CN101105164B - 用于电动燃料泵的控制设备和用于控制所述泵的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于电动燃料泵的控制设备，计算同步泵转速(NPS)，用于使泵工作声音与发动机声音同步，根据发动机的转速和发动机声音之间的关系、和燃料泵的转速和泵工作声音之间的关系。通过将燃料泵的目标转速限定在同步泵转速(NPS)，控制设备控制燃料泵的转速。控制设备控制燃料泵的转速以使发动机声音与泵工作声音同步，从而泵工作声音倍发动机工作声音隐藏。因此，可以限制泵工作声音相对于发动机声音在声学上不明显。

Description

用于电动燃料泵的控制设备和用于控制所述泵的方法

技术领域

本发明涉及一种用于电动燃料泵的控制设备。本发明还涉及一种用于控制电动燃料泵的方法。

背景技术

燃料系统包括用于向发动机供应燃料的燃料泵。在这种燃料系统中，燃料泵和发动机都作为声源发出声音。特别的是，燃料泵的工作声音相对于发动机的声音在声学方面很明显。

根据JP-A-58-117351，控制设备根据发动机的工作状态计算出所需要的燃料泵的排出率，从而控制燃料泵的旋转速度以根据排出率供应燃料。具体的是，这种控制设备根据发动机的工作状态改变燃料泵的转速，从而限制过度的燃料排出，并且实现了能耗的降低。然而，燃料泵的工作声音仍然明显，即使在这种利用控制设备的系统中也一样。

发明内容

考虑到上述和其它问题，本发明的目的是制造一种用于电动燃料泵的控制设备，其能够限制泵的工作声音相对于发动机的声音不那么明显。本发明的另一个目的是提供一种用于控制电动燃料泵的方法。

根据本发明的一个方面，一种用于控制向发动机供应燃料的电动燃料泵的控制设备，所述控制设备包括同步(synchronous)速度计算装置，用于根据发动机的转速计算同步转速。控制设备还包括转速控制装置，用于根据同步转速控制燃料泵的转速。当燃料泵以同步转速旋转时，燃料泵发出与发动机的发动机声音同步的泵工作声音。

根据本发明的另一个方面，一种用于控制用于向发动机供应燃料的电动燃料泵的方法，所述方法包括根据发动机的转速计算同步转速。该方法还包括根据同步转速控制燃料泵的转速。当燃料泵以同步转速旋转时，燃料泵发出与发动机的发动机声音同步的泵工作声音

附图说明

根据下面参考附图做出的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更加显而易见。附图中：

图1是示出发动机控制系统的示意图；

图2是一流程图，示出了根据第一实施例用于设置发动机控制系统中的燃料泵的目标转速的过程；

图3是一流程图，示出了根据第二实施例用于设置燃料泵的目标转速的过程；和

图4是一流程图，示出了根据第三实施例用于设置燃料泵的目标转速的过程。

具体实施方式

(第一实施例)

例如，提供一种发动机控制系统以控制内燃机例如用于两轮车辆的汽油机。在这种控制系统中，电子控制单元(ECU)用作中心单元以控制燃料喷射量和点火正时。首先，参考图1描述发动机控制系统。

如图1所示，空气滤清器12设置到发动机10的进气管11的最上部，并且节气门14设置在空气滤清器12的下游。空气滤清器12设置有进气温度传感器13，用于检测进气的温度。节气门14设置有节气门开度传感器15，用于检测节气门位置。进气压力传感器16设置在节气门14的下游，用于检测进气压力。另外，电磁喷射器17设置在进气管11的进气口的附近中。

进气门21和排气门22分别设置到发动机10的进气口和排气口。进气门21开启，从而含有空气和燃料的混合气体被抽吸到燃烧室23中。排气门22开启，从而燃烧过的废气被排出到排气管24中。火花塞25设置到发动机10的缸盖，与每个气缸相对应。火花塞25被点火装置26在适合的点火正时施加高电压，装置26包括点火线圈等。每个火花塞25包括相反的电极，用于通过被施加高电压从而放电产生火花，从而被吸入燃烧室23中的混合气体被点燃并且燃烧。

排气管24设置有催化剂31，例如三元催化剂，用于净化废气中的CO、HC、Nox等。A/F传感器32设置在催化剂31的上游，用于通过感测作为被检测对象的废气来检测混合气体的空燃比。发动机10设置有冷却水传感器33和曲轴角度传感器34，冷却水传感器用于检测冷却水温度，曲轴角度传感器用于随着发动机10的操作以预定的间隔例如30℃A输出矩形曲轴角度信号。

