CN105089891B - 用于低燃料泵送体积的直喷式泵控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于低燃料泵送体积的直喷式泵控制。提供了用于控制直喷式燃料泵的电磁溢流阀的方法，其中根据某些状况激励和去激励电磁溢流阀。当指定小的分数捕集体积时，需要控制策略来操作直喷式燃料泵，其中小量的燃料被压缩并且发送到直喷式燃料轨。为了针对小的分数捕集体积维持可靠且可重复的电磁溢流阀行为，提出了涉及激励电磁溢流阀持续低于捕集体积分数阈值的最小角度持续期的方法。

Description

用于低燃料泵送体积的直喷式泵控制

技术领域

本申请总体涉及当在内燃发动机中以低位移体积运转时用于直喷式燃料泵的控制方案。

背景技术

利用燃料的缸内直喷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，用于向燃料喷射器提供合适的燃料压力。这种类型的燃料系统，即汽油直喷(GDI)，被用于提高功率效率和燃料能够被输送到汽缸的范围。GDI燃料喷射器可能要求高压燃料进行喷射，从而产生增强的雾化，以便更高效的燃烧。作为一个示例，GDI系统可以利用沿燃料通道分别串联布置在燃料箱和燃料喷射器之间的电气驱动的低压泵(即，燃料提升泵)和机械驱动的高压泵(即，直喷式泵)。在许多GDI应用中，高压燃料泵可以被用于提高输送到燃料喷射器的燃料的压力。该高压燃料泵可以包括螺线管致动的“溢流阀”(spillvalve,SV)或燃料体积调节器(FVR)，它们可以被致动以控制进入高压燃料泵的燃料的流量。存在用于操作高压泵和低压泵以确保高效的燃料系统和发动机运转的各种控制策略。

在由Hiraku等在US 6725837中示出的一种控制直喷式燃料泵的方法中，控制器执行一系列计算，以控制发动机的直喷式燃料泵和直接喷射器。在有关的燃料系统中，电磁阀被接通和切断，以禁止或允许燃料进入直喷式燃料泵，由此改变该泵的排放速率。为了按照电磁阀所控制地实现泵的目标燃料喷射体积，基于泵的特性和喷射器操作来计算校正时间宽度。在一个示例中，控制器根据各种参数检测发动机的运行状态，以确定喷射启动正时和目标喷射时间宽度。而且，基于这些参数，控制器计算直喷式燃料泵的排放启动正时和排放时间宽度。这些参数包括加速打开程度、曲柄转角和发动机转速。通过检查泵的喷射周期和排放周期之间的重叠，确定用于发现喷射器的校正时间宽度的值。

然而，在此发明人已经认识到US 6725837的方法的潜在问题。第一，虽然Hiraku等的方法可以如所描述地针对燃料排放速率范围0％到100％提供直喷式燃料泵的控制，但是Hiraku等并没有解决在低燃料排放速率(例如，范围从0％到15％)下可能出现的各种问题。在此，发明人已经认识到，当期望小的泵送体积或排放速率时，需要控制策略来具体解决可能与快速打开和关闭电磁阀关联的不可重复性和不可靠性。

发明内容

因此，在一个示例中，上述问题可以由以下方法至少部分地解决，该方法包括：在第一状况期间，激励直喷式燃料泵的电磁溢流阀仅持续基于直喷式燃料泵的活塞的位置的角度持续期；和在第二状况期间，激励电磁溢流阀持续或长于最小角度持续期，其中在到达活塞的上止点位置之后，停用电磁溢流阀。例如，第一状况包括当直喷式燃料泵的捕集体积分数高于阈值的时候，且第二状况包括当捕集体积分数低于阈值的时候。捕集体积分数，或者说位移量或泵送量，是有多少燃料通过直喷式燃料泵压缩并且喷射到燃料轨的度量。以此方式，直喷式泵被操作以便即使针对小的捕集体积，也确保电磁阀的可重复性和可靠性。

在另一个示例中，当燃料捕集体积低于阈值时，电磁溢流阀被开启或被激励，其中电磁溢流阀被激励持续或长于与直喷式燃料泵的活塞的位置无关的角度持续期。在一些燃料系统中，传感器可以测量向泵活塞提供动力的驱动凸轮的角度位置，所以控制器能够使电磁溢流阀的激活与驱动凸轮和泵活塞的位置同步。在公开的方法中，在某些发动机和燃料系统工况期间，与泵活塞的位置同步地应用电磁溢流阀的控制。

应该理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍一批概念，这些概念在具体实施方式中进一步描述。这并不意味着识别了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具体实施方式之后的权利要求唯一限定。此外，要求保护的主题不限于解决上面或者在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出耦接到发动机的示例燃料系统的示意图。

图2示出耦接到图1的燃料系统的直喷式燃料泵的电磁阀的示意图。

图3示出图1的燃料系统的直喷式燃料泵的示例保持到输送控制策略。

图4图示地示出图1的燃料系统的直喷式燃料泵的示例最小激励角度控制策略。

图5示出用于实现图4的最小激励角度控制策略的流程图。

图6示出可以是图1的直喷式燃料系统的一部分的直喷式燃料泵的另一个实施例。

具体实施方式

以下的具体实施方式提供关于直喷式燃料泵、其相关的燃料和发动机系统、以及用于调节经由直喷式燃料泵发送到直喷式燃料轨和喷射器的燃料体积和压力的若干控制策略。图1中示出了示例燃料系统的示意图，而图2示出了耦接到图1的直喷式燃料泵的电磁溢流阀的近视图。图3示出了用于操作直喷式燃料泵的保持到输送或保持到上止点(hold-to-TDC)的控制策略。图4图示地示出用于操作直喷式燃料泵的示例最小激励角度控制策略，而图5示出与图4的控制策略对应的流程图。最后，图6中示出直喷式燃料泵的另一个实施例。

