CN101243251A - 液泵控制系统 - Google Patents

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瑞安·麦克利里
罗恩·贝哈尔
戴维·希尔
斯科特·麦克利里
绍林·梅赫塔
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Abstract

一种包括燃油或添加剂系统控制器(FSCU(6))的燃油或添加剂泵控制系统，其通过通信装置(13)与发动机控制单元(ECU(I))通信。FSCU包括利用来自ECU的数据计算所需燃油或添加剂压力的装置，用于比较所需燃油或添加剂压力(9)与实际燃油或添加剂压力的装置(10)以及用于产生燃油或添加剂泵控制信号的装置。

Description

液泵控制系统
本申请要求于2005年12月16日提交的美国临时申请60/751343的优先权，并结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种液泵控制系统。
背景技术
目前，当车辆行驶时，燃油系统以全功率运行燃油泵，利用机械压力调节器为发动机提供恒定的燃油压力。通过在车辆电气系统中增加牵引以全部动力操作燃油泵是浪费的，从而导致了较差的燃料燃烧效率。另外，因为目前提供的燃油压力是恒定的，所以发动机需要较大的喷油器以在所有的发动机条件下提供最佳性能。目前使用的机械压力调节器也增大了系统的额外成本。
从美国专利第5,355,859号获知了一种“可变压死点油轨燃油泵控制系统(variable pressure deadheaded fuel rail fuel pump controlsystem)”。该系统详细说明了一种通过改变提供给燃油泵的动力的变压系统。提供的动力的量由ECU(发动机控制单元)控制，其通过获取节气门位置、进气歧管绝对压力、发动机转速以及燃油分供管压力来确定并获得所需的燃油分供管压力。
这种中央控制增大了需要的电线的数量，并且超过了ECU的处理能力，表现出较低的可靠性。
发明内容
本发明的目的是将燃油系统的控制分离出来成为完全不同的控制单元，即FSCU(燃油系统控制单元)。
已知对于燃油泵具有有限可变速度(如2个或3个速度)控制系统的其它系统。它们的目的是降低牵引(draw)燃油泵的动力并消除对压力调节器的需求，但它们不能用专用的控制单元来连续地控制泵的动力输出。
申请人的发明涉及对泵输出的连续可变控制，目的在于获得燃油泵能产生的任何燃油压力。
通过从ECU中分离出燃油系统的控制提高了可靠性，降低了ECU的负载。
通过消除对机械调节器的需求并通过将轨压靶点计算(targeting calculation)与泵控制器结合于同一单元中(其将完成车载诊断(OBD)和通风的功能)而降低了成本。
通过几乎为嵌入式的系统，提高了一体化的扩大。
该系统是模式化的和灵活的，其与机动车的ECU分离并特别地装载了可用的传感器。这使得本发明的系统可以几乎在一切齐全即可使用的方式越过许多平台和OEM’s被集成到许多不同的机动车辆中。
当定量给予计划喷射到发动机废气中用于其内含有的NOx的SCR(选择性催化还原)的添加剂时，会遇到类似的问题，因为其计量废气通常也利用泵和控制器。这种添加剂可以是含氨的引物例如尿素(通常在水溶液中)。由ECU控制的解偶联也可增加机动车辆功能的灵活性和可靠性。并且使得在所需压力下适应泵的速度也可以提高系统的经济性。
具体实施方式
因此，本发明涉及一种集成至燃油或添加剂系统控制单元(FSCU)的燃油或添加剂泵控制系统，并且通过通信装置(communication mean)与发动机控制单元(ECU)通信(communicate)；FSCU包括利用来自ECU的数据计算需要的燃油或添加剂压力的装置，用于比较所需燃油或添加剂的压力与实际的燃油或添加剂压力的装置以及用于产生燃油或添加剂的泵控制信号的装置。
根据本发明的燃油或添加剂的泵控制系统是与燃油或添加剂系统控制单元(FSCU)集成的。FSCU可管理燃油或添加剂系统的操作条件和功能参数。
通常，FSCU
·具有用于控制燃油或添加剂系统功能的装置，
·与至少一个燃油或添加剂系统的部件相连接以发送信号或接受来自所述至少一个部件的信号，
·与至少一个发送信号到FSCU和/或ECU的传感器相连，
·适合与ECU电性和双向通信。
FSCU是独立的控制器，其不同于ECU并且其接管了ECU对燃油或添加剂系统的控制，即ECU不再直接控制燃油系统。FSCU与ECU通信也是用于显示任何燃油系统故障到ECU。
一般而言，燃油系统集成了燃料箱与其它部件中的燃油泵(其从燃料箱中汲取燃油并通过燃料箱壁上的开口从燃料箱中排出燃油)、燃油蒸气罐(通过它接收进燃料箱或燃料箱排放出来的任何空气或燃油蒸汽)、一个或若干个蒸汽或翻转安全阀门(roll overvalve)(与燃油蒸汽罐连通)或任何其它的燃料系统部件。添加剂系统通常也包括泵，以及其也可包括罐和至少一个通气阀。
在发动机的正常和瞬时操作条件下，FSCU控制了所有这些部件，接收运行参数的数据并发送信息来发挥(make)部件的功能。以前这种控制通常由ECU或通过部件-专用的电子控制器(例如，用于燃油泵管理而存在的特定控制器)来完成。控制燃油或添加剂系统的负担转移至FSCU。可以理解的是根据本发明，可仅由一个FSCU同时控制燃油和添加剂喷射。可以替代地，可以有特定的用于燃油的FSCU以及用于添加剂的分离的控制器(或ASCU)。并且最后，本发明还涉及仅仅一个根据本发明装备有控制器的燃油系统和添加剂系统。为了保持简洁，以下的说明书仅涉及燃油方面，但应该理解的是也覆盖(也可适用于)添加剂系统。
