專利名稱：內(nèi)燃機(jī)的怠速控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，特別是一種燃料噴射式內(nèi)燃發(fā)動機(jī)。更確切地說，本發(fā)明涉及在怠速工況下燃料噴射的控制。
在普通的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)中，燃料噴射由將一來自一電子控制單元(“ECU”)的信號輸送到燃料噴射器來啟動。該信號是具有一定電壓(例如26伏特)的直流電流。在該信號的輸出和實(shí)際的燃料噴射過程開始之間必須有一最小的時(shí)間延遲。對于一已知的燃料噴射系統(tǒng)，該最小的時(shí)間延遲是4毫秒。由于該最小時(shí)間延遲的存在，ECU不能直接地控制噴射定時(shí)，而必須根據(jù)發(fā)動機(jī)速度的某些估計(jì)值采用一預(yù)測值。例如，在6000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，如果最小時(shí)間延遲是4毫秒(ms)，則ECU必須在設(shè)計(jì)的噴射過程開始前144曲軸度時(shí)，輸出噴射信號。在600轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下，ECU必須在實(shí)際噴射過程開始前14.4曲軸度時(shí)，輸出噴射信號。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，噴射壓力，特別是在小負(fù)荷或怠速工況下，與發(fā)動機(jī)氣缸壓力的大小具有相同的數(shù)量級。因?yàn)閲娚淦鞯拇蜷_和噴射必須克服氣缸的壓力，隨著活塞靠近上死點(diǎn)氣缸壓力逐漸增加，所以燃料噴射的量主要由噴射定時(shí)來決定。如果燃料噴射定時(shí)過晚，即太靠近上死點(diǎn)中心，則噴射出的燃料量將少于理想的燃料噴射量。
如上所述，ECU根據(jù)發(fā)動機(jī)速度的估計(jì)值和已知的信號輸出和實(shí)際噴射過程開始之間的最小時(shí)間延遲來輸出噴射信號。如果發(fā)動機(jī)在600轉(zhuǎn)/分鐘的工況下怠速，額定所需的噴射定時(shí)是在上死點(diǎn)之前15度，最小時(shí)間延遲是4毫秒，ECU將計(jì)算出14.4的曲柄角延遲，并在上死點(diǎn)之前29.4度輸出噴射信號，或至少當(dāng)ECU(根據(jù)檢測到的最后的曲軸位置和已知的發(fā)動機(jī)速度)估算曲軸處于上死點(diǎn)之前29.4位置時(shí)。但是如果發(fā)動機(jī)的實(shí)際速度是逐漸下降的，則噴射過程的開始將早于在曲柄角計(jì)算中所預(yù)期的(即多于上死點(diǎn)之前29.4度)。因此，噴射時(shí)的氣缸壓力將比所預(yù)期的低，將噴射出更多的燃料，進(jìn)而修正逐漸下降的發(fā)動機(jī)速度。另一方面，如果實(shí)際的發(fā)動機(jī)速度是逐漸增加的，噴射過程的開始將晚于所預(yù)期的，將噴射出較少的燃料，進(jìn)而修正逐漸增加的發(fā)動機(jī)速度。在怠速工況下，這種發(fā)動機(jī)速度的自調(diào)節(jié)能力是特別有價(jià)值的。
這種發(fā)動機(jī)速度的自調(diào)節(jié)的一個(gè)潛在的問題是14.4度(600轉(zhuǎn)/分鐘下的曲柄角延遲)不能為發(fā)動機(jī)速度變化趨向的實(shí)際確定給予充分的時(shí)間。因此，本發(fā)明提供了噴射信號輸出和噴射過程之間的一附加時(shí)間延遲。附加時(shí)間延遲為改變發(fā)動機(jī)速度以影響實(shí)際燃料噴射時(shí)間提供了更多的時(shí)間，進(jìn)而更多地修正發(fā)動機(jī)速度的改變。雖然附加時(shí)間延遲可以在非怠速工況下使用，但是在怠速工況外的發(fā)動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)下，附加時(shí)間延遲可能是不合乎需要的。
更確切地說，本發(fā)明提供了一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料噴射控制方法，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括一曲軸、一燃料噴射器和一控制單元，該控制單元輸出一引發(fā)燃料噴射的信號，在信號輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲，該方法包括如下步驟檢測曲軸位置，輸出信號，在信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間提供一附加時(shí)間延遲，以便與沒有附加時(shí)間延遲的情況相比會在更早的曲軸位置輸出信號，進(jìn)而使曲軸速度的改變對理想燃料噴射的曲軸位置和實(shí)際燃料噴射的曲軸位置之間的差別產(chǎn)生更大的影響。
本發(fā)明還提供了一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，該發(fā)動機(jī)包括一氣缸，一在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的活塞，一由活塞驅(qū)動的曲軸，一將燃料噴射入氣缸的燃料噴射器，和一控制單元，該控制單元用于檢測曲軸位置，并輸出一引發(fā)燃料噴射的信號，在信號輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲，該控制單元還在信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間提供一附加時(shí)間延遲。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，控制單元檢測曲軸速度，并根據(jù)檢測到的曲軸速度計(jì)算此時(shí)的曲軸位置，進(jìn)而輸出該信號。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，控制單元根據(jù)一預(yù)定的曲軸速度或速度設(shè)定值計(jì)算曲軸位置以輸出該信號。設(shè)定值可以是大約600轉(zhuǎn)/分鐘。無論發(fā)動機(jī)速度是逐漸增加還是逐漸降低，只要它偏離設(shè)定值，就會產(chǎn)生非常迅速的燃料供給修正。
