用于固定和可變壓力燃料噴射的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本說明涉及用于調(diào)整內(nèi)燃發(fā)動機的燃料噴射器的操作的系統(tǒng)和方法。這些方法可特別適用于包括固定高壓直接燃料噴射器和可變高壓直接燃料噴射器的發(fā)動機。
【背景技術】
[0002]直接燃料噴射(DI)系統(tǒng)提供優(yōu)于進氣道燃料噴射系統(tǒng)的一些優(yōu)點。例如，直接燃料噴射系統(tǒng)可改善汽缸充氣冷卻，使得發(fā)動機汽缸可以以較高的壓縮比進行操作而不招致不利的發(fā)動機爆震。然而，在較高的發(fā)動機速度和負載的情況下，直接燃料噴射器不能提供期望的燃料量到汽缸，因為汽缸沖程花費的時間量縮短，使得沒有足夠的時間噴射期望的燃料量。因此，在較高的發(fā)動機速度和負載的情況下，發(fā)動機可產(chǎn)生比期望少的功率。另外，直接噴射系統(tǒng)可更易于存在顆粒物排放物。
[0003]為減少顆粒物排放和油中的燃料稀釋，已經(jīng)開發(fā)出超高壓的直接噴射系統(tǒng)。例如，雖然標稱的直接噴射最大壓力在150bar的范圍內(nèi)，但較高壓DI系統(tǒng)可在250bar至800bar的范圍內(nèi)操作。
[0004]使用此類高壓DI系統(tǒng)的一個問題在于，噴射器的動態(tài)范圍可受到軌壓力的限制。具體地，當軌壓力非常高，且發(fā)動機必須以低負載操作時，噴射器脈寬可非常小。在此類小脈寬的工況下，噴射器操作可高度可變。另外，在非常低的脈寬情況時，噴射器甚至會不打開。這些工況可導致大的燃料供應誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在一種示例中，通過一種用于發(fā)動機的方法，以上問題可至少部分得到解決，該方法包括:操作高壓燃料栗從而經(jīng)由第一燃料軌以可變壓力直接噴射燃料，并且經(jīng)由第二燃料軌以固定壓力直接噴射燃料，來自栗的燃料供給經(jīng)由上游的壓力控制閥控制，其中第二軌聯(lián)接到栗的進口而第一軌聯(lián)接到栗出口。另外，高壓燃料栗操作可有利地用于將噴射到每個汽缸的燃料在固定壓力直接噴射器與可變壓力直接噴射器之間進行分流，以便獲悉每個直接噴射器的彈道區(qū)域。
[0006]作為示例，燃料系統(tǒng)可配置具有低壓提升栗和高壓噴射栗。高壓栗可以為活塞栗。高壓噴射栗的輸出可經(jīng)由使用電磁閥(MSV)機械控制而不是電子控制。至少一個止回閥和一個卸壓閥(或過壓閥)可聯(lián)接在提升栗與噴射栗之間。以可變高壓輸送燃料到第一組直接燃料噴射器的第一燃料軌可經(jīng)由止回閥和卸壓閥聯(lián)接到噴射栗的出口。同樣，以固定高壓輸送燃料到第二組直接燃料噴射器的第二燃料軌也可經(jīng)由止回閥和卸壓閥聯(lián)接到噴射栗的進口。在高壓活塞栗未進行往復運動的條件期間，諸如在發(fā)動機起動轉動之前，止回閥、卸壓閥和MSV使第二燃料軌的固定壓力升高到提升栗的壓力(通常5bar(g))。在栗進行往復運動時，輸送燃料到第二組直接噴射器的第二燃料軌的壓力能夠升高到與輸送可變壓力燃料到直接噴射器的第一燃料軌的最小壓力相同的水平(諸如，以15bar) ο通過經(jīng)由MSV調(diào)整栗輸出可進一步升高和改變第一燃料軌的壓力。因此，基于發(fā)動機工況，燃料可經(jīng)由直接噴射以固定高壓或可變高壓輸送到發(fā)動機汽缸。進一步地，在選定的獲悉條件期間，通過應用彈道區(qū)域中的噴射器脈寬，而以線性區(qū)域中的噴射器脈寬操作聯(lián)接到固定高壓燃料軌的直接噴射器，并且觀察排氣空燃比距化學計量比的變化，可獲悉聯(lián)接到可變高壓燃料軌的直接噴射器的彈道區(qū)域。
