CN108412624A - 控制燃料喷射器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制燃料喷射器的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）喷油器喷射结束后，捕捉驱动电压末端的反向电动势信号，并求取反向电动势信号的一阶和二阶微分信号；（2）提取针阀落座点特征信息，并计算喷油器关闭延迟；（3）用反向电动势二阶微分的负最大值表征喷油器的打开程度，来判断喷油器是否打开；（4）根据喷油器打开程度的特征值反推喷油器老化后的零油量脉宽，并通过零油量脉宽求取开启延迟；（5）计算喷油量；（6）建立各喷油器对应的油量估算学习表，并不断更新各喷油器油量学习表；（7）完成学习后，反查学习后的喷射脉宽。本发明能够满足喷油器小油量一致性的控制性能要求，以适应多次小油量喷射需求。

Description

控制燃料喷射器的方法

技术领域

本发明涉及一种控制燃料喷射器的方法，属于发动机喷油器控制技术领域。

背景技术

我国引入的更严格的排放法规(包括对成本，油耗和污染物的限制)正成为发动机市场变革的驱动力。考虑到更低的颗粒排放，发动机需要更先进的控制策略与之相适应。为了达到目标，必须改进喷油器在高轨压时或是多次喷射时油量的喷射的精度。因此，需要一项新的发动机喷油控制技术来改善喷油器运行一致性的新的性能要求，并且克服由于喷油器油量大方差边界的影响。

中国专利申请CN201110091678控制电磁燃料喷射器的方法(马瑞利公司)，公开了一种燃油喷嘴控制遇到的问题与相对于的解决方法。电磁喷射器的喷射规律可划分为三个区域：初始的未开启区域A，其中引导时间T过小且因此提供给电磁体的线圈的能量不足以克服关闭弹簧的力且销在喷嘴的关闭位置上保持静止；弹道区域(ballistic zone)B，其中销从喷嘴的关闭位置朝向完全开启位置(其中和销一体的可移动衔铁设置为邻接靠住固定磁极)移动，但不能达到完全开启位置，且因此在已达到完全开启位置之前就返回关闭位置；及线性区域C，其中销从喷嘴的关闭位置移动到完全开启位置，并在给定时间中保持在该位置。由于其中的弹道区域B是高度非线性的，尤其是在喷射器与喷射器之间喷射特征有很高的散差；因此，在弹道区域B中使用电磁喷射器有很大的问题，不可能以足够的精度确定喷射所需燃料量Q需要的引导时间T。

目前在市场上销售的电磁燃料喷射器通常不能用于以足够的精度喷射少于在一次喷射中可喷射的最大燃料量的约10％的燃料量(因此，在一次喷射中可喷射的最大燃料量的10％是弹道区域B和线性区域C之间的界限)。然而，受控点火内燃发动机(即，根据奥托循环工作的内燃发动机)的制造商要求电磁燃料喷射器能够以足够的精度喷射少得多的燃料量，在1毫克的数量级；这样的要求是由于观察到将燃料喷射分割为若干次不同的喷射可以在燃烧期间减少产生污染物质。

结果，必须在弹道区域B中使用电磁燃料喷射器，在喷射器与喷射器之间在弹道区域B中喷射特征的高离差主要相关于存在于可移动衔铁和电磁体的固定磁极之间的间隔的厚度的离差；然而，由于间隔的厚度的小幅变化对弹道区域B中的喷射特征具有相当大的影响这一事实，通过减小间隔厚度的离差来减小弹道区域B中的喷射特征的离差是非常复杂且因此成本极高的。而燃料喷射器的老化现象使得该问题进一步复杂化，这样的老化会使喷射特征随着时间推移产生蠕变。

专利申请CN201110091678公开了一种解决方法，其实施过程是，首先通过检测喷油关闭时电压驱动信号下降的抖动点来决定针阀落座点并计算出关闭延时，然后根据检测到的关闭时间来反馈补偿油量。策略基于以下的概念：每个喷油器真实的液力打开时间取决于喷油器实际关闭延时的信息。

中国专利申请CN103541816A在内燃机中燃料喷射控制方法与CN104379915A控制燃料喷射器喷射时间的方法(德尔福公司)中，也公开了解决燃油喷嘴小油量非线性问题的一种补偿算法。认为打开时间取决于喷油器实际关闭延时与喷油器实际开启延时，因此，准确的测量开启与关闭延时至关重要。同样检测喷油关闭时电压驱动信号来确定针阀落座点，但与马瑞利专利不同的是，发现当针阀落座时，电压信号的一阶微分会出现一个明显的可测量拐点，通过此拐点可计算出关闭延迟。另外还发现，从针阀落座到一阶微分出现第二次拐点所经过的时间可表征喷油器打开的程度，通过打开程度可以确定喷油器零油量脉宽并诊断喷油器是否故障，同时零油量脉宽与开启延迟强相关，因此可根据零油量脉宽、关闭延迟对喷射脉宽进行修正，以提高喷油器一致性。

