CN1900505A - 蓄压型燃料喷射控制器 - Google Patents

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Abstract

发动机燃料喷射控制器的压力模型估计装置估计出共轨中燃料的压力变化。燃料喷射控制器的过压范围计算装置计算出过压范围，在该范围内，由压力模型估计装置提供的压力模型数据超过共轨压力目标值。燃料喷射控制器通过操作共轨的减压阀将共轨压力释放向低压侧，以消除由过压范围计算装置计算出的过压范围。因而，共轨压力(喷射压力)在喷射期间是平滑的。

Description

蓄压型燃料喷射控制器
技术领域
本发明涉及一种蓄压型燃料喷射控制器，其主要被用在柴油机上。
背景技术
公知的是，蓄压型燃料喷射装置可被用作柴油机的燃料喷射装置，这种喷射装置具有蓄压容器(共轨)、燃料喷射阀(喷射器)以及抽吸式燃料计量供给泵。蓄压容器中蓄积着符合燃料喷射压力的高压燃料。喷射器对蓄压容器中的高压燃料执行喷射，并将其输送到发动机的各个气缸中。供给泵将吸入到加压室中的燃料加压到高压，并对燃料执行压力输送，以将其输送到蓄压容器中。
对于普通的蓄压型燃料喷射装置，其蓄压容器中的共轨压力始终在按照波形进行波动，原因在于共轨压力会受到由发动机驱动的燃料供给泵的脉动作用的影响。在此情况下，如果压力波动波形上的点与燃料喷射阀的喷射期重合，则燃料喷射量就会随之发生变化。在喷射过程中，由于压力的波动，喷射量将改变。例如，如果在压力波动波形的高位点上时执行燃料喷射，则喷射量将变大。如果在燃料波动波形的低位点上时执行燃料喷射，喷射量将减小。因而，通常情况下，是在燃料喷射阀喷发燃料时读入共轨的压力，并通过基于燃料喷发压力对喷射时长进行调节来完成用于实现相同喷射量的控制。
当执行用于实现相同喷射量的控制操作时，如果喷发压力高，则燃料可雾化得非常细微。在此情况下，燃料能容易而干净地燃烧，从而可防止产生碳烟，并可提高燃烧效率。但是，如果喷发压力低，燃料的雾化就不佳。在此情况下，燃料难于燃烧，并易于产生碳烟，影响燃烧效率。因而，燃烧是不稳定的，发动机的性能会改变而变得不稳定。作为对策，可对燃料供给泵进行控制。但是，由于燃料供给泵是随着发动机而进行工作的，所以，难于对燃料供给泵进行控制。
专利文件JP-A-H11-148400介绍了一种蓄压型燃料喷射装置，其具有减压阀(排出阀)，用于将蓄压容器的燃料释放到低压侧。在某些工况中(例如在发动机急剧减速后立即恢复加速操作、或者在升档后立即加速操作)，蓄压容器中的燃料压力将超过目标值，在此条件下，燃料喷射装置将开启减压阀。因而，燃料喷射装置避免了出现过高的喷射量，并防止柴油机爆震或排出氮氧化物(NOX)。
专利文件JP-A-H11-148400所公开的燃料喷射装置起到了故障保护装置的作用，其用于处理特定工作状态下异常情况，其中的工作状态例如是在发动机急剧减速后立即恢复加速操作、或者在升档后立即加速操作。但是，该燃料喷射装置并不总是控制减压阀。因而，发动机燃烧不稳以及发动机性能变化或不稳的问题依然存在。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种蓄压型燃料喷射控制器，在喷射时长内，其通过使喷射压力平滑化，可提高燃料喷射阀的喷射量精度，并实现稳定的燃烧状态和稳定的工作性能。
根据本发明的一个方面，蓄压型燃料喷射控制器具有：用于蓄积高压燃料的蓄压容器；用于将蓄积在蓄压容器中的高压燃料喷射到发动机各个气缸中的燃料喷射阀；以及燃料供给泵，其用于对吸入的燃料加压，并对燃料执行压力供送，将其供送到蓄压容器中。燃料喷射控制器具有压力模型估计装置、过压范围计算装置、以及减压阀。利用基于所需喷射量和共轨压力目标值的喷射时长对压力模型估计装置进行配置，该估计装置估算出在喷射时长内蓄压容器中燃料压力的变化情况。利用基于压力模型数据的共轨压力目标值对过压范围计算装置进行配置，该装置计算出一个过压范围，在该范围内，压力模型数据在喷射时长内将超过共轨压力目标值，其中的压力模型数据是由压力模型估计装置提供的。减压阀将共轨压力排出向低压侧，以消除由过压范围计算装置计算出的过压范围。因而，燃料喷射阀喷射燃料期间的喷射压力得以平滑化。结果就是，可获得稳定的燃烧，并能使工作性能稳定。
