燃料噴射器控制系統和方法

2023-09-23 06:00:30 2

專利名稱：燃料噴射器控制系統和方法
技術領域：
本發明涉及 一 種控制系統和方法，更具體地涉及 一 種用於控制 燃料噴射器的操作的系統和方法。
背景技術：
內燃機例如柴油發動機、汽油發動機和氣體燃料動力發動機都 使用噴射器將燃料引入到發動機的燃燒室內。這些噴射器可以通過
機械、液壓或電子控制燃料輸送而被液壓或機械地致動。在2005年 2月15日授予Forck的美國專利No. 6,856,222 ('222專利)中介紹 了機械致動、電子控制的燃料噴射器的一個例子。
'222專利描述了一種燃料噴射器，其具有彈簧加載、螺線管控 制的溢流閥和彈簧加載、螺線管控制的直接操作單向閥(DOC閥)。 溢流閥和DOC閥都與凸輪驅動的柱塞以及閥針的控制室相關聯。當 柱塞最初被凸輪壓入到燃料噴射器中的腔內時，燃料從腔內流過溢 流閥到達低壓排出管。當溢流閥在柱塞向腔內進一步運動期間被電 動關閉時，壓力即在腔內建立。當需要噴射燃料時，DOC閥被電動 地運動以將控制室連接至低壓排出管，從而允許閥針遠離閥座運動 以開始噴射。要終止噴射，DOC閥使控制室與低壓排出管斷開，以 使閥針返回其閥座。閥針離開其閥座期間的這段時間就決定了燃料 噴射量。
儘管'222專利中的噴射器可以有效地將燃料噴入發動機的燃燒 室內，但是它可能缺少損壞保護方案。具體地，在凸輪驅動的柱塞 向下移動期間溢流閥關閉之後，如果DOC閥沒有正確地關閉以起動 噴射，那麼噴射器內增加的燃料壓力就可能會達到足以損壞噴射器 的水平。

發明內容
本發明的控制系統解決了上述的一個或多個問題。 本發明一方面涉及一種燃料噴射器。該燃料噴射器包括設置在 腔內作往復運動的柱塞、具有末端且末端帶有至少一個噴孔的噴嘴 構件，以及具有底端和末端的閥針。閥針設置在噴嘴構件內，並且 能夠克服彈簧偏壓從斷流位置運動到通流位置，在斷流位置，基本 沒有燃料流過至少一個噴孔，在通流位置，燃料流過至少一個噴孔。 燃料噴射器還包括與腔和閥針的底端流體連通的單向閥。該單向閥 可以在第一位置和第二位置之間運動，在第一位置，閥針的底端與 腔流體連通，在第二位置，閥針的底端與排出管流體連通。燃料噴 射器還包括與腔相連並且可以在第一位置和第二位置之間運動的溢 流閥，在第一位置，燃料從腔流向排出管，在第二位置，燃料被阻 止從腔流向排出管。燃料噴射器還包括與單向閥和溢流閥相連通的 控制器。控制器用於在柱塞向下移動期間使溢流閥朝向其第二位置 運動以在腔內建立壓力，並且還要在柱塞向下移動期間使單向閥朝 向其第二位置運動。控制器還用於檢測單向閥未成功地運動到第二 位置，並響應於該檢測提前終止當前的噴射事件。
本發明的另 一 方面涉及一種操作燃料噴射器的方法。該方法包 括移動燃料、阻止被移動的燃料流以對被移動的燃料進行加壓並且 將加壓燃料引至至少一個噴孔並引至阻塞至少一個噴孔的閥針底 端。該方法還包括嘗試降低閥針底端處的燃料壓力以允許加壓燃料 流過至少一個噴孔，並檢測降低壓力的未成功嘗試。該方法還包括 響應於該檢測提前釋放移動的燃料流。


圖1是根據本發明的一種示例性的燃料系統的示意性簡圖； 圖2是用於圖1中燃料系統的根據本發明的一種示例性的燃料 噴射器的剖視5圖3A至3E是用於圖2中燃料噴射器的油路圖；以及
圖4是描述圖2中燃料噴射器的一種示例性操作方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出了發動機10和燃料系統12的示例性實施例。為了更 清楚地描述本發明，發動機IO被圖示和描述為四衝程柴油發動機。 但是本領域普通技術人員應該認識到發動機IO也可以是其他任意類 型的內燃機例如汽油發動機或氣體燃料動力發動機。發動機10可以 包括限定了多個氣缸16的發動機氣缸體14、可滑動地設置在每個氣 缸16內的活塞18和與每個氣缸16相連的氣缸蓋20。
