燃料噴射系統、燃料噴射控制裝置及其控制方法

2023-04-23 03:12:11

專利名稱：燃料噴射系統、燃料噴射控制裝置及其控制方法
技術領域：
本發明涉及將燃料加壓並噴射的技術，特別涉及在用於內燃機的燃燒的燃料的噴射中優選的技術。
背景技術：
作為內燃機的燃料噴射系統，已知有共軌(common rail)(蓄壓部)式的燃料噴射系統。該燃料噴射系統具備向共軌腔加壓輸送燃料的加壓輸送泵。近年來，期待著實現共用化，也就是對多種內燃機、即氣缸數不同的內燃機(例如4氣缸發動機、5氣缸發動機、6氣缸發動機等)使用共用的加壓輸送泵。為了實現該共用化，要求即便內燃機的燃燒循環(各氣缸的噴射器的噴射循環)與來自加壓輸送泵的燃料的加壓輸送循環不同步，也能夠向共軌腔進行燃料加壓輸送這樣的非同步化。然而，一般而言，燃料的加壓輸送與噴射器(injector)的噴射的非同步化成為噴射器的實際噴射量的變動的重要因素,氣缸間噴射量產生了差異。噴射器的實際噴射量的變動的起因是，若向共軌腔的燃料的加壓輸送期間與噴射器的噴射期間產生重疊，則噴射器的噴射量發生變動。針對這種問題，提出了如下技術根據噴射期間中的燃料的加壓輸送量來計算修正量，從而對噴射器的指令噴射量進行修正(專利文獻I)。該修正量是計算在噴射器的噴射期間向共軌腔的燃料的加壓輸送量，並根據該計算量和共軌腔壓力計算出來的。另一方面，以往，利用向共軌腔進行燃料的加壓輸送的加壓輸送泵是容積型泵的情況，基於其內部的壓力室的容積變化來計算加壓輸送泵的排出量，這是本申請提交時的本領域技術人員的技術常識。所謂容積型泵，是利用往復運動或旋轉運動來使壓力室的容積變化，從而排出液體的泵。專利文獻I :日本特開2005-127164號公報但是，本發明人新發現了，伴隨著加壓輸送泵的排出壓的高壓化，加壓輸送泵中的排出加壓輸送時的洩漏逐漸成為不可忽略的量。

發明內容
本發明是為了解決上述現有的技術問題而做出的，其目的在於提供一種使向共軌腔噴射的燃料的噴射量的控制性能提高的技術。以下，根據需要，一邊示出效果一邊說明用於解決上述技術問題的有效技術手段。基於本發明的一個方式的燃料噴射系統，具備蓄壓部，對燃料進行蓄壓；缸體，在內部形成有壓力室；柱塞，在所述缸體內進行向加壓方向的移動即加壓移動，通過所述加 壓移動產生所述壓力室內的容積變化，從而將燃料向所述蓄壓部加壓輸送；噴射部，具有噴射器，該噴射器噴射在所述蓄壓部中蓄壓後的燃料；以及控制部，控制從所述噴射器噴射的燃料的噴射量；所述控制部具有加壓輸送量計算部，計算從所述噴射器噴射的燃料的、在噴射期間中向所述蓄壓部加壓輸送的燃料的加壓輸送量；以及修正量決定部，基於所述噴射期間中的加壓輸送量，決定所述噴射期間的修正量；所述加壓輸送量計算部推定從所述壓力室的內周面(形成壓力室)與所述柱塞的外周面之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，使用所述推定出的洩漏量和與所述加壓移動時的柱塞的衝程相對應的所述壓力室內的容積變化量，計算所述加壓輸送量。根據所述燃料噴射系統，計算從噴射器噴射的燃料的、在噴射期間中向蓄壓部加壓輸送的燃料的加壓輸送量，基於該加壓輸送量預先決定噴射期間的修正量，因此能夠實現前饋控制。推定從形成壓力室的缸體的內周面與柱塞的外周面之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，並能夠利用該推定值計算加壓輸送量，所以能夠抑制由從該間隙洩漏的燃料的洩漏量引起的加壓輸送量的誤差。由此，能夠提高來自共軌腔的燃料的噴射量的計算精度。根據本發明人的實驗得知，從缸體的內周面與柱塞的外周面之間的間隙的洩漏，與向共軌腔的排出壓的上升相對應，非線性(急劇)地增大。因此，在對基於容積型泵的假定的計算值進行修正的方法中，無法應對排出壓的高壓化，所以本發明是在共軌腔的超高壓化中提高了重要性的技術。所述燃料噴射系統也可以構成為，具備傳感器，計測所述蓄壓部的內部壓力；所述噴射部具有多個噴射器，所述控制部具有在所述多個噴射器之中，決定在所述噴射期間外執行向所述蓄壓部的燃料的加壓輸送的基準噴射器的功能；在所述多個噴射器之中，決定在所述噴射期間內執行向所述蓄壓部的燃料的加壓輸送的修正對象噴射器的功能；噴射量實測部，基於所述噴射期間中的所述蓄壓部的內部壓力，實測所述基準噴射器的噴射量即基準噴射量和所述修正對象噴射器的噴射量即修正噴射量；以及基於所述基準噴射量與所述修正噴射量之差決定反饋量的功能；所述修正量決定部基於所述反饋量來調整所述修正量。