CN104234853B - 用于操作直接燃料喷射系统的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作直接燃料喷射系统的方法。该方法包括：在利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料的发动机汽缸操作期间：响应于所述第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至所述第二喷射器的燃料导轨的导轨压力。以此方式，通过响应于所述第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至所述第二喷射器的燃料导轨的所述导轨压力，可利用所述方法来防止暴露于所述发动机汽缸内的燃烧热量的所述第二喷射器的所述尖端内形成蒸汽空间。通过防止形成蒸汽空间，可使用所述方法来防止在所述发动机汽缸利用来自第一喷射器而非所述第二喷射器的燃料操作的周期期间所述第二喷射器的所述尖端中的燃料蒸馏。

Description

用于操作直接燃料喷射系统的方法
背景技术
发动机可配置有用于将期望量的燃料递送到发动机以供燃烧的各种燃料系统。一种类型的燃料系统包含针对每个发动机汽缸的进气道燃料喷射器和直接燃料喷射器。进气道燃料喷射器可经操作以改进燃料蒸发且减少发动机排放，以及减少低负载下的抽吸损耗和燃料消耗。直接燃料喷射器可在较高负载条件期间操作以改进较高负载下的发动机性能和燃料消耗。另外，进气道燃料喷射器和直接喷射器两者在一些条件下一起操作以利用这两种类型的燃料递送的优点。
用进气道燃料喷射器和直接喷射器两者操作的发动机可在不使用直接喷射器的情况下操作较长周期。在非使用周期期间，直接喷射器尖端暴露于源自从进气道燃料喷射器喷射的燃料的燃烧的燃烧汽缸内的高温。此外，直接喷射器处增加的温度可导致直接喷射器内燃料的蒸发。这可导致喷射器尖端内的燃料蒸馏，这可导致喷射器内部的沉积物，且又会影响直接燃料喷射器的耐久性。
直接喷射器可通过在车辆操作期间从直接燃料喷射器周期性喷射燃料而冷却。然而，本文的发明者已认识到此方法存在的问题。作为一个示例，可能需要执行最大持续PFI操作以改进燃料经济性且减少排放。在另一示例中，直接燃料喷射器可耦接至有限的燃料供应，如果持续喷射燃料，那么所述有限的燃料供应因此可能耗尽且在需要时无法使用。此外，燃料经由直接喷射器的周期性喷射可能不足以防止喷射器暴露于发动机汽缸内的燃烧热量的部分内的蒸汽空间形成。
发明内容
在一个示例中，上文描述的一些问题可用一种方法解决，所述方法包括：在利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料的发动机汽缸操作期间：响应于第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力。以此方式，可通过在不影响第二喷射器的耐久性的情况下燃烧来自第一喷射器的燃料而操作发动机汽缸。通过响应于第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力，可利用所述方法来防止在第二喷射器内，例如在暴露于发动机汽缸内的燃烧热量的第二喷射器的尖端内形成蒸汽空间。通过防止形成蒸汽空间，可使用所述方法来防止在发动机汽缸利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料操作的周期期间第二喷射器的尖端中的燃料蒸馏。
在另一示例中，上文的一些问题可通过一种用于内燃发动机的燃料系统解决，所述燃料系统包括：分别与汽缸组连通的直接燃料喷射器组；与所述直接燃料喷射器组连通的第一燃料导轨；与所述第一燃料导轨连通的高压燃料泵；以及用存储在存储器中的指令配置的控制系统，所述指令用于：在第一条件期间，当所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端的温度超过第一阈值时，通过操作高压燃料泵增加第一燃料导轨中的导轨压力。以此方式，可利用燃料系统响应于增加的温度通过操作高压燃料泵而调节第一燃料导轨中的压力。第一燃料导轨的导轨压力可依据喷射器尖端温度调节。因此，可使用高压燃料泵将燃料导轨压力升高到某一压力使得第一燃料导轨中的液体燃料保持液体形态。
在又一示例中，上文的一些问题可通过一种方法解决，所述方法包括：利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料操作发动机汽缸；在第一条件期间，响应于第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力；以及在第二条件期间，响应于所述温度增加将燃料从第二喷射器喷射到发动机汽缸中。以此方式，可通过第二喷射器喷射液体燃料，因此响应于温度增加使喷射器冷却。此外，液体燃料喷射可限于特定工况，因此维持或改进操作期间的发动机排放和燃料经济性。
当单独或结合附图考虑时，从以下具体实施方式中将容易了解本说明的以上优点和其它优点以及特征。
应当理解，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些概念。这并不意味着确定要求保护的主题的关键或基本特征，要求保护的主题的范围仅由随附在具体实施例之后的权利要求确定。此外，要求保护的主题不限于解决在上面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示意描述内燃发动机的汽缸的示例实施例。
图2示意描述多汽缸发动机的示例实施例。
图3描述根据本发明用于操作包含进气道燃料喷射系统和直接燃料喷射系统的内燃发动机的示例高级流程图。
图4描述根据本发明用于操作包含进气道燃料喷射系统和直接燃料喷射系统的内燃发动机的示例高级流程图。
图5是用于车辆操作和直接燃料喷射系统的操作的示例时间线的图形表示。
