CN102733974A - 燃料喷射状况估计装置 - Google Patents

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Abstract

第一燃料喷射器(10)和第二燃料喷射器(10)分别设置有第一燃料压力传感器(22)和第二燃料压力传感器(22)。第三燃料喷射器(10)不具有燃料压力传感器。当第一燃料喷射器(10)喷射燃料时，第一燃料压力传感器(22)和第二燃料压力传感器(22)分别检测喷射气缸压力波形(Wa)和非喷射气缸压力波形(Wb)。基于这些波形之间的相位差，计算燃料压力变化的传播时间。当第三燃料喷射器(10)喷射燃料时，通过第一燃料压力传感器获得非喷射估计波形。基于该传播时间和该非喷射估计波形，估计第三燃料喷射器(10)中的燃料喷射状况。

Description

燃料喷射状况估计装置
技术领域
本公开涉及一种燃料喷射状况估计装置，该燃料喷射状况估计装置估计诸如燃料喷射开始时间、燃料喷射结束时间以及燃料喷射故障之类的燃料喷射状况。
背景技术
JP-2009-103063A、JP-2010-3004A以及JP-2010-223184A描述了：燃料压力传感器检测被供应给燃料喷射器的燃料压力，以便检测由燃料喷射引起的燃料压力的变化。基于所检测的燃料压力的变化，对燃料喷射状况进行分析。
因为由燃料喷射而引起的压力降低开始时间与燃料喷射开始时间具有高相关性，所以可以基于压力降低开始时间来计算燃料喷射开始时间(燃料喷射状况)。而且，因为由于燃料喷射而引起的压力升高开始时间与燃料喷射结束时间具有高度的相关性，所以可以基于压力升高开始时间来计算燃料喷射结束时间(燃料喷射状况)。根据所计算的燃料喷射状况来控制燃料喷射器的操作，由此使燃料喷射状况进入具有高精度的期望状况。
如果压力降低开始时间或压力升高开始时间偏离于指定的预期时间，则能够诊断出燃料喷射系统出现了燃料喷射不能开始或燃料喷射不能终止的故障。
然而，在上述系统被应用到多气缸发动机的情况下，必须为每一个燃料喷射器提供燃料压力传感器，这增加了其成本。
本发明人对用于多气缸发动机的设置了不具有燃料压力传感器的燃料喷射器和设置了具有燃料压力传感器的燃料喷射器的燃料喷射系统进行了研究。基于其他燃料喷射器中设置的燃料压力传感器的检测值，对不具有燃料压力传感器的气缸中的燃料喷射状况进行了估计。在下文，具有燃料压力传感器的燃料喷射器被称为有传感器的喷射器(sensor-injector)，并且不具有燃料压力传感器的燃料喷射器被称为无传感器的喷射器(no-sensor-injector)。
当无传感器的喷射器喷射燃料时，无传感器的喷射器中产生的燃料压力降低脉动经由共轨(燃料蓄压器)传播至有传感器的喷射器。当在无传感器的喷射器的燃料喷射开始时间之后已经过去指定的传播时间时，设置在有传感器的喷射器中的燃料压力传感器检测到燃料压力开始降低。同样地，当在无传感器的喷射器的燃料喷射结束时间之后已经过去指定的传播时间时，在非喷射气缸的压力波形上出现了燃料压力开始升高的变化点。因此，基于非喷射气缸的压力波形能够估计无传感器的喷射器中的燃料喷射状况。
然而，该传播时间取决于燃料属性和燃料温度等等。因此，根据本发明人的研究，如果基于该传播时间对无传感器的喷射器中的燃料喷射状况进行估计，则它可能是不正确的。
发明内容
本公开的目的是提供一种燃料喷射状况估计装置，该装置能够估计在未设置燃料压力传感器的燃料喷射器中的燃料喷射状况，以便能够减少燃料压力传感器的数量。
该燃料喷射状况估计装置被应用于如下的燃料喷射系统，该燃料喷射系统设置有：设置在发动机的第一气缸中的第一燃料喷射器；设置在该发动机的第二气缸中的第二燃料喷射器；设置在第三气缸中的第三燃料喷射器；燃料蓄压器，其蓄积高压燃料并且向第一燃料喷射器、第二燃料喷射器以及第三燃料喷射器供应该高压燃料；设置在第一燃料喷射器中的第一燃料压力传感器；以及设置在第二燃料喷射器中的第二燃料压力传感器。
燃料喷射状况估计装置包括第一波形获取部，该第一波形获取部获取喷射燃料压力波形和非喷射燃料压力波形。喷射燃料压力波形表示在由第一燃料压力传感器检测的由于第一燃料喷射器的燃料喷射引起的压力变化与其检测时间点之间的关系。非喷射燃料压力波形表示在由第二燃料压力传感器检测的由于第一燃料喷射器的燃料喷射引起的压力变化与其检测时间点之间的关系。
该估计装置还包括传播时间计算部，该传播时间计算部基于在喷射燃料压力波形与非喷射燃料压力波形之间的相位差来计算传播时间。该传播时间表示在第一燃料喷射器中产生的燃料压力的变化经由燃料蓄压器传播至第二燃料喷射器所需要的时间段。
此外，该估计装置包括：第二波形获取部，其获取非喷射估计波形，该非喷射估计波形表示在由第一燃料压力传感器或第二燃料压力传感器检测的由于第三燃料喷射器的燃料喷射而引起的压力变化与其检测时间点之间的关系；估计部，其基于由第二波形获取部获取的非喷射估计波形和由传播时间计算部计算的传播时间来估计第三燃料喷射器中的燃料喷射状况。
根据另一个方面，燃料喷射状况估计装置被应用于如下的燃料喷射系统，该燃料喷射系统设置有：设置在发动机的第一气缸中的第一燃料喷射器；设置在该发动机的第二气缸中的第二燃料喷射器；设置在第三气缸中的第三燃料喷射器；设置在第四气缸中的第四燃料喷射器；燃料蓄压器，其蓄积高压燃料并且向第一燃料喷射器、第二燃料喷射器、第三燃料喷射器和第四燃料喷射器供应该高压燃料；以及设置在第一燃料喷射器中的燃料压力传感器。