在燃料系统中，燃料箱41容纳置入箱中的(in-tank)燃料泵模块42。燃料泵模块42通过燃料管道43与输送管道45连接。燃料泵模块42包括泵部分46、电动机47和压力调节装置44。燃料泵模块42包括燃料滤清器、返回管道等，在图1中未示出。电动机47设置用于驱动和旋转所述泵部分46。电动机47和泵部分46以相同的转速旋转。泵部分46能够排出与它的转速相对应的燃料。在这个实施例中，电动机47包括公知的不具有传感器的(sensor-less)无电刷电动机，能够在没有转动位置传感器的情况下控制转速。

压力调节装置44设置用于控制从燃料泵模块42排出的燃料压力。当从燃料泵模块42的泵部分46排出的燃料压力变得高于压力调节装置44的设定压力时，过多的燃料通过返回管道被返回到燃料箱41中。也就是说，燃料泵模块42排出燃料，燃料被控制在压力调节装置44中的预定压力，从而，燃料通过燃料管道43被供应到输送管道45。另外，过多的燃料通过返回管道被返回到燃料箱41。

ECU 50包括微型计算机，所述微型计算机包括CPU、ROM、RAM等，作为主要单元。ECU 50输入各种传感器的检测信号和施加到电动机47的供应电压VP的检测信号。ECU 50执行存储在ROM中的各种控制程序，以根据发动机10的工作状态控制喷射器17的燃料喷射正时和火花塞25的点火正时。

ECU 50向电动机47输出脉冲宽度调制信号，以控制电动机47的转速。电动机47的转子磁体旋转，从而定子线圈产生感应电压。ECU 50改变与这个感应电压对应的脉冲宽度调制信号的间隔，从而将电动机47控制在预定的目标转速。因此，电动机47的转速被从ECU 50输出的脉冲宽度调制信号控制。电动机47的转速与泵部分46的转速(泵转速NP)相同。实际的泵转速(NP)可以根据脉冲宽度调制信号获得，所述信号用作从ECU 50输出的电动机47的驱动信号。在这种结构中，用于检测实际泵转速NP的旋转位置传感器不需要设置。

接下来，将参考图2描述用于设置泵部分46的目标转速的过程。在发动机启动后，ECU 50以预定的间隔执行图2所示的程序。

在图2中，步骤S101读取每个传感器的信息。具体的是，步骤S101从各个传感器的检测信号读取节气门位置、进气压力、发动机转速NE等。步骤S102根据发动机转速NE和负荷计算对于发动机10的工作状态相对应需要的燃料所需要的排出量FAD，其中所述负荷对应于节气门位置或进气压力。限定所需要的排出量FAD和发动机转速NE之间的关系的表(map)预先存储在ECU 50中。步骤S102利用所述表计算所需要的排出量FAD。

步骤S103计算泵部分46的转速(所需要的泵转速NPD)，所述转速与在步骤S102中计算的所需要的排出量FAD相对应。限定燃料泵模块42的排出量和发动机转速NE之间的关系的表预先存储在ECU 50中。步骤S103利用所述表计算与所需要燃料量相对应的所需要的泵转速NPD。

步骤S104根据发动机转速NE计算频率成分(发动机声音基准频率FNE)。发动机声音基准频率FNE是当发动机旋转时发出的发动机声音中包含的频率成分的最小的频率成分。通常，发动机和泵发出的声音包括多个频率成分。每个成分的频率是声音中含有的频率成分的最小频率(基准频率)的整数倍。也就是说，每个成分的频率等于声音中含有的频率成分中的最小频率(基准频率)与整数的乘积。步骤S105计算当泵部分46以所需要的泵转速NPD被驱动时发出的泵工作声音的基准频率(所需要的泵声音基准频率FNPD)。

限定发动机转速NE和发动机声音基准频率FNE之间的关系的表预先存储在ECU 50中。限定泵转速和泵工作声音的基准频率之间的关系的表同样预先存储在ECU 50中。步骤S104和步骤S105分别利用所述表计算发动机声音基准频率FNE和所需要的泵声音基准频率FNPD。

步骤S106计算频率(同步泵声音频率FNPS)。同步泵声音频率FNPS是这样的频率，该频率等于或者大于所需要的泵声音基准频率FNPD，并且是发动机声音基准频率FNE的倍数中最接近所述所需要的泵声音基准频率FNPD的。

步骤S107计算泵转速(同步泵转速NPS)，所述泵转速发出的泵工作声音包括这样的频率成分，该频率成分是同步泵声音频率FNPS的倍数。步骤S107利用限定泵转速和泵工作声音的基准频率之间关系的表计算同步泵转速NPS。

