CN102345524A

CN102345524A - 燃料喷射控制器

Info

Publication number: CN102345524A
Application number: CN2011102111522A
Authority: CN
Inventors: 小松航
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: JP5024430B2; DE102011051814A1; DE102011051814B4; JP2012026339A; CN102345524B

Abstract

燃料喷射控制器包括：参数获取部(33a)，其用于基于燃料压力传感器的检测值来获取指示喷射速率的变化的喷射速率波形的参数(R4)；学习部(33b)，其用于学习发送到所述燃料喷射器的燃料喷射命令信号(Tq)和与所述燃料喷射命令信号相对应的作为学习值的参数(R4)；存储器部(32)，其用于存储指示由于所述燃料喷射命令信号(Tq)的变化引起的所述参数(R4)的变化的模型波形(M3)；内插部(33c)，其用于通过利用所述模型波形(M3)来内插所述学习值，计算所述燃料喷射命令信号(Tq)和所述燃料喷射命令信号的所述参数(R4)。

Description

燃料喷射控制器

技术领域

本发明涉及燃料喷射控制器，所述燃料喷射控制器基于指示燃料压力的变化的压力波形来控制燃料喷射状态。该燃料压力的变化是由通过燃料喷射器的燃料喷射引起的并且由燃料压力传感器来检测。

背景技术

检测诸如燃料喷射开始时刻、燃料喷射量等燃料喷射状态以精确地控制内燃机的输出转矩和排放是很重要的。

JP-2010-3004A和JP-2009-57924A描述了燃料压力传感器检测由于燃料喷射而在燃料供应通道中引起的燃料压力的变化。所述燃料供应通道从共轨延伸至燃料喷射器的喷射端口。由于由燃料压力传感器所检测的压力波形与指示燃料喷射速率的变化的喷射速率波形高度相关，因此可以基于从所检测的压力波形得出的喷射速率波形来检测诸如燃料喷射开始时刻和燃料喷射量之类的燃料喷射状态。

可以学习发送至燃料喷射器的燃料喷射命令信号和实际的燃料喷射状态(喷射速率波形)之间的关系。基于该学习值，校正连续的燃料喷射命令信号，从而可以以高精确度使燃料喷射状态与目标状态相符。

本发明人已经考虑了将对应于燃料喷射器的通电时间段(energizationperiod)的燃料喷射结束时刻(喷射速率波形的参数)更新为学习值。根据发明人的研究变得显而易见的是，如图4A中的实线所示，通电时间段和燃料喷射结束时刻之间的关系周期性变化。如果如虚线所示的将学习区域A1-A5中的学习值G1-G5线性地内插，则可能会基于与实际关系偏离的不正确的关系来确定通电时间段，从而不能以高精确性来控制燃料喷射结束时刻。

本发明人已经研究了通电时间段和燃料喷射结束时刻之间的关系周期性变化的原因。图1所示的燃料喷射器10具有主体11中的高压通道11a和分支通道11e。限定高压通道11a以将燃料引入喷射端口11b。从高压通道11a分出分支通道(branch passage)11e以将燃料引至燃料压力传感器20。喷射端口11b中产生的燃料压力的波动通过高压通道11a传播。波动的一部分在分支通道11e中谐振。该谐振可以引起通电时间段和燃料喷射结束时刻之间关系的周期性变化。

如图5中所示，即使燃料喷射器没有分支通道，并且燃料压力传感器200被安排在高压通道的附近，在布置有滤波器17的大直径通道11f中也产生谐振波动，从而上述关系周期性变化。

此外，在除了通电时间段和燃料喷射结束时刻之间的关系之外的其它关系中也产生这种周期性变化。例如，在通电时间段和燃料喷射量(喷射速率波形的面积)之间的关系中以及在通电开始时刻和燃料喷射开始时刻之间的关系中产生周期性变化。

发明内容

鉴于上述问题而提出本发明，并且本发明的目的是提供一种燃料喷射控制器，所述燃料喷射控制器能够以高精确度来控制燃料喷射状态。

根据本发明，燃料喷射控制器被应用于燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括燃料喷射器，所述燃料喷射器通过燃料喷射端口来向内燃机喷射燃料，以及燃料压力传感器，所述燃料压力传感器检测由于所述燃料喷射器的燃料喷射引起的燃料供应通道中的燃料压力的变化。

