CN102192030B - 内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法 - Google Patents

内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法。监测燃料喷射即将开始之前的升压电压，根据其监测值来使开阀时间变动。即使在升压电压降低的情况下，也不减少所要求的喷射次数来进行燃料喷射。这样，在内燃机的燃料喷射装置中，即使是在升压电压降低的情况下，也能够在得到所要求的喷射以及喷射次数的可靠性的状态下进行喷射。

Description

内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的燃料喷射装置以及燃料喷射控制方法。
背景技术
在现有技术的用于燃料喷射的系统中，在内燃机的气缸1动作循环中，从具有被电磁驱动的燃料喷射阀的燃料喷射装置对燃烧室进行多次燃料喷射(多级喷射)来实施燃料供给。
例如，在专利文献1中，公开了用于主转矩(torque)产生的主喷射、用于转矩增强的预喷射、和具有排气处理的后喷射的多级喷射控制。进一步地，检查是否至少满足一个设定条件，在不满足条件的情况下，依照分配给多级喷射的优先度来减少多级喷射次数，备齐燃料喷射的使用条件来实现可靠性高的多级喷射。
专利文献1：JP特开2003-201900号公报
发明内容
但是，在对于多级喷射的需求年年增大的另一面，由于有成本的制约，在燃料喷射装置中使用的控制电路的增强也会因成本的制约而产生界限。为此，在避免电路构成的成本上升的同时要确保所要求的多级喷射次数，此外，还需要得到与现状相同的喷射特性。本发明的课题正是在于实现这样一种燃料喷射装置及其控制方法，即使燃料喷射所需的设定条件或参数的电平(level)降低，也能够基本满足多级喷射次数的要求，或者逐渐减少多级喷射的次数，使之具有简洁的构成。
本发明是一种内燃机的燃料喷射装置，具有：燃料喷射阀，其被电磁驱动，向内燃机的燃烧室中多级喷射燃料；发动机控制单元，其控制该燃料喷射阀的驱动；以及电池(battery)，该内燃机的燃料喷射装置的特征在于，在所述发动机控制单元中，具有：升压电路，其对所述电池电压进行升压来生成升压电压；升压电压驱动器，其利用所述升压电压来控制所述燃料喷射阀的开阀时间Pi；驱动器集成电路(即驱动器IC)，其驱动所述升压电路以及升压电压驱动器；以及控制机构，其当所述升压电路的升压电压降低到所设定的通常电压以下时，经由所述驱动器IC来对所述升压电压驱动器发送延长所述开阀时间Pi的指示信号。
另外，本发明是一种内燃机的燃料喷射装置的控制方法，该内燃机的燃料喷射装置具有：燃料喷射阀，其被电磁驱动，向内燃机的燃烧室中多级喷射燃料；发动机控制单元，其控制该燃料喷射阀的驱动；以及电池，该内燃机的燃料喷射装置的控制方法的特征在于，对通过发动机控制单元升压电池电压后的升压电压进行监测，当升压电压降低到所设定的通常电压以下时，延长所述燃料喷射阀的开阀时间Pi来确保燃料喷射阀的动作所需要的驱动电流。
根据本发明，在具有被电磁驱动且对内燃机的燃烧室多级喷射燃料的燃料喷射阀、控制该燃料喷射阀的驱动的发动机控制单元、以及电池的内燃机的燃料喷射装置之中，在所述发动机控制单元中，具有：升压电路，其对所述电池电压进行升压来生成升压电压；升压电压驱动器，其利用所述升压电压来控制所述燃料喷射阀的开阀时间Pi；驱动器IC，其驱动所述升压电路以及升压电压驱动器；以及控制机构，其当所述升压电路的升压电压降低到所设定的通常电压以下时，经由所述驱动器IC来对所述升压电压驱动器发送延长所述开阀时间Pi的指示信号。根据这样的构成，即使是在升压电压降低的情况下，也针对所要求的喷射次数进行可执行的最大次数的喷射，从而能够提供一种可靠性高的燃料喷射装置。
附图说明
图1是表示燃料喷射装置的概要的模式图。
图2是表示实施例1的发动机控制单元的框图。
图3是表示实施例1的线圈负载的驱动波形的波形图。
图4是表示实施例1的升压电压、燃料喷射电流的波形图。
图5是表示实施例1的控制方法的流程图。
