專利名稱：壓電燃料噴射器系統(tǒng)、估計燃料噴射事件的定時特性的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃料噴射系統(tǒng)，涉及用于估計定時噴射事件的方法，并且涉及基于所估計的事件定時對燃料噴射部件進行控制。
背景技術：
在可應用于內燃機的多種燃料供應系統(tǒng)中，使用燃料噴射器將燃料脈沖噴射至發(fā) 動機燃燒室內。常用的噴射器是包括噴嘴組件的閉式噴嘴噴射器，所述噴嘴組件具有彈簧加載式(spring-biased)噴嘴閥元件，所述噴嘴閥元件被設置為與允許將燃料噴射至汽缸內的噴嘴口相鄰。所述噴嘴閥元件還用于提供對燃料噴射的有意的、突然的結束，由此防止導致廢氣中未燃燒的碳氫化合物的二次噴射。噴嘴閥位于噴嘴腔內并且由噴嘴彈簧偏置(bias)，使得當致動力超過噴嘴彈簧的偏置力時，所述噴嘴閥元件移動以允許燃料經過噴嘴口，從而標志噴射事件的開始。

發(fā)明內容
本公開提供了一種壓電致動燃料噴射系統(tǒng)以及一種在燃料噴射周期期間估計定時噴射事件的方法，所述壓電致動燃料噴射系統(tǒng)能夠根據(jù)與在噴射器中感測到的力相對應的信號的特性來估計燃料噴射周期中的燃料噴射定時事件。在本公開的一方面中，一種用于將燃料噴射至內燃機的燃燒室內的壓電致動燃料噴射器系統(tǒng)包括包含活塞(plunger)的噴射器主體；具有噴嘴腔的噴嘴殼體，噴射器主體和所述噴嘴殼體以及與所述噴嘴腔的一端相通的噴射器口用于將燃料噴射至所述燃燒室。所述系統(tǒng)包括噴嘴閥元件，所述噴嘴閥元件位于與所述噴射器口相鄰的所述噴嘴腔中，所述噴嘴閥可在燃料通過所述噴射器口流入所述燃燒室的打開位置與流經所述噴射器口的燃料被阻擋的關閉位置之間移動。壓電致動器可移動以在第一方向上伸展并且在第二方向上收縮。液壓鏈路(link)組件位于所述噴嘴腔內并且與所述壓電致動器可操作地連接，以使所述壓電式致動器在所述第一方向上的移動使得所述噴嘴閥元件向所述打開位置移動，并且所述壓電致動器在所述第二方向上的移動使得所述閥元件向所述關閉位置移動。力傳感器位于所述壓電致動器與所述液壓放大器組件之間并且適合于在燃料噴射周期期間提供指示所述壓電致動器與所述液壓放大器組件之間的力的信號?？刂破鬟m合于接收由所述力傳感器提供的所述信號，識別所監(jiān)測的輸出信號的最大值和谷最小值中的至少一個，并且基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給(fueling)特性在所述噴射周期中的定時。
在本公開的另一個方面中是一種估計壓電致動燃料噴射器的燃料噴射事件的定時特性的方法。所述壓電致動燃料噴射器包括力傳感器，所述力傳感器位于壓電致動器和與所述壓電致動器機械地聯(lián)接的液壓鏈路組件之間，所述力傳感器可操作以輸出與所述壓電致動器和所述液壓鏈路組件之間的力相對應的信號。所述方法包括以下步驟在所述壓電致動燃料噴射器的整個噴射周期內監(jiān)測從所述力傳感器輸出的信號；識別所監(jiān)測的輸出信號的最大值和局部谷最小值中的至少一個；以及基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在所述噴射周期中的定時。


圖I是根據(jù)示例性實施方式的燃料噴射器的圖。圖2是示出燃料噴射器的噴射率形狀的曲線圖。圖3是圖I中示出的燃料噴射器的簡化圖。
