CN103270280B - 控制内燃机的方法 - Google Patents

Abstract

提出了一种控制在具有至少一个具有用于执行喷射事件的相关联的燃料喷射器的气缸的内燃机中的燃料喷射的方法，其中为每次喷射事件确定脉冲宽度，借助所述脉冲宽度使喷射器保持打开以喷射期望的燃料量。当给定的燃料喷射事件的燃料量大于学习阈值时，执行分段燃料喷射，因此执行第一低喷射脉冲和第二补充喷射脉冲。关于所述第一低喷射脉冲，确定代表燃料喷射器的关闭时间和/或打开时间的数据，并且基于所述关闭时间和/或打开时间详述学习的修正值，所述学习的修正值随后被用于喷射控制。

Description

控制内燃机的方法

技术领域

本发明总的涉及内燃机，并且更一般地，涉及在此种发动机中的喷射控制。

背景技术

火花点火内燃机的当代设计必须应付在污染物排放上的日渐严格的法规。因此，汽车工程师为设计具有低燃料消耗量和低污染物排放量的发动机而努力，这意味着包括能够监测燃烧性能和在排气中的排放物的电子装置。

燃料经济性的问题即已经通过改变喷射方案而解决。当前，直接喷射发动机，尤其是汽油分层充气发动机，在燃料经济性方面被视为非常有效的。

减小来自火花点火内燃机的排放物的一个要求是对燃烧空气/燃料比的精确控制。这通常通过基于被引入到发动机中的所测量的或所推断的充气质量来计量精确控制的燃料量而进行；在本领域中已知用以控制空气/燃料比的许多控制方案。例如习惯在发动机排气线管中安装氧气传感器以及使用该传感器输出作为闭环燃料控制的反馈信号。

US 6,382,198 描述了使用单个氧气传感器作为燃烧性能指示器的具有增强的燃料控制的直接喷射发动机。发动机控制模块(ECM)能够根据合并的排气流来确定对应于每个独立气缸的实际空气/燃料比；该功能称为ICFC(独立气缸燃料控制)。传统上，ECM为喷射器中的每一个开发对应于驾驶员的请求的转矩的燃料指令脉冲宽度。为了这个目的，使用查询表，其存储是例如发动机速度、歧管空气压力以及其它参数的函数的燃料量。ECM也使用存储闭环加燃料修正的表，该表被称为块学习存储器(BLM)。如在本领域中已知的，基于氧气传感器响应来确定BLM表项目，所述氧气传感器响应当被适当地滤波时，提供平均发动机空气/燃料比与化学计量关系的偏差的测量(平均在此处表示对于一个组，即，连接至相同的排气歧管的一组气缸)。来自基表和BLM的值被用来确定整个燃料量。另外，ICFC模块也基于氧气传感器响应来确定气缸特定燃料误差，该气缸特定燃料误差被用来导出应用于整个燃料的独立气缸修正因子。然后，该最终燃料量被转换成脉冲宽度指令，这典型地涉及存储燃料量相比于脉冲宽度的查询表。

该控制策略已经是十分复杂的并且的确允许燃料喷射的增强的控制。然而，最近在喷射控制中出现的问题是，先进的复杂的燃料喷射器，尤其是用于分层充气发动机的那些燃料喷射器，不具有容易可预测的流动性能，这导致在相同设计的喷射器之间的显著的性能偏差或可变性。

影响喷射的燃料量的另外的参数是喷射器的响应时间。实际上，传统上利用电磁致动器，某一段时间在指令信号的施加与致动器实际上开始移动的时刻之间逝去；或在指令信号结束的时刻与喷射器实际上到达其关闭位置的时刻之间逝去。因此，在接通和断开时的响应时间(或响应延迟)的知识允许对致动器的更加精确的控制。例如WO 03/023211描述了一种确定电磁装置的响应时间的方法。描述了基于当前的检测对接通和断开时的喷射器响应时间的确定；还描述了基于电压检测对关闭时的响应时间的确定。