根據該結構，能夠基於噴射期間中的蓄壓部的內部壓力，基於基準噴射器的噴射量即基準噴射量與修正對象噴射器的噴射量即修正噴射量之差來決定反饋量，因此，能夠對前饋修正的預測的誤差進行補償而實現可靠性和精度較高的修正。所述燃料噴射系統也可以構成為，所述加壓輸送量計算部基於所述衝程，計算對於流過所述間隙的燃料的流動的阻力值，使用所述阻力值來推定所述洩漏量。根據該結構，在從缸體的內周面與柱塞的外周面之間的間隙洩漏的洩漏量的計算中，能夠基於衝程來計算對於燃料的流動的流路阻力的阻力值，所以能夠容易且正確地推定洩漏量。所述燃料噴射系統也可以構成為，所述加壓輸送量計算部基於所述加壓時的壓力室內的壓力即柱塞室壓與所述蓄壓部的壓力之差來計算向所述蓄壓部的加壓輸送速度。根據該結構，能夠基於柱塞室壓與蓄壓部的壓力之差來計算向高壓通路的加壓輸送速度。該方法不同於以往的基於容積型泵的假設、根據積型泵的壓力室的容積變化來計算加壓輸送量的方法，能夠根據壓力室內的容積變化來計算壓力變化，再基於該壓力變化計算加壓輸送量。由此，不需要以往的容積型泵的假定，因此，能夠消除由容積型泵的假定引起的誤差，該容積型泵伴隨著超高壓化而真實性降低，並且能夠在超高壓化下實現正確且可靠性較高的計測。
所述燃料噴射系統也可以構成為，所述加壓輸送量計算部將所述燃料視為規定的壓縮性流體，使用所述規定的壓縮性流體的體積彈性模量，計算由所述加壓移動引起的所述加壓時的壓力室內的壓力即柱塞室壓的上升量；所述規定的壓縮性流體具有基於所述缸體與所述柱塞至少一方的彈性變形和所述燃料的體積彈性變形中的至少一個來預先決定的體積彈性模量根據該結構，燃料作為具有基於缸體及柱塞至少一方的彈性變形和燃料的體積彈性變形中的至少一個來預先決定的體積彈性模量的規定的壓縮性流體來處理，因此，能夠簡單地實現將由彈性變形引起的壓力室的增大考慮在內的計算。另外，本發明不僅能夠作為燃料噴射系統來具體化，還能夠以燃料噴射控制裝置及其控制方法、將控制功能具現化的電腦程式、存儲該程序的程序介質或程序產品等形態具體化。


圖I是表示本實施方式所涉及的共軌式燃料噴射系統10的結構的整體結構圖。圖2是表示共軌腔的壓力與高壓泵的排出量之間的關係的實驗結果的圖表。圖3是表示用於計算高壓泵50的排出量的算式的圖。圖4是表示用於計算高壓泵50的排出量的處理內容的流程圖。圖5是表示由於噴射器的噴射期間與向共軌腔加壓輸送的加壓輸送期間(排出期間)的重疊而噴射量增加的形態的說明圖。圖6是表示將本實施方式的噴射修正的內容與比較例進行比較的說明圖。圖7是表示用於執行噴射量修正的處理內容的流程圖。圖8是表示本處理的主要處理的內容的框圖。圖9是表示用於噴射量修正的算式的圖。圖10是表示非重疊時和重疊時的噴射的共軌腔內部的燃料的壓力下降的形態的圖。
具體實施例方式以下，參照

應用於搭載有本發明的共軌式燃料噴射系統(燃料加壓輸送系統)10的柴油發動機的實施方式。(排出量計算處理的內容)圖I是表示本實施方式的共軌式燃料噴射系統10的結構的整體結構圖。共軌式燃料噴射系統10是用於對未圖示的4循環(衝程)的4氣缸柴油發動機80 (以下稱為發動機)的各氣缸噴射燃料的系統。共軌式燃料噴射系統10具備4個噴射器71 74、作為蓄壓容器的共軌腔60、向共軌腔60加壓輸送燃料的高壓泵50、向高壓泵50供給燃料的燃料泵(feed pump) 30、對從燃料泵30向高壓泵50的燃料供給量進行控制的供給控制閥(SCV)40、燃料箱20、和對這些部分進行電子控制的電子控制單元(以下稱作E⑶)70。此外，將從燃料噴射系統10除去ECU70後的結構稱作燃料噴射裝置(或者燃料加壓輸送裝置)。另外，共軌腔60也稱作蓄壓部。此外，電子控制單元70也稱作控制裝置或控制部，還作為上述的加壓輸送量計算部發揮功能。共軌腔60是用於對高壓燃料進行蓄壓，並經由供給配管21 24向噴射器71 74供給的蓄壓容器。經由高壓供給配管16對共軌腔60供給從高壓泵50排出的高壓燃料。高壓供給配管16中裝配有用於防止向高壓泵50逆流的逆流防止用的止回閥(checkvalve) 15。共軌腔60具備軌壓傳感器61，用於對在其內部蓄壓的高壓燃料的壓力進行計測。軌壓傳感器61的輸出值Pout被輸入至ECU70。ECU70基於軌壓Pout，能夠推定在共軌腔60的內部蓄壓的高壓燃料的總量的變動量。該推定的詳細情況將後述。