CN117916457A - 改进的压降分析策略 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及操作内燃机的燃料喷射系统的方法，该内燃机包括至少一个燃料喷射器，其与燃烧室相关联并联接到包括压力传感器的燃料轨。通过向喷射器施加预定长度的驱动信号来执行喷射事件；并且运行压降分析PDA策略，通过该PDA策略根据基于对应于给定喷射事件的轨道压降的映射来确定对应于所述给定喷射事件的喷射燃料量。在包含给定喷射事件的分析窗口期间由压力传感器获取轨道压力数据。根据本发明，对轨道压力数据进行处理，以便消除由于喷射系统引起并且在分析窗口其间出现的已知强度和正时的预定伪像，由此获得经校正的压力数据；并且基于从经校正的轨道压力数据计算的压降来运行PDA策略。

Description

改进的压降分析策略
技术领域
本发明总体上涉及内燃机中的燃料喷射系统及其操作，尤其涉及一种确定喷射燃料量的方法，称为压降分析策略。
背景技术
内燃机的现代设计必须应对日益严格的污染物排放法规。因此，汽车工程师努力设计具有低燃料消耗和低污染物排放的发动机，这意味着包括能够监测废气中的燃烧性能和排放的电子装置。
燃料喷射式发动机的正确操作要求燃料喷射器及其控制器允许及时、精确且可靠的燃料喷射。实际上，众所周知，当性能(或更具体地正时timing)以及由喷射器输送的燃料量偏离超过可接受的极限时，会出现问题。例如，由于喷射的燃料量不相等，或者由于这种燃料喷射的相对正时、喷射器性能偏差或可变性将导致在气缸之间产生不同的扭矩。
如已知的，燃料喷射器通常通过产生发送到燃料喷射器的致动器的脉冲来控制。喷射的燃料量取决于发送到致动器的脉冲的长度。通常，发动机控制单元调节作为待喷射的燃料需求量的结果的脉冲长度。燃料需求量通常存储在与发动机速度和扭矩需求相关的映射图中。
燃料喷射器的特性可能发生变化，并且对于同一燃料喷射器可能随时间改变，例如作为磨损的结果。重要的是周期性地校准喷射系统/喷射器，以便适应其寿命的变化，并且控制器适于处理这种变化。应用学习策略的技术是已知的，由此喷射器特性被新确定，并且喷射器因此被适当地控制。
在本文中感兴趣的参数是喷射燃料量。
喷射燃料量的确定可以通过在GB 2533104A中公开的所谓压降分析(PDA)来实现。PDA策略基于燃料轨(共轨/蓄压器)中的压降与相应的喷射燃料量之间的关系，所述压降是由于喷射事件引起的。由此建立映射图以校准压降与喷射量的关系，并且在发动机运行期间使用该映射图以基于通过布置在燃料轨上的压力传感器测量的压降来确定喷射燃料量。
传统的PDA策略工作令人满意，但是它是基于理想的估计条件。为了最佳性能，压力信号应该描述长的平坦高压水平，随后是线性压降，并以长的平坦低压水平结束。不幸的是，压力信号往往在压降的两侧变化。
发明目的
本发明的目的是提供一种用于实现PDA策略的改进方法。
该目的通过根据权利要求1所述的方法来实现。
发明内容
本发明源于本发明人的以下发现：由安装在燃料轨上的压力传感器测量的压力信号可能受到与当前出于压降分析(PDA)策略的目的而监测的喷射事件无关的各种事件的影响。
根据本发明，提出了一种操作内燃机的燃料喷射系统的方法，发动机包括至少一个燃料喷射器，该燃料喷射器与燃烧室相关联并联接至包括压力传感器的燃料轨。通过向喷射器施加预定长度(持续时间)的驱动信号来执行喷射事件；以及运行PDA策略，通过该策略，根据基于对应于给定喷射事件的轨道压降的映射来确定对应于给定喷射事件的喷射燃料量。在包含给定喷射事件的分析窗口期间由压力传感器获取轨道压力数据。
将理解的是，对所述轨道压力数据进行处理，以便消除由于所述喷射系统引起并且在所述分析窗口其间出现的已知强度和正时的预定伪像，由此获得经校正的压力数据；并且基于从经校正的轨道压力数据计算的压降来运行PDA策略。
如本文所使用的，“喷射事件”(其也可称为“喷射器事件”)是指燃料喷射器的选择性打开，这是施加到燃料喷射器的电指令脉冲的结果。已知指令脉冲的电正时，预定义/校准采集窗口以包含压降，即通过轨道压力传感器采集压降之前和之后的压力数据。
本发明的方法允许通过抑制与观察到的燃料喷射事件无关的压力变化来校正原始轨道压力数据，并因此提供经校正的轨道压力数据，基于所述经校正的轨道压力数据，PDA策略以改进的精度实现。该方法可用于不同的发动机技术，如汽油直接喷射(GDi)、柴油、天然气(CNG)或氢气(H2)。
