TWI704282B - 操作藉由電磁鐵的線圈驅動的活塞泵的方法、電氣電路裝置及活塞泵 - Google Patents

操作藉由電磁鐵的線圈驅動的活塞泵的方法、電氣電路裝置及活塞泵 Download PDF

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Abstract

一種操作藉由電磁鐵之線圈(1)驅動之活塞泵的方法，其中該活塞泵的活塞(2)可反向於復位力運動，其中在接通時間內，對該線圈(1)施加電壓(U)，使得電流(I)流過該線圈(1)並使該活塞(2)加速，其中將兩個不同的滅弧法用於該線圈(1)中的電流(I)。

Description

操作藉由電磁鐵的線圈驅動的活塞泵的方法、電氣電路裝置及活塞泵
本發明係有關於一種操作藉由電磁鐵的線圈驅動之活塞泵的方法，其中該活塞泵之活塞可藉由該電磁鐵反向於復位力運動。在接通時間內，對該線圈施加電壓，使得該電壓驅使電流通過該線圈。該線圈產生磁力並使該活塞加速。本發明亦有關於一種用於該活塞泵的控制裝置以及一種具有控制裝置的活塞泵。
先前技術中揭露過可藉由電磁鐵之線圈驅動的活塞泵。此等活塞泵例如可被用作燃料泵。圖1示例性地示出此種泵作為柱塞泵之實施方案。此活塞泵包括線圈1、具有活塞頭4的活塞2、氣缸3、具有止推件6的螺簧5及閥組7。在電流流過線圈1時，產生通過線圈內部的磁通。藉此將活塞2磁性地自閥組7移開，從而將螺簧5朝向其止推件6預張。閥組7與活塞頭4間的體積變大，從而實施吸入過程。在工作行程在止動件8上明顯地達到最大位置後，斷開線圈1中的電流，使得此活塞留在止動件8上，以便完全實施吸入過程。而後藉由螺簧5之預張使活塞2朝閥組7的方向運動，從而實施推出過程，在推出過程中，待泵送的流體被推入閥組7。亦可採用藉由磁效應進行推出並藉由彈簧效應進行吸入的泵。此種柱塞泵 例如可用作內燃機的燃料泵。
一般而言，透過具有各泵衝程的控制頻率及接通時間以及快速滅弧之預先給定值的方波電壓對泵進行控制。藉由對泵的此種控制在線圈中產生電流，在驅動電壓移開時，此電流亦藉由線圈的磁效應繼續流動。此電流之衰減與續流電路中的電阻相關，線圈中的電流在衰減時透過此電阻繼續流動。此過程稱作“滅弧過程”。可透過以下方式引起快速滅弧：透過快速將線圈中的能量轉化成熱量之構件導引電流。而藉由短路或較大的電阻僅能自此線圈撤走較少的能量。因而需要適用於快速滅弧的阻抗。亦可使用半導體電阻來替代歐姆電阻。圖2示出先前技術中針對此等過程的控制電路。所使用的電路具有半導體開關，藉由此半導體開關透過稽納二極體在第一工作狀態下接通線圈的電流饋電，在第二工作狀態下接通線圈的續流，此點藉由能量在此稽納二極體轉化為熱量致使通過此線圈的電流發生快速滅弧。圖3為線圈上的電壓U在以秒為單位的時間t內的曲線圖。在一段接通時間後，在此接通時間的末尾後實現電壓驟降，此電壓驟降藉由線圈中的能量逐漸撤減減少至電壓為零。圖4示出在圖3所示時間段內通過線圈的電流I。電流I在電壓U的接通時間內增大，在達到接通時間的末尾後急劇減小，使得電流在短時間後達到零。此解決方案的缺點在於，突然撤除電流，故活塞僅短時間地保持在強烈偏轉的位置上。由於此液壓系統的慣性，此持續時間可能不足以最佳地填滿泵量。此外，在較強的電流饋電中以及在具有相對較小的液壓電阻之工作狀態下，活塞可能會撞擊止動件，此點可能導致極大的噪聲產生。
亦有揭露過較昂貴的電流調節式功率放大器。
為消除上述缺點，本發明提出，將兩個不同的滅弧法用於該線圈中的電流。第二滅弧法極大地提高了該電路斷路的可能性，而並不比電流調節更貴。亦可將兩個以上的不同滅弧法用於該線圈的電流。
例如可首先對該活塞進行加速，從而使其到達止動件。藉由第一滅弧法可例如將該活塞保持在該止動件上。如此便可為該待泵送的流體提供足夠的時間，以便填滿泵量。以此種方式提高該泵的充氣效率，其中充氣效率係指實際處於氣缸中的流體體積與理論最大可能填充的比例。為在保持時間後引發該活塞快速自該止動件鬆開，例如可使用第二(另一)對該線圈中的電流進行快速滅弧的滅弧法。因此，該活塞藉由該復位力移至某一位置，以此為起點，重新朝該止動件的方向對該活塞進行加速。
附屬項係有關於本發明的較佳改良方案。
