专利名称：用于运行内燃机喷射系统的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行汽车内燃机的，尤其是柴油发动机的直接喷射系统的方 法。本发明主要涉及带有螺线管喷射器(solenoid injectior)的直接喷射系统。
背景技术：
已知的是柴油发动机一般配备有包括多个电力控制的燃料喷射器的直接喷射系 统，用来将燃料直接喷射入汽缸。一般根据多喷射模式向每个汽缸中喷射燃料，该多喷射模式在每个发动机循环 中具有多个喷射过程，包括至少一个引燃喷射(Pilot injection)和一个主喷射(main injection)。传统的燃料喷射系统设计用于将每个燃料喷射器作为开关阀启动，因此在每个喷 射过程中的燃料喷射率基本上是恒定的，并且每个过程中的喷射燃料量主要取决于喷射器 的开启时间(opening period)，通常称为供能时间(energizing time)。在这些系统中，喷射措施通过适当地调节每个喷射过程的供能时间和/或在相同 的多喷射模式中每两个连续喷射过程之间的停留时间(dwell time)控制每个汽缸中的燃 烧阶段，其中，停留时间定义为在代表两个之中的第一个喷射过程的电信号的开端和代表 两个之中的第二个喷射过程的电信号的开端之间的时间。为了遵守严格的排放规定，大多数汽车制造商正在开发以控制燃烧阶段为目标的 喷射措施，这通过用单个的喷射过程取代一个或多个多喷射模式的喷射过程(通常是引燃 喷射和主喷射)，并且通过以控制的方式改变所述单个喷射过程在供能时间内的燃料喷射 率来实现。这种措施一般称为喷射率成形(injection rate shaping)，因为燃料喷射率的变 化引起了燃料喷射率曲线的形状的变化，其中，燃料喷射率曲线定义为相对供能时间绘制 燃料喷射率得出的曲线。喷射率成形实现了在污染排放水平和燃料消耗保持不变的情况下减小燃烧噪声 的优点，或者相反地实现了在燃烧噪声保持不变的情况下减少污染排放和燃料消耗的优
点ο然而，喷射率成形现今只能用于配备有直接式压电喷射器的燃料喷射系统。在直接式压电喷射器中，喷油针直接与压电促动器固定，压电促动器可以有效地 将喷油针移动至多个不同的位置，因此可以精确地调节喷射器的打开程度并且随之调节燃 料喷射率。相反地，传统的螺线管燃料喷射器由只能将喷油针移动到一个打开位置或一个关 闭位置的机电设备促动，因此实际上不可能自主地调节喷射器的打开程度以改变燃料喷射率。然而，已经发现通过液压组合或同一多喷射模式的至少两个连续喷射过程(通常 是引燃喷射和主喷射)的合成，用螺线管燃料喷射器也可以实现某种燃料喷射率成形。
液压合成通过减小两个喷射过程之间的时间差实现，其中，时间差可以作为区分 第一和第二喷射过程的停留时间与第一喷射过程的供能时间之间的差值计算出来。 进一步地说，液压合成通过将所述时间差降至这样小的一个值实现，该值通常小 于100 μ S，使得螺线管喷射器在受到指令再次开启之前没有足够时间完全闭合。然而，由喷油针假设的位置在这种情况下取决于很多因素，包括作用在喷油针本 身上的所有机械力、制造容差，以及燃料温度，因此实际上不可能准确地达到期待的燃料喷 射率。而且，已经发现总燃料供给量对两个喷射过程之间的时间差的敏感度非常高，因 此喷射器机械和/或电力性能的微小偏差经常导致燃料供给量的强烈偏差。因此，得出的喷射率成形通常是不可靠的。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题在于，提供一种用于运行汽车内燃机的喷射系统 的措施。本发明所要解决的另一个技术问题在于，提供一种能够完成某种喷射率成形的措 施，这种喷射率成形在应用螺线管喷射器的情况下也足够可靠。