CN101943072A - 具有电可控的机械压力调节器的燃料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于操作发动机直接喷射燃料系统的方法。该直接喷射燃料系统包括具有由电机可致动的弹簧的机械燃料压力调节器。该方法包括响应运行状态通过运行电机调节弹簧的预载荷将设定点燃料压力从第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力，并且当电机不运行时机械地保持该弹簧的预载荷。

Description

具有电可控的机械压力调节器的燃料系统
技术领域
本发明涉及用于车辆的具有电可控的机械燃料压力调节器的燃料系统，以及用于控制该电可控的机械燃料压力调节器的方法。
背景技术
许多内燃发动机利用汽油直接喷射(GDI)，以增加功率效率和燃料能够提供给气缸的范围。利用GDI的一个潜在的问题是在较低的燃料压力下可能不能充分地与气缸中的空气混合。不充分的混合至少在一些情况下可以减小发动机的功率和效率，并且增加发动机排放。例如，在发动机冷起动期间以及在催化转换器被激活之前，作为较低燃料压力结果的不充分的混合可能加重冷起动的排放。
在一个例子中，燃料供给系统包括组合形式的低压燃料泵和高压燃料泵，以实现较高的燃料压力。但是，在起动时，两泵系统可能需要较长的持续时间在较高的燃料压力下用泵抽油，这可能导致发动机误起动。而且，燃料泵缓慢的响应的时间可能造成燃料压力波动，引起被喷射用于燃烧的不精确的燃料量。而且，始终保持较高燃料压力可以增加燃料供给系统部件的磨损。
发明内容
在车辆运行期间提供可变燃料压力的一种途径可以包括利用用于操作发动机直接喷射燃料系统的方法，该直接喷射燃料系统包括具有由电机可致动的弹簧的机械燃料压力调节器。该方法包括通过操作电机调节弹簧的预载荷，以响应运行状态将设定点燃料压力，从第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力，并且当电机不运行时机械地保持弹簧的预载荷。
通过提供具有可以机械地保持并且通过电机的运行调节的弹簧预载荷的机械燃料压力调节器，在各种运行条件期间可以很快地补偿燃料压力脉动并且设定点燃料压力可以动态地调节。以这种方式，燃料压力可以不断地调节，这本身由可以提高燃料喷射精度。而且，燃料压力调节器的电机可以运行以调节弹簧预载荷，并且然后调节过的弹簧预载荷可以机械地保持。通过仅仅运行电机可使少弹簧预载荷调节能量消耗减少并提高耐用性。
提供临时增加发动机的燃料压力的另一种途径可以是利用用于内燃发动机的汽油直接喷射操作车辆燃料系统的方法，该燃料系统包括至少一个燃料泵、流体地连接于该至少一个燃料泵的燃料压力调节器，该机械燃料压力调节器具有由电机可致动的弹簧，该方法包括：通过运行电机增加该机械燃料压力调节器的弹簧的预载荷，以响应发动机关闭状态设置第一设定点燃料压力；起动该至少一个燃料泵，以将燃料压力增加到对应于发动机关闭状态之后的发动机起动状态的第一设定点燃料压力；以及通过运行电机减小该机械燃料压力调节器的弹簧的预载荷，以将第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力，该第二设定点燃料压力低于第一设定点燃料压力，该第一设定点燃料压力响应超过发动机起动之后的阈值。
通过增加弹簧预载荷并在准备下一个发动机起动中保持该弹簧预载荷，设定点燃料压力可以已经被建立并且低压泵流的起动可以用于立即再装满(replenish)高压泵，而不是在起动时等待设定点压力调节(例如，点火开关接通)，为了较快地提供燃料和发动机起动。这种途径可以在起动期间和的低发动机燃料消耗状态期间提供较快的闭合回路燃料压力控制。而且，通过利用燃料压力调节器中的弹簧的预载荷来调节燃料压力，在起动之后可以减少该燃料压力设定点，以减少对燃料系统部件的磨损。以这种方式，可以增加燃料输送系统的工作寿命。上述途径可以对动态地调节设定点燃料压力提供高控制精度，不论是在车辆运行期间它是减弱压力波动或者能够使发动机起动更快并有效。
应当理解，提供上述概要以简单的方式介绍选择的概念，这些概念在随后的详细描述中进一步描述。这并不意味着它就是所主张的主题的关键或基本特征、由详细描述之后的权利要求唯一地所限定的范围。而且，所主张的主题不限于解决上面提到的任何缺点的装置或本发明的任何部分。
附图说明
图1示出示例性燃料供给系统的示意图；
图2示出具有电机的示例性燃料压力调节器的剖视图，该电机调节弹簧预载荷以改变该燃料压力调节器的燃料压力设定点；
图3示出电机和图2的燃料压力调节器之间的连接装置局部剖视图；
图4示出用于操作燃料供给系统以在车辆运行期间改变设定点燃料压力的方法的示例性实施例的流程图；以及