此外，燃料喷射控制器包括：参数获取部(33a)，其用于基于所述燃料压力传感器的检测值来获取指示喷射速率的变化的喷射速率波形的参数；学习部(33b)，其用于学习发送到所述燃料喷射器的燃料喷射命令信号和与所述燃料喷射命令信号相对应的作为学习值的参数；存储器部(32)，其用于存储指示由于所述燃料喷射命令信号变化引起的所述参数的周期变化的模型波形；内插部(33c)，其用于通过利用所述模型波形来内插所述学习值，计算所述燃料喷射命令信号和所述燃料喷射命令信号的所述参数。

根据本发明人的研究，当燃料喷射命令信号变化时，喷射速率波形的参数周期性变化。在本发明中，通过试验来预先获取模型波形并将其存储在存储器部中。该模型波形指示喷射速率波形的参数根据燃料喷射命令信号变化的周期性变化。通过利用模型波形来内插学习值，计算相邻学习值之间的燃料喷射命令信号和参数。可以以高精确度计算在相邻学习值之间存在的燃料喷射命令信号和参数之间的关系。基于该计算结果，确定连续的燃料喷射命令信号，从而可以以高精确度使实际的燃料喷射状态与目标燃料喷射状态相符。

附图说明

通过参考附图给出的以下描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更加显而易见，在附图中，相同的标号指示相同的部分，并且其中：

图1是示出了根据本发明的第一实施例的安装有燃料喷射控制器的燃料喷射系统的外形的结构图；

图2是确定燃料喷射命令信号的ECU的功能方框图；

图3A是示出了燃料喷射器的燃料喷射命令信号的图表；

图3B是示出了指示燃料喷射速率的变化的喷射速率波形的图表；

图3C是示出了基于燃料压力传感器的检测值的压力波形的图表；

图4A是示出了命令映射M2的图表；

图4B-4D是分别示出了模型波形M3的图表；以及

图5是示出了燃料喷射器的另一实施例的结构图。

具体实施方式

在下文中，将描述根据本发明的燃料喷射状态检测器的实施例。燃料喷射状态检测器被应用于具有四个气缸#1-#4的内燃机(柴油机)。

图1是示出了提供给每个气缸的燃料喷射器10、提供给每个燃料喷射器的燃料压力传感器20、以及电子控制单元(ECU)30等的示意图。

首先，将解释包括燃料喷射器10的引擎的燃料喷射系统。通过高压泵41泵送燃料箱40中的燃料，并且在共轨42中积聚这些燃料以提供给每个燃料喷射器10(#1-#4)。燃料喷射器10(#1-#4)以预定的顺序依次执行燃料喷射。高压泵41是间断地排放高压燃料的活塞泵。

燃料喷射器10是由主体11、针状阀主体12、致动器13等组成的。主体11限定了高压通道11a和喷射端口11b。针状阀主体12被容纳在主体11中，以打开/关闭喷射端口11b。

主体11限定了背压室11c，其中高压通道11a和低压通道11d通过所述背压室11c来进行互连。控制阀14在高压通道11a与低压通道11d之间切换，以使高压通道11a与背压室11c进行互连，或者使低压通道11d与背压室11c进行互连。当使致动器13通电并且使控制阀14在图1中向下移动时，背压室11c与低压通道11d进行互连，以使背压室11c中的燃料压力减小。结果，施加给阀12的背压减小，以使阀12打开。同时，当使致动器13断电并且使控制阀向上移动时，背压室11c与高压通道11a进行互连，以使背压室11c中的燃料压力增加。结果，施加给阀12的背压增加，以使阀12关闭。

ECU 30控制致动器13以驱动针状阀12。当针状阀12打开喷射端口11b时，高压通道11a中的高压燃料通过喷射端口11b被喷射到引擎的燃烧室(未示出)。ECU 30基于引擎速度、引擎载荷等来计算诸如燃料喷射开始时刻、燃料喷射结束时刻、燃料喷射量等目标燃料喷射状态。ECU 30向致动器13发送燃料喷射命令信号，以获取上述目标燃料喷射状态的方式来驱动针状阀12。

