CN106640462A - 用于内燃发动机的喷射器布置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于内燃发动机的喷射器布置。提供了用于内燃发动机的喷射器布置的方法和系统。在一个示例中，喷射器布置可以包括设置在燃料喷射器与汽缸盖之间的致动器，其中致动器被配置成调节燃料喷射器相对于汽缸盖的位置，以便调节燃烧室内的燃料喷嘴尖端的突出量。

Description

用于内燃发动机的喷射器布置

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年10月8日提交的德国专利申请No.102015219515.5的优先权，其全部内容出于所有目的并入本文作为参考。

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃发动机的燃料喷射器布置的方法和系统。

背景技术

喷射器或喷射喷嘴形成了内燃发动机的非常重要的部件。喷射器用于在燃料/空气混合物通过压缩被点火之前将燃料喷射到相应汽缸中。每个喷射器至少在大多数情况下被布置在提供在发动机的汽缸盖中的相应凹部中。每个喷射器包括阀，其被打开用于喷射。一方面，这可以通过由与独立的喷射器相关联的泵产生的压力脉冲的方式而被实现。另一方面，阀还可能被电磁地控制，其中全部的喷射器由共同的压力贮存器进行供给。取决于发动机的设计，执行到燃烧室内的直接喷射(直接喷射)，其中活塞顶部经常具有环形凹部，或可替换地执行到分开的燃烧室的涡流室(室式发动机)内的直接喷射。

除喷射器的几何形状之外，特别是实际喷射过程经由进行喷射的开口的数量、形状、尺寸和对准，燃烧过程决定性地受“喷嘴尖端突出(nozzle tip protrusion)”的量的影响。这是对喷射器最前部分即喷嘴尖端伸出到汽缸的距离的衡量。然而，取决于周期和相关的不同的工作点，尖端突出的不同量将被认为是最佳的。一方面，这是由于喷射和燃烧过程的不同需求(例如，部分负荷或全负荷)，并且另一方面，这是由于在全负荷时大的尖端突出必然伴有喷嘴尖端上的增加的热应力，因此降低其寿命，然而在部分负荷时这完全是小问题。

燃烧过程的效率由最佳混合物准备确定，一方面，其根据借由适当的进气端口和活塞凹部几何形状所包含的空气来实现，并且另一方面，其根据借由通过适当的喷射喷嘴配置的燃料的最佳引入所包含的燃料来实现。这里应当注意喷射喷嘴的透入深度(喷嘴尖端突出)根据工作点以最佳方式设定。通常具有延迟喷射事件和低喷射压力的在相对较低的发动机转速处的低负荷工作点需要大量尖端突出，以在燃烧凹部实现最佳喷射模式。随着负荷和发动机转速的增加以及主喷射事件的对应的提前以及喷射压力的增加，需要较小量的喷嘴尖端突出以实现对应的凹部喷射模式。由于与排放相关的原因，应当避免凹部外侧的喷射射流(高HC、CO、碳烟图)。

实际上，喷嘴尖端突出以对应于折衷的方式选择。喷嘴尖端突出经常借由放置在喷射器与汽缸盖之间的刚性垫圈来调节，其中喷射器的肩部被支承在垫圈上，垫圈的一部分被支承在汽缸盖上。

DE 40 22 299 C2示出了可调节高度的垫圈，该垫圈具有一个位于另一个之上的两个垫圈部分并且具有实施为上升的螺旋面的接触表面，每个螺旋面具有坡道。在这种情况下，至少两个同心的螺旋面形成在每个垫圈部分上，所述表面的坡道在圆周方向上相对彼此偏离一定的角度。垫圈的高度通过使垫圈部分相对于彼此扭转而被调节，其中借由互相偏移的坡道实现垫圈部分相对于彼此的改进的倾斜稳定性。

US 7,703,727 B2公开了一种可调节的垫片布置，其具有一个放置在另一个上的两个楔形元件，两个楔形元件通过至少一个可调节的连接布置进行连接。连接布置被连接到两个楔形元件从而在所有情况下可枢转并且经由连接元件与所述元件接合，两个楔形元件彼此相对的空间可以被改变。改变空间具有楔形元件沿他们的接触表面相对于彼此移动的作用，由此改变了布置的整个高度。根据一个实施例，空间可以借由液压缸改变。

CN 202114508 U示出了可调节高度的垫圈装置。其包括底座、调节块和螺母。调节块和螺母带有内螺纹并且被套在底座的轴上的外螺纹上。通过拧紧和拧松，可以改变垫圈装置的总高度。

鉴于所示的现有技术，在提供关于喷射过程被最优化的喷射器时仍有改进的空间，特别在喷嘴尖端突出方面仍然有改进的空间。

发明内容

本发明的基本目标是优化内燃发动机(例如柴油发动机)中的喷射器的喷射过程。

根据本发明，目标是通过内燃发动机的喷射器布置实现的，内燃发动机包括：至少部分地布置在汽缸盖中的喷射器；耦连到喷射器并且在轴向方向上布置在喷射器的端部处的喷嘴尖端；以及被配置成在轴向方向上改变喷嘴尖端相对于汽缸盖的位置的致动器，其中喷嘴尖端的最小位置和最大位置通过致动器设定。

应当理解提供上述发明内容从而以简化形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由随附的权利要求唯一地限定。此外，要求保护的主题并不限于解决以上提出的或在本公开的任意部分提出的任意缺点的实现方式。

