CN100552219C - 燃料喷射系统、控制喷射器的方法及移动泵送组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动泵送组件的方法。在第一步中，施加沿第一方向流过线圈组件的第一电流以便移动驱动组件离开初始位置从而产生第一泵送运动。然后，该驱动组件回复到初始位置从而产生第二泵送运动。在该第二泵送运动临近结束的某个时间点，施加沿该第一方向流过该线圈组件的第二电流以便使该驱动组件在到达初始位置之前减速。可施加沿第二方向流过该线圈组件的第三电流以便使或帮助该驱动组件回复到初始位置。本发明还公开了一种能够执行该方法的设备。

Description

燃料喷射系统、控制喷射器的方法及移动泵送组件的方法

本申请要求2005年2月2日提交的美国临时申请第60/649,708号的优先权，在此通过引用将其内容纳入本申请。本申请还涉及2000年8月18日提交的美国专利申请第09/641,325号--现在的美国专利第6,398,511号；2002年5月21日提交的美国专利申请第10/153,370号；2003年9月30日提交的美国专利申请第10/675,609号；2000年3月17日提交的美国专利申请第09/528,766号--现在的美国专利第6,966,760号；2005年8月4日提交的美国专利申请第11/196,379号；以及2001年12月3日提交的国际申请PCT/US01/47300号，在此通过引用将上述所有申请的内容纳入本申请。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于泵送流体的设备和用于控制该设备的方法。

背景技术

已经开发出多种用于排送由电力驱动产生的压力流体的泵。例如，在某些燃料喷射系统中，燃料通过往复式泵组件排送，该往复式泵组件由通常来自汽车电力系统的电流驱动。在一种这样的燃料泵设计中，磁阻间隙线圈置于螺线管外壳中，电枢以可移动方式安装在该外壳内并固定到导管。螺线管线圈可被通电以迫使电枢朝环绕螺线管线圈所限定的磁路中的磁阻间隙移动。导管与电枢一起移动，进入泵部分并从其中退出。通过导管进入并退出泵部分的往复运动，流体在工作过程中被吸入泵部分并从泵部分排出。

在上述类型的泵中，电枢和导管通常在一个或多个偏置弹簧的作用下回复到其初始位置。在燃料喷嘴连接到泵的情况下，辅助偏置弹簧可用于使燃料喷嘴回复到其初始位置。当中止向线圈提供通电电流时，偏置弹簧的组合迫使整个驱动组件回复到其初始位置。所得到的设备的周期是螺线管线圈通电时的增压冲程所需时间与使电枢和导管回复到其初始位置以便进行下一增压冲程所需时间的总和，螺线管线圈通电时驱动组件向致动位置移动。发动机速度通常是燃料进入燃烧室的流速的函数。增加发动机速度能够缩短每个燃烧周期时间段。因此，如果要增加发动机速度的话，燃料输送系统必须以逐渐加快的速度为每个燃烧循环提供预期体积的燃料。

这种泵用于要求严格的场合，例如用于给内燃机的燃烧室提供燃料的场合，周期极短。该周期指的是燃料喷射器装载燃料、将燃料排到燃烧室并回复到其初始位置以便重新开始下一个循环总共需要的时间。燃料喷射器的周期通常很短。例如，用于直接喷射系统中的喷射器的周期能够达到0.01秒。那就是说，该喷射器在一秒钟内能够将装载燃料、将燃料排到燃烧室、以及重新装载以便进行下一循环的动作进行100次。尽管该周期似乎非常短，但是在可能的情况下还希望进一步减少该时间。

而且，泵冲程循环开始和结束时的可重复性和精度对于在工作条件变化的情况下优化发动机的性能非常重要。尽管可以通过提供用于使往复式驱动组件回复到初始位置的强度较大的弹簧来缩短周期，但是在螺线管通电的情况下，这种弹簧具有在驱动组件上施加方向相反的力的负面效应。因此必须通过相应增加螺线管通电产生的力来克服这种力。然而，在某些时候，由于电力部件的限制以及由于电力损耗而产生的热量，这种力所需的电流能级变得不为人们所期望。

在例如那些用于摩托车和雪地汽车之类的高性能发动机中，发动机速度能够达到非常高的级别，这意味着周期非常短。为了实现这一目的，电枢和导管需要非常快地回复到其初始位置。这意味着电枢和导管在较高的速度下回复到初始位置。当电枢高速冲击外壳时，冲击力会使电枢反弹，从而意味着电枢在被弹簧的偏置力推回到初始位置之前会从外壳移开。这可能导致在开始下一个喷射过程时电枢不在正确的初始位置，因此降低了喷射器的精度。

另外，近年来发动机产生的噪音级别已经被大幅度降低。这导致之前听不到的噪音，尤其是发动机低速工作时的噪音，现在会被听到。此类噪音之一就是在电枢回复到初始位置时冲击外壳时由喷射器产生的“卡嗒”声。这种“卡嗒”声可能是发动机使用者所不允许的。在线性往复式液压泵用于其他产生较小噪音的设备时，那种情况也是很麻烦的。

