专利名称：一种电磁燃油泵喷嘴的驱动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明属于发动机技术领域，具体涉及发动机管理系统，尤其涉及一种电磁燃油 泵喷嘴装置的闭环控制方法和装置。
背景技术：
电磁燃油泵喷嘴，作为一种新型燃料供应单元，已经被证明可应用于发动机管 理系统，尤其在以单缸机为动力的两轮机动车辆上得到了大量应用。此类电磁燃油泵 喷嘴装置的具体结构在中国专利ZL01103954.X “电动燃油喷射装置”，中国专利申请 200510119712.6 “一种燃油喷射装置”，以及专利申请CN1474910A “电子控制燃料喷射装 置”中均有描述。所述电磁燃油泵喷嘴包括电磁泵和喷嘴，电磁泵包括螺线管、柱塞和燃料 压送室，控制装置包含控制软件和硬件电路，电磁燃油泵喷嘴由控制装置发出的脉冲电压 所驱动，所述电磁泵在电压脉冲驱动下由柱塞压送燃油至喷嘴，燃油达到所定压力时经喷 嘴喷出。电磁燃油泵喷嘴装置通常采用脉冲电压驱动，脉冲电压信号由发动机管理系统的 ECU单元提供。电磁燃油泵喷嘴装置循环燃油喷射量不仅与脉冲宽度有关，而且与驱动电 压值的大小、机械运动、线圈温度等因数都有关系。因此如何确定脉冲宽度是这类喷射装置 控制的一个关键问题。在所示电磁燃油泵喷嘴中，柱塞的回位运动通常采用复位弹簧来实 现，也可以采用另外一组螺线管装置提供柱塞回位力。中国专利ZL01103954.X “电动燃油 喷射装置”涉及两个螺线管，一个用于驱动柱塞压送燃油，另一个用于帮助柱塞回位，用于 帮助柱塞回位的回位脉冲宽度仅仅与驱动电压有关。与传统的B0SCH电喷燃油系统相比，电磁燃油泵喷嘴装置循环燃油喷射量对电压 的依赖更强，对环境温度的敏感性更强。特别是，当电磁燃油泵喷嘴装置中的运动件的运动 阻力因机械摩擦、液体粘性、污染物、燃油蒸汽等因素发生变化时，相应的燃油喷射量也随 之改变，甚至出现非正常喷射。因为以上诸多因素对燃油喷射量都有影响，所以对于电磁燃油泵喷嘴装置的驱动 需要采用一种自修正式闭环控制策略。采用这种策略，ECU单元发出驱动脉冲后，通过一种 能够反映燃油实际喷射量的信号获得反馈，根据反馈信息确定驱动信号的修正量，然后对 驱动电压脉冲进行调整，从而避免由于机械摩擦、液体粘性、复位弹簧力、喷嘴开启压力、电 压变化等因数引起的喷射流量的变化。与此同时，ECU单元可以实现对喷射装置的实时监 控，排除影响喷射的因素，弥补存在误差，从而保证正确的喷油量。中国专利申请CN1723344A(
公开日为2006年1月18日)“燃料喷射控制方法及 燃料喷射控制装置”提出了一种电流积分法，以减小驱动电压波动以及线圈温度变化对于
3喷射量的影响。理论上，该方法对于电源电压的波动和线圈温度的变化有一定的补偿作用， 但对于影响喷射流量的其它因素却不能正确甚至给出相反的预测。这些因素包括喷射装置 运动件机械阻力和流体粘性的改变等。例如，当喷射装置的运动件因杂质存在而运动不畅 时，或者喷嘴流道堵塞发生时，当燃料压送室之外的燃料汽化时，电流积分原理都会产生反 向判断。
发明内容
本发明针对上述问题，之目的在于提供一种驱动电磁燃油泵喷嘴的控制策略和装 置，通过对电磁燃油泵喷嘴的实际喷射量进行信号检测，调整驱动电压脉冲宽度，对燃油喷 射量进行修正，消除影响喷射精度的因素，实现燃油喷射量的闭环控制和喷射装置的非正 常状态诊断。本发明的目的通过以下技术方案实现一种电磁燃油泵喷嘴的驱动控制方法，所 述方法涉及电磁燃油泵喷嘴和控制装置，电磁燃油泵喷嘴包括电磁泵和喷嘴，电磁泵包括 螺线管、柱塞和燃料压送室，控制装置包含一个ECU微电脑和一个电流控制器，电流控制器 串联于螺线管与地之间，由ECU微电脑发出驱动脉冲信号控制所述电流控制器以在螺线管 两端产生脉冲电压，所述电磁泵在脉冲电压驱动下由柱塞压送燃油至喷嘴，燃油达到所定 压力时经喷嘴喷出，其特征在于，利用柱塞位移信号得到目标反馈信号，依目标反馈信号预 测驱动脉宽，以预测的驱动脉宽控制每次喷油所要达到的目标油量。当被柱塞压送的燃油为液体时，柱塞位移信号可以作为目标反馈信号，以代表实 际的喷射量。所述柱塞位移信号可以通过一种简单可靠的方法获得，即通过剩余电压曲线 特征参数来表述柱塞的位移。剩余电压曲线是指驱动脉冲信号截止后相邻电流控制器螺线 管一端的电压与驱动电压之差值随时间的变化过程。