该估计装置包括波形获取部，该波形获取部获取第二喷射压力波形、第三喷射波形和第四喷射波形。第二喷射压力波形表示当第二燃料喷射器喷射燃料时由该燃料压力传感器检测的压力的变化。第三喷射压力波形表示当第三燃料喷射器喷射燃料时由该燃料压力传感器检测的压力的变化。第四喷射压力波形表示当第四燃料喷射器喷射燃料时由该燃料压力传感器检测的压力的变化。
此外，该估计装置包括：第二喷射响应时间计算部，其计算第二喷射响应时间，该第二喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或燃料喷射结束命令被传送到第二燃料喷射器开始直到第二喷射波形上出现压力变化为止的时间段；第三喷射响应时间计算部，其计算出第三喷射响应时间，该第三喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或燃料喷射结束命令被传送到第三燃料喷射器开始直到第三喷射波形上出现压力变化为止的时间段；以及第四喷射响应时间计算部，其计算第四喷射响应时间，该第四喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或燃料喷射结束命令被传送到第四燃料喷射器开始直到第四喷射波形上出现压力变化为止的时间段。
此外，该估计装置包括诊断部，该诊断部基于第二喷射响应时间、第三喷射响应时间和第四喷射响应时间之间的比较来诊断第二燃料喷射器、第三燃料喷射器和第四燃料喷射器中的至少一个是否具有故障。
因此，通过向燃料喷射器提供至少一个燃料压力传感器，能够精确地诊断出无传感器的喷射器的喷射状况是否具有故障。
附图说明
通过参考附图做出的以下详细描述，本公开的上述和其他目的、特征和优点将变得更加清楚。在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例、安装了燃料喷射状况估计装置的燃料喷射系统的概要的构造图；
图2A、图2B和图2C是示出相对于燃料喷射命令信号、燃料喷射率和燃料压力的变化的曲线图；
图3是示出根据第一实施例、被传送到具有压力传感器的燃料喷射器的燃料喷射命令信号的设置过程的框图；
图4A、图4B和图4C是分别示出喷射气缸压力波形Wa、非喷射气缸压力波形Wu和喷射压力波形Wb的图；
图5是示意性示出压力变化从指定的燃料喷射器传播到其他燃料喷射器所经由的传播路径的图；
图6A、图6B和图6C是用于解释根据第一实施例的传播时间的计算方法的图；
图7A、图7B和图7C是用于解释根据第一实施例的不具有压力传感器的燃料喷射器中的喷射状况的估计方法的图；
图8是示出根据第一实施例、被传送到不具有压力传感器的燃料喷射器的燃料喷射命令信号的设置过程的框图；
图9是示出根据第一实施例、计算传播时间的过程的流程图；
图10是示出根据第一实施例、用于计算不具有压力传感器的燃料喷射器的喷射率参数的过程的流程图；
图11是示意性示出根据第二实施例的传播路径的图；
图12是示意性示出根据第三实施例的传播路径的图；
图13是示意性示出根据第四实施例的传播路径的图；
图14是示意性示出根据第五实施例的传播路径的图；以及
图15是示出根据第五实施例的用于诊断燃料喷射器的过程的流程图。
具体实施方式
在下文中，将描述本发明的实施例。燃料喷射状况估计装置被应用于具有4个气缸#1-#4的内燃机(柴油机)。
[第一实施例]
图1是示出提供给每个气缸的燃料喷射器10、提供给每个燃料喷射器10的燃料压力传感器22、和电子控制单元(ECU)30等的示意图。
首先，将解释包括燃料喷射器10的发动机的燃料喷射系统。通过高压泵41来对燃料箱40中的燃料进行泵压，并且该燃料被蓄积在共轨(蓄压器)42中以被供应给每个燃料喷射器10(#1-#4)。每个燃料喷射器10(#1-#4)以预定顺序连续地执行燃料喷射。在本实施例中，按照#3燃料喷射器、#2燃料喷射器、#4燃料喷射器和#1燃料喷射器这一顺序来执行燃料喷射。
高压燃料泵41是柱塞泵，该柱塞泵间歇地释放高压燃料。因为燃料泵41是由发动机通过曲轴驱动的，所以该燃料泵41在一个燃烧循环期间预定次数地释放燃料。
燃料喷射器10包括主体11、针阀体12和致动器13等。主体11定义了高压通道11a和喷射口11b。在主体11中调节针阀体12以打开/关闭喷射口11b。
主体11定义了背压室11c，高压通道11a和低压通道11d与该背压室11c相通。控制阀14在高压通道11a和低压通道11d之间切换，使得高压通道11a与背压室11c相通或者低压通道11d与背压室11c相通。当致动器13被供能并且控制阀14向图1中的下方移动时，背压室11c与低压通道11d相通，使得背压室11c中的燃料压力降低。因此，施加在该阀体12上的背压降低，使得阀体12被抬起(阀打开)。阀体12的顶面12a从主体11的座面上离开，由此燃料通过喷射口11b喷射。
同时，当致动器13被去能并且控制阀14向上移动时，背压室11c与高压通道11a相通，使得背压室11c中的燃料压力升高。因此，施加在阀体12上的背压升高，使得阀体12被降下(阀关闭)。阀体12的顶面12a座接在主体11的座面上，由此终止燃料喷射。
ECU 30控制致动器13以驱动阀体12。当针阀体12打开喷射口11b时，高压通道11a中的高压燃料被通过喷射口11b喷射到发动机的燃烧室(未示出)。
虽然不是所有的燃料喷射器10都设置有燃料压力传感器22，但燃料喷射器10中的至少两个设置有燃料压力传感器22。即，燃料压力传感器22的数量小于燃料喷射器10的数量并且不小于“2”。在本实施例中，#1燃料喷射器10和#2燃料喷射器10(有传感器的喷射器)设置有燃料压力传感器20，并且#3燃料喷射器10和#4燃料喷射器10(无传感器的喷射器)未设置燃料压力传感器22。
