直噴發動機中燃料輸送的自適應控制的製作方法

2023-09-20 00:07:50 1

專利名稱：直噴發動機中燃料輸送的自適應控制的製作方法
技術領域：
本發明涉及直噴發動機，更具體地涉及直噴發動機中燃料輸送的自適應控制。
背景技術：
這裡提供的背景描述是為了總體上示出本發明內容的目的。在本背景技術部分 描述的範圍內，當前署名的發明人的作品以及在提交申請時該描述的不構成現有技術的方 面，既非明確地也非隱含地被認為是本發明的現有技術。輸送至發動機的燃料噴射量被控制以滿足燃料經濟性需 求和排放標準。通過燃料 噴射器的燃料量基於在給定軌道壓力和流率下燃料噴射的持續時間(即激勵燃料噴射器 時的持續時間)來確定。軌道壓力基於在開始燃料噴射時從壓力傳感器讀取的壓力來確 定。流率基於燃料噴射器的尺寸預先確定。流率假定沿著燃料軌的所有噴射器都相同，並 在燃料噴射器壽命期間保持恆定。沿著燃料軌的燃料噴射器在相同燃料噴射持續時間的相同軌道壓力下可能輸送 不同的燃料量。製造公差可能導致通過噴射器的不同流率。此外，由於噴射器焦化，所以實 際流率可能偏離預定流率。「噴射器焦化」(「injector coking")指的是噴射器口上的沉 澱物聚積，這是由於噴射器口暴露於燃燒室的高熱造成的。噴射器焦化引起燃料流受阻，改 變了通過噴射器的燃料流流率。燃料流流率在噴射器壽命期間會持續地改變，但不會是所 有噴射器以相同的方式改變。結果，發動機的燃料控制可能受到不利影響。

發明內容
根據本發明的自適應燃料輸送控制系統包括壓力監測模塊和流率確定模塊。所述 壓力監測模塊在噴射器的燃料噴射事件之後確定實際壓降。所述流率確定模塊基於基準流 率和所述壓降確定調節流率。在其它特徵中，所述基準流率基於模擬燃料軌性能的物理模型來確定。所述物理 模型包括基準壓降與基準燃料量之間的相關性。所述流率確定模塊基於所述實際壓降、所 述基準壓降、和所述燃料噴射事件的持續時間來確定修正因子。根據本發明的自適應地控制燃料輸送的方法包括在燃料噴射事件之後確定實際 壓降以及基於基準流率和所述壓降確定調節流率。通過下文提供的詳細描述可清楚本發明的其它應用領域。應當理解，該詳細描述 和具體實例僅用於示意性目的，而不是用於限制本發明的範圍。


此處描述的附圖僅用於示意性目的，而不是以任何方式限制本發明的範圍。圖1為包括根據本發明的自適應燃料輸送控制模塊的發動機系統的功能框圖；圖2為根據本發明的自適應燃料輸送控制模塊的功能框圖；以及圖3為根據本發明的自適應地控制燃料輸送的方法的流程圖。
具體實施例方式
下面的描述實質上僅僅是示例性的，而絕不是用於限制本發明及其應用或用途。 為清楚起見，附圖中使用相同的附圖標記來表示相似的元件。如本文中所使用的，術語「模 塊」指的是專用集成電路(ASIC)、電子電路、執行一種或多種軟體或固件程序的處理器(共 享的、專用的或成組的)和存儲器、組合邏輯電路或提供所述功能的其它合適部件。根據本發明教導的自適應燃料輸送控制系統基於燃料噴射的持續時間以及燃料 噴射期間實際燃料量與基準燃料量之間的差異來確定修正因子。實際燃料量基於燃料噴射 之後的壓降來確定。自適應燃料輸送控制系統基於基準流率和修正因子確定調節流率。參考圖1，根據本發明教導的發動機系統10包括發動機10、燃料系統14、進氣系統 16、點火系統18和排氣系統20。燃料系統14可給發動機12提供燃料。發動機系統10為 直噴系統，燃料被直接噴射到燃燒室內的高壓壓縮空氣中。進氣系統16給發動機12提供 空氣。點火系統18提供點燃發動機12燃燒室中的燃料空氣混合物的火花。發動機12中 的空氣-燃料混合物的燃燒提供傳遞至變速器(未示出)的動力，同時產生廢氣。廢氣通 過排氣系統20離開發動機12。