專利名稱：燃料噴射器控制系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制系統(tǒng)和方法，尤其涉及一種用于控制燃料噴射器 的操作的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
燃料噴射發(fā)動機使用噴射器將燃料引入發(fā)動機的燃燒室。噴射器可以 是具有機械、液壓或電控制的燃料輸送的液壓或機械致動噴射器。例如， 機械致動、電子控制的燃料噴射器包括可被凸輪驅動的搖臂移動以給噴射 器的腔室內(nèi)的燃料加壓的柱塞。設置在噴射器內(nèi)的一個或多個電子設備然 后被致動，以便在一個或多個預定條件下將被加壓的燃料輸送到發(fā)動機的 燃燒室內(nèi)。
2005年2月15日授予Forck的美國專利No. 6856222 (，222專利)中 說明了機械致動、電子控制的燃料噴射器的一個示例。'222專利說明了一 種具有被彈簧偏壓、螺線管控制的溢流閥和被彈簧偏壓、螺線管控制的噴 射控制閥的燃料噴射器。溢流閥和噴射控制閥都與凸輪驅動的柱塞和閥針 的控制室相關聯(lián)。當最初凸輪強迫柱塞進入燃料噴射器的腔室時，腔室中 的燃料經(jīng)過溢流閥流到低壓排放裝置。當在柱塞在腔室內(nèi)進一步移動期間 溢流閥被電關閉時，腔室中的壓力增加。當希望噴射燃料時，噴射控制閥 被電子地移動以使控制室與該低壓排放裝置連接，從而使得閥針遠離閥座 以開始噴射。為了結束噴射，噴射控制閥斷開控制室與低壓排放裝置的連 接以使閥針返回其閥座。閥針離開其閥座的時間決定了被噴射的燃料量。
盡管，222專利的噴射器可向發(fā)動機的燃燒室內(nèi)噴射足夠的燃料，但是 其缺乏精確的噴射控制。具體的，由于噴射器與噴射器的差異以及變化的
發(fā)動機工作條件例如速度、負荷、溫度、粘度和其它已知的發(fā)動機工作條 件，基于經(jīng)過的噴射持續(xù)時間的燃料輸送控制可能缺乏可重復性和準確性。
另外，基于持續(xù)時間和通用查表實現(xiàn)噴射器控制的系統(tǒng)僅在有限的^皮;f交準 的發(fā)動機工作條件下準確，并且當燃料系統(tǒng)的組成部件磨損時會隨著時間 而喪失可重復性和精確性。
本公開的控制方法解決了一個或多個上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本公開的一個方面涉及一種用于具有曲軸的內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射 器。燃料噴射器包括往復地設置在腔室內(nèi)以給該腔室中的燃料加壓的凸輪 驅動的柱塞，具有包含至少一個孔的末端的噴嘴構件，和具有底端和末端 的閥針。閥針設置在噴嘴構件內(nèi)，并且可抵抗彈簧偏壓移動以使得加壓燃 料可流過該至少一個孔。該燃料噴射器還包括與該腔室和閥針的底端流體 連通的電子控制止回閥。該電子控制止回閥可在第一位置和第二位置之間 移動，在該第一位置該腔室與閥針的底端流體連通，在該第二位置閥針的 底端與排放裝置流體連通。燃料噴射器還包括與電子控制止回閥連通的控 制器。該控制器構造成接收與曲軸的角位置相關的預期噴射開始正時和預 期噴射量的指示?？刂破鬟€構造成確定與曲軸的角位置相對應的柱塞的位 移位置，確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電開
始(start of current)，該通電開始導致預期噴射開始正時，以及確定與在 該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電結束(end of current)，該通電結束導致預期噴射量。控制器還構造成執(zhí)行所確定的該 電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
本公開的另一個方面涉及一種操作用于具有曲軸的內(nèi)燃發(fā)動機的燃料 噴射器的方法。該方法包括利用凸輪系統(tǒng)驅動腔室中的柱塞以便為燃料加 壓，并將加壓燃料引到噴嘴構件的至少一個孔以及設置在該噴嘴構件內(nèi)的 閥針的底端。該方法還包括接收與曲軸的角位置相關的預期噴射開始正時 和預期噴射量的指示。該方法還包括電子地移動止回閥以便從閥針的底端
