CN116771568A - 燃料喷射器升程控制 - Google Patents

Abstract

一种燃料喷射系统包括构造成接收加压燃料的燃料供应通道、位于燃料供应通道下游的喷嘴孔口，以及可定位成打开喷嘴孔口和关闭喷嘴孔口的喷射阀。喷射阀具有带有第一升程的第一构型和带有第二升程的第二构型，第一升程不同于第二升程。该燃料喷射系统包括流体致动的升程控制阀，该流体致动的升程控制阀构造成使喷射阀从第一构型改变到第二构型。

Description

燃料喷射器升程控制

技术领域

本发明总体上涉及用于内燃机部件的方法和系统，并且更具体地涉及用于具有可控升程的燃料喷射系统的系统和方法。

背景技术

许多内燃机包括燃料喷射器以向燃烧气缸供应燃料。这些燃料喷射器通过根据要求输出和当前发动机状况改变喷射量来控制发动机的功率输出。燃料的数量广泛地变化，当发动机在最大输出下操作时喷射的燃料的量显著大于当发动机在低负载或怠速下操作时喷射的燃料的量。尽管具有较低最大输出的燃料喷射器适于喷射少数量燃料，但具有大输出的发动机系统采用能够喷射多数量燃料的燃料喷射器。这些高输出燃料喷射器可具有高调节比，即可喷射的最大燃料数量与可喷射的最小燃料数量之比。

虽然当发动机在中等或高负荷下操作时，一些高转速比燃料喷射器以令人满意的方式操作，但是当需要小燃料数量时，它们的精度较低。结果，这些喷射器能够以比期望的更快的速率喷射燃料，特别是在包括小的引燃喷射的喷射事件期间或当发动机空转或处于低负载时。在这些条件下喷射比所需燃料更多的燃料引起诸如不希望的噪音、不希望的化合物的排放增加和发动机稳定性降低的问题。

在Takaki等人的DE 10218548A1(“'548公开”)中描述了一种燃料喷射器系统。'548公开中的燃料喷射器通过使用压电致动器来改变燃料喷射数量，该压电致动器改变针阀构件的行程量。压电致动器在一系列位置之间移动活塞，包括与关闭状态相关的升高位置、中间位置和降低位置。活塞的位置影响活塞近端的控制腔室的操作。虽然在'548公开中描述的燃料喷射器在某些情况下可能是有用的，但是它需要使用压电致动器，导致增加的复杂性和功率要求。

本发明的系统和方法可以解决上述问题中的一个或多个和/或本领域中的其他问题。然而，本发明的范围由所附权利要求限定，而不是由解决任何特定问题的能力限定。

发明内容

在一个方面，一种燃料喷射系统可包括构造成接收加压燃料的燃料供应通道、位于燃料供应通道下游的喷嘴孔口，以及可定位成打开喷嘴孔口和关闭喷嘴孔口的喷射阀。喷射阀可具有带有第一升程的第一构型和带有第二升程的第二构型，第一升程不同于第二升程。燃料喷射系统还可包括流体致动的升程控制阀，该升程控制阀构造成使喷射阀从第一构型改变到第二构型。

在另一方面，一种燃料喷射系统可包括构造成将燃料喷射到内燃机中的喷嘴孔口和构造成打开和关闭喷嘴孔口的针阀组件，针阀组件包括可延伸本体，该可延伸本体在延伸位置中通过扩展针阀组件的长度来减小针阀组件的最大升程。燃料喷射系统还可包括构造成使针阀的本体延伸的控制组件。

在又一方面中，一种燃料喷射方法可包括：用燃料喷射器接收燃料；对燃料加压以经由喷射构件组件喷射到内燃机中；以及在第一位置与第二位置之间致动升程控制阀，第二位置与相比于第一位置的升程量减小相关联。该方法可包括以根据第二位置中的喷射阀的减小的升程量控制的喷射速率喷射加压燃料。

