CN101349230A - 用于在共轨燃料供给系统中的过压阀的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于共轨燃料供给系统(1)中的过压阀(12)的控制方法，所述方法包括下列阶段：通过高压泵(6)将加压燃料释放至配备有过压阀(12)的共轨(5)中，所述过压阀(12)被设置成当所述共轨(5)内部的燃料压力超过安全值(p安全)时，将存在于共轨(5)中的燃料排放到排放管线(11)中；在诊断试验过程中，为了触发所述过压阀(12)的操作，控制高压泵(6)，以使共轨(5)内部的燃料压力增加至超过安全值(p安全)；在诊断试验过程中，确定高压泵(6)的流量(mHP)和/或共轨(5)内部的燃料压力；将诊断试验过程中的高压泵(6)的流量(mHP)和/或共轨(5)内部的燃料压力与相应的阈值(m试验和p试验)比较。

Description

用于在共轨燃料供给系统中的过压阀的控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于在共轨(common-rail)燃料供给系统中的过压阀的控制方法。
背景技术
在目前的共轨直接喷射燃料系统中，低压泵将燃料从储箱供给到高压泵中，所述高压泵转而将燃料供给到共轨中。一系列喷射器(每一个发动机气缸有一个)与共轨连接，所述一系列喷射器被循环控制以将共轨中的增压燃料的一部分喷射到相应气缸内部。为了正确的燃烧，重要的是共轨内部的燃料的压力水平应当总是被保持在通常作为曲柄角的函数而变化的期望值。
为了保持在共轨内部的燃料的压力值等于期望值，已经提出将高压泵的大小设计成在所有操作条件下，将超过有效消耗量的燃料量供应给共轨；电动机械调压器与共轨连接，该电动机械调压器通过将过量燃料排放到回流管线，该回流管线再把这种过量的燃料喷射在低压泵的上游，从而将共轨内部的燃料的压力水平保持等于期望值。这种类型的喷射系统具有几个缺点，因为高压泵的大小必需被设计成将比最大可能的消耗量略微过量的燃料供给共轨；然而，这种最大可能的消耗量的条件发生得相当少，并且在所有其它剩余的运行条件下，通过高压泵供给到共轨中的燃料的量远大于实际的消耗量，因此必需通过调压器将这种燃料的相当大一部分排放到回流管线中。通过高压泵泵送随后由调压器排放的燃料所做的功是“无用”功，因此，这种喷射系统具有很低的能量效率。而且，这种喷射系统趋向于使燃料过热，原因是在通过调压器将过量燃料排放到回流管线中时，这种燃料从很高的压力传递到基本上环境压力下，并且由于这种压力泵的效应，该燃料加热。
为了解决上述问题，已经提出一种流量可变的高压泵，该高压泵能够仅以保持共轨内部的燃料压力等于期望值所必需的燃料量供给共轨。
例如，专利申请EP0481964A1描述了一种配备有电磁致动器的高压泵，所述电磁致动器能够通过改变在高压泵本身上的进给阀的闭合瞬间而时刻(moment by moment)改变高压泵的流量。换句话说，通过改变高压泵本身的进给阀的闭合瞬间而改变高压泵的流量；具体地，通过延迟进给阀的闭合瞬间来降低流量，并且通过将进给阀的闭合瞬间提前来提高流量。
专利US6116870A1给出了流量可变的高压泵的另一个实例。US6116870A1所描述的高压泵包括：配备有在气缸内部往复运动的活塞的气缸；进口管线；与共轨连接的进料管线；能够允许燃料流入气缸内的进给阀；与进料管线连接并且能够允许只有燃料流入流出气缸的单向排放阀；以及调节装置，其连接进给阀，以在活塞的压缩阶段过程中保持进给阀张开，因此容许燃料通过进口管线流入流出气缸。进给阀包括可以沿着进口管线移动的阀体和阀座，该阀座适合与阀体啮合以形成流体密封，并且位于与气缸连通端相对的进口管线端。调节装置包括控制元件，该控制元件连接到阀体上，并且可在容许阀体以流体密封的方式啮合阀座的被动位置和不容许阀体以流体密封的方式啮合阀座的主动位置之间移动；控制元件与电磁致动器连接，该电磁致动器能够在被动位置和主动位置之间移动控制元件。
