CN104929832B - 基于磁力的致动器控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于磁力的致动器控制。电磁致动系统包括具有电线圈、磁芯和电枢的致动器。系统进一步包括用于选择性驱动电流通过电线圈的可控驱动电路。控制模块提供致动器命令至驱动电路从而实现驱动电流通过电线圈以致动电枢。控制模块包括磁力控制模块，其被构造成修改致动器命令以便将致动器内的磁力集中成优选力水平。

Description

基于磁力的致动器控制

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61/968,007和2014年3月20日提交的美国临时专利申请序列号61/955,942的权益，这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。大体而言，每次紧密间隔的多个喷射事件中每个的燃料流率基于独立于燃料喷射器内会存在的残余磁通量来控制至燃料喷射器的电流。

发明内容

电磁致动系统包括具有电线圈、磁芯和电枢的致动器。系统进一步包括用于选择性驱动电流通过电线圈的可控驱动电路。控制模块提供致动器命令至驱动电路从而实现驱动电流通过电线圈以致动电枢。控制模块包括磁力控制模块，其被构造成修改（adapt）致动器命令以便将致动器内的磁力集中至优选力水平。

本发明还可包括下列方案。

1. 一种电磁致动系统，包括：

包括电线圈、磁芯和电枢的致动器；

用于选择性驱动电流通过所述电线圈的可控驱动电路；以及

提供致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流通过所述电线圈以致动所述电枢的控制模块，所述控制模块包括磁力控制模块，所述磁力控制模块被构造成修改所述致动器命令以便将所述致动器内的磁力集中成优选力水平。

2. 根据方案1所述的电磁致动系统，其中所述电磁致动系统包括燃料喷射器，并且所述优选力水平对应于所需燃料流率。

3. 根据方案1所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。

4. 根据方案1所述的电磁致动系统，其中所述磁力控制模块包括电线圈电流反馈回路，其被构造成修改所述致动器命令以便将电线圈电流集中成所需电线圈电流。

5. 根据方案4所述的电磁致动系统，所述磁力控制模块包括相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈以及力映射模块，该探察线圈被构造成感测所述致动器内的所述磁通量的时间变化率，该力映射模块基于所述磁通量的所述时间变化率来提供磁力输出。

6. 根据方案1所述的电磁致动系统，所述磁力控制模块包括相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈以及力映射模块，该探察线圈被构造成感测所述致动器内的所述磁通量的时间变化率，该力映射模块基于所述磁通量的所述时间变化率来提供磁力输出。

7. 根据方案1所述的电磁致动系统，其中所述磁力控制模块包括被构造成感测所述致动器内的通量的磁阻传感器和基于所述致动器内的所述通量来提供磁力输出的力映射模块。

8. 根据方案1所述的电磁致动系统，其中所述磁力控制模块包括被构造成感测所述致动器内的通量的霍尔效应传感器和基于所述致动器内的所述通量来提供磁力输出的力映射模块。

9. 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通过所述致动器的电线圈；以及

基于磁力反馈来修改通过所述电线圈的所述电流以便将所述致动器内的磁力集中到优选力水平。

10. 根据方案9所述的用于控制所述电磁致动器的方法，进一步包括：

基于电线圈电流反馈来修改通过所述电线圈的所述电流以便将电线圈电流集中成所需电线圈电流。

11. 根据方案9所述的用于控制所述电磁致动器的方法，其中所述磁力反馈包括在被相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈内感生的电压。

12. 一种用于控制燃料喷射器的致动的系统，包括：

包括电线圈、磁芯和电枢的燃料喷射器；

可控驱动电路，其响应于电流命令来驱动电流通过所述电线圈以便致动所述电枢；以及

控制模块，其被构造成确定所述燃料喷射器内的磁通量并且基于所述磁通量修改所述电流命令。

13. 根据方案12所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，其中所述控制模块包括力映射模块，以基于所述磁通量来提供磁力输出。

