CN117581011A - 用于增强低喷射量控制的燃料喷射系统 - Google Patents

用于增强低喷射量控制的燃料喷射系统 Download PDF

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Abstract

用于增强内燃发动机中的少量燃料的输送的燃料喷射控制系统和方法。校准/控制数据可以在发动机操作期间连续地生成和更新，例如无需将燃料输送到发动机气缸。所公开实施方案包括：以非喷射状态周期性地操作所述发动机的一个或多个燃料喷射器；生成并存储表示所述一个或多个燃料喷射器在所述非喷射状态下的所述操作的参数信息；以及基于所述参数信息和表示附加燃料量的信息来以喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器以喷射期望的燃料脉冲。

Description

用于增强低喷射量控制的燃料喷射系统
技术领域
本公开总体上涉及用于内燃发动机的燃料喷射系统。具体地，本公开涉及对由燃料喷射系统喷射的相对少量的燃料的控制。
背景技术
燃料喷射式内燃发动机包括联接到加压燃料源的喷射器以用于将燃料输送到发动机气缸中。喷射器由控制系统控制，所述控制系统致动喷射器并使喷射器在期望时间输送期望量的燃料。用于将命令量的燃料输送到发动机气缸用于点火的每个喷射事件可以是一段时间内的多个离散或单独的喷射脉冲的结果(即，在喷射事件期间提供的燃料量是与喷射事件相关联的喷射脉冲量之和)。喷射脉冲可以包含相对少量的燃料。作为非限制性示例，相对较小的发动机可以被控制为产生小于约5ng的喷射脉冲燃料量，而相对较大的发动机可以被控制为产生小于约15mg的喷射脉冲燃料量。
喷射器通常在安装到发动机中之前进行测试和表征。定义每个燃料喷射器的性能特性的参数可以被存储为与控制系统相关的校准数据。一种这样的参数是喷射器的受控开启时间与由喷射器输送的燃料量之间的关系。然而，燃料喷射器的性能特性可能随着时间的推移而改变。最初编程的校准数据可能会随着时间的推移而改变。
仍然持续需要改进的燃料喷射控制系统和方法。具体地，需要能够适应燃料喷射器的不同性能特性的控制系统和方法。将特别需要能够增强对少量燃料喷射脉冲的控制的控制系统和方法。
发明内容
所公开实施方案包括用于增强内燃发动机中的燃料输送、特别是少量燃料输送的燃料喷射控制系统和方法。所述系统和方法是动态的，因为由所述系统使用的校准数据可以在发动机操作期间连续地生成和更新。特别的优点来自于所述系统和方法在不将燃料输送到发动机气缸的情况下生成校准数据的能力。
示例包括一种用于操作燃料喷射式发动机的方法，其包括：以非喷射状态周期性地操作所述发动机的一个或多个燃料喷射器；生成并存储表示所述一个或多个燃料喷射器在所述非喷射状态下的所述操作的参数信息；基于所述参数信息和表示附加燃料量的信息来以喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器以喷射期望的燃料脉冲。
在实施方案中：以所述非喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括在多个轨压下周期性地操作所述喷射器；生成并存储所述参数信息包括生成并存储在所述多个轨压中的每个轨压下的参数信息；并且以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述喷射器基于所述参数信息和所述轨压喷射所述期望的燃料脉冲。
在任何或所有上述实施方案中，生成和存储参数信息包括生成和存储表示非操作或非喷射状态下的先导燃料流的信息。生成和存储参数信息可以包括生成和存储表示所述燃料喷射器从所述非喷射状态转变到所述喷射状态时的阈值开启时间的信息；并且以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器可以包括使所述喷射器基于所述阈值开启时间喷射所述期望的燃料脉冲。以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器可以包括使所述燃料喷射器基于所述参数和表示标称燃料喷射器在非喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息来喷射所述期望的燃料脉冲。
在实施方案中，以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述燃料喷射器基于所述参数和表示标称燃料喷射器在非喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息来喷射期望的燃料脉冲。在实施方案中，所述参数信息是表示所述燃料喷射器从所述非喷射状态转变到所述喷射状态时的阈值开启时间的信息；并且所述存储的标称喷射器信息表示所述标称喷射器从所述非喷射状态转变到喷射状态时的标称喷射器阈值开启时间。在实施方案中，生成和存储表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述非喷射状态下的所述操作的信息包括生成和存储表示所述喷射器在所述非喷射状态下的排放流量的信息；并且所述存储的标称喷射器信息包括表示所述标称喷射器在所述非喷射状态下的排放流量的信息。
在任何或所有上述实施方案中，表示所述附加燃料量的所述信息包括所述参数信息。表示所述附加燃料量的所述信息包括表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述喷射状态下的操作的信息。表示所述附加燃料量的所述信息可以包括表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述喷射状态的弹道区域中的操作的信息。表示所述附加燃料量的所述信息可以包括表示标称喷射器在喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息。所述存储的标称喷射器信息可以包括表示所述标称喷射器在所述喷射状态的弹道区域中的所述操作的信息。
在任何或所有上述实施方案中，表示附加时间量的信息包括定义多个实验设计燃料喷射器的标称喷射器打开时间与实际打开时间之间的关系的信息。
在任何或所有上述实施方案中，所述期望的燃料脉冲是相对较少量的燃料脉冲，所述量任选地是所述燃料喷射器的弹道打开区域内的量或任选地是所述燃料喷射器的所述弹道打开区域的下半部内的量。
在任何或所有上述实施方案中，生成和存储参数信息包括生成和存储表示所述一个或多个燃料喷射器在喷射状态下在多个气缸压力下的操作的参数信息；并且操作所述一个或多个燃料喷射器以喷射期望的燃料脉冲包括使所述喷射器基于所述参数信息和所述气缸压力喷射所述期望的燃料脉冲。
示例包括一种用于包括一个或多个燃料喷射器的燃料喷射式发动机的控制系统，其包括：存储器，所述存储器存储数据，所述数据定义：标称先导信息，所述标称先导信息表示标称燃料喷射器在多个轨压下的阈值开启时间和相关联的先导排放流量，其中所述标称燃料喷射器对应于所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器，并且所述阈值开启时间表示所述标称喷射器在相关联的轨压下在非喷射状态与喷射状态之间转变的时间；所述一个或多个燃料喷射器的阈值开启时间信息；以及标称增量开启时间信息，所述标称增量开启时间信息表示多个期望的低燃料量并基于所述多个轨压；输入，所述输入接收：轨压；以及用于低燃料量喷射脉冲的命令，其中所述低燃料量任选地是在所述一个或多个燃料喷射器的弹道范围内的量，或者任选地是在所述一个或多个燃料喷射器的所述弹道范围的下半部内的量；一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：在多个开启时间和多个轨压下以非喷射状态事件周期性地操作所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器；响应于所述非喷射状态事件而确定所述一个或多个燃料喷射器的排放流量；响应于所述非喷射状态事件而基于确定的排放流量和所述标称先导信息来确定并存储所述一个或多个燃料喷射器的所述阈值开启时间信息，其中所述阈值开启时间信息表示所述燃料喷射器在所述多个轨压下从所述非喷射状态转变到喷射状态的开启时间；以及响应于所述低燃料量喷射脉冲的所述命令，基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息和所述轨压来生成表示所述低燃料量喷射脉冲的控制信号。
