CN105358817B - 用于利用燃料系统压力预测计算燃料喷射器工作时间的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供计算燃料喷射器的实际工作时间的系统与方法。所述系统可以包括位于控制系统中的一个或者多个模块。所述控制系统利用可在燃料喷射信号传递至所述燃料喷射器之前得到的信息建模并预测向所述燃料喷射器提供高压燃料的燃料系统中的压力分布，并且与添加燃料指令一起利用该信息计算所述燃料喷射器的实际工作时间。

Description

用于利用燃料系统压力预测计算燃料喷射器工作时间的系统 与方法

相关申请的交叉援引

本申请要求2013年7月递交的名称为“SYSTEM AND METHOD FOR FUEL INJECTORON-TIME CALCULATION USING FUEL SYSTEM PRESSURE PREDICTION(用于利用燃料系统压力预测计算燃料喷射器工作时间的系统与方法)”、美国临时专利申请序列号为61/864,384的优先权，特地通过援引将该申请的全部公开内容结合于此。

技术领域

本公开涉及内燃机用的燃料喷射器以及用于利用燃料系统压力预测计算实际喷射时间(称之为工作时间)的系统与方法。

背景技术

燃料喷射器喷射到燃烧室中的燃料的量是燃料系统供应或者轨压、气缸压力或者燃烧室压力以及燃料喷射器保持开放的间隔(被称作工作时间)的函数。确定给定了期望燃料量以及燃料系统压力的燃料喷射器工作时间的传统途径是利用具有作为自变量或参数的燃料系统、燃料轨或者共轨的压力和期望的燃料量以及作为因变量的燃料喷射器工作时间的预定二维查找表。

传统途径面临的挑战在于：燃料系统中的压力分布会相对于查找表标定或参照变化，从而改变递送的燃料的实际体积、实际的总量或者数量。可能改变压力分布的因素包括燃料系统、燃料轨或者共轨中的压力波、发动机速度、设计为输入而非燃料系统压力和期望的燃料量的函数的起始喷射(SOI)以及燃料系统压力设定值变化。

发明内容

在本公开的一个实施方式中，一种发动机用的燃料组件包括燃料贮存器以及与所述燃料贮存器流体联接的至少一个燃料喷射器。所述燃料喷射器构造成在允许燃料从所述燃料喷射器流出的开放位置与禁止燃料从所述喷射器流出的关闭位置之间移动。所述燃料组件进一步包括控制系统，该控制系统包括操作地联接至所述燃料喷射器的控制器。所述控制器构造成接收所述燃料组件的至少一个参数。在所述发动机的操作过程中，所述控制器构造成响应于所述参数调节所述燃料喷射器保持在所述开放位置中的时间量。

根据本公开的另一实施方式，一种发动机的燃料组件包括：至少一个燃料喷射器；以及用于所述燃料组件的控制系统。所述控制系统包括：控制器，该控制器构造成接收所述燃料组件的至少一个参数；用于确定燃料从所述燃料喷射器流动的时间的装置；用于预测所述发动机的操作过程中所述燃料组件的压力分布的装置；以及用于在所述发动机的操作过程中响应于为所述燃料组件预测的所述燃料分布来调节燃料从所述燃料喷射器流动的时间。

在本公开的另一示例性实施方式中，一种操作发动机的燃料组件的方法包括：提供至少一个燃料喷射器，该燃料喷射器在所述发动机的操作过程中接收所述燃料组件的参数；以及在所述发动机的操作过程中，基于所述燃料组件的所述参数预测所述燃料组件的压力分布。所述方法还包括：在所述发动机的操作过程中计算燃料从所述燃料喷射器流动的时间量；以及在所述发动机的操作过程中向所述燃料喷射器传递对应来于燃料从所述燃料喷射器流动的所述时间量的信号。