关于在整个具体实施方式中使用的术语，提供增压燃料到直接喷射器的高压燃料泵或直喷式燃料泵可以被缩写为DI泵或HP泵。类似地，从燃料箱提供增压燃料到DI泵的低压泵(提供的燃料压力通常比DI泵低)或提升泵可以被缩写为LP泵。零流量润滑(ZFL)可以指代以下直喷式泵操作方案，其涉及基本上没有燃料被泵送进入直喷式燃料轨，同时将燃料轨压力保持在恒定值附近或者递增燃料轨压力。电磁溢流阀可以被电激励以闭合和去激励以打开(或反之亦然)，其也可以被称为燃料体积调节器、磁性电磁阀和数字进气门等。根据在DI泵的操作期间何时激励溢流阀，在输送冲程期间燃料的量可以被DI泵捕集和压缩，其中燃料的量可以被称为分数捕集体积(fractional trapping volume)(如果被表示为分数或小数的话)、燃料体积位移或泵送燃料质量等。

图1示出耦接到内燃发动机110的直喷式燃料系统150，内燃发动机110可以被配置为车辆的推进系统。内燃发动机110可以包括多个燃烧室或汽缸112。燃料可以经由缸内直接喷射器120被直接提供到汽缸112。如图1中示意指出的，发动机110可以接收进气和排放燃烧后的燃料的产物。发动机110可以包括合适类型的发动机，包括汽油或柴油发动机。

燃料可以通过总体指示为150的燃料系统，经由喷射器120提供给发动机110。在该特定的示例中，燃料系统150包括用于将燃料存储在车辆上的燃料存储箱152、低压燃料泵130(例如，燃料提升泵)、高压燃料泵或直喷式(DI)泵140、燃料轨158和各燃料通道154和156。在图1所示的示例中，燃料通道154将燃料从低压泵130运送到DI泵140，并且燃料通道156将燃料从DI泵140运送到燃料轨158。因此，通道154可以是低压通道，而通道156可以是高压通道。

燃料轨158可以分配燃料到多个燃料喷射器120中的每一个。多个燃料喷射器120中的每一个可以被设置在发动机110的对应的汽缸112中，使得在燃料喷射器120操作期间，燃料被直接喷射到每个对应的汽缸112中。替换地(或额外地)，发动机110可以包括被设置在每个汽缸的进气道处的燃料喷射器，使得在燃料喷射器的操作期间，燃料被喷射到每个汽缸的进气道中。在所示的实施例中，发动机110包括四个汽缸。然而，应当认识到，发动机可以包括不同数量的汽缸。

低压燃料泵130可以由控制器170操作，以经由燃料通道154提供燃料到DI泵140。低压燃料泵130可以被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，其中可以通过改变提供到泵马达的动力，由此增加或降低马达转速，以此控制泵两端的压力增加和/或经过泵的体积流速。例如，当控制器170减少提供给泵130的动力时，可以降低体积流速和/或泵两端的压力增加。通过增加提供给泵130的动力，可以增加体积流速和/或泵两端的压力增加。作为一个示例，提供到低压泵马达的动力可以从交流发电机或其他车辆上的能量存储设备(未示出)中获得，其中控制系统可以控制用于为低压泵供电的电气负载。因此，通过改变提供到低压燃料泵的电压和/或电流，如182处所指示的，控制器170可以调整提供到DI泵140并且最终到燃料轨的燃料的流速和压力。

低压燃料泵130可以流体耦接到止回阀104，以有助于燃料输送并且保持燃料管路压力。具体地，止回阀104包括球和弹簧机构，其就位(seat)并且以指定的压力差密封，从而将燃料输送到下游。在一些实施例中，燃料系统150可以包括流体耦接到低压燃料泵130的一系列止回阀，以进一步阻碍燃料泄漏回阀的上游。止回阀104流体耦接到过滤器106。过滤器106可以去除可能包含在燃料中的小杂质，这些杂质会潜在地损坏发动机部件。燃料可以从过滤器106被输送到高压燃料泵(例如，DI泵)140。DI泵140可以将从燃料过滤器接收的燃料的压力从由低压燃料泵130产生的第一压力水平增加到比第一水平高的第二压力水平。DI泵140可以经由燃料管路156输送高压燃料到燃料轨158。下面参考图2将进一步详细地讨论DI泵140。可以基于车辆的工况来调整DI泵140的操作，以便提供更高效的燃料系统和发动机运转。因此，下面参考图3-5将进一步详细地讨论用于操作高压DI泵140的方法。

DI泵140可以由控制器170控制，以经由燃料通道156给燃料轨158提供燃料。作为一个非限制性示例，DI泵140可以利用在202处所指示的流量控制阀、螺线管致动“溢流阀”(SV)或燃料体积调节器(FVR)来使控制系统能够改变每个泵冲程的有效泵体积。SV 202可以是单独的，或者是DI泵140的一部分(即，与DI泵140一体形成的)。与马达驱动的低压燃料泵或燃料提升泵130形成对照，DI泵140可以由发动机110机械地驱动。DI泵140的泵活塞144可以经由凸轮146接收来自发动机曲轴或凸轮轴的机械输入。以此方式，DI泵140可以根据凸轮驱动的单缸泵的原理被操作。而且，凸轮146的角度位置可以由位于凸轮146附近的、经由连接185与控制器170通信的传感器来估计(即，确定)。具体地，传感器可以根据凸轮146的圆周运动测量凸轮146的角度，角度是以范围从0度到360度的度数来度量的。

如图1中所描绘的，燃料传感器148被设置在燃料提升泵130的下游。燃料传感器148可以测量燃料组分，并且可以基于燃料电容或者其所感测的体积内的介电流体的摩尔数来操作。例如，可以基于燃料的电容来确定(例如，当利用燃料乙醇混合物时)燃料中的醇的量(例如，液体醇)。燃料传感器148可以经由连接149连接到控制器170，并且被用于确定燃料汽化的水平，因为燃料蒸汽在感测体积内具有比液体燃料小的摩尔数。因此，当燃料电容下降时，可以指示燃料汽化。在一些操作方案中，燃料传感器148可以用来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，以便降低燃料提升泵130内的燃料汽化。

