CN1995728A - 具有可根据操作人员的目标而改变的波形的燃油*** - Google Patents

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Abstract

一种用于有燃烧室的发动机的燃油控制***。这种燃油控制***有加压流体源、燃油喷射器件和与燃油喷射器件通讯的控制器。燃油喷射器件可接收加压的流体并响应燃油喷射指令信号而把燃油喷射进发动机的燃烧室。控制器可接收代表操作人员所希望的目标的输入信号并从存储在控制器的存储器中的多个数据组中选择一个对应于操作人员所希望的目标的数据组。然后，控制器从所选择的数据组和发动机的至少一个当前运转状态来确定燃油喷射指令信号。

Description

具有可根据操作人员的目标而改变的波形的燃油***
技术领域
本发明涉及一种燃油喷射***，尤其涉及一种能够根据操作人员所希望的目标给电子控制的燃油喷射器件提供可变的波形指令的方法和***。
背景技术
发动机排气排放物法规正变得越来越严格，这包括例如关于烃类、一氧化碳、颗粒物和氮氧化物(NOx)的排放法规。发动机制造商为控制排气排放物而使之符合那些排放物标准而采取的一种方法是严格控制进入发动机燃烧室的燃油喷射。例如，可以改变在一个发动机循环中燃油喷射脉冲的次数、在每一喷射脉冲中喷射的燃油量、单个喷射脉冲的定时、以及每次喷射中的燃油供给率，来改变发动机的排放物特性。可把被发送到燃油喷射器件而产生特定的燃油喷射脉冲的电子指令信号认为是一个波形。
在不同的发动机运转状态下，可能需要采用不同的波形以符合排放物法规。例如，在某些稳定的发动机运转状态，包括低发动机转速和低发动机负荷，可采用第一种波形；在要求发动机高转速和高负荷的第二种稳定状态，可采用第二种波形；以及在过渡状态可采用第三种波形。已往，为了在发动机在其整个速度和负荷范围内运转保持符合排放物法规，波形之间的这种变化一直是被自动地引发的。
虽然这些已经在用的波形改变方策有利于发动机在变化的各运转状态下符合排放物法规，但是可能有这样的情况，就是操作人员所希望的目标比符合排放物法规更为重要。例如当发动机在特定的地理区域运转时，降低噪声可能比排气排放物更令人关注。同样，操作人员可能需要发动机在节省燃油、响应性好、输出转矩最大或其它类似的目标等的重要性超过排气排放物控制的情况下运转。当发动机在这些情况下运转时，现有的波形改变***对于达到操作人员所希望的目标几乎无济于事。
因此，本发明旨在解决上述问题中的一个或几个问题。
发明内容
在一个方面，本发明旨在为有燃烧室的发动机提供一种燃油控制***。这种燃油控制***包括加压流体源、燃油喷射器件和与燃油喷射器件进行通讯的控制器。燃油喷射器件被构造成可响应燃油喷射指令信号而接受压力流体并将燃油喷射进发动机的燃烧室。控制器被构造成可接收代表操作人员所希望的目标的输入信号，并从存储在控制器的存储器中的多个数据组中选择一组对应于操作人员所希望的目标的数据。控制器还被构造成能够从所选择的那组数据和发动机的至少一个当前运转状态来确定燃油喷射指令信号。
在另一个方面，本发明旨在提供一种使燃油控制***工作的方法。该方法包括对流体加压并将加压的流体送到燃油喷射器件。该方法还包括接收代表操作人员所希望的目标的输入信号，并从多个数据组中选择与操作人员所希望的目标相对应的一组数据。该方法还包括：从所选择的那组数据和发动机的至少一个当前运转状态来确定燃油供给特性；生成代表燃油供给特性的喷射指令信号；以及将喷射指令信号发送给燃油喷射器件。
附图简要说明
图1是本发明揭示的一个示例性燃油控制***的示意图；
图2A是示例性揭示的与图1所示的燃油控制***相关的燃油喷射控制信号的波形图；
图2B是由图2A所示的燃油喷射控制信号产生的示例性揭示的燃油喷射事件的曲线图；
