燃料供应系统和用于控制内燃机燃料供应系统的燃料泵的方法与流程

本文所描述的主题涉及一种用于控制内燃机燃料供应系统的燃料泵的方法、控制器和计算机程序产品，以及一种内燃机燃料供应系统。

背景技术：

1、为了减缓全球气候变化，必须大幅减少工业和运输中的co2排放。除了越来越多地使用电动驱动，车辆仍需要内燃机，以便能够覆盖更远的距离。

2、为了实现要求的co2减排，内燃机的生物燃料和所谓的电力燃料发挥了重要作用。生物燃料(例如乙醇)已经证明了其作为汽油替代物的重要性。目前，第二代乙醇(例如，可以从纤维素中获取的)的生产越来越重要。电力燃料是通过可再生能源中的氢与二氧化碳反应而产生的合成燃料。用于汽油发动机的液体电力燃料的示例包括甲醇和碳酸二甲酯(dmc)。预计这些合成燃料将来将以纯净形式和与常规燃料混合的方式在加油站提供。

3、然而，当在内燃机的燃料供应系统中处理不同类型的燃料时，必须考虑不同的燃料特性。特别地，必须考虑使用的燃料的蒸汽压力，以避免在燃料供应系统中形成气泡，气泡能够阻挡燃料喷射并对携带燃料的部件造成损害。在燃料供应系统(汽油直接喷射系统的低压侧)中形成的气泡可能被输送到高压侧，这些气泡在高压侧被压缩和内爆。如果气泡在喷射部件表面内爆，会导致空化腐蚀，对部件造成严重损坏。

4、因此，无论使用何种燃料，都需要有一个燃料供应系统来保证系统中的燃料压力始终高于蒸汽压力。

5、引用列表

6、专利文献

7、专利文献1：us 6,742,479 b2

技术实现思路

1、技术问题

2、专利文献1描述了一种用于二甲醚发动机的燃料供应系统，其中，通过压力进料泵，二甲醚被从燃料箱供给到高压燃料泵，同时被提升到饱和蒸汽压力或以上。燃料供应系统包括用于检测来自压力进料泵的二甲醚的状态的二甲醚检测装置，以及用于当通往高压燃料泵的燃料管内的二甲醚处于液态时驱动高压燃料泵的电子控制单元。

3、然而，专利文献1中公开的燃料供应系统具体设计为与二甲基醚一起工作，从而无法处理不同类型的燃料。

4、本文所描述的主题的目的是提供一种能够在不同环境条件下供应各种类型的燃料而不形成气泡的高效燃料供应系统。，该问题是由根据独立权利要求的标的物解决的。从属权利要求描述了进一步的优选发展。

5、问题解决方案

6、本文描述的主题包括用于控制用于内燃机的燃料供应系统的燃料泵的方法。方法包括通过第一测量装置测量燃料供应系统中的燃料的压力、通过第二测量装置测量燃料的温度以及通过第三测量装置测量燃料的物理参数的步骤。

7、随后，控制单元基于测量到的燃料的物理参数来确定燃料类型以及确定的燃料类型和测量到的温度来确定燃料的蒸汽压力。优选地，由第三测量装置测量/检测的燃料的物理参数可以是在燃料供应系统中的燃料的介电常数、密度和/或运动粘度。

8、下表1示出了各种燃料的物理参数的示例。显而易见的是，特别是各种燃料的介电常数明显不同。因此，通过测量介电常数可以可靠地检测燃料类型。

9、【表1】

10、

11、为了提高检测的准确性，还可以额外测量燃料供应系统中燃料的密度和运动粘度等其他物理参数。

12、当识别出燃料类型时，基于识别出的燃料类型和测量到的温度，来确定燃料的蒸汽压力。蒸汽压力的定义是在封闭系统中的给定温度下，蒸汽与其凝聚态相(固体或液体)处于热力学平衡时所施加的压力。在燃料供应系统中，这意味着如果燃料压力低于蒸汽压力，则会形成气泡。蒸汽压力是温度(温度越高，蒸汽压力越高)的函数，且在不同燃料之间变化。特别地，作为替代燃料发挥着重要作用的甲醇和乙醇具有比汽油更高的蒸汽压力。因此，为了在燃料供应系统中处理不同的燃料，需要确定所使用的燃料的蒸汽压力，以避免形成气泡。通过具体确定所使用的燃料在当前燃料温度下的蒸汽压力，可以将燃料供应系统中的燃料压力精确地调节到当前的状态。

