CN1303318C - 压力升高型燃料喷射系统 - Google Patents

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CN1303318C CNB031524087A CN03152408A CN1303318C CN 1303318 C CN1303318 C CN 1303318C CN B031524087 A CNB031524087 A CN B031524087A CN 03152408 A CN03152408 A CN 03152408A CN 1303318 C CN1303318 C CN 1303318C
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Abstract

一种压力升高型燃料喷射系统，选择性地经喷射器(5)把在一个公用给油管(6)中存储的燃料或其压力由一个压力升高机构(21)升高的燃料喷射到一个燃烧室(4)中，并且包括：一个曲柄角度传感器(32)，按照发动机(2)的操作状态产生曲柄脉冲信号；一个脉冲间隔计算单元(A3)，计算在相应曲柄脉冲信号之间的脉冲间隔Tn；及一个确定单元(A4)，当脉冲间隔Tn的变化δt超过一个预定阈值δta时，确定压力升高机构(21)有故障。

Description

压力升高型燃料喷射系统
技术领域
本发明涉及一种其中来自一个蓄压室的高压燃料由一个压力升高机构进一步加压并且经喷射器喷射到燃烧室中的压力升高型燃料喷射系统，更具体地说，涉及一种甚至当压力升高机构有故障时也能精确喷射燃料的压力升高型燃料喷射系统。
背景技术
一种压力升高型燃料喷射系统是经喷射器把燃料喷射到内燃机的燃烧室中的燃料喷射系统之一。在这样一种压力升高型燃料喷射系统中，来自一个燃料源的高压燃料存储在起一个构成的蓄压室作用的公用给油管中，并且联接到公用给油管上的喷射器喷嘴与燃烧室面对着。而且，在公用给油管与喷射器之间延伸的一个高压燃料供给通路的一个支路中布置一个压力升高机构。在压力升高机构中，一个动力活塞由经高压燃料通路的支路施加的高压燃料的压力致动，并且把加压燃料供给到喷射器。总之，动力活塞由一个压力升高活塞电磁阀操作。例如，压力升高型燃料喷射系统如附图的图9中所示操作。明确地说，当在计时ta处发出一个用来致动一个喷射器电磁阀的信号S1时，开始燃料喷射。当在计时tb处发出一个用来致动压力升高活塞电磁阀(叫做“活塞电磁阀”)的信号S2时，升高在公用给油管处的压力Pc。而且，加压燃料具有由Ph表示的时间依赖压力变化，并且以一个燃料喷射比率M1喷射。
燃料喷射分两步执行。明确地说，在计时ta(在其处打开喷射器电磁阀)与计时tb(在其处打开活塞电磁阀)之间进行一种初始燃料喷射j1，并且在计时tb与在其处关闭喷射器电磁阀的计时tc之间进行一种最终燃料喷射j2。采取这种措施以便减少废气和发动机噪声。
在压力升高型燃料喷射系统中，一个计量阀提供在把高压燃料供给到蓄压室的一个燃料喷射泵的一个燃料返回通路中。而且，压力升高机构包括诸如电磁阀之类的燃料压力控制件、动力活塞、及在支路中的小孔。电磁阀接通或切断压力升高机构。这些控制单元的适当操作使压力升高型燃料喷射系统能够选择性地把存储在蓄压室中的燃料或压力升高燃料经喷射器喷射到燃烧室中。然而，控制件由于老化等往往发生故障。
例如，动力活塞的故障可以引起燃料的不平稳或不充分压力供给、转矩变化、及废气的净化不足。
如果一个与在返回通路中的压力升高机构电磁阀串联布置的供给速率调节小孔碰巧破裂或损坏，则动力活塞可能引起过大压力，它可能导致燃料的过大压力供给。这将导致转矩变化、黑烟的排出、或归因于压力高于允许极限的高压系统损坏。