在一種實施方式中，本發明提出，在對該活塞進行加速後方採用弱滅弧法並隨後採用強滅弧法。通過該線圈的電流僅緩慢減小的滅弧法稱作弱滅弧法。與此相應地，該線圈所產生的磁力亦僅緩慢減小。為此，可在該續流電路中設置較小的電阻，特別是至少幾乎為短路。而在採用強滅弧法時，通過該線圈的電流明顯較採用弱滅弧法時更為快速地減小。如此便可較採用弱滅弧法時更為快速地消除該線圈所產生的磁力。為此，可在該續流電路中設有阻抗，就上述電壓及上述電流而言，透過該阻抗將較高的電功率轉化為熱量。該阻抗亦可由半導體結提供。在多個柱塞活塞泵中，該磁力沿該活塞的行程遞進，其中該磁力在止動件上達到最大。因此，在該止動件上，通過該線圈的較小電流足以將該活塞保持在該止動件上。 因此，若藉由弱滅弧法僅自該線圈撤走較少能量，則該弱滅弧法足以將該活塞保持在該止動件上。在另一實施方式中，可在該活塞尚處於朝向該活塞的運動中，使用該弱滅弧法。該活塞藉由其質量慣性以及視情況藉由該線圈之在使用該弱滅弧法期間剩餘的磁效應，而到達該止動件。為自該止動件鬆開該活塞，係使用強滅弧法，其顯著減小通過線圈的電流。即使在不同工作狀態中亦可簡單明確地自止動件鬆開活塞，從而對泵進行非常靈活且有效的控制。特定言之，可如此設置使用弱滅弧法及強滅弧法的時間點，從而產生儘可能最佳的泵送性能。
在另一實施方式中，可藉由以下方式進一步最佳化該泵的性能：藉由一測量法測定時間點，在該時間點上，該活塞進行運動並據此結束該接通時間。該隨後儲存在線圈中的能含量較佳足以使得該由此引發的磁效應將該活塞移動至該止動件。藉由此種方法便能充分利用該線圈所產生的磁能。在識別出該活塞的運動時結束該接通時間係較為有利，因為與其停機狀態相比，該活塞的運動易於偵測，特別是透過該線圈中因該活塞運動而產生的反電壓。該活塞較佳在其運動前貼靠在靜止止動件上，該靜止止動件與上述止動件有所不同。
在該方法的一種實施方式中，在採用該弱滅弧法時，使該線圈透過半導體開關發生短路。因此，該線圈中流動的電流可在該續流電路內流動，此點致使該線圈中的能量損耗相對較小。該斷開之半導體開關的電阻以及該線圈的內阻以及可能的有效線路電阻將該線圈能力的一部分轉化為熱量。總體而言，使得通過該線圈的電流強度緩慢減小，較佳以與該接通時間內該電流增大程度類似的程度減小。
在另一實施方式中，在實施該強滅弧法時，將該線圈接入續流電路，在該續流電路中佈置有電阻，透過該電阻將該線圈中的能量極大程度地轉化為熱量。此點致使該線圈中的電流強度急劇減小。就此而言，半導體結電阻，如稽納二極體的半導體結電阻，亦用作該電阻。此外，可透過以下方式實現較強的電流滅弧：將被續流電路流過的半導體開關切換至半導電狀態，使得該半導體開關具有電阻，透過該電阻將該線圈中的能量極大程度地轉化為熱量。
作為上一實施方式的替代或補充方案，可在採用強滅弧法時將該線圈中的電流輸送至供電裝置，該供電裝置特別是自其中撤走針對該線圈之電流的供電裝置。在此情況下係指回輸。
該線圈亦可接入H電橋，其中該線圈佈置在該二支路的分壓點之間。該等支路的端點彼此相連。在該H電橋之兩個支路的端點之間施加有電源電壓，該電源電壓較佳源於供電裝置。較佳係施加直流電壓。至少各有一半導體開關接入該二支路，其中該等半導體開關中的一個接通在連接該電源電壓的分支路中，一個接通在接地的分支路中。在該方案中，在自該等分壓點至該等支路的其他端點間剩餘的兩個分支路中分別佈置有一二極體，該二極體關於該電源電壓沿截止方向極化。在該接通時間內，該二半導體開關以導電的方式接通，以便電流流過該等半導體開關及該線圈。在實施該弱滅弧法時，閉合該等半導體開關中的一個，而該另一半導體開關斷開。在此情況下，可透過該斷開的半導體開關及該等二極體中的一個來形成一個續流電路。為將該線圈中的電流回輸至供電裝置，斷開該二半導體開關。該線圈電流引起該線圈上的電壓增大，該電壓增大驅動通 過該二二極體及該供電裝置的電路。
在另一具有H電橋的方案中，該等二極體中的每個皆被插在上述通過半導體開關的分支路中。在此情況下，可規定該電流通過線圈的方向，具體方式在於，就一方向而言，以導電的方式接通前述基礎方案中已存在的該二半導體開關，而截止該等附加的半導體開關。就該另一方向而言，可以導電的方式接通該等附加的半導體開關，而截止該基礎方案的半導體開關。藉由主動控制該等半導體開關，便能複製該等二極體針對該續流工作的功能。該等半導體開關的優點在於，其可在回輸工作中具有較該等二極體更小的內阻。
