(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動制御装置（１１）によってピストンポンプ（１０）を動作させる方法であって、
当該ピストンポンプ（１０）は、当該ピストンポンプ（１０）内に配置された電磁石のコイル（１）によって駆動され、前記駆動制御装置（１１）は、前記コイル（１）と電気的に接続されており、
前記コイル（１）が駆動されていないときには、前記ピストンポンプ（１０）のピストン（２）のピストン底面（４）が前記ピストンポンプ（１０）のバルブユニット（７）と接触していることにより、前記ピストンポンプ（１０）のポンプ容積内に液体が圧送されず、前記コイル（１）が駆動され、前記ピストン底面（４）と前記バルブユニット（７）とが接触しなくなると、前記液体が前記ポンプ容積内へと圧送される、方法において、
前記方法は、
前記駆動制御装置（１１）によって、前記コイル（１）に電圧（Ｕ）を印加することにより、前記ピストンポンプ（１０）のピストン（２）を、前記ピストン底面（４）が前記バルブユニット（７）から離隔する方向に移動させるステップであって、
スイッチオン持続時間の間、前記コイル（１）に前記電圧（Ｕ）を印加して、電流が前記コイル（１）を通って流れて、前記ピストン（２）が加速される、ステップと、
前記ピストン（２）がストッパ（８）に打ち当たる、前記ピストン（２）のインパクト時点（ｔＡ）を検出するステップであって、前記検出するステップは、前記コイル（１）の電気的な状態量（Ｉ，Ｕ）の時間的な推移を定性的に検出し、前記検出された推移、又は、前記検出された推移から導出された推移に基づいて行われる、ステップと、
前記検出されたインパクト時点（ｔＡ）を記憶するステップと、
前記インパクト時点（ｔＡ）の検出によって前記コイル（１）の電圧供給を終了する、又は、事前に識別されて記憶されたインパクト時点（ｔＡ）に基づいて前記コイル（１）の電圧供給を終了する時点を特定するステップと
を含み、
前記コイル（１）における前記電圧（Ｕ）の時間的な推移に基づいて、前記ポンプ容積内の前記液体の蒸気の蒸気圧送が識別される、
ことを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記電気的な状態量（Ｉ，Ｕ）の前記推移の一次時間導関数において極値を時間的に検出し、及び／又は、前記電気的な状態量（Ｉ，Ｕ）の前記推移の二次時間導関数において零通過を時間的に検出することによって、前記インパクト時点（ｔＡ）を検出する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ピストン運動を伴わない前記状態量（Ｉ，Ｕ）、又は、前記ピストン（２）のインパクトを伴わないピストン運動を伴う前記状態量（Ｉ，Ｕ）の理論的な推移をシミュレートする時間的な基準推移から、前記状態量（Ｉ，Ｕ）の前記時間的な推移を減算し、前記減算により得られた差を閾値と比較し、前記インパクト時点（ｔＡ）を前記差の極値により識別する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記識別されたインパクト時点（ｔＡ）を、特定の動作状態に対して記憶する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記電圧供給の終了後に開始する時間区間（ＩＩａ）の後に、前記電圧供給が再び投入される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
予期される前記インパクト時点（ｔＡ）に達する前に、又は、予期される前記インパクト時点（ｔＡ）に達する時に、前記電圧供給が終了される、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記ピストン（２）が、前記コイル（１）の電圧供給持続時間（ＩＩ）の終了後に、自身の振れによって前記ストッパ（８）に到達し、かつ、自身の最高速度と比較して遅い速度で前記ストッパ（８）に到達するように、前記電圧供給持続時間（ＩＩ）が設定される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記ピストンポンプ（１０）からの流体の吐出過程の開始後に、前記コイル（１）における前記電圧（Ｕ）の推移における落ち込み（Ｅ）が検出される、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記電圧（Ｕ）の推移と、前記電圧（Ｕ）の平均値のレベルにおける基準電圧の推移との間の差を、前記コイル（１）を通る前記電流（Ｉ）の減衰後の時間区間の間に算出し、当該差において、閾値よりも大きい極値を見出すことによって、前記ピストンポンプ（１０）からの流体の吐出過程の開始後に、前記コイル（１）における前記電圧（Ｕ）の推移における落ち込み（Ｅ）が検出される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
