CN101493062A - 设计为使用液体粘度来控制液体供应的液体供应系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可以被设计为用于机动车辆的燃料喷射系统的液体供应系统。所述液体供应系统用于控制液体喷射器和泵的操作。所述液体供应系统确定从泵输送的液体的粘度，并且校正所述喷射器的操作以便补偿由于所述液体的粘度变化而引起的误差，从而确保液体供应的精确性。

Description

设计为使用液体粘度来控制液体供应的液体供应系统

技术领域

本发明总体上涉及一种液体供应系统，诸如用于汽车柴油发动机的燃料喷射控制系统，并且更具体地涉及一种设计为计算液体粘度并且根据所计算的粘度来确定待供应的目标液体量的液体供应系统。

背景技术

例如，用于机动车辆的典型共轨(common rail)燃料喷射系统被设计成通过燃料输送泵对燃料加压并将其输送到共轨，将该共轨中的燃料喷入柴油发动机的每个汽缸，通过电子控制部件(ECU)调整燃料输送泵的旋转速度以及每个燃料喷射器将被打开或关闭的时间以控制实际喷入发动机的燃料量以及燃料将被喷入发动机的时间。日本专利首次公开号2001-182638教导了这种共轨燃料喷射系统。

减少来自柴油发动机的有害排放量(诸如包含在废气中的颗粒物质(PM))要求基于发动机的操作情况来精确控制待喷入柴油发动机的每个汽缸的燃料量以及将进行这种燃料喷射的时间。燃料的温度或物理属性的变化通常导致所述燃料的粘度发生变化。这将造成即使在燃料喷射器保持打开的时间以及将燃料喷入发动机的时间均不变时，实际喷入发动机的燃料量也会发生变化，从而导致在控制发送机的排放中出现不稳定的情况。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于避免现有技术的缺点。

本发明的另一目的在于提供一种诸如燃料喷射系统的液体供应系统，其设计为确保提供所需液体量的准确性。

依照本发明的一个方面，提供了一种可以被设计为用于机动车辆的燃料喷射系统的液体供应系统。所述液体供应系统包括：(a)用于加压及输送液体的加压/输送机构；(b)用于通过喷射孔喷射从所述加压/输送机构输送的液体的喷射器；(c)从所述加压/输送机构的出口和所述喷射器的喷射孔延伸的流路，其中所述液体通过所述流路流动；以及(d)用于执行控制操作以控制所述喷射器的操作的控制器。该控制器还执行第一压力确定功能、第二压力确定功能、流率确定功能、粘度计算功能以及控制校正功能。第一压力确定功能确定第一压力，所述第一压力是流过一部分流路的液体的压力。第二压力确定功能确定第二压力，所述第二压力是在确定第一压力的流路部分下游流动的液体的压力。流率确定功能确定流过所述流路的液体的流率。粘度计算功能基于第一压力与第二压力之差以及由流率确定功能确定的流率来计算供应至喷射器的液体的粘度。控制校正功能基于由粘度计算功能计算的液体粘度来校正控制操作以控制所述喷射器的操作。

特别是，控制校正功能考虑到液体粘度而将控制操作置于所需的状态。换句话说，控制器校正喷射器的操作以便补偿由于液体粘度变化而引起的误差。

流率确定功能用于确定流过流路的液体的粘度，所述流路处于确定第一和第二压力的地方之间。

在此所称的液体粘度可以由在流体动力学中定义的粘度(μ)的函数y(＝f(μ))以及粘度本身来表达。

在本发明的优选模式中，液体供应系统还包括用作蓄能器的共轨，其中存储有从加压/输送机构输送的液体并且所述共轨连接至喷射器。第一压力是在流路内共轨的上游流动的液体的压力。第二压力是共轨中液体的压力。

第一压力确定功能基于加压/输送机构的操作情况来计算第一压力。流率确定功能基于加液体/输送机构的操作情况来计算液体的流率。

液体供应系统还包括液体箱，该液体箱中存储有将被加压/输送机构加压的液体。控制器还用来确定液体箱是否已经被注满。当液体箱被确定为已经注满时，控制校正功能基于由粘度计算功能计算的液体粘度来校正控制操作。

