本发明涉及一种用于内燃机的燃料供给装置。
背景技术:
在日本专利申请公开号2007-278167(JP 2007-278167 A)中所述的用于内燃机的燃料供给装置中,离合器机构介于马达的输出轴的一端和内燃机的排气凸轮轴之间,并且马达的输出轴的另一端和燃料泵的驱动轴彼此连接。
利用这种燃料供给装置,在离合器机构被置于释放状态时,燃料泵仅由马达的驱动力驱动,并且当离合器机构被置于接合状态时,燃料泵由马达的驱动力和排气凸轮轴的旋转力驱动。
技术实现要素:
顺便提及,在被供给到直流马达的电力恒定的情况下,直流马达的扭矩随着直流马达的转速增大而减小。因此,为了防止驱动燃料泵的马达的尺寸增大,要求能够在马达的扭矩降低的高转速下,通过使用另一驱动力源辅助驱动燃料泵。也就是说,当以额定输出功率驱动马达时,在马达的转速变成不能提供用于驱动泵的扭矩的转速之前,离合器机构需要被置于接合状态。
JP 2007-278167 A中所述的燃料供给装置在离合器机构接合的状态下通过使用排气凸轮轴来辅助驱动燃料泵。当离合器机构接合时,与驱动燃料泵导致的负荷相当的扭矩作用在排气凸轮轴上。因此,在JP 2007-278167 A中所述的燃料供给装置中,排气凸轮轴需要被加固,以便不仅承受驱动排气凸轮所需的扭矩,而且也承受辅助驱动燃料泵所需的扭矩。
本发明提供一种用于内燃机的燃料供给装置,该用于内燃机的燃料供给装置能够辅助驱动燃料泵,而不必加固用于辅助驱动燃料泵的旋转轴。
本发明的一方面提供一种用于内燃机的燃料供给装置。该燃料供给装置包括马达、燃料泵、交流发电机、离心式离合器和电子控制单元。马达包括输出轴。燃料泵被构造成被马达的输出轴的旋转驱动,并且将加压过的燃料供给到内燃机。交流发电机包括随着内燃机的曲轴旋转而旋转的旋转轴。交流发电机被构造成在旋转轴被旋转时产生电力。离心式离合器介于马达的输出轴和交流发电机的旋转轴之间。离心式离合器被构造成当马达的输出轴的转速高于或者等于接合转速时将马达的输出轴与交流发电机的旋转轴连接。离心式离合器被构造成当马达的输出轴的转速低于接合转速时将马达的输出轴与交流发电机的旋转轴断开。接合转速是比由于交流发电机产生电力而作用在旋转轴上的扭矩变成最大的旋转轴转速大的转速,并且是比在马达以额定输出功率被驱动时不能仅由马达提供用于驱动燃料泵的扭矩的转速低的转速。电子控制单元被构造成控制马达。
交流发电机通常被构造成能够在曲轴的转速落入服务旋转范围内时确保所需电力,并且能够在曲轴的转速低的状态下实现最大产生电力。因此,交流发电机的产生电力在相对低的转速下达到峰值,并且不再增大。产生的电力达到峰值的事实意味着交流发电机的工作负荷达到峰值。因此,作用在旋转轴上的负荷也达到峰值,并且在产生的电力达到峰值的条件下,随着产生电力而作用在交流发电机的旋转轴上的扭矩在旋转轴的转速增大时减小。
交流发电机的旋转轴被设计成承受通过产生电力而起作用的扭矩,所以所产生的电力达到峰值,并且当通过产生电力而起作用的扭矩小时,旋转轴具有强度容限。
利用上述构造,当马达的旋转轴的转速高于或者等于接合转速时,马达的输出轴和交流发电机的旋转轴彼此连接,并且通过经由交流发电机的旋转轴从曲轴侧传递至马达的输出轴的扭矩来辅助驱动燃料泵。由于接合转速高于随着交流发电机产生电力而作用在旋转轴上的扭矩变成最大的旋转轴的转速,所以当转速高于或者等于接合转速时,在旋转轴具有强度容限的状态下,通过交流发电机的旋转轴传递扭矩。
因此,利用根据上述方面的燃料供给装置,能够通过在电子控制单元的控制下将马达的输出轴的转速增大至接合转速或者更高转速,经由离心式离合器将马达的输出轴与交流发电机的旋转轴连接,并且经由交流发电机的输出轴将来自曲轴侧的扭矩传递到马达的输出轴。以这种方式,能够在旋转轴具有强度容限的状态下,经由交流发电机的旋转轴辅助驱动燃料泵,所以能够在不必加固旋转轴的情况下辅助驱动燃料泵。
在根据上述方面的燃料供给装置中,电子控制单元可以被构造成在正在切断到内燃机的燃料的同时,控制马达,使得输出轴的旋转停止。关于这一方面,在正在切断内燃机的燃料的同时,马达的输出轴的旋转被停止,使得输出轴的转速低于接合转速,结果是马达的输出轴通过离心式离合器与交流发电机的旋转轴断开。因此,能够在不需要在压力下通过燃料泵进给燃料的情况下防止对马达的不必要电力供给,并且能够防止经由离心式离合器将负荷作用在交流发电机的旋转轴上。
在根据上述方面的燃料供给装置中,内燃机可以被安装在车辆上。电子控制单元可以被构造成控制马达的输出轴的转速,使得由于驱动燃料泵所产生的燃料脉动的频率与燃料供给系统(该系统包括连接至燃料泵的燃料管)共振的频率不同。
当由于驱动燃料泵而产生的燃料的脉动频率与燃料供给系统(该燃料供给系统包括燃料管)共振的频率一致时,由于燃料供给系统共振,燃料供给系统发生的噪音升高。根据该方面,由于使燃料的脉动频率处于与燃料供给系统共振的频率不一致的频率,所以难以发生共振。因此,能够防止燃料供给系统发生的噪声由于燃料供给系统共振而升高,所以能够防止车辆的乘员感受到奇怪感。