在实施方案中，所述一个或多个处理器被配置为通过以下操作来确定所述一个或多个燃料喷射器在各个轨压下的所述阈值开启时间信息并将其存储为在所述各个轨压下的各个阈值开启时间：基于相关联的开启时间和轨压来生成并在所述存储器中存储定义在所述非喷射状态事件期间的确定的排放流量的一个或多个自适应排放流量系数；生成并在所述存储器中存储定义所述阈值开启时间下的所述排放流量关于所述阈值开启时间的变化而引起的变化的一个或多个自适应增量排放流量系数；以及基于所述一个或多个自适应排放流量系数、所述一个或多个自适应增量排放流量系数、所述标称先导信息和所述轨压生成并在所述存储器中存储所述各个阈值开启时间。
在实施方案中，所述一个或多个处理器被配置为通过基于所述各个阈值开启时间生成并存储定义所述阈值开启时间与所述轨压之间的连续关系的曲线拟合系数来确定并存储所述一个或多个燃料喷射器的所述阈值开启时间信息。
在任何或所有上述实施方案中，所述一个或多个处理器被配置为：确定并在所述存储器中存储用于所述一个或多个喷射器的喷射器弹道区域加燃料信息，包括：在多个开启时间和多个轨压下在喷射状态事件期间在弹道区域中周期性地操作所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器；响应于所述喷射状态事件，确定并存储表示所述喷射的燃料脉冲量以及相关联的开启时间和轨压的信息；以及响应于所述低燃料量喷射脉冲的所述命令：基于所述喷射器弹道区域加燃料信息生成喷射器增量开启时间；以及基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息、所述喷射器增量开启时间和所述轨压来生成表示所述低燃料量喷射脉冲的控制信号。在实施方案中，所述存储器存储数据，所述数据定义：标称喷射器弹道区域加燃料信息；并且所述一个或多个处理器被配置为：基于所述标称喷射器弹道区域加燃料信息和所述喷射器弹道区域加燃料信息来确定所述喷射器增量开启时间。在实施方案中，所述存储器存储数据，所述数据定义：标称增量打开速度校准信息，所述标称增量打开速度校准信息定义在多个轨压和期望的低加燃料量下多个实验设计燃料喷射器的标称打开时间与实际打开时间之间的关系；并且所述一个或多个处理器被配置为：基于所述标称喷射器弹道区域加燃料信息、所述喷射器弹道区域加燃料信息和所述标称增量打开速度校准信息来确定所述喷射器增量开启时间。在实施方案中，所述一个或多个处理器被配置为基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息和所述存储的喷射器增量开启时间来确定并存储定义所述少量燃料喷射脉冲的开启时间和轨压之间的连续关系的曲线拟合系数。
附图说明
图1是可以根据实施方案操作的燃料喷射式发动机系统的示意图。
图2是根据实施方案的示例性燃料喷射器的横截面图。
图3是图2中所示的燃料喷射器的一部分的详细图示。
图4是基于命令的开启时间的示例性燃料喷射器喷嘴阀升程的示意图。
图5A至图5D列出了根据实施方案的可以由控制系统使用的方程。
图6是根据实施方案的可以由控制系统执行的方法的框图。
图7是示出根据实施方案的燃料喷射器先导阀排放流量模型的图形。
图8是示出根据实施方案的示例性标称燃料喷射器的基于轨压的命令的开启时间的图形。
图9是示出根据实施方案的示例性标称燃料喷射器的基于轨压的先导阀排放流量的图形。
图10是示出根据实施方案的示例性标称燃料喷射器的基于轨压的先导阀排放流量的变化的图形。
图11是示出根据实施方案的燃料喷射器先导阀排放流量模型的图形。
图12是示出根据实施方案的燃料喷射器先导阀排放流量模型的图形。
图13是示出根据实施方案的燃料喷射器先导阀排放流量模型的图形。
图14是示出根据实施方案的基于用于燃料喷射器喷射期望的命令燃料量的轨压的相对于零流量开启时间的附加命令的开启时间的图形。
图15A至图15D是示出喷射状态操作的弹道区域中的喷嘴阀打开的喷射器特定延迟的图形。
图16是示出喷射状态操作的下弹道区域中作为轨压的函数的喷射燃料脉冲量的图形。
图17A至图17F是示出标称和实验设计喷射器在多个不同轨压下的命令的开启时间调整与命令的开启时间之间的关系的图形。
图18是示出某些喷射器的针对标称和实验设计喷射器在轨压下的命令的开启时间调整与命令的开启时间之间的关系的斜率的图形。
图19是示出某些喷射器的基于轨压的斜率(诸如图18的那些斜率)的图形。
图20是示出根据实施方案的某些喷射器的基于轨压以获得目标喷射脉冲量的命令的开启时间的图形。
图21是示出根据实施方案的某些喷射器的基于轨压以获得目标喷射脉冲量的命令的开启时间的图形。
图22是示出标称喷射器的基于轨压的喷射燃料脉冲量的图形。
图23是示出标称喷射器在多个不同喷射脉冲量下的作为轨压的函数的命令的开启时间的气缸压力相关变化的图形。
具体实施方式
燃料喷射式发动机
图1是包括可以根据实施方案操作的燃料喷射式内燃发动机10的示例性发动机系统的示意图。如图所示，发动机10包括发动机主体12和燃料系统18，所述发动机主体包括发动机缸体14和附接到发动机缸体14的气缸盖16。发动机系统包括控制系统20。控制系统20从位于发动机10上的传感器接收信号，并将控制信号传输到位于发动机10上的装置，以控制这些装置(诸如一个或多个燃料喷射器30)的功能。如下文更详细地描述，控制系统20可以被配置为生成喷射脉冲控制信号，所述喷射脉冲控制信号在燃料喷射状态期间操作或控制燃料喷射器30，以将准确且相对少量的燃料输送到发动机10。控制系统20可以在非喷射状态期间操作或控制发动机10、特别是燃料喷射器30，以确定由控制系统使用来生成低燃料量喷射脉冲控制信号的控制信息。
发动机主体12包括曲轴22、多个活塞24和多个连杆26。活塞24被定位成用于在多个发动机气缸28中往复移动，每个发动机气缸28内定位有一个活塞。一个连杆26将每个活塞24连接到曲轴22。活塞24在发动机10中的燃烧过程作用下的移动导致连杆26移动曲轴22。
多个燃料喷射器30定位在气缸盖16内。每个燃料喷射器30流体地连接到燃烧室32，每个燃烧室由活塞24、气缸盖16和发动机气缸28的在相应活塞24与气缸盖16之间延伸的部分限定。
燃料系统18向喷射器30提供燃料，然后通过燃料喷射器30的作用将燃料喷射到燃烧室32中，从而形成一个或多个喷射脉冲事件。燃料系统18包括燃料回路34、包含燃料的燃料箱36、沿着燃料回路34定位在燃料箱36下游的高压燃料泵38、以及沿着燃料回路34定位在高压燃料泵38下游的燃料轨或蓄积器40。虽然燃料轨或蓄积器40被示出为单个单元或元件，但是蓄积器40可以分布在传输或接收高压燃料的多个元件(诸如燃料喷射器30、高压燃料泵38、以及将高压燃料联接到所述多个元件的任何管线、通道、管道、软管、导管等)上。燃料系统18还可以包括入口计量阀44和一个或多个出口止回阀46，所述入口计量阀沿着燃料回路34定位在高压燃料泵38的上游，所述一个或多个出口止回阀沿着燃料回路34定位在高压燃料泵38的下游，以允许燃料从高压燃料泵38单向流动到燃料蓄积器40。尽管未示出，但是实施方案可以包括沿着燃料回路34定位的附加元件。例如，入口止回阀可以定位在入口计量阀44的下游和高压燃料泵38的上游，或者入口止回阀可以并入高压燃料泵38中。入口计量阀44能够改变或切断流向高压燃料泵38的燃料流，因此切断流向燃料蓄积器40的燃料流。燃料回路34将燃料蓄积器40连接到燃料喷射器30，所述燃料喷射器(例如，在轨压下)从燃料蓄积器40接收加压燃料，然后在喷射事件期间向燃烧室32提供受控量的燃料。燃料系统18还可以包括沿着燃料回路34定位在燃料箱36与高压燃料泵38之间的低压燃料泵48。在燃料流入高压燃料泵38之前，低压燃料泵48将燃料压力增大到第一压力水平。
燃料轨或蓄积器40中的燃料的压力可以由蓄积器压力传感器54测量。燃料喷射器30响应于脉冲控制信号的致动引起燃料轨或蓄积器40中的压力下降或减小，所述压力下降或减小由压力传感器54测量。在实施方案中，通过燃料喷射器的致动(例如，当燃料喷射器在如下所述的喷射状态下操作时)输送到燃烧室32中的燃料量和/或响应于喷射器的致动而以其他方式从燃料轨或蓄积器40释放的燃料量(例如，如下所述的非喷射状态致动期间的先导阀排放流量)可以根据常规或原本已知的方法基于压力降或减小来测量或指示。控制系统20被配置为基于由压力传感器54提供的压力信息来确定这些输送的或以其他方式释放的燃料量。在其他实施方案中，通过喷射器30的致动输送到燃烧室或以其他方式从燃料轨或蓄积器40释放的燃料量可以通过其他方法(诸如例如流量传感器)来确定。