图3是与图1所示的燃油控制***的工作相关的对应于操作人员所希望的不同目标的示例性揭示的各个燃油喷射控制信号的波形图；以及
图4是示例性揭示的使图1所示的燃油控制***工作的方法的流程图。
具体实施方式
就本发明文件中的用法而言，一个喷射事件是定义为在发动机的单个循环中所发生的各次燃油喷射。例如，四冲程发动机的一个循环包括活塞运动通过吸气冲程、压缩冲程、膨胀冲程或称动力冲程、以及排气冲程。因此，四冲程发动机中的喷射事件包括在活塞运动通过这四个冲程的过程中所发生的各次喷射或称射油。如在本技术领域所使用的那样，术语“射油”可指实际的燃油喷射，或指发送到燃油喷射器件的代表将进入发动机的所希望的燃油喷射的喷射指令信号。
参见图1，其中示出了示例性揭示的燃油喷射***12，该***被构造成用于内燃机14。燃油喷射***12可包括一个或多个液压驱动的电子控制的燃油喷射器件，例如燃油喷射器16，其布置在发动机14的各个气缸头腔孔中。尽管图1所示的实施例是用于一个直列式六缸发动机，但是应该理解，本发明的燃油喷射***12同样也可用于其它型式的发动机，例如V型和/或旋转式发动机，并且发动机14可有任意数目的气缸或燃烧室。此外，尽管图1的实施例将燃油喷射器16表示为液压驱动和电子控制的，但是同样应能认识和料想到，燃油喷射***12同样也可包括其它型式的燃油喷射器件，诸如电子驱动和控制的喷射器、机械驱动电子控制的喷射器、与高压共用燃油干管相关联的数字控制燃油阀、或本技术领域已知的任何其它类型的燃油喷射器。
燃油喷射***12可包括用于向每个燃油喷射器16供应驱动流体的装置18、用于向各个燃油喷射器16供应燃油的装置20、以及用于对燃油喷射器16的工作进行电子控制的装置22，燃油喷射器16的工作包括燃油喷射的频率和方式、喷射的开始定时和停止定时、每个喷射事件中的喷射次数、每次喷射的燃油量、各次喷射之间的延时、以及每次喷射的压力和流量剖面。
较佳的是，供应驱动流体的装置18包括：驱动流体储存池或储存柜26、压力相对较低的驱动流体输送泵28、驱动流体冷却器30、一个或多个驱动流体过滤器32、用于使驱动流体达到相对高压的高压泵34、以及至少一个驱动流体总管38。可把驱动流体总管38中的共用干管通路40布置成连通于高压泵34的出口。干管分支通路42可将每个燃油喷射器16的驱动流体进口连接于共用干管通路40。在采用机械驱动电子控制的喷射器的情况中，用于驱动这些喷射器，可用某种型式的凸轮驱动装置或其它机械装置取代驱动流体总管38、共用干管通路40和干管分支通路42。机械驱动电子控制的燃油喷射器单元的例子在美国专利No.5,947,380和5,407,131中有所揭示。
在一个优选实施例中，驱动流体可以是发动机润滑油，并且驱动流体储存池26可以是发动机润滑油池。以这种方式，燃油喷射***12可连接成是寄生于发动机润滑油循环***的子***。或者，驱动流体可以是燃油。
较佳的是，燃油供应装置20可包括燃油箱44、布置成流体连通于燃油箱44和每个燃油喷射器16的燃油进口之间的燃油供应管路46、压力相对较低的燃油输送泵48、一个或多个燃油过滤器50、燃油供应调节阀51、以及布置成流体连通于燃油箱44和每个燃油喷射器16之间的燃油循环和回流管路49。
较佳的是，电子控制装置22可包括一个控制器，特别是一个电子控制模块(ECM)58，这种电子控制模块的一般应用是本技术领域已知的。ECM 58可包括：一个微控制器或微处理器；一个用于调节发动机转速的诸如比例—积分—微分控制器的调速器；电路，包括输入/输出电路、电源电路、信号处理电路、电磁铁驱动电路；模拟电路和/或编程逻辑阵列；以及一个相关的存储器。存储器可连接于微控制器或微处理器以存储指令组、图谱、查找表格、各个变量、各种关系、各种方程式，等等。