在粘度计算功能计算液体粘度时，控制器控制加压/输送机构以保持加压/输送机构的操作不变。换句话说，当加压/输送机构在操作中置于稳定状态中时计算粘度，从而改进提液体供应的精确性。

在粘度计算功能计算液体粘度时，控制器还可以控制喷射器以保持喷射器的操作不变。

当加压/输送机构通过流路输送液体时，粘度计算功能可以计算液体的粘度。

所述液体可以是用于柴油发动机的燃料。喷射器可以设计成用于将燃料喷射到柴油发动机的燃烧室中。

附图说明

根据下面给出的详细描述以及本发明优选实施例的附图将更充分地理解本发明，然而本发明的优选实施例不应当被用来将本发明限制为具体实施例而是仅仅用来解释和理解目的。

在附图中：

图1是示出被设计为依照本发明的燃料喷射系统的液体供应系统的框图；

图2是依照本发明第一实施例的计算燃料粘度以校正燃料喷射控制的喷射控制程序的流程图；以及

图3是依照本发明第二实施例的计算燃料粘度以校正燃料喷射控制的喷射控制程序的流程图。

具体实施方式

参照附图，特别是参照图1，示出了依照本发明的液体供应系统，在该实施例中所述液体供应系统被设计为诸如汽车共轨燃料喷射系统的蓄能器(accumulator)燃料喷射系统10。

蓄能器燃料喷射系统10基本上由输送泵14、高压泵16、流率控制阀18、共轨20、压力传感器22、减压阀24、燃料喷射器30、电子控制部件(ECU)40以及电子驱动部件(EDU)42组成。如这里所提及的，蓄能器燃料喷射系统10被设计成将燃料供应至例如汽车四缸柴油发动机50的每个汽缸中。为了方便起见，图1仅示出了从EDU 42延伸到一个燃料喷射器30的一个信号线路。

输送泵14用于从燃料箱12中泵出燃料并且将其输送至高压泵16。高压泵16具有这样的典型结构，即其中随着发动机50的凸轮轴的凸轮旋转，活塞往复运动以对吸入其压力室的燃料加压。高压泵16配备有流率控制阀18。

流率控制阀18设置在高压泵16的出口中，并且用于控制将供应至共轨20的燃料的流率以便通过高压泵16将共轨20中的压力保持在给定的控制水平。流率控制阀18和高压泵16用作燃料加压/输送机构。

流率控制阀18可以由电磁阀来实现。ECU 40控制将提供给流率控制阀18的电流的占空比来改变其打开位置。高压泵16通过发动机50所生成的扭矩来驱动。

共轨20用作燃料蓄能器，用于在其中存储从高压泵16输送的燃料并且将其保持在基于发动机50的操作情况而选择的压力。压力传感器22用于测量共轨20的入口端的燃料压力并且将指示共轨20中燃料压力的信号输出至ECU 40。

当被打开时，减压阀24将燃料从共轨20泻出到回流管100中以减少共轨20中的压力。减压阀24可以由装备有弹簧、阀部件和线圈的典型电磁阀来实现。弹簧始终将阀部件推至关闭位置。当被激励时，线圈产生磁吸力以将阀部件提到打开位置，从而将燃料从共轨20中泻出。减压阀24保持打开的持续时间由提供给其线圈的脉冲电流的宽度来控制。脉冲电流的宽度越大，持续时间越长。

燃料喷射器30并行地安装到发动机50的每个汽缸中。每个燃料喷射器30用于将存储在共轨20中的燃料喷入发动机50的一个汽缸中。每个燃料喷射器30是典型的电磁阀，其中在控制室中阀关闭方向上顶着喷嘴针的燃料压力由EDU 42来调整以控制将被喷入发动机50的燃料量。

ECU 40由典型的微型计算机来实现，所述典型的微型计算机由CPU、ROM、RAM和诸如闪存的非易失性存储器组成。ECU 40控制流率控制阀18、减压阀24和燃料喷射器30的激励，以将发动机50的操作情况带至所需的状态。

