專利名稱:用于將燃料直接噴入內燃機的共軌型系統(tǒng)的控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于將燃料直接噴入內燃機的共軌型系統(tǒng)的控制方法。
背景技術：
在當前共軌型直接燃料噴射系統(tǒng)中，低壓泵從油箱供油至高壓泵，所述高壓泵又依次將燃料供應至共軌。一系列噴射器(內燃機的每一氣缸一個)與所述共軌連接，這種噴射器被依次驅動以將所述共軌中的部分加壓燃料噴入相應的氣缸。如要使燃燒正確運行，對于所述共軌內的燃料壓力級別來說重要的是將其持續(xù)地保持在通常根據內燃機狀況而異的理想級別。
為了將共軌內燃料的壓力級別保持在理想級別，已提出將所述高壓泵設為在任何運轉狀態(tài)都供應超過實際消耗的燃料量給共軌；壓力調節(jié)器與所述共軌聯接，該調節(jié)器通過將多余的燃料排放至回流通道，所述通道將多余的燃料重新引導至所述低壓泵的上游端。此類噴射系統(tǒng)有各方面的缺點，比如所述高壓泵必須被設為供應稍微超過最大可能消耗量的燃料量給所述共軌；然而，此類最大可能消耗量狀態(tài)發(fā)生得相對較少并且在所有其它運轉狀態(tài)中所述高壓泵供給共軌的燃料量大大超過實際消耗并且因此相當大的一部分燃料必須被所述壓力調節(jié)器排入所述回流通道中。高壓泵在抽吸被壓力調節(jié)器隨后排放的燃料中完成的工作是“無意義的”工作，并且因此這種噴射系統(tǒng)能量效率極低。而且，這種噴射系統(tǒng)有將所述燃料變得過熱的趨勢，這是由于當多余的燃料被壓力調節(jié)器排入回流通道時，所述燃料本身從極高的壓力(高于1000巴)流動至接近環(huán)境壓力并且這種壓力下降傾向于增加燃料的溫度。
為了克服上述問題，一個解決方案提出使用一種可變排量高壓泵，其能夠僅僅向共軌供應保持共軌內燃料壓力等于所需級別所必須的燃料量。
例如，專利申請EP0481964A1描述了一種高壓泵，其具備能夠通過改變高壓泵本身的進料閥的關閉瞬間來點對點改變高壓泵的流速的電磁致動器。換句話說，通過改變高壓泵本身的進料閥的關閉瞬間來改變高壓泵流速；特別地，通過延遲所述進料閥的關閉瞬間來降低流速以及通過提前所述進料閥的關閉瞬間來增加流速。
專利US6116870A1提供了可變排量高壓泵的又一例子。US6116870A1中所述的高壓泵包括具有在其內作往復運動的活塞的氣缸、進料通道、連接共軌的傳輸通道、能夠允許燃料輸入所述氣缸的進料閥、連接傳輸通道并且僅僅允許燃料流入所述氣缸的單向輸送閥，以及連接所述進料閥以在所述活塞壓縮沖程期間保持進料閥打開并因此允許燃料經所述進料通道流入氣缸的調整裝置。所述進料閥包括沿所述進料通道的可移動閥體和閥座，所述閥座能夠以密封方式接合于所述閥體中并且被布置在與連接所述氣缸相對的進料通道的末端。所述調整裝置包括控制元件，其連接所述閥體并且能在其中允許所述閥體以密封方式作用在所述閥座上的被動位置和其中不允許所述閥體以密封方式作用在所述閥座上的主動位置之間移動；所述控制元件連接電磁致動器，所述執(zhí)行器能夠在被動位置和主動位置之間取代所述控制元件。
結合所述可變排量高壓泵，可使用控制單元控制的壓力調節(jié)器來將多余的燃料從共軌排入回流通道。這種情況中，在壓力增加瞬間，共軌內的壓力被高壓泵自己控制，而在壓力降低瞬間，共軌內的壓力被所述壓力調節(jié)器自己控制。這種設想可變排量高壓泵和壓力調節(jié)器的存在的建設性的解決方法允許快速并精確地在共軌內采取理想的燃料壓力級別；然而，這種設想可變排量高壓泵和壓力調節(jié)器的存在的建設性的解決方法另一方面具有高制造成本。
