之间变换。在DE 10 2007 000 070 Al中描述了一种配量单元。
发明内容
本发明的基本问题通过如权利要求1所述的方法以及通过如各并列权利要求所 述的计算机程序、电存储介质与控制和/或调节装置得以解决。在各从属权利要求中给出 了其他的有利改进方案。本发明的另外的重要特征请见随后的说明以及附图，这些特征无 论是单独还是在不同的组合中，对于本发明而言都很重要，对此无需明确重申。本发明具有的优点是，在按本发明运行的内燃机燃料系统中，燃料泵的高压 侧上的压力波动以及相应的输送量波动被降低到了最小程度。尤其是单缸燃料泵 (Einzylinderkraftstoffpumpen)的输送量将变得更为均勻。在下文中，周期性脉冲化的信号也被称作PWM信号(脉宽调制信号)。通过利用PWM信号进行触发，致动器的磁衔铁陷入微观运动状态。由此减小了配 量单元的摩擦效应，并且能够更精确地分配燃料量。其中，包含在PWM信号中的直流份额确 定了配量单元的平均的开启截面。根据本发明，PWM信号在其频率上被连续改变。这种频 率变化是至少区域性地(bereichsweise)根据燃料泵的转速(泵频率)发生的，其中，PWM 信号的频率例如成比例地跟随燃料泵的转速。另外，有利的是将衔铁的微观运动尽可能恒 相地与燃料泵的工作冲程的周期关联起来。这样，配量单元的开启截面在燃料泵的吸入行 程期间基本上与致动器的微观运动无关，从而使输送量波动得以避免。此外建议所述频率至少在燃料泵的转速范围内相当于一个至少大约整数的 因子与所述燃料泵的转速的乘积。因此使周期性脉冲化的信号的频率至少区域性地 (bereichsweise)与燃料泵的转速同步。这种建议基于如下考虑，即，配量单元通常是在燃 料泵尤其高压泵的吸入通道中运行的。通过同步化，实现了下述目的，即，配量单元的开启 截面在燃料泵的逐次的吸入行程中不会以违背意愿的方式改变，也就是说，在转速恒定和额定输送量恒定时，配量单元的开启截面保持恒定。通过这种方式就避免了在燃料泵的压 力侧的压力波动，从而能够特别精确地将燃料量喷入到内燃机中。其中，整数的因子大于或 等于1，因而，在燃料泵的一个工作行程上总是分摊到衔铁的微观运动的一个或多个周期。当所述整数的因子取决于燃料泵的转速(泵频率)时，这种方法工作得尤其好。例 如，已证实150至250赫兹的范围尤其适合用作PWM信号的频率。因此，使前述的整数的因 子根据燃料泵的转速来作改变是适宜的。这种改变以这样的方式实施，即，使得产生的PWM 频率落入燃料泵的相对较宽的转速范围，例如在150至250赫兹的区间内。在燃料泵的较 低转速范围内，PWM频率可以首先与燃料泵的转速成比例地被控制(gefilhrt)。在燃料泵的 转速继续提高时，通过将整数的因子转换到较低的值，同样可降低PWM频率，从而使PWM频 率再次落入大约150至250赫兹的区间内。相反，为将PWM频率保持在大约150至250赫 兹的范围内，在燃料泵的转速减小时，所述整数的因子增大。在各种情况中均有利的是使周 期性脉冲化的PWM信号的频率尽可能精确地与燃料泵的转速同步。根据本发明的方法在此种情况下工作得更好，S卩，频率从上极限频率和/或下极 限频率起不再取决于燃料泵的转速，优选恒定地保持在所述上极限频率或者下极限频率的 高度上。例如，PWM频率可优选在燃料泵的转速的上部范围内保持在所述上极限频率的高 度上。相应地，PWM频率可优选在燃料泵的转速的下部范围内保持在所述下极限频率的高 度上。此时需考虑到这样的运行情况，在这些情况中，继续与所述整数的因子相适配是没有 意义或者不可能的。PWM频率需避免采用过大或过小的值，这样的值对致动器的运行是不 适合或有损害的。若PWM频率过大，则微观运动的作用将变小，且代表配量单元工作方式的 摩擦迟滞作用将变大。由此，不利的配量单元调节特性有可能出现。如果在相反的情况中， PWM频率过小，则微观运动将变得过大。这同样可能使配量单元的调节特性恶化，并增加在 配量单元的轴承或滑阀中的磨损。