燃料喷射量的控制方法及装置 【技术领域】
本发明涉及用于控制燃料喷射量的方法和装置，其用于将所需数量的积聚在公用干线管(common rail)内的高压燃料由喷油器喷射到内燃机的汽缸内。
背景技术
近年来，公用干线管类型内燃机燃料喷射装置在柴油机系统中的应用日益广泛，该装置设定为，当高压燃料在高压泵的压力下积聚在公用干线管内时，以通过电学计算和设定的喷射时限，将所需数量的积聚在公用干线管内的高压燃料由喷油器喷射到内燃机的汽缸内。已知在柴油机中，当燃料在汽缸内燃烧时，降低燃料喷射第一半程内的燃料喷射速度能够有效地降低燃烧噪音和废气中的氧化氮(NOx)量。因此传统上使用引导喷射系统(pilot injection system)，其中在喷油器将燃料喷射到各个汽缸的燃烧室内时，燃料喷射分为主喷射和主喷射前的引导喷射，从而降低了燃料喷射第一半程内的燃料喷射速度。
合适的引导喷射量取决于瞬时发动机工作状态。尽管引导喷射量随着柴油机汽缸容量的不同而不同，但是其总量大约为数个mm3，而且在使用引导喷射系统时，喷油器的开启/关闭控制在主喷射之前进行，从而能够获得通过计算而确定的目标引导喷射量。
在这一点上存在地问题是，各个燃料喷射系统之间喷射量的不一致和经过一段时间后喷射量的改变。换言之，燃料喷射系统所使用的各种部件的不一致性以及它们由于老化而造成的性能的改变，导致实际喷射的实际引导喷射量与由微机或类似方法计算而得的目标引导喷射量之间发生偏离。当这种偏离发生时，便不能够实现预期的合适引导喷射量，从而不但不能够实现由引导喷射所预期达到的效果，而且更糟的情况是，引导喷射可能会消失从而恶化燃烧噪音和喷射性能。
本发明的一个目的是提供一种用于控制燃料喷射量的方法和装置，从而克服先前技术中的上述问题。
本发明的一个目的是提供一种用于控制燃料喷射量的方法和装置，从而使引导喷射甚至在燃料喷射系统所使用的部件出现不一致和/或它们由于老化而发生性能改变的情况下，仍然能够合适地加以执行。
发明公开
发明人通过关注如下事实而实现了本发明，即用于维持柴油机处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量ΔQi，与在主喷射之前执行的引导喷射的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量ΔQp，两者之间存在相互关系。根据本发明，合适的实际引导喷射量通过学习柴油机空转工作期间的ΔQi值，并根据所获得的学习值修正为引导喷射所计算出的目标引导喷射量而获得。
本发明的一个特征性能是，在用于控制燃料喷射量的方法中，其使用喷油器将包含在公用干线管内的高压燃料喷射到内燃机的燃烧室内，该过程又分为主喷射和主喷射之前的引导喷射，学习用于维持柴油机处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量，并使用该通过学习而获得的学习偏离量修正为引导喷射所计算出的目标引导喷射量。
可以采用一种方案(configuration)，其中根据学习偏离量，修正会提高或降低根据内燃机的工作状态等为引导喷射所计算出的目标引导喷射量。尽管在此处能够不加修改地使用学习偏离量，但是也能够采用如下的方案，即根据内燃机的瞬时工作状态改变学习偏离量，并根据该已改变的学习偏离量修正目标引导喷射量。
可以采用一种方案，其中学习偏离量的合适性由下判定，例如学习偏离量是否处于指定的范围内，且当判定所获得的学习偏离量不是合适的数值时，便不加修改地使用目标引导喷射量，而不再执行根据学习偏离量进行的修正，从而避免根据不合适的学习偏离量将目标引导喷射量修正为不合适的数值。
