CN117280111A - 用于确定燃料喷射器的有效稳态流速的方法和系统 - Google Patents

用于确定燃料喷射器的有效稳态流速的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了利用与共轨耦合的多个喷射器来实施的方法和燃料喷射系统，所述共轨与压力传感器耦合，并且所述压力传感器与处理器耦合。所述方法包括：由所述处理器识别所述喷射器中的一个以计算与其相关联的所述共轨的压力变化率；由所述处理器在测量窗口内的喷射事件之前和期间从所述压力传感器接收所述共轨的压力测量；由所述处理器使用所述共轨的喷射前平均压力来确定特定于所识别喷射器的轨道压降范围；以及由所述处理器基于在所述轨道压降范围期间进行的所述共轨的所述压力测量来计算与所述所识别喷射器相关联的所述压力变化率。

Description

用于确定燃料喷射器的有效稳态流速的方法和系统
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年5月7日提交的第63/185,527号美国临时申请的优先权，所述临时申请的公开内容以全文引用的方式由此并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及燃料喷射系统，并且更具体地涉及用于估计燃料喷射系统中的喷射器的喷射速率的方法和系统。
背景技术
燃料喷射操作期间的杯模流动(也称为燃料喷射器的有效稳态流速，并且通常以磅每小时(pph)或克每秒(g/s)测量)可能由于操作而改变。有效稳态流速的这种变化的原因可包括喷射孔焦化、喷射孔气蚀、喷射孔腐蚀和/或存在碎片堵塞燃料喷射路径。有效稳态流速的这种变化影响燃料喷射器的喷射速率形状和喷射量，这可能影响发动机的操作，诸如效率降低、排放或排气水平增加和/或燃料计量不准确。因此，此技术领域需要进一步的贡献来实施准确估计发动机有效稳态流速的方法。
发明内容
根据本公开，在燃料喷射系统中实施方法，其中所述喷射系统包括与共轨耦合的多个喷射器，所述共轨与压力传感器耦合，并且所述压力传感器与处理器耦合。示例性方法包括：由所述处理器识别所述喷射器中的一个以计算与其相关联的所述共轨的压力变化率；由所述处理器在测量窗口内的喷射事件之前和期间从所述压力传感器接收所述共轨的压力测量；由所述处理器使用所述共轨的喷射前平均压力来确定特定于所识别喷射器的轨道压降范围；以及由所述处理器基于在所述轨道压降范围期间采用的所述共轨的所述压力测量来计算与所述所识别喷射器相关联的所述压力变化率。
在一些示例中，所述方法包括：由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速。在一些示例中，所述方法还包括：由所述处理器计算与所述多个喷射器相关联的多个压力变化率；以及由所述处理器基于与所述喷射器相关联的多个计算的压力变化率来估计所述喷射器的多个有效稳态流速。
在一些示例中，所述方法还包括：由所述处理器基于所述多个有效稳态流速来计算平均有效稳态流速；以及由所述处理器使用所述平均有效稳态流速来确定所述喷射器的所估计有效稳态流速中的误差。在一些示例中，所述方法还包括：由所述处理器在喷射器控制算法中使用所述喷射器的所述有效稳态流速。在一些示例中，所述方法还包括：由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的所述计算的压力变化率来估计所识别喷射器的有效稳态流速相对于所识别喷射器的标称稳态流速的百分比变化。
在一些示例中，使用第一压降和大于所述第一压降的第二压降来确定所述轨道压降范围。在一些示例中，所述共轨的所述压力测量是在所述喷射器的非悬停区中进行的，在所述非悬停区中，所述喷射器的所喷射燃料量不会引发所述喷射器中的下柱塞的悬停。
在一些示例中，所述方法包括：所述处理器确定满足接收所述压力测量的合适条件。合适条件可以包括以下一项或多项：(1)发动机冷却剂在要求的温度范围内，(2)所述共轨的压力高于最小阈值，(3)所喷射燃料量高于所述最小阈值，或(4)禁用与所述测量窗口重叠的任何潜在泵送事件。在一些示例中，所述压力测量是以向所述处理器提供足够数据点以识别所述压力测量中的足够线性压力下降以经由线性回归计算所述压力变化的频率接收的。
本公开还公开了燃料喷射系统，所述燃料喷射系统具有共轨、与所述共轨耦合的压力传感器、与所述共轨耦合的多个喷射器以及与所述压力传感器耦合的处理器。所述处理器被配置成：识别所述喷射器中的一个以计算与其相关联的所述共轨的压力变化率；在测量窗口内的喷射事件之前和期间从所述压力传感器接收所述共轨的压力测量；使用所述共轨的喷射前平均压力来确定特定于所识别喷射器的轨道压降范围；以及基于在所述轨道压降范围期间进行的所述共轨的所述压力测量来计算与所述所识别喷射器相关联的所述压力变化率。
在一些示例中，所述处理器可操作以基于与所述所识别喷射器相关联的计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速。在一些示例中，所述处理器还可操作以：计算与所述多个喷射器相关联的多个压力变化率；以及基于与所述喷射器相关联的多个计算的压力变化率来估计所述喷射器的多个有效稳态流速。
