直喷发动机中燃料输送的自适应控制 【技术领域】
本发明涉及直喷发动机，更具体地涉及直喷发动机中燃料输送的自适应控制。
背景技术
这里提供的背景描述是为了总体上示出本发明内容的目的。在本背景技术部分描述的范围内，当前署名的发明人的作品以及在提交申请时该描述的不构成现有技术的方面，既非明确地也非隐含地被认为是本发明的现有技术。
输送至发动机的燃料喷射量被控制以满足燃料经济性需求和排放标准。通过燃料喷射器的燃料量基于在给定轨道压力和流率下燃料喷射的持续时间(即激励燃料喷射器时的持续时间)来确定。轨道压力基于在开始燃料喷射时从压力传感器读取的压力来确定。流率基于燃料喷射器的尺寸预先确定。流率假定沿着燃料轨的所有喷射器都相同，并在燃料喷射器寿命期间保持恒定。
沿着燃料轨的燃料喷射器在相同燃料喷射持续时间的相同轨道压力下可能输送不同的燃料量。制造公差可能导致通过喷射器的不同流率。此外，由于喷射器焦化，所以实际流率可能偏离预定流率。“喷射器焦化”(“injector coking”)指的是喷射器口上的沉淀物聚积，这是由于喷射器口暴露于燃烧室的高热造成的。喷射器焦化引起燃料流受阻，改变了通过喷射器的燃料流流率。燃料流流率在喷射器寿命期间会持续地改变，但不会是所有喷射器以相同的方式改变。结果，发动机的燃料控制可能受到不利影响。
【发明内容】
根据本发明的自适应燃料输送控制系统包括压力监测模块和流率确定模块。所述压力监测模块在喷射器的燃料喷射事件之后确定实际压降。所述流率确定模块基于基准流率和所述压降确定调节流率。
在其它特征中，所述基准流率基于模拟燃料轨性能的物理模型来确定。所述物理模型包括基准压降与基准燃料量之间的相关性。所述流率确定模块基于所述实际压降、所述基准压降、和所述燃料喷射事件的持续时间来确定修正因子。
根据本发明的自适应地控制燃料输送的方法包括在燃料喷射事件之后确定实际压降以及基于基准流率和所述压降确定调节流率。
通过下文提供的详细描述可清楚本发明的其它应用领域。应当理解，该详细描述和具体实例仅用于示意性目的，而不是用于限制本发明的范围。
【附图说明】
此处描述的附图仅用于示意性目的，而不是以任何方式限制本发明的范围。
图1为包括根据本发明的自适应燃料输送控制模块的发动机系统的功能框图；
图2为根据本发明的自适应燃料输送控制模块的功能框图；以及
图3为根据本发明的自适应地控制燃料输送的方法的流程图。
【具体实施方式】
下面的描述实质上仅仅是示例性的，而绝不是用于限制本发明及其应用或用途。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文中所使用的，术语“模块”指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的处理器(共享的、专用的或成组的)和存储器、组合逻辑电路或提供所述功能的其它合适部件。
根据本发明教导的自适应燃料输送控制系统基于燃料喷射的持续时间以及燃料喷射期间实际燃料量与基准燃料量之间的差异来确定修正因子。实际燃料量基于燃料喷射之后的压降来确定。自适应燃料输送控制系统基于基准流率和修正因子确定调节流率。
参考图1，根据本发明教导的发动机系统10包括发动机10、燃料系统14、进气系统16、点火系统18和排气系统20。燃料系统14可给发动机12提供燃料。发动机系统10为直喷系统，燃料被直接喷射到燃烧室内的高压压缩空气中。进气系统16给发动机12提供空气。点火系统18提供点燃发动机12燃烧室中的燃料空气混合物的火花。发动机12中的空气‑燃料混合物的燃烧提供传递至变速器(未示出)的动力，同时产生废气。废气通过排气系统20离开发动机12。
