專利名稱：檢測和補償直噴式系統中的噴射器變異性的方法
技術領域：
本發明涉及用于控制直噴式燃料系統的燃料噴射的方法及發動機系統。
背景技術：
直噴式發動機系統的燃料噴射器通常由于例如不完美的制造工藝和/或噴射器老 化而具有件與件之間(piece to piece)和不同使用時間之間(time to time)的變異 性。由于噴射到每個汽缸中的燃料量不同，該噴射器變異性會造成汽缸扭矩輸出不平 衡，且由于不能正確地計量噴射到每個汽缸中的燃料，該噴射器變異性還會造成較高 的尾管排放及降低的燃料經濟性。
為了補償噴射器變異性，可以使用對噴射時間等噴射參數進行修正的修正系數。 例如，美國專利5,176,122公開了一種方法，該方法利用平均修正系數和單個修正系 數兩者進行修正以校正噴射器變異性。為了校準平均修正系數和和單個修正系數，在 怠速工況等各種工況下停止燃料供給時執行校準噴射事件。具體來說，在校準噴射事 件期間，當執行燃料噴射時，在燃料導管壓力從正常工作壓力降至較低閾值時監視燃 料導管壓力。然后使用燃料導管壓力降來計算和更新修正系數。此外，為了確定單個 修正系數，可以執行一些噴射器的噴射事件而停用其他噴射器或減少其他噴射器的噴 射量。
發明人在此認識到一些與校準修正系數的上述方法關聯的潛在問題。例如，在校 準噴射事件期間，監視從正常工作壓力到較低閾值壓力的燃料導管壓力降，由于較低 閾值壓力因噴射器不能精確地計量低于特定壓力的燃料而受限，可用于給定的校準噴 射事件的壓力降的量因此受限。換句話說，用于給定的校準噴射事件的噴射次數和噴 射量可能不足以精確地校準所有噴射器。除上述問題之外，使用噴射器停用進行的單 個汽缸噴射器校準會造成不期望的空燃比偏移、汽缸之間不平衡的扭矩產生量及增加 的發動機振動(如在怠速工況下)。此外，在燃料導管壓力保持在正常工作壓力時， 由于相對低的燃料壓力，相對少量的燃料會于校準期間出現在燃料導管中。因此，出 現在燃料導管中的少量燃料會增加燃料計量對發動機熱的敏感性，進而使校準結果降 級。
發明內容
為了解決上述問題中的至少部分，可以使用這樣的燃料噴射系統，該系統利用低 發動機負荷工況和高于正常的燃料導管工作壓力下的噴射器校準。在一個示例中，提供一種用于控制直噴式燃料系統的燃料噴射的方法，該燃料系
統具有燃料泵，該方法包括可變地操作燃料泵以將燃料壓力保持在選擇的壓力；臨 時地增加泵操作以使壓力增加從而足夠高于所述選擇的壓力，然后減少泵操作；在減 少泵操作之后的至少一次燃料噴射期間，使壓力減小與噴射器搡作相關(correlating), 及基于所述相關調節燃料噴射操作。
通過使用高于選擇的工作壓力的增加壓力，可以有足夠大的噴射量來對后續的噴 射保持足夠的燃料導管壓力降，以進行精確的噴射器校準。在使用渦輪增壓器來增大 進氣壓力時尤其如此，在該情況下，噴射壓力必須克服汽缸中增壓下的空氣壓力。另 外，在精確的校準希望每噴射器進行多次噴射和/或需要校準多個噴射器時，還可以 有足夠次數的校準噴射。此外，還可以在比適合于當前工況的壓力低的壓力下避免使 用噴射器或減少工作的噴射器。在一個具體示例中，通過在低負荷工況下執行這樣的 操作，可以為噴射器校準提供足夠的壓力增加，因為可以在這樣的低負荷工況下使用 較低的工作壓力，即(用于校準噴射器的臨時壓力增加之前的)工作壓力足夠低，從 而可以提供足夠的空間以實現期望的壓力增加來執行精確的噴射器校準。
此外，通過在相關期間(correlation)使用較高的起始燃料導管壓力，在校準
燃料噴射器時燃料導管可以加注有較新鮮且溫度較低的燃料。這可以減少燃料導管溫 度敏感性并因此增強相關的結果。
最后，在發動機中的每個噴射器緊接著泵操作的減少執行預定次數的噴射的示例 中，可以避免在停用單個噴射器或單個噴射器的噴射量減少時產生任何扭矩不平衡。
圖1示出示例發動機；
圖2示出具有高壓燃料的燃料噴射系統；
圖3示出示例燃料噴射器校準例程；
圖4示出示例校準噴射例程；
圖5示出示例噴射器修正系數計算和更新例程；
圖6示出用于確定髙壓燃料貯存器的目標校準壓力(PJ的示例例程；及 圖7是示出校準噴射循環中的燃料噴射正時、高壓燃料貯存器中的燃料壓力改變 及燃料泵行程的時間圖。
具體實施例方式
圖1示出多汽缸發動機的一個汽缸，以及連接到該汽缸的進氣和排氣路徑。 繼續圖l，示出直噴系統，其中發動機IO使用直接燃料噴射以及火花點火。包 括多個燃燒室的內燃發動機10由電子發動機控制器l2控制。發動機io的燃燒室30 如圖所示包括燃燒室壁32,活塞36位于其中并連接到曲軸40。起動機馬達(未示出)可以經飛輪(未示出)連接到曲軸40,或者可以使用發動機直接起動。
在一個具體示例中，如果需要，活塞36可以包括凹槽或—凹腔(未示出)以有助 于形成分層的空燃進氣。在一些示例中，可以使用盤形活塞。
