儲壓器燃油系統的電控系統和方法

專利名稱：儲壓器燃油系統的電控系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制供入內燃機燃燒室的燃油的系統和方法，在本發明的實施例中，本發明涉及的是一種用于多缸壓燃式發動機的系統和方法，所述的發動機中包括一個高壓燃油泵和燃油儲壓器。
75年來內燃機一直作為人類的主要的運輸能源。無論怎樣描述內燃機的重要性和工程技術人員為其的完善所做的不懈努力都是不過分的。目前人們已經充分地認識到內燃機設計的技巧就是大多數“新”的發動機設計是在對現有的多種已知方案的選擇中進行的。例如，犧牲發動機的燃油經濟性可以很容易地改善其動力輸出曲線，增加成本則可以消除污染和提高可靠性。通常如果同時犧牲燃油經濟性和成本的話，那么還可以實現其它目的，如增加功率、縮小尺寸和/或減輕重量。
對于內燃機的性能和成本來說，發動機的燃油系統通常最具重要性。所以到目前為止在對內燃機所作的改進的所有工程技術努力中，用于內燃機的燃油系統的研究是其中最主要的部分。因此，今天的發動機設計人員對已知的燃油系統進行多種選擇和可能的排列，設計人員的設計工作主要包括在如下的各種因素之間進行極其復雜和細致的平衡，即成本、尺寸、可靠性、性能、制造容易以及與現有的發動機設計的通用性。
由于目前公眾的要求和政府的管理都有提高燃油效率和保持環境的要求，設計人員的設計面臨了越來越多的困難。從燃油系統設計已成熟的角度來看，在未來的燃油系統的改進中，同時兼顧提高發動機性能和降低污染是非常困難的，然而由于對環境問題的廣泛關注和因此而產生的各種標準，又迫切需要進行這方面的改進。滿足上述的各項標準(特別是關于壓燃式發動機的標準)需要對燃油系統進行較大的改進，以避免因燃油系統的成本和/或發動機再設計成本的增加而加重消費者的負擔。
CUMMINS公司(本發明的受讓人)研制出了一種全新的供油系統，該系統具有一個新的泵油和分配結構，以滿足對各種相互矛盾的設計因素的改進的需求。
簡而言之，在一個實施例中，上述新的供油系統包括一個由泵驅動的直列式往復凸輪，所述的泵帶有一個或多個高壓泵缸，泵缸將燃油供入一個高壓儲壓器中，隨后燃油通過一個機械分配閥將燃油導入多個發動機的氣缸。雙聯泵控制閥可以在可變的時刻打開和關閉，以改變有效的泵的位移并保持儲壓器的燃油壓力，使之獨立于發動機速度。在儲壓器和分配器之間設有一個或多個噴射控制閥，這樣上述的一個或多個閥順序控制供入各所缸中的供油時刻和供油量。
在這種改進的供油系統的發展過程中需要一種改進的電控系統，這一控制系統特別適用于控制這種新的系統。實際上，本發明人已經發現該燃油系統的主要優點(低成本、高燃油效率和少污染)只有通過設置一個先進的電控系統對才能得以實現，該電控系統具有集中的控制并能對構成該燃油系統的不同的燃料流量控制機構進行監控。采用這種電子控制可以實現不同噴射過程期間供油速率的改變、控制和操作性能的改善。此外在本發明的一個特殊的電子控制系統中，由于采用了新的控制算法和信號圖形，所以本發明可以使用許多通用的燃油系統中先進的設計。
同樣，在現有技術中也沒有提供或建議這樣一種燃油噴射系統，該噴射系統能將一個直列往復泵、一個儲壓器、一個單一的噴射控制閥和一個燃油分配器很好地結合在一起，以前的控制系統也沒能提供一種集中的電子控制系統，該系統可以控制一個直列往復泵，以便通過所有氣缸時燃燒將高壓儲壓器內的油壓保持在需要的值上，并且同時控制一個單一的噴射控制閥，從而依次精確控制各氣缸的噴射定時和油量。
當然在現有技術中也有各種的電控系統，這些系統的控制算法和信號輸出適用于其它類型的燃油噴射系統。在Komatsu的日本專利申請文件57-68532中便公開了一種采用電子控制對燃油噴射進行控制的方法。該對比文件中公開了一種電控高壓泵和一個用以接收上述泵的輸出的儲壓器，高壓泵的輸出通過一分配器型的閥和相應的供油管將燃油供給多個噴射嘴。儲壓器中的壓力由第一電控單元根據感應的儲壓器壓力和發動機位置進行控制，以便有效地控制高壓泵的有效位移。但是在該系統中，噴射定時和噴射量是由另一個電子單元通過對分配器內轉動閥件的控制而加以改變的。因此，在該系統中沒有對噴射定時、噴射速率和燃油壓力進行集中控制，以精確控制發動機內的燃油。
在現有技術的另外一些系統中雖然具有對儲壓器和噴嘴進行電子控制的一個單一的控制單元，但是類似地，在這些系統中沒有提供用一個集中的電控系統對多腔室泵和一個單一的噴射電磁閥的控制。在下述各文獻中公開了這樣的系統其中一個油管儲存高壓油泵的輸出，并通過多個噴嘴將燃油送入氣缸中，各噴嘴直接與油管和各相應的氣缸直接相聯。每個噴嘴包括一個單一的集成的電磁閥，以控制從儲壓器供入各氣缸中的燃油流的定時和流量。上述的文獻是授于Beck等人的美國Re專利33,270，授于Miyaki等人的美國專利5,094,216，授于Martin的美國專利5,109,822，授于Miyaki等人的美國專利4,777,921和Miyaki等人的SAE會刊第910252號文章，文章名稱為“用于柴油機的新的電控燃油噴射系統ECD-U2的發展”。在上述系統中，油管壓力可根據需要獨立于發動機的速度進行調整。在所公開的控制形式中可以有多個輸出端，每一端控制用于一個發動機的一個噴射閥或操作泵機構。
類似地，授予Osuka(受讓人為Nippondenso)的美國專利5,201,294中公開了一種單一的電子控制單元(ECU)，該控制單元可以控制多個高壓泵并設置多條獨立的輸出線，每條輸出線將控制信號傳輸給一個與發動機氣缸相聯的噴射閥。Osuka的ECU可以根據公共管路中的壓力對泵進行操縱，所述的公共管路中采用了反饋控制技術以保持所需的壓力水平。氣缸噴射控制電磁閥也類似地根據發動機工況根據ECU的控制指令進行操作，所述的發動機工況由發動機速度傳感器和加速傳感器檢測得到。對公共管路中的壓力進行監視，以檢測一個或兩個泵是否失效。Osuka的歐洲專利申請0,501,463中公開的系統與前者類似，只是對如何根據計算出的定時值同步產生用于泵送電磁閥的控制信號進行了更加詳細的說明。在所述的控制系統中具有一個由發動機位置感應所產生的中斷過程來起動的部分。在Nippondenso的另一份文獻(日本專利申請05-106495)中同樣也描述了一個對氣缸的噴射脈沖和公共油管壓力進行集中控制的系統。但是在上述文件中，上述各種Nippondenso控制系統在多個與各氣缸噴射器電磁閥相連的管路中產生的噴射信號是不同的。
授予Crowley等人的美國專利5,133,645中公開了一種帶有電控單元的燃油噴射系統，該控制單元通過向一個獨立的電子分配單元輸送低壓和低能的信號來控制一個高壓燃油泵和各氣缸中的噴嘴。
授予Stepper等人的美國專利5,137,000和授予Hapka等人(CUMMINS電子公司)的美國專利5,070,832中公開了一種電子的發動機控制系統，該系統可以控制燃油噴射和其它功能的進行。但是，在該系統中不能對儲壓器中的燃油壓力進行直接的控制，也無法使用多個獨立的受控燃油噴射電磁閥。
在一些現有的系統中常用一個“升壓能量”回路來產生一個電磁閥激活電壓，該激活電壓大大高于系統的電池電壓，以便根據控制信號盡快激活電磁閥。為使用帶有上述各類控制系統的升壓回路，應當設置多個升壓回路或一個分配開關回路，以便將該升壓輸入相應的噴射電磁閥。無論采用何種方案都會使用大量高成本的大功率處理部件。
有一種減少噴射初期噴入氣缸的初始燃油量的方法，它是通過降低噴射初期送入噴射組件中的燃油的壓力實現的。目前已研制出多種裝置，以控制在噴射初期供入噴嘴的燃油壓力，進而改變供入噴嘴組件的燃油流率。例如在美國專利3,718,283、3,747,857、4,811,715和5,029,568公開了與各噴射器組件相連的裝置，以產生燃油流率受限制的初始階段和其后的燃油流率基本不受限制階段，在后一階段中燃油通過噴射孔噴入燃燒室中。但是，這些流率控制裝置不是電子控制的，并且還需要對多點噴射系統中的各燃油噴射器組件進行改進，這樣導致了該噴射系統的成本和復雜程度的增加。在授予Kuroyanagi等人的美國專利4,469,068中公開了一種分配式燃油噴射裝置，該裝置包括一個可變容積儲壓器，以改變燃油噴射速率，實現有效的燃燒。但是該裝置采用了一個用以改變噴射速率的復合式儲壓器控制系統，且該裝置可與一個往復柱塞式分配器一起使用。如上所述，Miyaki的SAE報告中公開了一種噴射流率控制曲線，以便在噴射期間使供油速率平緩增加，但它是采用液壓裝置來形成這種流率線型的，并且它也沒有設置產生一定線型的噴射流率的第二電磁閥和精確順序激活噴射電磁閥的控制回路。上述文件中均未提供用于燃油噴射系統的電控系統，它可以控制電磁閥，依次對噴射期間的可變流率進行控制。
總之，目前需要一種實用的、低成本的控制系統，該系統可與一個新的燃油噴射波形協同工作，在較寬的發動機式工作范圍內同時滿足污染控制和改進操作性能等各種相矛盾的要求。
本發明的一個總的目的是克服現有技術中的缺陷，提供一種能夠用在內燃機中的實用、廉價的控制系統以及符合污染控制要求且改善了發動機性能的燃油系統。本發明特別提供一種能夠作為燃油系統的一部分使用的控制系統，該控制系統具有較好的污染控制并改善了發動機的性能，而只需要對現有的發動機設計進行極小的改動。
本發明的另一個主要目的是提供一種控制高壓燃油泵及單個的三通噴射控制閥的電子控制系統及方法。
本發明的另一個主要目的是提供一種基于非車用發動機過程控制的改進的電子控制系統及方法。
本發明的另一個目的是提供一種高壓燃油泵組件的電子控制系統及方法，該組件包括一個泵、一個儲壓器、一個與電操縱泵控制閥相結合的分配器和所使用的組件中的一個噴射閥。
本發明的另一個目的是提供一種控制高壓燃油泵和噴射控制閥的電子控制系統及方法，它把發動機中的布線量降至最小。
本發明的再一個目的是提供一種控制高壓燃油泵和噴射控制閥的電子控制系統和方法，它把對分配器和集成電路的需求減至最小。
另外，本發明的一個目的是提供一個控制噴射控制閥的一個驅動電路，它精確地測量電磁線圈的后EMF以確定閥的開啟時間，與發動機的旋轉同步預測及控制以后的開啟時間。
本發明的另一個目的是提供一個控制噴射控制閥的電子控制系統和方法，它可以補償閥和由閥控制的不同噴射器噴嘴之間的不同燃料管路長度和不同燃料傳送時間。
本發明的另一個目的是提供一種控制單個燃料控制閥的電子控制系統和方法，該閥控制燃料向多個氣缸中噴射，它依據將要噴油的每個氣缸來改變定時信號傳送的延遲時間來補償到達氣缸的燃料管路長度的不同。
本發明的另一個目的是提供一種采用電池電壓，而不是升壓電壓來精確控制噴射控制閥的電子控制系統和方法。
本發明的另一個目的是提供一種電子噴射系統和方法，它在噴射過程所希望的時間之前將在電池電壓下預先施加的偏流提供給噴射控制閥，然后在希望開啟的時間以同樣的電壓增加開啟電流，從而取消升壓的電磁閥開啟電壓。
本發明的另一個目的是提供一種在發動機啟動期間，發動機角度位置指示器的第一輸出之前，在第一圈就讓高壓燃料儲壓器開始增壓的控制系統和方法。
本發明的另一個目的是提供一種讓高壓燃料儲壓器開始增壓的控制系統和方法，該儲壓器在發動機的開始轉動期間產生泵控制信號的序列，直到發動機角度位置傳感器產生一個精確的發動機角度位置指示，以使泵可以進行時間控制為止。
本發明的還有一個目的是提供一種監控與噴射過程相關的高壓儲壓器中壓力變化，根據壓力的變化來檢測泵的失靈或損壞的改進的控制系統和方法。
本發明的再一個特殊的目的是提供一種非車用發動機基于過程控制的改進的電子控制系統和方法，它提供了一個響應于有負載作用的輸入指示的預測。
本發明的另一個特殊目的是提供一種基于發動機過程控制的改進的電子控制系統和方法，它在收到表示作用的負載量增加的信號時，立即增加發動機的功率。
本發明的另外一個目的是提供一種基于發動機過程控制的改進的電子控制系統和方法，它監測負載作用控制信號并且改變供油量，以在負載作用時增加發動機的功率，從而使發動機的功率隨負載量的增加同步增加，而不響應于因不希望的負載作用而導致的發動機操作變化。
本發明還有一個目的是提供一種高性能、高壓力燃料系統的控制系統，它不需要再對發動機進行很多昂貴的設計，而能夠對現有的壓燃式發動機進行改動。特別是本發明提供了一種具有上述特征的燃料系統共同工作的控制系統，即使燃料壓力升到非常高的值時它也可以通過減少伴隨的損失而改善發動機的效率。
本發明的另一個目的是提供一種內燃機的高集成燃料控制系統，它把對現有的發動機設計的影響減到最小，而仍然能夠提供對噴射量及噴射定時的精確控制、豐富的失效保護電子元件，并且在與現有技術的系統相比降低了整個成本的情況下改善了發動機的效率。
本發明再一個目的是提供一種燃油泵組件的控制系統，該系統提供了一個帶有一系列泵腔的泵殼和多個電磁操縱的泵控制閥，該閥與泵腔的數量相對應，用以控制在每一個泵腔中工作的相應泵塞的有效工作容量。通過這種結構，在燃油泵儲壓器中的燃油的相應壓力信號可以被控制系統用來控制電磁操縱泵控制閥進行泵塞的有效工作容量的調整，以使儲壓器中的燃油壓力與預定的壓力值相等。
本發明的另一個目的是提供一種壓燃式發動機的電子控制系統，它能夠產生非常高的噴射壓力，例如5,000-30,000psi并且最好是16,000-22,000psi，它相對于發動機工況的改變精確地控制燃料量時間。
本發明還有一個目的是提供一種燃油泵組件的電子控制系統，其特征是泵、分配器和儲壓器結合為一體。