图6是表示实施例1或2的开阀时间决定方法的模式图。
图7是表示实施例1或2的其他的开阀时间决定方法的模式图。
(符号的说明)
1：发动机
5：燃料喷射阀
9：ECU(发动机控制单元)
27：燃料喷射控制电路
41：电池
42：输入输出端口
43：电源IC(电源集成电路)
44：微型计算机(microcomputer)
45：A/D变换器(模/数变换器)
47：驱动器IC(驱动器集成电路)
48：驱动器驱动部
50：升压电路驱动部
51：升压电路
52a：升压电压驱动器
52b：电池电压驱动器
54：线圈负载
具体实施方式
以下，针对各实施例，基于附图详细说明本发明的实施方式。
[实施例1]
(1)内燃机系统的构成
首先，利用图1，关于搭载有实施例1的燃料喷射控制电路的内燃机系统的构成进行说明。在发动机1中具备活塞2、吸气阀3和排气阀4。8是冷却水的水温传感器。吸气是通过空气流量计(AFM)20来进入节流阀19，并由作为分歧部的集气器(collector)15经由吸气管10、吸气阀3来供给到发动机1的燃烧室21。
燃料由低压燃料泵24从燃料箱23向内燃机供给，再由高压燃料泵25对燃料喷射提高到所需要的压力。由高压燃料泵25升压的燃料从具有电磁线圈的燃料喷射阀5喷射供给到发动机1的燃烧室21，并由点火塞6以及点火线圈7进行点火。燃料的压力由燃料压力传感器26进行计测。燃烧后的废气经由排气阀4排出到排气管11。在排气管11中具备用于废气净化的三元催化剂12。
将发动机1的曲柄(crank)角度传感器16的信号、AFM20的空气量信号、检测废气中的氧浓度的氧传感器13的信号、加速器(accelerator)开度传感器22的加速器开度信号、以及燃料压力传感器26等的信号输入到内置于发动机控制单元(以下，ECU)9的燃料喷射控制电路27。
ECU9根据加速器开度传感器22的加速器开度信号来计算到发动机1的要求转矩，并且，进行空转(idle)状态的判定等。在ECU9中具备有根据曲柄角度传感器16的信号来运算发动机转数的未图示的转数检测机构。另外，ECU9计算发动机1所需要的吸入空气量，并将与此相平衡的开度信号输出到节流阀19。
燃料喷射控制电路27计算与吸入空气量对应的燃料量，输出燃料喷射阀5进行燃料喷射用的驱动电流，并将点火信号输出到点火塞6以及点火线圈7。
在排气管11与集气器15之间由EGR(废气再循环)通路18连接，在EGR通路18的途中具备有EGR阀14。EGR阀14的开度由ECU9控制，排气管11中的废气回流到吸气管10来进行再燃烧。
(2)ECU和燃料喷射控制电路
图2是表示ECU9的框图。燃料喷射控制电路27内置于ECU9中，由驱动器IC47、升压电路51、上部驱动器52和下部驱动器53构成。
来自电池41的电池电压供给到ECU9，供给到电源IC43。另外，供给到燃料喷射控制电路27的驱动器IC47、燃料喷射装置驱动用的升压电路51、上部驱动器52等。电压从电源IC43供给到作为控制机构的微型计算机44、驱动器IC47等。
燃料喷射控制电路27的驱动器IC47具有与微型计算机44之间的通信部49、升压电路驱动部50以及驱动器驱动部48，其中，将开关(switching)信号从升压电路驱动部50发送到升压电路51，并将由升压电路51升压的电压供给到上部驱动器52。另外，由升压电路51升压的电压，由驱动器IC47的升压电路驱动部50被反馈，驱动器IC47据此判断是否再发送开关信号。
另外，由升压电路51升压的电压由微型计算机44的A/D变换器45被反馈，微型计算机44能够以A/D值为基础，由通信部46对驱动器IC47发送信号。微型计算机44还能够经由A/D变换器45，输入、监测除了升压电压以外的来自燃压传感器或温度传感器等的信号。除此之外，微型计算机44还具有驱动外部负载，或监测来自外部的信号的输入输出端口42。
燃料喷射控制电路27的上部驱动器52具有：由升压电路51的升压电压来驱动线圈负载54的升压电压驱动器52a、以及由来自电池41的电池电压来驱动线圈负载54的电池电压驱动器52b。上部驱动器52通过驱动器IC47的驱动器驱动部48的驱动信号A以及驱动信号B来将电流供给到具有电磁线圈的燃料喷射阀等的线圈负载54。驱动信号A由升压电压来触发升压电压驱动器52a，驱动信号B由电池电压来触发电池电压驱动器52b。另外，下部驱动器53由驱动器驱动部48的驱动信号C来使来自线圈负载54的电流流入接地电位。
