用于操作燃料计量阀的控制装置制造方法

用于操作燃料计量阀的控制装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及操作燃料计量阀的控制装置，燃料计量阀与提供燃料至燃料轨的燃料泵相关联，燃料计量阀具有阀构件和使阀构件移动的电致动器，阀构件调节燃料流量，控制装置包括连接到燃料计量阀的电子控制单元，其用于：确定燃料流量目标值；用标称函数将燃料流量值关联到致动器的电信号的可调节参数的值，以确定可调节参数对应于燃料流量目标值的标称值；使用确定的标称值计算可调节参数的校正值；将可调节参数设定为校正值，电子控制单元配置为如下地计算可调节参数校正值：估算接近其实际值的燃料流量值；计算燃料流量目标值与估算值之间的差；使用该差确定表示标称函数导数的校正项值；计算可调节参数的校正值，其为其标称值和校正项计算值的函数。
【专利说明】用于操作燃料计量阀的控制装置

【技术领域】
[0001] 本专利申请总体涉及一种用于操作燃料计量阀的控制装置，所述燃料计量阀设置 用于调节由燃料泵提供进入汽车系统的燃料轨内的燃料流量。

【背景技术】
[0002] 众所周知，汽车系统通常包括内燃发动机，例如压燃发动机或火花点火式发动机。 该内燃发动机通常包括发动机缸体，所述发动机缸体限定至少一个具有活塞的气缸；和气 缸盖，所述气缸盖封闭该气缸并与活塞相配合以限定燃烧室。燃料和空气的混合物输送至 燃烧室中并被点燃，从而导致热膨胀的废气引起活塞的往复运动，其旋转曲轴。
[0003] 燃料由位于燃烧室内部的至少一个燃料喷嘴提供。该燃料喷嘴接收来自燃料轨的 燃料，该燃料轨与升高来自燃料源（罐）的燃料压力的高压燃料泵流体相通。更具体地说， 高压燃料泵可包括往复式柱塞，该柱塞被容纳在与燃料的进口及出口相通的气缸内。所述 柱塞由凸轮轴促动，该凸轮轴由内燃发动机的曲轴驱动。在柱塞的膨胀冲程期间，燃料从泵 的入口被吸入气缸。在压缩冲程期间，包含在气缸内的燃料以较高的压力通过泵的出口被 供给进入燃料轨。
[0004] 燃料计量阀通常与高压燃料泵相关联以调节供应到燃料轨的燃料流量 (flow-rate)。该燃料计量阀可被集成在高压燃料泵中，以便实现通常被称为燃料计量单元 的单个装置。该燃料计量阀可以是进气控制阀（SCV)或数字阀。
[0005] 进气控制阀通常位于高压燃料泵的入口处，并且包括阀构件，所述阀构件可在阻 止燃料通过阀的关闭位置和允许燃料的最大流量朝向燃料泵流动的全开位置之间运动。阀 构件被电力致动器，例如螺线管驱动，所述螺线管将电激励电流转化成磁场、然后转换为阀 构件的运动。取决于激励电流，阀构件在关闭位置和全开位置之间可处于任何位置。更特别 地，在一些实施例中设置了，如果没有电流被供给致动器，则阀构件被留在它的全开位置。 逐渐地增加供给致动器的电流，阀构件则移向它的关闭位置。其它实施例中设置了，如果没 有电流供给到致动器，阀构件保持在它的关闭位置。逐渐地增加供给到致动器的电流，阀构 件移向它的全开位置。在这两种情况下，进气控制阀调节在泵柱塞的膨胀冲程期间被吸入 泵缸内的燃料的流量。
[0006] 数字阀通常设在将所述高压燃料泵的气缸连接回油箱的再循环管道内。该数字 阀包括在泵柱塞的压缩冲程期间在打开位置和关闭位置之间运动的阀构件。只要阀构件 保持打开，所述泵柱塞就一直将燃料从泵缸推入再循环管道，然后返回到燃料箱中。一旦 阀构件被关闭时，泵柱塞增加了在泵缸内的燃料压力，并将燃料提供到燃料轨中。阀构件被 通过脉冲电信号驱动的致动器所驱动。以这样的方式，改变形成驱动信号的电脉冲的正时 (timing)，阀构件可在泵柱塞的压缩冲程期间的不同时刻被关闭，由此调节供应到燃料轨 的燃料的体积。
[0007] 无论它们如何实际工作，数字阀和进气控制阀的最终效果都是调节整体上由高压 泵供给到燃料轨的燃料的平均流量，并且为此它们都被归类为燃料计量阀。
[0008] 任何燃料计量阀典型地连接到汽车系统的控制装置，该汽车系统包括多个传感器 和至少一个电子控制单元（ECU)。为了操作燃料计量阀，该电子控制单元通常经配置用于 运行控制循环，该控制循环包括以下步骤：设置在燃料轨内的燃料压力的目标值，例如根据 发动机工作条件来设置；确定被供给至燃料轨以满足燃料轨压力目标值的燃料流量的目标 值；确定驱动所述燃料计量阀的电信号的可调节参数，即（对于SCV)电流或（对于数字阀） 电动脉冲的正时，其使高压燃料泵供应燃料流量的目标值；以及最终将电信号的可调节参 数设置为该所确定的值。
[0009] 更特别地，燃料流量的目标值通常由两个主要的贡献项（contribution)的总和 确定，即前馈贡献项和反馈贡献项。
[0010] 通过开环方法确定前馈贡献项，所述开环方法将燃料轨压力的目标值作为燃料轨 的数学模型的输入，该数学模型输出指示在目标压力值下由于燃料喷嘴的操作和泄漏离开 燃料轨的燃料量的燃料流量的值。
[0011] 由闭环方法确定反馈贡献项，该方法测量所述燃料轨内的压力值，计算该测量值 与燃料轨压力的目标值之间的误差，并且将该误差作为PI控制器的输入，该控制器输出旨 在补偿燃料压力误差的燃料流量的值。
[0012] 一旦燃料流量的目标值已经被计算出，驱动燃料计量阀的电信号的可调节参数的 相应值根据另一个开环来确定，所述另一个开环使用燃料流量的目标值作为相关函数的输 入，该相关函数输出所述可调节参数的相应值。
[0013] 这种方法的一个缺点在于，相关函数通常是标称函数，该函数由燃料计量阀的供 应商提供，并且仅代表燃料流量和驱动所述燃料计量阀的电信号的可调参数之间的理论关 系，而实际上每个单一燃料计量阀由于制造范围、制造公差和许多其它因素（如热流）的原 因可能都是不同的。
[0014] 结果是，对于给定的燃料流量的目标值，标称的相关函数一般产生电驱动信号的 可调节参数的标称值，该标称值与实际上允许燃料计量阀获得目标燃料流量的值相差一个 偏移量（offset)。