在流量可变的高压泵产生(机械的、电或电子的)故障的情况下，相同的流量可变的高压泵能够供给比共轨所需的量大得多的燃料，从而导致共轨内部的燃料压力的快速增加；一旦检测到在高压泵上的这种故障的情况，立即关闭低压泵以中断燃料到高压泵的流动，因此阻止共轨内部的燃料压力的失控升高。然而，关闭低压泵具有稍微延迟的效应(等于高压泵中的几个泵送循环)，因此在没有进一步的限制作用的情况下，在共轨内部的燃料压力可能达到超过喷射系统组件能够物理支持的最大值的水平，结果这些组件破裂，并且在高压下的燃料被排放到发动机室中。为了在高压泵出故障的情况下限制共轨内部的燃料的最大压力，在已知的喷射系统中总是存在通过控制单元控制的电动机械调压器，或者更频繁地由于降低组件成本而总是存在机械降压。
触发电动机械调压器或机械降压的情况是非常少有的；在这样稀少的使用之后，这些组件可能具有由老化所致的移动机械部件粘连引起的机械故障，因此在需要的情况下(即，在高压泵中导致共轨内部的燃料压力的突然升高的故障的情况下)，不能以充分有效率的方式运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于共轨燃料供给系统中的过压阀的控制方法，这种控制方法没有上述缺陷，并且特别是，具有简单而经济的实施方案，并且容许以有效率并且有效的方式检测过压阀的可能故障。
根据本发明，一种用于共轨燃料供给系统中的过压阀的控制方法，所述方法包括下列步骤：
通过高压泵，将加压燃料(fuel under pressure)输送至配备有过压阀的共轨中，所述过压阀被设置成在共轨内部的燃料压力超过安全值(p安全)时，将存在于共轨中的燃料排放到排放管线中；
所述方法的特征在于它包括下列另外的步骤：
在诊断试验过程中，为了触发过压阀的操作，控制高压泵以使共轨内部的燃料压力增加至超过安全值；
在诊断试验过程中，确定高压泵的流量和/或共轨内部的燃料压力；
将诊断试验过程中的高压泵的流量和/或共轨内部的燃料压力与相应的阈值比较；以及
如果高压泵的流量小于相应流量阈值和/或共轨(5)内部的燃料压力大于相应压力阈值，则诊断所述过压阀的故障。
附图说明
现在将参考附图描述本发明，所述附图说明实施方案的非限制性实例，其中：
-图1是实施构成本发明主题的控制方法的共轨直接燃料喷射系统的示意图；以及
-图2是示意性显示图1中的若干直接燃料喷射系统在高压泵的诊断试验过程中的时间发展的图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1在整体上表示用于将燃料直接喷射在配备有4个气缸3的内燃机2中的共轨系统。喷射系统1包括4个喷射器4，所述喷射器4的每一个都具有液压针致动并且能够将燃料直接喷射到发动机2的相应气缸3内，并且接受来自共轨5的加压燃料。
流量可变的高压泵6通过进料管线7将燃料进料到共轨5中。而高压泵6经高压泵6的燃料进给管线9由低压泵8供给。低压泵8被置于燃料箱10内部，排放管线11将喷射系统1中的过量燃料流入燃料箱10中，燃料箱10接纳来自喷射器4和机械过压阀12的过量燃料，所述机械过压阀12与共轨5液压连接。过压阀12被设置成当在共轨5内部的燃料压力超过安全值p安全时自动打开，所述安全值p安全确保喷射系统1的密封性和安全。
每一个喷射器4能够在电子控制单元13的控制下将可变量的燃料喷射到相应的气缸3内。电子控制单元13与压力传感器14连接，所述压力传感器14检测共轨5内部的燃料压力，并且在共轨5内部的燃料压力的作用下，反馈控制高压泵6的流量；以这种方式，保持共轨5内部的燃料压力等于期望水平，该期望水平通常作为曲柄角(即，发动机2的操作条件)的函数随着时间而变化的。举例来说，高压泵6包括电磁致动器(未显示)，该电磁致动器能够通过改变同一高压泵6的进给阀(未显示)的闭合瞬间而时刻改变高压泵6的燃料流量mHP；具体地，通过延迟进给阀(未显示)的闭合瞬间以降低燃料流量mHP，而通过将进给阀(未显示)的闭合瞬间提前以增加燃料流量mHP。
如前所述，喷射器4具有液压针致动，因此与排放管线11连接，所述排放管线11具有略高于环境压力的压力，并且到达直接在油箱10内部的低压泵8的上游的点。为了它的致动，或者更是为了喷射燃料，每一个喷射器4接纳排放到排放管线11中的一定量的增压燃料。
