CN104005890B - 用于燃料系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于燃料系统的方法和系统。描述了用于燃料系统的各种方法和系统，该燃料系统包括燃料成分传感器和设置在所述传感器上游的燃料提升泵。该系统可以在三种不同的运行模式中的每一种中运行。在每种模式中，燃料提升泵电压响应于由所述传感器输出的燃料电容而被调整，而变量比如传感器温度或燃料泵压力基于运行模式而被保持。

Description

用于燃料系统的方法和系统

技术领域

本发明总体涉及连接到内燃发动机的直接喷射燃料系统，该燃料系统包括低压泵和高压泵。

背景技术

利用燃料的直接汽缸内喷射的一些车辆发动机系统包括燃料输送系统，该燃料输送系统具有多个燃料泵以用于向燃料喷射器提供合适的燃料压力。作为一个示例，燃料输送系统可以利用电动低压泵（即，燃料提升泵）和机械驱动的高压泵，该低压泵和高压泵分别沿着燃料管道串联设置在燃料箱和燃料喷射器之间。

在这种配置中，提升泵被运行以防止高压泵中不期望的汽化。该配置中的低入口燃料压力、高燃料挥发性、高高压泵转速、和高高压泵温度可以导致高压泵的泵容积效率降低和/或高压泵的润滑减少。如此，燃料挥发性的测量值（例如，燃料蒸汽压力）可以被用于确定所要求的最小的提升泵能量。然而，这导致使用比所需要的更多的提升泵能量，从而在防止导致减小的燃料效率的不期望的燃料汽化中克服不确定性。而且，如果发生预料之外的压力损失（例如，因为阻塞的过滤器），则仅前馈的系统不能对此进行补偿，并且燃料汽化可能发生，导致燃料不足或泵润滑问题。

发明内容

本文中发明者已经意识到上述问题，并且已经设计了方法以至少部分解决这些问题。因此，公开了用于汽油直接喷射发动机系统的方法。在一个示例中，该方法包括在高于燃料蒸汽压力的阈值范围内的压力下运行燃料提升泵。燃料蒸汽压力可以基于例如燃料电容传感器而确定。

通过在大于燃料蒸汽压力的压力下运行燃料提升泵，可以防止燃料在高压泵中被汽化。如此，燃料不足和/或泵润滑问题可以被减少。而且，因为蒸汽压力是基于来自传感器的燃料电容而确定的，比如燃料成分传感器，所以该传感器可以提供关于燃料蒸汽压力的反馈，使得当压力高于要求的压力时提升泵不运行并且可以提高燃料系统效率。

在另一个实施例中，燃料电容经由燃料成分传感器被测量。

在另一个实施例中，燃料电容经由高压泵被测量，高压泵在比燃料提升泵更高的压力下运行并且沿着燃料管道被设置在燃料提升泵的下游。

在另一个实施例中，该方法进一步包括响应于燃料电容超过阈值电容，调整燃料提升泵压力。

在另一个实施例中，该方法进一步包括，在第二模式中，在获得燃料电容的位置处将温度保持在预定温度，并且响应于燃料汽化的指示调整燃料提升泵压力。

在另一个实施例中，该方法进一步包括，在第三模式中，响应于燃料汽化的指示，增加燃料提升泵压力或降低燃料温度。

在另一个实施例中，用于包括燃料成分传感器和燃料提升泵的燃料系统的方法包含：在第一模式中，保持燃料提升泵的压力处于高于燃料蒸汽压力的选择的压力，并且响应于燃料电容调整燃料提升泵电压；在第二模式中，保持传感器的温度处于选择的温度，并且响应于燃料汽化的指示调整燃料提升泵压力，该指示响应于基于燃料电容的燃料蒸汽压力；以及在第三模式中，响应于燃料汽化的指示而增加燃料提升泵压力。

