专利名称：内燃机燃料供给装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种内燃机燃料供给装置和方法。
在内燃机、汽车发动机等中，将燃料直接喷入燃烧室内以改善燃料经济性等近来已经商业化了。这样，要求用高压将燃料供给燃料喷射阀，以便自该燃料喷射阀将燃料喷入燃烧室，从而克服燃料室内的高压。因此，由输油泵自燃料箱输送的燃料由一高压燃料泵加压，并被输送到燃料喷射阀。在日本专利申请公报No．10-76618和10-176619中描述了一种具有高压燃料泵的如上所述的燃料供给装置。在图9中表示在这些公开的专利申请中所描绘的燃料供给装置。
如图9中所示，该燃料供给装置的高压燃料泵101有一柱塞103，它借助凸轮100转动在泵筒102中作往复运动，还有一压力室104，由泵筒102和柱塞103界定。连于该压力室104的是一进油道107一溢流道108是和一输油道110，其中进油道107与自燃料箱105输送燃料的输油泵106连通，溢流道108使燃料自加压室104流出返回到燃料箱105，而输油道110用以将加压燃料自加压室104输向燃料喷射阀109。高压燃料泵101有一溢流阀111，它开、闭溢流道108、进油道107跟加压室104的连通。
当柱塞103沿增加加压室104容积的方向移动时(在图中向下)，此时溢流阀111处于开启状态，即当高压燃料泵101处在进油行程时，将燃料自进油道107吸入加压室104。当柱塞103在加压室104内沿容积减少的方向移动期间，即在高压燃料泵101的燃料喷射行程期间，溢流阀111关闭时，进油道107和溢流道108跟加压室104的连通被关闭，因此，将燃料自加压室104经输油道110输向燃料喷射阀109。
在该高压燃料泵101中，仅在燃料泵喷射行程期间，在溢流阀111关闭周期内，将燃料输向燃料喷射阀109，燃料输送量通过控制溢流阀111的关闭开始定时调节其关闭周期而得到调节。这就是说，燃料输送量由于溢流阀111的关闭周期加长而增加，由于关闭周期短缩而减少。当燃料输送量得到调节时，被输送到燃料喷射阀109的燃料压力(燃料压力)被调节到按发动机运转状态确定的目标值，因此，自燃料喷射阀109喷射的由燃料压力和燃料喷射持续时间确定的燃料量相等于一适当的量。
这样，由于自输油泵106输送的燃料的高压燃料泵101加压，而经加压的燃料被输向燃料喷射阀109，因此，发动机能精确地完成燃料喷射。
自高压燃料泵101输送的燃料量受在溢流阀111关闭开始时产生的凸轮速度(即凸轮100的每单位转角的柱塞103的移动量)的影响。在溢流阀111开始关闭时，凸轮速度无需以相对于溢流阀111关闭定时开始的变化的恒定变化率(具有不恒定的梯度)变化。更具体地说，凸轮速度的变化率(梯度)在溢流阀111开始关闭时相对于关闭定时开始的变化依据凸轮的相应极大地波动。若燃料输送量通过改变溢流阀111关闭定时开始来调节，从而将燃料压力控制到一个目标值，则该阀关闭开始定时的变化并不以适当方式来迅速调节该燃料输送量，从而导致在将燃料压力控制到目标值期间产生显著的波动。
因此，本发明的一个目的是要提供一种内燃机燃料供给装置，它借助于按照溢流阀的关闭开始定时调节燃料输送量改善了燃料输送量的可控性。
按照本发明的第一个方面，提供一种内燃机燃料供给装置，它具有一燃料泵，基于泵筒和柱塞之间由凸轮转动产生的相对运动，通过改变加压室的容积，该泵将燃料抽吸到一加压室，并将其输到内燃机的燃料喷射阀。该装置还包括一溢流阀它开、闭加压室和让燃料自加压室流出的溢流通道之间的连通，其中，自燃料泵输向燃料喷射阀的燃料量通过控制溢流阀的关闭周期来得到调节。该燃料供给装置包括一个控制器，它通过改变溢流阀的关闭开始定时来控制溢流阀的关闭周期，这样，便提供了为从燃料喷射阀喷射燃料需从燃料泵输送的燃料量。该装置是这样构成的，使提供需输送的最大燃料量的溢流阀的关闭开始定时出现在预定的凸轮转角范围内，在该范围内，在凸轮转动期间，在泵筒和柱塞之间产生的相对移动量相对于其相位变化以恒定的梯度变化。
由于提供需输送的最大燃料量的溢流阀的关闭开始定时处在该预定的凸轮转角范围内，在该范围内，在凸轮转动期间，在泵筒和柱塞之间产生的相对移动量相对于其相位变化以恒定的梯度变化，因此，在溢流阀开始关闭时，即使当溢流阀的关闭开始定时变化时(即推迟)，凸轮速度也以基本上恒定的变化率变化，以便调节自燃料泵输送的燃料量。溢流阀开始关闭时的凸轮速度影响自燃料泵输送的燃料量。然而，若溢流阀开始关闭时的凸轮速度，按上面所述，以恒定比率变化，则可通过改变溢流阀的关闭开始定时来正确调节燃料输送量，因此，能改善燃料输送量的可控能力。
在上述方面，该控制器在凸轮位置接近上止点时可结束溢流阀的关闭，而提供最大所需燃料输送量的溢流阀的关闭开始定时可这样设定，使该阀的关闭开始定时接近预定凸轮转角范围内的最前一点。
因此，为了调节燃料输送量，溢流阀关闭开始定时的变化可在自该最前点的附近至凸轮到达上止点的一点之间宽广范围内实现，整个处在预定的凸轮转角范围内(即，凸轮速度相对于其相位变化的变化保持不变的范围)。
在一个实施例中，凸轮廓线可这样确定，使提供所需燃料输送量的溢流阀的关闭开始定时处在预定的凸轮转角范围内。因此，由于燃料泵的凸轮廓线这样规定，使提供所需燃料输送量的溢流阀的关闭开始定时处在预定的凸轮转角范围内，故在溢流阀开始关闭时的凸轮速度相对于为调节自燃料泵输送的燃料量而作出的溢流阀关闭开始定时的变化，以一恒定的变化量变化，因此，通过改变溢流阀的关闭开始定时，能正确地调节燃料输送量，这样，便能改善燃料输送量的可控能力。