在一些示例中，所述处理器还可操作以：基于所述多个有效稳态流速来计算平均有效稳态流速；以及使用所述平均有效稳态流速来确定所述喷射器的所估计有效稳态流速中的误差。在一些示例中，所述处理器还可操作以：在喷射器控制算法中使用所述喷射器的所述有效稳态流速。在一些示例中，所述处理器还可操作以：基于与所述所识别喷射器相关联的所述计算的压力变化率来估计所识别喷射器的有效稳态流速相对于所识别喷射器的标称稳态流速的百分比变化。
在一些示例中，使用第一压降和大于所述第一压降的第二压降来确定所述轨道压降范围。在一些示例中，所述共轨的所述压力测量是在所述喷射器的非悬停区中进行的，在所述非悬停区中，所述喷射器的所喷射燃料量不会引发所述喷射器中的下柱塞的悬停。在一些示例中，所述处理器是远程处理器，并且所述燃料喷射系统还包括辅助车载处理器，所述辅助车载处理器与所述压力传感器物理耦合并且经由无线通信网络与所述远程处理器可通信地耦合。
本文还公开了车辆，所述车辆包括如上所述的燃料喷射系统和与所述燃料喷射系统耦合的发动机。所述发动机包括曲轴和经由对应的多个连杆与所述曲轴耦合的多个气缸。所述多个气缸包括多个活塞，所述多个活塞响应于从所述多个喷射器接收燃料而经由所述多个连杆引起所述曲轴旋转。在一些示例中，所述处理器是与所述压力传感器物理耦合的车载处理器。在一些示例中，所述处理器是经由无线通信网络与所述车辆可通信地耦合的远程处理器，并且能够经由与所述压力传感器物理耦合的辅助车载处理器从所述压力传感器接收所述共轨的所述压力测量。在一些示例中，所述非暂时性计算机可读介质是远程数据服务器。
在考虑例示执行本公开的目前认为的最佳模式的说明性实施方案的下列详细描述时，本公开的附加特征和优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
附图的详细描述特别涉及附图，在附图中：
图1示出了根据本文公开的实施方案的燃料喷射系统的示意图；
图2A和图2B示出了根据本文公开的实施方案的计算轨道压力的变化率并使用所确定的变化率的方法的流程图；
图2C示出了根据本文公开的实施方案的在图2B的方法中实施的喷射器控制算法的流程图；
图3A和图3B示出了根据本文公开的实施方案在处理器中实施的变化率计算块、有效稳态流速确定块和平均化块的块图；
图4A和图4B分别示出了根据本文公开的实施方案的具有两个不同的喷射前平均压力值的喷射器命令之后的速率形状与时间的曲线图以及喷射器命令之后的轨道压力与时间的曲线图；
图5示出了根据本文公开的实施方案的用于计算轨道压力的变化率的喷射区域的曲线图，所述喷射区域由喷射器的下柱塞的不同操作曲线和悬停起始线限定；
图6示出了描绘根据本文公开的实施方案的燃料喷射系统中的每个喷射器的从喷射器命令开始到轨道压降达到10巴的时间作为压力的函数的关系的曲线图；以及
图7示出了根据本文公开的实施方案的使用云网络的计算系统的示意图。
具体实施方式
本文所述的本公开的实施方案并非旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。相反，被选择用于描述的实施方案已被选择以使本领域技术人员能够实践本公开。
本领域普通技术人员将认识到，所提供的实施方案可以以硬件、软件、固件和/或其组合来实施。例如，本文公开的控制器可以形成处理子系统的一部分，所述处理子系统包括具有存储器、处理和通信硬件的一个或多个计算装置。控制器可以是单个装置或分布式装置，并且控制器的功能可以由硬件执行和/或执行为在非暂时性计算机可读存储介质上的计算机指令。例如，控制器(例如，电子控制模块(“ECM”))中的计算机指令或编程代码可以以任何可行的编程语言来实施，诸如C、C++、HTML、XTML、JAVA或任何其他可行的高级编程语言、或高级编程语言和低级编程语言的组合。
如本文所使用的，与量相关使用的修饰语“约”包括所规定的值，并且具有由上下文规定的含义(例如，它至少包括与特定量的测量相关联的误差程度)。当在范围上下文中使用时，修饰语“约”还应被视为公开了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，范围“约2至约4”也公开了范围“2至4”。
参考图1，示出了利用发动机104实施的燃料供给系统100的部分。燃料供给系统100通常包括控制器102、燃料泵106、共轨燃料蓄积器114(也称为共轨)以及多个燃料喷射器118。发动机104通常包括多个气缸120，其中多个活塞122在燃料燃烧提供的动力下往复运动，从而引起曲轴126经由对应的多个连杆124旋转。在此示例中被描绘为具有两个泵送元件112的燃料泵106从燃料源(例如，燃料箱，未示出)接收燃料，对燃料加压，并将加压燃料提供给蓄积器114。燃料喷射器118耦合到蓄积器114并在控制器102的控制下从所述蓄积器接收燃料，在发动机循环期间的指定时间将燃料输送到(也在控制器102的控制下)气缸120，如本领域众所周知的。每个喷射器118都用唯一的数字或字母来识别，本文中称为喷射器标识符或喷射器ID。在所示的示例中，有六个喷射器118，因此每个喷射器具有从1到6中选择的数字的喷射器ID。由于本文解释的各种原因，每个喷射器118可以具有彼此不同的流速。
