CN101994591A - 用于燃料喷射控制以减小差异的方法和系统 - Google Patents

用于燃料喷射控制以减小差异的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于燃料喷射控制以减小差异的方法和系统。一种用于控制发动机的方法和系统包括：确定喷射到气缸中的燃料质量的期望燃料质量确定模块。该系统还包括：将所述燃料质量划分成分开的燃料质量的划分确定模块，以及将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度的脉冲宽度确定模块。

Description

用于燃料喷射控制以减小差异的方法和系统
技术领域
本公开内容涉及发动机控制系统，更具体地说，涉及控制燃料喷射器的燃料喷射量以减小喷射量差异。
背景技术
本文提供的背景描述用于总体上介绍本公开内容的背景。在本背景技术部分中所描述的程度上，当前署名的发明人的作品和本描述中在申请时不构成现有技术的各方面，既非明示也非默示地被认为是本公开内容的现有技术。
随着燃料经济性和排放要求变得更加严格，正在开发新的燃烧技术。例如，正在开发的发动机不仅在火花点火模式下操作而且在均质充量压缩点火(HCCI)模式下操作。HCCI模式包括将燃料和氧化剂的混合物压缩至自动点火的点。可以根据发动机速度和负荷来选择一种所述模式。另一先进技术是使用贫分层操作。这些技术都需要相对小的燃料喷射量。传统的电磁阀燃料喷射器在用于定量供给小的量时具有喷射的燃料量的较大差异。
发明内容
根据本公开内容的系统操作燃料喷射器以提供少的燃料量，同时避免在操作禁止区中的喷射器操作，在操作禁止区中，喷射器以非单调方式操作并且具有高的部分与部分之间的差异。
在本公开内容的一方面，一种方法包括：确定喷射到气缸中的燃料质量；将该燃料质量划分成分开的燃料质量；以及将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度。
在本公开内容的另一方面，一种用于控制发动机的系统包括：确定喷射到气缸中的燃料质量的期望燃料质量确定模块；将所述燃料质量划分成分开的燃料质量的划分确定模块；以及将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度的脉冲宽度确定模块。
本发明还提供如下方案：
方案1、一种控制发动机的燃料喷射器的方法，其包括：
确定喷射到气缸中的燃料质量；
将所述燃料质量划分成分开的燃料质量；以及
将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度。
方案2、如方案1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述喷射脉冲宽度与所述禁止区进行比较，并调节所述禁止区之外的脉冲宽度。
方案3、如方案1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为燃料喷射器控制脉冲宽度。
方案4、如方案1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为具有开始角和结束角的喷射脉冲宽度。
方案5、如方案1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为具有间隔限度内的开始角和结束角的喷射脉冲宽度。
方案6、如方案1所述的方法，其特征在于，还包括：在转变所述分开的燃料质量之后，使用所述喷射脉冲宽度控制燃料喷射器。
方案7、如方案1所述的方法，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性操作区域。
方案8、如方案1所述的方法，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性、非单调的操作区域。
方案9、如方案1所述的方法，其特征在于，所述非线性操作区域被限定在一对隔开的燃料质量和一对隔开的喷射器持续时间之间。
方案10、如方案1所述的方法，其特征在于，所述喷射器点火操作禁止区是基于燃料压力的。
方案11、如方案1所述的方法，其特征在于，将所述燃料质量划分成分开的燃料质量包括：将所述燃料质量划分为1个和3个燃料质量之间的燃料质量，并包括1个和3个燃料质量，其中，将所述分开的燃料质量转变为喷射脉冲宽度包括：将所述分开的燃料质量转变为多达4个喷射脉冲宽度。
方案12、一种用于控制发动机的系统，其包括：
确定喷射到气缸中的燃料质量的期望燃料质量确定模块；
将所述燃料质量划分成分开的燃料质量的划分确定模块；以及
将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度的脉冲宽度确定模块。
方案13、如方案12所述的系统，其特征在于，还包括：将所述喷射脉冲宽度与所述禁止区进行比较，并调节所述禁止区之外的脉冲宽度。