[0015] 该偏移量当前由PI控制器的积分项补偿，PI控制器调节燃料流量的目标值的反 馈贡献项，因此在稳定条件下燃料计量阀允许高压燃料泵得到正确的燃料流量。
[0016] 然而，如果偏移量的值太大，则所述补偿可能导致闭环回路的不稳定。
[0017] 此外，如果燃料流量的目标值突然改变，例如在快速转换阶段，PI控制器可能不足 够快，以补偿偏移量的可能改变，并且可能在供给至燃料轨的燃料流量的目标值与实际值 之间出现较大的误差。


【发明内容】

[0018] 鉴于上述情况，本发明的实施例的目的是，提供一种控制装置，该控制装置可以克 服或至少肯定地减少上述的缺点。
[0019] 另一个目标是，通过简单、合理并且相当低成本的解决方案实现上述目标。
[0020] 这些和其他目标通过包括在独立权利要求中的本发明实施例的特征实现。从属权 利要求包括本发明各实施例的特别有利和/或优选的特征。
[0021] 特别地，本发明的一实施例提供了一种用于操作燃料计量阀的控制装置，该燃料 计量阀与设置用于提供燃料至燃料轨的燃料泵相关联，所述燃料计量阀具有阀构件和用于 使所述阀构件运动以用于调节由燃料泵提供到燃料轨的燃料流量的电致动器，所述控制装 置包括连接到燃料计量阀的电子控制单元，并且所述电子控制单元被设置用于：
[0022] -确定所述燃料流量的目标值，
[0023] -使用标称函数，将燃料流量的值关联到驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号 的可调节参数的相对应值，以确定对应于燃料流量的目标值的可调节参数的标称值，
[0024] -使用所确定的标称值来计算可调节参数的校正值，以及
[0025] -将所述电信号的可调节参数设定为所述校正值，
[0026] 其中，所述电子控制单元被配置用于计算所述可调节参数的校正值，通过以下步 骤：
[0027] -估算接近于其实际值的燃料流量的值，
[0028] -计算燃料流量的目标值与估算值之间的差，
[0029] -使用所述差来确定表示标称函数的导数的校正项的值，和
[0030] -计算可调节参数的校正值，其为其标称值和所述校正项的计算值的函数。
[0031] 由于此解决方案，在可调参数的标称值和其实际值之间的差通过校正项被连续地 补偿，因此保证燃料流量的目标值总是非常接近真实值。
[0032] 以这种方法，控制装置可在稳定和瞬态两个阶段期间有效地操作燃料计量阀。
[0033] 特别地，电子控制单元可被设置用于通过以下步骤计算校正项的值：
[0034]-计算标称函数在对应于燃料流量的目标值的点处的导数，
[0035] -计算标称函数在对应于燃料流量的估算值的点处的导数，
[0036] -计算作为所述导数和燃料流量的目标值与估算值之间的差的函数的校正项的 值。
[0037] 由于校正项的值在考虑标称函数的导数（斜率）的情况下被计算，即使当标称函 数不是线性的时候，它的补偿效应也是有效的。
[0038] 更特别地，电子控制单元可被设置用于通过以下步骤计算校正项的值：
[0039] -计算在与燃料流量的目标值和估算值相对应的点处计算的标称函数的导数之间 的平均值，
[0040] -将燃料流量的目标值和估算值之间的差和所计算的平均值相乘。
[0041] 此解决方案具有以下优点：产生校正项的值，该值能使得燃料流量的目标值在燃 料计量阀的任何操作点上都非常接近真实值。
[0042] 更特别地，电子控制单元可被设置用于计算在上述标称函数的导数之间的平均值 作为调和平均值。
[0043] 此解决方案的优点是进一步增强校正项的值的可靠性。
[0044] 根据本发明的另一个方面，电子控制单元可被设置用于通过以下步骤估算燃料流 量的值：
[0045]-测量燃料轨的压力值，
[0046]-基于所测量的燃料轨的压力值确定燃料流量的估算值。
[0047] 本发明的这个方面具有以下优点：提供一种简单的解决方案，用于确定燃料流量 的估算值。
[0048] 特别地，电子控制单元可被设置用于，利用燃料轨压力的测量值作为数学模型的 输入值，该数学模型产生作为输出的燃料流量的估算值，从而确定燃料流量的估算值。
[0049] 假定该数学模型具有非常好的逼近水平，此解决方案可以产生燃料流量的非常可 靠的估算值。
[0050] 根据本发明的另一个方面，电子控制单元可被设置用于通过以下步骤来确定燃料 流量的目标值：
[0051] -设定燃料轨压力的目标值，
[0052] -计算燃料轨压力的目标值和测量值之间的差，
[0053] -计算对燃料流量的目标值的至少一反馈贡献项，其为所计算的差的函数。
[0054] 本发明的这一方面有利地引入闭环方法，该闭环方法通过燃料计量阀连续地和精 确地调节燃料流量的目标值。
[0055] 特别地，电子控制单元可被设置用于，利用燃料轨压力的目标值和测量值之间的 差作为比例积分（PI)控制器的输入值，所述比例积分（PI)控制器产生作为输出的反馈贡 献项，以此计算反馈贡献项。
[0056] 以这种方式，闭环方法有利地配置为最小化燃料轨压力的目标值和测量值之间的 差（误差）°
[0057] 在一些实施例中，反馈贡献项可以与燃料流量的目标值一致。换句话说，反馈贡献 项可以是燃料流量的目标值的唯一贡献项。
[0058] 在其它实施例中，电子控制单元可被设置用于通过以下进一步步骤来确定燃料流 量的目标值：
[0059] -基于燃料轨压力的目标值，计算对燃料流量的目标值的前馈贡献项，
[0060] -将燃料流量的前馈贡献项与反馈贡献项相加。
[0061] 通常该解决方案具有的优点在于，改进了时间响应和整个控制逻辑的效率。
[0062] 特别地，电子控制单元可被设置用于，利用燃料轨的压力作为数学模型的输入，所 述数学模型产生作为输出的前馈贡献项，以此来计算前馈贡献项。