作为补充，本发明建议使极限频率取决于燃料系统的运行参数，尤其取决于燃料 泵的转速和/或燃料泵的输送量。通过这种方式，考虑到内燃机的实时运行状态，对配量单 元的触发能够得到最佳的适配。此外，本发明建议通过改变周期性脉冲化的信号的占空比来改变配量单元的配 量截面。配量单元例如可由PWM信号通过下述方法得到触发，即，PWM信号的接通时间 (Einschaltdauer)在所有运行范围内均保持恒定，而由此产生的脉冲的频率则是变化的。 通过这种方式能够改变PWM信号在时间上的平均值，并且使配量单元的配量截面适配实时 需要输送的燃料量。然而，在采用根据本发明的方法的应用中，PWM信号的频率也已根据燃 料泵的转速得以调整。因此，PWM频率就不可再作为自由度使用。但是，代表PWM信号的脉 冲的接通时间仍然能够被改变，从而使PWM信号的占空比随之改变，由此同样改变了在时 间上的平均值，并且使得配量单元的配量截面与实时的燃料需求相适配。
下面参考附图对本发明进行解释。在附图中图1是一个内燃机的燃料系统的示意图；图2是上图所示燃料系统的配量单元的示意性剖视图，图示中的配量截面相对敞
图3是与图2相似的示图，图示中的配量截面被减小了 ；图4是描绘燃料系统以及如图2和图3所示的配量单元的不同运行参数与时间之 间的关系的图表；图5是描绘图2中的配量单元的脉宽调制信号(PWM信号)的频率与泵的转速之 间的关系的图表；以及图6是具有不同占空比的PWM信号与时间之间的关系的图表。
具体实施例方式对于全部附图中的功能相当的元件与参数，即便这些元件各自属于不同的实施 例，均采用相同的附图标记。图1示出了一种用于机动车的内燃机10的燃料系统12。前输送泵 (Vorforderpumpe ) 18从位于图1左下部的燃料储备容器14出发通过吸入管16连接。 前输送泵18将燃料通过输送管20抽吸到配量单元22中。其中，配量单元22由致动器24 控制。燃料由配量单元22配量，并通过管26转送至高压泵28。在高压泵28中，燃料被压 缩到高压。其通过高压管30到达高压储存器32 (共轨(Common-Rail))中。本发明中，在 该高压储存器上连接着4个喷射器34，所述喷射器将燃料喷入内燃机10的燃烧室中。另外，在高压储存器32上布置有压力传感器36，该传感器通过第一数据线38与控 制和/或调节装置40连接在一起。控制和/或调节装置40另外通过第二数据线42与配 量单元22的致动器24相连接。此外，控制和/或调节装置40通过第三数据线44与内燃 机10相连接。此外，控制和/或调节装置40具有多条第四数据线46，利用这些第四数据线 可以接收不同的参数，例如机动车油门踏板的位置。内燃机10的转速通过第三数据线44传送给控制和/或调节装置40。只要在高压 泵28 (下文中也称作燃料泵28)的转速(泵频率)与内燃机10的转速之间存在固定的关 系，就可由此推导出燃料泵28的转速。可选地，可通过(未示出)在燃料泵28与控制和/ 或调节装置40之间的连接线来确定燃料泵28的转速。作为补充，在控制和/或调节装置 40之中示意性地绘出了计算机程序47和电存储介质49。在运行中，前输送泵18从燃料储存容器14中吸出燃料并将其输送至配量单元22。 通过致动器24将所配量的燃料量转送给高压泵28。高压泵28将获得的燃料量抽吸到高压 储存器32中，内燃机10的各个缸(未示出)由所述高压储存器利用喷射器34输送燃料。控制和/或调节装置40通过数据线42利用PWM信号控制配量单元22的致动器 24。其中PWM信号的频率是根据内燃机10的实时转速确定的。配量的燃料量因此是由PWM 信号48的占空比确定的。图2以示意性剖视图的形式示出了图1所示的配量单元22。在壳体50上连接有 输入管52和输出管54。在图2的左边示出了致动器24，该致动器在本发明中被构造为电 磁件。电磁件具有衔铁56和衔铁线圈58。衔铁56在图2中的右侧部分通向位于壳体50 中的滑阀60。其中滑阀60受到描绘在图2中的右侧部分的螺旋弹簧62的弹簧力作用。如 图2所示，螺旋弹簧62将滑阀60压向左侧。相应地，致动器24的衔铁56按照图2所示的 方式并根据衔铁线圈58的通电(Bestromimg)情况施加向右的力。因此，在这两个力之间
