CN103244296B - 用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备 - Google Patents

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Abstract

燃料压力波形获取设备包括：压力波形获取装置，其用于获取使用燃料压力传感器检测到的第一压力波形，作为在执行多阶段燃料喷射时出现的多阶段喷射压力波形；模型波形存储装置，其用于存储作为第二压力波形的规范的模型波形，该第二压力波形是被假定在执行比作为多阶段喷射中的第二阶段或更晚阶段喷射的目标喷射更早的阶段的更早喷射而未执行目标喷射时出现的；波形提取装置，其用于从多阶段喷射压力波形中减去模型波形而提取出由目标喷射引起的第三压力波形；和补偿装置，其用于通过将模型波形衰减一衰减度来补偿模型波形，该衰减度取决于从更早的喷射到目标喷射的喷射间隔。

Description

用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备
技术领域
本发明涉及一种用于获取通过从内燃机的燃料喷射阀喷射燃料而引起的燃料压力时间变化来作为压力波形的设备。
背景技术
为了精确地控制内燃机的输出转矩和排放状态，必须控制喷射状态，该喷射状态包括从燃料喷射阀的喷射孔喷射出的燃料的喷射量和喷射时刻。公开号为2010-3004(专利文献1)和2009-57924(专利文献2)的日本专利申请描述了，使用燃料压力传感器来检测由燃料的喷射而引起的通向燃料喷射孔的燃料供应通道中燃料压力的时间变化以由此检测实际的燃料喷射状态的技术。
例如，通过检测燃料压力开始下降的时刻可以检测实际的燃料喷射开始时刻，并且通过检测由燃料喷射而造成的燃料压力的减小量可以检测实际的燃料喷射量。检测实际的燃料喷射状态使得可以精确地控制燃料喷射状态。
附带地，在执行多阶段燃料喷射时，必须考虑接下来的问题，在该多阶段燃料喷射中，一个燃烧周期中多次执行燃料喷射。图5中的(b)部分示出了在执行多阶段燃料喷射时由燃料压力传感器检测到的两个压力波形。在这些压力波形中，由点划线包围的压力波形W对应于第n阶段的喷射。该压力波形W与对应于之前的喷射，即第m(＝n-1)阶段的喷射的其他压力波形的余波(波动成分)相重叠，该余波是由图5的部分(d)中的点划线所包围的部分。
在专利文献1描述的技术中，将在单独执行第m阶段喷射时出现的模型波形CALn-1(其在图5的部分(d)中示出)(也就是在未应用第n阶段喷射的情况下仅由于第m阶段喷射所致的波形)存储在数学公式中，将压力波形W减去模型波形CALn-1来提取在图5的部分(f)所示的仅由第n阶段喷射引起的压力波形Wn，并且基于所提取的压力波形Wn来确定实际的喷射状态。
然而，本申请的发明人经过各种试验已经发现：通过简单地从检测得到的压力波形W中减去模型波形CALn-1，不能精确地获取仅由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备，所述燃料喷射***包括喷射阀和燃料压力传感器，所述喷射阀用于将燃料从所述喷射阀的喷射孔喷射到内燃机中，所述燃料压力传感器用于检测通向所述喷射孔的燃料供应通道中的燃料压力的时间变化来作为压力波形，所述燃料压力的时间变化是由于所述燃料从所述喷射孔的喷射而引起的，所述燃料压力波形获取设备包括：压力波形获取装置，其用于获取由所述燃料压力传感器检测到的第一压力波形，作为在执行多阶段燃料喷射时出现的多阶段喷射压力波形，在所述多阶段燃料喷射中，在所述内燃机的每个燃烧周期期间多次喷射所述燃料；模型波形存储装置，其用于存储模型波形，所述模型波形是第二压力波形的规范，所述第二压力波形被假定为在执行比起目标喷射处于较早阶段的较早喷射而未执行所述目标喷射时出现，所述目标喷射是所述多阶段喷射中的第二阶段喷射或较晚阶段喷射；波形提取装置，其用于从所述多阶段喷射压力波形中减去所述模型波形以提取由所述目标喷射引起的第三压力波形；以及补偿装置，其用于通过将所述模型波形衰减一衰减度来补偿用来执行所述减去的所述模型波形，所述衰减度取决于从所述较早喷射到所述目标喷射的喷射间隔，其中，所述补偿装置被构造成对所述模型波形的特定部分进行衰减，所述特定部分对应于在所述喷射孔被打开以执行所述目标喷射时在所述喷射孔处出现的压力。
本申请的发明人进行了试验1和试验2，用以验证通过从多阶段喷射时检测的波形W中减去模型波形CALn-1而提取的压力波形Wn的精确性。
在试验1中，检测在执行多阶段喷射时出现的波形来作为波形W(参见图11的部分(b))。接下来，仅执行多阶段喷射中的第n阶段喷射，并且获取此时检测得到的波形来作为波形W0n(参见图11的部分(c))。接下来，从波形W中减去波形W0n，以获取图11的部分(d)中所示的波形W0n-1。
最初，发明人认为由此得到的波形W0n-1表示被假定为在仅执行多阶段喷射中的第(n-1)阶段喷射作为单阶段喷射时出现的波形。但是，随后发现波形W0n-1在以下方面与表示被假定在仅执行多阶段喷射中的第(n-1)阶段喷射时出现的波形的模型波形CALn-1并不相同：在第n阶段喷射开始之后出现的那部分波形W0n-1的脉动振幅A1小于模型波形CALn-1的脉动振幅A2。