图1所示的高度简化的控制器102包括处理器108和存储器110。控制器102基本上可以更复杂并且可以包括多个处理器和存储器装置以及多个其他电子部件。在此示例中，控制器102从耦合到蓄积器114的压力传感器116接收压力测量。压力测量指示蓄积器114中的燃料压力。控制器102响应于压力测量和/或下文将描述的其他测量来控制泵106的操作。更具体地，控制器102控制每个泵送元件112输送的泵送输出。换句话说，控制器102控制将燃料从燃料源或燃料箱提供至泵送元件112的一个或多个阀(例如，入口阀，未示出)。
图2A示出了可以由控制器102(例如电气控制单元(ECU))的处理器108实施的方法200。在步骤202中，处理器确定是否满足处理器进行测量以确定轨道压力的变化率(下文中称为dP/dt，例如可以巴/毫秒为单位测量)的条件。dP/dt的值是轨道压力和喷射器本身的函数。即，dP/dt的值对于每个喷射器118是不同的。每个喷射器118的液压布局相对于所有其他喷射器118是不同的。例如，使用某些液压和泵配置，仅连接至1号喷射器(例如，如图1所示)的管路与所有其他喷射器118相对于从泵106到轨道114的管线位于共轨114的一侧。从喷射器118到轨道压力换能器的距离在喷射器118之间也是不同的。
与每次喷射事件相关联的dP/dt测量可能取决于多种因素，包括从加压系统中去除燃料的速率、有效稳态流、喷射压力、导阀流速、加压系统容积和燃料性质(诸如声速、体积模量和密度)。斜率dP/dt变化的灵敏度是可变的，并且取决于以下因素，包括但不限于：dP/dt测量中使用的压力数据的压降范围的幅值、高压系统容积、喷射器的有效稳态流速、和/或影响喷射器的有效稳态流速出现的持续时间的喷射器的配置。在一些示例中，斜率dP/dt变化的灵敏度可以是针对压降范围的有效稳态流速的变化的大约一半。也就是说，在一些示例中，有效稳态流速的10％的变化可能导致斜率dP/dt的大约4％至6％的变化，斜率dP/dt是压力的函数。可以通过使用更大的压降数据输入范围来提高这种灵敏度，如果增加下柱塞冲程设置，则可以实现这一点。
例如，适合dP/dt测量的条件可以包括以下一项或多项：(1)发动机冷却剂在要求的温度范围内，(2)轨道压力高于最小阈值，(3)喷射量高于当前轨道压力下的最小阈值，或(4)禁用与和dP/dt测量相关联的时间重叠的任何潜在泵送事件。在泵送元件未被激活的一段时间内进行dP/dt测量降低了由泵送事件引起的压力变化的影响可能不利地影响与喷射事件相关联的dP/dt测量的可能性。可以实施替代方法来降低泵送事件影响与来自喷射器的喷射事件相关联的dP/dt测量的可能性。例如，此类方法可以包括：分段执行泵送事件对轨道压力的影响以便不与和喷射相关联的压力变化重叠、暂时放弃泵送事件、以及仅当泵送事件的压力变化不与压力测量窗口中喷射事件的压力变化重叠时进行测量。可以适当地设置附加条件或标准以提高dP/dt测量的质量，包括但不限于预定发动机速度、稳态泄漏率以及先导喷射事件的存在。
在步骤204中，处理器在测量窗口内的喷射事件之前和期间从压力传感器接收轨道压力测量。测量窗口可以在喷射器命令开始之前或之后延伸任何合适的时间段，以确保采用喷射事件期间压力测量的合适部分用于计算。例如，测量窗口可以在喷射器命令开始之前不久开始，或其可以在喷射器命令开始之后不久开始，其中测量窗口开始与喷射器命令开始之间的时间间隙对于错过dP/dt计算所需的任何测量来说并不显著。在一些示例中，测量窗口可以延伸到远远超出初始喷射的结束，以确保测量整个喷射事件期间的轨道压力。可以以足够的频率进行测量从而为计算提供足够的数据点。在一些示例中，频率可以大于例如大约5kHz、8kHz、10kHz或15kHz。
步骤206和208特定于所识别喷射器。也就是说，针对系统中的每个喷射器118执行这些步骤，使得输入的值以及输出的值与特定喷射器相关联。在步骤206中，处理器使用喷射前平均压力来确定轨道压降范围以用于计算特定喷射器的轨道压力的变化率，在下文中称为dP/dt值。轨道压降范围可以延伸轨道压力经历基本上线性下降的时间段，并且所述范围足够长以便为准确测量和计算提供尽可能多的数据点。在一些示例中，喷射前平均压力被用作确定轨道压降范围的基础，使得轨道压降范围的开始被定义为低于喷射前平均压力的某个压力值，并且轨道压降范围的结束被定义为低于喷射前平均压力的另一压力值。
在步骤208中，处理器使用压降范围来计算dP/dt。dP/dt的值是对应于轨道压力测量的基本线性部分的斜率。方法200中使用的参数在本文公开的图4A和图4B中以图形方式表示。
图2B示出了可以在方法200之后的步骤，其使用所获得的dP/dt值。例如，在步骤210中，处理器在当前或最近的测量事件期间使用估计算法来使用先前在方法200中获得的dP/dt和喷射前平均压力估计所测得的喷射器的有效稳态流速相对于全新标称喷射器稳态流速的百分比变化。例如，全新标称喷射器稳态流速是指在全新条件下或在燃料系统中实施后不久的该特定喷射器的稳态流速。