此外，在一些示例中，DI泵140可以作为燃料传感器148操作，以确定燃料汽化水平。例如，DI泵140的活塞-汽缸总成形成流体填充的电容器。因此，活塞-汽缸总成允许DI泵140为燃料组分传感器中的容性元件。在一些示例中，直接燃料喷射泵140的活塞-汽缸总成可能是系统中最热的点，使得燃料蒸汽首先在这里形成。在这种示例中，DI泵140可以被用作检测燃料汽化的传感器，因为燃料汽化在系统中的其他地方发生之前，可能在活塞-汽缸总成处发生。

如图1中所示，燃料轨158包括燃料轨压力传感器162，用于向控制器170提供燃料轨压力的指示。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识别DI泵140的转速，因为泵140是由发动机110例如经由曲轴或凸轮轴机械驱动的。排气传感器166可以被用于向控制器170提供排气组分的指示。作为一个示例，排气传感器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输送到发动机的燃料的量。以此方式，控制器170可以将输送到发动机的空燃比控制到规定的设定点。

而且，控制器170可以接收来自其他发动机传感器的其他发动机/排气参数信号，例如发动机冷却剂温度、发动机转速、节气门位置、绝对歧管压力、排放控制设备温度等。进一步地，控制器170可以基于从燃料传感器148、压力传感器162和发动机转速传感器164等接收的信号提供反馈控制。例如，控制器170可以发送信号，以调整DI泵140的电磁阀(SV)202的电流水平、电流斜坡率、脉冲宽度，并且类似地经由连接184调整DI泵140的操作。同样，控制器170可以基于来自燃料传感器148、压力传感器162、发动机转速传感器164等的信号，发送信号以调整燃料压力调节器的燃料压力设定点和/或燃料喷射量和/或正时。

控制器170可以经由燃料喷射驱动器122分别致动每个喷射器120。控制器170、驱动器122和其他合适的发动机系统控制器可以构成控制系统。虽然驱动器122被示为在控制器170的外部，但是在其他示例中，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。在该特定的示例中，控制器170包括电子控制单元，该电子控制单元包括输入/输出设备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中的一个或多个。存储介质ROM 176可以用表示非暂时性指令的计算机可读数据编程，这些指令可由处理器174执行，以便执行以下所描述的方法以及可以预期但是没有具体列举的其他变型。

如图所示，直喷式燃料系统150是非回流燃料系统，并且可以是机械的非回流燃料系统(MRFS)，或者是电子的非回流燃料系统(ERFS)。在MRFS的情况下，燃料轨压力可以经由设置在燃料箱152处的压力调节器(未示出)来控制。在ERFS中，压力传感器162可以被安装在燃料轨158处，以测量相对于歧管压力的燃料轨压力。来自压力传感器162的信号可以被反馈到控制器170，控制器170控制驱动器122，该驱动器122调节至DI泵140的电压，以便向喷射器供应正确的压力和燃料流速。

虽然在图1中没有示出，但是在其他示例中，直喷式燃料系统150可以包括返回管路，其中来自发动机的过量的燃料通过燃料压力调节器经由返回管路被返回到燃料箱。燃料压力调节器可以与返回管路对齐(in line)耦接，以将输送到燃料轨158的燃料调节在设定点压力。为了将燃料压力调节在设定点，燃料压力调节器可以经由返回管路将过量的燃料返回到燃料箱152。应当认识到，燃料压力传感器的操作可以被调整以改变燃料压力设定点，从而适应工况。

图2示出DI泵140的示例。DI泵140经由供应到燃料轨158的燃料的进气泵冲程和输送泵冲程将燃料输送到发动机。DI燃料泵140包括流体耦接到直喷式燃料轨158的出口。如图所见，该泵包括活塞144，活塞144被约束为线性移动以吸入、压缩和喷出燃料。而且，电磁溢流阀202流体耦接到直喷式燃料泵的进口。控制器170可以包括存储在非暂时性存储器中的计算机可读指令，用于执行各种控制方案。

当SV 202未被激励时，进气门208被保持打开，并且没有泵送可以发生。当被激励时，SV 202采取一位置，使得进气门208用作止回阀。根据该事件的正时，给定的泵位移量被用于将给定的燃料体积推入燃料轨中，因此其用作燃料体积调节器。因此，螺线管缩回的角度正时可以控制有效的泵位移。而且，螺线管电流施加可能影响泵噪声。在图1中也被示出的电磁阀202包括螺线管206，其可以被控制器170电激励，以沿止回阀208的方向吸引进气门204离开螺线管，从而关闭SV 202。具体地，控制器170可以发送泵信号，该信号可以被调制以调整SV 202的操作状态(例如，打开或关闭止回阀)。泵信号的调制可以包括调整电流水平、电流斜坡率、脉冲宽度、占空比或另一调制参数。此外，进气门204可以被偏置为使得在螺线管206变为去激励之后，进气门204可以沿螺线管的方向移动，直到接触进气门板210以被置于打开状态，在打开状态下，燃料可以流入DI泵140的压力室212中。DI泵140的活塞144的操作可以提高压力室212中的燃料的压力。在达到压力设定点之后，燃料可以通过排气门216流到燃料轨158。

如上所述，直喷式燃料泵或高压燃料泵可以是活塞泵，其被控制为通过改变电磁溢流阀的关闭正时，压缩它们的全位移的一分数/部分(fraction)。因此，根据溢流阀何时被激励和去激励，泵送体积分数的全范围可以被提供到直喷式燃料轨和直接喷射器。已经观察到，对于泵送相对小的位移，即在泵活塞的上止点之前不久，当溢流阀被激励以停止燃料流出DI泵的压力室并且朝着泵进口流动时，燃料计量变得易于变化。这种变化可以源于泵活塞位置具有若干度数的不确定性(例如，曲轴角度的±10°)。上止点可以指代泵活塞达到进入泵压缩室的最大高度的时候。这种变化会不利地影响操作DI泵的控制策略，也导致低效的泵和燃料系统操作，因为该控制取决于精确的燃料计量。因此，存在用于DI泵的许多控制策略，其试图使DI泵操作在小的泵位移或小的捕集体积的范围之外。

