CN104929833A - 具有前馈控制的致动器 - Google Patents

Abstract

公开了具有前馈控制的致动器。电磁致动系统包括致动器，该致动器具有电线圈、磁芯和电枢。该系统进一步包括可控双向驱动电路，用于选择性地驱动电流沿两个方向当中的任意一个通过电线圈。控制模块为驱动电路提供致动器命令，用来有效地驱动电流沿第一方向通过电线圈，用以致动电枢，并且在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，用以抵抗致动器内的剩余磁通。控制模块包括前馈控制模块，其被配置用来修改致动器命令，以将致动器内的剩余磁通收敛至优选的磁通水平。

Description

具有前馈控制的致动器

相关申请的交叉引用

本申请主张于2014年3月20日提交的美国临时申请号61/968,026，于2014年3月20日提交的美国临时申请号61/968,039，以及于2014年3月20日提交的美国临时申请号61/955,942的权益，它们的全部内容通过引用的方式并入本文。

技术领域

本公开涉及螺线管致动的致动器。

背景技术

本节的陈述仅提供关于本公开的背景技术信息。据此，该陈述不意欲构成现有技术的承认。

螺线管致动器能够用于控制流体(液体和气体)，或者用于定位或者用于控制功能。螺线管致动器的典型示例是燃油喷射器。燃油喷射器用于将增压的燃油喷射至歧管、进气口内，或直接喷射至内燃发动机的燃烧室内。已知的燃油喷射器包括电磁致动的螺线管设备，其克服机械弹簧以打开位于喷射器尖端处的阀门，用以允许燃油流过其中。喷射器驱动器电路控制至电磁致动的螺线管设备的电流量，用来打开和关闭喷射器。喷射器驱动器电路可以以峰值保持的控制配置或饱和的开关配置的方式运行。

燃油喷射器被校准，利用包括喷射器致动信号的校准，该喷射器致动信号包括喷射器打开时间，或喷射持续时间和以预定或已知的燃油压力操作的对应的测得的或输送的喷射燃油质量。喷射器操作的特征可以在于关于喷射持续时间的每次燃油喷射事件喷射的燃油质量的方面。喷射器特征包括在与高速、高负荷发动机运行相关的高流速与和发动机空闲状态相关的低流速之间范围上的测得的燃油流量。

众所周知，可以从以快速连续的方式喷射多个少量的喷射燃油质量使发动机控制受益。通常，当连续的喷射活动之间的停顿时间比停顿时间阈值短时，随后的燃油喷射事件的喷射燃油质量经常导致输送的量大于期望的量，即使使用了相等的喷射持续时间。据此，该随后的燃油喷射事件可能变得不稳定，从而导致不可接受的反复性。该非期望的事件归因于燃油喷射器内存在的剩余磁通量，其由先前的燃油喷射事件产生，该先前的燃油喷射事件对立即发生的随后的燃油喷射事件有所助益。剩余磁通量响应于由于转换需要不同的初始磁通量值的喷射燃油质量速率燃油导致的喷射器内的持续的涡流和磁滞而产生。

发明内容

电磁致动系统包括致动器，该致动器具有电线圈、磁芯和电枢。该系统进一步包括可控双向驱动电路，用于选择性地驱动电流沿两个方向当中的任意一个通过电线圈。控制模块为驱动电路提供致动器命令，用来有效地驱动电流沿第一方向通过电线圈，用以致动电枢，并且在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，用以抵抗致动器内的剩余磁通。控制模块包括前馈控制模块，其被配置用来修改致动器命令，以将致动器内的剩余磁通收敛至优选的磁通水平。

本发明提供以下技术解决方案。

1.电磁致动系统，包括：

致动器，其包含电线圈、磁芯和电枢；

可控双向驱动电路，其用于选择性地驱动电流沿两个方向中的任意一个通过电线圈；和

控制模块，其为驱动电路提供致动器命令，以有效驱动电流沿第一方向通过电线圈，用以致动电枢，并且在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，用以抵抗致动器内的剩余磁通，所述控制模块包括前馈控制模块，其被配置用来修改所述致动器命令，用以将致动器内的剩余磁通收敛至优选的磁通水平。

