CN101846004A - 燃料喷射检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料喷射检测装置，其基于一时段内由燃料传感器(20a)检测的燃料压力的上升波形(A1)计算实际燃料喷射结束时刻(R8)，其中在所述时段中所述燃料压力由于燃料喷射速率减小而增大。所述上升波形(A1)通过建模公式(f(t))建模。基准压力Ps(n)被代入所述建模公式(f(t))中，由此获得时刻“te”作为燃料喷射结束时刻(R8)。

Description

燃料喷射检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测燃料喷射状态的燃料喷射检测装置。

背景技术

重要的是检测例如为燃料喷射开始时刻、燃料喷射结束时刻、燃料喷射量等的燃料喷射状态，以便精确地控制内燃发动机的输出转矩和排放。传统地，已知通过感测燃料喷射系统中由于燃料喷射而变化的燃料压力，从而检测实际燃料喷射状态。

例如，JP-2008-144749A(US-2008-0228374A1)描述了，通过检测燃料喷射系统中燃料压力由于燃料喷射的开始而开始减小的时刻来检测实际燃料喷射开始时刻，以及通过检测燃料压力增大停止的时刻来检测燃料喷射结束时刻。

置于共轨中的燃料压力传感器几乎不能以高精度检测燃料压力的变化，因为由燃料喷射引起的燃料压力变化在共轨中减弱。JP-2008-144749A和JP-2000-265892A描述了，燃料压力传感器被置于燃料喷射器中以在燃料压力的变化在共轨中减弱之前检测燃料压力的变化。

本发明人研究了基于由置于燃料喷射器中的压力传感器所检测的压力波形计算燃料喷射结束时刻的方法，在下文中将描述该方法。

如图13A所示，当在燃料喷射开始指令时刻“Is”从电子控制单元(ECU)输出用于开始燃料喷射的指令信号时，从电子驱动器单元(EDU)供给到燃料喷射器的驱动电流在燃料喷射开始指令时刻“Is”开始上升。当在燃料喷射结束指令时刻“Ie”从ECU输出用于结束燃料喷射的指令信号时，驱动电流在燃料喷射结束指令时刻“Ie”开始下降。由燃料压力传感器检测的检测压力如图13B中由实线“L1”所示的那样变化。

应该注意的是，在下文中，用于开始燃料喷射的指令信号称为SFC信号，用于结束燃料喷射的指令信号称为EFC信号。

当SFC信号在燃料喷射开始指令时刻“Is”从ECU输出以及喷射速率(每单位时间的喷射量)增大时，检测压力在压力波形上的变化点“P3a”处开始减小。然后，当EFC信号在燃料喷射结束指令时刻“Ie”被输出以及喷射速率开始减小时，检测压力在压力波形上的变化点“P7a”处开始增大。然后，当燃料喷射结束和喷射速率变成零时，检测压力的增大在压力波形上的变化点“P8a”处结束。

变化点“P8a”出现的时刻被检测，燃料喷射结束时刻基于其变化点“P8a”的检测时刻而被计算。特别地，如图13C中由实线M1所示的那样，微分值根据每一个检测压力被计算。在SFC信号被输出和微分值变成最大值之后，微分值首先在时刻“t5”变成零。所述时刻“t5”被检测作为变化点“P8a”出现的时刻。

应该注意的是，由于燃料在燃料喷射器中通过其惯性朝向喷射口流动，变化点“P8a”出现的时刻“t5”比实际燃料喷射结束时刻延迟特定的时间段T11。考虑到这一点，从时刻“t5”中减去特定的时间段T11以计算燃料喷射结束时刻“R8”。

然而，在执行多段喷射的情况下，当第n次喷射结束和第n+1次喷射开始之间的间隔“IV”短时，可发生的是，如图13B中的虚线L2所示的那样，变化点“P3a”在变化点“P8a”之前出现，其中，变化点“P3a”表示由于第n+1次燃料喷射开始使得检测压力开始减小的时刻，变化点“P8a”表示由于第n次燃料喷射结束使得检测压力的增大结束的时刻。

结果，微分值从表示实际微分值的实线M1转移到虚线M2，而微分值为零的时刻从时刻“t5”转移到时刻“tx”。因此，比实际燃料喷射结束时刻“R8”早的时刻可能被错误地检测作为燃料喷射结束时刻。

此外，可以设想，重叠在压力波形上的噪声(或干扰信息)可能导致时刻“t5”的偏差。因此，甚至在执行单段喷射或间隔“IV”长的情况下，以上所提及的实际燃料喷射结束时刻的错误检测也可能被执行。

发明内容

考虑到以上问题而作出本发明，本发明的一个目的是提供一种能够基于由燃料压力传感器检测的压力波形以高精度检测燃料喷射结束时刻的燃料喷射检测装置。

根据本发明，检测燃料喷射状态的燃料喷射检测装置运用于燃料喷射系统，在所述燃料喷射系统中燃料喷射器喷射蓄积在蓄压器中的燃料。所述燃料喷射检测装置包括设置在与蓄压器和燃料喷射器的燃料喷射口流体连接的燃料通道中的燃料压力传感器。燃料压力传感器检测由于燃料喷射口的燃料喷射而引起变化的燃料压力。此外，燃料喷射检测装置基于在由于燃料喷射速率减小而引起燃料压力增大的时段内燃料压力的上升波形计算实际燃料喷射结束时刻。

当输出用于结束燃料喷射的指令信号时，燃料喷射速率开始减小并且由燃料传感器检测的检测压力开始增大。在图13B中由点划线A1环绕的上升压力波形几乎不会受到干扰并且其形状稳定。此外，上升波形与燃料喷射结束时刻具有高的相关性。根据本发明，由于燃料喷射结束时刻基于上升波形计算，燃料喷射结束时刻可以在没有任何干扰的情况下被精确计算。

