專利名稱：控制泵送組件的方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及一種用于泵送流體的設備和用于控制該設備的方法。
背景技術：
已經(jīng)開發(fā)出多種用于排送由電力驅(qū)動產(chǎn)生的壓力流體的泵。例如， 在某些燃料噴射系統(tǒng)中，燃料通過往復式泵組件排送，該往復式泵組件 由通常來自汽車電力系統(tǒng)的電流驅(qū)動.在一種這樣的燃料泵設計中，磁 阻間隙線圏置于螺線管外殼中，電樞以可移動方式安裝在該外殼內(nèi)并固 定到導管。螺線管線團可被通電以迫使電樞朝環(huán)繞螺線管線團所限定的 磁路中的磁阻間隙移動。導管與電樞一起移動，進入泵部分并從其中退 出。通過導管進入并退出泵部分的往復運動，流體在工作過程中被吸入 泵部分并從泵部分排出。
在上述類型的泵中，電樞和導管通常在一個或多個偏置彈簧的作用 下回復到其初始位置。在燃料噴嘴連接到泵的情況下，輔助偏置彈簧可 用于使燃料噴嘴回復到其初始位置.當中止向線團提供通電電流時，偏 置彈簧的組合迫使整個驅(qū)動組件回復到其初始位置。所得到的設備的周 期是螺線管線團通電時的增壓沖程所需時間與使電樞和導管回復到其 初始位置以^ii行下一增壓沖程所需時間的總和，螺線管線團通電時驅(qū)
動組件向致動位置移動。發(fā)動機速度通常是燃料進入燃燒室的流速的函 數(shù)。增加發(fā)動機速度能夠縮短每個燃燒周期時間段。因此，如果要增加 發(fā)動機速度的話，燃料輸送系統(tǒng)必須以逐漸加快的速度為每個燃燒循環(huán) 提供預期體積的燃料。
這種泵用于要求嚴格的場合，例如用于給內(nèi)燃機的燃燒室提供燃料 的場合，周期極短。該周期指的是燃料噴射器裝載燃料、將燃料排到燃 燒室并回復到其初始位置以便重新開始下一個循環(huán)總共需要的時間。燃 料噴射器的周期通常很短。例如，用于直接噴射系統(tǒng)中的噴射器的周期
能夠達到0.01秒。那就是說，該噴射器在一秒鐘內(nèi)能夠?qū)⒀b載燃料、將 燃料排到燃燒室、以及重新裝載以便進行下一循環(huán)的動作進行100次。
盡管該周期似乎非常短，但是在可能的情況下還希望進一步減少該時 間。
而且，泵沖程循環(huán)開始和結(jié)束時的可重復性和精度對于在工作條件 變化的情況下優(yōu)化發(fā)動機的性能非常重要。盡管可以通過提供用于使往 復式驅(qū)動組件回復到初始位置的強度較大的彈簧來縮短周期，但是在螺 線管通電的情況下，這種彈簧具有在驅(qū)動組件上施加方向相反的力的負 面效應。因此必須通過相應增加螺線管通電產(chǎn)生的力來克服這種力。然 而，在某些時候，由于電力部件的限制以及由于電力損耗而產(chǎn)生的熱量， 這種力所需的電流能級變得不為人們所期望。
在例如那些用于摩托車和雪地汽車之類的高性能發(fā)動機中，發(fā)動機 速度能夠達到非常高的級別，這意味著周期非常短。為了實現(xiàn)這一目的， 電樞和導管需要非?？斓鼗貜偷狡涑跏嘉恢谩＿@意味著電樞和導管在較 高的速度下回復到初始位置。當電樞高速沖擊外殼時，沖擊力會使電樞 反彈，從而意味著電樞在被彈簧的偏置力推回到初始位置之前會從外殼 移開。這可能導致在開始下一個噴射過程時電樞不在正確的初始位置， 因此降低了噴射器的精度。
另外，近年來發(fā)動機產(chǎn)生的噪音級別已經(jīng)被大幅度降低。這導致之 前聽不到的噪音，尤其是發(fā)動機低速工作時的噪音，現(xiàn)在會被聽到。此 類噪音之一就是在電樞回復到初始位置時沖擊外殼時由噴射器產(chǎn)生的 "卡嗒"聲。這種"卡嗒"聲可能是發(fā)動機使用者所不允許的。在線性 往復式液壓泵用于其他產(chǎn)生較小噪音的設備時，那種情況也是很麻煩
的。
鑒于上述問題，需要不僅控制泵沖程循環(huán)的開始而且控制泵沖程循 環(huán)的結(jié)束以便改進前述問題中一個或多個。
因此需要一種在線性往復式液壓泵中泵送流體的改進技術。特別需 要提供一種在保持甚至增加液壓泵精度的情況下為液壓泵提供短周期 的改進技術。
還需要一種減少線性往復式液壓泵產(chǎn)生的噪音的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于在往復式泵裝置中泵送流體的新技術，該往復 式泵裝置設計成滿足至少一個、優(yōu)選所有這些需要。該技術特別適用于 在例如燃燒室燃料噴射系統(tǒng)之類的燃料輸送系統(tǒng)中使用。該泵送驅(qū)動系 統(tǒng)提供優(yōu)于已知裝置的優(yōu)點，包括減少周期等。
該技術基于采用至少 一個永磁鐵和至少 一個線團組件的泵送組件， 永磁鐵和線團組件之一至少部分地形成驅(qū)動組件。線團組件通過可逆電 路循環(huán)通電以使驅(qū)動組件產(chǎn)生往復運動，驅(qū)動組件可直接聯(lián)接到線團。 驅(qū)動組件可延伸到泵部分中，并在往復運動的過程中通過插入和抽出泵 部分導致流體壓力產(chǎn)生變化。泵部分內(nèi)的例如單向閥之類的閥通過壓力 變化致動，從而允許流體被吸入泵部分并從其中排出。