液体を圧送するピストンポンプ（１０）の駆動制御装置（１１）であって、
前記ピストンポンプ（１０）は、シリンダ（３）と、ピストン（２）と、前記ピストン（２）を前記シリンダ（３）内で運動させるコイル（１）を備える電磁石とを有する、駆動制御装置において、
前記駆動制御装置（１１）は、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されている、
ことを特徴とする、ピストンポンプ（１０）の駆動制御装置（１１）。
【請求項１１】
半導体スイッチ（ＬＳ）を備えており、当該半導体スイッチ（ＬＳ）によって、前記コイル（１）に電圧が印加可能であり、
前記半導体スイッチ（ＬＳ）を通る電流強度を検出するために、閉成されている前記半導体スイッチ（ＬＳ）の内部抵抗を介して電圧降下（Ｕ＿ＤＳ）が、当該駆動制御装置（１１）によって測定可能である、請求項１０に記載の駆動制御装置（１１）。
【請求項１２】
前記液体は、燃料である、請求項１０又は１１に記載の駆動制御装置（１１）。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の駆動制御装置（１１）を有している、
ことを特徴とするピストンポンプ（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、電磁石のコイルによって駆動されるピストンポンプの動作方法に関する。ここでは、電磁石によって、ピストンポンプのピストンがシリンダ内でポンプ動作のために運動させられる。また、スイッチオン持続時間の間、コイルに電圧が印加されて、電流がコイルを通って流れて、ピストンが加速される。この電圧は、駆動制御装置によって印加される。さらに、本発明は、液体、特に燃料を圧送するピストンポンプ用の駆動制御装置に関し、このピストンポンプは、シリンダと、ピストンと、シリンダ内でピストンを運動させるコイルを備える電磁石とを有している。さらに、本発明は、ピストンポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術において、電磁石のコイルによって駆動可能なピストンポンプが公知である。このピストンポンプは、例えば、燃料ポンプとして使用可能である。例えば、往復アーマチュアポンプとして構成されているこのようなポンプが、図１に示されている。ピストンポンプは、コイル１と、ピストン底面４を備えるピストン２と、シリンダ３と、架台６を有するコイルばね５と、バルブユニット７とを含んでいる。電流がコイル１を通って流れると、その内部を通る磁束が生起される。これによって、ピストン２が磁気的に、バルブユニット７から離隔する方向に移動させられ、これによって、コイルばね５が、自身の架台６に対してプリロードされる。バルブユニット７とピストン底面４との間の容積が拡大し、これによって、吸入過程が行われる。典型的には、ストッパ８において、動作ストロークの最高位置に到達した後、コイル１内の電流がスイッチオフされて、ピストンがストッパ８に留まり、これによって、吸入過程が完全に実行されることが可能になる。その後、ピストン２は、コイルばね５のプリロードによって、バルブユニット７の方向に移動させられ、これによって、吐出過程が生じる。この吐出過程では、ポンプによって送り出されるべき流体がバルブユニット７内に押し動かされる。磁気の作用によって吐出が行われ、ばね作用によって吸入が行われるポンプも可能である。
【０００３】
このようなピストンポンプを駆動制御するために、図２に示されているような駆動制御ユニットが公知である。誘導性の成分Ｌ＿ｃｏｉｌ＿ｐｕｍｐと抵抗性の成分Ｒ＿ｃｏｉｌ＿ｐｕｍｐとを有しているコイルが、供給電圧＋ＵＢに接続されている。このコイルに対して直列に、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴとして形成されている半導体スイッチＨＳが接続されている。この半導体スイッチＨＳは、シャント抵抗Ｒ＿ｓｈｕｎｔを介して、アース電位ＧＮＤに接続されており、直列抵抗Ｒｖ＿ＬＳを介して駆動制御可能である。半導体スイッチＨＳを開放及び閉成することによって、コイルに電圧Ｕ＿ｃｏｉｌ＿ｐｕｍｐが加えられる。これによってコイルに電流が流れる。同じ電流が、シャント抵抗Ｒ＿ｓｈｕｎｔを通っても流れる。ここでは、その大きさが、電圧降下Ｕ＿ｓｈｕｎｔを測定することによって測定される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この従来技術の欠点は、ピストンポンプが、動作ストロークの最高位置を定めるストッパにおけるピストンのインパクトによって、騒音を生じさせてしまう、ということである。さらに、上述した駆動制御及び従来の態様の駆動制御と関連したピストンポンプの効率は、最適ではない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の開示
