CN101245741A - 燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统，其(发动机控制ECU)控制发动机的燃料喷射方式，其中该发动机在所有四个气缸中都具有用于测量气缸中压力的气缸压力传感器。控制器基于燃料在目标气缸中燃烧并且在燃烧中待使用的燃料被附加地喷射和供给到相同气缸(例如，在执行后喷射时)中时相应的气缸压力传感器的输出，测量作为目标气缸的气缸(四个气缸中的每一个)中的压力(气缸压力)。控制器基于所测量的气缸压力可变地控制相对于目标喷射(后喷射)发送给喷射器命令信号(即，脉冲宽度)。

Description

燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统
技术领域：
本发明涉及用于控制发动机的燃料喷射供给的燃料喷射控制器和用于该燃料喷射控制的控制系统。
背景技术
众所周知，用作汽车的动力源的发动机(特别是内燃机)通过在气缸中点燃和燃烧燃料生成输出转矩，其中燃料通过喷射器执行喷射的。近几年来，汽车柴油机等已经利用喷射方法(多段喷射方法)来执行小于主喷射的喷射量的子喷射，该子喷射在一个燃烧循环中的主喷射之前或之后生成输出转矩。
现在，燃料燃烧噪音和NOX排放物的增大被认为是很严重的问题。针对这些问题的一项防范措施是在主喷射之前执行小喷射量的引燃喷射或预喷射。在某些情形下，例如，会执行后喷射(在主喷射前后的喷射正时处)以启动扩散燃烧并且最终减少颗粒排放物或是执行补充喷射(在远远晚于主喷射的喷射正时处)以通过废气温度的增大或通过在主喷射之后减少成分供给启动催化剂。在近期的发动机控制中，发动机的燃料供给通过各种喷射的一种或任意组合以最适合不同情况的每一个的喷射方式(喷射模式)执行。
在多段喷射方法的这种燃料喷射控制中，子喷射的燃料喷射量远小于主喷射的燃料喷射量。因此，从燃料喷射起气缸中的压力(气缸压力)对喷射特性具有很大的影响。在其中使用多段喷射方法的燃料喷射控制的情形中，非常重要的是依照每次燃料喷射时的气缸压力执行喷射控制。为此，例如，如专利文献1(JP-A-2003-227393)中所述，所提出的燃料喷射控制器依照燃料喷射时的气缸压力可变地控制燃料喷射量和燃料喷射期。控制器通过使用将燃料喷射开始时的气缸压力与燃料喷射正时(即，燃料喷射开始时的喷射开始角)联系在一起的适应映射表(即，通过实验等预先制备的映射表)估计当前气缸压力。控制器基于估计的气缸压力可变地控制多段喷射的每个燃料喷射的燃料喷射量和燃料喷射期。
控制器可以高精度地将燃料喷射量和燃料喷射期控制为期望值，因为控制器可以依照燃料喷射时的气缸压力执行控制。然而，因为控制器使用适应映射表通过估计来检测气缸压力，所以就存在根据当前发动机状态等很难估计的情形。因此，必定不能针对多段喷射方法中的所有燃料喷射获得精确的气缸压力。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够在发动机的更多情况下高精度地控制喷射器的喷射方式的燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统。
依照本发明的一个方面，燃料喷射控制器通过在生成目标发动机的输出功率的燃烧中使用的燃料通过喷射器直接喷射和供给到其中发生发动机的燃料燃烧的气缸中时，输出命令信号来控制喷射器的燃料喷射方式。对至少一个气缸设置了至少一个气缸压力传感器用于输出对应于相同气缸中的压力的检测信号。控制器具有喷射控制装置，用于基于在执行特定燃料喷射供给时的气缸压力传感器的输出，相对于该特定燃料喷射供给可变地控制发送给喷射器的命令信号，在具有气缸压力传感器的作为目标气缸的气缸中燃料燃烧过程中执行所述特定燃料喷射供给，用于附加地喷射和供给在作为所述目标气缸的所述气缸的燃烧中待使用的燃料。
如上所述，同样在专利文献1中描述的控制器可以通过使用适应映射表(即，通过基于喷射正时等的估计)精确地检测喷射时气缸中的压力(即，气缸压力)，该喷射例如为在燃烧之前执行的引燃喷射或主喷射或是在很晚的正时处执行的不会对燃烧做出贡献的补充喷射。然而，在包括于燃料燃烧过程(即，在从点火到熄灭的周期中)中执行后喷射的喷射过程中，存在许多会影响气缸中状况(并且最终影响到气缸中压力)的因素，并且其中的一些因素是不能被预测到的。因此，专利文献1中描述的控制器更难以精确地检测燃料燃烧过程中执行喷射时的气缸压力。
本发明者通过关注这一点而发明了上述控制器。即，因为控制器具有喷射控制装置，所以当在燃料燃烧过程中执行燃料的喷射供给时，控制器可以基于气缸压力传感器的输出而代替估计气缸压力来实际地测量气缸压力。因此，即使是在燃料进行燃烧并且在燃料燃烧中待使用的燃料被附加地喷射和供给时，也能够基于气缸压力的真实测量值(即，传感器输出)高精度地控制喷射器的喷射方式。这样，使用上面的配置，就可以在包括燃料燃烧过程中执行喷射在内的发动机的更多情形下高精度地控制喷射器的喷射方式。
在其中气缸压力传感器并未装接到所有气缸上而只是装接到部分气缸上的情形中，使用装配有气缸压力传感器的气缸(多个气缸)的气缸压力的真实测量值来估计其它气缸的气缸压力的配置是有效的。因此，就能够测量或估计许多气缸中的气缸压力并且基于测量值执行对喷射方式(喷射量等)的精确控制而又将传感器的数目和计算载荷减小到最低。
为了减小由于气缸压力等的测量导致的计算载荷的增大，优选基于在燃烧过程中附加执行的喷射(例如，后喷射)可选的气缸压力的测量，执行喷射器的控制。即，优选通过能够实现相对较高估计精度的用于喷射(例如，引燃喷射和主喷射)的估计执行喷射器的控制，或是通过仅仅对不能实现高估计精度的喷射(例如，后喷射)使用传感器输出的气缸压力的测量来执行喷射器的控制。