更具體地說，驅(qū)動組件具有往復式線閨組件，極性交變的控制信號 通過可逆電路施加給線團組件。驅(qū)動部分的永磁鐵結(jié)構產(chǎn)生磁場，該磁 場與給線團提供控制信號時產(chǎn)生的電磁場相互作用。根據(jù)施加給線圉的 控制信號的極性，力沿兩個方向之一施加給線團?？赡骐娐丰娪么鎯﹄?容器和若干開關以便在驅(qū)動組件被向下驅(qū)動時獲得線團往復的能量。電 容器放電時該電能被循環(huán)利用，從而使通過線圍的電流極性相反并將驅(qū) 動組件向上驅(qū)動到其初始位置。驅(qū)動構件將線團的運動傳遞到泵元件， 泵元件與線團一起往復運動從而在每個泵循環(huán)過程中將流體吸入泵室 并從泵室排出。
本發(fā)明實施方式的一個方面提供一種移動泵送組件的方法，該方法
減小線性往復式液壓泵產(chǎn)生的"卡嗒"噪音。
本發(fā)明實施方式的另一方面提供一種移動泵送組件的方法，該方法 減小驅(qū)動組件與線性往復式液壓泵的外殼之間的沖擊速度，從而提高泵 在短周期工作時的精度。
本發(fā)明實施方式的又一方面提供一種在一系列發(fā)動機速度下操作 用于內(nèi)燃機的燃料噴射器的方法。
應當指出的是，本發(fā)明的某些實施方式可能覆蓋本發(fā)明的多個方面。
本發(fā)明涉及一種移動例如上述泵送組件之類的泵送組件的方法。在 第一步中，施加沿第一方向流過線團組件的第一電流以便移動驅(qū)動組件 離開初始位置從而產(chǎn)生第一泵送運動。然后，驅(qū)動組件回復到初始位置 從而產(chǎn)生第二泵送運動。在第二泵送運動臨近結(jié)束的某個時間點，施加 沿第 一方向流過線困組件的第二電流以便使驅(qū)動組件在到達初始位置 之前減速。
能夠預期的是，可施加沿第二方向流過線團組件的第三電流以使或 幫助驅(qū)動組件回復到初始位置。
本發(fā)明還涉及一種控制用于內(nèi)燃機的燃料噴射器的方法。該方法包 括提供噴射控制器，該噴射控制器通過給驅(qū)動組件施加通電信號來控制 該燃料噴射器。通電信號的組合為波形。噴射控制器施加最適合發(fā)動機 工作條件的波形并可以在發(fā)動機工作條件變化時采用不同的波形。
更具體地說，在第一步中，設置噴射控制器使其給燃料噴射器的驅(qū) 動組件施加信號波形以控制驅(qū)動組件的運動。該信號波形由第一、第二、 以及第三通電信號中至少一個組成。第一通電信號移動驅(qū)動組件離開初 始位置從而產(chǎn)生第一泵送運動。第二通電信號使驅(qū)動組件回復到其初始 位置從而產(chǎn)生第二泵送運動。第三通電信號使泵送組件在到達其初始位 置之前減速。由第一和第三通電信號組成的第一信號波形在發(fā)動機速度 的第一范圍內(nèi)施加給驅(qū)動組件。至少由第一和第二通電信號組成的第二 信號波形在大于第一范圍的第二發(fā)動機速度范圍內(nèi)施加給驅(qū)動組件。
能夠預期的是，第二信號波形也可包括第三通電信號。
還能夠預期的是，由第一、第二、以及第三信號組成的第三信號波 形可在大于第二范圍的第三發(fā)動機速度范圍內(nèi)施加給驅(qū)動組件。


通過閱讀下面的詳細描述并參照附圖，本發(fā)明的上述優(yōu)點以及其他
優(yōu)點將變得明顯，附圖中
圖l是用于將燃料噴射到內(nèi)燃機中的一系列液壓泵組件的簡圖2是根據(jù)本技術的用于排送壓力流體，例如用于將燃料噴射到圖1所 示內(nèi)燃機的燃燒室內(nèi)的示例性泵的局部截面圖3是圖2所示的泵通電時在泵送階段的局部截面圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的可逆電路和電流的電路圖5是圖4所示可逆電路的示例性實施方式；以及
圖6是對應于圖4和5所示可逆電路的電流波形；
圖7是對應于圖4和5所示可逆電路的另一電流波形；
圖8是對應于圖4和5所示可逆電路的又一電流波形。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，首先來看圖1，其中以簡圖的形式示出燃料噴射系 統(tǒng)10，該燃料噴射系統(tǒng)包括用于將加壓燃料排送到內(nèi)燃機12中的一系 列泵。雖然使用本技術的液壓泵可用于多種場合，但是它們特別適用于 燃料噴射系統(tǒng)，在燃料噴射系統(tǒng)中少量燃料被循環(huán)加壓以便根據(jù)發(fā)動機 功能的需求將燃料噴射到發(fā)動機的燃燒室中。所述泵可以如所示的實施 方式中一樣用于單個燃燒室，或者如在燃料軌、進料歧管等中通過多種 方式給燃料加壓。更常見地，本泵送技術可用于燃料噴射之外的場合(例 如排氣系統(tǒng)中的水噴射、潤滑油噴射)，例如用于響應于給驅(qū)動組件的 線團通電的電控制信號而排送壓力流體的系統(tǒng)中，下面將對此進行描
述。
在圖1所示的實施方式中，燃料噴射系統(tǒng)10包括燃料存儲箱14， 例如用于容納液態(tài)燃料儲備的箱體。第一泵16通過第一燃料管線15a 從存儲箱吸取燃料，并通過第二燃料管線15b將燃料輸送到分離器18。 在所示的實施方式中，盡管沒有分離器18系統(tǒng)也足以能夠工作，但是 分離器18用于確保燃料噴射系統(tǒng)的下游接收到液態(tài)燃料而非混合狀態(tài) 的燃料。第二泵20通過第三燃料管線15c從分離器18吸取液態(tài)燃料并 通過第四燃料管線15d和冷卻器22以及第五燃料管線15e將燃料輸送 到進料或入口歧管24。冷卻器22可以是任何適合類型的流體冷卻器， 包括空氣和液體加熱交換器、散熱器等。