[0063] 如果所述数学模型具有良好的逼近水平，该解决方案可以产生燃料流量的目标值 的可靠的前馈贡献项。
[0064] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是电流。
[0065] 该方面有利于允许控制装置操作实现为进气控制阀的燃料计量阀。
[0066] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是形成信号的电流脉冲的序列的正时。
[0067] 该方面有利于允许控制装置操作实现为数字阀的所述燃料计量阀。
[0068] 应当注意到，该电流脉冲的正时可被量化成角度项（例如驱动高压泵的活塞的凸 轮轴的角位置）。
[0069] 本发明的另一种实施例提供了一种用于操作燃料计量阀的方法，该燃料计量阀与 设置用于提供燃料至燃料轨的燃料泵相关联，所述燃料计量阀具有阀构件和电致动器，所 述电致动器使所述阀构件移动，以调节由燃料泵提供到燃料轨的燃料流量，所述方法包括 以下步骤：
[0070] -确定所述燃料流量的目标值，
[0071] -使用标称函数，将燃料流量的值关联到驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号 的可调节参数的相对应值，以确定对应于燃料流量的目标值的可调节参数的标称值，
[0072] -使用所确定的标称值来计算可调节参数的校正值，以及
[0073] -将所述电信号的可调节参数设定为所述校正值，
[0074] 其中，通过以下步骤计算所述可调节参数的校正值：
[0075] -估算接近于其实际值的燃料流量的值，
[0076] -计算燃料流量的目标值与估算值之间的差，
[0077]-使用所述差来确定表示标称函数的导数的校正项的值，和
[0078] -计算可调节参数的校正值，其为其标称值和所述校正项的计算值的函数。
[0079] 由于此解决方案，在可调参数的标称值和实际值之间的差通过校正项被连续地补 偿，因此保证燃料流量的目标值总是非常接近真实值。
[0080] 以这种方法，控制方法可在稳定和瞬态两个阶段期间有效地操作燃料计量阀。
[0081] 特别地，通过以下步骤计算校正项的值：
[0082] -计算标称函数在对应于燃料流量的目标值的点处的导数，
[0083] -计算标称函数在对应于燃料流量的估算值的点处的导数，
[0084]-计算作为所述导数和燃料流量的目标值与估算值之间的差的函数的校正项的 值。
[0085] 由于校正项的值在考虑标称函数的导数（斜率）的情况下被计算，即使当标称函 数不是线性的时候，它的补偿效应也是有效的。
[0086] 更特别地，通过以下步骤计算校正项的值：
[0087]-计算在与燃料流量的目标值和估算值相对应的点处计算的标称函数的导数之间 的平均值，
[0088]-将燃料流量的目标值和估算值之间的差和所计算的平均值相乘。
[0089] 此解决方案具有以下优点：产生校正项的值，该值能使得燃料流量的目标值在燃 料计量阀的任何操作点上都非常接近真实值。
[0090] 更特别地，计算在上述标称函数的导数之间的平均值作为调和平均值。
[0091] 此解决方案的优点是进一步增强校正项的值的可靠性。
[0092] 根据本发明的另一个方面，通过以下步骤估算燃料流量的值：
[0093]-测量燃料轨的压力值，
[0094]-基于所测量的燃料轨的压力值确定燃料流量的估算值。
[0095] 本发明的这个方面具有以下优点：提供一种简单的解决方案，用于确定燃料流量 的估算值。
[0096] 特别地，利用燃料轨压力的测量值作为数学模型的输入值，该数学模型产生作为 输出的燃料流量的估算值，从而确定燃料流量的估算值。
[0097] 假定该数学模型具有非常好的逼近水平，此解决方案可以产生燃料流量的非常可 靠的估算值。
[0098] 根据本发明的另一个方面，通过以下步骤来确定燃料流量的目标值：
[0099]-设定燃料轨压力的目标值，
[0100]-计算燃料轨压力的目标值和测量值之间的差，
[0101]-计算对燃料流量的目标值的至少一反馈贡献项，其为所计算的差的函数。
[0102] 本发明的这一方面有利地引入闭环方法，该闭环方法可通过燃料计量阀连续地和 精确地调节燃料流量的目标值。
[0103] 特别地，利用燃料轨压力的目标值和测量值之间的差作为比例积分（PI)控制器 的输入值，所述比例积分（PI)控制器产生作为输出的反馈贡献项，以此计算反馈贡献项。
[0104] 以这种方式，闭环方法是有利地配置为最小化燃料轨压力的目标值和测量值之间 的差（误差）。
[0105] 在一些实施例中，反馈贡献项可以与燃料流量的目标值一致。换句话说，反馈贡献 项可以是燃料流量的目标值的唯一贡献项。
[0106] 在其它实施例中，通过以下进一步的步骤来确定燃料流量的目标值：
[0107] -基于燃料轨压力的目标值，计算对燃料流量的目标值的前馈贡献项，
[0108] -将燃料流量的前馈贡献项与反馈贡献项相加。
[0109] 通常该解决方案具有的优点在于，改进了时间响应和整个控制逻辑的效率。
[0110] 特别地，利用燃料轨的压力作为数学模型的输入，所述数学模型产生作为输出的 前馈贡献项，以此来计算前馈贡献项。
[0111] 如果所述数学模型具有良好的逼近水平，该解决方案可以产生燃料流量的目标值 的可靠的前馈贡献项。
[0112] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是电流。
[0113] 该方面有利于允许所述方法操作实现为进气控制阀的燃料计量阀。
[0114] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是形成信号的电流脉冲的序列的正时。