為了減少制造成本，提出排除使用壓力調節(jié)器；這種情況中，在壓力增加瞬間，共軌內的壓力被高壓泵自己控制，而在壓力下降瞬間，共軌內的壓力在某種程度上被所述噴射器用來運轉的壓力所使用的燃料流速和通過泄露造成的燃料流速損失所控制。重要的是要注意到這種解決方法只能夠用于液壓致動針式噴射器而不能用于電磁致動針式噴射器，這是由于只有液壓致動針式噴射器將從共軌接收的部分加壓燃料排入通向油箱的排放管。這種沒有壓力調節(jié)器的建設性的解決方法實現了更低的制造成本，但另一方面不允許在共軌內很精確地采取理想的燃料壓力級別；這種局限性特別是在噴射器關閉期間產生，在該期間噴射器未被驅動并且因此沒有燃料被噴入氣缸。在噴射切斷期間，共軌內的燃料壓力級別必須快速降低以在燃料重新噴射時即在內燃機再次輸出扭矩時取得用于燃燒的最佳條件(特別是低噪音)；然而，在噴射切斷期間所述噴射器未被驅動并且因此共軌內僅有的燃料壓力下降通過由泄漏造成的燃料流速損失而產生并且這種下降與理想的下降差距很大。

發(fā)明內容本發(fā)明的目標是為用于將燃料直接噴入內燃機的共軌型系統(tǒng)提供一種控制方法，該方法沒有前述缺陷并且特別是易于制造并具有成本效益。
根據本發(fā)明，提供一種用于將燃料直接噴入具備多個氣缸的內燃機系統(tǒng)的控制方法，該方法包括的步驟有使用高壓泵將加壓燃料供應至共軌；輪流驅動多個具有液壓致動針并連接共軌的噴射器以將燃料直接噴入氣缸；確立共軌內理想的燃料壓力級別；以及根據所述理想級別通過在高壓泵本身壓縮或抽吸階段調節(jié)來自高壓泵的燃料流速來調節(jié)共軌內的實際燃料壓力級別；該方法的特征在于還包括的階段有為噴射器確定閾值以使如果噴射器被驅動的時間間隔短于所述閾值則每一噴射器都不噴射燃料；以及通過在未用噴射器本身噴射燃燒過程所需的燃料時以短于所述閾值的驅動時間間隔驅動噴射器來根據所述理想級別降低共軌內的實際燃料壓力。
將參考示出非限制性實施例的附圖來說明本發(fā)明，其中-圖1根據本發(fā)明制造的共軌型直接燃料噴射系統(tǒng)的示意圖；-圖2是圖1中直接燃料噴射系統(tǒng)的燃料噴射器以側視和截面方式示出的示意圖；以及-圖3是圖2中細節(jié)的放大圖。
具體實施方式圖1中，數字1表示用于燃料直接噴入具備四個氣缸3的內燃機2的共軌型系統(tǒng)的整體。噴射系統(tǒng)1包括四個噴射器4，每一個都能將燃料直接噴入內燃機2相應的氣缸3中并且接收來自共軌5的加壓燃料。
高壓泵6經管道7將燃料供應至共軌5并且具備由控制系統(tǒng)9驅動的流速調節(jié)裝置8，控制系統(tǒng)9能夠保持共軌5內的燃料壓力等于通常根據內燃機狀況(即內燃機運行狀態(tài))在時間上變化的理想級別。例如，調節(jié)裝置8包括電磁致動器(未圖示)，其能夠通過改變高壓泵6本身的進料閥(未圖示)的關閉瞬間來一瞬間接一瞬間地改變來自高壓泵6的燃料流速mHP。換句話說，通過改變高壓泵6本身的進料閥(未圖示)的關閉瞬間來改變來自高壓泵6的燃料流速mHP；特別地，通過延遲進料閥(未圖示)的關閉瞬間來減少燃料流速mHP及提前進料閥(未圖示)的關閉瞬間來增加燃料流速mHP。
流速基本恒定的低壓泵10通過管道12從油箱11將燃料供應至高壓泵6。
控制單元9通過利用共軌5內燃料壓力級別的反饋變化的反饋控制控制來自高壓泵6的燃料流速mHP，所述壓力的級別由傳感器13實時檢測。
