CN101608589B

CN101608589B - 燃料供给装置

Info

Publication number: CN101608589B
Application number: CN2008101766898A
Authority: CN
Inventors: 瓜生拓也; 大西善彦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-18
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2028-11-20
Also published as: JP4740983B2; DE102008043442A1; CN101608589A; JP2010001766A; DE102008043442B4

Abstract

本发明得到可以降低从起动时到将燃料压缩至预定的压力需要的时间的不一致的燃料供给装置。该燃料供给装置(2)包括步进电动机(19)以及通过该步进电动机(19)的驱动使活塞(9)在缸(8)的内部滑动的活塞滑动单元(20)，通过活塞(9)的滑动将燃料吸入缸(8)的内部，将燃料压缩，从缸(8)排出燃料，在起动前，在步进电动机(19)的绕组(25)流过预定的励磁电流，使活塞(9)处于预定的位置。

Description

燃料供给装置

技术领域

本发明涉及吸入燃料，将吸入的燃料压缩，将压缩了的燃料排出的燃料供给装置。

背景技术

以往已知的燃料供给装置包括有刷电动机以及通过所述有刷电动机的驱动使活塞在缸的内部滑动的活塞滑动单元，所述活塞滑动单元具有：在所述有刷电动机的轴的前端部径向偏移并被固定的偏心轴；一端部可自由旋转地设置在所述偏心轴上，另一端部通过销自由旋转地保持所述活塞的端部的活塞杆(例如，参照专利文献1)。

使用该装置时，通过所述轴旋转，所述偏心轴在上下方向往返运动，所述活塞滑动。

由于所述活塞的滑动，燃料被吸入所述缸的内部，所述燃料被压缩，并从所述缸排出所述燃料。

专利文献1：日本专利特开2004—52663号公报

发明内容

然而，使用该装置时，在燃料供给装置起动的时候，由于活塞相对缸的位置是上次运转结束时停止的位置，所以该位置在每次起动时不同。

所以，从起动到将燃料压缩至预定的压力所需要的时间随着每次起动都不同，若在燃料被充分压缩前从喷射装置燃料喷射燃料并点火，会产生发动机的旋转不稳定这样的问题。

本发明以解决上述问题为课题，其目的是提供一种燃料供给装置，可以降低从起动时到将燃料压缩至预定的压力所需要的时间的不一致。

本发明的燃料供给装置包括电动机以及通过所述电动机的驱动使活塞在缸的内部滑动的活塞滑动单元，通过所述活塞滑动，燃料吸入至所述缸的内部，压缩所述燃料并从所述缸排出所述燃料，所述电动机是同步电动机，通过在起动前在所述同步电动机的绕组流过预定的励磁电流，使所述活塞处于预定的位置。

