CN101737213B

CN101737213B - 燃料供给装置

Info

Publication number: CN101737213B
Application number: CN 200910160450
Authority: CN
Inventors: 瓜生拓也; 大西善彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-11-18
Filing date: 2009-07-16
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2029-07-16
Also published as: JP2010121485A; DE102009030261B4; CN101737213A; DE102009030261A1

Abstract

本发明提供一种燃料供给装置，对燃料泵进行驱动控制，以排出要求燃料排出量，该要求燃料排出量是将能得到规定燃料压力的排放流量加到与发动机的运转条件相应的发动机要求燃料量上而得到的，可在不使用测定燃料压力的压力检测装置的情况下将燃料压力控制成规定值。压力调整装置(6)构成为能得到与排放流量对应的高压配管(3b)内的燃料压力，控制单元(7)构成为：计算能得到规定燃料压力的排放流量，将计算出的排放流量加到根据发动机运转条件而计算出的发动机要求燃料量上，计算出要求燃料排出量，控制燃料泵(4)的马达旋转速度，以排出该计算出的要求燃料排出量。

Description

燃料供给装置

技术领域

本发明涉及一种发动机的燃料供给装置，尤其涉及能简单地控制燃料压力的技术。

背景技术

以往的燃料供给装置中，设置检测从燃料泵朝燃料喷射阀压送的燃料的压力的压力检测装置，根据燃料压力目标值与实际燃料压力的比较来确定燃料泵的必要排出量，根据确定的必要排出量对燃料泵进行驱动控制(例如参照专利文献1)。

专利文献1：日本专利特开平06-147047号公报

在以往的燃料供给装置中，需要对作为控制参数的燃料压力进行测定的压力检测装置，因此，存在构成零件增加、无法实现低成本化、且配管布置复杂化的问题。

发明内容

本发明为解决上述技术问题而作，目的在于提供一种燃料供给装置，对燃料泵进行驱动控制，以排出要求燃料排出量，该要求燃料排出量是将能得到规定燃料压力的排放流量加到与发动机的运转条件相应的发动机要求燃料量上而得到的，可在不使用测定燃料压力的压力检测装置的情况下将燃料压力控制成规定值。

本发明的燃料供给装置包括：贮存有燃料的燃料箱；喷射上述燃料的燃料喷射阀；吸入上述燃料箱的燃料、并通过高压配管朝上述燃料喷射阀压送燃料的燃料泵；检测发动机运转条件的运转条件检测装置；排放在上述高压配管中压送的上述燃料来调整该高压配管内的燃料压力的压力调整装置；以及对上述燃料泵进行驱动控制的燃料泵控制装置。而且，上述压力调整装置构成为能得到与排放流量对应的上述高压配管内的燃料压力，上述燃料泵控制装置构成为：计算能得到规定燃料压力的上述排放流量，将计算出的上述排放流量加到根据上述运转条件检测装置检测出的上述发动机运转条件而计算出的发动机要求燃料量上，计算出要求燃料排出量，控制上述燃料泵的马达旋转速度，以排出上述计算出的要求燃料排出量。

根据本发明，在发动机要求燃料量上加上排放流量而得到的要求燃料排出量的燃料从燃料泵朝高压配管排出。而且，加到发动机要求燃料量上的排放流量的燃料由压力调整装置来排放，高压配管内的燃料压力被调整成与排放流量对应的规定燃料压力。因此，被调整成规定燃料压力的发动机要求燃料量的燃料从燃料喷射阀喷射出。由此，不需要测定燃料压力的压力检测装置，构成零件削减，能实现低成本化，并能简化配管布置。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的系统结构的图。

图2是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的燃料泵的结构的剖视图。

图3是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的压力调整装置的结构的主要部分剖视图。

图4是说明本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的压力调整装置的动作的图。

图5是说明本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的第一燃料压力控制方法的图。

图6是说明本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的第二燃料压力控制方法的图。

(符号说明)