附图说明

图1是根据本发明的各方面的燃料喷射器升程控制系统的示意性截面图。

图2A是图1的燃料喷射器升程控制系统的一部分的放大截面图，其中喷射阀处于非限制构型。

图2B是喷射阀处于限制构型时的放大截面图。

图3A是示出根据本发明的各方面的具有全阀升程的喷射事件的燃料喷射器状况的图表。

图3B是示出根据本发明的各方面的具有减小的阀升程的喷射事件的燃料喷射器状况的图表。

图4是描绘根据本发明的各方面的示例性燃料喷射方法的流程图。

具体实施方式

前面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而不是对所要求保护的特征的限制。如这里所使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、“包含”或其其他变型旨在覆盖非排他性的包含，使得包括一系列元素的方法或装置不仅包括这些元素，而且可以包括未明确列出的或这种方法或装置固有的其他元素。在本发明中，相对术语，例如“约”、“基本上”、“一般地”和“大约”用于所述值或特征的±10％的可能变化。

图1示出了根据本发明的各方面的示例性燃料喷射系统，特别是燃料喷射器升程控制系统10。燃料喷射器升程控制系统10可包括在内燃机中，以便于将少量和多量燃料精确地喷射到燃烧腔室(未示出)中。示例性燃料喷射器升程控制系统10可包括多个燃料喷射器12(图1中示出一个燃料喷射器12)，用于向多个燃料喷射器12提供燃料的燃料供应系统和压力控制阀16，以及电子控制模块(ECM)80。用于升程控制系统10的燃料供应系统可以连接到多个燃料喷射器12，并且可以包括燃料供应15和一个或多个压力控制阀16和/或其他压力调节设备，以将具有相对低压的燃料供应到燃料喷射器12。压力控制阀16可以是构造成调节由燃料供应系统供应到一系列燃料喷射器12的燃料压力的电子控制阀(例如，涡旋阀或电磁阀)。

燃料喷射器12可以是机械致动的电子控制单元燃料喷射器，其包括凸轮驱动的活塞14、接收加压燃料的燃料供应通道18、连接在活塞14下游的燃料供应通道18、溢流阀20、控制阀24、喷射阀28和升程控制阀34。燃料喷射器12可与ECM 80连通，使得溢流阀20、控制阀24和阀16响应于ECM 80发出的指令。

溢流阀20可以是常开阀，其包括可在打开位置和关闭位置之间移动的阀构件，在打开位置，燃料经由返回到燃料供应系统而排出。溢流阀20可包括响应于来自ECM 80的指令而通电的螺线管，通电状态用于将溢流阀20移动到关闭位置。控制阀24可连接在加压燃料供应通道18和控制腔室36之间。控制阀24可具有非喷射位置和喷射位置，在非喷射位置中，控制腔室36接收加压燃料，在喷射位置中，控制腔室36被减压。弹簧构件22可将溢流阀20偏压到打开位置并将控制阀24偏压到非喷射位置。

喷射阀28可以形成为单向阀，例如具有关闭位置和打开位置的针阀。喷射阀28可包括喷射构件组件30、喷嘴腔室32和一个或多个喷嘴孔口35。喷射阀28可以是可变升程阀，该阀构造成具有第一升程和第二升程，第一升程是全升程，第二升程是减小的升程。与第一升程相关联的构型在本文中也被称为非限制构型，而与第二升程相关联的构型在本文中也被称为限制构型。如本文所用，“升程”是指当阀构件喷射燃料时阀座的远端距阀的距离。特别地，“升程”可表示喷射构件组件30远离喷嘴孔口35的阀座行进的距离。

升程控制阀34可连接到加压燃料通道18和燃料喷射器12内的低压燃料供应26。如下所述，升程控制阀34可以是控制组件，该控制组件构造成控制喷射阀28是处于与第一升程相关联的非限制构型还是处于用于第二升程的限制构型。

ECM 80可通过编程来产生控制燃料喷射事件的指令和控制喷射构件组件30的构型的指令。具体地，ECM 80可构造成产生用于致动溢流阀20、控制阀24和阀16的指令。ECM80还可通过编程构造成确定何时需要小燃料喷射，例如当发动机处于低负荷或怠速状况时发生的引燃喷射或主喷射。响应于该确定，ECM 80可构造成产生引起喷射阀28的升程减小或喷射阀28的升程增大的指令(例如，对阀16的指令)。