本發明的另一個目的是提供一種控制帶有泵送儲壓器的一對泵控制閥的數值電子供油控制系統，從而控制泵元件的工作容量以使之分擔負載并且保持所希望的燃油壓力。一個第一噴射控制閥用來控制向每一個氣缸中預先噴射的部分，而一個第二噴射控制閥與第一控制閥一起來控制向每個氣缸的主燃料噴射部分。如果控制閥(泵或者噴射器)之一無法工作，那么電子控制系統也可以讓一個備用閥來代替。
本發明的另一個目的是提供一種新的燃料系統的電子控制系統，它具有一個三通閥，當它被激勵時把燃油分配器中的軸向通路與高壓燃料儲壓器相連，而當將其斷電時則把分配器轉子中的軸向供油通路與低壓排出口相連。
本發明還有一個目的是提供一種具在比率成型能力的電子數值控制系統，它通過控制噴射組件處的壓力增加，來控制噴射過程的初期部分期間的燃料噴射量。
本領域的技術人員通過參照附圖結合對本發明的詳細描述將能夠理解到本發明的其它目的。
本發明的目的是通過提供一個電子數值控制系統，與發動機的燃油系統結合，監視并控制發動機和燃油系統的工作，從而在一個最佳實施例中實現的。該控制系統通過數值和模擬元件的結合而完成，而且包括一個用來計算燃料時間及燃料量的微處理器。開始向一組氣缸中噴射的信號通過一根信號線傳遞到單個噴射電磁閥的驅動電路。控制系統也可相應于燃料系統實現其它的功能，例如控制燃油增壓泵。
最佳實施例還提供了在每次噴射過程中通過減少噴射過程的初級期間燃料噴射量來降低柴油燃燒過程中產生污染程度的可變率的燃料輸送。噴射器電磁閥和/或泵控制閥上還設置有一個后EMF傳感器用來精確確定開啟時間的延遲并且自動補償超過這些延遲時間的變化。另外，還特別為每一個氣缸在輸出信號脈沖傳送到噴射電磁驅動電路中與相應氣缸的供油同步提供了可變編程延遲。這些延遲補償了分配器與獨立的氣缸噴嘴之間的燃料管路長度變化，并使之可以使用上述不同的管路長度，而使燃料在希望的時間到達每個氣缸。
啟動時，該系統以預定的間隔及負載循環產生一個泵控制信號序列，在發動機初期轉動期間驅動泵送控制電磁閥，直到發動機角度位置傳感器產生一個精確的發動機角度位置指示，使得可以進行泵的精確時間控制為止。在高壓儲壓器中的壓力變化通過控制系統與噴射過程相結合而監測，而且，泵裝置的失靈或者損壞由壓力的變化來進行檢測。
在本發明的另一實施例中，在噴射過程所希望的時間之前給噴射控制閥提供一個電池電壓下的預先的偏置電流，然后在所希望的開啟時間提供一個同樣電壓下的增加的開啟電流，從而給控制信號提供一個精確的控制以及快速的線圈反應，因而不需要產生大的電磁閥開啟電壓的升壓電路。
在本發明的實施例中，當發動機不用作車輛驅動力時，電子控制系統監測到負載作用控制信號，并且改變供油量以在負載作用時增加發動機功率，從而使發動機功率伴隨負載的增加而同步增加，而不相應于非希望的負載作用而產生的功率消耗。
通過將多腔高壓泵保持在所希望的高壓儲壓器壓力范圍內，并且通過傳遞所有氣缸的噴射信號經信號線圈控制輸出進行傳遞來控制噴射閥，這兩者的結合使本發明的控制系統產生了多個潛在的優點。
首先，該控制系統與上述新的發動機供油元件系統同步工作產生了很大的益處，如果只通過設置電子控制或者新的燃油系統元件設置中的任何一個，而缺乏另一個都不能完全實現這些益處。雖然其它供油系統的選擇需要對發動機機體和/或氣缸蓋重新進行適應性設計，但是上面所述的電子控制發動機供油元件系統可以在不對發動機進行任何重新設計的情況下安裝在任何柴油機或其它形式的內燃機上。而且，本發明的電子控制系統提供了改進的燃油經濟性，同時降低了有害的污染。總之，沒有電子控制系統產生供油系統所需的控制信號，并且同時通過執行精確控制算法降低污染及改善發動機性能、經濟性和安全性就無法獲得發動機供油元件系統設計的全部操作優點。
第二，通過將所有氣缸的噴射控制信號進行組合，并且將這些控制信號提供給單個噴射器控制輸出，從而使發動機腔室中的布線大大減少。特別是，系統只需要一個單根的短線從控制系統引到單個噴射器電磁閥，而不是需要六根或更多線，以便將每一根線引到不同的氣缸蓋上的噴嘴上。在希望將數值計算機控制功能同電磁閥的功率驅動電路上分開的情況下，單個噴射器電磁控制輸出的措施使其可以依靠一個位于數值控制裝置和動力驅動電路之間的簡單的連接總線。這個總線可以使用簡單的二進制控制信號并且可以用少到三至四根線就可以控制所有泵送和噴射功能的時刻。作為對比，現有技術的帶有電子控制組件的控制總線則需要六根或更多的總線才能夠控制單氣缸噴射器電磁線圈，并且還要附加線來控制儲壓器壓力。發動機元件中的線的數量和線的長度的減少降低了成本并且促進其保持線路具有極高可靠性。在象燃油噴射系統這樣的基本系統中，減少系統中線的量就可以通過降低這些基本連接在發動機工作期間被熱損傷、機械損傷以及發動機維修期間被損傷的可能性來增強其可靠性。減少線的數量同樣也減少了所產生的電磁干擾和受到的電磁干擾，因而減少了對控制電路中的防護及對EMF的過濾的需求。由于所有的這些原因，本發明控制系統所實現的布線數量的減少是一個很大的優點。
第三，通過加入后EMF感應功能，與現有技術中帶有多個電磁控制輸出的電路相比，本發明的控制電路可以更容易、更有效地用來產生更精確的噴射定時和供油率。這些優點是由于本發明的電路只有一個噴射電磁閥輸出，其中的電流必需被監控而獲得的。在現有技術中，它即需要提供一組后EMF感應電路，還需要一個使單個的電路感應流經一組噴射器電磁閥的聯系電路。而本發明的控制系統通過提供一個燃料泵電磁閥的組合控制并將所有的噴射器電磁信號傳遞成單個輸出，進而給一個單個的噴射器電磁閥，從而取消了將后EMF傳感器與電磁閥連接的多根線和開關裝置。這樣，該電子控制系統即減少了電磁場類型，也減少了與傳感器操作相干擾的聯系電路類型。另外，這種設計使得它有可能更容易地動態補償由時間段的變化和開啟指定噴射閥所需的電壓的變化而產生的制造變化及損耗，使閥在所希望的精確時間開啟。必需感應一個單個的閥，而且由于該閥始終被用于控制所有氣缸的噴射，因而感應算法能夠更迅速地檢測發動機工作期間相應于時間的閥的變化。該系統可以儲存和分析該信號，把其轉換成描述閥相應于輸出信號的數據，而不是試圖去補償一組不同的閥的不同變化。
第四，與帶有多個電磁控制輸出的現有技術電路相比，本發明的控制電路可以更容易、更有效地進行燃料噴射的比率成型。這個優異的結果是由于本發明的電路只有一個噴射器電磁閥控制而獲得的。因此，需要對閥門特性和通過一組氣缸的均勻特性進行精確預測的比率成型操作在必需起動只有一個閥門控制信號電路的時候才能夠更為精確地實現。響應于不同的信號線路的變化和響應于一組電磁閥的變化由于本發動的結構而被取消。而本發明的控制系統通過提供一個燃料泵電磁閥的組合控制并將所有的噴射器電磁閥信號傳遞成單個輸出，進而給一個單個的噴射器電磁閥，從而取消了將比率成型指令傳送給電磁閥的多根線和開關裝置。這樣，該電子控制系統即減少了電磁場類型，也減少了與精確電磁脈沖操作相干擾的聯系電路類型。另外，如上所述，這種設計使得它有可能更容易地動態補償由時間段的變化和采用后EMF技術開啟噴射閥所需的電壓的變化而產生的制造變化及損耗。后EMF和比率成型技術的組合用在本發明中可以使燃油噴射到達一個更精確和更迅速的程度，這在多個閥門控制系統的現有技術中是很難實現的。特別是本系統能夠儲存和分析信號，將其轉換成描述閥門響應于輸出信號的數據，而不是試圖去補償一組不同的閥的不同變化，并且能夠使用響應于單個閥門的這一信息來實現所希望的比率成型功能。
因而，這里所公開的電子控制系統可以對發動機的操作、燃油經濟性、污染和產品的經濟性進行極大的改善。


圖1表示了本發明的燃油系統和控制系統的方框圖；圖2a表示了本發明圖1所示燃油系統的電控系統的方框圖；圖2b至圖2e表示了圖2a所示電控系統的干涉和動力部分具體結構的電路圖；圖3為圖4至10中所討論控制方法的分級關系方框圖；圖4是本發明發動機轉速控制方法(ESP)的流程圖；圖5是本發明發動機轉速控制方法的發動機位置處理部分的流程圖；圖6是本發明發動機轉速控制方法的速度處理部分的流程圖；圖7是本發明供油命令轉換算法(FCA)的流程圖8是本發明泵油命令轉換算法(PCA)的流程圖；圖9是本發明閥活動控制算法(VEC)的狀態圖；圖10是本發明的儲壓器壓力傳感取樣(PSS)算法的流程圖；圖11a是由本發明控制的比率成型裝置的截面示意圖；圖11b的圖形表示了采用圖11a所示裝置的本發明所產生的燃油噴射壓力波形；圖12a的圖形表示了采用圖1所示壓力噴射閥所產生的第二燃油噴射壓力波形；圖12b的圖形表示了由于采用現有技術中不同的電磁閥而使波形產生的變化；圖13的圖形表示了同時采用圖11所示的裝置和圖1所示的噴射閥時本發明所產生的噴射壓力波形；圖14是本發明所采用的類型的起動電路示意框圖；圖15表示了本發明所公開的后EMF技術測出的在閥運動期間的一個電流波形；圖16表示了本發明的后EMA檢測回路的示意圖；圖1 7為采用本發明的電磁閥和后EMF感應回路工作時的波形圖；圖18為一種典型的電磁閥的B和H之間的關系曲線；圖19是一種可為本發明的電磁噴射閥提供三個不同電壓的電路方框圖；圖20表示對應于電磁閥運動的電磁壓力時序的時序圖；圖21為本發明一實施例的方框圖，在該實施例中控制系統用于補償分配器和各氣缸間燃油管路不等長所造成的影響；圖22是本發明的燃油管路長度補償算法的流程圖；圖23比較了升壓系統的時間對應的操作電流與本發明另一實施例的預壓系統的時間所對應的操作電流；圖24a表示了在泵油和供油過程置換時通常儲壓器的壓力變化，圖24b表示了在工作期間與正常壓力相比一種不正常的壓力波形；圖25是本發明的一種用于檢測泵是否工作正常的算法的流程圖，采用該檢測方法不需要復雜的波形過濾、分析和處理；圖26表示了一種脈沖波形，該脈沖波可在即使沒有發動機位置參照值的情況下也能使儲壓器增壓；和圖27是控制系統的方框圖，該控制系統用于一個非車載發動機，如用于發電機。
圖1表示了整體的燃油輸送組和控制系統，以標號10表示，它是由本發明表示的方法控制的。所述的系統中包括一個高壓儲壓器12，用于接收高壓燃油以將其送入發動機的燃油噴射器；一個高壓泵14，該泵用于接收從一個低壓燃油供給泵15供入的低壓燃油，并將高壓燃油供給儲壓器12，和；一個燃油分配器16，用于使燃油周期性地通入儲壓器12和各發動機氣缸(圖中未示)的噴嘴11。
所述的燃油輸送組也包括一個或多個噴射控制閥20，這些控制閥位于從儲壓器12到分配器16的燃油供給管路上，用以根據從電控組件(ECM)13收到的控制信號控制噴入各氣缸的燃油定時和定量。同樣，在供油管路到泵14的位置上設置至少一個油泵控制閥18、19，用于控制供入儲壓器12的燃油量，從而保持儲壓器12內燃油壓力。本發明還設有一個壓力傳感器22，以測量儲壓器12內的燃油壓力。
本發明的燃油系統的部件可以采用一份在申請美國專利中所公開的結構(該美國專利申請的申請日為1993年5月6日，申請號為08/057,489，申請名稱為“結構緊湊的高性能燃油系統”)，而且它最好采用另一份在申請美國專利中所公開的結構(該美國專利申請的名稱與上一份相同，申請日為1994年5月6日，并且是一份以美國專利局為受理局的PCT申請)，本發明參考了這兩份專利申請。本發明的噴射控制閥20最好采用下述兩份美國專利申請中的一種中所公開的結構，即申請日為1993年3月19日、申請號為08/034,841、申請名稱為“力平衡的三通電磁閥”的美國專利申請，或申請日為1993年3月31日、申請號為08/041,424、申請名稱為“套筒中帶銷的結構緊湊的三通閥”，本發明也參考了這兩份專利申請。本發明的高壓泵油機構14、18和19可采用下述美國專利申請中所公開的結構，該美國專利申請的申請日為1993年5月6日、申請號為08/057,510、申請名稱為“用于燃油噴射系統的可變容量高壓泵”，本申請還參考了這份專利申請。本發明的分配器16可采用下述美國專利申請中所公開的結構，該美國專利申請的申請日為1993年9月8日、申請號為08/117,697、申請名稱為“用于高壓燃油噴射系統的分配器”，本發明中同樣參考了該專利申請。
ECM13根據不同的發動機工況對泵控制閥18、19和噴射控制閥20進行控制，以便準確控制分配器16送入噴嘴11中的燃油量，從而進一步有效地控制燃油的定時、輸送和計量。ECM13通過噴射控制線24與噴射控制閥20相連接。噴射控制線24可按下文將要描述的方式使ECM13對噴射控制閥20的運行情況進行監視和控制。ECM13還與泵控制閥18、19和壓力傳感器22相連。ECM13可以用壓力傳感器22監視儲壓器12內的壓力，還可以控制泵控制閥18和19的工作，從而保證儲壓器12的燃油壓力在一個預定值。下面還將進一步描述本發明的上述功用。
圖1中還表示了用來感應內燃機工況的ECM13的外部連接。ECM13通過輸入線30、32和34與發動機外部監視裝置相連。雖然圖1中只表示了三根連接線，但是可選用任何數量的連接線將發動機的傳感器與ECM13相連接。如圖所示，輸入線30與發動機位置傳感器31相連，用以向ECM提供有關內燃機位置的信息。例如，位置傳感器可設置在內燃機的凸輪上，且其形狀可適于向ECM提供一個單脈沖信號。該信號可以表示發動機的氣缸1位于上死點(TDC)位置處。用這種方法，發動機凸輪每轉動一圈都可以準確確定內燃機的位置。當然，在本發明的發動機控制系統中也可以采用其它的位置傳感裝置，以實現本發明的目的。