传感器单元20包括杆(测力传感器(loadcell))21、燃料压力传感器22、燃料温度传感器23以及模制IC 24。杆21被设置到主体11中。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变形。燃料压力传感器22被布置在隔膜21a上以将取决于隔膜21a的弹性变形的压力检测信号传送至ECU 30。
燃料温度传感器23被布置在隔膜21a上。由该温度传感器23检测的燃料温度可以被假定为高压燃料的温度。应当注意的是，燃料温度传感器23在本发明中不是总是必要的。
模制IC 24包括放大器电路和传送电路，该放大器电路放大从传感器22、23传送的压力检测信号，该传送电路将该检测信号传送至ECU 30。
ECU 30具有微型计算机，该微型计算机计算诸如燃料喷射的数量、燃料喷射开始时间、燃料喷射结束时间以及燃料喷射量之类的目标燃料喷射状况。例如，该微型计算机在燃料喷射状况图中存储相对于发动机负载和发动机速度的最优燃料喷射状况。然后，基于当前的发动机负载和发动机速度，参照燃料喷射状况图计算目标燃料喷射状况。基于喷射率参数td、te、Rα、Rβ、Rmax(稍后将详细描述)设定对应于所计算的目标喷射状况的燃料喷射命令信号t1、t2、Tq(参考图2A)。这些燃料喷射命令信号被传送至燃料喷射器10。
参考图2至图4，将在下文描述有传感器的喷射器10(#1、#2)中的燃料喷射控制的过程。
例如，在安装到#1气缸的#1燃料喷射器10喷射燃料的情况下，基于设置于#1燃料喷射器10(有传感器的喷射器)的燃料压力传感器22的检测值，将由于燃料喷射引起的燃料压力的变化检测为燃料压力波形(参考图2C)。基于所检测的燃料压力波形，计算表示每单位时间的燃料喷射量的变化的燃料喷射率波形(参考图2B)。然后，对标识喷射率波形的喷射率参数Rα、Rβ、Rmax进行学习，并且对喷射率参数“te”、“td”进行学习，该喷射率参数“te”、“td”标识喷射命令信号(脉动开始时间点t1、脉动停止时间点t2和脉动周期Tq)与喷射状况之间的相关性。
特别地，通过最小二乘法将从点P1至点P2的下降压力波形近似为下降直线Lα。在点P1，由于燃料喷射，燃料压力开始下降。在点P2，燃料压力停止下降。然后，计算时间点LBα，在该时间点LBα，燃料压力变成所近似的下降直线Lα上的参考值Bα。因为时间点LBα与燃料喷射开始时间R1相互具有高度的相关性，所以基于时间点LBα来计算燃料喷射开始时间R1。特别地，将在时间点LBα之前指定的时间延迟Cα的时间点定义为燃料喷射开始时间R1。
此外，通过最小二乘法将从点P3至点P5的上升压力波形近似为上升直线Lβ。在点P3，由于燃料喷射的终止，燃料压力开始上升。在点P5，燃料压力停止上升。然后，计算时间点LBβ，在该时间点LBβ，燃料压力变成所近似的上升直线Lβ上的参考值Bβ。因为时间点LBβ与燃料喷射结束时间R4相互具有高度的相关性，所以基于时间点LBβ来计算燃料喷射结束时间R4。特别地，将在时间点LBβ之前指定的时间延迟Cβ的时间点定义为燃料喷射结束时间R4。
鉴于下降直线Lα的倾斜度与喷射率上升的倾斜度相互具有高度的相关性的事实，基于下降直线Lα的倾斜度来计算直线Rα的倾斜度，该直线Rα表示图2B中燃料喷射率的上升。特别地，将直线Lα的倾斜度乘以指定的系数来得到直线Rα的倾斜度。同样地，鉴于上升直线Lβ的倾斜度与喷射率降低的倾斜度相互具有高度的相关性，基于上升直线Lβ的倾斜度来计算直线Rβ的倾斜度，该直线Rβ表示燃料喷射率的降低。
然后，基于直线Rα和直线Rβ，计算阀关闭开始时间R23。在该时间R23，阀体12开始随着燃料喷射结束命令信号被降下。特别地，直线Rα与直线Rβ的交叉点被定义为阀关闭开始时间R23。此外，计算与脉动开始时间点t1相对的燃料喷射开始时间R1的燃料喷射开始时间延迟“td”。而且，计算与脉动停止时间点t2相对的阀关闭开始时间R23的时间延迟“te”。
得到了下降直线Lα与上升直线Lβ的交叉点，并且，将对应于该交叉点的压力计算为交叉点压力Pαβ。此外，计算参考压力Pbase与交叉点压力Pαβ之间的压力差ΔPγ。鉴于压力差ΔPγ与最大喷射率Rmax相互具有高度的相关性，基于该压力差ΔPγ来计算最大喷射率Rmax。
特别地，将压力差ΔPγ与相关系数Cγ相乘来计算最大喷射率Rmax。在压力差ΔPγ小于指定的值ΔPγth的情况下(小喷射)，该最大燃料喷射率Rmax被定义为下式：
Rmax＝ΔPγ×Cγ
在压力差ΔPγ不小于指定的值ΔPγth的情况下(大喷射)，将预定值Rγ定义为最大喷射率Rmax。
该小喷射对应于在喷射率达到预定值Rγ之前阀12开始被降下的情况。燃料喷射量被座面12a限制。同时，该大喷射对应于在喷射率达到预定值Rγ之后阀12开始被降下的情况。燃料喷射量取决于喷射口11b的流动面积。附带地，如图2B所示，当喷射命令时间段“Tq”足够长并且所述喷射口11b甚至在达到最大喷射率之后也被打开时，喷射率波形的形状变为梯形。同时，在小喷射的情况下，喷射率波形变成三角形。
上述预定值Rγ(其对应于在大喷射的情况下的最大喷射率Rmax)随着燃料喷射器10的老化退化而变化。例如，如果在喷射口11b中蓄积微粒物质并且燃料喷射量随着使用年限而减少，则图2C所示的压力降低量ΔP变得更小。而且，如果座面12a被磨损并且燃料喷射量增加，则该压力降低量ΔP变得更大。应该注意的是，该压力降低量ΔP对应于所检测的由于燃料喷射引起的压力降低量。例如，其对应于从参考压力Pbase到点P2的压力降低量或从点P1到点P2的压力降低量。
