CN101550899B - 一种使用泵的减振系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用泵的减振系统。本发明的用于发动机的减振系统包括至少一个泵送单元，在发动机循环过程中随多个泵冲程移动，和控制器，所述控制器用于确定发动机振动系数，以及基于振动系数、在所述的多个泵冲程的至少一个过程中调整所述至少一个泵送单元的燃料排量。

Description

一种使用泵的减振系统

技术领域

本发明涉及一种减振系统，更具体的，是涉及到一种使用泵的减振系统。

背景技术

共轨燃料系统采用连接到提供高压油料的共轨的多个喷油器。为了有效地供给在不同时间和喷射量的喷射的组合，系统通常包括与共轨液态连接的多样的排泄泵。此类多样的排泄泵的一种是凸轮驱动，以进口或出口计量的泵。

凸轮驱动、以进口或出口计量的泵通常包括多个活塞，每个活塞位于一个单独的活塞腔。活塞与叶形凸轮通过从动的方式连接，因此当发动机的曲轴旋转时，凸轮也进行相应的旋转，并且连接的凸角往复地驱动活塞将燃料从活塞腔到共轨排出(比如泵出)。从共轨被活塞泵出的燃料量取决于在活塞往复运动之前进入活塞腔的燃料量，或者在活塞一次移动中溢出到低压容器的燃料量。

多样的排泄泵可以用于抵消或减少振动和噪音。也就是，通过变换燃料的排出，作为结果的扭矩可以被传递到凸轮的反方向，因此减少和/或抵消了振动和噪音。

美国专利US5111748专利(以下简称“748专利”)描述了一种降低发动机振动的方案，该专利在1992年5月12日被授权给Kuriyama等。748专利披露了一种在交流发动机中引起振动的装置以减少由发动机不规则的燃烧产生的车辆发动机和车体的振动。更具体的，748专利变化了交流发电机的相对于发动机固定的扭矩载荷，以产生交流发电机机体上的角力矩。这个角力矩被传递到发动机并降低了发动机的振动。特别是，高于交流发电机输出电压的电压被用到励磁绕组以改变响应发动机速度变化的力矩载荷。因此，当交流发电机的振动和发动机的振动呈相反关系时，交流发电机的振动可以抵消发动机的振动。

尽管748专利所披露的装置可以帮助减少发动机的振动，但是其减少是在一个有限的范围。也就是说，交流发电机可能在宽振幅的一个有限区间振动，并且产生振动的时间有限。因此，交流发电机的振动可能十分有限地影响发动机产生的宽振幅。

本发明的目的是提出一种减振系统和方法，能解决现有技术存在的问题。

发明内容

一方面，本发明提出一种用于发动机的减振系统。至少一个泵送单元，在发动机循环过程中随多个泵冲程移动。减振系统还可以包括控制器，所述控制器用于确定发动机振动系数，以及基于振动系数、在所述的多个泵冲程的至少一个过程中调整所述至少一个泵送单元的燃料排量。

另一方面，本发明提出一种控制发动机燃料供应的方法。该方法包括通过至少一个泵送单元排出燃料；喷射燃料到所述发动机；确定所述发动机的振动系数。方法还可以进一步包括基于所述振动系数变动所述至少一个泵送单元的所述燃料排量。

附图说明

图1是一个示例性燃料系统的结构框图。

图2是可以使用图1所示燃料系统的示例性的泵的结构图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做具体说明。图1示出了一个动力系统10，包括发动机12和示例性的燃料系统28。为描述方便，动力系统10以四冲程柴油发动机为例进行说明。本领域的普通技术人员能够意识到，发动机12也可以是其他类型的内燃机，如汽油或气体燃料的发动机。

如图1所示，发动机12可以包括用于说明多个汽缸16的发动机组14。活塞18可滑动得位于每个汽缸16中，发动机12可以包括与每个汽缸16相关联的汽缸盖20。汽缸16，活塞18以及汽缸盖20可以共同形成燃烧室22。在一个示例性的实施例中，发动机12包括六个燃烧室22。本领域的普通技术人员能够意识到，发动机12可以包括多于或少于六个燃烧室22，并且燃烧室22可以呈直线排列，V型排列或者其他的形式排列。

