CN107208615B - 用于运行活塞泵的方法、活塞泵的操控装置和活塞泵 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于运行活塞泵的方法，该活塞泵借助电磁体的线圈(1)驱动，其中，借助电磁体可使活塞泵的活塞(2)抵抗复位力地运动，其中，在开启时长期间将电压(U)施加给线圈(1)，使得电流(I)流过线圈(1)并且使活塞(2)加速，其中，使用两种不同的消除方法，其用于线圈(1)中的电流(I)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行活塞泵的方法，该活塞泵借助电磁体的线圈驱动，其中，借助电磁体可使活塞泵的活塞抵抗复位力地运动。在开启时长期间给线圈加载电压，使得该电压引起通过线圈的电流。线圈引起磁力并且使活塞加速。本发明还涉及一种用于活塞泵的操控装置以及具有操控装置的活塞泵。
背景技术
在现有技术中已知一种活塞泵，该活塞泵借助电磁体的线圈可驱动。该活塞泵例如可用作燃料泵。例如，这种泵在一个实施方案中示出为图1中的行程衔铁泵。活塞泵包括线圈1、具有活塞底4的活塞2、缸3、具有支座6的螺旋弹簧5、和阀单元7。当电流流过线圈1时，引起通过线圈内部的磁通。由此使活塞2电磁地从阀单元7远离地运动，由此将螺旋弹簧5抵抗其支座6预紧。阀单元7和活塞底4之间的容积变大，由此发生抽吸过程。可感地在到达工作行程的位于止挡件8处的最大位置之后将线圈1中的电流关断，使得活塞停留在止挡件8处，以使得能将抽吸过程完全地实施。活塞2随后通过螺旋弹簧5的预紧而朝阀单元7的方向运动，由此发生推出过程，其中，待泵送的流体被推到阀单元7中。也可设想以下泵，其中，所述推出借助电磁作用而所述抽吸借助弹簧作用实施。例如，这种行程衔铁活塞泵可用作用于内燃机的燃料泵。
对该泵的操控一般通过矩形电压进行，该矩形电压具有预给定的操控频率和每个泵行程的开启时长以及快速消除。通过对所述泵的这种操控，在线圈中产生电流，该电流通过线圈的电磁作用即使在去除驱动电压的情况下仍进一步流动。电流的消退与空载回路(Freilaufstromkreis)中的电阻有关，线圈中的电流经由所述空载回路在消退的情况下进一步流动。这称为“消除过程”。通过下述方式引起快速消除：将电流经由结构元件传导，该结构元件将线圈中的能量快速地转化为热量。而通过短路或极高的电阻仅可带走线圈中少量的能量。因而需要合适的阻抗以进行快速消除。取代欧姆电阻地也可使用半导体电阻。用于这些过程的操控电路作为现有技术在图2中示出。所用的电路具有半导体开关，借助该半导体开关在第一运行状态中给线圈通电并且在第二运行状态中切换到线圈的经由稳压二极管的空载回路，这通过将线圈中的能量转换为稳压二极管上的热量而导致通过线圈的电流的快速消除。在图3中示出线圈上的电压U关于单位为秒的时间t的变化过程。在开启时长之后，在该开启时长结束之后进行电压降落，该电压降落通过从线圈带走能量而随着时间向电压零变化。在图4中示出在与图3相同的时间段通过线圈的电流I。电流I在电压U的开启时长期间上升并且在到达开启时长的终点之后强地下降，使得该电流在短时间之后为零。该解决方案的缺点是，电流被骤然消除并且活塞因而仅短时间地留在强转向位置中。该时长可由于液压系统的惯性在某些情况下不足以将泵容积最佳地充注。此外，在强通电的情况下并且在具有相对小的液压阻力的运行状态中，活塞会止挡在止挡件上，这可能导致发出极大的噪声。
此外已知进行电流调节的最终阶段，但该最终阶段的成本非常高。
发明内容
为了消除提到的这些缺点，根据本发明提出，使用两种不同的用于线圈中的电流的消除方法。第二消除方法极大地扩展了电流关断的可能性，但不像电流调节那么贵。也可设想使用多于两种的、不同的用于线圈中的电流的消除方法。
例如可首先将活塞加速，由此活塞到达止挡件。借助第一消除方法例如可引起活塞保持在止挡件上。通过该方式可引起，为待泵送的流体提供充足的时间来充注泵容积。通过该方式改善泵的容积效率，其中，容积效率理解为缸中实际存在的流体容积与理论上最大可能的充注的比例。为了在保持时间之后引起活塞快速地从止挡件松脱，例如可使用另一第二消除方法，该第二消除方法快速地消除线圈中的电流。接着，活塞通过复位力运动到以下位置：活塞从该位置出发重新朝止挡件方向加速。