1 燃料箱

2 燃料喷射阀

3b 高压配管

4 燃料泵

6 压力调整装置

7 控制单元(燃料泵控制装置)

8 空气流量计(运转条件检测装置)

9 曲柄角传感器(运转条件检测装置)

36 电动机主体

具体实施方式

图1是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的系统结构的图，图2是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的燃料泵的结构的剖视图，图3是表示本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的压力调整装置的结构的主要部分剖视图，图4是说明本发明的一实施方式所涉及的燃料供给装置的压力调整装置的动作的图。

在图1中，燃料供给装置包括：燃料箱1；朝发动机的吸气管(未图示)喷射燃料的燃料喷射阀2；通过低压配管3a吸入燃料箱1内的燃料、并通过高压配管3b朝燃料喷射阀2压送燃料的燃料泵4；配设在从高压配管3b分岔出的回行配管5上、使从燃料泵4压送来的燃料的一部分返回燃料箱1、并对高压配管3b内的燃料压力进行调整的压力调整装置6；得到来自空气流量计8的吸入空气流量检测信号和来自曲柄角传感器9的旋转速度信号等的输入、对燃料喷射阀2的开闭时刻和燃料泵4的电动马达部31的旋转速度进行控制的作为燃料泵控制装置的控制单元7。空气流量计8和曲柄角传感器9相当于发动机的运转条件检测装置。

接着，参照图2来说明燃料泵4的结构。

燃料泵4包括：制作成有底圆筒状的树脂制的本体10、配设在本体10内的底部侧的圆盘状壳体14、配设在壳体14的本体开口侧的缸20、配设在缸20的本体开口侧的圆筒状衬套29、以堵住本体10的开口部的形态连接固定并对安装在缸20上的活塞26进行驱动的电动马达部31。

本体10使用例如尼龙等树脂而模制成形，包括：有底圆筒状的收容部11、形成在收容部11的开口侧的吸入端口12、形成在收容部11的底部上的排出端口13。

壳体14使用例如铁类材料制作成外周形状与收容部11的内周面相应的圆盘状，在同一圆周上等角度间距地穿设有例如四个贯穿孔15。而且，在各贯穿孔15的本体10的底部侧形成有阀座。另外，在本体10的底面上以与各贯穿孔15相对的形态凹设有弹簧收纳孔16。球17配设成能与阀座接触、分离，被弹簧收纳孔16收纳的弹簧18以压缩状态设置在球17与弹簧收纳孔16的底面之间，朝着将球17按压到阀座上的方向施力。此外，在本体10的底面上以将贯穿孔15与排出端口13连通的形态凹设有燃料通路19。

缸20使用例如铁类材料制作成外周形状与收容部11的内周面相应的圆柱状。而且，在缸20上以与各贯穿孔15分别相对的形态穿设有活塞滑动孔21。此外，在缸20上与各活塞滑动孔21分别对应地穿设有连通孔22。各连通孔22通过将壳体14侧的大直径孔和本体开口侧的小直径孔同轴状连设而构成，在大直径孔与小直径孔的连结部上形成有阀座。而且，在大直径孔内以能与阀座接触、分离的形态配设有球23，配设在大直径孔内的弹簧24以压缩形态设置在球23与壳体14之间，朝着将球23按压到阀座上的方向施力。此外，在壳体14的缸20侧的表面上以将对应的活塞滑动孔21与连通孔22连通的形态凹设有燃料通路25。

活塞26以能沿轴向滑动的形态安装在各活塞滑动孔21内。弹簧27以压缩状态设置在活塞26上所安装的环28与缸20的本体开口侧的表面之间并以套设状态设置在活塞26上，将活塞26朝本体开口侧施力。