圖4是示出連同圖2的對應噴射率形狀曲線一起的壓電力傳感器輸出電壓的曲線圖。圖5是示出連同圖4的壓電力傳感器輸出電壓和對應噴射率形狀曲線一起的壓電式致動器的示例性電流曲線的曲線圖。圖6是根據(jù)示例性實施方式的在燃料噴射事件期間估計杯溢法流動(cup flow)結束的定時的過程的圖。圖7是根據(jù)示例性實施方式的在燃料噴射事件期間估計噴射結束的定時的過程的圖。圖8是示出在整個軌壓的范圍內預測的SOI和EOI事件定時的精度的曲線圖。圖9是示出根據(jù)估計的SOI定時、SOCF定時、EOCF定時以及EOI定時，和根據(jù)針對在2800巴下操作的燃料噴射器的HOCF值構造的噴射率形狀的曲線圖。圖10是示出根據(jù)估計的SOI定時、SOCF定時、EOCF定時以及EOI定時，和根據(jù)針對在700巴下操作的燃料噴射器的HOCF值構造的噴射率形狀的曲線圖。圖11是示出在整個軌壓的范圍內實際的燃料供給量數(shù)據(jù)值的曲線和估計的燃料供給量值的曲線的曲線圖。圖12是根據(jù)示例性實施方式的包括控制器的燃料系統(tǒng)的高級圖。
具體實施例方式本公開的許多方面是根據(jù)由驅動器、控制器、控制模塊和/或計算機系統(tǒng)或其它能夠執(zhí)行編程指令的硬件的元件執(zhí)行的動作的序列來描述的。將要認識到是，在每個實施方式中，各種動作能夠由專用電路(例如，互聯(lián)以執(zhí)行專用功能的分立邏輯門)來執(zhí)行，由諸如程序模塊的程序指令來執(zhí)行，或由上述兩者的結合來執(zhí)行，所述程序指令由一個或更多個處理器(例如中央處理單元(CPU)或微處理器)執(zhí)行。與本公開一致的實施方式的邏輯能夠利用任何類型的適當硬件和/或軟件來實現(xiàn)，利用以計算機可讀存儲介質的形式駐留的部分來實現(xiàn)，該計算機可讀存儲介質上記錄有控制算法(諸如本文公開的可執(zhí)行邏輯和指令)，并且所述邏輯能夠例如被編程以便包括一個或更多個查找表和/或校準參數(shù)。所述計算機可讀介質能夠包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM或閃存)、光纖、以及便攜式光盤只讀存儲器(CD-ROM)，或能夠存儲信息的任何其它固態(tài)、磁、和/或光盤介質。因此，能夠以多種不同的形式實施各種方面，并且設想所有這些形式都與本公開一致。圖I是示例性燃料噴射器10的圖，所述燃料噴射器10包括噴嘴殼體12、噴嘴保持器13、包括燃料進口 15的噴射器主體14，該燃料進口 15被配置為向燃料供應腔16供應燃料。燃料供應壓力可在大約350-2700巴的壓力范圍內。上致動器殼體17附接于噴射器主體14的上部以與下致動器殼體18安裝在一起。上致動器殼體17包括由波紋管22預加載的壓電致動器20(諸如壓電疊堆(piezoelectric stack))、壓電適配器24以及致動器適配器26。壓電力傳感器28 (例如由壓電陶瓷或其它壓電材料制成的壓電力傳感器芯片)位于燃料噴射器10的上致動器殼體17中，并且位于壓電致動器20與上活塞30以及容納在噴射器主體14中的下活塞32之間，盡管其它實施方式能夠包括如下配置在該配置中，壓電力傳感器位于燃料噴射器中的另外的位置，在該位置處能夠感測到機械噴射部件的縱向力和壓力并且電壓或電流輸出與所感測的力或壓力相對應。隨著壓電致動器20的激活，下活塞32與噴嘴殼體12內的腔中所包括的液壓放 大器組件34或“液壓鏈路”相互作用，以使得以與噴嘴殼體12中的噴嘴座38安裝接合(seated engagement)的方式保持的噴嘴閥元件(針閥)36在激活的持續(xù)時間里打開,并且通過噴嘴的口噴射燃料并將燃料噴射至內燃機的燃燒室(現(xiàn)在示出)。更具體地說，針對圖I中示出的燃料噴射器10的取向，液壓放大器組件34對壓電致動器20的運動進行放大并且相對于上活塞30和下活塞32的向下運動反轉針閥36的運動，以在向上方向上移動針閥36。其它部件根據(jù)需要設置以完善噴射器組件。