以稳定方式将调速器燃油输出分配到三个独立油量的方法

专利名称：以稳定方式将调速器燃油输出分配到三个独立油量的方法
技术领域：
本发明总的涉及电子控制的燃油喷射系统，更具体地说，本发明涉及一种用于在燃油喷射事件中、根据内燃发动机的工况而输送和控制至内燃发动机气缸的多次燃油喷射的油量的方法和设备。
背景技术：
电子控制的燃油喷射器在本技术领域是为人们所熟知的，它们包括液压制动电子控制的燃油喷射器以及机械制动电子控制的燃油喷射器。电子控制的燃油喷射器通常根据从电子控制器接收的喷射信号来将燃油喷射到特定的发动机气缸中。这些信号包括波形图，这些波形图表示要喷射到气缸中的燃油所希望的喷射速率以及所希望的定时和量。
对发动机排气排放物的排放规定在全世界均日益严格，例如，限制碳氢化合物、一氧化碳的排放、散粒释放以及氮氧化物的释放。缩减喷射到燃烧室的喷射次数、减低燃油的喷射速率以及减小这样的燃油喷射所希望的量和定时是控制排放和满足这样的排放标准的一种方式。结果，人们就采用了分开式燃油喷射技术(split fuel injection technique)来改变燃烧过程中的燃烧特性，以试图减少排放和噪音的等级。分开式喷射通常包括将在特定喷射事件中对气缸的全部燃油输送分成两次独立的燃油喷射，例如一引燃喷射射油(pilot injectionshot)和一主喷射射油。在不同的发动机工况下，可能需要使用不同的喷射策略以实现所希望的发动机工作和排放物控制。例如，一种分开式喷射技术可用于包括低发动机速度和低发动机载荷的发动机工况，而其它技术则可用于不同的发动机工况。在过去，分开式喷射的可控制性在某种程度上受到机械和与所用的燃油喷射器的特殊类型相关的其它方面限制条件的限制。即便使用更先进的电子控制燃油喷射器，在某些发动机工况下，有时还是难于准确地控制燃油输送，即使是在使用电流控制信号时也是如此。
如在本文本中一直所使用的，喷射事件定义为在发动机的一次循环中发生在气缸中的喷射。例如，一个四冲程发动机对于一特定的气缸所进行的一次循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程。因此，四冲程发动机中的喷射事件包括在活塞的四个冲程期间发生在气缸中的喷射或射油的次数。如本技术领域所用的术语“射油”也可以指实际的燃油喷射或者发送到燃油喷射器或其它燃油致动装置、指示对发动机进行燃油喷射或输送的命令电流信号。
使用分开式燃油喷射器并非在所有的发动机速度和发动机载荷条件下总能实现所希望的发动机性能。根据工况，希望能对喷射定时、喷射压力以及油量进行优化，以实现所希望的排放物和所希望的燃油消耗量。由于各种各样的原因，在分开式喷射系统中并非总能实现这些希望，这些原因包括在不同类型的可实现的喷射波形类型方面的限制；在特定的喷射事件中发生喷射时，独立的燃油喷射中所喷射的油量；喷射之间的定时序列；以及，间隔的喷射彼此影响的紧密程度。结果，诸如在给定的喷射事件中燃油喷射过快和/或在所希望的终止点之后仍允许燃油喷射之类的问题可能会不利地影响排放输出和燃油经济性。
在可实现多次喷射和不同喷射波形的系统中，希望能控制和输送至特定气缸的任意次数的独立燃油喷射，以根据在该特定时间点的发动机工况，例如速度、载荷或环境条件的变化，使排放物和燃油消耗量最少。这可能包括在特定的喷射事件中将燃油喷射分成多于两次的独立射油，在引燃射油(pilot shot)中提供更大的油量，在喷射事件中提前引燃射油，以及调节各种多次喷射射油之间的定时，以实现所希望的排放物和所希望的燃油燃烧效率。在一些情况下，还希望比率定形(rate shape)至气缸的燃油输送前端，以控制所使用的特定燃油的燃烧特性。此外，在一些情况下，射油持续时间或油量可能会很短或很小，以致对于喷射该次射油来说不是实际可行的。
因此，本发明致力于克服前述的一个或多个问题。

发明内容
在本发明的一个方面中，揭示了一种电子控制的燃油喷射系统，该系统能够在单个喷射事件中将多次独立的燃油喷射输送到内燃发动机的特定气缸中。该系统包括可工作以输送多次喷射射油的至少一个燃油喷射装置，以及可工作以确定射油次数和在每次射油中所用的实际油量的控制器。
在一个较佳的实施例中，控制器可工作以确定所希望的和最少的引燃射油量、最少主射油量以及最少和所希望的后继射油(anchor shot)量。将调速器系统所确定的总的油量与这些所希望的和最少的油量的各种总和进行比较，以确定由至少一个燃油喷射装置喷射用的、实际的引燃射油量、主射油量和后继射油量。通过将燃油分摊到多次射油，在一个实施例中，控制器给予主射油最高的优先级，而给予引燃喷射次高的优先级。因此，在一个实施例中，如果燃油仅够用于主射油，则引燃射油和后继射油就设置成基本为零；并且，如果燃油仅够用于主射油和引燃射油，则后继射油设置为零。不过，根据本发明，如果没有足够的总燃油可用于引燃射油和主射油，但有足够的燃油可用于主射油和后继射油，则将引燃射油设置成基本为零，并在主射油和后继射油之间分配总燃油。
在本发明的另一方面中，计算机可读介质包含用于控制燃油喷射控制系统以将调速器燃油输出分配成实际的引燃射油量、主射油量以及后继射油量的指令。这些指令判定是否有足够的燃油输出可用于最少主射油量，是否有足够的调速器燃油输出可用于所希望的引燃射油量，以及是否有足够的调速器燃油输出可用于所希望的后继射油量。根据各种判断结果，这些指令确定实际的引燃射油量、主射油量以及后继射油量。
在一个较佳实施例中，还确定最少引燃射油量和最少后继射油量。为了使引燃射油具有高于后继射油的优先级，这些指令在判断是否有足够的燃油可用于后继射油之前，先判断是否有足够的燃油可用于引燃喷射。