附图说明
通过阅读下文的详细描述、后附的权利要求、以及附图，能领会本发明实施方式的特征和优点、以及工作方法和相关部件的功能，其中详述、权利要求、附图都是本申请的组成部分。在附图中：
图1中的示意图表示了根据本发明一种示例性实施方式的蓄压型燃料喷射控制器；
图2中的流程图表示了根据图1所示实施方式的燃料喷射控制器的工作过程；
图3A中的图线表示了根据图1所示实施方式的燃料喷射控制器的工作过程；以及
图3B中的图线表示了现有技术的燃料喷射控制器的工作过程。
具体实施方式
参见图1，图中表示了根据本发明一种示例性实施方式的蓄压型燃料喷射控制器。该燃料喷射控制器具有蓄压容器1(共轨)、多个(在当前实施方式中为四个)燃料喷射阀(喷射器)2、燃料供给泵(输送泵)3、以及电子控制单元(ECU)10。共轨1提供了用于蓄积符合燃料喷射压力的高压燃料的蓄压室。多个喷射器2与共轨1相连，并将燃料喷射到四缸发动机的各个气缸中，其中的四缸发动机例如是多缸柴油机。供给泵3由发动机驱动而旋转。ECU10起到了控制部分的作用，其用于对多个喷射器2和供给泵3执行电子控制。
共轨1需要连续地蓄积符合燃料喷射压力的高压燃料。因而，供给泵3通过高压流道11向共轨1输送高压燃料。各缸的喷射器2是电磁燃料喷射阀，其具有燃料喷射喷嘴、电磁致动器、以及弹簧等偏置构件。燃料喷射喷嘴与从共轨1分出的各条高压流道12的下游端相连，并执行将燃料喷射到发动机各气缸中的操作。电磁制致动器将设置在燃料喷射喷嘴中的喷嘴针阀向使阀开启的方向驱动。偏置构件在使阀关闭的方向上对喷嘴针阀施加偏置作用。通过使作为电磁致动器的、控制着燃料喷射喷嘴针阀背压的喷射控制电磁阀4得电和断电(ON/OFF)，可对从各个喷射器2向发动机喷射燃料的操作执行电子控制。在某个气缸的喷射器2的喷射控制电磁阀4开启时，蓄积在共轨1中的高压燃料被喷射出去，并输送到发动机的各个气缸中。
供给泵3包括现有的供给泵(低压输送泵，图中未示出)、柱塞(在当前实施方式中，柱塞数为3个，但图中未示出)、以及加压室(图中未示出)。如果泵的驱动轴随着发动机曲轴的转动而旋转，供给泵将从燃料箱5中抽吸低压燃料。柱塞由泵驱动轴驱动。加压室利用柱塞的往复运动对燃料进行加压。供给泵3是高压供应泵，其将由供给泵从燃料箱5经过滤器6抽吸来的低压燃料加压到高压，并执行加压输送，将燃料经高压流道11输送到共轨1。作为电磁致动器的抽吸计量泵电磁阀7被连接在从供给泵3的到加压室的燃料流道上。泵电磁阀7对燃料流道的开度进行调节，以改变从供给泵3排出(压力输送)到共轨1的燃料量。
泵电磁阀7是抽吸计量阀，其由从ECU10输出的泵驱动信号执行电子控制，以测量抽吸到供给泵3加压室中的燃料的抽吸量。泵电磁阀7改变泵的排出量，以控制共轨压力，共轨压力与被从各个喷射器2喷射向发动机各个气缸的燃料的燃料喷射压力相对应。泵电磁阀7的工作方向是：随着由ECU10提供的泵驱动信号(驱动电流)的增大，泵的排流量(阀开度)进一步增大。优选地是，对泵电磁阀7驱动电流的控制是由占空比控制完成的。通过调节单位时间内泵驱动信号的通/断比(ON/OFF，得电时间比、占空比)，利用对泵电磁阀7开度的改变执行的占空比控制，可完成高精度的数字控制。
共轨1具有减压阀8，其开通和关闭通向低压流道13的流道14，低压流道13与燃料箱5连通。从而，共轨1中的压力可被降低。减压阀8是电磁阀，与泵电磁阀7类似，该电磁阀的工作由占空比进行控制。
从喷射器2和供给泵3泄漏的燃料经低压流道15、16和低压流道13返回到燃料箱5中。
ECU10具有结构公知的微计算机，其包括的功能件有：用于执行控制处理和运算处理的CPU；用于存储各种类型程序和数据的存储器件(EEPROM，RAM)；输入电路；输出电路；电源电路；泵驱动电路；以及其它电路。从各个传感器获得传感器信号在被A/D变换器执行模拟/数字转换后，输入到微计算机中。