图3示出示例DI泵140的操作序列300，其也可以被称为保持到TDC控制策略。通常，保持到TDC控制策略被应用于较小的捕集体积，例如范围从0到0.15(0％到15％)的那些捕集体积。具体地，序列300示出DI泵140在提供到燃料轨158的燃料的进气冲程和输送冲程期间的操作。序列300的每个所示的阶段(moment)(例如，310、320、330和340)示出DI泵140的操作状态中的事件或改变。信号正时图302示出泵活塞350、用于控制进入DI泵140的燃料进气的SV施加电压信号360、以及自施加的电压信号360得到的SV电流370。

在310处，开始于时间A，DI泵可以开始进气冲程，因为被设置在上止点(TDC)的活塞144从压力室212被向外推出，并且SV施加电压(或施加的吸合(pull-in)电压)360处于0％占空比(GND)，同时进气门204是打开的，从而允许燃料进入压力室212。接下来，在开始于时间B的320期间，活塞144到达下止点(BDC)并且被缩回进入压力室212。活塞144的上止点位置包括，活塞144处于顶部位置以消耗DI燃料泵140的压缩室212的所有位移体积的时候。类似地，活塞144的下止点位置包括，活塞144处于底部位置以最大化压缩室212的位移体积的时候。

在准备燃料输送时，SV施加电压360的吸合脉冲362被启动，以关闭进气门204。响应于吸合脉冲362，螺线管电流370开始增加，从而关闭进气门204。在吸合脉冲362期间，SV施加电压360信号可以是100％占空比，然而，SV施加电压360信号也可以小于100％占空比。而且，吸合脉冲362的持续期、占空比脉冲水平以及占空比脉冲轮廓(例如，方形轮廓、斜坡形轮廓等)可以对应于SV、燃料系统、发动机工况等进行调整，以便降低吸合电流和持续期，由此降低在燃料喷射期间的噪声、振动和粗糙性(NVH)。通过控制吸合电流水平、吸合电流持续期或吸合电流轮廓，可以控制螺线管电枢和DI泵的进气门204之间的相互作用。同样在320期间示出的，压力室212中的一些燃料在进气门完全关闭之前，可以被推出通过进气门204，同时活塞144从BDC被缩回。

在时间C处(阶段330)，响应于SV施加电压吸合脉冲和提高的螺线管电流370，进气门204完全关闭。而且，排气门216被打开，从而允许来自压力室212的燃料喷射进入燃料轨158。在时间C之后，在340期间，SV施加吸合电压360可以被设置到大约25％占空比的保持信号364，以指定保持螺线管电流370，以便在燃料输送期间将进气门204维持在关闭位置。在保持电流占空比的末端(其与时间A1一致)，SV施加电压被减小到地(GND)，从而降低螺线管电流370，并且打开进气门204(同时关闭排气门216)以开始另一个燃料进气阶段。而且，保持信号364的占空比水平和信号持续期可以被调整，以便启动具体结果，例如减小螺线管电流和NVH。

在340完成之后，即当保持信号364结束，所以SV施加电压减小到地(GND)时，打开进气门204可以与如在310所示的活塞144的上止点位置一致地发生。因此，溢流阀202被保持在关闭位置，直到到达TDC，这被称为保持到TDC控制策略。另外，如在图3中所见，时间C(阶段330)可以发生在时间B(活塞144到达BDC位置的时候)和时间A1(活塞144再次到达TDC位置以完成泵的循环并且开始下一个循环(由进气冲程和输送冲程组成)的时候)之间的任何地方。特别地，在BDC位置和TDC位置之间的任何阶段，进气门204可以完全关闭，由此控制由DI泵140泵送的燃料的量。如之前提到的，燃料的量可以被称为分数捕集体积或分数泵送位移，其可以被表达为小数或百分比。例如，当电磁溢流阀与直喷式燃料泵的活塞的压缩冲程的开始一致地被激励到关闭位置时，捕集体积分数是100％。

应当注意，对于较大的捕集体积，在输送冲程期间(当活塞144从BDC行进到TDC时)室212中呈现的压力可以缺省地保持SV 202关闭直到TDC，而不激励SV 202。然而，对于较小的捕集体积，可能期望使用螺线管电流保持SV 202直到TDC，如图3所示。这个原因是，当相对较小的捕集体积被指定时，在室212中可能没有足够高的压力来保持SV 202关闭。因此，由于螺线管致动的不确定性，期望使用电动力保持SV 202关闭直到TDC，以避免在活塞144的TDC之前被释放。

而且，可以由控制器170基于经由连接185接收的凸轮146的角度位置来控制激励和去激励溢流阀202。换句话说，可以与凸轮146的角度位置同步地控制(例如，激活或停用)SV 202。凸轮146的角度位置可以对应于活塞144的线性位置，即当活塞144处于TDC或BDC或两者之间的其他任何位置时。以此方式，对SV 202施加电压(即，激励)以打开和关闭阀204可以发生在活塞144的BDC和TDC之间。同样，根据本申请的保持到TDC策略，阀204可以被保持打开，直到在时间A1处再次到达TDC位置。例如，如果SV 202通过活塞144(在B和A1之间)的输送冲程被激励60％，则在室212中的60％的燃料可以通过SV 202被喷射，同时剩余40％的燃料被压缩并且通过止回阀216被送入直喷式燃料轨。在活塞144在TDC位置结束输送冲程之后，根据保持到TDC控制策略300，SV 202被停用。

当期望低位移时，在小位移之外操作DI泵的控制策略可能不是兼容的。例如，当不期望直接燃料喷射时(即，控制器170不请求时)，可以指定零流量润滑策略。当直接喷射停止时，期望燃料轨中的压力保持在接近恒定的水平。因此，溢流阀可以被停用到打开位置，从而允许燃料自由进出泵压力室，所以燃料不被泵送到燃料轨中。常停用的溢流阀对应于0％的捕集体积，即0捕集体积或0位移。因此，当没有燃料被压缩时，DI泵的润滑和冷却会被降低，由此导致泵退化。因此，根据ZFL方法，当不请求直接喷射时，激励溢流阀以泵送少量的燃料可能是有益的。因此，DI泵的操作可以被调整以将DI泵的出口处的压力保持在直喷式燃料轨的燃料轨压力，或低于直喷式燃料轨的燃料轨压力，由此强制燃料通过DI泵的活塞-孔界面。通过将DI泵的出口压力保持刚好低于燃料轨压力而不允许燃料流出DI泵的出口进入燃料轨，DI泵可以保持润滑，由此降低泵退化。这种通常操作可以被称为零流量润滑(ZFL)。

