用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置和方法。燃式发动机(1)配置有所谓的共轨系统，所述共轨系统具有高压泵(6)和用于在燃料混合物被喷射到发动机(1)中之前存储燃料混合物的蓄料器罐(7)。所述装置包括控制单元(9)，所述控制单元适于以来自压力传感器(7a)的压力值为基础来确定在一段时间(Δt)内蓄料器罐(7)中的压力变化(Δp)、适于提供关于具有已知辅助燃料含量的参考混合物在相同一段时间(Δt)内的对应压力变化(Δp0)的信息、以及适于通过将与燃料混合物有关的压力变化(Δp)和与参考混合物有关的压力变化(Δp0)相比较来估算燃料混合物中的辅助燃料含量。在高压泵(6)将最大体积的燃料混合物加压同时没有燃料被喷射到发动机中的操作状态下进行所述估算导致具有极佳准确性的估算。
【专利说明】用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1和10的前序部分的一种用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置和方法。
【背景技术】
[0002]柴油燃料近期包括传统柴油和FAME(脂肪酸甲酯)的混合物。FAME是主要基于作为原材料的蔬菜油的可再生柴油燃料的通用名称。最常用的原材料是菜籽油，所述菜籽油能被酯化成菜籽油甲酯(RME)。RME从而是FAME的一种形式。在瑞典，柴油燃料当前包含7%的FAME，但是柴油燃料在其他国家具有不同的FAME含量。具体地，被驾驶穿过国境的车辆从而可能利用具有不同FAME含量的柴油燃料来运转。
[0003]包含FAME的柴油燃料的特性与传统柴油的那些特性不同。它们如何不同取决于燃料包含多少FAME。包含FAME的柴油燃料例如将与传统柴油在点火温度、能量含量、以及蒸发温度方面不同。这些特性影响发动机的燃烧过程、排气后处理、以及机油。
[0004]柴油燃料通常以非常高的压力被喷射到柴油发动机的燃烧空间中。所谓的“共轨”系统被广泛使用以使这样的喷射成为可能。共轨系统包括高压泵，所述高压泵将处于非常高的压力的燃料泵送到蓄料器罐(共轨)。罐中的压力可以在操作期间达到2000巴。罐中的燃料由电子喷射器构件来喷射到发动机汽缸中。电控单元基本上以多种参数(诸如发动机负载和发动机速度)为基础来持续地计算将被供应到相应汽缸的燃料量。所述电控单元也接收来自压力传感器的关于罐中的当前压力的信息。所述电控单元使用罐中压力的信息来控制电子喷射器的开放时段，以使得被计算的燃料量以良好的准确性来供应到相应的汽缸的燃烧空间。
[0005]SE 518 924涉及一种用于通过检测在关闭阶段期间阀在阀单元中的移动来将燃料的质量估算为对于燃料的含能量很有意义的的值的方法和装置。在发动机中被喷射的燃料量以所述值为基础来控制。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种与燃式发动机中的混合物的燃烧有关的用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置和方法。
[0007]所述目的利用在【背景技术】中提到类型的装置来实现，所述装置具有在权利要求1的特征部分中指示出的特征。本发明使用喷射系统，由此燃料混合物由高压泵来加压并且在被喷射到发动机中之前被引至蓄料器罐。借助于罐中的压力传感器，可以在高压泵正运转时估算其中的混合物的压力上升。所述压力上升涉及混合物的密度、黏度、压缩率等，在多种情况下，所有这些因素在两种混溶燃料之间可能是相对不同的。当具有不同辅助燃料含量的混合物在高压泵中被加压时，存在可明确测量的压力差异。根据本发明，混合物在其已由高压泵来加压之后的压力上升被确定。根据本发明，控制单元能访问关于具有已知辅助燃料含量的参考混合物的对应压力上升值的信息。通过将燃料混合物在其已由高压泵来加压之后的压力上升与参考混合物的压力上升相比较，控制单元能将燃料混合物的压力上升和参考混合物的压力上升相关联。如果燃料混合物的压力上升与参考混合物的压力上升大致相同，则燃料混合物中的辅助燃料含量将与参考混合物中的辅助燃料含量类似。如果燃料混合物的压力上升大于或小于参考混合物的压力上升，则燃料混合物将具有比参考混合物更高或更低的辅助燃料含量。如果例如燃料混合物的压力上升大于参考混合物的压力上升，则在上升的辅助燃料含量导致更高的压力上升的情况下，燃料混合物将具有比参考混合物更高的辅助燃料含量。