具体实施方式
本发明涉及用于操作发动机系统内的直接燃料喷射系统的系统和方法，该发动机系统内有一个以上燃料喷射器耦接至发动机汽缸。在一个非限制性示例中，发动机可如图1的图示说明配置。此外，图2中描述的燃料喷射系统的额外组件可包含在图1描述的发动机中。用于操作直接燃料喷射的方法可由图1和图2中说明的系统以及图3中说明的方法提供，图3示出用于操作直接燃料喷射器的示例方法。图4说明用于操作直接燃料喷射系统的额外方法。图5中描述根据以上方法和系统用于操作直接燃料喷射系统的示例时间线。
图1描述内燃发动机10的燃烧室或汽缸的示例实施例。发动机10可至少部分由包含控制器12的控制系统以及通过来自车辆操作者130经由输入装置132的输入来控制。在此示例中，输入装置132包含加速器踏板和用于产生比例踏板位置信号PP的踏板位置传感器134。发动机10的汽缸(即，燃烧室)14可包含其中定位有活塞138的燃烧室壁136。活塞138可耦接至曲柄轴140使得活塞的往复运动变换为曲柄轴的旋转运动。曲柄轴140可经由传动系统耦接至载客车辆的至少一个驱动轮。此外，起动马达可经由飞轮耦接至曲柄轴140以实现发动机10的起动操作。
汽缸14可经由一系列进气通道142、144和146接收进气。进气通道146可除汽缸14外还与发动机10的其它汽缸连通。在一些实施例中，进气通道中的一个或多个可包含例如涡轮增压器或机械增压器等增压装置。例如，图1示出配置有涡轮增压器的发动机10，涡轮增压器包含布置在进气通道142与144之间的压缩机174，和沿着排气通道148布置的排气涡轮176。压缩机174可至少部分由排气涡轮176经由轴180提供动力，其中增压装置配置为涡轮增压器。然而，在其它示例中，例如在发动机10具备机械增压器的情况下，可任选地省略排气涡轮176，其中压缩机174可由来自马达或发动机的机械输入提供动力。可沿着发动机的进气通道提供包含节流板164的节气门162，其用于改变提供到发动机汽缸的进气的流动速率和/或压力。例如，节气门162可如图1所示安置在压缩机174的下游，或可作为替代提供在压缩机174的上游。
排气通道148可除汽缸14外还从发动机10的其它汽缸接收排气。排气传感器128示出为耦接至排放控制装置178上游的排气通道148。传感器128可以是用于提供排气空/燃比的指示的任何适合的传感器，例如线性氧传感器或UEGO(通用或宽域排气氧传感器)、双态氧传感器或EGO(如所描述)、HEGO(加热EGO)、NOx、HC或CO传感器。排放控制装置178可以是三元催化器(TWC)、NOx捕集器、各种其它排放控制装置或其组合。
发动机10的每个汽缸均包含一个或多个进气门以及一个或多个进气门。例如，汽缸14示出为包含位于汽缸14的上部区的至少一个进气提升气门150和至少一个排气提升气门156。在一些实施例中，发动机10的每个汽缸(包含汽缸14)均包含位于汽缸上部区域的至少两个进气提升气门和至少两个排气提升气门。
进气门150可由控制器12经由致动器152控制。类似地，进气门156可由控制器12经由致动器154控制。在一些条件期间，控制器12可改变提供到致动器152和154的信号以控制相应进气门和进气门的打开和关闭。进气门150和进气门156的位置可由相应气门位置传感器(未图示)确定。气门致动器可以是电动气门致动类型或凸轮致动类型或其组合。进气门和排气门正时可同时控制，或可使用可变进气凸轮正时、可变排气凸轮正时、双独立可变凸轮正时或固定凸轮正时的中任意可能的一个。每个凸轮致动系统可包含一个或多个凸轮，且可利用由控制器12操作以改变气门操作的凸轮廓线变换系统(CPS)、可变凸轮正时(VCT)、可变气门正时(VVT)和/或可变气门升程(VVL)系统中的一个或多个。例如，汽缸14或者可包含经由电动气门致动控制的进气门和经由包含CPS和/或VCT的凸轮致动控制的进气门。在其它实施例中，进气门和排气门可由共同气门致动器或致动系统或可变气门正时致动器或致动系统控制。
汽缸14具有压缩比，该压缩比指当活塞138处于底部中心与处于顶部中心时的容积比率。一般，压缩比在9:1到10:1的范围内。然而，在使用不同燃料的一些示例中，压缩比可增加。例如当使用较高辛烷值燃料或具有较高潜在焓蒸发的燃料时可以发生。压缩比也可在使用直接喷射的情况下(由于其对发动机爆震的影响)增加。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可包含用于起始燃烧的火花塞192。点火系统190可在选定操作模式下响应于来自控制器12的火花前进信号SA经由火花塞192将点火火花提供到燃烧汽缸14。然而，在一些实施例中，火花塞192可省略，例如在发动机10可通过自动点火或通过燃料喷射而起始燃烧的情况下，如一些柴油机可能出现的情况。
在一些实施例中，发动机10的每个汽缸可配置有一个或多个燃料喷射器，用于将燃料提供到汽缸。作为非限制性示例，汽缸14示出为包含两个燃料喷射器166和170。燃料喷射器166示出为直接耦接至汽缸14，用于与经由电子驱动器168从控制器12接收的信号FPW-1的脉宽成比例地直接在其中喷射燃料。以此方式，燃料喷射器166提供燃料到燃烧汽缸14中的直接喷射(下文称为“DI”)。虽然图1将喷射器166示出为侧部喷射器，但其也可定位在活塞上方，例如在火花塞192的位置附近。这种位置可以改进当使用醇基燃料操作发动机时的混合和燃烧(由于醇基燃料的较低挥发性)。或者，喷射器可位于进气门上方和附近以改进混合。燃料可从包含燃料箱、燃料泵、燃料导轨和驱动器168的高压燃料系统172递送到燃料喷射器166。或者，燃料可由单级燃料泵在较低压力下递送，在此情况下直接燃料喷射的正时可在压缩冲程期间比使用高压燃料系统的情况下更受限制。此外，虽然未图示，但燃料箱可具有将信号提供到控制器12的压力变换器。