輸入線32與速度傳感器33相連接，以向ECM13提供有關內燃機速度的信息。例如，速度傳感器可以是一個霍爾效應型的傳感器，它能在曲軸上的每一個齒通過該傳感器時，產生并向ECM13傳送一個脈沖信號。假設曲軸上有72個齒，那么發動機曲軸每轉完一圈便向ECM13提供72個脈沖信號。測量這些脈沖信號間的時間間隔，ECM13即可很容易地準確確定內燃機的轉速。當然，本發明也可選用其它類型的傳感器。
輸入線34與節氣門位置傳感器35相連接，它可以向ECM13提供有關發動機目前節氣門位置的信息。節氣門傳感器35可選用任何一種類型的用以檢測內燃機節氣門位置的標準傳感器。
利用從發動機位置傳感器31和速度傳感器33所得到的信息，ECM13可以方便、準確地確定在任何一個時刻內燃機的轉動位置。具體來說，發動機凸輪每轉動一周，發動機位置傳感器31便可提供一個表示發動機預定位置的信號。如上所述，在收到該脈沖信號時，該傳感器便向ECM13提供了一個表示發動機準確的轉動位置的位置信號。此外，亦如上文所述，發動機速度傳感器33在發動機曲軸正時齒輪的每一齒處產生脈沖信號，從而提供了一系列的脈沖信號。因此，如果曲軸正時齒輪的齒數已知，那么通過計脈沖的個數并將它與曲軸轉動一周的總脈沖數量相比較，即可得知曲軸正時齒輪的轉動量。
為便于說明，如果假設曲軸正時齒輪的72個齒，那么發動機曲軸每轉動一圈ECM13便從速度傳感器33接收到72個脈沖信號。此外，由于發動機凸輪軸每轉一周(360°)則發動機曲軸轉動二周(720°)，所以發動機曲軸轉動一圈將使ECM13從速度傳感器33接收144個脈沖信號。當ECM13從位置傳感器31接收到表示位置的脈沖信號后便開始計數收到的脈沖信號。假設ECM13從前次的最后一個脈沖信號(表示第一缸的上死點位置)起，從位置傳感器31接收到了36個脈沖信號，那么，ECM13就可用數學方法計算出內燃機的位置。36除以144得0.25，這就表明發動機的氣缸1已從上死點處轉動了四分之一圈。同樣地，由于凸輪轉動一圈發動機曲軸轉動兩圈，所以這36個脈沖信號表示從收到位置傳感器31前次的最后一個脈沖信號起，發動機曲軸也已轉動了半圈。
如上所述，位置傳感器31可與內燃機的曲軸相連接，并在一個預定位置提供一個準確表示發動機轉動位置的脈沖信號。由于制造和使用上的誤差，發動機曲軸還要對發動機的轉動位置進行更準確的測量。但是囿于空間和尺寸上的限制，無法也無需在發動機曲軸上再設置一個附加的位置傳感器。因此為克服上述缺陷、可使位置傳感器31與發動機曲軸連接，以便在速度傳感器產生一個脈沖信號(該脈沖信號表示發動機的一個已知的預定位置)前的某一時間產生一個脈沖信號。這樣，當ECM13接收到位置傳感器31發出的脈沖信號后，ECM13即可知道當發動機處于預定位置(如第一缸的上死點)時，就能從速度傳感器33收到下一個脈沖信號。依此方法，控制系統便能根據發動機的曲軸進行準確的位置測量，而無需在曲軸或曲軸正時齒輪本身設置另外一個傳感器。
本領域的技術人員可從以上的例子中理解到只需采用上述的發動機位置傳感器31和速度傳感器33即可準確測定內燃機的轉動位置。另外，本領域的技術人員也能夠理解到也可采用兩個這樣的傳感器來確定發動機的位置的速度下面將詳細描述ECM13如何利用壓力傳感器22來監視儲壓器12內的壓力，如何控制泵控制閥18和19以保證儲壓器12內的燃油壓力。首先參見圖1，燃油通過泵控制閥18和19從低壓供油泵15供入高壓泵14中。
通常，泵控制閥18和19是處于打開狀態的，這樣在各泵14向下沖程時，燃油可以從低壓供油泵15送出。在泵14的壓縮沖程期間，泵控制閥18和19依然開啟，則燃油便會被迫流回到低壓供油泵15中，或流經一個出油管(圖中未示)再流回到油箱中。但是，如果需要向儲壓器12中提供附加的壓力燃油，那么在各高壓泵14的壓縮沖程期間，泵控制閥18和19將被關閉。隨著泵控制閥18和19的關閉，高壓泵14的腔室中將形成壓力，直至該壓力足以克服儲壓器12內的壓力，從而打開各自的單向閥36。由于高壓泵中存有加壓的燃油，所以這些燃油便通過單向閥進入到高壓儲壓器12中。
由于泵14產生了極高的壓力，所以即使在ECM13上不再有控制信號時，泵控制閥18和19也是保持在關閉位置上的。這樣在來自高壓油泵14腔室的壓力作用下，控制閥18和19便會保持在其關閉的位置上。在本發明的最佳實施例中，泵控制閥18和19無需采用昂貴的高壓閥，而只要采用一個較便宜的電礠操縱閥即可使之保持在關閉位置上，因為不論ECM13的控制信號是否存在，高壓泵14所產生的壓力都可以使所述的閥保持關閉。本發明的另一個優點還在于ECM13可以計算泵油開始的時間，給出泵油的指令并繼續執行其它任務。ECM13不必指示泵油的結束，因為當高壓泵14的柱塞向下運動并從泵控制閥18和19釋放壓力時，泵油過程便會自動停止。
因此正如下面結合本發明所用的軟件將要詳細描述的那樣，ECM13只需用來確定應在高壓泵14壓縮沖程中的哪一點上，相應的泵控制閥18或19應關閉。為簡化這一確定過程，ECM13依靠壓力傳感器22來監視儲壓器12中的壓力。當對壓力傳感器送來的信號進行分析后表明儲壓器12中需要添加附加的壓力燃油時，ECM13便計算應在高壓泵14壓縮沖程的哪一點處將相應的泵控制閥18或19關閉。然后ECM13產生一個適當的定時信號，以保證適量的壓力燃油加入到儲壓器12中。
如上所述，一俟ECM13關閉泵控制閥18或19，高壓泵14中產生的壓力便可使泵控制閥18或19保持關閉狀態，直到泵油過程結束。當然ECM13也向泵控制閥18或19發出一個控制信號，該信號的長度應確保高壓泵14中建立起的壓力足以將泵控制閥18或19保持關閉。在本發明一個較次之的實施例中，ECM13產生一個固定時間長度的信號，并以該固定長度的信號來控制泵控制閥18或19。由于高壓泵14與內燃機是機械聯接的，所以泵14的速度隨發動機的速度而變化。這就導致了泵14腔室內形成的壓力隨發動機的速度改變。因此，當內燃機低速運轉時，為確保高壓泵14內產生適當的壓力，便于將泵控制閥18和19固定在關閉位置上，因而ECM13必需要用一個非必要長度的固定時間。然而在內燃機高速運轉時，這一固定長度的時間信號就是不必要的了。
因此，在本發明的最佳實施例中，ECM13產生一個用于泵控制閥18和19的控制信號，該信號的長度與內燃機的轉動位置有關。例如，一個大約相當于發動機曲軸轉動40度所需的時間。在曲軸轉動40度的時間(與發動機的轉速無關)內，泵14也在泵腔內產生大致相同的壓力。按照這一方法，ECM13可以為泵控制閥18和19產生一個控制信號，該信號的長度至少應能保證高壓泵14產生適當的壓力，以使泵控制閥18和19不受發動機速度的影響的保持關閉。
ECM13還在發動機起動期間以一種獨特的方式操縱泵控制閥18和19，以便易于儲壓器12內的加壓。下文將結合發動機位置傳感器對上述操作過程進行詳細說明。
圖2a所示為本發明控制系統的方框圖。從該圖中可以看出，在本發明的最佳實施例中，所述的控制系統包括一個數字控制部分232和一個驅動部分234，這兩個部分通過連接器200相連。數字控制部分232和驅動部分234應予分開，以避免這兩個部分之間的電磁干擾(EMI)。然而如果能消除或減少EMI問題，從節省空間的角度考慮似應將上述兩個部分合并在一個單一的、整體的單元里。
通過連接器200與驅動部分234相連的還有電池228的正極和負極，以及一個車輛開關顯示器236。電池的兩極向驅動部分234提供動力，且驅動部分234用這些端極來控制燃油系統的供油和泵油單元的操作。此外，開關顯示器236用于指示車輛開關已打開，從而設置一個故障保證機構，以防止車輛開關處于關閉位置時供油或泵油回路的誤操作。
數字部分232包括一個微處理器230，它可以是摩托羅拉(MOTOROLA)已投入商業生產的68331或68332。同樣，數字部分232還包括相應的支持集成電路(圖中未示)，以便操作微處理器230。此外如果操作微處理器230需要，數字部分232可以包括附加的存儲器或數字電路。
一般來說，在本發明中通過連接器200將數字部分232和驅動部分234連接在一起是非常簡單的。這是由于燃油系統的設計和單個噴射電磁閥的使用而造成的。在本發明最佳實施例中，數字部分232向驅動部分234提供一個泵指令、泵選擇和一個噴射指令信號。泵選擇信號直接用于關閉與被選定的泵14相應的泵控制電磁閥18或19，以開始泵油過程。噴射指令信號直接用于驅動電路，以打開噴射控制閥20，這樣燃油便從高壓儲壓器供入分配器16所選定的發動機氣缸中。
從上述說明中可以看出，在本發明的控制系統中，數字部分和驅動部分的連接非常簡單。由于需要(或是必須)而將上述兩部分分開以避免它們之間的電磁干擾，本發明中所需的連接數量的減少將會大大降低本發明控制系統的成本和復雜程度。
如圖2a所示，驅動部分234包括噴射電磁閥驅動回路238，高壓升壓回路240，開關處理回路242和泵電磁閥驅動回路244。通常，電池的端極加在高壓升壓回路240和開關處理回路242上。高壓升壓產生回路240利用電池的電壓來產生一個高壓輸出246，該輸出信號送至噴射電磁閥驅動回路238和泵電磁閥回路(如有必要的話)。由于在本發明中只有一個噴射電磁閥，它就不必采用多個升壓回路或用于向多個噴射電磁閥提供升壓的復雜的高能量開關結構，這就大大降低了本發明系統的成本和復雜程度。開關處理回路242利用電池的電壓，產生一個施加在門電壓輸出端248上的門電壓，所述的門電壓輸出端則用來驅動噴射電磁閥驅動回路238中的電路和泵電磁閥驅動回路244。采用這種方法，只有在開關處理回路242根據一個有效的開關指示236在門電壓輸出端248上產生適當的門電壓時，噴射電磁閥驅動回路238和泵電磁閥驅動回路244才會工作。因此，開關處理回路242被作為防止控制系統誤操作的故障保證機構。
噴射電磁閥驅動回路238通過一個噴射命令指令線與微處理器230相連。泵電磁閥驅動回路244通過泵選擇信號線和泵指令信號線與微處理器230相連。上述三條連線提供用于控制噴射電磁閥驅動回路238和泵電磁閥驅動回路244的工作。
噴射電磁閥驅動回路238包括噴射電磁閥控制器202，高壓側驅動回路204，電流感應回路206和低壓側驅動回路208。噴射電磁閥控制器202通過連接器200與噴射指令信號線相連以接收噴射指令，與升壓驅動回路205相連以控制送至噴射電磁閥20的高壓控制信號的應用，與電流感應回路相連以接收一個供給噴射電磁閥20的電流值的指示信號，并與低壓側驅動回路208相連以接收一個噴射指令。高壓側驅動回路204和低壓側驅動回路208與噴射電磁閥20和電流感應回路206相連，從而感應電磁閥的電流。
高壓升壓產生回路240包括一個高壓產生回路212和升壓輸出回路246。高壓產生回路212通過連接器200接收來自電池228的電池電壓，并產生一個施加在升壓輸出端246上的高壓升壓信號。通常該升壓在100V-250V直流電的范圍內，最好在150V-200V直流電的范圍內。由高壓升壓產生回路240產生的高壓施加到噴射電磁閥驅動回路238上，用于操縱噴射電磁閥。
泵電磁閥驅動回路244包括泵電磁閥控制器216，高壓側驅動回路218，電流感應回路220和低壓側驅動回路222。泵電磁閥控制器216通過連接器200與泵指令信號線相連，以接收泵指令信號；它還與高壓側驅動回路218相連，以控制送至泵控制閥18/19的電壓控制信號；它再與電流感應回路220相連，以接收表示當時供應到泵電磁控制閥18/19上的電流信號；最后它還與低壓側驅動回路222相連，以接收一個泵指令。高壓側驅動回路218和低壓側驅動回路222與泵電磁控制閥18/19和電流感應回路200相連，以便感應電磁閥的電流。
現參照圖2b-2e進行說明，這些圖中表示了可用于本發明控制電路的一個回路的電路示意圖。具體來說就是圖2b說明了一個可用于實現噴射電磁閥驅動回路238的回路；圖2c說明了一個可用于實現高壓升壓產生回路240的回路；圖2d說明了一個可用于實現開關處理回路242的回路；圖2e說明了一個可用于實現泵電磁閥驅動回路244的回路。為清楚起見，圖2b-2e采用了圖2a中所使用的標號。
首先參見圖2b所示的噴射電磁閥驅動回路238。噴射電磁閥238用來提供操作噴射控制閥20所必須的電信號。這些電控制信號包括；一個高壓升壓信號，一個大電流電磁閥引入信號和一個小電流電磁閥保持信號。通常，高壓升壓信號由150-200V的脈沖信號構成，該脈沖信號持續時間約為100微秒(只用于上升邊)。應用該升壓信號后，施加約500微秒的大電流牽入信號。最后，在噴射期間施加通常由12V電池電壓產生的低壓保持信號，以便將噴射電池控制閥20保持在其開啟位置上。如圖2b所示，噴射電磁閥控制器202包括一個集成電路電磁閥控制器。該集成電路控制器是應用特性集成電路(ASIC)，該電路的程序用來實現上述驅動信號的產生和使用。此外，控制器202包括一個電流傳感器，該傳感器用來監視通過噴射電磁閥的電流，并向噴射電池提供一個脈沖寬度調節的激勵信號，從而將電流保持在預定的寬度范圍內，如在引入電壓狀態時該電流為18-22A，而在保持狀態時該電流則為9-11A。本領域的技術人員從該圖中即可了解，圖2b的其余部分包括高壓側驅動回路204、電流感應回路206和低壓側驅動回路208。