从属权利要求涉及本发明的优选扩展方案。
在一实施方式中提出，在活塞加速之后首先使用弱消除方法然后使用强消除方法。称为弱消除方法的是以下消除方法，其中，通过线圈的电流仅慢地减小。相应地，由线圈产生的磁力仅慢地减小。为此在空载回路中存在小的电阻，尤其是至少近似短路。而在强消除方法中引起：通过线圈的电流与在弱消除方法的情况相比极快地减小。由此，由线圈产生的磁力与在弱消除方法的情况相比可快速地减小。为此，在空载回路中可设置一阻抗，在该阻抗上在存在电压和电流时高的电功率被转换成热量。所述阻抗也可由半导体结提供。在很多行程衔铁活塞泵中，磁力沿着活塞的路线累进，其中，磁力在止挡件处最大。因而，在止挡件处，通过线圈的小电流就足以将活塞保持在止挡件上。因而如果线圈通过弱消除方法仅被带走少量能量，则这足以将活塞保持在止挡件上。在另一实施方式中可设想，当活塞还处于朝止挡件运动期间，使用弱消除方法。活塞通过其惯性并且在某些情况下也通过在使用弱消除方法期间余留的线圈电磁作用到达止挡件。为了将活塞从止挡件松脱，则使用强消除方法，其引起通过线圈的电流的强下降。将活塞也在不同的运行状态中以简单方式限定地从止挡件松脱的可能性，使得能实现泵的很灵活并且有效率的控制。尤其能确定使用弱和强消除方法的时间点，使得得到尽可能最佳的泵性能。
在另一实施方式中，泵的性能还能以下述方式进一步优化：借助测量方法求取时间点，在该时间点活塞处于运动中并且作为对此的反应将开启时长结束。存储在线圈中的内能优选足以使得由此产生的电磁作用使活塞运动直至止挡件。通过这种方法良好地利用由线圈产生的磁能量。在识别活塞的运动时结束开启时长是有利的，因为活塞的运动与其静止状态相比可良好地探测，尤其是出现在线圈中的反向电压方面，该反向电压由活塞运动产生。优选，活塞在其运动之前贴靠在静止止挡件上，该静止止挡件与前面提到的止挡件不同。
在所述方法的一种实施方式中，在弱消除方法的情况下通过半导体开关使线圈短路。在线圈中流动的电流因而可经由空载回路流动，这导致从线圈损失的能量相对小。断开的半导体开关的电阻以及线圈的内电阻以及可能存在的显著的导线电阻将线圈的能量的一部分转换成热量。整体上得到通过线圈的电流强度的慢的减小，优选与开启时长期间的电流上升具有相同的尺度。
在另一实施方式中，为了执行强消除方法，将线圈连接到布置有电阻的空载回路中，在该电阻上，线圈中的能量很大程度上转换为热量。这导致线圈中的电流强度的强减小。半导体结、例如稳压二极管的半导体结在该意义上也视为电阻。此外当空载回路延伸经过的半导体开关切换到半传导性状态中，使得其具有以下电阻，在该电阻上线圈中的电流很大程度上转换为热量时，可实现强电流消除。
替代或附加于前一实施方式可设想的是，在强消除方法的情况下将线圈中的电流馈给到电流供应装置中，该电流供应装置尤其是以下电流供应装置，在开启时长期间已从其带走用于线圈的电流。在此则涉及馈回。
所述线圈也可以连接到H桥中，其中，线圈布置在两个支路的分压点之间。支路的端点相互连接。在H桥的两个支路的端点之间施加供应电压，优选该供应电压来自于电流供应装置。优选施加直流电压。在这两个支路中分别连接至少一个半导体开关，其中，其中一个半导体开关在一个子支路中附接到供应电压上而另一个在另一子支路中接地。在该变型中，在余留的、从分压点到支路的相应的另一端点的两个子支路中分别布置二极管，该二极管关于供应电压沿截止方向极化。在开启时长期间，两个半导体开关切换为导通，使得电流可流过它们和线圈。为了执行弱消除方法，将所述半导体开关中的一个闭合，而另一个断开。然后可通过断开的半导体开关和二极管中的一个构造空载回路。为了将线圈中的电流馈回到电流供应装置中，将两个半导体开关断开。线圈电流引起线圈上的电压增大，该电压增大带动通过两个二极管和电流供应装置的回路。
在具有H桥的另一变型中，前述子支路中的每个二极管通过半导体开关替换。由此可确定通过线圈的电流的方向，其方式是，针对一个方向，已在前述基础变型中存在的两个半导体开关切换为导通，而附加的半导体开关截止。针对另一方向，附加的半导体开关可被切换为导通，而基础变型的半导体开关截止。通过对半导体开关进行主动控制，可模仿用于空载运行的二极管的功能。半导体开关具有的优点是，半导体开关在馈回运行中可具有比二极管小的内电阻。
