专利名称：燃料温度确定装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种燃料温度确定装置，所述燃料温度确定装置被设计成在不使用温度传感器的情况下，确定输送到被安装在例如汽车内燃机中的燃料喷射器的燃料的温度。
背景技术：
从燃料喷射器喷射的燃料的数量通常取决于馈送到所述燃料喷射器的燃料的温度。因此，一些燃料喷射系统被设计成基于所述燃料的温度来校正将要喷射的燃料的数量。典型地，使用温度传感器来测量燃料的温度。然而，由于安装温度传感器的位置受限或者要求燃料喷射系统的部件的数量减少的因素的原因，可能要求在不使用温度传感器情况下确定燃料的温度。日本专利第一公开No. 2007-3216694公开了一种用于汽车共轨发动机的燃料喷射量控制系统。所述燃料喷射量控制系统基于诸如从燃料供应泵释放的燃料的温度、冷却剂的温度、共轨中的压力、内燃机的速度以及将要从燃料喷射器喷射的燃料的数量之类的参数，来计算输入到所述燃料喷射器并且从所述燃料喷射器输出的热量之间的平衡(在下文中也被称为热输入/输出平衡)，从而得到所述燃料喷射器的温度。所述热输入/输出平衡通常易受用于传送热量至燃料喷射器或传送来自燃料喷射器的热量的部件的制造容限，或者诸如运行车辆暴露至其中的风或雨之类的周围环境的影响。这将导致在基于所述热输入/输出平衡来计算燃料的温度中产生错误。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种燃料温度确定装置，所述燃料温度确定装置被设计成在不使用温度传感器的情况下，计算输送到燃料喷射器的燃料的温度。根据实施例的一个方面，提供一种可以与用于汽车的燃料喷射系统一起采用的燃料温度确定装置，所述燃料温度确定装置被设计成在不使用温度传感器的情况下计算要被输送至安装在内燃机中的燃料喷射器的燃料的温度。所述燃料温度确定装置包括(a)压力传感器，测量要被输送至安装在内燃机中的燃料喷射器的燃料的压力并且输出表示其压力的信号；(b)周期确定电路，分析所述压力传感器的输出以确定所述燃料中产生的压力脉动的周期；以及(C)燃料温度确定电路，基于由所述周期确定电路确定的所述压力脉动的所述周期来确定要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料的温度。通常，在燃料的压力发生改变时，这种压力改变将通过燃料中的压力脉动的形式传播。压力脉动的传播速度等于声音的速度。燃料的温度越低，则压力脉动的传播速度越高。压力脉动的传播速度的增加将导致压力脉动的周期的缩短。基于这种事实，所述燃料温度确定电路根据由所述周期确定电路确定的所述压力脉动的周期来确定所述燃料的温度。燃料的压力脉动的周期和燃料的温度之间的关系对燃料喷射系统的部件的尺寸或者操作的单独变化或者周围环境的改变不敏感，从而确保在计算燃料的温度时的高精度。在实施例的优选模式中，所述燃料温度确定电路在其间存储燃料温度特性，并且在所述燃料温度特性中查找与所述周期确定电路确定的所述压力脉动的所述周期对应的要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料的所述温度，所述燃料温度特性表示燃料的压力脉动的周期和所述燃料的温度之间的相关性。通常，所述压力传感器的输出包含由其自身或反射压力波产生的噪声。优选使用带通滤波器去除这种噪声。因此，所述燃料温度确定电路还可以包括滤波电路，所述滤波电路用于提取所述压力传感器的所述输出中的、落入所述压力脉动预期所在的频带的信号分量。所述周期确定电路基于由所述滤波电路提取的所述信号分量来确定所述压力脉动的所述周期。所述周期确定电路可以计算在发展所述压力脉动之后给定时间段内出现的所述压力脉动的周期的平均值作为在确定所述燃料的所述温度中使用的所述压力脉动的所述周期。这导致在计算所述燃料的温度时精度的增加。