CN101592104A - 用于控制高压泵的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制内燃机中的燃料喷射系统的方法及系统，燃料喷射系统包括：高压泵装置；传感器装置；以及电控单元，其通过供能信号作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动燃料计量装置，适于根据高压泵装置的标称特性曲线确定驱动所述燃料计量装置的供能信号，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置传送的燃料质量之间的关系。工作压力通过用供能信号驱动燃料计量装置予以控制，该供能信号是根据更新的特性曲线来确定，更新的特性曲线是通过向标称特性曲线应用在预定发动机工作点下与被传送到高压区的被控制的燃料质量相关的实际供能信号值和根据所述标称特性曲线与所述被控制的燃料质量相关的标称供能信号之间的偏移来估计的。

Description

用于控制高压泵的方法和系统
技术领域
本发明涉及内燃机中的燃料喷射，并尤其涉及用于控制燃料喷射系统，尤其是柴油机的燃料喷射系统中的高压泵的方法和系统。
更详细的说，本发明涉及用于控制内燃机的燃料喷射系统的方法和系统，其中所述燃料喷射系统包括高压泵装置，该高压泵装置适于将从燃料箱传输的燃料质量传送到高压区，多个喷射器与该高压区相连接，并且包括燃料计量装置，该燃料计量装置用于调节要被传送到高压区的燃料量；传感器装置，该传感器装置用于测量高压区内的燃料压力；以及电控单元，该电控单元布置成通过一个供能信号作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动所述燃料计量装置，所述电控单元适于根据高压泵装置的标称特性曲线确定用于驱动所述燃料计量装置的所述供能信号，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置传送的燃料质量之间的关系。
背景技术
在用于柴油机的燃料喷射系统中，燃料在压力下借助于发动机驱动的连续工作的高压泵被直接供给到喷射器或者供给到共轨(在下面的描述中总称为高压区)。在喷射系统低压侧，取决于发动机的工作点而变化的所需高喷射压力由位于高压泵入口处的燃料质量的阀或计量装置来控制。所述阀或计量装置根据布置在高压侧的传感器所测量的当前燃料压力，通过采用电控单元驱动的闭环控制，确保泵将正确量的燃料传送到喷射器或共轨。
计量装置通常构造为电磁阀，其中由电磁力驱动的柱塞适于释放(freeup)在泵的吸入侧上的计量孔。
具体地说，由泵传送的燃料流质量由控制系统根据传感器所测得的燃料压力作为发动机工作模式(发动机速度以及其他影响参数，如燃料和进气温度)以及驾驶员意图(加速器踏板设定)的函数来估计。
通过用致动信号来驱动计量装置的电磁阀可以获得理想的燃料流质量，该致动信号尤其是供能电流，这可以根据阀的特性来确定。表示供能电流值的可允许范围与相应的阀的工作位置(即，计量装置所允许(流过)的燃料流质量)之间的预定关系的标称特性曲线由该计量装置的制造者给出。
在燃料压力由高压泵入口处的阀(计量装置)予以调节的高压系统中，阀的电特性对于获得良好的控制性能来说是根本的。当阀具有较大的制造离散(dispersion)时，泵的特性在标称特性周围具有较大偏离，这会在瞬时条件过程中造成控制系统失调(undershoot)或过调(overshoot)并且会造成正(即，压力设定点高于实际压力)或负(即，实际压力高于压力设定点)的压力偏离。
这些效果不仅造成排放恶化，噪声增加，并且在压力负偏离时会造成高压泵损坏。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种用于高压泵的控制方法和系统来克服现有技术的缺点，本发明的控制方法和系统考虑了由于制造离散和老化而泵特性偏差。具体地说，本发明的目的在于开发处一种策略，用来有效控制节省成本的燃料喷射系统中的高压泵工作，该燃料喷射系统配备有计量装置，该计量装置用于调节高压系统入口处的燃料压力。