在另一个实施例中，该方法进一步包括在第三模式中，响应于燃料汽化的指示而降低燃料温度。

在另一个实施例中，第一模式中的燃料提升泵电压独立于第二模式中的燃料提升泵压力而被调整。

在另一个实施例中，第一模式中的燃料提升泵电压独立于第三模式中的燃料提升泵电压而被调整。

在另一个实施例中，该方法进一步包括在同一时间仅在第一模式、第二模式或第三模式中的一个下运行燃料系统。

在另一个实施例中，燃料成分传感器是汽油直接喷射发动机系统的一部分。

应当理解的是，提供以上概述以便以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。这并不意味着限定所要求保护的主题的关键或必要特征，要求保护的主题的范围由权利要求唯一地限定。进一步地，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分提及的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了连接到发动机的燃料系统的示例性实施例。

图2示出了说明用于确定燃料系统运行的模式的程序的流程图。

图3示出了说明用于燃料系统运行的第一模式的程序的流程图。

图4示出了说明用于系统运行的第二模式的程序的流程图。

图5示出了说明用于燃料系统运行的第三模式的程序的流程图。

具体实施方式

以下说明涉及用于汽油直接喷射发动机系统中的燃料成分传感器的方法和系统。如此处将详细描述的，该传感器可以在三种不同的运行模式中的每一种下运行。在每种模式中，提升泵电压响应于由传感器输出的燃料电容而被调整，而比如传感器温度或燃料泵压力的变量基于运行模式而被保持。例如，在第一运行模式中，通过响应于由传感器输出的燃料电容而调整燃料提升泵电压，燃料提升泵压力被保持在高于燃料蒸汽压力的选择的压力下。在第二运行模式中，传感器的温度被保持在选择的温度，并且响应于来自传感器的燃料汽化的指示而调整燃料提升泵电压，从而调整燃料提升泵压力。在第三运行模式中，响应于燃料汽化的指示而调整燃料提升泵电压以增加燃料提升泵压力。通过使用由传感器输出的燃料电容来确定燃料汽化的水平，燃料提升泵电压可以被调整为使得燃料提升泵内的燃料汽化的机会可以被减少。以这种方式，例如可以减少燃料不足和/或泵润滑问题。

图1示出了直接喷射发动机系统100，其可以被配置为车辆的推进系统。发动机系统100包括内燃发动机110，其具有多个燃烧室或汽缸112。燃料可以经由汽缸中的直接喷射器120而被直接提供到汽缸112。如图1中简要所示，发动机110可以接收进气空气和燃料燃烧的排气产物。发动机110可以包括适合类型的发动机，包括汽油或柴油发动机。

燃料可以通过以150大致指示的燃料系统的方式经由喷射器120被提供给发动机110。在这个特定的实施例中，燃料系统150包括燃料存储箱152，其用于存储车载燃料、低压燃料泵130（例如，燃料提升泵）、高压燃料泵140、燃料导轨158和各种燃料管道154和156。在图1所示的示例中，燃料管道154将燃料从低压泵130运送到高压燃料泵140，并且燃料管道156将燃料从高压燃料泵140运送到燃料导轨158。

低压燃料泵130可以通过控制器170被操作以经由燃料管道154向高压燃料泵140提供燃料。低压燃料泵130可以配置为所谓的燃料提升泵。作为一个示例，低压燃料泵130可以包括电动泵马达，因此泵两端的压力增量和/或经过泵的体积流率可以通过改变提供给泵马达的电功率而控制，以此增加或减小马达转速。例如，如果控制器170减少提供给泵130的电功率，则体积流率和/或泵两端的压力增量可以减少。通过增加提供给泵130的电功率，体积流率和/或泵两端的压力增量可以被增加。作为一个示例，提供给低压泵马达的电功率可以从交流发电机或其他车载能量存储装置（未示出）获得，因此控制系统可以控制用于激励低压泵的电负载。因此，通过改变提供给低压燃料泵的电压和/或电流，如182所示，提供给高压燃料泵140和最终提供给燃料导轨的燃料的流率和压力可以通过控制器170调整。

高压燃料泵140可以通过控制器170控制以经由燃料管道156向燃料导轨158提供燃料。作为一个非限制性示例，高压燃料泵140可以是博世HDP5高压泵（BOSCH HDP5HIGHPRESSURE PUMP），其利用由142指示的流量控制阀（例如，MSV）使控制系统能够改变每个泵行程的有效泵体积。然而，应当领会到是，可以使用其他适合的高压燃料泵。不同于马达驱动的低压燃料泵130的是，高压燃料泵140可以通过发动机110机械地驱动。高压燃料泵140的泵活塞144可以从发动机曲轴或者凸轮轴经由凸轮146接收机械输入。以这种方式，高压燃料泵140可以根据凸轮驱动的单汽缸泵的原理而运行。

