CN104929792B - 用于即插即用的智能致动器 - Google Patents

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Abstract

一种用于螺线管激发的致动器的闭环操作的设备包括外部控制模块和功率源，外部控制模块和功率源电气地且操作性地耦合到致动器的激发控制器。外部控制模块和功率源位于致动器外部。所述设备还包括激发控制器，其被集成到致动器的主体内。激发控制器包括控制模块和致动器驱动器并且配置成与外部控制模块通信且接收来自功率源的电功率。所述设备附加包括至少一个传感器装置，该装置被集成到致动器的主体内并且电气地且操作性地耦合到激发控制器。所述至少一个传感器装置配置成在致动器的操作期间测量一个或多个参数并且将测量的参数作为反馈提供至激发控制器。

Description

用于即插即用的智能致动器
相关申请的交叉引用
本申请要求提交于2014年3月20日的美国临时申请号61/968,001的权益。
技术领域
本公开涉及螺线管激发的致动器。
背景技术
此部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这样的陈述并非意图构成对现有技术的承认。
螺线管致动器可用来控制流体(液体和气体)，或者用于定位或用于控制功能。螺线管致动器的典型示例为燃料喷射器。燃料喷射器用来将加压燃料喷入歧管、进气端口，或者直接喷入内燃发动机的燃烧室。已知的燃料喷射器包括电磁激发的螺线管装置，其克服机械弹簧以打开位于喷射器的顶端处的阀，从而允许燃料流过其中。喷射器驱动电路控制电流向电磁激发的螺线管装置的流动，以打开和关闭喷射器。喷射器驱动电路可以以峰值和保持配置或饱和开关配置操作。
燃料喷射器被校准，其中校准包括喷射器激发信号，包括喷射器打开时间或喷射持续时间、以及在预定或已知的燃料压力下操作的对应的计量供给或输送的燃料质量。喷射器操作可以以每次燃料喷射事件喷射的燃料质量与喷射持续时间的关系来表征。喷射器特征包括在与高速、高负荷发动机操作相关联的高流率和与发动机怠速情况相关联的低流率之间的范围内的计量供给的燃料流量。
已经知道将外部喷射器驱动器经由线和/或线缆连接到燃料喷射器。这些线具有妨碍电流从喷射器驱动器传送到燃料喷射器的电阻降与寄生电容和电感，从而影响燃料喷射器的高速操作。另外，燃料喷射器内的诸如电压、电流和通量测量值的参数可作为反馈提供至外部喷射器驱动器。这些反馈参数的准确性可能由于这些测量值必须通过连接燃料喷射器的线传送到喷射器驱动器的距离而受影响。
发明内容
一种用于螺线管激发的致动器的闭环操作的设备包括外部控制模块和功率源，外部控制模块和功率源电气地且操作性地耦合到致动器的激发控制器。外部控制模块和功率源位于致动器外部。该设备还包括激发控制器，其被集成到致动器的主体内。激发控制器包括控制模块和致动器驱动器并且配置成与外部控制模块通信且接收来自功率源的电功率。该设备附加包括至少一个传感器装置，该装置被集成到致动器的主体内并且电气地且操作性地耦合到激发控制器。所述至少一个传感器装置配置成在致动器的操作期间测量一个或多个参数并且将测量的参数作为反馈提供至激发控制器。
本发明还包括如下方案：
1. 一种用于螺线管激发的致动器的闭环操作的设备，包括：
外部控制模块和功率源，其操作性地电耦合到所述致动器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述致动器外部；
集成在所述致动器的主体内的包括控制模块和致动器驱动器的激发控制器，所述激发控制器配置成与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率；以及
至少一个传感器装置，其集成在所述致动器的所述主体内且操作性地电耦合到所述激发控制器，所述至少一个传感器装置配置成在所述致动器的操作期间测量一个或多个参数，所述一个或多个参数作为反馈提供至所述激发控制器。
2. 根据方案1所述的设备，其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述致动器的所述反馈参数来修改所述致动器的操作。
3. 根据方案1所述的设备，其中，所述致动器驱动器配置成在激发事件期间生成致动器激发信号以激励所述致动器。
4. 根据方案3所述的设备，其中，所述致动器驱动器包括两个开关组，所述两个开关组配置成基于由所述控制模块确定的开关状态来控制在所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流。
5. 根据方案3所述的设备，其中，所述致动器驱动器包括板载功率供给驱动器。
6. 根据方案1所述的设备，其中，所述控制模块包括处理装置，所述处理装置配置成基于提供至所述激发控制器的所述反馈来检测所述致动器的打开时间并且递归地修改所述致动器的操作以匹配所需的致动器打开时间。
7. 根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置配置成测量所述致动器的实际的打开和关闭时间。
8. 根据方案7所述的设备，其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述致动器的所述实际的打开和关闭时间来修改所述致动器的操作。
9. 根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为通量传感器，所述通量传感器集成在所述致动器内且配置成检测在高磁导率磁通路径内的磁通。
10. 根据方案9所述的设备，其中，所述通量传感器包括探测线圈，所述探测线圈紧邻所述致动器的电线圈且围绕所述致动器的磁芯。
11. 根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为电压传感器，所述电压传感器集成在所述致动器内且配置成检测所述致动器的电线圈的电压。
12. 根据方案1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为电流传感器，所述电流传感器集成在所述致动器内且配置成检测在所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流。
13. 根据方案1所述的设备，其中，所述外部控制模块和所述功率源通过多引脚连接器操作性地电耦合到所述致动器的所述激发控制器。
14. 根据方案1所述的设备，还包括集成在所述致动器的所述主体内的至少一个线缆，所述至少一个线缆将所述致动器驱动器电连结到所述螺线管激发的致动器。
15. 一种用于螺线管激发的燃料喷射器的闭环操作的设备，包括：
外部控制模块和功率源，其经由连接器组件操作性地电耦合到所述燃料喷射器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述燃料喷射器外部；
集成在所述燃料喷射器的主体内的激发控制器，其包括控制模块和喷射器驱动器，所述激发控制器配置成通过线与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率，所述线电耦合到所述连接器组件并且集成在所述燃料喷射器的所述主体内；