每一噴射器4被控制單元9輪流驅動以將燃料噴入相應的內燃機氣缸3。噴射器4具有液壓針式致動器并且因此連接排放通道14，其具有環(huán)境壓力并且通向低壓泵10的上游，典型地是進入油箱11。
根據圖2和3所示，每一燃料噴射器4被容納在具有縱軸16的缸體15之內并且被控制以從噴射閥18調節(jié)的噴嘴17噴射燃料。在缸體15內形成噴射腔19，其下端由噴射閥18的閥座20限定并且滑動地容納噴射閥18的針21的底部，以使針21能夠在液壓致動裝置22的偏壓下在閥座20的關閉位置和打開位置之間沿縱軸16位移。
針21的上部容納在控制腔23中并且聯接到向針21本身施加向下的力的彈簧24，所述力趨向于將針21本身保持在關閉位置。
缸體15中還存在供應通道25，其起始于缸體15的一個上端并且供應加壓燃料至噴射腔19；另一供應通道26從供應通道25分支，供應通道26能夠將供應通道25和控制腔23連通起來從而也將所述加壓燃料進入控制腔23。
從控制腔23分離出排放管27，其通向缸體15的上部并將控制腔23與排放管14連通；排放管27被驅動閥28調節(jié)，驅動閥28布置在控制腔23附近并且被電磁致動器29控制于關閉位置和打開位置之間，在所述關閉位置控制腔23與排放管27隔離，在所述打開位置控制腔23與排放管27連接。電磁致動器29包括趨向于保持驅動閥28處于關閉位置的彈簧30。
相對于供應通道25設定供應通道零件26、驅動閥零件28和排放管零件27，使得在驅動閥28打開時，控制腔23中的壓力下降至遠低于噴射腔19中的燃料壓力，并且使得流經排放管27的燃料只是經噴嘴17流動的燃料流量的一小部分。
使用中，電磁致動器29是不通電的，彈簧30產生的力將驅動閥28保持在關閉狀態(tài)；因此，在供應通道26的影響下控制腔23中的燃料壓力與噴射腔19中的燃料壓力相同。這種情形中，彈簧25產生的力和針21的活動區(qū)域與控制腔23相對于噴射腔19的優(yōu)勢之間的不平衡產生的液壓力將噴射閥18保持在關閉位置。
當電磁致動器29通電時，驅動閥28被帶動至打開位置抵抗彈簧30的偏壓，因此控制腔23與排放通道14連通并且控制腔23中的燃料壓力下降至遠低于噴射腔19中的燃料壓力的級別；如上所述，控制腔19之內的燃料壓力和控制腔23之內的燃料壓力之間的差是相對于供應通道零件25的對供應通道26、驅動閥28和排放管27的零件進行的設定造成的。
受噴射腔19和控制腔23之間的燃料壓力差的影響，在針21上產生將針21向上位移的液壓力抵抗彈簧24的偏壓，以將噴射閥19帶動至打開位置并且允許經噴嘴17噴射燃料。
當電磁致動器29斷電時，彈簧30產生的力將驅動閥28推回至關閉位置；因此，控制腔23中的燃料壓力趨向于增加并且達到噴射腔19中的燃料壓力。在這種情形中，彈簧24產生的力和針21的活動區(qū)域與控制腔23相對于噴射腔19的優(yōu)勢之間的不平衡產生的液壓力將噴射閥18返回到上述關閉位置。
優(yōu)選地，供應通道26存在瓶頸以取得在針21的關閉瞬間(亦即當針21從打開位置走到關閉位置的時候)控制腔23和噴射器19之間的壓力差的瞬時增加從而增加作用在針21上的力并且因此加速針21本身的關閉。
由上可知，當噴射器4的電磁致動器29被控制時，驅動閥28開始是打開的并且控制腔23中的燃料開始經排放管27流至排放通道14；在驅動閥28打開一定的時間間隔后，在針21上產生液壓偏壓力致使噴射閥18打開并因此經噴嘴17供應燃料。