根据本发明的另一个方面，上升波形通过数学公式建模(modeled)。燃料喷射结束时刻基于所述数学公式被计算。

因此，燃料喷射结束时刻可以基于数学公式以高精度容易地计算。

根据另一个方面，上升波形通过直线模型建模。燃料喷射结束时刻基于所述直线模型被计算。

根据本发明人已经实施的各种实验，清楚的是，实际上升波形大致为直线。与通过曲线建模的波形相比，波形通过直线建模可以减小计算量和存储量。

特别地，上升波形如下通过直线模型建模。

可以将上升波形的特定点上的切线限定为直线模型。在所述特定点处，上升波形的微分值是最大值。

备选地，上升波形基于多个特定点通过直线模型建模。在这种情况下，可以将经过特定点的直线限定为直线模型。备选地，可以将其中直线和特定点之间的距离总和为最小值的直线限定为直线模型。

根据本发明的另一个方面，燃料喷射检测装置基于刚好在燃料压力下降由于燃料喷射而产生之前的燃料压力计算基准压力。燃料喷射结束时刻基于由数学模型公式导出的燃料压力等于所述基准压力时的时刻而被计算。

通过将基准压力代入数学模型公式，燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

根据本发明的另一个方面，在特定时段内包括燃料喷射开始时刻的平均燃料压力被设定为基准压力。

在输出用于开始燃料喷射的指令信号的时刻与实际燃料喷射开始的时刻之间存在反应延迟。根据本发明的以上方面，基准压力可以被限定在尽可能接近实际燃料喷射开始时刻的时刻。因此，基准压力可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

此外，即使如图13B中由虚线L3所示的那样波形受到干扰，基准压力也几乎不会受到干扰并且燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

根据本发明的另一个方面，燃料喷射检测装置运用于燃料喷射系统，在所述燃料喷射系统中在一个燃烧循环过程中执行多段燃料喷射。基准压力根据第一次燃料喷射被计算。第二次燃料喷射和后续(或后续)燃料喷射的燃料喷射结束时刻基于根据第一次燃料喷射计算的基准压力而被计算。

如图13B中由点划线A0所示的那样，变化点“P8a”之后的压力波形逐渐减弱。然而，在执行多段喷射的情况下，当第n次喷射和第n+1次喷射之间的间隔“IV”短时，第n次燃料喷射的由线A0示出的压力波形与第n+1次燃料喷射的压力波形重叠。因此第n+1次燃料喷射的基准压力不能被精确地计算。

根据本发明的以上方面，第二次燃料喷射和后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻基于第一次燃料喷射的基准压力被计算。由于第一次喷射的基准压力稳定，因此第二次燃料喷射和后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

根据本发明的另一个方面，从根据第n-1次燃料喷射计算的基准压力中减去取决于第n次(n≥2)燃料喷射的燃料喷射量的压力下降量，并且将所述经减法计算后的基准压力用作计算第n次燃料喷射的燃料喷射结束时刻的新基准压力。

因此，第n次燃料喷射的基准压力可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得第n次燃料喷射的燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

根据本发明的另一个方面，第n次燃料喷射的基准压力参考第n-1次燃料喷射的基准压力被计算。因此，第二次燃料喷射和后续燃料喷射的基准压力可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

根据本发明的另一个方面，燃料喷射器包括将燃料朝向喷射口引入的高压通道；用于打开/关闭喷射口的针阀；从高压通道接收燃料以便将背压作用到针阀上的背压室；以及通过调节来自背压室的燃料泄漏(leak)量而控制背压的控制阀。基准压力基于从控制阀打开直到针阀打开的时间段内的燃料压力下降量而被计算。

因此，基准压力可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得燃料喷射结束时刻可以被精确地计算。

附图说明

根据参考附图作出的以下描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更清楚，其中同样的部件由同样的附图标记表示，并且其中：

图1是示出了根据本发明的第一实施方式的燃料喷射系统的概要的结构图，其中燃料喷射检测装置安装在所述燃料喷射系统上；

图2是示意性地示出了喷射器的内部结构的横截面视图；

图3是示出了燃料喷射控制的基本程序的流程图；

图4是示出了用于基于由燃料压力传感器检测的检测压力而检测燃料喷射状态的程序的流程图；

图5A到5C是示出了由燃料压力传感器检测的检测压力的波形与在单段喷射的情况下喷射速率的波形之间的关系的时间图；

图6A和6B是示出了根据第一实施方式的燃料喷射特征的时间图；

图7A和7B是示出了根据第一实施方式的燃料喷射特征的时间图；

图8A和8B是示出了根据第一实施方式的燃料喷射特征的时间图，其中实线示出了图6A和6B中所示的波形而虚线示出了图7A和7B中示出的波形；

图9A和9B示出了通过从图6A和6B中示出的波形减去图7A和7B中示出的波形而获得的波形的时间图；

图10A到10C是用于说明燃料喷射结束时刻的计算方法的时间图；

图11是示出了用于计算燃料喷射结束时刻的过程的流程图；

图12A到12C是用于说明根据本发明的第二实施方式的燃料喷射结束时刻的计算方法的时间图；以及

图13A到13C是用于说明本发明人已经研究的燃料喷射结束时刻的计算方法的时间图。

具体实施方式

以下将描述本发明的实施方式。

[第一实施方式]

首先，描述关于运用燃料喷射检测装置的内燃发动机。内燃发动机是将高压燃料(例如1000个大气压的轻油)直接喷射到燃烧室的多缸四冲程柴油发动机。

图1是示出了根据本发明的一个实施方式的共轨燃料喷射系统的概要的结构图。电子控制单元(ECU)30在共轨12中以这样的方式反馈控制燃料压力以使得与目标燃料压力相一致。共轨12中的燃料压力由燃料压力传感器20a检测并且通过调节供给到吸入控制阀11c的电流而被控制。此外，基于燃料压力，每一个缸的燃料喷射量和发动机的输出被控制。

