CN107002582B - 燃料喷射器的控制方法和设备以及升级控制设备的方法 - Google Patents

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Abstract

燃料喷射器的控制方法和设备以及升级控制设备的方法。用于控制活塞发动机的燃料喷射器(10)的方法，所述方法包括以下步骤：产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，以及将该电流信号变换成用于控制燃料喷射器(10)的压电致动器(5)的电压信号。

Description

燃料喷射器的控制方法和设备以及升级控制设备的方法
技术领域
本发明涉及用于控制燃料喷射器的方法。本发明还涉及如在另一独立权利要求中限定的控制设备以及用于升级这种控制设备的方法。
背景技术
在大型活塞发动机(诸如发电厂和根据狄赛尔循环(diesel cycle)运行的船舶发动机)中，使用燃料喷射器将燃料喷射到发动机的每个气缸中。每个燃料喷射器都包括喷射针，该喷射针打开和关闭气缸与燃料源之间的流体连通。常规地，在共轨发动机中，每个燃料喷射器都设置有螺线管致动器。当电流被馈送到该致动器的线圈中时，燃料喷射器被致动。这种常规燃料喷射器仅具有开/关功能，即喷射器可处于要么打开状态要么关闭状态，并且不可能选择喷射器将仅部分打开的中间状态。
燃料喷射器还可以设置有压电致动器，该压电致动器提供燃料喷射的更精确的控制。压电致动器利用压电材料，其中使用电压信号使材料变形，并且喷射器的开口取决于馈送到致动器中的电压。由于压电致动器需要电压信号，所以设计用于控制常规燃料喷射器的控制单元不适用于控制压电致动器。这是一个问题，尤其是当通过用设置有压电致动器的喷射器替换燃料喷射器来升级配备有常规燃料喷射器的发动机时，因为还需要替换控制单元。在一些发动机中，诸如在双燃料发动机中，每个气缸可以设置有两个或更多个燃料喷射器，其中，一些由螺线管致动器致动，一些由压电致动器驱动。在这种情况下，针对不同的致动器需要不同的控制单元。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制活塞发动机的燃料喷射器的改进方法。本发明的另一个目的是提供一种用于活塞发动机的燃料喷射器的改进的控制设备以及一种用于升级这种控制设备的方法，如其它独立权利要求中所限定的。
根据本发明的方法包括以下步骤：产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，以及将该电流信号变换成用于控制燃料喷射器的压电致动器的电压信号。
根据本发明的控制设备包括燃料喷射控制单元，该燃料喷射控制单元被配置为产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，所述设备包括用于将所述电流信号变换成用于控制燃料喷射器的压电致动器的电压信号的装置。
在用于升级控制设备的方法中，所述控制设备设置有用于将电流信号变换成用于控制燃料喷射器的压电致动器的电压信号的装置。
利用根据本发明的方法和设备，可以使用同一控制单元来控制螺线管致动燃料喷射器和压电致动燃料喷射器。在发动机升级的情况下，可以用设置有压电致动器的燃料喷射器替换常规燃料喷射器，而不需要替换燃料喷射控制单元。
附图说明
以下参照附图更详细地描述本发明的实施方式，在附图中：
图1示意性地示出了燃料喷射器的控制设备，
图2A示出了用于喷射控制的电流信号，
图2B示出了与图2A的电流信号相对应的螺线管致动喷射器的状态，
图2C示出了与图2A的电流信号相对应的电压信号，
图2D示出了与图2C的电压信号相对应的压电致动喷射器的状态，
图3A示出了用于喷射控制的另一电流信号，
图3B示出了与图3A的电流信号相对应的电压信号，以及
图3C示出了与图3B的电压信号相对应的压电致动喷射器的状态。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了用于活塞发动机的燃料喷射器10的控制设备。该发动机可以是大型内燃机，诸如，船舶的主发动机或辅发动机，或者在发电厂被用于发电的发动机。在图1中，所述控制设备控制单个燃料喷射器10，但优选地，发动机的每个气缸都设置有至少一个燃料喷射器10，所述至少一个燃料喷射器10以相同的方式被控制。发动机的每个气缸还可以设置有多于一个的燃料喷射器，在这种情况下，可以按与图1的燃料喷射器10相同的方式控制所述燃料喷射器中的一个或更多个，并且也可以按不同的方式控制所述燃料喷射器中的一个或更多个。例如，在双燃料发动机中，每个气缸可以设置有用于气体燃料、液体引燃燃料和液体主燃料的单独的燃料喷射器。燃料喷射器10将燃料喷射到气缸或预燃室中。图1的燃料喷射器10由压电致动器5致动。该压电致动器5包含能够将电压信号转换成物理运动的压电材料。压电致动器5的位置取决于电压。压电致动器5是产生线性运动的叠层致动器(stack actuator)。
根据本发明的实施方式的控制设备包括能够控制燃料喷射定时和持续时间的燃料喷射控制单元1。该燃料喷射控制单元1被配置为产生电流信号，该电流信号可以用于直接控制常规燃料喷射器，其中流过螺线管致动器的线圈的电流将燃料喷射器从关闭状态切换到发生燃料喷射的打开状态。同一燃料喷射控制单元1可以控制发动机的所有燃料喷射器10，但是燃料喷射控制单元1需要针对发动机的每个气缸产生单独的控制信号，除非在多于一个的气缸中同时发生燃料喷射。
图2A示出了燃料喷射控制单元1的典型电流信号，并且图2B示出了螺线管致动燃料喷射器的相应状态。当超过特定阈值电流时，燃料喷射器被切换到打开状态，并且燃料喷射器保持打开，直到电流下降到阈值以下为止。尽管电流的波动很小，但是燃料喷射器要么处于打开状态要么处于关闭状态，并且不会处于任何中间位置。因此，燃料喷射率成形(shaping)是不可能的，并且喷射燃料的量取决于燃料喷射器保持为打开的持续时段。
为了允许使用压电致动器，控制设备设置有压电控制单元2。该压电控制单元2被配置为从燃料喷射控制单元1接收电流信号并对其进行处理，以便控制压电致动器5。压电控制单元2是与燃料喷射控制单元1分离的模块。压电控制单元2被连接到第一电压源3和第二电压源4。第一电压源3产生第一电压，并且第二电压源4产生第二电压。第一电压在700至1300V的范围内，并且第二电压在100至300V的范围内。
压电控制单元2包括转换单元2a、放大单元2b和测量单元2c。来自燃料喷射控制单元1的电流信号被转换单元2a接收并且在压电控制单元2中分三个阶段进行处理。输入信号的电流的大小在0至5A的范围内。在第一阶段中，电流信号在转换单元2a中被变换成电压信号。转换单元2a可以是常规电流电压转换器，其将电流信号作为输入并且输出电压信号，其中电压的大小取决于输入信号的电流的大小。
在第二阶段中，放大单元2b从转换单元2a接收电压信号作为输入。在该放大阶段中，电压信号被放大并被用作喷射控制的设定点。放大单元2b包括用于电压信号的闭环控制。该控制基于在第三阶段中从测量单元2c接收到的反馈。测量单元2c监测经放大的电压信号的电压和电流。在校准的压电致动器5中，致动器5上的电压也指示该致动器5的位置。测量单元2c监测压电致动器5上的电压，并且经由第一反馈线7将位置信息发送到燃料喷射控制单元1。基于压电致动器5的位置，可以确定燃料喷射器10的针阀升程。经放大的电压信号的电压测量的数据经由第二反馈线8发送到燃料喷射控制单元1，并且经放大的电压信号的电流测量的数据经由第三反馈线9被发送到燃料喷射控制单元1。来自测量单元2c的信息可以用于调谐由燃料喷射控制单元1产生的控制信号。
图2C示出了与图2A的电流信号相对应的电压信号。从图中可以看出，电压信号的形状与电流信号的形状相对应。图2D示出了压电致动器5的相应位置。燃料喷射器10的位置跟随致动器5的位置。图3A示出了另选的电流信号3A，并且图3B和图3C分别示出了压电致动器5的相应电压信号和位置。从附图中可以看出，可以使用不同的电流信号来产生燃料喷射器10的不同的开口轮廓(opening profile)。因此，可以实现比使用螺线管致动器可能实现的对燃料喷射率更精确的控制。
根据本发明的控制设备尤其适用于发动机升级。可以用压电致动器来替换螺线管致动器，而无需替换燃料喷射控制单元1。利用压电控制单元2，可以按能够控制压电致动器5的方式来转换由燃料喷射控制单元1产生的电流信号。
本发明在多燃料发动机中也是有用的。例如，在双燃料发动机(其可以在使用液体引燃燃料来点燃气体燃料的气体模式下操作，或者在使用液体主燃料的液体燃料模式下操作)中，可以使用同一燃料喷射控制单元1来控制所有燃料喷射器。例如，用于气体燃料的燃料喷射器可以由螺线管致动器致动，而引燃燃料喷射器和用于液体主燃料的喷射器可以被压电地致动。
本领域技术人员应当理解，本发明并不限于上述实施方式，而是可以在所附权利要求的范围内变化。