结合附图查看根据以下示例性实施方式的详细描述，本公开的实施方式的优势及特征会更加显而易见。

附图说明

图1是结合本公开的第一示例性实施方式的内燃机的示意图。

图2是图1的发动机的一部分的示意图。

具体实施方式

参照图1，根据本公开的第一示例性实施方式的内燃机的一部分被示成简化的示意图，并由10总体示出。发动机10包括控制系统，该控制系统产生燃料喷射信号，该燃料喷射信号传递至电驱动器，在该电驱动器处燃料喷射信号被放大。燃料喷射信号然后传递至燃料喷射器，该燃料喷射器打开喷嘴或针阀元件以允许燃料流经燃料喷射器到达燃烧室中。为了计算燃料喷射器的实际工作时间，控制系统利用可在燃料喷射信号传递至燃料喷射器之前得到的信息建模并预测向燃料喷射器提供高压燃料的燃料系统中的压力分布。控制系统利用压力模型及添加燃料指令计算燃料喷射器工作时间。可用于对燃料系统中的压力建模的信息可以包括泵送指令、燃料系统设定值或目标燃料系统压力、来自燃料系统的压力测量信号、共燃料轨或贮存器的尺寸以及燃料特性。

发动机10包括：发动机本体12，该发动机本体包括发动机组14和附接至发动机组14的气缸盖16；燃料系统18以及控制系统20。控制系统20接收来自位于发动机10上的传感器的信号，并将控制信号传递至位于发动机10上的装置以控制这些装置的功能。发动机本体12包括曲柄轴22、多个活塞24以及多个连杆26。活塞24定位成在多个发动机气缸28中往复运动，一个活塞24定位在一个发动机气缸28中。一个连杆26将一个活塞24连接至曲柄轴22。如将看到的，活塞24在发动机10中的燃烧过程的作用下的运动使连杆26移动曲柄轴22。

多个燃料喷射器30位于气缸盖16内。每个燃料喷射器30都流体连接至燃烧室32，每个该燃烧室都由一个活塞24、气缸盖16以及发动机气缸28的在相应的活塞24与气缸盖16之间延伸的部分形成。

燃料系统18向喷射器30提供燃料，然后这些燃料借助燃料喷射器30的动作喷射到燃烧室32中，从而形成一个或多个喷射事件。燃料系统18包括燃料回路34、容纳燃料的燃料箱36、在燃料箱36下游沿燃料回路34定位的高压燃料泵38以及在高压燃料泵38下游沿燃料回路34定位的燃料贮存器或轨40。尽管燃料贮存器或轨40被示成单个单元或元件，但是贮存器40可以分布在传递或接收高压燃料的多个元件上，例如燃料喷射器30、高压燃料泵38以及将高压燃料连接至多个元件的任何线路、通道、管、软管等。喷射器30接收来自燃料贮存器40的燃料。燃料系统18还可以包括在高压燃料泵38上游沿燃料回路34定位的入口计量阀44，并且包括在高压燃料泵38下游沿燃料回路34定位的一个或多个出口止回阀46以允许从高压燃料泵38到燃料贮存器40的单向燃料流。尽管未示出，但是可以沿燃料回路34定位有其他元件。例如，可在入口计量阀44下游且在高压燃料泵38上游定位入口止回阀，或者可将入口止回阀结合到高压燃料泵38中。入口计量阀44具有变更或切断到高压燃料泵38的燃料流的能力，到燃料贮存器40的燃料流因而被切断。燃料回路34使燃料贮存器40连接至燃料喷射器30，于是向燃烧室32提供受控的燃料量。燃料系统18还可以包括在燃料箱36与高压燃料泵38之间沿燃料回路34定位的低压燃料泵48。在燃料流到高压燃料泵38中之前，低压燃料泵48使燃料压力增大至第一压力水平。

