专利名称：柴油机控制系统及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种用于柴油机的控制系统和控制方法，尤其是涉及一种能够精确地将少量燃料喷射到柴油机中的控制系统和控制方法。
背景技术：
在柴油机中，燃料喷射量是通过改变供给到一个或多个燃料喷射器的电流的时间间隔从而改变燃料喷射时间间隔来加以控制的。然而，由于电流供给周期和燃料喷射量之间的关系在不同的喷射器之间有所差异，这归因于各个喷射器的性能不同，并且该关系随着老化等其他因素而变化，因此精确地喷射燃料非常困难。这个困难在每次喷射的喷射量较小的低负载、低转数区内以及在将每个冲程过程中所喷射的燃料量分成两次或多次喷射的分割燃料喷射(split fuel injection)中尤其明显。
日本专利未实审公开11-287149(具有对应的美国专利6053150和欧洲专利公开947686)教导了一种用于克服这个问题的装置，该装置通过由公共管路(common rail)压力中的变化确定引燃燃料喷射的开始来检测燃料喷射所需的最小电流供给周期。
另一方面，日本专利未实审公开11-343911(具有对应的美国专利6244241和欧洲专利公开947684)教导了一种装置，该装置基于用于检测空燃比的O2传感器的输出估计每次喷射的喷射量，并从所估计的喷射量和在喷射时输出的喷射脉冲的宽度(电流供给周期)来检测电流供给周期和喷射量之间的关系。日本专利未实审公开2000-227036和2001-98991也教导了相同的装置。
由于公共管路压力受动态因素等的影响，在少喷射区内，专利公开11-287149不能够精确检测燃料喷射。此外，虽然这种装置可以检测到燃料喷射所需的电流供给周期的下限值，但是它不能够精确检测是否喷射了能够点燃的燃料量，即，不能够精确检测稳定点燃所需的电流供给周期的下限。
专利公开11-343911的装置利用空燃比反馈控制所用的O2传感器，而该传感器是汽油机所特有的，不能够直接应用于柴油机上。
本发明的目的是提供一种柴油机控制系统以及控制方法，其能够精确控制燃料喷射，即使在诸如引燃喷射的少量喷射情况下。
本发明的另一目的是提供一种柴油机控制系统和控制方法，其能够进行精确的燃料喷射，而不受各个喷射器中的差异或老化变化所造成的喷射器性能变动的影响。
发明内容
本发明提供了一种柴油机控制系统，其包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变供给喷射器的电流周期来控制燃料喷射量；估算装置，用于将获得预定(稳定)燃烧装置时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流供给周期；以及控制数据校正装置，用于根据估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据。
估算装置优选地在预定的低负载、低转数工作过程中估算电流供给周期。
优选地是，柴油机响应用于进行分割燃料喷射的预定工作状态，分割燃料喷射是将每个循环过程中喷射的燃料量分到多次喷射中，而估算装置在分割燃料喷射过程中做出估算。
在这种情况下，为了实现稳定工作状态，即由稳定点燃以及均匀平稳燃烧(预定燃烧状态)产生的自主旋转为代表的工作状态，在怠速或其他预定低负载、低转数工作状态中所必须的每循环、每缸的燃料喷射量(所需的燃料喷射量)基本上由发动机的规格等惟一地确定，例如为5立方毫米，而供给到喷射器的电流周期参照这个量加以确定。这个所需的喷射量(例如5立方毫米)分成在多个喷射步骤中所喷射的各部分。在多个喷射步骤每一个中的喷射量根据分割比来确定，于是对于每个喷射步骤的电流供给周期得以确定。
结果，可以经由控制电流供给周期、通过在预定的低负载、低转数工作状态下利用基于分割比的电流供给周期进行分割燃料喷射；调节电流供给周期以实现稳定工作状态(预定燃烧状态)并在稳定工作状态达到时通过将其中喷射量最小的至少一个喷射步骤的电流供给周期限定为与该喷射步骤的喷射量相对应的电流供给周期来调节燃料喷射控制，来实现少量燃料的稳定喷射，而不会受到各个喷射器中的差异或随着老化而变化造成的喷射器性能变动的影响，由此，实现了在少喷射区域内的电流供给周期下限的精确调节，并实现了在做功区(practical region)内喷射量-电流供给周期特性的精确调节，而在柴油机工作过程中不会使驾驶员感到某些地方不正常。
估算装置和控制数据校正装置优选地在多个燃料喷射压力下进行电流供给周期估算及控制数据校正。由于这可以针对做功区内不同的喷射压力而进行校正，因此，它能够响应工作状态的变化。
控制数据校正装置优选地计算预设基本电流供给周期和估算电流供给周期之间的偏差，并基于所计算的偏差，校正不同于所述多个燃料喷射压力的各压力下的控制数据。这使得供给到喷射器的电流周期与做功区的喷射压力变化范围内的喷射量之间的关系可以以较少步骤加以校正。
