专利名称：控制按需燃油泵的方法
技术领域：
本发明涉及内燃机以及更确切地涉及一种控制用于这种发动机的 按需燃油泵的方法。
背景技术：
本领域技术人员公知，利用只泵送足够油以替换发动机每次循环用 油的基于按需燃油泵可提高燃油供给系统的效率。该泵提供的多余燃油 通过有效的数字控制阀返回或旁路回该泵的入口側。此处压力较低且库毛 费比泵送其进入高压侧少的液压能。发动机喷嘴燃油轨中的油压可通过 增加泵入燃油轨中的燃油量和将多余量返回泵的入口来控制。通过来自 燃油轨压力传感器的闭环反馈可维持期望的压力，压力传感器指示何时 在泵入轨的油量和从轨喷出的油量间达到 一种稳定状态。
按需燃油泵的 一般形式包括通过发动机气门系的凸轮轴上的凸角 直接往复的单柱塞。在该实例中，有许多确定发动机高负荷下可泵入轨
中的燃油量的最大值的参数
1) 泵几何排量；
2) 每个发动机循环的凸轮凸角事件数；
3) 凸轮凸角的最大升程；
4) 泵容积效率。
这些最大泵容量参数基于发动机最大燃油需求确定，该最大燃油需 求基本上是以下发动机参数的函数
1) 最大质量空气流率；
2) 燃油加浓标定需求。
在发动机轻负栽，尤其是怠速的情况下，有许多参数限制泵入燃油 轨的最小非零油量稳定性和，油压控制的稳定性。这些参数包括
1) 最小质量空气流率；
2) 燃油加浓标定需求；
3) 凸轮凸角事件数；
4 ) 有效数字控制阀正时与凸轮轴的同步；
5) 凸轮轴正时变化；
6) 凸轮凸角升程轮廓；
7) 泵内部漏泄变化。
一般对基于需求的泵系统在低负载时提供稳定的压力是有挑战 的。对于高动态燃油供应范围的发动机该问题被增加，例如涡轮增压和 稀薄燃烧发动机。期望具有对需求泵系统提高在低负栽时的油压稳定性 的方法。
发明内容
本发明提供一种方法，该方法增加了基于需求的燃油供给系统的动 态范围和压力控制稳定性，以及在低负栽，尤其是怠速下提供改善的操 作稳定性。
广义上该方法包括步骤
控制用于向多缸发动机的燃油喷射系统供给加压燃油的按需燃油 泵，该泵具有经过进口控制阀供给燃油的凸轮驱动泵送元件。在可选的 实例中采用凸轮驱动的往复活塞泵，该方法包括
提供具有多个泵送凸角的凸轮，该泵送凸角可操作以产生泵送元件 的沖程以向系统泵送燃油；和
当不需要时通过使选择凸角的泵送作用失效来减少燃油传送以维
持系统中的最小油压。在优选实施例中，可选择失效凸角以维持有效泵
送凸角的连贯泵送节奏。
在对于4， 6, 8缸发动机的典型实施例中，凸轮凸角的数量可为4。 当只需要两个有效凸角时通过失效4个凸角中的2个凸角的泵送作用以 及当只需要一个有效凸角时失效4个凸角中的3个来减少燃油供给。所选 凸角的失效可通过在选择用于失效的凸角的泵送元件作用时维持入口 控制阀打开来实现，以使所选凸角输送的燃油回流到泵的入口侧。
控制阀可是电动的，例如通过螺线管。在发动机运行期间为了选择 保持有效的凸角数且获得油压稳定性最宽范围，控制器可提供来响应发 动机所选预定和可变的操作条件而驱动该控制阀。
从结合附图的本发明特定实施例的描述中，本发明的所有特征和优 点将被更全面的理解。
图2是典型的控制操作框图，其被编程以选择用于在预定条件下运
行的凸轮凸角数；及
图3是指示方式的图表，其中燃油控制系统以该方式运行以控制由 按需燃油泵提供的燃油轨压力。
具体实施例方式
首先参考图l，数字10—般表示具有曲轴驱动的凸轮轴12的内燃 机，其中凸轮轴12包括具有4个沿凸轮圆周等间距隔开的作用凸角16的 燃油泵凸轮14。该发动机进一步包括具有气缸限定体20的往复燃油泵 18，在气缸限定体20中往复驱动活塞22。安装在活塞端部的滚子从动件 动7 一一 、 . '土 —
泵体20包括和与泵缸体(未示出)内部连接的入口26出口28。出口 28与单向阀30连接，单向阀30与通向相关的发动机喷射燃油轨(未示 出)的出口管路32连接。入口26上游与控制阀34连接，该控制阀由螺线 管36驱动且其控制从泵体20流回入口管路38的燃油通道。入口管路由与 车辆油箱(未示出)连接的低压泵供油。
油泵的操作可由一个或多个适当的控制器控制。例如，图2中所示 的控制器40,描述了对有效凸轮凸角数的选择以用于各种发动机运行情 况下燃油泵的操作。
