CN101793215A - 用于直接喷射式发动机的高压泵的异步控制 - Google Patents

用于直接喷射式发动机的高压泵的异步控制 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于直接喷射式发动机的高压泵的异步控制。发动机控制系统包括起动模块、位置模块、和去促动模块。起动模块确定曲轴何时开始旋转和在曲轴开始旋转时促动燃料泵的控制阀。位置模块确定曲轴的位置并基于曲轴的位置确定凸轮轴的位置。凸轮轴驱动燃料泵。去促动模块在位置模块确定出凸轮轴的位置时去除促动控制阀。

Description

用于直接喷射式发动机的高压泵的异步控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年1月21日提交的美国临时申请No.61/146,070的权益。以上申请的公开在此以参考的方式并入。
技术领域
本发明涉及用于直接喷射式发动机的高压泵的控制，且更具体地涉及在发动机同步之前的高压泵控制。
背景技术
在此提供的背景描述为了总体地介绍本发明的背景的目的。目前所署名发明人的工作在该背景部分中描述的程度上、以及所描述的以别的方式不足以作为申请时的现有技术的各方面既不明确地也不隐含地被承认为抵触本发明的现有技术。
燃料系统以喷射压力向直接喷射式发动机输送燃料。例如，喷射压力可包括5-12兆帕(MPa)的范围。燃料系统可包括燃料箱、低压泵、高压泵、燃料轨、和燃料喷射器。低压泵将燃料从燃料箱输送至高压泵。凸轮轴可驱动高压泵以将燃料增压至喷射压力。高压泵经由燃料轨以喷射压力向燃料喷射器输送燃料。高压泵可包括燃料供应控制阀(以下称为“控制阀”)。控制阀调节从低压泵流入高压泵的燃料量。发动机控制模块致动控制阀，以调节燃料轨中的喷射压力。发动机控制模块可基于凸轮轴相对于曲轴位置的位置致动控制阀。
发明内容
一种发动机控制系统包括起动模块、位置模块、和去促动模块。起动模块确定曲轴何时开始旋转和在曲轴开始旋转时促动燃料泵的控制阀。位置模块确定曲轴的位置并基于曲轴的位置确定凸轮轴的位置。凸轮轴驱动燃料泵。去促动模块在位置模块确定出凸轮轴的位置时去除促动控制阀。
一种方法包括确定曲轴何时开始旋转和在曲轴开始旋转时促动燃料泵的控制阀。该方法还包括利用凸轮轴驱动燃料泵。另外，该方法包括确定曲轴的位置、基于曲轴的位置确定凸轮轴的位置、和在确定出凸轮轴的位置时去除促动控制阀。
附图说明
通过详细说明和附图将变得更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的发动机系统的功能框图；
图2示出同步高压泵控制；
图3是根据本发明的发动机控制模块的功能框图；
图4示出根据本发明的异步高压泵控制；
图5是根据本发明的在致动控制阀时燃料压力和发动机转速相对于时间的图表；以及
图6是用于根据本发明的高压泵的异步控制的方法的流程图。
具体实施方式
以下的说明本质上仅是示例性的，并且绝不用于限制本发明、其应用、或使用。为清楚起见，附图中相同的附图标记用于标识相似的元件。如在此所使用地，短语A、B、和C中的至少一个应被解释为表示利用非排它性的逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应理解的是，在不改变本发明的原理的情况下，可以不同的顺序执行方法内的步骤。
如在此所使用地，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一种或多种软件或固件程序的(共用、专用、或分组的)处理器和存储器、组合逻辑电路、和/或提供所描述的功能的其它合适的部件。
发动机控制模块(ECM)致动高压燃料泵的控制阀，以调节燃料喷射压力。通常，ECM基于凸轮轴的相对于曲轴位置的位置致动控制阀。基于凸轮轴的相对于曲轴位置的位置致动控制阀被称为同步泵控制。在发动机起动周期之后，ECM启动同步泵控制，在发动机起动周期期间ECM确定凸轮轴的相对于曲轴位置的位置。通常，ECM在起动周期期间不致动控制阀。当控制阀包括常开阀时，喷射压力在发动机起动周期之后可能不足。因此，在发动机起动周期之后，ECM关闭常开阀一个增压周期以提高喷射压力。当控制阀包括常闭阀时，喷射压力在发动机起动周期之后可能过高。因此，可在燃烧之前横穿汽缸喷射燃料，这样可将过量的碳氢化合物释放到排气中。