若采用本发明的燃料供给装置，通过在起动前在同步电动机的绕组流过预定的励磁电流，使活塞处于预定的位置，可以使从起动时到将燃料压缩至预定的压力需要的时间为一定。

附图说明

图1是表示安装了本发明的实施形态1的燃料供给装置的燃料系统的结构图。

图2是表示图1的燃料供给装置的主要部分的剖面图。

图3是表示图1的电池和燃料供给装置和控制装置的关系的结构图。

图4是表示对图3的绕组施加励磁电流的驱动脉冲的施加图案的说明图。

图5是表示图2的步进电动机的主要部分的俯视图。

图6是表示图5的轴的旋转角度与活塞的提升量的关系图。

图7是表示点火开关为开的时候，施加使活塞处于预定位置用的励磁电流的驱动脉冲的施加图案的图。

图8是表示点火开关为关的时候，施加使活塞处于预定位置用的励磁电流的驱动脉冲的施加图案的图。

图9是表示本发明的实施形态2的燃料供给装置的步进电动机的主要部分的俯视图。

图10是表示图9轴的旋转角度与活塞的提升量的关系图。

图11是表示本发明的实施形态3的燃料供给装置的无刷DC电动机的主要部分的说明图。

标号说明

1 燃料箱、2 燃料供给装置、2a 电池、3 压力调整装置、4 燃料喷射装置、5 控制装置、6 过滤器、7 壳、8 缸、9 活塞、10 缸本体、10a 贯穿孔、11 底板、12 增压室、13 吸入端口、14 排出端口、15 吸入口、16 排出口、17 吸入用阀、18 排出用阀、19 步进电动机、20 活塞滑动单元、21 轴承、22 轴、23 转子磁体、24 绕线管、25 绕组、25a绕组部、25b 绕组部、25c 绕组部、25d 绕组部、26 第一电磁钢板、26a弯曲部、27 第二电磁钢板、26a 弯曲部、28 第一定子部、29 第二定子部、30 弹簧、31 板、32 无刷DC电动机、33 U相电磁钢板、34 V相电磁钢板、35 W相电磁钢板

具体实施方式

下面基于附图说明本发明的各实施形态，关于各图中相同或者相当的构件、部位，标注了相同的标号。

实施形态1

图1是表示安装了本实施形态的燃料供给装置2的燃料系统的结构图，图2是表示图1的燃料供给装置2的主要部分的剖面图。

燃料系统包括：存储燃料的燃料箱1；从电池2a供给电力，从燃料箱1吸入燃料，将吸入的燃料压缩，将压缩了的燃料排出的燃料供给装置2；调整从该燃料供给装置2排出的燃料压力的压力调整装置3；将被该压力调整装置3调整了压力的燃料向吸气管(未图示)喷射的燃料喷射装置4；控制燃料供给装置2及燃料喷射装置4驱动的控制装置5。

在燃料箱1和燃料供给装置2之间，设置有去除燃料含有的异物的过滤器6。

控制装置5根据发动机(未图示)的旋转速度等，向燃料喷射装置4发送驱动信号，控制燃料的喷射时间及喷射量。

本实施形态的燃料供给装置2包括：壳7；在该壳7内部设置的缸8；在该缸8内部可滑动地设置的活塞9。

缸8是在圆柱形状的缸本体10形成贯穿孔10a而构成的。

缸8及活塞9在圆周上以等分间隔各配置6个。

另外，缸8及活塞9当然也可以是不限于该数量的其它数量。

在缸本体10的一个端面设置底板11成为缸8的底。

增压室12由缸8的内周面、活塞9的端面、底板11构成，在该增压室12压缩燃料。

在壳7形成有与燃料箱1连通的吸入端口13，形成与燃料喷射装置4连通的排出端口14。

在缸本体10及底板11形成燃料可从吸入端口13向增压室12通过的吸入口15；形成燃料可从增压室12向排出端口14通过的排出口16。

在缸本体10设置将吸入口15开关的吸入用阀17，在底板11设置将排出口16开关的排出用阀18。

在燃料供给装置2吸入燃料的时候，打开吸入用阀17，关闭排出用阀18。

在燃料供给装置2压缩燃料的时候，关闭吸入用阀17及排出用阀18两者。

在燃料供给装置2排出燃料的时候，关闭吸入用阀17，打开排出用阀18。

另外，该燃料供给装置2包括：是同步电动机的步进电动机19；通过该步进电动机19的驱动使活塞9滑动的活塞滑动单元20。

步进电动机19具有：通过轴承21被自由旋转地支持在壳7上的轴22；固定于该轴22的周侧面的12极的转子磁体23。

转子磁体23的N极和S极互相邻接地在圆周上等间隔地配置。

另外，步进电动机19具有第一定子部28，该第一定子部28包括：环状的绕线管24、在该绕线管24内部设置的绕组25、覆盖绕线管24的一端面的第一电磁钢板26、覆盖绕线管24的另一端面及外周面的第二电磁钢板27。