估算装置优选地在达到预定发动机速度时确定发动机处于预定燃烧状态下。优选地是，柴油机配备有多个缸，而估算装置和控制数据校正装置单独对每个缸估算电流供给周期并校正控制数据。
在另一方面，本发明提供了一种柴油机控制系统，其包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机的燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变向喷射器供给的电流周期来控制燃料喷射量；在预定工作状态下工作的引燃喷射控制装置，用于在燃料主喷射之前，使喷射器进行比主喷射的喷射量小的燃料量的引燃喷射；失火(misfire)产生装置，用于通过改变电流供给周期而改变引燃喷射的喷射量来产生失火状态；失火识别装置，用于识别失火状态；失火极限设定装置，用于将检测到失火时供给到喷射器的电流周期设定为失火极限电流供给周期；以及引燃控制校正装置，用于基于失火极限电流供给周期校正引燃喷射控制装置的控制数据。
在这种结构中，当柴油机处于怠速或其他预定的低负载、低转数工作状态时，如果在通过引燃喷射获得点燃稳定性的状态下、不由此改变每循环喷射量而要停止引燃喷射，喷射时间点延迟到将发生失火的极限。在这种状态下，电流供给周期和每个喷射器的喷射量之间的关系通过在不改变每循环喷射量前提下改变供给到喷射器的电流周期并检测失火发生的实际极限(电流供给周期的下限)来予以确定，随后，燃料喷射控制基于确定结果来校正。结果，可以实现稳定的引燃喷射控制等，而不会受到各个喷射器之间的差异或者随老化而变化的影响。
失火识别装置优选地基于曲轴的转速来识别失火。
优选地是，柴油机配备有多个缸，而失火识别装置基于失火气缸内爆燃时的曲轴转速与另一气缸爆燃时的曲轴装置的差值识别失火状态。
失火识别装置优选地在该差值等于或大于预定值时识别失火状态。引燃控制校正装置优选地将通过将预定周期加到失火极限电流供给周期上而获得的周期设定为用于引燃喷射的电流供给周期的下限值。失火产生、失火识别、失火极限设定以及引燃控制校正各自优选地在多个燃料喷射压力下进行。优选地是，柴油机配备有多个气缸，而失火产生、失火识别、失火极限设定以及引燃控制校正对每个气缸单独进行。
在另一方面，本发明提供了一种柴油机控制方法，该方法通过改变向用于将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器供给的电流周期来控制燃料喷射量，该方法包括将达到预定燃烧状态时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流供给周期的步骤；以及基于估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据的步骤。
在另一方面中，本发明提供了一种柴油机控制方法，其通过改变向用于将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器供给的电流周期来控制燃料喷射量，该方法包括在预定工作状态下进行的步骤，该步骤使得喷射器先于燃料主喷射进行其喷射量小于主喷射的喷射量的引燃喷射；通过改变电流供给周期而改变引燃喷射的喷射量来产生失火状态的步骤；识别失火状态的步骤；将检测到失火时向喷射器供给的电流周期设定为失火极限电流供给周期的步骤；以及基于失火极限电流供给周期校正引燃喷射控制装置的控制数据的步骤。
图1是示出作为本发明第一实施例的柴油机控制系统的总体构造的示意图；图2是示出本发明第一实施例中的喷射状态的时序图；图3是示出在本发明第一实施例中由用于实现校正控制的ECU所执行的过程的细节的流程图；图4是示出喷射压力如何随着电流供给周期变化的曲线；图5是示出喷射量如何随着电流供给周期变化的曲线；图6是示出实际电流供给周期和基准电流供给周期之间的偏差TQ的曲线；图7是示出在不同喷射压力下燃料喷射量如何随着电流供给周期变化的曲线；图8是用于解释本发明第二实施例中的喷射状态的时序图；图9是示出本发明第二实施例的在校正控制过程中单个气缸的曲轴转速等的时序图；图10是用于解释本发明第二实施例中设定阈值的示例的曲线；图11是示出在本发明第二实施例中由用于实现校正控制的ECU所执行的过程的细节的流程图；图12是示出喷射压力如何随着电流供给周期变化的曲线；图13是示出喷射量如何随着电流供给周期变化的曲线。
具体实施例方式图1是示出作为本发明第一实施例的柴油机控制系统的总体构造的示意图。这个实施例表示本发明应用于车辆内安装的直列四缸直喷柴油机。
在图1中，附图标记1标示这个实施例的控制系统所控制的主发动机单元。主发动机单元1配备有四个气缸2，它们于图面垂直地成一直线。活塞3安装在每个气缸2内，以在其中往复运动。每个活塞3的顶面形成有凹坑4，该凹坑形成燃烧室的一部分。螺线管型喷射器(燃料喷射阀)5安装在每个气缸2的顶部中心，用于将燃料直接喷射到气缸内。