本発明では、ピストンポンプの動作方法が提案される。ここでは、コイルの電気的な状態量の時間的な推移が定性的に検出される。状態量は、コイル内の電流又はコイルにおける電圧であってよい。商、又は、電流と電圧とから導出された別の量を、検出及び／又は計算することも可能である。定性的な検出とは、ここで、絶対値、例えば測定された電圧が重要なのではなく、推移の態様の検出で十分であることを意味している。しかし、定量的に確実な検出が同様にこれに含まれている。本発明ではさらに、検出された推移又はここから導出された推移を評価することが提案される。これによって、この推移から、ストッパにおけるピストンのインパクトが識別される。ピストンのインパクトを識別することによって、ポンプ過程の推移における基準点が使用可能になる。これによって、ポンプの格段に改善された開ループ制御又は閉ループ制御が可能になる。ピストンポンプ用の駆動制御装置は、車両の制御機器の一部であってよい。この方法は、駆動制御装置及び／又は制御機器によって実施可能である。
【０００６】
従属請求項は、本発明の有利な発展形態に関する。
【０００７】
ある実施形態では、ピストンがピストンシートに打ち当たるインパクト時点を識別することが提案される。このようにして、距離測定システムを使用する必要がなくなる。
【０００８】
別の実施形態では、インパクト時点は次のことによって識別される。即ち、コイルの電気的な状態量の検出された推移の一次時間導関数において極値が求められ、その時点が、インパクト時点として特定されることによって識別される。選択的又は付加的に、電気的な状態量の二次時間導関数における零通過をインパクト時点として検出することが可能である。この理由は、ストッパにおけるピストンのインパクト時に、その速度が突発的に低減される、ということにある。ピストンの速度は、コイルにおける逆電圧を生じさせる。これは、このインパクトによって変化する。これによって、検出された推移における規則正しさが乱れ、これは、曲がり箇所（Ｋｎｉｃｋｓｔｅｌｌｅ）として現れる。規則正しさからのこのような逸脱は、推移の時間導関数によってより良好に識別されるので、良好な自動的な評価も可能である。
【０００９】
上述した識別方法に対して選択的又は付加的に、状態量の時間的な推移を時間的な基準推移から減算することが可能であり、このようにして差の推移が生じる。このような基準推移は、ピストンが運動していないこと、又は、ピストンの停止が生じていないことをシミュレートしている。従って、この差において、ピストン経路において、ピストンがインパクトする箇所で極値が生じ、ここで、属する時点がインパクト時点として規定され得る。特に、電流推移が、差の形成のために用いられる。基準推移は、制御機器内に記憶可能であり、特に、ピストンポンプ用の駆動制御装置を備えている又はピストンポンプ用の駆動制御装置と通信可能である、自動車の制御機器内に記憶可能である。基準推移が記憶されているインテリジェントな駆動制御装置を使用することも可能である。
【００１０】
基準推移を特定するために、コイルの通電開始直後に、推移の上昇を求めることができる。この値から、コイルのインダクタンスを推測することができる。付加的に、テストパルス駆動制御を、コイルに対する電圧パルスによって実行することができる。この電圧パルスは、コイルを自身の飽和状態にするのに十分な持続時間を有している。この過程から、コイルの飽和値を特定することができる。これは例えば、コイルを流れる最大電流である。この飽和値から、コイルのパラメータが導出される。これは例えば、その内部の抵抗である。飽和状態への時間的な移行から、コイルのインダクタンスを計算することができる。コイルのパラメータを求める別の手段は、コイルのスイッチオフ時のコイル電圧を測定することである。この際に、測定された電圧の実際の推移が、スイッチオフ基準電圧曲線から減算され、極値が見出される。これによって、ピストンがストッパから離隔する時点が特定される。上述した特定方法によって、それを用いて、基準曲線の理論的な計算を、サンプルのピストンポンプで測定された値を用いて実行することができるパラメータが得られる。従って、現実に近い基準推移が得られる。
【００１１】
別の実施形態では、インパクト時点が識別されたときに、このインパクト時点を記憶することが提案される。これは、インパクト時点を常に新たに特定しなくてよいという利点を有している。特に有利には、特定の動作状態に対するインパクト時点が識別される。これに相応して、識別されたインパクト時点を、動作状態を特徴づけるパラメータとともに記憶することができる。これらのパラメータはまずは、ポンプ周波数及びポンプの動作ストロークである。しかし、ポンプ又は流体の温度もパラメータとして考えられる。動作状態が変わる度に新たにインパクト時点を識別すること、又は、多数の動作状態に対してインパクト時点を記憶することが可能であり、従って、新たな検出が必要になることは希であり、又は、新たな検出は決して必要にはならない。データセットに、当該データセットに属する、サンプルのピストンポンプで測定されたインパクト時点だけが記憶されることが可能である。