上部驱动器52和下部驱动器53之中的至少其中一个具有利用了分流电阻等的电流检测部以及端子电压检测部，其检测流过驱动器以及线圈负载54的电流值来进行反馈的驱动器驱动控制。另外，通过这些功能，能够进行到驱动器的过电流或端子的短路(天絡)、接地故障的检测。
在此，在实施例1中，升压电路51、上部驱动器52、下部驱动器53与驱动器IC47单独设置，但也可以将它们设置在驱动器IC47的内部。即，可以以驱动器或者预驱动器的身份来使用驱动器IC47。
(3)驱动波形
图3是表示从驱动器驱动部48输出的驱动波形与流入线圈负载54的电流之间的关系的波形图。由微型计算机44输出作为决定开阀时间的脉冲信号的Pi脉冲和决定喷射时间的Ti脉冲。开阀时间Pi以及喷射时间Ti各自按照线圈负载的特性进行设置，通常为常数。Ti通常设定得比Pi长。
被输入Pi脉冲、Ti脉冲的驱动器IC47的驱动器驱动部48在接收到Pi脉冲、Ti脉冲之后不久，使驱动信号A、B、C为有效(ON)并发送到上部驱动器52、下部驱动器53，从而开始各驱动器的驱动(状态61)。通常，由于升压电压设定得比电池电压高的电路是由升压电压驱动，故即使不使驱动信号B进行驱动，电路也会起动。
直到达到所设定的峰值电流值Ipeak(开阀电流1)为止都持续此状态，从而使电流增加(状态62)，并在达到Ipeak之后立刻使驱动信号A为无效来由电池电压占空(duty)驱动驱动信号B(状态63)。其后，驱动驱动信号B以保持所设定的Ihold1(开阀电流2)(状态64)。直到到达开阀时间Pi为止都保持这种状态，并在到达开阀时间Pi之后立刻减少驱动信号B的占空比以保持设定的Ihod2(喷射电流)(状态65)。
直到时间到达Ti为止都保持这种状态(状态66)，并在时间到达喷射时间Ti之后不久，使驱动信号B为无效(OFF)来结束驱动(状态67)。在上述中，即使在状态64、状态65中不使用驱动信号B，而使驱动信号A延长来进行占空驱动，也能够得到同样的结果。
在图3的升压电压(Vboost)以及电池电压(VB)的电压波形中，当使驱动信号A为有效来使用升压电压时，升压电压会降低(状态62)。升压电压能够由升压电路驱动部50进行监测。当在电流达到Ipeak之后(状态63)使驱动信号A为无效时，使升压电压上升直到恢复到设定值为止，并在达到设定值之后保持设定值。在Ihold1、Ihold2下的驱动也由升压电压进行的情况下，由于在此状态下也使用升压电压，故升压电压会进一步降低。
关于电池电压，由于电池的电流容量大，故电压的降低程度小，且降低后的复原时间短到能够忽略的程度，因此，在图中显示为常数。
(4)开阀时间Pi的延长
图4的波形图表示了由实施例1的升压电路51生成的升压电压与流过线圈负载54的电流之间的关系。如图3的说明，通常动作时表示图4上部的虚线图那样的变化。
线圈负载54主要通过流过Ipeak电流、Ihold1电流、Ihold2电流来进行驱动。Ipeak电流和Ihold1电流用于燃料喷射阀5的开阀动作，Ihold2用于开阀保持，并在图3说明的构成中，将电流供给到线圈负载54以成为各自设定的电流值。在此，开阀时间Pi、喷射时间Ti的长度能够由微型计算机44控制。
升压电压若对线圈负载54供给电流，则会降低。升压电压由升压电路驱动部50被反馈，将开关信号输出到升压电路51，来重新开始升压动作。若停止升压电压的使用，则电压会上升，若恢复到设定状态的电压V0，则升压电路驱动部50监测升压电压，并停止到升压电路51的开关信号。若升压电压到下一次喷射之前恢复到设定值V0，则当到了下一次喷射时，也能够进行同样的喷射。
但是，在多级喷射等的一次动作循环中喷射次数增加的情况下，要考虑到下一次喷射时之前升压电压不能恢复到通常电压V0的可能性。如图4中央的实线图所示，在因升压电压的恢复来不及从而在喷射开始时的升压电压比设定值V0低的情况下(状态72)，电流的起动能力会降低，驱动电流波形的斜率会钝化(状态73)。若电流波形的斜率钝化，则开阀会推迟，在到达Ipeak之前会先到达开阀时间Pi。在这种情况下，不能相对于开阀时间Pi得到足够大的Ipeak电流和Ihold电流，从而开阀特性会变差。