燃料系統14包括高壓燃料泵22、燃料軌24、噴射系統26、燃料管道28和壓力傳感 器30。燃料泵22可為活塞泵，其通過燃料管道28向燃料軌24提供高壓燃料。發動機曲軸 (未示出)通過曲軸機構32驅動燃料泵22。燃料泵22通過調節燃料泵活塞缸內捕集的燃 料量來控制流向燃料軌24的燃料量。燃料泵22在壓力下輸送燃料通過燃料管道28至燃料軌24。燃料軌24輸送高壓燃 料至在發動機12的直噴輸入處的噴射系統26。壓力傳感器30設在燃料軌24處以監測軌 道壓力。燃料軌24上過多的燃料會通過燃料返回軌道(未示出)返回燃料箱(未示出)。 燃料返回管道可含有壓力調節器(未示出)。噴射系統26包括多個噴射器(未示出)，這 些噴射器與燃料軌24連通，並順續地和直接地給發動機燃燒室提供燃料。控制模塊40與發動機12、燃料泵22、燃料軌24、噴射系統26、進氣系統16、點火系 統18和壓力傳感器30通信。控制模塊40包括控制向發動機12的燃燒室輸送燃料的自適 應燃料輸送控制模塊42。參考圖2，自適應燃料輸送控制模塊42包括發動機狀況估計模塊44、燃料泵控制 模塊46、壓力監測模塊48、流率確定模塊50和噴射控制模塊52。發動機狀況估計模塊44 監測發動機的運行狀況，並確定啟用狀況是否滿足以便自適應地學習流率。燃料泵控制模 塊46控制燃料泵22。壓力監測模塊48從壓力傳感器30接收壓力數據。流率確定模塊50 基於實際燃料噴射狀況自適應地學習每個噴射器的流率。噴射器控制模塊52控制多個噴 射器56的燃料噴射正時和持續時間。更具體地，當燃料軌壓力超過第一閾值時、當發動機速度(RPM)低於第二閾值時、 和當燃料需求超過第三閾值時，存在學習過程的啟用狀況。所述啟用狀況確保可獲得更精 確的壓力測量。通常，當發動機運行時，直噴發動機的燃料軌壓力可在約6MPa(870psi)與約 20MPa(2900psi)之間。因此，當直噴發動機12運行時，軌道壓力通常超過第一閾值。在高 軌道壓力下，隨著壓力噴射事件的壓力波動比較小，因此對軌道壓力的精確測量的影響較小。當發動機12以低RPM運行時，例如在2000RPM以下運行，由於燃料軌24具有更多 時間來減弱壓力振蕩，所以壓力波動對燃料軌壓力的精確測量具有較小的影響。另外，當發 動機12需要超過第三閾值的更多燃料時，在噴射事件後更多的燃料流過燃料噴射器，導致 燃料軌中更高的壓降。因此，壓力波動對壓降的精確確定具有較小的影響。例如，當駕駛員從停止情形增大油門(即「油門開啟」)或在大開油門加速期間將會存在啟用狀況。在油門開啟期間，發動機速度近似600rpm，燃料需求約是相同RPM的穩定 狀態期間所需的4倍。當出現啟用狀況時，燃料泵控制模塊46被指令禁用燃料泵22，並且流率確定模塊 50被激活以自適應地學習流率。在正常發動機運行期間，燃料泵控制模塊46指令燃料泵22輸送所需量的燃料至 燃料軌24。噴射器控制模塊52激勵多個噴射器56根據所需的正時和脈寬順序地噴射燃 料。在學習過程期間，燃料泵控制模塊46禁用燃料泵22，沒有燃料被輸送至燃料軌24。這 樣，燃料軌24可在特定噴射器的噴射事件之前達到穩定狀態。保持燃料軌24接近於穩定 狀態使壓力波動最小化，從而保證了軌道壓力的精確測量。壓力監測模塊48在特定噴射器噴射事件前後從壓力傳感器30接收壓力讀數 (即，第一壓力和第二壓力)。壓力監測模塊48基於第一壓力和第二壓力確定實際壓降。壓 力監測模塊48發送指示實際壓降的信號至流率確定模塊50。流率確定模塊50包括查尋表54，該查尋表54包括在燃料噴射事件緊之前在不同 第一軌道壓力下壓降與燃料量之間的相關性。所述相關性基於物理模型獲得。該物理模型 包括通常藉助於計算機基於物理規律表徵或模擬燃料軌的操作或性能的數學公式。