RU2396455C1

RU2396455C1 - Method to control characteristics of injecting fuel into ice combustion chamber and system to this end

Info

Publication number: RU2396455C1
Application number: RU2008143049/06A
Authority: RU
Inventors: Михаил Георгиевич Крупский (RU); Михаил Георгиевич Крупский; Эдуард Валентинович Широких (RU); Эдуард Валентинович Широких; Валерий Евгеньевич Кузин (RU); Валерий Евгеньевич Кузин
Priority date: 2008-10-30
Filing date: 2008-10-30
Publication date: 2010-08-10
Also published as: RU2008143049A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: separate control is performed over fuel injection characteristics: fuel feed phase are controlled via fuel by-passing performed by main bypass valve with valve frequency-pulse electric controlled travel, while differential characteristics, i.e. pressure amplitude and injection forward and rear front laws, are controlled by fuel by-passing effected by means of additional bypass valve with amplitude electric control over valve travel. Proposed system comprises HP fuel pump and nozzle between which arranged are the main large flow section bypass valve with normally-open gate and electromagnetic drive and extra low-flow-rate bypass valve with normally-open gate furnished with piezoelectric drive. Besides said system comprises ACS to generate control frequency-pulsed electric signal for main large flow section bypass valve, complying with engine operating conditions gate drive, that incorporates module to generate control amplitude electric signal for extra low-flow-rate bypass valve with normally-open gate furnished with piezoelectric drive. Note here that said ACS comprises engine mode feedbacks controlled by standard transducers and main large flow section bypass valve gate travel feedback controlled by gate travel transducer. Note also that said module is functionally coupled with ACS and extra low-flow-rate bypass valve piezoelectric drive and incorporates extra bypass valve gate travel and fuel-pressure-ahead-of-nozzle feedbacks. For this, proposed system incorporates additionally travel transducers of both main and extra bypass valves and transducer of fuel pressure ahead of nozzle.

EFFECT: higher quality of fuel mixing in combustion chamber in wide range of engine operating conditions.

2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к объекту машиностроения, а именно двигателестроению, и, в частности, к управлению характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания (КС) двигателя внутреннего сгорания (ДВС).The invention relates to an object of mechanical engineering, namely engine building, and, in particular, to controlling the characteristics of fuel injection into the combustion chamber (CS) of an internal combustion engine (ICE).

Известен способ управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя внуреннего сгорания (патент РФ №2295049, з. 12.05.2005) (аналог), снабженного системой топливоподачи с топливным насосом высокого давления и форсункой, между которыми установлен перепускной клапан с электрическим управлением его затвора, а также снабженного системой автоматического управления работой клапана, электрически связанной с генератором управляющих импульсов и имеющей обратные связи по режимным параметрам двигателя, контролируемых блоком датчиков, заключающийся в прекращении впрыскивания топлива открытием затвора и возобновлением впрыскивания закрытием затвора при подаче на его электропривод соответствующего электрического сигнала, сформированного генератором электрических импульсов по результатам контроля режимных параметров двигателя, при этом заданным значением давления впрыска топлива во времени управляют путем изменения величины эффективного сечения щели перепускного клапана, определяемого величиной остаточного между затвором и седлом зазора, обеспечиваемого дифференциальной характеристикой управляющего электрического сигнала, подаваемого на электропривод затвора.A known method of controlling the characteristics of fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine (RF patent No. 2295049, p. 12.05.2005) (analogue) equipped with a fuel supply system with a high pressure fuel pump and nozzle, between which a bypass valve with electric control of its shutter is installed, as well as equipped with an automatic control system of the valve operation, electrically connected to the control pulse generator and having feedback on engine operating parameters controlled by the unit sensors, which consists in stopping the injection of fuel by opening the shutter and restarting the injection by closing the shutter when a corresponding electrical signal generated by the electric pulse generator is fed to its electric drive according to the results of monitoring the engine operating parameters, while the set value of the fuel injection pressure in time is controlled by changing the effective gap section the bypass valve, determined by the residual gap between the valve and the seat, provides th differential characteristic electrical control signal applied to the shutter actuator.

Известна система управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2295049, з. 12.05.2005) (аналог), содержащая топливный насос высокого давления и форсунку, между которыми установлен перепускной клапан с электрическим управлением его затвора, открытием которого прекращают впрыск топлива, а закрытием возобновляют его, а также систему автоматического управления работой клапана, электрически связанную с генератором управляющих импульсов и снабженную обратными связями по режимным параметрам двигателя, контролируемых блоком датчиков, в которой в качестве привода затвора перепускного клапана применен пьезоэлектрический привод, а система автоматического управления дополнительно снабжена датчиками перемещения затвора перепускного клапана и давления топлива перед форсункой.A known system for controlling the characteristics of fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine (RF patent No. 2295049, p. 12.05.2005) (analogue), comprising a high-pressure fuel pump and nozzle, between which a bypass valve is installed with an electric control of its shutter, the opening of which is stopped fuel injection, and closing it, resume it, as well as an automatic valve control system electrically connected to the control pulse generator and provided with feedbacks on the operating pairs Engine meters controlled by the sensor unit, wherein as the actuator of the bypass valve body is applied a piezoelectric actuator, and an automatic control system is further provided with displacement sensors shutter bypass valve and the fuel pressure before the nozzle.

Недостатками известных способа и устройства являются сложность управления характеристиками впрыскивания при малых цикловых подачах топлива на режимах частичных нагрузок и невозможность управления задним и, что особенно необходимо, передним фронтом впрыска, что очень важно для обеспечения качественного смесеобразования во всем диапазоне нагрузочных режимов двигателя.The disadvantages of the known method and device are the difficulty of controlling the injection characteristics at low cyclic fuel supply at partial load modes and the inability to control the rear and, what is especially necessary, front of the injection front, which is very important to ensure high-quality mixture formation in the entire range of engine load conditions.