氣缸16、活塞18和氣缸蓋20可以構成燃燒室22。在圖示的實 施方式中，發動才幾10包括六個燃燒室22。但是，應該預見到發動機 10也可以包括更多或更少數量的燃燒室22並且燃燒室22可以"直列 式"結構、"V型"結構或者其他任何適合的結構設置。
還是如圖l所示，發動機IO可以包括可旋轉地設置在發動機氣 缸體14內的曲軸24。連杆26可以將每個活塞18連接至曲軸24， 使得活塞18在每個對應的氣缸16內的滑動動作引起曲軸2 4的旋轉。 類似地，曲軸24的旋轉也可以引起活塞18的滑動動作。
燃料系統12可以包括協同將加壓燃料噴射送入每個燃燒室22 內的部件。具體地，燃料系統12可以包括用於保持燃料供應的罐28、 用於加壓燃料並利用歧管34將加壓燃料引導至多個燃料噴射器32 的燃料泵送設備30，和控制系統35。
燃料泵送設備30可以包括用於增大燃料壓力並將一股或多股燃 料的加壓流引導至歧管34的一個或多個泵送裝置。在一個例子中， 燃料泵送設備30包括低壓源36。低壓源36可以具體化為用於通過 燃料管路42向歧管34輸送低壓的傳送泵。單向閥44可以被設置在 燃料管路42內，以提供燃料從燃料泵送設備30到歧管34的單向流 動。應該預見到燃料泵送設備30除了包括上述列出的部件外還可以 包括另外的和/或不同的部件，例如根據需要可以包括與低壓源36
6串聯設置的高壓源。
低壓源36可操作地連接至發動機10並由曲軸24驅動。低壓源 36可以對於本領域普通技術人員來說可以想到的任何方式與曲軸24 相連，其中曲軸24的旋轉會導致泵驅動軸相應地旋轉。例如，低壓 源36的泵驅動軸如圖1中所示通過齒輪系48連接至曲軸24。但是 應該預見到低壓源36也可以替代地;故電子、液壓、氣動驅動或以任 何其他適當的方式驅動。
燃料噴射器32可以設置在氣缸蓋20內並利用多個燃料管路50 連接至歧管34。每個燃料噴射器32都可操作地用於將一定量的加壓 燃料以預定的正時、燃料壓力和噴射量噴入到相連的燃燒室22內。 燃料噴入燃燒室22內的正時可以與活塞18的動作同步。例如，可 以在活塞18接近壓縮衝程中的上止點位置時噴射燃料，以允許被噴 射的燃料壓燃燃燒。作為替代方案，可以在活塞18向上止點位置行 進開始壓縮沖程時噴射燃料，用於均勻充氣壓燃操作。還可以在膨 脹沖程期間活塞18從上止點位置向下止點位置運動時噴射燃料，用 於隨後的後噴射以形成用於再生後處理的還原環境。為了完成這些 具體的噴射事件，發動機10可以在特定的起始噴射(SOI)正時、 特定的起始噴射壓力、特定的終止噴射(EOI)壓力下向控制系統 35請求噴射燃料，和/或請求特定的燃料噴射量。
控制系統35可以響應於一個或多個輸入而控制每個燃料噴射器 32的操作。具體地，控制系統35可以包括通過多條通信線路51與 燃料噴射器32相連通的控制器53。控制器53可以用於通過將預定 的電流波形或預定的電流波形序列施加至每個燃料噴射器32來控制 燃料噴射正時、壓力和噴射量。
控制器53可以具體化為包括用於控制燃料噴射器32操作的部 件的單個微處理器或多個微處理器。各種商業上可以獲得的微處理
器能夠實現控制器53的功能。應該理解控制器53也可以很容易地 具體化為能夠控制各種機械或發動機功能的通用機械或發動機微處 理器。控制器53可以包括需要用於運行應用程式的所有部件，例如存儲器、輔助存儲裝置和處理器，例如中央處理器或現有技術中公知的用於控制燃料噴射器32的任何其他部件。各種其他的已知電路
也可以與控制器53相連，包括供電電路、信號調整電路、螺線管驅
動器電路、通信電路以及其他合適的電路。
