CN107975437B - 用于控制流体喷射的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

车辆包括具有至少一个用于燃烧燃料的汽缸的燃烧发动机，以及用于向至少一个汽缸供给燃料质量的燃料喷射器。车辆也包括控制器，该控制器编程为使得燃料喷射器供给总量达到总目标燃料质量的一系列的燃料脉冲。控制器也编程为基于之前脉冲以后的停留时间、之前脉冲的燃料质量、之前脉冲的开启延迟中的至少一项，根据目标脉冲持续时间值来调整一系列脉冲中随后脉冲的命令持续时间。

Description

用于控制流体喷射的系统和方法
技术领域
本公开涉及对流体脉冲喷射的控制。更具体地，本公开涉及用于燃烧发动机的燃料喷射。
背景技术
电子燃料喷射可用于调整内燃机中的燃料传输。一些示例性燃料喷射器可以是布置在发动机的燃料入口部分的螺线管致动阀装置或压电阀装置。可定位燃料喷射器，从而向发动机汽缸的燃烧室内传输增压燃料。在一段时间的燃烧循环中(即，一段喷射持续时间中)，每个喷射器可基于发动机操作状况激发。在每个汽缸的每个燃烧循环中，可发生多个燃料喷射事件。多次喷射的燃料质量以及定时会影响燃烧的品质以及整体燃料效率。
发明内容
车辆包括具有至少一个用于燃烧燃料的汽缸的燃烧发动机，以及用于向至少一个汽缸供给燃料质量的燃料喷射器。车辆也包括控制器，该控制器编程为使得燃料喷射器供给总量达到总目标燃料质量的一系列的燃料脉冲。控制器也编程为基于之前脉冲以后的停留时间、之前脉冲的燃料质量、之前脉冲的开启延迟中的至少一项，根据目标脉冲持续时间值来调整一系列脉冲中随后脉冲的命令持续时间。
一种提供穿过螺线圈驱动阀的间隔紧密的流体脉冲的方法包括在阀入口提供增压流体，以及命令阀的第一脉冲供给穿过阀的第一流体质量。方法也包括命令阀的第二脉冲循序地跟随第一脉冲。基于第一脉冲之后的停留时间以及第一流体质量中的至少一项来调整第二脉冲的宽度，从而实现期望的第二流体质量。在某些实例中，第二燃料质量可基本与第一流体质量相同。
燃料传输系统包括螺线圈，螺线圈配置为选择性地提升阀的针栓，从而允许增压流体穿过阀。流体传输系统也包括供给能量以激活螺线圈的动力源。流体传输系统进一步包括控制器，其编程为发出激活螺线圈的命令，从而生成一系列连续的流体脉冲。基于之前脉冲以后的停留时间、之前脉冲的燃料质量以及之前脉冲的开启延迟中的至少一项，调整一系列连续脉冲中的随后脉冲的命令开启延迟。
附图说明
图1是燃烧发动机的示意图。
图2是喷射燃料质量-命令脉冲宽度的曲线图。
图3是命令脉冲宽度调整-停留时间的曲线图。
图4是命令脉冲宽度调整-之前脉冲燃料质量的曲线图。
图5是喷射燃料质量-调整后的命令脉冲宽度的曲线图。
图6A是对应于无命令调整的燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
图6B是对应于停留时间的命令脉冲宽度调整的燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
图6C是对应于停留时间以及之前脉冲燃料质量的命令脉冲宽度调整的燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
图7A是第一与随后喷射脉冲燃料质量-未调整的命令脉冲宽度的曲线图。
图7B是第一和随后脉冲开启延迟-未调整的命令脉冲宽度的曲线图。
图7C是在存在停留时间和之前脉冲燃料质量的调整的情况下，第一与随后喷射脉冲燃料质量-命令脉冲宽度的曲线图。
图7D为存在与图7C的停留时间和之前脉冲燃料质量相同的调整的情况下，随后脉冲开启延迟-命令脉冲宽度的曲线图。
图8是随后脉冲开启延迟变化-停留时间和之前脉冲FPW命令的曲线图。
图9A是燃料脉冲命令以及实际燃料脉冲-时间的曲线图。
图9B是存在开启时间延迟的调整的情况下，燃料脉冲命令以及实际燃料脉冲-时间的曲线图。
图10是对应于停留时间、之前脉冲燃料质量以及反馈开启延迟的命令脉冲宽度调整的燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
图11是喷射脉冲开启延迟-命令燃料脉冲宽度的曲线图。
图12是对应于包含由于喷射器之间的变化而产生的误差的停留时间、之前脉冲燃料质量以及反馈开启延迟的命令脉冲宽度调整的燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
图13A是喷射燃料质量-未补偿的命令脉冲宽度的曲线图。
图13B是命令喷射脉冲燃料质量-基于具有线性开启延迟的燃料脉冲宽度区域而调整的命令脉冲宽度的曲线图。
图14是对应于停留时间、之前脉冲燃料质量以及反馈开启延迟的命令脉冲宽度调整(带有进一步的少量补偿)的，燃料质量误差百分比-期望随后脉冲燃料质量的曲线图。
具体实施方式
在此对本公开的实施例进行描述。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是实例，其他实施例也可采取各种其他形式。附图并不一定是成比例的；某些特征可被放大或缩小以显示特定构件的细节。因此，此处所公开的结构和功能细节不应理解为限制性的，而仅应理解为教导本领域技术人员以各种方式实施本发明的代表性基础。本领域普通技术人员应理解，参照任意一张附图所示出和描述的各种特征可与一张或多张其他附图所示特征结合，从而生成未明确示出或描述的实施例。所示特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方式而言，可期望与本公开的教导一致的特征的各种组合以及修改。
