CN1091841C

CN1091841C - 燃料喷射系统的控制方法

Info

Publication number: CN1091841C
Application number: CN99809690A
Authority: CN
Inventors: 杰弗里·保罗·卡斯卡特
Original assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Current assignee: Orbital Engine Co Pty Ltd
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2019-08-20
Also published as: US6314948B1; KR20010072735A; EP1105634A1; WO2000011337A1; CN1312886A; JP2002523668A; EP1105634A4

Abstract

一种控制至少具有一个缸体的内燃机双液体燃料喷射系统的方法，燃料喷射系统至少具有一个输送喷射器和一个压缩气体供应装置，用于把气体供应到至少一个输送喷射器中，方法包括：确定供应到至少一个输送喷射器的压缩气体是否已经减少到低于所需的供应水平；如果压缩气体供应低于上述所需的供应水平，当上述相关缸体内的压力低于输送喷射器上游的压力时打开至少一个输送喷射器；以及输送燃料到输送喷射器，使得由于通过输送喷射器上存在的压差把燃料吸入缸体中。

Description

燃料喷射系统的控制方法

本发明一般是指内燃机的双液体燃料喷射系统，尤其是指控制这种双液体燃料喷射系统的方法。

申请人已经开发了用于内燃机的双液体燃料喷射系统，其中把计量的燃料夹带在压缩空气中喷射到内燃机的燃烧室内。在申请人的美国专利号4934329中描述了这种系统的一个例子，其细节引入这里作为参考。这种系统需要一个如空气压缩机的压缩气源作适当的工作。压缩气体供应到燃料喷射系统的输送或空气喷射器，燃料喷射系统把燃料送入内燃机。通常，单独的燃料供应装置把计量的燃料供应到每个输送喷射器，当输送喷射器打开时压缩空气把燃料夹带和输送到内燃机。这种由空气辅助的燃料喷射已表明有助于改进在内燃机燃烧室内燃料的喷溅形式和分布，从而得到如改进热辐射、节省燃料和内燃机工作稳定等的好处。

但是，如果有空气压缩机的机械故障，或者在空气压缩机和双液体燃料喷射系统的输送喷射器之间有断开或明显的泄漏，则可能会损失双液体燃料喷射系统所依靠的气体供应。这种对输送喷射器供应压缩气体的损失将妨碍双液体燃料喷射系统的正常工作，造成不令人满意的内燃机工作，或者实际上因此使内燃机不能工作。也就是说，在每个输送喷射器上将没有或仅有不足量的压缩气体来夹带和输送燃料到内燃机的燃烧室中。

因此本发明的目的是：如果压缩气体对输送喷射器的供应中断，提供一种操作双液体燃料喷射系统的方法。

由此，提供了一种方法来控制至少具有一个缸体的内燃机双液体燃料喷射系统，燃料喷射系统至少具有一个输送喷射器和一个压缩气体供应装置，用于把气体供应到至少一个输送喷射器中，方法包括：

确定供应到至少一个输送喷射器的压缩气体是否已经减少到低于所需的供应水平；

如果压缩气体供应低于上述所需的供应水平，当上述相关缸体内的降压使得上述缸体内压力低于输送喷射器上游的压力时，打开至少一个输送喷射器；以及

输送燃料到输送喷射器，使得由于通过输送喷射器上存在的压差把燃料吸入缸体中。

术语“缸体降压”是指这样的状态：缸体内的压力低于参照压力，此时是低于输送喷射器上游的压力。

输送喷射器可把燃料直接喷射到上述相关的缸体中。在多缸体内燃机的情形中，每个缸体可设有一个相关的上述输送喷射器。

合适的是，压缩气体供应装置包括一个空气压缩机和空气供应装置，用于把空气压缩机的输出与燃料喷射系统的输送喷射器连通。压缩气体供应与空气压缩机的断开通常构成了压缩气体对至少一个输送喷射器供应的减少。或者是，由于在连通压缩机与输送喷射器的空气供应装置内的破坏、断开或泄漏而引起减少。

