CN102046957B - 发动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发动机控制装置，该发动机控制装置设置有步进电动机和控制单元，所述步进电动机作为从燃料箱吸入、排出燃料的燃料泵的动力源，所述控制单元对由驱动脉冲频率所决定的、施加于步进电动机的电压进行脉宽调制控制，从而对燃料排出量进行控制，所述控制单元基于电池的电池电压值，对目标驱动脉冲频率进行修正，并对所述驱动脉冲频率进行计算，使其接近该经过修正的目标驱动脉冲频率，并且基于电池的电池电压值，对所述所施加电压的脉冲施加时间的脉宽调制控制占空比进行修正。

Description

发动机控制装置
技术领域
本发明涉及对发动机控制、尤其是对燃料泵的步进电动机的控制进行了改进的车辆等的发动机控制装置。
背景技术
以往，对用于将燃料从车辆的燃料箱中排出的燃料泵进行驱动的电动机使用电磁式继电器，通过切换电磁式继电器的通电的通/断来进行控制。所谓电磁式继电器，是由能产生电磁效应的磁体和利用该电磁效应使触点机械地进行连接、断开的开关所形成的。
虽然利用燃料泵将燃料从燃料箱加压输送至压力燃料管道，利用喷射器将燃料喷射至发动机气缸内，然而，若因吸收来自发动机或燃料泵的电动机等周边零部件的热量而使燃料温度上升，则容易导致燃料在压力燃料管道中气化而产生气泡(蒸气)。
在产生了蒸气的情况下，无法对燃料加压，燃压变得不稳定，来自喷射器的喷射量也变得不稳定。为了防止产生蒸气，以抑制燃料泵的电动机的消耗电流为目的，例如，在燃料喷射需求量较少的空转时，燃料泵的电动机的占空比进行抑制，以力图减少消耗电流(例如，参照专利文献1)。
另外，在小型两轮车等小型车辆的燃料泵的情况下，因车辆布局的关系而要求进一步减小燃料泵的形状，从而需要使驱动燃料泵的电动机紧凑化。
专利文献1：日本专利特开2000-220548号公报
发明内容
然而，燃料泵的转速和排出量由电动机的转矩所决定。由于该电动机的转矩由施加于电动机的电压所决定，因此，在因发动机启动时电压的降低或因电池的劣化等而导致施加于电动机的电压较低的情况下，可能发生电动机的转矩不够、加压至需要的燃压的时间延长的情况。若加压不够而使燃压降低，则可能因无法喷射所需要的量的燃料而导致启动性恶化、加速性恶化等车辆的商品性显著降低。另外，在施加于电动机的电压高于所需电压的情况下，存在因电动机的消耗电流增加而导致电动机自身发热，从而容易产生蒸气的问题。
本发明用于解决上述问题，其目的在于，获得一种发动机控制装置，该发动机控制装置可以通过在电池电压异常时确保电动机的起动性来实现提高发动机的启动性，通过在正常动作时减少电动机的消耗电流来实现抑制蒸气的产生。
本发明所涉及的发动机控制装置设置有步进电动机和控制单元，所述步进电动机作为从燃料箱吸入、排出燃料的燃料泵的动力源，所述控制单元对由驱动脉冲频率所决定的、施加于所述步进电动机的电压进行脉宽调制控制，从而对燃料排出量进行控制，所述控制单元基于电池的电池电压值，对目标驱动脉冲频率进行修正，并对所述驱动脉冲频率进行计算，使其接近该经过修正的目标驱动脉冲频率，并且基于所述电池的电池电压值，对所述施加电压的脉冲施加时间的脉宽调制控制占空比进行修正。
本发明所涉及的发动机控制装置起到如下的效果：即，可以通过在电池电压异常时确保燃料泵的电动机的起动性来实现提高发动机的启动性，通过在正常动作时减少电动机的消耗电流来实现抑制蒸气的产生，而燃料泵的电动机不使用特别的电路。
附图说明
图1是表示包含本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的发动机的***结构的图。
图2是表示本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的步进电动机的定子与端子的关系的图。