[0007]這樣，可以以比提升栗所提供的壓力更高的燃料壓力提供固定高壓直接燃料噴射。更具體地，高壓排量栗可有利地適用于提供可變高壓到第一直接噴射燃料軌，同時也提供固定高壓到第二直接噴射燃料軌。通過將第二直接噴射燃料軌的默認固定壓力升高到與第一直接噴射燃料軌的最小壓力一樣高，高壓直接噴射的益處可擴展到更廣泛的工況范圍。例如，當?shù)刃Я康闹苯訃娚涫艿铰?lián)接到可變壓力燃料軌的直接燃料噴射器的脈寬或動態(tài)范圍限制時(諸如，非常高或非常低的發(fā)動機速度-負荷工況，以及在發(fā)動機冷啟動期間)，經(jīng)由聯(lián)接到固定壓力燃料軌的直接噴射器，可以更準確地直接噴射較少量/較少體積的燃料。更進一步地，在汽缸循環(huán)中，通過平衡來自兩個燃料軌的直接噴射，燃料可在進氣沖程和壓縮沖程中經(jīng)由更多次的分流燃料噴射被輸送。總的來說，燃料噴射效率增加并且燃料供應誤差減少，從而改善了發(fā)動機性能。
[0008]應該理解，提供上述
【發(fā)明內(nèi)容】
是為以簡化形式引入所選概念，其將在【具體實施方式】中進一步描述。這并非意味著確立所要求的主題的關鍵或基本特征，其保護范圍由隨附權利要求唯一限定。此外，所要求的主題不限于解決以上的或本公開的任何部分中指出的任何缺點的實施方式。
【附圖說明】
[0009]圖1示意性描繪內(nèi)燃發(fā)動機汽缸的示例實施例。
[0010]圖2示意性描繪燃料系統(tǒng)的示例實施例，燃料系統(tǒng)經(jīng)配置用于可與圖1的發(fā)動機一起使用的機械調(diào)節(jié)的固定和可變高壓直接噴射。
[0011]圖3描繪一種用于操作高壓栗以提供在第一直接噴射燃料軌處的固定高壓和在第二直接噴射燃料軌處的可變高壓的方法流程圖。
[0012]圖4示出可在發(fā)動機冷啟動操作期間經(jīng)由圖2-3的燃料系統(tǒng)應用的示例燃料噴射分布圖。
[0013]圖5描繪一種用于獲悉直接噴射器的彈道區(qū)域的方法流程圖。
[0014]圖6示出根據(jù)本公開的基于排氣λ值變化的直接噴射器的彈道區(qū)域的示例獲悉。
[0015]圖7示出根據(jù)本公開的響應松開加速器踏板事件的示例燃料噴射調(diào)節(jié)。
【具體實施方式】
[0016]以下詳細說明提供了信息，該信息關于用于機械調(diào)整聯(lián)接到直接噴射器的固定壓力燃料軌和可變壓力燃料軌中的每個中的壓力的高壓燃料栗和系統(tǒng)。圖1給出內(nèi)燃發(fā)動機中的汽缸的示例實施例，而圖2描繪可與圖1的發(fā)動機一起使用的燃料系統(tǒng)。在圖2詳細示出的具有機械壓力調(diào)整和相關的燃料系統(tǒng)部件的高壓栗使固定壓力直接噴射燃料軌能夠以比提升栗的默認壓力高的壓力進行操作，同時使可變壓力直接噴射燃料軌能夠在可變高壓范圍內(nèi)進行操作。關于圖3示出了一種用于調(diào)整經(jīng)由直接噴射燃料軌的燃料輸送的方法。例如，由于可變高壓直接噴射器在發(fā)動機冷啟動情況期間的受限動態(tài)范圍，所以固定壓力下的直接噴射可在發(fā)動機冷啟動情況下使用，如圖4所示。另外，如圖5-6所示，通過將到給定汽缸的燃料噴射在接收來自固定壓力燃料軌的燃料的直接噴射器與接收來自可變壓力燃料軌的燃料的直接噴射器之間進行分流，控制器可獲悉每個直接噴射器的彈道區(qū)域中的燃料噴射器傳遞函數(shù)。響應發(fā)動機操作工況變化(諸如，在松開加速器踏板期間)的在噴射器之間的示例燃料噴射調(diào)節(jié)在圖7示出。