附图说明
通过研究均形成本申请一部分的下列详细说明、所附权利要求书和附图，可以很容易理解实施例的特征和优点以及相关零件的操作方法和功能。附图中：
图1是显示燃料喷射控制器和具有依照本发明的实施例的控制器的燃料喷射控制系统；
图2是显示根据实施例的喷射器的内部结构的侧剖图；
图3是显示依照该实施例的燃料喷射控制的基本处理次序的流程图；
图4是显示用于校正相对于依照该实施例的后喷射发送至喷射器的命令信号的处理的内容和次序的流程图；
图5显示了用于依照该实施例的校正处理的图；并且
图6是显示在依照该实施例的校正处理过程中参数转换的时间图。
具体实施方式
现在将参照附图描述依照本发明的实施例的燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统。依照该实施例燃料喷射控制系统是共轨燃料喷射控制系统(高压燃料供给系统)，它用于控制例如作为汽车发动机的往复运动的柴油机(内燃机)，其中汽车发动机通过将由燃料燃烧生成的能量转换为旋转运动而旋转输出轴。依照该实施例的燃料喷射控制器是柴油机燃料喷射控制器，它设置在系统中并且用在执行高压燃料(例如，在1000atm或更高喷射压力下的轻油)直接进入柴油机的每个气缸的喷射供给(直接喷射供给)。
首先将参照图1描述依照该实施例的共轨燃料喷射控制系统(车辆发动机系统)的概况。图1显示了依照该实施例的共轨燃料喷射控制系统的配置的概况，该共轨燃料喷射控制系统着重于作为控制目标的发动机10的燃料供给系统。虽然为了描述方便而没有显示在图1中，但是驱动器和传感器例如节流阀、增压器、新鲜空气流速测量传感器(气流计)和吸入空气温度传感器可以依照系统等的使用而适当地设置在吸入空气流方向的上游侧(即在进气口侧)。驱动器和传感器例如EGR设备、废气处理设备(例如催化剂和DPF)、消音器、氧浓度传感器(例如O2传感器或A/F传感器)和废气温度传感器依照系统等的使用(说明书)适当地设置在废气流动方向的下游侧(即废气释放侧上)。假定作为控制目标的发动机10是用于四轮汽车的多缸发动机(例如，直列式四缸发动机)。
如图1中所示，一般而言，系统构造成ECU30(电控元件)接收各个传感器的传感器输出(检测信号)并且基于传感器输出控制构成燃料供给系统的各个设备的驱动。ECU30通过调节供给吸入控制阀(未显示)的电流来将燃料泵22的燃料释放量调节为期望值。因此，ECU30执行反馈控制(例如，PID控制)来使共轨23中的燃料压力(即，由燃料压力传感器23a测量的当前燃料压力)与目标值(目标燃料压力)相符。ECU30基于燃料压力控制发动机10的特定气缸(气缸12之一)的燃料喷射量并且最终将发动机10的输出功率(即，输出轴的转速或转矩)控制为期望值。
作为构成燃料供给系统的设备，燃料箱21、燃料泵22、共轨23和喷射器24从燃料流的上游侧以该次序布置。
燃料泵22具有高压泵(例如，柱塞泵)和低压泵(例如，余摆线进给泵)。燃料泵22构造成使用低压泵从燃料箱21抽吸燃料并且使用高压泵加压和释放所抽吸的燃料。发送至高压泵的燃料的泵送量和燃料泵22的最终燃料释放量是由位于燃料泵22的燃料吸入侧上的吸入控制阀(SCV：未显示)计量的。即，燃料泵22构造成燃料泵22的燃料释放量可以通过调节吸入控制阀的驱动电流(和最终阀开口度)而控制为期望值。因此，由燃料泵22从燃料箱21抽吸的燃料就被加压并释放(即，泵送)到共轨23中。在本实施例中，考虑到在动力系统故障的情况下的发动机操作，在失电状态下完全打开的常开流量控制阀用作吸入控制阀(SCV)。
共轨23在高压状态下存储从燃料泵22中泵送的燃料并且经由向各个气缸12设置的管(高压燃料通道)将燃料供给到各个气缸12的喷射器24(燃料喷射阀)中。共轨23具有燃料压力传感器23a用于检测共轨23中的燃料压力(共轨压力)，从而能够检测和管理共轨压力，且该共轨压力与喷射器24的燃料喷射压力相关。
气缸12的燃烧室中分别设置了喷射器24。燃烧室中分别设置了气缸压力传感器12a。每个气缸压力传感器21a均使用设置在燃烧室内的检测部分(即，插入燃烧室中的探针的尖端部)测量相应的气缸中的压力(即，气缸压力)，并且输出对应于测量值的检测信号(电信号)。喷射器24是用于喷射在共轨23中累积和保存的高压燃料的用于高压燃料的燃料喷射阀。特别是，依照本实施例的喷射器24是液压传动燃料喷射阀，其中在燃料喷射时驱动功率的传递是经由液压室(命令室)执行的。图2显示了喷射器24的详细结构。
如图2所示，喷射器24是向内阀打开型的燃料喷射阀。在喷射器24中，液压室Cd的液密程度和液压室Cd中的最终压力(对应于喷针24b的背压)依照构成双通电磁阀的螺线管24a的通电状态(通电/失电)而增大或减小。因此，喷针24b就通过或是逆着弹簧24c(螺旋弹簧)的拉伸力而在阀缸(外壳24d)中(垂直地)往复运动。因此，通向喷射孔24e(形成了所需的数目)的燃料供给通道就在其中途位置(即，在规定的座面上，喷针24b由于往复运动而坐在该座面上)打开或关闭。喷针24b的驱动控制是由PWM(脉冲宽度调制)控制执行的。即，ECU30向喷针24b的驱动部分(上述的双通电磁阀)发送脉冲信号(通电信号)。更具体地，喷针24b的提升量(即，与座面分开的程度)是基于脉冲宽度(对应于通电周期)可变地控制的。提升量随通电周期的延长而增大。喷射速率(每单位时间喷射的燃料量)随着提升量的增大而增大。液压室Cd的压力增大处理是通过共轨23的燃料供给执行的。液压室Cd的压降处理是通过将燃料从液压室Cd经由连接喷射器24和燃料箱2 1的管(未显示)返回燃料箱21来执行的。喷射器24是在失电状态下关闭的燃料喷射阀，即常闭燃料喷射阀。
