專利名稱：控制按需燃油泵的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及內(nèi)燃機以及更確切地涉及一種控制用于這種發(fā)動機的 按需燃油泵的方法。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，利用只泵送足夠油以替換發(fā)動機每次循環(huán)用 油的基于按需燃油泵可提高燃油供給系統(tǒng)的效率。該泵提供的多余燃油 通過有效的數(shù)字控制閥返回或旁路回該泵的入口側(cè)。此處壓力較低且?guī)烀?費比泵送其進入高壓側(cè)少的液壓能。發(fā)動機噴嘴燃油軌中的油壓可通過 增加泵入燃油軌中的燃油量和將多余量返回泵的入口來控制。通過來自 燃油軌壓力傳感器的閉環(huán)反饋可維持期望的壓力，壓力傳感器指示何時 在泵入軌的油量和從軌噴出的油量間達到 一種穩(wěn)定狀態(tài)。
按需燃油泵的 一般形式包括通過發(fā)動機氣門系的凸輪軸上的凸角 直接往復(fù)的單柱塞。在該實例中，有許多確定發(fā)動機高負荷下可泵入軌
中的燃油量的最大值的參數(shù)
1) 泵幾何排量；
2) 每個發(fā)動機循環(huán)的凸輪凸角事件數(shù)；
3) 凸輪凸角的最大升程；
4) 泵容積效率。
這些最大泵容量參數(shù)基于發(fā)動機最大燃油需求確定，該最大燃油需 求基本上是以下發(fā)動機參數(shù)的函數(shù)
1) 最大質(zhì)量空氣流率；
2) 燃油加濃標定需求。
在發(fā)動機輕負栽，尤其是怠速的情況下，有許多參數(shù)限制泵入燃油 軌的最小非零油量穩(wěn)定性和，油壓控制的穩(wěn)定性。這些參數(shù)包括
1) 最小質(zhì)量空氣流率；
2) 燃油加濃標定需求；
3) 凸輪凸角事件數(shù)；
4 ) 有效數(shù)字控制閥正時與凸輪軸的同步；
5) 凸輪軸正時變化；
6) 凸輪凸角升程輪廓；
7) 泵內(nèi)部漏泄變化。
一般對基于需求的泵系統(tǒng)在低負載時提供穩(wěn)定的壓力是有挑戰(zhàn) 的。對于高動態(tài)燃油供應(yīng)范圍的發(fā)動機該問題被增加，例如渦輪增壓和 稀薄燃燒發(fā)動機。期望具有對需求泵系統(tǒng)提高在低負栽時的油壓穩(wěn)定性 的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種方法，該方法增加了基于需求的燃油供給系統(tǒng)的動 態(tài)范圍和壓力控制穩(wěn)定性，以及在低負栽，尤其是怠速下提供改善的操 作穩(wěn)定性。
廣義上該方法包括步驟
控制用于向多缸發(fā)動機的燃油噴射系統(tǒng)供給加壓燃油的按需燃油 泵，該泵具有經(jīng)過進口控制閥供給燃油的凸輪驅(qū)動泵送元件。在可選的 實例中采用凸輪驅(qū)動的往復(fù)活塞泵，該方法包括
提供具有多個泵送凸角的凸輪，該泵送凸角可操作以產(chǎn)生泵送元件 的沖程以向系統(tǒng)泵送燃油；和
當不需要時通過使選擇凸角的泵送作用失效來減少燃油傳送以維
持系統(tǒng)中的最小油壓。在優(yōu)選實施例中，可選擇失效凸角以維持有效泵
送凸角的連貫泵送節(jié)奏。
在對于4， 6, 8缸發(fā)動機的典型實施例中，凸輪凸角的數(shù)量可為4。 當只需要兩個有效凸角時通過失效4個凸角中的2個凸角的泵送作用以 及當只需要一個有效凸角時失效4個凸角中的3個來減少燃油供給。所選 凸角的失效可通過在選擇用于失效的凸角的泵送元件作用時維持入口 控制閥打開來實現(xiàn)，以使所選凸角輸送的燃油回流到泵的入口側(cè)。
控制閥可是電動的，例如通過螺線管。在發(fā)動機運行期間為了選擇 保持有效的凸角數(shù)且獲得油壓穩(wěn)定性最寬范圍，控制器可提供來響應(yīng)發(fā) 動機所選預(yù)定和可變的操作條件而驅(qū)動該控制閥。
從結(jié)合附圖的本發(fā)明特定實施例的描述中，本發(fā)明的所有特征和優(yōu) 點將被更全面的理解。


圖2是典型的控制操作框圖，其被編程以選擇用于在預(yù)定條件下運
