CN104929831A - 带残余磁滞重置的致动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及带残余磁滞重置的致动器。电磁致动系统包括电线圈、磁芯、电枢、用于选择性地驱动电流沿两个方向中的任一方向通过线圈的可控双向驱动电路以及向驱动电流提供致动器命令的控制模块。当需要致动时驱动电流沿第一方向通过电线圈。当不需要致动时，驱动电流包括沿第二方向通过电线圈以便足以将致动器内的残余通量减小到在零线圈电流时在致动器内被动获得的水平之下。

Description

带残余磁滞重置的致动器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年3月20日提交的美国临时专利申请序列号61/955,942和2014年3月20日提交的美国临时专利申请序列号61/968,001的权益，其二者均并入本文以供参考。

技术领域

本公开涉及螺线管激活的致动器。

背景技术

该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这样的陈述不试图构成对现有技术的承认。

螺线管致动器能够被用于控制流体（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是燃料喷射器。燃料喷射器被用于将加压燃料喷射到内燃发动机的歧管内、进气端口内或者直接到燃烧室内。公知的燃料喷射器包括电磁激活的螺线管装置，其克服机械弹簧以打开位于喷射器的尖端处的阀以便允许燃料流从中流过。喷射器驱动器电路控制至电磁激活的螺线管装置的电流流动，以打开和关闭喷射器。喷射器驱动器电路可以以峰值-保持控制构造或者饱和开关构造操作。

燃料喷射器利用校准值来校准，该校准值包括喷射器激活信号（包括喷射器打开时间或者喷射持续时间）和以预定或已知燃料压力操作的对应的计量或传递的喷射燃料质量。喷射器操作可以特征在于与喷射持续时间有关的每次燃料喷射事件的喷射燃料质量。喷射器特征包括在与高速高负荷发动机操作相关的大流率和与发动机怠速状况相关联的小流率之间的范围内的计量燃料流。

公知的是，发动机控制获益于快速相继地喷射多次小的喷射燃料质量。大体而言，当在连续喷射事件之间的停延时间小于停延时间阈值时，随后的燃料喷射事件的喷射燃料质量通常导致比所需更大的传送量级，即使利用相同的喷射持续时间。因此，这样的随后的燃料喷射事件会变得不稳定，从而导致不可接受的重复性。这种不良情况是因为在燃料喷射器内存在残留磁通量，所述残留磁通量是由于前一燃料喷射对立即随后的燃料喷射事件提供一些辅助所导致的。响应于燃料喷射器内的持续的涡电流和磁滞（这是由于改变了需要不同的初始磁通量值的喷射燃料质量速率）而产生残余磁通量。进一步公知的是通过施加连续的单向正极电流脉冲控制在关闭燃料喷射器之后的电枢反跳。虽然通常会有效地控制电枢反跳，但是已知单向正极电流脉冲会导致在稳态时存在残余通量。

发明内容

电磁致动系统包括电线圈、磁芯、电枢、用于选择性地驱动电流沿两个方向中的任一方向通过线圈的可控双向驱动电路以及向驱动电路提供致动器命令的控制模块。当需要致动时沿第一方向驱动电流通过电线圈。当不需要致动时，包括沿第二方向驱动电流通过电线圈以便足以将致动器内的残余通量减小到在零线圈电流时在致动器内被动获得的水平之下。

本发明还可包括下列方案。

1. 一种用于控制电磁致动器的方法，包括：

当需要致动时驱动电流沿第一方向通过所述致动器的电线圈；以及，

当不需要所述致动时，驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈以便足以将所述致动器内的残余通量减小到在零线圈电流时在所述致动器内被动获得的水平之下。

2. 根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈仅会在所述致动器已经返回到静止位置之后发生。

3. 根据方案1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈包括：

在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

4. 根据方案3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：呈指数地衰减所述驱动电流。

5. 根据方案3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流仅会在所述致动器已经返回到静止位置之后发生，进一步包括在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流以便足以减小电枢反跳。

6. 根据方案3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以正弦方式驱动电流。

7. 根据方案3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以方波方式驱动电流。

8. 根据方案3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以锯齿形方式驱动电流。

9. 一种电磁致动系统，包括：

电线圈；

磁芯；

电枢；

用于选择性驱动电流沿两个方向中的任一方向通过所述线圈的可控双向驱动电路；以及

控制模块，其提供致动器命令至所述驱动电路从而实现当需要电枢致动时驱动电流沿第一方向通过所述线圈并且在电枢致动之后实现驱动电流包括沿第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量。

10. 根据方案9所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现仅在所述致动器已经返回到静止位置之后驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量。

11. 根据方案9所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量包括：所述致动器命令实现成在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

12. 根据方案11所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量包括：所述致动器命令实现成以指数衰减在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

13. 根据方案11所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现仅在所述致动器已经返回到静止位置之后驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量，进一步包括所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以减小电枢反跳。

14. 根据方案11所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量包括：所述致动器命令实现成以正弦方式在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