E⑶70根據發動機轉速Ne和加速(accel)量來決定噴射定時和噴射量，對4個噴射器71 74執行噴射指令。噴射器71 74是用於將從共軌腔60供給的高壓燃料向4氣缸柴油發動機80的各氣缸噴射燃料的電磁式燃料噴射閥。在噴射定時與從高壓泵50向共軌腔60加壓輸送的加壓輸送定時產生重疊的情況下,噴射量還被執行修正處理。關於修正處理的內容將後述。另外，噴射器71 74也稱作噴射部。燃料箱20連接有返回流路17和用於向燃料泵30供給燃料的燃料供給配管11。返回流路17是用於使高壓泵50的洩漏燃料回流到燃料箱20的流路。返回流路17直接或間接地與返回流路18和返回流路19連接，該返回流路18用於使共軌腔60的洩漏燃料回流，該返回流路19用於使噴射器71 74的洩漏燃料回流。燃料泵30經由供給控制閥40和燃料供給配管12、13向高壓泵50供給燃料。燃料供給配管13裝配有用於防止向供給控制閥40逆流的止回閥14。供給控制閥40是用於對向高壓泵50的燃料供給量進行調整(節流調整)的閥。供給量的調整通過來自ECU70的指令進行。高壓泵50具備缸體壁面54，是構成缸體59的圓筒狀的內壁；柱塞(plunger) 51，可滑動地收容在缸體壁面54上；以及凸輪52，進行驅動，以使柱塞51往復運動。柱塞51具有平面狀的端面56，與缸體壁面54 —起形成壓力室53 ；以及外周面55，具有圓柱外周面的形狀。外周面55的外徑被設定成在該外周面55與缸體壁面54之間具有微米級的微小間隔量(clearance)Cr的間隙。外周面55與缸體壁面54之間的潤滑性是通過一部分燃料從壓力室53向內部返回流路58洩漏來實現的。高壓泵50的工作內容如以下所示。凸輪52通過來自發動機80的曲軸(未圖示)的驅動力而以角速度《旋轉。在圖I中，高壓泵50處於柱塞51從下死點向將壓力室53壓縮的方向移動了衝程Xl的量的狀態。下死點被設置在如下位置，即，柱塞51的端面56從缸體壁面54的端部面57插入了距離L的位置。外周面55與缸體壁面54之間的滑動面沿軸線方向形成了長度X2的量。長度X2是從端部面57起到下死點位置的端面56的距離L和柱塞51的衝程Xl的和。高壓泵50如下述那樣將燃料吸入壓力室53。被凸輪52驅動的柱塞51對應於來自供給控制閥40的燃料的供給量下降(使壓力室53增大的方向)移動，由此進行燃料的吸入。高壓泵50如下述那樣向共軌腔60加壓輸送燃料。被凸輪52驅動的柱塞51上升(使壓力室53減小的方向)移動而進行加壓，由此進行燃料的加壓輸送。這樣的移動也被稱作加壓移動。由於高壓泵50是具有柱塞的所謂容積型泵，因此，以往將燃料作為非壓縮性流體來處理，以壓力室53的變動量為基礎來計測向共軌腔60的排出量Q1。然而，本發明人發現伴隨著共軌腔60的高壓化，從外周面55與缸體壁面54之間的間隔量Cr的間隙洩漏的洩漏量Q2急劇地增大，並且研究出了儘管洩漏量Q2增大也能夠正確地計測排出量Ql的技術。 圖2是表示共軌腔的壓力與高壓泵的排出量(加壓輸送量)之間的關係的實驗結果的圖表。在橫軸中，將共軌腔的壓力即軌壓Pout的實驗時的最大壓力作為「1」，作為軌壓Pout的對比來示出。在縱軸中，將規定衝程下的高壓泵的排出量的實驗時的最大排出量作為「1」，作為排出量的對比來示出。線Cl表示通過沒有考慮洩漏量Q2的以往的方法進行計測的結果。線C2表示通過考慮了洩漏量Q2的後述的實施方式的方法進行計測的結果。線C3是實測值。根據本圖可知，在以往的方法中，伴隨著共軌腔的高壓化而誤差急劇地增大，與此相對，實施方式的方法中，儘管高壓化也能夠正確地計測排出量。圖3是表示用於計算高壓泵50的排出量的算式的圖。算式Fl F4與以往的基於壓力室53的容量變化的方法有本質的區別，其特徵在於基於壓力來進行計算這一點。算式Fl是將止回閥15視為銳孔(orifice)來計算流量的算式。在算式Fl中，利用壓力室53的壓力即柱塞室壓Proom與共軌腔60的內部壓力即軌壓Pout的差壓，來計算瞬間排出量(流量速率或流速)AQ1。高壓供給配管16中的壓力下降與止回閥15中的壓力下降相比為可忽略的量，止回閥15的下遊的壓力用軌壓Pout來代用。軌壓Pout是能夠通過軌壓傳感器61進行計測的值。流量係數Cq是實驗值，作為已知的固定值來利用。排出閥開口面積A是止回閥15的銳孔面積(已知)。燃料密度P是已知的固定值。其中，柱塞室壓Proom是通過柱塞室壓的瞬時變化量(變化率)AProom的積算(或積分)來計算的。