根据本发明，上述目的是通过一种用于控制内燃机的燃料喷射系统的方法来实现的，其中，所述燃料喷射系统包括：
高压泵装置，该高压泵装置适于将从燃料箱传输的燃料质量传送到高压区，多个喷射器与该高压区相连接，并且包括燃料计量装置，该燃料计量装置用于调节要被传送到高压区的燃料量；
传感器装置，该传感器装置用于测量高压区内的燃料压力；以及
电控单元，该电控单元布置成通过供能信号作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动所述燃料计量装置，
所述电控单元适于根据高压泵装置的标称特性曲线确定用于驱动所述燃料计量装置的所述供能信号，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置传送的燃料质量之间的关系，
所述方法包括如下步骤：
在预定发动机工作点下获得与被传送到高压区的被控制的燃料质量相关的实际供能信号值；
确定所述实际供能信号和根据所述标称特性曲线与所述被控制的燃料质量相关的标称供能信号之间的偏移；
通过向所述标称特性曲线应用所述偏移来估计更新的特性曲线；以及
应用所述更新的特性曲线，来驱动用于驱动所述计量装置的供能信号。
其中，所述预定发动机工作点是发动机怠速状态。其中，所述发动机怠速状态与至少一个如下参数的值相关：发动机速度、燃料压力、燃料压力误差、被喷射的燃料量、发动机温度和燃料温度。
所述方法还包括：在所述参数的值保持固定不变预定时间时，探测这些参数的值。
所述方法还包括根据预定学习率来周期性估计更新的特性曲线。
所述方法还包括通过将偏移平均值应用到所述标称特性曲线上来估计更新的特性曲线，其中，所述偏移平均值是通过从多个偏移值中过滤在目标燃料流质量值上的偏差来算出的。
上述目的是通过一种内燃机中的燃料喷射系统的控制系统来实现的，其中所述燃料喷射系统包括：
高压泵装置，该高压泵装置适于将从燃料箱传输的燃料质量传送到高压区，多个喷射器与该高压区相连接，并且包括燃料计量装置，该燃料计量装置用于调节要被传送到高压区的燃料量；
传感器装置，该传感器装置用于测量高压区内的燃料压力；以及
电控单元，该电控单元布置成通过供能信号作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动所述燃料计量装置，
所述电控单元适于根据高压泵装置的标称特性曲线确定用于驱动所述燃料计量装置的所述供能信号，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置传送的燃料质量之间的关系，
所述电控单元被配置成执行上述控制方法。
上述目的是通过一种用于内燃机的高压泵，该高压泵配备有上述控制系统。
总之，本发明基于适应性策略，其以严格和可再现的方式估计在特定发动机点的高压泵的特性偏离，并且作为偏差校正该特性偏离，从而更新泵燃料传送的标称特性。
有利地，在不损失整个系统的响应性能的前提下，执行更快和更有效的高压燃料传送控制。
附图说明
本发明的进一步特征和优点将从下面参照附图借助于非限定性示例提供的描述中变得清楚，图中：
图1示出根据本发明的内燃机燃料喷射系统的示意图；以及
图2是示出图1的燃料喷射系统的高压泵的标称和实际特性曲线的曲线图。
具体实施方式
在附图的图1中，配备有共轨燃料喷射系统的内燃机，如柴油机，例如适于安装在汽车中的发动机总地用10来标识。
发动机10尤其是四冲程的，在所示的示例性实施方式中，具有四个在发动机本体B内的气缸。相应的电控燃料喷射器，例如电磁阀操纵的喷射器I1-I4配装在气缸盖上，并且每个喷射器适于将预定量的加压燃料喷射到发动机各个气缸C1-C4的燃烧室内。
如所公知的，发动机10包括共同的蓄积容积或燃料轨12，其借助于高压供给管线14连接到高压泵16上，该高压泵16配备有压力调节装置，如计量装置18，用于在预定目标高压下将燃料供给到所述蓄积容积。燃料轨压力传感器20配装到燃料轨12上，并且适于探测燃料轨内的燃料压力并发出相应的压力信号。