在前一方案变型的基础上构造的另一变型中，半导体开关中的每个都设有空载二极管。空载二极管关于供应电压沿截止方向连接并且分别附接到其半导体开关的源极和漏极上。通过该情况，通过将半导体开关相应地切换而引起：在空载回路中，或者半导体开关的内电阻或者二极管的半导体结的电阻或者二极管的电阻沿截止方向有效。由此得到更多的可能性和运行方式。弱消除过程因而通过具有切换为导通的两个半导体开关的空载回路实现，这两个半导体开关在H桥的同一端部互连。尤其在此，另两个半导体开关切换为截止。由于所接的半导体开关的优选小的电阻，所述半导体开关决定由半导体开关和其空载二极管组成的并联电路的总电阻，使得总电阻小。具有稍微强些的消除作用的同样弱的消除过程通过下述方式实现：在空载回路中连接闭合的半导体开关和沿导通方向连接的二极管，以取代上述的两个半导体开关。为此，与传导的二极管并联的第二半导体开关可切换为截止，使得尽管二极管电压更高但空载电流仍需流过空载二极管。空载回路在此具有稍微更高的电阻。为此使用以下二极管，该二极管在空载回路中处于导通方向。这是哪个二极管，与通过线圈的电流方向有关并且与空载回路在子支路中是在供应电压电势上延伸还是在地电势上延伸有关。通过所有的半导体开关截止，可连接用于强消除方法的空载回路。在此，空载回路通过空载二极管中的两个和电流供应装置构成，该电流供应装置的高的能量接收能力导致线圈电流的极快速的消除。哪些空载二极管在此截止或传导，与通过线圈的电流方向有关。为了提高馈回的效率可替代地将与传导的二极管并联的半导体开关切换为导通。
优选，用于以电流供应线圈的H桥电路实施为芯片上的集成电路。
优选，在将能量馈回到电流供应装置中的运行方式中，将弱消除方法的激活时间缩短，使得活塞仅短地保持在止挡件上。虽然容积效率稍微变差，但可将更多的能量馈回到电流供应装置中，因为在弱消除方法期间较少的能量被转换成热量。
在另一实施方式中，根据泵的运行点和/或特性来调整开启时长的长度和/或保持时长的长度。尤其，根据活塞泵的机械特性和/或液压特性来调整开启时长和/或保持时长的长度。该调整优选以下述方式进行，使得活塞泵的容积效率尽可能好。运行点根据输送量和泵频率限定。
在另一实施方式中，根据活塞泵的供应电压和/或线圈的电阻调整开启时长的长度，使得在开启时长结束之后，预给定的电流在线圈中流动。通过该方式可在线圈中引入以下这么多的能量，使得该能量例如足以将活塞驱动直至止挡件并且将活塞优选足够长地保持在止挡件上。在此可预给定合适的开启时长，使得不必测量电流。但替代地也可设想电流测量。在计算开启时长时可使用以下公式：
t＝-L/R·ln(1-(I·R)/U))
在此，t表示开启时长，L表示线圈的电感，R表示线圈的内电阻，U表示施加到线圈上的电压，并且I表示待实现的电流强度。
在所述方法的另一实施方式中，求取线圈的温度并且借助温度信息执行对算出的时间的修正。为此可算出电阻的基于温度波动的偏差并且将进行温度修正过的电阻值用在上述公式中，使得算出温度修正过的开启时长t。对电阻的由于温度影响而产生的变化的计算是电子技术领域的技术人员的基本知识。
在另一实施方式中，活塞泵构造为用于内燃机的燃料泵。为了节省用于泵的运行的能量，可将活塞泵的泵频率适配于所需的燃料量。在此，优选将泵频率调整为使得活塞泵输送的燃料比内燃机所需的稍多。与泵具有持续满负荷的设计相比，极大地节省能量。附加地或替代地也通过泵行程的调整来引起燃料输送量的变化。为此，可将线圈的开启时长适配于所需的燃料量。在此优选将泵行程调整成使得燃料泵提供的燃料稍多于内燃机所需的燃料量。开启时长的计算例如可在内燃机的控制器中实施。所需的用于供应内燃机的最小输送体积流可例如在发动机控制装置中由转速、喷射器的喷射时间和在给定或设置的喷射压力情况下的稳态流量计算。为此可使用以下公式:
Q＝aZyl/2·nmot·ti·QInj,stat
