CN1308710A - 内燃机的电控燃料泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有电动机的泵(1),它抽吸燃料箱(3)中的燃料,并且把燃料供应借助于燃料压力调节器(7)的注入器(9)的加料器(8)。泵(1)的电动机是由一个调节泵(1)输出压力的控制单元(4)控制的,和由一种在所述压力与至少一个泵(1)电动机平均电流之间的关系评价的。其目标压力值由控制单元(4)确定,并被选择成高于象减压阀之类的调节器(7)的工作压力,其压力特征对控制单元(4)来说是已知的。本发明用于把燃料供给机动车辆中的直接或间接注入内燃机。

Description

内燃机的电控燃料泵
本发明涉及用于汽车的内燃机的燃料供应回路；更具体地说，涉及火花点火或压缩点火(柴油)内燃机的燃料供应回路，该内燃机装有直接或间接燃料注入系统并且含有由电动机驱动的燃料泵。
用于内燃机的注入系统的燃料供应回路通常包括一个泵，它由电动机驱动，从油箱获取燃料，以便通过一个装有燃料过滤器的供应管把燃料抽到一个注入器供应歧管。歧管下游的压力调节器根据内燃机的操作条件保持歧管中的注入器供应压力，该压力是在燃料压力与大气压力或内燃机进气岐管中压力之间的差动压力，该差动压力基本上恒定，而与内燃机的燃料需求无关，即与由注入器注入内燃机的燃料的流量无关。压力调节器通过一个返回管把过量的燃料返回燃料箱。
在用于火花点火的高压注入器系统或柴油机中，该泵不直接把燃料供给注入器歧管，而是把燃料供给一个高压第二泵和一个高压第二调节器，然后供给该歧管。
涉及上述情况的常规回路有一些缺点：它要求在泵的出口有持久的高燃料流量，从而有不可忽略的功率消耗；和从泵产生高水平的噪声，从而大量热燃料在通过歧管和压力调节器以后返回燃料箱，产生大量燃料蒸气。
在例如专利EP-A-577,477中公开了一种上述类型的燃料供应回路。其中，一个差动压力传感器也被装入调节器中，具有膜片类压力传感器形式。如果燃料压力低于预定的阈值，则它切断到注入器的燃料供应。
为了减少燃料发热，从而减少箱中累积的燃料蒸气的排出，已提出装一个压力调节器。它装于注入器供应歧管的上游，位于歧管的入口与泵下游的过滤器之间，最好靠近于或置于箱内，在排入箱内的支管上，并且连接于在过滤器与歧管入口之间的供应管。在这种情况下，压力调节器也把过量的燃料返回燃料箱。
上述类型的回路不完全令人满意，因为它也要求在泵的出口有高和持久的燃料流量，导致高的电力消耗和高水平的噪声；和因为泵以高转速连续地运行，导致需要使用有长使用寿命的泵，从而花钱多。
为了克服这些缺点，已提出一些“不返回”供应回路，即在支路连接上没有燃料返回管或压力调节器的回路。在“不返回”供应回路中，由一个对把泵连接于注入器供应歧管的供应管中的压力敏感的传感器，控制泵的电力供应。供给泵的电力是由一个受控于压力传感器的模件控制的，并且具有电子控制单元的形式，该单元利用等于注入器所需压力的泵出口压力。
上述类型的回路有一些优点：减少通过泵与过滤器的燃料数量，从而减少燃料加热，减少泵的电力消耗和噪声水平。然而这些回路并不完全令人满意，因为它们需要昂贵的压力传感器，需要准确的测量，且并不总是能实现满意的压力调节。