参照图1，作为车辆推进系统的一部分，内燃机10输出扭矩。发动机10可选择性地以多个燃烧模式操作，包括自动点火燃烧模式和火花点火燃烧模式。进气与可燃燃料混合，并在燃烧室中燃烧。发动机10可采用空气与燃料的化学计量比来选择性地操作。在特定操作状况下，有意地调整空气-燃料比，从而实现相对于化学计量混合而言较浓或较稀的空气-燃料比。本发明的一些方面也可应用于多种内燃机系统和燃烧循环。发动机10选择性地联接到变速器，从而通过车辆的传动系统向至少一个路面车轮传输牵引动力。变速器可包括混合变速器，该混合变速器包括附加的推进源，用于向传动系统提供补充的牵引动力。
发动机10可为多汽缸、直喷式、四冲程内燃机，具有至少一个可在汽缸13内滑动的往复活塞14。应当理解，本公开的系统和方法可等同地应用于不同的燃烧循环，例如对应于二冲程燃烧发动机的燃烧循环。对应汽缸13内的活塞14的运动提供可变容积的燃烧室16。每个活塞14连接到旋转曲轴12，该旋转曲轴12将线性往复运动转变为旋转运动，从而旋转传动系统的构件。
进气系统向将空气引导并分配到燃烧室16的进气歧管29提供进气。进气系统可包括用于监测和控制气流的气流管道系统和装置。进气系统也可包括用于监测气流量和进气温度的气流量传感器32。电子控制的节流阀34可用于控制流向发动机10的气流。可在进气歧管29中提供压力传感器36，用于监测歧管绝对压力和大气压力。也可提供外部流动通道(未示出)，用于将排气从发动机排气口再循环到进气歧管29。可通过排气再循环(EGR)阀38调整再循环的排气。发动机10可包括其他系统，包括涡轮增压器系统50或，可选地，增压器系统，用于对传输到发动机10的进气增压。
通过一个或多个进气阀20调整从进气歧管29流向燃烧室16的气流。通过一个或多个排气阀18调整离开燃烧室16、流向排气歧管39的排气流。可分别通过控制进气和排气可变升程控制装置22和24控制和调整进气和排气阀20、18的开启与关闭。进气和排气升程控制装置22和24可配置为分别控制和操作进气凸轮轴21和排气凸轮轴23。进气和排气凸轮轴21和23的旋转被机械地关联并标引到曲轴12的旋转定时。因此，进气和排气阀20、18的开启和关闭与曲轴12和活塞14的位置相协调。
可变升程装置22、24也可包括可控制的机构，用于改变阀升程的幅度或分别改变进气和排气阀20和18的开启。可根据不连续阶段(例如，高升程或低升程)改变升程幅度或连续地改变升程幅度。可根据推进系统的操作状况，包括发动机10的扭矩需求，改变阀升程位置。可变升程控制装置22、24可进一步包括可变凸轮相位机构，用于分别控制和调整进气阀20和排气阀18的开启与关闭的相位(即，相对定时)。相位调整包括偏移相对于在对应汽缸15中的曲轴12和活塞14的位置的进气和排气阀20、18的开启时间。
可变升程控制装置22、24中每个都能够在相对于曲柄旋转约60-90度的相位范围内进行控制，从而允许进气和排气阀20、18之一的开启与关闭相对于每个汽缸15的活塞14的位置提前或延迟。通过进气和排气可变升程控制装置22、24限定并限制相位的范围，进气和排气可变升程控制装置22、24包括凸轮轴位置传感器，以确定进气和排气凸轮轴21、23的旋转位置。可采用由控制器5控制的电液、水力和电子控制力之一致动可变升程控制装置22、24。
发动机10也包括燃料喷射系统，其包括多个高压燃料喷射器28，每个喷射器都配置为响应于来自控制器5的信号，将预定燃料质量直接喷射入燃烧室16之一。虽然出于示例目的，在图1中描绘了单一燃料喷射器，但是根据燃烧汽缸的数量，推进系统可包括任意数量的燃料喷射器。燃烧喷射器28通过燃料轨40从燃料分配系统供给增压燃料。压力传感器48监测燃料轨40内的燃料轨压力，并且向控制器5输出对应于燃料轨压力的信号。
燃料分配系统也包括高压燃料泵46，以经由燃料轨40将增压燃料传输到燃料喷射器28。例如，高压泵46可在高达约5,000psi的压力下生成传输到燃料轨20的燃料压力。在某些实例中，甚至可采用更高的燃料压力。控制器5基于操作员扭矩要求以及发动机速度确定目标燃料轨压力，并且采用燃料泵46控制该压力。在一个实例中，燃料喷射器28包括螺线圈致动装置，用于开启用于喷射燃料的喷嘴。然而，可以设想，本公开的一些方面也可应用到采用压电致动装置或其他类型致动来分配燃料的燃料喷射器。燃料喷射器28也包括位于汽缸盖15的开口中的喷嘴，用于将增压燃料喷射入燃烧室16。燃料喷射器28的喷嘴包括燃料喷射器喷头，其特征在于：多个开口、喷射角度和给定压力下的容积流率。示例性燃料喷射器喷嘴可包括具有70度喷射角度和在约1,450psi下10cc/s的流率的8孔配置。
每个燃料喷射器可包括靠近喷嘴的喷头的针栓部分。当偏压至孔时，针栓与喷嘴接合，从而限制或切断燃料流。采用从能量源供给的能量激活燃料喷射器。螺线圈响应于能量并且致动针栓，将其从孔上提升，从而允许高压燃料流过。燃料在针栓附近流动并通过喷嘴的喷头附近的口头喷出，从而喷射入燃烧汽缸16中，以与空气混合，进而辅助燃烧。可提供火花点火系统，从而将火花能量供给到火花塞，用于响应于来自控制器5的信号对每个燃烧室16中的汽缸充气进行点火或者辅助点火。
可快速连续地发生一系列的多个针栓提升或燃料脉冲，从而获得最佳燃烧状况，而不会过分浸漫燃烧室。例如，用于实现期望目标燃烧质量的单次较长脉冲可导致比之渗入汽缸的最佳喷射深度更大的深度。相比之下，总量达到目标燃料质量的多个连续较小脉冲可具有较小的汽缸渗入量，并且生成更为期望的燃烧状况，提高燃料经济性并减少排放(例如，粒子)。
