CN103026038A - 用于控制阀的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制阀（20）的方法和装置，该阀具有带弹力（F_1）的弹簧（32）、带与弹力（F_1）相逆地作用的促动器力（F_2）的促动器（42）、可借助促动器（42）触动的销（34）。为了打开阀（20），按照第一运行模式，对促动器（42）施加具有预定走势的起始于电流的初始值（I_0）的电流（I），在该初始值时，销（34）处于一位置，在该位置，它允许阀（20）关闭，在时间上相继地求得电流的测量值（I_AV），一旦电流的测量值（I_AV）的走势与施加给促动器（42）的电流走势相差预定的量，电流的参考值（I_REF）就具有当前的电流的测量值（I_AV）。电流的参考值（I_REF）表示：促动器力（F_2）等于弹力（F_1）。按照第二运行模式，对促动器（42）施加具有预定走势的电流，该电流起始于电流的初始值（I_0），直到电流的终值（I_F）。参考值（I_REF）位于电流的初始值（I_0）与终值（I_F）之间。在电流的终值（I_F）时，销（34）处于一位置，在该位置，它不允许阀（20）关闭。

Description

用于控制阀的方法和装置

本发明涉及用于控制阀的方法和装置。

这种阀优选在高压泵中用于给汽车内燃机的存储式直喷系统输送流体。

这种阀尤其是当其持续负载时比如在高压泵中承受显著的负荷。由于高压泵受到例如2000巴或者更大的压力，所以对这种泵中的阀提出了高要求。这种阀无论在关闭时还是在打开时都会产生噪声。

本发明的目的是，提出用于控制阀的方法和装置，借此能实现精确的且成本低廉的阀工作。

该目的通过独立权利要求的特征得以实现。本发明的有利改进在从属权利要求中给出。

本发明以用于控制阀的方法和对应的装置为特点。该阀具有带弹力的弹簧、带与弹力相逆地作用的促动器力的促动器、可借助促动器触动的销。为了打开阀，按第一运行模式对促动器施加具有非恒定的预定走势的起始于电流初始值的电流。在该初始值时，销处于一位置，在该位置，它允许阀关闭。电流测量值在时间上相继地求得，一旦电流测量值走势与施加给促动器的电流走势相差预定的量，电流参考值就具有当前的电流测量值。电流参考值表示：促动器力等于弹力。按照第二运行模式，对促动器施加具有非恒定的预定走势的电流，其起始于电流初始值，直到电流终值。参考值位于电流的初始值与终值之间。在电流的终值时，销处于一位置，在该位置，它不允许阀关闭。

电流测量值走势与施加给促动器的电流走势相差预定的量，这意味着电流测量值与所施加的电流值的差超过了预定的阈值。

这具有的优点是，阀能缓慢地打开，致使阀产生的噪声保持较小，却能实现阀可靠地且足够快地打开。另外，可以使阀的磨损保持较小。还可以成本低廉地设计阀。

根据一种有利的实施方式，按第一运行模式对促动器施加具有预定的直线走势的电流，根据两个相继的电流测量值来确定电流当前的时间变化值，一旦电流当前的时间变化值与电流先前的时间变化值相差预定的量，电流参考值就具有当前的电流测量值，且按第二运行模式对促动器施加具有预定的直线走势的电流。

电流当前的时间变化值与电流先前的时间变化值相差预定的量，这意味着电流当前的时间变化值与电流先前的时间变化值的差超过了预定的阈值。

根据另一种有利的实施方式，弹簧被设计用来打开阀。按第一运行模式，所施加的电流从电流初始值起直线地减小。对于电流的初始值来说，促动器力大于弹力。按第二运行模式，所施加的电流从电流初始值起直线地减小，且终值小于参考值。这具有的优点是，可以实现使在无电流情况下打开的阀所产生的噪声保持较小，且能实现使在无电流情况下打开的阀可靠地在时间上恰当地打开。还能使得无电流情况下打开的阀的磨损保持较小。

根据另一种有利的实施方式，根据脉冲宽度调制来调节所施加的电流。这具有的优点是，能以非常简单的方式来调节所施加的电流。

根据另一种有利的实施方式，用于求取电流测量值的时刻与脉冲宽度调制电流最大值的时刻相关。这具有的优点是，能以非常简单的方式确保根据两个相继的电流测量值来确定电流的时间变化值。

根据另一种有利的实施方式，脉冲宽度调制的频率与用于求取电流测量值的时刻相关。这具有的优点是，可以根据测量要求来预定用于求取电流测量值的时刻，且脉冲宽度调制的频率能适配于这些测量值，从而例如能使得脉冲宽度调制电流最大值的时刻相应于用于求取电流测量值的时刻。