本发明的方法可控制输送喷射器打开的持续时间。作为替代或添加的方式，可控制输送喷射器打开的开始时刻。

最好是，当缸体承受吸气冲程时，产生内燃机上述缸体的上述输送喷射器的打开开始时刻和打开持续时间。最好是，至少在输送喷射器打开期间把燃料输送到输送喷射器中。

合适的是，通过一个电磁线圈来起动输送喷射器，使得即使压缩气体供应已经中断或减少，仍可操作输送喷射器来提供与内燃机缸体的连通。在燃料喷射系统的领域中已经熟知了这种电磁控制。但应注意到，按照本发明也可采用其它适当形式的输送喷射器。

本发明依靠了当打开输送喷射器时在缸体内存在较低的压力。容易理解到，当缸体内活塞在其吸气冲程中移到下死点时，在缸体内产生真空。在吸气冲程中缸体内引入的真空有助于在输送喷射器保持打开时把保持在或供应到输送喷射器的燃料吸入缸体。这是因为通过打开的输送喷射器产生一个压差，能够把液体的纯质量流从输送喷射器送入缸体。这保证了把足够的燃料吸入缸体，以支持缸体中下一个燃烧过程。

与输送喷射器打开的定时有关，因而与通过打开输送喷射器的压差水平有关，可从输送喷射器上游吸入足够的空气，仍可提供所希望的燃料雾化和夹带水平。也就是说，可通过已损坏的空气压缩机或空气供应装置吸入空气，并通过输送喷射器协助计量的燃料按正常方式送入缸体。当然这与输送喷射器上游的损坏或泄漏形式有关，但可采取措施来保证在这种情形下能通过输送喷射器吸入空气。例如，可从内燃机的另一个缸体吸入空气，该缸体的输送喷射器也被控制成打开状态。

合适的是，当喷射器打开期间可把燃料输送到输送喷射器。例如，这可能是在较低内燃机负载下的优选定时时刻。但是，当负载增加时，因而当燃料输送要求增加时，可在喷射器打开之前开始对输送喷射器输送燃料，并在喷射器打开时继续输送。在某些情形下，当然可在喷射器打开之前把所有计量的燃料送入输送喷射器中。这些替代方式保证了在不同工作条件下把足量的燃料输送到内燃机的缸体中。可采用燃料喷射器或如正排量泵装置的其它燃料计量装置来把燃料供应到输送喷射器。

当输送喷射器直接对缸体打开时，燃料计量装置可在足以输送燃料的压力下通过输送喷射器输送燃料。

可由电子控制设备(ECU)来控制输送喷射器和/或燃料喷射器或者燃料计量装置的工作。在标准的教科书，如汽车工程学会出版的K.Newton，W Steeds和T.K.Garret著的“汽车，第12版，1996年” 中已经描述了利用这种ECU的内燃机控制系统。因此，由于内燃机控制系统中ECU的使用对熟悉该技术的人员来说已经很了解，这里不再详细描述ECU。

压缩气体供应装置可包括一个空气轨道，把压缩气体从空气压缩机输送到空气轨道，并从空气轨道把压缩气体供应到输送喷射器。合适的是，检测空气轨道内的压力可确定供应到输送喷射器的压缩气体损失或减少。例如，可适当设置压力传感器来测量空气轨道内的压力。当空气轨道压力明显低于所需的供应压力，指示出对空气轨道的气体供应有损失或显著减少，或者在空气供应装置中有明显的泄漏或断开时，ECU可起动控制方法。但也可设想确定压缩气体供应损失或减少的其它方法。例如，可把一个气流传感器设在空气压缩机和空气轨道之间的空气线路中。另外，在空气压缩机内可设置一个适当的传感器来指示它是否工作正常。