如图1所描述的，燃料成分传感器148被设置在燃料提升泵130的下游。燃料成分传感器148可以基于燃料电容或者该传感器的感测体积中的介电流体的摩尔数而运行。例如，基于燃料的电容（例如，当燃料酒精混合物被利用时）可以确定燃料中的乙醇（例如，液体乙醇）的量。而且，燃料成分传感器可以被用于确定湿度（例如，气体）。因此，燃料成分传感器可以被用于确定燃料的汽化水平，因为感测体积内的燃料蒸汽具有比液体燃料更小的摩尔数。这样，当燃料电容下降时，燃料汽化可以被指示。如参考图3-5更详细的描述，燃料成分传感器148可以被用于确定燃料的燃料汽化水平，使得控制器170可以调整提升泵压力，以便减少燃料提升泵130内的燃料汽化。

而且，在一些示例中，高压泵140可以作为燃料成分传感器运行以确定燃料汽化的水平。例如，高压泵140的活塞汽缸总成形成流体填充的电容器。这样，活塞汽缸总成允许泵140作为燃料成分传感器中的电容性元件。在一些示例中，高压泵140的活塞汽缸总成可以是系统中最热的点，使得燃料蒸汽首先在这里形成。在这种示例中，高压泵140可以被用作检测燃料汽化的传感器，因为燃料汽化可以在系统中的其他地方发生之前首先在活塞汽缸总成中发生。

如图1所示，燃料导轨158包括燃料导轨压力传感器162，其用于向控制器170提供燃料导轨压力的指示。发动机转速传感器164可以被用于向控制器170提供发动机转速的指示。发动机转速的指示可以被用于确定高压燃料泵140的转速，这是因为泵140通过发动机110例如经由曲轴或凸轮轴机械驱动。排气传感器166可以被用于向控制器170提供排气成分的指示。作为一个示例，传感器166可以包括通用或宽域排气氧传感器（UEGO）。排气传感器166可以被控制器用作反馈以调整经由喷射器120输送给发动机的燃料量。以这种方式，控制器170可以将输送给发动机的空燃比控制到规定的设定点。

控制器170可以经由燃料喷射驱动器122单独驱动每个喷射器120。控制器170、驱动器122和其他适合的发动机系统控制器可以包括控制系统。虽然驱动器122被示出在控制器170的外部，但应当领会到的是，在其他示例中，控制器170可以包括驱动器122或者可以被配置为提供驱动器122的功能。在这个特定的示例中，控制器170包括电子控制单元，该电子控制单元包括输入/输出装置172、中央处理单元（CPU）174、只读存储器（ROM）176、随机存取存储器（RAM）177和保活存储器（KAM）178中的一个或更多个。存储介质ROM176可以通过计算机可读数据编程，该计算机可读数据表示可以由处理器174实施的用于执行以下所述方法以及可以预计但没有具体列举的其他变体的永久性指令。

图2-5示出了说明用于燃料系统的程序的流程图，比如上述参考图1所描述的燃料系统150。特别的，图2示出了确定包括燃料成分传感器和燃料提升泵的燃料系统应当在哪种运行模式下运行的流程图。在一些示例中，比如在上述参考图1所述的示例中，燃料成分传感器可以被设置在燃料提升泵和高压泵之间。在其他示例中，例如，燃料成分传感器可以是高压泵140。图3-5分别示出了第一运行模式、第二运行模式和第三运行模式。应当理解的是，每个运行模式均独立于其他运行模式而实施，使得所述系统在任意给定的时间仅根据三种运行模式中的一种运行。

图2示出了说明用于为包括燃料成分传感器和燃料提升泵的燃料系统选择运行模式的程序200的流程图，所述燃料成分传感器和燃料提升泵例如上述参考图1所述的燃料成分传感器148和燃料提升泵130。具体的，该程序选择系统的运行模式。