除了本公開中所描述的新的或不同的特征之外，噴射器一般如同在2009年6月10日提交的標題為“Piezoelectric Direct ActingFuel Injector with Hydraulic Link”的美國臨時專利申請序列號61/185，779中描述的燃料噴射器那樣地操作，通過引用并入其全部內容合并于此。在燃料噴射期間，壓電力傳感器28響應于壓電致動器20的致動和液壓放大器的動力(dynamics)而對瞬態(tài)力作出反應，以產生具有與感測到的力相對應的特性的電壓或電流信號。以此方式，該壓電力傳感器28用作燃料噴射器10內部的力/壓力傳感器。基于對由壓電力傳感器28提供的特征(signature)(即特性)的分析,能夠精確地捕獲噴射事件的燃料供給(fueling)特性。圖2示出燃料噴射器在整個噴射周期的示例性噴射形狀率曲線39，所述噴射形狀率曲線39源自發(fā)動機(未示出)的汽缸中的壓力傳感器的測量結果。要理解的是，燃料供給系統(tǒng)配置中的各種因素都能夠導致噴射器的噴射率形狀的量級、形狀以及事件定時的相應改變，諸如軌壓、噴嘴PPh (磅每小時)等。本公開的實施方式提供了一種系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法能夠預測燃料噴射器的噴射率形狀的定時事件，具體地說，估計標記為點A的噴射開始(SOI)的定時；估計標記為點B的完全展開的噴射流開始(SOCF)的定時；估計標記為點C的完全展開的噴射流結束或者杯溢法流動結束(EOCF)的定時；和/或估計標記為點D的噴射結束(EOI)的定時。此外，能夠連同上述定時估計一起來估計標記為F的噴射率形狀的高度(H0CF)，以構造燃料噴射器的噴射率形狀的相當精確的模型。圖3是圖I中示出的燃料噴射器的簡化圖。如圖3中所示，隨著壓電致動器20的壓電疊堆通電(energize),該壓電致動器20在箭頭40的方向上延伸并且相對于共軌中的燃料的壓力在箭頭42的方向上機械地推動壓電力傳感器28和噴射器部件41 (其總地代表圖I中示出的部件24-26、30和32)。在此狀態(tài)期間，液壓放大器組件34中增強器室的壓力增加并且壓電力傳感器28由于壓縮而提供正電壓。從壓電力傳感器28輸出的電壓從與該壓電致動器未通電時的狀態(tài)(即在縮回狀態(tài)中)相對應的空載電壓值開始，并且一旦致動器20通電，從傳感器28輸出的電壓就在針閥36開始打開時迅速上升至最大值，隨后當針閥36完全打開時在與點B相對應的SOCF時間處穩(wěn)定至幾乎恒定的正電平，在最初感測到的噴射事件結束時(即當壓電致動器20斷電時)的時間處具有拐點(knee point)特性,在與點C相對應的EOCF時間處具有局部最小谷電壓值，并且到與點D相對應的EOI定時從所述局部最小谷電壓值上升，上述過程能夠在下述情況下出現(xiàn)當傳感器電壓在噴射周期中在達到大于或者等于空載電壓值(例如大于等于零伏特)的局部最大電壓值的過程中與其空載電壓值交叉時，或者在局部最小谷電壓值的定時之后在局部最大電壓值小于所述空載電壓電平的情況下達到所述局部最大電壓值的時間處。圖4示出連同對應的噴射率形狀曲線39 —起的壓電力傳感器輸出電壓曲線43。壓電力傳感器28的壓電力輸出電壓曲線43上的標識符SI至S6與噴射特性的事件的時間 和傳感器28在這些點所輸出的電壓相對應。點SI與致動器開始推動液壓放大器34時的事件的定時相對應。在時間SI之前，壓電致動器20未通電(空載)，并且因此壓電力傳感器28的輸出處于其空載電壓電平。點S2是壓電力傳感器28所輸出的最大電壓(在此不例性實施方式中該最大電壓大約是200V)，并且僅在噴射SOI信號的通電開始施加至壓電致動器20之后出現(xiàn)。S2的定時與針打開(needle opening)或SOI的定時相對應或反映針打開或SOI的定時，S2的定時也與噴射率形狀曲線39的圖示點A相對應。