鉴于上述问题，需要不仅控制泵冲程循环的开始而且控制泵冲程循环的结束以便改进前述问题中一个或多个。

因此需要一种在线性往复式液压泵中泵送流体的改进技术。特别需要提供一种在保持甚至增加液压泵精度的情况下为液压泵提供短周期的改进技术。

还需要一种减少线性往复式液压泵产生的噪音的方法。

发明内容

本发明提供一种用于在往复式泵装置中泵送流体的新技术，该往复式泵装置设计成满足至少一个、优选所有这些需要。该技术特别适用于在例如燃烧室燃料喷射系统之类的燃料输送系统中使用。该泵送驱动系统提供优于已知装置的优点，包括减少周期等。

该技术基于采用至少一个永磁铁和至少一个线圈组件的泵送组件，永磁铁和线圈组件之一至少部分地形成驱动组件。线圈组件通过可逆电路循环通电以使驱动组件产生往复运动，驱动组件可直接联接到线圈。驱动组件可延伸到泵部分中，并在往复运动的过程中通过插入和抽出泵部分导致流体压力产生变化。泵部分内的例如单向阀之类的阀通过压力变化致动，从而允许流体被吸入泵部分并从其中排出。

更具体地说，驱动组件具有往复式线圈组件，极性交变的控制信号通过可逆电路施加给线圈组件。驱动部分的永磁铁结构产生磁场，该磁场与给线圈提供控制信号时产生的电磁场相互作用。根据施加给线圈的控制信号的极性，力沿两个方向之一施加给线圈。可逆电路采用存储电容器和若干开关以便在驱动组件被向下驱动时获得线圈往复的能量。电容器放电时该电能被循环利用，从而使通过线圈的电流极性相反并将驱动组件向上驱动到其初始位置。驱动构件将线圈的运动传递到泵元件，泵元件与线圈一起往复运动从而在每个泵循环过程中将流体吸入泵室并从泵室排出。

本发明实施方式的一个方面提供一种移动泵送组件的方法，该方法减小线性往复式液压泵产生的“卡嗒”噪音。

本发明实施方式的另一方面提供一种移动泵送组件的方法，该方法减小驱动组件与线性往复式液压泵的外壳之间的冲击速度，从而提高泵在短周期工作时的精度。

本发明实施方式的又一方面提供一种在一系列发动机速度下操作用于内燃机的燃料喷射器的方法。

应当指出的是，本发明的某些实施方式可能覆盖本发明的多个方面。

本发明涉及一种移动例如上述泵送组件之类的泵送组件的方法。在第一步中，施加沿第一方向流过线圈组件的第一电流以便移动驱动组件离开初始位置从而产生第一泵送运动。然后，驱动组件回复到初始位置从而产生第二泵送运动。在第二泵送运动临近结束的某个时间点，施加沿第一方向流过线圈组件的第二电流以便使驱动组件在到达初始位置之前减速。

能够预期的是，可施加沿第二方向流过线圈组件的第三电流以使或帮助驱动组件回复到初始位置。

本发明还涉及一种控制用于内燃机的燃料喷射器的方法。该方法包括提供喷射控制器，该喷射控制器通过给驱动组件施加通电信号来控制该燃料喷射器。通电信号的组合为波形。喷射控制器施加最适合发动机工作条件的波形并可以在发动机工作条件变化时采用不同的波形。

更具体地说，在第一步中，设置喷射控制器使其给燃料喷射器的驱动组件施加信号波形以控制驱动组件的运动。该信号波形由第一、第二、以及第三通电信号中至少一个组成。第一通电信号移动驱动组件离开初始位置从而产生第一泵送运动。第二通电信号使驱动组件回复到其初始位置从而产生第二泵送运动。第三通电信号使驱动组件在到达其初始位置之前减速。由第一和第三通电信号组成的第一信号波形在发动机速度的第一范围内施加给驱动组件，其中所述第一范围是发动机速度为2000RPM以下的范围。至少由第一和第二通电信号组成的第二信号波形在大于第一范围的第二发动机速度范围内施加给驱动组件，其中所述第二范围是从发动机速度大于2000RPM到发动机速度能够使所述驱动组件的绕线管反弹的范围。

能够预期的是，第二信号波形也可包括第三通电信号。

还能够预期的是，由第一、第二、以及第三信号组成的第三信号波形可在大于第二范围的第三发动机速度范围内施加给驱动组件，其中所述第三范围是发动机速度大于其能够使绕线管反弹的范围。