而且，如果动力活塞磨损，则它不能适当地操作，并且引起燃料泄漏。结果，压力升高燃料不能平稳地供给。燃料的不足压力供给可能导致转矩变化和废气的不充分净化。更进一步，返回燃料的增加可能防止公用给油管压力的足够控制。
此外，如果一个压力升高机构电磁阀不适当地起作用，则返回燃料可能泄漏、动力活塞不能可靠地停止和产生过大压力，并且可能引起燃料的过大压力供给。这些现象可能导致转矩变化和黑烟。
日本专利公开出版物No.Hei 5-141,301描述了一种用于多缸发动机的压力升高型燃料喷射系统的故障排除装置。故障排除装置下载相应缸的实际燃料压力值，并且每当一个缸具有偏离平均值一个预置量的实际值时，查出这样一个其压力升高型燃料喷射系统正在发生故障的缸。然而，故障排除装置只能探测异常缸，但不能确定是否是燃料压力控制件、控制单元或其它部分有故障。这意味着在紧急中采取适当措施有些麻烦，这可能损坏发动机或车辆。
发明内容
为了克服相关技术的问题，本发明的目的在于提供一种能迅速确定压力升高机构是否有故障并且避免发动机或车辆的故障的压力升高型燃料喷射系统。
提供有一种其中来自蓄压室的高压燃料由压力升高机构进一步加压并且经喷射器喷射到燃烧室中的压力升高型燃料喷射系统。该压力升高型燃料喷射系统包括：曲柄角度传感器，按照发动机的操作状态而产生曲柄脉冲信号；脉冲间隔计算单元，计算各曲柄脉冲信号之间的脉冲间隔；确定单元，当脉冲间隔的变化超过预定阈值时，确定压力升高机构有故障；以及当识别出压力升高机构有故障时，中止压力升高机构的操作并使用存储在蓄压室中的燃料来操作发动机的单元。
借助于本发明，如果发现取决于发动机的操作状态的曲柄脉冲间隔有异常，则容易确定压力升高机构有故障。而且，有可能保护发动机免受震动，并且防止废气的不足净化。
附图说明
图1是一种压力升高型燃料喷射系统和一种对其该压力升高型燃料喷射系统适用的发动机的示意图。
图2描述在图1的压力升高型燃料喷射系统中曲柄角度脉冲间隔的确认。
图3表示映像图，表示负荷比和目标油管压力pcr的特性。
图4表示故障的细节。
图5(A)表示用于进行故障排除的压力升高型燃料喷射系统的公用油管压力和发动机速度的控制特性。
图5(B)表示用于进行故障排除的压力升高型燃料喷射系统的燃料喷射量和发动机速度的控制特性。
图6是在图1的压力升高型燃料喷射系统中的故障排除例行程序的流程图。
图7是一个曲柄角度脉冲间隔确认例行程序的流程图。
图8是一个计量阀负荷比确认例行程序的流程图。
图9表示一个燃料喷射系统的喷射速率。
图10是用于未中断驱动的一个控制例行程序的流程图。
具体实施方式
参照在图1至图3中表示的一个实施例描述本发明。
一种压力升高型燃料喷射系统1安装在一个未表示的多缸柴油发动机2(叫做“发动机2”)中。明确地说，压力升高型燃料喷射系统1(叫做“燃料喷射系统1”)安装在发动机2的发动机体3上，并且以以后描述的两步喷射模式M1或单步喷射模式M2把加压燃料喷射到在发动机体3中的燃烧室4中。
燃料喷射系统1包括：喷射器5，把燃料喷射到在发动机体3中的每个燃烧室4中；一根公用给油管6，把高压燃料供给到喷射器5；一个高压燃料源7，把高压燃料供给到公用给油管6；及一个发动机控制器9，控制喷射器5的喷射器电磁阀8的操作。
高压燃料源7包括：一个燃料箱11；一根供给管12，经其把高压燃料压力供给到公用给油管6；及一个燃料泵14，提供在供给管12上，加压经一个过滤器13来自燃料箱11的燃料，并且压力供给燃料。
燃料泵14在其泵体内包括一个与一个缸连通的柱塞腔室40、和一个在柱塞腔室40中起作用的柱塞41。每个柱塞41由一个泵凸轮轴42和发动机的一个曲轴43经一个转动变速箱(未表示)致动。