在此，Q表示燃料输送体积，aZyl表示内燃机的气缸数量，nmot表示内燃机的转速，ti表示有效喷射时间，并且QInj,stat表示通过打开的喷射器的燃料体积流量。活塞泵的频率优选在需要的体积流极小时不下降到近似零，而是限于最小频率，在该最小频率的情况下泵还稳定工作。最小频率例如可为30赫兹。为了将泵频率适配于所需的燃料体积流，可使用以下公式：
fpump,opt＝fpump,max·Qengine/Qpump,max
在此，fpump,opt表示最佳泵频率，fpump,max表示可能的最大泵频率，例如100赫兹，Qengine表示为内燃机所需的燃料体积流，并且Qpump,max表示泵最大可提供的体积流。
还已知，在行程衔铁活塞泵在恒定的频率和增大的输送体积流的情况下，在磁回路中活塞和例如止挡件之间的气缝变大，因为需要更大的活塞行程。相应地，所需的用于吸引活塞的电流更强。在将线圈的开启时长适配于内燃机的燃料需求并从而适配于为此所需的电流时，可使用修正系数。修正系数可预先算出并且例如存放在发动机控制器中。若干或全部的前述各操控参数，尤其是最佳操控参数，可或者在发动机运行期间在控制器中算出或者根据变量，例如运行电压、线圈温度和/或所需的燃料体积流，存放在一个或多个特征曲线场中。所述操控可借助算出的或读取的值相应地参数化。
在另一实施方式中，根据所需的体积流可调整开启时长，在该开启时长期间将电压施加到线圈上。更大的体积流通过泵的更大的行程可实现，该更大的行程需要更长的开启时长。开启时长的长度可作为体积流的函数存储。
在另一实施方式中，开启时长可根据施加到线圈上的电压调整。典型地，施加到线圈上的电压与活塞泵的供应电压有关。由此存在以下危险：活塞在电压过小并且开启时长不被延长的情况下不再被吸引。通过合适地选择开启时长，可确保具有小的损失功率的运行方式，其中，活塞电磁地运动。为此，可根据线圈电压或供应电压调整开启时长。
在另一实施方式中，活塞泵的操控频率可根据所需的体积流调整，泵以所述操控频率实施泵行程。泵频率和体积流之间的相应关联可为了借助开关装置进行应用而存储。也可设想，根据所需的体积流同时适配开启时长和操控频率。
在本发明的另一方面提出一种用于运行可借助电磁体的线圈驱动的活塞泵的电路组件，该活塞泵具有活塞。根据本发明，所述电路组件具有半导体开关装置，该半导体开关装置具有至少两个半导体开关。半导体开关装置设计用于实现活塞泵的不同运行方式或者说消除方法。在此，半导体开关装置可在开启运行方式中以电压加载线圈，这导致电流流过线圈。为此，线圈可连接到电流供应装置的电源和地线之间的电流路径中。在电流流过线圈时使活塞加速。
在半导体开关装置的另一运行方式中，半导体开关装置引起：在线圈中发生弱电流消除。为此可将线圈从用于开启运行方式的电流路径切换出并且替代地通过一个或多个半导体开关短路。这如在涉及根据本发明的方法时描述的那样导致通过线圈的电流仅慢地减小。在以强电流消除实现的第三运行方式中，半导体开关装置设计用于将线圈连接到电流路径中，该电流路径包括能量接收装置。线圈中的能量由此传递到能量接收装置中。
在电路组件的一种实施方式中，能量接收装置构造为蓄能器，该蓄能器适合用于接收电路组件中的能量。所述能量接收装置尤其可为电容和/或电池或蓄电池。能量接收装置也可以是附接有可接收能量的其他用电器的电网。特别优选，能量接收装置是机动车的汽车电网。在替代的实施方式中，能量接收装置可设计用于将所接收的能量转换成热量。相应的能量接收装置可例如为欧姆电阻或半导体结。
在另一实施方式中提出，所述电路组件设计用于实施前述方法中的一个方法。
在本发明的另一方面中提出一种活塞泵，该活塞泵在操控装置中具有根据前述方面的电路组件。在此可设想，操控装置与泵在空间上分隔开并且与该泵通过线路已连接或可连接。还可设想，操控装置的若干部件布置在活塞泵上，而其他部件与活塞泵远离地布置。还可设想，操控装置的一部分布置在活塞泵上，而另一部分与活塞泵远离地布置并且与活塞泵通过线路已连接或可连接。
附图说明
在后面参照附图详细描述本发明的实施例。附图示出:
图1根据现有技术的行程衔铁活塞泵的截面，
图2现有技术已知的用于行程衔铁活塞泵的操控电路，
图3线圈上的电压的已知的变化过程的曲线图，该线圈通过图2的操控电路操控，
图4在通过图2的操控电路在与图3相同的时间段期间操控线圈时，电流关于时间的已知变化过程的曲线图，