所述物 理模型表現所需的燃料軌性能。物理模型獲得的數據無需複雜的試驗就表現出所需的燃料 軌參數。將實際壓降與基準壓降作比較。如果實際壓降偏離基準壓降並超過基準壓降的閾 值百分比，那麼可進行流率的修正。流率確定模塊50基於第一軌道壓力、實際壓降和查尋 表54確定流過特定噴射器的實際燃料量。所述基準燃料量基於基準燃料流率和燃料噴射 的持續時間來確定。基準燃料流基於燃料噴射器的尺寸(燃料流容量)和在燃料噴射緊前 面測量的第一軌道壓力來預先確定。流率確定模塊50基於實際燃料量與基準燃料量之間的差異和激勵燃料噴射器的 脈寬信號的脈衝寬度(即燃料噴射的持續時間)來確定修正因子。流率確定模塊50基於 基準流率和修正因子確定學習流率或調節流率。當實際壓降大於基準壓降時，燃料噴射器 輸送比所需的要多的燃料。調節流率為基準流率加上修正因子的和。當實際壓降低於基準 壓降時，比所需的少的燃料被輸送通過燃料噴射器。調節流率等於基準流率減去修正因子。可選地，修正因子可基於特定噴射器上的預定數量(例如10)的燃料噴射事件來 確定。一個噴射事件的平均燃料量可基於累計壓降來確定。修正因子可基於平均燃料量和 基準燃料量來確定。在確定了特定噴射器的調節流率之後，如果啟用狀況仍然存在，那麼自適應燃料 輸送控制模塊42可繼續確定其餘噴射器的學習流率。如果啟用狀況不再存在，那麼對於下 一個或其餘噴射器可以更晚的時間排定學習過程。泵控制模塊46使燃料泵22能夠重新將高壓燃料供給燃料軌24。如果可行，那麼噴射器控制模塊52基於調節流率激勵多個噴射器 56持續一段時間。可規則性地排定自適應學習過程，以確保調節流率反映噴射器的實際流 動狀況。參考圖3，自適應地控制燃料輸送的方法80開始於步驟82。在步驟84中，發動機 狀況估計模塊44確定是否存在啟用狀況。如果不存在啟用狀況，那麼方法80進行至步驟 110並結束。如果存在，那麼在步驟86中自適應燃料輸送控制模塊42確定是否已禁用高壓 燃料泵22。如果沒有禁用燃料泵22，那麼在步驟88中燃料泵控制模塊46禁用燃料泵22。 在步驟90中，壓力傳感器30測量第一軌道壓力。在步驟92中，燃料噴射器控制模塊52激 勵噴射器以向相應汽缸噴射期望(或基準)燃料量。在噴射事件之後，在步驟94中，壓力 傳感器30測量軌道壓力以獲得第二軌道壓力。在步驟96中，壓力監測模塊48基於第一軌 道壓力和第二軌道壓力確定實際壓降。在步驟98中，流率確定模塊50確定實際壓降與基準壓降之間的絕對差值是否超 過基準壓降的閾值百分比。如果所述絕對差值超過閾值百分比，則必須進行修正。在步驟 100中，流率確定模塊50確定實際燃料量，並基於實際燃料量、基準燃料量和燃料噴射的持 續時間確定修正因子。如果在步驟102中實際壓降大於基準壓降，那麼在步驟106中調節 流率為基準流率與修正因子的和。如果在步驟102中實際壓降小於基準壓降，那麼調節流 率等於基準流率減去修正因子。在步驟108中，如果並非所有噴射器都已經經歷了學習過 程，那麼若啟用狀況仍舊存在，則方法80返回到步驟84以確定下一噴射器或其餘噴射器的 流率。否則，方法80結束於步驟110。本領域技術人員從前面的描述應當理解的是，本發明的廣義教導可以多種形式執 行。因此，儘管根據其特定實施例描述了本發明，但是由於通過對附圖、說明書和所附權利 要求書的研究，其它修改對於本領域技術人員也是顯而易見的，所以本發明的實際範圍不 應當受這些實施例的限制。
權利要求
一種自適應燃料輸送控制系統，包括壓力監測模塊，其在噴射器的燃料噴射事件之後確定實際壓降；以及流率確定模塊，其基於基準流率和所述壓降確定調節流率。