2.根据技术解决方案1所述的电磁致动系统，其中所述优选的磁通水平包含零磁通水平。

3.根据技术解决方案1所述的电磁致动系统，其中所述优选磁通水平包含其量值小于零电流下电线圈内被动达到的剩余磁通水平的量值的非零磁通水平。

4.根据技术解决方案1所述的电磁致动系统，其中所述剩余磁通反馈控制模块包括电线圈电流反馈回路，其被配置用来修改所述致动器命令，用以将电线圈电流收敛至期望的电线圈电流。

5.根据技术解决方案4所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块包括响应于系统的至少一个操作参数的前馈确定器模块，所述系统的至少一个操作参数响应于致动器的致动。

6.根据技术解决方案1所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块包括响应于系统的至少一个操作参数的前馈确定器模块，所述系统的至少一个操作参数响应于致动器的致动。

7.根据技术解决方案1所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块被配置用来建立所述致动器命令的过冲分量和负冲分量。

8.根据技术解决方案7所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块被配置用来建立所述致动器命令的过冲分量和负冲分量。

9.根据技术解决方案5所述的电磁致动系统，其中所述前馈确定器模块包括依照下面关系的传递函数：

$H\left(s\right)=\frac{a_{1}s+1}{a_{2}s+1}$

其中s是拉普拉斯算子，并且

a₁和a₂是多项式系数。

10.用于控制电磁致动器的方法，包括：

当期望致动时，驱动电流沿第一方向通过致动器的电线圈；和

当不期望致动时，驱动电流沿第二方向通过电线圈以足将致动器内的剩余磁通减小至低于在零线圈电流下致动器内被动达到的水平，其中驱动电流沿第二方向通过电线圈包括基于响应于致动器的致动的系统的至少一个操作参数修改流过电线圈的电流。

11.根据技术解决方案10所述的用于控制电磁致动器的方法，进一步包括：基于电线圈电流反馈修改通过电线圈的电流以将电线圈电流收敛至期望的电线圈电流。

12.用于控制燃油喷射器致动的系统，包括：

燃油喷射器，其包括电线圈、磁芯和电枢；

可控双向驱动电路，其响应于电流命令用于驱动电流沿第一方向通过电线圈以致动电枢，在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，并且之后达到零；和

前馈控制模块，其被配置用来确定所述电流命令的优选的过冲分量和优选的负冲分量并基于优选的过冲和负冲分量修改电流命令。

13.根据技术解决方案12所述的用于控制燃油喷射器致动的系统，其中所述前馈控制模块被进一步配置用来确定通过电线圈的电流并基于通过电线圈的电流修改电流命令。

14.根据技术解决方案12所述的用于控制燃油喷射器致动的系统，其中所述前馈控制模块包括响应于系统的至少一个操作参数的前馈确定器模块，所述系统的至少一个操作参数响应于燃油喷射器的致动。

15.根据技术解决方案14所述的用于控制燃油喷射器致动的系统，其中所述前馈确定器模块包含依照以下关系的传递函数：

$H\left(s\right)=\frac{a_{1}s+1}{a_{2}s+1}$

其中s是拉普拉斯算子，并且

a₁和a₂是多项式系数。

附图说明

通过示例的方式，参考附图，现在将描述一个或多个实施例，其中：

图1-1示出了依照本公开的燃油喷射器和致动控制器的示意剖面图；

图1-2示出了依照本公开的图1-1的致动控制器的示意剖面图；

图1-3示出了依照本公开的图1-1和1-2的喷射器驱动器的示意剖面图；

图2示出了依照本公开的针对被未表示为密集间隔的停顿时间分开的具有相同的电流脉冲的两次连续的燃油喷射事件测得的电流和燃油流速的非限制性的示例性第一曲线1000和测得的主激励线圈和探测线圈电压的非限制性的示例性第二曲线1010；

图3示出了依照本公开的针对由表示为密集间隔的停顿时间分开的具有相同的电流脉冲的两次连续的燃油喷射事件的测得的电流和燃油流速的非限制性的示例性第一曲线1020和测得的主激励线圈和探测线圈电压的非限制性的示例性第二曲线1030；