【００１２】
別の実施形態では、インパクト時点が識別されると、コイルの通電が終了される。このようにして、ピストンがストッパに到達したのにもかかわらず、コイルに供給電圧が印加され続けることが阻止される。突発的に途切れない磁石作用によって、ピストンは典型的には、供給電圧のスイッチオフ後の所定の時間期間の間、さらに、ストッパに留まる。通電の開始後に、記憶されたインパクト時点に相当する時点に達した際に、コイルの供給電圧をスイッチオフすることも可能である。特に、このようなインパクト時点は、特定の動作状態に対して記憶されている。供給電圧の印加の持続時間を短くすることによって、エネルギーが節約される。
【００１３】
別の実施形態では、予期される、特に、記憶されているインパクト時点に達する前に、通電が終了させられる。このようにして、ポンプ過程にエネルギーが利用し尽くされる。このエネルギーは、通電の終了後に、ピストンの振れにおいて、運動エネルギーとして蓄積され、電磁石において磁気エネルギーとして蓄積されており、これによってピストンは、さらにエネルギーが供給されることなく、インパクトに至る。従って、コイル及び駆動制御装置の出力段における損失エネルギーが節約される。いくつかのケースでは、通電開始と、その間に通電が早期にスイッチオフされるインパクト時点との間の時間の割り当ては、４分の１又はそれ以下である。通電の早期のスイッチオフによって、ピストンは、ストッパに、格段に遅い速度で到達する。従って、騒音の低減と、同時に、摩滅の低減とが実現される。ピストンがそれ以上加速されない又は制動される時間期間の後に、供給電圧を再び投入することも可能である。有利には閉ループ制御が実行され、これによって、通電時間が、ピストンの引き付けに必要な最小持続時間に設定される。ここでは、例えば、ピストンの極めて遅い速度が単にインパクト時に存在しているのか、又は、ストッパにおけるピストンのインパクトがもはや生じないのかも特定することができる。この場合には、通電時間が延長される。これとは異なり、衝突時に速い速度が存在している場合には、通電時間が低減される。衝突時の速度を例えば、衝突時のコイルにおける電流の変化の程度として、又は、通電のスイッチオフ後にコイルで生じる電圧に基づいて、求めることができる。有利には、コイルにおける電気的な損失電力が、少なくとも近似的に最小化される。
【００１４】
この方法の、以降で説明する２つの実施形態は、この出願に記載されている別の発明とは無関係である、独立した発明の実施形態と見なされるべきである。以降で説明される、独立した発明は、ピストンポンプの動作方法の発展形態である。このピストンポンプは、電磁石のコイルによって駆動される。ここで、この電磁石によって、ピストンポンプのピストンが、シリンダ内でポンプ動作のために運動させられる。スイッチオン持続時間の間、電圧がコイルに印加されて、電流がコイルを通って流れ、ピストンが加速される。この電圧は、駆動制御装置によって印加される。出願人は、この発明に独立した出願を提出する権利を有する。以降で説明する実施形態を、この方法の別の、説明される実施形態と組み合わせることができる。
【００１５】
ある実施形態では、コイルにおける通電のスイッチオフ後の電圧の時間的な推移に基づいて、蒸気圧送（Ｄａｍｐｆｆｏｅｒｄｅｒｕｎｇ）が識別される。吸入の後に、液体の媒体、例えば燃料に対して付加的に、この液体の媒体の蒸気もポンプ容積内に存在する場合には、蒸気が圧縮されるまで、ピストンが吐出力によって極めて迅速に加速される。これによって、速いピストン速度に基づいて、逆電圧が上昇する。この逆電圧は、コイルにおけるピストンの運動を生じさせる。このようにして、コイルに印加される電圧の推移において、特徴的な落ち込みが生じる。特に、この電圧の落ち込みによって、液体の媒体における蒸気の存在を識別することができる。
【００１６】
別の実施形態では、通電のスイッチオフ後に生じる、コイルを通る電流の減衰後に、コイルの新たな通電の前の時間期間の間に、コイルにおける電圧から平均値が形成され、この平均値が電圧の推移から減算され、この減算の結果において、極値が見出されることによって、電圧の落ち込みが識別される。この極値が閾値を上回ると、これで、蒸気圧送が識別される。選択的又は付加的に、上述した時間期間における電圧推移の導関数から、この導関数が閾値を超えているということで、蒸気圧送を識別することができる。
【００１７】
本発明の別の態様では、駆動制御装置が提案される。この駆動制御装置は、上述した実施形態の１つに従って、方法を実施するように構成されている。この駆動制御装置は、ピストンポンプに配置可能である。しかし、駆動制御装置が、ピストンポンプと別個に配置されていても、駆動制御装置がピストンポンプと電気的な線路によって接続されていても、又は、駆動制御装置がピストンポンプと電気的な線路によって接続可能であってもよい。さらに、駆動制御装置が、別の制御装置の一部、特に、自動車のエンジン制御装置の一部を形成していてもよい。