在本发明中，在成为这种状态的情况下，通过延长开阀时间Pi，从而能够得到足够大的Ipeak电流和Ihold1电流。这样，即使是在升压电压的恢复前进行下一次喷射的情况下，也能够进行所要求的喷射。
进一步地，在这样的多级喷射状态长时间持续的状态下，升压电压会进一步降低(状态74)，喷射成为困难的状态。使此时的阈值为V1，并使其为设定值。在因进一步的升压恢复推迟而造成喷射开始时的升压电压比V1更小的情况下，由微型计算机44实施多级喷射次数的降低或者中止。通过这样的控制，升压电压能够恢复到V1以上或者V0。
(控制方法)
图5是表示图4的内容的流程图。在喷射前进行升压电压的测定(状态81)，并确认升压电压是否为与图4的通常电压V0相同的电平(状态82)。若为相同的电平，则不改变开阀时间Pi的设定而以所要求的喷射次数来进行喷射(状态83)。
而在升压电压不处于与V0相同电平的情况下，确认此升压电压是否比设定阈值V1大(状态84)。在此，若升压电压比V1大，则延长开阀时间Pi，执行基于所要求的喷射次数的喷射(状态85)。
虽然关于如何使开阀时间Pi延长的方法是自由的，但为了确保一定的燃料喷射阀驱动能量，进行设定以使得Pi时间期间的电流波形所围住的部分的面积(图4的71)始终保持不变是有效的。另外，由于驱动电流波形的斜率与升压电压降低成正比地钝化，故可以延长Pi时间使得与喷射前监测的升压电压成反比(例：Pi→V0/Vboost×Pi)。进一步地，还可以列举以下的方法等：通过用现实中的车辆进行匹配来对各自的升压电压设定所延长的开阀时间Pi。
所延长的开阀时间Pi的设定值，可以作为数学关系式存储在微型计算机44中，也可以将对于在喷射前监测到的升压电压的表格预先存储到微型计算机44中。
进一步地，在喷射前监测到的升压电压下降，变得比阈值V1小的情况下，不实施所要求的喷射次数，而阶段性地重新设置更低的喷射次数(状态86)。例如，在所要求的喷射次数为N次的情况下，若为V1以下，则设置N-1次，在小于更低的阈值V2的情况下，设置N-2次等，可以设定多个相当于V1的阈值。
[实施例2]
本发明的目的是：即使是在升压电压降低的情况下，也进行尽可能多的喷射。为此，将多级喷射划分成第一次的喷射和其后的喷射来进行控制也是有效的。即，第一次的喷射与升压电压无关，且至少进行1次开阀时间Pi的延长来实施。另一方面，关于第一次以后的喷射，在喷射即将开始之前，进行图5的流程图那样的升压电压监测来进行控制。即，第二次以后的喷射能够实施这样的控制方法：在升压电压为从V1到V0之间的情况下(V1＜Vboost＜V0)，通过开阀时间Pi的延长来进行喷射，在V1以下的情况下，中止喷射。由此，具有以下效果：不管电压条件怎样，都能够确保至少1次的喷射。
图6表示了在实施例1或者2中，通过存储在微型计算机44内部的表格或者数学关系式来对已测定的升压电压决定开阀时间的构成。要决定图4的电流波形，升压电压监测值是主要的，但在计算开阀时间时，除了升压电压以外，还可以追加燃压、喷射间隔、温度等与燃料喷射有关的参数来创建表格或者数学关系式。
例如，若以燃压为例，在测定升压电压后(状态91)，通过微型计算机44的A/D变换器45等监测出的燃压值，根据在低燃压时、中燃压时、高燃压时的升压电压Vboost与开阀时间Pi之间的关系来计算开阀时间Pi(状态92)，并决定开阀时间Pi(状态93)。此时，升压电压的测定和燃压的测定的顺序可以任意。除了燃压以外，通过监测温度或喷射间隔等，也能够进行同样的控制，在这些对燃料喷射装置的驱动有影响的参数之中，利用1个或者多个参数来进行控制。
图7是表示在实施例1或者2中，通过存储在微型计算机44内部的表格或者数学关系式，相对于由已测定的升压电压决定的喷射次数来决定开阀时间的模式图。在监测出升压电压之后(状态101)，进行多级喷射次数的削减(状态102)。以已决定的喷射次数为参数，根据与此次数对应的升压电压Vboost与开阀时间Pi之间的关系来计算开阀时间Pi(状态103)，并决定开阀时间Pi(状态104)，从而能够实施。

