用于控制螺線管驅(qū)動式入口閥的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于控制螺線管驅(qū)動式入口閥的方法和裝置，其中燃料泵具有可往復(fù)運動地安裝在泵室中的活塞。所述方法包括以下步驟：對螺線管通電，以便與活塞的往復(fù)運動同步地打開閥；此后對螺線管斷電，以便與活塞的往復(fù)運動同步地啟動閥的閉合；以及在對螺線管斷電后，使閥的閉合減速。
【專利說明】用于控制螺線管驅(qū)動式入口閥的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一般涉及燃料泵，并且更特別地涉及用于控制燃料泵的螺線管驅(qū)動式入口閥從而減小發(fā)動機噪聲的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]直接燃料噴射內(nèi)燃發(fā)動機在汽車工業(yè)中已經(jīng)日益地得到普及。與其它類型的汽車內(nèi)燃發(fā)動機相比，這種直接噴射內(nèi)燃發(fā)動機享有改進的燃料經(jīng)濟性和發(fā)動機性能。
[0003]在直接燃料噴射內(nèi)燃發(fā)動機中，燃料噴射器直接通向發(fā)動機的內(nèi)燃室而不是進氣閥的上游。這樣，直接燃料噴射內(nèi)燃發(fā)動機必須產(chǎn)生相對高的燃料噴射壓力以便克服在對內(nèi)燃室的燃料噴射期間內(nèi)燃室中存在的高壓。
[0004]參考圖1，其用圖解方式示出用于汽車發(fā)動機(諸如直接噴射發(fā)動機)的傳統(tǒng)現(xiàn)有技術(shù)燃料輸送系統(tǒng)。燃料輸送系統(tǒng)20包括具有燃料加壓室24的燃料泵22?；钊?6可往復(fù)運動地安裝在室24內(nèi)，并且通過與發(fā)動機輸出軸(未示出)同步地旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的凸輪28而被可往復(fù)運動地驅(qū)動。
[0005]燃料箱30通過入口閥32提供燃料到加壓室24。螺線管34與入口閥32機械耦合，并且在通電時將閥移動到打開位置，并且相反地，在斷電時將閥32移動到閉合位置。優(yōu)選地包括編程處理器的閥控制電路36控制螺線管34的通電。
[0006]在活塞26的向下沖程、且入口閥32處于打開位置期間，活塞26引入燃料通過閥32并進入室24中。相反，在活塞26的向上沖程、且閥32處于閉合位置期間，活塞26從泵室24泵送燃料通過單向出口閥閥36并進入燃料軌38中。
[0007]圖2是這些先前已知的燃料泵的時序圖。如圖2中所示，曲線圖40表示處于上死點(TDC)和下死點(BDC)位置之間的活塞28的位置。曲線圖40的實際形狀將取決于凸輪28 (圖1)的形狀而變化，但是活塞位置的曲線圖40的形狀一般是正弦曲線。
[0008]曲線圖42表示從控制電路36輸出以便驅(qū)動螺線管34的電壓。如在圖2中所見，螺線管34緊鄰著下死點之前被通電，并且在下死點和上死點位置之間被斷電。
[0009]曲線圖44表示處于閉合位置46和打開位置48之間的泵入口閥32的位置。表示入口閥32位置的曲線圖44并不精確地沿循螺線管34的驅(qū)動曲線圖42，因為螺線管34對閥32的打開和閉合都要花費有限量的時間，該時間比對螺線管34通電或斷電所需的時間要長得多。因此，在50處所示的閥的打開比曲線圖42所示的臺階更加漸變。同樣，在52處所示的閥的閉合在跟隨螺線管34的斷電時刻的有限時間段中逐漸縮減。
[0010]仍然參考圖2，曲線圖54表示泵室24內(nèi)的壓力。當(dāng)入口閥32打開時，泵室24內(nèi)的壓力仍保持相對穩(wěn)定且處于中間壓力量。然而，在閥32閉合期間，燃料室24內(nèi)的壓力快速下降到56處所示的低值?；钊?6的向上沖程然后使泵室24內(nèi)的壓力快速增加到58處所不的聞值。