图5示出用于操作燃料供给系统以在发动机起动时临时提供增加的燃料压力的方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
本发明涉及用于车辆的具有电可控的机械燃料压力调节器的燃料系统，以及用于控制该电可控的机械燃料压力调节器的方法，以使燃料喷射更精确并更可靠。该方法通过利用机械压力调节器提供闭合回路燃料压力调节。而且，将燃料压力控制到预定的设定点可以通过定位该机械压力调节器的弹簧预载荷以简单的方式进行。还有，这种方法可以减少或不需要燃料系统的中的阻尼元件，这可以减少燃料系统的成本。还有，当调节设定点燃料压力并机械地保持该设定点时，通过运行电机，相对于通过其他运行保持设置点的燃料压力调节器，可以提高该机械燃料压力调节器部件寿命。
图1示出用于车辆的利用汽油直接喷射(GDI)的内燃发动机的燃料供给系统100的示意图。图1用于表示完全的GDI系统的示意图。所示的实施例包括两个串联的燃料泵，以向用于燃料喷射的燃料喷嘴提供高压燃料。但是，其他直接喷射燃料系统方法(regime)也可以在本发明的范围内实现。
燃料供给系统100包括燃料泵102，以从燃料箱114抽送液体燃料。在这个实施例中，燃料泵102经由可变速的电机104电控制。在一些情况下，燃料泵102仅仅可以以有限的速度运行。应当理解，燃料箱可以包含适合于内燃发动机的任何燃料，例如，汽油、甲醇、乙醇或其任何组合。
燃料泵102流体地连接于出油单向阀106，以方便燃料供给并且保持燃料管压力。具体说，出油单向阀106包括滚珠和弹簧机构，该出油单向阀以特定的压力差安置并密封，以向下游提供燃料。回流单向阀108可以与出油单向阀106流体地连接。该回流单向阀108可以设置成方便供给的燃料返回到燃料箱114。在一些实施例中，燃料供给系统100可以包括连接于燃料泵102的一系列单向阀，以进一步阻止燃料漏回到该阀的上游。
燃料压力调节器110可以流体地连接于出油单向阀106和回流单向阀108。燃料压力调节器110可以将下游管路118中的燃料量的压力调节到高压燃料泵112的压力。燃料压力调节器110可以是经由电机112电可控的机械燃料压力调节器。该电机112可以构造成调节该机械燃料压力调节的弹簧预载荷，以便调节设定点燃料压力，在运行条件改变时，机械燃料压力调节器以该设定点燃料压力调节下游的燃料压力。例如，正如上面所讨论的，在发动机关闭时可以增加设定点燃料压力，增加设定点燃料压力在为每个下一个发动机冷起动条件做准备，在这种情况下增加的燃料压力可以方便用于更完全燃烧的气缸中的空气-燃料混合，这种更完全的燃烧可以产生用于将排出物控制装置预热到起动(light-off)温度。在发动机起动之后，可以控制电机以降低用于车辆运行的设定点燃料压力。超过用于保持在该设定点的燃料压力的多余的燃料可以通过燃料压力调节器110返回到燃料箱114。
电机可以与机械燃料压力调节器连接(interface)，使得在恒压状态下不必使用电能。电能仅仅为了弹簧预载荷调节而用于运行电机。因此，相对于需要不断地利用电能以保持以其调节燃料压力的设定点燃料压力的其他电控制的燃料压力调节器结构，电能的使用可以减少。该电控制的燃料压力调节器将在下面参考图2进一步详细讨论。
继续参考图1，出油单向阀106、流回单向阀108以及机械燃料压力调节器110在燃料过滤器116的上游流体地连接。燃料过滤器116可以清除包含在燃料中的小杂质，这些小杂质将会潜在地损坏发动机部件。在一些实施例中，燃料压力调节器可以连接在燃料过滤器的下游。燃料可以从高压燃料泵112下游的燃料过滤116供给。
燃料供给系统100可以包括连接于高压燃料泵122的一系列单向阀，在供给燃料喷嘴的情况下以进一步阻止燃料漏回到上游，或在燃料返回到燃料箱的情况下以进一步阻止燃料漏回到下游。具体说，中间单向阀120可以设置在高压燃料泵122的上游，以阻止燃料向上游流动。下游出油单向阀124可以流体地连接于高压燃料泵122的下游，以防止燃料流回到高压燃料泵122的上游。下游回流单向阀126可以流体地连接，以允许用于燃料喷射不用的燃料返回到燃料箱114的上游。
在一些实施例中，燃料传感器128可以设置在高压燃料泵122的下游，以检测燃料压力和在燃料管路130的温度。在一些实施例中，除了燃料传感器之外，或代替燃料传感器，压力检测可以由燃料压力调节器110进行。
所示的两泵系统可以用来将燃料供给燃料管路130。具体说，燃料泵120可以不具有在想要的运行压力下泵送燃料的能力。因此，两泵系统可以包括两个压力泵(或低压供油泵)102，以将燃料初始地抽出燃料箱并进入燃料管中。而且，燃料可以流过高压泵122以将燃料压力增加到运行压力或喷射压力。应当理解，在一些实施例中，燃料供给系统可以包括一个或多个附加的燃料泵压力调节器、单向阀和/或回流管，以进一步调节和/或微调燃料压力。