ECM 80可以体现为接收输入并产生输出的单个微处理器或多个微处理器。ECM 80可包括存储器、辅助存储设备，诸如中央处理单元的处理器，或用于实现与本发明一致的任务的任何其他装置。与ECM 80相关联的存储器或辅助存储设备可以存储数据和软件，以允许ECM 80执行其功能，包括下面描述的关于方法200描述的功能。许多市场上可买到的微处理器可被构造成执行ECM 80的功能。各种其它已知的电路可以与ECM 80相关联，包括信号调节电路、通信电路和其它适当的电路。

图2A和图2B是喷射构件组件30和升程控制阀34的放大截面图，表示了封闭在图1所示的虚线框2A、2B内的喷射器12的部分。图2A示出了处于非限制构型的喷射构件组件30，而图2B示出了位于限制构型的喷射构件组件30。如图2A和图2B所示，喷射构件组件30可以是形成喷射阀28的针构件的多部件组件。

远侧部分40可形成喷射构件组件30的远端，其闭合和打开一个或多个喷嘴孔口35(图1的底部)。固定本体55可包括中空内部，该中空内部构造成接收并固定喷射构件组件30的可延伸本体54。固定本体55可以与远侧部分40成一体，或者可以与远侧部分40形成为一体结构。固定本体55的近端可包括升程元件止动件62，以禁止可延伸本体54行进超过完全延伸位置(图2B)。可延伸本体54可包括固定在固定本体55内的远端和近侧活塞端56。活塞端56可与喷射构件组件30的近侧杆38接触或与其成一体。

在图2A所示的非限制构型中，近侧杆38可与喷射阀止动件64形成间隙58。间隙58可对应于喷射构件组件30的最大升程。在图2B所示的限制构型中，间隙58可以减小。在喷射阀28的限制构型中，间隙58或喷射阀28的升程与升程的非限制量相比可减小10％、30％、50％或大于50％。图2A和2B中的间隙58表示喷射构件组件30在喷射期间行进或升程的可用空间量。因此，图2A和图2B表示处于非喷射状态的燃料喷射器12。在燃料喷射期间，当喷射构件组件30远离喷嘴孔口35移动时，每个间隙58可关闭。

升程控制阀34可构造成与加压燃料通道18流体连通。例如，如图2A和2B所示，升程控制阀34可包括具有高压孔口44的高压供应通道42、低压孔口46、偏压通道48和排放通道50。液压流体腔室60(图2B)，在喷射构件组件30内，可在固定本体55的中空内部内形成为可延伸本体54下方的空间。液压流体腔室60可以连接在孔口44和孔口46之间，作为从加压燃料通道18经由供应通道42延伸到排放通道50的流体路径的一部分。例如，可在液压流体腔室60的相对端处的固定本体55中形成通孔或通道，以在液压流体腔室60和加压燃料通道18之间(经由高压供应通道42和高压孔口44)以及在流体腔室60和低压燃料供应26之间(经由低压孔口46和排放通道50)提供流体连通。

在图2A中表示的第一位置，升程控制阀34可以是打开的，其中升程控制元件52位于使得加压燃料通道18、高压供应通道42和排放通道50之间能够流体连通的位置。虽然由于喷射构件组件30处于收缩或收缩构型，液压流体腔室60未在图2A中示出，但如所理解的，相对较薄的液压流体层(例如，燃料)可存在于可延伸本体54的近端。该流体层可经由排放通道50从腔室60排出。在图2B中表示的第二位置，与喷射构件组件30的扩展构型相对应的是，升程控制阀34可以关闭，其中升程控制元件52处于阻挡液压流体腔室60与低压燃料供应26之间经由排放通道50的流体连通的位置。

升程控制元件52(例如，活塞)可以在图2A所示的第一位置和图2B所示的第二位置之间可控制地位移。偏压通道48和排放通道50可以以允许偏压通道48用作控制通道的方式连接到低压燃料供应26。例如，当利用压力控制阀16向低压燃料供应26提供第一压力的燃料时，偏压通道48可允许升程控制元件52打开。在该第一压力下，来自加压燃料通道18的进入通道42并穿过孔口46的流体可具有克服由通道48内的流体的压力产生的力的力，从而将升程控制元件52驱动到打开位置并允许来自加压燃料通道18的流体在穿过高压供应通道42、液压流体腔室60和低压孔口46之后通过排放通道50排放。当低压燃料供应26设置有高于该第一压力的第二燃料压力时，偏压通道48内的流体的力可将升程控制元件52驱动到关闭位置，防止来自加压燃料通道18的流体通过排放通道50排放，并关闭从燃料通道18到排放通道50的流体路径。