本发明的方法特别适用于直接喷射内燃机，但也可用于某些管道喷射内燃机。

另外本方法可用于具有单个或多个缸体的内燃机。当方法用于多个缸体内燃机时，如果不用于所有缸体，方法可用于一个或几个缸体。

因此，如果对双液体燃料喷射系统的压缩气体供应存在损失或明显减少，本发明方法可对内燃机提供“瘸着腿回家”的工作模式。

本发明方法特别适用于四冲程内燃机，此时在吸气冲程中不太可能通过排气口损失燃料。但也可设想到本发明可适用于两冲程内燃机。

参照附图将方便地描述本发明，附图表示了本发明控制方法的一个优选实施例。但本发明的其它方式也是可以的，因此，不可把附图的特殊性理解为替代以上描述本发明的一般性。

在附图中：

图1是已装有燃料和空气轨道装置的内燃机剖视图；

图2是燃料和空气轨道装置的部分剖视图；以及

图3是表示本发明操作双液体燃料喷射系统方法的优选实施例的流程图。

图1表示了一个直接喷射的四冲程内燃机20，它包括一个燃料喷射系统，内燃机20具有一个空气吸入系统22，一个点火装置24，一个燃料泵23，以及一个燃料贮箱28。相对于内燃机20在操作上设置了一个空气压缩机29，并且通过适当的传动带(图中未示)通常由内燃机曲轴33来驱动。一个燃料和空气轨道装置11装在内燃机20的缸体头部40中。燃料泵从燃料贮箱28吸入燃料，然后通过燃料供应线路55供应到燃料和空气轨道装置11。按已知方式把常规的输入阀和排出阀15和16与起动阀15，16的常规凸轮装置17一起也装在缸体头部40中。把阀15，16设置成相应于输入口和排出口18和19作打开和关闭，用于按已知方式进入新鲜空气和从缸体排除废气。

现参照图2，这里详细表示了燃料和空气轨道装置11，尽管在设计上与图1所示的不同，但它具有与图1完全相同的零部件。对内燃机20的每个缸体，燃料和空气轨道装置11包括一个燃料计量装置10和一个空气或输送喷射器12。燃料计量装置10可在市场买到，这里不需要详细说明。设置了适当的出入口以容许燃料流经燃料计量装置10，设置了一个计量喷管21把燃料送到通道120，从而送到空气喷射器12。燃料和空气轨道装置11的本体8可以是一个挤压件，具有沿纵向延伸的空气管道13和燃料管道14。

在图1中可很好看出，在适当的位置上，设有连接器和合适的管道把轨道装置11与空气供应和燃料供应相连通：空气线路49把空气管道13与空气压缩机29连通；空气线路53提供了一个空气出口，它使空气回到空气吸入系统22；以及燃料线路52把燃料供应管道14与燃料贮箱28连通，提供了一个燃料回路。空气管道13与一个合适的空气调节器27连通，它调节了由空气压缩机29向空气管道13提供的压缩空气压力。

再参照图2，空气喷射器12具有一个外壳30，它有一个从其下端突出的柱形套管31，套管31确定了与通道120连通的喷射口32。喷射口包括一个由电磁线圈操作的可选择打开的提升阀34，它的工作方式与申请人的美国专利号4934329中的描述相似，其内容引入这里作为参考。如图1所示，按照电子控制设备(ECU)100指令对电磁线圈通电来打开阀门34，把燃料-空气混合物输送到内燃机20的燃烧室60。但是，并不想把阀门构造限制在上述的阀门形式，可采用其它阀门，例如针阀。电子控制设备(ECU)通常接收由适当设置在内燃机内的传感器(图中未示)来的指示曲轴速度和空气流动的信号。ECU 100也可接收指示其它的内燃机工作状态信号，如内燃机温度和环境温度(图中未示)，从所有接收的输入信号来确定内燃机20每个缸体需要输送的燃料量。如上所述，这种ECU的一般形式在电子控制燃料喷射系统的技术中已经熟知，因此这里不再作更详细描述。

通过相关的连通装置101，按照与内燃机循环的计时关系由ECU100来控制每个喷射器阀门34的打开，使燃料从喷射口32输送到内燃机20的燃烧室60。由于系统的两流体性质，把燃料夹带在气体中输送到缸体。通道120通过管道80一直与空气管道13连通，如图2所示，因此在正常工作时保持在基本稳定的空气压力下。依靠空气喷射器12的电磁线圈通电，向下移动阀门34来打开喷射口32，使得由燃料计量装置10输送到空气喷射器12内的已计量燃料被空气带着通过喷射口32进入内燃机20的缸体燃烧室60中。