燃燒室或汽缸30如圖所示經相應的進氣門52a和52b (未示出)及排氣門54a 和54b (未示出)與進氣歧管44和排氣歧管48連通。因此，雖然每汽缸使用四個氣 門，但在另一個示例中，也可以每汽缸使用一個進氣門和一個排氣門。在又一個示例 中，每汽缸可以使用兩個進氣門和一個排氣門。
燃料噴射器66A如圖所示直接連接到燃燒室30,用于與經電子驅動器68從控制 器12接收的信號脈沖寬度dfpw成比例地向其中供給噴射的燃料。雖然圖1示出噴射 器66A是側置噴射器，但噴射器也可以位于活塞上方，如靠近火花塞92的位置處。 由于某些基于酒精的燃料揮發性較低，這樣的位置可以改進混合及燃燒。或者，噴射 器可以位于進氣門上方附近以改進混合。
燃料可以由包括燃料箱、燃料泵及燃料導管的高壓燃料系統(見圖2)供給到燃 料噴射器66A。此外，雖然未示出，但一個(或多個)燃料箱(的每個)可以具有向 控制器12提供信號的壓力傳感器。
進氣歧管44如圖所示經節流板62與節氣門體58連通。在該具體示例中，節流 板62連接到電動馬達94,以使橢圓的節流板62的位置由控制器12通過電動馬達94 控制。該配置可以稱為電子節氣門控制(ETC),并且也可以在怠速控制期間使用。 在替代示例(未示出)中，旁通氣道與節流板62并聯排列，以在怠速控制期間經位 于氣道內的怠速控制旁通閥控制吸入的空氣流。
排氣傳感器76如圖所示連接到催化轉化器70上游的排氣歧管48 (其中傳感器 76可以對應于各種不同的傳感器)。例如，傳感器76可以是用于提供排氣空燃比指 示的多種現有傳感器中的任何一種，如線性氧傳感器(linear oxygen sensor ) 、 UEGO、 雙態氧傳感器(two-state oxygen sensor) 、 EG0、 HEG0,或者HC傳感器或CO傳感 器。在該具體示例中，傳感器76是向控制器12提供信號EG0的雙態氧傳感器，而控 制器12將信號EGO轉換為雙態信號EG0S。信號EGOS的高壓狀態表示排氣濃于化學 計量(stoichiometry)，信號EGOS的低壓狀態表示排氣稀于化學計量。在反饋空燃比 控制期間可以有利地使用信號EGOS以在化學計量均質模式操作期間將平均空燃比保 持在化學計量。空燃比控制的進一步細節亦包括在本文中。
無分電器點火系統88響應于來自控制器12的點火提前信號SA經火花塞92向燃 燒室30提供點火火花。
通過控制噴射正時、噴射量、噴射模式等，控制器l2可以使燃燒室30以各種燃 燒模式工作，包括均質空燃混合氣燃燒模式和分層空燃混合氣燃燒模式。此外，可以 在燃燒室中形成組合的分層混合氣和均質混合氣。在一個示例中，所分的各層可以由 工作的噴射器66A在壓縮行程期間形成。在另一個示例中'均質混合氣可以由工作的噴射器66A在進氣行程期間形成(可以是開啟氣門噴射)。在又一個示例中，均質混 合氣可以由工作的噴射器66A在進氣行程之前形成(可以是關閉氣門噴射)。在其他 示例中，在一個或多個行程(如，進氣、壓縮、排氣等行程)期間可以使用噴射器 66A進行多次噴射。又一些示例可以是可在不同的條件下使用不同的噴射正時和混合 氣組成的情況。
控制器12可以控制由燃料噴射器66A供給的燃料的量，以使燃燒室30中的均質 空燃混合氣、分層空燃混合氣或組合的均質/分層空燃混合氣在選擇下處于化學計量、 濃于化學計量，或稀于化學計量的值。
排放控制裝置72如圖所示位于催化轉化器70下游。排放控制裝置72可以是微 粒過濾器、三元催化劑，或N0x捕集器，或其組合。
控制器12如圖所示為常規微型計算機，其中包括微處理器單元(CPU) 102、輸 入/輸出端口 (1/0)104、用于可執行程序和校準值的電子存儲媒體(在該具體示例 中如圖所示為只讀存儲器芯片(ROM) 106)、隨機存取存儲器(RAM) 108、保活存儲 器(KAM)llO,及常規數據總線。除上述信號之外，控制器12如圖所示還接收來自 連接到發動機10的傳感器的各種信號，包括來自連接到節氣門體58的空氣質量流量 傳感器100的吸入空氣質量流量(MAF)測量值；來自連接到冷卻套管114的溫度傳 感器112的發動機冷卻劑溫度(ECT);來自連接到曲軸40的霍爾效應傳感器118的 齒面點火信號(PIP);及來自節氣門位置傳感器120的節氣門位置TP;來自傳感器 122的歧管絕對壓力(MAP)信號；來自爆震傳感器182的爆震指示；及來自傳感器 180的絕對或相對環境濕度的指示。發動機轉速信號RPm由控制器12通過信號PIP以 常規方式產生，而來自歧管壓力傳感器的歧管壓力信號MAP提供對進氣歧管中的真空 或壓力的指示。在化學計量搡作期間，該傳感器可以給出發動機負荷的指示。此外， 該傳感器和發動機轉速一起可以提供吸入汽缸的進氣(包括空氣)的估計。在一個示 例中，也用作發動機轉速傳感器的傳感器118在曲軸每旋轉一周時產生預定數量的等 距脈沖。催化轉換器的溫度可以通過傳感器測量或基于工況估計，或通過兩者的組合 得到。