本发明所要解决的技术问 题还在于，以简单、合理并且廉价的解决方案达到上述目标。该技术问题按本发明通过一种用于运行汽车内燃机的直接喷射系统的方法解决， 其中，通过对喷射燃料量的闭合回路控制调节至少一个燃料喷射参数。该技术问题还通过 一种计算机程序、一种计算机程序产品、一种用于内燃机的控制装置和一种电磁信号解决。这种解决方案能够以坚实稳定的方式控制每个喷射过程。该解决方案可以应用在带有直接式压电喷射器的喷射系统中以及带有螺线管喷 射器的喷射系统中。在后面的情况下，如果多喷射模式的两个连续喷射过程太接近以至于液压合成在 一起，该解决方案可以抵消并且修正潜在的喷射器偏差，从而实现足够可靠的喷射率成形。因此，本发明的一种实施例提供了用于完成带有至少两个以小于100μ s的时间 间隔区分开的连续喷射过程的多喷射模式的方法。该实施例的优点是造成了两个喷射过程的液压合成。按照本发明的另一种实施例，喷射燃料量作为缸内压力(即汽缸内的压力)的函 数被估算。这种实施例的优点是更易于实施，因为缸内压力是一个通常也为了其它发动机管 理目的加以确定的参数，并且因为在文献中很容易找到将缸内压力和喷射燃料量相关联的 可靠的方程式，例如Rolf Egnell 的"A Simple Approach to Study the Relation Between Fuel Rate, Heat Release Rate and ΝΟχ-Formation in Diesel Engines (石if究柴油发动机 中的燃料率、放热率和氮氧化物形成的简单方法)”，SAE Technical Paper 1999-01-3548， 出版于1999年10月，第1-3页。按照本发明的一种实施例，借助缸内压力传感器测量缸内压力，该缸内压力传感 器是直接布置在汽缸中的、用于测量内部压力的换能器。这种实施例的优点是提供了一种可靠的缸内压力确定方式，而不会增加现代柴油 发动机的成本，因为现代柴油发动机通常已经配备有集成在电热塞中的缸内压力传感器。
按照本发明的另一种实施例，从喷射过程的供能时间(例如引燃喷射供能时间或 主喷射供能时间)和多喷射模式的两个连续喷射过程之间的停留时间之中选择燃料喷射参数。这种实施例的优点是可以快速对闭合回路控制作出响应，因为喷射燃料量通常对 前述的两个燃料喷射参数非常敏感。进一步地说，喷射燃料量对供能时间的灵敏度基本上在所有情况下并且对于每种 喷射器来说都很高，而当多喷射模式的两个连续喷射过程足够近以至于液压合成在一起 时，喷射燃料量对停留时间的敏感度对于螺线管喷射器来说尤其高。按照本发明的一种实施例，通过这些步骤调节每个燃料喷射参数确定喷射燃料 量和与其关联的目标值之间的差值，作为所述差值的函数确定修正值并且将所述修正值应 用于燃料喷射参数的参考值。这种实施例的优点是可以更简单和快速地进行，因此该实施例可由一个基于微处 理器的装置实施，例如车辆的电子控制单元(ECU)，而不需要进行大量计算。按照本发明的另一种实施例，通过这些步骤确定所述修正值将喷射燃料量和目 标量之间的差值应用于控制器并且作为所述控制器的输出值的函数确定修正值。
