检测和补偿直喷式系统中的喷射器变异性的方法

专利名称：检测和补偿直喷式系统中的喷射器变异性的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制直喷式燃料系统的燃料喷射的方法及发动机系统。
背景技术：
直喷式发动机系统的燃料喷射器通常由于例如不完美的制造工艺和/或喷射器老 化而具有件与件之间(piece to piece)和不同使用时间之间(time to time)的变异 性。由于喷射到每个汽缸中的燃料量不同，该喷射器变异性会造成汽缸扭矩输出不平 衡，且由于不能正确地计量喷射到每个汽缸中的燃料，该喷射器变异性还会造成较高 的尾管排放及降低的燃料经济性。
为了补偿喷射器变异性，可以使用对喷射时间等喷射参数进行修正的修正系数。 例如，美国专利5,176,122公开了一种方法，该方法利用平均修正系数和单个修正系 数两者进行修正以校正喷射器变异性。为了校准平均修正系数和和单个修正系数，在 怠速工况等各种工况下停止燃料供给时执行校准喷射事件。具体来说，在校准喷射事 件期间，当执行燃料喷射时，在燃料导管压力从正常工作压力降至较低阈值时监视燃 料导管压力。然后使用燃料导管压力降来计算和更新修正系数。此外，为了确定单个 修正系数，可以执行一些喷射器的喷射事件而停用其他喷射器或减少其他喷射器的喷 射量。
发明人在此认识到一些与校准修正系数的上述方法关联的潜在问题。例如，在校 准喷射事件期间，监视从正常工作压力到较低阈值压力的燃料导管压力降，由于较低 阈值压力因喷射器不能精确地计量低于特定压力的燃料而受限，可用于给定的校准喷 射事件的压力降的量因此受限。换句话说，用于给定的校准喷射事件的喷射次数和喷 射量可能不足以精确地校准所有喷射器。除上述问题之外，使用喷射器停用进行的单 个汽缸喷射器校准会造成不期望的空燃比偏移、汽缸之间不平衡的扭矩产生量及增加 的发动机振动(如在怠速工况下)。此外，在燃料导管压力保持在正常工作压力时， 由于相对低的燃料压力，相对少量的燃料会于校准期间出现在燃料导管中。因此，出 现在燃料导管中的少量燃料会增加燃料计量对发动机热的敏感性，进而使校准结果降 级。

发明内容
为了解决上述问题中的至少部分，可以使用这样的燃料喷射系统，该系统利用低 发动机负荷工况和高于正常的燃料导管工作压力下的喷射器校准。在一个示例中，提供一种用于控制直喷式燃料系统的燃料喷射的方法，该燃料系
统具有燃料泵，该方法包括可变地操作燃料泵以将燃料压力保持在选择的压力；临 时地增加泵操作以使压力增加从而足够高于所述选择的压力，然后减少泵操作；在减 少泵操作之后的至少一次燃料喷射期间，使压力减小与喷射器搡作相关(correlating), 及基于所述相关调节燃料喷射操作。
通过使用高于选择的工作压力的增加压力，可以有足够大的喷射量来对后续的喷 射保持足够的燃料导管压力降，以进行精确的喷射器校准。在使用涡轮增压器来增大 进气压力时尤其如此，在该情况下，喷射压力必须克服汽缸中增压下的空气压力。另 外，在精确的校准希望每喷射器进行多次喷射和/或需要校准多个喷射器时，还可以 有足够次数的校准喷射。此外，还可以在比适合于当前工况的压力低的压力下避免使 用喷射器或减少工作的喷射器。在一个具体示例中，通过在低负荷工况下执行这样的 操作，可以为喷射器校准提供足够的压力增加，因为可以在这样的低负荷工况下使用 较低的工作压力，即(用于校准喷射器的临时压力增加之前的)工作压力足够低，从 而可以提供足够的空间以实现期望的压力增加来执行精确的喷射器校准。
此外，通过在相关期间(correlation)使用较高的起始燃料导管压力，在校准
燃料喷射器时燃料导管可以加注有较新鲜且温度较低的燃料。这可以减少燃料导管温 度敏感性并因此增强相关的结果。
最后，在发动机中的每个喷射器紧接着泵操作的减少执行预定次数的喷射的示例 中，可以避免在停用单个喷射器或单个喷射器的喷射量减少时产生任何扭矩不平衡。


图1示出示例发动机；
图2示出具有高压燃料的燃料喷射系统；
图3示出示例燃料喷射器校准例程；
图4示出示例校准喷射例程；
图5示出示例喷射器修正系数计算和更新例程；
图6示出用于确定髙压燃料贮存器的目标校准压力(PJ的示例例程；及 图7是示出校准喷射循环中的燃料喷射正时、高压燃料贮存器中的燃料压力改变 及燃料泵行程的时间图。
具体实施例方式
图1示出多汽缸发动机的一个汽缸，以及连接到该汽缸的进气和排气路径。 继续图l，示出直喷系统，其中发动机IO使用直接燃料喷射以及火花点火。包 括多个燃烧室的内燃发动机10由电子发动机控制器l2控制。发动机io的燃烧室30 如图所示包括燃烧室壁32,活塞36位于其中并连接到曲轴40。起动机马达(未示出)可以经飞轮(未示出)连接到曲轴40,或者可以使用发动机直接起动。
在一个具体示例中，如果需要，活塞36可以包括凹槽或—凹腔(未示出)以有助 于形成分层的空燃进气。在一些示例中，可以使用盘形活塞。