在另一基於上一方案的方案中，該等半導體開關中的每個皆配設一自由電力隔通二極體。該等自由電力隔通二極體關於該電源電壓沿截止方向接通並分別連接其半導體開關的源極及漏極。採用該配置方案後，便能藉由相應接通該等半導體開關使得該半導體開關的內阻或該二極體之半導體結的電阻或該二極體的電阻沿截止方向起作用。從而產生更多方案及工作類型。因此，可透過具有兩個以導電的方式接通之半導體開關的續流電路實現較弱的滅弧過程，該二半導體開關共同連接該H電橋的統一末端。特定言之，該等其他兩個半導體開關以截止的方式接通。由於閉合的半導體開關之較佳較小的電阻，該半導體開關主導由該半導體開關及其自由電力隔通二極體構成之並聯電路的總電阻，使得該總電阻較小。可透過略微較強的滅弧效應實現同樣較弱的滅弧過程，具體方式在於，閉合的半導體開關及沿導通方向接通的二極體替代上述該二半導體開關接入該續流電路。為此，可以截止的方式接通與該導電二極體並聯的該二半導體 開關，使得儘管該二極體電壓較高，該續流電流仍需流過該自由電力隔通二極體。在此情況下，該續流電路具有略微較大的電阻。為此，使用該沿導通方向處於該續流電路中的二極體。採用哪個二極體與通過該線圈的電流方向以及該等分支路中的續流電路是否透過該電源電壓電位或該地電位延伸相關。可以截止所有半導體開關的方式接通用於該強滅弧法的續流電路。在此情況下，形成經過該等自由電力隔通二極體中之兩個及該供電裝置的續流電路，該供電裝置的較高吸能能力致使該線圈電流特別快速地發生滅弧。截止或導通哪些自由電力隔通二極體與該電流通過該線圈的方向相關。為增大回輸效率，可替代性地以導電的方式接通該等與待導通之二極體並聯的半導體開關。
該線圈用於供電的H橋電路較佳實施為晶片上的積體電路。
較佳地，在包或將能量回輸至供電裝置的工作方式中，激活弱滅弧法的時間減少，從而僅短暫地將該活塞保持在該止動件上。在此情況下，雖然該充氣效率略微受損，但可將更多能量回輸至該供電裝置，因為在該弱滅弧法期間轉化為熱量的能源較少。
在另一實施方式中，根據該泵的工作點及/或特性調整該接通時間及/或該保持時間的長度。特定言之，根據該活塞泵的機械及/或液壓特性調整該接通時間及/或該保持時間的長度。較佳以某種方式進行調整，使得該活塞泵的充氣效率儘可能有利。根據該輸送量及泵頻定義工作點。
在另一實施方式中，根據該活塞泵的電源電壓及/或該線圈的電阻以某種方式調整該接通時間的長度，使得規定的電流在該接通時間結束後在該線圈中流動。如此便可將如此多的能量引入該線圈，使得該能 量例如足以驅使該活塞運動至該止動件並較佳將其足夠長地保持在該止動件上。如此便可規定合適的接通時間，從而毋需測量該電流。作為替代方案，亦可進行電流測量。在計算該接通時間時，可使用公式t=-L/R‧In(1-(I‧R)/U))。
其中，t為該接通時間，L為該線圈的電感，R為該線圈的內阻，U為施加於線圈的電壓，I為該待達到的電流強度。
在該方法的另一實施方式中，測定該線圈的溫度並藉由該溫度資訊對該所算出的時間進行校正。為此，可計算該電阻因溫度偏移而產生的偏差並將該溫度校正的電阻值代入上述公式，從而算出溫度校正的接通時間t。計算電阻之藉由溫度影響的變化為電子技術領域中的相關領域通常知識者之基本知識的部分。
在另一實施方式中，該活塞泵構建為用於內燃機的燃料泵。為節約用於操作該泵的能源，可將該活塞泵的泵頻與所需的燃料量相匹配。較佳以某種方式調整該泵頻，使得該活塞泵提供略多於該內燃機所需的燃料。與泵的永久性滿負荷設計方案相比，此舉具有顯著的節能效果。作為補充或替代方案，亦可藉由調整泵衝程來影響燃料輸送量。為此，可將該線圈的接通時間與所需的燃料量相匹配。在此情況下，較佳以某種方式調整該泵衝程，使得該燃料泵提供略多於該內燃機所需的燃料。例如可在該內燃機的控制器中對該接通時間進行計算。就給定或模擬的噴射壓力而言，例如可在該電動機控制器中自該轉速、該噴油器的噴射時間及穩定通過量計算出所需之用於對該內燃機進行供給待最小輸送體積流量。為此，可使用以下公式： Q=aZyl/2‧nmot‧ti‧Qlnj,stat
