CN103492699A - 喷嘴结焦补偿策略 - Google Patents

Abstract

用于补偿燃料喷射系统中喷嘴结焦的系统和方法包括：对所选燃料喷嘴建立预期燃料流率公式；运行所选燃料喷嘴一段时间；在运行期间测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；对测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间确定预期燃料流率；测量燃料喷嘴的实际燃料流率；确定燃料喷嘴的结焦状态；以及自动改变喷射器控制阀打开时间以进行补偿。预期燃料流率公式确定为燃料压力和喷射器控制阀打开时间的函数，而实际燃料流率由附连到燃料喷射系统的流率传感器测得。有时，对结焦状态的确定是基于实际燃料流率与预期流率之间的差值。由于到实际燃料流率的减少而必需补偿控制阀打开时间。

Description

喷嘴结焦补偿策略

技术领域

本发明装置涉及使用高效（HE）喷嘴的燃料喷射系统。具体地，本发明装置涉及HE燃料-喷嘴结焦补偿策略。

背景技术

燃料系统通常采用多封闭喷嘴燃料喷射器来将高压燃料喷射到发动机的燃烧室内。这些燃料喷射器中的每个包括具有圆柱形孔的喷嘴组件，喷嘴组件具有喷嘴供给通道和喷嘴出口。喷嘴出口或孔口的效率是作为压力储存在燃料内的能量有多高效地转化成动能的度量。动能越大，越多的燃料被分裂（雾化），提高燃烧完整性并降低煤烟。高效（HE）喷嘴、即具有最高孔口效率的喷嘴对于排放来说是理想的。

遗憾的是，HE喷嘴也具有表现出更大的结焦或喷射器喷孔结垢的倾向，这是结焦燃料层在孔壁（内部）和喷嘴前端外表面（外部）上的沉积。结焦喷嘴的流率由于对流动增加的限制而减小。当增加新喷射系统的额定喷射压力以进一步提供排放优点时，变得越来越难以设计无结焦的HE喷嘴。

结焦是燃烧副产品积累在喷射器喷嘴开口上或附近的时候。当沉积物累积时，它们会阻塞喷射器喷嘴孔口并不利地影响燃料喷射器的性能。这会导致燃料经济性降低并会增加通过废气释放到大气的污染物的量。

迄今为止，结焦问题已经通过发动机制造商寻求避免流速损失的喷嘴设计来解决，当损失大于约3%时认为是不可接受的。用于无结焦地保持高喷嘴效率的一种方法是使喷嘴孔长宽比（L/D）、即喷嘴孔长度（L）与喷嘴孔排出直径（D）的比值最小。随着喷射压力增加，进一步减小喷射口长度（L）的能力受到喷嘴金属内许用应力的限制。对于给定发动机应用场合，进一步增加喷嘴孔排出直径（D）的能力受到对于排放最佳的喷嘴流率和孔数量的限制。诸如增加喷嘴孔内部粗糙度或进行喷嘴孔几何形状的微妙变化的其它方法仅提供减少结焦的少量改进。

本发明的装置是为了克服上述问题，但以本领域技术人员先前未认识到的方式。本发明装置提供独特的运行策略，其利用HE喷嘴并与比燃料喷射系统中当前使用的部件相比几乎无需额外的部件。本发明的装置和方法认识到并利用两个先前未认识到的情况：(1)在足够服务时间之后，由于结焦造成的流率损失最终会稳定，以及（2）即使用结焦的喷嘴也可保持良好的排放性能。

发明内容

本文揭示了一种改进的燃料喷射系统和控制策略，其避免现有装置的缺点，同时提供附加的结构和运行优点。所揭示的装置和方法补偿燃料喷射系统中的喷嘴结焦，尤其是在使用高效喷嘴的情况下。

在所揭示的补偿燃料喷射系统中喷嘴结焦的方法的一个实施例中，该方法包括以下步骤：对所选定的燃料喷嘴建立预期燃料流率公式；运行所选定的燃料喷嘴一定时间；在运行期间测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；对测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间确定预期燃料流率；测量燃料喷嘴的实际燃料流率；确定燃料喷嘴的结焦状态；以及自动改变所述喷射器控制阀的打开时间以进行补偿。

预期燃料流率公式按照经验地确定为燃料压力和喷射器控制阀打开时间的函数，而实际燃料流率由附连到燃料喷射系统的流率传感器测得。因而，对于所揭示的实施例，基于实际燃料流率与预期燃料流率之间的差值来确定结焦状态。控制阀打开时间的补偿是实际燃料流率减少的结果。