這樣的一種方法與已知的整體提供在ECU軟件中的閉合回路控制方法相比，具有很多優(yōu)點(diǎn)。在具有最佳燃料噴射系統(tǒng)的情況下，現(xiàn)有技術(shù)方法使用電流或持續(xù)時(shí)間來修正燃料供給，而在本發(fā)明方法中，這些參數(shù)是恒定的，并且燃料供給率由噴射定時(shí)來控制。省去了閉合回路控制，使本發(fā)明可以提供一簡化的，甚至可以是無微信息處理機(jī)的ECU。本發(fā)明系統(tǒng)可以對噴射器的不穩(wěn)定性(正向的或負(fù)向的)產(chǎn)生影響并可以潛在地補(bǔ)償不穩(wěn)定的噴射器。在怠速工況下，噴射器的匹配是最大的問題。本發(fā)明系統(tǒng)從兩個(gè)方面解決了上述問題。首先，可以建立具有最小可變度的電流和持續(xù)時(shí)間的組合。不需要改變這些參數(shù)來控制怠速速度。第二，使用一項(xiàng)僅在怠速工況下使用的有效的不需機(jī)械調(diào)節(jié)的新技術(shù)，使在各氣缸上的噴射定時(shí)不重合。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以從下面描述的說明書、權(quán)利要求和附圖中清楚地看出本發(fā)明的其它特性和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的一內(nèi)燃機(jī)的示意圖。
圖2表示發(fā)動機(jī)電子控制單元操作的流程圖。
在詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例之前，要指出的是本發(fā)明并不局限于在以下的描述中所提到的或在附圖中所示出的結(jié)構(gòu)形式或部件的布置方式中的應(yīng)用。本發(fā)明還可以適用于其它的實(shí)施例，并且還可以多種不同的方式實(shí)施或操作。而且，還要指出的是這里所使用的術(shù)語和描述方式是為了描述實(shí)施例，不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限定。
圖1中部分地表示體現(xiàn)本發(fā)明的一燃料噴射式二沖程內(nèi)燃機(jī)38。雖然圖中僅示出了一個(gè)氣缸46，但發(fā)動機(jī)38可具有任意數(shù)量的氣缸。圖中所示的發(fā)動機(jī)是一二沖程發(fā)動機(jī)，但應(yīng)該指出的是本發(fā)明還適用于其它類型的燃料噴射式發(fā)動機(jī)。除了下面將要說明的不同之處外，發(fā)動機(jī)38是與1996年6月21日申請的、題目為“燃料噴射式內(nèi)燃機(jī)”的美國專利No.60/020257(代理人證號No.72012/7850)中所公開的發(fā)動機(jī)相同的，參見該專利。
發(fā)動機(jī)38包括一曲軸箱50，該曲軸箱50限定了一曲軸箱室54并具有一在其內(nèi)可轉(zhuǎn)動的曲軸58。一進(jìn)氣口70與氣缸46相通，并通過一傳送通道82與曲軸箱室54相通。一排氣口86與氣缸46相通。發(fā)動機(jī)38還包括一可在氣缸46內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的活塞90。活塞90由一連接桿94傳動地連接到曲軸58上。發(fā)動機(jī)38還具有一氣缸蓋110，該氣缸蓋110將氣缸46的上端封閉，進(jìn)而限定一燃燒室118。
發(fā)動機(jī)38還具有一固定在氣缸蓋110上用以將燃料噴射入燃燒室118內(nèi)的燃料噴射器126。在1995年7月25日申請的、題目為“組合壓力薄膜式燃料泵及噴嘴裝置”的美國專利No.506534(代理人證號No.72012/7290)和1996年6月21日申請的、題目為“閥座和蓋結(jié)構(gòu)”的美國專利No.60/020241(代理人證號No.72012/7830)中分別公開了一種最佳的燃料噴射器126，參見這兩篇文件。一火花塞142固定在氣缸蓋110上并伸入到燃燒室118內(nèi)，這在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的。
上述發(fā)動機(jī)還包括一曲軸位置傳感器150(圖中僅示意性地示出)，如圖1中的點(diǎn)劃線所示，該曲軸位置傳感器150被連接到曲軸58上?？梢允褂萌我环N合適的位置傳感器。傳感器150每隔60度檢測曲軸位置，并將一相應(yīng)的信號輸出給一電子控制單元(ECU)154(圖中僅示意性地示出)?？梢允褂萌我环N合適的ECU。而ECU 154與燃料噴射器126相連，ECU 154向燃料噴射器126輸出一導(dǎo)致產(chǎn)生一燃料噴射操作的信號。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，輸出信號導(dǎo)致一通向燃料噴射器126的直流電流的產(chǎn)生，該電流促使產(chǎn)生燃料噴射。也就是，在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，在信號輸出和燃料噴射開始之間有一4毫秒的最小時(shí)間延遲。本發(fā)明的其它的實(shí)施例可能具有不同的最小時(shí)間延遲。當(dāng)發(fā)動機(jī)38在怠速工況下運(yùn)行時(shí)，ECU 154為信號輸出和燃料噴射開始之間的最小時(shí)間延遲增加一附加的時(shí)間延遲。該附加時(shí)間延遲推遲了電流通向燃料噴射器126的時(shí)間。在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，該附加時(shí)間延遲大約為40毫秒。本發(fā)明的其它的實(shí)施例可能具有不同的附加時(shí)間延遲。