13、额外地，控制单元确定测量的压力的压力幅度。燃料供应系统中的平均压力通常由压力波动/压力脉动叠加，例如由高压泵的振动活塞运动引起。必须考虑这种压力脉动，以确保燃料供应系统中发生的最低压力不低于蒸汽压力。通过在预定时间间隔内确定平均压力和最低测量压力，然后形成平均压力和最低压力之间的差值，可以根据测量的压力信号确定压力幅度。例如，预定的时间间隔可以在0.2到2秒的范围内。该过程可以在燃料供应系统运行过程中连续重复。

14、进一步地，控制单元将第一目标压力值计算为确定的蒸汽压力、确定的压力幅度和预定的压力裕量之和。预定压力裕量可以是保证第一目标压力始终高于蒸汽压力的安全裕量。预定的压力裕量可随燃料泵的温度和/或工作点而变化，以确保燃料泵不会超出其优化工作范围。例如，预定压力裕量可以在0.2bar至1bar的范围内。

15、通过将第一目标压力值计算为确定的蒸汽压力、确定的压力幅度和预定的压力裕量之和，来指定保证燃料供应系统中的燃料压力保持在蒸汽压力之上的当前有效的目标压力。

16、为了提供用于控制燃料泵的工作点的控制值，控制单元计算第一目标压力值与预定的第二目标压力值之间的压力差。当计算出的压力差大于零时，控制单元基于计算出的压力差，调整用于控制燃料泵工作点的控制值。换言之，控制单元将确定的第一目标压力值与预定的第二目标压力值进行比较，并调整用于控制燃料泵的工作点的控制值，使得在第一目标压力值大于预定的第二目标压力时，以较高的压力输送燃料。

17、上述方法防止由燃料蒸汽锁引起的燃料喷射故障，并将高压泵的入口阀和喷射系统的高压侧的空化腐蚀风险降至最低。此外，该方法通过测量燃料压力并确定相关联的蒸汽压力，避免不必要地增加目标压力，从而实现燃料泵的高效运行。

18、根据一方面，预定的第二目标压力值被存储在控制单元中作为燃料温度的函数。预定的第二目标压力可以被理解为基本目标压力值，该基本目标压力值通常在整个发动机特性曲线图上有效，但可以在某些发动机工作点和/或在某些环境条件下进行调整。

19、例如，第二目标压力值可以被存储在特性曲线中作为燃料温度的函数，从而在较高的燃料温度下输出较高的目标压力。或者，可以将第二目标压力值存储在特性曲线图中作为燃料温度和发动机转速的函数，以使目标压力在高发动机转速时被增加，以保持高压泵的输送速率。也可以在控制单元中提供多个特性曲线或特性曲线图，其中，存储用于不同的燃料的第二目标压力值。

20、这意味着所使用的燃料的蒸汽压力已经在一定程度上考虑在了第二目标压力值中，使得仅当从当前测量值确定的第一目标压力值超过第二目标压力值的具体情况下才调整燃料泵的控制值。

21、根据一方面，用于控制燃料泵的工作点的控制值可以首先通过pid控制器将计算出的压力差转换为控制值差来调节。换言之，pid控制器用于将压力差转换为适合于控制燃料泵的运行的值。使用pid控制器可以放大控制值差以响应当前检测到的大压力差。控制值差然后可以被加到现有的控制值中，优选地，基于预定的第二目标压力值。优选地，现有的控制值可以从燃料泵的特性曲线来确定，特性曲线可以被存储在控制单元中或燃料泵的单独单元中。例如，如果燃料泵是由直流电机驱动的正排量泵，则特性曲线可以指示在特定的燃料压力下达到特定的燃料流率所需的控制电压和/或控制电流。燃料泵特性曲线还可以包括一个或多个特性曲线图以提供控制值。

22、或者，用于控制燃料泵的工作点的控制值可以通过计算第三目标压力值来调整，第三目标压力值为计算出的压力差与预定的第二压力值之和。然后，可以使用燃料泵的特性曲线将第三目标压力值转换为控制值，与上述相同。此时，在生成用于控制燃料泵的工作点的控制值时，可以考虑当前确定的第一目标压力值和第二目标压力值之间的压力差。