柱塞腔室40连接到供给管12的一个进口121和一个出口122、及一个返回通路44上。返回通路44由一个计量阀45以负荷比DR打开和关闭。
控制在返回通路44中的燃料量，从而把在公用给油管6或蓄压室中的高压燃料的压力调节到一个目标燃料压力，即一个目标油管压力pcr。
公用给油管6在沿缸延伸的方向上对于发动机体3支撑，存储来自燃料供给管12的高压燃料，及在与喷射器5面对的一个位置处分支一个主喷射通路16。而且，公用给油管6包括一个产生高压燃料的燃料压力信号Pc的燃料压力传感器46，该信号传输到控制器9。
相同地构造喷射器5。每个喷射器5包括一个喷嘴17和一个喷射器电磁阀8，并且连接到一个燃料压力调节部分19上。喷嘴17附加到发动机体3上，以便把燃料喷射到燃烧室4中。喷射器电磁阀8响应来自控制器9的一个致动信号打开或关闭，由此使高压燃料能够经主喷射通路16和喷嘴17喷射到燃烧室4中。
燃料压力调节部分19包括从其分支一个压力升高机构21的主喷射通路16。压力升高机构21装有与主喷射通路16并联的大和小缸腔22和23。缸腔22和23装有大和小加压活塞241和242。活塞241和242由一个缸或两个缸构成。大缸腔22经一个上游侧451与一个上游支路b1(靠近公用给油管)连通，而小缸腔23经一个下游侧452与一个下游支路b2(靠近喷射器)连通。
大缸腔22也经其靠近小缸腔23的一部分与一个压力释放通路30连通，并且与一个压力调节通路27连通。压力释放通路30包括一个释放在大缸腔22中的燃料压力的压力升高机构电磁阀25。压力调节通路27经一个节流阀28与主喷射通路16的一个中间支路b3连通。
而且，一个单向阀29提供在下游支路b2与中间支路b3之间，以便防止燃料从喷射器5流到公用给油管6。
大缸腔22使其开口301经一个打开通路30与燃料箱11连通。压力升高电磁阀25提供在开口301与打开通路30之间。一个流动控制小孔47定位在打开通路30中，以便控制从大缸腔22喷射的高压燃料的供给速率，并且调节压力升高活塞241和242的压力升高速度。
压力升高机构电磁阀25响应来自控制器9的一个致动信号打开或关闭，并且打开或关闭压力释放通路30和大缸腔22。结果，在通过压力向左运动(如图1中所示)的加压活塞241的前和后表面上产生一个压力差，并且升高在下游支路b2处燃料的压力。
控制器9在其输入和输出电路中带有多个端口，对这些端口连接各种传感器以便收集发动机2的操作状态数据。明确地说，传感器是：一个油门踏板压下量传感器31，探测发动机2的油门踏板压下量θa；一个曲柄角度传感器32，从与曲轴43一体的转子收集包括缸确定信号的曲柄角度脉冲；及一个水温传感器33，探测水温wt。曲柄角度脉冲由控制器9按时间顺序依次存储，并且用来依次计算在以前和当前曲柄角度脉冲之间的间隔Tn(见图2)，并且导出一个发动机速度Ne。
控制器9不仅起普通发动机控制器的作用，而且也对于燃料喷射系统1也用作一个喷射控制单元A1、一个脉冲间隔计算单元A2、一个打开-关闭信号偏差计算单元A3、及一个确定单元A4。
参照图9，燃料喷射系统1在发出一个用来致动喷射器电磁阀8的信号s1的阀打开计时ta处开始燃料喷射。在发出一个用来致动加压电磁阀25的信号s2的阀打开计时tb处，升高在主喷射通路16的下游支路b2处的燃料压力。燃料压力随时间变化，如在图2中由Ph表示的那样。控制器9控制燃料喷射系统1，以便以两步喷射模式M1或以单步喷射模式M2执行燃料喷射。
在两步喷射模式M1中，分两步执行燃料喷射，即在喷射器电磁阀8的打开计时ta与打开计时tb之间进行初始燃料喷射j1，而在加压升高机构电磁阀25的打开计时tb与喷射器电磁阀8的关闭计时tc之间执行一个最终燃料喷射j2。这在防止缸压力的突然增大、实现适当的燃料状态、及降低NOx、PM和燃料消耗方面是有效的。