图4示出了依照本公开的一系列非限制性的示例性曲线1300、1310和1320，代表燃油喷射器内的测得的线圈电流、磁力和磁通量，其中以单向方式控制提供至线圈的电流；

图5示出了依照本公开的针对由表示为密集间隔的停顿时间分开的具有相同的双向施加的电流脉冲的两次连续的燃油喷射事件的测得的电流和流速的非限制性的示例性曲线；

图6示出了依照本公开的使用前馈项用来施加最佳的过冲和负冲值至双向电流命令用以实现一致和稳定的喷射燃油质量输送的连续的燃油喷射事件的前馈控制模块900的示例性实施例；

图7示出了依照本公开的分别代表两次连续的燃油喷射事件的燃油喷射器内测得的电流和测得的磁通量的非限制性的示例性曲线1400和1410；以及

图8示出了依照本公开的一系列非限制性的示例性曲线1330、1340和1350，代表燃油喷射器内的测得的线圈电流、磁力和磁通量，其中使用以双方向的方式施加至燃油喷射器的电流控制磁通。

具体实施例

本公开相对于线性运动燃油喷射器的示例性应用描述了当前请求保护的主题的原理。然而，请求保护的主题更加广泛地可适用于使用电线圈用来在磁芯内感生磁场从而产生作用在可移动电枢上的吸引力的任何线性或非线性电磁致动器。典型的示例包括流体控制螺线管，使用在内燃发动机上的汽油或柴油机或CNG燃油喷射器和用于定位和控制的非流体螺线管致动器。

现在参考附图，其中示出仅是用于展示某些示例性实施例的目的，而非用于对其进行限定的目的，图1-1示意性示出了电磁致动的直接喷射燃油喷射器10的非限制性的示例性实施例。尽管在示出的实施例中描绘了电磁致动的直接喷射燃油喷射器，但端口喷射燃油喷射器同样是可适用的。燃油喷射器10被配置用来将燃油直接喷射至内燃发动机的燃烧室100内。致动控制器80电动操作地连接至燃油喷射器10，用来控制其致动。致动控制器80仅对应燃油喷射器10。在示出的实施例中，致动控制器80包括控制模块60和喷射器驱动器50。控制模块60电动操作地连接至喷射器驱动器50，其电动操作地连接至燃油喷射器10用来控制其致动。(多个)反馈信号42可以从燃油喷射器提供至致动器控制器80。燃油喷射器10、控制模块60和喷射器驱动器50可以是被配置用来如本文所述地操作的任意合适的设备。在示出的实施例中，控制模块60包括处理设备。在一个实施例中，致动控制器80的一个或多个部件集成在燃油喷射器36的连接组件36内。在另一个实施例中，致动控制器80的一个或多个部件集成在燃油喷射器10的主体12内。在又一个实施例中，致动控制器80的一个或多个部件在燃油喷射器10外部并且紧邻燃油喷射器10，并且经由一根或多根电缆和/或导线电动操作地连接至连接组件36。术语“电缆”和“导线”在本文中可以互换使用，用来提供电力的传输和/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含义是执行一个或多个软件或固件程序或例程的(多个)专用集成电路(ASIC)，(多个)电子电路，(多个)中央处理单元(优选(多个)微处理器)和相关的内存和存储器(只读，可编程只读，随机访问，硬盘驱动器，等等)，(多个)组合逻辑电路，(多个)输入/输出电路和设备，适当的信号调节和缓冲电路，以及其它提供描述的功能的部件中的任意一个或一个或多个不同组合。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似的术语的含义是包括校准和查表的任意指令集。控制模块具有可执行用来提供期望的功能的一组控制例程。例程被执行，譬如通过中央处理单元，并且是可操作的用来监控来自传感设备和其它联网的控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程用来控制致动器的操作。例程可以以规则的间隔执行，例如在正在进行的发动机和车辆操作期间的每3.125，6.25，12.5，25和100亳秒。可替代地，例程可以响应于事件的发生来执行。