控制器5发出燃料脉冲宽度(FPW)命令，从而影响喷射器保持开启、允许燃料通过的持续时间。可相对于喷射持续时间在燃料质量传输的线性和非线性区域操作燃料喷射器。燃料质量喷射传输的线性区域包括命令喷射持续时间，具有给定燃料压力下对应的已知和唯一燃料传输。燃料质量传输的线性区域包括在恒定燃料压力下喷射持续时间增加的情况下，燃料质量传输单调地增加的区域。然而，燃料质量传输的非线性区域包括命令喷射持续时间，其具有给定燃料压力下未知或不可预测的燃料质量传输，包括燃料喷射器可在不同喷射持续时间中传输相同燃料质量值的非单调区域。对于不同的燃料喷射器系统，线性和非线性区域的边界可变化。
发动机10配置有多个用于监测发动机操作的传感装置，包括可输出RPM数据和曲轴旋转位置的曲柄传感器42。压力传感器30输出指示由控制器5监测的缸内压力的信号。压力传感器30可包括将缸内压力水平转换为电信号的压力偏移器。压力传感器30实时监测缸内压力，包括每个燃烧事件期间。排气传感器39，通常是空气/燃料比传感器，配置为监测排气。控制器5监测来自燃烧压力传感器30和曲柄传感器42中每个的输出信号，其中控制器5确定燃烧相位，即每个燃烧事件中每个汽缸15相对于曲轴12的曲柄角度的燃烧压力定时。优选地，发动机10和控制器5被机械设计成监测和确定每个汽缸点火事件期间每个发动机汽缸13的有效压力的状态。可选地，可使用其他传感系统监测本公开范围内其他燃烧参数的状态，例如，离子传感点火系统和非介入式缸内压力传感器。
控制模块、模块、控制器、处理器和此处使用的类似术语表示任意适当装置或装置的各种组合，包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、中央处理单元(优选地包括微处理器)、执行一个或多个软件或固件程序的关联存储器和贮存器(只读、随机存取、硬盘驱动等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当信号调节和缓冲电路和提供所描述功能的其他适当构件。控制器5包括一组控制算法，包括存贮在存储器中并执行以提供期望功能的驻留软件程序指令和校准。算法优选地在预定循环周期期间执行。诸如通过中央处理单元，算法得以执行，并且可操作以监控来自传感装置和其他联网控制模块的输入并执行控制和诊断例程从而控制致动器的操作。可在发动机和车辆操作进行期间以一定间隔执行循环周期。可选地，可响应于控制器观察到的一个或多个时间的发生而执行算法。
控制器5也可编程为控制节流阀34，从而控制经由控制信号进入发送机的进气质量流。在一个实例中，节流阀34被命令为使得节流阀全开，从而通过修改进气量和和再循环排气量来控制歧管压力。涡轮增压器系统50优选地包括可变几何涡轮(VGT)装置。控制器5发送信号以引导VGT装置的叶片角度。使用VGT位置传感器测量叶片角度，从而向控制器5提供反馈控制。控制器5调整压力放大的水平，从而控制进气量和再循环排气量。在其他实例中，可使用增压器系统，从而按照类似方式修改歧管压力。
控制器5进一步编程为通过控制排气再循环阀38的开启而控制排气再循环量。通过控制排气再循环阀38的开启，控制器5调整再循环排气率以及排气量与进气量的比。
控制器5进一步编程为在发动机10的操作进行期间基于来自曲柄传感器42的输入，对应于活塞14的位置命令喷射开始(SOI)。控制器5采用每个汽缸13的每个燃烧事件的燃料喷射器28引起燃料喷射事件。可由喷射器开启脉冲持续时间和被喷射的燃料质量限定喷射事件。在至少一个实例中，在每个燃烧事件期间控制器5命令多次连续燃料喷射。可由控制器5至少基于操作员扭矩需求而选择每次燃烧事件中传输的总燃料质量。控制器5监测来自操作员的输入信号，例如，通过加速踏板8的位置确定操作员扭矩需求。控制器5发出命令以操作燃料喷射器，从而供给总量达到总目标燃料质量的一系列燃料脉冲。
如上所示，由于保留在燃料喷射器中的残留能量以及来自先前脉冲的残留电枢运动，紧密连续地应用多次燃料脉冲可对随后脉冲造成影响。参照图2，曲线图200将对随后脉冲的影响描绘为之前第一脉冲的喷射脉冲宽度和喷射燃料质量以及之前脉冲以后的持续时间(即，停留)的函数。在所提供的实例中，之前脉冲的燃料质量被设置为2mg。水平轴线202表示以微秒(μs)计的命令喷射持续时间，而竖直轴线204表示以毫克(mg)计的喷射脉冲的燃料质量。通常，停留时间的持续时间越长，之前脉冲宽度赋予停留之后的随后脉冲的影响越小。
具体参照图2，曲线206表示单次脉冲或基线脉冲的曲线。通常，曲线206用作未受残留电磁能量影响的确定特征基线曲线。可以看出，位置220上的命令脉冲宽度FPW1持续时间约为260μs，并且喷射的总燃料质量M1约为2.5mg。然而，当间隔紧密的喷射脉冲跟随初始脉冲时，随后脉冲的持续时间可偏移，造成喷射的总燃料质量的误差。换言之，由于残留能量的影响，特性流曲线可偏移(例如，偏移为较短时间)。如果将单次喷射流曲线用于随后的喷射事件，可导致较大的流误差。曲线208表示在之前的2mg脉冲之后停留0.5ms后传输的随后脉冲的曲线。即使在发出相同的命令脉冲宽度输入时，随后脉冲的响应还是被改变。例如，如在位置222所看到的，当作为停留0.5ms的随后脉冲应用时，约260μs的命令脉冲宽度FPW1产生喷射总质量M2，约为5.5mg。如果随后脉冲期望产生与之前脉冲相同的燃料质量，则可输入降低的命令脉冲宽度从而获取期望的质量。继续参照图2，如位置224所示，约190μs的缩短的命令脉冲宽度FPW2产生燃料质量M1，约2.5mg，这与初始脉冲的质量相等。每个分别对应1ms、1.5ms、2.0ms、2.5ms和3.0ms的停留时间的曲线210、212、214、216和218中每个指示与初始喷射间隔紧密而导致的与之前脉冲喷射曲线206的各种偏差。
