使用主动压力控制阀的宽带柴油燃料轨控制的制作方法
【专利摘要】本发明公开了使用主动压力控制阀的宽带柴油燃料轨控制。公开了一种用于主动地控制燃料喷射系统的燃料轨中燃料压力的方法和系统以用于提供宽带燃料轨控制。主动压力控制电路在发动机工作条件的整个范围上以及在频域中控制了压力控制阀。闭合回路反馈控制的实施对于削弱燃料轨组件中燃料压力波动是有效的。
【专利说明】使用主动压力控制阀的宽带柴油燃料轨控制
【技术领域】
[0001]本公开涉及一种用于内燃发动机的燃料喷射系统；并且更具体地涉及一种用于最小化与燃料轨中波现象相关的流体动力学问题的方法和设备。
【背景技术】
[0002]该部分提供了并非必然是现有技术的涉及本公开的背景信息。
[0003]配置以将高压燃料从燃料泵供应至一组燃料喷射器的燃料喷射系统是已知的。在这些系统中，燃料轨组件由共用轨和将燃料从泵供应至喷射器的喷射器送料管线构成，并且用作高压蓄压器以稳定燃料压力。该系统的动力学是如此使得在所有工作阶段期间在燃料轨组件中压力波动可以激励某些流体动力学和结构共振。这些共振频率取决于燃料轨组件的几何形状以及轨材料和燃料的体积模量，这进而取决于这些部件的温度。
[0004]压力波动由系统中多个流体动力学输入导致，包括由高压泵产生的压力脉冲，由喷射器开启和关闭引起的压力脉冲，以及由存在于燃料轨和喷射器管线中的流体波导致的压力脉冲。这些压力脉冲的频率在发动机工作范围上变化，并且因此能够取决于发动机的负载和工作条件而驱动燃料轨组件的多个共振。当在共振频率下驱动时在压力波和燃料轨组件之间的流体机械交互作用能够产生不期望的噪声以及从车辆发动机传播的振动。此夕卜，燃料轨组件的极端激励可以加速组件的部件中的结构疲劳，由此影响了燃料喷射系统的耐久性。
[0005]因此，需要研发一种机制，用于控制燃料压力以在整个工作范围上在系统内提供稳定的燃料压力并且削弱动态压力波。
【发明内容】
[0006]该部分提供了对本公开的一般概述，并且并非是其全部范围或其全部特征的完整公开。
[0007]公开了一种宽带燃料轨压力控制，其使用具有主动反馈回路的压力控制阀以在所有工作阶段期间在燃料轨组件中最小化压力波动并且稳定燃料压力。使用主动压力控制阀以忙于处理在整个发动机工作包络线上的频域现象。
[0008]特别地，公开了一种用于多汽缸内燃发动机的燃料喷射系统。燃料喷射系统包括将燃料供应至燃料轨组件的燃料喷射器泵，以及流体地联接至燃料轨组件的多个燃料喷射器。多个燃料喷射器的每一个将燃料喷入相关联的燃烧室。流体地联接至燃料轨组件的压力传感器产生表示燃料轨组件中测得的燃料压力的燃料压力信号。燃料压力控制阀流体地联接至燃料轨组件，并且响应于阀控制信号而调整燃料轨组件中的燃料压力。燃料压力控制模块接收燃料压力信号以及参考或目标燃料压力。根据在燃料压力信号与参考燃料压力之间的差，在燃料压力控制模块中的主动压力控制电路产生阀控制信号。燃料压力控制模块重复地产生阀控制信号以在整个发动机工作范围上提供燃料压力控制阀的主动控制，由此减小了燃料轨系统中燃料压力的压力波动。
[0009]方案1.一种燃料喷射设备，用于具有多个燃烧室的内燃发动机，所述设备包括: 燃料喷射系统，其包括用于将燃料供应至燃料轨组件的燃料喷射器泵、以及流体地联接至所述燃料轨组件的多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器的每一个能够操作用于将所述燃料喷射到所述多个燃烧室的相关联的一个中；
燃料压力控制阀，其流体地联接至所述燃料轨组件，并且能够操作以响应于阀控制信号而调节所述燃料轨组件中的燃料压力；
压力传感器，其流体地联接至所述燃料轨组件，并且能够操作以产生表示所述燃料轨组件中测得的燃料压力的燃料压力信号；
燃料压力控制模块，其具有接收所述燃料压力信号的第一输入，接收参考燃料压力的第二输入，以及根据所述燃料压力信号与参考燃料压力之间的差产生所述阀控制信号的主动压力控制电路；
其中，所述主动压力控制电路控制所述燃料压力控制阀以便在所述内燃发动机的工作范围上削弱所述燃料轨系统中的燃料压力波动。
[0010]方案2.根据方案I所述的燃料喷射设备，其中，当所述测得的燃料压力大于所述参考燃料压力时，所述燃料压力控制阀开启，以及其中当所述测得的燃料压力小于所述燃料参考压力时，所述燃料压力控制阀关闭。
[0011]方案3.根据方案2所述的燃料喷射设备，其中，所述主动压力控制电路包括对所述测得的燃料压力与参考燃料压力之间的误差的成比例积分反馈控制。