控制系统20还可以包括发动机温度传感器60、海拔高度传感器62和曲柄角传感器64。虽然压力传感器54被描述为压力传感器，但是所述传感器可以是可以被校准或被配置为提供表示施加到燃料喷射器的燃料的压力的压力信号的其他装置，诸如力换能器、应变仪或其他装置。发动机温度传感器60可以被定位成测量冷却剂温度或者可以被定位成测量发动机主体12(包括发动机缸体14或气缸盖16)的温度。海拔高度传感器62可以定位在发动机10上的任何位置处或另一个位置处，诸如定位在其上安装有发动机10的车辆中，以测量发动机10操作时的海拔高度。曲柄角传感器64可以是齿轮传感器56、旋转霍尔传感器58或能够测量曲轴22的旋转角度的其他类型的装置。控制系统20可以使用从蓄积器压力传感器54和曲柄角传感器64接收的信号来确定哪个燃烧室32包含处于接收燃料的位置的活塞24。
燃料喷射器
图2是根据实施方案的示例性燃料喷射器30的横截面图。图3是图2所示的燃料喷射器30的详细截面图。燃料喷射器30的操作可以结合图1进行描述。如图所示，燃料喷射器30包括喷射器主体202、喷射器腔体204、喷射器喷雾孔206、入口导管208、喷嘴阀210、排放回路212和先导阀球214。喷射器主体202通常是细长的圆柱形主体，其形成喷射器腔体204。喷射器腔体204通过入口导管208从发动机系统的共轨或蓄积器40接收高压燃料。喷射器主体202还包括纵向轴线228和与发动机燃烧室32流动连通的喷射器喷雾孔206。喷嘴阀210设置在喷射器腔体204中并且在关闭位置(如图所示)与打开位置(未示出)之间往复移动。在关闭位置中，喷嘴阀210安置在喷嘴座220上，从而限制(例如，防止)燃料从喷嘴腔体204流入燃烧室32。在打开位置中，喷嘴阀210沿着纵向轴线228向上移动，使得燃料流过喷射器喷雾孔206进入燃烧室32(例如，在燃料喷射器的喷射状态操作期间的喷射燃料脉冲)。喷嘴弹簧222定位在喷射器腔体204中，以便允许喷嘴弹簧222将喷嘴阀210偏置到关闭位置(如图所示)。喷嘴阀210的近端暴露于第一控制腔室322的燃料压力。
喷射器200还包括支撑件230，所述支撑件包括沿着纵向轴线228延伸的通道216，以用于将先导燃料流排放到低压排放回路212中。在本文描述的非喷射状态操作期间(例如，当命令的开启时间小于产生进入发动机燃烧室的燃料喷雾所需的阈值时间时)以及在喷射状态操作期间，产生进入排放回路212的先导阀排放流量。当先导阀球214处于打开位置时，通道216将低压排放回路212与高压喷射器回路连接。高压喷射器回路包括通道216和喷射器腔体204。喷嘴阀210的打开率可以在喷射器之间变化。排放回路212通过可以包含排放压力控制止回阀(未示出)的排放燃料管线与燃料箱36流动连通。喷射控制阀400可以包括能够选择性地控制先导阀球214的移动的任何常规的先导阀致动器或总成，作为提供所述功能性的其他组件的替代或补充。例如，如图2所示，喷射控制阀400可以包括常规的电磁先导阀致动器，或者替代地包括压电或磁致伸缩型致动器总成。对于当喷射状态或先导阀排放流都不活动而仅非喷射状态活动的大部分发动机操作时间，将没有或基本上没有流或燃料通过先导阀。
腔室壳体218定位在喷射器腔体204中位于喷嘴阀210与支撑件230之间，以用于控制喷嘴阀210在关闭位置与打开位置之间的移动、然后返回到关闭位置，以便限定喷射脉冲事件，在所述喷射脉冲事件期间，燃料在以喷射状态操作喷射器30期间流过喷射器喷雾孔206进入燃烧室32。在所示实施方案中，腔室壳体218具有与喷射器主体纵向轴线228平行的纵向轴线。
喷射器30被示出为包括腔室壳体218、入口通道302和回流端口308。在所示实施方案中，腔室壳体218大致是细长的圆柱形主体。燃料从喷射器腔体204流过入口通道302。入口通道302可以是具有孔口(未示出)的节流通道。回流端口308在腔室壳体218的近端处打开，以用于在喷射器30的操作期间将燃料排入排放回路212中。
当喷射控制阀400被解除致动时，先导阀球214处于抵靠支撑件230的关闭位置，由此阻止排放流通过通路216进入排放回路212。当第一控制腔室322中的燃料压力与喷嘴腔体204中的燃料压力相同时，作用在喷嘴阀210上的燃料压力与喷嘴弹簧222的偏置力的组合将喷嘴阀210保持在关闭位置中，从而阻止燃料流通过喷射器喷雾孔206。
响应于来自控制系统20的喷射脉冲控制信号具有旨在引起燃料脉冲喷射事件的足够长的命令的开启时间，喷射控制阀400被致动以将先导阀球214可控制地从关闭位置(如图所示)移动到打开位置，由此允许燃料流从通路216流动到低压排放回路212。由于允许燃料流从第一控制腔室流出，因此第一控制腔室322中的压力降低。当第一控制腔室322中的燃料压力降低时，作用在喷嘴阀210上的燃料压力降低到使得喷嘴阀210能够克服喷嘴弹簧222的偏置力向上移动到打开位置的水平，由此将燃料通过喷嘴喷雾孔206喷射到燃烧室中32。当高压燃料通过喷嘴喷雾孔206时，高压燃料被雾化并扩散，由此进入燃料易于与空气混合以便燃烧的状态。
当喷射控制阀400被解除致动时，先导阀球214移回到关闭位置，由此限制燃料流到达排放回路212，这使得能够增大第一控制腔室322中的压力。作用在喷嘴阀210上的燃料压力连同喷嘴弹簧222的偏置力将开始使喷嘴阀210沿着纵向轴线228向下移动到关闭位置中，从而限制燃料流进入燃烧室32并结束喷射脉冲事件。燃料喷射器200然后准备好用于下一个喷射脉冲事件(或如下所述的非喷射控制事件)。
图4是示例性喷射器30的操作的示意图，示出了喷嘴阀210相对于孔口206的作为表示命令的开启时间(t)的控制信号的函数的移动量或升程。如图所示，响应于持续时间相对较短的命令的开启时间(例如，非喷射致动脉冲)，喷嘴阀210不从孔口206提升，并且不产生喷嘴阀210的升程。产生具有足够短到不产生喷嘴升程的命令的开启时间的非喷射致动脉冲的控制信号定义喷射器30在非喷射状态下的操作。在非喷射状态操作期间，没有燃料通过孔口206输送到燃烧室32中，因为喷嘴阀210保持关闭。然而，在喷射器30的非喷射状态操作期间，来自燃料轨或蓄积器40的燃料流入喷射器腔体204，并通过先导阀214和回流通路216进入排放回路212。在非喷射状态操作期间和在喷射状态操作期间通过燃料喷射器30的燃料流被称为先导燃料流。在非喷射状态操作期间响应于非喷射致动脉冲而通过喷射器30的先导燃料流的量将取决于参数，诸如命令的开启时间的长度和燃料的压力(例如，由压力传感器54测量的轨压)，并且可以由控制系统20以上述方式确定。对于非喷射状态期间的命令的开启时间，存在先导阀流并且没有喷射或喷雾流进入发动机气缸。对于喷射状态操作期间的命令的开启时间，存在先导阀流和喷射流。
响应于命令的开启时间足够长到导致喷嘴阀210移动或提升远离孔口206，燃料将从孔口流出并进入燃烧室32。具有产生喷嘴升程和燃料脉冲喷射事件的命令的开启时间的喷射燃料脉冲定义喷射器30在喷射状态下的操作。
结合本文提供的描述，与喷射器30从非喷射状态转变到喷射状态的时间相对应的命令的开启时间的长度被定义为Tzf(例如，零流量开启时间)。在Tzf时间段期间(例如，通过先导排放回路212)流过喷射器30的燃料的质量或量(取决于燃料的轨压或蓄积器压力)被定义为Qpzf(例如，零流量下的先导阀排放量)。如下文更详细描述的，本文描述的方法利用喷射器30的先导阀排放流量模型，其中所述排放流量模型定义在多个轨压中的每个轨压下的Tzf和相关联的Qpzf值的对应组或对。
如图4所示，从非喷射状态转变到喷射状态(例如，从时间Tzf开始)之后的喷嘴阀升程量随着命令的开启时间的增加而增加，直到喷嘴阀210在全开位置达到其最大喷嘴升程。在喷嘴阀210到达其全开位置之前出现的喷嘴升程的部分可以被定义为燃料喷射器30的弹道范围喷射状态操作期间的弹道范围升程。在喷嘴阀210到达其全开位置之后出现的喷嘴升程的部分可以被定义为燃料喷射器30的非弹道状态操作期间的非弹道范围升程。弹道范围内的喷嘴阀升程的斜率可以用于定义喷射器30的打开速度参数。出于说明目的，图4包括几条虚线，每条虚线表示当喷嘴阀210朝向孔口206往回移动直至在相关联的命令的开启时间结束时到达其全闭位置时减小的喷嘴升程。喷嘴阀升程在喷嘴阀210关闭时的斜率可以用于定义喷射器30的关闭速度参数。在喷射状态操作期间响应于喷射脉冲控制信号而由喷射器30输送或喷射的燃料量将取决于参数，所述参数包括命令的开启时间的长度、燃料的压力、打开速度参数、关闭速度参数、以及燃料要喷射到的燃烧室中的气缸压力。