ZFL控制方案的实现可以表现为最小DI泵命令，即只命令捕集体积高于某个阈值，例如0.1或10％。最小DI泵命令可以随着燃料轨压力而改变，并且在发动机和泵操作期间被获得以补偿活塞位置感测的误差或其他因素。因此，对于ZFL控制方案，在活塞144的TDC位置之前，电磁阀202可以一直被激励。而且，根据0命令和用于具体燃料轨压力的ZFL命令之间的泵命令，没有燃料可以被送到燃料轨158(0体积流量)。当不请求直接喷射时，指定ZFL捕集体积可以最大化室212中的压力，同时不将燃料送到燃料轨158。这可以增加DI泵140的活塞-孔界面中的润滑。

因此，对于诸如零流量润滑的操作方案以及利用小燃料位移的其他方案，发明人在此已经认识到，需要针对小分数捕集体积可靠且精确地控制溢流阀的控制策略。在本公开的上下文中，如之前所述，小分数捕集体积的范围可以从大约0到0.15(0％到15％)。根据DI泵控制策略，例如图3的策略300，指定小分数捕集体积涉及激活活塞144的TDC位置附近的SV 202。从视觉上看，参考图3，指定小捕集体积使时间C和阶段330偏移更靠近时间A1。取决于凸轮146的旋转速度并且因此取决于活塞144的线性速度，激励和去激励SV 202以关闭和打开门204可能发生在一小段时间内。发明人在此已经认识到，根据保持到TDC控制策略300指定小分数捕集体积可能导致不可靠的SV202致动。不可靠且不可重复的电磁阀行为可能导致低效的DI泵性能。

发明人在此已经提出，代替在小捕集体积期间根据控制策略300基于TDC位置来命令SV 202的停用，SV 202可以被命令以保持激励或“导通”持续最小角度。换句话说，当期望的捕集体积低于阈值时，电磁溢流阀被激励持续最小角度持续期，而与TDC位置无关。因此，最小角度持续期可以延长超出TDC位置，由此激励SV 202越过(past)TDC，这与保持到TDC控制策略相反。相反地，当DI泵的期望的捕集体积高于阈值时，溢流阀被激励仅持续基于TDC位置或其他控制方案的角度持续期。该角度持续期指代凸轮146旋转到对应于度数(例如，15度或25度)的位置的时间。以此方式，当捕集体积高于阈值时，DI泵140可以根据保持到TDC控制策略300来控制，并且低于阈值时，根据提出的最小角度策略来控制。

图4示出用于根据本公开的实施例操作DI泵的最小激励角度控制策略的示例正时图400。图400的水平轴是时间，而垂直轴根据量而改变。正时图400示出针对泵位置410、电磁阀位置420和凸轮角度位置的图形。与图3相似，泵位置410可以从活塞144的上止点位置和下止点位置变化。为了简单起见，图4中示出电磁阀位置420(其可以是打开的或关闭的)，而不是示出电磁阀施加电压和电流。当没有电压施加到SV 202(去激励或停用)时，打开位置发生，而当电压施加到SV202(激励或激活)时，关闭位置发生。虽然实际上从打开位置和关闭位置的转换发生在有限时间内，即在门204的打开位置和关闭位置之间切换的时间，但是该转换在图4中被示为瞬间发生。最后，凸轮角度位置430从0度变化到180度，其中0度对应于BDC，而180度对应于TDC。由于凸轮146连续旋转，传感器测得的凸轮位置会在0和180度之间振荡，其中凸轮146每360度完成整个周期。再次，最小角度持续期可以指代SV 202的激活所基于的凸轮146(以及所连接的发动机凸轮轴)的旋转的度数。

应该注意，在一些示例中，凸轮146的整个周期可以对应于由进气冲程和输送冲程组成的整个DI泵周期，如图4中所示。凸轮周期与DI泵周期的其他比率是可能的，同时仍然在本公开的范围内。而且，虽然泵位置410和凸轮角度位置430的图形被示为直线，但是图形可以展示更振荡的行为。为了简单起见，在图4中使用直线，但是应当理解，其他图形轮廓是可能的。最后，在所示的整个时间内，假设发动机和凸轮146以基本上恒定的速度旋转，因为在图4中凸轮角度位置430的斜率看起来保持基本上相同。

开始于时间t1，根据凸轮146的0度位置，活塞144可以处于BDC位置。此时，电磁阀202被打开(被停用)，从而允许燃料流入和流出室212。时间t1之后，DI泵输送冲程可以开始，其中在时间t1和t2之间，燃料被活塞144向后推出，经过阀202进入低压燃料管路154，朝向提升泵130。在时间t1和t2之间的时间流逝可以对应于根据指定的(期望的)捕集体积离开室212的燃料。在t2处，电磁溢流阀202可以被激励到关闭位置，其中燃料基本上被阻止经过阀204。在阀204的关闭和TDC位置433之间，室212中剩余的燃料被增压，并且被送出通过出口止回阀216。在一些示例中，根据指定的小分数捕集体积，在时间t2和TDC位置433之间被增压的燃料的量可以低于阈值15％(0.15)。

当到达TDC位置433时，SV 202保持被激励越过TDC位置433，而不是像保持到TDC控制策略300中发生的那样，终止到SV 202的输入电压。接着，在经过了对应于凸轮146的角度持续期的时间持续期T1之后，在时间t3处SV 202被停用。在一些示例中，角度持续期是10度凸轮轴。在经过了时间(角度)持续期T1并且在时间t3处SV202被停用(施加电压和产生的电流终止)之后，活塞144按凸轮146驱动地继续行进到BDC位置，直到在时间t4到达BDC位置。在时间t4处，DI泵140的另一个输送冲程可以开始，之后是随后的进气冲程，其中SV 202再次保持关闭，该持续期长于活塞144到达TDC位置434的时候。具体地，在时间t4和t5之间，SV202被施加电压持续持续期T2。只要指定的捕集体积低于阈值，例如15％，DI泵周期就可以根据用于最小时间控制策略的正时图400继续重复。

