专利名称：燃料喷射器控制系统和方法
技术领域：
本发明涉及 一 种控制系统和方法，更具体地涉及 一 种用于控制 燃料喷射器的操作的系统和方法。
背景技术：
内燃机例如柴油发动机、汽油发动机和气体燃料动力发动机都 使用喷射器将燃料引入到发动机的燃烧室内。这些喷射器可以通过
机械、液压或电子控制燃料输送而被液压或机械地致动。在2005年 2月15日授予Forck的美国专利No. 6,856,222 ('222专利)中介绍 了机械致动、电子控制的燃料喷射器的一个例子。
'222专利描述了一种燃料喷射器，其具有弹簧加载、螺线管控 制的溢流阀和弹簧加载、螺线管控制的直接操作单向阀(DOC阀)。 溢流阀和DOC阀都与凸轮驱动的柱塞以及阀针的控制室相关联。当 柱塞最初被凸轮压入到燃料喷射器中的腔内时，燃料从腔内流过溢 流阀到达低压排出管。当溢流阀在柱塞向腔内进一步运动期间被电 动关闭时，压力即在腔内建立。当需要喷射燃料时，DOC阀被电动 地运动以将控制室连接至低压排出管，从而允许阀针远离阀座运动 以开始喷射。要终止喷射，DOC阀使控制室与低压排出管断开，以 使阀针返回其阀座。阀针离开其阀座期间的这段时间就决定了燃料 喷射量。
尽管'222专利中的喷射器可以有效地将燃料喷入发动机的燃烧 室内，但是它可能缺少损坏保护方案。具体地，在凸轮驱动的柱塞 向下移动期间溢流阀关闭之后，如果DOC阀没有正确地关闭以起动 喷射，那么喷射器内增加的燃料压力就可能会达到足以损坏喷射器 的水平。
发明内容
本发明的控制系统解决了上述的一个或多个问题。 本发明一方面涉及一种燃料喷射器。该燃料喷射器包括设置在 腔内作往复运动的柱塞、具有末端且末端带有至少一个喷孔的喷嘴 构件，以及具有底端和末端的阀针。阀针设置在喷嘴构件内，并且 能够克服弹簧偏压从断流位置运动到通流位置，在断流位置，基本 没有燃料流过至少一个喷孔，在通流位置，燃料流过至少一个喷孔。 燃料喷射器还包括与腔和阀针的底端流体连通的单向阀。该单向阀 可以在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，阀针的底端与 腔流体连通，在第二位置，阀针的底端与排出管流体连通。燃料喷 射器还包括与腔相连并且可以在第一位置和第二位置之间运动的溢 流阀，在第一位置，燃料从腔流向排出管，在第二位置，燃料被阻 止从腔流向排出管。燃料喷射器还包括与单向阀和溢流阀相连通的 控制器。控制器用于在柱塞向下移动期间使溢流阀朝向其第二位置 运动以在腔内建立压力，并且还要在柱塞向下移动期间使单向阀朝 向其第二位置运动。控制器还用于检测单向阀未成功地运动到第二 位置，并响应于该检测提前终止当前的喷射事件。
本发明的另 一 方面涉及一种操作燃料喷射器的方法。该方法包 括移动燃料、阻止被移动的燃料流以对被移动的燃料进行加压并且 将加压燃料引至至少一个喷孔并引至阻塞至少一个喷孔的阀针底 端。该方法还包括尝试降低阀针底端处的燃料压力以允许加压燃料 流过至少一个喷孔，并检测降低压力的未成功尝试。该方法还包括 响应于该检测提前释放移动的燃料流。
图1是根据本发明的一种示例性的燃料系统的示意性简图； 图2是用于图1中燃料系统的根据本发明的一种示例性的燃料 喷射器的剖视5图3A至3E是用于图2中燃料喷射器的油路图；以及
图4是描述图2中燃料喷射器的一种示例性操作方法的流程图。
具体实施例方式
图1示出了发动机10和燃料系统12的示例性实施例。为了更 清楚地描述本发明，发动机IO被图示和描述为四冲程柴油发动机。 但是本领域普通技术人员应该认识到发动机IO也可以是其他任意类 型的内燃机例如汽油发动机或气体燃料动力发动机。发动机10可以 包括限定了多个气缸16的发动机气缸体14、可滑动地设置在每个气 缸16内的活塞18和与每个气缸16相连的气缸盖20。