燃料系统14包括高压燃料泵22、燃料轨24、喷射系统26、燃料管道28和压力传感器30。燃料泵22可为活塞泵，其通过燃料管道28向燃料轨24提供高压燃料。发动机曲轴(未示出)通过曲轴机构32驱动燃料泵22。燃料泵22通过调节燃料泵活塞缸内捕集的燃料量来控制流向燃料轨24的燃料量。
燃料泵22在压力下输送燃料通过燃料管道28至燃料轨24。燃料轨24输送高压燃料至在发动机12的直喷输入处的喷射系统26。压力传感器30设在燃料轨24处以监测轨道压力。燃料轨24上过多的燃料会通过燃料返回轨道(未示出)返回燃料箱(未示出)。燃料返回管道可含有压力调节器(未示出)。喷射系统26包括多个喷射器(未示出)，这些喷射器与燃料轨24连通，并顺续地和直接地给发动机燃烧室提供燃料。
控制模块40与发动机12、燃料泵22、燃料轨24、喷射系统26、进气系统16、点火系统18和压力传感器30通信。控制模块40包括控制向发动机12的燃烧室输送燃料的自适应燃料输送控制模块42。
参考图2，自适应燃料输送控制模块42包括发动机状况估计模块44、燃料泵控制模块46、压力监测模块48、流率确定模块50和喷射控制模块52。发动机状况估计模块44监测发动机的运行状况，并确定启用状况是否满足以便自适应地学习流率。燃料泵控制模块46控制燃料泵22。压力监测模块48从压力传感器30接收压力数据。流率确定模块50基于实际燃料喷射状况自适应地学习每个喷射器的流率。喷射器控制模块52控制多个喷射器56的燃料喷射正时和持续时间。
更具体地，当燃料轨压力超过第一阈值时、当发动机速度(RPM)低于第二阈值时、和当燃料需求超过第三阈值时，存在学习过程的启用状况。所述启用状况确保可获得更精确的压力测量。
通常，当发动机运行时，直喷发动机的燃料轨压力可在约6MPa(870psi)与约20MPa(2900psi)之间。因此，当直喷发动机12运行时，轨道压力通常超过第一阈值。在高轨道压力下，随着压力喷射事件的压力波动比较小，因此对轨道压力的精确测量的影响较小。
当发动机12以低RPM运行时，例如在2000RPM以下运行，由于燃料轨24具有更多时间来减弱压力振荡，所以压力波动对燃料轨压力的精确测量具有较小的影响。另外，当发动机12需要超过第三阈值的更多燃料时，在喷射事件后更多的燃料流过燃料喷射器，导致燃料轨中更高的压降。因此，压力波动对压降的精确确定具有较小的影响。
例如，当驾驶员从停止情形增大油门(即“油门开启”)或在大开油门加速期间将会存在启用状况。在油门开启期间，发动机速度近似600rpm，燃料需求约是相同RPM的稳定状态期间所需的4倍。
当出现启用状况时，燃料泵控制模块46被指令禁用燃料泵22，并且流率确定模块50被激活以自适应地学习流率。
在正常发动机运行期间，燃料泵控制模块46指令燃料泵22输送所需量的燃料至燃料轨24。喷射器控制模块52激励多个喷射器56根据所需的正时和脉宽顺序地喷射燃料。在学习过程期间，燃料泵控制模块46禁用燃料泵22，没有燃料被输送至燃料轨24。这样，燃料轨24可在特定喷射器的喷射事件之前达到稳定状态。保持燃料轨24接近于稳定状态使压力波动最小化，从而保证了轨道压力的精确测量。
压力监测模块48在特定喷射器喷射事件前后从压力传感器30接收压力读数(即，第一压力和第二压力)。压力监测模块48基于第一压力和第二压力确定实际压降。压力监测模块48发送指示实际压降的信号至流率确定模块50。