燃料管路130可以以被燃料压力调节器110调节的设定点燃料压力将燃料分配到多个燃料喷嘴132的每个。该多个燃料喷嘴132的每个可以对应于发动机136的气缸134设置，使得在燃料喷嘴132工作期间，燃料被直接喷射到每个对应的气缸134中。可选地(或附加地)，发动机136可以包括设置在每个气缸的进气口处的燃料喷嘴，使得在燃料喷嘴工作期间，燃料被直接喷射到每个的气缸的进气口中。在所示的实施例中，发动机136包括四个气缸。但是应当理解，发动机可以包括不同数目的气缸。
控制器138可以接收来自连接于燃料供给系统100和发动机136的传感器的各种信号。例如，控制器138可以接收来自可以设置在燃料压力调节器下游的燃料传感器128的燃料压力(和/或温度)信号。在一些情况下，由燃料传感器128测量的燃料压力可以表示燃料管路压力。在一些实施例中，燃料传感器可以设置在燃料压力调节器110的上游，以测量离开燃料泵102的燃料的压力。而且，控制器122可以接收来自发动机传感140的发动机/排气参数信号。例如，这些信号可以包括引进的质量空气流的测量、发动机冷却温度、发动机速度、节气门位置、绝对歧管压力、空气/燃料比、节气门位置、排放控制装置温度等。应当指出，上述测量以及其他相关参数测量的各种组合可以由传感器140检测。而且，作为另一个例子，控制器138可以接收来自起动传感器142的发动机起动/关闭指示信号。应当理解，控制器可以接收指示车辆运行状态的其他信号。
控制器138可以根据尤其是从燃料传感器128、发动机传感器140和/或起动传感器142接收的信号提供反馈控制。例如，控制器138可以发送信号，通过发信号给电机104(以及发信号给高压燃料泵122的电机)以调节燃料泵102的运行速度，通过发信号给电机112调节燃料压力调节器的110的压力设定点，和/或根据来自传感器128(或从压力调节器110提供的燃料压力)、发动机传感器140、起动传感器142的信号或其组合，调节燃料喷射量和/或正时。
在一个例子中，控制器138是微型计算机，该微型计算机包括微处理单元、输入/输出接口、诸如只读存储器、随机存取存储器、保活存储器的用于可执行程序和校准值的电子存储介质，以及数据总线。存储介质只读存储器可以用表示由处理器可执行的指令的计算机可读数编程，用于进行下面描述的方法据以及预期的但是没有专门列出的其他变量。
图2示出可以用在图1的燃料供给系统100中的燃料压力调节器110的示例性实施例的剖视图。燃料压力调节器110可以通过外部本体204的入口202接收来自图1的燃料泵102的燃料，进入进入室206。进入室206由外部本体204、中间保持器208以及基座保持环210形成。具体说，中间保持器208可以包括与基座保持环210的向上转动部分214互锁的向下转动部分212，以形成进入室206的下部。基座保持环210可以安置在下部垫圈216上，下部垫圈216安置在外部本体204的套筒218上。下部垫圈216可以流体密封进入室206的下部，以防止燃料向下泄漏到套筒218的内表面。而且上部垫圈220可以在中间保持器208与外部本体204相遇的位置流体密封进入室206的上部。
燃料可以通过由中间保持器208形成的内部进入通道224从进入室206流到辅助进入室222。辅助进入室222由中间保持器206、密封元件226、接地球(ground ball)228、衔铁(armature)230以及隔板232形成。当接地球228根据作用在衔铁230上的弹簧预载荷从基座234上提起时，燃料可以通过形成在密封元件226的基座234和接地球228之间的通道从内部进入室222流到内部出口室234。和辅助进入室222一样，辅助出口室234由中间保持器206、密封元件226、接地球228、衔铁230以及隔板232形成。燃料经过由中间保持器208形成的内部出口通道238可以从辅助出口室234流到出口室236。和进入室206一样，出口室236也由外部本体204、中间保持器208以及基座密封环210形成。燃料可以通过出口240离开燃料压力调节器110到高压燃料泵122和图1的燃料管路130。
燃料压力调节器110可以构造成以设定点燃料压力来调节燃料压力，该设定点燃料压力可以按照根据车辆运行参数的电控制信号改变。具体说，燃料压力调节器110包括可以电连接于图1的控制器138的电机110，并且可以接收引起电机110起动的控制信号。电机110的运行可以产生作用在螺旋弹簧256上的机械力或将被调整的弹簧预载荷。该弹簧预载荷可以被调节，以改变衔铁230的位置和/或力，以便调节燃料压力调节器110的设定点燃料压力。
衔铁230纵向跨过燃料压力调节器110内部的一部分，以可操作地连接于接地球228。具体说，衔铁230包括形状做成基本上包绕接地球228的内凹部分248，以保持接地球228安放在密封元件226上。接地球228包括齐平地安放在密封元件226上的扁平的基部250，以防止燃料直接通过燃料压力调节器110。衔铁230可以被偏置以便由弹簧组件251对接地球228施加力。