如圖2所示，每個燃料噴射器32都可以具體化為機械操作的泵送類型的單元燃料噴射器。具體地，每個燃料噴射器都可以通過凸輪裝置52驅動，以選擇性地在燃料噴射器32內將燃料加壓至所需的壓力水平。凸輪裝置52可以包括可操作地連接至曲軸24的凸輪54,使得曲軸24的旋轉導致凸輪54相應地旋轉。例如，凸輪裝置52可以通過齒輪系(未示出)、通過鏈條和鏈輪裝置(未示出)、通過齒形帶裝置(未示出)或者用任何其他合適的方式與曲軸24相連接。正如下面將要更詳細地描述的那樣，在凸輪54旋轉期間，凸輪54的凸角56可以通過樞轉搖臂58來周期性地驅動燃料噴射器32的泵送動作。應該預見到燃料噴射器32的泵送動作可以替代地由凸角56直接驅動而不使用搖臂58,或者根據需要可以在搖臂58和燃料噴射器32之間設置推桿(未示出)。
燃料噴射器32可以包括多個響應於凸輪裝置52的驅動動作而互相作用以將燃料加壓和噴入發動機10的燃燒室22內的部件。具體地，每個燃料噴射器32都可以包括具有噴嘴部分62的噴射器主體60、設置在噴射器主體60的腔74內的柱塞72、柱塞彈簧75、閥針76、閥針彈簧(未示出)、溢流閥68、溢流閥彈簧70、第一電子致動器64、直接操作的單向閥(DOC閥)80、 DOC彈簧82和第二電子致動器66。應該預見到在燃料噴射器32內可以包括另外的或不同的部件，例如節流孔、壓力平衡通道、蓄壓器以及其他現有技術中公知的噴射器部件。
噴射器主體60可以具體化為用於組裝在氣缸蓋20內並具有一條或多條通道的大致圓柱形構件。具體地，噴射器主體60可以包括用於容納柱塞72的腔74、用於容納DOC閥80的腔84、用於容納溢流閥68的腔86，和控制室90。噴射器主體60還可以包括分別通過流體通道92、 94、 96和98與腔86、 74、 84、控制室90和噴嘴部分62連通的燃料供應/返回管路88。控制室90可以與閥針76直接連通並選擇性地被排出或供應加壓燃料以影響閥針76的動作。應該預見到噴射器主體60可以替代地具體化為具有一個或多個殼體構件、 一 個或多個引導構件以及任意其他合適數量和/或類型的結構構件的多構件元件。
噴嘴部分62可以類似地具體化為具有中央腔100和壓力室102的圓柱形構件。中央腔100可以用於容納閥針76。壓力室102可以在預測到噴射事件時保持由通道98供應的加壓燃料。噴嘴部分62也可以包括一個或多個噴孔104，以允許加壓燃料從壓力室102通過中央腔100流入發動才幾10的燃燒室22內。
柱塞72可以滑動地設置在腔74內並可通過搖臂58運動以對腔74內的燃料進行加壓。具體地，當凸角56繞樞軸點108樞轉搖臂58時，搖臂58的與凸角56相對的一端可以克服柱塞彈簧75的偏壓將柱塞72壓入腔74內，從而移動和加壓腔74內的燃料。由柱塞72加壓的燃料可以通過流體通道92至98選擇性地引入溢流閥68 、 DOC閥80、控制室90、供應/返回管路88，和與閥針76相連的壓力室102。在凸角56從搖臂58旋轉離開時，柱塞彈簧75可以使柱塞72向上返回離開腔74，從而將燃料吸回到腔74內。
閥針76可以是滑動地設置在噴嘴部分62的中央腔100內的細長的圓柱形構件。閥針76可以在第 一位置和第二位置之間軸向運動，在第一位置，閥針76的末端阻止燃料流過噴孔104，在第二位置，噴孔104打開以允許燃料流入燃燒室22內。應該預見到閥針76可以是具有針構件和活塞構件的多構件元件，或者是單個的整體式元件。
閥針76可以具有多個驅動液壓表面。例如，閥針76可以包括設置在閥針76的底端處的液壓表面106,以在受到加壓燃料作用時通過閥針彈簧的偏壓驅動閥針76移向噴孔阻塞位置。閥針76也可以包括與閥針彈簧的偏壓相反的液壓表面105,以在受到加壓燃料作用時驅動閥針76沿相反的方向移向第二或噴孔打開位置。當液壓表