当驱动电压信号截至后，相邻电流控 制器螺线管一端的电压值是一条随时间衰减的曲线，这条曲线的形状及其特征参数与线圈 及其磁路组成的电感有关，而电感又与柱塞位置相关。相邻电流控制器螺线管一端的电压 变化过程减去驱动电压得到剩余电压曲线，剩余电压曲线特征参数不仅能够反映柱塞的位 置，而且可以在较大程度上消除电源电压变化对测量结果的影响。其中所述剩余电压特征参数之一为剩余电压，即驱动脉冲信号截止后某一固定时 刻的剩余电压曲线的高度。其中所述剩余电压特征参数之二为剩余斜率，即驱动脉冲信号截止后某一固定时 刻的剩余电压曲线之斜率。其中所述剩余电压特征参数之三为剩余时间，即从驱动脉冲信号截止时刻开始， 到剩余电压曲线的高度下降到规定值之时间长度。一种基于剩余时间反馈控制的基本循环过程包括以下步骤根据发动机的运行参数从EOT微电脑记忆单元提取目标剩余时间。EOT单元根据 发动机的运行参数，例如发动机转速、节气门位置等信号，通过储存在ECU微电脑的数据库 取得目标剩余时间；依据目标剩余时间推算驱动脉宽的初次预测值。根据目标剩余时间，并考虑驱动 电压的变化推算驱动脉宽的初次预测值；将脉宽修正量加入到所述初次预测值而形成驱动脉宽预测值，按照驱动脉宽预测值驱动螺线管；检测并获得实测剩余时间；根据目标剩余时间与实测剩余时间之差确定脉宽修正量。依据实测剩余时间与目 标剩余时间的差值，并考虑驱动电压变化确定下一个循环的脉宽修正量。上述过程的第一个循环的脉宽修正量可以取值为零。为了实现对系统的实时监控，在上述循环过程中可以加入步骤根据目标剩余时 间与实测剩余时间之差诊断电磁燃油泵喷嘴并生成故障代码。如果实测剩余时间小于目标 剩余时间并且其幅度超出了正常范围，例如是小于目标剩余时间的30%，则判断电磁燃油 泵喷嘴出现故障，例如喷嘴堵塞、柱塞卡死或者电线断路等。考虑到剩余时间在某种条件下有可能失效，在所述基本循环过程包括以下步骤根据目标剩余时间与实测剩余时间之差判断剩余时间失效的步骤。剩余时间的失 效是由于被柱塞压送的燃油中出现气体引起的。当所述燃油中的气体含量超过一定界限 时，例如超过被压缩容积的2%，剩余时间则不能正确反映燃油喷射量，从而导致剩余时间 超常而失效。剩余时间失效有可能发生在发动机高温状态，或者发动机启动之前后的一定 时间内。剩余时间失效的主要特征是实测剩余时间大于目标剩余时间并且其差值超出了正 常范围，例如是目标剩余时间的10%。据此原理，关于剩余时间有效性的检测可以有多种方 法，其中一种比较实用的剩余时间的失效检测方法是，当实测剩余时间与目标剩余时间的 差值大于所定值时，则认为剩余时间失效；剩余时间失效时通过无喷射空泵恢复剩余时间有效性的步骤。在不影响正常燃油 喷射时序情况下，用一定的脉冲宽度驱动螺线管，使其处于只有柱塞运动而没有实际喷油 的无喷射空泵状态；剩余时间失效时脉宽修正量置零的步骤。当判断剩余时间失效时，将脉宽修正量 设为0。在剩余时间失效的情况下，一种基于驱动功的基本循环过程包含以下步骤剩余时间失效时确定目标功。根据发动机和环境当前的状态，或者目标剩余时间， 提取储存在ECU微电脑记忆单元的目标驱动功；剩余时间失效时开始驱动螺线管。以驱动脉宽的初次预测值驱动螺线管；剩余时间失效时计算驱动功。根据驱动电压和驱动电流信息计算驱动功；剩余时间失效时判断驱动功大于目标驱动功而停止驱动螺线管的步骤。当驱动功 大于等于目标驱动功时，结束驱动电磁燃油泵喷嘴，否则继续驱动螺线管直到实测驱动功 等于目标驱动功时停止驱动。所述驱动功等于从本循环开始到当前状态螺线管消耗的电能。实验表明，驱动功 与电磁燃油泵喷嘴的喷射量成正比，因此，发动机对于剩余时间的需求可以转化为对驱动 功的需求，这个需求可以以目标驱动功的形式存储在ECU微电脑的记忆单元中。在剩余时间失效的情况下，另一种基于驱动功的基本循环过程包含以下步骤剩余时间失效时确定目标功的步骤。根据发动机和环境当前的状态，或者目标剩 余时间，确定目标驱动功；剩余时间失效时开始驱动螺线管的步骤。以驱动脉宽的初次预测值驱动螺线管；剩余时间失效时预测脉宽延长量的步骤。将驱动脉宽相对驱动功的变化率，乘以目标驱动功与驱动功W之差，即为预测脉宽延长量；剩余时间失效时设定脉宽延长的步骤。在脉宽的初次预测值的基础上，按照预测 脉宽延长量对驱动脉宽延长；剩余时间失效时停止延长驱动螺线管的步骤。