[0115] 该方面有利于允许控制装置操作实现为数字阀的所述燃料计量阀。
[0116] 应当注意到，该电流脉冲的正时可被量化成角度项（例如驱动高压泵的活塞的凸 轮轴的角位置）。
[0117] 根据本发明的全部实施例的方法可以借助包含执行上述方法全部步骤的程序代 码的计算机程序来执行，并且以包含所述计算机程序的计算机程序产品的形式。所述方法 来可实现为电磁信号，所述被调制的信号用来携带数据位的序列，该数据为代表用于执行 所述方法的全部步骤的计算机程序。
[0118] 本发明的另一实施例提供了一种用于操作燃料计量阀的装置，该燃料计量阀与设 置用于提供燃料至燃料轨的燃料泵相关联，所述燃料计量阀具有阀构件和电致动器，该电 致动器设置用于移动所述阀构件，以便调节由燃料泵供应到燃料轨的燃料流量，所述装置 包括：
[0119] -用于确定燃料流量的目标值的部件，
[0120] -用于使用标称函数将燃料流量的值关联到驱动所述燃料计量阀的致动器的电信 号的可调节参数的相对应值的部件，以确定可调节参数的对应于燃料流量的目标值的标称 值，
[0121] -用于使用确定的标称值来计算可调节参数的校正值的部件，以及
[0122] -用于将所述电信号的可调节参数设定为所述校正值部件，
[0123] 其中，用于计算可调节参数的校正值的部件包括：
[0124] -用于估算接近于其实际值的燃料流量的值的部件
[0125] -用于计算燃料流量的目标值和估算值之间差的部件
[0126] -用于利用上述差确定表示标称函数导数的校正项的值的部件，以及
[0127] -用于计算可调节参数的校正值的部件，校正值为其标称值和所述校正项的计算 值的函数。
[0128] 由于此解决方案，在可调参数的标称值和实际值之间的差由此通过校正项被连续 地补偿，因此保证燃料流量的目标值总是非常接近真实值。
[0129] 以这种方法，所述装置可在稳定和瞬态阶段都有效地操作燃料计量阀。
[0130] 特别地，用于确定校正项的值的部件可包括：
[0131] -用于计算标称函数在对应于燃料流量的目标值的点处的导数的部件，
[0132] -用于标称函数在对应于燃料流量的估算值的点处的导数的部件，
[0133] -计算作为所述导数和燃料流量的目标值与估算值之间的差的函数的校正项的部 件。
[0134] 由于校正项的值在考虑标称函数的导数（斜率）的情况下被计算，即使当标称函 数不是线性的时候，它的补偿效应也是有效的。
[0135] 更特别地，用于计算校正项的值的部件可包括：
[0136] -用于计算在与燃料流量的目标值和估算值相对应的点处计算的标称函数的导数 之间的平均值的部件，
[0137] -用于将燃料流量的目标值和估算值之间的差和所计算的平均值相乘的部件。
[0138] 这种解决方案的优点是产生校正项的值，这种值可以使燃料流量的目标值在任何 燃料计量阀的操作点上都非常接近它的真实值。
[0139] 更特别地，用于计算上述标称函数的导数之间的平均值的部件可以包括用于计算 调和平均值的部件。
[0140] 该解决方法的优点是进一步提高了校正项值的可靠性。
[0141] 根据本发明的另一个方面，用于估算燃料流量的值的部件可包括：
[0142] -用于测量燃料轨压力的值的部件，
[0143] -用于基于所测量的燃料轨压力的值确定燃料流量的估算值的部件。
[0144] 本发明的这一方面的优点是提供了一种用于确定燃料流量的估算值的较简单的 解决方案。
[0145] 特别地，用于确定燃料流量的估算值的部件可以包括用于利用所测量的燃料轨压 力的值作为数学模型的输入的部件，所述数学模型产生作为输出的燃料流量的估算值。
[0146] 如果所述数学模型具有良好的逼近水平，则所述解决方案可产生燃料流量非常可 靠的估算值。
[0147] 根据本发明的另一个方面，用于确定燃料流量的目标值的部件可以包括：
[0148] -用于设置燃料轨压力的目标值的部件，
[0149] -用于计算燃料轨压力的计算值和目标值之间的差的部件，
[0150] -用于计算对燃料流量的目标值的至少一反馈贡献项的部件，所述反馈贡献项为 所计算的差的函数。
[0151] 本发明的这一方面有利地引入了闭环方法，其可通过燃料计量阀连续地和精确地 调节燃料流量的目标值。
[0152] 特别地，用于计算反馈贡献项的部件可包括用于利用燃料轨压力的目标值和计算 值之间的差作为比例积分（PI)控制器的输入的部件，所述比例积分（PI)控制器产生作为 输出的反馈贡献项。
[0153] 以这种方式，闭环方法有利地被配置为最小化燃料轨压力的目标值和测量值之间 的差（误差）。
[0154] 在一些实施例中，反馈贡献项可与燃料流量的目标值一致。换句话说，反馈贡献项 可以可是燃料流量的目标值的唯一贡献项。
[0155] 在其它一些实施例中，用于确定燃料流量的目标值的部件可包括：
[0156] -用于基于燃料轨压力的目标值计算燃料流量的目标值的前馈贡献项的部件，
[0157] -用于将燃料流量的前馈贡献项与反馈贡献项相加的部件。
[0158] 通常该解决方案具有的优点在于，改进了时间响应和整个控制逻辑的效率。
[0159] 特别地，用于计算前馈贡献项的部件可包括用于利用燃料轨的压力作为数学模型 的输入的部件，所述数学模型产生作为输出的前馈贡献项。
[0160] 如果所述数学模型具有良好的逼近水平，该解决方案可以产生燃料流量的目标值 的可靠的前馈贡献项。
[0161] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是电流。
[0162] 这方面有利于允许装置按照进气控制阀来操作所述燃料计量阀。
[0163] 根据该实施例的另一方面，驱动所述燃料计量阀的致动器的电信号的可调节参数 可以是形成信号的电流脉冲的序列的正时。
