CN102619635A - 一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法。现有的自学习过程实现比较方便，但不能覆盖发动机工作的全部轨压，学习效果有一定的局限性。本发明是在整车急收油门倒拖发动机减速的工况下，对发动机的特定缸实施一个小脉宽喷射，通过监测计算特定缸的角加速度与无燃油喷射的其他几缸的角加速度平均值的比值，查询事先标定好的角加速度比值与喷油量的MAP图表，实现对喷油器喷射特性的在车自学习；根据共轨喷油器喷射特性在车自学习的结果，对喷油器的实际喷油量进行自学习修正。本发明实现了对喷油器的实际喷油量的精确控制，解决共轨喷油器使用过程中的机械老化造成多次喷射效果不佳，甚至排放和噪声恶化等问题。

Description

一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法
技术领域
本发明属于内燃机电控技术领域，尤其涉及一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法。
背景技术
高压共轨燃油喷射系统不仅可以达到较高的喷射压力，还可以独立灵活地控制喷油正时、喷油速率和喷油压力，实现理想喷油规律，在降低排放的同时又能保证优良的动力性和燃油经济性。对于采用了颗粒捕集器DPF排气后处理系统的柴油机，为了满足理想的喷油规律，多采用5段喷射。如图1所示为5段喷射的作用描述：其中第1、2段为预喷，可以改善冷起动性能，缩短滞燃期，降低NOx和发动机噪声；第3段为主喷；第4段为后喷，可以使Soot二次燃烧，降低Soot排放；第5段为迟喷，可以提高排气温度，有利于DPF的再生，并为NOx吸附装置提供HC。小油量控制对燃烧的各个阶段有积极作用，适当的预喷油量对燃烧噪声和NOx控制有很好的效果，预喷油量偏小会使燃烧噪声恶化，预喷油量偏大会增加发动机排放和燃油消耗量。
随着汽车排放法规的推进，柴油机高压共轨燃油系统的多次喷射作为一种能提高燃油经济性、改善排放、降低发动机噪音的重要技术手段，被广泛应用和推广。国内企业对高压共轨技术的研究从2000年以来也陆续展开。尽管国内的共轨技术研究者一致认为共轨喷油器的性能保证是核心难关，并在加工设备和试验手段等方面加以高度重视，但由于共轨喷油器执行元件的敏感性，其关键控制元件（如控制阀、节流孔板、油嘴等）的关键参数在使用过程中发生的微小变化都会对喷油器开启和关闭延迟产生影响，而这种影响对预喷射等小油量的喷射性能会造成极大变化，最终使系统性能恶化。
要保证喷油器小油量喷射的一致性和稳定性，一方面要在生产阶段通过生产工艺和测试手段保障出厂喷油器小油量喷射特性和一致性；另一方面要求在使用过程中随着喷油器相关敏感执行元件（如电磁铁、控制阀、节流孔板、油嘴等）发生老化，导致其特性产生不同程度的微小变化时，电控系统（ECU）必须能及时感知并对各缸喷油器特性进行重新标定。
目前对喷油器使用过程中喷射精度的标定主要是通过测定喷油器从喷射控制信号发出到喷油器即将喷射燃油所需要的控制时间，即小油量标定。一种方法是对柴油机系统进行定期保养，在保养时将喷油器从发动机上拆卸下来，在专用的燃油试验台上进行重新标定，虽然标定精度高，但成本较高，标定间隔周期长；另一种方法是在发动机倒拖工况下，采用缸压或转速检测方法进行小油量标定，优点是不用拆卸喷油器，可进行实时标定，但缸压检测需要增设缸压传感器，增加了发动机成本，转速检测判断有一定误差，标定精度不高。为了对喷油器进行实时、精确和低成本的标定，世界各大汽车公司对共轨喷油器小油量喷射的自学习算法进行了深入研究。
日本电装公司分析了喷油器各个执行元件的特性变化对开启延迟和关闭延迟的影响规律，并以此为基础总结了零部件分组的装配方法，使得零部件的机械差异性在总成上通过此消彼长的方式保证出厂的一致性，同时在控制算法上采取措施对开启和关闭延迟进行学习。Bosch公司对喷油器老化过程中小油量变化进行了深入研究，并设计了相关学习控制算法对老化后的喷射性能进行校正，并对效果进行了分析，发现小油量自学习修正可以明显改善小油量喷射的一致性和稳定性。国内同行对小油量喷射的自学习算法也进行了研究，在稳态的怠速工况，自学习过程实现比较方便，但不能覆盖发动机工作的全部轨压，学习效果有一定的局限性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法，能够诊断高压共轨喷油器使用过程中的老化状况，实现喷油器喷射特性的在车自学习，精确控制喷油器的小油量喷射量，确保共轨系统多次喷射的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案步骤如下：
步骤(1).在整车运行过程中，监测发动机各特征参数数值，若监测到的特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围内，则整车处在急收油门倒拖发动机减速工况，并将共轨压力迅速设定到要自学习的特征轨压点，轨压稳定后进行该轨压下的喷油器自学习；若特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围外，则整车不处在急收油门倒拖发动机减速工况，结束本次自学习，重新开始判断。
所述的特征参数：加速踏板位置的预设值范围为0%；控制喷油量的预设值为0mm3；离合器闭合；挡位处在非空挡；水温处在正常工作的范围，即80℃                                               