如图2所示，ECU 30具有目标燃料喷射状态计算部31，该目标燃料喷射状态计算部基于从加速器位置得出的引擎载荷和引起速度来计算目标燃料喷射状态。例如，ECU 30将针对引擎载荷和引擎速度的最佳燃料喷射状态(燃料喷射级数、燃料喷射开始时刻、燃料喷射结束时刻、燃料喷射量等)作为燃料喷射状态映射M1存储在存储器32中。然后，基于当前的引擎载荷和引擎速度，考虑燃料喷射状态映射M1来计算目标燃料喷射状态。

此外，ECU 30具有燃料喷射命令信号生成部33，该燃料喷射命令信号生成部33基于所计算的目标燃料喷射状态生成燃料喷射命令信号“t1”、“t2”、“Tq”。例如，燃料喷射命令信号对应于在存储器32中存储的目标燃料喷射状态，作为命令映射M2。然后，基于所计算的目标燃料喷射状态，考虑命令映射M2来生成燃料喷射命令信号。如上所述，根据引擎载荷和引擎速度，确定燃料喷射命令信号以从ECU 30输出到燃料喷射器10。

应当注意的是，由于燃料喷射器10的老化退化(诸如喷射端口11b的磨损)引起燃料喷射命令信号改变，实际燃料喷射状态改变与燃料喷射命令信号有关。因此，基于通过燃料压力传感器20所检测的压力波形来计算喷射速率波形，以检测燃料喷射状态。学习所检测的燃料喷射状态(喷射速率波形的参数)与燃料喷射命令信号(脉冲起动时刻t1、脉冲停止时刻t2和脉冲起动时间段Tq)之间的相关性。基于该学习结果，校正在命令映射M2中存储的燃料喷射命令信号。因此，可以精确地控制燃料喷射状态，以使实际的燃料喷射状态与目标燃料喷射状态相一致。

如果不存在对应于目标燃料喷射状态的燃料喷射命令值的学习值，则内插多个学习值来计算对应于目标燃料喷射状态的燃料喷射命令信号。稍后将描述内插处理。

参照图1，下文将描述燃料压力传感器20的结构。燃料压力传感器20包括阀杆(载荷单元)、压力传感器元件22和模制IC 23。阀杆21被提供给主体11。阀杆21具有隔膜21a，该隔膜21a响应于高压通道11a中的高燃料压力而弹性地变形。压力传感器元件22位于隔膜21a上，以根据隔膜21a的弹性变形来输出压力检测信号。

模制IC 23包括将从压力传感器元件22发送的压力检测信号进行放大的放大器电路并且包括发送压力检测信号的发射电路。将连接器15提供到主体11上。通过连接到连接器15的导线(harness)16来将模制IC 23、致动器13和ECU 30彼此电连接。放大的压力检测信号被发送至ECU 30。针对每个气缸来执行这种信号通信处理。

当燃料喷射开始时，高压通道11a中的燃料压力开始减小。当燃料喷射终止时，高压通道11a中的燃料压力开始增加。也即是说，燃料压力的变化和喷射速率的变化具有相关性，使得可以从燃料压力的变化来检测喷射速率的变化(实际的燃料喷射状态)。校正在命令映射M2中存储的燃料喷射命令信号，以使所检测的实际燃料喷射状态与目标燃料喷射状态相一致。从而，可以以高精确度来控制燃料喷射状态。

参照图3A至图3C，在下文中，将解释通过燃料压力传感器20所检测的压力波形与喷射速率波形之间的相关性。

图3A示出了ECU 30向致动器13输出的燃料喷射命令信号。基于该燃料喷射命令信号，致动器13进行操作以打开喷射端口11b。也即是说，燃料喷射是在喷射命令信号的脉冲起动时刻“t1”处开始的，并且燃料喷射是在喷射命令信号的脉冲停止时刻“t2”处终止的。在从时刻“t1”到时刻“t2”的通电时间段“Tq”期间，喷射端口11b打开。通过控制通电时间段“Tq”来控制燃料喷射量“Q”。

