CN1327119C - 柴油机的喷射量控制设备 - Google Patents

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Abstract

内燃机(1)的燃料喷射设备(6)在指令喷射量为零或者以下的非喷射阶段执行学习喷射。计算所述发动机转速变化在执行学习喷射与不执行学习喷射的情况下的差异，并将其作为转速增加量。通过以执行学习喷射时的发动机转速乘以转速增加量来计算扭矩比例量。计算由扭矩比例量所估算的实际喷射量与指令喷射量之差，并将其作为喷射校正值。基于喷射校正值来校正指令喷射量。

Description

柴油机的喷射量控制设备
技术领域
本发明涉及一种执行发动机喷射量学习的燃料喷射控制设备。
背景技术
为了减少柴油机中的燃烧噪声并抑制氮氧化物的产生，在主喷射之前执行喷射少量燃料的引燃喷射。由于引燃喷射的喷射量指令值较小，为了充分起到引燃喷射减少燃烧噪声并抑制氮氧化物产生的作用，必须提高少量喷射的精度。因此，优选地在程序中执行喷射学习，其中该程序用于检测引燃喷射的指令喷射量与实际喷射的燃料量(实际喷射量)之间的偏差并校正该偏差。
然而，在车辆行进时很难直接测量实际喷射量。因此，传统上会应用连续检测空燃比、气缸中的压力等来代替实际喷射量的方法，例如未经审查的日本专利申请公开号No.H11-294227中所公开的那样。在该方法中，可以很精确地测量出喷射量的偏差，同时，该偏差可在整个工况范围内进行检测。
或者，也可以应用基于在转速反馈控制例如ISC(怠速控制)中使用的校正值对喷射量偏差进行校正的方法，例如未经审查的日本专利申请公开号No.2002-295291中所公开的那样。例如，在预先设定发动机的转速与实际喷射量为5mm3/st时的期望怠速一致时，指令喷射量逐渐变化从而发动机转速与怠速一致。当转速传感器等检测到的发动机转速与怠速一致时，即可将此时的喷射量视为5mm3/st，尽管并未直接测量喷射量。在该方法中，如上所述，使用了惯用的传感器，例如转速传感器。因此并不需要附加的设备，同时控制了费用的增加。
然而，在如未经审查的日本专利申请公开号No.H11-294227中所公开的方法中，需要使用通常未在车辆上安装的空燃比传感器和气缸内部压力传感器。因此，需要增添附加设备，也就提高了费用。
在如未经审查的日本专利申请公开号No.2002-295291中所公开的方法中，由于发动机的气缸间的差异或者施加到发动机上的负载系数的波动，例如包括空气调节器的外部载荷，发动机转速和喷射量之间的一一对应关系被打破了。学习是基于在载荷因素波动的影响下达到平衡的转速和指令喷射量之间的关系而执行的。因此，很难精确地执行喷射量的学习。
例如，发动机转速随喷射量的增大而增加，随喷射量的减少而降低。另外，发动机转速也会根据施加在发动机上的空气调节器、交流发电机等的荷载状况而产生波动。因此，不能通过只监测发动机转速来精确地检测实际喷射量。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种柴油机的燃料喷射控制设备，该设备可以精确地执行喷射量的学习，而不会由于添加诸如传感器之类的附加设备而造成费用的增加。
