CN104595048B - 用于校正车辆发动机中的喷射器特性的技术 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于校正喷射器特性的装置，包括：微控制单元，配置成生成用于控制喷射器的操作的控制脉冲；以及驱动半导体，配置成检测并计算喷射器的驱动特性，并且根据喷射器的喷射定时的偏差补偿控制脉冲的喷射定时。

Description

用于校正车辆发动机中的喷射器特性的技术

技术领域

本发明涉及用于校正喷射器特性的装置，且更特别地，涉及能够在操作用于喷射燃料的喷射器时，通过在驱动半导体上执行偏差校正功能而提高偏差补偿响应速度的技术。

背景技术

随着技术发展，车辆内的发动机已开始在燃烧期间当燃料供应至发动机时从多种发动机的传感器接收数据。特别地，发动机控制单元（ECU）基于数据确定所供应的燃料量，以及哪个喷射器将喷射所确定量的燃料。

将燃料喷射到燃烧室内的燃料喷射器通常布置在各特定燃烧室内或周围，以便按照需求向燃烧室有效地提供适量的燃料。

在共轨系统（即一种类型的燃料喷射系统）中，燃料从高压泵供应至油轨。在这种类型的系统中，ECU基于从测量轨压的压力传感器接收的数据控制轨压，并输出燃料喷射信号以便适当地喷射燃料。

在共轨系统中，加速度计安装在发动机机体的中心，并且每小时获取由加速度计生成的信号，以便调整引燃燃料量以适当配置喷射器的状态。尽管这是较小的喷射量，然而即使燃料从同一喷射器反复喷射，该喷射量仍应控制在目标偏差内，以便喷射器能够连续按设计运作，因此目标偏差在适当管理引燃喷射或后喷射中的燃料量时是非常重要的因素。

此外，新强化的排气法规已要求车辆制造商将注意力集中在开发实现更环保发动机的技术上。例如，一些政府已通过要求进一步减少排放细颗粒的数目而进一步限制排气法规。用于减少排放细颗粒的数目的最重要技术是多次喷射。与将大量燃料一次全部喷射到发动机中不同，多次喷射是按目标燃料喷射定时多次将少量燃料喷射到发动机中的方法。这使得与一次全部喷射大量燃料相比，能够减少排放细颗粒的数目。

与现有方法相比，多次喷射方法技术的关键是在短时间内将少量燃料准确喷射到发动机中，其中要求精确控制喷射燃料的喷射器。

例如，图1示出普通喷射器的燃料喷射量与喷射时间之间的关系。参照图1，可以看出在普通喷射器中，随着燃料喷射时间减少，燃料喷射量与燃料喷射时间之间的关系示出非线性。由于燃料喷射量与燃料喷射时间之间关系的非线性，难以准确估计或控制在此期间所施加的燃料量。因此，有必要开发可以补偿非线性、允许更准确和有效控制的技术。

发明内容

因此，已做出本发明解决现有技术中出现的上述问题，同时使现有技术实现的优点保持不变。

本发明的一个目的是提供用于校正喷射器特性的方法和装置，其能够在操作喷射燃料的喷射器时，通过在驱动半导体上执行偏差校正功能而提高偏差补偿速度并减小微控制单元（MCU）的计算负荷。

在本发明的示例性实施例的一方面，提供了一种用于校正喷射器特性的装置，包括：微控制单元，其配置成生成控制喷射器的操作的控制脉冲；以及驱动半导体，其配置成检测并计算喷射器的驱动特性，并且根据喷射器的喷射定时的偏差，补偿控制脉冲的喷射定时。

驱动半导体可包括：喷射器特性检测器，其配置成检测喷射器的驱动特性；数据处理器，其配置成将源自喷射器特性检测器的输出转换成数据值；微核心单元，其配置成根据源自数据处理器的数据，生成用于喷射器的喷射定时的偏差校正数据；控制器，其通过将偏差校正数据应用于控制脉冲而生成校正时钟；以及输出驱动单元，其根据校正时钟控制喷射器的驱动。

喷射器特性检测器可包括：电压传感器，其配置成感测喷射器的驱动电压；电流传感器，其配置成感测喷射器的驱动电流；以及选择器，其配置成在源自电压传感器和电流传感器的输出之间进行选择。

数据处理器可包括：数据转换器，其配置成将源自喷射器特性检测器的信号转换成数字数据；数字滤波器，其配置成对源自数字转换器的数字数据滤波；以及存储器，其配置成存储源自数字滤波器的输出数据。