发明人推测出现这样的现象的原因如下。燃料压力脉动(压力波)朝着喷射孔传播，然后，一部分燃料压力脉动被喷射孔部分反射并朝着燃料压力传感器传播。相应地，由于从喷射孔部分反射的燃料压力脉动的影响，在燃料压力传感器处检测得到的燃料压力波形中出现了波动波形(沿图6的部分(c)或(d)中的渐近线k1或k2的波形)。尽管关闭了喷射孔以防止燃料喷射，但由于被喷射孔部分反射的该部分燃料压力脉动较大，所以脉动振幅就变大了。
另一方面，在打开喷射孔以执行燃料喷射的时候，由于燃料压力脉动能够到喷射孔之外，所以被喷射孔部分反射的部分就很小。相应地，在执行燃料喷射的时候，燃料压力波形中所包含的脉动(波动波形)相比于未执行燃料喷射时小。燃料压力波形中到喷射孔之外的那一部分的量根据从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔而变化，相应地，脉动振幅的减小程度(衰减度)受到该部分的量的影响。
根据基于试验1的结果和发明人的推断而做出的权利要求1中所描述的发明，在图5所示的例子中，为了从多阶段喷射时检测得到的波形W中减去对应于第(n-1)阶段喷射的模型波形CALn-1而提取出压力波形Wn，通过衰减一衰减度来对模型波形CALn-1进行补偿，该衰减度取决于从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔。
这可以使模型波形CALn-1更接近于通过从多阶段喷射时检测得到的波形W中减去第n阶段单个喷射时检测得到的波形W0n而获取的实际波形W0n-1，相应地，能够从多阶段喷射时检测得到的波形W中精确地提取出由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn。
更精确地，脉动振幅的减小程度根据到喷射孔之外的燃料压力脉动的压力大小而变化。也就是说，随着从喷射孔发射的燃料压力脉动的压力偏离变化压力的中间值越多，脉动振幅的减小程度就变得越大。
在一实施例中，补偿装置根据打开喷射孔以执行目标喷射时在喷射孔处的模型波形的压力大小来改变衰减度。
这使得可以根据到喷射孔之外的燃料压力脉动的压力大小来适当地改变模型波形的衰减度。
在一实施例中，补偿装置根据取决于喷射间隔的模型波形的压力变化时间段来改变衰减度。
燃料供应通道内的压力波被通道内变窄或封闭的部分所反射，并且作为结果，燃料压力波形变为周期性反复增大和减小的波形，也就是说，变为波动波形。相应地，在喷射孔被打开时传播到喷射孔的燃料压力脉动的压力大小就取决于从更早阶段的喷射到目标喷射的喷射间隔而周期性变化。
根据本发明所描述的结构，可以取决于根据喷射间隔的模型波形压力变化时间段来改变模型波形的衰减度。这使得可以取决于喷射孔被打开时传播到喷射孔的燃料压力脉动的压力变化时间段来适当地改变模型波形的衰减度。
此外，随后通过试验2发现，随着第n阶段喷射的喷射时间段Tqn变得越长，波形W0n-1的脉动振幅A1就变得越小。也就是说，随着阀打开周期变得越长，燃料压力脉动的反射量就变得越小，相应地，脉动振幅就变得越小。
在试验2中，测量了比率A1/A2(试验1中检测到的脉动振幅A1比脉动振幅A2的比率)是如何随着第n阶段喷射的喷射时间段的变化而变化的。图12中的实线示出了当被供应到燃料喷射孔的燃料压力被分别设定为200MPa、140MPa、80MPa和40MPa时的测量结果。
图12示出了，不论供应的燃料的压力如何，随着第n阶段喷射Tqn的喷射时间段Tqn变得越长，检测到的波形W0n-1的脉动振幅A1变得越小。附带地，当未执行第n阶段喷射时(当喷射时间段Tqn为零时)，比率A1/A2为1。这意味着，执行第n阶段喷射影响了检测到的波形W0n-1，从而使得脉动振幅A1更小了。
在一实施例中，补偿装置通过随着喷射时间段变得越长而越多地对模型波形进行来补偿用于相减的模型波形。
更特别地，根据基于试验1和试验2的结果以及发明人的推断而做出的本发明，在图5所示的例子中，为了通过从多阶段喷射时检测到的波形W中减去对应于第(n-1)阶段喷射的模型波形CALn-1而提取出压力波形Wn，通过随着第n阶段喷射的喷射时间段变得越长而越多地进行衰减来补偿模型波形CALn-1。
根据本发明，由于可以使模型波形CALn-1进一步接近通过从多阶段喷射时检测到的波形W中减去第n阶段单独喷射时检测到的波形W0n而获取的实际波形W0n-1，因此，可以从多阶段喷射时检测到的波形W中准确地提取出由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备，所述燃料喷射***包括喷射阀和燃料压力传感器，所述喷射阀用于将燃料从所述喷射阀的喷射孔喷射到内燃机中，所述燃料压力传感器用于检测通向所述喷射孔的燃料供应通道中的燃料压力的时间变化来作为压力波形，所述燃料压力的时间变化是由于所述燃料从所述喷射孔的喷射而引起的，所述燃料压力波形获取设备包括：压力波形获取装置，其用于获取由所述燃料压力传感器检测到的第一压力波形，作为在执行多阶段燃料喷射时出现的多阶段喷射压力波形，在所述多阶段燃料喷射中，在所述内燃机的每个燃烧周期期间多次喷射所述燃料；模型波形存储装置，其用于存储模型波形，所述模型波形是第二压力波形的规范，所述第二压力波形被假定为在执行比起目标喷射处于较早阶段的较早喷射而未执行所述目标喷射时出现，所述目标喷射是所述多阶段喷射中的第二阶段喷射或较晚阶段喷射；波形提取装置，其用于从所述多阶段喷射压力波形中减去所述模型波形以提取由所述目标喷射引起的第三压力波形；以及补偿装置，其用于通过将所述模型波形衰减一衰减度来补偿用来执行所述减去的所述模型波形，所述衰减度取决于从所述较早喷射到所述目标喷射的喷射间隔，其中，所述补偿装置被构造成仅针对所述模型波形的一部分来改变所述衰减度，所述模型波形的所述一部分被假定为从执行所述目标喷射时开始、压力波在所述燃料供应通道内被反射的情况下完成一次往返所需要的时间过去之后出现。
