設有用於控制高壓燃料泵的流量的截止閥的共軌型的直接注入系統的控制方法
2023-05-26 23:49:41 1
專利名稱：設有用於控制高壓燃料泵的流量的截止閥的共軌型的直接注入系統的控制方法
技術領域：
本發明涉及一種共軌(common-rail)型的直接注入系統的控制方法， 該共軌型的直接注入系統設有用於控制高壓燃料泵的流量的截止閥 (shut-off valve)。
背景技術：
在共軌型的直接注入系統中，高壓泵通過低壓泵從箱接收燃料流，並 將該燃料供給液壓地連接到多個注入器的共軌。必需根據發動機點(engine point),或者通過改變高壓泵的瞬時流量(flowrate),或者通過將過量燃 料不斷地供給共軌、並通過藉助於寄存器(register)從共軌自身排出過量 燃料，不斷地控制共軌內的燃料的壓力。 一般地，優選的解決方案是改變 高壓泵的瞬時流量，因為高壓泵的瞬時流量表現出更高的能量效率，並且 不會使燃料過熱。
為了改變高壓泵的瞬時流量，已經建議了出現在專利申請 EP0481964A1或專利申請US6116870A1中的一種類型的解決方案，專利申請 EP0481964A1或專利申請US6116870A1說明了可變流量高壓泵的使用，僅在 燃料量必需保持在共軌內的燃料壓力等於所期望的值的情況下，該可變高 壓流量泵能夠供給共軌可變流量；具體地，高壓泵設有電磁執行機構，該 電磁執行機構能夠通過改變高壓泵自身的吸入閥的閉合時刻(closing moment)而逐個時亥拋(instant-by-instant)改變高壓泵的流量。
可選地，為了改變高壓泵的瞬時流量，已經建議在包括可連續變化截 面的瓶頸的泵送室的上遊插入流量調節裝置，其中根據共軌內所需的壓力 控制瓶頸。
然而，用於改變高壓泵的瞬時流量的上述兩種解決方案都是機械複雜 的，並且不允許在高精度的情況下調節高壓泵的瞬時流量。更進一步，在小流量的情況下，包括可變截面的瓶頸的流量調節裝置表現為小的引入截 面，而這種小引入截面決定高局部壓力損失(局部負載損失)，該高局部
壓力損失可以損害(compromise)吸入閥的正確運行，該吸入閥調節吸入 高壓泵的泵送室內的燃料。
出於此原因，已經建議了出現在專利申請EP1612402A1的一種類型的 解決方案，專利申請EP1612402A1涉及一種高壓泵，該高壓泵包括通過相 應的吸入和輸送衝程以往復運動被操作的許多泵送元件，在該高壓泵中， 每一個泵送元件均設有與由低壓泵供給的吸入管連通的相應的吸入閥。以 換流器的方式(inachopperedmanner)被控制的截止閥布置在吸入管上， 以便調節供給高壓泵的燃料的流量；換句話說，截止閥是打開/關閉(導通 /截止)類型的閥，通過改變打開時間(openingtime)的持續時間與閉合 時間的持續時間之間的比值驅動該打開/關閉(導通/截止)類型的閥，以 改變供給高壓泵的瞬時流量。這樣，截止閥總是表現出有效而又寬的引入 截面，該引入截面不決定可估計的局部壓力損失(局部負載損失)。
在發動機運行的各種條件下，高壓泵必需能夠精確地供應非常適當的 可變流量(在"切斷"運行中沒有流量，或者在全功率運行中為最大流量)； 因為通過高壓泵直接供應的燃料流量影響共軌內的燃料壓力，這樣由高壓 泵供應的燃料流量的任何誤差決定共軌內的燃料壓力的相應誤差，因此對 於由高壓泵供應的燃料流量來說重要的是燃料流量是精確的。在設有導通 /截止型的截止閥的目前在市場上的共軌型直接注射系統中，已經觀察到的 是共軌內的燃料的壓力在低發動機速度下經常表現出誤差，即，當由注入 器注入小量燃料時，這樣由高壓泵供應的燃料流量變低。
發明內容
本發明的目的是提供一種共軌型的直接注入系統的控制方法，該共軌 型的直接注入系統設有用於控制高壓燃料泵的流量的截止閥，且這種控制 方法沒有上述缺陷，並且尤其易於實現並具有成本效益。