其中Q為燃料排量，aZyl為該內燃機的氣缸數，nmot為該內燃機的轉速，ti為有效噴射時間，Qlnj,stat為通過打開之噴油器的穩定燃料體積流量。在所需體積流量特別小時，該活塞泵的頻率較佳不被降低至接近零，而是限制在該泵仍穩定工作的最小頻率上。該最小頻率可例如為30Hz。為將泵頻與該所需的燃料體積流量相匹配，可使用以下公式：fpump,opt=fpump,max‧Qengine/Qpump,max
其中fpump,opt為最佳泵頻，fpump,max為最大可能的泵頻，如100赫茲，Qengine為該內燃機需要的燃料體積流量，Qpump,max為該泵最大可提供的體積流量。
此外已知的是，就柱塞活塞泵而言，在頻率恆定且輸送體積流量增大時，磁路中該活塞與例如止動件間的氣隙增大，因為需要較大的活塞衝程。相應地，用來對該活塞進行加速的電流較強。在將該線圈的接通時間與內燃機的燃料需求及為此所需的電流相匹配時，可使用校正因數。該校正因數可提前算出並例如儲存在電動機控制器中。單個、多個或所有前述控制參數，特別是最佳控制參數，亦可在該電動機工作期間在控制器內被算出或者根據例如該工作電壓、該線圈的溫度之可變大小及/或該所需的燃料體積流量保存在一或多個曲線族中。可藉由該等所算出或調用的值給定該控制的參數。
在另一實施方式中，在將電壓施加至該線圈期間，該接通時間可根據所需體積流量進行調整。增大的體積流量可透過增大泵衝程實現，此點需要較長的接通時間。可將該接通時間的長度作為該體積流量的函數儲存下來。
在另一實施方式中，該接通時間可根據該施加至線圈的電壓進行調整。該施加至線圈的電壓通常與該活塞泵的電源電壓相關。從而存在以下危險：在電壓過小且接通時間未延長時，該活塞不再加速。藉由適當選擇該接通時間可確保具有較小功耗的工作類型，就該工作類型而言，該活塞以磁性地方式運動。為此，可根據該線圈電壓或該電源電壓調整該接通時間。
在另一實施方式中，該活塞泵的用以進行泵衝程的控制頻率可根據所需體積流量進行調整。該泵頻與該體積流量的相應關係可藉由該開關裝置儲存，以供使用。亦可根據所需的體積流量同時對該接通時間及該控制頻率進行調整。
在本發明之另一態樣中，提出一種用於操作可藉由電磁鐵之線圈驅動的具有活塞之活塞泵的電氣電路裝置。根據本發明，該電路裝置具有包括至少兩個半導體開關的半導體開關裝置。該半導體開關裝置適於實現該活塞泵之不同的工作類型或滅弧法。在一接通工作類型中，該半導體開關裝置對該線圈施加電壓，此點致使電流流過該線圈。為此，可將該線圈接通至供電裝置之電流源與電流槽間的電流路徑。在電流通過該線圈時，對該活塞進行加速。
在該半導體開關裝置的另一工作類型中，該半導體開關裝置使得該線圈中發生較弱的電流滅弧。為此，可將該線圈脫離針對該接通工作類型之電流路徑並替代地，透過一或多個半導體開關使該線圈發生短路。如上文關於本發明的方法所述，此點致使通過該線圈的電流僅緩慢減小。在具有較強電流滅弧的第三工作類型中，該半導體開關裝置適於將該 線圈接通至包括吸能裝置的電流路徑。由此將該線圈中的能量傳遞至該吸能裝置。
在該電路裝置的一種實施方式中，該吸能裝置構建為儲能器，該儲能器適於接收該電路裝置中的能量。特定言之，該吸能裝置可為電容器以及/或者電池或蓄電池。該吸能裝置亦可為連接有其他可接收能量的用電設備的電網。該吸能裝置尤佳為汽車的車用電網。在一種替代實施方式中，該吸能裝置可適於將所接收的能量轉化為熱量。相應的吸能裝置例如可為歐姆電阻器或半導體結。
在另一實施方式中，本發明提出，該電路裝置適於實施任一上述方法。
在本發明之另一態樣中，提出一種活塞泵，其在控制裝置中具有根據上述態樣的電氣電路裝置。在此情況下，該控制裝置可在空間上與該泵分離並藉由線路與其連接或可連接。此外，該控制裝置之某些部分可佈置在該活塞泵上，而其他部分遠離該活塞泵佈置。此外，該控制裝置的一部分可佈置在該活塞泵上，而另一部分遠離該活塞泵並藉由線路與該活塞泵連接或可連接。
1:線圈
2:活塞
3:氣缸
4:活塞頭
5:螺簧
6:止推件
7:閥組
8:止動件
D1，D2，D3，D4:二極體
GND:地線
HS:半導體開關
HS1:半導體開關
HS2:半導體開關
I:電流，電流強度
L:電感
L_coil:線圈
LS:半導體開關
LS1:半導體開關
LS2:半導體開關
R_coil:內阻
R1:歐姆電阻
Rv1，RV1:串聯電阻
Rv2，RV2:串聯電阻
t:時間，接通時間
U:電壓
VA1:控制電壓
VA2:控制電壓
ZD1，ZD1'，ZD1":稽納二極體