在根据上述方面的燃料供给装置中,电子控制单元可以被构造成在怠速运行期间控制马达的输出轴的转速,使得由于驱动燃料泵而产生的燃料的脉动频率与燃料供给系统共振的频率不同。
在正在执行内燃机的怠速运行的同时,安装有内燃机的车辆通常停止,所以如果燃料供给系统的噪音大,则存在乘员感受到奇怪感的问题。根据这一方面,在正在执行怠速运行的条件下,也就是说在乘员易于感觉到噪音的条件下,输出轴的转速被控制成燃料的脉动频率与燃料供给系统共振的频率不同。因此,在乘员易于感觉到噪音的情况下,能够防止燃料供给系统的噪音由于燃料供给系统的共振而升高,所以更显著地实现乘员经历的奇怪感降低的有利效果。在乘员难以感觉到噪音的情况下,能够控制输出轴的转速,而不存在燃料的脉动频率是否与燃料供给系统共振的频率一致的限制。
在根据上述方面的燃料供给装置中,电子控制单元可以被构造成在内燃机重启之前控制马达,使得马达的输出轴以低于接合转速的转速旋转,以驱动燃料泵。
当马达的输出轴以低于接合转速的转速旋转时,能够通过不接合离心式离合器,仅使用马达驱动燃料泵。因此,能够在发动机重启之前提高燃料压力,所以易于获得适合发动机重启的燃料压力。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义,其中相同标记指示相同元件,并且其中:
图1是示出根据第一实施例的用于内燃机的燃料供给装置及其外围机构的示意图;
图2是在离心式离合器未接合的状态下沿图1的线II-II截取的横截面图;
图3是在离心式离合器接合的状态下沿图1的线II-II截取的横截面图;
图4是示出根据实施例的交流发电机的产生的电力和用于旋转轴的转速的扭矩之间的关系的曲线图;
图5是示出根据实施例的马达、高压燃料泵和交流发电机每一个的转速和扭矩之间的关系的曲线图;
图6是示出根据实施例的执行马达控制的处理的流程图;以及
图7是示出根据第二实施例的在用于内燃机的燃料供给装置中执行马达控制的处理的流程图。
具体实施方式
下面将参考图1至图6描述用于内燃机的燃料供给装置的第一实施例。根据本实施例的燃料供给装置所应用到的内燃机1是安装在车辆上的直列四缸汽油发动机。
如图1中所示,在内燃机1的燃料供给系统3中,依次地连接了进给泵11、低压燃料通路12、第一止回阀15、高压燃料泵20、第二止回阀30、高压燃料通路31和输送管35。进给泵11是电动泵。进给泵11从燃料箱10内抽取燃料,并且然后在压力下将燃料进给到低压燃料通路12。
高压燃料泵20包括缸21和柱塞23。柱塞23在缸21内上下移动。提升器24被固定到柱塞23的下端。提升器24被弹簧25在降低柱塞23的方向中推压。驱动凸轮27接触提升器24的下端面。驱动凸轮27被固定到马达40(下文描述)的输出轴41。驱动凸轮27随着马达40的输出轴41的旋转而旋转。在驱动凸轮27的凸轮鼻28由于驱动凸轮27的旋转而抵抗弹簧25的推进力向上推动提升器24时,柱塞23升高。在凸轮鼻28向上推动提升器24之后,提升器24被弹簧25的推压力向下推动,并且柱塞23下降。以这种方式,柱塞23随着驱动凸轮27的旋转而在缸21内周期性地上下往复。
低压燃料通路12经由第一止回阀15连接至缸21的吸入端口21a。当低压燃料通路12内的压力比缸21内的压力高预定压力或者更高压力时,则第一止回阀15打开,并且允许燃料从低压燃料通路12流动至缸21。另一方面,即使低压燃料通路12内的压力高于缸21内的压力,但是当低压燃料通路12内的压力和缸21内的压力之间的压差小于预定压力时,或者当低压燃料通路12内的压力低于缸21内的压力时,第一止回阀15闭合,并且禁止燃料在低压燃料通路12和缸21之间流动。
缸21的排出端口21b经由第二止回阀30连接至高压燃料通路31。当缸21内的压力比高压燃料通路31内的压力高预定压力过更高压力时,第二止回阀30打开,并且允许燃料从缸21流动至高压燃料通路31。另一方面,即使缸21内的压力高于高压燃料通路31内的压力,但是当缸21内的压力和高压燃料通路31内的压力之间的压差小于预定压力时,或者当缸21内的压力低于高压燃料通路31内的压力时,第二止回阀30闭合,并且禁止燃料在缸21和高压燃料通路31之间流动。
因而,随着柱塞23降低并且缸21内的压力减小,第二止回阀30闭合并且第一止回阀15打开,结果是燃料被从低压燃料通路12引入缸21。随着柱塞23升高并且缸21内的压力增大,第一止回阀15闭合并且第二止回阀30打开,结果是缸21内的燃料被排出至高压燃料通路31。
高压燃料通路31被连接至输送管35。四个燃料喷射阀36被连接至输送管35。每个燃料喷射阀36都被安装成面对设置在内燃机1的对应的一个气缸内的燃烧室,并且用于将燃料直接喷射到燃烧室中。