中国专利申请CN104975970A燃料喷射失火的诊断系统和方法(通用汽车公司)中公开了一种求取喷油关闭时间、针阀打开程度及诊断喷射失火的方法，此方法与德尔福公司公开的方法较相似，通过对驱动高低压端子的电压差进行积分滤波及差分处理来获得其3阶微分和4阶微分，根据4阶微分第一次过零来确定关闭延迟，根据3阶微分在两个拐点上最大最小值的差值来确定喷油器针阀的打开程度，如果打开程度未达到期望值，则仍为喷油故障。

马瑞利公司与德尔福公司的小油量补偿方法均有不足之处。对于马瑞利公司的专利申请来说，为了取得电压信号扰动点，必须对电压信号进行连续的高速采样，并且对于信号采样处理还要对电信号进行数学处理以便获得关闭时间。这就需要用到ECU内特殊的硬件电路对于信号进行放大与滤波调制，并且，在软件中还要对采集到的已经过处理的电压信号进行特征点提取，以便计算出振荡点，对于ECU来说，这些工作将是一个重大的负担。尤其是ECU在进行电压采集时，如果采集频率不够，将不可能找到震荡点，甚至找到错误的震荡点。

而德尔福公司及通用汽车公司的补偿方法存在相同的问题。虽然其ECU对电压信号采集与处理的性能需求较马瑞利有所下降，(因为只需要计算出电压一阶微分的拐点)。但由于在真实的车辆运行中，电压的扰动噪声很大，即使进行优化的低通滤波，往往很难避免噪声的影响。这些噪声会对电压一阶微分的拐点影响，造成电压信号出现多个干扰的拐点。同时，在一些特殊工况下，一阶微分拐点(二阶微分零点)可能持续很长一段时间，这将导致无法正确确定喷油器关闭时间，因此此方法只能用于实验室环境或理想状态下。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种控制燃料喷射器的方法，采用喷油器小油量非线性补偿算法来满足喷油器小油量一致性的控制性能要求，以便适应更高排放法规要求的多次小油量喷射需求。

按照本发明提供的技术方案，所述控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述方法通过检测喷油器驱动电压末端的反向电动势信号，并对反向电动势进行信号处理以提取出喷油器喷射时的打开程度特征信息与喷射结束的针阀落座点特征信息，根据提取获得的特征信息计算喷射开启延迟与关闭延迟并估算喷射油量，使用估算油量构建各喷油器独自的油量估算学习表，当完成估算油量表学习后，用学习表进行油量补偿控制；具体包括以下步骤：

(1)在各喷油器喷射结束后，连续捕捉喷油器驱动电压末端的反向电动势信号，并对反向电动势进行滤波与微分处理，求取反向电动势信号的一阶和二阶微分信号；

(2)提取针阀落座点特征信息，针阀落座特征点位于反向电动势二阶微分从正值穿越过零点后的负最大值处；并计算喷油器关闭延迟CT；

(3)用反向电动势二阶微分从正值穿越零点后的负最大值来表征喷油器的打开程度，采用打开程度的特征值V〞_打开来判断喷油器是否打开；

(4)根据喷油器打开程度的特征值V〞_打开反推喷油器老化后的零油量脉宽PW_零，并根据零油量脉宽与开启延迟OD成线性正相关，通过零油量脉宽PW_零求取开启延迟OD；

(5)喷油量的估算：根据上述获得的零油量脉宽与关闭延迟，使用喷油量公式Q＝c*(PW+a*CT–b*k*PW_零)计算喷油量；

(6)油量估算学习表更新：建立各喷油器对应的油量估算学习表，根据学习表规定的工况，持续不断检测提取关闭延迟CT与开启延迟OD，并进行油量Q估算，最终完成各喷油器油量学习表的更新工作；

(7)喷油脉宽协调：完成学习后，使用喷油器各自的油量学习表反查学习后的喷射脉宽PW_i，即PW_i＝MAP_学习(i)^-1(Q，RP)；其中，Q为喷油器估算油量，RP为轨压。

进一步的，所述步骤(2)中，确定针阀落座点后，喷油器驱动电信号结束到喷油器针阀落座的时间即为关闭延迟CT_基础；所述关闭延迟CT＝(1+η)*CT_基础，η为轨压与燃油温度共同决定的修正因子。

进一步的，所述步骤(3)中当打开程度的特征值V〞_打开大于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零时，喷油器为正常喷射；其中，零油量脉宽打开程度阈值V〞_零为对出厂前喷油器施加零油量驱动脉宽喷射时，所对应的打开程度特征值。