在另一个实施例中，在预定的凸轮转角期间燃料输送的若干时间可以这样设定，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀关闭开始定时处在该预定的凸轮转角范围内。因此，由于在该预定的凸轮转角期间输送燃料的若干时间被这样设定，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀关闭开始定时处在该预定的凸轮转角范围内，在溢流阀开始关闭的凸轮速度相对于为调节自燃料泵输送的燃料量而作出的溢流阀关闭开始定时的变化便以一恒定的变化量变化，因此，通过改变溢流阀的关闭开始定时能正确地调节燃料输送量，这样，便能改善燃料输送量的可控能力。
在另一实施例中，加压室的内径可这样设定，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀关闭开始定时处在该预定的凸轮转角范围内。因此，由于加压室的内径这样设定，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀关闭开始定时处在该预定的凸轮转角范围内，在溢流阀开始关闭时的凸轮速度相对于为调节自燃料泵输送的燃料量而作出的溢流阀的关闭开始定时的变化以一恒定的变化量变化。因此，通过改变溢流阀的关闭开始定时便能正确地调节燃料输送量，这样，便能改善燃料输送量的可控能力。
根据下面参照附图对优先实施例的说明，本发明的前述和其它的目的，特点和优点会变得明显，其中，相同的数字用于代表相同的部件，其中
图1是用本发明的燃料供给装置第一实施例的发动机剖视图；图2是表示图1中所示发动机的燃料供给装置的简图；图3A和3B是表示相对于驱动图1中所示高压燃料泵的凸轮的相位变化的柱塞高度和凸轮速度变化的曲线；图4是表示燃料供给装置的电气构造的方块图；图5是表示燃料输送量(最终燃料喷射量Qfin)、发动机转速NE和电磁溢流阀关闭开始定时之间关系的曲线；图6是表示在第一实施例中，在完成自高压燃料泵输送燃料和自燃料喷射阀喷射燃料的同时，输油管内燃料压力P的变化的时间图表；图7是表示本发明第二实施例的发动机燃料供给装置的简图；图8A和8B是表示在第二实施例中，在完成自高压燃料泵输送燃料和自燃料喷射阀喷射燃料的同时，输油管内燃料压力P的变化的时间图表；图9是表示一高压燃料泵的简图。
参照图1-6，现在说明将本发明应用于一台4缸直喷式汽车汽油发动机的第一方案。
如图1中所示，发动机11总共有4个活塞12(在图1中仅示出其中的一个)，它们在汽缸体11a中形成的气缸中可往复运动。活塞12经连杆13连于曲轴14，它是发动机11的输出轴。活塞12的往复运动由连杆13转变为曲轴14的转动。
在曲轴14上设有一信号转子14a。信号转子14a的外周部有多个突起14b，它们按等角度排到在曲轴14轴线的周围。在信号转子14a的一侧，设有一曲轴位置传感器14c。在曲轴14旋转期间，随着信号转子14a的突起14b顺次通过曲轴位置传感器14c，曲轴位置传感器14c便输出一个相应于各突起14b通过的脉冲状检测信号。
在气缸体11a的上端面上设有一气缸盖15。在气缸盖15和各活塞12之间界定一燃烧室16。一进气道32和一排气道33连接于燃烧室16。燃烧室16和进气道32之间的连通由相应的进气阀19开、闭。燃烧室16和排气道33之间的连通由相应的排气阀20开、闭。
开、闭进气阀19和排气阀20的进气凸轮轴21和排气凸轮轴22可转动地支持在气缸盖15上。进气凸轮轴21和排气凸轮轴22经准时皮带(未示)、齿轮(未示)等连接于曲轴14，因此，曲轴14的转动由准时皮带。齿轮等传递到凸轮轴21、22上。随着进气凸轮轴21转动，进气阀19开启和关闭。随着排气凸轮轴22转动，排气阀20开启和关闭。
在进气凸轮轴21的一侧，设有一凸轮位置传感器21b。凸轮位置传感器21b检测设在进气凸轮轴21外周面上的突起21a，并输出检测信号。随着进气凸轮轴21转动，凸轮轴21的突起21a顺次通过凸轮位置传感器21b。这样，相应于每个突起21a的通过，凸轮位置传感器21b以预定的时间间隔输出一检测信号。
调节吸入发动机11的空气量的节流阀23设在进气道32的上游。节流阀23的开度根据由加速器位置传感器26检测到的加速器踏板25的下压量(加速器操作量)通过控制节流阀马达24的操作来调节。通过节流阀23的开度的调节，发动机11的进气量得到调节。在沿节流阀23下游延伸的一部分进气道32内，设有一个检测进气道32内压力的真空传感器36。真空传感器36输出一个相应于由该传感器检测得的进气道32内压力的检测信号。
气缸盖15设有将燃料喷入相应燃烧室16内的燃料喷射阀40和点燃充入相应燃烧室16内的空气燃料混合物的点火塞41。当将燃料自燃料喷射阀40喷入相应的燃烧室16时，被喷入的燃料与经进气道32吸入的空气混合，在燃烧室16中形成燃料和空气的混合物。燃烧室16中的混合物当被点火塞41点火时便燃烧。燃烧后，将废气排入排气道33。
在发动机11中，按照发动机11的运转状态，燃烧模式在分层充气燃烧模式和均匀燃烧模式之间变换。当发动机11运转在要求高输出的高速高负荷区域内时，便进入均匀燃烧模式。按照均匀燃烧模式，在进气冲程中将燃料喷入各燃烧室16内，以形成均匀混合的空气和燃料混合物，而均匀混合物的燃烧产生高功率。当发动机运转在不需要高输出的低负荷和低速区域内时，便进入分层冲气燃烧模式。按照分层冲气燃烧模式，在压缩冲程期间，将燃料喷入各燃烧室16内，在点火塞41周围形成浓燃料混合物，因此，各燃烧室16中整体混合物量的平均空气燃料比自理论空燃比显著变换到稀燃料侧，也能获得良好的点燃。