如上所述，喷射器24具有喷针24b，喷针24b通过阀体(外壳24d)内部规定的往复操作打开/关闭通向喷射孔24e的燃料供给通道从而打开/关闭喷射器24。在停用状态中，喷针24b由沿朝阀关闭侧向喷针24b不断地施加的力(即，弹簧24c的拉伸力)朝阀关闭侧移动。在启动状态中，驱动力施加到喷针24b上以逆着弹簧24c的拉伸力将喷针24b朝阀打开侧移动。喷针24b的提升量会在停用状态和启动状态中间近似对称地改变。
已经如上描述了依照该实施例的共轨燃料喷射系统的燃料供给系统的各个设备。接下来将参照图1进一步描述系统的配置。
系统构造成通过燃料泵22的驱动而累积和保持在共轨23中的燃料被向各个气缸12设置的喷射器24喷射并且直接供给到气缸12中。在发动机10的操作过程中，吸入空气通过进气门(未显示)的打开操作从进气管11导入每个气缸12的燃烧室中并且与从喷射器24喷射的燃料混合。空气燃料混合物被气缸12中的活塞压缩，点燃(通过自点火)、燃烧并且通过排气门(未显示)的打开操作作为废气释放到排气管13中。发动机10是四冲程发动机。在发动机10中，当前目标气缸12是由装接到进气门和排气门凸轮轴(未显示)上的气缸确定传感器(电磁探测)连续地确定的，并且会对四个气缸12中的每一个在720°CA的周期中连续地执行均由进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程构成的燃烧循环。
如图1中所示，用于检测发动机10的进气管11中压力的压力传感器11a装接到进气管11上。车辆(未显示)具有用于车辆控制的各种传感器和驱动器。例如，为了检测曲轴的旋转角位置和转速(发动机转速)，在每个规定的曲柄角(例如，在30°CA的周期中)处输出曲柄角信号的曲柄角传感器30a装接到作为发动机10的输出轴的曲轴的外圆周表面上。为了检测驾驶员的加速器踏板(驱动操作构件)的操作量(加速器位置ACCP)，输出对应于加速器踏板的状态(位移)的电信号的加速器传感器30b装接到加速器踏板上。
ECU30充当上述系统中依照该实施例燃料喷射控制器并且主要作为电控元件执行发动机控制。ECU30(发动机控制ECU)具有已知的微型计算机(未显示)，并且通过基于上述各个传感器的检测信号掌握发动机10的操作状态并且相应地操作各个驱动器例如喷射器24，从而以最适合当前状态的方式执行涉及发动机10的各种控制。ECU30的微型计算机基本上由各种计算设备、存储设备、信号处理设备、通信设备、电源电路等组成，例如执行各类计算的CPU(中央处理器)、作为临时存储计算过程、计算结果等中数据的主存储器的RAM(随机存储器)、作为程序存储器的ROM(只读存储器)、作为数据存储存储器的EEPROM(电可重写非易失性存储器)、备用RAM(由备用电源例如车辆电池供电的RAM)、信号处理设备例如A/D转换器和时钟生成电路和用于在内部和外部之间输出/输出信号的输入/输出端口。在本实施例中，从CPU中单独设置了高速数字信号处理器(DSP)来提高控制中信号处理(特别是，涉及气缸压力传感器12a的输出的信号处理)的处理速度。ROM预先存储涉及发动机控制的各个程序、控制映射等，其中发动机控制包括涉及燃料喷射控制器的程序。数据存储存储器(例如，EEPROM)预先存储包括发动机10的设计数据的各种控制数据等。
上文已经详细描述了依照该实施例的燃料喷射控制系统的配置。安装有柴油机作为控制目标的车辆(例如，四轮汽车或卡车)由上述控制系统进行控制。在该系统中，ECU30基于各个传感器的连续输入的输出(检测信号)计算燃料喷射量(发动机控制量)。ECU30控制通过气缸12(燃烧室)中的燃料燃烧生成的指示转矩(所生成的转矩)和实际上输出到输出轴(曲轴)的最终轴转矩(输出转矩)。更具体地，ECU30计算对应于当前发动机操作状态的燃料喷射量、由驾驶员对加速器踏板的操纵量ACCP和其它因素的燃料喷射量并且输出喷射命令信号来命令到喷射器24的计算燃料喷射量的燃料喷射与期望的喷射正时同步。喷射器24的驱动量(例如，阀打开周期)是基于命令信号确定的并且发动机10的输出转矩基于该驱动量而被控制为目标值。如在柴油机的已知系统中那样，依照该实施例控制系统在稳定运行过程中保持布置在发动机10的进气通道中的节流阀处于近似完全打开的状态中以增加新鲜空气量并且减小泵送损失。因此，在稳定运行过程中，燃烧控制(特别是，涉及转矩调节的燃烧控制)主要是燃料喷射量控制。接下来，将参照图3描述依照该实施例的燃料喷射控制器的基本处理。
在图3的处理中使用的各个参数的值连续地存储在ECU30中安装的存储设备例如RAM、EEPROM或备用RAM中并且在需要时可以在任何时间进行更新。基本上，图3中所示的一连串处理是在ECU30运行存储在ROM中的程序时对于发动机10的每个气缸12的每个燃烧循环(例如，在气缸12之间具有180°CA的偏差)执行的。燃料供给除每个燃烧循环中通过该程序中止的气缸之外的所有气缸12(即多段喷射装置)。
在图3中所示的处理中，首先，在步骤S11处，读取显示发动机操作状态例如发动机转速(使用曲柄角传感器30a检测)和共轨压力(使用燃料压力传感器23a检测)的各个参数的值和驾驶员对加速器踏板的操纵量ACCP(使用加速器传感器30b检测)。在下一步S12处，基于在步骤S11处读取的发动机操作状态、加速器操纵量ACCP等(如果有必要的话，所需的发动机操作状态可以单独地计算)设置喷射模式。