进一步的，所述零油量脉宽PW_零采用检测或插值的方法获得；所述检测方法为，当驱动喷油器喷射时，若打开程度特征值V〞_打开等于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零，则可确认当前喷射脉宽PW为零油量脉宽PW_零；所述插值方法为，多次进行打开程度特征值V〞_打开提取，使用插值的方法获取喷油器老化后的零油量脉宽PW_零，PW_零＝PW_i+(PW_i+1–PW_i)*(V〞_零-V〞_打开(i))/(V〞_打开(i+1)-V〞_打开(i))，其中PW_i为第i次喷射使用的驱动脉宽，V〞_打开(i)为第i次喷射提取的打开特征值。

进一步的，所述步骤(5)中油量估算公式中比例系数c通过试验来确定，具体的，在能够精准测量喷油规律与喷油量的试验台上，测试某一类型代表喷油器的喷射打开时间-油量关系特性曲线，其中，喷射打开时间包含了开启延迟与关闭延迟对油量的影响，从喷油规律中提取，打开时间-油量特性曲线的斜率即为比例系数c；比例系数a为关闭延迟CT与喷射打开时间的比例关系，比例系数b为开启延迟OD与喷射打开时间的比例关系，比例系数k为开启延迟与零油量脉宽的比例关系，比例系数a、b与k在喷油器出厂前通过试验确定。

进一步的，完成油量估算学习后，当需要进行喷油器老化修正时，再次开启油量估算功能；在完成老化修正前，使用各喷油器原油量估算学习表查表获取补偿喷射脉宽；在完成老化修正后，使用各喷油器老化修正后的油量估算学习表获取老化修正补偿喷射脉宽触发喷油器喷射。

进一步的，当未完成油量估算学习时，使用出厂时的初始油量脉宽转换关系表计算喷射脉宽。

本发明所述控制燃料喷射器的方法，可以使喷油器在喷射燃料时达到高精度的控制效果并保持喷油一致性，可满足更高排放法规下的多次喷射要求，达到发动机节能减排的目的。

附图说明

图1为执行本发明所述方法的压力式喷射系统的结构示意图。

图2为同类型的各喷油器驱动脉宽-喷射量曲线及其差异性比较示意图。

图3a和图3b为同类型的两个喷油器喷油规律，其中：图3a为使用相同的驱动脉宽PW进行喷射，图3b为使用了各喷油器关闭(开启)延迟修正后的脉宽PW+a*CT-b*OD进行喷射。

图4为同类型的各喷油器喷射打开时间-喷射量曲线及其差异性比较示意图。

图5为喷油器驱动波形联合图，包括驱动电压，电流以及针阀升程曲线。

图6为使用了滤波与求导方法对电压信号进行处理后获得的各个信号联合图。

图7为电压二次微分取反放大图。

图8为喷油器驱动电压特征值提取与油量的补偿策略的整体框图。

具体实施方式

针对现有电控柴油机燃油喷嘴喷射特征高离差，一致性差的问题，本发明所述控制燃料喷射器的方法检测喷油关闭时的电压驱动信号，通过对电动势信号进行滤波、微分与特征提取以获知喷油器实际关闭时间与零油量脉宽，根据实际关闭时间与零油量脉宽进行油量估算，并对喷油器喷射脉宽进行反馈补偿。与马瑞利的补偿策略所不同的是，本发明仅需要分析各阶段的电压信号二阶微分的变化趋势即可提取出关闭(开启)延迟特征点，不需要在ECU内加装特殊的硬件电路，且对电压信号的采样频率要求不高，降低了工作负荷。

与德尔福以及通用汽车公司的策略不同的是，本发明对喷油器关闭延迟与开启延迟判断的提取特征点不同。德尔福专利采用了二次微分过零点做为针阀落座点，而本发明则从针阀落座对电压信号造成影响的原理出发，系统说明了从喷油器驱动信号关闭到喷油器实际关闭电压信号变化的各个阶段，通过分析各阶段的电压信号二阶微分的变化趋势后发现，针阀落座点应该位于电压二次微分过零点后的负最大值处。以此处为针阀落座点将大大降低干扰与误判的发生，如图5所示，倘若针阀落座切割磁力线对反向电动势的阻碍作用与反向电动势下降变化平衡的话，反向电动势将会维持不变一段时间，在此时间段内，电压二次微分一直为0，因此使用德尔福的方法来进行特征点判断时此时间段均符合要求。而对于喷油器开启延迟计算与喷油器打开程度的估计方面，德尔福专利采用电压二次微分两次过零的时间段来表征喷油器是否完全打开，本发明则采用了电压二阶微分的负最大值绝对值作为打开程度判断的特征值，此方法比德尔福专利所述方法抗干扰性更强。当出现信号干扰导致电压二次微分长期处于零点以下时，德尔福专利所述方法将出现误判，而本发明所述方法却不会。

本发明所述控制燃料喷射器的方法解决了燃油喷射器喷射油量差异性大的问题，这个问题在喷油器小油量非线性区域内尤其突出。在非线性区域中，由于喷油器结构中可移动衔铁和电磁体的固定磁极之间的间隙距离(即衔铁的可移动距离)的制造精度问题，不同喷油器之间的间隙距离由于加工工艺上的原因或多或少存在着差异。然而，通过减小间隙距离的散差来减小非线性区域中的小油量散差是非常复杂且成本极高，而且喷油器的老化现象也使得该问题进一步复杂化。因此为了解决上述问题，本发明提出了提高喷油器燃油喷射一致性的控制策略解决方案。