柱塞室壓的瞬時變化量AProom能夠使用算式F2、F3進行計算。算式F2是基於與理想氣體(壓縮性流體)的狀態方程式相同觀點的算式。即，柱塞室壓的瞬時變化量AProom，是通過將燃料加壓量AQroom除以壓力室53的內容積即壓力室容積V，再乘以體積彈性模量K來進行計算的。壓力室容積V是基於柱塞衝程Xl計算出的量。燃料加壓量AQroom是通過視為流入了與壓力室容積V的減少量相當的燃料而出現的假定流量速率(流速)。體積彈性模量K能夠使用燃料的體積彈性模量(已知)。但是，不僅能使用燃料的體積彈性模量，也可以將由缸體壁面54的變形和柱塞51至少一方的彈性變形引起的壓力室53的增大視為燃料的體積彈性變形的一部分來處理。即，也可以是，將由壓力室53的彈性變形引起的增大視為燃料的壓縮來決定體積彈性模量K，使用具有體積彈性模量K的規定流體來代替燃料。這樣，能夠簡單地實現將由彈性變形引起的壓力室53的增大考慮在內的計算。彈性變形能夠通過基於有限元法的計算或實驗等來決定。算式F3是計算燃料加壓量(流速)A Qroom的算式。在燃料加壓量A Qroom中，求出柱塞衝程Xl的時間微分值與壓力室內面積SI之積，來計算壓力室容積V的減少量，視為流入了與該減少量相當的燃料。另一方面，在壓力室容積V減少時，由於還從外周面55與缸體壁面54之間的間隔量Cr的間隙產生洩漏，因此，將洩漏量(率)AQ2從上述的假定流量中減去。洩漏量A Q2能夠使用算式F4計算。算式F4是假定了圓筒的間隙流動(層流的粘性流)的算式。nXd(柱塞徑)由於是柱塞51的外圓周長，因此是已知的固定值。間隔 量Cr是外周面55與缸體壁面54之間的已知的固定值。y由於是燃料的粘性係數，因此是已知的固定值。X2是間隔量Cr的間隙沿軸線方向的長度(間隙長)，能夠通過將柱塞衝程Xl與距尚L(參照圖I)相加來求出。另外，間隔量Cr也可以作為與柱塞室壓Proom相對應地增大的量來處理。在算式F4中，也可以將柱塞室壓Proom的係數的倒數作為流路阻力的阻力值來掌握。即，由於能夠將圓筒的間隙作為流路來掌握，從而作為其流路阻力來處理，因此，流路阻力作為與流路長X2成正比的值，能夠作為柱塞衝程Xl的函數來處理。外周面55與缸體壁面54之間的圓筒間隙(間隔量Cr)是微米級的極狹窄的間隙，因此，在該間隙中的流體的流動一般是層流。這是因為，可用作紊流辨別的雷諾數Re變得非常小。這是因為，雖然已知若雷諾數Re的數值變大則流動遷移為紊流，但是，在該算式(=特性長度LX特性速度v/動粘性係數V )中，特性長度L是間隙的厚度，因此數值變得極小。但是，即使變為紊流的情況下也能夠利用紊流用的公知的算式，在洩漏量AQ與間隙長X2成反例這一點上是共通的。
圖4是表示用於計算高壓泵50的排出量的處理內容的流程圖。本計算處理使用專用工具(例如AME-Sim模型)、數值積分法(或積算法)，通過E⑶70來執行。在本實施方式中，為了便於說明，示例了最簡單化的積算方法來進行說明。本積算方法包含有例如每10微秒執行的反覆計算處理。在步驟SI中，E⑶70輸入初始值。初始值是指加壓開始時的壓力室53的初始壓力ProomO和柱塞51的柱塞衝程XI。初始壓力ProomO由於是加壓開始時因此為表壓零。柱塞衝程Xl基於由供給控制閥40進行調量的向高壓泵50的燃料吸入量來決定。在步驟S2中，E⑶70使用算式F2 F4計算柱塞壓上升量A Proom0 E⑶70首先使用算式F3計算燃料加壓量AQroom。柱塞衝程Xl的積算量AXl基於凸輪52的角速度《和凸輪52的凸輪外形，作為在10微秒的期間進入的柱塞衝程Xl來進行計算。另一方面，由於初始壓力ProomO為表壓零，因此洩漏量AQ2是零。最後，E⑶70使用計算出的燃料加壓量A Qroom來計算柱塞壓上升量AProom。在步驟S3中，E⑶70將柱塞壓上升量A Proom與初始壓力ProomO (表壓零)相加來決定柱塞室壓Proom。另外，在計算柱塞壓上升量A Proom時，從算式F3可知，沒有考慮向共軌腔60的排出量，其理由後述。在步驟S4中，ECU70比較柱塞室壓Proom和軌壓Pout，在柱塞室壓Proom為軌壓Pout以下時，使處理前進至步驟S8，跳過步驟S5 步驟S7。另一方面，E⑶70在柱塞室壓Proom比軌壓Pout大時，使處理前進至步驟S5。軌壓Pout如上所述那樣能夠使用軌壓傳感器61 (參照圖I)的計測值。在步驟S5中，E⑶70計算從高壓泵50向共軌腔60排出燃料的瞬間排出量AQ1。