一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器及其控制方法

1.本发明涉及车用发动机燃油脉动衰减器领域，具体为一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器及其控制方法。


背景技术：

2.在流体管路系统中，存在液体压力脉动和管壁结构振动等问题，这些可能造成设备振动、噪声，严重时可以导致管路系统或机器的损坏等。其中，在控制管路振动的措施中尤其以减小管路内的压力和流量脉动最为显著。现有文献指出压力脉动是导致管路振动的主要原因，而液体压力脉动是由于流量脉动通过系统阻抗产生的，所以控制压力脉动可以从减小流量脉动和系统阻抗等方面考虑，脉动衰减/阻尼器就是一种吸收和衰减压力脉动的设施，现有车用发动机中的燃油脉动衰减器通常是被动式的，具有承压容器，内部装有一个弹性隔膜将容器分为上下两个腔体，下腔输送液体，上腔根据使用压力的大小装有惰性气体，一般为使用压力的60%-80%。
3.车用发动机的燃油在分配管内呈脉动状态，因此，在燃油分配管进口处或油泵处的出油口设有脉动衰减器，利用其膜片和弹簧的变形使容积随压力的大小而变化，缓和衰减分配管内油压的脉动，使油压稳定，保证了燃油准确地计量。
4.一方面，由于车用发动机的燃油喷射嘴的非连续、脉冲式燃油喷射造成的高压燃油管内燃油压力波动，并且燃油管内压力波动导致燃烧室内的喷油量不稳定，而被动式脉动阻尼无法自主根据燃油的脉动情况进行主动调节，脉动衰减功能较差；另一方面，现有被动式燃油脉动衰减器的膜片、弹簧等结构使其脉动衰减范围小，并且结构占用空间较大，还存在响应时间过长等缺点。有鉴于此，本技术提供了一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器及其控制方法，结合自动控制技术和车用发动机油路中实际的工作情况，使车用发动机燃油脉动情况得到大幅度降低，同时相比其他结构复杂安装维修难度高的燃油脉动衰减器显著减少了零件数量，降低成本，一定程度上降低了维修难度。进一步地，还能够一定程度上降低汽车行驶过程中的燃油消耗量，提升燃油经济性。
6.为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，包括由上壳体与下壳体合围形成的腔室，并且所述腔室通过一固定设置在上壳体与下壳体之间的弹性膜片被分隔为上腔室与下腔室，所述下腔室固定有燃油压力传感器，所述上腔室内设有一用于向着下腔室方向伸缩拉动所述弹性膜片的空气弹簧，所述空气弹簧的一端还设置用以调节所述空气弹簧刚度的温度调节组件；所述温度调节组件包括导热端帽以及半导体制冷片，所述导热端帽对应所述空气
弹簧的端部装配在所述上壳体上，并且导热端帽的底部与空气弹簧的端部嵌合，所述半导体制冷片固定在导热端帽的顶面，且所述导热端帽与半导体制冷片之间涂敷导热介质材料；所述空气弹簧包括沿着自身伸缩方向层叠排列的环状气囊，以及贯穿于环状气囊中部的柱状气囊。
7.作为本发明的优选方案，所述柱状气囊由多个邻接的正六棱柱气囊一体成型，其横截面呈蜂窝状。
8.作为本发明的优选方案，所述空气弹簧内填充惰性气体或者二氧化碳。
9.作为本发明进一步地方案，所述正六棱柱气囊的壁厚由中段向两端呈渐增变化，并形成纺锤状的腔室。
10.作为本发明进一步地方案，所述导热端帽包括由内向外螺纹连接在上壳体上的空气弹簧限位端，所述上壳体对应开设有螺纹通孔，并且导热端帽还包括在上壳体外用于锁紧所述空气弹簧限位端的锁紧帽。
11.作为本发明更进一步地方案，所述导热端帽包括用于卡入空气弹簧端部的圆形凹槽，还包括套设在圆形凹槽外并用于套接空气弹簧的弹性胶套，所述弹性胶套通过与空气弹簧端部螺纹连接的压接环固定。
12.作为本发明的优选方案，所述空气弹簧端面与弹性膜片之间粘接或者抵触。
13.本发明还提供了上述主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器的控制方法，所述燃油压力传感器检测到燃油压力值，并输送给单片机，单片机经过与设定阈值比较；当燃油压力值低于设定阈值时，单片机输出制热信号，半导体制冷片通过正向电流，接触面迅速升温，并通过导热端帽给空气弹簧加热，使空气弹簧迅速受热膨胀而伸长，带动弹性膜片向下弯曲而减小燃油腔体积，使燃油压力增加；当燃油压力值高于设定阈值时，单片机输出制冷信号，半导体制冷片通过反向电流，接触面迅速降温，并通过导热端帽给空气弹簧迅速制冷，使空气弹簧迅速受冷而缩短，带动弹性膜片复位或向上弯曲而增大燃油腔体积，使燃油压力下降。