根据本公开的一些方面，可基于之前燃料脉冲的燃料质量和之前脉冲以后的持续时间之一来调整随后燃料脉冲的命令脉冲宽度FPW。更具体地，图2的各种随后燃料脉冲的曲线中每个都可变化或调整，从而更好地与之前燃料脉冲的性能对准。这样的调整使得随后燃料脉冲的燃料质量传输更准确，使得在相对于彼此间隔紧密的定时下点火时，一系列脉冲中每个都实现目标燃料质量，从而改善燃烧效率。
参照图3，曲线图300描绘了基于之前脉冲以后的停留时间的随后脉冲的命令脉冲宽度FPW要求的偏移曲线。水平轴线302表示以微秒(μs)计的之前第一脉冲以后的停留时间，而竖直轴线304表示被要求为补偿停留影响并获取与之前第一脉冲匹配的喷射质量的以μs计的FPW偏移。曲线306表示被要求为补偿之前脉冲以后的停留时间的脉冲持续时间上的调整。提供的示例性曲线306与约为12MPa的单一燃料压力对应，但是应当理解，可存在于一系列不同燃料压力中每个对应的一系列曲线。参照位置308，约1,500μs的停留时间可需要基线命令脉冲宽度减少约18μs。从曲线图300可看出，为了获取统一的喷射燃料质量，停留时间越短，将第二脉冲的命令脉冲宽度减少地越多是必要的。相比之下，一旦停留时间大于约3,000μs，停留时间对随后燃料脉冲的影响可忽略，因此需要的调整为零。一般而言，之前喷射后的停留时间越长，随后喷射为特定开启持续时间传输预定燃料质量所需的调整程度越小。根据至少一个实例，响应于之前脉冲停留时间的减少，随后开启脉冲的持续时间也减少。
参照图4，曲线图400描绘了基于之前脉冲的停留时间的随后脉冲的命令脉冲宽度FPW要求的偏移曲线。水平轴线402表示以mg计的之前脉冲燃料质量。竖直轴线404表示补偿燃料质量影响并相对于单次脉冲获取统一的喷射质量所需的以μs计的FPW偏移。曲线406表示期望的500μs停留的调整曲线，曲线408表示期望的1,000μs停留的停留曲线，并且曲线410表示期望的1,500μs的调整曲线。可以看出，之前第一脉冲的质量越大，获取准确的随后脉冲燃料质量所需的随后FPW命令的补偿越多。此外，之前脉冲的燃料质量对越大的期望随后脉冲影响越小。参照曲线406，传输约7mg燃料质量的之前脉冲需要随后脉冲的命令脉冲宽度减少约11μs，从而获取期望的燃料质量。一般而言，之前喷射的燃料质量越大，随后喷射为实现预定燃料质量所需的调整程度越大。
可结合从停留时间和之前燃料质量推导出的调整，从而应用开环控制策略应用以调整间隔紧密的随后脉冲，从而解决之前脉冲的影响问题。这样的策略大大减少了与螺线管制动燃料喷射器间隔紧密的多次喷射操作相关联的燃料质量传输误差。根据至少一个实例，控制器的存储器中存储由查询表，其包括对随后脉冲的调整，该调整为之前喷射燃料质量和之前燃料喷射以后的停留时间的函数。
参照图5，曲线图500描绘作为之前脉冲喷射的燃料质量以及之前脉冲以后的停留时间的函数的，随后燃料脉冲的调整结果。图5对应于与上述图2中操作状况相对的改善的间隔紧密喷射脉冲状况。曲线206与上述保持一致，并且表示单次喷射或基线脉冲的曲线。然而，对每条表示随后脉冲的曲线进行了调整，以补偿之前喷射的停留时间以及之前喷射的燃料质量。该调整在单次喷射脉冲的行为曲线与每次随后喷射脉冲的曲线之间提供了极大的重叠。曲线508、510、512、514、516和518中每条分别对应0.5ms、1ms、1.5ms、2.0ms、2.5ms和3.0ms的停留时间。对更加间隔紧密的随后喷射的调整示出与最初脉冲的喷射曲线206的偏差大大减小。再次参照位置220上的之前实例，持续时间约260μs的命令脉冲宽度FPW1引起约2.5mg的总喷射燃料质量M1。应用上述停留时间和燃料质量的调整，具有调整后的命令脉冲宽度FPW1的随后脉冲中每个都提供单次喷射脉冲一致的燃料质量。
图6A到图6C中每张描述在应用对于之前喷射停留时间和之前喷射燃料质量的影响的调整前和后的燃料质量传输误差。参照图6A，曲线图600描绘间隔紧密的第二燃料喷射脉冲的未调整输入导致的误差。水平轴线602表示以mg计的随后第二喷射脉冲的期望燃料质量，而竖直轴线604表示实际喷射燃料质量与随后喷射脉冲的期望燃料质量的偏差百分比。出于参照目的，描述了边界606和608，其分别表示+10％与-10％的误差。从曲线图600可以看出，如果没有补偿，误差值可使得间隔紧密的第二喷射脉冲的燃料质量值较大程度地不受控制。曲线610表示与1mg第一脉冲后的停留500μs的随后燃料喷射脉冲对应的误差曲线。类似地，曲线612表示与2mg之前脉冲后的停留0.5μs的随后燃料脉冲对应的误差曲线。例如，曲线610和612示出当约在位置614的随后喷射脉冲期望为1.5mg时200％以上的误差。这样的误差幅度可影响燃料效率。