排出量的計算使用算式Fl來進行。瞬間排出量AQl是在10微秒的期間向共軌腔60排出的燃料的量。在步驟S6中，E⑶70計算柱塞壓下降量AProom。柱塞壓下降量AProom是起因於瞬間排出量AQl的排出而下降的柱塞室壓Proom的變動量。柱塞壓下降量AProom能夠使用算式F2，代替燃料加壓量AQroom而代入瞬間排出量AQl進行計算。在步驟S7中，E⑶70通過將柱塞壓下降量A Proom從柱塞室壓Proom (步驟S3中的決定值)中減去，來決定柱塞室壓Proom。這樣,在本計算處理中,對起因於柱塞51的上升的柱塞室壓Proom的上升、向共軌腔60的瞬間排出量AQl的燃料排出、以及起因於燃料排出(加壓輸送)的柱塞室壓Proom的下降這樣的動作進行了模型化。
但是，在現實中，起因於柱塞51的上升的柱塞室壓Proom的上升，一邊與起因於燃料排出的柱塞室壓Proom的下降抵消一邊產生。然而，通過將計算處理的時間單位(在該例子中為每10微秒)適當地設為較小的值，能夠使現實的動作與起因於模塊的差異的計算誤差成為足夠小的值。由此，簡化了算式F2、F3，實現了簡單的積算。繼續執行這樣的計算處理(步驟S2 S7)，直到柱塞51到達上死點為止，在到達上死點的時刻，將計算出的數值全部清除。本計算處理能夠在現實地開始從高壓泵50向共軌腔60排出燃料之前執行，因此，如以下所說明的那樣，能夠利用在來自噴射器71 74的燃料噴射的前饋控制處理中。這樣，本實施方式的排出量計算處理計算從外周面55與缸體壁面54之間的圓筒間隙(間隔量Cr)洩漏的燃料的量即洩漏量，從而計算向共軌腔60的燃料的加壓輸送量(排出總量)。由此，即使洩漏與共軌腔60的噴射壓(蓄壓)的壓力的上升相對應地增多，也能夠維持排出量(加壓輸送量)的計算精度。而且，本實施方式的排出量計算處理能夠利用柱塞室壓Proom與共軌腔60的內部壓力即軌壓Pout的差壓來計算瞬間排出量AQ1，因此，即便是軌壓Pout變動的噴射期間中的排出，也能夠正確地進行計算。本發明人新創造出了活用這樣的特徵的噴射量修正處理。(噴射量修正處理的內容)圖5是表示起因於噴射器的噴射期間與向共軌腔的加壓輸送期間(排出期間)的重疊而噴射量增加的形態的說明圖。圖5(a)示出了不產生兩期間的重疊即加壓輸送重疊期間的同步系統。圖5(b)示出了產生加壓輸送重疊期間的非同步系統。本圖中的#1、#2、#3、#4是發動機80的各氣缸的編號。在本實施方式中，同步和非同步，是著眼於噴射器71 74的噴射期間與向共軌腔60的加壓輸送期間的同步性的概念。另一方面，用於驅動高壓泵50的凸輪52被發動機80的曲軸(未圖示)驅動，凸輪52與曲軸的旋轉同步。由此，ECU70在非同步系統中也能夠預測噴射期間與加壓輸送期間的定時的關係。在圖5(a)的同步系統中，在發動機80的循環結束從而全部4個氣缸的噴射結束的期間，泵的加壓輸送次數為4次。在圖5(a)中，例如採用從凸輪52的兩側夾著作為公知結構的2個高壓泵50的結構，通過凸輪52的2周旋轉進行4次加壓輸送。另一方面，發動機80由於是4衝程的內燃機，因此，每當曲軸進行2周旋轉時結束I個循環，結束全部氣缸的噴射。S卩，泵轉速NP與發動機轉速Ne的旋轉比為I : 1，每當凸輪52進行I周旋轉，曲軸進行I周旋轉。E⑶70基於泵的凸輪升程(cam lift)來調整驅動電流波形的定時，能夠使噴射期間與泵的加壓輸送期間同步。由此，能夠使泵的加壓輸送期間與噴射期間錯開，因此能夠避免由噴射期間與泵的加壓輸送期間的重疊(加壓輸送重疊期間)引起的噴射量的差異。在圖5(b)的同步系統中，泵轉速NP與發動機轉速Ne的旋轉比為3 4，每當凸輪52進行3周旋轉，曲軸進行4周旋轉。在該例子中，在發動機80的循環結束而全部4個氣缸的噴射結束的期間，泵的加壓輸送次數為3次。這樣的例子例如是通過在排氣量相對較 小的發動機中共用高壓泵50時，考慮過大的高壓泵50的容量而削減加壓輸送次數而產生的。在這樣的非同步系統中，ECU70無法基於泵的凸輪升程調整驅動電流波形的定時從而使噴射期間與泵的 加壓輸送期間同步。結果，產生由加壓輸送期間的重疊(加壓輸送重疊)引起的噴射量的差異(增大)，從而產生氣缸間噴射量差。圖6是表示將本實施方式的噴射修正的內容與比較例(上述例子)進行比較的說明圖。如比較例可知，在非同步系統中，起因於加壓輸送重疊而使噴射量增大。儘管假定了驅動電流波形在噴射時產生由燃料噴射引起的軌壓的降低，但該增大卻是起因於由於來自高壓泵50的燃料加壓輸送而軌壓上升。