行的凸輪凸角數(shù)；及
圖3是指示方式的圖表，其中燃油控制系統(tǒng)以該方式運行以控制由 按需燃油泵提供的燃油軌壓力。
具體實施例方式
首先參考圖l，數(shù)字10—般表示具有曲軸驅(qū)動的凸輪軸12的內(nèi)燃 機，其中凸輪軸12包括具有4個沿凸輪圓周等間距隔開的作用凸角16的 燃油泵凸輪14。該發(fā)動機進一步包括具有氣缸限定體20的往復(fù)燃油泵 18，在氣缸限定體20中往復(fù)驅(qū)動活塞22。安裝在活塞端部的滾子從動件 動7 一一 、 . '土 —
泵體20包括和與泵缸體(未示出)內(nèi)部連接的入口26出口28。出口 28與單向閥30連接，單向閥30與通向相關(guān)的發(fā)動機噴射燃油軌(未示 出)的出口管路32連接。入口26上游與控制閥34連接，該控制閥由螺線 管36驅(qū)動且其控制從泵體20流回入口管路38的燃油通道。入口管路由與 車輛油箱(未示出)連接的低壓泵供油。
油泵的操作可由一個或多個適當?shù)目刂破骺刂啤＠?，圖2中所示 的控制器40,描述了對有效凸輪凸角數(shù)的選擇以用于各種發(fā)動機運行情 況下燃油泵的操作。
控制器40結(jié)合表示歧管絕對壓力(MAP)和發(fā)動機速度(RPM) 44 的發(fā)動機傳感器讀數(shù)以計算發(fā)動機負栽46 。將由當前運行情況確定的燃 油軌中的最小需求油壓48,測量的當前油壓50和每次噴射供給的油量52 與發(fā)動機負載結(jié)合以在計算53中確定用于當前發(fā)動機運行狀況保持有 效所需的凸輪凸角最小數(shù)量，從而產(chǎn)生選擇54。
接著參考圖3，圖表56表示燃油泵燃油傳送的控制方式。鋸齒線58 通常表示相對于曲軸角完成發(fā)動機每次循環(huán)的四沖程的活塞的往復(fù)作 用。線60勾畫出活塞沖程S的無陰影部分61，其中燃油入口控制閥34打 開，允許流入或回流。臨近線60，陰影區(qū)62表示閥34關(guān)閉而阻止回流的
時間段，且示出燃油通過單向閥30和出口管路32供給到燃油軌的有效長 度L或泵送沖程位移。陰影區(qū)下的短劃線示出活塞沖程S的非泵送部分。 有效沖程長度可從活塞的全沖程S變化到?jīng)_程S的任意期望部分以控制 在發(fā)動機各種運行下維持在燃油軌中的平均燃油壓力。
系統(tǒng)的運行如下所述。在發(fā)動機啟動期間，發(fā)動機的開動旋轉(zhuǎn)凸專侖 軸12，促使凸輪凸角16在泵體20中往復(fù)泵活塞22。在泵吸入沖程64期間 控制閥36打開且在具有長度L的所選有效泵送沖程66期間控制閥關(guān)閉。 在吸入沖程中，當閥36打開活塞從入口管路38將燃油吸入泵體。在有效 泵送沖程中，當控制閥36關(guān)閉時活塞22迫使燃油排出泵體并通過單向閥 30流入出口管路。該閥在泵送沖程保持關(guān)閉直到泵通過出口管路32提供 足夠燃油流到相關(guān)的噴射燃油軌(未示出)，以將燃油軌的壓力提升至 燃油噴射的確定最小壓力。
在發(fā)動機啟動時，從泵流出的燃油出口壓力通過按需要減少經(jīng)過單 向閥30的燃油量來控制，以在瞬時操作條件的發(fā)動機運行期間提供與噴 射入發(fā)動機氣缸(未示出)的油量相當?shù)钠骄髁?。該控制是雙重的。 首先，控制器40，以先前表示的方式，確定在當前情況下為維持必需的 燃油流量和噴嘴燃油軌中必需的油壓所必需用到的凸輪凸角的數(shù)量，并 用所需的凸輪凸角數(shù)操作系統(tǒng)。其次，在每個泵送沖程期間由泵供給的 油量被減少，這可能是必需的，該減少通過數(shù)字化觸動控制閥34打開以 將泵送沖程多余的油量回流到入口管路來實現(xiàn)。這致使僅有所需的燃油 量從泵體20實際泵入出口管路32。這樣，流入燃油軌的平均燃油流量被 控制以在穩(wěn)定狀態(tài)和可變發(fā)動機運行情況下維持軌中適當?shù)挠蛪骸?br> 在具體實例中，在怠速運行期間，控制器40操作以確定只需要一個 凸輪凸角16泵送燃油以維持噴射燃油軌中的最小油壓。因此，控制閥36 在泵活塞的所有吸入沖程和四個泵送沖程的三個中維持打開，在此期間 泵送的燃油回流到入口管路38且不供給到加壓出口管路32。