燃烧室或汽缸30如图所示经相应的进气门52a和52b (未示出)及排气门54a 和54b (未示出)与进气歧管44和排气歧管48连通。因此，虽然每汽缸使用四个气 门，但在另一个示例中，也可以每汽缸使用一个进气门和一个排气门。在又一个示例 中，每汽缸可以使用两个进气门和一个排气门。
燃料喷射器66A如图所示直接连接到燃烧室30,用于与经电子驱动器68从控制 器12接收的信号脉冲宽度dfpw成比例地向其中供给喷射的燃料。虽然图1示出喷射 器66A是侧置喷射器，但喷射器也可以位于活塞上方，如靠近火花塞92的位置处。 由于某些基于酒精的燃料挥发性较低，这样的位置可以改进混合及燃烧。或者，喷射 器可以位于进气门上方附近以改进混合。
燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料导管的高压燃料系统(见图2)供给到燃 料喷射器66A。此外，虽然未示出，但一个(或多个)燃料箱(的每个)可以具有向 控制器12提供信号的压力传感器。
进气歧管44如图所示经节流板62与节气门体58连通。在该具体示例中，节流 板62连接到电动马达94,以使椭圆的节流板62的位置由控制器12通过电动马达94 控制。该配置可以称为电子节气门控制(ETC),并且也可以在怠速控制期间使用。 在替代示例(未示出)中，旁通气道与节流板62并联排列，以在怠速控制期间经位 于气道内的怠速控制旁通阀控制吸入的空气流。
排气传感器76如图所示连接到催化转化器70上游的排气歧管48 (其中传感器 76可以对应于各种不同的传感器)。例如，传感器76可以是用于提供排气空燃比指 示的多种现有传感器中的任何一种，如线性氧传感器(linear oxygen sensor ) 、 UEGO、 双态氧传感器(two-state oxygen sensor) 、 EG0、 HEG0,或者HC传感器或CO传感 器。在该具体示例中，传感器76是向控制器12提供信号EG0的双态氧传感器，而控 制器12将信号EGO转换为双态信号EG0S。信号EGOS的高压状态表示排气浓于化学 计量(stoichiometry)，信号EGOS的低压状态表示排气稀于化学计量。在反馈空燃比 控制期间可以有利地使用信号EGOS以在化学计量均质模式操作期间将平均空燃比保 持在化学计量。空燃比控制的进一步细节亦包括在本文中。
无分电器点火系统88响应于来自控制器12的点火提前信号SA经火花塞92向燃 烧室30提供点火火花。
通过控制喷射正时、喷射量、喷射模式等，控制器l2可以使燃烧室30以各种燃 烧模式工作，包括均质空燃混合气燃烧模式和分层空燃混合气燃烧模式。此外，可以 在燃烧室中形成组合的分层混合气和均质混合气。在一个示例中，所分的各层可以由 工作的喷射器66A在压缩行程期间形成。在另一个示例中'均质混合气可以由工作的喷射器66A在进气行程期间形成(可以是开启气门喷射)。在又一个示例中，均质混 合气可以由工作的喷射器66A在进气行程之前形成(可以是关闭气门喷射)。在其他 示例中，在一个或多个行程(如，进气、压缩、排气等行程)期间可以使用喷射器 66A进行多次喷射。又一些示例可以是可在不同的条件下使用不同的喷射正时和混合 气组成的情况。
控制器12可以控制由燃料喷射器66A供给的燃料的量，以使燃烧室30中的均质 空燃混合气、分层空燃混合气或组合的均质/分层空燃混合气在选择下处于化学计量、 浓于化学计量，或稀于化学计量的值。
排放控制装置72如图所示位于催化转化器70下游。排放控制装置72可以是微 粒过滤器、三元催化剂，或N0x捕集器，或其组合。
控制器12如图所示为常规微型计算机，其中包括微处理器单元(CPU) 102、输 入/输出端口 (1/0)104、用于可执行程序和校准值的电子存储媒体(在该具体示例 中如图所示为只读存储器芯片(ROM) 106)、随机存取存储器(RAM) 108、保活存储 器(KAM)llO,及常规数据总线。除上述信号之外，控制器12如图所示还接收来自 连接到发动机10的传感器的各种信号，包括来自连接到节气门体58的空气质量流量 传感器100的吸入空气质量流量(MAF)测量值；来自连接到冷却套管114的温度传 感器112的发动机冷却剂温度(ECT);来自连接到曲轴40的霍尔效应传感器118的 齿面点火信号(PIP);及来自节气门位置传感器120的节气门位置TP;来自传感器 122的歧管绝对压力(MAP)信号；来自爆震传感器182的爆震指示；及来自传感器 180的绝对或相对环境湿度的指示。发动机转速信号RPm由控制器12通过信号PIP以 常规方式产生，而来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP提供对进气歧管中的真空 或压力的指示。在化学计量搡作期间，该传感器可以给出发动机负荷的指示。此外， 该传感器和发动机转速一起可以提供吸入汽缸的进气(包括空气)的估计。在一个示 例中，也用作发动机转速传感器的传感器118在曲轴每旋转一周时产生预定数量的等 距脉冲。催化转换器的温度可以通过传感器测量或基于工况估计，或通过两者的组合 得到。