15. 根据方案11所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量包括：所述致动器命令实现成以方波方式在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

16. 根据方案11所述的电磁致动系统，其中所述控制模块在电枢致动之后提供所述致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流包括沿所述第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量包括：所述致动器命令实现成以锯齿形方式在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

17. 一种用于减小电磁致动器内的残余通量的装置，包括：

可控双向驱动电路，其被构造成用于选择性驱动电流沿两个方向中的任一方向通过所述致动器；以及

控制模块，其提供致动器命令至驱动电路从而实现当需要致动时驱动电流沿第一电流方向通过所述致动器以实现沿第一方向在磁性材料通量路径内通过所述致动器的磁通量，并且其后实现成驱动电流沿第二电流方向通过所述致动器以实现沿与所述第一方向相反的第二方向在磁性材料通量路径内通过所述致动器的磁通量以对抗所述致动器内的残余通量。

附图说明

参考附图，现在将通过示例方式来描述一种或更多种实施例，附图中：

图1-1示出根据本公开的燃料喷射器和激活控制器的示意性截面图；

图1-2示出根据本公开的图1-1的激活控制器的示意性截面图；

图1-3示出根据本公开的图1-1和图1-2的喷射器驱动器的示意性截面图；

图2示出根据本公开的在没有通量重置事件的情况下针对燃料喷射事件的燃料喷射器内的单向电流流动和磁通量分布的非限制性示例性绘图；

图3示出根据本公开的通过使用通量重置事件将残余通量减小到零的针对图2的燃料喷射事件的电流流动和磁通量分布的非限制性示例性绘图；

图4示出根据本公开的通过使用在燃料喷射器关闭之后发起的通量重置事件以将残余通量减小到零的针对图2的燃料喷射事件的电流流动和磁通量分布的非限制性示例性绘图；以及

图5示出根据本公开的通过使用双向电枢反跳控制和残余通量减小控制策略的针对图4的燃料喷射事件的电流流动和磁通量分布的非限制性示例性绘图。

具体实施方式

本公开针对线性运动燃料喷射器的示例性应用描述了当前声明的主题的概念。然而，所声明的主题可更广地应用到使用电线圈从而在磁芯内感生磁场从而导致作用在可动电枢上的吸引力的任意线性或非线性电磁致动器。典型示例包括流体控制螺线管、用在内燃发动机上的汽油或柴油机或CNG燃料喷射器以及用于定位和控制的非流体螺线管致动器。

现在参考附图，其中图释是仅为了示出某些示例性实施例的目的并不为了限制的目的，图1-1示意性示出了电磁激活的直喷式燃料喷射器10的非限制性示例性实施例。虽然在所示实施例中描述了电磁激活的直喷式燃料喷射器，但是可以等同地应用到端口喷射的燃料喷射器。燃料喷射器10被构造成将燃料直接喷射到内燃发动机的燃烧室100内。激活控制器80电操作地连接到燃料喷射器10以控制其激活。激活控制器80仅对应于燃料喷射器10。在所示实施例中，激活控制器80包括控制模块60和喷射器驱动器50。控制模块60电操作地连接到喷射器驱动器50，该喷射器驱动器50电操作地连接到燃料喷射器10以控制其激活。燃料喷射器10、控制模块60和喷射器驱动器50可以是被构造成如这里所述地操作的任意合适的装置。在所示实施例中，控制模块60包括处理装置。在一种实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件被集成到燃料喷射器36的连接组件36内。在另一实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件被集成到燃料喷射器10的主体12内。在又一实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件在燃料喷射器10外部且接近燃料喷射器10，并且经由一个或更多个线缆和/或电线被电操作地连接到连接组件36。术语“线缆”和“电线”将在此被互换地使用以便提供电力传输和/或电信号传输。

控制模块、模块、控制件、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着如下一种或更多种的任何一种或者各种组合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例程的中央处理单元（优选地是微处理器）相关的记忆和存储器（只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调制和缓冲电路以及提供所述功能性的其他部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意味着包括校准值和查找表的任意指令集合。控制模块具有被执行成提供所需功能的一组控制例程。例程例如通过中央处理单元被执行并且被操作成监测来自感测装置和其他网络化控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以便控制致动器的操作。在进行中的发动机和车辆操作期间，例程可以以规则间隔（例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒）被执行。替代性地，可以响应事件的发生来执行例程。

