CN102337977A - 燃料喷射控制装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料喷射控制装置，根据通过执行学习喷射而检测的实际喷射量特性来推测基本喷射特性。在行驶中的燃料喷射状态下，作为发动机运转状态的实际变动量，计算出与发动机作功量相当的作功当量。使指令先导喷射量从0mm³起每次增加1mm³，对表示指令先导喷射量和作功当量之间的相关的学习用数据，用最小二乘法计算表示实际喷射特性(100)的一次式。以通过指令先导喷射量＝0mm³、作功当量＝0的原点的方式将实际喷射特性(100)在指令喷射量的增减方向上平行移动，而推测基本喷射特性(110)，将基本喷射特性(110)与实际喷射特性(100)之间的指令喷射量的增减方向的差(ΔQ)计算为对喷射量进行修正时的学习值。

Description

燃料喷射控制装置

技术领域

本发明涉及一种燃料喷射控制装置，在内燃机中执行学习喷射而对燃料喷射阀的喷射量的修正量进行学习。

背景技术

以往，已知如下情况：对由于燃料喷射阀的机械误差或者老化等而产生的燃料喷射阀的指令喷射量(目标喷射量)与实际喷射量的偏差量进行学习，并计算出用于使实际喷射量与指令喷射量一致的指令喷射量的修正量。例如，在专利文献1中，在为了降低NOx以及燃烧噪音而在主喷射前实施微量的先导喷射的柴油机中，实施对先导喷射的微小喷射量进行修正的喷射量学习。

另外，在专利文献2中，将向执行预备喷射的燃料喷射阀输出的驱动脉冲宽度逐渐延长，而对预备喷射开始了时的驱动脉冲宽度进行学习，并调整使预备喷射执行的驱动脉冲宽度，该预备喷射是在内燃机的多级喷射中在主喷射之前执行的喷射量较少的喷射。

在如此地对喷射量进行学习时，如下地进行：对于每个机种、即每种发动机，将指令喷射量与通过执行按照指令喷射量的学习喷射而产生的发动机运转状态的变动量之间的关系，作为基本喷射特性而预先进行测定，并根据基本喷射特性，根据通过学习喷射而产生的发动机运转状态的变动量来推测实际喷射量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-140046号公报

专利文献2：日本特开平3-100350号公报

然而，由于基本喷射特性对每个机种来说都不同，因此尤其是在准备有商用车、农业机械以及建筑机械那样的多个机种时，存在的问题为：为了对于每个机种、与燃料压力相对应地测定基本喷射特性而制作映射等，需要较多时间劳力。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，其目的在于提供一种燃料喷射控制装置，根据通过执行学习喷射而检测出的实际喷射特性来推测基本喷射特性。

根据技术方案1至5记载的发明，喷射指令机构向燃料喷射阀指示进行指令喷射量不同的学习喷射；实际喷射特性检测机构对实际喷射特性进行检测，该实际喷射特性表示喷射指令机构向燃料喷射阀指示的指令喷射量、与由于燃料喷射阀执行学习喷射而产生的内燃机的运转状态的实际变动量之间的相关；基本喷射特性推测机构将实际喷射特性检测机构检测出的实际喷射特性进行平行移动，而对表示指令喷射量与运转状态的变动量之间的相关的基本喷射特性进行推测；学习值计算机构将基本喷射特性推测机构推测的基本喷射特性和实际喷射特性的指令喷射量的增减方向上的差，计算为对喷射量进行修正的学习值。

如此，即使对指令喷射量和运转状态的实际变动量之间的相关进行表示的实际喷射特性与基本喷射特性产生偏差，通过着眼于该偏差为偏置方向的偏差这一情况，执行学习喷射而检测出实际喷射特性，由此也能够将实际喷射特性进行平行移动而推测基本喷射特性。

由此，无论是哪种车辆的机种，都能够不预先测定基本喷射特性，而在使内燃机运转的同时推测基本喷射特性。由此，能够将基本喷射特性和实际喷射特性的指令喷射量的增减方向上的差，计算为对燃料喷射阀的喷射量进行修正的学习值。

