CN113404584A - 用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统及相关控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统(1)，其具有：多个气缸(11)，在气缸中限定多个相应的主燃烧室(MC)；多个第一喷射器(2)和联接到气缸(11)的火花塞(13)；多个燃烧前室(PC)，每个燃烧前室(PC)在相应的火花塞(13)的区域中获得；多个抽取管道(17；28)，抽取管道(17；28)源自相应气缸(11)，以抽取相应主燃烧室(MC)内部存在的气体混合物；储器(18)，在储器中将由抽取管道(17；28)抽取的气体与燃烧前室(PC)内部在化学计量条件下获得燃烧所需的一定量的燃料混合；以及多个第二喷射器(27)，每个第二喷射器(27)联接到相应的燃烧前室(PC)，第二喷射器(27)将来自储器(18)的气体和燃料混合物喷射到燃烧前室(PC)内。

Description

用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统及相关控制方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2020年3月17日提交的号为102020000005683的意大利专利申请的优先权，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统以及一种相关的控制方法。
背景技术
如已知的那样，用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统通常设置有：多个喷射器；共轨，该共轨在一定压力下将燃料供给至喷射器；高压泵，该高压泵通过供给管道将燃料供给到共轨；和低压泵，该低压泵通过供给管道将燃料从燃料箱供给到高压泵。
火花点火式内燃发动机还包括多个气缸，每个气缸容纳相应的活塞，该活塞通过连接杆而机械地连接到曲轴，以便将由气缸内的燃烧所产生的力传递至曲轴本身。
此外，发动机包括用于每个气缸的火花塞，以便周期性地确定存在于气缸内的气体混合物的点火。特别地，每个火花塞被周期性地激活，以便在气缸的燃烧循环的每个压缩冲程末确定在气缸内限定的主燃烧室内部的压缩气体的点火。
对于每个气缸，都提供了相应的喷射器；备选地，喷射可以是间接喷射，并且因此每个喷射器在进气管道中布置在气缸的上游，或者喷射可以是直接喷射，并且因此每个喷射器部分地布置在气缸内部。
此外，喷射系统的使用是已知的，其中在化学计量的条件下在每个火花塞附近限定的燃烧前室(或辅助燃烧室)内进行燃烧；给定量的燃料和空气被喷射到燃烧前室内，并且燃烧前室内部的气体混合物中存在的燃料(以百分比总计约占喷射燃料总量的2-3％)点火使得主燃烧室内部的燃烧效率更高，该主燃烧室布置在相应气缸的下游。
新鲜空气借助于主燃烧室通过在燃烧前室的顶部区域中获得的孔(所谓的被动燃烧前室)被供应到燃烧前室。备选地，在具有所谓的主动燃烧前室的系统中，除了来自主燃烧室的空气之外，还可以供应空气-燃料混合物。典型地，燃烧前室通过沿其容纳有优选电动压缩机装置的管道接收新鲜空气(即，来自外部的空气)，以用于在喷射器上游制备所述空气-燃料混合物。
文献DE 10 2015 221286 A1公开了到目前为止所述类型的用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统的示例。
但是，用于向燃烧前室供应空气的已知压缩机装置不能确保仅在6-7巴的压力范围内进行供应。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统，所述燃料喷射系统不遭受上述缺点的影响，并且特别地容易且经济地制造。
本发明的另一目的是提供一种控制用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统的方法，所述方法不遭受上述缺点的影响，并且特别地容易且经济地实施。
