CN203146181U

CN203146181U - 燃料系统

Info

Publication number: CN203146181U
Application number: CN2013200618471U
Authority: CN
Inventors: 曾文波; 文斯·保罗·索尔费里诺; 基·希亚; 约瑟夫·巴斯马吉; 帕特里克·布罗斯特伦
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2023-02-01
Also published as: DE102013202419A1; US20130213361A1; RU136101U1

Abstract

本实用新型提供了一种包括具有安静的燃料计量阀的高压燃料泵的燃料系统。在一个实例中，该安静的燃料计量阀可以包括燃料容量控制板。该燃料系统可以减少发动机噪音并可以提供改善的燃料压力控制。

Description

燃料系统

技术领域

本实用新型涉及用于向内燃机供应燃料的高压燃料泵。高压燃料泵对于包括将燃料直接喷射进发动机汽缸的燃料喷射器的发动机尤为重要。

背景技术

柴油发动机和直接喷射汽油发动机具有将燃料直接喷射进发动机汽缸的燃料喷射系统。燃料在较高压力下喷射至发动机汽缸，使得燃料在汽缸压力较高的压缩冲程期间能够进入汽缸。燃料通过机械驱动的燃料泵被提升至较高压力。燃料泵出口处的燃料压力通过调整流过燃料泵的燃料量来控制。控制通过燃料泵的流量的一种方法是通过电磁线圈操作的计量阀来控制。在一个实例中，操作电磁线圈以在燃料泵的泵送阶段期间关闭计量阀。关闭计量阀防止燃料流入或流出燃料泵的入口。可以调整计量阀的关闭时间以控制通过燃料泵的流量。然而，电磁线圈在高压燃料泵循环期间可能仅从开启状态到关闭状态改变一次。因此，在高压燃料泵的泵送冲程期间可能仅提供一次对流过高压燃料泵计量阀的燃料的调整。结果，从燃料泵向其供应燃料的燃料轨内的燃料压力控制会于所高于所期望的控制。

实用新型内容

本实用新型的发明人已经认识到上述缺点并已经开发出一种燃料系统，其能够改善燃料压力控制。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种燃料系统，包括：包括入口和出口的凸轮驱动的燃料泵；与出口流体连通的燃料喷射器；以及包括控制进入凸轮驱动的燃料泵入口的燃料流量的多个燃料流动通道的计量阀。

优选地，该燃料系统还包括电机，电机连接至计量阀。

优选地，计量阀位于凸轮驱动的燃料泵的入口处。

优选地，计量阀包括圆形容量控制板。

优选地，圆形容量控制板包括多个燃料流动通道。

优选地，凸轮驱动的燃料泵包括壳体，容量控制板位于壳体的任一侧。

优选地，壳体包括入口，当计量阀处于第一位置时，多个燃料控制通道中的至少一个与该入口对齐。

优选地，当计量阀处于第二位置时，多个燃料控制通道中没有一个与该入口对齐。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种用于操作燃料泵的方法，包括：旋转电机以选择性地使燃料进入凸轮驱动的燃料泵；以及将燃料从凸轮驱动的燃料泵泵送至发动机。

优选地，电机与发动机的位置同步旋转。

优选地，响应于发动机负载调整电机的位置。

优选地，电机机械连接至计量阀。

优选地，电机为步进电机，并且步进电机在凸轮驱动的燃料泵的泵送阶段期间至少两次开启和关闭计量阀。

优选地，计量阀包括燃料容量控制板。

优选地，电机旋转燃料容量控制板。

根据本实用新型的又一方面，提供了一种用于操作燃料泵的方法，包括：响应于发动机的位置和燃料压力调整连接至计量阀的电机的位置；使燃料通过计量阀流动至凸轮驱动的燃料泵；以及将燃料从凸轮驱动的燃料泵泵送至发动机。

优选地，该方法还包括将计量阀的开启时间调整为操作凸轮驱动的燃料泵的柱塞的凸轮基本处于最大凸起量的时间。

优选地，该方法还包括将计量阀的关闭时间调整为凸轮驱动的泵的泵送阶段的时间。

优选地，关闭时间根据发动机负载改变。

优选地，电机与发动机速度同步操作。

通过调整包括控制流入凸轮驱动的燃料泵的燃料的多个燃料流动通道的计量阀的操作，可以提供更好的燃料轨压力控制。例如，包括多个流量控制孔口的容量控制板可以与高压燃料泵柱塞的位置同步旋转，使得可以在高压燃料泵的循环期间使燃料流入高压燃料泵多次停止和重新开始。通过这种方式，通过调整高压燃料泵的循环期间开启和关闭高压燃料计量阀的次数，可以控制通过高压燃料泵的燃料流量。并且，通过控制通过高压燃料泵的燃料流率，可以调整由高压燃料泵提供的燃料轨的燃料压力。因此，经由通过高压燃料泵的更好的燃料流率控制，可以提供更好的燃料轨压力控制。

本实用新型可以提供若干优势。具体地，该方法可以提供改善的燃料压力控制。此外，通过提供在操作期间与泵的壳体撞击较少的高压燃料泵计量阀，该方法可以减少燃料系统噪音。另外，通过减少计量阀部件之间的撞击力，该方法可以提高高压燃料泵计量阀的耐用性。

通过单独参照具体实施方式或者结合附图参照具体实施方式，本实用新型的上述优势和其他优势以及特征将会变得显而易见。

应当理解，提供上面的综述是为了以简化的形式引入将在下面的详细说明书中进一步描述的概念的集合。这并不意味着识别要求保护主题的关键或必要特征，其范围由所附权利要求来唯一地限定。另外，所要求保护的主题不限于解决上面提到的或在本公开的任何部分中提到的任何缺点的实施方式。