燃料喷射器170示出为布置在进气通道146中，而非汽缸14中，处于提供燃料到汽缸14上游的进气道中的进气道喷射(下文称为“PFI”)配置中。燃料喷射器170可与经由电子驱动器171从控制器12接收的信号FPW-2的脉宽成比例地喷射燃料。燃料可由燃料系统172递送到燃料喷射器170。
燃料可由两个喷射器在汽缸的单一循环期间递送到汽缸。例如，每个喷射器可递送在汽缸14中燃烧的总燃料喷射的一部分。此外，从每个喷射器递送的燃料的分配和/或相对量可随例如本文下文描述的工况而变化。喷射器166与170之间总喷射燃料的相对分配可称为第一喷射比率。例如，针对燃烧事件经由(进气道)喷射器170喷射较大量的燃料可以是进气道喷射与直接喷射的较高第一比率的示例，而针对燃烧事件经由(直接)喷射器166喷射较大量的燃料可以是进气道喷射与直接喷射的较低第一比率。注意，这些仅是不同喷射比率的示例，且可使用各种其它喷射比率。另外，应了解，可在打开进气门事件、关闭进气门事件(例如，实质上在进气冲程之前，例如排气冲程期间)以及打开和关闭进气门操作两者期间递送进气道喷射的燃料。类似地，可例如在进气冲程期间以及部分在先前排气冲程期间、在进气冲程期间以及部分在压缩冲程期间递送直接喷射的燃料。此外，直接喷射的燃料可作为单一喷射或多个喷射递送。这些可包含压缩冲程期间的多个喷射、进气冲程期间的多个喷射，或压缩冲程期间的一些直接喷射与进气冲程期间的一些直接喷射的组合。当执行多个直接喷射时，进气冲程(直接)喷射与压缩冲程(直接)喷射之间的总直接喷射燃料的相对分配可称为第二喷射比率。例如，在进气冲程期间针对燃烧事件喷射较大量的直接喷射的燃料可以是进气冲程直接喷射的较高第二比率的示例，而在压缩冲程期间针对燃烧事件喷射较大量的燃料可以是进气冲程直接喷射的较低第二比率的示例。注意，这些仅是不同喷射比率的示例，且可使用各种其它喷射比率。
如此，即使针对单一燃烧事件，也可以以不同正时从进气道和直接喷射器喷射所喷射燃料。此外，针对单一燃烧事件，可每循环执行所递送燃料的多次喷射。所述多次喷射可在压缩冲程、进气冲程或其任何适当组合期间执行。
如上文描述，图1仅示出多汽缸发动机的一个汽缸。如此，每个汽缸可类似地包含其自身的一组进气/进气门、燃料喷射器、火花塞等。
燃料喷射器166和170可具有不同特性。这些特性包含尺寸差异，例如一个喷射器可具有比另一喷射器大的喷射孔。其它差异包含(但不限于)不同喷射角、不同操作温度、不同目标、不同喷射正时、不同喷射特性、不同位置等。然而，依据喷射器170与166之间所喷射燃料的分配比率，可实现不同效应。
燃料系统172可包含一个燃料箱或多个燃料箱。在燃料系统172包含多个燃料箱的实施例中，燃料箱可保存具有相同燃料质量的燃料或可保存具有不同燃料质量(例如，不同燃料成分)的燃料。这些差异可包含不同酒精含量、不同辛烷值、不同蒸发热量、不同燃料混合和/或其组合等。在一个示例中，具有不同酒精含量的燃料可包含汽油、乙醇、甲醇或例如E85(其近似为85％乙醇和15％汽油)或M85(其近似为85％甲醇和15％汽油)等酒精混合物。其它含酒精的燃料可以是酒精与水的混合物、酒精、水和汽油的混合物等。在一些示例中，燃料系统172可包含保存液体燃料(例如，汽油)的燃料箱，且还可包含保存气体燃料(例如，CNG或LPG)的另一燃料箱。燃料喷射器166和170可经配置以从相同燃料箱、从不同燃料箱、从多个相同燃料箱，或从一组重叠燃料箱喷射燃料。例如，LPG箱可耦接至直接喷射器，且另一燃料耦接至进气道喷射器。
控制器12在图1中示为微型计算机，其包含微处理器单元(CPU)106、输入/输出端口(I/O)108、用于可执行程序和校准值的电子存储媒介(在此特定示例中示出为只读存储器芯片(ROM)110)、随机存取存储器(RAM)112、保活存储器(KAM)114和数据总线。除先前论述的那些信号外，控制器12还可以从耦接至发动机10的传感器接收各种信号，其包含来自质量空气流量传感器122的感应质量空气流量(MAF)的测量值、来自耦接至冷却套管118的温度传感器116的发动机冷却剂温度(ECT)、来自耦接至曲柄轴140的霍尔效应传感器120(或其它类型)的表面点火感测信号(PIP)、来自节气门位置传感器的节气门位置(TP)，以及来自传感器124的绝对歧管压力信号(MAP)。发动机转速信号RPM可由控制器12从信号PIP产生。来自歧管压力传感器的歧管压力信号MAP可用于提供进气歧管中的真空或压力的指示。
存储媒介只读存储器110可用计算机可读数据编程，计算机可读数据表示可由处理器106执行用于执行下文描述的方法以及可以预期但未明确列出的其它变化形式的指令。可由控制器执行的示例程序在图3处描述。
图2示出根据本发明的多汽缸发动机的示意图。如图1中描述，内燃发动机10包含耦接至进气通道144和排气通道148的汽缸14。进气通道144可包含节气门162。排气通道148可包含排放控制装置178。
汽缸14可配置为汽缸盖201的一部分。在图2中，汽缸盖201示出为具有处于直列配置的4个汽缸。在一些示例中，汽缸盖201可具有更多或更少汽缸，例如六个汽缸。在一些示例中，汽缸可布置成V形配置或其它适合的配置。
汽缸盖201示出为耦接至燃料系统172。汽缸14示出为耦接至燃料喷射器166和170。尽管仅示出一个汽缸耦接至燃料喷射器，但应理解，包含在汽缸盖201中的所有汽缸14也可耦接至一个或多个燃料喷射器。在此示例实施例中，燃料喷射器166描述为直接燃料喷射器，且燃料喷射器170描述为进气道燃料喷射器。每个燃料喷射器可经配置以在发动机循环中的特定时间点响应于来自控制器12的命令递送特定量的燃料。可利用一个或两个燃料喷射器在每个燃烧循环期间将可燃燃料递送到汽缸14。可依据发动机工况控制燃料喷射的正时和量。下文参照图3-5将进一步论述燃料喷射的正时和量的控制。
