CN101936232B - 用于保护发动机燃料泵的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于保护发动机燃料泵的系统和方法。一用于内燃机的燃料控制系统包括燃料不足检测模块和燃料泵保护模块。该燃料不足检测模块根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气/燃料(A/F)比，检测何时燃料泵输送小于预定量燃料。燃料泵保护模块在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量。

Description

用于保护发动机燃料泵的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年6月30日提交的美国临时申请No.61/221,786的权益。上述申请的公开内容被完全引入本文以供参考。
技术领域
本发明涉及内燃机，尤其涉及保护燃料泵的系统和方法。
背景技术
在此提供的背景技术描述是为了总的呈现该发明的背景。目前署名的发明人的工作，就背景技术部分中所描述的程度，以及在提交时没有以其他方式构成现有技术的描述方面，既未明确地也未隐含地承认为针对本发明的现有技术。
内燃机在多个气缸内燃烧空气/燃料(A/F)混合物从而驱动产生驱动转矩的活塞。空气通过可由节气门调整的进口吸入进气歧管。然后可将燃料喷射到进气歧管中(即进气口燃料喷射)或多个气缸中的每一个中(即直接燃料喷射)从而形成A/F混合物。燃料系统可以调整燃料喷射的速度从而向多个气缸提供要求的A/F混合物。例如，增加供给到气缸的空气和燃料数量可以增加发动机的转矩输出。
该燃料系统可能进一步包括但不限于燃料箱、燃料泵和燃料喷射器。例如，低压燃料泵可从燃料箱吸入燃料、对燃料加压和将低压燃料供给到进气口喷射器或高压燃料泵。换句话说，诸如火花点火、直接喷射(SIDI)发动机的直接喷射式发动机系统可包括附加燃料泵。高压泵可进一步对燃料加压并将高压燃料供给到一个或多个燃料喷射器。
发明内容
一种用于内燃机的燃料控制系统包括燃料不足检测模块和燃料泵保护模块。该燃料不足检测模块根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气/燃料(A/F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料。燃料泵保护模块在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量。
一种方法包括根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气/燃料(A/F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料，和在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量。
本发明提供以下技术方案：
方案1.一种用于内燃机的燃料控制系统包括：燃料不足检测模块，该燃料不足检测模块根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气/燃料(A/F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料；和燃料泵保护模块，该燃料泵保护模块在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量。
方案2.如方案1的燃料控制系统，其特征在于该燃料不足检测模块检测何时在燃料箱中的燃料液面高度低于预定燃料液面高度。
方案3.如方案2的燃料控制系统，其特征在于该燃料不足检测模块检测何时在燃料泵中的燃料压力低于预定压力持续第一预定时间段。
方案4.如方案3的发动机系统，其特征在于该燃料泵中的燃料压力包括期望的燃料压力和估算的燃料压力之间的差值，并且该燃料不足模块检测何时该差值小于预定压力持续第一预定时间段。
方案5.如方案3的燃料控制系统，其特征在于该燃料不足检测模块检测何时该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段。
方案6.如方案5的发动机系统，其特征在于该发动机的A/F比基于来自氧传感器的信号而确定，该氧传感器指示由发动机产生的废气中的氧气量，并且该燃料不足检测模块检测何时该信号大于预定电压持续第二预定时间段。
方案7.如方案5的燃料控制系统，其特征在于当该燃料箱中的燃料液面高度低于该预定的燃料液面高度时，当该燃料泵中的燃料压力小于预定压力持续第一预定时间段时，和当该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段时，该燃料不足检测模块检测出燃料泵输送小于预定量燃料。