所述螺线管激发的燃料喷射器，其操作性地电耦合到所述激发控制器；以及
至少一个传感器装置，其集成在所述燃料喷射器的所述主体内且操作性地电耦合到所述激发控制器，所述至少一个传感器装置配置成在所述燃料喷射器的操作期间测量一个或多个参数，所述一个或多个参数作为反馈提供至所述激发控制器。
16. 根据方案15所述的设备，其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述燃料喷射器的所述反馈参数来修改所述燃料喷射器的操作。
17. 根据方案15所述的设备，其中，所述喷射器驱动器配置成在激发事件期间生成喷射器激发信号以激励所述燃料喷射器。
18. 根据方案17所述的设备，其中，所述喷射器驱动器包括板载功率供给驱动器。
19. 根据方案15所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置配置成测量所述燃料喷射器的实际的打开和关闭时间，并且所述激发控制器进一步配置成基于所述燃料喷射器的所述实际的打开和关闭时间来修改所述燃料喷射器的操作。
20. 一种用于螺线管激发的燃料喷射器的闭环操作的设备，包括：
电磁燃料喷射器，其包括：
电线圈；
高磁导率的磁通路径，其包括：
电枢，其能够沿着轴线平移；
磁芯，其由所述电线圈围绕，所述磁芯具有邻近所述电枢以用于向所述电枢施加吸引磁力的第一端部和轴向地相对的第二端部；和
磁通返回结构，其包括：
圆柱形外壳，其围绕所述电线圈并且具有内壁表面；和
环形构件，其布置在所述外壳的所述内壁表面和所述磁芯的所述第二端部之间，使得第一接触接口在所述环形构件和所述外壳的所述内壁表面之间，并且第二接触接口在所述环形构件和所述磁芯的第二端部之间；和
通量传感器，其集成在所述燃料喷射器内且配置成检测所述高磁导率磁通路径内的磁通；
外部控制模块和功率源，其经由连接器组件操作性地电耦合到所述燃料喷射器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述燃料喷射器外部；
集成在所述燃料喷射器的主体内的激发控制器，其包括控制模块和喷射器驱动器，所述激发控制器配置成通过线与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率，所述线电耦合到所述连接器组件并且集成在所述燃料喷射器的所述主体内；以及
所述螺线管激发的燃料喷射器，其操作性地电耦合到所述激发控制器；
所述通量传感器，其操作性地电耦合到所述激发控制器以将所述检测到的磁通作为反馈提供至所述激发控制器。
附图说明
现在将以举例方式参照附图描述一个或多个实施例，在附图中：
图1-1示出了根据本公开的燃料喷射器和激发控制器的示意性剖视图；
图1-2示出了根据本公开的集成在图1-1的燃料喷射器内的激发控制器的示意性剖视图；
图1-3示出了根据本公开的图1-1和图1-2的喷射器驱动器的示意性剖视图；
图2示出了根据本公开的对于具有相同的电流脉冲的两个连续的燃料喷射事件来说的测量的电流和燃料流率的非限制性的示例性的第一图线1000和测量的主激励线圈电压和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二图线1010，这两个连续的燃料喷射事件由不指示被紧密地隔开的停留时间分开；
图3示出了根据本公开的对于具有相同的电流脉冲的两个连续的燃料喷射事件来说的测量的电流和燃料流率的非限制性的示例性的第一图线1020和测量的主激励线圈电压和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二图线1030，这两个连续的燃料喷射事件由指示被紧密地隔开的停留时间分开；
图4示出了根据本公开的包括集成在燃料喷射器内的激发控制器的图1-1的燃料喷射器的示意性的剖视详图；
图5示出了根据本公开的相互地磁耦合到图4的区域422内的电线圈的探测线圈的示意性的剖视详图；
图6-1在图4的区域422的示意性的剖视详图中示出了根据本公开的沿着磁通流动路径的瞬时通量集中；
图6-2在图4的区域422的示意性的剖视详图中示出了根据本公开的在稳态期间沿着磁通流动路径的磁通；以及
图6-3示出了根据本公开的图4的区域422内的示例性磁场传感器位置的示意性的剖视详图。
具体实施方式
本公开结合对线性运动燃料喷射器的示例性应用描述了本发明要求保护的主题的概念。然而，要求保护的主题可更广泛地应用到任何线性或非线性的电磁致动器，该致动器采用电线圈在磁芯内感应磁场，导致作用于可移动的电枢上的吸引力。典型的示例包括流体控制螺线管、在内燃发动机上采用的汽油或柴油或CNG燃料喷射器和非流体螺线管致动器，以用于定位和控制。
现在参看附图，其中所示内容仅用于示出某些示例性实施例的目的，而不用于限制其的目的，图1-1示意性地示出了电磁激发的直喷燃料喷射器10的非限制性的示例性实施例。虽然在图示实施例中描绘了电磁激发的直喷燃料喷射器，但端口喷射的燃料喷射器同样地适于。燃料喷射器10配置成将燃料直接喷入内燃发动机的燃烧室100。激发控制器80操作性地电连接到燃料喷射器10以控制其激发。虽然图示实施例描绘了在燃料喷射器10的外部上的激发控制器80，但本文的实施例涉及被集成在燃料喷射器10的主体12内或一体化到主体12的激发控制器。下文在图4中详细地示出集成在主体12内的激发控制器80。激发控制器80仅对应于燃料喷射器10。在图示实施例中，激发控制器80包括控制模块60和喷射器驱动器50。控制模块60操作性地电连接到喷射器驱动器50，喷射器驱动器50操作性地电连接到燃料喷射器10，以控制燃料喷射器10的激发。燃料喷射器10、控制模块60和喷射器驱动器50可以是配置成如本文所述那样操作的任何合适的装置。在图示实施例中，控制模块60包括处理装置。电功率源40和诸如发动机控制模块(ECM)的外部控制模块5可以经由一个或多个线缆/线操作性地电耦合到激发控制器80，所述一个或多个线缆/线耦合到燃料喷射器10的连接组件36的端子。术语“线缆”和“线”在本文中将可互换地使用，以提供电功率的传输和/或电信号的传输。
控制模块、模块、控制、控制器、控制单元、处理器和类似的术语表示下列中的一个或多个的任一个或各种组合：(多个)专用集成电路(ASIC)、(多个)电子电路、(多个)中央处理器(优选(多个)微处理器)和执行一个或多个软件或固件程序或例程的相关联的存储器和存储装置(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、(多个)组合逻辑电路、(多个)输入/输出电路和装置、合适的信号调节和缓冲电路、以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语表示包括校准表和查找表的任何指令集。控制模块具有为提供所需功能而执行的一组控制例程。例程例如通过中央处理器执行，并操作用于监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以控制致动器的操作。例程可以以规则的间隔执行，例如，在进行中的发动机和车辆操作期间每隔3.125、6.25、12.5、25和100毫秒进行一次。备选地，可以响应于事件的发生而执行例程。