减压阀24和燃料喷射器30由ECU 40通过EDU 42来间接控制。

ECU 50对来自发动机转速传感器(未示出)、加速器位置传感器(未示出)、曲轴角度传感器(未示出)、温度传感器26、速度传感器28以及压力传感器22的输出进行采样以确定发动机50和燃料喷射系统10的操作情况，其中所述加速器位置传感器用于测量加速器踏板的位置(即，节流阀的打开位置)，所述曲轴角度传感器用于测量发动机50的曲轴的角度位置，所述温度传感器26用于测量燃料的温度，所述速度传感器28用于测量高压泵16的旋转速度。

ECU 40用于监控发动机50的操作情况并且通过执行如在ROM或闪存中存储的控制程序来控制流率控制阀18、减压阀24以及燃料喷射器30的激励的占空比，以便使所述发动机50的操作情况符合所需的情况。

具体而言，ECU 40在闪存中存储泵出-排放映射，该泵出-排放映射表示流率控制阀18的激励量与从高压泵16排出的燃料量之间的关系。ECU 40通过使用泵出-排放映射进行查找来在PID(比例积分微分)反馈控制模式下控制流率控制阀18的激励，以便使共轨20中由压力传感器22采样的燃料压力符合目标压力。

当由于发动机50减速而要求减少共轨20中燃料的压力时，仅仅通过减少从高压泵16排放的燃料量将难以迅速地减少共轨20中燃料的压力，因此ECU 40命令EDU 42打开减压阀24以将共轨20中的燃料排放到回流管100中。

基于燃料粘度的喷射控制的校正

如上所述，燃料喷射系统10(即，ECU 40)对来自传感器的输出进行采样以确定发动机50的操作情况并且控制将被提供到流率控制阀18、减压阀24和燃料喷射器30的电流的占空比，以便使发动机50的操作情况成为最优的操作情况。

然而，燃料的温度或属性的变化将导致其粘度发生变化，从而造成供应至发动机50的燃料量即使在燃料喷射器30保持打开的时间(即，喷射持续时间)或燃料喷射器30将被打开或关闭的时间不变时也会改变。这导致难于精确控制从发动机50排放的废气量。

为了解决上述问题，燃料喷射系统10被设计成在燃料喷射器30和流率控制阀18均受控的主控制模式下使用指示燃料粘度的参数来确定喷射持续时间或每个燃料喷射器30将被打开或关闭的时间并且基于该燃料粘度来校正燃料喷射控制以控制燃料喷入发动机50。下面将参照图2的流程图描述燃料喷射控制的校正。

当发动机启动开关已经被开启以启动发动机50时，ECU 40开始图2的喷射控制程序。当关掉启动开关时，ECU 40终止该喷射控制程序。该燃料喷射控制的校正与燃料喷射系统10中的主控制并行地执行。

启动开关是在开启时将安装在机动车辆中的零件(即，电气设备)置于导通状态的开关，诸如点火开关。

在进入程序之后，例程进行至步骤1，其中确定发动机50现在是否处于稳定状态。具体而言，确定是否满足如下所述的三个条件(a)、(b)和(c)中的至少一个。

(a)发动机50的速度或所要求的负载是固定的，并且燃料喷射器30的受控的操作情况保持不变(即，提供给燃料喷射器30的电流的占空比是固定的)。

(b)受压的燃料正在输送给共轨20，并且在发动机50运行期间流率控制阀18的受控的操作情况保持不变(即，提供给流率控制阀18的电流的占空比是固定的)。

(c)受压的燃料正在输送到共轨20，并且在发动机50运行期间流率控制阀18是关闭的。

如果得到否定回答，意味着上述条件(a)、(b)和(c)中的任何一个均不满足，那么例程重复步骤1。或者，如果得到肯定回答，意味着发动机1处于稳定状态，那么例程进行至步骤3，在步骤3中将被提供给流率控制阀18和燃料喷射器30中每个的电流的占空比被固定为选择用于计算燃料粘度的恒定值。

