CN102486133B - 用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法 - Google Patents

用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法。即使汽油直喷(GDI)发动机中的高压燃料泵损坏，不管发动机是否在低温下起动，都可以确保使发动机具有良好的起动性能和可操作性，通过提高了的燃烧稳定性而缩短了起动时间，并且改进了噪声、振动、颠振(NVH)，而无需使用额外的专用设备。

Description

用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2010年12月1日提交的韩国专利申请第10-2010-0121516号的优先权，该申请的全部内容结合于此用于通过该引用的所有目的。
技术领域
本发明涉及一种GDI发动机的燃料喷射控制方法，更特别地，本发明涉及一种喷射燃料的技术，即使在高压燃料泵发生故障时发动机也具有良好的起动性能和可操作性。
背景技术
汽油直喷(GDI)发动机是将燃料直接喷射到燃烧室内的汽油发动机，其中从燃料箱中的低压燃料泵供应的燃料通过高压燃料泵而压力增大，随后被供应到喷射器，以用作将要直接喷射到燃烧室内的燃料。
GDI发动机的燃料喷射方法基本分为两种喷射方法，压缩喷射和进气喷射，并且也使用结合两者的分配喷射(divisioninjection)。
压缩喷射通常用于起动发动机，并且通过在压缩冲程喷射燃料而减小用于起动发动机的燃料量，从而使在火花塞周围的气体混合物密集。
进气喷射用于普通喷射，通过在进气冲程喷射燃料来降低进气温度，并且通过利用进气流来准备压缩喷射从而有利于使气体混合物均匀。
在相关技术中，当由于GDI发动机中的高压燃料泵损坏而无法在燃烧室中进行高压下的燃料喷射时，燃料在低于正常状态的低压下被供应到喷射器，从而执行进气喷射控制，而非压缩喷射控制，即使在起动发动机时也是如此。
在此情况下，与压缩喷射控制相比，需要更大量的燃料来起动发动机，从而为了起动发动机，除了用于起动发动机的基本量的燃料外，还要额外地喷射燃料。
另外，与高压泵已经处于正常状态时相似，在起动发动机之后执行普通的正常控制。
然而，存在的问题在于，当高压燃料泵损坏且发动机在低温(例如在零下20度)下起动时，仅仅通过在用于起动发动机的基本量的燃料之外进一步喷射燃料并不能起动发动机，并且即使起动了发动机，发动机的预热阶段的燃烧稳定性也会变差。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的各个方面提供了一种用于GDI发动机的燃料喷射控制方法，当GDI发动机中的高压燃料泵损坏时，不管该发动机是否在低温下被起动，该控制方法都能够确保使发动机具有良好的起动性能和可操作性，并且该控制方法能够通过提高了的燃烧稳定性而提高NVH性能并缩短开始时间。
本发明的各个方面提供了一种用于GDI发动机的燃料喷射控制方法，所述燃料喷射控制方法包括：确定燃料压力是否处于通过高压燃料泵难以形成正常燃料压力的低水平处；当燃料压力处于低水平处时，设定燃料喷射终止时间，该设定将所述燃料喷射终止时间限制在燃料压力大于燃烧室压力的范围之内；当燃料压力处于低水平处时，计算恰好在起动发动机之后的燃料量，该计算独立于恰好在起动发动机之后的正常燃料压力并按照发动机冷却水温度和燃料压力的函数确定了燃料喷射量；并且当燃料压力处于低水平处时，计算燃料喷射开始时间的提前量，该计算确定了在考虑到在低压下喷射所有所需燃料所花费的燃料喷射时间时的燃料喷射开始时间的提前量。
根据本发明的各个方面，即使GDI发动机中的高压燃料泵损坏，不管发动机是否在低温下起动，都可以确保使发动机具有良好的起动性能和可操作性，通过提高了的燃烧稳定性而缩短起动时间，并且改进噪声、振动、颠振(NVH)，而无需使用额外的设备。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的方法和装置所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
图1为显示根据本发明的用于GDI发动机的示例性燃料喷射控制方法的流程图。
应当了解，所附附图并非按比例地显示了本发明的基本原理的图示性的各种特征的略微简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。
在这些图形中，贯穿附图的多幅图形，附图标记引用本发明的同样的或等同的部分。
具体实施方式
下面将对本发明的各个实施方案详细地作出引用，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等价形式及其它实施方案。