附图说明
在附图中：
图1是示意性地示出了包括根据本发明实施例的燃料压力波形获取设备的燃料喷射***的结构的图；
图2是示出了由燃料喷射***执行的燃料喷射控制过程的步骤的流程图；
图3是示出了由燃料压力波形获取设备执行的燃料喷射状态检测过程的步骤的流程图；
图4是示出了单阶段燃料喷射时检测到的压力波形与单阶段燃料喷射时喷射率的转变波形之间的关系的时间图；
图5是解释了图3所示的燃料压力检测过程中所包括的波动去除操作的时间图；
图6是解释了图3所示的燃料压力检测过程中所包括的波动去除操作的时间图；
图7是示出了燃料喷射间隔与检测到的压力波形中脉动振幅的衰减度之间的关系的时间图；
图8是示出了波动去除操作的步骤的流程图；
图9是示出了喷射间隔与模型波形的衰减系数k的补偿值c之间的关系的曲线图；
图10是示出了经过的时间与模型波形的特定部分之间的关系的时间图；
图11是示出了由本申请的发明人执行的试验1的结果的曲线图；以及
图12是示出了由本申请的发明人执行的试验2的结果的曲线图。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于车载内燃机的燃料喷射***的结构，该***包括根据本发明实施例的燃料压力波形获取设备。在该实施例中，内燃机是用于执行压缩自燃燃烧的具有汽缸#1到汽缸#4的柴油发动机。燃料喷射***进行运作以将高压燃料喷射到汽缸#1到汽缸#4内。
在图1中，附图标记10代表安装在每个汽缸#1到#4上的燃料喷射阀，20代表安装在燃料喷射阀10上的燃料压力传感器，而30代表安装在车辆上的ECU(电子控制单元)30。由ECU30来实施燃料压力波形获取设备。燃料喷射***进行运作，使得存储在燃料箱40中的燃料通过高压泵41被馈送到作为蓄压器的共轨42，并且经由高压管43被分配到各个汽缸的燃料喷射阀10。
燃料喷射阀10包括主体11、针12和作为致动器的电磁螺线管13。主体11在其内部形成有高压通道11a。从共轨42供应到燃料喷射阀10的燃料经过高压通道11a以从喷射孔11b中被喷射。高压通道11a内的部分燃料流进主体11内部形成的背压室11c中。通过控制阀14打开和关闭背压室11c的泄漏孔11d。通过电磁螺线管13来打开和关闭控制阀14。针12被施加有弹簧15的弹力以及背压室11c的沿阀关闭方向的燃料压力，并且被施加有高压通道11a内部形成的燃料接收器11f的沿阀打开方向的燃料压力。
燃料压力传感器20被设置在共轨42和喷射孔11b之间的燃料供应路径中(例如，在高压管43或高压通道11a中)，用以检测燃料压力。在该实施例中，燃料压力传感器20安装在高压管43和主体11之间的连接部分上。可替代地，燃料压力传感器20也可以如通过图1中的点划线所示出的那样安装在主体11上。汽缸#1到#4的每个燃料喷射阀10都设有燃料压力传感器20。
接下来，解释具有上述结构的燃料喷射阀10的运作。当电磁螺线管13被断电时，弹簧16的弹力将控制阀14关闭。在这种状态下，由于背压室11c的燃料压力较高，所以针12被关闭，以防止燃料从喷射孔11b喷射出去。另一方面，当电磁螺线管13被通电时，控制阀14对抗弹簧16的弹力而打开。在这种状态下，由于背压室11c中的燃料压力较低，所以针12被打开，以使得燃料从喷射孔11b喷射出去。
当通过对电磁螺线管13通电来执行燃料喷射时，从高压通道11a流到背压室11c中的燃料通过泄漏孔11d被释放到低压通道11e。也就是说，当执行燃料喷射时，高压通道11a内的燃料总是通过背压室11c泄漏到低压通道11e中。
ECU30通过控制对电磁螺线管13的通电以由此控制针12的打开和关闭来控制喷射状态。更特别地，ECU30基于发动机输出轴的转速、发动机负载等等，来计算包括喷射开始时刻、喷射结束时刻和燃料喷射量的目标喷射模式，并控制对电磁螺线管13的通电，来实现所计算的目标喷射模式。
接下来，参考图2的流程图，解释由ECU30执行的用于控制对电磁螺线管13的通电以由此控制燃料喷射状态的过程。
该过程在步骤S11开始，在步骤S11中，读取显示出发动机运转状态的预定参数，该参数包括发动机转速、发动机负载、以及供应到燃料喷射阀10的燃料的压力。
在随后的步骤S12，基于步骤S11中读取的参数来设定最佳目标喷射模式。可以通过参考喷射控制图来设定目标模式，在喷射控制映射图中预存了对于参数值的各种组合来说最佳的各种喷射模式。通过显示出喷射阶段数(每个燃烧周期将要执行的燃料喷射的次数)、喷射开始时刻、喷射时间段(燃料喷射量)等等的参数来定义目标喷射模式。也就是说，喷射控制图显示出了这些参数和最佳喷射模式之间的关系。
在随后的步骤S13，将根据在步骤S12中设定的目标喷射模式的喷射命令信号输出到燃料喷射阀10的电磁螺线管13。作为结果，执行燃料喷射控制，使得喷射模式变为对于由步骤S11中读取的参数所示的当前发动机运转状态来说最佳的喷射模式。
但是，由于老化退化或燃料喷射阀10之间的个体差异，实际的喷射模式有可能偏离目标喷射模式。相应地，对喷射命令信号进行补偿，以使得实际的喷射模式(实际的喷射状态)与目标喷射模式相一致。如后面所描述的，可以基于燃料压力传感器20的输出值来检测实际的喷射模式。此外，在该实施例中，对已执行的信号补偿进行学习，并且下一次使用学习值来计算喷射命令信号。