如在上述条件(b)中所提及的，将被提供给流率控制阀18的电流的占空比(下面将称作控制模式占空比)由ECU 40基于发动机50的操作情况在主控制中确定，而将被提供给流率控制阀18和每个燃料喷射器30的电流的占空比(下面将称作粘度计算占空比)由存储在ECU 40的ROM或闪存中的值给出以用于计算燃料的粘度。提供给燃料喷射器30的电流的占空比下文中还被称作控制模式占空比。

控制模式占空比和粘度计算占空比取决于发动机50的操作情况可以彼此相等。如上所述，粘度计算占空比被预先选择以适于计算燃料的粘度并且存储在ECU 40中。

当粘度计算占空比与控制模式占空比存在很大不同时，可能会对发动机50的操作造成不利影响，然而，使用粘度计算占空比的时间被选择为足够短以确保发动机50操作的稳定性。

在步骤3将被提供给流率控制阀18和燃料喷射器30的电流的占空比设定为粘度计算占空比之后，所述例程进行至步骤5，在该步骤5中对指示燃料温度的温度传感器26的输出、指示高压泵16的旋转速度的速度传感器28的输出以及流率控制阀18的占空比进行采样以基于所采样的值来计算将被输送给共轨20的燃料的流率Q和在所述流率控制阀18的出口或其下游的燃料的压力P1，所述流率Q换句话说为燃料流过从所述流率控制阀18的出口延伸到共轨20的流路的流率Q。

在对温度传感器26和速度传感器28的输出以及流率控制阀18的占空比进行采样以导出燃料的流率Q之后，流率控制阀18和燃料喷射器30的占空比分别返回到控制模式占空比。换句话说，流率控制阀18和燃料喷射器30被置于主控制模式下。

在步骤5之后，所述例程进行至步骤9，在步骤9中使用燃料流率Q和流率控制阀18的出口处的燃料压力P1(如在步骤5中所确定)以及由压力传感器22测量的流率控制阀18的出口下游流动的燃料的压力Pc，基于下面方程式来确定燃料的粘度。

Q＝πd4ΔP/128Lμ

其中Q是如在步骤5中确定的燃料的流率，d是从流率控制阀18的出口延伸到压力传感器22的管道的内径，ΔP是P1-Pc，L是在流率控制阀18的出口与压力传感器22之间延伸的管道长度，并且μ是燃料的粘度。应当注意，上述方程式在流率控制阀18与压力传感器22之间延伸的管道的横截面为圆形的情况下使用，并且在所述管道横截面不是圆形的情况下可以根据另一已知的方程式来计算燃料的粘度，并且如上面所提及的，流率控制阀18与压力传感器22之间的管道是定义为从高压泵16延伸到每个燃料喷射器30入口的近似的燃料流路。

在步骤7导出燃料的粘度之后，所述例程进行至步骤9，在步骤9中所述燃料的粘度被存储在ECU 40的RAM的给定地址单元中。

所述例程进行至步骤11，在步骤11中确定是否应当在主控制模式下使用在步骤9中存储的燃料粘度，即是否满足其中应当更新所述燃料粘度的粘度更新条件。具体而言，确定燃料箱12是否已经被重新添加燃料。当燃料箱12被确定为已经重新添加燃料时，粘度更新条件被确定为已经得到满足。或者，当燃料箱12被确定为尚未重新添加燃料时，所述例程返回到步骤1。

通过比较在开启启动开关前后燃料箱12中的燃料量来确定所述燃料箱12是否已经被重新添加燃料。当开启启动开关时测量的燃料箱12中的燃料量已经大于在启动开关处于关闭状态时测量的燃料量时，确定该粘度更新条件已经得到满足。或者，当启动开关处于关闭状态时测量的燃料箱12中的燃料量大于或等于在开启启动开关时测量的燃料量时，确定粘度更新条件未得到满足。

