专利名称：确保发动机可起动性的蓄能器燃料喷射系统的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种设计用来以反馈形式对从供油泵排放到一蓄能器(也称作共轨)的燃料数量进行控制的蓄能器燃料喷射系统，更特别地，涉及这样一种蓄能器燃料喷射系统，即使在确定反馈控制中应用的蓄能器压力时发生失败也能够确保内燃机如柴油机的可起动性。
背景技术：
日本专利首次公开No.2000-18052中公开了一种用于柴油机的蓄能器燃料喷射系统的排放燃料数量控制系统。排放燃料数量控制系统用于控制从供油泵排放到蓄能器或共轨的燃料数量，用一电磁阀来增强发动机起动时共轨中压力的上升。这种控制是在知道供油泵的泵压循环的相后，通过在从泵凸轮底部到顶部的每个燃料压缩行程中周期性地打开和关闭电磁阀的螺线管而完成的，直到共轨中的压力上升到一给定水平，或者发动机的速度上升到一给定值。
还有一些公知技术用于确定由共轨压力传感器实际测量的目标共轨压力，从而限制发动机的输出，在共轨压力传感器失败时使发动机正常运行。
但当共轨压力传感器实际上不能测量共轨中的压力时很难在发动机起动时使用前面的系统，因而导致共和导轨中压力上升的延迟。具体地，遇到的一个问题是，在打开发动机起动器至通过曲柄转动完成发动机起动之间的时间Tb大大延长了。图8中，NPC表示共轨中的实际压力。PFIN表示目标共轨压力。NE表示发动机速度。
某些机动车辆装有发动机自动起动系统，可能遇到的一个缺点是，在共轨传感器操作失败的情况下，不能完成根据系统的规格来起动发动机。
发明内容
因此本发明的一个目的是避免现有技术中的缺点。
本发明的另一个目的是提供一种蓄能器燃料喷射系统，用于在发动机起动时控制蓄能器中压力的上升，从而在燃料压力确定系统操作失败情况下确保发动机所需的可起动性。
根据本发明的一个方面，提供了一种可用于机车柴油机的蓄能器燃料喷射装置。该装置包括(a)一供油泵，用于加压和排放燃料；(b)一蓄能器，上述供油泵供应的燃料即储存在其中；(c)一喷射器，该喷射器与上述蓄能器联接，将由上述蓄能器供应的燃料喷射到一发动机中；(d)一发动机速度传感器，用于确定发动机的速度；(e)一发动机温度传感器，用于确定发动机的温度；(f)一蓄能器压力确定部分，用于确定储存在上述蓄能器中的燃料的压力；(g)一失败监测电路，用于监测上述蓄能器压力确定部分的操作状态，以确定上述蓄能器压力确定部分是在工作还是已经失败；及(h)一排放燃料数量控制电路，用于以一第一和一第二控制模式对从上述供油泵排放到上述蓄能器的燃料的数量进行控制，当上述失败监测电路确定了上述蓄能器压力确定部分在发动机起动过程中处于工作状态时执行第一控制模式，以控制从上述供油泵排出的燃料数量，从而使由上述蓄能器压力确定电路确定的上述蓄能器中的压力与根据由上述发动机速度传感器确定的发动机速度及由发动机温度传感器确定的发动机温度而确定的一第一目标压力相一致，当上述失败监测电路确定了上述蓄能器压力确定部分在发动机起动过程中失败时执行第二控制模式，以控制从上述供油泵排出的燃料数量，从而在上述蓄能器中达到一高于第一目标压力的第二目标压力。这促使需要起动发动机时蓄能器中压力的上升，从而确保了发动机在全部时间内的可起动性，而不考虑蓄能器压力确定部分的状态。
在本发明的优选形式中，供油泵装有一排放数量控制电磁阀，用于当上述排放数量控制电磁阀的螺线管被激励的时间增加时，增加从上述供油泵排放到上述蓄能器的燃料数量。排放燃料数量控制电路根据第一和第二压力中的每一个来控制螺线管被激励的时间段。
第二目标压力这样确定，使得当由上述发动机速度传感器确定的发动机速度较低时高于上述第一目标压力，当发动机速度提高时集中在上述第一目标压力。
