CN104141543A - 高压燃料泵保护 - Google Patents

Abstract

一种保护柴油发动机系统中的高压燃料泵的方法包括当柴油发动机系统中的燃料压力高于阈值时，启用高压燃料泵，而如果燃料压力低于阈值，则禁用高压燃料泵。这样，高压燃料泵被保护免受由于润滑不足引起的过早磨损和故障。

Description

高压燃料泵保护

技术领域

本申请涉及机动车辆工程领域，更具体地，其涉及保护柴油发动机系统中的高压燃料泵。

背景技术

在现有技术的柴油发动机系统中，高压燃料泵用于将燃料输送到一组燃料喷射器。泵通常包括一个或更多个往复式活塞和轴承，其由柴油燃料本身润滑。因此，燃料供应不足的泵的操作(即，不足的进口燃料压力)会损坏泵。损坏的发生是因为当燃料供应不足时，存在于燃料管线中的空气不是泵的有效润滑剂。在这种条件下引起的损坏程度可以是从缩短泵的使用寿命的加速磨损到泵的全面故障的范围。

涉及高压燃料泵的燃料供应不足的起动性问题，在例如Akita等人的美国专利号7,698,054中被解决。在该参考文献中，在发动机起动转动之前，高压燃料泵可被驱动一段持续时间，以便时间上允许燃料管线中的燃料蒸汽被替换成燃料。延迟起动转动多长时间的确定是基于燃料温度和燃料压力。然而，该方法似乎最适用于汽油发动机，其中在发动机关闭之后，发动机内的显著量的燃料蒸汽能够聚积在燃料管线中。其不太适用于柴油发动机，柴油发动机内的燃料不易挥发，但空气进入燃料管线中能够导致高压燃料泵的润滑不足。另外，包括以不充足的燃料压力运行泵的Akita等人的解决方案与保护泵免受过度磨损和故障的目标是对抗的。

发明内容

因此，本发明人已设计可直接适用于柴油发动机系统的可替代方法。一个实施例提供保护柴油发动机系统中高压燃料泵的方法。该方法包括当柴油发动机系统中的燃料压力高于阈值时启用高压燃料泵，以及如果燃料压力低于阈值则禁用高压燃料泵。这样，高压燃料泵被保护免受由于润滑不足引起的过早磨损和故障。

提供上述陈述是以简化形式介绍本公开的所选部分，而不是指明关键或必要特征。所声明的主题既不限于上述内容，也不限于解决本文提及的问题或缺点的实施方式。

附图说明

图1示出根据本公开实施例的示例性发动机系统的方面。

图2示出根据本公开实施例的示例性燃料系统的方面。

图3示出根据本公开实施例的用于保护柴油发动机系统中的高压燃料泵的示例性方法。

具体实施方式

现将通过示例并参考上述所示的实施例描述本公开的方面。基本相同的组件、处理步骤和其它元素被一致标识并以最少的重复被描述。然而，应当注意的是，一致标识的元素在一定程度上也可不同。还应注意的是，本公开包括的附图是示意性的并且通常未按比例绘制。相反，图中所示的各种绘图比例、宽高比以及部件数量可以有意地变化以使某些特征或关系更容易看清。

图1示意性地示出机动车辆的示例性发动机系统10的各方面。在发动机系统10中，新鲜空气被引入空气滤清器12并流向压缩机14。压缩机可是任何合适的进气空气压缩机，如马达驱动的或驱动轴驱动的机械增压器压缩机。然而，在发动机系统10中，压缩机机械联接到涡轮增压器18中的涡轮16，该涡轮是通过膨胀来自排气歧管20的发动机排气而被驱动的。

压缩机14经由充气冷却器(CAC)24和节流阀26流体地联接到进气歧管22。来自压缩机的压缩空气在途中通过CAC和节流阀流到进气歧管。在所示的实施例中，压缩机再循环阀(CRV)28联接在压缩机的入口和出口之间。压缩机再循环阀可以是常闭阀，其经配置在所选工况下打开以释放过多的增压压力。

排气歧管20和进气歧管22分别通过一系列排气门32和进气门34联接到一系列汽缸30。在一个实施例中，排气门和/或进气门可以被电子致动。在另一个实施例中，排气门和/或进气门可以被凸轮致动。无论电子致动还是凸轮致动，可以根据期望的燃烧和排放控制性能的需要，调节排气门和进气门打开和关闭的正时。