ECM 58可控制燃油喷射的许多方面。这些方面可包括：(1)燃油喷射定时，(2)一个燃油喷射事件中喷射的燃油量，(3)燃油喷射压力，(4)每个燃油喷射事件中独立的喷射或射油的次数，(5)各次独立的喷射或射油之间的时间间隔，(6)每次喷射或射油的持续时间，(7)驱动流体压力，(8)喷射器波形的电流电平，以及(9)以上各参数的任意组合。对这些参数中的每一个都可以独立于发动机转速和负荷进行可变地控制。
ECM 58可接收多个传感器输入信号S1-S8，这些信号对应于与发动机14的运转状态相关的各已知的传感器输入。例如，这些传感器输入信号可包括发动机转速、润滑油或冷却剂温度、驱动流体和/或燃油的压力、气缸活塞位置、以及其它已知的状态。在一个实施例中，发动机温度传感器61在图1中被表示为连接于发动机14。发动机温度传感器61可感受发动机润滑油温度。然而，可以替代地或附加地用发动机冷却剂温度传感器来检测发动机14的温度。发动机温度传感器61可产生用S1表示的信号，该信号可被传输给ECM 58。类似地，干管压力传感器68被表示为连接于驱动流体总管38。干管压力传感器68可感受干管压力(例如干管通路40中的驱动流体压力)，并产生用S2表示的信号，该信号可被传输给ECM 58。
这些传感器输入信号可用于确定和控制一个喷射事件中的各个喷射参数的精确组合。ECM 58可响应收到的一个或多个信号S1-S8而发出控制信号S9以控制来自高压泵34的驱动流体的压力；其还可发出燃油喷射控制信号S10以使每个燃油喷射器16把燃油喷射进各个对应的发动机气缸。信号S10可包括发送到燃油喷射器16的电磁铁或其它电驱动器的ECM指令电流。
图2A示出了示例性的喷射指令信号S10，它也被称为“电流波形”，而图2B示出了对应的燃油喷射事件。当喷射指令信号S10发送到燃油喷射器16时，燃油喷射器16可根据信号S10的特性作出响应而打开和关闭燃油阀元件(未示)。例如，包含在S10中的电流波形102可包括进行主射油104和后继射油(anchor fuel shot)106的指令。这一电流波形102可以是一个特殊的分开式的喷射指令，它有与之相关的独特的后继延时(anchor delay)，这个后继延时在图2A中表示为在所指令的主射油104和所指令的后继射油106之间的区段C。区段A可对应于所指令的主射油104的持续时间，而区段B可对应于所指令的后继射油106的持续时间。参见图2B，其中示出了与图2A所示的电流波形102相对应的示例性阀门开启或称燃油供给曲线108。由于燃油喷射器16不是同步地对施加的电流作出反应，燃油喷射器16的燃油阀元件在电流已经撤消后仍保持开着，并且，如果后继延时C足够短，那么燃油喷射器16的燃油阀元件可能尚未完全关闭就收到了下一个电流信号或称施加的电流脉冲的起始部分。当后继延时C足够短时，并且当主射油持续时间(例如区段A)是足够短的持续时间时，就可能产生一种被称为“靴子”的状态。
ECM 58能够响应操作人员的输入信号而改变指令信号S10中包含的电流波形的特性。具体地说，ECM 58可响应一个人工输入信号而改变每一电流脉冲的起始时间或称“逻辑起点”(SOL)、每一电流脉冲的终止时间或称“逻辑终点”(EOL)、每一电流脉冲的幅度、电流脉冲的形状、以及在发给燃油喷射器16的每一指令信号S10的波形里电流脉冲的数目。此外，可以由ECM58响应操作者的输入在喷射事件中调节供给到喷射器16的驱动流体的压力和/或燃油的压力。
操作人员的输入信号可通过任意数量的途径收到。例如可将诸如开关、操作杆、按钮和其它适当的人工输入设备之类的人工输入设备设置在操作站里。人工输入设备可以是在任意数量的预定位置之间可移动的，以产生相应的信号。或者，操作人员输入信号可作为由操作人员在发动机14启动或运行时所选择的软件配置来接收。