图3是表示本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的步进电动机中的驱动脉冲频率的通电方式的图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的发动机控制装置的步进电动机的驱动控制的流程图。
图5是表示本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的电池电压值与驱动脉冲频率修正量的关系的图。
图6是表示本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的电池电压值与PWM控制占空比修正量的关系的图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例1进行说明。
实施例1
参照图1至图6对本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置进行说明。图1是表示包含本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的发动机的***结构的图。
在图1中，控制单元1将用于控制整个发动机的动作的程序和映射存储于存储器(未图示)。控制单元1根据以下各传感器的信息，对合适的燃料喷射时间和燃料喷射量进行计算，将驱动信号输出至作为燃料喷射装置的喷射器24，所述传感器包括：设置于进气侧空气滤清器2、对发动机进气的温度进行测量的进气温度传感器3；设置于进气管4、对节流阀5的开度进行测量的节流阀位置传感器6；对节流阀5下游的进气压力进行测量的进气压力传感器7；对发动机8的壁面温度进行测量的发动机温度传感器9；以及对曲柄10的位置进行测量的曲柄角传感器11。
此外，发动机8的排气侧(图1中的左侧)结合有排气管12和***13。
另外，同样地，控制单元1在适当的时候根据各种传感器的信息向点火线圈14输出点火信号，由火花塞15产生火花并使发动机缸内的燃料和进气的混合气体燃烧，发动机8的活塞被推出，从而使曲轴10旋转。
通过来自控制单元1的驱动信号驱动燃料泵21的电动机22，经由过滤器从燃料箱20吸入或向燃料箱20排出燃料，将所述燃料喷射入发动机8。将被排出的燃料调整为预定的压力，通过压力燃料管道23提供给喷射器24。
在本发明的实施例1中，使用步进电动机作为驱动燃料泵21的电动机22。
控制单元1从装载于车辆上的电池25检测出电池电压值，将其用于修正后述燃料泵21的步进电动机22的目标驱动脉冲频率以及PWM(脉宽调制)控制占空比。
图2是表示本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置的步进电动机的定子与端子的关系的图。端子T1、T3与端子T4、T6的相位错开电角度90°，通过依次在各自的相内切换通电，步进电动机22可以每次旋转一个步进角。端子T2、T5连接至电池25。
图3是表示本发明的实施例1所涉及的步进电动机中的驱动脉冲频率的通电方式的图。无论在哪个瞬间，都有某两相处于始终通电的二相整步通电状态。如示意地所示，相当于经PWM控制后的驱动脉冲被施加于步进电动机22的单位时间的脉冲施加时间(相当于图3所示的脉冲施加时间)被分成前半期间(第一个期间)和后半期间(第二个期间)两个阶段。而且，通过分别设定PWM控制占空比来对各个期间的电流值进行控制。这里，将脉冲施加时间分成两个阶段，但也可以将其分割成三个区间以上的多个期间，在这种情况下，可以实现更精细的控制。
接着，参照附图对本发明的实施例1所涉及的步进电动机的驱动控制进行说明。图4是表示本发明的实施方式1所涉及的发动机控制装置的步进电动机的驱动控制的流程图。
首先，在步骤100中，控制单元1读取来自连接于控制单元1的进气温度传感器3、节流阀位置传感器6、进气压力传感器7、发动机温度传感器9、以及曲柄角传感器11等各种传感器的输出信号。另外，控制单元1读取电池25的电池电压值Vb。