如上所述,高压燃料泵20的驱动凸轮27随着马达40的输出轴41的旋转而旋转。马达40为直流马达。驱动凸轮27被固定到马达40的输出轴41的一端,并且马达40的输出轴41的另一端经由离心式离合器50而联接至交流发电机60的旋转轴61的一端。交流发电机60在旋转轴61旋转时产生电力。滑轮63被设置在交流发电机60的旋转轴61的另一端。驱动皮带68缠绕滑轮63和曲柄滑轮67。曲柄滑轮67被设置在内燃机1的曲轴65处。随着曲轴65的旋转被驱动皮带58传递到滑轮63,旋转轴61旋转。允许响应于滑轮63、67之间的圆周的比率来调节交流发电机60的旋转轴61相对于曲轴65转速的转速。在本实施例中,交流发电机60的旋转轴61被构造成以曲轴65转速两倍的转速旋转。
如图1至图3中所示,离心式离合器50包括盘状离合器片51和扁平的封闭端圆柱形离合器外部58。离合器外部58容纳离合器片51。离合器片51被固定到马达40的输出轴41的所述端。离合器外部58被固定到交流发电机60的旋转轴61的一端。
如图2中所示,四个配重块轴部53被固定到离合器片51。配重块轴部53被等间距地布置在绕马达40的输出轴41的同心圆上,并且平行于马达40的输出轴41延伸。
离心式离合器50包括四个离合器配重块54。每个离合器配重块54都具有通孔57。配重块轴部53被插入每个通孔57中。因而,离合器配重块54被布置在马达40的输出轴41和离合器外部58的圆柱形部58a之间。摩擦面55被设置在每个离合器配重块54的面上,面对离合器外部58的圆柱形部58a。离合器外部58的圆柱形部58a的内周是与离合器配重块54协作的摩擦面59。
弹簧56被以压缩状态布置在每个离合器配重块54的一端和马达40的输出轴41之间。也就是说,每个弹簧56都从离心式离合器50径向向外地推压对应的离合器配重块54的一端,配重块轴部53被设置成离合器配重块54的枢转轴。因而,当输出轴41的转速低并且作用在离合器配重块54上的离心力小时,离合器配重块54的摩擦面55与离合器外部58的摩擦面59间隔隔开。
另一方面,随着输出轴41的转速增大,作用在离合器配重块54上的离心力增大,并且每个离合器配重块54都抵抗对应弹簧56的推压力而绕对应的配重块轴部53枢转。结果,离合器配重块54的摩擦面55和离合器外部58的摩擦面59彼此接近。随着输出轴41的转速变得高于或者等于接合转速N1,如图3中所示,离合器配重块54的摩擦面55被离心力压在离合器外部58的摩擦面59上。结果,离心式离合器50接合。当离心式离合器50接合时,马达40的输出轴41经由离心式离合器50与交流发电机60的旋转轴61连接。
下面将描述设定离心式离合器50接合的输出轴41的接合转速N1的模式。顺便提及,交流发电机60通常被构造成能够在曲轴65的转速低的状态下实现最大产生电力,使得在曲轴65的转速落入服务旋转范围内时确保所需电力。
因此,如图4中的线L1所示,交流发电机60的产生的电力在相对低的基准转速N2达到峰值,并且不再增大。所产生的电力达到峰值的事实意味着交流发电机60的工作负荷达到峰值。因此,作用在旋转轴61上的负荷也达到峰值,并且在如图4中的线L2所示,所产生的电力达到峰值的条件下,随着产生电力而作用在交流发电机60的旋转轴61上的扭矩在旋转轴61的转速增大时减小。
交流发电机60的旋转轴61被设计成承受随着产生电力而起作用的扭矩,所以所产生的电力达到峰值,并且当随着产生电力而起作用的扭矩小时,旋转轴61具有强度容限。
图5中的连续线Lm示出当马达40以额定输出功率被驱动时的转速和扭矩之间的关系。如上所述,由于马达40为直流马达,所以如连续线Lm所示,扭矩在输出轴41的转速增大时减小。如连续线Lp所示,随着转速增大,需要更大的扭矩以驱动高压燃料泵20。如图5中所示,连续线Lm和连续线Lp在转速N3处彼此相交。
当马达40的输出轴41的转速低于或者等于转速N3时,连续线Lm指示的扭矩大于或者等于连续线Lp指示的扭矩。因此,驱动高压燃料泵20所需的扭矩能够仅由马达40提供。另一方面,当输出轴41的转速超过转速N3时,连续线Lm指示的扭矩小于连续线Lp指示的扭矩。因此,驱动高压燃料泵20所需的扭矩不能仅由马达40提供。
随着马达40的输出功率减小,每一转速的扭矩都减小,所以连续线Lm移动至图5中的左下侧。另一方面,随着马达40的输出功率增大,每一转速的扭矩都增大,所以连续线Lm移动至图5中的右上侧。然而,马达40被以额定输出功率或者更低的功率驱动。因此,通过这种燃料供给装置,连续线Lm和连续线Lp彼此相交的转速不能被升高至高于转速N3。也就是说,在这种燃料供给装置中,在驱动高压燃料泵20所需的扭矩仅由马达40提供的情况下,转速N3为输出轴41的转速的上限值。下面,将转速N3称为上限转速N3。