在一些示例中，控制器12接收各种通过各种传感器(未示出所有)检测到的会 影响燃料导管压力监视的工作参数。工作参数可以和喷射器校准喷射事件期间的燃料 导管压力降相关，且可以消除或减少发动机工作参数对燃料导管压力测量的影响，从 而精确地确定由燃料喷射造成的燃料压力降。影响燃料压力测量的此类发动机参数包 括例如进气门位置和/或排气门位置、曲轴角位置、活塞位置、喷射器的触发(firing )、
火花塞的点火，和/或进气压力和/或排气压力。
继续图l,示出了可变凸轮轴正时系统。具体来说，发动机10的凸轮轴如图所 示与摇臂132和134连接以驱动进气门52a、 52b和排气门Ma、 Mb。凸轮轴1"直 接连接到壳体136。壳体136形成具有多个轮齿138的齿轮。壳体136以液压方式连接到内部轴(未示出)，该轴进而通过正时链条(未示出)直接连接到凸轮轴130。 因此，壳体136和凸轮轴130以基本上与内部轴相等的速度旋转。内部轴以相对于曲 轴40恒定的速度比旋转。然而，通过搡纵下文所述的液压连接，可以通过提前室142 和延迟室144中的液压压力改变凸轮轴130与曲轴40的相对位置。通过允许高压液 压液进入提前室142,凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系提前。因此，进气门52a、 52b和排气门54a、 54b相对于曲轴40在早于正常的时间开启和关闭。类似地，通过 允许高压液压液进入延迟室144,凸轮轴130和曲轴40之间的相对关系延迟。因此， 进气门52a、 52b和排气门54a、 54b相对于曲轴40在晚于正常的时间开启和关闭。
连接到壳体136和凸轮轴130的轮齿138允许通过向控制器12提供信号VCT的 凸轮正时传感器150测量相对凸轮位置。四个轮齿l、 2、 3和4优选地用于测量凸轮 正时且等距排列(例如，在V-8双组发动机中彼此间隔90度)，而轮齿5优选地用 于汽缸识别，如下文中所述。另外，控制器12可以向常规电磁阀(未示出)发送控 制信号(LACT, RACT)来控制进入提前室142、延迟室144的液压液的流量或不控制 流量。
可以用各种方式测量相对凸轮正时。概言之，PIP信号的上升沿与接收来自壳体 136上的多个轮齿138之一的信号之间的时间或旋转角，可给出相对凸轮正时的测量。 对于包括两个汽缸组和具有五个轮齿的齿轮的V-8发动机的具体示例，每个循环中接 收四次对特定汽缸组的凸轮正时的测量，而将额外的信号用于汽缸识别。
传感器160还可以通过信号162提供排气空燃比的指示，该信号向控制器12提 供指示02浓度的电压。例如，传感器160可以是HEGO、 UEGO、 EGO,或其他类型的排 气传感器。还应注意，如上文中参考传感器76所述，传感器160可以对应于各种不 同的传感器。
如上所述，图l仅示出多汽缸发动机中的一个汽缸，且每个汽缸可以具有其自身 的一组进气门/排气门、燃料喷射器、火花塞等。
此外，在本文所述的示例中，发动机10可以连接到用于起动发动机的起动机马 达(未示出)。可以在例如驾驶者旋转驾驶杆上的点火开关中的钥匙或触发自动起动 按钮时对起动机马达供电。在发动机起动之后，例如由发动机io在预定时间后达到 预定转速之后，断开起动机。此外，在所公开的示例中，排气再循环(EGR)系统可 以经EGR阀(未示出)将期望的一部分排气从排气歧管48引导到进气歧管44中。或 者，通过控制排气门正时将一部分燃烧气体保留在燃烧室中。
发动机10可以是各种类型的内燃发动机中的一种或多种。发动机10可以包含各 种数量的汽缸，例如，该发动机可以是V-2、 V-6、 V-8或V-12发动机。可以单独地 启用或停用单个汽缸以提供不同的发动机排量。单个汽缸也可以在给定的时间以不同 的燃烧模式工作。单个汽缸还可能在不同的燃烧模式之间转换，例如从SI转换到HCCI 然后回到SI。发动机IO可以是旋转式活塞发动机或往复式活塞发动机，或旋转式和往复式活塞发动机的组合。发动机IO还燃烧各种类型的燃料，如柴油、植物油、丙 烷、汽油，或不同燃料的组合。另外，内燃发动机可以使用不同的行程循环，例如可 以使用二行程循环或四行程循环或不同行程循环的组合。发动机的汽缸可以按各种配 置排列。例如，汽缸可以排列为直线，如直列式发动机；排列为V形配置，如V型发
动机；排列为w形配置，如W型发动机；排列为两个对置的汽缸组，如卧式发动机；
或不同发动机配置的组合。
还应注意，可以使用各种方法来保持期望的扭矩，例如调节点火正时、节气门位 置、可变凸轮正时位置、排气再循环量，及执行燃烧的汽缸数量。此外，可以对每个 汽缸单独地调节这些变量以在所有汽缸中保持汽缸平衡。
发动机IO还包括压缩装置，如包括沿进气歧管44排列的至少一个压缩机的涡轮 增压器或机械增压器(未示出)。对于涡轮增压器，压缩机可以至少部分地由沿排气 歧管48排列的涡轮(如通过轴)驱动。对于机械增压器，压缩机可以至少部分地由 发动机(如曲轴)和/或电机驱动，且可以不包括涡轮。涡轮增压器，如果出现，可 以是各种类型的涡轮增压器，例如，可以是固定几何涡轮增压器或可变几何涡轮增压 器。此外，涡轮增压器可以是可变几何涡轮增压器或包括旁通泄压阀。
