CN101907029A - 用于调节小燃料喷射量的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于调节小燃料喷射量的方法和系统。一种用于控制发动机的方法和系统包括正常独立气缸燃料校正值确定模块，其确定用于正常脉冲模式的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值。系统还包括分离脉冲启动模块，分离脉冲启动模块以分离脉冲模式操作燃料喷射器，分离脉冲模式具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲。系统还包括分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块，分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块确定在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值。系统还包括弹道脉冲调节模块，弹道脉冲调节模块响应于正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。

Description

用于调节小燃料喷射量的方法和系统
技术领域
本发明涉及发动机控制系统，且更具体地涉及对适合于喷射相对小的量的燃料喷射器的喷射量进行调节。
背景技术
在此提供的背景说明是为了总体上介绍本发明背景的目的。当前所署名发明人的工作(在背景技术部分描述的程度上)和本描述中否则不足以作为申请时的现有技术的各方面，既不明显地也非隐含地被承认为与本发明相抵触的现有技术。
随着燃料经济性和排放要求变得更加严格，开发了新的燃烧技术。例如，发动机被开发成不仅以火花点火模式而且以均质充气压缩点火(HCCI)模式运行。HCCI模式包括将燃料和氧化剂混合物压缩至自动点火点。可基于发动机速度和负载来选择所述模式中的一种。另一种先进技术是使用稀分层操作。这些技术均需要在小于5毫克喷射燃料的弹道范围内的相对少的燃料喷射量。喷射器弹道范围(ballistic range)定义为喷枪(pintal)不接触开启止动件的喷射量的范围。常规燃料喷射系统在用于计量小的量时具有大的喷射燃料量的变化。
发明内容
根据本发明的系统使用正常或线性脉冲和小的或弹道脉冲两者来操作燃料喷射器。然后，独立燃料控制用于更新独立喷射器小脉冲标定值，以允许小脉冲与较新燃烧技术一起使用。
在本发明的一方面，一种方法包括：确定在正常脉冲模式下的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值；之后，以分离脉冲模式操作燃料喷射器，所述分离脉冲模式具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲；存储在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值；以及响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
在本发明的另一方面，一种用于控制发动机的系统包括正常独立气缸燃料校正值确定模块，所述正常独立气缸燃料校正值确定模块确定用于正常脉冲模式的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值。所述系统还包括分离脉冲启动模块，所述分离脉冲启动模块以分离脉冲模式操作燃料喷射器，所述分离脉冲模式具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲。所述系统还包括分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块，所述分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块确定在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值。所述系统还包括弹道脉冲调节模块，所述弹道脉冲调节模块响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
方案1.一种控制发动机的燃料喷射器的方法，包括：
确定在正常脉冲模式下的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值；
之后，以具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲的分离脉冲模式操作燃料喷射器；
存储在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值；以及
响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
方案2.根据方案1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的差来调节弹道脉冲标定值。
方案3.根据方案1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的加权差来调节弹道脉冲标定值。
方案4.根据方案1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于通过正常脉冲和分离脉冲的比率加权的所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的差来调节弹道脉冲标定值。
方案5.根据方案1所述的方法，其中，在确定正常脉冲模式独立气缸燃料校正值之前，确定进入条件。