附图说明

图1示出了包括处于第一位置的燃料喷射器布置的发动机的局部截面。

图2示出了燃料喷射器布置的放大图。

图3示出了燃料喷射器布置的放大图，其中燃料喷射器布置处于第二位置。

图4示出了燃料喷射器布置的致动器的透视图。

图5示出了用于响应于发动机工况调节燃料喷射器的位置的示例性方法。

图6示出了基于发动机负荷对燃料喷射器喷嘴平均突出的调节的示例。

图7A到图7D的每个示出了基于发动机工况对燃料喷射器喷嘴突出的示例性调节。

图1到图4是按比例示出的，但是也可以使用其它相对尺寸。

具体实施方式

在各个附图中，在功能方面等同的零件总是提供有相同的参考标记，并且它们在总体上也仅描述一次。

本发明可用到内燃发动机(例如柴油发动机)的喷射器布置。具体地，这可以是用于诸如重型货车或客车的机动车辆的柴油发动机。当然，内燃发动机还可以是火花点火式发动机。术语“布置”通常意味着这包括多个部分，尽管这些部分可能永久地彼此连接。喷射器布置具有用于诸如柴油发动机的内燃发动机的汽缸盖中的至少局部布置的喷射器。也就是说，喷射器安装在汽缸盖中对应设计的凹部中。喷射器的一些部分在面对汽缸的一侧和/或在面对远离汽缸的一侧上从汽缸盖伸出。当然，喷射器(其也可以被认为是喷射喷嘴)用于将燃料喷射到诸如柴油发动机的内燃发动机的汽缸中，即，其具有用于燃料管线和阀的连接，借由该连接可以控制喷射过程。关于喷射控制的类型，在本发明的上下文中基本上没有限制。也就是说，例如，阀可以借由来自与喷射器关联的泵的压力脉冲打开，或可替换地被电磁地打开。

喷射器具有在轴向方向上布置在端部处的喷嘴尖端。该喷嘴尖端可以说是形成喷射器的端部，其在安装状态中朝向汽缸定向并且还可以伸出到所述汽缸中。术语“轴向方向”不应被解释为意味着喷射器或其部分必须相对于该方向呈现(轴向)对称，即使这可以应用于喷射器的一些部分。当然，轴向方向在安装状态中朝向汽缸。当然，喷射器可以布置为其轴线倾向于汽缸轴线，这在多阀概念的情况下是可能的，即，例如两阀概念，其中根据本发明在一定意义上轴向方向在该实施例中也指向安装状态中的汽缸。喷嘴尖端具有开口，通过该开口燃料可以被引入，也就是说例如从喷射器喷射到汽缸内。

根据本发明，喷射器布置具有致动器，借由该致动器，该喷嘴尖端相对于汽缸盖的位置可以在轴向方向上改变。借由所述致动器，由于汽缸盖和汽缸被安装以便相对于彼此固定，因此喷嘴尖端突出可以在安装状态下改变。因此可能的是，依据瞬时的要求，借由致动器来调适突出。因此，例如，在全负载时可以设定比部分负载时更短的喷嘴尖端突出。在这种情况下，在内燃发动机(例如柴油发动机)的工作期间在某种程度上能够动态地进行变化。取决于致动器的类型和速度，在汽缸周期内改变喷嘴尖端的位置也是可能的。

燃烧过程的效率通过最佳混合物准备而被确定，一方面，这根据借由适当的进气端口和活塞凹部的几何形状所包含的空气来实现，并且另一方面，这根据借由通过适当的喷射喷嘴配置的燃料的最佳引入所包含的燃料来实现。借由本公开，喷射喷嘴的渗入深度(喷嘴尖端突出)被连续地调节以允许根据工作点的最佳调适。因此，借由本公开，更长或更短的喷嘴尖端突出可以根据工作负荷被设定，以便达到燃烧凹部中的最佳喷射模式，其中还避免在凹部之外的喷射射流(高HC、CO、碳烟图)。

喷嘴尖端的位置的可变性明确地包括喷射器的其它部分的位置(特别是整个喷射器的位置)可以变化的可能性。显然的是致动器可以借由发动机控制系统以适当的方式控制。关于致动器的功能，根本上没有限制，即使在下面讨论了许多优选实施例。致动器可以以固定的方式连接到喷射器并且甚至可以集成到喷射器。然而，作为替换，例如，其还可以形成放置在喷射器上的单独的部件。还有的可能性是喷射器布置将具有多个致动器，即使单个的致动器是足够的。

由于期望应当可能以预定方式设定喷嘴尖端的位置，因此根据本发明借由致动器可选地设定喷嘴尖端的预定最小位置和预定最大位置是可能的。最小和最大位置表示喷嘴尖端的运动的最外面的位置。喷嘴尖端可以以预定方式采用至少这两个位置，并且其可以保持在这些位置。当然，位置中的一个对应于最小喷嘴尖端突出并且另一个对应于最大喷嘴尖端突出。因此，例如，可以为全负荷提供最小位置并且为部分负荷提供最大位置或反之亦然。

即使已经通过设定两个极端位置的可能实现对现有技术的改进，如果可以借由致动器设定最小位置和最大位置之间的至少一个中间位置，则这也将是有利的。喷嘴尖端突出的更细的匹配因此是可能的，由此允许燃烧过程变得更有效率。特别地，存在可以设定多个中间位置或甚至任何期望的中间位置的可能性。对于最后提到的情况，其中存在连续可调节性，多个不同的致动器是适当的(例如，而不是步进马达)。