一般来讲，电枢能够控制到致动位置和静态或静止位置之一。燃料喷射器10可以是能够控制到打开(致动)位置和关闭(静态或静止)位置之一的任何合适的分立的燃料喷射装置。在一个实施例中，燃料喷射器10包括限定纵向轴线101的圆柱形的中空主体12。燃料入口15位于主体12的第一端部14处，并且燃料喷嘴28位于主体12的第二端部16处。燃料入口15流体地耦合到高压燃料轨30，高压燃料轨30流体地耦合到高压喷射泵。阀组件18包含在主体12中，并且包括针形阀20、弹簧激发的枢轴22和电枢部分21。针形阀20干涉性地座置在燃料喷嘴28中以控制穿过其中的燃料流。虽然图示实施例描绘了三角形的针形阀20，但其它实施例可利用球。在一个实施例中，电枢部分21固定地耦合到枢轴22并且配置成作为单元随枢轴22和针形阀20分别在第一方向81和第二方向82上线性地平移。在另一个实施例中，电枢部分21可以可滑动地耦合到枢轴22。例如，电枢部分21可以在第一方向81上滑动，直到被固定地附接到枢轴22的枢轴止挡件阻止。同样，电枢部分21可以独立于枢轴22在第二方向82上滑动，直到接触固定地附接到枢轴22的枢轴止挡件。在与固定地附接到枢轴22的枢轴止挡件接触后，电枢部分21的力致使枢轴22随电枢部分21在第二方向82上被推动。电枢部分21可包括隆起以与燃料喷射器10内的各种止挡件接合。
包括电线圈和磁芯的环形的电磁体组件24配置成磁性地接合阀组件的电枢部分21。电线圈和磁芯组件24出于图示目的被描绘为在燃料喷射器的主体的外部；然而，本文的实施例涉及将被一体化到燃料喷射器10或集成在燃料喷射器10内的电线圈和磁芯组件24。电线圈缠绕在磁芯上，并且包括用于从喷射器驱动器50接收电流的端子。在下文中，“电线圈和磁芯组件”将被简称为“电线圈24”。当电线圈24被灭活和去激励时，弹簧26在第一方向81上朝燃料喷嘴28推动包括针形阀20的阀组件18，以关闭针形阀20并防止流体流过其中。当电线圈24被激发（activate）和激励（energize）时，电磁力(以下称为“磁力”)作用于电枢部分21上以克服由弹簧26施加的弹簧力并且在第二方向82上推动阀组件18，从而使针形阀20移动远离燃料喷嘴28并且允许阀组件18内的加压燃料的流流过燃料喷嘴28。燃料喷射器10可包括阻挡器29，其与阀组件18相互作用以便在阀组件18被推动以打开时阻止阀组件18的平移。在一个实施例中，压力传感器32配置成获得高压燃料轨30中的燃料压力34，高压燃料轨30邻近燃料喷射器10，优选地在燃料喷射器10上游。在另一个实施例中，压力传感器32’可被集成在燃料喷射器的入口15内，以代替燃料轨30中的压力传感器32或与压力传感器结合。在图1-1的图示实施例中的燃料喷射器10不限于本文所述特征的空间和几何布置，并且可包括附加特征和/或本领域已知的其它空间和几何布置，其用于在打开和关闭位置之间操作燃料喷射器10以控制燃料向发动机100的输送。
控制模块60生成控制喷射器驱动器50的喷射器命令信号52，喷射器驱动器50将燃料喷射器10激发至打开位置以影响燃料喷射事件。在图示实施例中，控制模块60与诸如ECM5的一个或多个外部控制模块通信。喷射器命令信号52与在燃料喷射事件期间将由燃料喷射器10输送的燃料的所需质量关联。类似地，喷射器命令信号52可以关联到在燃料喷射事件期间将由燃料喷射器10输送的所需燃料流率。如本文所用，术语“所需喷射的燃料的质量”是指将由燃料喷射器10输送至发动机的燃料的所需质量。如本文所用，术语“所需的燃料流率”是指燃料将由燃料喷射器10输送至发动机以实现所需的燃料质量的速率。所需喷射的燃料的质量可基于输入到控制模块60或ECM 5的一个或多个被监测的输入参数51。所述一个或多个被监测的输入参数51可包括但不限于通过已知方法获得的操作者扭矩请求、歧管绝对压力(MAP)、发动机速度、发动机温度、燃料温度和环境温度。喷射器驱动器50响应于喷射器命令信号52而生成喷射器激发信号75以激发燃料喷射器10。喷射器激发信号75控制到电线圈24的电流以响应于喷射器命令信号52而生成电磁力。电功率源40为喷射器驱动器50提供直流电功率的源。在一些实施例中，直流电功率源提供低电压，例如12V，并且升压变换器可用来输出供应至喷射器驱动器50的高电压，例如24V至200V。当利用喷射器激发信号75激发时，由电线圈24生成的电磁力在第二方向82上推动电枢部分21。当电枢部分21在第二方向82上被推动时，阀组件18因此被迫在第二方向82上推动或平移至打开位置，以允许加压燃料流过其中。喷射器驱动器50通过包括例如脉宽调制(PWM)电功率流的任何合适的方法来控制到电线圈24的喷射器激发信号75。喷射器驱动器50配置成通过生成合适的喷射器激发信号75来控制燃料喷射器10的激发。在给定的发动机循环采用多个连续的燃料喷射事件的实施例中，可生成对于该发动机循环内的每个燃料喷射事件来说固定的喷射器激发信号75。
喷射器激发信号75由喷射持续时间和当前波形来表征，当前波形包括初始峰值接通电流和二次保持电流。初始峰值接通电流由用于实现峰值电流的稳定的斜坡上升来表征，该峰值电流可以如本文所述被选择。初始峰值接通电流生成电磁力，该电磁力作用于阀组件18的电枢部分21上以克服弹簧力并且将阀组件18在第二方向82上推动至打开位置，以引发通过燃料喷嘴28的加压燃料的流动。当实现初始峰值接通电流时，喷射器驱动器50将电线圈24中的电流减小至二次保持电流。二次保持电流由小于初始峰值接通电流的一定程度上稳态的电流来表征。二次保持电流是由喷射器驱动器50控制以将阀组件18保持在打开位置的电流水平，以便继续通过燃料喷嘴28的加压燃料的流动。二次保持电流优选地由最小电流水平指示。在一些实施例中，喷射器驱动器50配置为双向电流驱动器，其能够提供通过电线圈24的负电流。如本文所用，术语“负电流”是指用于激励电线圈的电流的方向被颠倒。相应地，术语“负电流”和“反向电流”在本文中可互换地使用。在喷射器驱动器50配置为双向电流驱动器的实施例中，喷射器激发信号75可以由通过电线圈24的负电流附加地表征。
本文的实施例涉及针对在发动机循环期间紧密地隔开的多个燃料喷射事件来控制燃料喷射器。如本文所用，术语“紧密地隔开的”是指在每个连续的燃料喷射事件之间的停留时间小于预定的停留时间阈值。如本文所用，术语“停留时间”是指在第一燃料喷射事件(致动器事件)的喷射的终点与每个连续对的燃料喷射事件中对应的第二燃料喷射事件(致动器事件)的喷射的起点之间的时间段。停留时间阈值可被选择以限定一时间段，使得小于停留时间阈值的停留时间指示在为燃料喷射事件中的每一个输送的喷射的燃料质量的量值中产生不稳定性和/或偏差。喷射的燃料质量的量值中的不稳定性和/或偏差可以响应于二次磁效应的存在。二次磁效应包括在燃料喷射器内的持续的涡电流和磁滞以及基于其的残余通量。持续的涡电流和磁滞由于紧密地隔开的燃料喷射事件之间的初始通量值中的转变而存在。相应地，停留时间阈值不由任何固定值限定，并且其选择可以基于但不限于燃料温度、燃料喷射器温度、燃料喷射器类型、燃料压力和诸如燃料类型及燃料共混物的燃料性质。如本文所用，术语“通量”是指磁通，其指示由电线圈24生成并穿过电枢部分的总磁场。由于电线圈24被通过其电感的电流激励，磁通可由磁链导出，磁链等于线圈电感与流过其中的电流的乘积。由于电线圈24的匝链环磁芯中的磁通，该通量可因此等于磁链。磁链也基于穿过电枢部分的通量密度、邻近气隙的电枢部分的表面积和线圈24的匝数。相应地，术语“通量”、“磁通”和“磁链”将在本文中可互换地使用，除非另外叙述。