发动机12包括曲轴24，在发电机组14中旋转布置。连杆26连接每个活塞18到曲轴24，使得活塞18在每个相应的汽缸16中的滑动带动曲轴24的旋转。类似地，曲轴24的旋转也带动活塞18的滑动。发动机12也可以包括连接到曲轴24的齿轮传动链48。

燃料系统28可以包括由曲轴24驱动的部件以传递增压后的燃料到每个燃烧室22的喷射。特别地，燃料系统28可以包括用于装燃料的油缸30，燃料泵送单元32，用于增压燃料和将增压的燃料通过歧管或共轨36送到多个燃料喷射器34，以及控制系统38。

燃料泵送单元32包括一个或多个实现燃料增压和输送一个或多个增压燃料流到歧管36的泵装置。在一个实施例中，燃料泵送单元32包括低压源40，与高压源42串联。低压源40可以是一个传动泵，通过通道43提供低压补给到高压源42。高压源42接收低压补给并且进一步增加燃料的压力。高压源42可以通过燃料管44与歧管36连接。根据需要，可以将一个或多个过滤装置(图中未示出)串联放置在燃料管44或/和通道43里，比如主过滤器和第二过滤器，用以滤除通过燃料泵送单元32增压的燃料中的杂质和/或水。

低压源40和高压源42之一或者两者都可以操控性连接到发动机12并由曲轴24驱动。低压源40和/或高压源42可以连接到曲轴24，连接方式可以是任何的以本领域普通技术人员所理解的曲轴24旋转所引起的泵轴相应的旋转。比如，图1中所示的高压源42的泵驱动轴46通过齿轮传动链48连接到曲轴24。

如图2所示，高压源42可以包括一个含有第一活塞筒52和第二活塞筒54的机架50。高压源42还可以包括位于第一活塞筒52中可滑动的第一活塞56，因此，第一活塞筒52与第一活塞56共同构成第一泵燃烧室58。高压源42还可以包括位于第二活塞筒54中可滑动的第二活塞60，因此，第二活塞筒54与第二活塞60共同构成第二泵燃烧室62。可以预见的是，如果需要可以在高压源42中增加更多的泵燃烧室。

第一驱动器66和第二驱动器68可以分别操控性地连接曲轴24的旋转到第一和第二活塞56、60。第一和第二驱动器66、68可以包括驱动第一、第二活塞56、60的机构，比如凸轮、旋转斜盘、摆板、电磁阀激励装置、压力传动装置、液压传动装置、或者其他公知的驱动机构。在图2所示的实施例中，第一、第二驱动器66、68是凸轮装置，每个凸轮分别包括两个凸轮凸角67、69。因此，第一驱动器66的一个完整的旋转行程可以引起第一活塞56在其空间的两个端点之间的两次相应的往复运动。第二驱动器68的一个完整旋转行程也可引起第二活塞60类似的往复运动。

齿轮传动链48设置为这样，因此在一个完整的发动机循环过程中(如，活塞18沿进气腔、压缩腔、动力提升行程到排气腔的行程或者曲轴24的两个完整的旋转过程)，泵驱动轴46可以驱动第一、第二驱动器66、68两次。因此，在一个指定的发动机循环过程中，第一、第二活塞56、60可以在其活塞筒内往复运动产生八次连续的泵冲程1-8。奇数标号的冲程是与第一活塞56的运动关联，偶数标号的冲程是与第二活塞60的运动关联。

第一、二驱动器66、68可以相对于对方设置，由此第一、第二活塞56、60可以被驱动为互不同步的往复运动，因此配置八个泵冲程实质等同为相对于曲轴24的旋转角。可以理解的是，以叶形凸轮为例，第一、二驱动器66、68也可以包括任何数量的凸轮凸角以产生相应的泵冲程数量。也可以理解的是，如果需要，可以使用单驱动器使第一、第二活塞56、60在其各自的底部位置移动。

高压源42包括与其液态连接到管道43的进气口70。高压源42还可以包括与进气口70液态连接低压槽72，以及选择性连接到第一、第二泵燃烧室58、62。第一进气口止回阀74可以置于低压槽72与第一泵燃烧室58之间，使得低压燃料单向流到第一泵燃烧室58。第二进气口止回阀76可以置于低压槽72与第二泵燃烧室62之间，使得低压燃料单向流到第二泵燃烧室62。