如已经解释的，位置的变化可以仅影响包括喷嘴尖端的喷射器的一个部分。因此将可以想到的是，喷射器的一些其它部分保持固定并且喷射器在某种程度上扩张或缩短。

根据优选实施例，位置的变化影响整个喷射器。这里优选的是，喷射器布置包括在喷射器和汽缸盖之间布置的垫片元件，其中垫片元件的轴向范围(extent)借由致动器可调节。所述垫片元件可以可选地可拆卸地或不可拆卸地连接到喷射器，或者其可以是单独的结构并且仅仅搁置在喷射器上。正常地，垫片元件在轴向方向上被布置在喷射器与汽缸盖之间。在每种情况下，垫片元件的轴向范围的变化具有喷射器相对于汽缸盖的轴向位置变化的作用。垫片元件可以由单个部件或多个部件组成。原则上，还可以想到提供多个垫片元件。根据一个实施例，与轴向方向成一定角度延伸并且与其之间的垫片彼此支承的肩部被形成在喷射器和汽缸盖两者上。

为了防止在喷射器被垫片元件移动时喷射器倾斜，如果由垫片元件施加的力的作用不是一侧的而是或多或少对称的，则这将是有利的。根据有利的实施例，这通过垫片元件被正切地布置在喷射器周围的事实得到支持。当然，在此处，术语“正切地”应结合上述轴向方向来理解。垫片元件可以被布置成使得其完全地或部分地环绕喷射器，其中其优选地围绕喷射器占据至少180度的角度。特别地，在这种情况下，垫片元件可以具有以圆环或圆弧形式的横截面。然而，原则上，例如，横截面还可以是椭圆形或多边形的。特别在垫片元件被布置为在围绕整个路径延伸的情况下，喷射器还可以被说成是穿过垫片元件。形成在垫片元件内的是至少对应于喷射器的外部尺寸的孔。在这种情况下，喷射器可以具有锥形区域，其经由肩部合并到较宽的区域，其中垫片元件位于肩部上并且完全地或部分地环绕锥形区域。

垫片元件可以可选地以节省空间的方式实现。根据一个实施例，垫片元件在轴向方向是扁平的(flattened)。这应当理解为意味着垫片元件在轴向方向的尺寸小于垂直于轴向方向的最小尺寸。这种配置尤其可以与上述垫片元件的环绕布置组合。在圆环形式的垫片元件的情况下，例如，其(在轴向方向的)厚度小于其外直径。此外，厚度可以小于内半径或，总体上：其可以小于垂直于轴向方向的最小尺寸的50％。垫片元件优选地在垂直于轴向方向的平面中延伸。特别地，其可以大约具有垫圈的形状。

尽管在原则上可想到垫片元件和与致动器形成彼此完全独立的部件，但如果垫片元件至少部分地包括致动器，则这将是优选的。也就是说致动器的至少部分被集成到垫片元件中，或甚至可想到在致动器与垫片元件之间没有物理分离，即，致动器(或可选地其部分)由垫片元件形成，或致动器形成垫片元件。

关于使用的致动器的功能，原则上没有限制。大体上，优先选择被给予致动器，借由致动器可能实现快速的响应时间。特别地，响应时间应当比内燃发动机(也就是说，例如柴油发动机)的一个周期(例如，汽缸周期)显著更短，以使得喷嘴尖端突出在一个周期期间被调适。如果喷射器调节对周期水平具有分辨率(resolution)，即，可以在毫秒范围内进行，则这将是优选的。致动器可以被设计为电活性聚合物致动器(EAP致动器)或电动马达。在后一种情况下，其具体地可以是直线马达。电动马达还可以被可选地设计为步进马达。

根据优选的实施例，致动器是压电(piezoelectric)致动器，即，压电元件。这可以有利地与提供设计为垫圈的垫片元件的实施例组合。由于具有这样的致动器，可能的是，以特别简单的方式改变垫片元件的轴向范围，而不需要致动器包括移动的部分。压电元件两端施加电压具有使其范围改变的效果，即，压电元件缩短或扩张。其可以是多层压电元件，例如，借由多层压电元件可以对于相同的电压实现更大的扩张。压电致动器的响应时间足够短以在内燃发动机(即柴油发动机)的一个周期期间执行多个调节。当然，借由这种类型的致动器，通过电压的选择来连续地改变喷嘴尖端或喷射器的位置是可能的，这意味着喷嘴尖端突出可以被连续地改变。

这里进一步优选的是压电致动器由垫片元件形成。也就是说，在这种情况下，在致动器与垫片元件之间绝对没有物理分离：反而，单个部件执行两个功能。因此，在这种情况下，压电致动器作为垫片元件被布置在喷射器与汽缸盖之间，并且喷射器的位置通过改变所述元件的轴向范围而被改变，所述元件的轴向范围可以借由电源来调节。在这种情况下，如已经在上面提到的，压电致动器可以是圆环的形式，并且大约具有垫圈的形状和尺寸。也就是说，除了必须提供用于致动器的电源的电源线之外，该实施例可以特别容易集成到现有的系统并且不需要较大的修改。在某种程度上致动器施加压力但没有张力，并且因此喷射器主动地上升而不是下降。因此，在优选实施例中，在说明性实施例中的紧固装置作为“夹具(clamp)”提供，其用于将喷射器安装在喷射器孔中。夹持布置的一侧位于汽缸盖上，而另一侧位于喷射器上。喷射器借由夹具中的中心螺纹布置被适当地拧入，确保喷射器执行适当的运动，即使在压电元件垫圈形式的致动器的范围减小的情况下。因此，在某种程度上夹具是一种复位弹簧。在一个可能的实施例中，可以提供压电元件垫圈形式的致动器，其一方面在其与汽缸盖的接触位置并且另一方面在其与喷射器的接触位置被稳固地固定，因此，通过压电元件垫圈的范围的变化，通过相对运动引起喷嘴尖端突出的对应的调节。还可想到的是，喷射器在重力的作用下跟随压电元件垫圈的范围的变化，特别当所述垫圈缩短时。