附图说明

通过单独阅读或参照附图阅读本文称为具体实施方式的范例的实例，将会更充分地理解本文描述的优势，其中：

图1是示例性发动机的示意图；

图2是用于发动机的示例性燃料系统的示意图；

图3A至图3C示出了示例性高压燃料泵和计量阀的示意图；

图4A至图4B示出了燃料泵和计量阀操作处理的示例性曲线图；

图5A至图5B示出了示例性高压燃料泵和计量阀的示意图；

图6A至图6B示出了燃料泵和计量阀操作处理的示例性曲线图；

图7A至图7D示出了示例性高压燃料泵和计量阀的示意图；

图8A至图8B示出了燃料泵和计量阀操作处理的示例性曲线图；

图9示出了操作燃料泵和计量阀的方法的示例性流程图。

具体实施方式

本描述涉及用于直接喷射燃料进入发动机的汽缸的燃料系统。图1示出了示例性直喷汽油发动机。然而，本文所述燃料系统同样适用于柴油发动机。图2示出了包括燃料泵和计量阀的示例性燃料系统的示意图。

图3A至图3C示出了一个示例性燃料泵和计量阀。图4A至图4B示出了用于操作图3A至图3C所示燃料泵和计量阀的示例性处理。在图5A至图5B中示出可选的燃料泵和计量阀。图6A至图6B示出用于操作图5A至图5B所示燃料泵和计量阀的示例性处理。在图7A至图7D中示出另一种可选的燃料泵和计量阀。图8A至图8B示出了用于操作图7A至图7D所示燃料泵和计量阀的示例性处理。可以根据图9的方法来操作图2至图8所述的燃料泵和计量阀。

参照图1，通过发动机电子控制器12控制包括多个汽缸的内燃机10，在图1中示出了其中一个汽缸。发动机10包括燃烧室30和汽缸壁32，活塞36位于其中并与曲轴40连接。燃烧室30被示为经由对应的进气门52和排气门54与进气歧管44和排气歧管48连接。每个进气门和排气门均可通过进气凸轮51和排气凸轮53操作。可选地，一个或多个进气门和排气门可通过机电控制的阀线圈和电枢组件进行操作。进气凸轮51的位置可通过进气凸轮传感器55确定。排气凸轮53的位置可通过排气凸轮传感器57确定。

压缩机162从进气42吸收空气以供应增压室46。废气旋转经由轴161连接至压缩机162的涡轮机164。真空操作废气门致动器160允许废气绕过涡轮机164，使得能够在不同的操作条件下控制增压压力。

所示燃料喷射器66被定位为将燃料直接喷入燃烧室30，这对于本领域技术人员来说已知为直接喷射。可选地，燃料可以喷射到进气口，这对于本领域技术人员来说已知为进气口喷射。燃料喷射器66与来自控制器12的FPW信号的脉宽成比例地输送液态燃料。通过包括燃料箱、燃料泵和燃料轨的燃料系统(参见图2)将燃料输送至燃料喷射器66。响应于控制器12，从驱动器68向燃料喷射器66提供工作电流。此外，进气歧管44被示出与可选电子节流阀62连通，该节流阀62调整节流板64的位置以控制从进气口42到进气歧管44的气流。

响应于控制器12，无分电器点火系统88经由火花塞92向燃烧室30提供点火火花。宽域排气氧(UEGO)传感器126被示出连接至催化转换器70上游的排气歧管48。可选地，两状态排气氧传感器可以替代UEGO传感器126。

在一个实例中，转换器70可包括多个催化剂砖。在另一个实例中，可以使用多个排放控制装置，每一个均具有多个砖。在一个实例中，转换器70可以是三元型催化剂。

控制器12在图1中被示为常规的微型计算机，其包括：微处理器单元102、输入/输出端口104、只读存储器106、随机存取存储器108、保活存储器110和常规数据总线。控制器12被示出接收来自与发动机10连接的传感器的多种信号，除之前所讨论的那些信号之外，还包括来自连接至冷却套管114的温度传感器112的发动机冷却液温度(ECT)、连接至加速踏板130用于感测脚部132施加的压力的位置传感器134的信号、来自连接至进气歧管44的压力传感器122的发动机歧管压力(MAP)的测量值、来自压力传感器122的增压室压力、来自感测曲轴40位置的霍尔效应传感器118的发动机位置传感器信号、来自传感器120的进入发动机的气团的测量值以及来自传感器58的节流阀位置的测量值。还可以感测(传感器未示出)大气压力来用于控制器12的处理。在本说明书的优选方面中，曲轴每转一周，发动机位置感器118就产生预定数量的等间隔脉冲，由此可以确定发动机转速(RPM)。

在一些实施例中，发动机可连接至混合动力汽车中的电动机/电池系统。混合动力汽车可以具有并联结构、串联结构或者它们的变型或组合。此外，在一些实施例中，还可以使用其他发动机结构，例如柴油发动机。

在运行期间，发动机10内的每个汽缸通常都经过四冲程循环，该循环包括进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程和排气冲程。通常，在进气冲程期间，排气门54关闭而进气门52开启。空气经由进气歧管44进入燃烧室30，然后活塞36移动至汽缸的底部以增加燃烧室30内的容积。本领域技术人员通常将活塞36靠近汽缸的底部并处于冲程结束的位置(例如，当燃烧室30处于其最大容积时)称为下止点(BDC)。在压缩冲程期间，进气门52和排气门54均关闭。活塞36向汽缸盖移动以压缩燃烧室30中的空气。本领域技术人员通常将活塞36处于该冲程结束和靠近汽缸盖的点(例如，当燃烧室30处于其最小容积时)称为上止点(TDC)。在以下称为喷射的过程中，燃料被引入燃烧室。在以下称为点火的过程中，喷射的燃料通过诸如火花塞92的已知点火方法点火，从而引起燃烧。在膨胀冲程期间，膨胀气体将活塞36推回至BDC。曲轴40使活塞的移动转变为旋转轴的旋转扭矩。最终，在排气冲程期间，排气门54打开以向排气歧管48释放燃烧过的空气-燃料混合物并且活塞返回TDC。注意，上文所示仅仅作为一个实例，可以改变进气门和排气门的开启和/或关闭定时，诸如提供正气门重叠或负气门重叠、进气门延时关闭或者各种其他实例。

现在参照图2，示出了示例性燃料系统。燃料系统200包括控制器12，其通过燃料压力传感器276接收燃料压力信息。控制器12向电机控制器226提供计量阀开启和关闭定时指令。在一些实例中，电机控制器226可以集成到控制器12中。如图1所示，控制器12还接收发动机凸轮轴和曲轴位置信息。电机控制器226从机械连接至电机210的编码器250接收电机位置信息。电机控制器226向电机210的绕组提供电流。在一个实例中，电机210为三相步进电机。电机210旋转以使燃料选择性地流过高压燃料泵计量阀220。