例如，所述燃料温度确定电路基于从所述燃料喷射器喷射所述燃料引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的所述温度。在从所述燃料喷射器喷射所述燃料时，在要被输送至所述燃料喷射器的燃料中引起压力脉动。例如，通过监控输出至所述燃料喷射器的喷射控制信号可以得到已经喷射燃料的时间。在压力脉动的幅值变大时，通过对压力传感器的输出进行采样可以精确地计算压力脉动的周期。或者，所述燃料温度确定电路可以被设计成基于将所述燃料从燃料供应泵馈送至所述喷射器引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的所述温度。对来自所述燃料供应泵的燃料的加压馈送通常导致所述燃料的压力脉动。通过监控驱动所述燃料供应泵的凸轮轴的角位置来获悉这种加压馈送(即，发生压力脉动)的时间。因此，在压力脉动的幅值变大时，通过对压力传感器的输出进行采样可以精确地计算压力脉动的周期。所述燃料温度确定装置可以与燃料喷射系统一起使用，所述燃料喷射系统从所述燃料喷射器喷射从燃料供应泵馈送并且存储在共轨中的所述燃料，并且所述燃料喷射系统具有减压阀，开启所述减压阀以将来自所述共轨的所述燃料排出，从而降低所述共轨中的所述燃料的压力。或者，所述燃料温度确定电路可以被设计成基于开启所述降压阀引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的温度。在开启所述降压阀以排出来自所述共轨的所述燃料时，在要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料中将导致压力脉动。通过监控向所述降压阀输出的开启信号来获悉这种开启所述降压阀(即，发生压力脉动)的时间。因此，在压力脉动的幅值变大时，通过对压力传感器的输出进行采样可以精确地计算压力脉动的周期。通过例如分别在微型计算机或者分立的硬件机构中执行的软件程序来实现周期确定电路、燃料压力确定电路以及滤波电路。
从下面给出的具体描述以及本发明的优选实施例的附图中，将更全面地理解本发明，然而，本发明的优选实施例不应用来将本发明限制到特定的实施例，而仅仅是出于解释和理解的目的。在附图中图1是示出了根据本发明实施例的燃料喷射系统的方框图；图2(a)是表示燃料的压力脉动随时间的改变的示图；图2(b)是表示通过谱分析示出的压力脉动的示图；图3(a)是代表燃料温度特性的示图，所述燃料温度特性表示燃料的温度和压力脉动的周期之间的相关性；图3(b)是代表对压力传感器的输出进行采样的采样间隔和内燃机的速度之间的关系的示图；图3 (C)是代表燃料流经的路径的长度和带通滤波器在其间通过频率的滤波频带之间的关系的示图；图4是由图1的燃料喷射系统用来计算滤波频带而执行的程序的流程图；图5是由图1的燃料喷射系统用来确定燃料温度特性而执行的程序的流程图，所述燃料温度特性表示燃料的温度和燃料的压力脉动的周期之间的关系；以及图6是由图1的燃料喷射系统用来计算输送到燃料喷射器的燃料的温度而执行的程序的流程图。
具体实施例方式参考附图，其中在几个示图中类似的附图标记表示类似的部件，参考图1，示出了根据本发明实施例的燃料喷射系统10。燃料喷射系统10被设计成将燃料喷射到例如汽车的四汽缸柴油发动机。燃料喷射系统10装备有供应泵14、共轨20、燃料喷射器30 (出于简单起见仅示出为一个)以及电子控制单元(ECU)40。燃料供应泵14在其间构建了用于泵送来自燃料箱12的燃料的馈送泵。燃料供应泵14是一种具有伴随着凸轮的旋转而柱塞往复运动的典型类型，从而加压并且释放吸入到压力室的燃料。通过吸入控制阀(未示出)来调节从燃料供应泵14释放的燃料的量。吸入控制阀被安装在燃料供应泵14的入口并且对供应到所述吸气控制阀的电流进行控制，以便调节在柱塞的吸入行程期间被吸入到压力室的燃料的量，从而将从所述燃料供应泵14释放的燃料的量调整至设定值。共轨20是工作为在其中存储从燃料供应泵14馈送的燃料的蓄压容器的空圆柱体。