用于固定和可变压力燃料喷射的方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本说明涉及用于调整内燃发动机的燃料喷射器的操作的系统和方法。这些方法可特别适用于包括固定高压直接燃料喷射器和可变高压直接燃料喷射器的发动机。
【背景技术】
[0002]直接燃料喷射(DI)系统提供优于进气道燃料喷射系统的一些优点。例如，直接燃料喷射系统可改善汽缸充气冷却，使得发动机汽缸可以以较高的压缩比进行操作而不招致不利的发动机爆震。然而，在较高的发动机速度和负载的情况下，直接燃料喷射器不能提供期望的燃料量到汽缸，因为汽缸冲程花费的时间量缩短，使得没有足够的时间喷射期望的燃料量。因此，在较高的发动机速度和负载的情况下，发动机可产生比期望少的功率。另外，直接喷射系统可更易于存在颗粒物排放物。
[0003]为减少颗粒物排放和油中的燃料稀释，已经开发出超高压的直接喷射系统。例如，虽然标称的直接喷射最大压力在150bar的范围内，但较高压DI系统可在250bar至800bar的范围内操作。
[0004]使用此类高压DI系统的一个问题在于，喷射器的动态范围可受到轨压力的限制。具体地，当轨压力非常高，且发动机必须以低负载操作时，喷射器脉宽可非常小。在此类小脉宽的工况下，喷射器操作可高度可变。另外，在非常低的脉宽情况时，喷射器甚至会不打开。这些工况可导致大的燃料供应误差。
【发明内容】
[0005]在一种示例中，通过一种用于发动机的方法，以上问题可至少部分得到解决，该方法包括:操作高压燃料栗从而经由第一燃料轨以可变压力直接喷射燃料，并且经由第二燃料轨以固定压力直接喷射燃料，来自栗的燃料供给经由上游的压力控制阀控制，其中第二轨联接到栗的进口而第一轨联接到栗出口。另外，高压燃料栗操作可有利地用于将喷射到每个汽缸的燃料在固定压力直接喷射器与可变压力直接喷射器之间进行分流，以便获悉每个直接喷射器的弹道区域。
[0006]作为示例，燃料系统可配置具有低压提升栗和高压喷射栗。高压栗可以为活塞栗。高压喷射栗的输出可经由使用电磁阀(MSV)机械控制而不是电子控制。至少一个止回阀和一个卸压阀(或过压阀)可联接在提升栗与喷射栗之间。以可变高压输送燃料到第一组直接燃料喷射器的第一燃料轨可经由止回阀和卸压阀联接到喷射栗的出口。同样，以固定高压输送燃料到第二组直接燃料喷射器的第二燃料轨也可经由止回阀和卸压阀联接到喷射栗的进口。在高压活塞栗未进行往复运动的条件期间，诸如在发动机起动转动之前，止回阀、卸压阀和MSV使第二燃料轨的固定压力升高到提升栗的压力(通常5bar(g))。在栗进行往复运动时，输送燃料到第二组直接喷射器的第二燃料轨的压力能够升高到与输送可变压力燃料到直接喷射器的第一燃料轨的最小压力相同的水平(诸如，以15bar) ο通过经由MSV调整栗输出可进一步升高和改变第一燃料轨的压力。因此，基于发动机工况，燃料可经由直接喷射以固定高压或可变高压输送到发动机汽缸。进一步地，在选定的获悉条件期间，通过应用弹道区域中的喷射器脉宽，而以线性区域中的喷射器脉宽操作联接到固定高压燃料轨的直接喷射器，并且观察排气空燃比距化学计量比的变化，可获悉联接到可变高压燃料轨的直接喷射器的弹道区域。
[0007]这样，可以以比提升栗所提供的压力更高的燃料压力提供固定高压直接燃料喷射。更具体地，高压排量栗可有利地适用于提供可变高压到第一直接喷射燃料轨，同时也提供固定高压到第二直接喷射燃料轨。通过将第二直接喷射燃料轨的默认固定压力升高到与第一直接喷射燃料轨的最小压力一样高，高压直接喷射的益处可扩展到更广泛的工况范围。例如，当等效量的直接喷射受到联接到可变压力燃料轨的直接燃料喷射器的脉宽或动态范围限制时(诸如，非常高或非常低的发动机速度-负荷工况，以及在发动机冷启动期间)，经由联接到固定压力燃料轨的直接喷射器，可以更准确地直接喷射较少量/较少体积的燃料。更进一步地，在汽缸循环中，通过平衡来自两个燃料轨的直接喷射，燃料可在进气冲程和压缩冲程中经由更多次的分流燃料喷射被输送。总的来说，燃料喷射效率增加并且燃料供应误差减少，从而改善了发动机性能。
[0008]应该理解，提供上述
【发明内容】
是为以简化形式引入所选概念，其将在【具体实施方式】中进一步描述。这并非意味着确立所要求的主题的关键或基本特征，其保护范围由随附权利要求唯一限定。此外，所要求的主题不限于解决以上的或本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。
【附图说明】
[0009]图1示意性描绘内燃发动机汽缸的示例实施例。