如果在步骤11中得到肯定回答，意味着燃料箱12已经被重新添加燃料，那么所述例程进行至步骤13，在步骤13中将燃料的粘度从RAM中读出并且用于校正在主控制模式下已经确定的命令每个燃料喷射器30喷射的燃料量(即，喷射持续时间)以及每个燃料喷射器30的喷射时序(即，当燃料喷射器30应当开始喷射燃料的时间和/或燃料喷射器30应当终止喷射燃料的时间)，以使实际喷入发动机50的燃料量符合所需的燃料量。具体而言，当燃料的粘度被确定为已经改变时，ECU 40校正将喷入发动机50的目标燃料量(即，激励每个燃料喷射器30的电流脉冲的占空比)以及每个燃料喷射器30应当打开和/或关闭的时间(即，该电流脉冲的上升和/或下降)，以便补偿从每个燃料喷射器中实际喷射的燃料量的误差，其中所述目标燃料量和时间已经在主控制模式下基于发动机50的操作情况被确定，并且所述误差由于燃料粘度的变化而引起。ECU 40还可以基于燃料的粘度来校正用于激励流率控制阀18的电流脉冲的占空比。

或者，如果在步骤11得到否定回答，意味着燃料箱12被确定为尚未重新添加燃料，换句话说燃料粘度被确定为保持不变，那么所述例程返回到步骤1而不会更新用于主控制模式下的燃料粘度。

燃料喷射系统的有益特征

ECU 40使用在图2的步骤5中基于燃料的流率Q、由压力传感器22测量的流率控制阀18出口处的燃料压力P1以及燃料压力Pc而计算的燃料粘度，来校正在主控制模式下曾经使用的燃料的粘度，从而确保向发动机50供应所需燃料量的精确性。

来自压力传感器22的输出被用来计算燃料的粘度，从而能够精确控制将喷入发动机50的燃料量而不会增加燃料喷射系统10的制造成本，其中所述压力传感器22通常安装用于测量共轨20中燃料的压力以用于主控制模式。

基于被设定用于激励流率控制阀18的电流的粘度计算占空比来确定供应至共轨20的燃料的流率Q和流率控制阀18出口处的燃料的压力P1以计算所述燃料的粘度，从而能够在不必使用额外的燃料压力传感器和流率传感器的情况下导出燃料的粘度。

因此，该实施例的燃料喷射系统10能够在不会极大地增加其制造成本的情况下向发动机50供应燃料。

燃料的粘度是表示燃料物理属性的一个参数。因此，不同的燃料具有不同的粘度。当具有相同的物理属性时，只要燃料的温度相同，该燃料就表现出相同的粘度。

燃料喷射系统10被设计为在车辆被确定为重新添加燃料时使用最新计算的燃料粘度来校正或更新在主控制模式下曾经使用的燃料的粘度，从而使更新在主控制模式下使用的燃料粘度的次数最小化。

ECU 40计算当发动机50的操作处于稳定状态时燃料的粘度，即当满足如上所述的至少一个条件(a)、(b)和(c)时，从而确保确定所述燃料粘度的精确性。

ECU 40进入粘度计算模式以计算当燃料输送至共轨20时燃料的粘度，换句话说当在流过高压泵16和燃料喷射器30之间的燃料流路的燃料的压力变化较低时，从而确保计算所述燃料粘度的精确性。

图3是依照本发明第二实施例的喷射控制程序的流程图，其与图2的不同之处仅在于在发动机50被确定为处于稳定状态之后，在步骤11确定是否满足粘度更新条件。在图2中所使用的相同步骤编号指代相同的操作从而在此将省略对其的详细描述。

虽然为了更好地理解本发明，已经按照优选实施例公开了本发明，然而应当理解，可以在不脱离本发明原理的情况下依照各种方式来实现本发明。因此，本发明应当被理解为包括所有可能的实施例以及在不脱离由所附权利要求所阐述的本发明原理的情况下对所示出实施例进行的各种修改。

本发明还可以用于废气排放控制设备，其被设计成将还原剂喷入诸如汽车柴油发动机的内燃机的废气管中以减少在废气中包含的氮氧化物(NOx)。

本发明还可以用于汽油发动机燃料喷射系统。

当要求计算燃料的粘度时，ECU 40确定在从流率控制阀18的出口和燃料喷射器30的喷射孔延伸的燃料流路内共轨20的上游流过的燃料的压降(即，ΔP)，然而可选择地所述ECU 40可以确定在共轨20的下游的另一位置处的这种压降。例如，压力传感器可安装在一个燃料喷射器30的燃料管与共轨20的接头中以测量压降ΔP。用于确定压降ΔP的燃料压力P1和Pc可以是从流率控制阀18至燃料喷射器30的任意预定位置处的燃料压力。