ECU 154的運(yùn)行如下所述。如圖2所示，ECU 154連續(xù)地檢測曲軸的位置(步驟160)。在每一個(gè)發(fā)動機(jī)循環(huán)過程中的一適當(dāng)時(shí)間，ECU 154計(jì)算發(fā)動機(jī)的速度或曲軸的每分鐘轉(zhuǎn)速(步驟164)并識別一圖形(步驟168)以確定(在上死點(diǎn)前)所計(jì)算出的發(fā)動機(jī)速度所需的噴射時(shí)間。所需的噴射時(shí)間也可以根據(jù)其它的發(fā)動機(jī)運(yùn)行參數(shù)，如發(fā)動機(jī)載荷來確定。而后，ECU 154確定發(fā)動機(jī)38是否在怠速工況下運(yùn)行(步驟172)。如果發(fā)動機(jī)38是在怠速工況下，則ECU 154執(zhí)行步驟176，向最小時(shí)間延遲增加一附加時(shí)間延遲，而后進(jìn)行到步驟180。如果在步驟172，發(fā)動機(jī)38不處于怠速工況，則ECU 154越過步驟176而進(jìn)行到步驟180。在步驟180，已知噴射所需的時(shí)間、曲軸速度和信號輸出與燃料噴射開始之間的總體的時(shí)間延遲，ECU 154計(jì)算出信號輸出的時(shí)間或曲軸在上死點(diǎn)之前的位置以得到所需的噴射時(shí)間。然后，在步驟184，ECU 154在所計(jì)算出的信號輸出時(shí)間輸出信號。
下面是以上所述操作的一個(gè)例子。在步驟164確定的600轉(zhuǎn)/分鐘下，ECU 154識別一圖形(步驟168)并確定噴射所需的時(shí)間是上死點(diǎn)之前15度。因?yàn)樵诓襟E172中確定發(fā)動機(jī)38處于怠速工況，ECU 154執(zhí)行步驟176，向4毫秒的最小時(shí)間延遲增加40毫秒的附加時(shí)間延遲。隨后，ECU 154根據(jù)發(fā)動機(jī)速度、噴射所需的時(shí)間和總的時(shí)間延遲(44毫秒)計(jì)算信號輸出的時(shí)間(步驟180)。此時(shí)，信號輸出的時(shí)間是上死點(diǎn)之前173.4度。ECU在步驟184輸出信號。
信號輸出和燃料噴射開始之間的附加的時(shí)間延遲要求在一比沒有附加時(shí)間延遲的情況下所需的更早的曲軸位置輸出信號，以便曲軸速度的改變對理想燃料噴射時(shí)間或曲軸位置和實(shí)際燃料噴射時(shí)間或曲軸位置之間的差別產(chǎn)生更大的影響。其結(jié)果是，如上所述，對曲軸速度改變的修正。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，ECU 154在步驟180確定信號的輸出時(shí)間時(shí)，使用了一預(yù)定的曲軸速度或速度設(shè)定值，而沒有使用檢測到的曲軸速度。速度設(shè)定值可以為600轉(zhuǎn)/分鐘。
在下面的權(quán)利要求中表述了本發(fā)明的多種特征。
權(quán)利要求
1.一種控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料噴射的方法，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括一曲軸、一燃料噴射器和一控制單元，該控制單元輸出一引發(fā)燃料噴射的信號，在所述信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲，該方法包括如下步驟檢測曲軸位置，輸出所述信號，提供在所述信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間的一附加時(shí)間延遲，以便與無須所述附加時(shí)間延遲的情況相比，會在更早的曲軸位置輸出所述信號，進(jìn)而使曲軸轉(zhuǎn)速的改變對理想的燃料噴射的曲軸位置和實(shí)際的燃料噴射的曲軸位置之間的差別產(chǎn)生更大的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信號的輸出使得一電流被施加到燃料噴射器上，該電流啟動燃料噴射過程，所述附加時(shí)間延遲推遲了該電流作用于所述燃料噴射器上的時(shí)間。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述發(fā)動機(jī)是一臺二沖程發(fā)動機(jī)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于附加時(shí)間延遲僅在怠速工況下提供。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述附加時(shí)間延遲大約為40毫秒。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于曲軸每旋轉(zhuǎn)60度所述控制單元檢測一次曲軸位置。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述最小時(shí)間延遲大約為4毫秒。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述控制單元檢測曲軸轉(zhuǎn)度，并根據(jù)檢測到的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號的曲軸位置。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述控制單元根據(jù)一預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號的曲軸位置。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)速大約為600轉(zhuǎn)/分鐘。
