阅读说明：本技术 用于控制低压燃料泵的方法及用于该方法的燃料供应系统 (Method for controlling low-pressure fuel pump and fuel supply system for the method ) 是由 金龙植 于 2019-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于控制低压燃料泵的方法及用于该方法的燃料供应系统。控制低压燃料泵的方法可以包括：响应于前馈燃料控制,识别低压燃料泵的燃料消耗量；基于燃料消耗量确定电机驱动基本占空；以及基于燃料压力识别目标燃料压力。(The invention relates to a method for controlling a low-pressure fuel pump and a fuel supply system for the method. The method of controlling the low-pressure fuel pump may include: identifying a fuel consumption amount of a low-pressure fuel pump in response to the feed-forward fuel control; determining a motor drive base duty based on the fuel consumption amount; and identifying a target fuel pressure based on the fuel pressure.)

用于控制低压燃料泵的方法及用于该方法的燃料供应系统

与相关申请的交叉引用

本申请要求2018年7月12日提交的韩国专利申请No.10-2018-081160的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及一种控制低压燃料泵以降低燃料消耗的方法以及实施该方法的燃料供应系统。

背景技术

本部分中的陈述仅仅提供与本发明相关的背景信息，并不构成现有技术。

在诸如需要汽油直喷发动机以高压将燃料喷射至燃烧室的燃料供应系统中，燃料效率的最佳点与燃料供应稳定性之间的兼容性非常重要。

例如，为了达到燃料效率的最佳点，需要将燃料消耗量最小化，以提高燃料效率；而为了达到燃料供应的稳定性，需要增加燃料供应量，以防止发动机迟滞和发动机停转。因此，燃料效率的最佳点与燃料供应的稳定性是相互矛盾的，所以两者之间的兼容性是一个技术难题。

这使得燃料供应系统别无选择，只能优先考虑燃料供应稳定性。

这是由于燃料供应系统由产生约30至200巴的燃料喷射压力的高压燃料泵以及产生约3至6巴的燃料泵送压力的低压燃料泵组成，并且低压燃料泵的低压管线总是存在产生与燃料的饱和蒸汽压力有关的空穴或气泡的风险。

因此，为了保证燃料供应的稳定性，燃料供应系统采用提高低压燃料泵的目标压力的控制方式。提高目标压力的控制方式有助于解决引起以下现象的原因：由于燃料的瞬时过度消耗使压力降低到低压管线的饱和蒸汽压力以下；由于燃料温度校正不充分使饱和蒸汽压力变化以及由于未反应出基于燃料的挥发程度和酒精含量的燃料性质而产生空穴或气泡。

相应地，如果燃料供应系统以提高目标压力的控制方式来控制低压燃料泵，那么汽油直喷发动机就能够在不引起发动机迟滞和发动机停转的情况下运行。

然而，我们发现，在提高低压燃料泵的目标压力的控制方式中存在一个问题，即由于在该控制方式中，在燃料的压力-温度的饱和蒸气压力图中应用了与饱和蒸气压力的理想最佳点(在该点处，燃料能够保持为液态)相比具有较高裕度的最终映射点，燃料消耗较大，从而使燃料效率变差。

发明内容

本发明提供一种以降低燃料消耗的方式来控制低压燃料泵的方法，从而通过将燃料消耗量作为控制变量来实现改进的燃料效率与燃料供应稳定性(这两者通常相互矛盾)更好的兼容性。此外，在用于获得燃料效率的最佳点的燃料消耗最小化或显著降低的状态下，通过抑制或防止空穴或气泡的产生可以保证燃料供应的稳定性。

可以通过以下描述来理解本发明的其它目的和优点，并且参照本发明的实施方案，本发明的其它目的和优点将变得更加明显。此外，本发明所属领域的技术人员将明了，本发明的目的和优点可以通过所要求保护的装置和所述装置的组合来实现。

根据本发明的一个方面，一种控制低压燃料泵以降低或最小化燃料消耗的方法包括：响应于燃料消耗量的前馈控制，根据发动机的运行来控制低压燃料泵的设定；根据燃料的压力控制对低压燃料泵的校正；以及控制从喷射器喷射的燃料供应。