根据技术方案2记载的发明，喷射指令机构在行驶中的燃料喷射状态下向燃料喷射阀指示学习喷射。

如此，通过在行驶中的燃料喷射状态下执行学习喷射，能够提高喷射量的学习频度。

根据技术方案3记载的发明，实际喷射特性检测机构，在按照相同指令喷射量执行了学习喷射时的实际变动量的离散超过预定范围时，不将相应的实际变动量采用为学习用数据。

如此，在按照相同指令喷射量执行了学习喷射时的实际变动量的离散超过预定范围的情况下，由于学习用数据的可靠性较低，因此优选不采用。特别是，在作为在行驶中的燃料喷射状态下执行学习喷射的结果、由于学习喷射以外的因素而实际变动量离散的情况下，在防止学习精度下降这一点上是有效的。

根据技术方案4记载的发明，实际喷射特性检测机构，在即使将指令喷射量增加到预定喷射量而执行学习喷射、实际变动量也不超过预定变动量的情况下，不将相应的实际变动量采用为学习用数据。

如此，在即使将指令喷射量增加到预定喷射量而执行学习喷射、实际变动量也不超过预定变动量的情况下，由于实际变动量相对于指令喷射量的变化率、换言之为实际喷射特性的灵敏度较低，因此实际喷射特性的检测精度变低。即使根据从检测精度较低的实际喷射特性推测的基本喷射特性与实际喷射特性之差、计算出喷射量的修正量，修正精度也变低，因此优选不将该实际变动量采用为学习用数据。特别是，在行驶中在实际喷射特性的灵敏度变低的燃烧状态下执行学习喷射的情况下，在防止学习精度下降这一点上是有效的。

根据技术方案5记载的发明，实际喷射特性检测机构，在喷射量不同的多个指令喷射量与实际变动量之间的相关系数的平方为预定值以下时，不将相应的实际变动量采用为学习用数据。

如此，在喷射量不同的多个指令喷射量与实际变动量之间的相关系数的平方为预定值以下时，即使检测出表示指令喷射量与实际变动量之间的相关的实际喷射特性，可靠性也较低。因此，在指令喷射量与实际变动量之间的相关系数为预定值以下时，优选不将该实际变动量采用为学习用数据。特别是，在行驶中在指令喷射量与实际变动量之间的相关关系的离散较大的燃烧状态下执行学习喷射的情况下，在防止学习精度下降这一点上是有效的。

另外，本发明具备的多个机构的各个功能，能够通过由构成本身来确定功能的硬件资源、由程序来确定功能的硬件资源或者它们的组合来实现。另外，该多个机构的各个功能，不限于通过分别物理地相互独立的硬件资源来实现。

附图说明

图1为表示本实施方式的燃料喷射系统的框图。

图2为表示基于学习喷射的作功当量的增加的说明图。

图3为表示喷射特性的偏差的特性图。

图4为表示基于学习喷射的作功当量的离散的分布图。

图5为表示学习了的作功当量的灵敏度的特性图。

图6为表示指令喷射量和作功当量之间的相关的特性图。

具体实施方式

以下，根据附图说明本发明的实施方式。

图1表示本实施方式的燃料喷射系统。

(燃料喷射系统10)

燃料喷射系统10例如用于将燃料喷射到汽车用的四缸柴油机(以下简称为“发动机”)2中。燃料喷射系统10具备燃料供给泵14、共轨20、燃料喷射阀30和电子控制装置(Electronic Control Unit：ECU)40。

燃料供给泵14内置有从燃料箱12汲取燃料的燃料泵。燃料供给泵14为如下的公知的泵：随着凸轮轴的凸轮的旋转，柱塞进行往复移动，由此对从燃料泵吸入到加压室的燃料进行加压。

作为调量调节器的调量阀(例如吸入控制阀)16，设置在燃料供给泵14的吸入侧，通过被电流控制而对燃料供给泵14的各柱塞在吸入行程中吸入的燃料吸入量进行调量。由于燃料吸入量被调量，因此从燃料供给泵14的各柱塞的燃料吐出量被调量。另外，也可以使调量阀16设置在燃料供给泵14的吐出侧，对从燃料供给泵14的各柱塞的燃料吐出量进行调量。