來自進料歧管24的燃料用于噴射到發(fā)動機12的燃燒室內(nèi)，下面將 更全面地對此進行描述。返回歧管26被設置用來使沒有噴射到發(fā)動機 的燃燒室內(nèi)的流體重新循環(huán)。在所示的實施方式中，調(diào)壓閥28通過第 六燃料管線15f聯(lián)接到返回歧管26，并用于維持返回歧管26內(nèi)的預期 壓力。經(jīng)調(diào)壓閥28返回的流體通過第七燃料管線15g重新循環(huán)到收集 如圖中以標號30示出的液態(tài)燃料的分離器18中。圖1中以標號32示 出的燃料的氣態(tài)組分可升離燃料表面，并且可以根據(jù)分離器內(nèi)液態(tài)燃料 高度而經(jīng)由浮球閥34逃逸。浮球閥34包括一個浮子，該浮子對聯(lián)接到 通氣管線36的通氣閥進行操作。通氣管線36被設置用來使氣態(tài)組分逃 逸，例如用于再次加壓、再循環(huán)等。該浮子漂浮在分離器18內(nèi)的液態(tài) 燃料30上并基于液態(tài)燃料30的高度和分離器18內(nèi)存在的蒸汽來調(diào)節(jié) 通氣閥。
發(fā)動機12包括用于驅(qū)動輸出軸(未圖示)旋轉(zhuǎn)的一系列汽缸或燃 燒室38。如本領域的技術人員所能夠理解的，根據(jù)發(fā)動機設計的不同， 活塞(未圖示)響應燃燒室內(nèi)的燃料燃燒情況而在每個燃燒室內(nèi)被往復 驅(qū)動?；钊谌紵覂?nèi)的沖程使得用于隨后的燃燒循環(huán)中的清新空氣得 以進入燃燒室，同時將燃燒產(chǎn)物從燃燒室中排出去。盡管本實施方式采 用直列式二沖程發(fā)動機設計，但是根據(jù)本技術的泵適用于多種場合和發(fā) 動機設計，包括二沖程循環(huán)發(fā)動機之外的其他發(fā)動機類型。
在所示的實施方式中，往復泵40，在該例中是燃料噴射器，與每個 燃燒室38相關聯(lián)，從而將加壓燃料從進料歧管24吸出，并進一步對燃
10
料加壓以便將其噴射到相應燃燒室38內(nèi)。噴嘴42被設置用來將每個往 復泵40下游的加壓燃料噴射成霧狀。雖然本技術不限于任何特定的噴 射系統(tǒng)或噴射方案，但是在所示的實施方式中，在液態(tài)燃料中產(chǎn)生的壓 力脈沖迫使用于缸內(nèi)直接噴射的噴嘴42的噴口或出口處形成燃料噴霧 43。往復泵40的操作由噴射控制器44控制。噴射控制器44通常包括 已編程微處理器或其他數(shù)字處理電路以及用于存儲給泵提供控制信號 所用線路的存儲器，并將通電信號施于泵從而使它們以下文將更全面進 行描述的多種方式中的任一種方式進行往復運動。
圖2和3示出一種例如用于圖l所示類型燃料噴射系統(tǒng)中的示例性 往復泵組件。具體而言，圖2示出一種泵及噴嘴組件100,其包括根據(jù) 本技術驅(qū)動的泵。組件100主要包括驅(qū)動部分102和泵部分104。驅(qū)動 部分102設計成對施加給驅(qū)動部分的致動線團的反極性控制信號作出響 應而使泵部分104內(nèi)產(chǎn)生往復式泵送作用，下面將更詳細地對此進行描 述。因此，可通過改變施加給驅(qū)動部分102的交變極性信號的波形來控 制泵部分104的輸出特性。在當前設想的實施方式中，圖2所示的泵及 噴嘴組件100特別適合于在圖l所示內(nèi)燃機中應用.而且，在圖2所示 的實施方式中，噴嘴組件直接安裝在泵部分104的出口處，從而使得圖 1中的泵40和噴嘴42結(jié)合為單個組件100。如上所示，在適當?shù)膱龊?中，例如在將壓力流體輸送給歧管、燃料軌、或其他下游部件的場合中， 泵40可與噴嘴42相分離。
如圖2所示，驅(qū)動部分102包括外殼106，該外殼106被i殳計成在 工作過程中接收并支撐驅(qū)動部分102以及將部件密封在外殼106內(nèi)。驅(qū) 動部分102進一步包括至少一個永磁鐵108,在所示的優(yōu)選實施方式中， 其包括一對永磁鐵108和110。永磁鐵108和110彼此隔開并設置得臨 近中央鐵芯112，該中央鐵芯112由例如鐵磁材料之類能夠傳導磁通量 的材料制成。繞線管114設置在永磁鐵108和110以及鐵芯112周圍。 雖然磁鐵108和110以及鐵芯112固定地支撐在外殼106內(nèi)，但是繞線 管114能夠相對于這些部件縱向地自由滑動。也就是^L,繞線管114環(huán) 繞鐵芯112，并且可在圖2所示方向上相對于鐵芯向上及向下滑動。線 圏116纏繞在繞線管114內(nèi)，并且線圏的自由端聯(lián)接到用于接收通電控 制信號的引線L，該通電控制信號例如來自如圖l所示以及參照圖4進 一步論述的噴射控制器44。繞線管114進一步包括延伸部118，該延伸
部118從繞線管114的、安裝線圏116以驅(qū)動泵部分104的區(qū)域伸出， 下面將對此進行描述。雖然圖2僅示出一個延伸部，但應當理解的是， 繞線管114可包括沿繞線管114周向設置的一系列延伸部。最后，驅(qū)動 部分102包括支撐體或隔離體120，該支撐體或隔離體幫助支撐永磁鐵 108和110以及中央鐵芯112并幫助將驅(qū)動部分102和泵部分104隔開。 然而，應當指出的是，在所示的實施方式中，驅(qū)動部分102的內(nèi)部空間， 包括其內(nèi)設置線圍116的空間，在工作過程中充滿了例如用于冷卻目的 之類的流體。