點S3捕獲當壓電致動器20斷電并且該致動器從液壓放大器34開始抽取(pull)該致動器的力或當該壓電致動器20開始放電時的定時。點S4與針開始關閉時的時間相對應，即點S4捕獲與噴射率形狀曲線39的點C相對應的EOCF。S5與針完全關閉時的時間相對應，即捕獲在噴射率形狀39的D處的噴射結束。雖然圖4示出了加載壓電致動器20 (使壓電致動器20通電)之前“零”伏特的空載電壓狀態(tài)，但是燃料噴射器10的空載或非通電電壓電平可以是預定空載電壓值周圍的值的范圍內的一個或更多個電壓電平值。本文中使用的術語“零值”或空載值表示沒有施加噴射電壓以使用于噴射的壓電致動器20通電的空載狀態(tài)。在一些實施方式中，例如，在時間A之前傳感器28的輸出的電壓(或電流)電平的空載狀態(tài)能夠是不同的或是來自時間D處的空載電壓，因為壓電力傳感器28的響應可在穩(wěn)定狀態(tài)空載電壓周圍振蕩，或以振蕩和/或衰減(dampen)方式接近穩(wěn)定狀態(tài)空載電壓?，F(xiàn)在將說明與壓電傳感器輸出電壓曲線43上的點S2相對應的噴射開始(SOI)背后的物理現(xiàn)象。針閥36 —打開，增強器壓力就開始下降并且壓電傳感器電壓開始減小，并且此事件為SOI。隨著針閥36開始打開，增強器壓力開始下降并且壓電傳感器電壓開始扭轉(turn around),其表示在圖4中被示出為S2的SOI。隨著針閥36打開得越來越多，通過噴嘴輸出的燃料供給增加并且噴射器體壓減小。由壓電力傳感器28輸出的壓電力傳感器電壓捕獲壓電傳感器輸出電壓曲線43的特性中的主體壓力的這些改變。一旦燃料供給穩(wěn)定至完全展開的流(fully developed flow),噴射器主體壓力就穩(wěn)定并且壓電力傳感器28的電壓輸出也穩(wěn)定，其如曲線43的大致水平區(qū)域所示。隨著驅動器關閉壓電致動器20，由所述致動器推動的力開始逐漸消失，并且因此由液壓壓力作用在針閥36上的凈力開始關閉針閥36。能夠根據(jù)壓電力傳感器28的輸出電壓的特征來預測杯溢法流動的結束(E0CF)，如圖4中的點S4。圖5是示出噴射率形狀曲線39、壓電傳感器輸出電壓曲線43以及壓電致動器20的電流曲線45的曲線圖。圖6是估計EOCF的示例性過程60的過程圖。如圖6中所示，步驟(pix)CeSS)62識別用于壓電電流谷(放電期間的最小電流幅度)的時間索引。在圖5中，所識別的壓電電流谷在Iv處。接下來，在步驟64中，允許經過基于壓電致動器20的放電時間(例如，驅動器關閉時間或降落時間)的函數(shù)的預定時間周期的等待時間。在示例性應用中，所述等待時間大約為50微秒。在步驟66中，開始搜索反饋電壓軌跡(即，壓電電壓曲線43)的谷(S卩，局部最小值)。在步驟68中，將EOCF設置為等于局部反饋谷出現(xiàn)時的時間。這如圖5的壓電傳感器輸出電壓曲線43中的點S4所不,該點S4與噴射率形狀曲線39的點C相對應。此時，針閥36開始對從燃料噴射器10輸出的噴嘴流進行節(jié)流(S卩，開始關閉 從燃料噴射器10輸出的噴嘴流)。要理解的是，盡管壓電(反饋)電壓曲線43中出現(xiàn)了兩個谷，但是當壓電致動器20以慢于或等于噴射器液壓能夠反應的頻率(frequency rate)放電時，僅一個谷能夠出現(xiàn)在反饋電壓上。上述算法對于除了不需要等待時間的情況以外的其它情況都工作得很好。隨著針閥36從其完全打開的位置轉變到完全關閉的位置，它對所述噴嘴進行節(jié)流或對燃料流進行扼流。結果，噴射器的主體壓力開始恢復，并且因此，如從圖4和圖5中的壓電傳感器輸出電壓曲線43 (即，傳感器反饋信號)中的點S4到EOI點S5的增加趨勢所示。針閥36完全關閉噴射燃料流的所需時間的快或慢取決于驅動器關閉時間和燃料噴射器10中的液壓設計。