共轨20具有安装在其间的压力传感器22，所述压力传感器22测量共轨20的内部压力，也就是说，测量共轨20中的燃料的压力(在下文中还将被称为共轨压力)。燃料喷射系统10还包括用于监控发动机2的操作状况的发动机速度传感器、加速器位置(ACCP)传感器、制冷剂温度传感器以及进气温度传感器。发动机速度传感器测量发动机2的速度NE。加速器位置传感器测量加速器踏板的位置(即，驾驶员对加速器踏板的力)。冷却剂温度传感器测量发动机冷却剂的温度。进气温度传感器测量到发动机2的进气的温度。共轨20还具有安装在其间的减压阀M，所述减压阀M是将共轨20中的压力降低至低压侧(即，燃料箱12)的电磁阀。具体而言，降压阀M由ECU 40开启以将燃料从共轨20释放到燃料箱12，从而降低共轨压力。燃料喷射器30被安装在发动机2的每一个汽缸中，并且工作用于将从共轨20输送的燃料喷射至汽缸中。燃料喷射器30由典型的喷射阀来实现，该喷射阀被设计成通过控制室中的压力来控制针的提升，从而开启或关闭喷射孔。通过从ECU 40输出的脉冲信号形式的喷射控制信号的脉宽，来控制从燃料喷射器30喷射的燃料的数量(在下文中还被称为喷射量)。喷射量随着喷射控制信号的脉宽的增加而增加。E⑶40通过由CPU、RAM、R0M以及闪速存储器构成的典型微型计算机来实现。CPU 执行存储在闪速存储器中的控制程序，以使用来自如上所述包括压力传感器22的传感器的输出来控制燃料喷射系统10的操作。例如，ECU 40用于控制供应至燃料供应泵14的吸入控制阀的电流，以便调节从所述吸入控制阀释放的燃料的量，从而使由压力传感器22测量的共轨压力与目标值一致。ECU 40还控制喷射量(S卩，从喷射器30喷射的燃料的数量)、燃料喷射器30的喷射定时以及燃料的多个喷射的模式，例如在主喷射之前和之后执行的预喷射和后喷射。ECU 40在ROM或闪速存储器中存储喷射特性映射图，其列出了输入至燃料喷射器 30的喷射控制信号的脉宽和根据共轨压力的预选范围的喷射量之间的关系。ECU 40计算根据发动机速度NE和加速器踏板的位置来计算从燃料喷射器30喷射的燃料的目标量，然后通过查找压力范围内与喷射特性映射图的关系中与由压力传感器22测量的共轨压力对应的一个，来确定要求用于实现燃料的目标量的喷射控制信号的脉宽，。从燃料喷射器30喷射的燃料的数量通常取决于输送到燃料喷射器30的燃料的温度。因此，ECU 40工作用于校正电路，其用于在不使用温度传感器的情况下基于以下文中更具体描述的方式确定的燃料的温度，来校正喷射控制信号的脉宽。压力脉动下面将描述在要被输送至燃料喷射器30中的燃料中发生的压力脉动。由于从燃料喷射器30喷射燃料、来自燃料供应泵14的燃料的压力馈送或者燃料从共轨20流至燃料箱2的原因，燃料压力的突然改变通常导致这种压力脉动。例如，如图2(a)所示，在燃料喷射器30喷射燃料时，将导致要被输送至燃料喷射器30的燃料压力的突然下降，从而导致压力脉动200。压力脉动200随时间逐渐变弱。压力脉动的传播速度等于声音的速度。燃料的温度越低，则声音的速度越高(即， 压力脉动的传播速度)，而燃料的温度越高，则声音的速度越低。压力脉动的传播速度的增加将导致压力脉动的周期的缩短(即，压力脉动的频率的增加)，而压力脉动的传播速度的降低将导致压力脉动的周期的变长(即，压力脉动的频率的降低)。具体而言，在燃料的温度降低时，压力脉动的周期将缩短，并且压力脉动的频率将增加。相反地，在燃料的温度升高时，压力脉动的周期将变长，并且压力脉动的频率将降低。 通过压力脉动的周期的二次方程式来表示燃料的温度。在图2(a)中，附图标记202表示与引起压力脉动200的燃料喷射的同时，从燃料喷射器30喷射燃料引起的压力脉动。生成压力脉动202的燃料的温度高于生成压力脉动 200的燃料的温度。如果将等于压力脉动200的三个周期的时间段定义为t0，并且将等于压力脉动202的三个周期的时间段定义为tl，则满足关系t0 < tl。