弹簧组件251包括一起叠放在衔铁230的边缘258上的隔板232、弹簧保持环254和螺旋弹簧256。弹簧组件251被包围在弹簧室260中，该弹簧室260由罩262和隔板232共同形成。隔板232形状做成以形成轴向定位的圆形孔，该圆形孔的圆周稍大于轴246，以便隔板232围绕轴246。隔板232设置在边缘258上并由边缘258支撑。隔板232以相对于隔板232的横向轴线的锐角从边缘258径向向外延伸，并且接纳在中间保持器208的弯曲部分264中。隔板232可以弯曲以适应当由于电机的运行引起弹簧预载荷变化时衔铁230的纵向运动。而且，隔板232可以从辅助进入室222和辅助出口室234流体密封弹簧室260，使得燃料不进入弹簧室260。
弹簧保持环254叠放在隔板232上。弹簧保持环254形状做成以形成与隔板232的孔同样尺寸的中心孔，使得弹簧保持环254围绕衔铁230。螺旋弹簧256叠放在弹簧保持环254上。螺旋弹簧254从弹簧保持环254向罩262延伸。罩262包括在螺旋弹簧256的绕组里面向下延伸的内肋266。弹簧保持环254包括圆周地连续的圆周肋268，该肋268向上延伸以围绕螺旋弹簧256的一些绕组。内部肋266和圆周肋268共同保持螺旋弹簧256，与衔铁230纵向对齐，使得当压缩/拉伸时，可以防止螺旋弹簧256在弹簧室260内横向或枢轴运动。
弹簧室260被隔板232、罩262和侧壁270包围。侧壁270的直径具有与中间保持器208的中间区域的直径基本相同的尺寸，使得侧壁270和中间保持器208纵向对齐。侧壁270包括叠放在隔板232的边缘区上的凸缘272。凸缘272和隔板232被中间保持器208的弯曲部分264围绕，以保持隔板232和侧壁270在位。
包括内部肋266的罩262形成轴向定位的圆形孔，通过该孔压紧螺母252延伸。压紧螺母252可以安放在罩262的外部上，并且可以基本横向地延伸到侧壁270。压紧螺母252可以包括向上延伸并且经由传动连接装置244连接于电机110的轴246。传动连接装置244可以由壳体278支撑。轴246和/或传动连接装置可以延伸通过壳体278到电机110。电机110可以固定于壳体278并且可以一起形成燃料压力调节器110的上部，使得电机结合于该燃料压力调节器的壳体(或本体)的上部。
电机110的运行可以引起轴246的旋转，使得轴沿着纵向向下旋转。轴246的延伸可以使压紧螺母252对罩262和螺旋弹簧256施加力，并产生弹簧预载荷。而且，螺旋弹簧256可以适合于经由弹簧保持环254和隔板232对罩262和衔铁230的边缘258施加弹性力，该力还作用在接地球228上，以保持接地球228在密封元件226上齐平，防止燃料直接流过燃料压力调节器110。
如上所述，电机110可以通过来自控制器138的信号运行，以改变弹簧载荷，以便调节设定点燃料压力，燃料压力调节器以该设定点燃料压力调节燃料压力。例如，电机110可以运行以向下转动轴246，使得压紧螺母252压紧螺旋弹簧256以增加弹簧预载荷，并且因此增加设置点燃料压力。同样，电机可以运行以沿着纵向向上转动轴246，以升高压紧螺母252，使得螺旋弹簧256伸长，并且弹簧预载荷减小，因此减小设定点燃料压力。在一个例子中，电机沿着第一方向运行，以朝着密封元件移动压紧螺母，并且沿着第二方向运行以移动压紧螺母离开该密封元件。由于电机与燃料压力调节器连接的机械性质，电机的运行仅仅引起压紧螺母位置的变化。换句话说，该电机只运行改变设定点燃料压力。否则电机不运行，并且通过包括压紧螺母、轴和蜗杆传动装置的传动连接装置，弹簧的预载荷和设定点燃料压力机械地保持。
为了使燃料流过燃料压力调节器110，燃料压力必需足够大，以克服弹簧预载荷，使得接地球228可以从基座234被升高，并且燃料可以流过形成在接地球228和密封元件226之间的通道。而且，超过用于保持燃料以设定点燃料压力流过出口240的多余燃料可以被迫向下流到密封元件226的返回通道274。返回通道274可以是在密封元件226的里面，并且在形状上可以锥形的和圆柱形的。返回通道可以形成返回出口276，通过该出口276多余的燃料返回到图1的燃料箱114。
电机可以与可调节的弹簧预载荷结合，以使机械压力调节器快速响应压力波动，同时也具有调节燃料压力设定点的能力。机械燃料压力调节的速度能够滤除在某些频率范围内的燃料压力波动而不改变燃料压力设定点。而且，设定点定位可能不需要具有如此快的响应。调节器改变设定点的灵敏性能够设计成使得甚至比较慢的(相对于机械压力调节器速度减慢电机响应)反作用可以由机械燃料压力调节器检测。具体说，这种具有小质量和刚性弹簧的膜片式机械燃料压力调节器可以具有高频率响应。例如，快速响应由机械燃料压力调节器反作用补偿，同时设定点可以以较慢的速率调节。