根据本发明，提供一种用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统，该燃料喷射系统具有：多个气缸，气缸接收包含新鲜空气的气体混合物并且其中限定多个相应的主燃烧室；多个第一喷射器，每个第一喷射器联接到相应的气缸，在燃烧循环期间，第一喷射器在一定压力下将燃料喷射到气缸内；多个火花塞，每个火花塞联接到相应的气缸，以周期性地确定主燃烧室中存在的燃料的点火；多个燃烧前室，每个燃烧前室在相应的火花塞的区域中获得，在燃烧前室中进行包含新鲜空气和燃料的气体混合物的燃烧，以增加相应气缸的主燃烧室内部的湍流；多个抽取管道，每个抽取管道源自抽取点区域内的相应气缸，以在燃烧循环期间抽取相应主燃烧室(MC)内部存在的气体混合物；至少一个储器，该储器从抽取管道接收气体混合物；在储器内部，将来自抽取管道的气体混合物与燃烧前室内部在化学计量条件下获得燃烧所需的一定量的燃料混合；多个第二喷射器，每个第二喷射器联接到相应的燃烧前室，第二喷射器将来自储器的气体和燃料混合物喷射到燃烧前室内；以及第三喷射器，其将燃料供给至储器，并通过第一管道连接到低压泵或备选地连接到高压泵。
根据本发明，进一步提供一种控制喷射系统的方法，该方法依次具有以下步骤：抽吸步骤，在该步骤期间，从气缸的主燃烧室抽吸气体混合物；混合步骤，在该步骤期间，来自气缸的气体混合物与储器内部的燃料混合；喷射步骤，在该步骤期间，将气体和燃料混合物喷射到燃烧前室内；以及点火步骤，在该步骤期间，火花塞被点火，以将气体和燃料混合物点火进入燃烧前室内。
附图说明
现在将参考示出其非限制性实施例的附图来描述本发明，其中：
-图1是火花点火式内燃发动机的示意图，为了更清楚起见，去除了一些细节；
-图2是根据本发明的用于图1的内燃发动机的燃料喷射系统的第一实施例的示意图；
-图3是根据本发明的用于图1的内燃发动机的燃料喷射系统的第二实施例的示意图；
-图4是根据本发明的用于图1的内燃发动机的燃料喷射系统的第三实施例的示意图；
-图5是根据本发明的用于图1的内燃发动机的燃料喷射系统的第四实施例的示意图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1作为整体指示用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统。
喷射系统1包括：多个喷射器2；共轨3，共轨3在一定压力下将燃料供给到喷射器2；高压泵4，高压泵4通过供给管道5将燃料供给到共轨3，并且高压泵4设置有流率调节装置6；电子控制单元7，该电子控制单元7使得共轨3内部的燃料压力达到期望值，该期望值通常根据发动机操作状况而随时间变化；以及低压泵8，该低压泵8通过供给管道10将燃料从燃料箱9供给到高压泵4。
电子控制单元7联接到流率调节装置6，以便控制高压泵4的流率，以便将共轨3内部所需的具有期望压力值的燃料量瞬间地供给至共轨3。
火花点火式内燃发动机还包括多个(特别是四个)气缸11，优选地成一直线布置。每个气缸11容纳有相应的活塞12，该活塞12通过连接杆而机械地连接到曲轴，以便将由气缸11内部的燃烧所产生的力传递到曲轴本身。
此外，在火花点火式发动机的情况下，四个火花塞13(每个气缸11一个火花塞13)联接至气缸11，以便周期性地确定存在于气缸11内部的气体混合物的点火。每个火花塞13被周期性地激活，以便确定在气缸11的燃烧循环的每个压缩冲程末在气缸11内部限定的主燃烧室MC内部的压缩气体的点火。
根据图2，进气歧管43通过两个进气阀14(在图2中仅示出了它们中的一个)连接到每个气缸11，进气歧管43从进气阀14接收包含新鲜空气(即，来自外部的空气)的混合气体，并且如果必要还包含EGR。此外，内燃发动机包括排气歧管15，该排气歧管15通过两个排气阀16(在图2中仅示出它们中的一个)连接到每个气缸11，并通向排放管道(未示出)以将由燃烧所产生的气体释放到大气中。
如已知的那样，一个完整的燃烧循环是连续四个冲程的结果，在燃烧循环末，曲轴已转完两圈，覆盖720°的角。典型地，在进气冲程和/或随后的压缩冲程和/或随后的膨胀冲程期间，燃料被喷射到气缸11的燃烧室内，并且在膨胀冲程中或在先前压缩冲程的最后部分中，火花塞13的电极产生火花，该火花点燃气缸11内的空气和燃料的混合物，从而开始实际燃烧，这导致温度和压力升高。最后，在排气冲程期间，活塞12的运动允许燃烧的气体通过相应的排气阀16排出，以便被释放到排气歧管15内。
对于每个气缸11，提供相应的喷射器2；备选地，喷射可以是间接喷射，并且因此每个喷射器2在将进气歧管43连接到气缸11的进气管道中布置在气缸11的上游，或者喷射可以是直接喷射，并且因此每个喷射器2部分地布置在气缸11的内部。