在202处，基于系统中的各种传感器确定工况，包括上述参考图1所述的传感器。例如，工况可以包括燃料导轨压力、高压泵转速（例如，基于发动机转速）、排气空燃比、所请求的发动机输出、燃料温度、环境空气温度和/或压力等。

一旦确定了工况，程序进行到204，其中发生模式选择。系统可以在三种模式中的一种下运行，在该模式中，燃料提升泵被控制使得燃料汽化减少但不降低系统的效率。

当程序进行到206时，系统在第一模式中运行，如以下参考图3所述。当程序进行到208时，系统在第二模式中运行，如以下参考图4所述。当程序进行到210时，系统在第三模式中运行，如以下参考图5所述。

继续到图3，示出了说明用于燃料系统的第一运行模式的程序300的流程图。具体地，在第一运行模式中，传感器被运行以将燃料提升泵的压力保持在高于燃料蒸汽压力，使得不发生燃料汽化。这样，第一模式是主动控制模式，其中该控制动作是改变提升泵压力的提升泵电压，并且反馈信号是燃料电容。

在302处，选择的或预定的燃料提升泵压力（p_LP）被确定。例如，选择的压力可以是刚刚超过燃料汽化点。作为一个示例，选择的压力可以是在燃料蒸汽压力的预定范围内的压力。例如，选择的压力可以在比燃料蒸汽更大的5psi到10psi内或者10-20psi内。通过将燃料提升泵的压力保持在刚刚超过燃料汽化点的压力，可以防止燃料在燃料提升泵内汽化。这样，燃料不足和/或泵润滑问题可以被减少。

在304处，控制器调整提升泵电压（V_LP），以便实现选择的压力。如上所述，燃料提升泵是电动泵；因此，通过改变提供给提升泵的电压，由提升泵输出的燃料压力被改变。例如，如果提升泵压力小于选择的压力，电压被调整，使得提升泵压力增加。可替换的，如果提升泵压力大于选择的压力，则电压被调整，使得提升泵压力被减少。

在306处，通过传感器输出的燃料电容信号被监测。这样，燃料电容（例如，燃料汽化水平）提供反馈信号。

在308处，确定燃料电容是否发生变化。例如，其确定燃料电容是增加还是减少，以指示燃料汽化水平的变化。

如果确定燃料电容有变化，程序进行到310，其中提升泵电压被调整以便保持选择的提升泵压力（p_LP）。另一方面，如果确定燃料电容没有变化，程序进行到312，其中确定系统是否已经运行大于阈值持续时间。阈值持续时间可以是设定的时间量，比如5分钟、10分钟、1小时等，或者阈值持续时间可以基于工况。作为一个示例，当发动机在高负载下运行时，阈值持续时间可以比在低负载下运行时更小。

如果确定系统未运行大于阈值持续时间，程序进行到316，其中继续当前运行并且传感器作为燃料成分传感器运行。另一方面，如果确定系统已经运行大于阈值持续时间，程序继续到314，其中提升泵压力暂时减少到燃料汽化（例如，燃料汽化通过燃料成分传感器被检测）形成的汽化点。以这种方式，系统可以验证其不消耗比保持燃料的液体状态并且减少燃料汽化所需的更多的提升泵能量。然后该程序返回到302，其中选择的压力被确定。例如，如果当前压力过高，则选择的压力可以被减少。

因此，在第一运行模式中，提升泵压力被主动管理以保持提升泵压力在高于燃料汽化点的选择的压力。通过保持提升泵压力高于燃料汽化点，可以减少在提升泵中发生燃料汽化的机会。以这种方式，燃料不足和/或泵润滑问题可以被减少。而且，通过使用燃料电容作为反馈信号，提升泵压力可以保持在不太高的压力下，使得系统的效率不被降低。

图4示出了说明用于传感器的第二运行模式的程序400的流程图。具体的，在第二运行模式中，传感器的温度（或者测量燃料电容的位置处的温度）被保持在比设置在传感器下游的高压泵的温度更高的温度，比如上述参考图1所描述的机械驱动的高压泵140。这样，第二模式是控制运行模式，其中传感器的温度被控制。