[0011]此后，單向出口閥36的打開會立即導(dǎo)致60處所示的泵室24中的壓力的輕微減少。然而，活塞26繼續(xù)向上的沖程使燃料室24的壓力繼續(xù)增加到62處所示的最大值。然后，與活塞26的向下沖程耦合的一個或多個燃料噴射器的打開使泵室24的壓力快速降低到64處所示的低點，于是上述過程被重復(fù)。
[0012]曲線圖66表示燃料軌38內(nèi)的壓力隨時間變化的情況。
[0013]直接噴射發(fā)動機的一個缺點是燃料泵相對噪雜，特別是在低發(fā)動機速度下。該噪聲的顯著部分可歸因于入口閥32的打開和閉合以及56和58處所示的所產(chǎn)生的壓力擺動。這些急劇的壓力變化會導(dǎo)致壓力沖擊和發(fā)動機噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明提供了用于控制燃料泵室的螺線管驅(qū)動式入口閥的驅(qū)動器的方法和裝置，其能夠減小可歸因于燃料入口閥閉合的發(fā)動機噪聲。
[0015]本發(fā)明的燃料泵利用類似圖1中所示的燃料泵，在該燃料泵中，活塞被可往復(fù)運動地安裝在燃料泵室內(nèi)并且由凸輪軸可往復(fù)運動地驅(qū)動。燃料入口閥可流動地布置在燃料箱和燃料泵室之間。該閥由螺線管控制，所述螺線管在通電時將閥移動到打開位置，并且在斷電時將閥移動到閉合位置。
[0016]在本發(fā)明的第一實施例中，在螺線管斷電之后并且在閥從其打開位置朝向閉合位置移動時，用于螺線管的控制電路產(chǎn)生短電壓脈沖。該短電壓脈沖有效地使閥的閉合減速，從而減小由于閥閉合而引起的閥的機械噪聲。由于閥在閉合期間減速，所以可歸因于閥的快速閉合所引起的沖擊壓力的噪聲及其伴隨噪聲也能得到減小。
[0017]在本發(fā)明的另一改型中，壓力沖擊傳感器加裝到螺線管上。該壓力沖擊傳感器向用于螺線管的控制電路產(chǎn)生表示由閥閉合引起的壓力沖擊幅度的輸出信號。用于螺線管的控制電路然后利用來自壓力沖擊傳感器的輸出，來計算在螺線管斷電之后并且在閥閉合期間施加到螺線管的電壓脈沖的開始和終止。
[0018]在本發(fā)明的又一實施例中，電阻器-電容器(RC)電路被電連接在螺線管的輸入端子之間。電阻器-電容器電路因此衰減施加到螺線管線圈或從螺線管線圈移除的電壓。這進而導(dǎo)致作為RC常數(shù)的函數(shù)的閥打開時間和閥閉合時間這兩者的減速。該減速進而減少在閥閉合以及閥打開期間來自閥的總體壓力沖擊。
[0019]作為本發(fā)明的另一改型，可變電阻器替代電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)中的電阻器。電阻器的幅值作為發(fā)動機速度和燃料壓力的函數(shù)而變化并且由控制電路控制，并且因此RC常數(shù)的幅值作為發(fā)動機速度和燃料壓力的函數(shù)而變化并且由控制電路控制。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，參考以下詳細說明將會更好地理解本發(fā)明，其中同樣的附圖標記在幾個附圖中始終指代同樣的部件，在附圖中:
[0021]圖1是示出用于汽車內(nèi)燃發(fā)動機的現(xiàn)有技術(shù)燃料泵系統(tǒng)的圖解視圖；
[0022]圖2是示出燃料輸送系統(tǒng)的操作的時序圖；
[0023]圖3是示出用于汽車內(nèi)燃發(fā)動機的燃料系統(tǒng)的第一實施例的視圖；
[0024]圖4是示出圖3的燃料系統(tǒng)的燃料系統(tǒng)時序的時序圖；
[0025]圖5是與圖3類似的視圖，但是示出其改型；
[0026]圖6是示出圖5的燃料系統(tǒng)的操作的流程圖；[0027]圖7是示出本發(fā)明的另一實施例的燃料系統(tǒng)的圖解視圖；
[0028]圖8是圖7的燃料系統(tǒng)的一部分的圖解示意圖；
[0029]圖9是圖7的燃料系統(tǒng)的時序圖；
[0030]圖10是示出圖8中所示的本發(fā)明的改型的圖解示意圖；