控制低压燃料泵的设定可以包括：识别发动机的运行；识别燃料消耗量，其中，将燃料消耗量看作前馈控制变量；确定用于驱动电机的电机驱动基本占空；以及识别用于实现燃料供应的稳定性和燃料效率的最佳点的目标燃料压力。

识别燃料消耗量和识别目标燃料压力可以通过控制器局域网(controller areanetwork,CAN)通信来执行。

确定电机驱动基本占空可以通过前馈控制器来执行，燃料消耗量是根据前馈控制器接收到的喷射燃料的流量信号来设定并且确定的，然后产生电机驱动基本占空的值。

识别目标燃料压力可以基于燃料温度模型来执行。

控制对低压燃料泵的校正可以包括：测量燃料的实际压力；确定用于校正电机驱动的校正占空；基于校正量计算电机驱动占空；基于输出的校正确定最终驱动占空；以及基于输出的校正驱动电机。

测量燃料的实际压力可以通过压力传感器来执行。

在确定校正占空时，当目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差大于0时，作为正校正量的校正量可以通过以下公式计算：

校正量D1＝增益1×(目标压力-测量的实际压力)。

在确定校正占空时，当目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差小于0时，作为负校正量的校正量可以通过以下公式计算：

校正量D2＝增益2×(目标压力-测量的实际压力)。

电机驱动占空是通过以下公式计算的：

占空(n)＝占空(n-1)+校正量

最终驱动占空是通过以下公式计算的：

最终占空＝占空(n)+死区时间的校正量

根据本发明的另一方面，一种燃料供应系统可以包括：发动机控制单元(enginecontrol unit,ECU)、燃料泵控制器、低压燃料泵、压力传感器、高压燃料泵以及喷射器；所述燃料泵控制器从ECU接收目标燃料压力；所述低压燃料泵用于基于作为前馈控制变量的燃料消耗量以低压泵出燃料；所述压力传感器用于检测低压燃料泵的泵送压力；所述高压燃料泵配置为接收来自低压燃料泵的燃料流量并且以高压泵出燃料；所述喷射器配置为从高压燃料泵接收燃料并且喷射燃料。

燃料泵控制器可以包括：前馈控制器、比例积分(PI)控制器以及前馈补偿装置，所述前馈控制器从ECU接收喷射的燃料的流量信号；所述比例积分(PI)控制器从ECU接收目标燃料压力；所述前馈补偿装置用于确定电机的最终驱动占空并将具有脉冲宽度t的信号发送至低压燃料泵。

根据本发明一种实施方案的可变地控制低压燃料泵的方法可以通过将燃料消耗量作为控制变量来控制燃料消耗量以使其减少或最小化，从而提高燃料效率并保证燃料供应的稳定性。

此外，根据本发明，可以通过解决在通过最小化燃料消耗量来保证燃料效率的最佳点的状态下引起空穴或气泡产生的原因来保证燃料供应的稳定性，从而解决燃料效率的最佳点与燃料供应的稳定性之间的矛盾(这是在用于汽油直喷发动机的传统燃料供应系统中存在的问题)，同时实现了燃料效率的最佳点与燃料供应的稳定性之间的兼容性。

应当理解，本发明的上述一般描述和以下详细描述都是示例性的和解释性的，旨在提供所要求保护的本发明的进一步解释。

通过本文所提供的描述，更多的应用领域将变得明显。应当理解的是，本说明书和具体示例仅旨在用于说明的目的，而并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

为了可以更好地理解本发明，将参照所附附图来描述以示例的方式给出的本发明的各种实施方案，在附图中：

图1是示出根据本发明一种实施方案的用于控制低压燃料泵的方法的流程图；

图2是根据本发明一种实施方案的燃料供应系统的示意图，在该系统中，可变地控制低压燃料泵以降低燃料消耗；

图3是示出当可变地控制低压燃料泵以降低燃料消耗时，燃料供应系统的运行的示意图；

图4是表示关于构成燃料供应系统的低压燃料泵的燃料消耗量的压力和体积之间的关系的示意图；以及

图5是在确定构成燃料供应系统的燃料温度模型的目标燃料压力时所采用的饱和蒸气压力的示意图。

本文中描述的附图仅仅用于说明的目的，并非旨在以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

下面的描述在本质上仅仅是示例性的，并非旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在全部附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。