附图说明

通过阅读下面的详细描述并参照附图，本发明的上述优点以及其他优点将变得明显，附图中：

图1是用于将燃料喷射到内燃机中的一系列液压泵组件的简图；

图2是根据本技术的用于排送压力流体，例如用于将燃料喷射到图1所示内燃机的燃烧室内的示例性泵的局部截面图；

图3是图2所示的泵通电时在泵送阶段的局部截面图；

图4是示出根据本发明的可逆电路和电流的电路图；

图5是图4所示可逆电路的示例性实施方式；以及

图6是对应于图4和5所示可逆电路的电流波形；

图7是对应于图4和5所示可逆电路的另一电流波形；

图8是对应于图4和5所示可逆电路的又一电流波形。

具体实施方式

现在参见附图，首先来看图1，其中以简图的形式示出燃料喷射系统10，该燃料喷射系统包括用于将加压燃料排送到内燃机12中的一系列泵。虽然使用本技术的液压泵可用于多种场合，但是它们特别适用于燃料喷射系统，在燃料喷射系统中少量燃料被循环加压以便根据发动机功能的需求将燃料喷射到发动机的燃烧室中。所述泵可以如所示的实施方式中一样用于单个燃烧室，或者如在燃料轨、进料歧管等中通过多种方式给燃料加压。更常见地，本泵送技术可用于燃料喷射之外的场合(例如排气系统中的水喷射、润滑油喷射)，例如用于响应于给驱动组件的线圈通电的电控制信号而排送压力流体的系统中，下面将对此进行描述。

在图1所示的实施方式中，燃料喷射系统10包括燃料存储箱14，例如用于容纳液态燃料储备的箱体。第一泵16通过第一燃料管线15a从存储箱吸取燃料，并通过第二燃料管线15b将燃料输送到分离器18。在所示的实施方式中，尽管没有分离器18系统也足以能够工作，但是分离器18用于确保燃料喷射系统的下游接收到液态燃料而非混合状态的燃料。第二泵20通过第三燃料管线15c从分离器18吸取液态燃料并通过第四燃料管线15d和冷却器22以及第五燃料管线15e将燃料输送到进料或入口歧管24。冷却器22可以是任何适合类型的流体冷却器，包括空气和液体加热交换器、散热器等。

来自进料歧管24的燃料用于喷射到发动机12的燃烧室内，下面将更全面地对此进行描述。返回歧管26被设置用来使没有喷射到发动机的燃烧室内的流体重新循环。在所示的实施方式中，调压阀28通过第六燃料管线15f联接到返回歧管26，并用于维持返回歧管26内的预期压力。经调压阀28返回的流体通过第七燃料管线15g重新循环到收集如图中以标号30示出的液态燃料的分离器18中。图1中以标号32示出的燃料的气态组分可升离燃料表面，并且可以根据分离器内液态燃料高度而经由浮球阀34逃逸。浮球阀34包括一个浮子，该浮子对联接到通气管线36的通气阀进行操作。通气管线36被设置用来使气态组分逃逸，例如用于再次加压、再循环等。该浮子漂浮在分离器18内的液态燃料30上并基于液态燃料30的高度和分离器18内存在的蒸汽来调节通气阀。

发动机12包括用于驱动输出轴(未图示)旋转的一系列汽缸或燃烧室38。如本领域的技术人员所能够理解的，根据发动机设计的不同，活塞(未图示)响应燃烧室内的燃料燃烧情况而在每个燃烧室内被往复驱动。活塞在燃烧室内的冲程使得用于随后的燃烧循环中的清新空气得以进入燃烧室，同时将燃烧产物从燃烧室中排出去。尽管本实施方式采用直列式二冲程发动机设计，但是根据本技术的泵适用于多种场合和发动机设计，包括二冲程循环发动机之外的其他发动机类型。

在所示的实施方式中，往复泵40，在该例中是燃料喷射器，与每个燃烧室38相关联，从而将加压燃料从进料歧管24吸出，并进一步对燃料加压以便将其喷射到相应燃烧室38内。喷嘴42被设置用来将每个往复泵40下游的加压燃料喷射成雾状。虽然本技术不限于任何特定的喷射系统或喷射方案，但是在所示的实施方式中，在液态燃料中产生的压力脉冲迫使用于缸内直接喷射的喷嘴42的喷口或出口处形成燃料喷雾43。往复泵40的操作由喷射控制器44控制。喷射控制器44通常包括已编程微处理器或其他数字处理电路以及用于存储给泵提供控制信号所用线路的存储器，并将通电信号施于泵从而使它们以下文将更全面进行描述的多种方式中的任一种方式进行往复运动。

图2和3示出一种例如用于图1所示类型燃料喷射系统中的示例性往复泵组件。具体而言，图2示出一种泵及喷嘴组件100，其包括根据本技术驱动的泵。组件100主要包括驱动部分102和泵部分104。驱动部分102设计成对施加给驱动部分的致动线圈的反极性控制信号作出响应而使泵部分104内产生往复式泵送作用，下面将更详细地对此进行描述。因此，可通过改变施加给驱动部分102的交变极性信号的波形来控制泵部分104的输出特性。在当前设想的实施方式中，图2所示的泵及喷嘴组件100特别适合于在图1所示内燃机中应用。而且，在图2所示的实施方式中，喷嘴组件直接安装在泵部分104的出口处，从而使得图1中的泵40和喷嘴42结合为单个组件100。如上所示，在适当的场合中，例如在将压力流体输送给歧管、燃料轨、或其他下游部件的场合中，泵40可与喷嘴42相分离。