根据另一可能的实施例，致动器是液压致动器。在工作状态中，这种类型的致动器被连接到液压供给，其经受借助于泵的压力。致动器可以以液压缸的方式工作，其中其可以具有单作用设计或双作用设计。然而，在前述情况下仅提供了至液压供给的一个连接，并且致动器的主动运动仅在一个方向发生，两个连接被提供在后者情况下并且主动运动发生在两个方向。后者可以是更优选的，以便提供更快速的响应时间。原则上，也可能具有该实施例，致动器同时形成垫片元件。原则上，该类型的液压致动器还可以以圆环形式环绕喷射器。作为替换，致动器可以可选地是气动致动器，即使利用液压致动器通常可以实现较高精度和更短的响应时间。

图1示出了内燃发动机10的一部分。内燃发动机10在下文中被称为柴油发动机10，尽管内燃发动机10当然也可以是火花点火式发动机或混合式发动机。同时，视图是非常概略化和简单化的，并且不与本公开的说明相关的元件已经被省略。

图1示出了汽缸11的部分，活塞12被布置在其中，活塞12具有环形凹部12.1。活塞12以铰接方式连接到连接杆13。汽缸11以公知的方式由汽缸盖14封闭，其中用于将新鲜空气导入至汽缸11的气体通道14.1和用于将排气从汽缸11导出的第二气体通道14.2延伸通过汽缸盖14。为了清楚起见，没有示出可以关闭气体通道14.1、14.2的液压挺杆(hydraulictappet)以及汽缸盖14的其它细节。

根据本发明属于喷射器布置1的一部分的喷射器2被插入到汽缸盖14内。在这种情况下，喷射器2不是不同于现有技术公知的喷射器。在本发明的上下文中由于其内部结构的细节不具有特别的意义，未示出其截面。喷射器2相对于在轴向方向A上延伸的纵向轴线具有很大程度上对称的设计。在轴向方向A的端部处，喷射器2具有喷嘴尖端2.1，其中布置了用于将燃料喷射到凹部12.1的区域内的开口(未示出)。特别地，可以看到，在图2的放大详细视图中，喷嘴尖端2.1从汽缸盖14稍向汽缸11的区域伸出。喷嘴尖端2.1伸出到汽缸11内的距离被称为喷嘴尖端突出V。

连接到喷射器2的轴向位置的该喷嘴尖端突出V尤其通过致动器3确定，致动器3被布置在汽缸盖14与喷射器2之间。

作为垫片元件，致动器3基本上具有垫圈的形状，如在图4中的透视图所看到的。在图1到图3中，同样未示出致动器3的截面。形成在喷射器2上的是肩部2.2，肩部2.2被支承在致动器3上，致动器3的一部分又被支承在汽缸盖14的相对的肩部14.3上。

致动器3同样是喷射器布置1的一部分并且被实现为压电元件垫圈。致动器3通过导线4、5连接到电源6。导线4、5被连接到致动器3的在轴向方向A上彼此相对的端部。因此，两个导线4、5之间的电压引起致动器3即压电元件垫圈在轴向方向A上的扩张。不言而喻的是，图1到图4所示的导线4、5的路径将被作为完全示意的并且与实际路径不同。电源6可以通过发动机控制系统(未示出)调节。

图1到图2示出了具有最小可能的轴向范围(其对应于最大的喷嘴尖端突出V)的致动器3，即压电元件垫圈，。在该状态中，电源6没有在致动器3两端施加电压。相反，图3示出了最大的设想电压正被施加在致动器3两端的状态，作为结果致动器在轴向方向A上扩张。结果，喷射器2进而远离汽缸11移动并且存在显著较小的喷嘴尖端突出V。

如可以看到的，致动器3还可以被称为压电致动器，致动器3由垫片元件形成。也就是说，在这种情况下，在致动器3与垫片元件之间没有物理分离；反而，单个部件执行两个功能。因此，在这种情况下，压电致动器3布置为在喷射器与汽缸盖之间的垫片元件，并且喷射器的位置通过改变所述元件的轴向范围而被改变，所述元件的轴向范围可以借由电源调节。在这种情况下，压电致动器3可以是圆环的形式并且如上所述具有大约垫圈的形状和尺寸。也就是说，除了必须提供用于致动器的电源的电源线之外，该实施例能够特别容易地集成到现有的系统并且不需要较大的调适。

虽然图2到图3示出喷射器2的极限位置，但是通过改变电压来设定所有可想到的中间位置在原则上是可能的。由于压电致动器3的快速响应时间，如果需要，可以在内燃发动机(例如柴油发动机10)的一个周期(例如，汽缸周期)期间若干次地设定各个位置。

图1到图4示出了具有各个部件的相对定位的示例性配置。如果示出为彼此直接接触或直接耦连，那么此类元件可以至少在一个示例中被称为分别直接接触或直接耦连。类似地，示出的彼此邻接或相邻的元件可以至少在一个示例中分别彼此邻接或相邻。作为一个示例，放置为彼此共面接触的部件可以被称为共面接触。作为另一个示例，设置为彼此间隔并且在其之间仅有空间而没有其他部件的元件可以在至少在一个示例中被这样称呼。作为又一个示例，示出为在彼此之上/之下、在彼此的相对侧上或在彼此的左侧/右侧的元件可以相对于彼此这样称呼。此外，如图所示，在至少一个示例中，最顶层元件或元件的最顶点被称为部件的“顶部”，并且最底层元件或元件的最底点被称为部件的“底部”。如在此使用的，顶部/底部，上部/下部，之上/之下可以相对于图的竖直轴线并且用于描述图的元件相对于彼此的定位。同样地，在一个示例中，示出为在其它元件之上的元件被竖直地设置在其他元件之上。作为又一个示例，附图内描绘的元件的形状可以称为具有那些形状(例如，是圆形，直线，平面，弯曲的，倒圆的，倒角的，成角度的或诸如此类)。进一步地，在至少一个示例中，示出为彼此交叉的元件可以被称为交叉元件或彼此交叉。仍然进一步地，在一个示例中，示出在另一个元件内或示出在另一元件的外部的元件可以这样称呼。