为了在分层冲气燃烧模式期间获得处在理论空气燃料比的稀燃料侧的混合气的空燃比，将节流阀23的开度向开启端设定在大于均匀燃烧模式期间的值。因此，在分层充气燃烧模式期间发动机11的泵吸损失减少，燃料经济性改善。这样，通过按发动机运转状态变换燃烧模式，便能产生所需的发动机输出，并改善燃料经济性。
在上述直喷式发动机11中，供给燃料喷射阀40的燃料压力设定得比较高，以便克服燃烧室16内的高压，将燃料喷入其内。参照图2下面说明对燃料喷射阀40供给高压燃料的发动机11的燃料供给装置的结构。
如图2所示，发动机11的燃料供给装置有一个自燃料箱45泵送燃料的输油泵46，和一个对由输油泵46输送的燃料加压并向燃料喷射阀40输送加压燃料的高压燃料泵47。在本实施例中，由输油泵46供给的燃料压力设定在，例如，0．3Mpa。
高压燃料泵47有一柱塞48b，它按照固定在排气凸轮轴22上的凸轮22a的转动，在一泵筒48a内作往复运动。该凸轮22a有两个凸轮凸起22b，它们以等角度排列在排气凸轮轴22的轴线周围。随着排气凸轮轴22转动，柱塞48b与凸轮凸角22b相适应在泵筒48a内往复运动。
在曲轴14每两转(720°)期间，排气凸轮轴22完成一转(360°)。在排气凸轮轴22每一转期间，柱塞48b往复运动两次。在曲轴14每转动720°期间，燃料自燃料喷射阀40喷入发动机11的相应燃烧室16内4次。因此，在发动机11中，柱塞48b在高压燃料泵47内每往复运动一次便完成燃料喷射两次。
高压燃料泵47有一加压室49，它由泵筒48a和柱塞48b界定，并按照柱塞48b的往复运动改变其容积。加压室49经一低压燃油通道50连于输油泵46。低压燃油通道50在其通道内有一调压器51，用以在低压燃油道50内保持恒压(0．3MPa)。加压室49径高压燃油通道52和止回阀52a与输油管53连通。相应于发动机11各气缸的各燃料喷射阀40与输油管53连接。
输油管53设有一燃油压力传感器，用以检测输油管53内的燃料压力。输油管53径一止回阀50a与低压燃油通道50连通。当由燃料压力传感器55检测到的燃料压力变得过高时，止回阀50a开启，允许燃料自输油管53流至低压燃油通道50。在燃料自输油管53流入的低压燃油通道50内，燃料由调压器51保持在恒定(0．3MPa)。因此，止回阀50a和调压器51防止了输油管53内的压力过度升高。
高压燃料泵47还设有一电磁溢流阀54，它开、闭低压燃油通道50和加压室49之间的连通。该电磁溢流阀54有一电磁线圈54a。电磁溢流阀54通过控制施加于电磁线圈54a上的电压来开、闭。这就是说，当电磁线圈54a充电停止时，电磁溢流阀54由于来自螺旋弹簧54b的偏压力而开启，从而建立一种使加压室49与低压燃料通道50连通的状态。
在电磁溢流阀54的上述状态期间，当柱塞48b沿加压室49的容积膨胀的方向移动时，即当高压燃料泵47经历吸油行程时，自输油泵46泵出的燃料经低压燃油通道50被抽吸到加压室49内。此后，在柱塞48b沿加压室容积减少的方面移动时，即处于高压燃料泵47的喷射行程期间，电磁线圈54a被充电，克服来自螺旋弹簧54b的偏压力，关闭电磁溢流阀54，因此，关闭了低压燃油通道50和加压室49之间的连通。当关闭时，燃料自加压室49输向燃料喷射阀40。
以此方式，高压燃料泵47将自输油泵46供给的燃料加压至高压，如12MPa。由于以此方式加压的燃料经高压燃油通道52和输油管53输送到燃料喷射阀40，因此，燃料能克服燃烧室16内的高压，直接喷入燃烧室16内。
在高压燃料泵47中，在柱塞48b一次往返期间所输送的燃料量通过控电磁溢流阀54的开始关闭定时调节其关闭周期而得到调节。这就是说，若电磁溢流阀54的开始关闭定时提前而扩展其关闭持续周期，则输送的燃料量增加。若电磁溢流阀54的开始关闭定时推迟而缩减其关闭持续周期，则输送的燃料量减少。如上所说，通过调节由高压燃料泵47输送的燃料量，将输油管53内的燃油压力控制在按发动机运转状态确定的目标燃料压力。
参照图3A和3B，说明凸轮凸角22b的外形。图3A是表示相对于凸轮22a相位变化柱塞48b高度变化的曲线。图3B是表示相对于凸轮22a相位变化凸轮速度变化即相应于凸轮22a旋转1°柱塞48b高度变化的曲线。
凸轮22a的凸角22b是这样构成的，使柱塞48高度相对于凸轮22a相位变化按图3A中所示变化。由于凸轮22a如上所述构形，在凸轮22a自上止点(TDC)转移到下止点(BDC)期间(即在吸油行程期间)，柱塞48b的高度逐渐减小。在凸轮22a自下止点转移到上止点期间(即在喷射行程期间)，柱塞48b高度逐渐增加。
在第一半吸油行程期间，凸轮速度值相对于负方向逐渐增加，而在第二半吸油行程期间，相对于负方向逐渐减小。此外，在第一半喷射行程期间，凸轮速度值相对于正方向逐渐增加，而在第二半喷射行程期间，相对于正方向逐渐减小。因此，在喷射行程期间，当凸轮22a的位置接近上止点时，凸轮速度值随着凸轮22a的位置接近上止点相对于正方向减小。
为了自高压燃料泵47输送燃料，在喷射行程期间，电磁溢流阀54关闭，当喷射行程结束时，即当凸轮22a达到上止点时，然而开启。借助于以这样方式操作电磁溢流阀54，将燃料自高压燃料泵47输向燃料喷射阀40。自高压燃料泵47输送的燃油量借助于改变电磁溢流阀54的关闭开始定时通过调节其关闭周期而得到调节。
自高压燃料泵47输送的燃油量与图3B中的阴影部分的面积相对应。该阴影部的面积随电磁溢流阀54的关闭周期而变化。更具体地说，若电磁溢流阀54的关闭周期由于使其关闭开始定时提前而延伸，则阴影部面积增加，因而自高压燃料泵47输送的燃料量增加。若电磁溢流阀54的关闭周期由于推迟其关闭开始定时而缩短，则阴影部分面积减小，因而自高压燃料泵47输送的燃料量减少。