一般地，电枢对于致动的位置和静态或静止位置中的一个是可以控制的。燃油喷射器10可以是任意合适的分立的燃油喷射设备，其对于打开(致动的)位置和关闭(静态或静止)位置中的一个是可以控制的。在一个实施例中，燃油喷射器10包括限定了纵轴线101的圆柱形中空主体12。燃油入口15位于主体12的第一端部14，并且燃油喷嘴28位于主体12的第二端部16。燃油入口15流体地联接至高压燃油管线30，其流体地联接至高压喷射泵。阀门组件18容纳在主体12内，并且包括针阀20、弹簧致动的枢轴22和电枢部21。针阀20干涉性地安置在燃油喷嘴28内，用来控制通过其中的燃油流。尽管示出的实施例描绘了三角形的针阀20，但其它实施例可以使用球形针阀。在一个实施例中，电枢部21固定地联接至枢轴22，并且被配置成与枢轴22和针阀20作为一个单元分别沿第一方向81和第二方向82线性平移。在另一个实施例中，电枢部21可以可滑动地联接至枢轴22。例如，电枢部21可以沿第一方向81滑动，直至被固定附接至枢轴22的枢轴止挡部所止挡。同样地，电枢部21可以独立于枢轴22沿第二方向82滑动直至接触固定附接至枢轴22的枢轴止挡部。当与固定附接至枢轴22的枢轴止挡部接触时，电枢部21的力使枢轴22沿第二方向82与电枢部21一起被推动。电枢部21可以包括凸出部以与燃油喷射器10内的各个止挡部啮合。

环形电磁铁组件24(包括电线圈和磁芯)被配置用来磁啮合阀组件的电枢部21。出于展示目的，描绘了电线圈和磁芯组件24位于燃油喷射器主体的外部；然而，本文的实施例专注于电线圈和磁芯组件24或是集成至燃油喷射器10，或是集成在燃油喷射器10内。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”将简称为“电线圈24”。当电线圈24被停用和去能时，弹簧26朝向燃油喷嘴28沿第一方向81推动包括针阀20的阀组件18，用来关闭针阀20，并且防止燃油从其中流过。当电线圈24被启用和供能时，电磁力(在下文中称为“磁力”)作用在电枢部21上，用来克服由弹簧26施加的弹簧力，并且沿第二方向82推动阀组件18，从而移动针阀20离开燃油喷嘴28，并且允许阀组件18内的加压的燃油的流动，以流动通过燃油喷嘴28。探测线圈25互相磁联接至电线圈24，并且优选地轴向或径向地邻近线圈24缠绕。探测线圈25被用作传感线圈，如在下文中进一步详细描述的那样。

燃油喷射器10可以包括与阀组件18相互作用的止挡件29，用来当阀组件18被推动以打开时，停止阀组件18的平移。在一个实施例中，压力传感器32被配置用来获得高压燃油管线30内靠近燃油喷射器10(优选燃油喷射器10的上游)的燃油压力34。在另一个实施例中，压力传感器可以集成在燃油喷射器的入口15内，替代燃油轨30内的压力传感器32或与压力传感器相组合。在图1-1示出的实施例中的燃油喷射器10并不限于本文描述的特征的空间和几何布置，并且可以包括现有技术中用于在打开与关闭位置之间操作燃油喷射器10用以控制输送至发动机100的燃油的附加的特征和/或其它空间和几何布置。