圖7示出用于估計燃料噴射器10的EOI的示例性過程70。在從EOCF時間索引開始的步驟72處，執(zhí)行搜索以識別傳感器反饋信號的局部最大電壓值及其對應的時間索引。例如，從點S4處的EOCF時間索引開始，搜索壓電力傳感器輸出電壓以識別在預定大小的時間窗中的局部最大電壓值。接下來，判斷步驟74確定所識別的最大電壓值是否小于壓電力傳感器的空載電壓值(例如，在所述空載電壓值是零或更小的情況下是負值)。如果所識別的最大電壓值小于壓電力傳感器的空載電壓值，則將噴射結束EOI設置為與所識別的最大電壓值的時間索引相等。如果所識別的最大電壓值大于或等于所述空載電壓值，則將所述EOI設置為與EOCF時間索引之后的壓電力傳感器的空載電壓值的第一交叉點的時間索引相等，例如預定時間窗期間的第一“零交叉點”。EOI時間的估計如圖4中的點S5的時間索引所示，該點與噴射率形狀曲線39的點D的時間索引吻合得很好。在關閉期間，點S4與S5之間的電壓差與針閥36的運動成比例。對EOCF與EOI之間經過的時間(即，表示針關閉行程時間的點S4與S5之間的時間)的監(jiān)測，提供了可用于診斷非預期的長EOI延遲和噴射器硬件的可能健康狀態(tài)的信息?，F(xiàn)在將說明估計SOCF的示例性方法。該算法已知由于關閉針閥36而導致的傳感器電壓的幅度改變，如前所述。因為已知噴射器液壓配置并且ECU已知致動器驅動方案，因此，由于針打開而引起的傳感器電壓改變與由于針關閉而引起的傳感器電壓改變成比例。將點S4與S5之間的電壓差乘以已知增益值，并且隨后從力傳感器輸出(反饋)電壓的點S2處的正峰值中減去點S4與S5之間的電壓差乘以已知增益值的結果。該計算出的電壓點如圖4中的點S6所示。將杯溢法流動開始的時間索引SOCF確定為計算出的電壓點S6的時間索引。同樣，杯溢法流動的高度HOCF或噴射率形狀的幅值根據(jù)軌壓變化或者與軌壓相對應。隨著軌壓的上升，HOCF幅值增大，使得噴射器變空(starve)并且因此所述噴射器的主體壓力下降。壓電力傳感器28對下降的主體壓 力作出反應并且表現(xiàn)出電壓下降。點S6與點S3之間的電壓差與噴射率形狀的高度相關。也就是說，如果點S6與點S3之間的電壓差很小，則圖2和圖4中的噴射率形狀高度F將更小，反之亦然?？梢钥闯觯A測算法能夠使用來自壓電力傳感器28的輸出信號來預測諸如SOI和EOI的噴射事件。圖8示出整個操作壓力圖的預測的和實際的SOI和EOI的結果。如圖8中所示，較深的點82代表所預測的SOI并且較淺的點83代表所預測的Ε0Ι，并且線84代表實際的SOI并且線85代表實際的EOI。實際的SOI線84的兩側上的線86a、86b和實際的EOI線85的兩側上的線87a、87b在兩種情況下代表相關聯(lián)預測的公差邊界(toleranceboundary)(+/-0. 25的曲柄角度)。從圖8可以看出，在整個操作軌壓圖上根據(jù)壓電力傳感器28可很好地估計噴射的開始和結束。根據(jù)SOI、SOCF, EOCF和EOI的預測定時以及根據(jù)HOCF值，能夠將噴射率形狀構造為梯形形狀。此后，能夠通過對重構的梯形噴射形狀下面的區(qū)域進行積分來計算燃料供給量。在圖9和圖10中針對2800巴的高軌壓和700巴的低軌壓分別示出了噴射率形狀構造和燃料量估計。圖9中的梯形軌跡92和圖10中的梯形軌跡94代表針對相應軌壓的預測率形狀。同樣在圖9和圖10中示出的是分別根據(jù)噴射率形狀的實際測量值的疊加軌跡96與98。如從圖9和圖10中能夠看到的那樣，噴射率形狀構造和燃料量估計與實際測量值相比非常好。如圖11中所示，各個方形點代表實際的燃料供給量并且各個圓形點代表與軌壓相關聯(lián)的估計的燃料供給量?？梢钥闯?