在一些示例中，控制器12接收各種通過各種傳感器(未示出所有)檢測到的會 影響燃料導管壓力監視的工作參數。工作參數可以和噴射器校準噴射事件期間的燃料 導管壓力降相關，且可以消除或減少發動機工作參數對燃料導管壓力測量的影響，從 而精確地確定由燃料噴射造成的燃料壓力降。影響燃料壓力測量的此類發動機參數包 括例如進氣門位置和/或排氣門位置、曲軸角位置、活塞位置、噴射器的觸發(firing )、
火花塞的點火，和/或進氣壓力和/或排氣壓力。
繼續圖l,示出了可變凸輪軸正時系統。具體來說，發動機10的凸輪軸如圖所 示與搖臂132和134連接以驅動進氣門52a、 52b和排氣門Ma、 Mb。凸輪軸1"直 接連接到殼體136。殼體136形成具有多個輪齒138的齒輪。殼體136以液壓方式連接到內部軸(未示出)，該軸進而通過正時鏈條(未示出)直接連接到凸輪軸130。 因此，殼體136和凸輪軸130以基本上與內部軸相等的速度旋轉。內部軸以相對于曲 軸40恒定的速度比旋轉。然而，通過搡縱下文所述的液壓連接，可以通過提前室142 和延遲室144中的液壓壓力改變凸輪軸130與曲軸40的相對位置。通過允許高壓液 壓液進入提前室142,凸輪軸130和曲軸40之間的相對關系提前。因此，進氣門52a、 52b和排氣門54a、 54b相對于曲軸40在早于正常的時間開啟和關閉。類似地，通過 允許高壓液壓液進入延遲室144,凸輪軸130和曲軸40之間的相對關系延遲。因此， 進氣門52a、 52b和排氣門54a、 54b相對于曲軸40在晚于正常的時間開啟和關閉。
連接到殼體136和凸輪軸130的輪齒138允許通過向控制器12提供信號VCT的 凸輪正時傳感器150測量相對凸輪位置。四個輪齒l、 2、 3和4優選地用于測量凸輪 正時且等距排列(例如，在V-8雙組發動機中彼此間隔90度)，而輪齒5優選地用 于汽缸識別，如下文中所述。另外，控制器12可以向常規電磁閥(未示出)發送控 制信號(LACT, RACT)來控制進入提前室142、延遲室144的液壓液的流量或不控制 流量。
可以用各種方式測量相對凸輪正時。概言之，PIP信號的上升沿與接收來自殼體 136上的多個輪齒138之一的信號之間的時間或旋轉角，可給出相對凸輪正時的測量。 對于包括兩個汽缸組和具有五個輪齒的齒輪的V-8發動機的具體示例，每個循環中接 收四次對特定汽缸組的凸輪正時的測量，而將額外的信號用于汽缸識別。
傳感器160還可以通過信號162提供排氣空燃比的指示，該信號向控制器12提 供指示02濃度的電壓。例如，傳感器160可以是HEGO、 UEGO、 EGO,或其他類型的排 氣傳感器。還應注意，如上文中參考傳感器76所述，傳感器160可以對應于各種不 同的傳感器。
如上所述，圖l僅示出多汽缸發動機中的一個汽缸，且每個汽缸可以具有其自身 的一組進氣門/排氣門、燃料噴射器、火花塞等。
此外，在本文所述的示例中，發動機10可以連接到用于起動發動機的起動機馬 達(未示出)。可以在例如駕駛者旋轉駕駛桿上的點火開關中的鑰匙或觸發自動起動 按鈕時對起動機馬達供電。在發動機起動之后，例如由發動機io在預定時間后達到 預定轉速之后，斷開起動機。此外，在所公開的示例中，排氣再循環(EGR)系統可 以經EGR閥(未示出)將期望的一部分排氣從排氣歧管48引導到進氣歧管44中。或 者，通過控制排氣門正時將一部分燃燒氣體保留在燃燒室中。
發動機10可以是各種類型的內燃發動機中的一種或多種。發動機10可以包含各 種數量的汽缸，例如，該發動機可以是V-2、 V-6、 V-8或V-12發動機。可以單獨地 啟用或停用單個汽缸以提供不同的發動機排量。單個汽缸也可以在給定的時間以不同 的燃燒模式工作。單個汽缸還可能在不同的燃燒模式之間轉換，例如從SI轉換到HCCI 然后回到SI。發動機IO可以是旋轉式活塞發動機或往復式活塞發動機，或旋轉式和往復式活塞發動機的組合。發動機IO還燃燒各種類型的燃料，如柴油、植物油、丙 烷、汽油，或不同燃料的組合。另外，內燃發動機可以使用不同的行程循環，例如可 以使用二行程循環或四行程循環或不同行程循環的組合。發動機的汽缸可以按各種配 置排列。例如，汽缸可以排列為直線，如直列式發動機；排列為V形配置，如V型發
動機；排列為w形配置，如W型發動機；排列為兩個對置的汽缸組，如臥式發動機；
或不同發動機配置的組合。
還應注意，可以使用各種方法來保持期望的扭矩，例如調節點火正時、節氣門位 置、可變凸輪正時位置、排氣再循環量，及執行燃燒的汽缸數量。此外，可以對每個 汽缸單獨地調節這些變量以在所有汽缸中保持汽缸平衡。
發動機IO還包括壓縮裝置，如包括沿進氣歧管44排列的至少一個壓縮機的渦輪 增壓器或機械增壓器(未示出)。對于渦輪增壓器，壓縮機可以至少部分地由沿排氣 歧管48排列的渦輪(如通過軸)驅動。對于機械增壓器，壓縮機可以至少部分地由 發動機(如曲軸)和/或電機驅動，且可以不包括渦輪。渦輪增壓器，如果出現，可 以是各種類型的渦輪增壓器，例如，可以是固定幾何渦輪增壓器或可變幾何渦輪增壓 器。此外，渦輪增壓器可以是可變幾何渦輪增壓器或包括旁通泄壓閥。