为了能够在空转工作期间合适地执行偏离量的学习，可能需要判断是否出现了指定的扰乱状态，当出现了所指定的扰乱状态时，就要例如终止或暂停学习偏离量的操作，从而保证通过学习而获得的学习偏离量的数值是合适的。
为提高学习的准确度，优选地要设定较长的学习时期，在该较长的时期内获取大量的目标值与实际值之间的差值样本，并根据该大量的取样数值执行学习操作。这种取样操作，也就是学习时期，很可能要延长到多个工作周期。因此便可能通过将取样数值存储在永久性存储器，如EEPROM等，或某些其它合适的存储器内，并根据该在多个工作周期内获取的大量取样数值获得学习偏离量，而提高学习的准确度。
本发明的另一个特征性能是，在用于控制燃料喷射量的装置中，其使用喷油器将包含在公用干线管内的高压燃料喷射到内燃机的燃烧室内，该过程又分为主喷射和主喷射之前的引导喷射，采用了一种构型，其包括用于计算基本喷射量的第一运算器，该基本喷射量代表根据内燃机的工作状态待喷射到燃烧室内的燃料的目标值；响应第一运算器用于计算目标引导喷射量的第二运算器，该目标喷射量与基本喷射量相匹配；用于判定内燃机是否处于空转工作状态的判定器；学习值输出器，其用于当判定器判定内燃机处于空转工作状态时，学习用于维持柴油机处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量作为学习偏离量；用于根据学习偏离量修正目标引导喷射量以获得修正的目标引导喷射量的装置；和用于由修正的目标引导喷射量和基本喷射量计算目标主喷射量的装置。燃料向内燃机燃烧室内的喷射根据目标主喷射量和修正的目标引导喷射量而加以控制。
可以采用一种方案，其中当内燃机处于空转工作状态时，将基本喷射量与给定的代表使内燃机维持空转工作状态所需的燃料喷射量的基本空转喷射量进行比较，并根据作为比较结果而获得的差值计算学习偏离量。在这种情况下，当内燃机处于空转工作状态时，基本喷射量能够用当判定器判定内燃机处于空转工作状态时第一运算器的运算结果加以定义。给定的基本空转喷射量能够利用基于设计数据的参考空转喷射量数据而获得。可以采用一种方案，其中作为比较结果而获得的差值通过如下过程而计算出来，即通过在内燃机判定为处于空转工作状态期间以合适的时间间隔取样而获得大量的学习取样数据，将所获得的数据存储在存储器内，并通过适当地处理所存储的学习取样数据计算学习偏离量。因为以这种方式获得的学习偏离量是平均值，所以它能够不加修改地加以使用，但也可能是在根据瞬时干线压力和/或基本喷射量对其进行修正之后再使用所获得的学习偏离量。
附图简述
图1是显示一个公用干线管类型燃料喷射装置实施例的概要结构图，其用于安装有根据本发明的用于控制燃料喷射量装置的机车内燃机。
图2是显示图1所示控制单元构型的框图。
图3是显示图2所示学习值输出器构型的详细框图。
图4是显示如下两偏离量之间关系实例的简图，即关于空转工作状态的目标值与实际值之间的偏离量和关于引导喷射的目标值与实际值之间的偏离量。
图5是显示图2所示干线(rail)压力控制部分构型的详细框图。
执行本发明的最佳模式
为了更详细地阐述本发明，下面将参考附图进行解释。
图1是显示一个公用干线管类型燃料喷射装置实施例的概要结构图，其用于安装有根据本发明的用于控制燃料喷射量装置的机车内燃机。燃料喷射装置1是一种用于公用干线管类型内燃机的燃料喷射装置，其用于通过喷射将燃料供给到内燃机车的内燃机内。它安装有公用干线管2、用于供给高压燃料到公用干线管2内的高压泵组件3、和用于将积聚在公用干线管2内的高压燃料喷射到N汽缸柴油机10的汽缸11-1-11-N燃烧室内的多个喷油器4-1-4-N。喷油器4-1-4-N各自安装有用于燃料喷射控制的电磁阀V1-VN。电磁阀V1-VN设定为独立地由喷油器驱动回路12控制开启/关闭，从而能够在主喷射与前导喷射之间以所需的时限将所需量的高压燃料喷射到关联汽缸内。这样的方案使得柴油机10输出轴12的旋转输出，能够传输到未显示的车轮驱动设备上，包括传动装置。
