CN101397944B - 内燃机控制设备 - Google Patents

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Abstract

内燃机的旋转控制设备基于曲柄角传感器的检测值计算小喷射导致的旋转增大量并且基于计算的旋转增大量计算实际转矩增大量。控制设备使用压力传感器检测小喷射导致的燃料压力波动并且基于检测的燃料压力波动计算实际喷射量。然后，控制设备通过比较实际转矩增大量和实际喷射量计算燃烧率，并且依照燃烧率改变喷射控制映射图的数据(喷射规律)以实现期望的输出转矩和排放状态。

Description

内燃机控制设备
技术领域
本发明涉及一种通过控制喷射器等的操作来控制内燃机的操作状态的内燃机控制设备。
背景技术
例如，在专利文献1(JP-A-2005155360)中描述了涉及柴油机(内燃机)的控制，即用于在燃烧循环中执行多次喷射的多阶段喷射控制。传统上，多阶段喷射的最佳喷射模式(例如多阶段喷射中喷射阶段的数目、喷射的每个阶段的喷射量和喷射正时等)通过使用请求转矩(例如，加速器操作量)、发动机转速等作为参数以映射图的形式存储。
最佳喷射模式是基于上述各个参数通过使用映射图确定的，并且喷射器的操作被控制以实现确定的最佳喷射模式。传统上，喷射器被这样以最佳喷射模式控制以获得期望的输出转矩并且实现期望的排放状态。
实际喷射的燃料对燃烧的贡献率(燃烧率)会随着各种状况例如燃料特性(例如，十六烷值)变化。即使喷射阶段数目、每个喷射阶段的喷射量和喷射正时等相同，如果燃烧率改变，所获得的输出转矩和排放状态也将会改变。例如，尽管映射图是基于燃烧率是80％的假设生成的，当实际燃烧率是50％时，每单位时间的放热量的特性(即，放热率)或气缸压力的特性(由图9中的部分(b)中的虚线所示的特性)将偏离期望特性(由图9中的部分(b)中的实线所示的特性)。最终，会导致输出转矩的减小和排放状态的恶化。
如上所述，传统燃料喷射控制对于输出转矩和排放状态的控制精度存在极限。由燃烧率导致的这种问题不仅发生在多阶段喷射的情况下，而且也类似地发生在单阶段喷射的情况下。此外，由燃料率中的差异导致的上述问题不仅会发生在燃料喷射控制中，而且也类似地发生在用于控制内燃机的操作状态的其它控制中(例如，增压压力控制、EGR量控制等)。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种旨在高精度控制输出转矩和排放状态的内燃机控制设备。
依照本发明的第一实例方面，内燃机的控制设备包括转矩增大部分、转矩增大量检测部分、喷射量检测部分、燃烧率计算部分和控制部分。转矩增大部分通过操作内燃机的喷射器执行燃料喷射，从而增大内燃机的输出转矩。转矩增大量检测部分检测燃料喷射导致的输出转矩的增大量或与增大量相关的物理量。喷射量检测部分检测燃料喷射的实际喷射量或与喷射量相关的物理量。燃烧率计算部分基于转矩增大量检测部分的检测值和喷射量检测部分的检测值计算燃烧率。燃烧率表示通过燃料喷射而喷射的燃料对燃烧的贡献率。控制部分依照由燃烧率计算部分计算的燃烧率控制内燃机的操作状态。
即，依照本发明的第一实例方面，输出转矩通过转矩增大部分执行的燃料喷射而增大，并且检测此时的转矩增大量、喷射量等。燃烧率是基于检测值计算的。例如，可以通过计算实际检测的转矩增大量相对于假设100％的检测喷射量对燃烧做出贡献的假设估算的估算转矩增大量的亏量来计算燃烧率。依照本发明的第一实例方面，可以依照这样计算的燃烧率控制内燃机的操作状态。因此，可以高精度地控制内燃机的输出转矩和排放状态。
转矩增加部分如上所述应该优选地执行燃料喷射以在满足从喷射器中消减燃料喷射的不喷射执行条件时(例如，当驾驶员未执行加速器操作时)增大输出转矩。使用这种结构，转矩增大部分会在其中几乎没有导致输出转矩的波动的状态中执行燃料喷射。因此，转矩增大量检测部分可以高检测精度地检测输出转矩增大量。因此，可以高精度地检测转矩增大部分执行的燃料喷射导致的输出转矩的增大量。
另外，优选转矩增大部分执行的燃料喷射是下文说明的小喷射(例如，近似2mm3/st的喷射)。即，由转矩增大部分执行的燃料喷射应该优选地是喷射量小到内燃机的驾驶员(例如，装有内燃机的汽车的驾驶员)在转矩增大部分增大输出转矩时不会感觉到转矩增大的程度的喷射。此外，在其中采用柴油机作为内燃机并且喷射器可以执行多阶段喷射用于在每个燃烧循环中执行多次喷射的情形中，优选使用比多阶段喷射中的主喷射的量更小的量(例如，对应于引燃喷射或预喷射的量)执行燃料喷射。因此，在上述的不喷射期间可以减小有违内燃机的驾驶员意图的增大程度的发动机转速。
依照本发明的第二实例方面，内燃机的燃料供给***构造成燃料从蓄积燃料的蓄压器分配和供给到喷射器中。喷射量检测部分是燃料压力传感器，该燃料压力传感器检测供给喷射器的燃料的压力作为该物理量并且它设置在从蓄压器延伸到喷射器的喷射孔的燃料通道中，在比蓄压器更靠近喷射孔的位置上。
供给喷射器的燃料的压力会随着从喷射孔的燃料喷射而波动。因此，通过检测波动方式(例如，燃料压力减小量、燃料压力减小时间等)，可以计算实际喷射量。依照注意这一点的本发明的第二实例方面，可以采用检测供给喷射器的燃料的压力作为与喷射量相关的物理量的燃料压力传感器作为喷射量检测部分。因此，可以如上所述计算喷射量。
此外，依照本发明的第二实例方面，燃料压力传感器布置在从蓄压器延伸到喷射孔的燃料通道中比蓄压器更接近喷射孔的位置上。因此，可以在压力波动在蓄压器内衰减之前检测喷射孔中的压力波动。因此，可以高精度地检测喷射导致的压力波动，这样就可以高精度地计算喷射量。