微核心单元可配置成在偏差校正数据偏离目标值时初始化驱动半导体。因此，驱动半导体还可包括与微控制单元连接的接口单元。该接口单元可执行串并接口通信（SPI）。

微核心单元可在喷射器的喷射值是过小定时（即小于目标定时）时校正偏差以增大喷射器的驱动定时，并且在喷射器的喷射值是过大定时（即大于目标定时）时校正偏差以减小喷射器的驱动定时。

为此，微控制单元可包括：驱动控制器，其配置成接收源自驱动半导体的信号校正信息并处理该信息中的信号；以及由驱动控制器控制的控制脉冲发生器，其配置成生成控制脉冲。

在本发明的另一方面，提供了一种用于校正喷射器特性的装置，包括：喷射器特性检测器，检测喷射器的驱动特性；数据处理器，将源自喷射器特性检测器的输出转换成数据值；微核心单元，根据源自数据处理器的数据，生成用于喷射器的喷射定时的偏差校正数据；控制器，其配置成通过将偏差校正数据应用于控制脉冲而生成校正时钟；以及输出驱动单元，其配置成根据校正时钟控制喷射器的操作。

附图说明

本发明的上述和其它目的、特征和优点通过以下结合附图进行的详细说明将更加明显，在附图中：

图1是示出普通喷射器的燃料喷射量与喷射时间之间的关系的图；

图2是示出根据本发明的实施例的用于校正喷射器特性的装置的配置的图；

图3是示出图2的驱动半导体的详细配置的图；

图4是示出根据本发明的实施例的喷射器的燃料喷射量与喷射时间之间的关系的图；

图5是示出图2的微控制单元的详细说明的图；

图6是示出本发明的实施例中的各喷射器的偏差的图；

图7是示出过度小于目标的定时的补偿的图；并且

图8是示出过度大于目标的定时的补偿的图。

附图中各元件的附图标记

200：驱动半导体

210：喷射器特性检测器

220：数据处理器

230：微核心单元

240：控制器

250：输出驱动单元

260：接口单元

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细说明本发明的实施例。

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多用途车（SUV）、公共汽车、卡车，各种商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、内燃车辆、插入式混合动力电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆，以及其它代用燃料车辆（例如，从石油之外的资源取得的燃料）。

另外，应当理解以下方法由至少一个控制器、计算机、控制单元等执行。术语控制器、计算机、控制单元等是指包括存储器和处理器的硬件装置，该处理器配置成执行应被解释为其算法结构的一个或多个步骤/处理。存储器配置成存储算法步骤，并且处理器具体配置成执行所述算法步骤从而执行以下进一步说明的一个或多个处理。另外，尽管示例性实施例被描述为由多个处理器、控制单元等执行，然而应当理解这样的方法也可由单一控制器的配置执行，而不背离整体实施例。

此外，本发明的控制逻辑可实施为含有由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘（CD）-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网（CAN），以分布的方式存储并执行计算机可读介质。

本文所使用的术语仅用于说明具体的实施例，而不意图限制本发明。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”意图同样包括复数形式，除非上下文另外明确地表明。还将理解的是，用语“包括”和/或“包含”，当在本说明书中使用时，规定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其集合的存在或添加。如本文中所使用的，用语“和/或”包括一个或更多相关列出项目的任何和全部组合。

图2是示出根据本发明的实施例的用于校正喷射器特性的装置的配置的图。本发明的示例性实施例包括微控制单元（MCU）100、驱动半导体200和喷射器300。

本发明的示例性实施例中的MCU100配置成从驱动半导体200接收接口信号，并生成用于控制喷射器300的操作的控制脉冲。

驱动半导体200根据从MCU100施加的控制脉冲，补偿喷射器300的喷射定时并输出驱动控制信号。由此，驱动半导体200检测并计算示出喷射器300的驱动特性的信号，并且当喷射器300的喷射定时偏差需要补偿时，驱动半导体200相应地对其进行补偿。即，每当喷射器操作时驱动半导体200检测喷射器300的特性，然后在下次喷射中基于所检测信息调整喷射器300的燃料喷射定时。

根据以上控制，喷射器300利用响应于从驱动半导体200接收到驱动控制信号而补偿的喷射定时来喷射燃料。喷射器300向驱动半导体200输出示出驱动特性的信号。该示出喷射器300的驱动特性的信号可以是例如由喷射器300在喷射期间所消耗的电压或电流。

图3是示出图2的驱动半导体200的详细配置的图。驱动半导体200可包括喷射器特性检测器210、数据处理器220、微核心单元230、控制器240、输出驱动单元250和接口单元260。