5出现平衡状态，配量单元22的配量截面64即由此平衡状态决定。在本发明中，配量截面64 较宽地敞开，从而使燃料能够从输入管52通过配量单元22的壳体50与配量截面64流入 输出管54中。在运行中，不采取相应措施的话，有可能在配量单元22中产生不期望的效应，例 如由于在衔铁轴承中的静摩擦或者由于磁迟滞特性或者由于液压的粘附效应而导致的迟 滞效应。然而，触发致动器24的PWM信号48将衔铁56置于微观运动中，由此可显著减小 这些不期望的效应。图3示出的是与图2中所示相同的配量单元22。不同之处在于，在本图中，衔铁 线圈58的衔铁电流被调整得较小。所以与图2相比，衔铁56和滑阀60被向左移动了一小 块，由此形成了相对较小的配量截面64，该配量截面已具有了几乎缝隙状的特点。显然，恰 恰就是在这种相对小的配量截面的情况下，小的微观运动就能够对实时的配量截面64的 大小产生明显的影响。图4用图表阐明了配量单元22和燃料泵28的实时的输送量70是如何取决于PWM 信号48的频率与燃料泵28的泵频率之间的关系的。叠加地示出了四个图表，图表的横坐 标是时间“t”。时间上的尺度对于全部四个图表都是相同的。下面将四个图表从上到下分 别称作第一、第二、第三和第四图表。各图表的左半部分沿现有技术的方向进行，在现有技 术中，PWM频率与泵频率不同步；各图表的右半部分描绘了在PWM频率至少部分与泵频率同 步时的情况。这两个半部分通过垂直线65分隔开。第一图表在纵坐标66上规定了燃料输送量，其中，水平的虚线指出的是需要输送 的燃料的(平均)输送量68。以相等的间距从左至右描绘出的垂直线表征的是与燃料泵28 的工作冲程相应的被实时输送的燃料量70。第二图表沿纵坐标72的方向表示出了燃料泵 28的活塞随时间的运动73。在本图中形成的是大约呈正弦型的曲线。因此，正弦曲线的最 高点对应于第一图表的输送时间点。在第三图表中，纵坐标74以与第四图表中所示的PWM 信号48的脉冲76相适配的方式规定了滑阀60的微观运动。纵坐标78表征的是供应到致 动器24中的电压或电流。可以看到，在虚线65左侧所示出的非同步区域中，描绘在第一图表中的所输送的 燃料量70承受着波动。其原因可通过活塞运动73与滑阀60的微观运动75的比较得出。 可以看到，滑阀60的微观运动75是如何不依赖于在图2中示出的活塞运动73而走向的。 因此在此情况下，滑阀60的微观运动75的频率大于燃料泵的泵频率。相应地，在第一图表 中可见的燃料输送时间上，第二图表的活塞运动73与第三图表的微观运动75之间的相位 是不同的。由此就解释了第一图表的燃料量70的波动。在虚线65右侧的区域内，PWM信号48关于燃料泵28的泵频率实行同步运行。从 现在起，第二图表的活塞运动73的频率和相位分别与第三图表的微观运动的频率和相位 相同。相应地，对于每一工作冲程，在第一图表中被输入的燃料量70均相同。另外，在第四 图表中可见，与在第一图表中由水平的虚线标识的平均输送量68相应，PWM信号48在垂直 线65之前和之后的占空比保持相同。图5示出的图表具有描绘在横坐标上的燃料泵28的泵频率82 (泵转速)与描绘在 纵坐标上的PWM频率84 (PWM信号的频率)。两条垂直的虚线分别指明了一个低频率值86 和一个高频率值88。两条水平的虚线分别指明了一个下极限频率90个上极限频率92。三