Это обусловлено тем, что практически невозможно обеспечить точные микроперемещения затвора при малых значениях остаточного зазора, что необходимо для регулирования малых значений эффективного сечения щели перепускного клапана. Это объясняется тем, что для обеспечения больших проходных сечений щели перепускного клапана при малых временных интервалах впрыска топлива на режимах максимальных нагрузок двигателя необходимо применять затвор относительно большого диаметра, что, с одной стороны, вызывает увеличение массы подвижных элементов перепускного клапана и, как следствие, увеличение сил инерции, что, в свою очередь, ухудшает динамические качества перепускного клапана и не позволяет получать требуемое быстродействие для изменения переднего и заднего фронтов впрыска топлива, а, с другой стороны, обусловливает острую (крутую) характеристику регулирования малых эффективных сечений щели перепускного клапана в зависимости от величины остаточного между седлом и затвором зазора, что также не позволяет управлять передним и задним фронтами впрыска во всем диапазоне нагрузочных режимов двигателя и амплитудой давления впрыска в области малых нагрузок и холостого хода.This is due to the fact that it is practically impossible to ensure accurate micro-movements of the shutter at small values of the residual gap, which is necessary to control small values of the effective cross-section of the slit of the bypass valve. This is explained by the fact that to ensure large cross-sections of the bypass valve slit for small time intervals of fuel injection at maximum engine load conditions, it is necessary to use a valve of a relatively large diameter, which, on the one hand, causes an increase in the mass of moving elements of the bypass valve and, as a result, an increase forces of inertia, which, in turn, degrades the dynamic qualities of the bypass valve and does not allow to obtain the required speed for changing the leading and trailing edges fuel injection, and, on the other hand, determines the sharp (steep) characteristic of regulating the small effective cross sections of the bypass valve slit depending on the residual gap between the seat and the shutter, which also does not allow controlling the front and rear edges of the injection in the entire range of engine load conditions and the amplitude of the injection pressure in the field of low loads and idle.

Используемый при этом пьезоэлектрический привод затвора, выполняя функцию регулируемого упора, обеспечивает работу перепускного клапана в режиме дросселя с регулируемым проходным сечением, однако в области малых эффективных сечений щели такой перепускной клапан вследствие большого диаметра затвора оказывается весьма грубым для регулирования малых цикловых подач и осуществления короткофазного перепуска микродоз топлива с целью регулирования переднего и заднего фронтов впрыска, поэтому такой перепускной клапан во всем диапазоне регулирования щели практически работает в релейном режиме и фактически может обеспечивать регулирование фаз и амплитуды давления впрыска только при цикловых подачах, соответствующих режимам максимальных нагрузок двигателя.The piezoelectric shutter drive used in this case, acting as an adjustable stop, ensures the operation of the bypass valve in the throttle mode with an adjustable flow cross-section, however, in the region of small effective cross-sections of the slit, such a bypass valve, due to the large diameter of the shutter, is very rough for controlling small cyclic feeds and performing short-phase bypass microdose of fuel in order to control the front and rear fronts of the injection, therefore, such a bypass valve in the entire range of gap control practically works in the relay mode and, in fact, can provide regulation of the phases and amplitudes of injection pressure only at cyclic feeds corresponding to the maximum engine load conditions.

Известен способ управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания ДВС (патент РФ №2231672, з. 24.07.2002 г.) (прототип), снабженного системой топливоподачи с топливным насосом высокого давления и форсункой, между которыми установлен перепускной клапан с электрическим управлением его затвора, в также снабженного системой автоматического управления работой клапана, электрически связанной с генератором управляющих импульсов и имеющей обратные связи по режимным параметрам двигателя, контролируемых блоком датчиков, заключающийся в том, что впрыск топлива прекращают открытием затвора перепускного клапана или возобновляют его путем закрытия затвора, подавая на его электропривод соответствующий электрический сигнал, сформированный генератором электрических импульсов по результатам контроля режимных параметров двигателя.A known method of controlling the characteristics of the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine (RF patent No. 2231672, July 24, 2002) (prototype) equipped with a fuel supply system with a high-pressure fuel pump and nozzle, between which a bypass valve with electric control of its shutter is installed, in also equipped with a system for automatically controlling the operation of the valve, electrically connected to the generator of control pulses and having feedback on the operating parameters of the engine controlled by the sensor unit, comprising in that the fuel injection is stopped opening bypass valve shutter or renew it by closing the shutter by energizing its respective electrical drive signal generated by the generator of electrical pulses on the results of the control regime of engine parameters.

Известная система управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания (патент РФ №2231672, з. 24.07.2002 г.) (прототип) снабжена топливным насосом высокого давления и форсункой, между которыми установлен перепускной клапан с электрическим управлением, открытием затвора которого прекращают подачу топлива в камеру сгорания, а закрытием - возобновляют ее, при этом в качестве привода затвора используют электромагнит, и, кроме того, содержит систему автоматического управления, электрически связанную с генератором управляющих импульсов и блоком датчиков, осуществляющих обратные связи системы автоматического управления с режимными параметрами двигателя внутреннего сгорания.The known control system for the characteristics of the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine (RF patent No. 2231672, July 24, 2002) (prototype) is equipped with a high pressure fuel pump and nozzle, between which an bypass valve with electric control is installed, the shutter opening of which is stopped the fuel supply to the combustion chamber, and by closing it is renewed, while an electromagnet is used as a shutter drive, and, in addition, it contains an automatic control system electrically connected to the generator of control pulses and a block of sensors that provide feedback of the automatic control system with the operating parameters of the internal combustion engine.