在喷射器之间的偏差和可变性通常由于与生产过程范围相联系的喷射器特性的分散和/或由于因老化而引起的相同特性的时间漂移变化。因此，需要修正燃料喷射器流量变化。

燃料可变性的问题对于低燃料喷射，即，当喷射小或微小燃料量时，是特别关键的。

发明目的

本发明的目的是提供一种在内燃机中控制燃料喷射的方法，该方法允许以更好的精确性，即以低燃料喷射，实现燃料喷射。

该目的由如权利要求1要求保护的方法来实现。

发明内容

本发明部分地依赖于由本申请人得出的先前的观察结果，即，低/微小的燃料喷射的精确性的确能够通过比以前更精确地检测喷射器的针阀提升事件的响应定时而改进，并且喷射器响应时间数据诸如关闭时间数据和/或打开时间数据能够用于修正喷射脉冲宽度，该喷射脉冲宽度被用来将期望的燃料量喷射到燃烧室中。

因此，本发明涉及一种在具有至少一个具有用于执行喷射事件的相关联的燃料喷射器的气缸的内燃机中控制燃料喷射的方法，其中为每次喷射事件确定脉冲宽度，借助所述脉冲宽度使喷射器保持打开以喷射期望的燃料量。

根据本方法的重要的方面，当给定的燃料喷射事件的燃料量大于学习阈值时，执行分段燃料喷射，据此执行第一低喷射脉冲和第二补充燃料喷射脉冲，并且其中关于所述第一低喷射脉冲，确定代表燃料喷射器的关闭时间和/或打开时间的数据，并且基于所述数据确定(一个或多个)学习的修正值，所述(一个或多个)学习的修正值随后被用于喷射控制，即，用于微小的或低的燃料量的喷射。

因此，本方法利用关闭时间或打开时间信息(优选地，两者)来修正燃料喷射，并且对于执行微小的燃料量的喷射特别感兴趣，这里已知流量控制在现代燃料喷射器中是关键的。然而，可将关闭和打开时间修正的原理应用于脉冲宽度的整个范围。

应注意的是，在本方法中，当此种微小燃料量的喷射由发动机管理请求时，优选地不学习微小喷射的实际针阀打开/关闭时间，但是学习微小喷射关闭时间和打开时间的机会在较大的燃料喷射期间产生。

因此，本方法利用需要大于学习阈值的燃料量的喷射的燃料喷射事件的优点，以将喷射分段为第一低喷射脉冲和第二喷射脉冲，该第二喷射脉冲输送补充的燃料量以匹配期望的燃料量(可能多于一个第二脉冲)。并且然后可检测到并因此学习第一低喷射脉冲的关闭和/或打开时间。这样做时，在最小化对燃烧和驾驶性能的影响的同时，可研究喷射器的切换行为，即，喷射器的关闭时间，resp.（各自的）打开时间。

学习的时间值允许详述可有利地被用于喷射控制(即，用于低喷射脉冲)的学习的修正值。一方面可关于关闭时间详述第一学习的修正值，另一方面可关于打开时间详述第二学习的修正值。优选地，学习的修正值将打开时间和关门时间两者考虑进去。

关于燃料喷射和喷射脉冲在本文使用的术语“微小”和“低”表示低燃料量的喷射脉冲，这通过简单的针阀开启实现并且其中针阀主要在全开位置与关闭位置之间的暂时位置中。执行此种低燃料喷射涉及在“冲击”领域内操作喷射器，此处关闭和打开时间修正似乎是特别有利的。对于当前的喷射器，高达5或6mg的燃料质量的喷射涉及在冲击领域中的操作。

如将由本领域的技术人员理解的，优选地设置多个条件以便启用或禁用其中可确定学习的修正值的这种学习模式。首先，优选地仅在发动机的进气冲程期间执行学习关闭和/或打开时间所需的分段喷射。因此，本方法尤其被设计用于汽油发动机。另外，在发动机曲柄起动阶段期间，或如果检测到任何故障，则优选地禁用对关闭和/或打开时间的学习。