驅(qū)動構件122借助于延伸部118固定到繞線管114。在所示的實施 方式中，驅(qū)動構件122形成總體上為杯狀的板，該杯狀板具有用于流體 穿行的中央孔。驅(qū)動構件122的杯子形狀有助于對柱塞124定中心，柱 塞124設置在驅(qū)動構件122的凹形部內(nèi)。柱塞124優(yōu)選地具有從柱塞124 的尾部延伸到頭部區(qū)域128的縱向中央開口或中央孔126，頭部區(qū)域128 設計成接觸并抵靠驅(qū)動構件122。偏置彈簧130被壓縮在頭部區(qū)域128 和泵部分104的下部件之間以使柱塞124、驅(qū)動構件122、以及繞線管 114和線團116保持在初始位置。因此，本領域的技術人員能夠理解， 柱塞124、驅(qū)動構件122、延伸部118、繞線管114、以及線團116形成 往復驅(qū)動組件，在設備工作過程中，該往復驅(qū)動組件被驅(qū)動而進行振蕩 運動，下面將更全面地對此進行描述。應當理解的是，其他類型和構造 的驅(qū)動組件也可用于本發(fā)明中。
驅(qū)動部分102和泵部分104 "^殳計成彼此對接，優(yōu)選"&計成4吏這些部 件能夠作為子組件獨立制造和安裝并使它們能夠根據(jù)需要被使用。在所 示的實施方式中，驅(qū)動部分102的外殼106在裙部132處終止，裙部132 繞泵部分104的周壁134固定。驅(qū)動部分102和泵部分104優(yōu)選地例如 通過軟密封件136密封?；蛘?，這些外殼可通過螺紋接合或其他任何適 當技術相連接。
泵部分104形成中央孔138，該中央孔138設計成接收柱塞124。 孔138還用于在設備工作過程中為柱塞做往復運動進行導向。環(huán)形凹槽 140環(huán)繞孔138并接收偏置彈簧130，從而使偏置彈簧130保持在中央 位置以便進一步幫助導向柱塞124。在所示的實施方式中，頭部區(qū)域128 包括周向溝槽或凹槽142，其在與凹槽140相對的端部接收偏置彈簧
130。
閥構件144設置在泵部分104內(nèi)、置于柱塞124下方。在所示的實 施方式中，在工作過程中閥構件144形成柱塞124的可分離延伸部，但 是當柱塞124如圖2所示地收回時閥構件144與柱塞124隔開間隙146。 間隙146通過限制閥構件144的上行運動形成，例如通過限制限定孔138 的周壁來形成。可在此位置設置溝槽(未圖示)，以在該柱塞行進到其 收回位置時使環(huán)繞閥構件144的流體能夠流過。如下面更全面地描述的， 間隙146容許包括柱塞124的整個往復驅(qū)動組件在接觸閥構件144以壓 縮流體并從泵部分排出流體之前，在增壓沖程內(nèi)獲得動量。
閥構件144i殳置在泵室148內(nèi)。泵室148接收來自入口 150的流體。 因此入口 150包括入口通道152,例如加壓燃料之類的流體通過入口通 道152引入泵室148?？傮w上以標號154標示的單向閥組件"^殳置在入口 通道152和泵室148之間，在設備的增壓沖程中，單向閥組件由泵室148 內(nèi)產(chǎn)生的壓力關閉.在所示的實施方式中，流體通道156設置在入口通 道152和驅(qū)動部分102的部件所處的空間之間。流體通道156可使流體 自由流入驅(qū)動部分102，以確保驅(qū)動部分的部件浸泡在流體中。流體出 口 (未圖示)可通過相似的方式與驅(qū)動部分102的內(nèi)部空間流體連通， 以使來自驅(qū)動部分102的流體能夠再次循環(huán)。閥構件144由偏置彈簧158 保持在朝間隙146偏置的位置。在所示的實施方式中，偏置彈簧158在 閥構件144的上部和擋團160之間壓縮。
當由上述部件限定的泵用于直接燃料噴射時，作為一種示例性用 法，噴嘴組件162可直接結(jié)合進泵組件104下部。如圖2所示，示例性 噴嘴組件162包括密封地配合到泵部分104的噴嘴本體164。提動閥芯 166設置在形成于閥本體中的中央孔內(nèi)，并在收回位置與閥本體相密封 抵靠。保持構件168設置在提動閥芯166的上端部。保持構件168接觸 偏置彈簧170,該偏置彈簧170被壓縮在噴嘴本體164和保持構件168 之間以使提動閥芯166保持在噴嘴本體164內(nèi)的偏置的、密封位置。流 體自由地穿過泵室148流入環(huán)繞保持構件168和彈簧170的區(qū)域。所述 流體進一步流入在環(huán)繞提動閥芯166的噴嘴本體164中形成的通道172 內(nèi)。細長的環(huán)形流動通道174從通道172延伸到提動閥芯166的密封端。 如本領域的技術人員能夠理解的，其他部件可結(jié)合進驅(qū)動部分102、泵
部分104、或者噴嘴組件162中。例如，需要時，出口單向閥可定位在 泵室148的出口位置以使下游區(qū)域與泵室隔離。