如图5所示的曲线1为喷油器接线柱负端的驱动电压，曲线2为喷油器驱动电流，曲线3为喷油规律，当喷油器需要喷油时，ECU以驱动脉宽PW为电信号，施加给喷射器以触发喷射；可以看出，在施加喷射脉宽后，喷油规律曲线将会花费一定时间打开，此时间为OD(开启延迟)；在撤销喷射脉宽后，喷油规律曲线将会花费一定时间关闭，此时间为CT(关闭延迟)。

研究表明，喷射油量与喷油规律曲线的面积成比例关系，即：

油量估算公式Q＝c*(PW+a*CT-b*OD)；

其中的比例系数a、b、c可通过试验或是计算来确定，而PW为喷射驱动脉宽，在喷油器喷射时已确定；因此，油量估算的重点与难点是开启延迟OD与关闭延迟CT的确定。

本发明采集喷油结束时驱动电压末端的反向电动势信号，并对其进行信号处理以提取出喷油器针阀落座特征点与喷油器打开程度的特征点V〞_打开。通过喷油器针阀落座特征点可求取关闭延迟CT_基本；而根据打开程度特征点V〞_打开不仅可判断喷油器喷射是否故障，还可以通过数学方法计算获得喷油器老化后的零油量脉宽PW_零(可预先在试验台上确定出厂前喷油器零油量脉宽对应的打开程度阈值V〞_零，并根据多次提取的出厂后喷油器打开程度特征值V〞_打开(i)来插值求取老化喷油器的零油量脉宽PW_零)，由于零油量脉宽PW_零与打开延迟OD具有正相关性，因此可根据PW_零求取打开延迟OD。关闭延迟CT_基本与开启延迟OD求取的具体实施方法如下：

1、电控单元在各喷油器喷射结束后连续捕捉电压驱动信号，并对驱动电压末端的反向电动势进行滤波处理，以求取反向电动势的一阶和二阶微分信号，如图6所示。

2、研究发现，当喷油器喷射结束后，驱动电压末端的反向电动势信号可分为3个阶段，如图5所示：a阶段，当撤销喷射驱动后，蓄流电路产生的反向电动势导致驱动电流曲线2的快速回零；阶段b，反向电动势已快速下落到了常压范围内，此时驱动电流已经变为了0A。由于针阀下降切割磁力线的原因，对反向电动势变化产生了阻碍作用，使得反向电动势下降速度减缓。阶段c中，针阀落座完成，这导致反向电动势变化阻碍变小并消失，电动势下降速度再一次增加。

3、对燃油喷射器针阀落座特征点的提取利用了驱动电压末端的反向电动势受针阀落座影响导致的规律性变化。如图6所示，在a阶段，反向电动势迅速下降，使得其一阶微分值很大；在b阶段，由于针阀下落切割磁力线阻碍了反向电动势变化，反向电动势下降趋势减缓，其一阶微分将不断减小；在c阶段，由于针阀下落接近完成，针阀切割磁力线的速度将快速降低为0，在此期间，对反向电动势的阻碍变小并消失，反向电动势的下降速度再次增加，此时，反向电动势的一阶微分将产生明显拐点，直到针阀落座完成后，反向电动势的一阶微分的增速达到最大(此处即为针阀落座特征点)。因此，针阀落座特征点位于反向电动势二阶微分从正值穿越过零点后的负最大值处。

4、由于轨压或燃油温度的影响，关闭延迟实际值会在针阀落座特征点附近偏移，本发明定义了一个修正因子η，以代表不同轨压以及温度对关闭延迟的影响。则关闭延迟CT＝(1+η)*CT_基本。

5、研究发现，喷油器的打开喷射程度与针阀落座点反向电动势二阶微分的负最大值具有相关性，因此可使用反向电动势二阶微分从正值穿越零点后的负最大值来表征喷油器的打开程度；如图7所示，为电动势二次微分的取反并放大，当检测到打开程度特征值V〞_打开超过零油量脉宽喷射打开阈值V〞_零后，才能确定针阀切实动作了。当喷油器喷射时，如果打开程度特征值V〞_打开等于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零，则可确认当前喷射脉宽PW为零油量脉宽，而零油量脉宽与开启延迟OD成线性正相关，因此，可通过零油量脉宽PW_零求取开启延迟OD。

6、在取得喷油器各工况下的开启延迟OD与关闭延迟CT后，可使用油量估算公式来估算油量，建立各燃料喷射器的估算油量学习表，并在发动机日常运行时，持续不断检测开启延迟与关闭延迟，并估算油量，以填入油量学习表中。