高压泵组件3包括由柴油机10驱动的高压泵主单元31、燃料调节单元32和输入/输出阀33，它们整合组装在一起。燃料从燃料箱5通过馈给泵6供应到燃料调节单元32。在燃料调节单元32，从馈给泵6供应的燃料被压力调节到柴油机10所需的燃料压力。经过压力调节的燃料输送到输入/输出阀33。输入/输出阀33将从燃料调节单元32接收的燃料供应到高压泵组件3的柱塞室(未显示)内，并将在柱塞室内提升到高压的燃料供应到公用干线管2，同时保证其不会流回燃料调节单元32。燃料调节单元32内的燃料压力调节通过开启/关闭控制安装在燃料调节单元32内的电磁阀34而执行。
正如后面将解释的，电磁阀34设定为由控制单元7的驱动控制信号SV控制开启/关闭，从而使公用干线管2内的燃料压力成为与柴油机10所需的瞬时喷射量相匹配的压力。作为输入信号，控制单元7接收从压力传感器8，其检测公用干线管2内的实际燃料压力，传来的实际压力信号PA，并且发动机速度传感器9A向其输入代表柴油机10发动机速度的发动机速度信号N，加速器传感器9B向其输入代表油门踏板(未显示)操作量的加速器信号A。此外机车速度传感器9C还向控制单元7输入代表机车速度的机车速度信号V，冷却剂温度传感器9D向其输入代表柴油机10冷却剂温度的冷却剂温度信号W，和代表未显示的电池最终电压的电池电压信号VB。
控制单元7输出的用于开启/关闭控制电磁阀34的驱动控制信号SV是脉冲信号，其负载比在控制单元7内确定，并作为输出值用于控制电磁阀34。这样便能够控制从高压泵主单元31流入到公用干线管2内的高压燃料的流速，并且通过该流速控制能够将公用干线管2内的高压燃料的压力控制到预先确定的压力。需要注意，用于通过该负载比控制开启/关闭电磁阀的工作从而实现燃料流速控制的高压泵组件3的构型是已知的，因此省略了对高压泵组件3的详细解释。
图2是显示控制单元7构型的框图。基本喷射量计算部分71利用发动机速度信号N和加速器信号A计算需要供应到柴油机10汽缸燃烧室内的喷射量作为基本喷射量，以响应驾驶员的瞬时意图，并输出代表由此获得的基本喷射量的基本喷射量数据D1。
目标引导喷射量计算部分72利用基本喷射量数据D1和发动机速度信号N计算与基本喷射量数据D1所代表的瞬时基本喷射量相匹配的目标引导喷射量，并输出该代表计算结果的目标引导喷射量数据D2。
当引导喷射量根据由此获得的目标引导喷射量数据D2加以控制时，喷油器与燃料喷射装置1中其它部件之间的不一致性以及它们由于老化而造成的性能改变，会使得实际喷射到燃烧室内的引导喷射量偏离目标引导喷射量数据D2所代表的数值，从而这种不一致性的出现使得引导喷射的预期效果不再能够实现，并且在某些情况下，燃烧噪音变得更大，而不是更小，并且喷射性能会降低。
为了能够实现对目标引导喷射量数据D2的适当修正，以保证实际引导喷射量是相应于目标引导喷射量数据D2的喷射量，燃料喷射装置1设定为学习用于维持柴油机10处于空转操作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量，并利用通过学习而获得的学习偏离量修正为引导喷射所计算出的目标引导喷射量。
为此，燃料喷射装置1安装有用于判定柴油机10是否处于空转工作状态的空转判断部分73，和学习值输出部分74，其用于当空转判断部分73判定柴油机10处于空转工作状态时，通过学习用于维持柴油机10处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量而获得学习偏离量。