在第四個沖程期間，抽入泵體20的燃油通過控制閥36的數(shù)字化打開 部分地回流到入口管路38以將期望的油量流回入口管路38。這種控制概 念在圖3中由線60示出，其描述了具有兩個有效泵送凸角的操作。在活 塞從O到線60的初始運動期間該控制閥保持打開，在此期間燃油溢流到 入口管路。在第四個沖程的其余沖程中，為可在噴射燃油軌中維持必需 的壓力，控制閥36關(guān)閉到泵送沖程的結(jié)束以提供足夠的時間將需要的油
量在壓力下通過單向閥30流到出口管路32。
當發(fā)動機速度和負栽增加時，控制器40按需運行將泵產(chǎn)生的有效泵 送沖程的數(shù)量從一個增加到兩個，生成圖3所示的運行模式。當需要更 高發(fā)動機動力和速度時，有效泵送沖程的數(shù)量可增加到每個發(fā)動機循環(huán) 3個或最大值4個。在所有情況下，每個有效泵送沖程的具體輸出由控制 閥36的數(shù)字控制器控制以維持流入燃油軌的燃油基本與在穩(wěn)態(tài)壓力狀 況期間從燃油軌吸出噴射到發(fā)動機氣缸中的燃油相等。
當泵在所有泵送沖程有效的情況下操作于低負載運行，尤其是怠速 運行時，由于需要很少的燃油量和曲軸速度的變化以及影響實際燃油供 給量的閥的操作，活塞的數(shù)字控制的輸出在低負栽和低速期間可能變得 不穩(wěn)定。本發(fā)明可有效減少這些變化，其中泵送燃油的主要控制通過改 變有效凸輪凸角的數(shù)量來操作，其直接改變了與有效凸角的數(shù)量成比例 的標稱燃油輸出。因此，當有效凸角減少時，每個泵送沖程的數(shù)字控制 變化的效果成比例地減少。系統(tǒng)運行的結(jié)果由此在發(fā)動機從急速到最大 輸出的整個范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的油壓控制。
在優(yōu)選實施例中，燃油控制可通過在所有情況下在燃油軌中維持有 效泵送沖程的連貫泵送節(jié)奏來簡化和改進。尤其是，在怠速和低負載時 每個發(fā)動機循環(huán)采用單個有效泵送沖程，每個發(fā)動機循環(huán)包括四沖程循 環(huán)發(fā)動機上的曲軸的兩個旋轉(zhuǎn)。當發(fā)動機上的負栽增加，每個發(fā)動機循 環(huán)泵送沖程提升到兩個，當達到最大負載范圍，每個泵送循環(huán)中沖程增 加到4個。因此，在各種情況下，泵送沖程以等間隔的發(fā)動機曲軸旋轉(zhuǎn) 出現(xiàn)，因而可獲得燃油軌中油壓的重復(fù)變化以及對于氣缸的噴射控制可 更精確和可預(yù)測地完成。
雖然可采用任意適當?shù)耐馆啿贾?，但由于大?和8-缸發(fā)動機的發(fā)動 機凸輪軸基圓直徑、產(chǎn)生研磨過程的最小曲率半徑、最大發(fā)動機速度時 的泵作用速率、泵效率、凸輪應(yīng)力、最大流率能力的限制，單個凸輪上 四個凸角被認為是代表了當前的實際限制。然而，如果期望，本發(fā)明的 概念也可同等應(yīng)用到具有更多凸角的凸輪或用于多凸輪泵。在維持連貫 節(jié)奏的同時，少于4個的凸輪凸角數(shù)可有效減少凸輪凸角泵送事件失效 的機會。在4個凸輪凸角的情況下，可根據(jù)失效的凸輪作用事件數(shù)量減 少燃油流控制變化達因子二或四中的一個。
雖然本發(fā)明描述了采用凸輪驅(qū)動活塞往復(fù)的泵，但本發(fā)明可等同的
采用其他類型的曲軸驅(qū)動泵，例如隔膜泵，連桿驅(qū)動泵和其他曲軸及時 驅(qū)動的泵。
在4缸發(fā)動機的情況下，4-凸角結(jié)構(gòu)在高負載期間為每個噴射事件提 供泵事件。這種分布將為每個噴射提供最大可重復(fù)壓力分布，其可減少 氣缸偏置噴嘴脈沖寬度的需要。在8-缸發(fā)動機的情況下，4-凸角結(jié)構(gòu)將 為每兩次噴射提供泵事件。因此，在按點火次序的交替氣缸中存在不同 的油壓分布。如果燃油軌的大小合適其還可提供可接受的噴射控制，或 每隔一個氣缸其需要對噴射脈沖寬度進行一些偏置。在6-缸發(fā)動機的情 況下，4-凸角的結(jié)構(gòu)將為每1.5個噴射事件提供泵事件。如果軌大小合適 其可提供可接受的燃油噴射控制，但其可通過噴射脈沖寬度偏置來提 高。