換句話說，經噴嘴17的燃料供應只在噴射器4的電磁致動器29被控的時間范圍高于特定的ETmin閾值時發(fā)生；相反，如果噴射器4的電磁致動器29被控的時間間隔短于所述閾值ETmin，則驅動閥28可能打開并且燃料隨之輸出至排放通道14，但燃料不會經噴嘴17供應。顯然，如果噴射器4的電磁致動器29被控的時間間隔遠短于所述閾值ETmin，則驅動閥28甚至不會打開。
噴射器4的閾值ETmin與噴射器4本身的零件的特性、公差和老化相關聯；因此，閾值ETmin可隨不同的噴射器4變化(輕微地)并且對于同一噴射器4來說在噴射器4本身的壽命周期也可變化(輕微地)。此外，噴射器4的閾值ETmin可以以成反比例的方式隨共軌5中的燃料壓力級別變化，即共軌5中的壓力越高，則閾值ETmin將會越低。
參考圖1，控制單元9根據內燃機狀況一瞬間接一瞬間地確定共軌5中的燃料壓力級別并且相應地作用以使共軌5中的實際燃料壓力級別快速并精確地接近理想級別。
共軌5中的燃料壓力變化從以下列出的共軌5的狀態(tài)公式得出dP/dt＝(kb/Vr)×(mHP-mInj-mLeak-mBackFlow)其中dP/dt 是共軌5中的燃料壓力變化；kb是燃料容積模數；Vr 是共軌5的體積；mHP是高壓泵6的燃料流速；mInj是噴射器4的氣缸3噴射的燃料流速；mLeak是經噴射器4泄漏的燃料流速損失；mBackFlow是噴射器4吸收用于致動并排入排放通道14的燃料流速。
從以上公式不難看出在高壓泵6的壓縮或抽吸沖程期間共軌5內的燃料壓力變化dP/dt可以是正值；特別地，如果高壓泵6的燃料流速mHP高于其它影響(contribution)的總和，共軌5內的壓力變化是正值。相反，在高壓泵6的吸入沖程期間，來自高壓泵6的燃料流速mHP是零值并且因此共軌5內的燃料壓力變化dP/dt由于不可能完全抵消噴射器4泄漏造成的燃料流速損失總是負值。
在高壓泵的壓縮或抽吸沖程期間(壓力增加瞬間)來自高壓泵6的燃料流速mHP是正值并且控制單元9控制高壓泵6以控制共軌5內的壓力。換句話說，在高壓泵6的壓縮或抽吸沖程期間共軌5內的燃料壓力變化dP/dt直接決定于來自高壓泵6的燃料流速mHP，該燃料流速mHP不是零值；因此，控制單元9可通過使用調節(jié)裝置8調節(jié)來自高壓泵6的燃料流速mHP容易地調節(jié)共軌5內的燃料壓力。
在高壓泵6的吸入沖程期間(壓力下降瞬間)來自高壓泵6的燃料流速mHP是零值，并且因此如前所述，共軌5內的燃料壓力變化dP/dt由于不可能完全抵消噴射器4泄漏造成的燃料流速損失總是負值。在高壓泵6的吸入沖程期間，如果共軌5內的實際壓力級別低于理想級別，控制單元9不會采取任何干預。
相反，如果在高壓泵6的吸入沖程期間共軌5內的燃料壓力高于理想級別，則控制單元9可在未用噴射器4噴射燃燒過程所需的燃料時通過以接近但短于相應的閾值ETmin的驅動時間間隔驅動噴射器4(即將噴射器4的電磁致動器29通電)來更快速地降低共軌5內的燃料壓力。這樣，沒有燃料被噴入氣缸3，但噴射器4吸收的燃料流速由于它們的致動得到增加并排入排放通道14。重要的是要強調每一噴射器4被驅動的驅動時間間隔ETred必須短于閾值ETmin，但不必過分短于閾值ETmin，否則排入排放通道14的燃料量將不夠或者甚至為零。
這種構思一系列噴射器4的微致動來快速降低共軌5內的燃料壓力的控制策略通常在噴射切斷階段使用，在該階段噴射器4未被驅動因此沒有燃料噴入氣缸3。實際上，在噴射切斷階段，共軌5內的燃料壓力必須快速降低以在燃料噴射繼續(xù)時即內燃機2繼續(xù)輸出扭矩時獲得用于燃燒的最佳條件(特別是低噪聲)。