向空转判断部分73输入的信号有，发动机速度信号N、实际压力信号PA、电池电压信号VB、机车速度信号V和代表柴油机10冷却剂温度的冷却剂温度信号W，进一步还有，从用于判定柴油机10是否处于瞬态的第一判定部分75传来的第一判定数据DA，从用于判定柴油机10是否处于起动状态的第二判定部分76传来的第二判定信号DB，和从用于判定柴油机10是否处于负载状态的第三判定部分77传来的第三判定信号DC。
空转判断部分73设定为使用输入信号和输入数据判定柴油机10是否处于空转状态，且当其判定柴油机10处于空转状态时，输出空转状态信号SA。
本实施例设定为当下述的条件(1)-(9)全部都满足时，便判定柴油机10处于空转状态：
(1)加速器信号A所代表的加速器操作量为0。
(2)电池电压信号VB所代表的电池电压在指定的变化范围内。
(3)冷却剂温度信号W所代表的冷却剂温度的变化稳定在0附近。
(4)发动机速度信号N所代表的发动机速度不大于指定数值。
(5)机车速度信号V所代表的机车速度为0。
(6)实际压力信号PA所代表的干线压力为指定的空转期高压。
(7)第一判定数据DA未表明发动机处于瞬态。
(8)第二判定数据DB未表明发动机处于起动态。
(9)第三判定数据DC未表明发动机处于负载态。
需要注意，前述的只是空转判断的一个实例，其目的并不是将空转判断部分73的方案仅限制为这一个实例；并且，例如，空转工作状态能够在满足一定数量的(1)-(9)时判定，或者当然，也可能根据其它合适的判定标准进行空转判断。
接着将参考图3对学习值输出部分74进行解释。从基本喷射量计算部分71传来的基本喷射量数据D1，在加法器74A以指示极性(indicated polarity)加入到表示用于维持柴油机10处于空转工作状态所需的参考空转喷射量的数据DL内。换言之，实现了计算D1-DL(＝ΔQi)，并且将代表差值ΔQi的差值数据D3通过开关74B(其开启/关闭响应空转状态信号SA而加以控制)发送到过滤器部分74C，在该处除去噪音分量，然后发送到限制器部分74D。
开关74B的目的是能够使空转工作期间偏离量的学习适当地加以执行。开关74B的开启/关闭响应从空转判断部分73传来的空转状态信号SA而加以控制，从而当判定为“空转”时关闭，当判定为“非空转”时开启，借此便能够实现前述的目的。本实施例设定为使关于是否存在空转工作状态的判定也能够考虑代表指定扰乱状态是否盛行的第一到第三判定数据DA、DB和DC，以及当指定的扰乱状态盛行时，开关74B开启以停止学习偏离量的操作，从而保证通过学习而获得的学习偏离量的数值是合适的。
当差值数据D3所代表的偏离量ΔQi的数值处于指定的范围内时，限制器部分74D不加修改地输出差值数据D3。另一方面，当差值数据D3所代表的偏离量ΔQi的数值不在指定的范围内时，限制器部分74D输出作为差值数据D3的数值，在那时处于预先确定的上限值ΔQia和下限值ΔQib之间的任何一个数值都是合适的数值。
以这种方式，由限制器部分D输出的差值数据D3作为一个待存储在其中的学习值发送到学习值存储部分74E。作为学习值存储部分74E，能够使用存储器，例如EERPOM，其即使在关闭钥匙开关(未显示)从而停止向燃料喷射装置1供电时也能够保留存储数据。
加法器74A设定为以指定的时间间隔根据例如系统的同步脉冲计算偏离量ΔQi，并随后以指定的时间间隔输出由此获得的差值数据D3。因为只有当空转判断部分73判定柴油机10处于空转工作状态时，开关74B才会响应空转状态信号SA而关闭，所以当柴油机10确实处于空转工作状态时，只有差值数据D3会积累在学习值存储部分74E内。这便能够获得高可靠性的差值数据。
正如能够从前面的说明中理解到的，无论什么时候，只要空转判断部分73判定柴油机10处于空转工作状态，该积累就会执行，所以差值数据D3的积累能够扩展到柴油机10的多个工作周期。