圖2示出具有高壓燃料導管系統的燃料噴射系統。該系統可以包括燃料箱200、 低壓燃料泵(或低壓燃料提升泵)202經低壓管道204向高壓燃料泵206供給來自燃 料箱200的燃料。高壓燃料泵206經高壓管道208向高壓燃料貯存器210供給加壓燃 料。高壓燃料貯存器210分別經燃料供給管212a、 212b、 212c和212d向燃料噴射器 214a、 214b、 214c和214d供給加壓燃料。燃料噴射器將燃料噴射到位于發動機汽缸 體216內的發動機汽缸(未示出)中。未噴射的燃料可以經回燃料管218回到燃料箱 200。發動機汽缸體216可以連接到具有進氣節氣門224的進氣道222。
該系統還可以包括控制單元226。該控制單元可以進一步連接到用于檢測和控制 汽車工況的各種其他傳感器252和各種執行器254 (如燃料噴射執行器、火花點火執 行器、節氣門執行器等)。例如，控制單元226可以通過適當的傳感器檢測發動機轉 速、節氣門位置、進氣溫度和/或壓力、排氣溫度/壓力、空氣質量流量、發動機冷卻 劑溫度、曲軸角位置、可變凸輪位置、噴射正時、火花點火正時。控制單元"6還可 以控制進氣門和/或排氣門或節氣門、發動機冷卻風扇、火花點火、噴射器及燃料泵 的操作以控制發動機工況。
圖2示出燃料噴射系統的更多細節。具體來說，圖2示出控制單元216可以是發 動機控制單元、動力系統控制單元、控制系統、或獨立的單元，或各種控制單元的組 合。控制單元226如圖2所示為常規微型計算機，其中包括輸入/輸出端口 ( I/O) 228、 微處理器單元(CPU) 232 、用于可執行程序和校準值的電子存儲媒體(在該具體示例 中如圖所示為只讀存儲器芯片(ROM) 230 )、隨機存取存儲器(RAM) 234、保活存儲 器UAM) 136，及數據總線。控制單元226可以接收來自各種傳感器的信號。例如，控制單元226可以通過位 于高壓燃料貯存器210中的燃料壓力傳感器220接收來自高壓燃料貯存器210的燃料 壓力信號。該控制單元還可以經節氣門位置傳感器238接收指示進氣節氣門位置的節 氣門開啟角信號(0A)、接收來自空氣質量流量傳感器240的進氣流量信號(Qa)、 接收來自發動機轉速傳感器242的發動機轉速信號(N。)、經加速器踏板位置傳感器 246接收來自踏板244的加速器踏板位置信號、接收來自曲軸角傳感器248的曲軸角， 及接收來自發動機溫度傳感器250的發動機冷卻劑溫度(ECT)信號。
除上述信號之外，控制單元226還可以接收來自各種其他傳感器252的其他信號。 例如，控制單元226可以接收來自連接到曲軸(未示出)的霍爾效應傳感器(未示出) 的齒面點火傳感器信號(PIP);來自歧管壓力傳感器(未示出)的歧管絕對壓力信 號MAP。
控制單元226可以通過各種執行器254控制各種汽車組件的操作。例如，控制單 元226可以通過燃料噴射器執行器(未示出)控制燃料噴射器214a - 214b的操作， 通過高壓燃料泵執行器(未示出)控制高壓燃料泵206的搡作。
雖然在該示例中示出一個高壓燃料泵206,但在其他示例中可以包括多個向高壓 燃料貯存器210供給燃料的髙壓燃料泵。如圖2所示，高壓燃料泵206可以連接到控 制單元226并由該單元控制。控制單元226可以通過高壓燃料泵控制(未示出)調節 由高壓燃料泵206向高壓燃料貯存器供給燃料的量或速度。控制單元226還可以完全 停止對高壓燃料!fc存器210的燃料供給。此外，高壓燃料泵206可以包含一個或多個 安全閥，安全閥可在高壓燃料貯存器210中的燃料壓力高于所需時降低高壓燃料貯存 器中的燃料壓力。
雖然在該示例中示出每汽缸一個燃料噴射器，但可以在其他示例中每汽缸使用多 個噴射器。雖然在該示例中噴射器連接到發動機汽缸，但在其他示例中，噴射器可以 連接到進氣道。直接連接到發動機汽缸的燃料噴射器可以位于汽缸活塞(未示出)上 方或位于發動機汽缸側部。噴射器212可操作地連接到控制單元或由控制單元控制， 如圖l所示的控制單元226。從噴射器噴射的燃料量和噴射正時可以由控制單元226 通過存儲在控制單元226中的發動機MAP圖(engine map)基于發動機轉速(N。)和 /或進氣節氣門角(Qa)或發動機負荷確定。可以通過控制連接到噴射器的電磁閥(未 示出)來控制噴射器。噴射器可以不將向噴射器供給的所有燃料噴射完，并通過回流 管，如回燃料管218將所供給的部分燃料返回燃料箱。