提供下面描述的示例性实施方案是为了使本领域技术人员容易地理解本发明的技术精神，本发明并不限于此。此外，对所附附图中所表示的内容进行图解是为了便于描述本发明的示例性实施方案，并且可能与实际实施的配置有所不同。

应当理解，当一个组件被称为联接或连接到其它组件时，它可以直接联接或连接到所述其它组件，但其中可能***另一组件。

本文中使用的术语“连接”包括一个构件与另一构件之间直接连接和间接连接，并且可以表示所有物理连接，例如粘附、附接、紧固、粘合和联接。

此外，诸如“第一”、“第二”等表述仅仅用于区分多个组件，但并不限制组件的顺序或其它特征。

除非上下文另有明确指示，否则单数形式的表述也包括复数形式的表述。术语“包含”或“具有”旨在表示本说明书中所描述的特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合，并且可以解释为可以在其中添加一个或多个其它特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合。

参照图1，以最小化燃料消耗的方式可变地控制低压燃料泵的方法包括：在步骤S10至S40中，响应于燃料消耗量的前馈控制，根据发动机的运行来控制低压燃料泵的设定；在步骤S50至S100中，根据燃料的压力来控制对低压燃料泵的校正；以及在步骤S110中，控制从喷射器喷射的燃料的供应。

具体地，在控制低压燃料泵的设定的步骤S10至S40中，燃料消耗量被看作前馈控制变量，以便可以在提供燃料供应的稳定性而不产生空穴或气泡的状态下，降低或最小化燃料消耗量，以实现燃料效率的最佳点。在这种情况下，将燃料消耗量看作控制变量，可以减少为了防止发动机迟滞和发动机停转所需的燃料消耗量，而不必像传统的燃料供应稳定性那样增加燃料供应。此外，前馈控制在目标燃料压力计算之前确定燃料消耗量的电机驱动基本占空，从而，与直接应用目标燃料压力的反馈控制不同，通过将燃料消耗量看作控制变量能更有效地降低燃料消耗。

因此，控制低压燃料泵的方法可以控制燃料供应系统在燃料效率的最佳点和燃料供应的稳定性之间具有兼容性，而在燃料效率的最佳点和燃料供应的稳定性之间不会有冲突(这是现有技术中存在的问题)。

参照图2，燃料供应系统包括：发动机控制单元(engine control unit,ECU)110、燃料泵控制器120、低压燃料泵130、压力传感器140、高压燃料泵150以及喷射器160。

例如，ECU 110提供目标燃料压力(基于燃料温度模型)和燃料消耗量，管理故障代码并操作警告灯，其中，ECU 110向燃料泵控制器120提供目标燃料压力(相对压力)。

燃料泵控制器120响应于燃料消耗量执行泵的驱动，接收燃料压力反馈控制和压力传感器140测量的实际压力(绝对压力)，并且执行测量的实际压力向相对压力的转换、实时故障诊断以及结果的传输，其中，燃料泵控制器120将当前燃料压力(相对压力)和故障诊断发送至ECU 110。

低压燃料泵130由燃料泵控制器120控制并且考虑到作为前馈控制变量的燃料消耗量来泵出燃料(泵送压力：3.5至6.0巴)。

压力传感器140检测低压燃料泵130的泵送压力并且将检测到的压力发送至燃料泵控制器120。

高压燃料泵150接收来自低压燃料泵130的燃料流量，然后泵出燃料(泵送压力：30至200巴)。

喷射器160将从高压燃料泵150泵出的燃料喷射到发动机的燃烧室中。

在下文中参照图3到图5详细描述根据本发明一种实施方案的用于控制低压燃料泵以降低燃料消耗的方法。在这种情况下，控制主体是与ECU 110关联的燃料泵控制器120，而被控制对象是低压燃料泵130。此外，可以通过控制器局域网(controller areanetwork,CAN)通信来执行识别燃料消耗量、识别目标燃料压力和测量实际燃料压力。CAN通信是一种标准的通信协议，为微控制器或装置之间的相互通信而设计，无需车辆中的主机。