如图2所示，驱动部分102包括外壳106，该外壳106被设计成在工作过程中接收并支撑驱动部分102以及将部件密封在外壳106内。驱动部分102进一步包括至少一个永磁铁108，在所示的优选实施方式中，其包括一对永磁铁108和110。永磁铁108和110彼此隔开并设置得临近中央铁芯112，该中央铁芯112由例如铁磁材料之类能够传导磁通量的材料制成。绕线管114设置在永磁铁108和110以及铁芯112周围。虽然磁铁108和110以及铁芯112固定地支撑在外壳106内，但是绕线管114能够相对于这些部件纵向地自由滑动。也就是说，绕线管114环绕铁芯112，并且可在图2所示方向上相对于铁芯向上及向下滑动。线圈116缠绕在绕线管114内，并且线圈的自由端联接到用于接收通电控制信号的引线L，该通电控制信号例如来自如图1所示以及参照图4进一步论述的喷射控制器44。绕线管114进一步包括延伸部118，该延伸部118从绕线管114的、安装线圈116以驱动泵部分104的区域伸出，下面将对此进行描述。虽然图2仅示出一个延伸部，但应当理解的是，绕线管114可包括沿绕线管114周向设置的一系列延伸部。最后，驱动部分102包括支撑体或隔离体120，该支撑体或隔离体帮助支撑永磁铁108和110以及中央铁芯112并帮助将驱动部分102和泵部分104隔开。然而，应当指出的是，在所示的实施方式中，驱动部分102的内部空间，包括其内设置线圈116的空间，在工作过程中充满了例如用于冷却目的之类的流体。

驱动构件122借助于延伸部118固定到绕线管114。在所示的实施方式中，驱动构件122形成总体上为杯状的板，该杯状板具有用于流体穿行的中央孔。驱动构件122的杯子形状有助于对柱塞124定中心，柱塞124设置在驱动构件122的凹形部内。柱塞124优选地具有从柱塞124的尾部延伸到头部区域128的纵向中央开口或中央孔126，头部区域128设计成接触并抵靠驱动构件122。偏置弹簧130被压缩在头部区域128和泵部分104的下部件之间以使柱塞124、驱动构件122、以及绕线管114和线圈116保持在初始位置。因此，本领域的技术人员能够理解，柱塞124、驱动构件122、延伸部118、绕线管114、以及线圈116形成往复驱动组件，在设备工作过程中，该往复驱动组件被驱动而进行振荡运动，下面将更全面地对此进行描述。应当理解的是，其他类型和构造的驱动组件也可用于本发明中。

驱动部分102和泵部分104设计成彼此对接，优选设计成使这些部件能够作为子组件独立制造和安装并使它们能够根据需要被使用。在所示的实施方式中，驱动部分102的外壳106在裙部132处终止，裙部132绕泵部分104的周壁134固定。驱动部分102和泵部分104优选地例如通过软密封件136密封。或者，这些外壳可通过螺纹接合或其他任何适当技术相连接。

泵部分104形成中央孔138，该中央孔138设计成接收柱塞124。孔138还用于在设备工作过程中为柱塞做往复运动进行导向。环形凹槽140环绕孔138并接收偏置弹簧130，从而使偏置弹簧130保持在中央位置以便进一步帮助导向柱塞124。在所示的实施方式中，头部区域128包括周向沟槽或凹槽142，其在与凹槽140相对的端部接收偏置弹簧130。

阀构件144设置在泵部分104内、置于柱塞124下方。在所示的实施方式中，在工作过程中阀构件144形成柱塞124的可分离延伸部，但是当柱塞124如图2所示地收回时阀构件144与柱塞124隔开间隙146。间隙146通过限制阀构件144的上行运动形成，例如通过限制限定孔138的周壁来形成。可在此位置设置沟槽(未图示)，以在该柱塞行进到其收回位置时使环绕阀构件144的流体能够流过。如下面更全面地描述的，间隙146容许包括柱塞124的整个往复驱动组件在接触阀构件144以压缩流体并从泵部分排出流体之前，在增压冲程内获得动量。

阀构件144设置在泵室148内。泵室148接收来自入口150的流体。因此入口150包括入口通道152，例如加压燃料之类的流体通过入口通道152引入泵室148。总体上以标号154标示的单向阀组件设置在入口通道152和泵室148之间，在设备的增压冲程中，单向阀组件由泵室148内产生的压力关闭。在所示的实施方式中，流体通道156设置在入口通道152和驱动部分102的部件所处的空间之间。流体通道156可使流体自由流入驱动部分102，以确保驱动部分的部件浸泡在流体中。流体出口(未图示)可通过相似的方式与驱动部分102的内部空间流体连通，以使来自驱动部分102的流体能够再次循环。阀构件144由偏置弹簧158保持在朝间隙146偏置的位置。在所示的实施方式中，偏置弹簧158在阀构件144的上部和挡圈160之间压缩。