在一些方面，升程控制阀34可被偏压到特定构型。特别地，偏压通道48可具有将元件52保持到图3B所示的关闭位置的尺寸，高压孔口44和低压孔口46的直径被设定为有助于该偏压。例如，高压孔口44的直径可设定成将来自加压燃料通道18的流体的压力减小第一量。低压孔口46的直径可设定成进一步减小该压力，进一步减小的压力作用在升程控制元件52上。作用在升程控制元件52上的压力可以被设定为使得压力控制阀16被构造为将流体供应到处于第一水平的偏压通道48，从而产生不克服来自低压孔口46(在图2A中表示)的流体压力的力以及产生克服来自孔口46的流体的力的第二水平(在图2B中表示)。

工业实用性

系统10可用于任何内燃机，例如液体燃料(例如柴油、汽油等)发动机、气体燃料发动机或双燃料发动机(构造成燃烧液体燃料和气体燃料的发动机)。系统10可用于在固定机器(例如，发电机或其它发电设备)中、在移动式机器(例如，运土设备、拖运卡车、钻机等)中或在其它应用中产生动力，在所述其它应用中，控制和/或调节一个或多个燃料喷射器12的燃料喷射事件中的升程量是有益的。

在喷射事件期间，当溢流阀20关闭并且凸轮向下驱动活塞14时，加压燃料通道18(图1)内的燃料压力可能增加。控制阀24可以控制控制腔室36内的流体(例如燃料)是否被加压。当需要喷射时，ECM 80可使控制阀24从静止非喷射位置移动到喷射位置，在静止非喷射位置中，控制腔室36内存在高压流体，在喷射位置中，控制腔室36连接到低压燃料排放。例如，ECM 80可产生向螺线管供应电能的指令，以将控制阀24移动到喷射位置。在非喷射位置，喷射控制阀24可阻挡燃料的喷射，因为控制腔室36内的加压流体防止喷嘴腔室32内的流体升程喷射构件组件30并打开一个或多个喷嘴孔口35。然而，当控制阀24处于喷射位置时，可以通过将控制腔室36与低压流体通道(例如，流体排放)连接来允许喷射构件组件30的运动。

喷射期间喷射构件组件30的向上运动可由固定在喷射器12内的喷射阀止动件64(图2A和2B)限制。因此，喷射构件组件30的升程量可由喷射阀止动件64与近侧杆38之间的间隙58设定。在喷射构件组件30的收缩构型中(图2A)，与在喷射构件组件30(图2B)扩展构型中形成的间隙58相比，间隙58可以相对较大。

图3A和图3B包括表示当升程控制阀34在燃料喷射期间被致动以获得相对较高或完全的升程(图3A)或保持在关闭位置以减小阀升程(图3B)时系统10的操作的图表。在图3A所示的全升程喷射事件期间，升程控制元件52可以在图2A和图2B所示的两个位置之间转换。例如，如下所述，升程控制元件位移108包括表示升程控制阀34的关闭状态的较低水平，其中升程控制元件52阻塞排放通道50，如图2B所示。升程控制元件位移108的较高水平可以对应于升程控制阀34的打开状态，其中高压供应通道42和排放通道50彼此流体连通以防止液压流体在液压流体腔室60内积聚，如图2A所示。

图3A和图3B各自在各自的y轴上示出了加压燃料通道18和供应通道42中的高压流体(“HP流体压力”)的压力102、112，表示喷射构件组件30的位置的喷射阀位移104、114、低压燃料供应26中的低压流体(“LP流体压力”)的压力106、116、表示升程控制元件52的位置的升程控制元件位移108、118，以及喷射速率110、120表示从燃料喷射器12经由喷嘴孔口35的燃料喷射速率。图3A和图3B各自表示单个喷射事件的一部分或整体。例如，图3A和图3B可以仅表示燃料的引燃喷射，该引燃喷射是包括引燃喷射、主喷射和(如果需要)后喷射的喷射事件的一部分。可替换地，图3A和图3B可以表示形成整个喷射事件的单个主喷射。如所理解的，LP流体压力106和LP流体压力116的压力大小可以彼此相当，但是可以显著小于HP流体压力102、112的压力，因为HP流体压力102、112表示在通过穿过孔口44、46而减小之前的流体压力。例如，LP流体压力106和/或116的大小可以小于HP流体压力102、112的最大压力的大小的15％。