7、当完成学习后，控制器会反查各喷油器独自的估算油量学习表来得到喷射脉宽，此时PW＝Map_i ^-1(Q，RP)，其中Q为喷油器估算油量，RP为轨压。对于每个喷油器来说，由于其小油量非线性区域的喷油开启延迟与关闭延迟各不相同，导致喷油量的差异性大，即每个喷油器在小油量非线性区域具有其自身的油量特性曲线的体现规律。本发明所述方法，在发动机运行过程中不断检测反向电动势信号来获取关闭延迟与开启延迟，并更新估算油量以填入油量学习表，随着时间推移，各喷油器油量学习表从初始的相同值，逐渐演变为拥有各自的喷油特性体现规律，某种意义上说，这也体现了喷油器的喷射器喷射在时间上的老化。

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，优选实施例的描述在性质上仅仅是示范性的并且决不是用来限制本发明、以及应用或使用的。

本发明所述控制燃料喷射器的方法，用于解决燃料喷射器一致性差的问题，其应用领域为内燃机燃料喷射系统。如图1所示，为燃料喷射系统结构简图，燃油从带有粗滤器的油箱1中吸入至燃油精滤器2，其中一部分燃油在油泵3的柱塞腔加压形成有压力的燃油并从油泵3出油阀口流经油管汇集入高压管5，为喷油器7的喷射提供稳定持续的压力燃油源，多余部分从油泵3上的溢流阀处与喷油器7回油一起流回油箱1；压力燃油从压力管5经压力油管分别流向各缸的喷油器7；喷油器7根据电子控制单元ECU 8输出的脉冲给定时刻和给定宽度，按特征喷射特性将燃油喷入发动机各缸的燃烧室中。压力管5一端安装有轨压传感器6，实时监控压力管内的轨压情况，当轨压超过允许的最大值时，泄压阀4打开，压力管5内的轨压迅速降低到安全范围内，以保证整个系统的安全。压力系统的电子控制单元ECU 8采集各个传感器实时检测的柴油机和压力系统状态参数，通过内置的控制策略及存储数据发出精确的电流脉冲信号，并使对应的压力泵电磁阀、喷油器电磁阀等产生电磁力，以驱动对应的执行器进行动作，使供油量、轨压、喷油角度和喷油量按需求进行反馈调节。压力喷油系统所采用的采集传感器9包括：转速传感器、压力传感器、冷却液温度传感器、燃油温度传感器、曲轴转角传感器(或凸轮轴转角传感器)、加速踏板传感器等多种，有的发动机上还装有：车速传感器、空气流量传感器、大气压力传感器、增压压力传感器、大气温度传感器等其他传感器。电子控制单元ECU 8的执行器驱动信号10包括：喷油器电磁阀和高压油泵电磁阀驱动信号。

在本实施例中，电子控制单元ECU 8起着燃料喷射控制器的作用，本发明所述控制策略实施的载体为电子控制单元ECU 8。电子控制单元EUC 8是公认的微型计算机，它根据各个传感器信号来掌握发动机的工作状态和驾驶员需求，并通过泵喷油驱动信号来响应控制需求。电子控制单元ECU 8大致包括计算装置(CPU)、存储装置(程序存储Rom、数据存储EEPROM、备份RAM)、信号处理装置(A/D转换器和时钟产生电路)和通信装置(串口通信、CAN通信装置)。

如图2所示，为某燃料喷射系统中各个喷油器的驱动脉宽-喷油量曲线，在图2中，各喷射器间的喷射量差异性较大，此问题在弹道区域中将特别尖锐，因为，喷射器与喷射器之间在弹道区域中喷射特征的高离差主要相关于存在于可移动衔铁和电磁体的固定磁极之间的间隔的厚度的离差；然而，由于间隔的厚度的小幅变化对弹道区域中的喷射特征具有相当大的影响这一事实，通过减小间隔厚度的离差来减小弹道区域中的喷射特征的离差是非常复杂且因此成本极高的。同时，即使出厂时燃料喷射器间的离差较好，但燃料喷射器的老化现象使得一致性变差，喷射差异问题将进一步复杂化，这样的老化会使喷射特征随着时间推移产生蠕变。

对于由于制造精度或是老化产生的喷油器一致性差的问题，可使用控制策略来进行修正，以改善喷油器油量差异性问题。控制策略补偿方法基于以下原理：

本发明研究发现，喷射油量与喷油规律曲线的面积成比例关系；即：

油量估算公式Q＝c*(PW+a*CT–b*OD)＝c*PW+c*(a*CT–b*OD)；

其中，a、b与c为比例系数，在喷油器出厂前确定。由于驱动脉宽PW固定，因此各喷油器固定油量Q_固＝c*PW不变；各喷射器间的喷射量差异性将体现到燃料喷射器的关闭延迟CT与开启延迟OD的差异上，即各喷油器的差异油量Q_变＝c*(a*CT–b*OD)。

