CN115199451A - 用于延迟电枢提升速度的燃料系统和燃料系统操作方法 - Google Patents

Abstract

一种用于内燃发动机的燃料系统包括燃料喷射器和与燃料喷射器中的螺线管电连接的燃料供给控制单元。燃料供给控制单元用提升电流脉冲给螺线管通电以提升电枢，然后用单独的捕获电流脉冲给螺线管通电以捕获处于提升位置的电枢。在电枢朝向提升位置飞行时使螺线管断电一段停留时间。基于螺线管的断电来延迟电枢的提升速度，以限制燃料喷射器中的阀销相对于止动件的弹跳。这些技术有助于使燃料输送曲线线性化。

Description

用于延迟电枢提升速度的燃料系统和燃料系统操作方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于内燃发动机的燃料系统，并且更具体地涉及用由停留时间分开的多个电流脉冲给螺线管通电，以便延迟燃料喷射器中的控制阀电枢。

背景技术

内燃发动机，特别是压燃式发动机中的燃料系统通常是复杂的设备。燃料喷射器和其他燃料系统部件经受恶劣的工作条件，包括高流体压力和快速压力变化，以及阀组件部件随时间的反复冲击。燃料压力可以超过200兆帕(MPa)，并且这种喷射器在使用寿命期间将被致动数百万次或甚至数十亿次。燃料喷射器部件的可靠和可重复的性能，特别是在燃料输送量方面，对于实现功率密度、排放减少和效率目标至关重要。

用于监测、控制和电子地调整燃料系统部件到不同端的系统在整个工业中是众所周知的。已经观察到，某些燃料喷射器部件的“弹跳”，例如在诸如阀的部件相对于阀座或止动件弹跳的情况下，可能不利地影响性能，特别是关于阀正时、精度或精确度。阀正时倾向于与输送的燃料量直接相关，因此阀正时的改进的精确度、精度和可靠性多年来已经受到相当大的工程关注。燃料喷射器的设计会定期更新并且有时会完全修改。因此，对于一种燃料喷射器配置成功的阀正时精度和精确度改进的策略可能对其他设计具有有限的适用性。

Coldren等人的美国专利第8，316，826号旨在减少燃料系统环境中的紧密耦合后喷射中的变化。根据Coldren等人的专利，电控燃料喷射器包括在容纳燃料的电枢空腔内的第一和第二电枢位置之间可移动的电枢。电枢空腔在尺寸上明显减小到挤气膜拖曳间隙，其降低电枢行进速度，但也减少电枢在喷射事件之后的稳定时间。电枢行进速度的降低明显地减小了电枢弹跳的幅度，从而改善了可控性。Coldren等人提出的策略，毫无疑问地在燃料系统领域中一直存在改进和开发替代策略的空间。

发明内容

在一方面，一种用于发动机的燃料系统包括燃料喷射器，其包括出口止回阀，其具有暴露于形成在燃料喷射器中的控制室的流体压力的关闭液压表面；止动件；以及喷射控制阀组件，其包括螺线管、电枢和联接到电枢的阀销。燃料供给控制单元电连接到螺线管，并且经构造用提升电流脉冲给螺线管通电以提升电枢。燃料供给控制单元还经构造用捕获电流脉冲给螺线管通电以捕获处于提升位置的电枢，在电枢朝向提升位置飞行时使螺线管断电一段停留时间，并且基于螺线管的断电使电枢延迟一段停留时间以限制阀销相对于止动件的弹跳。

在另一方面，一种操作用于内燃发动机的燃料系统的方法包括用提升电流脉冲给螺线管通电，以将联接到燃料喷射器中的喷射控制阀的电枢从静止位置提升。该方法还包括基于电枢的提升打开喷射控制阀，以使用直接控制的出口止回阀开始从燃料喷射器喷射燃料。该方法还包括用在提升电流脉冲之后出现的捕获电流脉冲给螺线管通电，以捕获处于提升位置的电枢。该方法还包括使电枢返回到静止位置，并且基于电枢返回到静止位置来关闭喷射控制阀，以使用直接控制的出口止回阀来结束燃料喷射。