图2示出具有高压燃料导管系统的燃料喷射系统。该系统可以包括燃料箱200、 低压燃料泵(或低压燃料提升泵)202经低压管道204向高压燃料泵206供给来自燃 料箱200的燃料。高压燃料泵206经高压管道208向高压燃料贮存器210供给加压燃 料。高压燃料贮存器210分别经燃料供给管212a、 212b、 212c和212d向燃料喷射器 214a、 214b、 214c和214d供给加压燃料。燃料喷射器将燃料喷射到位于发动机汽缸 体216内的发动机汽缸(未示出)中。未喷射的燃料可以经回燃料管218回到燃料箱 200。发动机汽缸体216可以连接到具有进气节气门224的进气道222。
该系统还可以包括控制单元226。该控制单元可以进一步连接到用于检测和控制 汽车工况的各种其他传感器252和各种执行器254 (如燃料喷射执行器、火花点火执 行器、节气门执行器等)。例如，控制单元226可以通过适当的传感器检测发动机转 速、节气门位置、进气温度和/或压力、排气温度/压力、空气质量流量、发动机冷却 剂温度、曲轴角位置、可变凸轮位置、喷射正时、火花点火正时。控制单元"6还可 以控制进气门和/或排气门或节气门、发动机冷却风扇、火花点火、喷射器及燃料泵 的操作以控制发动机工况。
图2示出燃料喷射系统的更多细节。具体来说，图2示出控制单元216可以是发 动机控制单元、动力系统控制单元、控制系统、或独立的单元，或各种控制单元的组 合。控制单元226如图2所示为常规微型计算机，其中包括输入/输出端口 ( I/O) 228、 微处理器单元(CPU) 232 、用于可执行程序和校准值的电子存储媒体(在该具体示例 中如图所示为只读存储器芯片(ROM) 230 )、随机存取存储器(RAM) 234、保活存储 器UAM) 136，及数据总线。控制单元226可以接收来自各种传感器的信号。例如，控制单元226可以通过位 于高压燃料贮存器210中的燃料压力传感器220接收来自高压燃料贮存器210的燃料 压力信号。该控制单元还可以经节气门位置传感器238接收指示进气节气门位置的节 气门开启角信号(0A)、接收来自空气质量流量传感器240的进气流量信号(Qa)、 接收来自发动机转速传感器242的发动机转速信号(N。)、经加速器踏板位置传感器 246接收来自踏板244的加速器踏板位置信号、接收来自曲轴角传感器248的曲轴角， 及接收来自发动机温度传感器250的发动机冷却剂温度(ECT)信号。
除上述信号之外，控制单元226还可以接收来自各种其他传感器252的其他信号。 例如，控制单元226可以接收来自连接到曲轴(未示出)的霍尔效应传感器(未示出) 的齿面点火传感器信号(PIP);来自歧管压力传感器(未示出)的歧管绝对压力信 号MAP。
控制单元226可以通过各种执行器254控制各种汽车组件的操作。例如，控制单 元226可以通过燃料喷射器执行器(未示出)控制燃料喷射器214a - 214b的操作， 通过高压燃料泵执行器(未示出)控制高压燃料泵206的搡作。
虽然在该示例中示出一个高压燃料泵206,但在其他示例中可以包括多个向高压 燃料贮存器210供给燃料的髙压燃料泵。如图2所示，高压燃料泵206可以连接到控 制单元226并由该单元控制。控制单元226可以通过高压燃料泵控制(未示出)调节 由高压燃料泵206向高压燃料贮存器供给燃料的量或速度。控制单元226还可以完全 停止对高压燃料!fc存器210的燃料供给。此外，高压燃料泵206可以包含一个或多个 安全阀，安全阀可在高压燃料贮存器210中的燃料压力高于所需时降低高压燃料贮存 器中的燃料压力。
虽然在该示例中示出每汽缸一个燃料喷射器，但可以在其他示例中每汽缸使用多 个喷射器。虽然在该示例中喷射器连接到发动机汽缸，但在其他示例中，喷射器可以 连接到进气道。直接连接到发动机汽缸的燃料喷射器可以位于汽缸活塞(未示出)上 方或位于发动机汽缸侧部。喷射器212可操作地连接到控制单元或由控制单元控制， 如图l所示的控制单元226。从喷射器喷射的燃料量和喷射正时可以由控制单元226 通过存储在控制单元226中的发动机MAP图(engine map)基于发动机转速(N。)和 /或进气节气门角(Qa)或发动机负荷确定。可以通过控制连接到喷射器的电磁阀(未 示出)来控制喷射器。喷射器可以不将向喷射器供给的所有燃料喷射完，并通过回流 管，如回燃料管218将所供给的部分燃料返回燃料箱。