高压源42还可以包括与其液态连接到燃料管44的排气口78。高压源42包括高压槽80，选择性地液态连接第一、第二泵燃烧室58、62与排气口78。第一排气口止回阀82可以置于第一泵燃烧室58与高压槽80之间，使得液体从第一泵燃烧室58排出到高压槽80。第二排气口止回阀84可以置于第二泵燃烧室62与高压槽80之间，使得液体从第二泵燃烧室62排出到高压槽80。

高压源42也可以包括第一溢流通路86，选择性液态连接第一泵燃烧室58到共同溢流通路90。高压源42也可以包括第二溢流通路88，液态连接第二泵燃烧室62到共同溢流通路90。溢流控制阀92可以置于共同溢流通路90内，在第一、第二溢流通路86、88和低压槽72之间，选择性地使第一、第二泵燃烧室58、62的部分液体经过第一、第二溢流通路86、88和低压槽72排出。从第一、第二泵燃烧室58、62排出(比如溢流出的)到低压槽72的液体量，与进入到高压槽80的液体量成反比。

第一、第二泵燃烧室58、62与低压槽72的液态连接可以通过设立选择阀94的形式实现，使得在某个时间只有第一、第二泵燃烧室58、62中的一个可以连接到低压槽72。因为第一、第二活塞56、60可以相对于对方不同步地移动，一个泵燃烧室在低压状态(进气冲程)时，另一个处于高压状态(泵冲程)，反之亦然。这个过程也被用于来回移动选择阀94的元件液态连接第一溢流通路86到溢流控制阀92，或者连接第二溢流通路88到溢流控制阀92。由此，第一、第二泵燃烧室58、62可以共享通用的溢流控制阀92。然而，可以预见的是，在一个可替换的实施例中，如果需要，可以使用单独的溢流控制阀，用于控制从每个泵燃烧室流出的有效液体量。进一步地，除了计算从第一、第二泵燃烧室58、62溢流出的燃料量(也称为排气口测量)，也可以通过燃料流进第一、第二泵燃烧室58、62而产生的位移进行测量(也称为进气口测量)。

溢流控制阀92通常可以偏向一个第一位置，在该位置燃料可以通过偏动簧片96流向低压槽72。溢流控制阀92也可以通过电磁阀力或者先导阀力的方式移动到第二位置，在该位置流体被阻止流入低压槽72。相对于第一、第二活塞56、60位移的为止，溢流控制阀92在导流和阻流两个位置之间的移动和时间，可以确定从对应的泵燃烧室流出的液体的哪些部分排出到了低压槽72，或者哪些被泵到了高压槽80。

回到图1，燃料喷射器34可以置于汽缸盖内，并通过分布管102连接到岐管36，以喷射从第一、第二泵燃烧室58、62排出的燃料。燃料喷射器34可以是电子驱动和控制的喷射器，机电控制的喷射器，数字控制的燃料阀，或者其他已知类型的燃料喷射器。每个燃料喷射器34可以在预定的时间、给定的燃油压力和流速下，控制增压燃料进入到对应燃烧室的喷射量。

燃料喷射进入到燃烧室22的时间可以与活塞18的移动同步，因此也与曲轴24的旋转同步。比如，在考虑到喷射燃料的点火压缩燃烧的压缩冲程中，当活塞18靠近上死点位置时喷射燃料。可替换地，燃料的喷射也可以在活塞18开始压缩冲程向着均质混合气压压燃操作的上死点位置时进行。在以延迟的补充喷射而减少空气的膨胀冲程中，也可以在活塞从上死点位置向下死点位置移动时喷射燃料。燃料喷射引起的燃烧可以在活塞18上产生力从连杆26传递到曲轴24，以旋转齿轮传动链48而加压其他的燃料。

根据图1和图2，控制系统38可以控制从第一、二泵燃烧室58、62溢流到低压槽72的液体量，以及通过高压槽80泵到岐管36进行后续的喷射和燃烧的剩余的燃料量。特别地，控制系统38可以包括与溢流控制阀92通讯的电子控制模块(ECM)98。由ECM98产生的控制信号通过通讯线路100传到溢流控制阀92可以确定溢流控制阀92的开合和关闭时间，由此产生希望得到的到岐管36的燃料流速和/或在岐管36中的燃料压力。

