CN110603377B - 用于切换可切换电磁阀的电磁铁中的电流的方法、电子电路、电磁阀、泵和机动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于切换可切换电磁阀（15）的电磁铁（18）中的电流（I）的方法，其中，在连续的开关周期（33）中，电流（I）在每种情况下均被接通，以便抵抗弹簧（28）的力关闭阀（15），并且因此通过电磁铁（18）与电压源（U）的电连接生成电流（I）。本发明规定，在阀（15）的切换操作（Q）中，在至少两个连续的开关周期（33）中以与相应的先前开关周期（33）相反的电流方向生成电磁铁（18）中的电流（I）。

Description

用于切换可切换电磁阀的电磁铁中的电流的方法、电子电路、电磁阀、泵和机动车辆

技术领域

本发明涉及一种用于切换电可切换电磁阀的电磁铁中的电流的方法。借助于电流在电磁铁中生成磁场，所述磁场抵抗弹簧的力关闭阀。本发明还包括用于控制电磁阀的电子电路。最后，本发明还包括包含电子电路的电磁阀并且还包括用于机动车辆的喷射系统的泵和机动车辆。

背景技术

最常用于控制流体流动的致动器中的一种为电磁阀。电磁阀存在两种类型：比例阀和数字阀。例如，在燃料喷射系统中，可借助于数字进气阀（DIV）控制喷射压力。

此DIV为可电切换电磁阀，当电磁铁中的电流施加到该电磁阀上时，即电流流过阀的电磁铁时，该电磁阀关闭。然后，阀抵抗弹簧的力关闭。例如，阀盘或通常闭合元件可抵抗弹簧的力从打开位置移动到关闭位置。在无电流状态下，阀然后由于弹簧的力而自动打开，并由弹簧保持在打开位置，直到电流再次流过电磁铁。用于关闭电磁阀的电流分布为峰值电流，它提供关闭阀的激活能量。随后，将电流改变为保持电流，在该保持电流下，电磁铁的磁场被设定为将阀保持在关闭位置。例如，这从US 2012/0167993A1中已知。

由于此进气阀的快速切换过程，特别是在机动车辆的燃料喷射系统的泵中，每当闭合元件碰到关闭位置（电磁铁被激励）和打开位置（弹簧推动打开阀）的相应的末端止挡时，就会产生不期望的噪声发射并且发生部件的磨损。

WO 2006/060545 A1公开了一种用于降低燃料喷射泵的电磁阀的噪声发射的方法。该方法需要复杂的开关脉冲。

用于降低噪声发射的已知方法需要对电流分布进行复杂的调节或控制，其中，在错误配置的情况下，电流分布可能不足以成功关闭阀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于以技术上易于实施的方式减少电磁阀的噪声发射和/或磨损的措施。

该目的由独立专利权利要求的主题实现。从属专利权利要求、以下描述和附图描述了本发明的有利发展。

本发明提供一种用于切换电可切换电磁阀的电磁铁中的电流的方法。电磁阀以本身已知的方式操作，也就是说，在连续的开关周期中，电流在每种情况下均被接通，以便抵抗弹簧的力关闭阀，也就是说抵抗弹簧的力将阀的闭合元件从打开位置移动到关闭位置。在这种情况下，通过将电磁铁（螺线管）电连接到电压源而生成电流。在电流被切断后，然后可通过弹簧的力再次打开阀，从而然后完成开关周期。

本发明以现有技术中已知的方式借助于电流控制电磁铁，即通过施加或设定峰值电流以关闭阀并通过随后设定保持电流以将阀保持在关闭位置。然而，与现有技术相反，现在以交替极性生成电流。在连续的开关周期中改变或切换极性。因此，这种操作模式在下文中称为切换操作。因此，在阀的切换操作中，在至少两个连续的开关周期中以与相应的先前开关周期相反的电流方向或极性在每种情况下生成电磁铁中的电流。为此，电磁铁可以四象限操作进行操作。这减小了加速力或加速度，通过该加速力或加速度，阀的闭合元件从打开位置移动到关闭位置。换言之，阀的闭合元件在关闭位置的末端位置以比在极性保持不变时更低的末端速度撞击。其原因是电磁铁的极性必须反转，也就是说，当极性相反的电流接通时，电磁铁的软磁材料中的磁剩磁首先在阀的闭合元件的加速或移动可发生之前耗散。当电压源接通时，这减小了在电磁铁中流动的电流的时间梯度或时间上升，这引起磁力相应地在时间上较慢上升。在电流接通时的电磁铁的剩磁场强度对闭合元件的加速没有贡献，但是最终引起闭合元件的加速的只是电流。总体而言，与在随后的开关周期中电流方向保持相同的恒定操作相比，这产生了闭合元件的减小的加速度。切换操作总体上降低了闭合元件在撞击或驱动到末端位置时其末端速度。结果，降低了噪声发射和/或磨损。