控制系统概述
控制系统20控制喷射器30中的一者或多者以使喷射器准确地喷射或以其他方式输送宽范围的燃料脉冲量。控制系统20的特定优点是其控制喷射器30以使喷射器准确地喷射或以其他方式输送相对较少量的燃料脉冲(有时被称为超低量，诸如例如具有喷射器30的喷射状态操作的弹道范围中的量的燃料脉冲)的能力。作为非限制性示例，相对较小的发动机可以被控制为准确地产生小于约5mg至7mg的喷射脉冲燃料量，而相对较大的发动机可以被控制为产生小于约15mg至20mg的喷射脉冲燃料量。在实施方案中，少量燃料脉冲可以是弹道范围的下半部中的量。
如下文更详细描述的，这些能力是基于使对喷射脉冲的控制适应各个喷射器30的特定操作特性，并且可以基于发动机10的一个或多个工况。控制系统20可以参数数据或信息收集模式操作发动机10和喷射器30，在所述参数数据或信息收集模式期间收集发动机的喷射器特定的工况和其他工况。然后，处理收集的参数信息并将其用于生成自适应控制信息，所述自适应控制信息用于在发动机10的正常操作期间生成喷射脉冲控制信号。特定优点在于，可以通过以喷射器的非喷射状态操作喷射器(例如，当在正常操作期间喷射器不被用来将燃料喷射到发动机中时)从相关联的喷射器确定参数信息。
在实施方案中，由控制系统20生成以使特定喷射器30输送相对较少量的燃料Q1(例如，少量)的喷射脉冲控制信号的命令的开启时间Tql(例如，少量开启时间)可以由图5中的方程1定义。
方程1中的Tzf是为特定喷射器30确定的自适应(例如，喷射器特定的)零流量开启时间(例如，特定喷射器的非喷射状态的长度)。Tzf适用于特定喷射器的特定操作特性。在实施方案中，Tzf还特定于在生成相关联的喷射脉冲控制信号时的燃料的轨压P。控制系统20以自适应参数信息收集模式操作发动机10和燃料喷射器30，以收集表示在多个轨压P值中的每个轨压P值下的离散或单独的Tzf值之间的关系的自适应参数信息。在实施方案中，可以使用将Tzf定义为轨压P和基于各个Tzf值的一个或多个自适应曲线拟合系数的连续函数的曲线拟合方程来确定Tzf。曲线拟合系数是表示相关联的喷射器30的操作特性的喷射器特定值。如上文提及，用于生成曲线拟合系数的喷射器特定自适应参数信息是在诸如通过以非喷射状态操作相关联的喷射器30操作发动机时由控制系统20生成的，并且可以被周期性地更新以反映喷射器的当时操作特性。在这些类型的实施方案中，还基于更新的喷射器特定信息周期性地更新曲线拟合系数，以使得控制系统20能够计算Tzf的当时值。例如，图5中的方程2是将Tzf定义为自适应和喷射器特定曲线拟合系数Ctzf0、Ctzf1、Ctzf2和轨压P的函数的曲线拟合方程。
Tcq(命令量时间)是实施方案中的非自适应且标称增量开启时间，定义与喷射器30(例如，和“平均”喷射器)相对应的类型的标称喷射器在其零流量开启时间Tzf之后应当被致动以输送期望的命令量的燃料Q1的附加开启时间段(例如，用于输送期望的命令量的燃料的喷射状态的长度)。在实施方案中，Tcq还特定于在生成相关联的喷射脉冲控制信号时燃料轨或蓄积器40中的燃料的轨压P。在实施方案中，Tcq还可以特定于燃烧室32的气缸压力，在生成相关联的喷射脉冲控制信号时，燃料被喷射到所述燃烧室中。Tcq值通常随着期望命令的燃料量的增加、随着轨压P的减小以及随着气缸压力的减小而增大。Tcq值可以表格形式存储为离散或单独的值，或者可以使用存储的数据来计算，所述存储的数据定义将Tcq值表示为轨压P和任选地气缸压力的连续函数的方程。如下所述，可以例如从测试台获得或者可以从发动机10上的一个或多个喷射器30确定标称喷射器的Tcq值或定义所述值的数据。
在实施方案中，由控制系统20生成以使特定喷射器30输送命令量(诸如低燃料量Q1)的燃料的喷射脉冲控制信号的命令的开启时间Tql可以由图5中的方程3来定义。方程3中的Tzf和Tcq可以分别与方程1中的Tzf和Tcq相同。方程3中的ΔTqb(增量时间量弹道)是为特定喷射器30确定的自适应增量开启时间段，其定义了对Tcq的调整。在实施方案中，ΔTqb是补偿当喷射器在其喷射状态的弹道范围中操作时由特定喷射器30输送的燃料量的调整。具体地，ΔTqb补偿特定喷射器30的喷嘴阀210的打开速率与表示标称喷射器的喷嘴阀的打开速率(表征Tcq)之间的差值。ΔTqb是表示喷射器30的使喷射器输送期望量的燃料(诸如少量燃料)的喷射器特定的附加开启时间量的命令的开启时间。Tcq与ΔTqb值之和表示除了零流量开启时间Tzf之外的附加命令的开启时间量，这将导致喷射器30输送期望命令量的燃料，诸如少量燃料。
在自适应参数信息收集模式期间，控制系统20操作发动机10和喷射器30以收集信息，所述信息可以用于表征与上文结合方程1描述的单独的Tzf和轨压P组或对相对应的单独的ΔTqb值。在实施方案中，由方程3定义的Tql值可以使用将Tql定义为轨压P和一个或多个自适应曲线拟合系数的连续函数的曲线拟合方程来确定。例如，图5中的方程4是将Tql定义为自适应和喷射器特定曲线拟合系数Cql0、Cql1、Cql2和轨压P的函数的曲线拟合方程。
在又一些实施方案中，控制系统20使用图5中的方程5来控制喷射脉冲控制信号的命令的开启时间Tql以使特定喷射器30输送命令量的燃料Q1。方程5中的Tzf、Tcq和ΔTqb可以分别与方程3中的Tzf、Tcq和ΔTqb相同。方程5中的ΔTpcyl是关于针对特定喷射器30确定的时间段的增量，其定义基于喷射脉冲事件期间的气缸压力对Tcq的调整。在实施方案中，ΔTpcyl是非自适应的，并且是基于在生成相关联的喷射脉冲控制信号时发动机10的燃烧室32中的气缸压力Pcyl来补偿由喷射器30输送的燃料量的变化的调整。在实施方案中，ΔTpcyl还可以基于待喷射期望燃料量的轨压P。图5中的方程6例如是将ΔTpcyl定义为非自适应系数Ccyl0、Ccyl1、Ccyl2、Ccyl3和Ccyl4以及气缸压力Pcyl、待喷射燃料量Q和轨压P的函数的方程。如下所述，可以例如从测试台获得或者可以从发动机10上的一个或多个喷射器30确定标称喷射器的用于定义ΔTpcyl的系数。
Tzf自适应参数信息收集
图6是可以用于描述控制系统20可通过其操作发动机10以收集可以用于提供喷射器特定自适应控制的参数信息的方法600的流程图。图6所示的流程图还可以用于描述方法600，控制系统20通过所述方法使用收集的参数信息来生成方程，并且所述方法在实施方案中可以用于控制发动机10。
在步骤602处，计算发动机10的特定喷射器30的多个单独的Tzf值。如图6中提及，针对矢量中的多个轨压P中的每一者确定Tzf值。在步骤604处指定确定Tzf值的矢量的压力P。步骤606、608、610、612和614(包括控制发动机10和燃料喷射器30以生成自适应参数信息)由控制系统20结合在步骤602处确定单独的Tzf值来执行。
图7是在x轴上描绘命令的开启时间范围和在y轴上描绘先导阀排放量范围的图形，其可以用于示出喷射器(诸如30)的先导阀排放流量模型。如上所述，给定喷射器30的先导阀排放流量模型可以由其在多个轨压P中的每个轨压下的对应Tzf和Qpzf值对来定义。例如，图7将针对300、600、800、1000、1200、1400、1600和1800巴的轨压P的矢量的多对单独的对应Tzf和Qpzf值702(由空心圆指示)示出为针对特定喷射器30的排放流量模型。由方法600使用的单独轨压P的矢量可以被预定和指定，例如如图6中的步骤604处所示。在步骤602处计算的单独的Tzf值对应于图7所示的喷射器30的先导阀排放流量模型的Tzf值702。
出于示例目的，图7还示出了表征标称喷射器(例如，与具有由Tzf和Qpzf值702表征并且可以从测试台测量的排放流量模型的喷射器不同的“平均”喷射器)的先导阀排放流量模型的单独的对应Tzf标称和Qpzf标称值704(由空心菱形指示)。从图7可以明显看出，由Tzf和Opzf值702表征的喷射器30的排放流量模型不同于由Tzf标称和Opzf标称值704表征的标称喷射器的排放流量模型。由于特定喷射器30与标称喷射器之间的差异表现为这些不同的排放流量模型，所以特定喷射器30将与标称喷射器不同地操作。具体地，响应于相同的命令的开启时间，特定喷射器30和标称喷射器将输送不同量的燃料。这些变化的影响在少量加燃料脉冲事件(诸如导致喷射器完全或至少部分地在其弹道区域中操作的那些脉冲事件)期间可能特别明显。由控制系统20提供的自适应控制有效地补偿不同喷射器(诸如30)之间的操作特性的这些差异。