圖3示出處于致動位置的圖2中的泵及噴嘴組件。如圖3所示，在 給線團116施加沿第一方向的通電電流時，線團116、繞線管114、延 伸部118、以及驅(qū)動構件122向下移動。這種向下移動是通過施加通電 電流給環(huán)繞線團116而在其周圍產(chǎn)生的電磁場與永磁鐵108和110產(chǎn)生 的磁場相互作用的結(jié)果。在該優(yōu)選實施方式中，這種磁場由鐵芯112加 強并引導。當驅(qū)動構件122在這些磁場的作用下被迫向下運動時，其接 觸柱塞124從而迫使柱塞克服彈簧130的阻力向下運動。在這種移動的 最初階段，由于間隙146 (見圖2)的存在，所以柱塞142可以自由延 伸到泵室148內(nèi)而不接觸閥構件144。因此柱塞142獲得動量，并最終 接觸閥構件144的上表面。柱塞124的下表面抵接閥構件144的上表面 并與閥構件144的上表面相密封，從而防止流體穿過柱塞142的通道126 向上流動，或者防止流體在柱塞142和泵部分104的孔138之間流動。 柱塞142和閥構件144的進一步下行運動開始壓縮泵室148內(nèi)的流體， 從而關閉入口單向閥154。
柱塞142和閥構件144的更進一步運動還產(chǎn)生壓力躍升或壓力峰 值，該壓力躍升或壓力峰值傳輸?shù)街T如噴嘴組件162的下游。在所示的 實施方式中，該壓力躍升迫使提動閥芯166離開噴嘴本體164，在壓縮 保持構件168和噴嘴本體164之間的彈簧170的壓縮作用下相對于噴嘴 本體164向下移動。因此例如燃料之類的流體176從噴嘴162噴灑或泄 出，例如直接進入?yún)⒄請Dl在上文所述的內(nèi)燃機的燃燒室中。如本領域 的技術人員所能夠理解的，在將極性相反的驅(qū)動信號或控制信號施加給 線團116時，所提供的信號沿第二方向穿過引線L，環(huán)繞線圍116的電 磁場將反向，從而使得由于該磁場與磁鐵108和110產(chǎn)生的磁場的相互 作用而施加給線團116的力方向相反。因此該力會驅(qū)動線圏116和往復 式驅(qū)動組件的其他部件朝其初始位置(圖2所示)回退。在所示的實施 方式中，當驅(qū)動構件122被向上驅(qū)動而朝圖2所示的初始位置回退時， 彈簧130迫使柱塞128朝其初始位置向上運動，彈簧158以相似的方式 迫使閥構件144朝初始位置回退。間隙126如圖2所示地重新形成，從 而可以開始新的泵送循環(huán)。在設有例如圖2和3所示噴嘴162的情況下， 噴嘴162被彈簧170的彈力以相似的方式關閉。在這種情況下，以及在
沒有設置這種噴嘴的情況下，或者在出口單向閥設置在泵室148出口處 的情況下，泵室148內(nèi)的壓力減小從而使入口單向閥154能夠重新打開 以便引入后續(xù)泵送循環(huán)所用流體。
在某些條件下，當驅(qū)動組件朝其初始位置向后運動時，可以給線圏 116施加信號以使驅(qū)動組件減速。該信號與使驅(qū)動組件朝致動位置運動 而施加的信號的極性相同，因此與其沿相同的方向穿過線圍116。通過 在驅(qū)動組件到達其初始位置之前施加這種信號，可以使驅(qū)動組件減速以 便減小或消除低速時的"卡嗒"噪音或者因為沖擊力被減小而防止驅(qū)動 組件在高速情況下產(chǎn)生反彈，下面將更詳細地對此進行描述。
通過適當?shù)卦O定借助引線L施加給線團116的驅(qū)動信號，本發(fā)明的 設備可以多種方式驅(qū)動。圖4示出根據(jù)本發(fā)明的基本電路。電路200提 供用于驅(qū)動機電螺線管的裝置，機電螺線管此處用于燃料噴射器內(nèi)，并 且所述裝置用于使圖2和3所示驅(qū)動組件加速往復運動.電壓源202用 于通過圖2和3所示的引線L給線閨116提供電流。還有一系列開關 206、 208以及210聯(lián)接到線團116。開關206、 208以及210設置成使 電容器212存儲電壓以便提供通過該電路的反向電流，這將為驅(qū)動組件 (圖2和3所示)的快速往復運動提供便利，下面將對此進行討論。最 初，第一開關206閉合，第二開關208和第三開關210打開。當電源202 施加電壓時，電流流過所示電流通路214示出的通路。因為第一開關206 閉合，而開關206又提供接地通路，因此電流214會從電源202流經(jīng)線 圏116和閉合的開關206并流入大地。這樣就啟動了線閨116，將電壓 源202產(chǎn)生的電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動組件操作燃料噴射系統(tǒng)的線性運動，如參 照圖2和3所進行的描述。
接下來，第一開關206打開，從而在線圍116上產(chǎn)生電壓。此時， 第二開關208閉合。來自電壓源202的電流流過所示電流通路216。電 流216從電壓源202流過線圍116和第二開關208以及電容器212。此 時，存儲在線團116中的電壓將轉(zhuǎn)移并存儲在電容器212中。電容器212 內(nèi)的電壓大小將根據(jù)第二開關208閉合時存儲在線圍116中的能量以及 電容器212的大小而變化。 一旦電容器212的電壓達到預定電壓值，第 二開關208就會打開，且第三開關210閉合。當存儲在電容器212中的 電壓高于電源202所產(chǎn)生的電壓時，就會引發(fā)這種情況。這時電流就會
如流動通道218所示地流過電路。電流218從電容器212流過第三開關 210并倒流過線圏116。該反向電流會使驅(qū)動組件回退到圖2所示的初 始位置。
接下來，在驅(qū)動組件到達其初始位置之前，第三開關210打開，第 一開關206閉合，由電壓源202施加電壓。電流再次流過電流通路214 所示的通路。這會產(chǎn)生能使驅(qū)動組件在到達其初始位置之前減速的力。 最后，第一開關206打開并且第二開關208閉合，從而使存儲在線圏116 中的電壓能以前述方式轉(zhuǎn)移到電容器212中。