參見圖2c，圖中表示了連接器200和升壓輸出端246。圖2c的其余部分構成本領域技術人員易于理解的高壓產生回路212。類似地，如圖2d所示，圖中表示了連接器200和門電壓輸出端248，而其中的其余部分則構成了一個本領域技術人員易于理解的開關處理回路220。在圖2e中，泵控制器216也包括一個與如上所述的操作類似的、對應噴射電磁閥驅動器的ASIC，它具有電流感應功用和脈沖寬度調節，以便將電磁閥電流保持在預定的預定范圍內。然而泵控制閥的操作也可以不需要升壓驅動電路。
下面將詳細描述ECM13和相應的數字部分232所使用的軟件，該軟件用來實現發動機的控制功能。很有必要了解到，ECM13包括一個如68331或68332的微處理器，該微處理器可以從摩托羅拉公司買到。所述的微處理器可用作能實現內燃機、或車輛、或安裝該內燃機的裝置的操作有關功能的計算機。例如，微處理器除了控制發動機的供油外，它還可以進行車輛診斷測試和/或向驅動器或其它遠處的輸送有關車輛性能的進一步信息。
然而，為了適時地進行發動機的供油，內燃機的供油需要準確的操作定時。因此，為了進行多種操作，本發明的微處理器的其它操作可以被迫中斷，以進行供油操作。當每次被迫中斷發生時(它發生在每次從位置傳感器31接收到位置脈沖信號和從速度傳感器收到速度脈沖信號時)，ECM13便進行一系列的數字計算，用實現發動機的供油和儲壓器的升壓。由于微處理器的被迫中斷，所以車輛所需的微處理器或其它控制器的數量可以減少，而仍能對發動機供油進行準確控制。
此外，雖然在上文中討論的是使用68331微處理器，且在所附的軟件中指定的是在68331微處理器上的操作，但將本發明投入商業使用時，最好采用如68332等類似的微處理器。因為與68331處理器相比，68332支持更先進的定時操作。特別是，在68332處理器中包括一個時間處理單元(或稱TPU)，而68331處理器只包括一個用于一般目的的計時器(或稱GPT)。由于燃油噴射和泵油過程的控制需要非常準確的定時控制，具有TPU更好一些，所以說使用68332處理器更好。對本領域的技術人員來說，完全可以將本文中對68331的說明和軟件中的本發明的原理應用到68332或其它處理器上。
在本文所述的燃油控制系統和所附的軟件中，采用了帶有一個GPT的68331處理器。68331處理器的GPT只用于在一個預定的速度下計數定時脈沖數量。例如，GPT可按程序計數每10毫秒的脈沖數量。依此法，GPT即可通過計算在GPT上兩次之間的差來確定兩次之間的時間，也可利用68331處理器的比較操作輸出，在一個預定的時間開始新的一次，它與現有技術中的方法相似。
下面將討論本發明的控制系統所用的軟件。圖3說明了本發明所采用的控制方法的分級關系。如上所述，本發明的控制系統主要是被迫中斷的。主要中斷路徑發動機速度處理(ESP)路徑300。該路徑處理所有由發動機的速度傳感器33和位置傳感器31產生的中斷信號。所附軟件的部分A中給出了一套ESP算法的源代碼。同樣在附件的部分I中也給出了所附軟件中各種算法所用的不同定義。
ESP執行的算法中含有三個子路徑(或稱子算法)。其中儲壓器壓力傳感器取樣(PSS)算法302進行各種用于控制儲壓器12內燃油壓力的、與發動機速度同步的計算。PSS算法與ESP算法結合在一起形成所附軟件中部分A的ESP算法。儲壓器壓力設定值(PSE)算法304和儲壓器壓力控制(PCR)算法306為該壓力處理過程期間PSS算法302所采用。PSP和PCR算法的源代碼分別在所附的軟件的部分B和C中表示。
位置處理算法308通常作為ESP路徑300(所附軟件部分A)的一部分來完成。位置處理算法308的作用在于對位置傳感器31產生的中斷進行專門處理。
速度處理算法310在該例中也作為ESP路徑300的一部分(所附軟件部分A)。速度處理算法310為速度傳感器33產生的中斷信號提供支持。每當速度傳感器33產生中斷信號(可以是10-50度發動機曲軸轉角)時，速度處理算法便進行計算，因此，速度處理算法也用作為供油和泵油進一步控制的一個切入點。
發動機燃油系統的控制由燃油指令轉換(FCA)算法312進行。該算法可確定是否需要供油，并進而確定是否開始且持續該供油過程。FCA算法312采用供油到持續轉換(FON)算法314來計算供油的持續時間。閥控制(VEC)算法316向發動機控制系統所用的燃油閥提供具體的控制信號。FCA、FON和供油VEC算法的源代碼分別在所附軟件的部分D、E和F中表示。
儲壓器燃油供給泵油系統的控制由泵油指令轉換(PCA)算法318完成。PCA算法計算泵14適當的關閉角度，并將該角度轉換轉換為一個適當的時標基準，以供閥控制(VEC)算法320處理。VEC算法320對泵控制閥18和19進行控制，以便高壓泵14將燃油供入儲壓器12中。用于供油閥控制的VEC算法316和用于泵油閥控制的算法320基本相似。但是，由于這些算法可以同時工作，所以它們也可以作為兩個獨立的軟件程序來實施。同樣地，PCA和VEC的泵油算法的源代碼分別在所附的軟件的部分G和H中表示。
現在詳細說明上述各算法。當接到一個插入信號時，燃油系統控制器便執行一系列的計算機軟件程序，對燃油系統進行監視和控制。下面將參照相應的、表示該程序流程的附圖詳細討論上述的各種程序。此外，正如上文所述，由這些流程圖表示的軟件的源代碼在所附的縮微膠片中表示。
圖4是本發明所用的發動機速度處理算法(ESP)的流程圖。該程序從圖4中的框400開始，在這一步程序確定正在處理的中斷信號源。如上所述，當接到來自發動機感應系統(即速度或位置傳感器)的中斷信號時，圖3中所示的ESP算法便開始工作。參見圖1及相應的說明部分，中斷信號既可以由位置傳感器31產生，也可以由速度傳感器33產生。因此，圖4中的框400首先確定是否正在處理由發動機位置傳感器31或發動機速度傳感器33所產生的中斷信號。如果中斷信號是由發動機位置傳感器31產生的，那么處理過程便途徑402到方框404，在方框404運行位置處理算法。方框404中所示的位置處理算法在圖5中詳細示出，后面將結合該圖再進行討論。
位置處理結束后，程序運行到方框406。在方框406中，發動機速度處理算法檢查發動機速度傳感器(ESS)診斷程序是否已運行。假如該系統發現發動機速度傳感器有一個錯誤或失誤，那么將運行ESS。該診斷程序包括特殊的處理路徑，以修改或補償傳感器的錯誤，或只是簡單地指示錯誤的產生，以便維護人員在對程序進行檢查時注意到這個錯誤。如果一個錯誤連續發生，那么在對該傳感器進行維修以前，ECM13可以一直對這一錯誤進行修正。
如果ESS診斷程序運行，表明速度傳感器處于不正常的狀態，那么速度處理算法將進行到方框408。這樣，如果發動機轉速傳感器失靈的話，那么發動機就將在一個排量被減小的狀態(或稱“LIMPHOME”狀態)下工作。這就導致了形成一個發動機速度的近似值，該值可用在需要從發動機速度傳感器收到準確數據的地方。然后該發動機近似值被用以供油和泵油的控制。關于速度處理算法具體操作將結合圖6在后面進一步說明。如果ESS診斷程序沒有工作或在速度處理算法操作完成以后，則程序將回到方框410。
方框410表示了一個可用于本發明的選擇控制算法，但對該燃油控制系統的正常運行來說，該算法并不是必須的。在方框410處，該燃油系統決定除了處理發動機位置傳感器的數據外，是否需要處理發動機速度傳感器的數據。如果根據需要，要在程序的這一位置處處理發動機速度傳感器數據，以避免數據處理過程中不必要的延時。該延時是由于程序等待速度傳感器中斷信號的需要而造成的。如果程序處于非檢測狀態，即無需對發動機速度傳感器的信號進行處理，那么程序將進入方框412，并結束發動機速度處理算法。然而，如果程序處于ESS狀態，即對發動機速度傳感器數據進行處理，那么程序轉入方框420，且速度處理程序將依下述方式進行。
現回到圖4的方框400，如果決定有來自速度傳感器33(見圖1)插入信號，那么處理過程經路徑401到達方框414，在該方框處執行一個壓力控制算法。后面將結合圖10對方框414所示的壓力控制算法進行說明。在壓力控制算法完成以后，程序將繼續進入方框416，該方框確定通用定時器的當前值與最后一次速度處理中斷信號時的值的差值。如上所述，在GPT中的該差值可用來確定燃油控制系統中兩次之間的時間。在GPT中的差值(或稱差值)表示兩次速度傳感器插入信號之間的時間，即用接收到的脈沖數乘以GPT脈沖之間的時間表示從上一次速度插入信號產生后經過的時間。已知上一次脈沖后所經過的時間和兩次速度傳感器中斷信號之間的曲軸轉角后，便易于計算出準確的發動機速度。
方框416中計算出的值，GPT中兩次速度傳感器插入信號間的差值，也可有選擇地到達方框418中所示的發動機速度算法(ESA)中。ESP在基本狀態下工作(即它不需要與內燃機同步，但卻是連續工作的)，且ESP將發動機速度的信息提供給內燃機控制系統中的其它算法和其它的車輛系統。下面描述對原始速度數據的具體處理，該處理是由用于燃油控制系統的速度處理算法進行的。
該處理過程繼續進入到方框420執行速度處理算法。速度處理算法將在下面結合圖6及其相應的說明加以解釋。
在完成發動機速度處理算法以后，該控制系統檢查在方框422中的是否有任何TDC診斷程序已被執行。如果TDC診斷程序已執行，則說明內燃機位置傳感器發生誤差。如下將結合發動機處理位置算法進行的說明，若速度傳感器的插入數超過一個預定值，那么，便可查出位置傳感器已失靈且TDC診斷系統已運行。如果TDC診斷系統已運行，則處理過程進入方框424，并檢查位置信號的實用性。依此法，即使在位置傳感器失靈的情況下，控制系統也可繼續運行，這就使發動機在位置傳感器進行維修以前維持運轉。但是如果發動機熄火的話，那么它就無法再起動，因為在控制系統中缺少位置信號，因此也就無法向發動機氣缸正確地供油。然而，在本發明的最佳實施例中，位置信號也可改變為速度傳感器信號，從而使得發動機再次起動。但即使在這種情況下，發動機也是在一個修正態下工作的，因為僅憑曲軸速度傳感器是無法得知準確的發動機位置。
下一步，在方框426運行位置處理算法。如上所述，位置算法在圖5中表示，并將結合該圖在下面進行描述。如果在方框422沒有運行TDC診斷程序或方框426中的位置處理算法完成以后，處理過程將進入方框428。
在方框428中，對TDC狀態進行，如果檢查出是處于TDC狀態，那么處理過程轉入方框404，進行正常的位置處理。如果在方框428中檢查出不是處于TDC狀態，那么處理過程轉入方框412，結束所述的算法。
方框428與方框410的目的相同，且方框410表示一個可有選擇的用于本發明的控制算法，但它卻不是保持該燃油控制系統的正常工作所必須的。在方框428中燃油系統確定除了對發動機速度傳感器的數據進行處理外是否還要對發動機位置傳感器的數據進行處理。如方框428所示，該步驟可以根據需要在程序的這個位置對發動機速度傳感器的數據進行處理，以避免在處理數據過程中不必要的延時，該延時是由于需要等待位置傳感器的插入信號而造成的。如果沒有運行TDC程序，表明不需要處理發動機位置傳感信息，則控制程序進入方框412，且發動機速度處理算法結束。但如果是處于TDC狀態，表明需要處理發動機位置傳感器的數據，則控制程序轉入方框404，并如上所述，按正常情況進行速度處理。
在圖4的方框404和405中所示的位置處理算法將參照圖5進行詳細說明，圖5對該算法進行了更加具體的說明。位置處理算法的基本目的是控制系統軟件的運行與內燃機的轉動位置同步。所述的位置處理算法只是在已從位置傳感器31(如圖1所示)檢測到一個TDC基準信號時才運行。如上所述，該TDC基準信號是直接的或間接的，所謂直接的即指來自位置傳感器的表示處于TDC狀態的信息，所謂間接的則是指來自位置傳感器的表示下一個速度傳感器脈沖表示TDC狀態的信息。
處理過程從方框500開始，在該步驟中程序確定控制系統是否在前面已經建立了一個位置基準信號。在這個確定過程中可以確定是否已收到一個來自位置傳感器31的起始脈沖，或從傳感器中收到了所述的這第一個脈沖信號。在發動機的起動過程中這是關鍵。如果沒有確定這是從位置傳感器接收到的第一個脈沖，則方框504中的計數檢查將失靈，并導致運行方框506中的錯誤位置(或TDC)診斷程序。
如果已經建立了一個位置參考信號，則程序將進入方框504，在此處可證實計數狀態。在方框504，控制系統將對從速度傳感器33接收到的脈沖數和一個預定的正確值或表示脈沖數的確定值進行比較，表示脈沖數的確定值應當是發動機曲軸每轉動一圈所收到的脈沖數。通常該修正值或確定值等于用于通過速度傳感器33感應發動機速度的正時齒輪的齒數。在操作過程中，曲軸每轉動720度，或凸輪每轉動360度圖5所示的算法運行一次，因為在這一時刻通常可以收到一個來自位置傳感器31的位置指示脈沖。在這一轉動期間，位置計數器收到的脈沖數等于曲軸齒輪上的齒數。因此，在方框504所進行的比較可以通過速度傳感器33來證實在轉動期間沒有產生計數誤差，因為已從位置傳感器31收到了位置脈沖信號。
如果發現位置計數狀態是正確的，則處理流程進入方框508，在該處清除系統診斷標記，說明系統運行正常。但是，如果發現計數狀態有誤，那么程序就轉入方框506，開始運行位置(或TDC)診斷程序。在方框506開始TDC診斷或在方框508清除診斷信號以后，處理過程轉入方框510。在方框510中，位置計數器清除或清零，以便在發動機曲軸轉動下一圈時重新開始計數脈沖數。
