CN102422003A - 用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备(1)，其包括用于使用电信号(s1)驱动燃料喷射器的功率驱动单元(20)，连接至功率驱动单元(20)的控制级(10)，以及由功率驱动单元(20)供给且供给控制级(10)的感测级(40)：设备(1)包括反馈频率控制级(30)，以测量供给燃料喷射器的信号的波形周期；反馈频率控制级由所述控制级(10)使用电信号(s1)供给。一种燃料喷射器控制方法，其包括使用来自由控制级(10)供给的功率驱动单元(20)的电信号(s1)驱动燃料喷射器的步骤，以及使用感测级(40)感测信号(s1)的步骤；该方法包括通过反馈频率控制级(30)测量信号(s1)的波形周期的步骤。

Description

用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备及其相关方法
技术领域
本发明涉及燃料喷射器用控制设备领域，且特别地涉及机动车喷射器用时滞类型电子控制设备以及相关的方法。
背景技术
已知的是，用作在发动机的燃烧室内注入燃料空气混合物的燃料喷射器主要是压电类型或螺线管类型的喷射器。
特别地，喷射器受电子控制设备驱动，该电子控制设备包括被设计为使用合适的电流或电压信号驱动所述电子控制设备的功率级。
此外已知的是，前述设备的功率级中电流产生的标准控制技术主要是PWM或平均电流模式级。即使其不表现出次谐波不稳定性，其关于切换频率实际上引入了时延；因此，这些时延迫使设计者使构造控制回路级，其工作的频率较功率级的切换频率至少低三至四倍。
为了解决这一问题，已经设计出具有降低的时延的控制回路级；所述类型的控制回路级通常使用两种不同的电路构造运行，这在本领域中被称作“波峰电流模式电路”和“波谷电流模式电路”。使用“波峰电流模式电路”或“波谷电流模式电路”驱动燃料喷射器时，即使其产生降低了的时延，其仍表现出不稳定性。
事实上，功率级通常在MOS或FET晶体管上运行，所述晶体管具有连接至载荷(喷射器)的共用切换节点，其由于反应式寄生构件而表现出大量的振荡。由于控制回路级感测所述节点上的电流运行，在感生之前需要间隔时间(通常为300ns)。
特别地，当载荷具有非常高的加载周期(大于50％)时，次谐波不稳定性出现。
可通过使用具有磁滞电流模式电路的电路来解决波峰或波谷电流模式电路的不稳定性，所述电路具有准恒定的周期来提供电流控制回路的足够的稳定性。
尽管如此，已知的电路仍然存在一些缺点；一方面其需要特备复杂的电路来测量非常错综复杂的频率(或周期)。在另一方面，其在和以高频率运行的喷射器一起使用时不能表现出足够的性能。特别地，如果喷射器以高于1KHz的一百分之一的频率运行时，切换频率对这些电路而言过高，因此使得稳定且简单的控制回路级技术上不可行。
发明内容
本发明的范围是提供一种用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备，其不具有上述的缺点。
本发明的其他范围是提供一种燃料喷射器控制手段。
根据本发明，根据权利要求1实现了一种用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备。
根据本发明，提供了一种如在权利要求10中所限定的用来控制燃料喷射器的方法。
附图说明
为了更好的理解本发明，在此仅通过非限制性的实例的方式且结合附图描述了其的实施例，其中：
-图1示出了用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备的第一优选实施例的块状示意图；
-图2示出了存在于图1中的设备中的信号的计时图；和
-图3示出了用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备的第二优选实施例的块状示意图。
具体实施方式
参考图1，使用附图标记1整体地标示用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备。