当驱动时间达到延长后的驱动脉宽 后，停止驱动螺线管。在执行上述基本循环过程之前，可以执行一次包括以下步骤的系统上电过程系统供电的步骤。系统包括电磁燃油泵喷嘴及其控制装置，通过打开电源开关给 系统供电；系统上电自检的步骤。给系统供电后，ECU单元对系统的各个部分进行检测，如果 有必要，可以将检测信息通过显示设备显示，也可以通过无喷射空泵发出声音以示系统通 电和电磁燃油泵喷嘴连接正常；根据环境和发动机状态预喷燃油的步骤。根据发动机当前的状态(例如发动机机 体温度或者冷却水温度)，环境状态(例如环境温度，大气压力等)确定预喷燃料需求量，然 后再根据储存在ECU微电脑的剩余时间与喷射流量的关系，将预喷燃料需求量转化为目标 剩余时间和喷射次数，再将燃料喷入发动机的进气道或者燃烧室内。下面是上述系统上电过程的进一步完善，它还包括一个循环子过程，由以下步骤 组成驱动螺线管做无喷射空泵的步骤；检测并获得实测剩余时间的步骤；目标剩余时间与实测剩余时间之差在所定范围内时，判断剩余时间有效而停止驱 动螺线管做无喷射空泵的步骤。当目标剩余时间与实测剩余时间之差在所定范围内时，例 如小于目标剩余时间的10%，则认为剩余时间有效而停止无喷射空泵。空泵所需的驱动脉 冲宽度可以根据实验数据预先储存在ECU微电脑中，可以是一个固定值，也可以随发动机 机体或者冷却水的温度而变化。上述子过程按照一定的频率循环，例如60Hz。如果所述循环超过一定的次数而 剩余时间有效性仍未恢复，例如超过150次，则有可能燃油耗尽、油管不畅或者燃油开关关 闭，则可以强行停止。在剩余时间有效性恢复之前，可以限制启动发动机，也可以停止空泵 循环而优先启动发动机。此外，本发明之另一目的是提供一种电磁燃油泵喷嘴的驱动装置，其包括一个用 于控制通过螺线管电流的驱动电流控制器，一个用于测量驱动电压的驱动电压检测器，一 个用于测量剩余时间的剩余时间生成器。上述剩余时间生成器包括一个减法器和一个斯密特触发器(SchmittTrigger)。所述驱动装置还包括一个螺线管电流检测器。EOT微电脑可以通过所述电流检测 器和驱动电压检测器，采用数值计算的手段获得驱动功，即根据采集到的驱动电压和驱动 电流信号，运用数值积分求得驱动功。本发明还提供一种电磁燃油泵喷嘴的驱动装置，其包括一个用于控制通过螺线 管电流的驱动电流控制器，一个用于测量驱动电压的驱动电压检测器，一个用于测量剩余 电压的剩余电压生成器。所述剩余电压生成器可以由一个减法器和一个采样保持器组成。
综上所述，一种比较优化的电磁燃油泵喷嘴驱动装置，包括一个用于控制通过螺 线管电流的驱动电流控制器，一个用于测量驱动电压的驱动电压检测器，一个用于测量剩 余时间的剩余时间生成器，一个用于检测通过螺线管电流的螺线管电流检测器，上述基于剩余时间的一切过程和步骤同样适用于基于剩余电压曲线的其它特征 参数，例如剩余电压或者剩余斜率。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细描述。图1为应用本发明之电磁燃油泵喷嘴的结构示意图。图2为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案。图3为本发明提供的剩余时间之采样方法图。图4为本发明提供的剩余时间与喷射流量之关系示意图。图5为本发明提供的剩余时间关于驱动电压之修正示意图。图6a为本发明提供的驱动电流控制器之实施方案；图6b为本发明提供的驱动电 压检测器之实施方案；图6c为本发明提供的剩余时间生成器之实施方案。图7为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第二实施例方案。图8为本发明提供的剩余电压之采样方法图。图9为本发明提供的剩余电压生成器之实施方案。图10为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第三实施例方案。图11为本发明提供的驱动电流检测器之实施方案；图12为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法之第一实施例方案。图13为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法之第一实施例中的上电预备 处理方案。