大体而言，电枢可控制到致动位置和静态或静止位置中的一个。燃料喷射器10可以是可控制到打开（致动）位置和关闭（静态或静止）位置中的一个的任意合适的离散燃料喷射装置。在一种实施例中，燃料喷射器10包括限定纵向轴线101的圆筒形中空主体12。燃料入口15位于主体12的第一端14处，并且燃料喷嘴28（在球阀情况下，燃料喷嘴可以是单个开口或多个孔）位于主体12的第二端16处。燃料入口15被流体联接到高压燃料管线30，该高压燃料管线30流体联接到高压喷射泵。阀组件18被装纳在主体12内，并且包括针形阀20、弹簧激活的销轴22和电枢部分21。针形阀20干涉地安坐在燃料喷嘴28内以便控制从中通过的燃料流。虽然所示实施例描绘了三角形的针形阀20，但是其他实施例可以利用球。在一种实施例中，电枢部分21被固定地联接到销轴22并且被构造成分别沿第一和第二方向81、82与销轴22和针形阀20作为一个单元线性平移。在另一实施例中，电枢部分21可以可滑动地联接到销轴22。例如，电枢部分21可以沿第一方向81滑动，直到由固定地附接到销轴22的销轴止动件停止。类似地，电枢部分21可以独立于销轴22沿第二方向82滑动，直到接触被固定地附接到销轴22的销轴止动件。一旦接触被固定地附接到销轴22的销轴止动件，电枢部分21的力就导致销轴22与电枢部分21沿第二方向82被促动。电枢部分21可以包括凸起以便接合燃料喷射器10内的各种止动件。

包括电线圈和磁芯的环状电磁体组件24被构造成磁性接合阀组件的电枢部分21。电线圈和磁芯组件24为了说明目的被示为在燃料喷射器的主体外侧，但是，这里的实施例涉及的电线圈和磁芯组件24被集成到燃料喷射器10或集成在燃料喷射器10内。电线圈被缠绕在磁芯上，并且包括端子以用于接收来自喷射器驱动器50的电流。在下文中，“电线圈和磁芯组件”将被简单地称为“电线圈24”。当电线圈24被停用和去能时，弹簧26将包括针形阀20的阀组件18沿第一方向81朝向燃料喷嘴28促动以便关闭针形阀20并防止燃料流从中流过。当电线圈24被激活和充能时，电磁力（在下文中称为“磁性力”）作用在电枢部分21上以便克服由弹簧26施加的弹簧力并且沿第二方向82促动阀组件18，从而使得针形阀20移离燃料喷嘴28并且允许阀组件18内的加压燃料流流动通过燃料喷嘴28。探察线圈25被相互磁性耦合到电线圈24并且优选地邻近线圈24轴向或径向地缠绕。探察线圈25被用作感测线圈。燃料喷射器10可以包括塞子29，其与阀组件18相互作用以便当被促动以打开时阻止阀组件18的平移。在一种实施例中，压力传感器32被构造成获得在燃料喷射器10附近（优选地在燃料喷射器10上游）的高压燃料管线30内的燃料压力34。在另一实施例中，压力传感器可以被集成到燃料喷射器的入口15内，以代替在燃料轨30内的压力传感器32或与该压力传感器结合。在图1-1的所示实施例中的燃料喷射器10不限于这里描述的特征的空间和几何学设置，并且可以包括本领域公知的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的传送的附加特征和/或其他空间和几何学设置。

控制模块60生成控制喷射器驱动器50的喷射器命令（致动器命令）信号52，其激活燃料喷射器10至打开位置以便实现燃料喷射事件。在所示实施例中，控制模块60与一个或更多个外部控制模块（例如发动机控制模块（ECM）5）通信；但是，在另一些实施例中，控制模块60可以被集成到ECM。喷射器命令信号52关联于在燃料喷射事件期间要被燃料喷射器10传送的所需燃料质量。类似地，喷射器命令信号52可以关联于在燃料喷射事件期间要被燃料喷射器10传送的所需燃料流率。如本文所使用的，术语“所需喷射燃料质量”指的是要被燃料喷射器10传送到发动机的所需燃料质量。如本文所使用的，术语“所需燃料流率”指的是为了实现所述所需燃料质量要被燃料喷射器10传送到发动机的燃料的速率。所需喷射燃料质量能够基于至控制模块60或者ECM 5的一个或更多个监测的输入参数51而定。所述一个或更多个监测的输入参数51可以包括但不限于通过公知方法获得的操作者转矩请求、歧管绝对压力（MAP）、发动机转速、发动机温度、燃料温度和周围温度。喷射器驱动器50响应于喷射器命令信号52生成喷射器激活（致动器激活）信号75以激活燃料喷射器10。响应喷射器命令信号52，喷射器激活信号75控制至电线圈24的电流以产生电磁力。电源40为喷射器驱动器50提供DC电力来源。在一些实施例中，DC电源提供低压，例如12 V，并且可以利用升压转换器来输出被供应到喷射器驱动器50的高压，例如24V至200V。当通过使用喷射器激活信号75激活时，电线圈24所产生的电磁力沿第二方向82促动电枢部分21。当电枢部分21沿第二方向82被促动时，相应地导致阀组件18沿第二方向82被促动或平移到打开位置，从而允许加压燃料从中流过。喷射器驱动器50通过包括例如脉宽调制（PWM）电力流的任意适当方法来控制至电线圈24的喷射器激活信号75。喷射器驱动器50被构造成通过生成合适的喷射器激活信号75来控制燃料喷射器10的激活。在针对给定发动机循环使用多个连续的燃料喷射事件的实施例中，可以产生对于发动机循环内的每个燃料喷射事件来说固定的喷射器激活信号75。