高壓燃料貯存器210還可以包含一個或多個用于檢測高壓燃料貯存器H0中的燃 料溫度的溫度傳感器，及一個或多個用于檢測高壓燃料貯存器中的燃料壓力的壓 力傳感器。高壓燃料貯存器210還可以包含一個或多個安全閥。當壓力高于所需時， 安全閥在開啟時可降低高壓燃料貯存器中的壓力并經回燃料管將多余的燃料返回燃 料箱中。可以對上述示例系統做出各種其他修改或調整。例如，燃料管(如204、 208、 H8、 2Ha-212d)可以包含一個或多個過濾器、泵、壓力傳感器、溫度傳感器、安全 閥。燃料導管可以包括一根或多根管道。可以使用一個或多個燃料冷卻系統。進氣道 222可以包含一個或多個空氣過濾器、渦輪增壓器、緩沖罐(surge tank)。發動機 可以包含一個或多個發動機冷卻風扇、冷卻管路、火花點火裝置、氣門，及控制裝置。 發動機可以連接到排氣道。
下面在流程圖中描述的具體例程可以表示任何數量的處理策略中的一種或多種， 如事件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各個步驟或功能可以如所 示例程那樣執行，并行執行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序不是實現本 文中所述的示例的特征和優點所必需，而是為便于演示和說明而提供。雖然未明確示 出，但取決于在發動機運行期間所使用的具體策略，可以重復執行所示的步驟或功能。 此外，這些圖可以在圖形上表示編程到控制器或控制系統中的計算機可讀存儲媒體中 的代碼。
圖3-圖6示出可以實現在汽車控制系統或控制單元中，如發動機控制單元(ECU) 中或實現在燃料噴射系統，如圖1-圖2所示燃料噴射系統中的用于校準燃料噴射器 的示例例程或程序的高級流程圖。
圖3示出示例燃料噴射器校準例程(FICR)。
在302,控制單元(如12和226 )接收來自各種汽車傳感器的有關發動機工況的 輸入信號。例如，控制單元可以接收各種信息，諸如來自發動機轉速傳感器(如242 ) 的發動機轉速信號(N。)、來自節氣門位置傳感器(如2 38 )的節氣門開啟角信號(0*), 及來自空氣質量流量傳感器(如240 )的空氣流量信號(Qa)。在一些示例中，輸入 信號可以包括進氣壓力、執行用于噴射器校準的預定噴射次數，或其他。
在304,控制單元確定發動機是否處于低負荷工況。控制單元可以基于N" 0A, 和/或Qa (如Ns低于預定閾值A)確定發動機處于低負荷工況。如果發動機處于低負 荷工況，則例程進入步驟306;否則，例程結束。
在306,控制單元確定發動機溫度(TJ是否高于或等于預定閾值B (如80°C)。 發動機溫度可以通過位于發動機中的傳感器直接檢測，或通過其他檢測到的信號，例 如通過檢測到的發動機冷卻劑溫度估計，或通過或基于各種其他汽車參數估計。如果 發動機溫度高于或等于預定闊值B,則例程進入308，否則例程結束。該步驟可以確 保噴射器校準噴射事件在發動機溫度相對穩定時執行。在一些情況下，有利的是避免 或減少低發動機溫度工況下，如發動機起動時的噴射器校準，因為在其間發動機溫度 可能發生顯著變化。波動的發動機溫度會影響在給定壓力下噴射的燃料質量，因此產 生不精確的燃料計量，最終使校準結果降級。或者，校準可以嘗試考慮發動機溫度， 從而允許在較大范圍的工況下進行校準。
在30S,控制單元確定上次噴射器校準和更新事件以來已流逝的一段時間(t一)是否大于或等于預定閾值C (如IO分鐘)。如果t^p大于或等于閾值C,則例程進入 步驟310,否則例程結東。以此方式，可以限制或減少噴射器校準的頻度。
在310,控制單元執行校準噴射程序(如圖4)達預定次數K (如3次)。例程 還可以預先確定噴射器在校準噴射程序中的觸發順序。可以確定每個噴射器在校準噴 射程序期間何時觸發多少次。還可以包括計數機制，以跟蹤噴射器的觸發并確保在繼 續下一個校準噴射程序之前在所有噴射器中循環進行噴射。例如對于具有四個噴射器 的四汽缸發動機，例程可以預先確定校準將以下述順序進行校準噴射程序噴射器#1、 #2、 #3、 #4,且該校準噴射程序可以在燃料噴射器校準例程中重復執行三次。該例程 還可以確定可在上次燃料噴射器校準例程結東之后已流逝預定量的時間(如10分鐘) 之后重復執行燃料噴射器校準例程。例如，該例程可以在最早可能機會，例如在發動 機已起動且發動機溫度已穩定化之后執行校準噴射例程以校準噴射器#1，然后接著在 下次可能機會校準噴射器#2、 #3、 #4。該例程還可以確定例如在上次校準循環以來已 流逝預定量的時間之后(如10分鐘)，或根據需要，如在發生特定的觸發事件時或 在發動機工況指示需要重新校準噴射器時，重復執行燃料噴射器校準例程。這樣的工 況的示例包括上次燃料噴射器校準例程以來發動機溫度已改變超出預定閾值時，或排 氣成分傳感器檢測到一種或多種排氣成分超出預定閾值時。
在312,控制單元對每個噴射器執行噴射器修正系數校準和更新例程(如圖5)。 例如，如果發動機是四汽缸發動機且每個汽缸具有一個噴射器，則噴射器修正系數校 準和更新例程可以執行四次，對每個噴射器執行一次。