图14为实现本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法之第一实施例中的上电 预备处理方案之时序说明图。图15为基于本发明提供的剩余时间之发动机脉谱示意图。图16为本发明提供的剩余时间与驱动脉宽以及驱动电压之关系示意图。图17为本发明提供的恢复剩余时间有效性之空泵信号安排方案示意图。图18为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法之第二实施例方案。图19为本发明提供的剩余时间与驱动功之间关系之示意图。图20为一种剩余时间失效处理的控制流程图。
具体实施例方式图1为一种电磁燃油泵喷嘴结构示意图，其工作过程是燃料进入压送室5后，在 柱塞4的作用下，通过出油阀7到达喷嘴6，当燃料达到所定压力时，例如15bar，由喷嘴6 喷出。柱塞4的运动来自包含有螺线管的螺线管装置3通电后产生的电磁力，螺线管装置3 由ECU单元2发出的PWM脉冲电压所驱动。PWM脉冲电压的占空比决定着燃油喷射量Qi， 在其它条件不变的条件下，燃油喷射流量Qi与驱动脉宽Tl成正比。发动机对于燃油喷射 流量的需求主要由发动机的运转资料8所决定，运转资料8包含发动机转速，热负荷，环境状态等。这种电磁燃油泵喷嘴装置可以将电磁泵1和喷嘴6集成为一体，也可以将它们分 离布置，它们之间由一条燃油通道9连接。图2为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置(以下简称驱动装置)之第一实施 例方案。用螺线管23作为电路中的负载替代电磁燃油泵喷嘴，其中一端与驱动电源的正 极24相连接，此端也是螺线管驱动线路的上端，用字母U代表，另一端连接驱动电流控制器 26，此端也是螺线管驱动线路的中端，用大写字母M代表。驱动电流控制器26另一端直接 与地接通，其控制极通过端口 tl与E⑶微电脑21连接。在M与E⑶微电脑21的端口 t3 之间设有剩余时间(以下简称T3)生成器25。在U与E⑶微电脑21之端口 vd之间设有一 个驱动电压检测器22。上述系统的一个完整的工作循环是E⑶微电脑21通过端口 tl向驱动电流控制 器26发出一个宽度为Tl的方波信号使得驱动电流控制器26的两端M和G导通(忽略电 流控制器26的导通电阻)，同时螺线管23的两端被加上一个幅值为Vd的电压，螺线管23 导通后驱动电磁燃油泵喷嘴工作。喷射结束后，其喷射流量Qi的信号可以通过T3生成器 25，由t3端口传入E⑶微电脑21。E⑶微电脑21根据这一喷射流量反馈信号T3以及当前 驱动电压值Vd，开始预测下一个循环的驱动脉宽Tl，驱动电压值Vd由端口 vd通过驱动电 压检测器22进入E⑶微电脑21。T3生成器25的工作原理可以结合图2和图3说明。驱动电流控制器26关闭时， 螺线管M端的电压出现一个阶跃，此前的电压变化过程为前曲线27，此后的电压变化过程 为后曲线29，后曲线29与驱动电压Vd之差值就是剩余电压曲线。根据T3的定义，T3应该 等于从电流控制器26关闭开始，到剩余电压曲线到达一定高度Vf为止的时间长度。T3生 成器25的输入信号是前曲线27和后曲线29 ；输出信号是一个能够表达T3的阶跃信号28。 这里Vf可以取为3V或者其上下某一个值。对于一个特定的Vf和一个特定的电磁燃油泵喷嘴装置，T3与喷射流量Qi之间的 关系基本是确定的，如图4所示，T3与Qi可以近似由一条直线301表达。图4中，横坐标 为T3，单位是毫秒(ms)；纵坐标为喷射流量，单位是每脉冲微升(μ /pulse)。驱动电压Vd对于T3与喷射流量Qi之间的关系也有一定的影响，但这种影响比较 小。对于一个固定的喷射流量Qi，较高的电压对应的T3较小，需要一个正向修正，而较低的 电压对应的T3较大，需要一个负向修正，如图5所示。图5给出了一种特定电磁燃油泵喷 嘴的T3电压修正特性的实测结果，横坐标为驱动电压Vd，单位是伏特(V)，纵坐标为T3电 压修正量，单位是毫秒(ms)。T3的电压修正特性与喷射流量Qi也有一定的相关关系，但相 关性较小，考虑到实际应用时可能存在的电压采集误差，T3电压修正特性可以近似处理为 一条修正曲线302。