喷射控制单元A1使用一个目标燃料喷射量映像图(未表示)按照发动机速度Ne和油门踏板压下量计算一个目标燃料喷射量。按照发动机速度Ne和油门踏板压下量将选择两步或单步喷射模式M1或M2。
喷射控制单元A1根据把经喷射器的燃料喷射切换到非燃料喷射或反之亦然的喷射器电磁阀8的打开计时ta、和接通或断压力升高机构21的压力升高电磁阀25的打开计时tb计算一个时间差(初始燃料喷射时段)Δtini。一个时间差映像图(未表示)用于这种计算。此后，喷射控制单元A1考虑到时间差Δtini设置一个保证目标燃料喷射量的最终喷射时段Δtmain。而且，通过添加最终喷射时段Δtmain和时间差Δtini计算一个喷射器打开时段Δt。以上描述也适用于单步喷射模式M2。
脉冲间隔计算单元A2计算在相邻曲柄角度脉冲之间的脉冲间隔Tn。曲柄角度脉冲按时间存储在控制器9中。而且，按时间存储在以前曲柄角度脉冲与当前曲柄角度脉冲θn之间的脉冲间隔Tn(见图2)。
打开-关闭信号偏差计算单元A3计算一个实际上是用于计量阀45的打开/关闭信号的在负荷比DR之间的负荷比偏差δD、和是与公用给油管6的目标燃料压力相对应的基本打开/关闭信号的基本负荷比DRα。
当脉冲间隔Tn的变化δt高于一个阈值δta并且负荷比DR的负荷比偏差δD高于一个允许负荷比偏差δDa时，确定单元A4确定压力升高机构21有故障。
参照控制器9的控制操作将描述图1的燃料喷射系统的操作。
当致动车辆(未表示)的发动机2时，控制器9开始控制发动机2，即接收在燃料喷射系统中操作的装置、和传感器等的自我检查结果。控制器9检查接收的自我检查结果是否正常，并且依次控制燃料喷射过程、故障排除过程、和其它过程。
在燃料喷射控制过程中，执行如下操作：目标燃料喷射量的计算；两步喷射模式M1或单步喷射模式M2的选择；及喷射器电磁阀8的打开计时ta和压力升高电磁阀25的打开计时tb、时间差Δtini、及最终喷射时段Δtmain和喷射器打开时段Δt的计算。
此后，关于电磁阀8和25的打开计时ta和tb、和电磁阀8和25的关闭计时tc的数据设置在一个燃料喷射驱动器(未表示)中。响应一个单元曲柄信号δθ，燃料喷射驱动器计数分别用于喷射器电磁阀8和压力升高电磁阀25的打开计时ta和tb、和用于电磁阀8和25的关闭计时tc。在计数上述计时时，燃料喷射驱动器发出一个阀切换输出，从而喷射器5以两步或单步喷射模式M1或M2操作。
在发动机控制过程的一个主例行程序中执行一个故障排除例行程序。
参照图6，在步骤s1确认曲柄角度脉冲间隔，并且在步骤s2确认计量阀45的负荷比。在步骤s3，执行故障排除，并且在步骤s4执行用于不间断驱动的控制。
在图7中表示的曲柄角度脉冲确认例行程序的步骤a1中，控制器9依次计算和存储在相邻曲柄角度脉冲，即以前和当前曲柄角度脉冲，之间的脉冲间隔Tn。换句话说，控制器9按时间存储曲柄角度脉冲。脉冲间隔Tn指示在施加到相应缸上的相邻脉冲信号之间的间隔。
其次，在步骤a2中，计算当前脉冲间隔Tn、以前脉冲间隔和倒数第二脉冲间隔的平均值Tf，{即(Tn-2+Tn-1+Tn)/3}。当前、以前和倒数第二个脉冲间隔在每个控制循环中向前和更新。而且，也更新当前平均值Tfn。更进一步，存在的平均值由当前平均值Tfn替换，并且用作以前平均值Tfn-1。
在步骤a3中，根据当前平均值Tfn和以前平均值Tfn-1计算脉冲间隔Tn的变化δt(＝|Tfn-(Tfn-1)|)。在步骤a4中，检查脉冲间隔变化δt是否超过一个确定阈值δta。
如果脉冲间隔变化δt小于确定阈值δta并且稍微改变，则完成在步骤a3中的控制过程。否则，如果δt大于δta，则控制过程转到步骤a5。在预置Time 1期间δt大于δta之后，控制过程转到步骤a6。