当由转矩增大部分执行的燃料喷射是如上所述的小喷射时，由小喷射导致的燃料压力的波动就非常小。因此，很难使用布置到蓄压器中的燃料压力传感器(共轨压力传感器)检测这种燃料压力波动。因此，通过向使检测困难的小喷射的情形应用本发明的第二实例方面，可以适当地实现能够高精确地检测压力波动的上述效果。
作为除了采用燃料压力传感器作为喷射量检测部分之外的其它申请实例，可以采用检测喷射器的阀构件的提升量作为与喷射量相关的物理量的提升传感器、布置在燃料供给通道中向喷射孔延伸用于检测燃料流率作为喷射量的流量计等作为喷射量检测部分。
依照本发明的第三实例方面，转矩增大量检测部分是检测内燃机的输出轴的转速(即，发动机转速)作为物理量的转速传感器。如果转矩增大，输出轴的转速也会依照转矩的增大量增大。因此，依照采用转速传感器作为转矩增大量检测部分的本发明的第三实例方面，可以适当地计算输出转矩的增大量。
作为除了采用转速传感器作为转矩增大量检测部分之外的其它申请实例，可以采用检测内燃机的燃烧室中的压力作为与转矩增大量相关的物理量的气缸压力传感器等作为转矩增大量检测部分。
依照本发明的第四实例方面，控制部分是用于控制喷射器的操作以依照燃烧率改变燃料的喷射模式的喷射控制部分。因此，可以考虑到燃烧率而控制喷射模式来阻止气缸压力的特性(或放热率的特性)偏离期望特性。因此，可以高精度地控制内燃机的输出转矩和排放状态。
作为除了采用喷射控制部分作为控制部分之外的其它申请实例，可以采用控制部分来执行用于依照燃烧率改变增压压力的增压压力控制、用于依照燃烧率改变EGR量(废气再循环量：再循环到吸入空气中的废气部分的量)的EGR量控制等。
依照本发明的第五实例方面，喷射控制部分配置成能够执行多阶段喷射的控制用于在一个燃烧循环期间多次喷射燃料，并且喷射控制部分通过改变多阶段喷射中喷射阶段数、多阶段喷射的每个喷射阶段的喷射量和多阶段喷射的每个喷射阶段的喷射正时中的至少一个来改变喷射模式。因此，通过依照燃烧率改变多阶段喷射的喷射阶段的数目、每个喷射阶段的喷射量和每个喷射阶段喷射正时中的至少一个，可以适当地控制喷射模式以防止气缸压力的特性(或放热率的特性)偏离期望特性。
引燃喷射的喷射量极大地影响通过主喷射喷射的燃料的燃烧状态(例如，燃烧率、点火正时等)。最终，引燃喷射的喷射量会极大地影响每个燃烧循环获得的输出转矩和排放状态。
鉴于这一点，依照本发明的第六实例方面，喷射控制部分依照燃烧率改变喷射模式以改变多阶段喷射中引燃喷射的喷射量。因此，可以通过调节引燃喷射量来将输出转矩和排放状态调节为期望的状态。
作为调节引燃喷射量的一个实例，可以在由燃烧率计算部分计算的燃烧率减小时执行调节以增大引燃喷射量。因此，可以改进通过引燃喷射或预喷射(在主喷射之前的喷射)喷射的燃料的可燃性。或者，可以在燃烧率增大时执行调节以减小引燃喷射量。因此，可以减少排放物(例如，HC和CO)。
如果引燃喷射量如上所述增大或减小，就会担心每个燃烧循环中喷射的燃料的总量也会增大或减小，并且因此每个燃烧循环获得的转矩也会增大或减小。
关于这一点，依照本发明的第七实例方面，当喷射控制部分增大引燃喷射的喷射量时，喷射控制部分会改变喷射模式以减小主喷射的喷射量。当喷射控制部分减小引燃喷射的喷射量时，喷射控制部分改变喷射模式以增大主喷射的喷射量。因此，就执行引燃喷射量的增大/减小调节以调节可燃性和排放，同时执行调节以防止每个燃烧循环喷射的燃料的总量中的增大/减小。因此，可以执行调节而又防止每个燃烧循环中获得的转矩的增大/减小。
依照本发明的第八实例方面，喷射控制部分依照燃烧率改变喷射模式以改变多阶段喷射中主喷射的喷射正时。例如，当燃烧率低时，就会担心当气缸压力(或放热率)达到峰值时的正时或主喷射的点火正时由期望的正时延迟。因此，优选在燃烧率低时执行主喷射的提前调节。当燃烧率高时，优选执行调节用于延迟主喷射正时来防止峰值正时或点火正时从期望正时提前。
优选将本发明的第八实例方面应用于本发明的第六实例方面。即，当燃烧率低时，引燃喷射量如本发明的第六实例方面中那样增大以阻止气缸压力(或放热率)的峰值正时或主喷射的点火正时的延迟。当燃烧率低至不能仅仅使用引燃喷射量处理的状态的这样一种程度时，除了引燃喷射量的增大之外，优选如本发明的第八实例方面中那样提前主喷射正时以进一步阻止如上所述的峰值正时或点火正时的延迟。
依照本发明的第九实例方面，转矩增大部分在相同情况下执行多次燃料喷射。燃烧率计算部分执行通过多次燃料喷射获得的燃烧率的多次计算结果的整体平均。控制部分依照通过整体平均获得的燃烧率控制内燃机的操作状态。依照该结构，与通过单次燃料喷射获得的燃烧率的计算结果相比，可以减小由于转矩增大量检测部分和喷射量检测部分等的检测错误导致的影响。因此，可以获得包含对检测错误的很小影响的燃烧率的精确值。
依照本发明的第十实例方面，控制部分采用供给喷射器的燃料的压力、内燃机的输出轴的转速和内燃机气缸数目中的至少一个作为参数并且存储相对于每个参数的燃烧率。控制部分依照对应于每个参数的燃烧率控制内燃机的操作状态。因为燃烧率随着每个上述参数而变化，依照对应于每个参数的燃烧率控制内燃机操作状态的本发明的第十实例方面，能够以更高精度控制内燃机的输出转矩和排放状态。
即使条件例如喷射模式和上述参数相同，如果燃料的十六烷值高，燃烧率将会增大，并且如果十六烷值低，燃烧率将减小。鉴于这一点，依照本发明的第十一实例方面，控制设备还包括十六烷值估算部分用于基于由燃烧率计算部分计算的燃烧率估算燃料的十六烷值。因此，可以使用用于控制部分所计算的燃烧率估算十六烷值。
附图说明
通过研究均形成本申请一部分的下列详细说明、所附权利要求书和附图，可以很容易理解实施例的特征和优点以及相关零件的操作方法和功能。
