专利名称：内燃机的怠速控制的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃发动机，特别是一种燃料喷射式内燃发动机。更确切地说，本发明涉及在怠速工况下燃料喷射的控制。
在普通的内燃发动机中，燃料喷射由将一来自一电子控制单元(“ECU”)的信号输送到燃料喷射器来启动。该信号是具有一定电压(例如26伏特)的直流电流。在该信号的输出和实际的燃料喷射过程开始之间必须有一最小的时间延迟。对于一已知的燃料喷射系统，该最小的时间延迟是4毫秒。由于该最小时间延迟的存在，ECU不能直接地控制喷射定时，而必须根据发动机速度的某些估计值采用一预测值。例如，在6000转/分钟的转速下，如果最小时间延迟是4毫秒(ms)，则ECU必须在设计的喷射过程开始前144曲轴度时，输出喷射信号。在600转/分钟的转速下，ECU必须在实际喷射过程开始前14.4曲轴度时，输出喷射信号。
已经发现，喷射压力，特别是在小负荷或怠速工况下，与发动机气缸压力的大小具有相同的数量级。因为喷射器的打开和喷射必须克服气缸的压力，随着活塞靠近上死点气缸压力逐渐增加，所以燃料喷射的量主要由喷射定时来决定。如果燃料喷射定时过晚，即太靠近上死点中心，则喷射出的燃料量将少于理想的燃料喷射量。
如上所述，ECU根据发动机速度的估计值和已知的信号输出和实际喷射过程开始之间的最小时间延迟来输出喷射信号。如果发动机在600转/分钟的工况下怠速，额定所需的喷射定时是在上死点之前15度，最小时间延迟是4毫秒，ECU将计算出14.4的曲柄角延迟，并在上死点之前29.4度输出喷射信号，或至少当ECU(根据检测到的最后的曲轴位置和已知的发动机速度)估算曲轴处于上死点之前29.4位置时。但是如果发动机的实际速度是逐渐下降的，则喷射过程的开始将早于在曲柄角计算中所预期的(即多于上死点之前29.4度)。因此，喷射时的气缸压力将比所预期的低，将喷射出更多的燃料，进而修正逐渐下降的发动机速度。另一方面，如果实际的发动机速度是逐渐增加的，喷射过程的开始将晚于所预期的，将喷射出较少的燃料，进而修正逐渐增加的发动机速度。在怠速工况下，这种发动机速度的自调节能力是特别有价值的。
这种发动机速度的自调节的一个潜在的问题是14.4度(600转/分钟下的曲柄角延迟)不能为发动机速度变化趋向的实际确定给予充分的时间。因此，本发明提供了喷射信号输出和喷射过程之间的一附加时间延迟。附加时间延迟为改变发动机速度以影响实际燃料喷射时间提供了更多的时间，进而更多地修正发动机速度的改变。虽然附加时间延迟可以在非怠速工况下使用，但是在怠速工况外的发动机的运行状态下，附加时间延迟可能是不合乎需要的。
更确切地说，本发明提供了一种内燃发动机的燃料喷射控制方法，该内燃发动机包括一曲轴、一燃料喷射器和一控制单元，该控制单元输出一引发燃料喷射的信号，在信号输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟，该方法包括如下步骤检测曲轴位置，输出信号，在信号的输出和燃料喷射过程的开始之间提供一附加时间延迟，以便与没有附加时间延迟的情况相比会在更早的曲轴位置输出信号，进而使曲轴速度的改变对理想燃料喷射的曲轴位置和实际燃料喷射的曲轴位置之间的差别产生更大的影响。
本发明还提供了一种内燃发动机，该发动机包括一气缸，一在气缸内往复运动的活塞，一由活塞驱动的曲轴，一将燃料喷射入气缸的燃料喷射器，和一控制单元，该控制单元用于检测曲轴位置，并输出一引发燃料喷射的信号，在信号输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟，该控制单元还在信号的输出和燃料喷射过程的开始之间提供一附加时间延迟。
在本发明的一个实施例中，控制单元检测曲轴速度，并根据检测到的曲轴速度计算此时的曲轴位置，进而输出该信号。
在本发明的另一实施例中，控制单元根据一预定的曲轴速度或速度设定值计算曲轴位置以输出该信号。设定值可以是大约600转/分钟。无论发动机速度是逐渐增加还是逐渐降低，只要它偏离设定值，就会产生非常迅速的燃料供给修正。