控制低压燃料泵的设定的步骤S10至S40是由燃料泵控制器120执行的，其中，执行识别发动机的运行的步骤S10、识别燃料消耗量的步骤S20、确定电机驱动基本占空的步骤S30以及识别目标燃料压力的步骤S40。

参照图3，燃料泵控制器120包括前馈控制器122、比例积分(PI)控制器124以及前馈补偿装置126，作为执行控制逻辑的组件，用于以最小化燃料消耗的方式可变地控制低压燃料泵，其中，前馈控制器122、比例积分(PI)控制器124以及前馈补偿装置126通过软件和硬件一同配置。

具体而言，识别燃料消耗量的步骤S20由前馈控制器122在从ECU110接收到喷射燃料的流量信号后执行。确定电机驱动基本占空的步骤S30由前馈控制器122执行，其中，识别出根据前馈控制器接收到的喷射燃料的流量信号而设定的燃料消耗量，然后产生与识别出的燃料消耗量相对应的低压燃料泵130的电机驱动基本占空的值。在这种情况下，将基于燃料消耗量的电机驱动占空的值定义为电机驱动基本占空。

参照图4，可以根据下面的公式通过控制基于燃料消耗量(燃料供应量)的低压燃料泵的排放量以防止产生压力差，从而提高燃料效率。

dp/dt＝K/V·dV/dt＝K/V·(q_in-q_out)

其中，p表示压力，V表示体积，q_in表示泵排放量，q_out表示燃料消耗量，K表示常量。

具体而言，燃料消耗量的信息通过CAN通信从ECU 110发送至燃料泵控制器120，以控制低压燃料泵的排放量。

此外，应用燃料温度传感器或燃料温度模型以提高燃料效率，同时保证燃料供应的稳定性，从而可以设定最低压力，在该压力下，对于燃料的每个温度，燃料都可以保持为液态。燃料温度模型是燃料能保持为液态的最小压力线。

将低压管线的压力保持在饱和蒸汽压力以上来应用燃料温度模型，从而可以将燃料保持为液态。低压管线的压力是管道管线的压力，其中，管道管线保持在饱和蒸汽压力以上的保持燃料为液态的最小压力。

识别目标燃料压力的步骤S40由PI控制器124执行，其中，从ECU110接收目标燃料压力，并且生成目标燃料压力的比例(P)占空值和积分(I)占空值。

现在参照图5，该图显示了示出如何应用裕度以防止由于瞬时燃料消耗使燃料产生气泡的曲线图。

在该图中，示出了燃料A和燃料B(其为相同燃料但具有不同温度)的饱和蒸汽压力曲线，其中，饱和蒸汽压力曲线已知为表示使气体保持液态的最小压力。其中，x轴的T表示绝对温度，y轴的P表示压力。

在现有技术中，为了防止燃料气泡的产生，在控制燃料时应用最终映射点(该映射点具有高于液态燃料的理想最佳点的向上裕度)，从而防止通过瞬时燃料消耗使燃料变为气态，保持为液态。因此，存在一个问题，即由于较大的燃料消耗量使燃料效率变差。

然而，根据本发明的可变地控制低压燃料泵的方法可以通过将燃料消耗量作为控制变量来控制燃料消耗量以被最小化，从而提高燃料效率并保证燃料供应的稳定性。

这里，需要注意的是，电机驱动基本占空是指用于驱动基本电机的占空，根据使燃料保持液态的压力线的燃料消耗量来构思燃料温度模型以最小化燃料消耗。

利用最终映射点、理想映射点和目标压力裕度来识别燃料消耗量和目标燃料压力。这里，需要注意的是，最终映射点是指防止燃料从液态变为气态的压力校正值，理想映射点是指燃料能够保持为液态的最低压力，目标压力裕度是指压力偏差，在该偏差范围内，可以防止燃料从液态变为气态。

具体而言，前馈补偿装置126接收燃料消耗量的占空值和目标燃料压力的PI占空值的总和，应用补偿值以确定最终驱动占空，然后将具有脉冲宽度t的信号输出至低压燃料泵130。

随后，控制对低压燃料泵的校正的步骤S50至S100由燃料泵控制器120来执行，其中，执行测量实际燃料压力的步骤S50；确定校正占空的步骤S60；当目标燃料压力减去测量的实际压力的压力差大于0时，确定校正占空的步骤S70；当目标燃料压力减去测量的实际压力的压力差小于0时，确定校正占空的步骤S61；计算电机驱动占空的步骤S80，计算最终驱动占空的步骤S90，驱动电机的步骤S100。