喷射器特性检测器210可配置成感测/检测喷射器300的驱动电压或驱动电流，并将该数据输出至数据处理器220。由此，喷射器特性检测器210可包括电压传感器211、电流传感器212和选择器213。

在这样的实施例中，电压传感器211可连接至喷射器300的两个端节点，并且配置成感测/检测在操作喷射器300期间所消耗的电压量。同样，电流传感器212可与喷射器驱动单元310连接，并且感测/检测操作喷射器300时所消耗的电流量。

选择器213可配置成在源自电压传感器211和电流传感器212的输出之间进行选择，并向数据处理器220输出所选择的数据。选择器213的该选择处理可由微核心单元230控制。数据处理器220然后将源自喷射器特性检测器的电压或电流的值转换成数据值，并将所转换值输出至微核心单元230和接口单元260。由此，数据处理器220可包括数据转换器221、数字滤波器222和存储器223。

数据转换器221可将源自喷射器特性检测器210的电压或电流值转换成数字数据。数字滤波器222可配置成通过对源自数据转换器221的数字数据滤波而去除噪声。存储器223可配置成一旦数据已由数字滤波器222滤波则存储该数据。

在本发明的示例性实施例中，微核心单元230可通过读取存储在存储器223中的数据，生成用于喷射器300的喷射定时的偏差校正数据。更具体地，微核心单元230使用存储器223中的数据检查喷射器300的驱动特性，并且在需要校正偏差时通过改变驱动器控制信号而校正偏差。当偏差的校正量不是（例如超过）目标值时，微核心单元230可通过确定外部负载存在问题而初始化驱动半导体200。

在本发明的示例性实施例中，控制器240从MCU100接收用于控制喷射器300的喷射定时的控制脉冲。此外，控制器240通过将源自MCU100的控制脉冲施加至源自微核心单元230的校正数据而生成校正时钟。然后输出驱动单元250通过响应于源自控制器240的校正时钟而控制喷射器驱动单元310来操作喷射器300。

接口单元260通过读取存储器223中的数据与MCU100连接。在此时，接口单元260将存储器223中的校正数据传输至MCU100。接口单元260可通过例如串并接口（SPI）通信向/从MCU100传输/接收数据。

图4是示出根据本发明的实施例的喷射器的燃料喷射量与喷射时间之间的关系的图。参照图4，根据本发明，由于通过驱动半导体200调整了燃料喷射时间的偏差，因此在期望喷射量与实际喷射量之间存在很小差别。特别地，在通过划分燃料喷射时间而数次喷射少量燃料的多次喷射期间，对于初始喷射时间喷射量被控制为更少（即，更小）。

即，在本发明的实施例中，由于喷射定时的偏差直接由驱动半导体200而不是通过MCU300校正，因此校正的值被非常迅速地反映。因此，能够根据喷射器300的驱动时间的偏差值，在多次喷射中的中间或早期阶段调整喷射量。

在示出现有技术的图1中，随着喷射器300操作期间燃料喷射时间减小，燃料喷射量与燃料喷射时间之间的关系可示出非线性。然而，在本发明的实施例中，通过对于早期喷射时间减少喷射量，将喷射特性控制成线性。当建立起燃料喷射量与燃料喷射时间之间关系的线性时，能够准确地估计或控制燃料量。

图5是示出图2的MCU100的详细说明的图。MCU100包括控制脉冲发生器110和驱动控制器120。控制脉冲发生器110根据驱动控制器120的控制生成用于控制喷射器300的操作的控制脉冲，并将控制脉冲传输至驱动半导体200。驱动控制器120从驱动半导体200的接口单元260接收校正数据，并配置成确定是否具有由驱动半导体200进行的信号校正与信号校正信息。例如，驱动控制器120可通过与驱动半导体200的SPI通信传输/接收信息。

此外，驱动控制器120通过处理源自驱动半导体200的信号校正信息中的信号，控制控制脉冲发生器110的操作。当由驱动半导体200进行的信号校正的量超过目标值时，驱动控制器120确定在驱动半导体200中存在错误。因此，驱动控制器120通过初始化控制脉冲发生器110而防止生成控制脉冲。

图6是示出本发明的实施例中的各喷射器的偏差的图。图6的（A）示出在多次喷射中从MCU100向驱动半导体200提供的喷射控制脉冲的波形。当驱动半导体200开启喷射器300时，控制脉冲在施加时切换（toggled）。此外，驱动半导体200与控制脉冲（A）的启用时间同步地控制喷射器300的喷射定时。驱动半导体200如（B）中所示设定喷射器300的期望喷射值。