气缸16、活塞18和气缸盖20可以构成燃烧室22。在图示的实 施方式中，发动才几10包括六个燃烧室22。但是，应该预见到发动机 10也可以包括更多或更少数量的燃烧室22并且燃烧室22可以"直列 式"结构、"V型"结构或者其他任何适合的结构设置。
还是如图l所示，发动机IO可以包括可旋转地设置在发动机气 缸体14内的曲轴24。连杆26可以将每个活塞18连接至曲轴24， 使得活塞18在每个对应的气缸16内的滑动动作引起曲轴2 4的旋转。 类似地，曲轴24的旋转也可以引起活塞18的滑动动作。
燃料系统12可以包括协同将加压燃料喷射送入每个燃烧室22 内的部件。具体地，燃料系统12可以包括用于保持燃料供应的罐28、 用于加压燃料并利用歧管34将加压燃料引导至多个燃料喷射器32 的燃料泵送设备30，和控制系统35。
燃料泵送设备30可以包括用于增大燃料压力并将一股或多股燃 料的加压流引导至歧管34的一个或多个泵送装置。在一个例子中， 燃料泵送设备30包括低压源36。低压源36可以具体化为用于通过 燃料管路42向歧管34输送低压的传送泵。单向阀44可以被设置在 燃料管路42内，以提供燃料从燃料泵送设备30到歧管34的单向流 动。应该预见到燃料泵送设备30除了包括上述列出的部件外还可以 包括另外的和/或不同的部件，例如根据需要可以包括与低压源36
6串联设置的高压源。
低压源36可操作地连接至发动机10并由曲轴24驱动。低压源 36可以对于本领域普通技术人员来说可以想到的任何方式与曲轴24 相连，其中曲轴24的旋转会导致泵驱动轴相应地旋转。例如，低压 源36的泵驱动轴如图1中所示通过齿轮系48连接至曲轴24。但是 应该预见到低压源36也可以替代地;故电子、液压、气动驱动或以任 何其他适当的方式驱动。
燃料喷射器32可以设置在气缸盖20内并利用多个燃料管路50 连接至歧管34。每个燃料喷射器32都可操作地用于将一定量的加压 燃料以预定的正时、燃料压力和喷射量喷入到相连的燃烧室22内。 燃料喷入燃烧室22内的正时可以与活塞18的动作同步。例如，可 以在活塞18接近压縮冲程中的上止点位置时喷射燃料，以允许被喷 射的燃料压燃燃烧。作为替代方案，可以在活塞18向上止点位置行 进开始压缩沖程时喷射燃料，用于均勻充气压燃操作。还可以在膨 胀沖程期间活塞18从上止点位置向下止点位置运动时喷射燃料，用 于随后的后喷射以形成用于再生后处理的还原环境。为了完成这些 具体的喷射事件，发动机10可以在特定的起始喷射(SOI)正时、 特定的起始喷射压力、特定的终止喷射(EOI)压力下向控制系统 35请求喷射燃料，和/或请求特定的燃料喷射量。
控制系统35可以响应于一个或多个输入而控制每个燃料喷射器 32的操作。具体地，控制系统35可以包括通过多条通信线路51与 燃料喷射器32相连通的控制器53。控制器53可以用于通过将预定 的电流波形或预定的电流波形序列施加至每个燃料喷射器32来控制 燃料喷射正时、压力和喷射量。
控制器53可以具体化为包括用于控制燃料喷射器32操作的部 件的单个微处理器或多个微处理器。各种商业上可以获得的微处理
器能够实现控制器53的功能。应该理解控制器53也可以很容易地 具体化为能够控制各种机械或发动机功能的通用机械或发动机微处 理器。控制器53可以包括需要用于运行应用程序的所有部件，例如存储器、辅助存储装置和处理器，例如中央处理器或现有技术中公知的用于控制燃料喷射器32的任何其他部件。各种其他的已知电路
也可以与控制器53相连，包括供电电路、信号调整电路、螺线管驱
动器电路、通信电路以及其他合适的电路。