现在参照图4说明上述燃料供给装置的电气构造。
该燃料供给装置具有一电子控制单元92(以下称“ECU”)，用以对发动机11的运转状态实行控制，如燃料喷射控制，燃料压力控制等。将ECU92构成一个具有一只读存储器(ROM)93、一计算机中央处理装置94(CPU)，一随机存取存储器95(RAM)，一备用RAM9等的运算逻辑回路。
ROM93是一种贮储各种控制程序和在执行各种控制程序期间涉及的各种图象等的存储器。CPU94根据各种控制程序和存储在ROM93的各种图象执行各种操作。RAM95是一种临时存储CPU94各种运算结果和各自传感器输入的数值等的存储器。备用RAM96是一种用以存储发动机11停机时需要保留的数据等的非易失存储器。ROM93，CPU94，RAM95和备用RAM96相互连接。并经一母线97连于一外部输入电路98和一外部输出电路99上。
外部输入电路98连于曲轴位置传感器14e、凸轮位置传感器21b、加速踏板位置传感器26、真空传感器36、燃料压力传感器55等。外部输出电路99连于燃料喷射阀40、电磁溢流阀54等。
如上构成的ECU92根据来自曲轴位置传感器14c的检测信号确定发动机转速NE。此外，ECU92根据来自加速踏板位置传感器26的检测信号确定加速器操作量ACCP，并根据来自真空传感器36的检测信号确定进气压力PM。在分层充量燃烧模式期间，ECU92根据发动机转速NE和加速器操作量ACCP计算基本燃料喷射量Qbse。在均匀燃烧模式期间，ECU92根据发动机转速NE和进气压力PM计算基本燃料喷射量Qbse。
在分层充量燃烧模式期间，ECU92以这样方式驱动并控制燃料喷射阀40，使得在发动机11各气缸的压缩冲程期间，喷射相当于由基本燃料喷射量Qbse确定的最终燃料喷射量Qfin的燃料量。在均匀燃烧模式期间，ECU92以这样方式驱动并控制燃料喷射阀40，使得在发动机11各气缸的进气冲程期间，喷射相应于由基本燃料喷射量Qbse确定的最终燃料喷射量Qfin的燃料量。
由各燃料喷射阀40喷射的燃料量由输油管53中的燃油压力P和燃料喷射持续期确定。因此，最好，将根据来自燃料压力传感器55的检测信号确定的燃料压力保持在按照发动机11的运转状态确定的目标燃料压力P0。然而，每当燃料喷射时，输油管53中的燃料压力P出现下降。因此，必须按每一预定的油轴转角(凸轮22a的每一预定凸轮转角)自高压燃料泵47将燃料输送到输油管53。
若高压燃料泵47由具有两凸轮凸角22b的凸轮22a驱动，则在曲轴14每转动720°期间，柱塞48b往复两次，在此期间，燃料自燃料喷射阀40喷射4次。因此，若电磁溢流阀54被这样控制，使得在柱塞48b每次往复期间输送燃料，则在采用由高压燃料泵47一次输油动作输送的燃料量时，自燃料喷射阀40喷射燃料两次。现在参照图6说明根据上述燃料输送作业在输油管53中燃料压力的变化。
如图6所示，当电磁溢流阀54开始关闭时，燃料自高压燃料泵47输送，这样，输油管53中的燃油压力P自低于目标燃料压力P0的值增加到高于目标燃料压力P0的值。然后，当电磁溢流阀54开启时，燃油压力P停止上升，并保持在一恒定值。在保持在恒定值后，每当进行燃料喷射时，燃料压力P逐步下降。在完成燃料喷射两次后，燃料压力P接近在上述燃料输送以前产生的压力。
在此情况下，在输送为用一次输油作业完成两次燃料喷射所需的燃料量期间，需要充分增加燃料压力P，这样，在两燃料喷射作业后，燃料P并不过度下降。因此，电磁溢流阀54的关闭开始定时被这样调节到充分增加燃料压力P。
现在说明控制电磁溢流阀的程序。
ECU92极据燃料压力P、目标压力P0、最终燃料喷射是Qjin、发动机转速NE等计算用以控制电磁溢流阀54的关闭开始定时的负载比DT。负载比DT表示电磁溢流阀54保持关闭的凸轮角θ和凸轮22a的预定凸轮角，例如相应于高压燃料泵47的喷射行程的凸轮角θ0之比，即θ／θ0。凸轮角θ和凸轮角θ0之间的关系表示在图3A中。
如从图3A中清楚可见的，当凸轮22a的位置达到上止点时，ECU92结束电磁溢流阀54的关闭(开启该阀)。因此，随着负载比DT增大，电磁溢流阀54的关闭开始定时提前，因而自高压燃料泵47输送到输油管53的燃料量(由图3B中的阴影部分面积表示)增加。
负荷比DT由方程式(1)计算DT=DTp+DTi+FF (1)其中DTp=比例项DTi=整数项FF=提前增补(feed forward)项在方程式(1)中，设置比例项DTP是为了使燃料压力P接近目标燃料压力P0，设置整数项DTi是为了减小由燃料泄漏或其它原因引起的负载比DT的变化。比例项DTP和整数项DTi可分别按方程式(2)和(3)算得。
DTp=K1×(P0-P)(2)DTi=DTi+K2×(P0-P) (3)其中K1，K2为系数。
在方程(1)中，设置提前增补项FF是为了事先供给在预定的曲轴转角所需的燃料量，这样，即使在发动机11过渡状态下，燃料压力P仍能很快接近目标燃油压力P0。提前增补项FF是参照一图象根据最终燃料喷射量Qfin和发动机转速NE确定的。这样确定的提前输送项FF的值随最终燃料喷射量Qfin的增加而增加，也随发动机转速NE增加而增加。
根据按方程式(1)计算得到的负载负DT，ECU92控制时，对电磁线圈54a充电的开始定时，即电磁溢流阀54的关闭开始定时。电磁溢流阀54的关闭开始定时跟最终燃料喷射量Qfin和发动机转速NE的关系示于图3。