在本发明的另一方面中，描述了一种用于控制燃油喷射控制系统以分配调速器燃油输出的方法。本方法包括确定所希望的引燃射油量和后继射油量以及最少的主射油量。然后，该方法判断是否有足够的燃油可用于最少主射油量、所希望的引燃射油量以及所希望的后继射油量。根据这些判断结果，本发明然后确定实际的引燃射油量、主射油量和后继射油量。
在较佳的实施例中，在实际的主射油量之前喷射实际的引燃射油量，并在实际的主射油量喷射之后喷射实际的后继射油量。为了确定待喷射的实际油量，将所要输送的调速器燃油输出或总的油量与所希望的和最少的引燃射油量、最少的主射油量以及最少和所希望的后继射油量的各种总和相比较。


为了更好地理解本发明，可参见附图。在这些附图中图1是与本发明一个实施例结合使用的一电子控制燃油喷射器燃油系统的示意图；图2是三次射油的燃油喷射事件的示意性时间曲线图；图3是根据发动机速度和发动机载荷而绘制出的示例性射油模式映射表；图4是两次射油的燃油喷射事件的示意性时间曲线图；图5是三次射油的燃油喷射事件的另一示意性时间曲线图；图6是三次射油的燃油喷射事件的再一示意性时间曲线图；图7是四次射油的燃油喷射事件的示意性时间曲线图；图8是示出确定最少的引燃射油量、主射油量、后继射油量以及所希望的引燃射油量的示意性方框图；图9是示出确定所希望的后继射油量的示意性方框图；图10是示出确定实际的引燃射油量、主射油量以及后继射油量的示意性方框图；图11是示出在至少对于最少的引燃射油量、主射油量以及后继射油量有足够的调速器燃油输出的情况下，确定实际的引燃射油量、主射油量以及后继射油量的示意性方框图；图12是示出根据发动机速度和发动机载荷在某些发动机工况下所采用的、实现稳态排放的喷射策略的例子的图表；以及图13是用于根据环境条件调整燃油喷射事件参数的控制系统的一个实施例的示例性示意图。
具体实施例方式
请参见图1，该图中示出液压致动电子控制的燃油喷射系统12的一个实施例，所示系统12为适于直喷式压缩点火发动机14的一个示例性配置。燃油系统12包括一个或多个电子控制的燃油喷射装置，如燃油喷射器16，这些燃油喷射装置适于定位在发动机14的相应气缸盖孔中。尽管图1所示的实施例应用于直列六缸发动机，但人们会认可和预见、并可以理解，本发明也同样可应用于诸如V型发动机或转子发动机，并且发动机可以包含任意多个气缸或燃烧室。此外，尽管图1所示的实施例还示出了一个液压致动电子控制的燃油喷射系统，但人们同样可以认可和预见，本发明也可以同样应用于其它类型的燃油喷射装置，包括电子控制的燃油喷射器、机械致动电子控制的燃油喷射器单元、以及带有数控燃油阀的、流体致动的共轨燃油喷射系统。
图1所示的燃油系统10包括用于将致动流体供应到各燃油喷射器16的设备或装置18、用于将燃油供应到各燃油喷射器的设备或装置20、用于控制燃油喷射系统的电子控制装置22，所述电子控制装置22控制的内容包括燃油喷射器16喷射燃油的方式和频率，包含定时、每一喷射事件的喷射次数、每一喷射的油量、各次喷射之间的时间延迟以及喷射时间曲线图。因此，各燃油喷射器16可工作以在各喷射事件中输送多次燃油喷射。该系统还可以包括用于再循环流体和/或从离开各燃油喷射器16的致动流体回收液压能量的设备或装置24。
致动流体供应装置18较佳的是包括致动流体贮槽或容器26、相对低压的致动流体传送泵28、致动流体冷却器30、一个或多个致动流体过滤器32、用于在致动流体中产生相对高压的高压泵34、以及至少一根相对高压致动流体的总管或轨道38。共轨通道38布置成与相对高压的致动流体泵34的出口流体连通。轨道分支通道42将各燃油喷射器16的致动流体入口连接到高压共轨通道40。在机械致动电子控制的燃油喷射器中，通常用某种类型的凸轮致动结构或其它用于致动这样的燃油喷射器的机械装置来替代总管38、共轨通道40和分支通道42。美国专利第5,947,380号和第5,407,131号中揭示了一些机械致动电子控制的燃油喷射器的例子。在较佳的实施例中，喷射装置是燃油喷射器，但它也可以是与共轨燃油系统相关联的数控燃油阀。
设备24可以包括用于各燃油喷射器的废物积累流体控制阀52、公共的再循环管线54以及连接在致动流体泵34和再循环管线54之间的液压电动机56。离开每一燃油喷射器16的致动流体排出装置的致动流体将进入再循环管线54，再循环管线54将这样的流体载带到液压能量再循环或回收装置24。再循环的致动流体的一部分被引导到高压致动流体泵34，另一部分则经由再循环管线36回到致动流体贮槽26。
在较佳的实施例中，致动流体是发动机润滑油，致动流体贮槽26是发动机润滑油的贮槽。这使燃油喷射系统能作为附属的子系统连接于发动机的润滑油循环系统。或者，致动流体可以是燃油。
燃油供应装置20较佳的是包括燃油箱44、布置成在燃油箱44和各燃油喷射器16的燃油入口之间流体连通的燃油供应通道46、相对低压的燃油传送泵48、一个或多个燃油过滤器50、燃油供应调节阀51、以及布置成在各燃油喷射器16和燃油箱44之间流体连通的燃油循环和返回通道49。