[0164] 该方面有利于允许所述操作实现为数字阀的燃料计量阀。
[0165] 应当注意到，该电流脉冲的正时可被量化成角度（例如驱动高压泵的活塞的凸轮 轴的角位置）。

【专利附图】

【附图说明】
[0166] 现在将通过参考附图以实施例的方式描述本发明。
[0167] 图1示意性地示出汽车系统的动力传动系。
[0168] 图2示出图1的A-A截面图。
[0169] 图3示意性地示出了燃料计量阀的横截面。
[0170] 图4示出用于根据本发明的一个实施例的控制策略的拉普拉斯方框图。
[0171] 图5示出在提供至燃料轨的燃料流量和驱动燃料计量阀的电流之间的标称和真 实修正函数图，其中，燃料计量阀提供比预期更多的燃料。
[0172] 图6示出在提供至燃料轨的燃料流量和驱动燃料计量阀的电流之间的标称和真 实修正函数图，其中，燃料计量阀提供比预期更少的燃料。
[0173] 图7示出在图6所示的标称修正函数上的δ r几何表征的曲线图。 具体实施例
[0174] 一些实施例可包括汽车系统100,如图1和图2所示，该汽车系统包括内燃发动机 (ICE) 110,该内燃发动机具有限定至少一个气缸125的发动机缸体120,所述气缸具有联接 以旋转曲轴145的活塞140。汽缸盖130与活塞140配合以限定燃烧室150。燃料和空气 混合物（未示出）导入燃烧室150中，并被点燃，从而导致热膨胀废气引起活塞140的往 复运动。由至少一个燃料喷嘴160提供燃料，并且空气通过至少一个进气口 210进入。每 个气缸125具有至少两个阀215,它们由凸轮轴135促动，所述凸轮轴与曲轴145适时（in time)转动。阀215选择性地允许空气从进气口 210进入燃烧室150,并且交替地允许废气 通过口 220被排出。在一些例子中，凸轮相位器155可以有选择地改变在凸轮轴135和曲 轴145之间的正时。
[0175] 空气可通过进气歧管200被分配到进气口（一个或多个）120。空气进气管道205 可从周围环境向进气歧管200提供空气。在其它实施例中，可以提供节流阀体330以调节 进入歧管200的空气流量。在一些其它实施例中，可提供一种强制空气系统，例如具有压缩 机240的涡轮增压器230,压缩机旋转地与涡轮机250相联接。压缩机240的旋转增加了 在管道205和歧管200中的空气的压力和温度。设在管道205中的中间冷却器260可以减 小空气的温度。涡轮机250通过接收来自排气歧管225的废气而转动，所述排气歧管从排 气口 220引导废气并在通过涡轮机250膨胀之前通过一系列叶片。该废气离开涡轮机250 并且被引入排气系统270。该实施例显示了一种几何形状可变的涡轮机（VGT)，其具有VGT 致动器290,设置成移动所述叶片来改变废气通过涡轮机250的流量。在其它实施例中，涡 轮增压器230可以有固定的几何形状和/或包括废气门。
[0176] 排气系统270可包括排气管275,排气管具有一个或多个排放后处理装置280。后 处理装置可以是任何设置用于改变废气成分的装置。后处理装置280的一些例子包括但不 限于催化转换器（二元和三元）、氧化催化器、贫NOx吸附器、碳氢化合物吸附器、选择性催 化还原（SCR)系统，以及颗粒过滤器。另外的实施例可以包括废气再循环（EGR)300,其联 接在排气歧管225和进气歧管200之间。废气再循环系统300可以包括废气再循环冷却器 310以在废气再循环系统300中降低废气的温度。废气再循环阀320在废气再循环系统300 中调节废气的流量。
[0177] 燃料在高压下从与高压燃料泵180相连通的燃料轨170被供给至燃料喷嘴160,所 述泵使得来源于燃料源190的燃料压力被增加。
[0178] 高压燃料泵180可以包括至少一个往复移动柱塞181，该柱塞被容纳在与用于燃 料的入口 182和出口 183相连通的气缸内。柱塞181可被凸轮轴184移动，该凸轮轴可被 内燃发动机110的曲轴145所驱动。在柱塞181的膨胀冲程期间，燃料从入口 182被吸入 气缸。在压缩冲程期间，包含在气缸内的燃料在更高压力下被通过出口 183提供进入燃料 轨 170。
[0179] 燃料计量阀185通常与高压燃料泵180相关联，以调节被供给到燃料轨170的燃 料的（平均）流量。在一些实施例中，燃料计量阀185可以与高压燃料泵180为一体，用来 构成通常称作燃料调节单元的单个装置。
[0180] 燃料计量阀185可以是位于高压燃料泵180的入口 185处的进气控制器阀（SCV)。 如图3所示，进气控制阀可以包括阀构件186,该阀构件可在阻止燃料通过阀的关闭位置和 允许燃料的最大流量朝向燃料泵流动的全开位置之间运动。阀构件186通过电力致动器 187,例如螺线管而运动，所述螺线管将电激励电流转化成磁场、然后转换为阀构件186的 运动。取决于激励电流，阀构件186在关闭位置和全开位置之间能处于任何位置。更特别 地，如果没有电流被供给致动器187,则阀构件186由于弹簧188而被留在它的全开位置。 逐渐地增加供给致动器187的电流，阀构件186则移向它的关闭位置。以这种方法，燃料计 量阀185能调节燃料在泵柱塞181的膨胀冲程中被吸进泵缸的流量，并因此调节通过高压 燃料泵180提供进入燃料轨170的燃料的（平均）流量。
[0181] 供给至燃料计量阀185的致动器187的电流和由高压泵180提供进入燃料轨170 的相应燃料流量之间的理想关系用图5的图表中绘制的标称相关函数F n来表示，其中r表 示电流和q表示燃料流量的值。此标称相关函数Fn通常是由燃料计量阀185的供应商制 定的标准函数，这种函数近似所有的同类燃料计量阀的性能。结果，由于制造范围、制造公 差和许多其它因素，标称相关函数F n可能不是非常精确地与特定燃料计量阀185的真实的 相关函数F(其通常都是未知的）相一致。