在图5中，实线L1表示按照在发动机转速NE不变状态下电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化，自高压燃料泵47输送的燃料量(在一次喷射行程期间输送的燃料量)的变化。图5中的点划线L2表示为自燃料喷射阀40喷射相应于最终燃料喷射量Qfin的燃料量需要由一次燃料输送作业输送的燃料量。
如在图5中用双点划线表示的，随发动机转速NE增加，实线L1向左移动。随着最终燃料喷射量Qfin增加，在图5中点划线L1向上移动。电磁溢流阀54的关闭开始定时，按负载比DT控制，变成由实线L1和点划线L2之间的交点表示的定时(在图5中由点P表示的定时)。因此，电磁溢流阀54的关闭开始定时随着最终燃料喷射量Qfin的增加和发动机转速NE的增加而提前。
通过改变电磁溢流阀54的关闭开始定时调节的由高压燃料泵47输送的燃料量受电磁溢流阀54开始关闭时存在的高压燃料泵47凸轮速度极大的影响。
如图3B中所示，凸轮速度相对于凸轮22a相位变化的变化基本上变成恒定，即在高压燃料泵47喷射行程期间凸轮22a达到上止点之前的一预定凸轮角范围A内，凸轮速度相对于凸轮22a相位的变化以恒定的梯度减小。因此，若为了调节燃料输送量而改变电磁溢流阀54的关闭开始定时是以这样方法实现的，使该阀54的关闭开始定时并不偏离预定的凸轮角范围A，则有可能对燃料输送量方便地进行精确调节。
这就是说，若凸轮速度相对于凸轮22a相位变化的变化基本上是恒定的，则当电磁溢流阀54的关闭开始定时变化时产生的燃料输送量的变化量不大可能按凸轮相位波动。因此，通过改变电磁溢流阀54的关闭开始定时，使其不偏离凸轮速度梯度相对于凸轮22相位变化基本上是恒定的预定凸轮角范围A，便能在将燃料压力P设定到目标燃料压力P0期间方便地实现燃料输送量的精确调整。
然而，为了达到为完成燃料喷射需要输送的燃料量，电磁溢流阀的关阀开始定时是变化的。因此，由于需要输送的燃料量随燃料喷射量增加而增加，该阀的关闭开始定时提前，因此，该阀的关闭开始定时会自预定的凸轮角范围A偏离到提前侧。
这就是说，当最终燃料喷射量Qfin小时，如在发动机低负荷作业时，供燃料喷射需输送的燃料量是小的，因此，在图5中，相应于需输送的燃料量的点划线L2向下移动。因此，即使电磁溢流阀54的关闭开始定时设定在先于凸轮22a达到上止点的预定凸轮角范围A内，也能提供需输送的燃料量。
相反，当最终燃料喷射量Qfin大时，如在发动机高负荷主转时，需输送的燃料量是大的，因此，在图5中，相应于需输送的燃料量的点划线向上移动。因此，电磁溢流阀54的关闭开始定时必须提早，以提供所需的燃料输送量，这样，便存在该阀关闭开始定时自预定的凸轮角范围A偏离到提前侧的危险。
若电磁溢流阀的关闭开始定时自预定的凸轮角范围A偏离，则凸轮速度相对于凸轮22a相位变化的变化不是恒定的。因此，由电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化引起的燃料输送量的变化量能按凸轮22a相位变化，这样，在将燃料压力P设定到目标燃料压力P0的作业期间，便难以实现燃料输送量的精确调整。若没有精确实现燃料输送量的调整，便出现在将燃料压力P设定到目标燃料压力P0的作业期间燃料压力P极大变化的缺点。
因此，在该实施中，凸轮22a是这样构成的，使提供为燃料喷射所需的燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内。它就是说，凸轮22a的凸轮廓线这样设定，使凸轮提供比普通凸轮更大的相应于凸轮22a上止点的柱塞48b的高度。通过选下这样一种凸轮廓线，将提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时设定在预定凸轮角范围A内的最前点附近。
因此，为调节燃料输送量的电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化能在完全预定的凸轮转角范围A内，即在自预定凸轮角范围A内最前点附近到凸轮22a达到上止点的点附近的宽广范围内实现这样，提供所需燃料输送量的燃料输送量的调整便能仅仅通过改变在预定凸轮角范围A内的电磁溢流阀的关闭开始定时来实现。
就预定凸轮角范围A内电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化而言，通过改变该阀关闭开始定时引起的在阀54关闭开始时凸轮速度的变化量基本上恒定，与凸轮相位无关。因此，由电磁溢流阀54的关闭开始定时变化引起的燃料输送量的变化量不大可能按凸轮相位改变。于是，通过改变电磁溢流阀54的关闭开始定时便能方便地实现燃料输送量的精确调整，并在将燃料压力P调至接近目标燃料压力P0期间，能防止燃料压力P的显著波动。
上述实施获得如下优点。
高压燃料泵47的凸轮22a的廓线是这样选定的，使提供为燃料喷射所需的最大燃料输送量值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内，在该范围内，凸轮速度以相对于凸轮22a相位变化恒定的梯度沿减小方向变化。由于该凸轮廓线的选定，便能在预定的凸轮角范围A内实现用于调整燃料输送量用的电磁溢流阀的关闭开始定时的变化。由于改变电磁溢流阀54的关闭开始定时的这种方式，便方便地实现燃料输送量的精确调正，且能在将燃料压力P调至接近目标燃料压力P0的作业期间防止燃料压力P的显著波动。