每个气缸11还设置有相应的管道17，该管道源自气缸11在抽取点P的区域中的侧壁，以从相应气缸11的主燃烧室MC抽取气体混合物(新鲜空气和EGR和/或燃料)，并引导直到由四个气缸11共享的公共储器18。抽取点P可以备选地在活塞12的冲程的上止点的上方或下方获得。沿着抽取管道17容纳有控制阀19，该控制阀19设计成调节通过抽取管道17的气体混合物的通路；控制阀19布置在抽取点P附近。控制阀19优选地被设定为预定的压力值(在4、5巴的范围内)，以防止油在燃烧循环的压缩冲程和随后的膨胀冲程期间的泄漏。在控制阀19和储器18之间插置有喷射器20，以将从相应气缸11的主燃烧室MC抽取的气体混合物供给到储器18。喷射器20连接到电子控制单元7，并且被控制以便在燃烧循环的压缩冲程期间从相应气缸11的主燃烧室MC抽取气体混合物并将其供给到储器18。特别地，喷射器20由电子控制单元7控制，从而当(即，在燃烧循环的给定角度窗口内)所述主燃烧室MC内部的压力等于或大于所述燃烧前室PC中的喷射压力时从相应气缸11的主燃烧室MC中抽取气体混合物。燃烧前室PC中的喷射压力范围为从8至12巴；优选地，燃烧前室PC中的喷射压力等于10巴。
根据一个优选的变型，沿着抽取管道16容纳有过滤器21，该过滤器21优选地插置在喷射器20和控制阀19之间以保护喷射器20。
此外，设置有喷射器22，该喷射器22适于将在燃烧前室PC内部在化学计量条件下进行燃烧所需的给定量的燃料供应到储器18，如下面更详细地描述的那样。喷射器22通过管道23连接到低压泵8或备选地连接到高压泵4。根据优选的变型，储器18还设置有温度和压力传感器24，该传感器24连接到电子控制单元7，并设置有氧传感器(lambda sensor)25以读取气体混合物的燃料-空气当量比，该传感器25也连接到电子控制单元7。根据一个优选的变型，沿着管道23容纳有燃料压力传感器26，该燃料压力传感器26连接到电子控制单元7，并且还适于诊断可能的故障。
每个气缸11还设置有喷射器27，该喷射器27通过相应的管道28连接到储器18；喷射器27设计成将包含在储器18中的气体和燃料混合物供给到限定在火花塞13附近的燃烧前室PC(或辅助燃烧室)中。在喷射到燃烧前室PC中的气体混合物中存在的燃料(以百分比总计约占喷射燃料总量的2-3％)点火允许增加相应气缸11的主燃烧室MC内部的湍流，因此改善被喷射到相应的气缸11的主燃烧室MC中的燃料的点火。特别地，喷射器27由电子控制单元7控制，以便当(即，在燃烧循环的给定角度窗口内)所述燃烧前室PC内的压力小于气体混合物从主燃烧室MC被吸出时的压力值时将包含在储器18中的气体和燃料混合物供给到燃烧前室PC中。
图3与图2的不同之处在于，喷射系统1包括沿喷射器27上游的管道28容纳的泵送装置29。泵送装置29的存在允许在喷射到燃烧前室PC内的喷射中具有更大的灵活性，因为其总是可以控制喷射器27，以便将包含在储器18中的气体和燃料混合物供给到燃烧前室PC中(即，在燃烧循环的任何角度窗口内)。此外，设置有气体和燃料混合物的压力传感器30，该气体和燃料混合物的压力传感器30沿着管道28被容纳并且被插置在泵送装置29和喷射器27之间；传感器30连接到控制单元7，以允许控制喷射到燃烧前室PC中的气体和燃料混合物的喷射。
图4与图3的不同之处在于，泵送装置29沿着抽取管道17容纳在储器18的上游和喷射器20的下游。在这种情况下，泵送装置的存在同样允许在喷射到燃烧前腔室PC中的喷射中的更大灵活性，因为其总是可以控制喷射器27，以便将包含在储器18中的气体和燃料混合物供给到燃烧前室PC中(即，在燃烧循环的任何角度窗口内)。
优选地，提供一个单个泵送装置29，其向储器18供应来自所有气缸11的气体混合物。备选地，对于每个气缸11而言具有泵送装置29，其适于向储器18供应来自相应气缸11的气体混合物。
图5与图3的不同之处还在于，泵送装置29沿着抽取管道28被容纳在喷射器27的上游。在这种情况下，泵送装置的存在同样允许在喷射到燃烧预燃室PC中的喷射中具有更大的灵活性，因为其总是可以控制喷射器27，以便将包含在储器18中的气体和燃料混合物供给到燃烧预燃室PC中(即，在燃烧循环的任何角度窗口内)。