附图描述通过下面给出的本发明优选实施例的描述和附图，本发明可以得到更全面的理解，但附图不应用来将本发明限定到特定实施例，而只是用于解释和理解的目的。
附图中，
图1是一方块图，示出根据本发明的一蓄能器燃料喷射装置；图2是一方块图示，示出用于确定目标共轨压力的电控单元的内部结构；图3和4示出由一电控单元完成的程序流程图，用于确定从一供油泵排放到一共轨的目标燃料数量；图5是在共轨压力传感器操作失败情况下使用的共轨目标压力—发动机速度图表；图6是一图表，示出当共轨压力传感器工作时针对发动机速度变化的实际共轨压力和目标共轨压力的变化；图7是一图表，示出当共轨压力传感器出现故障时针对发动机速度变化的实际共轨压力和目标共轨压力的变化；图8是一图表，示出在常规系统中当共轨压力传感器工作时针对发动机速度变化的实际共轨压力和目标共轨压力的变化。
优选实施例的描述参照附图，其中在若干视图中相似的参考数字表示相似的部件，特别参照图1，示出根据本发明的一蓄能器燃料喷射系统。
所示系统一般称作共轨燃料喷射系统，主要包括一给油泵5，一供油泵6，一公用给油管3，多个燃料喷射器2，其中每一个与公用给油管3的一个输出口联接，及一电控单元(ECU)10。给油泵5作为低压泵工作，将燃料压出燃料箱4并输送到供油泵6。供油泵6为可变排量型，并作为高压泵工作，将来自给油泵5的燃料加压到一给定水平，并供应到公用给油管3。公用给油管3作为液压储能箱(即蓄能器)工作，在高压下将燃料蓄积在其中。燃料喷射器2工作而将由公用给油管3供应的燃料分别喷射到例如多缸柴油机1的燃烧室中。ECU10对燃料喷射器2的喷射计时、喷射到柴油机1的燃料数量以及从供油泵6排放的燃料数量进行电子控制。
每个燃料喷射器2是常用类型，并连接到导向公用给油管3的燃料管的下游端。每个燃料喷射器2包括一喷嘴，燃料从该喷嘴喷到柴油机1的燃烧室中，及一电磁阀8，该电磁阀8工作而移动一安装在喷嘴中的针阀，从而控制燃料喷射持续时间。ECU10通过一喷射器驱动器(未图示)向每个电磁阀8输出一控制信号，并有选择地打开和关闭电磁阀8。当每个电磁阀8打开时，对应的一个燃料喷射器2将公用给油管3供应的燃料喷射到柴油机1的对应的一个燃烧室中。
公用给油管3通过一排气阀11和一燃料管12与供应泵6的出口联接。一限压器(未图示)安装在公用给油管3中，用作减压阀，将公用给油管3中超过一规定极限的燃料压力释放而一直保持。一共轨压力传感器24安装在公用给油管3中，测量储存在公用给油管3中等同于从各燃料喷射器2喷射到柴油机1的燃料压力的实际压力(下面也称作共轨压力NPC)，并向ECU10提供一表示它的信号。
供应泵6响应来自ECU10的控制信号，将其柱塞室中的燃料吸出，输出使公用给油管3中的压力与ECU10要求的目标共轨压力PFIN相一致所需量的燃料。实践中，给油泵5安装在供油泵6中，用于通过转动发动机的曲柄轴而将燃料泵压出燃料箱4进入一压力室(即柱塞室)。供油泵6中安装有一柱塞(未图示)，该柱塞在一压力室中往复运动，对由给油泵5泵压的燃料进行加压，并将其排放到公用给油管3。
供油泵6中安装有一电磁阀7，该电磁阀7通过一泵驱动器(未图示)由ECU10激励，以控制供油泵6的柱塞每个往复运动循环排放的燃料的数量。具体地，电磁阀7根据由ECU10施加到内部螺线管的驱动脉冲的工作周期而在一时间段内(即螺线管的工作期间)被激励，从而控制从供油泵6供应到公用给油管3的燃料数量，也就是储存在公用给油管3中的燃料的压力。当螺线管的工作期间增加时，由供油泵6排放的燃料的数量增加。