图6a为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案中驱动电流控 制器26的一种电路设计。这里，电流控制器为一个FET型开关管41，其栅极由E⑶微电脑 21通过端口 tl控制，一端与螺线管的M端连接，另一端与地相通。图6b为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案中驱动电压检 测器22的一种具体电路。如图6b所示，这里驱动电压检测器22由分压电阻42和分压电 阻43组成，它们串连后一端接到螺线管的U端，另一端接到地。驱动电压信号从分压电阻 42和分压电阻43之间取出，由端口 vd进入E⑶微电脑21，然后通过A/D转换器变成数字信号。图6c为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案中T3生成器 25的一种具体电路。这里，T3生成器25由一个减法器58和一个斯密特触发器(Schmitt trigger) 59组合而成。减法器58由运算放大器44，电阻45，电阻48，电阻49和电阻51组 成，电容46和二极管47用于限压保护，减法器58之功能是将螺线管M端的电位减去驱动 电压Vd ；斯密特触发器59由运算放大器56，电阻52，电阻53，电阻54，电阻55和电阻57 组成，其中在电阻52的一端需要提供一个参考电压Vf，斯密特触发器59的作用是，当减法 器58的输出电压高于(低于)参考电压Vf时输出低(高)电平。运用上述电路，可以具 体实现T3生成器25的功能，即当驱动电流控制器26关闭时，在t3端产生一个低电平，当 剩余电压曲线高度下降到参考电压Vf时，t3端产生一个高电平，E⑶微电脑21可以通过中 断处理等方式获得这个脉冲宽度，即T3。图7为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第二实施例方案。此实施方案包 含螺线管23，驱动电压检测器22，E⑶微电脑21，驱动电流控制器26和V3生成器66。其 中，V3生成器66的一端与螺线管的M端连接，另一端与E⑶微电脑21的端口 v3连接，V3 生成器66需要一个触发信号Tf，它来自于E⑶微电脑21的tf端口，或者E⑶微电脑21之 外的其它延时电路。图7所示的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第二实施例方案的工作过程与图2所示的 电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案相似，即ECU微电脑21通过端口 tl向驱动电 流控制器26发出一个宽度为Tl的方波信号使得驱动电流控制器26的两端M和G导通(忽 略电流控制器26的导通电阻)，同时螺线管23的两端被加上一个幅值为Vd的电压，螺线管 23导通后驱动电磁燃油泵喷嘴工作，喷射结束后，其喷射流量Qi的信号可以通过V3生成器 66，由v3端口传入E⑶微电脑21。E⑶微电脑21根据这一喷射流量反馈信号V3以及当前 驱动电压值Vd，开始预测下一个循环的驱动脉宽Tl，驱动电压值Vd由端口 vd通过驱动电 压检测器22进入E⑶微电脑21。V3生成器66的工作原理可以结合图7和图8说明。驱动电流控制器26关闭时， 螺线管M端的电压出现一个跳跃，跳跃之前的电压变化为前曲线27，跳跃之后的电压变化 为后曲线29，后曲线29与驱动电压Vd之差值就是剩余电压曲线。根据V3的定义，V3应该 等于从电流控制器26关闭开始到延时Tf这个时刻的剩余电压曲线高度。V3生成器66的 输入是前曲线27和后曲线29 ；输出是一个V3电压模拟信号。另外，V3生成器66需要一个 外来的(由ECU微电脑21的端口 tf提供)或者内置的(V3生成器66内部的延时电路) 时间触发信号69，这里Tf可以取为2. 5ms或者上下某一个值。图7中的驱动电压检测器22和驱动电流控制器26的具体的实施方案分别与图6b 和图6a所示的电路相同。图9为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第二实施例方案中V3生成器66 的一种具体电路。这里，V3生成器66由一个减法器58和采样保持器(S/H) 107组合而成。 减法器58之功能是将螺线管M端的电压减去驱动电压Vd;采样保持器(S/H)107由输入运 算放大器93和输出运算放大器95，开关三极管94，反馈电阻98，限流电阻96，电容97，以及 两个反向二极管99和二极管100稳压对组成。采用保持电路(S/H) 107的作用是根据触发 信号定义的时刻，将来自减法器58的输出信号保持一定的时间，并通过v3端口传递给ECU