喷射器激活信号75的特征在于喷射持续时间和包括最初峰值引入电流和次要保持电流的电流波形。最初峰值引入电流的特征在于稳态攀升以实现峰值电流，这可以如这里所述地被选择。最初峰值引入电流产生电磁力，该电磁力作用在阀组件18的电枢部分21上以克服弹簧力并促动阀组件18沿第二方向82到达打开位置，从而使得加压燃料开始流动通过燃料喷嘴28。当实现最初峰值引入电流时，喷射器驱动器50将电线圈24内的电流减小到次要保持电流。次要保持电流的特征在于小于最初峰值引入电流的稍稳态电流。次要保持电流是由喷射器驱动器50控制以维持阀组件18在打开位置从而使得加压燃料流继续流动通过燃料喷嘴28的电流水平。次要保持电流优选地由最小电流水平指示。当需要非常小的燃料量时，激活电流波形将不到达其峰值并且在这种情况下将省略电流保持阶段。喷射器驱动器50被构造成能够提供负电流流动以用于从电线圈24汲取电流的双向电流驱动器。如本文所使用的，术语“负电流流动”指的是用于给电线圈充能的电流流动方向被反向。因此，术语“负电流流动”和“反向电流流动”在此可被互换地使用。

这里的实施例涉及针对在发动机循环期间紧密间隔的多个燃料喷射事件来控制燃料喷射器。如本文所使用的，术语“紧密间隔”指的是在每个连续燃料喷射事件之间的停延时间小于预定停延时间阈值。如本文所使用的，术语“停延时间”指的是在连续每对燃料喷射事件的第一燃料喷射事件（致动器事件）的喷射结束和对应的第二燃料喷射事件（致动器事件）的喷射开始之间的时间段。停延时间阈值能够被选择成定义时间段，使得小于停延时间阈值的停延时间表明产生针对每个燃料喷射事件传送的喷射燃料质量幅值的不稳定和/或偏差。喷射燃料质量幅值的不稳定和/或偏差可以响应于次要磁效应的存在。次要磁效应包括燃料喷射器内的持续的涡电流和磁滞以及基于此的残余通量。由于在紧密间隔的燃料喷射事件之间的最初通量值的转变而存在持续的涡电流和磁滞。因此，停延时间阈值不由任意固定值来定义，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、燃料压力和燃料比（例如燃料种类和燃料混合）。如本文所使用的，术语“通量”指的是表明由电线圈24产生的总磁场且穿过电枢部分的磁通量。因为电线圈24的匝链接磁芯内的磁通量，所以这个通量因此能够等同于磁链。磁链基于穿过电枢部分的通量密度、电枢部分邻近气隙的表面面积和线圈24的匝数。因此，除非另有声明，否则术语“通量”、“磁通量”和“磁链”在此可被互换地使用。

对于不是紧密间隔的燃料喷射事件，独立于停延时间的固定电流波形可以被用于每个燃料喷射事件，因为一个连续对中的第一燃料喷射事件对该连续对中的第二燃料喷射事件的被传送喷射燃料质量几乎不具有影响。但是，当第一和第二燃料喷射事件紧密间隔且利用固定电流波形时，第一燃料喷射事件可能倾向于影响第二燃料喷射事件和/或更随后的燃料喷射事件的被传送喷射燃料质量。只要燃料喷射事件被发动机循环的一个或更多个在前燃料喷射事件影响，则对应的燃料喷射事件的相应被传送喷射燃料质量能够导致在多个发动机循环过程中不可接受的可重复性，并且连续的燃料喷射事件被看作是紧密间隔的。更大体地，其中来自在前致动器事件的残余通量相对于标准情况（例如相对于不存在残余通量时的性能）影响随后致动器事件的性能的任意连续的致动器事件被看作是紧密间隔的。

示例性实施例进一步涉及将来自燃料喷射器10的反馈信号42提供到激活控制器80。下文将更具体讨论，传感器装置可以被集成到燃料喷射器10内以用于测量各种燃料喷射器参数从而获得电线圈24的磁链、电线圈24的电压和穿过电线圈24的电流。电流传感器可以被设置在激活控制器80和燃料喷射器之间的电流路径上以便测量被提供到电线圈24的电流，或者电流传感器能够在电流路径上被集成到燃料喷射器10内。经由反馈信号42提供的燃料喷射器参数可以包括由被集成到燃料喷射器10内的对应传感器装置直接测量的磁链、电压和电流。另外或者替代性地，燃料喷射器参数可以包括经由反馈信号42提供到控制模块60且被控制模块60使用来估计燃料喷射器10内的磁链、磁通量、电压和电流的替代物。在具有电线圈24的磁链、电线圈24的电压和提供到电线圈24的电流的反馈的情况下，控制模块60可以有利地改变针对多个连续喷射事件至燃料喷射器10的激活信号75。将理解的是，受开环操作控制的常规燃料喷射器仅基于从查找表获得的所需电流波形，而不需要与产生影响电枢部分21的运动的磁链（例如磁通量）的分量的力有关的任何信息。因此，仅考虑到用于控制燃料喷射器的电流流动的常规前馈燃料喷射器易于在紧密间隔的连续燃料喷射事件中不稳定。