在步骤a6中，把当前平均值Tfn与以前平均值Tfn-1相比较。当Tfn＜Tfn-1时，认为发动机正在加速。在步骤a7中，确定能喷射过多燃料，从而把一个故障标志FlgA设置到“1”。另一方面，当Tfn＞Tfn-1时，认为发动机正在减速。在步骤a8中，确定燃料喷射是不充分的，从而把一个故障标志FlgB设置到“1”。此后，控制过程返回步骤a2(在故障排除例行程序中)。
参照图8，当过程转到计量阀负荷比确认例行程序的步骤b1时，控制器9下载是高压燃料的目标压力的目标给油管压力pcr和是计量阀45的打开/关闭信号的负荷比DR。在喷射控制例行程序中按照发动机2的操作状态设置负荷比DR。
在步骤b2中，使用在图3中表示的计量阀负荷比DR对于目标给油管压力pcr映像图m1，检查与当前目标给油管压力pcr相对应的负荷比DR是否等于正常基准负载比线或在其允许范围内。
映像图m1以这样一种方式设计，从而响应目标给油管压力pcr的增大扩大允许的偏差范围。而且，目标给公用油管压力pcr增大得越多，燃料压力变化得越多，并且脉冲间隔变化得越多。因此，确定范围设计得较大，以便保证可靠和稳定的控制操作。
当负荷比DR在允许范围内时确定发动机正常地操作，从而完成当前控制过程。然后，过程转到步骤s3(在故障排除例行程序中)。
如果负荷比DR相对于允许范围较大(即开放侧e1)，很多燃料返回，并且在公用给油管中存储的燃料的消耗较小，则过程转到步骤b3，其中把故障标志Flga设置到“1”。另一方面，如果负荷比DR相对于允许范围较小(即封闭侧e2)，很少燃料返回，并且在公用给油管中的燃料的消耗较大，则过程转到步骤b4，其中把故障标志Flgb设置到“1”。然后，过程返回步骤s3(在故障排除例行程序中)。
在步骤s3中，如果故障标志FlgA、FlgB、Flga或Flgb是“1”并且压力升高机构21异常，则停止压力升高机构21。在这种状态下，使用在公用给油管6中存储的燃料操作低压燃料喷射系统。在这种状态下，只增大或减小在公用给油管6中的燃料压力，从而车辆以自我保护模式(limp mode)运行。
例如，故障标志FlgA(过多燃料喷射)和故障标志Flgb(在公用给油管中存储的燃料的过多消耗)的组合代表归因于流量调节小孔47的破裂的压力升高活塞的异常压力供给。参照图4。故障标志FlgB(不充分的燃料喷射)和故障标志Flgb的组合代表由于压力升高电磁阀25的未关闭过多燃料泄漏到打开通路30中或者压力升高活塞由于其滑动部分的增大间隙不适当地起作用。而且，故障标志FlgB和故障标志Flga(在公用给油管中存储的燃料的不充分消耗)的组合代表压力升高活塞由于其滑动部分的增大间隙的故障。
此后，过程转到故障排除例行程序的步骤s4。在步骤s4中，控制过程切换到一个其中依据在图5(A)中表示的公用给油管压力和发动机速度发动机在范围E1内操作的过程。为了抑制公用给油管压力的减小，控制过程切换到一个其中发动机在图5(B)中表示的范围E2中操作的过程。总之，发动机在自我保护模式中操作，以便防止喷射燃料的过分增加。
停止压力升高机构21，以便避免发动机体或车辆的故障。而且，使用在公用给油管6中存储的燃料使低压燃料喷射系统操作，这使车辆能够安全和迅速地驱动到修理厂。在这种情况下，车辆能运动而没有对于发动机的过大负载和废气温度的升高。
在故障排除例行程序的步骤s3中，检查压力升高机构21是否正常地起作用。如果发现压力升高机构21有故障，则停止它，由此控制在公用给油管6中的燃料压力和响应喷射器电磁阀8的操作喷射的燃料量。在这种情况下，压力升高机构21的中止在避免由发动机的转矩变化引起的振动方面是有效的，并且发动机由使用低压燃料的低压燃料喷射系统操作，这使车辆能够安全和迅速地驱动到修理厂。有可能抑制对于发动机的过大负载和废气温度的升高。