，圖11基本上示出了整個操作軌壓圖的實際噴射的燃料供給量與預測噴射的燃料供給量對比的很好的相關性。如以上所說明的，能夠精確預測壓電燃料噴射器系統(tǒng)的噴射燃料供給特性(噴射的開始/結束、燃料供給量等)?；谶@些實時估計，能夠實現(xiàn)閉環(huán)控制以對能夠引起燃料噴射系統(tǒng)中的非預期變化(諸如硬件和操作條件變化、劣化/磨損)的一個或更多條件做出解釋。例如，諸如發(fā)動機控制模塊(ECM)(也稱為發(fā)動機控制單元(ECU))的控制器或者其它控制器可包括用于執(zhí)行該預測算法的軟件和/或硬件，并且包括用于控制發(fā)動機操作的各種參數(shù)的其它模塊。所述發(fā)動機控制器能夠在監(jiān)測燃料噴射器的操作期間在燃料噴射器中產生的力和壓力的同時，接收從壓電力傳感器輸出的信號。這些所監(jiān)測的信號可輸入至確定諸如S0I、E0I、燃料供給率以及燃料供給量等的燃料供給特性的預測值的預測算法中。例如由所述算法確定的預測值可與存儲在存儲器中的預期值進行比較，或者與內燃機的其它燃料噴射器的特性進行比較?？刂破髂軌蛱峁Σ僮鬟M行的調節(jié)，諸如對噴射器定時、持續(xù)時間以及燃料壓力級別進行的調節(jié)，以滿足性能需求。另外，所估計的燃料供給特性實時提供對壓電致動器疊堆(piezoelectric actuator stack)和機械噴射器部件的健康診斷。圖12示出燃料系統(tǒng)120的示例性實施方式，所述燃料系統(tǒng)120包括電可操作以實現(xiàn)控制策略的控制器122，所述控制策略例如包括執(zhí)行邏輯/指令、監(jiān)測發(fā)動機的狀態(tài)、確定值/狀態(tài)、以及例如通過控制諸如發(fā)動機節(jié)流閥的特定發(fā)動機部件、燃料噴射定時、供應至發(fā)動機的燃料量來命令和/或控制發(fā)動機的操作的特定方面。電子控制器可與各種發(fā)動機和/或車輛傳感器進行通信，諸如發(fā)動機節(jié)流閥、發(fā)動機速度、發(fā)動機溫度、發(fā)動機負載、傳輸速度以及車輛速度。控制器122可執(zhí)行例如本文所述的過程的例程，以確定或者計算估計的SOI、S0CF、E0CF、E0I和HOCF定時，如本文所述。燃料系統(tǒng)120能夠檢查閾值，以確 定或者計算適當?shù)臅r間延遲，以控制燃料噴射定時、噴射率形狀(rate shaping),同時對諸如制造公差、環(huán)境條件、劣化/磨損以及傳感器變化的影響燃料噴射的變化進行補償?？刂破?20可形成為發(fā)動機控制模塊(ECM)的組成部分，形成為與ECM分離的單元，或者與ECM通信的一個或者更多個控制器。在圖12中示出的示例性實施方式中，控制器122與ECM124分離并且與ECM124通信。控制器122包括與ECM124通信的處理器/驅動器126和存儲器128?？刂破?22還與壓電致動器20通信，以使致動器和壓電力傳感器28通電/斷電，以響應于對致動器20的縱向力的感測和燃料噴射器10的主體中的機械力和液壓力的感測來接收電壓或電流反饋信號。雖然本文使用壓電致動器描述了實施方式，但燃料噴射器致動器可替代為另一種類型的電子控制的致動器，諸如螺線管或磁致伸縮型，以直接或間接地影響或者控制所公開的燃料噴射事件的一些方面或者全部方面。雖然在本文中公開了有限數(shù)量的示例性實施方式，但本領域技術人員將容易地認識到，可存在對這些實施方式中的任何實施方式的變型，并且這些變型將在所附權利要求的范圍內。因此，對本領域技術人員來說將顯而易見的是，在不偏離所附權利要求及其等同物的范圍內，可對本文描述的系統(tǒng)和方法進行各種改變和修改。
權利要求