使用控制器的优点在于可以恰当地控制将应用于燃料喷射参数参考值的修正值。按照本发明的一种实施例，控制器是一个比例积分调节器 (proportional-integral controller)0比例积分调节器的优点在于其校准更简单并且消除了稳态误差。按照本发明的另一种实施例，喷射燃料量的目标值和每个燃料喷射参数的参考值 被单独地确定为一个或多个发动机运行参数(例如发动机速率和发动机负荷)的函数。这种实施例的优点是考虑到了发动机运行点，因此在大多数行驶情况下能够可靠 地调节燃料喷射参数。按照本发明的另一种实施例，喷射燃料量的目标值和每个燃料喷射参数的参考值 单独地从根据经验获得的数据组或图表中确定，该数据组或图表分别使喷射燃料量的目标 值和燃料喷射参数的参考值与一个或多个发动机运行参数(例如发动机速率和发动机负 荷)相关联。这种实施例的优点是，数据组或图表可通过校准确定，并且然后存入E⑶的存储 模块中，以便由此可使ECU在发动机真实运行中简单并且快速地控制喷射系统。按本发明的方法可以借助一个包括程序代码的计算机程序实施，该程序代码用于 实施上述方法的所有步骤，并且按本发明的方法能够以带有计算机程序的计算机程序产品 的形式实施。计算机程序产品具体可以是一个用于内燃机的控制装置，其包括E⑶、一个与该 ECU相关联的数据载体和一个存储在该数据载体中的计算机程序，因此该控制装置以与所 述方法相同的方式定义了本发明。在控制装置运行该计算机程序的情况下，实施了上述方 法的所有步骤。该方法也可以具体化为一个电磁信号，该信号被调制以传送表示用于实施该方法 所有步骤的计算机程序的数据位序列。
现在参考附图借助实施例阐述本发明。在附图中图1是控制多喷射模式的电信号的示意图；图2是与图1对应的燃料喷射过程的示意图；图3是控制另一个多喷射模式的电信号的示意图；图4是与图3对应的燃料喷射过程的示意图；图5是表示按本发明一种实施例的喷射系统运行方法的流程图；图6是表示图5中调节模块60的子程序的流程图。
具体实施例方式本发明的一种实施例提供了一种用于运行汽车的柴油发动机的直接喷射系统的 方法，其中，直接喷射系统包括为每个发动机汽缸配设的一个电控螺线管。因为所述运行方法对于每个发动机汽缸等同地运行，因此该实施例在以下针对单 个的发动机汽缸进行解释。在发动机运行中，在汽缸内部连续地进行多个发动机循环过程，每个发动机循环 过程包括一个跨压缩冲程和膨胀冲程的燃料喷射阶段。燃料喷射阶段由螺线管喷射器按照多喷射模式进行，该多喷射模式通常用于在同 一喷射阶段内完成多个不同的喷射过程。在本例中(参见图1和3)，多喷射模式只包括两个连续的喷射过程，S卩引燃喷射P 及随后的主喷射M。因此，影响燃料喷射阶段的最重要的燃料喷射参数是引燃喷射的供能时间ETP、 主喷射的供能时间ETM和引燃喷射与主喷射之间的停留时间DW。供能时间定义为控制喷射器打开的电信号的持续时间，一般相当于单个喷射过程 的持续时间。因为在经过一个暂时状态之后，螺线管喷射器提供基本上恒定的燃料喷射率dQ/ dt，因此引燃喷射P的供能时间ETP和主喷射M的供能时间ETM强烈地影响真实喷射进入 汽缸的燃料量。停留时间DW定义为在代表引燃喷射P的电信号的开端和代表主喷射M的电信号 的开端之间的时间，并且一般相当于在引燃喷射P开始和主喷射M开始之间的时间。 当引燃喷射P和主喷射M足够靠近时，它们会液压地合成在一起，形成一个单独的 组合喷射过程A (参见图4)。一般在停留时间DW与引燃喷射P的供能时间ETP之间的差值TD(时间差)小于 100 μ s时发生合成。在这种情况下，已经发现停留时间DW的任何变化均会强烈影响在组合喷射过程A 期间喷射的燃料的总量，就算供能时间ETP和ETM保持不变。因此，引燃喷射P和主喷射M之间的停留时间DW是另一个强烈影响真实喷射进入 汽缸的燃料量的重要参数。因此对于单个的发动机汽缸，燃料喷射系统可以被建模为黑色逻辑框10(参见图 5)，它的输入端是引燃喷射P的供能时间ΕΤΡ、主喷射M的供能时间ETM和其间的停留时间冊，而它的输出端是喷射燃料量Q。