[0017]貫穿該【具體實施方式】所使用的有關專有名詞，高壓栗或直接噴射栗可簡寫為DI栗或HP栗。類似地，低壓栗或提升栗可簡寫為LP栗。進氣道燃料噴射可簡寫為PFI，而直接噴射可簡寫為DI。而且，燃料軌壓力或在燃料軌內(nèi)的燃料的壓力的值可簡寫為FRP。而且，用于控制進入HP栗的燃料流的機械操作的進口止回閥還可被稱為溢流閥。如以下更詳細討論，依賴于機械壓力調(diào)節(jié)而不是用電子控制的進口閥的HP栗可被稱為機械控制的HP栗，或具有機械調(diào)節(jié)的壓力的HP栗。盡管不使用用于調(diào)節(jié)栗入燃料體積的電子控制的進口閥，但機械控制的HP栗仍可基于電子選擇提供一個或更多個離散壓力。
[0018]圖1描繪內(nèi)燃發(fā)動機10的燃燒室或汽缸的示例。發(fā)動機10可至少部分通過包括控制器12的控制系統(tǒng)和經(jīng)由輸入設備132來自交通工具操作者130的輸入進行控制。在該示例中，輸入設備132包括加速器踏板和用來生成比例踏板位置信號PP的踏板位置傳感器134。發(fā)動機10的汽缸14(也稱“燃燒室”)可包括燃燒室壁136，其中活塞138可安置在燃燒室壁136中?；钊?38可聯(lián)接到曲軸140，使得活塞的往復運動轉化成曲軸的轉動運動。曲軸140可經(jīng)由傳動系統(tǒng)聯(lián)接到客運交通工具的至少一個驅(qū)動輪。進一步地，起動機馬達(未示出)可經(jīng)由飛輪聯(lián)接到曲軸140，以能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機10的起動操作。
[0019]汽缸14可經(jīng)由一系列進氣空氣通道142、144和146接收進氣空氣。除汽缸14之外，進氣空氣通道146還能夠與發(fā)動機10的其他汽缸連通。在一些示例中，進氣通道中的一個或更多個可包括增壓設備，諸如渦輪增壓器或機械增壓器。例如，圖1示出經(jīng)布置具有渦輪增壓器的發(fā)動機10，渦輪增壓器包括布置在進氣通道142與144之間的壓縮機174和沿著排氣通道148布置的排氣渦輪176。壓縮機174可經(jīng)由軸180至少部分通過排氣渦輪176提供動力，其中增壓設備被配置為渦輪增壓器。然而，在另一些示例中，諸如發(fā)動機10裝備有機械增壓器的示例，排氣渦輪176可被可選地省略，其中壓縮機174通過來自馬達或發(fā)動機的機械輸入提供動力。可沿著發(fā)動機的進氣通道提供包括節(jié)流板164的節(jié)氣門162，用于改變提供給發(fā)動機汽缸的進氣空氣的流速和/或壓力。例如，如圖1所示，節(jié)氣門162可被放置在壓縮機174的下游，或替代性地可被設置在壓縮機174的上游。
[0020]除汽缸14以外，排氣通道148還能夠接收來自發(fā)動機10的其他汽缸的排氣。所示排氣傳感器128在排放控制設備178的上游聯(lián)接到排氣通道148。傳感器128可選自各種合適的傳感器以用于提供排氣空燃比的指示，諸如例如，線性氧傳感器或UEGO(通用或?qū)捰蚺艢庋?、雙態(tài)氧傳感器或EGO(如圖所示)、HEG0(加熱EG0)、N0x、HC或CO傳感器。排放控制設備178可以為三元催化器(TWC)、Ν0χ捕集器、各種其他排放物控制設備或其組合。
[0021]發(fā)動機10的每個汽缸可包括一個或更多個進氣門和一個或更多個排氣門。例如，所示汽缸14包括位于汽缸14上部區(qū)域的至少一個進氣提升閥150和至少一個排氣提升閥156。在一些示例中，包括汽缸14的發(fā)動機10的每個汽缸可包括位于汽缸上部區(qū)域的至少兩個進氣提升閥和至少兩個排氣提升閥。