在又一方面，燃料控制系统包括具有数据处理器和计算机可读存储器的燃料供给控制单元。计算机可读存储器存储用于致动燃料喷射器以将燃料喷射到发动机中的燃烧气缸中的燃料供给控制指令。数据处理器通过执行燃料供给控制指令来构造，以便用提升电流脉冲给燃料喷射器中的螺线管通电，以提升联接到喷射控制阀组件中的阀销的电枢，并且用捕获电流脉冲给螺线管通电，以捕获处于提升位置的电枢。燃料供给控制单元还经构造在电枢朝向提升位置飞行时使螺线管断电一段停留时间，并且基于螺线管的断电一段停留时间来延迟电枢的提升速度，以限制阀销相对于燃料喷射器中的止动件的弹跳。

附图说明

图1是根据一个实施例的内燃发动机系统的示意图；

图2是根据一个实施例的燃料系统中的燃料喷射器的截面侧视示意图；

图3是图2所示的燃料喷射器的一部分的截面侧视示意图；

图4是示出根据本发明操作的燃料系统与一种常规策略相比的燃料喷射器操作特性的曲线图；

图5是示出根据本发明操作的燃料系统与一种常规策略相比的燃料输送曲线的曲线图；以及

图6是示出根据一个实施例的示例方法和逻辑流程的流程图。

具体实施方式

参照图1，示出了根据一个实施例的内燃发动机系统10。内燃发动机系统10包括内燃发动机12，内燃发动机12包括发动机壳体14，发动机壳体14具有形成在其中的多个燃烧气缸16。燃烧气缸16可以包括任何合适布置的任何数量的燃烧气缸，诸如直列式模式、V形模式或另外的模式。仅举几个示例，内燃发动机系统10可以用于推进车辆；为泵、压缩机或其他工业设备提供动力；或用于产生电力。每个燃烧气缸16将配备有活塞，活塞以通常常规的方式联接到曲轴。内燃发动机系统10还可以配备有进气系统，该进气系统通常包括一个或多个涡轮增压器、经构造用于排放控制的排气系统、气门机构以及本领域技术人员熟悉的未具体示出的各种其他部件和系统。内燃发动机12可以是压缩点火的并且在常规的四冲程发动机循环中运行，尽管本发明在此方面不受限制。

内燃发动机系统10还包括燃料系统18。燃料系统18可以包括存储合适的压缩点火燃料诸如柴油馏分燃料的燃料箱20。燃料系统18还包括低压输送泵22和高压泵24，其经构造对液体燃料加压并将其供给到加压燃料储存器或共轨26。共轨26保持用于供给到燃料系统18的多个燃料喷射器44的加压燃料供应。在其他实施例中，可以提供多个加压燃料储存器，每个加压燃料储存器经构造向少于所有的燃料喷射器44供应加压燃料。在其他情况下，所谓的单元泵可以联接到每个燃料喷射器44或与每个燃料喷射器44相关。燃料系统18还包括经构造操作燃料喷射器44和燃料泵22和24的燃料控制系统28。燃料控制系统28包括具有数据处理器32的燃料供给控制单元30。数据处理器32可以是具有中央处理单元的任何合适的计算机化的控制设备，或多个这样的设备，诸如微处理器或微控制器。燃料供给控制单元30还包括计算机可读存储器34，其存储燃料供给控制指令36，用于根据本文进一步讨论的原理和过程致动燃料喷射器44以将燃料喷射到内燃发动机12中的燃烧气缸16中。计算机可读存储器34还存储所示实施例中的调整表38，由此数据处理器32可以再次根据本文进一步讨论的原理和过程在操作期间电子地调整燃料喷射器44。燃料控制系统28还可以包括燃料压力传感器40，其经构造监测共轨26中的燃料压力，使得燃料供给控制单元30能够改变高压泵24的操作，以保持或调节通过燃料喷射器44喷射的燃料的期望喷射压力。如本文进一步讨论的，燃料控制系统28还可以包括发动机状态传感器42，诸如发动机速度传感器，其提供关于在控制燃料压力和/或操作燃料喷射器44中使用的发动机状态的数据。