排出加壓燃料，以使得加壓燃料在預期噴射正時以預期噴射量流過該至少 一個孔。電子地移動該止回閥包括確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該 電子控制止回閥的通電開始，該通電開始導致預期噴射開始正時，確定與 在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電結束，該通電結束 導致預期噴射量，以及執(zhí)行所確定的該電子控制止回閥的通電開始和通電 結束。


圖l是所公開的示例性燃料系統(tǒng)的示意性簡圖2是用于圖1的燃料系統(tǒng)的所公開的示例性燃料噴射器的局部剖視
圖3A-3E是圖2的燃料噴射器的線路圖；以及
圖4是示出操作圖2的燃料噴射器的示例性方法的流程圖。
具體實施例方式
圖1示出發(fā)動機10和燃料系統(tǒng)12的示例性實施例。為了本公開的目 的，發(fā)動機10被示出和描述為四沖程柴油發(fā)動機。但是，本領域技術人員 應認識到，發(fā)動機10可以是任何其它類型的內(nèi)燃發(fā)動機，例如汽油發(fā)動機 或氣體燃料動力發(fā)動機。發(fā)動機10可包括限定了多個氣缸16、可滑動地 設置在每個氣缸16內(nèi)的活塞18，和與每個氣缸16相關聯(lián)的氣缸蓋20的 發(fā)動機缸體14。
氣缸16、活塞18和氣缸蓋20可形成燃燒室22。在所示實施例中，發(fā) 動機10包括六個燃燒室22。但是，可想到，發(fā)動機10可包括數(shù)量更多或 更少的燃燒室22，并且燃燒室22可設置成"直列式"構造、"V"構造或 任何其它合適的構造。
還如圖1所示，發(fā)動機10可包括可旋轉地設置在發(fā)動機缸體14內(nèi)的 曲軸24。連桿26可將每個活塞18連接到曲軸24，以便每個氣缸16內(nèi)的 活塞18的滑動運動導致曲軸24旋轉。類似的，曲軸24的旋轉可導致活塞
18進4于滑動運動。
燃料系統(tǒng)12可包括相協(xié)作以將加壓燃料的噴射物輸送到每個燃燒室 22內(nèi)的組成部件。特別地，燃料系統(tǒng)12可包括構造成保持燃料源的箱28, 構造成為燃料加壓并通過歧管34將加壓燃料引到多個燃料噴射器32的燃 料泵送裝置30,以及控制系統(tǒng)35。
燃料泵送裝置30可包括用于增加燃料的壓力并將一個或多個加壓燃 料流引到歧管34的一個或多個泵送設備。在一個示例中，燃料泵送裝置 30包括低壓源36。低壓源36可以是構造成經(jīng)由燃料管路42向歧管34提 供低壓供給的傳送泵。止回閥44可設置在燃料管路42內(nèi)以提供從燃料泵 送裝置30到歧管34的單向燃料流。可想到，燃料泵送裝置30可包括除了 上文列出的以外的附加的和/或不同的組成部件，例如與低壓源36串聯(lián)i殳 置的高壓源。
低壓源36可操作地連接到發(fā)動機10并且被曲軸24驅動。低壓源36 可以通過本領域技術人員顯而易見的任何方式與曲軸24連接，其中曲軸 24的旋轉將導致泵驅動軸進行相應的旋轉。例如，低壓源36的泵驅動軸 46在圖1內(nèi)示出為通過齒輪系48連接到曲軸24。但是，可想到，低壓源 36可選擇地通過電、液壓、氣動或任何其它合適的方式被驅動。
燃料噴射器32可設置在氣缸蓋20內(nèi)并通過多個燃料管路50連接到歧 管34。每個燃料噴射器32可操作以按預定的正時、燃料壓力和數(shù)量將一 定量的加壓燃料噴射到相關聯(lián)的燃燒室22內(nèi)。燃料噴射到燃燒室22內(nèi)的 正時可與活塞18的運動同步。例如，可在活塞18接近壓縮沖程內(nèi)的上止 點位置時噴射燃料以使得被噴射的燃料進行壓縮點火燃燒?？蛇x擇地，可 在活塞18開始朝上止點位置前進的壓縮沖程時噴射燃料以便進行均質進 料壓縮點火操作。還可在活塞18在膨脹沖程期間從上止點位置朝下止點位 置移動時噴射燃料以實現(xiàn)較遲的后噴射，以生成用于后處理再生的還原氣 氛。為了完成這些特定噴射事件，發(fā)動機10可請求控制系統(tǒng)35以特定的 噴射開始(SOI)正時、特定的噴射開始壓力、特定的噴射結束(EOI)正 時噴射燃料，和/或可請求特定的燃料噴射量。
控制系統(tǒng)35可響應于一個或多個輸入控制每個燃料噴射器32的操作。 具體的，控制系統(tǒng)35可包括控制器53，該控制器通過多個通信線路51與 燃料噴射器32通信并且通過通信線路59與傳感器57通信?？刂破?3可 構造成通過基于來自傳感器57的輸入向每個燃料噴射器32施加確定的電 流波形或確定的電流波形序列來控制燃料噴射正時、壓力和數(shù)量。