同步泵声音频率FNPS是发动机声音基准频率FNE的倍数。当泵部分46以同步泵转速NPS被驱动时发出的泵工作声音的频率成分是同步泵声音频率FNPS的倍数。因此，当泵部分46以同步泵转速NPS被驱动时发出的泵工作声音的每个频率成分是发动机声音基准频率FNE的倍数。也就是说，泵工作声音的每个频率成分与发动机工作声音的频率成分同步。

步骤S108估算同步泵转速NPS是否等于或小于泵部分46在性能上能够产生的最大泵转速NPMAX。这个步骤是用于估算在步骤S107中计算的同步泵转速NPS是否是泵部分46能够产生的转速。当步骤S108得出“是”的判断时，步骤S109将泵部分46的目标转速设置为同步泵转速NPS，接着，程序结束。当步骤S108做出“否”的判断时，步骤S110将泵部分46的目标转速设置为所需要的泵转速NPD，随后，程序结束。

如上所述，这个实施例产生下面的效果。

在这个实施例中，当同步泵转速NPS等于或小于最大泵转速NPMAX时，泵部分46的目标转速被设置为同步泵转速NPS。通过将泵转速NP控制为同步泵转速NPS，泵工作声音中含有的频率成分是同步泵声音频率FNPS的倍数。同步泵声音频率FNPS是发动机声音基准频率FNE的倍数。因此，当泵部分46以同步泵转速NPS被驱动时发出的泵工作声音的每个频率成分是发动机声音基准频率FNE的倍数。也就是说，泵工作声音中包含的所有频率成分可以与发动机工作声音中包含的频率成分同步。在这个操作中，泵工作声音可以与发动机声音同步，从而泵工作声音可以被发动机声音隐藏。因此，泵工作声音可以被限制相对于发动机声音不明显。另外，泵部分46的目标转速被设置成等于或者大于所需要的泵转速NPD。

在这种操作中，根据发动机10的工作状态向发动机10供应所需要排出量FAD的燃料，从而，发动机10的工作状态可以被优选保持。

同步泵转速NPS被设置成这样的值，该值等于或大于所需要的泵声音基准频率FNPD，并且是发动机声音基准频率FNE的倍数中最靠近所需要的泵声音基准频率FNPD的。在这个操作中，可以使得泵工作声音相对于发动机声音基本不明显，另外降低泵转速NP并且满足所需要的排出量FAD。泵转速NP被降低，从而用于驱动泵的电能可以被减少。因此，可以实现能量减少。

当同步泵转速NPS大于最大泵转速NPMAX时，泵部分46的目标转速被设置在所需要的泵转速NPD。在这个操作中，泵工作声音会是明显的，因为考虑到泵部分46的性能没有将转速控制在同步泵转速NP。即使泵部分46的目标转速被设置在所需要的泵转速NPD，该转速是为了满足所需要的排出量FAD的最小转速，从而泵声音本身可以被降低，并且可以实现能量减少。

在这个实施例中，用于驱动和旋转泵部分46的电动机47包括无传感器的无电刷电动机，其能够在没有转动位置传感器的情况下控制转速。在这种结构中，电动机47的结构可以被简化，从而燃料泵模块42的结构也可以被简化。

(第二实施例)

在图3中，从步骤S201到步骤S203的过程基本与第一实施例中图2的从步骤S101到步骤S103的过程类似。

步骤S204估算发动机转速NE是否等于或大于预定的转速α。步骤S204用于估算发动机10是否处于预定的高转速状态。预定的高转速状态表示这样的状态，其中发动机转速等于或者大于预定转速例如4000rpm，并且随着发动机10旋转发出的发动机声音相对于泵工作声音变得充分地大。当步骤S204做出“是”的判断时，步骤S211将泵部分46的目标转速设置在所需要的泵转速NPD。接着，程序结束。相反，当步骤S204做出“否”的判断时，程序进行到步骤S205。从步骤S205到步骤S211的过程与第一实施例中图2的从步骤S104到步骤S110的过程基本类似。

当发动机10处于预定的高转速状态时，与从泵部分46发出的泵工作声音相比，发动机10的工作声音变得充分地大。因此，由泵部分46的工作声音引起的影响小，即使特殊的对策没有实现时也一样，所述对策用于使泵工作声音与发动机声音同步或者利用发动机声音隐藏泵工作声音。因此，在这个实施例中，当发动机10处于预定的高转速状态时，目标转速被设置在所需要的泵转速NPD，同时不需要计算同步泵转速NPS。在这个操作中，当发动机10处于预定的高转速状态时，同步泵转速NPS不需要被计算。因此，可以简化处理。