因此，通过提前发现如图3(a)中所示的燃料温度特性并且使用如图2(a)中所示的波形计算当前发展的压力脉动的周期，得到要被输送至燃料喷射器30的燃料的温度，所述燃料温度特性代表压力脉动的周期和燃料的温度之间的相关性。计算燃料温度下面将描述如何根据燃料的压力脉动的周期来获得用来计算燃料的温度的燃料温度特性。首先，在车辆的运行期间，在预期的燃料的温度范围内的每个预选温度处对压力传感器22的输出进行采样，以就燃料的温度而言对燃料的压力脉动的周期进行计数。从所得到的关于燃料的温度和燃料的压力脉动之间的相关性的数据，通过最小二乘法来评估下述方程(1)的系数α、β和γ，所述方程(1)通过压力脉动的周期(T)的二次方程式来表示燃料的温度(THF)。THF = α T2+ β T+ γ(1)通常，压力传感器22的输出包含由其自身或压力反射波生成的噪声。优选使用带通滤波器来去除这种噪声。将参考图4来描述如何发现来自压力传感器22的输出的频带，所述压力传感器22 适于检测燃料的压力脉动。图4和图5示出了除了燃料喷射系统10之外，还使用燃料温度调节器以及执行诸如快速傅里叶变换的复杂操作的计算机在例如实验室中执行的逻辑步骤或程序的序列。滤波频带的确定在从-30°C到120°C的预选温度中的每一个内对安装在共轨20中的压力传感器22 的输出进行采样。具体而言，在图4中的步骤S400中，共轨20中的燃料的温度被设定为_30°C。对压力传感器22的输出进行采样，并且使用A/D转换器将所述输出转换为数字形式。如图 3(b)所示，根据发动机2的速度来确定这种采样的间隔或周期。发动机2的速度越高，则采样周期越短。在步骤S402中，确定是否在_30°C到120°C的所有温度处完成了对压力传感器22 的输出的采样。如果得到否定回答，则程序进行到步骤S404，其中在该程序周期中设定的燃料温度处对压力传感器22的输出进行采样。在该程序周期是第一周期时，在_30°C的燃料温度处对压力传感器22的输出进行采样并且将所述输出存储在RAM中。周期性对压力传感器22的输出进行采样，以就在ECU 40指示燃料喷射器30执行燃料的主喷射之后的给定时间段内持续观察燃料的压力脉动的多个周期。在该程序周期中设定的燃料温度处完成对压力传感器22的输出进行采样之后， 程序进行到步骤S406，其中以给定的增加来提高燃料的温度。然后，程序返回到步骤S402。当在-30°C到120°C的所有温度处完成了对压力传感器22的输出的采样时，在步骤S402中得到肯定回答。则程序进行到步骤S408，其中通过快速傅里叶变换对在-30°C到 120°C的所有温度处采样的所有数据执行谱分析，以就每个温度而言得到如图2(b)中所示的功率谱的频率和水平之间的关系。附图标记210代表燃料温度越低时功率谱的水平。附图标记212代表燃料温度越高时功率谱的水平。示图2(b)示出了功率谱210的峰值频率高于功率谱212的峰值频率。在功率谱的对-30°C到120°C范围内的燃料温度敏感且其水平大于给定值的频率中，将较低的频带选择作为滤波频带。压力脉动的频率通常随着燃料路径的长度的增加而降低，在所述燃料路径中压力脉动通过燃料传播。因此，如图3(c)所示，滤波频带的频率随着燃料路径的长度的增加而降低。因此，就燃料路径的长度彼此不同的每种车辆而言，确定滤波频带。建立燃料温度特性在通过图4的程序得到滤波频带之后，在图5的程序中获得代表燃料的压力脉动和燃料的温度之间的相关性的燃料温度特性。首先，在步骤S420中，以图4的程序中得到的滤波频带，对通过图4的步骤S400 至S404采样的数据进行带通滤波。该滤波可以通过软件在E⑶40中实现。程序进行到步骤S422，其中根据在步骤S420中的带通滤波得到的数据来计算燃料的压力脉动的周期，所述周期代表燃料的压力脉动的波形。具体而言，基于波形的被采样周期数和被采样周期数持续的时间长度，来计算压力脉动的周期，所述被采样周期数是通过监控或者计数所述压力脉动的波形的最大值或最小值的峰值序列或所述压力脉动的波形的零值得到的。