喷射模式是基于例如存储在ROM中的规定映射表(或等式)设置的。更具体地，例如，各个假定的发动机操作状态的最佳模式(适应值)是通过实验等确定的并且提前写入映射表中。映射表因此指示发动机操作状态和最佳模式之间的关系。例如，每个喷射模式均是由参数限定的，这些参数例如为喷射阶段的数目(喷射数目)、喷射正时、喷射期(相当于喷射量)和喷射间隔(即，在多段喷射情况下喷射之间的间隔)。在步骤S12处喷射模式的设定中，可以使用为喷射模式的各个要素(例如喷射阶段的数目)单独提供的映射表或是制备成包括喷射模式中的一些或所有要素的映射表。
甚至更具体地，在步骤S12处，最佳模式(适应值)是依照映射表设置的，这样就会满足对应于当前发动机操作状态的所需发动机操作状态(在步骤S11处获得的)。例如，在单喷射的情况下，喷射量(即，喷射期)是依照所需转矩等可变地设置的，并且在多段喷射的情况下，总喷射量(即，总喷射期)是依照所需转矩等可变地设置的。用于喷射器24的命令值(即，命令信号)是基于这样设置的喷射模式设置的。这样，就会依照车辆状态等与主喷射一起适当地执行引燃喷射、预喷射、后喷射、补充喷射等。
在下一步骤S13处，用于喷射器24的命令值(即，命令信号)是基于在步骤S12处设置的喷射模式确定的，该喷射模式包括喷射阶段的数目、喷射正时、喷射期、喷射间隔等。在步骤S13处，基于这样确定的命令值来控制喷射器24的驱动。
在本实施例中，燃料是通过上述燃料喷射控制器供给发动机10的。在图3中的步骤S13处，当燃料燃烧在特定气缸(气缸12中的特定一个)中进行并且用于燃烧的燃料还附加地供给同一个气缸12时(更详细地，在执行后喷射时)，会基于装接到同一个气缸12上的气缸压力传感器12a的输出而可变地控制涉及喷射(即，后喷射)的相应的喷射器24的命令信号(特别是，涉及喷射量的命令)。该配置能够基于气缸压力的真实测量值以高精度控制喷射器的喷射方式，甚至是对于在燃料燃烧过程中执行的喷射(即，后喷射)。接下来，将参照图4至图6更加详细地描述图3中的步骤S13，且着重于使用气缸压力传感器12a的输出的信号处理。
图4是流程图，显示了基于信号处理使用气缸压力传感器12a的输出校正涉及后喷射的喷射器24的命令信号(特别是，涉及喷射量的命令)时执行的一连串处理的内容和处理次序。图4的处理是与后喷射的喷射命令同步执行的。图5显示了在图4的处理中使用的映射表。下面的说明将指向由引燃喷射、主喷射和后喷射构成的喷射模式(三阶段喷射)的实例。即，在图3的步骤S13处，在引燃喷射和主喷射以该次序执行之后执行后喷射。
在执行引燃喷射和主喷射中的每一个时，如专利文献1中所述的控制器一样，对应于喷射正时(即，基于在图3中的步骤S12处设置的喷射模式)的作为目标气缸(气缸12之一)的气缸12中压力(即，气缸压力)是通过使用规定的映射表等获取的。更具体地，气缸压力是通过使用规定映射表(或存储在ROM等中的等式)获得的，规定的映射表是通过实验等针对每个引燃喷射和主喷射制备的并且写入了气缸压力在每个喷射开始正时(以曲柄角表示，例如)的适应值(估计值)。然后，通过将气缸压力估计值和进气管11中压力的真实测量值(使用压力传感器11a检测，例如)代入规定等式(或存储在ROM等中的映射表)来校正涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即脉冲宽度)。更具体地，脉冲宽度随着气缸压力的增大而增大。然后，基于就在每次喷射之前或过程中使用燃料压力传感器23a检测的共轨压力，通过使用规定映射表等进一步校正这样校正的命令信号。换句话说，校正喷射结束命令规定正时(相当于规定的脉冲宽度)。更具体地，脉冲宽度随着共轨压力的增大而减小。每个喷射都是基于这样校正的脉冲宽度执行的。
在下面的后喷射时，执行图4的处理。更具体地，该处理是在喷射命令(阀打开操作开始命令)发送到喷射器24时被触发的。如上所述，后喷射在作为目标气缸的气缸12中的燃料(由主喷射点燃)燃烧过程中执行的，从而将燃料附加地喷射和供给到同一个气缸12中，这样喷射和供给的燃料就用在燃烧中。
如图4所示，在一连串的处理中，首先在步骤S21处，作为目标气缸的气缸12(气缸12之一)中的压力(气缸压力P1)是在阀打开操作开始命令(对应于喷射命令脉冲的升高)发送至喷射器24的正时(喷射开始命令正时)处基于气缸压力传感器12a的输出而实际地测量的。在下一步骤S22处，作为目标气缸的气缸12中的压力(气缸压力P2)是在喷射器24开始阀打开操作的正时(喷射开始正时)处基于气缸压力传感器12a的输出而实际地测量的。此时，喷射开始正时是依照上述喷射开始命令正时和无效喷射期(即，从当喷射器24通电的时间到燃料实际喷射时间的周期)基于规定映射表等估计的。在下一步骤S23处，基于气缸压力P1、P2预测在喷射器24结束阀关闭操作的正时(喷射结束规定正时)时的气缸压力P3(阀关闭正时气缸压力)。更具体地，气缸压力P3是通过气缸压力P1、P2的线性外推预测的。
在下一步骤S24处，基于正时处的气缸压力P2、P3计算喷射开始正时和喷射结束规定正时之间的平均压力。更具体地，通过例如下列等式来计算平均压力：平均压力＝(P2+P3)/2。然后，基于此时(在喷射开始正时前后)的气缸压力和共轨压力的计算平均值来确定用于校正涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即，脉冲宽度)的校正值。图5显示了用于获得校正值的示例性映射。
如图5所示，映射表是两维映射表，它可以在确定了平均气缸压力Pca和共轨压力Pr(均在步骤S24处获得)时唯一地确定对应于平均气缸压力Pca和共轨压力Pr的校正值(脉冲宽度校正值)。映射表以校正值和参数之间的对应关系描述了如图5中所示的趋势，这样脉冲宽度就会随着平均气缸压力Pca的增大而增大(即，喷射量增大)。这是因为气缸压力(相当于喷射器24的外部压力)从喷射器24的外部作用在喷射孔24e上从而抑制从喷射器24的燃料喷射。至于共轨压力Pr，在引燃喷射的情况下，脉冲宽度会随着共轨压力Pr的增大而缩短。在该映射表中，平均气缸压力Pca的参考值0可以被任意地设置。一般而言，在实验等中，对应于TDC(上死点)附近的值通常被用作适应标记。因此，同样在该映射表中，对应于TDC附近的气缸压力应该优选设置为平均气缸压力Pca的参考值0。
