稳健的直接喷射燃料泵系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及稳健(robust)的直接喷射燃料泵系统。
【背景技术】
[0002]进气道燃料直接喷射(PFDI)发动机能够有利地利用燃料的进气道喷射和直接喷射。例如，在较高发动机负载下，可使用直接燃料喷射将燃料喷射到发动机中，从而改善发动机性能(例如，增加可用的转矩和燃料经济性)。在较低发动机负载下，可使用进气道燃料喷射将燃料喷射到发动机中，从而降低车辆排放、NVH和直接喷射系统部件(例如，喷射器、DI泵电磁阀等)的磨损。在PFDI发动机中，低压燃料泵将燃料从燃料箱供应至进气道燃料喷射器和直接喷射燃料泵二者。因为可能存在其中直接喷射燃料泵不可运行的发动机操作时期(例如，在低发动机负载下的进气道燃料喷射期间)，所以可能不保持DI燃料泵的润滑，但可能增加DI燃料泵的磨损、NVH和退化/劣化。
[0003]操作PFDI发动机的常规方法可包括在发动机怠速状况下直接喷射燃料，以便保持直接喷射燃料泵的润滑。此外，在一些PFDI发动机中，可在过大的功率水平下操作低压燃料泵，以便确保燃料到直接喷射泵的稳健供给以及以便减轻直接喷射泵气蚀。操作PFDI发动机的其他方法尝试优化低压燃料泵功率消耗。
[0004]发明者在此已认识到以上方法的潜在问题。首先，因为不可以在低发动机负载和怠速发动机负载下在PFDI发动机中使用直接喷射燃料泵，所以会减少泵润滑，从而加速泵退化。此外，由于由DI燃料泵产生的滴答声以及由于缺乏发动机噪声来掩蔽泵噪声，在发动机怠速状况期间操作直接喷射泵能够导致过大的NVH。其次，控制低压燃料泵的常规方法耗尽过多的泵功率，从而降低燃料经济性和泵耐久性，或者不将燃料稳健地输送到直接喷射燃料泵，从而导致泵气蚀，这样会降低发动机性能并加重喷射泵退化。
【发明内容】
[0005]一种至少部分地克服以上问题并实现在不增加NVH的情况下增加直接喷射泵耐久性并且在降低功率消耗而不降低低压泵耐久性的情况下增加到直接喷射燃料泵的燃料输送的稳健性的技术结果的方法包括用于PFDI发动机的方法，在第一状况期间，包括将燃料直接喷射到PFDI发动机，估计燃料蒸气压力，并且将燃料提升泵压力设定成大于燃料蒸气压力达阈值压差；以及在第二状况期间，包括将燃料进气道燃料喷射到PFDI发动机，将DI燃料泵占空比设定为阈值占空比，而不将燃料供应至DI燃料轨。
[0006]在另一个实施例中，操作发动机的燃料系统的方法包括:在将燃料直接喷射到发动机时保持燃料提升泵压力大于所估计的燃料蒸气压力；以及甚至当不将燃料直接喷射到发动机时迫使DI燃料泵占空比高于阈值占空比。
[0007]在另一个实施例中，发动机系统包括PFDI发动机、DI燃料泵、燃料提升泵和控制器，所述控制器包括执行如下操作的可执行指令:在第一状况期间，包括将燃料直接喷射到PFDI发动机，估计燃料蒸气压力，并且将燃料提升泵的压力设定成大于燃料蒸气压力达阈值压差；以及在第二状况期间，包括将燃料进气道燃料喷射到PFDI发动机，将DI燃料泵占空比设定为阈值占空比，而不将燃料供应至DI燃料轨。
[0008]以这种方式，能够减少DI燃料泵气蚀，从而使DI燃料泵能够保持以全体积效率操作并降低提升泵功率并因此增加DI燃料泵操作的稳健性。此外，可降低DI燃料泵NVH和DI燃料泵的退化。
[0009]应当理解，提供以上概述是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念在【具体实施方式】中被进一步描述。这并不意味着确定所要求保护的主题的关键或基本特征，所要求保护的主题的范围被【具体实施方式】之后的权利要求唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决在上面或在本公开的任何部分中提及的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0010]图1示出进气道燃料直接喷射发动机的示例。
[0011]图2示出可与图1的进气道燃料直接喷射发动机一起使用的燃料系统的示例。
[0012]图3A是图示说明低压燃料泵压力和燃料蒸气压力的示例性曲线图。
[0013]图3B是图示说明进气道燃料直接喷射发动机的操作的示例性时间线。
[0014]图4是直接喷射燃料泵的示例的图示。
[0015]图5是操作进气道燃料直接喷射发动机的方法的示例性流程图。
[0016]图6是图示说明进气道燃料直接喷射发动机的操作的示例性时间线。