参考图1，本发明的各个实施方案包括：在步骤S101中，确定燃料压力是否处于通过高压燃料泵难以形成正常燃料压力的低水平处；在步骤S102中，当燃料压力处于低水平处时，设定燃料喷射终止时间，该设定将所述燃料喷射终止时间限制在燃料压力大于燃烧室压力的范围之内；在步骤S103中，当燃料压力处于低水平处时，计算恰好在起动之后的燃料量，该计算独立于恰好在起动发动机之后的正常燃料压力，而按照发动机冷却水温度和燃料压力的函数确定了燃料喷射量；并且在步骤S104中，当燃料压力处于低水平处时，计算燃料喷射开始时间的提前量，从而在考虑到在低压下喷射所有所需燃料所花费的燃料喷射时间的情况下确定了燃料喷射开始时间的提前量。
在确定了燃料压力是否处于低水平处之后，并非一起执行在步骤S102中的设定燃料喷射终止时间、在步骤S103中的计算恰好在起动之后的燃料量、以及在步骤S104中的计算燃料喷射开始时间的提前量中的所有步骤，并且如果有必要，这些步骤的每一个或组合都可以选择性地受到控制。
因为由于高压燃料泵的损坏而难以形成正常燃料压力，所以当燃料压力处于低水平处时，燃烧室的压缩压力在喷射燃料时会变得大于喷射器的燃料喷射压力，其中燃烧室中的气体混合物会流回到喷射器和燃料分供管，火可能会熄灭，并且发动机可能不会起动，直到这种现象被消除。
因此，执行在步骤S102中的设定燃料喷射终止时间，以防止在该实施方案中的上述状态。
在步骤S102中的设定燃料喷射终止时间的步骤设定了在由燃料压力传感器测得的燃料压力和通过建模计算的燃烧压力之间的差值为0或更大的情况下的时间之前的燃料喷射终止时间，从而在从喷射器对燃料进行喷射时，只在燃料喷射压力大于燃烧室的压力时的时间之前喷射燃料，进而防止了气体混合物流回到喷射器，如上所述。
在该配置中，通过将如下量全部相乘来获取燃烧室压力：进气歧管压力、气缸容积效率、根据通过试验测得的曲柄角的压缩比、以及根据通过试验设定的进气凸轮的相位角的变化的补偿值。
也即，通过如下公式来对其进行计算。
燃烧室压力＝(进气歧管压力×气缸容积效率)×根据(通过试验测得的)曲柄角的压缩比×根据(通过试验设定的)进气凸轮的相位角的变化的补偿值。
同时，当燃料压力处于低水平处时，恰好在起动发动机之后，在步骤S103中的计算恰好在起动之后的燃料量的步骤通过映射图(map)确定了燃料喷射量，该映射图是独立于正常燃料压力的发动机冷却水温度和燃料压力的函数。
也即，由于在燃料压力处于低水平处时，燃料在远低于正常进气喷射的燃料压力的燃料压力下进行喷射，所以当恰好在起动发动机之后执行燃料量的正常控制时，基本喷射到燃烧室内的燃料并不充分，并且发生欠稳定燃烧，从而会使发动机停车。因此，使得燃料喷射量比正常控制的燃料量更为密集。
因此，当确定了燃料喷射量比正常状态更为密集而恰好在起动发动机之后对燃料量进行控制时，发动机的燃烧稳定性得以提高，并且能够防止发动机停车。
同时，即使在燃料压力处于低水平处时喷射了相同量的燃料，燃料喷射的终止时间也晚于正常状态，从而燃料喷射与正常状态同时开始，在燃料喷射之后形成气体混合物所花费的时间缩短，并且相应地，发动机的燃烧稳定性变差，并且特别地，该现象在发动机预热时变得更糟。
因此，根据通过在步骤S104中的计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤而计算的燃料喷射开始时间的提前量，燃料喷射时间提前于正常状态，从而提高了燃烧稳定性。
在步骤S104中的计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤通过从处于低压力下的燃料喷射时间中减去正常燃料喷射时间而计算得到燃料喷射开始时间的所需提前量，并且将燃料喷射开始时间的所需提前量改变为曲柄角装置中的燃料喷射开始时间的提前量，该正常燃料喷射时间确定为预期压力和所需燃料量的函数，该处于低压力下的燃料喷射时间确定为当前燃料压力和所需燃料量的函数。
也即，燃料喷射开始时间的所需提前量(ms)＝处于低压力下的燃料喷射时间-正常燃料喷射时间。
燃料喷射开始时间的所需提前量(ms)通过如下公式而改变为燃料喷射开始时间的提前量。
燃料喷射开始时间的提前量(曲柄角)＝燃料喷射开始时间的所需提前量(ms)/一次转动的时间(ms)×360(曲柄角)＝燃料喷射开始时间的所需提前量(ms)/(1/[发动机的转数(rpm)/60]×1000)×360(曲柄角)＝燃料喷射开始时间的所需提前量(ms)×发动机的转数(rpm)×0.006。
另外，示例性实施方案进一步包括：在步骤S105中，通过从正常燃料喷射开始时间中减去燃料喷射开始时间的提前量而获取曲柄角装置中的处于低压力下的燃料喷射开始时间。
因此，发动机控制器执行控制，从而在曲柄角装置中获取的处于低压力下的燃料喷射开始时间处对燃料进行直接喷射，进而使实际的燃料喷射开始时间提前，并且在喷射燃料之后产生充分的气体混合物，由此提高燃烧稳定性。
显然，处于低压力下的燃料喷射开始时间应当限制在进气过程开始时的进气上死点中心(TDC)之后的范围中。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围意在由所附权利要求书及其等价形式所限定。