[0022]進氣門150可經(jīng)由致動器152由控制器12控制。類似地，排氣門156可經(jīng)由致動器154由控制器12控制。在一些工況期間，控制器12可改變提供給致動器152和154的信號，以控制相應進氣門和排氣門的打開和閉合。進氣門150和排氣門156的位置可由相應的氣門位置傳感器(未示出)確定。氣門致動器可以為電動氣門致動類型或凸輪致動類型，或其組合。進氣門正時和排氣門正時可被同時控制，或可使用可變進氣凸輪正時、可變排氣凸輪正時、雙獨立可變凸輪正時或固定凸輪正時的可能性中的任意一種。每個凸輪致動系統(tǒng)可包括一個或更多個凸輪，并且可利用可由控制器12操作的凸輪廓線變換(CPS)、可變凸輪正時(VCT),可變氣門正時(VVT)和/或可變氣門升程(VVL)系統(tǒng)中的一個或更多個來改變氣門操作。例如，汽缸14可替代性地包括經(jīng)由電動氣門致動控制的進氣門和經(jīng)由包括GPS和/SVCT的凸輪致動控制的排氣門。在另一些示例中，進氣門和排氣門可由共同的氣門致動器或致動系統(tǒng)，或可變氣門正時致動器或致動系統(tǒng)控制。
[0023]汽缸14可具有一定壓縮比，壓縮比為當活塞138處于下止點時的容積與處于上止點時的容積的比。在一種示例中，壓縮比在9:1至10:1的范圍內(nèi)。然而，在使用不同燃料的一些示例中，壓縮比可增加。這可在例如當使用較高辛烷值燃料或具有較高潛在汽化焓的燃料時發(fā)生。如果使用直接噴射，則由于其對發(fā)動機爆震的影響，壓縮機比也會增加。
[0024]在一些示例中，發(fā)動機10的每個汽缸可包括火花塞192用于開始燃燒。在選定的操作模式下，響應來自控制器12的火花提前信號SA，點火系統(tǒng)190能夠經(jīng)由活塞塞192提供點火火花到燃燒室14。然而，在一些實施例中，火花塞192可以被省略，諸如發(fā)動機10可通過自動點火或燃料噴射開始燃燒，正如使用柴油發(fā)動機的情況一樣。
[0025]在一些示例中，發(fā)動機10的每個汽缸可配置有一個或更多個燃料噴射器用于向其中提供燃料。作為非限制性示例，所示汽缸14包括兩個燃料噴射器166和170。燃料噴射器166和170可經(jīng)配置輸送接收自燃料系統(tǒng)8的燃料。如關于圖2所詳述，燃料系統(tǒng)8可包括一個或更多個燃料箱、燃料栗和燃料軌。所示燃料噴射器166和170均直接聯(lián)接到汽缸14，用于與信號FPW-1和FPW-2的脈寬成比例地向汽缸14中直接噴射燃料，其中信號FPW-1和FPW-2分別經(jīng)由電子驅(qū)動器168和171從控制器12接收。以這種方式，燃料噴射器166和170提供進入燃燒汽缸14的被稱為燃料的直接噴射(之后被稱為“DI”)的噴射。盡管圖1不出噴射器166和170被放置到汽缸14的一側，但噴射器166、170中的一個或更多個可以替代性地位于活塞的頂部，諸如靠近火花塞192的位置。由于一些醇基燃料具有較低揮發(fā)性，所以當使用醇基燃料操作發(fā)動機時，此位置可改善混合和燃燒。替代性地，噴射器可位于頂部并靠近進氣門以改善混合。燃料可經(jīng)由高壓燃料栗和燃料軌從燃料系統(tǒng)8的燃料箱輸送到燃料噴射器166。進一步地，燃料箱可具有提供信號到控制器12的壓力換能器。注意的是，兩個燃料噴射器可使用單個驅(qū)動器168或171，或如上所述可使用多個驅(qū)動器。
[0026]在汽缸的單個循環(huán)期間，燃料可通過兩個噴射器輸送到汽缸。例如，每個噴射器可輸送在汽缸14中燃燒的總燃料噴射的一部分。進一步地，從每個噴射器輸送的燃料的分配和/或相對量可隨著工況而變化，所述工況諸如發(fā)動機負荷、爆震和排氣溫度，諸如以下在此所述。直接噴