【００１８】
別の、上述した実施形態とは無関係な実施形態では、液体、特に燃料を圧送するピストンポンプのための駆動制御装置が提案される。ここで、このピストンポンプは、シリンダと、ピストンと電磁石とを有している。この電磁石は、シリンダ内でピストンを運動させるためのコイルを有している。この駆動制御装置は、コイルの電気的な状態量の時間的な推移を定性的に検出し、この推移又はここから導出された推移を評価し、これによって、ストッパにおけるピストンのインパクトを検出するように構成されている。
【００１９】
上述した実施形態の１つに従った駆動制御装置の別の実施形態では、この駆動制御装置によって、ピストンがピストンシートに打ち当たるピストンのインパクト時点が、電気的な状態量の推移に基づいて検出可能であり、特に記憶可能である。
【００２０】
駆動制御装置の上述した実施形態の１つに従った別の実施形態では、コイルへの供給電圧の印加の持続時間は次のように設定される。即ち、ピストンが、この持続時間の終了後に、自身の振れによってストッパに到達し、かつ、ストッパに、特に、自身の最高速度と比較して格段に遅い速度で到達するように設定される。ここで、供給電圧のスイッチオフ後のコイルへのエネルギー供給の低減後に、ピストンが自身のストッパに到達する前に、供給電圧を再び印加することが可能である。
【００２１】
駆動制御装置の上述した実施形態の１つに従った別の実施形態では、駆動制御装置は、インパクト時点の識別によって、コイルの通電を終了させるように、又は、事前に識別され、記憶されたインパクト時点に基づいて、特に特定の動作状態に対して、記憶されているこのインパクト時点で又はここから求められるべき時点で、コイルの通電を終了させるように構成されている。
【００２２】
駆動制御装置の上述した実施形態の１つに従った別の実施形態では、駆動制御装置は、コイルにおける電圧の時間的な推移に基づいて、蒸気圧送を識別するように構成されている。
【００２３】
以降で説明する、駆動制御装置の実施形態は、この出願に記載されている別の発明とは無関係である、独立した発明の実施形態と見なされるべきである。以降で説明する発明は、液体、特に燃料を圧送するピストンポンプのための駆動制御装置を形成する。ここで、このピストンポンプは、シリンダと、ピストンと、電磁石とを有している。この電磁石は、シリンダ内でピストンを独立してさらに運動させるためのコイルを有している。出願人は、これに独立した出願を提出する権利を有する。以降で説明する実施形態を、駆動制御装置の上述した実施形態と組み合わせることができる。
【００２４】
駆動制御装置の実施形態では、これは、半導体スイッチ、例えば、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ若しくはバイポーラトランジスタ、又は、別のパワー半導体スイッチを有している。この半導体スイッチによって、コイルに電圧を印加することができる。このために、半導体スイッチは、有利には、コイルに直列接続されている。ここで特に、コイルの端子は、半導体スイッチの端子に導電性に接続されている。半導体スイッチ及びコイルは、このために、有利には、供給電圧電位と、コイル及び半導体スイッチがそれぞれ端子に接続されているアース電位との間に位置している。有利には、供給電位からアース電位への電流経路には、半導体スイッチ及びコイルだけが接続されている。半導体スイッチが導通接続されている場合、これは少なくとも近似的に一定の内部抵抗を有している。この実施形態の中心的な着想は、導通接続されている半導体スイッチを、半導体スイッチを通る電流の測定のためのシャント抵抗として使用することである。このようにして、電流測定のために従来技術に使用されている従来のシャント抵抗を省くことができる。これによって、シャント抵抗における損失電力も省くことができる。導通接続されている半導体スイッチの抵抗の不変性におけるわずかなずれは、上述した方法の１つに従ったインパクト時点の識別を妨害するものではない。従って、この態様の定性的な電流測定は、定量的な測定精度が、多くの別の目的に対して十分でない場合にも、このために使用可能である。有利には、半導体スイッチを超えて、特にＡＤ変換器によって電圧降下が測定される。このコイル電流は、少なくとも近似的に、閉成されている半導体スイッチに対する抵抗値によって計算可能である。
【００２５】
別の実施形態では、電圧降下は、閉成されている半導体スイッチを介して、半導体スイッチの端子でアース電位に関して、又は、半導体スイッチの端子で供給電圧電位に関して、測定される。
【００２６】
