使用主動壓力控制閥的寬帶柴油燃料軌控制的制作方法
【專利摘要】本發明公開了使用主動壓力控制閥的寬帶柴油燃料軌控制。公開了一種用于主動地控制燃料噴射系統的燃料軌中燃料壓力的方法和系統以用于提供寬帶燃料軌控制。主動壓力控制電路在發動機工作條件的整個范圍上以及在頻域中控制了壓力控制閥。閉合回路反饋控制的實施對于削弱燃料軌組件中燃料壓力波動是有效的。
【專利說明】使用主動壓力控制閥的寬帶柴油燃料軌控制
【技術領域】
[0001]本公開涉及一種用于內燃發動機的燃料噴射系統；并且更具體地涉及一種用于最小化與燃料軌中波現象相關的流體動力學問題的方法和設備。
【背景技術】
[0002]該部分提供了并非必然是現有技術的涉及本公開的背景信息。
[0003]配置以將高壓燃料從燃料泵供應至一組燃料噴射器的燃料噴射系統是已知的。在這些系統中，燃料軌組件由共用軌和將燃料從泵供應至噴射器的噴射器送料管線構成，并且用作高壓蓄壓器以穩定燃料壓力。該系統的動力學是如此使得在所有工作階段期間在燃料軌組件中壓力波動可以激勵某些流體動力學和結構共振。這些共振頻率取決于燃料軌組件的幾何形狀以及軌材料和燃料的體積模量，這進而取決于這些部件的溫度。
[0004]壓力波動由系統中多個流體動力學輸入導致，包括由高壓泵產生的壓力脈沖，由噴射器開啟和關閉引起的壓力脈沖，以及由存在于燃料軌和噴射器管線中的流體波導致的壓力脈沖。這些壓力脈沖的頻率在發動機工作范圍上變化，并且因此能夠取決于發動機的負載和工作條件而驅動燃料軌組件的多個共振。當在共振頻率下驅動時在壓力波和燃料軌組件之間的流體機械交互作用能夠產生不期望的噪聲以及從車輛發動機傳播的振動。此夕卜，燃料軌組件的極端激勵可以加速組件的部件中的結構疲勞，由此影響了燃料噴射系統的耐久性。
[0005]因此，需要研發一種機制，用于控制燃料壓力以在整個工作范圍上在系統內提供穩定的燃料壓力并且削弱動態壓力波。
【發明內容】
[0006]該部分提供了對本公開的一般概述，并且并非是其全部范圍或其全部特征的完整公開。
[0007]公開了一種寬帶燃料軌壓力控制，其使用具有主動反饋回路的壓力控制閥以在所有工作階段期間在燃料軌組件中最小化壓力波動并且穩定燃料壓力。使用主動壓力控制閥以忙于處理在整個發動機工作包絡線上的頻域現象。
[0008]特別地，公開了一種用于多汽缸內燃發動機的燃料噴射系統。燃料噴射系統包括將燃料供應至燃料軌組件的燃料噴射器泵，以及流體地聯接至燃料軌組件的多個燃料噴射器。多個燃料噴射器的每一個將燃料噴入相關聯的燃燒室。流體地聯接至燃料軌組件的壓力傳感器產生表示燃料軌組件中測得的燃料壓力的燃料壓力信號。燃料壓力控制閥流體地聯接至燃料軌組件，并且響應于閥控制信號而調整燃料軌組件中的燃料壓力。燃料壓力控制模塊接收燃料壓力信號以及參考或目標燃料壓力。根據在燃料壓力信號與參考燃料壓力之間的差，在燃料壓力控制模塊中的主動壓力控制電路產生閥控制信號。燃料壓力控制模塊重復地產生閥控制信號以在整個發動機工作范圍上提供燃料壓力控制閥的主動控制，由此減小了燃料軌系統中燃料壓力的壓力波動。
[0009]方案1.一種燃料噴射設備，用于具有多個燃燒室的內燃發動機，所述設備包括: 燃料噴射系統，其包括用于將燃料供應至燃料軌組件的燃料噴射器泵、以及流體地聯接至所述燃料軌組件的多個燃料噴射器，所述多個燃料噴射器的每一個能夠操作用于將所述燃料噴射到所述多個燃燒室的相關聯的一個中；
燃料壓力控制閥，其流體地聯接至所述燃料軌組件，并且能夠操作以響應于閥控制信號而調節所述燃料軌組件中的燃料壓力；
壓力傳感器，其流體地聯接至所述燃料軌組件，并且能夠操作以產生表示所述燃料軌組件中測得的燃料壓力的燃料壓力信號；