附图中：
图1是显示具有依照本发明的一实施例的燃料喷射控制设备的发动机控制***的示意图；
图2是显示依照该实施例的喷射器的内部结构的横截面图；
图3是显示依照该实施例的燃料喷射控制处理的基本处理过程的流程图；
图4是依照该实施例的喷射控制映射图；
图5是显示用于学习依照该实施例的图4的喷射控制映射图的处理过程的流程图；
图6是显示在依照该实施例的学习过程中执行小喷射时转速和输出转矩的变化的时序图；
图7是显示在依照该实施例的学习过程中执行小喷射时压力传感器和喷射率的检测值的变化的时序图；
图8是显示依照该实施例的学习过程中使用的输出转矩和喷射量之间关系的图形；并且
图9是显示由于燃烧率的变化导致的喷射率和气缸压力变化的时序图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述依照本发明的一实施例的燃料喷射设备和燃料喷射设备***。依照本实施例的设备安装在例如用于四轮汽车的发动机(内燃机)的共轨燃料喷射***中。依照本实施例设备用在执行高压燃料(例如，在1000或更高大气压的喷射压力下的轻油)直接进入柴油机中发动机气缸的燃烧室内的喷射供给(直接喷射供给)。
首先，将参照图1说明依照本实施例的共轨燃料喷射***(车辆内发动机***)的概况。假定依照本实施例的发动机是具有多个气缸(例如，直列式的四个气缸)的四冲程往复式柴油机(内燃机)。在该发动机中，当时作为目标气缸的气缸是由设置到进气阀或排气阀的凸轮轴上的气缸确定传感器(电磁采集器)连续地辨别的。在四个气缸#1—#4的每一个中，在720℃A的循环中，按照#1、#3、#4和#2的次序，连续地执行由进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程构成的四个冲程的燃烧循环，更详细地，燃烧循环在气缸之间彼此偏离180℃A。
如图1中所示，通常，该***构造成作为电控元件(燃料喷射控制部分)的ECU30从各个传感器接收传感器输出(检测结果)并且基于各个传感器输出控制构成燃料供给***的各个部件的驱动。ECU30调节向吸入控制阀11c的供电量，从而将燃料泵11的燃料释放量控制为期望值。因此，ECU30执行反馈控制(例如，PID控制)来使共轨12(蓄压器)中的燃料压力即使用燃料压力传感器20a测量的当前燃料压力与目标值(目标燃料压力)相一致。ECU30控制向目标发动机的预定气缸喷射的燃料喷射量并且最终控制目标发动机的发动机输出(即，输出轴的转速或转矩)为期望值。
构成包括燃料箱10、燃料泵11、共轨12和喷射器20(燃料喷射阀)的燃料供给***的设备从燃料流上游侧按此次序布置。在设备之中，燃料箱10和燃料泵11由管10a经由燃料过滤器10b连接。
燃料泵11由高压泵11a和由驱动轴11d驱动的低压泵11b构成。燃料泵11构造成由低压泵11b从燃料箱10抽吸的燃料由高压泵11a加压和排放。发送给高压泵11a的燃料泵送量和燃料泵11的最终燃料释放量是由设置在燃料泵11的吸入侧上的吸入控制阀11c(SCV)计量的。燃料泵11可以通过调节吸入控制阀11c的驱动电流(最终地，阀开度)为期望值来将泵11的燃料释放量控制为期望值。例如，吸入控制阀11c是在断电时打开的常开型调节阀。
由燃料泵11通过燃料过滤器10b从燃料箱10抽吸出的燃料压力输送(泵送)到共轨12中。共轨12在高压状态下蓄积从燃料泵11泵送的燃料。在共轨12中高压状态下蓄积的燃料通过设置给各自的气缸的高压管14分配和供给各自的气缸#1—#4的喷射器20。喷射器20(#1)—20(#4)的燃料释放孔21与管18相连用于将过量的燃料返回燃料箱10。孔12a(燃料脉动减少设备)设置在共轨12和高压管14之间用于减弱从共轨12到高压管14的燃料流的压力脉动。
图2中显示了喷射器20的详细结构。基本上，四个喷射器20(#1)—20(#4)具有相同的结构(例如，图2中所示的结构)。每个喷射器20均是使用发动机燃烧燃料(即，燃料箱10中的燃料)的液压传动型喷射器。在喷射器20中，用于燃料喷射的驱动功率通过油压室Cd(即控制室)传递。如图2中所示，喷射器20构造成当断电时进入阀闭合状态的常闭型燃料喷射阀。
从共轨12发送的高压燃料流入喷射器20的外壳20e中形成的燃料入口22并且部分流入高压燃料流入油压室Cd并且另一部分流入高压燃料流向喷射孔20f。泄漏孔24形成在油压室Cd中并且由控制阀23打开和关闭。如果泄漏孔24由控制阀23打开，油压室Cd中的燃料就通过燃料排放孔21从泄漏孔24返回燃料箱10。
当使用喷射器20执行燃料喷射时，控制阀23就依照构成双通电磁阀的螺线管20b的通电状态(通电/断电)操作。因此，油压室Cd的密封程度并且最终地油压室Cd中的压力(相当于针阀20c的背压)被增大/减小。由于压力的增大/减小，针阀20c会随着或逆着弹簧20d(螺旋弹簧)的拉伸力在外壳20e内往复运动(上下移动)。因此，到喷射孔20f(钻设了所需的数目)的燃料供给通道25在其中途(更具体地，在锥形座面上，针阀20c坐在其上并且针阀20c依照针阀20c的往复运动而分开)打开/闭合。
针阀20c的驱动控制是通过开关控制执行的。即，指示开/关的脉冲信号(通电信号)从ECU30发送到针阀20c的驱动部分(双通电磁阀)。当脉冲为开(或关)时针阀20c展现并打开喷射孔20f，并且当脉冲为关(或开)时针阀20c降低以堵塞喷射孔20f。
油压室Cd的压力增大处理是通过共轨12的燃料供给执行的。油压室Cd的压力降低处理是通过向螺线管20b通电并因此打开泄漏孔24操作控制阀23执行的。因此，油压室Cd中的燃料通过连接喷射器20和燃料箱10的管18(图1所示)返回燃料箱10。即，打开和闭合喷射孔20f的针阀20c的操作是通过控制阀23的打开和闭合操作调节油压室Cd中的燃料压力进行控制的。