构成燃料供给系统的各种装置包括燃料箱10、燃料泵11、共轨12和喷射器20，所述各种装置从燃料流的上游侧按此顺序布置。由发动机驱动的燃料泵11包括高压泵11a和低压泵11b。低压泵11b吸入燃料箱10中的燃料，高压泵11a加压吸入的燃料。输送到高压泵11a的燃料压力的量、即从燃料泵11排出的燃料的量通过置于燃料泵11的燃料吸入侧的吸入控制阀(SCV)11c控制。也就是说，从燃料泵11排出的燃料的量通过调节供给到SCV 11c的驱动电流而被控制到期望值。

低压泵11b是次摆线输送泵。高压泵11a是具有三个柱塞的柱塞泵。每一个柱塞通过偏心凸轮(未示出)在其轴向上往复运动以在给定时间相继地泵取压力室中的燃料。

由燃料泵11加压的燃料被引入共轨12以蓄积在其中。然后，蓄积的燃料通过高压管14被分配到安装在各个缸#1-#4上的各个喷射器20。每一个喷射器20的燃料排放口21与低压管18连接以用于将过剩的燃料返回到燃料箱10。此外，在共轨12和高压管14之间设有孔口12a(燃料脉动减小部分)，所述孔口12a减弱从共轨12流入高压管14的燃料的压力脉动。

将参考图2详细描述喷射器20的结构。以上四个喷射器20(#1-#4)具有基本上相同的结构。喷射器20是使用燃料(燃料箱10中的燃料)的液压喷射阀，并且用于燃料喷射的驱动力通过背压室Cd被转移到阀部分。如图2所示，喷射器20是常闭阀。

喷射器20的壳体20e具有燃料入口22，燃料从共轨12流经所述燃料入口22。一部分燃料通过入口孔口26流入背压室Cd，而另一部分朝向燃料喷射口20f流动。背压室Cd设有通过控制阀23打开/关闭的泄漏孔(孔口)24。当泄漏孔24打开时，背压室Cd中的燃料通过泄漏孔24和燃料排放口21返回燃料箱10。

当电磁阀20b被激励时，控制阀23抬升以打开泄漏孔24。当电磁阀20b被去激励(断电)时，控制阀23降下以关闭泄漏孔24。根据电磁阀20b的激励/去激励，背压室Cd中的压力被控制。背压室Cd中的压力对应于针阀20c的背压。针阀20c根据油压室Cd中的压力抬升或降下、从弹簧20d接收偏压力。当针阀20c抬升时，燃料流经高压通道25并且通过喷射口20f被喷射到燃烧室中。

针阀20c由开关控制器驱动。也就是说，当ECU 30将SFC信号输出到电子驱动器单元(EDU)100时，EDU 100将驱动电流脉冲供给到电磁阀20b以抬升控制阀23。当电磁阀20b接收驱动电流脉冲时，控制阀23和针阀20c抬升以使得喷射口20f打开。当电磁阀20b没有接收到驱动电流脉冲时，控制阀23和针阀20c降下以使得喷射口20f关闭。

背压室Cd中的压力通过供给共轨12中的燃料而增大。另一方面，通过激励电磁阀20b抬升控制阀23以使得泄漏孔24打开，从而背压室Cd中的压力减小。也就是说，背压室Cd中的燃料压力由控制阀23调节，由此针阀20c的运行被控制以打开/关闭燃料喷射口20f。

如上所述，喷射器20设有打开/关闭燃料喷射口20f的针阀20c。当电磁阀20b被去激励时，针阀20c通过弹簧20d的偏压力移动到关闭位置。当电磁阀20b被激励时，针阀20c抵抗弹簧20d的偏压力移动到打开位置。

燃料压力传感器20a置于燃料入口22附近。特别地，燃料入口22和高压管14通过有燃料压力传感器20a置于其中的连接器20j彼此连接。燃料压力传感器20a随时检测燃料入口22处的燃料压力。特别地，燃料压力传感器20a可以检测燃料压力水平(稳定压力)、燃料喷射压力、由于燃料喷射而引起的燃料压力波形的变化等。

为每一个喷射器20设置燃料压力传感器20a。基于燃料压力传感器20a的输出，由于燃料喷射而引起的燃料压力波形的变化可以以高精度被检测。

ECU 30的微型计算机包括中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、备用RAM等。ROM存储用于控制发动机的各种类型的程序，EEPROM存储例如为发动机的设计日期的数据。

此外，ECU 30基于来自曲柄转角传感器42的检测信号计算曲轴41的旋转位置和对应于发动机速度NE的曲轴41的旋转速度。加速器的位置基于来自加速器传感器44的检测信号被检测。ECU 30基于各种传感器的检测信号检测发动机的运行状态和用户的要求，并且运行例如为喷射器20和SCV 11c的各种致动器。

在下文中，将描述由ECU 30执行的燃料喷射的控制。

ECU 30根据发动机驱动状态和加速器运行量计算燃料喷射量。ECU 30将SFC信号和EFC信号输出到EDU 100。当EDU 100接收SFC信号时，EDU 100将驱动电流脉冲供给到喷射器20。当EDU 100接收EFC信号时，EDU 100停止将驱动电流脉冲供给到喷射器20。喷射器20根据驱动电流脉冲喷射燃料。

在下文中，将参考图3描述根据该实施方式的燃料喷射控制的基本程序。用于图3中示出的所述过程的各个参数的值被存储在安装于ECU 30中的例如为RAM、EEPROM、或备用RAM的存储装置中并且根据需要随时更新。