参照图6B，对之前脉冲以后的停留时间的补偿应用到随后燃料喷射脉冲的命令脉冲宽度FPW上。曲线图620描绘传输燃料质量的误差百分比，并且示出停留补偿的影响。曲线622、624、626、628和630表示间隔紧密的(例如，停留时间约为500μs或以下的)第二喷射脉冲的误差，其中之前第一脉冲的传输燃料质量分别为1mg、2mg、3mg、4mg和9mg。位置632示出采用对之前脉冲以后的停留时间的补偿的、对间隔紧密随后喷射脉冲的准确性的改善。应当注意，根据之前脉冲的质量(即，9mg，在正方向上具有较大误差；1mg，在负方向上具有误差)，随后脉冲曲线中每条的曲线都产生顺序。该倾向与之前脉冲质量的补偿缺失有关。采用参照图6A所述的实例，可以看出，对于1.5mg的期望燃料质量，随后脉冲的误差大大减少，减少到约+60％的误差与约-20％的误差之间(即，约80％的总误差处在之前燃料脉冲的质量范围内)。
参照图6C，处理停留补偿之外，还应用对之前脉冲燃料质量的补偿。曲线图640也描绘传输燃料质量的误差百分比，并且示出结合的补偿方案的影响。曲线642、644、646、648和650表示间隔紧密的(即，约500μs)随后喷射脉冲的误差，其中之前脉冲分别为1mg、2mg、3mg、4mg和9mg。位置652示出采用对之前脉冲以后的停留时间和之前脉冲燃料质量的补偿的，对间隔紧密第二喷射脉冲的准确性的进一步改善。采用参照图6A和图6B所述的实例，可以看出，对于1.5mg的期望燃料质量，第二脉冲的误差进一步改善到约+45％的误差与约-7％的误差之间(即，约50％的总误差处在之前燃料脉冲的质量范围内)。可进一步注意到，一旦应用质量补偿，则随后脉冲曲线中每一条的曲线不再按照之前脉冲燃料质量的顺序排列。虽然在采用开环控制的该条件下，误差依然存在，但是准确性的改善适用于采用下文详细讨论的闭环反馈控制策略的附加取中心平均值的应用。
附加的操作因素可减少随后间隔紧密的燃料喷射脉冲的准确性和/和精确性。例如，即使当应用开环控制时，每个喷射器中机械和电子构件的变化可导致喷射器之间(对于相同设计/模型的喷射器)的质量变化。喷射质量与喷射的开启时间具有高度关联性。这种关系对于单次和多次喷射情景都是正确的。应当注意到，喷射的开启时间限定为燃料实际流过喷射器的时间量。这样，通过将喷射的开启时间控制到期望的开启时间，闭环控制可用于将每次喷射控制在期望量，闭环控制基于一组参照喷射器的特征为离线。通过修改喷射的脉冲宽度命令控制开启时间。下面将详细讨论的是，开启时间以每次喷射的关闭时间和开启延迟之间的差来计算。可采用喷射残留电压对每次喷射的关闭时间做出测量。然而，在一般操作状况下，无法轻易地测量每次喷射脉冲的开启延迟。这样，对每次喷射的开启延迟的评估可加强应用闭环控制的能力。
喷射的开启延迟受之前喷射的影响。之前喷射对开启延迟的影响可被捕捉为停留和之前喷射质量的函数。由于难以测量每次喷射的开启延迟，因此可基于喷射器的群体离线校准该函数。伴随着这次校准，可实时评估开启时间并且应用闭环控制。
应当注意，用于开环前馈控制的开环脉冲宽度补偿与开环延迟的变化相关联。这样，可以使用校准来表示开环延迟的变化，而不需要分别地校准开环延迟函数。然而，这两者之间可能存在很多不足，因而期望的是将开启延迟的变化建立为单独的控制校准，从而改善闭环反馈控制的准确性。此处讨论的控制方法可采用指示燃料喷射器残留电压的反馈信号，从而准确地控制非常小的脉冲量(例如，1-2mg)。该控制方法改善前馈控制策略的控制准确性和控制稳固性。改善的准确性和稳固性允许1-2mg区域的可能使用，从而改善燃耗性能。
图7A到7D描绘随后喷射脉冲的缩短的开启时间所产生的影响。图7A是在没有开启时间补偿的情况下，为之前脉冲和间隔紧密的随后脉冲传输的燃料量的曲线图。水平轴线702表示以μs计的命令燃料脉冲宽度。竖直轴线704表示以mg计的传输燃料质量。曲线706表示最初脉冲的燃料质量曲线，而曲线708表示第二间隔紧密脉冲的燃料质量曲线。如上所示，命令燃料脉冲宽度FPW1从之前脉冲产生约2mg(例如，靠近位置710的质量M1)，但相同的FPW1命令从之后脉冲产生约6mg(例如，靠近位置712的质量M2)。
图7B对应7A所描绘的燃料脉冲，并且包括将燃料喷射器的开启延迟描绘为命令脉冲宽度函数的曲线图720。水平轴线722表示以μs计的命令燃料脉冲宽度，而竖直轴线724表示以μs计的燃料喷射器的开启延迟。曲线726表示之前脉冲的响应时间，而曲线728表示间隔紧密的随后脉冲的响应时间。如上所述，与之前脉冲相比，随后脉冲示出在命令脉冲宽度内更快的开启响应时间(即，更小的开启延迟)。此外，所有喷射的开启延迟基本恒定，也存在例外：具有非常小的喷射量(较小的脉冲宽度命令)的喷射。
可将补偿应用到命令脉冲宽度FPW，从而将随后喷射的流动曲线偏移到之前喷射的流动曲线(例如，图7C)上。再次参照图7A，可对间隔紧密的第二脉冲应用调整后的燃料脉冲宽度命令FPW2，从而产生2mg的期望统一质量(例如，靠近位置714的质量M1)。在至少一个实例中，通过发出FPW1并且其后发出FPW2，每个不同的命令脉冲宽度可导致第一和第二喷射脉冲中每个都具有统一的质量。
命令燃料脉冲宽度的调整可作为随后脉冲宽度命令的标准偏移而应用。参照7C，曲线图740描绘偏移随后燃料脉冲命令所导致的燃料质量结果。将偏移应用到第二命令脉冲会减少由之前脉冲(即，曲线706)传输的燃料质量与由第二脉冲(即，曲线708’)传输的燃料质量之间的差。因此，可获取对于随后燃料脉冲的更为一致且可预测的总燃料质量。然而，命令脉冲宽度的偏移不能完全弥补随后燃料脉冲的开启响应时间差的的差异。图7D对应图7C，并且示出对开启延迟应用相同的命令脉冲宽度偏移的影响。曲线图760指示对于之前脉冲质量和停留时间的FPW命令转换不表示随后脉冲的开启响应时间的差。由于闭环控制最终控制喷射脉冲的开启时间，未捕捉到的开启延迟将导致次优的闭环控制。