公知的是当喷射器驱动器50仅提供沿第一正方向的单向电流来给电线圈24充能时，释放电流以便保持稳定在零将会导致燃料喷射器内的磁通量朝向零逐渐衰退，例如逐渐减小。但是，磁通量衰退的响应时间较慢，并且燃料喷射器内存在磁滞通常导致当随后紧密间隔的燃料喷射事件开始时存在残余通量。如上所述，残余通量的存在会影响要在随后紧密间隔的燃料喷射事件中传送的燃料流率和喷射燃料质量的准确性。

图1-2示出根据本公开的图1-1的激活控制器80。信号流路径362提供在控制模块60和喷射器驱动器50之间的通信。例如，信号流路径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进一步经由与动力传输线缆电通信的激活控制器380内的信号流路径364与外部ECM 5通信。例如，信号流路径364可以提供从ECM 5到控制模块60的监测的输入参数（例如，图1-1的监测输入参数51）以生成喷射器命令信号52。在一些实施例中，信号流路径364可以提供反馈燃料喷射器参数（例如，图1-1的反馈信号42）至ECM 5。

喷射器驱动器50经由电源流路径366从图1-1的电源40接收DC电力。通过使用添加到电源流路径366的小调制信号来省去信号流路径364。通过使用接收到的DC电力，喷射器驱动器50可以基于来自控制模块60的喷射器命令信号来产生喷射器激活信号（例如，图1-1的喷射器激活信号75）。

喷射器驱动器50被构造成通过生成合适的喷射器激活信号75来控制燃料喷射器10的激活。喷射器驱动器50是双向电流驱动器，其响应相应的喷射器激活信号75而经由第一电流路径352提供正电流流动且经由第二电流路径354提供负电流流动至电线圈24。经由第一电流路径352的正电流被提供以用于给电线圈24充能，并且经由第二电流路径354的负电流使得电流流动反向以便从电线圈24汲取电流。电流路径352和354形式闭环；即，进入的正电流352导致在电流路径354内的相等且相反（负）的电流，并且反之亦然。信号流路径371能够提供第一电流路径352的电压至控制模块60，并且信号流路径373能够提供第二电流路径354的电压至控制模块60。施加到电线圈24的电压和电流基于信号流路径371和373处的电压之差。在一种实施例中，喷射器驱动器50利用开环操作来控制燃料喷射器10的激活，其中喷射器激活信号的特征在于精确的预定电流波形。在另一实施例中，喷射器驱动器50利用闭环操作来控制燃料喷射器10的激活，其中喷射器激活信号基于经由信号流路径371和373作为反馈被提供至控制模块的燃料喷射器参数。至线圈24的测量电流流动能够经由信号流路径356被提供到控制模块60。在所示实施例中，通过在第二电流路径354上的电流传感器来测量电流流动。燃料喷射器参数可以包括燃料喷射器10内的磁链、电压和电流值，或者燃料喷射器参数可以包括被控制模块60使用来估计燃料喷射器10内的磁链、电压和电流的替代物。

在一些实施例中，喷射器驱动器50被构造用于完整四象限操作。图1-3示出图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和电线圈24之间被提供的电流流动。在所示实施例中，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能够是固态开关并且可以包括硅（Si）或宽带隙（WBG）半导体开关从而使得能够在高温进行高速切换。喷射器驱动器50的四象限操作基于由控制模块60确定的对应开关状态来控制流入和流出电线圈24的电流流动方向。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命令第一和第二开关组370和372在断开和闭合位置之间切换。在正开关状态，第一开关组370的开关装置370-1和370-2被命令到闭合位置并且第二开关组372的开关装置372-1和372-2被命令到断开位置，以便控制正电流流入第一电流路径352且流出第二电流路径354。这些开关装置可以通过使用脉宽调制被进一步调制从而控制电流的振幅。在负开关状态，第一开关组370的开关装置370-1和370-2被命令到断开位置并且第二开关组372的开关装置372-1和372-2被命令到闭合位置以便控制负电流流入第二电流路径354且流出第一电流路径352。这些开关装置可以通过使用脉宽调制被进一步调制从而控制电流的振幅。在零开关状态，所有开关装置370-1、370-2、372-1、372-2被命令到断开位置以便控制没有电流流入或流出电磁体组件。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，从电线圈24汲取电流的负电流被施加足够的持续时间以便减小在释放次要保持电流之后燃料喷射器10内的残余通量。在另一些实施例中，在释放次要保持电流之后但额外地仅在燃料喷射器已经关闭或致动器已经返回到其静态或静止位置之后施加负电流。而且，附加的实施例能够包括使得开关组370和372在断开和闭合位置之间交替地切换，从而改变至线圈24的电流流动的方向，包括脉宽调制控制以便影响电流流动分布。利用两个开关组370和372通过减小在电线圈24内的涡电流和磁滞的存在而允许精确地控制针对发动机事件期间的多个连续燃料喷射事件的被施加到电线圈24的电流路径352和354的电流方向和振幅。