[0012]方案4.根据方案I所述的燃料喷射设备，其中，所述主动压力控制电路包括用于削弱所述燃料轨系统中的压力波动的频域控制。
[0013]方案5.—种用于削弱燃料喷射系统的燃料轨组件中的压力波波动的方法，包括: 在泵压力下从燃料源供应燃料至燃料轨组件；
通过多个喷射器从所述燃料轨组件喷射所述燃料；
测量在所述燃料轨组件中的燃料压力；
根据测得的燃料压力与参考燃料压力之间的差在主动压力控制电路中计算阀控制信号；以及
响应于所述阀控制信号而主动地控制压力控制阀，以便在内燃发动机工作范围上削弱燃料轨组件中的燃料压力波动。
[0014]方案6.根据方案5所述的方法，其中，主动地控制压力控制阀包括，当所述测得的燃料压力大于所述参考燃料压力时开启所述压力控制阀，以及当所述测得的燃料压力小于所述燃料参考压力时关闭所述压力控制阀。
[0015]方案7.根据方案6所述的方法，其中，使用成比例积分反馈控制算法来计算所述阀控制信号以确定在所述测得的燃料压力与参考燃料压力之间的误差。
[0016]方案8.根据方案5所述的方法，其中，主动地控制压力控制阀包括，在频域中控制所述压力控制阀。
[0017]通过本文提供的描述，可适用性的其他范围将变得明显。在
【发明内容】
中的描述和具体示例意在仅为了解释说明的目的，并且并非意在限制本公开的范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]在本文中所述的附图仅为了解释说明选定实施方式以及并非全部可能的实施方式的目的，并且并非意在限制本公开的范围。
[0019]图1是用于内燃发动机的燃料喷射系统的示意性说明；
图2示意性地示出了用于控制压力控制阀的优选的反馈控制电路；
图3示出了比较具有和不具有主动压力控制阀的燃料轨组件的频率响应的图表；
图4示出了传统燃料喷射系统在一段时间上的燃料压力的图表；
图5示出了具有主动压力控制阀的燃料喷射系统在一段时间上的燃料压力的图表；以及
图6是示出了用于主动压力控制阀算法的逻辑的流程图。
[0020]在全部数个附图中，对应的附图标记表示对应的部件。
【具体实施方式】
[0021]以下将参考附图更完整的描述示例实施方式。
[0022]提供示例实施方式以使得该公开将是完整的，并且向本领域技术人员完整传达本公开的范围。可以列举具体细节以提供对于本公开实施方式的完整理解。对于本领域技术人员而言明显的是可以不必采用具体细节，示例实施方式可以以许多不同形式实施，并且也不应解释成对本公开范围的限制。在一些示例实施方式中，并未详细描述公知的工艺、公知的结构和公知的技术。
[0023]在本文中使用的术语仅是为了描述特定示例实施方式的目的并且并非意在是限制性的。如在本文中使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也可以包括复数形式，除非上下文给出明确相反指示。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并且因此规定了所述结构或步骤的存在；例如，所述的特征、整数、步骤、操作、组元件、和/或部件，但是并未排除其附加结构或步骤的存在或添加这些附加结构或步骤。在本文中所述的方法、步骤、工艺和操作不应解释为必需要求以所讨论或所示的所述或任何特定顺序执行，除非具体地标识作为执行的顺序。还要理解的是可以采用额外的、替代的或者等同的步骤。
[0024]现在参考图1，示出了燃料喷射系统10。燃料喷射系统10包括流体地联接至燃料罐14的低压送料泵12，其将燃料泵至高压喷射器泵16。计量单元18调节至喷射器泵16的燃料的流量。包括燃料轨22的燃料轨组件20流体地联接至喷射器泵16。喷射器管线24从燃料轨22延伸并且流体地与燃料喷射器26联接以用于将燃料直接喷入内燃发动机的相关燃烧室28中。压力传感器30流体地联接至燃料轨22以测量其中的实际工作燃料压力，并且产生代表燃料轨中燃料压力的燃料压力信号32。压力控制阀34通过送料管线36而流体地联接至燃料轨22并且通过排泄管38流体地联接至燃料罐14。当前优选的是，压力控制阀34是螺线管控制阀，响应于控制信号40能够操作以调节流过阀34的燃料流量并且由此控制燃料轨组件20中的燃料压力。
[0025]发动机控制模块42具有数据存储器44，其存储了目标压力(Pk)并且从压力传感器30接收燃料压力信号32。发动机控制模块42具有主动压力阀控制电路48以用于产生阀控制信号40。发动机控制模块42也可以发出控制信号50以用于控制计量单元18以及至喷射器泵16的燃料。尽管在本文中所述的发动机控制模块42的功能和操作限制于对燃料喷射系统10的压力控制，本领域技术人员将认识到的是发动机控制模块42可以执行与通常内燃发动机和特别是燃料喷射系统相关联的许多额外的功能和操作。