在步骤S11中，计算机读取特定参数，例如由曲柄转角传感器42测量的发动机速度、由燃料压力传感器20a检测的燃料压力、和由加速器传感器44检测的加速器位置。

在步骤S12中，计算机基于在步骤S11中读取的参数设定喷射样式(injection pattern)。在单段喷射的情况下，燃料喷射量(燃料喷射时长)被确定以产生曲轴41上的所需转矩。在多段喷射的情况下，总燃料喷射量(总燃料喷射时长)被确定以产生曲轴41上的所需转矩。

喷射样式基于存储在ROM中的的特定映射(map)和校正系数而获得。特别地，最佳喷射样式通过根据特定参数的实验而获得。最佳喷射样式存储在喷射控制映射中。

所述喷射样式由例如为每一个燃烧循环的燃料喷射次数、每次燃料喷射的燃料喷射时刻和燃料喷射时长的参数确定。喷射控制映射表示所述参数和最佳喷射样式之间的关系。

喷射样式通过在EEPROM中更新和存储的校正系数被校正，然后到喷射器20的驱动电流脉冲根据所述校正的喷射样式而获得。校正系数在发动机运行过程中连续地更新。

然后，程序进行到步骤S13。在步骤S13中，喷射器20基于从EDU 100供给的驱动电流脉冲被控制。然后，程序终止。

参考图4，将描述用于检测(计算)实际燃料喷射状态的过程。

图4中所示的过程以特定循环时段(例如CPU的计算循环时段)被执行或以每一个特定的曲柄转角被执行。在步骤S21中，各个燃料压力传感器20a的输出值(检测压力)被读取。优选的是，输出值被过滤以从其上移除噪声。

参考图5A到5C，将详细描述步骤S21中的过程。

图5A示出了喷射器20在步骤S13中从EDU 100接收的驱动电流脉冲。当驱动电流脉冲被供给到喷射器20时，电磁阀20b被激励以打开喷射口20f。也就是说，ECU 30输出SFC信号以在燃料喷射开始指令时刻“Is”开始燃料喷射，并且ECU 30输出EFC信号以在燃料喷射结束指令时刻“Ie”停止燃料喷射。在从时刻“Is”到时刻“Ie”的时间段“Tq”内，喷射口20f打开。通过控制时间段“Tq”，燃料喷射量“Q”被控制。图5B示出了燃料喷射速率中的变化，图5C示出了由燃料压力传感器20a检测的检测压力中的变化。应该注意的是，图5A到5C示出了喷射口20f仅打开和关闭一次的情况。

ECU 30根据例行子程序(未示出)检测燃料压力传感器20a的输出值。在所述例行子程序中，燃料压力传感器20a的输出值以短的间隔被检测以使得压力波形可以被绘制出。特别地，传感器的输出以短于50微秒(期望地为20微秒)的间隔连续地获得。

由于由燃料压力传感器20a检测的检测压力的变化与喷射速率的变化具有如下所述的关系，因此可以基于检测压力的波形估计喷射速率的波形。

在电磁阀20b在燃料喷射开始指令时刻“Is”被激励以开始从喷射口20f喷射燃料之后，如图5B所示，喷射速率在变化点“R3”处开始增大。也就是说，实际燃料喷射开始。然后，喷射速率在变化点“R4”处到达最大喷射速率。换句话说，针阀20c在变化点“R3”处开始抬升，针阀20c的抬升量在变化点“R4”处变成最大值。

应该注意的是，“变化点”在本申请中被限定如下。也就是说，喷射速率的二阶微分(或由燃料压力传感器20a检测的检测压力的二阶微分)被计算。变化点对应于在表示所述二阶微分的变化的波形中的极限值。也就是说，喷射速率(检测压力)的变化点对应于表示喷射速率(检测压力)的二阶微分的波形中的拐点。

然后，在电磁阀20b在燃料喷射结束指令时刻“Ie”被去激励之后，喷射速率在变化点“R7”处开始减小。然后，喷射速率在变化点“R8”处变成零并且实际燃料喷射终止。换句话说，针阀20c在变化点“R7”处开始降下，而喷射口20f在变化点“R8”处由针阀20c封闭。

参考图5C，将描述由燃料压力传感器20a检测的检测压力的变化。在燃料喷射开始指令时刻“Is”之前，检测压力由“P0”表示。在驱动电流脉冲施加到电磁阀20b之后，检测压力在喷射速率在变化点“R3”处开始增大之前在变化点“P1”处开始减小。这是因为在变化点“P1”处控制阀23打开泄漏孔24并且背压室Cd中的压力减小。当背压室Cd中的压力减到足够小时，压力下降在变化点“P2”处停止。这是由于泄漏孔24被完全打开并且泄漏量变成常数，所述常数取决于泄漏孔24的内径。

然后，当喷射速率在变化点“R3”处开始增大时，检测压力在变化点“P3”处开始减小。当喷射速率在变化点“R4”处达到最大喷射速率时，检测压力下降在变化点“P4”处停止。应该注意的是，从变化点“P3”到变化点“P4”的压力下降量大于从变化点“P1”到变化点“P2”的压力下降量。

然后，检测压力在变化点“P5”处开始增大。这是由于在点“P5”处控制阀23封闭泄漏孔24并且背压室Cd中的压力增大。当背压室Cd中的压力增大到足够大时，检测压力的增大在变化点“P6”处停止。

然后，当喷射速率在变化点“R7”处开始减小时，检测压力在变化点“P7”处开始增大。然后，当喷射速率在变化点“R8”处变成零并且实际燃料喷射终止时，检测压力的增大在变化点“P8”处停止。应该注意的是，从变化点“P7”到变化点“P8”的压力增大量大于从变化点“P5”到变化点“P6”的压力增大量。在变化点“P8”之后，检测压力以特定时长T10减弱。