燃料喷射器170示出为耦接至燃料导轨206。燃料导轨206可耦接至燃料管线221。燃料管线221可耦接至燃料箱240。燃料泵241可耦接至燃料箱240和燃料管线221。燃料导轨206可包含多个传感器，包含温度传感器和压力传感器，例如压力传感器214。类似地，燃料管线221和燃料箱240可包含多个传感器，包含温度和压力传感器。燃料箱240还可包含再加注进气道。
在一些实施例中，燃料箱240可含有气体燃料，例如CNG、甲烷、LPG、氢气等。在燃料箱240含有气体燃料的实施例中，箱阀可在燃料泵241上游耦接至燃料管线221。管线阀可在箱阀上游耦接至燃料管线221。压力调节器可在管线阀上游耦接至燃料管线221。燃料管线221还可耦接至凝聚式过滤器，且可进一步包含燃料导轨206上游的泄压阀。
燃料喷射器166示出为耦接至燃料导轨205。燃料导轨205可耦接至燃料管线220。燃料管线220可耦接至燃料箱250。燃料泵251可耦接至燃料箱250和燃料管线220。燃料导轨205可包含多个传感器，包含温度传感器和压力传感器，例如压力传感器213。类似地，燃料管线220和燃料箱250可包含多个传感器，包含温度传感器和压力传感器。燃料箱250还可包含再加注进气道。在一些实施例中，燃料箱250可含有液体燃料，例如汽油、柴油、乙醇、E85等。在其中燃料箱250含有液体燃料且燃料箱240含有气体燃料的实施例中，燃料导轨205可配置为较高压力燃料导轨，且燃料导轨206可配置为较低压力燃料导轨。
图1和图2中描述的燃料系统可实现用于内燃发动机的燃料系统，所述燃料系统包括：分别与汽缸组连通的直接燃料喷射器组；与所述直接燃料喷射器组连通的第一燃料导轨；与所述第一燃料导轨连通的高压燃料泵；以及用存储在存储器中的指令配置的控制系统，所述指令用于：在第一条件期间，当所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端的温度超过第一阈值时，通过操作高压燃料泵增加第一燃料导轨中的导轨压力。在一些示例中，第一条件包含经过直接燃料喷射器的主体燃料流大体等于零。如本文所使用，术语“大体等于零”包含例如如控制器命令的主体燃料流。可存在一些燃料经由直接燃料喷射器泄漏的示例，但主体燃料流可视为大体等于零。例如，泄漏流率可低于进入发动机汽缸的总燃料的1％，并且仍然被视为大体等于零。在一些示例中，第一条件可进一步包含发动机负载低于第二阈值。
控制系统可进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：在第二条件期间，当所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端的温度超过第一阈值时增加经过第一燃料导轨的燃料流。在一些示例中，第二条件可包含经过直接燃料喷射器的主体燃料流大体等于零，且进一步包含发动机负载大于第二阈值。在一些示例中，控制系统可进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：基于发动机工况推断所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端的温度；基于所推断的温度确定第一燃料导轨中所含的燃料的燃料蒸汽压力；以及命令期望燃料导轨压力，所述期望燃料导轨压力是基于燃料蒸汽压力。期望燃料导轨压力可对应于足以防止在所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端中形成蒸汽空间的压力。在一些示例中，控制系统可以用以推断DI燃料系统的与燃料接触的最热元件的温度的指令配置。在未使用的DI燃料系统中，这通常是喷射器尖端，但可以是DI燃料系统的另一部分。
在一些示例中，系统可进一步包括：分别与汽缸组连通的进气道燃料喷射器组；与所述进气道燃料喷射器组连通的第二燃料导轨；以及与所述第二燃料导轨连通的低压燃料泵。控制系统可进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：命令经过所述直接燃料喷射器组的燃料量小于或等于进入汽缸群组的总燃料量的10％。
以此方式，发动机汽缸可用来自进气道燃料喷射器而非来自直接燃料喷射器的燃料操作持续延长的时间周期。响应于第一燃料喷射器的尖端所经历的温度增加，可通过在满足一组发动机工况的情况下(例如，在发动机正在高负载条件下操作的情况下)经由第一燃料喷射器喷射燃料而使尖端冷却。如果满足一组不同发动机工况(例如，发动机正在低或正常负载条件下操作)，那么可升高高压燃料导轨的导轨压力以防止形成蒸汽空间。此系统的技术效果是，燃料喷射器可经由燃料喷射冷却(特定来说，利用经过DI燃料系统的相对小喷射比)或置于高燃料压力下以防止非使用周期期间的燃料蒸馏。
图3示出用于操作如图1和图2中描述的内燃发动机10的示例方法300。方法300可配置为由控制系统存储且由控制器(例如，如图1所示的控制器12)实施的计算机指令。在305处，方法300可通过读取发动机工况而开始。发动机工况可包含发动机转速、发动机负载、MAP压力、MAF压力、燃料水平、环境压力、车载传感器读数(例如，来自压力传感器和温度传感器的读数)，以及燃料系统的操作状态。
在310处，方法300可包含确定经过直接燃料喷射器的当前净燃料流是否大于0。确定当前净燃料流可包含评估每个直接燃料喷射器166的状态，和/或如图2所示经过第一燃料导轨205的燃料流的状态。如果存在经过一个或多个直接燃料喷射器的净燃料流，那么方法300可进行到312。在312处，方法300可包含维持当前喷射特性，其可包含维持一个或多个进气道燃料喷射器和/或一个或多个直接燃料喷射器的喷射特性。
