一種電磁燃油泵噴嘴的驅動控制裝置的製作方法

2023-12-10 23:54:07 2

專利名稱：一種電磁燃油泵噴嘴的驅動控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於發動機技術領域，具體涉及發動機管理系統，尤其涉及一種電磁燃油 泵噴嘴裝置的閉環控制方法和裝置。
背景技術：
電磁燃油泵噴嘴，作為一種新型燃料供應單元，已經被證明可應用於發動機管 理系統，尤其在以單缸機為動力的兩輪機動車輛上得到了大量應用。此類電磁燃油泵 噴嘴裝置的具體結構在中國專利ZL01103954.X "電動燃油噴射裝置"，中國專利申請 200510119712.6 "—種燃油噴射裝置"，以及專利申請CN1474910A "電子控制燃料噴射裝 置"中均有描述。所述電磁燃油泵噴嘴包括電磁泵和噴嘴，電磁泵包括螺線管、柱塞和燃料 壓送室，控制裝置包含控制軟體和硬體電路，電磁燃油泵噴嘴由控制裝置發出的脈衝電壓 所驅動，所述電磁泵在電壓脈衝驅動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定壓力時經噴 嘴噴出。電磁燃油泵噴嘴裝置通常採用脈衝電壓驅動，脈衝電壓信號由發動機管理系統的 ECU單元提供。電磁燃油泵噴嘴裝置循環燃油噴射量不僅與脈衝寬度有關，而且與驅動電 壓值的大小、機械運動、線圈溫度等因數都有關係。因此如何確定脈衝寬度是這類噴射裝置 控制的一個關鍵問題。在所示電磁燃油泵噴嘴中，柱塞的回位運動通常採用復位彈簧來實 現，也可以採用另外一組螺線管裝置提供柱塞回位力。中國專利ZL01103954.X "電動燃油 噴射裝置"涉及兩個螺線管，一個用於驅動柱塞壓送燃油，另一個用於幫助柱塞回位，用於 幫助柱塞回位的回位脈衝寬度僅僅與驅動電壓有關。 與傳統的BOSCH電噴燃油系統相比，電磁燃油泵噴嘴裝置循環燃油噴射量對電壓 的依賴更強，對環境溫度的敏感性更強。特別是，當電磁燃油泵噴嘴裝置中的運動件的運動 阻力因機械摩擦、液體粘性、汙染物、燃油蒸汽等因素發生變化時，相應的燃油噴射量也隨 之改變，甚至出現非正常噴射。 因為以上諸多因素對燃油噴射量都有影響，所以對於電磁燃油泵噴嘴裝置的驅動 需要採用一種自修正式閉環控制策略。採用這種策略，ECU單元發出驅動脈衝後，通過一種 能夠反映燃油實際噴射量的信號獲得反饋，根據反饋信息確定驅動信號的修正量，然後對 驅動電壓脈衝進行調整，從而避免由於機械摩擦、液體粘性、復位彈簧力、噴嘴開啟壓力、電 壓變化等因數引起的噴射流量的變化。與此同時，ECU單元可以實現對噴射裝置的實時監 控，排除影響噴射的因素，彌補存在誤差，從而保證正確的噴油量。 中國專利申請CN1723344A(
公開日為2006年1月18日)"燃料噴射控制方法及 燃料噴射控制裝置"提出了一種電流積分法，以減小驅動電壓波動以及線圈溫度變化對於噴射量的影響。理論上，該方法對於電源電壓的波動和線圈溫度的變化有一定的補償作用， 但對於影響噴射流量的其它因素卻不能正確甚至給出相反的預測。這些因素包括噴射裝置 運動件機械阻力和流體粘性的改變等。例如，當噴射裝置的運動件因雜質存在而運動不暢 時，或者噴嘴流道堵塞發生時，當燃料壓送室之外的燃料汽化時，電流積分原理都會產生反 向判斷。

發明內容
本發明針對上述問題，之目的在於提供一種驅動電磁燃油泵噴嘴的控制策略和裝 置，通過對電磁燃油泵噴嘴的實際噴射量進行信號檢測，調整驅動電壓脈衝寬度，對燃油噴 射量進行修正，消除影響噴射精度的因素，實現燃油噴射量的閉環控制和噴射裝置的非正 常狀態診斷。 本發明的目的通過以下技術方案實現一種電磁燃油泵噴嘴的驅動控制方法，所 述方法涉及電磁燃油泵噴嘴和控制裝置，電磁燃油泵噴嘴包括電磁泵和噴嘴，電磁泵包括 螺線管、柱塞和燃料壓送室，控制裝置包含一個ECU微電腦和一個電流控制器，電流控制器 串聯於螺線管與地之間，由ECU微電腦發出驅動脈衝信號控制所述電流控制器以在螺線管 兩端產生脈衝電壓，所述電磁泵在脈衝電壓驅動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定 壓力時經噴嘴噴出，其特徵在於，利用柱塞位移信號得到目標反饋信號，依目標反饋信號預 測驅動脈寬，以預測的驅動脈寬控制每次噴油所要達到的目標油量。 當被柱塞壓送的燃油為液體時，柱塞位移信號可以作為目標反饋信號，以代表實 際的噴射量。