在依照该实施例的后喷射的控制中，校正值是依照这种映射表确定的，并且涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即，脉冲宽度)是使用这样确定的校正值进行校正的。后喷射基于校正的命令信号(即，脉冲宽度)被执行。
接下来将进一步参照图6描述图4的一连串处理，它着重于每个处理的执行正时和与处理的执行相伴的各个参数的改变(过渡)。图6是显示在依照该处理过程中参数转换的时间图。在执行引燃喷射或主喷射时，可以通过上述映射表估计高精度地估计图6中以虚线L2指示的气缸压力Pc(在燃烧期之外)。相反，在随后的后喷射中，很难高精度地估计气缸压力Pc，因为气缸12中的情况非常复杂。有鉴于此，在后喷射时，如上所述，气缸压力Pc(在燃烧期内)是基于气缸压力传感器12a的输出而实际测量的。因此，就会在各个规定的正时处检测图6中以实线L1指示的气缸压力Pc(在燃烧期内)。
更具体地，图4的处理在喷射开始正时t1处开始。首先，在步骤S21处进行处理时，气缸压力P1是基于气缸压力传感器12a的输出而实际地测量的。然后，在步骤S22处进行处理时，气缸压力P2是在喷射开始正时t2处基于气缸压力传感器12a的输出而实际地测量的。在步骤S22的处理结束之后，在步骤S23处进行处理时，在喷射结束规定正时t4之前，在正时t4处的气缸压力P3(阀关闭正时气缸压力)是通过气缸压力P1、P2的线性外推预测的。在本实施例中，因为从t2到t4的喷射期(近似500-1000微秒，例如)和从t1到t4的最终周期足够短，因此气缸压力P3是通过假定气缸压力P1-P3在一条直线上而近似地确定的。
随后，在步骤S24中进行处理时，在喷射结束规定正时t4之前，基于时间t2处的气缸压力P2和正时t4处的气缸压力(气缸压力P3)的预测值来计算喷射开始正时t2和喷射结束规定正时t4之间的平均压力。气缸压力Pc的这样计算的平均值对应于正时t2、t4之间的中心正时t3处的气缸压力Pc。如图6中的双点划线(脉冲)所示，中心正时t3对应于当阀关闭操作开始命令(对应于喷射命令脉冲的下降)假定发送到喷射器24(即，基于在图3中的步骤S12处设置的喷射模式而临时设置的喷射结束规定正时)时的规定正时。图6中的宽度“A”表示规定的脉冲宽度。如图6中的另一条双点划线(提升)所示，中心正时t3还对应于当喷针24b(参见图2)布置在阀打开侧上的最大位移位置(即，最大提升位置)处时的正时。
在步骤S24处，在喷射结束规定正时t4之前，甚至在中心正时t3(即，阀关闭操作开始命令正时)之前，即，在喷射开始正时t2前后，基于图5的映射表，确定正时t3处的气缸压力Pc(即，气缸压力Pc的平均值Pca)和对应于气缸压力Pc(Pca)的校正值并且确定此时的共轨压力Pr。因此，脉冲宽度(即，基于图3中步骤S12处设置的喷射模式的规定脉冲宽度A)就可以依照校正值缩短(即，能够减小喷射量)或延长(即，能够增大喷射量)。换句话说，可以依照图6中的点线脉冲(PULSE)和升程(LIFT)所示的校正值而适当地提前或延迟喷射结束命令规定正时。
在本实施例中，每次在燃烧过程中执行燃烧中待使用用燃料的喷射(例如，后喷射)时，就会执行图4的处理。在其中在一次燃烧过程中执行多次这种喷射的情形下，在每次执行多次喷射中的每一个时都会执行图4的处理。因此，就可以高精度地控制喷射器24的喷射方式(特别是喷射量)，甚至是对于在燃料燃烧过程中执行的喷射(例如，后喷射)也是如此。
如上所述，依照该实施例的燃料喷射控制器和燃料喷射控制系统提供了下列较好的效果。
(1)燃料喷射控制器(即，发动机控制ECU30)控制发动机10的燃料喷射方式，它具有分别装接到所有四个气缸12上用于测量各个气缸12中的压力的气缸压力传感器12a。燃料喷射控制器具有程序(气缸压力测量装置：图4中的步骤)，该程序用于在作为目标气缸(四个气缸12的每一个)的气缸12中进行燃料燃烧并且在燃料燃烧过程中附加地执行将在同一个气缸12的燃烧中待使用燃料喷射供给到同一个气缸12中(例如，在执行后喷射时)时，基于相应的气缸压力传感器12a的输出来测量作为目标气缸的气缸12中的压力(气缸压力)。控制器具有程序(喷射控制装置：图4中的步骤)，该程序用于基于实际测量的气缸压力(真实测量值)可变地控制涉及目标喷射的喷射器24的命令信号(脉冲宽度)。因此，就可以在包括在燃烧燃烧过程中执行喷射的发动机的更多情况下，高精度地控制喷射器24的喷射方式(特别是喷射量)。
(2)控制器具有用于在喷射总燃料量的喷射方法中供给燃料的程序(多段喷射装置)，且燃料假定在一个燃烧循环中被多次(即，在多段喷射方法中)喷射。图4的处理旨在紧接着主喷射执行的后喷射，主喷射在由程序(多段喷射装置)执行的多喷射之中生成发动机10的输出功率的主要部分，并且可变地控制涉及后喷射的喷射器24的命令信号(即，脉冲宽度)。使用这种配置，就可以高精度地控制后喷射的燃料喷射量并且最终改进后喷射例如扩散燃烧的激活和颗粒排放物的降低。
(3)至于引燃喷射或主喷射，可以通过映射表估计来控制喷射器24。基于气缸压力的实际测量(即，传感器输出)的喷射器24的上述控制可选地仅仅应用于后喷射。因此，例如，可以抑制与气缸压力的测量(即，传感器输出)相伴的计算载荷的增大。