[0008]为实现燃料混合物中的辅助燃料含量的尽可能好的估算，适当的是在规定操作状态下进行估算。控制单元适于在高压泵将基本上最大体积的燃料混合物加压同时没有燃料被喷射到发动机中的状态下进行所述估算。所述估算导致蓄料器罐中的最大压力上升以及随后以最优准确性来估算燃料混合物中的辅助燃料含量的可能性。利用最大体积，柱塞泵中的100%完全泵送冲程具有几何学上良好限定的体积。
[0009]在本发明的一个实施方式中，控制单元适于提供关于具有不同的已知辅助燃料含量的两种或更多种参考混合物在所述一段时间内的对应压力变化的信息。所述信息使控制单元能更准确地估算辅助燃料含量。所述控制单元例如可以在此估算出:燃料混合物中的辅助燃料含量处于两个参考混合物中的已知辅助燃料含量之间。替代地，所述控制单元可以估算出燃料混合物中的辅助燃料含量的更接近定义值。所述值使控制单元能使用与燃料混合物有关的压力上升和与参考混合物有关的压力上升之间的比率或差异的量度来从而更准确地估算燃料混合物中的辅助燃料含量。
[0010]在本发明的一个实施方式中，控制单元适于依据发动机利用所述参考混合物的先前运转来提供所述与参考混合物的压力变化有关的信息。即使两个高压泵是相同类型的，它们也将不具有完全相同的特性。更旧的高压泵的那些特性也可能与其全新时相比产生一些变化。在燃料混合物具有被良好限定的辅助燃料含量的状态下，控制单元可以存储对于将燃料混合物加压的特定高压泵的在不同操作状况下的压力上升的参考值。所述存储可以以规则的间隔来完成，使控制单元能一直访问与参考混合物有关的利用高压泵实现的相关压力上升值。替代地或结合地，对于涉及特定类型高压泵的一个或多个参考混合物的更总体的压力上升值可以对于控制单元可用。
[0011]在本发明的另一优选实施方式中，所述一段时间是高压泵将燃料混合物加压的连续时间段。高压泵可以被如此配置，使得其将燃料混合物间歇性地加压，使控制单元能将燃料混合物在这样一段时间中的压力上升和参考混合物利用相同高压泵在相同一段时间中的压力上升的值相比较。高压泵可以是柱塞泵，以及时间段可以是使燃料混合物经历一个压缩冲程所需要的时间。替代地，时间段可以涉及两个或更多压缩冲程或涉及柱塞泵的旋转速度。柱塞泵在压缩冲程期间提高燃料混合物的压力，而燃料混合物的压力在泵的返回冲程期间在蓄料器罐中维持不变或变得略微更低。高压泵向罐中添加与被喷射到发动机中的燃料混合物基本上相同的燃料混合物量。
[0012]在本发明的另一优选实施方式中，控制单元适于以关于燃料混合物中的辅助燃料的被估算含量的信息为基础来控制发动机。混合物的特性将随混合物中的辅助燃料含量而改变，所述特性尤其影响燃烧过程、发动机排气后处理、以及机油。在这种情况下，控制单元从而在混合物被喷射到发动机中之前估算混合物中的辅助燃料含量。所述控制单元能根据混合物中的辅助燃料含量来使用所述信息进行发动机的特定控制，以使得燃烧过程、发动机排气的后处理、以及机油采用期望特性而基本上不考虑混合物中的辅助燃料含量。
[0013]在本发明的另一优选实施方式中，控制单元适于在发动机的规定操作状态下估算混合物中的辅助燃料含量。既不适当也不可能在所有操作状态下估算所述含量。由于混合物基本上仅可能在加油场合经历在其辅助燃料含量方面的被标记的变化，因此可能足以在每次加油之后或仅在车辆利用具有未知辅助燃料含量的混合物来加油的状态下估算所述辅助燃料含量。