图5示出了响应于发动机工况调节燃料喷射器(诸如由图1到图3所示的并且如上所述的喷射器2)的位置的示例方法。在一个实施例中，调节燃料喷射器的位置包括调节压电致动器(诸如由图1到图3所示和如上所述的压电致动器3)的通电量，其中压电致动器被设置在燃料喷射器与发动机的汽缸盖之间。

例如，如上参照图1到图3所述的，压电致动器可以是环形的致动器，并且可以被设置在接近喷射器喷嘴的喷射器肩部(诸如图2到图3所示的肩部2.2)与喷射器轴向方向(例如，图1到图3所示的轴向方向A)上的汽缸盖的肩部(诸如，如图2到图3所示的汽缸盖14的相反的肩部14.3)之间。压电致动器可以被通电以便在轴向方向上扩张压电致动器，由此增加喷射器肩部与汽缸盖肩部之间的距离。类似地，当压电致动器的通电量减少时，压电致动器可以在轴向方向上缩短，由此减少喷射器肩部与汽缸盖肩部之间的距离。通过增加或减少喷射器肩部与汽缸盖肩部之间的距离，喷射器喷嘴尖端(例如，由图2到图3示出的喷嘴尖端2.1)从汽缸盖至燃烧室(例如，由图1示出的汽缸11)的突出量被调节。

在另一个实施例中，响应于发动机工况来调节燃料喷射器的位置包括调节设置在燃料喷射器与汽缸盖之间(例如，如上所述在喷射器肩部与汽缸盖肩部之间)的液压致动器或气动致动器的流体压力。例如，增加燃料喷射器肩部与汽缸盖肩部之间的距离可以包括增加液压致动器或气动致动器的流体压力，而减少燃料喷射器肩部与汽缸盖肩部之间的距离可以包括减少液压致动器或气动致动器的流体压力。

用于执行包括在本文中的方法500和其余方法的指令可以基于存储在控制器的存储器上的指令并且结合从发动机系统的传感器接收的信号通过控制器来执行，发动机系统的传感器诸如是发动机转速传感器、温度传感器、曲轴位置传感器等。根据如下所述的方法，控制器可以采用发动机系统的发动机致动器来调节发动机操作。

方法500包括在502处基于发动机系统中的各传感器(例如，如上所述的诸如各种温度传感器、压力传感器等)的一个或更多个输出和/或发动机系统的工况，估计和/或测量发动机工况。发动机工况可以包括发动机转速与负荷、发动机负荷增加的比率、燃料压力、踏板位置、燃料喷射器喷嘴打开时间、质量空气流速、涡轮转速、压缩机进口压力、排放控制装置温度等。估计和/或测量发动机工况还可以包括估计和/或测量每个燃料喷射器喷嘴尖端到每个对应汽缸的突出的量。在一个示例中，突出的量可以基于耦连在每个燃料喷射器与汽缸盖(如上所述)之间的对应的压电致动器的通电量。

在504，方法包括确定发动机负荷是否低于阈值发动机负荷。例如，控制器可以将(如上所述由控制器基于一个或多个传感器的输出确定的)发动机负荷的估计值和/或测量值与阈值发动机负荷相比较，以便确定估计的和/或测量的发动机负荷是否小于阈值发动机负荷。在一个示例中，阈值发动机负荷可以基于发动机负荷的量，在该发动机负荷的量处需要燃料喷射器的喷嘴尖端到对应汽缸的最大突出。例如，对于低于阈值发动机负荷的发动机负荷，喷嘴尖端的最大突出可以通过增加汽缸内空气与燃料的混合而增加汽缸的燃烧效率。

如果在504处发动机负荷低于阈值发动机负荷，则方法继续至506，其中方法包括维持燃料喷射器喷嘴尖端的平均突出量。例如，平均突出量可以直接在506之前在汽缸的一个完整燃烧周期中(例如，一个周期包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程)由控制器确定。进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程可以在此被共同称作汽缸周期、燃烧周期或发动机周期。在一个示例中，控制器可以贯穿每个冲程维持平均突出量，从而使得在进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程中的每个冲程期间喷嘴尖端突出到汽缸中相同量。在另一个示例中，控制器可以贯穿燃烧周期维持平均突出量，但在一个或更多个冲程期间的突出量可以不同于每个其它冲程期间的突出量。例如，在进气和压缩冲程期间，喷嘴尖端的突出量可以大于在做功和排气冲程期间的突出量。然而，控制器可以对四个冲程的每个冲程上的突出量进行平均，并且可以维持平均量。

如果在504处发动机负荷不低于阈值发动机负荷，则方法继续至508，其中方法包括基于发动机负荷来调节燃料喷射器喷嘴尖端的平均突出量。例如，如上关于506所述的，控制器可以对贯穿进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程的喷嘴尖端突出量进行平均。响应于估计的和/或测量的发动机负荷，平均突出量可以被增加或减少。在一个示例中，当发动机负荷增加时，平均突出量可以减少。类似地，当发动机负荷降低(但仍大于阈值发动机负荷)时，平均突出量可以增加。