对于不紧密地隔开的燃料喷射事件来说，独立于停留时间的固定电流波形可用于每个燃料喷射事件，因为连续对的第一燃料喷射事件对于该连续对的第二燃料喷射事件的输送的喷射的燃料质量几乎没有影响。然而，当第一和第二燃料喷射事件为紧密地隔开的并且固定电流波形被利用时，第一燃料喷射事件可能易于影响第二燃料喷射事件和/或另一个后续的燃料喷射事件的输送的喷射的燃料质量。任何时候燃料喷射事件被发动机循环的一个或多个前面的燃料喷射事件影响时，对应的燃料喷射事件的相应的输送的喷射的燃料质量都可在多个发动机循环的过程中导致不可接受的可重复性，并且连续的燃料喷射事件被认为是紧密地隔开的。更一般地说，其中来自前面的致动器事件的残余通量相对于标准(例如，相对于在不存在残余通量的情况下的性能)影响后续的致动器事件的性能的任何连续的致动器事件都被认为是紧密地隔开的。
图2示出了对于具有相同的电流脉冲的两个连续的燃料喷射事件来说的测量的电流和燃料流率的非限制性的示例性的第一图线1000和测量的主激励线圈电压和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二图线1010，这两个连续的燃料喷射事件由不指示被紧密地隔开的停留时间分开。延伸穿过图线1000和1010中每一个的虚竖线1001表示第一燃料喷射事件的喷射的终点出现的第一时间，而虚竖线1002表示第二燃料喷射事件的喷射的起点出现的第二时间。停留时间1003表示在分离第一和第二燃料喷射事件的虚竖线1001和1002之间的时间段。在图示实施例中，停留时间超出停留时间阈值。因此，第一和第二燃料喷射事件不指示为紧密地隔开的。
参看第一图线1000，示出了两个燃料喷射事件的测量的电流分布1011和测量的流率分布1012。沿着图线1000左侧的竖直的y轴线代表单位为安培(A)的电流，并且沿着图线1000右侧的竖直的y轴线代表单位为毫克(mg)/毫秒(ms)的燃料流率。对于燃料喷射事件中的每一个来说，测量的电流分布1011是基本上相同的。同样，由于燃料喷射事件不指示为紧密地隔开的，对于燃料喷射事件中的每一个来说，测量的燃料流率分布1012是基本上相同的。
参看第二图线1010，示出了两个燃料喷射事件的测量的主激励线圈电压分布1013和测量的探测线圈电压分布1014。测量的主线圈电压可表示图1-1的电磁线圈24的测量电压，并且测量的探测线圈电压可表示相互地磁耦合到图1-1的电线圈24的探测线圈25的测量电压。图线1010的竖直的y轴线代表电压(V)。相应地，当主激励线圈被供能时，由于相互磁耦合，由主激励线圈生成的磁通可链环到探测线圈。测量的探测线圈电压分布1014指示与互磁链的变化速率成正比的探测线圈中感应的电压。对于不指示为紧密地隔开的第一和第二燃料喷射事件中的每一个来说，图线1010的测量的主激励线圈电压分布1013和测量的探测线圈电压分布1014为基本上相同的。
图3示出了对于具有相同的电流脉冲的两个连续的燃料喷射事件来说的测量的电流和燃料流率的非限制性的示例性的第一图线1020和测量的主激励线圈电压和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二图线1030，这两个连续的燃料喷射事件由指示被紧密地隔开的停留时间分开。在图线1020和1030中的每一个中的水平的x轴线代表单位为秒(s)的时间。延伸穿过图线1020和1030中的每一个的虚竖直线1004表示第一燃料喷射事件的喷射的终点出现的第一时间，而虚竖直线1005表示第二燃料喷射事件的喷射的起点出现的第二时间。停留时间1006表示在分离第一和第二燃料喷射事件的虚竖线1004和1005之间的时间段。在图示实施例中，停留时间小于停留时间阈值。因此，第一和第二燃料喷射事件指示为紧密地隔开的。
参看第一图线1020，示出了两个燃料喷射事件的测量的电流分布1021和测量的流率分布1022。沿着图线1020左侧的竖直的y轴线代表单位为安培(A)的电流，并且沿着图线1020右侧的竖直的y轴线代表单位为毫克(mg)/毫秒(ms)的燃料流率。对于燃料喷射事件中的每一个来说，测量的电流分布1021是基本上相同的。然而，测量的流率分布1022示出了在第一和第二燃料喷射事件中的每一个之间测量的燃料流率中的偏差，尽管测量的电流分布是基本上相同的。在测量的燃料流率中的这种偏差是在紧密地隔开的燃料喷射事件中固有的，并且不可取地导致在第二燃料喷射事件中输送的喷射的燃料质量不同于在第一燃料喷射事件中输送的喷射的燃料质量。
参看第二图线1030，示出了两个燃料喷射事件的测量的主激励线圈电压分布1023和测量的探测线圈电压分布1024。测量的主线圈电压可表示图1-1的电线圈24的测量电压，并且测量的探测线圈电压可表示相互地磁耦合到图1-1的电线圈24的探测线圈25的测量电压。图线1030的竖直的y轴线代表电压(V)。相应地，当主激励线圈被供能时，由于相互磁耦合，由主激励线圈生成的磁通可链环到探测线圈。测量的探测线圈电压分布1024指示与互磁链的变化速率成比例的探测线圈中感应的电压。在第二喷射事件期间，图线1030的测量的主激励线圈电压分布1023和测量的探测线圈电压分布1024相比第一燃料喷射事件存在偏差。该偏差指示当喷射事件为紧密地隔开的时残余通量或磁通的存在。参看图2的图线1010，当第一和第二燃料喷射事件不是紧密地隔开的，在第二喷射事件期间，测量的主激励线圈电压分布1013和测量的探测线圈电压分布1014相比第一燃料喷射事件不存在偏差。
重新参看图1-1，示例性实施例进一步涉及将来自燃料喷射器10的(多个)反馈信号42提供回控制模块60和/或喷射器驱动器50。如下文更详细地讨论的，传感器装置可集成在燃料喷射器10内以用于测量各种燃料喷射器参数，包括但不限于燃料压力、线圈电阻、线圈温度、燃料喷射器10内的磁通、电线圈24的磁链、电线圈24的电压和通过电线圈24的电流。将激发控制器集成在燃料喷射器10的主体12内有利地允许(多个)反馈信号42被快速地发送到控制模块60。此外，由于紧邻控制模块60，(多个)反馈信号42遭遇较小的干扰，从而允许更准确地读取包含在其中的参数。电流传感器可设置在激发控制器80和燃料喷射器之间的电流流动路径上，以测量提供至电线圈的电流，或者电流传感器可集成在电流流动路径上的燃料喷射器10内。压力传感器32’集成在燃料喷射器10的入口15内。经由(多个)反馈信号42提供的燃料喷射器参数可包括直接由集成在燃料喷射器10内的对应的传感器装置测量的磁通、磁链、电压和电流。附加地或备选地，燃料喷射器参数可包括经由(多个)反馈信号42提供至控制模块60(并由控制模块60使用)的代理变量(proxies)以估计燃料喷射器10内的磁链、磁通、电压和电流。控制模块60可利用查找表将间接的传感器读数转换为估计的燃料喷射器参数。在具有电线圈24的磁链、电线圈24的电压和提供至电线圈24的电流的反馈的情况下，控制模块60可以针对多个连续的喷射事件有利地修改到燃料喷射器10的激发信号75。(多个)反馈信号42可附加地中继关于燃料喷射器的实际的打开和关闭时间的信息。由于激发控制器80集成在燃料喷射器10的主体12内，控制模块可以监测燃料喷射器的命令的打开和关闭时间并且接收实际的打开和关闭时间的反馈。然后，控制模块60可修改到喷射器驱动器50的喷射器命令信号52，以减少在命令的打开和关闭时间与实际的打开和关闭时间之间的延迟。应当理解，常规的燃料喷射器由开环操作控制，该操作仅基于从查找表获得的所需电流波形或解析函数，而没有任何与影响电枢部分21的移动的磁链(例如，磁通)的力产生分量有关的信息。结果，仅考虑用于控制燃料喷射器的电流的常规的前馈燃料喷射器易于在紧密地隔开的连续的燃料喷射事件中出现不稳定。