[0026]现在参照图1和图2，进一步描述压力控制阀34的主动控制。当前优选的是，泵控制电路48包括成比例积分控制器或PI控制器，其基于在来自压力传感器30的测得压力Pm与来自发动机控制模块42的参考或目标压力Pk之间的计算得到的“误差”数值而提供压力控制阀34的反馈控制。在该控制算法中，测得的燃料压力Pm是工艺数值，参考压力Pk是设定点，而压力控制阀位置Vp是操作可变的。测得燃料压力与参考压力之间的差是误差e，其量化了燃料轨组件中燃料压力是太高还是太低以及高低的量。在测量了燃料压力并且计算了误差之后，根据当前误差阀Kpe (t)以及在时间上的瞬时误差总和Ki / e(t)dt，控制器计算控制信号40以调整压力控制阀位置。控制信号40提供了用于调整压力控制阀34的频率和幅度。如果测得的燃料压力大于参考压力，控制信号40将命令压力控制阀开启。相反地，如果测得的燃料压力小于参考压力，控制信号将命令压力控制阀关闭。
[0027]尽管上述控制已经证明对减小燃料轨组件20中的过加压燃料以及燃料轨组件20的共振是有效的，可以通过实施轨压力控制策略获得额外的益处，策略将计量单元18和/或压力控制阀34的操作与系统特性频率相关联，用于最小化燃料喷射系统10中部件的共振。例如，压力控制阀34的脉冲宽度循环可以根据系统的特定共振频率而变化。以该方式调整压力控制阀34提供燃料至燃料罐的智能重复循环以用于有效地控制燃料轨组件20中的压力幅值。算法可以包括根据系统的特定共振频率对计量阀18的类似控制。以如此方式控制限油调节阀18提供了燃料至燃料轨组件20的智能供给以用于有效地控制其中的压力幅度。
[0028]图3示出了用于不具有喷射器26的燃料轨组件20的基于计算机的模型的频率响应，以比较使用了主动压力控制阀32的宽带燃料轨压力控制的效果。使用由上升频率的正弦压力波(即从0-25kHz的±10 Bar)所限定的振动激励作为从高压喷射器泵16的位置进入燃料轨组件20中的输入。曲线100示出了在不具有主动压力控制的燃料喷射系统的压力传感器30处测得的压力。该数据显示燃料轨组件20在约600Hz处具有共振，这导致在约470-650HZ的频率范围之上的放大的压力波(即大于输入压力波)。曲线102示出了采用相同输入在具有主动压力阀控制的燃料喷射系统10的压力传感器30处测得的压力。尽管共振尖峰在约600Hz处仍然是明显的，但是主动压力控制阀34已经有效地减小了其在系统中的放大效应，并且因此削弱了燃料轨组件20内的波作用。
[0029]图4示出了不采用主动压力控制的如上参考图3所述的基于计算机的模型的时域结果。特别地，在2000rpm下以及在约0.4秒时间周期上在燃料轨组件20中燃料压力为2000Bar的条件下，模拟燃料喷射系统10的工作。每当喷射器以8-4-5-6-3-1-2-7的喷射顺序喷射时，可以见到与燃料喷射器26相关联的脉冲作为峰值。燃料轨系统20中的压力波由曲线200代表并且在1930-2120Bar范围内周期性波动。因此，不具有主动压力控制的燃料轨组件中的燃料压力以约10%波动并且以约6%越过了 2000Bar的设定点压力。
[0030]图5示出了采用主动压力控制的相同的基于计算机的模型的时域结果。再次，每当喷射器以8-4-5-6-3-1-2-7的喷射顺序喷射时，可以见到与燃料喷射器26相关联的脉冲作为峰值。由曲线202代表燃料轨系统20中的压力波。压力波动以约2%的量级明显小于图4中所示，并且压力并未超过设定点压力。图5也在曲线204处以升/分钟单位示出了流过压力控制阀的燃料流量。等于零秒的时间常数用于图5模拟的压力控制阀34。
[0031]现在参照图6，现在将参照流程图300描述使用了主动压力控制阀的用于宽带燃料轨控制的方法。起初，发出了启动发动机命令302，并且ECM询问发动机开关的位置，如方框304处所示。如果开关是“关”的，主动压力控制停止，如方框306处所示。如果开关不是“关”的，根据ECM时钟周期初始化主动压力控制，如方框308处所示。接着，读取压力传感器30，并且将测得的压力信号40和参考压力数值44发送至ECM，分别如方框310、312处所示。主动压力阀控制电路48计算误差函数，其如果不是零由ECM使用以产生通信至压力控制阀34的控制信号40，如方框314处所示。如果误差函数是零，则随后不需要对压力控制阀进一步调整，并且控制回路返回以询问压力传感器30。