图7的图形中的开启时间T和相关联的排放量Qpv值小于喷射器30的排放流量模型的开启时间Tzf下的那些值的区域定义喷射器30的非喷射状态区域(例如，其中表示针对当时轨压P的小于Tzf的命令的开启时间的控制信号将导致喷射器的非喷射状态操作的区域)。通过方法600，控制系统20以非喷射状态操作喷射器30以获得在步骤602处使用的自适应参数信息以确定定义喷射器30的先导阀排放流量模型的Tzf和Qpzf值702。例如，图7示出了喷射器30的非喷射状态区域中的三个自适应参数收集区域706A至706C。如图7所示，每个轨压P下的单独的T和Qpv值708之间的关系在自适应参数收集区域706A至706C中是相对线性的。在实施方案中，控制系统20导致收集自适应参数信息的自适应参数收集区域706A至706C通过缓冲区709与喷射器30的先导阀排放流量模型的Tzf和Qpzf值702预期所在的区域分开。例如，缓冲区709的大小可以基于标称喷射器(诸如30)的已知排放流量模型来确定。可以用于确定缓冲区709的大小的其他因素包括测量的非喷射状态先导阀流量估计的可变性、方程收敛的控制系统置信度、以及非预期喷射脉冲对整个发动机和系统的影响程度。
在步骤606处，在以自适应参数信息收集模式操作期间，控制系统20生成非喷射脉冲控制信号，导致喷射器30中的一者或多者中的每一者在多个命令的开启时间T(例如，自适应参数收集开启时间)下在不同的操作轨压P下操作，其中命令的开启时间在自适应参数收集区域706A至706C中。控制系统20还响应于非喷射脉冲控制信号中的每一者(例如，使用如上所述的轨压P的对应变化的测量)来确定由相关联的喷射器30产生的先导阀排放流量Qpv的量。定义相关联的喷射器30的自适应参数信息的相关联的T和Qpv值由控制系统20存储。实际上，仅先导阀排放量命令的开启时间是跨矢量的所有操作轨压并且在上限足够远低于Qpvzf以防止任何非预期喷射事件的范围中的先导阀排放量下以及在足以使先导阀排放模型准确地定义二维响应表面并且也足够高到位于先导阀排放处于作为该轨压下的命令的开启时间的函数的近似线性区域(例如，在实施方案中至少0.5mg的范围)的区域内的下限处进行命令的。所述数据可以在多脉冲排放量事件期间获得，以改进由多个排放脉冲导致的增加的净压降引起的信噪比，以及在与被测试的喷射器上的低气缸压力相关联的正时处获得以增大产生喷射所需的Qpvzf值，因此降低意外产生非预期喷射事件的概率。在实施方案中，例如，测量的命令的开启时间和测量的状态压力(它们不限于矢量的轨压)以及估计的先导阀排放流量Qvp值可以是在用于确定方程7A、7B和7C中的自适应系数(步骤610)的压力测量状态下获取的数据。然后，使用方程方程7A、7B和7C，可以在轨压矢量中的压力下估计命令的开启时间与先导阀排放量的关系(步骤602)。
在步骤610处，控制系统20利用将先导阀排放流量Qpv建模为相关联的开启时间T和轨压P的方程。图5中的方程7是根据实施方案定义先导阀排放流量模型的方程的示例。如图所示，方程7与命令的开启时间呈线性关系并且具有三个自适应系数(Cqpv_自适应_0、Cqpv_自适应_1、Cqpv_自适应_3)和一个非自适应系数(Cqpv_固定_2)。在每个轨压P下并且由方程7表征的多组单独的T和Qpv值708有效地定义表示特定喷射器在给定轨压P下的T/Qpv关系的线710。在实施方案中，为了提高模型的准确度，特别是对于具有非常低的怠速压力的应用，可以基于其中存在方程7的独特形式的轨压对操作区域进行细分，被示为图5中的方程7A、7B和7C，从而在轨压区域(例如，图7所示的区域706A、706B和706C)中的每个轨压区域中在发动机上进行适应。在实施方案中，例如，使用三个排放流量模型区域，第一排放流量模型区域低于650巴，第二排放流量模型区域从650巴到1250巴，并且第三排放流量模型区域高于1250巴。由于方程7的模型仅适用于低于发生喷射的开启时间的先导阀排放量，因此该模型与气缸压力无关。其他实施方案使用其他方程来对喷射器的先导阀排放量进行建模。如图5中的步骤610处所示，使诸如方程7的模型，可以调适喷射器30的先导阀排放流量响应表面的系数。卡尔曼或其他过滤方法可以与步骤610结合使用。
一个或多个非自适应或固定系数(诸如Cpv_固定-2))可以基于测试台测试(例如，使用标称喷射器(诸如30))来确定。所示固定系数表示轨压为零时的斜率的值。该系数预计会随着轨压P而增大。
方程7关于命令的开启时间的偏导数由图5中的方程8给出，并且仅是轨压P的函数。因此，在任何轨压P下，低于Tzf的先导阀排放量Qpv可以被建模为关于命令的开启时间T的线性函数。测试已经证明，这种关于压力的简单近线性关系对于某些喷射器(特别是对于通常高于0.5mg的先导阀排放量)是良好的近似，并且有助于使整个过程在计算上相对简单。
在步骤602处对Tzf和Qpvzf的确定利用可以从标称喷射器获得的其他非自适应参数。在实施方案中，方法600使用表示当标称喷射器转变到其喷射状态操作时的标称喷射器的零流量开启时间Tzf_标称的标称喷射器Tzf(Tzf_标称)和Qpvzf(Qpvzf_标称)值、以及在Tzf_标称下的由图7中的值704表示的喷射器的先导阀排放流量Qpvzf_标称(被示为菱形)。在步骤612处，控制系统20利用将值Tzf_标称和Qpvzf_标称建模或定义为函数或基于轨压P对它们进行建模或定义的方程。图5中的方程9是由控制系统20的实施方案用来基于轨压P定义Tzf_标称的方程的示例。图5中的方程10是由控制系统20的实施方案用来定义Qpvzf_标称的方程的示例。结合方程9的所示实施方案，CTzf0_标称、CTzf1_标称、CTzf2_标称是可以从测试台测试确定的标称系数。标称喷射器的这些系数可以是固定的并且不在发动机上进行适应。相比之下，各个喷射器的CTzf0、CTzf1和CTzf2系数可以基于根据压降测量估计的先导阀排放量来在发动机上进行适应。结合方程10的所示实施方案，CQpv_标称_0、CQpv_标称_1、CQpv_标称_2是可以从试验台测试确定的系数并且可以是固定的并且不在发动机上进行适应。图8是示出了示例性标称喷射器的作为轨压P的函数的示例性命令的零流量开启时间的图形。图9是示出示例性标称喷射器的在零流量开启时间下作为轨压P的函数的示例性先导阀排放流量的图形。
往往需要更长的命令的开启时间以便喷射大于零的燃料量的喷射器30往往在相对较高的Tzf值下具有较大的先导阀排放流量。Qpvzf与Tzf之间的关系可以从标称和DOE(实验设计)喷射器的性能测试台测试中获得。Qpvzf与Tzf之间的关系是轨压P和气缸压力的函数。Qpvzf与Tzf之间的关系可以是不在发动机上进行适应的具有固定系数的关系。的关系(即，增量Qpvzf/增量Tzf(例如，Qpvzf的变化作为Tzf的函数)，其是轨压P的线性函数)可以由图5B中的方程11定义。如图5B中所反映，增量Qpvzf/增量Tzf是单独的和对应的Qpvzf和Tzf值、分别由方程10和图9表示的标称Qpvzf和标称Tzf值(它们是非自适应系数和轨压P的函数)和轨压P的函数。如图11中示意性地所示，方程11有效地定义具有特定喷射器30在特定轨压P下的Qpv/T关系的斜率的线712，所述线延伸穿过在相同轨压P下的对应Tzf标称和Qpvzf标称值704。在实施方案中，方程11可以在压力区域内细分，如图5B中的方程11A和11B所示。图10是示出示例性喷射器的关系的图表，其中所述关系被细分为与方程11A和11B的那些相对应的两个轨压区域。图10的图表示出了一个气缸压力下的关系。然而，以类似方式，可以基于不同速率管压力下的性能测试台测试结果来提供其他气缸压力下的关系。
图11是与图7类似的图形，但是出于说明目的，示出了间隔开更远的定义标称喷射器的排放流量模型的Tzf标称和Qpvzf标称值704以及定义特定喷射器30的排放流量模型的Tzf和Qpvzf值702。示出了在几个不同的轨压P下由T和Qvp值708以及方程7定义的线710。还示出了定义特定喷射器30在对应的和不同的轨压P下的T/Qpv关系的斜率的线712，所述线延伸穿过在对应轨压P下的对应Tzf标称和Qpvzf标称值704。