ECU 40基于燃料的温度、高压泵16的旋转速度以及激励流率控制阀18的电流的占空比来计算供应至共轨20的燃料的流率Q以及所述流率控制阀18的出口处燃料的压力P1，然而可选择地所述ECU 40可以被设计成直接使用传感器来测量所述流率Q和压力P1。

当发动机50处于稳定状态时ECU 40计算燃料的粘度，然而可选择地所述ECU 40可以设计成在发动机50的正常操作期间计算该粘度。

当燃料箱12被确定为已经添加了燃料时，ECU 40更新用于主控制模式下的燃料的粘度以确定将从燃料喷射器30喷射的目标燃料量和燃料喷射器30的喷射时序，然而可选择地所述ECU 40可以设计为每当所述燃料的粘度被计算时或当其被确定为不同于在主控制模式下曾经使用的燃料的粘度时更新所述燃料的粘度。

Claims (8)

1、一种液体供应系统，包括：

加压/输送机构，用于加压及输送液体；

喷射器，用于通过喷射孔喷射从所述加压/输送机构输送的所述液体；

流路，其从所述加压/输送机构的出口和所述喷射器的喷射孔延伸，其中所述液体通过所述流路流动；以及

用于执行控制操作以控制所述喷射器的操作的控制器，所述控制器还执行第一压力确定功能、第二压力确定功能、流率确定功能、粘度计算功能和控制校正功能，该第一压力确定功能用于确定第一压力，所述第一压力是流过所述流路的一部分的所述液体的压力，所述第二压力确定功能用于确定第二压力，所述第二压力是在确定所述第一压力的流路的所述部分的下游流动的所述液体的压力，所述流率确定功能用于确定流过所述流路的所述液体的流率，所述粘度计算功能用于根据所述第一压力与第二压力之差以及由所述流率确定功能确定的所述流率来计算供应至所述喷射器的所述液体的粘度，所述控制校正功能用于根据由所述粘度计算功能计算的所述液体的所述粘度来校正所述控制操作以控制所述喷射器的操作。

2、如权利要求1所述的液体供应系统，还包括共轨，在所述共轨中存储有从所述加压/输送机构输送的所述液体并且所述喷射器连接至所述共轨，并且其中所述第一压力是在所述流路内所述共轨的上游流动的液体的压力，并且所述第二压力是所述共轨中液体的压力。

3、如权利要求1或2所述的液体供应系统，其中所述第一压力确定功能基于所述加压/输送机构的操作情况来计算所述第一压力，并且其中所述流率确定功能基于所述加压/输送机构的操作情况来计算所述液体的所述流率。

4、如权利要求1至3中任一项所述的液体供应系统，还包括液体箱，在所述液体箱中存储有将由所述加压/输送机构加压的液体，并且其中所述控制器还用于确定所述液体箱是否已经重新注满所述液体，当确定所述液体箱已经重新注满时，所述控制校正功能基于由所述粘度计算功能计算的所述液体的所述粘度来校正所述控制操作。

5、如权利要求1至4中任一项所述的液体供应系统，其中当所述粘度计算功能计算所述液体的所述粘度时，所述控制器控制所述加压/输送机构以保持所述加压/输送机构的操作不变。

6、如权利要求1至5中任一项所述的液体供应系统，其中当所述粘度计算功能计算所述液体的所述粘度时，所述控制器控制所述喷射器以保持所述喷射器的操作不变。

7、如权利要求1至6中任一项所述的液体供应系统，其中当所述加压/输送机构正在通过所述流路输送所述液体时，所述粘度计算功能计算所述液体的所述粘度。

8、如权利要求1到7中任一项所述的液体供应系统，其中所述液体是用于柴油发动机的燃料，并且其中所述喷射器用于将所述燃料喷射到所述柴油发动机的燃烧室中。

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