电子控制装置22较佳的是包括电子控制模块(ECM)58(也称作控制器)，其一般用途在本技术领域中是为人们所熟知的。ECM58通常包括诸如微控制器或微处理器之类的处理装置、诸如比例积分微分(PID)控制器之类的用于调节发动机速度的调速器、以及包括输入/输出电路、供电电路、信号调节电路、螺线管驱动器电路、模拟电路和/或程序控制逻辑阵列的电路以及相关联的存储器。存储器连接到微控制器或微处理器，并且存储指令组、映射表、查找表格、变量等。ECM 58可用于控制燃油喷射的许多方面，包括(1)燃油喷射定时，(2)在喷射事件中的总的燃油喷射量，(3)燃油喷射压力，(4)在每一喷射事件中独立的喷射或射油的次数，(5)独立的喷射或射油之间的时间间隔，(6)每次喷射或射油持续时间，(7)与每次喷射或射油相关联的油量，(8)致动流体压力，(9)燃油喷射器波形的电流电平(current level)，以及(10)上述参数的任何组合。可以独立于发动机速度和载荷而可变地控制每一个这样的参数。ECM 58接收多个传感器输入信号S1-S8，这些信号对应于已知的传感器输入，如包括发动机速度、发动机温度、致动流体压力、气缸活塞位置以及用来确定随后的喷射事件的喷射参数的精确组合的工况在内的发动机工况。
例如，图1中示出发动机温度传感器60连接于发动机12。在一个实施例中，发动机温度传感器包括发动机油温传感器。不过，也可以使用发动机冷却液传感器来检测发动机温度。发动机温度传感器60产生在图1中用S1所标示的信号，并通过线路S1输入到ECM 58。在图1所示的该特定的实施例中，ECM58发出控制信号S9，以控制出自泵34的致动流体压力，还发出燃油喷射信号S10，以使各燃油喷射器内的螺线管或其它电气致动装置通电，藉此来控制各燃油喷射器16中的燃油控制阀并将燃油喷射到各相应的发动机气缸中。可以独立于发动机速度和载荷可变地控制各喷射参数。在使用燃油喷射器16时，控制信号S10是燃油喷射信号，该信号是发送到燃油喷射器螺线管或其它致动装置的一ECM指令的电流。
人们可以认同的是，在任何特定的燃油喷射事件中的燃油喷射类型一般会根据发动机的各种工况而变化。在使排放物最少的努力中，人们发现，在变化的发动机工况下，在燃油喷射事件中将多次独立的燃油喷射输送到特定的气缸可以实现所希望的发动机工作以及排放物控制。图2示出了包括三次独立的燃油喷射的多次喷射事件，所述三次独立的燃油喷射即第一燃油喷射或引燃射油62、第二燃油喷射或主射油64、以及第三燃油喷射或后继射油66。如图2所示，引燃射油62在主射油64之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或主延迟63；而后继射油则根据一预定的时间因子、曲柄角或后继延迟65安排在主射油64之后。根据与电子控制器58相关的程序编制以及存储在控制器的存储器中的各种不同的映射表和/或查找表格(包括有关发动机速度、发动机载荷、与轨道通道40相关的压力(轨压)、所希望的总油量以及射油的其它参数的映射表和/或表格)，控制器58能动态地确定射油的合适次数、每次射油所需要的油量以及燃油在诸次射油之间的分配。此外，控制器59能确定各次射油以及后继延迟65的定时和持续时间。在如图2所示的三次射油的多次喷射中，要输送到燃烧室的总燃油的一部分将作为引燃射油62来喷射，这样的总燃油的一部分将作为主射油64的一部分来喷射，以及所要喷射的总燃油的其余部分则将作为后继射油66来喷射。在某些工况下，三次射油的多次燃油喷射在排气排放物方面是有利的，包括散粒排放物减少和/或NOx排放物减少，并且还可以实现所希望的发动机性能。
调速器系统的输出可以称作调速器要求喷射的、总的所希望油量，或者称作总的可用油量。也就是说，为了在诸次射油之间进行燃油分配，调速器系统设定(establish)在喷射中所希望分配的总的可用油量。一旦确定了总的可用油量，本发明就可以用来确定如何在所希望次数的射油之间分配油量。根据发动机速度和载荷，控制器58选择多个射油模式中的一个。本文所揭示的示例性射油模式包括单次喷射时间(射油模式1)，下面结合图4所讨论的两次独立喷射时间(射油模式2)，结合上述图2和下述图10-11所讨论的三次独立喷射事件(射油模式4和射油模式6)，或者结合下述图7所讨论的四次独立喷射事件(射油模式8)。控制器58可以利用查找表格或映射表来根据发动机速度和载荷选择射油模式。图3表示用于根据发动机速度和载荷选择射油模式的一个示例性映射表。例如，对于给定的燃油(发动机载荷)值60mm-3/冲程和给定的发动机速度800rpm(转数/分钟)，该映射表将选择射油模式1。又如，对于给定的燃油(发动机载荷)值160mm3/冲程和给定的发动机速度1300rpm(转数/分钟)，该映射表将选择射油模式8(将在下文描述)。应予理解的是，也可以与本发明一起使用其它的映射表或查找表格，以确定射油模式。在某些工况下，使用多个射油模式之一在排气排放物方面是有利的，包括散粒排放物减少和/或NOx排放物减少，并且还可以实现所希望的发动机性能。
图4示出一个示例性的多次燃油喷射事件200(射油模式2或SM 2)，该多次燃油喷射事件200包括两次独立的燃油喷射事件，包括第一燃油喷射事件或引燃射油202和第二燃油喷射事件或主射油204。如图4所示，引燃射油202可以在主射油204之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或引燃延迟206。
图5示出另一示例性的多次燃油喷射事件300(射油模式4或SM 4)，该多次燃油喷射事件300包括三次独立的燃油喷射事件，包括第一燃油喷射或引燃射油302、第二燃油喷射或紧密相联的(close-coupled)引燃射油304、以及第三燃油喷射事件或主射油306。如图5所示，引燃射油302可以在紧密相联的引燃射油304之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或引燃延迟308。类似地，紧密相联的引燃射油304可以在主射油306之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或主延迟310。