控制模块60产生控制喷射器驱动器50的喷射器命令(致动器命令)信号52，其致动燃油喷射器10至用于影响燃油喷射事件的打开位置。在示出的实施例中，控制模块60与一个或多个外部控制模块通信，譬如发动机控制模块(ECM)5；然而，在其它实施例中，控制模块60可以集成至ECM。喷射器命令信号52与在燃油喷射事件期间通过燃油喷射器10要输送的期望燃油质量相关联。相似地，喷射器命令信号52可以与在燃油喷射事件期间通过燃油喷射器10要输送的期望的燃油流速相关联。如本文所使用的，术语“期望的喷射燃油质量”指的是由燃油喷射器10要输送至发动机的期望的燃油质量。如本文所使用的，术语“期望的燃油流速”指的是燃油由燃油喷射器10要输送至发动机以达到期望的燃油质量的速率。期望喷射燃油质量能够基于输入至控制模块60或ECM5的一个或多个监测到的输入参数51。一个或多个监测到的输入参数51可以包括，但不限于，由已知的方法获得的操作者扭矩请求，歧管绝对压力(MAP)，发动机转速，发动机温度，燃油温度和环境温度。喷射器驱动器50响应于喷射器命令信号52产生喷射器致动(致动器致动)信号75以致动燃油喷射器10。喷射器致动信号75控制流向电线圈24的电流，用来响应于喷射器命令信号52产生电磁力。电力源40为喷射器驱动器50提供DC电力源。在一些实施例中，DC电力源提供低电压，例如12V，并且升压变换器可以被用来输出高电压，例如24V至200V，其被供应至喷射器驱动器50。当使用喷射器致动信号75致动时，由电线圈24产生的电磁力沿第二方向82推动电枢部21。当电枢部21被沿第二方向82推动时，因此使得阀组件18沿第二方向82推动或平移至打开位置，从而允许加压的燃油流过其中。喷射器驱动器50通过任意合适的方法控制至电线圈24的喷射器致动信号75，包括例如脉宽调制(PWM)电力流。喷射器驱动器50被配置用来通过产生合适的喷射器致动信号75控制燃油喷射器10的致动。在针对给定的发动机循环使用多次连续的燃油喷射事件的实施例中，可以产生针对发动机循环内的燃油喷射事件中的每一次固定的喷射器致动信号75。

喷射器致动信号75的特征在于喷射持续时间和包括初始尖峰引入电流和次生的保持电流的电流波形。初始尖峰引入电流的特征在于稳态斜升，用来达到尖峰电流，其可以如本文所述的那样被选择。初始尖峰引入电流产生作用在阀组件18的电枢部21上用来克服弹簧力并且沿第二方向82推动阀组件18至打开位置的电磁力，从而使加压的燃油开始流动通过燃油喷嘴28。当达到初始尖峰引入电流时，喷射器驱动器50减小电线圈24内的电流至次生的保持电流。次生的保持电流的特征在于小于初始尖峰引入电流的一点稳态电流。次生的保持电流是由喷射器驱动器50控制的电流水平，用来维持阀组件18处于打开位置，用以使加压的燃油持续流过燃油喷嘴28。次生的保持电流优选以最小电流水平表示。喷射器驱动器50被配置为能够提供负向电流用于从电线圈24抽取电流的双向电流驱动器。如本文所使用的，术语“负向电流”指的是被反转的激励电线圈的电流的方向。据此，术语“负向电流”和“反向电流”在本文中可以互换使用。

本文的实施例目的专注于针对发动机循环期间密集间隔的多个燃油喷射事件控制燃油喷射器。如本文所使用的，术语“密集间隔”指的是每次连续的燃油喷射事件之间的停顿时间小于预定的停顿时间阈值。如本文所使用的，术语“停顿时间”指的是对于每个连续对的燃油喷射事件的第一次燃油喷射事件(致动器事件)的喷射结束与对应的第二次燃油喷射事件(致动器事件)的喷射开始之间的时间段。停顿时间阈值能够被选择用来限定时间段，使得短于停顿时间阈值的停顿时间表示在每次燃油喷射事件被输送的喷射燃油质量的量值产生不稳定性和/或偏差。喷射燃油质量的量值的不稳定性和/或偏差可以响应于次生的磁效应的存在。次生的磁效应包括燃油喷射器内的持久的涡流和磁滞和基于其的剩余磁通。持久的涡流和磁滞由于密集间隔的燃油喷射事件之间的初始磁通值的转换而出现。据此，停顿时间阈值不是由任何固定的值限定，并且其选择可以基于，但不限于，燃油温度，燃油喷射器温度，燃油喷射器类型，燃油压力和燃油特性(譬如燃油类型和燃油配方)。如本文所使用的，术语“磁通”指的是表示由电线圈24产生并且通过电枢部的整个磁场的磁通量。因为电线圈24的线匝连结磁芯中的磁通量，该磁通因此可以由磁链换算。磁链基于通过电枢部的磁通密度、邻近气隙的电枢部的表面面积和线圈24的匝数。据此，术语“磁通”，“磁通量”和“磁链”可以在本文中互换使用，除非另作说明。