通常，空气喷射器12位于内燃机20的缸体头部40内，直接与内燃机缸体内活塞61往复运动确定的燃烧室60连通。如上所述，当打开喷射口32和通过管道80的气体供应高于内燃机缸体内的压力时，空气将从空气管道13流经通道80、通道120，并夹带着燃料流经喷射口32，进入内燃机燃烧室60。在正常工作状态下，这通常发生在缸体内压缩冲程期间活塞移向其顶部死点位置时。

但是，如果由于空气压缩机29中机械故障，或者由于在空气线路49或空气轨道13中的断开或泄漏，使得空气压缩机29的压缩空气供应中断或显著减少，则燃料和空气轨道装置11不再能按上述方式工作。本发明的控制方法能使内燃机在这种情形下继续工作，由此提供了一种“瘸着腿回家”的工作模式。

参照图3的流程图，连续检测和定期测量空气轨道压力(ARP)(步骤201)来确定燃料和空气轨道装置11何时存在任何空气压力损失或显著减少。如果空气轨道压力大于或等于轨道装置11中所需的空气压力水平(步骤202)，则燃料喷射系统按正常方式工作(步骤208)。但如果空气轨道压力明显降到低于所需的压力水平，按照本发明，ECU产生作用来控制燃料喷射系统，由此确定内燃机工作条件(步骤203)和确定所需的输送燃料速率(步骤204)。然后确定实现所需燃料输送的打开输送喷射器12的持续时间和定时时刻(步骤205)。这通常依据主要的内燃机速度和负载，它们确定了何时需要打开喷射器12来实现燃料满意地输送到内燃机。如上所述，这通常相应于这样的时刻，此时相关缸体内的压力小于输送喷射器12上游已减少的压力，并且显然在下一个燃烧过程发生时刻之前。因此，这最通常地等于缸体内的吸气冲程，其中活塞61移向缸体中的底部死点位置。

因此，随着确定了承受吸气冲程的下一个内燃机缸体(步骤206)之后，在所选定的定时时刻按先前确定的持续时间来打开这个缸体的输送喷射器12，在这个打开期间内把先前确定的所需燃料量供应到输送喷射器12(步骤207)。如上所述，当然可在打开之前，部分在打开之前和部分在打开期间，或者完全在打开期间对喷射器12提供计量好的燃料量。

实际上燃料计量装置10可在足以输送燃料的压力下通过输送喷射器12直接对燃烧室60输送燃料

例如，燃料计量装置10可在打开输送喷射器12期间供应燃料，特别在低负载下。在需要较大燃料量的较高负载时，燃料计量装置10可在打开之前开始或完成对输送喷射器12的燃料输送。当然，当燃料泵23和与燃料轨道14连接的燃料调节装置控制着燃料压力时，燃料计量装置10仍能够精确地计量燃料。压缩空供应的中断或减少一般不影响输送喷射器12的工作。

由于当缸体压力低于输送喷射器12上游(即在空气轨道13中)已减少的或不满意的空气压力时打开输送喷射器12，依靠通过输送喷射器12存在的压差来把燃料吸入缸体内。另外，由于控制打开喷射器12的定时时刻，可通过打开的喷射器12吸入足够的空气，提供了已计量燃料的满意的雾化和夹带程度。

另外，可采取措施来保证通过输送喷射器12的压差一直在适当水平上。例如，如果通过电路驱动(DBW)系统来控制内燃机20，可控制内燃机20的主节流阀，从而正在采用本发明方法时不容许设定成全开节流(WOT)。这样，在四冲程内燃机的吸气冲程期间可产生提高的真空程度，并通过打开的输送喷射器12将产生更大的压差。