优选地，对确定的关闭和打开时间进行标准化。在这一点上，可针对压力和温度修正学习的关闭/打开时间，然后存储学习的关闭/打开时间。优选地，在发动机管理系统中提供学习的关闭时间的表，并且该表被用于喷射控制，所述学习的关闭时间的表给出对于每个喷射器(或气缸)的标准化的平均关闭时间值和对应于微小燃料喷射的一组脉冲宽度。考虑到当前的喷射器技术，认为确定和存储每喷射器一个打开时间是充分的。然而，关闭时间还可以作为燃料供给量，resp.（各自的）脉冲宽度的函数被存储。

在一个实施例中，利用关闭时间和打开时间的标定图来控制发动机，基于在标定的关闭时间与学习的关闭时间之间的差以及标定的打开时间与学习的打开时间之间的差来执行脉冲宽度修正。优选地，脉冲宽度可根据下列公式修正：

其中PW_corr是针对打开延迟和关闭延迟被修正的脉冲宽度值，PW是针对关闭和打开时间变化的未修正的基脉冲宽度，CT_cal和OT_cal是标定的基准关闭时间和打开时间，CT_learned和OT_learned是学习的关闭时间和打开时间，并且g₁和g₂是增益因子；CT_cal和CT_learned与PW相关。增益因子g₁优选地也以脉冲宽度的函数被标定。

如将理解的，在上文的公式中与学习的打开时间或关闭时间相关的项在它们是未知的情况下或者不期望关于打开时间或关闭时间的修正的情况下可能受到抑制。

实际上，发动机管理系统将被构造成学习被学习的关闭时间的表以及被学习的打开时间的表的各个单元。取决于将被学习的单元，低喷射脉冲的脉冲宽度可显著变化。因此，学习阈值可被标定并且取决于将被学习的燃料量。应理解，可以用燃料质量、脉冲宽度或与将被喷射的燃料量相关的任何其它适当的参数表达燃料量与学习阈值的比较。

第一低喷射脉冲的关闭时间的确定可有利地基于相应的燃料喷射器的电压的监测。然而，可使用目前现有的或将被研发的任何其它方法来确定喷射器针阀的关闭时间或打开时间。

于是，在用于喷射低燃料量(如可能为例如催化剂起燃或分层充气燃烧所需)的燃料喷射控制中将有利地使用这样被学习的关闭时间值和打开时间值以及获得学习改正值的能力。

附图说明

现在将参考附图通过举例描述本发明，其中：

图1：是示出根据本方法的优选的变型的喷射器关闭时间和打开时间的学习状态和非学习状态的图示；

图2：是示出学习的关闭和打开时间表的获取的框图；

图3：是示出根据本方法的基脉冲宽度修正的框图；

图4：是表示根据时间和对应的电压演变的针阀位置的典型的电压波形的图形。

具体实施方式

本方法涉及在内燃机内的燃料喷射的控制并且目的在于提高燃料喷射(即，微小燃料喷射)的精确性。

本发明部分地基于由本申请人得到的先前的观察结果，即，燃料喷射的精确性可通过在喷射器的针阀提升事件期间比之前更精确地检测关闭和打开时的响应延迟而提高。

的确已经观察到，在脉冲宽度结束之后，燃料输送主要由脉冲宽度和喷射器针阀的关闭延迟而确定。该关闭延迟或关闭时间代表在脉冲宽度控制信号结束之后针阀到达其关闭位置所需的时间。期望的是关闭响应尽可能短，使得当脉冲宽度接近零时，所输送的燃料量同样接近零。

另外，关闭响应中的变化不仅影响所输送的燃料量，而且也是喷射器电和/或机械响应中的变化的指示。此种信息在开发喷射器中对于评估和诊断喷射器的可变性是有益的，并且可在燃料控制策略中被使用。