喷射器5通过歧管7连接到公共管路6上。公共管路6以高于喷射器5的芯塞阀的工作压力的高压储存燃料，并将该燃料分配到喷射器5。当电流供给到喷射器5上时，产生开启燃料通道的磁力，从而喷嘴的芯塞阀由来自公共管路6的燃料的压力所打开。从而，自公共管路6供给的燃料通过多个在喷嘴尖端的喷口直接喷射到相关的气缸2中。从喷射器5喷射的燃料量通过电流供给周期来控制。利用压电元件作为致动器的喷射器可以取代螺线管型喷射器。
公共管路6配备有燃料压力传感器8，用于检测内部燃料压力(公共管路压力)。公共管路6通过高压燃料供给线路9连接到燃料供给泵10上，而燃料供给泵10通过燃料供给线路12连接到燃料箱13上。
燃料供给泵10由自主发动机单元1的曲轴15传给其驱动轴的转动来驱动。燃料供给泵10从燃料箱13内部通过燃料供给线路12吸取燃料，并将燃料通过高压燃料供给线路9传送到公共管路6。这个实施例构造成可以通过操纵燃料供给泵10来改变公共管路压力。
燃料供给线路12中间设置有燃料滤清器16，该滤清器配有加热器。燃料供给泵10配备有螺线管型压力调节阀17，该调节阀通过使得一部分加压燃料溢回到燃料返回线路19中来调节压力。
公共管路6配备有限压器18，当公共管路压力超过预定压力时，该限压器将燃料从公共管路6中排出。从限压器18排出的燃料通过用于将来自喷射器5的一部分燃料返回到燃料箱13的燃料返回线路19返回到燃料箱13。
主发动机单元1配备有曲轴角度传感器20，用于检测曲轴15的转角；凸轮角度传感器21，用于检测凸轮轴的转角；以及冷却剂温度传感器22，用于检测冷却剂的温度。
虽然未示出，曲轴角度传感器20配备有码盘(detected plate)以及磁性拾取器，该码盘设置在曲轴末端，而磁性拾取器定位成面对码盘的外圆周。曲轴角度传感器20对以规则间隔(例如，15度CA(曲轴角度)间隔)形成在码盘整个外圆周的齿(凸起)的通过作出响应而输出脉冲，在这个实施例中，曲轴的转速可以基于这个脉冲信号检测到。
虽然未示出，类似于曲轴角度传感器20，凸轮角度传感器21配备有磁性拾取器，该拾取器对形成在凸轮轴外圆周表面适当位置处的多个齿(凸起)通过作出反应而输出脉冲。
用于将通过空气滤清器23过滤的空气供给到气缸2内的进气通道24连接到主发动机单元1的一侧(图1中的左侧)上。缓冲罐25设置在进气通道24的下游端部，缓冲罐25通过分支通道连接到相应气缸2的进气口26上。
进气通道24在缓冲罐25上游的部分从上游侧到下游侧配备有用于检测吸入空气的流量的气流传感器28、作为涡轮增压器的部件的压气机29、用于冷却由压气机29压缩的空气的中冷器30、进气温度传感器31、进气压力传感器32、以及由负压操纵的进气节气门阀板33。
进气节气门阀板33由负压致动器34开启和关闭。负压致动器34利用曲轴15驱动的真空泵35作为负压源。其工作压力由两个电磁阀36、37控制，以便根据发动机工作状态将进气节气门阀板33保持在全关闭和全开放之间的任何状态下。进气节气门阀板33设计成即使完全关闭也允许空气入流。
负压操纵的涡流控制阀38安装在连接缓冲罐25和相应气缸2的进气口26的分支通道27内。涡流控制阀38由负载致动器开启和关闭。负载致动器39利用真空泵35作为负压源，并在电磁阀40控制下根据发动机的工作状态开启/关闭涡流控制阀38。
用于从气缸2排出废气的排气歧管41在相对一侧连接到主发动机单元1的侧面部分上(图1的右侧)。排气通道42连接到排气歧管41的下游汇流部分。排气通道42从上游侧向下游侧配备有作为涡轮增压器的部件的涡轮43、用于去除废气中存在的有毒成份(未燃烧的HC、CO、NOx、PM等)的预催化转化器44和主催化转化器45、以及消声器46。
排气通道42内的涡轮43和进气通道24内的压气机29构成涡轮增压器47。虽然未详细示出，涡轮增压器47为所谓的VGT(变几何涡轮)，其利用可移动的风门片(flap)来改变通向涡轮43的排气通道的横截面积(喷嘴横截面积)。风门片由负压致动器48转动，该负压致动器48利用真空泵35作为负压源。在螺线管49所控制的负压下，其保持在预定的旋转位置处。来自真空泵35的负压通过单向阀51引向空气滤清器23内设置的真空室50，并且从真空室50通过螺线管49到达负压致动器48。
废气再循环(EGR)通道52为了将来自排气歧管41的一部分废气再循环到进气通道24内的进气节气门阀板33下游的位置处而设置，而在EGR通道52内设置了废气再循环(EGR)调节阀53，其开度可以通过负压操纵来加以调节。EGR阀53利用真空泵35作为负压源而开启和关闭。EGR阀53的工作压力由两个螺线管54、55调节，从而线性改变EGR通道52的横截面积，并由此调节再循环到进气通道24内的废气流量。
各个气缸的喷射器5、燃料供给泵10、进气节气门阀板33、涡轮增压器(涡轮43)、EGR阀53等的工作由电控单元(ECU)57控制。
ECU57输入有各种信号，包括燃料压力传感器8的输出信号、来自曲轴角度传感器20的输出信号、凸轮角度传感器21的输出信号、冷却剂温度传感器22的输出信号、气流传感器28的输出信号、进气温度传感器31和进气压力传感器32的输出信号、以及来自加速踏板下降传感器(未示出)的加速踏板下降信号。