因此，喷射器20具有针阀20c，针阀20c通过在阀体(即，外壳20e)内的预定往复运动动作打开和关闭延伸到喷射孔20f的燃料供给通道25执行喷射器20的阀打开和阀闭合。在非被驱动状态中，针阀20c通过沿着阀闭合方向恒定地施加到针阀20c上的力(弹簧20d的拉伸力)沿着阀闭合方向移动。在被驱动状态下，针阀20c被施加了驱动力，所以针阀20c逆着弹簧20d的拉伸力沿阀打开方向移动。针阀20c的提升量在非被驱动状态和被驱动状态之间基本上对称地变化。
用于检测燃料压力的压力传感器20a(也参见图1)固定到喷射器20上。形成在外壳20e中的燃料入口22和高压管14通过夹具20j连接，并且压力传感器20a固定到夹具20j上。因此，通过将压力传感器20a这样固定到喷射器20的燃料入口22上，可以在任何时候检测燃料入口22处的燃料压力(入口压力)。更具体地，可以使用压力传感器20a的输出检测(测量)与喷射器20的喷射操作相伴的燃料压力的波动图案、燃料压力等级(即，稳定压力)、燃料喷射压力等。
分别向多个喷射器20(#1)—20(#4)设置了压力传感器20a。伴随与预定喷射相关的喷射器20的喷射操作的燃料压力的波动图案就能够以高的精度基于燃料压力传感器20a(下文将更详细地提到)的输出检测到。
除上述传感器之外，用于车辆控制的各个传感器设置在车辆(例如，四轮客车、卡车等，未显示)中。例如，在每个预定曲柄角处(例如，在30℃A的周期中)输出曲柄角信号的曲柄角传感器42(例如，电磁采集器)设置到作为目标发动机的输出轴的曲轴41的外圆周上来检测曲轴41的旋转角位置、曲轴41的转速(即，发动机转速NE)等。设置输出对应于加速器状态(即，位移量)的电信号的加速器传感器44以检测驾驶员对加速器的操作量ACCP(即，压下量)。
在这种***中，ECU30充当依照本实施例的燃料喷射控制部分并且作为电控元件主要地执行发动机控制。ECU30(发动机控制ECU)具有众所周知的微型计算机(未显示)。ECU30基于上述各种类型的传感器的检测信号掌握目标发动机的操作状态和来自使用者的请求，并且依照发动机操作状态和使用者的请求来操作各种类型的驱动器例如吸入控制阀11c和喷射器20。因此，ECU30会以对应于每次状态的最佳方式执行与发动机相关的各类控制。
安装在ECU30中的微型计算机由执行各类计算的CPU(基本处理单元)、作为用于临时地存储计算过程中的数据、计算结果等的主存储器的RAM、作为程序存储器的ROM、作为数据存储存储器的EEPROM、备用RAM(甚至在ECU30的主电源停止之后也总是从备用电源例如车辆内电池供电的存储器)等构成。包括与燃料喷射控制相关程序的与发动机控制相关的各类程序、控制映射图等预先存储在ROM中。包括发动机的设计数据的各类控制数据预先存储在数据存储存储器(例如，EEPROM)中。
在本实施例中，ECU30基于各类连续地输入的传感器输出(检测信号)计算当时应该在输出轴(曲轴41)中生成的转矩(请求转矩)和最终地满足请求转矩的燃料喷射量。因此，ECU30可变地设定喷射器20的燃料喷射量以控制通过每个气缸(燃烧室)中的燃料燃烧生成的转矩(生成转矩)和最终地实际输出到输出轴(曲轴41)的轴转矩(输出转矩)。即，ECU30控制轴转矩为请求转矩。
即，例如，ECU30计算对应于每次发动机操作状态、驾驶员做出的加速器的操作量等的燃料喷射量，并且与期望的喷射正时同步向喷射器20输出用于指示计算的燃料喷射量的燃料喷射的喷射控制信号(驱动量)。因此，即，基于喷射器20的驱动量(例如，阀打开周期)，目标发动机的输出转矩被控制为目标值。
众所周知，在柴油机中，设置在发动机的进气通道中的进气节流阀(节气门)在稳定运行过程中被保持在基本上完全打开状态用于增大新鲜空气量、减小泵送损失等。因此，燃料喷射量的控制是稳定运行过程中燃烧控制的调节主要部分(具体地说，与转矩调节相关的燃烧控制)。
在下文中，将参照图3说明依照本实施例的燃料喷射控制的基本处理过程。在图3所示的处理中使用的各个参数的值在任何时候都存储在ECU30中安装的存储设备例如RAM、EEPROM或备用RAM中并且在需要时可以在任何时候进行更新。从根本上说，在目标发动机的每个气缸中，图3中所示的一系列处理会由ECU30通过存储在ROM中的程序的执行而以每燃烧循环一次的频率连续地执行。即，使用程序，会在一个燃烧循环中执行向除不工作的气缸之外的所有气缸的燃料供给。
如图3所示，首先在一系列处理的S11(S意味着“步骤”)中，读取预定参数例如当前发动机转速(即，由曲柄角传感器42测量的真实测量值)和燃料压力(即，由燃料压力传感器20a测量的真实测量值)并且也读取此时由驾驶员做出的加速器操作量ACCP(即，由加速器传感器44测量的真实测量值)等。
在后面的S12中，会基于S11中读取的各个参数设定喷射规律。例如，在单阶段喷射中，喷射的喷射量Q(喷射期)是依照应该在输出轴(曲轴41)中生成的转矩即由加速器操作量ACCP等计算并且等于当时发动机载荷的请求转矩可变地设定的。在多级喷射的喷射规律的情形中，为转矩作出贡献的喷射的总喷射量Q(即，总喷射期)是依照应该在输出轴(曲轴41)中生成的转矩即请求转矩可变地设定的。
喷射规律是例如基于存储在EEPROM中的图4中所示的映射图M(喷射控制映射图或数学表达式)获得的。喷射规律是优化以实现请求转矩和适当的排放状态的图案。更具体地，最佳喷射规律(适应值)是例如通过在预定参数(在S11中读取)的预期范围中通过实验等预先获得的并且写在喷射控制映射图M中。