打开延迟(或打开时间)，即，在打开信号的应用与实际设置到针阀的动作中之间的时间跨度，同样影响喷射的燃料量。然而，打开延迟倾向于减小喷射燃料量，而关闭延迟倾向于增加喷射燃料量。

如已经由本申请人进一步观察到的，燃料喷射器的关闭可从喷射器端子电压信号检测到，如将在下文中解释的。

虽然关闭时间和打开时间对于喷射控制是这样有价值的信息，但是该信息在发动机管理系统中必须被适当地使用。燃料可变性的问题在低燃料流量下是特别地敏锐的，并且期望的是一旦需要微小燃料喷射，任何喷射修正措施就是可用的。并且优选尽可能快速地获取学习的修正值。

下文展示了在汽油发动机中控制燃料喷射的优选方法，该方法允许学习喷射器关闭时间和打开时间并且基于打开时间和关闭时间的学习值提供脉冲宽度修正。

如在本领域中熟知的以及在本申请的引言部分中参照US6,382,198概述的，在常规发动机管理策略中，对于在发动机循环中的每次喷射事件确定燃料指令脉冲宽度。脉冲宽度以燃料量的函数被映射，燃料量取决于请求的转矩并且使用诸如例如BLM和ICFC的已知的措施来修正。

因此，对于将被执行的任何燃料喷射，产生脉冲宽度以指令对应的喷射器打开持续时间以便传送预定的燃料量。

本方法利用喷射器关闭时间和打开时间信息来改进燃料量的喷射，即，低燃料量的喷射。学习的修正值被确定，然后被施加到由常规方法确定的脉冲宽度。

为了学习在低燃料流量下的喷射器关闭和/或打开时间，本发明提出将比较大的燃料喷射分段成第一低喷射脉冲和第二补充的燃料喷射脉冲。在这样做时，学习微小燃料喷射脉冲的关闭时间和打开时间是可能的，而期望的燃料质量的输送仍通过补充的第二喷射脉冲来实现。该分段喷射仅关于在进气冲程中发生的最初预定的喷射事件而执行。因此，分段喷射不妨碍燃烧也不妨碍驾驶性能。

学习阈值被用来决定将被喷射的燃料量是否是充分的以允许以不会扰乱燃烧的方式来实现分段喷射。的确，虽然喷射燃料上的误差对第一低喷射脉冲最初可能是重要的，但是，在补充的燃料喷射上的误差应优选地比第一燃料喷射相比大得多。优选地，补充的喷射脉冲的燃料量是第一低喷射脉冲的燃料量的至少两倍。因此，取决于要被学习的脉冲宽度，相应地取决于要被学习的燃料量，学习阈值可变化。因此，取决于要被使用的燃料量，可使用学习阈值的标定表。实际上，可基于脉冲宽度、燃料量或与燃料质量成比例的其它参数来进行与学习阈值的比较。

在本方法中所使用的分段喷射在图1中示出，其中为了学习微小燃料喷射，通常在一个脉冲将被喷射的燃料量(原始计划)被分段成第一微小脉冲2和补充的脉冲2a。并且，然后检测第一脉冲2的关闭时间。

如将由本领域的技术人员理解的，本方法的工业应用将优选地包含关于是否能够实现学习的预定条件，并且在所述条件下，学习的修正值可由发动机管理使用。例如，仍然参照图1，在发动机曲柄起动期间，优选地禁用对关闭或打开时间的任何学习。对于启用学习的另一个优选的先决条件是，在进气冲程期间预先安排喷射事件。

如在图1中进一步示出的，在发动机预热期间和当发动机是暖和的时(此温度评估可基于冷却剂温度)，关于进气冲程喷射，学习是可能的。另一个启用条件可为，燃料喷射器在预定的温度范围内，也可基于冷却剂温度来评估该预定的温度范围。