低压燃料泵230将燃料从燃料箱232传输至燃料计量阀220。当高压燃料泵计量阀220被定位为允许燃料流过高压燃料泵202时，燃料可以从高压燃料泵计量阀220流动至高压燃料泵202。高压燃料泵由包括在凸轮51中的凸角(lobe)204驱动。具体地，凸角204移动活塞或柱塞以对高压燃料泵202中的燃料加压。止回阀208被偏置以允许燃料从燃料泵202的出口流出但限制燃料流入燃料泵202的出口。止回阀208允许燃料流入燃料轨255，其供应燃料至一个或多个燃料喷射器66。燃料喷射器66可以根据控制器12发出的指令开启或关闭。

现在参照图3A，示出了高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220的第一实例的横截面。图3A所示高压燃料泵和高压燃料泵计量阀可以作为图2所述燃料系统的一部分向图1所示发动机供应燃料。可以根据图9的方法来操作图3A所示的高压燃料泵和高压燃料泵计量阀。

高压燃料泵202包括壳体340、柱塞302和泵室312。当凸轮凸角204向柱塞302施加力时，柱塞302以333处示出的方向往复运动。凸轮凸角204与凸轮轴51随着发动机的旋转而一起旋转。凸轮轴51以曲轴速度的一半的速度旋转。当凸轮轴51旋转至凸角204的最大凸起(例如，凸角204的任意一个顶点处)接触柱塞302的位置时，柱塞302以使泵室312中的空闲容积为最小值的方式安置在泵室312中。当凸轮轴51旋转至凸角204的最小凸起(例如，在凸角204的任意一个低部处)接触柱塞302的位置时，柱塞302以使泵室312中的空闲容积为最大值的方式安置在泵室312中(例如，燃料可在高压燃料泵202中被加压的区域)。因此，当泵室312中有燃料而计量阀220关闭时，可以通过减小泵室312的容积来增加燃料泵202内的燃料压力。

燃料可以经由泵室入口361进入或离开泵室312。燃料可以经由泵室出口306离开泵室312。截面319限定了图3B所示的横截面。截面321限定了图3C所示的横截面。当泵室312内的燃料压力超过泵室出口306处止回阀后部的燃料压力时，燃料离开泵室312。当高压燃料泵计量阀220在高压燃料泵202的泵送阶段期间开启时，燃料也可以离开泵室312。

高压燃料泵计量阀220包括可通过电机210旋转的轴320。轴320包括孔口335，其可以在轴320恰当定位时允许燃料流入室312。轴320和孔口335被示出处于关闭位置，从而基本阻止燃料流入和流出泵室312。轴320旋转以选择性地使燃料从计量阀室310和阀体360流入泵室312。阀体360包括通道331，燃料可通过通道331流入泵室312。密封装置330提供轴320和阀体360之间的密封。燃料以箭头的方向流动。然而，如果孔口335在柱塞302开始向上的冲程时处于开启位置，则燃料可以经由孔口335从泵室312流动至计量阀室310。

计量阀室310包括用于接收来自低压燃料泵的燃料的入304。在该实例中，轴320穿入计量阀室310。然而，在其他实例中，轴320和电机210可以在计量阀室310内。此外，电机210被示出经由可选的挠性联接器380连接至轴320。

现在参照图3B，示出了由图3A的截面319表示的燃料泵202的横截面。壳体340包括与阀体360的通道331连通的入口361。因此，燃料可以在进入泵室312之前流过通道331和通道361。

现在参照图3C，示出了由图3A的截面321表示的高压燃料泵计量阀220的横截面。阀体360包括贯穿其长度的通道331。轴320包括孔口335。孔口335被示出垂直于通道331定位，使得通道331被轴320关闭。通道331在轴320旋转90°时被开启。因此，通过经由电机210旋转轴320，通道331可以被选择性地开启或关闭。此外，通道331可以被开启或关闭而不受图3A所示柱塞的位置的约束。通过这种方式，轴320可以经由旋转密封和解封通道311以允许或阻止燃料从计量阀室310流动至泵室312。

现在参照图4A，其示出了在图3A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220操作期间的多个关注曲线图。可以根据图9的方法对图1至图3C所示的系统执行图4A的序列。垂直时间标记T₀至T₃表示序列期间的特定关注时间。在一个曲线中在特定时间标记处示出的事件与其他曲线中与该时间标记对齐的事件同时发生。

从图4A顶部处开始的第一条曲线代表高压燃料泵柱塞(例如，图3A的302)位置。X轴代表时间并且时间从图的左侧向右侧增加。Y轴代表泵柱塞位置并且泵室容积在泵柱塞位置轨迹401在Y轴箭头方向上处于最高值时为最小值。

从图4A顶部开始的第二条曲线代表高压燃料泵计量阀状态。Y轴代表高压燃料泵计量阀位置。X轴代表时间并且时间从曲线的左侧向曲线的右侧增加。当高压燃料泵计量阀位置410处于较高水平时，高压燃料泵计量阀开启。当高压燃料泵计量阀位置410靠近X轴时，高压燃料泵计量阀关闭。

从图4A顶部开始的第三条曲线代表从高压燃料泵传送至发动机燃料轨的燃料量。Y轴代表从高压燃料泵传送至燃料轨的燃料量并且燃料量在Y轴箭头的方向上增加。X轴代表时间并且时间从曲线的左侧向曲线的右侧增加。

所示高压燃料泵柱塞位置401为正弦轨迹。随着凸轮轴旋转凸轮凸角，高压燃料泵柱塞延伸并缩回到泵室中。高压燃料泵吸入阶段被示为区域406。泵送阶段被示为区域403。在吸入阶段期间，柱塞以增加泵室312中的容积的方向移动。泵室312中的压力可随着泵室容积的增加而减小。在泵送阶段期间，柱塞以减小泵室312中的容积的方向移动。泵室312中的压力可随着泵室容积的减小而增加。