在步骤212中，处理器将估计百分比变化提供给平均化控制结构以更新和细化估计算法，从而形成考虑来自平均化控制结构的输出以更新和细化估计算法的反馈环路。可以对每个喷射器重复先前的步骤206至210，并且在平均化控制结构中输入这些步骤的输出以获得喷射器的总体平均值。例如，计算出的平均值可用于确定估计的总体误差。
随后，在步骤214中，在与喷射器有关的其他控制算法中利用每个喷射器的有效稳态流速的估计百分比变化。在一些示例中，此类控制算法包括液压持续时间估计算法，其估计液压致动的电子单元喷射器中的液压的持续时间。在一些示例中，图2B中的步骤可以涉及估计有效稳态流速的绝对值(即，例如，以克/秒为单位测量的实际流速值)，而不是这种流速相对于标称流速的百分比变化(例如，喷射器在全新状态下的全新流速)。
例如，图2C示出了根据一些实施方案的执行步骤214的方法。在步骤216中，处理器获得喷射器的有效稳态流速的估计相对百分比变化，其可以如先前解释的那样直接计算或从存储数据的存储器获得。在步骤218中，处理器确定所选喷射器的有效稳态流速的估计变化是否表明喷射器的稳态流速小于其全新标称流速。在步骤220中，处理器确定所选喷射器的有效稳态流速小于其全新标称流速，并且增加所述喷射器输送所命令的燃料供给量所需的液压持续时间。在步骤222中，处理器确定所选喷射器的有效稳态流速不小于其全新标称流速，并且维持所述喷射器的相同液压持续时间。在一些示例中，如步骤224中所示，处理器还可以使用此信息来提前所选喷射器的喷射事件的正时，以便通过补偿稳态流速的降低来改进发动机操作。
图3A示出了进出处理器108的数据流的块图。处理器108具有dP/dt计算块300、有效稳态流速确定块302和平均化块304。每个块可以被实施为由处理器108利用存储在存储器110中的用于执行算法中的计算的指令执行的算法，所述存储器是非暂时性计算机可读或机器可读介质。
dP/dt计算块300使用如图2A所示的方法200来计算所识别喷射器的dP/dt值。方法200使用包括以下的输入来执行：喷射器ID 306，其识别哪个喷射器118正被提及；从压力传感器116接收的喷射前平均压力值308，其用于确定如方法200中所解释的轨道压降范围；以及块300所需的附加信息310。附加信息310可以包括但不限于由块300使用以确定是否满足进行dP/dt测量的条件的信息(如方法200的步骤202中所解释的)以及用于确定轨道压降范围的压力范围(如方法200的步骤204中所解释的)。来自块300的输出是要在块302中的计算中使用的所确定dP/dt值312。
有效稳态流速确定块302执行计算以确定所识别喷射器的有效稳态流速。这样，块302接收输入，诸如喷射器ID 306、由dP/dt计算块300计算的所识别喷射器118的dP/dt值312、以及喷射前平均压力值308。块302使用这些输入来执行算法并确定所识别喷射器在所确定压力值下的有效稳态流速，所述有效稳态流速与共轨114中的喷射前压力一起被输出到平均化块304。有效稳态流速与dP/dt值312之间的关系还受到诸如高压系统容积和有效声速等因素的影响。在一些示例中，对原始测量数据进行校正，并且实际有效稳态流速与校正前有效稳态流速之间的关系如下方程1所示：
在方程1中，Vsys是高压系统容积值(如图3A和图3B中的输入322所示)并且Seff是用于测量条件的有效声速值(如图3A和图3B中的输入324所示)，也被输入到块302。输入322中还包括高压系统容积的标称值(Vnom)，并且类似地，输入324中包括有效声速的参考值(Sref)。R原始是应用任何容积和声速校正之前的有效稳态流速的原始数据值，并且Reff是实际有效稳态流速。使用方程1，可以针对高压系统容积(Vsys)相对于高压系统容积的标称值(Vnom)以及针对有效声速(Seff)的平方相对于有效声速的参考值(Sref)的平方，调整有效稳态流速(Reff)。输入324的有效声速值是已知声音在高压系统的操作条件下传播的速度，可以在测量条件下通过任何合适的方法来计算，诸如函数或查找表，其基于压力值、基于压力值和高压系统中的有效流体温度、或者基于由压力传感器测得的所测得的一种或多种固有频率。在一些示例中，输入信息310可以包括来自存储在存储器中并且可由处理器108访问的查找表的数据，使得查找表指定所识别喷射器118的轨道压降范围。
除了喷射器ID 306和喷射前平均压力308之外，有效稳态流速确定块302还使用由块300确定的dP/dt值312作为输入，以确定输出316。输出316可以是以下中的任一项或多项：所确定压力水平下所识别喷射器的有效稳态流速、所识别喷射器的有效稳态流速相对于针对喷射器预定的全新标称有效稳态流速的百分比变化、在所确定压力水平下导阀速率形状与喷射速率形状的比率、和/或在所确定压力水平下喷射速率形状与总速率形状的比率。
在块302中，处理器108使用公式或方程(例如，方程2)执行计算以确定相对于标称喷射器稳态流速的有效稳态流速变化(R)。标称喷射器稳态流速可以是在制造喷射器时最初测得的或者喷射器的制造商已经定义的标称全新流速。方程2定义为：