燃料壓力控制模塊，其具有接收所述燃料壓力信號的第一輸入，接收參考燃料壓力的第二輸入，以及根據所述燃料壓力信號與參考燃料壓力之間的差產生所述閥控制信號的主動壓力控制電路；
其中，所述主動壓力控制電路控制所述燃料壓力控制閥以便在所述內燃發動機的工作范圍上削弱所述燃料軌系統中的燃料壓力波動。
[0010]方案2.根據方案I所述的燃料噴射設備，其中，當所述測得的燃料壓力大于所述參考燃料壓力時，所述燃料壓力控制閥開啟，以及其中當所述測得的燃料壓力小于所述燃料參考壓力時，所述燃料壓力控制閥關閉。
[0011]方案3.根據方案2所述的燃料噴射設備，其中，所述主動壓力控制電路包括對所述測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的誤差的成比例積分反饋控制。
[0012]方案4.根據方案I所述的燃料噴射設備，其中，所述主動壓力控制電路包括用于削弱所述燃料軌系統中的壓力波動的頻域控制。
[0013]方案5.—種用于削弱燃料噴射系統的燃料軌組件中的壓力波波動的方法，包括: 在泵壓力下從燃料源供應燃料至燃料軌組件；
通過多個噴射器從所述燃料軌組件噴射所述燃料；
測量在所述燃料軌組件中的燃料壓力；
根據測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的差在主動壓力控制電路中計算閥控制信號；以及
響應于所述閥控制信號而主動地控制壓力控制閥，以便在內燃發動機工作范圍上削弱燃料軌組件中的燃料壓力波動。
[0014]方案6.根據方案5所述的方法，其中，主動地控制壓力控制閥包括，當所述測得的燃料壓力大于所述參考燃料壓力時開啟所述壓力控制閥，以及當所述測得的燃料壓力小于所述燃料參考壓力時關閉所述壓力控制閥。
[0015]方案7.根據方案6所述的方法，其中，使用成比例積分反饋控制算法來計算所述閥控制信號以確定在所述測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的誤差。
[0016]方案8.根據方案5所述的方法，其中，主動地控制壓力控制閥包括，在頻域中控制所述壓力控制閥。
[0017]通過本文提供的描述，可適用性的其他范圍將變得明顯。在
【發明內容】
中的描述和具體示例意在僅為了解釋說明的目的，并且并非意在限制本公開的范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]在本文中所述的附圖僅為了解釋說明選定實施方式以及并非全部可能的實施方式的目的，并且并非意在限制本公開的范圍。
[0019]圖1是用于內燃發動機的燃料噴射系統的示意性說明；
圖2示意性地示出了用于控制壓力控制閥的優選的反饋控制電路；
圖3示出了比較具有和不具有主動壓力控制閥的燃料軌組件的頻率響應的圖表；
圖4示出了傳統燃料噴射系統在一段時間上的燃料壓力的圖表；
圖5示出了具有主動壓力控制閥的燃料噴射系統在一段時間上的燃料壓力的圖表；以及
圖6是示出了用于主動壓力控制閥算法的邏輯的流程圖。
[0020]在全部數個附圖中，對應的附圖標記表示對應的部件。
【具體實施方式】
[0021]以下將參考附圖更完整的描述示例實施方式。
[0022]提供示例實施方式以使得該公開將是完整的，并且向本領域技術人員完整傳達本公開的范圍。可以列舉具體細節以提供對于本公開實施方式的完整理解。對于本領域技術人員而言明顯的是可以不必采用具體細節，示例實施方式可以以許多不同形式實施，并且也不應解釋成對本公開范圍的限制。在一些示例實施方式中，并未詳細描述公知的工藝、公知的結構和公知的技術。
