专利名称：电磁驱动的往复活塞泵的激磁线圈的控制方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的电磁驱动的往复活塞泵的激磁线圈的控制方法。
一个这种类型的用于控制电磁驱动的往复活塞泵的激磁线圈的方法已由PCT/EP93/00494公知。在该方法中使用了一个电流控制电路，它根据预给定电流或预给定电压形式的电流给定值来控制流过激磁线圈600(
图1)中的激磁电流。激磁线圈600与一个功率晶体三极管601相连接，后者通过一个测量电阻602接地，其中在晶体管601的控制端、例如晶体管的基极上接有一个比较器603的输出端。在该比较器603的非反相输入端上施加电流给定值，该电流给定值例如借助一个微计算机获得。该比较器603的反相输入端与测量电阻的一端相连接，该端是与晶体管601相连接的端部。这个电路是一个两点式控制电路，它根据施加的电流给定值限制通过激磁线圈的最大电流，其中在控制区域内通过功率晶体管601的交替开关使通过激磁线圈的电流呈三角形地节拍控制。
在那里所使用的方法中，在比较器603上施加矩形形状的脉冲，其中脉冲的宽度确定了相应激磁电流的持续时间，而脉冲的幅度确定了流过激磁线圈的最大电流。
利用该方法可以通过往复活塞泵配给可区分的燃料剂量，其中往复活塞泵的工作在很大程度上与线圈变热及供电电压波动无关。
由DE2841781C2公知了一种在内燃机上用于驱动电磁用电器、尤其是燃料供给系统中电磁阀的装置。该装置在燃料喷注脉冲开始时的喷注信号电流形状控制到一个超高的值上，由于保证电磁阀打开，并将电流值恒定地保持在低于开始时达到的峰值的一个值上。
在DE3722527 A1中描述了一种控制内燃机用的燃料喷注阀的方法，其中对喷注阀的电磁线圈用类似于DE2841781 C1中所述的方法进行控制，但是其中在喷注脉冲结束时从电流值在两阈值之间摆动的节拍电流调节过渡到恒定电流值的电流调节，以使得在关断时即电流脉冲结束时喷注阀在一个精确的预定时间点上被关闭。
本发明的任务是，对导言中所述方法进一步改进，以使得每喷注脉冲注入的燃料份额能被非常精确地定量，并且这将与线圈变热或供电电压波动无关地实现。
该任务将通过权利要求1中的特征来解决，本发明的进一步有利构型为从属权利要求中的特征。
本发明是基于以下的理论知识由于激磁线圈的自感激磁电流不能直接上升到最大电流值，而是每个激磁线圈94具有一个上升沿95，它正比于指数(e)函数地变化(图2)。上升沿或激磁线圈电流变化的斜率直接取决于施加于线圈上的电压，该电压在机动车中公知为极大地取决于负载影响。此外，激磁线圈的电阻依赖温度影响而变化，因此实际上出现的上升沿具有不同的斜率。
这个激磁电流脉冲的积分约正比于由燃料喷注装置的每喷注脉冲喷入的燃料量，其中上升沿对每喷注脉冲喷入的燃料量具有重要影响，以致于不同的上升沿产生出显著不同的燃料喷入量。
将借助附图通过下面的例子来详细描述本发明，其附图为图1电流控制电路的电路图；图2根据由PCT/EP93/00494公知的方法的激磁脉冲电流的脉冲波形；图3一个燃料喷注装置的例子；图4激磁电流isp、衔铁行程S及喷注压力P随时间变化的概要曲线图；图5表示激磁脉冲驱动的电枢作用的力F与电磁驱动的燃料喷注装置中的工作气隙1的关系曲线图；图6根据本发明方法的激磁电流的脉冲波形；图7与图3中所示燃料喷注装置的特性相适配的激磁电流脉冲波形；图8根据本发明的用于产生电流控制电路的电流给定值曲线的电路图；图9a及9b表示借助图8中所示电路实现的电流给定值曲线的曲线图。
在根据本发明的方法中使用了一种电流控制电路，例如由PCT/EP9300494(图1)中公知的电路，用于控制电磁驱动的作为燃料喷注装置使用的往复活塞泵的激磁线圈的电流。激磁线圈由高频的脉冲状电流激磁，其中每个脉冲引起激磁线圈驱动的电枢的冲击运动。电流控制电路根据脉冲状引导的电流给定值控制激磁电流。