图5a根据本发明的操控电路的第一实施方式，
图5b根据本发明的操控电路的第二实施方式，
图5c根据本发明的操控电路的第三实施方式，
图5d根据本发明的操控电路的第四实施方式，
图6在通过在图5a或5b中示出的操控电路在所述时间期间进行操控时，线圈上的电压的变化过程的曲线图，
图7电流关于时间的曲线图，该电流由线圈上的图6所示的电压产生，其中，示出与图6中相同的时间区段，
图8a根据本发明的操控电路的第三实施方式，其中，将线圈电流馈回到电流供应装置中，
图8b根据本发明的操控电路的第四实施方式，其中，将线圈电流馈回到电流供应装置中，
图9在通过在图5a或5b所示的操控电路在所述时间期间进行操控时，线圈上的电压的变化过程的曲线图，以及
图10电流在时间上的曲线图，该电流由线圈上的图6所示的电压产生，其中，示出与图6相同的时间区段。
具体实施方式
图5a示意性地以接线图示出根据本发明的操控电路。在电路中央的是从正供应电压+UB直至地线接头GND的电流路径。在该路径中，在供应电压+UB处开始时沿导通方向布置稳压二极管ZD1，接着沿截止方向串联布置传统二极管D1并且接着串联布置第一半导体开关LS1。并联于稳压二极管ZD1地连接有第二半导体开关HS1。线圈L_coil和内电阻R_coil与所示电流路径可连接，其方式是，线圈可与由二极管ZD1和D1组成的串联电路并联连接。半导体开关HS1优选构造为p通道MOSFET。其可经由串联电阻Rv2借助操控电压VA2操控。半导体开关LS1优选是自锁的n通道MOSFET。其可经由串联电阻Rv1借助操控电压VA1操控。在开启运行中，线圈被加载以电压，使得在其中产生增大的电流，其中，将半导体开关LS1闭合，为此该半导体开关通过操控电压VA1操控。由此可构成从供应电压+UB通过线圈和半导体开关LS1朝地线GND的电流。经过二极管ZD1和D1的路径区段被截止，因为二极管D1沿截止方向连接。半导体开关HS1的状态的变化在该电流方面不变，因为通过半导体开关HS1的电流同样通过二极管D1被截止。按照弱电流消除方法，将半导体开关LS1断开，其方式是，操控电压VA1被置于低电势。半导体开关HS1被闭合，其方式是，在其门极上施加具有低电势的操控电压VA2。线圈L_coiI中的磁能量引起通过二极管D1的电流沿其导通方向进一步通过断开的半导体开关HS1并且返回到线圈L_coil，其中，线圈的内电阻R_coil在由此形成的空载回路中也有效。该空载回路中的电阻引起：通过线圈的电流慢地减弱，就像在图7中在约0.0035秒处的峰值之后可看到的下降那样。此外，可在操控电路中使用强消除方法，其方式是，半导体开关LS1以及半导体开关HS1都截止。通过线圈L_coil的电流在此不再通过经由半导体开关HS1的空载回路并从而流过稳压二极管ZD1，该稳压二极管与半导体开关HS1相比具有较高的反向电压。借助通过稳压二极管的电流得到稳压二极管上的损失功率，该损失功率将线圈L_coil中的能量带走，这又导致线圈电流的快速下降。这在图7中的电流曲线在时间0.0065秒时的陡下降方面可识别。通过该方式可在短时间内将线圈电流消除。专业人员清楚，取代提到的半导体类型也可考虑其他半导体，尤其是用于半导体开关的半导体。半导体类型的变化通过操控电势的相应变化补偿，以维持功能性。
图5b示出根据本发明的第二操控电路，其与图5a的操控电路稍微不同。在后面仅描述区别。相同的元件带有相同的附图标记并且不再次特别解释。与图5a的操控电路不同，图5b的操控电路取代稳压二极管ZD1具有欧姆电阻R1。因而，取代在稳压二极管中的半导体结上，线圈L_coil中的能量欧姆地在电阻R1中转换成热量。
图5c示出图5a的实施方式，但具有以下区别，稳压二极管ZD1并不连接在半导体开关HS的漏极和源极之间，而是作为稳压二极管ZD1′连接在半导体开关LS的漏极和源极之间。在半导体开关LS1断开的情况下由线圈L_coil带动的电流流经空载回路，该空载回路包括稳压二极管ZD1′和电流供应装置，该电流供应装置提供电压+UB。