在402处，选择的或预定的温度被确定。选择的温度可以基于燃料的燃料汽化点和/或高压泵的温度而确定。作为示例，选择的温度可以在高于散装（bulk）燃料温度的预定范围内。例如，选择的温度可以高于散装燃料温度10-15℃。通过将传感器温度保持在大于散装燃料温度的温度，发生的任何燃料汽化首先发生在传感器处。

在404处，传感器的温度或者在获得燃料电容的位置处的温度被调整到选择的温度。例如，传感器或高压泵可以包括例如阻性加热器等的加热器以提高温度。

在406处，燃料电容基于传感器输出（例如，发送到控制器的信号）被确定。燃料汽化水平基于燃料电容被确定，并且在408处，确定燃料汽化是否被指示。例如，如上所述，燃料成分传感器基于燃料电容。因为燃料蒸汽具有比液体燃料更低的介电值，所以燃料汽化可以被确定。因此，如果燃料电容降低到例如燃料蒸汽的燃料电容的预定范围内，则燃料汽化可以被指示。

如果确定燃料汽化未被指示，程序进行到412，其中继续当前运行并且传感器作为燃料成分传感器运行。另一方面，如果确定燃料汽化被指示，则在410处调整提升泵电压以调整提升泵压力。如上所述，燃料提升泵是电动泵；因此，通过改变提供给提升泵的电压，由提升泵输出的燃料的压力被改变。通过响应于传感器处的燃料汽化的指示而改变提升泵压力，提升泵中燃料汽化的机会可以被降低，因为提升泵压力在散装燃料达到汽化点之前被调整。

因此，在第二运行模式中，传感器温度被保持在大于散装燃料温度的温度，使得如果燃料汽化发生，则其首先发生在传感器处。响应于来自传感器的燃料汽化的指示，燃料提升泵压力被调整以便降低发生在系统中其它地方例如在高压泵中的燃料汽化的机会，并且燃料不足和/或泵润滑问题可以被减少。

说明用于在第三运行模式中运行传感器的程序500的流程图在图5中被示出。具体的，在第三运行模式中，传感器在当前压力和温度条件下运行，使得第三运行模式是被动运行模式。如下所述，响应于燃料汽化的指示，燃料温度和提升泵压力中的至少一个可以被调整。

在502处，燃料电容基于传感器输出被确定。燃料汽化水平基于燃料电容被确定，并且在504处，确定燃料汽化是否被指示。例如，如上所述，燃料成分传感器基于燃料电容。因为燃料蒸汽具有比液体燃料更低的介电值，所以燃料汽化可以被确定。因此，如果燃料电容降低到例如燃料蒸汽的燃料电容的预定范围内，则燃料汽化可以被指示。

如果确定燃料汽化未被指示，则程序进行到510，其中继续当前运行并且传感器作为燃料成分传感器运行。另一方面，如果确定燃料汽化被指示，程序继续到506，其中提升泵压力被调整和/或燃料温度被降低。如上所述，可以通过例如调整提升泵电压而调整燃料提升泵压力。燃料温度可以经由例如热交换器被降低。

因此，在第三运行模式中，继续当前的系统运行，直到燃料汽化被指示，使得第三运行模式是被动运行模式。一旦燃料汽化被指示，则提升泵压力被调整和/或燃料温度被调整。以这种方式，燃料系统的效率可以被保持或提高。

注意到本文所包含的示例控制程序和估计程序可以被用于各种发动机和/或车辆系统配置。此处所描述的具体程序可以表示任意数量的处理策略中的一种或更多种，处理策略例如事件驱动的、中断驱动的、多任务的、多线程的等。这样，说明的各种动作、运行或功能可以按照所示的顺序执行、并行执行或在某些情况下被省略。同样的，处理的所述顺序不是实现本文所述示例性实施例的特征和优点所必需要求的，但其被提供以便于说明和描述。基于所使用的特定策略，所说明的动作或功能中的一个或更多个可以被反复执行。而且，所描述的动作可以图形表示为被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质中的代码。