14.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：本发明基于半导体材料可快速制冷、制热的特性，将半导体材料的制冷、制热效应结合应用于发动机燃油脉动衰减器上，并可以通过燃油压力传感器的精准采集快速、精准地控制半导体制冷片对空气弹簧进行调节，实现主动式的燃油脉动调节功能。
15.其次，传统的脉动衰减器采用合金材质的螺旋弹簧伸缩拉动膜片，在其压缩和释放过程中只能由所施加的外力调节，并且调节范围较小，调节结构复杂且空间占用较大，而本发明中只需要通过充入气体的空气弹簧配合半导体制冷片进行调节，结构简单占用空间小。
16.另外，从效果来看，本发明中的空气弹簧结构不同于常规弹簧，空气弹簧的压力改变能够调节自身的刚度，进而伸缩拉动弹性膜片而调节下腔室容积，并且由于空气弹簧中的介质温度可以在一定范围内连续调节，因此对于不同幅值的燃油脉动都可以比较好地衰减；具体到结构上，本发明中空气弹簧具有蜂窝状的柱状气囊，并由多个正六棱柱形状气囊相互紧密贴合，集成为一个柱状气柱，既可以使气体在弹簧囊体内的流动，又能起到
稳定弹簧刚度的作用，并且在柱状气囊的外圈加装环状气囊进行包裹，又能够提高空气弹簧的侧向刚度，防止出现弹簧的侧弯，也保障了弹簧伸缩时对下腔室容积调节的精准性。
附图说明
17.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
18.图1是本发明的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器的结构示意图。
19.图2是图1的剖面示意图。
20.图3是图1中空气弹簧的纵向剖面示意图。
21.图4是图1中空气弹簧的横向剖面示意图。
22.图5是在一些实施例中脉动衰减器的剖面示意图。
23.图6是在一些实施例中空气弹簧与导热端帽连接处的局部结构框图。
24.图7是本发明中脉动衰减器的控制流程图。
25.图中：1、上壳体，2、下壳体，3、弹性膜片，4、腔室，5、燃油压力传感器，6、空气弹簧、7、温度调节组件；41上腔室，42、下腔室；61、环状气囊，62、柱状气囊，621、正六棱柱气囊；71、导热端帽，711、空气弹簧限位端，712、锁紧帽，713、圆形凹槽，714、弹性胶套，715、压接环，72、半导体制冷片。
实施方式
26.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
27.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
28.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
29.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领
域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
30.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.如图1及图2所示，一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，包括由上壳体1与下壳体2合围形成的腔室4，并且所述腔室4通过一固定设置在上壳体1与下壳体2之间的弹性膜片3被分隔为上腔室41与下腔室42，所述下腔室42固定有燃油压力传感器5，所述上腔室41内设有一用于向着下腔室42方向伸缩拉动所述弹性膜片3的空气弹簧6，所述空气弹簧6的一端还设置用以调节所述空气弹簧6刚度的温度调节组件7；所述温度调节组件7包括导热端帽71以及半导体制冷片72，所述导热端帽71对应所述空气弹簧6的端部装配在所述上壳体1上，并且导热端帽71的底部与空气弹簧6的端部嵌合，所述半导体制冷片72固定在导热端帽71的顶面，且所述导热端帽71与半导体制冷片72之间涂敷导热介质材料；所述空气弹簧6包括沿着自身伸缩方向层叠排列的环状气囊61，以及贯穿于环状气囊61中部的柱状气囊62。
32.现有的汽车上各类电子和信号传感器发展较快，传感器的应用也相当成熟，而基于帕尔帖原理的半导体制冷片，通过控制其电流方向能够实现快速制冷和快速制热的特性，因此结合空气弹簧6与半导体制冷片72的热量交换，调节空气弹簧6的刚度，从而调节气室的容积。