此外，喷射系统1既不需要(lack)喷射器20也不需要抽取管道17。根据该实施例，喷射器27既适合于从主燃烧室MC吸出目的地为储器18的气体混合物，又可以将气体和燃料混合物从储器18供给到燃烧前室PC。此外，设置有气体和燃料混合物的压力传感器31，该气体和燃料混合物的压力传感器31沿着管道28被容纳，并插置在泵送装置29和喷射器27之间；压力传感器31连接到电子控制单元7，以允许检测气体和燃料混合物的压力并控制喷射到燃烧前室PC中的喷射。沿着管道28，在泵送装置29的下游，容纳有控制阀32，该控制阀32设计成调节气体和燃料混合物通过管道28的通路；控制阀32优选地设定到预定的压力值(在大约22巴的范围内)。
此外，提供了另一连接管道33，其将喷射器27连接到储器18，并且沿其容纳有相应的控制阀34，该控制阀34设计成用于调节气体混合物通过管道33的通路；控制阀34优选地设定到预定的压力值(在大约12巴的范围内)。
电子控制单元7管理喷射系统1的操作，并且尤其控制火花塞13，以便确定每个气缸2内的压缩气体的点火。
下面描述控制喷射系统1的方法，所述方法包括初始抽吸步骤，以从主燃烧室MC抽吸气体混合物。抽吸步骤需要电子控制单元7来控制喷射器20(根据图2、图3和图4中所示的实施例)或喷射器27(根据图5中所示的实施例)的打开。显然，喷射器20或喷射器27的打开被限制在整个燃烧循环的角度窗口内，角度窗口被存储在电子控制单元7中；每个角度窗口均以发动机角的度数表示，并与气缸11的整个燃烧循环的压缩冲程相关联。每个角度窗口是通过装配在曲轴末端以检测其旋转速度的音轮传感器(未示出)的信号来识别的。此外，根据图4和图5中所示的实施例，电子控制单元7控制泵送装置29，以将从主燃烧室MC吸出的气体混合物的压力增加直到一个值，该值是针对喷射到燃烧前室PC中的喷射所确立的并取决于由传感器24、31检测到的信号。
紧接在抽吸步骤之后，控制喷射系统1的方法包括混合步骤，以将气体和燃料的混合物在储器18内部混合。在混合步骤期间，电子控制单元7控制喷射器22的打开，以便为储器18供应一定量的燃料，该燃料量是通过发自氧传感器25的信号执行的反馈(或闭环)控制而确定的。
紧接在混合步骤之后，控制喷射系统1的方法包括将气体和燃料混合物喷射到燃烧前室PC中的喷射步骤。在喷射步骤期间，电子控制单元7控制喷射器27的打开。喷射器27的打开被限制在整个燃烧循环的角度窗口之内，角度窗口被存储在电子控制单元7中；每个角度窗口均以发动机角的度数表示。此外，根据图4中所示的实施例，电子控制单元7控制泵送装置29，以便将气体和燃料混合物的压力增加直到一个值，该值是针对喷射到燃烧前室PC中的喷射所确立的并取决于由传感器24、31检测到的信号。
最后，紧接在喷射步骤之后，控制喷射系统1的方法包括点火步骤，以点燃燃烧前室PC内部的气体和燃料混合物。在点火步骤期间，电子控制单元7控制火花塞13的点火。显然，火花塞13的点火被限制在整个燃烧循环的角度窗口内，角度窗口被存储在电子控制单元7中；每个角度窗口均以发动机角的度数表示。

Claims (16)

1.一种用于火花点火式内燃发动机的燃料喷射系统(1)，所述燃料喷射系统(1)包括：
多个气缸(11)，气缸(11)接收包含新鲜空气的气体混合物并且其中限定多个相应的主燃烧室(MC)；
多个第一喷射器(2)，每个第一喷射器(2)联接到相应的气缸(11)，在燃烧循环期间，第一喷射器(2)在一定压力下将燃料喷射到气缸(11)内；
多个火花塞(13)，每个火花塞(13)联接到相应的气缸(11)，以周期性地确定主燃烧室(MC)中存在的燃料的点火；
多个燃烧前室(PC)，每个燃烧前室(PC)在相应的火花塞(13)的区域中获得，在燃烧前室(PC)中进行包含新鲜空气和燃料的气体混合物的燃烧，以增加相应气缸(11)的主燃烧室(MC)内部的湍流；
喷射系统(1)的特征在于它包括：
多个抽取管道(17；28)，每个抽取管道(17；28)源自抽取点(P)区域内的相应气缸(11)，以在燃烧循环期间抽取相应主燃烧室(MC)内部存在的气体混合物；
至少一个储器(18)，所述储器(18)从抽取管道(17；28)接收气体混合物；在储器(18)内部，将来自抽取管道(17；28)的气体混合物与燃烧前室(PC)内部在化学计量条件下获得燃烧所需的一定量的燃料混合；
多个第二喷射器(27)，每个第二喷射器(27)联接到相应的燃烧前室(PC)，第二喷射器(27)将来自储器(18)的气体和燃料混合物喷射到燃烧前室(PC)内；以及