所述柱塞位移信號可以通過一種簡單可靠的方法獲得，即通過剩餘電壓曲線 特徵參數來表述柱塞的位移。剩餘電壓曲線是指驅動脈衝信號截止後相鄰電流控制器螺線 管一端的電壓與驅動電壓之差值隨時間的變化過程。當驅動電壓信號截至後，相鄰電流控 制器螺線管一端的電壓值是一條隨時間衰減的曲線，這條曲線的形狀及其特徵參數與線圈 及其磁路組成的電感有關，而電感又與柱塞位置相關。相鄰電流控制器螺線管一端的電壓 變化過程減去驅動電壓得到剩餘電壓曲線，剩餘電壓曲線特徵參數不僅能夠反映柱塞的位 置，而且可以在較大程度上消除電源電壓變化對測量結果的影響。 其中所述剩餘電壓特徵參數之一為剩餘電壓，即驅動脈衝信號截止後某一固定時 刻的剩餘電壓曲線的高度。 其中所述剩餘電壓特徵參數之二為剩餘斜率，即驅動脈衝信號截止後某一固定時 刻的剩餘電壓曲線之斜率。 其中所述剩餘電壓特徵參數之三為剩餘時間，即從驅動脈衝信號截止時刻開始， 到剩餘電壓曲線的高度下降到規定值之時間長度。 —種基於剩餘時間反饋控制的基本循環過程包括以下步驟 根據發動機的運行參數從ECU微電腦記憶單元提取目標剩餘時間。ECU單元根據 發動機的運行參數，例如發動機轉速、節氣門位置等信號，通過儲存在ECU微電腦的資料庫 取得目標剩餘時間； 依據目標剩餘時間推算驅動脈寬的初次預測值。根據目標剩餘時間，並考慮驅動 電壓的變化推算驅動脈寬的初次預測值； 將脈寬修正量加入到所述初次預測值而形成驅動脈寬預測值，按照驅動脈寬預測值驅動螺線管； 檢測並獲得實測剩餘時間； 根據目標剩餘時間與實測剩餘時間之差確定脈寬修正量。依據實測剩餘時間與目
標剩餘時間的差值，並考慮驅動電壓變化確定下一個循環的脈寬修正量。 上述過程的第一個循環的脈寬修正量可以取值為零。 為了實現對系統的實時監控，在上述循環過程中可以加入步驟根據目標剩餘時
間與實測剩餘時間之差診斷電磁燃油泵噴嘴並生成故障代碼。如果實測剩餘時間小於目標 剩餘時間並且其幅度超出了正常範圍，例如是小於目標剩餘時間的30%，則判斷電磁燃油
泵噴嘴出現故障，例如噴嘴堵塞、柱塞卡死或者電線斷路等。 考慮到剩餘時間在某種條件下有可能失效，在所述基本循環過程包括以下步驟
根據目標剩餘時間與實測剩餘時間之差判斷剩餘時間失效的步驟。剩餘時間的失 效是由於被柱塞壓送的燃油中出現氣體引起的。當所述燃油中的氣體含量超過一定界限 時，例如超過被壓縮容積的2%，剩餘時間則不能正確反映燃油噴射量，從而導致剩餘時間 超常而失效。剩餘時間失效有可能發生在發動機高溫狀態，或者發動機啟動之前後的一定 時間內。剩餘時間失效的主要特徵是實測剩餘時間大於目標剩餘時間並且其差值超出了正 常範圍，例如是目標剩餘時間的10%。據此原理，關於剩餘時間有效性的檢測可以有多種方 法，其中一種比較實用的剩餘時間的失效檢測方法是，當實測剩餘時間與目標剩餘時間的 差值大於所定值時，則認為剩餘時間失效； 剩餘時間失效時通過無噴射空泵恢復剩餘時間有效性的步驟。在不影響正常燃油 噴射時序情況下，用一定的脈衝寬度驅動螺線管，使其處於只有柱塞運動而沒有實際噴油 的無噴射空泵狀態； 剩餘時間失效時脈寬修正量置零的步驟。當判斷剩餘時間失效時，將脈寬修正量 設為0。 在剩餘時間失效的情況下， 一種基於驅動功的基本循環過程包含以下步驟
剩餘時間失效時確定目標功。根據發動機和環境當前的狀態，或者目標剩餘時間， 提取儲存在ECU微電腦記憶單元的目標驅動功； 剩餘時間失效時開始驅動螺線管。以驅動脈寬的初次預測值驅動螺線管；
剩餘時間失效時計算驅動功。根據驅動電壓和驅動電流信息計算驅動功；
剩餘時間失效時判斷驅動功大於目標驅動功而停止驅動螺線管的步驟。當驅動功 大於等於目標驅動功時，結束驅動電磁燃油泵噴嘴，否則繼續驅動螺線管直到實測驅動功 等於目標驅動功時停止驅動。 所述驅動功等於從本循環開始到當前狀態螺線管消耗的電能。實驗表明，驅動功
與電磁燃油泵噴嘴的噴射量成正比，因此，發動機對於剩餘時間的需求可以轉化為對驅動
功的需求，這個需求可以以目標驅動功的形式存儲在ECU微電腦的記憶單元中。 在剩餘時間失效的情況下，另一種基於驅動功的基本循環過程包含以下步驟 剩餘時間失效時確定目標功的步驟。根據發動機和環境當前的狀態，或者目標剩
餘時間，確定目標驅動功； 剩餘時間失效時開始驅動螺線管的步驟。以驅動脈寬的初次預測值驅動螺線管；
剩餘時間失效時預測脈寬延長量的步驟。將驅動脈寬相對驅動功的變化率，乘以