采用将随后脉冲特征视作停留和之前命令脉冲宽度FPW(量)的函数的离线过程，捕捉间隔紧密的操作导致的开启响应时间的变化。采用测量到的燃料流信息，例如来自流速计的燃料流信息，可直接计算实际的开启时间。可从这些数据中计算之前喷射量和停留导致的随后燃料脉冲的开启延迟的偏移。在一个实例中，一组脉冲扫描测试可用于建立作为停留和之前命令脉冲宽度的函数的开启延迟的完全关系。具体地，对于给定的燃料供给压力，停留和之前喷射量(即，FPW1)中每个都可固定在已知的操作范围内。之后，随后脉冲宽度(即，FPW2)的命令可跨越其对应操作范围。由于标引了第二脉冲宽度命令，可记录燃料流率数据。之后，可以停留和之前喷射量的已知组合，重复此过程。之后，加工数据，从而抽取作为停留和之前喷射量的函数的开启延迟。应当注意到，在该校准过程获取的相同数据可用于前馈补偿校准以及喷射器开启延迟校准。
图8描绘曲线图800，其具有表示上述校准技术的输出的三维响应表面808。第一水平轴线802表示之前喷射脉冲后的以μs计的停留时间。第二水平轴线804表示以μs计的第一燃料喷射脉冲的命令脉冲宽度(与第一脉冲的喷射质量类似)。竖直轴线806表示间隔紧密的随后脉冲的实际开启延迟和之前喷射脉冲的开启延迟之间的差。对于采用基于脉冲尺寸和停留时间的闭环控制校准的非常少量喷射而言，开启延迟的差足够造成重大的过度补偿。因此，仅基于脉冲尺寸和停留时间的单次调整的关联可导致在最初脉冲尺寸范围内的重大的误差。
图9A包括曲线图900，描绘标准样品燃料喷射器基线脉冲的操作特征。水平轴线902表示时间，而竖直轴线904表示命令信号和随后喷射器响应的存在。提供FPW命令906以使得燃料质量908(例如，2mg)响应地通过喷射器。参照开启延迟ODRef910表示对于FPW命令906启动和螺线圈阀的实际开启的滞后。类似地，参照开启延迟CTRef912表示FPW命令906启动与燃料脉冲结束时螺线圈阀的实际关闭之间的持续时间。燃料脉冲的开启时间OT的特征在于下文的等式1。
OTRef＝CTRef-ODRef (1)
如上所述，为了获取具有可预测燃料质量的间隔紧密的随后燃料脉冲，基于之前脉冲以后的停留时间以及之前脉冲的燃料质量来调整命令随后燃料脉冲的特征。图9B包括曲线图920，描绘间隔紧密的随后燃料脉冲。在给定操作状况下喷射器的实际开启延迟ODAct930可基于上述的预定校准以及基于操作状况的实时OD学习。当停留时间924足够短(例如，小于约1000μs)时，需要对随后脉冲FPW命令926的更全面调整，以获取可预测的燃料质量928。
根据本公开的一个方面，第一燃料脉冲908的关闭与随后脉冲FPW命令926之间的持续时间934被减少，以弥补实际开启延迟ODAct930的变化。以此方式，尽管喷射器螺线管行为存在变化，还是可获取期望的停留时间924。OD对之前喷射的任何依赖被捕捉为停留和之前量的函数，并且以与前馈脉冲宽度补偿相似的方式用于反馈控制。通过基于从特定喷射器学到的过去行为，调整相同喷射器上控制的脉冲的脉冲宽度，闭环控制起作用。在至少一个实例中，控制器被编程为应用闭环反馈控制，从而基于表示相同燃料喷射器的至少一个较早随后脉冲的实际开启延迟的反馈数据调整随后脉冲的参数。
根据本公开的另一方面，在持续时间期间修改随后脉冲的FPW命令926，从而控制实际开启时间OTAct(即，OTAct＝CTAct-ODAct)。调整随后燃料脉冲的FPW命令，直到OTAct大致等于期望的OTRef。在图9A和图9B的实例中，期望的燃料脉冲产生2mg的统一燃料质量。然而，应当理解，可期望以不统一的方式传输不同的燃料质量值，从而使得随后燃料脉冲提供或多或少的燃料质量，从而加强燃烧性质。
参照图10，曲线图1000示出基于500μs停留时间的为第二喷射绘制的示例性燃料质量误差。与之前误差曲线图类似，水平轴线1002表示以mg计的随后第二喷射脉冲的期望燃料质量，而枢转轴线1004表示实际喷射燃料质量与随后喷射脉冲的期望燃料质量的偏差。出于参照目的描绘边界1006和1008，其分别表示+10％的误差和-10％的误差。曲线1022、1024、1026、1028和1030表示间隔紧密的(例如，停留约500μs的)第二喷射脉冲的误差，其中之前第一脉冲传输的燃料质量分别为1mg、2mg、3mg、4mg和10mg。从曲线图1000可以看出，除了上述对之前喷射的燃料质量和停留时间的开环调整，为了改正开启时间而做出的闭环FPW命令调整相对于之前的实例进一步减少燃料质量误差。与参照图6A到图6C所述的实例进行对比，图10示出，对于1.5mg的期望燃料质量，第二脉冲的误差进一步减少到约+24％的误差与约-8％的误差之间(即，约32％的总误差处在第一燃料脉冲的质量范围内)。
上述技术包括基于群体应用预定校准(例如，前馈脉冲宽度补偿和开启延迟的变化)，并且伴随反馈控制，从而提供对燃料喷射器群体的稳固测量。及时在此情景下，上述控制的挑战在于反馈控制可能依然过度补偿并且使得从具有与较大群体的偏移的单个喷射器传输的燃料质量结果发生偏移。具体地，如上所述，平均值ΔOD(基于喷射的群体)被离线捕捉为停留和之前FPW的函数(其可与喷射量类似)。每个独立喷射器和校准的平均值之间的差可高达10μs，或者对于某些停留和之前喷射量更多。此外，开启延迟OD可以在较小的量内弹道式地变化，导致调整量具有不确定性。即，开启延迟是少量的FPW的非线性函数。因此，对于每个独立喷射器，离线校准ΔOD的值可能不精确。此外，对于非常小的喷射(例如，1-2mg的范围内，这对于多次脉冲而言可能是更为期望的)，喷射开启特征非线性地变化。这种非线性放大了少量区域的差，并且可使得闭环反馈控制过度补偿。尽管对ΔOD应用预定的偏移，但是开启时间可在少量FPW范围内发生较大的变化。