如图2所示，每个燃料喷射器32都可以具体化为机械操作的泵送类型的单元燃料喷射器。具体地，每个燃料喷射器都可以通过凸轮装置52驱动，以选择性地在燃料喷射器32内将燃料加压至所需的压力水平。凸轮装置52可以包括可操作地连接至曲轴24的凸轮54,使得曲轴24的旋转导致凸轮54相应地旋转。例如，凸轮装置52可以通过齿轮系(未示出)、通过链条和链轮装置(未示出)、通过齿形带装置(未示出)或者用任何其他合适的方式与曲轴24相连接。正如下面将要更详细地描述的那样，在凸轮54旋转期间，凸轮54的凸角56可以通过枢转摇臂58来周期性地驱动燃料喷射器32的泵送动作。应该预见到燃料喷射器32的泵送动作可以替代地由凸角56直接驱动而不使用摇臂58,或者根据需要可以在摇臂58和燃料喷射器32之间设置推杆(未示出)。
燃料喷射器32可以包括多个响应于凸轮装置52的驱动动作而互相作用以将燃料加压和喷入发动机10的燃烧室22内的部件。具体地，每个燃料喷射器32都可以包括具有喷嘴部分62的喷射器主体60、设置在喷射器主体60的腔74内的柱塞72、柱塞弹簧75、阀针76、阀针弹簧(未示出)、溢流阀68、溢流阀弹簧70、第一电子致动器64、直接操作的单向阀(DOC阀)80、 DOC弹簧82和第二电子致动器66。应该预见到在燃料喷射器32内可以包括另外的或不同的部件，例如节流孔、压力平衡通道、蓄压器以及其他现有技术中公知的喷射器部件。
喷射器主体60可以具体化为用于组装在气缸盖20内并具有一条或多条通道的大致圆柱形构件。具体地，喷射器主体60可以包括用于容纳柱塞72的腔74、用于容纳DOC阀80的腔84、用于容纳溢流阀68的腔86，和控制室90。喷射器主体60还可以包括分别通过流体通道92、 94、 96和98与腔86、 74、 84、控制室90和喷嘴部分62连通的燃料供应/返回管路88。控制室90可以与阀针76直接连通并选择性地被排出或供应加压燃料以影响阀针76的动作。应该预见到喷射器主体60可以替代地具体化为具有一个或多个壳体构件、 一 个或多个引导构件以及任意其他合适数量和/或类型的结构构件的多构件元件。
喷嘴部分62可以类似地具体化为具有中央腔100和压力室102的圓柱形构件。中央腔100可以用于容纳阀针76。压力室102可以在预测到喷射事件时保持由通道98供应的加压燃料。喷嘴部分62也可以包括一个或多个喷孔104，以允许加压燃料从压力室102通过中央腔100流入发动才几10的燃烧室22内。
柱塞72可以滑动地设置在腔74内并可通过摇臂58运动以对腔74内的燃料进行加压。具体地，当凸角56绕枢轴点108枢转摇臂58时，摇臂58的与凸角56相对的一端可以克服柱塞弹簧75的偏压将柱塞72压入腔74内，从而移动和加压腔74内的燃料。由柱塞72加压的燃料可以通过流体通道92至98选择性地引入溢流阀68 、 DOC阀80、控制室90、供应/返回管路88，和与阀针76相连的压力室102。在凸角56从摇臂58旋转离开时，柱塞弹簧75可以使柱塞72向上返回离开腔74，从而将燃料吸回到腔74内。
阀针76可以是滑动地设置在喷嘴部分62的中央腔100内的细长的圓柱形构件。阀针76可以在第 一位置和第二位置之间轴向运动，在第一位置，阀针76的末端阻止燃料流过喷孔104，在第二位置，喷孔104打开以允许燃料流入燃烧室22内。应该预见到阀针76可以是具有针构件和活塞构件的多构件元件，或者是单个的整体式元件。
阀针76可以具有多个驱动液压表面。例如，阀针76可以包括设置在阀针76的底端处的液压表面106,以在受到加压燃料作用时通过阀针弹簧的偏压驱动阀针76移向喷孔阻塞位置。阀针76也可以包括与阀针弹簧的偏压相反的液压表面105,以在受到加压燃料作用时驱动阀针76沿相反的方向移向第二或喷孔打开位置。当液压表
面105和106都经受到基本相同的流体压力时，由阀针弹簧在阀针76上施加的力就足以使阀针76运动到喷孔阻塞位置并将阀针76保持在喷孔阻塞位置。