操作人员的输入可对应于所希望的目标。就是说，可通过操作人工输入设备或选择具体的软件配置，把代表所希望的目标的对应信号发送给ECM 58。这些目标可包括例如低排放物目标、节省燃油目标、降低噪声目标、高转矩输出目标、以及本技术领域已知的其它目标。这些目标可在制造或使用发动机14的过程中预先确定和设定。
如图3所示，对预定目标的选择可能影响在信号S10中发送的指令波形。具体地说，如第一波形110所示，当运转在低排放物目标下时，一个示例性波形可包括1到2个被滞后的先导脉冲(pilot pulse)、一个被滞后的主脉冲、以及1到2个滞后的后继脉冲(anchor pulse)。如第二波形112所示，当运转在节省燃油目标下时，一个示例性波形可包括一单个被提前的主脉冲。如第三波形114所示，当运转在消除噪声目标下时，一个示例性波形可包括1到2个被提前的先导脉冲和一个主脉冲。如第四波形116所示，当运转在高转矩目标下时，一个示例性波形可包括1到2个被提前的先导脉冲和一个被提前的主脉冲，其中所有的喷射脉冲都紧密相连，就可能导致“靴子”状态。
每个操作人员的目标可对应于存储在ECM 58的存储器中的并用于产生图3中举例的波形的一组具体数据。具体地说，ECM 58可以通过把发动机的各种运转状态与它的存储器中所存贮的各不同的关系图谱进行比较来确定对应的波形指令。例如，ECM 58可把诸如发动机工作转速、所希望的转速、负荷、所希望的负荷、温度、节流阀设定值、定时、燃油压力、当前的齿轮传动比、行驶速度、以及其它状态之类的状态与存储在ECM 58的存储器中的各种图谱、表格、图表、方程式、以及其它形式的数据进行比较，从而确定与所希望的目标相对应的喷射特性。存储在ECM 58中的关系图谱的一个例子可包括与干管压力、主射油和后继射油的总燃油量、主脉冲的持续时间、后继延时、以及后继脉冲持续时间有关的五维图谱。其它的图谱可包括例如喷射定时图谱、烟气限制图谱、转矩限制图谱、海拔定时或燃油限制图、以及其它适当的图谱。操作人员的每个目标可对应于这些图谱中的一组并可用于对接收人工生成的信号作出响应而确定燃油喷射特性(例如包括在信号S10中的波形指令)。
图4是描绘使燃油喷射***12工作的示例性方法的流程图。将在下一节对图4进行讨论，以进一步说明所揭示的喷射***及其工作。
工业适用性
使用燃油喷射***12，可通过改变发送到燃油喷射器件的指令波形，有利于有效地达到操作人员所希望的各种目标。具体地说，本发明的***能够基于操作人员所希望的目标确定燃油喷射定时、一个喷射事件中所喷射的总燃油量、燃油喷射压力、每个喷射事件中独立的喷射或称射油的次数、各次独立的喷射或称射油之间的时间间隔、每次喷射或称射油的持续时间、驱动流体的压力、以及喷射器波形信号的电流电平，而不管电子控制的燃油喷射器的型式、发动机的型式、以及所用燃油的种类如何。就此而言，可把与若干预定目标相对应的适当数量的数据组存储入或编程入ECM 58中，以用于发动机14的任何运转状态。可以查询存储在ECM 58的可编程存储器中的这些运转图谱、表格和/或数学方程式，以确定和控制与能够达到操作人员所希望的目标的适当喷射事件相关的各个参数。
如图4所示，把燃油喷射进发动机14的燃烧室的第一个步骤可包括监测发动机14的当前运转状态(步骤200)。监测可包括感受当前的发动机温度、当前的燃油干管压力、发动机转速、发动机负荷、节流阀位置、或其它类似的运转状态。然后，可把这些参数存储到ECM 58的存储器中以备日后查询。
在启动发动机14时，或在发动机14运转中的任一点上，ECM 58可接收代表操作人员所希望的目标的信号(步骤210)。如上所述，该目标可对应于多个预定目标中的一个目标，并可被通过人工输入设备或人工可选择的软件配置来表示。操作人员所希望的目标的不同例子可包括例如低排放物目标、节省燃油目标、降低噪声目标、高转矩目标、或任何其它合适的目标。应能设想到，可根据需要，在步骤200之前、之中或之后的任意时刻执行步骤210。