图6示出再一示例性的多次燃油喷射事件400(射油模式6或SM 6)，该多次燃油喷射事件400包括三次独立的燃油喷射事件，包括第一燃油喷射或引燃射油402、第二燃油喷射或主射油404、以及第三燃油喷射或紧密相联的后继射油406。如图6所示，引燃射油402可以在主射油404之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或引燃延迟408。紧密相联的后继射油404可以根据一预定的时间因子、曲柄角或后继延迟410安排在主射油404之后。
图7示出另一示例性的多次燃油喷射事件500(射油模式8或SM 8)，该多次燃油喷射事件500包括四次独立的燃油喷射事件，包括第一燃油喷射或引燃射油502、第二燃油喷射或紧密相联的引燃射油504、第三燃油喷射事件或主射油506、以及第四喷射或紧密相联的后继射油508。如图7所示，引燃射油502可以在紧密相联的引燃射油504之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或引燃延迟510。类似地，紧密相联的引燃射油504可以在主射油506之前喷射到燃烧室中，且提前某一预定的时间因子、曲柄角或主延迟512。紧密相联的后继射油508可以根据一预定的时间因子、曲柄角或后继延迟514安排在主射油506之后。应予理解的是，除了上述的示例性射油模式之外，本发明还可以利用其它的射油模式或多次喷射事件来实现。
图3至6示出一个将所希望的总的油量分成所希望的引燃射油62、所希望的主射油64、以及所希望的后继射油66的实施例。应予理解的是，对于另一射油模式，例如射油模式8，所希望的总的油量可以分成所希望的引燃射油502、所希望的紧密相联的引燃射油504、所希望的主射油506、以及所希望的紧密相联的后继射油508(图7)。与射油模式6相似，总的所希望的油量可以分成所希望的引燃射油402、所希望的主射油404、以及所希望的紧密相联的后继射油406。一般来说，所希望的总的油量可以根据射油模式和总的油量分成所希望次数的射油。
通过设定根据合适的射油模式而变化的最少油量，来实现对所希望的总的油量的分配。例如，对包括引燃喷射、紧密相联的引燃喷射以及主喷射的射油模式(SM 4)的引燃喷射，其油量的分配可能与仅包括引燃喷射和主喷射(SM2)的射油模式的引燃喷射的油量不同。由总的标示为102的一组步骤来示出这种根据合适的射油模式来对总的油量进行的分配。分别由总的标示为104和106的步骤组来示出设定所要指令的希望的引燃和后继油量的方法。因为喷射少于最少值的油量可能会导致或加剧不稳定性，所以对最少值加以设定。例如，在燃油系统的燃油输送的准确性方面可能会有许多限制，以致当尝试喷射少于所设定的最少值时，燃油系统就不能准确地喷射所要求的量。因此，可能会喷射不准确的油量，从而导致所不希望的发动机操作。此外，最少值可以设定成小于即使可以准确地进行喷射也会导致所不希望的发动机操作或排放物的最少值。
图12示出针对给定速度和给定载荷的燃油喷射策略的一个实施例。图12所示的映射表可以用来确定所希望的射油次数、所希望的射油量以及所希望的射油定时。可以为射油最少值建立一类似的映射表。因此，可以根据射油模式来改变最少的射油量。此外，可以根据加速度来改变最少量。
在设定了最少和所希望的油量之后，通过总的标示为108并示于图5和6的一组步骤来设定在每次射油期间实际要喷射的油量。在步骤组102、104、106、108中所示的程序较佳的是存储在诸如ECM/控制器58所设置的存储器之类的计算机可读介质上。此外，控制器可工作以产生控制和喷射信号S10，用以通过计算机可读数据的传输介质进行传输，该传输介质可以放置成与诊断设计显示器和包括显示器和辅助键盘的输入设备(未示出)相通信。一般来说，该程序将根据射油模式确定所希望的油量，然后将燃油分成所希望次数的射油。将每次射油的油量与最少值进行比较，并作相应的修改。然后就产生喷射信号。
请独立地参见图8，由调速器所确定的总的可用油量的分配在110处开始，并引向最少射油量的确定步骤102。在一个实施例中，在对最少引燃射油量、最少主射油量以及最少后继射油量中的每一个进行设计和测试的过程中，程序在步骤112、114以及116处分别对重载(override)进行检查。单元开发者使用重载作为设计工具，以隔绝发动机中的状况和限制变量。这些重载并非设计为在发动机的正常工作中使用的。如果希望对引燃射油进行重载，则在步骤118处将最少引燃射油量设置成最少引燃射油燃油重载量。类似地，如果希望对后继射油进行重载，则在120处将最少后继射油量设置为最少后继射油燃油重载量，并且如果希望对主射油进行重载，则在122处将最少主射油量设置为最少主射油燃油重载量。如上所述，在较佳实施例中，在发动机的正常操作过程中并不使用重载，因此并不进行上述检查，也就是说，这些步骤被跳过。在一个实施例中，如果不想要重载，或者发动机在不采用重载的正常工作的情况下工作，则在124处通过设置成缺省的最少引燃射油量来确定最少引燃射油量，以及在126处通过设置成缺省的最少后继射油量来确定最少后继射油量。在步骤128处，根据作为查找和设置最少主射油量的因子的所希望的总的待喷射油量、发动机速度以及载荷，通过在多维查找表格或映射表中查找油量来确定最少主射油量。或者，可以使用基于发动机速度和载荷的类似的查找表格来设定最少引燃射油量和最少后继射油量。