图3A是示出当在内燃机的中等或高负荷状态期间喷射燃料时燃料喷射器12的示范性状态的图表。在该燃料喷射事件中，图3A中的喷射构件组件30的位置或位移104表示喷射构件组件30离开阀座的距离，最小位移104表示喷射构件组件30完全关闭的位置，最大位置104表示完全打开的位置。最大位移104可以对应于喷射构件组件30收缩时间隙58的长度，如图2A所示。

在与中等或高发动机负荷相关的燃料喷射事件期间，LP流体压力106可以保持在相对低的水平。这可以在压力102和压力106都低的时间段期间将升程控制元件52驱动到关闭位置(图2B)。然而，一旦压力102达到升高的压力，供应到高压供应通道42的液压流体的该较高压力可以克服供应到偏压通道48的燃料的压力，将升程控制元件52从关闭位置移动到打开位置。该移动由升程控制元件位移108表示，位移108的较低水平对应于图2B中的升程控制元件52的位置，以及对应于图2A的较高位移108。

如喷射速率110所示，喷射构件组件30在处于收缩状态时的致动可允许组件30的远端远离一个或多个喷嘴孔口35移动相对大的距离，从而以适于中等或高发动机负载的速率喷射燃料。降低的喷射速率120，如图3B所示，可以通过提供增大的压力116来实现。该压力可以通过向压力控制阀16产生指令来增加，以允许液压流体流向偏压通道48，该偏压通道48的压力即使在压力112达到高水平时也不会被高压供应通道42内的压力克服。因此，升程控制元件位移118可以保持在图3B中的低水平，其对应于图3B中所示的升程控制元件52的就座位置。进而，喷射构件组件30可保持在扩展构型、限制喷射构件组件30的位移114。这可以降低经由孔口35喷射的燃料的喷射速率120。

参考图4，方法200可以在系统10的操作期间执行，以通过改变喷射阀(例如喷射构件组件30)的升程来控制燃料喷射速率。方法200可以包括步骤202，在该步骤期间燃料被加压用于喷射。例如，可通过关闭溢流阀20和通过用凸轮或其它合适的机构驱动活塞14来加压燃料。如上所述，在步骤202期间燃料的加压可对应于压力102和压力112。加压燃料可以供应到高压供应通道42，并且可以经由孔口44与液压流体腔室60连通。

步骤204可以包括致动升程控制阀34。例如，在一次或多次燃料喷射期间，升程控制元件52可以保持在图2B所示的关闭位置，并且在上面参照图3B所述，以便减小间隙58的尺寸，从而限制燃料喷射速率120。在方法200期间执行的一个或多个附加喷射期间，升程控制元件52可从该关闭位置致动到打开位置，如图2A所示。

步骤206可以包括改进喷射阀升程的量。这种改进可以由升程控制阀34的致动产生。例如，在第一喷射中，升程控制阀34的元件52可保持在与喷射构件组件30的扩展构型相关联的关闭位置。该扩展构型可提供有限的升程量。在第二喷射的至少一部分期间，升程控制元件52可从闭合位置致动到打开位置，将喷射构件组合件30放置在提供较大升程量的收缩构型中。

步骤208可包括用改进量的喷射阀升程控制燃料喷射速率。例如，ECM80可被编程为通过产生增大或减小经由压力控制阀16供应的燃料的压力的指令来引起升程控制元件52的致动以及喷射阀升程的所得改进。因此，压力控制阀16可以以相对低的水平供应流体压力106，其允许喷射构件组件30在燃料喷射事件的至少一部分中塌陷，并且可以以相对高的水平供应压力116，以在一个或多个其它喷射事件中将升程控制元件52锁定就位。这可以允许ECM 80通过启用第一喷射速率110和减小的喷射速率120来控制燃料的喷射速率。

