专利名称：柱塞式燃料泵的控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及内燃机柱塞式燃料泵的控制系统。
背景技术：
传统的柱塞式燃料泵从内燃机的燃料箱中抽取燃料并将加压燃料抽送到喷射器或汽化器中(例如，参见日本专利公开No.08-114179)。典型的柱塞式燃料泵包括柱塞、弹簧、线圈和振荡电路。柱塞具有由磁性材料制成的活塞。活塞被弹簧压向燃料喷射方向。当线圈被激励时，线圈使活塞在把燃料带入汽缸的方向(燃料注入方向)上运动。振荡电路间歇地激励线圈。当给振荡电路施加电源电压时，由于振荡电路对线圈的间歇性激励和弹簧偏力的作用，柱塞在燃料注入方向和燃料喷出方向上交替运动。柱塞的这种往复运动使泵喷射燃料。
一些内燃机的电子燃料喷射系统使用了这种柱塞式燃料泵。当点火开关打开时，以预定频率周期性地驱动燃料泵。但是，由于柱塞的往复运动，抽入喷射器的燃料压力是变化的。因此，这里存在一个问题，即使喷射器阀门的开启时间保持不变，由于燃料压力的变化，也会使燃料喷射量发生变化，这样，燃烧状态就变得不稳定。
发明内容
因此，本发明的一个目标在于提供一种柱塞式燃料泵的控制系统，即使抽入喷射器的燃料压力是变化的，也可以稳定燃烧。
根据本发明的一个方面，提供了一种经过改进的内燃机柱塞式燃料泵控制系统。柱塞式燃料泵把燃料从燃料箱抽送到喷射器，从而喷射器可以将燃料喷入汽缸。本控制系统包括用于检测喷射器喷射起始时间的装置，和对燃料泵驱动第二预定时间的装置，该第二预定时间比所述的喷射起始时间早第一预定时间开始。
使用本控制系统，即使抽送到喷射器的燃料压力不稳定，也可实现稳定的燃烧。
通过以下的详细说明和所附的权利要求书，本领域的技术人员可以更加清楚地理解本发明的其它目标、方面和优点。
图1示意地显示了使用了本发明的发动机控制系统；图2是图1所示发动机控制系统中的ECU的结构框图；图3是确定燃料泵驱动方式的程序的流程图；图4显示了燃料泵驱动时间、燃料压力变化和燃料喷射时间之间的关系；图5显示了燃料泵驱动频率与发动机转速之间的关系；图6显示了ECU所执行的操作的流程图。
具体实施例方式
下面是本发明实施例的详细说明。
图1显示了车用4冲程内燃机3的发动机控制系统50。发动机控制系统50使用了根据本发明实施例的柱塞式燃料泵控制系统。需要注意的是，尽管图1中只显示了一个汽缸、一个燃料喷射器4和一个火花塞，且下文的叙述也只针对所显示的汽缸、燃料喷射器和火花塞，但发动机3具有至少一个汽缸，每个汽缸具有至少一个燃料喷射器4和至少一个进气口，每个汽缸具有至少一个火花塞11。
内燃机3的进气管1上安装有节流阀2，通过进气管1把对应于节流阀2的开启角度的一定数量的进入空气提供给发动机3的进气口。在发动机3的进气口附近，进气管1上安装着喷射燃料的喷射器4。喷射器4与来自燃料箱6的燃料供应管7相连。燃料供应管7上安装着柱塞式燃料泵8。例如，燃料泵8具有日本专利公开No.8-114179中所揭示的结构，其全部内容在这里引入作为参考资料。燃料泵8在ECU(电子控制单元)10驱动下，通过燃料供应管7从燃料箱6中吸取燃料，并通过燃料供应管7输送给喷射器4。喷射器4也由ECU 10驱动，把燃料喷向发动机进气口。
火花塞11固定在发动机3上，且该火花塞11连接着点火装置12。通过向点火装置12发送点火时间命令，ECU 10在发动机3的汽缸内引发火花放电。
如图2所示，ECU 10包括输入接口电路20、转速计数器(发动机转速传感器)21、CPU(中央处理器)22、存储器23和驱动电路24和25。
输入接口电路20连接着发动机工作参数传感器，诸如测量发动机冷却水温度的水温传感器26，测量进气管1内负压的进气压力传感器27，和氧化物浓度传感器28。氧化物浓度传感器28安装在排气管13中，用来测量废气中的氧化物浓度。