图5d示出图5a的实施方式，但具有以下区别，稳压二极管ZD1并不连接在半导体开关HS的漏极和源极之间，而是作为稳压二极管ZD1″连接在半导体开关LS的漏极和半导体开关LS1的门极之间。在该路径中还连接有另一二极管D2，该另一二极管用于使得半导体开关LS1保持可操控，其方式是，在半导体开关LS1的门极上能够构建电压。为了结束半导体开关LS1的开启时长而将其断开。半导体开关LS实施为n通道MOSFET，使得在该状态中在门极上存在小的电压。当半导体开关HS1闭合时，具有弱电流消除的空载回路通过半导体开关HS1和二极管D1构成。如果半导体开关HS1断开，而线圈还具有能量，则稳压二极管ZD1″的负极上的电压基于线圈电压而跳到提高的电势。由此半导体开关LS1的门极上的电势升高，使得半导体开关LS1部分闭合。得到具有强消除作用的空载回路，线圈、部分闭合的半导体开关LS和能量供应装置在该空载回路中延伸，所述半导体开关具有电阻，该电阻在很大程度上将电流转换成热量，该能量供应装置提供供应电压电势。因而通过改变半导体开关HS1的切换状态可在强和弱消除作用之间转换。
半导体开关HS1的源极和门极之间的电压由二极管D1上的电压，稳压二极管ZD1上的电压、二极管D1上的电压以及串联电阻Rv2上的电压的相互作用得到。电压源VA2的输出在此是低欧的。通过半闭合的半导体开关HS1，电压下降，该下降的电压导致线圈电流的快速消除。替代地，可将半导体开关HS1完全闭合，使得得到弱消除过程。
图6示出图5a和5b中的线圈L_coil上的电压的变化过程。在大致三毫秒的时间范围内施加约12伏的电压。这相当于开启运行期间的开启时长。在3.5至6.5毫秒之间的范围内使用弱消除方法期间，线圈上的电压稍小于0伏，因为尽管电流流过线圈，但半导体开关和在沿导通方向连接的二极管D1仅具有小的二极管电压或者说仅在半导体开关HS1上具有小的内电阻。在约6.5毫秒时，操控电路过度到具有强消除方法的运行中。在此得到强负电压，该强负电压显著地大于供应电压+UB。在数百微秒之后电压近似渐进地降回到约0伏。
图7示出在图5a或5b的操控电路之一运行时的电流变化过程。在从0至3.5毫秒的开启运行中，得到电流近似恒定地增大直至电流峰值。在实施弱消除方法期间，线圈电流缓慢地减小，减小的量为在3.5毫秒时的最大值的约3/4。在6.5毫秒时，操控电路的运行过渡到强消除方法。在数百微秒之内，电流下降到0并且保持在那里。
图8a以操控电路形式示出本发明的第五实施方式，该操控电路可将线圈电流馈回到电流供应装置中，该电流供应装置向操控电路供应以供应电压+UB。从基本构造出发，操控电路涉及H桥电路。在该桥的在图8a中在左侧示出的支路中，在供应电压+UB的一侧存在半导体开关HS1。在左支路中，传统的、沿截止方向极化的二极管D2与该半导体开关串联。H桥的右支路与左支路类似地构造，但二极管D1附接到供应电压+UB上，该二极管同样关于供应电压+UB沿截止方向连接。而半导体开关LS1接地。因而，半导体开关HS1和二极管D1在供应电压+UB上互连，而二极管D2和半导体开关LS1在地线GND上互连。具有内电阻R_coil的线圈L_coil已附接或能附接在两个支路的分压点上。半导体开关HS1和LS1分别借助操控电压VA1或VA2通过对应配属的串联电阻RV1或RV2可操控。半导体开关HS1是自锁的p通道MOSFET，而半导体开关LS1是自锁的n通道MOSFET。可设想在这里也可使用其他半导体开关，其中，操控逻辑可针对它们进行适配。在开启运行中，两个半导体开关HS1和LS1切换为导通。因而，电流可从供应电压+UB经由半导体开关HS1通过线圈L_coil并且进一步通过半导体开关LS1流向地线。由此在线圈L_coil中生成增大的电流。在后面的弱消除方法中将半导体开关HS1和LS1中的一个切换为截止。通过线圈的电流的路线通过断开的半导体开关和二极管中的一个，即在半导体开关LS1断开时通过二极管D1并且在半导体开关HS1断开时通过二极管D2。在空载回路中分别存在仅一个二极管电压和导通的半导体开关的内电阻，这导致通过线圈L_coil的电流的慢地减小。这在图10中可看到，其中，关于时间t示出通过线圈的电流I。从约3.5毫秒的时间点起直至6.5毫秒的时间点可看到电流的由于弱消除方法的运行形成的、较均匀的下降。为了执行强消除方法，将两个半导体开关LS1、HS1截止。由此仅给线圈L_coil中的电流留下沿二极管D1和D2的导通方向的路线，这些二极管将线圈沿充电方向连接到供应电压+UB和地线之间。在线圈L_coil上得到充电电压，借助该充电电压将能量给出到能量供应装置中，该能量供应装置提供供应电压+UB。通过能量的强给出，线圈L_coil中的电流很快消除，就像在图10中在强消除方法在6.5毫秒时的启动之后的情况下那样。通过该方式，线圈中的能量并不转换成损失热量，而是馈回到电流供应装置中。