其中A、B、C、D、E和F都是对于每个喷射器118来说唯一或特定的固定系数。也就是说，对于每个识别的喷射器118，存在与连接到共轨蓄积器114的其他喷射器118不同的一组单独的系数。P均值是喷射前平均压力308，并且dP/dt是由块300确定的值312。
喷射器特定的固定系数A至F可以由处理器108作为系数输入314从存储器110获得以在块302中使用。在一些示例中，这些系数可以在校准中由ECM利用足够轨道压力采样能力从对任何发动机(包括操作现场发动机)测得的压降斜率值(dP/dt)来确定。每个喷射器的系数不同，因为如果在方程2中对所有喷射器使用相同的系数，则根据一些实验和模拟数据，所估计有效稳态流速的平均误差可能为8％或更多。通常预计最大误差是在位于共轨端部或附近的喷射器(例如，诸如图1中的1号或6号喷射器)处测得的，从而导致此特定喷射器相对于其他喷射器的液压布局存在差异。在一些示例中，系数还可以取决于轨道压力数据集的输入数据范围。例如，通过使用来自多个输入轨道压力数据范围的适当加权的有效稳态流速估计，可以进一步提高所估计有效稳态流速的准确性。
在平均化块304中，将所识别喷射器118在确定压力下的有效稳态流速316的值和喷射前平均压力308用作输入来计算所识别喷射器118的平均化或归一化有效稳态流速318。例如，例如在发动机操作期间，对来自多个操作区域和压力的单独的有效稳态流速316的估计进行平均，以获得针对每个所识别喷射器118的发动机上有效稳态流速。然后可将所识别喷射器118的平均有效稳态流速318存储在存储器110中以供将来访问和/或由诸如ECM的处理器308使用以提高喷射器性能灵活性或减少燃料喷射系统的保修。此外，平均有效稳态流速318还可用于提高发动机性能并减少发动机排放。
由块302实施的有效稳态流速估计方法还可以使得能够提高燃料喷射器设计中的速率形状灵活性，因为具有更快的打开速率形状斜率的这种喷射器设计可以通过以下方式获得：(1)减小下柱塞顶部直径以减少导阀排放流量；(2)增加下柱塞冲程以消除高燃料供给区域和相关联的高超调过渡，并从闭环燃料供给控制中消除其中一个燃料供给区域。因此，可以对发动机测量每缸有效稳态流速和喷射液压持续时间。
在图3B中，平均化块304被示出为与图3A中所示的相同块使用不同的输入。具体地，块304使用dP/dt测量窗口内的平均压力320而不是喷射前平均压力308，以确定所识别喷射器118的归一化有效稳态流速。
图4A和图4B示出了在两个不同的起始轨道压力下速率形状与喷射器命令之后的时间以及轨道压力与喷射器命令之后的时间的两个不同的曲线图。如图4A所示，在喷射器命令时(t＝0)的起始轨道压力高于图4B；即，图4A中的喷射前平均压力值P均值大于图4B，即P均值(图4A)>P均值(图4B)。每个曲线图示出喷射前平均轨道压力(或喷射前平均压力值)P均值、以及轨道压力测量曲线400、喷射速率形状402、导阀速率形状404、总速率形状406(喷射速率形状402和导阀速率形状404的总和)、以及在如本文所解释的由两个压力(P1和P2)确定的dP/dt计算范围内延伸的dP/dt斜率408。
在每个曲线图中，除了喷射前压力值P均值之外，还有两个压力值：定义dP/dt计算范围开始的初始压力(P1)和定义dP/dt计算范围结束的最终压力(P2)。此外，在每个曲线图中，dP/dt测量窗口从t＝0(在喷射器命令时)延伸到t＝t1，这定义了测量窗口的结束。另外，t2被定义为当导阀速率形状404在初始喷射之后结束或达到0g/s时的时间，并且t3被定义为当下柱塞悬停开始时，其中喷射器的柱塞总成中的下柱塞在完全提升时，悬停或漂浮在中心孔内，导致喷射器降低导阀排放流速。或者，t3可以被定义为当对于较短的喷射燃料供给量导阀开始关闭时，此时下柱塞开始悬停。在每个曲线图中，P均值>P1>P2，并且t1>t2>t3。dP/dt值可以通过将斜率408中的轨道压力变化(ΔP)除以时间变化(Δt)来确定。
测量窗口限定了进行轨道压力400的测量的时间范围。窗口的长度必须延伸得足够长以提供足够数量的数据点来可靠地计算所识别喷射器118的dP/dt斜率408，并且测量的频率也必须足够高以便为处理器提供足够的数据点，以识别轨道压力400的足够线性下降来执行dP/dt计算。
在进行轨道压力400的测量之后，对于dP/dt计算考虑在P1与P2之间进行的测量。起始压力P1是低于P均值值的压力的预定值，并且终止压力P2是低于P均值值的压力的又一个预定值。仅出于说明性目的，在一些示例中，P均值与P1之间的差值(也称为第一压降)可以在约5巴(500kPa)至约10巴(1MPa)之间，并且P均值与P2之间的差值(也称为第二压降)可以在约20巴(2MPa)至约40巴(4MPa)之间。
可以确定第一压降以最小化喷射器的打开速率形状斜率的变化的影响，并且可以确定第二压降以减少包括将对dP/dt计算产生负面影响的测量数据点的可能性。为了减少影响此流速下降开始的喷射器下柱塞冲程设置的变化对dP/dt测量的影响，限制轨道压力数据的上限是有益的，因此，导致最初保持相对静态的初始压力测量的第一压降被排除在dP/dt计算之外。在一些示例中，可以在对dP/dt计算范围内的所测得的轨道压力值进行线性回归之后计算dP/dt值，并且可以选择第二压降，以避免减小关于测量数据点的线性回归的确定系数(R2)，使得R2值保持尽可能接近1。