[0014]在本发明的另一优选实施方式中，控制单元适于估算柴油燃料混合物中的辅助燃料含量。柴油燃料当前通常包含传统柴油和作为辅助燃料的一些形式的生物柴油。生物柴油是类似于柴油燃料并且不由汽油制品组成而是由烷基酯的长链组成的推进剂。所述生物柴油通过蔬菜油或动物脂肪的酯基转移作用来制成并且可以被独自使用或与传统柴油混合使用。控制单元在此可以适于估算燃料混合物中的辅助燃料FAME含量。FAME是主要基于作为原材料的蔬菜油的生物柴油的通用名称。FAME的一个形式是由菜籽油、甲醇、以及氢氧化钾制成的RME。
[0015]上文中指示出的目的也利用在【背景技术】中提及类型的方法来实现，所述方法具有在权利要求10的特征部分中被指示出的特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明的优选实施方式在下文中通过实施例的方式并且参照附图来描述，其中:
[0017]图1描绘用于估算柴油燃料混合物的FAME含量的装置，
[0018]图2是具有示出在用于具有不同的FAME含量的两个柴油燃料混合物的蓄料器罐中的压力可能如何随时间变化的曲线的示意图，以及
[0019]图3是展示根据本发明的一种方法的流程图。
【具体实施方式】
[0020]图1描绘呈被示意性指示出的柴油发动机I形式的燃式发动机的燃料喷射系统。喷射系统和发动机有利地被装配在重型车辆中。喷射系统是所谓的“共轨”系统并且包括用于将燃料从燃料罐3供应到发动机汽缸的燃料管线2。燃料在这种情况下是由传统柴油和FAME组成的柴油燃料混合物。FAME是通过蔬菜油或动物脂肪的酯基转移作用来制成的推进剂。所述FAME是生物学上可降解并且无毒的。燃料泵4被配置在燃料管线2中以将燃料从燃料罐3经由过滤器5输送到高压泵6。高压泵适于将燃料加压，以使得所述燃料在高压下被供给到呈所谓的共轨的形式的蓄料器罐7中。高压泵包含在压缩冲程期间将燃料加压的柱塞。蓄料器罐中的高压用作驱动力以使得能将处于高压的燃料喷射到发动机的相应汽缸中。为控制燃料的喷射，喷射构件8被配置在蓄压器罐和相应汽缸之间的每个连接部处。当喷射构件被置于开放状态时，所述喷射构件将处于高压的燃料喷射到相应汽缸中。电控单元9适于控制燃料泵4、高压泵6、以及喷射构件8的操作。压力传感器7a被装配在蓄料器罐中以监控其中的压力并且将包含关于被监控压力值的信息的信号发送到控制单元9。
[0021]当发动机I被发动时，控制单元9启动燃料泵4和高压泵6，以使得燃料在高压下被供给到蓄料器罐7中。与此同时，控制单元启动喷射构件8，以使得燃料在高压下从公共蓄料器罐中被喷射到发动机的相应汽缸中。在发动机的操作期间，控制单元基本上持续地接收关于参数(诸如发动机负载和发动机速度)的控制信号。所述控制单元使用所述信息来计算需要被供应到发动机汽缸的燃料量。与此同时，所述控制单元接收来自压力传感器7a的关于蓄料器罐中的瞬时压力的信息。知晓期望燃料量和罐中的压力使控制单元能调整相应喷射构件的开放时间段，以使得最优燃料量在正确时间被供应到每个发动机汽缸。
[0022]尽管FAME可以被描述为柴油燃料，但是所述FAME的特性与传统柴油不同。所述FAME例如具有比传统柴油更高的燃烧温度、更低的含能量、以及更高的蒸发温度。在发动机I中经历燃烧的燃料混合物因此将具有随着燃料混合物中的FAME含量而改变的燃烧温度、能量含量、以及蒸发温度。具体地，操作发动机包括尽可能给予所述发动机高的效率、减少在燃烧过程期间形成的废气、为实现所述排气的最优清洁(例如在氧化催化剂、SCR催化剂、颗粒过滤器等中)而给予排气适当的温度、以及保持机油处于使不可避免地与所述机油混合的燃料蒸发的温度。在不同国家中的利用柴油加油期间，燃料中的FAME含量可能改变。在传统喷射系统中，控制单元适于控制具有被预先确定的FAME含量的燃料混合物到柴油发动机中的喷射。如果混合物中的FAME含量更高或更低，则在上文中被涉及的期望特性将不会以最优的方式来实现。
[0023]FAME的密度、黏度、以及压缩率也与传统柴油的那些密度、黏度、以及压缩率不同，结果是当相同体积的所述FAME和传统柴油均被压缩时，所述FAME到达比传统柴油更高的压力。