[0032]压力控制阀和压力传感器的动态响应将影响系统10的主动地控制燃料轨压力中的燃料压力的能力。换言之，压力控制阀能够开启和关闭的速率以及压力传感器的取样速率将确定系统在整个发动机工作范围上削弱燃料轨组件20中压力波动的能力。然而，计算机建模已经证明可以使用具有小于0.05秒的时间常数的压力控制阀来实现对燃料压力脉冲的削弱，以及可以采用具有在0.01-0.001秒范围内时间常数的压力控制阀来实现显著的削弱。
[0033]如上所述，PI闭合回路反馈控制算法用于燃料喷射系统10中。已经示出了该算法以提供用于提供主动压力控制的简单和有效的机制。本领域技术人员应当认识到其他反馈控制算法也可以用于使用主动压力控制阀的宽带燃料轨控制。这样的算法可以包括更高阶控制和/或可以与燃料喷射系统内其他部件的控制组合执行，其它部件诸如为计量单元、高压喷射器泵或者喷射器脉冲分布图(profile)。
[0034]已经提供了实施方式的前述描述以用于解释和说明的目的。并非意在穷举或者限制本公开。特定实施方式的个体元件或特征通常不限于该特定实施方式，而是，在可适用的情况下，它们是可互换的并且可以用于选定的实施方式，即便并未具体示出或描述。它们也可以以许多方式变化。这些变形不应视作脱离本公开，并且所有这些修改意在包括在本公开的范围内。
【权利要求】
1.一种燃料喷射设备，用于具有多个燃烧室的内燃发动机，所述设备包括: 燃料喷射系统，其包括用于将燃料供应至燃料轨组件的燃料喷射器泵、以及流体地联接至所述燃料轨组件的多个燃料喷射器，所述多个燃料喷射器的每一个能够操作用于将所述燃料喷射到所述多个燃烧室的相关联的一个中； 燃料压力控制阀，其流体地联接至所述燃料轨组件，并且能够操作以响应于阀控制信号而调节所述燃料轨组件中的燃料压力； 压力传感器，其流体地联接至所述燃料轨组件，并且能够操作以产生表示所述燃料轨组件中测得的燃料压力的燃料压力信号； 燃料压力控制模块，其具有接收所述燃料压力信号的第一输入，接收参考燃料压力的第二输入，以及根据所述燃料压力信号与参考燃料压力之间的差产生所述阀控制信号的主动压力控制电路； 其中，所述主动压力控制电路控制所述燃料压力控制阀以便在所述内燃发动机的工作范围上削弱所述燃料轨系统中的燃料压力波动。
2.根据权利要求1所述的燃料喷射设备，其中，当所述测得的燃料压力大于所述参考燃料压力时，所述燃料压力控制阀开启，以及其中当所述测得的燃料压力小于所述燃料参考压力时，所述燃料压力控制阀关闭。
3.根据权利要求2所述的燃料喷射设备，其中，所述主动压力控制电路包括对所述测得的燃料压力与参考燃料压力之间的误差的成比例积分反馈控制。
4.根据权利要求1所述的燃料喷射设备，其中，所述主动压力控制电路包括用于削弱所述燃料轨系统中的压力波动的频域控制。
5.一种用于削弱燃料喷射系统的燃料轨组件中的压力波波动的方法，包括: 在泵压力下从燃料源供应燃料至燃料轨组件； 通过多个喷射器从所述燃料轨组件喷射所述燃料； 测量在所述燃料轨组件中的燃料压力； 根据测得的燃料压力与参考燃料压力之间的差在主动压力控制电路中计算阀控制信号；以及 响应于所述阀控制信号而主动地控制压力控制阀，以便在内燃发动机工作范围上削弱燃料轨组件中的燃料压力波动。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，主动地控制压力控制阀包括，当所述测得的燃料压力大于所述参考燃料压力时开启所述压力控制阀，以及当所述测得的燃料压力小于所述燃料参考压力时关闭所述压力控制阀。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，使用成比例积分反馈控制算法来计算所述阀控制信号以确定在所述测得的燃料压力与参考燃料压力之间的误差。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，主动地控制压力控制阀包括，在频域中控制所述压力控制阀。
【文档编号】F02D41/38GK104234854SQ201410278275
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2013年6月20日
【发明者】O. 哈希姆 T. 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司