这样的一种方法与已知的整体提供在ECU软件中的闭合回路控制方法相比，具有很多优点。在具有最佳燃料喷射系统的情况下，现有技术方法使用电流或持续时间来修正燃料供给，而在本发明方法中，这些参数是恒定的，并且燃料供给率由喷射定时来控制。省去了闭合回路控制，使本发明可以提供一简化的，甚至可以是无微信息处理机的ECU。本发明系统可以对喷射器的不稳定性(正向的或负向的)产生影响并可以潜在地补偿不稳定的喷射器。在怠速工况下，喷射器的匹配是最大的问题。本发明系统从两个方面解决了上述问题。首先，可以建立具有最小可变度的电流和持续时间的组合。不需要改变这些参数来控制怠速速度。第二，使用一项仅在怠速工况下使用的有效的不需机械调节的新技术，使在各气缸上的喷射定时不重合。
本领域的技术人员可以从下面描述的说明书、权利要求和附图中清楚地看出本发明的其它特性和优点。
图1是体现本发明的一内燃机的示意图。
图2表示发动机电子控制单元操作的流程图。
在详细描述本发明的实施例之前，要指出的是本发明并不局限于在以下的描述中所提到的或在附图中所示出的结构形式或部件的布置方式中的应用。本发明还可以适用于其它的实施例，并且还可以多种不同的方式实施或操作。而且，还要指出的是这里所使用的术语和描述方式是为了描述实施例，不应被认为是对本发明的限定。
图1中部分地表示体现本发明的一燃料喷射式二冲程内燃机38。虽然图中仅示出了一个气缸46，但发动机38可具有任意数量的气缸。图中所示的发动机是一二冲程发动机，但应该指出的是本发明还适用于其它类型的燃料喷射式发动机。除了下面将要说明的不同之处外，发动机38是与1996年6月21日申请的、题目为“燃料喷射式内燃机”的美国专利No.60/020257(代理人证号No.72012/7850)中所公开的发动机相同的，参见该专利。
发动机38包括一曲轴箱50，该曲轴箱50限定了一曲轴箱室54并具有一在其内可转动的曲轴58。一进气口70与气缸46相通，并通过一传送通道82与曲轴箱室54相通。一排气口86与气缸46相通。发动机38还包括一可在气缸46内作往复运动的活塞90。活塞90由一连接杆94传动地连接到曲轴58上。发动机38还具有一气缸盖110，该气缸盖110将气缸46的上端封闭，进而限定一燃烧室118。
发动机38还具有一固定在气缸盖110上用以将燃料喷射入燃烧室118内的燃料喷射器126。在1995年7月25日申请的、题目为“组合压力薄膜式燃料泵及喷嘴装置”的美国专利No.506534(代理人证号No.72012/7290)和1996年6月21日申请的、题目为“阀座和盖结构”的美国专利No.60/020241(代理人证号No.72012/7830)中分别公开了一种最佳的燃料喷射器126，参见这两篇文件。一火花塞142固定在气缸盖110上并伸入到燃烧室118内，这在现有技术中是已知的。
上述发动机还包括一曲轴位置传感器150(图中仅示意性地示出)，如图1中的点划线所示，该曲轴位置传感器150被连接到曲轴58上。可以使用任一种合适的位置传感器。传感器150每隔60度检测曲轴位置，并将一相应的信号输出给一电子控制单元(ECU)154(图中仅示意性地示出)。可以使用任一种合适的ECU。而ECU 154与燃料喷射器126相连，ECU 154向燃料喷射器126输出一导致产生一燃料喷射操作的信号。在本发明的最佳实施例中，输出信号导致一通向燃料喷射器126的直流电流的产生，该电流促使产生燃料喷射。也就是，在本发明的最佳实施例中，在信号输出和燃料喷射开始之间有一4毫秒的最小时间延迟。本发明的其它的实施例可能具有不同的最小时间延迟。当发动机38在怠速工况下运行时，ECU 154为信号输出和燃料喷射开始之间的最小时间延迟增加一附加的时间延迟。该附加时间延迟推迟了电流通向燃料喷射器126的时间。在本发明的最佳实施例中，该附加时间延迟大约为40毫秒。本发明的其它的实施例可能具有不同的附加时间延迟。