在本发明的一实施例中，所揭示的使用预期燃料流率公式的补偿方法整合在发动机控制策略中。同样，改变喷射器控制阀打开时间也可形成发动机控制策略的一部分。

一般来说，所揭示的燃料喷射系统包括燃料源、由燃料源馈送的燃料喷嘴、连接在燃料源与喷嘴之间的控制阀、燃料流率传感器、燃料压力传感器、控制阀打开时间传感器、以及控制电路，该控制电路电子地连接到燃料流率传感器、燃料压力传感器、控制阀打开时间传感器以及控制阀中每一个。

在所揭示装置的实施例中，当实际燃料流率与基于测得的燃料压力和测得的控制阀打开时间的预期燃料流率不同时，控制电路改变控制阀打开时间。该差值也是具体喷嘴的结焦状态的指示。这样，高效喷嘴在本系统的各实施例中尤其有用。

还揭示了建立燃料喷嘴控制策略的方法，其中在所选实施例中，控制具体的燃料喷嘴构造。该方法包括：对所选燃料喷嘴确定预期燃料流率，运行所选燃料喷嘴一定时间；测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；在运行期间测量所述燃料喷嘴的实际燃料流率；确定燃料喷嘴的结焦喷嘴状态；以及改变喷射器控制阀打开时间，以补偿结焦的喷嘴。

在所揭示方法的实施例中，对任何差值的计算以及对喷射器控制阀打开时间的改变由发动机控制电路执行。确定结焦喷嘴状态可包括计算实际燃料流率与预期的燃料流率之间的任何差值的步骤，该预期的燃料流率对应于对燃料喷嘴测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间，而该差值通常是不足的部分。

从某些实施例的以下描述可更容易理解本发明的这些和其它方面。

附图说明

为了便于理解所要保护的主题的目的，附图中示出其实施例，从对附图的观察，在结合以下描述考虑时，所寻求保护的主题、其结构和运行和其多个优点应当更容易理解和明白。

图1是所揭示的燃料喷射系统的实施例的示意图；

图2是示出本发明补偿策略的实施例的流程图；以及

图3是示出本发明实施例的结焦补偿策略的一个方面的图表。

具体实施方式

尽管本发明可以有许多不同形式的实施例，然而在附图中示出并在本文中详细描述的用于理解本公开的本发明的较佳实施例，应理解该实施例是本发明原理的例示并且不旨在将本发明的宽泛方面限于所示实施例。

参照图1-3，示出用于形成喷射器喷嘴结焦补偿策略的方法和燃料喷射喷嘴系统的实施例，该燃料喷射喷嘴系统总体标以标号10。该方法和系统并不限于任何特定类型的喷嘴，但对高效喷嘴尤其有用。

一般来说，参照图1，燃料喷射系统10包括燃料源40、燃料喷嘴12、控制阀14、燃料流率传感器16、压力传感器18、控制阀打开时间传感器20以及控制电路30。如图所示，燃料喷嘴12由燃料源40和邻接的燃料管线42馈送燃料，燃料源40通常是燃料箱。喷嘴12以初始流率将燃料排放到发动机气缸32内。燃料流动由连接在燃料源40与喷嘴12之间的阀14控制。通过打开一段持续时间，控制阀14能够以已知燃料压力将必须的燃料量输送到发动机气缸32。通过进行试验研究，可以对任何类型的燃料喷嘴得出燃料流率公式。可形成发动机控制策略的一部分的公式作为燃料压力和控制阀打开时间的函数而得出。这样，该公式可用于基于测得的燃料压力和控制阀打开时间来确定进入发动机气缸的预期燃料流量。

喷嘴12可以是任何合适的喷嘴类型。然而，高效喷嘴对于大多数发动机是尤其有用的，但它们特别易于结焦。该结焦倾向实际上使得高效喷嘴还尤其适合用于本发明补偿系统和方法。

为了确定用于本系统实施例的燃料压力和控制阀打开时间变量，在大多数发动机中已采用的传感器是有用的。燃料压力传感器18和控制阀打开时间传感器20电子连接到发动机系统控制电路30。发动机控制策略（例如参见下述图2和3）也包含在控制电路30中。