Недостатки известных способа и устройства заключаются в том, что они не позволяют управлять величиной давления впрыскивания топлива в камеру сгорания при постоянной частоте вращения коленчатого вала, что очень важно для обеспечения качественного смесеобразования в диапазоне малых нагрузок и холостого хода двигателя. Это объясняется тем, что изменение амплитуды давления впрыска практически можно обеспечить только изменением площади проходного сечения щели (осточного зазора) перепускного клапана между затвором и его седлом, что не обеспечивается электромагнитным приводом, который традиционно управляется электрическими сигналами, формируемыми генератором импульсов по принципу широтно(частотно)-импульсной модуляции. При этом система обеспечивает изменение фаз и продолжительность впрыска за счет соответствующего изменения фаз открытия и закрытия затвора и продолжительности его выстоя, но не позволяет изменять (ограничивать по определенному закону) величину хода затвора (остаточного зазора) в процессе его перемещения вследствие большой инерционности подвижных звеньев перепускного клапана-затвора совместно с якорем электромагнита, так как при этом для обеспечения среднего значения амплитуды давления впрыска требуется значительное увеличение частоты управляющих импульсов с малым коэффициентом их заполнения. Использование принципа амплитудной модуляции управляющих сигналов также не позволяет управлять величиной хода затвора (остаточным зазором перепускного клапана) вследствие другой особенности мощного электромагнитного привода с торцевым якорем, заключающейся в резком снижении его тягового усилия при незначительном увеличении зазора между якорем и статором электромагнита, что не позволяет обеспечивать устойчивую работу затвора в режиме изменения величины его хода и, тем самым, не позволяет обеспечить надежность управления величиной давления впрыска топлива.The disadvantages of the known method and device are that they do not allow you to control the pressure of the fuel injection into the combustion chamber at a constant speed of the crankshaft, which is very important to ensure high-quality mixture formation in the low load range and engine idle. This is explained by the fact that a change in the injection pressure amplitude can practically be achieved only by changing the area of the orifice of the slit (remaining gap) of the bypass valve between the valve and its seat, which is not provided by an electromagnetic drive, which is traditionally controlled by electrical signals generated by a pulse generator according to the latitudinal (frequency ) -pulse modulation. Moreover, the system provides a change in phases and duration of injection due to a corresponding change in the phases of opening and closing the shutter and the duration of its standstill, but it does not allow you to change (limit by a certain law) the stroke of the shutter (residual clearance) during its movement due to the large inertia of the moving bypass links the shutter valve together with the armature of the electromagnet, since in this case a significant increase in the hour is required to ensure the average value of the amplitude of the injection pressure Ota control pulses of low duty cycle. Using the principle of amplitude modulation of control signals also does not allow to control the gate stroke (residual gap of the bypass valve) due to another feature of a powerful electromagnetic drive with an end armature, which consists in a sharp decrease in its traction force with a slight increase in the gap between the armature and the electromagnet stator, which does not allow stable operation of the shutter in the mode of changing the magnitude of its stroke and, thus, does not allow for reliable control of the value fuel injection pressure.

Целью изобретения является повышение качества смесеобразования в камере сгорания в широком диапазоне эксплуатационных режимов работы двигателя за счет расширения технологических возможностей системы управления характеристиками впрыскивания топлива.The aim of the invention is to improve the quality of mixture formation in the combustion chamber in a wide range of operating modes of the engine by expanding the technological capabilities of the fuel injection characteristics control system.

Поставленная цель достигается тем, что в способе управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, снабженного системой топливоподачи с топливным насосом высокого давления и форсункой, соединенных нагнетательной магистралью, в которой установлен полнорасходный перепускной клапан с электрическим управлением его затвора, осуществляемым в соответствии с режимными параметрами двигателя, путем прекращения впрыскивания топлива открытием затвора и возобновлением впрыскивания закрытием затвора при подаче на его электропривод соответствующих электрических сигналов, сформированных системой автоматического управления по результатам контроля режимных параметров двигателя, фазами впрыска управляют закрытием и открытием затвора полнорасходного перепускного клапана, работающего в релейном режиме, а амплитудой давления и законами переднего и заднего фронтов впрыска управляют путем изменения величины проходного эффективного сечения дополнительного малорасходного электроуправляемого перепускного клапана, работающего в режиме регулируемого дросселя и установленного в нагнетательной магистрали последовательно с полнорасходным перепускным клапаном, причем требуемую величину проходного эффективного сечения дополнительного перепускного клапана, определяемую величиной остаточного между его затвором и седлом зазора, обеспечивают дифференциальной характеристикой управляющего электрического сигнала, подаваемого на электропривод его затвора в зависимости от режимных параметров двигателя.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling the characteristics of the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine equipped with a fuel supply system with a high pressure fuel pump and an injector connected by a discharge line, in which a full-flow bypass valve is installed with an electric control of its shutter, carried out in accordance with engine operating parameters, by stopping fuel injection by opening the shutter and resuming injection by closing the shutter when applying the corresponding electrical signals to the electric actuator generated by the automatic control system according to the results of monitoring the engine operating parameters, the injection phases control the closing and opening of the shutter of the full-flow bypass valve operating in relay mode, and the pressure amplitude and laws of the front and rear injection fronts are controlled by changing effective flow area of an additional low-flow electrically operated bypass valve operating in the regime of an adjustable throttle and installed in the discharge line in series with a full-flow bypass valve, and the required effective cross-sectional area of the additional bypass valve, determined by the residual gap between its gate and saddle, provides a differential characteristic of the control electric signal supplied to the gate's electric drive depending on engine operating parameters.