共轨20是对从燃料供给泵14吐出的燃料进行蓄压的中空部件。共轨20上设置有：压力传感器22，检测内部的燃料压力(共轨压力)；和柱塞限制器24，当共轨压力超过预定压力时，进行开阀而排出共轨20内的燃料。

在发动机2上，作为检测运转状态的传感器，设置有检测发动机转速NE的转速传感器32。并且，作为检测运转状态的其他传感器，在燃料喷射系统10中还设置有油门传感器和温度传感器等，该油门传感器检测驾驶者对油门踏板的操作量、即油门开度(ACCP)，该温度传感器分别检测冷却水的温度(水温)、吸入空气的温度(吸气温度)。

燃料喷射阀30设置于发动机2的各气缸，将由共轨20蓄压的燃料向气缸内喷射。燃料喷射阀30例如为如下的公知电磁阀：通过控制室的压力，控制将喷孔进行开闭的喷嘴针阀的提升。燃料喷射阀30的喷射量由从ECU40指示的喷射指令信号的脉冲宽度来控制。当喷射指令信号的脉冲宽度变长时，喷射量增加。

ECU40主要由以CPU、RAM、ROM、闪存等为中心的微型计算机构成。ECU40通过使CPU执行ROM或闪存所存储的控制程序，由此根据从包括压力传感器22、转速传感器32在内的各种传感器取得的输出信号，执行燃料喷射系统10的各种控制。

例如，ECU40以压力传感器22检测出的共轨压力成为目标压力的方式控制向调量阀16的通电量，并对燃料供给泵14的吐出量进行调量。ECU40根据对控制调量阀16的电流值与吐出量之间的相关进行表示的特性映射，对控制调量阀16的电流值进行设定。

并且，ECU40对燃料喷射阀30的燃料喷射量、燃料喷射时期以及多级喷射的模式进行控制，该多级喷射的模式为在主喷射之前实施先导喷射、预喷射、在先导喷射之后实施延迟喷射、后喷射等。

ECU40对于共轨压力的每个预定压力范围、将所谓的TQ映射存储在ROM或闪存中，该TQ映射表示向燃料喷射阀30指示喷射的喷射指令信号的脉冲宽度T与喷射量Q之间的相关。而且，ECU40为，当根据发动机转速以及油门开度来确定燃料喷射阀30的喷射量时，根据压力传感器22检测出的共轨压力并参照相应的压力范围的TQ映射，从TQ映射中取得向喷射燃料阀30指示所确定的喷射量的喷射指令信号的脉冲宽度。

(喷射量学习)

ECU40为，当以下所示的喷射量学习条件(1)、(2)成立时，向燃料喷射阀30指示学习用先导喷射。

(1)成为每预定行驶距离、例如每5000km，或者成为每预定运转时间、例如每500小时。

(2)发动机运转状态稳定时。例如，发动机转速、共轨压力、喷射量的变动分别在预定范围内。

学习用先导喷射与以降低燃烧噪音为目的而指示的通常多级喷射中的先导喷射不同，为了对有先导喷射和无先导喷射时的发动机2的运转状态的变动量进行检测，而指示该学习用先导喷射。

当上述学习条件成立时，ECU40在执行喷射量学习的气缸中，如图2(A)所示，例如指示预定次数的无先导喷射的预喷射及主喷射，然后如图2(B)所示，指示预定次数的对预喷射及主喷射增加了先导喷射的多级喷射。接着，根据由于增加了先导喷射而变动的发动机转速的变动量(图2(C)的实线部分)，计算出与发动机2的作功量相当的实际的作功当量、作为由于先导喷射而变动的发动机运转状态的实际变动量。

在根据发动机转速的变动量计算作功当量时，在从发动机转速的检测信号中除去噪声的带通滤波器(BPF)的滤波器作用稳定之前，如图2的虚线200所示，忽略学习喷射的无先导喷射以及有先导喷射的最初数次量的喷射数据。

