技术领域
[0001] 本
发明涉及电子喷射燃料供给系统的控制方法。
[0002] 本发明有利地应用于摩托车用低功率
内燃机，在不失一般性的情况下在以下描述中将具体参照该摩托车用低功率内燃机。
背景技术
[0003] 为了遵守由新近防污染标准规定的越来越低的排放限制，代替传统
汽化器供给的电子喷射供给也必须用于摩托车用低功率内燃机(也包括仅50cc)中。
[0004] 在用于低功率内燃机的电子喷射燃料供给系统中，电动燃料
泵在
大气压下从
燃料箱中汲取燃料并将燃料本身供给至喷射器；当内燃机空转时燃料泵必须具有与由发
电机产生的电
力相容的非常低的电力消耗。
[0005] 喷射器喷射的燃料量取决于喷射时间(即喷射器保持打开的时间段)和燃料供给压力。因此，当使用电子喷射供给时，燃料供给压力必须保证恒定且等于预定设计值。
[0006] 在已知的低功率内燃机中，定流量且高效率燃料泵(以保持低电力消耗)与压力调节器结合使用，所述压力调节器使燃料供给压力保持恒定且等于预定设计值。因此，燃料泵总是向喷射器供给恒定的燃料流量而与
发动机速率无关，并且压力调节器使过量燃料再循环回到燃料箱以使燃料供给压力保持恒定且等于预定设计值。
[0007] 换句话说，燃料泵的尺寸设计为使得在所有操作条件下均供给超过实际消耗量的燃料量，并且压力调节器设在燃料泵下游，所述压力调节器通过将过量燃料排入再循环通道而使燃料供给压力值保持恒定且等于预定设计值，其中所述再循环通道将过量燃料本身重新引回到燃料箱中。在这种情况下，燃料泵的尺寸必须设计为能够供给等于最大可能消耗量的燃料量；然而，这种最大可能消耗的状态极少发生，在所有其余操作状态下，燃料泵供给的燃料量比实际消耗量大得多，因此相当量的这种燃料将通过压力调节器排至燃料箱。
[0008] 显而易见，由燃料泵执行的用于泵送随后由压力调节器排放的燃料的工作是“非必要”工作，因而电子喷射供给系统总体上具有非常低的
能量效率。而且，压力调节器和连接至所述压力调节器的再循环通道相当笨重，且增加了电子喷射供给系统的总成本。
[0009] 为了解决上述
缺陷，已经提出了使用这样的燃料泵，该燃料泵设有：变容量泵送室；单向吸入
阀；单向输送阀；可动
活塞，所述活塞在其中集成有吸入阀并且联接至泵送室以周期性地改变泵送室本身的容积；以及致动装置，所述致动装置为活塞提供往复运动并且具有用以在输送阶段中致动活塞的电磁
致动器。
[0010] JP58117351A公开了一种燃料泵驱动
电路，其适合于通过接通/关闭燃料泵以及控制与需求量相对应的接通时间来节约电力。
[0011] WO2007031463A1公开了一种用于操作燃料泵以便引导来自内燃机燃料容器的燃料的方法，其中，根据内燃机需求的燃料，将脉冲形式的
电能周期性地引导至燃料泵，并且控制脉冲的持续时间。脉冲
频率以这样的方式控制，即在燃料泵的泵送能力低的情况下，将频率控制为比泵送能力高时要高的
水平。
发明内容
[0012] 本发明的目的是获得一种电子喷射燃料供给系统的控制方法，所述控制方法容易实施且成本低，能够非常精确地调节燃料供给压力，并具有非常高的能量效率(即电能消耗低)。
[0013] 根据本发明，提供了一种电子喷射燃料供给系统的控制方法，所述电子喷射燃料供给系统用于内燃机且包括至少一个喷射器和包括由致动装置致动的非连续流量燃料泵；所述控制方法包括以下步骤：
[0014] 确定在所述内燃机的每个循环中必须喷射的期望燃料量；
[0015] 以取决于所述内燃机的旋转速度的喷射频率驱动所述喷射器，以便喷射所述内燃机的每个循环的期望燃料量；
[0016] 根据在所述内燃机的每个循环中必须喷射的所述期望燃料量来确定所述燃料泵的致动装置的最佳泵频率；并且
[0017] 以所述最佳泵频率致动所述燃料泵的致动装置；
[0018] 所述控制方法的特征在于其包括进一步的步骤：
[0020] 将所述期望燃料量与所述两个阈值进行比较；
[0021] 当所述期望燃料量低于所述下阈值时或者当所述期望燃料量高于所述上阈值时，为所述最佳泵频率
指定与所述喷射频率无关的值，以便以与所述喷射器的驱动异步的方式驱动所述燃料泵；并且
[0022] 当所述期望燃料量处于所述两个阈值之间时，为所述最佳泵频率指定与所述喷射频率相同的值，以便以与所述喷射器的驱动同步的方式驱动所述燃料泵。