5目標驅動功與驅動功W之差，即為預測脈寬延長量； 剩餘時間失效時設定脈寬延長的步驟。在脈寬的初次預測值的基礎上，按照預測 脈寬延長量對驅動脈寬延長； 剩餘時間失效時停止延長驅動螺線管的步驟。當驅動時間達到延長後的驅動脈寬 後，停止驅動螺線管。 在執行上述基本循環過程之前，可以執行一次包括以下步驟的系統上電過程
系統供電的步驟。系統包括電磁燃油泵噴嘴及其控制裝置，通過打開電源開關給 系統供電； 系統上電自檢的步驟。給系統供電後，ECU單元對系統的各個部分進行檢測，如果 有必要，可以將檢測信息通過顯示設備顯示，也可以通過無噴射空泵發出聲音以示系統通 電和電磁燃油泵噴嘴連接正常； 根據環境和發動機狀態預噴燃油的步驟。根據發動機當前的狀態(例如發動機機 體溫度或者冷卻水溫度)，環境狀態(例如環境溫度，大氣壓力等)確定預噴燃料需求量，然 後再根據儲存在ECU微電腦的剩餘時間與噴射流量的關係，將預噴燃料需求量轉化為目標 剩餘時間和噴射次數，再將燃料噴入發動機的進氣道或者燃燒室內。 下面是上述系統上電過程的進一步完善，它還包括一個循環子過程，由以下步驟 組成 驅動螺線管做無噴射空泵的步驟；
檢測並獲得實測剩餘時間的步驟； 目標剩餘時間與實測剩餘時間之差在所定範圍內時，判斷剩餘時間有效而停止驅 動螺線管做無噴射空泵的步驟。當目標剩餘時間與實測剩餘時間之差在所定範圍內時，例 如小於目標剩餘時間的10%，則認為剩餘時間有效而停止無噴射空泵。空泵所需的驅動脈 衝寬度可以根據實驗數據預先儲存在ECU微電腦中，可以是一個固定值，也可以隨發動機 機體或者冷卻水的溫度而變化。 上述子過程按照一定的頻率循環，例如60Hz。如果所述循環超過一定的次數而 剩餘時間有效性仍未恢復，例如超過150次，則有可能燃油耗盡、油管不暢或者燃油開關關 閉，則可以強行停止。在剩餘時間有效性恢復之前，可以限制啟動發動機，也可以停止空泵 循環而優先啟動發動機。 此外，本發明之另一目的是提供一種電磁燃油泵噴嘴的驅動裝置，其包括一個用 於控制通過螺線管電流的驅動電流控制器， 一個用於測量驅動電壓的驅動電壓檢測器，一 個用於測量剩餘時間的剩餘時間生成器。 上述剩餘時間生成器包括一個減法器和一個斯密特觸發器(SchmittTrigger)。
所述驅動裝置還包括一個螺線管電流檢測器。ECU微電腦可以通過所述電流檢測 器和驅動電壓檢測器，採用數值計算的手段獲得驅動功，即根據採集到的驅動電壓和驅動 電流信號，運用數值積分求得驅動功。 本發明還提供一種電磁燃油泵噴嘴的驅動裝置，其包括一個用於控制通過螺線 管電流的驅動電流控制器，一個用於測量驅動電壓的驅動電壓檢測器，一個用於測量剩餘 電壓的剩餘電壓生成器。 所述剩餘電壓生成器可以由一個減法器和一個採樣保持器組成。
綜上所述，一種比較優化的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置，包括一個用於控制通過螺
線管電流的驅動電流控制器， 一個用於測量驅動電壓的驅動電壓檢測器， 一個用於測量剩
餘時間的剩餘時間生成器，一個用於檢測通過螺線管電流的螺線管電流檢測器， 上述基於剩餘時間的一切過程和步驟同樣適用於基於剩餘電壓曲線的其它特徵
參數，例如剩餘電壓或者剩餘斜率。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步詳細描述。
圖1為應用本發明之電磁燃油泵噴嘴的結構示意圖。 圖2為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案。 圖3為本發明提供的剩餘時間之採樣方法圖。 圖4為本發明提供的剩餘時間與噴射流量之關係示意圖。 圖5為本發明提供的剩餘時間關於驅動電壓之修正示意圖。 圖6a為本發明提供的驅動電流控制器之實施方案；圖6b為本發明提供的驅動電
壓檢測器之實施方案；圖6c為本發明提供的剩餘時間生成器之實施方案。 圖7為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第二實施例方案。 圖8為本發明提供的剩餘電壓之採樣方法圖。 圖9為本發明提供的剩餘電壓生成器之實施方案。 圖10為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第三實施例方案。 圖11為本發明提供的驅動電流檢測器之實施方案； 圖12為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法之第一實施例方案。 圖13為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法之第一實施例中的上電預備