离心式离合器50的接合转速N1被设定在一定转速范围内,在该范围内,用于驱动高压燃料泵20的扭矩仅由马达40提供。特别地,接合转速N1被设定成低于或者等于上限转速N3的转速。另外,接合转速N1被设定成高于基准转速N2的转速,基准转速N2是随着交流发电机60产生电力而作用在旋转轴61上的扭矩变成最大的旋转轴61的转速。
也就是说,接合转速N1被设定成比随着交流发电机60产生电力而作用在旋转轴61上的扭矩变成最大的旋转轴61的转速高的转速,并且比在马达40以额定输出功率被驱动时不仅由马达40提供用于驱动高压燃料泵20的扭矩的转速低。
利用这种构造,在马达40的输出轴41的转速变成高于或者等于接合转速N1时,离心式离合器50接合,并且能够经由交流发电机60的旋转轴61将扭矩从曲轴65侧传递至马达40的输出轴41。因此,能够在旋转轴61具有强度容限的状态下,经由交流发电机60的旋转轴61辅助驱动高压燃料泵20,所以能够在不必加固旋转轴61的情况下辅助驱动高压燃料泵20。
在电力被供给到马达40使得马达40的输出轴41变成高于或者等于接合转速N1时,马达40的输出轴41与交流发电机60的旋转轴61连接,并且与交流发电机60的旋转轴61一体地旋转。如上所述,旋转轴61以作为曲轴65转速的发动机转速两倍的转速旋转,所以随着发动机转速增大,旋转轴61的转速增大。因此,当马达40的输出轴41的转速高于或者等于接合转速N1时,高压燃料泵20每单位时间的排出量随着发动机转速增大而增大。
在内燃机1中,燃料消耗量随着内燃机1上的负荷变得更高而增大,或者随着内燃机1的转速甚至在相同负荷时变得更高而增大,所以高压燃料泵20需要向内燃机1供给更大量的燃料。在输出轴41与交流发电机60连接并且与交流发电机60一体地旋转的条件下,高压燃料泵20被构造成甚至在每一发动机转速都提供最大负荷的发动机运行状态下,也能够向内燃机1供给内燃机1要求的燃料量。
图5中的连续线Lo代表交流发电机60的旋转轴61的转速和基于旋转轴61的强度容限的可传递扭矩量之间的关系。连续线Lc代表离心式离合器50能够传递的扭矩。在图5中,在高于或者等于转速N1的任何转速下,连续线Lc指示的扭矩都小于连续线Lo指示的扭矩。因此,发现在这种供给装置中,经由离心式离合器50在如下范围中传递的扭矩,在该范围中,能够通过采用旋转轴61的强度容限来传递扭矩。
图5中的虚线Lt表示在马达40被以额定输出功率驱动的情况下,离心式离合器50能够传递的扭矩(连续线Lc指示的扭矩)和马达40的扭矩(连续线Lm指示的扭矩)的组合扭矩。马达40的额定输出功率被设定成使得虚线Lt指示的组合扭矩大于或者等于虚线Lp指示的驱动高压燃料泵20所需的扭矩。
如图1中所示,对内燃机1及其外围机构的各种控制由电子控制单元70执行。电子控制单元70包括中央处理单元(CPU)、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)等。ROM预先存储各种程序、映射等。RAM临时地存储CPU的计算结果等。设置在车辆内的各种传感器的信号被输入至电子控制单元70。
如图1中所示,设置在车辆中的各种传感器包括加速器传感器81、曲柄转角传感器82、空气流量计83和燃料压力传感器84。加速器传感器81检测加速器踏板的压下量。曲柄转角传感器82用于检测发动机转速。空气流量计83检测内燃机1的吸入空气量。燃料压力传感器84检测输送管35内的燃料压力。设置在车辆中的各种传感器还包括制动传感器85、车速传感器86、位置传感器87、点火开关88等等。制动传感器85检测制动踏板的压下量。车速传感器86检测车辆的行驶速度。位置传感器87检测变速杆的位置。点火开关88用于由驾驶员手动地操作内燃机1的重启或者停止。
电子控制单元70基于这些各种传感器的检测结果而在内燃机1及其外围机构上执行各种控制。例如,电子控制单元70在燃料喷射阀36上执行燃料喷射控制。也就是说,电子控制单元70设定适合车辆状态的目标燃料喷射量,并且在喷射阀36上执行阀打开控制,以使得从燃料喷射阀36喷射目标燃料喷射量的燃料。基于上述各种传感器的检测结果来了解车辆的状态。例如,车辆的状态包括从加速器踏板的压下量、吸入空气量等等获取的内燃机1的负荷和发动机转速。因此,例如,当电子控制单元70基于内燃机1的负荷和发动机转速等等判定曲轴65的转速需要被保持在怠速转速时,电子控制单元70将来自燃料喷射阀36的燃料喷射量控制成适合怠速运行的燃料喷射量。电子控制单元70基于各种传感器的检测信号,当存在降低车速的请求或者降低发动机转速的请求时,例如当在车辆行驶期间已经减小了加速器踏板的压下量时判定存在燃料切断请求,并且停止从燃料喷射阀36喷射燃料。电子控制单元70控制马达40,以便响应于燃料喷射阀36的控制状态而调节高压燃料泵20的排出量。以这种方式,在本实施例中,马达40、高压燃料泵20、交流发电机60、离心式离合器50和电子控制单元70组成燃料供给装置,该燃料供给装置用于通过高压燃料通路31将燃料供给到燃料喷射阀36所连接的输送管35。