本发明的内燃机燃料喷射控制设备包括判断装置、指令装置、检测装置、第一计算装置、第二计算装置和第三计算装置。判断装置用于判断在发动机的特定气缸中是否建立了通过喷射器执行学习喷射(为学习而进行的喷射)的学习条件。指令装置用于在学习条件建立以后命令喷射器在特定气缸中执行学习喷射。检测装置检测发动机的旋转速度，并将其作为发动机转速。第一计算装置计算发动机转速变化在执行学习喷射与不执行学习喷射的情况下的差异，并将其作为转速增加量。第二计算装置基于计算的转速增加量计算实际由喷射器喷射的燃料喷射量或者与实际喷射量相关的实际喷射量相关值。第三计算装置计算所计算的实际喷射量同命令喷射器喷射的指令喷射量之差，或者计算所计算的实际喷射量相关值同与指令喷射量相关的指令喷射量相关值之差，并将其作为喷射校正值。计算在执行学习喷射时的发动机转速变化(估计值)与不执行学习喷射时发动机转速变化的差异，并将其作为执行学习喷射的情况下与不执行学习喷射的情况下的转速增加量。如果发动机转速在执行学习喷射时相同，那么转速增加量也相同，而与施加在发动机上的载荷波动(例如空气调节器和交流发电机的载荷)没有关系。因此，可以基于通过检测装置的输出计算得来的转速增加量精确地计算出由喷射器喷射的实际喷射量或实际喷射量的相关值。在不执行学习喷射的情况下的发动机转速变化可以由执行学习喷射之前的发动机转速变化估算出，或者由发动机转速通过学习喷射而增加前后的转速变化而估算出。
附图说明
由下面均构成本申请一部分的详细描述、所附的权利要求书以及附图，可以领会到实施例的特征、优点以及相关部件的操作方法和功能。图中：
图1显示了根据本发明第一实施例的柴油机燃料喷射系统的整个结构；
图2是显示在根据第一实施例的柴油机中执行单独喷射时发动机转速特性的时间图；
图3是显示根据第一实施例的电控元件所执行的喷射量学习控制的流程图；
图4是显示根据第一实施例的电控元件对计算扭矩比例量所执行控制的流程图；
图5是显示根据第一实施例的柴油机的发动机转速的检测定时的时间图；
图6的曲线图显示了喷射量与根据第一实施例的柴油机的生成扭矩之间的关系；
图7是显示转速增加量与根据本发明第二实施例的柴油机的发动机转速的匹配图；以及
图8是显示在根据第一实施例的修改实例的柴油机中执行单独喷射时发动机的转速图。
具体实施方式
(第一实施例)
参考图1，其显示了根据本发明第一实施例的柴油机的燃料喷射系统。
例如，将图1所示的燃料喷射系统应用到四气缸柴油机(一种发动机)1上。该燃料喷射系统包括用于累积高压燃料的共轨2、用于对从燃料箱3中抽取的燃料进行增压并且将燃料供应给共轨2的燃料供应泵4、用于向气缸(燃烧室1a)喷射由共轨2所供给的高压燃料的喷射器5以及对系统进行电控的电控元件(ECU)6。
ECU6设定共轨2的目标轨道压力。共轨2将燃料供应泵4所供给的高压燃料累积至目标轨道压力。压力传感器7和压力限制器8连接到共轨2上。压力传感器7检测出在共轨2中累积的燃料的压力(轨道压力P)并且将该轨道压力P输出至ECU6。压力限制器8对轨道压力P进行限制从而使轨道压力P不会超过预定的上限。
燃料供应泵4包括由发动机1驱动进行旋转的凸轮轴9、由凸轮轴驱动将燃料从燃料箱3中抽出的给料泵10、柱塞12以及电磁流量控制阀14等，其中柱塞12在柱塞套11中的往复运动与凸轮轴9的旋转同步，电磁流量控制阀14用于控制从给料泵10中抽取送至柱塞套11的加压室13中的燃料量。
在燃料供应泵4中，当柱塞12在柱塞套11中从上死点向下死点运动时，由电磁流量控制阀14来控制给料泵10中排出的燃料数量。于是，燃料开启吸入阀15并且被吸入加压室13。增压燃料开启排放阀16并且被压送至共轨2。
喷射器5固定在发动机1的各个气缸上并且分别通过高压管17连接到共轨2上。每个喷射器5包括响应ECU6的指令进行操作的电磁阀5a和用于在电磁阀5a通电时喷射燃料的喷嘴5b。
电磁阀5a打开或者关闭从一压力室通往低压侧的低压通道，其中共轨2中燃料的高压施加在该压力室上。当电磁阀5a通电时电磁阀5a打开低压通道，而当停止供电时电磁阀5a就关闭低压通道。