当由上述部件限定的泵用于直接燃料喷射时，作为一种示例性用法，喷嘴组件162可直接结合进泵组件104下部。如图2所示，示例性喷嘴组件162包括密封地配合到泵部分104的喷嘴本体164。提动阀芯166设置在形成于阀本体中的中央孔内，并在收回位置与阀本体相密封抵靠。保持构件168设置在提动阀芯166的上端部。保持构件168接触偏置弹簧170，该偏置弹簧170被压缩在喷嘴本体164和保持构件168之间以使提动阀芯166保持在喷嘴本体164内的偏置的、密封位置。流体自由地穿过泵室148流入环绕保持构件168和弹簧170的区域。所述流体进一步流入在环绕提动阀芯166的喷嘴本体164中形成的通道172内。细长的环形流动通道174从通道172延伸到提动阀芯166的密封端。如本领域的技术人员能够理解的，其他部件可结合进驱动部分102、泵部分104、或者喷嘴组件162中。例如，需要时，出口单向阀可定位在泵室148的出口位置以使下游区域与泵室隔离。

图3示出处于致动位置的图2中的泵及喷嘴组件。如图3所示，在给线圈116施加沿第一方向的通电电流时，线圈116、绕线管114、延伸部118、以及驱动构件122向下移动。这种向下移动是通过施加通电电流给环绕线圈116而在其周围产生的电磁场与永磁铁108和110产生的磁场相互作用的结果。在该优选实施方式中，这种磁场由铁芯112强并引导。当驱动构件122在这些磁场的作用下被迫向下运动时，其接触柱塞124从而迫使柱塞克服弹簧130的阻力向下运动。在这种移动的最初阶段，由于间隙146(见图2)的存在，所以柱塞142可以自由延伸到泵室148内而不接触阀构件144。因此柱塞142获得动量，并最终接触阀构件144的上表面。柱塞124的下表面抵接阀构件144的上表面并与阀构件144的上表面相密封，从而防止流体穿过柱塞142的通道126向上流动，或者防止流体在柱塞142和泵部分104的孔138之间流动。柱塞142和阀构件144的进一步下行运动开始压缩泵室148内的流体，从而关闭入口单向阀154。

柱塞142和阀构件144的更进一步运动还产生压力跃升或压力峰值，该压力跃升或压力峰值传输到诸如喷嘴组件162的下游。在所示的实施方式中，该压力跃升迫使提动阀芯166离开喷嘴本体164，在压缩保持构件168和喷嘴本体164之间的弹簧170的压缩作用下相对于喷嘴本体164向下移动。因此例如燃料之类的流体176从喷嘴162喷洒或泄出，例如直接进入参照图1在上文所述的内燃机的燃烧室中。如本领域的技术人员所能够理解的，在将极性相反的驱动信号或控制信号施加给线圈116时，所提供的信号沿第二方向穿过引线L，环绕线圈116的电磁场将反向，从而使得由于该磁场与磁铁108和110产生的磁场的相互作用而施加给线圈116的力方向相反。因此该力会驱动线圈116和往复式驱动组件的其他部件朝其初始位置(图2所示)回退。在所示的实施方式中，当驱动构件122被向上驱动而朝图2所示的初始位置回退时，弹簧130迫使柱塞128朝其初始位置向上运动，弹簧158以相似的方式迫使阀构件144朝初始位置回退。间隙126如图2所示地重新形成，从而可以开始新的泵送循环。在设有例如图2和3所示喷嘴162的情况下，喷嘴162被弹簧170的弹力以相似的方式关闭。在这种情况下，以及在没有设置这种喷嘴的情况下，或者在出口单向阀设置在泵室148出口处的情况下，泵室148内的压力减小从而使入口单向阀154能够重新打开以便引入后续泵送循环所用流体。

在某些条件下，当驱动组件朝其初始位置向后运动时，可以给线圈116施加信号以使驱动组件减速。该信号与使驱动组件朝致动位置运动而施加的信号的极性相同，因此与其沿相同的方向穿过线圈116。通过在驱动组件到达其初始位置之前施加这种信号，可以使驱动组件减速以便减小或消除低速时的“卡嗒”噪音或者因为冲击力被减小而防止驱动组件在高速情况下产生反弹，下面将更详细地对此进行描述。

通过适当地设定借助引线L施加给线圈116的驱动信号，本发明的设备可以多种方式驱动。图4示出根据本发明的基本电路。电路200提供用于驱动机电螺线管的装置，机电螺线管此处用于燃料喷射器内，并且所述装置用于使图2和3所示驱动组件加速往复运动。电压源202用于通过图2和3所示的引线L给线圈116提供电流。还有一系列开关206、208以及210联接到线圈116。开关206、208以及210设置成使电容器212存储电压以便提供通过该电路的反向电流，这将为驱动组件(图2和3所示)的快速往复运动提供便利，下面将对此进行讨论。最初，第一开关206闭合，第二开关208和第三开关210打开。当电源202施加电压时，电流流过所示电流通路214示出的通路。因为第一开关206闭合，而开关206又提供接地通路，因此电流214会从电源202流经线圈116和闭合的开关206并流入大地。这样就启动了线圈116，将电压源202产生的电能转换为驱动组件操作燃料喷射系统的线性运动，如参照图2和3所进行的描述。