接下来，参考图3的流程图，解释用于基于燃料压力传感器20的输出值来检测(计算)实际喷射状态的过程。
在每个预定的计算周期或每个预定的曲柄角通过ECU30的微型计算机来执行该过程。该过程在步骤S21开始，在步骤S21中，从安装在汽缸#1到#4上的燃料压力传感器20中读取表示检测到的燃料压力的输出值。优选地，检测到的燃料压力受到滤波。
参考图4的时间图来详细地解释步骤S21中的读取操作，图4的时间图示出了在喷射孔11b被打开和关闭一次的时间段期间各个值随时间变化的例子。
图4的部分(a)示出了在图3所示的步骤S13中输出到燃料喷射阀10的喷射命令信号。喷射命令信号中的脉冲启动(pulse-on)对电磁螺线管13进行通电，使得喷射孔11b打开。也就是说，在脉冲启动时刻Is命令喷射的开始，在脉冲结束时刻Ie命令喷射的结束。相应地，可以通过根据喷射命令信号的脉冲启动周期来控制喷射孔11b的阀打开周期Tq，从而控制喷射量Q。图4的部分(b)示出了由喷射命令引起的喷射孔11b的燃料喷射率的时间变化(转变)。图4的部分(c)示出了由燃料喷射率的转变而引起的燃料压力传感器20的输出值(检测到的燃料压力)的时间变化。
ECU30执行与图3中所示的过程不同的子程序过程，以便以比图3所示的过程更短的时间间隔获取燃料压力传感器20的输出值，以使得能够追踪到图3的部分(c)中所示的燃料压力转变波形的轨迹。在该实施例中，以比50μs更短的时间间隔(优选为20μs)来读取燃料传感器20的输出信号，并在步骤S21中相继地采集由此获取的输出值。
在使用燃料压力传感器20检测到的压力波形与燃料喷射率的时间变化之间，存在下文描述的相关性。相应地，可以根据检测到的燃料压力波形来估计喷射率的瞬态波形。
在图4的部分(b)中所示的燃料喷射率的时间变化的例子中，电磁螺线管13在时刻Is开始被通电，其后燃料开始被从喷射孔11b喷射出，作为结果，燃料喷射率在变化点R3处开始增大。也就是说，开始了实际的燃料喷射。其后，喷射率在变化点R4处达到其最大值，在变化点R4处喷射率停止增大。这是因为，针阀20c在变化点R3开始提升，并且在变化点R4处提升的量达到其最大值。
在本文中，术语“变化点”的定义如下。计算喷射率(或者由燃料压力传感器20检测到的燃料压力)的二阶微分值。将计算得到的二阶微分值达到极值的点，即二阶微分值的波形的拐点定义为喷射率(或检测到的燃料压力)的变化点。
在电磁螺线管13在时刻Te被断电之后，喷射率在变化点R7开始减小。其后，喷射率在实际的喷射结束时的变化点R8处变为零。这是因为，针阀28在变化点R7处开始落下，并且在变化点R8处喷射孔11b被完全关闭。
在图4的部分(c)中所示的由燃料压力传感器20检测到的燃料压力的时间变化的例子中，变化点P1之前的燃料压力等于P0的燃料供应压力。由于将驱动电流提供应电磁螺线管13，在燃料喷射命令被输出的时刻Is之后并在喷射率开始增大的变化点R3之前的变化点P1处，燃料压力开始减小。这是因为控制阀14在变化点P1处打开泄漏孔11d，作为结果，背压室11c的压力减小。其后，在变化点P1开始的燃料压力的减小在变化点P2暂时停止了。这是因为泄漏孔11d被完全打开，作为结果，取决于泄漏孔11d的打开区域的直径的泄漏率变得恒定。
随后，由于喷射率在变化点R3开始增大，所以检测到的燃料压力在变化点P3开始减小。其后，喷射率在变化点R4达到其最大值，作为结果，检测到的燃料压力的减小在变化点P4停止了。在从变化点P3到变化点P4的时间段期间的减小量大于从变化点P1到变化点P2的时间段期间的减小量。
随后，检测到的燃料压力在变化点P5开始增大。这是因为控制阀14关闭了泄漏孔11d，作为结果，背压室11c的压力增大。其后，在变化点P5开始的检测到的燃料压力的增大在变化点P6暂时停止了。
随后，由于喷射率在变化点R7开始减小，所以检测到的燃料压力在变化点P7开始增大。其后，喷射率在变化点R8达到其最大值，结果是检测到的燃料压力的减小在变化点P8停止了。从变化点P7到变化点P8的时间段期间的减小量大于从变化点P5到变化点P6的时间段期间的减小量。检测到的燃料压力以T10的恒定周期反复减小和增大的方式来进行衰减。
对上述变化点P3、P4、P7和P8进行检测使得可以估计：喷射率增大开始时间R3(实际喷射开始的时间)、最大喷射达到时间R4、喷射率减小开始时间R7和喷射率减小结束时间R8(实际的燃料喷射结束的时间)。此外，可以基于下面所解释的在喷射率的变化与检测到的燃料压力的变化之间的关系，根据检测到的燃料压力的时间变化来估计喷射率的时间变化。
在从变化点P3到变化点P4的时间段期间的压力减小率Pα与从变化点R3到变化点R4的时间段期间的喷射率增大率Rα之间存在相关性。在从变化点P7到变化点P8的时间段期间的压力增大率Pγ与从变化点R7到变化点R8的时间段期间的喷射率减小率Rγ之间存在相关性。在压力减小量Pβ(最大压力减小量)与喷射率增大量Rβ(最大喷射率)之间存在相关性。相应地，可以通过从燃料传感器20检测到的燃料压力的时间变化中检测压力减小率Pα、压力增大率Pγ和最大压力减小量Pβ，来估计喷射率增大率Rα、喷射率减小率Rγ和最大喷射率Rβ。如上所述，由于可以估计喷射率的各种状态R3、R4、R7、R8、Rα、Rβ、Rγ，因此可以估计图4的部分(b)中所示的燃料喷射率的时间变化(转变波形)。