将意识到的是，本文公开的配置和程序本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为具有限制意义，因为多种变化是可能的。例如，以上技术可以被应用于V-6、L-4、L-6、V-12、对置4缸以及其它发动机类型。本公开的主题包括本文公开的各种系统和配置以及其他特征、功能和/或属性的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

随附的权利要求具体指出了被认为是新颖和非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可以涉及“一个”元件或“第一”元件或其等价物。这种权利要求应当被理解为包含一个或更多个这些元件的组合，既不要求也不排除两个或更多个这些元件。所公开的特征、功能、元件和/或属性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求或通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求而被要求保护。

这些权利要求，不管在范围上比原权利要求更宽、更窄、相同或不同，都被认为包含在本公开的主题内。

Claims (7)

1.一种燃料系统，其包含：

燃料提升泵；

燃料成分传感器，其被设置在燃料管道中的所述燃料提升泵的下游，并且配置为输出指示燃料电容的信号；

与所述传感器通信的控制系统，所述控制系统包括非临时性指令，该非临时性指令用以在所述燃料系统的第一运行模式期间：

通过所述传感器监测燃料电容；

响应于燃料电容的变化的检测，调整燃料提升泵电压以将燃料提升泵压力保持在高于燃料汽化点的选择的压力；

如果检测到燃料电容无变化，并且如果所述燃料系统已经运行大于阈值持续时间，则暂时减少燃料提升泵压力直到所述传感器检测到燃料汽化，并且基于检测到燃料汽化所处的所述燃料提升泵压力调节所述选择的压力；以及

如果检测到燃料电容无变化，并且如果所述燃料系统未运行大于所述阈值持续时间，则继续当前运行并且所述传感器作为燃料成分传感器运行。

2.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述控制系统进一步包括指令用以在第二运行模式中，响应于燃料汽化的指示，调整所述燃料提升泵电压，燃料汽化的所述指示基于所述燃料电容，并且将所述传感器的温度保持在选择的温度。

3.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述控制系统进一步包括指令用以在第三运行模式中，响应于燃料汽化的指示，调整所述燃料提升泵电压，燃料汽化的所述指示基于所述燃料电容，并且响应于燃料汽化的指示，增加所述燃料提升泵压力。

4.根据权利要求1所述的燃料系统，其中所述燃料系统是汽油直喷发动机系统的一部分。

5.一种用于汽油直喷发动机系统的方法，其包含：

通过燃料成分传感器监测燃料电容，所述燃料成分传感器被设置在燃料提升泵和高压泵之间的燃料通道中；

基于所述燃料电容，确定燃料蒸汽压力和所述燃料中的乙醇的量；

基于所述燃料蒸汽压力，调整所述燃料提升泵至在高于燃料汽化点的阈值范围内的选择的压力；以及

如果所述系统已经运行大于阈值持续时间并且检测到电容无变化，则暂时减少所述燃料提升泵处的压力直到所述燃料成分传感器检测到燃料汽化，并且然后基于检测到燃料汽化所处的所述燃料提升泵压力调节所述选择的压力。

6.一种用于包括燃料成分传感器和燃料提升泵的燃料系统的方法，该方法包含：

通过所述燃料成分传感器监测燃料电容；

基于所述燃料电容，确定燃料蒸汽压力和所述燃料中的乙醇的量；

在第一模式中，将燃料提升泵压力保持在高于燃料蒸汽压力的选择的压力，并且响应于燃料电容调整燃料提升泵电压；

如果所述燃料系统已经运行大于阈值持续时间并且检测到电容无变化，则暂时减少燃料提升泵压力直到所述燃料成分传感器检测到燃料汽化，并且基于检测到燃料汽化所处的减少的燃料提升泵压力调节所述选择的压力；

在第二模式中，将所述传感器的温度保持在选择的温度，并且响应于燃料汽化的指示而调整所述燃料提升泵压力，所述指示响应于基于所述燃料电容的燃料蒸汽压力；以及

在第三模式中，响应于所述燃料汽化的指示而增加所述燃料提升泵压力。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述燃料成分传感器被设置在所述燃料提升泵的下游和高压泵的上游的燃料通道中，所述高压泵在比所述燃料提升泵更高的压力下运行。