接下来，第一开关206打开，从而在线圈116上产生电压。此时，第二开关208闭合。来自电压源202的电流流过所示电流通路216。电流216从电压源202流过线圈116和第二开关208以及电容器212。此时，存储在线圈116中的电压将转移并存储在电容器212中。电容器212内的电压大小将根据第二开关208闭合时存储在线圈116中的能量以及电容器212的大小而变化。一旦电容器212的电压达到预定电压值，第二开关208就会打开，且第三开关210闭合。当存储在电容器212中的电压高于电源202所产生的电压时，就会引发这种情况。这时电流就会如流动通道218所示地流过电路。电流218从电容器212流过第三开关210并倒流过线圈116。该反向电流会使驱动组件回退到图2所示的初始位置。

接下来，在驱动组件到达其初始位置之前，第三开关210打开，第一开关206闭合，由电压源202施加电压。电流再次流过电流通路214所示的通路。这会产生能使驱动组件在到达其初始位置之前减速的力。最后，第一开关206打开并且第二开关208闭合，从而使存储在线圈116中的电压能以前述方式转移到电容器212中。

通过采用反向电流218来提供根据本文所述实施方式的驱动组件的往复运动，可获得比基于诸如燃料喷射器之类系统的已有机电螺线管相比更优的若干特点。首先，如前所述以及如将参照图6所述，可减少用于燃料喷射的周期。其次，因为通过将来自线圈116的能量存储在电容器212中并将该能量再循环利用以产生驱动组件的往复运动的方式所述系统能够循环利用能量，所以可减小喷射系统的能耗。再次，还可以减小第一开关206的功率消耗。

通过在驱动组件到达其初始位置之前施加通过电流通道214的电流以使其减速，因此驱动组件与外壳之间的冲击力得以减小。在低速时，这能够减小“卡嗒”噪音。在高速时，这能够防止驱动组件反弹，因此改善后续泵送循环的精度。

图5示出使用本技术的电路的一种具体实施方式。然而，应当指出的是，可采用图5所示特定元件的任何适当替代物。图5示出电压源302，其可以是55伏电源。电压源302联接到线圈16的一根引线。线圈116的第二引线联接到开关306、308以及310。图5所示的实施方式中的第一开关是N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(n-channel MOSFET)306。MOSFET 306的漏极联接到线圈116的第二引线。MOSFET 306的源极通过电阻312接地。MOSFET 306的栅极联接到如参照图1所述的喷射控制器44的微控制器314。

如参照图4所进行的描述，最初，第一开关306闭合，因此电流从电压源302流过线圈116和MOSFET 306并流入大地。然后微控制器314会闭合MOSFET 306，从而打开栅极并为在线圈116内存储能量提供便利。在该具体实施方式中，第二开关示出为二极管308。在这种构造中，一旦线圈116获得超过0.7伏的电荷，电流最初将流过二极管308。将二极管308用作第二开关的一个优点是：一旦线圈116达到比电容器316的电压高的某一阈值电压，电流将自动流过二极管308。此处，线圈116的电压仅需高于电容器316的电压0.7伏即可启动该开关。由于具有自动启动功能，开关308无需联接到微控制器。这可减小电路成本和设计的复杂程度。然而，显而易见的是，只要线圈116的电压达到比电容器316的电压高的某一更大阈值时开关能够闭合的话，则可采用任一种构造。

能量存储在电容器316中直到微控制器318闭合第三开关310的时刻。此时，存储在电容器316中的电压会回到线圈116中，从而为驱动构件122(示于图2和3中)以较高的速度进行往复运动提供便利。此处，第三开关310用二极管320和322、电阻324和326和328、以及晶体管330来构造。然而，显而易见的是，任何优选的开关电路皆可用于开关310。

接下来，在驱动组件到达其初始位置之前，第三开关310打开，第一开关306闭合，电压由电压源302施加。这使驱动组件在到达其初始位置之前减速。然后，第一开关306打开电流流过二极管308，使得存储在线圈116中的电压以前述方式转移到电容器316中。

图6示出根据图4和5所示的实施方式的电流波形。一个喷射循环的常规周期大于10ms。然而，本实施方式使喷射时间保持在1-7ms范围内，下面进一步对此进行描述。波形400在图6中关于时间示出。波形400的第一段402示出对应于图4中电流通路214的燃料喷射过程。根据本实施方式的、用于燃料喷射的周期通常小于3.5ms。曲线400的第二段404示出当能量如图4中电流通路216所示地从燃料喷射线圈散入电容器时电容器充电的过程。沿着在电容器充电的时间段404与电容器沿如曲线段408所示的反向放电通过燃料喷射器的时间段之间的曲线，还存在一些时间406。电容器通过线圈的能量耗散充电以及电容器放电给线圈以使驱动组件往复运动的时间根据发动机性能和马达速度而变化。然而，在本实施方式中，周期可少于3.5ms。