通過采用反向電流218來提供根據(jù)本文所述實施方式的驅(qū)動組件的 往復運動，可獲得比基于諸如燃料噴射器之類系統(tǒng)的已有機電螺線管相 比更優(yōu)的若干特點。首先，如前所述以及如將參照圖6所述，可減少用 于燃料噴射的周期。其次，因為通過將來自線團116的能量存儲在電容 器212中并將該能量再循環(huán)利用以產(chǎn)生驅(qū)動組件的往復運動的方式所述 系統(tǒng)能夠循環(huán)利用能量，所以可減小噴射系統(tǒng)的能耗。再次，還可以減 小第一開關206的功率消耗。
通過在驅(qū)動組件到達其初始位置之前施加通過電流通道214的電流 以使其減速，因此驅(qū)動組件與外殼之間的沖擊力得以減小。在低速時， 這能夠減小"卡嗒"噪音。在高速時，這能夠防止驅(qū)動組件反彈，因此 改善后續(xù)泵送循環(huán)的精度。
圖5示出使用本技術的電路的一種具體實施方式
。然而，應當指出 的是，可采用圖5所示特定元件的任何適當替代物。圖5示出電壓源302， 其可以是55伏電源。電壓源302聯(lián)接到線團16的一根引線。線圏116 的第二引線聯(lián)接到開關306、 308以及310。圖5所示的實施方式中的第 一開關是N溝道金屬氧化物半導體場效應晶體管(n-channel MOSFET ) 306。 MOSFET 306的漏極聯(lián)接到線團116的第二引線。MOSFET 306 的源極通過電阻312接地。MOSFET 306的柵極聯(lián)接到如參照圖1所述 的噴射控制器44的微控制器314。
如參照圖4所進行的描述，最初，第一開關306閉合，因此電流從 電壓源302流過線圏116和MOSFET 306并流入大地。然后微控制器 314會閉合MOSFET 306，從而打開柵極并為在線團116內(nèi)存儲能量提供便利。在該具體實施方式
中，第二開關示出為二極管308。在這種構 造中， 一旦線圏116獲得超過0.7伏的電荷，電流最初將流過二極管308。 將二極管308用作第二開關的一個優(yōu)點是 一旦線圏116達到比電容器 316的電壓高的某一閾值電壓，電流將自動流過二極管308。此處，線 圏116的電壓僅需高于電容器316的電壓0.7伏即可啟動該開關。由于 具有自動啟動功能，開關308無需聯(lián)接到微控制器。這可減小電路成本 和設計的復雜程度。然而，顯而易見的是，只要線圍116的電壓達到比 電容器316的電壓高的某一更大閾值時開關能夠閉合的話，則可采用任 一種構造.能量存儲在電容器316中直到微控制器318閉合第三開關310的時 刻。此時，存儲在電容器316中的電壓會回到線團116中，從而為驅(qū)動 構件122 (示于圖2和3中)以較高的速度進行往復運動提供便利。此 處，第三開關310用二極管320和322、電阻324和326和328、以及 晶體管330來構造。然而，顯而易見的是，任何優(yōu)選的開關電路皆可用 于開關310。接下來，在驅(qū)動組件到達其初始位置之前，第三開關310打開，第 一開關306閉合，電壓由電壓源302施加。這4吏驅(qū)動組件在到達其初始 位置之前減速。然后，第一開關306打開電流流過二極管308，使得存 儲在線閨116中的電壓以前述方式轉(zhuǎn)移到電容器316中。圖6示出根據(jù)圖4和5所示的實施方式的電流波形。 一個噴射循環(huán) 的常規(guī)周期大于10ms。然而，本實施方式使噴射時間保持在1-7 ms 范圍內(nèi)，下面進一步對此進行描述。波形400在圖6中關于時間示出。 波形400的第 一段402示出對應于圖4中電流通路214的燃料噴射過程。 根據(jù)本實施方式的、用于燃料噴射的周期通常小于3.5ms。曲線400的 第二段404示出當能量如圖4中電流通路216所示地從燃料噴射線團散 入電容器時電容器充電的過程。沿著在電容器充電的時間段404與電容 器沿如曲線段408所示的反向放電通過燃料噴射器的時間段之間的曲 線，還存在一些時間406。電容器通過線圍的能量耗散充電以及電容器而變化。然而，在本實施方式中，周期可少于3.5ms。圖7示出才艮據(jù)圖4和5所示的實施方式的另一電流波形500。波形 500特別適用于相對較長的周期，它在發(fā)動機應用中對應于2000 RPM 以下的速度，下面將對此進行更詳細的說明。波形500的第一段502示 出與圖4中的電流通路214對應的燃料噴射過程。波形500的第二段504 示出當能量如圖4中電流通路216所示地從燃料噴射線團散入電容器中 時電容器充電的過程。由于波形500用于周期相對較長的情況，所以無 需使電容器放電以迫使驅(qū)動構件122沿相反方向運動。僅彈簧130的偏 置力就足以使驅(qū)動構件122及時返回以便進行下一噴射循環(huán)。第三段 506對應于使用彈簧130使驅(qū)動構件122返回其初始位置所用的時間部 分。波形500的第四段512示出正好在驅(qū)動構件122到達其初始位置之 前的時刻施加通過電流通路214的電流。這具有使驅(qū)動構件122、線圈 116、以及繞線管114減速的作用。對應于第三段506和第四段512的 信號優(yōu)選地設定成使得驅(qū)動構件122、線團116、以及繞線管114的速 度在繞線管114沖擊外殼106之前盡可能地接近于零。波形500的第五 段514再次示出當能量如圖4中電流通路216所示地從燃料噴射器線團 散入電容器中時電容器充電的過程。