提供为燃料喷射所需的最大燃料输送量值的电磁溢流阀54的关闭开始定时接近预定的凸轮角范围A内的最前点。此外，在凸轮22a的位置接近上止点时，结束电磁溢流阀54的关闭。因此，用于调整燃料输送量目的的电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化能够在自预定凸轮角范围A内的最前点附近至凸轮22a达到上止点的一点附近的宽广范围内实现。这样，可以设定一个燃料输送量的扩展的调整范围。
参照图7、8A和8B，现在说明本发明的第二实施例。在该实施例中，在凸轮22a的预定凸轮转角(360°)内自高压燃料泵47输送燃料的次数是这样选定的，使提供所需燃料输送量的最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定凸轮角范围A内，而不是这样选定高压燃料泵47的凸轮22a的廓线，使上述阀关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内。这样，本实施例仅在将提供所需燃料输送量的最大值的电磁溢流阀的关闭开始定时设在预定凸轮角范围A内的技术方面不同于第一实施例。因此，仅说明本实施例区别于第一实施例的部分和特点，而与第一实施例基本相同的本实施例的部分和特点将不再详细说明。
在图7所示的该实施例的燃料供给装置中，驱动高压燃料泵47的凸轮22a具有4个凸轮凸角22b，它们绕一排气凸轮轴22的轴线等角度布置。在由凸轮22a驱动的高压燃料泵47中，在曲轴14每转动720°期间(即在排气凸轮轴22每转动360°期间)，柱塞48b往复4次，在柱塞往复4次期间，完成燃料喷射4次。因此，柱塞48b每往复一次完成燃料喷射一次。
通过控制电磁溢流阀54，可以调节在凸轮22a旋转360°期间自高压燃料泵的燃料输送次数。这就是说，若不允许电磁溢流阀54关闭，即该阀在高压燃料泵47喷射行程内保持开启状态，则自高压燃料泵47的燃料输送便能停止。在凸轮22a每转动360°期间，柱塞48b往复4次，而曲轴14转动720°，因此，完成自燃料喷射阀40的燃料喷射4次。在柱塞48b往复4次期间的一定数量的喷射行程期间，通过压缩电磁溢流阀54的关闭，能够调节在凸轮22a 360°转动期间自高压燃料泵47输送燃料的次数。
例如，若在柱塞48b的每4次往返期间的每隔一次的喷射行程期间，电磁溢流阀54关闭，则在凸轮22a每转动360°期间输送燃料的次数变为2，因此，每完成燃料输送一次，便完成燃料喷射二次。若在柱塞98b每往返4次期间的每次喷射行程期间，关闭电磁溢流阀54，则在凸轮22a每转动360°期间，输送燃料的次数变为4，因此，每完成燃料输送一次，便完成燃料喷射一次。在此情况下，完成燃料输送一次需向输油管53供给仅为完成燃料喷射一次所需的燃料量。因此，与在凸轮22a每转动360°期间完成燃料输送二次的情况相比，由完成燃料输送一次所输送的燃料量能被减少到大约一半。
现在参照图8A和8B说明在凸轮22a转动360°期间在燃料压力过渡变化和输送燃料次数之间的关系。图8A是在凸轮22a转动360°期间将输送燃料次数设定为2的情况下，表示燃料压力P过渡变化的时间图表。图8B是在凸轮22a转动360°期间将输送燃料次数设定为4的情况下，表示燃料压力P的过渡变化的时间图表。
若在凸轮22a转动360°期间，将输送燃料的次数设定为2，则燃料压力P按图8A中所示变化。这就是说，当电磁溢流54关闭开始时，高压燃料泵47输送燃料，因此，燃料压力P自低于目标燃料压力P0的一个值变化到高于目标燃料压力P0的一个值。然后，当电磁溢流阀54开启时，燃料压力P停止升高，并保持在一恒定值。在保持在该恒定值后，每当进行燃料喷射时，燃料压力P逐渐下降。在完成燃料喷射二次后，燃料压力P下降到接近于上述燃料输送之前出现的压力。在此情况下，需要通过输送为用一次燃料输送完成二次燃料喷射所需的燃料量来充分增加燃料压力P，这样，在完成二次燃料喷射后，燃料压力P并不过分下降。因此，将电磁溢流阀54的关闭开始定时(关闭周期)调整到充分增加燃料压力P。若在凸轮22a转动360°期间将输送燃料的次数设定为4，则燃料压力P按图8B所示变化。这就是说，当电磁溢流阀54开始关闭时，高压燃料泵47输送燃料，因此燃料压力P自低于目标燃料压力P0的一个值变化到高于目标燃料压力P0的一个值。然后，当电磁溢流阀54开启时，燃料压力P停止上升，并保持在一个恒定值。在完成一次燃料喷射后，燃料压力P下降到接近于上述燃料输送之前出现的压力。此后，再次完成燃料输送，因此燃料压力P再次达到高于目标燃料压力P0的该值。在此情况下，完成燃料输送一次需要仅输送为完成燃料输送一次所需的燃料量。因此，在凸轮22a转动360°期间将输送燃料的次数设定为2的情况下，不需将燃料压力P提到这么高的值。此后，为了提高燃料压力P，将电磁溢流阀54的关闭开始定时推迟，从而，与在凸轮22a转动360°期间将输送燃料的次数设定为2的情况相比，阀54的关闭周期缩短。
这样，当在凸轮22a转动360°期间，输送燃料次数改变时，即使在燃料喷射量保持不变的情况下，由一次燃料输送需输送的燃料量发生变化，因此，能调整电磁溢流阀54的关闭开始定时。在该实施例中，将提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时，通过在凸轮轴22每转动360°期间内将输送燃料的次数例如设定为4，调整在预定的凸轮角范围A内。结果，提供所需燃料输送量的燃料输送量调节可以通过仅仅改变在预定凸轮角范围A内的电磁溢流阀54的关闭开始定时来实现。