方案14、如方案12所述的系统，其特征在于，所述喷射脉冲宽度包括开始角和结束角。
方案15、如方案12所述的系统，其特征在于，所述喷射脉冲宽度包括间隔限度内的开始角和结束角。
方案16、如方案12所述的系统，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性操作区域。
方案17、如方案12所述的系统，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性、非单调的操作区域。
方案18、如方案12所述的系统，其特征在于，所述非线性操作区域被限定在一对隔开的燃料质量和一对隔开的喷射器持续时间之间。
方案19、如方案12所述的系统，其特征在于，所述喷射器点火操作禁止区是基于燃料压力的。
方案20、如方案12所述的系统，其特征在于，所述划分确定模块将所述燃料质量划分为1个和3个燃料质量之间的燃料质量，并包括1个和3个燃料质量，其中，所述脉冲宽度确定模块将所述分开的燃料质量转变为多达4个喷射脉冲宽度。
进一步的适用范围将通过本文提供的描述而变得清楚。应当理解的是，该描述和具体示例仅用于举例说明目的，而并非旨在限制本公开内容的范围。
附图说明
通过详细描述和附图将更全面地理解本公开内容，附图中：
图1是根据本公开内容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是用于操作本公开内容的方法的流程图；以及
图4是具有非线性操作禁止区的喷射器脉冲持续时间与喷射质量关系的图示。
具体实施方式
下面的描述本质上仅是示例性的并且决不是要限制本公开内容、其应用或用途。为了清楚起见，在附图中使用相同的附图标记标识相似的元件。如本文所使用的，短语A、B和C中的至少一个应当被解释为是指使用非排他逻辑或的逻辑(A或B或C)。应当理解的是，在不改变本公开内容的原理的情况下，可以以不同的顺序执行方法内的步骤。
如本文所使用的，术语模块指专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共用的、专用的、或成组的)和执行一个或多个软件程序或固件程序的存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述功能的其它适合组件。
根据本公开内容的发动机控制系统可以在SI模式、HCCI模式或贫分层模式下操作汽油发动机。HCCI模式减少燃料消耗，但是仅在有限范围的发动机扭矩和速度下可用。仅举例而言，发动机控制系统可以在低至中等负荷和低至中等发动机速度下以HCCI模式操作发动机。发动机控制系统可以在其它负荷和发动机速度下以SI模式操作发动机。HCCI操作区可以由校准表中的操作图限定。
发动机可以是直接喷射汽油发动机，并可以在转换期间选择性地在分层操作模式下操作。为了在分层操作模式下操作，燃料喷射器将燃料喷射到气缸的区域中。该方法在该区域中提供了富充气，从而易于点火，并快速地且稳定地燃烧。燃烧过程进行至非常贫的区域(通常仅有空气)，在该区域中，火焰前缘快速冷却，氮氧化物(NOx)难以形成。贫充气中的其它氧还与一氧化碳(CO)结合形成二氧化碳(CO2)。
现在参照图1，示出示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，发动机102燃烧空气/燃料混合物从而基于驾驶员输入模块104产生车辆的驱动扭矩。发动机可以是直接点火发动机。空气经节气门112被吸入到进气歧管110中。发动机控制模块(ECM)114指令节气门致动器模块116来调节节气门112的开度，以控制被吸入到进气歧管110中的空气的量。
来自进气歧管110的空气被吸入到发动机102的气缸中。虽然发动机102可包括多个气缸，但是为了说明目的，仅示出单个代表性气缸118。仅举例而言，发动机102可包括2个、3个、4个、5个、6个、8个、10个和/或12个气缸。
来自进气歧管110的空气经进气门122被吸入到气缸118中。ECM114控制由燃料喷射系统124喷射的燃料的量。燃料喷射系统124可以在中部位置处将燃料喷射到进气歧管110中，或者可以在多个位置处，例如在靠近每个气缸的进气门处，将燃料喷射到进气歧管110中。可选地，燃料喷射系统124可以将燃料直接喷射到气缸中。燃料喷射系统124可以包括燃料喷射器125。燃料喷射器使用具有脉冲宽度的电脉冲来操作。典型的燃料喷射器使用来自打开燃料喷射器的发动机控制模块114的脉冲在正常模式下操作，从而喷射与脉冲的时间段或宽度直接相关的燃料量。在本公开内容中，在不操作在喷射器操作禁止区的情况下，将来自发动机控制模块114的脉冲分为多个较小的脉冲。喷射器操作禁止区可是图4所示的非线性的、非单调的区域。
如图所示，设置一个燃料喷射器125。但是，本领域技术人员应当明白，可以设置与发动机中的气缸的数量对应的多个燃料喷射器。如上所述，线性操作区域是非常精确的，因此具有低标准偏差。