溢流阀68可以设置在流体通道92和94之间并用于选择性地允许从腔74移动的燃料乂人流体通道94经过流体通道92流至供应/返回管路88,加压燃料可以在此离开燃料喷射器32。具体地，溢流阀68可以包括连接至第一电子致动器64的阀元件110。阀元件110可以具有直径放大的区域110a,该区域可与阀座112接合以选择性地阻止加压燃料从流体通道94流向流体通道92。区域110a远离阀座112运动可以允许加压燃料从流体通道94流向流体通道92并通过供应/返回管路88离开燃料喷射器32。当从腔74压出的燃料被允许通过供应/返回管路88离开燃料喷射器32时，燃料喷射器32内因柱塞72向内移动而形成的压力可以是最小的。但是，当燃料从供应/返回管路88被阻止时，从腔74移动的燃料可能会导致燃料喷射器32内的压力增大至例如大约30,000psi。可以设置溢流阀弹簧70以将溢流阀68向通流位置偏压。
第一电子致动器64可以包括用于控制溢流阀68的动作的螺线管114和电枢116。具体地，螺线管114可以包括具有适当形状的绕阻，电流可以通过绕阻流动以建立i兹场，4吏得在通电时电枢116可以#皮引向螺线管114。电枢116可以固定地连4妻至阀元件110，以克服溢流阀弹簧70的偏压运动阀元件110的区域110a并使其与阀座112相接合。应该预见到第一电子致动器64根据需要可以具体化为其他类型的致动器，例如压电电机。
DOC阀80可以设置在流体通道98和控制室90之间，并用于选择性地阻止从腔74移动的燃料流入控制室90，从而有助于燃料通过喷孔104喷射。具体地，DOC阀80可以包括连接至第二电子致动器66的阀元件118。阀元件118可以具有直径;改大的区域118a，该区域可与阀座120接合以选择性地阻止加压燃料流入控制室90。当加
10压燃料被阻止从流体通道98流向控制室90时，控制室90内的燃料可以被允许通过流体通道96和供应/返回管路88离开燃料喷射器32,从而在阀针76上形成不平衡的力，致使阀针76克服弹簧偏压朝向通流位置运动。区域118a从阀座120脱离可以允许加压燃料从流体通道98流入控制室90内，从而使流入的加压流体使阀针76返回到阻止喷射位置。可以设置DOC弹簧82以将DOC阀80向通流位置偏压。
第二电子致动器66可以包括用于控制DOC阀80的动作的螺线管122和电枢124。具体地，螺线管122可以包括具有适当形状的绕阻，电流可以通过绕阻流动以建立磁场，使得在通电时电枢124可以一皮引向螺线管122。电枢124可以被固定地连接至阀元件118，以克服DOC弹簧82的偏压运动阀元件118的区域118a并使其与阀座120相接合。类似于第一电子致动器64，应该预见到第二电子致动器66根据需要也可以具体化为其他类型的致动器，例如压电电机。
在使用中，从图3A中所示的位置开始，燃料喷射器32可以在第一和第二电子致动器64, 66均被断电时填充燃料。具体地，在凸角56远离摇臂58旋转时，柱塞弹簧75可以迫使柱塞72向上离开腔74。柱塞72从腔74离开的动作可以用于通过流体通道92、断电的溢流阀68和流体通道94将燃料从供应/返回管路88引入腔74内。在燃料喷射器32的填充操作期间，由作用在阀针76的液压表面上的流体压力产生的力可以基本被平衡，允许阀针弹簧将阀针76保持在喷孔阻塞位置。
为了对燃料喷射器32内的燃料进行加压，凸角56可以旋转到与摇臂58相接合，以驱动柱塞72进入腔74内，从而从腔74中移动燃^K如果溢流阀68的阀元件IIO保持在图3A中的断电通流位置，那么由柱塞72移动的燃料可以经过流体通道94和92流回，以通过供应/返回管路88离开燃料喷射器32而不会带来压力的明显增大。但是，如果溢流阀的阀元件110在柱塞72向内运动期间运动到通电的断流位置，如图3B所示，那么从腔74移动的燃料会被阻止离开燃料喷射器32,从而使燃料喷射器32内的压力与柱塞72的移动成比例地增大。为了在加压燃料喷射器32内的燃料期间防止喷射，DOC阀80的阀元件118可以保持在断电通流位置，以允许建立作用在液压表面106上的压力用于抵消作用在液压表面105上的压力，从而允许阀针弹簧将阀针76保持在喷孔阻塞位置。