ECU 154的运行如下所述。如图2所示，ECU 154连续地检测曲轴的位置(步骤160)。在每一个发动机循环过程中的一适当时间，ECU 154计算发动机的速度或曲轴的每分钟转速(步骤164)并识别一图形(步骤168)以确定(在上死点前)所计算出的发动机速度所需的喷射时间。所需的喷射时间也可以根据其它的发动机运行参数，如发动机载荷来确定。而后，ECU 154确定发动机38是否在怠速工况下运行(步骤172)。如果发动机38是在怠速工况下，则ECU 154执行步骤176，向最小时间延迟增加一附加时间延迟，而后进行到步骤180。如果在步骤172，发动机38不处于怠速工况，则ECU 154越过步骤176而进行到步骤180。在步骤180，已知喷射所需的时间、曲轴速度和信号输出与燃料喷射开始之间的总体的时间延迟，ECU 154计算出信号输出的时间或曲轴在上死点之前的位置以得到所需的喷射时间。然后，在步骤184，ECU 154在所计算出的信号输出时间输出信号。
下面是以上所述操作的一个例子。在步骤164确定的600转/分钟下，ECU 154识别一图形(步骤168)并确定喷射所需的时间是上死点之前15度。因为在步骤172中确定发动机38处于怠速工况，ECU 154执行步骤176，向4毫秒的最小时间延迟增加40毫秒的附加时间延迟。随后，ECU 154根据发动机速度、喷射所需的时间和总的时间延迟(44毫秒)计算信号输出的时间(步骤180)。此时，信号输出的时间是上死点之前173.4度。ECU在步骤184输出信号。
信号输出和燃料喷射开始之间的附加的时间延迟要求在一比没有附加时间延迟的情况下所需的更早的曲轴位置输出信号，以便曲轴速度的改变对理想燃料喷射时间或曲轴位置和实际燃料喷射时间或曲轴位置之间的差别产生更大的影响。其结果是，如上所述，对曲轴速度改变的修正。
在本发明的另一个实施例中，ECU 154在步骤180确定信号的输出时间时，使用了一预定的曲轴速度或速度设定值，而没有使用检测到的曲轴速度。速度设定值可以为600转/分钟。
在下面的权利要求中表述了本发明的多种特征。
权利要求
1.一种控制内燃发动机的燃料喷射的方法，该内燃发动机包括一曲轴、一燃料喷射器和一控制单元，该控制单元输出一引发燃料喷射的信号，在所述信号的输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟，该方法包括如下步骤检测曲轴位置，输出所述信号，提供在所述信号的输出和燃料喷射过程的开始之间的一附加时间延迟，以便与无须所述附加时间延迟的情况相比，会在更早的曲轴位置输出所述信号，进而使曲轴转速的改变对理想的燃料喷射的曲轴位置和实际的燃料喷射的曲轴位置之间的差别产生更大的影响。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述信号的输出使得一电流被施加到燃料喷射器上，该电流启动燃料喷射过程，所述附加时间延迟推迟了该电流作用于所述燃料喷射器上的时间。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述发动机是一台二冲程发动机。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于附加时间延迟仅在怠速工况下提供。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述附加时间延迟大约为40毫秒。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于曲轴每旋转60度所述控制单元检测一次曲轴位置。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述最小时间延迟大约为4毫秒。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制单元检测曲轴转度，并根据检测到的曲轴转速计算在此转速下输出该信号的曲轴位置。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述控制单元根据一预定的曲轴转速计算在此转速下输出该信号的曲轴位置。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于所述预定的曲轴转速大约为600转/分钟。