取决于实施例，汽缸30可被供应多种燃料中的任意燃料：例如，柴油或生物柴油。在所示的实施例中，来自燃料系统36的燃料通过燃料喷射器38经由直接喷射被供应到汽缸。在本文所考虑的各种实施例中，燃料可经由直接喷射、进气道喷射或其任何组合被供应。在发动机系统10中，燃烧可以以任何变体经由压缩点火引发。

发动机系统10包括高压(HP)排气再循环(EGR)阀40和HP EGR冷却器42。当HP EGR阀打开时，来自排气歧管20的一些高压排气通过HP EGR冷却器被吸入进气歧管22。在进气歧管中，高压排气为了冷却器燃烧温度、减少的排放物以及其它益处而稀释进气空气充气。其余的排气流到涡轮16以驱动涡轮。当需要减小的涡轮扭矩时，可以引导一些或全部排气绕过涡轮并通过废气门44。来自涡轮和废气门的组合流动然后流经发动机系统的各种排气后处理装置，如下进一步所述。

在发动机系统10中，柴油氧化催化(DOC)装置46被联接到涡轮16下游。该DOC装置包括涂有DOC涂层的内部催化剂支撑结构。该DOC装置经配置氧化存在于发动机排气中的残余CO、氢和碳氢化合物。

柴油机微粒过滤器(DPF)48被联接到DOC装置46的下游。该DPF是可再生碳烟过滤器，其经配置捕集发动机排气流中携带的碳烟；该DPF包括碳烟过滤基材。涂布于该基材的涂层在某些条件下会促进积累的碳烟的氧化和过滤器能力的恢复。在一个实施例中，积累的碳烟可能会经历间歇的氧化条件，其中调节发动机功能以暂时提供较高温度排气。在另一个实施例中，在正常工况期间，积累的碳烟可连续地或准连续地被氧化。

还原剂喷射器50、还原剂混合器52和SCR装置54被联接到发动机系统10中的DPF48下游。还原剂喷射器经配置接收来自还原剂贮存器56的还原剂(例如，尿素溶液)，并且可控地将还原剂喷射到排气流中。还原剂喷射器可包括以气雾的形式分配还原剂溶液的喷嘴。布置在还原剂喷射器下游的还原剂混合器经配置增加喷射的还原剂在排气流中的分散范围和/或均匀性。还原剂混合器可包括一个或更多个叶片，所述叶片经配置使得排气流和携带的还原剂打旋以改善分配。一旦被分配到热发动机排气中，则至少一些喷射的还原剂可分解。在还原剂是尿素溶液的实施例中，还原剂将分解成水、氨和二氧化碳。剩余的尿素在SCR催化剂的影响下分解(见下文)。

SCR装置54被联接到还原剂混合器52下游。该SCR装置可经配置促进由喷射的还原剂分解形成的氨和来自发动机排气的NOx之间的一个或更多个化学反应，从而减少释放到周围环境的NO_x量。SCR装置包括涂有SCR涂层的内部催化剂支撑结构。SCR涂层经配置吸附NO_x和氨，并且催化其氧化还原反应，以形成二氮(N₂)和水。

应当注意的是，对于本公开的不同实施例，发动机系统中的排气后处理装置的性质、数量和布置可不同。例如，一些配置可包括附加的碳烟过滤器或将碳烟过滤和其它排放控制功能(例如，NO_x捕集)组合的多用途排气后处理装置。

继续参考图1，可经由消声器58将处理过的排气的全部或部分释放到周围环境中。然而，根据工况，在排放控制处理之前或之后，可通过低压(LP)EGR冷却器60分流一些排气。可通过打开与LP EGR冷却器串联联接的LP EGR阀62分流排气。冷却的排气从LP EGR冷却器60流到压缩机14。

发动机系统10包括经配置控制各种发动机系统功能的电子控制系统64。电子控制系统包括机器可读存储介质(即，存储器)和一个或更多个处理器，所述处理器经配置用于响应传感器输入做出适当决策，并且涉及发动机系统部件的智能控制。此类决策的做出可以根据诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的各种策略被执行。这样，电子控制系统可经配置执行本文公开方法的任何或所有方面，其中各种方法步骤(例如，操作、功能和动作)可体现为编程到电子控制系统的机器可读存储介质内的代码。

电子控制系统64包括传感器接口66、发动机控制接口68和车载诊断(OBD)单元70。为评估发动机系统10和安装有发动机系统的车辆的工况，传感器接口66接收来自布置在车辆中的各种传感器(流量传感器、温度传感器、踏板位置传感器、压力传感器等)的输入。一些示例性传感器在图1中示出：加速踏板位置传感器72、歧管空气压力(MAP)传感器74、歧管空气温度传感器(MAT)76、空气质量流量(MAF)速率传感器78、NO_x传感器80、排气系统温度传感器82、排气空燃比传感器84以及进气空气稀释传感器86。也可提供其它各种传感器。