确定所希望的引燃射油量104的步骤组从130处的重载检查开始。如果希望由于设计目的而进行重载，则在132处将所希望的引燃射油量设置成所希望的引燃射油燃油重载量。如果不调用重载，则程序在134处判断是否已发生引燃置零(zeroing)事件。引燃置零事件是建议应将放置在引燃喷射中的油量减小至零的事件。引燃置零事件包括例如由电量不足的电池运转ECM以致没有足够的能量可用于希望次数的喷射射油、高加速度的时刻、以及给定的喷射策略不想要进行引燃射油，例如图12中所示的低速和低载荷状况。在一个实施例中，读取一个位屏蔽，如果位屏蔽是零(0)的话，则仅想要执行主射油。如果位屏蔽是一(1)的话，则想要执行引燃射油和主射油。如果位屏蔽是二(2)的话，则想要执行主射油和后继射油，以及如果位屏蔽是三(3)的话，则想要执行所有三种射油。因此，如果位屏蔽是零或者二的话，则在136处将所希望的引燃射油量设置成基本为零。如果位屏蔽是一或三的话，则在138处，通过根据所要求的总的燃油以及发动机的速度和发动机载荷在查找表格中查找数值，从而确定所希望的引燃射油量。然后，将所希望的引燃射油量设置成从查找表格或映射表中取出的数值。位屏蔽的使用是与执行程序相关的。也就是说，可以采用能跟踪所希望次数的射油的任何存储方案。例如，可以利用如图12所示的喷射策略来确定所希望的射油次数和类型。所希望的射油次数和类型可以存储在查找表格、索引表或诸如位屏蔽之类的其它存储方案中。
请参见图9，在106处确定所希望的后继射油量的方式与引燃射油量的确定方式类似，并从140处的重载检查开始。如果由于设计目的而想要进行重载的话，则在142处将所希望的后继射油量设置成所希望的后继射油燃油重载量。如果不调用重载，则程序在144处判断是否已发生后继置零事件。这样的事件包括例如由电量不足的电池运转ECM以致没有足够的能量可用于希望次数的喷射射油和高加速度的时刻、以及用喷射策略确定在目前的工况下不想要进行后继射油。同样，读取位屏蔽，如果位屏蔽是零(0)的话，则仅想要执行主射油。如果位屏蔽是一(1)的话，则想要执行引燃射油和主射油。如果位屏蔽是二(2)的话，则想要执行主射油和后继射油，以及如果位屏蔽是三(3)的话，则想要执行所有三种射油。如果位屏蔽是四(4)，则不想要执行任何射油，以执行切断策略(cut out strategy)。因此，如果位屏蔽是零或者一的话，则在146处将所希望的后继射油量设置成基本为零。如果位屏蔽是二或三的话，则在148处，通过根据所要求的总的燃油和发动机的速度在查找表格中查找数值，从而确定所希望的后继射油量。然后，将所希望的后继射油量设置成从查找表格或映射表中取出的数值。
请参见图10，在确定了最少和所希望的引燃射油量、最少的主射油量以及最少和所希望的后继射油量之后，程序在108处确定所要喷射的实际引燃射油量、主射油量以及后继射油量。在该确定过程中的第一步骤150是将调速器系统所确定的、将要喷射的总的可用油量与最少主射油量进行比较，如果总的可用油量小于或等于最少主射油量，则在步骤152中将实际的引燃和后继射油量设置成基本为零，并将实际的主射油量设置为总的可用油量。然后，程序转到返回位置110(图8)。如果用于喷射事件的总的可用燃油多于最少主射油量，则控制器在步骤154处，将要喷射的总的可用燃油与最少主射油量和最少引燃射油量之和进行比较。此外，在步骤154处，控制器将所希望的引燃射油量与最少引燃射油量进行比较。如果总的可用燃油少于最少主射油量和最少引燃射油量之和，或者所希望的引燃射油量少于最少引燃射油量，则在步骤156处将实际的引燃射油量设置为零；并且，如果希望的话，控制器进入判断是否有足够的总的可用燃油可用于主射油和后继射油的步骤，如步骤组158中所示出的那样。这可保证主射油具有高于引燃和后继射油的优先级，从而主射油得到最少主射油量(如果可能的话)或者至少是调速器系统所设置的总燃油(如果调速器所要求的总的燃油少于最少主射油量的话)。
如果没有足够的燃油可用于引燃射油，则实际的引燃射油量将被设置为零，并且，控制器将总的可用燃油与最少主射油量和最少后继射油量之和进行比较，以确定有多少燃油可用于后继射油，并将所希望的后继射油量与最少后继射油量进行比较。如果总燃油少于最少主射油量和最少后继射油量之和，或者所希望的后继射油量少于最少后继射油量，则在步骤162处将实际的后继射油量设置为零，并且将实际的主射油量设置成总燃油或调速器燃油输出。不过，如果在步骤160处判断出最少主射油量和最少后继射油量之和小于或等于总的所希望的燃油，并且所希望的后继射油量多于或等于最少后继射油量的话，则控制器在164处将总的所希望的燃油与最少主射油量和所希望的后继射油量之和进行比较。如果总的燃油少于最少主射油量和所希望的后继射油量之和的话，则在步骤166处将实际的主射油量设置成最少主射油量，并将实际的后继射油量设置成等于总的燃油减去最少主射油量的差值。程序然后返回至开始位置110。
不过，如果总的燃油多于或等于最少主射油量和所希望的后继射油量之和的话，则在步骤168处将实际的后继射油量设置为所希望的后继射油量，并将实际的主射油量设置成总的可用燃油减去实际的后继射油量(该值已被设置成所希望的后继射油量)的差值。之后，控制回到图8的开始位置110。因此，该程序可使主射油具有高于引燃射油和后继射油的优先级。此外，该程序可使引燃射油具有高于后继射油的优先级，并且同时认识到，在可能没有足够的燃油可用于主射油和引燃射油时，可能会有足够的燃油用于主射油和后继射油。因此，在判断出没有足够燃油可用于引燃输油之后，控制器进入判断是否有足够燃油可用于后继射油的步骤。此外，程序进行检查以查看是否有足够的燃油可用于最少主射油和所希望的后继射油量，并且如果足够的话，后继射油就将得到其所希望的量，而主射油得到其最少值和任何多出来的部分。如果不足以用于最少主射油和所希望的后继射油量的话，主射油就将得到其最少值，而后继射油得到其最少油量加上任何多出来的部分，从而使实际的后继射油量可以尽可能地接近所希望的后继射油量。