图8b以操控电路的形式示出本发明的实施方式。该操控电路构造为H桥，其中，H桥的两个支路分别具有两个半导体开关，即在左支路中的HS1和LS1，以及在右支路中的HS2和LS2。在半导体开关HS1和LS1或HS2和LS2之间的分压点之间连接线圈L_coil与其内电阻R_coil。线圈可从回路中取出，例如通过插头触点。H桥构型在供应电压+UB和地线GND之间。半导体开关HS1，HS2，LS1和LS2中的每个分别与一个传统二极管D1，D2，D3或D4并联，其中，这些二极管分别附接到源极和漏极上。这些二极管关于供应电压+UB沿截止方向布置。在开启运行中，或者半导体开关HS1和LS2或者半导体开关HS2和LS1切换为导通。通过分别附接到UB上并且切换为导通的半导体开关HS1或HS2和互补的同样切换为导通的半导体开关LS2或LS1，完成从供应电压+UB通过线圈朝地线GND的电流路径。通过存在于线圈L_coil上的供应电压+UB在线圈L_coil中产生增大的电流。在半导体开关HS1和LS2切换为导通时，线圈中的电流在图8b中向右指向，而在半导体开关HS2和LS1切换为导通时电流向左指向。为了引起线圈电流的弱电流消除，可将半导体开关LS1或LS2导通并且将HS1和HS2关断。替代地，可将半导体开关HS1或HS2导通并且将LS1和LS2关断。通过该方式得到空载回路，在该空载回路中存在线圈内电阻R_coil和半导体开关以及二极管的内电阻。这导致线圈电流慢地减小。如关于图8a已描述过的那样，这可在时间点3.5毫秒至6.5毫秒之间在图10中看到。对于以强电流消除方法进行的运行而言，将全部的四个半导体开关HS1，HS2，LS1和LS2截止。线圈电流仅可沿导通方向通过二极管中的两个流到电流供应装置中，该电流供应装置提供供应电压+UB，即在通过线圈L_coiI的向左指向的电流的情况下通过二极管D1和D4，而在通过线圈L_coil的电流向右指向的情况下通过二极管D2和D3。通过该方式发生线圈电流馈回到电流供应装置中。
半导体开关HS1和HS2是自锁的p通道MOSFET，而半导体开关LS1和LS2是自锁的n通道MOSFET。但也可使用其他半导体开关类型，其中，可相应地适配操控逻辑。
图9关于时间t示出线圈上的电压。在0秒至3.5毫秒之间的开启运行期间，供应电压+UB作用于线圈上。在开启时长在3.5毫秒时结束之后电压U近似下降到0。该电压由于断开的半导体开关的内电阻而略小于零。在实施强电流消除方法之后电压强地下降，其中，该电压可到达一负值，该负值大于供应电压+UB的数值。在这种强负电压的情况下，电压至少近似渐进地逼近0伏。
图10示出曲线图，其中，关于时间t示出通过线圈的电流，其中，示出的是与图9相同的时间段。可看到，从时间0秒开始直至时间点3.5毫秒发生电流强度的近似恒定的上升。这相应于图8a和8b中的操控电路的开启运行。弱电流消除方法在时间点3.5毫秒至6.5毫秒之间使用，由此电流强度I慢地下降到在3.5毫秒时的峰值的约3/4。在时间点6.5毫秒时，图8a和8b的操控电路过渡到强消除方法。这引起电流在数百微秒之内的强下降并且接着渐进地逼近无电流状态，其中，仅出现极小的电流强度。
Claims (15)
1.一种用于运行活塞泵的方法，该活塞泵借助电磁体的线圈(1)驱动，其中，借助该电磁体能使所述活塞泵的活塞(2)抵抗复位力地运动，
-其中，在开启时长期间将电压(U)施加到所述线圈(1)上，使得电流(I)流过所述线圈(1)并且所述活塞(2)被加速，
其中，
-使用两种不同的用于所述线圈(1)中的电流(I)的消除方法，