根据本发明的异步起动系统在同步泵控制之前致动控制阀。系统在其确定出曲轴已开始旋转时致动控制阀。系统致动控制阀，直到同步泵控制启动为止。替代性地，该系统可致动控制阀一预定的周期，以防止对控制阀的热损害。当控制阀包括常闭阀时，系统可在同步泵控制之前增加燃料压力。因此，系统可取消增压周期。当系统包括常闭阀时，系统可在同步控制之前减小燃料压力。因此，系统可减少排气中碳氢化合物的量。
现在参考图1，示例性发动机系统100包括内燃机102。尽管示出了火花点燃式发动机，但也可设想压燃式发动机。ECM104与发动机系统100的部件通信。如在此所讨论地，所述部件可包括发动机102、传感器、和致动器。ECM104可实施本发明的异步起动系统。
ECM104可致动节气门106，以调节进入进气歧管108的气流。将进气歧管108内的空气分配到汽缸110中。ECM 104致动燃料喷射器112，以便将燃料注入汽缸110。ECM104可致动火花塞114，以点燃汽缸110中的空气/燃料混合物。替代性地，在压燃式发动机中可通过压缩来点燃空气/燃料混合物。尽管示出了发动机102的三个汽缸110，但发动机102可包括超过三个的汽缸110。
发动机曲轴(未示出)以发动机转速或与发动机转速成比例的速度旋转。发动机起动机115在燃料喷射之前启动曲轴的旋转。曲轴在燃料喷射之前的初始旋转可被称为“发动机起动”。发动机起动机115可包括电动机。
曲轴传感器116产生指示曲轴旋转的曲轴信号。例如，曲轴信号可指示连接至曲轴的齿轮上的齿的通过。通常，在曲轴的每一回转期间，曲轴信号指示一次曲轴的位置。例如，曲轴信号可指示对应于曲轴位置的伸长齿的通过。仅用于示例，曲轴传感器116可包括可变磁阻传感器与霍尔效应传感器中的至少一个。可利用其它合适的方法感测曲轴的位置。
ECM104在发动机运转期间基于曲轴信号确定曲轴的位置。当起动发动机102时，曲轴的位置可能是未知的。在发动机启动时，ECM104可在曲轴信号首次指示曲轴的位置时初始地确定曲轴的位置。例如，ECM104可在曲轴信号指示伸长齿的首次通过时初始地确定曲轴的位置。
ECM104可基于曲轴的位置确定活塞(未示出)的位置。例如，ECM104可基于曲轴的位置确定活塞位于上止点(TDC)。ECM104可基于活塞的位置致动燃料喷射器112和火花塞114。
进气凸轮轴118调节进气阀120的位置，以使得空气能够进入汽缸110。当排气阀124处于打开位置时，迫使汽缸110内的已燃烧排气通过排气歧管122排出。排气凸轮轴(未示出)调节排气阀124的位置。尽管示出了单个进气阀120及排气阀124，但发动机102可包括每汽缸110多个进气阀120及排气阀124。
凸轮轴传感器126产生指示进气凸轮轴118的旋转的凸轮轴信号。例如，凸轮轴信号可指示连接至进气凸轮轴118的齿轮上的齿的通过。通常，在进气凸轮轴118的每一回转期间，凸轮轴信号指示一次进气凸轮轴118的位置。例如，凸轮轴信号可指示对应于进气凸轮轴118的位置的伸长齿的通过。
ECM104在发动机运转期间基于凸轮轴信号与曲轴信号中的至少一个可确定进气凸轮轴118的位置。当起动发动机102时，进气凸轮轴118的位置可以是未知的。在发动机启动时，ECM104可在凸轮轴信号首次指示进气凸轮轴118的位置时初始地确定进气凸轮轴118的位置。例如，ECM104可在凸轮轴信号指示伸长齿的首次通过时初始地确定进气凸轮轴118的位置。
尽管凸轮轴传感器126指示进气凸轮轴118的旋转，但凸轮轴传感器126还可指示排气凸轮轴的旋转。仅用于示例，凸轮轴传感器126可包括可变磁阻传感器与霍尔效应传感器中的至少一个。可利用其它合适的方法感测进气凸轮轴118的位置。