14. 根据方案12所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，其中所述控制模块进一步被构造成确定通过所述电线圈的电流并基于通过所述电线圈的所述电流来修改所述电流命令。

15. 根据方案13所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈，所述控制模块进一步被构造成基于所述探察线圈确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

16. 根据方案13所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括被置于所述燃料喷射器的通量路径内的磁阻传感器，所述控制模块进一步被构造成基于所述磁阻传感器确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

17. 根据方案13所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括被置于所述燃料喷射器的通量路径内的霍尔效应传感器，所述控制模块进一步被构造成基于所述霍尔效应传感器确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

18. 根据方案12所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。

19. 根据方案14所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。

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示出根据本公开的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测量电流和燃料流率的非限制性示例性第一绘图1000和测量主激励线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二绘图1010，其中所述事件由不表明紧密间隔的停延时间分隔开；

图3示出根据本公开的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测量电流和燃料流率的非限制性示例性第一绘图1020和测量主激励线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二绘图1030，其中所述事件由表明紧密间隔的停延时间分隔开；

图4示出根据本公开的通过使用磁通量反馈和电流反馈来控制施加到燃料喷射器的电线圈的电流从而控制其激活的磁力控制模块的示例性实施例；以及

图5示出根据本公开的通过使用磁通量反馈来控制施加到燃料喷射器的电线圈的电流从而控制其激活的磁力控制模块的示例性实施例。

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。反馈信号42可以从燃料喷射器提供到致动控制器80。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被相互磁性联接到电线圈24并且优选地轴向或径向邻近线圈24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中等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内的电流减小到中等保持电流。中等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。中等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。中等保持电流优选地由最小电流水平指示。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/或偏差可以响应于中等磁效应的存在。中等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效于磁链。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。

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中等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，在释放中等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示出针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测量电流和燃料流率的非限制性示例性第一绘图1000和测量主激励线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二绘图1010，其中所述事件由不表明紧密间隔的停延时间分隔开。延伸通过每个绘图1000和1010的竖直虚线1001代表第一燃料喷射事件的喷射结束时所处的第一时间，并且竖直虚线1002代表第二燃料喷射事件的喷射开始时所处的第二时间。停延时间1003代表将第一和第二燃料喷射事件间隔开的在竖直虚线1001和1002之间的时间段。在所示实施例中，停延时间超过停延时间阈值。因此，第一和第二燃料喷射事件不表明是紧密间隔的。

参考第一绘图1000，针对这两个燃料喷射事件分别示出测量电流和流率分布1011、1012。沿着绘图1000左侧的竖直Y轴线标示以安培（A）为单位的电流，并且沿着绘图1000右侧的竖直Y轴线标示以毫克（mg）每毫秒（ms）为单位的燃料流率。针对每个燃料喷射事件，测量电流分布1011基本是相同的。类似地，由于燃料喷射事件不表明是紧密间隔的，所以针对每个燃料喷射事件，测量燃料流率分布1012基本相同。

参考第二绘图1010，针对这两个燃料喷射事件分别示出测量主激励线圈和探察线圈电压分布1013、1014。测量主线圈电压可以代表图1-1的电线圈24的测量电压，并且测量探察线圈电压可以代表被相互磁性耦合到图1-1的电线圈24的探察线圈的测量电压。绘图1010的竖直Y轴线标示电压（V）。因而，当主激励线圈被充能时，由于相互磁性耦合，主激励线圈产生的磁通量可以被链接到探察线圈。测量探察线圈电压分布1014表明在探察线圈内感生的电压，该电压与相互磁链的变化率成比例。针对不表明紧密间隔的第一和第二燃料喷射事件中的每个，绘图1010的相应测量主激励线圈和探察线圈电压分布1013、1014是基本相同的。