例如，压力脉动可以在50至300Hz的基本频率范围内。例如，用于闭合回路DC电机控制以调节设定点的过渡时间可以使0.1秒。这个过渡时间考虑DC电机控制从0到每分钟的最大转速(RPM)。在一些运行状态下，该电机将不需要以最大RPM运行以调节设定点。在这种情况下，反应时间可以快于0.1秒。因此，在一定频率范围内，这种设置单独或与设定点变化组合机械地提供补偿一些压力脉动的机会。而且，瞬间响应时间可以通过蜗杆传动装置进一步减少，这可以允许电机的速度减小并且转矩增大。
通过将电机110结合到燃料压力调节器110中，螺旋弹簧的256的预载荷可以精确地控制，使得施加于密封元件226上的力可以根据需要变化，因而，使系统能够将设置压力调节到希望的值，以满足发动机运行条件。而且，电机和/或传动连接装置可以构造成允许弹簧预载荷机械地保持在位，电能仅仅用来调节弹簧预载荷。因此，相对于利用电能用来保持设定点燃料压力的结构电能消耗能够减少。还有，由于在瞬态调节状态期间利用电能，这种结构可以具有实现高耐用性的高潜力。
图3示出电机110和图2的燃料压力调节器110之间的连接装置(interface)的局部剖视图。更具体地说，图3示出与电机和燃料压力调节器110的上部连接的局部剖视图并列的电机110的底视图。如上所述，传动连接装置244可以由壳体278、连接于电机输出轴的蜗杆传动装置支撑。
连接于蜗杆传动装置的轴；以及连接于该轴并且设置成保持弹簧上的预载荷的压紧螺母，在电机运行的情况下通过起动蜗杆传动装置以旋转该轴并改变压紧螺母位置，来改变弹簧上的预载荷。
轴246和/或传动连接装置可以延伸通过壳体278到电机110。电机110可以固定于壳体278并且可以共同形成燃料压力调节器110的上部，使得电机110结合于燃料压力调节器110。
电机110可以构造成提供电能以转动轴246，以便改变压紧螺母252(图2所示)的位置/力。通过改变压紧螺母252的位置/力、作用在螺旋弹簧256上的力，可以调节弹簧的预载荷，这反过来又调节燃料压力调节器110的设定点燃料压力。燃料压力调节器110可以构造成使得电机110仅仅可以运行以改变弹簧预载荷/设定点燃料压力。因此，电能仅仅用在当设定点燃料压力被调节时的瞬态状态期间。以这种方式，可以减少电能消耗并且可以延长燃料压力调节器的工作寿命。
在所示的实施例中，电机110可以包括连接于传动连接装置244的直流(DC)电机302。传动连接装置244可以包括连接于DC电机302的输出轴的蜗杆传动装置300，该电机302运行以转动蜗杆304。蜗杆304与蜗杆传动机构306连接。中间齿轮308可以与蜗杆传动机构306连接以减小蜗杆传动装置的转矩比。中间齿轮308可以与传动装置310连接。传动装置310可以连接于轴246。DC电机302的运行可以产生转动蜗杆304的转矩，蜗杆304的转动又引起蜗杆传动机构306的旋转，这反过来又引起中间齿轮308、传动装置310的转动，并且最后引起轴246的转动。DC电机302可以双向转动，因此轴246可以纵向向上或向下转动，以减少或增加弹簧预载荷和设置点燃料压力。
DC电机302可以与控制器138(图1所示)连接，并且可以接收来自控制DC电机302的运行的控制器238的信号312。控制信号312可以控制设定点燃料压力的调节，以便适应在车辆运行期间发生的燃料压力波动的瞬间。换句话说，可以调节设定点燃料压力以减少燃料压力的脉动，以方便由燃料喷嘴132(图1所示)喷射的燃料的稳定的量。而且，可以调节设定点燃料压力，以调节用于特定运行状态的燃料压力。例如，对于发动机冷起动状态，DC电机可以运行以将弹簧预载荷设置到较高设定点燃料压力。较高的燃料压力可以有利于更加完全的燃烧，增加提供给气缸壁以及车辆排气系统的热，以将一个或多个排放控制装置加热到催化剂起动温度。而且，当发动机和/或排放控制装置被加热到合适的运行温度时，DC电机可以运行以将弹簧预载荷设置到用于车辆正常运行的较低设定点燃料压力。
应当理解，电机可以以任何合适的方式连接于轴，这种方式允许弹簧预载荷被机械地保持并通过电机的运行来调节。在一些实施例中，蜗杆传动装置可以包括更多或更少的齿轮。在一些实施例中，电机可以以省去蜗杆传动装置的方式连接。而且，根据流动限制通道、低侧室和高侧室的尺寸以及螺旋弹簧和电机的力特性，燃料压力调节器可以适合于在一段持续时间实际上输出任何合适的燃料压力。