[0017]图7是DI燃料泵占空比随DI燃料轨压力变化的示例性曲线图。
【具体实施方式】
[0018]下列公开涉及用于操作进气道燃料直接喷射(PFDI)发动机的方法和系统，如图1的发动机系统。如图2中所示，PFDI发动机的燃料系统可被配置成将一种或更多种不同类型的燃料输送到内燃发动机，如图1的发动机。如图4中所示的直接喷射燃料泵可并入图1和图2的系统中。进气道燃料直接喷射发动机可根据图5中所示的方法如图3B和图6中所示的那样操作。图3A是图示说明燃料通道中的压力和燃料通道中的燃料体积的示例性曲线图。图7是DI燃料泵占空比随DI燃料轨压力变化的示例性曲线图。
[0019]转向图1，图1示出内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例。发动机10可至少部分地由包括控制器12的控制系统和通过经由输入装置132、来自车辆操作员130的输入来控制。在此示例中，输入装置132包括加速器踏板和用于产生成比例的踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(在本文也称为“燃烧室”)14可包括具有活塞138定位在其中的燃烧室壁136。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动被转化成曲轴的旋转运动。曲轴140可经由变速器系统联接到客车的至少一个驱动轮。此外，起动器马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140，以启用发动机10的起动操作。
[0020]汽缸14可以经由一系列进气通道142、144和146接收进气空气。进气通道146可以与除汽缸14以外的发动机10的其他汽缸连通。在一些示例中，进气通道中的一个或更多个可包括诸如涡轮增压器或机械增压器的升压装置。例如，图1示出发动机10被配置有包括在进气通道142和144之间布置的压缩机174和沿排气通道148布置的排气涡轮176的涡轮增压器。在升压装置被配置为涡轮增压器的情况下，压缩机174可经由轴180至少部分地由排气涡轮176驱动。然而，如在发动机10被提供有机械增压器的另一些示例中，可任选地省略排气涡轮176，其中压缩机174可通过来自马达或发动机的机械输入被驱动。沿发动机的进气通道可提供包括节流板164的节气门162，用于改变供应至发动机汽缸的进气空气的流率和/或压力。例如，节气门162可被定位在如图1所示的压缩机174的下游，或者替代地可被提供在压缩机174的上游。
[0021]排气通道148能够从除汽缸14以外的发动机10的其他汽缸接收排气。排气传感器128被示出联接到在排放控制装置178上游的排气通道148。例如，可从用于提供排气空气/燃料比的指示的各种合适传感器(如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧)、双态氧传感器或EGO (如图所示)、HEGO (加热的EGO)、N0x、HC或CO传感器)中选择传感器128。排放控制装置178可以是三元催化剂(TWC)、N0X捕集器、各种其他排放控制装置或它们的组合。
[0022]发动机10的每个汽缸可包括一个或更多个进气门和一个或更多个排气门。例如，汽缸14被示出包括位于汽缸14的上区域处的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些示例中，发动机10的每个汽缸(包括汽缸14)可包括位于汽缸的上区域处的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
[0023]进气提升气门150可经由致动器152由控制器12控制。类似地，排气提升气门156可经由致动器154由控制器12控制。在一些状况期间，控制器12可改变提供给致动器152和154的信号来控制相应进气门和排气门的打开和关闭。进气提升气门150和排气提升气门156的位置可由相应气门位置传感器(未示出)确定。气门致动器可以是电动气门致动型或凸轮致动型，或者它们的组合。可同时控制进气门和排气门正时，或者可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时中的任何可能的一个。每个凸轮致动系统可包括一个或更多个凸轮并且可利用可由控制器12操作的凸轮廓线变换(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或更多个以改变气门操作。例如，汽缸14可以替代地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括CPS和/或VCT的凸轮致动控制的排气门。在另一些示例中，进气门和排气门可由共同的气门致动器或致动系统或者可变气门正时致动器或致动系统控制。