程序在方框512繼續運行，且脈沖累加器(PAI)清零到FE十六進位。脈沖累加器的目的是為了便于速度傳感器脈沖的計數。脈沖累加器每從發動機速度傳感器收到2或3個脈沖后計數一次。該過程是由每次從發動機速度傳感器傳來的脈沖在累加器中的增加和當脈沖累加器中累加的脈沖溢出時提供的中斷信號所完成的。在發動機曲軸的正時齒輪的每一個齒通過速度傳感器時，發動機速度傳感器便產生上一個脈沖。通常這導致了每10度發動機曲軸轉動角產生一個脈沖信號。然而，本發明只需要每30度發動機曲軸轉動角來處理一個中斷信號。脈沖累加器通過設置一個裝置輔助上述任務的完成，利用該裝置控制系統每次從速度傳感器接收3個脈沖信號計數一次。
脈沖累加器也用于保持控制系統與發動機的轉動同步。當有一個位置脈沖指示時，脈沖累加器清零至FE十六進位。這樣，在收到第2個速度傳感器脈沖信號時，位置感應回路將分析所產生的插入信號，從而表示一個強制的發動機位置信號，如第1缸的TDC程序。然后，該系統將脈沖累加器清零，以便繼續每次從速度傳感器收到3個脈沖信號便進行的計數。
隨后程序進入方框514，在該步進行位置處理算法，然后根據對位置處理算法的響應，程序返回方框404或方框426。
再返回圖5中的方框500，如果沒有建立位置基準信號，則程序轉入方框502。這種情況發生在前次沒有從位置傳感器32收到一個初始的位置指示脈沖的時候。例如在發動機起動狀態下，發動機的轉動位置是未知的，且要經過一段時間才能從位置傳感器收到第一個位置脈沖信號。如果正在處理的位置脈沖是收到的起始脈沖，那么程序就將建立一個基準值，并從已經建立了一個基準值的方框502繼續該程序。隨后程序轉入方框508，并如上所述，沿方框510、512和514繼續運行。
現參見圖6對圖4所示的方框420和408中的速度處理算法進行詳細說明。速度處理算法從方框600開始，在方框600中確定是否已建立了一個位置基準信號。如果沒有建立位置基準信號，則程序轉入方框602，該框中運行的是一個可選擇的固定泵油算法。反之，如果在方框602中沒有采用可選擇的固定泵油算法，則速度處理算法便在方框604處結束。
由于尚未建立一個位置基準信號，所以還無法進行供油。沒有位置基準信號控制系統不能確定發動機準確的轉動位置。因此，控制系統缺少足夠的信息來確定哪一個氣缸需要供油，或這一供油應何時進行。這種缺少位置基準信號的情況只是發生在發動機起動過程中，特別是發生在發動機的凸輪還沒轉完一圈時的曲軸轉角期間。當發動機凸輪轉完一圈以后，便可從位置傳感器31收到一個位置脈沖信號，并且也如上所述建立了一個位置基準信號。由于在發動機起動過程中沒有收到位置脈沖信號，所以可以運行可選擇的固定泵油算法，以利于發動機的正常起動。
在下述兩份美國專利申請中討論了適用于本發明控制系統的燃油系統的結構和其操作，這兩份申請是申請號為08/057489、名稱為“帶儲壓器的緊湊型高性能燃油系統”的專利申請和與之名稱相同的、于1994年5月6日提交的作為其連續申請的專利申請。從上述申請中可以看出，儲壓器中的燃油需要有很高的壓力(大約在16000PSI到22000PSI之間)，以實現正常的燃油噴射。然而，出于安全及其它的原因，在發動機不工作期間儲壓器內的壓力沒有這么高。因此，當發動機起動的時候，儲壓器12應迅速增壓，以便在收到一個位置傳感信號后可以盡快地開始燃油噴射。
方框602中所示的固定泵油算法即可實現這一目的。如上所述，當ECM13將泵油控制閥18或19關閉時，來自高壓泵14中的油壓將閥18和19保持在關閉位置，直到相應的壓力泵14開始向下運動。然而，由于此時沒有收到發動機位置信號，所以無法準確確定何時關閉閥18或19，以開始泵油過程。此外，也不能僅將閥18或19置于關閉位置，因為這樣的話泵14就無法從低壓泵15中吸入燃油。
所以在本發明中，當發動機起動時，ECM13產生一系列用以控制閥18和19的脈沖信號。這些脈沖信號的保持時間約為20度曲軸轉角，頻寬比約為50％。圖26給出了一種這樣的波形。如圖26所示，泵控制操作信號2600基本為方波，脈沖保持(ON)的時間約為20度發動機曲軸轉角，脈沖消失(OFF)的時間約為20度發動機曲軸轉角。如果在泵14向下的行程中產生了一個這樣的脈沖，那么從低壓泵15流向高壓泵14的燃油流就會立即被切斷，但只要一收到來自ECM13端子的脈沖信號，此燃油流又可從新開始流動。但是，如果這個脈沖是在高壓泵的壓縮沖程中產生的，那么相應的泵14中產生的燃油壓力則將泵控制閥18或19保持在關閉位置，且將高壓燃油加入到儲壓器12中。
參見圖6，如果在框600中已經建立了位置基準，那么就會在框606中繼續執行。在框606中，剛好在電流中斷之前控制系統產生一個特殊的發動機間隔速度值。該速度值通過分析68331微處理器中的一般意義上的計時器和框416中算得的多個計時器的差來確定。框606中的算法確定了微處理器的一般意義上的計時器當前的讀數與前一次的中斷期間一般意義上的計時器的讀數的差。這一計算的結果是在前一次的間隔期間產生一組計時脈沖。這個時間段(即在最后間隔期間由一般意義上的計時器計數的計時脈沖數所代表的時間段)被儲存起來以使之能夠用于后面的燃油系統計時計算。
然后進行框608中的算法，并且增加一個位置計數器。由于速度傳感器33已產生了一個脈沖，表明曲軸正時齒輪的另一個齒或者間隔已經通過，位置計數器需要增加一個計數，以確保計算出精確的發動機轉動位置。
在框610中繼續進行算法，它通過檢查確定出內燃機的起動是否正在發生。如果發動機正在起動(即，使用者正試圖起動內燃機)，控制進到框612，繼而到框614前在框618返回。然而，如果發動機的起動狀態未在框610中表明，控制通過框616并到達框618。如圖6中可以看到的那樣，在框610和框618之間的轉換中將執行兩條路徑中的一條。算法或是執行框612和框614，或是執行框616。決定執行哪一條路徑取決于發動機是否處于起動狀態，這將在下面更進一步描述。
在工作中，本發明的控制系統在每一個中斷期間工作，確定在下一個中斷之前的任何時刻是否需要供油過程或泵送過程。在執行每個算法期間，程序在發動機的下面的30°曲軸轉角中檢查是否需要供油或泵送過程。另外，由于控制算法過程中的延遲，需要確保泵送或供油過程不會發生在發動機曲軸下面的30°轉角加上一個附加的余量，以補償控制算法在完成下一個中斷間隔期間的適當過程中所需的延遲。
在框616中，控制算法期間，時間段的預期調整必須檢查將要發生的供油或泵送過程是否確定。在本發明的最佳實施例中，這個時間段通過分析前一個中斷間隔并以該時間長度做為基準線預定后來的中斷間隔來確定。另外，如上所述，規定有預定的偏差以允許控制算法的計算延遲。一旦該后續的中斷間隔的預定值被確定，程序便進入到框618。
然而，如果發動機處于起動狀態，如框610確定的那樣，來自前一個中斷間隔的位置傳感器數據就會不精確，并且它也許直到下一個中斷間隔也不能反映精確時刻。在這種環境下，框612中的控制算法依賴于更普遍的發動機速度算法或者ESA值。在發動機起動過程中不希望使用框612中的ESA速度基準，因為發動機曲軸的扭震和快速振動速度被改變了。由于它是一個速度的平均值，雖然該值并不象框606中所確定的那樣精確，但是在發動機起動期間，該值改善了起動特性。然后后控制到達框614，在此EFA速度值被轉化成表示發動機曲軸旋轉30°和1°的計時器等同數字。這種轉化使得EFA速度在同樣的裝置中作為框616中確定的速度值，從而使控制過程沿獨立于通常到達框618的路徑到達該框。
在框681中繼續的算法是FCA算法。該FCA算法將參照圖7在下面詳細描述。接著控制轉到了框620，在此執行PCA算法，該算法也會參照圖8在下面進行詳細描述。最后控制轉到框604，速度處理算法結束。
下面參照圖7，FCA算法在圖3的框312中被簡明示出，下面將更詳細地進行討論，圖7中所示的供油控制算法是用來確定在當前的中斷間隔期間是否發生供油過程。如果確定發生該供油過程，FCA算法確定出一個噴射時刻值的開始以及噴射時刻值的延續時間。FCA算法再把這些值轉換成計時器值，其足以控制圖1中所示的噴射控制閥20，并且開始供油過程。
供油控制算法開始于框700，對于在該框中將各發動機氣缸噴射開始值的絕對曲軸轉角轉換為各發動機氣缸基于TDC的噴射開始相對值。該算法接近每個氣缸的上死點已被儲存在內存中的絕對值。每一個預定的氣缸上死點值加上定時角和氣缸特定的較準值，減去閥和管路的延遲，得出的結果表示發動機的至少下面兩個氣缸(也可以是所有氣缸)進行供油的時間。
表示供油過程適當開始的這六個發動機位置將由發動機曲軸旋轉的角度表示，即從0°到719°。下面各種噴射角的相應開始的計算將進入框702。在框702中算出噴射延遲時間的開始，即直到發生下一個燃料噴射過程的時刻(以GPT計算)。通過從每一個算出的供油過程的發動機位置(發動機曲軸轉角)減去當前的發動機位置而產生。該計算結果表示所述的氣缸將開始進行噴射的發動機角度，該角度值然后乘以每曲軸轉角所收到的計時器值以產生一系列GPT計時值，直到每個噴油過程的開始。這是估計的時間(GPT計時值)。
下面執行框704，算法在此確定出當前間隔期間是否發行供油過程，直到框702中算得的噴射開始的計時器值如果小于本中斷間隔(如框616中表示的那樣)完成前的計時器計數值，那么在當前間隔期間將會發生供油過程。如上所述，速度中斷主要發生在大約曲軸旋轉每30°產生的速度傳感器33信號。因此，如果供油過程確定成需要在發動機曲軸旋轉的下一個30°轉角之前發生，那么需要執行發動機供油過程。如從圖7中可以看到的那樣，如果發動機供油過程被確定為需要，則執行框706。然而在該期間，如果確定為不需要發動機的供油過程，則轉到框712，供油控制算法中斷。
接下來在框706中執行供油的接通持續時間(FON)轉換算法。執行FON算法是用來確定圖1中所示的電磁噴射閥20應該在供油過程中保持開啟所需的時間值。這個時間是儲壓器壓力和所期望的供油量的因素，因此作為輸入，FON算法接收該供油量，并且測量上述儲壓器的壓力，該壓力是由圖1中所示的傳感器22通過ECM13測得的。該算法使用供油量和儲存的壓力形成一個包括電磁閥噴射持續時間值的三維查值表。
在本發明的最佳實施例中，FON算法接收預期的供油量和測出的儲壓器壓力。預期的供油量以可能的最大供油量的百分比表示，而測出的儲壓器壓力則以最大可能的儲壓器壓力百分比表示。三維查值表產生一個供油時間或者供油定時，這就是最大可能的時間百分比。該最大可能的時間百分比被轉換成GPT計時器時刻。另外，在本發明的最佳實施例中，三維查值表由20×20儲壓器壓力和供油量值的矩陣構成。當然，如果期望更加清晰，該表的大小可以很容易地進行擴張并且在可以提供增加的期間值。
而后進入框708，其中記時器值將被用于產生一個控制電磁噴射閥20的記時值。在框708中，將算出噴射開始和噴射結束時未進行GPT運算的實際值，這些值通過下面將要討論的VEC算法將被用來控制電磁噴射閥20的驅動。將算出的時間值與最小的時間值進行比較，如算出的時間小于最小值，這期間將被設定成與最小值相等。該最小期間用來確保足夠的噴油量通過電磁噴射閥20，以適當潤滑分配器和燃油系統的其它元件。
然后到達框710，其中執行閥過程控制算法(VEC)，該VEC算法是用來控制電磁噴射閥20和圖1中所示的泵送閥18和19兩者的，如果供油或者泵送過程是在給定的中斷循環中發生，那么VEC算法將產生一個適當的泵送指令。VEC算法在下面將參照圖9進行更為詳細的說明。完成框710中的VEC算法后，供油指令轉換算法(FCA)將在框712中繼續并完成。
再參照圖6，執行過程將到達框620，其中執行泵送指令轉換算法PCA，PCA算法計算圖1所示的泵的泵送控制閥18和19的適當閥門關閉角，并且轉換這些閥門關閉角到適當的GPT計時器數字，直到控制閥應該關閉。更詳細的PCA算法的數據流程可以參見圖8的流程圖。
在圖8中，隨著泵控制閥的關閉角的確定，過程開始于框800。在曲軸旋轉的整個720°期間需要六個泵送過程(即泵14將在每三個可能的壓縮沖程中執行)。因此，在每一個泵14缸的完整循環將用去240°的曲軸轉角。因而，三個完整的循環將用去所需的720°曲軸轉角。另外，每一泵14的缸的循環中的120°將為泵14的壓縮沖程。因此，由PCA算法確定的閥關閉角將在從表示一個整個范圍的泵送過程的120°到表示沒有泵送工作的0°之間的范圍內。
在框800中執行的計算僅是一個閥門關閉角或者以軸轉角表示的VCA。然后過程到達框802，其中VCA被轉換成基于每個泵送過程的泵凸輪絕對上死點的相對關閉角。該相對閥門關閉角在框804中被轉換成GPT計時器計數，表示在適當泵送控制閥18、19被關閉以實現一個期望的泵送過程的時間。
對于這一點，PCA算法的操作與上述的FCA算法的操作相類似。在框806中，框804中所計算的GPT計時器數值與來自框616的預定的時刻的計時器計時值相比較以確定是否在當前的中斷間隔期間發生泵送過程。如果不發生泵送過程，則執行框814并且中斷PCA算法。
如果PCA算法產生了泵送過程，則執行框808，隨著泵送過程的適當泵14的選擇而執行到框808。基于發動機位置和泵塞的TDC值，將會選擇一個適當的泵。0°、240°和480°的TDC值相應于前泵14，而120°、360°和600°的TDC值則相應于后泵14。
隨著用在控制閥經過VEC算法的適當值的產生而進入框810。框810也檢查泵啟動寄存器，以確保所選擇的泵是可操作的。如果泵啟動寄存器顯示泵不可操作，那么就不會產生泵送定時值并且也不會執行VEC算法。