[0182] 应当看到在其他实施例中，进气控制阀可以是与之前所述相反地运行：如果没有 电流被供给致动器，阀构件则留在关闭位置，当逐渐地增加供给致动器的电流的时候，阀构 件移向它的全开位置。
[0183] 在一些其它实施例中，燃料计量阀185可以是位于再循环导管内的数字阀（未在 图中示出），该再循环导管连接高压燃料泵180的气缸回到燃料源190。数字阀可以包括阀 构件，该阀构件在泵柱塞181的压缩冲程期间，在打开位置和关闭位置之间移动。只要阀构 件仍然保持打开，泵柱塞181则一直从泵缸将燃料推进再循环导管、然后回到燃料源190。 一旦阀构件被关闭，则泵柱塞181增加泵缸内燃料的压力、并将燃料供至燃料轨170。数字 阀的阀构件被由脉冲电信号驱动的电动致动器所移动。以这种方法，改变形成驱动信号的 电脉冲的正时，阀构件可在泵柱塞181的压缩冲程期间在不同的瞬间被关闭，因此，每周期 供给燃料轨170的燃料的体积被调节，并且从而通过高压泵180被供至燃料轨170的（平 均）燃料流量也被调节。
[0184] 而且数字阀通常设有标称相关函数Fn，该函数代表在电脉冲的正时和通过高压泵 180供至燃料轨170的相应燃料的流量之间的理想的关系。此标称相关函数F n可类似于绘 制在图5中的曲线，坐标r代表形成驱动信号的电脉冲的正时。在这种关系中，应当注意电 脉冲的正时可以用角度项来量化，例如通过在电脉冲引起阀构件移动到打开位置瞬间的、 驱动高压泵180的柱塞181的凸轮轴184的角位置。
[0185] 汽车系统100还可以包括与一个或多个传感器和/或装置相联接的电子控制单元 (ECU)450,所述传感器和/或装置与ICE 110相关联。ECU 450可从不同的传感器接收输入 信号，所述传感器用于产生与和ICE 110有关联的多种物理参数成比例的信号。传感器包 括（但不限于）空气流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器 360、冷却剂与油温度和水平传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴 位置传感器420、排气压力和温度传感器430, EGR温度传感器440,以及加速踏板位置传感 器445。此外，E⑶450可产生输出信号到多种控制装置，所述控制装置用于控制ICE 110 的操作，包括但不限于燃料喷嘴160、节流阀体330、排气再循环控制（EGR)阀320、VGT致动 器290、凸轮相位器155,以及燃料计量阀185。注意，短划线用于表示在ECU 450和不同的 传感器和装置之间的通信，但是一些出于简明显示的原因被省略。
[0186] 现在阐述E⑶450,此装置可以包括与存储系统和接口总线相连通的数字中央处 理器单元（CPU)。存储系统可以包含程序和许多其他数据，例如包括燃料计量阀185的标称 相关函数F。CPU被配置用于为检索数据并执行作为程序存储在存储系统中的指令，并且向 接口总线发送信号或从接口总线接收信号。存储系统可以包括不同的储存类型，包括光存 储器、磁存储器、固态存储器，以及其他非易失性存储器。接口总线可以被配置用于从/向 不同的传感器和控制装置发送、接收和调节模拟和/或数字信号。所述程序可使在此所公 开的方法具体化，所述程序允许CPU执行这种方法的步骤和控制ICE110。
[0187] 存储在存储系统中的程序从外侧通过电缆或以无线的方式传输。在汽车系统100 的外部，这通常视为计算机程序产品，该计算机产品也被称为计算机可读介质或机器可读 介质，并且它应被理解成是存在于载体上的计算机程序编码，所述载体性质上可以是暂时 的或者非暂时的，这会导致计算机程序产品可被视为暂时的或非暂时性的。
[0188] 暂时的计算机程序产品的例子是信号，例如电磁信号（如光信号），其是用于计算 机程序编码的暂时载体。携带这样的计算机程序编码可以借助模制信号（通过传统的模制 技术如用于数字数据的QPSK)完成，因此，代表所述计算机程序编码的二进制数据被嵌入 暂时的电磁信号中。这种信号例如当将计算机程序编码以无线方式借助WiFi连接传送至 笔记本电脑时被使用。
[0189] 在非暂时计算机程序产品的情况中，计算机程序编码在有形存储介质中呈现。所 述存储介质是以上提及的非暂时载体，因此计算机程序编码永久地或非永久地以可检索到 的方式存储在存储介质中或上。这种存储介质可以是计算机技术中已知的传统类型，如闪 存、Asic、⑶或类似产品。
[0190] 替代E⑶450,汽车系统100可以具有不同类型的处理器，以用于提供电子逻辑， 例如嵌入式控制器、车载电脑或任何可以在车辆中使用的处理模块。
[0191] 根据本发明的一个实施例，ECU 450配置为根据如图4所示的拉普拉斯方框图所 示的闭环控制策略操作燃料计量阀185。
[0192] 在此拉普拉斯方框图中，方块500笼统地代表实际系统的操作，所述系统包括燃 料计量阀185、高压燃料泵180和燃料轨170。方块500接收作为输入的驱动燃料计量阀 185的电流的实际值r，并且产生作为输出的在燃料轨170内燃料压力的实际值Y。
[0193] 更为详细地说，方块500包括代表燃料计量阀185和高压燃料泵180二者的方块 505。方块505接收作为输入的驱动燃料计量阀185的电流的实际值r，并且产生作为输出 的提供给燃料轨170的燃料流量的实际值q tot。电流的实际值r和燃料流量的实际值qtot 之间的关系通过实际相关函数F所表示，该函数与上述标称相关函数Fn不是完全吻合，并 且该函数是未知的。