2.如權利要求1所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，所述基準流率是基於模擬燃 料軌的性能的物理模型確定的。
3.如權利要求2所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，所述物理模型包括基準壓降 與基準燃料量之間的相關性。
4.如權利要求3所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，所述流率確定模塊基於所述 壓降和所述相關性確定實際燃料量。
5.如權利要求4所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，所述流率確定模塊基於所述 實際壓降、所述基準壓降、和所述燃料噴射事件的持續時間來確定修正因子。
6.如權利要求5所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，當所述實際壓降大於所述基 準壓降時，所述調節流率為所述基準流率與所述修正因子的和。
7.如權利要求5所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，當所述實際壓降小於所述基 準壓降時，所述調節流率等於所述基準流率減去所述修正因子。
8.如權利要求1所述的自適應燃料輸送控制系統，其中，所述壓力監測模塊基於第一 軌道壓力和第二軌道壓力確定所述實際壓降，其中，所述第一軌道壓力是在所述燃料噴射 事件之前測量的，而所述第二軌道壓力是在所述燃料噴射事件之後測量的。
9.如權利要求1所述的自適應燃料輸送控制系統，還包括發動機狀況估計模塊，該發 動機狀況估計模塊在滿足啟用狀況時激活所述流率確定模塊，其中，所述啟用狀況是基於 燃料需求、發動機速度和燃料軌壓力確定的。
10.如權利要求9所述的自適應燃料輸送控制系統，還包括燃料泵控制模塊，該燃料泵 控制模塊在滿足所述啟用狀況時禁用燃料泵。
11.一種自適應地控制燃料輸送的方法，包括在燃料噴射事件之後確定實際壓降；以及基於基準流率和所述實際壓降確定調節流率。
12.如權利要求11所述的方法，其中，所述基準流率是基於模擬燃料軌的性能的物理 模型確定的。
13.如權利要求12所述的方法，其中，所述物理模型包括基準壓降與基準燃料量之間 的相關性。
14.如權利要求13所述的方法，還包括基於所述壓降和所述相關性確定實際燃料量。
15.如權利要求13所述的方法，還包括基於所述實際壓降和所述基準壓降確定修正因子。
16.如權利要求15所述的方法，還包括當所述實際壓降大於所述基準壓降時，將所述 基準流率與所述修正因子相加以獲得所述調節流率。
17.如權利要求15所述的方法，還包括當所述實際壓降小於所述基準壓降時，從所述 基準流率中減去所述修正因子以獲得所述調節流率。
18.如權利要求11所述的方法，還包括在所述燃料噴射事件之前測量第一壓力、在所 述燃料噴射事件之後測量第二壓力、以及從所述第一壓力中減去所述第二壓力以獲得所述實際壓降。
19.如權利要求11所述的方法，還包括在滿足啟用狀況時禁用燃料泵。
全文摘要
本發明涉及直噴發動機中燃料輸送的自適應控制。一種自適應燃料輸送控制系統包括壓力監測模塊和流率確定模塊。所述壓力監測模塊在噴射器的燃料噴射事件之後確定實際壓降。所述流率確定模塊基於基準流率和所述壓降確定調節流率。
文檔編號F02D41/04GK101818698SQ20101012111
公開日2010年9月1日 申請日期2010年2月11日 優先權日2009年2月11日
發明者B·李, D·L·迪布爾, J·R·杜爾佐, K·J·欽平斯基, S·A·杜格拉斯 申請人:通用汽車環球科技運作公司