本文的实施例不涉及用于获得有效磁通或等价磁链的任一种技术。在一些实施例中，探测线圈25可在电线圈周围使用，其中由电线圈形成的磁通由于相互磁耦合而链环到探测线圈。在探测线圈中感应的电压与线圈磁链的变化速率基于以下关系而成正比。
或 [1]
其中，VSC为由探测线圈25感应的电压，
λ为探测线圈25中的磁链，并且
t为时间。
探测线圈25中的磁链可用来基于以下关系确定燃料喷射器内的磁通。
[2]
其中，为燃料喷射器内的磁通，并且
N为探测线圈25中的匝数。
因此，探测线圈25的电压可经由(多个)反馈信号42提供至控制模块60以用于估计磁链。因此，用于测量探测线圈和探测线圈自身的电压的电压传感器指示集成在燃料喷射器10内用于获得磁链的感测装置。在其它实施例中，诸如霍尔传感器的磁场传感器可定位在燃料喷射器内的磁通路径内以用于测量有效磁通。类似地，其它磁场传感器可用来测量有效磁通，例如但不限于模拟霍尔传感器和磁阻(MR)式传感器。由此类磁场传感器测量的有效磁通可经由(多个)反馈信号42提供至控制模块60。应当理解，这些磁场传感器指示集成在燃料喷射器内以用于获得有效磁通的感测装置。下文将在图5和图6中更详细地描述探测线圈和磁场传感器在燃料喷射器内的集成。
已知的是，当喷射器驱动器50仅在正的第一方向上单向地提供电流以激励电磁线圈和芯组件24时，释放电流以在零值处保持稳定将导致燃料喷射器内的磁通朝零逐渐地衰减，例如逐渐减少。然而，对于磁通衰减的响应时间较慢，并且当后续的连续的燃料喷射事件被引发时，燃料喷射器内磁滞的存在常常导致残余通量的存在。如上所述，残余通量的存在影响燃料流率和将在后续的燃料喷射事件中输送的喷射的燃料质量的准确度，其中残余通量的存在对于紧密地隔开的燃料喷射事件来说被增强。
图1-2示出了图1-1的激发控制器80。信号流动路径362在控制模块60和喷射器驱动器50之间提供通信。例如，信号流动路径362提供控制喷射器驱动器50的喷射器命令信号(例如，图1-1的命令信号52)。控制模块60进一步经由激发控制器380内的信号流动路径364与外部ECM 5通信，激发控制器380与功率传输线缆电连通。例如，信号流动路径364可将被监测的输入参数(例如，图1-1的被监测的输入参数51)从ECM 5提供至控制模块60以用于生成喷射器命令信号52。在一些实施例中，信号流动路径364可将反馈燃料喷射器参数(例如，图1-1的(多个)反馈信号42)提供至ECM 5。
喷射器驱动器50经由功率供应流动路径366接收来自图1-1的功率源40的直流电功率。利用接收到的直流电功率，喷射器驱动器50可基于来自控制模块60的喷射器命令信号而生成喷射器激发信号(例如，图1-1的喷射器激发信号75)。
喷射器驱动器50配置成通过生成合适的喷射器激发信号75来控制燃料喷射器10的激发。在图示实施例中，喷射器驱动器50为双向电流驱动器，其响应于相应的喷射器激发信号75而将经由第一电流流动路径352的正电流和经由第二电流流动路径354的负电流提供至电磁线圈和芯组件24。经由第一电流流动路径352的正电流被提供以激励电磁线圈和芯组件24，并且经由第二电流流动路径354的负电流使电流反向通过电磁线圈和芯组件24。电流流动路径352和354形成闭环；即，正电流进入352导致在流动路径354中相等且相反(负)的电流，反之亦然。第一电流流动路径352和第二电流流动路径354各自的电流方向可被交替以重置燃料喷射器内的残余通量并控制电枢部分21的反弹。信号流动路径371可将第一电流流动路径352的电压提供至控制模块60，并且信号流动路径373可将第二电流流动路径354的电压提供至控制模块60。施加到电磁线圈和芯组件24的电压和电流基于在信号流动路径371和373处的电压之间的差值。在一个实施例中，喷射器驱动器50利用开环操作来控制燃料喷射器10的激发，其中喷射器激发信号由精确的预定电流波形来表征。在另一个实施例中，喷射器驱动器50利用闭环操作来控制燃料喷射器10的激发，其中喷射器激发信号基于作为反馈经由信号流动路径371和373提供至控制模块的燃料喷射器参数。到线圈24的测量电流可经由信号流动路径356提供至控制模块60。在图示实施例中，电流由在第二电流流动路径354上的电流传感器测量。燃料喷射器参数可包括燃料喷射器10内的磁链、电压和电流值，或者燃料喷射器参数可包括由控制模块60用来估计燃料喷射器10内的磁链、电压和电流的代理变量。
在一些实施例中，喷射器驱动器50配置用于完整的四象限操作。图1-3示出了图1-1和图1-2的喷射器驱动器50的示例性实施例，其利用两个开关组370和372来控制在喷射器驱动器50和电磁线圈和芯组件24之间提供的电流。在图示实施例中，第一开关组370包括开关装置370-1和370-2，并且第二开关组372包括开关装置372-1和372-2。开关装置370-1、370-2、372-1、372-2可以是固态开关，并且可包括允许在高温下高速切换的硅(Si)或宽带隙(WBG)半导体开关。喷射器驱动器50的四象限操作基于由控制模块60确定的对应的开关状态来控制进入和离开电磁线圈和芯组件24的电流的方向。控制模块60可以确定正开关状态、负开关状态和零开关状态并且基于所确定的开关状态来在打开位置和关闭位置之间命令第一开关组370和第二开关组372。在正开关状态下，第一开关组370的开关装置370-1和370-2被命令至关闭位置，并且第二开关组372的开关装置372-1和372-2被命令至打开位置，以控制进入第一电流流动路径352和离开第二电流流动路径354的正电流。这些开关装置可以使用脉宽调制进一步调制以控制电流的振幅。在负开关状态下，第一开关组370的开关装置370-1和370-2被命令至打开位置，并且第二开关组372的开关装置372-1和372-2被命令至关闭位置，以控制进入第二电流流动路径354和离开第一电流流动路径352的负电流。这些开关装置可以使用脉宽调制进一步调制以控制电流的振幅。在零开关状态下，所有开关装置370-1、370-2、372-1、372-2都被命令至打开位置，以控制无电流进入或离开电磁线圈和芯组件，或者通过在开关上的合适的续流二极管来允许线圈电流以线圈的自然时间常数减少。因此，可以实现通过线圈24的电流的双向控制。
在一些实施例中，在二次保持电流被释放之后，通过电磁线圈和芯组件24的负电流被施加足够的持续时间，以减少燃料喷射器10内的残余通量。在其它实施例中，在二次保持电流的释放之后，但附加地仅在燃料喷射器已关闭或致动器已返回至其静态或静止位置之后，施加负电流。此外，附加实施例可包括开关组370和372，用于在打开位置和关闭位置之间交替地切换，以交替到线圈24的电流的方向，包括脉冲宽度调制控制以实现电流分布。两个开关组370和372的利用对于在发动机事件期间的多个连续的燃料喷射事件来说允许通过减少电磁线圈和芯组件24内的涡电流和磁滞的存在而精确控制施加到电磁线圈和芯组件24的电流流动路径352和354的电流方向和振幅。