如上所述，通过检测检测压力中的变化点“P3”、“P4”、“P7”和“P8”，可以估算出喷射速率增大的起始点“R3”(实际燃料喷射开始时刻)、最大喷射速率点“R4”、喷射速率减小的起始点“R7”、以及喷射速率减小的终点“R8”(实际燃料喷射结束时刻)。基于将在以下描述的检测压力的变化与喷射速率的变化之间的关系，可以从检测压力的变化估计喷射速率的变化。

也就是说，检测压力从变化点“P3”到变化点“P4”的减小速率“Pα”与喷射速率从变化点“R3”到变化点“R4”的增大速率“Rα”相互关联。检测压力从变化点“P7”到变化点“P8”的增大速率“Pγ”与喷射速率从变化点“R7”到点“R8”的减小速率“Rγ”相互关联。检测压力从变化点“P3”到变化点“P4”的减小量“Pβ”(最大压力下降量“Pβ”)与喷射速率从变化点“R3”到变化点“R4”的增大量“Rβ”(最大喷射速率“Rβ”)相互关联。因此，喷射速率的增大速率“Rα”、喷射速率的减小速率“Rγ”、以及最大喷射速率“Rβ”可以通过检测检测压力的减小速率“Pα”、检测压力的增大速率“Pγ”、以及检测压力的最大压力下降量“Pβ”而估计。图5B中示出的喷射速率(变化波形)的变化可以通过估计变化点“R3”、“R4”、“R7”、“R8”、喷射速率的增大速率“Rα”、喷射速率的最大喷射速率“Rβ”和减小速率“Rγ”而估计。

此外，喷射速率从实际燃料喷射开始时刻到实际燃料喷射结束时刻的积分值“S”(图5B中的阴影面积)等于喷射量“Q”。检测压力从实际燃料喷射开始时刻到实际燃料喷射结束时刻的积分值与喷射速率的积分值“S”相互关联。因此，对应于喷射量“Q”的喷射速率的积分值“S”可以通过计算由燃料压力传感器20a检测的检测压力的积分值而估计。如上所述，燃料压力传感器20a可以作为检测关于燃料喷射量的物理量的喷射量传感器运行。

回头参考图4，在步骤S22中，计算机决定当前的燃料喷射是否是第二次燃料喷射或后续燃料喷射。当在步骤S22中回答为“是”时，程序进行到步骤S23，在其中根据在步骤S21中获得的检测压力的波形执行压力波补偿过程。在下文中将描述所述压力波补偿过程。

图6A、7A、8A和9A是示出了到喷射器20的驱动电流脉冲的时间图。图6B、7B、8B和9B是示出了检测压力的波形的时间图。

在执行多段喷射的情况下，应该注意以下问题。由第n次(n≥2)燃料喷射产生的压力波形与第m次(n＞m)燃料喷射终止之后产生的压力波形重叠。所述在第m次燃料喷射终止之后产生的重叠的压力波形在图5C中由点划线Pe环绕。在本实施方式中，第m次燃料喷射是第一次燃料喷射。

更特别地，在一个燃烧循环过程中执行两次燃料喷射的情况下，驱动电流脉冲如由图6A中的实线L2a所指示的那样产生，并且压力波形如由图6B中的实线L2b所指示的那样产生。在后一次燃料喷射的燃料喷射开始时刻附近，由前一次燃料喷射(第一次燃料喷射)产生的压力波形干涉由后一次燃料喷射(第二次燃料喷射)产生的压力波形。难以识别出仅由后一次燃料喷射产生的压力波形。

在一个燃烧循环过程中执行单次燃料喷射(第一次燃料喷射)的情况下，驱动电流脉冲如由图7A中的实线L1a所指示的那样产生，并且压力波形如由图7B中的实线L1b所指示的那样产生。图8A和8B是图6A和6B中示出的时间图(实线L2a、L2b)和图7A和7B中示出的时间图(虚线L1a、L1b)彼此重叠的时间图。然后，在图9A和9B中示出的仅由后一次燃料喷射产生的驱动电流脉冲L3a和压力波形L3b可以通过从驱动电流脉冲L2a和压力波形L2b中分别减去驱动电流脉冲L1a压力波形L1b而获得。

以上所述的从压力波形L2b中减去压力波形L1b以获得压力波形L3b的过程在步骤S23中执行。这样的过程称为压力波补偿过程。

在步骤S24中，在图10C中示出了检测压力(压力波形)被微分以获得检测压力的微分值的波形。

图10A示出了在燃料喷射开始指令时刻“Is”输出SFC信号的驱动电流脉冲。图10b示出了由燃料压力传感器20a检测的检测压力的波形。

应该注意的是，在图10A到10C所示出的情况下的燃料喷射量小于在图5A到5B所示出的情况下的燃料喷射量。图10B中所示出的压力波形在图5C中由虚线表示。因此，图5C中所示出的变化点“P4”、“P5”、“P6”在图10B中没有出现。此外，图10B中示出了已经执行了压力波补偿过程和过滤过程的检测压力的波形。因此，图5C中示出的变化点“P1”和“P2”在图10B中消失。

图10B中的变化点“P3a”对应于图5C中的变化点“P3”。在变化点“P3a”处，由于喷射速率增大，检测压力开始减小。图10B中的变化点“P7a”对应于图5C中的变化点“P7”。在变化点“P7a”处，由于喷射速率减小，检测压力开始增大。图10B中的变化点“P8a”对应于图5C中的变化点“P8”。在变化点“P8a”处，由于燃料喷射的终止，检测压力增大终止。

图10C示出了在燃料喷射量小的情况下检测压力的微分值的波形。

回头参考图4，在步骤S25到S28中，图5B中示出的各个喷射状态值基于在步骤S24中获得的检测压力的微分值而被计算。也就是说，燃料喷射开始时刻“R3”在步骤S25中被计算，燃料喷射结束时刻“R8”在步骤S26中被计算，最大喷射速率达到时刻“R4”和喷射速率减小开始时刻“R7”在步骤S27中被计算，并且最大喷射速率“Rβ”在步骤S28中被计算。在燃料喷射量小的情况下，最大喷射速率达到时刻“R4”可以与喷射速率减小开始时刻“R7”相一致。