每个压降值可以基于之前的喷射事件来预定或校准，例如，其中所述值对于特定喷射器ID是唯一的。因此，每个喷射器可具有分配给其的不同压降值。在一些示例中，压降值可以由处理器经由方程或表(例如，存储在存储器中的查找表)来访问。
当下柱塞达到全升程并开始悬停时，或者当喷射量达到低于下柱塞开始悬停的阈值量时导阀开始关闭时，喷射器减小导阀排放流速。此时，喷射器的净流速(即喷射流速和导阀排放流速之和)下降，从而影响压降速率。这对应于导阀速率形状404从t3到t2的减小。在一些示例中，t3与轨道压力400达到P2的时间之间的时间间隔被称为从下柱塞悬停开始直到其效果首先影响轨道压力400的延迟。此延迟主要是由传感器对下柱塞悬停做出反应的延时引起的，其长度可能是几分之一毫秒，并且轨道压力400不受影响，直到悬停事件信息被传输到轨道压力传感器116。延迟的长度通过从操作喷射器118到轨道压力传感器116的距离以及在操作压力和温度下燃料的声速来控制。如图4A和图4B所示，对于喷射器命令开始时的不同初始轨道压力，延迟可以不同。此外，轨道压力400达到P2的时间可以在t＝t2之后，如图4A所示；或在t＝t2之前，如图4B所示。
在一些示例中，如果增加下柱塞冲程，则轨道压力斜率下降的变化的灵敏度可以相对于喷射器的增加，以消除随着下柱塞悬停的导阀流量减小而开始的轨道压力斜率减小的影响。优选的最大轨道压降输入数据范围限制可以是最大化平均轨道压降斜率灵敏度以改变有效稳态流速的数据范围限制。根据一些模拟，当轨道压力斜率下降的变化的灵敏度受到喷射器的下柱塞冲程限制时，轨道压力斜率变化与有效稳态流速变化的比率大约为0.35至0.55。在一些示例中，当下柱塞冲程增加时，轨道压力斜率变化与有效稳态流速变化的比率可增加至大约1.15至1.65。在一些示例中，可用于估计有效稳态流速的输入轨道压力数据范围可被设置为当下柱塞增加时包括更多的轨道压降数据。
增加下柱塞冲程的效果包括增加可测量的用于轨道压力400的数据点的数量，以包括在dP/dt斜率408的计算中。也就是说，类似于较低的喷射前压力如何导致速率形状402、404和406与图4A中的速率形状相比沿着图4B中的时域(x轴)更加伸展，下柱塞冲程的增加使速率形状402、404和406类似地伸展，并且还导致与图4A和图4B相比从P均值到P2的压降增加。例如，如果图4A和图4B中从P均值到P2的压降范围为23巴至31巴，则随着下柱塞冲程增加，从P均值到P2的压降可能高达35巴。
在速率形状更加伸展并且P1与P2之间的间隙更大，则斜率dP/dt计算将包括更多要考虑的数据点，从而提高计算的准确性。对于下柱塞冲程增加的此类示例，喷射量足够高，使得在轨道压力换能器处测得的轨道压力输入数据范围受导阀关闭的影响最小，这降低了喷射器的净流速，所述净流速是喷射流速和导阀排放流速之和。导致平均斜率dP/dt对有效稳态流速变化的灵敏度增加的轨道压降输入范围可能与轨道压力的自然拐点对准，所述自然拐点取决于系统配置、喷射器配置和有效稳态流速。在一些示例中，有效稳态流速减少10％可导致平均斜率dP/dt减少大约13％。
在一些示例中，代替如本文所述确定到P1和P2的压降，从燃料供给命令的开始到轨道压力下降到低于起始轨道压力的选定水平时的时间差可以用作针对喷射器喷射延迟开始的估计方法。由于从喷射器命令开始到轨道压降达到预定压力水平(例如，低于P均值10巴)的时间通常随着起始轨道压力(或P均值)增加而以可预测的曲线减小。例如，如图6所示，不同的喷射器118(例如，图1中所示的1号至6号喷射器)在从喷射器命令开始到轨道压降达到10巴的时间与喷射前初始压力的曲线图中遵循相似的曲线。因此，时间延迟可以被描述为喷射器和压力的函数。在一些示例中，喷射延迟开始的发动机上估计可以考虑从每个喷射器到轨道压力换能器的距离以及在操作压力和温度下加压燃料的声速。
参考图5，示出了在不同操作压力下执行的喷射燃料量与喷射命令之后的时间的关系的曲线图。曲线图示出了用于如前所述的dP/dt数据计算的喷射区域500、示出每条不同曲线的悬停起始线502的粗虚线、在高操作压力下的操作曲线504以及在低操作压力下的操作曲线506。悬停起始线502通过绘制斜率中的拐点来定义，例如曲线504的斜率中t＝α处的第一拐点和曲线506的斜率中t＝β处的第二拐点以及其间的所有曲线(如虚线所示)。
位于外部曲线504与506之间的虚线示出了与高操作压力操作曲线504和低操作压力操作曲线506(其设定了喷射区域500的边界)之间的不同压力水平有关的不同操作曲线。所示的区域500具有最小阈值508(以点线示出)，所述最小阈值定义了喷射燃料量比针对悬停起始线502所定义的喷射燃料量少的区域。这样，可以执行dP/dt数据计算的喷射区域500包括其中所喷射燃料量不会引发下柱塞在喷射器中悬停的区段或区。在下文中，位于最小阈值508与喷射器的悬停起始线502之间的喷射区域500的区段被定义为非悬停区510。