[0031]圖11是示出可變接收器的示意圖；
[0032]圖12是示出占空比隨上升時間的變化的曲線圖；并且
[0033]圖13是示出本發(fā)明的圖10實施例的操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0034]首先參考圖3，其示出示例性燃料泵送系統(tǒng)100。與先前已知的系統(tǒng)類似，燃料系統(tǒng)100包括通過端口 105和燃料入口閥104與泵室106流體連通的燃料箱102。活塞108在泵室中由旋轉(zhuǎn)凸輪110可往復(fù)運動地驅(qū)動，該旋轉(zhuǎn)凸輪110與發(fā)動機曲軸或輸出軸(未示出)同步旋轉(zhuǎn)。
[0035]優(yōu)選地包括編程處理器的電子控制電路112電連接到螺線管116的輸入端子114，該螺線管116機械地連接到入口閥104。在螺線管116通電時，螺線管將閥移動到其打開位置。相反，在螺線管116斷電時，彈簧118將閥104返回到其閉合位置。此外，單向輸出閥120將泵室106與汽車內(nèi)燃發(fā)動機的燃料軌122流體連通。
[0036]以熟知的方式，在燃料系統(tǒng)100的操作期間，凸輪110由發(fā)動機可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動，凸輪110進而在泵室106中可往復(fù)運動地驅(qū)動活塞108。在活塞108的向下沖程、且閥104處于打開位置期間，活塞108引入燃料通過閥端口 105并進入泵室106中。相反，在閥104閉合時且在活塞108的向上沖程期間，活塞108泵送燃料通過出口閥120并進入燃料軌122。
[0037]現(xiàn)在參考圖4A-4E，其示出燃料泵送系統(tǒng)的時序圖。具體地，圖4A中的曲線圖130表示處于活塞的上死點位置和下死點位置之間的活塞108的運動。曲線圖4A表示的活塞位置與圖2中的曲線圖40中所示的基本上相同。
[0038]在圖4B中，曲線圖132表示由控制電路112施加到螺線管116的電壓。閥的通電發(fā)生在時刻h，在該時刻電壓被施加到螺線管116并且開始啟動閥的打開操作。在時刻t2，螺線管116通過從螺線管116去除電壓而斷電。然而，與先前已知的燃料系統(tǒng)不同，在螺線管116于時刻t2斷電之后、并且在閥104閉合期間，電子控制電路112產(chǎn)生后脈沖(backpulse) 134。該后脈沖134有效地使閥104的閉合減速。因此，如圖4C中的曲線圖136所示，通過后脈沖134導(dǎo)致的閥閉合的減速使得泵入口閥的位移更緩慢地減小到閉合位置，如圖4C中的部分138所示。該減速不僅會減小由于閥142接觸其殼體而施加的沖擊，而且會減小由閥104對其殼體的沖擊而引起的機械噪聲。
[0039]圖4D中所示的泵室壓力曲線圖140展現(xiàn)出緊鄰著時刻t2之后對入口閥閉合進行減速的凈效應(yīng)。更具體地，盡管泵室壓力會在時刻142引發(fā)壓力沖擊并在之后的時刻144引發(fā)壓力峰值，但是時刻142時的低泵壓力和時刻144時的泵壓力之間的幅度比沒有后脈沖134的圖2中所示的時刻56和58之間的壓力擺動小得多。此外，與圖2中的曲線圖66相比，對圖4E中的軌壓力的曲線圖146的總體影響可忽略不計(如果有影響的話)。這展現(xiàn)出泵的總體性能沒有退化。
[0040]因此，可以看出，通過提供后脈沖134來在閉合期間對閥減速，能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動機噪聲的顯著減小而不會出現(xiàn)燃料泵性能的任何退化。
[0041]現(xiàn)在參考圖5，對燃料系統(tǒng)100'示出本發(fā)明的改型。圖5中所示的燃料系統(tǒng)100'與圖3中所示的燃料系統(tǒng)類似，并且相同的附圖標記在圖3和圖5中將指代相同的部件。因此，對圖3中的燃料系統(tǒng)100的總體描述將同等地適用于圖5，并且將不再重復(fù)。