在框812中，PCA算法執行泵閥過程控制算法，其中，把正確的GPT計時值賦予68331的相應的輸出比較寄存器。當GPT值與輸出比較的計時值相對應時，微處理器將關閉控制電磁閥并且使燃油泵送到儲壓器12中。下面接著進行VEC算法，PCA算法在框814中中斷。
下面參照圖9，它顯示出了一張用于FCA和PCA算法的VEC算法圖表。雖然僅討論一個單個的VEC算法，但是本發明的最佳實施例則包括兩個VEC算法的軟件執行過程。第一個執行過程控制噴射控制閥20的工作，而第二個執行過程控制泵控制閥18和19的工作。由于對于供油過程和泵送過程可以緊接著發生，因此希望有兩個分開的VEC算法、如圖9中所看到的那樣，VEC算法開始于狀態0 900，這種狀態應該是VEC算法只要有一個來自FCA或者PCA算法的呼叫就會進入的狀態。如果VEC算法不在狀態0 900，那么算法將產生一個過程不能進行并且該過程是當前的等待程序的指示。當算法進入狀態3，VEC算法將會檢查是否有過程等待，并且如果有一個這種過程等待，那么VEC算法確定出是否過程等待仍然在繼續(即，是否發動機的旋轉位置又進入等待過程)。如果這個過程已完成，且過程的初始化還沒有通過，那么VEC算法將直接過渡到狀態1，進行等待過程。如果等待過程的前緣或者初始化被錯過，那么過程的輸出將被強制到激活狀態并且算法將過渡到狀態2以加載期間值。如果過程的前緣被錯過，VEC算法也將會把它作為一種診斷狀態記錄下來。相似地，如果兩邊緣都被錯過，那么VEC算法也將會把它作為一種診斷狀態記錄下來，并且可以執行診斷算法。
在正常工作期間，狀態0 900在當用來進行供油或者泵送過程的微處理器68 331的輸出比較被編程為進入一個非活動狀態，以確保輸出比較隨時可以接收指令。VEC算法然后過渡到狀態1 902。
在狀態1 902中，算法加載適當的延遲值，直到供油或者泵送過程開始而把這些延遲值加載到適當的輸出比較寄存器中。例如，在最佳實施例中，泵送過程使用輸出比較3，而供油過程則使用輸出比較1。當GPT計數器等于輸出比較寄存器的值時，輸出將變成活動的，這樣開始了供油或者泵送過程，并且輸出一個中斷信號。根據中斷的接受，VEC算法將過渡到狀態2 904。
狀態2 904將加載適當的泵送或者供油過程的期限值到輸出比較寄存器中。通過這種方式，當GPT計數器等于進入輸出比較的值時，泵送或者供油過程將中止。根據這一個中止，執行一個中斷，并且VEC算法將過渡到狀態3 906。狀態3 906僅僅更新閥門的狀態并且清除適當的控制寄存器，然后回到狀態0 900等待另一個供油或者泵送的指令。
儲壓器壓力感應和控制算法示于圖3中，框302、304和306將參照圖10一起進行討論。圖10顯示出了一個儲壓器壓力傳感器取樣算法(PSS)的流程圖。該算法執行所有與發動機速度同步的用來控制儲壓器12中的壓力的活動。這些活動包括儲壓器壓力傳感器22的數據獲取及處理以及壓力控制器的工作。根據本發明，由于所有壓力的產生都是發動機速度的函數，所以這些過程都是與發動機轉速同步的。
PSS算法隨著壓力傳感器數據的獲取而開始于框1000，它是通過從壓力傳感器22抽取數據并且用一個模數轉換器將這些數據轉換成數字信號而實現的。在儲壓器中相應于壓力的數據然后被儲存以備之后的壓力算法使用。
然后執行框1002，在框100中抽取的原始壓力信號被處理。這種處理包括對抽取的儲壓器壓力數據的范圍檢查和過濾。這種計算的結果是得到了合適于保持壓力算法的過濾的壓力傳感器值。
在框1004中，PSS算法執行儲壓器壓力控制算法(PCR)，在此，計算出一個適當的基于所需的壓力設定值和測得的儲壓器壓力的閥門關閉角(VCA)。VCA做為整個預期的泵送量的百分比而輸出，因此，輸出0％表示不需要泵送，而值100％則表示需要執行最大的泵送(全沖程)。為了計算VCA，PCR算法使用了一個比例微積分(PID)控制器，以本領域的那些熟知的技術進行工作，以跟蹤所期望的壓力設定值。
一旦適當的VCA被建立起來，PSS算法在框1006中止。所需的泵送動作，由PCA算法進行分析并且需要的話，泵送過程將相應于PSS算法計算出的VCA開始。從以上可以看出，對于本領域的技術人員可以很容易地了解到本發明提供了一個系統和方法，通過該系統和方法，為了保持一定壓力，需要對儲壓器的壓力進行監控和補充。
帶有縮微膠片軟件目錄中登錄的原代碼的軟件的上述描述將會使本領域的一個技術人員用一種根據本發明的燃油系統控制器，并且實現其有關的優點。
本發明的一些附加的特殊特征將下面進行描述。第一，參照圖11a和11b，其中描述了一個可以與發動機燃料系統共同作用的裝置，它提供了一個根據本發明的比率成型能力。通過降低噴射的初相位期間噴油嘴組件處燃油壓力增加的速率，從而降低發動機噴入燃燒室的初期燃油量。本發明的各種不同的實施例將能夠實現各種不同的目標。諸如更有效以及更完全的燃油燃燒，以降低污染。
首先參照圖11a所示的實施例，一個比率成型裝置通常由1100表示，位于沿燃油傳送回路1102上(位于圖1中的燃油噴射控制閥20和分配器16之間)。然而，比率成型裝置可以使用任何形式的燃料傳送系統。
如圖11a所示，比率成型裝置1100包括一個流動限制閥1104，它位于燃料傳送回路1102中，并且還有一個比率成型燃料旁通閥1106，它位于旁通通道1108中。流動限制閥1104包括一個可滑動的活塞1110，它設置成可在活塞腔1112中滑動的形式，而該活塞腔1112則形成于燃油傳送回路102中，從而形成一個燃料入口1114和一個燃料出口1116。可滑動活塞1110包括一個第一端部1118，它位于靠近燃料入口1114處，一個第二端部1120位于靠近接燃料出口1116處，并且一個中心孔1112從第一端1118向內延伸，以限定出一個內端1124，可滑動的活塞1110還包括一個外筒形表面1126，該表面與活塞腔1112的內表面形成十分緊密的滑動配合，構成表面1126和活塞腔1112的內表面之間的流體密封。可滑動活塞1110的第二端部1120包括一個錐形表面1128，在滑動活塞1110移動到圖11a所示的右側時，該錐形表面1128與形成于在分配器殼1132的燃料出口1116上的環形閥座1130相配合。
滑動活塞1110還包括一個不管可滑動活塞1110的位置如何均穿過第二端1120延伸的中心孔1134，以使流體通入帶有流體出口1116的中心孔1122。一組第一級孔1136從中心孔1122上延伸穿過第二端部1120。第一級孔11136與閥座1130相關，從而使當流動限制閥1104位于圖11a所示的位置時(其后被稱為第二級位置)，從第一級孔1136到燃料出口1116的燃料流動通過錐形表面1128和閥座1130的接合而被封閉。流動限制閥1104包括一個彈簧腔1138，它形成于活塞1110和分配器殼1132之間，以容納偏壓彈簧1140。一個環形臺肩1142形成于活塞1110上，以提供一個彈簧1140的彈簧座，從而將活塞向圖11a所示的左側壓在第一級部分上。
旁通通道1108的一端通過活塞腔1112與燃料入口1114的一端相連，而其另一端與燃料出口1116相連。可滑動活塞1110包括一個徑向槽1144，該槽位于第一端部1118的端面上，以使燃料在流動限制閥1104處于第一級位置時，讓燃料流入燃料入口1114和旁通通道1108之間。比率成型旁通閥1106位于比率成型閥腔1146中的旁通通道1108上。比率成型旁通閥1106包括一個伸長的閥件1148，該閥件帶有一個錐形閥表面1150，用來與形成于分配器殼1132中的環形閥座1152相配合。比率成型旁通閥1106最好是一種雙位置雙向壓力平衡電磁操縱閥，該閥包括一個偏壓彈簧1154，該彈簧設置成將升閥件1148壓靠在閥座1152的關閉位置上的形式。電磁閥組件1156用于將閥件1148移到圖11a的右側，進入完全流動的開啟位置，將錐形閥表面1150從環形閥座1152上分離開，從而形成旁通通道1108的流動。
通常，流動限制閥1140是用來控制或者成型噴油過程開始期間噴嘴組件壓力比率的增加的，如圖11b中級I和II所顯示的那樣，同樣它也控制在噴射過程的末尾燃料通過傳輸線路的回流，從而減少燃料傳送回路和與之相連的燃料噴射管路中的氣穴。這種回流發生在噴射控制閥與排油管相連時。比率成型旁通閥1116通常是用來在希望建立最大壓力或者噴油組件的最大壓力時，迅速建立最大壓力的，這是通過如圖11b中級III所示的初期噴射時期之后，在燃料傳送回路1102上提供一個非限制流通路徑而實現的。
尤其是在工作期間，剛好位于開始噴射之前，噴射控制閥20處于與排出口相連的燃料傳送回路1102的關閉位置。這時，流動限制閥位于其第I級位置，其第一端部1118抵靠在分配器殼體1132上，從而使燃料入口1114和燃料出口1116之間的流體連接即通過中心孔1134也通過第一級孔1136連接。比率成型旁通閥1106在偏壓力彈簧1154的壓力下處于關閉位置，從而切斷了旁通通道1108中的流動。一旦噴射控制閥20被打開，從而將儲壓器的壓力連通到燃料傳送回路1102中，同時，高壓燃料將開始從中心孔1134和第一級孔1136流入，從而形成最初的流動限制閥1104的壓力增加瞬流，并且位于圖11b中的級I所表示的相應噴射組件處。然而，在燃料入口1114處的儲壓器燃料壓力作用在中心孔1112的第一端部1118和中心孔1122的內端1124的端面上，移動可滑動活塞1110到圖11a中的右側，并使可滑動活塞1110位于第II級位置，其錐形表面1128與閥座1130相配合。通過第I級孔1136的燃料流被截斷，而一定量的燃料通過中心孔1134到燃料出口1116，這樣就形成了如圖11b中級II所示的噴射器組件處的燃料壓力比率的減小。
經過由ECM13所確定的一段預定時間之后，比率成型旁通閥1106被打開到開啟位置，從而允許燃料通過通道1108流動，產生一個燃料排出壓力的急劇增加，如圖11b中級II的向上傾斜的壓力比率。噴油組件處的壓力很快到達一個最大的值，直到噴射控制閥20關閉而限定的噴射過程的末尾。因此，如圖11b所示，比率成型裝置1100產生一個帶有高壓力比率流率增加的第一燃料噴射級(級I)，一個帶有降低了壓力比率(小于級I)的第二燃料噴射級(級II)和一個壓力增加之初大于級II的第三級。通過在噴射的初級(即級II)降低噴嘴組件處的壓力增加，比率成型裝置1100還降低了在初級期間排到內燃機燃燒室中的燃料量，而降低了由燃燒過程產生的污染程度。
關閉后，噴射控制閥20切斷了來自儲壓器的燃料，將燃料傳送回路1102連接到排出口。在仍由ECM13確定的一預定時間之后，比率成型旁通閥1106再次工作，并被偏壓彈簧1154移到關閉位置。然而，應該明確，比率成型裝置1100下游的燃料傳送回路1102的壓力的消除可以根據與噴射控制閥20相關的比率成型旁通閥1106的關閉定時，采用不同方式來控制和成型。如果比率成型旁通閥1106的關閉在燃料噴射控制閥20關閉后的足夠長時間時才重新打開或者被延遲到這一時間，旁通通道1108將被作為基本的卸壓通道使聚積的燃料回流到排出口，因而很快地釋放了傳送回路及相應的燃料噴射器下游的流體壓力，而第二級減壓流動則通過流動限制閥1104完成。然而關閉比率成型旁通閥1106的同時或者緊跟其之后，關閉噴射控制閥20，初級釋放將通過流體限制閥1104產生。在上述情況下，一旦比率成型旁通閥1106關閉，燃料入口1114中的燃料壓力便會低于燃料出口1116中的燃料壓力。這樣，與彈簧1140的偏壓共同作用在第二端部1120上的活塞1110端面上的流體壓力變得大于作用在活塞1110上用來使活塞1110向圖11a中的右側移動的流體壓力。這樣，流動限制閥1104的可滑動活塞1110將馬上從圖11a向左移到第一級位置，讓第一級孔1136與燃料出口1116相連，而確保燃料通過孔1134和1136流過流動限制閥1104。中心孔1134和第一級孔1136的直徑足夠大，從而使其組合的截面流動面積在排出過程中產生足夠的回流，以確保噴嘴組件有足夠的燃料壓力排放，從而防止二次噴射。換句話說，中心孔1134和第一級孔1136足夠的小，以提供一個組合的流通面積，用來把回路和位于流動限制閥1104與噴嘴組件之間的噴射管路中的氣穴現象減到最小的程度。因此，用流動限制閥1104作為一可變的流動閥在第一級和第二級位置之間移動，成功地利用噴射過程中的中心孔1134的限流特性，以規整壓力增加率，并有效地控制傳輸過程期間的回流，即防止了二次噴射也減少氣穴現象。
這種設計的一個優點是通過將比率成型旁通閥設置在噴射控制閥的下游而實現的。這種設置減少了通過閥1106而產生的泄漏損失。如果把閥設置在噴射控制的上游，側泄漏量至少要增加四倍(假定期間是30°曲軸轉角，并且發動機是六缸四沖程發動機)。
根據以上所述，對于本領域的技術人員來講顯而易見，噴射控制閥20(圖1所示)以及比率成型裝置1100的組合允許ECM13以不同的方式控制燃料壓力。例如，如圖11b所示，級II的曲線可以通過ECM13變化，以使中間壓力的噴射期間縮短。這是通過比率成型旁通閥1106的控制可以對ECM13實施而完成的。
通過改變旁通閥1106的開度，可以實現如圖11b中虛線所確定的壓力波形。曲線1190可以在比率成型旁通閥1106在活塞1110靠在座1130時或者之后的一小段時間內打開。曲線1192表示了一個在比率成型旁通閥1106保持一個很長時間關閉之后一段時間而后再打開時的壓力波形。