对于不是密集间隔的燃油喷射事件，独立于停顿时间的固定的电流波形可以用于每次燃油喷射事件，因为连续对的第一次燃油喷射事件对于连续对的第二次燃油喷射事件输送的喷射燃油质量影响很小。然而，当第一次和第二次燃油喷射事件是密集间隔的并且使用固定的电流波形时，第一次燃油喷射事件可能倾向于影响第二次燃油喷射事件输送的喷射燃油质量，和/或进一步影响随后的燃油喷射事件。任何时间，燃油喷射事件都被发动机循环的一次或多次在先的燃油喷射事件所影响，对应的燃油喷射事件的相应的输送的喷射燃油质量能够导致在多个发动机循环的过程中不可接受的反复性，并且连续的燃油喷射事件被认为是密集间隔的。更一般地，其中相对于标准，例如相对于没有剩余磁通的性能，源自在先的致动器事件的剩余磁通影响随后的致动器事件的性能的任意连续的致动器事件被认为是密集间隔的。

图1-2示出了依照本公开的图1-1的致动控制器80。信号流路径362在控制模块60与喷射器驱动器50之间提供通信。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进一步经由与输电电缆电气通信的致动控制器380内的信号流路径364与外部ECM5进行通信。例如，信号流路径364可以从ECM5向控制模块60提供监测的输入参数(例如，图1-1监测的输入参数51)，用于产生喷射器命令信号52。在一些实施例中，信号流路径364可以向ECM5提供反馈燃油喷射器参数(例如，图1-1的(多个)反馈信号42)。

喷射器驱动器50经由电力供应流路径366接收来自图1-1的电源40的DC电力。通过使用添加至电力供应流路径366的小的调制信号能够消除信号流路径364。使用接收到的DC电力，喷射器驱动器50可以基于源自控制模块60的喷射器命令信号产生喷射器致动信号(例如，图1-1的喷射器致动信号75)。

喷射器驱动器50被配置用来通过产生合适的喷射器致动信号75控制燃油喷射器10的致动。喷射器驱动器50是双向电流驱动器，响应于相应的喷射器致动信号75经由第一电流路径352提供正电流并且经由第二电流路径354提供负电流至电线圈24。经由第一电流路径352的正电流被提供用来激励电线圈24，并且经由第二电流路径354的负电流使电流反转以从电线圈24抽出电流。电流路径352和354构成闭环；即，进入352的正电流在电流路径354内导致相等且相反(负)电流，并且反之亦然。信号流路径371能够为控制模块60提供第一电流路径352的电压，并且信号流路径373能够向控制模块60提供第二电流路径354的电压。施加至电线圈24的电压和电流基于信号流路径371和373处的电压之间的差。在一个实施例中，喷射器驱动器50使用开环操作，用来控制燃油喷射器10的致动，其中喷射器致动信号的特征在于精确的预定电流波形。在另一个实施例中，喷射器驱动器50使用闭环操作，用来控制燃油喷射器10的致动，其中喷射器致动信号基于作为反馈经由信号流路径371和373提供至控制模块的燃油喷射器参数。测得的至线圈24的电流能够经由信号流路径356被提供至控制模块60。在示出的实施例中，电流通过第二电流路径354上的电流传感器测得。燃油喷射器参数可以包括燃油喷射器10内的磁链、电压和电流值，或燃油喷射器参数可以包括控制模块60用来估算燃油喷射器10内的磁链、电压和电流的代替参数。