在本实施例中，鉴于在大喷射中的最大喷射率Rmax(预定值Rγ)与压力降低量ΔP具有高度相关性的事实，基于压力降低量ΔP来设定预定值Rγ。即，在大喷射中的最大喷射率Rmax的学习值对应于基于压力降低量ΔP的预定值Rγ的学习值。
如上，可以从燃料压力波形中得出喷射率参数td、te、Rα、Rβ和Rmax。然后，可以基于这些参数td、te、Rα、Rβ和Rmax的学习值(learning value)计算对应于燃料喷射命令信号(图2A)的喷射率波形(参考图2B)。所计算的喷射率波形(图2B中的阴影区域)的面积对应于燃料喷射量。因此，可以基于该喷射率参数计算燃料喷射量。
图3是示出喷射率参数的学习过程和将要被传送到设置在#1气缸和#2气缸中的燃料喷射器10的喷射命令信号的设置过程的框图。特别地，图3示出ECU 30的配置和功能。喷射率参数计算部31基于由燃料压力传感器22检测的燃料压力波形来计算喷射率参数td、te、Rα、Rβ、Rmax。
学习部32学习所计算的喷射率参数并且将更新后的参数存储在ECU30的存储器中。因为喷射率参数根据所供应的燃料压力(共轨42中的燃料压力)而变化，所以优选与所供应的燃料压力或参考压力Pbase(参考图2C)相关联来学习该喷射率参数。与燃料压力相对的燃料喷射率参数存储在如图3所示的喷射率参数图M中。
设定部33从喷射率参数图M中得到对应于当前燃料压力的喷射率参数(学习值)。然后，基于所计算的喷射率参数，设定对应于目标喷射状况的喷射命令信号“t1”、“t2”、“Tq”。当根据上述喷射命令信号来操作燃料喷射器10时，燃料压力传感器22检测燃料压力波形。基于该燃料压力波形，喷射率参数计算部31计算喷射率参数td、te、Rα、Rβ、Rmax。
即，检测并且学习与燃料喷射命令信号相对的实际燃料喷射状况(喷射率参数td、te、Rα、Rβ、Rmax)。基于该学习值，设定对应于目标喷射状况的燃料喷射命令信号。因此，基于实际喷射状况来对燃料喷射命令信号进行反馈控制，由此以如此的方式精确控制实际燃料喷射状况以与目标喷射状况相一致，即使随着使用年限的退化加深。尤其，基于喷射率参数来对喷射命令时间段“tq”进行反馈控制，使得实际燃料喷射量与目标燃料喷射量相一致。
在以下描述中，当前执行燃料喷射的气缸被称为喷射气缸，而当前没有执行燃料喷射的气缸被称为非喷射气缸。此外，设置在喷射气缸10中的燃料压力传感器22被称为喷射气缸压力传感器，而设置在非喷射气缸10中的燃料压力传感器22被称为非喷射气缸压力传感器。
由喷射气缸压力传感器20检测的燃料压力波形Wa(参考图4A)不仅包括由于燃料喷射引起的波形，而且还包括由于下文描述的其它事由引起的波形。在燃料泵41间歇地向共轨42供应燃料的情况下，当燃料泵供应燃料而燃料喷射器10喷射燃料的时候，整个燃料压力波形Wa上升。即，燃料压力波形Wa包括表示由于燃料喷射引起的燃料压力变化的燃料压力波形Wb(参考图4C)，以及表示由燃料泵41引起的燃料压力升高的压力波形Wud(参考图4B)。
即使在燃料泵41不供应燃料而燃料喷射器10喷射燃料的情况下，燃料喷射系统中的燃料压力在燃料喷射器10喷射燃料之后立刻降低。因此，整个燃料压力波形Wa下降。即，燃料压力波形Wa包括表示由于燃料喷射引起的燃料压力变化的波形Wb，以及表示燃料喷射系统中的燃料压力降低的波形Wu(参考图3B)。
因为压力波形Wud(Wu)表示共轨42中的燃料压力，所以将非喷射压力波形Wud(Wu)从由喷射气缸压力传感器20检测的喷射压力波形Wa中减去以得到喷射波形Wb。在图2C中，示出了该喷射波形Wb。
此外，在执行多次喷射的情况下，由之前喷射引起的压力脉动Wc(其在图2C中示出)与燃料压力波形Wa叠加。尤其，在喷射之间的间隔短的情况下，压力脉动Wc显著地影响燃料压力波形Wa。因此，优选将压力脉动Wc和非喷射压力波形Wu(Wud)从燃料压力波形Wa中减去以计算喷射波形Wb。
接下来，参考图5至图10，将描述无传感器的喷射器10(#1、#2)中的喷射控制。
图5是示出共轨42与每个燃料喷射器10之间经由高压管42b的燃料路径的示意图。当无传感器的喷射器10(#3)开始喷射燃料时，在无传感器的喷射器10(#3)中产生的压力降低脉动经由高压管42b(#3)传播至共轨42。然后，该压力降低脉动经由其他高压管42b(#1、#2、#4)传播至每个燃料喷射器10(#1)。到达有传感器的喷射器10(#1)的传播路径由图15中的“K12”表示。即，路径“K12”是从无传感器的喷射器10(#3)经由通过高压管42b(#3)、共轨42和高压管42b(#1)到达有传感器的喷射器10(#1)的路径。
类似地，路径“K23”是从有传感器的喷射器10(#1)经由高压管42b(#1)、共轨42和高压管42b(#2)到有传感器的喷射器10(#2)的路径。路径“K43”是从无传感器的喷射器10(#4)经由高压管42b(#4)、共轨42和高压管42b(#2)到有传感器的喷射器10(#2)的路径。
每个高压管42b(#1至#4)都具有相同的长度，并且以规则的间隔连接到共轨42。换言之，高压管42b(#3)的连接部和高压管42b(#1)的连接部之间的距离L12等于距离L23和距离L34。因此，路径K12、K23、K43具有相同的长度。