如图3a、图3b所示，为同类型的两个喷油器喷油规律示意图，其中：图3a显示了使用相同的驱动脉宽PW进行喷射的喷油规律，图3b显示了使用不同驱动脉宽进行喷射，以使喷射打开时间相同后的喷油规律。可以看到，图3a中在相同喷射脉宽PW驱动下，同类型喷油器间喷油规律曲线面积差异的产生是由于喷油器开启延迟与关闭延迟不一致造成的。图3b中，由于打开时间OT包含了关闭延时与开启延迟对油量的影响，即OT＝PW+a*CT-b*OD，因此当两个喷油器的OT相同时，其喷油规律几乎相同，使用关闭延迟与开启延迟对驱动脉宽进行修正，有效的提高了喷油器喷油的准确性，改善了喷油器的油量差异。

为了进一步验证使用关闭延迟CT与开启延迟OD对驱动脉宽进行修正的有效性，如图4所示，为同类型各喷油器的喷射打开时间-油量特性曲线示意图，本发明发现各喷油器的打开时间-油量特性曲线一致性很强，油量偏差显著降低(从图2的50％以上降低到20％以下)。

关闭延迟CT与开启延迟OD不仅可以修正脉宽以改善喷油一致性，还可根据油量估算公式计算实际喷油量。其中，油量估算公式中的比例系数c由针阀动作响应曲线决定，从经验看，同系列喷油器产品间的针阀动作响应曲线很相似。比例系数c可通过试验获得，在可精准测量喷油规律与喷油量的喷油器实验台上，测试某类型代表喷油器喷射打开时间-油量的关系特性曲线(如图4所示)，其斜率即为比例系数c。在喷油器出厂前通过试验获得比例系数c，并存储于查询表中，以作为求取估算油量的前提条件。

油量估算公式中的比例系数a为关闭延时CT与喷射打开时间比例关系；b为开启延迟OD与喷射打开时间的比例关系，在喷油器出厂前通过试验获取不同工况下的喷油规律，以确定喷油器喷射打开时间随关闭延迟、开启延迟变化的关系曲线，其斜率即为比例系数a、b；同样把实验获得的系数a、b存储于查询表中，作为求取估算油量的前提。

在油量补偿控制策略中，对于针阀开关延迟的信息CT与OD的精确获取是难点也是重点。如图5所示，曲线1为驱动电压，曲线2为驱动电流，曲线3为喷油规律，当喷油器需要喷油时，ECU以驱动脉宽PW为电信号，施加给喷射器以触发喷射；可以看出，在施加喷射脉宽后，喷油规律曲线将会花费一定时间打开，此时间为OD(开启延迟)；在撤销喷射脉宽后，喷油规律曲线将会花费一定时间关闭，此时间为CT(关闭时间)。

本发明采用了对驱动电压进行信号处理与特征点提取的方法来确定开启延迟OD与关闭延迟CT_基本，在获得CT_基本与OD后，补偿策略根据油量估算公式来获得估算油量，并对喷油脉宽进行修正。

如图5所示，曲线代表喷油器喷射结束时各信号的变化情况，当喷油器喷射结束后，驱动电压末端的反向电动势信号可分为3个阶段：a阶段，当撤销喷射驱动后，蓄流电路产生的反向电动势导致驱动电流曲线2的快速回零；阶段b，反向电动势已快速下落到了常压范围内，此时驱动电流已经变为了0A。由于针阀下降切割磁力线的原因，对反向电动势变化产生了阻碍作用，使得反向电动势下降速度减缓。阶段c中，针阀落座完成，这导致反向电动势变化阻碍变小并消失，电动势下降速度再一次增加。

如图6所示，为使用了滤波与求导方法对电压信号进行处理后获得的各个信号。各条曲线分别为：电压驱动信号、滤波后的电压微分信号、滤波后的电压二次微分信号以及针阀升程信号。对燃油喷射器针阀落座特征点的提取利用了驱动电压末端的反向电动势受针阀落座影响导致其一阶导数与二阶导数发生了规律性变化。在反向电动势信号变化的a阶段中，反向电动势迅速下降，使得其一阶微分值很大；在b阶段，由于针阀下落切割磁力线阻碍了反向电动势变化，反向电动势下降趋势减缓，其一阶微分将不断减小；在c阶段，由于针阀下落接近完成，针阀切割磁力线的速度将快速降低为0，在此期间，对反向电动势的阻碍变小并消失，反向电动势的下降将速度再次增加，此时，反向电动势的一阶微分将产生明显拐点，直到针阀落座完成后，反向电动势的一阶微分的增速达到最大(此处即为针阀落座特征点)。