高压燃料贮存器210还可以包含一个或多个用于检测高压燃料贮存器H0中的燃 料温度的温度传感器，及一个或多个用于检测高压燃料贮存器中的燃料压力的压 力传感器。高压燃料贮存器210还可以包含一个或多个安全阀。当压力高于所需时， 安全阀在开启时可降低高压燃料贮存器中的压力并经回燃料管将多余的燃料返回燃 料箱中。可以对上述示例系统做出各种其他修改或调整。例如，燃料管(如204、 208、 H8、 2Ha-212d)可以包含一个或多个过滤器、泵、压力传感器、温度传感器、安全 阀。燃料导管可以包括一根或多根管道。可以使用一个或多个燃料冷却系统。进气道 222可以包含一个或多个空气过滤器、涡轮增压器、缓冲罐(surge tank)。发动机 可以包含一个或多个发动机冷却风扇、冷却管路、火花点火装置、气门，及控制装置。 发动机可以连接到排气道。
下面在流程图中描述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种， 如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各个步骤或功能可以如所 示例程那样执行，并行执行，或在某些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现本 文中所述的示例的特征和优点所必需，而是为便于演示和说明而提供。虽然未明确示 出，但取决于在发动机运行期间所使用的具体策略，可以重复执行所示的步骤或功能。 此外，这些图可以在图形上表示编程到控制器或控制系统中的计算机可读存储媒体中 的代码。
图3-图6示出可以实现在汽车控制系统或控制单元中，如发动机控制单元(ECU) 中或实现在燃料喷射系统，如图1-图2所示燃料喷射系统中的用于校准燃料喷射器 的示例例程或程序的高级流程图。
图3示出示例燃料喷射器校准例程(FICR)。
在302,控制单元(如12和226 )接收来自各种汽车传感器的有关发动机工况的 输入信号。例如，控制单元可以接收各种信息，诸如来自发动机转速传感器(如242 ) 的发动机转速信号(N。)、来自节气门位置传感器(如2 38 )的节气门开启角信号(0*), 及来自空气质量流量传感器(如240 )的空气流量信号(Qa)。在一些示例中，输入 信号可以包括进气压力、执行用于喷射器校准的预定喷射次数，或其他。
在304,控制单元确定发动机是否处于低负荷工况。控制单元可以基于N" 0A, 和/或Qa (如Ns低于预定阈值A)确定发动机处于低负荷工况。如果发动机处于低负 荷工况，则例程进入步骤306;否则，例程结束。
在306,控制单元确定发动机温度(TJ是否高于或等于预定阈值B (如80°C)。 发动机温度可以通过位于发动机中的传感器直接检测，或通过其他检测到的信号，例 如通过检测到的发动机冷却剂温度估计，或通过或基于各种其他汽车参数估计。如果 发动机温度高于或等于预定阔值B,则例程进入308，否则例程结束。该步骤可以确 保喷射器校准喷射事件在发动机温度相对稳定时执行。在一些情况下，有利的是避免 或减少低发动机温度工况下，如发动机起动时的喷射器校准，因为在其间发动机温度 可能发生显著变化。波动的发动机温度会影响在给定压力下喷射的燃料质量，因此产 生不精确的燃料计量，最终使校准结果降级。或者，校准可以尝试考虑发动机温度， 从而允许在较大范围的工况下进行校准。
在30S,控制单元确定上次喷射器校准和更新事件以来已流逝的一段时间(t一)是否大于或等于预定阈值C (如IO分钟)。如果t^p大于或等于阈值C,则例程进入 步骤310,否则例程结東。以此方式，可以限制或减少喷射器校准的频度。
在310,控制单元执行校准喷射程序(如图4)达预定次数K (如3次)。例程 还可以预先确定喷射器在校准喷射程序中的触发顺序。可以确定每个喷射器在校准喷 射程序期间何时触发多少次。还可以包括计数机制，以跟踪喷射器的触发并确保在继 续下一个校准喷射程序之前在所有喷射器中循环进行喷射。例如对于具有四个喷射器 的四汽缸发动机，例程可以预先确定校准将以下述顺序进行校准喷射程序喷射器#1、 #2、 #3、 #4,且该校准喷射程序可以在燃料喷射器校准例程中重复执行三次。该例程 还可以确定可在上次燃料喷射器校准例程结東之后已流逝预定量的时间(如10分钟) 之后重复执行燃料喷射器校准例程。例如，该例程可以在最早可能机会，例如在发动 机已起动且发动机温度已稳定化之后执行校准喷射例程以校准喷射器#1，然后接着在 下次可能机会校准喷射器#2、 #3、 #4。该例程还可以确定例如在上次校准循环以来已 流逝预定量的时间之后(如10分钟)，或根据需要，如在发生特定的触发事件时或 在发动机工况指示需要重新校准喷射器时，重复执行燃料喷射器校准例程。这样的工 况的示例包括上次燃料喷射器校准例程以来发动机温度已改变超出预定阈值时，或排 气成分传感器检测到一种或多种排气成分超出预定阈值时。
在312,控制单元对每个喷射器执行喷射器修正系数校准和更新例程(如图5)。 例如，如果发动机是四汽缸发动机且每个汽缸具有一个喷射器，则喷射器修正系数校 准和更新例程可以执行四次，对每个喷射器执行一次。
图4示出可用作喷射器校准例程(如图3所示)的子例程的示例校准喷射例程。
