CN1319162A - 燃料喷射***的调节方法 - Google Patents

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Abstract

一种调节具有排放喷射器的内燃机的双流体燃料喷射***中的气压、特别是过高气压的方法,其中,先确定气压,如果在所要求的量级之上,排放喷射器打开一预定时间,与燃料喷射分开,从而降低供气气压。可以通过在连续的发动机循环上多次释放来降低气压,这种调节方法可对传统的气压调节***的故障进行补充或补偿。

Description

燃料喷射***的调节方法
本发明通常导向内燃机的双流体燃料喷射***、尤其是调节这种双流体燃料喷射***的气压的方法。本发明可用于两和四冲程发动机并宜用于单缸和多缸发动机。
双流体喷射***通常在喷射时采用压缩空气来携带定量的燃料、送入内燃机的燃烧腔。本发明人已研究了这种燃料喷射***，在美国专利No.4934329中描述一种类型的***，它的细节在这里可作参考。为使这种燃料喷射***进行工作，通常要求有压缩气源、如空气压缩机。这里所用的术语“空气”不仅指周围的空气、还指含有空气、废气或燃料蒸汽混合物等的其它气体。
这种***通常要求压缩空气的压力受到调节，因此有利于对送到发动机的燃料保持精确控制。可采用各种方法来调节来自压缩空气源的气压。调节供到燃料喷射***压缩空气的气压的一种普通的方法依赖于采用空气输送环路中的合适定位的机械式空气调节器。在这个***中，如果空气调节器出现机械故障，就不能对气压进行调节。
调节供到燃料喷射***的空气压力的另一可能的方法是采用定值压缩机，它可控制由它送出的输出空气的压力。这种定值压缩机力图使它输出的空气与装置和***在所供给的压力下的空气的实际需要密切地配合。因此在某些应用中，这种压缩机可免去对调节气压的其它装置的需要。然而，在某些工作条件或由于可能出现的特殊损坏模式中，这种定值压缩机可能送出多于需要的、如双流体燃料***需要的空气。例如在冷的周围条件下，用于***的蓄电池的电压可能大大低于通常的正常电压12V。按照定值压缩机实际情况，有可能在这些条件下电压不足而使定值压缩机能令人满意地进行压力控制，但这可能导致供给的压缩空气过量，如果不采用其它的空气调节装置，就可能在燃料喷射***内产生不合要求的或过量的压力条件。因此，在定值压缩机的压力控制失效或不能正确工作时能在该***中保持空气压力调节是有利的。
因此，本发明的目的在于提供一种调节双流体燃料喷射***中的气压的方法，该方法至少可避免一个上述缺点。为此这里提供一种调节内燃机双流体燃料喷射***中的气压的方法，该发动机至少具有一个输送喷射器，该方法包括：
确定供到燃料喷射***的气压高于所要求的量级的时间；和
在气压高于所要求的量级时，在确定的时间内打开该双流体燃料喷射***的至少一个输送喷射器，使气体穿过输送喷射器，由此调节供给气体的气压。
输送喷射器的打开导致燃料喷射***中的气压下降，下降的程度为喷射器打开期间和/或时间的函数。输送喷射器的打开最好出现在包括发动机开始运转和起动期间的操作的发动机操作期间。通常，在某些应用中，由空气压缩器供到燃料喷射***的气体可以排出发动机。
该双流体燃料喷射***可包括一个或多个输送喷射器。这些喷射器或每个喷射器可安置成直接喷入发动机气缸，一个或多个喷射器可同时打开以降低燃料喷射***中的气压。因此，本发明同样可用于具有一个或多个缸的发动机上。
这些或每个喷射器的打开时间可以足够长，从而使气压返回或至少达到所要求的量级。通常这些或每个喷射器控制在连续的循环上逐步地或逐渐增大地将燃料喷射***中的气压降到所要求的量级。在多缸发动机的情况下，可以选择一个或多个喷射器来实施气压调节功能。另外，关于一个、一些或所有调节器实施气压调节功能，可以认为逐个的循环不必构成连续的循环。
