CN101418762B - 设有用于控制高压燃料泵的流量的截止阀的共轨型的直接注入系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共轨型的直接注入系统(1)的控制方法，所述共轨型的直接注入系统(1)设有用于控制高压泵(6)的流量的截止阀(24)；该控制方法包括步骤：通过高压泵(6)将加压燃料供给共轨(5)，该高压泵(6)通过截止阀(24)接收燃料；循环控制截止阀(24)的打开和闭合，以便节流由高压泵(6)吸入的燃料的流量；通过改变节流阀(24)的打开时间的持续时间与闭合时间之间的比值而调节由高压泵(6)吸入的燃料的流量；确定截止阀(24)的打开时间的下限值；以及调节截止阀(24)的驱动频率，以使得截止阀(24)的实际打开时间总是在下限值以上。

Description

设有用于控制高压燃料泵的流量的截止阀的共轨型的直接注入系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种共轨(common-rail)型的直接注入系统的控制方法，该共轨型的直接注入系统设有用于控制高压燃料泵的流量的截止阀(shut-offvalve)。

背景技术

在共轨型的直接注入系统中，高压泵通过低压泵从箱接收燃料流，并将该燃料供给液压地连接到多个注入器的共轨。必需根据发动机点(enginepoint)，或者通过改变高压泵的瞬时流量(flow rate)，或者通过将过量燃料不断地供给共轨、并通过借助于寄存器(register)从共轨自身排出过量燃料，不断地控制共轨内的燃料的压力。一般地，优选的解决方案是改变高压泵的瞬时流量，因为高压泵的瞬时流量表现出更高的能量效率，并且不会使燃料过热。

为了改变高压泵的瞬时流量，已经建议了出现在专利申请EP0481964A1或专利申请US6116870A1中的一种类型的解决方案，专利申请EP0481964A1或专利申请US6116870A1说明了可变流量高压泵的使用，仅在燃料量必需保持在共轨内的燃料压力等于所期望的值的情况下，该可变高压流量泵能够供给共轨可变流量；具体地，高压泵设有电磁执行机构，该电磁执行机构能够通过改变高压泵自身的吸入阀的闭合时刻(closingmoment)而逐个时刻地(instant-by-instant)改变高压泵的流量。

可选地，为了改变高压泵的瞬时流量，已经建议在包括可连续变化截面的瓶颈的泵送室的上游插入流量调节装置，其中根据共轨内所需的压力控制瓶颈。

然而，用于改变高压泵的瞬时流量的上述两种解决方案都是机械复杂的，并且不允许在高精度的情况下调节高压泵的瞬时流量。更进一步，在小流量的情况下，包括可变截面的瓶颈的流量调节装置表现为小的引入截面，而这种小引入截面决定高局部压力损失(局部负载损失)，该高局部压力损失可以损害(compromise)吸入阀的正确运行，该吸入阀调节吸入高压泵的泵送室内的燃料。

出于此原因，已经建议了出现在专利申请EP1612402A1的一种类型的解决方案，专利申请EP1612402A1涉及一种高压泵，该高压泵包括通过相应的吸入和输送冲程以往复运动被操作的许多泵送元件，在该高压泵中，每一个泵送元件均设有与由低压泵供给的吸入管连通的相应的吸入阀。以换流器的方式(in a choppered manner)被控制的截止阀布置在吸入管上，以便调节供给高压泵的燃料的流量；换句话说，截止阀是打开/关闭(导通/截止)类型的阀，通过改变打开时间(opening time)的持续时间与闭合时间的持续时间之间的比值驱动该打开/关闭(导通/截止)类型的阀，以改变供给高压泵的瞬时流量。这样，截止阀总是表现出有效而又宽的引入截面，该引入截面不决定可估计的局部压力损失(局部负载损失)。

在发动机运行的各种条件下，高压泵必需能够精确地供应非常适当的可变流量(在“切断”运行中没有流量，或者在全功率运行中为最大流量)；因为通过高压泵直接供应的燃料流量影响共轨内的燃料压力，这样由高压泵供应的燃料流量的任何误差决定共轨内的燃料压力的相应误差，因此对于由高压泵供应的燃料流量来说重要的是燃料流量是精确的。在设有导通/截止型的截止阀的目前在市场上的共轨型直接注射系统中，已经观察到的是共轨内的燃料的压力在低发动机速度下经常表现出误差，即，当由注入器注入小量燃料时，这样由高压泵供应的燃料流量变低。