设备1包括：
-驱动单元控制级(driving unit control stage)10，其包括第一、第二和第三输入端口10a、10b、10d以及一个输出端口10c；
-功率驱动单元20，其包括相应的输入端口20i和输出端口20o，用于使用至少一个电功率信号s1供给由载荷100所电学地代表的至少一个燃料喷射器；
-反馈频率控制级30，其包括输入30i和输出30o；和
信号感测级，用于检测馈送至载荷100的电信号s1的大小。
详细地，控制级10包括第一输出端口10c，其通过线路连接至节点50，从所述节点分出引导至功率驱动单元20的输入20i的第一线路以及供给频率反馈控制级30的输入30i的第二线路。
频率反馈控制级30在第一输入处供给乘法器60，而其第二输入馈送有参考信号Vpeak，所述参考信号限定了馈送至载荷100的点信号的最大大小。参考信号也被馈送至控制级10的第一输入端口10a。
详细地，如图2所示，馈送至载荷100的电信号具有三角波形，其包括由和参考信号Vpeak相等的波峰值以及限定了信号的最低大小的波谷值所限定的恰当的纹波。
信号s1的斜率信号的改变取决于控制级10从其输出端口10c馈送至节点50，以及由此馈送至功率驱动单元20的输入20i的信号s2。详细地，s2采用方波波形，其中每一个周期由其中限定了第一较低值的第一时间Toff和其中限定了比第一值要高的第二值的第二时间Ton所限定。
功率驱动单元20(D级类型放大器)必须能够驱动载荷100，并由此在其输出20o上产生电信号s1，以使用电流或等同地使用电压驱动载荷100。清晰地，取决于驱动的种类，感测级40可相应地为已知类型的电流感测级或电压感测级。
特别地，功率驱动单元20可为buck转换器，boost转换器，或是buck-boost转换器。
详细地，由载荷100所代表的燃料喷射器取决于电信号s1的大小而改变其打开的方式；更详细地，电信号越高，喷射器打开得越快。
当前的燃料喷射器非常快速地运行，在其所运行的发动机的每个周期上包括多次燃料注入；在特定的应用中，其可产生燃料注入需求电信号Spzt，其可达到1MHz频率。出于这个原因，功率驱动单元20应被设计以能够产生所述类型的电流或电压信号。
功率驱动单元20的输出20o被连接至相应的节点70，由所述节点接出两根不同的线路。第一线路到达载荷100的输入，而第二电路到达感测级40的输入，其输出被通过线路41连接且馈送至电流控制级10的第三输入端口10d。
控制级10使用时滞电信号变化运行。详细地，其在第一和第二输入端口10a、10b处分别接收波峰值Vpeak以及波谷值，所述波谷值由波峰值Vpeak和通过来自于反馈频率控制级30的校正信号馈送至乘法器60的电信号相乘获得，将在下文中对其细节进行详尽的描述；通过已知的电路构造，控制级10在其输出10c处产生参考信号s2，所述信号在由感测级40所感测的电信号S1较参考信号Vpeak要高的时间段内采用第一较低的值，而在电信号较参考信号Vpeak要低的时间段内采用第二较高的值。
控制级10被设计，以保持信号s1的波谷值为参考信号Vref的增益(总是低于100％)。
最后，频率反馈控制级包括计时器31，其包括直接连接至频率反馈控制级30的输入30i，以及连接至加法器32的第一输入32a的输出，所述加法器继而包括第二输入32b，其接收参考计时信号Tref，其大小事先由不随时间变化、或是被使用非常低的频率调制(通常最大为10Hz，但无论如何都较驱动级20的切换频率低若干个数量级)的数值所确定。
加法器32包括自身的输出32c，其被直接连接至积分级32的输入。
计数器31测量信号s2的两个正沿之间的周期，且在其输出处产生作为前述测量的结果的相应的信号Tmis。信号Tmis采用其大小直接取决于测量值自身的波形。因此，也通过计数器测量信号s1的周期。
随后，加法器32计算位于其第二输入32b上的参考计时信号Tref和来自计时器30、位于其第一输入30a上的信号Tmis之间的差值，且在其输出30c上产生到达积分器33的输入的差值信号eT(t).