应当注意的是，有传感器的喷射器10(#1)对应于第一燃料喷射器，有传感器的喷射器10(#2)对应于第二燃料喷射器，并且无传感器的喷射器10(#3)对应于本发明的第三燃料喷射器。此外，安装于有传感器的喷射器10(#1)的燃料压力传感器22(#1)对应于第一燃料压力传感器，而安装于有传感器的喷射器10(#2)的燃料压力传感器22(#2)对应于第二燃料压力传感器。此外，路径“K23”的路径长度对应于第一路径长度，并且路径“K12”的路径长度对应于第二路径长度。
图6A至图6C分别示出了当有传感器的喷射器10(#1)喷射燃料时的燃料喷射命令信号、喷射燃料压力波形Wa(#1)和非喷射燃料压力波形Wu(#2)。在该情况下，由设置在有传感器的喷射器10(#2)中的燃料压力传感器22通过路径“K23”检测喷射燃料压力波形Wa(#1)中的压力脉动。
而且，图6A至图6C示出了在燃料喷射命令信号的输出时间与喷射燃料压力波形Wa(#1)和非喷射燃料压力波形Wu(#2)的检测时间之间的关系。即，当在时间“t1”之后已经过去指定的时间C1(＝td+C)时，转折点P1出现在喷射燃料压力波形Wa(#1)上。而且，当在时间“t2”之后已经过去指定的时间C2(＝teu+Cβu，或者＝te+Cβud)时，转折点P5出现在喷射燃料压力波形Wa(#1)上。
当在转折点P1之后已经过去传播时间“tw”时，转折点P1u出现在非喷射燃料压力波形Wu(#2)上。当在转折点P5之后已经过去传播时间“tw”时，转折点P5u出现在非喷射燃料压力波形Wu(#2)上。点P1与点P1u之间的时间差或者点P5与点P5u之间的时间差对应于相位差。另外，校正图4A和图4B所示的压力波形Wa和压力波形Wu以消除相位差。
图7A至图7C分别示出了当无传感器的喷射器10(#3)喷射燃料时的燃料喷射命令信号、喷射燃料压力波形Wa(#3)和非喷射燃料压力波形Wu(#1)。在该情况下，由设置在有传感器的喷射器10(#1)中的燃料压力传感器22通过路径“K12”检测喷射燃料压力波形Wa(#3)中的压力脉动。无法检测喷射燃料压力波形Wa(#3)。
同样在图7A至图7C中，当在时间“t1”之后已经过去指定的时间C1时，所估计的是，转折点P1出现在喷射燃料压力波形Wa(#3)上。当在时间“t2”之后已经过去指定的时间C2时，所估计的是，转折点P5出现在喷射燃料压力波形Wa(#3)上。
当在转折点P1之后已经过去传播时间“tw”时，所估计的是，转折点P1u出现在非喷射燃料压力波形Wu(#1)上。当在转折点P5之后已经过去传播时间“tw”时，所估计的是，转折点P5u出现在非喷射燃料压力波形Wu(#1)上。由于路径“K23”的路径长度与路径“K12”的路径长度相同，所以图6所示的传播时间“tw”与图7所示的传播时间“tw”相同。
综上所述，根据本实施例，当有传感器的喷射器10(#1或者#2)喷射燃料时，如图6所示，测量传播时间“tw”。然后，当无传感器的喷射器10(#3或#4)喷射燃料时，检测非喷射燃料压力波形Wu(#1或#2)上的转折点P1u和转折点P5u的出现时间。基于这些所检测的出现时间和传播时间“tw”，估计关于无传感器的喷射器10的转折点P1和转折点P5的出现时间。然后，基于所估计的出现时间，计算燃料喷射开始时间R1和燃料喷射结束时间R4。特别地，将在所估计的转折点P1的出现时间之前指定的时间延迟Cα的时间点定义为燃料喷射开始时间R1。而且，将在所估计的转折点P5的出现时间之前特定的时间延迟Cβu的时间点(参考图2)定义为燃料喷射结束时间R4。
关于非喷射燃料压力波形Wud，可以计算传播时间“tw”、转折点P1u和转折点P5u的出现时间、燃料喷射开始时间R1和燃料喷射结束时间R4。
图8是示出了传播时间“tw”的计算过程、喷射率参数“td”、“teu”的计算和学习过程以及将要被传送至无传感器的喷射器10(#3或#4)的喷射命令信号的设置过程的框图。特别地，图8示出了ECU 30的配置和功能。
传播时间计算部34获取当有传感器的喷射器10(#1或#2)喷射燃料时图6A和图6C所示的喷射燃料压力波形Wa和非喷射燃料压力波形Wu。然后，该部34通过检测转折点P1和转折点P1u的出现时间来计算传播时间“tw”(tw＝P1u-P1)。在本实施例中，假定时间段(P1u-P1)等于时间段(P5u-P5)。
参数计算部31a获取当无传感器的喷射器10(#3或#4)喷射燃料时图7C所示的非喷射燃料压力波形Wu。该非喷射燃料压力波形Wu是用于估计的并且被称为非喷射估计波形。而且，参数计算部31a获取传播时间“tw”。基于燃料压力波形Wu，参数计算部31a检测转折点P1u和转折点P5u的出现时间并且计算燃料喷射开始时间R1和燃料喷射结束时间R4。然后，参数计算部31a计算从时间点“t1”到时间点R1的时间作为喷射率参数中的喷射开始时间延迟“td”。此外，参数计算部31a计算从时间点“t2”到时间点R4的时间作为喷射率参数中的喷射结束时间延迟“teu”(其在图2中示出)。
另外，在比点P5u的出现时间早传播时间“tw”和指定的时间延迟Cβud的时间点(参考图2)可以被定义为阀关闭开始时间R23。从时间点“t2”到时间R23的时间段可以被计算为燃料喷射率参数中的阀关闭开始时间延迟“te”。
学习部32a学习所计算的喷射率参数“td”、“teu(te)”并且在ECU 30的存储器中存储所更新的参数。由于喷射率参数根据所供应的燃料的压力(在共轨42中的燃料压力)而变化，优选与所供应的燃料的压力或者参考压力Pbase(参考图2C)相关联来学习喷射率参数。可替代地，可以与燃料温度传感器23的检测值相关联来学习喷射率参数。与燃料压力相关的燃料喷射率参数被存储在图8所示的喷射率参数图M中。