就改变在预定的凸轮角范围A内的电磁溢流阀54的关闭开始定时而言，由改变该定时引起的在该阀54开始关闭时的凸轮速度的变化量变为基本恒定，与凸轮相位无关。因此，由电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化引起的燃料输送量的变化量不大可能按凸轮相位变化。因此，通过改变电磁溢流阀54的关闭开始定时能方便地实现燃料输送量的精确调节，且能防止在将燃料压力P调整到目标燃料压力P0的作业期间燃料压力P显著的波动。
上述实施例获得如下优点。
在凸轮22a传动360°期间，将自高压燃料泵47输送燃料的数设定为4，因此，提供为燃料喷射所需的燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内，在该范围A时，凸轮速度相对于凸轮22a相位的变化以恒定的梯度沿减小方向变化。由于进行燃料输送次数的这一设定，用于调节燃料输送量目的的电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化可以在预定的凸轮角范围A内进行。由于改变电磁溢流阀54的关闭开始定时的这种方式，可以方便地实现燃料输送量的精确调节，且能防止在将燃料压力P调整到目标燃料压力P0的作业期间燃料压力P的显著波动。
现在说明本发明的第三实施例。该实施例不同于第一和第二实施例仅在于将提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时调整在预定凸轮角范围A内的技术方面。因此，仅说明区别于第一和第二实施例的部分和特点，而第一和第二实施例的基本相同部分和特点不再详细说明。
在高压燃料泵47中，由完成一次燃料输送输送的燃料量随加压室49的内径增大而增加，只要柱塞48b相对于泵筒48a的运动范围(行程)和电磁溢流阀54的关闭开始定时保持不变。在该实施例中，高压燃料泵47的加压室49的内径是这样设定的，使提供所需燃料输送量的最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时接近在预定凸轮角范围A内的最前点。加压室49内径的这一设定是通过调节泵筒48a和柱塞48b的直径来完成的。
该实施例获得如下优点。
高压燃料泵47的加压室49的内径是这样设定的，使提供为燃料喷射所需的燃料输送量的最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内，在该范围内，凸轮速度以相对于凸轮22a相位变化恒定的梯度沿减小方向变化。由于加压室49内径的这一设定，用于调节燃料输送量目的的电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化在预定的凸轮角范围A内进行。由于电磁溢流阀54的关闭开始定时变化的这种方式，便能方便地实现燃料输送量的精确调节，在将燃料压力P调节到接近目标燃料压力P0的作业期间，且能防止燃料压力的显著波动。
提供为燃料喷射所需燃料输送量的最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在接近预定凸轮角范围A内的最前点。此外，当凸轮22a的位置接近上止点时，电磁溢流阀54的关闭结束。因此，用于调节燃料输送量目的的电磁溢流阀54的关闭开始定时的变化可在自预定凸轮角范围A内的最前点附近到凸轮22a达到上止点的点附近的宽广范围内实现。
上述实施例，例如，可按如下方式修改。
关于上述实施例，虽然作为例子说明了用以将提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时调整在预定凸轮角范围A内的三种技术，然后，也可采用二种或二种以上的这些技术的结合，而不是独立地采用各别的技术。在此情况下，可使提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时更精确地调整在预定的凸轮角范围A内，因此，可更精确地实现燃料输送量的调整，并进一步改进燃料输送量的可控性。
在第二实施例中，虽然高压燃料泵47采用具有4凸轮块22b的凸轮22a驱动，但凸轮凸角22b的数量并不限于4，而也可改变到3或大于4。例如，若凸轮凸角22b的数量至少为4，则在预定周期内，输送燃料的次数可精确调整，且在凸轮22a转动360°期间，输送燃料次数的调节范围可以扩大。在此情况下，在凸轮22a转动360°期间，输送燃料的次数也可适当地变为除4之外的数目，只要提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内。此外，在此情况下，最好，提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定凸轮角范围A内的最前点附近，因此，电磁溢流阀54的关闭开始定时能在宽广的范围内变化。
在该第一实施例中，凸轮22a的廓线是这样选定的，使凸轮22a的位置接近上止点时出现的柱塞48b的高度大于普通凸轮达到的高度，以便使提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围A内。而凸轮22a的凸轮廓线可选成这样，使其预定凸轮角范围A大于普通的，以便使提供所需燃料输送量最大值的电磁溢流阀54的关闭开始定时处在预定的凸轮角范围内。
虽然，在上述实施例中，在高压燃料泵47的喷射行程期间，电磁溢流阀54的关闭结束时间(开启时间)设定在凸轮22a达到上止点的定时，然而，该电磁溢流阀54的关闭结束定时可以适当变化。
虽然，在上述实施例中，在高压燃料泵47的喷射行程期间，电磁溢流阀54的关闭开始定时处在接近预定凸轮角范围A内的最前位置，然而，该阀的关闭开始定时的位置可以适当改变。