无论燃料类型如何，共轨系统上都可以使用共轨压力传感器，并且通常用于PDA策略。
在本发明的上下文中，“消除”预定伪像意味着从原始压力数据中去除与伪像相关的影响。可以使用任何数据处理或数学方法来从原始压力数据中消除(或抑制或去除)伪像。这样做的一种方式是从原始轨道压力数据中减去对应于各个伪像的模型化/理论压力值。在模型化人工产物描述压力降低的情况下，所得到的经校正的轨道压力数据将增加。相反，在模型化伪像描述压力增加的情况下，这将导致经校正的轨道压力数据中的压力的相应减小。
通常，PDA策略进行轨道压力传感器采集，从测量的压力数据确定喷射之前的压力(Pmax)和喷射事件之后的压力(Pmin)。两个压力Pmax和Pmin之间的差称为ΔP。将该ΔP与使ΔP与喷射燃料量相关联的映射图(通常取决于燃料类型、温度、喷射器类型、系统压力)进行比较。在本发明的方法中，Pmax和Pmin以及因此ΔP由经校正的轨道压力数据确定。Pmax和Pmin通常表示在喷射事件之前和之后的预定时间段内的平均压力。
本文中的术语“伪像”(或伪影)是指由于燃料喷射系统的操作而观察到的压力变化，但与当前正在分析的喷射事件无关。实际上，在与将由PDA策略处理的喷射事件相关并且在相应的分析窗口期间出现的压降之前或之后发生的事件将对测量的压力产生影响。这种压力变化(即人工产物)可能尤其是由于泵送事件(由高压燃料泵泵送以调节燃料轨中的压力)和喷射事件(在同一气缸中发生，例如引燃喷射或更一般地多次喷射，或在另一气缸中发生)。在本文中，术语“外部”用于表示不对应于将由PDA策略分析的喷射事件的这种中间喷射事件。
如本领域技术人员所知，喷射器伪像和泵送伪像对压力的影响、特别是它们的幅度/强度和正时可以由ECU确定(计算或检索)。
关于喷射器事件，它们的正时和期望的喷射量，由此基于这些参数可以计算相应的理论压降。
关于泵送事件，泵送体积是已知的，并且可以计算泵送开始和结束时刻，以及泵送角度长度，由此基于这些参数可以计算理论压力增加。
这些理论压力变化发生在一定时间段内，并且基于上述参数，可以计算描述随时间的压力增加/减少曲线的模型。
在实施方式中，预定伪像包括落在用于相关喷射器事件的PDA策略的分析窗口中的外部喷射器事件和泵送事件。
在实施方式中，压降模型基于斜率参数以及分别对应于喷射事件之前和之后的燃料轨道压力的最大压力Pmax和最小压力Pmin。
本方法通常可以通过由诸如发动机控制单元的计算机实现的软件(程序代码/指令)来实现。
根据另一个方面，本发明涉及根据权利要求11所述的计算机程序。
根据另一方面，本发明还涉及一种配置用于操作根据权利要求12所述的内燃机的燃料喷射系统的控制系统。
附图说明
现在将参照附图通过示例来描述本发明，其中：
图1：是用于内燃机的已知燃料喷射回路的原理图；
图2：示出了(a)喷射器电流的曲线图；(b)喷射器针提离；以及(c)针对喷射事件的随时间变化的轨道压力；
图3：是示出针对喷射事件的轨道压力对时间的曲线图；
图4和图5：是示出针对给定喷射事件的原始轨道压力和经校正的轨道压力相对于发动机角度的曲线图；
图6：是示出本方法的实施方式的流程图。
具体实施方式
图1是通常用于内燃机的已知燃料喷射系统的原理图。它包括将其中的燃料流体连接到一系列喷射器2(例如螺线管致动的燃料喷射器)的共用燃料轨1(或蓄压器)。该回路通常包括罐内电动燃料泵3、燃料过滤器4和高压泵5。如图所示，高压传感器6位于共轨1上，以便测量共轨1内的燃料压力。高压阀8设置在共轨1上，其是当压力超过预设值时打开的安全阀(通常在汽油发动机中是被动的，但例如在柴油系统中是可控的)。附图标记7表示包括回漏调节器和喷射器返回管线的回漏回路，其通常存在于柴油燃料喷射系统中。这种回漏回路7典型地用于间接控制的燃料喷射器(柴油喷射器包括液压地控制针的螺线管控制阀)，但对于其中针栓经由螺线管直接控制的喷射器不是必需的。因此，回漏回路7通常不存在于汽油、GDi、CNG或H2系统中。
图2示出了与喷射事件相关的几个公知的曲线图。前两个图(a和b)示出了在电指令之后喷射器的延迟响应。图2a典型地示出了作为从ECU发送的持续时间为ΔT的致动脉冲的结果的通过燃料喷射器2的致动器的电流。该致动脉冲(即，电指令脉冲)的正时典型地由发动机控制单元确定，该发动机控制单元调节作为待喷射的燃料的需求量的结果的脉冲长度。燃料需求量通常存储在与发动机速度和扭矩需求相关的映射图中。