如上所示，波形500特別適用于周期相對較長的應用，這種情況下 使用噴射器的設備產(chǎn)生的噪音會相對較小。在發(fā)動機應用中，這對應小 于2000 RPM的發(fā)動機速度。在之前應用中的這些情況下，繞線管114 沖擊外殼106產(chǎn)生的噪音可能聽起來像"卡嗒"噪音。通過施加對應于 第四段512的信號，在繞線管114沖擊外殼106之前其速度便被減小， 因而減小了 "卡嗒"噪音。優(yōu)選地，該"卡嗒"噪音級別被減小到其級 別低于操作環(huán)境的噪音的級別，從而不會被聽到。同時，由于不施加用 于使驅(qū)動構件122返回到其初始位置的反向電流，所以采用波形500時 線團116產(chǎn)生最少的熱量。盡管波形500在發(fā)動機低速的情況下提供更 多優(yōu)點，但其也可應用在其他速度的情況下。圖8示出根據(jù)圖4和5所示的實施方式的又一電流波形600。波形 600特別適用于周期短的應用，下面將對此進行更詳細的說明。波形600 的第一段602示出與圖4中的電流通路214對應的燃料噴射過程。波形 600的第二段604示出當能量如圖4中電流通路216所示地從燃料噴射 線團散入電容器中時電容器充電的過程。沿著在電容器充電的時間段 604與電容器沿如第四曲線段608所示的反向放電通過燃料噴射器的時 間段之間的曲線，還存在一些時間，這些時間被第三段606示出。然后，
沿著在電容器放電的時間段608與施加第六段612所示信號的時間段之 間的曲線，還存在一些時間，這些時間被第五段610示出。波形600的 第六段612示出正好在驅(qū)動構件122到達其初始位置之前施加通過電流 通路214的電流。這具有使驅(qū)動構件122、線團116、以及繞線管114 減速的作用。對應于第五段610和第六段612的信號優(yōu)選地設定成使得 驅(qū)動構件122、線圏116、以及繞線管114的速度在繞線管114沖擊外 殼106之前盡可能地接近于零。波形600的第七段614示出當能量如圖 4中電流通路216所示地從燃料噴射線團散入電容器中時電容器再次充 電的過程。如上所示，波形600特別適用于周期相對較短的應用，這種情況下 繞線管114在之前的應用中會以極高的速度沖擊外殼106。在之前應用 中的這些情況下，沖擊力會導致繞線管反彈。這可能導致開始下一個噴 射過程時電樞不在正確的初始位置，因此降低了噴射器的精度。通過施 加對應于第六段612的信號，在繞線管114沖擊外殼106之前其速度便 被減到最小，因此減小了沖擊力并減小甚至消除了繞線管反彈的時間。 優(yōu)選地，沖擊力被減小到繞線管在沖擊時不會被彈回的級別。盡管波形 600在發(fā)動機高速的情況下提供更多優(yōu)點，但是根據(jù)應用場合，其也可 用于大多數(shù)甚至所有發(fā)動機速度。例如，在發(fā)動機低速的情況下，波形 600的第六段612將提供與波形500的第四段512相同的優(yōu)點。能夠預期的是，多個波形400、 500、以及600可用于整個發(fā)動機速 度范圍內(nèi)。由于每個波形特別適用于特定的發(fā)動機工作條件，所以通過 在不同速度范圍內(nèi)應用不同的波形，可以在整個速度范圍內(nèi)獲得改善的 操作。例如，在低速情況下波形500使用，然后當發(fā)動機速度增加時，例 如高于2000 RPM,使用波形400直至發(fā)動機速度可以使繞線管反彈。 超過該速度，使用波形600。在其他情況下，也可以僅在低速時采用波 形400而在其他速度時采用波形600。最后，在其他情況下，也能夠預期在整個發(fā)動機速度范圍內(nèi)采用波 形600。僅采用單個波形還是采用多個波形以及采用哪種波形組合取決于 發(fā)動機的工作特性和工作條件。雖然具體實施方式
已通過實例示出在附圖中并且已被詳細描述，但是本發(fā)明易于做出各種改型和可替代形式。因而，應當理解的是，本發(fā) 明不限于所披露的具體形式。相反，本發(fā)明覆蓋落入后附權利要求所限 定的主旨和范圍內(nèi)的所有改型、等同體、以及可替代形式。
權利要求
1.一種移動泵送組件的方法，包括下列步驟(a)給線圈組件通電以便使驅(qū)動組件從初始位置向致動位置移動，從而至少部分地產(chǎn)生第一泵送運動；(b)使所述驅(qū)動組件回復到所述初始位置從而至少部分地產(chǎn)生第二泵送運動；以及(c)在使所述驅(qū)動組件向所述初始位置回復的同時，給所述線圈組件通電從而使所述驅(qū)動組件在到達所述初始位置之前減速。
2. 根據(jù)權利要求l所述的方法，其中，步驟(a)通過施加沿第一 方向流過所述線團組件的第一電流來實現(xiàn)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的方法，其中，步驟(c)通過施加沿第一 方向流過所述線團組件的第二電流來實現(xiàn)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，步驟(b)至少部分地通過 偏置彈簧來實現(xiàn)。
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其中，步驟(b)進一步通過施加 沿第二方向流過所述線團組件的第三電流從而幫助所述驅(qū)動組件回復到所述初始位置來實現(xiàn)。