處理方案。 圖14為實現本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法之第一實施例中的上電 預備處理方案之時序說明圖。 圖15為基於本發明提供的剩餘時間之發動機脈譜示意圖。 圖16為本發明提供的剩餘時間與驅動脈寬以及驅動電壓之關係示意圖。 圖17為本發明提供的恢復剩餘時間有效性之空泵信號安排方案示意圖。 圖18為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法之第二實施例方案。 圖19為本發明提供的剩餘時間與驅動功之間關係之示意圖。 圖20為一種剩餘時間失效處理的控制流程圖。
具體實施例方式
圖1為一種電磁燃油泵噴嘴結構示意圖，其工作過程是燃料進入壓送室5後，在 柱塞4的作用下，通過出油閥7到達噴嘴6，當燃料達到所定壓力時，例如15bar，由噴嘴6 噴出。柱塞4的運動來自包含有螺線管的螺線管裝置3通電後產生的電磁力，螺線管裝置3 由ECU單元2發出的P麗脈衝電壓所驅動。P麗脈衝電壓的佔空比決定著燃油噴射量Qi ， 在其它條件不變的條件下，燃油噴射流量Qi與驅動脈寬T1成正比。發動機對於燃油噴射 流量的需求主要由發動機的運轉資料8所決定，運轉資料8包含發動機轉速，熱負荷，環境狀態等。這種電磁燃油泵噴嘴裝置可以將電磁泵1和噴嘴6集成為一體，也可以將它們分 離布置，它們之間由一條燃油通道9連接。 圖2為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置(以下簡稱驅動裝置)之第一實施 例方案。用螺線管23作為電路中的負載替代電磁燃油泵噴嘴，其中一端與驅動電源的正 極24相連接，此端也是螺線管驅動線路的上端，用字母U代表，另一端連接驅動電流控制器 26，此端也是螺線管驅動線路的中端，用大寫字母M代表。驅動電流控制器26另一端直接 與地接通，其控制極通過埠 tl與ECU微電腦21連接。在M與ECU微電腦21的埠 t3 之間設有剩餘時間(以下簡稱T3)生成器25。在U與ECU微電腦21之埠 vd之間設有一 個驅動電壓檢測器22。 上述系統的一個完整的工作循環是ECU微電腦21通過埠 tl向驅動電流控制 器26發出一個寬度為T1的方波信號使得驅動電流控制器26的兩端M和G導通(忽略電 流控制器26的導通電阻)，同時螺線管23的兩端被加上一個幅值為Vd的電壓，螺線管23 導通後驅動電磁燃油泵噴嘴工作。噴射結束後，其噴射流量Qi的信號可以通過T3生成器 25，由t3埠傳入ECU微電腦21。 ECU微電腦21根據這一噴射流量反饋信號T3以及當前 驅動電壓值Vd，開始預測下一個循環的驅動脈寬Tl，驅動電壓值Vd由埠 vd通過驅動電 壓檢測器22進入ECU微電腦21 。 T3生成器25的工作原理可以結合圖2和圖3說明。驅動電流控制器26關閉時， 螺線管M端的電壓出現一個階躍，此前的電壓變化過程為前曲線27，此後的電壓變化過程 為後曲線29，後曲線29與驅動電壓Vd之差值就是剩餘電壓曲線。根據T3的定義，T3應該 等於從電流控制器26關閉開始，到剩餘電壓曲線到達一定高度Vf為止的時間長度。T3生 成器25的輸入信號是前曲線27和後曲線29 ;輸出信號是一個能夠表達T3的階躍信號28。 這裡Vf可以取為3V或者其上下某一個值。 對於一個特定的Vf和一個特定的電磁燃油泵噴嘴裝置，T3與噴射流量Qi之間的 關係基本是確定的，如圖4所示，T3與Qi可以近似由一條直線301表達。圖4中，橫坐標 為T3，單位是毫秒(ms);縱坐標為噴射流量，單位是每脈衝微升(yl/pulse)。