图4示出用于操作燃料供给系统、以在车辆运行期间改变设定点燃料压力的方法的示例性实施例的流程图。方法400在402开始，在402该方法可以包括判断是否存在运行状态指示。该运行状态可以包括改变一个或多个运行参数，该运行参数指示将会引起燃料压力脉动的燃料压力波动。例如，运行状态可以根据改变下述一个或多个运行参数发生：节气门位置、空气/燃料比、需要的稀或浓混合比发动机运行、气缸停用、减速燃料切断(DFSO)模式、发动机起动、发动机关闭等。运行参数的改变可以根据从燃料传感器128、发动机传感器140、起动传感器142和/或提供发送给控制器138(图1所示)的运行参数指示的其他的车辆传感器接收的信号确定。如果检测到运行参数，该方法移动到404。要不然运行参数不被检测并且方法返回到402。
在404，方法可以包括检测燃料压力。在一些情况下，检测可以包括通过机械燃料压力调节器检测燃料压力，而不用燃料传感器。在这种情况下，燃料压力可以从机械燃料压力传感器的弹簧预载荷得到。在一些情况下，燃料压力可以由燃料压力传感器128(图1所示)检测。如上所述，在一些实施例中，燃料传感器128可以从燃料系统中省去并且燃料压力可以通过机械燃料压力调节器提供。
在406，方法可以包括调节燃料压力调节器的弹簧预载荷，以响应运行状态，将设定点燃料压力从第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力。弹簧的预载荷可以通过运行电机来调节。在一个例子中，电机可以沿着第一方向运行以增加弹簧上的预载荷，并且沿着第二方向运行以减少弹簧上的预载荷。根据确定的运行状态，弹簧预载荷可以增加或减少以适应引起燃料压力减少或增加的燃料压力脉动。例如，节气门位置的快速改变可以引起脉动，该脉动引起燃料压力下降。因此，可以增加弹簧的预载荷以增加设定点燃料压力，以补偿该脉动。一旦通过电机的运行已经调节设定点，则当电机不运行时调节过的设定点燃料压力可以机械地保持。如上所述，在一些实施例中设定点燃料压力通过传动连接装置机械地保持，该传动连接装置包括将具有压紧螺母的轴定位在位的蜗杆传动装置，正如电机运行所确定的，相对于弹簧以保持该弹簧的预载荷。
在408，方法可以包括判断是否存在运行状态。如果存在运行状态，则方法返回到408。要不然，不再存在运行状态，并且方法移动到410。
在410，方法可以包括调节机械燃料压力调节器的弹簧预载荷，以将设定点燃料压力从第二设定点燃料压力调节到第一设定点燃料压力。该设定点燃料压力可以机械地保持在用于标准车辆运行的缺省燃料压力，并且可以临时调节到不同的设定点燃料压力并机械地保持以补偿瞬间燃料压力脉动或其他运行状态，并且然后返回到缺省燃料压力并机械地保持在该压力。在一些实施例中，可以调节设定点燃料压力而不检测燃料压力。这种调节可以通过经由控制器138(图1所示)跟踪传动连接装置的齿轮/轴的位置进行，以得到燃料压力。
上述方法可以在装有机械燃料压力调节器的燃料供给系统中提供快速闭合回路燃料压力控制。也就是，该机械燃料压力调节器可以以足够快的方式运行，以补偿燃料压力的脉动。因此，燃料压力脉动可以被减小，并且可以对燃料喷嘴提供稳定的燃料量。
而且，在上述方法中，燃料压力调节通过调节机械燃料压力调节器的弹簧预载荷简单地进行。而且，由于电机与燃料压力调节器中的螺旋弹簧的连接方式，可以通过DC电机的运行实现高燃料压力控制精度。此外，机械燃料压力调节器的灵敏度可以通过设计机械燃料压力调节器的机械部件调节，以不同地适应不同的燃料压力运行范围。
图5示出用于操作燃料供给系统，以在发动机起动时临时提供增加的燃料压力的方法500的示例性实施例的流程图。方法500在502开始，在502该方法可以包括判断是否存在发动机关闭的指示。发动机关闭状态可以停止发动机曲轴并停止燃烧点火。在一个例子中，发动机关闭的指示是响应车辆操作者转动点火钥匙(key)，以将点火开关放置在点火开关断开状态，从起动传感器142(图1所示)接收的点火开关断开的信号。如果确定发动机关闭状态发生，该方法移动到504。否则确定发动机关闭状态不存在，并且方法返回到502。
在504，方法可以包括将机械燃料压力调节器的弹簧预载荷调节到第一设定点燃料压力，在为下一个发动机起动状态作准备。该第一设定点燃料压力可以是产生完全燃烧的任何合适的燃料压力，这种燃烧可以产生用于发动机/排放控制装置预热的热。在一个例子中，第一设定点燃料压力设置在每平方英寸80磅(psi)或以上。第一设定点燃料压力设置成高于在标准车辆运行状态期间所用的设定点燃料压力。换句话说，弹簧预载荷可以从标准车辆运行状态期间所用的弹簧预载荷增加，并且随后当起动状态结束时该弹簧预载荷可以减回到用于标准车辆运行的弹簧预载荷。
在一个例子中，如图2所示，弹簧预载荷可以这样调节：通过经由来自图1所示的控制器138的控制信号运行电机110，以转动轴246来改变压紧螺母252的位置/力。位置/力的变化可以通过螺旋弹簧256引起弹簧预载荷，螺旋弹簧256使衔铁230改变接地球228相对于密封元件226的位置和/或压力，以增加燃料压力调节器110的燃料输出的压力。一旦弹簧的预载荷被增加之后，当电机不运行时该增加的弹簧预载荷可以由压紧螺母机械地保持。