[0023]在本文中使用的術語僅是為了描述特定示例實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，單數形式“一”、“一個”和“該”也可以包括復數形式，除非上下文給出明確相反指示。術語“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包括性的，并且因此規定了所述結構或步驟的存在；例如，所述的特征、整數、步驟、操作、組元件、和/或部件，但是并未排除其附加結構或步驟的存在或添加這些附加結構或步驟。在本文中所述的方法、步驟、工藝和操作不應解釋為必需要求以所討論或所示的所述或任何特定順序執行，除非具體地標識作為執行的順序。還要理解的是可以采用額外的、替代的或者等同的步驟。
[0024]現在參考圖1，示出了燃料噴射系統10。燃料噴射系統10包括流體地聯接至燃料罐14的低壓送料泵12，其將燃料泵至高壓噴射器泵16。計量單元18調節至噴射器泵16的燃料的流量。包括燃料軌22的燃料軌組件20流體地聯接至噴射器泵16。噴射器管線24從燃料軌22延伸并且流體地與燃料噴射器26聯接以用于將燃料直接噴入內燃發動機的相關燃燒室28中。壓力傳感器30流體地聯接至燃料軌22以測量其中的實際工作燃料壓力，并且產生代表燃料軌中燃料壓力的燃料壓力信號32。壓力控制閥34通過送料管線36而流體地聯接至燃料軌22并且通過排泄管38流體地聯接至燃料罐14。當前優選的是，壓力控制閥34是螺線管控制閥，響應于控制信號40能夠操作以調節流過閥34的燃料流量并且由此控制燃料軌組件20中的燃料壓力。
[0025]發動機控制模塊42具有數據存儲器44，其存儲了目標壓力(Pk)并且從壓力傳感器30接收燃料壓力信號32。發動機控制模塊42具有主動壓力閥控制電路48以用于產生閥控制信號40。發動機控制模塊42也可以發出控制信號50以用于控制計量單元18以及至噴射器泵16的燃料。盡管在本文中所述的發動機控制模塊42的功能和操作限制于對燃料噴射系統10的壓力控制，本領域技術人員將認識到的是發動機控制模塊42可以執行與通常內燃發動機和特別是燃料噴射系統相關聯的許多額外的功能和操作。
[0026]現在參照圖1和圖2，進一步描述壓力控制閥34的主動控制。當前優選的是，泵控制電路48包括成比例積分控制器或PI控制器，其基于在來自壓力傳感器30的測得壓力Pm與來自發動機控制模塊42的參考或目標壓力Pk之間的計算得到的“誤差”數值而提供壓力控制閥34的反饋控制。在該控制算法中，測得的燃料壓力Pm是工藝數值，參考壓力Pk是設定點，而壓力控制閥位置Vp是操作可變的。測得燃料壓力與參考壓力之間的差是誤差e，其量化了燃料軌組件中燃料壓力是太高還是太低以及高低的量。在測量了燃料壓力并且計算了誤差之后，根據當前誤差閥Kpe (t)以及在時間上的瞬時誤差總和Ki / e(t)dt，控制器計算控制信號40以調整壓力控制閥位置。控制信號40提供了用于調整壓力控制閥34的頻率和幅度。如果測得的燃料壓力大于參考壓力，控制信號40將命令壓力控制閥開啟。相反地，如果測得的燃料壓力小于參考壓力，控制信號將命令壓力控制閥關閉。
[0027]盡管上述控制已經證明對減小燃料軌組件20中的過加壓燃料以及燃料軌組件20的共振是有效的，可以通過實施軌壓力控制策略獲得額外的益處，策略將計量單元18和/或壓力控制閥34的操作與系統特性頻率相關聯，用于最小化燃料噴射系統10中部件的共振。例如，壓力控制閥34的脈沖寬度循環可以根據系統的特定共振頻率而變化。以該方式調整壓力控制閥34提供燃料至燃料罐的智能重復循環以用于有效地控制燃料軌組件20中的壓力幅值。算法可以包括根據系統的特定共振頻率對計量閥18的類似控制。以如此方式控制限油調節閥18提供了燃料至燃料軌組件20的智能供給以用于有效地控制其中的壓力幅度。