图3B示出了表示燃料喷射速率的变化的喷射速率波形，而图3C示出了表示由燃料压力传感器20检测到的检测压力的变化的压力波形。

由于压力波形与喷射速率波形具有将在下文中描述的相关性，因此可以从检测的压力波形来估计喷射速率波形。也即是说，如图3A所示，在喷射命令信号在时刻“t1”处上升之后，燃料喷射开始，并且喷射速率在时刻“R1”处开始增加。当喷射速率在时刻“R1”处开始增加以后经过延迟时间“C1”时，检测压力在点“P1”处开始减小。然后，当喷射速率在时刻“R2”处达到最大喷射速率时，检测压力下降在点“P2”处停止。然后，当喷射速率在时刻“R3”处开始减小以后经过延迟时间“C3”时，检测压力在点“P3”处开始增加。在此之后，当喷射速率变为0并且实际的燃料喷射在时刻“R4”处终止时，检测压力的增加在点“P5”处停止。

如上所解释的，压力波形和喷射速率波形具有高度的相关性。由于喷射速率波形表示了燃料喷射开始时刻“R1”、燃料喷射结束时刻“R4”、燃料喷射量(图3B中的阴影部分的面积)、最大喷射速率“Rh”、喷射速率增加速度“R_α”和喷射速率减小速度“R_β”，因此可以通过从压力波形估计喷射速率波形，以检测喷射状态。

当限定了燃料喷射开始时刻“R1”、最大喷射速率时刻“R2”、喷射速率减小时刻“R3”、燃料喷射结束时刻“R4”和燃料喷射量时，可以识别梯形喷射速率波形。也即是说，可以基于压力波形的各个参数来计算喷射速率波形。

具体地，ECU 30检测改变点“P1”和“P2”在压力波形上出现的时刻。然后，分别从检测的时刻减少延迟时间“C1”、“C3”，以计算燃料喷射开始时刻“R1”和喷射速率减小时刻“R3”。计算压力减小速度“P_α”和压力增加速度“P_β”。然后，分别将这些速度“P_α”和“P_β”转换为喷射速率增加速度“R_α”和喷射速率减小速度“R_β”。此外，检测最大燃料压力下降(P1-P2)以用于转换为最大喷射速率“Rh”。基于喷射速率减小时刻“R3”和喷射速率减小速度“R_β”来计算燃料喷射结束时刻“R4”。

如图2所示，燃料喷射命令信号生成部33包括参数获取部33a，所述参数获取部33a基于压力波形计算喷射速率波形的参数。此外，燃料喷射命令信号生成部33包括学习部33b，所述学习部33b将燃料喷射命令信号与这些参数相关。然后，将这些参数和燃料喷射命令信号的学习值存储在命令映射M2中以用于更新。

图4A示出了限定通电时间段“Tq”和燃料喷射结束时刻“R4”之间的关系的命令映射M2的一个实例。通电时间段“Tq”被分为多个学习区域“A1”-“A5”。在每个学习区域“A1”-“A5”中，分别存储学习值“G1”-“G5”(燃料喷射结束时刻R4)。例如，在所计算的参数对应于学习区域“A3”的情况下，与该参数相关联的燃料喷射命令信号被存储在学习区域“A3”中作为学习值。

如图4A中的实线所示的，随着周期性的波动，Tq-R4特征周期性变化。因此，如果学习值“G1”-“G2”如图4A中的虚线所示的被内插，则燃料喷射命令信号生成部33基于与通电时间段“Tq”和燃料喷射结束时刻“R4”之间的实际关系偏离的关系来限定通电时间段“Tq”。不能以高精确度来控制燃料喷射结束时刻“R4”。

根据本实施例，指示燃料喷射结束时刻“R4”周期性变化的模型波形“M3”(参照图4B、4C、4D)是预先通过试验获取的。该模型波形被预先存储在存储器32中。应当注意的是，实际波形的形状根据共轨42和燃料喷射器10之间的燃料压力和燃料温度变化。在本实施例中，将多种类型的模型波形“M3”存储在存储器32中。