[0024]图2由粗的连续线10来代表蓄料器罐7中的压力在利用包含已知FAME含量x的参考混合物的发动机I的不同操作状态下可以如何改变，以及较细的连续线11代表蓄料器罐中的压力在利用具有更高FAME含量X的燃料混合物的发动机的相同操作期间如何改变。在从、至&的第一时间段期间，罐中的压力上升。在这种状态下，并非高压泵6的所有排量都被利用来将罐中的 燃料加压。在时间h处，燃料混合物处于比在类似时间处的参考混合物更低的压力。蓄料器罐中的压力增加在高压泵的压缩冲程期间发生，而压力在高压泵的返回冲程期间基本上不变或略微减小。蓄料器罐中的临时压力下降基本上是因为燃料被喷射到发动机中。
[0025]在时间h处，燃料混合物和参考混合物处于相同压力。从而可以发现，燃料混合物的压力在时间段h至h中已比参考混合物的压力上升更多。在时间^处，最高可接受压力等级在蓄料器罐中被达到。控制单元因此使高压泵在时间段^至t2期间仅执行相对较少量的工作。压力在此按照与蓄料器罐中的燃料混合物以及参考混合物有关的曲线10来逐步下降。曲线10和11在所述时间段中重合。在时间〖2处，罐中的最低可接受压力等级被达到。在第三时间段〖2至〖3中，罐中的压力非常迅速地上升。在这种状态下，高压泵的整个排量被利用以将罐中的燃料加压同时没有燃料被喷射到发动机中。在此，控制单元能以来自压力传感器7a的信息为基础来确定高压泵的每个压缩冲程的压力上升Λρ。压缩冲程在与高压泵速度相关的时间段At期间发生。控制单元可以具有被存储的与参考混合物在类似工作状态下在时间段At中的压力上升Aptl有关的信息。有利地，所述控制单元已在发动机先前利用具有已知FAME含量的燃料混合物运转期间获得所述信息。替代地，控制单元可以以一些其它方式访问参考混合物的适当的压力上升值ΛΡ(1。
[0026]图3是展示用于估算燃料混合物的FAME含量的方法的实施例的流程图，其在步骤12处开始。为尽可能准确地估算燃料混合物的FAME含量，适当的是将燃料混合物的压力上升Ap和参考燃料的压力上升在两者都处于尽可能大的值时相比较。燃料混合物的最大压力上升△ P(l在高压泵的整个排量被利用以将混合物加压同时没有燃料从蓄料器罐中被供给出到发动机的操作状态下发生。这样的状态在图2中的时间段12至&中被描绘。所述方法有利地在车辆已被加油之后第一次发生这样的状态时开始。所述方法可以自动地发生或由车辆驾驶员在他/她知晓或怀疑燃料混合物具有与参考混合物不同的含量时用适合的按钮或类似物来启动。在步骤13处，这样的状态发生，以及控制单元接收用于蓄料器罐中的压力的来自压力传感器7a的压力值p。控制单元使用被接收的压力值P以确定在时间段At中的压力上升Λp，所述压力上升从而对应于高压泵的一个压缩冲程的时间量。有利地，压力上升Ap的平均值在一连串相继的压缩冲程中被确定，以便以最优准确性来确定压力上升Δρ。
[0027]在步骤14处，控制单元接收用于参考混合物的在时间段At中的关于对应压力上升Aptl的信息。如上文所指示出的，所述信息可以基于与具有已知FAME含量Xtl(例如7%，即当前在瑞典使用的柴油燃料中的FAME含量)的参考混合物有关的发动机的先前运转。在步骤15处，控制单元计算与燃料混合物有关的压力上升Ap和与参考混合物有关的压力上升Λρ。之间的比率q。替代地，差异可以在压力上升值之间来确定。在步骤16处，控制单元确定比率q是否处于由略微小于I的下限值Q1与略微大于I的上限值q2来限定的范围内。如果与燃料混合物有关的压力上升Ap完全地对应于与参考混合物有关的压力上升ΛΡ(Ι，则比率q将等于I。如果所述比率处于范围^至七内，则控制单元将在步骤17处发现蓄料器罐中的燃料混合物具有与参考混合物基本上相同的FAME含量X(l。在步骤18处，控制单元使发动机如利用参考混合物来喷射和操作的那样利用本燃料混合物来喷射和操作ex(l。所述方法随后在车辆下次被加油时在步骤12处再次开始。 [0028]如果与燃料混合物有关的压力上升Λρ和压力上升Λρ。之间的比率q不处于范围Q1至q2内，则所述方法继续进行到步骤19，使控制单元估算比率q是否大于上限值q2。如果是这样，则将在步骤20处发现与燃料混合物有关的压力上升△ P显然大于与参考混合物有关的压力上升△ P。。这意味着燃料混合物中的FAME含量X显然高于参考混合物中的FAME含量X(l。在步骤21处，控制单元使发动机利用燃料混合物喷射和操作ex+，以使得期望操作特性在其FAME含量比参考混合物的中FAME含量高的燃料混合物上被实现。所述方法随后在车辆下次被加油时在步骤12处再次开始。
[0029]如果燃料混合物的压力上升Λρ和参考混合物的压力上升Λρ。之间的比率q不大于％，则控制单元将发现所述比率必定小于下限值I。燃料混合物的压力上升Λρ从而明确地小于参考混合物的压力上升Λ Ρ(ι。在步骤22处，发现燃料混合物中的FAME含量x低于参考混合物中的FAME含量X(l。在步骤23处，控制单元使发动机利用燃料混合物喷射和操作ex_，以使得期望运行特性利用具有低于参考混合物中的FAME含量的燃料混合物来实现。所述方法随后在车辆下次被加油时在步骤12处再次开始。
[0030]本发明使得能够实现最优的运行特性而基本上不考虑燃料混合物中的FAME含量。本发明不以任何方式被限制于附图涉及的实施方式，而是可以在权利要求的范围内自由地改变。
【权利要求】
1.一种用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的装置，燃式发动机(I)利用所述燃料混合物来运转，所述发动机(I)配置有燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括用于向发动机供应燃料的燃料管线(2)、适于在燃料管线(2)中将燃料加压的高压泵(6)、适于接收和存储来自高压泵(6)的处于高压的燃料的蓄压器罐(7)、适于监控蓄料器罐(7)中的压力的压力传感器(7a)、以及适于将被包含在蓄料器罐(7)中的被加压的燃料喷射到发动机的各个燃烧空间中的喷射构件(8)，其特征在于，所述装置包括控制单元(9)，所述控制单元适于: -以来自压力传感器(7a)的压力值为基础来确定在一段时间(At)内的在蓄料器罐(7)中的压力变化(Λρ)， -在高压泵(6)将最大体积的燃料混合物加压同时没有燃料被喷射到发动机(I)中的操作状态下进行所述估算， -提供关于具有已知辅助燃料含量的参考混合物在相同一段时间(△〖)内的对应压力变化(Λρ。)的信息，以及 -通过将与燃料混合物有关的压力变化(Λρ)和与参考混合物有关的压力变化(Λρ。)相比较来估算燃料混合物中的辅助燃料含量。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制单元(9)适于提供关于具有不同的已知辅助燃料含量的两种或更多种参考混合物在相同一段时间(At)内的对应压力变化(Λρ。)的信息。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，控制单元(9)适于依据发动机(I)利用所述参考混合物的先前运转来提供所述与参考混合物有关的压力变化(Aptl)的信息。
4.根据在前权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述一段时间(At)是高压泵(6)将燃料混合物加压的连续时间段。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，高压泵(6)是柱塞泵，以及一段时间(At)是高压泵(6)使燃料混合物经历一个压缩冲程所需要的时间。
6.根据在前权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，控制单元(9)适于以关于燃料混合物中的辅助燃料的被估算含量的信息为基础来控制发动机(I)。