对系统添加燃料流率传感器16用于测量进入发动机气缸32的实际燃料流量。燃料流量传感器16也电子连接到控制电路30。当控制电路30确定实际燃料流率不同于预期燃料流率时，可改变或调节控制阀打开时间以进行补偿，该预期燃料流率是比如从测得的控制阀打开时间和燃料压力确定的。比较器可用作控制电路30的一部分以比较喷射系统的预期和实际燃料流量。实际燃料流量中的不足（与预期燃料流量相比）表示由于结焦而造成的燃料系统状态、尤其是喷嘴状态。

现参照图2的流程图，所揭示实施例涉及对燃料喷射系统中的喷嘴结焦进行补偿。在流程图的各框中阐述了该方法的各步骤。所揭示的方法开始于建立预期燃料流率公式。该公式为经验性地得出，并表达为燃料压力和控制阀打开时间两者的函数。导出的公式还用于特定选择的燃料喷嘴类型。即，每种类型的燃料喷嘴会需要一种燃料流率公式，因为每种类型的运行不同且结焦也不同。给定了用于相应喷嘴的燃料压力和控制阀打开时间，则燃料流率公式可用于计算预期燃料流率。

一旦建立燃料流率公式，其可构成发动机控制策略的一部分。然后，当发动机用选定燃料喷嘴运行一段时间时，可进行对燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间的测量。该处理步骤不需要附加的部件，因为在使用标准压力传感器和定时传感器的所有当前发动机中已根据需要监测这两个变量。从测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间，可基于所建立的燃料流率公式对选定的喷嘴确定预期燃料流率。

无论是与其它系统变量的测量同时进行还是顺次进行（即之前或之后），都可测量燃料喷嘴的实际燃料流率。可将市售燃料流率传感器添加到系统，如上所述。然后将实际和预期燃料流率相比较以确定差值（如果有的话）。当然，可设定差值标准以确保任何计算出的差值是显著的。此外，也可进行冗余测量，以使测得变量异常的可能性最小。如果实际和预期燃料流率之间不存在差值，则发动机运行继续不变并重复监测步骤。但是，实际流率相对于预期流率的逐渐变化（即减少）被认为是表示由于结焦而造成的燃料喷射系统的状态、尤其是喷嘴的状态。当流率减小时，输送到发动机气缸的燃料量同样减小，导致功率和效率损失。

但是，本实施例的系统不是消除喷嘴的结焦情形，而是自动改变喷射器控制阀打开时间的持续时间以补偿实际燃料流率的减少。即，当喷嘴变得结焦且结果是燃料流量减小时，控制阀打开更长时间以保持输送到发动机气缸的必需燃料量。最终，喷嘴结焦条件稳定，且无需额外调节控制阀打开时间。

图3的图表中示出该策略的一种实施例。在表的第一列60中，相对燃料压力表示为“初始”62、“升高”64或“高”66。后两个指标应理解为相对于初始燃料压力，初始燃料压力被认为是一种燃料喷嘴类型的基准线。第二列70示出三个不同的喷嘴状态：干净72、轻微结焦74以及稳定结焦76。第二列70的每个单元格的内圆73表示喷嘴孔口，并示出为随着结焦状态进展而越来越受限。当然，可能有三个条目表示的任何数量的中间状态。第三列80仅表示控制阀打开时间。在第一个单元格中，由实线82表示标准持续时间（时间增量）。在第二个单元格中，标准持续时间82被延长，如虚线84所表示的。最后，在第三单元格中，将标准持续时间82延长甚至更长的时间，如更长的虚线86所表示的。最后，第四列90表示由于补偿策略，燃料输送基本不变。

在前面的描述和附图中所提出的内容仅是以说明的方式给出的，并不作为一种限制。尽管已经示出并描述了特定实施例，但是对本领域内技术人员而言，很明显可不背离申请人贡献的更宽泛方面而做出变化与变型。当基于现有技术以正确的观点看待下面的权利要求书时，所寻求的真正保护范围将在该权利要求书中得以限定。

Claims (22)

