燃料系统控制

摘要

本发明涉及一种通过确定压力释放阀(18)的打开并起动用于阀的重新就座策略来控制燃料系统(10)的方法。燃料系统包括高压燃料源(15)和具有流体联接到高压燃料源(15)的至少一个入口和至少一个出口的压力释放阀(18)。该方法包括连续测量燃料源中的燃料压力、通过比较测量压力与多个预设压力阈值来确定压力释放阀是否位于打开位置以及如果确定压力释放阀位于打开位置则产生打开信号的步骤。

权利要求

1.一种控制发动机的燃料系统的方法，所述燃料系统包括：高压燃料源；

压力释放阀，其具有至少一个出口和流体联接到高压燃料源的至少一个入口；

所述压力释放阀具有燃料不能从至少一个入口经过到至少一个出口的关闭位置和燃料能够从至少一个入口经过到至少一个出口的至少一个打开位置；

其中压力释放阀被致动，使得在燃料源中的燃料压力超过阀打开压力时，燃料压力造成压力释放阀运动到第一打开位置；

所述方法包括如下步骤：

连续测量燃料源中的燃料压力；

通过确定测量压力是否等于或大于预设压力阈值来确定压力释放阀是否位于打开位置，预设压力阈值设定为阀打开压力；以及如果确定压力释放阀位于打开位置，则产生打开信号；

所述方法还包括比较测量压力与预设高压阈值的步骤，以及确定测量压力是否降低到预设高压阈值以下长达预设第一时间周期的步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量压力与多个预设压力阈值比较。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括比较测量压力与预设低压阈值的步骤，以及确定测量压力是否在预设第一时间周期内降低到预设低压阈值以下的步骤。

4.根据权利要求1或3所述的方法，还包括比较测量压力与预设低压阈值的步骤，以及确定测量压力是否降低到预设低压阈值以下长达预设第二时间周期的步骤。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括在测量压力降低到预设高压阈值以下长达预设第一时间周期并降低到预设低压阈值以下长达预设第二时间周期的情况下产生阀打开信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，燃料系统还包括用于将加压燃料供应到高压燃料源的高压燃料泵；其中阀打开信号用来停止高压燃料泵的操作，使得燃料源中的燃料压力减小，并允许压力释放阀运动到其关闭位置。

7.根据权利要求6所述的方法，还包括比较测量压力与预设低压阈值并且如果测量压力降低到预设低压阈值以下则再次接通高压泵直到测量压力达到预设调节压力极限使得发动机以最低水平继续操作的步骤。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，预设高压阈值低于阀打开压力。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，预设低压阈值低于打开压力和预设高压阈值。

10.根据权利要求3所述的方法，还包括在出现以下任一状况的情况下重新启动权利要求1、3、4和5中的一个或多个步骤：a)在预设第一时间极限的过程中，测量燃料压力超过预设高压阈值；

b)测量燃料压力降低到预设低压阈值以下，并且在启动第一预设时间周期之后，流逝的时间小于预设最小时间极限；

c)如果检测到超出传感器范围的测量压力样本；

d)如果测量压力升高到预设低压阈值以上。

11.一种用于发动机的燃料系统，包括：

高压燃料源；

压力释放阀，其具有至少一个出口和流体联接到高压燃料源的至少一个入口；

所述压力释放阀具有燃料不能从至少一个入口经过到至少一个出口的关闭位置和燃料能够从至少一个入口经过到至少一个出口的至少一个打开位置；其中压力释放阀被致动，使得在燃料源中的燃料压力超过阀打开压力时，燃料压力造成压力释放阀运动到第一打开位置；

监视装置，其用于测量燃料源中的燃料压力；以及

控制器，其能够通过确定测量压力是否等于或大于预设压力阈值来确定压力释放阀何时位于打开位置，并且如果确定压力释放阀位于打开位置则产生阀打开信号，预设压力阈值被设定成阀打开压力；

控制器还被构造成比较测量压力与预设高压阈值，并且确定测量压力是否降低到预设高压阈值以下长达预设第一时间周期。

12.根据权利要求11所述的燃料系统，还包括用于将加压燃料供应到高压燃料源的高压燃料泵，其中阀打开信号停止高压燃料泵的操作，使得燃料源中的燃料压力减小，并且允许压力释放阀运动到其关闭位置。