在该实例中，在时间T₀处，泵柱塞在较高水平处开始并随着时间推移而降低，使得高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀在吸入阶段406期间开启，并且没有燃料被供给至燃料轨。当柱塞进入区域403中的泵送阶段时，高压燃料泵计量阀位置410保持为开启状态以允许燃料从泵室312流出。泵送阶段在时间T₁处开始。在区域402中的溢流阶段，由于高压燃料泵计量阀220处于开启状态并且由于泵室312的容积逐渐减小，因此泵室312中的燃料被推动到计量阀室310中。高压燃料泵的循环包括一个溢流阶段和一个泵送阶段。

在时间T₂处，如通过计量阀开启位置转变为零所示，计量阀关闭。区域402中的溢流阶段结束，并且区域404中的输出阶段响应于关闭高压燃料泵计量阀而开始。在输出阶段期间，当泵室312中的燃料压力增加至高于燃料轨中的燃料压力时，燃料离开高压燃料泵202。燃料输出量在414处示出并且由于计量阀在泵送阶段的末期关闭而相对较小。新的吸入阶段和高压燃料泵循环在时间T₃处开始。

可以通过在泵送阶段期间提前高压燃料泵计量阀关闭定时来增加泵送至燃料轨的燃料量和提供给燃料轨的燃料压力。可以通过在泵送阶段期间延迟高压燃料泵计量阀关闭定时来减小泵送至燃料轨的燃料量和提供给燃料轨的燃料压力。当高压燃料泵计量阀在泵送阶段的较早时间关闭时，提前关闭高压燃料泵计量阀。当高压燃料泵计量阀在泵送阶段的较晚时间关闭时，延迟关闭高压燃料泵计量阀。

现在参照图4B，示出了图3A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220的第二操作序列。可以根据图9的方法对图1至图3C所示的系统执行图4B的序列。图4B的曲线与图4A的曲线类似。因此，出于简洁考虑，省略对相似特征和元件的描述。特定差异进行描述。

在时间T₀处，高压燃料泵柱塞位置451开始下降，表示高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀位置480被示为开启位置以允许燃料流入高压燃料泵室312。没有燃料从高压燃料泵传送到燃料轨中。

在时间T₁处，高压燃料泵柱塞位置开始从时间T₁延伸至时间T₃的泵送阶段。计量阀从时间T1至时间T2处于开启状态。因此，高压燃料泵在区域450处于溢流阶段。计量阀在时间T₂处关闭，并且柱塞302开始加压泵室312中的燃料。由于高压燃料泵计量阀位置480关闭，因此高压燃料泵处于由区域454所示出的输出阶段。应当注意，计量阀220在时间T₂处关闭，时间T₂在图4A所示的计量阀关闭时间之前。因此，与图4A中的时间T₂和时间T₃之间所示相比，在图4B中所示时间T₂和时间T₃之间的计量阀关闭定时之后，移动泵室312中的较大容积。此外，图4B中的时间T₂相较于图4A中的时间T₂提前。因此，如490所示，从高压燃料泵传送的燃料量增加。

在时间T₃之后，高压燃料泵再次进入吸入阶段，然后，当柱塞位置从减小转变为增加时进入泵送阶段。高压燃料泵计量阀在吸入阶段期间开启并部分通过泵送阶段。

在时间T₄处，高压燃料泵计量阀关闭并且少量燃料从高压燃料泵传送到发动机燃料轨。此后不久在时间T₅处，高压燃料泵计量阀再次开启。因此，燃料在区域460中从高压燃料泵输出，而燃料在区域464中停止从燃料泵流向燃料轨。高压燃料泵计量阀在时间T₆处再次关闭并且燃料开始从高压燃料泵流向燃料轨。因此，燃料在区域468中从高压燃料泵流向燃料轨。高压燃料泵计量阀在吸入阶段开始的时间T₇处被重新开启。

在492处示出了在区域460期间从高压燃料泵泵送的燃料量。在494处示出了在区域468期间从高压燃料泵泵送的燃料量。尽管区域468在持续时间上长于区域460，但是柱塞302在区域460和区域468中移动大约相同的垂直距离。这是正弦柱塞轨迹的特征。因此，高压燃料泵计量阀在高压燃料泵的泵送阶段期间可以多次开启和关闭。在一个实例中，高压燃料泵计量阀可以响应于燃料轨上感测到燃料压力而开启和关闭。因此，通过调整高压燃料泵计量阀开启和关闭定时，可以对燃料轨压力做少量调整。高压燃料泵计量阀320可以开启和关闭而与柱塞302的位置无关。然而，期望在高压燃料泵202的吸入阶段期间保持计量阀320开启以提高泵送效率并减少燃料气化。

现在参照图5A，示出了可选示例性高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220的截面图。图5A所示燃料泵和高压燃料泵计量阀可以作为图2所示燃料系统的一部分为图1所示发动机供应燃料。可以根据图9的方法来操作图5A所示的燃料泵和高压燃料泵计量阀。

高压燃料泵202包括高压燃料泵柱塞502和泵室512。泵室512由燃料泵壳体540围绕。燃料可以经由燃料泵出口506离开泵室512。燃料泵出口506向发动机燃料轨和燃料喷射器供应燃料。泵柱塞502在555所示方向上往复运动。凸轮51包括在其旋转时向泵柱塞502施加力的凸角204。

燃料以箭头示出的方向经由燃料入口504进入燃料泵202。燃料以箭头示出的方向经过阀盘580并通过狭槽543。阀盘580被示为远离阀座541或不与其接触的开启位置。阀盘580在计量阀220关闭时接触阀座541。弹簧544在凸轮508处于低凸起状态时使阀盘580返回阀座541。截面519限定图5B所示的横截面。轴532在箭头505示出的方向上往复运动。密封圈537防止燃料从高压燃料泵202流出。挺杆530可位于凸轮508与轴505之间。挺杆530包括弹簧572。

电机210可以经由联接器535连接至轴520并且垂直于泵柱塞502的运动轴线定向。轴承570支撑轴520。当轴520由电机210旋转时，凸轮508提供力来推动挺杆530。电机210可以与凸轮51的旋转和泵柱塞502的移动同步旋转。此外，可以相对于图6A至图6B所示凸轮51的旋转阶段调整电机210的旋转阶段以调整供给至燃料轨的燃料压力。