共轨燃料喷射系统还包括一发动机速度传感器21，一加速度位置传感器22，一冷却剂温度传感器23，一缸识别传感器25，和一燃料温度传感器26。发动机速度传感器21测量发动机的速度(下面也称作发动机速度NE)。加速度位置传感器22测量一加速度板的位置(即一节流阀的开启程度)，下面也称作加速度位置ACCP。冷却剂温度传感器23测量发动机的冷却水的温度(下面也称作发动机冷却剂温度THW)。缸识别传感器25识别发动机1的缸的数量。除加速器位置传感器22的输出之外，可将喷射计时传感器、进气压力传感器、或进气温度传感器的目标燃料喷射量或输出作为表示发动机工作状况(即负载)的参数。还可将冷却剂温度传感器23的输出、燃料温度传感器26或发动机温度传感器的输出作为表示发动机1的温度的参数。
ECU10包括一公知的微处理器，该微处理器由一CPU、一储存控制程度和数据的ROM、一RAM、一输入电路、一输出电路、一传感电路、一传感探测电路、一供电电路、喷射器驱动器和泵驱动器构成。如上所述，ECU10接收传感器的输出，并将其轮换成数字信号，数字信号又输入到微处理器中。
ECU10根据发动机工作条件确定喷射到发动机的燃料的最佳燃料喷射计时和最佳数量，并通过喷射器驱动器向每个燃料喷射器2的电磁阀8提供一控制信号。具体地，ECU10根据由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE及由加速器位置传感器22测量的加速器位置ACCP计算喷射到发动机1的燃料的目标数量，并用由冷却剂温度传感器23测量的发动机冷却剂温度THW对其进行校正，以确定目标喷射量QFIN，并根据由共轨压力传感器24测量的共轨压力NPC致动每个燃料喷射器2的电磁阀8，从而达到目标喷射量QFIN。
当需要起动发动机1时，如下面将详细描述的，ECU10根据由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE、由加速器位置传感器22测量的加速器位置ACCP等控制从供油泵6排出的燃料数量，使公用给油管3中的压力与所确定的一目标值一致。
发动机1起动后，如下面将详细描述的，ECU10根据目标喷射数量QFIN、发动机速度NE、发动机冷却剂温度THW等，以反馈模式控制从供油泵6排出的燃料数量，使由共轨压力传感器24所检测出的公用给油管3中的实际压力NPC与所确定的一目标值PFIN一致(以下进行详细描述)。
具体地，如图2所示，当车辆驾驶者打开点火开关，且发动机起动器已经开始以一最小所需速度或略大的速度转动发动机1的曲柄轴时，ECU10希望根据由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE和由冷却剂温度传感器23测量的发动机冷却剂温度THW来确定起动发动机1所需的初始喷射压力(即初始共轨压力)。当发动机冷却剂温度THW较低时，确定的初始喷射压力较高。
ECU10在微处理器中安装有一探测电路，该探测电路监测微处理器中设置的共轨压力传感器24和传感电路的状态。如果ECU10检测到在发动机1起动时共轨压力传感器24操作失败，则ECU10根据由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE确定以一期望速度提高公用给油管3中压力所需的第二初始喷射压力(即第二初始共轨压力)。
具体地，如图2所示，在发动机1起动后，ECU10根据目标喷射数量QFIN、发动机速度NE和发动机冷却剂温度THW，通过查找一基本共轨压力图表MPBASE1，而确定一作为最终目标共轨压力PFIN的基本共轨压力PBASE。在发动机1起动时，ECU10根据发动机速度NE和发动机冷却剂温度THW，通过查找一第一初始共轨压力图表MPBASE1，而确定一作为最终目标共轨压力PFIN的第一共轨压力PBASE。如果探测电路已经检测到共轨压力传感器24或其传感器电路的失败，则ECU10仅根据发动机速度NE，确定一作为最终目标共轨压力PFIN的第二初始共轨压力PSTAPCF。