Поставленная цель достигается также тем, что в системе управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания двигателя внутреннего сгорания, содержащей топливный насос высокого давления и форсунку, связанные нагнетательной магистралью, в которой установлен полнорасходный перепускной клапан с электрическим приводом затвора, открытием которого прекращают впрыск топлива, а закрытием возобновляют его, а также систему автоматического управления работой клапана, формирующую частотно-импульсный управляющий электрический сигнал для управления перемещением затвора и функционально связанную с его приводом, и, кроме того, снабженную обратной связью по режимным параметрам двигателя, контролируемых блоком датчиков, в нагнетательной магистрали последовательно с полнорасходным перепускным клапаном установлен дополнительный малорасходный перепускной клапан, выполняющий функцию регулируемого дросселя с пьезоэлектрическим приводом затвора, при этом система автоматического управления дополнительно содержит модуль по формированию управляющего электрического сигнала дифференциальной характеристики в зависимости от режима работы двигателя и снабжена обратной связью по перемещению затвора полнорасходного перепускного клапана, при этом модуль имеет функциональные связи с системой автоматического управления и пьезоэлектрическим приводом затвора дополнительного перепускного клапана и обратные связи по перемещению его затвора и давлению впрыска топлива, для чего система дополнительно снабжена датчиками перемещения затвора дополнительного малорасходного перепускного клапана и давления топлива перед форсункой.This goal is also achieved by the fact that in the control system for the characteristics of fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine containing a high-pressure fuel pump and an injector connected by a discharge line, in which a full-flow bypass valve with an electric shutter drive is installed, the opening of which stops fuel injection, and closure resume it, as well as a system for automatically controlling the valve, forming a frequency-pulse control electric with drove to control the movement of the shutter and functionally associated with its drive, and, in addition, provided with feedback on the operating parameters of the engine controlled by the sensor unit, an additional low-flow bypass valve is installed in series with the full-flow bypass valve, acting as an adjustable throttle with a piezoelectric drive shutter, while the automatic control system further comprises a module for forming a control electric the differential characteristic signal depending on the engine operating mode and is equipped with feedback on the movement of the shutter of the full-flow bypass valve, while the module has functional connections with the automatic control system and the piezoelectric shutter drive of the additional bypass valve and feedbacks on the movement of its shutter and the fuel injection pressure, why the system is additionally equipped with sensors for moving the shutter of an additional low-flow bypass valve and pressure fuel in front of the nozzle.

Разделенное управление фазами, а также амплитудой давления и законами переднего и заднего фронтов впрыска за счет использования двух перепускных клапанов: соответственно полнорасходного с большим проходным сечением для управления фазами впрыска и малорасходного с малым проходным сечением для управления амплитудой давления и законами переднего и заднего фронтов впрыска топлива, - позволяет упростить систему управления перепуском за счет того, что полнорасходный клапан во всем диапазоне нагрузочных режимов работы двигателя работает в релейном режиме, а дополнительный малорасходный перепускной клапан, выполняя функцию регулируемого дросселя, обеспечивает тонкую регулировку амплитуды давления и законов изменения переднего и заднего фронтов впрыска топлива, что особенно сложно осуществить при малых цикловых подачах топлива на режимах частичных нагрузок и холостого хода двигателя.Separate control of the phases, as well as the pressure amplitude and laws of the leading and trailing edges of the injection due to the use of two bypass valves: respectively full-flow with a large bore for controlling the phases of the injection and low flow with a small bore for controlling the pressure amplitude and the laws of the front and rear fronts of fuel injection , - allows you to simplify the bypass control system due to the fact that the full-flow valve in the entire range of load conditions of the engine relay mode, and an additional relief valve malorashodnyh, performing the function controllable throttle, provides a fine adjustment of pressure and amplitude laws of change of the front and rear fronts of the fuel injection, which is particularly difficult to implement at low feed rates of fuel to cyclic conditions of partial load and idling of the engine.

Применение дополнительного малорасходного перепускного клапана значительно снижает инерционность его подвижных элементов и позволяет осуществить короткофазный перепуск микродоз топлива, что в совокупности значительно повышает эффективность системы перепуска, обеспечивая пологую характеристику изменения регулируемых параметров впрыска (амплитуды давления и законов изменения переднего и заднего фронтов впрыска) от величины остаточного между затвором и седлом зазора дополнительного перепускного клапана.The use of an additional low-flow bypass valve significantly reduces the inertia of its moving elements and allows for a short-phase bypass of microdoses of fuel, which in aggregate significantly increases the efficiency of the bypass system, providing a gentle characteristic of changes in the adjustable injection parameters (pressure amplitude and laws of change of the leading and trailing edges of the injection) from the residual value between the valve and the seat of the clearance of the additional bypass valve.

При этом изменение величины остаточного зазора между затвором и седлом дополнительного перепускного клапана достигается соответствующим изменением величины перемещения (хода) затвора в процессе его посадки на седло за счет применения в качестве привода затвора пьезоэлектрического привода, управляемого аналоговым по величине напряжения электрическим сигналом, формируемым дополнительным модулем (генератором управляющих импульсов) в соответствии с режимом работы двигателя, параметры которого контролируются штатным блоком (набором) датчиков, что позволяет упростить и повысить надежность и стабильность работы системы управления впрыском топлива вследствие возможности обеспечения тонкой регулировки параметров впрыска на основе осуществления микроперепуска, управляемого аналоговым сигналом (с дифференциальной характеристикой), подаваемым на пьезоэлектрический привод затвора дополнительного перепускного клапана. Использование в системе управления впрыском топлива дополнительных датчиков перемещения затворов полнорасходного и дополнительного малорасходного перепускных клапанов, а также давления топлива перед форсункой обеспечивает обратную связь системы автоматического управления с дифференциальными характеристиками перемещения затвора дополнительного перепускного клапана, амплитудой и дифференциальными характеристиками давления переднего и заднего фронтов впрыска топлива, а также согласование по фазам и законам перемещения затворов основного и дополнительного перепускных клапанов.In this case, a change in the residual gap between the shutter and the seat of the additional bypass valve is achieved by a corresponding change in the displacement (stroke) of the shutter during its landing on the saddle due to the use of a piezoelectric actuator controlled by a voltage-analogue electric signal generated by the additional module ( control pulse generator) in accordance with the operating mode of the engine, the parameters of which are controlled by the standard unit (set) The sensors, which allows to simplify and improve the reliability and stability of the fuel injection control system due to the possibility of providing fine adjustment of the injection parameters on the basis of mikroperepuska controlled analog signal (with differential characteristic) applied to the piezoelectric actuator further overflow valve shutter. The use in the fuel injection control system of additional sensors for moving the shutter valves of full-flow and additional low-flow bypass valves, as well as the fuel pressure in front of the nozzle, provides automatic control system feedback with the differential characteristics of the shutter movement of the additional bypass valve, the amplitude and differential characteristics of the pressure of the front and rear fronts of the fuel injection, and also coordination on phases and laws of movement of shutters primary and secondary bypass valves.