现在参照图5B，示出了由图5A的截面519表示的计量阀220的横截面。壳体540包括可允许燃料流入泵室512的狭缝或通道543。

现在参照图6A，其示出了在图5A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220操作期间的多个关注曲线图。可以根据图9的方法对图1至图2和图5A至图5B所示系统执行图6A的序列。垂直时间标记T₀至T₃表示序列期间的特定时间关系。在一个曲线中在特定时间标记处示出的事件与其他曲线中与该时间标记对齐的事件同时发生。图6A的曲线与图4A的曲线类似。因此，出于考虑，省略对相似特征和元件的描述。特定差异进行描述。

高压燃料泵柱塞位置601被示出具有正弦轨迹。随着凸轮轴51旋转凸轮凸角204，高压燃料泵柱塞延伸并缩回到泵室中。高压燃料泵吸入阶段被示为区域606。泵送阶段被示为区域603。在吸入阶段期间，柱塞以增加泵室512中的容积的方向移动。泵室512中的压力可随着泵室容积的增加而减小。在泵送阶段期间，柱塞以减小泵室中的容积的方向移动。泵室512中的压力可随着泵室容积的减小而增加。

在该实例中，在时间T₀处，泵柱塞在较高水平处开始并随着时间推移而降低，使得高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀220在吸入阶段606期间开启，并且没有燃料被供给至燃料轨。随着柱塞进入区域603中的泵送阶段，高压燃料泵计量阀位置608(例如，阀盘580的位置)保持为开启状态以允许燃料从泵室512流出。泵送阶段在时间T₁处开始。在区域602中的溢流阶段期间，由于计量阀220处于开启状态并且由于泵室512的容积逐渐减小，因此泵室512中的燃料流出。

在时间T₂处，如计量阀开启位置朝向零转变所示，计量阀开始关闭。由于在该实例中高压燃料泵计量阀220为凸轮驱动，因此高压燃料泵计量阀220的位置不能像图3A所示高压燃料泵计量阀那样快速改变。相反，高压燃料泵计量阀220的位置随凸轮508的升程变化而变化。并且，凸轮508的升程随电机210的位置变化而变化。阀盘580的速率还受凸轮508的升程和旋转速度的影响。凸轮508的升程随着阀盘580接近阀座541而减小，使得在阀盘580接触阀座541时阀盘580的速率接近零。通过这种方式，可以减少阀门关闭噪音。区域602中的溢流阶段结束，并且区域604中的输出阶段响应于关闭高压燃料泵计量阀220而开始。在输出阶段期间，当泵室512中的燃料压力增加至高于燃料轨中的燃料压力时燃料离开高压燃料泵202。燃料输出量在614处示出并且由于高压燃料泵计量阀在泵送阶段末期关闭而相对较小。

可以通过在泵送阶段期间提前高压燃料泵计量阀关闭定时来增加泵送至燃料轨的燃料量和提供给燃料轨的燃料压力。可以通过在泵送阶段期间延迟高压燃料泵计量阀关闭定时来减小泵送至燃料轨的燃料量和提供给燃料轨的燃料压力。当高压燃料泵计量阀在泵送阶段的较早时间关闭时，提前高压燃料泵计量阀关闭。当高压燃料泵计量阀在泵送阶段的较晚时间关闭时，延迟高压燃料泵计量阀关闭。

现在参照图6B，示出了图5A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220的第二操作序列。可以根据图9的方法对图1至图2和图5A至图5B所示的系统执行图6B的序列。图6B的曲线与图4A的曲线类似。因此，出于简洁考虑，省略对相似特征和元件的描述。特定差异进行描述。

在时间T₀处，高压燃料泵柱塞位置651开始下降，表示高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀位置680被示出处于开启位置以允许燃料流入高压燃料泵室512。没有燃料从高压燃料泵传送到燃料轨中。

在时间T₁处，高压燃料泵柱塞位置开始从时间T₁延伸至时间T₃的泵送阶段。高压燃料泵计量阀从时间T₁至时间T₂处于开启状态。因此，高压燃料泵在区域650中处于溢流阶段。高压燃料泵计量阀在时间T₂处开始关闭，并且柱塞502开始加压泵室512中的燃料。如区域652所示，高压燃料泵在时间T₂与时间T₃之间处于输出阶段。应当注意，高压燃料泵计量阀220在时间T₂处开始关闭，时间T₂在图6A所示高压燃料泵计量阀关闭时间之前。因此，与图6A中的时间T₂和时间T₃之间所示相比，在图6B所示时间T₂和时间T₃之间的计量阀关闭定时之后，移动了泵室512的更大容积。此外，图6B中的时间T₂相较于图6A中的时间T₂提前。因此，如690所示，从高压燃料泵传送的燃料量增加。

在时间T₃之后，高压燃料泵再次进入吸入阶段，然后，当柱塞位置从减小转变为增加时进入泵送阶段。高压燃料泵计量阀在吸入阶段期间开启并且部分通过泵送阶段。

现在参照图7A，示出了可选的示例性高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220。图7A所示燃料泵和高压燃料泵计量阀可以作为图2所示燃料系统的一部分向图1所示发动机供应燃料。可以根据图9的方法操作图7A所示的燃料泵和高压燃料泵计量阀。

高压燃料泵202包括泵柱塞702和泵室712。泵室712由燃料泵壳体740环绕。燃料可以经由燃料泵出口706离开燃料泵室712。燃料泵出口706向发动机燃料轨和燃料喷射器供应燃料。泵柱塞702在777处示出的方向上往复运动。凸轮51包括在凸轮51旋转时向泵柱塞702施加力的凸角204。

燃料经由入口704在箭头示出的方向上进入燃料泵202。燃料以箭头所示的方向在通道735处经过燃料容量控制板738并通过壳体通道717。类似地，燃料在通道733处通过容量控制板738并通过壳体通道721。容量控制板738被示出处于开启位置。容量控制板738可以通过轴708旋转以选择性地开启或关闭计量阀220。容量控制板738抵靠壳体740定位并用于在容量控制板738中的通道不与壳体740的通道717和721对齐时密封壳体740。