控制系统20可以包括控制器或者控制模块50以及线束52。本公开的一些方面按照计算机系统或其他能执行程序化命令的硬件(例如，通用计算机、专用计算机、工作站或者其他可编程的数据处理设备)的元件要执行的动作顺序描述。要认识到，在每个实施方式中，可以由专用电路(例如相互连接以执行专门功能的离散逻辑门)、由一个或多个处理器(例如一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)以及或者专用集成电路)或者由二者的组合执行各种动作。例如，可以在硬件、软件、固件、中间件、微码或者这些的任一组合中实施这些实施方式。命令可以是执行必要任务的程序代码或者代码段，并且可以存储在诸如存储介质或者其他存储器之类的机器可读介质中。代码段可以代表进程、功能、子程序、程序、例行程序、子例程、模块、软件包、类或者命令、数据结构或程序语句的任一组合。代码段可以通过传递以及/或者接收信息、数据、变元、参数或者存储内容联接至另一代码段或者硬件电路。

此外，永久机器可读介质可以被看作是在诸如固态存储器、磁盘以及容纳适当计算机命令集(例如程序模块以及能使处理器执行本文中描述的技术的数据结构)的光盘之类的任一有形形式的计算机可读载体中的体现。计算机可读介质可以包括如下形式：具有一个或多个线材的电连接；磁盘存储器、磁带盒、磁带或者其他磁性存储装置、便携式计算机软盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(例如，EPROM、EEPROM或者闪速存储器)或者能够存储信息的任一其他有形介质。

应注意，本公开的系统在本文中被示出并描述成具有执行特定功能的多种模块与单元。应理解，仅基于这些模块与单元的用于明确目的的功能示意性示出这些模块与单元，因而这些模块与单元不必定代表专用硬件或软件。就此而言，这些模块、单元以及其他部件可以是实施成实际执行本文中说明的其特定功能的硬件以及/或者软件。不同部件的各种功能可以被以任一方式组合或分离成硬件以及/或者软件模块，并且这些部件的分离或组合会是有用的。包括而不限于键盘、显示器、定点设备等的输入/输出装置或者I/O装置或者用户界面能直接或者通过中介I/O控制器联接至系统。因此，本公开的多个方面可以以多种不同形式实施，并且所有这些形式理应在本公开的范围内。

控制系统20还可以包括贮存器压力传感器54以及曲柄角传感器。尽管传感器54被描述成压力传感器，但是传感器54可以是能标定成提供表示燃料压力的压力信号的其他装置，例如，测力传感器、应变计或者其他装置。曲柄角传感器可以是齿轮传感器56、旋转霍尔传感器58或者能测量曲柄轴22的旋转角度的其他类型的装置。控制系统20利用接收的来自从贮存器压力传感器54和曲柄角传感器的信号确定燃烧室接收燃料，然后将所确定的燃烧室接收燃料用于分析从贮存器压力传感器54接收的信号。

控制模块50可以是电子控制单元或者电子控制模块(ECM)，这些电子控制单元或者电子控制模块(ECM)能监测发动机10或者可以定位有发动机10的相关车辆的状况。控制模块50可以是单个处理器、分布式处理器、处理器的电子等效体或者前述元件的任一组合以及软件、电子存储器、固定的查找表等。控制模块50可以包括数字电路或者模拟电路。控制模块50可以借助线束52连接至发动机10的某些部件，但是也可以通过包括无线系统的其他手段实现这样的连接。例如，控制模块50可以连接至入口计量阀44以及燃料喷射器30，并且向入口计量阀44和燃料喷射器30提供控制信号。

当发动机10运转时，燃烧室32中的燃烧引起活塞24移动。活塞24的移动使驱动连接至曲柄轴22的连杆26移动，连杆26的移动引起曲柄轴22旋转移动。为了有助于发动机10中的燃烧事件的正时以及其他目的，发动机10测量曲柄轴22的旋转角度。可以在包括主曲轴皮带轮(未示出)、发动机飞轮(未示出)、发动机凸轮轴(未示出)或者凸轮轴本身上的多个位置测量曲柄轴22的旋转角度。可以用齿轮传感器56、旋转霍尔传感器58并且借助其他技术测量曲柄轴22的旋转角度。代表曲柄轴22的旋转角度(也称作曲柄角度)的信号从齿轮传感器56、旋转霍尔传感器58或者其他装置传递至控制系统20。