另外，單噴射閥20的使用有利于為本控制系統提供比率成型能力。使用單噴射閥的優點特別在于它確保了一個噴射過程期間的均勻不變的壓力響應。本發明不會產生使用多個噴射閥時能夠發生的那種變化，而且，可以形成對噴射壓力波形更加精確的控制。
這一概念將參照圖12a進行描述，該圖描述了一個噴射壓力率，其特征是它具有一個第一小的噴射壓力脈沖，跟著有一個大的噴射期間更長的噴射脈沖。該噴射壓力波形可以這樣形成，例如通過使噴射閥20產生一個短期間的波動，從而產生出小一些的壓力脈沖，然后操縱噴射閥20產生一個大一些的噴射壓力波形。
由于本發明只采用了一個單個的噴射電磁閥，所以圖12a中所示的壓力波形對于發動機的所有氣缸都是固定不變的。然而如圖12b所示它使用了一個膨脹壓力軸線，使用多個燃料噴射閥噴射燃料時，在現有技術的不同燃料噴射閥會發生偏差和變化，從而導致壓力波形的不一致。這種的現象在本發明的初期壓力脈沖的壓力波形中很明顯(圖12a所示)，因為很小的制造差異，對此時的脈沖的影響大大地大于其對更大、更長持續時間的噴射波形的影響。
單個的噴射控制閥20和壓力比率成型裝置1100的組合還可以用來產生附加的壓力波形，由于是單個噴射控制閥20和單個比例成型旁通閥1106的設置，因而將會再次在發動機氣缸之間形成一致的固定的壓力波形。例如圖13所示的壓力波形將會通過上述的比率成型技術的組合而實現。
圖13示出了一個包括有單個的相對較小的初級壓力脈沖的壓力波，緊跟著是一個大一些的多級的壓力波。初級壓力脈沖通過給噴射控制閥20一個波動而實現，而后，多級壓力波形則通過比率成型旁通閥1106的使用而實現。這兩個元件的其它新的組合產生本發明的壓力波形對于本領域技術人員來說是顯而易見的。
在本發明的最佳實施例中，燃料噴射電磁閥的驅動電路將帶有一個后EMF檢測電路，它根據由閥穿過電磁線圈區域的運動而產生的后EMF來檢測電磁閥的開度。后EMF電路就可以在某些情況下取消電磁升壓電路。
如上所述，由于在相對于活塞位置的精確時刻將燃料噴入氣缸中，可以認為按照需要很快地開啟閥門，減小了決定噴射到燃料真正進入氣缸的時間的延遲。閥門操作速度的增加可以通過上述的“升壓電路”獲得。該升壓電路使電池電壓上升到更高的電壓。當控制系統決定出噴射燃料到氣缸中的時刻時，它在一個較短的時期內將這個高的電壓施加到電磁線圈上，這將導致線圈中產生一個迅速的電流增加。這個閥而后由傳統的電池電壓保持在打開狀態。圖14以框圖的形式示出了升壓電路的工作。電池228與升壓電路212相連，而該升壓電路則與驅動電路238的一個入口相連。電池22 8也與驅動電路238的一個入口相連。感應于來自ECM13的一個噴射，驅動電路238首先接通升壓電路100到175V的直流電壓輸出到線24，并且進而到達電磁噴射閥20，從而很快地打開該噴射閥20。然后，在一定時間之后，驅動電路238中斷與升壓電路212的連接，同時讓電池電壓連入電磁噴射閥20，用來保持電磁噴射閥20的打開。
雖然某些情況下升壓電路是必需的，但使用升壓電路時會產生很多明顯的缺點。這種提高電池電壓的電路通常需要一些元件，從而附加幾十美元成本。在大批量生產中，這是很高的花費。另外，驅動電路耗用了不相稱的物理空間。因為大的元件需要將低的直流電壓轉換成高的直流電壓(主要是一個電感線圈和幾個電容器，除此之外還有供電的半導體元件)，它增加了電子控制部件(ECM)的體積，使得安裝使用更加復雜。升壓電路同時還有較高的失誤率。由于供電電子元件在高的電壓下工作，因而它的工作溫度較高。這會導致一個比ECM的數字元件更高的失誤率，從而增加了維修的費用以及設備的停機時間。最后，升壓電路的使用還導致閥的應力的增加。由于目標促進閥以快的速度工作，閥就會以很大的力撞擊閥座。就使得該閥與更慢開啟的閥相比容易更快地被磨損壞。因而在本發明的另一個最佳實施例中，取消了升壓電路。
在本發明的這個優選的實施例中，在噴射電磁閥驅動電路中設置有一個后EMF傳感器，通過了解在所有的開啟及變化時間狀態下的閥的開啟時刻，ECM13可以動態地補償延遲，從而將燃料在不論閥的開啟速度如何的正確時刻噴射燃料。當閥通過由線圈產生的電磁區域時，該后EMF傳感器通過監視閥20產生的后EMF而檢測閥的開度。該后EMF將總是與閥的運動相反，并且在閥運動期間其本身的電流明顯下降，圖15中顯示出一個這種下降的典型的例子。閥開啟以及運動進行的點總是傾斜度從負轉為正的點，圖中由T3表示。
圖16示出了本發明的后EMF檢測電路1600。后EMF檢測電路1600包括一個感應電阻1602、電容1604、運算放大器1606和1608，和二極管1610和1612。感應電阻1602連接在電磁閥20的線圈電路中，處于線圈和地之間。電容1604連在運算放大器1606的負極輸入端和地之間。運算放大器1606的正極輸入端連接在感應電阻1602端部與電磁備20相連處。運算放大器1608的負輸入極接在運算放大器1606的負輸入極上，并且運算放大器1606的負輸出端則連接到運算放大器1608的正輸入極。二極管1610和1612以相反的極性連接在運算放大器1608的正輸入端和運算放大器的負輸入端之間。該后EMF感應電路1600和后EMF輸出端由運算放大器1608的輸入端承擔。
圖17示出了與電磁閥20相應的以及與后EMF感應電路1600的工作相應的波形。在時刻T1之前，沒有任何噴射過程，因此流過電磁感應線圈的電流是零，因而在感應電阻1602上未施加電壓。在啟動時，電路1600中的噪音將使運算放大器1606產生短暫的振動，直到電容1604在最低限度噪音之上釋放一個值時，使運算放大器處于低的飽和狀態。ECM13中的軟件被編制成在要噴射時忽略上述各種振動的形式，以避免由噪音引起的誤讀。
在時刻T1，ECM13啟動電磁閥20，電磁閥20的電感線圈中的電流成指數地上升，從而在感應電阻1602上產生電壓升高等于通過電磁閥的電流乘以感應電阻1602的值。當電流升高后，二極管1612正向偏壓，使運算放大器1608的正輸入極的電壓為一個高于其負輸入極的二極管壓力降，提高了其輸出。這種狀態一直保持到由于閥門的移動在時刻T2時開始的后EMF而使電流降低。在時刻T2，運算放大器1606繼續使加在電容1604上的電壓隨加在感應電阻1602上的電壓降而改變，這樣，二極管1610變成正向偏壓。這使得運算放大器1608的負輸入極比正輸入極電壓高，從而使得其輸出轉變為低。當閥門在時刻T3轉為停止時，噴射器電流的正向傾斜再次形成，從而使運算放大器1608的輸出轉為正向。這樣，閥門的開啟將產生兩個明顯的峰值，第一下落邊緣(T2)表示運動的開始，而第二上升邊緣(T3)表示運動已完成。運算放大器1608的輸出與ECM13的微處理器相連，監測這些峰值以檢測和測量該過程。在一個過程中測得的開啟閥的時刻被儲存成(T開＝T3－T1)，而測得的閥延遲時間則用來補償定時指令開啟閥的下一個過程。ECM還能夠測量發布命令給閥的初期運動(T2－T1)的時刻和閥移動的時間(T3－T2)，并將這些時間值儲存起來，用于預測和診斷。例如這些值可以用時間儲存并且分析，用統計控制技術產生改進閥門的可以導致操作問題的開啟狀態變化的警告。
這一個電路在本發明中還有特殊的優點。構成該電路所必須的元件的成本只是通常用在工業上產生同樣效果所用設備成本的一小部分。其結果是不需要增加任何的傳感器甚至不需要為閥增加任何導線就可以提供閥門運動及開啟時刻的精確檢測，可以節省更多的費用。通常在ECM13中容納這些回路所需要的空間小于一平方英寸，而容納升壓系統或者是帶有一個傳感器的非升壓系統的空間則需要幾平方英寸，從而導致了需要大的ECM底板。通過取消供電電路而不增加傳感器，整個控制系統的失誤率將會降低。由于閥門更為緩慢的運動，也會延長其壽命。另外，這個后EMF感應方式本身就提供了能夠用于檢測機械和電子下降及失誤的系統中的時間數據，這一情報可以用來在其不能夠完成任務或者輔助技術及診斷出現問題時，警告操作者即將發生故障。
本實施例的附加的優點包括降低了EMI問題的可能性，減少控制器內部的振動危險，且由于降低了閥的力，使燃料系統噪音減小。
在采用多位閥的情況下，閥的加速度損失將使閥處于特有的閉鎖狀態比規定值長的一段時間。在這種情況下，升壓電路不能夠被取消。在現有技術中，當采用升壓電路時就不能使用這種后EMF傳感器電路，因為，電磁線圈常常處于最大速度的飽和狀態，而后EMF特性變得模糊不清。特別是，需要一定大的力提供一定大的加速度，這樣一種不希望或者不確定的狀態來快速移動閥門(F＝mA)。由于力和質量流率密度(B)的平方成正比，質量流率密度通過增加場的強度(H)來達到最大。場的強度等于線圈匝數乘以通過線圈的電流，除以鐵芯長度H＝N×I/L。B和H之間的關系對于典型的電磁閥示于圖18中。
如上所述，通常要在最快的時間內得到最大的力，在閥開啟之前電流以導致磁力的飽和的速率增加(如圖18所示，在H＞H1時，B/H曲線的水平部分工作)。由于是飽和的，因而不產生附加的力，而且在位置反饋的電流軌跡上，閥的后EMF不明顯。
本發明的另外方面還發展了一種技術，該技術可以使用升壓電路提供增加的力級，而避免磁芯飽和，從而防止后EMF監控。在該技術中，ECM和升壓電路有設置成有選擇地提供一個三種中之一種不同的電壓級給電磁噴射閥。如圖19所示，切換裝置1902在ECM13控制下有選擇地與第一升壓電路212的電壓、中間升壓電路1900的電壓、或者電磁噴射閥20的電池電壓連接。在單個噴射過程中，三個不同的電壓依次施加給閥20，開始是升壓電路212的全升壓電壓，而后是中間升壓電路1900的中間電壓，然后再到低的電池電壓。
相應于電磁閥移動的這些依次的電壓作用的時刻對于得到所希望的結果是特別重要的。參見圖20，在時刻T＝0時，ECM值向閥發出開啟指令，并施加升壓電壓，B以大的斜度開始傾斜，從而使閥門的加速度相一致。在時刻T1，ECM以預想的閥門開度降低通過磁芯的電壓。時刻T1被選擇成小于電壓開始加到閥門之后閥門開啟的最小延遲時間。隨著電壓被降到中間升壓電壓，曲線B的斜度降低，而避免了閥動之前的飽和。通過將時間T＝T2，閥被開啟。由于磁芯仍然沒有達到飽和，這個閥的開度可以通過后EMF檢測電路1600(在圖16中詳細示出)而測得。隨著閥的開度的檢測，ECM在切換到與將閥保持開啟所需的力相應的電壓水平上(總是小于移動閥所需的力)，這通常是電池電壓。由于閥已被開啟，其加速度是0，因而閥的速度很快地被初期加速度達到最大，這更加有益于避免磁芯飽和，從而使后EMF檢測用于診斷及控制目的。
在本發明另外一個最佳實施例中，如圖21所示，控制系統可以在分配器和氣缸噴射嘴之間設置補償燃料管路2104長度不等的裝置。特別是為ECM13提供了一個與ECM13的主處理器相連的管路長度存儲器2102，它儲存了每個氣缸的管路長度值。儲存的管路長度值表示出用于相應氣缸的燃料管路的不同長度。ECM中的程序使用這些信息補償不同的燃料管路長度。程序可以改變燃料噴射量以及送到噴射閥件24上的噴射控制閥20的按順序啟動工作信號的時刻。圖22是本發明燃料線長補償算法的流程圖。第一級(圖22中的框2200)確定哪一個氣缸將準備下一個燃料噴射。如圖1和圖2所述的那樣，在本發明中，氣缸的識別是通過使用霍爾效應傳感器的凸輪齒輪的位置來確定的，并且從ECM可以方便地確定發動機的角度位置，并且確定下一次向哪個氣缸噴燃料。一旦在圖21所示的系統中要噴射燃料的氣缸被確定，則框到達2202，而且ECM13微處理器重新得到存儲器2102中氣缸的管路長度信息。下面在框2204中，ECM按照發動機工作參數(速度、負載、溫度等等)用上述詳細描述的方法計算出氣缸所需的基本燃料量。然后參照以管路長度為函數的基本值在框2206中計算出其變化因素。通常，在噴射期間燃料管路中產生高壓的情況下，燃料可以被壓縮使之作為一彈簧元件。因而當管路長度增加時通常要向管路中注入更多量的燃料，以在管路的另外一端的噴嘴處獲得一個給定的所希望的壓力。因而，噴射變化量的因素是基本燃料量、管路的長度、在某些情況下還包括儲壓器壓力的函數。在框2208中計算出一個要提供的燃料量的新值，燃料量變化值的增加和減少由基本燃料值確定。這一新值將是噴入的燃料量。
在框2210中，根據上述方法作為發動機工作參數函數的噴射正時確定出一個基本值。在框2212中，根據特殊氣缸的管路長度而算出時間補償。通常，當管路長度增加時，它會花費更長的時間將燃料壓力從燃料管路中傳送到氣缸。因而如果沒有調整定時，收在長的燃料管路遠端的噴嘴將比短的燃料管路上連接的噴嘴要稍微晚一些開啟，其它的都是相同的。定時的補償被計算成與標準管路長度和特殊氣缸實際管路長度之間的差相等。在框2214中，噴射信號的精確定時是通過啟動基本定時值并且提前或推遲由計算的定時來補償特殊氣缸燃料管路長度計算的補償定時所產生的噴射信號來確定。下面在框2216中，噴射以上述的方式進行，它對時間和燃料量進行了調整，以補償各個氣缸噴嘴的燃料管路長度。
通過這種方式，多個氣缸的噴射控制信號依次經線24傳遞給燃料噴射閥20(如圖21所示)。每個驅動信號的時刻都是根據將中心噴射控制閥與單個氣缸相連的燃料管路的物理結構而單獨調整。因為這個補償特性特別能適用于在不同燃料管路長度的情況下使用，它也可以用在補償燃料管路的其它物理變化，比如不同的曲率或直徑。補償不同的燃料管路物理布局的能力使材料和費用得到了節省，因為不需要為所有的氣缸配置大致相等長度的燃料管路。另外，可以根據美觀性、使用可靠性和安全性獲得更好的線路布局方式。燃料比率控制的優點可以通過這些本發明的實施例而獲得。
