专利名称：增压型燃料喷射装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种增压型燃料喷射装置，其中，由压力聚积腔产生的高压燃料由一增压机构进一步加压并且经喷射器被喷入燃烧腔内，并且更特别涉及这样一种增压型燃料喷射装置，其能够根据内燃机的工作状态精确地喷射燃料以适应载荷。
背景技术：
增压型燃料喷射装置为经喷射器将燃料喷射至内燃机的燃烧腔室的燃料喷射设备中的一种。在这种增压型燃料喷射装置中，使来自燃料供给源的高压燃料存储在由一根共轨，以及与共轨连接的、面对燃烧腔室的喷射器喷嘴构成的压力聚积腔室中。另外，在共轨和喷射器之间延伸的高压燃料供给通道的分路中设有一个增压机构。在所述增压机构中，一致动活塞由经高压燃料供给通道的分路施加的高压燃料的压力驱动，并且将加压燃料输送至喷射器。简而言之，致动活塞由一增压活塞电磁阀操纵。例如，增压型燃料喷射装置如附图5所示那样工作。特别的是，当以定时t01发出一个用于驱动喷射器电磁阀的信号n1时，开始燃料喷射。当以定时t02发出一个用于驱动增压活塞电磁阀(被称为“活塞电磁阀”)的信号n2时，增大在共轨处的压力Pc。另外，增压燃料具有如图所示的Ph随时间变化的压力变量，并且以燃料喷射率pm喷射。
以两个步骤实施燃料喷射。特别的是，在定时t01(此时喷射器电磁阀打开)和定时t02(此时活塞电磁阀打开)之间进行起始燃料喷射j1，并且，在定时t02和定时t03(此时喷射器电磁阀关闭)之间进行最终燃料喷射j2。已采用这种措施来减小排气和发动机的噪音。
在一种普通的共轨型燃料喷射装置中，喷射压力通常对应于共轨压力。因此，代替喷射压力，根据在燃料喷射之前立即监测的共轨压力能够确定对应于目标燃料喷射量的喷射工作周期。
但是，采用所述增压型燃料喷射装置，增压燃料的喷射压力并不对应于共轨压力。换句话说，不能将共轨压力作为喷射压力施加。因此，必须独立监测喷射压力。
在前面的情况下，必须在每一喷射器的喷嘴孔处设置一个传感器，以便探测喷射器压力。但是，在喷射器中保证喷射器的间距是非常困难的。另外，在所有的喷射器中均设有传感器，从成本的观点来考虑，这是不利的。
如果不监测喷射压力，则不能根据随发动机工作状态变化的共轨压力、增压活塞的工作周期等确定喷射器和活塞电磁阀的工作周期。因此，精确地控制燃料喷射并稳定发动机的控制是非常困难的。
本发明是为克服前面的问题而提出的，并且提供了一种增压型燃料喷射装置，在该装置中能精确控制燃料喷射以稳定发动机的操作。
发明概述一种增压型燃料喷射装置，其中，由压力聚积腔产生的高压燃料由一增压机构进一步加压并且经喷射器喷入燃烧腔内。增压型燃料喷射装置包括一个目标喷燃料射量设定单元，其能够根据发动机的工作状态设定目标燃料喷射量；一个时差设定单元，其能设定用以打开能实现由喷射器进行燃料喷射或非燃料喷射的喷射器电磁阀的定时和用以打开接通或关闭增压机构的增压机构电磁阀的定时之间的时差；一个起始喷射量计算单元，其根据在增压机构电磁阀开启期间的燃料压力的随时间变化的变量以及由时差设定单元得出的时差计算起始燃料喷射量；以及一个最终喷射周期设定单元，其根据通过由目标燃料喷射量推导出起始燃料喷射量所得出的最终燃料喷射量以及在增压机构电磁阀开启期间的增压燃料压力的随时间变化的变量计算喷射器电磁阀的开启周期。
起始喷射量计算单元根据燃料压力的随时间变化的变量以及由时差设定单元计算所得的时差计算起始燃料喷射量。最终喷射周期设定单元根据由目标喷射量减去起始喷射量所得出的最终喷射量以及燃料压力的随时间变化的变量计算最终燃料喷射周期。因此，不必监测在喷射器的喷嘴孔附近的燃料压力。另外，能够精确地控制燃料喷射，并且能够确保发动机可靠和稳定地工作。
另外，起始喷射量计算单元根据在增压机构电磁阀开启期间的燃料压力随时间变化的变量、时差以及压力聚积腔中的燃料压力计算起始燃料喷射量。起始燃料喷射量响应压力聚集腔中燃料压力的增加而增大。因此，能够精确地确定起始燃料喷射量，以便适当地控制燃料喷射，并能确保发动机可靠和稳定地工作。