控制器40结合表示歧管绝对压力(MAP)和发动机速度(RPM) 44 的发动机传感器读数以计算发动机负栽46 。将由当前运行情况确定的燃 油轨中的最小需求油压48,测量的当前油压50和每次喷射供给的油量52 与发动机负载结合以在计算53中确定用于当前发动机运行状况保持有 效所需的凸轮凸角最小数量，从而产生选择54。
接着参考图3，图表56表示燃油泵燃油传送的控制方式。锯齿线58 通常表示相对于曲轴角完成发动机每次循环的四沖程的活塞的往复作 用。线60勾画出活塞冲程S的无阴影部分61，其中燃油入口控制阀34打 开，允许流入或回流。临近线60，阴影区62表示阀34关闭而阻止回流的
时间段，且示出燃油通过单向阀30和出口管路32供给到燃油轨的有效长 度L或泵送沖程位移。阴影区下的短划线示出活塞冲程S的非泵送部分。 有效冲程长度可从活塞的全冲程S变化到沖程S的任意期望部分以控制 在发动机各种运行下维持在燃油轨中的平均燃油压力。
系统的运行如下所述。在发动机启动期间，发动机的开动旋转凸專仑 轴12，促使凸轮凸角16在泵体20中往复泵活塞22。在泵吸入冲程64期间 控制阀36打开且在具有长度L的所选有效泵送沖程66期间控制阀关闭。 在吸入沖程中，当阀36打开活塞从入口管路38将燃油吸入泵体。在有效 泵送冲程中，当控制阀36关闭时活塞22迫使燃油排出泵体并通过单向阀 30流入出口管路。该阀在泵送沖程保持关闭直到泵通过出口管路32提供 足够燃油流到相关的喷射燃油轨(未示出)，以将燃油轨的压力提升至 燃油喷射的确定最小压力。
在发动机启动时，从泵流出的燃油出口压力通过按需要减少经过单 向阀30的燃油量来控制，以在瞬时操作条件的发动机运行期间提供与喷 射入发动机气缸(未示出)的油量相当的平均流量。该控制是双重的。 首先，控制器40，以先前表示的方式，确定在当前情况下为维持必需的 燃油流量和喷嘴燃油轨中必需的油压所必需用到的凸轮凸角的数量，并 用所需的凸轮凸角数操作系统。其次，在每个泵送沖程期间由泵供给的 油量被减少，这可能是必需的，该减少通过数字化触动控制阀34打开以 将泵送冲程多余的油量回流到入口管路来实现。这致使仅有所需的燃油 量从泵体20实际泵入出口管路32。这样，流入燃油轨的平均燃油流量被 控制以在稳定状态和可变发动机运行情况下维持轨中适当的油压。
在具体实例中，在怠速运行期间，控制器40操作以确定只需要一个 凸轮凸角16泵送燃油以维持喷射燃油轨中的最小油压。因此，控制阀36 在泵活塞的所有吸入沖程和四个泵送沖程的三个中维持打开，在此期间 泵送的燃油回流到入口管路38且不供给到加压出口管路32。
在第四个沖程期间，抽入泵体20的燃油通过控制阀36的数字化打开 部分地回流到入口管路38以将期望的油量流回入口管路38。这种控制概 念在图3中由线60示出，其描述了具有两个有效泵送凸角的操作。在活 塞从O到线60的初始运动期间该控制阀保持打开，在此期间燃油溢流到 入口管路。在第四个沖程的其余沖程中，为可在喷射燃油轨中维持必需 的压力，控制阀36关闭到泵送冲程的结束以提供足够的时间将需要的油
量在压力下通过单向阀30流到出口管路32。
当发动机速度和负栽增加时，控制器40按需运行将泵产生的有效泵 送沖程的数量从一个增加到两个，生成图3所示的运行模式。当需要更 高发动机动力和速度时，有效泵送冲程的数量可增加到每个发动机循环 3个或最大值4个。在所有情况下，每个有效泵送沖程的具体输出由控制 阀36的数字控制器控制以维持流入燃油轨的燃油基本与在稳态压力状 况期间从燃油轨吸出喷射到发动机气缸中的燃油相等。
当泵在所有泵送沖程有效的情况下操作于低负载运行，尤其是怠速 运行时，由于需要很少的燃油量和曲轴速度的变化以及影响实际燃油供 给量的阀的操作，活塞的数字控制的输出在低负栽和低速期间可能变得 不稳定。本发明可有效减少这些变化，其中泵送燃油的主要控制通过改 变有效凸轮凸角的数量来操作，其直接改变了与有效凸角的数量成比例 的标称燃油输出。因此，当有效凸角减少时，每个泵送冲程的数字控制 变化的效果成比例地减少。系统运行的结果由此在发动机从急速到最大 输出的整个范围内提供稳定的油压控制。
在优选实施例中，燃油控制可通过在所有情况下在燃油轨中维持有 效泵送冲程的连贯泵送节奏来简化和改进。尤其是，在怠速和低负载时 每个发动机循环采用单个有效泵送沖程，每个发动机循环包括四冲程循 环发动机上的曲轴的两个旋转。当发动机上的负栽增加，每个发动机循 环泵送沖程提升到两个，当达到最大负载范围，每个泵送循环中沖程增 加到4个。因此，在各种情况下，泵送冲程以等间隔的发动机曲轴旋转 出现，因而可获得燃油轨中油压的重复变化以及对于气缸的喷射控制可 更精确和可预测地完成。