+UB:正電源電壓
圖1為先前技術中之柱塞活塞泵的截面圖；圖2為先前技術所揭露之用於柱塞活塞泵的控制電路；圖3為用圖2中的控制電路進行控制之線圈上的電壓的習知曲線圖；圖4為在用圖2中的控制電路在如圖3所示之時間段內控制該線圈時， 電流在一段時間內的習知曲線圖；圖5a為本發明之控制電路的第一實施方式；圖5b為本發明之控制電路的第二實施方式；圖5c為本發明之控制電路的第三實施方式；圖5d為本發明之控制電路的第四實施方式；圖6為在藉由圖5a或5b所示控制電路中的一個進行控制時，該線圈上的電壓在一段時間內的曲線圖；圖7為因圖6所示之該線圈上的電壓而減少之電流在一段時間內的曲線圖，其中該時間段與圖6所示時間段相同；圖8a為本發明之將線圈電流回收至供電裝置的控制電路的第三實施方式；圖8b為本發明之將線圈電流回收至供電裝置的控制電路的第四實施方式；圖9為在藉由圖5a或5b所示控制電路中的一個進行控制時，該線圈上的電壓在一段時間內的曲線圖；及圖10為因圖6所示之該線圈上的電壓而減少之電流在一段時間內的曲線圖，其中該時間段與圖6所示時間段相同。
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。
圖5a示意性地示出本發明之控制電路的電路圖。在該電路中心設有自正電源電壓+UB直至地線GND的電流路徑。在正電源電壓+UB下，在該路徑中首先沿導通方向佈置有稽納二極體ZD1，而後沿截止方向 串聯佈置有傳統的二極體D1，而後串聯佈置有半導體開關LS1。另一半導體開關HS1與稽納二極體ZD1並聯。線圈L_coil及線圈的內阻R_coil可與該電流路徑連接，具體方式在於，可將該線圈與由而體積ZD1及D1構成的串聯連接並聯。半導體開關HS1較佳構建為p溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體=metal oxid semi-field effect transistor)。其可透過串聯電阻Rv2被控制電壓VA2控制。半導體開關LS1較佳為增強型n溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)。其可透過串聯電阻Rv1被控制電壓VA1控制。可在接通工作中將半導體開關LS1閉路，在該接通工作中，該線圈加載電壓，使得其中產生增大的電流，為此可用控制電壓VA1控制該半導體開關。藉此可形成自正電源電壓+UB經由該線圈及半導體開關LS1直至地線GND的電流。經過二極體ZD1及D1的路徑區段被截止，因為二極體D1沿截止方向接通。半導體開關HS1的狀態變化在電流方面不發生變化，因為該電流被半導體開關HS1及二極體D1阻塞。根據較弱的電流滅弧法，斷開半導體開關LS1的方式在於，將控制電壓VA1設置在較低的電位上。半導體開關HS1的閉合方式在於，將具有較低電位的控制電壓VA2施加至該半導體開關的柵極。線圈L_coil中的磁能驅使電流沿該二極體的導通方向通過二極體D1，進一步通過斷開的半導體開關HS1並回到線圈L_coil，其中該線圈的內阻R_coil亦在如此產生的續流電路中起作用。該續流電路中的電阻致使通過該線圈的電流慢慢衰減，如圖7所示那般，約在0.0035秒達到峰值後減小。此外，可將強滅弧法用於該控制電路，具體方式在於，閉合半導體開關LS1及半導體開關HS1。通過線圈L_coil的電流無法採用其他在續流電路中經過半導體開關HS1的方式，因而流過與半導體開關HS1相比 具有較高反電壓的稽納二極體ZD1。藉由通過該稽納二極體的電流在該自線圈L_coil撤走能量的稽納二極體上產生功耗，此點再次導致該線圈電流的快速減小。此點在圖7中透過該電流曲線在0.0065秒時的陡降示出。如此便可在短時間內中斷該線圈電流。對相關領域通常知識者而言清楚的是，作為上述半導體類型的替代方案，亦可將其他半導體考慮在內，特別是就該等半導體開關而言。可藉由該等控制電位的相應變化對該等半導體類型的變化進行補償，以便保持該功能。
圖5b示出本發明之第二控制電路，其與圖5a的控制電路略有不同。下面僅對不同之處進行說明。相同的元件用同一元件符號表示且不會再次特別說明。與圖5a中的控制電路不同，圖5b的控制電路具有歐姆電阻R1，而非稽納二極體ZD1。因此，作為該稽納二極體中的半導體結的替代方案，可將線圈L_coil中的能量以歐姆的方式轉化為熱量。