图2b示出了致动器针提离，其限定了随时间分配的燃料的实际体积。可以看出，在电脉冲的开始与用于分配燃料的致动器阀的打开之间存在延迟，当前称为“打开延迟”。附图标记te表示喷射的电正时，即电脉冲的开始。时间th对应于喷射器开始打开(针从阀座提起)并因此燃料开始流入燃烧室的时刻。该时间th被称为喷射器的液压正时，因此表示燃料开始流过喷射器的喷射事件的实际时间。
图2c示出了喷射事件后共轨中的压力。可以看出，由于所施加的驱动脉冲而导致的喷射器2的打开被延迟，在基本上对应于喷射的液压正时的时间引起压降。
在GB 2533104 A中公开了将由于喷射事件而导致的燃料轨中的燃料压降与喷射量相关联的可能性，并称为压降分析(PDA)。
PDA策略的实施通常通过确定喷射事件之前(Pmax)和之后(Pmin)的压力来完成。PDA策略是在ECU或其它控制单元中编程的功能。由于若干因素，燃料轨1内的压力变化很大，传统的PDA策略计算压降两侧的平均压力。这在图3中示出，其中线10表示在给定采集窗口上测量的(相对于时间的)压力(这里表示为发动机角度-曲柄角度)。采集窗口(称为分析窗口)的尺寸通常被预定为包括预期喷射事件之前和之后的特定时间段(其电正时是已知的)。如图所示，压力迹线10主要包括三个部分。在较高压力范围内的第一部分10.1，第二部分10.2描述了向下至较低压力范围内的第三部分10.3的急剧下降的线。由部分10.2示出的压降是由于离开燃料轨1并流过喷射器2的燃料引起的，并且是喷射系统和打开持续时间的特征。
PDA策略将计算在喷射之前的(由线12表示的)平均压力Pmax以及在喷射事件结束时的(由线14表示的)平均压力Pmin。Pmax与Pmin之间的差表示为ΔP。
PDA策略通常使用ΔP与喷射燃料量之间的校准关系，其通常也取决于燃料类型、温度、喷射器类型和系统压力而存储在映射图MAP-ΔP中。
传统的PDA策略工作令人满意，但是它是基于理想的估计条件。为了最佳性能，压力信号应该描述长的平坦高压水平，随后是线性压降，并以长的平坦低压水平结束。不幸的是，如图3所示，压力信号在压降的两侧变化。
事实上，外部事件影响燃料轨内部的燃料压力并且因此由轨道压力传感器6测得：
-可能存在许多波(主要在非常高的压力下，如在柴油共轨系统中)，导致振荡压力信号而不是长平坦信号；
-其它不希望的压降可能是由于同一气缸(柴油机和汽油机)上的多次喷射方案引起的；
-其它不希望的压降可能是由于气缸之间的喷射重叠，例如在柴油发动机(后喷射)和主要具有长范围喷射(在上止点之前高达360度)的汽油发动机中。
-在柴油发动机(与TDC的固定同步或不同步)和汽油发动机(取决于CAM相位器与TDC的可变同步)上看到的由于泵送事件引起的其它不希望的压力增加。
影响压力轨迹的所有这些外部事件导致差的燃料估计，或者在极端情况下导致使用传统PDA策略无法进行燃料估计。
发明方法
本方法提供了一种允许改进PDA策略的性能的方法。本方法可以用现有的设备，即压力传感器6，并使用可用的信息，即Pmax和Pmin，以及现有的PDA策略来实现。
应当理解，本方法提供了一种处理由压力传感器6获得的轨道压力数据的方式，该轨道压力数据被称为原始轨道压力数据，其方式为去除伪像并获得经校正的轨道压力数据。基于这些经校正的轨道压力数据，PDA策略可以以改进的精度运行。
可以注意到，在轨道压力获取期间，发动机的所有喷射参数和泵送参数都是已知的。因此可以知道喷射何时发生以及泵送何时发生。
对应于这些伪像的外部喷射参数和泵送参数可以在已知理论量/幅度和正时/持续时间的情况下被建模。如将在下面看到的，在本实施方式中使用的模型是基于相关的喷射或泵送参数并且描述压力随时间增加或减小的曲线。
因此，本方法提出了一种方法，其中通过“信号噪声消除”来解决PDA的不良燃料估计问题，从而避免了干扰方法。具体地，已知幅度和正时的伪像，例如泵送和其它喷射事件，将从原始压力信号/轨迹/数据中消除，以具有用于PDA分析的更干净的信号(经校正的轨道压力数据)。
消除通常可以被看作是消除伪像对原始压力数据的贡献的方式。这可以例如通过从原始压力数据中减去伪像模型来完成，其可以写为：