衬套29通过例如铁类材料制作成外周形状与收容部11的内周面相应的圆筒形，在衬套29上以连通吸入端口12和衬套29的内部的形态形成有连通路30。

电动马达部31包括：例如尼龙等树脂制的外装材32、设置在外装材32内的马达主体36、通过轴承44可自由旋转地支撑在外装材32内并被该马达主体36驱动而旋转的轴41。外装材32通过将嵌合凸部33嵌入本体10的开口，利用螺钉(未图示)连接固定，将本体10的收容部11的开口堵住。此时，O形圈34安装在凹槽35内，而凹槽35绕周向的全周凹设在嵌合凸部33的外周面上，防止流经本体10与外装材32之间的燃料泄漏。

马达主体36包括：一体成型在外装材32上的定子37、固定在轴41上的转子40。定子37包括：铁心38、在铁心38上卷绕导线而构成的线圈39。转子40包括：轴41、套设固定在轴41上的圆筒形永磁体42。斜板43固接在轴41的排出端口侧的伸出端上，活塞26通过弹簧27的作用力而与斜板43的排出端口侧的表面抵接。

这样构成的燃料泵4是活塞滑动孔21的孔方向、即活塞26的往复移动方向与轴41的轴向一致的轴向活塞泵。该燃料泵4的吸入端口12通过低压配管3a与燃料箱1连接，排出端口13通过高压配管3b与燃料喷射阀2连接。而且，在电力朝电动马达部31的线圈39供给时，转子39被驱动而旋转。然后，斜板43与轴41的旋转连动地旋转。通过该斜板43的旋转和弹簧27的作用力，活塞26在活塞滑动孔21内沿孔方向往复移动。

在活塞26朝电动马达部31侧移动的吸入工序中，由活塞滑动孔21和活塞26划定的工作室的容积增大，工作室内成为低压。因此，球17与阀座抵接，贯穿孔15被关闭。另一方面，球23克服弹簧24的作用力而朝壳体14侧移动，收容部11内的燃料经由连通孔22和燃料通路25流入工作室内。

接着，在活塞26朝壳体14侧移动的排出工序中，工作室的容积减小，工作室内成为高压。因此，球23与阀座抵接，连通孔22被关闭。另一方面，球17克服弹簧18的作用力而朝弹簧收纳孔16的底部侧移动，工作室内的燃料经由贯穿孔15和燃料通路19而朝排出端口13排出。然后，排出到排出端口13的燃料经由高压配管3b朝燃料喷射阀2供给。

此处，燃料泵4由活塞泵构成，燃料排出量与马达旋转速度成比例。而且，控制单元7使供电电压相对于额定电压的比率变化，控制供电电压的大小，也就是说，对供电电压进行占空比控制，控制燃料泵4的马达旋转速度。

接着，参照图3来说明压力调整装置6的结构。

压力调整装置6是提升阀型的调整装置，作为阀芯的球阀45配设成能与阀座46的座面46a接触、分离，弹簧47进行按压，以使球阀45与阀座46的座面46a抵接。而且，座面46a呈截头圆锥形，其顶角成为座面角。

这样构成的压力调整装置6配设在从高压配管3b分岔出的回行配管5的路径中。而且，在高压配管3b内的燃料的压力(燃料压力)比作用于球阀45的弹簧47的作用力高时，球阀45克服弹簧47的作用力而从座面46a离开。因此，如图3中箭头所示，高压配管3b内的燃料从球阀45与座面46a之间朝低压侧排放。排放出的燃料通过回行配管5返回燃料箱1。另外，在高压配管3b内的燃料的压力比作用于球阀45的弹簧47的作用力低时，球阀45通过弹簧47的作用力而与座面46a抵接，燃料的流动被停止。由此，可调整高压配管3b内的燃料压力。