转速计数器21连接在测量发动机转速的曲轴角度传感器29上。随着发动机3的曲轴3a的转动，转子(未显示)每旋转预定角度(如15度)，曲轴角度传感器29就产生一个曲轴脉冲。凸轮角度传感器30安装在凸轮轴3b附近。当代表汽缸(对于多汽缸发动机，代表汽缸是指基准汽缸；对于单汽缸发动机，代表汽缸就是这个汽缸)中的活塞处于压缩冲程的上死点时，凸轮角度传感器30向CPU 22发出TDC信号。曲轴3a每旋转720度，凸轮角度传感器30也向CPU 22输出一个参考位置信号。
转速计数器21被曲轴角度传感器29传来的曲轴脉冲复位之后，开始记数从时钟发生器(未显示)输出的时钟脉冲，从而产生表示发动机转速Ne的信号。
传感器26到28所提供的冷却水温度、进气管内的负压和氧化物浓度通过输入接口电路20提供给CPU 22。通过转速计数器21把发动机转速信息提供给CPU 22。通过曲轴角度传感器29把TDC信号和参考位置信号提供给CPU 22。
CPU 22把燃料泵驱动起始时间t1、燃料喷射起始时间t2和点火时间设定为与参考位置信号同步。CPU 22也计算燃料喷射时间Tout和燃料泵驱动时间Tpump。燃料泵驱动起始时间t1和燃料泵驱动时间Tpump均由燃料泵驱动设置程序(图3，下文中将进行说明)确定。存储器23用来存储CPU 22的运行程序和数据。
燃料喷射时间Tout是按规则计算的，例如用下面的方程Tout＝Ti×K02这里，Ti是基本燃料喷射时间(即空气/燃料比参考控制值)，其根据发动机转速和进气管内的负压，参考储存器23中的数据而确定。K02是空气/燃料比修正系数，其根据氧气浓度传感器28提供的信号，在空气/燃料比反馈控制中计算。
值得注意的是，在计算燃料喷射时间Tout时通常应考虑到其它一些修正，如加速度修正和减速度修正。
图3显示了燃料泵驱动设定程序。CPU 22通过转速计数器21计取的值读取发动机转速Ne(步骤S1)，并且确定发动机转速Ne是否处于高转速区(如≥8400rpm)(步骤S2)。如果发动机转速Ne处于高转速区，则燃料泵驱动起始时间t1就根据固定频率F1(如70Hz)来设定(步骤S3)，且把燃料泵驱动时间Tpump设定为预定时间T1(步骤S4)。如果发动机转速Ne不在高转速区，则确定发动机转速Ne是否在低转速区(如≤600rpm)(步骤S5)。如果发动机转速Ne处于低转速区，则燃料泵驱动起始时间t1根据固定频率F2(如20HZ)设定(步骤S6)，且把燃料泵驱动时间Tpump设定为预定时间T2(步骤S7)。如果发动机转速Ne不在低转速区，则根据发动机转速Ne，通过查找储存器23中的数据映像，把燃料泵驱动起始时间t1设定为特定的时间(步骤S8)。根据燃料喷射时间Tout，查找存储器23中的数据映像，设定燃料泵驱动时间Tpump(第二预定时间)(步骤S9)。
如图4所示，步骤S8中燃料泵驱动起始时间t1设定为比燃料喷射起始时间t2早Tf(第一预定时间)的时间。时段Tf对应于燃料抽送滞后，根据发动机转速Ne而决定。也就是说，时间段Tf设定为使得在燃料喷射周期(Tout)内发生由燃料泵8的驱动而引起的燃料压力上升，如图4所示。
在步骤8中，在单独的程序(未显示)中由CPU 22预先计算出的燃料喷射起始时间t2和查找数据映像而获得的时间Tf被用来确定燃料泵驱动起始时间t1。下面说明时间t1的设定。当进行燃料喷射时，计算下一次的燃料喷射起始时间t2。因此，确定燃料泵驱动起始时间t1的时间滞后于燃料喷射起始时间t2的计算时间，并充分地领先于实际的燃料喷射起始时间t2(即，在时间t2之前应保留长于时间Tf最大可能值的一段时间)。