(第三实施例)

在图4中，步骤S301读取每个传感器的信息。具体的是，步骤S301从各个传感器的检测信号读取节气门位置、进气压力、发动机转速NE等。

步骤S302估算发动机转速NE是否等于或者大于预定转速范围β。步骤S302用于评估发动机10是否处于预定的高转速状态。预定的高转速状态表示这样的状态，其中，发动机转速等于或大于预定的转速例如4000rpm。预定的高转速状态表示这样的状态，其中，随着发动机10旋转发出的发动机声音相对于泵工作声音变得充分地大，并且利用车载发电机产生的电能变得充分地大。当步骤S302做出“是”的判断时，步骤S303将泵部分46的目标转速设置在泵部分46在性能上能够产生的最大泵转速NPMAX。接着程序结束。相反，当步骤S302做出“否”的判断时，程序进行到步骤S304。从步骤S304到步骤S312的过程与第一实施例中图2的从步骤S102到步骤S110的过程基本类似。步骤S302中的阈值β可以是与第二实施例中的步骤S204中的阈值α相同的值。可替换的是，步骤S302中的阈值β可以是与第二实施例中步骤S204中的阈值α不同的值。

当发动机10处于预定的高转速状态时，与当泵部分46被驱动时发出的泵工作声音相比，发动机10的工作声音变得充分地大。因此，由泵部分46的工作声音引起的影响小，即使当具体的对策没有实现时也一样，所述对策用于使泵工作声音与发动机声音同步，或者用于利用发动机声音隐藏泵工作声音。另外，当发动机10处于预定的高转速状态时，对于将泵转速NP限制到所需要的泵转速NPD用于减少能量的必要性小。也就是说，当发动机10处于预定的高转速状态时，车载发电机足以确保电能产生。因此，即使当泵部分46的目标转速被设置的高时，泵部分46的能量消耗不会造成电池能力的不足。

因此，在这个实施例中，当发动机10处于预定的高转速状态时，泵部分46的目标转速被设置在最大泵转速NPMAX，同时不需要计算所需要的泵转速NPD和同步泵转速NPS。因此，所需要的泵转速NPD和同步泵转速NPS不需要被计算，从而可以简化处理。

(其它实施例)

第二实施例可以与第三实施例结合。具体的是，第二实施例和第三实施例中的发动机转速NE的阈值α、β被设置成满足关系α＜β。当发动机转速NE等于或大于β时，泵部分46的目标转速被设置在最大泵转速NPMAX。当发动机转速NE小于β时，并且等于或者大于α时，泵部分46的目标转速被设置在所需要的泵转速NPD。在这种控制中，当发动机转速NE等于或大于预定的高转速范围时，泵部分46的转速可以根据发动机转速NE被进一步可变地控制。因此，泵部分46的转速可以进一步被控制适应于工作状态。

在上述实施例中，用于驱动泵部分46的电动机47包括无电刷电动机。可替换的是，电动机47可包括具有电刷的电动机。

在上述实施例中，控制系统被应用到用于两轮车辆的发动机。然而，控制系统不限于被应用到两轮车辆。控制系统可以应用到另一种车辆，特别是例如两轮车辆以外的小型车辆例如农业车辆。在这种情况中，甚至在具有简单系统的车辆中，燃料泵模块42的泵部分46的旋转可以被适合地控制，可以没有另外的部件。控制系统不限于应用到小型车辆。

上述处理例如计算和判断不限于由ECU 50执行。控制单元可具有各种结构，包括作为实例示出的ECU 50。

实施例的上述结构可以适合地结合。应当认为，虽然本发明的实施例的处理已经在此被描述为包括特定顺序的步骤，但是另外可替换实施例被认为是落在本发明的范围内，所述另外的实施例包括这些步骤和/或其它步骤的各种其它顺序。

在不脱离本发明的精神的情况下，可以对上述实施例做出各种修改和变化。

Claims (17)

1.一种用于控制电动燃料泵(42)的控制设备，所述电动燃料泵用于向发动机(10)供应燃料，所述控制设备包括：

同步速度计算装置(S107，S208，S309)，用于根据发动机(10)的转速(NE)计算同步转速(NPS)；和

转速控制装置(50)，用于根据同步转速(NPS)控制燃料泵(42)的转速(NP)，

其中，当燃料泵(42)以同步转速(NPS)旋转时，燃料泵(42)发出与发动机(10)的发动机声音同步的泵工作声音。

2.如权利要求1所述的控制设备，

其特征在于，所述同步速度计算装置(S107，S208，S309)根据下列关系计算同步转速(NPS)：

发动机(10)的转速(NE)和发动机声音之间的关系；和

燃料泵(42)的转速(NP)和泵工作声音之间的关系。

3.如权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，同步速度计算装置(S107，S208，S309)计算同步转速(NPS)，所述同步转速包括这样的频率成分，所述频率成分是发动机声音中含有的最小频率成分(FNE)的整数倍。