13.根据权利要求11所述的燃料系统，其中，预设高压阈值低于阀打开压力。

14.根据权利要求11所述的燃料系统，其中，预设低压阈值设置成低于打开压力和预设高压阈值。

说明书

燃料系统控制

技术领域

[0001] 本发明涉及例如燃烧发动机的发动机中的燃料系统控制的改进，并具体涉及通过确定压力释放阀的打开并起动用于阀的重新就座策略来控制燃料系统的方法。

背景技术

[0002] 许多不同的燃料系统用来将燃料引入发动机的燃烧室。一种燃料系统已知为共轨系统。典型的共轨燃料系统采用一个或多个泵送机构来加压燃料并将加压燃料引导到公共歧管(也已知为共轨)，公共歧管提供加压燃料源。多个燃料喷射器从共轨抽吸加压燃料，并在每个循环将燃料的一个或多个射流喷射到燃烧室中。为了优化发动机操作，共轨中的燃料经过泵送机构的准确控制而保持在希望的压力范围内。

[0003] 会出现这样的情况，其中这种准确控制被中断，出现压力波动或峰值或者燃料系统的多个部分失效。在这些情况下，存在共轨中的燃料压力可以达到可能损害燃料系统的部件的水平的可能性。保护共轨不受这种过大压力影响的一种方式在于在共轨内的燃料压力超过预定最大阈值时选择性地从共轨排放燃料。但是，如果过多燃料排放，共轨中的燃料压力会降低到某种最小压力(燃料喷射器和发动机将能够以至少受限制的操作模式或“跛行回家”模式继续操作的压力)以下，并且发动机会关闭。如果发动机突然关闭，机器、卡车或通过发动机供能的设备的其他部件会留置在不希望的状态、位置或地点。此外，根据导致燃料系统中的过大压力的一个或多个问题，燃料需要从共轨排放以保持所需最小压力的速度会改变。

[0004] 将压力释放阀(或限制器)结合到这种燃料系统中有助于减轻、减小或甚至消除过大流体压力在共轨上的不利影响。在系统中的流体压力超过最大阈值时，压力释放阀打开并允许流体从共轨排放，由此降低共轨中的流体压力。流体压力可降低到刚好足以保护共轨，而不产生不稳定性或使系统完全停用。这意味着发动机可以一直操作。

[0005] US-A-2011/0094476描述一种结合压力释放阀的燃料供应系统。压力释放阀包括容纳在具有流体入口和两个流体出口的主体内的可动阀构件和弹性构件。弹性构件将阀构件偏置到流体入口与第一出口和第二出口流体阻断的第一(关闭)位置。阀还具有入口流体联接到第一出口但不联接到第二出口的第二(打开)位置以及入口流体联接到第一出口和第二出口两者的第三(打开)位置，与第二位置相比，第三位置允许更大流量的流体离开共轨。

[0006] 已经确定压力释放阀的打开检测用来帮助找到低燃料轨压力问题。还可以用来触发试图关闭压力释放阀以启用由发动机驱动的机器的连续使用的过程。还认识到存在造成压力释放阀打开的一些瞬时状况，例如过滤器更换过程中空气侵入，造成共轨压力过量，这可以快速解决，在这种情况下，希望缩短阀重新就座的时间，并由此减小由于发动机突然失去动力而对于机器操作者的影响。