面105和106都經受到基本相同的流體壓力時，由閥針彈簧在閥針76上施加的力就足以使閥針76運動到噴孔阻塞位置並將閥針76保持在噴孔阻塞位置。
溢流閥68可以設置在流體通道92和94之間並用於選擇性地允許從腔74移動的燃料乂人流體通道94經過流體通道92流至供應/返回管路88,加壓燃料可以在此離開燃料噴射器32。具體地，溢流閥68可以包括連接至第一電子致動器64的閥元件110。閥元件110可以具有直徑放大的區域110a,該區域可與閥座112接合以選擇性地阻止加壓燃料從流體通道94流向流體通道92。區域110a遠離閥座112運動可以允許加壓燃料從流體通道94流向流體通道92並通過供應/返回管路88離開燃料噴射器32。當從腔74壓出的燃料被允許通過供應/返回管路88離開燃料噴射器32時，燃料噴射器32內因柱塞72向內移動而形成的壓力可以是最小的。但是，當燃料從供應/返回管路88被阻止時，從腔74移動的燃料可能會導致燃料噴射器32內的壓力增大至例如大約30,000psi。可以設置溢流閥彈簧70以將溢流閥68向通流位置偏壓。
第一電子致動器64可以包括用於控制溢流閥68的動作的螺線管114和電樞116。具體地，螺線管114可以包括具有適當形狀的繞阻，電流可以通過繞阻流動以建立i茲場，4吏得在通電時電樞116可以#皮引向螺線管114。電樞116可以固定地連4妻至閥元件110，以克服溢流閥彈簧70的偏壓運動閥元件110的區域110a並使其與閥座112相接合。應該預見到第一電子致動器64根據需要可以具體化為其他類型的致動器，例如壓電電機。
DOC閥80可以設置在流體通道98和控制室90之間，並用於選擇性地阻止從腔74移動的燃料流入控制室90，從而有助於燃料通過噴孔104噴射。具體地，DOC閥80可以包括連接至第二電子致動器66的閥元件118。閥元件118可以具有直徑;改大的區域118a，該區域可與閥座120接合以選擇性地阻止加壓燃料流入控制室90。當加
10壓燃料被阻止從流體通道98流向控制室90時，控制室90內的燃料可以被允許通過流體通道96和供應/返回管路88離開燃料噴射器32,從而在閥針76上形成不平衡的力，致使閥針76克服彈簧偏壓朝向通流位置運動。區域118a從閥座120脫離可以允許加壓燃料從流體通道98流入控制室90內，從而使流入的加壓流體使閥針76返回到阻止噴射位置。可以設置DOC彈簧82以將DOC閥80向通流位置偏壓。
第二電子致動器66可以包括用於控制DOC閥80的動作的螺線管122和電樞124。具體地，螺線管122可以包括具有適當形狀的繞阻，電流可以通過繞阻流動以建立磁場，使得在通電時電樞124可以一皮引向螺線管122。電樞124可以被固定地連接至閥元件118，以克服DOC彈簧82的偏壓運動閥元件118的區域118a並使其與閥座120相接合。類似於第一電子致動器64，應該預見到第二電子致動器66根據需要也可以具體化為其他類型的致動器，例如壓電電機。
在使用中，從圖3A中所示的位置開始，燃料噴射器32可以在第一和第二電子致動器64, 66均被斷電時填充燃料。具體地，在凸角56遠離搖臂58旋轉時，柱塞彈簧75可以迫使柱塞72向上離開腔74。柱塞72從腔74離開的動作可以用於通過流體通道92、斷電的溢流閥68和流體通道94將燃料從供應/返回管路88引入腔74內。在燃料噴射器32的填充操作期間，由作用在閥針76的液壓表面上的流體壓力產生的力可以基本被平衡，允許閥針彈簧將閥針76保持在噴孔阻塞位置。