方案6.根据方案5所述的方法，其中，确定进入条件包括确定负载条件。
方案7.根据方案5所述的方法，其中，确定进入条件包括确定火花点火模式。
方案8.根据方案1所述的方法，还包括响应于调节后的弹道脉冲标定值而操作发动机。
方案9.根据方案1所述的方法，还包括响应于调节后的弹道脉冲标定值而以均质充气压缩点火模式操作发动机。
方案10.根据方案1所述的方法，还包括响应于调节后的弹道脉冲标定值而以分层稀模式操作发动机。
方案11.根据方案1所述的方法，其中，以具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲的分离脉冲模式操作燃料喷射器包括以具有小于约8毫克燃料的线性脉冲和小于约3毫克燃料的弹道脉冲的分离脉冲模式操作燃料喷射器。
方案12.一种用于控制发动机的系统，包括：
正常独立气缸燃料校正值确定模块，所述正常独立气缸燃料校正值确定模块确定在正常脉冲模式下的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值；
分离脉冲启动模块，所述分离脉冲启动模块以分离脉冲模式操作燃料喷射器，所述分离脉冲模式具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲；
分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块，所述分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块确定在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值；和
弹道脉冲调节模块，所述弹道脉冲调节模块响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
方案13.根据方案12所述的系统，还包括减法模块，所述减法模块产生所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的差，其中，所述弹道脉冲调节模块响应于所述差来调节弹道脉冲标定值。
方案14.根据方案13所述的系统，还包括比率模块，所述比率模块确定正常脉冲和分离脉冲的比率，其中，所述弹道脉冲调节模块响应于所述差和所述比率来调节弹道脉冲标定值。
方案15.根据方案12所述的系统，还包括条件监测模块，所述条件监测模块确定进入条件。
方案16.根据方案15所述的系统，其中，进入条件包括负载条件。
方案17.根据方案15所述的系统，其中，进入条件包括每缸燃料条件。
方案18.根据方案15所述的系统，其中，进入条件包括火花点火模式。
方案19.根据方案15所述的系统，其中，发动机控制模块响应于调节后的弹道脉冲标定值而以均质充气压缩点火模式操作发动机。
方案20.根据方案15所述的系统，其中，发动机控制模块响应于调节后的弹道脉冲标定值而以分层稀模式操作发动机。
进一步的应用领域从下文提供的详细说明显而易见。应当理解的是，详细说明和具体示例仅意在用于说明的目的且并不意在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图将更充分地理解本发明，在附图中：
图1是根据本发明的发动机控制系统的功能框图；
图2是图1的发动机控制模块的示意性框图；
图3是用于操作本发明的方法的流程图；和
图4是喷射质量对比喷射器脉冲持续时间的曲线图。
具体实施方式
以下说明本质上仅为示例性的且绝不意图限制本发明、它的应用、或使用。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识类似的元件。如在此所使用的，短语A、B和C的至少一个应当理解为意味着使用非排他逻辑“或”的一种逻辑(A或B或C)。应当理解的是，方法内的步骤可以以不同顺序执行而不改变本发明的原理。
如在此所使用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或更多软件或固件程序的处理器(共享的、专用的、或组)和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适的部件。
根据本发明的发动机控制系统能以SI模式、HCCI模式或稀分层模式操作汽油发动机。HCCI模式降低燃料消耗，但是仅仅在有限范围的发动机扭矩和速度内可用。仅作为示例，发动机控制系统在低-中等负载以及低-中等发动机速度下能以HCCI模式操作发动机。在其它负载和发动机速度下，发动机控制系统能以SI模式操作发动机。HCCI操作区域可通过标定表中的操作映射图来限定。
发动机可以是直喷式汽油发动机，且在过渡期间能以分层操作模式选择性地操作。为了以分层操作模式操作，燃料喷射器将燃料喷射到气缸的区域中，通常是在主气缸的顶部或周边的小“子气缸”。该方法在该区域中提供浓的装料，其容易点火且快速而平稳地燃烧。燃烧过程前进到非常稀的区域(通常仅仅有空气)，其中，火焰前锋快速冷却且具有很少的机会形成氮氧化物(NOX)。稀装料中的附加氧气还与一氧化碳(CO)结合以形成二氧化碳(CO2)。
现在参考图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102基于驾驶员输入模块104燃烧空气/燃料混合物以产生用于车辆的驱动扭矩。发动机可以是直接点火发动机。空气通过节气门阀112被抽吸到进气歧管110中。发动机控制模块(ECM)114命令节气门致动器模块116以调节节气门阀112的开度来控制被抽吸到进气歧管110中的空气量。
来自于进气歧管110的空气被抽吸到发动机102的气缸中。虽然发动机102可包括多个气缸，但是为了图示目的，示出了单个代表性气缸118。仅作为示例，发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。
