CN103867368A - 用于控制螺线管驱动式入口阀的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于控制螺线管驱动式入口阀的方法和装置，其中燃料泵具有可往复运动地安装在泵室中的活塞。所述方法包括以下步骤：对螺线管通电，以便与活塞的往复运动同步地打开阀；此后对螺线管断电，以便与活塞的往复运动同步地启动阀的闭合；以及在对螺线管断电后，使阀的闭合减速。

Description

用于控制螺线管驱动式入口阀的方法和装置

技术领域

本发明一般涉及燃料泵，并且更特别地涉及用于控制燃料泵的螺线管驱动式入口阀从而减小发动机噪声的方法和装置。

背景技术

直接燃料喷射内燃发动机在汽车工业中已经日益地得到普及。与其它类型的汽车内燃发动机相比，这种直接喷射内燃发动机享有改进的燃料经济性和发动机性能。

在直接燃料喷射内燃发动机中，燃料喷射器直接通向发动机的内燃室而不是进气阀的上游。这样，直接燃料喷射内燃发动机必须产生相对高的燃料喷射压力以便克服在对内燃室的燃料喷射期间内燃室中存在的高压。

参考图1，其用图解方式示出用于汽车发动机（诸如直接喷射发动机）的传统现有技术燃料输送系统。燃料输送系统20包括具有燃料加压室24的燃料泵22。活塞26可往复运动地安装在室24内，并且通过与发动机输出轴（未示出）同步地旋转驱动的凸轮28而被可往复运动地驱动。

燃料箱30通过入口阀32提供燃料到加压室24。螺线管34与入口阀32机械耦合，并且在通电时将阀移动到打开位置，并且相反地，在断电时将阀32移动到闭合位置。优选地包括编程处理器的阀控制电路36控制螺线管34的通电。

在活塞26的向下冲程、且入口阀32处于打开位置期间，活塞26引入燃料通过阀32并进入室24中。相反，在活塞26的向上冲程、且阀32处于闭合位置期间，活塞26从泵室24泵送燃料通过单向出口阀阀36并进入燃料轨38中。

图2是这些先前已知的燃料泵的时序图。如图2中所示，曲线图40表示处于上死点（TDC）和下死点（BDC）位置之间的活塞28的位置。曲线图40的实际形状将取决于凸轮28（图1）的形状而变化，但是活塞位置的曲线图40的形状一般是正弦曲线。

曲线图42表示从控制电路36输出以便驱动螺线管34的电压。如在图2中所见，螺线管34紧邻着下死点之前被通电，并且在下死点和上死点位置之间被断电。

曲线图44表示处于闭合位置46和打开位置48之间的泵入口阀32的位置。表示入口阀32位置的曲线图44并不精确地沿循螺线管34的驱动曲线图42，因为螺线管34对阀32的打开和闭合都要花费有限量的时间，该时间比对螺线管34通电或断电所需的时间要长得多。因此，在50处所示的阀的打开比曲线图42所示的台阶更加渐变。同样，在52处所示的阀的闭合在跟随螺线管34的断电时刻的有限时间段中逐渐缩减。

仍然参考图2，曲线图54表示泵室24内的压力。当入口阀32打开时，泵室24内的压力仍保持相对稳定且处于中间压力量。然而，在阀32闭合期间，燃料室24内的压力快速下降到56处所示的低值。活塞26的向上冲程然后使泵室24内的压力快速增加到58处所示的高值。

此后，单向出口阀36的打开会立即导致60处所示的泵室24中的压力的轻微减少。然而，活塞26继续向上的冲程使燃料室24的压力继续增加到62处所示的最大值。然后，与活塞26的向下冲程耦合的一个或多个燃料喷射器的打开使泵室24的压力快速降低到64处所示的低点，于是上述过程被重复。

曲线图66表示燃料轨38内的压力随时间变化的情况。

直接喷射发动机的一个缺点是燃料泵相对噪杂，特别是在低发动机速度下。该噪声的显著部分可归因于入口阀32的打开和闭合以及56和58处所示的所产生的压力摆动。这些急剧的压力变化会导致压力冲击和发动机噪声。