(4)在图4的处理中，可以基于在阀打开操作开始命令(对应于脉冲的上升)发送至喷射器24的正时(即喷射开始命令正时t1)处获得的气缸压力传感器12a的输出，可变地控制涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即，脉冲宽度)。在图4的处理中，可以基于在喷射器24开始阀打开操作的正时(即，喷射开始正时t2)处获得的气缸压力传感器12a的输出，可变地控制涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即，脉冲宽度)。在图4的处理中，在喷射器24结束阀关闭操作的正时(即，喷射结束规定正时t4)处的目标气缸12中的压力(即，阀关闭正时气缸压力)是基于气缸压力传感器12a在喷射结束规定正时t4之前的正时处的输出进行预测的。涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即脉冲宽度)可以基于预测的阀关闭正时气缸压力而被可变地控制。通过组合上面的方案，就能够以更高的精度控制喷射器24的喷射量。此外，通过使用上述正时处的气缸压力，可以获得具有高再现性的数据，即，仅仅包含了提前进行的实验中的值与实际使用过程中的值之间很小偏差的数据。因此，就能够以更高的可靠性执行喷射器24的燃料喷射量控制。
(5)在图4的处理中，可以基于气缸压力传感器12a在阀打开操作开始命令(对应于脉冲的上升)发送至喷射器24的正时(即，喷射开始命令时间t1)处的输出和气缸压力传感器12a在喷射器24开始阀打开操作的正时(即，喷射开始正时t2)处的输出来预测阀关闭正时气缸压力。使用这种配置，可以高精度地预测阀关闭正时气缸压力。
(6)在图4的处理中，可以由在阀打开操作开始命令发送至喷射器24的正时(即，喷射开始命令正时t1)处的传感器输出和在喷射器24开始阀打开操作的正时(即，喷射开始正时t2)处的传感器输出通过线性外推预测阀关闭正时气缸压力。使用这种配置，可以执行高精度的预测。
(7)在图4的处理中，可以基于气缸压力传感器12a在正时t2处的输出和在正时t4处的气缸压力的预测值(阀关闭正时气缸压力)来确定在喷射器24开始阀打开操作的正时(即，喷射开始正时t2)和在喷射器24结束阀关闭操作的正时(即，喷射结束规定正时t4)之间的平均压力(对应于中心正时t3处的中心压力)。可以基于这样确定的平均压力可变地控制涉及喷射器24的喷射量的命令信号。平均压力或中心压力在确定喷射量时用作一个非常重要的参考。同样，使用这种配置，可以改进涉及后喷射中喷射量的精度。
(8)具有图2中所示结构的喷射器24被用作向目标发动机10供给燃料的喷射器。喷射器24具有喷针24b，喷针24b在阀体(即，外壳24d)内部执行规定的往复动作以打开/关闭通向喷射孔24e的燃料供给通道并且最终打开/关闭喷射器24。在停用状态中，喷针24b由沿指向阀关闭侧并且不断地施加到喷针24b上的力(即，弹簧24c的拉伸力)朝阀关闭侧移动。在启动状态，驱动力被施加到喷针24b上，这样喷针24b就逆着弹簧24c的拉伸力而朝阀打开侧移动。在本实施例中，使用这种喷射器，并且基于气缸压力传感器12a在正时t3之前和之后的正时t2、t4处的输出来确定在喷针24b位于阀打开侧上最大位移位置(即，最大提升位置)的正时(即，在中心正时t3)处的气缸压力。另外，可以基于这样确定的气缸压力而可变地控制涉及喷射器24的喷射量的命令信号(即脉冲宽度)。因此，可以基于在喷射器的操作稳定(即，当操作基本上处于静态时)的正时t3处的实际测量的气缸压力来高精度地控制喷射量。
(9)在图4的处理中，校正值是基于气缸压力传感器12a在向喷射器24输出阀关闭操作开始命令之前即在正时t3之前的正时(在喷射开始正时t2附近)处的输出确定的。此外，涉及喷射器24喷射的喷射量的命令信号(即，脉冲宽度)是基于所确定的校正值进行校正的。在正时t2附近的气缸压力(以及最终喷射特性)被连续地监视，并且喷射器24的命令信号的正时(特别是，阀关闭操作开始命令的正时，即喷射结束命令规定正时)被适当地校正(或规定值被校正)为对应于当前喷射特性的正时。因此，就可以基于当前气缸压力(即，真实测量值)连续地校正阀关闭操作开始命令的正时以及最终的喷射量。另外，喷射量能够被高精度地连续控制为期望值。
(10)燃料喷射控制系统具有用于通过使用在气缸12中生成的燃烧能生成转矩并且使用所生成的转矩旋转输出轴的发动机10，将用于燃烧的燃料直接地喷射和供给到各个气缸12中的喷射器24，用于测量气缸12中的压力的气缸压力传感器12a(提供用于所有四个各自的气缸12)和程序(气缸压力测量装置：图4的步骤中)，该程序用于在执行在燃烧中待使用的燃料从相应的喷射器24附加喷射供给到气缸12时基于相应的气缸压力传感器12a的输出来测量目标气缸12中的压力(即，气缸压力)。燃料喷射控制系统可以实现能够在发动机的更多情况下高精度地控制喷射器24的喷射方式的系统。
上述实施例可以例如修改如下。
在上述实施例中，在喷射开始正时t2和喷射结束规定正时t4之间的平均压力是基于气缸压力传感器12a在正时t2处的输出(即，气缸压力P2)和阀关闭正时气缸压力在正时t4处的预测值(即，气缸压力P3)确定的。本发明并不限于此。或者，例如，正时t2、t4之间的平均压力可以通过使用除正时t2、t4处的压力之外的正时t2、t4之间的一或多个压力值确定。
在上面的实施例中，发送至喷射器24的命令信号的校正值是基于正时t1、t2、t4处的气缸压力确定的。本发明并不限于此。或者，例如，命令信号的校正值可以基于正时t1、t2、t4中的一或两个处的气缸压力来确定。通过基于至少在向喷射器24输出阀关闭操作开始命令之前的气缸压力传感器12a的输出(多个输出)确定校正值，可以实现与效果(9)相同或类似的效果。