1.一種用于將燃料噴射至內燃機的燃燒室內的壓電致動燃料噴射器系統(tǒng)，所述壓電致動燃料噴射器系統(tǒng)包括包含活塞的噴射器主體、具有噴嘴腔的噴嘴殼體、噴射器主體和所述噴嘴殼體以及與所述噴嘴腔的一端相通的噴射器口用于將燃料噴射至所述燃燒室中；噴嘴閥元件，所述噴嘴閥元件位于與所述噴射器口相鄰的所述噴嘴腔中，所述噴嘴閥可在燃料通過所述噴射器口流入所述燃燒室的打開位置與流經所述噴射器口的燃料被阻擋的關閉位置之間移動；壓電致動器，所述壓電致動器可移動以在第一方向上伸展并且在第二方向上收縮；液壓鏈路組件，所述液壓鏈路組件位于所述噴嘴腔內，所述液壓鏈路組件與所述壓電致動器可操作地連接，以使所述壓電致動器在所述第一方向上的移動使得所述噴嘴閥元件向所述打開位置移動并且所述壓電致動器在所述第二方向上的移動使得所述閥元件向所述關閉位置移動；以及力傳感器，所述力傳感器位于所述壓電致動器與所述液壓放大器組件之間，所述力傳感器適合于在燃料噴射周期期間提供表示所述壓電致動器與所述液壓放大器組件之間的力的信號；控制器，所述控制器適合于接收由所述力傳感器提供的所述信號，識別所監(jiān)視的輸出信號的最大值和谷最小值中的至少一個，并且基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在所述噴射周期中的定時。
2.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還適合于控制所述燃料噴射器，以基于所估計的定時來調節(jié)至少一個燃料噴射特性。
3.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個燃料供給特性是噴射開始、噴射結束、杯溢法流動開始以及杯溢法流動結束中的至少一個。
4.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器還適合于監(jiān)測所述壓電致動器的電流；并且識別所述壓電致動器的電流的電流谷最小值出現(xiàn)的時間，其中，局部谷電壓最小值的識別包括識別在所述電流谷最小值的時間之后在所述噴射周期中出現(xiàn)的所述力傳感器的所監(jiān)測的輸出信號的第一局部最小值。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其中，識別最大值中的至少一個包括識別在所述噴射周期中在識別所述局部谷電壓最小值之后的時間所述力傳感器的所監(jiān)測的輸出信號的電壓最大值。
6.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中如果所識別的電壓最大值小于所述力傳感器的空載電壓值，則所述控制器適合于估計噴射結束的時間作為所述電壓最大值的時間；以及如果所識別的電壓最大值大于或者等于所述力傳感器的所述空載電壓值，則所述控制器適合于估計噴射結束的時間作為在所述局部谷最小值的時間之后所述空載電壓值的第一交叉點。
7.根據(jù)權利要求5所述的系統(tǒng)，其中，基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在噴射周期中的定時包括基于所識別的電壓最大值與所識別的局部谷電壓最小值之差來確定杯溢法流動開始定時。
8.根據(jù)權利要求I所述的系統(tǒng)，其中，基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在噴射周期中的定時包括識別所監(jiān)測的傳感器輸出信號的最大值的時間作為噴射開始的估計時間。