在对于催化转化器的起燃的分段喷射情况下，学习也是可能的，在这种情况下，初始的大燃料喷射4被分成第一低燃料喷射脉冲5和第二补充的燃料喷射5a，而延迟的喷射脉冲6保持不变。

通过这样做，学习微小燃料喷射脉冲的关闭时间和/或打开时间，同时最小化学习对燃烧和驾驶性能的影响，因此是可能的。

在本实施例中，使用了学习的关闭时间表。该表在图2中被以10指示并且被设计成存储每个气缸/喷射器的对应于在低燃料范围内的预先定义的脉冲宽度的关闭时间值。例如，如所示出的，可存储对应于覆盖对应于在0.5和5或6mg的燃料之间的燃料量的脉冲宽度的范围的9个脉冲宽度值的关闭时间值。

附图标号11指示喷射器的学习打开时间的查询表。在这种情况下，代表打开时间/延迟的一个值被视为每气缸是充分的，即，打开时间不是喷射的燃料量的函数。然而，在其它情况下，可使用学习的打开时间也是脉冲宽度的函数(即，取决于燃料量)的这种表。

如在图2中还示出的，当启用学习(框12)时，根据本发明执行分段燃料喷射来执行第一低喷射脉冲，检测该第一低喷射脉冲的关闭时间(框14)，接着是补充的第二燃料喷射。并且基于电压反馈确定原始关闭时间(rawCT)值，然后针对相关联的气缸和给定的脉冲宽度存储该原始关闭时间值(框16)。当对于给定的脉冲宽度获得期望数量的原始关闭时间(例如，五个)时，计算平均关闭时间。然后，针对压力和温度修正，即标准化，该平均关闭时间值（框18），并且将其存储在表10的相关单元中。

类似地，从该第一低脉冲喷射确定原始打开时间值(原始OT)。可使用目前现有的或将被研发的任何适当的方法用于打开延迟的确定，诸如例如在WO 03/023211中公开的。对于相关联的气缸存储原始打开时间值(框17)。当已经获取期望数量的原始打开时间(例如，五个)时，计算平均原始打开时间。然后针对压力和温度来修正，即标准化，该平均打开时间值，并且将其存储在表11的相关单元中。

在本变型中，喷射控制方案也使用标定的关闭时间表和增益(g₁)的标定表来详述脉冲宽度的学习修正值。这两个表在图3中分别由20和22指示，并且它们两者都取决于由发动机管理系统确定的、为期望的燃料量的函数的映射的脉冲宽度值。附图标号21指示在基准温度下的基准打开时间的标定。

在图3的框24中总结了映射的脉冲宽度的常规确定。将被喷射到气缸中的期望的燃料质量——所指示的“所输送的燃料质量”——已经作为转矩请求的函数被确定，将密度修正(将喷射器温度考虑进去)施加于所输送的燃料质量，并且将结果值施加于主流量表26，该主流量表26响应于期望的燃料喷射(也是燃料压力的函数)，给出基脉冲宽度。该脉冲宽度值被记为_rawBPW，其表示如根据常规发动机管理确定的、但对于关闭/打开时间误差未修正的脉冲宽度值。

如果启用关闭和打开时间修正(框28)，则对于当前脉冲宽度的学习的修正值详述如下。基于_rawBPW，从表22读取增益g ₁ ，从表20读取标定的关闭时间CT_cal，并且从表10读取学习的关闭时间CT_learned。从存储器(未示出)读取增益g ₂ ，从表21读取标定的打开时间OT_cal，并且从表11读取学习的打开时间OT_learned。然后，可根据下列公式由_rawBPW计算修正的BPW(记为_corrBPW)：

然后，由喷射驱动模块(30)使用值_corrBPW作为控制喷射器打开时间的指令。

图3中的附图标号32指明可选的粘性修正，因而在上文公式中的_rawBPW表示如从主流量图24确定的以及如针对粘性已修正的_rawBPW。

利用本方法，一旦对于给定的脉冲宽度(以及因此给定的燃料量)学习的关闭时间在表10中存在和/或学习的打开时间在表11中存在，就可将修正施加于对应的低燃料量的预定安排的喷射事件。