在402,控制单元(如12、 226 )请求高压燃料供给泵(如206 )执行附加泵行 程、增加泵行程频率，和/或在至少一个行程中增加泵行程，以使高压燃料贮存器(如 210)中的燃料压力达到预定的目标校准压力(PJ ,这可进一步参考图6描述。如 本文所述，泵操作增加的量可以基于发动机转速、发动机负荷、增压操作、进气压力、 (发动机或每个喷射器的)校准喷射次数，和/或其他工况确定。
在404,控制单元关闭高压燃料供给泵，从而不向高压燃料贮存器(如210)进
一步供给更多燃料。
在406,控制单元以预定程序(如喷射器#1、喷射器#2、喷射器#3、喷射器#4, 或该发动机规定的点火顺序)执行一系列的燃料喷射，并重复执行该程序达预定次数 L(如三个发动机循环，其中每个喷射器在每个发动机循环期间至少操作一次)，同 时监视作为时间或喷射事件的函数的高压燃料贮存器中的燃料压力(P)曲线。可以 安排喷射系列，以便在喷射结東时，P达到或低于正常工作目标压力(Pn)，其中Pn 是高压燃料贮存器在正常燃料喷射事件期间的期望目标燃料压力。
在一些示例中，该例程可以监视高压燃料贮存器中的燃料压力。在一些示例中， 在校准喷射程序完成之后，该例程还可以在下一次校准喷射程序开始之前，基于可包括发动机工况的工况，将高压燃料贮存器中的燃料压力返回到正常工作目标压力 (Pn)。
在一些示例中，该例程可以最小化或减少用于将高压燃料贮存器中的燃料压力升 高到期望压力，例如目标校准压力(P )的驱动(actuation)次数，因为泵的驱动 会增加工作损失。在一个具体示例中，该例程可以使用单个行程来增加高压燃料贮存 器中的燃料压力以达到目标校准压力(P )。
图5示出可在喷射器校准例程(如图3)内部用作子例程的用于喷射器i (如对 于四汽缸发动机，i=l、 2、 3或4)的示例喷射器修正系数计算和更新例程。
在502,控制单元计算由于第i个喷射器的每次喷射造成的燃料压力降(厶Pij) (如，若每个喷射器在校准喷射循环期间喷射三次且校准喷射循环在校准事件期间执 行三次，则j=l、 2、 3...9) 。 .APij对应于由于第i个喷射器在第j次喷射期间的喷 射造成的高压燃料贮存器中的压力降。
各种发动机工况或事件会影响燃料导管压力测量并可以在计算每次喷射造成的 燃料压力降(APij)时考虑。因此，在一些示例中，该例程可以使燃料压力与经各种 传感器检测到的各种发动机工况(如在图3的302中获得的参数)相关。例如，喷射 器触发所产生的瞬态压力脉冲会暂时地影响燃料导管压力测量，从而影响校准精度。 因此，可以选择对燃料压力的釆样以减少喷射器触发的瞬态影响。附加地或替代地， 如果喷射器触发正时与燃料导管压力测量相关，则在确定喷射器校准值时可以考虑喷
射器触发所造成的暂时的压力降。类似地，进气门和/或排气门开启和关闭、进气压 力和/或排气压力、曲轴角位置、凸轮位置、火花点火及发动机燃烧也会影响燃料导 管压力测量，且可以将这些因素与燃料导管压力测量相关以精确地计算单次喷射造成 的燃料导管压力降。
继续图5，在504,控制单元使用下面的公式计算每次喷射Qij中实际喷射的燃料
量
Qu = APu / C
其中C是预先确定的常数系数，用于将燃料压力降的量转换为所喷射的燃料量。 在506,控制单元使用下面的公式确定喷射器i实际喷射的燃料的平均量(Qi):
其中j是喷射器i的喷射次数(如，若每个喷射器在校准喷射循环期间喷射三次 且校准喷射循环在校准事件期间执行三次，则j=l、 2、 3...9)。
在508,控制单元例如基于发动机工况确定本应由喷射器i喷射的燃料的目标量 (Qc)。
在510,控制单元使用下面的公式计算喷射器i (如，对于四汽缸发动机，i=l、 2、 3或4)的修正系数 ki = Qc / Qi在512,控制单元用新计算出的ki更新喷射器i的修正系数。例如，新计算出的 ki将取代存储在控制单元的保活存储器(KAM)中且当前用于校准喷射器i的旧ki。
图6示出用于确定高压燃料贮存器(如210)中的目标校准压力(PJ的例程。
在602,控制单元接收输入，该输入可提供要校准的喷射器数量、要由每个喷射 器在每次喷射期间喷射的燃料基本量或燃料目标量(Q。)及每个喷射器在校准喷射循 环期间应喷射的次数。
在604,控制单元例如使用下面的公式，计算可在校准喷射循环之后使高压燃料 贮存器中的燃料压力下降回到正常工作目标压力(P )所需的高压燃料贮存器中的目 标校准压力(P ):
pm = pn + s; 艮)
其中Pn是正常工作目标压力，APij是喷射器i的喷射j期间的压力降。
在一些示例中，该例程可以基于各种发动机工况或其他工况确定目标校准压力 (PJ 。例如，与较低扭矩或负荷(或喷射持续期受限)下相比，在较高的扭矩、负 荷，和/或发动机转速下，每次喷射所喷射的燃料量较大，因此，可以取决于要对给 定的燃料喷射器校准例程执行的喷射次数，相应地增加目标校准压力(p )。此外， 在进气压力较高时，可以在每次喷射中使用较大的压力降来增加精度，这还意味着较 高的目标校准压力(p ),该压力亦取决于要执行的喷射次数。因此，在一些示例中， 用于确定目标校准压力(PJ的发动机工况可以包括预定的要在燃料喷射器校准例程 中执行的喷射次数。作为一个示例，如果燃料喷射器校准例程中预定的喷射次数增加， 则该例程还增加目标校准压力(PJ 。