驅動電壓Vd對於T3與噴射流量Qi之間的關係也有一定的影響，但這種影響比較 小。對於一個固定的噴射流量Qi，較高的電壓對應的T3較小，需要一個正向修正，而較低的 電壓對應的T3較大，需要一個負向修正，如圖5所示。圖5給出了一種特定電磁燃油泵噴 嘴的T3電壓修正特性的實測結果，橫坐標為驅動電壓Vd，單位是伏特(V)，縱坐標為T3電 壓修正量，單位是毫秒(ms)。 T3的電壓修正特性與噴射流量Qi也有一定的相關關係，但相 關性較小，考慮到實際應用時可能存在的電壓採集誤差，T3電壓修正特性可以近似處理為 一條修正曲線302。 圖6a為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案中驅動電流控 制器26的一種電路設計。這裡，電流控制器為一個FET型開關管41，其柵極由ECU微電腦 21通過埠 tl控制，一端與螺線管的M端連接，另一端與地相通。 圖6b為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案中驅動電壓檢 測器22的一種具體電路。如圖6b所示，這裡驅動電壓檢測器22由分壓電阻42和分壓電 阻43組成，它們串連後一端接到螺線管的U端，另一端接到地。驅動電壓信號從分壓電阻 42和分壓電阻43之間取出，由埠 vd進入ECU微電腦21 ，然後通過A/D轉換器變成數字
8信號。 圖6c為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案中T3生成器 25的一種具體電路。這裡，T3生成器25由一個減法器58和一個斯密特觸發器(Schmitt trigger) 59組合而成。減法器58由運算放大器44，電阻45，電阻48，電阻49和電阻51組 成，電容46和二極體47用於限壓保護，減法器58之功能是將螺線管M端的電位減去驅動 電壓Vd ;斯密特觸發器59由運算放大器56，電阻52，電阻53，電阻54，電阻55和電阻57 組成，其中在電阻52的一端需要提供一個參考電壓Vf，斯密特觸發器59的作用是，當減法 器58的輸出電壓高於(低於)參考電壓Vf時輸出低(高)電平。運用上述電路，可以具 體實現T3生成器25的功能，即當驅動電流控制器26關閉時，在t3端產生一個低電平，當 剩餘電壓曲線高度下降到參考電壓Vf時，t3端產生一個高電平，ECU微電腦21可以通過中 斷處理等方式獲得這個脈衝寬度，即T3。 圖7為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第二實施例方案。此實施方案包 含螺線管23，驅動電壓檢測器22， ECU微電腦21，驅動電流控制器26和V3生成器66。其 中，V3生成器66的一端與螺線管的M端連接，另一端與ECU微電腦21的埠 v3連接，V3 生成器66需要一個觸發信號Tf ，它來自於ECU微電腦21的tf埠 ，或者ECU微電腦21之 外的其它延時電路。 圖7所示的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第二實施例方案的工作過程與圖2所示的 電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案相似，即ECU微電腦21通過埠 tl向驅動電 流控制器26發出一個寬度為Tl的方波信號使得驅動電流控制器26的兩端M和G導通(忽 略電流控制器26的導通電阻)，同時螺線管23的兩端被加上一個幅值為Vd的電壓，螺線管 23導通後驅動電磁燃油泵噴嘴工作，噴射結束後，其噴射流量Qi的信號可以通過V3生成器 66，由v3埠傳入ECU微電腦21。 ECU微電腦21根據這一噴射流量反饋信號V3以及當前 驅動電壓值Vd，開始預測下一個循環的驅動脈寬Tl，驅動電壓值Vd由埠 vd通過驅動電 壓檢測器22進入ECU微電腦21。 V3生成器66的工作原理可以結合圖7和圖8說明。驅動電流控制器26關閉時， 螺線管M端的電壓出現一個跳躍，跳躍之前的電壓變化為前曲線27，跳躍之後的電壓變化 為後曲線29，後曲線29與驅動電壓Vd之差值就是剩餘電壓曲線。根據V3的定義，V3應該 等於從電流控制器26關閉開始到延時Tf這個時刻的剩餘電壓曲線高度。V3生成器66的 輸入是前曲線27和後曲線29 ;輸出是一個V3電壓模擬信號。另外，V3生成器66需要一個 外來的(由ECU微電腦21的埠 tf提供)或者內置的(V3生成器66內部的延時電路) 時間觸發信號69，這裡Tf可以取為2. 5ms或者上下某一個值。 圖7中的驅動電壓檢測器22和驅動電流控制器26的具體的實施方案分別與圖6b 和圖6a所示的電路相同。 圖9為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第二實施例方案中V3生成器66 的一種具體電路。這裡，V3生成器66由一個減法器58和採樣保持器(S/H) 107組合而成。 