圖4示出可用作噴射器校準例程(如圖3所示)的子例程的示例校準噴射例程。
在402,控制單元(如12、 226 )請求高壓燃料供給泵(如206 )執行附加泵行 程、增加泵行程頻率，和/或在至少一個行程中增加泵行程，以使高壓燃料貯存器(如 210)中的燃料壓力達到預定的目標校準壓力(PJ ,這可進一步參考圖6描述。如 本文所述，泵操作增加的量可以基于發動機轉速、發動機負荷、增壓操作、進氣壓力、 (發動機或每個噴射器的)校準噴射次數，和/或其他工況確定。
在404,控制單元關閉高壓燃料供給泵，從而不向高壓燃料貯存器(如210)進
一步供給更多燃料。
在406,控制單元以預定程序(如噴射器#1、噴射器#2、噴射器#3、噴射器#4, 或該發動機規定的點火順序)執行一系列的燃料噴射，并重復執行該程序達預定次數 L(如三個發動機循環，其中每個噴射器在每個發動機循環期間至少操作一次)，同 時監視作為時間或噴射事件的函數的高壓燃料貯存器中的燃料壓力(P)曲線。可以 安排噴射系列，以便在噴射結東時，P達到或低于正常工作目標壓力(Pn)，其中Pn 是高壓燃料貯存器在正常燃料噴射事件期間的期望目標燃料壓力。
在一些示例中，該例程可以監視高壓燃料貯存器中的燃料壓力。在一些示例中， 在校準噴射程序完成之后，該例程還可以在下一次校準噴射程序開始之前，基于可包括發動機工況的工況，將高壓燃料貯存器中的燃料壓力返回到正常工作目標壓力 (Pn)。
在一些示例中，該例程可以最小化或減少用于將高壓燃料貯存器中的燃料壓力升 高到期望壓力，例如目標校準壓力(P )的驅動(actuation)次數，因為泵的驅動 會增加工作損失。在一個具體示例中，該例程可以使用單個行程來增加高壓燃料貯存 器中的燃料壓力以達到目標校準壓力(P )。
圖5示出可在噴射器校準例程(如圖3)內部用作子例程的用于噴射器i (如對 于四汽缸發動機，i=l、 2、 3或4)的示例噴射器修正系數計算和更新例程。
在502,控制單元計算由于第i個噴射器的每次噴射造成的燃料壓力降(厶Pij) (如，若每個噴射器在校準噴射循環期間噴射三次且校準噴射循環在校準事件期間執 行三次，則j=l、 2、 3...9) 。 .APij對應于由于第i個噴射器在第j次噴射期間的噴 射造成的高壓燃料貯存器中的壓力降。
各種發動機工況或事件會影響燃料導管壓力測量并可以在計算每次噴射造成的 燃料壓力降(APij)時考慮。因此，在一些示例中，該例程可以使燃料壓力與經各種 傳感器檢測到的各種發動機工況(如在圖3的302中獲得的參數)相關。例如，噴射 器觸發所產生的瞬態壓力脈沖會暫時地影響燃料導管壓力測量，從而影響校準精度。 因此，可以選擇對燃料壓力的釆樣以減少噴射器觸發的瞬態影響。附加地或替代地， 如果噴射器觸發正時與燃料導管壓力測量相關，則在確定噴射器校準值時可以考慮噴
射器觸發所造成的暫時的壓力降。類似地，進氣門和/或排氣門開啟和關閉、進氣壓 力和/或排氣壓力、曲軸角位置、凸輪位置、火花點火及發動機燃燒也會影響燃料導 管壓力測量，且可以將這些因素與燃料導管壓力測量相關以精確地計算單次噴射造成 的燃料導管壓力降。
繼續圖5，在504,控制單元使用下面的公式計算每次噴射Qij中實際噴射的燃料
量
Qu = APu / C
其中C是預先確定的常數系數，用于將燃料壓力降的量轉換為所噴射的燃料量。 在506,控制單元使用下面的公式確定噴射器i實際噴射的燃料的平均量(Qi):
其中j是噴射器i的噴射次數(如，若每個噴射器在校準噴射循環期間噴射三次 且校準噴射循環在校準事件期間執行三次，則j=l、 2、 3...9)。
在508,控制單元例如基于發動機工況確定本應由噴射器i噴射的燃料的目標量 (Qc)。
在510,控制單元使用下面的公式計算噴射器i (如，對于四汽缸發動機，i=l、 2、 3或4)的修正系數 ki = Qc / Qi在512,控制單元用新計算出的ki更新噴射器i的修正系數。例如，新計算出的 ki將取代存儲在控制單元的保活存儲器(KAM)中且當前用于校準噴射器i的舊ki。
圖6示出用于確定高壓燃料貯存器(如210)中的目標校準壓力(PJ的例程。
在602,控制單元接收輸入，該輸入可提供要校準的噴射器數量、要由每個噴射 器在每次噴射期間噴射的燃料基本量或燃料目標量(Q。)及每個噴射器在校準噴射循 環期間應噴射的次數。
在604,控制單元例如使用下面的公式，計算可在校準噴射循環之后使高壓燃料 貯存器中的燃料壓力下降回到正常工作目標壓力(P )所需的高壓燃料貯存器中的目 標校準壓力(P ):
pm = pn + s; 艮)
其中Pn是正常工作目標壓力，APij是噴射器i的噴射j期間的壓力降。