电子控制系统64还包括发动机控制接口68。该发动机控制接口经配置致动电子可控阀、致动器以及车辆的其它部件，例如节流阀26、CRV28、废气门44以及EGR阀40和62。发动机控制接口可操作地联接到每个电子控制阀和致动器，并且经配置根据需要命令其打开、关闭和/或调节，以执行本文所述的控制功能。

电子控制系统64还包括车载诊断(OBD)单元70。OBD单元是电子控制系统的一部分，该OBD单元经配置诊断发动机系统10的各种部件的退化。例如，此类部件可包括燃料系统部件。

图2示出一个实施例中示例性燃料系统36的各方面。燃料系统包括高压(HP)燃料喷射泵88。在一些实施例中，HP燃料泵可刚性地联接到具有滑轮或斜齿轮的发动机曲轴。在另一些例子中，HP燃料泵可选择性地经由离合器联接。在图2的实施例中，HP燃料泵包括容积控制阀(VCV)90。提升泵92从燃料箱94抽出柴油，并将其供应到HP燃料泵，从而抽吸燃料通过初级燃料过滤器96，并且迫使其经过次级燃料过滤器98。在所示的实施例中，提升泵92和初级燃料过滤器96连同再循环阀100(见下文)被联接到柴油燃料调节模块(DFCM)102内。在另一些实施例中，类似的模块可位于燃料箱内。

在图2的实施例中，HP燃料泵包括左侧燃料出口104L和右侧燃料出口104R。在该配置中，来自左侧和右侧出口的加压燃料流到左侧燃料轨106L，其将燃料供应到左侧燃料喷射器108L。加压燃料还从左侧燃料轨流到右侧燃料轨106R，其将燃料供应到右侧燃料喷射器108R。因此，燃料系统经由左侧和右侧燃料轨被流体地联接到发动机。回流管线110L和110R将未喷射燃料从燃料喷射器引导返回到HP燃料泵的入口。还提供来自左侧燃料轨的回流管线112。该管线从左侧燃料轨引导未喷射燃料，该未喷射燃料通过压力控制阀(PCV)114被排出以控制轨压力。在正常工况下，大部分排出的燃料经由燃料冷却器116返回到燃料箱94。排出燃料的其余部分直接返回到HP燃料泵，以提供冷却和润滑。再循环阀100的打开重新引导通常可返回燃料箱的燃料，从而在选定条件下使其返回到初级过滤器96的入口，例如在通过保持再循环燃料中的尽可能多的热而改善性能的低温下。

燃料系统36包括多个传感器：例如，燃料轨压力传感器118、燃料温度传感器120和燃料输送压力传感器122。在一个实施例中，每一个燃料压力传感器均产生随其所联接的管道中的燃料压力连续变化的输出信号。在另一些实施例中，至少一个燃料压力传感器可以是压力开关，该压力开关有效地具有当燃料压力越过预定阈值时切换其状态的布尔输出。

因为许多其它发动机和燃料系统在本公开的范围内，所以前述说明或附图的方面不应被解释为限制性的。例如，另一个同样合适的燃料系统可以包括内部传送泵(ITP)代替提升泵。该ITP可联接到HP燃料泵88的上游，使得通向ITP的燃料系统部分被维持在较小的压力。在一些实施例中，ITP可以包括入口节流阀。另一些燃料系统可以包括提升泵和ITP二者。另外，上述的任何燃料过滤器可以包括：诸如燃料水分传感器、暂时存储通过燃料过滤器从燃料除去的水的水贮存器以及永久性放出存储的水的排水管的附加部件。

上述配置使各种方法能够用于保护柴油发动机系统中的高压燃料泵。因此，现以示例的方式并继续参照上述配置描述一些这样的方法。然而，应当理解的是，本文描述的方法以及本公开范围内的其他方法也可通过不同配置实现。可在发动机系统10运行的任何时候进入本方法，并且其可被重复执行。当然，方法的每一次实施可为随后的实施改变进入条件并由此涉及复杂的决策做出逻辑。本公开全面考虑了此类逻辑。进一步，在一些实施例中，可省略一些本文所描述和/或说明的过程步骤而不背离本公开的范围。同样，过程步骤的所示顺序并不是实现预期结果所必需，而是为了易于例示和描述提供。