ECM98可以是包括控制燃料系统运行的单个微处理器或者多个微处理器。众多的商用微处理器可以执行ECM98的功能。能够理解地，如果有需要，ECM98可以实现通用发动机或动力系统微处理器的控制和监控各种多样功能。比如，ECM98可以监控发动机12的负载，速度和/或压缩比率，以及喷射器34的喷射时间。ECM98包括存储器，第二存储设备，处理器，软件，及其他运行应用的元件。其他多样的电路可以与ECM98连接在一起，比如供电电路，单向调节电路，电磁驱动电路和其他类型的电路。

ECM98可以选择性地打开和闭合溢流控制阀92以响应需求溢流或泵燃料。也就是，基于发动机12的转速和负载，为了维持发动机的速率和希望得到的扭矩输出，预定量的燃料将被喷射和燃烧。为了喷射器34喷射该预定量的燃料，必须在喷射的时候在岐管36中保持燃料的一定的量和压力。ECM98包括一个或多个存储在存储器中的燃料映射关系，这些映射关系是关于多种的发动机条件和需要的燃料量，以及多种发动机特性与希望得到的泵冲程时间。这些映射的每一个可以是表格，图表和/或等式的形式，并且包括来自发动机12在实验室和/现场运行采集的数据的整理。

比如，如果一个完整的发动机循环的燃料量需求是7200mm³，单冲程的排量是900mm³的话，每个冲程被要求以100％的冲程能力(比如，全排量)生产以满足总燃料的需求。在这种情况下，八个泵冲程的每个冲程实际贡献总和等于总被泵燃料量。在任何情况下，泵冲程都不可能产生大于100％能力的冲程排量。但是，某些冲程有时可以排出大于等值于泵100％部分的量。也就是说，八个泵冲程的每个冲程贡献不同量。

此外，ECM98可以包含振动映射，反映发动机12的负载和速度与齿轮传动链48的振动信号的关系。也就是，当发动机12的负载和/速度因为空气压缩机(图中未示出)的开始运行和/或取消运行而发生变化时，齿轮传动链48的单个部件可能会加速或减速。变化的速率可以产生振动信号，该信号可以被分解为具体的振动频率和幅度。

振动映射可以包括，根据实验室和/或实际测试，单个泵冲程的具体的时间和燃料的排量关联到这些振动频率和幅度。也就是，当高压源42在进行增加燃料压力时，活塞56、60的往复运动可以产生通过驱动器66、68到齿轮传动链48的反向扭矩。这个反向扭矩具有频率和振幅的特性，改变了依靠在每个泵冲程中的燃料的排量和时间(比如溢流系数)。活塞56、60中燃料的时间和排量可以组成输入扭矩分布图。

振动映射可以关联发动机12的特点的振动频率和振幅与由燃料泵送单元32产生的不同扭矩分布图。ECM98可以参照振动映射，并根据关联性选择性地控制活塞56、60以减弱或者甚至取消前面描述的振动信号。也就是，ECM98可以发现发动机12的负载或速度的变化，比如当压缩机开始工作时，在齿轮传动链48相关的振动特性也改变了。ECM98可以参照振动映射，在提供当前燃料需求的同时确定减弱振动所需要的输入扭矩分布图，并基于输入扭矩分布图选择性地控制活塞56、60时。

可替换地或者另外的，一个或多个传感器103可以与ECM98通信，直接监控齿轮传动链48的振动和/或噪音变化。ECM98可以接收来自传感器103的输入，参照振动和燃料的映射以决定在提供喷射器34所需要的燃料时减弱振动和/或噪音所需要的活塞56、60的输入扭矩分布图。进一步的，如果需要，传感器103可以直接监控与发动机12相关的其他经受振动的部件的振动系数，比如发动机的支架。