接着，在步骤101中，控制单元1从各种传感器检测出车辆的状态，对车辆所需要的燃料喷射量进行计算。例如，根据描述利用节流阀位置传感器6所检测出的节流阀位置、以及基于曲柄角传感器11的检测信号所计算出的发动机转速之间的关系的映射，对燃料喷射量进行计算。
接着，在步骤102中，控制单元1根据在前一步骤101中所计算出的燃料喷射量，来决定燃料泵21排出的燃料量。由于该排出的燃料量根据驱动燃料泵21的步进电动机22的驱动脉冲频率而变化，因此，步进电动机22的目标驱动脉冲频率由燃料喷射量所决定。例如，根据描述燃料喷射量与发动机转速之间的关系的映射，对目标驱动脉冲频率进行计算。在燃料喷射量较多的情况下，为了以高转速驱动步进电动机22从而增加来自燃料泵21的燃料排出量，控制单元1将目标驱动脉冲频率设定为高频。相反，在空转等燃料喷射量较少的情况下，为了相应减少来自燃料泵21的燃料排出量，控制单元1将目标驱动脉冲频率设定为低频。
接着，在步骤103中，控制单元1根据电池电压值Vb，对在前一步骤102中所决定的目标驱动脉冲频率进行修正。在电池电压值Vb较低的情况下，由于对步进电动机22所施加的电压也较低，且电动机转矩也有所下降，因此，步进电动机22变得容易发生失调。由于在驱动脉冲频率较高的情况下，电动机转矩变低，因此，会变得特别容易受到电池电压降低的影响，从而更可能引起失调。因此，控制单元1根据图5的电池电压值与驱动脉冲频率修正量之间的关系、即描述电池电压值与驱动脉冲频率修正量之间的关系的映射，在电池电压值较低的情况下，例如，在正常的电压值为14V左右的情况下，当电压降低到12V时，将目标驱动脉冲频率修正得较低。具体而言，若参照图5，则在电池电压值为12V时，所对应的驱动脉冲频率修正量为0.8。因此，将目标驱动脉冲频率与修正量0.8相乘。即，设定为即使在电池电压值较低的情况下也能确保转矩的目标驱动脉冲频率。
相反，在电池电压值较高的情况下，控制单元1如图5所示决定较高的修正量，从而将目标驱动脉冲频率设定得较高。例如，在正常的电压值为14V左右的情况下，在电压上升到16V时，将目标驱动脉冲频率修正得较高。具体而言，若参照图5，则在电池电压值为16V时，所对应的驱动脉冲频率修正量为1.3。因此，将目标驱动脉冲频率与修正量1.3相乘。通过这样，即使在施加于步进电动机22的电压变高的情况下，也能通过缩短施加时间来抑制消耗电流，从而抑制步进电动机22的发热。另外，由于所能设定的驱动脉冲频率的范围由所使用的步进电动机22的种类所决定，因此，修正后的目标驱动脉冲频率被限制在该范围以内。
接着，在步骤104中，控制单元1对当前所设定的当前驱动脉冲频率与在步骤103中被修正的目标驱动脉冲频率进行比较，在当前驱动脉冲频率低于目标驱动脉冲频率(“是”)的情况下，进入步骤105。相反，在当前驱动脉冲频率大于等于目标驱动脉冲频率(“否”)的情况下，进入步骤106。
接着，在步骤105中，控制单元1只在当前驱动脉冲频率上加上相当于最小分辨率程度的量，以使其接近目标驱动脉冲频率。
另一方面，在步骤106中，控制单元1实施与步骤104相反的比较，在当前驱动脉冲频率高于目标驱动脉冲频率(“是”)的情况下，进入步骤107。在步骤106中的比较结果为不成立(“否”)的情况下，判断为当前驱动脉冲频率与目标驱动脉冲频率相一致，进入步骤108而不对当前驱动脉冲频率进行变更。
接着，在步骤107中，控制单元1只在当前驱动脉冲频率上减去相当于最小分辨率程度的量，以使其接近目标驱动脉冲频率。
由于从步骤104到步骤107的一连串动作不会使当前驱动脉冲频率发生急剧变化，因此可以防止步进电动机22发生失调。然而，由于根据步进电动机22的性能，可以考虑到即使大幅切换当前驱动脉冲频率也不会发生失调，因此，不需要将步进电动机105及步骤107的当前驱动脉冲频率的变化量限制于最小分辨率程度。