ECU57主要基于加速踏板下降量来确定理想的燃料喷射量，控制向喷射器5供给电流，并控制燃料喷射量和燃料喷射时刻。它也控制燃料供给泵10的工作，以便控制公共管路压力，即，燃料喷射压力。
在这个实施例中，限定与所需发动机扭矩和发动机速度相关的基本燃料喷射量的基本喷射量的脉谱图存储在ECU57的存储器中。首先，将从加速踏板下降传感器的输出信号计算的理想扭矩和从曲轴角度传感器20的输出信号计算的发动机转数用作地址数据、从基本喷射量脉谱图中读出基本喷射量。接着，通过针对冷却剂温度、增压压力等校正基本喷射量来确定喷射量。随后，基于ECU57内存储的限定电流供给周期和喷射量之间关系的脉谱图确定实现所确定的喷射量所需的电流供给周期。
燃料喷射时刻类似地确定，于是确定了电流供给时刻。
在这个实施例中，在高负载区内的燃料喷射所有都在压缩冲程上止点(TDC)附近一次进行。在低负载和中等负载区，进行分割燃料喷射，即，对每个冲程的燃料量分成用于喷射的各部分。具体地说，在压缩冲程过程中，预定量的燃料(例如，后来进行的主喷射的燃料量的10～40％)首先作为引燃喷射喷射，然后在接近TDC处剩余燃料作为主喷射而喷射。
此外，与发动机工作状态向高负载侧偏移成比例地增大燃料喷射量的需求是通过提前主喷射的起始时刻来满足的。
电流向喷射器5的供给基于以这种方式确定的电流供给时刻和电流供给周期来进行的。
在EGR阀53(EGR控制)控制工作中，根据发动机工作状态，例如对所有气缸2设定共同理想的过量(excess)空燃比，供给到气缸2的吸入空气的实际量由气流传感器28的输出信号检测，而废气再循环量是基于检测到的值和每个气缸2的燃料喷射量加以控制的，以便实现所需的过量空燃比。换句话说，通过调节每个气缸2的废气再循环，改变新吸入的空气量，从而将每个气缸2的过量空燃比控制到理想的过量空燃比。
在进气节气门阀板33控制过程中，为了使预定量的废气能够由EGR控制而再循环，简单地说，在发动机怠速时，进气节气门阀板33完全关闭，以在进气通道24中产生负压。在怠速之外的工作状态下，进气节气门阀板33通常保持大开。
在这个实施例的控制系统中，例如，ECU57进行校正控制，用以对气缸2的喷射器5校正限定电流供给周期和燃料喷射量之间的关系的脉谱图。
这个校正控制点火(IG)开关每开启100次或车辆行驶每10000Km自动开始，当一组预定条件中所有都满足时，即，当冷却剂温度在60～85℃范围内，室外气温在0～35℃范围内，且从识别怠速开始已经过去40秒。当例如在车辆制造完成时输入测试端子ON信号，这个校正控制也会开始。
虽然校正控制在进行中，公共管路压力保持恒定，且如图2所示，在所有气缸(#1到#4)内的喷射状态为分割燃料喷射，在该状态下，燃料以平均量五次或四次分开喷射。另外，电流供给到喷射器5的周期在所有气缸2同时改变，从而实现稳定的怠速。同时，在每个气缸的燃料状态基于曲轴角速度变化来估算，并进行气缸相互间校正，用于调节供给到喷射器5的电流周期，以便使得喷射到各气缸的燃料量均匀一致。当实现稳定怠速时，此时的电流供给周期限定为用于喷射实现稳定怠速所需的燃料喷射量的电流供给周期。限定每个喷射器的电流供给周期和燃料喷射量之间的关系的脉谱图基于这些电流供给周期加以校正。
现在将解释这个第一实施例的控制系统所进行的校正控制的细节。图3是示出在校正控制过程中ECU57所执行的过程的细节的流程图。
在常规起动后，立即在步骤1确定燃料喷射量是否能够实现以五部分分割燃料喷射。判断到步骤S1的结果为NO意味着某些情况不正常，而控制进行到步骤S2，在步骤S2中，保持先前循环的校正值。当S1中的结果为YES时，控制进行到步骤S3，在该步骤中，所有与燃烧相关的设定保持不变。换句话说，利用EGR阀53、进气节气门阀板33和涡流控制阀38的控制终止，而VGT理想的增压压力保持不便。另外，公共管路压力(喷射压力)设定为35MPa，并进行分割燃料喷射，其中喷射器5喷射分成五个相等部分的燃料。考虑到此时喷射器5开启和关闭所产生的压力波动的影响，进行间歇校正，以用于使各喷射步骤中喷射均衡。
接着，在步骤S4中，供给到所有气缸的喷射器5的电流周期同时改变，以调节燃料喷射量，从而实现理想的发动机怠速。然后，在步骤S5，识别是否达到理想的怠速。当S5中结果为NO时，控制返回到步骤S4，并且燃料喷射量再次通过改变向所有气缸的喷射器5供给的电流周期来加以调节。当步骤S5中的结果为YES时，控制进行到步骤S6，在该步骤中，在理想怠速时向喷射器5供给的电流周期被存储在存储器中，作为获得理想怠速所需的电流供给周期。具体地说，这些电流供给周期对应于将获得理想怠速所需的每循环燃料喷射量(所需的喷射量)分成五个相等部分所获得的喷射量。如果所需的发动机喷射量例如为5立方毫米，每个分开喷射的喷射量为这个量被五除，或为1立方毫米。从而获得喷射1立方毫米燃料所需的电流供给周期。