使用非悬停区510来执行dP/dt数据计算的优点包括提高计算准确度。在一些示例中，使用dP/dt斜率来提供有效稳态流速的准确估计的准确度优于使用替代方法的准确度，替代方法依赖于在已知发生喷射过程的相关联持续时间的整个时间范围内获取的压力差的比率。具体而言，此类替代方法进行的压力测量倾向于超出喷射过程的相关联持续时间内发生的压力测量，并且所得计算也可能受到噪声源的负面影响，诸如在悬停起始线502处或之上的喷射区域500的区段(此区域也被称为高燃料供给区域)中的非线性过冲、由于喷射结束非线性导致的高燃料供给区域中的非线性、以及由于发动机占空比操作限制而可能无法在高燃料供给区域获取足够的数据。
图7示出了实施本文所公开的方法的计算系统700的示例。计算系统700具有云网络702，所述云网络提供无线数据通信手段(例如，无线通信网络)以将发动机的ECM 704与远程数据服务器706和远程处理器708连接。因此，在一些示例中，代替如本文所公开的控制器102的车载处理器108执行dP/dt计算和有效稳态流速估计，由远程处理器708执行计算和估计，所述远程处理器无线地接收必要的输入(例如，如图3A和图3B所示的306、308、310、314、320、322和/或324)并向ECM 704提供输出318。车载处理器108可以被定义为物理地安装在包括发动机104的车辆上和/或与图1所示的诸如压力传感器116、燃料泵106和/或喷射器118的部件中的任何部件物理耦合(例如，经由电线)的处理器。一些输入，例如方程1的输入322和324、方程2的附加输入310和系数314，可以由远程服务器706提供，而不是存储在车载存储器110中。或者，ECM 704可以能够使用车载处理器108执行计算和估计，并且根据需要仅依赖于云网络702从远程服务器706获得诸如输入和系数的数据。
使用本文公开的方法确定的dP/dt值来估计与所识别喷射器相关联的有效稳态流速的优点包括减少了所有喷射器的所估计有效稳态流速的平均误差(或其相对于喷射器的全新标称有效稳态流速的百分比变化)。也就是说，即使在每次dP/dt测量中，喷射器的有效稳态流速相对于与特定喷射器相关联的标称流速的估计百分比变化中存在测量误差，在一些示例中来自所有喷射器(例如，图1中的1号至6号喷射器)的误差的平均值将小于1％、小于0.5％或小于0.2％。
尽管已经参考某些优选实施方案详细描述了示例和实施方案，但是在所附权利要求中描述和限定的本公开的精神和范围内存在变化和修改。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种在燃料喷射系统中实施的方法，所述燃料喷射系统包括与共轨耦合的多个喷射器，所述共轨与压力传感器耦合，并且所述压力传感器与处理器耦合，所述方法包括：
由所述处理器识别所述喷射器中的一个以计算与其相关联的所述共轨的压力变化率；
由所述处理器在测量窗口内的喷射事件之前和期间从所述压力传感器接收所述共轨的压力测量；
由所述处理器使用所述共轨的喷射前平均压力来确定特定于所识别喷射器的轨道压降范围；以及
由所述处理器基于在所述轨道压降范围期间进行的所述共轨的所述压力测量来计算与所述所识别喷射器相关联的所述压力变化率。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速。
3.如权利要求2所述的方法，其还包括：
由所述处理器计算与所述多个喷射器相关联的多个压力变化率；以及
由所述处理器基于与所述喷射器相关联的多个计算的压力变化率来估计所述喷射器的多个有效稳态流速。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于所述多个有效稳态流速来计算平均有效稳态流速；以及
由所述处理器使用所述平均有效稳态流速来确定所述喷射器的所估计有效稳态流速中的误差。
5.如权利要求3所述的方法，其还包括：
由所述处理器在喷射器控制算法中使用所述喷射器的所述有效稳态流速。
6.如权利要求1所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速相对于所述所识别喷射器的标称稳态流速的百分比变化。
7.如权利要求1所述的方法，其中使用第一压降和大于所述第一压降的第二压降来确定所述轨道压降范围。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述共轨的所述压力测量是在所述喷射器的非悬停区中进行的，在所述非悬停区中，所述喷射器的所喷射燃料量不会引发所述喷射器中的下柱塞的悬停。
9.如权利要求1所述的方法，其还包括：
由所述处理器确定满足接收所述压力测量的合适条件，其中所述条件包括以下至少一项：
(1)发动机冷却剂在要求的温度范围内，
(2)所述共轨的压力高于最小阈值，
(3)所喷射燃料量高于所述最小阈值，或
(4)禁用与所述测量窗口重叠的任何潜在泵送事件。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述压力测量是以向所述处理器提供足够数据点以识别所述压力测量中的足够线性压力下降以经由线性回归计算压力变化的频率接收的。
11.一种燃料喷射系统，其包括：
共轨；
与所述共轨耦合的压力传感器；
与所述共轨耦合的多个喷射器；以及