优选地，FSCU与整合入燃油系统中传感器电性连接。这些燃油系统中的传感器通常是燃油水平传感器、温度传感器、压力传感器、碳氢化合物蒸汽传感器、一个或多个车载诊断(OBD)传感器。其它类型的传感器可以是这个列表的一部分。它们通过合适的电导线(通过它们传感器将数据传输至FSCU)连接至FSCU。
FSCU可通过有限数量的电线从多个包括ECU的机动车辆的控制系统接收信息并发送信息到多个包括ECU的机动车辆的控制系统。FSCU和ECU之间交换的信息包括例如燃料箱中燃油的量(通过燃油水平传感器反馈)、喷射器脉冲宽度(显示多少燃油已经被注入)，显示是否遇到罐的净化状态(purge condition)的信号……
FSCU也可接收来自OBD传感器的信号，所述OBD传感器被用于确定任何燃油系统部件是否存在故障或显示例如由液体燃油泄漏或系统中压力损失而导致的蒸汽释放控制系统中的故障。这些故障情况可导致从燃油系统中排出液体燃油或碳氢化合物的蒸汽。OBD传感器也可显示燃料槽中的真空状态。
根据本发明，FSCU与燃油泵控制器是集成的。
在本发明的一个特定具体实施方式中，FSCU包括一种具有基于比例-积分-微分(PID)改良算法的用来计算所需燃油压力和实际燃油压力之间的差异的软件的控制器，利用带有来自前面的计算结果的信息的所述差异来计算PID参数从而改变燃油泵控制信号。这个信号控制着提供到燃油泵上的动力。PID算法获得比例误差、积分误差(随着时间的总误差)和微分的误差(误差变化率)并综合它们以改进输出而消除误差。
用于计算所需燃油压力的数据通常包括节气门的位置、发动机的负载、发动机冷却液的温度、进气温度，和潜在地在机动车通信总线中可以利用的任何其它信号。可以概括节气门位置和发动机负载的输入而不用考虑使用的传感器和选择的OEM(初始设备制造厂商)发送的网络总线。然后目标燃油压力和当前燃油压力将传送回ECU，这样可在发动机运行中做任何调节。
特别是，控制系统中包括动力驱动装置(power driver mean)，该动力驱动装置响应用于对燃油泵产生的动力电信号(powerelectrical signal)的所述泵控制信号。
在本发明的一个具体实施方式中，FSCU控制到燃油泵上的电能的应用，通过脉宽调制(PWM)的可变占空比信号或可变电压信号(其根据任何来自ECU的需要而产生)将燃油递送到燃油喷射器中。因此，有至少一个与燃油泵出口连通的模拟压力传感器为FSCU提供燃油泵输出压力的指示。
除了控制燃油泵外，FSCU还可包括其它控制功能。
控制功能可包括车载诊断和通气。
FSCU也可控制燃油系统中的蒸汽管理。正如已经提及的，燃油蒸汽罐的净化是在FSCU的控制下进行的。这种控制可通过净化控制阀(如螺线管制动器中的三通转换阀)实施，其使得罐与发动机空气吸入系统之间相互连通。在一个预设的发动机运行状态下制动器打开净化控制阀来连接罐和空气吸入系统，从而产生穿过罐的净化气流。
根据本发明的另一具体实施方式，FSCU还包括尤其用于提供燃料箱补给燃料事件的指示、以控制燃油系统的蒸汽排放、以控制添加剂定量给予系统以及控制无帽填充头(capless fill head)的继电器(如螺线管继电器)。
FSCU也优选通过机动车辆CAN总线与ECU通信，因为这种通信媒介不如电子隐错(eletronic bug)灵敏。通过这种多路传输总线(multiplex bus)，ECU发送消息到FSCU用来启动燃油泵、如果提供了一种变速燃油泵则可控制燃油泵的输出压、在车祸事件中停止燃油泵、控制蒸汽罐的净化、显示周围温度、显示发动机的温度并请求来自一个或多个如OBD传感器的传感器的信息。
优选地是FSCU是一个小功率的微处理器，如具有5V的电压。这种类型的微处理器可有利地具有以下配置：128千字节的ROM，4千字节的易失存储器和2千字节的永久性存贮器。
图1举例说明了本发明的主题但并不限制其范围。
ECU(发动机控制单元)1或其它类似的装置收集有关于车辆节气门位置2、负载(通过MAP(进气歧管空气压力)、MAF(质量空气流量)、RPM(每分钟转数)、或其它负荷指示器)3、ECT(发动机冷却液温度)4和ACT(进气温度)5的信息。然后ECU通过硬质电线或多路通信总线(CAN，LIN，…)13将这些信息传递给FSCU(燃油系统控制单元)。FSCU收到这些信号，同时收到燃油压力7。燃油压力也可选地由ECU测量并可与其它取决于OEM需要的其他提到的信号通信。然后FSCU根据负荷和节气门的输入8计算所需燃油压力。然后这个所需的燃油压力可根据输入改变的速率，以及根据在机动车辆启动的有限时间间隔内(由负载示出)ACT和ECT之间的关系而改变。然后最终所需的燃油压力9传到(passto)PID(比例、微分和积分)改良的算法10。PID算法找到所需燃油压力与实际燃油压力之间的差异，即误差值。然后其利用这个误差值以及从前面的循环迭代(loop iteration)中得到的信息来重新计算PID函数，从而改进燃油泵的输出14，通过改变燃油泵15的速度来努力地降低误差。利用PWM可变占空比信号或另一电能控制方法来改变燃油泵的输出。然后得到的燃油压力传送回ECU中作为反馈11。在这个过程的反复之间，FSCU也控制其它功能，包括OBD和通气12。