例如，喷射规律是通过参数限定的，这些参数例如是喷射阶段的数目(即，在一个燃烧循环中执行的喷射的次数)、每次喷射的喷射正时(即，喷射正时)和每次喷射的喷射期(相当于喷射量)。依照本实施例的映射图M界定了总喷射量Q、发动机转速NE和喷射规律之间的关系。为各个气缸#1—#4的喷射器20的每一个提供了映射图M。可以为每个其它参数例如发动机冷却液温度提供映射图M。
用于喷射器20的命令值(指令信号)是基于使用喷射控制映射图M获得的喷射规律设定的。因此，可以依照车辆状态等与主喷射一起任意地执行引燃喷射、预喷射、后喷射、补充喷射等。
在下面的S13中使用对应于喷射规律的由此设定的喷射规律或最终命令值(指令信号)。即，在S13中，喷射器20的驱动是基于命令值(指令信号)控制的，或者更具体地，是通过向喷射器20输出指令信号控制的。在喷射器20的驱动控制后，图3中所示的系列处理就会结束。
如上所述，实际喷射的燃料对燃烧的贡献率(燃烧率)会随着各种状况例如燃料特性(例如，十六烷值)变化。存储在喷射控制映射图M中的喷射规律是在喷射器20从工厂中运送之前通过实验等设定的，假定燃烧率在任意总喷射量Q或任意发动机转速NE下为80％。因此，在本实施例中，学习是通过在其中喷射器20安装在发动机(如下文中更详细地描述的)中的实车的状态中计算燃烧率并且基于计算的燃烧率改变和存储喷射控制映射图M的数据(喷射规律)来执行的。
在下文将参照图5描述用于计算实际燃烧率的处理过程和用于学习映射图M的处理过程。ECU30例如在预定的周期(例如，4毫秒)中或在每个指定的曲柄角处重复地执行图5的处理。
在一系列处理中，首先在S20中，确定是否满足学习条件。学习条件包括不喷射减速状态，其中加速器被释放并且车辆被处于减速状态，并且例如执行燃料切断控制。可替换的是，如果不喷射状态出现，即使减速状态不出现，学习条件也可以满足。
在下面的S21(转矩增大部分)中，用于打开和闭合喷射孔20f的单阶段喷射(单次喷射)仅仅通过控制喷射器20的驱动执行。即，用于学习的单次小喷射通过操作喷射器20执行，且其学习是希望的。用于学习的小喷射喷射预定的小量燃料。更具体地，喷射器20的喷射器20命令喷射期是由使用压力传感器20a检测的燃料压力和小量(即，用于学习的小喷射量)计算的，并且喷射器20的打开操作依照该命令喷射器执行。
上述小喷射是比主要地生成加速器的操作所需的输出转矩的主喷射更小量的喷射。小喷射是在主喷射之前或之后执行的引燃喷射、预喷射、后喷射等。小喷射量在本实施例中设定为2mm3/st。或者，两个或更多类的小喷射量可以预先设定并且下面的S22到S27的处理可以针对多类小喷射量中的每一个执行。
在下面的S22(转矩增大量检测部分)中，使用曲柄角传感器42(转矩增大量检测部分)检测由于小喷射而由燃烧导致的曲轴41的转速增大量。例如，当由第一气缸#1的喷射器20(#1)执行小喷射时，在其中未执行小喷射的情形中的特定正时处的转速表示为ω(i-1)+a×t，其中ω(i-1)是在该特定正时之前720℃A的另一个正时(i-1)处的转速，a是在另一个正时(i-1)处的转速的减小速度，并且t是到小喷射的720℃A的旋转所需的时间。因此，伴随小喷射的旋转增大量Δω(参见图6的部分(b))可以由公式计算：Δω＝ω(i)—ω(i-1)-a×t，在小喷射的情形下使用转速ω(i)。图6的部分(a)显示喷射命令的脉冲信号并且显示了其中小喷射命令在不喷射状态期间输出的状态。图6的部分(b)显示了小喷射导致的转速NE的变化，并且图6的部分(c)是显示小喷射导致的输出转矩Trq的变化的时序图。
在下面的S23(喷射量检测部分)中，使用压力传感器20a(喷射量检测部分)检测小喷射导致的入口压力P的波动(参见图7的部分(c))。图7的部分(a)显示了基于小喷射命令的驱动电流I朝螺线管20b的变化。图7的部分(b)显示了小喷射导致的燃料由喷射孔20f的燃料喷射率R的变化。图7的部分(c)图显示了随着喷射率R的变化导致的压力传感器20a的检测值(入口压力P)的变化。
S23中的燃料压力波动的检测是通过与图5的处理分开的子例程处理执行的。希望在子例程处理中以足够短足以使用传感器输出绘制压力过渡波形的轮廓的间隔连续地获得压力传感器20a的传感器输出。图7的部分(c)显示了实例轮廓。更具体地，以短于50微秒的间隔(或更优选地，以比20微秒更短的间隔)连续地获得传感器输出。
在下面的S24中，基于S22中检测的旋转增大量Δω计算与小喷射相关实际地导致的输出转矩的增大量ΔTrq(参见图6的部分(c))。例如，输出转矩的增大量ΔTrq是通过公式ΔTrq＝bΔω(b是一个正系数)或映射图计算的。输出转矩的增大量ΔTrq可以通过基于除旋转增大量Δω之外的参数(例如，发动机冷却液温度)执行校正来进行计算。
在下面的S25中，基于在S23中检测的入口压力P的波动计算通过小喷射喷射的燃料的喷射量ΔQ。例如，从图7的部分(c)所示的入口压力P的波动估算图7的部分(b)中所示的喷射率R的变化。然后，在估算的喷射率变化之外图7的部分(b)的阴影面积计算为喷射量ΔQ。可以如上所述估算喷射率R的变化，因为在由压力传感器20a检测的压力(入口压力P)的波动和在下面解释的喷射率R的变化之间存在相关性。
即，在驱动电流I如图7中的部分(a)所示流经螺线管20b之后并且在喷射率R在正时R3处开始上升之前，由压力传感器20a检测的压力P就在改变点P1处降低。这是因为在正时P1处控制阀23打开泄漏孔24来执行油压室Cd的压力降低处理。然后，当油压室Cd充分地减压时，从改变点P1的减小就会在改变点P2处停止。