別の実施形態では、コイルにおける電圧は、電圧供給電位とアース電位との間の差から、半導体スイッチを介して測定された電圧を減算することによって計算される。ここでこの電圧は、半導体スイッチが開放されているときに測定される。多くのケースにおいて、電圧供給電位とアース電位との間の差は、動作電圧として、他の測定から既知であり又は定められているので、コイルにおける電圧を特定するための、開放されている半導体スイッチを介した電圧測定は、わずかなコスト上昇にしかならない。閉成されている半導体スイッチを介した電圧降下の測定は、Ａ／Ｄ変換器で実行されてよく、これによってさらに、開放されている半導体スイッチを介して電圧を測定することができる。場合によっては、ここで、例えば、分圧器によって実現可能な測定領域マッチングが必要である。
【００２７】
別の実施形態では、コイルに、付加的な半導体スイッチとダイオードとを含んでいる電流経路が並列接続されている。このダイオードは、電圧供給電位からアース電位への流れの方向に関して、逆方向に接続されている。この付加的な半導体スイッチは、半導体スイッチのスイッチオフの後に、電圧供給電位の印加のために、コイルを通る電流に対して、フリーホイール回路を開放することを可能にする。これによって、コイルを通る電流を緩慢に低減させることができる。
【００２８】
別の実施形態では、電圧供給電位を印加するために、半導体スイッチに、ツェナーダイオードが並列接続されている。このツェナーダイオードは、電圧供給電位からアース電位への流れの方向に関して、逆方向に接続されている。このツェナーダイオードは、ツェナーダイオードにおけるコイルのエネルギーの迅速な消去を可能にする。半導体スイッチが、遮断するように接続されると、電流は、電流を自身の磁気エネルギーに基づいてさらに駆動するコイルから、このツェナーダイオードと、電圧供給電位を準備する電流供給装置とを介してコイルに戻るように導かれる。ツェナーダイオードでは、そのアバランシェ電圧によって、熱への著しいエネルギー変換が生じ、これによって、コイル電流が迅速に消去される。
【００２９】
本発明の別の態様では、上述した実施形態の１つに即した駆動制御装置を有しているピストンポンプが提案される。
【００３０】
以降で本発明の実施例を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術に即したピストンポンプの横断面図。
【図２】従来技術に即した駆動制御装置の回路図。
【図３】本発明の駆動制御装置の第１の実施形態の回路図。
【図４】本発明の駆動制御装置の第２の実施形態の回路図。
【図５】本発明の駆動制御装置の第３の実施形態の回路図。
【図６】２つの共通の時間期間にわたる、コイルにおける電圧と、コイルを通る電流とが示されている２つの値のダイヤグラムであり、電流及び電圧の従来の推移が示されている。
【図７】２つの共通の時間期間にわたる、コイルにおける電圧と、コイルを通る電流とが示されている２つの値のダイヤグラムであり、本発明の第１の実施形態を用いた、電流及び電圧の推移が示されている。
【図８】２つの共通の時間期間にわたる、コイルにおける電圧と、コイルを通る電流とが示されている２つの値のダイヤグラムであり、本発明の第２の実施形態を用いた、電流及び電圧の推移が示されている。
【図９】２つの共通の時間期間にわたる、コイルにおける電圧と、コイルを通る電流とが示されている２つの値のダイヤグラムであり、電流及び電圧の従来の推移が示されており、液体の流体と蒸気とが圧送される。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
本発明の実施形態
図３には、本発明の一部である駆動制御装置の回路図が示されている。本発明のこの部分は、独立した意味を有している。出願人は、この構成要件に特別な出願を提出する権利を有する。図示されている駆動制御装置は、包括的なユニットの一部であってよい。供給電圧電位＋ＵＢとアース電位ＧＮＤとの間に、ピストンポンプの電磁石のコイルと半導体スイッチＬＳとが直列接続されている。半導体スイッチＬＳは、ｎチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして形成されている。選択的に、半導体スイッチＬＳが、ｐチャネルＭＯＳＦＥＴトランジスタとして形成されていてもよい。トランジスタのソース端子Ｓは、アース電位ＧＮＤに接続されている。ドレイン端子Ｄは、コイルの端子に接続されている。ゲート端子Ｇは、直列抵抗Ｒｖ＿ＬＳを介して駆動制御電位に接続されている。電圧降下Ｕ＿ＤＳは、ドレインＤとソースＳとの間で測定可能である。電圧降下は、コイルＬ＿ｃｏｉｌを通る電流の測定のために使用可能である。コイルは、誘導性の成分Ｌ＿ｃｏｉｌと抵抗性の成分Ｒ＿ｃｏｉｌとを含んでおり、これらは、直列接続されて存在している。コイルの一方の端子は、供給電圧電位＋ＵＢに接続されている。また、他方の端子は、半導体スイッチＨＳに接続されている。
【００３３】