例如，如图4C所示，以使波动周期“T10”随着燃料温度更高而变得更长的方式来限定模型波形“M3”。此外，如图4D所示，以使波动周期“T10”随着燃料压力更高而变得更短的方式来限定模型波形“M3”。本发明人已经如下研究了燃料温度、燃料压力和波动周期“T10”之间的关系。

在包括高压通道11a和分支通道11e的燃料供应通道中，声速和燃料的体积弹性系数(bulk modulus)具有如下列公式(1)和(2)所表述的关系。

a = \sqrt{(K / ρ)} . . . (1)

K＝Kc+α×P+β×T ...(2)

a：燃料供应通道中的声速，

K：燃料的体积模量，ρ：燃料密度，

Kc：常量(取决于燃料种类)，

α：常量(正值)，

β：常量(负值)，

P：燃料压力，

T：燃料温度。

根据上述公式(1)、(2)，随着燃料压力“P”越高，体积模量“K”变得越大，并且声速“a”变得越高。因此，波动周期“T10”变得越短。同时，随着燃料温度“T”越高，体积模量“K”变得越小，并且声速“a”变得越低。因此，波动周期“T10”变得越长。

存储器32中存储的模型波形“M3”可以从上述公式(1)、(2)获取，或者通过试验获取。虽然图4B至4D示出了幅度彼此相等的模型波形“M3”，但每个模型波形“M3”也可以具有其自己的幅度。

再次参照图2，燃料喷射命令信号生成部33具有内插部33c。内插部33c获取燃料温度和由燃料压力传感器20检测的燃料压力。然后，内插部33c选择燃料温度和燃料压力与获取的燃料温度和燃料压力最接近的一个模型波形“M3”。

接下来，将所选择的模型波形“M3”应用于命令映射“M2”。具体地，以使模型波形“M3”和学习值“G1”至“G5”之间的偏差的和变为最小值的方式来进行最小二乘法。然后，将模型波形“M3”的相位与命令映射“M2”相关(参照图4A中的实线)。在相关的模型波形“M3”中，计算对应于目标燃料喷射结束时刻“R4”的通电时间段“Tq”。从而，可以通过利用与其相位相关的模型波形“M3”来内插学习值“G1”至“G5”，计算针对燃料喷射结束时刻“R4”的通电时间段“Tq”。

ECU 30包括用作目标燃料喷射状态计算部31、参数获取部33a、学习部33b和内插部33c的微计算机。

在图4中所示的实施例中，通电时间段“Tq”和燃料喷射结束时刻“R4”是学习对象(learning subject)。可替换地，脉冲起动时刻“t1”和脉冲停止时刻“t2”可以是作为燃料喷射命令信号的学习对象。喷射开始时刻“R1”、最大喷射速率时刻“R2”、喷射速率减小时刻“R3”、燃料喷射量、喷射速率增加速度“R_α”和喷射速率减小速度“R_β”可以是作为喷射速率波形的参数的学习对象。

根据上面描述的本实施例，可以得到下列优点。

(1)将指示喷射速率波形的参数根据燃料喷射命令信号而波动地变化的模型波形“M3”预先存储在存储器32中。在目标燃料喷射状态存在于相邻的学习值之间的情况下，预先存储的模型波形“M3”的相位基于学习值“G1”-“G5”而与命令映射“M2”相关。通过利用相关的模型波形“M3”来内插学习值“G1”-“G5”，计算对应于目标燃料喷射状态的燃料喷射命令信号。因此，可以以高精确度计算对应于目标燃料喷射状态的燃料喷射命令信号，从而可以使实际燃料喷射状态和目标燃料喷射状态之间的偏差更小。

(2)根据燃料压力和燃料温度存储多种类型的模型波形“M3”。基于针对当前燃料压力和燃料温度的最合适的波形“M3”，计算燃料喷射命令信号。因此，可以更精确地计算燃料喷射命令信号。