在步骤S29中，计算机基于以上所述喷射状态值“R3”、“R8”、“Rβ”、“R4”、“R7”计算喷射速率从实际燃料喷射开始时刻到实际燃料喷射结束时刻的积分值“S”。积分值“S”被限定为燃料喷射量“Q”。

应该注意的是，积分值“S”(燃料喷射量“Q”)可以基于除了以上喷射状态值“R3”、“R8”、“Rβ”、“R4”、“R7”之外喷射速率的增大速率“Rα”和喷射速率的减小速率“Rγ”而被计算。

参考图10，在下文中将描述步骤S25、S27、S28中的计算过程。

当在步骤S25中计算燃料喷射开始时刻“R3”时，计算机检测在步骤S24中计算的微分值在燃料喷射开始指令时刻“Is”之后变得低于预定阈值的时刻“t1”。所述时刻“t1”被限定为对应于变化点“P3a”的时刻。

当在步骤S27中计算最大喷射速率达到时刻R4(＝喷射速率减小开始时刻R7)时，计算机检测在步骤S24中计算的微分值在燃料喷射开始指令时刻“Is”之后变成零的时刻“t3”和微分值为最小值的时刻“t2”。所述时刻“t3”被限定为对应于变化点“P7a”的时刻。

应该注意的是，从时刻“t3”减去特定的时间延迟以获得对应于最大喷射速率达到时刻“R4”(＝喷射速率减小开始时刻R7)的时刻。

当在步骤S28中计算最大喷射速率“Rβ”时，计算机计算时刻“t3”处的检测压力与作为最大压力下降量“Pβ”的基准压力Ps(n)之间的差。

最大压力下降量“Pβ”乘以比例常数以获得最大喷射速率“Rβ”。

参考图10A到10C和11，将详细描述在步骤S26中燃料喷射结束时刻“R8”的计算过程。

图11是示出了步骤S26中程序的细节的流程图。在步骤S101到S106中，基准压力Ps(n)根据喷射的次数被计算。应该注意的是，以上“n”表示多段喷射中喷射的次数。

在步骤S101中，计算机确定当前燃料喷射是否是第二次燃料喷射或后续燃料喷射。当在步骤S101中回答为“否”、即当前燃料喷射为第一次喷射时，程序进行到步骤S102，其中在特定的时间段T12内的检测压力的平均压力Pave被计算，平均压力Pave被设定为基准压力基值Psb(n)。步骤S102中的所述过程对应于本发明中的基准压力计算部分。特定的时间段T12以这样的方式被限定以包括燃料喷射开始指令时刻“Is”。

当在步骤S101中回答为“是”、即当前燃料喷射为第二次燃料喷射或后续燃料喷射时，程序进行到步骤S103，其中第一压力下降量ΔP1(参考图5C)被计算。

所述第一压力下降量ΔP1取决于上述燃料喷射的燃料喷射量。上述燃料喷射的所述燃料喷射量在步骤S29中被计算或者基于从时刻“Is”到时刻“Ie”的时间段被计算。燃料喷射量“Q”与第一压力下降量ΔP1相互关联的映射之前被存储在ECU 30中。第一压力下降量ΔP1可以由所述映射导出。

参考图5C，将详细描述第一压力下降量ΔP1。如上所述，在变化点“P8”之后检测压力以特定时长T10减弱以收敛于收敛值Pu(n)。所述收敛值Pu(n)是后续燃料喷射的喷射开始压力。在第n-1次燃料喷射和第n次燃料喷射之间的间隔短的情况下，第n次燃料喷射的收敛值Pu(n)小于第n-1次燃料喷射的收敛值Pu(n-1)。Pu(n)和Pu(n-1)之间的所述差对应于取决于第n-1次燃料喷射的燃料喷射量的第一压力下降量ΔP1。也就是说，随着第n-1次燃料喷射的燃料喷射量越大，第一压力下降量ΔP1变得越大并且收敛值Pu(n)变得越小。

在步骤S104中，从基准压力基值Psb(n-1)中减去第一压力下降量ΔP1以用Psb(n)替代Psb(n-1)。

例如，在第二燃料喷射被检测的情况下，从在步骤S102中计算的基准压力基值Psb(1)中减去第一压力下降量ΔP1以获得基准压力基值Psb(2)。在第n-1次燃料喷射与第n次燃料喷射之间的间隔足够长的情况下，由于第一压力下降量ΔP1接近于零，收敛值Pu(n-1)大致等于基准压力基值Psb(n)。

在步骤S105中，第二压力下降量ΔP2(参考图5C)被计算。所述第二压力下降ΔP2由于来自泄漏孔24的燃料泄漏而产生。

参考图5C，将详细描述第二压力下降ΔP2。在控制阀23根据SFC信号离开阀座之后，当足够多的量的燃料通过泄漏孔24从背压室Cd流出以减小背压时，针阀20c开始打开喷射口20f并且实际燃料喷射开始。因此，在控制阀23打开之后直到针阀20c打开的时段内，即使尚未执行实际燃料喷射，检测压力也由于通过泄漏孔24的燃料泄漏而减小。所述检测压力下降对应于第二压力下降ΔP2。第二压力下降ΔP2可以是之前确定的恒定值。备选地，第二压力下降ΔP2可以根据步骤S102中计算的平均压力Pave被设定。也就是说，随着平均压力Pave越大，第二压力下降ΔP2被设定得越大。