附图说明
[0023] 下面将参照公开了本发明非限制性实施方式的附图描述本发明，在所述附图中：
[0024] 图1是设有根据本发明的控制方法工作的电子喷射燃料供给系统的内燃机的示意图；
[0025] 图2是图1中的供给系统的燃料泵为清楚起见而拆卸了部分部件的截面图；
[0026] 图3是图2中的燃料泵的驱动装置的配线图；
[0027] 图4是示意性地示出图3中的驱动装置的一些电气量值随时间变化的图表。
具体实施方式
[0028] 在图1中，标记1总体表示设有汽缸2的内燃机，所述汽缸2借助于至少一个进气
门4连接至进气
歧管3，并借助于至少一个排气门6连接至
排气歧管5。
[0029]
进气歧管3通过由蝶形阀8调节的供给管7接收新鲜空气(即来自外部环境的空气)，并借助于由进气门4调节的进气管9连接至汽缸2。类似地，排气歧管5借助于由排气门6调节的排气管10连接至汽缸2；排放管11起始于排气歧管5，终止于消音器(公知而未图示)，以将由燃烧产生的气体排放至大气中。
[0030] 借助于电子喷射供给系统12将燃料(通常是
汽油)供给至汽缸2，所述电子喷射供给系统12包括喷射器13，所述喷射器13靠近进气门4布置以将燃料本身喷入进气管9中。根据不同的实施方式(未图示)，喷射器13布置为使得能够将燃料喷入汽缸2中。供给系统12进一步包括非连续流量燃料泵14，所述燃料泵14在大气压下从燃料箱15汲取燃料并将燃料本身供给至喷射器13。燃料泵14借助于连接管16液压地连接至喷射器13，所述连接管16构成弹性
增压室。优选地，连接管16包括由弹性材料(
橡胶等)制成的管体组成的至少一个部分，所述部分限定弹性增压室；可替代地，连接管16可以完全由刚性材料制成，并可以包括独立的弹性增压室。
[0031]
电子控制单元17调节供给系统12的操作，具体地，驱动喷射器13以便在活塞的吸入阶段中周期性地喷射燃料，并驱动燃料泵14以便以恒定的预定压力将燃料供给至喷射器13。
[0032] 如图2所示，燃料泵14包括圆筒形管状壳体18，具有中心供给通道19，其在一侧连接至燃料箱15并在相反侧借助于连接管16连接至喷射器13。
[0033] 在壳体18内且沿着供给通道19限定有变容量泵送室20，其呈圆筒形、在侧向由壳体18界定、并在轴向由可动活塞21和由固定封闭盘22界定，所述封闭盘22具有由单向输送阀24接合的贯穿输送孔23，所述单向输送阀24对燃料从泵送室20的释放进行调节。优选地，输送阀24是
球阀，且包括球闸25，所述球闸25由阀簧26推压而抵靠在输送孔23的口部上。
[0034] 活塞21由致动装置27致动，所述致动装置27在使用中向活塞21本身提供往复运动，以周期性地改变泵送室20的容积。活塞21在其中集成有单向吸入阀28，所述单向吸入阀28对供给至泵送室20的燃料进行调节。
[0035] 致动装置27包括用于在吸入阶段中致动活塞21的电磁致动器29和用于在输送阶段中致动活塞21的
弹簧30。换句话说，在吸入阶段中，对电磁致动器29通电以使活塞21克服由弹簧30施加的偏置力并沿第一方向移位以便增加泵送室20的容积；在吸入阶段的终点，对电磁致动器29断电，并且活塞21沿相反于第一方向的第二方向移位以便在由弹簧30施加的弹性偏置力的作用下减小泵送室20的容积。
[0036] 根据优选实施方式，弹簧30的尺寸设计为使得由弹簧30施加在活塞21上的预载偏置力等于活塞21的有效面积(即活塞21的界定泵送室20的圆形表面)乘以期望燃料供给压力。由此，只有在连接管16内的燃料压力低于期望燃料供给压力时，弹簧30才能够通过输送阀24将燃料从泵送室20推出并将燃料推向导向喷射器13的连接管16；否则系统是平衡的，即由弹簧30施加在存在于泵送室20中的燃料上的偏置力等于由存在于连接管16中的燃料施加的
反向偏置力，因此，输送阀24不会打开且活塞21保持不动。要重点指出的是，在上面提出的弹簧30的尺寸设计中已对阀簧26的影响进行了补偿。
[0037] 电磁致动器29包括线圈31、固定磁极32和可动
衔铁34，所述固定磁极32布置于壳体18内并具有允许燃料沿着供给通道19流动的中心孔33，所述可动衔铁34布置于壳体18内、具有允许燃料沿着供给通道19流动的中心孔35、刚性连接至活塞21并适于在对线圈31通电时由磁极32磁吸引。
[0038] 根据优选实施方式，线圈31绕壳体18布置于外部并因此与燃料隔绝(该方案商业上称为“干线圈”)；由此，线圈31的隔绝无需液密且无需抵抗由燃料产生的
腐蚀，所以它比要与燃料
接触的等效隔绝简单得多而且更便宜。
[0039] 此外，电磁致动器29包括管状
磁性电枢36，所述磁性电枢36布置于壳体18外部并包括用以将线圈31容置于其中的座。
[0040] 优选地，弹簧30布置于可动衔铁34的中心孔35内并被压缩在固定磁极32与活塞21之间。而且，弹簧30优选地具有其较大基部位于活塞21处的锥形，以简化弹簧30本身的组装。
[0041] 活塞21由薄盘组成并设有若干贯穿供给孔37；吸入阀28包括在其周边处固定至活塞21并设有一组瓣片(未详细图示)的可
变形箔片(未详细图示)，所述瓣片的每个都联接至相应的供给孔37。通常，箔片的每个瓣片都置于供给孔37的封闭
位置，而且在活塞21的向外冲程中能够从供给孔37的封闭位置移动至打开位置，以允许汽油进入泵送室20中。
[0042] 下面以从内燃机1关闭且未被供电的休止状态即从点火钥匙(未图示)置于关闭位置的休止状态开始的方式描述燃料供给系统12的操作。在这种状态下，燃料泵14(即燃料泵14的致动装置27)也没有被供电。
[0043] 当内燃机1被供电时(即当点火钥匙置于接通位置时)，燃料泵14(即燃料泵14的致动装置27)也被供电。当燃料泵14(即燃料泵14的致动装置27)被供电时，电子控制单元17以最大可能泵频率Fpump(作为说明，为大约60赫兹)致动燃料泵14的致动装置27且达预定次数以便对连接管16增压。由此，一旦燃料泵14被供电，连接管16即被增压，以便为随后起动内燃机1建立最佳可能条件。值得注意的是，燃料泵14的致动装置27被致动的时间数值取决于连接管16的容积、连接管16的弹性和泵送室20的容积。作为说明，燃料泵14的致动装置27被操作的时间数值稍高于连接管16的容积与泵送室20的容积之间的比率。一旦连接管16如上所述地已被增压，且直到内燃机1被起动(或者可替代地，直到内燃机1被关电)，电子控制单元17通过以预定维持频率(作为说明，为大约1赫兹)致动燃料泵14的致动装置27而使连接管16保持被增压，以补偿不可避免的渗漏损耗。
[0044] 值得注意的是，只要燃料泵14(即燃料泵14的致动装置27)被供电，便会重复进行对连接管16增压然后使其保持被增压的上述模式；因此，当内燃机1在停止后第一次被供电时，以及当内燃机1比如在停止后借助于应急
开关而被再次被供电时，均重复进行对连接管16增压然后使其保持被增压的上述模式。
[0045] 当内燃机1起动时，电子控制单元17周期性地确定在内燃机1的每个循环必须喷射的期望燃料量Mfuel并因此驱动喷射器13以喷射内燃机1的每个循环的期望燃料量Mfuel。换句话说，电子控制单元17在使用中以喷射频率Finj驱动喷射器13，所述喷射频率Finj正比于内燃机1的旋转速度，具体而言，其等于内燃机1的旋转频率的一半(注释：内燃机1每转动两次喷射器13喷射一次)，而且在每次喷射中电子控制单元17驱动喷射器13以喷射期望燃料量Mfuel。
[0046] 此外，电子控制单元17根据在内燃机1的每个循环必须喷射的期望燃料量Mfuel周期性地确定燃料泵14的致动装置27的最佳泵频率Fpump，并因而以最佳泵频率Fpump致动燃料泵14的致动装置27。显而易见，在内燃机1的每个循环要喷射的期望燃料量Mfuel越大(即燃料泵14所需的平均流量越高)，则燃料泵14的致动装置27的最佳泵频率Fpump越高。
[0047] 根据本发明，在设计阶段中，设定下阈值Th1(大约等于在内燃机1的每次循环中能够喷射的最大燃料量的10％)和上阈值Th2(大约等于在内燃机1的每次循环中能够喷射的最大燃料量的50％)。一旦电子控制单元17已确定在内燃机1的每次循环中必须喷射的期望燃料量Mfuel，电子控制单元17便会对期望燃料量Mfuel与两个阈值进行比较以检验期望燃料量Mfuel是否低于下阈值Th1、其是否处于两个阈值Th1与Th2之间或者其是否高于上阈值Th2。
[0048] 当期望燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，电子控制单元17为最佳泵频率Fpump指定一值，该值与喷射频率Finj无关；于是，当期望燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，电子控制单元17以与喷射器13的驱动异步(即不同步)的方式驱动燃料泵14。根据优选实施方式，当期望燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，电子控制单元17为最佳泵频率Fpump指定恒定值，该恒定值与期望燃料量Mfuel的实际值无关且在设计和调试阶段中确定；换句话说，当期望燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，最佳泵频率Fpump取定值而不考虑期望燃料量Mfuel的实际值(其无论如何都必须低于下阈值Th1)。应当重点注意的是，当期望燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，最佳泵频率Fpump总是低于喷射频率Finj。
[0049] 当期望燃料量Mfuel处于两个阈值Th1与Th2之间时，电子控制单元17为最佳泵频率Fpump指定与喷射频率Finj相同的值，即最佳泵频率Fpump与喷射频率Finj一致；于是，当期望燃料量Mfuel处于两个阈值Th1与Th2之间时，电子控制单元17以与喷射器13的驱动同步(即同步化)的方式驱动燃料泵14。因此，喷射器13的每一致动对应于燃料泵14的致动，反之亦然。
[0050] 当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，电子控制单元17为最佳泵频率Fpump指定一值，该值与喷射频率Finj无关；于是，当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，电子控制单元17以与喷射器13的驱动异步(即不同步)的方式驱动燃料泵14。根据优选实施方式，当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，电子控制单元17为最佳泵频率Fpump指定变量值，该变量值取决于期望燃料量Mfuel的实际值(亦即比期望燃料量Mfuel高得多)。优选地，当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，最佳泵频率Fpump由存储在电子控制单元17的
存储器中且用实验方法确定的映射提供。应当重点注意的是，当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，最佳泵频率Fpump总是高于喷射频率Finj。
[0051] 优选地，电子控制单元17使燃料泵14的致动装置27的致动与喷射器13的驱动同步，使得最大可能程度地在喷射器13喷射燃料时发生燃料泵14的泵冲程。显而易见，只有当燃料泵14的致动装置27的最佳泵频率Fpump与喷射频率Finj一致时(即当期望燃料量Mfuel处于两个阈值Th1与Th2之间时)，才可以使燃料泵14的泵冲程总是在喷射器13喷射燃料时发生；在所有其它状态下，仅仅在某些时刻才可以使燃料泵14的泵冲程在喷射器13喷射燃料时发生，因为在相同的时间段中，燃料泵14的泵冲程数量不同于由喷射器13操作的喷射数量。
[0052] 当期望的燃料量Mfuel低于下阈值Th1时，最佳泵频率Fpump总是低于喷射频率Finj，因此燃料泵14的泵送能够总是在喷射器13喷射燃料时发生，但是并未反之亦然，因为在单位时间内，喷射器13的喷射数量高于燃料泵14的泵送数量。
[0053] 当期望燃料量Mfuel处于两个阈值Th1与Th2之间时，最佳泵频率Fpump与喷射频率Finj一致，因此燃料泵14的泵送能够总是在喷射器13喷射燃料时发生，并且反之亦然，因为在单位时间内，喷射器13的喷射数量与燃料泵14的泵送数量一致。
[0054] 当期望燃料量Mfuel高于上阈值Th2时，最佳泵频率Fpump总是高于喷射频率Finj，因此仅仅一部分燃料泵14的泵送在喷射器13喷射燃料时发生，而其余燃料泵14的泵送在喷射器13不喷射燃料时发生，因为在时间单位内，喷射器13的喷射数量低于燃料泵14的泵送数量。
[0055] 为了使燃料泵14的致动装置27的致动与喷射器13的驱动同步，电子控制单元17确定燃料喷射的起始点，并因而通过应用相对于燃料喷射起始点的预定提前来确定燃料泵14的致动装置27的致动的起始点。
[0056] 根据优选实施方式，电子控制单元17不仅根据在内燃机1的每个循环必须喷射的期望燃料量Mfuel，而且还根据
电池电压(即根据燃料泵14的致动装置27的电力电压)来确定致动燃料泵14的致动装置27的致动。具体地，电池电压越低，燃料泵14的致动装置27的最佳致动时间越高。换句话说，当电池的电压改变时，则修正通电控制和再循环控制两者的开/关致动的时间，以便将电致
动能力的变化考虑在内。
[0057] 上述供给系统12的燃料泵14的上述控制方法具有许多优点，因为其能够通过持续地确保理想的燃料喷射状态来非常精确地调节燃料供给压力，同时具有非常高的能量效率(即电能消耗低)。
[0058] 如图3所示，电子控制单元17包括驱动装置38，其向燃料泵14的致动装置27供电，或者更恰当地说，向燃料泵14的致动装置27的电磁致动器29的线圈31供电。驱动装置38包括通电晶体管39，其将致动装置27的第一
端子40连接至电接地端41(或者可替代地，连接至
电源电压Vbatt)；致动装置27的另一端子42电连接至电源电压Vbatt(或者可替代地，连接至电接地端41)。而且，驱动装置38包括再循环晶体管43，其
短路连接致动装置27的两个端子40和42以及再循环
二极管44，所述再循环二极管44布置为与再循环晶体管43
串联以避免当晶体管39和43均闭合时电接地端41与电源电压Vbatt之间可能发生短路。
[0059] 参照图4，下面以从时刻t0开始在时间段ΔT(即从时刻t0直到后一时刻t2)当中的方式对用于致动燃料泵14的致动装置27的驱动装置38的操作模式进行描述。
[0060] 在时刻t0，电子控制单元17通过作用于
控制器P1来闭合通电晶体管39，并通过作用于控制器P2来闭合再循环晶体管43。由此，致动装置27的端子42连接至电源电压Vbatt，致动装置27的端子40连接至电接地端41；因此，通过致动装置27的
电流I按指数规律增加，直到其在时刻t1达到峰值IP。当通过致动装置27的电流I在时刻t1到达峰值IP时，电子控制单元17通过作用于控制器P1来断开通电晶体管39。由此，致动装置27的端子40和42通过再循环晶体管43和通过再循环二极管44相互短路连接；因此，通过致动装置27的电流I从在时刻t1达到的峰值IP按指数规律减小。
[0061] 在时刻t2，即在时间段ΔT的终点，电子控制单元17断开再循环晶体管43。由此，致动装置27的端子40和42相互电绝缘；因此，通过致动装置27的电流I快速降至零。
[0062] 优选地，通电晶体管39和再循环晶体管43在时刻t0共同闭合，因为通过以这种方式进行操作则控制器P1和P2的时间管理更容易。可替代地，再循环晶体管43可以在t0与t1之间的任何时刻闭合。值得注意的是，由于存在有再循环二极管44，所以当晶体管39和43均闭合时，在电接地端41与电源电压Vbatt之间不会发生短路。
[0063] 在图3中，置于外侧的点划线表示的是当通电晶体管39闭合时通过致动装置27的电流I的路径，而置于内侧的点划线表示的是当通电晶体管39断开时通过致动装置27的电流I的路径。
[0064] 上述驱动装置38尤其简单且成本低，因为它没有使用任何类型的反馈控制，因此无需测量通过致动装置27的电流I的强度。值得注意的是，尽管没有使用任何类型的反馈控制，但是驱动装置38能够精确地控制通过致动装置27的电流I，所以能够对燃料泵14的泵冲程进行最佳控制。
[0065] 此外，上述驱动装置38还具有高能量效率(即电流消耗低)，因为电池仅需要在时刻t0与t1之间即当通电晶体管39闭合时供应电能；相反，在时刻t1与t2之间即当通电晶体管39断开时，仅仅利用储存在致动装置27的电感中的能量，而无需从电池供应任何电能。