Claims (9)

1.一种用于控制活塞发动机的燃料喷射器(10)的方法，所述方法包括以下步骤：产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，以及将所述电流信号变换成用于控制燃料喷射器(10)的压电致动器(5)的电压信号，
所述方法还包括以下步骤：确定所述压电致动器(5)的位置并将位置信息反馈至产生所述电流信号的装置(1)作为产生所述电流信号的装置(1)的输入。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流信号在燃料喷射控制单元(1)中产生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流信号在压电控制单元(2)中被变换成所述电压信号，所述压电控制单元(2)与产生所述电流信号的装置(1)分离。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述方法包括所述电压信号的闭环控制。
5.一种用于活塞发动机的燃料喷射器(10)的控制设备，所述设备包括燃料喷射控制单元(1)，所述燃料喷射控制单元(1)被配置为产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，所述设备包括用于将所述电流信号变换成用于控制燃料喷射器(10)的压电致动器(5)的电压信号的装置(2)，
其中，用于将电流信号变换成电压信号的装置(2)确定所述压电致动器(5)的位置并将位置信息反馈到所述燃料喷射控制单元(1)作为所述燃料喷射控制单元(1)的输入。
6.根据权利要求5所述的控制设备，其中，用于将所述电流信号变换成所述电压信号的所述装置是与所述燃料喷射控制单元(1)分离的压电控制单元(2)。
7.一种活塞发动机，所述活塞发动机包括根据权利要求5或6所述的控制设备。
8.一种用于升级活塞发动机的燃料喷射控制设备的方法，所述控制设备包括燃料喷射控制单元(1)，所述燃料喷射控制单元(1)被配置为产生携带期望的燃料喷射定时和持续时间的信息的电流信号，所述方法包括以下步骤：向所述控制设备提供用于将电流信号变换成用于控制燃料喷射器(10)的压电致动器(5)的电压信号的装置(2)，
其中，所述方法还包括以下步骤：由用于将电流信号变换成电压信号的装置(2)确定所述压电致动器(5)的位置，并且将位置信息反馈至所述燃料喷射控制单元(1)作为所述燃料喷射控制单元(1)的输入。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，用于将所述电流信号变换成所述电压信号的所述装置是与所述燃料喷射控制单元(1)分离的压电控制单元(2)。
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