喷嘴5b包括用于打开或关闭喷射孔的阀针。压力室中的燃料压力将阀针向着阀关闭的方向或者用于关闭喷射孔的方向偏置。因此，如果通过向电磁阀5a通电而打开低压通道并且如果压力室中的燃料压力减小，那么阀针就在喷嘴5b中上升并打开喷射孔。因而，从共轨2中供给的高压燃料就经过喷射孔进行喷射。相反地，如果通过向电磁阀5a停止通电而关闭低压通道并且如果压力室中的燃料压力增加，那么阀针就在喷嘴5b中下降并关闭喷射孔。由此就停止了喷射。
与ECU6连接的有：用于检测发动机转速(每分钟转速)ω的转速传感器18，用于检测加速踏板位置(发动机载荷)ACCP的加速踏板位置传感器，以及用于检测轨道压力P的压力传感器7等。ECU6根据通过上述传感器检测到的信息来计算共轨2的目标轨道压力、喷射正时和适合发动机1的工作状态的喷射量等。ECU6根据计算结果对燃料供应泵4的电磁流量控制阀14和喷射器5的电磁阀5a进行电控。
在ECU6所执行的喷射量控制(控制喷射正时和喷射量)中，当在主喷射前执行少量燃料的引燃喷射时，就执行引燃喷射的喷射量学习。
接着，将根据图3的流程图说明由ECU6执行的喷射量学习控制(针对学习喷射量的控制)。
首先，在步骤S10，判断是否建立了执行喷射量学习的学习条件。更具体地，学习条件包括：发动机1处于喷射器5的指令喷射量为零或者以下的非喷射阶段的条件，变速装置处于空档状态(例如处于换档阶段)的条件，以及保持一预定的轨道压力的条件。
在发动机1配有废气再循环设备(EGR设备)，柴油机节流阀、可变涡轮增压器和类似装置的情况下，废气再循环阀(EGR阀)的开启程度、节流阀的开启程度以及可变涡轮增压器的开启程度等都需要添加到学习条件中。如果步骤S10的判断结构为“YES”，程序就进入步骤S20。如果步骤S10的判断结构为“NO”，则程序终止。
当换档位置(变速杆的操作位置)处于空档时或者当离合器处于断开状态时，即例如发动机的驱动能没有被传递到驱动轮上时(在这种情况下，换档位置并不是必须处于空档状态)，就建立了变速装置处于空档状态这一条件。
在步骤S20中，在图2中的时间点tS处执行学习喷射或单独喷射(single-shot injection)。通过单独喷射的燃料数量与引燃喷射的指令喷射量相对应。
然后，在步骤S30中，测量因执行单独喷射而产生与发动机扭矩(生成的扭矩)成比例的特征值(扭矩比例量Tp)。扭矩比例量Tp的测量方法将在后面描述。
然后，在步骤S40中，判断是否在步骤S10所定的学习条件下执行在测量扭矩比例量Tp之前的程序。步骤S40判断是否保持了步骤S10中所述的学习条件，而在测量扭矩比例量Tp的同时没有再开始喷射或者改变轨道压力P。如果步骤S40的判断结构为“YES”，程序就进入步骤S50。如果步骤S40的判断结构为“NO”，程序就进入步骤S60。
在步骤S50中，将步骤S30中所测量的扭矩比例量Tp存储在存储器里。然后程序进入步骤S70。
在步骤S60中，舍弃步骤S30中所测量的扭矩比例量Tp。然后程序结束。
在步骤S70中，基于存储在存储器中的扭矩比例量Tp计算喷射校正值C。喷射校正值C根据通过单独喷射的燃料实际喷射量(实际喷射量QA)与指令喷射量Q之间的偏差进行计算，其中指令喷射量Q是为了执行单独喷射而指令喷射器5所喷射的。实际喷射量QA可以通过发动机1的生成扭矩T来估算。
然后，在步骤S80中，根据在步骤S70中所计算的喷射校正值C来校正喷射器5的指令喷射量Q。
下面将根据图4的程序图来说明步骤S30中所执行的扭矩比例量Tp的测量方法。
首先，在步骤S31中，输入转速传感器18的信号以检测发动机转速ω。在本实施例的四缸发动机1中，当曲轴的旋转测量两周(720℃A)时，发动机转速ω就会被检测四次(每个气缸检测一次)。如果将检测发动机转速ω时执行了喷射的气缸的个数分配给发动机转速ω的测量值，那么获取的数据将包括按照图2所示的时间系列顺序的ω1(i)、ω2(i)、ω3(i)、ω4(i)、ω1(i+1)和ω2(i+1)等这几项。