设定部33a从喷射率参数图M中获取与当前燃料压力对应的喷射率参数(学习值)。然后，基于所计算的喷射率参数，设定对应于目标喷射状况的喷射命令信号“t1”、“t2”和“Tq”。当根据上述喷射命令信号来操作燃料喷射器10时，燃料压力传感器22检测燃料压力波形。基于此燃料压力波形，喷射率参数计算部31a计算出喷射率参数“td”、“teu(te)”。
即，检测并且学习与燃料喷射命令信号相对的实际燃料喷射状况(喷射率参数td、te)。基于该学习值，设定对应于目标喷射状况的燃料喷射命令信号。因而，基于实际喷射状况来对燃料喷射命令信号进行反馈控制，由此以如此的方式精确控制实际喷射状况以与目标喷射状况相一致，即使随着使用年限的退化加深。尤其，由于燃料喷射量取决于喷射命令时间段“Tq”，所以基于喷射率参数“td”和“te”来对喷射命令时间段“Tq”进行反馈控制，使得实际燃料喷射量与目标燃料喷射量相一致。
参考图9所示的流程图，将描述由传播时间计算部34计算传播时间“tw”的过程。每当有传感器的喷射器10(#1、#2)执行一次燃料喷射时，ECU 30的微型计算机执行图9所示的该过程。
在步骤S10(第一波形获取部)中，分别由两个燃料压力传感器22获得喷射燃料压力波形Wa和非喷射燃料压力波形Wu。另外，可以使用喷射波形Wb(Wb＝Wa-Wu)代替喷射燃料压力波形Wa。
在步骤S11中，从所获得的喷射波形Wb(或者Wa)得到转折点P1的出现时间，转折点P1的出现时间被称为压力降低开始时间P1。在步骤S12中，从所获得的非喷射燃料压力波形Wu(或者Wud)得到转折点P1u的出现时间，转折点P1u的出现时间被称为压力降低开始时间P1u。在步骤S13(传播时间计算部)中，基于时间P1和时间P1u计算传播时间“tw”(tw＝P1u-P1)。另外，因为传播时间“tw”根据燃料属性和燃料温度而变化，所以优选连续地更新该传播时间“tw”。
参考图10所示的流程图，将在下文描述用于计算关于无传感器的喷射器10(#3、#4)的喷射率参数“td”、“teu”的过程。每当无传感器的喷射器10(#3、#4)执行一次燃料喷射时，由ECU 30的微型计算机执行图10所示的该过程。
在步骤S20(第二波形获取部)中，通过两个燃料压力传感器22中的一个获取非喷射燃料压力波形Wu(Wud)，如下来选择该两个燃料压力传感器22中的一个。即，以如此的方式选择两个燃料压力传感器22中的一个，使得在所选择的燃料压力传感器22与所命令的燃料喷射器10之间的路径长度与路径“K23”的长度相同。特别地，在图5中，当在#3气缸中执行燃料喷射时，选择在#1气缸中设置的燃料压力传感器22。当在#4气缸中执行燃料喷射时，选择在#2气缸中设置的燃料压力传感器22。
在发动机是如图5所示的直列四气缸发动机的情况下，将燃料压力传感器22设置在被布置于中心部分的两个燃料喷射器10(#1，#2)中。当无传感器的喷射器10(#3、#4)喷射燃料时，获取相邻的有传感器的喷射器10的燃料压力传感器22的检测值。
在步骤S21中，从非喷射燃料压力波形Wu(或者Wud)获得转折点P1u和转折点P5u的出现时间。转折点P5u的出现时间被称为压力上升结束时间P5u。在步骤S22(估计部)中，基于时间P1u、时间P5u和传播时间“tw”来估计燃料喷射开始时间R1和燃料喷射结束时间R4。
R1＝P1u-tw-CαR4＝P5u-tw-Cβ
在步骤S23中，计算与脉动开始时间t1相对的燃料喷射开始时间R1的燃料喷射开始时间延迟“td”(td＝R1-t1)。而且，计算与脉动停止时间t2相对的燃料喷射结束时间R4的燃料喷射结束时间延迟“teu”(teu＝R4-t2)。在步骤S24中，将在步骤S23中计算的喷射率参数“td”、“teu”存储在图Ma中(参考图8)。
如上所述，根据本实施例，当有传感器的喷射器10喷射燃料时，两个燃料压力传感器22检测实际传播时间“tw”。当无传感器的喷射器10喷射燃料时，基于传播时间“tw”和用于估计的非喷射燃料压力波形Wu来计算无传感器的喷射器10的喷射率参数“td”、“te”、“teu”等等。因此，即使传播时间“tw”由于燃料属性和燃料温度而发生变化，也能够基于实际检测到的传播时间“tw”来精确计算无传感器的喷射器10的喷射率参数。
此外，配置路径“K23”和路径“K12”，使得它们具有相同的路径长度。因而，在路径“K23”中检测到的传播时间“tw”等于无传感器的喷射器喷射燃料时的传播时间，由此能够提高无传感器的喷射器中的喷射状况的计算精度。
[第二实施例]
在图11所示的第二实施例中，燃料喷射状况估计装置被应用于六缸发动机。如图11所示，路径“K13”、“K24”、“K53”和“K64”的路径长度彼此相等。然而，路径“K34”的路径长度不同于其它路径“K13”、“K24”、“K53”和“K64”的路径长度。
同样在该实施例中，每个高压管42b(#1至#6)具有相同的长度，并且以规则的间隔与共轨42连接。
燃料喷射开始时间R1和燃料喷射结束时间R4如下式来计算：
R1＝P1u-tw×Cw-CαR4＝P5u-tw×Cw-Cβ
其中“Cw”是表示与路径长度有关的信息的系数。例如，系数“Cw”可以是路径“K13”和路径“K34”的长度之间的比率。可替代地，系数“Cw”可以根据实验预先确定。
因为无传感器的喷射器10的喷射率参数是基于实际检测的传播时间“tw”来计算的，所以能够以高精度计算喷射率参数。此外，彼此相等地设定每个路径“K13”、“K24”、“K53”和“K64”的长度。因此，系数“Cw”能够被应用于每个无传感器的喷射器10。能够限制无传感器的喷射器之间的计算差异。
[第三实施例]