该压力调整装置6是提升阀型的调整装置，因此，存在沿着座面46a流动的燃料作用于球阀45的流体力。该流体力取决于排放出的燃料的流量、座面46a的座面角、座面长度。也就是说，排放流量越大，则流体力越大。另外，座面46a的座面角越小，则流体力的闭阀方向的分量越大。基于这点，流体力成为与弹簧47的作用力相同的闭阀方向的力，呈现出排放流量增加时压力也增加的特性。另外，在将座面长度固定于规定长度并改变座面角时，压力变化相对于排放流量的变化的比例、即压力梯度根据座面角而变化。也就是说，如图4中的虚线所示，呈现出使座面角形成为钝角、即增大时压力梯度较小的特性。另一方面，如图4中的实线所示，呈现出使座面角形成为鋭角、即减小时压力梯度较大的特性。

基于这点，若将座面46a的形状设定成使该压力梯度成为规定值，则通过将排放流量调整成规定值，能得到规定值的燃料压力。像这样，压力调整装置6能将高压配管3b内的燃料压力调整成与排放流量相应的燃料压力。

另外，将座面角固定于规定角度并改变座面46a的座面长度时，也能改变压力梯度。

接着，参照图5来说明控制单元7的第一燃料压力控制方法。此处，虽未图示，但控制单元7包括：接收从空气流量计8和曲柄角传感器9等送来的数据的输入接口、进行用于控制燃料喷射阀2和燃料泵4的运算的CPU、存储有用于控制燃料喷射阀2和燃料泵4的程序和各种数据的存储器、传送用于控制燃料喷射阀2和燃料泵4的控制信号的输出接口等。存储器中存储的各种数据例如是与发动机的运转条件对应地存储有发动机所要求的发动机要求燃料量的地图，以及存储有为了达到规定燃料压力而需要的排放流量、根据燃料泵4的流量特性计算出的驱动燃料泵4的占空比与燃料排出量间的关系的地图等。另外，在图5中，将步骤1～4作为S1～S4。

首先，在步骤1中，控制单元7根据从空气流量计8输入的吸入空气流量检测信号和从曲柄角传感器9输入的发动机的旋转速度信号，参照与发动机的运转条件对应地存储有发动机所要求的发动机要求燃料量的地图，得到与当前的运转条件相应的发动机要求燃料量。此处，将吸入空气流量检测信号和发动机的旋转速度信号作为发动机的运转条件。另外，发动机要求燃料量为从燃料喷射阀2喷射出的燃料喷射量。

在步骤2中，读出存储器中存储的排放流量，将读出的排放流量加到发动机要求燃料量上，得到燃料泵4所要求的要求燃料排出量。

在步骤3中，参照与燃料泵4的燃料排出量对应地存储有驱动燃料泵4的占空比的地图，得到与计算出的要求燃料排出量对应的驱动燃料泵4的占空比。

在步骤4中，将计算出的占空比朝燃料泵4输出。

因此，燃料泵4以计算出的占空比被驱动。此时，马达主体36的旋转速度被控制成与占空比相应的旋转速度。然后，与马达主体36的旋转速度相应的排出量的燃料、即相当于要求燃料排出量的燃料朝高压配管3b排出。接着，相当于排放流量的燃料通过压力调整装置6从高压配管3b经由回行配管5返回燃料箱1。然后，从要求燃料排出量中减去排放流量后的发动机要求燃料量的燃料朝燃料喷射阀2供给。接着，与当前的运转条件相应的燃料喷射量从燃料喷射阀2喷射出。

由此，不受发动机的运转条件的限制，能使朝燃料喷射阀2供给的燃料的压力始终维持恒定。另外，由于将燃料压力控制成恒定，因此排放流量恒定，只需在能排出与相应于发动机运转条件的燃料喷射量对应的燃料排出量的占空比上加上能排出与排放流量对应的燃料排出量的占空比即可，控制简单。

此处，若使用构成为图4所示的压力梯度的压力调整装置，则只要将排放流量设定为Qr1，就能将燃料压力控制成P1，只要将排放流量设定为Qr2，就能将燃料压力控制成P2。另外，在不受发动机的运转条件限制地将燃料压力控制成恒定时，根据图4，最好将座面角形成为钝角。