減法器58之功能是將螺線管M端的電壓減去驅動電壓Vd;採樣保持器(S/H)107由輸入運 算放大器93和輸出運算放大器95，開關三極體94，反饋電阻98，限流電阻96，電容97，以及 兩個反向二極體99和二極體100穩壓對組成。採用保持電路(S/H) 107的作用是根據觸發 信號定義的時刻，將來自減法器58的輸出信號保持一定的時間，並通過v3埠傳遞給ECU微電腦21。 觸發信號69是一個如圖8所示的階躍信號，它可以由ECU微電腦21的埠 tf輸 出到保持電路(S/H)107。工作時，ECU微電腦21根據所定的延時長度Tf，將階躍信號tf輸 出到保持電路(S/H)107的開關三極體94的控制柵極，開關三極體94導通後，在採樣保持 器(S/H)107輸出端產生一個高度為V3的電平，V3通過ECU微電腦的埠 v3輸入，並經過 A/D轉換器轉換為數位訊號。 圖10為本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第三實施例方案。此實施方案 包含螺線管23，驅動電壓檢測器22， ECU微電腦21 ，驅動電流控制器26， T3生成器25，驅動 電流檢測器78。驅動電流控制器26、驅動電壓檢測器22和T3生成器25分別與圖6a、圖 6b和圖6c所示的電路相同。 上述系統的一個完整的工作循環是ECU微電腦21在判斷T3無效的情況下，通過 埠 tl向驅動電流控制器26發出一個預測寬度為Tl的方波信號使得驅動電流控制器26 的兩端M和D導通，從D端到G通過電流檢測器78的電阻要求很小，故其壓降VDe可以忽略 不計，此時從電源24經過螺線管23到地G的線路被導通，螺線管23導通後驅動電磁燃油 泵噴嘴工作並噴射燃料，與此同時，代表驅動電壓Vd以及驅動電流Id的信號分別通過驅動 電壓檢測器22和驅動電流檢測器78以及埠 vt和埠 id進入ECU微電腦21， ECU微電 腦21根據所採集到的驅動電壓Vd和驅動電流Id信息計算出本循環內螺線管的驅動功W。 在本循環開始後的Tl時間內，螺線管消耗的電能就是驅動功W，即W二 / 。T1Id*Vd dt。如 果驅動功W達到ECU微電腦21預先設定的驅動目標功WO，則ECU微電腦21通過埠 tl切 斷螺線管23的電流，否則繼續驅動螺線管23工作直到滿足W > = WO條件為止。噴射結束 後，T3通過T3生成器25由t3埠傳入ECU微電腦21，ECU微電腦21根據實測T3與預設 的目標T3的比較來判斷T3的有效性。當實測T3遠大於目標T3時，例如實測T3除以目標 T3大於1. 3，則判斷T3無效，再根據發動機的運行狀態，ECU微電腦21確定新的目標T3和 目標驅動功WO，並確定驅動脈衝的預測寬度Tl後進入到下一個循環。如果T3有效，則進入 一個與圖2所示的電磁燃油泵噴嘴驅動裝置之第一實施例方案完全相同的工作循環。
驅動電流檢測器78的作用是為ECU微電腦21檢測流經螺線管23的瞬態電流提
供信號，下面通過一個具體實施電路說明其工作原理。如圖ll所示，在此實施例中，電流檢 測器78由一個檢測電阻116、運算放大器113、反饋電阻118，以及電阻115、電阻117和電 阻114組成。檢測電阻116兩端的壓降VDe與通過螺線管23的電流成正比，因此可以通過 檢測壓降VDe來檢測螺線管23中的電流。但因為檢測電阻116的取值很小以免對螺線管的 電流造成影響，所以壓降VDG也比較小。因此，需要一個運算放大器113將壓降VDe放大以 至於通過ECU微電腦21的埠 id輸入和進行A/D轉換時保持良好的精度。
以下是本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法的實施方式之一。
如圖12所示，所述電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法包括上電預處理過程131和發動 機運轉循環過程132。 上電預處理過程131的具體實施步驟如圖13所示首先系統(包括電磁燃油泵噴 嘴和驅動裝置)接通電源，即步驟151 ;然後以較短脈衝寬度空泵數次，空泵的目的是產生 聲音而不是噴射燃料以示電源接通，即步驟152 ;接下來，根據在空泵過程中獲得的T3，即 步驟154 ;判斷T3是否有效，即步驟155 ;如果T3無效，則進行恢復T3有效性的空泵，即步驟153 ;否則，根據發動機當前的狀態(例如發動機機體溫度或者冷卻水溫度)，環境狀態(例如環境溫度，大氣壓力等)確定一個預噴燃料需求量，然後再根據儲存在ECU微電腦的資料T3 = f (Qi)，即T3與噴射流量的關係，將預噴燃料需求量轉化為目標T3以及噴射次