发明内容

[0007] 根据本发明，提供一种控制发动机的燃料系统的方法，所述燃料系统包括：

[0008] 高压燃料源；

[0009] 压力释放阀，其具有流体联接到高压燃料源的至少一个入口和至少一个出口；

[0010] 所述压力释放阀具有燃料不能从至少一个入口经过到至少一个出口的关闭位置和燃料能够从至少一个入口经过到至少一个出口的至少一个打开位置；

[0011] 所述方法包括如下步骤：

[0012] 连续测量燃料源中的燃料压力；

[0013] 通过比较测量压力与至少一个预设压力阈值来确定压力释放阀是否位于打开位置；以及如果确定压力释放阀位于打开位置，则产生打开信号。

[0014] 本发明还提供一种用于发动机的燃料系统，所述燃料系统包括：

[0015] 控制发动机的燃料系统的方法，所述燃料系统包括：

[0016] 高压燃料源；

[0017] 压力释放阀，其具有流体联接到高压燃料源的至少一个入口和至少一个出口；

[0018] 所述压力释放阀具有燃料不能从至少一个入口经过到至少一个出口的关闭位置和燃料能够从至少一个入口经过到至少一个出口的至少一个打开位置；

[0019] 其中压力释放阀被致动，使得在燃料源中的燃料压力超过阀打开压力时，燃料压力造成压力释放阀运动到第一打开位置；

[0020] 所述方法包括如下步骤：

[0021] 连续测量燃料源中的燃料压力；

[0022] 通过确定测量压力是否等于或大于预设压力阈值来确定压力释放阀是否位于打开位置，预设压力阈值设定为阀打开压力；以及

[0023] 如果确定压力释放阀位于打开位置，则产生打开信号。

附图说明

[0024] 图1是结合压力释放阀的燃料系统的示意图；

[0025] 图2是示出位于关闭位置的压力释放阀的横截面前立视图；以及

[0026] 图3是示出轨压力信号的图示。

具体实施方式

[0027] 图1示出燃料系统10的一种示例性实施方式。燃料系统10被设计成将燃料(例如柴油、汽油、重燃料等)从燃料存储的地点递送到发动机11的燃烧室(在其中燃烧)。通过燃烧过程释放的能量通过发动机11获得并用来产生机械功率源。虽然图1示出用于柴油发动机的燃料系统，本发明的燃料系统10可以是任何类型的发动机(例如内燃发动机，例如气态燃料或汽油发动机、涡轮等)的燃料系统。图1的燃料系统10可包括例如罐12的燃料源、输送泵13、高压泵14、共轨15、多个燃料喷射器16、电子控制模块(ECM)17和压力释放阀18。

[0028] 罐12通常是存储燃料系统10将递送到发动机11的燃料的存储容器。输送泵13从罐12泵送燃料，并通常以低压使其递送到高压泵14。高压泵14将燃料加压到高压，并将燃料递送到共轨15。用来保持在高压泵14产生的高压的共轨15用作每个燃料喷射器16的高压燃料源。燃料喷射器16在启用燃料喷射器16以便将高压燃料喷射到发动机11的燃烧室(或在一些情况下燃烧室上游的预燃室或端口)的位置定位在发动机11中。燃料喷射器16通常用作计量装置，其控制燃料何时喷射到燃烧室中、喷射多少燃料以及燃料喷射的方式(例如喷射燃料的角度、喷射型式等)。每个燃料喷射器16从共轨15连续供应燃料，使得燃料喷射器16喷射的任何燃料通过共轨15供应的附加燃料快速更换。ECM 17是控制模块，其从与发动机
11的多种系统(包括燃料系统10)相关的传感器接收指示这些多种系统的操作状况(例如共轨燃料压力、燃料温度、节流装置位置、发动机速度等)的多个输入信号。ECM 17使用输入信号来控制燃料系统10，尤其包括控制高压泵14和每个燃料喷射器16的操作。燃料系统10的总体目的在于确保燃料以适当的量、正确时刻和正确方式恒定地供应到发动机11，以支持发动机11的操作。

[0029] 压力释放阀(PRV)18是在共轨15中的燃料压力超过某个阈值大小时选择性地从共轨15经由排放管线19将燃料引导到罐12的部件或组件，这将取决于每个特定燃料系统的性能。

[0030] 压力释放阀的构造可以是任何适当构造。如US-A-2011/0094476,详细描述的一种适当(但不是限制)构造在图2中示出。在这种构造中，压力释放阀18包括主体20、阀构件21和例如弹簧的弹性构件22。

[0031] 主体20是容纳阀构件21和弹性构件22的大致刚性构件或组件，并限定允许燃料从高压区域(例如共轨15)流到低压区域(例如罐12)的流动通道。主体20可包括孔口23、至少一个入口24、至少一个出口(包括第一出口25，并且也可以是第二出口26)以及弹簧室27。