按照该实施例，喷射系统的运行方法通常提供闭合回路来控制每个发动机循环 期间的喷射燃料量Q，并且调节将要在下个发动机循环中应用于喷射系统的燃料喷射参数 ETP、ETM和DW，以便将真实喷射燃料量Q和预设的目标值F之间的差值E降至最小。进一步地说，本方法对至少在燃料喷射阶段的汽缸内压力(也称缸内压力)进行 采样，并且将真实喷射燃料量Q作为采样的缸内压力测量值P (、)的函数进行估算。缸内压力可以借助传统的缸内压力传感器测量，在图5中用附图标记20表示通常 集成在与汽缸相关联的电热塞内的缸内压力传感器。缸内压力测量值ρ (、)随后被传送给计算模块30，该计算模块30借助合适的数学 方程式估算喷射燃料量Q。这种估算例如可以借助 “A Simple Approach to Study the Relation Between Fuel Rate, Heat Release Rate and ΝΟχ-Formation in Diesel Engines (石if究柴油发 动机中的燃料燃烧率、放热率和氮氧化物形成的简单方法)”中提供的方程式进行，作者 RolfEgnel 1，SAE Technical Paper 1999-01-3548，出版于 1999 年 10 月，第 1-3 页。事实上，Egnell方程式使缸内压力与燃料喷射率dQ/dt相关联，该燃料喷射率dQ/ dt可以被时间积分 以计算喷射燃料量Q。Egnell方程式可在文献中找到并且被本领域技术人员熟知。尽管如此，还可以研究和/或使用很多其它的数学方程式来把缸内压力和燃料喷 射率与喷射燃料量相关联。估算出的喷射燃料量Q随后被传送给加法器40，该加法器计算估算的喷射燃料量 Q和上述的预设目标值F之间的差值E (也称为误差)。从将目标值F与多个发动机运行参数(包括发动机速率S和发动机负荷L)相关 联的数据组或图表50中确定目标值F。根据经验通过校准确定存储在数据组或图表50中的目标值F。差值E随后被提供给调节模块60，该调节模块总体上设计用于调节将要指挥下一 个发动机循环的喷射阶段的喷射燃料参数ETP、ETM和DW，以便将差值E降至最低。如图6所示，调节模块60包括程序指令控制器600，其接收差值E作为输入信号， 以便基于差值E本身计算比例积分的输出信号U。输出信号U同时传送给三个不同的根据经验确定的数据组，这些数据组分别用附 图标记601、602和603表示。第一数据组601将输出信号U与将要用于供能时间参考值RV-ETP的修正值C-ETP 相关联，以便计算引燃喷射P的新供能时间ETP。在本实施例中，新供能时间ETP由加法器604算出，该加法器604将参考值RV-ETP 和修正值C-ETP相加。从将参考值RV-ETP与多个发动机运行参数(包括发动机速率S和发动机负荷L) 相关联的数据组或图表605中确定参考值RV-ETP。第二数据组602将输出信号U与要用于供能时间参考值RV-ETM的修正值C-ETM 相关联，以便计算主喷射M的新供能时间ETM。在本实施例中，新供能时间ETM由加法器606算出，该加法器606将参考值RV-ETM和修正值C-ETM相加。从将参考值RV-ETM与多个发动机运行参数(包括发动机速率S和发动机负荷L) 相关联的数据组或图表607中确定参考值RV-ETM。第三数据组603将输出信号U与将要用于停留时间参考值RV-DW的修正值C-DW 相关联，以便计算引燃喷射P和主喷射M之间的新停留时间DW。在本实施例中，新停留时间DW由加法器608算出，该加法器608将参考值RV-DW 和修正值C-DW相加。从将参考值RV-DW与多个发动机运行参数(包括发动机速率A和发动机负荷BL) 相关联的数据组或图表609中确定参考值RV-DW。上述运行方法在每个发动机循环中重复。喷射参数ETP、ETC和DW在前面用时间域表达，而它们也可以选择性地以发动机曲 轴角坐标的方式表达。本发明是根据某些优选的实施例和特殊的应用进行说明的，但上述说明只是例子 而不作为限制。本领域技术人员会认识到对于特殊实施例的各种修改是在权利要求的保护 范围以内的。因此，意在说明的是本发明并不局限于所述的实施例，而是具有权利要求允许 的全部保护范围。