如图5所示，在喷射器5的喷射正时(图5中的“a”阶段)之前很短的时期内检测发动机转速ω。更具体地说，转速检测阶段(图5中的“d”阶段)设置在点火延迟阶段(图5中的“b”阶段)和燃烧阶段(图5中的“c”阶段)之后，其中点火延迟阶段对于点燃喷射器中喷出的燃料是必需的，并且在燃烧阶段燃料真正进行燃烧。因此，由于单独喷射所引起的发动机转速ω的变化就可以精确地检测出来。
然后，在步骤32中，计算每个气缸的转速变化Δω。以第三缸为例，如图2所示，计算转速ω3(i)与转速ω3(i+1)之差Δω3，并将其作为转速变化Δω。当不执行喷射时或者处于非喷射阶段时，转速变化Δω单调减少。然而，在执行单独喷射之后，对应于每个气缸的转速变化Δω就会立即增加一次。图2中，在时间点tS处在第四缸上执行了单独喷射。
然后，在步骤S33中分别计算由单独喷射所引起的各个气缸的转速增加量δ，并且计算转速增加量δ的平均值δx。计算转速增加量δ，将其作为在步骤32中所计算的转速变化Δω与在不执行单独喷射的情况下的变化Δω(估计值)之差。在不执行单独喷射时或者非喷射阶段，在不执行单独喷射的情况下的变化Δω单调减少。因此，非喷射阶段的变化Δω可以从执行单独喷射之前的变化Δω或者发动机转速ω增加之前和之后的变化Δω估算出来。
然后，在步骤S34中，通过以执行单独喷射时的发动机转速ω0乘以步骤S33中所计算的平均值δx来计算扭矩比例量Tp。扭矩比例量Tp与发动机1通过单独喷射而产生的生成扭矩T成比例。更具体地说，因为发动机1的生成扭矩T是通过下面的等式(1)来计算的，因此作为发动机转速ω0和平均值δx的乘积的扭矩比例量Tp就与生成扭矩T成比例。在等式(1)中，K代表比例系数。
T＝K·δx·ω0，    (1)
在本实施例的发动机1(柴油机)中，如图6所示生成扭矩T与实际喷射量QA成比例。在图6的区域“RA”中执行喷射量QA的学习。因此，步骤S34中所计算的扭矩比例量Tp也与实际喷射量QA成比例。因此，可以由扭矩比例量Tp计算出生成扭矩T，并且也可以由生成扭矩T估算出实际喷射量QA。
在本实施例的燃料喷射系统中，由单独喷射产生的发动机扭矩可以不受施加在发动机1上载荷(例如空气调节器、交流发电机等施加的载荷)的波动的影响而计算出来。更具体地说，如果执行单独喷射时的发动机转速ω0相同，那么转速增加量δ也相同，而与施加在发动机1上的载荷波动没有关系。因此，可以由计算的生成扭矩T估算出实际喷射量QA，并且检测出实际喷射量QA与指令喷射量Q之差，并将其作为喷射量偏差。然后，根据喷射量偏差来校正指令喷射量。因此就能够以极高的精确度来执行喷射量的学习，而无需附加的设备，例如扭矩传感器。
在本实施例中，可以在基于转速增加量δ的平均值δx计算出生成扭矩T之后估算出实际喷射量QA。这样，生成扭矩T与实际喷射量QA可以很容易地如图6所示一一对应地匹配。因此，就不需要根据执行单独喷射时的发动机转速ω0来校正实际喷射量QA。结果，就可以极其精确地计算实际喷射量QA。
此外，执行喷射量学习的学习条件至少包括发动机1处于非喷射阶段并且变速装置处于空档状态这一条件。因此，就可以精确地检测出由单独喷射引起的发动机1转速的变化。更具体地说，在变速装置的连接已经形成的状态下，从变速装置延伸至驱动轮的旋转惯性力就加到了发动机1本身的旋转惯性力上。另外，路面等条件的变化会通过驱动轮和传动系统传递到曲轴上。因而就难于精确地检测出由于单独喷射所引起的发动机1转速的变化。因此，通过在变速装置的空档状态执行单独喷射，就可以获取由于单独喷射所引起的发动机1转速的净变化。因此，这与在变速装置的连接已经形成的状态下执行喷射量学习的情况相比，能够提高学习的精度。
(第二实施例)
接下来，将基于图7说明由根据本发明第二实施例的ECU 6执行的估算实际喷射量QA的方法。