来自于进气歧管110的空气通过进气阀122抽吸到发气缸118中。ECM 114控制由燃料喷射系统124喷射的燃料量。燃料喷射系统124可将燃料在中间位置喷射到进气歧管110中或者可以将燃料在多个位置(例如，每个气缸的进气阀附近)喷射到进气歧管110中。替代地，燃料喷射系统124可将燃料直接喷射到气缸中。燃料喷射系统124可包括燃料喷射器125。燃料喷射器使用脉冲来操作。典型燃料喷射器以正常模式使用来自于发动机控制模块114的脉冲操作，所述脉冲开启燃料喷射器以喷射与脉冲时间直接相关的燃料量。在本发明中，来自于发动机控制模块114的脉冲被分成与小脉冲相对应的弹道区域和大于弹道区域的线性区域。与线性区域中的脉冲相关联的燃料量和时间均大于与弹道脉冲相对应的燃料喷射器开度相关联的燃料量和时间。例如，弹道脉冲可喷射大约1-大约3毫克的燃料。线性脉冲可包括大于大约6mg的量。因而，正常脉冲可比小脉冲大几倍。
如图所示，提供一个燃料喷射器125。然而，本领域技术人员将认识到，可提供与发动机中的气缸数相对应的多个燃料喷射器。如上所述，线性区域通常非常精确，因而具有低的标准偏差。弹道区域通常具有高的标准偏差。如下文所述，使用本发明提供的教导显著地减少与弹道区域相关的误差。通过控制小或弹道脉冲区域，在各种燃烧技术中可防止不点火。
喷射的燃料在气缸118中与空气混合且形成空气/燃料混合物。气缸118内的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。基于来自于ECM 114的信号，火花致动器模块126激励气缸118中的火花塞128，火花塞128点火空气/燃料混合物。火花定时可相对于活塞处于其最上位置(称为上止点(TDC))时的时间描述。
空气/燃料混合物的燃烧驱动活塞向下，从而驱动旋转曲轴(未示出)。活塞然后开始再次向上运动且通过排气阀130驱出燃烧副产物。燃烧副产物经由排气系统134从车辆排出。
进气阀122可通过进气凸轮轴140控制，而排气阀130可通过排气凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每个气缸的多个进气阀和/或可控制多组气缸的进气阀。类似地，多个排气凸轮轴可控制每个气缸的多个排气阀和/或可控制多组气缸的排气阀。
进气阀122开启的时间可通过进气凸轮移相器148相对于活塞TDC改变。排气阀130开启的时间可通过排气凸轮移相器150相对于活塞TDC改变。移相器致动器模块158基于来自于ECM 114的信号来控制进气凸轮移相器148和排气凸轮移相器150。升程致动器模块120液压地或者使用其它方法来调节阀升程量。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，EGR阀170将排气选择性地改向回到进气歧管110。发动机系统100可使用RPM传感器180测量曲轴速度(单位：转每分(RPM))。发动机冷却剂温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器182测量。ECT传感器182可位于发动机102内或者循环冷却剂的其它位置处，例如散热器(未示出)。
进气歧管110内的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器184测量。在各种实施方式中，可测量发动机真空度，其中发动机真空度是环境空气压力和进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110的空气质量可使用空气质量流量(MAF)传感器186测量。
ECM 114可基于由MAF传感器186产生的MAF信号来计算测量每缸空气量(APC)。ECM 114可基于发动机操作条件、操作者输入或其它参数来估计期望APC。节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS)190来监测节气门阀112的位置。被抽吸到发动机系统100内的空气的环境温度可使用进气空气温度(IAT)传感器192测量。ECM 114可使用来自于传感器的信号以作出用于发动机系统100的控制决策。
为了简要地指代发动机102的各种控制机构，改变发动机参数的每个系统都可以称作致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变节气门阀112的叶片的位置，且因此改变开口面积。节气门致动器模块116因此可被称作致动器，且节气门开口面积可以被称作致动器位置。
类似地，火花致动器模块126可以被称作致动器，而相应的致动器位置是火花提前或延迟量。其他致动器可包括EGR阀170、移相器致动器模块158和燃料喷射系统124。关于这些致动器的术语“致动器位置”可分别对应于EGR阀开度、进气和排气凸轮移相器角度、以及空气/燃料比。
现在参考图2，更详细地阐述了发动机控制模块114的功能框图。发动机控制模块114包括条件监测模块210。条件监测模块210监测进入条件，以减少弹道范围燃料计量误差。进入条件可包括在轻负载或怠速速度下将燃烧模式设定为常规火花点火模式且执行所述方法。
条件监测模块210可与正常独立气缸燃料校正值(ICFC)确定模块212通信。正常独立气缸燃料校正值可对应于使用单次正常尺寸燃料脉冲操作常规燃料喷射器以喷射全部期望量的燃料。应当注意的是，独立气缸燃料校正值针对每个气缸确定，因而针对发动机的每个燃料喷射器确定。
在正常操作模式之后，发动机能以分离喷射脉冲模式操作。分离脉冲启动模块214以分离喷射脉冲模式操作燃料喷射器。分离喷射脉冲模式可具有与小脉冲(例如，1-3毫克燃料)相对应的弹道范围和与所需总燃料量减去小脉冲相对应的正常脉冲范围。正常脉冲可以是大约10毫克。