На фиг.1 приведена схема системы, обеспечивающей предлагаемый способ управления характеристиками впрыскивания топлива; на фиг.2…5 схематично показаны осциллограммы давления впрыска топлива р_Т=ƒ_T (φ) (φ - фазовое положение коленчатого вала двигателя) и перемещений Н=ƒ (φ) и h=ƒ'(φ) затворов соответственно полнорасходного и дополнительного малорасходного перепускных клапанов для условий регулирования: фаз (фиг.2), амплитуды давления (фиг.3) и закона переднего фронта (фиг.4) впрыска топлива, а также осуществления двухфазного впрыска топлива (фиг.5).Figure 1 shows a diagram of a system that provides the proposed method for controlling the characteristics of fuel injection; figure 2 ... 5 schematically shows the waveforms of the fuel injection pressure p _T = ƒ _T (φ) (φ is the phase position of the crankshaft of the engine) and the displacements H = ƒ (φ) and h = ƒ '(φ) of the shutters respectively full and additional low-flow bypass valves for control conditions: phases (FIG. 2), pressure amplitude (FIG. 3) and a leading edge law (FIG. 4) fuel injection, as well as the implementation of two-phase fuel injection (FIG. 5).

Для осуществления предлагаемого способа управления характеристиками впрыскивания топлива двигатель внутреннего сгорания (ДВС) (фиг.1) имеет блок (набор) штатных датчиков (БД) 2, контролирующих параметры работы двигателя, и систему подачи топлива, содержащую топливный насос высокого давления (ТНВД) 3 с прецизионной плунжерной парой, состоящей из втулки 4 и плунжера 5, перемещаемого посредством управляющего кулачка 6 распредвала 7, и форсунки (Ф) 8, гидравлически соединенных нагнетательной магистралью (НМ) 9, последовательно проходящей через полнорасходный перепускной клапан (ППК) 10 и дополнительный малорасходный перепускной клапан (ДМПК) 11. Наполнение камеры нагнетания 12 ТНВД 3 осуществляется из питающей магистрали (ПМ), а перепуск топлива из ТНВД 3, ППК 10 и ДМПК 11 осуществляется на слив. При этом ППК 10 имеет нормально закрытый затвор 13, открытие которого осуществляется электромагнитным приводом (ЭМП) 14, а закрытие - пружиной 15; ДМПК 11 имеет нормально открытый затвор 16, закрытие которого осуществляется пьезоэлектрическим приводом (ПЭП) 17, а открытие - пружиной 18. Система подачи топлива содержит также систему автоматического управления (САУ) 19, формирующую частотно-импульсный управляющий электрический сигнал для управления перемещением затвора 13 ППК 10 и имеющую функциональную связь 20 с ЭМП 14, а также снабженную дополнительным модулем (М) 21, формирующим аналоговый управляющий электрический сигнал для управления перемещением затвора 16 ДМПК 11 и имеющем функциональную связь 22 с ПЭП 17. Кроме того, САУ 19 имеет обратные связи: 23 по режимным параметрам ДВС 1, контролируемых БД 2, и 26 - по величине перемещения затвора 13, контролируемого датчиком перемещения 28, и осуществляет фазовое согласование частотно-импульсного и аналогового управляющих сигналов, а М 21 имеет обратные связи: 24 - по величине давления впрыска, контролируемого датчиком давления топлива (ДДТ) 25, и 27 - по величине перемещения затвора 16, контролируемого датчиком перемещения 29.To implement the proposed method for controlling the characteristics of fuel injection, an internal combustion engine (ICE) (Fig. 1) has a block (set) of standard sensors (OBD) 2 that control engine operation parameters and a fuel supply system containing a high pressure fuel pump (TNVD) 3 with a precision plunger pair consisting of a sleeve 4 and a plunger 5, moved by means of a control cam 6 of the camshaft 7, and a nozzle (F) 8, hydraulically connected by a discharge line (HM) 9, sequentially passing through the floor a non-expendable bypass valve (PPK) 10 and an additional low-consumption bypass valve (DMPK) 11. The injection chamber 12 of the injection pump 3 is filled from the supply line (PM), and the fuel is bypassed from the pump 3, PPK 10 and DMPK 11 for discharge. In this case, the control panel 10 has a normally closed shutter 13, the opening of which is carried out by an electromagnetic actuator (EMF) 14, and closing is done by a spring 15; DMPC 11 has a normally open shutter 16, the closing of which is carried out by a piezoelectric actuator (PEP) 17, and the opening by a spring 18. The fuel supply system also contains an automatic control system (ACS) 19, which generates a frequency-pulse control electric signal to control the movement of the shutter 13 of the control panel 10 and having a functional connection 20 with the EMF 14, and also equipped with an additional module (M) 21, forming an analogue control electric signal to control the movement of the shutter 16 DMPC 11 and having a functional communication 22 with PEP 17. In addition, self-propelled guns 19 has feedbacks: 23 according to the operating parameters of the internal combustion engine 1, controlled by the OBD 2, and 26 according to the magnitude of the movement of the shutter 13, controlled by the displacement sensor 28, and performs phase matching of the pulse-frequency and analog control signals, and M 21 has feedbacks: 24 - the magnitude of the injection pressure controlled by the fuel pressure sensor (DDT) 25, and 27 - the magnitude of the displacement of the shutter 16, controlled by the displacement sensor 29.