更特别地,电子控制单元70根据图6的流程图中所示的处理控制马达40。在点火开关88处于接通状态时,作为中断处理以预定间隔执行图6中所示的处理。
在开始图6中所示的处理时,在步骤S11中判定燃料是否正在被切断。当在步骤S11中判定燃料正在被切断时(步骤S11中为是),则处理进行至步骤S20。在步骤S20中,通过停止将电压施加到马达40而将马达40的输出轴41的转速控制成零,之后处理终止一次。因而,在燃料喷射停止的情况下,高压燃料泵20的驱动停止。
另一方面,当在步骤S11中判定不正在切断燃料时(步骤S11中为否),处理进行至步骤S12。在步骤S12,判定是否正在执行怠速运行。当在步骤S12中判定正在执行怠速运行(步骤S12中为是)时,处理进行至步骤S30。在步骤S30中,电子控制单元70通过读取燃料压力传感器84的检测值而获取输送管35内的燃料压力的检测值。在步骤S31中,判定输送管35内的燃料压力是否超过预定压力。预定压力是用于执行怠速运行的输送管35内的燃料压力的适当范围的上限值,并且通过实验、计算等等提前设定。当在步骤S31中判定输送管35内的燃料压力超过预定压力时(步骤S31中为是)时,则处理进行至步骤S20。在步骤S20中,通过停止将电压施加至马达40而将马达40的输出轴41的转速控制成零,之后处理终止一次。因而,一旦燃料被从任何一个燃料喷射阀36喷射,则输送管35内的燃料压力降低。这防止了输送管35内的燃料压力超过用于执行怠速运行的燃料压力的适当范围的状态持续。
另一方面,当在步骤S31中判定输送管35内的燃料压力不超过预定压力时(步骤S31中为否)时,则处理进行至步骤S32。在步骤S32中,被施加到马达40的电压被控制成使得马达40的输出轴41的转速变成设定转速Ni,之后处理终止一次。
设定转速Ni是输出轴41的下列转速,在该转速下,由于驱动高压燃料泵20而产生的低压燃料通路12内的燃料的脉动频率与包括组成低压燃料通路12的燃料管的燃料供给系统3共振的频率不同,并且能够在压力下将足够量的燃料供给到输送管35以执行怠速运行。设定转速Ni被通过实验、计算等等提前设定。在低压燃料通路12内的燃料脉动产生的频率变成燃料供给系统3的自然频率的自然数倍时,燃料供给系统3共振。因此,设定转速Ni被设为输出轴41的转速使得低压燃料通路12内的燃料的脉动产生的频率与燃料供给系统3的自然频率的自然数倍不同。也就是说,低压燃料通路12内的燃料压力由于驱动高压燃料泵20而变化,所以在低压燃料通路12内产生燃料脉动。因此,在步骤32中,输出轴41的转速被控制成设定转速Ni,以便防止低压燃料通路12脉动导致的燃料供给系统3的共振。
当在步骤S12中判定不正在执行怠速运行时(步骤S12中为否),处理进行至步骤S13。在步骤S13中,设定作为输送管35内的燃料压力的目标值的目标燃料压力。如上所述,根据与图6中所示的处理不同的处理,电子控制单元70基于内燃机1的负荷、发动机转速等等设定燃料喷射阀36的目标燃料喷射量,并且控制燃料喷射阀36,使得从燃料喷射阀36喷射目标量的燃料。在步骤S13中,目标燃料压力例如随着一个阀打开时段中的目标燃料喷射量增大而被设定成更高的值,并且随着发动机转速增大而被设定成更高的值。也就是说,目标燃料压力随着内燃机1所需的单位时间的燃料喷射量增大而被设定成更高的值。
之后,处理进行至步骤S14,并且电子控制单元70通过读取燃料压力传感器84的检测值而获取输送管35内的燃料压力的检测值。在步骤S15中,电子控制单元70设定马达40的输出轴41的目标转速。在步骤S15中,最初,随着输送管35内的目标燃料压力升高,设定更高的基准转速。通过基于燃料压力的检测值和目标燃料压力之间的偏离程度修正基准转速而设定目标转速。更特别地,当输送管35内的燃料压力的检测值低于目标燃料压力时,通过将修正值(转速)添加至基准转速而获得的转速被设定为目标转速。修正值(转速)随着燃料压力的检测值和目标燃料压力之间的偏离增大而增大。另一方面,当输送管35内的燃料压力的检测值高于目标燃料压力时,通过从基准速度减去修正值(转速)而获得的转速被设定为目标转速。修正值(转速)随着燃料压力的检测值和目标燃料压力之间的偏离增大而增大。
之后,在步骤S16中,电子控制单元70响应于马达40的输出轴41的目标转速而控制被施加到马达40的电压,之后处理终止一次。更特别地,在步骤S16中,当马达40的目标转速低于上限转速N3时,随着发动机40的目标转速增大,被施加到马达40的电压增大,其中额定电压被设为上限。当马达40的目标转速高于或者等于上限转速N3时,通过将额定电压施加到马达40,以额定输出功率驱动马达40。