11.一种内燃发动机，包括一气缸，一在该气缸内往复运动的活塞，一由该活塞驱动的曲轴，一将燃料喷射入气缸的燃料喷射器，和一控制单元，该控制单元用于检测曲轴位置，并输出一引发燃料喷射的信号，在信号输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟，该控制单元还在信号的输出和燃料喷射过程的开始之间提供一附加时间延迟。
12.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述信号的输出产生一作用于所述燃料喷射器的电流，该电流使所述燃料喷射器产生燃料喷射，所述附加时间延迟推迟了该电流作用于所述燃料喷射器的时间。
13.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述发动机是一台二冲程发动机。
14.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述附加时间延迟仅在怠速工况下提供。
15.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述附加时间延迟大约为40毫秒。
16.如权利要求11所述的发动机，其特征在于曲轴每旋转60度所述控制单元检测一次曲轴位置。
17.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述最小时间延迟大约为4毫秒。
18.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述控制单元检测曲轴转速，并根据检测到的曲轴转速计算在此转速下输出该信号的曲轴位置。
19.如权利要求11所述的发动机，其特征在于所述控制单元根据一预定的曲轴转速计算在此转速下输出该信号的曲轴位置。
20.如权利要求19所述的发动机，其特征在于所述预定的曲轴转速大约为600转/分钟。
21.一种在怠速工况下控制一台二冲程内燃发动机的燃料喷射的方法，该内燃发动机包括一曲轴、一燃料喷射器和一控制单元，该控制单元输出一信号，该信号引起一作用于所述燃料喷射器的电流，该电流使所述燃料喷射器开始一燃料喷射过程，在所述信号的输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟，该方法包括如下步骤检测曲轴位置，输出所述信号，在所述信号的输出和燃料喷射过程的开始之间提供一附加时间延迟，以使该附加时间延迟推迟所述电流作用于所述燃料喷射器的时间，进而使得与无须所述附加时间延迟的情况相比，在更早的曲轴位置输出所述信号，由此使曲轴转速的改变对理想的燃料喷射的曲轴位置和实际的燃料喷射的曲轴位置之间的差别产生更大的影响。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于所述控制单元检测曲轴转速，并根据检测到的曲轴转速计算在此转速下输出该信号时的曲轴位置。
23.如权利要求11所述的方法，其特征在于所述控制单元根据一预定的曲轴转速计算在此转速下输出该信号的曲轴位置。
全文摘要
本发明公开了一种控制内燃发动机的燃料喷射的方法,该内燃发动机包括一曲轴(58)、一燃料喷射器(126)和一控制单元(154),该控制单元(154)输出一引发燃料喷射的信号,在该信号的输出和燃料喷射过程的开始之间存在一最小时间延迟,该方法包括如下步骤:检测曲轴(58)的位置(150),输出曲轴位置信号,并在该信号的输出和燃料喷射过程的开始之间提供一附加时间延迟,以便与没有该附加时间延迟的情况相比,会在更早的曲轴位置输出所述信号,进而使曲轴速度的改变对理想的燃料喷射的曲轴位置和实际的燃料喷射的曲轴位置之间的差别产生更大的影响。
文档编号F02D41/34GK1240500SQ97180672
公开日2000年1月5日 申请日期1997年10月17日 优先权日1996年10月17日
发明者F·A·麦金尼泰 申请人:舷外发动机公司