Figure 2012100716667100002DEST_PATH_IMAGE002
90℃；燃油温度处在正常工作的范围，即30℃；
步骤(2).在倒拖发动机减速工况下，向特定缸实施一个小脉宽喷射，喷油量为2.5mm3±1mm3，基础喷油量为1.5mm3，最大喷油量不超过5mm3。
步骤(3). 喷射后，计算特定缸外的其余几缸的角加速度平均值，取特定缸角加速度值与其余几缸角加速度平均值的比值；
若该比值小于设定比值范围的最小值，则增加一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若该比值大于最大值，则减少一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若比值小于最小值，增加一个喷油时间步长后，比值大于最大值；或者比值大于最大值，减少一个喷油时间步长后，比值小于最小值，并且喷油时间步长设置合理，则判断此喷油器喷油特性严重改变，必须更换。
所述的设定比值范围为1.23.0。
步骤(4).根据测得的角加速度比值，查询角加速度比值与喷油量的map图，获得喷油器的实际喷油量；
所述的角加速度比值与喷油量的map图是根据已经标定好的喷油器的实际喷油量与对应的角加速度比值绘制的。
步骤(5).比较喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量是否相同：若相同，则结束本次自学习过程；若不相同，则进入步骤(6)。
步骤(6).计算喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量的差值，并存储该差值和当前共轨压力。
步骤(7).查看共轨系统工作的所有特征轨压点是否自学习完；若未自学习完，则重新设定未学习的特征轨压点并进行自学习；若自学习完，则结束本次自学习，按相同的流程对其他几缸的喷油器进行自学习；并根据喷油器在车自学习过程中存储的各特征轨压点的实际喷油量与理想喷油量的差值，绘制自学习修正MAP图，以供喷油量控制方法查询。
步骤(8).根据发动机转速传感器和加速踏板位置传感器传递的信号，查询基本喷油量MAP图，获得发动机在当前工况下的基本喷油量；根据基本喷油量和当前共轨压力，查询喷油器在车标定中储存的自学习修正MAP图，获得自学习修正喷油量。
步骤(9).将基本喷油量和自学习修正喷油量叠加，得到控制喷油量；根据当前共轨压力和控制喷油量，查询喷油脉宽MAP图，获得控制喷油脉宽。
所述的基本喷油量MAP图、喷油脉宽MAP图为共轨系统自带。
本发明的有益效果如下：
本发明能够在不影响整车正常运行的前提下，对共轨喷油器实现精确且低成本的标定，实现共轨喷油器的在车诊断，完善OBD技术；精确控制小油量喷射，解决共轨喷油器老化造成的多次喷射效果不佳，甚至油耗增加、噪声和排放性能恶化等问题。
附图说明
图1为多次喷射作用描述图；
图2为本发明的喷油器在车标定步骤流程图；
图3为本发明的喷油量控制策略图；
图4为自学习条件描述图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
步骤(1). 如图2所示，在整车运行过程中，监测发动机各特征参数数值，若监测到的特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围内，则整车处在急收油门倒拖发动机减速工况，并将共轨压力迅速设定到要自学习的特征轨压点，轨压稳定后进行该轨压下的喷油器自学习；若特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围外，则整车不处在急收油门倒拖发动机减速工况，并结束本次自学习，重新开始判断。
所述的特征参数：加速踏板位置的预设值范围为0%；控制喷油量的预设值为0mm3；离合器闭合；挡位处在非空挡；水温处在正常工作的范围80℃
Figure 245963DEST_PATH_IMAGE002
90℃；燃油温度处在正常工作的范围
Figure 134285DEST_PATH_IMAGE004
30℃，即满足如图4所示的自学习条件；
步骤(2).在倒拖发动机减速工况下，向特定缸实施一个小脉宽喷射，喷油量为2.5mm3±1mm3，基础喷油量为1.5mm3，最大喷油量不超过5mm3。
步骤(3). 喷射后，计算特定缸外的其余几缸的角加速度平均值，取特定缸角加速度值与其余几缸角加速度平均值的比值；
若该比值小于设定比值范围的最小值，则增加一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若该比值大于最大值，则减少一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若比值小于最小值，增加一个喷油时间步长后，比值大于最大值；或者比值大于最大值，减少一个喷油时间步长后，比值小于最小值，并且喷油时间步长设置合理，则判断此喷油器喷油特性严重改变，必须更换。
所述的角加速度值计算如下：
首先，设置角度范围为：上止点前（BTDC）A°CA
Figure 16790DEST_PATH_IMAGE002
上止点后（ATDC）B°CA，在此范围内角加速度变化较明显；
其次，通过发动机转速传感器测量获得的转速，计算出该曲轴转角内发动机的平均转速和所用时间，从而计算出该曲轴转角内的角加速度。
所述的设定比值范围为1.2
Figure 369274DEST_PATH_IMAGE002