如果不存在经过一个或多个直接燃料喷射器166的净燃料流，那么方法300可进行到315。在315处，方法300可包含推断直接燃料喷射器的尖端(例如，直接燃料喷射器166的尖端)的温度。可推断一个或多个直接燃料喷射器尖端的温度。直接燃料喷射器尖端的温度的推断可包含依据可测量发动机工况对尖端温度建模。可测量发动机工况可包含发动机冷却剂温度、冷却剂泵转速、汽缸空气充入、发动机转速、充入冷却、液体DI燃料喷射器流、歧管充入温度，或其它此类条件。直接燃料喷射器尖端通过汽缸14内的燃烧事件加热。增加汽缸14内的空气充入将导致喷射器尖端处的较高温度。类似地，增加的发动机转速将导致喷射器尖端处的较高温度。压缩之前汽缸空气温度的增加将导致点火之前增加的空气温度。直接燃料喷射器经由经过汽缸盖金属的热传导而冷却，汽缸盖金属可与发动机冷却护套接触。因此，冷却剂温度和冷却剂泵转速可能会影响热移除能力且进一步影响喷射器尖端温度。
在320处，方法300可包含确定所推断的尖端温度是否大于阈值温度。阈值温度可以是预定温度，或可依据发动机工况确定。如果所推断的尖端温度不大于阈值温度，那么方法300可进行到312。在312处，方法300可包含维持当前喷射特性，其可包含维持一个或多个进气道燃料喷射器和/或一个或多个直接燃料喷射器的喷射特性。
如果所推断的尖端温度大于阈值温度，那么方法300可进行到325。在325处，方法300可包含确定发动机转速和/或发动机负载是否大于阈值。所述阈值可预先确定或可依据当前发动机工况确定。如果发动机转速和/或发动机负载不大于阈值，那么方法300可进行到327。在327处，方法300可包含调整燃料导轨压力。用于调整燃料导轨压力的示例子程序在下文参照图4进一步论述。
如果发动机转速和/或发动机负载大于阈值，那么方法300可进行到330。在330处，方法300可包含操作DI燃料喷射器。以此方式，通过喷射器尖端的液体燃料将对尖端具有冷却效应。所喷射的燃料量可预先确定或可依据发动机工况确定。例如，经由直接喷射器喷射的液体燃料总量可经控制以小于或等于发动机所消耗的总燃料的10％。液体燃料的量可依据期望喷射器尖端温度确定。在一些情况下，液体燃料的直接喷射可以有规律调度的间隔发生以调节喷射器尖端温度。方法300可接着结束。
方法300或其它等效方法可独立执行，或作为另一发动机操作方法的子程序执行。方法300可在操作车辆的整个过程中反复执行，或当特定工况指示时执行。
图3所示的高级流程图(以及图4所示的高级流程图)可实现一种或一种以上方法。在一个示例中，一种方法包括：利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料操作发动机汽缸；在第一条件期间，响应于第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力；以及在第二条件期间，响应于温度增加中止所述不利用从第二喷射器喷射的燃料的操作，且开始从第二喷射器将燃料喷射到发动机汽缸中。在一些示例中，第一条件可包含低于负载阈值的发动机负载，且第二条件可包含大于负载阈值的发动机负载。在一些示例中，第一条件可包含低于转速阈值的发动机转速，且第二条件可包含大于转速阈值的发动机转速。
以此方式，喷射器尖端可在包含高发动机转速或负载的发动机工况期间经由液体燃料的喷射冷却。在包含低或正常发动机转速或负载的发动机工况期间，可升高燃料导轨压力以防止在喷射器尖端中形成蒸汽空间，因此防止在喷射器尖端中发生燃料蒸馏。此方法的技术效果是，可在不喷射液体燃料的情况下增加喷射器耐久性(高发动机负载或高发动机转速条件期间除外)。
图4示出用于操作如图1和图2中描述的内燃发动机10的示例方法400。方法400可配置成由控制系统存储且由控制器(例如，如图1所示的控制器12)实施的计算机指令。方法400可独立执行，或作为另一发动机操作方法(例如，方法300)的子程序执行。方法400可在操作车辆的整个过程中反复执行，或当特定工况指示时执行。
方法400可在405处通过读取发动机工况而开始。发动机工况可包含发动机转速、发动机负载、MAP压力、MAF压力、燃料水平、环境压力、车载传感器读数(例如，来自压力传感器和温度传感器的读数)，以及燃料系统的操作状态。
在410处，方法400可包含确定经过直接燃料喷射器的当前净燃料流是否大于0。确定当前净燃料流可包含评估每个直接燃料喷射器166的状态，和/或如图2所示经过第一燃料导轨205的燃料流的状态。如果存在经过一个或多个直接燃料喷射器的净燃料流，那么方法400可进行到412。在412处，方法400可包含维持当前喷射特性，这可包含维持一个或多个进气道燃料喷射器和/或一个或多个直接燃料喷射器的喷射特性。
如果不存在经过一个或多个直接燃料喷射器166的净燃料流，那么方法400可进行到415。在415处，方法400可包含推断直接燃料喷射器尖端(例如，直接燃料喷射器166的尖端)的温度。可推断一个或多个直接燃料喷射器尖端的温度。直接燃料喷射器尖端的温度的推断可包含依据可测量发动机工况对尖端温度建模。可测量发动机工况可包含发动机冷却剂温度、冷却剂泵转速、汽缸空气充入、发动机转速、充入冷却、液体DI燃料喷射器流、歧管充入温度，或其它此类条件。
在420处，方法400可包含确定燃料蒸汽压力。燃料蒸汽压力可表示当前在燃料箱250中的燃料(以及因此当前在燃料导轨205中的燃料)，或可表示可由液体燃料直接喷射系统经历的最挥发性燃料。燃料蒸汽压力值可通过查找表或控制器12可存取的类似数据确定。
在425处，方法400可包含确定期望燃料导轨压力。期望燃料导轨压力可依据所确定的燃料蒸汽压力。例如，期望燃料导轨压力可等于所确定的燃料蒸汽压力加上等于预定安全容限的额外压力。期望燃料导轨压力可以是足够大以防止直接喷射器内形成蒸汽空间的压力。以此方式，可防止喷射器尖端处燃料的蒸馏。喷射器尖端的最热部分(刚好在喷射器气门或枢轴上游)最易发生蒸馏。防止形成蒸汽空间所需的期望燃料导轨压力可显著高于针对工业标准高压燃料导轨的燃料导轨压力，工业标准高压燃料导轨通常将燃料导轨压力升高得足够高以防止燃料导轨的大部分区域中的蒸发，但可能并不调节燃料导轨压力以防止温度最高处的燃料蒸发。在一些示例中，期望燃料导轨压力可确定为防止在喷射器尖端中形成蒸汽空间所必需的最小燃料导轨压力与最小目标燃料导轨压力中的较大者。在DI燃料喷射器在使用或最近在使用的情境中，喷射器尖端可以是冷却的，且因此防止在喷射器尖端中形成蒸汽空间所必需的最小燃料导轨压力可相对较低。代替于命令期望燃料导轨压力为此相对低压力，可选择最小目标燃料导轨压力作为期望燃料导轨压力。最小目标燃料导轨压力可预先确定，或可依据发动机工况。用于计算期望燃料导轨压力的示例情境在下文参照图5进一步论述。