实际喷射的开始和结束之间的喷射率的积分值(由阴影区域S所示)对应于喷射量Q。喷射率的积分值S与检测到的燃料压力的转变波形的积分值之间存在相关性，这是因为检测到的燃料压力的转变波形的部分对应于实际喷射从开始到结束的时间段(变化点P3和变化点P8之间的部分)。相应地，可以通过从燃料传感器20检测到的燃料压力的时间变化中计算出压力积分值，来估计对应于喷射量Q的喷射率积分值S。因此可以说，燃料压力传感器20起到了喷射状态传感器的作用，燃料压力传感器20检测被供应到燃料喷射阀10的燃料的压力，作为与喷射状态有关的物理量。
返回到图3，在步骤S21随后的步骤S22中，确定当前正检测的喷射是否是多阶段喷射中的第二阶段喷射或随后阶段喷射。如果步骤S22中的确定结果是肯定的，则该过程进行到步骤S23，在步骤S23中，对步骤S21中获取的波形执行波动去除操作。下面参考图5解释该波动去除操作。
图5中的部分(a)是示出了在输出了命令执行多阶段喷射(在该实施例中为两阶段喷射)的喷射命令信号时，传送到电磁螺线管13的驱动电流的时间图。图5中的部分(b)是示出了在输出了部分(a)所示的喷射命令信号时检测到的燃料压力的波形W的图。图5中的部分(c)是示出了，在输出了命令执行单阶段喷射的喷射命令信号时，传送到电磁螺线管13的驱动电流的时间图。图5中的部分(d)示出了在输出了部分(c)所示的喷射命令信号时检测到的燃料压力的波形。
波形W在其对应于第n阶段喷射的部分(由部分(b)中的点划线所包围的部分)与之前阶段喷射(第(n-1)阶段喷射、第(n-2)阶段喷射、第(n-3)阶段喷射……)的余波相重叠。以图5中的部分(d)所示的第(n-1)阶段喷射的余波作为示例，在第(n-1)阶段喷射结束后，以一定周期(在该例子中为T10)反复增大和减小并且衰减的波动波形(由部分(d)中的点划线所包围的波形)表现为余波。该余波(波动波形)与波形W中对应于第n阶段喷射的那部分波形(由部分(b)中的点划线所包围的部分)相重叠。相应地，如果基于检测到的波形W直接估计出由第n阶段喷射引起的喷射率的时间变化(图4的部分(b)中所示的转变波形)，则估计误差会变得非常大。
因此，在步骤S23中执行波动去除操作，在步骤S23中，从检测到的由第n阶段喷射引起的波形W中减去在较早阶段处喷射的余波(波动波形)，以提取出由第n阶段喷射引起的压力波形Wn(参见图5的部分(f))。
更特别地，提前获取并存储单阶段喷射中各种模式的试验结果作为各种波动波形。该各种模式包括在喷射开始的燃料压力(在燃料喷射开始时的燃料压力；图4中所示的P0或P2)方面彼此不同的单阶段喷射，或者在对应于阀打开时间段Tq的喷射量方面彼此不同的单阶段喷射。将通过试验获得并采用数学表达式的形式来表示的波动波形作为模型波形存储在包括于ECU30中的存储器中。
在该实施例中，以下面的公式(1)的形式存储模型波形，其中，p是模型波形的值(由燃料压力传感器20检测的燃料压力的规范值)。在公式(1)中，参数A、k、ω和θ分别为阻尼振荡的振幅、衰减系数、频率和相位。公式(1)中的字母t表示经过的时间。通过作为经过的时间t的变量的函数的公式(1)来得到检测到的燃料压力的规范值p。对于不同的喷射模式不同地设定参数A、k、ω和θ中的每一个。
P＝Aexp(-kt)sin(ωt+θ)……(1)
例如，为了得到作为第(n-1)阶段喷射的余波(波动波形)的规范的模型波形，从存储器中存储的各种模型波形中选出喷射模式与第(n-1)阶段喷射的喷射模式最接近的模型波形，并且该被选出的模型波形被设定为作为第(n-1)阶段喷射的余波(波动波形)的规范的模型波形CALn-1。图5的部分(e)中的虚线表示模型波形CALn-1，图5的部分(e)中的实线表示检测到的波形W。通过从检测到的波形W中减去模型波形CALn-1，提取到图5的部分(f)中所示的压力波形Wn。由此提取到的压力波形Wn并不包含较早阶段的喷射的波动波形成分，相应地，压力波形Wn与由第n阶段喷射引起的喷射率变化具有高度的相关性。
在图5的部分(e)和部分(f)所示的例子中，从检测到的波形W中仅减去了表示第(n-1)阶段喷射的波动波形的模型波形CALn-1。但是，还可以从检测到的波形W中减去第(n-2)阶段喷射以及更早阶段喷射的波动波形。在图6所示的例子中，从检测到的波形W中减去了第(n-1)阶段喷射和第(n-2)阶段喷射的波动波形(模型波形CALn-1和模型波形CALn-2)。
本申请的发明人已经发现，检测到的波形W0n-1的脉动振幅A1的减小率取决于第m(＝(n-1))阶段喷射与第n阶段喷射之间的喷射间隔Tmn而变化。
图7是示出了喷射间隔Tmn与减小率之间的关系的例子的图。如图7所示，第(n-1)阶段喷射的检测波形W0n-1包含由第(n-1)阶段喷射引起的燃料压力变化Cn-1，并且第n阶段喷射的检测波形W0n包含由第n阶段喷射引起的燃料压力变化Cn。在图7所示的例子中，部分(a)、部分(b)和部分(c)分别示出了喷射间隔为Tmn1、Tmn2和Tmn3时的情况，其中Tmn1>Tmn2>Tmn3。
在部分(a)和部分(c)所示的例子中，检测波形W0n-1在其波谷与由第n阶段喷射引起的燃料压力变化Cn相重叠。相应地，由于到喷射孔11b之外的压力波的压力在此处变为最小，所以检测波形W0n-1的振幅衰减程度要大于被补偿之前的模型波形CALn-1的振幅衰减程度。另一方面，在图7的部分(b)所示的例子中，检测波形W0n-1在其节点与由第n阶段喷射引起的燃料压力变化Cn相重叠。相应地，由于到喷射孔11b之外的压力波的压力处于变化压力的中间(在拐点处的值)，所以检测波形W0n-1的振幅衰减程度要小于被补偿之前的模型波形CALn-1的振幅衰减程度。
如上所述，在该实施例中，将选出的模型波形CALn-1和CALn-2补偿为被衰减了一衰减度的波形，该衰减度取决于从第m阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn。“衰减度”对应于公式(1)中的衰减系数k。
在图6的部分(c)和部分(d)所示的例子中，模型波形CALn-1和CALn-2是被补偿以使它们的衰减度较大的波形。在图6的部分(c)和部分(d)的每个中，虚线k1和点划线k2分别表示补偿之前沿模型波形的波峰的渐近线，以及补偿之后沿模型波形的波峰的渐近线。当改变公式(1)中的衰减系数k时，渐近线的斜率也被改变。也就是说，当增大衰减系数k以增大衰减度时，渐近线k1被改变为渐近线k2，其中，渐近线k2的斜率大于k1。
返回到图3，在步骤S23随后的步骤S24中，当步骤S22中的确定结果是否定时(如果当前正检测的喷射被确定为是第一阶段喷射)，就通过对检测到的压力值(压力波形)求微分来得到压力微分值的波形，当步骤S22中的确定结果是肯定时(如果当前正检测的喷射被确定为是第二阶段喷射或较晚的喷射)，就通过对检测到的已受到波动去除操作的压力值(压力波形)求微分来得到压力微分值的波形。
其后，在步骤S25到步骤S28中，使用步骤S24中得到的微分压力值来计算图4的部分(b)中所示的各种喷射状态。更特别地，在步骤S25中计算喷射开始时间R3，在步骤S26中计算喷射结束时间R8，在步骤S27中计算最大喷射达到时间R4和喷射率减小开始时间R7，以及在步骤S28中计算最大喷射率Rβ。顺便提及，当喷射量较小时，最大喷射达到时间R4和喷射率减小开始时间R7彼此是一致的。
在随后的步骤S29中，基于在步骤S25到步骤S29中计算得到的喷射状态R3、R8、Rβ、R4和R7c来计算从实际喷射开始到实际喷射结束的喷射率的积分值(阴影区域S)，并将该计算得到的该积分值确定为实际的喷射量Q。当喷射量较大时，区域S的形状接近于梯形，而当喷射量较小时，区域S的形状接近于三角形。除了基于喷射状态R3、R8、Rβ、R4和R7之外，还可以基于从压力波形中计算得到的喷射率增大率Rα和喷射率减小率Rγ来计算喷射率的积分值S(喷射量Q)。
接下来，参考图8来解释步骤S23中执行的波动去除操作。图8示出了作为子例程过程的波动去除操作的步骤。该操作从步骤S31开始，在步骤S31中，获取第m阶段喷射的喷射开始燃料压力P0m和喷射量Qm。喷射量Qm可以是在图3所示的步骤S29中计算得到的喷射量，或者可以是基于根据喷射命令信号的阀打开周期Tqm而估计得到的。
在随后的步骤S32中，从存储器中存储的各个模型波形中选出模型波形CALm，该模型波形CALm的喷射模式最接近于由步骤S31中获取的喷射开始燃料压力P0m和喷射量Qm所定义的喷射模式。在随后的步骤S33中，确定当前正处理的模型波形CALm的部分是否是被假定为模型波形CALm中在从第n阶段喷射结束开始的补偿待命时间过去之后并且在补偿开始之前出现的部分。在该实施例中，补偿待命时间是压力波离开燃料传感器20、在高压管43和高压通道11a中传播、被共轨42和高压管43之间的接合部分反射并返回到燃料传感器20所需要的时间。如果步骤S33中的确定结果是肯定的，则操作进行到步骤S34，否则就进行到步骤S36。
本发明人已经发现，在执行第m阶段喷射时出现的压力波形在其与第n阶段喷射已经被执行时到喷射孔11b之外的压力波对应的部分受到第n阶段喷射的最强烈影响，但是，在第n阶段喷射时就没有多大影响。这是因为，流向喷射孔11b的燃料补充了喷射期间从喷射孔11b喷射出去的燃料。本发明人还发现，第n阶段喷射的影响倾向于在压力波在高压管43和高压通道11a中被反射之后出现。
在步骤S34中，基于用于第m阶段和第n阶段喷射的喷射命令信号来获取从第m阶段喷射结束到第n阶段喷射开始的喷射间隔Tmn。在随后的步骤S35中，基于步骤S34中获取的喷射间隔Tmn对步骤S32中选出的模型波形CALm的衰减系数k进行补偿。
图9示出了用于衰减系数k的补偿值c与喷射间隔Tmn之间的关系(补偿数据)。通过试验来获取这一关系，并将这一关系以特性图的形式存储在ECU30的存储器中。参考特性图基于步骤S34中获取的喷射间隔Tmn来确定补偿值c。将公式(1)中的衰减系数k补偿为k×c，以补偿模型波形CALn-1。根据图9中所示的特性图，补偿值c的变化取决于根据喷射间隔Tmn的模型波形CALn-1的压力变化时间段。也就是说，衰减度的变化基于在打开喷射孔11b以执行第n阶段喷射时在喷射孔11b处的模型波形CALn-1的压力大小。
当从检测到的波形W中减去第(n-2)阶段的模型波形CALn-2以提取出由第n阶段喷射引起的压力波形Wn时，参考图9中所示的特性图，基于从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn以及从第(n-2)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn来确定用于第(n-2)的模型波形CALn-2的衰减系数k的校正值c，用以补偿第(n-2)的波形CALn-2。