具体而言，在测量实际燃料压力的步骤S50中，在由燃料泵控制器120识别出目标燃料压力后，由压力传感器140测量低压燃料泵的实际燃料压力。通过测量燃料的实际压力得到的燃料的测量的实际压力是指相对于大气压力(绝对压力)的测量的燃料压力，也称为测量的实际压力。燃料泵控制器120将燃料的测量的实际压力转换为相对压力，然后将转换后的压力发送至ECU 110并使用转换后的压力执行故障诊断。

接下来，在确定校正占空的步骤S60中，计算用于驱动电机的驱动占空，其中，利用目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差来确定校正占空。这里，校正占空是用于驱动电机的校正占空，其中，排除了用于电机的校正系数以外的校正系数。如果目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差大于0，在确定校正占空的步骤S70中，通过以下公式获得校正占空。

校正量D1(或正校正量)＝增益1×(目标压力-测量的实际压力)

其中，增益1表示第一校正常量。

相反，如果目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差小于0，在确定校正占空的步骤S61中，通过以下公式获得校正占空。

校正量D2(或负校正量)＝增益2×(目标压力-测量的实际压力)

其中，增益2表示第二校正常量。

因此，作为正校正量的校正量D1和作为负校正量的校正量D2的每一者均有这样的特征：分别随着目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差而增加或者与目标燃料压力减去燃料的测量的实际压力的压力差成比例。在计算电机驱动占空的步骤S80中，利用获得的校正量来获得电机驱动占空，其中，电机驱动占空通过以下公式获得。

占空(n)＝占空(n-1)+校正量

从而，通过将作为正校正量的校正量D1或将作为负校正量的校正量D2与电机驱动占空的旧值(即以前的值)相加来计算电机驱动占空的新值。随后，在确定最终驱动占空的步骤S90中，确定用于驱动电机的最终驱动占空，在驱动电机的步骤S100中，相应地驱动电机。最终驱动占空通过以下公式获得。

最终占空＝占空(n)+死区时间的校正量

从而，通过将死区时间的校正量与电机驱动占空的新值相加来计算最终电机驱动占空。其中，死区时间表示从输入改变的时间至检测到输出改变的时间所经过的时间。因此，死区时间的经过时间可以抵消死区区间，在该死区区间中，低压燃料泵130不对电机驱动占空的输入作出实际响应。死区时间的校正量表示从输入改变的时间至检测到输出改变的时间所经过的时间的校正量。对死区时间的这种校正使得无延迟地执行精确控制成为可能。因此，补偿死区时间的死区时间的校正量使得低压燃料泵130能够快速地对最终驱动占空的输入做出响应。

然后，燃料泵控制器120执行控制燃料供应的步骤S110。在控制燃料供应的步骤S110中，燃料供应以下面的方式执行：低压燃料泵130以低压将燃料泵送至高压燃料泵150，高压燃料泵150以高压泵出燃料，然后从喷射器160喷射燃料。

本领域技术人员将理解，本发明可以由不背离其精神或本质特征的其它具体实施方案来体现。因此，应当理解，上述实施方案仅仅是为了使本领域技术人员了解本发明而从各种可能的示例中选择的，因此本发明的技术精神不一定仅受所提供的实施方案的约束或限制，并且可以在不背离本发明的精神的情况下进行各种变化、添加和修改，与本发明等同的其它实施方案也是可能的。本发明的范围由所附的权利要求而不是上述描述来限定，并且由权利要求的含义和范围及其等价形式衍生的所有变化或修改应当解释为包含在本发明的范围内。说明书和权利要求书中使用的术语和词语基于这样的原则来定义：为了以最佳方式描述他/她自己的发明，发明人可以适当地定义术语的概念，而不应仅解释为这些术语普通的意义或字典中的意义。此外，自然不需要按照时间序列顺序执行前述说明中描述的配置的顺序，并且尽管执行每个配置或步骤的顺序改变，但如果这种改变符合本发明的主旨，则它将在本发明的范围之内。