现在还参照图2，下文中有时以单数提及的每个燃料喷射器44包括出口止回阀46，出口止回阀46具有暴露于形成在燃料喷射器44中的控制室50的流体压力的关闭液压表面48。燃料喷射器44还包括止动件52和喷射控制阀组件53。喷射控制阀组件53包括电连接到燃料供给控制单元30的螺线管54、电枢56、联接到电枢56的阀销58和喷射控制阀60。燃料喷射器44还包括喷射器壳体62，喷射器壳体62具有喷嘴头部件64，喷嘴头部件64可定位成用于将燃料直接喷射到燃烧气缸16中的一个中，并且具有形成在其中的多个喷射出口66。喷射器壳体62还包括具有形成在其中的高压燃料入口68的喷射器主体70。高压燃料入口68经构造诸如通过所谓的套管连接器等流体连接到共轨26。喷射器壳体62还限定低压空间72。低压空间72包括形成在喷射器壳体62中的低压出口，但可以另外理解为在燃料喷射器44中的部件内、之间或之中的喷射器壳体62中的任何空腔、容积或出口，其将具有相对于供应到高压燃料入口68的燃料压力的低压。高压入口通道76从高压燃料入口68延伸到出口66。出口止回阀46可移动以打开和关闭出口66。孔口板74位于喷射器壳体62内，并且在其中具有一个或多个孔口(未编号)，该孔口将入口通道76流体连接到控制室50。孔口板74部分地限定控制室50，并且经构造使得增大或减小出口止回阀46上的燃料的关闭液压压力以通常常规的方式控制燃料喷射的开始和燃料喷射的结束。阀座板78夹持在喷射器主体70和孔口板74之间。阀座板78形成阀座82，排放通道80通过孔口板74中的孔口在阀座82和控制室50之间延伸。在一些实施例中，孔口板74和阀座板78可以集成到单个部件中。喷射控制阀60在阻塞阀座82的关闭位置和排放通道80与低压空间72流体连接的打开位置之间可移动。

现在参照图3，螺线管54是螺线管子组件84的一部分，螺线管子组件84具有螺线管壳体86和居中定位的止动件88，止动件88上形成有止动件52。电连接器90用于将燃料供给控制单元30电连接到螺线管54。电枢壳体92定位在喷射器主体70内并且保持在固定位置，使得电枢56和阀销58相对于电枢壳体92移动，以提升阀销58和下降阀销58，从而控制喷射控制阀60的位置。偏压弹簧94在阀销58上的电枢壳体92和轴环96等之间保持压缩状态，以在图3的图示中向下偏压阀销58，并且保持喷射控制阀60正常关闭，除了当螺线管54通电时。

阀销58包括第一销端98，第一销端98具有形成在其上并面向止动件52的第一销端表面100。阀销58还包括背离止动件52的电枢接触表面102，以及具有第二销端表面106的第二销端104。从图示中可以看出，喷射控制阀60包括自由浮动阀，该自由浮动阀未附接到阀销58上，并被限制在第二销端表面106和阀座板78之间。喷射控制阀60可以是球阀，包括如图所示的平侧球阀，并且基于阀销58的位置在将控制室50与低压空间72阻断的关闭位置和打开位置之间可移动。给螺线管54通电产生吸引电枢56的磁场，使得电枢56被拉向螺线管子组件84，与电枢接触表面102相互作用以提升阀销58并允许喷射控制阀60打开。当第一销端表面100接触止动件52时，阀销58的提升将停止。电枢56通过电枢56和阀销58之间的接触，即阀销58和电枢接触表面102之间的接触而在提升位置停止。当螺线管54断电时，磁场衰减并且偏压弹簧94向下推动阀销58和电枢56，关闭喷射控制阀60。