所喷射的燃料与空气混合并在气缸118中产生空气/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ECM 114的信号，火花致动器模块126激发气缸118中的火花塞128，火花塞128点燃空气/燃料混合物。火花的正时可被指定成与活塞处于其最上部位置时的时刻相关，所述活塞的最上部位置被称为上止点(TDC)。
空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，由此驱动旋转曲轴(未示出)。然后，活塞再次开始向上运动并且经排气门130排出燃烧的副产物。燃烧的副产物经排放系统134排出车辆。
进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排放凸轮轴142控制。在各种实施方式中，多个进气凸轮轴可控制每气缸的多个进气门和/或可以控制多个气缸组的进气门。类似地，多个排放凸轮轴可控制每气缸的多个排气门和/或可控制多个气缸组的排气门。
进气门122被打开的时刻可相对于活塞TDC通过进气凸轮相位器148而改变。排气门130被打开的时刻可相对于活塞TDC通过排放凸轮相位器150而改变。相位器致动器模块158基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排放凸轮相位器150。升程致动器模块120以液压方式或使用其它方法调节气门升程的量。
发动机系统100可包括排气再循环(EGR)阀170，其选择性地将排气再导引回进气歧管110。发动机系统100可使用RPM传感器180测量曲轴以转/分钟(RPM)为单位的速度。发动机冷却剂的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可定位在发动机102内或定位在冷却剂被循环的其它位置处，例如定位在散热器(未示出)处。
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与进气歧管110内的压力之间的差。流入进气歧管110中的空气的质量可使用质量空气流量(MAF)传感器186测量。
ECM 114可以基于由MAF传感器186产生的MAF信号计算所测量到的每气缸空气(APC)。ECM 114可以基于发动机操作条件、操作员输入或其它参数来估计期望的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监测节气门112的位置。被吸入到发动机系统100中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可使用来自传感器的信号来做出用于发动机系统100的控制决策。
为了抽象地指代发动机102的各个控制机构，改变发动机参数的每个系统可被称为致动器。例如，节气门致动器模块116可以改变节气门112的叶片位置，从而改变开度面积。因此，节气门致动器模块116可以被称为致动器，而节气门开度面积可被称为致动器位置。
相似地，火花致动器模块126可被称为致动器，而相应的致动器位置是火花提前或延迟的量。其它致动器包括EGR阀170、相位器致动器模块158和燃料喷射系统124。对于这些致动器，术语致动器位置可分别对应于EGR阀开度、进气和排放凸轮相位器角度、空气/燃料比。
现在参照图2，进一步详细地阐述发动机控制模块114的功能框图。发动机控制模块114包括期望燃料质量确定模块210。期望燃料质量确定模块210确定在一个发动机循环周期输送的总燃料质量。燃料输送事件确定模块220可以将期望燃料质量分为期望数量的燃料输送事件。这些事件处于发动机循环的特定的曲柄角上，并由发动机速度、负荷和期望的燃烧模式来确定。对于该示例，燃料输送事件的数量为1至3个事件。燃料输送事件的数量可以改变。对于该示例，喷射的数量为1至4个脉冲宽度。
喷射器操作禁止区模块224包括用于确定一个或多个喷射器的禁止区的参数。每个喷射器可以具有相同的喷射器操作禁止区。喷射器操作禁止区可以通过实验来确定，并且可以将其边界存储到存储器中。喷射器操作禁止区可以是用于操作喷射器的区域，其包括非线性操作区。非线性操作区还可是非单调的。非线性操作区还会在喷射器之间展现出高变化性。喷射器操作禁止区可以在不同的燃料质量和不同的喷射器持续时间之间限定。喷射器操作禁止区可被扩展至包括在不同压力范围内为非线性和非单调的喷射器的操作区域。不同喷射器的每个操作曲线在喷射器操作禁止区内将具有非线性区域。
在脉冲宽度确定模块226中，将燃料输送事件的数量转变为与脉冲宽度喷射输出对应的脉冲。脉冲宽度确定模块226可以将各个燃料输送事件转变为脉冲宽度，同时避开在喷射器操作禁止区模块224内所限定的喷射器操作禁止区。对燃料输送事件确定模块220的反馈可以由脉冲宽度确定模块226来提供。该反馈可以包括指示，其指示特定的划分事件的脉冲宽度的确定可能落在喷射器操作禁止区内，因此，脉冲宽度的数量和间隔应当改变以避开喷射器操作禁止区。当脉冲宽度确定模块226确定用于控制燃料喷射器的每个脉冲宽度和脉冲宽度的间隔落在喷射器操作禁止区之外。脉冲输出模块228以期望的顺序控制燃料喷射器的操作。脉冲宽度确定模块226可以确定每次喷射的起动时间和结束时间以及与燃料操作脉冲中的间隔对应的喷射之间的间隔。