本實施方式是通過進行假定了由泵的加壓輸送引起的軌壓的上升的波形的修正(TQ修正、即提早閉閥定時的修正)抑制重疊排出量來實現的。所謂重疊排出量是指由泵的加壓輸送引起的噴射量的增大。圖7是表示用於執行噴射量修正的處理內容的流程圖。圖8是表示本處理的主要處理的內容的框圖。圖9是表示在噴射量修正中使用的算式的圖。本計算處理通過ECU70來執行。本處理是在發動機80的每個氣缸中以恆定周期來實施的處理。在步驟Sll中，E⑶70判定發動機80的運轉狀態是否為正常。若處理的結果判定為處於加速器被踏入而正在加速這樣的非正常狀態，則處理前進至步驟S12，跳過全部的修正處理。這是因為，在非正常狀態下，噴射定時時刻都在變動，因而作為前饋控制處理前提的預測被破壞，有可能會因修正處理反倒產生負面影響。另一方面，若判定為正常，則處理前進至步驟S13和步驟S14。E⑶70並行執行步驟S13和步驟S14的處理。在步驟S13中，計算噴射期間。噴射期間由發動機80的轉速Ne和載荷來決定。具體地說，例如在噴射期間的初期，由發動機80的轉速Ne決定，在噴射期間的末期由載荷決定。另一方面，在步驟S14中，計算泵排出期間。在泵排出期間的初期，基於高壓泵50的排出量來決定(參照圖8的步驟S14)。在步驟S15中，E⑶70判定噴射期間和排出期間的有無。在本實施方式中，#1、#2、#3的氣缸始終產生重疊。另一方面，#4的氣缸不產生重疊。因此，在本實施方式的發動機80中，可以想到不需要步驟S15，但是根據凸輪52與曲軸的旋轉比、發動機80的噴射特性而變成需要的步驟。在步驟S16中，E⑶70計算重疊期間。重疊期間的計算使用步驟S13和步驟S14的計算值來進行。由此，計算出了重疊期間的初期和末期。在步驟S17中，E⑶70計算重疊時排出量Qout。重疊時排出量Qout能夠使用算式F5(參照圖9)，利用上述的方法(圖3、圖4)的處理方法來進行計算。此時，可以通過將由重疊時排出量Qout引起的軌壓Pout的變動(上升)也考慮在內的計算，來提高計算精度，或者也可以採用不將由重疊時排出量Qout引起的軌壓Pout的變動(上升)考慮在內的簡單的計算方法。在步驟S18中，E⑶70判定是否有反饋。該判定是基於後述的反饋標誌來進行的判定。在有反饋的情況下，在加上反饋量Qfb(步驟S19)之後，處理前進至步驟S21。另一方面，在沒有反饋的情況下，不加上反饋量Qfb (步驟S20)，處理前進至步驟S21。在步驟S21中，E⑶70計算軌壓變化量A Pout。軌壓變化量A Pout能夠使用算式F6(參照圖9)來進行計算。算式F6是基於與上述的算式F2相同觀點的式子。軌壓變化量APout例如能夠基於重疊時排出量Qout和反饋量Qfb的相加量(或者不進行相加)來進行計算(參照圖8)。
在步驟S22中，E⑶70決定噴射期間TQ的修正量TQc。修正量TQc的決定使用預先準備的映射(參照圖8的步驟S22)來進行。本映射是通過實驗求出的。由此，在噴射前結束了前饋控制的噴射量的修正處理的準備在步驟S23中，E⑶70執行噴射處理。噴射處理通過利用以修正量TQc修正後的驅動電流波形進行驅動來執行。修正量TQc被用於噴射期間的縮短量的決定。在步驟S24中，E⑶70實測噴射前後的軌壓。軌壓的實測使用軌壓傳感器61來進行。執行軌壓的實測為了實現用於下個循環的噴射量修正的反饋處理(參照圖8的步驟S24、S25)。在步驟S25中，E⑶70執行氣缸差檢測處理。氣缸差檢測處理是，將向高壓泵50的加壓輸送期間(排出期間)不與噴射期間重疊的#4的氣缸的噴射量的實測值Qi (基準噴射量)和有重疊的其他#1 #3的氣缸的噴射量的實測值Q』i (修正噴射量)進行比較，由此來對由重疊的有無引起的噴射量的氣缸差進行檢測的處理。各氣缸的噴射量基於共軌腔60的內部燃料的壓力下降的實測值來計算。圖10是表示非重疊時和重疊時的噴射中的共軌腔60的內部燃料的壓力下降的形態的圖。在非重疊時，共軌腔60的內部燃料的壓力從噴射開始時的噴射壓Pl下降至噴射結束時的噴射壓P2。該壓力由於起因於噴射，因此，能夠使用該壓力下降量計測噴射量。具體地說，使用圖9的算式F7，通過E⑶70計算沒有重疊的M的氣缸的噴射量Qi。另一方面，在重疊時，共軌腔60的內部燃料的壓力從噴射開始時的噴射壓P』 I下降至噴射結束時的噴射壓P』 2。但是，壓力下降量由於被由重疊時排出量Oout引起的A Pout抵消了，因此加上A Pout。