通過經(jīng)由傳感器57監(jiān)控曲軸24的角位置可有助于所施加的電流波形 或波形序列的正時。具體的，傳感器57可以是構造成感測曲軸24的角位 置、速度和/或加速度的電磁式拾波器類型的傳感器。由被感測的曲軸24 的角度信息和已知的幾何關系，控制器53能夠計算燃料噴射器32的被曲 軸24可操作地驅動的一個或多個組成部件的位置，從而根據(jù)計算出的位置 控制噴射正時、壓力和數(shù)量。
控制器53可以是包含用于控制燃料噴射器32的操作的裝置的單個微 處理器或多個微處理器。多種市場上可買到的微處理器可設置成用于實現(xiàn) 控制器53的功能。應理解，控制器53可容易地體現(xiàn)為能夠控制多種工作 機或發(fā)動機功能的通用工作機或發(fā)動機微處理器?？刂破?3可包括運行應 用程序所需的所有組成部件，例如存儲器、輔助存儲器和處理器例如中央 處理單元，或用于控制燃料噴射器32的本領域內(nèi)已知的任何其它裝置。多 種其它的已知電路可與控制器53相關聯(lián)，包括供電電路、信號調(diào)整電路、 螺線管驅動器電路、通信電路和其它合適的電路。
如圖2所示，每個燃料噴射器32可以是機械控制泵類型的單元燃料噴 射器。特別地，每個燃料噴射器可被凸輪裝置52驅動以選擇性地將燃料噴 射器32內(nèi)的燃料加壓到預期壓力級。凸輪裝置52可包括凸輪54，該凸輪 可操作地連接到曲軸24，從而曲軸24的旋轉導致凸輪54相應地旋轉。例 如，凸輪裝置52可通過齒輪系(未示出)、通過鏈與鏈輪裝置(未示出) 或以任何其它合適的方式與曲軸24連接。如下文將更詳細地說明的，在凸 輪54旋轉期間，凸輪54的凸角56可經(jīng)由樞轉搖臂58周期性地驅動燃料 噴射器32的泵送行為。可想到，燃料噴射器32的泵送行為可選擇地可被 凸角56直接驅動而不使用搖臂58，或者可在搖臂58和燃料噴射器32之
間設置推桿(未示出)。
燃料噴射器32可包括響應于凸輪裝置52的驅動運動而相互作用以對 燃料加壓并將燃料噴射到發(fā)動機10的燃燒室22內(nèi)的多個組成部件。具體 地，每個燃料噴射器32可包括具有噴嘴部分62的噴射器體部60，設置在 噴射器體部60的腔室74內(nèi)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，第一電致動器64，直接動作校 驗(direct operated check) (DOC)閥80， DOC彈簧82，以及第二電致 動器66?？上氲剑剂蠂娚淦?2內(nèi)可包括附加的或不同的組成部件例如 節(jié)流孔、壓力平衡通道、蓄能器或本領域內(nèi)已知的其它噴射器組成部件。
噴射器體部60可以是構造成用于組裝在氣缸蓋20內(nèi)并且具有一條或 多條通道的大致為圓筒形的構件。特別地，噴射器體部60可包括構造成接 納柱塞72的腔室74,構造成接納DOC閥80的腔室84，構造成接納溢流 閥68的腔室86，和控制室卯。噴射器體部60還可包括分別經(jīng)由流體通道 92、 94、 96和98與腔室86、 74、 84，控制室90和噴嘴部分62連通的燃 料供給/返回管路88。控制室卯可與閥針76直接連通，并且選擇性地排出 或被供給加壓燃料以影響閥針76的運動?？上氲?，噴射器體部60可選擇 地可以是具有一個或多個殼體構件、 一個或多個導向構件以及任何其它合 適數(shù)量和/或類型的結構構件的多構件的元件。
類似地，噴嘴部分62可以是具有中心腔室100和壓力室102的圓筒形 構件。中心腔室100可構造成接納閥針76。壓力室102可在希望發(fā)生噴射 事件之前保持從流體通道98提供的加壓燃料。噴嘴部分62還可包括一個 或多個孔104以使得加壓燃料可從壓力室102通過中心腔室100流入發(fā)動 機10的燃燒室22。
柱塞72可滑動地設置在腔室74內(nèi)，并且可被搖臂58移動以對腔室 74內(nèi)的燃料加壓。特別地，當凸角56使搖臂58圍繞樞轉點108樞轉時， 搖臂58的與凸角56相對的端部會^iM主塞彈簧75的偏壓將柱塞72推入 腔室74,從而移動腔室74內(nèi)的燃料和對該燃料加壓。凈皮柱塞72加壓的燃 料可通過流體通道92-98 ^皮選擇性地引到溢流閥68、 DOC閥80、控制室
卯、供給/返回管路88和與閥針76相關聯(lián)的壓力室102。當凸角56旋轉離 開搖臂58時，柱塞彈簧75可使柱塞72向上離開腔室74返回，從而將燃 料抽回腔室74內(nèi)。