据此，通过在绕组25流过励磁电流，第一电磁钢板26成为N极的时候，第二电磁钢板27成为S极；第一电磁钢板26成为S极的时候，第二电磁钢板27成为N极。

在第一电磁钢板26的内径侧端部形成6个与绕线管24内周面相对地弯曲的弯曲部26a，在第二电磁钢板27的内径侧端部形成6个与绕线管24内周面相对地弯曲的弯曲部27a。

第一电磁钢板26的弯曲部26a与第二电磁钢板27的弯曲部27a互相邻接地在圆周上以等分间隔配置。

步进电动机19是凸极型电动机，第一电磁钢板26的弯曲部26a及第二电磁钢板27的弯曲部27a成为与转子磁体23的磁极相对的磁极。

另外，该步进电动机19具有：与第一定子部28重叠设置的、与第一定子部28相同结构的第二定子部29。

第二定子部29的第一电磁钢板26覆盖绕线管24的一端面及外周面，并且与第一定子部28的第二电磁钢板27邻接。

第二定子部29的第二电磁钢板27覆盖绕线管24的另一端面。

在第二定子部29的第一电磁钢板26及第二电磁钢板27，与第一定子部28同样地形成有弯曲部26a及弯曲部27a。

第一定子部28及第二定子部29在从轴22的轴线方向看时是重叠的，使得第二定子部29的第一弯曲部26a配置在第一定子部28的第一弯曲部26a和第二弯曲部27a的中间部。

活塞滑动单元20具有：设置在各活塞9上的弹簧30；在轴22的前端部倾斜固定的板31。

弹簧30将活塞9向从缸8凸出的方向作用。

通过板31与轴22一起旋转，与弹簧30的作用力相反地按压活塞9。

从轴22的轴线方向看时，在轴22安装板31使得与缸8最接近的板31的部位、即最下部与转子磁体23的磁极的中心一致。

另外，在轴22安装板31不限于此，从轴22的轴线方向看时，板31的最下部与转子磁体23的磁极的位置为预定的相对位置即可。

另外，在轴22安装板31后，可以将转子磁体23磁化。

不论哪种情况下，都能简单、高精度地将轴22与板31固定。

图3是表示图1的电池2a和燃料供给装置2和控制装置5关系的图。图4是表示使图3的绕组25流过励磁电流的驱动脉冲的施加图案的图。

第一定子部28的绕组25具有：由2条导线缠绕的双线线圈构成的绕组部25a及绕组部25b。

在绕组部25a流过励磁电流的时候与在绕组部25b流过励磁电流的时候，通过第一电磁钢板26的弯曲部26a及第二电磁钢板27的弯曲部27a的磁场方向相反。

绕组部25a的一端部成为端子T1，与控制装置5连接。

绕组部25a的另一端部与绕组部25b的一端部连接，并且成为端子T2，与电池2a连接。

绕组部25b的另一端部成为端子T3，与控制装置5连接。

控制装置5在端子T1和端子T2之间，或者在端子T2和端子T3之间以一定周期切换并施加电压，使得在绕组部25a或者绕组部25b交替流过励磁电流。

第二定子部29的绕组25具有：由2条导线缠绕的双线线圈构成的绕组部25c及绕组部25d。

在绕组部25c流过励磁电流的时候与在绕组部25d流过励磁电流的时候，第一电磁钢板26的弯曲部26a及第二电磁钢板27的弯曲部27a产生的磁场方向相反。

绕组部25c的一端部成为端子T4，与控制装置5连接。

绕组部25c的另一端部与绕组部25d的一端部连接，并且成为端子T5，与电池2a连接。

绕组部25d的另一端部成为端子T6，与控制装置5连接。

控制装置5在端子T4和端子T5之间，或者在端子T5和端子T6之间以一定周期切换并施加电压，使得在绕组部25c或者绕组部25d交替流过励磁电流。但是，在端子T4和端子T5之间或者端子T5和端子T6之间施加电压的时间，相对于在端子T1和端子T2之间或者端子T2和端子T3之间施加电压的时间，其位相偏离电角90度。