在一些实施例中，喷射器驱动器50被配置为全四象限操作。图1-3示出了图1-2的喷射器驱动器50的示例性实施例，其使用两个开关组370和372用来控制在喷射器驱动器50与电线圈24之间提供的电流。在示出的实施例中，第一开关组370包括开关设备370-1和370-2，并且第二开关组372包括开关设备372-1和372-2。开关设备370-1，370-2，372-1，372-2可以是固态开关，并且可以包括实现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控制电流流入和流出电线圈24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，并且基于确定的开关状态在断开和闭合位置之间命令第一和第二开关组370和372。在正开关状态，第一开关组370的开关设备370-1和370-2被命令至闭合位置，并且第二开关组372的开关设备372-1和372-2被命令至断开位置，用来控制正电流进入第一电流路径352并且流出第二电流路径354。这些开关设备可以使用脉宽调制进一步进行调制以控制电流的幅值。在负开关状态，第一开关组370的开关设备370-1和370-2被命令至断开位置，并且第二开关组372的开关设备372-1和372-2被命令至闭合位置，用来控制负电流进入第二电流路径354并且流出第一电流路径352。这些开关设备可以使用脉宽调制进一步进行调制以控制电流的幅值。在零开关状态，所有的开关设备370-1，370-2，372-1，372-2被命令至断开位置，用来控制没有电流进入或流出电磁组件。因此，通过线圈24的电流双向控制得以实现。

在一些实施例中，用于从电线圈24抽取电流的负电流被施加持续足够长的持续时间，用来在释放次生的保持电流之后降低燃油喷射器10内的剩余磁通。在其它的实施例中，在释放次生的保持电流之后，但此外仅在燃油喷射器已经关闭或致动器已经返回至其静态或静止位置之后，施加负电流。此外，另外的实施例可以包括在断开与闭合位置之间交替转换的开关组370和372，用来交替流至线圈24的电流方向，包括脉宽调制控制以实现电流波形。两个开关组370和372的使用，允许针对发动机事件期间的多个连续的燃油喷射事件，通过减少电线圈24内的涡流和磁滞的出现，精确控制施加至电线圈24的电流路径352和354的电流方向和幅值。

图2示出了依照本公开的针对未被表示为密集间隔的停顿时间隔开的具有相同的电流脉冲的两次连续的燃油喷射事件测得的电流和燃油流速的非限制性的示例性的第一曲线1000和测得的主激励线圈和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二曲线1010。延伸穿过曲线1000和1010中每一个的竖直虚线1001代表对于发生第一次燃油喷射事件的喷射结束的第一时间，并且竖直虚线1002代表对于发生第二次燃油喷射事件的喷射开始的第二时间。停顿时间1003代表竖直虚线1001与1002之间隔开第一次与第二次燃油喷射事件的时间段。在示出的实施例中，停顿时间超过停顿时间阈值。因此，第一次和第二次燃油喷射事件未表示为密集间隔的。

参考第一曲线1000，针对两次燃油喷射事件分别示出了测得的电流和流速波形1011，1012。沿曲线1000左侧的竖直y轴表示以安培(A)作单位的电流，并且沿曲线1000的右侧的竖直y轴表示以每毫秒(ms)毫克(mg)作单位的燃油流速。测得的电流波形1011针对每次燃油喷射事件基本上是相同的。同样地，由于燃油喷射事件未表示为密集间隔的，所以测得的燃油流速波形1012针对每次燃油喷射事件基本上是相同的。

参考第二曲线1010，针对两次燃油喷射事件分别示出了测得的主激励线圈和探测线圈的电压波形1013，1014。测得的主线圈电压可以代表图1-1的电线圈24的测得的电压，并且测得探测线圈电压可以代表相互磁联接至图1-1的电线圈24的探测线圈的测得的电压。曲线1010的竖直y轴表示电压(V)。据此，当主激励线圈被激励时，由于互相磁联接，所以由主激励线圈产生的磁通量可以连结至探测线圈。测得的探测线圈电压波形1014表示包含在探测线圈内感应的电压，其与相互磁链改变的速率成比例。针对末表示为密集间隔的第一次和第二次燃油喷射事件中的每一个，曲线1010的分别测得的主激励线圈和探测线圈电压波形1013，1014基本上是相同的。