在506，方法可以包括判是否存在断发动机起动状态的指示。该发动机起动状态可以起动发动机曲轴和用于燃烧的点火。在一个例子中，发动机起动指示是响应车辆操作者将钥匙放在点火开关中并转动该钥匙，以将点火开关放置在点火开关接通状态，从起动传感器142(图1所示)接收的点火开关接通的信号。在一些实施例中，发动机起动状态可以考虑到发动机温度和/或排放控制装置温度，以选择地调节燃料压力设定点，机械燃料压力调节器在该燃料压力设定点调节燃料压力。例如，如果发动机短时间地关闭，在该短时间发动机保持预热(warm)，为了发动机预热燃料压力设定点可以不增加。如果确定发生发动机起动状态，则该方法移动到508。要不然确定不发生发动机起动状态并且该方法返回到506。
在508，方法可以包括起动燃料泵以将燃料压力增加到第一设定点燃料压力。在一些情况下，低压供油泵和高压燃料泵可以被起动以增加燃料压力。当到达第一设定点燃料压力时，燃料可以供给燃料喷嘴132，为了喷射和燃烧。
在510，方法可以包括判断发动机起动状态是否结束并且标准车辆运行已经开始。在一些实施例中，该判断可以根据在发动机起动之后超过阈值进行。在一些实施例中，该阈值可以是从发动机起动的持续时间。该预定的阈值可以是发动机燃烧到稳定的持续时间和/排气系统(例如，排气控制装置)到预热的持续时间。在一些情况下，阈值可以以时间单位测量。可选地，阈值可以以燃烧循环测量。在一些情况下，可以用不同的测量单位。例如，可以用发动机温度和/或排放控制装置温度。如果确定发动机起动状态已经结束，则方法移动到512。要不然确定发动机起动状态没有结束，并且方法返回到510。
在512，方法可以包括将机械燃料压力调节器的弹簧预载荷到低于第一设定点燃料压力的第二设定点燃料压力。换句话说，该方法可以包括响应超过发动机起动之后的阈值减少弹簧预载荷。
在一个例子中，如图2所示，弹簧预载荷可以经由来自图1的控制器138的控制信号通过运行电机110以转动轴246改变压紧螺母252的位置/力来调节。位置/力的变化可以经由螺旋弹簧256产生弹簧预载荷，该螺旋弹簧256使衔铁230改变接地球228相对于密封元件226的位置和/或压力，以减少燃料压力调节器110的燃料输出的压力。一旦弹簧预载荷被减小之后，当电机不运行时该减小的弹簧预载荷可以由压紧螺母机械地保持。
在一些情况下，第二压力设置点可以是燃料泵压力(例如高压泵)，使得在发动机起动状态之后的车辆运行期间(燃料脉动瞬时期间除外)燃料压力调节器不增加在燃料泵和燃料管路之间的燃料压力。
通过在发动机关闭时将机械燃料压力调节器的弹簧预载荷调节到较高的设定点燃料压力，燃料提供系统可以以适合于发动机起动的燃料压力准备提供燃料，使得发动机和/或排放控制装置可以被较快预热，并且可以较快实现高效的燃烧。换句话说，由于在关闭时燃料压力设定点被调节，在发动机起动时不进行设定点燃料压力的调节，这可以缩短发动机起动状态。
而且，精确的燃料压力设定点控制能够使用较低压力燃料泵在标准车辆运行期间提供燃料，因此在燃料供给系统不形成燃料管路背压，该背压在仍然处理用于发动机起动的燃料压力需求时将磨损燃料系统的部件。
而且，在上述方法中，燃料压力调节通过调节机械燃料压力调节器的弹簧预载荷简单地进行。而且，由于电机与燃料压力调节器中的螺旋弹簧连接的方式，通过DC电机的运行可以实现高燃料压力控制精度。
应当指出，上述方法可以在低燃料流动状态进行，而不是类似于上面所述的其他方法在发动机起动时进行。
应当指出，这里包含的示例性控制和估算程序可以与各种系统结构一起使用。这里描述的具体程序可以表示一个或任何数目的多个的处理策略，例如平稳驱动、间歇驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作或功能可以按照所示的顺序进行、或平行地进行，或者在一些情况下可以省去。同样，对于实现这里所述的示例性实施例的特征和优点，处理的顺序不是必需的，但是这种顺序容易说明和描述。根据使用的具体策略，一个或多个所示的动作、功能或操作可以重复进行。而且，所述的操作、功能和/或动作可以图解地表示编码，该编码将被编程在控制系统中的计算机可读的储存介质中。
应当理解，这里所公开的结构和程序在性质上是示范性的，并且这些具体的实施例不认为是限制性的，因为许多变化是可能的。例如，上述技术可以用于与4缸发动机相对的V6、L4、L6、V12以及其他发动机类型。该技术能够应用于处在任何燃烧后排气中的任何排气传感器。本发明的主题包括各种系统和结构的所有的新颖的和非现而易见的组合和子组合，以及这里所公开的其他特征、功能和/或性质。例如，燃料系统可以包括多个燃料泵、连接在至少一个燃料泵的下游具有可变燃料压力设定点的电控制的燃料压力调节器，以及连接于该燃料压力调节器下游的压力延迟装置。