接着，参照图6来说明控制单元7的第二燃料压力控制方法。此处，在控制单元7的存储器中储存有存储压力调整装置6的排放流量与燃料压力间的关系的地图。另外，在图6中，将步骤10～15作为S10～S15。

首先，在步骤10中，控制单元7根据从空气流量计8输入的吸入空气流量检测信号和从曲柄角传感器9输入的发动机的旋转速度信号，参照与发动机的运转条件对应地存储有发动机所要求的发动机要求燃料量的地图，得到与当前的运转条件相应的发动机要求燃料量。

在步骤11中，计算出相对于发动机吸入负压的差压成为恒定的目标燃料压力。

在步骤12中，参照存储压力调整装置6的排放流量与燃料压力间的关系的地图，得到能根据计算出的目标燃料压力得到的排放流量。

在步骤13中，将计算出的排放流量加到发动机要求燃料量上，得到燃料泵4所要求的要求燃料排出量。

在步骤14中，参照与燃料泵4的燃料排出量对应地存储驱动燃料泵4的占空比的地图，得到与计算出的要求燃料排出量对应的驱动燃料泵4的占空比。

在步骤15中，将计算出的占空比朝燃料泵4输出。

因此，燃料泵4以计算出的占空比被驱动，相当于要求燃料排出量的燃料朝高压配管3b排出。接着，相当于计算出的排放流量的燃料通过压力调整装置6从高压配管3b经由回行配管5返回燃料箱1。然后，从要求燃料排出量中减去排放流量后的发动机要求燃料量的燃料朝燃料喷射阀2供给。接着，与当前的运转条件相应的燃料喷射量从燃料喷射阀2喷射出。

由此，不受发动机的运转条件的限制，能使朝燃料喷射阀2供给的燃料的压力始终维持与发动机吸入负压的差压恒定的燃料压力。因此，能根据燃料喷射阀2的开阀时间高精度地控制燃料喷射量。

此处，若使用构成为图4所示的压力梯度的压力调整装置，则只要目标燃料压力为P1，排放流量就成为Qr1，只要目标燃料压力为P2，排放流量就成为Qr2。像这样，能以简单的结构实现燃料压力的可变控制。另外，不受发动机的运转条件限制地可变地控制燃料压力时，根据图4，最好将座面角形成为鋭角。

这样，根据本发明，压力调整装置6构成为能得到与排放流量对应的高压配管3b内的燃料压力，并构成为通过控制燃料泵4的马达主体36的旋转速度来排出将来自压力调整装置6的排放流量加到与发动机的运转条件相应的发动机要求燃料量上而计算出的要求燃料排出量，因此，不需要测定高压配管3b内的燃料压力的压力检测装置，构成零件削减，结构变得简易，并能实现小型化。因此，能实现可紧凑地进行配管布置的廉价的燃料供给装置。

另外，由于通过控制燃料泵4的马达主体36的旋转速度来调整燃料排出量，因此不必使马达主体36的旋转速度变得过快，能降低马达主体36的耗电量。此外，马达主体36的发热量也降低，能抑制传递给燃料的热量，能抑制燃料温度的上升。

此外，即使是排气量不同的发动机、即燃料消耗量和系统燃料压力不同的发动机，也可按对象系统设定马达主体36的旋转速度来进行应对。这样，本发明可应对范围较大的燃料消耗量和燃料压力，因此能实现燃料泵4和压力调整装置6的通用化。

另外，由于使用提升阀型的压力调整装置6，因此与膜片式的压力调整装置相比，能削减构成零件，结构变得简单，并能实现小型化。另外，由于通过改变座面46a的座面角和座面长度能调整压力调整装置6的压力梯度，因此能简单地制作期望压力梯度的压力调整装置6。