另外，最终喷射周期设定单元根据在增压机构电磁阀开启期间的增压燃料的随时间变化的压力变量计算最终燃料喷射周期。最终燃料喷射周期响应压力聚集腔中燃料压力的增加而加长。从而能精确地确定最终燃料喷射量，以便能够适当地控制燃料喷射，并能确保发动机可靠和稳定地工作。
图1为本发明一个实施例的增压型燃料喷射装置的示意图。
图2为显示增压型燃料喷射装置中两级和单级喷射方式的图表。
图3为增压型燃料喷射装置的框图。
图4为显示增压型燃料喷射装置中燃料喷射控制程序的流程图。
图5显示了相关现有技术中一种燃料喷射装置的燃料喷射率。
具体实施例方式
下面，参照附图1～3所示的一个实施例说明本发明。
将一增压型燃料喷射装置1安装在一个未示出的多缸柴油发动机2(以下称为“发动机2”)中。特别之处在于，将增压型燃料喷射装置1(以下称为“燃料喷射装置1”)固定在发动机2的发动机体3上，并且燃料喷射装置1能够以两级喷射方式M1或单级喷射方式M2向发动机体3中的燃烧腔4喷射增压燃料。在图1中仅显示了一个燃烧腔4。
燃料喷射装置1包括向发动机体3中的每一个燃烧腔4喷射燃料的喷射器5；一根用于将高压燃料供给至喷射器5的共轨6；一个用于将高压燃料输送至共轨6的高压燃料源7；以及一个用于控制喷射器的电磁阀8操作的发动机控制器9。
高压燃料源7包括一个燃料箱11；一根管12，经过该管将高压燃料加压供给至共轨6；一个设置在管12上的进料泵14，其用于对由燃料箱11、经一过滤器13流出的燃料加压并加压输送燃料；以及一根低压管15，其用于收集从喷射器5返回的燃料并且向燃料箱11导引燃料。
共轨6沿缸定位的方向支承在发动机体3上，且存储有从进料泵14流出的高压燃料并与向喷射器5延伸的主喷射通道16连通。
喷射器5具有相同的结构。每一喷射器5均包括一个喷嘴17以及一个喷射器电磁阀8，并且与一燃料增压部分19相连。将喷嘴17固定至发动机体3上以便使燃料喷射入燃烧腔4内。响应由控制器9发出的驱动信号打开或关闭喷射器电磁阀8，从而能够使高压燃料经主喷射通道16和喷嘴17喷入燃烧腔4内。
燃料增压部分19包括主喷射通道16，一增压机构21从该喷射通道分岔。增压机构21设有与主喷射通道16平行的大汽缸腔室22和小汽缸腔室23。汽缸腔室22和23装有一个具有大直径部分和小直径部分的加压活塞241。大汽缸腔室22经其一端与一上游分路b1(在共轨附近)连通，同时小汽缸腔室23与一下游分路b2(在喷射器附近)连通。大汽缸腔室22通过其在小汽缸腔室23附近的部分与一压力释放通道30连通，并且与一压力调节通道27连通。压力释放通道30包括一个操纵增压机构21的增压机构电磁阀25。压力调节通道27经一节流阀28与主喷射通道16的中间分路b3连通。另外，在上游分路b1和中间分路b3之间设有一个单向阀29，以便防止燃料从喷射器5流至共轨6。
增压机构电磁阀25响应从控制器9发出的驱动信号打开或关闭，并且能够打开或关闭压力释放通道30和大汽缸腔室22。结果，在加压活塞241的前后表面上会产生压力差，所述加压活塞241通过压力向左运动(如图1所示)，并且能够在下游分路b2处增加燃料的压力。
压力释放通道30具有一个出301，其与将低压燃料导引至燃料箱11的低压管15相连。一根复位弹簧18向上游分路b1推动加压活塞241。
控制器9在其输入和输出环路中具有多个口，这些口与各种传感器相连以便收集发动机的操作数据。特别之处在于，所述传感器为用于探测发动机2的加速器的开启角度θa的油门踏板传感器31，用于收集曲柄角度数据Δθ的曲柄角度传感器32，以及用于探测水温wt的水温传感器33。将曲柄角度数据Δθ用于发动机ECU2以导出发动机速度Ne。
控制器9不仅能起到一种普通发动机控制器的作用，而且对于燃料喷射装置1而言，还可作为一个目标喷射量设定单元A1，一个时差设定单元A2，一个起始燃料喷射量计算单元A3，一个最终喷射周期设定单元A4以及一个喷射器阀开启周期设定单元A5。