33.具体地，在发动机工作时，燃油经过脉动衰减器的弹性膜片3下方进入下腔室42，当燃油压力产生脉动时，空气弹簧6与弹性膜片3随之压缩或伸张，利用下腔室42的容积随压力的大小而变化，进而起到稳定燃油系统压力的作用。在脉动衰减器的设计过程中，弹簧刚度的选择尤为重要，弹簧刚度较小时，若燃油压力波动的幅值较大，则无法对油压脉动进行有效衰减；弹簧刚度较大时，则对高频脉动的衰减效果下降。因燃油波动的频率和幅值总是变化，只有当弹簧的弹性刚度与波动的频率和幅值相匹配时，才能具有良好的脉动衰减效果。但普通金属弹簧的弹性刚度在设定完成后固定不变，并不能随燃油压力波动的变化而变化，为进一步提高供油系统的控制精度，必然要对脉动衰减器的脉动衰减效果进行改进。
34.本发明的脉动衰减器能够根据燃油的脉动情况进行主动调节。如图7所示，作为一种具体的实施方案，结合脉动衰减器中的燃油压力传感器5与自动化领域常用的a/d转换模块、单片机、d/a转换模块、功率驱动电路等共同进行调节，当燃油压力传感器5检测到喷油管压力值，经过a/d转换送给单片机，单片机经过与设定值比较，当管路压力低于设定值时，输出制热信号，经过d/a转换，驱动功率驱动电路，给半导体制冷片72通过正向电流，半导体制冷片72与导热端帽71接触面迅速高温，通过导热端帽71给空气弹簧6底部迅速加热，空气弹簧6内部的柱状气囊62迅速受热膨胀，空气弹簧6伸长，带动弹性膜片3向下弯曲，燃油腔体积缩小，使得燃油压力增大以保持在设定值。
35.当燃油压力传感器5的压力值高于设定值时，单片机输出制冷信号，经过d/a转换后驱动功率驱动电路，给半导体制冷片72通过反向大电流，半导体制冷片72与导热端帽71
接触面迅速制冷；通过导热端帽71给空气弹簧6底部迅速制冷，空气弹簧6内部的柱状气囊62内气体迅速受冷，体积缩小，空气弹簧6长度缩短，带动下方弹性膜片3向上弯曲，燃油腔体积变大，燃油压力下降。通过燃油压力传感器5感知燃油压力，通过与设计值进行比较，输出加热或制冷指令，通过给半导体制冷片72通过不同方向的电流来改变制热或制冷模式，通过改变流过半导体制冷片72电流大小来改变制热或制冷强度。
36.为了提高空气弹簧6的响应速度，缩短反应时间，如图3及图4所示，将所述柱状气囊62设置为由多个邻接的正六棱柱气囊621一体成型，其横截面呈蜂窝状，这样更有利于气体弹簧与温度调节组件之间的热量交换，且能起到稳定气体弹簧侧向刚度作用，另一方面，气体在膨胀或冷缩时，能够更直接地作用在弹性膜片3上。
37.所述空气弹簧6内填充惰性气体或者二氧化碳，并且传统的合金弹簧在生产过程中会不可避免的产生较多二氧化碳，但空气弹簧6所用材料产生的弹性材料可以是天然的橡胶材料，减少了碳排放，另一方面空气弹簧6中所充气体也可以是二氧化碳，这更进一步减少了碳排放，更具环保性。
38.为了保障空气弹簧6在一定程度的膨胀和收缩过程中，其自身不会弯折从而影响弹性膜片3的姿态，本发明一方面设置层叠排列的环状气囊61，有利于提高中间柱状气囊62的侧向强度，防止空气弹簧6弯曲，另一方面如图3所示，使正六棱柱气囊621的壁厚由中段向两端呈渐增变化，并形成纺锤状的腔室，从而空气弹簧6的趋于其腰部时，气体蓄积量更多，更不易产生侧弯现象，有利于精确控制弹性膜片3。
39.在本发明的一些实施例中，如图5所示，为了便于导热端帽71的装配，所述导热端帽71包括由内向外螺纹连接在上壳体上的空气弹簧限位端711，所述上壳体1对应开设有螺纹通孔，并且导热端帽71还包括在上壳体1外用于锁紧所述空气弹簧限位端711的锁紧帽712。
40.在本发明的一些实施例中，如图6所示，为了保障空气弹簧6与所述空气弹簧限位端711的稳定限位，所述导热端帽71还包括用于卡入空气弹簧6端部的圆形凹槽713，还包括套设在圆形凹槽713外并用于套接空气弹簧6的弹性胶套714，所述弹性胶套714通过与空气弹簧6端部螺纹连接的压接环715固定，从而在空气弹簧6一定程度的膨胀或收缩变化过程中，导热端帽71都能与空气弹簧6起到稳定的连接和热交换效果。
41.在本发明的一些实施例中，所述空气弹簧6端面与弹性膜片3可以粘接的方式进行固定，在另一些实施例中空气弹簧6端面与弹性膜片3也可以非连接而仅抵触。