如图5所示，作为执行这个燃料泵驱动设置程序的结果，燃料泵8的驱动频率成为固定频率，其在低转速区和高转速区内均与发动机转速异步，在这两个转速区之外，其成为与喷射驱动同步的频率。
现在看图6。例如，当CPU 22通过中断处理，根据曲轴脉冲和从曲轴角度传感器30传来的TDC信号或参考位置信号，确定曲轴角度(从0°到720°的范围)处于燃料泵驱动起始时间t1的角度位置时(步骤S11)，CPU 22就向驱动电路25输出表示燃料泵驱动时间Tpump的驱动命令(步骤S12)。如果CPU 22确定曲轴角度处于燃料喷射起始时间t2的角度位置(步骤S13)，则CPU 22向驱动电路24输出表示燃料喷射时间Tout的燃料喷射命令(步骤14)。如果CPU 22确定曲轴角度处于点火周期的角度位置(步骤15)，则CPU 22向点火系统12发出点火命令(步骤16)。
因此，驱动电路25响应于驱动命令，驱动燃料泵8，持续时间为从燃料泵驱动起始时间t1开始的燃料泵驱动时间Tpump。这次驱动中，向燃料泵8施加预定的电源电压。从燃料泵驱动起始时间t1开始，燃料泵8通过燃料输送管7从燃料箱6中抽取燃料，并通过燃料输送管7输送给喷射器4。燃料泵8的抽送执行时间为燃料泵驱动时间Tpump。
如果发动机转速Ne位于低转速区和高转速区之外，则驱动电路24响应于燃料喷射命令而驱动喷射器4，驱动时间为从燃料喷射起始时间t2开始的燃料喷射时间Tout，且滞后于从燃料泵8的驱动起始时间t1开始的Tf时间。喷射器4在进气管1中朝发动机3的进气口方向喷射燃料。
这样，如图4所示，如果发动机转速Ne在低转速区和高转速区外，由燃料泵8的驱动而导致的燃料压力上升始终(不变地、稳定地)发生在燃料喷射时间Tout的燃料喷射期间内，或者换句话说，根据燃料压力的变化稳定地喷射燃料，这对以前的柱塞式燃料泵来说是不可能的。因此，在所述的实施例中，根据燃料喷射时间Tout稳定地进行适当量的燃料喷射，实现了稳定的燃烧状态。
如果发动机转速Ne处于低转速区，比如启动转速，则燃料泵8以固定频率F2驱动，该频率大于与发动机转速Ne同步的频率，从而发动机启动时燃料压力上升的延迟消失，可导致足够的燃料压力升高。从而在发动机启动时可以保证稳定的燃烧。
如果发动机转速Ne处于高转速区，则燃料泵8以固定频率F1驱动，于是从燃料泵8排出的燃料量不会饱和，这样可防止燃料压力变得不稳定。
此外，相对于以固定频率稳定驱动的柱塞式燃料泵或使用电机型燃料泵的系统来说，通过与喷射器4的燃料喷射同步地在燃料泵驱动时间Tpump内驱动燃料泵，可以减少电流消耗。
还应注意到，在本实施例中，喷射器4安装在进气管1内，并向进气管1内喷射燃料，但喷射器4可以直接将燃料喷入发动机3的汽缸内。如果发动机3有多个汽缸，每个汽缸都可有一个喷射器，或者所有汽缸共用一个喷射器。本发明能够适用于上述任一种情况。
本申请基于日本专利申请No.2002-208159，其全部内容在此引入作为参考资料。
权利要求
1.一种内燃机中的柱塞式燃料泵控制系统，该燃料泵把燃料从燃料箱中抽送到喷射器，从而喷射器能够把燃料喷入汽缸中，该控制系统包含确定喷射器的喷射起始时间的装置；以及驱动装置，对燃料泵驱动第二预定时间，所述第二预定时间比所述喷射起始时间早第一预定时间开始预定时间。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，驱动装置包含检测内燃机的发动机转速的装置；根据发动机转速设定所述第一预定时间的第一设定装置；以及根据喷射器的燃料喷射量而设定所述第二预定时间的第二设定装置。
3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其中，当发动机转速处于低转速区时，所述驱动装置以第一固定频率周期性地驱动燃料泵；以及当发动机转速处于高转速区时，驱动装置以第二固定频率周期性地驱动燃料泵，第二固定频率高于第一固定频率。