发明内容

本发明提供了用于控制燃料泵室的螺线管驱动式入口阀的驱动器的方法和装置，其能够减小可归因于燃料入口阀闭合的发动机噪声。

本发明的燃料泵利用类似图1中所示的燃料泵，在该燃料泵中，活塞被可往复运动地安装在燃料泵室内并且由凸轮轴可往复运动地驱动。燃料入口阀可流动地布置在燃料箱和燃料泵室之间。该阀由螺线管控制，所述螺线管在通电时将阀移动到打开位置，并且在断电时将阀移动到闭合位置。

在本发明的第一实施例中，在螺线管断电之后并且在阀从其打开位置朝向闭合位置移动时，用于螺线管的控制电路产生短电压脉冲。该短电压脉冲有效地使阀的闭合减速，从而减小由于阀闭合而引起的阀的机械噪声。由于阀在闭合期间减速，所以可归因于阀的快速闭合所引起的冲击压力的噪声及其伴随噪声也能得到减小。

在本发明的另一改型中，压力冲击传感器加装到螺线管上。该压力冲击传感器向用于螺线管的控制电路产生表示由阀闭合引起的压力冲击幅度的输出信号。用于螺线管的控制电路然后利用来自压力冲击传感器的输出，来计算在螺线管断电之后并且在阀闭合期间施加到螺线管的电压脉冲的开始和终止。

在本发明的又一实施例中，电阻器-电容器（RC）电路被电连接在螺线管的输入端子之间。电阻器-电容器电路因此衰减施加到螺线管线圈或从螺线管线圈移除的电压。这进而导致作为RC常数的函数的阀打开时间和阀闭合时间这两者的减速。该减速进而减少在阀闭合以及阀打开期间来自阀的总体压力冲击。

作为本发明的另一改型，可变电阻器替代电阻器-电容器网络中的电阻器。电阻器的幅值作为发动机速度和燃料压力的函数而变化并且由控制电路控制，并且因此RC常数的幅值作为发动机速度和燃料压力的函数而变化并且由控制电路控制。

附图说明

当结合附图阅读时，参考以下详细说明将会更好地理解本发明，其中同样的附图标记在几个附图中始终指代同样的部件，在附图中：

图1是示出用于汽车内燃发动机的现有技术燃料泵系统的图解视图；

图2是示出燃料输送系统的操作的时序图；

图3是示出用于汽车内燃发动机的燃料系统的第一实施例的视图；

图4是示出图3的燃料系统的燃料系统时序的时序图；

图5是与图3类似的视图，但是示出其改型；

图6是示出图5的燃料系统的操作的流程图；

图7是示出本发明的另一实施例的燃料系统的图解视图；

图8是图7的燃料系统的一部分的图解示意图；

图9是图7的燃料系统的时序图；

图10是示出图8中所示的本发明的改型的图解示意图；

图11是示出可变接收器的示意图；

图12是示出占空比随上升时间的变化的曲线图；并且

图13是示出本发明的图10实施例的操作的流程图。

具体实施方式

首先参考图3，其示出示例性燃料泵送系统100。与先前已知的系统类似，燃料系统100包括通过端口105和燃料入口阀104与泵室106流体连通的燃料箱102。活塞108在泵室中由旋转凸轮110可往复运动地驱动，该旋转凸轮110与发动机曲轴或输出轴（未示出）同步旋转。

优选地包括编程处理器的电子控制电路112电连接到螺线管116的输入端子114，该螺线管116机械地连接到入口阀104。在螺线管116通电时，螺线管将阀移动到其打开位置。相反，在螺线管116断电时，弹簧118将阀104返回到其闭合位置。此外，单向输出阀120将泵室106与汽车内燃发动机的燃料轨122流体连通。