应当理解，激发控制器80对应于仅一个燃料喷射器。因此，采用多于一个燃料喷射器的发动机将各自包括集成在其中的相应的激发控制器80。ECM 5和功率源50操作性地电耦合到激发控制器中的每一个。相应地，每个燃料喷射器可在独立的基础上使用每个燃料喷射器相应的反馈参数来操作，并且燃料喷射器的操作可响应于反馈参数在独立的基础上被修改。相应地，集成在燃料喷射器的主体12内的相应的激发控制器80能够“即插即用”（plug and play）操作，以用于在独立的基础上控制相应的燃料喷射器10。
图4示出了包括集成在燃料喷射器内的激发控制器80的图1-1的燃料喷射器10的示意性的剖视详图的非限制性的示例性实施例。图4将参照图1-1进行描述，其中类似的数字指示类似的特征。在图4的图示实施例中，燃料喷射器的上主体部分420包括：电磁组件24，其包括电线圈24-1和磁芯24-2；导向环412，其包围电枢部分21；间隔件414，其提供用以防止电磁组件24之间的接触；通量连接器410，其包括分别操作性地电耦合到电线圈24-1和探测线圈25的端子；致动器外壳432；卡圈434，其将上主体部分420耦合到下主体部分424；在区域422内的(多个)磁场传感器；以及激发控制器80，其集成在燃料喷射器10的主体12内。上部外壳底座和卡座组件416将上主体部分420与下主体部分424分离，下主体部分424包括喷嘴20和燃料室。致动器外壳432是包围电磁芯的圆柱形外壳。
在燃料喷射器10的入口15内，压力传感器32’提供用于获得从燃料轨30进入入口15的燃料压力34。燃料压力34可直接提供至激发控制器80的控制模块60，或者燃料压力34可提供至通量连接器410并且在(多个)反馈信号42内提供至激发控制器80。O形环426和支承环428接近于入口15设置，以用于密封目的。
在图示实施例中，激发控制器80集成在燃料喷射器的主体12内。激发控制器80经由线缆430和431操作性地电耦合到外部ECM 5和外部功率源40，线缆430和431连接到连接器组件36的端子。在一些实施例中，端子可包括多引脚连接器。ECM 5可向激发控制器80的控制模块60发送命令信号，例如，将输送至燃烧室的所需的喷射的燃料质量。功率源40可将电功率提供至激发控制器80的喷射器驱动器50，以用于激励电线圈24-1。此外，控制模块60可向外部ECM 5通信燃料喷射器10的操作参数，例如状态和输出反馈信号。
一个或多个线缆或线可集成在燃料喷射器10的主体内，使得喷射器驱动器50能将包括喷射器持续时间和电流波形(例如，双向或单向电流)的喷射器激发信号75提供至通量连接器410，以用于在燃料喷射器的激发事件期间激励电线圈24-1。在一些实施例中，喷射器驱动器50可包括板载（onboard）功率供给驱动器，其使得能够生成具有合适的持续时间、量值和极性的可变的电压和电流。
此外，包括燃料喷射器10的一个或多个参数的(多个)反馈信号42可从通量连接器410提供至激发控制器80的控制模块60。相比仅由外部部件控制的常规的燃料喷射器，集成的激发控制器80允许基于燃料喷射器的反馈参数和来自外部ECM 5的命令的闭环操作。闭环操作允许集成在燃料喷射器内的激发控制器80快速地适应于燃料喷射器的操作并且在此基础上修改喷射器激发信号75，使得燃料喷射事件的实际持续时间紧密地匹配命令的持续时间，并且实际输送的喷射的燃料质量紧密地匹配将输送的命令的喷射的燃料质量。因此，(多个)反馈信号42可包括燃料喷射器10的实际的打开和关闭时间，或者(多个)反馈信号42可包括将由控制模块60使用以获得实际的打开和关闭时间的上述参数中的一个或多个。
如上所述，控制模块60包括处理装置。处理装置可接收阀打开命令并将喷射器标识、状态和输出反馈提供至喷射器驱动器50和/或外部ECM 5。处理装置可处理来自集成在燃料喷射器内的传感器装置的(多个)反馈信号42并生成到喷射器驱动器50的必要的输出，例如，喷射器命令信号52。控制模块60还可包括一个或多个存储装置以存储程序和数据信息，该信息可由处理装置检索以执行算法和例程，以便检测阀/喷嘴打开时间并递归地调整喷射器激发信号75，从而匹配命令的阀/喷嘴打开时间。相应地，集成在燃料喷射器内的激发控制器80可包括用于执行感测、处理、通信的一个或多个专用集成电路(ASIC)和喷射器驱动器元件。
如上所述，(多个)反馈信号42可直接包括参数，例如，来自压力传感器32’的燃料轨压力34、提供至电线圈24-1的电流和分别由探测线圈25和/或电线圈24-1感应的电压。(多个)反馈信号42还可包括由控制模块60用来估计磁通、磁链、电磁力和阀组件18的位移的参数。反馈信号可包括其它燃料喷射器参数，包括从但不限于下列传感器获得的参数：微机电系统(MEMS)传感器、霍尔效应传感器、巨磁电阻(GMR)传感器、压电传感器和基于导电率的传感器。例如，经由(多个)反馈信号42提供的参数可由控制模块60用来获得在上主体部分420和下主体部分424之间的电阻中的差值，以检测阀的实际的打开和关闭。
激发控制器80还可针对燃料喷射器10的老化被调整。例如，控制模块60的处理装置可被编程以接收针对具体参数的初始或标称集合，其将使得喷射器能够适于调整从ECM5命令的所需喷射的燃料的质量，以达到必要的性能准确度。激发控制器80可以基于诸如打开和关闭延迟以及致动器部件(例如，弹簧26、电线圈24-1、磁)劣化的关键参数的变化来进一步诊断喷射器内的故障，并且基于诊断来采取补救措施。另外，集成的激发控制器80和燃料喷射器10可通过将初始的预定的测试信号提供至控制器80和喷射器10达预定的时间段来初步地训练，以使得控制器80能够学会所需的参数，使得打开和关闭延迟以及电流和电压波形匹配所命令的那些。应当理解，常规的燃料喷射器不在独立的基础上监测打开和关闭延迟，或者在不可取的延迟发生时修改操作。
图5示出了在图4的区域422内的燃料喷射器10的示意性剖视详图的非限制性的示例性实施例，其包括相互地磁耦合到缠绕在磁芯24-2周围的电线圈24-1的探测线圈25。纵向轴线101指示燃料喷射器10的对称轴线。在图5的图示实施例中描绘了在燃料喷射器10的区域422内的电枢部分21、导向环412、间隔件414、电磁组件24、致动器外壳432和卡圈434。
探测线圈25(例如，图1-1)使得能够间接地获得燃料喷射器内的有效磁通。在图示实施例中，探测线圈25缠绕在电线圈24-1周围。例如，探测线圈25可缠绕在电线圈24-1附近或周围的磁芯24-2上，使得在被电流激励时，探测线圈25在由电线圈24-1生成的磁通路径内。在一个示例性实施例中，探测线圈可配置成使得其径向邻近电线圈24-1，或者可以备选地配置成使得其轴向邻近电线圈24-1。探测线圈25可包括相对于电线圈的线尺寸更小或相等的线尺寸。探测线圈25的终端引线可沿着电线圈24-1的终端引线引出并且连接在通量连接器410处，以用于提供到激发控制器80的接口(例如，(多个)反馈信号42)。电压传感器可沿着探测线圈25的引线定位或位于通量连接器410内。