然后，程序进行到步骤S4M，其中如图3(a)所示，就图4的程序中设定的燃料的每个温度而言，绘制以上述方式获得的压力脉动的周期。以最小二乘法评估方程(1)所表示的压力脉动的二次方程式中的系数，以得到燃料温度特性。将所述系数存储在ECU 40的 ROM或闪速存储器中。计算燃料温度就车辆的类型而言，E⑶40存储通过图4和5得到的相应一个燃料温度特性。E⑶ 40执行图6的程序，以在车辆(即，发动机2、的运行期间通过查询使用燃料温度特性来确定输送到燃料喷射器30的燃料温度。在E⑶40被激活时一直运行图6的程序。在进入所述程序后，程序进行到步骤S430，其中确定是否满足以下三个条件中的至少一个(1)主喷射刚完成，( 减压阀M刚关闭，以及C3)燃料刚从燃料供应泵14馈送至共轨20。当满足三个条件中的一个时，如上所述将出现燃料的压力脉动。如果在步骤S430中获得肯定回答，这意味着已经到达了计算燃料的温度的时间，则程序进行到步骤 S432，其中ECU 40以根据发动机2的速度确定的采样间隔对压力传感器22的输出进行采样，并且如上所述通过A/D转换器将其转换成数字形式。在其中喷射系统10被设计成执行燃料的后喷射或者在燃料喷射器30的燃料主喷射之后的燃料的在后喷射的情况下，即使在刚完成主喷射之后，在步骤S430中也不能获得肯定回答。程序进行到步骤S434，其中ECU 40在图4的程序中得到的滤波频带内，对步骤 S432中采样的压力传感器22的输出进行低通滤波。程序进行到步骤S436，其中ECU 40分析步骤S434中被滤波的数据，并且以如上所述的方式来计算燃料的压力脉动的周期。例如，在输出喷射控制信号以指示燃料喷射器30执行燃料的主喷射的单个事件之后持续给定的时间段内，ECU 40继续周期性对来自压力传感器22的输出进行采样。ECU 40分析所采样的数据，并且计算在给定时间段中通过所采样数据表示的一系列波形的周期的平均值作为从共轨20输送至燃料喷射器30的燃料的压力脉动的一个周期。具体而言，如上所述，ECU 40检测波形的周期性峰值(即，最大值或最小值)或零值，以提取波形的多个周期，然后计算周期的平均值作为用于计算燃料的温度中使用的燃料的压力脉动的周期。
在步骤S438之后，程序进行到步骤S438，其中确定从ECU 40开始计算压力脉动的周期之后是否已经过去了一(1)秒。如果获得否定回答，意味着还没有过去一秒，则程序返回到步骤S430。或者，如果获得肯定回答，则程序进行到步骤S440，其中对从一秒内执行的燃料的主喷射的多个事件得到的燃料的压力脉动的周期的值进行平均。然后ECU 40从图 3 (a)中所示的燃料温度特性搜索对应于燃料的压力脉动的平均周期的燃料的温度值，并且确定其作为正在从共轨20输送至燃料喷射器30的燃料的温度。E⑶40基于以上述方式计算的燃料的温度而连接输出至燃料喷射器30的喷射控制信号的脉宽。从上述讨论可以看出，ECU 40工作用于使用来自被安装在共轨20中的压力传感器的输出序列来计算要被输送至燃料喷射器的燃料的压力脉动的周期，并且在不使用压力传感器的情况下通过燃料温度特性确定燃料的温度，所述燃料温度特性代表燃料的压力脉动的周期和燃料的温度之间的关系。如图3 (a)中所示的燃料温度特性对燃料喷射系统10的部件的尺寸或者操作的单独变化或者周围环境的改变不敏感，从而确保在使用燃料温度特性计算燃料的温度时的高精度。从上述讨论可以看出，E⑶40工作为燃料温度确定电路、周期确定电路以及滤波电路。具体而言，滤波电路执行图6中的步骤S432和S434的操作。周期确定电路执行步骤S436的操作。燃料温度确定电路执行步骤S440的操作。或者，燃料喷射系统10可以与直接汽油喷射发动机一起使用，以计算燃料的温度并且基于燃料的温度来校正喷射到发动机中的燃料的数量。在E⑶40中通过软件实现如上所述的燃料温度确定电路、周期确定电路以及滤波电路，然而，可以将其至少一个通过与E⑶40间隔开的硬件制成。例如，燃料喷射系统10 还可以装备有对压力传感器22的采样输出进行滤波的带通滤波器。虽然已经为了有助于更好地理解本发明而根据优选实施例公开了本发明，但是应该意识到，在不偏离本发明的原理的情况下，可以通过各种方式来实现本发明。因此，本发明应该被理解为包括能够在不偏离所附权利要求所述的本发明的原理的情况下实现本发明的所有可能的实施例和变型。