基于上述理由，尤其在专利EP-A 264,556中，已提出一些更经济的实施方案。其中，在泵藉以连接注入器的管道上的燃料压力调节器包括：一个分隔壳中两室的膜片。室之一处于大气压力下，装有一个弹簧，其弹性力可用一个调节螺钉调节并且加载膜片，该膜片支承压力传感器的两个电触点之一。该触点是与装在另一室中的传感器另一触点相对着的，从泵流向内燃机的燃料流过另一室。如果来自泵的燃料的压力把足够的力施加到膜片上以克服弹性力，则在装于压力调节器中的压力计传感器的两个端子之间的电触点被断开，这会切断到泵电动机的电力供应。这会减少泵出口的燃料压力，从而减少该设备的燃料室中的燃料压力，结果，弹性力移动膜片，直至压力计传感器的两个触点接触为止，从而重新连接到泵电动机的电力供应。因此，电动机的供电电流是脉宽调制的。该调制取决于泵出口压力，发动机的燃料需求，和由压力计传感器的弹簧施加的可调力。
尤其在专利US-A-5,398,655和FR-A-2,725,244中，提出了一些上述类型的燃料供应回路的改进变型。这些回路省去装在燃料压力调节器中和在燃料箱中或在燃料箱附近的压力计传感器以及连接于供应管的压力入口，所述的调节器在紧靠注入器歧管的上游处提供歧管，以便向歧管提供一个不受在泵与歧管之间的供应管中的任何压力脉冲的干扰的压力，和以便得益于入口歧管空气压力基准。
在上述的两个专利中，压力调节器包括一个膜片，它一方面受到由校准弹簧施加的力和或者由大气压力或者由入口歧管中空气压力施加的力；另一方面受到供给歧管的和通过入口阀进入调节器的燃料的压力。进口阀的闭合部件是任选弹性负载的，它被刚性地连接于膜片，以便随着膜片移动。上述类型的调节器提供一种恒定的差示注入器供应压力，而与“不返回的”燃料供应回路中内燃机的燃料需求无关。
在专利FR-A-2,725,244中，压力计传感器包括一个膜片，它一方面受到在泵出口的燃料的压力，另一方面受到由弹簧施加的力。该膜片相对于电子模件的控制开关的固定触点而移动一个可动触点，该模件控制到泵驱动电动机的电力供应。把压力计传感器设置到一个高于调节器出口所需压力的压力。同包含一个来自供应管的支路的先有技术系统相比，因为只有实际使用的燃料才通过该泵，所以泵电动机的电力消耗是低的。
在专利US-A-5,398,655中，泵出口的压力传感器是阀灵敏型压力计传感器，是用安全阀连接的。当它检测到泵出口的燃料压力高于其本身高于正常燃料压力的阈值时，传感器就命令一个脉宽调制器调制泵电动机的电源电流。传感器还打开安全阀，以便把供应管中处于高压下的燃料返回燃料箱中，该供应管位于泵出口的止回阀与恒差动压力歧管的压力调节器入口之间。
专利FR-A-2,686,947公开一种回路，用于按照内燃机的需求把燃料分配到内燃机中。其中，泵速被调节成以一定的流量把处于燃料箱压力下的燃料传送到发动机。该流量是通过一个由检测容许流到内燃机的空气数量的传感器控制的电子电路，随供给泵的电力而变的。因此，泵在一个正好足以满足内燃机需求的速度下工作，在低泵速和低内燃机速度下减少泵吸的噪声，并且泵吸减少内燃机空载速度下的电流。
在上面引用专利的全部“不返回”回路中，在闭合环路中控制电泵是，或者基于测量的供应回路的工作参数，通常是泵出口的燃料压力；或者基于测量的内燃机空气入口歧管的空气流量，该流量间接地涉及内燃机消耗的燃料的流量。在全部情况下，该装置从而必须至少包括一个工作参数的传感器，用于把控制信号发送到电子单元，以调制供给泵驱动电动机的电力。
本发明之一个目的在于提供一种包括一个受控压力电泵的燃料供应回路，它可保持所有上述“不返回”回路的优点，而没有至少需要一个装在内燃机空气和燃料回路上的用于控制泵的专用传感器的缺点。
本发明之另一个目的在于提供一种燃料供应回路，它有利地并同时地具有先有技术的燃料供应回路的优点，其中，泵被置于燃料箱内的燃料贮碗中，并且用防止泵不起动所需的流量、以至少一个注入碗内的燃料喷嘴形式、把由泵抽吸的一些燃料转移到回路中。