11.一種內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，包括一氣缸，一在該氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動的活塞，一由該活塞驅(qū)動的曲軸，一將燃料噴射入氣缸的燃料噴射器，和一控制單元，該控制單元用于檢測曲軸位置，并輸出一引發(fā)燃料噴射的信號，在信號輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲，該控制單元還在信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間提供一附加時(shí)間延遲。
12.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述信號的輸出產(chǎn)生一作用于所述燃料噴射器的電流，該電流使所述燃料噴射器產(chǎn)生燃料噴射，所述附加時(shí)間延遲推遲了該電流作用于所述燃料噴射器的時(shí)間。
13.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述發(fā)動機(jī)是一臺二沖程發(fā)動機(jī)。
14.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述附加時(shí)間延遲僅在怠速工況下提供。
15.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述附加時(shí)間延遲大約為40毫秒。
16.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于曲軸每旋轉(zhuǎn)60度所述控制單元檢測一次曲軸位置。
17.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述最小時(shí)間延遲大約為4毫秒。
18.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述控制單元檢測曲軸轉(zhuǎn)速，并根據(jù)檢測到的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號的曲軸位置。
19.如權(quán)利要求11所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述控制單元根據(jù)一預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號的曲軸位置。
20.如權(quán)利要求19所述的發(fā)動機(jī)，其特征在于所述預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)速大約為600轉(zhuǎn)/分鐘。
21.一種在怠速工況下控制一臺二沖程內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料噴射的方法，該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括一曲軸、一燃料噴射器和一控制單元，該控制單元輸出一信號，該信號引起一作用于所述燃料噴射器的電流，該電流使所述燃料噴射器開始一燃料噴射過程，在所述信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲，該方法包括如下步驟檢測曲軸位置，輸出所述信號，在所述信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間提供一附加時(shí)間延遲，以使該附加時(shí)間延遲推遲所述電流作用于所述燃料噴射器的時(shí)間，進(jìn)而使得與無須所述附加時(shí)間延遲的情況相比，在更早的曲軸位置輸出所述信號，由此使曲軸轉(zhuǎn)速的改變對理想的燃料噴射的曲軸位置和實(shí)際的燃料噴射的曲軸位置之間的差別產(chǎn)生更大的影響。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于所述控制單元檢測曲軸轉(zhuǎn)速，并根據(jù)檢測到的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號時(shí)的曲軸位置。
23.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于所述控制單元根據(jù)一預(yù)定的曲軸轉(zhuǎn)速計(jì)算在此轉(zhuǎn)速下輸出該信號的曲軸位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料噴射的方法,該內(nèi)燃發(fā)動機(jī)包括一曲軸(58)、一燃料噴射器(126)和一控制單元(154),該控制單元(154)輸出一引發(fā)燃料噴射的信號,在該信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間存在一最小時(shí)間延遲,該方法包括如下步驟:檢測曲軸(58)的位置(150),輸出曲軸位置信號,并在該信號的輸出和燃料噴射過程的開始之間提供一附加時(shí)間延遲,以便與沒有該附加時(shí)間延遲的情況相比,會在更早的曲軸位置輸出所述信號,進(jìn)而使曲軸速度的改變對理想的燃料噴射的曲軸位置和實(shí)際的燃料噴射的曲軸位置之間的差別產(chǎn)生更大的影響。
文檔編號F02D41/34GK1240500SQ97180672
公開日2000年1月5日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月17日
發(fā)明者F·A·麥金尼泰 申請人:舷外發(fā)動機(jī)公司