4.根据权利要求3所述的控制系统，其中，发动机转速为大约600rpm或更低时，发动机转速处于低转速区。
5.根据权利要求3或4所述的控制系统，其中，发动机转速为大约8,400rpm或更高时，发动机转速处于高转速区。
6.根据权利要求3、4或5所述的控制系统，其中，当发动机转速介于高转速区和低转速区之间时，驱动装置以与发动机转速成比例的频率驱动燃料泵。
7.根据权利要求3到6中任何一项所述的控制系统，其中，所述的第一固定频率大约为20Hz。
8.根据权利要求3到7中任何一项所述的控制系统，其中，所述的第二固定频率大约为70Hz。
9.一种控制内燃机中的柱塞式燃料泵的方法，燃料泵把燃料从燃料箱中抽送到喷射器，从而喷射器可以向汽缸内喷入燃料，该方法包括确定喷射器的喷射起始时间；以及以第二预定时间驱动燃料泵，所述第二预定时间比所述喷射起始时间早第一预定时间开始。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，驱动燃料泵包括检测内燃机的发动机转速；根据发动机转速设定所述的第一预定时间；以及根据喷射器的燃料喷射量设定所述的第二预定时间。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，当发动机转速处于低转速区时，驱动燃料泵包括以第一固定频率周期性地驱动燃料泵。
12.根据权利要求9、10或11所述的方法，其中，当发动机转速处于高转速区时，驱动燃料泵包括以第二固定频率周期性地驱动燃料泵，第二固定频率高于第一固定频率。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，当发动机转速介于高转速区和低转速区之间时，驱动燃料泵包括以与发动机转速成比例的频率驱动燃料泵。
14.一种控制内燃机中的柱塞式燃料泵的装置，燃料泵从燃料箱中向喷射器抽送燃料，从而喷射器可以向汽缸内喷入燃料，该装置包含计算单元，用于确定喷射器的喷射起始时间；以及驱动单元，以第二预定时间驱动燃料泵，所述第二预定时间比所述喷射起始时间早第一预定时间开始。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，驱动单元包括发动机转速传感器，用于检测内燃机的发动机转速；第一计算器，用于根据发动机转速确定第一预定时间；以及第二计算器，用于根据喷射器的燃料喷射量确定第二预定时间。
16.根据权利要求14或15所述的装置，其中，当发动机转速处于低转速区时，驱动单元以第一固定频率周期性地驱动燃料泵。
17.根据权利要求14、15或16所述的装置，其中，当发动机转速处于高转速区时，驱动单元以第二固定频率周期性地驱动燃料泵，第二固定频率高于第一固定频率。
18.根据权利要求14到17中任何一项所述的装置，其中，当发动机转速介于高转速区和低转速区之间时，驱动单元以与发动机转速成比例的频率周期性地驱动燃料泵。
全文摘要
柱塞式燃料泵的控制系统。一种内燃机，包括把燃料喷入汽缸的喷射器。柱塞式燃料泵把燃料从燃料箱中抽送至喷射器。一种用于该燃料泵的控制系统，包括确定喷射器的喷射起始时间的单元，以及驱动单元，对燃料泵驱动第二预定时间，所述第二预定时间比所述喷射起始时间早第一预定时间开始。预定时间预定时间该控制系统使得即使向喷射器抽送的燃料中存在压力变化也能够实现稳定的燃烧。
文档编号F02D41/40GK1470754SQ0314529
公开日2004年1月28日 申请日期2003年6月30日 优先权日2002年7月17日
发明者铅隆司, 下川智雄, 雄 申请人:株式会社京浜