方案8.如方案1的发动机系统，其特征在于该燃料泵保护模块禁止燃料校正并且在该期间减少供给到该发动机的燃料量直到发动机停转，并且在出现发动机起动事件、发动机停止事件和发动机停转中的一个时重置该燃料不足检测模块。
方案9.如方案1的发动机系统，其特征在于该燃料泵是对来自该燃料箱的燃料加压并泵送的低压燃料泵，当该燃料液面高度大于预定的燃料液面高度或该燃料压力大于预定压力时允许燃料蒸汽炭罐的清除，并且在该燃料压力小于预定压力时禁止燃料蒸汽炭罐的清除。
方案10.如方案9的发动机系统，进一步包括：高压燃料泵，其接收来自该低压燃料泵的加压燃料、进一步对加压燃料加压并且将高压燃料分别供给到该发动机多个气缸中的多个燃料喷射器，其中该发动机是火花点火、直接喷射式(SIDI)发动机，并且在该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的燃料液面高度时、该燃料压力小于预定燃料压力持续第一预定时间段时和该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段时禁用该高压燃料泵。
方案11.一种方法包括：根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气/燃料(A/F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料；和在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量。
方案12.如方案11所述的方法，进一步包括：检测何时该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的燃料液面高度。
方案13.如方案12所述的方法，进一步包括：检测何时该燃料泵中的燃料压力小于预定压力持续第一预定时间段。
方案14.如方案13所述的方法，进一步包括：检测何时燃料压力差值小于预定压力持续第一预定时间段，其中该燃料压力差值包括该燃料泵中的期望燃料压力和估算燃料压力之间的差值。
方案15.如方案13所述的方法，进一步包括：检测何时该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段。
方案16.如方案15所述的方法，进一步包括：检测何时信号大于预定电压持续第二预定时间段，其中该信号来自于指示由该发动机产生的废气中的氧气量的氧传感器，并且该发动机的A/F比基于该信号而确定。
方案17.如方案15所述的方法，进一步包括：当该燃料箱中的燃料液面高度低于该预定的燃料液面高度时，当该燃料泵中的燃料压力小于预定压力持续第一预定时间段时，和当该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段时，检测到该燃料泵输送小于预定量燃料。
方案18.如方案11所述的方法，进一步包括：在该期间禁止燃料校正并且减少供给到该发动机的燃料量直到该发动机停转；和
当出现发动机起动事件、发动机停止事件或发动机停转中的一个时，重置该燃料泵输送小于预定量燃料的检测。
方案19.如方案11的方法，其特征在于该燃料泵是对来自该燃料箱的燃料加压并泵送的低压燃料泵，当该燃料液面高度大于预定的燃料液面高度或该燃料压力大于预定压力时允许燃料蒸汽炭罐的清除，并且在该燃料压力小于预定压力时禁止燃料蒸汽炭罐的清除。
方案20.如方案19的方法，进一步包括：接收来自该低压燃料泵的加压燃料；使用高压燃料泵对该加压燃料进一步加压；和将高压燃料分别供给到该发动机的多个气缸中的多个燃料喷射器，其中该发动机是火花点火、直接喷射式(SIDI)发动机，并且在该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的液面高度时、该燃料压力小于预定燃料压力持续第一预定时间段时和该发动机的A/F比大于预定A/F比持续第二预定时间段时禁用该高压燃料泵。
根据下文中提供的详细说明，本发明的其他适用领域将显而易见。应该明了，详细的描述和具体实施例仅仅用于说明目的而没有打算限制本发明的范围。
附图说明
根据详细的描述和附图，将更充分地理解本发明，其中：
图1是根据本发明的一示例性发动机系统的功能方框图；
图2是根据本发明的示例性控制模块的功能方框图；
图3A是根据本发明用于保护燃料泵的示例性方法的流程图；和
图3B是用于重置图3A中燃料泵保护方法的示例性方法的流程图。
具体实施方式
下面的描述在本质上仅仅是示例性的而决没有打算限制本公开、其应用或使用。出于清楚考虑，在附图中使用相同的参考数字来标识类似的部件。正如这里所用的，措词A、B和C中至少一个应被解释为使用非排他性逻辑“或”表示的逻辑关系(A或B或C)。应当理解，方法中的步骤可以按照不同的顺序执行而不改变本公开的原理。