數，將燃料噴入發動機的進氣道或者燃燒室內，即步驟156 ;最後等待啟動，即步驟157。在執行步驟152和步驟153時，空泵要求的驅動脈寬Tl是預先儲存在ECU微電腦記憶單元之中的，以柱塞運動但不發生燃油噴射的最長脈寬為上限來確定，可以因實測驅動電壓的高低做相應的調整。在執行恢復T3有效性步驟153的過程中，在驅動電壓Vd和驅動脈寬Tl不變的情況下，正常情況下實測T3信號是逐步減小的，如圖14所示，直到接近有效T3閾值，說明T3的有效性已經得到恢復。如果T3有效性在一定的時間內不能恢復，則需要將恢復T3有效性的空泵強行終止。如果在強行終止之前，發動機開始啟動，也可以強行終止空泵循環以優先發動機的啟動。在執行步驟156時，需要電磁燃油泵噴嘴的基本資料T3 =f (Qi)，這個資料來自於圖4所示的T3與噴射流量Qi之間關係的實驗數據，這些數據經過處理後，被預先儲存在ECU微電腦的記憶單元中。 發動機運轉循環132適用於發動機自啟動開始以後的運行過程。
如圖12所示，S作為整個循環的起始點，從S點開始進入步驟133 :根據發動機當前的運轉狀態信息，從資料庫141提供的資料303確定一個目標T3以對應一個最佳的目標供油量。如圖15所示的資料303，目標T3以T3脈譜T3-MAP的形式存在於ECU微電腦的記憶單元之中，T3-MAP是通過發動機試驗在某種環境狀態下獲得的數據，如果實際運行中環境狀態有所改變，則需要對目標T3進行修正。 然後進入步驟134 :根據所確定的目標T3，從資料庫142提供的資料304確定驅動脈寬的初次預測值TIO。 T10從預先儲存在ECU微電腦記憶單元的資料T1 = f(T3， Vd)獲得，如圖16所示的資料304，驅動脈寬Tl是T3和驅動電壓Vd的函數。
再進入步驟135 :判斷T3是否有效。如果判斷T3有效，則轉入步驟136，否則將轉入步驟137。 判斷T3有效性的基本準則是，當實測T3大於目標T3並且其差值超過所定值時，例如實測T3除以目標T3大於1. 3，則判斷T3無效。 在T3有效的情況下，進入步驟136 :確定脈寬修正量DT1。 DT1主要依據實測T3與目標T3之差值，以及當前驅動電壓Vd來確定。從圖16提供的資料304可以推算出變化率Kt二3Tl/3T3，因此，脈寬修正量DTl =KtX(目標T3-實測T3)。 接下來進入步驟139 :驅動螺線管使得電磁燃油泵噴嘴噴射燃料，驅動脈寬取為T10+DT1。然後進入步驟140 :檢測T3並且計算目標T3與實測T3的差值，最後回到始點S進入下一個循環。 在T3無效的情況下，進入步驟137 :加入空泵脈衝以加速恢復T3的有效性。如圖17所示，加入恢復T3有效性的空泵脈衝是在噴射驅動信號之間加入一個或者若干個不噴射燃料的短脈衝，加入空泵的脈衝寬度以不噴射燃料油的最長驅動脈寬為限，其目的是通過柱塞的運動排除可能存在的燃料蒸汽。 接下來進入步驟138 :將脈寬修正量DT1置為零，然後再進入步驟139，其餘步驟同上。 下面通過圖18說明本發明提供的電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法的實施方式之
本實施方式同樣包括兩個部分上電預處理過程131和發動機運轉循環過程162，其中上電預處理過程131與電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法的實施方式之一的上電預處理過程131相同。 本實施方式與電磁燃油泵噴嘴驅動控制方法的實施方式之一的區別在於關於T3無效的處理過程。 在本實施方式中，在T3失效的情況下，進入步驟169 :根據目標T3確定目標驅動功W0。在本循環開始後的T1時間內，螺線管消耗的電能就是驅動功W，即W = / 。T1Id*Vddt，驅動功W的計算可以建立在圖IO所描述的驅動裝置的基礎上。目標功與燃料的噴射量存在一定的對應關係，尤其是在T3失效的情況下，這種對應關係依然存在。在T3有效的情況下，通過實驗可以確定T3與噴射流量Qi的對應關係，同樣也可以確定W與噴射流量Qi的對應關係，這兩個對應關係可以組合成一個T3與W的對應關係而形成資料庫177中的資料305，如圖19所示的資料305，這個對應關係可以近似簡化為一條直線。