接着，在步骤S7中，四个气缸中的一个限定为基准气缸，来自其他气缸的喷射器的燃料喷射量与来自基准气缸的喷射器的燃料喷射量成为一致，由此，使得来自喷射器5的燃料喷射量对所有气缸都相同。具体地说，例如，第一气缸限定为基准气缸，而供给到第一气缸的喷射器5的电流周期保持不变，从而使得分开喷射的喷射量在第一气缸均匀一致。然后，进行气缸相互间校正，以调节向其他气缸2的喷射器5供给的电流的周期，从而使得其他气缸爆燃时曲轴的转速差(角速度变化)等于第一气缸中爆燃时的转速差。如图4所示，由于喷射压力和电流供给周期之间的关系在不同喷射器之间有所不同，因此即使电流供给周期相同，喷射量在气缸之间也不同，如图5所示。然而，这个差异可以通过气缸相互间校正予以消除。
接着，在步骤S8中，检查作为等待时间所确立的预定周期或预定循环、或者用于稳定发动机速度或气缸间变动的循环是否已经消逝，当步骤S8中的结果为NO时，即，如果预定时间或循环未消逝，控制返回到步骤S7。当步骤S8中的结果为YES，即，如果发现预定时间或循环已经过去，控制步骤进行到S9，在步骤S9中，基于步骤S4获得的电流循环的公共管路压力(35MPa)处的电流供给周期和喷射量之间的关系，为每个喷射器校正ECU57中所存储的限定电流供给周期和燃料喷射量之间的关系的脉谱图。
接着，在步骤S10中，检查对于三种不同的公共管路压力，校正控制是否已经完成，当结果为NO时，控制进行到步骤S11，在步骤S11中，理想公共管路压力改变成校正控制还未进行的压力(55MPa或85MPa)，此后，控制返回到步骤S5。当步骤S9中的结果为YES时，校正控制终止。最好从最低到最高按顺序改变公共管路压力。如图7所示，在每个喷射压力下对于每个喷射器获得电流供给周期和燃料控制量之间的关系。应指出的是，虽然对于相同的喷射压力，喷射步骤的数量保持恒定，但是当喷射压力较高时校正控制可以利用减少数量的喷射步骤(如四个)予以进行。
由于这个校正控制校正了对于相同电流供给周期喷射量中的差异，由于喷射器5它们各自特性的不同，随着老化而退化等而可能在各喷射器5中存在该差异。这使得在所有气缸中能够均匀地喷射燃料。
在脉谱图校正中，优选地是对每个气缸和每个公共管道压力计算实际电流供给周期和预定基本电流供给周期之间的偏差TQ，利用这个偏差作为校正值更新脉谱图，并将这个偏差反映到用于校正控制的公共管路压力之外的压力下的电流供给周期校正上。然而，如图6所示，在实际获知的低于喷射压力的下限(35MPa)和高于喷射压力的上限(85MPa)的公共管路压力下，优选地保持在下限和上限处的校正值。
通过根据这个第一实施例的控制系统，当所需的每循环喷射量例如为5立方毫米时，控制系统可以建立用于分别以1立方毫米的五部分喷射燃料所需的电流供给周期。因此，可以精确实现即使很少量的燃料的喷射。
在上述实施例中，由流程图的程序所实现的校正控制将分割燃料喷射的喷射步骤数量固定为五，但是，在相同的处理过程中，在依次改变分割燃料喷射步骤数量的同时也可以进行控制，这种控制仍能够实现更精细的脉谱图校正。
虽然第一实施例构造成在分割燃料喷射的每个步骤上确立相同的喷射量，但是该喷射量可代之以在不同步骤之间有所差异。在这种情况下，用于在小喷射区内精确喷射的电流供给周期可以通过实现如下控制来确立，在该控制中，改变至少喷射量最小的喷射步骤的电流供给周期。
(第二实施例)根据第二实施例的控制系统通过失火检测方法检测引燃喷射下限(在失火极限下的电流供给周期)，并基于检测到的值进行发动机控制。第二实施例的发动机控制系统的基本构造与第一实施例的相同。
校正控制是通过如下步骤进行的，即，建立如果不实现引燃喷射则发动机会失火的状态，通过改变用于引燃喷射的电流供给周期来故意产生失火状态，将检测到失火时(失火极限)的电流供给周期限定为引燃喷射的最小电流供给周期，并校正用于引燃喷射的脉谱图。
具体地说，如图8所举例的，首先通过在每个气缸进行由引燃喷射和主喷射所构成的燃料喷射来建立怠速工作，接着，在所有气缸延迟由主喷射的喷射量和引燃喷射的喷射量(所需的喷射量)之和构成的总喷射量的喷射时刻到喷射仅为主喷射时会发生失火的极限喷射时刻(虚线曲线)，如图8中箭头D所示。
接着，相对于经历校正的一个气缸(例如第一气缸#1)，在这个延迟状态下，通过改变产生引燃喷射P的电流供给周期(逐渐减小或增大)而不改变每循环总的喷射量来检测失火极限，如双虚线所示。
检测到的失火极限处的电流供给周期限定为用于在经历校正的该气缸(此后称为受试气缸)进行引燃喷射的电流供给周期下限值，且这个值存储为更新值。
接着，在不同的公共管路压力下类似地检测对于该气缸的失火极限，且更新电流供给周期的下限值。
仅相对于受试气缸(图8中的第一气缸)延迟喷射时刻就足够了，然而，失火极限检测优选地对于每个气缸且在不同公共管路压力如35MPa、55MPa和85MPa下进行。在较高喷射压力(例如85MPa)下，发动机噪声变得较大，并会使用户认为某些地方出问题，因此，最好控制在每个气缸的延迟，以便产生噪声较小的半失火。