如果在步骤154中，判断出总的燃油多于或等于最少主射油量和最少引燃射油量之和，并且所希望的引燃射油量大于最少引燃射油量，则控制器在步骤170处将总的燃油与最少引燃射油量、最少主射油量以及最少后继射油量之和进行比较，并将所希望的后继射油量于最少后继射油量进行比较。
如果在步骤170处，总的燃油少于最少引燃射油量、最少主射油量以及最少后继射油量之和，或者所希望的后继射油量少于最少后继射油量，则在步骤172处将实际的后继射油量设置为零；并且，在步骤174处，控制器将总的燃油与最少主射油量和所希望的引燃射油量之和进行比较。如果总的燃油少于最少主射油量和所希望的引燃射油量之和，则在步骤176处将实际的主射油量设置成最少主射油量，并且将实际的引燃射油量设置为总的燃油减去最少主射油量的差值。或者，如果总燃油大于或等于最少主射油量和所希望的引燃射油量之和，则在步骤178处将实际的引燃射油量设置成所希望的引燃射油量，并将实际的主射油量设置成总燃油减去实际引燃射油量(该值已被设置成所希望的引燃射油量)的差值。在设置好实际的引燃射油量和实际的主射油量之后，程序返回开始位置110。因此，控制器可判断是否有足够的燃油可用于最少主射油量、最少引燃射油量以及最少后继射油量，并且如果没有足够的燃油可用于所有三种射油，则实际的后继射油量设置成基本为零。之后，控制器判断是否有足够的燃油可同时满足最少主射油量和所希望的引燃射油量。如果有足够的燃油可同时满足最少主射油量和所希望的引燃射油量，则引燃射油量接受所希望的量，而主射油量接受其最少量。超过最少主射油量和所希望引燃射油量之和的任何多出部分被分配到主射油，因为这些部分对于最少后继射油来说是不够的。不过，如果没有足够的燃油可同时满足最少主射油量和所希望的引燃射油量，则主射油量得到其最少油量，而引燃射油量则得到其最少油量加上任何多出的部分，以使引燃射油尽可能地接近所希望的引燃射油量。
如果在步骤170中，总的燃油大于或等于最少引燃射油量、最少主射油量以及最少后继射油量之和，并且所希望的后继射油量大于或等于最少后继射油量，则控制器在步骤180(图11)处将总油量与最少后继射油量、最少主射油量以及所希望的引燃射油量之和进行比较。如果总的油量少于最少后继射油量、最少主射油量以及所希望引燃射油量之和，则在步骤182中，将实际的主射油量设置成最少主射油量，将实际的后继射油量设置成最少后继射油量，以及将实际的引燃射油量设置成等于总油量减去实际的主射油量、再减去实际的后继射油量的差值。之后，程序继续执行开始位置110。因此，通过将多于三个最少量之和的任何多出的燃油分给引燃射油，同样使引燃射油具有高于后继射油的优先级，这可使其尽可能地接近所希望的引燃射油量。
如果在步骤180中，总油量大于或等于最少后继射油量、最少主射油量以及所希望的引燃射油量之和，则在步骤186中将实际的引燃射油量设置成所希望的引燃射油量。然后，控制器在步骤186中将总油量与所希望的后继射油量、最少主射油量以及实际的引燃/所希望的引燃射油量之和进行比较。如果总油量少于所希望的后继射油量、最少主射油量以及所希望的引燃射油量之和，则将实际的主射油量设置成最少主射油量，并在步骤188中将实际的后继射油量设置成总油量减去最少主射油量并且再减去所希望的引燃射油量的差值。因此，在满足了所希望的引燃射油量和最少主射油量之后，将超过最少后继射油量的多出燃油分给后继射油，以使其尽可能地接近所希望的后继射油量。
如果相反地，总油量大于或等于所希望的后继射油量、最少主射油量以及所希望的引燃射油量之和，则在步骤190中将实际的后继射油量设置成所希望的后继射油量，并将实际的主射油量设置成总油量减去所希望的后继射油量并且再减去所希望的引燃射油量的差值。因此，控制器保证引燃射油接受所希望的引燃射油量，然后判断是否并足够的燃油可用于所希望的后继射油量。如果有足够的燃油可用于所希望的后继射油量和引燃射油量，则程序将可用的任何多出的部分分给主射油。之后，程序返回到开始位置108以用于下一喷射循环。这种燃油分配策略具有灵活性，以使程序能设置一可控制的(governing)射油。该可控制的射油是在其它两者获得满足之后接受所有剩余燃油的射油。例如，如果所希望的主射油量和所希望的后继射油量设置成低量值，它们将被满足，并且引燃射油量将是接受所有多出的燃油的调整射油。应予理解的是，上述用于三射油喷射事件的系统和方法可以与包括至少两次或四次喷射事件在内的其它多次喷射事件一起使用。
工业应用性如上所述，采用根据本发明的喷射方法和系统可以在变化的发动机工况下更好地进行燃油管理和排放控制。尽管输送多次燃油喷射的特定喷射波形可能会根据特定的发动机工况而变化，但本发明可以不管所用的电子控制燃油喷射器的类型、不管所用的发动机类型、以及不管所用的燃油类型，而能动态地确定与各个喷射射油相关的定时、喷射持续时间、喷射量、射油之间的任何延迟、以及相对各射油开始时的气缸活塞位移。从这方面来说，有关轨道压力、发动机速度、发动机载荷、引燃/主/后继持续时间、引燃/主/后继油量、后继定时延迟、引燃/主定时以及其它参数的适当的燃油映射表，可存储或者程序编制到ECM 58中，以供在发动机所有工况下使用。这些存储在ECM可编程存储器中的可操作的映射表、表格和/或数学方程式确定并控制与合适的多次喷射事件相关联的、包括燃油喷射量在内的各种参数，以实现所希望的排放物控制。