图2示出根据本公开的在没有残余通量重置或内部磁状态重置的益处的情况下针对燃料喷射事件的燃料喷射器内的电流流动分布（实线）220 和磁通量分布（虚线）222的非限制性示例性绘图200。水平X轴线表示从原点处的零增加的时间。竖直Y轴线表示通过燃料喷射器的测量电流流动和燃料喷射器内的测量磁通量的比例幅值，其在原点处是零。电流流动分布（实线）220是单向的并且表明燃料喷射事件的电流波形，其包括最初峰值引入电流和随后的次要保持电流。在非常少量喷射或其他方式的快速致动器循环中，可以不存在电流保持时段。

竖直虚线201和203分别代表燃料喷射器的打开和关闭时间。竖直虚线202代表在次要保持电流完全释放为零时的时间。在竖直虚线202和204之间的时间段211代表由于涡电流导致的持续磁通量的时段。水平虚线212代表打开燃料喷射器所需的最小稳态电流阈值。例如，大于最小电流阈值的用于给电线圈充能的电流足以产生克服电枢的预加载状况以便实现燃料喷射器的打开的电磁力。这样，超过最小电流阈值的穿过电线圈的电流会打开燃料喷射器。

当次要保持电流在竖直虚线202处被释放到零时，由于致动器的磁性材料的持续涡电流和磁滞行为，磁通量分布（虚线）222朝向零缓慢减小。但是，磁通量分布（虚线）222不返回到零并且表明在稳态时在燃料喷射器内存在的残余磁通量的不良水平213。这种不良水平的残余通量213是燃料喷射器或者致动器内的磁滞的结果。

图3示出根据本公开的通过使用通量重置事件将残余通量减小到低于在零线圈电流时致动器内被动获得所处的水平、优选地减小到零的针对图2的燃料喷射事件的电流和磁通量分布的非限制性示例性绘图300。被动残余通量指的是当致动事件之后线圈电流被释放到零时致动器内的残余通量水平。绘图300示出了，当电流流动分布（实线）220的次要保持电流在竖直虚线202处被释放到零时开始通量重置事件。通量重置事件包括电流流动分布具有负电流流动或从前一致动事件反向的电流方向的至少一个持续时间，这实现了与残余通量相反的通过致动器的磁通量。致动事件之后的这种电流反向可以被称为残余通量重置电流流动分布。优选地，通量重置事件包括残余通量重置电流流动分布（虚线）230，其中通过线圈的正和负电流流动交替进行。每当电流从负反向到正，得到的正峰值振幅具有小于其反向前所处的负电流流动的先前负峰值大小的幅值的幅值。类似地，每当电流从正反向到负，得到的负峰值振幅具有小于其反向前所处的先前正电流流动的正负峰值振幅的幅值的幅值。换言之，交替电流的振幅单调减小。残余通量重置电流流动分布（虚线）230包括在竖直虚线202之后使得沿负方向通过燃料喷射器的电流流动反向到最初负峰值振幅。将理解的是，最初负峰值振幅是被选择成当负电流幅值超过预定负值时不导致燃料喷射器内的电枢的不良运动的预定负值。因此，最初负峰值振幅优选地具有小于或等于打开燃料喷射器或以其他方式磁性移位致动器的电枢所需的最小稳态电流阈值的绝对值或幅值。响应负电流穿过燃料喷射器，磁通量分布（虚线）232表明燃料喷射器内的磁通量响应性地减小到被动残余通量水平之下且优选地接近零（在不存在一些其他的非零水平偏好时）。在一些情况下，磁通量可以减少到零以下（即反向），从而需要残余通量重置电流流动分布（虚线）230也反向。这样的正和负电流能够使得磁通量朝向零稳态通量215逐渐减小。

能够通过图1-1和图1-2的激活控制器80来执行图3的非限制性绘图300中示出的通量重置事件，其中喷射器激活信号75对应于残余通量重置电流流动分布（虚线）230。将理解的是，残余通量重置电流流动分布（虚线）230的正电流应该绝不包括比在水平虚线212处打开燃料喷射器所需的最小电流阈值更大的峰值振幅。类似地，残余通量重置电流流动分布（虚线）230的负电流应该绝不包括超过预定负值的幅值的负峰值振幅。

在一种实施例中，激活控制器80通过利用闭环操作来执行通量重置事件。在此，经由反馈信号42提供在燃料喷射器10内的磁通量（或者磁链）。基于磁通量反馈，喷射器激活命令75能够控制残余通量重置电流流动分布（虚线）230以便将残余通量减小到被动残余通量水平以下。在另一实施例中，激活控制器80通过利用开环操作来执行通量重置事件。在此，使用所需或规定的残余通量重置电流流动分布（虚线）230来将残余通量减小到被动残余通量水平以下。