轴708可以通过联接器737机械旋转容量控制板738。紧固件732保持容量控制板738抵靠壳体740并固定至轴708。电机210可以与凸轮51的旋转和泵柱塞702的移动同步旋转。此外，可以相对于图8A至图8B所示凸轮51的旋转阶段调整电机210的旋转阶段以调整供给至燃料轨的燃料压力。

现在参照图7B，示出了图7A的截面719示出的计量阀220的横截面。壳体740包括直接位于通道735和733后部的通道717和721，通道735和733允许燃料流入泵室内。容量控制板738可以在箭头775示出的任一方向上旋转。因此，通过将容量控制板738旋转90°以下，可以基本阻止燃料流入燃料泵室。

现在参照图7C，示出了可选容量控制板的正视图。圆形通道755环绕容量控制板750的外围布置，使得当容量控制板750旋转时，燃料可以选择性流入高压燃料泵的泵室。容量控制板750可以在箭头757示出的方向上旋转。由于圆形通道以小角度间隔(例如，每50°布置一个)布置，因此进入泵室712的燃料流量可以通过电机非常有限的旋转来改变。

现在参照图7D，示出了可选容量控制板的正视图。非圆形通道765环绕容量控制板760的外围布置，使得随着容量控制板760的旋转，燃料可以选择性地流入高压燃料泵的泵室。容量控制板760可以在箭头767示出的方向上旋转。

因此，图1至图2和图7A至图7D提供了一种燃料系统，其包括：包括入口和出口的凸轮驱动的燃料泵；与出口流体连通的燃料喷射器；以及计量阀，包括控制进入凸轮驱动的燃料泵的燃料流量的多个燃料流动通道。燃料系统还包括电机，并且电机连接至计量阀。在燃料系统中，计量阀位于凸轮驱动的燃料泵的入口处。在燃料系统中，计量阀还包括圆形容量控制板。

在一些实例中，在该系统中，圆形容量控制板包括多个燃料流动通道。在燃料系统中，凸轮驱动的燃料泵包括壳体，容量控制板位于壳体的任一侧。在燃料系统中，壳体包括入口，并且当计量阀处于第一位置时，多个燃料控制通道中的至少一个通道与入口对齐。在燃料系统中，当计量阀处于第二位置时，多个燃料控制通道中没有一个通道与入口对齐。

现在参照图8A，其示出了在图7A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220操作期间的多个关注曲线图。可以根据图9的方法对图1至图2和图7A至图7D所示系统执行图8A的序列。垂直时间标记T₀至T₃表示序列期间的特定时间关系。在一个曲线中在特定时间标记处示出的事件与其他曲线中与该时间标记对齐的事件同时发生。图8A的曲线与图4A的曲线类似。因此，出于考虑，省略对相似特征和元件的描述。特定差异进行描述。

高压燃料泵柱塞位置801被示为正弦轨迹。随着凸轮轴旋转凸轮凸角，高压燃料泵柱塞延伸并缩回到泵室中。高压燃料泵吸入阶段被示为区域806。泵送阶段被示为区域803。在吸入阶段期间，柱塞以增加泵室712中的容积的方向移动。泵室712中的压力会随着泵室容积的增加而减小。在泵送阶段期间，柱塞以减小泵室中的容积的方向移动。泵室712中的压力可随着泵室容积的减小而增加。

在该实例中，在时间T0处，泵柱塞在较高水平处开始并随着时间推移而降低，使得高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀220在吸入阶段806期间开启，并且没有燃料被供给至燃料轨。随着柱塞进入区域803中的泵送阶段，高压燃料泵计量阀位置810(例如，容量控制板738的位置)保持为开启状态以允许燃料从泵室712流出。泵送阶段在时间T₁处开始。在区域802中的溢流阶段期间，由于高压燃料泵计量阀220处于开启状态并且由于泵室712的容积逐渐减小，因此泵室712中的燃料流出。

在时间T₂处，如计量阀开启位置朝向零转变所示，计量阀关闭。由于高压燃料泵计量阀220在该实例中旋转，因此高压燃料泵计量阀220的位置可以快速改变以调整进入泵室的流量。此外，容量控制板在不碰撞燃料泵壳体的情况下旋转。此外，燃料可以用作图7A所示泵壳体740和容量控制板738之间的润滑剂。通过这种方式，可以减小阀门关闭噪音。区域802中的溢流阶段结束而区域804中的输出阶段响应于关闭高压燃料泵计量阀220而开始。在输出阶段期间，当泵室712中的燃料压力增加至高于燃料轨中的燃料压力时燃料离开高压燃料泵202。燃料输出量在814处示出并且由于计量阀在泵送阶段末期关闭而相对较小。

现在参照图8B，示出了图7A所示高压燃料泵202和高压燃料泵计量阀220的第二操作序列。可以根据图9的方法对图1至图2和图7A至图7D所示的系统执行图8B的序列。图8B的曲线与图4A的曲线类似。因此，出于简洁考虑，省略对相似特征和元件的描述。特定差异进行描述。

在时间T₀处，高压燃料泵柱塞位置851开始下降，表示高压燃料泵处于吸入阶段。高压燃料泵计量阀位置880被示出处于开启位置以允许燃料流入高压燃料泵室712。没有燃料从高压燃料泵传送到燃料轨中。

在时间T₁处，高压燃料泵柱塞位置开始从时间T₁延伸到时间T₃的泵送阶段。高压燃料泵计量阀从时间T₁至时间T₂处于开启状态。因此，高压燃料泵在区域850中处于溢流阶段。高压燃料泵计量阀在时间T₂处关闭，并且柱塞702开始加压泵室712中的燃料。如区域854所示，高压燃料泵在时间T₂和时间T₃之间处于输出阶段。应当注意，高压燃料泵计量阀220在时间T₂处开始关闭，时间T₂在图8A所示的高压燃料泵计量阀关闭时间之前。因此，与图8A中的时间T₂和时间T₃之间所示，图8B所示时间T₂和时间T₃之间的高压燃料泵计量阀关闭定时之后，移动了泵室712的更大容积。此外，图8B中的时间T₂相较于图8A中的时间T₂提前。因此，如890所示，从高压燃料泵传送的燃料量增加。

