CN1773100A - 柴油机喷油系统的控制方法及控制装置 - Google Patents
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Abstract
提供一种对柴油机喷油系统的特征喷油特性进行环境补偿的控制方法及控制装置，其主要特征是控制程序采用环境变量饱和值XS的映射表M1，由喷油特性参数Y与控制参数f1、f2的特征关系建成的基础映射表M2和按环境变量的增量ΔX和喷油特性参数增量ΔY的关系制成的映射表M3，对多次喷射中预喷、主喷和后喷的开启延迟和关闭延迟分别进行精确的小油量补偿。采用本发明可以使柴油机达到欧III、欧IV排放标准或更高的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种柴油机喷油系统的控制方法及控制装置，更具体地说，是一种对喷油系统的特征喷油特性进行环境补偿的控制方法，这种控制方法及控制装置适用于电控高压共轨燃油喷射系统、电控单体泵、电控泵喷嘴以及其他采用电脉冲控制燃油喷射的系统。
背景技术
近二十年中内燃机燃料喷射系统的电子控制方法及控制装置取得了极大的技术进步。这些系统的共同特征是通过设定电脉冲的给定时刻和/或给定宽度来决定喷油始点，脉冲给定宽度和喷油量(Q)之间形成了一定的函数关系，这种关系就是本发明所述的喷油系统的特征喷射特性。
通常，上述喷射特性是一一对应的稳定关系，如图2所示。然而在喷油系统中，喷油器的喷油过程从加电开始到针阀升起之间总是有一系列的中间过程。图3是一种用于高压共轨喷油系统的电控喷油器的原理图。图4是共轨喷油器工作过程中各个部件的响应过程。从中可以看到影响喷油器开启时刻和开启持续期的因素除了脉冲给定宽度和给定时刻外，还有电磁力的大小及节流孔板的流通特性，喷油嘴的结构尺寸及流通特性对它们也有很大的影响。喷油器中各个部件的特征受到环境参数，如燃油品质、温度等的影响会发生很大的变化。由于共轨喷油系统中高压燃油在通过节流小孔后会发生很大的温升，因此燃油温度在系统工作过程中变化很大(可以从摄氏零下若干度到90℃左右)，它对喷油特性变化的影响尤为显著。图5表示燃油温度对电磁铁输出力的一般影响规律。图6是燃油温度对粘度的影响，而燃油粘度又会对燃油通过小孔(如进油量孔、回油量孔)时的流通特性造成显著的影响，并最终反映到喷油嘴的开启时刻和关闭时刻。
喷油嘴的开启时刻和关闭时刻直接影响喷油持续期的长短，它是一个绝对量，对较大油量来说它所带来的影响较小，但对于喷油持续期本来就很短的小油量(例如怠速油量，预喷量，后喷量)来说就会导致喷油嘴无法开启或开启时间过长的问题。因此根据燃油温度对喷油特性的影响进行精确的补偿对于小油量的精确控制起着至关重要的作用。
现有技术所采用的喷油系统电控方法，例如在专利文献WO02052139(CN1483108A)公开的技术方案中采取了根据燃料温度修正喷油量的方法。实施这种方法时，判断燃料温度是否大于确定的临界温度，然后在设定范围内给出一个总的喷油量补偿值，范围内的任意点通过线性内插法求取相应的总喷油量补偿值。在最近公开的专利文献中，例如WO 0229231(CN1184414)和CN1576550，已经提出了对于涉及排放的敏感参数如预喷量、预喷定时、主喷定时等进行控制的技术方案。这些现有技术的缺点是没有根据环境变量对各种喷油特性参数进行精确的小油量补偿。也就是说，还没有提供根据燃油温度对预喷油量、主喷油量和后喷油量分别进行补偿的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种能对柴油机喷油系统的喷油特性参数进行精确的环境补偿的控制方法和实施这种控制方法的装置。同时，在本发明提供的控制方法中可采用多次喷射技术，解决发动机的运行噪声、震动、排放(包括NOX排放和颗粒排放)等综合性能问题。其中的核心技术就是在不同的环境条件下都能实现精确的小油量控制。
为了解决对喷油系统喷油特性参数进行精确的环境补偿问题，本发明提供的控制方法的主要特征在于：
a.向电子控制器ECU(7)输送信号的传感器(11，12，13，……)中至少有一个提供了环境变量X(如燃油温度)；
b.在控制程序中包括表示发动机不同运行状态下各种环境变量X的饱和值XS的一个或多个映射表(MAP)M1；
c.在控制程序中还包括在上述饱和值XS状态下，由喷油特性参数
Y(如喷油量、喷射定时)与系统给定的控制参数f1，f2(如驱动脉宽，喷射压力)的特性关系建成的一维或二维的基础映射表(MAP)M2；