应该注意，在图4中时间/角度持续期T1和T2可以是相同的(10度凸轮轴)，但是在其他示例中，它们可以是不同的，以满足燃料系统的变化状况，例如凸轮转速和泵转速。而且，如之前所提到的，DI泵周期可以由一个进气冲程和一个输送冲程组成。参考图4，一个输送冲程发生在时间t1和TDC位置433之间，而另一个输送冲程发生在时间t4和TDC位置434之间。进气冲程发生在TDC位置433和时间t4之间。同样，在一些示例中，在经过了时间持续期T1或T2之后，SV 202可以被停用。例如，在15度凸轮轴而不是10度凸轮轴之后，SV 202可以被停用。换句话说，时间t3可以晚于由持续期T1所示的时间间隔，而时间t6可以晚于由持续期T2所示的时间间隔。时间持续期可以更长，而没有不利地影响泵的随后的进气冲程期间的燃料进气。换句话说，在到达TDC位置之后停用电磁溢流阀202可以不影响燃料捕集体积分数。在另一个示例中，最小角度持续期可以是25度。在该示例中，15度的SV 202激活可以发生在泵活塞的TDC位置之前，而剩余的10度可以发生在泵活塞的TDC位置之后。可以看出，其他角度持续期和SV 202的对应导通时间是可能的，同时仍然落在本公开的范围内。

总之，本申请的最小激励角度控制策略可以一直保持电磁阀202被激励持续最少一个角度持续期。对于较小的捕集体积，这包括激励SV 202越过泵活塞的TDC位置。例如，对于较小的捕集体积，激励SV 202持续至少25度作为最小角度持续期可以延长电磁阀的激活时间越过TDC位置。应当理解，如果发出较大的泵命令，例如大于15％，则角度持续期可以允许SV 202在TDC位置之前被去激励。其他类似的情形是可能的。

图5示出用于实现关于图4所解释的最小激励角度控制策略的一般操作方法500。在该背景下，最小角度控制策略指代激励电磁溢流阀持续一角度持续期，而与泵活塞144的位置，尤其是TDC位置无关。参考图5，在501处，可以确定多个发动机工况。这些工况包括，例如发动机转速、最小角度持续期、如下面解释的指定的分数捕集体积、燃料组分和温度、发动机燃料需求、驾驶员需求的扭矩、以及发动机温度。这些工况可以被用于操作燃料系统并且确保提升泵和DI泵的高效操作。在确定了工况之后，在502处，该方法包括选择被泵送通过燃料系统的燃料或其他流体的阈值分数捕集体积。在一个示例中，阈值可以由控制器170实时地随着发动机的工况改变而自动确定。如之前所述的，阈值捕集体积分数可以基于电磁溢流阀的可重复且可靠的行为何时开始退化来选择。

接下来，在503处，该方法包括确定指定的捕集体积分数是否低于阈值捕集体积分数。指定的捕集体积可以是由控制器170确定的期望的捕集体积，控制器170接收多个变量以计算指定的捕集体积。例如，在上述零流量润滑方案期间，当不请求直接喷射但是期望泵润滑时，可以由控制器170指定5％捕集体积，其中该命令通过向SV 202施加电压来实现。如果该指定的捕集体积低于阈值捕集体积，则在504处，控制器170发送电压以激励电磁溢流阀202持续最小角度持续期，在许多情况下，这可以激励SV 202越过TDC位置。在另一个示例中，SV 202可以被激励长于最小角度持续期。最小角度持续期与DI燃料泵140的泵活塞144的线性位置无关。在一些示例中，最小角度持续期可以是10度凸轮轴，而捕集体积分数阈值是15％(0.15)。

替换地，如果指定的捕集体积大于阈值捕集体积，则在505处，控制器170发送电压以激励电磁溢流阀202持续基于DI泵活塞144的位置的角度持续期。如之前所述的，在一个示例中，在505处的角度持续期是凸轮146到达对应于活塞144的TDC位置的位置的时间。因此，在505处，SV 202与活塞144的TDC位置一致地(coincident with)被停用(去激励)，类似于SV 202如何在保持到TDC控制策略期间被停用。总之，对于小的捕集体积，SV 202的停用被设置为越过TDC。当满足以下第一状况时执行步骤505，即当捕集体积分数高于阈值时。类似地，当满足第二状况时执行步骤504，即当捕集体积低于阈值时。应当注意，控制器可以检测驱动凸轮146的角度位置，以便在第一状况和第二状况期间，使激励电磁溢流阀与驱动凸轮146和泵活塞144同步。

以此方式，对于小的捕集体积，通过在DI泵的TDC之后停用SV202，该SV 202的停用或关闭正时可以不影响DI泵压缩的捕集体积或燃料。而且，借助这种控制策略，电磁溢流阀202的激活和停用在DI泵的周期之间可以是可重复且可靠的。同样，可靠的SV 202激励可以使DI泵的行为在低捕集体积的情况下更精确地被控制。最后，当活塞144的位置存在不确定性时，最小角度持续期策略(保持越过TDC策略)可以提供更鲁棒的方式来操作DI泵。根据该策略，通过越过TDC去激励SV 202，即使存在活塞位置误差，也可以避免在TDC之前去激励SV202。

图6示出直喷式燃料泵的另一个实施例，其被简化为示出各种部件之间的物理关系。图6的DI泵600可以与图1和图2中所示的DI泵140相似。而且，DI泵600可以与图1的直喷式燃料系统150和发动机110一起使用，代替图1的DI泵140。图1的控制器170被包括在图6中，用于操作电磁溢流阀612。