4.如权利要求1或2所述的控制设备，其特征在于，还包括：

用于根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)的装置(S102，S202，S304)；和

用于计算与所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)的装置，

其中，在同步转速(NPS)等于或小于燃料泵在性能上能够产生的最大泵转速的情况下，转速控制装置(50)将燃料泵(42)的转速(NP)控制在等于或者大于所需要的转速(NPD)的同步转速(NPS)。

5.如权利要求4所述的控制设备，其特征在于，所述同步转速等于所需要的转速(NPD)，或者大于所需要的转速(NPD)且最接近所需要的转速(NPD)。

6.如权利要求1所述的控制设备，

其特征在于，还包括：

用于根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)的装置(S102，S202，S304)；和

用于计算与所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)的装置(S103，S203，S307)；

其中，在下面的状态中，转速控制装置(50)将燃料泵(42)的转速(NP)控制在所需要的转速(NPD)：

在所述状态中，同步转速(NPS)大于燃料泵(42)的最大转速(NPMAX)，所述同步转速大于所需要的转速(NPD)且最接近所述所需要的转速(NPD)。

7.如权利要求1所述的控制设备，

其特征在于，还包括：

用于根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)的装置(S102，S202，S304)；和

用于计算与所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)的装置(S103，S203，S307)；

其中在下面的状态中，转速控制装置(50)将燃料泵(42)的转速(NP)控制在所需要的转速(NPD)：

在所述状态中，发动机(10)的转速(NE)等于或大于预定的转速。

8.如权利要求1或2所述的控制设备，

其特征在于，在下面的状态中，转速控制装置(50)将燃料泵(42)的转速(NP)控制在燃料泵(42)的最大转速(NPMAX)：

在所述状态中，发动机(10)的转速(NE)等于或大于预定的转速。

9.如权利要求1-2中任一项所述的控制设备，其特征在于，燃料泵(42)包括无电刷电动机。

10.一种用于控制电动燃料泵(42)的方法，所述电动燃料泵用于向发动机(10)供应燃料，所述方法包括：

根据发动机(10)的转速(NE)计算同步转速(NPS)；和

根据同步转速(NPS)控制燃料泵(42)的转速(NP)，

其中，当燃料泵(42)以同步转速(NPS)旋转时，燃料泵(42)发出与发动机(10)的发动机声音同步的泵工作声音。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

根据下列关系计算同步转速(NPS)：

发动机(10)的转速(NE)和发动机声音之间的关系；和

燃料泵(42)的转速(NP)和泵工作声音之间的关系。

12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，还包括：

计算同步转速(NPS)，所述同步转速包括这样的频率成分，所述频率成分是发动机声音中含有的最小频率成分(FNE)的整数倍。

13.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，还包括：

根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)；

计算与所述所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)；和

在同步转速(NPS)等于或小于燃料泵在性能上能够产生的最大泵转速的情况下，将燃料泵(42)的转速(NP)控制在同步转速(NPS)，所述同步转速等于或大于所需要的转速(NPD)。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述同步转速(NPS)等于需要的转速(NPD)，或大于所需要的转速(NPD)且最接近所需要的转速(NPD)。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)；

计算与所述所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)；

在下面的状态中，将燃料泵(42)的转速(NP)控制在所需要的转速(NPD)：

在所述状态中，同步转速(NPS)大于燃料泵(42)的最大转速(NPMAX)，所述同步转速大于所需要的转速(NPD)且最接近所需要的转速(NPD)。

16.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括：

根据发动机工作状态计算燃料泵(42)的所需要的排出量(FAD)；和

计算与所需要的排出量(FAD)相对应的燃料泵(42)的所需要的转速(NPD)；

在下面的状态中将燃料泵(42)的转速(NP)控制在所需要的转速(NPD)：

在所述状态中，发动机(10)的转速(NE)等于或大于预定转速。

17.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，还包括：

在下面的状态中，将燃料泵(42)的转速(NP)控制在燃料泵(42)的最大转速(NPMAX)：

在所述状态中，发动机(10)的转速(NE)等于或大于预定转速。

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