在步骤S106中，从在步骤S102或S104中计算的基准压力基值Psb(n)中减去在步骤S105中计算的第二压力下降量ΔP2以获得基准压力Ps(n)。如上所述，根据在步骤S101到S106中的过程，基准压力Ps(n)根据喷射次数被计算。

在步骤S107和S108中，在其中检测压力增大的压力波形由公式建模。所述压力波形被图10B中的点划线A1环绕。步骤S107和S108中的过程对应于本发明中的建模部分。

参考图10C，在步骤S107中，计算机检测在步骤S24中计算的微分值在燃料喷射开始指令时刻“Is”之后变成最大值的时刻“t4”。

在步骤S108中，在时刻“t4”处的切线由经过时间“t”的函数f(t)表示。所述函数f(t)对应于建模公式。所述函数f(t)是由图10B中的点线f(t)表示的线性函数。

在步骤S109中，燃料喷射结束时刻“R8”基于在步骤S106中计算的基准压力Ps(n)和在步骤S108中获得的建模函数f(t)被计算。步骤S109中的过程对应于燃料喷射结束时刻计算部分。

特别地，基准压力Ps(n)被代入建模函数f(t)，由此获得时刻“t”作为燃料喷射结束时刻“R8”。也就是说，基准压力Ps(n)由图10B中的点线表示，并且基准压力Ps(n)和建模函数f(t)的交点的时刻“te”被计算作为燃料喷射结束时刻“R8”。

图11中示出的流程图的以上说明参考图10A到10C作出，所述图10A到10C示出了燃料喷射量小并且变化点“P4”、“P5”、“P6”没有出现的情况。然而，图11中所示出的过程可以类似地运用于图5A到5C中所示出的燃料喷射量大以及出现变化点“P4”、“P5”、“P6”的情况。也就是说，燃料喷射结束时刻“R8”可以基于图5C中检测压力从变化点“P7”到变化点“P8”的压力波形被计算。

在步骤S25到S28中计算的各个燃料喷射状态“R3”、“R8”、“Rβ”、“R4”、“R7”以及在步骤S29中计算的实际燃料喷射量“Q”用于更新步骤S12中所使用的映射。因此，映射可以根据燃料喷射器20的个体差异和随使用寿命增长产生的恶化情况而合适地更新。

根据如上所述的本实施方式，可以获得以下优点。

(1)将被称为上升波形A1的由图10B中的点划线A1环绕的压力波形几乎不会受到干扰并且其形状稳定。也就是说，建模函数f(t)的斜率和截距几乎不会受到干扰并且是与燃料喷射结束时刻“R8”相互关联的恒定值。因此，根据本实施方式，燃料喷射结束时刻“R8”可以以高精度被计算。

(2)上升波形A1在时刻“t4”处的切线被计算作为建模函数f(t)。由于上升波形A1几乎不会受到干扰，因此只要时刻“t4”出现在上升波形A1的范围内，那么即使时刻“t4”分散，建模函数f(t)也不会发生大的变化。因此，燃料喷射结束时刻“R8”可以以高精度被计算。

(3)由于基准压力Ps(n)基于平均压力Pave被计算，因此即使压力波形如图13B中的虚线L3所示的那样被干扰，基准压力Ps(n)也几乎不受到干扰以使得燃料喷射结束时刻“R8”可以以高精度被计算。

应该注意的是，由图13B中的实线L1示出的压力波形表示在一个燃烧循环过程中执行单次燃料喷射的情况下的波形。在执行多段喷射的情况下，由第二次燃料喷射或后续燃料喷射产生的压力波形由虚线L3示出。所述由虚线L3示出的压力波形通过将之前波形的结果(参考图13B中的环绕部分“A0”)与当前波形重叠而产生。

(4)由于被用来计算第二次燃料喷射或后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻的基准压力基值Psb(n)基于第一次燃料喷射的平均压力Pave被计算，因此即使第二次燃料喷射或后续燃料喷射的平均压力Pave不能被精确地计算，第二次燃料喷射或后续燃料喷射的基准压力基值Psb(n)也可以被精确地计算。因此，即使相邻的燃料喷射之间的间隔短，第二次燃料喷射和后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻R8也可以被精确地计算。

(5)从之前的燃料喷射的基准压力基值Psb(n-1)减去由于之前的燃料喷射而引起的第一压力下降量ΔP1以获得当前燃料喷射的基准压力基值Psb(n)。也就是说，当第二次燃料喷射和后续燃料喷射的基准压力基值Psb(n)基于第一次燃料喷射的平均压力Pave被计算时，基准压力基值Psb(n)基于第一压力下降量ΔP1被计算。因此，基准压力Ps(n)可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得第二次燃料喷射和后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻“R8”可以被精确地计算。

(6)从基准压力基值Psb(n)减去由于燃料泄漏而引起的第二压力下降量ΔP2以获得当前燃料喷射的基准压力Ps(n)。因此，基准压力Ps(n)可以被设定为接近实际燃料喷射开始压力，以使得燃料喷射结束时刻“R8”可以被精确地计算。

[第二实施方式]

在以上第一实施方式中，在时刻“t4”处的切线被限定为建模函数f(t)。在第二实施方式中，如图12所示，经过特定的两个点“P11a”、“P12a”的直线被限定为建模函数f(t)。表示建模函数f(t)的虚线与表示基准压力Ps(n)的虚线在时刻“te”的点处相交。所述时刻“te”被限定为燃料喷射结束时刻“R8”。

应该注意的是，所述特定的两个点“P11a”、“P12a”表示在时刻“t41”和“t42”处上升波形A1上的检测压力，所述时刻“t41”和“t42”分别处于时刻t4之前和之后。

根据第二实施方式，可以获得与第一实施方式相同的优点。此外，作为第二实施方式的一种修改形式，在上升波形A1上限定三个或更多个特定的点，并且建模函数f(t)可以以使得特定的点与建模函数f(t)之间的距离总和变成最小值的方式通过最小二乘法计算。