根據本發明，提供了一種共軌型的直接注入系統的控制方法，該共軌 型的直接注入系統設有用於控制高壓燃料泵的流量的截止閥；該控制方法 包括以下步驟-通過高壓泵將加壓燃料供給共軌，該高壓泵通過截止閥接收燃料；
循環控制節流閥的打開和閉合，以便節流(choking)被高壓泵吸入 的燃料的流量；以及
通過改變節流閥的打開時間的持續時間與閉合時間的持續時間之間 的比值調節被高壓泵吸入的燃料的流量；
所述控制方法的特徵在於其進一步包括以下步驟
確定截止閥的打開時間的下限值；和
調節截止閥的驅動頻率，以便截止閥的實際打開時間總是在下限值以上。
以下參照圖示了本發明的非限制的實施例的
本發明。具體 地，該附圖是實現本發明的控制方法目的的共軌型注入系統的圖解視圖。
具體實施例方式
在附圖中，數字l表示為整個共軌型系統，該共軌型系統用於將燃料 直接注入設有四個汽缸3的內燃機2內。注入系統1包括四個注入器4， 該四個注入器4中的每一個均表現為液壓指針式致動系統(hydraulic needle actuation system),並適於將燃料直接注入發動機2的相應的汽缸3 內，和適於從共軌5接收加壓燃料。
可變流量高壓泵6通過輸送管7將燃料供給共軌5。而高壓泵6又通 過高壓泵6的吸入管9由低壓泵6供給。低壓泵8布置在燃料箱10內， 注入系統1的過量燃料的排出通道終止於該燃料箱10內，且這種排出通 道11從注入器4和從液壓地連接到共軌5的機械卸壓閥12接收過量燃料。 卸壓閥12被校準以當共軌5內的燃料的壓力超過確保注入系統1的氣密 性和安全性的安全值時自動打開。
每一個注入器4在電子控制單元13的控制下均適於將可變的燃料量 注入相應的汽缸3內。如前述，注入器4具有液壓指針執行機構，並這樣 連接到排出通道ll，該排出通道ll表現為稍微高於外界壓力的壓力，並 在低壓泵8的上遊直接終止於箱10內。對於注入器4的致動來說，艮P，對於注入燃料來說，每一個注入器4均獲得排出到排出通道11內的一定 量的加壓流。
電子控制單元13連接到檢測共軌5內的燃料的壓力的壓力傳感器14， 並且根據共軌5內的燃料壓力通過反饋過程控制高壓泵6的流量；這樣， 共軌5內的燃料壓力被保持成等於期望值，該期望值通常根據發動機點 (即，根據發動機2的運行條件)及時變化。
高壓泵6包括一對泵送元件15，該泵送元件15每一個均由具有泵送 室17的汽缸16形成，在該泵送室17內，可移動的活塞18以由凸輪19 推動的往復運動滑動，該凸輪19由接收來自於內燃機2的驅動軸21的運 動的機械傳動機構20驅動。每一個壓縮室17均設有與吸入管9連通的相 應的吸入閥22和與輸送管7連通的相應的輸送閥23。兩個泵送元件15 以反相方式被往復驅動，因而通過吸入管9送到高壓泵6的燃料每次僅被 一個泵送元件15吸入，此時，該泵送元件15執行吸入衝程(在同一時刻， 另一個泵送元件15的吸入閥22必定關閉，且另一個泵送元件15處於壓 縮階段)。
沿吸入管9布置有截止閥24，該截止閥24表現為電磁致動，由電子 控制單元13控制，並為打開/關閉(導通/截止)型閥；換句話說，截止閥 24可以或者僅獲得完全打開位置，或者僅獲得完全關閉位置。具體地，截 止閥表現出有效而又寬的引入截面，以允許充分地供給每一個泵送元件 17，而不引起任何壓降。