根据本发明，每个电流给定值脉冲通过逐渐上升的上升沿来控制，该上升沿将引起在激磁线圈中激磁电流脉冲相应的逐渐上升的上升沿，其中激磁电流不是很快变化，正如由激磁线圈中的互感限制的最大电流变化所允许的，该最大电流变化是在供电压最小值时可能出现的。
在最小供电电压情况下的最大电流变化是当由于负载及温度的变化可提供的最小电压直接施加给激磁线圈时所产生的电流变化，并且激磁线圈中电流的上升仅由于激磁线圈的电感产生的互感所限制的。
利用根据本发明的方法，将在电流控制电路的输入端预给一个电流给定值曲线90，它在激磁线圈中产生一个相应的激磁电流91(图6)。对电流给定值曲线90将这样地选择，即这时所产生的激磁电流91总是位于电流控制电路的调节范围内，也就是，电流给定值曲线90的斜率小于当在激磁线圈上施加最小电压时的最大电流变化。如上所述，该电压会依赖于温度和发动机负载强烈地变化。
最好电流给定值曲线90尽可能接近当在激磁线圈上供给最小电压时具有最大斜率的一个相应电流曲线92的下方分布。因为电流曲线92基于激磁线圈9、600的互感跟随指数(e)函数变化，因此当作为上升沿的电流给定值曲线90具有的波形也相应于这样的e函数并以下列等式来表达时是合乎目的的isoll＝Io-e-atIo(1)usoll＝Uo-e-atUo(2)式中Io及Uo各为基本值及a为一个待确定的参数。
最好对发动机转数和/或在激磁线圈上出现的温度进行测量，以使得供给激磁线圈的电压能被确定或最小供电电压能被估值，由此使电流给定值曲线90适配于实际出现的电压关系。这种适配例如是通过基本值或参数a的变化来实现的。
在电流给定值曲线适配于发动机状态的情况下，需考虑在发电机低转数时仅能提供低电压，但是喷注过程在时间上彼此远离，以便得能控制在小电流情况下具有相对长脉冲的喷注过程。在高发动机转数时，与此相反，对于喷注过程可提供的时间愈来愈短，因此脉冲必需缩短，但其中由于供电的最小电压较高，在激磁线圈上可施加较大的电流。
例如可借助一个微处理机根据曲轴角位置来计算该电流给定值曲线及通过数/模转换器或借助脉宽调制作为预定电流或作为预定电压施加到电流控制电路的输入端。
该方法最好应用于一种PDS喷注装置，它例如已由DD-PS120514，DD-PS 213,472，DE-OS2307435或EP0629265所公开。
这种基于固体能量存储器原理的PDS喷注装置表示在图3中。在这种燃料喷注装置中设有喷注泵推进件的一个初始部分行程，在该行程上燃料的排挤不引起任何压力的建立，其中用于储能的推进件部分行程合乎目的地通过一个存储容量、例如一个空容积形式的存储容量及一个止推件来确定，它们可以有不同的构型并且在往复活塞泵推进件的行程“X”上它们允许燃料排挤。仅当燃料排挤突然中断时，才在燃料中产生冲击式的压力建立，以使得在喷嘴方向上引起燃料的排出。
根据图3，该喷注装置具有电磁驱动的往复活塞泵1，它通过一个输送导管2连接到一个喷嘴装置3。从输送导管2分支出一个抽吸管4，该管与燃料贮存容器5(油箱)相连接。此外大约在连接抽吸导管4的区域中一个容积存储件6通过导管7与输送导管2相连接。
泵1作为活塞泵构成，并具有外壳8，其中装有一个电磁线圈9；一个设在线圈通道区域中的衔铁10，它例如构成一个实心的圆柱体盖在壳孔11中导行，该孔位于环形线圈9的中心纵轴的区域中，在该区域上借助一个压力弹簧12将衔铁压在初始位置上，即在该孔中衔铁位于壳孔11的底部11a上。该压力弹簧12支承在衔铁10的朝喷嘴一侧的端面上及与该端面相对的壳孔11的环形阶面13上。弹簧12围绕着共同起作用的推进活塞14，该推进活塞与衔铁10在由弹簧12施压的衔铁面上固定地相连接，例如作成一体。推进活塞14相对深地伸入到一个圆柱形的燃料输送室15中，该输送室与泵壳8共轴地构成壳孔11的轴向延长部分，并与压力导管2形成传输连接。根据伸入的深度可避免冲击或压力上升期间的压力损耗，其中甚至活塞14与缸体15之间的加工容差可相对大些，例如仅需位于百分之一毫米的范围内，以使制造成本减小。