然后，当喷射率R在正时R3处开始增大时，检测的压力P在改变点P3处开始减小。然后，当喷射率R在正时R4处达到最大喷射率时，检测的压力P的减小在改变点P4处停止。从改变点P3到改变点P4的减小大于从改变点P1到改变点P2的减小。
然后，当喷射率R在正时R4处开始减小时，检测的压力P在改变点P4处开始增大。然后，当喷射率R在正时R5处变成零并且实际喷射结束时，检测的压力P的增大在改变点P5处停止。在改变点P5之后的检测的压力P会在以固定周期(未显示)重复减小和增大时减弱。
因此，可以通过检测由压力传感器20a检测的检测压力P的不同中的改变点P3和P5来估算喷射率R的增大开始正时R3(喷射开始正时)和减小结束正时R5(喷射结束正时)。此外，基于如下文解释的检测压力P的波动和喷射率R的变化之间的相关性，可以由检测压力P的波动估算喷射率R的变化。
即，在从检测压力P的改变点P3到改变点P4的压降率Pα和从喷射率R的改变点R3到改变点R4的喷射率增大率Rα之间存在相关性。在从改变点P4到改变点P5的压力增大率Pβ和从改变点R4到改变点R5的喷射率减小率Rβ之间存在相关性。在从改变点P3到改变点P4的压降量Pγ和从改变点R3到改变点R4的喷射率增大量Rγ之间存在相关性。因此，可以通过由压力传感器20a检测的检测压力P的波动检测压降率Pα、压力增大率Pβ和压降量Pγ来估算喷射率R的喷射率增大率Ra、喷射率减小率Rβ，和喷射率增大量Rγ。如上所述，可以估算喷射率R的各个状态R3、R5、Rα、Rβ和Rγ，并且最终地，可以计算作为如图7的部分(b)所示的阴影部分的面积的实际喷射量ΔQ。
图8中的实线L显示了当通过小喷射喷射的所有燃料用于燃烧时(即，在其中燃烧率为100％的情形中)输出转矩ΔTrq和喷射量ΔQ之间的关系。因为燃烧率在实际燃烧中低于100％，在S24和S25中计算的显示输出转矩ΔTrq和喷射量Δ???Q之间关系的点(例如，图8中的点A)出现在比图8中的实线L更低的区域中。即，即使喷射量ΔQ相同，获得的输出转矩也会随着燃烧率减小而减小。
考虑到这一点，在下面的S26(燃烧率计算部分)中，燃烧率是通过比较S24中计算的实际输出转矩增大量ΔTrq和S25中计算的实际喷射量ΔQ计算的。例如，输出转矩Trq1是通过将S25中计算的喷射量ΔQ的值赋予实线L的关系表达式获得的，并且与S24中计算的输出转矩Trq2(即，增大量ΔTrq)比较。因此，可以计算输出转矩Trq2相对于输出转矩Trq1的亏量Trqα。然后，通过公式：燃烧率＝1-Trqα×c(c是正系数)计算燃烧率。
在下面的S27中，基于S26中计算的燃烧率，通过改变和存储如上所述并且如图4中所示存储在映射图M中的数据(喷射规律)执行学习。更具体地，对应于执行小喷射时的各个状况(例如，发动机转速NE、小喷射量ΔQ、喷射器20的数目(#1—#4)，和环境条件例如发动机冷却液温度)的映射图M中的数据，即喷射规律(喷射阶段的数目、喷射正时和每次喷射的喷射量等)，被改变以实现期望的输出转矩和排放状态。
例如，下文将参照图9解释由图4中的标记D1指示的数据的变化。依照数据D1的喷射规律(参见图9的部分(a))，数据D1是基于气缸压力(或者放热率)在其中燃烧率为80％的情形下如图9的部分(b)中的实线所示改变的假设生成的。如果气缸压力如假定地那样精确地变化，就可以实现期望的输出转矩和排放状态。然而，当S26中计算的燃烧率是50％时，即使执行喷射规律D1中的喷射，也会预期气缸压力(或放热率)如图9的部分(b)中的虚线那样实际地变化。因此，喷射规律D1改变以改变喷射模式，从而将图9的部分(b)中的虚线所示的特性改变为实线所示的特性。
如图9的部分(b)所示，当燃烧率小于最初假定的燃烧率(80％)时，数据D1可以例如如下变化。下列实例方案可以任意地组合。
(i)数据D1改变，这样引燃喷射量从2mm3/st增大到3mm3/st。在这种情形下，为了防止总喷射量的变化，数据D1应该优选地改变，这样主喷射量就减少引燃喷射量中的增大量(1mm3/st)。
(ii)数据D1改变，这样引燃喷射正时就会提前。
(iii)数据D1改变，这样主喷射正时就会提前。
(iv)数据D1改变，这样引燃喷射的阶段的数目就从一增大到二。在这种情形下，为了防止总喷射量的变化，数据D1应该优选地改变，这样主喷射量就减少引燃喷射量中的增大量(2mm3/st)。
在其中燃烧率高于初始地假定的期望燃烧率(80％)的情形中，可以执行与上述变化相反的变化。即，可以执行引燃喷射量的减小调节、引燃喷射正时的延迟调节、主喷射正时的延迟调节和引燃喷射阶段数目的减小调节中的至少一个。
因此，如果S27中的处理完成，图5中所示的一系列处理也会结束。优选在S21中设定多种类型的小喷射(例如，1mm3/st、2mm3/st、3mm3/st、4mm3/st和5mm3/st的小喷射)并且对于每个小喷射量执行S22到S27的处理。因此，可以增大除存储在映射图M中的多个数据之外的学习数据的数目。
在S21中执行小喷射时，优选存储参数例如由压力传感器20a检测的压力P、发动机转速NE和气缸数目#1—#4，而使参数与计算的燃烧率相关并且学习对应于映射图M中存储的多个数据之中的参数的数据。
如上所述的本实施例会实现下列突出效果。
(1)小喷射导致的旋转增大量Δω是基于曲柄角传感器42的检测值计算的(S22)，并且实际转矩增大量ΔTrq是基于计算的旋转增大量Δω计算的(S24)。小喷射导致的燃料压力波动是使用压力传感器20a检测的(S23)，并且实际喷射量ΔQ是基于检测的燃料压力波动计算的(S25)。然后，燃烧率是通过比较实际转矩增大量ΔTrq和实际喷射量ΔQ计算的(S26)，并且喷射控制映射图M的数据(喷射规律)依照燃烧率而变化以实现期望的输出转矩和排放状态。因此，可以高精度执行燃料喷射控制，这样就可以实现期望的输出转矩和排放状态。