[0010]图2示意性描绘燃料系统的示例实施例，燃料系统经配置用于可与图1的发动机一起使用的机械调节的固定和可变高压直接喷射。
[0011]图3描绘一种用于操作高压栗以提供在第一直接喷射燃料轨处的固定高压和在第二直接喷射燃料轨处的可变高压的方法流程图。
[0012]图4示出可在发动机冷启动操作期间经由图2-3的燃料系统应用的示例燃料喷射分布图。
[0013]图5描绘一种用于获悉直接喷射器的弹道区域的方法流程图。
[0014]图6示出根据本公开的基于排气λ值变化的直接喷射器的弹道区域的示例获悉。
[0015]图7示出根据本公开的响应松开加速器踏板事件的示例燃料喷射调节。
【具体实施方式】
[0016]以下详细说明提供了信息，该信息关于用于机械调整联接到直接喷射器的固定压力燃料轨和可变压力燃料轨中的每个中的压力的高压燃料栗和系统。图1给出内燃发动机中的汽缸的示例实施例，而图2描绘可与图1的发动机一起使用的燃料系统。在图2详细示出的具有机械压力调整和相关的燃料系统部件的高压栗使固定压力直接喷射燃料轨能够以比提升栗的默认压力高的压力进行操作，同时使可变压力直接喷射燃料轨能够在可变高压范围内进行操作。关于图3示出了一种用于调整经由直接喷射燃料轨的燃料输送的方法。例如，由于可变高压直接喷射器在发动机冷启动情况期间的受限动态范围，所以固定压力下的直接喷射可在发动机冷启动情况下使用，如图4所示。另外，如图5-6所示，通过将到给定汽缸的燃料喷射在接收来自固定压力燃料轨的燃料的直接喷射器与接收来自可变压力燃料轨的燃料的直接喷射器之间进行分流，控制器可获悉每个直接喷射器的弹道区域中的燃料喷射器传递函数。响应发动机操作工况变化(诸如，在松开加速器踏板期间)的在喷射器之间的示例燃料喷射调节在图7示出。
[0017]贯穿该【具体实施方式】所使用的有关专有名词，高压栗或直接喷射栗可简写为DI栗或HP栗。类似地，低压栗或提升栗可简写为LP栗。进气道燃料喷射可简写为PFI，而直接喷射可简写为DI。而且，燃料轨压力或在燃料轨内的燃料的压力的值可简写为FRP。而且，用于控制进入HP栗的燃料流的机械操作的进口止回阀还可被称为溢流阀。如以下更详细讨论，依赖于机械压力调节而不是用电子控制的进口阀的HP栗可被称为机械控制的HP栗，或具有机械调节的压力的HP栗。尽管不使用用于调节栗入燃料体积的电子控制的进口阀，但机械控制的HP栗仍可基于电子选择提供一个或更多个离散压力。
[0018]图1描绘内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例。发动机10可至少部分通过包括控制器12的控制系统和经由输入设备132来自交通工具操作者130的输入进行控制。在该示例中，输入设备132包括加速器踏板和用来生成比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸14(也称“燃烧室”)可包括燃烧室壁136，其中活塞138可安置在燃烧室壁136中。活塞138可联接到曲轴140，使得活塞的往复运动转化成曲轴的转动运动。曲轴140可经由传动系统联接到客运交通工具的至少一个驱动轮。进一步地，起动机马达(未示出)可经由飞轮联接到曲轴140，以能够实现发动机10的起动操作。
[0019]汽缸14可经由一系列进气空气通道142、144和146接收进气空气。除汽缸14之外，进气空气通道146还能够与发动机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增压设备，诸如涡轮增压器或机械增压器。例如，图1示出经布置具有涡轮增压器的发动机10，涡轮增压器包括布置在进气通道142与144之间的压缩机174和沿着排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可经由轴180至少部分通过排气涡轮176提供动力，其中增压设备被配置为涡轮增压器。然而，在另一些示例中，诸如发动机10装备有机械增压器的示例，排气涡轮176可被可选地省略，其中压缩机174通过来自马达或发动机的机械输入提供动力。可沿着发动机的进气通道提供包括节流板164的节气门162，用于改变提供给发动机汽缸的进气空气的流速和/或压力。例如，如图1所示，节气门162可被放置在压缩机174的下游，或替代性地可被设置在压缩机174的上游。