Claims (10)

1.一种与燃油或添加剂系统控制单元(FSCU)(6)集成的燃油或添加剂泵控制系统，并通过通信装置(13)与发动机控制单元(ECU)(1)通信；所述FSCU(6)包括利用来自ECU的数据计算所需燃油或添加剂压力的装置(8)、用于比较所需燃油或添加剂压力(9)与实际燃油或添加剂压力(7)的装置(10)以及用于产生燃油或添加剂泵控制信号的装置。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中所述FSCU(6)包括具有基于比例-积分-微分(PID)改良算法从而计算所述所需燃油或添加压力(9)与所述实际燃油或添加剂压力(7)之间差异的软件的控制器(10)，利用带有来自先前计算结果的信息的所述差异来计算PID参数从而改变所述燃油或添加剂泵控制信号。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的控制系统，其中用于计算所述所需燃油或添加剂压力(9)的数据包括节气门位置(2)、发动机负载(3)、发动机冷却液温度(4)、进气温度(5)，以及在机动车辆通信总线中存在的任何其它信号中的至少一个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制系统，包括响应于用于产生动力电信号到燃油或添加剂泵(15)的所述泵控制信号的动力驱动装置。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中利用脉宽调制(PWM)可变占空比信号或可变电压信号来改变所述动力电信号。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制系统，其中所述FSCU(6)除了对所述燃油或添加剂泵的控制之外还包括其它控制功能(12)。
7.根据权利要求6所述的控制系统，其中所述控制功能(12)包括车载诊断(OBD)和通风。
8.根据权利要求6至7中任一项所述的控制系统，其中所述燃油或添加剂蒸汽罐的净化由所述FSCU(6)控制。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的控制系统，其中所述FSCU(6)还包括继电器，用于提供燃油罐的补给燃料事件的指示，以控制燃油系统的蒸汽排放、控制添加剂定量补给系统或控制无帽填充头。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的控制系统，其中所述FSCU(6)通过CAN总线与ECU(1)通信。
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