图3示出针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测量电流和燃料流率的非限制性示例性第一绘图1020和测量主激励线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二绘图1030，其中所述事件由表明紧密间隔的停延时间分隔开。每个绘图1020和1030中的水平x轴线标示以秒（s）为单位的时间。延伸通过每个绘图1020和1030的竖直虚线1004代表第一燃料喷射事件的喷射结束时所处的第一时间，并且竖直虚线1005代表第二燃料喷射事件的喷射开始时所处的第二时间。停延时间1006代表将第一和第二燃料喷射事件间隔开的在竖直虚线1004和1005之间的时间段。在所示实施例中，停延时间小于停延时间阈值。因此，第一和第二燃料喷射事件表明是紧密间隔的。

参考第一绘图1020，针对这两个燃料喷射事件分别示出测量电流和流率分布1021、1022。沿着绘图1020左侧的竖直Y轴线标示以安培（A）为单位的电流，并且沿着绘图1020右侧的竖直Y轴线标示以毫克（mg）每秒（s）为单位的燃料流率。针对每个燃料喷射事件，测量电流分布1021是基本相同的。但是，测量流率分布1022示出第一和第二燃料喷射事件中的每个事件之间的测量燃料流率的变化，即使测量电流分布是基本相同的。测量燃料流率的这种变化是紧密间隔的燃料喷射事件中所固有的，并且不良地导致与在第一燃料喷射事件时传送的喷射燃料质量不同的在第二燃料喷射事件时传送的喷射燃料质量。

参考第二绘图1030，针对这两个燃料喷射事件分别示出测量主激励线圈和探察线圈电压分布1023、1024。测量主线圈电压可以代表图1-1的电线圈24的测量电压，并且测量探察线圈电压可以代表被相互磁性耦合到图1-1的电线圈24的探察线圈的测量电压。绘图1030的竖直Y轴线标示电压（V）。因而，当主激励线圈被充能时，由于相互磁性耦合，主激励线圈产生的磁通量可以被链接到探察线圈。测量探察线圈电压分布1024表明探察线圈内感生的电压，该电压与相互磁链的变化率成比例。绘图1030的相应测量主激励线圈和探察线圈电压分布1023、1024在第二喷射事件期间与在第一燃料喷射事件期间相比是不同的。这种差异表明当喷射事件紧密间隔时存在残余通量或磁通量。参考图2的绘图1010，当第一和第二燃料喷射事件不是紧密间隔的时，测量主激励线圈和探察线圈电压分布1013、1014在第二喷射事件期间与在第一燃料喷射事件期间相比没有不同。

返回参考图1-1，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提供回到控制模块60和/或喷射器驱动器50。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的电压和提供至电线圈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。

本文的实施例涉及控制燃料喷射器内的主动磁通量以便直接控制沿第二方向82促动电枢部分21的电磁力。直接通过控制主动磁通量来控制电磁力可操作成克服由燃料喷射器内的次要磁效应（如涡电流和磁滞）导致的不良延迟和不稳定。如上所述，当电线圈24被充能时，产生电磁力。通过穿过燃料喷射器10内的电枢部分21的主动磁通量来产生该电磁力。将理解的是，在这里描述的实施例中，主动磁通量等效于磁链除以线圈24的匝数，因为电线圈24通过典型感应被充能。因此，主动磁通量控制来直接控制磁力的实施方式需要获得电线圈24的磁链。

本文的实施例不关心获得主动磁通量或者等效磁链的任意一种技术。在一些实施例中，可以在电线圈周围利用探察线圈，其中主线圈产生的磁通量由于相互磁性耦合而链接探察线圈。探察线圈中感生的电压与相互磁链的变化率成比例。因此，可以经由反馈信号42将探察线圈的电压提供到控制模块60以用于估计磁链。因此，探察线圈表明用于获得磁链的被集成在燃料喷射器10内的感测装置。在另一些实施例中，例如霍尔传感器的磁场传感器可以被定位在燃料喷射器内的磁通量路径内以用于测量主动磁通量。类似地，其他磁场传感器能够被用于测量主动磁通量，例如但不限于模拟霍尔传感器和磁阻（MR）型传感器。这样的磁场传感器测量的主动磁通量能够经由反馈信号42被提供到控制模块60。理解的是，这些磁场传感器表明用于获得主动磁通量的被集成在燃料喷射器内的感测装置。