接下来,将参考图5和图6描述本实施例的操作。如上所述,由电子控制单元70根据图6的流程图中所示的过程控制马达40。
因此,如图6中的步骤S11和步骤S20中所示,在正在切断到内燃机1的燃料时,马达40的输出轴41的旋转停止。此时,马达40的输出轴41的转速是由图5中的“0”指示的转速,并且马达40的输出轴41经由离心式离合器50与交流发电机60的旋转轴61断开。
如图6中的步骤S12、步骤S30至步骤S32中所示,在内燃机的怠速运行期间,当输送管35内的燃料压力低于或者等于预定压力时,马达40的输出轴41的转速被设定为设定转速Ni。由于设定转速Ni低于离心式离合器50的接合转速N1,所以马达40的输出轴41不与交流发电机60的旋转轴61连接,并且仅通过使用马达40驱动高压燃料泵20。然而,此时,驱动高压燃料泵20所需的扭矩具有由图5中的点P指示的大小,并且小于当以额定输出功率驱动马达40时由点Mi指示的扭矩。因此,能够仅通过使用马达40驱动高压燃料泵20。
例如,当内燃机1上的负荷不是太高时,目标燃料压力也被设定为低的值,所以马达40的输出轴41的目标转速也被设定成低于接合转速N1。因此,马达40被控制成比接合转速N1低的转速,结果是仅通过使用马达40驱动高压燃料泵20。在这种情况下,如图5中所示,由连续线Lp指示的驱动高压燃料泵20所需的扭矩小于由连续线Lm指示的马达40的扭矩,所以可以通过仅使用马达40以小于额定输出功率的输出功率驱动高压燃料泵20。
当目标燃料压力增大并且马达40的输出轴41的目标转速被设定为接合转速N1时,则与接合转速对应的电压被施加到马达40,结果是输出轴41被控制成以接合转速N1旋转。因而,马达40的输出轴41与交流发电机60的旋转轴61连接。
例如,在高负荷和高转速等下,燃料喷射阀36的目标燃料喷射量增大,并且目标燃料压力被设定为高的值。结果,当马达40的输出轴41的目标转速变成高于或者等于上限转速N3时,以额定输出功率驱动马达40。此时,当交流发电机60以图5中所示的转速Nh旋转时,马达40的输出轴41经由离心式离合器50与交流发电机60的旋转轴61连接,所以输出轴41也以转速Nh与旋转轴61一体地旋转。这种情况下的组合扭矩为点Th指示的大小,并且大于由点Ph指示的驱动高压燃料泵20所需的扭矩。以这种方式,经由交流发电机60的旋转轴61辅助驱动高压燃料泵20。
在马达40的输出轴41的目标转速高于或者等于接合转速N1的情况下,输出轴41经由离心式离合器50与交流发电机60的旋转轴61连接,并且与交流发电机60的旋转轴61一体地旋转,所以马达40的输出轴41能够以高于目标转速的转速旋转。在这种情况下,输送管35内的燃料压力变成高于目标燃料压力。然而,在该情况下,之后,在图6的处理中的步骤S15中,马达40的目标转速被设定为低的转速。因此,当设定低于接合转速N1的目标转速时,马达40的输出轴41的转速被控制成比接合转速N1低的转速,并且输出轴41通过离心式离合器50与交流发电机60的旋转轴61断开。因而,每单位时间的高压燃料泵20的排出量减小,结果是输送管35内的燃料压力减小到目标燃料压力。
在上文详细描述的本实施例中,获得了下列有利效果(1)至(3)。
(1)能够在旋转轴61具有强度容限的状态下,经由交流发电机60的旋转轴61辅助驱动高压燃料泵20,所以能够在不必加固旋转轴61的情况下辅助驱动高压燃料泵20。
(2)在燃料正被切断的同时,马达40的输出轴41的旋转被停止,所以能够在不需要在压力下由高压燃料泵20供给燃料的情况下,防止将不必要的电力供给到马达40,并且能够防止负荷经由离心式离合器50作用在交流发电机60的旋转轴61上。
(3)在内燃机1的怠速运行期间,安装有发动机1的车辆通常停止,所以,如果燃料供给系统3的噪音大,则乘员可能感受到奇怪感。在本实施例中,在正在执行怠速运行的条件下,也就是说,在乘员易于感觉到噪音的条件下,马达40的输出轴41的转速被控制成设定转速Ni。因此,在噪音导致的奇怪感易于显著的情况下,能够防止共振导致的燃料供给系统3的噪音增大,所以更显著地实现车辆乘员经历的奇怪感被降低的有利效果。
在本实施例中,当不是正在执行怠速运行时,能够控制马达40的输出轴41的转速,而不受限于燃料脉动产生的频率是否与燃料供给系统3共振的频率一致。
接下来,将参考图7描述用于内燃机的燃料供给装置的第二实施例。在本实施例中,电子控制单元70在内燃机1运行期间满足预定停止条件时执行用于自动地停止发动机运行的自动停止控制,并且在自动停止期间满足预定重启条件时执行用于自动重启发动机运行的自动重启控制。其它部件与第一实施例的那些相同,所以相同标记指示相同部件,并且在适当时,省略其说明。