在一些示例中，該例程可以基于各種發動機工況或其他工況確定目標校準壓力 (PJ 。例如，與較低扭矩或負荷(或噴射持續期受限)下相比，在較高的扭矩、負 荷，和/或發動機轉速下，每次噴射所噴射的燃料量較大，因此，可以取決于要對給 定的燃料噴射器校準例程執行的噴射次數，相應地增加目標校準壓力(p )。此外， 在進氣壓力較高時，可以在每次噴射中使用較大的壓力降來增加精度，這還意味著較 高的目標校準壓力(p ),該壓力亦取決于要執行的噴射次數。因此，在一些示例中， 用于確定目標校準壓力(PJ的發動機工況可以包括預定的要在燃料噴射器校準例程 中執行的噴射次數。作為一個示例，如果燃料噴射器校準例程中預定的噴射次數增加， 則該例程還增加目標校準壓力(PJ 。
圖7是示出校準噴射循環的理論示例(prophetic example)中的校準噴射循環 中的燃料噴射正時、高壓燃料貯存器(如210)中的燃料壓力改變，及燃料泵行程(如 圖4所示)的圖。在校準噴射循環之前，高壓燃料貯存器中的燃料壓力保持在正常工 作目標壓力(P )并執行正常的泵行程。在校準噴射事件開始處，執行更多或更長的 泵行程并使高壓燃料貯存器中的燃料壓力(P)達到目標燃料壓力(Pn),目標燃料 壓力高于P。并可例如根據圖6所示的例程確定。在校準噴射循環期間，例如按每個噴 射器的程序執行噴射并監視高壓燃料貯存器中的燃料壓力(P)。在該示例中，每次
噴射具有噴射時間t及目標噴射量q。。可以基于N。、 q,和/或OA通過存儲在控制單元的
ROM中的發動機MAP圖(engine map)確定Q。。可以例如使用下面的公式確定t:
其中Q。是每次噴射的目標噴射量，ki是噴射器i的修正系數，P是噴射時高壓燃 料貯存器中的燃料壓力，Pm是高壓燃料貯存器的目標燃料壓力。由于P在每次噴射器 噴射燃料時改變，t也會作為時間的函數改變。由于ki可以對每個噴射器改變，t也可 以作為噴射器的函數改變。在一個示例中，噴射器校準噴射事件可以在低負荷操作(如低于最大發動機負荷 的30'/。)期間執行。對每個校準噴射事件，通過執行附加或更長的泵行程，可將燃料 導管壓力升高至比正常工作壓力高的壓力，例如升高至比標準工作壓力高lxl(y帕斯 卡至2xl(T帕斯卡(10至20巴)的壓力。然后，執行燃料噴射，直到燃料導管壓力
下降回到正常工作壓力。可以重復執行校準噴射事件若干次。在每個校準燃料噴射事 件期間監視由于燃料噴射造成的燃料導管壓力降。然后可以通過每個噴射器的每次噴 射造成的平均燃料壓力降對每個汽缸計算修正系數。修正系數存儲在保活存儲器
UAM)中，且可以在每次車輛出行期間執行若干次校準。
注意，本文中所包括的示例控制和估值例程可用于各種發動機配置和/或汽車系 統配置。本文中所述的具體例程可以表示任何數量的處理策略中的一種或多種，如事 件驅動、中斷驅動、多任務、多線程等。因此，所示的各個步驟、操作或功能可以如 所示例程那樣執行，并行執行，或在某些情況下略去。類似地，處理的順序不是實現 本文中所述的示例的特征和優點所必需，而是為便于演示和說明而提供。取決于所使 用的具體策略，可以重復執行所示步驟或功能中的一個或多個。此外，所述步驟可以 在圖形上表示編程到發動機控制系統中的計算機可讀存儲媒體中的代碼。
應理解，本文中公開的配置和例程本質上是示例性的，且這些具體示例不應視為 具有限制意義，因為大量的變體是可能的。例如，上述技術可以應用于V-6、 1-4、 1-6、 V-12、對置4及其他發動機類型。本發明的主題包括本文中公開的各種系統和 配置及其他特征、功能，和/或屬性的所有新穎和非顯而易見的組合及子組合。
本發明的權利要求特別指出視為新穎和非顯而易見的特定組合及子組合。這些權 利要求可能引用"一個"元素或"第一"元素或其等價。這樣的權利要求應被理解為 包括對一個或一個以上這樣的元素的結合，而不是要求或排除兩個或兩個以上這樣的 元素。所公開的特征、功能、元素，和/或屬性的其他組合及子組合可以通過本發明 權利要求的修改或通過在本申請或相關申請中提供新的權利要求來請求保護。這樣的 權利要求，無論是在范圍上比原始權利要求更寬、更窄、等價或不同，都應被視為包 括在本發明的主題之內。
權利要求
1. 一種用于控制直噴式燃料系統的燃料噴射的方法，所述燃料系統具有燃料泵，所述方法包括可變地操作所述燃料泵以將燃料壓力保持在選擇的壓力；臨時地增加泵操作以使壓力增加從而足夠高于所述選擇的壓力，然后減少泵操作；在減少泵操作之后的至少一次燃料噴射期間，使壓力減小與噴射器操作相關；及基于所述相關調節燃料噴射操作。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵臨時地在至少一個行程 中以增加的泵行程操作，然后在以所述增加的泵行程進行操作之后，在多個泵行程中 以減少的泵行程操作。
3. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵臨時地以增加的泵行程 頻率操作，然后在以所述增加的泵行程頻率操作之后，在多個泵行程中以減少的泵行 程頻率操作。
4. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述臨時地進行的操作發生在較低 的發動機負荷下。
5. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，所述臨時地進行的操作發生在發動 機節氣門低于閾值的低發動機負荷期間。
6. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括對吸入發動機的空氣進氣進 行增壓，并使所述增壓下的吸入空氣與來自所述燃料噴射的燃料混合。
7. 如權利要求6所述，其特征在于，緊接著泵搡作的減少，發動機中的每個噴 射器執行預定次數的噴射。
8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于，用于增加壓力的泵操作的量隨工況 而改變。
9. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述工況包括進氣壓力。
10. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述工況包括發動機轉速。
11. 如權利要求8所述的方法，其特征在于，所述工況包括所述預定次數的噴射。
12. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述燃料泵臨時地在至少一個行程 中以增加的泵行程搡作，然后在以所述增加的泵行程進行操作之后，在多個泵行程中 停用。
13. 如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述燃料泵是在燃料經低壓提升泵加壓之后對燃料加壓的高壓燃料泵。
14. 如權利要求13所述的方法，其特征在于，至少在泵操作的減少之后的燃料 噴射期間，使燃料壓力減小與噴射器特性相關。
15. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括在所述相關期間的發動機循 環內，保持發動機中的每個噴射器的噴射操作。
16. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，還包括搡作所述燃料泵，以通過執 行單個泵行程使壓力增加從而足夠高于所述選擇的壓力。
17. —種用于控制直噴式燃料系統的燃料噴射的方法，所述燃料系統具有燃料 泵，所述方法包括可變地操作所述燃料泵以將燃料壓力保持在選擇的壓力；在低發動機負荷工況下，臨時地增加泵操作以使壓力增加從而足夠高于所述選擇 的壓力，然后減少泵搡作；在泵操作減少之后的至少一次燃料噴射期間，使壓力減小與噴射器操作相關，其中緊接著泵操作的減少，發動機中的每個噴射器執行預定次數的噴射； 基于所述相關調節燃料噴射操作；及對吸入發動機的空氣進氣進行增壓，并使所述增壓下的吸入空氣與來自所述燃料 噴射的燃料混合。
18. 如權利要求17所述的方法，其特征在于，還包括操作所述燃料泵，以通過執行單個泵行程使壓力增加從而足夠高于所述選擇的壓力。
19. 如權利要求17所述的方法，其特征在于，所述燃料泵臨時地在至少一個行程中以增加的泵行程操作，然后在以所述增加的泵行程進行操作之后，在多個泵行程 中停用。
20. —種發動機系統，包括直噴式燃料系統，其包括低壓燃料提升泵、高壓燃料泵，及直接連接到發動機的 相應汽缸中的多個燃料噴射器；及控制系統，其可變地操作所述高壓燃料泵以將燃料壓力保持在選擇的壓力，在低 發動機負荷工況下，所述控制系統臨時地增加高壓燃料泵操作以使壓力增加從而足夠 高于所述選擇的壓力，然后減少高壓燃料泵操作；及在泵操作減少之后的至少一次燃 料噴射期間，使壓力減小與噴射器搡作相關，其中緊接著泵操作的減少，發動機中的 每個噴射器執行預定次數的噴射；所述控制系統還基于所述相關調節燃料噴射操作、 對吸入發動機的空氣進氣進行增壓，并使所述增壓下的吸入空氣與來自所述燃料噴射 的燃料混合。
全文摘要
本發明提供檢測和補償直噴式系統中的噴射器變異性的方法及發動機系統，包括提供一種用于控制直噴式燃料系統的燃料噴射的方法，該燃料系統具有燃料泵，該方法包括可變地操作燃料泵以將燃料壓力保持在選擇的壓力，臨時地增加泵操作以使壓力增加從而足夠高于所述選擇的壓力，然后減少泵操作；在減少泵操作之后的至少一次燃料噴射期間，使壓力減小與噴射器操作相關，及基于所述相關調節燃料噴射操作。本發明的方法和系統可以精確地校準噴射器，以補償直噴式系統中的噴射器變異性。
文檔編號F02D41/38GK101302966SQ20081009527
公開日2008年11月12日 申請日期2008年5月5日 優先權日2007年5月7日
發明者約瑟夫·萊爾·托馬斯 申請人:福特環球技術公司