在430处，方法400可包含确定当前燃料导轨压力是否大于或等于期望燃料导轨压力。当前燃料导轨压力可通过取来自燃料导轨压力传感器(例如，如图2所示的压力传感器213)的读数来确定。如果当前燃料导轨压力大于或等于期望燃料导轨压力，那么方法400可进行到432。在432处，方法400可包含确定当前燃料导轨压力是否大于或等于最大可允许燃料导轨压力。最大可允许燃料导轨压力可以是预定压力或可依据当前发动机工况确定。如果当前燃料导轨压力小于最大可允许燃料导轨压力，那么方法400可进行到412。在412处，方法400可包含确定维持当前喷射特性，这可包含维持一个或多个进气道燃料喷射器和/或一个或多个直接燃料喷射器的喷射特性。方法400可接着结束。如果当前燃料导轨压力大于或等于最大可允许燃料导轨压力，那么方法400可进行到434。在434处，方法400可包含操作DI燃料喷射器。以此方式，喷射器尖端将由液体燃料冷却，且期望燃料导轨压力将减小。方法400可接着结束。
如果如430处确定当前燃料导轨压力小于期望燃料导轨压力，那么方法400可进行到435。在435处，方法400可包含确定将燃料导轨压力增加到期望燃料导轨压力所需的燃料体积。在440处，方法400可包含操作DI燃料泵以将所确定的燃料体积供应到DI燃料导轨。方法400可接着结束。
图4所示的高级流程图(以及图3所示的高级流程图)可实现一种或多种方法。在一个示例中，一种方法包括：在利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料的发动机汽缸操作期间：响应于第二喷射器的尖端的温度增加而增加耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力。在利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料的发动机汽缸操作中，在燃烧循环期间，汽缸中燃烧的唯一燃料是来自第一喷射器的燃料，且在所述燃烧循环期间(包含进气、压缩、动力和排气冲程期间)没有燃料是从第二喷射器喷射。在一些示例中，第二喷射器可配置为直接燃料喷射器，且在一些示例中，第一喷射器可配置为进气道燃料喷射器。导轨压力可响应于燃料蒸汽压力的增加而增加，燃料蒸汽压力增加对应于第二喷射器的尖端的温度增加。燃料导轨可经配置以将液体燃料保持在高压力下。在一些示例中，导轨压力可响应于期望燃料导轨压力的增加而增加，期望燃料导轨压力对应于足以防止在第二喷射器的尖端中形成蒸汽空间的压力。增加燃料导轨的导轨压力可进一步包括操作耦接至燃料导轨的燃料泵。在一些示例中，所述方法可进一步包括确定足以将导轨压力增加到期望燃料导轨压力的燃料体积，以及命令燃料泵将所述燃料体积添加到燃料导轨。
以此方式，可通过在不影响第二喷射器的耐久性的情况下燃烧第一喷射器喷射的燃料而在延长的时间周期中操作发动机汽缸。通过响应于第二喷射器的尖端的温度增加而升高耦接至第二喷射器的燃料导轨的导轨压力，可利用所述方法来防止在第二喷射器内，例如在暴露于发动机汽缸内的燃烧的热量的第二喷射器的尖端内，形成蒸汽空间。通过防止形成蒸汽空间，所述方法具有以下技术效果：在发动机汽缸利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料操作的周期期间防止第二喷射器的尖端中的燃料蒸馏。
图5描述用于发动机操作以及用于直接燃料喷射器的操作的时间线500的图形表示。时间线500包含当前燃料导轨压力(由线501示出)的图形表示。时间线500进一步包含期望燃料导轨压力(由线502示出)、防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力(由线503示出)、最小目标燃料导轨压力(由线504示出)，以及最大可允许燃料导轨压力(由线505示出)的图形表示。时间线500进一步包含直接喷射燃料流(由线506示出)的图形表示。线506描述为表示两个工况：燃料流大于0和燃料流等于0。时间线500进一步包含喷射器尖端温度(由线507示出)的图形表示。例如，线507可表示如上文参照图3和图4描述的所推断喷射器尖端温度。时间线500进一步描述喷射器尖端温度阈值508。例如，阈值508可以是上文参照图3中描述的315论述的阈值。时间线500进一步包含发动机负载(由线509示出)的图形表示，且进一步描述发动机负载阈值510。例如，阈值510可以是上文参照图3中描述的325论述的阈值。
在时间t0，DI燃料流率大于0，且喷射器尖端温度低于阈值温度508。因此，不需要进一步动作来减小喷射器尖端温度。在时间t1，燃料的直接喷射停止，且DI燃料流率等于0。从时间t1到时间t2，喷射器尖端温度低于温度阈值508，且当前燃料导轨压力等于期望燃料导轨压力。因此，不需要进一步动作来减小喷射器尖端温度。