关于参照步骤202讨论的所需压力水平，对某些内燃机应用不一定需要等于燃料喷射系统正常工作时预定或希望的空气压力。也就是说，尽管通常把燃料喷射系统设置成由在调节器27控制的特定空气压力水平下工作，实际上当空气压力在某个范围内低于这个预定空气压力水平下时燃料喷射系统仍能够满意地工作。因此，对步骤202中提到的所需压力水平(在这个压力下本发明的方法将起作用)不一定需要相等于燃料喷射系统的正常预定工作空气压力。相反，可以在某个预定裕量内低于正常的或所希望的系统工作空气压力。这样，在压力仅稍低于系统的正常工作空气压力情形下不建立“瘸着腿回家”的工作模式。例如，尽管正常系统空气压力可以是600Kpa，可设定所需的压力水平为400Kpa，低于它时按所述方法控制内燃机。

本发明的方法特别适用于四冲程内燃机。但也可以设想这个方法可用于两冲程内燃机。本发明同样适用于单缸体形式和任何缸体数的多缸体内燃机。另外，本发明方法特别适用于直接喷射内燃机，但也可用于在管道喷射内燃机上工作。

例如，如果把喷射器12设置在紧靠入口18的上游，在吸气冲程期间缸体内的真空可通过打开的入口18，用于从输送喷射器12吸入燃料和空气(因为在吸气冲程期间阀门15打开了入口18，从而容许把用于下一个燃烧过程的新鲜空吸入缸体内)，因而进入燃烧室60作下一次点火。因此在这个替代系统中喷射器12的打开需要相对于入口阀门15对入口18的打开进行定时。

对于熟悉该技术的人员认为很明显的修改和变化均包括在本发明的范围内。

Claims

1.一种控制至少具有一个缸体的内燃机双液体燃料喷射系统的方法，燃料喷射系统至少具有一个输送喷射器和一个压缩气体供应装置，用于把气体供应到至少一个输送喷射器中，方法包括：

2.按照权利要求1的方法，其中输送喷射器直接把燃料喷射到上述相关缸体中。

3.按照权利要求1或2的方法，包括了控制打开输送喷射器的持续时间。

4.按照以上权利要求中任一条的方法，包括了控制打开输送喷射器的开始时刻。

5.按照以上权利要求中任一条的方法，包括了在缸体承受吸气冲程时打开输送喷射器。

6.按照以上权利要求中任一条的方法，包括了在缸体内引入真空时打开输送喷射器。

7.按照以上权利要求中任一条的方法，包括了至少在输送喷射器打开期间把燃料输送到输送喷射器。

8.按照权利要求1到6中任一条的方法，包括了在喷射器打开之前开始把燃料输送到输送喷射器，并在喷射器打开时继续输送燃料。

9.按照权利要求1到6中任一条的方法，包括了在打开喷射器之前把所有燃料输送到输送喷射器。

10.按照权利要求1到6中任一条的方法，包括了在打开喷射器之后把所有燃料输送到输送喷射器。

11.按照权利要求8或10的方法，其中当输送喷射器直接对缸体打开时，燃料计量装置可在足以输送燃料的压力下通过输送喷射器把燃料供应到输送喷射器。

12.按照以上权利要求中任一条的方法，其中压缩气体供应装置包括一个空气轨道，把压缩气体从空气压缩机输送到空气轨道，并从空气轨道把压缩气体供应到输送喷射器，方法包括了检测空气轨道内的压力，并在空气轨道压力明显低于所需供应水平时开始控制方法。

13.按照权利要求1到11中任一条的方法，其中压缩气体供应装置包括一个空气轨道，把压缩气体从空气压缩机输送到空气轨道，并从空气轨道把压缩气体供应到输送喷射器，方法包括了检测在压缩机和空气轨道之间气体线路内的空气流，并在空气流明显低于预定水平时开始控制方法。

14.按照权利要求1到11中任一条的方法，其中压缩气体供应装置包括一个空气轨道，把压缩气体从空气压缩机输送到空气轨道，并从空气轨道把压缩气体供应到输送喷射器，方法包括了检测空气压缩机的工作，并在空气压缩机不能满意工作时开始控制方法。

15.按照以上权利要求中任一条的方法，其中内燃机是四冲程内燃机。