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电容性执行机构的充电方法和装置

基本信息

  • 申请号 CN00810036.5 
  • 公开号 CN1360662A 
  • 申请日 2000/07/06 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 西门子公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 R·皮尔基 W·林格尔 C·霍夫曼恩  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 德国慕尼黑 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 中国专利代理(香港)有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 郑立柱 
  • 有效性 失效 
  • 法律状态 失效
  •  

摘要

以不同的充电和放电时间对电容性执行机构,特别是内燃机的燃料喷油嘴充电或放电。
为了缩短充电时间在充电过程期间在一个预定时刻(t1)降低对于最大充电时间安排的再充电电容(C2a、C2b)的电容量。
详细阐述实施这个方法的一个装置的二个实施例。
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权利要求书


1.用于从一个充电源(C1)经过再充电电容(C2a、C2b)和再 充电线圈(L)的串联电路对电容性执行机构(P、P’)、特别是内燃 机的燃料喷油嘴充电的方法,和用于在作为充电源(C1)的具有多个 较小电容量的再充电电容(C2a、C2b)中执行机构(P、P’)放电的方 法, 其特征在于, -再充电电容(C2a、C2b)具有一个对于预定的最大充电时间 (t3-t0)安排的最大电容量,并且 -为了达到较短的充电时间(t2-t0),再充电电容(C2)的电容 量在充电过程开始(t0)之后的一个确定时刻(t1)降低到一个预定 值。

2.按照权利要求1的方法,其特征在于, -通过至少二个再充电电容(C2a、C2b)的并联电路达到再充电电 容的最大电容量,并且 -这些再充电电容(C2a、C2b)中的至少一个(C2a)在充电过程 开始(t0)之后的一个确定时刻(t1)与充电源(C1)分离。

3.实施按照权利要求1或2的方法的装置,具有一个在由能源 (V)可充电的充电源(C1)和执行机构(P、P’)之间布置的、充电 开关(T1a)、截止二极管(D1a)、再充电电容(C2a)和再充电线圈 (L)的串联电路,并且具有一个放电开关(T2),其使截止二极管(D1a) 和再充电电容(C2a)的连接点与参考电位连接,其中由一个控制电路 (ST)控制全部开关, 其特征在于, -并联于一个由充电开关(T1a)、截止二极管(D1a)和再充电电 容(C2a)形成的串联电路至少布置一个另外的由各一个另外的充电开 关(T1b)、截止二极管(D1b)和一个另外的再充电电容(C2b)形成 的串联电路,并且 -在再充电电容(C2a、C2b)的每个朝着充电开关(T1a、T1b)的 终端和放电开关(T2)之间布置一个在到放电开关(T2)的方向上电 流导通的二极管(D2a、D2b)。

4.实施按照权利要求1或2的方法的装置,具有一个在由能源 (V)可充电的充电源(C1)和执行机构(P、P’)之间布置的、由第 一充电开关(T1)、第一、离开充电开关(T1)的电流导通的第一截 止二极管(D1)、第一再充电电容(C2a)和一个再充电线圈(L)构 成的串联电路,并且具有一个放电开关(T2),其使第一截止二极管 (D1)和第一再充电电容(C2a)的连接点经过一个到参考电位电流导 通的第二截止二极管(D2)与参考电位连接,其中由一个控制电路(ST) 控制全部开关, 其特征在于, -第三截止二极管(D3)与第二截止二极管D2通过同样的电流流通 方向串联, -从第一再充电电容(C2a)和再充电线圈(L)的连接点,一个由 第二再充电电容(C2b)、另外的充电开关(T3)和第四截止二极管(D4) 形成的串联电路与参考电位连接,其中第四截止二极管(D4)在从参 考电位到第二再充电电容(C2b)的方向上电流导通,并且 -第四截止二极管(D4)的阴极与第二和第三截止二极管(D2、D3) 的连接点连接。

5.按照权利要求3或4之一的装置,其特征在于, -同时导通地控制二个充电开关(T1a、T1b;T1、T3)用于执行机 构(P、P’)的充电,并且 -在一个确定时刻(t1)不导通地控制充电开关(T1、T1a)中的 至少一个。

6.按照权利要求4的装置,其特征在于,在导通放电开关(T2) 的情况下一方面经过第一再充电电容(C2a)并且另一方面经过第二再 充电电容(C2b)和导通的另外充电开关(T3)或其倒置二极管实现执 行机构(P、P’)的放电。