其特征在于，在所述活塞(2)的加速之后在去除所施加的电压的情况下首先使用弱消除方法然后使用强消除方法，在弱消除方法中，通过线圈的电流仅慢地减小，而在强消除方法中引起：通过线圈的电流与在弱消除方法的情况相比极快地减小，在所述弱消除方法的情况下通过以下方式引起所述线圈(1)中的电流(I)的消除：所述线圈(1)通过断开的半导体开关(HS1，HS2，LS1，LS2)短路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述活塞(2)到达止挡件之前、在所述活塞(2)到达该止挡件时或在所述活塞(2)已到达该止挡件之后，实施所述弱消除方法。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，只要自动识别到活塞(2)的运动，就将所述电磁体的开启时长结束。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，实施所述弱消除方法，以将所述活塞(2)保持在止挡件上。
5.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述弱消除方法的使用结束之后，实施所述强消除方法，其中，复位力使所述活塞(2)从止挡件远离。
6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在所述强消除方法的情况下通过以下方式引起所述线圈(1)中的电流的消除：所述线圈(1)通过电阻(R1)短路。
7.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在借助所述强消除方法消除所述线圈(1)中的电流(I)时，将能量馈回到能量供应装置中。
8.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述开启时长能够根据所需的体积流进行调整。
9.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述开启时长能够根据施加到所述线圈(1)上的电压(U)进行调整。
10.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述活塞泵的操控频率能够根据所需的体积流进行调整。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述线圈(1)通过欧姆电阻或具有半导体结电阻的半导体元件短路。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述半导体元件是稳压二极管(ZD1)。
13.一种用于运行活塞泵的电路组件，该活塞泵能借助电磁体的线圈(1)驱动，该活塞泵具有活塞(2)，其特征在于，所述电路组件包括半导体开关装置，该半导体开关装置具有至少两个半导体开关(HS1，HS2，LS1，LS2)，其中，借助所述半导体开关装置，在开启运行方式中，所述线圈(1)能够切换到能量供应装置的电源(+UB)和地线(GND)之间的电流路径中，使得活塞(2)能够加速；并且，在去除所施加的电压的情况下借助所述半导体开关装置，在以弱电流消除实现的保持运行方式中，所述线圈(1)能够从用于开启运行方式的电流路径切换出并且所述线圈能够借助一个或多个半导体开关(HS1，HS2，LS1，LS2)切换到一空载回路中，在该空载回路中，线圈通过一个或多个半导体开关短路；并且，在以强电流消除实现的运行方式中设计成借助所述半导体开关装置将所述线圈(1)切换到包括能量接收装置的另一空载回路中。
14.一种用于运行活塞泵的电路组件，该活塞泵借助电磁体的线圈(1)驱动，该活塞泵具有活塞，其特征在于，所述电路组件设计用于执行根据权利要求1至12之一所述的方法。
15.一种活塞泵，该活塞泵借助电磁体的线圈(1)驱动，该活塞泵具有操控装置，其特征在于，所述操控装置包括根据权利要求13或14所述的电路组件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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