图7是示出校准喷射循环的理论示例(prophetic example)中的校准喷射循环 中的燃料喷射正时、高压燃料贮存器(如210)中的燃料压力改变，及燃料泵行程(如 图4所示)的图。在校准喷射循环之前，高压燃料贮存器中的燃料压力保持在正常工 作目标压力(P )并执行正常的泵行程。在校准喷射事件开始处，执行更多或更长的 泵行程并使高压燃料贮存器中的燃料压力(P)达到目标燃料压力(Pn),目标燃料 压力高于P。并可例如根据图6所示的例程确定。在校准喷射循环期间，例如按每个喷 射器的程序执行喷射并监视高压燃料贮存器中的燃料压力(P)。在该示例中，每次
喷射具有喷射时间t及目标喷射量q。。可以基于N。、 q,和/或OA通过存储在控制单元的
ROM中的发动机MAP图(engine map)确定Q。。可以例如使用下面的公式确定t:
其中Q。是每次喷射的目标喷射量，ki是喷射器i的修正系数，P是喷射时高压燃 料贮存器中的燃料压力，Pm是高压燃料贮存器的目标燃料压力。由于P在每次喷射器 喷射燃料时改变，t也会作为时间的函数改变。由于ki可以对每个喷射器改变，t也可 以作为喷射器的函数改变。在一个示例中，喷射器校准喷射事件可以在低负荷操作(如低于最大发动机负荷 的30'/。)期间执行。对每个校准喷射事件，通过执行附加或更长的泵行程，可将燃料 导管压力升高至比正常工作压力高的压力，例如升高至比标准工作压力高lxl(y帕斯 卡至2xl(T帕斯卡(10至20巴)的压力。然后，执行燃料喷射，直到燃料导管压力
下降回到正常工作压力。可以重复执行校准喷射事件若干次。在每个校准燃料喷射事 件期间监视由于燃料喷射造成的燃料导管压力降。然后可以通过每个喷射器的每次喷 射造成的平均燃料压力降对每个汽缸计算修正系数。修正系数存储在保活存储器
UAM)中，且可以在每次车辆出行期间执行若干次校准。
注意，本文中所包括的示例控制和估值例程可用于各种发动机配置和/或汽车系 统配置。本文中所述的具体例程可以表示任何数量的处理策略中的一种或多种，如事 件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各个步骤、操作或功能可以如 所示例程那样执行，并行执行，或在某些情况下略去。类似地，处理的顺序不是实现 本文中所述的示例的特征和优点所必需，而是为便于演示和说明而提供。取决于所使 用的具体策略，可以重复执行所示步骤或功能中的一个或多个。此外，所述步骤可以 在图形上表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储媒体中的代码。
应理解，本文中公开的配置和例程本质上是示例性的，且这些具体示例不应视为 具有限制意义，因为大量的变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12、对置4及其他发动机类型。本发明的主题包括本文中公开的各种系统和 配置及其他特征、功能，和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合及子组合。
本发明的权利要求特别指出视为新颖和非显而易见的特定组合及子组合。这些权 利要求可能引用"一个"元素或"第一"元素或其等价。这样的权利要求应被理解为 包括对一个或一个以上这样的元素的结合，而不是要求或排除两个或两个以上这样的 元素。所公开的特征、功能、元素，和/或属性的其他组合及子组合可以通过本发明 权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提供新的权利要求来请求保护。这样的 权利要求，无论是在范围上比原始权利要求更宽、更窄、等价或不同，都应被视为包 括在本发明的主题之内。
权利要求
1. 一种用于控制直喷式燃料系统的燃料喷射的方法，所述燃料系统具有燃料泵，所述方法包括可变地操作所述燃料泵以将燃料压力保持在选择的压力；临时地增加泵操作以使压力增加从而足够高于所述选择的压力，然后减少泵操作；在减少泵操作之后的至少一次燃料喷射期间，使压力减小与喷射器操作相关；及基于所述相关调节燃料喷射操作。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵临时地在至少一个行程 中以增加的泵行程操作，然后在以所述增加的泵行程进行操作之后，在多个泵行程中 以减少的泵行程操作。
3. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵临时地以增加的泵行程 频率操作，然后在以所述增加的泵行程频率操作之后，在多个泵行程中以减少的泵行 程频率操作。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述临时地进行的操作发生在较低 的发动机负荷下。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述临时地进行的操作发生在发动 机节气门低于阈值的低发动机负荷期间。
6. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括对吸入发动机的空气进气进 行增压，并使所述增压下的吸入空气与来自所述燃料喷射的燃料混合。
7. 如权利要求6所述，其特征在于，紧接着泵搡作的减少，发动机中的每个喷 射器执行预定次数的喷射。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，用于增加压力的泵操作的量随工况 而改变。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工况包括进气压力。
10. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工况包括发动机转速。
11. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述工况包括所述预定次数的喷射。
12. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵临时地在至少一个行程 中以增加的泵行程搡作，然后在以所述增加的泵行程进行操作之后，在多个泵行程中 停用。
13. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料泵是在燃料经低压提升泵加压之后对燃料加压的高压燃料泵。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，至少在泵操作的减少之后的燃料 喷射期间，使燃料压力减小与喷射器特性相关。
15. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括在所述相关期间的发动机循 环内，保持发动机中的每个喷射器的喷射操作。
16. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，还包括搡作所述燃料泵，以通过执 行单个泵行程使压力增加从而足够高于所述选择的压力。
17. —种用于控制直喷式燃料系统的燃料喷射的方法，所述燃料系统具有燃料 泵，所述方法包括可变地操作所述燃料泵以将燃料压力保持在选择的压力；在低发动机负荷工况下，临时地增加泵操作以使压力增加从而足够高于所述选择 的压力，然后减少泵搡作；在泵操作减少之后的至少一次燃料喷射期间，使压力减小与喷射器操作相关，其中紧接着泵操作的减少，发动机中的每个喷射器执行预定次数的喷射； 基于所述相关调节燃料喷射操作；及对吸入发动机的空气进气进行增压，并使所述增压下的吸入空气与来自所述燃料 喷射的燃料混合。
18. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括操作所述燃料泵，以通过执行单个泵行程使压力增加从而足够高于所述选择的压力。
19. 如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述燃料泵临时地在至少一个行程中以增加的泵行程操作，然后在以所述增加的泵行程进行操作之后，在多个泵行程 中停用。
20. —种发动机系统，包括直喷式燃料系统，其包括低压燃料提升泵、高压燃料泵，及直接连接到发动机的 相应汽缸中的多个燃料喷射器；及控制系统，其可变地操作所述高压燃料泵以将燃料压力保持在选择的压力，在低 发动机负荷工况下，所述控制系统临时地增加高压燃料泵操作以使压力增加从而足够 高于所述选择的压力，然后减少高压燃料泵操作；及在泵操作减少之后的至少一次燃 料喷射期间，使压力减小与喷射器搡作相关，其中紧接着泵操作的减少，发动机中的 每个喷射器执行预定次数的喷射；所述控制系统还基于所述相关调节燃料喷射操作、 对吸入发动机的空气进气进行增压，并使所述增压下的吸入空气与来自所述燃料喷射 的燃料混合。
全文摘要
本发明提供检测和补偿直喷式系统中的喷射器变异性的方法及发动机系统，包括提供一种用于控制直喷式燃料系统的燃料喷射的方法，该燃料系统具有燃料泵，该方法包括可变地操作燃料泵以将燃料压力保持在选择的压力，临时地增加泵操作以使压力增加从而足够高于所述选择的压力，然后减少泵操作；在减少泵操作之后的至少一次燃料喷射期间，使压力减小与喷射器操作相关，及基于所述相关调节燃料喷射操作。本发明的方法和系统可以精确地校准喷射器，以补偿直喷式系统中的喷射器变异性。
文档编号F02D41/38GK101302966SQ20081009527
公开日2008年11月12日 申请日期2008年5月5日 优先权日2007年5月7日
发明者约瑟夫·莱尔·托马斯 申请人:福特环球技术公司