在ECM 58收到代表操作人员所希望的目标的输入信号之后，ECM 58可从存储在ECM 58的存储器中的多各数据组中选择一组对应的数据(步骤220)。如上所述，所选择的数据组可包括与达到由操作人员人工选择的特定目标具体关联的一个或多个图谱、表格、图表、方程式或其它形式的数据。一旦选择了数据组，ECM 58就可利用这些数据连同所监测到的发动机运转状态而产生波形指令(步骤230)。产生波形指令的步骤，除其它方面之外，可包括确定喷射脉冲的次数、每个喷射脉冲的定时、作为喷射脉冲的结果的燃油喷射总量、各个独立的脉冲之间的时间间隔、以及每个脉冲的持续时间。一旦波形指令已经生成，就可将它以信号S10的形式发送给燃油喷射器16。
从以上说明可明显地看出，燃油喷射***12的某些方面并不受本文所列举的各个例子的具体细节所限定，所以，应能设想到，熟悉本技术领域的人可以做出其它的变型和应用，或进行等效替换。因此，所附权利要求涵盖所有此类没有偏离本发明的精神实质和范围的变型和应用。
从研究附图、说明书和后附权利要求书，可以看出本发明的其它方面、目的和优点。

Claims (10)

1、一种用于有一燃烧室的发动机的燃油控制***包括：
一加压流体源；
一燃油喷射器件，它构造成可接收所述加压的流体并响应一燃油喷射指令信号而将燃油喷进所述发动机的燃烧室；以及
一与所述燃油喷射器件通讯的控制器，该控制器构造成：
可接收代表一操作人员所希望的目标的一输入信号；
从存储在所述控制器的一存储器中的多组数据中选择一组对应于操作人员所希望的目标的数据；以及
从所选择的该组数据以及所述发动机的至少一个当前运转状态来确定所述燃油喷射指令信号。
2、如权利要求1所述的燃油控制***，其特征在于，所述输入信号包括一可人工选择的软件配置。
3、如权利要求1所述的燃油控制***，其特征在于，所述输入信号可被通过可在多个位置之间人工移动的一输入设备来接收，所述多个位置中的每一个位置与一个预定的操作人员所希望的目标相对应。
4、如权利要求1所述的燃油控制***，其特征在于，所述多组数据中的每一组与一个预定的操作人员所希望的不同目标相对应。
5、如权利要求4所述的燃油控制***，其特征在于：
所述多组数据中的一组对应于一低排放物目标；
所述多组数据中的一组对应于一降低噪声目标；以及
所述多组数据中的一组对应于一节油目标。
6、如权利要求1所述的燃油控制***，其特征在于，所述控制器被构造成能够通过确定一单个喷射事件中的若干喷射脉冲来确定燃油供给信号。
7、如权利要求6所述的燃油控制***，其特征在于，所述控制器被构造成还能通过确定一个在多脉冲喷射事件中的每个燃油喷射脉冲的持续时间、以及所述各喷射脉冲之间的延时来确定所述燃油供给信号。
8、如权利要求1所述的燃油控制***，其特征在于，每组数据包括至少一个燃油定时图谱、至少一个转矩限制图和至少一个烟气限制图谱。
9、如权利要求8所述的燃油控制***，其特征在于，每组数据还包括一个至少与供给到所述燃油喷射器件的流体压力、在一单个喷射事件中供给的总燃油量以及主喷射脉冲持续时间有关的关系图谱。
10、一种使一种燃油控制***工作的方法包括：
对流体进行加压并将加压的流体输送到一燃油喷射器件；
接收代表操作人员所希望的目标的一输入信号；
从多个数据组中选择一个与操作人员所希望的目标相对应的一组数据；
从所选择的该组数据和发动机的至少一个当前运转状态来确定燃油供给特性；
产生代表所述燃油供给特性的一喷射指令信号；以及
将所述喷射指令信号发送到所述燃油喷射器件。
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