[0032] 孔口23可被构造成接收阀构件21的至少一部分。孔口23可包括远端29和靠近弹簧室27定位的近端28。在远端29处，孔口23可包括被构造成通过阀构件21的端部接合以形成防止(或大致防止)任何流体从阀构件21附近的入口流入第一出口25的密封界面的座表面30。

[0033] 入口24可以是通道、导管或主体20内的通入孔口23并用来将共轨15流体联接到孔口23的其他开口。入口24可以在径向上进入孔口23。

[0034] 第一出口25可以是通道、导管或主体20内的用来经由排放管线19将孔口23流体联接到罐12的其他开口。第一出口25可以靠近孔口23的远端29定位，并可以定位在座表面30的与入口24相对的一侧上。因此，阀构件21与座表面30的接合使入口24与第一出口25流体阻断。

[0035] 第二出口26可以是通道、导管或主体20内的用来经由排放管线19将孔口23流体联接到罐12的开口。第二出口26可以大致靠近孔口23的近端28定位，从而沿着孔口23的长度，入口24定位在第一出口25和第二出口26之间。为了辅助燃料从绕着孔口23周边的不同位置流入第二出口26，环形或周向凹槽31可以设置在孔口23内。

[0036] 弹簧室27是主体20内的被构造成接收阀构件21和弹性构件22的一部分的开口或腔。

[0037] 压力释放阀18可以联接在燃料系统10内，使得入口24与共轨15流体连通，从而从中接收燃料，并且第一出口25和第二出口26都最终经由排放管线19联接到罐12。

[0038] 工业实用性

[0039] 在燃料系统10的操作过程中，输送泵13从罐12抽吸燃料，并将燃料提供给高压泵14。高压泵14将燃料加压到高压，并将高压燃料引导到共轨15。燃料接着从共轨15引导到每个燃料喷射器16。

[0040] 来自共轨15的燃料将经由入口24进入压力释放阀18的孔口23。在阀构件21位于第一(关闭)位置(图2所示)时，通过弹性构件22提供的力等于共轨15内的燃料压力。在共轨20内的压力超过某个阈值压力(称为“阀打开压力”)时，它产生超过弹性构件22提供的偏置力的打开力，并且阀构件21将运动离开座表面30到第二(打开)位置，并且其之间的密封将被破坏。在阀构件21运动到此第二位置时，允许燃料排放到第一出口25内。

[0041] 根据弹性构件22的特性(例如压缩弹簧情况下的弹簧常数k)、试图经过压力释放阀18的燃料流量和第一出口25的尺寸，阀构件21下方的压力可升高到造成阀构件21进一步远离座表面30运动到第三(打开)位置的水平。在阀构件21运行到此第三位置时，它足够地提升，以允许入口24与第二出口26流体连通。因此，在阀构件21到达第三位置时，形成用于燃料的第二出口，使得更大流量的燃料经过压力释放阀18到罐12。

[0042] 一旦阀构件21运动离开第一(关闭)位置，它将不再次关闭，直到阀构件21下方作用的燃料压力产生的力小于弹性构件22提供的偏置力。将允许阀构件21关闭的压力(称为“阀关闭压力”)的大小将取决于弹性构件22提供的偏置力和孔口面积的尺寸。

[0043] 根据本发明，电子控制模块(ECM)17提供控制燃料系统的方法，该方法包括如上所述在燃料轨压力超过阀打开压力时出现的确定压力释放阀18是否已经打开的步骤。在已经确定压力释放阀18已经打开时，EMC 17通过控制高压泵14的操作来将共轨15内的压力调节到低轨压力(即称为“调节打开压力”)，低轨压力也足以允许发动机以最小水平(例如以“跛行回家”模式)继续运转。

[0044] 经过馈送到ECM 17的轨压力的分析，如果ECM 17确定许多特殊特征存在，将认为指示压力释放阀18已经打开。这些特征是：

[0045] a)共轨15(或其他加压燃料源)中的测量压力足够高以使压力释放阀18打开，即该压力超过阀打开压力；

[0046] b)测量压力随后快速降低到调节打开压力；以及

[0047] c)测量压力保持在调节打开压力处或以下。

[0048] 如果这些特征都存在，则确定压力释放阀18已经打开并且可以起动阀关闭过程。

[0049] 这在图3的图示中表示，图3表示相对于时间的测量燃料压力(MPa)。ECM 17通过许多参数编程，以启用这种确定，即高压阈值；低压阈值；最大时间极限(最大定时器)；最小时间极限(最小定时器)以及低阈值去反跳周期。