在时间t2，DI燃料速率等于0。发动机仅利用经由进气道燃料喷射系统喷射的燃料操作。如此，所推断的喷射器尖端温度增加，如线507示出。随着喷射器尖端温度增加，防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力增加，如线503示出。在时间t2，防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力变得大于最小目标燃料导轨压力，如线504示出。如上文参照图4描述，期望燃料导轨压力可设定为等于防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力与最小目标燃料导轨压力中的较大者。从t2到t3，DI燃料速率等于0且期望燃料导轨压力(502)随着所推断的燃料喷射器尖端温度(507)增加而增加。如上文参照图4论述，这些条件指示燃料导轨压力可能需要通过将燃料经由DI燃料泵添加到燃料导轨而增加。因此，控制器12可计算将当前燃料导轨压力增加到期望燃料导轨压力所需的燃料体积。所计算的燃料体积接着通过DI燃料泵抽吸到DI燃料导轨中，且当前DI燃料导轨压力达到大于或等于期望燃料导轨压力的值。以此方式，所喷射燃料中的蒸汽空间可缓解，且可防止燃料蒸汽蒸馏。
在时间t3，DI燃料流率等于0，且喷射器尖端温度变得大于温度阈值508。发动机负载大于发动机负载阈值510。如上文参照图3描述的，这些条件指示需要通过传递液体燃料通过DI燃料喷射器来减小喷射器尖端温度。作为响应，从t3到t4，DI燃料流增加到0以上。因此，喷射器尖端温度减小到温度阈值508以下。因此，防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力减小到最小目标燃料导轨压力以下，且因此期望燃料导轨压力设定为等于最小目标燃料导轨压力。
在时间t3，燃料的直接喷射停止，且DI燃料流率等于0。从时间t4到时间t5，喷射器尖端温度在温度阈值508以下，且当前燃料导轨压力维持在期望燃料导轨压力，期望燃料导轨压力设定为等于最小目标燃料导轨压力。因此，不需要进一步动作来减小喷射器尖端温度。
在时间t5，DI燃料流率等于0，且防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力增加到最小目标燃料导轨压力以上。发动机负载小于发动机负载阈值509。如上文参照图4论述，这些条件指示可能需要通过将燃料经由DI燃料泵添加到燃料导轨而增加燃料导轨压力。因此，控制器12可计算将当前燃料导轨压力增加到期望燃料导轨压力所需的燃料体积。接着通过DI燃料泵将所计算的燃料体积抽吸到DI燃料导轨中。当发动机专门利用从PFI系统喷射的燃料操作时，随着喷射器尖端温度在此周期期间持续增加，此操作在t5与t6之间的三个额外时间重复。
在时间t6，期望燃料导轨压力增加到大于或等于最大可允许燃料导轨压力的值，由线505示出。如上文参照图4论述，这些条件指示需要通过传递液体燃料通过DI燃料喷射器来减小喷射器尖端温度。作为响应，从t6到t7，DI燃料流增加到0以上。因此，喷射器尖端温度减小到温度阈值508以下。因此，防止在燃料喷射器尖端中形成蒸汽空间所需的最小燃料导轨压力减小到最小目标燃料导轨压力以下，且因此期望燃料导轨压力设定为等于最小目标燃料导轨压力。
在一些实施例中，燃料导轨压力可维持在期望燃料导轨压力而不管所推断的喷射器尖端温度如何。在DI燃料喷射器有效地将燃料喷射到燃烧气缸中的时间周期期间，当前燃料导轨压力可下降到期望燃料导轨压力以下，且接着在DI燃料喷射器不在作用的时间周期期间经命令返回到期望燃料导轨压力。
在一些实施例中，DI燃料泵活塞压力可与燃料导轨压力的调节配合而得到调节。高泵室压力的维持使得DI燃料泵得到有效润滑。
在一些示例中，DI泵可维持在小负载循环。以此方式，DI燃料泵活塞压力可增加，而不会在DI燃料喷射器不在使用时积累过多燃料导轨压力。
在一些示例中，燃料导轨压力可使用第一DI燃料泵工作循环升高到期望燃料导轨压力，且接着使用小于第一DI泵工作循环的第二DI燃料泵工作循环维持在期望燃料导轨压力。此配置可具有减小燃料泵噪声的益处。
在一些实施例中，止回阀和泄压阀可耦接在燃料泵与燃料导轨之间。以此方式，可命令默认燃料导轨压力，同时维持恒定的DI燃料泵活塞压力。
在一些实施例中，燃料系统可始终加压到燃料的蒸汽压力以上的压力。在其中DI燃料流在发动机专门利用经由PFI系统喷射的燃料操作的时间关闭的系统中，所要求的压力可显著高于传统DI燃料系统的所要求的压力。期望燃料导轨压力可依据燃料的容量模块效应和/或燃料的蒸汽压力效应。例如，在给定中等至高负载下具有侧部DI喷射器的发动机的情况下，期望燃料导轨压力的范围可以是150巴(bar)到200巴(bar)(例如，喷射器压力)。
注意，本文所包含的示例控制和估计程序可与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。本文描述的特定程序可以表示任意数量的处理策略如事件驱动、中断驱动、多任务处理、多线程处理等策略中的一种或更多种。因此，所说明的各种步骤或功能可以按照所示的顺序执行，并列地执行，或在某些情况下省略。类似地，处理的顺序并不是实现所描述的特征和优点所必需的，而是仅提供用于说明和描述的方便。所示出的动作、操作和/或功能中的一个或更多个可以基于所使用的特定策略而被反复执行。另外，所描述的动作、操作和/或功能可以图示地表示被编入发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非临时性存储器中的代码。
应明白，本文所公开的配置和方法实质上是示例性的，并且这些具体的实施例不应被视作具有限制意义，因为各种变体是可能的。例如，上述技术可以应用于V-6、I-4、I-6、V-12、对置4以及其他发动机类型。本公开的主题包括多种系统和配置以及在此公开的其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。
随附的权利要求特别指出了被认为是新颖和非显而易见的某些组合以及子组合。这些权利要求可能涉及“一个”元件或“第一”元件或者其等价物。这种权利要求应该被理解为包括一个或多于一个这种元件的结合，既不必要也不排除两个或多于两个这种元件。所公开的这些特征、功能、元件和/或特性的其他组合以及子组合可以通过当前权利要求的修改或者通过在本申请或相关申请中提出新权利要求而要求保护。不管是否比原权利要求的范围更宽、更窄、等同或者不同，这种权利要求均被视为包括在本公开的主题内。