在本发明的一个实施例中，存储成映射表或查找表格(例如图12所示)的喷射策略可以用来确定所希望的燃油喷射次数、射油的油量以及将要喷射的射油定时。不过，当前的射油模式参数可能不完全与映射表或查找表格中所存储的值相匹配。因此，可能需要对映射表中的值进行插值，以确定所希望的射油次数和它们的相关的油量，亦即所希望的喷射事件。因为，在映射表中会遍历不同的区域，射油的次数、特定射油的油量以及射油的定时可能会变化。因此，在一个实施例中，本发明会通过将喷射事件的所希望的射油次数和相关联的所希望的油量与为特定射油而设定的最少油量和优先级进行比较，以确定诸射油之间的燃油分配，上述所希望的射油次数和相关联的所希望的油量可以通过插值如图12所示的映射表来确定，而上述为特定射油而设定的最少油量和优先级也可以通过插值诸如图12的映射表来确定。然后，本发明相应地修改喷射信号并将喷射信号输送到合适的燃油喷射装置。
人们同样会认可的是，发动机工作所处的特定环境条件会影响发动机所产生的排放物数量。当环境条件发生变化时，发动机排出的排放物也可能会发生变化。结果，可能必须对多次喷射射油进行调整，以根据环境条件将发动机排放物保持在可接受的限制范围中。这些调整可能包括对引燃喷射定时和量、主喷射定时和量、引燃喷射和主喷射之间的延迟以及主喷射和后继喷射之间的延迟进行调整。可以通过向ECM 58提供和连接合适的传感器(如下面将说明的)来对环境条件进行监测。
图13是示出输送至ECM 58以监测发动机工作所处的环境条件的代表性传感器输入的示例性示意图。例如，可以将合适的传感器相对特定的发动机定位和设置成向ECM 58输入合适的信号82和84，它们代表发动机目前工作所处的环境温度和/或压力。根据环境温度和/或压力，ECM 58可以选择用于该特定环境条件的合适映射表或查找表格，然后或者根据现有的环境温度和/或压力来确定每一喷射事件的合适参数，或者ECM 58可以确定要对根据诸如标准白天温度和压力之类的一些正常或标准的工况计算所得的喷射事件参数的修正或调整因子。为此，合适的映射表和查找表格可以包括基于某预定环境温度和/或压力范围所制定的一组这样的映射表和/或查找表格，不同组的映射表和/或查找表格可应用于各预定的范围。另一方面，ECM 58可以同样包括基于环境温度和/或压力的一组映射表和/或查找表格，这使ECM 58能确定可应用于各喷射事件的各种参数的修正或调整因子，修正或调整因子参照一些正常或标准的运转发动机的条件进行比例换算。
如图13所示，根据环境温度82和/或环境压力84的传感器输入，ECM 58将对燃油喷射装置输出合适的信号S10，以调整所希望的引燃射油定时和/或油量(调整动作94)，以调整主射油定时和/或油量(调整动作96)，以调整引燃和主射油之间所希望的延迟(调整动作98)，和/或以调整主和后继射油之间所希望的延迟(调整动作100)。可以由ECM来完成这些调整动作94、96、98和100中的任意一个或多个，来实现所希望的引燃射油、主射油以及后继射油，以控制排气排放物，并保持这样的排放物在某一预定的限制范围之内。
人们还会认同和可预见到的是，除了环境温度82和/或环境压力84之外，同样也可以检测其它参数或发动机的工况并将它们输入到ECM 58，以确定发动机的环境工况。例如，ECM 58可以连接到用以接收表示与发动机相关联的进气总管温度的信号86的传感器，用以接收表示进气总管压力的信号88的传感器，用以接收表示湿度的信号90的传感器，和/或用以接收表示曲轴箱油压的信号92的传感器。这些发动机参数同样可以通过各种映射表、表格和/或方程式来关联和转换，以设定发动机的环境工况；并且，根据多个这样的信号82、84、86、88、90以及92中的任意一个或多个，ECM 58可以执行调整动作94、96、98和/或100中的任意一个或多个，并输出合适的信号S10来对多次喷射事件的参数进行调整。较佳的是，提供信号82、84、86、88、90和/或92的所有的传感器连续地监测其与发动机工作相关联的相应参数，并且每个这样的传感器向ECM 58输出合适的信号以表示这样的所检测到的参数。此外，人们会认可和可以预见的是，同样可以使用除图13中所示之外的其它参数来确定发动机的环境工况。
尽管图1所示的燃油系统12所示为代表性的六燃油喷射器系统，但人们会认可和可以预见的是，本发明可用于包括任意数量的燃油喷射器的、以及可以是液压致动和机械致动两种类型的电子控制燃油喷射器单元的燃油喷射系统中，并且也可用于具有数控燃油阀的共轨系统中。当使用机械致动电子控制的燃油喷射器时，通常用使各燃油喷射器加压燃油的机械致动机构来替代图1中的总管38，如美国专利第5,947,380号中示出了这样的机构。实现该任务的其它机构同样是已知和可用的。
如从前面的描述中可以清楚地看到的，本发明的某些方面并不受到这里所述的例子的特定细节限制，因此也可以认为，熟悉本技术领域的人们可以想到其它的变型和应用，或者其等效方式。因此，想要使权利要求书覆盖不超出本发明精神和保护范围的、所有的这样的变型和应用。
在研究了附图、本说明书以及所附权利要求书之后，可以得知本发明的其它方面、目的和优点。
权利要求