結果，使用圖9的算式F8，通過E⑶70計算有重疊的#1 #3的氣缸的噴射量的實測值Q』 i。氣缸差檢測處理是，以沒有重疊的#4的氣缸的噴射量Qi為基準，檢測該基準值分別與有重疊的#1 #3的氣缸的噴射量Q』 i之間的差(參照圖9的算式F9)，來計算反饋量Qfb的處理。由此，針對#1 #3的氣缸分別計算反饋量Qfb。另外，向沒有重疊的#4的氣缸噴射燃料的噴射器74還被稱作基準噴射器。向有重疊的#1_#3的氣缸噴射燃料的噴射器71 73還被稱作修正對象噴射器。在步驟S26中，E⑶70判定反饋量Qfb是否在閾值以內(即規定的範圍內)。該判定的結果為反饋量Qfb在閾值以內時,將反饋標誌設為「有反饋」，將反饋量Qfb存儲在ECU70所具有的未圖示的存儲器中。另一方面，在反饋量Qfb為閾值以外時，將反饋標誌設為「無反饋」。反饋標誌在上述的步驟S18(反饋有無的判定)中使用。反饋量AQfb在上述的步驟S19(反饋量相加)中使用。由此，在下次的噴射中，通過使用反饋量AQfb，能夠以進行了基於實測值的修正的驅動電流波形進行噴射。本發明人發現了如下顯著效果使用了反饋量AQfb的修正特別能夠利用在因實際使用環境(燃料粘性)變化而引起的前饋修正量的偏離的補償中。由此,本實施方式的噴射量修正處理,即使向共軌腔60的加壓輸送期間與噴射期間重疊也能夠預測向共軌腔60的加壓輸送量(排出量)，進行前饋修正從而能夠對由重疊加壓輸送引起的噴射誤差進行補償。進而，本實施方式的噴射量修正處理能夠通過監視噴射時的噴射壓來由氣缸差檢測處理生成反饋量AQfb，因此，還能夠對前饋修正的預測的誤差進行補償，從而成功地實現了可靠性和精度較高的修正。(其他實施方式)本發明不限於上述實施方式，例如能夠如下那樣實施。(I)在上述實施方式中，是泵轉速NP與發動機轉速Ne的旋轉比為3 4的系統，但是不限於此，本發明可以廣泛地應用於噴射器的噴射期間和泵的加壓 輸送期間重疊的系統中。(2)在上述實施方式中，高壓泵的調量方式是節流調整，但是也可以應用於例如溢流方式這樣的其他調量方式中。
權利要求
1.一種燃料噴射系統，其特徵在於，具備 蓄壓部(60)，對燃料進行蓄壓； 缸體(59)，在內部形成有壓力室(53)； 柱塞(51)，在所述缸體(59)內進行向加壓方向的移動即加壓移動，通過所述加壓移動產生所述壓力室(53)內的容積變化，從而將燃料向所述蓄壓部￠0)加壓輸送； 噴射部，具有噴射器(71 74)，該噴射器(71 74)噴射在所述蓄壓部￠0)中蓄壓後的燃料；以及 控制部(70)，控制從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的噴射量； 所述控制部(70)具有 加壓輸送量計算部，計算從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的、在噴射期間中向所述蓄壓部￠0)加壓輸送的燃料的加壓輸送量；以及 修正量決定部，基於所述噴射期間中的加壓輸送量，決定所述噴射期間的修正量；所述加壓輸送量計算部推定從所述壓力室(53)的內周面(54)與所述柱塞(51)的外周面(55)之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，使用所述推定出的洩漏量和與所述加壓移動時的柱塞(51)的衝程相對應的所述壓力室(53)內的容積變化量，計算所述加壓輸送量。
2.如權利要求I所述的燃料噴射系統，其特徵在於， 具備傳感器(61)，計測所述蓄壓部￠0)的內部壓力； 所述噴射部具有多個噴射器(71 74)， 所述控制部(70)具有 在所述多個噴射器(71 74)之中，決定在所述噴射期間外執行向所述蓄壓部￠0)的燃料的加壓輸送的基準噴射器的功能； 在所述多個噴射器(71 74)之中，決定在所述噴射期間內執行向所述蓄壓部￠0)的燃料的加壓輸送的修正對象噴射器的功能； 噴射量實測部，基於所述噴射期間中的所述蓄壓部(60)的內部壓力，實測所述基準噴射器的噴射量即基準噴射量(Qi)和所述修正對象噴射器的噴射量即修正噴射量(Q』i);以及 基於所述基準噴射量(Qi)與所述修正噴射量(Q』 i)之差決定反饋量(Qfb)的功能； 所述修正量決定部基於所述反饋量(Qfb)來調整所述修正量。
3.如權利要求I所述的燃料噴射系統，其特徵在於， 所述加壓輸送量計算部基於所述衝程，計算對於流過所述間隙的燃料的流動的阻力值，使用所述阻力值來推定所述洩漏量。