Предлагаемый способ управления характеристиками впрыскивания топлива в камеру сгорания ДВС осуществляется следующим образом. В процессе работы ДВС 1 (фиг.1) его режимные параметры, в частности частота вращения и крутящий момент коленчатого вала, давление наддува и др., контролируются блоком (штатным набором) датчиков 2, информация от которых в виде измеренных импульсов передается по каналу обратной связи 23 на САУ 19, в которой измеренные значения режимных параметров сравниваются с заданными, устанавливаемыми в соответствии с требуемым режимом работы ДВС.The proposed method of controlling the characteristics of fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine is as follows. In the process of operation of the internal combustion engine 1 (Fig. 1), its operating parameters, in particular the rotational speed and torque of the crankshaft, boost pressure, etc., are controlled by a block (standard set) of sensors 2, information from which is transmitted in the form of measured pulses via the feedback channel communication 23 on the self-propelled guns 19, in which the measured values of the operational parameters are compared with the set, set in accordance with the desired mode of operation of the internal combustion engine.

В результате сравнения заданных значений параметров с их измеренными величинами определяются величина и знак рассогласования, на основе которых в САУ 19 и М 21 вырабатываются соответствующие управляющие электрические сигналы, которые по функциональным каналам связи 20 и 22 направляются на ЭМП 14, управляющий работой ППК 10, и на ПЭП 17, управляющий работой ДМПК 11, при этом САУ 19 одновременно обеспечивает фазовое согласование управляющих сигналов, что в совокупности позволяет получить заданную дифференциальную характеристику подачи топлива ТНВД 3 через НМ 9 на Ф8.As a result of comparing the set values of the parameters with their measured values, the value and the sign of the mismatch are determined, on the basis of which the corresponding control electric signals are generated in the ACS 19 and M 21, which are sent through the functional communication channels 20 and 22 to the EMF 14 that controls the operation of the control panel 10, and on PEP 17, which controls the operation of DMPC 11, while self-propelled guns 19 simultaneously provides phase matching of control signals, which together allows you to get the specified differential characteristic of the fuel supply TN VD 3 through NM 9 to F8.

При полностью открытом ППК 10 (при максимальном ходе Н=Н_mах его затвора 13) вся цикловая порция топлива из камеры нагнетания 12, максимальный объем которой определяется диаметром плунжера 5 ТНВД 3 и максимальной высотой профиля кулачка 6, направляется на слив, и впрыск топлива форсункой 8 не производится. При этом безразлично в каком положении (закрытом или открытом) может находиться затвор 16 ДМПК 11, так как максимальному ходу Н_mах затвора 13 соответствует максимальная площадь S=S_max эффективного проходного сечения щели ППК 10, обеспечивающая полнорасходный перепуск всего максимального циклового объема топлива, поступающего из камеры нагнетания 12 в НМ 9 и соответствующего режиму максимальной нагрузки ДВС 1.With a fully open PPK 10 (with a maximum stroke of H = N _{max of} its shutter 13), the entire cyclic portion of fuel from the discharge chamber 12, the maximum volume of which is determined by the diameter of the plunger 5 of the high pressure fuel pump 3 and the maximum height of the cam profile 6, is sent to the drain, and fuel is injected by the nozzle 8 is not performed. In this case, it is indifferent in what position (closed or open) the shutter 16 of the DMPK 11 can be located, since the maximum stroke N _{max of the} shutter 13 corresponds to the maximum area S = S _{max of the} effective passage section of the slit of the PPK 10, which ensures full consumption bypass of the entire maximum cyclic amount of fuel entering from the discharge chamber 12 to NM 9 and corresponding to the maximum load mode of ICE 1.