参见图2，当以阀开启定时ta发出用于起动喷射器电磁阀18的信号s1时，燃料喷射装置1起动燃料喷射。当以阀开启定时tb发出用于起动加压电磁阀25的信号s2时，增大在主喷射通道16的下游分路b2处的燃料压力。如图2中Ph所示，燃料压力随时间变化。控制器9控制燃料喷射装置1，以便以两级喷射方式M1或单级喷射方式M2实施燃料喷射。
采用两级喷射方式M1，能够以两个步骤实施燃料喷射，即，在喷射器电磁阀8的开启定时ta和加压机构电磁阀25的开启定时tb之间开始起始的燃料喷射，并且在加压机构电磁阀25的开启定时tb和喷射器电磁阀8的关闭定时tc之间实现最终的燃料喷射j2。这样便能有效地降低排气中的Nox以及发动机中的燃烧噪音。
所述目标喷射量设定单元A1根据表示发动机工作状态的发动机速度Ne和加速器踏板的开启量θa、利用目标燃料喷射量图表(未示出)计算目标燃料喷射量q目标。
根据发动机2的工作状态，时差设定单元A2设定用于确定由喷射器5产生的燃料喷射或非燃料喷射的喷射器电磁阀8的工作定时ta与用于操纵或释放增压机构21的增压机构电磁阀25的阀开启定时tb之间的时间差Δtini(如图2所示)。
起始燃料喷射量计算单元A3利用起始燃料喷射量图表m1，根据在喷射器电磁阀8工作时的燃料压力的随时间改变的变量Ph以及由时差设定单元A2接收的时差Δtini计算起始燃料喷射量q目标。
最终燃料喷射周期计算单元A4根据最终喷射量q目标以及在增压机构的电磁阀25开启时燃料的随时间变化的压力变量Ph计算最终燃料喷射周期(喷射器电磁阀8的开启周期)Δtmain，其中，所述最终喷射量q目标是通过从目标燃料喷射量q目标减去起始最终喷射量qini得出的。这种计算是利用图3中所示的最终喷射周期图m2实现的。
喷射器阀打开周期计算单元A5是通过使最终燃料喷射周期Δtmain和时间差(起始喷射周期)Δtini相加来计算喷射器阀开启周期Δt的。如果时间差Δtini是负值，那么则可从最终喷射周期Δtmain减去该时间差Δtini。
下面根据图4所示的燃料喷射控制程序说明燃料喷射装置1的操作。
在步骤S1中，收集并存储最新的数据，如共轨压力Pcr，发动机速度Ne，加速器的开启角度θa，曲柄角度Δθ以及温度wt。
在步骤S2中，根据发动机速度Ne和加速器踏板的开启角度θa，利用未示出的目标燃料喷射量图表计算目标燃料喷射量q目标。
在步骤S3中，利用时间差图表(未示出)计算喷射器电磁阀8的开启定时ta和增压电磁阀25的开启定时tb之间的时间差Δtini。利用计算图表(未示出)，根据发动机的水温wt可减小时间差Δtini。
特别是在两级喷射方式M1中，将时间差Δtini(＝ta-tb)设计为正值，同时在单级喷射方式M2中，将时间差Δtini设计为负值。
在步骤S4中，利用起始喷射量设定图表m1，根据由于增压机构电磁阀25操作所产生的燃料压力的随时间变化的变量、当前的共轨压力Pcr以及时间差Δtini计算起始喷射量qini。就两级喷射方式M1而言，在喷射器电磁阀8工作之后，增压机构电磁阀25工作。由于燃料压力的随时间变化的变量不会影响起始喷射量qini，因此，能够根据共轨压力Pcr以及时间差Δtini推导出起始喷射量qini。就单级喷射方式M2而言，在喷射器电磁阀8之前打开增压机构电磁阀25，并且将时间差Δtini设定为负值，以便利用起始燃料喷射量图m1、根据燃料压力的随时间变化的变量和时间差Δtini之间的关系推导出负的起始喷射量(-Δtini)。在步骤S6中，通过从当前的目标燃料喷射量q目标减去起始喷射量qini，推导出最终喷射量qmain。由于在单级喷射方式M2中为负值，因此，将起始喷射量qini加至目标燃料喷射量q目标。
在步骤S6中，利用最终燃料喷射量设定图表m2，根据最终喷射量qmain以及当前的共轨压力Pcr计算出喷射器电磁阀8的开启周期Δtmain(即，最终喷射周期)。
在步骤S7中，通过将时间差Δtini和最终喷射周期Δtmain相加计算出当前的喷射器阀打开周期Δt。在单级喷射方式M2的情况下，打开周期Δt是通过将Δmain减去Δtini而推导出的。