[0028]圖3示出了用于不具有噴射器26的燃料軌組件20的基于計算機的模型的頻率響應，以比較使用了主動壓力控制閥32的寬帶燃料軌壓力控制的效果。使用由上升頻率的正弦壓力波(即從0-25kHz的±10 Bar)所限定的振動激勵作為從高壓噴射器泵16的位置進入燃料軌組件20中的輸入。曲線100示出了在不具有主動壓力控制的燃料噴射系統的壓力傳感器30處測得的壓力。該數據顯示燃料軌組件20在約600Hz處具有共振，這導致在約470-650HZ的頻率范圍之上的放大的壓力波(即大于輸入壓力波)。曲線102示出了采用相同輸入在具有主動壓力閥控制的燃料噴射系統10的壓力傳感器30處測得的壓力。盡管共振尖峰在約600Hz處仍然是明顯的，但是主動壓力控制閥34已經有效地減小了其在系統中的放大效應，并且因此削弱了燃料軌組件20內的波作用。
[0029]圖4示出了不采用主動壓力控制的如上參考圖3所述的基于計算機的模型的時域結果。特別地，在2000rpm下以及在約0.4秒時間周期上在燃料軌組件20中燃料壓力為2000Bar的條件下，模擬燃料噴射系統10的工作。每當噴射器以8-4-5-6-3-1-2-7的噴射順序噴射時，可以見到與燃料噴射器26相關聯的脈沖作為峰值。燃料軌系統20中的壓力波由曲線200代表并且在1930-2120Bar范圍內周期性波動。因此，不具有主動壓力控制的燃料軌組件中的燃料壓力以約10%波動并且以約6%越過了 2000Bar的設定點壓力。
[0030]圖5示出了采用主動壓力控制的相同的基于計算機的模型的時域結果。再次，每當噴射器以8-4-5-6-3-1-2-7的噴射順序噴射時，可以見到與燃料噴射器26相關聯的脈沖作為峰值。由曲線202代表燃料軌系統20中的壓力波。壓力波動以約2%的量級明顯小于圖4中所示，并且壓力并未超過設定點壓力。圖5也在曲線204處以升/分鐘單位示出了流過壓力控制閥的燃料流量。等于零秒的時間常數用于圖5模擬的壓力控制閥34。
[0031]現在參照圖6，現在將參照流程圖300描述使用了主動壓力控制閥的用于寬帶燃料軌控制的方法。起初，發出了啟動發動機命令302，并且ECM詢問發動機開關的位置，如方框304處所示。如果開關是“關”的，主動壓力控制停止，如方框306處所示。如果開關不是“關”的，根據ECM時鐘周期初始化主動壓力控制，如方框308處所示。接著，讀取壓力傳感器30，并且將測得的壓力信號40和參考壓力數值44發送至ECM，分別如方框310、312處所示。主動壓力閥控制電路48計算誤差函數，其如果不是零由ECM使用以產生通信至壓力控制閥34的控制信號40，如方框314處所示。如果誤差函數是零，則隨后不需要對壓力控制閥進一步調整，并且控制回路返回以詢問壓力傳感器30。
[0032]壓力控制閥和壓力傳感器的動態響應將影響系統10的主動地控制燃料軌壓力中的燃料壓力的能力。換言之，壓力控制閥能夠開啟和關閉的速率以及壓力傳感器的取樣速率將確定系統在整個發動機工作范圍上削弱燃料軌組件20中壓力波動的能力。然而，計算機建模已經證明可以使用具有小于0.05秒的時間常數的壓力控制閥來實現對燃料壓力脈沖的削弱，以及可以采用具有在0.01-0.001秒范圍內時間常數的壓力控制閥來實現顯著的削弱。
[0033]如上所述，PI閉合回路反饋控制算法用于燃料噴射系統10中。已經示出了該算法以提供用于提供主動壓力控制的簡單和有效的機制。本領域技術人員應當認識到其他反饋控制算法也可以用于使用主動壓力控制閥的寬帶燃料軌控制。這樣的算法可以包括更高階控制和/或可以與燃料噴射系統內其他部件的控制組合執行，其它部件諸如為計量單元、高壓噴射器泵或者噴射器脈沖分布圖(profile)。