据此，轴22、转子磁体23及板31可以平滑旋转。

接下来，说明在本实施形态的燃料供给装置2起动前，在步进电动机19流过预定的励磁电流，使活塞9位于预定位置的动作。

图5是表示图2的步进电动机19主要部分的俯视图，图6是表示图5的轴22的旋转角度与活塞9提升量的关系的图。

在图5及图6中，配置在圆周上的6个活塞9位于位置P1～P6。

首先，在第一定子部28的绕组25流过励磁电流使得第一电磁钢板26的弯曲部26a为N极，第二电磁钢板27的弯曲部27a为S极。

转子磁体23的S极被成为N极的第一电磁钢板26的弯曲部26a吸引，转子磁体23的N极被成为S极的第二电磁钢板27的弯曲部27a吸引。

其结果是转子磁体23的N极的磁极的中心与第一电磁钢板26的弯曲部26a的磁极的中心位置一致，转子磁体23的S极的磁极的中心与第二电磁钢板27的弯曲部27a的磁极的中心位置一致，转子磁体23旋转并静止。

由于转子磁体23静止在预定的位置，在转子磁体23上通过轴22固定的板31静止在预定的位置。

板31的最下点D_L是按压位于P1的活塞9的位置时，各位置P1～P6的活塞9的提升量成为如图6的虚线A表示的状态。

此时，位于最高位置的活塞9有1个，位于最低位置的活塞9有1个，位于最高位置的25％的位置的活塞9有2个，位于最高位置的75％的位置的活塞9有2个。

活塞9的个数由于与转子磁体23的磁极对数的数量相同，例如，即使板31的最下点D_L是按压位于位置P2的活塞9的位置时，位于最高位置的活塞9有1个，位于最低位置的活塞9有1个，位于最高位置的25％的位置的活塞9有2个，位于最高位置的75％的位置的活塞9有2个。

也就是说，板31的最下点D_L是按压位于P1～P6位置的任一个活塞9的位置时，各活塞9都在预定的位置。

接下来，说明在绕组25流过励磁电流，使活塞9处于预定的位置的时间。

图7是表示为了在点火开关为开时使活塞9处于预定的位置而对绕组25施加励磁电流的驱动脉冲的施加图案的图。

点火开关为开时，在第一定子部28的绕组部25a的端子T1和端子T2间施加电压。

活塞9到达预定的位置后，在第一定子部28及第二定子部29流过励磁电流，燃料供给装置2起动。

另外，使活塞9处于预定的位置用的励磁电流在绕组25流过的驱动脉冲的施加图案不限于此。例如如图8所示，可以在点火开关为关时，在第一定子部28的绕组部25a的端子T1和端子T2之间施加电压。

如上述说明，若采用本实施形态的燃料供给装置2，在起动前，在步进电动机19的绕组25流过预定的励磁电流，使各活塞9位于预定的位置，可以降低为将燃料压缩至预定的压力所需时间的不一致。

另外，由于在使活塞9滑动用的负载量始终为相同的状态下起动燃料供给装置2，可以降低每次起动的步进电动机19的行动的不一致。

另外，由于不需要检测转子磁体23位置的传感器，因此可以使燃料供给装置2结构简单。

另外，由于在第一定子部28的绕组25流过励磁电流使活塞9处于预定的位置后，在第二定子部29的绕组25流过励磁电流起动燃料供给装置2，可以抑制噪音或失调的发生，可以提高燃料供给装置2的稳定性及可靠性。

另外，使活塞9处于预定的位置后，在预定期间可以降低在绕组25施加的电压的脉冲频率，抑制起动时步进电动机19发生失调，可以确实地压缩燃料。另外，即使在燃料无法充分地遍及燃料供给装置2的内部的干燥状态下，也可以抑制缸8与活塞9发生烧结。

另外，活塞滑动单元20由于具有：使活塞9向从缸8凸出方向作用的弹簧30；在步进电动机19的轴22前端部倾斜固定的、通过与轴22一起旋转向与弹簧30作用力相反方向按压活塞9的板31，可以使多个活塞9处于预定的位置。