將這個對應關係預先儲存在ECU微電腦的記憶單元中，便能夠通過目標T3查找到目標驅動功W0。儘管圖19給出的T3與驅動功W之間的關係是在T3有效條件下通過實驗獲得的，但這個關係可以外推到T3失效的情況。 確定了目標驅動功WO之後，進入步驟170 :以初次預測值T10為脈寬驅動螺線管。在驅動螺線管的同時，進入步驟171 :計算驅動功W。驅動功的計算可以建立在圖IO所示的驅動裝置硬體設備之基礎上，ECU微電腦21根據採集到的驅動電壓Vd和驅動電流Id信號，採用數值積分的手段計算出驅動功W。接著進入步驟172 :比較驅動功W與目標驅動功WO，如果驅動功W小於目標驅動功WO，則進入步驟173 :繼續驅動螺線管，否則進入步驟174 :停止驅動螺線管，接下來進入步驟168 :檢測T3並計算實測T3與目標T3的差值，最後再回到循環的起點S。 另一種處理T3失效控制及其算法如圖20所示，可以替代圖18從B點到E點的所有步驟。如圖20所示，首先進入步驟170a:以初次預測值T10為脈寬驅動螺線管。在T3失效的情況下，由於燃料蒸汽的存在，發動機對於驅動脈寬的要求應該大於初次預測值TIO。因此在驅動脈衝結束時自動延長一個時間長度DT10，用於計算驅動功和預測驅動脈寬的延長量ET1。 DT10相對T10是一個小量，對於燃料噴射量的影響比較小。
按照初次預測脈寬T10驅動螺線管過程結束後，進入步驟171a :計算驅動功W。接著進入步驟172a :預測驅動脈寬延長量ET1。預測驅動脈寬延長量ET1的方法是根據圖19提供的資料305以及圖16提供的資料304，獲得驅動脈寬Tl關於驅動功W的變化率
Kw二 (OT1/3T3) (3T3/3W)，那麼驅動脈寬延長量ETl = KwX(目標驅動功wo-驅動功
W)，再考慮到驅動電壓Vd的影響做進一步修正，然後進入步驟173a :按照延時ET1設定驅動延長定時。按照驅動延時的長度執行完對螺線管的驅動後，進入步驟174a :停止驅動螺線管，其餘步驟如圖18所示。
1權利要求
一種電磁燃油泵噴嘴的驅動控制裝置，電磁燃油泵噴嘴包括電磁泵和噴嘴，電磁泵包括螺線管、柱塞和燃料壓送室，控制裝置包含一個ECU微電腦和一個電流控制器，電流控制器串聯於螺線管與地之間，由ECU微電腦發出驅動脈衝信號控制所述電流控制器以在螺線管兩端產生脈衝電壓，所述電磁泵在脈衝電壓驅動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定壓力時經噴嘴噴出，其特徵在於，所述裝置包括一個用於控制通過螺線管電流的驅動電流控制器，一個用於測量驅動電壓的驅動電壓檢測器，一個用於測量剩餘時間的剩餘時間生成器，所述驅動控制裝置利用柱塞位移信號得到目標反饋信號，依目標反饋信號預測驅動脈寬，以預測的驅動脈寬控制每次噴油所要達到的目標油量；柱塞位移信號通過測量剩餘電壓曲線的至少一個特徵參數獲得，剩餘電壓曲線是指驅動脈衝信號截止後相鄰電流控制器螺線管一端的電壓與驅動電壓之差值隨時間的變化過程，所述剩餘時間為剩餘電壓曲線的特徵參數，即從驅動脈衝信號截止時刻開始，到剩餘電壓曲線的高度下降到規定值之時間長度。
2. 如權利要求1所述的電磁燃油泵噴嘴的驅動控制裝置，其特徵在於，所述剩餘時間 生成器包括一個減法器和一個斯密特型觸發器。
3. 如權利要求1或2所述的電磁燃油泵噴嘴的驅動控制裝置，其特徵在於，所述裝置還 包括一個用於檢測通過螺線管電流的螺線管電流檢測器。
全文摘要
一種電磁燃油泵噴嘴驅動控制裝置，包括用於控制通過螺線管電流的驅動電流控制器，用於測量驅動電壓的驅動電壓檢測器，用於測量剩餘時間的剩餘時間生成器，利用柱塞位移信號，尤其是剩餘電壓曲線的特徵參數剩餘時間，得到目標反饋信號預測驅動脈寬，以預測的驅動脈寬控制每次噴油目標油量，從而實現對電磁燃油泵噴嘴裝置閉環控制，以提高對發動機燃料供應的精度，避免和減少由於機械磨損，復位彈簧力改變，噴嘴開啟壓力改變，燃油通道阻力變化，噴嘴流量係數改變，液體粘性改變、燃料雜質帶來摩擦力變化，驅動電壓變化等因數引起的噴射流量的變化，與此同時，可以實現ECU單元對電磁燃油泵噴嘴工作的實時監控，進行非正常狀態和故障診斷。
文檔編號F02M57/02GK101725426SQ20091021176
公開日2010年6月9日 申請日期2006年5月12日 優先權日2006年4月11日
發明者劉昌文, 楊延相, 郗大光 申請人:浙江飛亞電子有限公司