然后，从BPF的滤波器作用稳定起，根据无先导喷射和有先导喷射的、例如各自10次量的喷射的作功当量的平均值之差，计算出基于按照指令先导喷射所喷射的先导喷射的作功当量(ΔW)。

然后，对于每个指令先导喷射量例如重复5次该作功当量的计算，并将其平均值作为相应的指令先导喷射量的作功当量。

然后，使先导喷射的指令喷射量从0mm³起每次增加1mm³、直到作为预定喷射量的例如5mm³，对于表示指令先导喷射量和作功当量之间的相关的学习用数据，通过最小二乘法计算表示指令先导喷射量和实际作功当量之间的相关的实际喷射特性。另外，通过一次式表示指令先导喷射量和作功当量之间的相关。

如图3所示，如此得到的实际喷射特性100，在不通过指令先导喷射量＝0mm³、作功当量＝0的原点时，判断为：相对于表示指令先导喷射量和作功当量之间的相关的基本喷射特性110，由于机械误差或者老化而产生的实际喷射特性100的偏差，不是由于表示该实际喷射特性100的实线的倾斜而产生的，而是由于向实线的横轴方向(以下称为偏置方向)的偏差而产生。

由此，以通过指令先导喷射量＝0mm³、作功当量＝0的原点的方式，将实际喷射特性100向偏置方向、即指令先导喷射量的增减方向进行平行移动，由此能够推测基本喷射特性110。例如，在通过最小二乘法计算出的实际喷射特性的一次式由下式(1)表示时，基本喷射特性110由下式(2)表示。

ΔW＝α×Q+β   …(1)

ΔW＝α×Q      …(2)

Q：指令先导喷射量

ΔW：有先导喷射时的作功当量

α：喷射特性的倾斜

β：喷射特性的截距

因此，实际喷射特性100和基本喷射特性110之间的偏差、即喷射量ΔQ，能够根据下式(3)计算出。

α×Q2+β＝α×Q1

α×(Q2-Q1)＝-β

(Q2-Q1)＝-β/α

ΔQ＝-β/α         …(3)

ECU40在学习条件成立时执行上述的喷射量学习，并存储对于该时的每个共轨压力进行了学习的喷射量ΔQ。此时，ECU40也可以通过对燃料供给泵14的吐出量进行调整而使共轨压力增减，由此对于每个预定压力范围，根据基本喷射量特性和实际喷射量特性来学习喷射量ΔQ。

ECU40根据通过式(3)作为对喷射量进行修正的学习值而计算出的喷射量ΔQ，通过对相应的共轨压力的指令喷射量进行修正，由此对通常喷射中的微少喷射量进行修正。

另外，微少喷射量修正，也可以与发动机运转区域无关地、根据作为学习值而计算出的共通的喷射量ΔQ来进行，也可以根据对于每个发动机运转区域进行了学习的喷射量ΔQ来进行。

(学习用数据的可靠性)

接着，关于(1)离散、(2)灵敏度、(3)相关性，对通过学习喷射进行测定的学习用数据的可靠性进行说明。

(1)离散

如图2的上段所示，在通过按照无先导喷射和有先导喷射实施了的学习喷射而取得的每个指令先导喷射量的作功当量中，在图4所示的无先导喷射时的作功当量的标准偏差σ_nx和有先导喷射时的作功当量的标准偏差σ_ax之间的关系为下式(4)时，ECU40不将该时的指令先导喷射量的作功当量采用为学习用数据，而重试学习喷射。

σ_ax＞2σ_nx    …(4)

这是因为，相对于无先导喷射、有先导喷射时的作功当量的离散超过预定范围而变得过大，数据的可靠性较低。

另外，在不满足式(4)、且即使重复预定次数的学习喷射的重试也不满足式(4)的情况下，ECU40中止喷射量学习。

(2)灵敏度

如图5的白圈所示，在使先导喷射量从0mm³起每次增加1mm³，即使成为5mm³，对于无先导喷射时的作功当量和有先导喷射时的作功当量，以显著水准1％进行了单侧检定的结果，检定统计量u也满足下式(5)时，ECU40不将此次的指令先导喷射量的作功当量采用为学习用数据，而重试喷射量学习。

u＜2.326      …(5)