发明内容

本发明的目的是提供一种共轨型的直接注入系统的控制方法，该共轨型的直接注入系统设有用于控制高压燃料泵的流量的截止阀，且这种控制方法没有上述缺陷，并且尤其易于实现并具有成本效益。

根据本发明，提供了一种共轨型的直接注入系统的控制方法，该共轨型的直接注入系统设有用于控制高压燃料泵的流量的截止阀；该控制方法包括以下步骤：

通过高压泵将加压燃料供给共轨，该高压泵通过截止阀接收燃料；

循环控制节流阀的打开和闭合，以便节流(choking)被高压泵吸入的燃料的流量；以及

通过改变节流阀的打开时间的持续时间与闭合时间的持续时间之间的比值调节被高压泵吸入的燃料的流量；

所述控制方法的特征在于：其进一步包括以下步骤：

确定截止阀的打开时间的下限值；和

调节截止阀的驱动频率，以便截止阀的实际打开时间总是在下限值以上。

附图说明

以下参照图示了本发明的非限制的实施例的附图说明本发明。具体地，该附图是实现本发明的控制方法目的的共轨型注入系统的图解视图。

具体实施方式

在附图中，数字1表示为整个共轨型系统，该共轨型系统用于将燃料直接注入设有四个汽缸3的内燃机2内。注入系统1包括四个注入器4，该四个注入器4中的每一个均表现为液压指针式致动系统(hydraulicneedle actuation system)，并适于将燃料直接注入发动机2的相应的汽缸3内，和适于从共轨5接收加压燃料。

可变流量高压泵6通过输送管7将燃料供给共轨5。而高压泵6又通过高压泵6的吸入管9由低压泵6供给。低压泵8布置在燃料箱10内，注入系统1的过量燃料的排出通道终止于该燃料箱10内，且这种排出通道11从注入器4和从液压地连接到共轨5的机械卸压阀12接收过量燃料。卸压阀12被校准以当共轨5内的燃料的压力超过确保注入系统1的气密性和安全性的安全值时自动打开。

每一个注入器4在电子控制单元13的控制下均适于将可变的燃料量注入相应的汽缸3内。如前述，注入器4具有液压指针执行机构，并这样连接到排出通道11，该排出通道11表现为稍微高于外界压力的压力，并在低压泵8的上游直接终止于箱10内。对于注入器4的致动来说，即，对于注入燃料来说，每一个注入器4均获得排出到排出通道11内的一定量的加压流。

电子控制单元13连接到检测共轨5内的燃料的压力的压力传感器14，并且根据共轨5内的燃料压力通过反馈过程控制高压泵6的流量；这样，共轨5内的燃料压力被保持成等于期望值，该期望值通常根据发动机点(即，根据发动机2的运行条件)及时变化。

高压泵6包括一对泵送元件15，该泵送元件15每一个均由具有泵送室17的汽缸16形成，在该泵送室17内，可移动的活塞18以由凸轮19推动的往复运动滑动，该凸轮19由接收来自于内燃机2的驱动轴21的运动的机械传动机构20驱动。每一个压缩室17均设有与吸入管9连通的相应的吸入阀22和与输送管7连通的相应的输送阀23。两个泵送元件15以反相方式被往复驱动，因而通过吸入管9送到高压泵6的燃料每次仅被一个泵送元件15吸入，此时，该泵送元件15执行吸入冲程(在同一时刻，另一个泵送元件15的吸入阀22必定关闭，且另一个泵送元件15处于压缩阶段)。

沿吸入管9布置有截止阀24，该截止阀24表现为电磁致动，由电子控制单元13控制，并为打开/关闭(导通/截止)型阀；换句话说，截止阀24可以或者仅获得完全打开位置，或者仅获得完全关闭位置。具体地，截止阀表现出有效而又宽的引入截面，以允许充分地供给每一个泵送元件17，而不引起任何压降。