閥針76可以是滑動地設置在噴嘴部分62的中心腔室100內(nèi)的細長圓 筒形構件。閥針76可在第一位置和第二位置之間沿軸向移動，在該第一位 置閥針76的末端阻止燃料流過孔104，在該第二位置孔104打開以4吏得燃 料可流入燃燒室22?？上氲?，閥針76可以是具有針構件和活塞構件的多 構件元件，或者是單個一體式元件。
閥針76可具有多個驅動液壓表面。例如，閥針76可包括位于閥針76 的底端的液壓表面105，當被加壓燃料作用于其上時該液壓表面利用岡針 彈簧的偏壓朝孔阻塞位置驅動閥針76。閥針76還可包括液壓表面106,當 被加壓燃料作用于其上時該液壓表面106抵抗閥針彈簧的偏壓以沿相反方 向朝第二或孔打開位置驅動閥針76。當兩個液壓表面105和106暴露在基 本相同的流體壓力下時，閥針彈簧施加在閥針76上的力可足以將閥針76
移動到并保持在孔阻塞位置。
溢流閥68可設置在流體通道92和94之間，并構造成選擇性地使從腔 室74排出的燃料可通過流體通道92流入到供給/返回管路88,在該管路 88處加壓流體可離開燃料噴射器32。特別地，溢流閥68可包括連接到第 一電致動器64的閥芯110。閥芯llO可具有直徑擴大區(qū)域llOa，該區(qū)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流到流體通道92。 區(qū)域110a離開閥座112的運動4吏得加壓燃料可從流體通道94流到流體通 道92并經(jīng)由供給/返回管路88離開燃料噴射器32。當從腔室74中排出的 燃料可經(jīng)由供給/返回管路88離開燃料噴射器32時，由柱塞72的向內(nèi)位 移導致的燃料噴射器32內(nèi)的壓力增加可最小。但是，當燃料與供給/返回 管路88阻隔開時，燃料從腔室74中排出可導致燃料噴射器32內(nèi)的壓力增 加到大約30000psi。溢流閥彈簧70可被安置成用于朝通流位置偏壓溢流閥 68。
第一電致動器64可包括用于控制溢流閥68的運動的螺線管114和電
樞116。具體地，螺線管114可包括具有合適形狀的線圏，電流可流過該 線圏以建立磁場，從而當被通電時電樞116可被朝螺線管114吸引。電樞 116可固定地連接到閥芯110，以4氐抗溢流閥彈簧70的偏壓而移動閥芯110 的區(qū)域110a并使該區(qū)域接合閥座112。
DOC閥80可設置在流體通道98和控制室90之間，并且構造成選擇 性地阻止從腔室74排出的燃料流到控制室卯，從而有助于通過孔104進 行燃料噴射。特別地，DOC閥80可包括連接到第二電致動器66的閥芯 118。閥芯118可具有直徑擴大的區(qū)域118a,該區(qū)域118a可與閥座120接 合以選擇性地阻止加壓燃料從控制室90流出。當來自流體通道98的加壓 燃料被與控制室卯阻隔開時，會在閥針76上產(chǎn)生力的不平衡，這會使得 閥針76抵抗彈簧偏壓朝通流位置移動。區(qū)域118a脫離閥座120可使得加 壓燃料從流體通道98流入控制室90,加壓流體的流入從而〗吏閥4十76返回 噴射阻塞位置。DOC彈簧82可^皮安置成用于朝通流位置偏壓DOC閥80。
第二電致動器66可包括用于控制DOC閥80的運動的螺線管122和 電樞124。具體地，螺線管122可包括具有合適形狀的線圏，電流可流過 該線圏以建立磁場，從而當^皮通電時電樞124可^皮朝螺線管122吸引。電 樞124可固定地連接到閥芯118，以抵抗DOC彈簧82的偏壓而移動閥芯 118的區(qū)域118a并使該區(qū)域接合閥座120。
在使用時，從圖3A所示的位置開始，當?shù)谝缓偷诙娭聞悠?4、 66 被斷電時燃料噴射器32可填充燃料。具體地，當凸角56旋轉離開搖臂58 時，柱塞彈簧75可推動柱塞72向上離開腔室74。柱塞72離開腔室74的 向外運動可發(fā)生作用以〗更經(jīng)由流體通道92、纟皮斷電的溢流閥68和流體通 道94將燃料從供給/返回管路88抽入腔室74。在燃料噴射器32的填充操 作期間，由作用于閥針76的液壓表面上的流體壓力導致的力可被基本平 衡，這使得閥針彈簧可保持閥針76處于孔阻塞位置。
為了給燃料噴射器32內(nèi)的燃料加壓，凸角56可旋轉到與搖臂58接合 以驅動柱塞72進入腔室74，從而從腔室74中排出燃料。如果溢流閥68 的閥芯IIO保持位于圖3A的斷電的通流位置，則由柱塞72排出的燃料可
通過流體通道94和92回流以便經(jīng)由供給/返回管路88離開燃料噴射器32， 而壓力不會有很大的增加。但是，如果如圖3B所示，在柱塞72向內(nèi)移動 期間溢流閥的閥芯110移動到通電的阻流位置，則可阻止從腔室74中排出 的燃料離開燃料噴射器32，從而使燃料噴射器32內(nèi)的壓力與柱塞72的位 移成比例地增加。為了防止在燃料噴射器32內(nèi)的燃料加壓期間發(fā)生噴射， DOC閥80的閥芯118可保持在斷電的通流位置，以使得作用于液壓表面 106上的壓力的增加抵消作用于液壓表面105上的壓力的增加，從而使得 閥針彈簧可將閥針76保持在孔阻塞位置。