权利要求
1.一种用于内燃机的燃料温度确定装置，包括压力传感器，其对要被输送至安装在内燃机中的燃料喷射器的燃料的压力进行测量并且输出表示其压力的信号；周期确定电路，其分析所述压力传感器的输出以确定所述燃料中产生的压力脉动的周期；以及燃料温度确定电路，其基于由所述周期确定电路确定的所述压力脉动的所述周期来确定要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料的温度。
2.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，其中所述燃料温度确定电路在其中存储燃料温度特性，并且在所述燃料温度特性中查找与所述周期确定电路确定的所述压力脉动的所述周期对应的要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料的所述温度，所述燃料温度特性表示燃料的压力脉动的周期与所述燃料的温度之间的相关性。
3.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，还包括滤波电路，所述滤波电路提取所述压力传感器的所述输出中的、落入所述压力脉动预期所在的频带的信号分量，并且其中所述周期确定电路基于由所述滤波电路提取的所述信号分量来确定所述压力脉动的所述周期。
4.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，其中所述周期确定电路计算在形成所述压力脉动之后的给定时间段内出现的所述压力脉动的多个周期的平均值，作为在确定所述燃料的所述温度中使用的所述压力脉动的所述周期。
5.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，其中所述燃料温度确定电路基于从所述燃料喷射器喷射所述燃料引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的所述温度。
6.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，其中所述燃料温度确定电路基于将所述燃料从燃料供应泵馈送至所述燃料喷射器引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的所述温度。
7.根据权利要求1所述的燃料温度确定装置，其中所述燃料温度确定装置与燃料喷射系统一起使用，所述燃料喷射系统从所述燃料喷射器喷射从燃料供应泵馈送并且存储在共轨中的所述燃料，并且所述燃料喷射系统具有减压阀，所述减压阀将被开启以将来自所述共轨的所述燃料排出，从而降低所述共轨中的所述燃料的压力，并且其中所述燃料温度确定电路基于开启所述降压阀引起的所述压力脉动的所述周期来确定所述燃料的温度。
全文摘要
本发明提供了一种用于内燃机的燃料温度确定装置，所述燃料温度确定装置用于在不使用温度传感器的情况下确定要被输送至燃料喷射器的燃料的温度。所述燃料温度确定装置包括压力传感器，所述压力传感器测量要被输送至所述燃料喷射器的燃料的压力并且工作用于分析所述压力传感器的输出，以确定所述燃料中产生的压力脉动的周期。所述燃料温度确定装置还基于所述压力脉动的周期来计算要被输送至所述燃料喷射器的所述燃料的温度。
文档编号F02D41/38GK102345525SQ20111021413
公开日2012年2月8日 申请日期2011年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者三上直己 申请人:株式会社电装