Pcorr＝Praw-Pmod
其中，Pcorr是校正压力，Praw是原始压力，Pmod是模型化压力。该计算可应用于原始压力数据的每个样本/测量点。
A-喷射事件消除
参照图4，实线20表示对应于感兴趣的喷射事件(标记为主喷射21)的分析窗口上的原始轨道压力信号，而混合线22表示经校正的轨道压力，即根据本方法处理时的所得压力轨迹。
如将认识到的，主喷射之前和之后的燃料压力是振荡的。对于PDA分析，在包含主喷射的特定分析窗口上分析压力数据。该分析窗口在此被标注为WA并且对应于时间间隔[t1；t2]。
另一喷射器事件可以例如发生在与主喷射相关的分析窗口WA上的信号采集期间，要么来自同一喷射器(多脉冲)要么来自另一喷射器/气缸(重叠)。在这两种情况下，ECU都知道喷射参数，即正时和持续时间(脉冲宽度)以及需求燃料量。
在图4的示例中，用26表示的引燃喷射事件由同一喷射器在同一气缸中执行，并且落入主喷射事件的采集窗口WA中。该引燃喷射26(刚好发生在主喷射21之前)冲击原始轨道压力轨迹20，然后是高压水平确定，该高压水平确定通常是压力轨迹的高压侧上的轨道压力的平均值(即，在压降之前)。
已知喷射量和正时，可以使用映射MAP-ΔP的反向值来确定对应于引燃喷射26的(由于对于PDA来说该不希望的喷射产生的)理论压降曲线，从而建立压降和喷射燃料量之间的关系。
已知该喷射相关人工产物的参数，可以定义人工产物的模型并将其用于从原始压力数据消除该人工产物贡献。该模型由线28表示，其描述了在引燃喷射26的正时的理论压降28.1(压力从P1降低到P2)。
基于该喷射模型28，通过去除对应于引燃喷射的模型化的压降，修改原始轨道压力轨迹20以消除引燃喷射26的影响。所得到的经校正的轨道压力数据由混合线22表示。从引燃喷射正时，由于原始信号被校正以补偿由引燃喷射引起的压降，表示经校正的轨道压力的混合线稍微高于原始信号20。
然后，PDA策略可以基于经校正的轨道压力数据来运行，使得能够实现喷射燃料量的改进结果。尤其是，然后基于经校正的压力数据22确定压降之前和之后的平均压力(Pmax和Pmin)，因此提高了PDA策略的准确性。
上述校正可以在多喷射(同一喷射器/气缸)的情况下或在喷射重叠(由另一气缸中的另一喷射器喷射)的情况下，在PDA策略要分析的压降之前或之后进行。本方法可以应用于在同一分析窗口WA内发生的若干喷射事件。
B-泵送事件消除
在信号获取(窗口WA)期间可能发生的另一可能事件是泵送事件，可能导致显著的轨道压力增加。喷射量越大，泵送长度越大。ECU知道泵送参数，因为它由轨道压力控制(RPC)控制。
参照图5，线20表示对应于主喷射事件21的分析窗口WA(间隔[t1；t2])上的原始压力轨迹。两个泵送事件表示为30和32。混合线22表示通过本方法处理原始压力数据时的经校正的压力数据。
根据本方法，通过消除泵送对轨道压力的影响来校正原始压力数据。
与泵送事件相关的参数(伪像)可以由ECU确定(检索和/或计算)。泵送体积是已知的(燃料量和泄漏)，并且基于泵CAM曲线，可以确定泵送角度的开始。泵送角的结束也是已知的，并且在CAM相位器(主要在汽油发动机上)的情况下可能变化。
已知泵送角度长度，并且基于泵送CAM曲线，可以使用表MAP-ΔP的反向值来确定(由于泵送事件而产生的)理论压力增加曲线。
在图5的示例中，设定PDA策略以分析由于主喷射21引起的压降的燃料量。然而，两个泵送事件30和32恰好在压降之前和之后在WA上发生，从而影响原始轨道压力轨迹，以及高压水平和低压水平的确定。
根据本方法，对于每个已知的泵送事件30、32，ECU基于分别由34和36表示的泵送参数计算泵送模型。可以看出，第一模型30描述了从压力P6到P7的压力增加，然后第二模型描述了从压力P7到P8的压力增加。
基于泵送模型，处理原始轨道压力数据以消除泵送事件，去除由于泵引起的理论压力增加(模型)。
C-方法概述
现在转到图6，所示流程图给出了本方法的主要步骤的概述。该实施方式在100处开始，并在102处开始针对给定燃料喷射事件借助压力传感器获取压力数据。
在104，ECU确定在分析窗口期间发生的各种伪像。这里，ECU从调度器或表格或任何适当的存储器中查找在分析窗口期间发生了哪些外部喷射器事件或泵送事件，即伪像。步骤104可以在步骤102之后或并行地发生。