同样有效的是向控制器提供一个程序(气缸压力存储装置)，从而在规定的存储设备中存储与通过图4的处理测量的与喷射条件例如气缸压力和共轨压力的测量正时相关的气缸压力。通过使用存储在存储设备中的气缸压力而不必每次测量气缸压力，这种配置可以减少目标喷射时气缸压力的测量次数(频率)。在这种情形下，因为可以使用过去的值(例如，前一个值)，所以就不需要在向喷射器24发送阀关闭操作开始命令的正时之前确定校正值。用于存储气缸压力的存储设备因此优选为非易失存储设备，例如EEPROM或备用RAM。在该配置中，数据(在各个正时处获得的气缸压力)以非易失的方式保存，例如，甚至在发动机10停止(例如，点火开关被断开)并且控制器(即，ECU30)的电力被切断之后。因此，当发动机10下一次起动时，可以基于从前一次发动机起动时起的存储数据执行上述校正等。
使用向气缸12设置的压力传感器(气缸压力传感器12a)测量的气缸压力，或更具体地，在燃料在气缸12中进行燃烧并且还附加地向同一个气缸12执行在同一个气缸12的燃烧中待使用的燃料的喷射供给时，在气缸12中的压力(例如，存储在EEPROM中)，可以通过数据存储、除喷射方式的上述校正之外包括喷射器24等的燃料供给系统的故障诊断而用于数据分析。
在上面的实施例中，基于图3的步骤S12处设置的喷射模式而临时设置的喷射结束命令规定正时被适当地校正(即，规定的值被改变)为对应于当前气缸压力的值。本发明并不限于此。或者，新值可以依照当前气缸压力连续地确定并且连续地设置(或规定值可以被更新或复位状态中的参数可以被设置而不必设置规定值)为喷射结束命令正时，即，向喷射器24发送阀关闭操作开始命令(对应于喷射命令脉冲的下降)的正时。
在上面的实施例中，在喷针24b位于阀打开侧上的最大位移位置(即，最大提升位置)的正时处的气缸压力是基于上述气缸压力和后续的气缸压力而被估计为中心正时t3处的气缸压力。本发明并不限于此。或者，可以通过任意方法检测在喷针最大位移位置处的气缸压力。例如，可以使用向喷射器24提供传感器来测量喷针24b的提升量的配置。在这种情形下中，例如，在喷针24b位于阀打开侧上的最大位移位置(即，最大提升位置)处的正时是基于传感器输出而实际测量的，并且在该正时处的气缸压力是基于气缸压力传感器12a的输出而实际测量为喷针最大位移位置处的气缸压力。这种传感器(喷针提升量传感器)并未投入实际使用，因为该传感器虽然用在试验等中，但是当前仍具有不足的传感器寿命等。然而，这种传感器可能会在将来投入实际使用(即，用在市场中的汽车等中)。
在上面的实施例中，为了阻止与气缸压力的测量相伴的计算载荷等的增大，基于气缸压力的实际测量的喷射器24的控制可选地应用于后喷射(而其它喷射则使用映射表通过估计来控制)。本发明并不限于此。或者，在除后喷射之外进行引燃喷射和/或主喷射时，可以基于气缸压力的实际测量来执行喷射器24的控制。
虽然在上面的实施例中使用了具有图2中所示结构的喷射器24，但是目标发动机的喷射器的结构可以依照使用等任意地选择。即，喷射器并不限于使用电磁螺线管作为驱动器的电磁驱动型喷射器，而是例如可以为使用压电元件作为喷针驱动器的压电喷射器。另外，喷射器并不限于由脉冲信号以二进制方式控制的流体驱动型喷射器，而是可以为直接驱动式喷射器(例如，当前处于开发阶段的直接驱动式压电喷射器)，其中喷针提升量以及最终的喷射率可以依照驱动电流的供给量而连续和直接地改变。另外，可以使用喷针或向外的阀打开型喷射器来打开/关闭喷射孔的喷射器。
在上面的实施例中，在一个燃烧循环中执行三种喷射(即，引燃喷射、主喷射和后喷射)。本发明还可以类似地适用于仅仅在一个燃烧循环中执行主喷射和后喷射这两种喷射的情形，或是在一个燃烧循环中执行四种或更多段喷射例如引燃喷射、预喷射、主喷射、后喷射和补充喷射的情形。作为控制目标的喷射并不限于所谓的后喷射，而是可以为任意喷射，只要在燃烧过程中执行喷射以供给将在燃烧中使用的燃料即可。
作为控制目标的发动机的类型和系统配置可以依照使用等而适当地改变。发动机类型并不限于压缩点火型柴油机，而是可以是火花点火型直接喷射汽油机。例如，虽然在上面的实施例中气缸压力传感器12a装接到每个气缸12上，但是气缸压力传感器12a可以仅仅装接到部分(例如一个)气缸12上。在这种情形下，通过使用装备有气缸压力传感器(多个气缸压力传感器)12a的气缸(多个气缸)的气缸压力的真实测量值估计其它气缸12的气缸压力的配置是有效的。因此，可以测量许多气缸的气缸压力并且基于测量值高精度地控制喷射方式(喷射量等)而同时将传感器的数据和计算载荷减小到最低。
在其中上述实施例以上述的任一种方式修改的情形中，优选依照实用配置将上述各种处理(程序)的细节(设计细节)适当地修改为最佳方式。
上述实施例和变体假设使用各类软件(程序)。或者，相似的功能可以由硬件例如专用电路实现。
尽管已经结合当前考虑为最实用的和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，预计涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种变体和等效配置。

Claims (13)

1.一种燃料喷射控制器，在用于燃烧以生成目标发动机的输出功率的燃料通过喷射器被直接喷射和供给到其中发生发动机的燃料燃烧的至少一个气缸中时，该燃料喷射控制器通过输出命令信号来控制至少一个喷射器的燃料喷射方式，该燃料喷射控制器包括：
提供给至少一个气缸的至少一个气缸压力传感器，用于输出对应于在相同气缸中的压力的检测信号；和