9微电脑21。触发信号69是一个如图8所示的阶跃信号，它可以由E⑶微电脑21的端口 tf输 出到保持电路(S/H)107。工作时，ECU微电脑21根据所定的延时长度Tf，将阶跃信号tf输 出到保持电路(S/H)107的开关三极管94的控制栅极，开关三极管94导通后，在采样保持 器(S/H) 107输出端产生一个高度为V3的电平，V3通过E⑶微电脑的端口 v3输入，并经过 A/D转换器转换为数字信号。图10为本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第三实施例方案。此实施方案 包含螺线管23，驱动电压检测器22，E⑶微电脑21，驱动电流控制器26，T3生成器25，驱动 电流检测器78。驱动电流控制器26、驱动电压检测器22和T3生成器25分别与图6a、图 6b和图6c所示的电路相同。上述系统的一个完整的工作循环是E⑶微电脑21在判断T3无效的情况下，通过 端口 tl向驱动电流控制器26发出一个预测宽度为Tl的方波信号使得驱动电流控制器26 的两端M和D导通，从D端到G通过电流检测器78的电阻要求很小，故其压降VDe可以忽略 不计，此时从电源24经过螺线管23到地G的线路被导通，螺线管23导通后驱动电磁燃油 泵喷嘴工作并喷射燃料，与此同时，代表驱动电压Vd以及驱动电流Id的信号分别通过驱动 电压检测器22和驱动电流检测器78以及端口 vt和端口 id进入ECU微电脑21，ECU微电 脑21根据所采集到的驱动电压Vd和驱动电流Id信息计算出本循环内螺线管的驱动功W。 在本循环开始后的Tl时间内，螺线管消耗的电能就是驱动功W，即W = / OnId-Vd dt。如 果驱动功W达到E⑶微电脑21预先设定的驱动目标功WO，则E⑶微电脑21通过端口 tl切 断螺线管23的电流，否则继续驱动螺线管23工作直到满足W > = WO条件为止。喷射结束 后，T3通过T3生成器25由t3端口传入E⑶微电脑21，E⑶微电脑21根据实测T3与预设 的目标T3的比较来判断T3的有效性。当实测T3远大于目标T3时，例如实测T3除以目标 T3大于1. 3，则判断T3无效，再根据发动机的运行状态，E⑶微电脑21确定新的目标T3和 目标驱动功W0，并确定驱动脉冲的预测宽度Tl后进入到下一个循环。如果T3有效，则进入 一个与图2所示的电磁燃油泵喷嘴驱动装置之第一实施例方案完全相同的工作循环。驱动电流检测器78的作用是为ECU微电脑21检测流经螺线管23的瞬态电流提 供信号，下面通过一个具体实施电路说明其工作原理。如图11所示，在此实施例中，电流检 测器78由一个检测电阻116、运算放大器113、反馈电阻118，以及电阻115、电阻117和电 阻114组成。检测电阻116两端的压降VDe与通过螺线管23的电流成正比，因此可以通过 检测压降Vre来检测螺线管23中的电流。但因为检测电阻116的取值很小以免对螺线管的 电流造成影响，所以压降VDe也比较小。因此，需要一个运算放大器113将压降Vre放大以至 于通过ECU微电脑21的端口 id输入和进行A/D转换时保持良好的精度。以下是本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法的实施方式之一。如图12所示，所述电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法包括上电预处理过程131和发动 机运转循环过程132。上电预处理过程131的具体实施步骤如图13所示首先系统(包括电磁燃油泵喷 嘴和驱动装置)接通电源，即步骤151 ；然后以较短脉冲宽度空泵数次，空泵的目的是产生 声音而不是喷射燃料以示电源接通，即步骤152 ；接下来，根据在空泵过程中获得的T3，即 步骤154 ；判断T3是否有效，即步骤155 ；如果T3无效，则进行恢复T3有效性的空泵，即步