Claims (11)

1.一种用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，所述方法包括：
确定燃料压力是否处于通过高压燃料泵无法正确供应正常燃料压力的低水平处；
当燃料压力处于低水平处时，设定燃料喷射终止时间，以将所述燃料喷射终止时间限制在燃料压力大于燃烧室压力的范围之内；
当燃料压力处于低水平处时，计算恰好在起动之后的燃料量，从而独立于恰好在起动发动机之后的正常燃料压力，而按照发动机冷却水温度和燃料压力的函数确定了燃料喷射量；并且
当燃料压力处于低水平处时，计算燃料喷射开始时间的提前量，从而在考虑到低压下喷射所有所需燃料所花费的燃料喷射时间而确定了燃料喷射开始时间的提前量，
其中所述设定燃料喷射终止时间的步骤设定了在由燃料压力传感器测得的燃料压力和通过建模计算的燃烧压力之间的差值为0或更大的情况下的时间之前的燃料喷射终止时间。
2.根据权利要求1所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述燃烧室压力确定为如下全部量的乘积：进气歧管压力、气缸容积效率、根据通过试验测得的曲柄角的压缩比、以及根据通过试验设定的进气凸轮的相位角的变化的补偿值。
3.根据权利要求1所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤中，通过从处于低压力下的燃料喷射时间中减去正常燃料喷射时间而计算得到燃料喷射开始时间的所需提前量，所述正常燃料喷射时间确定为预期压力和所需燃料量的函数，所述处于低压力下的燃料喷射时间确定为当前燃料压力和所需燃料量的函数；并且
所述计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤中，将燃料喷射开始时间的所需提前量改变为曲柄角装置中的燃料喷射开始时间的提前的角度量。
4.根据权利要求3所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，进一步包括：通过从正常燃料喷射开始时间中减去燃料喷射开始时间的提前量，而获取所述曲柄角装置中的处于低压力下的燃料喷射开始时间。
5.根据权利要求4所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述处于低压力下的燃料喷射开始时间应当限制在进气过程开始时的进气上死点中心之后的范围中。
6.一种用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，所述方法包括：
确定燃料压力是否处于通过高压燃料泵难以形成正常燃料压力的低水平处；
当燃料压力处于低水平处时，设定燃料喷射终止时间，该设定将所述燃料喷射终止时间限制在燃料压力大于燃烧室压力的范围之内，
其中所述设定燃料喷射终止时间设定了在由燃料压力传感器测得的燃料压力和通过建模计算的燃烧压力之间的差值为0或更大的情况下的时间之前的燃料喷射终止时间。
7.根据权利要求6所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述燃烧室压力确定为如下全部量的乘积：进气歧管压力、气缸容积效率、根据通过试验测得的曲柄角的压缩比、以及根据通过试验设定的进气凸轮的相位角的变化的补偿值。
8.一种用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，所述方法包括：
确定燃料压力是否处于通过高压燃料泵难以形成正常燃料压力的低水平处；
当燃料压力处于低水平处时，计算燃料喷射开始时间的提前量，该计算在考虑到在低压下喷射所有所需燃料所花费的燃料喷射时间的情况下确定了燃料喷射开始时间的提前量，
其中所述计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤中，通过从处于低压力下的燃料喷射时间中减去正常燃料喷射时间而计算得到燃料喷射开始时间的所需提前量，所述正常燃料喷射时间确定为预期压力和所需燃料量的函数，所述处于低压力下的燃料喷射时间确定为当前燃料压力和所需燃料量的函数。
9.根据权利要求8所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述计算燃料喷射开始时间的提前量的步骤中，将燃料喷射开始时间的所需提前量改变为曲柄角装置中的燃料喷射开始时间的提前量。
10.根据权利要求9所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，进一步包括：通过从正常燃料喷射开始时间中减去燃料喷射开始时间的提前量而获取所述曲柄角装置中的处于低压力下的燃料喷射开始时间。
11.根据权利要求10所述的用于汽油直喷发动机的燃料喷射控制方法，其中所述处于低压力下的燃料喷射开始时间应当限制在进气过程开始时的进气上死点中心之后的范围中。
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