為了對燃料噴射器32內的燃料進行加壓，凸角56可以旋轉到與搖臂58相接合，以驅動柱塞72進入腔74內，從而從腔74中移動燃^K如果溢流閥68的閥元件IIO保持在圖3A中的斷電通流位置，那麼由柱塞72移動的燃料可以經過流體通道94和92流回，以通過供應/返回管路88離開燃料噴射器32而不會帶來壓力的明顯增大。但是，如果溢流閥的閥元件110在柱塞72向內運動期間運動到通電的斷流位置，如圖3B所示，那麼從腔74移動的燃料會被阻止離開燃料噴射器32,從而使燃料噴射器32內的壓力與柱塞72的移動成比例地增大。為了在加壓燃料噴射器32內的燃料期間防止噴射，DOC閥80的閥元件118可以保持在斷電通流位置，以允許建立作用在液壓表面106上的壓力用於抵消作用在液壓表面105上的壓力，從而允許閥針彈簧將閥針76保持在噴孔阻塞位置。
當需要進行噴射時，第二電子致動器66可以被通電以吸引DOC閥80的閥元件118與閥座120相接合，如圖3C所示。在該通電狀態下，由柱塞72的向內運動加壓的燃料可以被阻止接觸液壓表面106,但是允許與液壓表面105保持接觸。在閥元件118運動到斷流位置後，由於燃料通過供應通道98和供應/返回管路88離開燃料噴射器32，因此控制室90內的燃料壓力可以被降低。由閥針76的液壓表面105, 106上的壓差造成的力不平衡可以用於克服閥針彈簧的偏壓運動閥針76，從而打開噴孔104並開始將加壓燃料噴入燃燒室22內。閥針76遠離噴孔104運動的時刻就可以對應於燃料噴射器32的噴射開始正時。柱塞72在閥元件110運動至斷流位置之後和D O C閥8 0的閥元件118運動到斷流位置之前產生的位移可以對應於噴射開始時的燃料壓力。
要停止噴射，第二電子致動器66可以被斷電，以允許DOC閥80的閥元件118在DOC彈簧82的偏壓下返回通流位置，如圖3D所示。在閥元件118運動到斷電的通流位置時，高壓燃料可以被重新引入控制室90，從而允許閥針彈簧將閥針76壓至噴孔阻塞位置。當閥針76到達噴孔阻塞位置時，向燃燒室22內的燃料噴射即可停止。柱塞72在閥針76運動到通流位置之後和閥針76返回斷流位置之前產生的位移可以對應於噴入燃燒室22內的燃料噴射量。閥針76返回噴孔阻塞位置的時刻可以對應於燃料噴射器32的EOI正時。EOI壓力可以是柱塞速度和噴孔104的開放面積的函數。
如圖3E所示，如果柱塞72在DOC閥80的閥元件118運動到通流位置後繼續被搖臂58向下驅動進入腔74內，那麼由柱塞72移動的燃^牛就會糹皮允許通過流體通道98、 4空制室90、流體通道96和供應/返回管路88離開燃料噴射器32。幾乎是緊接在閥元件118運 動到通流位置之後，閥元件110也可以類似地運動到通流位置以釋 放燃料噴射器32內的燃料壓力並降低低壓源36上的負荷。應該預 見到如果需要噴射壓力的特定終值，閥元件110可以在閥元件118 運動到通流位置之前以預定的柱塞移動距離運動到通流位置>^人而改 變(也就是降低)通過噴孔104釋放的燃料壓力。
在噴射器32工作期間，DOC閥80有可能工作不正常或者完全 無法工作。根據噴射的階段，這種故障可能會導致噴射器32內的壓 力過高。例如，在圖3B中所示的加壓階段期間(例如在溢流閥68 的閥元件110已經運動到斷流位置之後並且柱塞72被向下驅動進入 腔74內以移動和加壓燃料時)，如果DOC閥80未能關閉(例如閥 元件118的放大部分118a未能接合閥座120)，那麼閥針76可能無 法打開並因此無法提供任何對升高壓力的釋放。結果，噴射器32內 的燃料壓力可能會隨著柱塞74繼續其向下的移動而繼續增大，有可 能會達到足以損壞燃料噴射器32的部件的水平。
為了使損壞燃料噴射器32的可能性最小化，控制器53可以在 DOC閥發生故障事件時預先打開溢流閥68。具體地，控制器可以監 測流過第二電子致動器66的電流水平並將該電流水平與預定的電流 範圍相比較。預定的電流範圍可以對應電子致動器66的正常操作並 因此對應放大部分118a與閥座120的成功接合。如果流過電子致動 器66的電流偏離預定的電流範圍，那麼即可斷定將DOC閥80的閥 元件118運動到斷流位置的嘗試失敗。如果阻止來自控制室90的加 壓燃料的嘗試被確定為失敗，那麼控制器53隨後即可在當前的噴射 動作之後將與溢流閥68相連的第一電子致動器64斷電，以阻止隨 後的噴射並通過釋放燃料噴射器32內建立的壓力來提前終止噴射事 件。