根据另一种有利的实施方式，根据并联电阻上的电压来求得电流测量值。这是一种能可靠地测量电流的特别简单的方案。

根据另一种有利的实施方式，根据在阀中的或者在阀的预定区域内的流体的温度来确定电流参考值。这具有的优点是，能在不同的特别是与温度相关的阀运行条件下求得电流参考值。

根据另一种有利的实施方式，阀设置在内燃机的喷射系统中，根据内燃机的特征值来确定电流参考值。这具有的优点是，能在不同的内燃机运行条件下求得电流参考值。

根据另一种有利的实施方式，电流参考值存储在与工作点相关的特性场中。这具有的优点是，电流参考值可以特别是按照第一运行模式针对阀的或内燃机的不同工作条件来存储，且可以针对阀的或内燃机的当前运行状态在第二运行模式期间应用。

根据另一种有利的实施方式，电流的初始值和电流的终值适当地预定，使得电流参考值即为初始值与终值的数学平均值。这具有的优点是，电流参考值非常可靠地居中地位于初始值与终值之间，对于该初始值来说，促动器力大于弹力，对于终值来说，阀刚刚打开。由此可以非常稳健地控制阀。

下面借助示意图详述本发明的实施例。

其中：

图1为带有阀的泵的示意性的纵剖视图；

图2为该阀的示意性的纵剖视图；

图3为该阀在三种工作状态下的示意图；和

图4为在控制该阀时电流曲线的示意图。

相同结构或相同功能的部件在这些附图中一致地标有相同的附图标记。

图1示出带有泵壳体12的泵10。该泵10尤其是高压泵，优选是径向柱塞泵。在泵壳体12中可移动地安置有泵柱塞14。压力腔16在泵壳体12中位于泵柱塞14的一端。为了能给压力腔16装填流体，该压力腔具有输入管路18，在该输入管路上优选设置有被构造成入口阀的阀20。被构造成入口阀的该阀20优选是数字地通断的阀。该阀20便于装填压力腔16，且在装填时防止流体从输入管路18回流。压力腔16还具有输出管路22，在该输出管路上设置有被构造成出口阀的另一阀24。由此能把流体从压力腔16顶出。

泵10还具有驱动轴26，该驱动轴与偏心环28作用连接且可沿旋转方向D顺时针地旋转。代替偏心环28也可以采用凸轮轴。替代地也可以把泵10设计成曲轴驱动泵。

图2示出带有阀壳体29的阀20，其具有凹缺30。在该凹缺中设置有弹簧32、销34和密封件36。弹簧32通过销34把密封件36预压紧，其方式为，该弹簧支撑在凹缺30的壁上。销34具有第一柱形部分34a和第二柱形部分34b，其中第一部分34a的直径大于第二部分34b。

在凹缺30中还有一个相对于阀壳体29固定地设置的密封座38，该密封座具有贯通凹缺40。当密封件36未贴靠在密封座38上时，流体可以流经贯通凹缺40。

阀20还具有促动器42，该促动器尤其是磁性线圈。销34的第一部分34a设置在促动器42的内部，且可以被促动器42触动。

下面介绍泵10和阀20的工作方式。

驱动轴26沿旋转方向D做旋转运动，由此借助偏心环28使得泵柱塞14朝向驱动轴26移动，直到该泵柱塞到达下止点。在这种情况下，阀20基于弹簧32的弹力F_1和阀20的前后压差而打开。密封件36提升离开密封座38（图3）。于是给压力腔36装填流体。驱动轴26沿旋转方向D进一步旋转运动，由此利用偏心环28使得泵柱塞14移动离开驱动轴26，且在这种情况下对位于压力腔16中的流体进行压缩。在预定的时刻，给促动器42施加电流，致使阀20关闭，与弹力F_1相逆地作用的促动器力F_2由此能作用到销34上。由于销34朝向促动器力F_2移动，在阀20前后产生压力状况，所以密封件36能贴靠在密封座38上，且禁止流体流经贯通凹缺40。在压力腔16中被压缩到的流体于是可以经由被构造成出口阀的另一阀24从泵10中顶出。泵柱塞14现在已到达上止点。