図４は、駆動制御装置の第２の実施形態の回路図を示している。この第２の実施形態は、多くの点において、図３に示されている第１の実施形態と等しい。同様の特徴には同一の参照番号が付されており、これに関しては、図３を参照されたい。以降では、図３との違いにのみ言及する。第２の実施形態は、付加的に、ツェナーダイオードを有している。ここで、このツェナーダイオードは、半導体スイッチＬＳのドレイン及びソースに接続されており、供給電圧電位＋ＵＢに関して、逆方向に接続されている。さらに、駆動制御装置は、付加的な電流経路を有している。この電流経路は、別の半導体スイッチＨＳと供給電圧電位＋ＵＢに関して、逆方向に接続されているダイオードＤ１との直列接続を有している。半導体スイッチＨＳのドレインは、供給電圧電位＋ＵＢに接続されている。ダイオードＤ１のアノードは、半導体スイッチＬＳのドレインに接続されている。半導体スイッチＨＳのソースと、ダイオードＤ１のカソードは連結されている。半導体スイッチＨＳは、自身のゲートと、直列抵抗Ｒｖ＿ＨＳとを介して駆動制御可能である。この回路は、シャント抵抗を有しており、このシャント抵抗では、電圧Ｕ＿ｓｈｕｎｔが、コイルＬ＿ｃｏｉｌを通る電流を測定するために、取り出し可能である。
【００３４】
コイルＬ＿ｃｏｉｌを通電するために、まずは半導体スイッチＬＳが導通接続させられる。スイッチオン持続時間が終了すると、半導体スイッチＬＳが開放される。次に、コイルＬ＿ｃｏｉｌは、電圧Ｕ＿ｃｏｉｌ＿ｐｕｍｐを生成する。これは、フリーホイール回路を通るように、電流を駆動する。半導体スイッチＨＳは、比較的弱い作用でフリーホイール回路を起動するために用いられる。これは、ダイオードＤ１と、これに接続されている半導体スイッチＨＳとを介して延在する。電圧降下は、閉成されている半導体スイッチＨＳ及びダイオードＤ１においてわずかであるので、コイルＬ＿ｃｏｉｌから緩慢にしかエネルギーは除去されない。従って、コイル電流は、緩慢に消去される。その代わりに、半導体スイッチが開放されると、強い消去作用が生じる。コイルによって駆動される電流の電流経路は、ここで、ツェナーダイオードＺＤ、シャント抵抗Ｒ＿ｓｈｕｎｔを介して、及び、電流供給装置を介して延在する。ここで、この電流供給装置は、供給電圧電位＋ＵＢを提供する。高いエネルギー損失は、コイルＬ＿ｃｏｉｌを通る電流の迅速な消去を実現する。
【００３５】
図５は、図４に示されている実施形態の、変更が加えられた実施形態を示している。同様の特徴には、同一の参照番号が付けられており、これに関しては、図４を参照されたい。以降では、違いにのみ言及する。図４とは異なり、図５の実施形態においては、シャント抵抗Ｒ＿ｓｈｕｎｔが設けられていない。その代わりに、図３に示されている実施形態のように、閉成されている半導体スイッチＬＳを介した電圧Ｕ＿ＤＳが、コイルＬ＿ｃｏｉｌを通る電流の測定のために使用される。
【００３６】
図６は、２つの値のダイヤグラムにおいて、ピストンポンプの電磁石のコイルに加わる電圧Ｕの推移と、コイルを通る電流Ｉの推移とを示しており、ここでこの電流Ｉと電圧Ｕは、時間ｔと、同じ時間期間にわたって示されている。図４又は図５の実施形態における駆動制御装置が使用される。第１の時間区間Ｉでは、電圧Ｕは、近似的に、零付近で一定であり、電流Ｉも同様に実質的に零である。ピストンは、休止ストッパにあるか、又は、流体をポンプによって送り出すために、緩慢な吐出運動を行っている。時間区間Ｉから時間区間ＩＩへの移行時に、コイルが、供給電圧に印加される。従って、電圧Ｕは極めて迅速に、著しく上昇する。コイルのインダクタンス及び内部抵抗に基づいて、慣性が、コイルを通る電流Ｉの後に生じる。電流は緩慢に上昇し、時間区間ＩＩの終端部で自身の極大値に達する。この上昇は、近似的に一定の上昇を伴って始まる。しかし、これは、曲がり箇所Ｋにおいて、小さい不規則性によって妨害されている。これは、インパクト時点ｔＡにおける曲がり箇所の開始時に、ピストンポンプのピストンがストッパに打ち当たることと関連している。これによって、ピストンの速度は著しく低減し、ピストンは逆電圧を生成しなくなる。従って、曲がり箇所の時点は、インパクト時点に相当する。ピストンの著しく低減された速度に対応して、コイルに、より大きい作用を有する電圧が加わる。従って、電流Ｉは、このインパクト時点から、より強く上昇する。この上昇は、時間区間ＩＩの終端まで、弱まっていく。時間区間ＩＩの終端部で、コイルは、供給電圧から分断される。さらに、半導体スイッチＬＳは、遮断するように切り替えられる。半導体スイッチＨＳは、導通接続されているので、コイル電流の弱い消去しか生じない。これによって、電圧Ｕは、極めて迅速に、若干、零を下回るまで低減し、電圧は、ここに時間区間ＩＩＩの間、留まる。時間区間ＩＩＩでは、電流Ｉは、半導体スイッチＬＳ及びＨＳの上述した設定によって緩慢に低減する。時間区間ＩＶでは、電圧Ｕは、迅速にかつ極めて強く低減する。これは、電流Ｉが、ほぼ零まで迅速にかつ著しく低減することに付随して生じる。これは、半導体スイッチＨＳのスイッチオフによって生じ、上述したように、強い電流消去を生じさせる。電流低下の終了後、電圧Ｕは、迅速に、再び、ほぼ零まで上昇する。時間区間Ｖでは、ピストンは、コイルの磁石作用の終了に基づいて、ばねのプリロードによって、再び運動する。これによって、コイル内で逆電圧が生じ、これは、電圧Ｕの推移における落ち込みとして際立つ。ピストンは加速されるが、ピストンの運動の作用は、時間の推移において、時間区間Ｖが終了するまで低減する。電流Ｉは、その間、ほぼ零である。時間区間Ｖが終了した後、時間区間Ｉを有する周期が最初から開始する。