非线性区域所需的补偿量可与非线性燃料脉冲行为外的邻近线性区域所需的补偿量类似。通过将从这些其他燃料质量区域学习到的补偿应用到非常少量的燃料质量，而不直接在非线性区域控制，实现燃料喷射器控制稳固性的改善。因此，当应用开启时间偏移时，与采用更不稳定少量区域的反馈相反，可使用基于邻近更稳定操作区域区域的调整参数进行调整。
参照图11，曲线图1100将喷射器开启延迟OD描绘为FPW命令、之前喷射燃料质量和停留时间的函数。水平轴线1102表示以μs计的FPW命令。竖直轴线1104表示ΔOT，即以μs计的实际开启时间和基线校准开启时间之间的差。曲线1106将OD表示为单次喷射情形中FPW命令的函数。曲线1108、1110、1112和1114分别表示1mg、2mg、3mg和4mg的之前脉冲的OD。应当注意，对曲线1108、1110、1112和1114分别应用了65μs、75μs、75μs和80μs的人为偏移，从而提供这些曲线与单次喷射曲线1106之间更好的对准，用于对比。出于示例对比的目的，所有随后脉冲之前都存在之前脉冲以后的500μs的停留时间(尽管应当理解，对于停留时间的不同范围存在不同曲线组)。曲线图1100示出：对于较少量的喷射(即，较小的FPW)而言，单次喷射和不同量的随后喷射之间的喷射开启延迟OD的差较大。更具体地，示例性燃料脉冲命令FPW3可对应于约2mg的期望燃料质量。由于开启延迟OD的变化，与小于燃料质量阈值(例如，FPW3，约2mg)的燃料质量对应的FPW命令具有更大的变化性。这种变化性使得闭环控制算法的其他部分过度补偿，从而减少了燃料喷射脉冲的准确性。
参照图12，曲线图1200描绘了对整个喷射燃料质量范围的开启延迟应用反馈控制而导致的燃料质量误差的过度补偿影响。水平轴线1202表示以mg计的随后第二喷射脉冲的期望燃料质量，而竖直轴线1204表示实际喷射燃料质量与随后喷射脉冲的期望燃料质量的偏差百分比。出于参照目的，描述了边界1206和1208，其分别表示+10％的误差与-10％的误差。曲线1222、1224、1226、1228和1230表示间隔紧密的(例如，停留时间约为500μs或以下的)随后喷射脉冲的误差，其中之前脉冲的传输燃料质量分别为1mg、2mg、3mg、4mg和9mg。在未特别考虑少量脉冲的情况下，绘制曲线的误差曲线对应于之前喷射脉冲燃料质量、停留时间、前馈开启延迟和反馈控制开启延迟的FPW命令补偿的应用。曲线图1200示出喷射脉冲燃料质量的范围内误差值的全距大大减少。然而，由于少量区域内的过度补偿，依然存在重大误差。虽然精确性得以改善，但是在与OD改变性的非线性相关联的少量范围内，燃料质量传输的准确性受到损害。考虑约在位置12321的1.5mg的期望燃料质量的实例，如本公开参照误差所讨论的，可以看出，依据之前喷射脉冲的质量，根据图12的控制方案对应于从约+20％到+40％的误差范围。
再次参照图11，在大于约2mg(例如，对应于FPW3)的燃料质量区域，燃料喷射控制更为稳固，在FPW命令宽度的较宽范围内提供大致恒定的OD调整值。根据本公开的一个方面，控制算法可包括弹道区域内喷射燃料质量的补偿(例如，燃料质量小于约2mg)，这是基于更稳定的邻近燃料质量范围的补偿值的(例如，基于2-3mg燃料质量范围应用控制信号调整)。将从邻近稳定燃料质量区域学习到的ΔOD补偿应用到具有小于阈值的燃料质量的随后燃料脉冲可抵消与非线性变化区域相关联的过度补偿影响。根据一个实例，控制算法向整个弹道区域应用对于来自更稳定2-3mg范围的开启响应的反馈控制命令补偿。
相比之下，图13A和图13B示出基于邻近弹道区域的具有较小稳定性的燃料脉冲范围的应用补偿的影响。曲线图1300示出传输燃料量-未补偿命令脉冲宽度。曲线图1320示出采用基于来自经理非弹道区域的值的弹道区域开启时间补偿的，传输燃料量-命令脉冲宽度。水平轴线1302表示以μs计的随后燃料脉冲的命令脉冲宽度(FPW)。竖直轴线1304表示以mg计的随后燃料喷射脉冲的期望燃料量。曲线1306表示最初喷射燃料脉冲。曲线1308、1310、1312和1314表示间隔紧密的(例如，停留时间约为500μs或以下的)随后喷射脉冲，其中之前脉冲的传输燃料质量分别为1mg、2mg、3mg和4mg。
从曲线图1300可以看出，如上所述，与初始脉冲相比，随后的间隔紧密的燃料脉冲需要明显不同的FPW命令，从而产生期望的燃料质量。根据本公开的一些方面，基于来自弹道区域1332的更稳定部分的值，应用对减少的随后脉冲开启延迟的调整。在描绘的实例中，产生约2mg的对应FPW4的调整应用到小于FPW4的FPW命令弹道范围。曲线1322、1324、1326和1328表示间隔紧密的(例如，停留时间约为500μs或以下的)随后喷射脉冲，其中之前脉冲的传输燃料质量分别为1mg、2mg、3mg和4mg。根据少量脉冲范围的特别考虑调整曲线。这些调整使得约位置1330的会聚程度最高。同时，在少量区域应用相同的调整也引起约位置1334的会聚。在图13B的实例中，最初脉冲和与FPW5命令相关联的随后脉冲之间的燃料误差减少到小于约0.3mg。根据至少一个实例，响应于小于质量阈值的随后脉冲目标燃料质量，控制器编程为基于大于质量阈值的燃料质量区域对随后脉冲的参数应用调整。