ECU10中安装有图表选择器31和32。图表选择器31用于当起动状态旗标XSTART处于显示一(1)的开状态时选择基本共轨压力PBASE作为最终目标共轨压力PFIN；并可替换地在起动状态旗标XSTART处于显示零(0)的关状态时选择第一初始共轨压力PSTA或第二初始共轨压力PSTAPCF。图表选择器32在共轨压力传感器故障旗标XLHSPC处于显示一(1)的开状态时选择第二初始共轨压力PSTAPCF；并可替换地在共轨压力传感器故障旗标LHSPC处于显示零(0)的关状态时选择第一初始共轨压力PSTA。
图3和4表示由ECU完成的用于确定从供油泵6排到公用给油管3的燃料目标量的逻辑步骤顺序或程序流程图。
首先，在步骤1中，对车辆的点火开关和起动器开关的开-关信号进行监测，以确定起动状态旗标XSTART是否显示一(1)，也就是发动机1是否正在起动。如果获得的是NO的答案，则如图4所示，程序前进到步骤2，其中对共轨压力传感器24的输出进行监测，以确定实际共轨压力NPC。程序前进到步骤3，其中如图2所示，根据目标喷射量QFIN、发动机速度NE和发动机冷却剂温度THW，通过查找基本共轨压力图表MPBASE1而确定基本共轨压力PBASE。程序前进到步骤4，其中将基本共轨压力PBASE确定为最终目标共轨压力PFIN。
随后，开始在ECU10的反馈中控制公用给油管3中的压力。具体地，对将从供油泵6排出的燃料数量进行控制，从而使共轨压力NPC与目标共轨压力PFIN一致。该控制是在步骤5之后进行的。
步骤5中，确定实际共轨压力与目标共轨压力PFIN之间的压力差ΔPC。程序前进到步骤6，其中根据压力差ΔPC确定燃料的反馈量。程序前进到步骤7，其中在目标喷射量QFIN和目标共轨压力PFIN的基础上确定基本燃料数量。程序前进到步骤8，其中通过对基本量和反馈量求总和而确定需要从供油泵6排到公用给油管3的燃料数量。另外，还确定供油泵6的电磁阀7被激励的时间长度。
回来参照图3，如果在步骤1中获得了YES答案，意味着发动机1处于起动状态下，则程序前进到步骤9，其中确定共轨压力传感器24是否出现故障或没有使用设于ECU10中的传感探测电路，也就是确定当发动机1起动时共轨压力传感器24的输出是否显示一位于有用范围以外的值。如果获得的是NO答案，表示共轨压力传感器24正在使用，则程序前进到图4中的步骤10，其中将共轨压力传感器24的输出用于确定实际共轨压力NPC。程序前进到步骤11，其中如图2所示，根据发动机速度NE和发动机冷却剂温度THW，通过查找第一初始共轨压力图表MPSTA而确定第一初始共轨压力PSTA。程序前进到步骤12，其中将第一初始共轨压力PSTA确定为最终目标共轨压力PFIN。随后进行步骤5和后面步骤中的上述操作。
可替换地，如果在图3中的步骤9中获得的是YES答案，表示共轨压力传感器24出现故障，则程序前进到步骤13，其中将共轨压力NPC设定成等于目标共轨压力PFIN，而不使用例如用于随后进行的EGR控制中的共轨压力传感器24的输出。程序前进到步骤14，其中如图2和5所示，根据由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE，通过查找第二初始共轨压力图表PSTAPCF而确定第二初始共轨压力。程序前进到步骤15，其中将第二初始共轨压力PSTAPCF确定为最终目标共轨压力PFIN。程序前进到步骤16，其中在最终目标共轨压力PFIN的基础上确定从供油泵6排出的燃料数量，还确定供油泵6的电磁阀7的螺线管被激励的时间长度。