當希望進行噴射時，如圖3C所示，可使第二電致動器66通電以拉動 DOC閥80的閥芯118使該閥芯結合閥座120。在此通電狀態(tài)下，被柱塞 72的向內(nèi)運動加壓的燃料可與液壓表面106阻隔開，但是可保持接觸液壓 表面105。在閥芯118移動到阻流位置以后，控制室卯內(nèi)的燃料的壓力低 于作用于液壓表面105的燃料的壓力。由閥針76的液壓表面上的壓差引起 的力的不平衡可發(fā)生作用以便抵抗閥針彈簧的偏壓移動閥針76，從而打開 孔104并開始將加壓燃料噴射到燃燒室22內(nèi)。閥針76移動離開孔104的 時刻可與燃料噴射器32的噴射開始正時一致。在閥芯110已經(jīng)移動到阻流 位置之后并且在DOC閥80的閥芯118已經(jīng)移動到阻流位置之前發(fā)生的柱 塞72的位移對應于在噴射開始時的燃料的壓力。
為了結束噴射，如圖3D所示，可使第二電致動器66斷電以〗吏得DOC 閥80的閥芯118在DOC彈簧82的偏壓下返回通流位置。當閥芯118移 動到斷電的通流位置時，高壓燃料可被重新引入控制室90,從而使得閥針 彈簧將閥針76推到阻流位置。當閥針76到達孔阻塞位置時，向燃燒室22 內(nèi)的燃料噴射結束。在閥針76已經(jīng)移動到通流位置之后并且在閥針76返 回阻流位置之前發(fā)生的柱塞72的位移可對應于被噴射到燃燒室20內(nèi)的燃 料量。閥針76返回孔阻塞位置的時刻可與燃料噴射器32的EOI正時一致。 EOI壓力可根據(jù)柱塞速度和孔104的開口面積而變化。
如圖3E所示，幾乎就在閥芯118移動到通流位置之后，閥芯110可 同樣地移動到通流位置以釋放燃料噴射器32內(nèi)的燃料的壓力，并減小低壓 源36上的負荷?？上氲剑绻Ｍ哂刑囟ǖ膰娚浣Y束壓力，則可在閥芯 118移動到通流位置之前在預定的柱塞位移距離處使閥芯110移動到通流 位置，以改變(即，減小)通過孔104排放的燃料的壓力。
時滯可與溢流閥68、 DOC閥80和閥針76中的每一個相關聯(lián)，并存 在于電流被提供給螺線管114和122的線圏或從該線圏中除去的時刻與相 應閥芯實際上開始移動或到達它們的完全閉合或打開位置的時刻之間。控 制器53可構造成在閉合或打開溢流閥68和DOC閥80時確定并施加考慮 到這種延時的延時補償。
圖4示出操作燃料噴射器32的示例性方法。下文將詳細說明圖4。
工業(yè)應用性
本公開的燃料噴射器和控制系統(tǒng)在多種發(fā)動機類型包括例如柴油發(fā)動 機、汽油發(fā)動機和氣體燃料動力發(fā)動機內(nèi)具有廣泛應用。所公開的燃料噴 射器和控制系統(tǒng)可在以下任何發(fā)動機內(nèi)實現(xiàn)其中穩(wěn)定的、準確的燃料噴 射器性能和效率很重要。現(xiàn)在將說明控制系統(tǒng)35的操作。
如圖4內(nèi)的流程圖所示，被控制的噴射事件可通過首先接收預期噴射 開始(SOI)正時、預期噴射量、預期SOI壓力和/或預期噴射結束(EOI) 壓力的指示開始(步驟200)。例如，發(fā)動機10可請求對應于燃燒室22 內(nèi)的活塞18的特定位置的SOI。類似的，發(fā)動機10可請求特定的燃料量、 SOI壓力和/或EOI壓力。這些被請求的(例如，預期的)噴射特性可被控 制器53接收以便為噴射作準備。
在接收到預期燃料噴射特性之后，控制器53可為第二電致動器66確 定通電開始(SOC )，該SOC將使DOC閥80的閥芯118移動到閉合位 置并在預期SOI正時開始噴射(步驟202 )。如上所述，DOC閥80的閥 芯118朝通電的阻流位置的運動會導致閥針76朝孔打開位置移動，從而開 始將燃料噴射到燃燒室22內(nèi)。控制器53可通過用與DOC閥80和閥針76 相關聯(lián)的系統(tǒng)延時補償預期SOI來確定SOC。由于柱塞72的移動與曲軸 24的角位置直接相關，所以SOI和SOC可才艮據(jù)曲軸24的角位置和/或柱 塞72在腔室74內(nèi)的位移位置而被接收、確定和表示。