ECU10具有喷射量/喷射正时控制装置，其用于对各个气缸的喷射器2执行喷射量控制和喷射正时控制。喷射量/喷射正时控制装置具有喷射量/喷射正时计算装置、喷射脉冲宽度喷射装置、以及喷射器驱动装置。喷射量/喷射正时计算装置根据发动机的工况计算出优化的喷射正时(喷射开始时刻)和目标(所需的)喷射量(喷射时长)。喷射脉冲宽度计算装置根据发动机工况和喷射量目标值计算出具有一定喷射脉冲时长(喷射脉冲宽度TQ)的喷射器喷射脉冲。喷射器驱动装置通过喷射器驱动电路(EDU)向各个气缸喷射器2的喷射控制电磁阀4发送喷射器喷射脉冲。
ECU10基于对一些工作信息的考虑而计算出喷射量目标值，这些信息例如是：由转速传感器21检测到的发动机转速(发动机转数Ne)；由加速踏板位置传感器22检测到的加速踏板位置ACCP；以及基于发动机冷却水温度和燃料温度的修正信息，其中的冷却水温度是由冷却水温传感器23检测到的，燃料温度是由燃料温度传感器24检测到的。ECU10根据喷射脉冲宽度TQ将喷射器喷射脉冲施加到各个气缸喷射器2的喷射控制电磁阀4上，其中的脉冲宽度TQ是从由共轨压力传感器25检测到的共轨压力Pc以及喷射量目标值计算出的。因而，发动机将进行工作。
ECU10具有压力模型估计装置和过压范围计算装置。利用基于所需(目标)喷射量和目标共轨压力的喷射时长对压力模型估计装置进行配置，且该装置估计出共轨1中燃料的压力在喷射时长内的变化情况。利用共轨压力目标值对过压范围计算装置进行配置，其中，共轨压力目标值以由压力模型估计装置提供的压力模型数据为基础。过压范围计算装置计算出一个过压范围，在该范围内，压力模型数据在喷射时长内将超过共轨压力目标值。ECU10对共轨1的减压阀8进行操作，以消除该过压范围。压力模型估计装置基于一些信息确定出喷射器2的喷射时长(喷射量TQ)和供给泵3的排流量(压力供送量)，这些信息包括：由转速传感器检测到的发动机转速Ne；由加速踏板位置传感器22检测到的加速踏板位置ACCP；在与先前工况相同的条件下测得的共轨实际测量数据；以及其它信息。因而，压力模型估计装置估计出共轨1内燃料的压力变化。过压范围计算装置通过基于如下公式(1)计算出一个过剩压力ΔP而计算出过剩压力范围。在公式(1)中，D代表泵的排流量，LQ是喷射器的泄漏量，V是共轨1的容积，且E代表燃料的体积弹性系数，其由燃料温度、压力、以及特定的常数确定。
       ΔP＝((D-(TQ+LQ))/V)×E          (1)
如果计算出的过压ΔP等于或大于某个具体的压力，减压阀8就工作，以将共轨1中的燃料排出到低压侧，以便于消除所述的过压范围。
ECU10具有用于对供给泵3的排流量执行控制的泵排流量控制装置。泵排流量控制装置具有喷射量计算装置、泄漏量计算装置、泵排流量计算装置、控制指令数值计算装置、以及泵驱动装置。喷射量计算装置根据发动机的工作状况计算出目标(所需的)喷射量。泄漏量计算装置计算出从喷射器2的滑动部分泄漏掉的燃料泄露量(喷射器泄漏量)。泵排流量计算装置根据喷射量目标值和喷射器泄漏量计算出泵排流量的目标值。控制指令数字计算装置计算出输送给泵电磁阀7的泵驱动信号(驱动电流、控制指令数值)。泵驱动装置将泵驱动信号输出给泵电磁阀7，以驱动供给泵3。
下面将对根据该实施方式的蓄压型燃料喷射控制器的工作过程进行描述。图2中的流程图表示了根据当前实施方式的燃料喷射控制装置的工作过程。首先，在步骤S1中，ECU10读取如下信息：由转速传感器21检测到的发动机转速Ne；由共轨压力传感器25测量的共轨实际压力Pc；由加速踏板位置传感器22检测到的加速踏板位置ACCP；在与先前工况相同的条件下测得的共轨实际测量数据。然后，在步骤S2中，ECU10根据读取的检测数据确定出喷射器2的喷射时长(喷射量TQ)和供给泵3的泵排流量D。压力模型估计装置执行步骤S1和S2中的操作。因而，可估计出共轨1中燃料压力的变化情况。