曲线图1400表示此处讨论的多个燃料喷射控制策略中每个的组合而导致的误差输出。在特别考虑小于燃料质量阈值的少量脉冲的情况下，绘制的误差曲线对应于之前喷射脉冲燃料质量、停留时间、前馈开启延迟和反馈控制开启延迟的FPW命令补偿的应用。即，某些少量的学习到的OD调整被忽略，之后被对应于邻近更稳定燃料质量区域的学习到的OD调整取代。水平轴线1402表示以mg计的随后第二喷射脉冲的期望燃料质量，而竖直轴线1404表示实际喷射燃料质量与随后喷射脉冲的期望燃料质量的偏差百分比。出于参照目的，描述了边界1406和1408，其分别表示+10％的误差与-10％的误差。曲线1422、1424、1426、1428和1430表示间隔紧密的(例如，停留时间约为0.5ms或以下的)随后喷射脉冲的误差，其中之前脉冲的传输燃料质量分别为1mg、2mg、3mg、4mg和9mg。曲线图1400示出喷射脉冲燃料质量的范围内的误差值的全距大大减少，并示出少量燃料质量区域改善的准确性。考虑参照误差的如本公开所讨论的1.5mg期望燃料质量的实例，可以看出，按照之前喷射脉冲的质量，根据图14的控制方案对应于约+12％到-10％的误差范围(即，约22％的总误差处在之前燃料脉冲的质量范围内)。改善的准确性大大加强了及时在非常少量的情况下紧密控制燃料的独立快速脉冲的能力。
虽然本公开示出在“第一”脉冲和随后脉冲的环境下的间隔紧密的燃料脉冲控制，应当理解，所描述的方法也可应用到任何随后脉冲。例如，第三脉冲可被看做实际第二脉冲的“第二”脉冲。因此，作为之前脉冲量和停留的函数的校准依然可应用到之后的随后脉冲。同样应当理解，一系列喷射脉冲中的脉冲可受到一次或多次之前喷射的相互影响。因此，采用此处讨论的技术，校准数据和存储的算法可更具膨胀性，并且解决一系列脉冲的多数脉冲的问题。
应当进一步设想，在不仅限于发动机燃烧室的多种应用中，采用多次间隔紧密的喷射事件以控制喷射深度的技术可应用到操作以喷射流体的任何类型的快速循环流体喷射器。多次连续喷射可用于多种应用，诸如但不限于用于选择性催化还原(SCR)系统的尿素喷射、喷涂和其他液体药剂的分配。
此处公开的过程、方法或算法可传输到以下装置或由以下装置实施：处理装置、控制器或计算器，其可包括任何存在的可编程电子控制单元或专门的电子控制单元。类似地，过程、方法或算法可存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，其具有多种形式，包括但不限于永久储存在诸如ROM装置的不可写存储介质的信息以及可选地存储在诸如软盘、磁带、CD、RAM装置和其他磁性和光学介质的可写入存储介质上的信息。也可在软件可执行对象中实施过程、方法或算法。可选地，采用适当的硬件构件，诸如，专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGAs)、状态机、控制器或其他硬件构件或装置或硬件、软件和固件构件的组合，可以全部或部分地实施过程、方法或算法。
虽然上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述权利要求书所包含的所有可能形式。说明书中所用词汇用于描述而不是限制，应当理解，可对做出各种的变化而不脱离本公开的精神和范围。如前所述，可结合各种实施例的特征，从而形成未明确描述或示出的本发明的进一步实施例。虽然各种实施例可描述为在一个或多个期望特征方面提供优势或比其他实施例或现有技术的实施方式优选，本领域的不同技术人员可以认识到，可损害一个或多个特点或特征以实现期望的整体系统属性，这依赖于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、适销性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、组装难易程度等。这样，在一个或多个特征方面描述为比其他实施例或现有技术的实施方式更不期望的实施例不在本公开的范围之外，并且对于特定应用可以是期望的。

Claims (7)

1.一种流体传输系统，包括：
螺线管，配置为选择性地提升阀的针栓，从而允许增压流体穿过所述阀；
电源，用于供给能量以激活所述螺线管；
控制器，编程为发出命令以致动所述螺线管，从而引起一系列连续的流体脉冲，其中基于之前脉冲以后的停留时间、所述之前脉冲的燃料质量和所述之前脉冲的开启延迟之一调整一系列连续脉冲的随后脉冲的命令开启延迟；
其中所述控制器进一步编程为响应于小于质量阈值的所述随后脉冲的目标燃料质量，基于大于所述质量阈值的燃料质量区域对所述随后脉冲的脉冲宽度命令应用调整。
2.根据权利要求1所述的流体传输系统，其中所述控制器进一步编程为响应于小于停留阈值的所述之前脉冲的停留时间，修改所述随后脉冲的命令持续时间。
3.根据权利要求1所述的流体传输系统，其中响应于所述之前脉冲以后的所述停留时间的减少，所述随后脉冲宽度的脉冲宽度命令减少。
4.根据权利要求1所述的流体传输系统，其中所述控制器被进一步编程为应用闭环反馈控制，从而基于表示所述阀的至少一个较早随后脉冲的实际开启时间的反馈数据调整所述随后脉冲的参数。
5.根据权利要求1所述的流体传输系统，其中所述控制器进一步编程为基于所述之前脉冲的开启持续时间和所述之前脉冲以后的停留时间之一根据目标脉冲持续时间值来调整所述随后脉冲的命令宽度。
6.根据权利要求1所述的流体传输系统，其中所述之前脉冲的第一流体质量和所述随后脉冲的第二流体质量的总量达到预定的总目标燃料质量。
7.根据权利要求1所述的流体传输系统，位于车辆内。
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