为此目的，用于内燃机的按照本发明的燃料供应回路，包括一个由电动机驱动的燃料泵，借助至少一个燃料压力调节器，抽吸存于燃料箱中的燃料并把燃料直接或间接地供给歧管，由歧管供给至少一个燃料注入器；其特征在于：用一个把泵出口压力调节成目标压力的电子控制单元来控制泵的电动机，目标压力由电子控制单元确定并且大于压力调节器的工作压力，该调节器是压力调节器/减压阀型的，其压力特征是电子控制单元熟知的，根据在泵输出压力与至少泵电动机平均电流之间的关系由电子控制单元确定泵的输出压力。
因此，不再借助在歧管入口或供应管内的燃料压力传感器、由反馈环路控制其压力；而是，在其他方面基本上相同于常规“不返回”回路的供应回路中的燃料压力，是由属于常规现有技术结构的压力调节器/减压阀对歧管进行控制，和由电子控制单元在压力调节器/减压阀的上游进行控制的；电子控制单元控制泵以得到适当的输出压力，该输出压力高于压力调节器/减压阀的工作压力。这是通过把实际泵出口压力调整到目标压力实现的，由电子控制单元至少根据平均泵电动机电流测量该实际泵输出压力，由控制单元计算或生成目标压力，以满足压力必须大于压力调节器/减压阀的工作压力的标准。
电子控制单元有利地控制电动机平均电流的方法是，计算在相当于目标压力的目标平均电流与由所述单元测量的电动机平均电流之间的误差信号。
在泵输出压力与至少电动机平均电流之间的关系还至少有利地考虑到泵的转速和/或泵的热状态，从而使泵吸阶段的热状态和/或泵的流量更准确。
这种技术特征使泵的压力能以指定的方式进行控制，还允许尤其对内燃机所需的燃料流量进行控制。
为此目的，至少考虑到内燃机的流量，来确定泵的流量。内燃机流量由一个至少控制燃料注入内燃机的并且与电子控制单元联系的电子内燃机控制单元进行计算，电子内燃机控制单元向电子控制单元至少传送一个内燃机所需的流量指示。
如果泵被置于燃料箱内的燃料贮碗中，并且由泵抽吸的一小部分燃料被转移到碗中，则可有利地确定泵的流量，从而也为所需的喷嘴流量作好准备。用防止泵不起动所需的喷嘴流量把这一小部分的燃料注入碗中。
能通过分析瞬时的电动机电流和检测电动机集电器换向，确定泵的转速。
检测电动机集电器换向的一个简单方法是至少在一个高通滤波器中过滤瞬时电动机电流。
在根据本发明的一个回路中，在紧靠歧管上游处有利地安置燃料压力调节器/减压器，以便根据从泵接收的燃料的较高压力限定其中的燃料压力。
从下面借助非限制性实例给出的本发明一个实施例的描述中，和参照附图，会看出本发明的其他优点和特点。在附图中：
图1是燃料注入内燃机的燃料供应回路的示意图；以及
图2和3是由图1中所示回路的电子控制单元提供的控制的图，该控制用于把回路的电泵的出口压力控制到目标压力。
图1所示的燃料供应回路包括一个电燃料泵1，泵1包括一个由电动机以本领域公知方式旋转地驱动的泵级，最好向这种电动机通过电动机集电器的换向提供电流。
电泵1位于燃料箱3底上的燃料贮碗2内。
泵1的电动机由电子控制单元4供应电流。泵1最好通过一个上游过滤器(未示出)从贮碗2中吸入燃料，并且通过一个供应管6内的下游过滤器5向压力调节器7泵送燃料。
调节器7向供应管6的下游端的歧管8供应燃料。该歧管是内燃机10的燃料注入器9的共同供应歧管。在调节器7的上游，把由泵1在供应管6内泵送的一小部分燃料返回到碗2内，其返回方式是用防止泵1不起动所需的最小流量从喷嘴11注入碗2的底部。