图7示出根据图4和5所示的实施方式的另一电流波形500。波形500特别适用于相对较长的周期，它在发动机应用中对应于2000RPM以下的速度，下面将对此进行更详细的说明。波形500的第一段502示出与图4中的电流通路214对应的燃料喷射过程。波形500的第二段504示出当能量如图4中电流通路216所示地从燃料喷射线圈散入电容器中时电容器充电的过程。由于波形500用于周期相对较长的情况，所以无需使电容器放电以迫使驱动构件122沿相反方向运动。仅弹簧130的偏置力就足以使驱动构件122及时返回以便进行下一喷射循环。第三段506对应于使用弹簧130使驱动构件122返回其初始位置所用的时间部分。波形500的第四段512示出正好在驱动构件122到达其初始位置之前的时刻施加通过电流通路214的电流。这具有使驱动构件122、线圈116、以及绕线管114减速的作用。对应于第三段506和第四段512的信号优选地设定成使得驱动构件122、线圈116、以及绕线管114的速度在绕线管114冲击外壳106之前尽可能地接近于零。波形500的第五段514再次示出当能量如图4中电流通路216所示地从燃料喷射器线圈散入电容器中时电容器充电的过程。

如上所示，波形500特别适用于周期相对较长的应用，这种情况下使用喷射器的设备产生的噪音会相对较小。在发动机应用中，这对应小于2000RPM的发动机速度。在之前应用中的这些情况下，绕线管114冲击外壳106产生的噪音可能听起来像“卡嗒”噪音。通过施加对应于第四段512的信号，在绕线管114冲击外壳106之前其速度便被减小，因而减小了“卡嗒”噪音。优选地，该“卡嗒”噪音级别被减小到其级别低于操作环境的噪音的级别，从而不会被听到。同时，由于不施加用于使驱动构件122返回到其初始位置的反向电流，所以采用波形500时线圈116产生最少的热量。尽管波形500在发动机低速的情况下提供更多优点，但其也可应用在其他速度的情况下。

图8示出根据图4和5所示的实施方式的又一电流波形600。波形600特别适用于周期短的应用，下面将对此进行更详细的说明。波形600的第一段602示出与图4中的电流通路214对应的燃料喷射过程。波形600的第二段604示出当能量如图4中电流通路216所示地从燃料喷射线圈散入电容器中时电容器充电的过程。沿着在电容器充电的时间段604与电容器沿如第四曲线段608所示的反向放电通过燃料喷射器的时间段之间的曲线，还存在一些时间，这些时间被第三段606示出。然后，沿着在电容器放电的时间段608与施加第六段612所示信号的时间段之间的曲线，还存在一些时间，这些时间被第五段610示出。波形600的第六段612示出正好在驱动构件122到达其初始位置之前施加通过电流通路214的电流。这具有使驱动构件122、线圈116、以及绕线管114减速的作用。对应于第五段610和第六段612的信号优选地设定成使得驱动构件122、线圈116、以及绕线管114的速度在绕线管114冲击外壳106之前尽可能地接近于零。波形600的第七段614示出当能量如图4中电流通路216所示地从燃料喷射线圈散入电容器中时电容器再次充电的过程。

如上所示，波形600特别适用于周期相对较短的应用，这种情况下绕线管114在之前的应用中会以极高的速度冲击外壳106。在之前应用中的这些情况下，冲击力会导致绕线管反弹。这可能导致开始下一个喷射过程时电枢不在正确的初始位置，因此降低了喷射器的精度。通过施加对应于第六段612的信号，在绕线管114冲击外壳106之前其速度便被减到最小，因此减小了冲击力并减小甚至消除了绕线管反弹的时间。优选地，冲击力被减小到绕线管在冲击时不会被弹回的级别。尽管波形600在发动机高速的情况下提供更多优点，但是根据应用场合，其也可用于大多数甚至所有发动机速度。例如，在发动机低速的情况下，波形600的第六段612将提供与波形500的第四段512相同的优点。

能够预期的是，多个波形400、500、以及600可用于整个发动机速度范围内。由于每个波形特别适用于特定的发动机工作条件，所以通过在不同速度范围内应用不同的波形，可以在整个速度范围内获得改善的操作。

例如，在低速情况下波形500使用，然后当发动机速度增加时，例如高于2000RPM，使用波形400直至发动机速度可以使绕线管反弹。超过该速度，使用波形600。在其他情况下，也可以仅在低速时采用波形400而在其他速度时采用波形600。