当需要进行喷射时，第二电子致动器66可以被通电以吸引DOC阀80的阀元件118与阀座120相接合，如图3C所示。在该通电状态下，由柱塞72的向内运动加压的燃料可以被阻止接触液压表面106,但是允许与液压表面105保持接触。在阀元件118运动到断流位置后，由于燃料通过供应通道98和供应/返回管路88离开燃料喷射器32，因此控制室90内的燃料压力可以被降低。由阀针76的液压表面105, 106上的压差造成的力不平衡可以用于克服阀针弹簧的偏压运动阀针76，从而打开喷孔104并开始将加压燃料喷入燃烧室22内。阀针76远离喷孔104运动的时刻就可以对应于燃料喷射器32的喷射开始正时。柱塞72在阀元件110运动至断流位置之后和D O C阀8 0的阀元件118运动到断流位置之前产生的位移可以对应于喷射开始时的燃料压力。
要停止喷射，第二电子致动器66可以被断电，以允许DOC阀80的阀元件118在DOC弹簧82的偏压下返回通流位置，如图3D所示。在阀元件118运动到断电的通流位置时，高压燃料可以被重新引入控制室90，从而允许阀针弹簧将阀针76压至喷孔阻塞位置。当阀针76到达喷孔阻塞位置时，向燃烧室22内的燃料喷射即可停止。柱塞72在阀针76运动到通流位置之后和阀针76返回断流位置之前产生的位移可以对应于喷入燃烧室22内的燃料喷射量。阀针76返回喷孔阻塞位置的时刻可以对应于燃料喷射器32的EOI正时。EOI压力可以是柱塞速度和喷孔104的开放面积的函数。
如图3E所示，如果柱塞72在DOC阀80的阀元件118运动到通流位置后继续被摇臂58向下驱动进入腔74内，那么由柱塞72移动的燃^牛就会纟皮允许通过流体通道98、 4空制室90、流体通道96和供应/返回管路88离开燃料喷射器32。几乎是紧接在阀元件118运 动到通流位置之后，阀元件110也可以类似地运动到通流位置以释 放燃料喷射器32内的燃料压力并降低低压源36上的负荷。应该预 见到如果需要喷射压力的特定终值，阀元件110可以在阀元件118 运动到通流位置之前以预定的柱塞移动距离运动到通流位置>^人而改 变(也就是降低)通过喷孔104释放的燃料压力。
在喷射器32工作期间，DOC阀80有可能工作不正常或者完全 无法工作。根据喷射的阶段，这种故障可能会导致喷射器32内的压 力过高。例如，在图3B中所示的加压阶段期间(例如在溢流阀68 的阀元件110已经运动到断流位置之后并且柱塞72被向下驱动进入 腔74内以移动和加压燃料时)，如果DOC阀80未能关闭(例如阀 元件118的放大部分118a未能接合阀座120)，那么阀针76可能无 法打开并因此无法提供任何对升高压力的释放。结果，喷射器32内 的燃料压力可能会随着柱塞74继续其向下的移动而继续增大，有可 能会达到足以损坏燃料喷射器32的部件的水平。
为了使损坏燃料喷射器32的可能性最小化，控制器53可以在 DOC阀发生故障事件时预先打开溢流阀68。具体地，控制器可以监 测流过第二电子致动器66的电流水平并将该电流水平与预定的电流 范围相比较。预定的电流范围可以对应电子致动器66的正常操作并 因此对应放大部分118a与阀座120的成功接合。如果流过电子致动 器66的电流偏离预定的电流范围，那么即可断定将DOC阀80的阀 元件118运动到断流位置的尝试失败。如果阻止来自控制室90的加 压燃料的尝试被确定为失败，那么控制器53随后即可在当前的喷射 动作之后将与溢流阀68相连的第一电子致动器64断电，以阻止随 后的喷射并通过释放燃料喷射器32内建立的压力来提前终止喷射事 件。