图4示出通过使用磁通量反馈和电流反馈来控制施加到燃料喷射器的电线圈的电流从而控制其激活的磁力控制模块的示例性实施例。磁力控制模块300可以被实施在图1-1的激活控制器80的控制模块60内并由其处理装置执行。因此，将参考图1-1描述磁力控制模块300。磁力控制模块300包括力命令生成（FCG）模块310、第一差单元312、比例积分（PI）力控制模块314、第二差单元316、PI电流控制模块318、喷射器驱动器320、电流传感器322和力映射模块324。图1-1的激活控制器80的控制模块60可以包含FCG模块310、相应的第一和第二差单元312和316、PI力控制模块314和力映射模块324。图1-1的力激活控制器80的喷射器驱动器50可以包含PI电流控制模块318和喷射器驱动器320。但是，控制模块60和喷射器驱动器50可以包含上述这些特征的不同组合。

在所示实施例中，所需燃料流率309被输入到FCG模块310。所需燃料流率309可以基于上述输入参数51被提供自例如ECM 5的外部模块以用于实现所需喷射燃料质量，如上文参考图1-1所述。FCG模块310基于所需燃料流率309输出磁力命令311。磁力命令311表明如下命令：生成使得电枢部分21沿第二方向82移动从而激活处于打开位置的燃料喷射器10以便将所需燃料流率309传送到燃烧室100所需的磁力。但是，将意识到，磁力命令311没有考虑到由于磁滞和涡电流效应在燃料喷射器内存在的残余通量，例如磁通量。残余通量的存在会导致燃料喷射器内的不稳定性，这会影响被传送到燃烧室的燃料流率和喷射燃料质量。因此，仅基于磁力命令来移动电枢部分21会导致实际传送到燃烧室的燃料流率偏离于所需燃料流率309，从而导致被传送到燃料喷射器10的喷射燃料质量不准确。

磁力命令311被输入到第一差单元312。第一差单元312比较燃料喷射器10内的磁力反馈325与磁力命令311。基于从燃料喷射器10提供的磁通量反馈323从力映射模块324输出磁力反馈325。磁通量反馈323表明燃料喷射器10内存在主动磁通量。能够通过使用被集成到燃料喷射器10内的一个或更多个感测装置通过如上参考图1-1的所示实施例所述的任意方法获得燃料喷射器10内存在的主动磁通量或者等效磁链。因此，可以如上文参考图1-1的所示实施例所述那样经由反馈信号42从燃料喷射器10传输主动磁通量反馈323。基于已知关系，力映射模块324能够利用查找表或分析函数来输出燃料喷射器10内的磁力（磁力反馈325）。因此，磁力反馈325表明电枢部分21的磁力包括在燃料喷射器10内的主动磁通量存在时由于残余通量导致的力。

基于磁力反馈325和磁力命令311之间的比较，第一差单元312输出调整过的磁力命令313，该磁力命令313考虑到了燃料喷射器10内的磁通量323的存在。调整过的磁力命令313被输入到PI力控制模块314，由此产生电流命令315。电流命令315表明在用于激活燃料喷射器10以传送所需燃料流率309的一段时间上的命令引入电流和保持电流。但是，虽然电流命令315考虑到了燃料喷射器内的磁力反馈325，但是电流命令315没有考虑到燃料喷射器内存在的电流，例如流动通过电线圈24的电流。