在第二实施例中，由单独喷射所引起的转速增加量δ的平均值δx在第一实施例的步骤S33中已经计算了，然后将根据图7所示的图形来估算实际喷射量QA。
图7所示的图形对于每个喷射量存储了用于转速增加量δ的平均值δx与执行单独喷射时所检测的发动机转速ω0这两者的预匹配值。因此，可以根据转速增加量δ的平均值δx和执行单独喷射时发动机转速ω0从图上计算出实际喷射量QA。
(改进)
在第一实施例中，执行了引燃喷射的喷射量学习。或者，本发明也可以应用于没有引燃喷射的常规喷射(在燃烧冲程阶段只在发动机1的一个气缸中执行一次喷射)的喷射量学习，或者是在引燃喷射后执行的主喷射的喷射量学习，或者是主喷射后的后继喷射的喷射量学习。
在计算通过单独喷射而产生的发动机1的生成扭矩T时，使用了各个气缸的转速增加量δ的平均值δx。或者，可以不用计算平均值δx，而改为根据气缸之一的转速增加量δ来计算生成扭矩T。
在第一实施例的步骤S33中，计算执行单独喷射情况下的转速变化Δω(在步骤32中计算)与不执行单独喷射的情况下的变化Δω(估计值)之差，并将其作为转速增加量δ。或者如图8所示，计算点B1所示的发动机转速ω与点B2所示的发动机转速ω之差，并将其作为转速增加量δ，其中点B1所示的发动机转速ω由于在时间点tS处执行了单独喷射而增大，而点B2所示的发动机转速ω是在相同的时间点tS处并没有执行单独喷射时的转速。
可以很容易地由执行单独喷射之前的发动机转速ω估算出在不执行单独喷射情况下的发动机转速ω。或者，可以由通过单独喷射而使转速ω增加前后的转速变化Δω(例如图2中点C之前的转速变化Δω和点D之后的转速变化Δω)估算出不执行单独喷射的情况下的发动机转速ω。
在上述实施例中，计算了实际喷射量QA同指令喷射量Q之差(喷射校正值C)，其中，实际喷射量QA为单独喷射时从喷射器5实际喷射出燃料数量，指令喷射量Q是为了执行单独喷射而命令喷射器5所喷射的燃料数量；而且根据喷射校正值C来校正指令喷射量Q。除了将实际喷射量QA同指令喷射量Q进行比较以外，还可以使用一个与喷射量相关的量来计算喷射量的学习。例如，在喷射量学习中可以使用喷射脉冲等。本发明可以适用于在第一实施例中描述的除了累积型(共轨型)之外的燃料喷射系统。例如，本发明可以应用于包括带有电磁溢出阀的分配型燃料喷射泵的燃料喷射系统。
本发明不应局限于所公开的实施例，本发明还可以通过其它的多种形式来实现，而不背离由所附权利要求书所规定的发明范围。

Claims (12)

1.一种内燃机(1)的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于，包括：
判断装置，用于判断是否建立了用于在发动机的特定气缸中通过喷射器(5)执行学习喷射的学习条件，所述学习喷射被执行以学习燃料喷射量；
指令装置，用于在学习条件建立之后命令所述喷射器(5)在所述特定气缸中执行学习喷射；
检测装置，用于检所述测发动机(1)的旋转速度，并将其作为发动机转速；
第一计算装置，用于计算在所述特定气缸中在执行学习喷射的情况下一发动机转速变化与不执行学习喷射的情况下一发动机转速变化之间的差值，并将其作为转速增加量；
第二计算装置，用于基于所计算的转速增加量来计算从喷射器(5)喷射的实际燃料喷射量或者与所述实际喷射量相关的实际喷射量相关值；以及
第三计算装置，用于计算所计算的实际喷射量与喷射器(5)被命令喷射的指令喷射量之间的差值，并将其作为喷射校正值，或者计算所计算的实际喷射量相关值同与指令喷射量相关的指令喷射量相关值之间的差值，并将其作为喷射校正值。
2.一种内燃机(1)的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于，包括：