[0042]然而，圖5與圖3的不同之處在于，壓力沖擊傳感器150以任何傳統(tǒng)的方式機械地加裝到泵系統(tǒng)上。例如，壓力沖擊傳感器可以安裝到螺線管116、閥殼體105或者甚至泵室106以便檢測由燃料系統(tǒng)引起的壓力沖擊。壓力沖擊傳感器150產(chǎn)生表示壓力沖擊的輸出信號，并且該信號通過螺線管連接器152電連接回到控制電路112。
[0043]壓力傳感器150的使用使得用于螺線管116的控制電路112不僅能夠更準確地計算后脈沖134的啟動時間，即在螺線管于時刻t2 (圖4)斷電之后啟動后脈沖134的延遲時間，還能夠更準確地計算用于產(chǎn)生最大發(fā)動機效率和最大降噪效果的后脈沖的持續(xù)時間。后脈沖134的啟動時間和寬度的計算將作為來自沖擊傳感器150的沖擊信號的幅值和燃料泵系統(tǒng)100'的出口處的燃料壓力的函數(shù)而變化。
[0044]現(xiàn)在參考圖6，其示出圖解壓力沖擊傳感器的操作的流程圖。該流程圖通常由控制電路112中所包含的微處理器執(zhí)行。該程序首先在步驟154開始，然后前進到步驟156。
[0045]在步驟156，控制電路112 (其通常是發(fā)動機的E⑶)不僅讀取來自沖擊傳感器150的信號，而且讀取來自分立的燃料壓力傳感器158 (圖5)的信號。一旦獲得這些值，程序就前進到步驟160。
[0046]在步驟160，程序根據(jù)在用于對螺線管116通電的脈寬調(diào)制被關(guān)閉之后沖擊信號的第一個最大峰值，計算沖擊強度和沖擊時刻。通常，在步驟160使用查找表來簡化必需的計算。步驟160然后 前進到步驟162。
[0047]在步驟162，根據(jù)由燃料壓力傳感器155確定的燃料壓力的梯度變化(gradientchange)，確定后脈沖134的脈沖寬度。步驟162然后前進到步驟164，在該步驟164中根據(jù)
以下公式確定后脈沖的結(jié)束時刻:
[0048]
結(jié)束時刻=沖擊時刻+加壓時刻



2
[0049]步驟164然后前進到步驟166。在步驟166，程序確定后脈沖的延遲時間(即螺線管線圈斷電之后的延遲時間)，以便使沖擊強度最小化。此外，可以使用查找表來簡化任何期望的計算。步驟166然后前進到步驟168，在該步驟168中終止該程序。
[0050]現(xiàn)在參考圖7，其示出本發(fā)明的又一實施例。圖7與先前描述的圖3類似，并且圖7中相同的附圖標記指代圖3中的相同部件。因此，通過引用把圖3的描述結(jié)合在此，并且將不再重復(fù)。
[0051]與先前描述的實施例不同，圖7中所示的本發(fā)明的實施例不利用后脈沖來使閥104的閉合減速。而是,無源上升時間控制器(passive rise time controller) 170連接在螺線管端子104之間，以便使閥104的閉合減速并因此減小燃料泵引起的閥噪聲。
[0052]一個示例性上升時間控制器在圖8中被示出為包括:在螺線管端子114之間彼此串聯(lián)連接的電阻器172和電容器174。以熟知的方式，采用在螺線管端子114之間連接的RC串聯(lián)組件，在螺線管通電時，電壓以取決于電容器174和電阻器172的值的速率呈指數(shù)地增加到電源的電壓。
[0053]現(xiàn)在參考圖9A-9E，其示出圖7的總體燃料系統(tǒng)的時序圖。具體地，圖9A中的曲線圖180表示與圖E中的活塞位置曲線圖4和圖2中的40完全一致地對應(yīng)的活塞位置。
[0054]圖9B中的曲線圖182表示電壓端子之間的電壓，并且在該曲線圖中如前所述，螺線管線圈在時刻Tl被斷電。然而，如曲線圖182的部分184所示，在螺線管線圈斷電時，螺線管線圈端子114之間的電壓將緩慢地或呈指數(shù)地減小，如184處所示。螺線管電壓的這種指數(shù)減小是由電容器174的放電引起的，并且用于以所期望的方式有效地使閥104的閉合減速。