在步骤602处，控制系统20通过凭借在对应轨压P下有效地同时求解方程7和方程11确定矢量的每个轨压P下的Tzf和Qpvzf值702来执行发动机上自适应。因为方程7和11都描述在给定轨压P下的Tzf与Qpvzf之间的独立线性关系(例如，线710和712)，所以这两个方程的联立解对应于线与对应Tzf和Qpvzf值702的交点。图5B中的方程12将值Tzf描述为方程7和11的已知非自适应和测量的自适应系数以及轨压P的函数。图5B中的方程13将值Qpvzf描述为方程7和11的已知非自适应和测量的自适应系数以及轨压P的函数。
每当在自适应参数信息收集模式操作期间进行新的排放流量测量时，控制系统20都会更新或调适方程7和11中的系数(例如，在适当区域中)。所述过程跨矢量的轨压P进行以将Tzf和Qpvzf定义为轨压范围的函数。然后，控制系统20可以使用表征给定喷射器30的更新的和最新的信息(诸如Tzf)来生成具有命令的开启时间的控制信号，所述控制信号(例如，响应于针对喷射脉冲事件的命令)将在发动机10的正常期间产生期望的喷射燃料脉冲量(例如，低燃料量)。
图11中表示的示例性喷射器30的先导阀打开响应时间通常比标称喷射器的先导阀打开响应时间短约350微秒。图12是不同喷射器30的先导阀排放流量模型的图形，所述喷射器的先导阀打开响应时间通常比标称喷射器长约550微秒。图13是不同喷射器30的先导阀排放流量模型的图形，所述喷射器的先导阀打开响应时间通常接近标称喷射器的先导阀打开响应时间。
自适应参数数据和/或对应Tzf的单独更新值可以在正常发动机操作期间被控制系统20存储和使用(例如，作为查找表或自适应参数信息或系数，或者作为Tzf值的查找表)。在其他实施方案中，在方法600(图6)的步骤616处，控制系统20使用在步骤602处确定的信息来计算方程(诸如方程2)(图5A)的更新的系数，所述方程将Tzf描述为轨压P的连续函数。在实施方案中，例如发动机上自适应过程可以使用最小二乘法来使用方程7和方程11两者同时求解每个轨压下的Tzf和Qpvzf，以简单地找到多个轨压下的相交Tzf和Qpvzf值以便在每次测量之后使Tzf方程适应每个喷射器30。可以在校准中输入压力P的固定输入矢量，在所述校准中，矢量中的轨压的单独值对应于需要最准确的低量燃料脉冲的压力。在示例性DOE喷射器的数据中，矢量中有八个压力：300、600、800、1000、1200、1400、1600和1800巴，并且压力矢量中的压力中的每一者的输入Tzf值可以使用方程12(图5B)来求解。
方程2中的三个系数Ctzf0、Ctf1和Ctzf2可以直接使用图5B所示的方程14来求解。由于要求逆的对称矩阵在校准中是固定的并且仅取决于输入压力矢量，因此在校准中有六个ixx项可以预先计算，如图5B中的方程15所示。Tzf方程2中的三个系数可以直接使用图5C所示的方程16A至16C来计算。
Tca
如上所述，控制系统20的实施方案利用与零流量开启时间Tzf相加的增量命令的开启时间来确定产生低燃料量喷射脉冲的命令的开启时间。在实施方案中，表示燃料量的附加开启时间包括非自适应增量命令的开启时间Tcq，其是期望喷射量、轨压P和气缸压力Pcyl的函数。图14是作为在特定气缸压力Pcyl下的轨压P下的函数的用于示例性喷射器30在等于或低于某些相对较低水平下获得喷射的燃料量的Tcq值的图形示例。Tcq值将通常随着期望的喷射量的增加、随着操作压力(例如，轨压)P的减小以及随着气缸压力Pcyl的减小而增大。在实施方案中，表格查找表结构用于表示控制系统20中的Tcq值。其他实施方案使用定义一组连续的Tcq值的系数或其他信息(例如，基于轨压P和任选地气缸压力Pcyl)。表值或方程系数可以从测试台获得。在图6的流程图中，步骤620表示对Tcq值的确定。
ΔT1b参数信息收集
控制系统20的实施方案还利用与零流量开启时间Tzf相加的自适应增量命令的开启时间分量ΔTlb来确定产生低燃料量喷射脉冲的命令的开启时间。喷射器30(其参数偏向于使得喷射器的下部柱塞或喷嘴阀210以比标称喷射器在操作轨压P和气缸压力Pcyl下更高的速度(例如，在弹道区域中)打开)可能往往在给定的开启时间内、特别是在弹道区域的相对较低的喷射部分中具有较高的燃料喷射量。由于这些相同的参数还往往在喷嘴阀210以弹道方式操作的喷射器的整个操作区域中增加由喷射器30的喷嘴阀210提供的喷射量，因此来自对弹道加燃料区域中(诸如例如在喷射器的中间加燃料弹道区域中)的命令的开启时间的变化的喷射加燃料响应的数据或其他信息(其可以根据常规的或其他已知的方法和/或与本文结合非喷射状态参数收集描述的那些方法类似的方法自适应地计算和存储)可以用于改进控制系统20在低加燃料区域和其他加燃料区域中对喷射量的估计(例如，无需在低喷射量加燃料区域中进行附加的加燃料测量)。本文描述的方法600的实施方案有效地使用来自特定喷射器30的弹道操作范围的信息作为虚拟传感器来增强低燃料量喷射脉冲的准确度。
控制系统20的实施方案使用方程17(图5C)以将值ΔTbf_标称定义为标称喷射器的与弹道(例如，弹道中间加燃料)区域喷射的燃料量(其是固定的并且是非自适应的，作为轨压P的函数)相关联的命令的开启时间(Tbf_标称)与标称喷射器的矢量中每个轨压P下的Tzf值(Tzf_标称)之间的差值。表示ΔTbf_标称的数据可以例如通过测试台测试从标称喷射器确定并由控制系统20存储。类似地，控制系统20可以使用方程18(图5C)以将值ΔTbf_单独定义为与根据轨压P在弹道(例如，弹道中间加燃料)区域中进行喷射的特定喷射器30相关联的命令的开启时间(Tbf_单独)与用于特定喷射器30在矢量中的每个轨压P下的Tzf值(Tzf_单独)之间的差值。如方程19所示，与少量加燃料脉冲的生成相关的虚拟传感器的输入ΔTb可以由命令的开启时间ΔTbf_单独与ΔTbf_标称之间的差值来定义。在图6所示的方法600的实施方案中，步骤622和624分别描述对Tbf_标称和Tbf_单独值的确定。与每个压力矢量值相关联的喷射量的固定矢量被输入并在校准中固定，并且旨在和设定为保持在下部柱塞弹道区域内。通过这种方法，喷射量值可以最大限度地减小或以其他方式优化低喷射量误差并且最大限度地降低或优化对杯流变化的敏感度。
图5C中的方程20描述控制系统20的实施方案用来基于ΔTb确定ΔTlb的关系。在方程20中，Clb是固定的非自适应值，是压力矢量的每个轨压P。
如5A中的方程3所述，所得的命令的开启时间Tql可以基于非自适应增量命令的开启时间值Tcq和自适应增量命令的开启时间值ΔTlb两者。图5A中的方程4是作为轨压的连续函数的Tql的曲线拟合形式。在实施方案中，方法600的准确度可以通过将方程4分解为跨压力矢量的几个不同轨压区域(例如，低压区域、中压区域和高压区域)中的每一者的类似方程(例如，如图6中的步骤604处表示的)。压力矢量中的压力区域的每个轨压P的输入Tql值是使用方程3确定的。方程4中的三个自适应曲线拟合系数Cql0、Cql1和Cql2可以使用图5C中的方程22来确定。由于要求逆的对称矩阵在校准中是固定的并且仅取决于输入压力矢量，因此在校准中有七个uxx项可以预先计算，如图5D中的方程23所示。图5D中的方程24A、24C和24D可以用于直接计算三个系数Cql0、Cql1和Cql2。
作为图形示例，图15A示出了标称喷射器的在压力矢量的三个轨压(300、600和1400巴)下的ΔTbf_标称值。图15B示出了示例性快速打开喷射器30在相同的三个轨压P下的ΔTbf_单独值，其中ΔTbf_单独值小于ΔTbf_标称。图15C示出了示例性缓慢打开喷射器30在相同的三个轨压P下的ΔTbf_单独值，其中ΔTbf_单独值大于ΔTbf_标称。结合图15A至图15C，图16是示出典型喷射器30在下部弹道操作区域中的作为轨压的函数的某些低喷射燃料量(例如，15mg至35mg)的图形。
在实施方案中，在测试台测试期间使用提供虚拟传感器ΔTb值与少量区域响应ΔTlb之间的关系的标称实验设计(DOE)喷射器来计算固定和非自适应Clb值。图17A至图17F是多个不同Clb值的图形示例。