正如这里所用的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)，电子电路，执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共用，专用或成组的)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所述功能的其它合适组件。
内燃机在燃料未充分供给的情况下运行时会停转和/或受损害，更通常地称为燃料不足、燃料耗尽或燃料贫化。燃料泵在出现燃料不足时会损坏。更具体地说，由于在对泵的液体燃料不足(因此改为泵送燃料蒸汽或空气)时引起的摩擦，可能损坏燃料泵电机。此外，发动机控制系统可适合于减少的燃料供给，因此燃料泵可在燃料不足期间继续运行直到发动机最终停转。燃料泵在燃料不足期间的延长的操作会严重损坏燃料泵。
因此，一种系统和方法检测燃料泵的燃料不足并控制燃料系统以防止对一个或多个燃料泵的损坏。更具体地说，该系统和方法监控燃料压力和发动机的A/F比从而检测何时燃料泵输送小于预定量燃料。例如，该系统和方法可以监控期望的燃料压力和估算的燃料压力之间的差值。另外，例如，该系统和方法可以监控来自排气系统中氧传感器的信号。燃料不足状态可在发动机起动事件、发动机停止事件和发动机停转中的一个之后重置。
在检测到燃料不足之后，该系统和方法可以指令与预定A/F比相对应的预定燃料泵压力。例如，该预定A/F比可能是增加的(即较稀的)A/F比。该系统和方法还可重置当前实施的任何燃料校正(短期或长期)。此外，在直接喷射式发动机系统(例如SIDI)中，该系统和方法可禁用高压燃料泵。
现在参考图1，一示例性发动机系统10包括发动机12。发动机12通过经由节气门16调整的进口14将空气吸入进气歧管18中。歧管绝对压力(MAP)传感器20测量进气歧管18内部的压力。然后将进气歧管18中的空气分配给多个气缸22。多个气缸22中的每一个可包括燃料喷射器24和火花塞26。虽然示出了火花点火直接喷射式(SIDI)发动机12，但是可以理解的是，本发明的系统和方法可在进气口喷射式发动机中实现。换句话说，燃料可经由进气歧管18中的进气口喷射并且形成的空气/燃料(A/F)混合物然后可分配给多个气缸22。
每个燃料喷射器22接收来自燃料系统28的加压燃料。燃料系统28可以包括燃料箱30、燃料液面高度传感器32、低压燃料泵34，和高压燃料泵35。虽然显示该燃料系统28包括高压燃料泵35，但是进气口喷射式发动机(即非直接喷射)也可采用将燃料直接供给到进气口喷射器的低压燃料泵34。燃料箱30包括用于发动机12操作的燃料。燃料液面高度传感器32测量燃料箱30中的燃料液面高度。例如，该燃料液面高度传感器32可在燃料液面高度低于预定燃料液面高度阈值时产生一信号。
该低压燃料泵34将燃料从该燃料箱30泵送到该高压燃料泵35。如上所述，在进气口燃料喷射实施中，该低压燃料泵34可将燃料从燃料箱30泵送到进气口燃料喷射器。该高压燃料泵35进一步对燃料加压并将该高压燃料输送到该燃料喷射器24。
该燃料喷射器24将高压燃料喷射到气缸22中。使用火花塞26燃烧气缸22中的A/F混合物，这驱动可旋转转动曲轴(未示出)产生驱动转矩的活塞(未示出)。由燃烧引起的废气从气缸22排出到排气歧管38中。然后废气经由排气系统40排出发动机12。氧传感器42可以测量废气的氧含量。例如，氧含量可用来估算发动机12的A/F比。
燃料蒸汽炭罐36储存发动机12中的燃料蒸汽并可以进行清除以释放燃料蒸汽和/或压力。更具体地说，该燃料蒸汽炭罐36可以包括清除阀37，可促动(即打开)该清除阀来清除该燃料蒸汽炭罐36。
控制模块50控制发动机系统10的操作。该控制模块50可以监控和驱动节气门16、燃料喷射器24、火花塞26、低压燃料泵34、高压燃料泵35、燃料蒸汽炭罐36和清除阀37中的每一个。该控制模块50还接收来自MAP传感器20、燃料液面高度传感器32和氧传感器42的信号。该控制模块50可以实现本发明的系统和方法从而保护燃料泵34、35。
现在参考图2，更详细地图示了该控制模块50。该控制模块50可包括燃料液面高度监控模块100、燃料压力监控模块110、A/F比监控模块120和燃料控制模块130。该燃料液面高度监控模块100、燃料压力监控模块110和A/F比监控模块120可共同地称为燃料不足检测模块。换句话说，这些模块可共同地确定燃料泵34、35是否处于燃料不足状态(即输送小于预定量的燃料)。
该燃料液面高度监控模块100可以接收来自燃料液面高度传感器32的与燃料箱30中燃料液面高度相对应的燃料液面高度信号。该燃料液面高度监控模块100可以检测到与燃料箱30中的燃料液面高度低于预定燃料液面高度时相对应的第一条件。然后该燃料液面高度监控模块100可在检测到第一条件时产生低燃料液面高度信号。可替换地，在一个实施例(如前所述)中，燃料液面高度传感器32可以在燃料箱30中的燃料液面高度低于预定燃料液面高度时产生低燃料液面高度信号。