在步骤S8中，在燃料喷射驱动器(未示出)中设定以下数据喷射器电磁阀开启周期Δt；对应于时间差Δtini的阀开启定时ta；阀的开启定时tb和阀的关闭定时tc。在这种状态下，将能完成燃料喷射控制程序，并且返回至起始状态。
响应曲柄角度信号Δθ，燃料喷射驱动器计算阀的开启定时ta，阀的开启定时tb以及阀的关闭定时tc。随后，燃料喷射驱动器发出一个输出信号，以便操纵喷射器5，从而以两级或单级喷射方式M1或M2喷射燃料。
在燃料喷射装置1中，起始燃料喷射量计算单元A3根据燃料压力的随时间变化的变量Ph，由时差设定单元A2获得的时间差Δtini计算出起始喷射量qini。最终喷射周期设定单元A4根据最终喷射量qmain(由目标喷射量q目标减去起始喷射量qini推导出)以及由于增压机构21的操作产生的燃料压力的随时间变化的变量Ph计算出最终喷射周期Δtmain(即，喷射器电磁阀的开启周期)。因此，由于在喷射器5的喷嘴孔附近未监测到燃料压力，所以能够精确地控制燃料喷射，并且在不会增大成本的情况下能够实现稳定的发动机操作。
在两级和单级喷射方式M1和M2中，利用起始燃料喷射量图表m1计算出起始喷射量qini。在两级喷射方式M1中，对应于时间差Δtini的起始喷射量qini为正值，而在单级喷射方式M2中，对应于时间差Δtini的起始喷射量qini为负值。当利用所述图表m2计算最终喷射周期Δtmain时，将正的起始喷射量Δtini加至最终喷射周期Δtmain，同时从最终喷射周期Δtmain减去负的起始喷射量tini。利用图表m1和m2并且通过相同的处理能够可靠地控制在两级或单级喷射方式M1或M2中的燃料喷射。这样便能够有效地简化所述控制程序。
权利要求
1.一种增压型燃料喷射装置，其中，由压力聚集腔产生的高压燃料由一个增压机构进一步加压并且通过喷射器被喷射至燃烧腔内，所述增压型燃料喷射装置包括一个目标燃料喷射量设定单元，其能够根据发动机的工作状态设定目标燃料喷射量；一个时差设定单元，其能设定用以打开能够实现由喷射器进行燃料喷射或非燃料喷射的喷射器电磁阀的定时，以及用于打开接通或关闭增压机构的增压机构电磁阀的定时之间的时差；一个起始喷射量计算单元，其根据在增压机构电磁阀开启期间的燃料压力的随时间变化的变量以及由时差设定单元推导出的时差计算起始燃料喷射量；以及一个最终喷射周期设定单元，其根据通过由目标燃料喷射量推导出起始燃料喷射量所得到的最终燃料喷射量以及在增压机构电磁阀开启期间的增压燃料随时间变化的压力变量计算喷射器电磁阀的开启周期。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其中起始喷射量设定单元根据在增压机构电磁阀开启期间的燃料压力随时间变化的变量、时差以及在压力聚集腔中的燃料压力计算起始燃料喷射量，所述起始燃料喷射量响应压力聚集腔中燃料压力的增大而增加。
3.根据权利要求1所述的燃料喷射装置，其中最终喷射周期计算单元根据在增压机构电磁阀开启期间的增压燃料的随时间变化的压力变量计算最终燃料喷射周期，最终燃料喷射周期响应压力聚集腔中燃料压力的增加而加长。
全文摘要
本发明公开了一种增压型燃料喷射装置，其能够利用增压机构对从压力聚集腔获得的高压燃料加压并且能够通过喷射将增压燃料喷入燃烧腔内。增压型燃料喷射装置包括一个设定目标燃料喷射量的目标喷射量设定单元；一个时差设定单元，其能设定用于打开喷射器电磁阀的定时和用于操纵增压机构电磁阀的定时之间的时差；一个起始喷射量计算单元，其根据燃料压力的随时间变化的变量以及时差计算起始燃料喷射量；以及一个最终喷射周期设定单元，其根据最终喷射量以及增压燃料的随时间变化的压力变量计算喷射器电磁阀的工作周期。
文档编号F02M47/00GK1455080SQ0312848
公开日2003年11月12日 申请日期2003年4月28日 优先权日2002年4月30日
发明者纐纈晋, 中山真治, 田邊圭树 申请人:三菱扶桑卡客车公司