通过响应于测量的和/或估计的发动机负荷来调节燃料喷射器喷嘴尖端至汽缸的平均突出量，可以增加燃烧品质。例如，当发动机负荷增加时，汽缸的压缩比也可以增加。通过响应于增加的发动机负荷来减少平均突出量，从喷嘴尖端的燃料喷射路径可以被最优化，并且燃料和空气的混合可以被增加。此外，通过响应于增加的发动机负荷来减少平均突出量，由于喷嘴尖端暴露至高汽缸温度的量减少，因此可以减少沉积在喷嘴尖端的炭的形成。

在另一个示例中，通过响应于减少的发动机负荷增加喷嘴尖端的平均突出量，供给至压电致动器的电能的量可以被减小。换句话说，如上所述，当压电致动器的通电增加时，喷嘴尖端的突出量被减小。为了增加平均突出量，压电致动器的通电的量被减少。当发动机负荷减小时，供给至压电致动器的能量的量也被减小，并且喷嘴尖端的平均突出量被增加。通过以这种方式调节喷嘴尖端的突出，当发动机负荷减小时通过发动机的电力源可以消耗较小量的能量。

在一个示例中，可以直接在508之前在汽缸的一个完整燃烧周期中(例如，一个周期包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程)通过控制器确定平均突出量。在一些示例中，控制器可以通过进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程的每个的平均量调节(例如增加或减少)平均突出量。在其它示例中，控制器可以在一个或更多个冲程期间通过增加或减小突出量来调节平均突出量，从而使得在一个或多个冲程期间的突出量可以不同于在每个其它冲程期间的突出量。例如，在进气和压缩冲程期间，喷嘴尖端的突出量可以相对于做功和排气冲程期间的突出量增加。以这种方式，在四个冲程中每个冲程期间的平均突出量可以被增加。

当方法500参照发动机的示例燃料喷射器的以上描述时，方法500可以针对发动机的一个或多个燃料喷射器由控制器执行。在一个示例中，控制器可以针对发动机的每个燃料喷射器执行方法500。在另一个示例中，控制器可以仅针对发动机的一些燃料喷射器执行方法500而不针对其它喷射器执行方法500。

图6示出了基于根据由图5所示的方法500的发动机负荷对燃料喷射器喷嘴平均突出的调节的示例。绘图600示出了在602处的燃料喷射器喷嘴的平均突出量(如由控制器确定的，如参照图5的方法500在上面描述的)、在604处的测量的和/或估计的发动机负荷、在603处的压电致动器的通电量(例如，由图1到图4所示的压电致动器3)、以及在606处的阈值发动机负荷。在一个示例中，在606处的阈值发动机负荷是参照由图5所示的504在上面描述的阈值发动机负荷。

在时间t0和时间t1之间，在604处的发动机负荷稍微起伏，但低于阈值发动机负荷606。结果，在602处的燃料喷射器喷嘴平均突出维持在恒定量。此外，压电致动器的通电也维持在恒定量。在图6所示的示例中，在时间t0和t1之间，压电致动器的通电量大约为零。换句话说，压电致动器未被通电。

在时间t1，在604处的发动机负荷已经增加一定量，从而使得发动机负荷大于606处的阈值发动机负荷。响应于发动机负荷超过阈值发动机负荷，如603所示压电致动器被通电，并且如602所示燃料喷射器喷嘴平均突出量减小。

在时间t1和t2之间，604处的发动机负荷增加，并且在时间t2到达峰值。当发动机负荷增加时，在603处压电致动器的通电也增加，由此减小了602处的燃料喷射器喷嘴平均突出量。

在时间t2，604处的发动机负荷开始减少。因此，在603处压电致动器的通电也开始减小，并且在602处燃料喷射器喷嘴平均突出开始增加。

在时间t2和t3之间，在604处发动机负荷继续减少，在603处压电致动器的通电继续减少，并且在602处燃料喷射器喷嘴平均突出继续增加。

在时间t3，604处的发动机负荷降低到低于阈值发动机负荷606。结果，在603处的压电致动器的通电减少，并且压电致动器未通电。602处的燃料喷射器喷嘴平均突出不再增加并且反而维持在恒定量(例如，对应于喷嘴尖端的最大突出量的量)。

在时间t3后，604处的发动机负荷不增加到高于606处的阈值发动机负荷。因此，602处的燃料喷射器喷嘴平均突出维持在恒定量，并且压电致动器的通电也维持在恒定量(例如，在该示例中零通电)。

尽管图6所示的示例包括响应于发动机负荷调节燃料喷射器位置，但是可替换的实施例可以包括响应于不同的状况调节燃料喷射器位置(例如，喷嘴尖端突出量)。例如，在一个实施例中，喷嘴尖端突出量可以响应于耦连到燃料喷射器的燃料管线内的燃料的压力而被调节。在另一个实施例中，喷嘴尖端突出量可以响应于燃烧周期内进气门和排气门重叠的量而被调节。在进一步其他实施例中，喷嘴尖端突出量可以响应于一个或更多个状况而被调节，例如燃料压力和气门重叠的组合，或不同状况的组合。

图7A到图7D的每个示出了基于发动机工况对燃料喷射器喷嘴突出的示例性调节。在一个示例中，如参照图5到图6在上面描述的，由图7A到图7D所示的调节可以响应于发动机负荷而被执行。在另一个示例中，在由图7A到图7D所示的每个调节中，发动机负荷的量可以是相同的量，并且调节响应于不同状况而被执行，不同状况是例如估计的和/或测量的发动机爆震的量、燃料喷射器喷嘴温度、燃料管线压力等。例如，尽管在图7A到图7D所示的每个示例中发动机负荷可以是相同的量，但是控制器可以执行由图7A到图7D所示的任何调节，以便降低燃料喷射器喷嘴温度、减少发动机爆震等，由此增加发动机性能。