6. 根據(jù)權利要求5所述的方法，其中，所述第三電流從電容器流出。
7. 根據(jù)權利要求6所述的方法，其中，所述電容器電聯(lián)接到所述 線團組件并通過所述線圍組件放電來進行充電。
8. 根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括下列步驟 在施加所述第一電流和施加所述第三電流之間提供第 一延遲；以及 在施加所述第三電流和施加所述第二電流之間提供第二延遲。
9. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其中，步驟(b)通過施加沿第二 方向流過所述線圏組件的第三電流來實現(xiàn)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其中，所述第三電流從電容器流出。
11. 根據(jù)權利要求10所述的方法，其中，所述電容器電連接到所 述線圍組件并通過所述線圏組件放電來進行充電。
12. 根據(jù)權利要求9所述的方法，進一步包括下列步驟 在施加所述第一電流和施加所述第三電流之間提供第一延遲；以及 在施加所述第三電流和施加所述第二電流之間提供第二延遲。
13. —種用于內(nèi)燃機的燃料噴射系統(tǒng)，包括 燃料存儲箱；至少一個往復式燃料泵組件，其與所述燃料存儲箱流體連通，所述 至少 一個往復式燃料泵組件中的每個都包括外殼組件，其包括驅(qū)動部分和相鄰的泵部分； 永磁鐵，其具有第一磁場并設置在所述驅(qū)動部分中； 線團組件，其設置在所述驅(qū)動部分中并具有繞組，所述線圍組 件能夠沿軸線相對于所述永磁鐵在初始位置和致動位置之間往復運 動，所述線團組件至少部分地形成驅(qū)動組件；彈性構件，其將所述可移動構件偏置在初始位置；以及 泵組件，其設置在所述泵部分中，所述泵組件包括能夠往復運 動的泵構件，所述泵構件操作性地連接到所述驅(qū)動組件，因而所述驅(qū) 動組件運動會使所述泵構件運動；以及 控制器，其能夠產(chǎn)生選擇性地施加給所述繞組的多個信號，所述多 個信號包括具有第一極性的第一信號，其用于控制所述驅(qū)動組件在所述初 始位置和所述致動位置之間的運動；以及具有第一極性的第二信號，其用于在所述驅(qū)動組件回復到所述 初始位置之前使所述驅(qū)動組件減速。
14. 根據(jù)權利要求13所述的燃料噴射系統(tǒng)，其中，所述多個信號 進一步包括具有第二極性的第三信號，所述具有第二極性的第三信號用 于控制所述驅(qū)動組件在所述致動位置與所述初始位置之間的運動。
15. 根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射系統(tǒng)，其中，所述第三信號 從電容器流出。
16. 根據(jù)權利要求14所述的燃料噴射系統(tǒng)，其中，所述多個信號 這樣施加首先施加所述第一信號，其次施加所述第三信號，最后施加 所述第二信號。
17. 根據(jù)權利要求16所述的燃料噴射系統(tǒng)，其中，施加每個信號 之間都存在延遲。
18. —種控制用于內(nèi)燃機的燃料噴射器的方法，包括下列步驟(a) 提供能夠給所述燃料噴射器的驅(qū)動組件施加信號波形以控制 所述驅(qū)動組件運動的噴射控制器，所述信號波形由第一、第二以及第三通電信號中的至少一個組成， 所述第一通電信號用于移動所述驅(qū)動組件離開初始位置以便產(chǎn)生 第一泵送運動，所述笫二通電信號用于使所述驅(qū)動組件回復到所述初始位置以便 產(chǎn)生第二泵送運動，所述第三通電信號用于使所述泵送組件在到達所述初始位置之前 減速；(b) 在發(fā)動機速度的第一范圍內(nèi)給所述驅(qū)動組件施加包括所述第 一和第三通電信號的第一信號波形；以及(c) 在大于所述第一范圍的發(fā)動機速度的第二范圍內(nèi)給所述驅(qū)動 組件施加包括所述第一和第二通電信號的第二信號波形。
19. 根據(jù)權利要求18所述的方法，其中，所述第二信號波形進一 步包括所述第三通電信號。
20. 根據(jù)權利要求18所述的方法，進一步包括下列步驟(d) 在大于所述第二范圍的發(fā)動機速度的第三范圍內(nèi)，給所述驅(qū) 動組件施加包括所述第 一、第二以及第三通電信號的第三信號波形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動泵送組件的方法。在第一步中，施加沿第一方向流過線圈組件的第一電流以便移動驅(qū)動組件離開初始位置從而產(chǎn)生第一泵送運動。然后，該驅(qū)動組件回復到初始位置從而產(chǎn)生第二泵送運動。在該第二泵送運動臨近結(jié)束的某個時間點，施加沿該第一方向流過該線圈組件的第二電流以便使該驅(qū)動組件在到達初始位置之前減速?？墒┘友氐诙较蛄鬟^該線圈組件的第三電流以便使或幫助該驅(qū)動組件回復到初始位置。本發(fā)明還公開了一種能夠執(zhí)行該方法的設備。
文檔編號F02M51/04GK101115925SQ200680003722
公開日2008年1月30日 申請日期2006年2月2日 優(yōu)先權日2005年2月2日
發(fā)明者伊夫琳·布雷茲尼克, 塞巴斯蒂安·施特勞斯, 杰夫·吉倫, 達夫·索德曼, 邁克爾·弗倫希 申請人:龐巴迪動力產(chǎn)品美國公司