如果内燃机10是一种间接注入的火花点火的内燃机，则调节器7以工作压力向歧管8直接供应燃料；该压力适合于向注入器9供应基本上恒定的差动压力，该差动压力是在燃料压力与内燃机入口歧管内空气压力之间的差动压力。
如果内燃机10是一种直接注入的火花点火或压力点火的内燃机，则调节器7通过一个高压泵向歧管间接供应燃料，高压泵与高压调节器相联系，该调节器确定由注入器9用来注入燃料的压力。
在两种情况下，压力调节器7都是一种本领域公知的调节器/减压阀，例如在专利US-A-5,398,655和FR-A-2,725,244中描述的具有膜片和入口阀的那种类型。它根据从泵1接收的燃料的较高压力，限定歧管8中或高压泵入口的燃料压力，从而能够以满意的压力把燃料传送到下游歧管8，而与内燃机10的燃料需求无关。
上述类型的压力调节器/减压阀7具有下述优点：简单而经济的的结构，对于它受到的压力只需要较低的精确度。
过滤器5和到喷嘴11的燃料支路连接件能够采用靠近箱3或在箱3内的子配件的形式，其中子配件直接与泵1相联系。
控制单元4控制泵1，使它的实际出口压力尽量调整到一个高于压力调节器/减压阀7的工作压力的目标压力，该工作压力被随动到内燃机10的空气入口歧管中的压力。压力调节器7的压力特征为单元4所熟知，并且选择目标压力，使泵的流量同时满足内燃机10在任何内燃机工作点的需求，和满足由喷嘴11把燃料返回贮碗2以防止泵1不起动的最小流量的要求。
通过图2和3示意地示出的控制单元4中的控制电路，把泵1的实际出口压力调节到目标压力。
参照图2，单元4接收由本领域公知的任何适宜类型的电子内燃机控制单元提供的内燃机流量指示12。它控制燃料的注入，从而对内燃机每个工作点，都知道由注入器9注入内燃机10气缸的燃料的注入时间和持续时间。如果内燃机10是火花点火内燃机，则内燃机控制单元(未示出)还有利地控制点火以及可能的其他功能，例如防滑，或电动机驱动蝶形阀体情况下的空气进入。
因此，根据本发明的回路的电子控制单元4与内燃机控制单元相联系，并且至少部分地被结合到其中，这是有利的，只有电流较大的功率级可能是例外。
像内燃机控制单元一样，控制单元4是一种电子单元，它尤其包括：基于微处理器或微控制器的计算装置和存储装置，尤其以控制单元4中的数值和曲线的映象的形式的内燃机和燃料供应回路的工作参数的特征，和涉及泵1的出口压力的泵1的电动机平均电流的特征。
控制单元4在其存储器13中存储涉及管6中压力的喷嘴11的流量的特征，单元4还计算内燃机流量12和喷嘴流量13的总额14，这就设立一个泵流量，该流量遵照并且在单元15中考虑到泵1功能模型的实施。
与此同时，单元4根据内燃机10的工作条件，例如由内燃机控制单元传送到单元4的适用于起动内燃机10的工作条件，和根据属于设计特征的并且存储于单元4内存储器中的压力调节器/减压阀7的压力特征，生成一个被传送到模拟单元15的目标压力信号16。模拟单元15还包括一些执行算法的程序，和存储于单元4中的映象，以便生成代表泵1电动机的目标平均电流的信号17，它对应于泵的目标压力16，和以便供泵1其他工作参数之用，尤其是泵1的温度18，它可使泵抽吸级的温度更准确，还同时考虑到泵1的转速19。单元4例如通过分析泵1电动机中瞬时电流和检测电动机集电器换向，测量转速。在一种已用于实验室并且现在由本发明用于单元4的方式中，通过在压力一个高通滤波器中过滤电动机的瞬时电流，检测泵1电动机的集电器的换向。
因此，在泵模拟单元15的输出中可得到代表泵1电动机目标平均电流的信号17，其中该输出是从目标压力16确定的。在基本上从单元15中图象来确定的平均电流-压力关系中，信号17考虑到泵1的转速19和泵1抽吸级的温度18。单元4使用平均电流信号17控制泵1电动机的平均电流，以实现从实际泵出口压力到目标压力的所需调整。