燃料系统将燃料供应至发动机102。燃料系统可包括燃料箱128、低压泵(LPP)130、高压泵(HPP)132、燃料轨134、和燃料喷射器112。燃料储存在燃料箱128中。LPP130从燃料箱128泵取燃料并将燃料提供至HPP 132。HPP 132增压燃料，以便经由燃料轨134输送至燃料喷射器112。ECM104致动控制阀136，以调节从LPP130提供至HPP132的燃料。当控制阀136打开时，燃料可从LPP130流动至HPP132。
进气凸轮轴118可驱动HPP132，以增压HPP132中的燃料。进气凸轮轴118可包括凸角，凸角操作HPP132的泵驱动器(未示出)以增压HPP132中的燃料。例如，进气凸轮轴118可包括2-4个凸角。
ECM104致动控制阀136，以打开/关闭控制阀136。ECM104可向控制阀136提供电压和/或电流，以致动控制阀136。当ECM104向控制阀136提供电压和/或电流时，ECM104促动控制阀136。当ECM104未向控制阀136提供电压和/或电流时，控制阀136被去促动。
控制阀136可包括常开阀或常闭阀。ECM104促动常开阀，以关闭该常开阀。ECM104去除促动(释放)常开阀，以打开该常开阀。ECM104促动常闭阀，以打开该常闭阀。ECM104去除促动常闭阀，以关闭该常闭阀。
HPP132包括对HPP132与燃料轨134之间的燃料流动进行控制的输出阀138。例如，当HPP132中的燃料压力大于燃料轨134中的燃料压力时，输出阀138可允许燃料从HPP132流动至燃料轨134。输出阀138可限制燃料从燃料轨134进入HPP132的流动。输出阀138可包括止回阀。
燃料轨134可包括燃料轨压力传感器140。燃料轨压力传感器140产生指示燃料轨134中的燃料压力的燃料轨压力信号。当燃料喷射器112注入燃料时，燃料轨134中的燃料压力降低。HPP132维持燃料轨134中的燃料压力。燃料轨134可包括压力控制阀(未示出)，压力控制阀在燃料轨134中的燃料压力大于或等于压力阀值时从燃料轨134释放燃料。
进气凸轮轴118在发动机运转期间可继续驱动HPP132。ECM104致动控制阀136，以控制HPP132中的燃料压力。可将HPP132的循环分成吸入冲程和输送冲程。在吸入冲程期间，HPP132可从LPP130吸入燃料。HPP132可增压HPP132中的燃料，以便在输送冲程期间输送至燃料轨134。ECM104可基于曲轴的位置致动控制阀136，以便以足够的喷射压力向燃料轨134输送燃料。例如，ECM104可在输送冲程期间关闭控制阀136以提高燃料轨134中的燃料压力用于喷射。
现在参考图2，ECM104可基于曲轴的位置和进气凸轮轴118的位置致动控制阀136。ECM104利用控制阀信号致动控制阀136。泵驱动器驱动HPP132。图表沿着进气凸轮轴118的凸轮凸角的轮廓描绘了泵驱动器。示出的进气凸轮轴118包括三个凸角。HPP132在上止点之前(BTDC)的120°与60°BTDC之间的吸入冲程中运行。ECM104在吸入冲程期间去除促动常开阀，使得燃料可从LPP130流动至HPP132。ECM104将控制阀信号设定为低，以去除促动常开阀。HPP132在60°BTDC与TDC之间的输送冲程中运行。ECM104在输送冲程期间促动常开阀，使得HPP132可增压HPP132中的燃料。ECM104将控制阀信号设定为高，以促动常开阀。
ECM104可在发动机运转期间基于进气凸轮轴118的相对于曲轴位置的位置致动控制阀136以打开/关闭。因此，ECM104可执行同步泵控制。在发动机起动时启动同步泵控制包括确定曲轴的位置、确定进气凸轮轴118的位置、和确定进气凸轮轴118的相对于曲轴位置的位置。
当曲轴在发动机起动时开始旋转时，本发明的异步起动系统促动控制阀136。该系统促动控制阀136，直到ECM104启动同步泵控制为止。替代性地，系统可促动控制阀136，直到控制阀136的温度高于或等于温度阀值为止。当控制阀136的温度高于或等于温度阀值时，系统可去除促动控制阀136，以防止对控制阀136的热损害。
现在参考图3，ECM104包括发动机起动模块142、异步控制模块144、以及同步控制模块146。发动机起动模块142确定发动机102何时起动。在发动机102起动之后，发动机起动模块142确定曲轴何时开始旋转。发动机起动模块142可基于曲轴信号确定曲轴何时开始旋转。例如，发动机起动模块142可确定当曲轴信号指示连接至曲轴的齿轮上的齿的通过时曲轴开始旋转。