流率确定模块50包括查寻表54，该查寻表54包括在燃料喷射事件紧之前在不同第一轨道压力下压降与燃料量之间的相关性。所述相关性基于物理模型获得。该物理模型包括通常借助于计算机基于物理规律表征或模拟燃料轨的操作或性能的数学公式。所述物理模型表现所需的燃料轨性能。物理模型获得的数据无需复杂的试验就表现出所需的燃料轨参数。
将实际压降与基准压降作比较。如果实际压降偏离基准压降并超过基准压降的阈值百分比，那么可进行流率的修正。流率确定模块50基于第一轨道压力、实际压降和查寻表54确定流过特定喷射器的实际燃料量。所述基准燃料量基于基准燃料流率和燃料喷射的持续时间来确定。基准燃料流基于燃料喷射器的尺寸(燃料流容量)和在燃料喷射紧前面测量的第一轨道压力来预先确定。
流率确定模块50基于实际燃料量与基准燃料量之间的差异和激励燃料喷射器的脉宽信号的脉冲宽度(即燃料喷射的持续时间)来确定修正因子。流率确定模块50基于基准流率和修正因子确定学习流率或调节流率。当实际压降大于基准压降时，燃料喷射器输送比所需的要多的燃料。调节流率为基准流率加上修正因子的和。当实际压降低于基准压降时，比所需的少的燃料被输送通过燃料喷射器。调节流率等于基准流率减去修正因子。
可选地，修正因子可基于特定喷射器上的预定数量(例如10)的燃料喷射事件来确定。一个喷射事件的平均燃料量可基于累计压降来确定。修正因子可基于平均燃料量和基准燃料量来确定。
在确定了特定喷射器的调节流率之后，如果启用状况仍然存在，那么自适应燃料输送控制模块42可继续确定其余喷射器的学习流率。如果启用状况不再存在，那么对于下一个或其余喷射器可以更晚的时间排定学习过程。泵控制模块46使燃料泵22能够重新将高压燃料供给燃料轨24。如果可行，那么喷射器控制模块52基于调节流率激励多个喷射器56持续一段时间。可规则性地排定自适应学习过程，以确保调节流率反映喷射器的实际流动状况。
参考图3，自适应地控制燃料输送的方法80开始于步骤82。在步骤84中，发动机状况估计模块44确定是否存在启用状况。如果不存在启用状况，那么方法80进行至步骤110并结束。如果存在，那么在步骤86中自适应燃料输送控制模块42确定是否已禁用高压燃料泵22。如果没有禁用燃料泵22，那么在步骤88中燃料泵控制模块46禁用燃料泵22。在步骤90中，压力传感器30测量第一轨道压力。在步骤92中，燃料喷射器控制模块52激励喷射器以向相应汽缸喷射期望(或基准)燃料量。在喷射事件之后，在步骤94中，压力传感器30测量轨道压力以获得第二轨道压力。在步骤96中，压力监测模块48基于第一轨道压力和第二轨道压力确定实际压降。
在步骤98中，流率确定模块50确定实际压降与基准压降之间的绝对差值是否超过基准压降的阈值百分比。如果所述绝对差值超过阈值百分比，则必须进行修正。在步骤100中，流率确定模块50确定实际燃料量，并基于实际燃料量、基准燃料量和燃料喷射的持续时间确定修正因子。如果在步骤102中实际压降大于基准压降，那么在步骤106中调节流率为基准流率与修正因子的和。如果在步骤102中实际压降小于基准压降，那么调节流率等于基准流率减去修正因子。在步骤108中，如果并非所有喷射器都已经经历了学习过程，那么若启用状况仍旧存在，则方法80返回到步骤84以确定下一喷射器或其余喷射器的流率。否则，方法80结束于步骤110。
本领域技术人员从前面的描述应当理解的是，本发明的广义教导可以多种形式执行。因此，尽管根据其特定实施例描述了本发明，但是由于通过对附图、说明书和所附权利要求书的研究，其它修改对于本领域技术人员也是显而易见的，所以本发明的实际范围不应当受这些实施例的限制。