僅通過使用截止閥24控制高壓泵6的流量，電子控制單元13根據共 軌5內的燃料壓力以斷續器的方式(in choppered manner)控制該截止閥 24。具體地，電子控制單元13根據發動機點逐個時刻地確定共軌5內所 期望的燃料壓力值，並從而調節由高壓泵6供給共軌5的燃料的瞬時流量， 以達到共軌5自身內所期望的燃料壓力值；為了調節由高壓泵6供給共軌 5的燃料的瞬時流量，電子控制單元13通過改變截止閥24的打開時間的 持續時間與閉合時間的持續時間之間的比值而調節通過截止閥24被高壓 泵6吸入的瞬時燃料流量。換句話說，電子控制單元13循環控制截止閥 24的打開和閉合以節流被高壓泵6吸入的燃料的流量，並通過改變截止閥 24的打開時間的持續時間與閉合時間的持續時間之間的比值而調節被高壓泵6吸入的燃料的瞬時流量。通過改變截止閥24的打開時間的持續時 間與閉合時間的持續時間之間的比值，截止閥24的打開時間的百分比相 對於高壓泵6的泵迴轉持續時間變化。在截止閥24的打開時間期間，高 壓泵6吸入可以通過(cross)截止閥24的最大流量，而在截止閥24的閉 合時間期間，高壓泵6沒有吸入任何燃料；這樣，可以獲得在最大值與零 之間變化的高壓泵6的平均泵迴轉流量。
根據優選的實施例，通過具有整數同步比的截止閥24的驅動頻率， 根據高壓泵6的泵送頻率(通常，截止閥24的一個打開/閉合循環被執行 用於高壓泵6的每一個泵送)，電子控制單元13與高壓泵6的機械致動(該 高壓泵6的機械致動由接收來自於驅動軸21的運動的機械傳動機構20執 行)同步地驅動截止閥24。
如前述，截止閥24表現為電磁致動；說明截止閥24的打開時間和流 過截止閥24的燃料量的曲線(即，約束打開時間和流過截止閥24的燃料 量的定律)總體上稍微呈線性，但是表現為初始梯級(即，表現為在短的 打開時間下從而在流過截止閥24的小量燃料下的梯級增加)。換句話說， 截止閥24表現為機械原點(mechanical origin)和尤其是磁原點的慣性， 該慣性限制關閉器的位移速度，並因此在所要求的精度的情況下，不能夠 執行非常短的持續時間的打開。
在注入系統1的設計和調整階段期間，確定截止閥24的打開時間的 下限值，其中下限值說明截止閥24的打開和閉合的動態極限，並且指出 閥值，在該閥值以下，不再保證約束打開時間與流過截止閥24的量的定 律的線性。值得觀察的是當打開時間的持續時間在下限值以下時，約束打 開時間與流過截止閥24的量的定律不再是線性的(因為其是可預測的， 所以其仍舊能夠為可補償的)，而是表現為確定絕對隨機而又不可預測的 誤差的不確定的現象。
為了控制截止閥24，電子控制單元假設流過截止閥24的燃料量直接 與截止閥24本身的打開時間的持續時間成比例(並且這樣計算作為結果 的截止閥24的打開時間的持續時間)；當打開時間的持續時間足夠長(即， 在下限值之上)時，這種假設完全正確，而當打幵時間的持續時間短(即， 在下限值以下)時，將不再考慮這種假設。為了避免在下限值以下使用截止闊24的打開時間，電子控制單元13 調節截止閥的驅動頻率，以使得截止闊24的實際打開時間總是在下限值 以上。具體地，電子控制單元13估計截止閥24的下一個打開時間，如果 截止閥24的下一個打開時間在下限值以下，電子控制單元13則減小截止 閥24的驅動頻率，使得截止閥24的實際打開時間總在下限值以上。換句 話說，如果截止閥24的下一個打開時間在下限值以下時，電子控制單元 13減小截止閥24的打開的次數，以使得在更長持續時間(即，在下限值 以上)的情況下更少打開截止閥24。
優選地，確定同步比的標稱值，並且當通過使用同步比的標稱值、截 止閥24的下一個打開時間在下限值以上時，電子控制單元13總是使用同 步比的標稱值。換句話說，電子控制單元13通常使用同步比的標稱值， 並僅當必須確保截止閥24的實際打開時間總是在下限值以上時，減小截 止閥24的驅動頻率(即，關於標稱值改變同步比)。
值得觀察的是當內燃機2空轉或處於切斷狀態時，僅發生截止閥24 的一些短打開時間。在這些條件下，共軌5內的燃料的壓力通常是低的(即， 顯著地低於發動機高速下的標準標稱值)，並且注入汽缸3內的燃料量是 低的；因此，由減小截止閥24的驅動頻率而導致的共軌5內的燃料壓力 的可能較小的誤差對內燃機2的動力實際上是不相關而且是可忽略的。相 反，更加明顯的是，通過減小截止閥24的驅動頻率的事實所確定的正效 應允許截止閥24的線性運轉，從而允許在由高壓泵6吸入並這樣供給共 軌5的燃料量內具有高精度。