这是因为，虽然实施了先导喷射、但作功当量未充分地增加，因此对实际喷射特性的一次直线进行计算的灵敏度较低，对实际喷射特性进行计算的精度较低。另外，在即使重复预定次数的喷射量学习的重试也不满足式(5)的情况下，ECU40中止喷射量学习。

与此相对，在使先导喷射量从0mm³起每次1mm³地逐渐增加时，当从式(5)的关系进行变化而满足式(6)时，ECU40判断为能够取得满足喷射量学习所需要的灵敏度的数据。

u≥2.326     …(6)

然后，根据包括最先满足式(6)的指令先导喷射量在内的、其紧前的指令喷射量和其之后的共计5个不同的指令喷射量与作功当量之间的关系，计算出实际喷射特性。例如，在图5所示的黑点中，由于在3mm³时最先满足式(6)，因此根据包括其紧前的2mm³在内的、2mm³～6mm³的共计5个不同的指令先导喷射量与作功当量之间的关系，通过最小二乘法计算出实际喷射特性100。

但是，在即使将指令先导喷射量增加到5mm³也不满足式(6)时，ECU40中止喷射量学习。

另一方面，在指令先导喷射量为0mm³时，如用虚线120所示的那样，在无先导喷射量时的作功当量的标准偏差σ_nx与作功当量ΔW之间的关系满足下式(7)时，作功当量相对于指令先导喷射量的灵敏度过高，ECU40中止喷射量学习。

ΔW＞5σ_nx    …(7)

(3)相关性

即使根据表示指令先导喷射量和作功当量之间的关系的多个学习数据，通过最小二乘法计算出实际喷射特性100，如图6所示，在实际喷射特性100和学习用数据之间的距离较大时，也判断为检测出的指令先导喷射量和作功当量之间的相关较低，而计算出的实际喷射特性100的可靠性较低。作为对指令先导喷射量和作功当量之间的相关的程度进行表示的基准，采用下式(8)所示的相关系数R的平方。

R²＝{(∑(x_i-x_ave)(y_i-y_ave)}²

    /{∑(x_i-x_ave)²∑(y_i-y_ave)²}

  ＝(∑x_iy_i-nx_avey_ave)²

    /{(∑x_i ²-nx_ave ²)(∑y_i ²-ny_ave ²)}  … (8)

n：数据数

x_i：指令先导喷射量的各数据

x_ave：指令先导喷射量的平均

y_ave：作功当量的平均

y_i：作功当量的各数据

相关系数R越接近1或者-1，则检测出的指令先导喷射量和作功当量之间的相关性越高。因此，判断R²是否比预定值大，例如在满足R²＞0.7时，判断为此次学习了的指令先导喷射量和作功当量之间的相关性较高，并采用为学习数据。也可以不使用相关系数R的平方，而使用相关系数R的值直接判断其与预定值之间的大小关系。

另一方面，在R²为预定值以下、例如R²≤0.7时，ECU40判断为此次学习了的指令先导喷射量和作功当量之间的相关性较低，不采用为学习用数据，而重试喷射量学习。另外，在即使重复预定次数的喷射量学习的重试、还是R²≤0.7的情况下，ECU40中止喷射量学习。

在以上说明的上述实施方式中，根据在行驶中的燃料喷射状态下检测的实际喷射量来推测基本喷射特性。由此，由于不需要预先对基本喷射特性进行测定，因此能够省略对每个机种测定基本喷射特性的劳力时间。而且，无论是哪个机种，都能够将基本喷射特性和实际喷射特性之间的指令喷射量之差，计算为对燃料喷射阀的喷射量进行修正的学习值。