然后，在步骤S3中，过压范围计算装置基于公式(1)计算出过压ΔP。过压ΔP对应于共轨压力目标值之上的过压范围。步骤S4判断过压ΔP是否“等于或大于”一个规定的压力α。如果步骤S4的结论是YES，则流程转向步骤S5。步骤S5确定出开启共轨1的减压阀8的时刻(操作正时)TrS和减压阀8的阀开启时长TrO。利用占空比控制对输送给减压阀8的驱动电流进行控制。在此情况下，测量出由共轨压力传感器25检测到的共轨实际压力与共轨压力目标值之间的差值，并将该差值反馈到减压阀8的占空比控制中。
在步骤S6中，在喷射器2的喷射过程中测量所述压力Pc，该操作滞后于减压阀8的操作。然后，步骤S7判断在喷射过程中由共轨压力传感器25测量到的压力Pc与共轨压力目标值Pt之间的差值是否在一个标准值β之内。如果步骤S7的结论是肯定的，则流程就结束。
如果步骤S4的结论是NO，流程就进入到步骤S8中，增大供给泵3的泵排流量D。然后，流程返回到步骤S1。如果步骤S7的结论是否定的，流程进入到步骤S9。如果喷射过程中测得的压力Pc大于共轨压力目标值(如果差值为正压)，就将减压阀8的工作时刻TrS提前。如果测得的压力Pc小于共轨压力目标值Pt(如果差值是负压)，就增大供给泵3的排流量D。然后，流程返回到步骤S1，以改善学习功能。
下面，通过与图3B所示的、普通的发动机燃料喷射控制器的工作过程进行比较，来解释根据本实施方式的蓄压型燃料喷射控制器的功能和效果。在图3B中，表示出了对比实例中的曲轴转角CA、供给泵3的工作(PUMP)、喷射率R、共轨压力Pc的波动图型。对比实例中的发动机具有四个气缸#1-#4以及带有三个柱塞的供给泵。图3B中的信号TCD#1-TCD#4代表与各个气缸#1-#4的上死点对应的曲轴转角。由发动机驱动的供给泵使三个柱塞之间存在相差，并将燃料排送向共轨。图3B的每个阴影区域都代表供给泵的压力供送期间。由于被供给泵排出的燃料是脉动的，共轨中的压力按照波形的形式进行波动。如果喷射器在预定的喷射期间TQ内周期性地重复燃料喷射操作，共轨中的压力Pc就会被降低一定程度，该程度对应于喷射器的喷射量(喷射率R)。因而，如图3B所示，共轨压力的波动图型为部分缺失的波形形状。因而，如图3B中的箭头A所示，在喷射期间TQ内，共轨压力Pc的变化很大，从而无法获得稳定的燃烧。
与此相反，在本发明的实施方式中，如图3A所示，安装到共轨1上的减压阀8进行工作，以消除过压范围Ps。在图3A中，表示出了减压阀8的工作(阀)、喷射率R、对减压阀8执行占空比控制的占空比(占空比)、共轨压力Pc的波动图型、以及共轨压力目标值Pt。减压阀8的启阀开始时刻TrS被设定在这样的时间点上：此时，共轨压力Pc已增加到共轨压力波动图型的大致中间点上。例如，启阀开始时刻TrS被设定在这样的时间点上：此时的共轨压力Pc变得比共轨压力目标值Pt约高5MPa。在即将达到共轨压力波动图型的最低点之前立即停止减压阀8的工作。减压阀8在工作期间内的工作是通过占空比控制完成的。如图3A中的箭头B所指，由共轨压力传感器25测得的共轨实际压力Pc与共轨压力目标值Pt之间的差值被测量出来，并被反馈到对减压阀8的占空比控制中。
喷射器2开始喷射燃料的时刻滞后于减压阀8的工作启动时刻，但燃料喷射的结束时刻与减压阀8的工作结束的时刻相同。因而，减压阀8是在即将喷射之前和喷射过程中进行工作的。因而，共轨压力的波动图型是从图3A中点划线Pc′所示图型变化为实线Pc的图型。因而，消除了图3A中用阴影区域Ps表示的过压范围。具体而言，在喷射过程中，共轨压力Pc获得了平滑化。因而，发动机的燃烧和性能实现了稳定。另外，改善了燃烧的状态和燃料消耗性，阻止了产生碳烟等情况。
在图3A中用虚线表示的共轨压力目标值Pt被设定为在工作状态下能实现最好的燃烧状况。供给泵3的泵排流量D被设定成使得共轨压力波动图型的下限值总是等于或大于共轨压力目标值Pt。其中的原因在于：未设置任何用于实现增大共轨压力Pc的控制工作的控制装置，共轨压力波动图型的数值必须要被保持为等于或高于共轨压力目标值Pt。
本发明不应被限于所公开的实施方式，在不悖离由权利要求书限定的本发明范围的前提下，可按照多种其它的方式来实施本发明。

Claims (10)