以熟知的方式，在燃料系统100的操作期间，凸轮110由发动机可旋转地驱动，凸轮110进而在泵室106中可往复运动地驱动活塞108。在活塞108的向下冲程、且阀104处于打开位置期间，活塞108引入燃料通过阀端口105并进入泵室106中。相反，在阀104闭合时且在活塞108的向上冲程期间，活塞108泵送燃料通过出口阀120并进入燃料轨122。

现在参考图4A-4E，其示出燃料泵送系统的时序图。具体地，图4A中的曲线图130表示处于活塞的上死点位置和下死点位置之间的活塞108的运动。曲线图4A表示的活塞位置与图2中的曲线图40中所示的基本上相同。

在图4B中，曲线图132表示由控制电路112施加到螺线管116的电压。阀的通电发生在时刻t₁，在该时刻电压被施加到螺线管116并且开始启动阀的打开操作。在时刻t₂，螺线管116通过从螺线管116去除电压而断电。然而，与先前已知的燃料系统不同，在螺线管116于时刻t₂断电之后、并且在阀104闭合期间，电子控制电路112产生后脉冲（back pulse）134。该后脉冲134有效地使阀104的闭合减速。因此，如图4C中的曲线图136所示，通过后脉冲134导致的阀闭合的减速使得泵入口阀的位移更缓慢地减小到闭合位置，如图4C中的部分138所示。该减速不仅会减小由于阀142接触其壳体而施加的冲击，而且会减小由阀104对其壳体的冲击而引起的机械噪声。

图4D中所示的泵室压力曲线图140展现出紧邻着时刻t₂之后对入口阀闭合进行减速的净效应。更具体地，尽管泵室压力会在时刻142引发压力冲击并在之后的时刻144引发压力峰值，但是时刻142时的低泵压力和时刻144时的泵压力之间的幅度比没有后脉冲134的图2中所示的时刻56和58之间的压力摆动小得多。此外，与图2中的曲线图66相比，对图4E中的轨压力的曲线图146的总体影响可忽略不计（如果有影响的话）。这展现出泵的总体性能没有退化。

因此，可以看出，通过提供后脉冲134来在闭合期间对阀减速，能够实现发动机噪声的显著减小而不会出现燃料泵性能的任何退化。

现在参考图5，对燃料系统100′示出本发明的改型。图5中所示的燃料系统100′与图3中所示的燃料系统类似，并且相同的附图标记在图3和图5中将指代相同的部件。因此，对图3中的燃料系统100的总体描述将同等地适用于图5，并且将不再重复。

然而，图5与图3的不同之处在于，压力冲击传感器150以任何传统的方式机械地加装到泵系统上。例如，压力冲击传感器可以安装到螺线管116、阀壳体105或者甚至泵室106以便检测由燃料系统引起的压力冲击。压力冲击传感器150产生表示压力冲击的输出信号，并且该信号通过螺线管连接器152电连接回到控制电路112。

压力传感器150的使用使得用于螺线管116的控制电路112不仅能够更准确地计算后脉冲134的启动时间，即在螺线管于时刻t₂（图4）断电之后启动后脉冲134的延迟时间，还能够更准确地计算用于产生最大发动机效率和最大降噪效果的后脉冲的持续时间。后脉冲134的启动时间和宽度的计算将作为来自冲击传感器150的冲击信号的幅值和燃料泵系统100′的出口处的燃料压力的函数而变化。

现在参考图6，其示出图解压力冲击传感器的操作的流程图。该流程图通常由控制电路112中所包含的微处理器执行。该程序首先在步骤154开始，然后前进到步骤156。

在步骤156，控制电路112（其通常是发动机的ECU）不仅读取来自冲击传感器150的信号，而且读取来自分立的燃料压力传感器158（图5）的信号。一旦获得这些值，程序就前进到步骤160。

在步骤160，程序根据在用于对螺线管116通电的脉宽调制被关闭之后冲击信号的第一个最大峰值，计算冲击强度和冲击时刻。通常，在步骤160使用查找表来简化必需的计算。步骤160然后前进到步骤162。