计量装置18适于调节从与汽车的燃料箱24相关联的低压泵22提供给高压泵16的燃料流，例如这通过将过剩的燃料返回到燃料箱来实现，以作为压力测量值的函数调节蓄积容积内的燃料压力为目的，以便根据发动机工作点保持预定目标喷射压力设定点。
计量装置被构造成无级可变电磁阀，其中，柱塞适于释放在泵的吸入侧上的计量孔，所述柱塞由可控供能电流所产生的电磁力驱动的衔铁来操纵。
燃料喷射器I1-I4通过相应的短高压管线L1HP-L4HP连接到燃料共轨12上，用于传输将要喷射到各个气缸的燃烧室内的加压燃料。燃料喷射器I1-I4也通过再循环低压管线26连接回燃料箱24，用于排出在喷射器喷嘴开启之前在电磁致动阀供能时，从喷射器室产生的动态泄漏。
燃料喷射器I1-I4以及计量装置18由燃料喷射电控单元30适当驱动，该燃料喷射电控单元30通过燃料轨压力传感器20接收关于蓄积容积内当前燃料压力的信息，并存储预定的喷射图，该喷射图将喷射燃料量和压力与发动机工作模式(发动机速度以及其他影响参数，如燃料和进气温度)以及驾驶员意图(加速器踏板设定)相关。
电控单元30被设置成事先存储计量装置的标称特性工作曲线，该曲线表示电磁阀的供能电流值的可允许范围与相应的阀的工作位置，即由计量装置允许通过的燃料流质量之间的预定关系。
在正常工作条件下，燃料轨压力由与高压泵16相关联的计量单元18保持为非常接近理想压力设定点，该理想压力设定点是作为发动机工作点的函数来确定的。
图2是在探测到与泵的标称特性曲线偏离时，根据本发明的方法的工作原理的曲线。
用A来指示阀的标称特性曲线，该标称特性曲线表示致动计量装置的供能电流值的可允许范围与由于阀的工作位置而计量装置可允许的相应燃料流质量之间的预定关系。为了方便起见，特性曲线被认为是直线，由于传感器老化或制造公差带来的偏移没有改变各关系的线性。
实际泵特性是循环到泵的供能电流以及响应于该电流从泵传送的燃料流的函数，并且用B来指示。
泵的离散可以被认为是电流围绕标称曲线的负偏移或正偏移。
根据本发明的控制策略，在精确的发动机工作点处估计电流偏移，这样选择是为了使得在车辆运转期间在运转过程中发生且在稳定状态下持续的方面，执行策略的可能性较高。精确发动机工作点被选择为车辆静止的发动机怠速状态，这是静止的、可再现的且与驾驶员的意图无关。通向发动机的燃料流尽管取决于其他工作和物理参数，并因为为了能够为了精确估计而再现相同的条件，根据下面参数中至少一个参数的预定的严格约束值来探测工作点，这些参数为：发动机速度、燃料压力、燃料压力误差(即在高压系统中探测到的燃料压力与针对该工作状态的压力设定点之间的差)、喷射的燃料量、发动机和燃料温度。
在已经确认怠速状态之后，验证工作参数和物理参数是否保持不变预定时间(优选的，以秒为量级的一个时间段)。一旦已经完全确认发动机工作点，高压控制策略计算燃料流的目标平均值，这将这些参数的累积偏差(ripple)考虑在内。鉴于目标燃料流质量并根据目前存储在电控单元中的标称特性曲线，泵的控制策略估计并驱动一个用于致动计量装置的标称供能电流Inom。
参照图2，可以理解到，当计量装置实际上根据与标称特性曲线不同的特性曲线B工作时，施加供能电流Inom导致该装置在实际特性曲线B上的点P’处工作，而非标称曲线A上的P点处工作。在这种情况下，泵的压力闭环控制必须在比基于正确特性曲线所要进行的更长的过渡时间(transient)来校正过调。闭环控制的作用在于达到正确的目标压力(即燃料流质量)，沿着图中所示的箭头移动实际特性曲线上的工作点，直到目标燃料质量流到达点P”。
当目标工作点P”已经到达时，探测相应的供能电流Iact，并且为了保持理想压力而由压力控制施加的实际供能电流与标称供能电流之间的差被确定为泵特性的偏移平均值。
优选的在安装喷射系统之后首先进行泵特性曲线的标定，并然后在泵的工作周期内在预定时刻进行标定。出于方便的目的，泵的更新特性曲线由控制系统在驱动条件下在驾驶员不会注意到它的时刻应用，例如在释放加速器踏板或者在发动机新起动时。
有利的是，根据本发明的标定系统的主要优点在于部件耐久性更高，结果，维护费用降低，以及发动机排放和噪声得到实质性改善。