已经观察到，阀销或其他阀组件结构相对于止动件的弹跳会导致阀关闭正时的不确定性、可变性或其他误差。换句话说，阀销的动态行为，例如，当撞击固定止动件时，可能导致难以获得准确和精确的喷射控制阀关闭正时，在出口止回阀46的性质方面，进而影响直接控制的出口止回阀的关闭正时。阀销58和电枢56的弹道操作区域可以理解为电枢56在静止位置和提升位置之间飞行的时间段。本发明认识到这些部件在弹道区域中的行为性能的可变性的可能性，并提供用于限制这种可变性的操作和控制策略。特别地，电枢56可以在从静止位置向提升位置飞行时被延迟提升速度。这是通过向螺线管54提供多个电流激励脉冲来实现的。为此，燃料供给控制单元30可以经构造用提升电流脉冲给螺线管54通电，以便最初将电枢56从向下或静止位置提升，并且经构造用捕获电流脉冲给螺线管54通电，以便随后将电枢56捕获在向上或提升位置。燃料供给控制单元30还经构造当电枢56朝向提升位置飞行时在停留时间内使螺线管54断电。燃料供给控制单元30还经构造基于螺线管54的断电将电枢56的提升速度延迟一段停留时间，以便限制阀销58相对于止动件52的弹跳。延迟提升速度可以理解为减慢电枢56，或限制速度以便不超过与弹跳或过度弹跳相关的速度。电枢速度是在飞行中实际降低还是仅仅受到限制可能取决于具体实施的部件、材料和控制策略。

现在还参照图4，示出了在X轴上以秒为单位的时间、在下Y轴上以微米为单位的电枢运动/行程、以及在上Y轴上以安培为单位的螺线管激励电流的曲线图190。在曲线图190中，信号轨迹202表示在常规的操作策略中可以观察到的电流，在该常规的操作策略中，螺线管被以较大幅度的常规吸合电流通电，转变为较小幅度的常规保持电流。另一轨迹200示出了根据本发明可以观察到的电流，包括与捕获电流脉冲206离散的提升电流脉冲204。在提升电流脉冲204和捕获电流脉冲206之间出现停留时间210，在停留时间210，螺线管54在能量状态下完全断电或减小。燃料供给控制单元30还经构造用保持电流208给螺线管54通电，保持电流208的幅度小于捕获电流脉冲206的幅度，以便一旦被捕获就将电枢56保持在提升位置。可以注意到，停留时间210的持续时间小于提升电流脉冲204的持续时间。停留时间210的持续时间也可以小于捕获电流脉冲206的持续时间。因此，在至少一些实施例中，停留时间210的持续时间小于提升电流脉冲204或捕获电流脉冲206的持续时间中的至少一个。在所示实施例中，保持电流208不与捕获电流脉冲206离散，而是与其转换。如图4中可以看出，使螺线管54断电一段停留时间可以包括将通过螺线管54的电流减小到零或可忽略的幅度。

如在曲线图190的下部所描绘的，与在常规策略中可以观察到的第二电枢运动轨迹214相比，可以看到根据本发明的第一电枢运动轨迹212。因此，电枢运动轨迹212对应于电流轨迹200并且电枢运动轨迹214对应于电流轨迹202。可以看出，电枢运动轨迹214呈现出大于电枢运动轨迹212的可变性的可变性，这与已知策略中的阀销和电枢弹跳相对于根据本发明的受限阀销和电枢弹跳的预期一致。

现在还参照图5，示出了曲线图290，曲线图290示出了与根据本发明的用于燃料输送的输送曲线302相比，根据常规策略的用于燃料输送的输送曲线300。在图5中，在X轴上示出了以微秒为单位的喷射器接通时间的时间，并且在Y轴上示出了以立方毫米为单位的燃料输送。可以看出，与相对更线性的燃料输送曲线302相比，燃料输送曲线300示出了表示燃料输送中的非线性的“拐点”304和306。