本发明还包括产生附加优点的发展。

为了设定或改变电流的极性，优选地借助于用于反转电流方向的开关装置相对于电压源的连接极改变电磁铁的两个连接部的连接方向。为此，开关装置可具有例如晶体管。因此，如果电磁铁具有第一连接部和第二连接部，则在一个开关周期中，第一连接部电连接到第一连接极，并且第二连接部电连接到第二连接极，并且为了反转电流方向，在下一个开关周期中，第一连接部电连接到第二连接极，并且第二连接部电连接到第一连接极。因此，可凭借简单的开关元件实施开关装置，并且作为其结果，可实现本发明的有利效果。

特别地，规定借助于桥接电路（H桥）的全桥来设定电流的电流方向。换言之，开关装置因此被实施为包括四个开关元件的桥接电路。这产生所描述的四象限操作。此桥接电路的另一个名称还是四象限致动器。

在此特别有利的是，也可在切换操作和所述恒定操作之间进行改变，其中在随后的开关周期中电流方向保持相同。这优选地根据切换信号发生，凭借切换信号在切换操作和恒定操作之间进行切换。

这关注了机动车辆的燃料喷射系统的高压泵的喷射阀被控制为阀的情况。“高压”结合本发明应理解为意指，特别是大于100巴的压力。

在这种情况下，可根据机动车辆的内燃机的空转操作进行切换操作和恒定操作之间的切换。在空转操作中，喷射阀的操作噪声，即其噪声发射，与机动车辆的其他操作噪声相比更大。在这种情况下，切换到切换操作为有利的。相反，如果内燃机驱动机动车辆（内燃机被接合），则产生其他操作噪声，这些噪声通常以这样的方式淹没喷射阀的噪声发射，使得有可能改变到恒定操作而不能够因此听到喷射阀。

为了能够在电磁阀中执行根据本发明的方法，本发明提供了一种电子电路，其被配置成执行根据本发明的方法的实施例。电子电路可具有用于此目的的微控制器。此外，电子电路可具有所描述的用于切换电磁铁的电流的桥接电路。

本发明还包括电磁阀，该电磁阀包括电磁铁，所述电磁阀被配置成当电流流过电磁铁时抵抗弹簧的力关闭阀。此外，阀可具有根据本发明的电子电路的实施例。

因此，电子电路可包括用于切换电流的开关装置。在这种情况下，开关装置可具有包括全桥的桥接电路，其中桥接电路被配置成相对于电压源的连接极改变电磁铁的两个连接部的连接方向。

本发明还包括一种用于机动车辆的喷射系统的泵。该泵具有根据本发明的电磁阀。因此，泵可为喷射泵，特别为高压泵。

最后，本发明还包括一种机动车辆，该机动车辆包括内燃机，例如柴油发动机或奥托发动机，该内燃机具有包括根据本发明的泵的实施例的燃料喷射系统。

根据本发明的机动车辆可为汽车，特别为乘用车或商用车辆。

附图说明

在下文中描述了本发明的示例性实施例。在这方面：

图1示出了根据本发明的机动车辆的实施例的示意图示；

图2示出了具有图1的机动车辆电磁阀中电流的电流分布的示意性过程的曲线图；

图3示出了控制电流的开关装置的示意图示；

图4示出了图3的开关装置的两种开关状态，通过该两种开关状态实现了电磁阀中的电流方向的切换；

图5示出了具有由于根据图4的变化而产生的电流强度的示意性过程的曲线图；以及

图6示出了具有示意性曲线的曲线图，其图示了电磁阀中电流强度和磁通量之间的关系。

具体实施方式

以下解释的示例性实施例为本发明的优选实施例。在示例性实施例的上下文中，所描述的实施例的部件在每种情况下表示本发明的各个特征，这些特征将被彼此独立地考虑并且在每种情况下还将彼此独立地改进本发明，并且因此将被单独地考虑或者以不同于所示的组合考虑，作为本发明的组成部分。此外，所描述的实施例还可通过本发明的已描述的特征中的其他特征来补充。