下面的权利要求具体指出认为是新颖的和非现而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或其等同物。这种权利要求应当理解为包括一个或多个这种元件的结合，既不要求也不排除两个或更多个这种元件。所公开的特征、功能、元件和/或性质的组合和子组合可以通过在本申请中或相关申请中的现有权利要求的修改或通过提出新权利要求来主张。这些权利要求，无论广义、狭义、与圆圈里要求的范围相同或不同，也都被认为包含在本发明的主题内。

Claims (14)

1.一种用于操作发动机直接喷射燃料系统的方法，该发动机直接喷射燃料系统包括具有由电机可致动的弹簧的机械燃料压力调节器，该方法包括：
响应运行状态，通过运行所述电机调节所述弹簧的预载荷将设定点燃料压力从第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力；并且
当所述电机不工作时机械地保持所述弹簧的预载荷。
2.根据权利要求1所述方法，其中该运行状态包括发动机关闭状态，并且其中所述第二设定点燃料压力大于所述第一设定点燃料压力，所述第一设定点燃料压力和所述第二设定点燃料压力是机械燃料压力调节器的调节的压力。
3.根据权利要求1所述方法，其中该运行状态包括在发动机起动之后超过阈值，并且其中所述第二设定点燃料压力小于所述第一设点定燃料压力，并且所述阈值是排放控制装置的起动温度，或该阈值是预定的持续时间。
4.根据权利要求1所述方法，其中所述电机能够沿着第一方向运行，以增加所述弹簧上的预载荷，并且能够沿着第二方向运行，以减小所述弹簧的预载荷，并且所述电机包括蜗杆传动装置，当所述电机不运行时保持所述弹簧的预载荷。
5.根据权利要求1所述方法，还包括：
响应所述运行状态结束，通过运行所述电机调节所述机械燃料压力调节器的弹簧预载荷，将设定点燃料压力从所述第二设定点燃料压力调回到所述第一设定点燃料压力。
6.根据权利要求1所述方法，其中所述运行状态包括节气门位置、空气/燃料比以及气缸停用的一个或多个变化。
7.一种用于利用内燃发动机的汽油直接喷射操作车辆燃料系统的方法，该燃料系统包括至少一个燃料泵、流体地连接于所述至少一个燃料泵的燃料压力调节器，所述机械燃料压力调节器具有由电机可致动的弹簧，该方法包括：
响应发动机关闭状态，通过运行电机增加所述机械燃料压力调节器的弹簧的预载荷，设置第一设定点燃料压力；
响应发动机关闭状态之后的发动机起动状态，起动所述至少一个燃料泵，以将燃料压力增加到所述第一设定点燃料压力；以及
响应在发动机起动之后超过的阈值，通过运行所述电机减小所述机械燃料压力调节器的弹簧的所述预载荷，，将所述第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力，所述第二设定点燃料压力低于所述第一设定点燃料压力。
8.根据权利要求7所述方法，其中所述阈值是排放控制装置的起动温度或该阈值是预定的持续时间。
9.根据权利要求7所述方法，还包括：
当所述电机不运行时保持所述机械燃料压力调节器的弹簧的所述预载荷，并且所述电机包括蜗杆传动装置，当所述电机不运行时以保持所述弹簧的所述预载荷。
10.一种机械燃料压力调节器，包括：
形成入口和出口的本体；
设置在所述入口和所述出口中间的密封元件；
设置成对所述密封元件施加预载荷的弹簧；
机械地保持该弹簧上的所述预载荷的传动连接装置；以及
可运行的电机，其调节所述传动装置的状态来改变所述弹簧的所述预载荷，从而改变燃料流过该出口的设定点燃料压力。
11.根据权利要求10所述的机械燃料压力调节器，其中所述传动连接装置包括：
连接于所述电机的输出的蜗杆传动装置；
连接于所述蜗杆传动装置的轴；以及
连接于所述轴并且设置为保持该弹簧上的所述预载荷的压紧螺母，其中该电机的运行通过致动所述蜗杆传动装置转动所述轴来改变所述传动连接装置的状态，并改变所述压紧螺母的位置以改变所述弹簧上的所述预载荷，其中当所述电机沿着第一方向运行时该压紧螺母朝着所述密封元件移动，并且当所述电机沿着第二方向运行时该压紧螺母移动离开所述密封元件。
12.根据权利要求10所述的机械燃料压力调节器，其中所述电机能够沿着第一方向运行，以增加所述弹簧上的所述预载荷，并且能够沿着第二方向运行以减小所述弹簧的所述预载荷。
13.根据权利要求10所述的机械燃料压力调节器，其中所述电机被整合到所述本体的上部。
14.根据权利要求10所述的机械燃料压力调节器，还包括：
与所述电机通信的控制器，该控制器被构造成操作所述电机，响应操作状态调节该弹簧的所述预载荷，以将所述设定点燃料压力从第一设定点燃料压力调节到第二设定点燃料压力。
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