[0055]此外，因為在控制電路114對螺線管線圈通電時電容器174開始充電，所以在螺線管通電后的h時刻的上升時間呈指數(shù)地發(fā)生，如186處所示。在螺線管于時刻h通電之后輸出到螺線管的電壓的逐漸上升還會減小泵噪聲。
[0056]圖9C中的曲線圖190示出在時刻&和&分別具有更漸變的上升和下降的入口閥104的位置。這進而提供了圖9D中的泵壓力輸出曲線圖192，在該曲線圖192中時刻194的低壓和時刻196的高壓的壓力沖擊之間的幅度比沒有RC網(wǎng)絡(luò)170的方案小得多。入口閥位移曲線圖190在50處展現(xiàn)出更漸變的上升，如圖9C中的191處所示。
[0057]現(xiàn)在參考圖10，其示出本發(fā)明的又一改型，其與圖7中所示的系統(tǒng)基本上相同，例外之處是:RC網(wǎng)絡(luò)170被具有可變電阻器202和固定電容器204的RC網(wǎng)絡(luò)200替代。如前所述，RC網(wǎng)絡(luò)200被電連接在螺線管線圈116的端子114之間。
[0058]現(xiàn)在參考圖11，其示出實現(xiàn)可變電阻器202的一種方式，其中兩個電阻器206和208彼此并聯(lián)連接、并且與電容器204串聯(lián)連接。然而，一個電阻器206與諸如FET的開關(guān)210串聯(lián)連接。開關(guān)210的輸入可以以任何期望的方式(諸如通過脈寬調(diào)制(PWM))進行控制，并且取決于占空比有效地改變總可變電阻器202的電阻。
[0059]開關(guān)210的脈寬調(diào)制的效果在圖12中示出。例如，假定脈寬調(diào)制具有零占空比，則電阻器206從可變電阻器202中有效地去除，使得以秒表示的上升時間等于2.197R2Q8C。相反，如上升時間隨開關(guān)210的占空比變化的曲線圖220所示，在100%的占空比處，電阻器206與電阻器208有效地串聯(lián)連接。因此，用于可變電阻器202的總電阻等于2.197R206R208/(R206+R208)Co因此，由于RC電路200的上升時間可以通過改變開關(guān)210的占空比或脈寬調(diào)制來改變，所以施加到螺線管的電壓的上升時間以及斷電時螺線管中存在的電壓的衰減時間可以得到控制從而產(chǎn)生最小發(fā)動機噪聲。
[0060]現(xiàn)在參考圖13，其示出由控制電路或E⑶執(zhí)行以便確定用于開關(guān)210的所需占空比的流程圖。該例程在步驟222開始，然后前進到步驟224。
[0061]在步驟224，控制電路112獲得發(fā)動機RPM以及來自燃料壓力傳感器155的燃料壓力的值。步驟224然后前進到步驟226。
[0062]在步驟226，控制電路112計算占空比以便使作為發(fā)動機RPM和燃料壓力的函數(shù)的發(fā)動機噪聲最小化。然后利用可以使用查找表的步驟226來控制開關(guān)210的脈寬調(diào)制，從而改變螺線管端子114上的電壓的上升時間和衰減時間。
[0063]根據(jù)前述內(nèi)容可以看出，本發(fā)明提供了簡單然而有效的機制來使燃料泵入口閥的閉合減速，以便使燃料泵噪聲最小化而不會產(chǎn)生燃料泵性能的退化。盡管已經(jīng)描述了我們的發(fā)明，然而本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將會做出許多改型，而不會脫離所附權(quán)利要求的范圍所限定的本發(fā)明的精神。