在確定了第二電致動器66的SOC之后，控制器53可為與溢流閥68 相關聯(lián)的第一電致動器64確定SOC，該SOC導致在SOI的預期壓力(步 驟204)。如上所述，在閥芯110已經(jīng)移動到阻流位置之后并且在閥芯118 已經(jīng)移動到阻流位置之前柱塞72在腔室74的位移量與在SOI的壓力相對 應?？衫们S24的角位置、柱塞72的沖程長度和面積、和/或柱塞72 在腔室74內(nèi)的位移位置之間的幾何關系對控制器53編程。從這些幾何關 系和預期SOI，控制器53可根據(jù)曲軸角和/或柱塞72的位移計算第一電致 動器64的SOC。當柱塞72移動經(jīng)過SOC和SOI之間的位移時，在閥針 76移動以將加壓燃料噴射到燃燒室22內(nèi)之前，從腔室74中排出的燃料的 壓力可增加到預期SOI壓力?？刂破?3還可被構造成當確定笫一電致動 器64的SOC時考慮到與溢流閥68相關聯(lián)的延時。
在為與溢流閥68和DOC閥80相關聯(lián)的第一和第二電致動器64、 66 確定SOC之后，控制器53可經(jīng)由傳感器57監(jiān)測曲軸24的角位置，并使 第一和第二電致動器64、 66通電以便在計算出的角度或位移SOC正時閉 合溢流閥68和DOC閥80 (步驟206， 208 )。在閉合溢流閥68之后，柱 塞72移動通過所確定的位移將使燃料噴射器32內(nèi)的燃料的壓力增加到該 預期SOI壓力。在柱塞72已經(jīng)到達所確定的位移位置(或者曲軸24已經(jīng) 旋轉經(jīng)過所確定的曲軸角)時，DOC閥80可閉合以在預期SOI正時開始 將燃料噴射到燃燒室22內(nèi)。
控制器53可確定與預期燃料噴射量相對應的EOI正時。利用上述幾 何關系，控制器53可計算出在SOI之后為了推動預期燃料量通過孔104 曲軸24必須轉過的角度和/或柱塞72必須移動通過的位移。然后控制器53 可計算通電結束(EOC),該EOC考慮了與DOC閥80相關聯(lián)的延時， 從而在預定的EOI正時結束噴射時，已經(jīng)向燃燒室22內(nèi)噴射了合適的燃 料量(步驟210)。
燃料噴射器32可在同一噴射事件期間噴射多個射流。具體的，在DOC 閥80的閥芯118移動到打開位置以停止通過孔104噴射燃料之前，并且在 溢流閥68的閥芯IIO保持處于阻流狀態(tài)的同時，控制器53可確定在同一
噴射事件中是否已經(jīng)請求后續(xù)射流(步驟212)。確定是否已經(jīng)請求多個 射流的步驟可選擇地可在重新打開溢流閥68之前的任何時刻執(zhí)行。如果已 經(jīng)請求后續(xù)射流，則控制器53可執(zhí)行所確定的第二電致動器66的EOC 以打開DOC閥80 (步驟214 ),為第二電致動器66計算啟動后續(xù)射流噴 射的SOC(步驟216),啟動計算出的SOC以閉合DOC閥80并開始噴 射后續(xù)射流(步驟208)，并為第二電致動器66計算出結束后續(xù)射流噴射 的EOC (步驟210) 。 SOI可從發(fā)動機10被接收到或者可被計算出以便 基于柱塞72在腔室74內(nèi)的位移位置產(chǎn)生預期壓力。對于單個噴射事件內(nèi) 的后續(xù)射流，由于溢流閥68的閥芯110已經(jīng)位于阻流位置，所以只可能存 在預期噴射開始正時和預期噴射開始壓力中的一個?？筛鶕?jù)與DOC閥80 的閥芯118移動到閉合位置相關聯(lián)的系統(tǒng)延時確定SOC?？筛鶕?jù)預期噴射 量以及柱塞72的對應的位移確定EOI?？纱_定考慮到閥芯118移動到打開 位置的延時的EOC?？刂破?3可以為后續(xù)射流啟動SOC和執(zhí)行EOC(步 驟208， 214)并以此方式繼續(xù)操作，直到單個噴射事件中的所有預期的后 續(xù)射流已經(jīng)被噴射，或者直到活塞72已經(jīng)在腔室74內(nèi)到達其全部沖程。
如果不希望噴射后續(xù)射流，則控制器53可確定是否已經(jīng)請求特定的 EOI壓力，并根據(jù)確定結果執(zhí)行不同操作(步驟218)。特別地，如果沒 有請求預期EOI壓力，則控制器53可通過在計算出的EOC正時終止向第 二電致動器66提供電流來結束噴射(步驟220),從而DOC閥80的閥芯 118及時地移動到打開位置以便閥針76在EOI正時阻塞孔104。在此情況 下，EOI壓力沒有被特別控制，而是依賴于柱塞72的位移速度和孔104 的面積。就在執(zhí)行第二電致動器66的EOC之后，控制器53可立即執(zhí)行 第一電致動器64的EOC以將溢流閥68的閥芯110移動到打開位置，并 釋放燃料噴射器32內(nèi)的壓力(步驟222)。