工业实用性

总体上参照附图，但现在也参照图6，示出了说明根据一个实施例的示例方法和逻辑流程的流程图400。在流程图400中，在框410处，螺线管54由提升电流脉冲通电以将联接到燃料喷射器44中的喷射控制阀60的电枢56从静止位置提升。如框410中那样给螺线管54通电可以基于电枢56的提升打开喷射控制阀60，以使用直接控制的出口止回阀46开始从燃料喷射器44喷射燃料。

从框410，流程图400前进到框420，以在如本文所述的停留时间内使螺线管54断电。从框420，流程图400前进到框430，以用捕获电流脉冲给螺线管54通电，以捕获处于提升位置的电枢56。用捕获电流脉冲给螺线管54通电发生在提升电流脉冲之后。如本文所述，从框430，流程图400前进到框440，以用保持电流给螺线管54通电。从框440，流程图400前进到框450，以使螺线管54断电，在所示实施例中，在偏压弹簧94的影响下使电枢56返回到静止位置。喷射控制阀60由此基于使电枢56返回到静止位置而关闭，以使用直接控制的出口止回阀46结束燃料喷射。

可以回想到，燃料供给控制单元30将调整表38存储在计算机可读存储器34上。可以设想，当前公开的多脉冲螺线管激励策略可以用于在某些操作条件期间电子地调整燃料喷射器，并且可以以不同方式或根本不用于在其他操作条件下电子地调整燃料喷射器。还将回想燃料控制系统28包括发动机状态传感器42。在某些发动机状态下，例如在发动机速度范围或发动机负荷范围的上半部或其他部分中，燃料输送可能相对较大。在这种情况下，阀销弹跳可能较少受到关注，例如因为相对较大的燃料输送量较少受到由阀关闭正时偏差引起的输送量的小变化的影响。在较低的发动机速度或较低的发动机负荷下，相对较小的燃料输送量可以相对更成比例地受到这种偏差的影响。因此，调整表38可以存储由数据处理器32读取的调整文件，并且用于电子地调整燃料喷射器44。基于存储的调整文件，电子地调整燃料喷射器44可以通过给螺线管54通电以产生单独的提升电流脉冲、相对于提升电流脉冲延迟的捕获电流脉冲和停留时间来执行。

本说明书仅用于说明目的，并且不应解释为以任何方式缩小本发明的宽度。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的完整和公平的范围和精神的情况下，可以对当前公开的实施例进行各种修改。通过阅读附图和所附权利要求书，其他方面、特征和优点将变得显而易见。如本文所用，冠词“一”和“一个”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用。在仅打算一个项目的情况下，使用术语“一个”或类似语言。此外，如本文使用的，术语“具有(has)”、“具有(have)”、“具有(having)”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，除非另有明确说明。

Claims (10)

1.一种用于发动机的燃料系统，包括：

燃料喷射器，其包括出口止回阀，其具有暴露于形成在所述燃料喷射器中的控制室的流体压力的关闭液压表面；止动件；以及喷射控制阀组件，其包括螺线管、电枢和联接到所述电枢的阀销；以及

燃料供给控制单元，其电连接到所述螺线管并且经构造：

用提升电流脉冲给所述螺线管通电以提升所述电枢；

用捕获电流脉冲给所述螺线管通电以捕获处于提升位置的所述电枢；

在所述电枢朝向所述提升位置飞行时使所述螺线管断电一段停留时间；以及

基于所述螺线管的所述断电使所述电枢延迟一段停留时间以限制所述阀销相对于所述止动件的弹跳。

2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料供给控制单元还经构造用保持电流给所述螺线管通电，所述保持电流具有小于所述捕获电流脉冲的幅度的幅度，以便一旦被捕获就将所述电枢保持在所述提升位置；以及