[其它实施方式]

本发明并不限于如上所述的实施方式，而是可以例如按以下方式实施。此外，各个实施方式的特征结构可以结合。

·建模函数f(t)可以是高维函数。上升波形A1可以由曲线建模。

·上升波形A1可以由多个直线建模。在这种情况下，对于每一个时间范围将使用不同的函数f(t)。

·基准压力基值Psb(1)可以被用作基准压力基值Psb(n)(n≥2)。

·燃料喷射结束时刻“R8”可以基于上升波形A1上特定的两个点“P11a”、“P12a”被计算，而不用计算建模函数f(t)。

·由于第二次燃料喷射和后续燃料喷射而引起的第一压力损失量ΔP1可以基于第一次燃料喷射的平均压力Pave(基准压力基值Psb(1))被计算。如果第一压力损失量ΔP1基于基准压力基值Psb(1)和燃料温度两者被计算，那么用于计算第二次喷射和后续喷射的燃料喷射结束时刻的基准压力可以以高精度接近于实际燃料喷射结束时刻。

·如图2中的虚线200a所指示的那样，燃料压力传感器20a可以置于壳体20e中以检测高压通道25中的燃料压力。

在燃料压力传感器20a被布置为接近燃料入口22的情况下，燃料压力传感器20a容易安装。在燃料压力传感器20a置于壳体20e中的情况下，由于燃料压力传感器20a接近燃料喷射口20f，因此在燃料喷射口20f处压力的变化可以被精确地检测。

·压电喷射器可以替代图2中所示出的电磁驱动喷射器而被使用。直接作用的压电喷射器使得没有通过泄漏孔的压力泄漏并且没有背压室以便于传递驱动力。当使用直接作用的喷射器时，喷射速率可以容易被控制。

Claims (14)

1.一种检测燃料喷射状态的燃料喷射检测装置，所述燃料喷射检测装置运用于燃料喷射系统，在所述燃料喷射系统中燃料喷射器(20)喷射蓄积在蓄压器(12)中的燃料，所述燃料喷射检测装置包括：

设置在与所述蓄压器(12)和所述燃料喷射器(20)的燃料喷射口(20f)流体连接的燃料通道(14、25)中的燃料压力传感器(20a)，所述燃料压力传感器(20a)检测由于燃料从所述燃料喷射口(20f)喷射而引起变化的燃料压力；以及

用于基于所述燃料压力在一时段内的上升波形(A1)计算实际燃料喷射结束时刻(R8)的燃料喷射结束时刻计算部分(30、S109)，在所述时段中所述燃料压力由于燃料喷射速率减小而增大。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射结束时刻计算部分包括用于通过数学公式对所述上升波形建模的建模部分(30、S107、S108)，以及

所述燃料喷射结束时刻计算部分基于所述数学公式计算所述燃料喷射结束时刻(R8)。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分通过直线模型(f(t))对所述上升波形建模，以及

所述燃料喷射结束时刻计算部分基于所述直线模型计算所述燃料喷射结束时刻(R8)。

4.根据权利要求3所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分在所述上升波形上的特定点(P10a)处限定切线作为所述直线模型(ft(n))。

5.根据权利要求4所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分限定所述上升波形的微分值(t4)为最大值处的点作为所述特定点。

6.根据权利要求3所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分基于所述上升波形上的多个特定点(P11a、P12a)通过直线模型对所述上升波形建模。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分限定经过所述特定点的直线作为所述直线模型。

8.根据权利要求6所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述建模部分限定一直线作为所述直线模型，其中所述直线和所述特定点之间的距离总和为最小值。

9.根据权利要求2所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射结束时刻计算部分包括：

用于基于刚好在由于燃料喷射引起的燃料压力下降产生之前的燃料压力计算基准压力(Ps(n))的基准压力计算部分(30、S102-S106)，以及

所述燃料喷射结束时刻计算部分基于由所述数学公式导出的燃料压力等于所述基准压力时的时刻计算所述燃料喷射结束时刻。

10.根据权利要求9所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述基准压力计算部分限定出包括燃料喷射开始时刻的特定时段(T12)，并且设定所述特定时段(T12)内的平均燃料压力(Pave)作为所述基准压力(Ps(n))。

11.根据权利要求9所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射系统在一个燃烧循环过程中执行多段燃料喷射，

所述基准压力计算部分根据第一次燃料喷射计算所述基准压力，以及

所述燃料喷射结束时刻计算部分基于根据所述第一次燃料喷射计算的所述基准压力计算第二次燃料喷射和后续燃料喷射的燃料喷射结束时刻。

12.根据权利要求11所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射结束时刻计算部分从根据第n-1次燃料喷射计算的基准压力中减去取决于第n次(n≥2)燃料喷射的燃料喷射量的压力下降量(ΔP1)，以及

经减法计算后的所述基准压力被用作计算第n次燃料喷射的燃料喷射结束时刻的新基准压力。

13.根据权利要求12所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射结束时刻计算部分基于所述第n-1次燃料喷射的基准压力计算所述第n次燃料喷射的基准压力。

14.根据权利要求9所述的燃料喷射检测装置，其特征在于，

所述燃料喷射器(20)包括：

将燃料朝向所述喷射口(20f)引入的高压通道(25)；

用于打开/关闭所述喷射口(20f)的针阀(20c)；

从所述高压通道(25)接收所述燃料以便于将背压作用到所述针阀上的背压室(Cd)；以及

用于通过调节来自所述背压室(Cd)的燃料泄漏量而控制所述背压的控制阀(23)，以及

所述基准压力计算部分参考从所述控制阀(23)打开直到所述针阀(20c)打开的时间段内的燃料压力下降量(ΔP2)计算所述基准压力。

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