d.上述控制程序中还包括在中间过渡状态下，根据环境变量X的增量ΔX与饱和状态的喷油特性参数Y的增量ΔY的关系制成的映射表(MAP)M3；
e.上述控制程序包含依据输入电子控制器ECU(7)的发动机状态量a，b，环境变量X，与系统给定的控制参数f1，f2(如驱动脉宽，喷射压力)到最后输出用于控制喷油器(3)的特性参数YF所需的全部计算程序；
f.上述控制程序对柴油机喷油系统在一次喷射过程中的多次喷射(如预喷、主喷和后喷)的开启延迟和关闭延迟分别进行补偿，从而实现对每个单次喷射的喷油持续期完成单独补偿。
当发动机在状态量a(如转速、温度)下长期运行时，影响喷油特性的环境量X(如燃油温度)有一个最终趋稳的状态。本说明书称之为环境饱和值XS。不同的发动机运行状态可能有不同的XS值，可将其制成映射表(MAP)。例如，可以将发动机不同转速n下燃油温度的饱和值XS，即XS＝f(n)的关系曲线制成映射表M1。还可以将不同的燃油饱和温度XS下油量Q和喷油压力P与喷油脉宽T的关系，即Q＝f(P，T)关系制成映射表M2。由于上述映射表M2时在环境变量X趋稳后(即饱和状态下)建立的，因此通过试验制取映射表的过程受环境变量的影响较小。而对于中间过渡状态的环境变量同样制取特征表Y，与M2中特征点Y之差即可求得各种中间状态的环境变量与饱和状态的特性参数之差ΔY，制成映射表M3。在最终应用系统软件流程中可以通过图7所示的算法框图获取最后输出的特性参数YF。
有些特性参数及环境变量的饱和值与两个或多个发动机状态量(转速、负荷、温度等)相关，这时反映上述关系的映射表M1，M3就变为如图8所示。主要是在M1和M3中多了一个状态输入量b，在查表插值要多一级计算过程。其余算法及流程和图7相似。
本发明和现有技术相比所具有的有益效果是能够在控制方法中根据环境变量对柴油机喷油系统的特征喷射特性进行补偿。这种控制方法及控制装置适用于多种类型的电控发动机喷油系统，包括高压共轨喷油系统，电控单体泵，电控泵喷嘴以及其他采用电脉冲控制燃油喷射的系统。本发明实现了对涉及排放的敏感参数，如预喷油量、主喷油量、后喷油量和预喷、主喷、后喷的启闭时间的精确补偿和控制，因此能够降低发动机的NOX和颗粒排放。采用本发明的技术，并和发动机上其他相应的技术措施相结合，就可以使发动机达到欧III，欧IV排放标准或更高的要求。
附图说明
图1表示一种实施本发明的控制方法并采用本发明控制装置的柴油机喷油系统。
图2表示不同共轨压力PC时，喷射特性(喷油量Q)和脉冲给定宽度T的关系。
图3是一种典型的高压共轨喷油器的原理图。
图4是共轨喷油器工作过程中各个部件的响应过程。
图5表示燃油温度对电磁铁输出力的影响规律。
图6是燃油温度和燃油粘度的关系曲线。
图7表示根据本发明，依据一种特征条件对喷油器特性参数YF实施环境变量补偿控制的算法框图。
图8表示根据本发明，依据多种特征条件对喷油器特性参数YF实施环境变量补偿控制的算法框图。
图9是一种典型的电控喷油器驱动脉冲和多次喷射的针阀升程曲线图。
图10表示根据本发明对多次喷射分别进行补偿的控制方法框图。
图11是应用本发明对喷油系统的喷油特性参数实施控制的流程图。
具体实施方式
以下结合附图进一步详细说明本发明的实施方式。通过这些说明本领域的技术人员能清楚地了解本发明的目标、特征和优点，但是在本发明权利要求的范围以内还可以有多种变型和实例，因此这些实施方式不可用于限制本发明的保护范围。
图1表示一种实施本发明的控制方法并采用本发明的控制装置的柴油机喷油系统，这是一种高压共轨喷油系统。途中燃油从燃油箱(1)中吸入燃油滤清器(2)，然后往高压供油泵(4)加压后进入共轨部件(5)中。高压燃油从共轨部件(5)往高压油管分别流向各缸的喷油器(6)；喷油器(6)根据电子控制器ECU(7)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。各缸喷油器的回油，往回油管和回油阀(3)流回燃油箱(1)中。共轨喷油系统所采用的传感器(11，12，13，……)包括：转速传感器，共轨压力传感器，冷却液温度传感器(或发动机温度传感器)，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(油门文治传感器)等多种，有的发动机上还装有：车速传感器，空气流量传感器，进气压力传感器(或大气压力传感器)，增压压力传感器，大气温度传感器等其他传感器。这些传感器(11，12，13，……)将采集的信号输入电子控制器ECU(7)。输入信号经ECU(7)根据本发明所述的控制方法计算处理后，再把输出信号分别发送给供油泵(4)，喷油器(6)和共轨部件(5)上的执行器。