42.本发明所述主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器的控制方法，所述燃油压力传感器5检测到燃油压力值，并输送给单片机，单片机经过与设定阈值比较；当燃油压力值低于设定阈值时，单片机输出制热信号，半导体制冷片72通过正向电流而迅速升温，并通过导热端帽71给空气弹簧6加热，使空气弹簧6迅速受热膨胀而伸长，带动弹性膜片3向下弯曲而减小燃油腔体积；当燃油压力值高于设定阈值时，单片机输出制冷信号，半导体制冷片72通过反向电流而迅速降温，并通过导热端帽71给空气弹簧6迅速制冷，使空气弹簧6迅速受冷而缩短，带动弹性膜片3复位或向上弯曲而增大燃油腔体积。
43.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，包括由上壳体与下壳体合围形成的腔室，并且所述腔室通过一固定设置在上壳体与下壳体之间的弹性膜片被分隔为上腔室与下腔室，所述下腔室固定有燃油压力传感器，其特征在于，所述上腔室内设有一用于向着下腔室方向伸缩拉动所述弹性膜片的空气弹簧，所述空气弹簧的一端还设置用以调节所述空气弹簧刚度的温度调节组件；所述温度调节组件包括导热端帽以及半导体制冷片，所述导热端帽对应所述空气弹簧的端部装配在所述上壳体上，并且导热端帽的底部与空气弹簧的端部嵌合，所述半导体制冷片固定在导热端帽的顶面，且所述导热端帽与半导体制冷片之间涂敷导热介质材料；所述空气弹簧包括沿着自身伸缩方向层叠排列的环状气囊，以及贯穿于环状气囊中部的柱状气囊。2.根据权利要求1所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述柱状气囊由多个邻接的正六棱柱气囊一体成型，其横截面呈蜂窝状。3.根据权利要求1所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述空气弹簧内填充惰性气体或者二氧化碳。4.根据权利要求2所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述正六棱柱气囊的壁厚由中段向两端呈渐增变化，并形成纺锤状的腔室。5.根据权利要求1所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述导热端帽包括由内向外螺纹连接在上壳体上的空气弹簧限位端，所述上壳体对应开设有螺纹通孔，并且导热端帽还包括在上壳体外用于锁紧所述空气弹簧限位端的锁紧帽。6.根据权利要求5所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述导热端帽包括用于卡入空气弹簧端部的圆形凹槽，还包括套设在圆形凹槽外并用于套接空气弹簧的弹性胶套，所述弹性胶套通过与空气弹簧端部螺纹连接的压接环固定。7.根据权利要求1所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，其特征在于，所述空气弹簧端面与弹性膜片之间粘接或者抵触。8.基于权利要求1所述的主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器的控制方法，其特征在于，所述燃油压力传感器检测到燃油压力值，并输送给单片机，单片机经过与设定阈值比较；当燃油压力值低于设定阈值时，单片机输出制热信号，半导体制冷片通过正向电流，接触面迅速升温，并通过导热端帽给空气弹簧加热，使空气弹簧迅速受热膨胀而伸长，带动弹性膜片向下弯曲而减小燃油腔体积，使燃油室压力增加；当燃油压力值高于设定阈值时，单片机输出制冷信号，半导体制冷片通过反向电流，接触面迅速降温，并通过导热端帽给空气弹簧迅速制冷，使空气弹簧迅速受冷而缩短，带动弹性膜片复位或向上弯曲而增大燃油腔体积，使燃油室压力下降。

技术总结
本发明公开了一种主动有源式车用发动机燃油脉动衰减器，涉及车用发动机燃油脉动衰减器领域，包括弹性膜片及由上壳体与下壳体合围形成的腔室，所述腔室的上腔室内设有一用于向着下腔室方向伸缩拉动所述弹性膜片的空气弹簧，所述空气弹簧的一端还设置用以调节所述空气弹簧刚度的温度调节组件。本发明基于半导体材料可快速制冷、制热的特性，将半导体材料的制冷、制热效应结合应用于车用发动机燃油脉动衰减器上，并可以通过燃油压力传感器的精准采集快速、精准地控制半导体制冷片对空气弹簧进行调节，实现主动式的燃油脉动调节功能。实现主动式的燃油脉动调节功能。实现主动式的燃油脉动调节功能。


技术研发人员：周陆俊 尚正阳 潘家保 王建平 潘道远 章成浩 闫涛
受保护的技术使用者：安徽工程大学
技术研发日：2023.02.18
技术公布日：2023/7/4