燃料压力监控模块110可以接收期望的燃料压力和估算的燃料压力。仅仅举例来说，期望的燃料压力是基于驾驶员的输入(例如油门踏板的位置)。或者，仅仅举例来说，该期望的燃料压力是基于其它发动机工作参数，例如空气流量和点火正时。在一个实施例中，估算的燃料压力可以基于来自燃料压力传感器(未示出)的测量值。然而可以理解的是，估算的燃料压力可基于其他传感器和/或发动机工作参数。
燃料压力监控模块110可以检测与期望燃料压力和估算燃料压力之间的差值小于预定压力持续第一预定时间段时相对应的第二条件。在一个实施例中，燃料压力监控模块110可在检测到第一条件之后检测第二条件。然后燃料压力监控模块110可能在检测到第二条件时产生低燃料压力信号。
A/F比监控模块120可以接收来自排气系统40中的氧传感器42的信号。A/F比监控模块可根据接收到的氧信号确定发动机12的A/F比。A/F比监控模块120可以检测与发动机的A/F比大于预定A/F比时相对应的第三条件。在一个实施例中，A/F比监控模块120可以在氧信号的电压大于预定电压持续第二预定时间段时检测第三条件。在一个实施例中，A/F比监控模块120可在检测到第二条件之后检测第三条件。然后A/F比监控模块120在检测到该第三条件时产生稀A/F比信号。
燃料控制模块130接收低燃料液面高度信号、低燃料压力信号和稀的A/F比信号。当所有三个接收的信号均处于第一状态(即所有三个条件都检测到)时，该燃料控制模块130可以控制发动机系统10的操作以防止该燃料泵34、35在燃料不足期间的损坏。当出现发动机起动事件、发动机停止事件或发动机中的一个时，该控制模块50可以重置低燃料液面高度信号、低燃料压力信号和稀的A/F比信号。
更具体地说，燃料控制模块130可命令燃料压力为预定的燃料压力。例如，该预定的燃料压力可以与导致发动机停转的稀A/F比相对应。在一个实施例中，该燃料控制模块130可以通过驱动节气门16、燃料喷射器24和火花塞26中的至少一个来控制燃料压力(或发动机12的A/F比)。该燃料控制模块130还可以禁用短期和长期燃料校正从而阻止燃料泵34、35在燃料不足期间的延长操作。另外，该燃料控制模块130可以禁用高压燃料泵35(只在SIDI应用中)从而阻止燃料泵34、35在燃料不足期间的延长操作。
现在参考图3，防止一个或多个燃料泵损坏的方法开始于步骤200。在步骤202中，该控制模块50确定燃料箱30中的燃料液面高度是否低于预定的燃料液面高度阈值。例如可使用燃料液面高度传感器32产生燃料液面高度。如果是，控制前进到步骤204。如果否，控制前进到步骤206。
在步骤204中，该控制模块50可确定燃料压力是否小于预定的燃料压力阈值。例如，该燃料压力可以是期望的燃料压力和估算的燃料压力之间的差值。如果是，控制前进到步骤208。如果否，控制前进到步骤210。
在步骤206中，该控制模块50可以进行重置过程(接下来在图3B中详细描述)。然后控制可前进到步骤220。在步骤208中，该控制模块50可以禁止该燃料蒸汽炭罐36的清除。然后控制前进到步骤212。在步骤210中，该控制模块50可允许该燃料蒸汽炭罐36的清除。然后控制可返回到步骤202。
在步骤212中，该控制模块50可以确定A/F比是否大于与稀的A/F条件相对应的预定A/F比。例如，该A/F比可使用排气系统40中的氧传感器42确定。如果是，控制可前进到步骤214。如果否，控制可返回到步骤204。
在步骤214中，该控制模块50可以重置燃料校正。在步骤216中，该控制模块50可以命令预定的默认燃料压力。换句话说，该预定的默认燃料压力可能不同于与正常的发动机操作相对应的预定正常燃料压力。仅仅举例来说，该预定的默认燃料压力可以保护燃料泵34、35。在步骤218中，该控制模块50可以禁用该高压燃料泵35(仅仅在SIDI实施中)。换句话说，在进气口喷射实施中，控制可以从步骤216前进到步骤220。
在步骤220中，该控制模块50可以确定发动机起动事件、发动机停止事件或发动机停转事件是否已经发生。如果是，控制可前进到步骤222。如果否，控制可返回到步骤202。在步骤222中，该控制模块50可以进行该重置过程(接下来在图3B中详细描述)。然后控制可结束于步骤224。
现在参考图3B，一用于重置燃料泵保护(参见上面和图3A)的方法开始于步骤300。更具体地说，这里所述且图示于图3B中的方法对应于图3A中的步骤206和222。在步骤302中，该控制模块50进行该燃料蒸汽炭罐36的清除。在步骤304中，该控制模块50可以允许(即启用)燃料校正。在步骤306中，该控制模块50可以命令该预定的正常燃料压力(即不同于被指令为保护燃料泵34、35的预定的默认燃料压力)。在步骤308中，该控制模块50可以启用该高压燃料泵35(仅仅在SIDI实施中)。换句话说，在进气口喷射实施中，控制可以从步骤306前进到步骤310。在步骤310中，根据图3B中的方法，控制可返回到合适的步骤(例如步骤220或224)。
本发明的广义教导可以多种形式实现。因此，虽然本发明包括特定实施例，本发明的真实范围不会如此限制，因为依据附图、说明书及所附权利要求书的研究，其他改进对有经验的专业人员来说是显而易见的。