10骤153 ；否则，根据发动机当前的状态(例如发动机机体温度或者冷却水温度)，环境状态 (例如环境温度，大气压力等)确定一个预喷燃料需求量，然后再根据储存在ECU微电脑的 资料Τ3 = f(Qi)，即Τ3与喷射流量的关系，将预喷燃料需求量转化为目标T3以及喷射次 数，将燃料喷入发动机的进气道或者燃烧室内，即步骤156 ；最后等待启动，即步骤157。在 执行步骤152和步骤153时，空泵要求的驱动脉宽Tl是预先储存在ECU微电脑记忆单元之 中的，以柱塞运动但不发生燃油喷射的最长脉宽为上限来确定，可以因实测驱动电压的高 低做相应的调整。在执行恢复T3有效性步骤153的过程中，在驱动电压Vd和驱动脉宽Tl 不变的情况下，正常情况下实测T3信号是逐步减小的，如图14所示，直到接近有效T3阈 值，说明T3的有效性已经得到恢复。如果T3有效性在一定的时间内不能恢复，则需要将恢 复T3有效性的空泵强行终止。如果在强行终止之前，发动机开始启动，也可以强行终止空 泵循环以优先发动机的启动。在执行步骤156时，需要电磁燃油泵喷嘴的基本资料T3 = f (Qi)，这个资料来自于图4所示的T3与喷射流量Qi之间关系的实验数据，这些数据经过 处理后，被预先储存在E⑶微电脑的记忆单元中。发动机运转循环132适用于发动机自启动开始以后的运行过程。如图12所示，S作为整个循环的起始点，从S点开始进入步骤133 根据发动机当 前的运转状态信息，从数据库141提供的资料303确定一个目标T3以对应一个最佳的目标 供油量。如图15所示的资料303，目标T3以T3脉谱T3-MAP的形式存在于E⑶微电脑的记 忆单元之中，T3-MAP是通过发动机试验在某种环境状态下获得的数据，如果实际运行中环 境状态有所改变，则需要对目标T3进行修正。然后进入步骤134 根据所确定的目标T3，从数据库142提供的资料304确定驱动 脉宽的初次预测值T10。TlO从预先储存在E⑶微电脑记忆单元的资料Tl = f(T3，Vd)获 得，如图16所示的资料304，驱动脉宽Tl是T3和驱动电压Vd的函数。再进入步骤135 判断T3是否有效。如果判断T3有效，则转入步骤136，否则将转 入步骤137。判断T3有效性的基本准则是，当实测T3大于目标T3并且其差值超过所定值时， 例如实测T3除以目标T3大于1. 3，则判断T3无效。在T3有效的情况下，进入步骤136 确定脉宽修正量DTl。DTl主要依据实测T3与 目标T3之差值，以及当前驱动电压Vd来确定。从图16提供的资料304可以推算出变化率
Kt = aTl/5T3,因此，脉宽修正量DTl = Ktx (目标T3-实测T3)。接下来进入步骤139 驱动螺线管使得电磁燃油泵喷嘴喷射燃料，驱动脉宽取为 T10+DT1。然后进入步骤140 检测T3并且计算目标T3与实测T3的差值，最后回到始点S 进入下一个循环。在T3无效的情况下，进入步骤137 加入空泵脉冲以加速恢复T3的有效性。如图 17所示，加入恢复T3有效性的空泵脉冲是在喷射驱动信号之间加入一个或者若干个不喷 射燃料的短脉冲，加入空泵的脉冲宽度以不喷射燃料油的最长驱动脉宽为限，其目的是通 过柱塞的运动排除可能存在的燃料蒸汽。接下来进入步骤138 将脉宽修正量DTl置为零，然后再进入步骤139，其余步骤同 上。下面通过图18说明本发明提供的电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法的实施方式之
本实施方式同样包括两个部分上电预处理过程131和发动机运转循环过程162， 其中上电预处理过程131与电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法的实施方式之一的上电预处理 过程131相同。本实施方式与电磁燃油泵喷嘴驱动控制方法的实施方式之一的区别在于关于 T3无效的处理过程。在本实施方式中，在T3失效的情况下，进入步骤169 根据目标T3确定目标驱动 功W0。在本循环开始后的Tl时间内，螺线管消耗的电能就是驱动功W，即W = / OnId . Vd dt，驱动功W的计算可以建立在图10所描述的驱动装置的基础上。目标功与燃料的喷射量 存在一定的对应关系，尤其是在T3失效的情况下，这种对应关系依然存在。