但是，如果已經(jīng)請求特定的EOI壓力，則可計算出導致預期EOI壓 力的溢流閥68的閥芯110的EOC (步驟224)。具體的，如果希望具有 特定的EOI壓力，則在執(zhí)行所確定的與DOC閥80的打開和預期EOI相 關聯(lián)的EOC之前，可將溢流閥68的閥芯110移動到打開或通流位置以減
小燃料噴射器32內(nèi)的噴射壓力(步驟226)。在此情況下，可在EOI之前 改變(例如，減小)祐:推動通過孔104的燃料的壓力?？刂破?3可通過相 應地調(diào)節(jié)EOC再次對與第一電致動器64和溢流閥68相關聯(lián)的延時予以 考慮。在執(zhí)行與第一電致動器64和溢流閥68相關聯(lián)的EOC之后，控制 器54可執(zhí)行為DOC閥80確定的EOC，以便在確定的EOI結束向燃燒室 22內(nèi)噴射燃料(步驟228 )。
由于控制器53可基于已知的幾何關系和被監(jiān)測的部件位置而不是持 續(xù)時間和通用的查表來計算和執(zhí)行SOC和EOC，所以可提高燃料噴射事 件的準確性和可重復性。具體的，由于幾何關系和被監(jiān)測的部件位置在發(fā) 動機10的任何給定操作條件下都保持真實，所以上文所述的用于確定和執(zhí) 行SOC和EOC的方法可重復地產(chǎn)生準確的結果。
本領域技術人員顯而易見的是，可對本公開的燃料噴射器和控制系統(tǒng) 作出多種修改和變型而不會背離本發(fā)明的范圍。通過考慮文中公開的燃料 噴射器和控制系統(tǒng)的說明和實踐，其它實施例對于本領域技術人員將是顯 而易見的。上述說明和示例僅應被認為是示例性的，本發(fā)明的實際范圍由 下面的權利要求以及它們的等同物給出。
權利要求
1.一種用于具有曲軸(24)的內(nèi)燃發(fā)動機(10)的燃料噴射器(32)，包括往復地設置在腔室(74)內(nèi)以對該腔室內(nèi)的燃料加壓的凸輪驅動的柱塞(72)；具有包含至少一個孔(104)的末端的噴嘴構件(62)；具有底端(106)和末端的閥針(76)，該閥針設置在噴嘴構件內(nèi)，并且可抵抗彈簧偏壓移動以使加壓燃料可流過該至少一個孔；與該腔室和閥針的底端流體連通的電子控制止回閥(80)，該電子控制止回閥具有可在第一位置和第二位置之間移動的閥芯(118)，在該第一位置該腔室與閥針的底端流體連通，在該第二位置閥針的底端與排放裝置(88)流體連通；以及與該電子控制止回閥連通的控制器(53)，該控制器構造成接收與曲軸的角位置有關的預期噴射開始正時和預期噴射量的指示；確定與曲軸的角位置相對應的柱塞的位移位置；確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電開始，該通電開始導致預期噴射開始正時；確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電結束，該通電結束導致預期噴射量；并且執(zhí)行所確定的該電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
2. 根據(jù)權利要求1的燃料噴射器，其特征在于，還包括電子控制溢流閥(68)，該電子控制溢流閥與所述腔室相關聯(lián)并且具 有可移動以選擇性地將該腔室連接到排放裝置(88 )的閥芯(110)， 其中所述控制器還構造成接收預期噴射開始壓力的指示；基于該預期噴射開始壓力、該預期噴射開始正時和在該腔室內(nèi)的柱塞位移，確定該電子控制溢流閥的通電開始； 啟動所確定的該電子控制溢流閥的通電開始。
3. 根據(jù)權利要求2的燃料噴射器，其特征在于，在所確定的 該電子控制止回閥的通電開始之前，啟動所確定的該電子控制溢 流閥的通電開始。
4. 根據(jù)權利要求2的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器 還構造成接收預期噴射結束壓力的指示；基于所確定的該電子控制止回閥的通電結束、預期噴射結束 壓力和所述腔室內(nèi)的柱塞位移，確定該電子控制溢流閥的通電結 束；以及執(zhí)行所確定的該電子控制溢流岡的通電結束。