虽然可采用任意适当的凸轮布置，但由于大型6和8-缸发动机的发动 机凸轮轴基圆直径、产生研磨过程的最小曲率半径、最大发动机速度时 的泵作用速率、泵效率、凸轮应力、最大流率能力的限制，单个凸轮上 四个凸角被认为是代表了当前的实际限制。然而，如果期望，本发明的 概念也可同等应用到具有更多凸角的凸轮或用于多凸轮泵。在维持连贯 节奏的同时，少于4个的凸轮凸角数可有效减少凸轮凸角泵送事件失效 的机会。在4个凸轮凸角的情况下，可根据失效的凸轮作用事件数量减 少燃油流控制变化达因子二或四中的一个。
虽然本发明描述了采用凸轮驱动活塞往复的泵，但本发明可等同的
采用其他类型的曲轴驱动泵，例如隔膜泵，连杆驱动泵和其他曲轴及时 驱动的泵。
在4缸发动机的情况下，4-凸角结构在高负载期间为每个喷射事件提 供泵事件。这种分布将为每个喷射提供最大可重复压力分布，其可减少 气缸偏置喷嘴脉沖宽度的需要。在8-缸发动机的情况下，4-凸角结构将 为每两次喷射提供泵事件。因此，在按点火次序的交替气缸中存在不同 的油压分布。如果燃油轨的大小合适其还可提供可接受的喷射控制，或 每隔一个气缸其需要对喷射脉冲宽度进行一些偏置。在6-缸发动机的情 况下，4-凸角的结构将为每1.5个喷射事件提供泵事件。如果轨大小合适 其可提供可接受的燃油喷射控制，但其可通过喷射脉冲宽度偏置来提 高。
尽管本发明已描述了确定的优选实施例，但需要明白的是在所描述 的本发明的精神和范围内可进行许多改变。因此，本发明没有被公开的 实施例限制，而是包括权利要求的措词所允许的所有范围。
权利要求
1.一种控制按需燃油泵向多缸发动机燃油喷射系统供给加压燃油的方法，该泵具有通过入口控制阀进行供给的曲轴驱动往复泵送元件，所述方法包括给每个发动机曲轴循环提供驱动件执行的泵送元件的多个泵送冲程以向系统泵送燃油；和当不需要时通过使选择的泵送元件的泵送作用失效以减少燃油传送从而维持系统中所需的最小油压。
2. 如权利要求l所述的方法，进一步包括当需要时通过减少有效泵 送元件的传送以减少燃油传送从而在系统中维持所述最小油压。
3. 如权利要求l所迷的方法，其中所选泵送元件的泵送作用的失效 是通过在所选泵送元件作用期间维持入口控制阀打开以使所选元件的 泵送燃油保留在泵的入口侧来实现的。
4. 如权利要求l所述的方法，其中所述驱动件是具有多个泵送凸角 的凸轮以及泵送元件是由凸轮驱动的活塞。
5. 如权利要求4所述的方法，其中凸轮具有偶数个凸角以及选择失 效凸角以维持有效泵送凸角的连贯泵送节奏。
6. 如权利要求5所述的方法，其中所述凸轮凸角数为4且通过在只 需要2个有效凸角时使4个凸角中的2个失效和当只需要1个有效凸角时 使4个凸角中的3个失效来减少燃油传送。
7. 如权利要求l所述的方法，其中控制阀是电动的且在任何失效泵 送元件的失效期间和任何有效泵送元件的泵送作用的所选部分期间可 操作以维持打开。
8. 如权利要求l所述的方法，包括可响应所选预定和可变操作条件 的控制器以在发动机运行期间选择保持有效的泵送元件数。
9. 如权利要求8所迷的方法，其中所选条件包括发动机负载，指令 油压，检测油压和每次喷射的燃油质量。
10. 如权利要求9所迷的方法，进一步包括最大发动机负载，最大 燃油质量和最大油压压差中的至少一个条件。
全文摘要
提出一种控制按需燃油泵向多缸发动机燃油喷射系统供给加压燃油的方法。所述泵具有曲轴驱动泵送元件，其通过入口控制阀供给燃油。在优选实施例中，该方法包括提供具有偶数个泵送凸角的凸轮，其可操作地产生泵送元件冲程以向系统泵送燃油以及当不需要时通过使所选凸角的泵送作用失效来减少燃油传送以维持系统中最小油压。可选择失效凸角以维持有效泵送凸角的连贯泵送节奏。还公开了其他附加特征。
文档编号F02M37/06GK101205859SQ20071030094
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月14日 优先权日2006年12月15日
发明者C·D·马里奥特, D·R·维尔纳, M·J·卢西多 申请人:通用汽车环球科技运作公司