圖5c示出與圖5a不同的實施方式，不同之處在於，稽納二極體ZD1並非接通在半導體開關HS的漏極與源極之間，而是作為稽納二極體ZD1'接通在半導體開關LS的漏極與源極之間。在斷開半導體開關LS1時，線圈L_coil所驅使的電流流過續流電路，該續流電路包括稽納二極體ZD1'及提供正電源電壓+UB的供電裝置。
圖5d示出與圖5a不同的實施方式，不同之處在於，稽納二極體ZD1並非接通在半導體開關HS的漏極與源極之間，而是作為稽納二極體ZD1"接通在半導體開關LS的漏極與半導體開關LS1的柵極之間。此外，在該路徑中接通有另一二極體D2，其有助於半導體開關LS1保持可控性，具體方式在於，可進一步在半導體開關LS1的柵極上設置電壓。為結 束半導體開關LS1的接通時間，將該半導體開關斷開。半導體開關LS實施為n溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)，使得在該狀態下僅將較小的電壓施加在該柵極上。在半導體開關HS1被閉合時，形成具有較弱電流滅弧之經過半導體開關HS1及二極體D1的續流電路。若斷開半導體開關HS1，而該線圈仍具有能量，則稽納二極體ZD1"之陰極上的電壓基於該線圈電壓躍升至增大的電位。由此提高半導體開關LS1之柵極上的電位，從而部分閉合半導體開關LS1。產生具有較強滅弧作用的續流電路，該線圈、該部分閉合且具有極大程度地將電流轉化為熱量之電阻的半導體開關LS1及提供正電源電壓+UB的供能裝置處於該續流電路中。因此，藉由改變半導體開關HS1的開關狀態可在較強及較弱的滅弧作用間進行轉換。
半導體開關HS1之源極與柵極間的電壓產生於二極體D1上的電壓、稽納二極體ZD1'上的電壓、二極體D1上的電壓與串聯電阻Rv2上的電壓之相互作用。在此情況下，控制電壓VA2的輸出端係低歐姆。致使該線圈電流快速滅弧的電壓藉由半閉合的半導體開關HS1降低。作為替代方案，可完全閉合半導體開關HS1，從而產生較弱的滅弧過程。
圖6為圖5a及5b中的線圈L_coil上之電壓的曲線圖。在大約3毫秒的時間範圍內施加約12伏的電壓。該時間範圍相當於接通工作期間的接通時間。在3.5至6.5毫秒的範圍內使用該弱滅弧法期間，該線圈上的電壓小於0伏，因為儘管該電流經過該半導體開關及二極體，該半導體開關及沿導通方向接通的二極體D1僅具有較小的二極體電壓或半導體開關HS1上的較小電阻。在約6.5毫秒時，該控制電路轉變至具有強滅弧法的工作模式。在此情況下，產生較強的負電壓，其遠大於所施加的正電源電 壓+UB。在數百微秒後，該電壓大致漸進地回到約0伏。
圖7為操作任一圖5a或5b中的控制電路時的電流曲線圖。在0至3.5毫秒的接通工作中，該電流大致恆定地增大，直至達到電流峰值。在實施該弱滅弧法期間，該線圈電流緩慢減小3.5毫秒時所達到的最大值之約3/4。在6.5毫秒時，該控制電路的工作模式轉變為強滅弧法。在數百微秒內，該電流減小至0並保持在該處。
圖8a示出本發明之形式為控制電路的第五實施方式，該控制電路可將線圈電流回輸至為該控制電路提供正電源電壓+UB的供電裝置。就基本結構而言，該控制電路係指H橋電路。在該電橋於圖8a中之左側所示的支路中，在正電源電壓+UB一側設有半導體開關HS1。藉由該半導體開關在該左支路中串聯傳統且沿截止方向有極的二極體D2。該H電橋的右支路與該左支路結構類似，而同樣關於正電源電壓+UB沿截止方向接通的二極體D1連接正電源電壓+UB。而半導體開關LS1接地。因此，半導體開關HS1及二極體D1聯接在正電源電壓+UB上，而二極體D2及半導體開關LS1聯接在地線GND上。在該二支路的分壓點上，線圈L_coil與內阻R_coil連接或者可與其連接。半導體開關HS1及LS1可透過所分配的串聯電阻RV1或RV2分別被控制電壓VA1或VA2控制。半導體開關HS1為增強型p溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)，而半導體開關LS1為增強型n溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)。在此亦可使用其他半導體開關，其中可將該控制邏輯與其相匹配。