CN102135044A - 用于控制共轨系统喷油压力的方法、设备和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制共轨系统喷油压力的方法、设备和系统，该设备包括：估计装置，用于估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值；以及确定装置，用于基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值。本发明的方法、设备和系统能够在不需要燃油计量阀电流反馈的情况下，提高对燃油计量阀的控制精度，从而实现对共轨系统喷油压力的高精度控制。

Description

用于控制共轨系统喷油压力的方法、设备和系统

技术领域

本发明涉及柴油机技术领域，更具体地，涉及用于控制共轨系统喷油压力的方法、设备和系统。

背景技术

柴油机喷油技术经历了传统的机械操纵式喷油和现代的电控操纵式喷油这两个发展阶段。目前，电控喷油技术的实现手段主要有泵喷嘴、单体泵以及共轨系统等。泵喷嘴和单体泵都是基于供油凸轮，脉动供油，但是二者的供油特性都受到受凸轮型线和凸轮转速的影响。共轨系统由于适应范围广并且对喷油量能够实现良好控制，从而成为较为常用的电控喷油实现方式。

现有的共轨系统对于喷油压力的控制主要采用轨压反馈进行燃油流量的PID(比例-积分-微分)控制。采用电流反馈进行燃油计量阀开度的PID控制是一种常用的技术手段，这通过利用压力与流量、流量与开度、开度与电流、电流与占空比的关系，确定出燃油计量阀的开度，从而实现对轨压的精确控制。

然而，燃油计量阀的阻值特性可能随环境因素、运行工况或累积时间的变化而改变，因此如果燃油计量阀继续基于按照原电阻值设定的占空比信号进行工作，则通过燃油计量阀的电流必然不同于预定电流值，从而燃油计量阀的开度无法达到预定要求。由此，共轨系统的可靠性大幅降低，并且控制成本显著增加。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种用于控制共轨系统喷油压力的方法与设备以及一种共轨系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于控制共轨系统喷油压力的设备，该设备可以包括：估计装置，用于估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值；以及确定装置，用于基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

根据本发明的一个实施例，该估计装置可以包括：获取模块，用于获取燃油计量阀的工作参数；以及，估算模块，用于利用工作参数来估算燃油计量阀的当前电阻值。

根据本发明的一个实施例，该工作参数可以包括以下中的一项或多项：燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。

根据本发明的一个实施例，该确定装置可以包括：接收模块，用于接收用于燃油计量阀的预定电流值；以及计算模块，用于根据当前电阻值与预定电流值，计算将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

根据本发明的一个实施例，该用于控制共轨系统喷油压力的设备还可以包括：信号形成装置，用于根据修正电压值形成占空比信号。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制共轨系统喷油压力的方法，该方法可以包括步骤：估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值；以及基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

根据本发明的一个实施例，其中该估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值的步骤可以包括：获取燃油计量阀的工作参数；以及利用工作参数来估算燃油计量阀的当前电阻值。

根据本发明的一个实施例，其中该工作参数可以包括以下中的一项或多项：燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。

根据本发明的一个实施例，其中该基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值的步骤可以包括：接收用于燃油计量阀的预定电流值；以及根据当前电阻值与预定电流值，计算将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

根据本发明的一个实施例，其中该用于控制共轨系统喷油压力的方法还可以包括步骤：根据修正电压值形成占空比信号。

根据本发明的第三方面，提供了一种共轨系统，该共轨系统可以包括根据本发明的第一方面的用于控制共轨系统喷油压力的设备。

本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备利用燃油计量阀的电阻修正值调整将要施加于燃油计量阀的占空比信号，从而使得通过燃油计量阀的电流与预定电流保持一致，提高了对燃油计量阀的控制精度，由此实现了对共轨系统喷油压力的高精度控制。另外，根据本发明的共轨系统可以显著降低成本，有效提高系统可靠性。

通过以下对说明本发明原理的优选实施方式的描述，并结合附图，本发明的其他特征以及优点将会是显而易见的。

附图说明

通过以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面了解，本发明的其他目的和效果将变得更加清楚和易于理解。

图1是一个示例性共轨系统的示意图。

图2是燃油计量阀的供油特性的示例性示意图。

图3是按照本发明的一个实施例的用于控制共轨系统喷油压力的设备的方框图。

图4是按照本发明的一个实施例的用于控制共轨系统喷油压力的方法的流程图。

在所有的上述附图中，相同的标号表示具有相同、相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行更详细的解释和说明。应当理解，本发明的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本发明的保护范围。