另外，缸8及活塞9由于在圆周上以等分间隔各设置6个，与设置一个缸8及活塞9的燃料供给装置相比，可以使压缩燃料量增大。

另外，由于从轴22的轴线方向看时，板31的最下部与转子磁体23的磁极的中心一致，因此在制造多个燃料供给装置的时候，可以抑制在各燃料供给装置间为了将燃料压缩至预定的压力需要的时间的不一致。

另外，绕组25具有2个相，由于在一相施加励磁电流使活塞9处于预定的位置后，在保持对一相施加励磁电流的状态下对另一相施加励磁电流，开始起动燃料供给装置，因此可以始终在活塞9处于预定的位置状态下起动燃料供给装置。

另外，由于使用步进电动机19，可以通过简单的结构使活塞9处于预定位置。

另外，所述实施形态中说明了切换至由双线线圈构成的绕组25的任一方施加励磁电流的单极驱动型的步进电动机19，但电动机当然不限于此，也可以是切换在绕组25流过的励磁电流的方向的双极驱动型的步进电动机19。

另外，所述实施形态中说明了板31的最下点D_L按压任一活塞9，使活塞9处于预定的位置的燃料供给装置2，但燃料供给装置当然不限于此。

也可以是考虑从燃料供给装置2到燃料喷射装置4的配管的容积，决定能得到最合适的升压时间的活塞9的预定位置，在该预定的位置停止活塞9，为此以转子磁体23磁极的位置为基准，在轴22上将板31以倾斜预定的角度固定的燃料供给装置2。

实施形态2

图9是表示本实施形态2的燃料供给装置2的步进电动机19的主要部分的俯视图。图10是表示图9的轴22的旋转角度与活塞9的提升量的关系图。

图9及图10中，在圆周上配置的3个活塞9位于位置P1～P3。

本实施形态的燃料供给装置2的缸8及活塞9在圆周上以等分间隔各配置3个。

在第一定子部28的绕组25流过励磁电流使第一电磁钢板26的弯曲部26a为N极，第二电磁钢板的27弯曲部27a为S极的情况下，板31的最下点D_L按压位于位置P1、位置P2或者位置P3的活塞9的时候，成为如图10的虚线B表示的状态；另一方面，板31最下点D_L在位置P1和位置P2之间、位置P2和位置P3间、或者位置P3和位置P1之间的时候，活塞9的提升量成为如图10虚线C表示的状态。

其它结构与实施形态1一样。

若采用本实施形态的燃料供给装置2，在起动前，在步进电动机19的绕组25流过预定的励磁电流，各活塞9的位置成为2个图案，可以降低为了将燃料压缩至预定的压力需要的时间的不一致。

实施形态3

图11是表示本实施形态3的燃料供给装置2的无刷DC电动机32的主要部分的俯视图。

本实施形态的燃料供给装置2包括由U相、V相及W相构成的同步电动机的无刷DC电动机32。

该无刷DC电动机32具有4极的转子磁体23，各自的转子磁体23其N极和S极互相邻接地在圆周上以等间隔配置。

另外，无刷DC电动机32具有：设有U相绕组(未图示)的一对U相电磁钢板33；设有V相绕组(未图示)的一对V相电磁钢板34；设有W相绕组(未图示)的一对W相电磁钢板35。

U相电磁钢板33、V相电磁钢板34及W相电磁钢板35分别以转子磁体23为中心配置为放射状，一对U相电磁钢板33互相相对配置，一对V相电磁钢板34互相相对配置，一对W相电磁钢板35互相相对配置。

缸8及活塞9在圆周上以等分间隔各配置4个。

无刷DC电动机32从U相向V相、从U相向W相、从V相向W相、从V相向U相、从W相向U相、从W相向V相，依次切换流过的励磁电流，转子磁体23旋转。

另外，对该无刷DC电动机32的未通电的相，例如，从U相向V相流过励磁电流时的W相，通过检测由于转子磁体23旋转产生的感应电压来推测转子磁体23的位置，与该转子磁体23的位置相应地切换向U相、V相及W相的励磁电流。