[0194] 方块510代表燃料轨170。在实际系统的操作期间，燃料轨170接收通过与燃料计 量阀185相关联的高压燃料泵180提供的燃料流量的实际值q tot。同时，燃料流量的实际值 由于燃料喷嘴160的操作和他们的泄漏离开燃料轨170。根据未知的实际负载函数Q，离 开燃料轨170的燃料流量的实际值Ct取决于燃料轨压力的实际值Y。在进入燃料轨170的 燃料流量的实际值q tot和离开燃料轨170的燃料流量的实际值％之间的差确定燃料轨压力 的实际值Y。在所述差q t(rt-qL和燃料轨压力的实际值Y之间的关系被燃料轨170的实际传 递函数G所代表，所述函数也是未知的。
[0195] 为了控制对上述实际系统的操作，控制策略提供了，设置（方块515)要在燃料轨 170内实现的压力的目标值Y*。此燃料轨压力的目标值Y*可基于发动机操作情况根据常 规策略由ECU 450确定。燃料轨压力的目标值Y*随后被在方块520用于确定燃料流量的 目标值q*t(rt，所述目标值应当被提供至燃料轨170,以用于实现燃料轨压力的目标值Y*。
[0196] 按照所述实施例，所述燃料流量的目标值q*tot可被ECU 450作为两个贡献项的和 来进行计算，所述两个贡献项是前馈贡献项q气和反馈贡献项qPI。
[0197] 如果实际燃料轨压力等于目标值Y*，则前馈贡献项q气代表离开燃料轨170(由于 燃料喷嘴160和泄漏）的燃料流量的估值。前馈贡献项q气可以通过数学模型Q*来被计 算（方块525)，所述数学模型例如是与燃料轨压力和离开燃料轨170的燃料流量相关联的 实际负载函数Q的近似函数。所述数学模型Q*可通过在试验台上进行的实验运动来确定， 并且可被作为数据项存储在与ECU 450相连接的存储系统中。
[0198] 为了计算反馈贡献项qPI，控制策略提供了，测量（方块530)燃料轨压力的实际值 Y。燃料轨压力的实际值Y可通过燃料轨压力传感器400被ECU450所测量。燃料轨压力的 实际值Y随后被反馈，并且与目标值Y*进行对比，以便计算在燃料轨压力的目标值Y*和测 量值Y之间的误差（即差）。所述误差然后被使用作为向比例积分（PI)控制器535的输 入，该比例积分控制器输出燃料流量的目标值q* t()t的反馈贡献项qPI。以这种方法，反馈贡 献项qPI的大致效果是使燃料轨压力的目标值Y*和测量值Y之间的差最小化。
[0199] 燃料流量的目标值q*tot随后用于计算（方块540)驱动燃料计量阀185的电流的 标称值r n，这应当允许高压燃料泵180传递燃料流量的目标值q*t(rt。标称值4可根据开环 方式使用燃料计量阀185的标称相关函数F n被计算。换言之，燃料流量的目标值q*t(rt可被 用作标称函数Fn的输入，该函数输出电流的相应的标称值r n。
[0200] 不过，已经提到，所述标称相关函数Fn通常与燃料计量阀185的实际相关函数F不 吻合。结果是，电流幅值的标称值r n通常不允许高压燃料泵180实际提供燃料流量的目标 值 q*t〇t。
[0201] 通过示例的方式，图5代表这样一种情况，其中，燃料计量阀185促使高压燃料泵 180提供比预期更多的燃料，从而实际的相关函数F移动到标称相关函数F n的曲线的右侧。 显而易见地，对于燃料流量的给定的目标值q*t()t，标称相关函数Fn产生电流的标称值r n， 该电流的标称值rn促使高压燃料泵180提供燃料流量的实际值qt()t，该实际值高于目标值 q*tot。换言之，电流幅值的标称值rn引起燃料流量的实际值qt()t，该实际值根据标称相关函 数F n应当对应于电流的更低的假定值rh。电流的假定值rh和标称值rn之间的差代表了在 与燃料流量的实际值q tot相对应的点上标称相关函数Fn和实际的相关函数F之间的负向偏 移Δ r。
[0202] 同样，图6代表这样一种情况，其中，燃料计量阀185促使高压燃料泵180提供比 预期更少的燃料，从而实际的相关函数F移动到标称相关函数F n的曲线的左侧。显而易见 地，对于燃料流量的给定的目标值q*tot，标称相关函数Fn产生电流的标称值r n，该电流幅 值的标称值^促使高压燃料泵180提供燃料流量的实际值qt()t，该实际值低于目标值q* t()t。 换言之，电流的标称值^引起燃料流量的实际值qt(rt，该实际值根据标称相关函数？"应当对 应于电流的更高的假定值r h。电流的假定值rh和标称值rn之间的差代表了在与燃料流量 的实际值qt(rt相对应的点上标称相关函数Fn和实际的相关函数F之间的正向偏移Λ r。
[0203] 为了补偿所述偏移△!，控制策略使用燃料轨压力的实际测量值Y来估算（方块 545)近似于燃料流量的实际值qt(rt的值Cf tot，所述燃料流量的实际值通过与燃料计量阀 185相关联的高压燃料泵180提供至燃料轨170内。燃料流量的值q~ tot可使用数学模型Q* 和另一数学模型G*来估算，数学模型Q*在燃料轨压力和离开燃料轨170的燃料流量之间 近似于实际负载函数Q，另一数学模型G*近似于燃料轨170的实际的传递函数G。数学模型 G*可通过在试验工作台上进行的实验运动来确定，并且可被作为数据项储存在连接到ECU 450的存储系统中。
[0204] 特别地，燃料流量的估算值q~t()t可通过下面的传递函数来被计算：
[0205]

【权利要求】
1. 一种用于操作燃料计量阀（185)的控制装置，所述燃料计量阀与设置用于提供燃料 至燃料轨（170)的燃料泵（180)相关联，所述燃料计量阀（185)具有阀构件（186)和电致动 器（187)，所述电致动器设置用于使所述阀构件（186)移动以用于调节由所述燃料泵（180) 提供到燃料轨（170)的燃料流量，所述控制装置包括连接到所述燃料计量阀（185)的电子 控制单元（450)，并且所述电子控制单元被配置用于： -确定用于所述燃料流量的目标值（q*tJ， _使用标称函数（Fn)，将燃料流量的值关联到驱动所述燃料计量阀（185)的致动器 (187)的电信号的可调节参数的相对应值，以确定可调节参数的对应于燃料流量的目标值 (q*tQt)的标称值（〇， -使用确定的标称值（rn)来计算可调节参数的校正值（r*)，以及 -将所述电信号的可调节参数设定为所述校正值（r*)， 其中，所述电子控制单元（450)被配置用于通过以下步骤计算所述可调节参数的校正 值（r*): _估算接近于其实际值（qtJ的燃料流量的值（q'J， -计算燃料流量的目标值（q*t(rt)与估算值（q~tJ之间的差， -使用所述差来确定表示标称函数的导数的校正项的值（A r*)，和 -计算可调节参数的校正值（r*)，其为其标称值（rn)和所述校正项的计算值（△!*)的 函数。