Claims (17)

1.一种用于操作发动机的方法，其包括：
在利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料的发动机汽缸操作期间：
响应于所述第二喷射器的尖端的温度增加到大于阈值温度而增加耦接至所述第二喷射器的燃料导轨的导轨压力，通过经由高压燃料泵反复将燃料抽吸到所述燃料导轨中同时维持没有净流经过所述第二喷射器而反复增加导轨压力；以及
响应于所述温度增加并且反复增加的燃料导轨压力达到最大压力阈值而将燃料从所述第二喷射器喷射到所述发动机气缸中，
其中所述第二喷射器配置为直接燃料喷射器，并且所述第一喷射器配置为进气道燃料喷射器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中响应于燃料蒸汽压力的增加而增加所述导轨压力，所述燃料蒸汽压力增加对应于所述第二喷射器的所述尖端的所述温度增加。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料导轨经配置将液体燃料保持在高压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其中响应于期望燃料导轨压力的增加而增加所述导轨压力，所述期望燃料导轨压力对应于足以防止在所述第二喷射器的所述尖端中形成蒸汽空间的压力。
5.根据权利要求3所述的方法，其中增加所述燃料导轨的所述导轨压力进一步包括反复操作耦接至所述燃料导轨的所述高压燃料泵。
6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包括：
确定足以将所述导轨压力增加到期望燃料导轨压力的燃料体积；以及
命令所述燃料泵将所述燃料体积添加到所述燃料导轨。
7.一种用于内燃发动机的燃料系统，其包括：
分别与汽缸组连通的直接燃料喷射器组；
与所述直接燃料喷射器组连通的第一燃料导轨；
与所述第一燃料导轨连通的高压燃料泵；以及
用存储在存储器中的指令配置的控制系统，所述指令用于：在包含经过所述直接燃料喷射器的主体燃料流大体等于零的第一条件期间，当所述直接喷射器组中的一个或多个的尖端的温度超过第一阈值时，通过操作所述高压燃料泵增加所述第一燃料导轨中的导轨压力，通过经由所述高压燃料泵反复将燃料抽吸到所述第一燃料导轨中同时维持经过所述直接燃料喷射器的流为零而反复增加所述第一燃料导轨的导轨压力，并且响应于所述温度增加并且反复增加的燃料导轨压力达到最大压力阈值而将燃料从所述直接燃料喷射器喷射到所述发动机气缸中。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述第一条件进一步包含发动机负载低于第二阈值。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述控制系统进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：在第二条件期间，当所述直接喷射器组中的一个或多个的所述尖端的所述温度超过所述第一阈值时，增加经过所述第一燃料导轨的燃料流。
10.根据权利要求9所述的系统，其中所述第二条件包含发动机负载大于所述负载阈值，并且增加经过所述第一燃料导轨的燃料流包括响应于所述温度增加中止不利用从所述直接喷射器喷射的燃料的操作，且开始从所述直接喷射器将燃料喷射到所述发动机汽缸中。
11.根据权利要求7所述的系统，其中所述控制系统进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：
基于发动机工况推断所述直接喷射器组中的一个或多个的所述尖端的所述温度；
基于所述推断的温度确定所述第一燃料导轨中所含的燃料的燃料蒸汽压力；以及
命令期望燃料导轨压力，所述期望燃料导轨压力基于所述燃料蒸汽压力。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述期望燃料导轨压力对应于足以防止在所述直接喷射器组中的一个或多个的所述尖端中形成蒸汽空间的压力。
13.根据权利要求10所述的系统，其进一步包括：
分别与所述汽缸组连通的进气道燃料喷射器组；
与所述进气道燃料喷射器组连通的第二燃料导轨；以及
与所述第二燃料导轨连通的低压燃料泵。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制系统进一步用存储在存储器中的指令配置，所述指令用于：命令经过所述直接燃料喷射器组的燃料量小于或等于进入所述汽缸组的燃料总量的10％。
15.一种用于操作发动机的方法，其包括：
利用来自第一喷射器而非第二喷射器的燃料操作发动机汽缸；
在第一条件期间，响应于所述第二喷射器的尖端的温度增加到超出阈值而增加耦接至所述第二喷射器的燃料导轨的导轨压力，响应于所述温度继续增加到高于所述阈值，所述压力反复增加多次，同时在所述反复增加期间维持不从所述第二喷射器喷射；以及
在第二条件期间，响应于所述温度增加并且反复增加的燃料导轨压力达到最大压力阈值，将燃料从所述第二喷射器喷射到所述发动机汽缸中，
其中所述第二喷射器配置为直接燃料喷射器，并且所述第一喷射器配置为进气道燃料喷射器。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一条件包含发动机负载低于负载阈值，且其中所述第二条件包含发动机负载大于所述负载阈值。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一条件包含发动机转速低于转速阈值，且其中所述第二条件包含发动机转速大于所述转速阈值。
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