如从上面的说明中明白的，本实施例的共轨燃料喷射系统的特征在于，如果传感探测电路检测到共轨压力传感器24操作失败，则用第二初始共轨压力PSTAPCF增强发动机1起动时公用给油管3中压力的上升。具体地，第二初始共轨压力PSTAPCF设定成高于第一初始共轨压力PSTA。因而将供油泵6的电磁阀7的螺线管被激励的时间长度确定为长于达到第一初始共轨压力PSTA所需的时间。这补偿了图4的步骤6中确定的燃料反馈量，从而与共轨压力传感器24工作时相似，确保了发动机1的可起动性。
如可从图5中的第二初始共轨压力图表PSTAPCF中看到的，当共轨压力传感器24出现故障，且由发动机速度传感器21测量的发动机速度NE低于预选的第一临界值n1时，将远高于当共轨压力传感器24工作时使用的第一初始导轨压力PSTA的第二初始共轨压力PSTAPCF确定为目标共轨压力PFIN，从而与仅用第一初始共轨压力确定时相比，提高供应到公用给油管3的燃料数量，从而增强公用给油管3中压力的上升。当发动机速度NE超过一第二临界值n2时，将第二初始共轨压力PSTAPCF设定为基本上等于第一初始共轨压力PSTA，并确定为目标共轨压力PFIN。这使得在发动机1起动完成后，公用给油管3中的压力集中在共轨压力传感器24正常工作时确定的目标共轨压力PFIN，从而避免公用给油管3中的压力过高或过低，使发动机1的排放物中的黑烟减少。
如图5中清楚地示出的，当发动机速度NE位于第一和第二临界值n1和n2之间时，目标共轨压力PFIN(即第二初始共轨压力PSTAPCF)逐渐降低。目标共轨压力PFIN降低的倾斜线分两步改变。具体地，目标共轨压力PFIN以一较高速度降低，直到发动机速度NE达到第一和第二临界值n1和n2之间的一中间值，之后以一较低速度降低，直到发动机速度达到第二临界值。这使得公用给油管3中的压力与共轨压力传感器24工作时相似地上升，从而即使共轨压力传感器24在装有发动机自动起动系统的机动车辆中失败时也能确保发动机1的可起动性。
图6示出当共轨压力传感器24工作时目标共轨压力PFIN(即第一初始共轨压力PSTA)的变化。图7表示当共轨压力传感器24失败时目标共轨压力PFIN(即第二初始共轨压力SPTAPCF)的变化。如上所述，当共轨压力传感器24失败时的目标共轨压力PFIN高于共轨压力传感器24工作时的压力，从而补偿了图4的步骤6中确定的燃料的反馈量，使公用给油管3中的压力以与共轨压力传感器24工作时基本相同的速度上升。因而如参照图8在本申请的前言部分说明的，与常规系统中消耗的相比，在发动机起动器开启到发动机起动完成之间的时间Ta大大缩短。
如上所述，根据发动机速度NE和发动机冷却剂温度THW来确定第一初始共轨压力PSTA(即当共轨压力传感器24工作时的目标共轨PFIN)。发动机起动器速度的下降通常伴随着安装在车辆中的蓄电池的压降。蓄电池的压降伴随着反映发动机温度的发动机室中温度的下降。具体地，发动机速度和电池电压取决于发动机的温度。因此第一初始共轨压力PSTA可根据发动机速度和电池电压来确定。
如上所述，第二初始共轨压力PSTAPCF(即共轨压力传感器24失败时的目标共轨压力PFIN)仅根据发动机速度NE确定，但由于上述相同的原因，也可根据发动机速度NE和电池电压或者发动机温度来确定。
共轨压力传感器24直接安装在公用给油管3中，以测量储存在公用给油管3中的燃料的压力，但也可将一压力传感器安装在一从供油泵和喷射器2的柱塞室伸出的燃料管中，以测量等同于公用给油管3中压力的从供油泵6排出的燃料的压力。