若泵10是内燃机喷射设备的燃料高压泵，则被施加以高压的燃料可以到达被构造成高压燃料储存器的流体储存器―所谓的共轨。

由于机械和液压上的原因，阀20无论在打开时还是在关闭时都会在阀20上产生噪声。下面借助图3来介绍在阀20打开时产生的噪声。在第一步骤中，在阀打开时，密封件36与阀壳体29贴靠（图3A），由此会产生第一噪声。在与阀壳体29接触之后，密封件36可以又移向销34，而销34本身利用弹簧32的弹力F_1移向密封件36上。如果密封件36和销34的部分34a彼此相遇，就会产生另一噪声（图3B）。随后，销34利用弹簧32的弹力F_1移向密封座38。如果销34的部分34b到达密封座38，就会产生另一噪声（图3C）。

下面针对在无电流情况下打开的阀详细地介绍对阀20的控制（图4）。不言而喻，这可按相应的方式应用至在无电流情况下关闭的阀。

为了打开阀20，按第一运行模式对促动器42施加具有预定走势的电流。第一运行模式也可以称为探测模式。所施加的电流从初始值I_0起减小。对于电流的初始值I_0来说，促动器力F_2大于弹力F_1。销34由此克服弹力F_1压向弹簧32。阀20在这种状态下可以封闭。如果阀20设置在泵10中，在泵柱塞14到达上止点时，所施加的电流就会具有初始值I_0。

高分辨率的电流走势图4还示出了因脉冲宽度调制引起的电流波动。但基本上可以把电流走势理解成直线，直线的电流走势仅叠加有脉冲宽度调制的相比较而言很小的波动。

下面在时间上相继地求得电流的测量值I_AV。根据电流的两个相继的测量值I_AV，确定电流当前的时间变化值I_grad。电流因而按直线方式减小一定时间，直到电流当前的时间变化值I_grad与电流先前的时间变化值I_grad_p相差预定的量，也就是说，电流当前的时间变化值I_grad与电流先前的时间变化值I_grad_p之间的差超过了预定的阈值。这种状况在图4的放大的局部图中示出，其中电流当前的时间变化值I_grad在此具有正值，而电流先前的时间变化值I_grad_p具有负值。由于销34在弹力F_1的方向上移动，在促动器42中感应出反向电流，由此引起电流的时间变化值I_grad相对于电流先前的时间变化值I_grad_p发生改变。电流的参考值I_REF于是具有当前的电流测量值I_AV。电流的参考值I_REF表示：促动器力F_2等于弹力F_1。

优选根据脉冲宽度调制来调节所施加的电流。特别有利的是，用于求取电流测量值I_AV的时刻与脉冲宽度调制电流最大值的时刻相关。在这种情况下，电流的时间变化值I_grad可以由脉冲宽度调制电流的两个相继的峰值的差求得，此点比如特别是在图4中可看到。

脉冲宽度调制的频率可以适配于用于求取电流测量值I_AV的所希望的时刻。由此特别是可以使得脉冲宽度调制电流的最大值的间隔适配于用于求取电流测量值I_AV的所希望的时刻。

特别有利的是，测量并联电阻上的电压，由此来求得电流测量值I_AV。

尤其可以根据外界条件，比如阀20的温度或阀20中的流体的温度，或者根据内燃机的特征值，比如内燃机的转速或运行时间，来执行称为探测模式的第一运行模式。可以把针对阀20的或内燃机的不同工作状态求得的电流参考值I_REF存储在与工作点相关的特性场中，由此进行存储。因而可以按照第一运行模式针对阀20的或内燃机的不同工作条件来存储电流参考值I_REF。

按照也称为工作模式的第二运行模式，对促动器42施加具有预定走势的电流。该电流也直线地从初始值I_0起减小。在该初始值时，促动器力F_2大于弹力F_1。现在，电流的直线减小一直进行到电流的终值I_F。电流的终值I_F小于参考值I_REF。如果阀20设置在泵10中，当泵柱塞14接近下止点时，所施加的电流就具有终值I_F。

终值I_F表示：在销34所处的位置，该销不允许阀20关闭。换句话说，这意味着弹力F_1仅略大于促动器力F_2。销34可以按柔和的方式与密封件36接触，由此将密封件36相对于阀座38的位置固定，进而能够使得阀20有效地保持打开。由于销34缓慢地移动，可以使阀20产生的噪声保持很小，却能可靠地且足够快地打开阀20。另外，通过销34的缓慢移动，可以使阀20的磨损保持较小。