一些或每个用来调节气压的喷射器的打开时间通常可在喷射器的正常的燃料喷射事件之间。因此，使燃料喷射***中的气压降低的喷射器的打开可出现在空气喷射器没有为燃料输送而正常打开的时候。然而在某些情况下，用于气压调节的喷射器的控制可在燃料输送事件前、后或在某些情况下与燃料输送事件稍有重迭。
用于气压调节的喷射器的打开最好在相应气缸内的压力低于燃料喷射***内的气压时的那一点上进行。因此，可以采用喷射器的打开时间及打开期间来进行气压调节。亦即，例如在气缸压力较低的气缸循环点上将喷射器打开同样的时间，通常会导致燃料喷射***内的气压产生较大的降低。
通常，在四冲程发动机的情况下，可将喷射器控制在动力/膨胀冲程的后部和进气和/或排气冲程的某些部分上释放气压。通常在两冲程发动机的情况下，喷射器控制在排气/进气事件(如在动力冲程的后部)、和/或压缩冲程的初始部分上释放气压。因此本发明同样可用于工作在两冲程和四冲程的发动机上。
喷射器的打开可由控制发动机操作的电控装置(ECU)控制。通常ECU可通过适当定位的压力传感器来确定供到燃料喷射***的压缩气体的气压。该燃料喷射***可包括将气体供到喷射器并对喷射器提供压缩气体的气道。作为一个例子，压力传感器可安装成测量气道内的气压。因此，气压传感器是可用于评估燃料喷射***中气压的一种装置，由它可看出气压是否高于所要求的量级。
ECU可以确定燃料喷射***中的气压的所要求的量级，并可定期地通过压力传感器将实测气压与确定的所要求的量相比较。如果测得的气压基本与所要求的量级相同，则ECU就不为调节气压采用任何行动。如果测得的气压高于所要求的量级，则ECU可以确定喷射器打开所要求的时间和期间，使燃料喷射***内的气压降到或降回到所要求的量级。因此，在燃料喷射***中采用这种压力传感器，为燃料喷射器内的气压提供了封闭的环式控制。
尤其是，该ECU可以确定燃料喷射***中的实际气压和所要求的量级之间的压差大小，并可测出发动机的速度。该ECU可以包括“查找”图或其它的计算手段，用以确定所要求的“开始供气”(S0A)、亦即喷射器开始打开和特殊的发动机速度下喷射器打开所要求的时间，因此得到所要求的压降。然后确定喷射器何时能打开的可行的“窗口”，喷射器可在窗口期间起动。可在喷射器起动后测量气压、在气压达到所要求的量级之前重复上述程序。
作为提供压力传感器的一种替代方法，本发明的方法还可简单地依赖一些探测装置，来探测压缩机是否送出多于需要的空气。例如，ECU可以做成确定由压缩机送出的气压，该气压直接与发动机速度成比例，因此能够确定何时在送出多于需要的空气和大约多少压力需要释放。基于这些已知的关系，ECU可象前面描述的那样启动喷射器，以降低燃料喷射***中的气压。这就为燃料喷射***内的气压提供了控制，就取消了为提供“反馈信号”而准备压力传感器的要求。这种敞开的环式控制方案特别适用于如小型摩托车那样的小型发动机，在这种发动机上包含压力传感器可能是不经济的。在某些应用中，在发动机初始校准时可以考虑确定特殊发动机速度下压缩机送出多少气压。亦即在工作时，达到特殊速度和/或载荷条件将导致选定双流体燃料喷射***的气体打开或输送喷射器打开的期间和/或时间。因此，发动机速度和/或载荷和由压缩机供给的气压之间的关系可在校准发动机时给予考虑，并且在实际的发动机工作期间不必采取单独的中间步骤(亦即可以采用这种关系)。
本发明的调节方法可进一步用于具有空气调节器的双流体燃料喷射***中，该空气调节器用于调节正常条件下的气压。如果该空气调节器出现机械故障，该调节方法可用作为一种替换的调节手段或处于发动机工作的“挣扎着慢慢回家”(limp home)模式中，从而在气压调节器修好或置换之前，在燃料喷射***中进行任何必要的气压调节。
本发明还可在超常状态下使用，例如在车辆从一山坡向下滑动并不需要喷射燃料时使用。在一种双流体燃料喷射***中，这种超常切断状态通过不启动***的空气或供气喷射器来产生。因此，由压缩机供给该燃料喷射***的大部分或所有的气体需要由空气调节器来排出。这种调节器通常设计成仅排出一部分由压缩机供给的空气，这部分空气在流过时通常起到一定作用。因此本发明的调节方法通过使一些气压通过输送喷射器释放，从而可降低调节器的压力。