特别地，为了提高学习准确度，优选地设定较长的学习时期，获取该较长时期内大量的目标值与实际值的差值样本，并根据该大量的采样数值执行学习操作。这样的采样操作，也就是学习时期，很可能会扩展到多个工作周期。因此可以采用一种方案来提高学习准确度，其将采样数值存储在构建成EEPROM或其它该类永久性存储器的学习值存储部分74E内，并根据该大量的在多个工作周期内得到的采用数值获得学习偏离量。
学习偏离量计算部分74F通过采用积累在学习值存储部分74E内的大量差值数据D3的简单平均值、移动平均值或者其它类型的平均值而计算学习偏离量ΔE，并输出代表由该计算获得的学习偏离量ΔE的学习值数据D4。
在学习值输出部分74内获得的学习值数据D4是如下两个偏离量的学习值，即用于维持柴油机10处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量和用于在主喷射之间执行的引导喷射的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量。
图4是显示如下两偏离量之间关系实例的简图，即用于维持柴油机10处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间偏离量x和用于引导喷射的燃料喷射量目标值与实际值之间偏离量y。在此实例中，偏离量x和y基本上呈线性关系，所以偏离量y能够通过学习获取偏离量x而确定。图4所显示的偏离量x和y之间的相互关系只是一个实例，在实践中，每个系统都需要进行测试，且实际的相互关系由该测试结果确定。
回到图2，为了使用该相互关系来修正目标引导喷射量数据D2，需要将学习值数据D4发送给修正系数计算部分78A。修正系数计算部分78A存储相应于图4所示曲线图的映射数据(mappeddata)，且修正系数计算部分78A参考该映射数据并根据学习值数据D4执行用于获得修正系数的计算。基本修正量计算部分78利用实际压力信号PA和基本喷射量数据D1根据柴油机10的瞬时工作状态计算基本修正量，安装它是为了能够对目标引导喷射量数据D2进行更高准确度的修正。
乘法器79对基本修正量数据D5和修正系数数据D9执行乘法处理。该乘法处理修正学习偏离量ΔE，且乘法器79输出该代表由计算获得的修正学习偏离量ΔEa的修正学习值数据D6。修正学习值数据D6发送给加法器80。至于利用修正系数数据9修正基本修正量数据D5的处理，此处并不绝对需要，根据实际情况，可能采取如下的方案，其中学习值数据D4不经修改地直接发送给加法器80，从而用该学习值数据D4修正目标引导喷射量数据D2。
加法器80接收目标引导喷射量数据D2，并且在此处，目标引导喷射量数据D2与修正学习值数据D6以指示极性相加从而计算出作为结果的修正目标引导喷射量。代表以此方式获得的修正目标引导喷射量的修正目标引导喷射量数据D7发送到引导喷射激励期计算部分81，同时也发送给加法器82。加法器82接收基本喷射量数据D1，并且在此处，基本喷射量数据D1和修正目标引导喷射量数据D7以指示极性相加。从基本喷射量数据D1减去目标引导喷射量数据D2的结果便获得了代表瞬时主喷射量目标值的目标主喷射量数据D8，且目标主喷射量数据D8从加法器82发送到主喷射激励期计算部分83。
主喷射激励期计算部分83利用目标主喷射量数据D8计算喷油器激励期(阀开放期)，其是将目标主喷射量数据D8所代表的目标主喷射量喷射到柴油机10的燃烧室内所需的，并且输出代表计算结果的主喷射激励期数据ETm。
引导喷射激励期计算部分81利用修正目标引导喷射量数据D7计算喷油器激励期(阀开放期)，其是将修正目标引导喷射量数据D7所代表的修正目标引导喷射量喷射到柴油机10的燃烧室内所需的，并且输出代表计算结果的引导喷射激励期数据ETp。