图6中的（C）示出喷射器300的喷射值的偏差短于期望喷射值时，并且（D）示出喷射器300的喷射值的偏差长于期望喷射值时。

图7是示出过度小于目标的定时的补偿的图。当如图7中所示喷射器300的喷射值的偏差短于期望喷射值时，微核心单元230将校正数据反映到控制脉冲（A）。因此，控制器240补偿偏差，使得通过延迟喷射驱动脉冲的激活定时（低电平）（E），使喷射器300的驱动时间变得比控制脉冲（A）更长。在此情况下，可通过将喷射器的实际喷射值的过小的定时（小于目标定时）补偿至期望喷射值而获得波形（F）。可以看出校正后的喷射波形（F）几乎相似于期望喷射值（B）。

图8是示出过度大于目标的定时的补偿的图。当如图8中所示喷射器300的实际喷射值的偏差长于期望喷射值时，微核心单元230将校正数据（G）反映到控制脉冲（A）。因此，控制器240补偿偏差，使得通过将喷射驱动脉冲的激活定时（低电平）控制成更短（G），使喷射器300的驱动时间变得比控制脉冲（A）更短。在此情况下，可通过将喷射器的实际喷射值的过大的定时（大于目标定时）补偿至期望喷射值而获得波形（H）。可以看出校正后的喷射波形（H）几乎相似于期望喷射值（B）。

本发明提供以下效果。

第一，驱动半导体可实施能够直接识别外部喷射器的特性改变的算法，并相应地自由改变所实施的算法。第二，当操作喷射器喷射燃料时，能够通过在驱动半导体上执行偏差校正功能，提高识别特性后校正偏差的响应速度。第三，由于驱动半导体执行估计喷射器特性的计算，因此能够减小微控制单元（MCU）的计算负荷。第四，通过减少信号传输至主微控制单元的次数而防止不必需的功耗，能够降低驱动半导体的功耗。

为了例示的目的已提供了上述本发明的示例性实施例。因此，本领域技术人员将会理解，在不背离如所附权利要求中所限定的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、更改、替换和添加是可能的；而且这样的修改、更改、替换和添加落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于校正喷射器特性的装置，包括：

微控制单元，配置成生成控制喷射器的操作的控制脉冲；以及

驱动半导体，配置成检测并计算与所述喷射器相关的驱动特性，并且基于所述喷射器的喷射定时的偏差，补偿所述控制脉冲的喷射定时,

其中所述驱动半导体包括：

喷射器特性检测器，配置成检测所述喷射器的驱动特性；

数据处理器，配置成将源自所述喷射器特性检测器的输出转换成数据值；

微核心单元，配置成基于源自所述数据处理器的数据生成用于所述喷射器的喷射定时的偏差校正数据；

控制器，配置成通过将所述偏差校正数据施加于所述控制脉冲而生成校正时钟；以及

输出驱动单元，配置成根据所述校正时钟控制所述喷射器。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述喷射器特性检测器包括：

电压传感器，配置成感测所述喷射器的驱动电压；

电流传感器，配置成感测所述喷射器的驱动电流；以及

选择器，配置成在源自所述电压传感器和所述电流传感器的输出之间进行选择。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述数据处理器包括：

数据转换器，配置成将源自所述喷射器特性检测器的信号转换成数字数据；

数字滤波器，配置成对源自所述数据转换器的所述数字数据滤波；以及

存储器，配置成存储源自所述数字滤波器的输出数据。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述微核心单元配置成在所述偏差校正数据偏离目标值时初始化所述驱动半导体。

5.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动半导体还包括与所述微控制单元连接的接口单元。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述接口单元执行串并接口通信(SPI)。

7.根据权利要求1所述的装置，其中所述微核心单元配置成在所述喷射器的喷射值小于目标定时时，校正偏差以增大所述喷射器的驱动定时，并且在所述喷射器的喷射值大于所述目标定时时，校正偏差以减小所述喷射器的驱动定时。

8.根据权利要求1所述的装置，其中所述微控制单元包括：

驱动控制器，配置成从所述驱动半导体接收信号校正信息并处理所述信息中的信号；以及

控制脉冲发生器，由所述驱动控制器控制用于生成所述控制脉冲。

9.一种含有由处理器或控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

检测喷射器的驱动特性的程序指令；

将源自喷射器特性检测器的输出转换成数据值的程序指令；

基于源自数据处理器的数据生成用于喷射器的喷射定时的偏差校正数据的程序指令；

通过将偏差校正数据施加于控制脉冲而生成校正时钟的程序指令；以及

根据校正时钟控制喷射器的程序指令。