特别有利的是，电流初始值I_0和电流终值I_F可以适当地预定，使得电流参考值I_REF居中地位于初始值I_0和终值I_F之间。由此可以非常稳健地控制阀20。尤其可以相对于电流的初始值I_0和终值I_F来定位参考值I_REF，具体为，按照相应的方式来调整脉冲宽度调制电流的占空比。尤其可以调整从电流的初始值I_0到电流的终值I_F的电流走势斜度，由此来实现对电流参考值I_REF的调整。

Claims (12)

1. 一种用于控制阀（20）的方法，该阀具有带弹力（F_1）的弹簧（32）、带与弹力（F_1）相逆地作用的促动器力（F_2）的促动器（42）、可借助促动器（42）触动的销（34），

其中，为了打开阀（20），按照第一运行模式，

－ 对促动器（42）施加具有非恒定的预定走势的起始于电流的初始值（I_0）的电流，在该初始值时，销（34）处于一位置，在该位置，它允许阀（20）关闭，

－ 在时间上相继地求得电流的测量值（I_AV），

－ 一旦电流的测量值（I_AV）的走势与施加给促动器（42）的电流走势相差预定的量，电流的参考值（I_REF）就具有当前的电流的测量值（I_AV），其中，电流的参考值（I_REF）表示：促动器力（F_2）等于弹力（F_1），

其中，按照第二运行模式，

－ 对促动器（42）施加具有非恒定的预定走势的电流，该电流起始于电流的初始值（I_0），直到电流的终值（I_F），其中，参考值（I_REF）位于电流的初始值（I_0）与终值（I_F）之间，在电流的终值（I_F）时，销（34）处于一位置，在该位置，它不允许阀（20）关闭。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，按照第一运行模式，

－ 对促动器（42）施加具有预定的直线走势的电流，

－ 根据两个相继的电流的测量值（I_AV）来确定电流当前的时间变化值（I_grad），

－ 一旦电流当前的时间变化值（I_grad）与电流先前的时间变化值（I_grad_p）相差预定的量，电流的参考值（I_REF）就具有当前的电流的测量值（I_AV），

其中，按照第二运行模式，

－ 对促动器（42）施加具有预定的直线走势的电流。

3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，弹簧（32）被设计用来打开阀（20），

其中，按照第一运行模式，

－ 所施加的电流从电流的初始值（I_0）起直线地减小，对于电流的初始值（I_0）来说，促动器力（F_2）大于弹力（F_1），

其中，按照第二运行模式，

－ 所施加的电流从电流的初始值（I_0）起直线地减小，且

－ 终值（I_F）小于参考值（I_REF）。

4. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据脉冲宽度调制来调节所施加的电流。

5. 如权利要求4所述的方法，其中，用于求取电流的测量值（I_AV）的时刻与脉冲宽度调制电流最大值的时刻相关。

6. 如权利要求4所述的方法，其中，脉冲宽度调制的频率与用于求取电流的测量值（I_AV）的时刻相关。

7. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据并联电阻上的电压来求得电流的测量值（I_AV）。

8. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据在阀（20）中的或者在阀（20）的预定区域内的流体的温度来确定电流的参考值（I_REF）。

9. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，阀（20）设置在内燃机的喷射系统中，根据内燃机的特征值来确定电流的参考值（I_REF）。

10. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，电流的参考值（I_REF）存储在与工作点相关的特性场中。

11. 如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，电流的初始值（I_0）和电流的终值（I_F）适当地预定，使得电流的参考值（I_REF）即为初始值（I_0）与终值（I_F）的数学平均值。

12. 一种用于控制阀（20）的装置，该阀具有带弹力（F_1）的弹簧（32）、带与弹力（F_1）相逆地作用的促动器力（F_2）的促动器（42）、可借助促动器（42）触动的销（34），

其中，该装置经过设计，从而按照第一运行模式，

－ 对促动器（42）施加具有非恒定的预定走势的起始于电流的初始值（I_0）的电流，在该初始值时，销（34）处于一位置，在该位置，它允许阀（20）关闭，

－ 求得在时间上相继的电流的测量值（I_AV），

－ 一旦电流的测量值（I_AV）的走势与施加给促动器（42）的电流走势相差预定的量，电流的参考值（I_REF）就具有当前的电流的测量值（I_AV），其中，电流的参考值（I_REF）表示：促动器力（F_2）等于弹力（F_1），

且按照第二运行模式，

－ 对促动器施加具有非恒定的预定走势的电流，该电流起始于电流的初始值（I_0），直到终值（I_F），其中，参考值（I_REF）位于电流的初始值（I_0）与终值（I_F）之间，在电流的终值（I_F）时，销（34）处于一位置，在该位置，它不允许阀（20）关闭。

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