6条从图表的原点出发向右上方延伸的直线代表PWM频率84关于泵频率82的三个因子94a、 94b和94c。在位于低频率值86之下的泵频率82的范围内，PWM频率84具有稍大于下极 限频率90的恒定的低值96。在低频率值86的上方，PWM频率84首先以一个由直线94a预 先确定的斜率增加。在达到频率值98时，转换到第二因子94b。在继续延伸中，随着泵频率 82的增加，PWM频率84在这一直线94b上升高，直至达到频率值100，在这一频率值上再次 转换到下一因子94c。相应地，在继续延伸中，PWM频率84再次升高，直到它从高频率值88 起过渡到恒定的上部值102。恒定的上部值102紧邻在上极限频率92的下方。可以看出，在燃料泵的转速或者说泵频率82的宽阔的范围内，PWM频率84以与泵 频率82同步的方式延伸，其中，只有代表两者关系的因子94在相应的值94a、94b和94c上 转换。只有在高于上频率值88以及低于下频率值86的范围内，PWM频率84才不与燃料泵 的转速同步。此外，可以看出应如何通过适当地选择频率值98和100 (因子94在这些值上 发生转换)来将PWM频率84调整到优选的平均范围上。图6在两个互相叠置的时间图表上示意性地示出了 PWM信号48的占空比与时间 平均值103之间的关系。占空比被限定为脉冲持续时间105与周期持续时间104的比例。 为更好地加以阐明，在图6中，与对于全部脉冲而言都相同的周期持续时间相一致，PWM频 率84处处恒定。在下方的图表中，从第一时间点106直到第二时间点108为止，PWM信号 48的占空比例如是增大的。相应地，在上方的图表中出现的是一个总是增大的时间平均值 103。
权利要求
用于运行具有配量单元(22)和燃料泵(28)的内燃机(10)的燃料系统(12)的方法，其中，借助于周期性脉冲化的信号(48)来控制所述配量单元(22)的致动器(24)，所述周期性脉冲化的信号的频率(84)是能够改变的，其特征在于，所述频率(84)至少区域性地取决于所述燃料泵(28)的转速(82)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述频率(84)至少在所述燃料泵(28)的 转速(82)的范围(86，88)内相当于一个至少大约整数的因子(94)与所述燃料泵(28)的 转速(82)的乘积。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述整数的因子(94)取决于所述 燃料泵(28)的转速(82)。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述频率(84)从上极限频率(92) 和/或下极限频率(90)起不再取决于所述燃料泵(28)的转速(82)，优选恒定地保持在所 述上极限频率(92)或者下极限频率(90)的高度上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述极限频率(90，92)取决于所述燃料系 统(12)的运行参数，尤其取决于所述燃料泵(28)的转速(82)和/或所述燃料泵(28)的 输送量(68)。
6.根据前述权利要求所述的方法，其特征在于，通过改变所述周期性脉冲化的信号 (48)的占空比来改变所述配量单元(22)的配量截面(64)。
7.计算机程序(47)，其特征在于，该计算机程序是为了应用于根据前述权利要求之一 所述的方法而编程的。
8.用于内燃机(10)的控制和/或调节装置(40)的电存储介质(49)，其特征在于，应 用于根据权利要求1至6所述的方法的计算机程序(47)被存储在该电存储介质上。
9.用于内燃机(10)的控制和/或调节装置(40)，其特征在于，所述控制和/或调节装 置是为了应用于根据权利要求1至6之一所述的方法而编程的。全文摘要
本发明涉及一种运行具有配量单元(22)和燃料泵(28)的内燃机(10)的燃料系统(12)的方法，其中，借助于周期性脉冲化的信号(48)来控制所述配量单元(22)的致动器(24)，该脉冲化的信号的频率(84)是能够改变的，其中所述频率(84)至少区域性地取决于所述燃料泵(28)的转速(82)。
文档编号F02D41/38GK101956618SQ20101023248
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月16日 优先权日2009年7月17日
发明者B·施罗德, M·施内尔, U·米勒 申请人:罗伯特.博世有限公司