所述燃料喷射器还包括螺线管子组件，所述螺线管子组件具有形成止动件的居中定位的所述止动件，并且所述电枢通过所述居中定位的止动件和所述阀销之间的接触而止动在所述提升位置。

3.根据权利要求1或2所述的燃料系统，其中所述燃料供给控制单元还经构造读取存储的调整文件，并且基于所述存储的调整文件执行所述螺线管的所述断电。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃料系统，其中：

所述停留时间的持续时间小于所述提升电流脉冲的持续时间并且小于所述捕获电流脉冲的持续时间；以及

在停留时间使所述螺线管断电还包括将通过所述螺线管的电流减小到零或可忽略的幅度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料系统，其中：

所述燃料喷射器还包括喷射控制阀，其基于所述阀销的位置在将所述控制室与低压空间阻断的关闭位置和打开位置之间可移动；

所述阀销包括具有面向所述止动件的第一销端表面的第一销端、背离所述止动件的电枢接触表面、以及具有第二销端表面的第二销端；以及

所述燃料喷射器还包括阀座板，并且所述喷射控制阀是自由浮动的并且夹持在所述第二销端表面和所述阀座板之间。

6.一种操作用于内燃发动机的燃料系统的方法，包括：

用提升电流脉冲给螺线管通电，以将联接到燃料喷射器中的喷射控制阀的电枢从静止位置提升；

基于所述电枢的所述提升打开所述喷射控制阀，以使用直接控制的出口止回阀开始从所述燃料喷射器喷射燃料；

用在所述提升电流脉冲之后出现的捕获电流脉冲给所述螺线管通电，以捕获处于所述提升位置的所述电枢；

使所述电枢返回到所述静止位置；以及

基于所述电枢返回到所述静止位置来关闭所述喷射控制阀，以使用所述直接控制的出口止回阀来结束燃料喷射。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括：

一旦被捕获，用保持电流给所述螺线管通电以将所述电枢保持在所述提升位置；

延迟所述电枢，并且基于所述电枢的所述延迟来限制联接到所述喷射控制阀的阀销相对于止动件的弹跳；以及

基于所述电枢的所述提升来提升所述阀销，并且其中所述喷射控制阀的所述打开包括打开捕获在所述阀销和阀座之间的自由浮动喷射控制阀。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中：

所述保持电流具有小于所述捕获电流脉冲的幅度的幅度；

所述提升电流脉冲从所述捕获电流脉冲离散，并且所述保持电流不从所述捕获电流脉冲离散；以及

所述提升电流脉冲和所述捕获电流脉冲之间的停留时间的持续时间小于所述提升电流脉冲的持续时间或所述捕获电流脉冲的持续时间中的至少一个。

9.一种燃料控制系统，包括：

燃料供给控制单元，其包括数据处理器和计算机可读存储器；

所述计算机可读存储器存储用于致动燃料喷射器以将燃料喷射到发动机中的燃烧气缸中的燃料供给控制指令；

所述数据处理器通过执行所述燃料供给控制指令来构造：

用提升电流脉冲给所述燃料喷射器中的螺线管通电，以提升联接到喷射控制阀组件中的阀销的电枢；

用捕获电流脉冲给所述螺线管通电，以捕获处于提升位置的所述电枢；

在所述电枢朝向所述提升位置飞行时使所述螺线管断电一段停留时间；以及

基于所述螺线管的所述断电一段停留时间来延迟所述电枢的提升速度，以限制所述阀销相对于所述燃料喷射器中的止动件的弹跳。

10.根据权利要求9所述的燃料控制系统，其中：

所述数据处理器还经构造用保持电流给所述螺线管通电，所述保持电流具有小于所述捕获电流脉冲的幅度的幅度，以便一旦被捕获就将所述电枢保持在所述提升位置；

所述提升电流脉冲从所述捕获电流脉冲离散，并且所述保持电流不从所述捕获电流脉冲离散；以及

所述停留时间的持续时间小于所述提升电流脉冲的持续时间或所述捕获电流脉冲的持续时间中的至少一个。

Images