Clb的固定的非自适应校准值可以在测试台上使用与喷射器30相对应的标称和DOE喷射器来计算，所述标称和DOE喷射器提供在1000巴的压力下虚拟传感器ΔTb与低弹道区域响应ΔTlb之间的关系，如图19中的图形所示。如图19的图形中所示，对于标称和DOE喷射器，ΔTb与ΔTlb与之间的关系取决于压力并且是非线性的。如图18的图形所示，选择ΔTlb的斜率作为ΔTb的函数的分段线性关系来表示Clb，其中对于当ΔTb＞0以获得“比标称更慢的打开速率”时的斜率值与当ΔTb＜0以获得“比标称更快的打开速率”时的斜率值不同。如果需要，在实施方案中，Clb的值的量值可以相对于测试台开发的最佳值减小，所述最佳值最大限度地提高或优化低喷射量的准确度和精度并降低对ΔTb误差的适应响应敏感度。ΔTb的最大绝对值也可以由控制系统20设定。Clb的量值通常较小以获得更快打开的喷射器，因为处于超低加燃料中的喷射器的打开斜率对于标称喷射器通常相对陡峭。图6所示的方法600的步骤624描述了对Clb值的计算。步骤626描述对ATlb值的计算。
基于轨压P的Tql响应函数是使用实施方案中的方程4利用针对压力矢量中的每个轨压P单独计算的Tql值来计算的。用于两个相对开环极端实验设计喷射器的方法600的准确度在图20和图21的图形中示出。图20中表示的DOE喷射器与标称喷射器相比需要明显更长的命令的开启时间才能提供2mg的目标喷射量。图21中表示的DOE喷射器与标称喷射器相比需要明显更短的命令的开启时间就能提供2mg的目标喷射量。这种相对极端的DOE喷射器在一组四十八个DOE喷射器中的任一者中的2mg下具有相对较高的喷射量误差，这些DOE喷射器为了开发和测试目的而被构建为6+σ示例。
ΔPcyl气缸压力补偿
如上文结合方程5(图5A)所述，控制系统20的实施方案基于气缸的气缸压力Pcyl而生成喷射脉冲控制信号，相关联的喷射燃料脉冲将被输送到所述气缸中。在低喷射量区域中，增大气缸压力会增加喷射量，因为主要效果是作用在柱塞和喷嘴密封区域下方的下部柱塞的尖端区域上的净气缸压力增大，这用于产生更早的喷射开始。对于某些喷射器，喷射的燃料量(对气缸压力不敏感)在图22的图形中示出。在喷射量较高时，增大气缸压力由于驱动喷射流量的净压差减小而具有减少喷射量的净效果。在低(例如，超低)区域中，用于喷射器30的命令的开启时间的变化可以使用图5D中的方程25来建模。系数Ccyl0、Ccyl1、Ccyl2、Ccyl3和Ccyl4可以是非自适应的，并且根据测试台测试结果来确定。考虑到气缸压力ΔPcyl和低喷射量Q的命令的开启时间的变化可以使用图5A中的方程6来估计。可以在低(例如，超低)加燃料区域中使用的净结果命令的开启时间包括在如图5A中的方程5所示的计算中求和的五个项。图6所示的方法600的步骤630描述了对ΔPcyl值的计算。步骤632描述对Tql值的计算。
示例性控制系统硬件
本公开的许多方面在由计算机系统的元件或能够执行编程指令的其他硬件(，例如通用计算机、专用计算机、工作站或其他可编程数据处理设备)执行的动作序列方面进行描述。将认识到，在实施方案中的每一者中，各种动作可以由专用电路(例如，互连以执行专用功能的离散逻辑门)、由通过一个或多个处理器(例如，一个或多个微处理器、中央处理单元(CPU)和/或专用集成电路)执行的程序指令(诸如逻辑块、程序模块等)或由两者的组合来执行。例如，实施方案可以用硬件、固件、中间件、微代码或其任何组合来实施。指令可以是执行必要任务的程序代码或代码段，并且可以存储在非暂时性机器可读介质(诸如存储介质)或其他存储装置中。代码段可表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、包、类或指令、数据结构或程序语句的任何组合。代码段可通过传递和/或接收信息、数据、自变量、参数或存储器内容而耦合到另一代码段或硬件电路。
非暂时性机器可读介质还可以被认为体现在任何有形形式的计算机可读载体内，诸如包含适当的计算机指令集(诸如程序模块)以及将使处理器执行本文描述的技术的数据结构的固态存储器、磁盘和光盘。计算机可读介质可以包括以下各项：具有一根或多根电线的电气连接件、磁盘存储装置、磁带盒、磁带或其他磁存储装置、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或闪存)或能够存储信息的任何其他有形介质。
应当注意，本公开的系统在本文中被示出和讨论为具有执行特定功能的各种模块和单元。应当理解，这些模块和单元仅仅是为了清楚起见而基于其功能示意性示出的，并且并不一定表示具体实施方案。就此而言，这些模块、单元和其他组件可以被实施为基本上执行它们的在本文解释的特定功能。不同组件的各种功能可以任何方式组合或分离为模块，并且可以单独或组合使用。输入/输出或I/O装置或用户界面(包括但不限于键盘、显示器、定点装置)等可以直接或通过介入I/O控制器耦合到系统。因此，本公开的各个方面可以许多不同的形式来体现，并且所有此类形式都被预期在本公开的范围内。
总结
本文描述的方法可以用于确定在一定范围的燃料脉冲量下的发动机上闭环命令的开启时间，并且对于低或超低喷射量尤其有用。基于测试结果的方法的准确度大约为：(报废喷射器：1±0.53mg和2±0.69mg)。所述方法是发动机排放非侵入性的，因为它不需要独特喷射产生脉冲。所述方法提供低和超低喷射量区域中的命令的开启时间。所述方法提供对低和超低喷射量区域中喷射量的斜率的估计。由于所述方法提供了低和超低区域中的命令的开启时间和斜率两者，因此在实施方案中可能不需要低加燃料区域响应表面满足超低和低加燃料区域两者。低和超低区域中的命令的开启时间和斜率为低加燃料曲线提供基础。可以选择低加和超低加燃料量，以提高先导与主交互算法的先导量。所述方法的计算相对简单并且可以被高效地实施。所述方法可以对与低和超低量相关的命令的开启时间变化提供极快反馈，其可以用于诸如车载诊断(OBD)预测、故障检测和服务目的的算法。所述方法对于大多数噪声源(诸如先导阀排放压力)具有稳健性。所述方法相对易于校准并且可以基于测试台测试结果高效地完成。在其中发动机上测试在低或超低喷射量上显示偏差的情况下，所述方法能够高效且有效地解决偏移。所述方法主要使用线性方程，最大限度地降低算法中的复杂处理步骤的需要。所述方法主要利用具有固定系数的开环控制结构，其可以易于在测试台上而非在发动机上进行校准。所述方法对于发动机排放不是侵入性的。发动机上数据收集过程期间没有喷射，并且非预期喷射的可能性为低。即使发动机正在使用另一个喷射器产生动力，也可以进行数据收集。所述方法能够实现快速的发动机上适应，从而可以实现快速检测“故障”喷射器，以实现包括车载诊断在内的目的。所述方法可以用于应对噪声源，诸如少量喷射事件期间的瞬时气缸压力。当命令非零喷射脉冲时，所述方法显著降低获得非喷射脉冲的概率。发动机的阀盖内的喷射器先导阀的操作环境用于提高先导阀排放量对许多噪声源的稳健性。
应当理解，上文描述意图是说明性的而非限制性的。本领域技术人员在阅读并理解以上描述后将明白许多其他实施方案。例如，可设想，任选地采用结合一个实施方案描述的特征作为在另一个实施方案中描述的或与另一个实施方案相关联的特征的补充或替代。因此，应参考所附权利要求以及此类权利要求享有的全部范围来确定本发明的范围。

Claims (23)

1.一种用于操作燃料喷射式发动机的方法，其包括：
以非喷射状态周期性地操作所述发动机的一个或多个燃料喷射器；
生成并存储表示所述一个或多个燃料喷射器在所述非喷射状态下的所述操作的参数信息；
基于所述参数信息和表示附加燃料量的信息来以喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器以喷射期望的燃料脉冲。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
以所述非喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括在多个轨压下周期性地操作所述喷射器；
生成并存储所述参数信息包括生成并存储在所述多个轨压中的每个轨压下的参数信息；以及
以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述喷射器基于所述参数信息和所述轨压喷射所述期望的燃料脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法，其中生成和存储参数信息包括生成和存储表示非操作或非喷射状态下的先导燃料流的信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