因此，电流反馈327表明由位于燃料喷射器10和喷射驱动器320之间的电流流动路径上的电流传感器322测量的电流。第二差单元316基于在电流命令315和由电流传感器322测量的电流反馈327之间的比较输出调整过的电流命令317。考虑到来自燃料喷射器10的磁通量和电流反馈的调整过的电流命令317被输入到PI电流控制模块318，由此命令PWM电力流动信号319被生成且输入到喷射器驱动器320。基于考虑到燃料喷射器10内的电流反馈327和磁力反馈325的命令PWM电力流动信号319，喷射器驱动器320可以提供沿第一方向321的电流来给电线圈24充能从而激活燃料喷射器10，以便传送所需喷射燃料质量到发动机的燃烧室100。将理解的是，喷射驱动器320能够包括双向电流驱动器，其能够提供用于给电线圈充能的正电流（例如，第一方向321）和用于从电线圈汲取电流以用于诸如减小残余通量目的的负或反向电流。因此，磁力控制模块300使得能够通过基于燃料喷射器10内的磁力反馈325和电流反馈327使用闭环操作针对快速连续的多个燃料喷射事件中的每一个实现所需燃料流率309。

图5示出通过使用磁通量反馈来控制施加到燃料喷射器的电线圈的电流从而控制其激活的磁力控制模块的示例性实施例。磁力控制模块400可以被实施在图1-1的激活控制器80的控制模块60内并由其处理装置执行。

因此，将参考图1-1描述磁力控制模块400。磁力控制模块400包括力命令生成（FCG）模块410、第一差单元412、比例积分（PI）力控制模块414、喷射器驱动器420、和力映射模块424。图1-1的激活控制器80的控制模块60可以包含FCG模块410、差单元412、PI力控制模块414和力映射模块424。图1-1的力激活控制器80的喷射器驱动器50可以包含喷射器驱动器320。但是，控制模块60和喷射器驱动器50可以包含上述这些特征的不同组合。

在所示实施例中，所需燃料流率409被输入到FCG模块410。所需燃料流率409可以基于上述输入参数51被提供自例如ECM 5的外部模块以用于实现所需喷射燃料质量，如上文参考图1-1所述。FCG模块410基于所需燃料流率409输出磁力命令411。磁力命令411表明如下命令：生成使得电枢部分21沿第二方向82移动从而激活处于打开位置的燃料喷射器10以便将所需燃料流率409传送到燃烧室100所需的磁力。但是，将意识到，磁力命令411没有考虑到由于磁滞和涡电流效应在燃料喷射器内存在的残余通量，例如磁通量。残余通量的存在会导致燃料喷射器内的不稳定性，这会影响被传送到燃烧室的燃料流率和喷射燃料质量。因此，仅基于磁力命令来移动电枢部分21会导致实际传送到燃烧室的燃料流率偏离于所需燃料流率409从而导致被传送到燃料喷射器10的喷射燃料质量不准确。

磁力命令411被输入到差单元412。第一差单元412比较燃料喷射器10内的磁力反馈425与磁力命令411。基于从燃料喷射器10提供的磁通量反馈423从力映射模块424输出磁力反馈425。磁通量反馈423表明燃料喷射器10内存在的主动磁通量。能够通过使用被集成到燃料喷射器10内的一个或更多个感测装置通过如上参考图1-1的所示实施例所述的任意方法获得燃料喷射器10内存在的主动磁通量或者等效磁链。因此，可以如上文参考图1-1的所示实施例所述那样经由反馈信号42从燃料喷射器10传输主动磁通量反馈423。基于已知关系，力映射模块424能够利用查找表或分析函数来输出燃料喷射器10内的磁力（磁力反馈425）。因此，磁力反馈425表明电枢部分21的磁力包括在燃料喷射器10内的主动磁通量存在时由于残余通量导致的力。