基于该确定，在106，ECU配置(初始化/计算)对应于分析窗口中存在的外部喷射事件和泵送事件的模型。
然后处理原始轨道压力数据以消除伪像，框108。一般原理是从原始轨道压力数据中去除/减去计算出的模型，从而得到经校正的轨道压力数据(对应于分析窗口)。因此，由人工产物引起的压力变化从测量的压力中消除。
然后将经校正的轨道压力数据用于PDA策略，框110，将压降之前和之后的最大和最小压力确定为平均值。
根据PDA策略，在112，压降ΔP然后用于从PDA映射MAP-ΔP查找喷射燃料量。该方法在114处结束。

Claims (12)

1.一种操作内燃机的燃料喷射系统的方法，所述内燃机包括至少一个燃料喷射器，所述燃料喷射器与燃烧室相关联并且联接到包括压力传感器的燃料轨；
其中，通过向所述喷射器施加预定长度的驱动信号来执行喷射事件；并且运行压降分析PDA策略，通过该PDA策略根据基于对应于给定喷射事件的轨道压降的映射确定对应于所述给定喷射事件的喷射燃料量；
其中，在包含所述给定喷射事件的分析窗口期间由所述压力传感器获取轨道压力数据；
其特征在于，对所述轨道压力数据进行处理，以便消除由于所述喷射系统引起并且在所述分析窗口其间出现的已知强度和正时的预定伪像，由此获得经校正的压力数据；并且
其中，所述PDA策略基于从所述经校正的轨道压力数据计算的压降来运行。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定伪像包括落入针对相关喷射器事件的PDA策略的分析窗口中的外部喷射器事件和泵送事件。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述预定伪像包括由于同一气缸上的多喷射策略之一引起的外部喷射器事件或其它气缸上的喷射事件。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，基于从控制单元检索的相应的喷射器参数和泵送参数来计算描述其间发生的外部喷射器事件和泵送事件的压力分布的模型；并且
其中，这些模型用于校正原始轨道压力数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，通过从所述原始压力数据中减去与在所述分析窗口其间出现的伪像相对应的所述模型来获得所述经校正的轨道压力数据。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，计算对应于喷射器事件的模型，以反映来自喷射器事件参数的理论压力减小，所述喷射器事件参数包括正时和期望的喷射量。
7.根据权利要求2至6所述的方法，其中，计算对应于泵送事件的模型，以反映来自泵送事件参数的理论压力增加，所述泵送事件参数包括泵送体积、泵送开始和结束时刻以及泵送角度长度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述PDA策略使用轨道压降与喷射燃料量之间的关系，所述关系通常优选地根据燃料类型、温度、喷射器类型和系统压力中的至少一者而存储在映射中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据所述经校正的轨道压力数据确定分别在与所述给定喷射器事件相关的压降之前和之后的高压水平Pmax和低压水平Pmin，并且所述压降被确定为Pmax-Pmin。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，Pmax和Pmin是平均压力。
11.一种包括指令的计算机程序，当所述程序由计算机执行时，所述指令使所述计算机执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
12.一种被配置用于操作内燃机的燃料喷射系统的控制系统，所述内燃机包括至少一个燃料喷射器，所述至少一个燃料喷射器与燃烧室相关联并且联接到包括压力传感器的燃料轨，所述控制系统包括多个功能模块，当由所述控制系统执行时，所述多个功能模块执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法的步骤。
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