当曲轴开始旋转时，发动机起动模块142促动控制阀136。发动机起动模块142向控制阀136作用电压和/或电流以促动控制阀136。因此，当控制阀136包括常开阀时，发动机起动模块142关闭控制阀136。当控制阀136包括常闭阀时，发动机起动模块142打开控制阀136。
在发动机102起动之后，异步控制模块144确定何时可启动同步泵控制。异步控制模块144基于曲轴的位置和进气凸轮轴118的位置确定何时可启动同步泵控制。异步控制模块144可分别基于曲轴信号和凸轮轴信号确定曲轴的位置和进气凸轮轴118的位置。
在发动机102起动之后，异步控制模块144确定曲轴的位置。在异步控制模块144确定出曲轴的位置之后，异步控制模块144确定进气凸轮轴118的位置。异步控制模块144确定进气凸轮轴118的相对于曲轴位置的位置。进气凸轮轴118相对于曲轴位置的位置可被称为“进气凸轮轴118的相对位置”。
当已确定出进气凸轮轴118的相对位置时，异步控制模块144去除促动控制阀136。当已确定进气凸轮轴118的相对位置时，异步控制模块144确定可启动同步泵控制。异步控制模块向同步控制模块146输出进气凸轮轴118的相对位置。
替代性地，当控制阀136的温度高于或等于温度阀值时，异步控制模块144可去除促动控制阀136。异步控制模块144可去除促动控制阀136，以防止对控制阀136的热损害。控制阀136可受到因应用于控制阀136以促动控制阀136的电压和/或电流而引起的热损害。异步控制模块144可基于应用以促动控制阀136的电压和/或电流确定控制阀136的温度高于或等于温度阀值。异步控制模块144可基于利用电压和/或电流促动控制阀136的时期确定控制阀136的温度高于或等于温度阀值。
同步控制模块146从异步控制模块144接收进气凸轮轴118的相对位置。同步控制模块146基于进气凸轮轴118的相对位置启动同步泵控制。在同步泵控制期间，同步控制模块146可基于曲轴的位置促动/去除促动控制阀136。例如，同步控制模块146可基于曲轴的位置在各输送冲程期间关闭控制阀136。
现在参考图4，图表示出了包括常开阀的示例性异步起动系统的运行。当检测到发动机运动在120°BTDC与60°BTDC之间时，发动机起动模块142促动常开阀以关闭该常开阀。发动机起动模块142将控制阀信号设定为高，以促动常开阀。发动机起动模块142促动常开阀，直到可启动同步泵控制为止。异步控制模块144确定可在TDC与60°ATDC(上止点之后)之间启动同步泵控制。当可启动同步泵控制时，异步控制模块144去除促动常开阀。在异步控制模块144去除促动常开阀之后，同步控制模块146启动同步泵控制。
尽管图4示出异步起动系统包括常开阀，但异步起动系统可包括常闭阀。当异步起动系统包括常闭阀时，发动机起动模块142在检测到发动机运动时促动常闭阀。发动机起动模块142促动常闭阀，直到可启动同步泵控制为止。当可启动同步泵控制时，异步控制模块144去除促动常闭阀以关闭。在异步控制模块144去除促动常闭阀之后，同步控制模块146启动同步泵控制。
现在参考图5，当检测到发动机运动时，包括常开阀的异步起动系统可增加燃料轨134中的燃料压力。当检测到发动机运动时，发动机起动模块142将控制阀信号设定为高。如在148处所指示，在控制阀信号关闭常开阀之后，燃料轨134中的燃料压力增加大约2MPa。在随后关闭常开阀后，以足够的压力喷射燃料。
现在参考图6，用于HPP的异步控制的方法200开始于步骤201。在步骤202中，发动机起动模块142确定发动机102已起动。在步骤204中，发动机起动模块142确定曲轴是否已开始旋转。如果步骤204的结果为假，则方法200重复步骤204。如果步骤204的结果为真，则方法200继续步骤206。在步骤206中，发动机起动模块142促动控制阀136。