1.一种用于将所希望的油量分成多个独立油量的燃油喷射控制系统，该系统包括至少一个燃油喷射装置，它们可工作以输送多次喷射射油；电子控制器，它连接于所述至少一个燃油喷射装置，并配置成作为发动机速度和发动机载荷的函数将确定合适的射油模式确定下来；所述控制器可工作以作为所确定的射油模式的函数将所希望的引燃射油量、最少主射油量以及所希望的后继射油量确定下来，所述确定的射油模式包括至少一个引燃喷射和一个主喷射；所述控制器可工作以将总的可用油量与所希望的引燃射油量、最少主射油量以及所希望的后继射油量进行比较；并且所述控制器可工作以确定要指令由所述至少一个燃油喷射装置进行喷射的实际的引燃射油量、实际的主射油量、以及实际的后继射油量。
2.如权利要求1所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，控制器可工作以使引燃射油具有高于后继射油的优先级。
3.如权利要求1所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，控制器可工作以使主射油具有高于引燃射油的优先级。
4.如权利要求1所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，控制器还可工作以判断是否有足够的可用油量可用于最少主射油量，判断是否有足够的所希望的油量可用于所希望的引燃射油量，判断是否有足够的所希望的油量可用于所希望的后继射油量，以及判断是否有足够的所希望的油量可用于所希望的引燃射油量和后继射油量。
5.如权利要求1所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，还包括控制器可工作以确定最少引燃射油量和最少后继射油量，并且控制器可工作以将可用的油量与最少引燃射油量、最少主射油量以及最少后继射油量进行比较。
6.如权利要求5所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，还包括控制器可工作以将最少引燃射油量与所希望的引燃射油量进行比较，并且，如果所希望的引燃射油量少于最少引燃射油量，则将实际的引燃射油量设置成基本为零；以及，控制器可工作以将最少后继射油量与所希望的后继射油量进行比较，并且，如果所希望的后继射油量少于最少后继射油量，则将实际的后继射油量设置成基本为零。
7.如权利要求5所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，控制器将所希望的油量与所希望的和最少的引燃射油量、最少的主射油量、以及所希望的和最少的后继射油量进行比较的可工作性还包括控制器可工作以将所希望的油量与最少主射油量进行比较，并且，如果所希望的油量少于最少主射油量，则将实际的主射油量设置成所希望的油量，以及将实际的引燃射油量和后继射油量设置成基本为零；而如果所希望的油量多于最少主射油量，则将所希望的油量与最少主射油量和最少引燃射油量之和进行比较。
8.如权利要求7所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，如果所希望的油量少于最少主射油量和最少引燃射油量之和，则控制器可工作以将实际的引燃射油量设置成基本为零，并将所希望的油量与最少主射油量和最少后继射油量之和进行比较，如果所希望的油量少于最少主射油量和最少后继射油量之和，则将实际的后继射油量设置成基本为零，并将实际的主射油量设置成所希望的油量。
9.如权利要求7所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，如果所希望的油量多于最少主射油量和最少引燃射油量之和，则控制器可工作以将所希望的油量与最少主射油量、最少引燃射油量以及最少后继射油量之和进行比较，并且如果所希望的油量少于最少主射油量、最少引燃射油量以及最少后继射油量之和，则将实际的后继射油量设置成基本为零，并将所希望的油量与最少主射油量和所希望的引燃射油量之和进行比较，如果所希望的油量少于最少主射油量和所希望的引燃射油量之和，则将实际的主射油量设置成最少主射油量、并将实际的引燃射油量设置成所希望的油量减去最少主射油量的差值，而如果所希望的油量大于最少主射油量和所希望的引燃射油量，则将实际的引燃射油量设置成所希望的引燃射油量、并将实际的主射油量设置成所希望的油量减去所希望的引燃射油量的差值。
10.如权利要求1所述的燃油喷射控制系统，其特征在于，控制器确定所希望的引燃射油量和所希望的后继射油量的可工作性还包括控制器可工作以判断引燃置零事件的发生，如果已发生引燃置零事件，则将所希望的引燃射油量设置成基本为零，而如果没有发生引燃置零事件，则从引燃射油表格中查找所希望的引燃射油量；判断后继置零事件的发生，如果已发生后继置零事件，则将所希望的后继射油量设置成基本为零，而如果没有发生后继置零事件，则从后继射油表格中查找所希望的后继射油量。
全文摘要
一种燃油喷射控制系统和方法，用于在燃油喷射事件中根据发动机工况将多次燃油喷射输送到发动机气缸。该控制系统包括连接至电子控制的燃油喷射装置的电子控制器、和连接至控制器用以输入代表发动机工况的信号的多个传感器，控制器可在燃油喷射事件中根据传感器的信号，向燃油喷射装置输出燃油喷射信号以将引燃、主以及后继射油输送到气缸。控制器还根据所确定的射油模式在三次射油间分配所希望的油量。在三次射油间分配调速器系统设定的总燃油时，控制器确定所希望的引燃和后继射油量，并确定最少引燃、主及后继射油量。通过比较总燃油与所希望和最少油量的各种和来确定各次射油的实际油量，且使主射油优先级最高，引燃射油其次，而后继射油第三。
文档编号F02M47/00GK1995733SQ20051013817
公开日2007年7月11日 申请日期2005年12月31日 优先权日2005年12月31日
发明者B·G·麦吉 申请人:卡特彼勒公司