如果檢測到噴射燃料的嘗試失敗，那麼控制器53可以用於記錄 故障。具體地，如果控制器53因DOC閥故障而提前終止噴射事件， 那麼控制器53即可在其存儲器內記錄故障狀態。在記錄了預定次數
13的故障狀態例如五次故障狀態之後，控制器53即可隨後向發動機10
的操作者提供故障警報以指示運轉問題。
圖4示出了操作燃料噴射器32的一種示例性的方法。下面將詳 細介紹圖4。
工業實用性
本發明的燃料噴射器和控制系統具有在包括例如柴油發動機、
用。根據本發明的燃料噴射器和控制系統可以在穩定、準確的燃料 噴射器性能和連續的噴射器成功操作是至關重要的任何發動機中實 施。下面介紹控制系統35的#:作。
如圖4中的流程圖所示，控制噴射事件可以通過首先接收期望 的起始噴射(SOI)正時、期望的噴射量、期望的SOI壓力和/或期 望的終止噴射(EOI)壓力的指標開始(步驟200)。例如，發動機 IO可以要求對應於燃燒室22內活塞18的特定位置的SOI。類似地， 發動機10可以要求具體的燃料量、SOI壓力和/或EOI壓力。這些要 求的(例如期望的)噴射特性可以在準備進行噴射時由控制器53接 收。
在接收了期望的燃料噴射特性之後，控制器53可以確定用於第 二電子致動器66的起始電流(SOC)以將DOC閥80的閥元件118 運動到關閉位置並在期望的SOI正時開始噴射(步驟202 )。如上所 述，DOC閥80的閥元件118朝向通電的斷流位置的運動可以造成閥 針76向噴孔打開位置運動，從而開始將燃料噴入燃燒室22內。控 制器53可以通過利用與DOC閥80和閥針76相關的系統延遲補償 期望的SOI來確定soc。
在確定用於第二電子致動器66的SOC之後，控制器53可以確 定用於與溢流閥68相連的第一電子致動器64的SOC,這導致在SOI 的期望壓力(步驟204 )。如上所述，柱塞72在閥元件110已經運 動到斷流位置之後和在閥元件118已經運動到斷流位置之前移動到腔74內的位移量可以對應SOI的壓力。控制器53可以用曲軸24的 角位置、柱塞72的行程長度和面積和/或柱塞72在腔74內的移動位 置之間的幾何關係來進行編程。通過這些幾何關係和期望的SOI，控 制器53可以根據曲柄轉角和/或柱塞72的位移計算用於第一電子致 動器64的SOC。當柱塞72移動通過SOC和SOI之間的位移時，從 腔74移動的燃料可以在閥針76運動之前將壓力升高至期望的SOI 壓力，以將加壓燃料噴入燃燒室22內。控制器53還能夠在確定第 一電子致動器64的SOC時說明與溢流閥68相關的延遲。
在確定用於與溢流閥68及DOC閥80相連的第一和第二電子致 動器64， 66的SOC之後，控制器53可以給第一和第二電子致動器 64, 66通電，以在算出的角度或位移形式的SOC正時關閉溢流閥 68和DOC閥80 (步驟206, 208 )。在關閉溢流閥68之後，柱塞 72經過預定位移的動作可以在燃料噴射器32內建立燃料壓力至期 望的SOI壓力。在柱塞72已到達預定的移動位置時，DOC閥80可 以關閉以在期望的SOI正時開始將燃料噴入燃燒室22內。
如果控制器53檢測到燃料噴射器32故障，控制器53可以提前 終止當前的噴射事件。具體地，控制器53可以監測引導通過第二電 子致動器66的電流並將監測到的電流與上述預定的電流範圍相比較 (步驟210)。如果監測到的電流偏離預定的電流範圍，那麼控制器 53即可確定DOC閥80發生故障。如果DOC閥80發生故障，那麼 控制器53可以隨後在當前的噴射動作之後打開溢流閥68以釋放燃 料噴射器32內的壓力(步驟212)並阻止在同一噴射事件內隨後的 噴射動作。