图1是一个示例性共轨系统100的示意图。

图1所示的共轨系统100是一种电控高压共轨系统。“电控”是指喷油系统由处理器控制，处理器对每个喷油嘴的喷油量、喷油时刻进行精确控制，能使柴油机的燃油经济性和动力性达到最佳的平衡，而传统的柴油机则是由机械控制，控制精度无法得以保障；“高压”是指喷油系统压力比传统柴油机要高出1.1倍，最高能达到145MPa(而传统柴油机喷油压力在60-70MPa)，压力大雾化好燃烧充分，从而提高了动力性，最终达到省油的目的；“共轨”是通过公共供油管同时供给各个喷油嘴，喷油量经过ECU(电控制单元)精确的计算，同时向各个喷油嘴提供同样质量、同样压力的燃油，使发动机运转更加平顺，从而优化柴油机综合性能。

以下介绍共轨系统100的基本工作流程。首先，燃油通过油箱101经过过滤器102到达具有燃油计量阀103的高压泵104，然后燃油通过处于一定开度的燃油计量阀103，并以某一压力储存在共轨管106内准备进行喷射，由ECU 105计算喷射起点、喷射持续时间和喷射压力，然后触发电磁阀使气缸的喷油器107进行相应喷射。

燃油计量阀103是柴油机共轨系统100的重要部件，它可以是一种比例电磁阀，例如IMV阀、EFC/MEUN阀、SCV阀、或PCV阀等。燃油计量阀103的实现目的是控制高压泵104的进油量和回油流量，从而控制油泵柱塞向共轨管106的供油量，满足共轨系统的预定轨压，与轨道压力传感器(未示出)形成对轨压的闭环控制，降低发动机的功率消耗和燃油的不必要压缩。

燃油计量阀103一般受ECU 105控制。在ECU 105不通电的情况下，燃油计量阀103关闭。在ECU 105通电但发动机没有启动的情况下，燃油计量阀103全开。在ECU 105通电且发动机启动后，根据轨压与油量需求确定燃油计量阀103的开度，此时燃油计量阀103的开度可以通过以下方式确定：首先计算高压油轨104中的预定轨压和当前轨压之差；根据这个差值以及当前喷油量大小来计算当前所需供油量；然后ECU 105将计算出的所需供油量转变成电信号，该电信号例如是具有预定电压的占空比信号，用于使得通过燃油计量阀103的电流达到预定电流值；最后，根据该电信号确定燃油计量阀103的开度，从而驱动该燃油计量阀103动作。

图2示出了燃油计量阀103的供油特性。从图2可见，通过燃油计量阀的电流越大，表示所需油量越小，此时燃油计量阀103的开度则应相应地减小；通过燃油计量阀的电流越小，表示所需油量越大，此时燃油计量阀103的开度则应相应地增大。

因此，燃油计量阀103的开度受到通过燃油计量阀的电流的控制。然而，电阻的阻值特性可能随环境因素、运行工况或累积时间的变化而改变。例如，当温度升高时，电阻的阻值增大，则在施加于电阻上的电压不变的情况下通过电阻的电流减小；当温度降低时，电阻的阻值减小，则在电压不变的情况下通过电阻的电流增大。在实际应用中，在环境因素、运行工况或累积时间等影响下，当将具有预定电压的占空比信号施加到燃油计量阀时，通过燃油计量阀的电流与预定电流值可能产生偏差，导致燃油计量阀的开度达不到预定要求。

本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备考虑了环境因素、运行工况或累积时间等影响，对即将要施加到燃油计量阀的电信号的电压值进行修正，从而使得通过燃油计量阀的电流与预定电流值保持一致，实现对燃油计量阀的开度的更精确控制。

图3是按照本发明的一个实施例的用于控制共轨系统喷油压力的设备300的方框图。

用于控制共轨系统喷油压力的设备300包括：估计装置310和确定装置320。估计装置310用于估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值，估计装置310可以包括获取模块311和估算模块312。确定装置320用于基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值，确定装置320可以包括接收模块321和计算模块322。

获取模块311用于获取燃油计量阀的工作参数。

估算模块312用于利用工作参数来估算燃油计量阀的当前电阻值。其中，工作参数可以例如是燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。