下面讨论本发明的工业实用性。

本发明所披露的系统可以使用在任何发动机中，只要这些发动机需要抵消和/或减少振动和噪音。该披露的系统可以通过选择性地控制与发动机关联的泵的燃料排量和时间，帮助减少和/或取消发动机内的振动和噪音。本领域的普通技术人员可以理解，本发明所述的泵可以被用于任何流体系统。比如，所述泵可用于燃料或非燃料的液体媒介，如发动机润滑油。下面将介绍动力系统10的运行操作。

如图1所示，当动力系统10在运行时，由泵驱动轴46引起第一、第二活塞56、60在相应的第一、第二活塞筒52、54中往复运动，从而使得第一、第二驱动器66、68旋转。当第一活塞56在进气冲程移动时，第二活塞60可以在泵冲程移动。在第一活塞56的进气冲程中，液体可以经第一进气口止回阀74进入第一泵燃烧室58。当第一活塞56开始泵冲程时，在第一泵燃烧室58中增加的液体压力引起选择阀94移动，并使得从第一泵燃烧室58排出的液体经过溢流控制阀92流(比如溢出)到低压槽72。当需要高压源42的液体输出高压时，溢流控制阀92可以移动以阻止第一泵燃烧室58到低压槽72的液体流动。

关闭溢流控制阀72可以引起第一泵燃烧室58的压力骤然增加。当第一泵燃烧室58的压力持续增加时，第一排气口止回阀82之间的压力差可以产生一个开启力，超过第一排气口止回阀82的弹簧闭合力。当第一排气口止回阀82的弹簧闭合力被克服了，第一排气口止回阀82将被打开，并且在第一泵燃烧室58中的高压液体可以经过第一排气口止回阀82流进高压槽80，然后进入燃料管44方式的歧管36。

本领域的普通技术人员将可以意识到，溢流控制阀92开启和闭合的时间可以确定被第一活塞排出的流体量中，哪些部分被泵进了高压槽80，哪些部分被泵回了低压槽72。这样的操作可以作为一个机制，通过该机制保持和控制歧管36的压力。如前面的部分说述，对溢流控制阀92的控制可以通过经通信线路100接收到的来自ECM98的信号。

在泵冲程的结束阶段，当凸轮凸角67的角度引起第一活塞56的移动减少，第一活塞56的往复运动速度比例减小。当第一活塞56的往复运动速度比例减小时，第一排气口止回阀82之间的压力差所导致的开启力将差不多降到第一排气口止回阀82的弹簧力之下。当第一排气口止回阀82之间的压力差所导致的开启力降到第一排气口止回阀82的弹簧力之下时，第一排气口止回阀82可以移动以阻流。

第二活塞60可以转换模式，从吸入到泵出(第二活塞56可以从泵出到吸入进行转换)，选择阀94可以移动以阻止从第一泵燃烧室58的液体，并开启第二泵燃烧室62与溢流控制阀92之间的通路。这样，允许溢流控制阀92控制第二泵燃烧室62的流出。第二活塞60就完成了如上与第一活塞56类似的泵冲程。

在第一和第二活塞56、60的任何一个泵冲程中，每个泵冲程对于由高压源42输送的总燃料的贡献量，可以各自不同地减少经驱动器66、68和齿轮传动链48传递到曲轴24的振动和/或噪音。可以通过延长溢流控制阀92的闭合时间提高每个冲程的有效排量。ECM98可以响应希望获得的、已知的或测量的振动、噪音或燃料少于高压源42的最大输出的需要，变换该贡献量和有效排量。

特别地，当活塞56、60排出燃料时，增压的力可以为反方向于经泵驱动轴46和齿轮传动链48到曲轴24。这个力的频率和振幅可以产生前面所描述的扭矩分布图。这个扭矩分布图可以减小和/或抵消发动机12产生的不希望得到的振动和/或噪音。

根据已知的发动机运行条件，活塞56、60的泵冲程时间可以由ECM98调节。具体地，ECM98可以调节在每个泵冲程中的燃料排出和时间，响应于齿轮传动链48的已知参数和发动机12的负载和/或速度的变化。比如，当关联的空气压缩机，液压泵，空调设备或其他的附加的设备在运转时，发动机12的负载是变化的。当发动机12的负载和/或速度变化时，齿轮传动链48的振动参数也会发生变化。这些变化的振动参数，如果没有被说明，将增加齿轮传动链48、曲轴24和/或发动机12中的额外的和导致不希望的噪音。响应于这些，ECM98可以选择性地变换泵冲程中的时间和/或燃料的排量，以在泵驱动轴46上产生特定的扭矩分布，主动地减小甚至抵消发动机12的振动和噪音。