2. 根据权利要求1所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为通过以下 步骤来确定校正项的值（A r*): _计算标称函数（Fn)在对应于燃料流量的目标值（q*tJ的点处的导数， _计算标称函数（Fn)在对应于燃料流量的估算值（q~tJ的点处的导数， -计算作为所述导数和燃料流量的目标值（q*tJ与估算值（q~tJ之间的差的函数的 校正项的值（A r*)。
3. 根据权利要求2所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)配置为通过以下步 骤来确定校正项的值（A r*): _计算在与燃料流量的目标值（q*tJ和估算值（q~tJ相对应的点处计算的标称函数 (Fn)的导数之间的平均值， _将燃料流量的目标值（q*t(rt)和估算值（q~tJ之间的差和所计算的平均值相乘。
4. 根据权利要求3所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置用于计算所 述标称函数（Fn)的导数之间的作为调和平均值的平均值。
5. 根据上述权利要求中的任一项所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被 配置为通过以下步骤来估算燃料流量的值（q~tJ : _测量燃料轨压力的值（Y)， -基于所测量的燃料轨压力的值（Y)，确定燃料流量的估算值（q'J。
6. 根据权利要求5所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为，利用燃 料轨压力的测量值（Y)作为数学模型（545)的输入来确定燃料流量的估算值（q~tJ，所述 数学模型产生作为输出的燃料流量的估算值（q'J。
7. 根据权利要求5或6所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为通过 以下步骤来确定燃料流量的目标值（q*tJ : -设定用于燃料轨压力的目标值（Y*)， -计算燃料轨压力的目标值（Y*)和测量值（Y)之间的差， -计算对燃料流量的目标值（q*tJ的反馈贡献项（qPI)，其为所计算的差的函数。
8. 根据权利要求7所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为，利用所 述燃料轨压力的目标值（Y*)和测量值（Y)之间的差作为比例积分（PI)控制器的输入来计 算所述反馈贡献项（qPI)，所述比例积分（PI)控制器产生作为输出的为反馈贡献项（qPI)。
9. 根据权利要求7或8所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为还通 过以下步骤来确定燃料流量的目标值（q*tJ : -基于燃料轨压力的目标值（Y*)，计算对燃料流量的目标值（q*tJ的前馈贡献项 (q*l)， -将燃料流量的前馈贡献项（q*J与反馈贡献项（qPI)相加。
10. 根据权利要求9所述的控制装置，其中，所述电子控制单元（450)被配置为，利用所 述燃料轨压力的目标值（Y*)作为数学模型（525)的输入来计算所述前馈贡献项（q气)，所 述数学模型产生作为输出的前馈贡献项（q气)。
11. 根据上述权利要求的任一项所述的控制装置，其中，驱动所述燃料计量阀（185)的 致动器（187)的电信号的可调节参数是电流。
12. 根据权利要求1至12的任一项所述的控制装置，其中，驱动所述燃料计量阀（185) 的致动器（187)的电信号的可调节参数是形成信号的电流脉冲的序列的正时。
13. -种用于操作燃料计量阀（185)的方法，所述燃料计量阀与设置用于提供燃料至 燃料轨（170)的燃料泵（180)相关联，所述燃料计量阀（185)具有阀构件（186)和电致动 器（187)，所述电致动器设置为使所述阀构件（186)移动以用于调节由所述燃料泵（180)提 供到燃料轨（170)的燃料流量，所述方法包括以下步骤： -确定用于所述燃料流量的目标值（q*tJ， _使用标称函数（Fn)，将燃料流量的值关联到驱动所述燃料计量阀（185)的致动器 (187)的电信号的可调节参数的相对应值，以确定可调节参数的对应于燃料流量目标值 (q*tot)的标称值（〇， -使用确定的标称值（rn)来计算可调节参数的校正值（r*)，以及 -将所述电信号的可调节参数设定为所述校正值（r*)， 其中，通过以下步骤计算所述可调节参数的校正值（r*): _估算接近于其实际值（qtJ的燃料流量的值（q'J， -计算燃料流量的目标值（q*t(rt)与估算值（q~tJ之间的差， -使用所述差来确定表示标称函数的导数的校正项的值（A r*)，和 -计算可调节参数的校正值（r*)，其为其标称值（rn)和所述校正项的计算值（△!*)的 函数。
【文档编号】F02D41/30GK104343602SQ201410366774
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2013年7月29日
【发明者】S.尼杜 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司