在抽吸导管4中设有一个止回阀16。在阀16的壳体17中例如设有作为阀件的一个球18，该球在其静止位置时通过弹簧19被压在阀壳17朝贮存容器一侧的其阀座20上。为此目的，弹簧19的一侧支承在球18上，而另一侧支承在与抽吸导管4的接口21区域中的壳体17内阀座20对面的壁上。
存储件6例如具有构成两部分的外壳22，在其腔室中绷紧了一个作为待排挤机构的膜片23，它使腔室与一个压力导管侧充满燃料的室隔开，并在相应的状态下将腔室分成两半部分，这两半部分通过膜片彼此密封，在膜片23的背向导管7的一侧上压有一个对它施压的弹簧力、例如为一弹簧24，它设置为膜片的复位弹簧。该弹簧24与膜片对立的端部支承在圆柱形扩展的腔室的端壁上。壳22的空腔室通过拱形壁来限制，该拱形壁构成膜片23的止推面22a。
泵1的线圈9连接到一个控制装置26上，该控制装置作为喷注装置的电子控制部分。
在线圈9的无电流状态时，泵1的衔铁10通过弹簧12的预压力位于底面11a上。在此情况下燃料输入阀16关闭，及存储膜片23通过弹簧24保持在腔室中离开止推面22a的位置上。
在线圈9通过控制装置26控制的情况下，衔铁10与活塞14抵抗弹簧12的力朝喷注阀3的方向运动。在此情况下与衔铁相连接的推进活塞14将燃料从输送缸体15挤压到存储件6的室中。弹簧12、24的弹簧力被作得比较弱，以使得在推进活塞14的第一部分行程期间通过推进活塞排挤的燃料几乎无阻力地将存储膜片23压向空腔中。由此衔铁10首先能几乎无阻力地被加速，直到存储件6的存储容积或空腔容积通过膜片23碰到拱壁22a被用尽为止。由此使燃料的排挤突然中止，由于推进活塞14的动能已经升高而使燃料冲击式地受压缩。衔铁10以及推进活塞14的动能作用在流体上。在此情况下形成了压力冲击，它经过压力导管2转移到喷嘴3，并在那儿导致燃料的喷射。
为了结束输送线圈9将被转换到无电流，衔铁10将通过弹簧12移回到底面11a上。在此情况下，存储在存储装置6中的燃料流体量将通过导管7和2被吸回到输送缸体15中，并且膜片23由于弹簧24的作用返回到初始位置。同时燃料输入阀16打开，以使得燃料又被从油箱5中吸出。
合乎要求的是在喷注阀3和支管4、7之间的压力导管2中设置一个阀16a，该阀在喷注阀侧的空间中维持一个恒定压力，该压力例如大于可出现的最大温度时的流体蒸发压力；由此避免了气泡的形成。该恒压阀例如可以象阀16那样地构成。
流过激磁线圈9的激磁电流或线圈电流isp引起了衔铁10或推进活塞14的一个行程S，该行程相对激磁电流的投入在时间上错后。而喷注压力P的压力建立在时间上又相对行程S错后地发生，即仅当燃料排挤突然停止时，由于推进活塞14已升高的动能使燃料冲击地受压缩(图4)。
激磁电流isp对时间的积分约正比于每喷注脉冲所喷射的燃料量，其中激磁电流isp的上升沿95对喷注压力P的投入具有显著的影响，因为上升沿95起动了衔铁10或推进活塞14的加速。在开始部分所述的激磁电流脉冲94的上升沿波动的情况下，在控制激磁线圈的公知方法中，尤其是PDS系统中，因此在相同脉冲宽度及相同电源阈值曲线的最大电流强度的情况下每喷注脉冲所喷射的燃料量得到显著不同的结果。