在附图中，功能相同的元件在每种情况下提供有相同的附图标记。

图1示出了机动车辆10，其可为例如乘用车或商用车辆。机动车辆10可具有内燃机11，内燃机11可在来自燃料箱13的燃料12的基础上操作。燃料12可借助于泵14从燃料箱13泵出到内燃机11。泵14可为喷射泵。泵14可具有可切换电磁阀15，例如DIV，其包括闭合元件16，例如阀盘，以及电磁铁18，其包括电线圈。用于电磁铁18的电流I可由电子电路17控制，电子电路17可具有用于切换电流I的开关装置17'。阀15的操作可凭借于检测曲轴20的旋转位置21以及根据旋转位置21切换电流I而与曲轴20的旋转相协调。旋转位置21可借助于旋转位置传感器21'测量。曲轴20在泵移动23中移动泵14的活塞21，以便将燃料12从低压侧24泵送到高压侧25，然后在高压侧25处由燃料喷射系统喷射燃料12。泵的出口阀26可为被动阀，例如止回阀，并且入口阀可由包括其闭合元件16的所述电磁阀15形成。为了关闭阀15，电流I被驱动通过电磁铁18，使得由此保持闭合元件16的杆或销27抵抗弹簧28的弹簧力被拉至包括电枢的极片29，结果是，闭合元件16从打开位置31移动或拉至关闭位置32。电流I可由电压源U生成，为此，电压源U借助于开关装置27'电互连或连接到电磁铁18。

关闭电压源U引起电磁铁18中的电流I呈指数下降。一旦弹簧28的弹簧力大于电磁铁18的磁场和泵中剩余的压力，闭合元件16就从关闭位置32移回至打开位置31。然后，这结束泵的完整开关周期或泵周期。

图2示出了电流I随时间t和电磁铁18处的电压源U的切换电压的时间分布，并且特别是一次用于正常操作或恒定操作C，并且一次用于四象限操作或切换操作Q。示出了在正常操作C中，电压源U的切换电压的极性以及因此电流I的极性对于连续的开关周期保持恒定，而在切换操作Q中，连续的开关周期33具有电压源U的切换电压的交替极性，并因此具有电磁铁18中产生的电流I的交替极性。换言之，电流的电流方向在连续的开关周期33中交替或反转。此外，图示了电流I的梯度或上升的比较，如在恒定操作C和切换操作Q之间的比较中产生的。当使用切换操作Q时，梯度降低梯度角α。

图3示出了如何可借助于开关装置17'设定电流I的电流方向或极性。图示了电磁铁18、开关装置17'以及与提供电压VCC的电压源U的互连。电压源U可为例如机动车辆10的电池。

开关装置17'可具有包括全桥35的桥接电路34，使得整体上存在四个开关元件36，例如在每种情况下为晶体管，以便交替地将电磁铁18的相应连接部37、连接部38电连接到电压源U的极39、极40。电路在每种情况下可借助于接地电位GND关闭。

图4图示了开关装置17'的两个可能的开关位置，这允许或使得有可能在两个开关周期33之间切换电磁铁18中的电流I的电流方向。

图5再次详细示出了产生的电流I的梯度的比较，一次与恒定操作（IC）中的电流I进行比较，以及一次与切换操作（IQ）期间的开关周期的情况下的电流I进行比较。由于电流I的上升梯度的差α，电流I在切换操作Q期间与恒定操作C相比在稍后时间延迟ΔT达到规定的电流强度I0。

通过在四象限操作或切换操作Q中切换电磁铁，磁场的极性也随着每个开关周期33而切换或改变或反转。由于铁磁材料也存在于电磁铁18中，因此电磁铁18在每个开关周期33后保持磁化（磁剩磁效应）。由于软磁材料中的磁偶极子，即使没有电流流动，也产生所述剩余磁化，所述磁偶极子保持在最后磁化的方向上。然而，如果现在施加具有交流电流方向的电流使得磁场在每个开关周期33中也具有不同的极性或极化，则所述剩余磁化必须首先被减小或耗散直到其达到0。软磁材料的所述磁化变化消耗或需要规定的能量含量，这被称为磁矫顽场强度。