该调节方法还可用在一种双流体燃料喷射***中，其中它力图将气压控制在发动机要求或使用的气压，例如上面提到的定值压缩机的气压调节那样。作为一个例子，本发明的调节方法可用于定值压缩机由于可能出现的、如冷的发动机启动条件下电压太低而不能正常工作的情况。
本调节方法还可用于在小型发动机中控制气压，在这种小型发动机中没有专用的压力传感器来确定气压，它设计成在敞开的环式控制下来进行工作。
参照表示本发明的优选实施例来进一步描述本发明是很方便的，本发明还可能有其它的实施例，因此，特殊的附图不能被理解为能完全替代前面描述的本发明。
在附图中：
图1是具有双流体燃料喷射***的内燃机的部分剖视图，
图2是用在图1所示发动机上的典型的测量形式和喷射器气道装置的剖视图，
图3是表示本发明方法的一个优选实施例的流程图。
图1表示包括一个燃料喷射***的内燃机20，内燃机20具有进气***22、点火装置24、燃料泵23和燃料槽箱28。该发动机20还包括电起动马达25，在起动开关71工作时给该马达25供电。一个空气压缩机29由发动机曲轴皮带轮33通过一根皮带31驱动。安置到发动机20的气缸头40上的是燃料和气道装置11。燃料泵23从燃料箱中抽取燃料，然后再通过燃料供给管线供到燃料和气道装置。
现参见图2，它详细示出燃料和气道装置11，该装置包括燃料测量装置10和发动机的每个气缸的空气或输送喷射器12。本发明同样可用于任何数量的气缸的单缸和多缸发动机中。燃料和气道装置11的本体8是具有纵向延伸的气体通道13和燃料供给通道14的挤压件。
在合适的位置上提供连接器和合适的管道，将气道装置11与空气和燃料供给件连通：管道49将气体通道13与空气压缩机29连通，管道53提供一气体出口，该出口用于使气体返回到气体入口***22，管道52连通燃料槽箱28和燃料供给管道14，以提供燃料返回通道。气体管道13与合适的气体调节器27连通，该调节器27调节气压机29提供的供到气体通道13的压缩气体的气压。在某些应用中，气体调节器27可以安置在气道装置11本身上。
燃料测量装置10可在市场上买到，这里就不作详细描述。装置10提供合适的开口使燃料流过装置10，并提供一个测量口21以将燃料送到通道90、然后再送到气体喷射器12。
气体喷射器12具有带圆柱形插口31的罩30，插口31从罩30的下端伸出并确定一个与通道90连通的喷口32。喷口32包括一个由螺线管操作的、可有选择地打开的提升阀34，其操作方式类似于本申请人的美国专利No.4934329所述，这里提出，以供参考。正如图1所示，按照电控装置100(ECU)的指令给螺线管供电，打开阀34，将燃料和气体的混合物供到发动机20的燃烧腔60。当然不仅限于如上所述的阀结构，也可采用其它结构的阀、如针栓阀。
参见图1，电控装置(ECU)100通过导线45接收由现有技术已知的、合适类型的曲轴速度和位置传感器44的信号、和通过导线47的来自位于气体进口***22中的气流传感器46的信号。该ECU100也可接收示出发动机其它工作状态、如发动机温度和室温(未示出)的信号，它根据接收到的所有信号来确定需要送到发动机20的每个气缸中的燃料量。这种通用型的ECU在电控燃料喷射***的先有技术中是已知的，这里将不作详细描述。
每个喷射器阀34的打开是由ECU100通过相应的导线101以与发动机循环呈定时关系来控制的，以此来将来自喷射口32的燃料送到发动机20的燃烧腔60。由于***的两种流体的特性，燃料包含在气体中送入气缸。就这一点来说，很重要的是气体的压力、尤其是用以包含燃料并以雾化排放形式的空气的压力是能产生所需要的雾化程度的预定的压力，因此对气压进行适当调节是必需的。
通道90与空气通道13总是通过如图2所示的管道80连通，因此，在正常操作情况下，它保持在基本稳定的气压上。在气体喷射器12的螺线管通电时，阀34向下移动到打开喷射口32，从而使由空气携带的定量的燃料通过喷射口32进入发动机20的一个气缸的燃烧室60。