換句話說，在具有導通/截止型的截止閥的注入系統中，當要求將小燃 料流量供給共軌時，截止閥必需保持打開短的打開時間，從而在非線性不 確定區內(即，在該非線性不確定區內， 一個相同的打開時間確定在不同 時刻、流過截止闊的量下的兩個不同的燃料量)工作；因此，流過截止閥 的燃料量經常明顯地不同於所期望的燃料量，從而共軌內的燃料壓力中的 誤差經常產生。相反，在上述注入系統l中，當要求將小燃料流量供給共 軌5時，截止閥24的驅動頻率被減小成截止閥24的實際打開時間總是在 下限值以上；因此，截止閥24總是在線性區內工作，並且流過截止閥24 的燃料量總是等於所期望的燃料量。在這些條件下，通過減小截止閥24的驅動頻率所確定的可能的負效應實際上是不相關的而且是可忽略的，並
且該負效應通過由流過截止閥24的燃料量中的精度所確定的正效應來極 大地平衡。
截止閥24的上述控制策略表現出許多優點，因為其允許有效(即， 用高的成功度)而又高效地(即，使用最小的資源)確保流過截止閥24 的燃料量總是等於所期望的燃料量，而且在低速發動機下或在切斷狀態 中，也如此。更進一步，截止閥24的上述控制策略在共軌注入系統中具 有成本效益，而又實施簡單，因為其相對於通常出現的那些截止閥24的 控制策略不需要安裝任何額外部件。
權利要求
1. 一種共軌型的直接注入系統(1)的控制方法，所述共軌型的直接注入系統(1)設有用於控制高壓泵(6)的流量的截止閥(24)，所述控制方法包括步驟通過所述高壓泵(6)將加壓燃料供給共軌(5)，所述高壓泵(6)通過所述截止閥(24)接收所述燃料；循環控制所述截止閥(24)的打開和閉合，以便節流由所述高壓泵(6)吸入的燃料的所述流量；以及通過改變所述截止閥(24)的打開時間的持續時間和閉合時間的持續時間調節由所述高壓泵(6)吸入的燃料的所述流量；所述控制方法的特徵在於，其進一步包括步驟確定所述截止閥(24)的所述打開時間的下限值；以及調節所述截止閥(24)的驅動頻率，以使得所述截止閥(24)的實際打開時間總是在所述下限值以上。
2. 根據權利要求l所述的控制方法，進一步包括步驟 估計所述截止閥(24)的下一個打開時間；以及 如果所述截止閥(24)的所述下一個打開時間在所述下限值以下，則減小所述截止閥(24)的所述驅動頻率，以使得所述截止閥(24)的所述 實際打開時間總是在下限值以上。
3. 根據權利要求2所述的控制方法，進一步包括步驟 通過具有對所述高壓泵(6)的泵送頻率的整數同步比的所述截止閥(24)的驅動頻率，與所述高壓泵(6)的機械致動同步地驅動所述截止 閥(24);建立所述同步比的標稱值；以及當通過使用所述同步比的所述標稱值、所述截止閥(24)的所述下一 個打開時間總是在下限值以上時，總是使用所述同步比的所述標稱值。
全文摘要
本發明公開了一種共軌型的直接注入系統(1)的控制方法，所述共軌型的直接注入系統(1)設有用於控制高壓泵(6)的流量的截止閥(24)；該控制方法包括步驟通過高壓泵(6)將加壓燃料供給共軌(5)，該高壓泵(6)通過截止閥(24)接收燃料；循環控制截止閥(24)的打開和閉合，以便節流由高壓泵(6)吸入的燃料的流量；通過改變節流閥(24)的打開時間的持續時間與閉合時間之間的比值而調節由高壓泵(6)吸入的燃料的流量；確定截止閥(24)的打開時間的下限值；以及調節截止閥(24)的驅動頻率，以使得截止閥(24)的實際打開時間總是在下限值以上。
文檔編號F02M63/00GK101418762SQ200810148999
公開日2009年4月29日 申請日期2008年9月22日 優先權日2007年9月21日
發明者加布裡埃萊·塞拉, 馬瑟奧·德塞薩爾 申請人:瑪涅蒂馬瑞利動力系統股份公司