直喷式燃料泵压缩室608的进口603经由低压燃料泵130被提供有燃料，如图1中所示。在燃料通过直喷式燃料泵600时，该燃料被增压，并且通过泵出口604提供给燃料轨158。在所描绘的示例中，直喷式泵600可以是机械驱动的位移泵，其包括泵活塞606、活塞杆620、泵压缩室608和阶梯室(step-room)618。连接阶梯室618到泵进口699的通道可以包括蓄积器609，其中该通道允许燃料从阶梯室618重新进入进口699周围的低压管路。阶梯室618和压缩室608可以包括被设置在泵活塞的相对两侧上的腔体。活塞606的顶侧605可以部分地限定压缩室608，而活塞606的相对的底侧607可以部分地限定阶梯室618。在一个实施例中，发动机控制器170可以被配置为通过驱动凸轮610驱动直喷式泵600中的活塞606。在一个示例中，凸轮610包括四个凸角，并且每两个发动机曲轴旋转完成一个旋转。

电磁溢流阀612可以被耦接到泵进口603。控制器170可以被配置为通过与驱动凸轮同步地激励或去激励螺线管(基于电磁阀配置)，调节流过溢流阀612的燃料流。电磁溢流阀612可以与图1-3的电磁阀202类似。因此，电磁溢流阀612可以以两种模式操作。在第一模式中，电磁溢流阀612被设置在进口603内，以限制(例如，禁止)行进到电磁溢流阀612上游的燃料的量。相比之下，在第二模式中，电磁溢流阀612被有效地禁用，并且燃料能够行进到进口止回阀的上游和下游。

因此，电磁溢流阀612可以被配置为调节被压缩到直喷式燃料泵中的燃料的质量(或体积)。在一个示例中，控制器170可以调整电磁溢流阀612的关闭正时，以调节被压缩的燃料的质量。例如，延迟进气止回阀关闭可以减少被吸入压缩室608中的燃料质量的量。该电磁溢流阀打开和关闭正时可以针对直喷式燃料泵的冲程正时被协调。

泵进口699允许燃料从低压燃料泵进入电磁溢流阀612。活塞606在压缩室608内上下往复运动。当活塞606正在沿减少压缩室608的体积的方向行进时，DI泵600处于压缩冲程。当活塞606正在沿增加压缩室608的体积的方向行进时，DI泵600处于吸气冲程。正向流出口止回阀616可以被耦接到压缩室608的出口604的下游。只有当直喷式燃料泵600的出口处的压力(例如，压缩室出口压力)高于燃料轨压力时，出口止回阀616才打开，以允许燃料从压缩室出口604流入燃料轨(例如，燃料轨158)。另一个止回阀614(泄压阀)可以与止回阀616平行放置。当燃料轨压力高于预定压力时，阀614允许燃料朝着泵出口604流出DI燃料轨158。阀614可以被设置在相对高的排泄压力，使得阀614只用作不影响正常的泵送和直接喷射操作的安全阀。

在不请求直喷式燃料泵操作时的状况期间，控制器170可以激活和停用电磁溢流阀612，以在大部分压缩(输送)冲程期间，将压缩室608中的燃料流和压力调节为单个基本上恒定的压力。以此方式对DI泵的控制可以被包括在如上所述的零流量润滑方法中。在这种ZFL操作期间，在进气冲程上，压缩室608中的压力下降到提升泵130的压力附近的压力。当压缩室608中的压力超过阶梯室618中的压力时，可能发生DI泵600的润滑。当控制器170停用电磁溢流阀612时，这个压力差也有助于泵润滑。溢流阀612的停用也可以减小由阀612产生的噪声。这种调节方法的一个结果是，燃料轨被调节到取决于在输送冲程期间电磁溢流阀612何时被激励的压力。具体地，在直喷式燃料泵600的压缩(输送)冲程期间，压缩室608中的燃料压力被调节。因此，在直喷式燃料泵600的至少压缩冲程期间，向泵提供润滑。当DI泵进入吸气冲程时，压缩室中的燃料压力可以被降低，同时仍然可以提供一定程度的润滑，只要存在压力差。

因此，根据ZFL，DI泵的操作可以被调整，以将DI泵的出口处的压力维持在直喷式燃料轨的燃料轨压力或低于该压力。由于当没有请求直接喷射时，可能期望小分数捕集体积以基本上阻止燃料流过出口止回阀304，因此如图4和图5中所示的最小激励时间控制策略可以与ZFL方法一起使用，以提供电磁溢流阀612的可靠操作。因此，通过在活塞606的TDC位置之前激励溢流阀612并且根据最小角度持续期保持溢流阀612激励越过TDC，DI燃料泵的出口压力可以保持刚好低于燃料轨压力。以此方式，即使当使用较小的捕集体积时，溢流阀操作可以是更可重复的和可预测的，以强制燃料通过活塞-孔界面，同时基本上阻止燃料从出口604流出进入燃料轨，由此润滑DI泵600以减少过早的泵退化。

在此应当注意，图6的DI泵600被呈现为DI泵的一种可能配置的说明性示例。图6中所示的部件可以被移除和/或改变，同时当前未示出的额外部件可以添加到泵600，同时仍然保持输送高压燃料到直喷式燃料轨的能力。而且，上述提出的方法可以被应用到泵600的各种配置以及图1的燃料系统150的各种配置。特别地，上述零流量润滑和最小角度持续期方法可以被实现在DI泵600的各种配置中，而没有不利地影响泵600的正常操作。

注意到，此处所包括的示例控制和估计例程可以与各种发动机和/或车辆系统配置一起使用。此处公开的控制方法和例程可以作为可执行指令被存储在非暂时性存储器中。此处所描述的具体例程可以表示任意数量的处理策略中的一种或多种，例如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。因此，所示的各种动作、操作和/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。同样地，处理顺序并非是实现本文描述的示例实施例的特征和优点所必须的，而是提供以便于说明和描述。根据所使用的具体策略，所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个可以被反复地执行。而且，所描述的动作、操作和/或功能可以以图形方式表示将被编程到发动机控制系统中的计算机的非暂时性存储器中的代码。

应当理解，本文公开的配置和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例并不被认为是限制性的，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。

随附的权利要求具体指出被认为新颖且非显而易见的某些组合及子组合。这些权利要求可能提到“一个/一”元件或“第一”元件或其等价物。这些权利要求应当被理解为包含一个或多个这种元件的组合，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/或特性的其它组合和子组合可以通过修改本权利要求来主张，或者通过在本申请或相关申请中提出新的权利要求来主张。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，都认为被包含在本公开的主题内。