在接通工作中將該二半導體開關HS1及LS1接通至通路。因此，電流可自正電源電壓+UB透過半導體開關HS1流過線圈L_coil並繼續流過半導體開關LS1接地。由此在線圈L_coil 中產生增大的電流。在後續的弱滅弧法中將半導體開關HS1及LS1中的一個以截止的方式接通。該通過線圈的電流通過該斷開的半導體開關及該等二極體中的一個，即在半導體開關LS1斷開時通過二極體D1，在半導體開關HS1斷開時通過二極體D2。在該等續流電路中，僅分別設置一二極體電壓及該連通之半導體開關的內阻，從而致使通過線圈L_coil的電流緩慢減小。此點在圖10中示出，該圖示出在時間t內通過該線圈的電流I。在大約3.5毫秒之時間點至6.5毫秒之時間點間觀察該電流藉由弱滅弧法之工作而產生的適度減小。為實施強滅弧法，截止兩個半導體開關LS1及HS1。藉此，線圈L_coil中的電流僅保持在沿二極體D1及D2的導通方向的路徑上，該等二極體沿充電方向在正電源電壓+UB與地線之間接通該線圈。在線圈L_coil上產生充電電壓，藉由該充電電壓將能量輸出至提供正電源電壓+UB的供能裝置。如圖10中透過在啟動該強滅弧法後於6.5毫秒之陡降所示，線圈L_coil中的電流藉由較強的能量輸出特別快速地滅弧。如此便不會將該線圈中的能量轉化為損耗熱，而是回輸至供電裝置。
圖8b示出本發明之形式為控制電路的第四實施方式。該控制電路構建為H電橋，其中該H電橋的兩個支路分別具有兩個半導體開關，即左支路中的HS1及LS1以及右支路中的HS2及LS2。在半導體開關HS1及LS1或者HS2及LS2間的分壓點之間，線圈L_coil與其內阻R_coil接通。該線圈可自該開關電路中取出，例如透過插式接點。該H電橋接通在正電源電壓+UB與地線GND之間。半導體開關HS1、HS2、LS1及LS2中的每個分別與傳統的二極體D1、D2、D3或D4並聯，其中該等二極體分別連接源極及漏極。該等二極體關於正電源電壓+UB沿截止方向佈置。在接通工 作中，連續接通半導體開關HS1及LS2或者半導體開關HS2及LS1。透過該等分別連接UB且接通至通路的半導體開關HS1或HS2以及該等互補且同樣接通至通路的半導體開關LS2或LS1實現自正電源電壓+UB通過該線圈直至地線GND的電流路徑。
藉由線圈L_coil上的正電源電壓+UB在線圈L_coil中產生增大的電流。在連續接通半導體開關HS1及LS1時，圖8b中的線圈中的電流朝右定向，而在連續接通半導體開關HS2及LS2時，該電流朝左定向。為引發線圈電流之較弱的電流滅弧，可接通半導體開關LS1或LS2並斷開HS1及HS2。作為替代方案，可接通半導體開關HS1或HS2並斷開LS1及LS2。以此種方式產生續流電路，在該續流電路中設有線圈的內阻R_coil以及半導體開關及二極體的內阻。此點致使該線圈電流緩慢減小。如前文結合圖8a所述，此點在圖10中在3.5毫秒與6.5毫秒之時間點間得以體現。針對較強電流滅弧法的工作截止所有四個半導體開關HS1、HS2、LS1及LS2。該線圈電流僅可沿導通方向經由該等二極體中的兩個流入該提供正電源電壓+UB的供電裝置，即在通過線圈L_coil的電流朝左定向的情況下，流徑二極體D1及D4，在通過線圈L_coil的電流朝右定向的情況下，流徑二極體D2及D3。以此種方式將該線圈電流回輸至該供電裝置。
半導體開關HS1及HS2為增強型p溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)，而半導體開關LS1及LS2為增強型n溝道MOSFET(金屬氧化物半場效電晶體)。亦可使用其他半導體開關，其中可將該控制邏輯相應地與其相匹配。
圖9為該線圈上的電壓在時間t內的曲線圖。在0秒至3.5 毫秒間的接通工作期間，在該線圈上存在正電源電壓+UB。在於3.5毫秒結束接通時間後，電壓U降低至幾乎為0。該電壓因該等斷開之半導體開關的內阻而略微為負。在實施該較強之電流滅弧法後，該電壓顯著減小，其中該電壓可達到大於正電源電壓+UB之絕對值的負值。就此種較強的負電壓而言，該電壓至少大致漸進地接近0伏。