盡管本發(fā)明已描述了確定的優(yōu)選實施例，但需要明白的是在所描述 的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)可進行許多改變。因此，本發(fā)明沒有被公開的 實施例限制，而是包括權(quán)利要求的措詞所允許的所有范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制按需燃油泵向多缸發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)供給加壓燃油的方法，該泵具有通過入口控制閥進行供給的曲軸驅(qū)動往復(fù)泵送元件，所述方法包括給每個發(fā)動機曲軸循環(huán)提供驅(qū)動件執(zhí)行的泵送元件的多個泵送沖程以向系統(tǒng)泵送燃油；和當不需要時通過使選擇的泵送元件的泵送作用失效以減少燃油傳送從而維持系統(tǒng)中所需的最小油壓。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，進一步包括當需要時通過減少有效泵 送元件的傳送以減少燃油傳送從而在系統(tǒng)中維持所述最小油壓。
3. 如權(quán)利要求l所迷的方法，其中所選泵送元件的泵送作用的失效 是通過在所選泵送元件作用期間維持入口控制閥打開以使所選元件的 泵送燃油保留在泵的入口側(cè)來實現(xiàn)的。
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述驅(qū)動件是具有多個泵送凸角 的凸輪以及泵送元件是由凸輪驅(qū)動的活塞。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，其中凸輪具有偶數(shù)個凸角以及選擇失 效凸角以維持有效泵送凸角的連貫泵送節(jié)奏。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述凸輪凸角數(shù)為4且通過在只 需要2個有效凸角時使4個凸角中的2個失效和當只需要1個有效凸角時 使4個凸角中的3個失效來減少燃油傳送。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中控制閥是電動的且在任何失效泵 送元件的失效期間和任何有效泵送元件的泵送作用的所選部分期間可 操作以維持打開。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括可響應(yīng)所選預(yù)定和可變操作條件 的控制器以在發(fā)動機運行期間選擇保持有效的泵送元件數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所迷的方法，其中所選條件包括發(fā)動機負載，指令 油壓，檢測油壓和每次噴射的燃油質(zhì)量。
10. 如權(quán)利要求9所迷的方法，進一步包括最大發(fā)動機負載，最大 燃油質(zhì)量和最大油壓壓差中的至少一個條件。
全文摘要
提出一種控制按需燃油泵向多缸發(fā)動機燃油噴射系統(tǒng)供給加壓燃油的方法。所述泵具有曲軸驅(qū)動泵送元件，其通過入口控制閥供給燃油。在優(yōu)選實施例中，該方法包括提供具有偶數(shù)個泵送凸角的凸輪，其可操作地產(chǎn)生泵送元件沖程以向系統(tǒng)泵送燃油以及當不需要時通過使所選凸角的泵送作用失效來減少燃油傳送以維持系統(tǒng)中最小油壓?？蛇x擇失效凸角以維持有效泵送凸角的連貫泵送節(jié)奏。還公開了其他附加特征。
文檔編號F02M37/06GK101205859SQ20071030094
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月15日
發(fā)明者C·D·馬里奧特, D·R·維爾納, M·J·盧西多 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作公司