图4示出通过使用在释放次要保持电流之后但仅在燃料喷射器关闭之后发起的通量重置事件以将残余通量减小到被动残余通量水平以下的针对图2的燃料喷射事件的电流流动和磁通量分布的非限制性示例性绘图400。这样的延迟在应用中是需要的，其中理想地已知致动器的静态或静止位置所处的时间（即喷射器关闭时间）。在喷射器关闭之前开始通量重置事件会干涉对关闭的感测并且导致不确定的关闭时间。类似于图3的非限制绘图300中所示的通量重置事件，绘图400的通量重置事件包括残余通量重置电流流动分布（虚线）240，其中通过燃料喷射器（例如电磁线圈）的正和负电流流动交替进行。但是，绘图400在竖直虚线203处示出了，在喷射器关闭时间处开始通量重置事件。因此，一旦次要保持电流在竖直虚线202处被释放到零，则直到在竖直虚线203处的喷射器关闭时间才有通过燃料喷射器的电流流动。在喷射器关闭时间203处，残余通量重置电流流动分布（虚线）240包括使得沿负方向通过燃料喷射器的电流流动反向到不超过预定负值的最初负峰值振幅。其后，通量重置事件的残余通量重置电流流动分布（虚线）240包括在正电流流动和负电流流动之间交替的呈指数衰减的交替电流流动。如对应于残余通量重置电流流动分布（虚线）240的磁通量分布（虚线）242所示，残余通量呈指数地衰减到被动残余通量水平以下并且接近零。

能够通过图1-1和图1-2的激活控制器80来执行通过使用指数衰减的残余通量重置电流流动分布（虚线）240的图4的非限制性绘图400中示出的通量重置事件，其中喷射器激活信号75对应于残余通量重置电流流动分布（虚线）240。将理解的是，残余通量重置电流流动分布（虚线）240的正电流应该绝不包括比在水平虚线212处打开燃料喷射器所需的最小电流阈值更大的峰值振幅。类似地，残余通量重置电流流动分布（虚线）240的负电流应该绝不包括具有超过预定负值的幅值的负峰值振幅。激活控制器80能够监测燃料喷射器何时关闭来开始通量重置事件。例如，公知的是，当电流不再被驱动到线圈内来查找表明电枢到达静止位置的电压标签（例如预定时间变化速率）时，监测致动之后的线圈电压。激活控制器80可以进一步选择在随后的燃料喷射事件之前双向电流指数衰减以产生所需残余通量值所处的频率。

图5示出使用电枢反跳控制和残余通量减小策略的针对图2的燃料喷射事件的电流和磁通量分布的非限制性示例性绘图500。大体而言，公知的是，一旦燃料喷射器已经关闭则在燃料喷射事件之后控制燃料喷射器的电枢的不良运动，或者更大体的是当致动事件之后电枢已经返回到其静态或静止位置时减少电枢反跳。例如，在燃料喷射器到达关闭位置时，图1-1中所示的电枢部分21可以在燃料喷射事件结束处分别沿第一和第二方向81、82稍稍平移。这种不良运动能够被称为电枢反跳。在具有单向电流传送的公知常规燃料喷射器中，电枢反跳可以被单向电枢反跳控制事件控制，该单向电枢反跳控制事件包括在喷射器关闭时间（竖直虚线）203处开始的一系列连续的单向电流脉冲，其中每个电流脉冲从零开始并且增加到小于前一电流脉冲的振幅的相应振幅。单向电流流动分布（虚线）250示出了在竖直虚线203处开始的常规单向电枢反跳控制事件的一系列连续单向（即正）电流脉冲。对应于单向电流流动分布（虚线）250的单向磁通量分布（随后的虚线）252示出了燃料喷射器内的磁通量减小趋势，其包括响应于单向电流流动分布（虚线）250的一系列减小的振幅从而实现控制电枢反跳的所需磁性力。然而，单向磁通量分布（随后的虚线）252表明当不使用通量重置事件或通量减小策略时仍存在的在被动残余通量水平处或之上的不良水平的残余通量，如之前参考图2的非限制示例性绘图200所讨论的。

在此，示例性实施例涉及利用双向电枢反跳控制和残余通量减小策略来同时地控制电枢反跳并且同时在稳态280时将残余通量减小到被动残余通量水平以下。当次要保持电流在竖直虚线202处被释放到零时，则直到在竖直虚线203处的喷射器关闭时间才有电流流动通过燃料喷射器。双向电枢反跳控制和残余通量减小策略包括在竖直虚线203处在喷射器关闭时间时开始的残余通量重置电流流动分布（点划线）260，其中通过燃料喷射器（例如电磁线圈）的正和负电流流动交替进行。每当电流流动从负反向到正，得到的正峰值振幅具有小于其反向前所处的负电流流动的先前负峰值振幅的幅值的幅值。类似地，每当电流流动从正反向到负，得到的负峰值振幅具有小于其反向前所处的先前正电流流动的正负峰值振幅的幅值的幅值。