通常，气体喷射器12位于发动机20的气缸头40内，并直接与由发动机气缸内往复运动的活塞61限定的燃烧腔60连通。如上所述，当喷射口32打开并可通过管道80供气到高于发动机气缸内压力以上时，气体将从气体通道13通过通道80、通道90并捕获燃料、喷射口32进入发动机燃烧腔60。
在如图1和2所示的设计中，气压由气体调节器27调节，当然也可采用如上所述的其它的气体调节装置。
气体调节器12可由ECU100控制，从而在例如调节器27出故障的情况下，按照本发明调节气体通道13中的气压。可采用一个或多个气体喷射器12来进行压力调节，该气体喷射器12可在燃料喷射***已适当释放压力之前按任何预定的指令在连续的循环上起动。同样，如果通过其它的装置进行压力调节、而这种装置不能令人满意地或不正确地操作，使送到燃料喷射***的气体太多，可用这种气体调节器12来调节气体管道13中的压力。
现参见图3，它表示由ECU提供的一种可能的控制程序，周期性地测定燃料和气道装置11内和通常在气体通道13内的压力(步骤120)。作为一个例子，气压可用安放在燃料和气道装置11上的压力传感器(未示出)测出。然而，正如前面所述，可用来确定燃料喷射***内的气压的其它装置均太高。
如果测出的气压基本等于燃料喷射***正确操作所需要的气压(步骤121)，则ECU100不采取任何动作来调节气压，该ECU100在下次测量燃料喷射***中的气压(步骤120)之前等待下一循环(步骤127)。
然而如果测出的气压高于所需要的压力(步骤121)，则确定测出的气压和所需要的气压值之间的压差(步骤122)，另外再测出发动机的现行速度(步骤123)。在这些信息的基础上，ECU100打开气体喷射器12，从而调节供到燃料和气道装置11中的气压。
ECU100首先确定打开气体喷射器12的开始供气时间(SOA)和打开持续时间(步骤124)。这种信息可从ECU100上提供的查阅图上获得。确定气体喷射器12可以打开而不影响发动机操作的下一适用窗口(步骤125)。这个窗口可能在喷射器12的相应的气体喷射事件之间，并且在时间上通常不同于气体喷射器12正常打开使燃料送到发动机20。另外，当气缸压力小于燃料喷射***中的气压时，气体喷射器的打开通常出现在发动机气缸循环的一点上。
最后，气体喷射器12在确定的操作规范的基础上起动(步骤126)。这样，气压可以从燃料喷射***释放而进入发动机20的气缸中。然后再次测量燃料和气道装置11中的压力(步骤120)并按要求重复该操作程序，一直到气压返回到所要求的量级时为止。
图1所示的燃料喷射***包括位于供气管线49上的气体调节器27。该气体调节器27调节从气压机29送到气道装置11的气压。如上所述，本发明的方法可用于空气调节器工作不正常，从而提供“挣扎着慢慢回家”(limp-home)的操作模式的情况。还可设想出本发明的方法可以是调节供到燃料和气道装置11的唯一装置。这个***在某些低成本应用中，用作不需要任何附加构件、如调节器或压力释放阀的压力调节方法，这是很有利的。更确切地说，仅需在ECU中附加软件就能很容易地实施该方法，而这种ECU已经在将燃料送到发动机20的气体喷射器12的正常操作中进行控制了。
另外，由于采用本发明的压力调节，在某些应用和某些情况下，在燃料送出事件后可能出现在气体喷射器12中的一定量的“燃料挂料”也可以送入发动机气缸内。按照气体喷射器12在发动机气缸循环中的打开时间的不同，这些少量的燃料可能有一些好处、或者以后从发动机排出而使碳氢化合物的排放物增多。当然可以对实施本发明压力调节的气体喷射器12进行控制，从而减少这种燃料挂料量对发动机操作的影响。
通过采用本发明，可以使燃料喷射***在如前所述的压缩机29或调节器27出故障或不能有效工作的情况下进行满意的压力调节。因此，这就消除了气压升到足以打开气体调节器12的程度、导致发动机20失控操作的结果。在它的最简单的形式中，本发明的方法可实施成使燃料喷射***内的压力限制到能避免这种不合要求的结果。