7.根据在前权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，控制单元(9)适于在发动机(I)的规定操作状态下估算燃料混合物中的辅助燃料含量。
8.根据在前权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，控制单元适于估算柴油燃料混合物中的辅助燃料含量。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，控制单元适于估算柴油燃料混合物中的辅助燃料FAME的含量。
10.一种用于估算燃料混合物中的辅助燃料含量的方法，燃式的发动机(I)利用所述燃料混合物来运转，所述发动机(I)配置有燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括用于向发动机供应燃料的燃料管线(2)、适于在燃料管线(2)中将燃料加压的高压泵(6)、适于接收和存储来自高压泵(6)的处于高压的燃料的蓄料器罐(7)、适于监控蓄料器罐(7)中的压力的压力传感器(7a)、以及适于将被包含在蓄料器罐(7)中的被加压的燃料喷射到发动机的相应的燃烧空间中的喷射构件(8)，其特征在于，所述方法包括以下步骤: -以来自压力传感器(7a)的压力值为基础来确定在一段时间(At)内的在蓄料器罐(7)中的压力变化(Λp)， -在高压泵(6)将最大体积的燃料混合物加压同时没有燃料被喷射到发动机(I)的操作状态下进行所述估算， -提供关于具有已知辅助燃料含量的参考混合物在相同一段时间(△〖)内的对应压力变化(Λρ。)的信息，以及 -通过将与燃料混合物有关的压力变化(Λρ)和与参考混合物有关的压力变化(Λρ。)相比较来估算燃料混合物中的辅助燃料含量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括提供关于具有不同已知辅助燃料含量的两种或更多种参考混合物在相同一段时间(At)内的对应压力变化(Λ P。)的信息。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:依据发动机(I)利用所述参考混合物的先前运转来提供所述与参考混合物的压力变化(△&)有关的彳目息。
13.根据在前权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:将一段时间(At)定义为高压泵(6)将燃料混合物加压的时间段。
14.根据权利要求13所述的方法，其中高压泵(6)是柱塞泵，其特征在于，所述方法包括以下步骤:将一段时间(At)定义为高压泵(6)使燃料混合物经历一个压缩冲程所需要的时间段。
15.根据权利要求10至14所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:以关于燃料混合物中的辅助燃料的被估算含量的信息为基础来控制发动机(I)。
16.根据权利要求10至15所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:在发动机(I)的规定操作状态下估算燃料混合物中的辅助燃料含量。
17.根据权利要求10至16所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:估算柴油燃料混合物中的辅助燃料含量。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:估算柴油燃料混合物中的辅助燃料FAME的含量。
【文档编号】F02M63/04GK104024607SQ201280065023
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月20日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】R·黑勒贝里 申请人:斯堪尼亚商用车有限公司