7.按照权利要求4的装置,其特征在于,如果放电开关(T2) 不导通,则另外的充电开关(T3)反向于放电开关(T2)运行,也就 是导通,相反亦然。

8.按照权利要求3至7之一的装置,其特征在于,充电开关 (T1、T3、T1a、T1b)和放电开关(T2)作为MOSFET开关形成。
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说明书

本发明涉及对电容性的执行机构、特别是内燃机的燃料喷油嘴充电 的方法。
本发明也涉及实施这个方法的装置。
在借助于压电执行机构代替螺线管控制内燃机的燃料喷油嘴的情 况下优点之一是执行机构的短的开关时间,这导致陡峭的脉冲边缘和 喷入燃料量的较低泄漏。
从燃烧技术的观点控制尽可能短的充电时 间。
为了达到平缓的燃烧过程,燃料量分为预喷入量和主喷入量,这使 较慢的燃烧成为可能并因此使燃烧噪声降低成为可能。
目前以恒定 的、必须是非常短的(例如100μs)充电时间和放电时间(在执行机 构上能源再充电的持续时间或相反情况)控制这个执行机构,因此在 内燃机的最高负载范围或转速范围内也可以喷入预定的燃料预喷入 量。
充电过程例如作为从一个(充电电容和再充电电容串联的)充电源 经过再充电线圈到执行机构的充电震荡过程实现,其中再充电线圈的 电感量与再充电电容和执行机构的电容量一起确定充电过程和放电过 程的时间常数(充电时间和放电时间)。
如此的装置公开于DE 19652801。
从DE 195 29 667 C2中公开了一个用于控制二个压电二极反应物 的布置,在该布置中可以改变振荡回路的频率、压电二极反应物布置 在这个振荡回路中、用于补偿温度效应和时效效应。
在DE 197 14 607 A1中描述了一种压电元件分级充电和放电的方 法,其中在充电开始之后的一个确定时刻充电过程从一个具有一个电 阻和一个电容的充电路径转换到一个具有一个线圈和一个另外电容的 充电路经上。
以相反的顺序实现放电过程。
可是短的充电时间导致在对于人类耳朵无法接受的频率范围内高 的噪声传播。
如果在内燃机空转中燃烧噪声是非常低的,则这例如在 汽车内认为是非常讨厌的。
本发明的任务是,给出一种控制内燃机燃料喷油嘴的电容性执行机 构的方法,该方法能够明确降低执行机构噪声传播。
本发明的任务也 是建立一个实施该方法的装置。
根据本发明通过在权利要求1中所述的特征解决这个任务。
以根据 权利要求3或4的装置通过不同措施在充电过程期间、例如在100μs 和200μs之间的范围内改变特别是在内燃机低载和空转范围内执行机 构的充电时间和放电时间。
根据本发明的方法在于,在充电过程期间的一个确定时刻通过断开 至少一个并联的再充电电容减小通过其对执行机构充电的再充电电容 的总电容量,在这里是至少二个并联再充电容C2a、C2b的电容量、这 些电容例如使最大200μs的充电时间成为可能,由此缩短充电时间。
最佳充电时间的选择是:充电持续时间限制在最大的燃料喷射持续 时间之内。
这例如在高喷射压力的情况下是关键的,因为喷入的燃料 量在相同的喷射持续时间的情况下随着正比于负载的燃料压力而增 加。
为了达到确定的喷入量、特别是低的预喷入量,因此随着越来越 大的燃料压力始终短的喷射持续时间是必要的。
与此相反在主喷入的情况下喷入量是依赖负载或依赖压力的。
在低 负载的情况下需要小的喷入量,可是在较大负载的情况下需要在较大 燃料压力情况下大的喷入量。
在燃料量和燃料压力之间的相互关系使 在高负载范围内主喷入的较长充电时间的应用成为可能。
电容性执行机构的不同充电时间在一定范围内、例如在100μs和 200μs之间、直到可以通过控制信号的时间上的偏移补偿的延迟时间 效应(喷入开始和结束的延迟)、对这个对于燃烧过程重要的喷入过 程没有影响。
下面参考概图详细阐述实施根据本发明方法的装置的实施例。
图 示: 图1已知装置的原理电路, 图2按照本发明的第一实施例, 图3按照图2的实施例的充电时间和放电时间的示意图, 图4按照本发明的第二实施例,和 图5按照图4的实施例的充电时间和放电时间的示意图。