在噴射切斷階段，每一噴射器4的驅動時間間隔ETred通常決定于共軌5內的燃料壓力并且必須短于閾值ETmin以避免將不期望的燃料噴入氣缸3。如前所述，除了噴射器4本身在其壽命周期閾值ETmin不同，每一噴射器4的閾值ETmin也都不同，在控制單元9中優(yōu)選地執(zhí)行每一噴射器4的驅動時間間隔ETred的優(yōu)化算法以防止該驅動時間間隔ETred超過閾值ETmin。
根據一個可能的實施例，在噴射切斷階段，可使用在壓縮沖程的每一氣缸3對每一噴射器4的驅動定時；換句話說，用相應的氣缸3的特定角度位置以同步方式而非隨機地驅動每一噴射器4。這種實施例能夠限制在某一時刻只能驅動一個噴射器4并且優(yōu)點是通過檢測內燃機2的曲軸(未圖示)潛在的加速或氣缸3內潛在的壓力突增能夠容易地檢測到閾值ETmin被超過。換句話說，通過以同步方式用其相應的氣缸3驅動噴射器4，將導致潛在的不期望的燃料噴射用隨后產生的氣缸3過壓及隨后產生的動力扭矩導致所述曲軸(未圖示)加速確定燃料的燃燒?？蛇x地，也可通過讀取相應的傳感器(未圖示)觀察排氣中的A/F(空氣/燃料)比來確定氣缸3內意外的燃燒。
根據一個可選實施例，在噴射切斷階段，可使用不定時指令序列驅動每一噴射器4；換句話說，用相對于相應的氣缸3的角度位置隨機的方式驅動每一噴射器4。通過用其相應的氣缸3以非同步方式驅動噴射器4，潛在的不期望的燃料噴射不會(或僅僅是很少)導致燃料燃燒。這種實施例的優(yōu)點是允許同時驅動幾個噴射器4，使泄壓更快而如果閾值ETmin被超過也不會有感覺得到的扭矩輸出；另一方面，這種實施例的缺點是使對潛在的超過閾值ETmin的檢測變得更復雜，這是由于只能通過使用線性氧含量探頭或UEGO探頭(未圖示)來完成這種檢測。
當控制單元9檢測到閾值ETmin被超過時，控制單元9開始減少每一噴射器4的驅動時間間隔ETred以消除不期望的燃料噴射。此外，當控制單元9未檢測到任何超過閾值ETmin的情況時，控制單元9可輕微地增加每一噴射器4的驅動時間間隔ETred以嘗試將每一噴射器4的驅動時間間隔調至盡可能接近閾值ETmin。
前述構思了一系列噴射器4的微致動來快速降低共軌5內的燃料壓力的控制策略的優(yōu)點是由于其僅使用了現代直接燃料噴射內燃機中常用的零件而能夠特別有效地執(zhí)行并且極具成本效益。
權利要求
1.用于將燃料直接噴入具備多個氣缸(3)的內燃機(2)的噴射系統(tǒng)(1)的控制方法；該方法包括的階段有使用高壓泵(6)供應加壓燃料至共軌(5)；輪流驅動具有多個液壓致動針(21)并連接共軌(5)的噴射器(4)以將燃料直接噴入氣缸(3)；確立共軌(5)內的理想燃料壓力級別；以及根據所述理想級別通過在高壓泵(6)本身壓縮或抽吸階段調節(jié)來自高壓泵(6)的燃料流速(mHP)來調節(jié)共軌(5)內的實際燃料壓力級別；該方法的特征在于還包括的階段有為噴射器(4)確定閾值(ETmin)以使如果所述噴射器被驅動的時間間隔短于所述閾值(ETmin)則每一噴射器(4)都不噴射燃料；以及通過在未用噴射器(4)本身噴射燃燒過程所需的燃料時以短于所述閾值(ETmin)的驅動時間間隔(ETred)驅動噴射器(4)來根據所述理想級別降低共軌(5)內的實際燃料壓力。
2.如權利要求
1所述的方法，其中驅動時間間隔(ETred)短于閾值(ETmin)并且接近閾值(ETmin)本身。