在随后的步骤S36中，从图3所示的步骤S21中获取的检测波形W中减去在步骤S35中被补偿的模型波形CALm(在图6所示的例子中为CALn-1和CALn-2)。通过这一相减而得到的波形对应于图5的部分(f)所示的或图6的部分(e)所示的由第n阶段喷射引起的压力波形Wn。
上述实施例提供了如下优点。
检测得到的波形W0n-1的脉动振幅A1的减小率的变化取决于从第m(＝(n-1))阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn，基于这个发现，通过将模型波形CALn-1衰减一衰减度来对模型波形CALn-1进行补偿，用以提取出由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn，其中，该衰减度取决于从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔。基于从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn和从第(n-2)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn，对模型波形CALn-2的衰减系数k进行补偿。
这使得可以使模型波形CALn-1更接近图5的部分(d)所示的检测得到的波形W0n-1，该波形W0n-1是通过从多阶段喷射时检测到的波形W中减去第n阶段单独喷射时检测到的波形W0n而获取的，并且相应地，可以从多阶段喷射时检测到的波形W中准确地提取出由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn。相应地，根据该实施例，由于可以准确地检测实际的喷射状态R3、R8、Rβ、R4、R7和Q，所以可以高精确度地控制发动机的输出转矩和排放状态。
衰减度的变化取决于在打开喷射孔11b以执行第n阶段喷射时在喷射孔11b处的模型波形CALn-1的压力大小。相应地，可以根据在打开喷射孔11b以执行第n阶段喷射时到喷射孔11b之外的压力波的压力大小，适当地改变模型波形CALn-1的衰减度。
模型波形CALn-1衰减度的变化取决于根据喷射间隔Tmn的其本身的变化周期。相应地，根据在打开喷射孔11b时传播到喷射孔11b的压力波的压力变化时间段，可以适当地改变模型波形CALn-1的衰减度。
仅在模型波形CALn-1中的部分(该部分是压力波从高压管43到高压通道11a往返一个来回所需的时间结束之后出现的那部分)，对模型波形CALn-1进行补偿。相应地，可以防止对不必进行补偿的那部分模型波形CALn-1进行补偿。顺便提及，可以省去对补偿的这种限制。
其他实施例
当然，可以如下所述那样对上述实施例做出各种修改。
在上面的实施例中，通过将模型波形CALn-1的整个部分衰减一衰减度来对模型波形CALn-1的整个部分进行补偿，该衰减度取决于从第(n-1)阶段喷射到第n阶段喷射的喷射间隔Tmn。但是，也可以仅衰减模型波形CALn-1的特定部分，该特定部分对应于在打开喷射孔11b以执行第n阶段喷射时在喷射孔11b处出现的压力。图10是示出了所经过时间与这一的特定部分之间的关系的时间图。如图10中所示，在第n阶段喷射时发生压力波的部分到喷射孔11b之外可能会严重影响在执行第(n-1)阶段喷射时出现的那部分压力波形(或者由虚线所示的在被补偿之前的那部分模型波形CALn-1)。更特别地，在第(n-1)阶段喷射时检测到的波形W0n-1可能会受到影响，使得其与在第n阶段喷射时到喷射孔11b之外的压力波对应的那部分的振幅减小。根据上述结构，由于模型波形CALn-1中由虚线所示的特定部分Tr1-Tr5被衰减，所以可以使模型波形CALn-1更进一步接近于实际检测到的波形W0n-1，其中，上述特定部分Tr1-Tr5对应于在进行第n阶段喷射而打开喷射孔11b时在喷射孔11b处出现的压力。顺便提及，这样的补偿可以与在上面的实施例中执行的补偿一起来执行。
如图10中所示，与在进行第n阶段喷射而打开喷射孔11b时在喷射孔11b处出现的压力对应的特定部分Tr1到Tr5的边界由于压力波的反复反射而变得模糊，因此，特定部分Tr的范围随时间增大(Tr1<Tr2<Tr3<Tr4<Tr5)。通过随时间增大特定部分Tr的范围，压力波反复反射的影响可以被反映在模型波形CALn-1中。
参考图11，如前面所描述的，本发明人发现，检测到的波形W0n-1的脉动振幅A1的减小率随第n阶段喷射的喷射时间段Tqn的增大而减小。鉴于这一发现，可以执行操作，该操作用于对选出的波形CALn-1和波形CALn-2进行补偿，以成为随着第n阶段喷射的喷射时间Tqn的增加而衰减更多的波形。也就是说，可以根据喷射时间段Tqn来补偿所选出的模型波形CALm的衰减系数k。根据这一结构，由于可以使模型波形CALn-1接近于图11的部分(d)中所示的检测到的波形W0n-1，其中，该波形W0n-1是通过从多阶段喷射时检测到的波形W中减去第n阶段单独喷射时检测到的波形W0n而得到的，所以可以以高准确度从多阶段喷射时检测得到的波形W中提取到由第n阶段喷射(目标喷射)引起的压力波形Wn。因此，由于可以以高准确度检测实际的喷射状态R3、R8、Rβ、R4、R7和Q，所以可以高精确度地控制发动机的输出转矩和排放状态。