预定停止条件的示例可以是满足所有下列条件的条件。这些条件包括:换挡位置置于D范围内并且制动踏板的压下量大于或者等于预定量的事实以及换挡位置置于停止范围诸如P范围和N范围的事实中任何一个事实被满足的条件;加速器踏板的压下量为零的条件,车速为零的条件;由于辅助设备等的负荷低于预定值而允许发动机运行停止的条件等。
自动停止期间的预定重启条件的示例可以是下列条件中的至少一个被满足的条件。这些条件包括:在换挡位置置于D范围的状态下制动踏板的压下量为零的条件;换挡位置已经从停止位置变到D范围或者R范围的条件;以及辅助设备等的负荷超过需要发动机运行的预定值的条件。
在发动机运行期间满足预定停止条件时,电子控制单元70通过停止来自燃料喷射阀36的燃料喷射而停止内燃机1的运行。在自动停止期间满足预定重启条件时,电子控制单元70通过开始从燃料喷射阀36燃料喷射而开始内燃机1的运行。
电子控制单元70根据图7的流程图中所示的过程控制马达40的输出轴41的转速。在点火开关88处于接通状态时,作为中断处理以预定间隔执行图7中所示的处理。除了图6的流程图之外,图7的流程图的过程还包括步骤S40至步骤S42的处理,所以将详细地描述与图6的处理不同的处理,并且在适当时,省略与图6相同的处理的说明。
在开始图7中所示的处理时,在步骤S40中判定是否正在执行自动停止。当由于满足自动停止条件的事实而正在执行自动停止时,在步骤S40中判定正在执行自动停止(步骤S40中为是),并且然后处理进行至步骤S41。
在步骤S41中,判定是否预测到发动机重启。当预测到满足预定重启条件时,则判定预测到发动机重启。更特别地,当满足下列条件中的至少一个条件时,判定预测到发动机重启。这些条件包括:在换挡位置置于D范围内的状态下虽然压下量不为零但是制动踏板的压下量已经减小的条件;在换挡位置置于停止范围内时已经压下制动踏板的条件;以及虽然辅助设备等的负荷还未达到要求发动机运行的预定值但是该负荷已经增大的条件。
当在步骤S41中判定预测到发动机重启时(步骤S41中为是),则处理进行至步骤S42。在步骤S42中,马达40的输出轴41的转速被控制成预定低转速,之后,处理终止一次。预定低转速被设定成比接合转速N1低的转速。当在自动停止期间驱动高压燃料泵20时,则进给泵11正被驱动。
当在步骤S40中判定不正在执行自动停止时(步骤S40中为否),则处理进行至步骤S11,对于从步骤S11起的处理,执行与图6中所示的处理类似的处理。
当在步骤S41中判定在自动停止期间也没预测到发动机重启时(步骤S41中为否),则处理进行至步骤S20。在步骤S20中,停止向马达40施加电压,并且马达40的输出轴41的转速被控制成零,之后,处理终止一次。也就是说,在自动停止期间没预测到发动机重启时,估计自动停止在之后继续,所以停止驱动高压燃料泵20。
接下来,将描述本实施例的操作。在本实施例中,在预测到内燃机1在自动停止期间重启的条件下,电子控制单元70通过以低于接合转速N1的转速旋转马达40的输出轴41而驱动高压燃料泵20。因此,在内燃机1停止的状态下,不接合离心式离合器50,并且仅通过使用马达40驱动高压燃料泵20。输送管35内的燃料压力在内燃机1重启之前被增大。
根据本实施例,获得第一实施例中的(1)至(3)的有利效果以及下列(4)的有利效果。
(4)在本实施例中,能够在内燃机1重启之前增大输送管35内的燃料压力,所以能够易于在发动机重启时获得适合重启的燃料压力。
用于内燃机的燃料供给装置不限于上文所示的构造,并且可以被视需要地实施为例如从上述燃料供给装置变型的下列可替选实施例。在适当时,下列可替选实施例可以视需要地与每个上述实施例组合并且应用于每个上述实施例。
在第二实施例中,在自动停止并且自动重启的内燃机1中,当预测到发动机在自动停止期间重启时,则在发动机重启之前以低于接合转速N1的转速转动马达40的输出轴41。用于预测发动机在自动停止期间重启的条件可以是与被示出为在步骤S41中做出肯定判定条件的条件不同的条件。例如,当内燃机自动停止的时段持续预定时段或者更长时,则可以预测自动重启,并且可以旋转马达40的输出轴41。
不在内燃机1的自动停止期间,而是在点火开关88处于断开状态的手动停止期间,当预测到发动机重启时,在发动机重启之前以低于接合转速N1的转速旋转马达40的输出轴41。例如,在检测到车门开启和闭合、在点火开关88处于断开状态的状态下就坐、坐在驾驶员座位上等的条件下,可以预测发动机重启,并且可以以低于接合转速N1的转速旋转马达40的输出轴41。在这种情况下,在以低于接合转速N1的转速旋转马达40的输出轴41之后,当点火开关88还未变成接通状态持续预定时段或者更长时间时,则可以停止马达40的输出轴41的旋转。在点火开关88处于断开状态时通过驱动马达40而驱动高压燃料泵20中,也在电子控制单元70的控制下驱动进给泵11。在电子控制单元70不在内燃机1上执行自动停止控制或者自动重启控制的内燃机1中,也可以在手动停止期间采取在发动机重启之前旋转马达40的输出轴41的构造。