图2是不同的共轨压力PC时，喷油量Q和脉冲给定宽度T的关系曲线，代表这种喷油系统的特征喷射特性。图中画出了4种不同共轨压力PC时，稳定状态下的Q-T关系曲线。
图3时一种用于高压共轨喷油系统的电控喷油器(6)的原理图。当电子控制器ECU(7)向电磁阀(21)发送喷射脉冲时，电磁阀(21)使衔铁和控制阀(22)升起并打开回油量孔(23)，使控制室(25)中的压力下降，并使得控制活塞(26)作用在针阀(27)上的压力下降。当针阀(27)在油压作用下的上升力等于或大于控制活塞(26)和喷油器弹簧(28)的压力时，针阀(27)从座面上升起并开始喷油。当电子控制器ECU(7)发送的喷油脉冲关断时，电磁阀(21)和控制阀(22)在弹簧的作用下关闭回油量孔(23)。高压燃油经进油量孔(24)进入控制室(25)中，使控制室(25)内的压力升高。这时控制活塞(26)的压力加大，迫使针阀(27)重新落在座面上，关闭喷孔，停止喷油。
图4是共轨喷油器工作过程中各个部件的响应过程。本图所示的是只有主喷射，没有预喷和后喷的情况。图中ta是控制阀开启延迟，tb是控制室压力下降延迟，tc是针阀关闭延迟，td是控制阀关闭延迟，te是控制阀压力回升延迟，tf是针阀关闭延迟。从以上的图中可以看到影响喷油器开启时刻和开启持续期的因素，除了给定脉宽和给定时刻外，还和电磁铁力的大小，节流孔的流通特性，喷油嘴的结构形状及流通特性有极大的关系。此外，还受到燃油温度等环境变量的影响。
图5表示燃油温度对喷油器的电磁铁输出力的影响规律。燃油温度升高时，喷油器电磁铁的输出力增大。
图6是燃油温度和燃油粘度的关系曲线。燃油温度升高后，燃油粘度显著降低，这时燃油通过小孔时的阻力降低，流通特性发生明显的变化。
图7表示根据本发明，依据一种特征条件a(如转速)对喷油器特性参数YF实施环境变量补偿的算法。图中映射表M1是不同转速下的饱和温度值XS与转速n的关系表格(MAP)。根据由燃油温度传感器测得的当前的燃油温度tF，或者依据由传感器测得的发动机温度或冷却液温度(tW)通过公式计算得到近似的燃油温度tF。可将温度tF作为环境变量X，再算出差值ΔX。在本例中基础映射表M2是在燃油温度趋稳的状态下，通过试验制取的喷油量Q＝f(P，T)[Y＝f(X)]关系。式中P代表喷油压力，T代表喷油脉宽，即图中的控制参数f1，f2。可以根据几个不同的饱和温度XS制取数个表格；由此可查表得到特性参数的基础值Y(例如基础喷油量Q)。映射表M3是根据环境变量差值ΔX和饱和态特性参数Y之差ΔY的关系制成的映射表(MAP)，例如可根据燃油温度差ΔX(ΔtF)查得喷油量差ΔY(ΔQ)。最后将Y和ΔY相加就得到输出的特性参数YF(例如经燃油温度补偿的喷油量)。
图8表示根据本发明，依据两种特性条件(a和b)对喷油器特性参数YF实施环境变量补偿的算法。本例中映射表M1和M3各有两个输入量a和b，它们代表发动机的状态量(例如由传感器采集的发动机转速和油门位置)。这时M1和M3如图8所示各有一组随输入量b改变的表格，在查表插值时都要多一级计算过程。其余算法和图7基本相同。
图9中上面的矩形波线代表电控喷油器的驱动脉冲，下面的曲线代表与上述驱动脉冲对应的喷油器多次喷射时的斜阀升程曲线。图中各种符号的含义是：ta1——预喷开启延迟；ta2——预喷关闭延迟；tb1——主喷开启延迟；tb2——主喷关闭延迟；tc1——后喷开启延迟；tc2——后喷关闭延迟。在本发明所述的系统中对这些参数都有独立的映射表(MAP)和补偿算法，如图10所示。图中根据输入量转速和按喷油量确定的发动机工况选择合适的喷油规律，即可得相应的基础预喷油量，主喷油量和后喷油量，然后再结合转速和当前燃油温度，通过图7或图8所示的补偿算法分别对预喷，主喷和后喷的开启延迟和关闭延迟分别进行补偿算法，从而得到最终输出的喷油脉宽。图10就是本发明对多次喷射分别进行补偿的控制方法框图。
图11是应用本发明对喷油系统的喷油特性参数实施控制的流程图。图中步骤J1首先根据发动机转速n查表M1获取当前状态下的燃油饱和温度值Xs。步骤J2计算当前燃油温度X和饱和温度Xs的温差ΔX，步骤J3，J4分别通过ΔX和当前喷油量[即根据总喷油量和喷油规律选择初步确定的预喷油量或主喷油量或后喷油量(见图10)]，查表M3获得相应的补偿值，开启延迟补偿值Δt1和关闭延迟补偿值Δt2(实际上包括：Δta1，Δtb1，Δtc1，Δta2，Δtb2，Δtc2，六种)。然后在步骤J5中，根据共轨压力Pc和目标喷油量，通过查M2表，即Q＝f(P，T)特性表(不同饱和温度Xs预置三张表格)，采用内插法得到喷油器驱动脉冲的基本持续期T。最后，在步骤J6中，再根据上述开启延迟补偿值Δt1和关闭延迟补偿值Δt2对基本喷油持续期T进行调整得到最终向喷油起(6)输出的驱动脉冲宽度Tfin，完成单次喷射的补偿输出。以上对于喷油系统的特性喷油特性进行环境补偿控制的框图和流程图的说明不仅适用于图1所示的柴油机高压共轨喷油系统，也同样适用于电控单体泵，箱体合成式电控单体泵，电控喷油嘴等喷油系统。因此在变型应用方面，不再另行举例说明。