处理器，其与所述压力传感器和上面存储有指令的非暂时性计算机可读介质耦合，所述指令当由所述处理器执行时，使所述处理器执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.一种车辆，其包括：
根据权利要求11所述的燃料喷射系统；以及
发动机，所述发动机与所述燃料喷射系统耦合并且包括：
曲轴，以及
经由对应的多个连杆与所述曲轴耦合的多个气缸，所述多个气缸包括多个活塞，所述多个活塞被配置成响应于从所述多个喷射器接收燃料而经由所述多个连杆引起所述曲轴旋转。
13.如权利要求12所述的车辆，其中所述处理器是与所述压力传感器物理耦合的车载处理器。
14.如权利要求12所述的车辆，其中所述处理器是经由无线通信网络与所述车辆可通信地耦合的远程处理器，并且被配置成经由与所述压力传感器物理耦合的辅助车载处理器从所述压力传感器接收所述共轨的所述压力测量。
15.如权利要求14所述的车辆，其中所述非暂时性计算机可读介质是远程数据服务器。

Claims (15)

1.一种在燃料喷射系统中实施的方法，所述燃料喷射系统包括与共轨耦合的多个喷射器，所述共轨与压力传感器耦合，并且所述压力传感器与处理器耦合，所述方法包括：
由所述处理器识别所述喷射器中的一个以计算与其相关联的所述共轨的压力变化率；
由所述处理器在测量窗口内的喷射事件之前和期间从所述压力传感器接收所述共轨的压力测量；
由所述处理器使用所述共轨的喷射前平均压力来确定特定于所识别喷射器的轨道压降范围；以及
由所述处理器基于在所述轨道压降范围期间进行的所述共轨的所述压力测量来计算与所述所识别喷射器相关联的所述压力变化率。
2.如权利要求1所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速。
3.如权利要求2所述的方法，其还包括：
由所述处理器计算与所述多个喷射器相关联的多个压力变化率；以及
由所述处理器基于与所述喷射器相关联的多个计算的压力变化率来估计所述喷射器的多个有效稳态流速。
4.如权利要求3所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于所述多个有效稳态流速来计算平均有效稳态流速；以及
由所述处理器使用所述平均有效稳态流速来确定所述喷射器的所估计有效稳态流速中的误差。
5.如权利要求3所述的方法，其还包括：
由所述处理器在喷射器控制算法中使用所述喷射器的所述有效稳态流速。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
由所述处理器基于与所述所识别喷射器相关联的所述计算的压力变化率来估计所述所识别喷射器的有效稳态流速相对于所述所识别喷射器的标称稳态流速的百分比变化。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中使用第一压降和大于所述第一压降的第二压降来确定所述轨道压降范围。
8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述共轨的所述压力测量是在所述喷射器的非悬停区中进行的，在所述非悬停区中，所述喷射器的所喷射燃料量不会引发所述喷射器中的下柱塞的悬停。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括：
由所述处理器确定满足接收所述压力测量的合适条件，其中所述条件包括以下至少一项：
(1)发动机冷却剂在要求的温度范围内，
(2)所述共轨的压力高于最小阈值，
(3)所喷射燃料量高于所述最小阈值，或
(4)禁用与所述测量窗口重叠的任何潜在泵送事件。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述压力测量是以向所述处理器提供足够数据点以识别所述压力测量中的足够线性压力下降以经由线性回归计算压力变化的频率接收的。
11.一种燃料喷射系统，其包括：
共轨；
与所述共轨耦合的压力传感器；
与所述共轨耦合的多个喷射器；以及
处理器，其与所述压力传感器和上面存储有指令的非暂时性计算机可读介质耦合，所述指令当由所述处理器执行时，使所述处理器执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
12.一种车辆，其包括：
根据权利要求11所述的燃料喷射系统；以及
发动机，所述发动机与所述燃料喷射系统耦合并且包括：
曲轴，以及
经由对应的多个连杆与所述曲轴耦合的多个气缸，所述多个气缸包括多个活塞，所述多个活塞被配置成响应于从所述多个喷射器接收燃料而经由所述多个连杆引起所述曲轴旋转。
13.如权利要求12所述的车辆，其中所述处理器是与所述压力传感器物理耦合的车载处理器。
14.如权利要求12所述的车辆，其中所述处理器是经由无线通信网络与所述车辆可通信地耦合的远程处理器，并且被配置成经由与所述压力传感器物理耦合的辅助车载处理器从所述压力传感器接收所述共轨的所述压力测量。
15.如权利要求14所述的车辆，其中所述非暂时性计算机可读介质是远程数据服务器。
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