第三喷射器(22)，所述第三喷射器(22)将燃料供给至储器(18)，并通过第一管道(23)连接到低压泵(8)或备选地连接到高压泵(4)。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括多个第四喷射器(20)，每个第四喷射器(20)沿着相应的抽取管道(17；28)布置，以从相应的气缸(11)的主燃烧室(MC)抽取气体混合物并将其供给到储器(18)。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于包括多个过滤器(21)，每个过滤器(21)沿着相应的抽取管道(17；28)布置并且布置在第四喷射器(20)的上游。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于包括沿抽取管道(17)在储器(18)的上游和在第四喷射器(20)的下游容纳的多个泵送装置(29)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于每个气缸(11)容纳相应的活塞(12)，并且在活塞(12)的冲程的上止点上方获得抽取点(P)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于每个气缸(11)容纳相应的活塞(12)，并且在活塞(12)的冲程的上止点下方获得所述抽取点(P)。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括多个第一控制阀(19)，每个第一控制阀(19)沿着相应的抽取管道(17)布置在抽取点(P)的附近，并且设计成调节通过抽取管道(17)的气体混合物的流量。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括沿着第一管道(23)布置的燃料压力传感器(26)。
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于所述储器(18)设置有温度和压力传感器(24)以及氧传感器(25)，以读取所述气体和燃料混合物的燃料-空气当量比。
10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于包括多个第二管道(28)，所述多个第二管道(28)将气体和燃料混合物从储器(18)供给到相应的第二喷射器(27)。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于包括沿着第二管道(28)容纳的多个泵送装置(29)。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于包括用于气体和燃料混合物的压力的压力传感器(30；31)，所述压力传感器(30；31)沿着第二管道(28)被容纳并且插置在泵送装置(29)和第二喷射器(27)之间。
13.根据权利要求11所述的系统，其特征在于所述第二喷射器(27)既适合于将来自储器(18)的气体和燃料混合物喷射到相应的燃烧前室(PC)中，又适合于从相应气缸(11)的主燃烧室(MC)抽取气体混合物，并将其供给到储器(18)；并包括多个第三管道(33)，第三管道(33)将气体混合物从相应的主燃烧室(MC)供给到储器(18)。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于包括多个第二控制阀(32)，所述第二控制阀(32)设计成调节气体和燃料混合物通过第二管道(28)的通路；以及多个第三控制阀(34)，所述第三控制阀(34)设计成调节气体混合物通过第三管道(33)的通路。
15.一种控制根据权利要求1所述的喷射系统(1)的方法，所述方法依次包括：
-抽吸步骤，在所述步骤期间从气缸(11)的主燃烧室(MC)抽吸气体混合物；
-混合步骤，在所述步骤期间来自气缸(11)的气体混合物与储器(18)内部的燃料混合；
-喷射步骤，在所述步骤期间将气体和燃料混合物喷射到燃烧前室(PC)中；以及
-点火步骤，在所述步骤期间火花塞(13)被点火，以将气体和燃料混合物点火进入燃烧前室(PC)中。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述火花塞(13)的抽吸步骤和/或喷射步骤和/或点火步骤被限制在整个燃烧循环的角度窗口内。
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