如图12所示，路径“K23”、“K54”和“K34”的路径长度彼此相等。然而，路径“K13”和路径“K64”的路径长度与路径“K34”的路径长度不同。
以与第二实施例相同的方式通过使用系数“Cw”来计算无传感器的喷射器10(#3、#6)中的燃料喷射状况。同时，以与第一实施例不同的方式，不使用系数“Cw”来计算无传感器的喷射器(#4、#5)中的燃料喷射状况。
关于无传感器的喷射器(#4、#5)，因为路径“K23”和“K45”的路径长度与路径“K34”的路径长度相等，所以可以不使用系数“Cw”计算喷射状况，从而能够提高无传感器的喷射器(#4、#5)中的喷射状况的计算精度。
[第四实施例]
如图13所示，燃料喷射估计装置被应用于具有两个共轨42的水平对置发动机或者V型发动机。每个共轨42设置有两个燃料压力传感器22。
该发动机是八气缸发动机，其中每个共轨42设置有四个燃料喷射器10和两个燃料压力传感器22。彼此相等地设定每个路径“K12”、“K43”、“K56”、“K87”、“K23”和“K67”的长度。
因为无传感器的喷射器10的喷射率参数是基于实际检测的传播时间“tw”来计算的，所以能够以高精度计算喷射率参数。在路径“K23”和路径“K67”中检测到的传播时间“tw”等于当无传感器的喷射器喷射燃料时的传播时间，由此能够提高对无传感器的喷射器中的喷射状况的计算精度。
[第五实施例]
如图14所示，向燃料喷射状况估计装置仅提供一个燃料压力传感器22。其他配置与图5所示的第一实施例中的配置相同。
根据本实施例，检测响应时间“tv”(参考图7)。响应时间“tv”对应于从时间“t1”开始到检测波形变化时的时间为止的时间段。可替代地，响应时间“tv”对应于从时间“t2”开始到检测波形变化时的时间为止的时间段。然后，将无传感器的喷射器10(#2、#3、#4)的每个响应时间“tv12”、“tv32”和“tv42”进行相互比较以诊断该无传感器的喷射器10是否具有故障。
参考如图15所示的流程图，将在下文描述上述诊断的过程。由ECU 30的微型计算机以指定的间隔执行图15所示的该过程。
在步骤S30中，当设置在#2气缸中的无传感器的喷射器10(其对应于本发明的第二燃料喷射器)时，该计算机获取从无传感器的喷射器10传播到设置在#1气缸中的有传感器的喷射器10的压力变化。该设置在#1气缸中的有传感器的喷射器10对应于本发明的第一燃料喷射器。所传播的压力变化对应于图7C所示的非喷射燃料压力波形Wu。在对应于本发明的第二喷射波形的非喷射燃料压力波形Wu上，检测时间点P1u或者时间点P5u。然后，该计算机将从时间点“t1”到时间点“P1u”的时间段或者从时间点“t2”到时间点“P5u”的时间段计算为响应时间“t12”，该响应时间“t12”对应于本发明的第二喷射响应时间。
在步骤S31中，当设置在#3气缸中的无传感器的喷射器10(其对应于本发明的第三燃料喷射器)喷射燃料时，获取非喷射燃料压力波形Wu。该波形Wu对应于本发明的第三喷射波形。然后，该计算机检测时间点P1u和时间点P5u以计算响应时间“t32”，该响应时间“t32”对应于本发明的第三喷射响应时间。在步骤S32中，当设置在#4气缸中的无传感器的喷射器10(对应于本发明的第四燃料喷射器)喷射燃料时，获取非喷射燃料压力波形Wu。该波形Wu对应于本发明的第四喷射波形。然后，计算机检测时间点P1u和时间点P5u以计算响应时间“t42”，该响应时间“t42”对应于本发明的第四喷射响应时间。
关于响应时间“t12”和响应时间“t32”，应当注意的是路径“K12”的长度等于路径“K32”的长度。同时，关于响应时间“t42”，路径“K42”的长度大于路径“K12”和路径“K32”的长度。在步骤S33中，基于路径长度的差别，校正响应时间“t42”。例如，将响应时间“t42”乘以存储在ECU 30的存储器中的指定的系数“Cw”。系数“Cw”可以是路径“K12”和路径“K42”的长度之间的比率。可替代地，系数“Cw”可以根据实验来预先确定。
在步骤S34中，将所计算的三个响应时间“t12”、“t32”和“t42”进行相互比较。然后，确定任意一个响应时间是否大于其他两个响应时间？例如，计算三个响应时间的平均值并且分别计算该平均值与每个响应时间之间的差值。如果差值大于指定的值，则确定其响应时间大于其他两个响应时间。
当步骤S34中的回答是“是”时，过程进行至步骤S35，在步骤35中计算机确定响应时间变差的燃料喷射器10存在故障。当步骤S34中的回答是“否”时，过程进行至步骤S36，在步骤36中计算机确定没有燃料喷射器10存在故障。
应当注意的是，在步骤S30、步骤S31和步骤S32中的处理分别对应于第二喷射响应时间计算部、第三喷射响应时间计算部和第四喷射响应时间计算部。并且，这些处理对应于波形获取部。
如上所述，根据本实施例，通过比较每个响应时间“t12”、“t32”和“t42”可以诊断任意一个无传感器的喷射器10(#2、#3、#4)是否存在故障。因此，即使传播时间“tw”由于燃料属性和燃料温度而变化，仍能够准确诊断无传感器的喷射器10(#2、#3、#4)是否存在故障。因此，通过向燃料喷射器10设置至少一个燃料压力传感器22，能够准确地诊断无传感器的喷射器的喷射状况。
[其他实施例]
本发明不限于上述实施例，并且本发明可以以例如以下方式来实施。此外，可以组合每个实施例的特征配置。
与燃料温度相关联来学习由传播时间计算部34计算的传播时间，并且参数计算部31a可以基于所学习的传播时间来计算喷射率参数。

Claims (4)