在由图7A到图7D所示的每个示例中，示出了发动机的完整燃烧周期，包括进气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。虽然图7A到图7D所示的示例示出了柴油发动机的燃烧周期，但是对图7A到图7D所示的喷嘴突出的调节也可以应用于火花点火式发动机。上止点活塞位置被表示为TDC，而下止点活塞位置由BDC表示。在进气冲程期间，新鲜空气经由与汽缸耦连的进气通道流入汽缸(例如由图11所示的汽缸11)。在压缩冲程期间新鲜空气通过活塞从BDC至TDC的运动被压缩，并且燃料被喷射到汽缸(如下所述)。燃料和空气混合并且点火，并且在做功冲程期间，产生的点火推动活塞从TDC至BDC。在排气冲程期间燃烧的空气燃料混合物然后经由与汽缸耦连的排气通道作为排气从汽缸排出。

如在图7A到图7D中的每个所示，在压缩冲程结束期间并且直接在做功冲程之前燃料可以被喷射到汽缸，如由主喷射704所示。较少量的燃料还可以在不同的时间被喷射到汽缸，就是所谓的引燃喷射(pilot injection)，如第一引燃喷射700和第二引燃喷射702所示。在图7A到图7D所示的示例中，第一引燃喷射700约发生在进气冲程期间的一半，而第二引燃喷射702发生在接近压缩冲程的开始并且在主喷射704之前。在其他的示例中，主喷射704、第一引燃喷射700和第二引燃喷射702可以在不同于由图7A到图7D所示的时间发生。此外，其它的示例可以包括不同数目的引燃喷射，诸如一次，三次、四次等。因此，参照图7A到图7D的如下所述的调节可以适于不同数目的引燃喷射和/或引燃喷射的正时以及主喷射的不同的正时。在某些示例中，引燃喷射(例如，第一引燃喷射700和第二引燃喷射702)可以增加发动机的燃烧稳定性(例如，减少失火的可能性)。如由引燃喷射相对于主喷射的减少的燃料喷射器喷嘴开度的持续时间所表示的，每次引燃喷射比主喷射704喷射更少量的燃料量至汽缸。换句话说，在主喷射704期间，燃料喷嘴比在第一引燃喷射700或第二引燃喷射702任一个期间打开较长量的时间，由此传送了增加量的燃料至汽缸。

在图7A所示的一个示例中，控制器可以在主喷射704之前(例如，经由压电致动器的通电，诸如如图1到图4所示的压电致动器3的通电)增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，并且在主喷射704之后减少燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，从而使得如706处所示，喷嘴尖端在主喷射704期间比在第一引燃喷射700或第二引燃喷射702任一个期间突出更大的量。此外地，在该示例中，喷嘴尖端突出量在进气冲程或排气冲程任一个期间未调节。在可替换的示例中，喷嘴尖端突出量可以仅在压缩冲程期间被调节，并且可以在进气冲程、做功冲程和排气冲程的每个冲程期间不被调节，从而使得喷嘴尖端在主喷射704期间突出增加的量而在其它时间不突出增加的量。在其它示例中，喷嘴仅在第一引燃喷射700期间、第二引燃喷射702期间或仅在第一引燃喷射700、第二引燃喷射702和主喷射704中的一个或多个的组合期间突出。

在图7B所示的另一示例中，控制器可以在第一引燃喷射700之前增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，并且在主喷射704之后减少燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，从而使得如708所示，在从第一引燃喷射700的开始至主喷射704的结束的时间量期间，喷嘴尖端突出更大的量。此外，在该示例中，喷嘴尖端突出量在排气冲程期间不被调节，从而使得在第一引燃喷射700期间、第二引燃喷射702期间、主喷射704期间以及在第一引燃喷射700和主喷射704之间的整个时间量期间，喷嘴尖端突出增加的量，但在其它时间喷嘴尖端不突出增加的量。

在图7C所示的另一示例中，控制器可以在第一引燃喷射700之前增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，可以在第一引燃喷射700之后减少燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，可以在第二引燃喷射702之前增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，可以在第二引燃喷射702之后减少燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，可以在主喷射704之前增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，以及可以在主喷射704之后减少燃料喷射器喷嘴尖端的突出量。换句话说，喷射器喷嘴尖端可以在第一引燃喷射700(如在710处所示)、第二引燃喷射702(如在712处所示)和主喷射704(如在714处所示)期间突出增加的量，但在其它时间不突出增加的量，其他时间包括在第一引燃喷射700与第二引燃喷射702之间的时间、在第二引燃喷射702与主喷射704之间的时间、以及在主喷射704与下一个第一引燃喷射700(例如，下一燃烧周期的下一引燃喷射)之间的时间。在该示例中，喷嘴尖端突出量在排气冲程期间不被调节。

在图7D所示的另一示例中，如在716处所示的，控制器可以在第一引燃喷射700之前增加燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，并且可以在第二引燃喷射702之后减小燃料喷射器喷嘴尖端的突出量，但在其它时间不调节喷嘴尖端的突出量。换句话说，在第一引燃喷射700期间、第二引燃喷射702期间以及第一引燃喷射700与第二引燃喷射702之间的时间，喷射器喷嘴尖端可以突出增加的量，但在主喷射704期间喷射器喷嘴尖端可以不突出增加的量。在该示例中，喷嘴尖端突出量在做功冲程或排气冲程期间不被调节。在可替换的示例中，在第二引燃喷射702期间、主喷射704期间以及第二引燃喷射702与主喷射704之间的时间，喷射器喷嘴尖端可以突出增加的量，但在第一引燃喷射700期间喷射器喷嘴尖端可以不突出增加的量。