[0024]汽缸14可以具有压缩比，所述压缩比是当活塞138处于下止点时的体积与处于上止点时体积的比。在一个示例中，压缩比是在9:1至10:1的范围中。然而，在使用不同燃料的一些示例中，可增加压缩比。例如当使用较高辛烷燃料或具有较高潜在汽化焓的燃料时，压缩比增加可发生。如果由于直接喷射对发动机爆震的影响而导致使用直接喷射，则也可能增加压缩比。
[0025]在一些示例中，发动机10的每个汽缸14可包括用于启动燃烧的火花塞192。点火系统190能够在选定的操作模式下响应来自控制器12的火花提前信号SA经由火花塞192将点火火花提供给燃烧室(例如，汽缸14)。然而，在一些实施例中，可省略火花塞192，如在发动机10可如与一些柴油发动机情况一样通过自燃或者通过燃料的喷射启动燃烧的实施例。
[0026]在一些示例中，发动机10的每个汽缸可被配置有用于向其提供燃料的一个或更多个燃料喷射器。作为非限制性示例，汽缸14被示出包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可被配置成输送从燃料系统8接收的燃料。如参照图2和图3详述的，燃料系统8可包括一个或更多个燃料箱、燃料泵和燃料轨。燃料喷射器166被示出直接联接到汽缸14，用于将与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉冲宽度成比例的燃料直接喷射到汽缸14中。以这种方式，燃料喷射器166提供所谓的燃料到燃烧汽缸14中的直接喷射(以下称为“DI”)。虽然图1示出燃料喷射器166被定位到汽缸14的一侦牝但是燃料喷射器166可以替代地定位在活塞的上面，如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料的较低挥发性，当用醇基燃料操作发动机时此类位置可加强混合和燃烧。可替代地，喷射器可位于进气门的上面且靠近进气门来增加混合。经由高压燃料泵和燃料轨可将燃料从燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器166。此外，燃料箱可具有将信号提供给控制器12的压力变换器。
[0027]燃料喷射器170被示出以提供所谓的燃料到在汽缸14上游的进气道中的进气道喷射(以下称为“PFI”)的构造被布置在进气通道146中，而不是在汽缸14中。燃料喷射器170可喷射与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉冲宽度成比例的、从燃料系统8接收的燃料。应当注意，单个驱动器168或171可用于燃料喷射系统二者，或者如图所示可使用多个驱动器，例如用于燃料喷射器166的驱动器168和用于燃料喷射器170的驱动器171。
[0028]在替代示例中，燃料喷射器166和170中的每一个都可被配置为用于将燃料直接喷射到汽缸14中的直接燃料喷射器。在另一个示例中，燃料喷射器166和170中的每一个都可被配置为用于在进气门150的上游喷射燃料的进气道燃料喷射器。在又一示例中，汽缸14可包括仅单个燃料喷射器，所述单个燃料喷射器被配置成以变化的相对量从燃料系统中接收不同的燃料作为燃料混合物，并且还被配置成作为直接燃料喷射器将此燃料混合物直接喷射到汽缸中或作为进气道燃料喷射器在进气门的上游将此燃料混合物直接喷射到气缸中。因此，应当理解，本文所述的燃料系统不应该通过本文以示例的方式所述的特定燃料喷射器构造来限制。
[0029]在汽缸的单个循环期间可由两个喷射器将燃料输送到汽缸。例如，每个喷射器可输送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。此外，从每个喷射器输送的燃料的分配量和/或相对量可随诸如发动机负载、爆震和排气温度的工况变化，如本文以下所述。在敞开的进气门事件、关闭的进气门事件(例如，大体在进气冲程之前)以及在敞开和关闭的进气门操作期间可输送进气道喷射的燃料。类似地，例如在进气冲程期间以及部分地在先前排气冲程期间、在进气冲程期间和部分地在压缩冲程期间可输送直接喷射的燃料。因此，甚至对于单个燃烧事件，可在不同的正时处从进气道喷射器和直接喷射器来喷射所喷射的燃料。此外，对于单个燃烧事件，每