图3示意地示出这种平均电流控制。
在图3中，单元4计算在目标平均电流17与泵1电动机的实际平均电流20之间的差值，电流20是用本领域公知的方式通过测量分路器两端的电压降在单元4中测量的。从这个在目标平均电流17与瞬时电流20之间的差值得出的误差信号21被传送到单元22，在单元12中，信号21按照本领域公知的方式通过适当的算法受到成比例的积分和微分处理。单元22输出一个由加法器24加到泵1电动机的额定控制电流25中的微分控制信号23。例如，控制电流包括可变宽度电压脉冲(或可变占空系数)，并且额定控制电流25被转换成相同类型(即具有可变宽度电流脉冲)的实际控制电流26，电流26由单元4传送到泵1的电动机，以便把所测平均电流20调整到目标平均电流17，从而把泵1的实际输出压力调整到由控制单元4确定的目标压力16。

Claims (8)

1.一种用于内燃机(10)的燃料供应回路，包括一个由电动机驱动的燃料泵(1)，它借助至少一个燃料压力调节器(7)，抽吸存储于燃料箱(3)中的燃料，并且直接或间接地把该燃料供给一个歧管(8)，该歧管(8)供给至少一个燃料注入器(9)；
其特征在于：用一个把泵(1)的输出压力调整到一个由电子控制单元(4)确定的并大于压力调节器(7)的工作压力的目标压力(16)的电子控制单元(4)，控制泵(1)的电动机；压力调节器(7)属于压力调节器/减压阀类型并且其压力特征对电子控制单元(4)来说是已知的；根据输出压力与泵(1)的电动机的至少平均电流(20)之间的关系，由所述单元(4)确定泵(1)的输出压力。
2.根据权利要求1的燃料供应回路，其特征在于：电子控制单元(4)通过计算一个在相当于目标压力(16)的目标平均电流(17)与由所述单元(4)测量的电动机平均电流(20)之间的误差信号(21)，控制电动机的平均电流。
3.根据权利要求1或2的燃料供应回路，其特征在于：在泵(1)输出压力与至少一个电动机平均电流之间的所述关系，还至少考虑到泵(1)的转速(19)和/或泵(1)的抽吸级的热状态(18)和/或泵(1)的流量(14)。
4.根据权利要求3的燃料供应回路，其特征在于：通过分析泵(1)的电动机的瞬时电流和检测所述电动机的集电器的换向，确定泵(1)的转速(19)。
5.根据权利要求4的燃料供应回路，其特征在于：通过在至少一个高通滤波器中过滤所述电动机的瞬时电流，检测泵(1)电动机的集电器的换向。
6.根据权利要求3至5中任何一项的燃料供应回路，其特征在于：泵(1)的流量(14)是在至少考虑到内燃机(10)的流量(12)以后确定的，并且是由一个至少控制内燃机(10)燃料注入量的和涉及所述电子控制单元(4)的电子内燃机控制单元计算的，该电子内燃机控制单元把内燃机(10)需要的流量的指示(12)传送到单元(4)。
7.根据权利要求6的燃料供应回路，其特征在于：泵(1)置于燃料箱(3)内的燃料贮碗(2)中，把由泵(1)抽吸的一小部分燃料转移到所述碗(2)中，用一种防止泵(1)不起动所需的喷嘴流量(11)把这小部分燃料注入所述碗(2)中，在确定泵(1)的流量(14)时还要考虑到所述喷嘴(11)需要的流量(13)。
8.根据权利要求1至7中任何一项的燃料供应回路，其特征在于：在紧靠歧管(8)的上游处安装所述的燃料压力调节器/减压阀(7)，它限定其中的燃料压力。
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