在T3有效的情 况下，通过实验可以确定T3与喷射流量Qi的对应关系，同样也可以确定W与喷射流量Qi的 对应关系，这两个对应关系可以组合成一个T3与W的对应关系而形成数据库177中的资料 305，如图19所示的资料305，这个对应关系可以近似简化为一条直线。将这个对应关系预 先储存在ECU微电脑的记忆单元中，便能够通过目标T3查找到目标驱动功W0。尽管图19 给出的T3与驱动功W之间的关系是在T3有效条件下通过实验获得的，但这个关系可以外 推到T3失效的情况。确定了目标驱动功WO之后，进入步骤170 以初次预测值TlO为脉宽驱动螺线管。 在驱动螺线管的同时，进入步骤171 计算驱动功W。驱动功的计算可以建立在图10所示的 驱动装置硬件设备之基础上，ECU微电脑21根据采集到的驱动电压Vd和驱动电流Id信号， 采用数值积分的手段计算出驱动功W。接着进入步骤172 比较驱动功W与目标驱动功W, 如果驱动功W小于目标驱动功W0，则进入步骤173 继续驱动螺线管，否则进入步骤174 停 止驱动螺线管，接下来进入步骤168 检测T3并计算实测T3与目标T3的差值，最后再回到 循环的起点S。另一种处理T3失效控制及其算法如图20所示，可以替代图18从B点到E点的所 有步骤。如图20所示，首先进入步骤170a:以初次预测值TlO为脉宽驱动螺线管。在T3失 效的情况下，由于燃料蒸汽的存在，发动机对于驱动脉宽的要求应该大于初次预测值T10。 因此在驱动脉冲结束时自动延长一个时间长度DT10，用于计算驱动功和预测驱动脉宽的延 长量ETl。DTlO相对TlO是一个小量，对于燃料喷射量的影响比较小。按照初次预测脉宽TlO驱动螺线管过程结束后，进入步骤171a 计算驱动功W。 接着进入步骤172a 预测驱动脉宽延长量ΕΤΙ。预测驱动脉宽延长量ETl的方法是根据 图19提供的资料305以及图16提供的资料304，获得驱动脉宽Tl关于驱动功W的变化率 Kw= (δTl/aT3)(aT3/θW)，那么驱动脉宽延长量ETl = κwχ(目标驱动功wo-驱动功w)， 再考虑到驱动电压Vd的影响做进一步修正，然后进入步骤173a 按照延时ETl设定驱动延 长定时。按照驱动延时的长度执行完对螺线管的驱动后，进入步骤174a 停止驱动螺线管， 其余步骤如图18所示。
权利要求
一种电磁燃油泵喷嘴的驱动控制装置，电磁燃油泵喷嘴包括电磁泵和喷嘴，电磁泵包括螺线管、柱塞和燃料压送室，控制装置包含一个ECU微电脑和一个电流控制器，电流控制器串联于螺线管与地之间，由ECU微电脑发出驱动脉冲信号控制所述电流控制器以在螺线管两端产生脉冲电压，所述电磁泵在脉冲电压驱动下由柱塞压送燃油至喷嘴，燃油达到所定压力时经喷嘴喷出，其特征在于，所述装置包括一个用于控制通过螺线管电流的驱动电流控制器，一个用于测量驱动电压的驱动电压检测器，一个用于测量剩余电压的剩余电压生成器，所述驱动控制装置利用柱塞位移信号得到目标反馈信号，依目标反馈信号预测驱动脉宽，以预测的驱动脉宽控制每次喷油所要达到的目标油量；柱塞位移信号通过测量剩余电压曲线的至少一个特征参数获得，剩余电压曲线是指驱动脉冲信号截止后相邻电流控制器螺线管一端的电压与驱动电压之差值随时间的变化过程，所述剩余电压生成器为剩余电压曲线的特征参数，即驱动脉冲信号截止后某一固定时刻的剩余电压曲线的高度。
2.如权利要求1所述的电磁燃油泵喷嘴的驱动控制装置，其特征在于，所述剩余电压 生成器包括一个减法器和一个采样保持器。
全文摘要
一种电磁燃油泵喷嘴驱动控制装置，包括用于控制通过螺线管电流的驱动电流控制器，用于测量驱动电压的驱动电压检测器，用于测量剩余电压的剩余电压生成器，利用柱塞位移信号，尤其是剩余电压曲线的特征参数剩余时间，得到目标反馈信号预测驱动脉宽，以预测的驱动脉宽控制每次喷油目标油量，从而实现对电磁燃油泵喷嘴装置闭环控制，以提高对发动机燃料供应的精度，避免和减少由于机械磨损，复位弹簧力改变，喷嘴开启压力改变，燃油通道阻力变化，喷嘴流量系数改变，液体粘性改变、燃料杂质带来摩擦力变化，驱动电压变化等因数引起的喷射流量的变化，与此同时，可以实现ECU单元对电磁燃油泵喷嘴工作的实时监控，进行非正常状态和故障诊断。
文档编号F02D41/32GK101929401SQ20091017445
公开日2010年12月29日 申请日期2006年5月12日 优先权日2006年4月11日
发明者刘昌文, 杨延相, 郗大光 申请人:浙江飞亚电子有限公司