Claims (11)

1.一种内燃机的燃料喷射装置，具有：
燃料喷射阀，其被电磁驱动，向内燃机的燃烧室中多级喷射燃料；
发动机控制单元，其控制该燃料喷射阀的驱动；和
电池，
该内燃机的燃料喷射装置的特征在于，
在所述发动机控制单元中，具有：
升压电路，其对所述电池电压进行升压来生成升压电压；
升压电压驱动器，其利用所述升压电压来控制进行所述燃料喷射阀的开阀动作的开阀时间；
驱动器IC，其驱动所述升压电路以及升压电压驱动器；和
控制机构，其当所述升压电路的升压电压降低到所设定的通常电压以下时，经由所述驱动器IC来对所述升压电压驱动器发送延长所述开阀时间的指示信号，
所述控制机构具有所设定的阈值，该阈值按照当升压电压进一步降低时，发送使所述燃料喷射阀的多级喷射次数减少或者使多级喷射停止的控制信号的方式设定。
2.如权利要求1所述的内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，
在所述发动机控制单元中还具有电池电压驱动器，该电池电压驱动器通过所述电池电压来控制所述燃料喷射阀。
3.如权利要求1或2所述的内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，
所述控制机构与所述燃料喷射阀的开阀时间同时被起动，并将与保持所述燃料喷射阀的开阀状态的喷射时间有关的指示信号经由所述驱动器IC发送到所述升压电压驱动器。
4.如权利要求3所述的内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，
所述控制机构具有微型计算机。
5.如权利要求1所述的内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，
所述发动机控制单元具备燃料喷射控制电路，该燃料喷射控制电路具有所述升压电路、升压电压驱动器以及驱动器IC。
6.如权利要求2或4所述的内燃机的燃料喷射装置，其特征在于，
所述驱动器IC，具有：
升压电路驱动部，其驱动所述升压电路；和
驱动器驱动部，其驱动所述升压电压驱动器或者所述电池电压驱动器。
7.一种内燃机的燃料喷射装置的控制方法，该内燃机的燃料喷射装置具有：
燃料喷射阀，其被电磁驱动，向内燃机的燃烧室中多级喷射燃料；
发动机控制单元，其控制该燃料喷射阀的驱动；和
电池，
该内燃机的燃料喷射装置的控制方法的特征在于，
对通过发动机控制单元升压电池电压后的升压电压进行监测，
当升压电压降低到所设定的通常电压以下时，延长所述燃料喷射阀的开阀时间来确保燃料喷射阀的动作所需要的驱动电流，当升压电压降低到所设定的通常电压以下时，延长所述燃料喷射阀的开阀时间来进行第一次的喷射，第二次以后的喷射使所述燃料喷射阀的多级喷射次数减少或者使多级喷射中止。
8.如权利要求7所述的内燃机的燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，
当升压电压从所设定的通常电压降低时，设定使所述燃料喷射阀的多级喷射次数减少或者使多级喷射中止的升压电压阈值。
9.如权利要求8所述的内燃机的燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，
当使所述燃料喷射阀的多级喷射次数减少或者使多级喷射中止时，使所述升压电压阈值变化。
10.如权利要求7所述的内燃机的燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，
在燃料喷射阀的燃料喷射即将进行之前，设定用于监测所述升压电压的定时。
11.如权利要求7所述的内燃机的燃料喷射装置的控制方法，其特征在于，
除了监测升压电压，还监测内燃机的燃压、燃料喷射阀的喷射间隔、以及内燃机的温度之中的至少其中一个，并按照该监测值来使所述燃料喷射阀的开阀时间变化。
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