在分离脉冲ICFC确定模块216中，独立气缸燃料校正值针对每个气缸确定。应当注意的是，使用正常脉冲操作和分离脉冲操作确定的独立燃料校正值可存储在存储器218中。
减法模块220可从分离脉冲独立气缸燃料校正值减去正常独立气缸燃料校正值。在块222，比率模块可确定正常脉冲与分离脉冲的比率。比率模块然后可将正常脉冲和分离脉冲的差乘以独立气缸燃料校正值。在块224，弹道脉冲调节模块基于在块222中确定的加权差来调节弹道脉冲标定值。
现在参考图3，阐述了用于调节弹道范围燃料计量区域的方法。在步骤310，如果发动机未以常规燃烧模式操作，那么进入常规燃烧模式。在步骤312，执行对方法的进入条件的确定。
如果在步骤312未满足进入条件，那么再次执行步骤310。当在步骤312满足进入条件时，步骤314存储弹道脉冲标定值。弹道脉冲标定值可定期地更新，如下文进一步描述的那样。初始标定值可在车辆制造期间提供和存储。在步骤316，使用正常单次燃料脉冲的独立气缸燃料校正值(ICFC)可存储在存储器中。
在步骤318，喷射脉冲分成弹道脉冲和正常或线性脉冲。如上所述，弹道脉冲的尺寸可从约1至约3毫克燃料变化。在步骤320，从所需的总燃料减去弹道脉冲以获得线性脉冲。所述脉冲可对应于脉冲的时间尺寸或者喷射燃料重量。
在步骤322，启动车辆的分离脉冲操作。分离脉冲操作用线性脉冲和弹道脉冲操作。在步骤324，当启动分离脉冲时，独立气缸燃料校正值存储在存储器中。
在步骤326，从分离脉冲独立燃料校正值减去正常独立气缸燃料校正值以获得差。所述差可称为弹道脉冲误差。在步骤328，来自于步骤326的差被加权。所述权重可以是正常脉冲与分离脉冲的比率。在步骤330，步骤314的弹道脉冲标定值使用加权差来调节。重复该过程将定期地提供连续更新值。在步骤332，调节后的弹道脉冲标定值在燃料喷射器的操作中使用，因而在发动机的操作中使用。在稀分层模式中或在HCCI模式中，发动机的操作可使用调节后的弹道脉冲标定值。调节后的弹道脉冲标定值可使用上述过程存储和连续调节。通过连续调节弹道脉冲标定值，由于适应性学习技术，减少了由燃料供应误差引起的不点火的风险，且改进了总体燃烧稳定性和效率。
现在参考图4，示出了喷射质量对比喷射持续时间的曲线图。在大约0.2和大约0.3之间的低喷射持续时间对应于弹道区域410。如上所述，弹道区域具有燃料质量计量的高喷射器-喷射器变化性。
线性或正常区域412显示为大于大约0.55毫秒。即，该区域中的脉冲展现出在可接受的喷射器-喷射器变化性的情况下的线性流率分布。
现在本领域中技术人员能够从前述说明理解到，本发明的广泛教示可以以多种形式实施。因此，尽管本发明结合特定的示例来说明，由于当研究附图、说明书和所附权利要求书时，其他修改对于技术人员来说是显而易见的，所以本发明的真实范围不应如此限制。

Claims (10)

1.一种控制发动机的燃料喷射器的方法，包括：
确定在正常脉冲模式下的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值；
之后，以具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲的分离脉冲模式操作燃料喷射器；
存储在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值；以及
响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的差来调节弹道脉冲标定值。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的加权差来调节弹道脉冲标定值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，调节弹道脉冲标定值包括响应于通过正常脉冲和分离脉冲的比率加权的所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值之间的差来调节弹道脉冲标定值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，在确定正常脉冲模式独立气缸燃料校正值之前，确定进入条件。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定进入条件包括确定负载条件。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，确定进入条件包括确定火花点火模式。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于调节后的弹道脉冲标定值而操作发动机。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括响应于调节后的弹道脉冲标定值而以均质充气压缩点火模式操作发动机。
10.一种用于控制发动机的系统，包括：
正常独立气缸燃料校正值确定模块，所述正常独立气缸燃料校正值确定模块确定在正常脉冲模式下的正常脉冲模式独立气缸燃料校正值；
分离脉冲启动模块，所述分离脉冲启动模块以分离脉冲模式操作燃料喷射器，所述分离脉冲模式具有线性脉冲和小于线性脉冲的弹道脉冲；
分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块，所述分离脉冲独立气缸燃料校正值确定模块确定在分离脉冲模式下的分离脉冲模式独立气缸燃料校正值；和
弹道脉冲调节模块，所述弹道脉冲调节模块响应于所述正常脉冲模式独立气缸燃料校正值和所述分离脉冲模式独立气缸燃料校正值来调节弹道脉冲标定值，以形成调节后的弹道脉冲标定值。
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