按照图1的电容性执行机构P的充电和放电的已知装置的原理电路 包括一个由能源V可充电的充电源、在此是充电电容C1、充电开关T1、 截止二极管D1、再充电电容C2、再充电线圈L和一个或多个并联执行 机构P、P’的双向与地参考电位连接的串联电路,其中选择开关S、S’ 与每个执行机构P、P’串联。
经过一个与另外的截止二极管D2串联的 放电开关T2再充电电容C2的通向充电开关T1的终端可以与地参考电 位连接。
由一个控制电路ST控制二个开关T1和T2。
充电电容C1的 电容量显著大于再充电电容C2的电容量:C1>>C2。
提到充电、放电或选择开关,对其主要理解为导通或不导通的开 关,例如可控硅或MOSFET(与二极管串联),如果流过其的电流变为 零,则其本身不再导通。
通过接通(电导通)充电开关T1实现执行机构P的充电。
对此具 有电流I的充电以半正弦波的形式从充电源(充电电容C1)经过再充 电电容C2和再充电线圈L传播到执行机构P。
在这段时间、充电时间 内执行机构电压U上升到一个确定值,并且执行机构P打开燃料喷油 嘴。
如果电流I变为零,则充电开关T1再度打开(不导通),维持得 到的执行机构电压U,直到接通(电导通)放电开关T2放电过程开始。
这时从执行机构P经过再充电线圈L向再充电容C2中振荡充电;执行 机构电压U再度为零,电流I变为零并且执行机构P关闭燃料喷油嘴。
必须在最近的充电过程之前重新关闭(不导通)放电开关T2。
因此结 束喷入过程。
通过截止二极管D1防止在充电容C1中反向充电。
图2指出了按照本发明的第一实施例的电路,由此区分该电路与按 照图1的已知电路,一个同样由另外的充电开关T1b、另外截止二极 管D1b和另外再充电电容C1b形成的串联电路并联于由充电开关 T1a、截止二极管D1a和再充电电容C2a形成的串联电路,通过一个从 再充电电容C2b到再充电电容C2a导通的二极管D2b使二个再充电电 容C2a和C2b的朝向充电开关T1a和T1b的终端彼此连接。
可以预先 规定一个另外的如此并联的串联电路,这通过加点的箭头表明。
下面根据在图3中描述的在执行机构P和充电开关T1a和T1b以及 放电开关T2的开关位置中电流曲线I的示意图说明这个电路的工作原 理。
如此对二个再充电电容C2a和C2b定参数,以所希望的最大例如 200μs的充电时间实现从二个电容C2a和C2b对执行机构P(或P’) 充电。
为此在时刻t0(图3)同时导通地控制二个充电电容T1a和T1b, 由此从电容C1、C2a和C2b经过再充电线圈L对执行机构P充电,并 且正弦电流I开始流过这个通过选择开关S选择的执行机构P。
在二 个再充电电容C2a和C2b上的电压稳定下降。
二个充电开关T1a和T1b (虚线表明)保持导通,直到电流I(虚曲线)在时刻t3变为零,如 此充电时间总计为t3-t0=200μs。
根据本发明为了达到短的充电时间例如在时刻t1提前打开充电开 关T1a,也就是说不导通控制充电开关T1a。
由此实现电流仅仅从二个 电容C1和C2b的串联电路中流过,由此电流I(描绘的曲线)在时刻 t2就已经变为零,在这个时刻再度使第二充电开关不导通。
通过该措 施充电时间仅仅是持续时间t2-t0。
通过这种方式可以在<t1和t3之 间改变在时刻t0开始的充电时间的结束,由此充电时间可以选择 <100μs直到所选择的最大值,在此是200μs的充电时间。
在充电过程 结束的时候(t2)在没有完全放电的第一再充电电容C2a上还可能总 计为例如+80V的电压,而在第二再充电电容C2b上的电压例如总计为 -50V。
在执行机构P放电时,例如在时刻t4开始放电,二个充电开关T2a 和T2b已经不导通,导通控制放电开关T2。
由此执行机构P经过再充 电线圈L在二个借助于二极管D2a和D2b并联的再充电电容C2a和C2b 中放电,其中首先对第二再充电电容C2b充电,直到其达到第一再充 电电容C2a的电压(+80V);接着进一步对二个再充电电容稳定充电, 直到执行机构P放电。
通过这种方式每个放电时间与各前面的充电时 间一致。
在所选择的实例(充电时间t0至t2)中在时刻t5(描绘的 曲线)也已经结束放电时间而不是在时刻t6(虚曲线)。
各自的选择开关,S或S’,从充电时间的开始(t0)直到放电时间 (t5或t6)的结束必须是导通的。