仅通过使用截止阀24控制高压泵6的流量，电子控制单元13根据共轨5内的燃料压力以断续器的方式(in choppered manner)控制该截止阀24。具体地，电子控制单元13根据发动机点逐个时刻地确定共轨5内所期望的燃料压力值，并从而调节由高压泵6供给共轨5的燃料的瞬时流量，以达到共轨5自身内所期望的燃料压力值；为了调节由高压泵6供给共轨5的燃料的瞬时流量，电子控制单元13通过改变截止阀24的打开时间的持续时间与闭合时间的持续时间之间的比值而调节通过截止阀24被高压泵6吸入的瞬时燃料流量。换句话说，电子控制单元13循环控制截止阀24的打开和闭合以节流被高压泵6吸入的燃料的流量，并通过改变截止阀24的打开时间的持续时间与闭合时间的持续时间之间的比值而调节被高压泵6吸入的燃料的瞬时流量。通过改变截止阀24的打开时间的持续时间与闭合时间的持续时间之间的比值，截止阀24的打开时间的百分比相对于高压泵6的泵回转持续时间变化。在截止阀24的打开时间期间，高压泵6吸入可以通过(cross)截止阀24的最大流量，而在截止阀24的闭合时间期间，高压泵6没有吸入任何燃料；这样，可以获得在最大值与零之间变化的高压泵6的平均泵回转流量。

根据优选的实施例，通过具有整数同步比的截止阀24的驱动频率，根据高压泵6的泵送频率(通常，截止阀24的一个打开/闭合循环被执行用于高压泵6的每一个泵送)，电子控制单元13与高压泵6的机械致动(该高压泵6的机械致动由接收来自于驱动轴21的运动的机械传动机构20执行)同步地驱动截止阀24。

如前述，截止阀24表现为电磁致动；说明截止阀24的打开时间和流过截止阀24的燃料量的曲线(即，约束打开时间和流过截止阀24的燃料量的定律)总体上稍微呈线性，但是表现为初始梯级(即，表现为在短的打开时间下从而在流过截止阀24的小量燃料下的梯级增加)。换句话说，截止阀24表现为机械原点(mechanical origin)和尤其是磁原点的惯性，该惯性限制关闭器的位移速度，并因此在所要求的精度的情况下，不能够执行非常短的持续时间的打开。

在注入系统1的设计和调整阶段期间，确定截止阀24的打开时间的下限值，其中下限值说明截止阀24的打开和闭合的动态极限，并且指出阀值，在该阀值以下，不再保证约束打开时间与流过截止阀24的量的定律的线性。值得观察的是当打开时间的持续时间在下限值以下时，约束打开时间与流过截止阀24的量的定律不再是线性的(因为其是可预测的，所以其仍旧能够为可补偿的)，而是表现为确定绝对随机而又不可预测的误差的不确定的现象。

为了控制截止阀24，电子控制单元假设流过截止阀24的燃料量直接与截止阀24本身的打开时间的持续时间成比例(并且这样计算作为结果的截止阀24的打开时间的持续时间)；当打开时间的持续时间足够长(即，在下限值之上)时，这种假设完全正确，而当打开时间的持续时间短(即，在下限值以下)时，将不再考虑这种假设。

为了避免在下限值以下使用截止阀24的打开时间，电子控制单元13调节截止阀的驱动频率，以使得截止阀24的实际打开时间总是在下限值以上。具体地，电子控制单元13估计截止阀24的下一个打开时间，如果截止阀24的下一个打开时间在下限值以下，电子控制单元13则减小截止阀24的驱动频率，使得截止阀24的实际打开时间总在下限值以上。换句话说，如果截止阀24的下一个打开时间在下限值以下时，电子控制单元13减小截止阀24的打开的次数，以使得在更长持续时间(即，在下限值以上)的情况下更少打开截止阀24。

优选地，确定同步比的标称值，并且当通过使用同步比的标称值、截止阀24的下一个打开时间在下限值以上时，电子控制单元13总是使用同步比的标称值。换句话说，电子控制单元13通常使用同步比的标称值，并仅当必须确保截止阀24的实际打开时间总是在下限值以上时，减小截止阀24的驱动频率(即，关于标称值改变同步比)。

值得观察的是当内燃机2空转或处于切断状态时，仅发生截止阀24的一些短打开时间。在这些条件下，共轨5内的燃料的压力通常是低的(即，显著地低于发动机高速下的标准标称值)，并且注入汽缸3内的燃料量是低的；因此，由减小截止阀24的驱动频率而导致的共轨5内的燃料压力的可能较小的误差对内燃机2的动力实际上是不相关而且是可忽略的。相反，更加明显的是，通过减小截止阀24的驱动频率的事实所确定的正效应允许截止阀24的线性运转，从而允许在由高压泵6吸入并这样供给共轨5的燃料量内具有高精度。