曲柄轴22驱动高压燃料泵38以及低压燃料泵48。低压燃料泵48的动作推动来自燃料箱36的燃料，并且使燃料沿燃料回路34朝入口计量阀44移动。燃料从入口计量阀44沿燃料回路34经过入口止回阀(未示出)向下游流至高压燃料泵38。高压燃料泵38使燃料沿燃料回路34经过出口止回阀46朝燃料贮存器或轨40向下游移动。入口计量阀44接收来自控制系统20的信号，并且可操作成阻止燃料流至高压燃料泵38。入口计量阀44可以是比例阀，或者可以是能在开放位置与关闭位置之间快速调制以调节流经该阀的燃料量的开关阀。

燃料压力传感器54与燃料贮存器40连接，从而能够检测或者测量燃料贮存器40中的燃料压力。燃料压力传感器54将指示燃料贮存器40中的燃料压力的信号发送至控制器50。燃料贮存器40连接至各个燃料喷射器30。控制系统20将控制信号提供至燃料喷射器30，这些控制信号为每个燃料喷射器30确定诸如燃料喷射器30运行时长(工作时间)以及每一个燃烧或者喷射事件周期的添加燃料脉冲的数量之类的操作参数，这确定每个燃料喷射器30递送的燃料量。

转至图2，示出发动机10的一部分。控制系统20包括燃料喷射器脉冲产生模块60。脉冲产生模块60接收各种输入，并利用那些输入生成传递至驱动器62的燃料喷射器脉冲或者信号，驱动器62是发动机10的一部分，燃料喷射器脉冲在驱动器62中被放大以能够驱动燃料喷射器30的致动器。这样的放大可以是电压、电流或者两方面的放大。然后，放大的燃料喷射器脉冲提供至燃料喷射器30以命令燃料喷射器30开放，从而将燃料提供至燃烧室32。

燃料喷射器脉冲产生模块60包括喷射器工作时间模块64，该喷射器工作时间模块利用各种输入生成燃料喷射事件的脉冲宽度或者工作时间，脉冲宽度或者工作时间被定义成这样的周期或者间隔，该周期或者间隔从喷嘴或针阀元件(未示出)从一个或多喷射器孔(未示出)移开以允许燃料从燃料喷射器流到燃烧室32中的时刻延伸到喷嘴或针阀元件移动成关闭通过喷射器孔的燃料流的时刻。燃料喷射器脉冲产生模块60接收执行时钟信号66，该执行时钟信号用于为燃料喷射器脉冲产生模块60中的事件确定正时。燃料喷射器脉冲产生模块60还接收：燃料泵指令信号F_Cmd；燃料系统压力信号P，该燃料系统压力信号可以由贮存器压力传感器54提供；压力设定值信号P_Sp，该压力设定值信号代表燃料轨或贮存器40中的目标压力；以及开始喷射指令SOI_Cmd，该开始喷射指令发起燃料喷射事件或者说喷嘴或针阀元件打开的时刻，该时刻还可以被描述成燃料喷射器30开始打开的时刻。这些信号中的每一者都可以由控制系统20中的其他模块提供，但是燃料系统压力信号可以直接由贮存器压力传感器54提供。尽管贮存器压力传感器54被示成位于燃料贮存器或者轨40上，但是可以从可位于燃料回路34中任一高压点处以及高压燃料泵38与燃料喷射器30之间的任一位置处的压力传感器接收燃料系统压力信号，前述燃料回路包括高压燃料泵38的高压侧至燃料喷射器30中的高压位置。

信号F_Cmd、P、P_Sp以及SOI_Cmd中的每一者由喷射器工作时间模块64接收。这些信号被喷射器工作时间模块64用于计算或者确定燃料喷射器工作时间。喷射器工作时间模块64包括压力预测模型模块68、喷射器模型模块70、求和模块72、积分模块74以及比较模块76。积分模块74利用F_Cmd限定初始燃料喷射器工作时间T_On，并且初始燃料喷射器工作时间T_On被作为输入与信号F_Cmd、P、P_Sp以及SOI_Cmd一起被提供至压力预测模型模块68，以根据位于模块68内的压力预测模型确定估计的压力矢量P_e。估计的压力矢量P_e与相关联的时间矢量t_e一起被输入到喷射器模型模块70中，其利用预计的由处于P_e下t_e(i)至t_e(i-1)秒的燃料喷射器喷射的△燃料量dF产生一矢量，其中i＝1至t_e的长度。△燃料量dF可以表达成方程式(1)的形式。

dF＝f(P_e，t_e) 方程式(1)