此外在预定恒定激磁电流isp的情况下，由衔铁作用的力取决于所谓工作气隙，该工作气隙正比于衔铁的工作行程。由衔铁作用的力相对工作气隙1的函数曲线视采用的往复活塞泵的几何结构、尤其是衔铁、线圈以及它们的外壳而定有很大的区域。在图5中用I表示由衔铁作用的力F相对工作气隙1的函数关系，它对于图3中所示的燃料喷注装置是典型的。但该函数也可具有完全不同的曲线，例如在图5中用II表示的逐渐上升的曲线。
利用根据本发明的方法可以预给一个电流给定值曲线，例如是通过F-1的关系来预给定的，该电流给定值曲线可适配于这样具体的结构条件(图7)，其中电流给定值曲线具有一个逐渐上升的上升沿100，一个弧形的最大部分101及一个逐渐下降的沿102。下降沿102可从一给定时间点103起突然地下降。重要的是，该曲线仅引起激磁电流isp的变化，该变化位于所采用的电流控制电路的控制区域内，由此来保证激磁电流跟随预定的电流给定值曲线。在图7中所示示范脉冲曲线的逐渐下降沿102与图5中以I表示的力(F)-工作气隙(1)的关系相适配，因为从一定的衔铁10的工作行程起或从一定的工作气隙1起较高的电流仅引起衔铁不大的加速度，以使得较高的电流导致很小的被利用的能耗，它实质上转换成热能。但是该电流给定值曲线并不局限于这个专门的大致钟状的形状上，而是可个别地适应每次使用的往复活塞泵及其几何结构。可以这样地选择该电流给定值曲线，即在最小电能损耗情况下达到每喷注脉冲的最大输送功率或最大输送燃料量。
利用微处理机来产生电流给定值曲线90在高转数的情况下会导致可观的计算成本。因此合乎目的的是设置一种模拟量给定值控制电路(图8)，它例如根据一个矩形脉冲信号110及一个参考电压111来产生具有预定波形、最好是指数(e)函数形状的脉冲状电流给定值曲线。这样一种电路例如包括一个电阻112、一个电容113及一个开关114，后者通常使用一个晶体管来实现。在电阻112的一端(点B)上施加参考电压111，而该电阻112的另一端与电容器113的一端相连接。电容113的远离电阻112的一端接地。开关114与电容113并联设置，即它与电阻112和电容113之间的连接导线及电容113的接地端相连接，以使得它在闭合状态下使电容113短路。在开关114上(点A)施加用于使该开关开通及关断的矩形脉冲信号110。预定电压的电流给定值曲线将在电阻112、电容113被开关114的连接导线上即点C上抽取。该点C将与电流控制电路相连接，例如与图1中所示电路中的比较器603的非反相输入端相连接。
如果在该给定值控制电路中开关114闭合，则电容113突然地放电，并在点C上无任何电压。当开关114打开时，电容113逐渐地经过电阻112被充电，其中C点上的充电电压作为电流给定值曲线(预定电压)被抽取。电压上升的曲线是由RC组件112、113作为e函数来确定的。在点C上抽取的电流给定值曲线的上升率或斜率正比于在B点上所加参考电压的幅度，该幅度构成等式(2)中的基本值Uo。脉冲宽度仅通过矩形脉冲信号110的宽度来确定，这里电流给定值曲线的脉冲宽度通过开关114的关断来确定，因为是在开关114的关断状态下在C点上抽于电流给定值曲线的预定电压。因此矩形控制脉冲信号110的关断脉冲宽度确定了激磁电流脉冲的宽度。
借助该给定值控制电路能以简单方式产生出具有e函数形状的脉冲的电流给定值曲线，它的脉冲宽度及它的上升率可以彼此无关地被控制。这时电流给定值曲线的整个脉冲波形相应于e函数。该电流给定值曲线可适配于激磁脉冲电流曲线92，后者在激磁线圈的最小供电电压时具有受互感限制最大电流上升率，以使得电流给定值曲线位于电流控制电路的控制范围内及可以喷注精确定量的最大燃料量。
通常通过参考电压111(Uo)实现的相应适配不必需持续地重新调整，而可以譬如以与发动机转数对应的时间间隔来适配变化的发动机状态。这对于待使用的控制装置意味着显著的减化。