主喷射激励期数据ETm和引导喷射激励期数据ETp发送到喷油器驱动回路13，从而喷油器驱动回路13据此来控制喷油器4-1-4-N的工作。
在图2所示的构型中，目标引导喷射量数据D2不断地用修正学习值数据D6加以修正。然而也可以采用如下的方案，其中学习偏离量ΔE的合适性由，例如，学习偏离量ΔE是否处于指定的范围内而确定，且当发现所获得的学习偏离量ΔE不是合适的数值时，目标引导喷射量数据D2便不加修正地加以使用，而不再执行前述的根据学习偏离量ΔE的修正，从而避免了将目标引导喷射量数据D2根据不合适的学习偏离量而修正为不合适的数值。
指代符号84表示用于响应基本喷射量数据D1控制公用干线管2内燃料压力，也就是根据基本喷射量控制公用干线管压力的干线压力控制部分。干线压力控制部分84不仅要输以基本喷射量数据D1，还要输以发动机速度信号N和实际压力信号PA，且其设定为对根据基本喷射量数据D1和发动机速度信号N计算而得的目标干线压力和实际压力信号PA所代表的实际干线压力进行比较，并输出用于开启/关闭控制电磁阀34的驱动控制信号SV，从而使公用干线管2内的燃料压力维持在目标干线压力。
图5是干线压力控制部分84的详细框图。干线压力控制部分84包括目标干线压力计算部分84A，其用于由基本喷射量数据D1和发动机速度信号N计算代表目标干线压力的目标干线压力数据Da；比较部分84B，其响应目标干线压力数据Da和实际压力信号PA，并输出代表目标干线压力与实际干线压力之间压力差ΔP的压力差值数据Db；和负载比计算部分84C，其响应压力差数据Db计算代表驱动控制信号SV负载比的负载比数据Dc，驱动控制信号SV是用于控制电磁阀34开启从而使压力差ΔP为0所需要的。驱动回路84D响应负载比数据Dc输出具有负载比信号Dc所代表的负载比的驱动控制信号SV，且驱动控制信号SV开启/关闭驱动用于控制排气速度的电磁阀34，从而将公用干线管2内的燃料压力控制在目标干线压力数据Da所代表的数值。
因为燃料喷射装置1以前述的方式加以设定，所以学习值输出部分74学习用于维持柴油机10处于空转工作状态所需的燃料喷射量目标值与实际值之间的偏离量，并输出代表具有更高准确度的偏离量ΔE的学习值数据D4。基本修正量计算部分78响应柴油机10的工作状态输出代表待乘以修正系数的基本修正量的基本修正量数据D5。另一方面，修正系数计算部分78A根据学习值数据D4计算修正系数，并输出修正系数数据D9。乘法器79将修正系数数据D9与基本修正量数据D5相乘，并输出代表修正学习偏离量ΔEa的修正学习值数据D6，ΔEa作为该乘法处理的结果反映了具有高准确度的瞬时工作状态。然后加法器80利用目标引导喷射量数据D2和修正学习值数据D6进行计算，D2代表与基本喷射量相匹配的目标引导喷射量。
结果，输出了代表修正目标引导喷射量的修正目标引导喷射量数据D7，且修正目标引导喷射量数据D7发送到引导喷射激励期计算部分81。根据该修正目标引导喷射量数据D7所代表的修正目标引导喷射量，引导喷射激励期计算部分81计算喷射进入柴油机10燃烧室所需的喷油器激励期，并且喷油器驱动回路13根据计算结果所代表的引导喷射激励期数据ETp控制开启/关闭喷油器4-1-4-N的工作。
因此，因为在由目标引导喷射量计算部分72计算而得的目标引导喷射量与实际喷射的实际引导喷射量之间不存在差异，所以在主喷射之前，即使由于老化而发生了变化，也能够向柴油机10的燃烧室内喷射与瞬时工作状态相匹配的合适引导喷射量。结果，便能够如预期地降低燃料喷射第一半期的燃料喷射速度，从而能够大大降低燃烧噪音和废气中的氧化氮。
工业应用
如上所述，根据本发明的用于控制燃料喷射量的方法和装置能够适当地执行引导喷射，且同样地，有利于提高柴油机工作技术。