如上所述，探测线圈25和电线圈24-1是相互地磁耦合的，其中，由探测线圈25感应的电压可用来获得探测线圈25的磁链，如上文利用公式[1]所描述的。在电线圈和探测线圈之间的相互磁耦合包括指示为紧密的互耦合，例如，等于0.99的互耦合。在此情景下，使用公式[1]的探测线圈25的磁链基本上等于主线圈的磁链。磁通可利用公式[2]基于探测线圈25的磁链和探测线圈25的匝数来获得。因此，不必考虑与测量在电线圈24-1上的电压以获得磁链相关联的电阻降。控制模块60可接收在探测线圈25中感应的电压并且执行公式[1]和[2]以获得燃料喷射器内的磁通。控制模块60可以存储数据，例如，电线圈24-1和探测线圈25各自的规定匝数。
此外，探测线圈25可包括规定的匝数，其被选择成使得感应的探测线圈电压在方便测量的预定范围内。例如，探测线圈中的匝数可被选择，以使得在主线圈和探测线圈之间的匝数比为约10。基于由探测线圈25感应的电压，在电线圈24-1中感应的电压可表达如下。
[3]
其中，VMI为在电线圈24-1中感应的电压，
k为电线圈24-1的匝数与探测线圈25的匝数的匝数比，并且
t为时间。
控制模块60可接收在探测线圈25中感应的电压并且执行公式[1]和[2]以获得燃料喷射器内的磁通。利用从公式[3]获得的在电线圈中感应的电压，电线圈24-1的电阻可基于测量的主线圈电压VMC而表达如下。
[4]
其中，VMC为电线圈24-1的测量电压，
R为电线圈24-1的电阻，
i为通过电线圈24-1的测量电流。
当被电流激励时由电线圈24-1生成的磁通路径优选地为高磁导率和低磁阻的磁通路径。在图5的示例性实施例中，磁通路径由包括磁芯24-2、电枢21的磁回路和包括磁通返回路径部件的附加的磁通返回结构构成，磁通返回路径部件包括通量连接器410、致动器外壳432、卡圈434和导向环412。任何磁通返回结构部件都优选地紧邻交接，以使增加总磁回路磁阻的气隙最小化。磁通返回结构优选地由具有高磁导率的部件构成。在该实施例中，磁芯24-2和通量连接器410紧邻交接。通量连接器410紧邻致动器外壳432，致动器外壳432紧邻卡圈434。卡圈434紧邻导向环412，导向环412紧邻电枢21。电枢21紧邻磁芯24-1，从而完成为磁通路径提供低磁阻的磁回路。卡圈434可由可磁化的钢制成，以将磁通沿着磁通路径引导至电枢。
图6-1在图4的区域422的示意性的剖视详图中示出了沿着磁通流动路径的瞬时通量集中。通过电线圈24-1的瞬时电流为相对于电线圈24-1测量的高频电流，其导致磁通向磁芯24-2和磁通返回路径部件内的有限渗透，磁通返回路径部件包括通量连接器410、致动器外壳432、卡圈434、导向环412和电枢21。在一个示例性实施例中，高频(瞬时)电流可被定义为在10,000安培/秒至500,000安培/秒的范围内的电流升高和在从10,000安培/秒至2,000,000安培/秒的范围内的电流下降。电线圈24-1的这样的高频激励在磁通路径的区域中导致瞬时通量集中。该瞬时通量集中效应由沿着磁通路径的磁通线633示出。磁通线633被集中并且具有向磁通路径的部件内的有限渗透。由高频电流产生的涡电流阻止磁场向磁通路径的含铁部件的深渗透，并且磁通在瞬时电流期间朝接近于电线圈24-1的含铁部件的表面集中。在基本上为零的稳态致动器线圈电流之后，并且当在通过电线圈的电流中实现指示高频(瞬时)电流的一定的变化速率时，出现此瞬时通量集中。
图6-2在图4的区域422的示意性的剖视详图中示出了在稳态期间沿着磁通流动路径的磁通。在稳态期间，相比上述高频(瞬时)电流的结果，致动器线圈电流磁通以更小的通量集中实现更大的渗透。此稳态致动器线圈电流由沿着磁通路径的磁通线635示出。磁通线635进一步渗透到包括磁芯24-2的磁通路径的部件和包括通量连接器410、致动器外壳432、卡圈434、导向环412和电枢21的磁通返回路径部件中(相对于电线圈24-1测量)。
图6-3示出了示意性的剖视详图的非限制性的示例性实施例，其包括在图4的燃料喷射器10的区域422内的磁场传感器位置。纵向轴线101指示燃料喷射器10的对称轴线。在图6的图示实施例中描绘了在燃料喷射器10的区域422内的电枢部分21、导向环412、间隔件414、连接器410、卡圈434、以及包括磁芯24-2和电线圈24-1的电磁组件24。
预定位置637、639、641和643中的每一个指示在燃料喷射器10内的位置，磁场传感器可设置在该位置，以用于测量燃料喷射器内的磁通。在一个优选的实施例中，这些预定位置落入如图6-1中所描绘的瞬时通量集中的区域内。磁场传感器在瞬时通量集中的区域内的放置确保沿着磁通路径的磁通被准确地测量。磁场传感器在这些瞬时通量集中区域之外的放置可导致磁场传感器在通过电线圈24-2的高频(瞬时)电流期间不记录具有低渗透的磁通。因此，预定位置637、639、641和643中的任一个可被选择以设置用于测量磁通的磁场传感器。预定位置637、639、641和643普遍地包括在当电线圈24-1被激励时生成的磁通路径内的位置。示例性的预定的传感器位置637、639、641和643包括位于瞬时通量集中的区域中的在磁通路径内的位置，如结合图6-1和图6-1所讨论的。
第一预定位置637邻近燃料喷射器10的主体12的通量连接器410和致动器外壳432两者。第二预定位置639邻近燃料喷射器10的通量连接器410和磁芯24-2。将磁场传感器设置在第一预定位置637和第二预定位置639中的任一者处缓解了包装约束，因为设置在其上的磁场传感器的终端引线可被馈送到通量连接器410，而不必路由通过燃料喷射器的部件。第三预定位置641位于邻近磁芯24-2和电枢21或接近于电枢部分21的气隙的燃料喷射器内。有利地，设置在第三预定位置641的磁场传感器可测量垂直于电枢部分离开的磁通。第四预定位置643位于燃料喷射器的卡圈434和致动器外壳432之间。有利地，设置在第四预定位置643的磁场传感器可测量从穿过电枢部分21的电线圈24-1循环的磁通。本文的实施例不限于预定位置637、639、641和643中的任一个，其中，这些位置中的任一个都可基于磁通测量的准确度和包装考量来使用。在一些实施例中，相应的磁场传感器可设置在预定位置637、639、641和643中的多于一个处，以提供更稳健的磁通测量。
磁场传感器的类型被选择成使得传感器的厚度不会显著地影响磁通路径的磁阻。应当理解，磁场传感器的终端引线沿着电线圈24-1的终端引线延伸，以电耦合在通量连接器410处。因此，由磁场传感器获得的测量值可经由(多个)反馈信号42与控制模块60交接。在一个实施例中，磁场传感器为霍尔传感器，其响应于在预定位置1-4中相应的一个处的磁通密度以用于测量磁通。其它可能的磁场传感器包括但不限于模拟霍尔传感器和磁阻(MR)式传感器。磁场传感器优选地定位成使得磁场传感器的感测轴线垂直于磁通流。本公开不限于用于测量磁通的任何一种磁场传感器。
本公开已描述了某些优选实施例及其修改。在阅读和理解本说明书后，技术人员可以想到另外的修改和变型。因此，本公开意图不限于作为实现本公开构思到的最佳方式而公开的(多个)特定实施例，本公开还将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种用于螺线管激发的致动器的闭环操作的设备，包括：