发动机控制模块230基于在脉冲宽度确定模块226中确定的脉冲宽度控制发动机的操作和正时，包括控制燃料喷射器。
现在参照图3，阐述了操作本公开内容的方法。在步骤310中，该方法开始。在步骤312中，确定质量的数量。在下面的示例中，可以为燃料输送事件提供一个、两个或三个喷射质量。在步骤314中，确定喷射器操作禁止区的边界。喷射器操作禁止区可以根据车辆的燃料喷射器的基于燃料压力和影响喷射器精确度、差异和性能的其它因素的模型来确定。每个车辆可以具有带有相同的喷射器操作禁止区的燃料喷射器。在步骤316中，判断是否需要将喷射器质量划分为多个喷射事件。在步骤316中，如果不需要划分，则执行步骤332。如果在步骤316中需要划分，则在步骤318中确定每质量划分的数量。可以使用各种考虑因素来确定将使用的质量的数量。划分的质量之和可以等于划分之前的质量。
在步骤320中，使用划分数来划分质量，以提供多个划分的质量。在步骤322中，将质量转变为用于控制燃料喷射器的电脉冲宽度。在步骤324中，确定与喷射的开始和结束对应的喷射角以及喷射之间的间隔。在步骤326中，脉冲通过角来排序，从而可以以序贯方式控制喷射器。在步骤328中，将电脉冲的数量与喷射器操作禁止区和其它限制例如每次喷射的最小质量和喷射之间的最小休止时间进行比较。在步骤330中，如果在与休止、最小量的质量或间隔限制对应的禁止区中确定出违反，则可以使用不同的划分数来再次执行步骤318-328，以便将质量分为不同数量的质量。
在步骤332中，使用在步骤322中确定的电脉冲来控制燃料喷射器。在步骤334中，过程结束。
在步骤312之后，如果需要0或4个质量，则不需要划分，并执行步骤332。
通过检查不同数量的脉冲宽度的喷射器操作禁止区，可以执行更加精确的燃料喷射。
现在参照图4，示出的是喷射器操作禁止区410。喷射器操作禁止区在两个喷射器持续时间和两个不同的燃料质量之间延伸。两个喷射器持续时间和两个燃料质量之间的区域限定了喷射器操作禁止区。可以看出，喷射器操作禁止区用于排除喷射器在喷射器的非线性操作区域中的操作。喷射器操作禁止区还是非单调区域。喷射器操作禁止区的区域是非单调的，因为需要的喷射器持续时间不总是随着期望的燃料质量的增加而增加。这由喷射器的曲线示出。显示具有两个不同的喷射压力例如12MPa或20MPa的不同的喷射器。
现在，本领域技术人员根据以上描述可以认识到本公开内容的宽泛教导可以以各种形式来实现。因此，尽管已经围绕本公开内容的特定示例描述了本公开内容，但本公开内容的真实范围不应当受限于此，因为在研究附图、说明书和随附权利要求书的基础上，其它修改对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

Claims (10)

1.一种控制发动机的燃料喷射器的方法，其包括：
确定喷射到气缸中的燃料质量；
将所述燃料质量划分成分开的燃料质量；以及
将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：将所述喷射脉冲宽度与所述禁止区进行比较，并调节所述禁止区之外的脉冲宽度。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为燃料喷射器控制脉冲宽度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为具有开始角和结束角的喷射脉冲宽度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转变所述分开的燃料质量包括：将所述分开的燃料质量转变为具有间隔限度内的开始角和结束角的喷射脉冲宽度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在转变所述分开的燃料质量之后，使用所述喷射脉冲宽度控制燃料喷射器。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性操作区域。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射器操作禁止区对应于非线性、非单调的操作区域。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非线性操作区域被限定在一对隔开的燃料质量和一对隔开的喷射器持续时间之间。
10.一种用于控制发动机的系统，其包括：
确定喷射到气缸中的燃料质量的期望燃料质量确定模块；
将所述燃料质量划分成分开的燃料质量的划分确定模块；以及
将所述分开的燃料质量转变为喷射器操作禁止区之外的喷射脉冲宽度的脉冲宽度确定模块。
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