对于电压信号的二阶微分而言，则会呈现如图6中二阶微分曲线呈现的变化。在a阶段，反向电动势二阶微分曲线将会呈现从一个很大的正值快速下落的态势。在b阶段，反向电动势落入常压(24V或12V)范围，针阀落座将切割磁力线以阻碍驱动电压的下降，因此，电压的二次微分将从较大的正值趋近于0。在c阶段开始后，电动势的二次微分将从正值下落穿越零点(对应于电压的微分值出现拐点)，由于针阀下落接近完成，针阀切割磁力线的速度将快速降低为0，在此期间，对反向电动势的阻碍变小并消失，反向电动势的下降将速度再次增加，这导致电压二次微分穿越零点后继续下降，针阀落座点即位于反向电动势二阶微分从正值穿越零点后的负最大值处。

最终，针阀的关闭延时可使用下面的公式来计算获取：

CT＝(1+η)*CT_基本；

其中，CT_基本为从喷油器电信号关闭到二次微分曲线到达负最大值的时点，修正因子η(0-1)代表关闭延迟的影响因子。由于轨压或燃油温度的影响，关闭延迟实际值会在针阀落座特征点附近偏移，本发明定义的修正因子η，代表了不同轨压以及温度对关闭延迟的影响。

如图7所示，为图6中的电压二次微分取反并放大，其中两条曲线分别为电压二次微分曲线与针阀升程信号曲线，通过电压二次微分曲线，可以提取出喷油器打开程度的特征值V〞_打开，并反向计算获得喷油器零油量脉宽PW_零，进而确定开启延迟OD。

研究发现，喷油器的打开程度与针阀落座点反向电动势二阶微分的负最大值V〞_打开具有相关性，因此可使用V〞_打开来表征喷油器打开喷射的程度，当打开程度特征值V〞_打开大于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零时，则认为喷油器喷射，否则认为喷射出现故障。其中的零油量脉宽打开程度阈值V〞_零为出厂前对喷油器施加零油量驱动脉宽喷射时，所对应的打开程度特征值V〞_打开，可通过试验标定获得。

当喷油器老化后，零油量脉宽发生变化，导致开启延迟也发生变化，但喷油器零油量脉宽打开程度阈值V〞_零却不变。因此，进一步的，可根据喷油器打开特征值V〞_打开反推喷油器老化后的零油量脉宽PW_零。最直观的检测方法为，当驱动喷油器喷射时，若其驱动电压二阶微分最大值V〞_打开等于打开程度阈值V〞_零，则可确认当前喷射脉宽PW为零油量脉宽PW_零，而在实际发动机运行过程中，V〞_打开等于V〞_零的情况很偶然，因此，可多次进行打开特征值V〞_打开提取，并使用插值的方法来获取喷油器老化后的零油量脉宽PW_零，PW_零＝PW_i+(PW_i+1–PW_i)*(V〞_零-V〞_打开(i))/(V〞_打开(i+1)-V〞_打开(i))。由于零油量脉宽PW_零与开启延迟OD成线性正相关，可根据零油量脉宽PW_零求取开启延迟OD，即OD＝k*PW_零。其中，系数k为开启延迟与零油量脉宽的比例关系，在喷油器出厂前通过试验来确定喷油器开启延迟随零油量脉宽变化的关系曲线，其斜率即为比例系数k，把实验获得的系数k存储于查询表中，作为求取开启延迟的前提条件。

如图8所示，为喷油器驱动电压特征值提取与油量的补偿策略的整体框图。当处于步骤801未进行估算油量学习时，步骤804可根据油量与轨压查初始的Q2T表格(即喷油器出厂的油量脉宽关系表)求取喷射脉宽来进行喷射控制。并在需要进行小油量补偿时开启步骤802的估算油量自学习功能。在驱动电压特征值提取功能使能的前提下，步骤805采集喷油器喷射时的驱动电压并进行信号处理，在步骤806中根据反向电动势二次微分从正值穿越过零点后的负最大值出现的时刻来确定针阀落座点，并使用修正因子η进行修正，获得修正后的关闭延迟CT。同时，在步骤807中求取针阀落座点反向电动势的二次微分负最大值，作为打开程度特征值V〞_打开。在步骤808中，对打开程度特征值进行分析，把打开程特征值V〞_打开与零油量脉宽打开程度阈值V〞_零进行比较以确定喷油器是否正常工作，并根据打开程度特征值相对于零油量脉宽打开程度阈值的差距使用插值来确定零油量脉宽PW_零，最终，根据PW_零求取开启延迟OD。

在步骤809中，确定油量估算所用到的比例系数a、b与c，以作为油量估算的前置条件。步骤810中，在取得喷油器各工况下的开启延迟OD与关闭延迟CT后，使用油量估算公式来估算油量。并把估算获得的油量在步骤811中填入为各燃料喷射器建立的估算油量学习表(其横坐标为轨压，纵坐标为喷射脉宽)中。在发动机日常运行时，ECU将根据学习表规定的工况，持续不断检测开启延迟与关闭延迟并进行估算油量学习。