如果检测到喷射燃料的尝试失败，那么控制器53可以用于记录 故障。具体地，如果控制器53因DOC阀故障而提前终止喷射事件， 那么控制器53即可在其存储器内记录故障状态。在记录了预定次数
13的故障状态例如五次故障状态之后，控制器53即可随后向发动机10
的操作者提供故障警报以指示运转问题。
图4示出了操作燃料喷射器32的一种示例性的方法。下面将详 细介绍图4。
工业实用性
本发明的燃料喷射器和控制系统具有在包括例如柴油发动机、
用。根据本发明的燃料喷射器和控制系统可以在稳定、准确的燃料 喷射器性能和连续的喷射器成功操作是至关重要的任何发动机中实 施。下面介绍控制系统35的#:作。
如图4中的流程图所示，控制喷射事件可以通过首先接收期望 的起始喷射(SOI)正时、期望的喷射量、期望的SOI压力和/或期 望的终止喷射(EOI)压力的指标开始(步骤200)。例如，发动机 IO可以要求对应于燃烧室22内活塞18的特定位置的SOI。类似地， 发动机10可以要求具体的燃料量、SOI压力和/或EOI压力。这些要 求的(例如期望的)喷射特性可以在准备进行喷射时由控制器53接 收。
在接收了期望的燃料喷射特性之后，控制器53可以确定用于第 二电子致动器66的起始电流(SOC)以将DOC阀80的阀元件118 运动到关闭位置并在期望的SOI正时开始喷射(步骤202 )。如上所 述，DOC阀80的阀元件118朝向通电的断流位置的运动可以造成阀 针76向喷孔打开位置运动，从而开始将燃料喷入燃烧室22内。控 制器53可以通过利用与DOC阀80和阀针76相关的系统延迟补偿 期望的SOI来确定soc。
在确定用于第二电子致动器66的SOC之后，控制器53可以确 定用于与溢流阀68相连的第一电子致动器64的SOC,这导致在SOI 的期望压力(步骤204 )。如上所述，柱塞72在阀元件110已经运 动到断流位置之后和在阀元件118已经运动到断流位置之前移动到腔74内的位移量可以对应SOI的压力。控制器53可以用曲轴24的 角位置、柱塞72的行程长度和面积和/或柱塞72在腔74内的移动位 置之间的几何关系来进行编程。通过这些几何关系和期望的SOI，控 制器53可以根据曲柄转角和/或柱塞72的位移计算用于第一电子致 动器64的SOC。当柱塞72移动通过SOC和SOI之间的位移时，从 腔74移动的燃料可以在阀针76运动之前将压力升高至期望的SOI 压力，以将加压燃料喷入燃烧室22内。控制器53还能够在确定第 一电子致动器64的SOC时说明与溢流阀68相关的延迟。
在确定用于与溢流阀68及DOC阀80相连的第一和第二电子致 动器64， 66的SOC之后，控制器53可以给第一和第二电子致动器 64, 66通电，以在算出的角度或位移形式的SOC正时关闭溢流阀 68和DOC阀80 (步骤206, 208 )。在关闭溢流阀68之后，柱塞 72经过预定位移的动作可以在燃料喷射器32内建立燃料压力至期 望的SOI压力。在柱塞72已到达预定的移动位置时，DOC阀80可 以关闭以在期望的SOI正时开始将燃料喷入燃烧室22内。
如果控制器53检测到燃料喷射器32故障，控制器53可以提前 终止当前的喷射事件。具体地，控制器53可以监测引导通过第二电 子致动器66的电流并将监测到的电流与上述预定的电流范围相比较 (步骤210)。如果监测到的电流偏离预定的电流范围，那么控制器 53即可确定DOC阀80发生故障。如果DOC阀80发生故障，那么 控制器53可以随后在当前的喷射动作之后打开溢流阀68以释放燃 料喷射器32内的压力(步骤212)并阻止在同一喷射事件内随后的 喷射动作。