虽然，在上述实施例中，本发明应用于汽油机的燃料供给装置，但本发明也可应用于柴油机的燃料供给装置。
虽然已就优先实施例说明了本发明，然而，应当理解，本发明不限于所公开的实施例或结构。相反，本发明意要复盖各种修改和等同物结构。
权利要求
1．一种内燃机燃料供给装置，它具有一燃料泵(47)，根据泵筒(48a)和柱塞(48b)之间由凸轮(22a)转动产生的相对运动，通过改变加压室(49)的容积，该泵将燃料抽吸到一加压室(49)，并将其输到内燃机的燃料喷射阀，该装置还包括一溢流阀(54)、它开、闭加压室(49)和让燃料自加压室(48)流出的溢流通道(50)之间的连通，自燃料泵(47)输向燃料喷射阀(40)的燃料输送量通过控制溢流阀(54)的关闭周期来得到调节，该燃料供给装置的特点在于包括一个控制装置(92)，它通过改变溢流阀(54)的关闭开始定时来控制溢流阀(54)的关闭周期，这样，便提供了为从燃料喷射阀(40)喷射燃料一次需从燃料泵(47)输送的燃料量；该燃料供给装置是这样构成的，使提供需输送的最大燃料量的溢流阀(54)的关闭开始定时出现在预定的凸轮转角范围内，在该范围内，在凸轮(22a)转动期间，在泵筒(48a)和柱塞(48b)之间产生的相对移动量相对于其相位变化以恒定的梯度变化。
2．按权利要求1所述的燃料供给装置，其特征在于，该控制装置(92)在凸轮(22a)位置接近上止点时结束溢流阀(54)的关闭周期；提供最大所需燃料输送量的溢流阀(54)的关闭开始定时这样设定，使该阀的关闭开始定时接近预定凸轮转角范围内的最前一点。
3．按权利要求1或2所述的燃料供给装置，其特征在于，该燃料供给装置由这样选定凸轮廓线的凸轮(22a)构成，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀(54)的关闭开始定时处在该预定的凸轮角范围内。
4．按权利要求1-3之一的燃料供给装置，其特征在于，该燃料供给装置由这样设有许多凸角(22b)的凸轮(22a)构成，使在预定凸轮(22a)转角范围内的燃料输送次数这样选定，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀(54)的关闭开始定时处在该预定的凸轮角范围内。
5．按权利要求1-4之一所述的燃料供给装置，其特征在于，该燃料供给装置由这样设有内径的加压室(49)构成，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀(54)的关闭开始定时处在该预定的凸轮角范围内。
6．构成内燃机燃料供给装置的方法，该燃料给装置，包括一燃料泵(47)，根据泵筒(48a)和柱塞(48b)之间由凸轮(22a)转动产生的相对运动，通过改变加压室(49)的容积，该泵将燃料抽吸到一加压室(48)，并将其输到内燃机的燃料喷射阀，该装置还包括一溢流阀(54)、它开、闭加压室(49)和让燃料自加压室(48)流出的溢流通道(50)之间的连通，自燃料泵(47)输向燃料喷射阀(40)的燃料输送量通过控制溢流阀(54)的关闭周期来得到调节；根据为喷射燃料一次需自燃料泵(47)输送的燃料量，通过改变溢流阀(54)的关闭开始定时来控制溢流阀(54)的关闭周期；该方法的特征在于包括凸轮(22a)构成具有一预定凸轮角范围，该方法的特征在于包括凸轮(22a)构成具有一预定凸轮角范围，在该范围内，在凸轮(22a)转动期间，在泵筒(48a)和柱塞(48b)之间产生的相对移动量相对于其相位变化以恒定的梯度变化，使燃料供给装置这样构成，使提供最大所需燃料输送量的1流阀(54)的关闭开始定值出现在该预定的凸轮角范围内。
7．利用一燃料供应装置对内燃机供应燃料的方法，该装置包括一燃料泵(47)，根据泵筒(48a)和柱塞(48b)之间由凸轮(22a)转动产生的相对运动，通过改变加压室(49)的容积，该泵将燃料抽吸到一加压室(48)，并将其输到内燃机的燃料喷射阀，该装置还包括一溢流阀(54)、它开、闭加压室(49)和让燃料自加压室(48)流出的溢流通道(50)之间的连通，自燃料泵(47)输向燃料喷射阀(40)的燃料输送量通过控制溢流阀(54)的关闭周期来得到调节，该方法的特点在于通过改变溢流阀(54)的关闭开始定时来控制溢流阀(54)的关闭周期，这样，便提供了为从燃料喷射阀(40)喷射燃料一次需从燃料泵(47)输送的燃料量；其中该燃料供给装置是这样构成的，使提供最大所需燃料输送量的溢流阀(54)的关闭开始定时出现在预定的凸轮角范围内，在该范围内，在凸轮(22a)转动期间，在泵筒(48a)和柱塞(48b)之间产生的相对移动量相对于其相位变化以恒定的梯度变化。
全文摘要
在燃料供给装置的高压燃料泵(47)中,在凸轮(22a)的每单位转角内出现的柱塞(48b)的移动量(凸轮速度)随凸轮相位变化。自高压燃料泵(47)输送的燃料量受电磁溢流阀(54)关闭开始定时变化控制。然而,所输送的燃料量受溢流阀(54)关闭开始时的凸轮速度的极大影响。因此,凸轮廓线这样选定,使提供为燃料喷射所需的最大燃料输送量处在预定的凸轮角范围内,在该范围内,凸轮速度相对于凸轮相位变化的变化是恒定的。因此,用以调节燃料输送量目的的电磁溢流阀(54)的关闭开始定时的变化在预定的凸轮角范围内进行。
文档编号F02M59/10GK1288103SQ0012635
公开日2001年3月21日 申请日期2000年9月8日 优先权日1999年9月9日
发明者山崎大地, 仓田尚季, 杉山雅则 申请人:丰田自动车株式会社