积分器33产生供给乘法器60的一个输入的时滞校正信号kh。详细地，积分器33被包括在内，以获得校正信号kh的变化对差值信号eT(t)的变化的平滑的响应。事实上，如果公开的设备1中去除积分器33，在差值信号eT(t)台阶变化时，将导致校正信号kh的变化也具有台阶状的波形。相对比地，由于积分器33的存在，即使在差值信号eT(t)存在突变的情形中，校正信号kh中也表现出平滑后的响应。
详细地，反馈频率控制级30可被设计成在离散或连续的时畴(timedomain)内工作。在第一情形中，即，将在下文的描述中表述的情形中，取样频率应被保持为足够高，以避免假信号问题且提供足够的过取样。由于反馈频率控制级30在离散时畴中运行，因此在恒定的间隔上对差值信号eT(t)进行取样。
清晰地，差值信号eT(t)不可能在每一个取样时刻被保持为完全恒定，这是由于控制运行时具有基于此前的值的误差校正。出于这一原因，甚至在恰当的平稳时间后，设备1在空转运行状况中仍将表现出受小振幅纹波影响的差值信号eT(t).
由于积分器33的离散时畴运行，且给定取样时间的时刻(i)和取样时间的前一时刻(i-1)，则时刻(i)处的校正信号kh为：
kh(i)＝kh(i-1)+Ki·(eT(i))
其中eT(i)代表时刻(i)处取样的差值信号eT(t)，而ki是积分器的调节参数(积分增益)。众所周知，增加积分器33的积分增益导致其响应的降低的上升时间，且导致过冲时间以及平稳时间(settling time)的增加。因此应考虑设备1的其余构件的响应来选定积分增益的校正水平，且同时将燃料喷射器的运行频率考虑在内。校正信号kh(i)一直被饱和至包括在范围(0÷1)内的大小。
将校正信号kh(i)和参考信号Vpeak相乘导致获得信号s2的波谷值。由于校正信号不能超过一，波谷值被强制保持为低于参考信号的大小。因此，参考信号Vref被保持不变，这意味着馈送至载荷100的信号s1的最大大小也被固定，而信号s1的波谷值根据kh的变化而改变。
设备1的第二优选实施例被示出在图3中。
在所述第二个实施例中，如在此前的实施例中一样，由设计者设定的参考值为参考信号Vref和参考计时信号Tref。频率反馈控制30在和此前的实施例中公开的内容相比，保持相同的结构和相同的输入。这也应用于功率驱动级20的构造和功能，以及感测级40和载荷100。
在第二实施例中，控制级10在其第一输入端口10a、10b处分别接收参考信号Vref和第一时间Toff，在所述第一时间中信号S2采用第一较低的值。从乘法器60的输出获得第一时间Toff，所述乘法器将都馈送至其输入处的校正信号kh和参考计时信号Tref数字地相乘。在该第二实施例中，参考信号Tref因此被馈送至乘法器60的输入，且如在本发明的第一实施例中发生的一样，馈送至加法器32的输入。
因此，第一和第二实施例仍然允许使用相同的用户限定输入(参考信号Vref和参考计时信号Tref)以及使用相同的线路配置而获得相同的结果。控制级10的内部运行以及其一个输入(不接收参考信号Vref的一个)从第一实施例到第二实施例发生了改变。
也是在第二实施例中，参考信号Vref被保持不变，这意味着馈送至载荷100的信号s1的最大大小也被固定，而信号s1的波谷值根据kh的变化而变化；在此情形中，相反地，波谷值的变化是非直接的，且通过kh的变化导致第一时间Toff的直接变化。
当然，其块状示意图在图1和3中被示出的两个电路可被设计在硬件(例如ASIC)上，或是经由其中一个或两个进程在计算机上运行的软件而被实现，仅保留放大器作为硬件模块。
此前公开的设备的优势和好处是清晰的：其允许避免了在经典峰值电流模式电路中存在的次谐波不稳定性，且允许了相对于频率反馈电路而言更简单的设计和调节。事实上，周期测量被使用简单的计数器执行，而频率测量必须使用复杂的分区级以有效地实施。