本發明的另外一個優選的實施例示出了一種裝置和方法，它控制電磁閥以高速工作，但不需要高電壓的升壓電路，即；只需要用電池電壓驅動電路。如前所述，這種電路有很多缺點，因此有可能的話最好取消升壓電路，以降低失誤和減少費用。這對于現有的系統并不都是可行的，因為它們的設計和系統限制了其無法容忍較慢的閥門驅動速度。
在該實施例中，提供了一個預先給閥一個偏壓的電路，使得閥能夠在驅動時不需要很大的電流就能夠很快地啟動。雖然為ECM13提供了一個可以改變產生電流的電路，該電路能夠提供至少兩個電流級一個預先加有偏壓的級和一個驅動閥的級。在所需的閥的開度之前確定時間，ECM有選擇地增加線圈的電流，使電流沿傾斜線上升到等于略少于克服彈簧力以及閥的靜磨擦阻力所需的力的水平。當開啟閥的時刻到來時，預偏壓的電流再增加到到達或超過引入值。這個電流已經接近這一值，在增加電流的時間內測得的閥門開啟時間很短，即使電流加力狀態只是電池電壓。這一時刻隨著更高的升壓電壓作為加力狀態，與從0到引入傾斜的升壓電路的時刻是可以比較的。
圖23是升壓系統驅動電流超越時間與根據本發明的這個實施例的預先施加偏壓系統之間的比較圖表。如圖23所示，升壓式系統是在預定的噴射T2時間啟動，并且很快地通過時間T3上升到引入的電流級。而本發明的預先施加偏壓系統產生的預先偏壓電流在時間T1之前采用電池電壓。當編程的噴射信號在時刻T2產生時，電池電流進一步增加，成為原動力，而在時間T4時使電流到達引入電流值，這只是在由升壓系統實現的時間之后的很短時間。當然，由于該系統設計成產生一個預先施以偏壓的電流關閉器來關閉引入的電流，預先偏壓系統的時間滯后將被減少，從而使之有可能等于或者超過相應的升壓系統的時間。另外，它也可以對預定的噴射信號進行調整，以補償任何的延遲增加，這種延遲增加是由預先偏壓的系統與升壓系統相比而得出的。通過把偏壓方法與上面討論過的后EMF感應方法進行組合，定時便可以通過系統動態調整，以在它被升壓系統打開的相同的時間開啟閥門。
在本發明的另一個實施例中，該系統還帶有在一段時間內監控儲壓器壓力并且分析壓力時間波形，以測量并且診斷活塞泵的失誤的軟件。圖24a表示出通常來自另外一個泵送及供油過程的儲壓器壓力變化結果。圖24b表示出工作期間標準壓力的異常的偏差，表示出其中一個泵沒有正常工作。
由于在系統中的壓力信號是由壓力傳感器的輸出顯示出來的，因此圖24a中表示出了一個典型的壓力信號。正如上面所描述的工作那樣，為每一個供油過程都提供了一個泵送過程，而泵的大小被以下述方式確定，即，所有的供油過程都會被下一個泵送過程完全補償。
萬一一個泵送裝置失效，波形將會象如24b所示的那樣。失效時的讀數與上一個讀數之間的差別將會非常大。ECM可以通過注意這種現象的重復率來確定，即，活塞泵都使用的每次“N”都有一個與活塞泵“N－1”所產生的相比較的壓力差。然后ECM將會記錄失誤到聯系機構，并且使相應儀表板上的警告燈閃亮，以提醒操作者。
本發明的這一個實施例上述的設計特征的優點，其中壓力讀數隨著發動機的位置而同獲取，即，在發動機每轉的同一點上獲取。因而泵的失效可以不需要很寬波形范圍過濾分析并且使用圖25中的流程所示的算法進行計算就能夠檢測到。如圖25所示，在該實施例中確定出了一個讀取儲壓器壓力的軟件，依靠發動機同步中斷的運動進行修改，執行框2500并且以上述的方式讀取儲壓器壓力并通過A/D轉換器傳送到微處理器中。當前的壓力值被儲存在框2502中的內存中，用于至少下一個泵送循環。然后控制進入框2504，其中當前壓力值被從內存中儲存的至少測得的壓力值中減去。在框2506中，依次測得的壓力值之差的絕對值與預定的故障臨界值相比較。如果這一差別大于故障臨界值，控制就進入框2508和2510，故障在其中被記錄并且相應地警告操作者。如果這個差別小于故障值，便不報告失誤而且儲壓器壓力監控的操作以及控制算法將以上述方式繼續進行。故障值被選擇成大于任何儲壓器壓力的預期的操作波動，以避免誤報警。然而，故障值必須設定到足夠小，使一個泵的失效可以使用剛才描述的算法檢測到。
圖27所示的本發明另一個實施例提供了一種改進的發動機控制，它主要不是用在汽車的推進器上，而是如同步速度內燃機發電裝置中。如圖27所示，這種發電裝置包括一臺電機2700和一臺發電機2702，通過開關2704與電力輸出設備2706相連。電機2700帶有燃料系統和一個在此所公開的形式的電子噴射控制系統，為了更清楚地表示，在此只示出了ECM13、噴射閥20和泵送閥18/19，傳感器輸出則如上所述同電機連到ECM13。重要的是還從2704到ECM13提供了一條控制信號線2708。
在這種形式應用中，2700的負載的急劇增加是在開關2704開始將大量的電能從發電機2702引入時發生。典型的是電機2700由采用反饋控制技術以保持發動機按希望的速度工作的ECM13來控制，例如保持在1800rpm。當負載大大增加時，電機2700必須產生更多的電能去保持這一必需的速度。本發明人發現，隨著采用更傳統的系統在負載增加時通常會暫時降低發動機轉速，直到反饋控制器測得速度的下降，從而通過控制傳送結果控制信號并且供油系統再向氣缸內供入更多的燃料。而在本發明的改進中，增加負載的控制狀態(諸如開關2704將發電機2702與設備2706相連)是在通過線2708輸入到ECM13時提供的，由ECM13監控負載連接狀態。在收到負載已增加的信號的同時，ECM13在預定的時間之前越過同步控制程序所建立的燃料級，在該預定的時間期間建立一個預定的增加的燃料級，從而對下一個燃燒過程的發生產生效果。通過這種方式，隨著發動機負載增加的同時，發動機的功率會立即增加，而不是主要依靠相應于負載而帶來的發動機工況變化。由于有這種高的供油系統響應和迅速的控制響應，因此就可以隨著負載的增加同步增加發動機的功率，所以它不可能使用這樣的系統，即，很少采用尖端的控制技術或者具有很大的供油控制信號以及真實燃料運送的傳送延遲以及燃料噴射系統的壓力增加。因而在這里公開的改進供油和控制系統的范圍內，這一概念將有很大的優點。
權利要求
1.一種用于內燃機燃油噴射系統的集成電子控制系統，其中包括至少有選擇地向一個高壓儲壓器供油的第一和第二泵腔，且其中燃油在選定的時間通過一個分配器從所述的高壓泵腔流入到各燃燒室中，所述的分配器是電控電磁閥的動作控制的，本系統中還包括發動機位置傳感裝置，該裝置用于產生一個表示相對于一個基準位置的發動機轉動位置的位置信號；儲壓器壓力傳感裝置，該裝置用于產生一個表示在所述的高壓儲壓器中燃油壓力的壓力信號；壓力傳遞執行裝置，該裝置可以根據泵控制信號有選擇地將燃油從第一和第二泵腔送入高壓儲壓器中；電磁閥執行裝置，該裝置根據閥控制信號打開所述的電控電子閥；一個與所述的電磁閥執行裝置相連的控制線，該控制線用于傳輸所述的閥控制信號；包括有存儲器和一個微處理器的控制裝置，所述的存儲器用來儲存程序，所述的微處理器帶有電輸入端和輸出端，且該微處理器與所述的存儲器相連，以便讀出和執行所述的程序，所述的控制裝置與所述的發動機位置傳感裝置、所述的儲壓器壓力傳感裝置、所述的壓力傳遞執行裝置相連、并通過所述的控制線與所述的電磁閥執行裝置相連，該控制裝置用以監視所述的發動機轉角位置、監視與所述的轉角位置同步的儲壓器壓力、有選擇地產生分別用于多個燃燒室的多個所述電磁閥控制信號、當需要向其中一個燃燒室噴油時在與所述的角度位置同步的時刻把所述的多個電磁閥控制信號傳給所述的控制線、并且有選擇地產生多個與所述角度位置同步的泵控制信號以將所述儲壓器內的壓力保持在一定的范圍內。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述的微處理器在發動機轉動期間以標準的時間間隔接收所述的位置信號，并且根據各間隔時的發動機角度位置有選擇地進行如下操作(1)閥計時操作，以便在經過一預定的時間后產生所述的電磁閥控制信號，和(2)泵計時操作，以便在經過一預定的時間后產生所述的泵控制信號之一。
3.如權利要求2所述的系統，其中還包括一個中斷裝置，用以周期性地根據所述的位置信號產生一個微處理器中斷信號。
4.如權利要求3所述的系統，其中所述的中斷裝置在發動機轉動30度以后中斷微處理器。
5.如權利要求2所述的系統，其中還包括一個與控制裝置相連的發動機運行狀態感應裝置，以便提供關于當前發動機運行狀態參數的信息。
6.如權利要求5所述的系統，其中還包括一個與所述的微處理器相連的可變定時裝置，以便在所述的閥定時器功能和泵定時器功能的所述控制信號產生以前，根據所述的發動機運行狀態感應裝置所提供的信息，動態改變編程的經過時間。
7.如權利要求1所述的系統，其中所述的發動機位置傳感裝置包括用以在轉動軸的一個特定位置處產生一個信號的位置檢測裝置，用以產生指示發動機速度的信號的轉動速度檢測裝置，和位置計算裝置，所述的位置計算裝置用以接收所述的位置檢測信號和所述的轉動速度檢測信號，并產生表示相對于一個基準位置的發動機轉動的角度位置的位置信號。
8.如權利要求1所述的系統，其中還包括一個起動激勵裝置，該裝置用以產生一系列重復的所述泵控制信號，以便激勵所述第一和第二泵室中的至少一個在發動機起動期間且在發動機位置傳感裝置提供一個準確表示發動機角度位置的信號以前使儲壓器加壓。
9.如權利要求1所述的電控制系統，其中所述的燃油噴射系統包括位于所述的電控電磁閥和所述的各燃燒室之間的比率成型裝置，用以在燃油噴射期間動態改變供入燃燒室中的燃油壓力，其中所述的控制裝置還包括與所述的比率成型裝置相連的比率成型控制裝置，以便在燃油噴射期間產生控制信號以動態改變供入燃燒室中的燃油壓力。
10.如權利要求1所述的系統，其中還包括與所述的電磁閥操作裝置相連的后EMF檢測裝置，用以根據供入電磁閥的驅動電流通過電信號檢測電磁閥機械運動的開始和結束。
11.如權利要求10所述的系統，其中所述的后EMF檢測裝置包括兩個運算放大器，每個放大器具有正和負輸入端以及一個輸出端，第一運算放大器的正輸入端與電磁閥線圈的電路中的感應電阻相連，第二運算放大器的正輸入端與第一運算放大器的輸出端相連，第一和第二運算放大器的負輸入端通過一個中斷裝置接地，第二運算放大器的正、負輸入端由一個二極管網連接，以使電流從第二運算放大器的正、負輸入端中的一個流到其中的另一個中，第二運算放大器的輸出端用以提供一個表示電磁閥運動的輸出信號。
12.如權利要求1所述的回路，其中所述的電磁閥執行裝置還包括多級升壓裝置，用以有選擇地向電磁閥的線圈提供三個電壓級中的一個，其中第一電壓級是在收到閥控制信號時提供的；第二電壓級低于第一電壓級，在所述的電磁閥打開以前第二電壓級替代所述的第一電壓級，所述的第二電壓級設置的電壓不至使線圈飽和；第三電壓級低于第二電壓級，在所述的電磁閥打開以后，第三電壓級代替第二電壓級，以將所述的電磁閥保持在一個開啟的位置上。
13.如權利要求12所述的回路，其中還包括與所述的電磁閥操作裝置相連的后EMF檢測裝置，用以根據供入電磁閥的驅動電流通過電信號檢測電磁閥機械運動的開始和結束。
14.如權利要求1所述的回路，其中所述的燃油噴射系統具有位于分配器和各燃燒室之間的多個燃油管路，上述燃油管路中的至少兩個的長度不等，所述的電控系統還包括用于儲存一個隨分配器和相應的燃燒室之間的燃油管路長度而變的相關的值，和用于改變閥控制信號的噴射指令改變裝置，以補償燃油管路長度的不同。
15.如權利要求1所述的回路，其中電磁閥執行裝置還包括用于有選擇地向電磁閥的線圈提供兩個電流級中的一個的預偏置裝置，其中第一電流級低于電磁閥的引入電流，在所述的電磁閥開始激勵以前將其施加到線圈上；第二電流級等于或高于引入電流，根據表示需要燃油噴射的閥控制信號將該電流施加到線圈上。
16.如權利要求1所述的回路，其中還包括一個與控制裝置相連的泵操作監視裝置，該裝置用以儲存至少一個與所述的第一和第二泵腔中的一個相關的前次測出的儲壓器壓力值；比較與上述的第一和第二泵腔中的另一個相關的當前儲壓器壓力值與所述的前次測出的壓力值；并且在當前值與前次值之間的差值超過一個預定的儲存值時提供一個指示信號。
17.如權利要求1所述的回路，其中還包括速度控制裝置，用以改變燃油供給量，以便根據一個固定的發動機負荷的增加和卸去保持一個恒定的發動機速度；操作者輸入裝置，以接收一個表示所述的固定負荷已施加的指示信號；和加載響應裝置，以便根據所述的固定負荷已施加的信號增加供給發動機的燃油量。
全文摘要
一種數字式電子控制系統，監視和控制發動機供油系統的工作。用于多個氣缸的噴射激活信號通過一個信號控制線傳到用于一個獨立的噴射器電磁閥的驅動回路中，而控制儲壓器燃油泵的信號則傳送到泵送控制電磁閥中。對噴射信號加以控制，以便在噴射期間改變供油速率。后EMF感應回路測量閥開啟的延遲，而控制系統可以補償閥的延遲。噴射電磁閥輸出信號脈沖的可變氣缸特性延遲是預先編程的，以補償通向各噴射器的燃油管路長度的不同。
文檔編號F02M41/16GK1116686SQ9510710
公開日1996年2月14日 申請日期1995年5月5日 優先權日1994年5月6日
發明者S·A·湯普森, J·代卡, J·A·施塔海姆, W·邁耶, G·弗里霍爾姆, S·鐘, G·施圖曼, M·G·托馬斯, W·B·迪蘭諾 申請人:卡明斯發動機公司