在第二实施例中，失火极限是从发动机转速变化(角速度变化)中检测到。如相对于第一实施例所解释的，曲轴角度传感器20的码盘形成在其圆周部分上，且带有以15度CA(曲轴角度)的间隔分隔开的齿。从这些齿中一个齿，即第七齿的通过时间与检测ATDC 105度CA的第二齿的通过时间之间的时间差计算出一个值，其中第七齿检测点火早于假设为受试气缸的第四气缸#4的第三气缸#3的TDC。这个计算出的值限定为转速时间差(转速时间差4)，该时间差对应于转速差(转速差4)，即，限定为转速变化。这个计算值超过预定值的点限定为失火极限，而对受试气缸(第四气缸#4)引燃喷射的电流供给周期限定为用于引燃喷射的电流供给周期下限值(图9)。
从而，以这种方式，可以通过核查转速差(转速时间差)是否等于或大于预定值(绝对值)来实现利用转速变化检测失火极限。在所检测到的失火极限下的电流供给周期，或为了燃烧稳定性而通过向所述电流供给周期加上预定电流供给周期所获得的电流供给周期限定为燃料喷射控制的电流供给周期。
如图10所示，例如，可以在失火极限转速差的较小转速差一侧(稳定燃烧侧)限定阈值b，然后假设当转速差变成a时的电流供给周期b为电流供给周期的下限值来校正脉谱图。
否则，图10中c所示的失火拐点可以用作基准，而在拐点c(在此转速变化差较小且点火稳定)之下预定量的点处限定阈值a。
也有可能基于相对于另一气缸的转速差来识别失火。例如，当正检测第一气缸的转速时，电流供给周期的下限值可以从第一气缸和第四气缸之间的转速差中获得，而在正检测第三气缸的转速时，可以从第三气缸和第二气缸之间的转速差获得。
优选地是，公共管路压力(喷射压力)变为在实际范围中使用的多个喷射压力，例如变为35MPa、55MPa和85MPa，失火极限在多个喷射压力下检测预定次数，并且每个压力下针对每个气缸所获知的结果反映在其他喷射压力下的校正中。公共管路压力最好从最低向最高按顺序变化。
当目前检测到失火极限的气缸和下一次要检测其失火极限的气缸按点火顺序邻近时，后面的气缸会受到角速度变化和失火的影响，导致连续失火和停转。因此，在点火顺序为第一气缸(#1)、第三气缸(#3)、第四气缸(#4)和第二气缸(#2)的发动机中，失火检测优选地按第一气缸、第二气缸、第四气缸和第三气缸的顺序进行。
现在解释由第二实施例的控制系统进行的校正控制的细节。图11是示出在本发明第二实施例中为了实现校正控制而由ECU57所执行的过程的细节的流程图。
如在第一实施例中的，由这个实施例的控制系统所执行的校正控制也是点火(IG)开关每开启100次或车辆行驶每10000km而自动开始一次，当一组预定条件中的所有都满足时，即当冷却剂温度在60～85℃的范围内，外界空气温度在0～35℃的范围内，且自识别怠速起已经过了40秒。当例如在车辆制造完成时测试端子ON信号输入时，也开始这个校正控制。
紧接在程序激活之后，在步骤S201中，所有与燃烧相关的设定保持不变，以获得稳定的怠速状态。换句话说，利用EGR阀53、进气节气门阀板33和涡流控制阀38的控制终止，而VGT理想的增压压力保持不变。另外，公共管路压力(喷射压力)保持为35MPa。此外，Q指令值(引燃喷射指令值)保持不变，该值是相对于以预定顺序要校正的气缸(#n)的引燃喷射的电流供给周期，主喷射时刻固定，并考虑喷射器5开启和关闭所产生的压力波动的影响，引燃间隔保持不变。
接着，在步骤S202中，只有经历校正的气缸(#n)(以下称为受试气缸)的喷射时刻延迟到并固定于正好在失火极限之前的时刻，据此，主喷射时刻和引燃间隔再次变化并固定。设定受试气缸(#n)的喷射时刻和引燃间隔，以建立如下条件，即在该条件下当引燃喷射为零时失火会无误地发生。这个条件取决于公共管路压力而有所不同。此时，其他气缸的喷射时刻和引燃间隔也可以类似地改变。
接着，在步骤S203中，发动机速度通过利用燃料喷射量(电流供给周期)调节的怠速控制(ISC)稳定化，并进行气缸相互间校正，以调节每个气缸处的燃料喷射量，以便使得在各气缸之间转速(角速度)变化均匀一致。此时，气缸相互间校正是通过只改变主喷射的电流供给周期来进行的。
接着，在步骤S204中，气缸相互间校正终止。存储喷射器5的气缸相互间校正的校正值。
接着，在步骤S205中，受试气缸(#n)的喷射器的引燃喷射电流供给周期逐渐减小，且主喷射的电流供给周期增大所述减小量。接着，在步骤S206中，检测预定次数的在受试气缸(#n)爆燃时曲轴的转速。
此外，在步骤S207中，核查所检测的转速与基准速度之间差值超过阈值的次数是否等于或大于预定次数，当步骤S207中结果为YES时，发现已经发生失火。当步骤S207中的结果为NO时，判定失火没有发生，且控制返回到步骤S205，以重复步骤S205到207的过程。