换句话说，在具有导通/截止型的截止阀的注入系统中，当要求将小燃料流量供给共轨时，截止阀必需保持打开短的打开时间，从而在非线性不确定区内(即，在该非线性不确定区内，一个相同的打开时间确定在不同时刻、流过截止阀的量下的两个不同的燃料量)工作；因此，流过截止阀的燃料量经常明显地不同于所期望的燃料量，从而共轨内的燃料压力中的误差经常产生。相反，在上述注入系统1中，当要求将小燃料流量供给共轨5时，截止阀24的驱动频率被减小成截止阀24的实际打开时间总是在下限值以上；因此，截止阀24总是在线性区内工作，并且流过截止阀24的燃料量总是等于所期望的燃料量。在这些条件下，通过减小截止阀24的驱动频率所确定的可能的负效应实际上是不相关的而且是可忽略的，并且该负效应通过由流过截止阀24的燃料量中的精度所确定的正效应来极大地平衡。

截止阀24的上述控制策略表现出许多优点，因为其允许有效(即，用高的成功度)而又高效地(即，使用最小的资源)确保流过截止阀24的燃料量总是等于所期望的燃料量，而且在低速发动机下或在切断状态中，也如此。更进一步，截止阀24的上述控制策略在共轨注入系统中具有成本效益，而又实施简单，因为其相对于通常出现的那些截止阀24的控制策略不需要安装任何额外部件。

Claims (3)

1.一种共轨型的直接注入系统(1)的控制方法，所述共轨型的直接注入系统(1)设有：

高压燃料泵(6)，包括：一对泵送元件(15)，每一个所述泵送元件(15)由具有泵送室(17)的汽缸(16)形成，可移动的活塞(18)在所述泵送室内以由凸轮(19)推动的往复运动的方式滑动，所述凸轮由接收来自于内燃机(2)的驱动轴(21)的运动的机械传动机构(20)驱动；每一个泵送室均设置有与吸入管(9)连通的吸入阀(22)和与输送管(7)连通的对应的输送阀(23)，所述输送管(7)将燃料供给到连接到注入器(4)的共轨(5)；以及

用于控制高压燃料泵(6)的流量的截止阀(24)，所述截止阀(24)沿所述吸入管(9)布置，并且布置在吸入阀(22)的上游，所述截止阀(24)与所述吸入阀(22)分开布置，所述截止阀(24)是打开/关闭类型的，从而在所述截止阀(24)的打开期间，所述高压燃料泵(6)吸入通过该截止阀(24)的最大流量，而在所述截止阀(24)的闭合期间，所述高压燃料泵(6)没有吸入任何燃料，

所述控制方法包括步骤：

通过所述高压燃料泵(6)将加压燃料供给共轨(5)，所述高压燃料泵(6)通过所述截止阀(24)接收所述燃料；

循环控制所述截止阀(24)的打开和闭合，以便节流由所述高压燃料泵(6)吸入的燃料的所述流量；以及

通过改变所述截止阀(24)的打开时间的持续时间和闭合时间的持续时间之间的比值调节由所述高压燃料泵(6)吸入的燃料的所述流量；

所述控制方法进一步包括步骤：

确定所述截止阀(24)的所述打开时间的下限值；以及

调节所述截止阀(24)的驱动频率，以使得所述截止阀(24)的实际打开时间总是在所述下限值以上。

2.根据权利要求1所述的控制方法，进一步包括步骤：

估计所述截止阀(24)的下一个打开时间；以及

在所述截止阀(24)的所述下一个打开时间在所述下限值以下的情况下，减小所述截止阀(24)的所述驱动频率，以使得所述截止阀(24)的所述实际打开时间总是在下限值以上。

3.根据权利要求2所述的控制方法，进一步包括步骤：

通过具有对所述高压燃料泵(6)的泵送频率的整数同步比的所述截止阀(24)的驱动频率，与所述高压燃料泵(6)的机械致动同步地驱动所述截止阀(24)；

建立所述同步比的标称值；以及

当通过使用所述同步比的所述标称值、所述截止阀(24)的所述下一个打开时间总是在下限值以上时，总是使用所述同步比的所述标称值。

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