圖10為通過該線圈的電流在一段時間內的曲線圖，其中該時間段與圖9所示時間段相同。該圖示出，在0秒至3.5毫秒之時間點間，該電流強度大致恆定地增大。此點符合圖8a及8b中之控制電路的接通工作。在3.5毫秒與6.5毫秒之時間點間採用較弱的電流滅弧法，從而使電流強度I緩慢減小3.5毫秒時所達到的峰值之約3/4。在6.5毫秒之時間點上，圖8a及8b的控制電路轉換至較強的滅弧法。此點致使該電流在數百微秒內顯著減小並隨後漸進地接近無電流狀態，其中僅產生特別小的電流強度。
1:線圈
2:活塞
3:氣缸
4:活塞頭
5:螺簧
6:止推件
7:閥組
8:止動件

Claims (14)

  1. 一種操作藉由電磁鐵的線圈(1)驅動之活塞泵的方法，其中該活塞泵之活塞(2)可藉由該電磁鐵反向於復位力運動，其中在接通時間內，對該線圈(1)施加電壓(U)，使得電流(I)流過該線圈(1)並使該活塞(2)加速，其特徵在於，將兩個不同的滅弧法用於該線圈(1)中的電流(I)，當識別到該活塞(2)反向於該復位力運動時，將該電磁鐵的接通時共同結束，且在對該活塞(2)進行加速後方採用弱滅弧法並隨後採用強滅弧法，且採用該弱滅弧法以將該活塞保持在一止動件上。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中，在該活塞(2)到達該止動件前、在該活塞(2)到達該止動件的時間點上以及在該活塞(2)到達該止動件後，實施該弱滅弧法。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中，在該弱滅弧法使用結束後，實施該強滅弧法，其中該復位力使該活塞(2)遠離該止動件。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中，就該弱滅弧法而言，引起該線圈(1)中的電流(I)發生滅弧的方式在於，透過斷開的半導體開關(HS1，HS2，LS1，LS2)使該線圈(1)短路。
  5. 如申請專利範圍第1至3項任一項之方法，其中：在該強滅弧法時，在該線圈(1)中將該電流滅弧，其中該線圈(1)利用一電阻(R1)短路。
  6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中：該電阻(R1)為一歐姆式電阻 或係為一種具半導體過渡電阻的半導體元件。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中：該具半導體過渡電阻的電阻元件為一種稽納二極體(ZD1)。
  8. 如申請專利範圍第7項之方法，其中，在藉由該強滅弧法對該線圈(1)中的電流(I)進行滅弧時，將能量回輸至供能裝置。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中，該接通時間可根據內燃機的所需燃料體積流量進行調整。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中，該接通時間可根據該施加至該線圈(1)的電壓(U)進行調整。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中，該活塞泵的控制頻率可根據內燃機的所需燃料體積流量進行調整。
  12. 一種用於操作可藉由電磁鐵之線圈(1)驅動的具有活塞(2)之活塞泵的電氣電路裝置，其中，該電氣電路裝置包括具有至少兩個半導體開關(HS1，HS2，LS1，LS2)的半導體開關裝置，其中在接通工作類型中，該線圈(1)可藉由該半導體開關裝置接通至供電裝置之正電源電壓(+UB)與地線(GND)間的電流路徑，使得該活塞(2)可被加速，以及，在採用弱滅弧的保持工作類型中，該線圈(1)可藉由該半導體開關裝置脫離針對該接通工作類型之電流路徑並可藉由一或多個半導體開關(HS1，HS2，LS1，LS2)接通至續流電路，以及，在採用強滅弧法的工作類型中，適於藉由該半導體開關裝置將該線圈(1)接通至包括吸能裝置的續流電路。
  13. 一種用於操作藉由電磁鐵之線圈(1)驅動的具有活塞之活塞泵的電氣 電路裝置，其中，該電氣電路裝置包括適於實施如申請專利範圍第1至11中任一項之方法的一控制裝置。
  14. 一種藉由電磁鐵之線圈(1)驅動之具有控制裝置的活塞泵，其中，該控制裝置包括如申請專利範圍第12項之電氣電路裝置。
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