此外，积分控制(integral control)的存在确保了时滞的平滑变化以及功率驱动级20的平滑变化。这导致了燃料喷射器100的更好的起作用，且连续地，导致了其被安装至的发动机的增强了的性能。
此外，通过此处公开的设备，实现电路的全部构件的更好的频率调节是可能的；准恒定频率的维持允许了对RF噪声的更好的过滤被引入喷射器中。
在此前公开的全部两个实施例中，可改变参考信号Tref，以使得设备1适用于宽范围的载荷和系统配置，而不涉及对电路的互连的任何改动。
最后，明显的是可对此处公开的设备进行改动和变化，而不离开如所附的权利要求书中所限定的本发明的范围。

Claims (12)

1.一种用于燃料喷射器的时滞类型电子控制设备(1)，该设备(1)包括用于使用电信号(s1)驱动所述燃料喷射器的功率驱动设备(20)，以及连接至所述功率驱动设备(20)的控制级(10)；所述设备(1)还包括由功率驱动单元(20)供给且供给控制级(10)的感测级(40)：该设备(1)的特征在于其包括反馈频率控制级(30)，以测量供给燃料喷射器的信号的波形周期；所述反馈频率控制级(30)由所述控制级(10)供给电信号(s1)。
2.如权利要求1所述的时滞类型电子控制设备，其中所述反馈频率控制级(30)包括计数器(31)以及电连接至所述计数器(31)的积分器(33)。
3.如权利要求2所述的时滞类型电子控制设备，其中所述反馈频率控制级(30)还包括布置在所述计数器(31)和所述积分器(33)之间的加法装置(32)。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的时滞类型电子控制设备，其特征在于参考信号(Vpeak)和参考计时信号(Tref)分别被施加至控制级(10)的第一输入以及所述加法装置(32)。
5.如权利要求2所述的时滞类型电子控制设备，其中所述积分器(33)产生校正信号(kh)，所述信号取决于由所述加法装置(32)产生的误差信号。
6.如权利要求4所述的时滞类型电子控制设备，其还包括用于供给所述控制级(10)的第二输入的乘法装置(60)。
7.如权利要求5或6所述的时滞类型电子控制设备，其中所述乘法装置(60)包括两个由所述校正信号(kh)和所述参考计时信号(Tref)供给的输入。
8.如权利要求5或6所述的时滞类型电子控制设备，其中所述乘法装置(60)包括两个由所述校正信号(kh)和所述参考信号(Vpeak)供给的输入。
9.一种燃料喷射器控制方法，所述方法包括使用来自由控制级(10)供给的功率驱动单元(20)的电信号(s1)驱动所述燃料喷射器的步骤，以及使用用于供给所述控制级(10)的感测级(40)感测所述信号(s1)的步骤；该方法(1)的特征在于通过由所述控制级(10)供给的反馈频率控制级(30)测量供给燃料喷射器的信号(s1)的波形周期的步骤。
10.如权利要求9所述的燃料控制方法，其还包括对所述控制级(10)所产生的驱动信号(s2)的周期的测量值和参考计时信号(Tref)之间的差值所产生的误差信号(eT(t))积分的步骤。
11.如权利要求10所述的燃料喷射器控制方法，其中所述积分步骤导致了校正信号(kh)的产生，该校正信号和参考信号(Vpeak)相乘；该方法还包括下列供给：
-使用所述相乘的第一电信号结果供给所述控制级(10)的第一输入端口(10a)和
-使用所述参考信号(Vpeak)供给所述控制级(10)的第二输入端口(10b)。
12.如权利要求11所述的燃料喷射器控制方法，其中位于所述控制级(10)的输出处的所述驱动信号(s2)采用第一值和第二值；当电信号(s1)高于参考信号(Vpeak)时采用所述第一值；当电信号(s1)低于参考信号(Vpeak)时采用所述第二值。
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