剩余磁化的所述耗散及其所需能量减少了在开关周期33开始接通后电流I的电流强度的上升。该能量用于消磁或改变软磁材料的极性反转的磁化。通过差α减小梯度的有利效果是，闭合元件16的加速度减小，并且因此电磁阀15的噪声发射和/或磨损减小。

第二种效果在图6中图示。图6示出了如在开关周期33期间可产生的磁通量P相对于电流I的电流强度。在切换操作Q中，与恒定操作C相比，产生电流I的接通电流强度的增加ΔI。这表明需要更多电流I来实现相同的磁力以关闭阀15。需要磁力以克服弹簧18的弹簧力。这种增加ΔI的效果是由以下事实引起的：由于磁场的一致取向，磁通量P现在必须从0建立，而不是在恒定操作C期间尽可能从偏移值P0开始。这意指在恒定操作C期间，当电流I接通时，磁力已定向在为开关周期33所提供的方向上，并且因此有助于加速闭合元件16。换言之，剩余磁化对闭合元件16的加速具有促进作用。相反，在四象限操作或切换操作Q中，总加速度必须受电流本身的影响。

通过减小电流I的时间梯度，由于缺少剩余磁化P0，因此总体上产生磁力的减小的时间上升或减小的时间上升速率。必须通过电流I完全施加或生成磁力，结果电流I增加到较低程度或更慢。这降低了闭合元件16的加速度。由于驱动到关闭位置32之前降低的末端速度而降低的阀15的噪声发射和/或磨损是有利的结果。

总体而言，该示例示出了本发明如何能够提供一种用于控制电可切换电磁阀的噪声发射和/或部件磨损的方法。

Claims (11)

1.一种用于切换可切换电磁阀（15）的电磁铁（18）中的电流（I）的方法，其中，在连续的开关周期（33）中，所述电流（I）在每种情况下均被接通，以便抵抗弹簧（28）的力关闭所述阀（15），并且因此通过所述电磁铁（18）与电压源（U）的电连接生成所述电流（I），其特征在于，在所述阀（15）的切换操作（Q）中，在至少两个连续的开关周期（33）中以与相应的先前开关周期（33）相反的电流方向生成所述电磁铁（18）中的所述电流（I）。

2.如权利要求1所述的方法，其中借助于用于反转所述电流方向的开关装置相对于所述电压源（U）的连接极（39、40）改变所述电磁铁（18）的两个连接部（37、38）的连接方向。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中借助于桥接电路（34）设定所述电流（I）的所述电流方向。

4.如权利要求1或2所述的方法，其中，根据切换信号，在所述切换操作（Q）和恒定操作（C）之间进行切换，其中所述电流方向在所述连续的开关周期（33）中保持相同。

5.如权利要求1或2所述的方法，其中机动车辆（10）的燃料喷射系统的高压泵的喷射阀被控制为所述阀（15）。

6.如权利要求4所述的方法，其中机动车辆（10）的燃料喷射系统的高压泵的喷射阀被控制为所述阀（15），其中根据所述机动车辆（10）的内燃机（11）的空转操作在所述切换操作（Q）和所述恒定操作（C）之间进行切换。

7.一种用于控制电磁阀（15）的电子电路（17），其中所述电路被配置成执行如前述权利要求中的一个所述的方法。

8.如权利要求7所述的电路（17），其中开关装置（17'）具有包括全桥（35）的桥接电路（34）。

9.一种电磁阀（15），包括电磁铁（18），所述电磁铁（18）被配置成当电流（I）流过所述电磁铁（18）时抵抗弹簧（28）的力关闭所述阀（15），其特征在于，所述阀（15）具有如权利要求7或8所述的电子电路（17）。

10.一种用于机动车辆（10）的喷射系统的泵（14），其中所述泵（14）具有如权利要求9所述的电磁阀（15）。

11.一种机动车辆（10），包括内燃机（11），所述内燃机（11）具有燃料喷射系统，所述燃料喷射系统包括如权利要求10所述的泵（14）。

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