在步骤108中，控制单元1根据在步骤105及步骤107中所计算出的当前驱动脉冲频率，来决定对施加于步进电动机22的脉冲施加时间进行划分后各期间的PWM控制占空比。例如，根据描述当前驱动脉冲频率与由发动机温度传感器9所检测出的发动机温度之间的关系的映射，来对PWM控制占空比进行计算。在当前驱动脉冲频率较高的情况下，由于对步进电动机22施加脉冲的时间较短，因此消耗电流较小，在当前驱动脉冲频率较低的情况下，由于对步进电动机22施加脉冲的时间变长，因此消耗电流变大。这里，通过控制PWM控制占空比，即使当前驱动脉冲频率较低，也可以通过提高占空比来降低消耗电流。在本发明的实施例1中，假定对每个被划分的期间的PWM控制占空比进行决定，但也可以使整个脉冲施加时间的占空比统一地变化。
接着，在步骤109中，与步骤103相同，控制单元1根据电池电压值对PWM控制占空比进行修正。在电池电压值较低的情况下，如步骤103所述那样，由于施加于步进电动机22的电压降低，因此PWM控制占空比提高且电流值降低，会导致电动机转矩下降，可能会引起失调。因此，控制单元1根据图6的电池电压值与PWM控制占空比修正量之间的关系、即描述电池电压值与PWM控制占空比修正量之间的关系的映射，在电池电压值较低的情况下，例如，在正常的电压值为14V左右的情况下，当电压降低到10V时，将PWM控制占空比修正得较高。具体而言，若参照图6，则在电池电压值为10V时，所对应的PWM控制占空比修正量为1.5。因此，将PWM控制占空比与修正量1.5相乘。其结果是，可以提高施加于步进电动机22的电压，从而使转矩增大。
相反，在电池电压值较高的情况下，控制单元1为了防止步进电动机22的发热而将PWM控制占空比修正得较低，以降低消耗电流。例如，在正常的电压值为14V左右的情况下，在电压上升到16V时，将PWM控制占空比修正得较低。具体而言，若参照图6，则在电池电压值为16V时，所对应的PWM控制占空比修正量为0.7。因此，将PWM控制占空比与修正量0.7相乘。另外，由于根据所使用的步进电动机22的种类，所能设定的PWM控制占空比的范围受到限制，因此进行限制处理以使修正后的PWM控制占空比处于范围之内。此外，可以只在脉冲施加时间的前半期间(第一个期间)修正PWM控制占空比，也可以只在后半期间(第二个期间)修正PWM控制占空比。
接着，在步骤110中，在电池电压值表现出超过规定值的异常电压的情况下，施加于步进电动机22的电压变得非常高。于是，例如在电池电压值超过18V的情况下，控制单元1将在步骤108及步骤109中所决定的、脉冲施加时间内被划分的各期间各自的PWM控制占空比统一降低，例如，统一设定为降低10％。由此，降低步进电动机22的消耗电流，抑制步进电动机22的发热。
然后，在步骤111中，控制单元1根据所述当前驱动脉冲频率及PWM控制占空比，对燃料泵21的步进电动机22提供施加电压，对步进电动机22进行驱动。
由于本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置包括步进电动机22和控制单元1，所述步进电动机22作为从燃料箱20吸入、排出燃料的燃料泵21的动力源，所述控制单元1对由驱动脉冲频率所决定的、施加于步进电动机22的电压进行脉宽调制控制，从而对燃料排出量进行控制，控制单元1基于电池25的电池电压值，对目标驱动脉冲频率进行修正，对所述驱动脉冲频率进行计算，使其接近该经过修正的目标驱动脉冲频率，并且基于电池25的电池电压值，对所述施加电压的脉冲施加时间的脉宽调制控制占空比进行修正，因此，可以通过在电池电压异常时确保燃料泵21的步进电动机22的起动性来实现提高发动机的启动性，通过在正常动作时减少步进电动机22的消耗电流来实现抑制蒸气的产生，而燃料泵21的步进电动机22不使用特别的电路。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，由于控制单元1在电池25的电池电压值具有偏低倾向的情况下，将施加于步进电动机22的驱动脉冲频率修正为低频，因此，在电池电压降低、步进电动机22的转矩降低的情况下，可以通过将驱动脉冲频率切换至低频从而向步进电动机22提供电流，确保步进电动机22的转矩。