图3示出保护柴油发动机系统中的高压燃料泵的示例性方法124。在方法124的126处，接收响应于柴油发动机系统中的燃料压力的一个或更多个传感信号(例如，电压或电流)。在这里考虑的实施例的范围中，接收的一个或更多个信号可反映实际上燃料系统的任何位置的燃料压力，例如在HP燃料泵的入口或在出口处的燃料压力。因此，可从联接到柴油发动机系统中的燃料轨的燃料轨压力传感器接收信号。在又一些实施例中，可从联接到柴油发动机系统中的HP燃料泵上游的低压(例如，输送侧)燃料压力传感器或开关接收信号。信号可以是来自联接到柴油发动机系统中的HP燃料泵上游的低压燃料泵的电压或电流，这取决于施行方法124的特定柴油发动机系统。例如，产生压力指示电压或电流的低压泵可以是提升泵或ITP。

在这里考虑的实施例中，保护HP燃料泵的方式可取决于询问响应燃料压力的信号的时间帧。在主要目标是在启动期间保护HP燃料泵的一个实施例中，可在接通之后和发动机起动转动之前接收信号。在另一些实施例中，可在发动机起动转动期间或在发动机运转的任何时间接收信号。术语“接通”通常指这样的状态：即在该状态下车辆操作者已将机械点火钥匙插入车辆点火开关，但还没有转动钥匙以发起发动机起动转动。然而，使用该术语并不排除使用例如无钥匙电子控制系统起动车辆的其它实施例。在这种实施例中，“接通”可替代地指一种状态，即在车辆电子控制系统中接收电子“钥匙”之后表明车辆转变到“开”的状态。在一个例子中，接通可包括存在与车辆通信的远程钥匙，并且这可以在点火按钮被按下或远程发动机起动请求之前或同时。

在一些实施例中，一个或更多个传感信号可用于直接指示HP燃料泵是该被启用还是该被禁用。在另一些实施例中，传感信号可以是对建模系统中特征燃料压力(例如，HP燃料泵的入口处的压力)的计算算法的输入。因此，在方法124的可选步骤128处，基于一个或更多个传感信号，通过建模入口处的燃料压力计算出计算信号。在一些实施例中，合适的燃料压力模型可以基于被发送到燃料系统中的一个或更多个控制阀的控制信号，所述控制阀即联接到燃料轨的压力控制阀或联接到HP燃料泵中的容积控制(计量)阀。容积控制阀和压力控制阀二者的占空比信号能够用于建模压力，因为这些阀每一个都是精密加工孔口。基于占空比，燃料压力可被建模为通过孔口的液体流。在一些这样的实施例中，燃料温度也可影响占空比和建模的燃料压力之间的映射。

在130处确定任何这样的信号(一个或更多个传感信号或基于建模燃料系统压力计算的信号)是否在其正常范围内。如果信号在其正常范围内，则方法前进到132，此处HP燃料泵被启用或保持。然后，在接通之后和发动机起动之前启用该方法的特定情况下，发动机在133处起动转动。然而，信号不在其正常范围内，则方法前进到134，此处HP燃料泵被禁用。更具体地，当如果检测到信号从正常范围到异常范围的转变时，或仅在信号在其正常范围外的任何判定时，可采取禁用HP燃料泵的动作。在一些实施例中，在起动期间为保护HP燃料泵，在发动机起动转动期间或之前可禁用泵。在另一些实施例中，在接通之后和发动机已经开始起动转动之前，可禁用泵。自然地，只要禁用HP燃料泵，就可阻止或中止发动机起动转动。在某些实施例中，例如，在HP燃料泵刚性地联接到曲轴的情况下，仅通过阻止或中止发动机起动转动可禁用HP燃料泵。替代性地，可通过断开离合器来禁用HP燃料泵，其中该离合器选择性地将HP燃料泵的驱动联接到发动机曲轴。在又一些实施例中，在发动机起动转动之后，或发动机运转期间确定燃料供应不足以润滑泵时的任何时间，可禁用泵。值得注意的是，可执行HP燃料泵禁用而不考虑温度，例如，燃料温度、发动机温度、环境温度等。

燃料压力低于阈值可指示出HP燃料泵中的空气或经配置向HP燃料泵供应燃料的管线中的空气。因此，当柴油发动机系统中的燃料压力高于阈值时，在方法124中启用HP燃料泵，而如果入口处的燃料压力低于阈值则禁用HP燃料泵。在一个实施例中，本文提及的阈值可对应于传感信号范围或计算信号范围的下限，从而假定信号随燃料压力增加而增加。