[0050] 在所示(非限制)例子中，高压阈值设置在220MPa的级别，其可以在阀打开压力以下，在此例子中为250MPa的阀打开压力以下大约30MPa。高压阈值设置成阀打开压力以下，因为如果压力释放阀18保持多次打开，阀打开压力由于阀就座表面30的机械磨损而降低。高压阈值设置成低于阀打开压力的另一原因是由于测量压力的离散采样，峰值压力点会变得混淆。在所示例子中，最大时间极限设置在80毫秒，最小时间极限设置在20毫秒，并且低阈值去反跳周期设置在200毫秒。

[0051] 下面的控制逻辑通过ECM 17使用以确定该特征是否存在以及压力释放阀18是否已经打开。

[0052] 对于下面一系列状况进行检查：

[0053] 测量压力降低到预设高压阈值以下。在出现这种情况时，启动两个定时器(最大定时器和最小定时器)，并且监视测量压力以确定压力是否降低到预设低压阈值以下。在测量压力降低到阀打开压力以下时，定时器可交替启动。

[0054] 如果在最大定时器达到预设最大时间极限之前测量压力降低到预设低压阈值以下，暂时确定压力释放阀18已经打开。

[0055] 压力释放阀18的打开接着通过在预设低压阈值去反跳周期过程中检查测量压力保持在预设低压阈值以下来确认。

[0056] 如果都满足以上的三个状况，如图3所示，接着压力释放阀18被确认为已经打开并通过ECM 17产生信号。

[0057] 进行连续检查以便在出现以下特征时重设所述一系列状况，这导致压力释放阀18没有打开的确定：

[0058] 在预设最大时间极限过程中在测量压力超过预设高压阈值时，那么重设最大定时器；

[0059] 如果在最大定时器已经起动之后，测量压力降低到低压阈值以下，并且流逝的时间小于预设最小定时器时间极限。这有利地防止由于电传感器故障或噪音信号造成的错误触发。

[0060] 如果检测到脱离传感器范围压力样本，则通过重设定时器来停用压力释放阀18的打开检测。

[0061] 如果测量压力升高到预设低轨压力阈值以上，则重设定时器。

[0062] 由于燃料流过压力释放阀18，在测量压力降低足够低时，压力释放阀18关闭。在ECM 17检测到压力释放阀18已经打开并且产生阀打开信号时，通过ECM 17可以启动关闭压力释放阀18的策略。

[0063] a)用于高压泵控制的组成项(integral term)重设为零，直到测量压力降低到低轨压力阈值以下。在燃料流处于最大需求时，此阈值在关闭压力释放阀18所需的压力(关闭压力)以下。此动作具有停止高压泵14泵送的效果。在测量压力降低到关闭压力以下时，这允许压力释放阀18关闭，并且测量压力将继续降低，直到测量压力降低到低压阈值以下。

[0064] b)高压泵14接着允许重新开始(组成项不再设置成零)，以使轨压力增加，最初以适用于所需轨压力的最大极限。这种减小的最大压力极限避免加压燃料源中的过大压力过量，同时通过高压燃料泵关闭回路控制器来重新得到泵控制。

[0065] 虽然上面已经结合共轨燃料系统描述了压力释放阀18的控制，其也可用于多种不同流体系统的任一流体系统中，并与多种不同流体的任一种流体一起使用。例如，压力释放阀可以与其他类型的燃料系统、润滑系统、作业工具致动系统、传输系统、冷却系统和希望受到保护不受过大压力影响的其他液压系统一起使用。

[0066] 本发明的控制系统提供压力释放阀打开的更可靠确定和更快速的重新就座策略。如果压力释放阀打开会出现的问题可以被自动解决或用来通过报警灯形成事件或缓解(即减小最大发动机燃料极限，其用来保护发动机10，并且还为操作者提供修复故障的动机)，该策略避免了对于机器操作者造成的事件。