1、一种蓄压型燃料喷射控制器，具有：用于蓄积高压燃料的蓄压容器；用于将蓄积在蓄压容器中的高压燃料喷射到发动机各个气缸中的燃料喷射阀；以及燃料供给泵，用于对吸入的燃料加压并对燃料执行压力供送，将其供送到蓄压容器中，其中燃料喷射控制器对从燃料供给泵排出到蓄压容器中的燃料进行调节，以使蓄压容器中的共轨压力与共轨压力目标值相符合，并将燃料从喷射阀喷射到气缸中，燃料喷射控制器包括：
压力模型估计装置，利用基于所需喷射量和共轨压力目标值的喷射时长对该估计装置进行配置，该估计装置估算出在喷射时长内蓄压容器中燃料压力的变化情况；
过压范围计算装置，利用基于压力模型数据的共轨压力目标值对该计算装置进行配置，该装置计算出过压范围，在该范围内，压力模型数据在喷射时长内将超过共轨压力目标值，其中的压力模型数据是由压力模型估计装置提供的；以及
减压阀，执行将共轨压力排出向低压侧的控制，以消除由过压范围计算装置计算出的过压范围。
2、根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
压力模型估计装置基于燃料喷射阀的喷射时长和燃料供给泵的排流量估计蓄压容器中燃料压力的变化情况，其中的喷射时长和排流量是根据测得的数据确定的，测得的数据包括：在相同的和先前工况的条件下测得的共轨实际压力测量数据、发动机转速、共轨实际压力、以及加速器位置。
3、根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
燃料喷射控制器被设计成使得由压力模型估计装置得出的压力模型数据的下限值等于或大于共轨压力目标值。
4、根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
过压范围计算装置根据燃料供给泵的排流量、燃料喷射阀的喷射量和泄漏量计算出蓄压容器中的过剩压力。
5、根据权利要求1所述的燃料喷射控制器，其特征在于：
利用阀开始时刻和阀开启时长设定对减压阀进行控制，以消除过压范围。
6、一种用于蓄压型燃料喷射装置的控制方法，燃料喷射装置具有：用于蓄积高压燃料的蓄压容器；用于将蓄积在蓄压容器中的高压燃料喷射到发动机各个气缸中的燃料喷射阀；以及燃料供给泵，用于对吸入的燃料加压，并对燃料执行压力供送，将其供送到蓄压容器中，控制方法包括步骤：
调节步骤，对从燃料供给泵排出到蓄压容器中的燃料进行调节，以使蓄压容器中的共轨压力与共轨压力目标值相符合；
压力模型估计步骤，估算出在喷射时长内蓄压容器中燃料压力的变化情况，其中的喷射时长是基于所需喷射量和共轨压力目标值而设定的；
过压范围计算步骤，计算出过压范围，在该范围内，压力模型数据在喷射时长内超过共轨压力目标值，其中的共轨压力目标值是基于压力模型数据设定的，压力模型数据是在压力模型估计步骤中提供的；以及
压力释放步骤，利用减压阀将共轨压力向低压侧释放，以消除在过压范围计算步骤中计算出的过压范围。
7、根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：
压力模型估计步骤基于燃料喷射阀的喷射时长和燃料供给泵的排流量估计蓄压容器中燃料的压力变化，其中的喷射时长和排流量是根据测得的数据确定的，测得的数据包括：在相同的和先前工况的条件下测得的共轨实际压力测量数据、发动机转速、共轨实际压力、以及加速器位置。
8、根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：
控制方法被设计成使得在压力模型估计步骤中得出的压力模型数据的下限值等于或大于共轨压力目标值。
9、根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：
过压范围计算步骤根据燃料供给泵的排流量、燃料喷射阀的喷射量和泄漏量计算出蓄压容器中的过剩压力。
10、根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：
压力释放步骤设定了减压阀的启阀开始时刻和阀开启时长，以此来消除过压范围。
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