图4指出了按照本发明的第二实施例的电路,由此区分该电路和已 知的按照图1的电路,通过第二截止二极管D2,第三截止二极管D3 与相同的电流流通方向串联,从再充电电容C2a和再充电线圈L的连 接点,一个由第二再充电电容C2b、一个另外的充电开关T3和第四截 止二极管D4形成的并联电路与参考电位连接,其中第四截止二极管 D4的阳极在从参考电位到第二再充电电容C2b的方向上电流导通,并 且第四二极管D4的阴极与第二和第三截止二极管D2、D3的连接点连 接。
在此也适用C1>>C2a、C2b。
在这个实施例中如此对二个再充电电容C2a和C2b定参数,以所希 望的最大例如200μs的充电时间从二个电容C2a和C2b的并联电路对 执行机构P(或P’)充电。
为此在时刻t0(图5)同时导通控制二个充电开关T1和T3,由此 从电容C1、C2a和C2b经过再充电线圈L对执行机构P充电并且正弦 电流I开始流过通过选择开关S选择的执行机构P。
在二个再充电电容C2a和C2b上的电压稳定下降。
二个充电开关 T1和T3保持导通,直到电流I(虚曲线)在时刻t3变为零,则充电 时间总计为t3-t0=200μs。
为了达到短的充电时间在时刻t1提前打开充电开关T1,也就是说 不导通控制充电开关T1。
由此实现电流仅仅从再充电电容C2b经过再 充电线圈L流到执行机构P,并且从该执行机构经过选择开关、截止 二极管D4和另外的充电开关T3返回进入再充电电容C2b,似乎作为 “空载电流”用于C2b和L放电,直到该电流在时刻t2变为零(在图 5中t1至t2的描绘的曲线)。
只要另外的充电开关T3必须是无条件 导通。
由此在该实施例中充电时间仅仅是持续时间t2-t0。
通过这种方式 可以在<t1和t3之间改变在时刻t0开始的充电时间的结束,由此充 电时间可以选择<100μs直到所选择的最大值,在此是200μs。
再充电过结束的时候(t2),象在第一实施例中一样,在没有完全 放电的第一再充电电容C2a上还可能总计为例如+80V的电压,而在第 二再充电电容C2b上的电压例如总计为-50V。
在执行机构P放电时,在时刻t4开始放电(充电开关T1不导通), 导通控制放电开关T2。
如果在这个时刻另外的充电开关T3还是导通 的,则正如在第一实施例中已经描述的,执行机构P经过再充电线圈L 在二个借助于二极管D2并联的再充电电容C2a和C2b中放电,其中首 先对第二再充电电容C2b充电,直到其达到第一再充电电容C2a的电 压(+80V);接着进一步对二个再充电电容稳定充电,直到执行机构 P放电。
通过这种方式每个放电时间再度与各前面的充电时间一致。
在所选择的实例(充电时间t0至t2)中在时刻t5(描绘的曲线)也 已经结束放电时间而不是在时刻t6(虚曲线)。
在执行机构P放电时,在时刻t4(图5)开始放电,其中充电开关 T1是不导通的,导通控制充电开关T2。
对此充电开关T3或者还有效 导通,或,如果其作为MOSFET实施,在到放电开关T2的方向上电流 流过强制的反向二极管(在图中虚线描述)。
由此执行机构P经过再充电线圈L在二个并联的再充电电容C2a 和C2b中放电,其中首先再度对第二再充电电容C2b充电,直到其达 到第一再充电电容C2a的电压(+80V);接着进一步对二个再充电电 容稳定充电,直到执行机构P放电。
通过这种方式每个放电时间与各 前面的充电时间一致。
在所选择的实例(充电时间t0至t2)中在时 刻t5(描绘曲线)已经结束放电时间而不是(充电时间t0至t3)在 时刻t6(虚曲线)。
各自的选择开关、S或S’、从充电时间的开始(t0)直到放电时间 (t5或t6)的结束必须是导通的。
在这个具有缩短的充电时间(在另外的充电开关T3之前充电开关 T1不到同)的第二实施例中由此可以把燃料喷入量降低到最小程度, 另外的充电开关T3和放电开关T2倒置运行-如果T2不导通,则T3 导通,并且相反亦然-由此充电时间之后直接是放电时间。
在这种情况下,即T1和T3同步于时刻t0导通并且在时刻t3不导 通控制T1和T3,避免T2和T3的倒置运行。
如果因为T1和T3同时 不导通并且T2导通,则通过短暂重叠T1和T2导通并因此充电电容 C1和能源V短接。
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