23、根据一方面，燃料类型由控制单元基于测量到的燃料的物理参数，使用存储在控制单元中作为燃料温度的函数的第一组参考数据来确定。这意味着第一组参考数据包括多个不同燃料的特性曲线或特性曲线图，每个燃料包括一个或多个可用于识别燃料类型的作为燃料温度的函数的物理参数。这是需要的，因为物理参数在不同的燃料温度下变化。例如，介电常数、密度和粘度随着温度的升高而降低。因此，需要存储物理参数作为燃料温度的函数，以便在各种环境条件下正确确定燃料类型。为了确定包括一种以上燃料(多于一种燃料成分)的燃料组合物，参考了我们的专利申请de 102020216593.9。

24、根据一方面，燃料的蒸汽压力由控制单元，使用存储在控制单元中作为燃料温度和燃料类型的函数的第二组参考数据来确定。换句话说，多个燃料的蒸汽压力曲线可以存储在控制单元中作为燃料温度的函数。为了确定检测到的燃料的当前蒸汽压力，可以从当前测量的温度下的相应曲线中获取相应的值。蒸汽压力曲线的温度范围可以是0℃～150℃。

25、本文所描述的主题进一步包括一种内燃机的燃料供应系统，内燃机包括用于将燃料供应系统中的燃料从燃料箱供给到高压泵的燃料泵和用于连接燃料泵和高压泵的供料管。优选地，燃料泵可以是由电动机驱动的滚柱式电池泵。最优选地，电动机可以是经由占空比通过控制电压来控制的直流电动机。

26、燃料供应系统还包括用于测量燃料供应系统中燃料的压力的第一测量装置、用于测量燃料供应系统中燃料的温度的第二测量装置和用于测量燃料供应系统中燃料的物理参数的第三测量装置。

27、第一测量装置可以是压力传感器，优选的是压阻式压力传感器。也可以使用任何其他类型的压力传感器来测量燃料供应系统中的燃料压力。第二测量装置可以是温度传感器，优选为使用ntc传感器元件的温度传感器。也可以使用任何其他类型的适于测量燃料供应系统中的燃料温度的温度传感器。

28、第三测量装置优选为音叉谐振器。可选地或额外地，可以使用适于检测上述物理参数的电容传感器或任何其他类型的传感器。

29、此外，燃料供应系统包括控制单元，被电连接到第一感应装置、第二感应装置和第三感应装置。控制单元被配置为接收由第一感应装置测量到的燃料压力、由第二感应装置测量到的燃料温度和由第三感应装置测量到的物理参数。此外，控制单元被配置为使用从测量装置接收的信号来进行上述方法。优选地，控制单元可以是发动机控制单元，或者可以被集成在发动机控制单元中。可选地，控制单元可以是远离发动机控制单元的独立设备。

30、根据一方面，第一测量装置、第二测量装置和第三测量装置可以被设置在供料管中，用于测量在供料管中流动的燃料的压力、温度和物理参数。这意味着测量装置可以安装在汽油直接喷射系统的低压侧的燃料泵和高压泵之间。优选地，第一测量装置和第二测量装置可以设置在高压泵附近，以在燃料进入高压泵之前直接确定燃料的状况。这样，能够可靠地防止高压泵上游形成气泡。

31、根据一方面，第一测量装置的采样率可以高于高压泵的活塞冲程频率。为了准确地确定燃料供应系统中的燃料的压力幅度，特别是燃料泵和高压泵之间的燃料类型中的燃料的压力幅度，必须在高于燃料管中发生的压力脉动的频率的采样率下检测压力。由于燃料泵与高压泵之间的燃料管中的压力脉动是由活塞在高压泵中的摆动运动引起的，因此采样率可以高于活塞冲程频率。

32、本文描述的主题还包括用于控制内燃机并用于进行上述方法的控制器。优选地，控制器可以是发动机控制单元，也可以集成在发动机控制单元中。或者，控制器可以是远离发动机控制单元的独立设备。

33、另外，本文所描述的主题包括可存储在存储器中的计算机程序产品，存储器包括指令，当指令由计算机执行时，指令使计算机进行上述方法。

34、发明的有利影响

35、综上，本文所描述的主题防止由燃料蒸汽锁引起的燃料喷射故障，并将高压泵的入口阀和喷射系统的高压侧的空化腐蚀风险降至最低。该方法还通过测量燃料压力并确定相关联的蒸汽压力，避免不必要地增加目标压力，从而实现燃料泵的高效运行。