在时间T₃之后，高压燃料泵再次进入吸入阶段，然后，当柱塞位置从减小转变为增加时进入泵送阶段。在时间T₄处，高压燃料泵计量阀关闭，并且泵室中的燃料压力在区域860中开始增加。当燃料泵中的压力超过燃料轨中的燃料压力时，燃料离开燃料泵并流入燃料轨中。高压燃料泵计量阀在时间T₅处再次开启，然后燃料流出泵室并朝向燃料泵入口回流以释放燃料泵中的燃料压力。高压燃料泵计量阀在时间T₆处再次关闭，然后燃料泵中的燃料压力开始增加直到高压燃料泵计量阀在时间T₇处再次开启。因此，燃料压力在区域862中增加，并且当燃料泵中的燃料压力增加至高于发动机燃料轨中的压力值时，燃料可输出至燃料轨。在时间T₈处，在区域868中的高压燃料泵的泵送阶段期间，高压燃料泵计量阀第三次关闭。燃料泵中的压力由于燃料泵中的燃料被压缩而增加。最终，在时间T₉处，计量阀随着高压燃料泵进入吸入阶段和离开泵送阶段而开启。

区域860示出了第一燃料压缩比，区域862示出了第二燃料压缩比，以及区域868示出了第三燃料压缩比。燃料压缩比可以由区域860、862和868中的泵柱塞位置形象化表示。891处的燃料量表示区域860泵送的燃料量。893处的燃料量表示区域862泵送的燃料量。895处的燃料量表示区域868泵送的燃料量。例如，相较于区域862和868中的柱塞移动，在区域860中泵柱塞对于给定的凸轮轴旋转间隔(例如，10凸轮度)垂直移动更多。因此，在泵送周期的不同区域中，由高压燃料泵输出的燃料量可以增加不同量。此外，如时间T₄和时间T₉之间所示，高压燃料泵计量阀可以响应于燃料轨中的压力重复开启和关闭。例如，如果燃料轨中的压力增加至期望压力之上，则可以开启高压燃料泵计量阀以限制燃料轨中的压力上升。如果燃料轨中的压力低于期望值，则可以关闭高压燃料泵计量阀以增加燃料轨中的压力。图7A至图7D所示容量控制板允许在电机210仅旋转单个循环时燃料流入燃料泵室被多次中断。因此，图7A至图7D所示容量控制板可用于降低电机210的转速。

现在参照图9，示出了用于操作燃料泵和高压燃料泵计量阀的示例性流程图。图9的方法可以在图1至图8B的系统中的非临时性介质中存储为指令。图9的方法可以执行每个高压泵循环。

在步骤902中，方法900确定发动机操作条件。发动机操作条件可以包括但不限于发动机凸轮轴位置、发动机负载、发动机曲轴位置、燃料轨燃料压力和发动机温度。在发动机操作条件确定之后，方法900进行至步骤904。

在步骤904中，方法900确定高压燃料泵计量阀致动器的位置。在一个实例中，在高压燃料泵计量阀致动器为电机的情况下，高压燃料泵计量阀电机位置可以经由连接至电机的编码器的输出来确定。此外，发动机凸轮的位置可以经由凸轮轴位置传感器在步骤904中确定。凸轮轴位置和计量阀致动器位置可以基本同时确定，使得相对于凸轮位置确定高压燃料泵计量阀致动器位置。在确定燃料泵计量阀致动器位置之后，方法900进行至步骤906。

在步骤906中，方法900将高压燃料泵计量阀的开启定时调整为期望的凸轮定时。例如，高压燃料泵计量阀开启定时可以调整至泵柱塞到达峰值冲程位置的位置，在该冲程位置处高压泵室中的容积为最小值(参见图4A至图4B、图6A至图6B、图8A至图8B中高压吸入冲程的起始位置)。在一个实例中，致动高压热泵计量阀的电机的转速可以相对于凸轮轴旋转短时增加或减小，以相对于高压泵柱塞的位置调整高压燃料泵计量阀的开启时间。由于高压泵柱塞由凸轮轴驱动，因此相对于凸轮轴位置调整高压燃料泵计量阀开启位置会调整相对于高压泵柱塞位置的高压燃料泵计量阀开启定时。在一些实例中，高压燃料泵计量阀与凸轮轴旋转同步旋转。在调整高压燃料泵计量阀开启定时之后，方法900进行至步骤908。

在步骤908中，方法900将高压燃料泵计量阀关闭定时调整为期望凸轮轴定时。例如，如图4A至图4B、图6A至图6B和图8A至图8B所示，可以相对于凸轮轴定时提前或延迟高压燃料泵计量阀定时以增加或降低高压燃料泵中的压力。在一个实例中，在凸轮轴旋转周期期间，可以增加或降低供给至电机绕组的电流和/或电压以相对于高压泵柱塞位置调整高压燃料泵计量阀开启和关闭定时。因此，在凸轮旋转循环期间和之间，开启和关闭高压燃料泵计量阀的电机的速度可以被增加和/或降低以调整计量阀开启和关闭次数。操作计量阀的电机可以与凸轮轴的旋转同步运行。在计量阀关闭定时被调整至期望凸轮定时之后，方法900进行至步骤910。

在步骤910中，方法900确定为燃料喷射器供给燃料的燃料轨中的压力。在一个实例中，燃料轨中的燃料压力可以经由燃料轨燃料压力传感器确定。在确定向燃料喷射器供给燃料的燃料轨中的燃料压力之后，方法900进行至步骤912。

在步骤912中，方法900判断燃料轨压力是否大于阈值压力。如果是，则方法900进行至步骤920。否则，方法900进行至步骤914。在一个实例中，在高压泵的吸入阶段和泵送阶段期间，方法900监控燃料轨中的燃料压力。如果当高压燃料泵处于吸入阶段时燃料轨中的压力大于阈值，则计量阀可保持开启。如果在泵送阶段期间燃料轨中的压力大于阈值，则在泵送阶段的剩余部分或者至少直到燃料压力低于期望燃料压力，计量阀可以被设置为开启位置。在其他实例中，可以延迟高压燃料泵计量阀关闭定时，以减少高压燃料泵的输出。