外部控制模块和功率源，其操作性地电耦合到所述致动器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述致动器外部；
集成在所述致动器的主体内的包括控制模块和致动器驱动器的激发控制器，所述激发控制器配置成与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率；以及
至少一个传感器装置，其集成在所述致动器的所述主体内且操作性地电耦合到所述激发控制器，所述至少一个传感器装置配置成在所述致动器的操作期间测量一个或多个参数，所述一个或多个参数作为反馈提供至所述激发控制器；
其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述致动器的反馈参数来修改所述致动器的操作；
其中，将激发控制器集成在致动器的主体内有利地允许反馈参数被快速地发送到控制模块并且允许更准确地读取反馈参数。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述致动器驱动器配置成在激发事件期间生成致动器激发信号以激励所述致动器。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器驱动器包括两个开关组，所述两个开关组配置成基于由所述控制模块确定的开关状态来控制在所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流。
4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述致动器驱动器包括板载功率供给驱动器。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制模块包括处理装置，所述处理装置配置成基于提供至所述激发控制器的所述反馈来检测所述致动器的打开时间并且递归地修改所述致动器的操作以匹配所需的致动器打开时间。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置配置成测量所述致动器的实际的打开和关闭时间。
7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述致动器的所述实际的打开和关闭时间来修改所述致动器的操作。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为通量传感器，所述通量传感器集成在所述致动器内且配置成检测在高磁导率磁通路径内的磁通。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述通量传感器包括探测线圈，所述探测线圈紧邻所述致动器的电线圈且围绕所述致动器的磁芯。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为电压传感器，所述电压传感器集成在所述致动器内且配置成检测所述致动器的电线圈的电压。
11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置为电流传感器，所述电流传感器集成在所述致动器内且配置成检测在所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流。
12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述外部控制模块和所述功率源通过多引脚连接器操作性地电耦合到所述致动器的所述激发控制器。
13.根据权利要求1所述的设备，还包括集成在所述致动器的所述主体内的至少一个线缆，所述至少一个线缆将所述致动器驱动器电连结到所述螺线管激发的致动器。
14.一种用于螺线管激发的燃料喷射器的闭环操作的设备，包括：
外部控制模块和功率源，其经由连接器组件操作性地电耦合到所述燃料喷射器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述燃料喷射器外部；
集成在所述燃料喷射器的主体内的激发控制器，其包括控制模块和喷射器驱动器，所述激发控制器配置成通过线与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率，所述线电耦合到所述连接器组件并且集成在所述燃料喷射器的所述主体内；
所述螺线管激发的燃料喷射器，其操作性地电耦合到所述激发控制器；以及
至少一个传感器装置，其集成在所述燃料喷射器的所述主体内且操作性地电耦合到所述激发控制器，所述至少一个传感器装置配置成在所述燃料喷射器的操作期间测量一个或多个参数，所述一个或多个参数作为反馈提供至所述激发控制器；
其中，所述激发控制器进一步配置成基于所述燃料喷射器的反馈参数来修改所述燃料喷射器的操作；
其中，将激发控制器集成在燃料喷射器的主体内有利地允许反馈参数被快速地发送到控制模块并且允许更准确地读取反馈参数。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，所述喷射器驱动器配置成在激发事件期间生成喷射器激发信号以激励所述燃料喷射器。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述喷射器驱动器包括板载功率供给驱动器。
17.根据权利要求14所述的设备，其中，所述至少一个传感器装置配置成测量所述燃料喷射器的实际的打开和关闭时间，并且所述激发控制器进一步配置成基于所述燃料喷射器的所述实际的打开和关闭时间来修改所述燃料喷射器的操作。
18.一种用于螺线管激发的燃料喷射器的闭环操作的设备，包括：
电磁燃料喷射器，其包括：
电线圈；
高磁导率的磁通路径，其包括：
电枢，其能够沿着轴线平移；
磁芯，其由所述电线圈围绕，所述磁芯具有邻近所述电枢以用于向所述电枢施加吸引磁力的第一端部和轴向地相对的第二端部；和
磁通返回结构，其包括：
圆柱形外壳，其围绕所述电线圈并且具有内壁表面；和
环形构件，其布置在所述外壳的所述内壁表面和所述磁芯的所述第二端部之间，使得第一接触接口在所述环形构件和所述外壳的所述内壁表面之间，并且第二接触接口在所述环形构件和所述磁芯的第二端部之间；和
通量传感器，其集成在所述燃料喷射器内且配置成检测所述高磁导率磁通路径内的磁通；
外部控制模块和功率源，其经由连接器组件操作性地电耦合到所述燃料喷射器的激发控制器，所述外部控制模块和所述功率源位于所述燃料喷射器外部；
集成在所述燃料喷射器的主体内的激发控制器，其包括控制模块和喷射器驱动器，所述激发控制器配置成通过线与所述外部控制模块通信并且接收来自所述功率源的电功率，所述线电耦合到所述连接器组件并且集成在所述燃料喷射器的所述主体内；以及
所述螺线管激发的燃料喷射器，其操作性地电耦合到所述激发控制器；
所述通量传感器，其操作性地电耦合到所述激发控制器以将所述检测到的磁通作为反馈提供至所述激发控制器；
其中，所述激发控制器进一步配置成基于反馈的磁通来修改所述燃料喷射器的操作；
其中，将激发控制器集成在燃料喷射器的主体内有利地允许反馈的磁通被快速地发送到控制模块并且允许更准确地读取反馈的磁通。
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