通过调节燃料喷射器喷嘴尖端的突出，喷嘴尖端可以在燃料喷射期间具有增加的突出量，并且可以在燃料喷射之间具有减小的突出量。以这种方式，压电致动器可以被通电减少的时间量，由此减少发动机的电子部件的负荷(例如，电池)。此外，喷嘴尖端的增加的突出可以选择性地与引燃喷射、主喷射、或引燃喷射与主喷射的组合一致，以便增加发动机性能(例如，减少爆震，减少喷嘴尖端温度等)。

注意本文包含的示例性控制和估计方法可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文公开的控制方法和程序可以作为可执行指令存储在非瞬时存储器中并且可以通过包括控制器的控制系统结合各传感器、致动器和其它发动机硬件来执行。本文描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。同样地，说明的各中动作、操作和/或功能可以以说明的顺序执行、并行执行或在一些情况下被省略。同样地，处理的顺序不是实现本文描述的示例性实施例的特征和优点必须需要的，而是被提供以便易于说明和描述。取决于使用的具体策略，可以重复地执行说明的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非瞬时存储器的代码，其中描述的动作通过执行包括与电子控制器相结合的各发动机硬件部件的系统中的指令而实施。

应当理解，本文公开的配置和程序实质上是示例性的，并且这些具体实施例并不认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以被应用到V-6、I-4、I-6、V-12、对置4缸和其它发动机类型。本发明的主题包括各种系统和配置、以及本文公开的其它特征、功能和/或性质的全部新颖和非显而易见的组合和子组合。

以下的权利要求特别指出了被认为新颖和非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同形式。这样的权利要求应当理解为包括一个或更多个这样的元件的并入，既不要求也不排除两个或更多这样的元件。公开的特征、功能、元件和/或性质的其它组合和子组合可以是通过当前权利要求的修改或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而请求保护。这样的权利要求，无论与原始权利要求的范围相比更宽、更窄、等同或不同，都被认为是包含在本发明的主题内。

Claims (20)

1.一种用于内燃发动机的喷射器布置，包括：

至少部分地布置在汽缸盖中的喷射器；

喷嘴尖端，其被耦连到所述喷射器并且沿轴向方向布置在所述喷射器的端部处；以及

被配置成在所述轴向方向上改变所述喷嘴尖端相对于所述汽缸盖的位置的致动器，所述喷嘴尖端的最小位置和最大位置由所述致动器设定。

2.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中在所述最小位置与所述最大位置之间的至少一个中间位置能够通过所述致动器设定。

3.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中所述致动器被布置在所述喷射器与所述汽缸盖之间，并且其中所述致动器的轴向范围是可调节的。

4.根据权利要去1所述的喷射器布置，其中所述致动器被正切地布置在所述喷射器周围。

5.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中所述致动器在所述轴向方向上是扁平的。

6.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中所述致动器是压电致动器。

7.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中所述致动器是垫片元件。

8.根据权利要求7所述的喷射器布置，其中所述致动器是垫圈。

9.根据权利要求1所述的喷射器布置，其中所述致动器是压电元件垫圈。

10.一种方法，其包括：

响应于第一状况，调节燃烧室内的燃料喷射器的喷嘴尖端的突出量：以及

响应于第二状况，维持所述喷嘴尖端的所述突出量。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一状况包括发动机负荷超过阈值发动机负荷。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第二状况包括发动机负荷低于所述阈值发动机负荷。

13.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述突出量包括调节致动器的通电，其中所述致动器被设置在所述燃料喷射器与汽缸盖之间，形成所述燃烧室的顶部表面。

14.根据权利要求13所述的方法，其中调节所述突出量包括响应于增加所述致动器的所述通电，减少所述突出量，并且包括响应于减少所述致动器的所述通电，增加所述突出量。

15.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述喷嘴尖端的所述突出量包括仅在单个汽缸周期的一个或多个引燃喷射期间并且不在所述单个汽缸周期的主喷射期间使所述喷嘴尖端突出增加的量。

16.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述喷嘴尖端的所述突出量包括仅在单个汽缸周期的主喷射期间并且不在所述单个汽缸周期的引燃喷射期间使所述喷嘴尖端突出增加的量。

17.根据权利要求10所述的方法。其中调节所述喷嘴尖端的所述突出量包括在单个汽缸周期的每个燃料喷射期间使所述喷嘴尖端突出增加的量并且在所述单个汽缸周期的每个燃料喷射之间使所述喷嘴尖端不突出增加的量。

18.根据权利要求10所述的方法，其中调节所述喷嘴尖端的所述突出量包括在单个汽缸周期的每个燃料喷射期间并且在所述单个汽缸周期的第一引燃喷射的开始和主喷射的结束之间，使所述喷嘴尖端突出增加的量。

19.一种方法，包括：

响应于发动机负荷超过阈值发动机负荷，调节燃烧室内的燃料喷射器喷嘴平均突出量：以及

响应于所述发动机负荷低于所述阈值发动机负荷，维持所述燃料喷射器喷嘴平均突出量。

20.根据权利要求19所述的方法，其中调节所述燃料喷射器喷嘴平均突出量包括在单个汽缸周期的进气冲程和压缩冲程中的至少一个冲程期间使喷嘴尖端突出增加的量，并且包括在所述单个汽缸周期的膨胀冲程和排气冲程中的至少一个冲程期间使所述喷嘴尖端不突出所述增加的量。