本发明的方法可用于装有双流体燃料喷射***的两冲程和四冲程的发动机中。对本专业技术人员来说，所进行的修改和变化将被认为包含在本发明的范围之内。

Claims (19)

1．一种调节用于具有至少一个输送喷射器的内燃机的双流体燃料喷射***中的气压的方法，包括：
确定供到燃料喷射***的气压高于所要求的量级的时间，和
在气压高于所要求的量级时，打开双流体燃料喷射***的至少一个输送喷射器一段确定的时间，允许气体穿过输送喷射器，由此来调节供给气体的气压。
2．按照权利要求1的方法，包括控制至少一个输送喷射器的打开时间。
3．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中双燃料喷射***包括多个上述输送喷射器，包括一个或多个输送喷射器采用上述方法。
4．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括在连续循环上控制至少一个喷射器，从而逐步将燃料喷射***中的气压降到所要求的量级上。
5．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括打开至少一个输送喷射器的时间定在喷射器的正常燃料喷射事件之间。
6．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括打开至少一个输送喷射器的时间定在喷射器的正常燃料喷射事件之间，并与上述一个燃料喷射事件稍有重迭。
7．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中至少一个输送喷射器直接与发动机的燃烧室连通，用以调节气压的输送喷射器的打开是在气缸中的压力低于燃料喷射***内的气压时的那一点进行的。
8．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中发动机在四冲程循环上工作，该方法包括控制喷射器，使其在膨胀冲程的后部和吸气和/或排气的某些部分期间释放气压。
9．按照权利要求1～7中任何一个的方法，其中发动机在两冲程循环上工作，该方法包括控制喷射器，使其在排气/吸气冲程的后部和/或压缩冲程的起始部分期间释放气压。
10．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中燃料喷射***还包括用以控制至少一个喷射器的打开的电控装置和用以测量燃料喷射***内的气压并为电控装置提供压力信号的压力传感器。
11．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中上述方法具有压力调节的封闭环式控制。
12．按照前面权利要求的任何一个的方法，其中打开至少一个喷射器由电控装置控制，电控装置以供气气压的发动机工作参数作为函数来控制至少一个喷射器。
13．按照权利要求12的方法，其中发动机带动的压缩机将气体供到发动机，该发动机的工作参数是发动机速度。
14．按照权利要求1～10中任何一个的方法，其中上述方法具有压力调节的敞开环式控制。
15．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括一直到气压至少基本达到所要求的量级之前均采用上述方法。
16．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括在正常的发动机操作期间采用上述方法。
17．按照前面权利要求的任何一个的方法，包括在发动机起动和开始运转期间采用上述方法。
18．按照权利要求1的方法，包括在发动机操作的超常切断模式期间应用上述方法。
19．按照权利要求1的方法，包括在发动机操作的“挣扎着慢慢回家的”(limp-home)模式期间应用上述方法。
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