3.如權利要求
1所述的方法，還包括優(yōu)化驅動時間間隔(ETred)以確保驅動時間間隔(ETred)短于閾值(ETmin)的步驟。
4.如權利要求
1所述的方法，其中通過在噴射切斷階段以短于閾值(ETmin)的驅動時間間隔(ETred)驅動噴射器(4)來將降低共軌(5)內的實際燃料壓力級別。
5.如權利要求
4所述的方法，其中所述優(yōu)化階段還包括的階段有在噴射切斷階段檢測潛在的氣缸(3)內不期望的燃料噴射；以及在噴射切斷階段在氣缸(3)內出現不期望的的燃料噴射時降低驅動時間間隔(ETred)。
6.如權利要求
5所述的方法，其中所述優(yōu)化階段還包括的步驟有在噴射切斷階段如果氣缸(3)內長時間沒有不期望的燃料噴射則增加驅動時間間隔(ETred)。
7.如權利要求
5所述的方法，其中通過檢測潛在的內燃機曲軸加速來確定在噴射切斷階段氣缸(3)中不期望的燃料噴射的存在。
8.如權利要求
5所述的方法，其中通過檢測氣缸(3)本身內壓力突增來確定在噴射切斷階段氣缸(3)內不期望的燃料噴射的存在。
9.如權利要求
5所述的方法，其中通過觀察排氣中的空氣/燃料比來確定在噴射切斷階段氣缸(3)內不期望的燃料噴射的存在。
10.如權利要求
5所述的方法，其中通過使用線性氧含量探頭觀察排氣量來確定在噴射切斷階段氣缸(3)內不期望的燃料噴射的存在。
11.如權利要求
1所述的方法，其中，為了減少共軌(5)內的實際燃料壓力，在某一時間驅動單一噴射器(4)并且按照相應的氣缸(3)對每一噴射器(4)的驅動定時。
12.如權利要求
11所述的方法，其中用相應的氣缸(3)的壓縮沖程對每一噴射器(4)的驅動定時。
13.如權利要求
1所述的方法，其中，為了減少共軌(5)內的實際燃料壓力，不以相對于氣缸(3)定時的方式驅動噴射器(4).
14.如權利要求
13所述的方法，其中幾個噴射器(4)被同時驅動。
15.如權利要求
1所述的方法，其中如果共軌(5)內的實際燃料壓力級別低于所述理想級別則不對共軌(5)內的燃料壓力采取任何調布行為。
16.如權利要求
1所述的方法，其中每一噴射器(4)連接具有基本環(huán)境壓力的排放通道(14)；如果噴射器(4)被控的時間間隔短于閾值(ETmin)，則燃料可能輸出至排放通道(14)但沒有燃料噴入氣缸(3)。
17.如權利要求
1所述的方法，其中通過改變高壓泵(6)本身的吸入閥的關閉瞬間來調節(jié)來自高壓泵的燃料流速(mHP)。
專利摘要
一種用于將燃料直接噴入具備多個氣缸(3)的內燃機(2)的噴射系統(tǒng)(1)的控制方法；該方法包括的階段有使用高壓泵(6)供應加壓燃料至共軌(5)；輪流驅動多個具有液壓致動針(21)的液壓致動噴射器(4)以將燃料噴入氣缸(3)；確立共軌(5)內的理想燃料壓力級別；為噴射器(4)確定閾值(ETmin)以使如果所述噴射器被驅動的時間間隔短于閾值(ETmin)則每一噴射器(4)都不噴射燃料；以及通過以短于所述閾值(ETmin)的驅動時間間隔(ETred)驅動噴射器(4)來降低共軌(5)內的實際燃料壓力。
文檔編號F02M63/02GK1991162SQ200610168276
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月25日
發(fā)明者加布里埃萊·塞拉, 馬泰奧·德·切薩雷 申請人:瑪涅蒂瑪瑞利動力系公開有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan