專利名稱：一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于發(fā)動機技術領域，具體涉及發(fā)動機管理系統(tǒng)，尤其涉及一種電磁燃油泵噴嘴裝置的閉環(huán)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(jīng)被證明可應用于發(fā)動機管理系統(tǒng)，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(jié)構(gòu)在中國專利ZL01103954.X“電動燃油噴射裝置”，中國專利申請200510119712.6“一種燃油噴射裝置”，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件和硬件電路，電磁燃油泵噴嘴由控制裝置發(fā)出的脈沖電壓所驅(qū)動，所述電磁泵在電壓脈沖驅(qū)動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定壓力時經(jīng)噴嘴噴出。電磁燃油泵噴嘴裝置通常采用脈沖電壓驅(qū)動，脈沖電壓信號由發(fā)動機管理系統(tǒng)的ECU單元提供。電磁燃油泵噴嘴裝置循環(huán)燃油噴射量不僅與脈沖寬度有關，而且與驅(qū)動電壓值的大小、機械運動、線圈溫度等因數(shù)都有關系。因此如何確定脈沖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采用復位彈簧來實現(xiàn)，也可以采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，一個用于驅(qū)動柱塞壓送燃油，另一個用于幫助柱塞回位，用于幫助柱塞回位的回位脈沖寬度僅僅與驅(qū)動電壓有關。
與傳統(tǒng)的BOSCH電噴燃油系統(tǒng)相比，電磁燃油泵噴嘴裝置循環(huán)燃油噴射量對電壓的依賴更強，對環(huán)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、污染物、燃油蒸汽等因素發(fā)生變化時，相應的燃油噴射量也隨之改變，甚至出現(xiàn)非正常噴射。
因為以上諸多因素對燃油噴射量都有影響，所以對于電磁燃油泵噴嘴裝置的驅(qū)動需要采用一種自修正式閉環(huán)控制策略。采用這種策略，ECU單元發(fā)出驅(qū)動脈沖后，通過一種能夠反映燃油實際噴射量的信號獲得反饋，根據(jù)反饋信息確定驅(qū)動信號的修正量，然后對驅(qū)動電壓脈沖進行調(diào)整，從而避免由于機械摩擦、液體粘性、復位彈簧力、噴嘴開啟壓力、電壓變化等因數(shù)引起的噴射流量的變化。與此同時，ECU單元可以實現(xiàn)對噴射裝置的實時監(jiān)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(qū)動電壓波動以及線圈溫度變化對于噴射量的影響。理論上，該方法對于電源電壓的波動和線圈溫度的變化有一定的補償作用，但對于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(zhì)存在而運動不暢時，或者噴嘴流道堵塞發(fā)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(chǎn)生反向判斷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述問題，之目的在于提供一種驅(qū)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(diào)整驅(qū)動電壓脈沖寬度，對燃油噴射量進行修正，消除影響噴射精度的因素，實現(xiàn)燃油噴射量的閉環(huán)控制和噴射裝置的非正常狀態(tài)診斷。
本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)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(lián)于螺線管與地之間，由ECU微電腦發(fā)出驅(qū)動脈沖信號控制所述電流控制器以在螺線管兩端產(chǎn)生脈沖電壓，所述電磁泵在脈沖電壓驅(qū)動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定壓力時經(jīng)噴嘴噴出，其特征在于，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(qū)動脈寬，以預測的驅(qū)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，即通過剩余電壓曲線特征參數(shù)來表述柱塞的位移。剩余電壓曲線是指驅(qū)動脈沖信號截止后相鄰電流控制器螺線管一端的電壓與驅(qū)動電壓之差值隨時間的變化過程。當驅(qū)動電壓信號截至后，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征參數(shù)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(qū)動電壓得到剩余電壓曲線，剩余電壓曲線特征參數(shù)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(jié)果的影響。
其中所述剩余電壓特征參數(shù)之一為剩余電壓，即驅(qū)動脈沖信號截止后某一固定時刻的剩余電壓曲線的高度。
其中所述剩余電壓特征參數(shù)之二為剩余斜率，即驅(qū)動脈沖信號截止后某一固定時刻的剩余電壓曲線之斜率。
其中所述剩余電壓特征參數(shù)之三為剩余時間，即從驅(qū)動脈沖信號截止時刻開始，到剩余電壓曲線的高度下降到規(guī)定值之時間長度。
一種基于剩余時間反饋控制的基本循環(huán)過程包括以下步驟根據(jù)發(fā)動機的運行參數(shù)從ECU微電腦記憶單元提取目標剩余時間。ECU單元根據(jù)發(fā)動機的運行參數(shù)，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、節(jié)氣門位置等信號，通過儲存在ECU微電腦的數(shù)據(jù)庫取得目標剩余時間；依據(jù)目標剩余時間推算驅(qū)動脈寬的初次預測值。根據(jù)目標剩余時間，并考慮驅(qū)動電壓的變化推算驅(qū)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(qū)動脈寬預測值，按照驅(qū)動脈寬預測值驅(qū)動螺線管；檢測并獲得實測剩余時間；根據(jù)目標剩余時間與實測剩余時間之差確定脈寬修正量。依據(jù)實測剩余時間與目標剩余時間的差值，并考慮驅(qū)動電壓變化確定下一個循環(huán)的脈寬修正量。
上述過程的第一個循環(huán)的脈寬修正量可以取值為零。
為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時監(jiān)控，在上述循環(huán)過程中可以加入步驟根據(jù)目標剩余時間與實測剩余時間之差診斷電磁燃油泵噴嘴并生成故障代碼。如果實測剩余時間小于目標剩余時間并且其幅度超出了正常范圍，例如是小于目標剩余時間的30％，則判斷電磁燃油泵噴嘴出現(xiàn)故障，例如噴嘴堵塞、柱塞卡死或者電線斷路等。
考慮到剩余時間在某種條件下有可能失效，在所述基本循環(huán)過程包括以下步驟根據(jù)目標剩余時間與實測剩余時間之差判斷剩余時間失效的步驟。剩余時間的失效是由于被柱塞壓送的燃油中出現(xiàn)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％，剩余時間則不能正確反映燃油噴射量，從而導致剩余時間超常而失效。剩余時間失效有可能發(fā)生在發(fā)動機高溫狀態(tài)，或者發(fā)動機啟動之前后的一定時間內(nèi)。剩余時間失效的主要特征是實測剩余時間大于目標剩余時間并且其差值超出了正常范圍，例如是目標剩余時間的10％。據(jù)此原理，關于剩余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余時間的失效檢測方法是，當實測剩余時間與目標剩余時間的差值大于所定值時，則認為剩余時間失效；剩余時間失效時通過無噴射空泵恢復剩余時間有效性的步驟。在不影響正常燃油噴射時序情況下，用一定的脈沖寬度驅(qū)動螺線管，使其處于只有柱塞運動而沒有實際噴油的無噴射空泵狀態(tài)；
剩余時間失效時脈寬修正量置零的步驟。當判斷剩余時間失效時，將脈寬修正量設為0。
在剩余時間失效的情況下，一種基于驅(qū)動功的基本循環(huán)過程包含以下步驟剩余時間失效時確定目標功。根據(jù)發(fā)動機和環(huán)境當前的狀態(tài)，或者目標剩余時間，提取儲存在ECU微電腦記憶單元的目標驅(qū)動功；剩余時間失效時開始驅(qū)動螺線管。以驅(qū)動脈寬的初次預測值驅(qū)動螺線管；剩余時間失效時計算驅(qū)動功。根據(jù)驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流信息計算驅(qū)動功；剩余時間失效時判斷驅(qū)動功大于目標驅(qū)動功而停止驅(qū)動螺線管的步驟。當驅(qū)動功大于等于目標驅(qū)動功時，結(jié)束驅(qū)動電磁燃油泵噴嘴，否則繼續(xù)驅(qū)動螺線管直到實測驅(qū)動功等于目標驅(qū)動功時停止驅(qū)動。
所述驅(qū)動功等于從本循環(huán)開始到當前狀態(tài)螺線管消耗的電能。實驗表明，驅(qū)動功與電磁燃油泵噴嘴的噴射量成正比，因此，發(fā)動機對于剩余時間的需求可以轉(zhuǎn)化為對驅(qū)動功的需求，這個需求可以以目標驅(qū)動功的形式存儲在ECU微電腦的記憶單元中。
在剩余時間失效的情況下，另一種基于驅(qū)動功的基本循環(huán)過程包含以下步驟剩余時間失效時確定目標功的步驟。根據(jù)發(fā)動機和環(huán)境當前的狀態(tài)，或者目標剩余時間，確定目標驅(qū)動功；剩余時間失效時開始驅(qū)動螺線管的步驟。以驅(qū)動脈寬的初次預測值驅(qū)動螺線管；剩余時間失效時預測脈寬延長量的步驟。將驅(qū)動脈寬相對驅(qū)動功的變化率，乘以目標驅(qū)動功與驅(qū)動功W之差，即為預測脈寬延長量；剩余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(qū)動脈寬延長；剩余時間失效時停止延長驅(qū)動螺線管的步驟。當驅(qū)動時間達到延長后的驅(qū)動脈寬后，停止驅(qū)動螺線管。
在執(zhí)行上述基本循環(huán)過程之前，可以執(zhí)行一次包括以下步驟的系統(tǒng)上電過程系統(tǒng)供電的步驟。系統(tǒng)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(tǒng)供電；系統(tǒng)上電自檢的步驟。給系統(tǒng)供電后，ECU單元對系統(tǒng)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(fā)出聲音以示系統(tǒng)通電和電磁燃油泵噴嘴連接正常；根據(jù)環(huán)境和發(fā)動機狀態(tài)預噴燃油的步驟。根據(jù)發(fā)動機當前的狀態(tài)(例如發(fā)動機機體溫度或者冷卻水溫度)，環(huán)境狀態(tài)(例如環(huán)境溫度，大氣壓力等)確定預噴燃料需求量，然后再根據(jù)儲存在ECU微電腦的剩余時間與噴射流量的關系，將預噴燃料需求量轉(zhuǎn)化為目標剩余時間和噴射次數(shù)，再將燃料噴入發(fā)動機的進氣道或者燃燒室內(nèi)。
下面是上述系統(tǒng)上電過程的進一步完善，它還包括一個循環(huán)子過程，由以下步驟組成驅(qū)動螺線管做無噴射空泵的步驟；
檢測并獲得實測剩余時間的步驟；目標剩余時間與實測剩余時間之差在所定范圍內(nèi)時，判斷剩余時間有效而停止驅(qū)動螺線管做無噴射空泵的步驟。當目標剩余時間與實測剩余時間之差在所定范圍內(nèi)時，例如小于目標剩余時間的10％，則認為剩余時間有效而停止無噴射空泵?？毡盟璧尿?qū)動脈沖寬度可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)預先儲存在ECU微電腦中，可以是一個固定值，也可以隨發(fā)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(huán)，例如60Hz。如果所述循環(huán)超過一定的次數(shù)而剩余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。在剩余時間有效性恢復之前，可以限制啟動發(fā)動機，也可以停止空泵循環(huán)而優(yōu)先啟動發(fā)動機。
此外，本發(fā)明之另一目的是提供一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動裝置，其包括一個用于控制通過螺線管電流的驅(qū)動電流控制器，一個用于測量驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓檢測器，一個用于測量剩余時間的剩余時間生成器。
上述剩余時間生成器包括一個減法器和一個斯密特觸發(fā)器(SchmittTrigger)。
所述驅(qū)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(qū)動電壓檢測器，采用數(shù)值計算的手段獲得驅(qū)動功，即根據(jù)采集到的驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流信號，運用數(shù)值積分求得驅(qū)動功。
本發(fā)明還提供一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動裝置，其包括一個用于控制通過螺線管電流的驅(qū)動電流控制器，一個用于測量驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓檢測器，一個用于測量剩余電壓的剩余電壓生成器。
所述剩余電壓生成器可以由一個減法器和一個采樣保持器組成。
綜上所述，一種比較優(yōu)化的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置，包括一個用于控制通過螺線管電流的驅(qū)動電流控制器，一個用于測量驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓檢測器，一個用于測量剩余時間的剩余時間生成器，一個用于檢測通過螺線管電流的螺線管電流檢測器。
上述基于剩余時間的一切過程和步驟同樣適用于基于剩余電壓曲線的其它特征參數(shù)，例如剩余電壓或者剩余斜率。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細描述。
圖1為應用本發(fā)明之電磁燃油泵噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第一實施例方案。
圖3為本發(fā)明提供的剩余時間之采樣方法圖。
圖4為本發(fā)明提供的剩余時間與噴射流量之關系示意圖。
圖5為本發(fā)明提供的剩余時間關于驅(qū)動電壓之修正示意圖。
圖6a為本發(fā)明提供的驅(qū)動電流控制器之實施方案；圖6b為本發(fā)明提供的驅(qū)動電壓檢測器之實施方案；圖6c為本發(fā)明提供的剩余時間生成器之實施方案。
圖7為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第二實施例方案。
圖8為本發(fā)明提供的剩余電壓之采樣方法圖。
圖9為本發(fā)明提供的剩余電壓生成器之實施方案。
圖10為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第三實施例方案。
圖11為本發(fā)明提供的驅(qū)動電流檢測器之實施方案；圖12為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動控制方法之第一實施例方案。
圖13為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)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(xiàn)本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)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為基于本發(fā)明提供的剩余時間之發(fā)動機脈譜示意圖。
圖16為本發(fā)明提供的剩余時間與驅(qū)動脈寬以及驅(qū)動電壓之關系示意圖。
圖17為本發(fā)明提供的恢復剩余時間有效性之空泵信號安排方案示意圖。
圖18為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動控制方法之第二實施例方案。
圖19為本發(fā)明提供的剩余時間與驅(qū)動功之間關系之示意圖。
圖20為一種剩余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(jié)構(gòu)示意圖，其工作過程是燃料進入壓送室5后，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通電后產(chǎn)生的電磁力，螺線管裝置3由ECU單元2發(fā)出的PWM脈沖電壓所驅(qū)動。PWM脈沖電壓的占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(qū)動脈寬T1成正比。發(fā)動機對于燃油噴射流量的需求主要由發(fā)動機的運轉(zhuǎn)資料8所決定，運轉(zhuǎn)資料8包含發(fā)動機轉(zhuǎn)速，熱負荷，環(huán)境狀態(tài)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(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置(以下簡稱驅(qū)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(qū)動電源的正極24相連接，此端也是螺線管驅(qū)動線路的上端，用字母U代表，另一端連接驅(qū)動電流控制器26，此端也是螺線管驅(qū)動線路的中端，用大寫字母M代表。驅(qū)動電流控制器26另一端直接與地接通，其控制極通過端口t1與ECU微電腦21連接。在M與ECU微電腦21的端口t3之間設有剩余時間(以下簡稱T3)生成器25。在U與ECU微電腦21之端口vd之間設有一個驅(qū)動電壓檢測器22。
上述系統(tǒng)的一個完整的工作循環(huán)是ECU微電腦21通過端口t1向驅(qū)動電流控制器26發(fā)出一個寬度為T1的方波信號使得驅(qū)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導通后驅(qū)動電磁燃油泵噴嘴工作。噴射結(jié)束后，其噴射流量Qi的信號可以通過T3生成器25，由t3端口傳入ECU微電腦21。ECU微電腦21根據(jù)這一噴射流量反饋信號T3以及當前驅(qū)動電壓值Vd，開始預測下一個循環(huán)的驅(qū)動脈寬T1，驅(qū)動電壓值Vd由端口vd通過驅(qū)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(jié)合圖2和圖3說明。驅(qū)動電流控制器26關閉時，螺線管M端的電壓出現(xiàn)一個階躍，此前的電壓變化過程為前曲線27，此后的電壓變化過程為后曲線29，后曲線29與驅(qū)動電壓Vd之差值就是剩余電壓曲線。根據(jù)T3的定義，T3應該等于從電流控制器26關閉開始，到剩余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和后曲線29；輸出信號是一個能夠表達T3的階躍信號28。這里Vf可以取為3V或者其上下某一個值。
對于一個特定的Vf和一個特定的電磁燃油泵噴嘴裝置，T3與噴射流量Qi之間的關系基本是確定的，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，單位是每脈沖微升(μl/pulse)。
驅(qū)動電壓Vd對于T3與噴射流量Qi之間的關系也有一定的影響，但這種影響比較小。對于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(jié)果，橫坐標為驅(qū)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也有一定的相關關系，但相關性較小，考慮到實際應用時可能存在的電壓采集誤差，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(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第一實施例方案中驅(qū)動電流控制器26的一種電路設計。這里，電流控制器為一個FET型開關管41，其柵極由ECU微電腦21通過端口t1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(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第一實施例方案中驅(qū)動電壓檢測器22的一種具體電路。如圖6b所示，這里驅(qū)動電壓檢測器22由分壓電阻42和分壓電阻43組成，它們串連后一端接到螺線管的U端，另一端接到地。驅(qū)動電壓信號從分壓電阻42和分壓電阻43之間取出，由端口vd進入ECU微電腦21，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號。
圖6c為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第一實施例方案中T3生成器25的一種具體電路。這里，T3生成器25由一個減法器58和一個斯密特觸發(fā)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和二極管47用于限壓保護，減法器58之功能是將螺線管M端的電位減去驅(qū)動電壓Vd；斯密特觸發(fā)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(fā)器59的作用是，當減法器58的輸出電壓高于(低于)參考電壓Vf時輸出低(高)電平。運用上述電路，可以具體實現(xiàn)T3生成器25的功能，即當驅(qū)動電流控制器26關閉時，在t3端產(chǎn)生一個低電平，當剩余電壓曲線高度下降到參考電壓Vf時，t3端產(chǎn)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沖寬度，即T3。
圖7為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第二實施例方案。此實施方案包含螺線管23，驅(qū)動電壓檢測器22，ECU微電腦21，驅(qū)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的端口v3連接，V3生成器66需要一個觸發(fā)信號Tf，它來自于ECU微電腦21的tf端口，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(qū)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(qū)動裝置之第一實施例方案相似，即ECU微電腦21通過端口t1向驅(qū)動電流控制器26發(fā)出一個寬度為T1的方波信號使得驅(qū)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導通后驅(qū)動電磁燃油泵噴嘴工作，噴射結(jié)束后，其噴射流量Qi的信號可以通過V3生成器66，由v3端口傳入ECU微電腦21。ECU微電腦21根據(jù)這一噴射流量反饋信號V3以及當前驅(qū)動電壓值Vd，開始預測下一個循環(huán)的驅(qū)動脈寬T1，驅(qū)動電壓值Vd由端口vd通過驅(qū)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(jié)合圖7和圖8說明。驅(qū)動電流控制器26關閉時，螺線管M端的電壓出現(xiàn)一個跳躍，跳躍之前的電壓變化為前曲線27，跳躍之后的電壓變化為后曲線29，后曲線29與驅(qū)動電壓Vd之差值就是剩余電壓曲線。根據(jù)V3的定義，V3應該等于從電流控制器26關閉開始到延時Tf這個時刻的剩余電壓曲線高度。V3生成器66的輸入是前曲線27和后曲線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的端口tf提供)或者內(nèi)置的(V3生成器66內(nèi)部的延時電路)時間觸發(fā)信號69，這里Tf可以取為2.5ms或者上下某一個值。
圖7中的驅(qū)動電壓檢測器22和驅(qū)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(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第二實施例方案中V3生成器66的一種具體電路。這里，V3生成器66由一個減法器58和采樣保持器(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(qū)動電壓Vd；采樣保持器(S/H)107由輸入運算放大器93和輸出運算放大器95，開關三極管94，反饋電阻98，限流電阻96，電容97，以及兩個反向二極管99和二極管100穩(wěn)壓對組成。采用保持電路(S/H)107的作用是根據(jù)觸發(fā)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，并通過v3端口傳遞給ECU微電腦21。
觸發(fā)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的端口tf輸出到保持電路(S/H)107。工作時，ECU微電腦21根據(jù)所定的延時長度Tf，將階躍信號tf輸出到保持電路(S/H)107的開關三極管94的控制柵極，開關三極管94導通后，在采樣保持器(S/H)107輸出端產(chǎn)生一個高度為V3的電平，V3通過ECU微電腦的端口v3輸入，并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
圖10為本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第三實施例方案。此實施方案包含螺線管23，驅(qū)動電壓檢測器22，ECU微電腦21，驅(qū)動電流控制器26，T3生成器25，驅(qū)動電流檢測器78。驅(qū)動電流控制器26、驅(qū)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(tǒng)的一個完整的工作循環(huán)是ECU微電腦21在判斷T3無效的情況下，通過端口t1向驅(qū)動電流控制器26發(fā)出一個預測寬度為T1的方波信號使得驅(qū)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VDG可以忽略不計，此時從電源24經(jīng)過螺線管23到地G的線路被導通，螺線管23導通后驅(qū)動電磁燃油泵噴嘴工作并噴射燃料，與此同時，代表驅(qū)動電壓Vd以及驅(qū)動電流Id的信號分別通過驅(qū)動電壓檢測器22和驅(qū)動電流檢測器78以及端口vt和端口id進入ECU微電腦21，ECU微電腦21根據(jù)所采集到的驅(qū)動電壓Vd和驅(qū)動電流Id信息計算出本循環(huán)內(nèi)螺線管的驅(qū)動功W。在本循環(huán)開始后的T1時間內(nèi)，螺線管消耗的電能就是驅(qū)動功W，即W＝∫0T1Id·Vd dt。如果驅(qū)動功W達到ECU微電腦21預先設定的驅(qū)動目標功W0，則ECU微電腦21通過端口t1切斷螺線管23的電流，否則繼續(xù)驅(qū)動螺線管23工作直到滿足W＞＝W0條件為止。噴射結(jié)束后，T3通過T3生成器25由t3端口傳入ECU微電腦21，ECU微電腦21根據(jù)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遠大于目標T3時，例如實測T3除以目標T3大于1.3，則判斷T3無效，再根據(jù)發(fā)動機的運行狀態(tài)，ECU微電腦21確定新的目標T3和目標驅(qū)動功W0，并確定驅(qū)動脈沖的預測寬度T1后進入到下一個循環(huán)。如果T3有效，則進入一個與圖2所示的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動裝置之第一實施例方案完全相同的工作循環(huán)。
驅(qū)動電流檢測器78的作用是為ECU微電腦21檢測流經(jīng)螺線管23的瞬態(tài)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11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VDG與通過螺線管23的電流成正比，因此可以通過檢測壓降VDG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VDG放大以至于通過ECU微電腦21的端口id輸入和進行A/D轉(zhuǎn)換時保持良好的精度。
以下是本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)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(qū)動控制方法包括上電預處理過程131和發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)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(tǒng)(包括電磁燃油泵噴嘴和驅(qū)動裝置)接通電源，即步驟151；然后以較短脈沖寬度空泵數(shù)次，空泵的目的是產(chǎn)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(jù)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(jù)發(fā)動機當前的狀態(tài)(例如發(fā)動機機體溫度或者冷卻水溫度)，環(huán)境狀態(tài)(例如環(huán)境溫度，大氣壓力等)確定一個預噴燃料需求量，然后再根據(jù)儲存在ECU微電腦的資料T3＝f(Qi)，即T3與噴射流量的關系，將預噴燃料需求量轉(zhuǎn)化為目標T3以及噴射次數(shù)，將燃料噴入發(fā)動機的進氣道或者燃燒室內(nèi)，即步驟156；最后等待啟動，即步驟157。在執(zhí)行步驟152和步驟153時，空泵要求的驅(qū)動脈寬T1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(fā)生燃油噴射的最長脈寬為上限來確定，可以因?qū)崪y驅(qū)動電壓的高低做相應的調(diào)整。在執(zhí)行恢復T3有效性步驟153的過程中，在驅(qū)動電壓Vd和驅(qū)動脈寬T1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(jīng)得到恢復。如果T3有效性在一定的時間內(nèi)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(fā)動機開始啟動，也可以強行終止空泵循環(huán)以優(yōu)先發(fā)動機的啟動。在執(zhí)行步驟156時，需要電磁燃油泵噴嘴的基本資料T3＝f(Qi)，這個資料來自于圖4所示的T3與噴射流量Qi之間關系的實驗數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，被預先儲存在ECU微電腦的記憶單元中。
發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)132適用于發(fā)動機自啟動開始以后的運行過程。
如圖12所示，S作為整個循環(huán)的起始點，從S點開始進入步驟133根據(jù)發(fā)動機當前的運轉(zhuǎn)狀態(tài)信息，從數(shù)據(jù)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的形式存在于ECU微電腦的記憶單元之中，T3-MAP是通過發(fā)動機試驗在某種環(huán)境狀態(tài)下獲得的數(shù)據(jù)，如果實際運行中環(huán)境狀態(tài)有所改變，則需要對目標T3進行修正。
然后進入步驟134根據(jù)所確定的目標T3，從數(shù)據(jù)庫142提供的資料304確定驅(qū)動脈寬的初次預測值T10。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(qū)動脈寬T1是T3和驅(qū)動電壓Vd的函數(shù)。
再進入步驟135判斷T3是否有效。如果判斷T3有效，則轉(zhuǎn)入步驟136，否則將轉(zhuǎn)入步驟137。
判斷T3有效性的基本準則是，當實測T3大于目標T3并且其差值超過所定值時，例如實測T3除以目標T3大于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(jù)實測T3與目標T3之差值，以及當前驅(qū)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＝T1/T3，因此，脈寬修正量DT1＝Kt×(目標T3-實測T3)。
接下來進入步驟139驅(qū)動螺線管使得電磁燃油泵噴嘴噴射燃料，驅(qū)動脈寬取為T10+DT1。然后進入步驟140檢測T3并且計算目標T3與實測T3的差值，最后回到始點S進入下一個循環(huán)。
在T3無效的情況下，進入步驟137加入空泵脈沖以加速恢復T3的有效性。如圖17所示，加入恢復T3有效性的空泵脈沖是在噴射驅(qū)動信號之間加入一個或者若干個不噴射燃料的短脈沖，加入空泵的脈沖寬度以不噴射燃料油的最長驅(qū)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，然后再進入步驟139，其余步驟同上。
下面通過圖18說明本發(fā)明提供的電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動控制方法的實施方式之二。
本實施方式同樣包括兩個部分上電預處理過程131和發(fā)動機運轉(zhuǎn)循環(huán)過程162，其中上電預處理過程131與電磁燃油泵噴嘴驅(qū)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(qū)動控制方法的實施方式之一的區(qū)別在于關于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(jù)目標T3確定目標驅(qū)動功W0。在本循環(huán)開始后的T1時間內(nèi)，螺線管消耗的電能就是驅(qū)動功W，即W＝∫0T1Id·Vd dt，驅(qū)動功W的計算可以建立在圖10所描述的驅(qū)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系，尤其是在T3失效的情況下，這種對應關系依然存在。在T3有效的情況下，通過實驗可以確定T3與噴射流量Qi的對應關系，同樣也可以確定W與噴射流量Qi的對應關系，這兩個對應關系可以組合成一個T3與W的對應關系而形成數(shù)據(jù)庫177中的資料305，如圖19所示的資料305，這個對應關系可以近似簡化為一條直線。將這個對應關系預先儲存在ECU微電腦的記憶單元中，便能夠通過目標T3查找到目標驅(qū)動功W0。盡管圖19給出的T3與驅(qū)動功W之間的關系是在T3有效條件下通過實驗獲得的，但這個關系可以外推到T3失效的情況。
確定了目標驅(qū)動功W0之后，進入步驟170以初次預測值T10為脈寬驅(qū)動螺線管。在驅(qū)動螺線管的同時，進入步驟171計算驅(qū)動功W。驅(qū)動功的計算可以建立在圖10所示的驅(qū)動裝置硬件設備之基礎上，ECU微電腦21根據(jù)采集到的驅(qū)動電壓Vd和驅(qū)動電流Id信號，采用數(shù)值積分的手段計算出驅(qū)動功W。接著進入步驟172比較驅(qū)動功W與目標驅(qū)動功W0，如果驅(qū)動功W小于目標驅(qū)動功W0，則進入步驟173繼續(xù)驅(qū)動螺線管，否則進入步驟174停止驅(qū)動螺線管，接下來進入步驟168檢測T3并計算實測T3與目標T3的差值，最后再回到循環(huán)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(qū)動螺線管。在T3失效的情況下，由于燃料蒸汽的存在，發(fā)動機對于驅(qū)動脈寬的要求應該大于初次預測值T10。因此在驅(qū)動脈沖結(jié)束時自動延長一個時間長度DT10，用于計算驅(qū)動功和預測驅(qū)動脈寬的延長量ET1。DT10相對T10是一個小量，對于燃料噴射量的影響比較小。
按照初次預測脈寬T10驅(qū)動螺線管過程結(jié)束后，進入步驟171a計算驅(qū)動功W。接著進入步驟172a預測驅(qū)動脈寬延長量ET1。預測驅(qū)動脈寬延長量ET1的方法是根據(jù)圖19提供的資料305以及圖16提供的資料304，獲得驅(qū)動脈寬T1關于驅(qū)動功W的變化率Kw＝(T1/T3)(T3/W)，那么驅(qū)動脈寬延長量ET1＝Kw×(目標驅(qū)動功W0-驅(qū)動功W)，再考慮到驅(qū)動電壓Vd的影響做進一步修正，然后進入步驟173a按照延時ET1設定驅(qū)動延長定時。按照驅(qū)動延時的長度執(zhí)行完對螺線管的驅(qū)動后，進入步驟174a停止驅(qū)動螺線管，其余步驟如圖18所示。
權(quán)利要求
1.一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)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(lián)于螺線管與地之間，由ECU微電腦發(fā)出驅(qū)動脈沖信號控制所述電流控制器以在螺線管兩端產(chǎn)生脈沖電壓，所述電磁泵在脈沖電壓驅(qū)動下由柱塞壓送燃油至噴嘴，燃油達到所定壓力時經(jīng)噴嘴噴出，其特征在于，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(qū)動脈寬，以預測的驅(qū)動脈寬控制每次噴油所要達到的目標油量。
2.如權(quán)利要求1所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于所述柱塞位移信號通過測量剩余電壓曲線的至少一個特征參數(shù)獲得，剩余電壓曲線是指驅(qū)動脈沖信號截止后相鄰電流控制器螺線管一端的電壓與驅(qū)動電壓之差值隨時間的變化過程。
3.如權(quán)利要求2所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于所述剩余電壓曲線的特征參數(shù)之一為剩余電壓，即驅(qū)動脈沖信號截止后某一固定時刻的剩余電壓曲線的高度。
4.如權(quán)利要求2所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于所述剩余電壓曲線的特征參數(shù)之二為剩余斜率，即驅(qū)動脈沖信號截止后某一固定時刻的剩余電壓曲線之斜率。
5.如權(quán)利要求2所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于所述剩余電壓曲線的特征參數(shù)之三為剩余時間，即從驅(qū)動脈沖信號截止時刻開始，到剩余電壓曲線的高度下降到規(guī)定值之時間長度。
6.如權(quán)利要求5所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于包括一個基本循環(huán)過程，所述基本循環(huán)過程包含以下步驟根據(jù)發(fā)動機的運行參數(shù)從ECU微電腦記憶單元提取目標剩余時間的步驟；依據(jù)目標剩余時間推算驅(qū)動脈寬的初次預測值的步驟；根據(jù)目標剩余時間與實測剩余時間之差確定脈寬修正量的步驟；將脈寬修正量加入到所述初次預測值而形成驅(qū)動脈寬預測值，按照驅(qū)動脈寬預測值驅(qū)動螺線管的步驟；檢測并獲得實測剩余時間的步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，所述基本循環(huán)過程還包含以下步驟根據(jù)目標剩余時間與實測剩余時間之差診斷電磁燃油泵噴嘴并生成故障代碼的步驟。
8.如權(quán)利要求6或7所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，所述基本循環(huán)過程還包含以下步驟目標剩余時間與實測剩余時間之差大于所定值時，判斷剩余時間失效的步驟；剩余時間失效時通過無噴射空泵恢復剩余時間有效性的步驟；剩余時間失效時脈寬修正量置零的步驟。
9.如權(quán)利要求6或7所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，所述基本循環(huán)過程還包含以下步驟目標剩余時間與實測剩余時間之差大于所定值時，判斷剩余時間失效的步驟；剩余時間失效時確定目標功的步驟；剩余時間失效時按照驅(qū)動脈寬的初次預測值開始驅(qū)動螺線管的步驟；剩余時間失效時計算驅(qū)動功的步驟；剩余時間失效時判斷驅(qū)動功大于目標驅(qū)動功而停止驅(qū)動螺線管的步驟。
10.如權(quán)利要求6或7所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，所述基本循環(huán)過程還包含以下步驟目標剩余時間與實測剩余時間之差大于所定值時，判斷剩余時間失效的步驟；剩余時間失效時確定目標功的步驟；剩余時間失效時按照驅(qū)動脈寬的初次預測值開始驅(qū)動螺線管的步驟；剩余時間失效時預測脈寬延長量的步驟；剩余時間失效時設定脈寬延長的步驟；剩余時間失效時驅(qū)動脈寬達到預測脈寬延長量而停止驅(qū)動螺線管的步驟。
11.如權(quán)利要求6-10之一所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于，在執(zhí)行所述基本循環(huán)過程之前，執(zhí)行一次包括以下步驟的系統(tǒng)上電過程系統(tǒng)供電的步驟；系統(tǒng)上電自檢的步驟；根據(jù)環(huán)境和發(fā)動機狀態(tài)預噴燃油的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制方法，其特征在于所示系統(tǒng)上電過程還包括驅(qū)動螺線管做無噴射空泵的步驟；檢測并獲得實測剩余時間的步驟；目標剩余時間與實測剩余時間之差在所定范圍內(nèi)時，判斷剩余時間有效而停止驅(qū)動螺線管做無噴射空泵的步驟。
13.一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述裝置包括一個用于控制通過螺線管電流的驅(qū)動電流控制器，一個用于測量驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓檢測器，一個用于測量剩余時間的剩余時間生成器。
14.如權(quán)利要求13所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述剩余時間生成器包括一個減法器和一個斯密特型觸發(fā)器。
15.如權(quán)利要求13或14所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述裝置還包括一個用于檢測通過螺線管電流的螺線管電流檢測器。
16.一種電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，所述裝置包括一個用于控制通過螺線管電流的驅(qū)動電流控制器，一個用于測量驅(qū)動電壓的驅(qū)動電壓檢測器，一個用于測量剩余電壓的剩余電壓生成器。
17.如權(quán)利要求16所述的電磁燃油泵噴嘴的驅(qū)動控制裝置，其特征在于，剩余電壓生成器包括一個減法器和一個采樣保持器。
全文摘要
一種電磁燃油泵噴嘴驅(qū)動控制方法及其驅(qū)動控制裝置，利用柱塞位移信號，尤其是剩余電壓曲線的特征參數(shù)，得到目標反饋信號，依目標反饋信號預測驅(qū)動脈寬，以預測的驅(qū)動脈寬控制每次噴油所要達到的目標油量，從而實現(xiàn)對電磁燃油泵噴嘴裝置閉環(huán)控制，以提高對發(fā)動機燃料供應的精度，避免和減少由于機械磨損，復位彈簧力的改變，噴嘴開啟壓力的改變，燃油通道阻力的變化，噴嘴流量系數(shù)的改變，液體粘性的改變、燃料雜質(zhì)帶來的摩擦力的變化，驅(qū)動電壓的變化等因數(shù)引起的噴射流量的變化，與此同時，可以實現(xiàn)ECU單元對電磁燃油泵噴嘴工作的實時監(jiān)控，進行非正常狀態(tài)和故障診斷。
文檔編號F02M57/02GK101054930SQ20061007974
公開日2007年10月17日 申請日期2006年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月11日
發(fā)明者郗大光, 楊延相, 劉昌文 申請人:浙江飛亞電子有限公司