在图5(A)中表示的公用给油管压力和发动机速度控制范围E1中，抑制发动机速度，并且与在正常给油管压力范围中的那些相比把公用给油管压力设置得较高。在图5(B)中的喷射量和发动机速度控制范围中，与在正常给油管压力范围中的那些相比抑制发动机速度和燃料喷射量。参照用于不间断驱动的控制例行程序描述这些状态。在步骤c1中，下载当前发动机速度。其次，在步骤c2中，设置与在图5(A)中表示的发动机速度相对应的公用给油管压力Pmax。明确地说，控制计量阀45的打开和关闭时段，从而在蓄压室中的压力等于公用给油管压力Pmax。在步骤c3中，把燃料喷射量设置成在图5(B)中表示的燃料喷射量范围E2中。
在公用给油管6中存储的燃料由计量阀45调节到最大允许压力(即，到在图5(A)中的一个目标控制线Pmax)，并且经喷射器喷射到燃烧室中。在这种状态下，车辆能安全和迅速地驱动到修理厂，而没有烟、对于发动机的过大负载及废气温度的升高。因此，即使当发动机继续在异常状态下操作时，也能保护车辆免受引起的损坏。
如果曲柄脉冲间隔Tn随发动机的操作状态过分地变化，并且如果实际负荷比DR(打开-关闭信号)的偏差δD高于允许的δDa，则容易和适当地确定压力升高机构有故障。结果，有可能保护发动机免受震动和避免废气的不充分净化。
在故障排除例行程序中，在步骤s1中确认曲柄角度脉冲间隔，并且然后在步骤s2中确认计量阀45的负荷比。要不然，通过执行步骤s1或s2、和然后执行步骤s3和s4，可以简化故障排除例行程序。

Claims (7)

1.一种压力升高型燃料喷射系统，其中来自蓄压室的高压燃料由压力升高机构进一步加压并且由喷射器喷射到燃烧室中，该压力升高型燃料喷射系统包括：
曲柄角度传感器，按照发动机的操作状态而产生曲柄脉冲信号；
脉冲间隔计算单元，计算各曲柄脉冲信号之间的脉冲间隔；
确定单元，当脉冲间隔的变化超过预定阈值时，确定压力升高机构有故障；以及
当识别出压力升高机构有故障时，中止压力升高机构的操作并使用存储在蓄压室中的燃料来操作发动机的单元。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，当取决于发动机状态的曲柄脉冲间隔保持异常大于预置时间段时，所述确定单元确定压力升高机构有故障。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射系统，进一步包括：
燃料供给泵，把燃料供给到所述蓄压室；
压力调节单元，通过打开或关闭布置在燃料供给泵的燃料返回通路中的计量阀，来调节蓄压室中的燃料压力；
打开-关闭信号偏差计算单元，计算计量阀的实际打开-关闭信号与对应于蓄压室中的目标燃料压力的基准打开-关闭信号之间的偏差，
当计量阀的实际打开信号和实际关闭信号之间的偏差超过允许偏差范围时，识别出所述压力升高机构有故障。
4.根据权利要求3所述的燃料喷射系统，进一步包括一个当确定单元确定压力升高机构有故障时中止压力升高机构的操作的单元。
5.根据权利要求3所述的燃料喷射系统，进一步包括燃料喷射单元，当所述确定单元确定所述压力升高机构有故障时，通过经计量阀的操作把蓄压室中的燃料压力调节到允许的最大压力而把燃料喷射到燃烧室中。
6.根据权利要求3所述的燃料喷射系统，进一步包括燃料喷射单元，当所述确定单元确定所述压力升高机构有故障时，通过经计量阀的操作把蓄压室中的燃料压力调节到允许的最大压力和通过调节喷射燃料量而把燃料喷射到燃烧室中。
7.根据权利要求3所述的燃料喷射系统，其中按照蓄压室中目标燃料压力的增加而增大允许偏差。
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