权利要求
1.一种用于运行汽车内燃机的直接喷射系统的方法，其中，通过对喷射燃料量(Q)的 闭合回路控制调节至少一个燃料喷射参数(ETP，ETM, Dff)。
2.按权利要求1所述的方法，其中，所述直接喷射系统包括螺线管喷射器。
3.按权利要求2所述的方法，其中，该方法执行多喷射模式，该多喷射模式具有至少两 个以小于100 μ s的时间间隔区分开的连续喷射过程。
4.按权利要求1所述的方法，其中，所述喷射燃料量(Q)被作为缸内压力(ρ(、))的函 数进行估算。
5.按权利要求4所述的方法，其中，所述缸内压力(ρ(、))借助缸内压力传感器00) 而被测量。
6.按权利要求1所述的方法，其中，从喷射过程的供能时间和多喷射模式的两个连续 喷射过程之间的停留时间之中选择所述燃料喷射参数。
7.按权利要求1所述的方法，其中，通过以下步骤调节每个燃料喷射参数(ΕΤΡ，ETM, Dff)确定所述喷射燃料量(Q)和与其关联的目标值(F)之间的差值(E)，作为所述差值(E) 的函数确定修正值(C-ETP，C-ETM，C-DW)，并且将所述修正值(C-ETP，C-ETM，C-Dff)应用于 所述燃料喷射参数的参考值(RV-ETP，RV-ETM, RV-DW)。
8.按权利要求7所述的方法，其中，通过以下步骤确定所述修正值(C-ETP，C-ETM， C-Dff)将所述差值(E)应用于控制器(600)，以及作为所述控制器(600)的输出值(U)的 函数确定所述修正值(C-ETP，C-ETM，C-Dff)。
9.按权利要求7所述的方法，其中，所述目标值(F)和所述参考值(RV-ETP，RV-ETM， RV-DW)作为一个或多个发动机运行参数(S，L)的函数而被单独地确定。
10.按权利要求7所述的方法，其中，所述喷射燃料量(Q)的目标值(F)和每个燃料喷 射参数(ETP，ETM, Dff)的参考值(RV-ETP，RV-ETM, RV-DW)单独地从经验数据组(50，605， 607,609)中确定，该经验数据组分别使目标值(F)和参考值(RV-ETP，RV-ETM，RV-DW)与一 个或多个发动机运行参数(S，L)相关联。
11.一种计算机程序，包括用于实施按前述权利要求中任一项所述的方法的计算机代码。
12.—种计算机程序产品，在其上存储有按权利要求11所述的计算机程序。
13.一种用于内燃机的控制装置，包括电子控制单元、与该电子控制单元相关联的数据 载体和存储在该数据载体中的按权利要求11所述的计算机程序。
14.一种电磁信号，其被调制作为用于表示按权利要求11所述的计算机程序的数据位 序列的载体。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行汽车内燃机的直接喷射系统的方法，其中，通过对喷射燃料量(Q)的闭合回路控制调节至少一个燃料喷射参数(ETP，ETM，DW)。
文档编号F02D41/14GK102146851SQ20111002946
公开日2011年8月10日 申请日期2011年1月27日 优先权日2010年2月5日
发明者乔万尼·阿沃里奥, 费德里科·G·鲁伊吉 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司