在上述实施例中的每个实施例中,当判定不正在切断内燃机1的燃料并且判定正在执行怠速运行时,输出轴41的转速被控制成设定转速Ni或者零,使得驱动高压燃料泵20导致的燃料脉动产生的频率与燃料供给系统3共振的频率不同。然而,当判定正在执行怠速运行但未判定内燃机1的燃料是否正被切断时,输出轴41的转速可以被控制成使得燃料脉动产生的频率与燃料供给系统3共振的频率不同。
与内燃机1的运行状态无关,也就是说,在未判定是否正在切断燃料或者判定是否正在执行怠速运行的情况下,输出轴41的转速可以被控制成使得燃料脉动产生的频率与燃料供给系统3共振的频率不同。在这种情况下,在马达40的输出轴41的目标转速低于接合转速N1的条件下,电子控制单元70将输出轴41的转速控制成比接合转速N1低的设定转速,接合转速N1被设定成使得燃料脉动引起的频率与燃料供给系统3共振的频率不同,并且能够供给适合发动机运行状态的燃料。当输送管35内的燃料压力超过与发动机运行状态对应的适当值时,应停止输出轴41的旋转。当输出轴41的目标转速被设定成高于或者等于接合转速N1时,马达40的输出轴41与交流发电机60的旋转轴61一体地旋转。因此,在使马达40的输出轴41与交流发电机60的旋转轴61一体地旋转的情况下,当燃料脉动引起的频率与燃料供给系统3共振的频率不同时,电子控制单元70通过控制被施加到马达40的电压而保持离心式离合器50的接合。另一方面,在使马达40的输出轴41与交流发电机60的旋转轴61一体地旋转的情况下,当燃料脉动引起的频率变成燃料供给系统3共振的频率时,电子控制单元70通过降低被施加到马达40的电压而释放离心式离合器50。电子控制单元70将马达40的输出轴41的转速控制成比接合转速N1低并且提前设定的设定转速,使得燃料脉动引起的频率与燃料供给系统3共振的频率不同。在其中采用这种模式的情况下,输送管35的容量应被设定成使得即使输出轴41的转速由于释放离心式离合器50而降低,也能够将内燃机1所需量的燃料供给到发动机1。可以仅在输出轴41的目标转速低于接合转速N1时才执行用于防止燃料供给系统3共振的对输出轴41的转速的控制。
在输出轴41的目标转速低于接合转速N1的情况下控制输出轴41的转速时,不需要提前通过实验、计算等等设定驱动高压燃料泵20引起的燃料脉动频率与燃料供给系统3共振的频率不同的输出轴41的转速。例如,设定输出轴41的目标转速并且控制被施加到马达40的电压,使得输送管35内的燃料压力变成目标压力,并且基于检测低压燃料通路12内的燃料压力的传感器的检测结果来计算低压燃料通路12内的燃料脉动引起的频率。当该频率与燃料供给系统3共振的频率一致时,则通过升高或者降低输出轴41的目标转速而控制输出轴41的转速,使得燃料的脉动频率与燃料供给系统3共振的频率不一致。
不是始终都需要采用使得由于驱动高压燃料泵20而产生的燃料的脉动频率与燃料供给系统3共振的频率不同的控制输出轴41的转速的构造。
在上述实施例中的每个实施例中,在正在切断内燃机1的燃料的同时,电子控制单元70控制马达40,使得输出轴41的旋转停止。然而,不是始终都需要采用在内燃机1的燃料正被切断的同时停止输出轴41的旋转的构造。输出轴41的旋转可以仅在估计内燃机1的燃料切断继续预定时段或者更长时才停止。
在上述实施例中,高压燃料泵20的缸21经由第一止回阀15连接至低压燃料通路12。然而,高压燃料泵20可以包括能够控制缸21和低压燃料通路12之间的连通持续时间的电磁阀,并且经由电磁阀控制缸21和低压燃料通路12之间的连通/中断状态。因而,能够通过对电磁阀的通电控制来调节一次引入缸21的燃料的返回部分的量,所以能够调节高压燃料泵20的柱塞23上下移动的每一周期的燃料排出量。
在上述实施例中的每个实施例中,描述了通过控制输出轴41的转速,使离心式离合器50在接合状态和非接合状态之间转换的对高压燃料泵20的驱动控制。电子控制单元70可以被构造成控制马达40,使得在使离心式离合器50滑动的同时,马达40的输出轴41和交流发电机60的旋转轴61彼此连接。在这种情况下,通过控制马达40的转速,也能够通过控制引起离心式离合器50滑动的程度而控制驱动高压燃料泵20的量。离心式离合器50仅需要被构造成在马达40的输出轴41的转速变成高于或者等于接合转速N1时处于接合状态。不特别限制离合器配重块54的具体构造,诸如数目和形状。
根据每个实施例的内燃机1都是安装在车辆上的直列四缸汽油发动机。然而,内燃机1可以是柴油发动机。内燃机1可以是不同于直列四缸型的内燃机类型,或者可以是不安装在车辆上的内燃机。交流发电机60的旋转轴61的转速对曲轴65的转速的倍乘系数不限于上述实施例中所示的两倍。