但是，如果监测到的电流保持在预定的电流范围内，那么可以 断定DOC阀80已成功关闭，且控制器53可以确定与期望的燃料喷 射量相对应的EOI正时。利用上述的几何关系，控制器53可以计算 出SOI后曲轴24必需转过的角度和/或柱塞72必需移动的位移，以 将期望的燃料量通过喷孔104喷出。控制器53可以随后计算说明与 DOC阀80相关的延迟的终止电流(EOC)，使得在确定的EOI正
15时终止喷射时，适当的燃料量已被喷入燃烧室22内(步骤214)。
控制器53可以通过在算出的EOC正时终止供应给第二电子致 动器66的电流来结束喷射(步骤216),使得阀元件118及时运动 到打开位置，阀针76在EOI正时阻塞喷孔104。在此情况下，EOI 压力不被专门控制，而是取决于柱塞72的移动速度和喷孔104的面 积。紧接着对第二电子致动器66实施EOC之后，控制器53可以对 第一电子致动器64实施EOC，以将阀元件110运动到开放位置并释 放燃料喷射器32内的压力(步骤214)。
对于本领域普通技术人员来说可以想到的是，在不脱离本发明 的保护范围的情况下，可以对本发明的燃料喷射器和控制系统进行 各种变型和变化。另外，本领域技术人员从说明书的描述和根据本 发明的燃料喷射器和控制系统的实际应用中可想到其他实施方式。 说明书和实施例仅仅是示例性的，本发明的真正范围通过下面的权 利要求书及其等同物表明。
附图标记列表10.发动机12.燃料系统14.发动4几气缸体16.气缸18.活塞20.气缸盖22.燃烧室24.曲轴26.连杆28.耀30.燃料泵送设备32.燃料喷射器34.歧管35. 控制系统
36. 低压源 42.燃料管路 44.单向阀 46.驱动轴 48.齿轮系
50. 燃料管路
51. 通信线路
52. 凸轮装置
53. 控制器
54. 凸轮 56.凸角 58.摇臂
60.喷射器主体
62.喷嘴部分
64.第一电子致动器
66.第二电子致动器
68.溢流阀
70.溢流阀弹簧
72.柱塞
74. 腔(柱塞)
75. 柱塞弹簧
76. 阀针
80.直接操作的单向阀(DOC阀)
82. DOC弹簧
84.腔(DOC阀)
86.腔(溢流阀)
88.供应/返回管路
90.控制室92,流体通道
94.流体通道
96.流体通道
98.流体通道
100.中央腔(喷嘴部分)
102.压力室
104. 喷孔
105. 液压表面
106. 液压表面 108.枢轴点
110.阀元件(溢流阀) 110a.直径放大的区域 112.阀座 114.螺线管 116.电枢
118.阀元件(DOC阀) 118a.直径放大的区域 120.阀座 122.螺线管 124.电枢
200.步骤接收期望的起始喷射(SOI)正时、喷射量和SOI 与终止喷射(EOI)压力
202.步骤确定对应于期望的SOI的直接操作的单向阀(DOC
阀)的起始电流(soc)
204.步骤确定在阀开启压力(VOP)对应于期望的正时的溢 流阀SOC
206.步骤关闭溢流阀 208.步骤关闭DOC阀
210.步骤通过DOC阀的电流在可接受的范围内？212.步骤打开溢流阀
214.步骤确定对应于期望的喷射量的DOC岡的终止电流 (EOC)
216.步骤打开DOC阀 218.步骤打开溢流阀
权利要求