(2)当映射图M的数据改变时，如果通过图5的处理计算的燃烧率低于期望的燃烧率，映射图M的数据就会改变以增大引燃喷射量。因此，可以通过引燃喷射提高喷射的燃料的可燃性，这样燃烧率就可以接近期望燃烧率。当燃烧率高时，数据就会改变以减小引燃喷射量，从而减少排放物(例如，HC和CO)。因此，通过依照计算的燃烧率调节引燃喷射量，可以将输出转矩和排放状态调节为期望状态。
(3)当映射图M的数据被改变以调节引燃喷射量时，为了防止总喷射量的改变，数据被改变，这样主喷射数量减小(或增大)引燃喷射量中的增大量(或减小量)。因此，就执行引燃喷射量的增大/减小调节以调节可燃性和排放，同时执行调节以防止每个燃烧循环喷射的燃料的总量中的增大/减小。因此，调节可以被执行，这样每个燃烧循环获得的转矩就不会变得比期望转矩过大或过小。
(4)映射图M的数据被改变以依照燃烧率改变主喷射的喷射正时。因此，可以很容易的执行调节以阻止气缸压力的峰值正时或主喷射的点火正时由于低(或高)燃烧率而从期望的正时延迟(或提前)。
(5)当燃烧率低(或高)时，引燃喷射量增大(或减小)以阻止气缸压力的峰值正时或主喷射的点火正时的延迟(或提前)。另外，在本实施例中，当燃烧率低(或高)到不能仅仅使用引燃喷射量处理的状态的程度时，除了引燃喷射量的增大(或减小)之外，主喷射正时也提前(或延迟)。因此，可以进一步抑制如上所述峰值正时或点火正时的延迟(或提前)。
(6)在本实施例中，通过图5的处理计算的燃烧率存储在EEPROM等中，而燃烧率与执行小喷射时的各个状况(即，发动机转速NE、小喷射量Δ???Q、喷射器20的数目(#1—#4)和环境条件例如发动机冷却液温度)相关。对应于这些参数的映射图M中的数据被改变以实现期望的输出转矩和排放状态。燃烧率随着上述参数中的每一个而改变。因此，依照针对影响燃烧率的参数中的每一个计算燃烧率并且改变数据的本实施例，能够以较高精度控制发动机的输出转矩和排放状态。
(7)压力传感器20a布置成比共轨12更靠近喷射孔20f。因此，就能够以高精度检测与从喷射孔20f的小喷射相关变化的燃料压力波动。因此，可以从检测的燃料压力波动以高精度计算喷射率的变化，并且最终地能够以高精度计算小喷射的实际喷射量ΔQ。因此，能够以高精度将映射图M的数据改变为最佳值。
此外，在本实施例中，燃料压力传感器20a固定到喷射器20上。因此，压力传感器20a的安装位置比其中压力传感器20a固定到连接共轨12与喷射器20的高压管14上的情形中更加靠近喷射孔20f。因此，比起其中在喷射孔20f中的压力波动在高压管14中减弱之后检测压力波动的情形，能够更加适当地检测喷射孔20f处的压力波动。
本发明并不限于上述实施例，而是可以实现为依照上述实施例的特性结构的任意组合。此外，本发明可以例如实现如下。
ECU30可以基于由图5的处理计算的燃烧率来计算燃料的十六烷值。更具体地，如上参照图8所述，从实线L的关系表达式获得的输出转矩Trq1可以与S24中计算的输出转矩Trq2(即，增大量ΔTrq)比较，并且可以计算输出转矩Trq2相对于输出转矩Trq1的亏量Trq3。然后，可以基于亏量Trq3的值计算十六烷值。例如，可以基于计算公式：十六烷值＝Trq3×d+e(d是负系数并且e是正常数)或映射图计算十六烷值。
在上述实施例中，使用由图5的处理计算的燃烧率改变图4的映射图M的数据。或者，小喷射可以在与执行针对各个小喷射计算的发动机转速NE和燃烧率的值的整体平均相同的条件下执行多次。然后，使用通过整体平均获得的燃烧率改变图4的映射图M的数据。在这种情形下，与其中映射图M的燃料喷射数据使用通过一次燃烧喷射获得的燃烧率的计算结果改变的情形相比，与S22中检测的转矩增大量和S23中检测的喷射量相关的检测错误的影响可以减少。因此，可以获得包含对检测错误的很小影响的映射图M。
当在图3的S12中设定喷射规律时，存储在EEPROM中的图4的映射图M用在上述实施例中。或者，数学表达式可以存储和保持在EEPROM代替映射图M，并且喷射规律可以通过将S11中获得的参数指定给数学表达式来计算和设定。更具体地，可以针对用于指定喷射规律的各个状态值中的每一个(例如，每个喷射阶段的喷射阶段数目、喷射开始正时R3、喷射结束正时R5、喷射率增大率Ra、喷射率减小率Rβ和喷射率增大量Rγ等等)设定上述数学表达式。在这种情形中，数学表达式中的校正系数可以依照燃烧率变化。
在上述实施例中，依照图5的处理计算的燃烧率执行用于改变映射图M或数学表达式的学习控制。或者，代替这种学习控制，可以如下文所示执行反馈控制。例如，可以基于图3的S11中获得的各个参数计算燃烧率的目标值并且可以决定实现目标值的喷射规律。然后，可以执行反馈控制以校正喷射规律，这样由图5的处理计算的燃烧率就接近目标值。
代替图2中所示的电磁驱动喷射器20，可以使用压电驱动喷射器。或者，也可以使用不会导致从泄漏孔24等的压力泄露的喷射器，例如不通过油压室Cd传递驱动功率的直接作用喷射器(例如，近几年来发展的直接作用压电喷射器)。在其中使用直接作用喷射器的情形中，喷射率的控制就变得容易。
在上述实施例中，燃料压力传感器20a固定到喷射器20的燃料入口22上。或者，如图2中的链线200a所示，压力传感器200a可以安装在外壳20e内以检测从燃料入口22延伸到喷射孔20f的内部燃料通道25中的燃料压力。