1.一种补偿燃料喷射系统中喷嘴结焦的方法，所述方法包括以下步骤：

建立用于所选燃料喷嘴的预期燃料流率公式，所述预期燃料流率公式为燃料压力和喷射器控制阀打开时间的函数；

运行所述所选燃料喷嘴一段时间；

在运行期间测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；

基于所建立的燃料流率公式对测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间确定预期燃料流率；

在运行期间测量所述燃料喷嘴的实际燃料流率；

基于所述实际燃料流率和所述预期燃料流率之间的差值确定所述燃料喷嘴的结焦状态；以及

改变所述喷射器控制阀打开时间，以补偿所述实际燃料流率的减少。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，测量实际燃料流率的步骤包括将流率传感器附连到所述燃料喷射系统并监测所感测到的燃料流率的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于实验来进行建立预期燃料流率公式的步骤。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤是自动进行的。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤包括增加打开时间。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在运行所述喷嘴的步骤期间的允许所述喷嘴结焦的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预期燃料流率公式是发动机控制策略的一部分。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤是所述发动机控制策略的一部分。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤是发动机控制策略的一部分。

10.一种燃料喷射系统，包括：

燃料源；

燃料喷嘴，所述燃料喷嘴由所述燃料源馈送并以初始流率向发动机气缸排放燃料；

控制阀，所述控制阀连接在所述燃料源与所述喷嘴之间，并能够打开和关闭，以控制到所述喷嘴的燃料输送；

燃料流率传感器，所述燃料流率传感器用于确定通过所述喷嘴到所述发动机气缸的实际燃料流率；

压力传感器，所述压力传感器用于在燃料通过所述喷嘴被喷射到所述发动机气缸内之前测量燃料的压力；

控制阀打开时间传感器，所述控制阀打开时间传感器用于测量每次将燃料喷射到所述发动机气缸内时的所述喷射器阀打开时间；以及

控制电路，所述控制电路电子连接到所述燃料流量传感器、所述压力传感器、所述控制阀打开时间传感器和所述控制阀中的每一个；

其中，当所述实际燃料流率与基于测得的燃料压力和测得的控制阀打开时间的预期燃料流率不同时，所述控制电路改变所述控制阀打开时间。

11.如权利要求10所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述燃料喷嘴包括高效喷嘴。

12.如权利要求10所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制电路包括发动机控制策略，所述发动机控制策略具有基于实验确定的用于所述燃料喷嘴的预期燃料流率公式。

13.如权利要求12所述的燃料喷射系统，其特征在于，用于所述燃料喷嘴的所述预期燃料流率公式为燃料压力和喷嘴控制阀打开时间的函数。

14.如权利要求12所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述控制电路还包括用于将所述实际燃料流率与所述预期燃料流率相比较的比较器。

15.如权利要求11所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述高效燃料喷嘴易于结焦。

16.如权利要求10所述的燃料喷射系统，其特征在于，所述实际燃料流率与所述预期燃料流率之间的差值是喷嘴结焦的结果。

17.一种建立燃料喷嘴控制策略的方法，所述方法包括以下步骤：

选择所要控制的燃料喷嘴构造；

确定用于所选燃料喷嘴的预期燃料流率，所述预期燃料流率为燃料压力和喷射器控制阀打开时间的函数；

运行所述所选燃料喷嘴一段时间；

在运行期间测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；

在运行期间测量所述燃料喷嘴的实际燃料流率；

基于测得的实际燃料流率确定所述燃料喷嘴的结焦喷嘴状态；以及

改变所述喷射器控制阀打开时间以补偿结焦的喷嘴。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，计算任何差值并改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤由发动机控制电路执行。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，确定预期燃料流率的步骤是基于实验的。

20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，确定结焦喷嘴状态的步骤包括计算所述实际燃料流率与对应于对所述燃料喷嘴所测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间的所述预期燃料流率之间的任何差值的步骤。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，改变所述喷射器控制阀打开时间的步骤响应于所述实际燃料流率与所述预期燃料流率之间的任何计算差值。

22.一种建立燃料喷嘴控制策略的方法，所述方法包括以下步骤：

选择所要控制的燃料喷嘴构造；

确定用于所选燃料喷嘴的预期燃料流率，所述预期燃料流率为燃料压力和喷射器控制阀打开时间的函数；

运行所述所选燃料喷嘴一段时间；

在运行期间测量燃料喷嘴的燃料压力和喷射器控制阀打开时间；

在运行期间测量所述燃料喷嘴的实际燃料流率；

计算与对应于对所述燃料喷嘴所测得的燃料压力和喷射器控制阀打开时间的所述预期燃料流率相比较的所述实际燃料流率的任何不足；以及

增加所述喷射器控制阀打开时间，以补偿所述实际燃料流率的任何计算出的不足。

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