如将理解的，在发动机运转的开始，学习的关闭时间表10将是空的，并且可以任何期望的方式对发动机管理进行编程以相对于其它给予获取某些关闭时间值的优先权。打开时间值可容易地被学习到表11中，因为它在该变型中是不与BPW相关的。

一旦学习的表10和11已经被填写，可能期望定期地触发对所述表的更新以将喷射器老化考虑进去。此外，如果当执行修正的微小燃料喷射时检测到重要的排气加燃料误差，或由于排放性能中的故障，或出于任何其它适当的原因，则可复位并且重新学习在表10或11中的学习延迟。

如已经提及的，优选地基于来自喷射器的电压反馈来执行喷射器针阀关闭响应的确定并且更准确地说关闭时间的确定。可测量跨喷射器端子两端的电压。当喷射器电枢撞击阀座并且停止时，在喷射器电压的斜率上存在可见的且可测量的改变(参见图4中的箭头)。可对线圈电压取导数并且线圈电压的导数的局部最大值(信号大致是负量)非常接近关闭响应时间。

针阀位置的典型的波形和对应的电压在图4上示出。

可将电压中的扰动追溯到磁链的速度项中的变化I.dL/dx.dx/dt，其中dx/dt是电枢的速度，当针阀关闭时，该速度大大减小。测量在脉冲已经结束并且电流已经回归为零之后发生，仅在磁路中留下涡电流和捕获的磁通。这些条件能够实现更容易的感测关闭电压信号。

而且，已经观察到，在脉冲宽度结束之后，燃料质量主要由脉冲宽度和喷射器针阀的关闭延迟来确定。

由于对关闭时间的确定，因此可以调节脉冲宽度以防止从一个喷射器到其它喷射器的流量变化。于是关闭时间是燃料流量的极好的指示物：具有较高的关闭时间的部分将输送比具有较短的关闭时间的部分更多的燃料。

可能注意到，这种基于电压的确定适应于电磁线圈致动的燃料喷射器，即，具有电感的感应器，这是目前在市场上的喷射器的例子。不过，可使用任何其它合适的方法来确定关闭时间。

如已经陈述的，打开时间值可通过任何适当的方法来确定。

Claims (9)

1.一种在具有至少一个具有用于执行喷射事件的相关联的燃料喷射器的气缸的内燃发动机中控制燃料喷射的方法，其中对于每次喷射事件确定脉冲宽度，借助所述脉冲宽度使所述喷射器保持打开以喷射期望的燃料量，

其中当给定的燃料喷射事件的燃料量大于学习阈值时，执行分段燃料喷射，据此执行第一低喷射脉冲和第二补充喷射脉冲，并且

其中关于所述第一低喷射脉冲，确定代表所述燃料喷射器的关闭时间和/或打开时间的数据，并且基于所述关闭时间和/或打开时间详述一个或多个学习的修正值，所述一个或多个学习的修正值随后被用于喷射控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述学习的修正值被用于修正低燃料喷射。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对于第一低喷射脉冲确定的关闭时间与其对应的脉冲宽度一致地被存储。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中使用学习的关闭时间表，其中关闭时间的平均值以脉冲宽度和气缸号的函数被存储。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述学习的修正值被加到当前的基脉冲宽度，所述学习的修正值被计算为：标定的关闭时间和学习的关闭时间之间的差与增益因子的乘积，减去标定的打开时间和学习的打开时间之间的差与另一个增益因子的乘积。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述发动机是汽油发动机。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述分段喷射燃料喷射仅在所述发动机的进气冲程中被执行。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述学习阈值以所述脉冲宽度的函数被标定，将针对所述脉冲宽度来学习所述关闭时间。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述关闭时间的确定是基于对相应的燃料喷射器的电压的监测。