基于磁力反馈425和磁力命令411之间的比较，差单元412输出调整过的磁力命令413，该磁力命令413考虑到了燃料喷射器10内的磁通量423的存在。调整过的磁力命令413被输入到PI力控制模块414，由此PWM电力流动信号429被生成且输入到喷射器驱动器420。因此，命令PWM电力流动信号429考虑到燃料喷射器内的磁力反馈425，而图4的磁力控制模块300的命令PWM电力流动信号319考虑到磁力反馈325和电流反馈327二者。因此，磁力控制模块400使得能够通过基于燃料喷射器10内的磁力反馈425使用闭环操作针对快速连续的多个燃料喷射事件中的每一个来实现所需燃料流率409。

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 (17)

1.一种电磁致动系统，包括：

包括电线圈、磁芯和电枢的致动器；

用于选择性驱动电流通过所述电线圈的可控驱动电路；以及

提供致动器命令至所述驱动电路从而实现驱动电流通过所述电线圈以致动所述电枢的控制模块，所述控制模块包括磁力控制模块，其中所述磁力控制模块包括被构造成感测所述致动器内的磁通量的感测装置以及力映射模块，该力映射模块基于所述磁通量来输出磁力反馈，并且，所述磁力控制模块被构造成基于所述磁力反馈修改所述致动器命令以便将所述致动器内的磁力集中成命令的磁力；

其中所述磁力反馈表明电枢的磁力包括在致动器内的磁通量存在时由于残余通量导致的力。

2.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述电磁致动系统包括燃料喷射器，并且所述命令的磁力对应于所需燃料流率。

3.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。

4.根据权利要求1所述的电磁致动系统，所述感测装置为相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈，该探察线圈被构造成感测所述致动器内的所述磁通量的时间变化率，该力映射模块基于所述磁通量的所述时间变化率来输出磁力反馈。

5.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述感测装置为磁阻传感器。

6.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述感测装置为霍尔效应传感器。

7.一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通过所述致动器的电线圈；

感测所述致动器内的磁通量；

基于所述磁通量来输出磁力反馈；

以及

基于磁力反馈来修改通过所述电线圈的所述电流以便将所述致动器内的磁力集中到命令的磁力；

其中所述磁力反馈表明致动器电枢的磁力包括在致动器内的磁通量存在时由于残余通量导致的力。

8.根据权利要求7所述的用于控制所述电磁致动器的方法，进一步包括：

基于电线圈电流反馈来修改通过所述电线圈的所述电流以便将电线圈电流集中成所需电线圈电流。

9.根据权利要求7所述的用于控制所述电磁致动器的方法，其中所述磁力反馈包括在被相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈内感生的电压。

10.一种用于控制燃料喷射器的致动的系统，包括：

包括电线圈、磁芯和电枢的燃料喷射器；

可控驱动电路，其响应于电流命令来驱动电流通过所述电线圈以便致动所述电枢；以及

控制模块，其被构造成确定所述燃料喷射器内的磁通量，基于所述磁通量来输出磁力反馈，并且基于所述磁力反馈修改所述电流命令；

其中所述磁力反馈表明电枢的磁力包括在致动器内的磁通量存在时由于残余通量导致的力。

11.根据权利要求10所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，其中所述控制模块包括力映射模块，以基于所述磁通量来输出磁力反馈。

12.根据权利要求10所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，其中所述控制模块进一步被构造成确定通过所述电线圈的电流并基于通过所述电线圈的所述电流来修改所述电流命令。

13.根据权利要求11所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括相互磁性耦合到所述电线圈的探察线圈，所述控制模块进一步被构造成基于所述探察线圈确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

14.根据权利要求11所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括被置于所述燃料喷射器的通量路径内的磁阻传感器，所述控制模块进一步被构造成基于所述磁阻传感器确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

15.根据权利要求11所述的用于控制所述燃料喷射器的致动的系统，进一步包括被置于所述燃料喷射器的通量路径内的霍尔效应传感器，所述控制模块进一步被构造成基于所述霍尔效应传感器确定所述燃料喷射器内的所述磁通量。

16.根据权利要求10所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。

17.根据权利要求12所述的电磁致动系统，其中所述可控驱动电路包括双向驱动电路。