接收模块321用于接收用于燃油计量阀的预定电流值。

计算模块322用于根据当前电阻值与预定电流值，计算将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

另外，本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备300还可以包括信号形成装置(未示出)，该信号形成装置用于根据所述修正电压值形成占空比信号，例如可以通过将计算模块322所计算出的将要施加到燃油计量阀的修正电压值除以24伏特来得到占空比信号。

图4是按照本发明的一个实施例的用于控制共轨系统喷油压力的方法的流程图。该方法可以由图3所示的用于控制共轨系统喷油压力的设备300执行。首先，估计装置310可以估计共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值，将在步骤401和步骤402中详细描述估计装置310对于当前电阻值的估计过程；然后，确定装置320可以基于当前电阻值确定将要施加到燃油计量阀的修正电压值，将在步骤403和步骤404中详细描述确定装置320对于修正电压值的确定过程。

在步骤401，获取燃油计量阀的工作参数。

估计装置310的获取模块311可以执行步骤401，来获取燃油计量阀的工作参数。在本发明中，燃油计量阀的工作参数例如可以是以下各种参数中的一项或多项：燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。例如，获取模块311可以从预先存储各种器件参数的存储器中得到燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数等。例如，获取模块311可以从ECU获取当前施加到燃油计量阀的电压值。例如，获取模块311可以从内部时钟或计时器来得到要用于计算的燃油计量阀的工作时段，诸如该工作时段的起始时间和结束时间。例如，获取模块311可以从来自温度传感器的数据得到介质温度，也可以根据系统累积工作时间、工作状况等来得到介质温度，还可以利用本领域技术人员公知的现有技术手段来得到介质温度。

在本实施例中，假设获取模块311所获取的工作参数如下：R₀为温度T₀＝25℃时的初始电阻值，a₂为电阻温度系数，a₃为电阻散热系数，m是电阻的质量，c_p是电阻的比热容，T_j为介质的温度，L是电感常数，U₁是当前施加到燃油计量阀的有效电压值，t₀是工作时段的起始时间，t₁是结束时间。其中，介质例如可以是柴油。

在步骤402，利用工作参数来估算燃油计量阀的当前电阻值。

估计装置310的估算模块312可以执行步骤402，来利用工作参数估算燃油计量阀的当前电阻值。

首先，估算模块312将燃油计量阀的当前电阻值R₁等效为初始电阻值R₀和一个电感L的串联，则可以得到以下等式：

R₁＝R₀+ΔTa₂(1)

$\mathrm{\ΔT}=\frac{Q}{{\mathrm{mc}}_p}---\left(2\right)$

$Q={\∫}_{t_0}^{t_1}{I_1}^2{R}_1\mathrm{dt}-a_3(T_1-T_j)---\left(3\right)$

$U_1=I_1{R}_1+L\frac{{\mathrm{dI}}_1}{\mathrm{dt}}---\left(4\right)$

根据等式(1)、(2)、(3)、(4)可以得到：

$W_1{R}_1={\∫}_{t_0}^{t_1}{\left(\frac{U_1-e^{-\frac{R_1}{L}(t_1-t_0)}}{R_1}\right)}^2{R}_1\mathrm{dt}+W_2---\left(5\right)$

其中： $W_1=1-\frac{a_3}{{\mathrm{mc}}_p},$ $W_2=R_0-\frac{a_2{a}_3}{{\mathrm{mc}}_p}{T}_0+\frac{a_3}{{\mathrm{mc}}_p}{R}_0+\frac{a_2{a}_3}{{\mathrm{mc}}_p}{T}_j.$

因此，根据式(5)，估算模块312可以计算出油量计量阀的当前电阻值R1。

在步骤403，接收用于燃油计量阀的预定电流值。

确定装置320的接收模块321可以执行步骤403，来接收用于燃油计量阀的预定电流值。

预定电流值与共轨系统希望的燃油计量阀开度相对应。共轨系统根据设定轨压和实测轨压可以计算出需要喷射的燃油量，根据图2所示的油量与电流的关系，可以得到一个电流值，在此称为预定电流值。接收模块321可以从ECU得到预定电流值，也可以从存储这一预定电流值的任何适当的存储器中得到该电流值。