通过确保转矩，在电池电压降低时也可以由燃料泵提供燃料。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，由于控制单元1在电池25的电池电压值具有偏高倾向的情况下，将施加于步进电动机22的驱动脉冲频率修正为高频，因此，可以缩短施加于步进电动机22的电压，从而减小消耗电流。通过减小消耗电流，可以有效应对步进电动机22发热的情况。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，控制单元1基于电池电压值，在作用于步进电动机22的脉冲施加时间内，对所划分成的多个期间中的第一个期间的PWM控制占空比进行修正。通过将第一个期间的PWM控制占空比设定得与其他期间不相同，在开始驱动被施加了高负荷的步进电动机22时也可以确保较大的转矩。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，由于控制单元1基于电池电压值，在作用于步进电动机22的脉冲施加时间内，对所划分成的多个期间中的第二个期间的PWM控制占空比进行修正，因此，可以在第一个期间确保转矩从而可靠地使步进电动机22旋转，在第二个期间之后对转矩进行控制，使步进电动机22的转子的惯性不下降，从而可以通过降低消耗电流来降低电动机线圈的焦耳热。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，控制单元1在电池25的电池电压值具有偏低倾向的情况下，将PWM控制占空比修正得较高。由此，可以提高施加于步进电动机22的电压，从而确保电动机转矩以防止发生失调。
另外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，控制单元1在电池25的电池电压值具有偏高倾向的情况下，将PWM控制占空比修正得较低。由此，可以防止因施加电压变高、消耗电流增大而导致步进电动机22发热，还可以抑制蒸气的产生。
此外，在本发明的实施例1所涉及的发动机控制装置中，由于控制单元1在电池25的电池电压值超过规定值的情况下，将被分成多个期间的脉冲施加时间内的所有期间的PWM控制占空比切换得较低，因此步进电动机22不会被施加异常高的电压值，从而可以防止消耗电流的增大、步进电动机22的发热、以及蒸气的产生。另外，由于对线圈的发热劣化进行了抑制，因此可以有助于提高燃料提供装置的可靠性。

Claims (4)

1.一种发动机控制装置，其特征在于，包括：
作为从燃料箱吸入、排出燃料的燃料泵的动力源的步进电动机；
以及对由驱动脉冲频率所决定的、施加于所述步进电动机的施加电压进行脉宽调制控制，从而对燃料排出量进行控制的控制单元，
所述控制单元从与所述步进电动机相连接的电池检测出电池电压值，将所述施加电压的脉冲施加时间划分成多个期间，基于所述电池电压值对所述多个期间中的第一个期间的脉宽调制控制占空比进行修正。
2.一种发动机控制装置，其特征在于，包括：
作为从燃料箱吸入、排出燃料的燃料泵的动力源的步进电动机；
以及对由驱动脉冲频率所决定的、施加于所述步进电动机的施加电压进行脉宽调制控制，从而对燃料排出量进行控制的控制单元，
所述控制单元从与所述步进电动机相连接的电池检测出电池电压值，将所述施加电压的脉冲施加时间划分成多个期间，基于所述电池电压值对所述多个期间中的第二个期间之后的期间的脉宽调制控制占空比进行修正。
3.如权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，
所述控制单元在所述电池的电池电压值低于正常值的情况下，将所述脉宽调制控制占空比修正得较高。
4.如权利要求1或2所述的发动机控制装置，其特征在于，
所述控制单元在所述电池的电池电压值高于正常值的情况下，将所述脉宽调制控制占空比修正得较低。
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