3.0，
喷油时间步长根据发动机的型号及喷油器特性而调整，一般将喷射0.5mm3的控制时间作为喷油时间步长。 
步骤(4).根据测得的角加速度比值，查询角加速度比值与喷油量的map图，获得喷油器的实际喷油量；
所述的角加速度比值与喷油量的map图是根据已经标定好的喷油器的实际喷油量与对应的角加速度比值绘制的。
步骤(5).比较喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量是否相同：若相同，则结束本次自学习过程；若不相同，则进入步骤(6)。
步骤(6).计算喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量的差值，并存储该差值和当前共轨压力。
步骤(7).查看共轨系统工作的所有特征轨压点是否自学习完；若未自学习完，则重新设定未学习的特征轨压点并进行自学习；若自学习完，则结束本次自学习，按相同的流程对其他几缸的喷油器进行自学习；并根据喷油器在车自学习过程中存储的各特征轨压点的实际喷油量与理想喷油量的差值，绘制自学习修正MAP图，以供喷油量控制方法查询。
步骤(8).如图3所示，根据发动机转速传感器和加速踏板位置传感器传递的信号，查询基本喷油量MAP图，获得发动机在当前工况下的基本喷油量；根据基本喷油量和当前共轨压力，查询喷油器在车标定中储存的自学习修正MAP图，获得自学习修正喷油量。
步骤(9).将基本喷油量和自学习修正喷油量叠加，得到控制喷油量；根据当前共轨压力和控制喷油量，查询喷油脉宽MAP图，获得控制喷油脉宽。
所述的基本喷油量MAP图、喷油脉宽MAP图为共轨系统自带。

Claims (1)

1. 一种共轨喷油器在车喷油量控制自学习方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤(1).在整车运行过程中，监测发动机各特征参数数值，若监测到的特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围内，则整车处在急收油门倒拖发动机减速工况，并将共轨压力迅速设定到要自学习的特征轨压点，轨压稳定后进行该轨压下的喷油器自学习；若特征参数：加速踏板位置、控制喷油量、离合器状态、挡位、水温、燃油温度在预设值范围外，则整车不处在急收油门倒拖发动机减速工况，并结束本次自学习，重新开始判断；
所述的特征参数：加速踏板位置的预设值范围为0%；控制喷油量的预设值为0mm3；离合器闭合；挡位处在非空挡；水温处在正常工作的范围，即80℃                                               
Figure 2012100716667100001DEST_PATH_IMAGE002
90℃；燃油温度处在正常工作的范围，即
Figure 2012100716667100001DEST_PATH_IMAGE004
30℃；
步骤(2).在倒拖发动机减速工况下，向特定缸实施一个小脉宽喷射，喷油量为2.5mm3±1mm3，基础喷油量为1.5mm3，最大喷油量不超过5mm3；
步骤(3).喷射后，计算特定缸外的其余几缸的角加速度平均值，取特定缸角加速度值与其余几缸角加速度平均值的比值；
若该比值小于设定比值范围的最小值，则增加一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若该比值大于最大值，则减少一个喷油时间步长，再重复步骤(2)的喷射，然后继续判断比值，直到比值在设定比值范围内；
若比值小于最小值，增加一个喷油时间步长后，比值大于最大值；或者比值大于最大值，减少一个喷油时间步长后，比值小于最小值，并且喷油时间步长设置合理，则判断此喷油器喷油特性严重改变，必须更换；
所述的设定比值范围为1.2
Figure 788079DEST_PATH_IMAGE002
3.0；
步骤(4).根据测得的角加速度比值，查询角加速度比值与喷油量的map图，获得喷油器的实际喷油量；
所述的角加速度比值与喷油量的map图是根据已经标定好的喷油器的实际喷油量与对应的角加速度比值绘制的；
步骤(5).比较喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量是否相同：若相同，则结束本次自学习过程；若不相同，则进入步骤(6)；
步骤(6).计算喷油器的实际喷油量与喷油器的喷油脉宽对应的理想喷油量的差值，并存储该差值和当前共轨压力；
步骤(7).查看共轨系统工作的所有特征轨压点是否自学习完；若未自学习完，则重新设定未学习的特征轨压点并进行自学习；若自学习完，则结束本次自学习，按相同的流程对其他几缸的喷油器进行自学习；并根据喷油器在车自学习过程中存储的各特征轨压点的实际喷油量与理想喷油量的差值，绘制自学习修正MAP图，以供喷油量控制方法查询；
步骤(8).根据发动机转速传感器和加速踏板位置传感器传递的信号，查询基本喷油量MAP图，获得发动机在当前工况下的基本喷油量；根据基本喷油量和当前共轨压力，查询喷油器在车标定中储存的自学习修正MAP图，获得自学习修正喷油量；
步骤(9).将基本喷油量和自学习修正喷油量叠加，得到控制喷油量；根据当前共轨压力和控制喷油量，查询喷油脉宽MAP图，获得控制喷油脉宽；
所述的基本喷油量MAP图、喷油脉宽MAP图为共轨系统自带。
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