电子控制单元13时刻计算共轨5内部的燃料压力的期望值，该期望值作为曲柄角的函数，因此电子控制单元13运行以确保共轨5内部的燃料压力的有效水平快速而精确地追随期望值。
在共轨5内部的燃料压力的变量dP/dt由下列用于共轨5的状态等式得到：
[1]dP/dt＝(kb/Vr)×(mHP-m喷射-m泄漏-m回流-mOPV)
dP/dt是共轨5内部的燃料压力的变量，
kb是燃料的体积模量，
Vr是共轨5的容积，
mHP是高压泵6的燃料流量，
m喷射是通过喷射器4喷射到气缸3中的燃料流量，
m泄漏是由喷射器4上的泄漏所致的燃料流量损失，
m回流是运行喷射器4而被其吸收，并且排放到排放管线11中的燃料流量，以及
mOPV是通过过压阀12排放到排放管线11中的燃料流量。
从上述规定的方程中清楚地看出，在共轨5内部的燃料压力的变量dP/dt是正的，条件是高压泵6的燃料流量mHP大于下列流量之和：通过喷射器4喷射到气缸3中的燃料流量m喷射，由喷射器4上的泄漏所致的燃料流量m泄漏损失，由于喷射器4的运行而被其所吸收并且排放到排放管线11中的燃料流量m回流，以及通过过压阀12排放到排放管线11中的燃料流量mOPV。重要的是注意通过喷射器4喷射到气缸3中的燃料流量m喷射和因运行喷射器4而被其吸收并且排放到排放管线11中的燃料流量m回流取决于控制喷射器4的方法而极大地变化(它们也可以是0)，而喷射器4上的泄漏的燃料流量m泄漏是相当恒定的(它仅仅随着共轨5内部的燃料压力增加而略有增加)，并且总是存在的(即，它从不为0)。
周期性地(例如，每隔这么多的小时运行内燃机2)，电子控制单元13进行诊断试验以检查过压阀12是否确正确地起作用，或者有故障。诊断试验提供对高压泵6的控制，以使共轨5内部的燃料压力增加至超过安全值p安全以触发过压阀12运行。换句话说，在诊断试验过程中，电子控制单元13反馈地控制高压泵6，尝试达到具有比安全值p安全更高值的目标压力p目标以触发过压阀12的运行。
在诊断试验过程中，电子控制单元13确定高压泵6的流量mHP以及共轨5内部的燃料压力；在从诊断试验开始起的一定时间间隔(考虑瞬变过程的耗时)之后，高压泵6的流量mHP和共轨5内部的燃料压力具有基本上稳定的值。在这一点上，电子控制单元13将诊断试验过程中的高压泵6的流量mHP和/或共轨5内部的燃料压力与相应的阈值m试验和p试验比较；如果高压泵6的流量mHP低于相应的流量阈值m试验和/或共轨5内部的燃料压力大于相应的压力阈值p试验，则电子控制单元13诊断过压阀12的故障。
换句话说，如果过压阀12正确地运行，则在共轨5内部的燃料压力超过安全值p安全时，过压阀12打开，从而将存在于共轨5中的燃料排放到在环境压力下的排放管线11中；结果，即使高压泵6将其自身的燃料流量mHP增加至最大值，它也不能将共轨5内部的燃料压力增加至超过安全值p安全。相反，如果过压阀12没有正确地运行，则即使在共轨5内部的燃料压力超过安全值p安全时，过压阀12也不打开(或部分打开)；结果，高压泵6进一步成功地使共轨5内部的燃料压力增加至超过释放相对适中的燃料流量mHP(即，小于流量阈值m试验)的安全值p安全(并且超过压力阈值p试验)。
重要的是强调，为了诊断过压阀12中的故障，电子控制单元13可以只进行高压泵6的流量mHP和流量阈值m试验之间的比较，或者可以只进行共轨5内部的燃料压力和压力阈值p试验之间的比较，或者可以同时这些比较。
为了使共轨5内部的燃料压力和压力阈值p试验之间的比较有意义，必需的是目标压力p目标(在大于安全值p安全的任何情况下)至少等于压力阈值p试验。通常压力阈值p试验和目标压力p目标的值至少等于安全值p安全加上过压阀12的压力公差(即，两者都大于安全值p安全)。流量阈值m试验必需大于在喷射器4上泄漏中的燃料流量m泄漏损失，并且通常等于在喷射器4上泄漏中的燃料流量m泄漏损失加上因随着内燃机2升高的转数而增加的量；结果，流量阈值m试验的值随着内燃机2升高的转数而增加。
为了使驱动器不感知正在进行的诊断试验，优选在内燃机2以关闭状态运行的情况下进行相同的诊断试验；为了加速诊断试验的进行，可以在其中共轨5内部的燃料压力接近最大运行值的关闭状态期间进行相同的诊断试验。