Для осуществления впрыска топлива с максимальным давлением Р_T=Р_Tmах (фиг.2) прекращается подача на ЭМП 14 электрического управляющего сигнала от САУ 19, при этом пружина 15 удерживает затвор 13 ППК 10 в нормально закрытом состоянии, одновременно на ПЭП 17 от М 21 подается удерживающий электрический сигнал максимальной амплитуды, посредством которого в результате механического осевого удлинения пакета пьезоэлементов ПЭП 17 затвор 16, преодолевая сопротивление пружины 18, прижимается к седлу (что соответствует его нулевому перемещению h=h_o=0), полностью перекрывая эффективное проходное сечение (S'=S'_o=0) щели ДМПК 11, полностью предотвращая тем самым перепуск топлива из НМ 9 на слив. В этом случае максимальная амплитуда (Р=Р_mах) и законы переднего и заднего фронтов (Р_T=ƒ_T (φ)) дифференциальной характеристики впрыскивания (закона топливоподачи) определяются главным образом выбором геометрических параметров камеры нагнетания 12 (диаметром и ходом плунжера) ТНВД 3, законом профиля кулачка 6 и частотным режимом ДВС 1 (распредвала 7). При этом, работая в релейном режиме (включено-выключено), за счет подачи на ЭМП 14 частотно-импульсного управляющего электрического сигнала с соответствующим коэффициентом заполнения, ППК 10 может обеспечивать независимое регулирования фаз начала φ_н и окончания φ_к подачи топлива (например, обеспечить продолжительность впрыска с фазами: φ_н(1)…φ_к(1); φ_н(i)…φ_к(i); φ_н(i+1)…φ_к(i+1)) при неизменных законах переднего и заднего фронтов характеристики впрыскивания топлива.To carry out fuel injection with a maximum pressure P _T = P _Tmax (Fig. 2), the supply to the EMF 14 of the electric control signal from the ACS 19 is stopped, while the spring 15 holds the shutter 13 of the control _panel 10 in a normally closed state, simultaneously on the probe 17 from M 21 holding an electric signal supplied maximum amplitude, whereby as a result of mechanical axial extension PES packet piezoelectric elements 17 shutter 16, overcoming the resistance of spring 18, is pressed to the saddle (that corresponds to its zero displacement h = h _o = 0), polnos Strongly blocking the effective flow section (S '= S' _o = 0) DMPK slit 11, thereby completely preventing fuel from the bypass 9 NM drain. In this case, the maximum amplitude (P = P _max ) and the laws of the leading and trailing edges (P _T = ƒ _T (φ)) of the differential injection characteristics (fuel supply law) are mainly determined by the choice of the geometric parameters of the pressure chamber 12 (diameter and stroke of the plunger) of the injection pump 3, the law of cam profile 6 and the frequency regime of ICE 1 (camshaft 7). At the same time, working in the relay mode (on / off), due to the supply to the EMF 14 of a frequency-pulse control electric signal with an appropriate duty cycle, the control panel 10 can provide independent control of the phases of the start φ _n and the end φ _to the fuel supply (for example, injection duration with phases: φ _{n (1)} ... φ _{k (1)} ; φ _{n (i)} ... φ _{k (i)} ; φ _{n (i + 1)} ... φ _{k (i + 1)} ) with the front and trailing edges fuel injection characteristics.

Для осуществления впрыскивания топлива с промежуточными амплитудами давления Р_T=Р_Ti (Р_Tmах<Р_Ti<Р_Tо; Р_Tо=0) (фиг.3), оптимально выбираемыми для заданных режимов работы ДВС 1, в САУ 19 и М 21 одновременно формируются согласованные по фазам и амплитуде управляющие электрические сигналы. При этом ППК 10, работая в релейном режиме, обеспечивает регулирование фаз начала φ_н и окончания φ_к впрыскивания топлива, а ДМПК 11 одновременно работает в режиме регулируемого дросселя за счет того, что формируемые М 21 аналоговые управляющие электрические сигналы соответствующих амплитуд обеспечивают пропорциональные изменения величин перемещения (h_i-1<h_i<h_o) ПЭП 17, который выполняет при этом функцию регулируемого упора, ограничивающего ход затвора 16 и обеспечивающего тем самым обратно пропорциональное изменение площади S' проходного сечения щели ДМПК 11 и соответствующее этой площади дросселирование части топлива, перепускаемого из НМ 9 на слив в процессе осуществления впрыска.To carry out fuel injection with intermediate pressure amplitudes Р _T = Р _Ti (Р _Tmax <Р _Ti <Р _То ; Р _То = 0) (Fig. 3), which are optimally selected for the given operating modes of ICE 1, in self-propelled guns 19 and M 21 simultaneously control electric signals that are coordinated in phase and amplitude are formed. At the same time, the control unit 10, operating in the relay mode, provides control of the phases of the beginning φ _n and the end φ _to fuel injection, and the DMPC 11 simultaneously operates in the regulated throttle mode due to the fact that the generated M 21 analog control electric signals of the corresponding amplitudes provide proportional changes in the values displacement (h _i-1 <h _i <h _o) probe 17, which performs the same function at the adjustable stop limiting the course of the shutter 16 and thereby providing inversely proportional change S 'Square passage with cheniya DMPK slit 11 and the corresponding area of the throttling portion fuel bypassed from HM 9 to drain in the process of injection.

Система (фиг.1) позволяет также управлять дифференциальным законом (формой осциллограммы давления) впрыска, обеспечивая изменение, например, крутизны переднего (при необходимости и заднего) фронта (фиг.4), а также многофазный или ступенчатый (не показан) впрыск (фиг.5) топлива.The system (Fig. 1) also allows you to control the differential law (form of the pressure waveform) of the injection, providing a change, for example, the steepness of the leading (if necessary, trailing) front (Fig. 4), as well as multiphase or step (not shown) injection (Fig. .5) fuel.

Изменение формы (например, крутизны) переднего фронта характеристики впрыскивания (фиг.4) достигается одновременным закрытием затвора 13 ППК 10 и формированием в М 21 аналогового управляющего электрического сигнала соответствующей дифференциальной характеристики, посредством которого в начале процесса впрыскивания с помощью ПЭП 17 осуществляется перемещение по определенному закону затвора 16 ДМПК 11, обеспечивающее соответствующее изменение площади эффективного проходного сечения щели ДМПК 11 и обратно пропорциональное ему дросселирование части топлива, перепускаемого через ДМПК 11 на слив.Changing the shape (for example, the steepness) of the leading edge of the injection characteristic (Fig. 4) is achieved by simultaneously closing the shutter 13 of the control panel 10 and generating an analog differential electrical signal in M 21, by means of which, at the beginning of the injection process, the probe 17 moves the law of the shutter 16 DMPC 11, providing a corresponding change in the effective passage area of the slit DMPC 11 and inversely proportional to it is throttled other parts of the fuel bypassed through DMPK 11 to drain.