在步骤162，根据由燃料压力传感器155确定的燃料压力的梯度变化（gradient change），确定后脉冲134的脉冲宽度。步骤162然后前进到步骤164，在该步骤164中根据以下公式确定后脉冲的结束时刻：

步骤164然后前进到步骤166。在步骤166，程序确定后脉冲的延迟时间（即螺线管线圈断电之后的延迟时间），以便使冲击强度最小化。此外，可以使用查找表来简化任何期望的计算。步骤166然后前进到步骤168，在该步骤168中终止该程序。

现在参考图7，其示出本发明的又一实施例。图7与先前描述的图3类似，并且图7中相同的附图标记指代图3中的相同部件。因此，通过引用把图3的描述结合在此，并且将不再重复。

与先前描述的实施例不同，图7中所示的本发明的实施例不利用后脉冲来使阀104的闭合减速。而是，无源上升时间控制器（passive risetime controller）170连接在螺线管端子104之间，以便使阀104的闭合减速并因此减小燃料泵引起的阀噪声。

一个示例性上升时间控制器在图8中被示出为包括：在螺线管端子114之间彼此串联连接的电阻器172和电容器174。以熟知的方式，采用在螺线管端子114之间连接的RC串联组件，在螺线管通电时，电压以取决于电容器174和电阻器172的值的速率呈指数地增加到电源的电压。

现在参考图9A-9E，其示出图7的总体燃料系统的时序图。具体地，图9A中的曲线图180表示与图E中的活塞位置曲线图4和图2中的40完全一致地对应的活塞位置。

图9B中的曲线图182表示电压端子之间的电压，并且在该曲线图中如前所述，螺线管线圈在时刻T1被断电。然而，如曲线图182的部分184所示，在螺线管线圈断电时，螺线管线圈端子114之间的电压将缓慢地或呈指数地减小，如184处所示。螺线管电压的这种指数减小是由电容器174的放电引起的，并且用于以所期望的方式有效地使阀104的闭合减速。

此外，因为在控制电路114对螺线管线圈通电时电容器174开始充电，所以在螺线管通电后的t₁时刻的上升时间呈指数地发生，如186处所示。在螺线管于时刻t₁通电之后输出到螺线管的电压的逐渐上升还会减小泵噪声。

图9C中的曲线图190示出在时刻t₁和t₂分别具有更渐变的上升和下降的入口阀104的位置。这进而提供了图9D中的泵压力输出曲线图192，在该曲线图192中时刻194的低压和时刻196的高压的压力冲击之间的幅度比没有RC网络170的方案小得多。入口阀位移曲线图190在50处展现出更渐变的上升，如图9C中的191处所示。

现在参考图10，其示出本发明的又一改型，其与图7中所示的系统基本上相同，例外之处是：RC网络170被具有可变电阻器202和固定电容器204的RC网络200替代。如前所述，RC网络200被电连接在螺线管线圈116的端子114之间。

现在参考图11，其示出实现可变电阻器202的一种方式，其中两个电阻器206和208彼此并联连接、并且与电容器204串联连接。然而，一个电阻器206与诸如FET的开关210串联连接。开关210的输入可以以任何期望的方式（诸如通过脉宽调制（PWM））进行控制，并且取决于占空比有效地改变总可变电阻器202的电阻。

开关210的脉宽调制的效果在图12中示出。例如，假定脉宽调制具有零占空比，则电阻器206从可变电阻器202中有效地去除，使得以秒表示的上升时间等于2.197R₂₀₈C。相反，如上升时间随开关210的占空比变化的曲线图220所示，在100%的占空比处，电阻器206与电阻器208有效地串联连接。因此，用于可变电阻器202的总电阻等于2.197R₂₀₆R₂₀₈/(R₂₀₆+R₂₀₈)C。因此，由于RC电路200的上升时间可以通过改变开关210的占空比或脉宽调制来改变，所以施加到螺线管的电压的上升时间以及断电时螺线管中存在的电压的衰减时间可以得到控制从而产生最小发动机噪声。