比如，如果一个完整的发动机循环的燃料量需求小于7200mm³，八个泵冲程的一些或全部比其900mm³的最大冲量降低。也就是说，如果总燃料需求是5400mm³，可以仅控制六个冲程使其贡献最大冲程量而剩余的两个冲程可以完全不需要。或者，可以使所有的八个冲程贡献它们最大排量的75％即可。也可以控制每个冲程排出不同的量，总的排量等于需求的量即可。泵冲程的每种组合可以响应特定的扭矩分布，可以减少和/或消除发动机12一定的振动特性和噪音。

ECM98可以根据每个泵冲程的正确组合和时间控制燃料排量，以根据振动映射减少振动和噪音。比如，ECM98可以因为空气压缩机的运转而增加发动机12的负载。可以根据该负载和发动机12的当前速度，比如在1000rpm与1700rpm之间，ECM98导出一个振动信号。使用这些条件作为参数，ECM98可以参照振动映射来确定扭矩分布，该扭矩分布可以最有效地减少所产生的振动和噪音。扭矩分布可以包括，比如，当取消泵冲程3，5，和8时，运行泵冲程1，2，4，6和7。在这个例子中，齿轮传动链48的疲劳极限可以增加20％，负载逆转也会显著降低，发动机12的噪音会减小。

本发明所披露的减振系统的有益效果是，通过选择性地变换时间和燃料泵送单元32的单个泵冲程的有效排量，减少甚至消除振动和/或噪音。通过减少甚至消除振动参数和/或噪音，相关部件的磨损将会减小，并且还可以符合严格的噪音排放标准。

应当指出，本发明不限于上面详细说明的示例性实施例，本领域技术人员可在不偏离本发明的范围或精神的情况下做出多种改变和变型。以上所描述的实施例仅是示例性的，本发明的范围应以权利要求及其相关的等同变换确定。

Claims (10)

1.一种用于发动机的减振系统，包括：

至少一个泵送单元，在发动机循环过程中随多个泵冲程移动；和

控制器，所述控制器用于确定由于发动机负载的变化导致的发动机振动系数的变化，以及基于所确定的振动系数的变化、在所述的多个泵冲程的至少一个冲程中调整所述至少一个泵送单元的燃料排量。

2.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于：所述的振动系数与发动机的速度关联，所述的控制器包括至少一个反映所述振动系数和燃料排量调整的映射。

3.如权利要求2所述的减振系统，其特征在于：所述的控制器用于通过改变至少一个所述多个泵冲程的有效排量来调整燃料排量。

4.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于：进一步包括与所述控制器通讯的至少一个传感器，该至少一个传感器用于产生指示所述振动系数的信号，所述的控制器基于该信号调整燃料排量。

5.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于：所述的控制器包括反映每个所述至少一个泵送单元的排量到在发动机的循环过程中所需燃料量的映射，所述的控制器根据该映射在每一个所述多个泵冲程中控制燃料排量。

6.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于：所确定的所述振动系数的变化与发动机驱动元件的操作启动和操作取消的至少一个相关。

7.如权利要求1所述的减振系统，其特征在于：所述的至少一个泵送单元是两个相对不同步操作的泵送单元，所述的控制器为所述的两个泵送单元的每一个调整多个泵冲程以减小振动系数。

8.一种控制燃料输送至发动机的方法，包括：

通过至少一个泵送单元排出燃料；

喷射燃料到所述发动机；

确定所述发动机的振动系数，其包括确定由于所述发动机的负载和速度中的至少一项的变化导致的所感测出的振动系数的变化；以及

基于所感测出的振动系数来变动所述至少一个泵送单元的燃料排量。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于进一步包括：

将所感测出的振动系数的振幅和频率关联到燃料排出的数量和时间。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述的变动至少一个泵送单元的燃料排量的步骤包括变动由于燃料的排出传递到所述发动机的扭矩。

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