预定电流控制电路不局限于图8中所示的实施形式上，而可以在结构上或组成元件的类型上作出改变。因此可以使用可变电阻112或可变电容113，以使得参考电压111保持不变。也可以用有源元件来代替电阻112或电容113。预定电压111也可以通过预定电流来表示，例如借助一个RL组件，通过一个电阻来抽取该预定电流。
在每一个激磁电流脉冲94结束时，激磁电流91及由它所产生的磁场突然地下降，因为激磁线圈的电流回路已断开。因此激磁电流脉冲的结束对每喷注脉冲的燃料量无任何实质性的影响作用。
利用根据本发明的方法，不仅可以配给燃料量，而且可以保证，喷入的燃料量是可重现地及与另外影响参数如电压和温度无关地提供的。在控制曲线一定的给定值波形的情况下，燃料份额基本上通过电流脉冲的延续时间来调节。
权利要求
1.一种作为燃料喷注装置使用的电磁驱动往复活塞泵的激磁线圈的控制方法，其中激磁线圈通过电流控制电路用高频脉冲状激磁电流激励，并且每个脉冲引起由激磁线圈驱动的衔铁的一次冲击运动，及电流控制电路根据电流给定值曲线来控制流过激磁线圈的电流，其特征在于电流给定值曲线的每个脉冲具有逐渐上升的上升沿，该上升沿将引起激磁线圈中激磁电流脉冲的相应逐渐上升的上升沿，其中这样地控制电流给定值曲线，即激磁电流不比在激磁线圈上可能提供的最小电压时受互感限制的最大电流变化更快地变化。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于电流给定值曲线逐渐上升的上升沿用一个相应于指数(e)函数的曲线来控制。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于对发动机转数和/或在激磁线圈上出现的温度进行测量，以使电流给定值曲线适配于供给激磁线圈的电压。
4.根据权利要求1至3中一项的方法，其特征在于电流给定值曲线由一个微处理机来计算及例如借助一个数/模转换器连接到电流控制电路上。
5.根据权利要求1至4中一项的方法，其特征在于电流给定值曲线的每个脉冲在其整个脉冲波形上相当于指数(e)函数。
6.根据权利要求1至5中一项的方法，其特征在于电流给定值曲线适配于往复活塞泵的具体几何结构，尤其是适配于力(F)-工作气隙(1)的关系并具有例如钟状的形状。
7.根据权利要求1至6中一项的方法，其特征在于电流给定值曲线的波形借助于一个给定值控制电路来产生，其中给定值控制电路具有一个带有一电阻(112)及一电容(113)的RC组件，其中电容(113)通过电阻(112)以规则的时间间隔被充电，并由此产生出一个相应于指数(e)函数的脉冲状电流给定值曲线。
8.根据权利要求1至7中一项的方法，其特征在于电流给定值曲线的脉冲宽度和脉冲上升率彼此无关地被控制，这时将一个矩形脉冲信号施加给一个开关(114)，它使电容器(113)短路，及一个参考电压(111)通过电阻(112)施加给电容器(113)，该参考电压的值是可改变的。
9.根据权利要求1至8中一项的方法，其特征在于使用了一种根据固体存储器原理工作的PDS燃料喷注装置作为燃料喷注装置。
全文摘要
公知了一种作为燃料喷注装置使用的电磁驱动往复活塞泵的激磁线圈的控制方法。激磁线圈通过电流控制电路产生的高频脉冲激励,并且每个脉冲引起由激磁线圈驱动的衔铁的一次冲击运动。电流控制电路根据电流给定值曲线来控制流过激磁线圈的电流。每个电流给定值曲线的脉冲具有逐渐上升的上升沿,激磁线圈中激磁电流脉冲的逐渐上升的上升沿与它相对应。对电流给定值曲线这样地控制,即激磁电流不比在激磁线圈上可能提供的最小电压时受互感限制的最大电流变化更快地变化。
文档编号H01F7/18GK1187863SQ96194814
公开日1998年7月15日 申请日期1996年4月24日 优先权日1996年4月24日
发明者W·亨贝格, K·克努特 申请人:费希特股份有限公司