Claims (18)

1.一种用于直喷式燃料泵的方法，其包括：

在第一状况期间，在所述直喷式燃料泵的活塞的上止点位置之前激励所述直喷式燃料泵的电磁溢流阀，维持所述电磁溢流阀被激励仅持续基于所述活塞的位置的角度持续期，并且在到达所述活塞的上止点位置时，停用所述电磁溢流阀，其中所述角度持续期是凸轮到达对应于所述活塞的所述上止点位置的位置的时间；和

在第二状况期间，在所述直喷式燃料泵的活塞的所述上止点位置之前激励所述电磁溢流阀并且维持所述电磁溢流阀被激励持续不短于预定角度持续期，其中当被激励时，所述电磁溢流阀用作止回阀，其中维持所述电磁溢流阀被激励直到所述活塞的所述上止点位置之后且在所述活塞的随后的下止点位置之前，其中在所述活塞的所述上止点位置之后且在到达所述随后的下止点位置之前，停用所述电磁溢流阀，

其中基于所述活塞的所述位置的所述角度持续期长于所述预定角度持续期，当被停用时，所述电磁溢流阀是打开的，所述第一状况包括当所述直喷式燃料泵的捕集体积分数高于阈值的时候，并且所述第二状况包括当所述捕集体积分数低于所述阈值的时候，并且所述捕集体积分数是在输送冲程期间由所述直喷式燃料泵捕集和压缩的燃料的量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定角度持续期是10度凸轮轴。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述捕集体积分数阈值是15％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述电磁溢流阀与所述直喷式燃料泵的所述活塞的压缩冲程的开始一致地被激励到关闭位置时，所述捕集体积分数是100％。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一状况和第二状况期间激励所述电磁溢流阀包括，从控制器发送信号到所述电磁溢流阀。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述控制器进一步检测为所述直喷式燃料泵提供动力的驱动凸轮的角度位置，以便在所述第一状况和第二状况期间同步激励所述电磁溢流阀。

7.一种用于直喷式燃料泵的方法，其包括：

响应于燃料捕集体积分数低于阈值并且未请求直接燃料喷射，

在到达所述直喷式燃料泵的活塞的上止点位置之前在所述直喷式燃料泵的活塞的位置处激励所述直喷式燃料泵的电磁溢流阀，所述位置基于请求的燃料量，当被激励时，所述电磁溢流阀用作止回阀；

维持所述电磁溢流阀被激励持续不短于预定角度持续期，所述预定角度持续期与所述活塞的所述位置无关，其中所述角度持续期是凸轮旋转到对应于度数的位置的时间；

使燃料流到所述活塞被包含在其中的所述直喷式燃料泵的压缩室而不允许燃料流入燃料轨；和

在到达所述活塞的所述上止点位置之后且在所述活塞的随后的下止点位置之前，去激励所述电磁溢流阀；以及

响应于所述燃料捕集体积分数高于所述阈值并且未请求直接燃料喷射，

在所述上止点之前激励所述电磁溢流阀，直到到达所述活塞的所述上止点位置，而不使燃料流到所述压缩室，并且不允许燃料流入所述燃料轨，

其中所述燃料捕集体积分数是在输送冲程期间由所述直喷式燃料泵捕集和压缩的燃料的量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述预定角度持续期是10度凸轮轴。

9.根据权利要求7所述的方法，其中所述燃料捕集体积分数阈值是15％。

10.根据权利要求7所述的方法，其中所述活塞的所述上止点位置包括，当所述活塞消耗所述压缩室的所有位移体积的时候。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在到达所述活塞的所述上止点位置之后停用所述电磁溢流阀不会影响所述燃料捕集体积分数。

12.一种燃料系统，其包括：

直喷式燃料泵，其包括流体耦接到直喷式燃料轨的出口，并且包括被约束为线性移动以吸入、压缩和喷出燃料的活塞；

电磁溢流阀，其流体耦接到所述直喷式燃料泵的进口，并且其中当被激励时，所述电磁溢流阀用作止回阀；和

具有存储在非暂时性存储器中的计算机可读指令的控制器，用于：

当燃料捕集体积分数低于阈值并且未请求直接燃料喷射时，在到达所述活塞的上止点位置之前，激励所述电磁溢流阀，维持所述电磁溢流阀被激励持续不短于预定角度持续期，而与所述活塞的位置无关，其中在到达所述活塞的上止点之后且在随后的下止点之前，停用所述电磁溢流阀，并且所述燃料捕集体积分数是在输送冲程期间由所述直喷式燃料泵捕集和压缩的燃料的量；以及

当所述燃料捕集体积分数高于所述阈值并且未请求所述直接燃料喷射时，在到达所述活塞的所述上止点位置之前激励所述电磁溢流阀，维持所述电磁溢流阀被激励持续基于所述活塞的所述位置的角度持续期，并且在所述活塞的所述上止点位置之前或在所述活塞的所述上止点位置处，停用所述电磁溢流阀，

其中所述角度持续期是凸轮旋转到对应于所述活塞的所述上止点位置的位置的时间，其中所述燃料捕集体积是在输送冲程期间由所述直喷式燃料泵捕集和压缩的燃料的量。

13.根据权利要求12所述的燃料系统，进一步包括经由低压燃料管路流体耦接到所述直喷式燃料泵的进口的燃料提升泵。

14.根据权利要求13所述的燃料系统，其中停用所述电磁溢流阀使得将该电磁溢流阀打开到打开位置，从而允许燃料在所述直喷式燃料泵的压缩室和所述低压燃料管路之间流动。

15.根据权利要求12所述的燃料系统，其中所述燃料捕集体积分数阈值是15％。

16.根据权利要求12所述的燃料系统，其中所述活塞的位置由传感器测量，所述传感器检测向所述活塞提供动力的驱动凸轮的角度位置，并且其中所述传感器连接到所述控制器。

17.根据权利要求16所述的燃料系统，其中所述控制器进一步命令激励和停用所述电磁溢流阀。

18.根据权利要求12所述的燃料系统，其中所述预定角度持续期是10度凸轮轴。

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