1.一种用于估计燃料喷射系统的燃料喷射状况的燃料喷射状况估计装置，所述燃料喷射系统设置有：第一燃料喷射器(10：#1)，其被设置在发动机的第一气缸中；第二燃料喷射器(10：#2)，其被设置在所述发动机的第二气缸中；第三燃料喷射器(10：#3)，其被设置在第三气缸中；燃料蓄压器(42)，其蓄积高压燃料并且向所述第一燃料喷射器、所述第二燃料喷射器和所述第三燃料喷射器供应所述高压燃料；第一燃料压力传感器(22)，其被设置在所述第一燃料喷射器(10：#1)中；以及第二燃料压力传感器(22)，其被设置在所述第二燃料喷射器(10：#2)中，所述燃料喷射状况估计装置包括：
第一波形获取部(S10)，其获取喷射燃料压力波形和非喷射燃料压力波形，所述喷射燃料压力波形表示由所述第一燃料压力传感器检测的由所述第一燃料喷射器的燃料喷射引起的压力变化与其检测时间点之间的关系，所述非喷射燃料压力波形表示由所述第二燃料压力传感器检测的由所述第一燃料喷射器的燃料喷射引起的压力变化与其检测时间点之间的关系；
传播时间计算部(34，S13)，其基于所述喷射燃料压力波形与所述非喷射燃料压力波形之间的相位差来计算传播时间，所述传播时间表示所述第一燃料喷射器中产生的燃料压力的变化经由所述燃料蓄压器传播到所述第二燃料喷射器所需要的时间段；
第二波形获取部(S20)，其获取非喷射估计波形，所述非喷射估计波形表示由所述第一燃料压力传感器或者所述第二燃料压力传感器检测的由所述第三燃料喷射器的燃料喷射引起的压力变化与其检测时间点之间的关系；以及
估计部(31a，S22)，其基于由所述第二波形获取部获取的所述非喷射估计波形和由所述传播时间计算部计算的所述传播时间来估计所述第三燃料喷射器中的燃料喷射状况。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射状况估计装置，其中：
将从所述第一燃料喷射器(10：#1)经由所述燃料蓄压器(42)到所述第二燃料喷射器(10：#2)的路径长度定义为第一路径长度；
将从所述第三喷射器(10：#3)经由所述燃料蓄压器(42)到所述第一燃料喷射器(10：#1)或者所述第二燃料喷射器(10：#2)的路径长度定义为第二路径长度；以及
所述第一路径长度基本上等于所述第二路径长度。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射状况估计装置，其中：
将从所述第一燃料喷射器(10：#1)经由所述燃料蓄压器(42)到所述第二燃料喷射器(10：#2)的路径长度定义为第一路径长度；
将从所述第三燃料喷射器(10：#3)经由所述燃料蓄压器(42)到所述第一燃料喷射器(10：#1)或者所述第二燃料喷射器(10：#2)的路径长度定义为第二路径长度；以及
所述第一路径长度不同于所述第二路径长度，所述燃料喷射状况估计装置还包括：
存储部(30)，其存储所述第一路径长度与所述第二路径长度之间的差值或者与所述差值相关的物理量；其中：
估计部(31a、S22)，其基于所述传播时间和与所述路径长度的差值有关的信息来估计所述第三燃料喷射器中的燃料喷射状况。
4.一种用于估计燃料喷射系统的燃料喷射状况的燃料喷射状况估计装置，所述燃料喷射系统配置有：第一燃料喷射器(10：#1)，其被设置在发动机的第一气缸中；第二燃料喷射器(10：#2)，其被设置在所述发动机的第二气缸中；第三燃料喷射器(10：#3)，其被设置在第三气缸中；第四燃料喷射器(10：#4)，其被设置在第四气缸中；燃料蓄压器(42)，其蓄积高压燃料并且向所述第一燃料喷射器、所述第二燃料喷射器、所述第三燃料喷射器和所述第四燃料喷射器供应所述高压燃料；以及燃料压力传感器(22)，其被设置在所述第一燃料喷射器(10：#1)中；所述燃料喷射状况估计装置包括：
波形获取部(S30、S31、S32)，其获取第二喷射压力波形、第三喷射波形和第四喷射波形，所述第二喷射波形表示当所述第二燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器(22)检测的压力变化，所述第三喷射波形表示当所述第三燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器(22)检测的压力变化，所述第四喷射波形表示当所述第四燃料喷射器喷射所述燃料时由所述燃料压力传感器(22)检测的压力变化；
第二喷射响应时间计算部(S30)，其计算第二喷射响应时间，所述第二喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或者燃料喷射结束命令被传送到所述第二燃料喷射器开始一直到所述第二喷射燃料压力波形上出现压力变化为止的时间段；
第三喷射响应时间计算部(S31)，其计算第三喷射响应时间，所述第三喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或者燃料喷射结束命令被传送到所述第三燃料喷射器开始一直到所述第三喷射波形上出现压力变化为止的时间段；
第四喷射响应时间计算部(S32)，其计算第四喷射响应时间，所述第四喷射响应时间对应于从燃料喷射开始命令或者燃料喷射结束命令被传送到所述第四燃料喷射器开始一直到所述第四喷射波形上出现压力变化为止的时间段；以及
诊断部(S34)，其基于所述第二喷射响应时间、所述第三喷射响应时间和所述第四喷射响应时间之间的比较，来诊断所述第二燃料喷射器、所述第三燃料喷射器和所述第四燃料喷射器中的至少一个是否存在故障。
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