最后，在其他情况下，也能够预期在整个发动机速度范围内采用波形600。

仅采用单个波形还是采用多个波形以及采用哪种波形组合取决于发动机的工作特性和工作条件。

虽然具体实施方式已通过实例示出在附图中并且已被详细描述，但是本发明易于做出各种改型和可替代形式。因而，应当理解的是，本发明不限于所披露的具体形式。相反，本发明覆盖落入后附权利要求所限定的主旨和范围内的所有改型、等同体、以及可替代形式。

Claims (20)

1.一种移动泵送组件的方法，包括下列步骤：

(a)给线圈组件通电以便使驱动组件从初始位置向致动位置移动，从而至少部分地产生第一泵送运动；

(b)使所述驱动组件回复到所述初始位置从而至少部分地产生第二泵送运动；以及

(c)在使所述驱动组件向所述初始位置回复的同时，给所述线圈组件通电从而使所述驱动组件在到达所述初始位置之前减速。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)通过施加沿第一方向流过所述线圈组件的第一电流来实现。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤(c)通过施加沿第一方向流过所述线圈组件的第二电流来实现。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(b)至少部分地通过偏置弹簧来实现。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，步骤(b)进一步通过施加沿第二方向流过所述线圈组件的第三电流从而帮助所述驱动组件回复到所述初始位置来实现。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第三电流从电容器流出。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述电容器电联接到所述线圈组件并通过所述线圈组件放电来进行充电。

8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括下列步骤：

在施加所述第一电流和施加所述第三电流之间提供第一延迟；以及

在施加所述第三电流和施加所述第二电流之间提供第二延迟。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤(b)通过施加沿第二方向流过所述线圈组件的第三电流来实现。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第三电流从电容器流出。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述电容器电连接到所述线圈组件并通过所述线圈组件放电来进行充电。

12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括下列步骤：

在施加所述第一电流和施加所述第三电流之间提供第一延迟；以及

在施加所述第三电流和施加所述第二电流之间提供第二延迟。

13.一种用于内燃机的燃料喷射系统，包括：

燃料存储箱；

至少一个往复式燃料泵组件，其与所述燃料存储箱流体连通，所述至少一个往复式燃料泵组件中的每个都包括：

外壳组件，其包括驱动部分和相邻的泵部分；

永磁铁，其具有第一磁场并设置在所述驱动部分中；

线圈组件，其设置在所述驱动部分中并具有绕组，所述线圈组件能够沿轴线相对于所述永磁铁在初始位置和致动位置之间往复运动，所述线圈组件至少部分地形成驱动组件；

弹性构件，其将所述驱动组件偏置在初始位置；以及

泵组件，其设置在所述泵部分中，所述泵组件包括能够往复运动的泵构件，所述泵构件操作性地连接到所述驱动组件，因而所述驱动组件运动会使所述泵构件运动；以及

控制器，其能够产生选择性地施加给所述绕组的多个信号，所述多个信号包括：

具有第一极性的第一信号，其用于控制所述驱动组件在所述初始位置和所述致动位置之间的运动；以及

具有第一极性的第二信号，其用于在所述驱动组件回复到所述初始位置之前使所述驱动组件减速。

14.根据权利要求13所述的燃料喷射系统，其中，所述多个信号进一步包括具有第二极性的第三信号，所述具有第二极性的第三信号用于控制所述驱动组件在所述致动位置与所述初始位置之间的运动。

15.根据权利要求14所述的燃料喷射系统，其中，所述第三信号从电容器流出。

16.根据权利要求14所述的燃料喷射系统，其中，所述多个信号这样施加：首先施加所述第一信号，其次施加所述第三信号，最后施加所述第二信号。

17.根据权利要求16所述的燃料喷射系统，其中，施加每个信号之间都存在延迟。

18.一种控制用于内燃机的燃料喷射器的方法，包括下列步骤：

(a)提供能够给所述燃料喷射器的驱动组件施加信号波形以控制所述驱动组件运动的喷射控制器，

所述信号波形由第一、第二以及第三通电信号中的至少一个组成，

所述第一通电信号用于移动所述驱动组件离开初始位置以便产生第一泵送运动，

所述第二通电信号用于使所述驱动组件回复到所述初始位置以便产生第二泵送运动，

所述第三通电信号用于使所述驱动组件在到达所述初始位置之前减速；

(b)在发动机速度的第一范围内给所述驱动组件施加包括所述第一和第三通电信号的第一信号波形，其中所述第一范围是发动机速度为2000RPM以下的范围；以及

(c)在大于所述第一范围的发动机速度的第二范围内给所述驱动组件施加包括所述第一和第二通电信号的第二信号波形，其中所述第二范围是从发动机速度大于2000RPM到发动机速度能够使所述驱动组件的绕线管反弹的范围。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述第二信号波形进一步包括所述第三通电信号。

20.根据权利要求18所述的方法，进一步包括下列步骤：

(d)在大于所述第二范围的发动机速度的第三范围内，给所述驱动组件施加包括所述第一、第二以及第三通电信号的第三信号波形，其中所述第三范围是发动机速度大于其能够使绕线管反弹的范围。

Images