生成和存储参数信息包括生成和存储表示所述燃料喷射器从所述非喷射状态转变到所述喷射状态时的阈值开启时间的信息；并且
以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述喷射器基于所述阈值开启时间喷射所述期望的燃料脉冲。
5.根据权利要求4所述的方法，其中以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述燃料喷射器基于所述参数和表示标称燃料喷射器在非喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息来喷射所述期望的燃料脉冲。
6.根据权利要求1所述的方法，其中以所述喷射状态操作所述一个或多个燃料喷射器包括使所述燃料喷射器基于所述参数和表示标称燃料喷射器在非喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息来喷射期望的燃料脉冲。
7.根据权利要求6所述的方法，其中：
所述参数信息是表示所述燃料喷射器从所述非喷射状态转变到所述喷射状态时的阈值开启时间的信息；并且
所述存储的标称喷射器信息表示所述标称喷射器从所述非喷射状态转变到喷射状态时的标称喷射器阈值开启时间。
8.根据权利要求6所述的方法，其中：
生成和存储表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述非喷射状态下的所述操作的信息包括生成和存储表示所述喷射器在所述非喷射状态下的排放流量的信息；并且
所述存储的标称喷射器信息包括表示所述标称喷射器在所述非喷射状态下的排放流量的信息。
9.根据权利要求1所述的方法，其中表示所述附加燃料量的所述信息包括所述参数信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其中表示所述附加燃料量的所述信息包括表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述喷射状态下的操作的信息。
11.根据权利要求10所述的方法，其中表示所述附加燃料量的所述信息包括表示所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器在所述喷射状态的弹道区域中的操作的信息。
12.根据权利要求9所述的方法，其中表示所述附加燃料量的所述信息包括表示标称喷射器在喷射状态下的操作的存储的标称喷射器信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述存储的标称喷射器信息包括表示所述标称喷射器在所述喷射状态的弹道区域中的所述操作的信息。
14.根据权利要求1所述的方法，其中表示附加时间量的信息包括定义多个实验设计燃料喷射器的标称喷射器打开时间与实际打开时间之间的关系的信息。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述期望的燃料脉冲是相对较少量的燃料脉冲，所述量任选地是所述燃料喷射器的弹道打开区域内的量或任选地是所述燃料喷射器的所述弹道打开区域的下半部内的量。
16.根据权利要求1所述的方法，其中：
生成和存储参数信息包括生成和存储表示所述一个或多个燃料喷射器在喷射状态下在多个气缸压力下的操作的参数信息；并且
操作所述一个或多个燃料喷射器以喷射期望的燃料脉冲包括使所述喷射器基于所述参数信息和所述气缸压力喷射所述期望的燃料脉冲。
17.一种用于包括一个或多个燃料喷射器的燃料喷射式发动机的控制系统，其包括：
存储器，所述存储器存储数据，所述数据定义：
标称先导信息，所述标称先导信息表示标称燃料喷射器在多个轨压下的阈值开启时间和相关联的先导排放流量，其中所述标称燃料喷射器对应于所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器，并且所述阈值开启时间表示所述标称喷射器在相关联的轨压下在非喷射状态与喷射状态之间转变的时间；
所述一个或多个燃料喷射器的阈值开启时间信息；以及
标称增量开启时间信息，所述标称增量开启时间信息表示多个期望的低燃料量并基于所述多个轨压；
输入，所述输入接收：
轨压；以及
用于低燃料量喷射脉冲的命令，其中所述低燃料量任选地是在所述一个或多个燃料喷射器的弹道范围内的量，或者任选地是在所述一个或多个燃料喷射器的所述弹道范围的下半部内的量；
一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为：
在多个开启时间和多个轨压下以非喷射状态事件周期性地操作所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器；
响应于非喷射状态事件而确定所述一个或多个燃料喷射器的排放流量；
响应于所述非喷射状态事件而基于确定的排放流量和所述标称先导信息来确定并存储所述一个或多个燃料喷射器的所述阈值开启时间信息，其中所述阈值开启时间信息表示所述燃料喷射器在所述多个轨压下从所述非喷射状态转变到喷射状态的开启时间；以及
响应于所述低燃料量喷射脉冲的所述命令，基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息和所述轨压来生成表示所述低燃料量喷射脉冲的控制信号。
18.根据权利要求17所述的控制系统，其中所述一个或多个处理器被配置为通过以下操作来确定所述一个或多个燃料喷射器在各个轨压下的所述阈值开启时间信息并将其存储为在所述各个轨压下的各个阈值开启时间：
基于相关联的开启时间和轨压来生成并在所述存储器中存储定义在所述非喷射状态事件期间的确定的排放流量的一个或多个自适应排放流量系数；
生成并在所述存储器中存储定义所述阈值开启时间下的所述排放流量关于所述阈值开启时间的变化而引起的变化的一个或多个自适应增量排放流量系数；以及
基于所述一个或多个自适应排放流量系数、所述一个或多个自适应增量排放流量系数、所述标称先导信息和所述轨压生成并在所述存储器中存储所述各个阈值开启时间。
19.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述一个或多个处理器被配置为通过基于所述各个阈值开启时间生成并存储定义所述阈值开启时间与所述轨压之间的连续关系的曲线拟合系数来确定并存储所述一个或多个燃料喷射器的所述阈值开启时间信息。
20.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述一个或多个处理器被配置为：
确定并在所述存储器中存储用于所述一个或多个喷射器的喷射器弹道区域加燃料信息，包括：
在多个开启时间和多个轨压下在喷射状态事件期间在弹道区域中周期性地操作所述发动机的所述一个或多个燃料喷射器；
响应于所述喷射状态事件，确定并存储表示所述喷射的燃料脉冲量以及相关联的开启时间和轨压的信息；以及
响应于所述低燃料量喷射脉冲的所述命令：
基于所述喷射器弹道区域加燃料信息生成喷射器增量开启时间；以及
基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息、所述喷射器增量开启时间和所述轨压来生成表示所述低燃料量喷射脉冲的控制信号。
21.根据权利要求20所述的控制系统，其中：
所述存储器存储数据，所述数据定义：
标称喷射器弹道区域加燃料信息；并且
所述一个或多个处理器被配置为：
基于所述标称喷射器弹道区域加燃料信息和所述喷射器弹道区域加燃料信息来确定所述喷射器增量开启时间。
22.根据权利要求21所述的控制系统，其中：
所述存储器存储数据，所述数据定义：
标称增量打开速度校准信息，所述标称增量打开速度校准信息定义在多个轨压和期望的低加燃料量下多个实验设计燃料喷射器的标称打开时间与实际打开时间之间的关系；并且
所述一个或多个处理器被配置为：
基于所述标称喷射器弹道区域加燃料信息、所述喷射器弹道区域加燃料信息和所述标称增量打开速度校准信息来确定所述喷射器增量开启时间。
23.根据权利要求22所述的控制系统，其中所述一个或多个处理器被配置为基于所述存储的阈值开启时间信息、所述存储的标称增量开启时间信息和所述存储的喷射器增量开启时间来确定并存储定义所述少量燃料喷射脉冲的开启时间和轨压之间的连续关系的曲线拟合系数。
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