9.一種估計壓電致動燃料噴射器的燃料噴射事件的定時特性的方法，所述壓電致動燃料噴射器包括力傳感器，所述力傳感器位于壓電致動器和與所述壓電致動器機械地聯(lián)接的液壓鏈路組件之間，所述力傳感器可操作以輸出與所述壓電致動器與所述液壓鏈路組件之間的力相對應的信號，所述方法包括以下步驟在所述壓電致動燃料噴射器的整個噴射周期內監(jiān)測從所述力傳感器輸出的信號；識別所監(jiān)測的輸出信號的最大值和局部谷最小值中的至少一個；以及基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在所述噴射周期中的定時。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，所述方法還包括以下步驟控制所述燃料噴射器以基于所估計的定時調節(jié)至少一個燃料噴射特性。
11.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述至少一個燃料供給特性是噴射開始、噴射結束、杯溢法流動開始以及杯溢法流動結束中的至少一個。
12.根據(jù)權利要求9所述的方法，所述方法還包括以下步驟監(jiān)測所述壓電致動器的電流；并且識別所述壓電致動器的電流的電流谷最小值出現(xiàn)的時間，其中，識別所述局部谷電壓最小值包括識別在所述電流谷最小值的時間之后在所述噴射周期中出現(xiàn)的所述力傳感器的所監(jiān)測的輸出信號的第一局部最小值。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其中，識別最大值中的至少一個的步驟包括識別在所述噴射周期中在識別所述局部谷電壓最小值之后的時間所述力傳感器的所監(jiān)測的輸出信號的電壓最大值。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中如果所識別的電壓最大值小于所述力傳感器的空載電壓值，則估計噴射結束的時間作為所述電壓最大值的時間；并且如果所識別的電壓最大值大于或者等于所述力傳感器的所述空載電壓值，則估計噴射結束的時間作為在所述局部谷最小值的時間之后所述空載電壓的第一交叉點。
15.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中，基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在噴射周期中的定時的步驟包括基于所識別的電壓最大值與所識別的局部谷電壓最小值之差來確定杯溢法流動開始定時。
16.根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，基于所述至少一個識別值估計至少一個燃料供給特性在噴射周期中的定時的步驟包括識別所監(jiān)測的傳感器輸出信號的最大值的時間作為噴射開始的估計時間。
全文摘要
本公開提供了一種燃料噴射器系統(tǒng)和方法，其中基于感測到的所述噴射器內的力來估計壓電致動燃料噴射器的燃料噴射周期期間的事件的定時。所述力傳感器位于壓電致動器和與所述壓電致動器機械地聯(lián)接的液壓鏈路組件之間，并且所述力傳感器可操作以輸出與所述壓電致動器與所述液壓鏈路組件之間的力相對應的信號。根據(jù)所述傳感器輸出信號中所包含的信息，能夠估計至少一個燃料供給特性在所述噴射周期中的定時，以允許對燃料噴射器特性進行調節(jié)，從而對諸如制造公差、環(huán)境條件、劣化/磨損的影響燃料噴射的變化進行補償。
文檔編號F02M61/10GK102933836SQ201180024366
公開日2013年2月13日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權日2010年5月20日
發(fā)明者S·S·賈拉勒, D·W·梅邁爾寧, R·E·雷興格爾, E·B·馬寧, J·卡莫納-瓦爾德斯, A·A·紹爾, S·溫卡塔拉曼, W·D·丹尼爾 申請人:康明斯知識產權公司