但是，如果監測到的電流保持在預定的電流範圍內，那麼可以 斷定DOC閥80已成功關閉，且控制器53可以確定與期望的燃料噴 射量相對應的EOI正時。利用上述的幾何關係，控制器53可以計算 出SOI後曲軸24必需轉過的角度和/或柱塞72必需移動的位移，以 將期望的燃料量通過噴孔104噴出。控制器53可以隨後計算說明與 DOC閥80相關的延遲的終止電流(EOC)，使得在確定的EOI正
15時終止噴射時，適當的燃料量已被噴入燃燒室22內(步驟214)。
控制器53可以通過在算出的EOC正時終止供應給第二電子致 動器66的電流來結束噴射(步驟216),使得閥元件118及時運動 到打開位置，閥針76在EOI正時阻塞噴孔104。在此情況下，EOI 壓力不被專門控制，而是取決於柱塞72的移動速度和噴孔104的面 積。緊接著對第二電子致動器66實施EOC之後，控制器53可以對 第一電子致動器64實施EOC，以將閥元件110運動到開放位置並釋 放燃料噴射器32內的壓力(步驟214)。
對於本領域普通技術人員來說可以想到的是，在不脫離本發明 的保護範圍的情況下，可以對本發明的燃料噴射器和控制系統進行 各種變型和變化。另外，本領域技術人員從說明書的描述和根據本 發明的燃料噴射器和控制系統的實際應用中可想到其他實施方式。 說明書和實施例僅僅是示例性的，本發明的真正範圍通過下面的權 利要求書及其等同物表明。
附圖標記列表10.發動機12.燃料系統14.發動4幾氣缸體16.氣缸18.活塞20.氣缸蓋22.燃燒室24.曲軸26.連杆28.耀30.燃料泵送設備32.燃料噴射器34.歧管35. 控制系統
36. 低壓源 42.燃料管路 44.單向閥 46.驅動軸 48.齒輪系
50. 燃料管路
51. 通信線路
52. 凸輪裝置
53. 控制器
54. 凸輪 56.凸角 58.搖臂
60.噴射器主體
62.噴嘴部分
64.第一電子致動器
66.第二電子致動器
68.溢流閥
70.溢流閥彈簧
72.柱塞
74. 腔(柱塞)
75. 柱塞彈簧
76. 閥針
80.直接操作的單向閥(DOC閥)
82. DOC彈簧
84.腔(DOC閥)
86.腔(溢流閥)
88.供應/返回管路
90.控制室92,流體通道
94.流體通道
96.流體通道
98.流體通道
100.中央腔(噴嘴部分)
102.壓力室
104. 噴孔
105. 液壓表面
106. 液壓表面 108.樞軸點
110.閥元件(溢流閥) 110a.直徑放大的區域 112.閥座 114.螺線管 116.電樞
118.閥元件(DOC閥) 118a.直徑放大的區域 120.閥座 122.螺線管 124.電樞
200.步驟接收期望的起始噴射(SOI)正時、噴射量和SOI 與終止噴射(EOI)壓力
202.步驟確定對應於期望的SOI的直接操作的單向閥(DOC
閥)的起始電流(soc)
204.步驟確定在閥開啟壓力(VOP)對應於期望的正時的溢 流閥SOC
206.步驟關閉溢流閥 208.步驟關閉DOC閥
210.步驟通過DOC閥的電流在可接受的範圍內？212.步驟打開溢流閥
214.步驟確定對應於期望的噴射量的DOC岡的終止電流 (EOC)
216.步驟打開DOC閥 218.步驟打開溢流閥
權利要求