由压力调整装置6排放出的燃料从发动机得到热量，温度上升，但由于排放出的燃料量被控制在维持燃料压力所需的最小限度，因此能抑制燃料箱1的温度上升。

另外，燃料泵4的电动马达部31的马达主体36是包括将永磁体42固接在轴41上而构成的转子40、将线圈39卷装在铁心38上而构成的定子37的无刷马达，因此，不存在朝线圈通电用的供电电刷。因此，不会受到供电电刷的滑动阻力的影响，可提高旋转速度的响应性，也不会出现滑动部的磨损老化，能长期具有较高的可靠性。

另外，马达主体36包括：将线圈39卷装在铁心38上而构成的定子37、将永磁体42固接在轴41上而构成的转子40、固接在轴41的前端上的斜板43，因此，能将马达主体36构成为低惯性。

另外，燃料泵4是活塞泵，因此，燃料排出量与马达主体36的旋转速度成比例，能在从低速到高速的大范围的旋转速度域内得到稳定的容积效率。

另外，上述实施方式中，燃料泵使用了将活塞的往复移动方向设为轴的轴向的轴向活塞泵，但燃料泵也可使用将活塞的往复移动方向设为与轴的轴向正交的方向的径向活塞泵。

另外，上述实施方式中，从高压配管分岔出的回行配管与燃料箱连接，使排放出的燃料返回燃料箱，但也可构成为从高压配管分岔出的回行配管与低压配管连接，使排放出的燃料返回燃料泵的收容部。

另外，上述实施方式中，作为与发动机的要求燃料量相关的发动机的运转条件，检测吸入空气流量检测信号和发动机的旋转速度信号，但也可检测节流阀开度等。

Claims

1.一种燃料供给装置，其特征在于，包括：

燃料箱，该燃料箱贮存有燃料；

燃料喷射阀，该燃料喷射阀喷射所述燃料；

燃料泵，该燃料泵吸入所述燃料箱的燃料，并通过高压配管朝所述燃料喷射阀压送燃料；

运转条件检测装置，该运转条件检测装置检测发动机运转条件；

压力调整装置，该压力调整装置配设在从所述高压配管分岔出的回行配管上，并朝所述燃料箱排放在所述高压配管中压送的所述燃料来调整该高压配管内的燃料压力；以及

燃料泵控制装置，该燃料泵控制装置对所述燃料泵进行驱动控制，

所述压力调整装置包括阀座、球阀和弹簧，并构成为能得到与排放流量对应的所述高压配管内的燃料压力，所述阀座以截头圆锥形的座面的头部侧朝向所述高压配管的方式配设在所述回行配管上，所述球阀配设成能与所述座面接触、分离，所述弹簧将所述球阀按压在所述座面上，

所述燃料泵控制装置构成为：计算能得到规定燃料压力的所述排放流量，将计算出的所述排放流量加到根据所述运转条件检测装置检测出的所述发动机运转条件而计算出的发动机要求燃料量上，计算出要求燃料排出量，控制所述燃料泵的马达旋转速度，以排出所述计算出的要求燃料排出量。

2.如权利要求1所述的燃料供给装置，其特征在于，所述燃料泵控制装置对所述燃料泵进行驱动控制，以不受所述发动机运转条件限制地使所述规定燃料压力恒定。

3.如权利要求1所述的燃料供给装置，其特征在于，所述燃料泵控制装置对所述燃料泵进行驱动控制，以不受所述发动机运转条件限制地使所述规定燃料压力与发动机吸入负压的差压恒定。

4.如权利要求1至3中任一项所述的燃料供给装置，其特征在于，所述燃料泵是活塞泵。

5.如权利要求1至3中任一项所述的燃料供给装置，其特征在于，所述燃料泵的马达主体是无刷马达。

6.如权利要求1至3中任一项所述的燃料供给装置，其特征在于，所述燃料泵控制装置对供电电压进行占空比控制，控制所述燃料泵的马达旋转速度。