在喷射器关闭时间203处，残余通量重置电流流动分布（点划线）260包括使得沿负方向通过燃料喷射器的电流流动反向到不超过预定负值的最初负峰值振幅。将理解的是，超过预定负值的负电流幅值会导致燃料喷射器的电枢的不良运动。为了控制电枢反跳，残余通量重置电流流动分布（点划线）260的交替电流可以包括与单向电流流动分布（点线）250的正电流相同的波形。对应于残余通量重置电流流动分布（点划线）260的磁通量分布（虚线）262示出了，响应于残余通量重置电流流动分布（点划线）260的最初负峰值振幅，磁通量被驱动到最初负峰值振幅。点270示出了，磁通量分布（虚线）262的最初负峰值振幅等于单向磁通量分布252的最初峰值振幅，从而导致与单向情况类似的作用在电枢上的磁性力。因此，磁通量分布（虚线）262的最初负峰值振幅实现用于控制电枢反跳的所需磁性力。磁通量分布（虚线）262示出了在稳态280时残余磁通量被减小到被动残余通量水平以下。因此，双向电枢反跳控制和残余通量减小策略有利地减小了当使用不具有通量减小策略的常规单向反跳控制策略时存在的不良水平的残余稳态通量。

能够通过图1-1和图1-2的激活控制器80来执行图5的非限制性绘图500中示出的双向电枢反跳控制和残余通量减小策略，其中喷射器激活信号75对应于残余通量重置电流流动分布（点划线）260。将理解的是，残余通量重置电流流动分布（点划线）260的正电流应该绝不包括比在水平虚线212处打开燃料喷射器所需的最小电流阈值更大的峰值振幅。类似地，残余通量重置电流流动分布（点划线）260的负电流应该绝不包括具有超过预定负值的幅值的负峰值振幅。激活控制器80能够监测燃料喷射器何时关闭来开始策略。激活控制器80可以进一步选择在随后的燃料喷射事件之前双向电流交替以产生所需残余通量值所处的频率。

本公开的附图已经示出了在形状上基本是正弦的示例性残余通量重置电流流动分布。但是，这样的电流流动分布不试图是限制性的。事实上，本领域技术人员将意识到可以使用各种其他的电流流动分布，例如包括三角形或锯齿形（具有恒定或变化的斜率）、方波（具有恒定或变化的脉冲宽度和占空比）、任意或其他形状。同样地，残余通量重置电流流动分布可以遵循除指数之外的其他衰减分布。而且，衰减时间常数可以类似地不同于附图中所示的那些，因此要记住的是，附图不被解释成提供任何具体的相对或绝对的衰减时间常数。

本公开已经描述了某些优选实施例及其改型。在阅读并理解说明书之后，本领域技术人员将想到进一步的改型和改变。因此，本公开不试图被限制于被公开为被实施用于执行本公开的最佳模式的具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1. 一种用于控制电磁致动器的方法，包括：

当需要致动时驱动电流沿第一方向通过所述致动器的电线圈；以及，

当不需要所述致动时，驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈以便足以将所述致动器内的残余通量减小到在零线圈电流时在所述致动器内被动获得的水平之下。

2. 根据权利要求1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈仅会在所述致动器已经返回到静止位置之后发生。

3. 根据权利要求1所述的用于控制电磁致动器的方法，其中驱动电流包括沿第二方向通过所述电线圈包括：

在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流。

4. 根据权利要求3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：呈指数地衰减所述驱动电流。

5. 根据权利要求3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流仅会在所述致动器已经返回到静止位置之后发生，进一步包括在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流以便足以减小电枢反跳。

6. 根据权利要求3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以正弦方式驱动电流。

7. 根据权利要求3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以方波方式驱动电流。

8. 根据权利要求3所述的用于控制电磁致动器的方法，其中在所述第二方向和所述第一方向之间交替地驱动电流包括：以锯齿形方式驱动电流。

9. 一种电磁致动系统，包括：

电线圈；

磁芯；

电枢；

用于选择性驱动电流沿两个方向中的任一方向通过所述线圈的可控双向驱动电路；以及

控制模块，其提供致动器命令至所述驱动电路从而实现当需要电枢致动时驱动电流沿第一方向通过所述线圈并且在电枢致动之后实现驱动电流包括沿第二方向通过所述线圈以便足以对抗所述致动器内的残余通量。

10. 一种用于减小电磁致动器内的残余通量的装置，包括：

可控双向驱动电路，其被构造成用于选择性驱动电流沿两个方向中的任一方向通过所述致动器；以及

控制模块，其提供致动器命令至驱动电路从而实现当需要致动时驱动电流沿第一电流方向通过所述致动器以实现沿第一方向在磁性材料通量路径内通过所述致动器的磁通量，并且其后实现成驱动电流沿第二电流方向通过所述致动器以实现沿与所述第一方向相反的第二方向在磁性材料通量路径内通过所述致动器的磁通量以对抗所述致动器内的残余通量。