Ступенчатый (не показан) или многофазный, например двухфазный, впрыск топлива (фиг.5) обеспечивается последовательной согласованной работой обоих мало- и полнорасходного перепускных клапанов. При этом первая фаза впрыска с максимальной амплитудой давления Р_T1mах и фазами φ₁…φ₃ обеспечивается перемещением затвора 16 ДМПК 11 по заданной дифференциальной характеристике h=ƒ'(φ) с фазами φ₂…φ₃ путем формирования М 21 аналогового управляющего электрического сигнала соответствующей формы. Во второй фазе впрыска с максимальной амплитудой давления Р_T2mах и фазами φ₃…φ₅ начало впрыска совпадает с фазой φ₃ закрытия затвора 16 ДМПК 11, а окончание впрыска, начиная с момента падения давления Р_T2mах, совпадает с моментом (φ₄) начала открытия затвора 13 ППК 10.Step (not shown) or multiphase, for example, two-phase, fuel injection (Fig. 5) is ensured by the consistent coordinated operation of both low and full flow bypass valves. In this case, the first injection phase with a maximum pressure amplitude P _T1max and phases φ ₁ ... φ _{3 is} provided by moving the shutter 16 of the DMPC 11 according to the given differential characteristic h = ƒ '(φ) with phases φ ₂ ... φ ₃ by forming the M 21 analogue control electric signal appropriate form. In the second injection phase with a maximum pressure amplitude P _T2max and phases φ ₃ ... φ _{5, the} beginning of the injection coincides with the phase φ _{3 of} closing the shutter 16 of the DMPC 11, and the end of the injection, starting from the moment the pressure P _{T2max drops} , coincides with the moment (φ ₄ ) of the beginning opening the shutter 13 PPK 10.

Контроль фаз работы ППК 10 и ДМПК 11 (фиг.1) и величин их проходных сечений осуществляется посредством датчиков перемещения 28 и 29 затворов соответственно 13 и 16, а регистрация давления впрыска перед форсункой 8 обеспечивается датчиком давления топлива 25, информация от которых передается на САУ 19 и М 21 по каналам обратной связи соответственно 26, 27 и 24.The control phases of the operation of the PPK 10 and DMPC 11 (Fig. 1) and the values of their cross sections are carried out by means of displacement sensors 28 and 29 of the valves 13 and 16, respectively, and registration of the injection pressure in front of the nozzle 8 is provided by the fuel pressure sensor 25, information from which is transmitted to the self-propelled guns 19 and M 21 on the feedback channels 26, 27 and 24, respectively.

Осуществление разделенного управления фазами и дифференциальной характеристикой (амплитудой и законами переднего и заднего фронтов) впрыскивания топлива на основе использования двух перепускных клапанов: одного - (основного) полнорасходного с частотно-импульсным электрическим управлением затвора и другого - (допольнительного) малорасходного с амплитудным электрическим управлением затвора позволяет упростить систему управления характеристиками впрыскивания топлива, повысить ее надежность, быстродействие и стабильность работы за счет снижения инерционных сил подвижных элементов исполнительных устройств и улучшения тем самым динамических свойств перепускных клапанов, а также получить возможность осуществлять тонкую регулировку параметров впрыскивания за счет применения дополнительного малорасходного перепускного клапана с использованием для его затвора быстродействующего и способного обнспечивать высокоточные перемещения пьезоэлектрического привода.Separate control of the phases and differential characteristic (amplitude and laws of the leading and trailing edges) of fuel injection based on the use of two bypass valves: one - (main) full flow with frequency-pulse electric control of the shutter and the other - (optional) low-flow with amplitude electric control of the shutter allows you to simplify the fuel injection characteristics management system, increase its reliability, speed and stability even reducing the inertial forces of the moving elements of the actuators and thereby improving the dynamic properties of the bypass valves, as well as being able to fine-tune the injection parameters through the use of an additional low-flow bypass valve using a fast-acting and capable of insulating high-precision piezoelectric actuator shutter.

Claims

1. A method for controlling the characteristics of fuel injection into the combustion chamber of an internal combustion engine equipped with a high-pressure fuel pump and nozzle connected by a discharge line, in which a full-flow bypass valve is installed with its shutter electrically controlled in accordance with the engine operating parameters by stopping fuel injection opening the shutter and resuming the injection by closing the shutter when applying the appropriate electrical of signals generated by the automatic control system according to the results of monitoring engine operating parameters, characterized in that the injection phases control the closing and opening of the shutter of the full-flow bypass valve operating in the relay mode, and the pressure amplitude and the laws of the leading and trailing edges of the injection are controlled by changing the effective sections of an additional low-flow electrically operated bypass valve operating in the mode of an adjustable throttle and installed th line in series with the discharge polnoraskhodnym bypass valve, and a desired amount of additional flow effective sectional bypass valve defined residual quantity between its gate and seat gap provides a differential characteristic of the control electric signal applied to its gate drive depending on the operating parameters of the engine.

2. A control system for the characteristics of the injection of fuel into the combustion chamber of an internal combustion engine, comprising a high-pressure fuel pump and an injector connected by a discharge line, in which a full-flow bypass valve with an electric shutter actuator is installed, the opening of which stops fuel injection, and closes it again, as well as automatic valve control system that generates a frequency-pulse control electric signal to control the movement of the shutter and functionally related to its drive, and, in addition, provided with feedback on the engine operating parameters controlled by the sensor unit, characterized in that an additional low-flow bypass valve is installed in the discharge line in series with the full-flow bypass valve, which acts as an adjustable throttle with a piezoelectric shutter drive, the automatic control system further comprises a module forming a control electric signal of differential characteristics depending on the engine operating mode, and is equipped with feedback on the movement of the shutter of the full-flow bypass valve, while the module has functional connections with the automatic control system and the piezoelectric shutter drive of the additional low-flow bypass valve and feedbacks on the movement of its shutter and the fuel injection pressure, for which the system is additionally equipped with sensors for moving the shutter of an additional low-flow bypass valve and fuel pressure before nozzle.