在步骤920中，方法900修正高压燃料泵计量阀关闭定时，使得高压燃料泵计量阀在高压燃料泵循环的泵送部分期间在较长时间内保持开启。因此，可以延迟高压燃料泵计量阀关闭定时。在一些实例中，可以相对于凸轮轴或高压燃料泵柱塞位置延迟高压燃料泵计量阀关闭定时，使得高压燃料泵计量阀在一个或多个高压燃料泵送循环内保持开启。通过这种方式，可以减少由高压燃料泵泵送到燃料轨中的燃料量，以维持或者降低燃料轨燃料压力。在调整燃料计量阀开启定时之后，方法900进行至步骤914。

在步骤914中，方法900判断燃料轨压力是否低于阈值压力。如果是，则方法进行至步骤916。否则，方法进行至步骤918。因此，如果燃料轨中的燃料压力在期望范围内，则不调整高压燃料泵计量阀的定时。然而，如果燃料轨中的燃料压力高于或低于期望范围，则可以调整高压燃料泵计量阀的关闭定时。

在步骤916中，响应于燃料轨中燃料压力低于期望压力，高压燃料泵计量阀可以被设置为关闭位置。因此，如果燃料轨中的压力在泵送阶段期间低于阈值，则在泵送阶段的剩余部分或至少直到燃料压力大于期望燃料压力，高压燃料泵计量阀可被设置为关闭位置。通过相对于凸轮轴或高压泵柱塞位置提前高压燃料泵计量阀关闭定时，可以增加高压燃料泵输出。如果高压燃料泵计量阀已经关闭，则在随后的高压燃料泵循环内可以及时提前高压燃料泵计量阀关闭定时以增加高压泵的输出。

在一些实例中，可以设置两个燃料轨阈值等级来控制燃料泵计量阀关闭定时。在一个实例中，当燃料轨内的燃料压力低于第一阈值时，燃料泵计量阀关闭定时被提前以增加高压燃料泵输出。如果燃料轨中的燃料压力超过阈值等级，则可以延迟高压燃料泵计量阀关闭定时以降低燃料轨中的燃料压力。通过这种方式，燃料轨中的燃料压力可以控制在较高燃料压力和较低燃料压力之间。在高压燃料泵计量阀位置被提前以增加高压燃料泵输出之后，方法900进行至步骤918。

在步骤918中，方法900判断高压燃料泵的泵送阶段是否完成。在一个实例中，高压燃料泵循环可以为开始第一吸入阶段和开始第二吸入阶段之间的时间。因此，泵送阶段的结束表示新的高压燃料泵周期正要开始。如果高压燃料泵的泵送阶段未完成，则方法900回到步骤910。

因此，响应于燃料轨中的燃料压力，可以在步骤910和步骤918之间调整高压燃料泵计量阀位置开启和关闭定时。图4B和图8B示出了两个实例，其中，计量阀响应于燃料轨中的燃料压力在高压燃料泵循环期间被多次开启和关闭。

因此，图9的方法提供了一种用于操作燃料泵的方法，其包括：旋转电机以选择性地允许燃料进入凸轮驱动的燃料泵；以及将燃料从凸轮驱动的燃料泵泵送至发动机。在该方法中，电机根据发动机的位置同步旋转。在该方法中，响应于发动机负载调整电机的位置。通过这种方式，能够调整通过高压燃料泵计量阀的燃料流量来控制高压燃料泵的输出。

在一个实例中，在该方法中，电机机械连接至计量阀。在该方法中，电机为步进电机并且步进电机在凸轮驱动的燃料泵的泵送阶段期间至少两次开启和关闭计量阀。在该方法中，计量阀包括燃料容量控制板。在该方法中，电机旋转燃料容量控制板。

在另一个实例中，方法9提供了一种操作燃料泵的方法，其包括：响应于发动机的位置和燃料压力调整连接至计量阀的电机的位置；使燃料通过计量阀流动至凸轮驱动的燃料泵；以及将燃料从凸轮驱动的燃料泵泵送至发动机。该方法还包括将计量阀的开启时间调整为操作凸轮驱动的燃料泵的柱塞的凸轮基本处于最大凸起量的时间。该方法还包括将计量阀的关闭时间调整为凸轮驱动泵的泵送阶段期间的时间。在该方法中，关闭时间根据发动机负载改变。该方法中电机与发动机速度同步操作。

正如本领域技术人员应该想到的，图9所述的方法可代表任意数量的处理策略中的一个或多个，诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等。由此，示出的各种步骤或功能可以在所示顺序中执行、并行执行或者在一些情况下省略。类似地，处理顺序不一定需要实现本文所述示例性实施例的功能和优势，而是为了便于说明和描述而提供。尽管没有明确示出，但是本领域技术人员应当理解，所述步骤和功能中的一个或多个可以根据使用的特定策略而重复执行。

在此总结说明。本领域技术人员在阅读说明之后会想到很多替代和改型而不偏离本说明的主旨和范围。例如，以天然气、汽油、柴油或替代燃料装置运行的单气缸、I2、I3、I4、I5、V6、V8、V10、V12和V16发动机能够使用本实用新型来获利。

Claims

1.一种燃料系统，其特征在于，所述燃料系统包括：

凸轮驱动的燃料泵，包括入口和出口；

燃料喷射器，与所述出口流体连通；以及

计量阀，包括控制进入所述凸轮驱动的燃料泵的燃料流量的多个燃料流动通道。

2.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述燃料系统还包括连接至所述计量阀的电机。

3.根据权利要求2所述的燃料系统，其特征在于，所述计量阀位于所述凸轮驱动的燃料泵的所述入口处。

4.根据权利要求1所述的燃料系统，其特征在于，所述计量阀包括圆形容量控制板。

5.根据权利要求4所述的燃料系统，其特征在于，所述圆形容量控制板包括所述多个燃料流动通道。

6.根据权利要求5所述的燃料系统，其特征在于，所述凸轮驱动的燃料泵包括壳体，并且所述容量控制板位于所述壳体的任一侧。

7.根据权利要求6所述的燃料系统，其特征在于，所述壳体包括入口，并且当所述计量阀处于第一位置时，所述多个燃料控制通道中的至少一个与该入口对齐。

8.根据权利要求7所述的燃料系统，其特征在于，当所述计量阀处于第二位置时，所述多个燃料控制通道中没有一个与该入口对齐。