5. 根據(jù)權利要求4的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器 還構造成接收多射流噴射事件的指示；接收該多射流噴射事件中的后續(xù)噴射的預期噴射開始正時的 指示；接收該后續(xù)噴射的預期燃料量的指示；確定與所述腔室內(nèi)的柱塞位移有關的電子控制止回閥的通電 開始，該通電開始導致后續(xù)噴射的預期噴射開始正時；確定與所述腔室內(nèi)的柱塞位移有關的電子控制止回閥的通電 結束，該通電結束導致后續(xù)噴射的預期噴射量；以及在執(zhí)行所確定的電子控制溢流閥的通電結束之前，執(zhí)行用于 后續(xù)噴射的所確定的電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
6. 根據(jù)權利要求4的燃料噴射器，其特征在于，所述控制器 還構造成接收多射流噴射事件的指示；接收該多射流噴射事件中的后續(xù)噴射的預期壓力的指示； 接收后續(xù)噴射的預期噴射量的指示；確定與在所述腔室內(nèi)的柱塞位移有關的電子控制止回閥的通 電開始，該通電開始導致后續(xù)噴射的預期壓力；確定與在所述腔室內(nèi)的柱塞位移有關的電子控制止回閥的通 電結束，該通電結束導致后續(xù)噴射的預期燃料量；以及在執(zhí)行所確定的電子控制溢流閥的通電結束之前，執(zhí)行用于 后續(xù)噴射的所確定的該電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
7. —種操作用于具有曲軸(24)的內(nèi)燃發(fā)動機(10)的燃料 噴射器(32)的方法，該方法包括利用凸輪系統(tǒng)驅動在腔室(74)內(nèi)的柱塞(72)以便對燃料 加壓；將加壓燃料引到噴嘴構件(62)的至少一個孔(104)以及設 置在該噴嘴構件內(nèi)的閥針(76)的底端(106);接收與曲軸的角位置有關的預期噴射開始正時和預期噴射量 的指示；以及電子地移動止回閥(80)的閥芯(118)以1更從閥針的底端排 出加壓燃料，以使加壓燃料在預期噴射開始正時以預期噴射量流 過該至少一個孔，其中該移動步驟包括確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通 電開始，該通電開始導致預期噴射開始正時；確定與在該腔室內(nèi)的柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通 電結束，該通電結束導致預期噴射量；并且執(zhí)行所確定的該電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
8. 根據(jù)權利要求10的方法，其特征在于，還包括移動與所 述腔室相關聯(lián)的電子控制溢流閥(68)的閥芯(110)以便選擇性 地使該腔室連接到排放裝置，其中該移動步驟包括接收預期噴射開始壓力的指示；基于該預期噴射開始壓力、該預期噴射正時和在該腔室內(nèi)的柱塞位移，確定該電子控制溢流閥的通電開始；以及 啟動所確定的該電子控制溢流閥的通電開始。
9. 根據(jù)權利要求ll的方法，其特征在于，還包括 接收預期噴射結束壓力的指示；基于所確定的該電子控制止回閥的通電結束和預期噴射結束 壓力，確定該電子控制溢流閥的通電結束；以及 執(zhí)行所確定的該電子控制溢流閥的通電結束。
10. —種內(nèi)燃發(fā)動機(10 ),包括 具有至少一個燃燒室(22)的發(fā)動機缸體(14); 可旋轉地設置在該發(fā)送機組內(nèi)的曲軸(24);以及 構造成在預期正時向該至少一個燃燒室內(nèi)噴射預期數(shù)量的加壓燃料的根據(jù)權利要求1-6中任一項的燃料噴射器(32)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于內(nèi)燃發(fā)動機(10)的燃料噴射器(32)。該燃料噴射器具有柱塞(72)，電子控制止回閥(80)，以及與該電子控制止回閥連通的控制器(53)。該控制器構造成接收與發(fā)動機的曲軸(24)的角位置相關的預期噴射開始正時和預期噴射量的指示。該控制器還構造成基于曲軸的角位置確定柱塞的位移；確定與柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電開始，該通電開始導致預期噴射開始正時，以及確定與柱塞位移有關的該電子控制止回閥的通電結束，該通電結束導致預期噴射量。該控制器還構造成執(zhí)行所確定的該電子控制止回閥的通電開始和通電結束。
文檔編號F02M57/02GK101189425SQ200680019367
公開日2008年5月28日 申請日期2006年4月20日 優(yōu)先權日2005年5月31日
發(fā)明者D·李, R·?？? T·巴恩斯 申請人:卡特彼勒公司