当保持通过燃油计量阀的电流值与预定电流值一致时，燃油计量阀的开度即可达到希望的结果，从而实现精确控制。

在步骤404，根据当前电阻值与预定电流值，计算将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

确定装置320的计算模块322可以执行步骤404，来根据当前电阻值与预定电流值计算将要施加到燃油计量阀的修正电压值。

在该步骤中，首先，计算模块322可以从估算模块312接收燃油计量阀的当前电阻值，并可以从接收模块321接收用于燃油计量阀的预定电流值；然后，计算模块322可以将来自估算模块312的当前电阻值与来自接收模块321的预定电流值相乘，从而计算出将要施加到燃油计量阀的修正电压值。该修正电压值是针对燃油计量阀的有效电压值。

另外，在本发明中，“占空比信号”指在一个脉冲序列(例如，方波)，其中一个脉冲周期中正脉冲的持续时间与该脉冲周期具有一定的比值关系。根据确定装置320的计算模块322计算出的将要施加到燃油计量阀的修正电压值，设备300的信号形成装置(未示出)可以得到占空比信号。例如信号形成装置可以通过将该修正电压值除以24伏特，来得到占空比信号。

本发明还提供了一种共轨系统，该共轨系统在图1所示的共轨系统100的基础上，还可以包括根据本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备，例如图3所示的设备300。

本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备利用燃油计量阀的电阻修正值调整将要施加于燃油计量阀的占空比信号，从而使得通过燃油计量阀的电流与预定电流保持一致，提高了对燃油计量阀的控制精度，由此实现了对共轨系统喷油压力的高精度控制。另外，根据本发明的共轨系统可以显著降低成本，有效提高系统可靠性。

本发明的用于控制共轨系统喷油压力的设备可以在共轨系统的ECU中实现，也可以在可以控制燃油计量阀的硬件部件中实现，还可以在本领域技术人员可以想到的任何适当硬件部件中实现。

本发明所公开的设备可以在软件、硬件、或软件和硬件的结合中实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器、个人计算机(PC)或大型机来执行。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的技术人员来说是公知的、并且对于本发明的实现可能是必需的更具体的一些技术细节。

提供本发明的说明书的目的是为了说明和描述，而不是用来穷举或将本发明限制为所公开的形式。对本领域的普通技术人员而言，许多修改和变更都是显而易见的。

因此，选择并描述实施方式是为了更好地解释本发明的原理及其实际应用，并使本领域普通技术人员明白，在不脱离本发明实质的前提下，所有修改和变更均落入由权利要求所限定的本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种用于控制共轨系统喷油压力的设备，包括：

估计装置，用于估计所述共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值；以及

确定装置，用于基于所述当前电阻值确定将要施加到所述燃油计量阀的修正电压值。

2.根据权利要求1的设备，其中所述估计装置包括：

获取模块，用于获取所述燃油计量阀的工作参数；

估算模块，用于利用所述工作参数来估算所述燃油计量阀的当前电阻值。

3.根据权利要求2的设备，其中所述工作参数包括以下中的一项或多项：所述燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。

4.根据权利要求1的设备，其中所述确定装置包括：

接收模块，用于接收用于所述燃油计量阀的预定电流值；

计算模块，用于根据所述当前电阻值与所述预定电流值，计算将要施加到所述燃油计量阀的修正电压值。

5.根据权利要求4的设备，还包括：

信号形成装置，用于根据所述修正电压值形成占空比信号。

6.一种用于控制共轨系统喷油压力的方法，包括：

估计所述共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值；以及

基于所述当前电阻值确定将要施加到所述燃油计量阀的修正电压值。

7.根据权利要求6的方法，其中估计所述共轨系统的燃油计量阀的当前电阻值的步骤包括：

获取所述燃油计量阀的工作参数；

利用所述工作参数来估算所述燃油计量阀的当前电阻值。

8.根据权利要求7的方法，其中所述工作参数包括以下中的一项或多项：所述燃油计量阀的初始电阻值、电阻温度系数、电阻散热系数、电阻质量、电阻比热容、电感常数、当前施加电压值、工作时段以及介质温度。

9.根据权利要求6的方法，其中基于所述当前电阻值确定将要施加到所述燃油计量阀的修正电压值包括：

接收用于所述燃油计量阀的预定电流值；

根据所述当前电阻值与所述预定电流值，计算将要施加到所述燃油计量阀的修正电压值。

10.根据权利要求6的方法，还包括：

根据所述修正电压值形成占空比信号。

11.一种共轨系统，包括：

根据权利要求1-5所述的用于控制共轨系统喷油压力的设备。

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