在上面的实施例中，由公式(1)表示的模型波形CAL与用于不同喷射模式(例如喷射开始燃料压力和喷射量)的各个参数A、k、ω和θ的不同值存储在一起，使得可以根据作为经过时间t的函数的公式(1)来计算检测压力的规范值p。但是，规范值p本身也可以作为经过时间t的函数被存储在为每种喷射模式提供的图或类似物中，使得这些图可以被用作模型波形。
在上述实施例中，燃料喷射阀10具有以下结构，其中控制阀14是双向式阀，并且在针12打开时燃料总是从背压室11c泄漏出去。但是，控制阀14也可以是三向阀，用以防止燃料甚至在燃料喷射期间从背压室11c泄漏出去。
上面所解释的优选实施例是通过所附的权利要求来唯一地描述的本申请的发明的示例。应该理解的是，可以如本领域技术人员所作那样对优选实施例做出各种修改。

Claims (9)

1.一种用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备，所述燃料喷射***包括喷射阀和燃料压力传感器，所述喷射阀用于将燃料从所述喷射阀的喷射孔喷射到内燃机中，所述燃料压力传感器用于检测通向所述喷射孔的燃料供应通道中的燃料压力的时间变化来作为压力波形，所述燃料压力的时间变化是由于所述燃料从所述喷射孔的喷射而引起的，所述燃料压力波形获取设备包括：
压力波形获取装置，其用于获取由所述燃料压力传感器检测到的第一压力波形，作为在执行多阶段燃料喷射时出现的多阶段喷射压力波形，在所述多阶段燃料喷射中，在所述内燃机的每个燃烧周期期间多次喷射所述燃料；
模型波形存储装置，其用于存储模型波形，所述模型波形是第二压力波形的规范，所述第二压力波形被假定为在执行比起目标喷射处于较早阶段的较早喷射而未执行所述目标喷射时出现，所述目标喷射是所述多阶段喷射中的第二阶段喷射或较晚阶段喷射；
波形提取装置，其用于从所述多阶段喷射压力波形中减去所述模型波形以提取由所述目标喷射引起的第三压力波形；以及
补偿装置，其用于通过将所述模型波形衰减一衰减度来补偿用来执行所述减去的所述模型波形，所述衰减度取决于从所述较早喷射到所述目标喷射的喷射间隔，
其中，所述补偿装置被构造成对所述模型波形的特定部分进行衰减，所述特定部分对应于在所述喷射孔被打开以执行所述目标喷射时在所述喷射孔处出现的压力。
2.根据权利要求1所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造为根据所述喷射孔被打开以执行所述目标喷射时在所述喷射孔处的所述模型波形的压力大小来改变所述衰减度。
3.根据权利要求1或2所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造为根据取决于所述喷射间隔的所述模型波形的压力变化时间段来改变所述衰减度。
4.根据权利要求1或2所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造成随着时间的流逝而增大所述模型波形的所述特定部分的范围。
5.根据权利要求1或2所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造成通过随着所述喷射时间段变得越长而越多地衰减所述模型波形来补偿用于所述减去的所述模型波形。
6.一种用于燃料喷射***的燃料压力波形获取设备，所述燃料喷射***包括喷射阀和燃料压力传感器，所述喷射阀用于将燃料从所述喷射阀的喷射孔喷射到内燃机中，所述燃料压力传感器用于检测通向所述喷射孔的燃料供应通道中的燃料压力的时间变化来作为压力波形，所述燃料压力的时间变化是由于所述燃料从所述喷射孔的喷射而引起的，所述燃料压力波形获取设备包括：
压力波形获取装置，其用于获取由所述燃料压力传感器检测到的第一压力波形，作为在执行多阶段燃料喷射时出现的多阶段喷射压力波形，在所述多阶段燃料喷射中，在所述内燃机的每个燃烧周期期间多次喷射所述燃料；
模型波形存储装置，其用于存储模型波形，所述模型波形是第二压力波形的规范，所述第二压力波形被假定为在执行比起目标喷射处于较早阶段的较早喷射而未执行所述目标喷射时出现，所述目标喷射是所述多阶段喷射中的第二阶段喷射或较晚阶段喷射；
波形提取装置，其用于从所述多阶段喷射压力波形中减去所述模型波形以提取由所述目标喷射引起的第三压力波形；以及
补偿装置，其用于通过将所述模型波形衰减一衰减度来补偿用来执行所述减去的所述模型波形，所述衰减度取决于从所述较早喷射到所述目标喷射的喷射间隔，
其中，所述补偿装置被构造成仅针对所述模型波形的一部分来改变所述衰减度，所述模型波形的所述一部分被假定为从执行所述目标喷射时开始、压力波在所述燃料供应通道内被反射的情况下完成一次往返所需要的时间过去之后出现。
7.根据权利要求6所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造为根据所述喷射孔被打开以执行所述目标喷射时在所述喷射孔处的所述模型波形的压力大小来改变所述衰减度。
8.根据权利要求6或7所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造为根据取决于所述喷射间隔的所述模型波形的压力变化时间段来改变所述衰减度。
9.根据权利要求6或7所述的燃料压力波形获取设备，其中，所述补偿装置被构造成通过随着所述喷射时间段变得越长而越多地衰减所述模型波形来补偿用于所述减去的所述模型波形。
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