判断装置，用于判断是否建立了用于在发动机的特定气缸中通过喷射器(5)执行学习喷射的学习条件，所述学习喷射被执行以学习燃料喷射量；
指令装置，用于在学习条件建立之后命令所述喷射器(5)在所述特定气缸中执行学习喷射；
检测装置，用于检测所述发动机(1)的旋转速度，并将其作为发动机转速；
第一计算装置，用于计算在特定气缸中在执行学习喷射的情况下一发动机转速与不执行学习喷射的情况下一发动机转速之间的差值，并将其作为转速增加量；
第二计算装置，用于基于所计算的转速增加量来计算从喷射器(5)喷射的实际燃料喷射量或者与实际喷射量相关的实际喷射量相关值；以及
第三计算装置，用于计算所计算的实际喷射量与喷射器(5)被命令喷射的指令喷射量之间的差值，并将其作为喷射校正值，或者计算所计算的实际喷射量相关值同与一指令喷射量相关的指令喷射量相关值之间的差值，并将其作为喷射校正值。
3.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述判断装置在至少具备发动机(1)处于指令喷射量为零或者以下的非喷射阶段的这一条件的前提下，判断是否建立了学习条件。
4.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述判断装置在至少具备发动机(1)处于指令喷射量为零或者以下并且变速装置处于空档状态的非喷射阶段的这一条件的前提下，判断是否建立了学习条件。
5.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述第二计算装置基于所计算的转速增加量来计算通过学习喷射而产生的发动机(1)的生成扭矩，并由所述生成扭矩来计算实际燃料喷射量或者实际喷射量相关值。
6.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
第二计算装置存储了一张图，该图上对于每个喷射量或者与喷射量相关的喷射量相关值，都有相互匹配的转速增加量与执行学习喷射时的发动机转速；第二计算装置还基于该图根据执行学习喷射时所计算的转速增加量和发动机转速来计算实际燃料喷射量或者实际喷射量相关值。
7.如权利要求5所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述第二计算装置计算所计算的转速增加量与执行学习喷射时的发动机转速的乘积，将其作为扭矩比例量，该扭矩比例量与发动机(1)的生成扭矩成比例。
8.如权利要求7所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述第二计算装置根据在发动机(1)的每个气缸即将喷射正时之前所检测到的发动机转速来计算扭矩比例量。
9.如权利要求7所述的燃料喷射控制设备( 6)，其特征在于：
所述第二计算装置根据发动机(1)的每个气缸的转速增加量的平均值来计算扭矩比例量。
10.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备，其特征在于，还包括：
校正装置用于根据由第三计算装置计算的喷射校正值来校正指令喷射量。
11.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述指令装置命令喷射器(5)执行学习喷射，这样喷射器(5)就喷射出与在主喷射之前执行的引燃喷射的喷射量对应的燃料量。
12.如权利要求1或2所述的燃料喷射控制设备(6)，其特征在于：
所述实际喷射量相关值包括与实际喷射量对应的喷射量对应值或者与喷射脉冲对应的喷射脉冲对应值。
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