据此，该无刷DC电动机32与包括检测转子磁体23位置的传感器的电动机相比，结构可以简单化，可以谋求小型化。

接下来，说明在本实施形态的燃料供给装置2起动前，在无刷DC电动机32流过预定的励磁电流，使活塞9处于预定的位置的动作。

首先，从U相向V相流过励磁电流，转子磁体23的S极和N极之间到达U相电磁钢板33与V相电磁钢板34之间的相对位置，转子磁体23旋转并停止。

此时，W相的绕组成为未通电的相，检测旋转的转子磁体23的位置。

据此，在燃料供给装置2起动的同时，可以切换向U相、V相及W相流过的适当的励磁电流。

转子磁体23停止，板31的最下点D_L成为按压位于位置P1的活塞9的位置时，位于最高位置的活塞9有1个，位于最低位置的活塞9有1个，位于最高位置的50％的位置的活塞9有2个。

另一方面，板31的最下点D_L成为按压位于位置P3的活塞9的位置时，位于最高位置的活塞9有1个，位于最低位置的活塞9有1个，位于最高位置的50％的位置的活塞9有2个。

即，板31的最下点D_L无论是按压位置P1还是位置P3的活塞9的位置，各活塞9都位于预定的位置。

据此，在燃料供给装置2起动前，在无刷DC电动机32的绕组流过预定的励磁电流，可以使各活塞9处于预定的位置。

另外，在燃料供给装置2起动前，由于在无刷DC电动机32的绕组流过预定的励磁电流，转子磁体23处于预定的位置，转子磁体23始终从相同位置的状态开始无刷DC电动机32的驱动，可以快速检测转子磁体23的位置，可以始终以一定的时间起动无刷DC电动机32。

其它结构与实施形态1一样。

如以上说明，若采用本实施形态的燃料供给装置2，由于使用无刷DC电动机32，在燃料供给装置2起动前，在无刷DC电动机32的绕组流过预定的励磁电流，可以将各活塞9位于预定的位置，且可以使用未通电相的绕组检测旋转的转子磁体23的位置。

另外，由于通过使活塞9处于预定的位置，转子磁体23位于预定的位置，可以降低无刷DC电动机32起动需要的时间的不一致，其结果是降低将燃料压缩至预定的压力需要的时间的不一致，且可以谋求无刷DC电动机32的起动性能的提高。

Claims

1.一种燃料供给装置，

包括：电动机；以及

通过所述电动机的驱动使活塞在缸的内部滑动的活塞滑动单元，

通过所述活塞的滑动将燃料吸入所述缸的内部，压缩所述燃料，从所述缸排出所述燃料，其特征在于，

所述电动机是同步电动机，

在起动前，在所述同步电动机的绕组流过预定的励磁电流，使所述活塞处于预定的位置，

所述活塞滑动单元具有：

对所述活塞向从所述缸凸出的方向作用的弹簧；

在所述电动机的轴的前端部倾斜固定的、与所述轴一起旋转并与所述弹簧的作用力相反地按压所述活塞的板，

从所述轴的轴线方向看时，所述板的最接近所述缸的部位与所述同步电动机的转子磁体的规定磁极的中心位置关于所述轴的周向一致。

2.根据权利要求1所述的燃料供给装置，其特征在于，所述缸及所述活塞在圆周上以等分间隔各设置多个。

3.根据权利要求1或者权利要求2所述的燃料供给装置，其特征在于，

所述绕组具有多个相，

在预定的相流过励磁电流使所述活塞处于预定的位置后，在保持对所述预定的相流过励磁电流的状态下在其它相流过励磁电流，开始起动。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料供给装置，其特征在于，所述同步电动机是步进电动机。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的燃料供给装置，其特征在于，所述同步电动机是无刷DC电动机。