将△燃料量dF提供至求和模块72。

求和模块72将输入矢量或者△燃料量dF加到表示T_On的间隔上以计算燃料的估计量F_Est，将会考虑T_On递送燃料的估计量F_Est。燃料的估计量F_Est被提供至比较模块76，在比较模块76中，执行方程式(2)与方程式(3)，其中tol是限定F_Est与F_Cmd之间的可接受偏差的预定容差水平，从而确定T_On的计算值是否是可接受的。

F_Est-F_Cmd>tol 方程式(2)

F_Est-F_Cmd<-tol 方程式(3)

将方程式(2)与方程式(3)中执行的比较的结果发送至积分模块74。在积分模块74中，如果满足方程式(2)的条件，那么就减小T_On。如果满足方程式(3)的条件，那么就增加T_On。如果T_On的值变更，那么再次执行压力预测模型模块68、喷射器模型模块70、求和模块72以及比较模块76中执行的过程，直到不再满足方程式(2)与方程式(3)的条件。如果T_On不满足方程式(2)与方程式(3)的条件，那么T_On的值被认为是已经收敛于稳定值。

一旦T_On的值收敛于稳定值，T_On与SOI_Cmd就被TTL脉冲产生模块78接收，TTL脉冲产生模块78是燃料喷射器脉冲产生模块60的一部分。TTL脉冲产生模块78产生会传递至燃料喷射器30以控制燃料喷射事件的信号。然后，燃料喷射器脉冲被传递至驱动器62。驱动器62将燃料喷射器脉冲放大，然后此被放大的燃料喷射器脉冲被传递至燃料喷射器30。

尽管示出并且描述了本公开的多种实施方式，但是要理解这些实施方式不限于此。本领域的普通技术人员可以变更、变型以及进一步应用这些实施方式。因此，这些实施方式不限于在先所示以及所描述的细节，而且还包括所有这些变更以及变型。

Claims (15)

1.一种用于发动机的燃料组件，该燃料组件包括：

燃料贮存器；

流体联接至所述燃料贮存器的至少一个燃料喷射器，所述燃料喷射器被构造成在允许燃料从所述燃料喷射器流出的开放位置与禁止燃料从所述燃料喷射器流出的关闭位置之间移动，在所述开放位置与所述关闭位置之间的每个运动均限定燃料喷射周期，并且所述燃料喷射器被构造成用于多个燃料喷射周期；以及

控制系统，该控制系统具有操作地联接至所述燃料喷射器的控制器，所述控制器被构造成接收所述燃料组件的至少一个参数，其中在每一个所述燃料喷射周期之前，所述控制系统被构造成基于所述至少一个参数如下预测所述燃料组件的压力分布：确定所述燃料组件的估计压力、基于该估计压力计算多个燃料量、根据所述多个燃料量计算估计燃料量并将所述估计燃料量与预定容差量进行比较，并且响应于所述压力分布来调节所述燃料喷射器在每个所述燃料喷射周期过程中保持在所述开放位置中的时间量。

2.根据权利要求1所述的燃料组件，该燃料组件还包括燃料泵、操作地联接至所述燃料泵的燃料泵传感器以及操作地联接至所述燃料贮存器的燃料贮存器传感器，并且所述控制系统被构造成接收来自所述燃料泵传感器和所述燃料贮存器传感器的信号，以预测所述燃料组件的所述压力分布。