与其中压力传感器200a安装在外壳20e内的情形相比，在其中压力传感器20a固定到燃料入口22上的情形中，压力传感器20a的固定结构可以简化。当压力传感器200a安装在外壳20e内时，压力传感器200a的固定点比其中压力传感器20a固定到燃料入口22上的情形中更靠近喷射孔20f。因此，当压力传感器200a安装在外壳20e内时，能够更精确地检测喷射孔20f中的压力波动。
压力传感器20a可以固定到高压管14上。在这种情形下，优选把压力传感器20a固定到远离共轨12预定距离的位置上。
流率限制部分可以设置在共轨12和高压管14之间用于限制燃料从共轨12向高压管14的流率。流率限制部分作用来在由于对高压管14、喷射器20等的损坏导致的燃料泄露生成过量的燃料流出时堵塞流道。例如，流率限制部分可以由阀构件在发生过量流速时堵塞流道的球构成。或者，可以采用整体地结合孔12a(燃料脉动减少部分)和流速限制部分构成的流量阻尼器。
代替在孔和流率限制部分相对于燃料流动方向下游布置压力传感器20a的结构，压力传感器20a可以布置在孔和流速限制部分中的至少一个的下游。
可以使用任意数目的燃料压力传感器(多个燃料压力传感器)20a。例如，可以向一个气缸的燃料流道设置两个或更多传感器20a。除了上述燃料压力传感器20a之外，还可以提供用于检测共轨12中的压力的共轨压力传感器。
作为控制目标的发动机的类别和***配置也可以依照使用等任意地修改。在上述实施例中，作为一个实例，本发明应用到柴油机上。例如，本发明也能够以基本上类似的方式应用到火花点火汽油发动机(具体地说，直喷发动机)等上。例如，直喷汽油发动机的燃料喷射***通常具有在高压状态下存储燃料(汽油)的输送管。在该***中，燃料从燃料泵泵送到输送管。输送管中的高压燃料分配给多个喷射器20并且喷射和供给到发动机燃烧室中。在该***中，输送管对应于蓄压器。依照本发明的设备和***不仅应用到将燃料直接喷射到气缸中的喷射器上，而且还应用到将燃料喷射到发动机的进气通道或排气通道中的喷射器上。
尽管已经结合当前考虑为最实用的和优选的实施例描述了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的实施例，而是相反，预计涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种变体和等效配置。

Claims (11)

1.一种内燃机的控制设备，该控制设备包括：
用于通过操作内燃机的喷射器执行燃料喷射从而增大内燃机的输出转矩的转矩增大部分；
用于检测燃料喷射导致的输出转矩的增大量的转矩增大量检测部分；
用于检测燃料喷射的实际喷射量的喷射量检测部分；
用于基于转矩增大量检测部分的燃烧检测值和喷射量检测部分的检测值计算燃烧率的燃烧率计算部分，该燃烧率指示通过燃料喷射所喷射的燃料对燃烧的贡献率；和
用于依照由燃烧率计算部分计算的燃烧率控制内燃机的操作状态的控制部分。
2.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于：
该内燃机具有从蓄积燃料的蓄压器分配和供给燃料到喷射器中的燃料供给***，并且
喷射量检测部分是燃料压力传感器，该燃料压力传感器检测供给喷射器的燃料的压力作为与喷射量相关的物理量并且该燃料压力传感器设置在从蓄压器延伸到喷射器的喷射孔的燃料通道中，在比蓄压器更靠近喷射孔的位置上。
3.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于：
转矩增大量检测部分是检测内燃机的输出轴的转速作为与转矩增大量相关的物理量的转速传感器。
4.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于：
控制部分是用于控制喷射器的操作以依照燃烧率改变燃料的喷射模式的喷射控制部分。
5.如权利要求4所述的控制设备，其特征在于：
喷射控制部分配置成能够执行多阶段喷射的控制，用于在一个燃烧循环中多次喷射燃料，并且
喷射控制部分通过改变多阶段喷射中喷射阶段的数目、多阶段喷射的每个喷射阶段的喷射量和多阶段喷射的每个喷射阶段的喷射正时中的至少一个来改变喷射模式。
6.如权利要求5所述的控制设备，其特征在于：
喷射控制部分依照燃烧率改变喷射模式以改变多阶段喷射中的引燃喷射的喷射量。
7.如权利要求6所述的控制设备，其特征在于：
当喷射控制部分增大引燃喷射的喷射量时，喷射控制部分改变喷射模式以减小主喷射的喷射量，并且
当喷射控制部分减小引燃喷射的喷射量时，喷射控制部分改变喷射模式以增大主喷射的喷射量。
8.如权利要求5至7中的任一项所述的控制设备，其特征在于：
喷射控制部分依照燃烧率改变喷射模式以改变多阶段喷射中的主喷射的喷射正时。
9.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于：
转矩增大部分在相同状况下执行多次燃料喷射，
燃烧率计算部分执行通过多次燃料喷射获得的燃烧率的多次计算结果的整体平均，并且
控制部分依照通过整体平均获得的燃烧率控制内燃机的操作状态。
10.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于：
控制部分应用供给喷射器的燃料的压力、内燃机的输出轴的转速和内燃机气缸的数目中的至少一个作为参数并且存储与每个参数相关的燃烧率，并且
控制部分依照对应于每个参数的燃烧率控制内燃机的操作状态。
11.如权利要求1所述的控制设备，其特征在于，还包括：
用于基于由燃烧率计算部分计算的燃烧率估算燃料的十六烷值的十六烷值估算部分。
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