如上所述，ECU10的探测电路设计成确定共轨压力传感器24或安装在ECU10中的传感电路，并且当起动发动机1过程中共轨压力传感器24显示一位于有用范围之外的值时，用共轨压力传感器24的输出确定公用给油管3中的压力出现故障，但也可通过监测共轨压力传感器24的输出是否位于有用范围的上限和下限之外而检测这种故障的发生。
如上所述，电磁阀7设计成对每个泵压循环从供油泵6的柱塞室中输出的燃料的流速(即供油泵6的柱塞的每个泵压循环排出的燃料数量)进行修正，但也可安装在供油泵6的柱塞室的入口与给油泵5的出口之间，以修正吸入供油泵6中的燃料的量。在这种情况下，电磁阀7根据由ECU10施加到内部螺线管上的驱动脉冲的工作周期(即螺线管的工作期间)工作而在一段时间内在供油泵6与给油泵5之间建立联通，从而控制从供油泵6供应到公用给油管3的燃料数量，也就是储存在公用给油管3中的燃料的压力。电磁阀7可设计成当螺线管的工作期间增加时增加燃料的排放量，但也可以在工作期间增加时降低。电磁阀7还可设计成通过在一可服从的电磁阀7范围内提高施加到螺线管上的驱动脉冲的频率而修正给油泵5与供油泵6联通的程度。
尽管针对优选实施例公开了本发明，以有利于对其更好地理解，但应该知道，在不脱离本发明原理的前提下，本发明可以多种模式体现。因此本发明应理解为包括全部可能的实施例及对所示实施例的修改，这些实施例和修改可以在不脱离附属权利要求中列出的本发明原理的情况下体现。
权利要求
1.一种蓄能器燃料喷射装置，包括一供油泵，用于加压和排放燃料；一蓄能器，上述供油泵供应的燃料即储存在其中；一喷射器，该喷射器与上述蓄能器联接，将由上述蓄能器供应的燃料喷射到一发动机中；一发动机速度传感器，用于确定发动机的速度；一发动机温度传感器，用于确定发动机的温度；一蓄能器压力确定部分，用于确定储存在上述蓄能器中的燃料的压力；一失败监测电路，用于监测上述蓄能器压力确定部分的操作状态，以确定上述蓄能器压力确定部分是在工作还是已经失败；及一排放燃料数量控制电路，用于以一第一和一第二控制模式对从上述供油泵排放到上述蓄能器的燃料的数量进行控制，当上述失败监测电路确定了上述蓄能器压力确定部分在发动机起动过程中处于工作状态时执行第一控制模式，以控制从上述供油泵排出的燃料数量，从而使由上述蓄能器压力确定电路确定的上述蓄能器中的压力与根据由上述发动机速度传感器确定的发动机速度及由发动机温度传感器确定的发动机温度而确定的一第一目标压力相一致，当上述失败监测电路确定了上述蓄能器压力确定部分在发动机起动过程中失败时执行第二控制模式，以控制从上述供油泵排出的燃料数量，从而在上述蓄能器中达到一高于第一目标压力的第二目标压力。
2.如权利要求1中所述的蓄能器燃料喷射装置，其中上述供油泵装有一排放数量控制电磁阀，用于当上述排放数量控制电磁阀的螺线管被激励的时间增加时，增加从上述供油泵排放到上述蓄能器的燃料数量，其中上述排放燃料数量控制电路根据第一和第二压力中的每一个来控制螺线管被激励的时间段。
3.如权利要求1中所述的蓄能器燃料喷射装置，其中上述第二目标压力这样确定，使得当由上述发动机速度传感器确定的发动机速度较低时高于上述第一目标压力，当发动机速度提高时集中在上述第一目标压力。
全文摘要
一种确保发动机可起动性的蓄能器燃料喷射系统，用于柴油机，来修正供应到蓄能器或公用给油管的燃料数量，从而以反馈模式控制公用给油管中的压力。如果共轨压力传感器失败，则系统将起动发动机所需的目标共轨压力确定成高于当共轨压力传感器工作时的压力，从而补偿燃料的反馈数量，以确保发动机的可起动性。
文档编号F02D45/00GK1403697SQ0214224
公开日2003年3月19日 申请日期2002年8月28日 优先权日2001年8月31日
发明者河津敏弘, 内山贤, 陶山博伸 申请人:株式会社电装