喷射控制装置，用于基于在执行特定燃料喷射供给时的气缸压力传感器的输出，相对于该特定燃料喷射供给可变地控制发送给喷射器的命令信号，在具有气缸压力传感器的作为目标气缸的气缸中燃料燃烧过程中执行所述特定燃料喷射供给，用于附加地喷射和供给在作为所述目标气缸的所述气缸的燃烧中待使用的燃料。
2.如权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于，还包括：
多段喷射装置，用于在喷射总燃料量的多段喷射方法中执行进入作为目标气缸的气缸的燃料喷射供给，且燃料被假定为在一个燃烧循环中通过多个喷射进行喷射，其中，
喷射控制装置可变地控制相对于由多段喷射装置执行的多个喷射之中紧接着主喷射执行的后喷射发送给喷射器的命令信号，该主喷射生成发动机输出功率的主要部分。
3.如权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
喷射控制装置基于气缸压力传感器在阀打开操作开始命令被发送给喷射器时的正时处的输出，可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
4.如权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
喷射控制装置基于气缸压力传感器在喷射器开始阀打开操作时的正时处的输出，可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
5.如权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
喷射控制装置基于特定正时之前检测的气缸压力传感器的输出预测在喷射器结束阀关闭操作时的特定正时处作为目标气缸的气缸中的压力的阀闭合正时气缸压力，并且基于所预测的阀关闭正时气缸压力可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
6.如权利要求5所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
基于气缸压力传感器在阀打开操作开始命令被发送给喷射器时的正时处的输出和气缸压力传感器在喷射器开始阀打开操作时的正时处的输出，喷射控制装置预测阀关闭正时气缸压力。
7.如权利要求5所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
基于喷射器开始阀打开操作时的正时处的气缸压力传感器的输出和所述预测的阀闭合正时气缸压力，喷射控制装置确定在喷射器开始阀打开操作时的特定正时和在喷射器结束阀关闭操作时的特定正时之间的中心正时处的作为目标气缸的气缸中的压力的中心压力，以及
喷射控制装置基于所确定的中心压力可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
8.如权利要求5所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
喷射控制装置基于气缸压力传感器在喷射器开始阀打开操作时的正时处的输出和所述预测的阀关闭正时气缸压力，确定在喷射器开始阀打开操作时的特定正时和在喷射器结束阀关闭操作时的特定正时之间的平均压力，以及
喷射控制装置基于所述确定的平均压力可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
9.如权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
喷射器具有喷针，该喷针通过它在阀体内部的规定往复动作而打开或关闭喷射器的喷射孔或是通向喷射孔的燃料供给通道，从而打开或关闭喷射器，并且该喷射器构造成在停用状态中喷针由沿朝阀关闭侧方向不断地施加到喷针上的力移动到阀关闭侧，和喷针接收驱动力并且由驱动力逆着在致动状态中指向阀关闭侧的力移动到阀打开侧，
喷射控制装置基于当喷针位于阀打开侧上最大位移位置处时的正时气缸压力传感器的输出或气缸压力传感器在同一正时前后的正时处的输出，确定在同一正时处作为目标气缸的气缸中的压力，以及
喷射控制装置基于所述确定的压力可变地控制涉及喷射器的喷射量的命令信号。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的燃料喷射控制器，其特征在于，
喷射控制装置基于气缸压力传感器在向喷射器输出阀关闭操作开始命令之前的输出，确定阀关闭操作开始命令的校正值或新值，并且
喷射控制装置基于校正值或新值可变地设置阀关闭操作开始命令。
11.一种燃料喷射控制器，在用于燃烧以生成目标发动机的输出功率的燃料通过喷射器被直接喷射和供给到其中发生发动机的燃料燃烧的至少一个气缸中时，该燃料喷射控制器通过输出命令信号来控制至少一个喷射器的燃料喷射方式，该燃料喷射控制器包括：
气缸压力测量装置，用于测量当燃料在相同气缸中燃烧并且在燃烧中待使用的燃料基于装接到相同气缸上的压力传感器的输出被附加地喷射和供给到相同气缸中时气缸中的压力。
12.如权利要求11所述的燃料喷射控制器，其特征在于，还包括：
气缸压力值存储装置，用于在规定存储设备中存储与测量的正时相关的由气缸压力测量装置测量的气缸中压力的值。
13.一种燃料喷射控制系统，包括：
发动机，用于通过由气缸中的燃烧生成的能量而生成的转矩来旋转输出轴；
喷射器，用于将燃烧中待使用的燃料直接喷射和供给到气缸中；
气缸压力传感器，用于输出对应于气缸中压力的检测信号；以及
气缸压力测量装置，用于基于气缸压力传感器的输出而测量当燃料在气缸中燃烧并且在燃烧中待使用的燃料从喷射器附加地喷射和供给到相同气缸中时在气缸中的压力。
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