在一些方面，可以同时对多个燃料喷射器12执行步骤208。例如，压力控制阀16可以调节或以其他方式设定供应到多个燃料喷射器12(例如，连接在内燃机的特定气缸组上的一系列燃料喷射器)的燃料压力。因此，压力控制阀16可以通过在低流体压力106和相对高流体压力116之间切换经由压力控制阀16供应的流体的压力来改变多个气缸的升程。如上所述，压力116的大小可取决于高压孔口44和低压孔口46的直径。

虽然步骤202、204、206和208是以示例性顺序描述的，但如所理解的，这些步骤中的一个或多个可以以不同的顺序执行，或者以部分或完全重叠的方式执行。步骤202、204、206和208中的一个或多个可以在系统10从启动到关闭的单个连续操作的不同喷射事件期间执行。例如，可以对每个喷射事件执行步骤202，而周期性地执行步骤204、206和208。

虽然上述示例性燃料喷射器12是机械致动的电子控制的单元喷射器，但是燃料喷射器12也可以是共轨燃料喷射器、气体燃料喷射器或其它类型的燃料喷射器。在这些和其它构型中，供应给升程控制阀34的液压流体可以是发动机油或其它不可压缩流体，而不是燃料。

所公开的系统和方法可通过为燃料喷射器提供可控制和可改进的升程量来促进相对较小的引燃喷射、主喷射和/或后喷射的精确喷射。以可控制的方式降低阀升程可以降低发动机噪音，减少不需要的和/或有害排放物的产生，并在需要小燃料喷射时提高发动机稳定性。允许阀升程在不同的燃料喷发之间改变可有利于大的调低比，同时能够精确控制大和小的燃料喷射。用诸如液体燃料的发动机流体控制发动机升程可以提供简化的系统设计，并且可以避免提供单独的液压流体或为每个单独的燃料喷射器提供附加的电磁阀的需要。另外，所公开的系统和方法能够同时控制多个燃料喷射器的阀升程，而不需要向一系列燃料喷射器产生单独的阀升程指令。

对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所公开的系统和方法进行各种改进和变化。对于本领域技术人员来说，通过考虑这里公开的说明书和系统和方法，本系统和方法的其它实施例将是显而易见的。说明书和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求及其等同物指示。

Claims (10)

1.一种燃料喷射系统，包括：

构造成接收加压燃料的燃料供应通道；

位于所述燃料供应通道下游的喷嘴孔口；

喷射阀，所述喷射阀能够定位成打开所述喷嘴孔口和关闭所述喷嘴孔口，所述喷射阀具有带有第一升程的第一构型和带有第二升程的第二构型，所述第一升程不同于所述第二升程；以及

流体致动的升程控制阀，所述流体致动的升程控制阀构造成使所述喷射阀从所述第一构型改变到所述第二构型。

2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，还包括液压流体腔室，所述液压流体腔室构造成接收液压流体以将所述喷射阀从所述第一构型改变成所述第二构型。

3.根据权利要求2所述的燃料喷射系统，其中，所述液压流体是燃料，并且所述液压流体腔室与所述燃料供应通道和所述升程控制阀流体连通。

4.根据权利要求2所述的燃料喷射系统，其中，所述液压流体腔室位于所述喷射阀内。

5.根据前述权利要求中任一项所述的燃料喷射系统，还包括构造成调节供应到所述升程控制阀的流体的压力的电子控制阀。

6.一种燃料喷射方法，包括：

用燃料喷射器接收燃料；

经由喷射构件组件对用于喷射到内燃机中的所述燃料加压；

在第一位置和第二位置之间致动升程控制阀，所述第二位置与所述第一位置相比具有减小的升程量；以及

根据所述第二位置中的所述喷射阀的所述减小的升程量控制的喷射速率喷射所述加压燃料。

7.根据权利要求6所述的燃料喷射方法，其中，所述升程控制阀是液压致动的。

8.根据权利要求6或7所述的燃料喷射方法，其中，所述第二位置使所述喷射阀扩展。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的燃料喷射方法，其中，当所述升程控制阀处于所述第二位置时，升程控制元件阻断通向所述喷射构件组件的液压流体腔室的流体路径。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的燃料喷射方法，还包括向所述燃料喷射器外部的电子控制阀产生指令以致动所述升程控制阀。