(3)喷射端口11b中产生的燃料压力的波动通过高压通道11a传播。波动的一部分在分支通道11e中谐振。由于该谐振，燃料速率波形的参数的变化相对于燃料喷射命令信号的变化更为显著。在具有显著波动变化的燃料喷射器10中，本实施例更有效地实现上述优点。

(4)在喷射端口11b附近产生的燃料压力的波动传播到分支通道11e之后，在分支通道11e中产生上述谐振。因此，在“R4”、“R3”、“R_β”中出现的喷射速率波形的参数的波动变化比“R1”、“R2”、“R_α”中的更加显著。通过使用参数“R4”、“R3”、“R_β”，可以相对于目标燃料喷射状态更加精确地计算燃料喷射命令信号。

[其它实施例]

本发明不限于上面描述的实施例，而是可以例如以下列方式来执行。此外，可以对每个实施例的特征构造进行组合。

在上述实施例中，燃料压力传感器20通过阀杆21被安排在分支通道11e的末端处。

可替换地，如图5中所示，压力传感器元件22可以被直接提供给主体11。主体11具有薄壁部11g。压力传感器元件22检测薄壁部11g的弹性变形。

即使如图5所示在没有分支通道11e的燃料喷射器10A中，大直径通道11f中也产生波动谐振。该波动谐振可以引起喷射速率波形的参数的波动变化。本发明可以应用于这种燃料喷射器10A。

虽然在图4A所示的实施例中将通电时间段“Tq”平均地分为学习区域“A1”至“A5”，但通电时间段“Tq”也可以被不平均地分割。例如，可以将波动幅度更大或者波动频率更高的区域限定为更小的学习区域，从而可以在内插中精确地考虑波动状态。

燃料压力传感器20可以被安排在共轨42的出口42a和喷射端口11b之间的燃料供应通道中的任意位置处。例如，燃料压力传感器20可以被安排在连接共轨42和燃料喷射器10的高压管42b中。高压管42b和主体11中的高压通道11a对应于本发明的燃料供应通道。

Claims

1.一种燃料喷射控制器，其被应用于燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括：燃料喷射器(10)，所述燃料喷射器通过燃料喷射端口(11b)来向内燃机喷射燃料；以及燃料压力传感器(20)，所述燃料压力传感器检测由于所述燃料喷射器的燃料喷射引起的燃料供应通道(11a、42b)中的燃料压力的变化，所述燃料喷射控制器包括：

参数获取部(33a)，其用于基于所述燃料压力传感器的检测值来获取指示喷射速率的变化的喷射速率波形的参数；

学习部(33b)，其用于学习发送到所述燃料喷射器的燃料喷射命令信号和与所述燃料喷射命令信号相对应的作为学习值的参数；

存储器部(32)，其用于存储指示由于所述燃料喷射命令信号变化引起的所述参数的变化的模型波形；

内插部(33c)，其用于通过利用所述模型波形来内插所述学习值，计算所述燃料喷射命令信号和所述燃料喷射命令信号的所述参数。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其中

所述存储器部(32)存储多种类型的模型波形，所述模型波形的形状对应于供应给所述燃料喷射器的所述燃料压力被逐个地形成；以及

所述内插部(33c)利用与供应给所述燃料喷射器的所述燃料压力相对应的所述模型波形来执行内插。

3.根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其中

所述存储器部(32)存储多种类型的模型波形，所述模型波形的形状对应于燃料温度被逐个地形成；以及

所述内插部(33c)利用与所述燃料温度相对应的所述模型波形来执行内插。

4.根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其中

所述燃料喷射器包括打开/关闭所述燃料喷射端口(11b)的阀主体(12)以及容纳所述阀主体(12)和所述燃料压力传感器(20)的主体(11)，以及

所述主体(11)限定所述喷射端口(11b)、用于将所述燃料引至所述喷射端口的高压通道、以及从所述高压通道分出的用于将所述燃料引至所述燃料压力传感器(20)的分支通道(11e)。

5.根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其中

所述参数包括喷射速率变为0的燃料喷射结束时刻、喷射速率随着所述燃料喷射的终止开始减小的时刻、以及随着所述燃料喷射的终止而减小的喷射速率的斜率中的至少一个。