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制燃料泵的泵室的螺線管驅(qū)動式入口閥的方法，所述燃料泵具有可往復(fù)運動地安裝在所述泵室中的活塞，所述方法包括以下步驟: 對所述螺線管通電，以便與所述活塞的往復(fù)運動同步地打開所述閥， 此后對所述螺線管斷電，以便與所述活塞的往復(fù)運動同步地啟動所述閥的閉合，以及 在對所述螺線管斷電后，使所述閥的閉合減速。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減速步驟包括以下步驟:在所述斷電步驟之后并且在所述閥的閉合期間，采用電壓脈沖對所述螺線管重新通電。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟: 測量所述螺線管的機械沖擊信號， 把所述脈沖的開始和停止時刻確定為所述沖擊信號的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟: 測量從所述泵輸出后的燃料壓力， 把所述脈沖的開始和停止時刻確定為所述燃料壓力的函數(shù)。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，還包括以下步驟: 測量所述螺線管的機械沖擊信號， 測量從所述泵輸出后的燃料壓力，` 把所述脈沖的開始和停止時刻確定為所述沖擊信號和所述燃料壓力的函數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述減速步驟包括以下步驟:把電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)連接在所述螺線管的通電端子之間。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述電阻器和電容器在所述螺線管端子之間串聯(lián)連接。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述電阻器是可變電阻器，并且所述方法包括以下步驟:把所述電阻器的值作為所述泵的出口之后的燃料壓力和所述泵的活塞速度的函數(shù)來改變。
9.一種用于控制燃料泵的泵室的螺線管驅(qū)動式入口閥的裝置，所述燃料泵具有可往復(fù)運動地安裝在所述泵室中的活塞，所述裝置包括: 控制電路，其對所述螺線管通電以便與所述活塞的往復(fù)運動同步地打開所述閥， 所述控制電路對所述螺線管斷電以便與所述活塞的往復(fù)運動同步地啟動所述閥的閉合，并且 所述控制電路在對所述螺線管斷電后產(chǎn)生輸出信號，所述輸出信號使所述閥的閉合減速。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制電路通過在啟動所述閥的閉合后輸出采用電壓脈沖對所述螺線管重新通電的信號，來使所述閥的閉合減速。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括: 沖擊傳感器，其輸出表示所述螺線管的機械沖擊的信號，并且 所述控制電路把所述脈沖的開始和停止時刻確定為所述沖擊傳感器的輸出信號的函數(shù)。
12.如權(quán)利要求10所述的裝置，包括: 沖擊傳感器，其輸出表不所述螺線管的機械沖擊的信號，燃料壓力傳感器，其輸出表示所述燃料泵的出口處的燃料壓力的信號，并且所述控制電路把所述脈沖的開始和停止時刻確定為所述沖擊傳感器的輸出信號和所述燃料壓力傳感器的輸出信號的函數(shù)。
13.如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述控制電路包括電連接在所述螺線管的通電端子之間的電阻器-電容器網(wǎng)絡(luò)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電阻器和電容器在所述螺線管端子之間串聯(lián)連接。
15.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述電阻器是可變電阻器，并且其中所述控制電路把所述電阻器的值作為所 述泵的出口處的燃料壓力和所述泵的活塞速度的函數(shù)來改變。
【文檔編號】F02M59/20GK103867368SQ201310674972
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】田部洋祐, D·J·麥丘恩 申請人:株式會社日立制作所