1. 一種燃料噴射器(32)，包括設置在腔(74)內作往復運動的柱塞(72)；具有末端且末端帶有至少一個噴孔(104)的噴嘴構件(62)；具有底端(106)和末端(105)的閥針(76)，所述閥針(76)設置在噴嘴構件內並能夠克服彈簧偏壓從斷流位置運動到通流位置，在所述斷流位置，基本沒有燃料流過所述至少一個噴孔，在所述通流位置，燃料流過所述至少一個噴孔；與所述腔和所述閥針的底端流體連通的單向閥(80)，該單向閥能夠在第一位置和第二位置之間運動，在所述第一位置，所述閥針的底端與腔流體連通，在所述第二位置，閥針的底端與排出管流體連通；與所述腔相連並能夠在第一位置和第二位置之間運動的溢流閥(68)，在所述第一位置，燃料從腔流向排出管，在所述第二位置，燃料被阻止從腔流向排出管；和與所述單向閥和溢流閥連通的控制器(53)，該控制器能夠在所述柱塞向下移動期間使所述溢流閥朝向其第二位置運動，以在腔內建立壓力；在柱塞向下移動期間使所述單向閥朝向其第二位置運動；檢測所述單向閥未成功地運動到第二位置；並且響應於該檢測提前終止當前的噴射事件。
2. 根據權利要求1所述的燃料噴射器，其特徵在於 所述單向閥被電子控制，控制器通過將電流引至所述單向閥而使單向閥運動；並且所述控制器通過將流過所述單向閥的電流水平與預定的電流範 圍進行對比來4企測未成功運動。
3. 根據權利要求2所述的燃料噴射器，其特徵在於所述控制 器通過使所述溢流閥返回到其第 一 位置來停止當前的噴射。
4. 根據權利要求3所述的燃料噴射器，其特徵在於如果流過 所述單向閥的電流水平偏離預定的電流範圍，那麼所述控制器就使所述溢流閥返回到其第 一 位置。
5. 根據權利要求2所述的燃料噴射器，其特徵在於所述溢流 閥也被電子控制，所述控制器通過將電流引至所述溢流閥而使溢流 閥運動。
6. —種操作燃料噴射器(32)的方法，包括 移動燃料；阻止被移動的燃料流動以對所述被移動的燃料進行加壓；將加壓的燃料引至至少一個噴孔(104)並引至閥針(76)的阻 塞所述至少一個噴孔的底端(106);嘗試降低所述閥針的底端處的燃料壓力，以允許加壓的燃料流過 所述至少一個噴孔；檢測降低壓力的未成功嘗試；並且響應於該;險測提前釋放被移動的燃料流。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於阻止和嘗試的步 驟都包括產生電子指令信號並將所述電子指令信號傳遞至一閥元件。
8. 根據權利要求7所述的方法，其特徵在於檢測的步驟包括 將接收到的從所述閥元件返回的電子指令信號的值與預定的信號範圍進行比較。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於提前釋放的步驟 包括如果該比較表明接收到的從所述閥元件返回的電子指令信號偏 離預定的信號範圍就執行該步驟。
10. —種內燃機(10)，包括具有至少一個燃燒室(22)的發動機氣缸體(14);和 根據權利要求1至5中任意一項所述的用於選擇性地將燃料噴入 所述至少一個燃燒室內的燃料噴射器。
全文摘要
本發明公開了一種燃料噴射器控制系統和方法。燃料噴射器(32)用於發動機(10)。該燃料噴射器具有設置在腔(74)內的柱塞(72)、噴嘴構件(62)、閥針(76)、單向閥(80)、溢流閥(68)和控制器(53)。單向閥可以在第一位置和第二位置之間運動，在第一位置，閥針與腔連通，在第二位置，閥針與排出管流體連通。溢流閥可以在第一位置和第二位置之間運動，在第一位置，燃料從腔流向排出管，在第二位置，來自腔的燃料被阻斷。控制器在柱塞向下移動期間使溢流閥朝向其第二位置運動並使單向閥朝向其第二位置運動。控制器檢測到單向閥未成功地運動到第二位置，並響應於該檢測提前終止當前的噴射事件。
文檔編號F02M47/02GK101484687SQ200780025128
公開日2009年7月15日 申請日期2007年4月17日 優先權日2006年5月31日
發明者C·D·沃爾恩塔, C·F·高爾邁耶, R·桑卡, T·E·巴恩斯 申請人:卡特彼勒公司