当步骤S207中的结果为YES时，控制进行到步骤S208，在该步骤中，失火时的引燃喷射的电流供给周期(TQ)限定为下限值。接着，在步骤S209，预定的余量α加入到下限值(TQ)上，这个和被限定为受试气缸(#n)的引燃喷射电流供给周期(TQ)，并且校正表示燃料喷射量和对每个喷射器的电流供给周期之间的关系的脉谱图。这就结束了相对于正经历学习的气缸(#n)的第一喷射压力阶段的学习。考虑到自先前校正的时刻起的退化，Q指令值限定为先前校正的值与特定保护值(guard value)的和(例如先前气缸TQ值+0.5)。
接着，在步骤S210中，检查引燃喷射电流供给周期(TQ)的设定是否对所有三个公共管路压力已经完成。当步骤S210内的结果为NO时，控制返回到步骤S210，公共管路压力的理想值变为55MPa或85MPa，并重复步骤S201到S209。公共管路压力最好从最低向最高按顺序变化。
当S210内的结果为YES时，即当对于三个公共管路压力失火极限的确定已经完成时，控制进行到步骤S211，在该步骤中，检查失火极限确定是否已经对所有四个气缸完成。
当S211内的结果为NO时，控制返回到步骤S201，改变受试气缸，并重复步骤S201到S210，直到所有气缸的校正完成。当失火极限的确定对所有气缸已经完成时，控制进行到步骤S212，在该步骤中，存储正常的条件，进行ISC和气缸相互间校正，并终止控制。在此时的校正量仅反映主喷射的喷射指令值Q。
如图12所示，喷射器的电流供给周期-喷射量特性的趋势各个不同，因此，如图13所示，即使在电流供给周期相同时喷射压力也不同。虽然这导致各个气缸之间喷射量有所变化，但是这个变化可以由本实施例的校正控制予以消除。
在这个第二实施例中，主喷射量随着引燃喷射量的变化而变化，以保持引燃喷射和主喷射的总量恒定。另外，主喷射量可以保持恒定，而只有引燃喷射量变化。
由于实现最佳校正的各种需求，如喷射时刻和间隔等取决于所采用的公共管路压力(喷射压力)而不同，前述实施例优选地构造成对每个公共管路压力单独设定喷射时刻、间隔等。
此外，在第二实施例中，有可能提供一个常规程序用以在每次喷射压力或气缸校正之后并在进行下一次喷射压力或气缸校正之前校验校正结果，进行大约十次工作循环，并然后在没有发现失火时进行到下一次校正。
此外，可以采用如下构造，即，当在校正控制过程中发生与原始校正条件或怠速区偏差时终止校正控制。
也可以采用如下构造，即不再进行其他学习，直到在图3流程图的步骤S8或在图11流程图的步骤S207中获得十个或更多连续的NO结果时开启下一个点火开关为止。
可以每个气缸和每个压力地建立完成标志，以便当校正控制在中途中止时，下一次可以从中止点重新开始。
第一实施例的多阶段喷射方法和第二实施例的失火检测方法可以结合，以用于在实际区内变化的燃料喷射量范围内进行失火极限学习并校正喷射量特性。
例如，本发明可以应用于如下的柴油机，该柴油机利用配备有压电元件操纵的致动器的喷射器作为燃料喷射器。
本发明不局限于应用于引燃喷射中，而是可以广泛应用于各种类型的分割燃料喷射，包括在低速、低负载工作过程中将喷射分成两个、三个或更多大致相等部分的分割燃料喷射以及在主喷射之后在膨胀冲程中进行的后喷射(after-injection)。
权利要求
1.一种柴油机控制系统，包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机的燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变供给到喷射器的电流的周期控制燃料喷射量；估算装置，用于将预定燃烧状态实现时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流供给周期；以及控制数据校正装置，用于基于所估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，估算装置估算在预定低负载、低转数工作期间的电流供给周期。
3.如权利要求1或2所述的系统，其特征在于柴油机对用于进行分割燃料喷射的预定工作状态作出响应，该状态将每个循环期间所喷射的燃料量分成多次喷射；以及估算装置在分割燃料喷射过程中进行估算。
4.如权利要求1到3中任一项所述的系统，其特征在于估算装置和控制数据校正装置在多种燃料喷射压力下进行电流供给周期估算以及控制数据校正。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于控制数据校正装置计算预设的基本电流供给周期和估算的电流供给周期之间的偏差，并基于所计算的偏差，校正在不同于所述多种燃料喷射压力的喷射压力下的控制数据。
6.如权利要求1到5中任一项所述的系统，其特征在于在达到预定发动机速度时，估算装置确定发动机处于预定燃烧状态下。
7.如权利要求1到6中任一项所述的系统，其特征在于柴油机配备有多个气缸；以及估算装置和控制数据校正装置对于每个气缸单独估算电流供给周期并校正控制数据。
8.一种柴油机控制系统，包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机的燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变供给到喷射器的电流周期来控制燃料喷射量；在预定工作状态下工作的引燃喷射控制装置，用于使得喷射器在燃料主喷射之前进行喷射量少于主喷射的喷射量的引燃喷射；失火产生装置，用于通过改变电流供给周期以改变引燃喷射的喷射量来产生失火状态；失火识别装置，用于识别失火状态；失火极限设定装置，用于将检测到失火时供给到喷射器的电流周期设定为失火极限电流供给周期；以及引燃控制校正装置，用于基于该失火极限电流供给周期校正引燃喷射控制装置的控制数据。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于失火识别装置基于曲轴转速来识别失火。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于柴油机配备有多个气缸；以及失火识别装置基于失火气缸爆燃时的曲轴转速与另一气缸爆燃时曲轴转速之间的差值来识别失火状态。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于当所述差值等于或大于预定值时，失火识别装置识别发生失火状态。
12.如权利要求8到11中任一项所述的系统，其特征在于引燃控制校正装置将通过向失火极限电流供给周期加上一个预定周期所获得的周期设定为用于引燃喷射的电流供给周期的下限值。
13.如权利要求8到12中任一项所述的系统，其特征在于失火产生、失火识别、失火极限设定以及引燃控制校正在多个燃料喷射压力下分别进行。
14.如权利要求8到13中任一项所述的系统，其特征在于柴油机配备有多个气缸；以及失火产生、失火识别、失火极限设定以及引燃控制校正对于每个气缸单独进行。
15.一种用于在预定工作状态下控制柴油机进行分割燃料喷射的系统，该分割燃料喷射将每个主喷射期间喷射的燃料量分成多次喷射，该系统包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机的燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变供给到喷射器的电流周期控制燃料喷射量；估算装置，用于在分割燃料喷射期间将预定燃烧状态实现时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流供给周期；控制数据校正装置，用于基于所估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据；在预定工作状态下工作的引燃喷射控制装置，用于使得喷射器在燃料主喷射之前进行喷射量少于主喷射的喷射量的引燃喷射；失火产生装置，用于通过改变电流供给周期以改变引燃喷射的喷射量来产生失火状态；失火识别装置，用于识别失火状态；失火极限设定装置，用于将检测到失火时供给到喷射器的电流周期设定为失火极限电流供给周期；以及引燃控制校正装置，用于基于该失火极限电流供给周期校正引燃喷射控制装置的控制数据。
16.一种柴油机控制方法，该方法通过改变供给到用于将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器的电流周期来控制燃料喷射量，该方法包括将达到预定燃烧状态时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流估计周期的步骤；以及基于所估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据的步骤。
17.一种柴油机控制方法，该方法通过改变供给到用于将燃料直接喷射到燃烧室内的喷射器的电流周期来控制燃料喷射量，该方法包括在预定工作状态下进行的步骤，该步骤使得喷射器在燃料的主喷射之间进行喷射量少于主喷射的喷射量的引燃喷射；通过改变电流供给周期以改变引燃喷射的喷射量来产生失火状态的步骤；识别失火状态的步骤；将检测到失火状态时供给到喷射器的电流周期设定为失火极限电流供给周期的步骤；以及基于失火极限电流供给周期校正引燃喷射控制装置的控制数据的步骤。
全文摘要
本发明的目的是提供一种柴油机控制系统和控制方法，其能够精确进行燃料喷射，而不受各个喷射器之间的差异以及随着老化而变化所造成的喷射器性能变动的影响。本发明提供了一种柴油机控制系统，其包括喷射器，用于将燃料直接喷射到柴油机的燃烧室内；喷射量控制装置，用于通过改变供给到喷射器的电流的周期控制燃料喷射量；估算装置，用于将预定燃烧状态实现时的电流供给周期估算为用于喷射预定燃烧状态所需的燃料量的电流供给周期；以及控制数据校正装置，用于基于所估算的电流供给周期校正喷射量控制装置的控制数据。
文档编号F02D41/14GK1464938SQ02802382
公开日2003年12月31日 申请日期2002年7月9日 优先权日2001年7月13日
发明者中井英二, 冈田直基, 佐藤恒博, 松本美幸, 中尾正美, 佐原正宪, 土生幸次, 菅野宏, 山本胜, 森恒宽 申请人:马自达汽车株式会社