1. 一种燃料喷射器(32)，包括设置在腔(74)内作往复运动的柱塞(72)；具有末端且末端带有至少一个喷孔(104)的喷嘴构件(62)；具有底端(106)和末端(105)的阀针(76)，所述阀针(76)设置在喷嘴构件内并能够克服弹簧偏压从断流位置运动到通流位置，在所述断流位置，基本没有燃料流过所述至少一个喷孔，在所述通流位置，燃料流过所述至少一个喷孔；与所述腔和所述阀针的底端流体连通的单向阀(80)，该单向阀能够在第一位置和第二位置之间运动，在所述第一位置，所述阀针的底端与腔流体连通，在所述第二位置，阀针的底端与排出管流体连通；与所述腔相连并能够在第一位置和第二位置之间运动的溢流阀(68)，在所述第一位置，燃料从腔流向排出管，在所述第二位置，燃料被阻止从腔流向排出管；和与所述单向阀和溢流阀连通的控制器(53)，该控制器能够在所述柱塞向下移动期间使所述溢流阀朝向其第二位置运动，以在腔内建立压力；在柱塞向下移动期间使所述单向阀朝向其第二位置运动；检测所述单向阀未成功地运动到第二位置；并且响应于该检测提前终止当前的喷射事件。
2. 根据权利要求1所述的燃料喷射器，其特征在于 所述单向阀被电子控制，控制器通过将电流引至所述单向阀而使单向阀运动；并且所述控制器通过将流过所述单向阀的电流水平与预定的电流范 围进行对比来4企测未成功运动。
3. 根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于所述控制 器通过使所述溢流阀返回到其第 一 位置来停止当前的喷射。
4. 根据权利要求3所述的燃料喷射器，其特征在于如果流过 所述单向阀的电流水平偏离预定的电流范围，那么所述控制器就使所述溢流阀返回到其第 一 位置。
5. 根据权利要求2所述的燃料喷射器，其特征在于所述溢流 阀也被电子控制，所述控制器通过将电流引至所述溢流阀而使溢流 阀运动。
6. —种操作燃料喷射器(32)的方法，包括 移动燃料；阻止被移动的燃料流动以对所述被移动的燃料进行加压；将加压的燃料引至至少一个喷孔(104)并引至阀针(76)的阻 塞所述至少一个喷孔的底端(106);尝试降低所述阀针的底端处的燃料压力，以允许加压的燃料流过 所述至少一个喷孔；检测降低压力的未成功尝试；并且响应于该;险测提前释放被移动的燃料流。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于阻止和尝试的步 骤都包括产生电子指令信号并将所述电子指令信号传递至一阀元件。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于检测的步骤包括 将接收到的从所述阀元件返回的电子指令信号的值与预定的信号范围进行比较。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于提前释放的步骤 包括如果该比较表明接收到的从所述阀元件返回的电子指令信号偏 离预定的信号范围就执行该步骤。
10. —种内燃机(10)，包括具有至少一个燃烧室(22)的发动机气缸体(14);和 根据权利要求1至5中任意一项所述的用于选择性地将燃料喷入 所述至少一个燃烧室内的燃料喷射器。
全文摘要
本发明公开了一种燃料喷射器控制系统和方法。燃料喷射器(32)用于发动机(10)。该燃料喷射器具有设置在腔(74)内的柱塞(72)、喷嘴构件(62)、阀针(76)、单向阀(80)、溢流阀(68)和控制器(53)。单向阀可以在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，阀针与腔连通，在第二位置，阀针与排出管流体连通。溢流阀可以在第一位置和第二位置之间运动，在第一位置，燃料从腔流向排出管，在第二位置，来自腔的燃料被阻断。控制器在柱塞向下移动期间使溢流阀朝向其第二位置运动并使单向阀朝向其第二位置运动。控制器检测到单向阀未成功地运动到第二位置，并响应于该检测提前终止当前的喷射事件。
文档编号F02M47/02GK101484687SQ200780025128
公开日2009年7月15日 申请日期2007年4月17日 优先权日2006年5月31日
发明者C·D·沃尔恩塔, C·F·高尔迈耶, R·桑卡, T·E·巴恩斯 申请人:卡特彼勒公司