【００３７】
図７は、時間ｔにわたる電圧Ｕ及び電流Ｉの、図６に示された２つの値のダイヤグラムの変化形態を示している。図４と同じ時間期間が示されている。電圧Ｕ及び電流Ｉの推移は、大部分、図６の推移に相当する。従って、違いにのみ言及する。図６と図７との間の実質的な差は、時間区間ＩＩとＩＩＩとの間の移行がより早く行われる、ということである。これによって、時間区間ＩＩは短くなる。また、時間区間ＩＩＩは長くなる。時間区間ＩＩは、ほぼ、曲がり箇所Ｋの時点の後に終了する。これは、コイルが、自身の供給電圧から分断されることによって行われる。このようにして、ピストンの加速が早期に終了され、従って、ピストンは、自身の跳躍的な変化に基づいて、かつ、緩慢にのみ低減する磁石作用及び依然としてコイルを通って流れる電流Ｉに基づいて、さらに走行し、比較的遅い速度で、自身のストッパに到達する。これによって、騒音の低減及び摩滅の低減が実現される。時間区間ＩＩＩでは、電圧Ｕは、若干、零を下回るまで低下する。電流Ｉはここで、緩慢に、より小さい値まで低減する。電圧Ｕ、電流Ｉの周期の残りは、図６に示されたものに相当する。全体的に、図３と比較して、消費エネルギーは格段に低くなる。これは、供給電圧の印加の持続時間が短くなったこと、及び、最大電流強度が低くなったこと、並びに、電流Ｉの曲線の下の面積で識別されるように、流される電荷量が小さくなったことの結果として生じる。
【００３８】
図８は、図６に示された、時間ｔにわたった電圧Ｕと電流Ｉとの２つの値のダイヤグラムの変化形態を示している。図６と同じ時間期間が示されている。電圧Ｕ及び電流Ｉの推移は、大部分、図６の推移に相当する。従って、違いにのみ言及する。図６と図８の実質的な相違は、図８の電圧推移において、付加的な時間区間ＩＩａが、時間区間ＩＩの推移内に挿入されている、ということである。時間区間ＩＩａの間、供給電圧は、零まで低下する。さらに、半導体スイッチＬＳが開放されている。強い電流消去が望まれているのか、又は、弱い電流消去が望まれているのかに応じて、半導体スイッチＨＳは、閉成されたままにされる、又は、開放される。時間区間ＩＩａは、一時的な制動区間に相当する。ここでは、ピストンの速度及び／又は加速度は、コイルの供給電圧がスイッチオフされることによって低減される。時間区間ＩＩａの間、電流Ｉは、若干低下する。これに対して、電流は、時間区間ＩＩａを包囲している時間区間ＩＩにおいては、迅速に上昇する。有利には、時間区間ＩＩａは、曲がり箇所Ｋにおいて開始する。ここで、ピストンは、自身のストッパに当接する。全体として、消費エネルギーが格段に低減する。なぜなら、特に、電流が到達する極大値が低くなったからである。全体として、流れる電荷が少なくなっている。時間区間ＩＩａの間、さらに、供給電圧はスイッチオフされている。従って、この時間区間の間、エネルギーは取り入れられない。ピストンへの少ないエネルギー取り入れによって、ピストンは、遅い速度で自身のストッパに到達し、これは、騒音及び摩滅を低減させる。時間区間ＩＩａの長さは、ピストンポンプのできるだけ最適な動作のためのコイルの最適な通電持続時間の閉ループ制御のための操作変数として用いられる。周期の、図８に示された残りの時間区間は、図６のそれに相当する。
【００３９】
図９は、図６に示された、時間ｔにわたる電圧Ｕと電流Ｉとの２つの値のダイヤグラムの変化形態を示している。図６と同じ時間期間が示されている。電圧Ｕ及び電流Ｉの推移は、大部分、図６における推移に相当する。従って、違いにのみ言及する。図６と図９との実質的な相違は、時間区間Ｖにおける落ち込みＥがより強く際立っている、ということである。これは、図９において、液体の流体とその蒸気との混合物の圧送が示されている、ということと関連している。ピストンは、時間区間Ｖの開始時に、強く加速される。これは、蒸気が、高まった圧力によって圧縮され、それ以上圧縮されない媒体が吐出されるまで行われる。落ち込みＥの大きさ又は時間的な勾配に基づいて、蒸気が、ポンプ空間内に存在しているか否かを特定することができる。特に、このために、落ち込みＥの振幅及び／又は落ち込みＥの時間的な勾配を、閾値と比較することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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