现在参考图13，其示出由控制电路或ECU执行以便确定用于开关210的所需占空比的流程图。该例程在步骤222开始，然后前进到步骤224。

在步骤224，控制电路112获得发动机RPM以及来自燃料压力传感器155的燃料压力的值。步骤224然后前进到步骤226。

在步骤226，控制电路112计算占空比以便使作为发动机RPM和燃料压力的函数的发动机噪声最小化。然后利用可以使用查找表的步骤226来控制开关210的脉宽调制，从而改变螺线管端子114上的电压的上升时间和衰减时间。

根据前述内容可以看出，本发明提供了简单然而有效的机制来使燃料泵入口阀的闭合减速，以便使燃料泵噪声最小化而不会产生燃料泵性能的退化。尽管已经描述了我们的发明，然而本发明所属领域的技术人员将会做出许多改型，而不会脱离所附权利要求的范围所限定的本发明的精神。

Claims (15)

1.一种用于控制燃料泵的泵室的螺线管驱动式入口阀的方法，所述燃料泵具有可往复运动地安装在所述泵室中的活塞，所述方法包括以下步骤：

对所述螺线管通电，以便与所述活塞的往复运动同步地打开所述阀，

此后对所述螺线管断电，以便与所述活塞的往复运动同步地启动所述阀的闭合，以及

在对所述螺线管断电后，使所述阀的闭合减速。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述减速步骤包括以下步骤：在所述断电步骤之后并且在所述阀的闭合期间，采用电压脉冲对所述螺线管重新通电。

3.如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：

测量所述螺线管的机械冲击信号，

把所述脉冲的开始和停止时刻确定为所述冲击信号的函数。

4.如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：

测量从所述泵输出后的燃料压力，

把所述脉冲的开始和停止时刻确定为所述燃料压力的函数。

5.如权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：

测量所述螺线管的机械冲击信号，

测量从所述泵输出后的燃料压力，

把所述脉冲的开始和停止时刻确定为所述冲击信号和所述燃料压力的函数。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述减速步骤包括以下步骤：把电阻器-电容器网络连接在所述螺线管的通电端子之间。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述电阻器和电容器在所述螺线管端子之间串联连接。

8.如权利要求6所述的方法，其中所述电阻器是可变电阻器，并且所述方法包括以下步骤：把所述电阻器的值作为所述泵的出口之后的燃料压力和所述泵的活塞速度的函数来改变。

9.一种用于控制燃料泵的泵室的螺线管驱动式入口阀的装置，所述燃料泵具有可往复运动地安装在所述泵室中的活塞，所述装置包括：

控制电路，其对所述螺线管通电以便与所述活塞的往复运动同步地打开所述阀，

所述控制电路对所述螺线管断电以便与所述活塞的往复运动同步地启动所述阀的闭合，并且

所述控制电路在对所述螺线管断电后产生输出信号，所述输出信号使所述阀的闭合减速。

10.如权利要求9所述的装置，其中所述控制电路通过在启动所述阀的闭合后输出采用电压脉冲对所述螺线管重新通电的信号，来使所述阀的闭合减速。

11.如权利要求10所述的装置，包括：

冲击传感器，其输出表示所述螺线管的机械冲击的信号，并且

所述控制电路把所述脉冲的开始和停止时刻确定为所述冲击传感器的输出信号的函数。

12.如权利要求10所述的装置，包括：

冲击传感器，其输出表示所述螺线管的机械冲击的信号，

燃料压力传感器，其输出表示所述燃料泵的出口处的燃料压力的信号，并且

所述控制电路把所述脉冲的开始和停止时刻确定为所述冲击传感器的输出信号和所述燃料压力传感器的输出信号的函数。

13.如权利要求9所述的装置，其中所述控制电路包括电连接在所述螺线管的通电端子之间的电阻器-电容器网络。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述电阻器和电容器在所述螺线管端子之间串联连接。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述电阻器是可变电阻器，并且其中所述控制电路把所述电阻器的值作为所述泵的出口处的燃料压力和所述泵的活塞速度的函数来改变。

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