上述说明的那些在图2的曲线图中有示意性说明，其中显示过压阀12的正确运行的诊断试验是在时间t0开始的；从时间t0开始，高压泵6是用目标压力p目标控制的，该目标压力p目标高于正常的运行压力p工作，高于安全值p安全并且基本上等于压力阈值p试验。
在图2中的实线表示目标压力p目标的时间趋向，即在诊断试验过程中(在时间t0和时间t1之间)，目标压力p目标增加，超过正常运行压力p工作并且超过安全值p安全的量至少等于过压阀12的压力公差。
在图2中的虚线显示共轨5内部的燃料压力的时间趋向，即在诊断试验过程中(在时间t0和时间t1之间)，该燃料压力增加直至它达到安全值p安 全，并且因为过压阀12的触发而没有增加至超过安全值p安全。
在图2中的点线表示高压泵6的燃料流量mHP的时间趋向，即在诊断试验过程中(在时间t0和时间t1之间)，燃料流量mHP随着电子控制单元13试图升高共轨5内部的燃料压力以达到目标压力p目标而逐渐增加。
在图2中的虚线显示通过过压阀12排放到排放管线11中的燃料流量mOPV的时间趋向；即，在诊断试验过程中(在时间t0和时间t1之间)，这种燃料流量mOPV增加以致将过量燃料从共轨5中排放，并且避免共轨5内部的燃料压力超过安全值p安全。
在图2中的点线显示内燃机2的转数的时间趋向，同时点划线表示通过喷射器4喷射到气缸3中的燃料流量m喷射的时间趋向；可以注意到当诊断试验本身在关闭状态下进行时，内燃机2的转数和通过喷射器4喷射到气缸3中的燃料流量m喷射这两者在诊断试验过程中(在时间t0和时间t1之间)如何下降。
过压阀12的上述控制策略具有大量的优点，如它容许以有效(即以高的置信度)和有效率(即，以最小的资源投入)的方式进行相同的过压阀12的可能故障的诊断。另外，用于过压阀12的上述控制策略在共轨燃料供给系统1中具有经济而简单的实施方案，原因是相对于通常已经存在的组件，它不需要安装任何另外的组件。

Claims (9)

1.用于共轨燃料供给系统(1)中的过压阀(12)的控制方法，所述方法包括下列步骤：
通过高压泵(6)，将加压燃料释放到装备有过压阀(12)的共轨(5)中，所述过压阀(12)被设置成当所述共轨(5)内部的燃料压力超过安全值(p安全)时，将存在于所述共轨(5)中的燃料排放到排放管线(11)中；
所述方法的特征在于它包括下列另外的步骤：
在诊断试验过程中，为了触发所述过压阀(12)的操作，控制所述高压泵(6)以使所述共轨(5)内部的燃料压力增加至超过安全值(p安全)；
在诊断试验过程中，确定所述高压泵(6)的流量(mHP)和/或所述共轨(5)内部的燃料压力；
将诊断试验过程中所述高压泵(6)的流量(mHP)和/或所述共轨(5)内部的燃料压力与相应的阈值(m试验和p试验)比较；以及
如果所述高压泵(6)的流量(mHP)小于相应的流量阈值(m试验)和/或所述共轨(5)内部的燃料压力大于相应的压力阈值(p试验)，则诊断所述过压阀(12)的故障。
2.根据权利要求1的方法，其中在诊断试验过程中，控制所述高压泵(6)至少具有作为目标压力(p目标)的所述压力阈值(p试验)。
3.根据权利要求1的方法，其中所述压力阈值(p试验)至少等于安全值(p安全)加上所述过压阀(12)的压力公差。
4.根据权利要求1的方法，其中所述流量阈值(m试验)大于因在所述喷射器(4)上的泄漏所致的燃料流量(m泄漏)损失。
5.根据权利要求1的方法，其中所述流量阈值(m试验)随着所述内燃机(2)的转数升高而增加。
6.根据权利要求1的方法，其中所述诊断试验是在所述内燃机(2)在关闭状态期间运行的情况下进行的。
7.根据权利要求6的方法，其中所述诊断试验是在所述共轨(5)内部的燃料压力接近最大运行值的关闭状态期间进行的。
8.根据权利要求1的方法，其中在从所述诊断试验开始的一定时间间隔之后，诊断所述过压阀(12)的故障。
9.根据权利要求8的方法，其中在从所述诊断试验开始的一定时间间隔之后，所述高压泵(6)的流量(mHP)和/或所述共轨(5)内部的燃料压力具有基本上稳定的值。
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