[0020]除汽缸14以外，排气通道148还能够接收来自发动机10的其他汽缸的排气。所示排气传感器128在排放控制设备178的上游联接到排气通道148。传感器128可选自各种合适的传感器以用于提供排气空燃比的指示，诸如例如，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)、HEG0(加热EG0)、N0x、HC或CO传感器。排放控制设备178可以为三元催化器(TWC)、Ν0χ捕集器、各种其他排放物控制设备或其组合。
[0021]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，所示汽缸14包括位于汽缸14上部区域的至少一个进气提升阀150和至少一个排气提升阀156。在一些示例中，包括汽缸14的发动机10的每个汽缸可包括位于汽缸上部区域的至少两个进气提升阀和至少两个排气提升阀。
[0022]进气门150可经由致动器152由控制器12控制。类似地，排气门156可经由致动器154由控制器12控制。在一些工况期间，控制器12可改变提供给致动器152和154的信号，以控制相应进气门和排气门的打开和闭合。进气门150和排气门156的位置可由相应的气门位置传感器(未示出)确定。气门致动器可以为电动气门致动类型或凸轮致动类型，或其组合。进气门正时和排气门正时可被同时控制，或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的可能性中的任意一种。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来改变气门操作。例如，汽缸14可替代性地包括经由电动气门致动控制的进气门和经由包括GPS和/SVCT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，或可变气门正时致动器或致动系统控制。
[0023]汽缸14可具有一定压缩比，压缩比为当活塞138处于下止点时的容积与处于上止点时的容积的比。在一种示例中，压缩比在9:1至10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可增加。这可在例如当使用较高辛烷值燃料或具有较高潜在汽化焓的燃料时发生。如果使用直接喷射，则由于其对发动机爆震的影响，压缩机比也会增加。
[0024]在一些示例中，发动机10的每个汽缸可包括火花塞192用于开始燃烧。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，点火系统190能够经由活塞塞192提供点火火花到燃烧室14。然而，在一些实施例中，火花塞192可以被省略，诸如发动机10可通过自动点火或燃料喷射开始燃烧，正如使用柴油发动机的情况一样。
[0025]在一些示例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或更多个燃料喷射器用于向其中提供燃料。作为非限制性示例，所示汽缸14包括两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166和170可经配置输送接收自燃料系统8的燃料。如关于图2所详述，燃料系统8可包括一个或更多个燃料箱、燃料栗和燃料轨。所示燃料喷射器166和170均直接联接到汽缸14，用于与信号FPW-1和FPW-2的脉宽成比例地向汽缸14中直接喷射燃料，其中信号FPW-1和FPW-2分别经由电子驱动器168和171从控制器12接收。以这种方式，燃料喷射器166和170提供进入燃烧汽缸14的被称为燃料的直接喷射(之后被称为“DI”)的喷射。尽管图1不出喷射器166和170被放置到汽缸14的一侧，但喷射器166、170中的一个或更多个可以替代性地位于活塞的顶部，诸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料具有较低挥发性，所以当使用醇基燃料操作发动机时，此位置可改善混合和燃烧。替代性地，喷射器可位于顶部并靠近进气门以改善混合。燃料可经由高压燃料栗和燃料轨从燃料系统8的燃料箱输送到燃料喷射器166。进一步地，燃料箱可具有提供信号到控制器12的压力换能器。注意的是，两个燃料喷射器可使用单个驱动器168或171，或如上所述可使用多个驱动器。
[0026]在汽缸的单个循环期间，燃料可通过两个喷射器输送到汽缸。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。进一步地，从每个喷射器输送的燃料的分配和/或相对量可随着工况而变化，所述工况诸如发动机负荷、爆震和排气温度，诸如以下在此所述。直接喷