4.如權利要求I 3中任一項所述的燃料噴射系統，其特徵在於， 所述加壓輸送量計算部基於所述加壓時的壓力室(53)內的壓力即柱塞室壓與所述蓄壓部￠0)的壓力之差，計算向所述蓄壓部￠0)的加壓輸送速度。
5.如權利要求I 3中任一項所述的燃料噴射系統,其特徵在於， 所述加壓輸送量計算部將所述燃料視為規定的壓縮性流體，使用所述規定的壓縮性流體的體積彈性模量，計算由所述加壓移動引起的所述加壓時的壓力室(53)內的壓力即柱塞室壓的上升量， 所述規定的壓縮性流體具有基於所述缸體(59)及所述柱塞(51)至少一方的彈性變形和所述燃料的體積彈性變形中的至少一個來預先決定的體積彈性模量。
6.一種燃料噴射控制裝置，對燃料噴射裝置進行控制，該燃料噴射裝置具有 蓄壓部(60)，對燃料進行蓄壓； 缸體(59)，在內部形成有壓力室(53)； 柱塞(51)，在所述缸體(59)內進行向加壓的方向移動即加壓移動，通過所述加壓移動產生所述壓力室(53)內的容積變化，從而將燃料向所述蓄壓部￠0)加壓輸送；以及 噴射部，具有噴射器(71 74)，該噴射器(71 74)噴射在所述蓄壓部￠0)中蓄壓後的燃料； 該燃料噴射控制裝置的特徵在於，具有 加壓輸送量計算部，計算從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的、在噴射期間中向所述蓄壓部(60)加壓輸送的燃料的加壓輸送量； 修正量決定部，基於所述噴射期間中的加壓輸送量，決定所述噴射期間的修正量；以及 噴射量控制部，基於所述修正後的噴射量，控制從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的噴射量； 所述加壓輸送量計算部推定從所述壓力室(53)的內周面(54)與所述柱塞(51)的外周面(55)之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，使用所述推定出的洩漏量和與所述加壓移動時的柱塞(51)的衝程相對應的所述壓力室(53)內的容積變化量，計算所述加壓輸送量。
7.一種燃料噴射裝置的控制方法，該燃料噴射裝置具有 蓄壓部(60)，對燃料進行蓄壓； 缸體(59)，在內部形成有壓力室(53)； 柱塞(51)，在所述缸體(59)內進行向加壓方向的移動即加壓移動，通過所述加壓移動產生所述壓力室(53)內的容積變化，從而將燃料向所述蓄壓部￠0)加壓輸送；以及 噴射部，具有噴射器(71 74)，該噴射器(71 74)噴射在所述蓄壓部(60)中蓄壓後的燃料； 該燃料噴射裝置的控制方法的特徵在於，包括以下工序 加壓輸送量計算工序，計算從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的、在噴射期間中向所述蓄壓部(60)加壓輸送的燃料加壓輸送量； 修正量決定工序，基於所述噴射期間中的加壓輸送量，決定所述噴射期間的修正量；以及 噴射量控制工序，基於所述修正後的噴射量，控制從所述噴射器(71 74)噴射的燃料的噴射量； 所述加壓輸送量計算工序推定從所述壓力室(53)的內周面(54)與所述柱塞(51)的外周面(55)之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，使用所述推定出的洩漏量和與所述加壓移動時的柱塞(51)的衝程相對應的所述壓力室(53)內的容積變化量，計算所述加壓輸送量。
全文摘要
燃料噴射系統具備蓄壓部(60)；缸體(59)柱塞(51)，通過加壓移動產生壓力室(53)內的容積變化，從而將燃料向蓄壓部加壓輸送；噴射部，具有噴射器(71～74)，該噴射器(71～74)噴射在蓄壓部蓄壓後的燃料；以及控制部(70)，控制從噴射器噴射的燃料的噴射量。控制部具有加壓輸送量計算部，計算從噴射器噴射的燃料的、在噴射期間中向蓄莊部的燃料的加壓輸送量；以及修正量決定部，基於噴射期間中的加壓輸送量，決定噴射期間的修正量；加壓輸送量計算部推定從壓力室的內周面與柱塞的外周面之間的間隙洩漏的燃料的洩漏量，使用推定出的洩漏量和與加壓移動時的柱塞的衝程相對應的壓力室內的容積變化量來計算加壓輸送量。
文檔編號F02D41/38GK102635476SQ201210026569
公開日2012年8月15日 申請日期2012年2月7日 優先權日2011年2月8日
發明者安藤充宏 申請人:株式會社電裝