当步骤811完成油量估算学习表的学习后，控制器会反查喷油器各自的估算油量学习表来得到喷射脉宽PW_i，PW_i＝Fun_i ^-1(Q，RP)，其中Q为各喷油器估算油量，RP为轨压。对于每个喷油器来说，由于其小油量非线性区域的关闭延迟与开启延迟不同，导致喷油量的差异性，即每个喷油器具有其自身的油量特性曲线的体现规律。本发明所述方法，在发动机运行过程中通过不断检测驱动电压信号来提取关闭延迟与开启延迟特征值，并求取估算油量以填入油量学习表，随着时间推移，各喷油器油量将从初始的相同值，逐渐演变为拥有各自的喷油特性体现规律，某种意义上说，这也体现了喷油器的喷射器喷射在时间上的老化。

Claims (7)

1.一种控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述方法通过检测喷油器驱动电压末端的反向电动势信号，并对反向电动势进行信号处理以提取出喷油器喷射时的打开程度特征信息与喷射结束的针阀落座点特征信息，根据提取获得的特征信息计算喷射开启延迟与关闭延迟并估算喷射油量，使用估算油量构建各喷油器独自的油量估算学习表，当完成估算油量表学习后，用学习表进行油量补偿控制；具体包括以下步骤：

(1)在各喷油器喷射结束后，连续捕捉喷油器驱动电压末端的反向电动势信号，并对反向电动势进行滤波与微分处理，求取反向电动势信号的一阶和二阶微分信号；

(2)提取针阀落座点特征信息，针阀落座特征点位于反向电动势二阶微分从正值穿越过零点后的负最大值处；并计算喷油器关闭延迟CT；

(3)用反向电动势二阶微分从正值穿越零点后的负最大值来表征喷油器的打开程度，采用打开程度的特征值V〞_打开来判断喷油器是否打开；

(4)根据喷油器打开程度的特征值V〞_打开反推喷油器老化后的零油量脉宽PW_零，并根据零油量脉宽与开启延迟OD成线性正相关，通过零油量脉宽PW_零求取开启延迟OD；

(5)喷油量的估算：根据上述获得的零油量脉宽与关闭延迟，使用喷油量公式Q＝c*(PW+a*CT–b*k*PW_零)计算喷油量；

(6)油量估算学习表更新：建立各喷油器对应的油量估算学习表，根据学习表规定的工况，持续不断检测提取关闭延迟CT与开启延迟OD，并进行油量Q估算，最终完成各喷油器油量学习表的更新工作；

(7)喷油脉宽协调：完成学习后，使用喷油器各自的油量学习表反查学习后的喷射脉宽PW_i，即PW_i＝MAP_学习(i) ^-1(Q，RP)；其中，Q为喷油器估算油量，RP为轨压。

2.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述步骤(2)中，确定针阀落座点后，喷油器驱动电信号结束到喷油器针阀落座的时间即为关闭延迟CT_基础；所述关闭延迟CT＝(1+η)*CT_基础，η为轨压与燃油温度共同决定的修正因子。

3.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述步骤(3)中当打开程度的特征值V〞_打开大于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零时，喷油器为正常喷射；其中，零油量脉宽打开程度阈值V〞_零为对出厂前喷油器施加零油量驱动脉宽喷射时，所对应的打开程度特征值。

4.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述零油量脉宽PW_零采用检测或插值的方法获得；所述检测方法为，当驱动喷油器喷射时，若打开程度特征值V〞_打开等于零油量脉宽打开程度阈值V〞_零，则可确认当前喷射脉宽PW为零油量脉宽PW_零；所述插值方法为，多次进行打开程度特征值V〞_打开提取，使用插值的方法获取喷油器老化后的零油量脉宽PW_零，PW_零＝PW_i+(PW_i+1–PW_i)*(V〞_零-V〞_打开(i))/(V〞_打开(i+1)-V〞_打开(i))，其中PW_i为第i次喷射使用的驱动脉宽，V〞_打开(i)为第i次喷射提取的打开特征值。

5.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：所述步骤(5)中油量估算公式中比例系数c通过试验来确定，具体的，在能够精准测量喷油规律与喷油量的试验台上，测试某一类型代表喷油器的喷射打开时间-油量关系特性曲线，其中，喷射打开时间包含了开启延迟与关闭延迟对油量的影响，从喷油规律中提取，打开时间-油量特性曲线的斜率即为比例系数c；比例系数a为关闭延迟CT与喷射打开时间的比例关系，比例系数b为开启延迟OD与喷射打开时间的比例关系，比例系数k为开启延迟与零油量脉宽的比例关系，比例系数a、b与k在喷油器出厂前通过试验确定。

6.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：完成油量估算学习后，当需要进行喷油器老化修正时，再次开启油量估算功能；在完成老化修正前，使用各喷油器原油量估算学习表查表获取补偿喷射脉宽；在完成老化修正后，使用各喷油器老化修正后的油量估算学习表获取老化修正补偿喷射脉宽触发喷油器喷射。

7.如权利要求1所述的控制燃料喷射器的方法，其特征是：当未完成油量估算学习时，使用出厂时的初始油量脉宽转换关系表计算喷射脉宽。