Claims (12)

1.一种用于内燃机的燃料控制系统，包括：
燃料不足检测模块，该燃料不足检测模块根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和内燃机的空气／燃料(A／F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料；和
燃料泵保护模块，该燃料泵保护模块在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到内燃机的燃料量；
其中当该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的燃料液面高度时，当该燃料泵中的燃料压力小于预定压力持续第一预定时间段时，和当该内燃机的A／F比大于预定A／F比持续第二预定时间段时，该燃料不足检测模块检测出燃料泵输送小于预定量燃料。
2.如权利要求1的燃料控制系统，其特征在于该燃料泵中的燃料压力包括期望的燃料压力和估算的燃料压力之间的差值，并且该燃料不足模块检测何时该差值小于预定压力持续第一预定时间段。
3.如权利要求1的燃料控制系统，其特征在于该内燃机的A／F比基于来自氧传感器的信号而确定，该氧传感器指示由内燃机产生的废气中的氧气量，并且该燃料不足检测模块检测何时该信号大于预定电压持续第二预定时间段。
4.如权利要求1的燃料控制系统，其特征在于该燃料泵保护模块禁止燃料校正并且在该期间减少供给到该内燃机的燃料量直到内燃机停转，并且在出现内燃机起动事件、内燃机停止事件和内燃机停转中的一个时重置该燃料不足检测模块。
5.如权利要求1的燃料控制系统，其特征在于该燃料泵是对来自该燃料箱的燃料加压并泵送的低压燃料泵，当该燃料液面高度大于预定的燃料液面高度或该燃料压力大于预定压力时允许燃料蒸汽炭罐的清除，并且在该燃料压力小于预定压力时禁止燃料蒸汽炭罐的清除。
6.如权利要求5的燃料控制系统，进一步包括：
高压燃料泵，其接收来自该低压燃料泵的加压燃料、进一步对加压燃料加压并且将高压燃料分别供给到该内燃机多个气缸中的多个燃料喷射器，
其中该内燃机是火花点火、直接喷射式(SIDI)内燃机，并且在该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的燃料液面高度时、该燃料压力小于预定燃料压力持续第一预定时间段时和该内燃机的A／F比大于预定A／F比持续第二预定时间段时禁用该高压燃料泵。
7.一种用于发动机的燃料控制方法，包括：
根据燃料箱中燃料液面高度、燃料泵中的燃料压力和发动机的空气／燃料(A／F)比检测何时燃料泵输送小于预定量燃料；和
在检测到该燃料泵输送小于预定量燃料之后的一段期间减少供给到发动机的燃料量；
其中，当该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的燃料液面高度时，当该燃料泵中的燃料压力小于预定压力持续第一预定时间段时，和当该发动机的A／F比大于预定A／F比持续第二预定时间段时，检测到该燃料泵输送小于预定量燃料。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
检测何时燃料压力差值小于预定压力持续第一预定时间段，其中该燃料压力差值包括该燃料泵中的期望燃料压力和估算燃料压力之间的差值。
9.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
检测何时信号大于预定电压持续第二预定时间段，
其中该信号来自于指示由该发动机产生的废气中的氧气量的氧传感器，并且该发动机的A／F比基于该信号而确定。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
在该期间禁止燃料校正并且减少供给到该发动机的燃料量直到该发动机停转；和
当出现发动机起动事件、发动机停止事件或发动机停转中的一个时，重置该燃料泵输送小于预定量燃料的检测。
11.如权利要求7的方法，其特征在于该燃料泵是对来自该燃料箱的燃料加压并泵送的低压燃料泵，当该燃料液面高度大于预定的燃料液面高度或该燃料压力大于预定压力时允许燃料蒸汽炭罐的清除，并且在该燃料压力小于预定压力时禁止燃料蒸汽炭罐的清除。
12.如权利要求11的方法，进一步包括：
接收来自该低压燃料泵的加压燃料；
使用高压燃料泵对该加压燃料进一步加压；和
将高压燃料分别供给到该发动机的多个气缸中的多个燃料喷射器，
其中该发动机是火花点火、直接喷射式(SIDI)发动机，并且在该燃料箱中的燃料液面高度低于预定的液面高度时、该燃料压力小于预定燃料压力持续第一预定时间段时和该发动机的A／F比大于预定A／F比持续第二预定时间段时禁用该高压燃料泵。
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