在本发明的原理保持相同的情况下，本发明的实施方式和细节可以与在此单纯借助于非限定性示例描述和图示的实施方式显著变动，而不会背离如所附权利要求书限定的本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于控制内燃机的燃料喷射系统的方法，其中，所述燃料喷射系统包括：
高压泵装置(16、18)，该高压泵装置适于将从燃料箱(24)传输的燃料质量传送到高压区(12)，多个喷射器(I1-I4)与该高压区相连接，并且包括燃料计量装置(18)，该燃料计量装置用于调节要被传送到高压区(12)的燃料量；
传感器装置(20)，该传感器装置用于测量高压区(12)内的燃料压力；以及
电控单元(30)，该电控单元布置成通过供能信号(Inom、Iact)作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动所述燃料计量装置(18)，
所述电控单元(30)适于根据高压泵装置(16、18)的标称特性曲线(A)确定用于驱动所述燃料计量装置(18)的所述供能信号(Inom、Iact)，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置(16、18)传送的燃料质量之间的关系，
其特征在于，所述方法包括如下步骤：
获得在预定发动机工作点下与被传送到高压区(12)的被控制的燃料质量相关的实际供能信号值(Iact)；
确定所述实际供能信号(Iact)和根据所述标称特性曲线(A)与所述被控制的燃料质量相关的标称供能信号(Inom)之间的偏移；
通过向所述标称特性曲线(A)应用所述偏移来估计更新的特性曲线(B)；以及
应用所述更新的特性曲线(B)，来驱动用于驱动所述计量装置(18)的供能信号。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定发动机工作点是发动机怠速状态。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述发动机怠速状态与至少一个如下参数的值相关：发动机速度、燃料压力、燃料压力误差、被喷射的燃料量、发动机温度和燃料温度。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：在所述参数的值保持固定不变预定时间时，探测这些参数的值。
5.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括根据预定学习率来周期性估计更新的特性曲线(B)。
6.如上述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过将偏移平均值应用到所述标称特性曲线(A)上来估计更新的特性曲线(B)，其中，所述偏移平均值是通过从多个偏移值中过滤在目标燃料流质量值上的偏差来算出的。
7.一种内燃机中的燃料喷射系统的控制系统，其中所述燃料喷射系统包括：
高压泵装置(16、18)，该高压泵装置适于将从燃料箱(24)传输的燃料质量传送到高压区(12)，多个喷射器(I1-I4)与该高压区相连接，并且包括燃料计量装置(18)，该燃料计量装置用于调节要被传送到高压区(12)的燃料量；
传感器装置(20)，该传感器装置用于测量高压区(12)内的燃料压力；以及
电控单元(30)，该电控单元布置成通过供能信号(Inom、Iact)作为所测量的燃料压力和发动机工作模式的函数驱动所述燃料计量装置(18)，
所述电控单元(30)适于根据高压泵装置(16、18)的标称特性曲线(A)确定用于驱动所述燃料计量装置(18)的所述供能信号(Inom、Iact)，所述标称特性曲线表示所述供能信号和由所述泵装置(16、18)传送的燃料质量之间的关系，
其特征在于，所述电控单元(30)被配置成执行如权利要求1到6中任一项所述的控制方法。
8.一种用于内燃机的高压泵，该高压泵配备有如权利要求7所述的控制系统。
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