继续参考图3，在方法124的136处，具体指示出由于燃料供应不足而关闭HP燃料泵的MIL代码被设置在安装有柴油发动机系统的机动车辆的OBD系统中。该动作进而可触发在138处警告车辆操作者如下事实，即由于燃料供应不足已禁用HP燃料泵。另外，只要这种故障在OBD系统中被登记，就可禁用对HP燃料泵的随后启用(和随后的发动起动转动)直到维修技术人员重置故障，或在一些情况下通过燃料系统再填充或其它操作者输入(如经由显示指示、操作者的指令以及接收操作者输入的用户接口)重置故障。例如，响应OBD系统中登记的故障，响应来自车辆操作者或发动机控制系统的起动转动发动机并加燃料给发动机的随后请求，发动机未起动转动并且未被加燃料，并且进一步HP燃料泵维持禁用并且未被启用。注意，MIL代码可存储在发动机控制系统中的非临时性存储器中，并且可通过将代码与HP燃料泵的退化指示关联的外部读取器访问。

应当理解的是，上文描述的物件、系统和方法是本公开的实施例，也考虑了许多变化和延伸的非限制性示例。本公开还包括上述物件、系统和方法以及其任何或全部等效物的所有新颖和非显而易见的组合和子组合。

Claims (20)

1.一种保护柴油发动机系统中的高压燃料泵的方法，所述方法包括：

当所述柴油发动机系统中的燃料压力高于阈值时，启用所述高压燃料泵，以及

如果所述燃料压力低于所述阈值，则禁用所述高压燃料泵。

2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括接收响应于所述燃料压力的信号，其中启用所述高压燃料泵包括当所述信号在正常范围内时启用，并且其中禁用所述高压燃料泵包括如果所述信号在所述正常范围之外则禁用。

3.根据权利要求2所述的方法，其中从联接到所述柴油发动机系统中的燃料轨的燃料轨压力传感器接收所述信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其中从联接到所述柴油发动机系统中的燃料轨的压力控制阀接收所述信号。

5.根据权利要求2所述的方法，其中从联接在所述高压燃料泵中的容积控制阀接收所述信号。

6.根据权利要求2所述的方法，其中从联接在所述柴油发动机系统中的所述高压燃料泵上游的低压燃料压力传感器或开关接收所述信号。

7.根据权利要求2所述的方法，其中所述信号是来自联接在所述柴油发动机系统中的所述高压燃料泵上游的低压燃料泵的电压或电流。

8.根据权利要求2所述的方法，其中接收所述信号包括在接通之后和发动机起动转动之前接收。

9.根据权利要求1所述的方法，其中在发动机起动转动期间或之前实现禁用所述高压燃料泵。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在发动机起动转动之后实现禁用所述高压燃料泵。

11.根据权利要求1所述的方法，其中不考虑温度实现禁用所述高压燃料泵。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述燃料压力低于所述阈值指示所述高压燃料泵中的空气或经配置向所述高压燃料泵供应燃料的管线中的空气。

13.一种柴油发动机系统，其包括：

高压燃料泵；以及

控制器，其经配置接收响应于所述柴油发动机系统中燃料压力的信号，从而当所述信号在正常范围内时启用所述高压燃料泵，并且如果所述信号在所述正常范围之外则禁用所述高压燃料泵。

14.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被联接到所述柴油发动机系统中的燃料轨的燃料轨压力传感器，其中从所述燃料轨压力传感器接收所述信号。

15.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被联接到所述柴油发动机系统中的燃料轨的压力控制阀，其中从所述压力控制阀接收所述信号。

16.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被联接到所述高压燃料泵中的容积控制阀，其中从所述容积控制阀接收所述信号。

17.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被联接到所述高压燃料泵上游的低压燃料压力传感器或开关，其中从所述低压燃料压力传感器或开关接收所述信号。

18.根据权利要求13所述的系统，进一步包括被联接到所述高压燃料泵上游的低压燃料泵，其中所述信号是来自所述低压燃料泵的电流或电压。

19.一种保护柴油发动机系统中的高压燃料泵的方法，所述高压燃料泵具有入口，所述方法包括：

在接通之后和发动机起动转动之前，接收响应于所述入口处的所述燃料压力的信号；

当所述信号在正常范围内时，启用所述高压燃料泵；以及

如果所述信号在所述正常范围外，则禁用所述高压燃料泵而不考虑温度，从而指示所述高压燃料泵中的空气或经配置向所述高压燃料泵供应燃料的管线中的空气。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述信号是计算信号，所述方法进一步包括：

接收来自被布置在所述柴油发动机系统中的硬件部件的一个或多个传感信号；以及

通过基于所述一个或多个传感信号建模所述入口处的所述燃料压力计算所述计算信号。