3.根据权利要求1所述的燃料组件，其中，所述至少一个参数包括燃料泵信号、燃料组件压力信号、压力设定值信号以及开始喷射信号中的至少一者。

4.根据权利要求1所述的燃料组件，其中，所述控制系统进一步包括：

被构造成确定所述燃料组件的所述估计压力的模块；以及

被构造成计算用于所述燃料组件的所述多个燃料量的模块。

5.根据权利要求4所述的燃料组件，其中，所述控制系统包括被构造成根据所述多个燃料量计算所述估计燃料量并将所述估计燃料量与预定的燃料量进行比较的模块。

6.根据权利要求1所述的燃料组件，其中，所述控制系统包括被构造成向所述燃料喷射器发送信号并调节所述燃料喷射器保持在所述开放位置中的时间量的模块。

7.一种发动机的燃料组件，该燃料组件包括：

至少一个燃料喷射器；以及

用于所述燃料组件的控制系统，该控制系统包括：

控制器，该控制器被构造成接收所述燃料组件的至少一个参数；

第一模块，该第一模块用于确定燃料从所述燃料喷射器流动的时间；

第二模块，该第二模块用于预测喷射燃料过程中所述燃料组件的压力分布，该第二模块被构造成确定所述燃料组件的估计压力、基于该估计压力计算多个燃料量、根据所述多个燃料量计算估计燃料量并将所述估计燃料量与预定容差量进行比较；以及

第三模块，该第三模块用于在所述发动机的操作过程中响应于为所述燃料组件预测的所述压力分布而调节燃料从所述燃料喷射器流动的时间。

8.根据权利要求7所述的燃料组件，该燃料组件进一步包括操作地联接至所述燃料喷射器的燃料泵以及操作地联接至所述燃料泵的燃料泵传感器，其中所述第一模块被构造成接收来自所述燃料泵传感器的信号。

9.根据权利要求7所述的燃料组件，其中，所述燃料喷射器构造成在允许燃料从所述燃料喷射器流出的开放位置与禁止燃料从所述喷射器流出的关闭位置之间移动，并且所述控制系统包括第四模块，该第四模块被构造成接收燃料从所述燃料喷射器流动的调整后的时间，并且在调整后的起始时刻使所述燃料喷射器移动至所述开放位置。

10.一种操作发动机的燃料组件中的燃料喷射器的方法，该方法包括：

在燃料喷射过程中，接收所述燃料组件的参数；

在燃料喷射过程中，借助以下步骤基于所述燃料组件的所述参数预测所述燃料组件的压力分布：确定所述燃料组件的估计压力、基于该估计压力计算多个燃料量、根据所述多个燃料量计算估计燃料量、以及将所述估计燃料量与预定容差量进行比较；

响应于预测的所述压力分布计算燃料从所述燃料喷射器流动的时间量；以及

使所述燃料喷射器运行所述时间量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，预测所述燃料组件的压力分布的步骤发生在接收所述燃料组件的参数的步骤之后。

12.根据权利要求10所述的方法，该方法进一步包括基于所述燃料组件的所述参数调节燃料从所述燃料喷射器流动的所述时间量。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，接收所述燃料组件的参数的步骤包括接收燃料泵信号、燃料组件压力信号、压力设定值信号以及开始喷射信号中的至少一者。

14.根据权利要求10所述的方法，该方法进一步包括：

相对于所述预定容差量分析所述估计燃料量；

当所述估计燃料量在所述预定容差量以外时确定所述燃料组件的第二估计压力；

基于所述第二估计压力计算多个第二燃料量；

根据所述多个第二燃料量计算第二估计燃料量；

将所述第二估计燃料量与所述预定容差量进行比较；以及

当所述第二估计燃料量与所述预定容差量相对应时向所述燃料喷射器发送用于燃料流动的信号。

15.根据权利要求10所述的方法，该方法进一步包括：

启动所述燃料喷射器的第一燃料喷射周期；

在所述第一燃料喷射周期后调整燃料从所述燃料喷射器流动的时间量；以及

在调整燃料从所述燃料喷射器流动的时间量后启动所述燃料喷射器的第二燃料喷射周期。