采用本发明所述的补偿控制方法，不仅能调整最终输出的驱动脉冲宽度，如果需要也可以对预喷，主喷，后喷的开启延迟，关闭延迟进行补偿调整。只要预先制作和输入相关的映射表(MAP)就可以了。
Claims (7)
1、一种内燃机共轨喷油系统的供油泵，它包括泵体(1)，凸轮轴(2)，挺柱部件(3)，柱塞弹簧(4)，输油泵(图中未画出)和泵油部件(10)；其中所述的泵油部件(10)由柱塞套(11)和在柱塞套内孔中滑动的柱塞(12)以及孔板(13)，阀座(14)，定位环(15)，电磁阀(16，其中含铁芯16A)，紧帽(17)，衔铁(18)，密封圈(19)和出油阀组件(20)等组成，其特征在于：
其中所述的阀座(14)的外圆面上具有螺纹，阀座(14)用螺纹固定在柱塞套(11)的螺孔中，并能将孔板(13)压紧在柱塞套(11)的密封端面上。
2、根据权利要求1所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的阀座(14)的法兰面上具有多个用于装拆阀座(14)的圆孔(14-1)。
3、根据权利要求2所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的阀座(14)的法兰面上所具有的用于装拆阀座(14)的圆孔的数量是2个至8个，圆孔(14-1)的直径d等于4～6毫米。
4、根据权利要求1所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的紧帽(17)上有一条用于安装密封圈(19)的环形槽。
5、根据权利要求1所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的紧帽(17)的外圆面上具有螺纹，紧帽(17)用螺纹固定在柱塞套(11)的螺孔中，并能将电磁阀(16)和定位环(15)压紧在阀座(14)的法兰端面上。
6、根据权利要求1所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的紧帽(17)上设有螺纹的外部表面制有可用于装拆紧帽的凹凸齿形。
7、根据权利要求1所述的供油泵，其特征是：在泵油部件(10)中所述的柱塞套(11)上用于固定阀座(14)的螺孔和用于固定紧帽(17)的两个螺孔实际上是同一螺孔的不同部分，也就是两个螺孔的螺纹中心线相同，螺纹的尺寸相同。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: CHINA FIRST AUTOMOBILE WORKS GROUP CORPORATION Free format text: FORMER OWNER: WUXI INST. OF OIL PUMP INJECTOR Effective date: 20120222 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 214063 WUXI, JIANGSU PROVINCE TO: 130011 CHANGCHUN, JILIN PROVINCE |
|
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20120222 Address after: 130011 Changchun Province, West New Economic and Technological Development Zone, Dongfeng Street, No. 2259, No. Patentee after: China FAW Group Corporation Address before: 214063 Jiangsu city of Wuxi province Qian Rong Lu No. 15 Patentee before: Wuxi Inst. of Oil Pump Injector |