而且，通过根据计算出的学习值对指令喷射量进行修正，由此在通常喷射时，在执行先导喷射、后喷射等微量喷射时，能够在希望的误差范围内执行微量喷射。由此，能够防止微量喷射变为无喷射。

并且，由于在行驶中的燃料喷射状态下执行学习喷射，因此能够提高学习喷射的执行频度。并且，能够在行驶中的燃料喷射状态下的较大燃料压力范围内执行学习喷射。

并且，由于关于离散、灵敏度以及相关性，对通过学习喷射而测定的学习用数据的可靠性进行判断，并决定学习用数据的采用与否、喷射量学习的中止，因此特别是在以行驶中的燃料喷射状态执行学习喷射的情况下，在由于学习喷射以外的因素而实际变动量离散的情况下，在防止学习精度下降这一点上是有效的。

在本实施方式中，发动机2相当于本发明的内燃机，燃料喷射阀30相当于本发明的燃料喷射阀，ECU40相当于本发明的燃料喷射控制装置。

并且，ECU40作为本发明的喷射指令机构、实际喷射特性检测机构、基本喷射特性推测机构以及学习值计算机构起作用。

[其它实施方式]

在上述实施方式中，在行驶中的燃料喷射状态下执行学习喷射。此外，只要学习喷射导致的噪音、振动、驾驶性能等的恶化在允许的范围内，则例如也可以在减速无喷射运转状态、怠速运转状态下执行学习喷射。

并且，在上述实施方式中，为了确保通过学习喷射而测定的学习用数据的可靠性，对于学习用数据的离散、灵敏度以及相关性进行判断，并决定学习用数据的采用与否、喷射量学习的中止。与此相对，根据对于学习用数据的可靠性的要求精度的不同，也可以直接采用测定的学习用数据，并执行喷射量学习。

在上述实施方式中，通过由控制程序确定功能的ECU40来实现喷射指令机构、实际喷射特性检测机构、基本喷射特性推测机构以及学习值计算机构的功能。与此相对，上述机构的功能的至少一部分，也可以通过由电路结构本身确定功能的硬件来实现。

如此，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内能够适用于各种实施方式。

符号的说明：

2：柴油机(内燃机)；30：燃料喷射阀；40：ECU(燃料喷射控制装置、喷射指令机构、实际喷射特性检测机构、基本喷射特性推测机构、学习值计算机构)

Claims (5)

1.一种燃料喷射控制装置，其特征在于，具备：

喷射指令机构，向燃料喷射阀指示指令喷射量不同的学习喷射；

实际喷射特性检测机构，检测实际喷射特性，该实际喷射特性表示上述喷射指令机构指示的上述指令喷射量、与由于上述燃料喷射阀执行上述学习喷射而产生的内燃机的运转状态的实际的变动量、即实际变动量之间的相关；

基本喷射特性推测机构，将上述实际喷射特性检测机构检测出的上述实际喷射特性平行移动，而对表示上述指令喷射量与上述运转状态的变动量之间的相关的基本喷射特性进行推测；以及

学习值计算机构，将上述基本喷射特性推测机构推测的上述基本喷射特性与上述实际喷射特性的上述指令喷射量的增减方向上的差，计算为对喷射量进行修正的学习值。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

上述喷射指令机构在行驶中的燃料喷射状态下对上述燃料喷射阀指示上述学习喷射。

3.根据权利要求1或2所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

上述实际喷射特性检测机构，在按照相同的上述指令喷射量执行了上述学习喷射时的上述实际变动量的离散超过预定范围时，不将相应的上述实际变动量采用为学习用数据。

4.根据权利要求1至3任一项所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

上述实际喷射特性检测机构，在即使将上述指令喷射量增加到预定喷射量而执行上述学习喷射、上述实际变动量也不超过预定变动量时，不将相应的上述实际变动量采用为学习用数据。

5.根据权利要求1至4任一项所述的燃料喷射控制装置，其特征在于，

上述实际喷射特性检测机构，在喷射量不同的多个上述指令喷射量和上述实际变动量之间的相关系数的平方为预定值以下时，不将相应的上述实际变动量采用为学习用数据。

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