在步骤208中，异步控制模块144确定是否可启动同步泵控制。如果步骤208的结果为真，则异步控制模块144在步骤210中去除促动控制阀136。如果步骤208的结果为假，则方法200继续步骤212。在步骤212中，异步控制模块144确定控制阀136的温度是否高于或等于温度阀值。如果步骤212的结果为假，则方法200重复步骤208。如果步骤212的结果为真，则方法200继续步骤210。在步骤214中，同步控制模块146基于曲轴的位置致动控制阀136。方法200结束于步骤216。
现在，本领域的技术人员通过前述说明可意识到的是可以多种形式实现本发明宽广的教导。因此，尽管本发明包括特定的示例，但本发明的真实范围不应受限制，因为通过附图、说明书、和所附的权利要求的研究，其它的改进将对熟练专业人员变得显见。

Claims (16)

1.一种发动机控制系统，包括：
起动模块，其确定何时曲轴开始旋转并且在所述曲轴开始旋转时促动燃料泵的控制阀；
位置模块，其确定所述曲轴的位置并基于所述曲轴的位置确定凸轮轴的位置，其中所述凸轮轴驱动所述燃料泵；以及
去促动模块，其在所述位置模块确定出所述凸轮轴的所述位置时去除促动所述控制阀。
2.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于在所述起动模块促动所述控制阀之后，当已经过预定的时间时，所述去促动模块去除促动所述控制阀。
3.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于所述去促动模块基于所述控制阀的温度去除促动所述控制阀。
4.根据权利要求3所述的发动机控制系统，其特征在于所述去促动模块基于用于促动所述控制阀的电压、用于促动所述控制阀的电流、和促动所述控制阀的持续时间中的至少一个确定所述控制阀的所述温度。
5.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于当所述控制阀为常开控制阀时，所述起动模块促动所述控制阀以关闭。
6.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于当所述控制阀为常开控制阀时，所述去促动模块去除促动所述控制阀以打开。
7.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于当所述控制阀为常闭控制阀时，所述起动模块促动所述控制阀以打开。
8.根据权利要求1所述的发动机控制系统，其特征在于当所述控制阀为常闭控制阀时，所述去促动模块去除促动所述控制阀以关闭。
9.一种方法，包括：
确定曲轴何时开始旋转；
当所述曲轴开始旋转时，促动燃料泵的控制阀；
利用凸轮轴驱动所述燃料泵；
确定所述曲轴的位置；
基于所述曲轴的所述位置确定所述凸轮轴的位置；以及
当确定出所述凸轮轴的所述位置时去除促动所述控制阀。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括在促动所述控制阀之后，当已经过预定的时间时去除促动所述控制阀。
11.根据权利要求9所述的方法，还包括基于所述控制阀的温度去除促动所述控制阀。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括基于用于促动所述控制阀的电压、用于促动所述控制阀的电流、和促动所述控制阀的持续时间中的至少一个确定所述控制阀的所述温度。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述控制阀为常开控制阀时，促动所述控制阀以关闭。
14.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述控制阀为常开控制阀时，去除促动所述控制阀以打开。
15.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述控制阀为常闭控制阀时，促动所述控制阀以打开。
16.根据权利要求9所述的方法，还包括当所述控制阀为常闭控制阀时，去除促动所述控制阀以关闭。
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