[0034]已經提供了實施方式的前述描述以用于解釋和說明的目的。并非意在窮舉或者限制本公開。特定實施方式的個體元件或特征通常不限于該特定實施方式，而是，在可適用的情況下，它們是可互換的并且可以用于選定的實施方式，即便并未具體示出或描述。它們也可以以許多方式變化。這些變形不應視作脫離本公開，并且所有這些修改意在包括在本公開的范圍內。
【權利要求】
1.一種燃料噴射設備，用于具有多個燃燒室的內燃發動機，所述設備包括: 燃料噴射系統，其包括用于將燃料供應至燃料軌組件的燃料噴射器泵、以及流體地聯接至所述燃料軌組件的多個燃料噴射器，所述多個燃料噴射器的每一個能夠操作用于將所述燃料噴射到所述多個燃燒室的相關聯的一個中； 燃料壓力控制閥，其流體地聯接至所述燃料軌組件，并且能夠操作以響應于閥控制信號而調節所述燃料軌組件中的燃料壓力； 壓力傳感器，其流體地聯接至所述燃料軌組件，并且能夠操作以產生表示所述燃料軌組件中測得的燃料壓力的燃料壓力信號； 燃料壓力控制模塊，其具有接收所述燃料壓力信號的第一輸入，接收參考燃料壓力的第二輸入，以及根據所述燃料壓力信號與參考燃料壓力之間的差產生所述閥控制信號的主動壓力控制電路； 其中，所述主動壓力控制電路控制所述燃料壓力控制閥以便在所述內燃發動機的工作范圍上削弱所述燃料軌系統中的燃料壓力波動。
2.根據權利要求1所述的燃料噴射設備，其中，當所述測得的燃料壓力大于所述參考燃料壓力時，所述燃料壓力控制閥開啟，以及其中當所述測得的燃料壓力小于所述燃料參考壓力時，所述燃料壓力控制閥關閉。
3.根據權利要求2所述的燃料噴射設備，其中，所述主動壓力控制電路包括對所述測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的誤差的成比例積分反饋控制。
4.根據權利要求1所述的燃料噴射設備，其中，所述主動壓力控制電路包括用于削弱所述燃料軌系統中的壓力波動的頻域控制。
5.一種用于削弱燃料噴射系統的燃料軌組件中的壓力波波動的方法，包括: 在泵壓力下從燃料源供應燃料至燃料軌組件； 通過多個噴射器從所述燃料軌組件噴射所述燃料； 測量在所述燃料軌組件中的燃料壓力； 根據測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的差在主動壓力控制電路中計算閥控制信號；以及 響應于所述閥控制信號而主動地控制壓力控制閥，以便在內燃發動機工作范圍上削弱燃料軌組件中的燃料壓力波動。
6.根據權利要求5所述的方法，其中，主動地控制壓力控制閥包括，當所述測得的燃料壓力大于所述參考燃料壓力時開啟所述壓力控制閥，以及當所述測得的燃料壓力小于所述燃料參考壓力時關閉所述壓力控制閥。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，使用成比例積分反饋控制算法來計算所述閥控制信號以確定在所述測得的燃料壓力與參考燃料壓力之間的誤差。
8.根據權利要求5所述的方法，其中，主動地控制壓力控制閥包括，在頻域中控制所述壓力控制閥。
【文檔編號】F02D41/38GK104234854SQ201410278275
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2013年6月20日
【發明者】O. 哈希姆 T. 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司