图3示出了依照本公开的针对由表示为密集间隔的停顿时间隔开的具有相同的电流脉冲的两次连续的燃油喷射事件的测得的电流和燃油流速的非限制性的示例性第一曲线1020和测得的主激励线圈和探测线圈电压的非限制性的示例性的第二曲线1030。曲线1020和1030中的每一个的水平x轴表示以秒(s)作单位的时间。延伸穿过曲线1020和1030中每一个的竖直虚线1004代表对于发生第一次燃油喷射事件的喷射结束的第一时间，并且竖直虚线1005代表对于发生第二次燃油喷射事件的喷射开始的第二时间。停顿时间1006代表竖直虚线1004与1005之间隔开第一次与第二次燃油喷射事件的时间段。在示出的实施例中，停顿时间短于停顿时间阈值。因此，第一次和第二次燃油喷射事件表示为密集间隔的。

参考第一曲线1020，针对两次燃油喷射事件分别示出了测得的电流和流速波形1021，1022。沿曲线1020左侧的竖直y轴表示以安培(A)作单位的电流，并且沿曲线1020的右侧的竖直y轴表示以每秒(s)毫克(mg)作单位的燃油流速。测得的电流波形1021对于每次燃油喷射事件基本上是相同的。然而，尽管测得电流波形基本上是相同的，但测得的流速波形1022示出了在第一次与第二次燃油喷射事件的每个之间测得的燃油流速的变化。测得的燃油流速的此变化是密集间隔的燃油喷射事件固有的，并且非期望地导致不同于第一次燃油喷射事件时输送的喷射燃油质量的第二次燃油喷射事件时输送的喷射燃油质量。

参考第二曲线1030，针对两次燃油喷射事件分别示出了测得的主激励线圈和探测线圈的电压波形1023，1024。测得的主线圈电压可以代表图1-1的电线圈24的测得的电压，并且测得的探测线圈电压可以代表相互磁联接至图1-1的电线圈24的探测线圈的测得的电压。曲线1030的竖直y轴表示电压(V)。据此，当主激励线圈被激励时，由于互相磁联接，所以由主激励线圈产生的磁通量可以连结至探测线圈。测得的探测线圈电压波形1024表示在探测线圈内感应的电压，其与相互磁链改变的速率成比例。第二次喷射事件期间，相比于第一次燃油喷射事件，曲线1030的测得的主激励线圈和探测线圈电压波形1023，1024分别不同。这种不同表示为当喷射事件是密集间隔时出现剩余磁通或磁通量。参考图2的曲线1010，在第二次喷射事件期间，相比于第一次燃油喷射事件，当第一次和第二次燃油喷射事件不是密集间隔的时，测得的主激励线圈和探测线圈电压波形1013，1014分别相同。

返回参考图1-1，示例性实施例进一步目的专注于提供从燃油喷射器10返回至控制模块60和/或喷射器驱动器50的(多个)反馈信号42。在下文中更加详细地阐述，传感器设备可以集成在燃油喷射器10内，用于测量各种燃油喷射器参数，用以获得电线圈24的磁链，电线圈24的电压，和提供至电线圈24的电流。可以在致动控制器80与燃油喷射器之间的电流路径上提供电流传感器，用来测量提供至电线圈的电流，或者电流传感器可以集成在电流路径上的燃油喷射器10内。经由(多个)反馈信号42提供的燃油喷射器参数可以包括由集成在燃油喷射器10内的对应传感器设备直接测得的磁链，电压和电流。此外或可替代地，燃油喷射器参数可以包括经由(多个)反馈信号42提供至控制模块60或由控制模块60使用的代替参数，用来估算燃油喷射器10内的磁链、磁通量、电压和电流。在具有电线圈24的磁链的反馈、电线圈24的电压和提供至电线圈24的电流的情况下，控制模块60可以有益地修改至燃油喷射器10用于多个连续的喷射事件的致动信号75。应当理解，常规的燃油喷射器仅基于由查找表获得的期望的电流波形而不具有关于产生影响电枢部21移动的磁链(例如，磁通量)分量的力的任何信息而由开环操作控制。结果，常规前馈燃油喷射器仅说明了用于控制燃油喷射器的电流，并且易于在密集间隔的连续的燃油喷射事件中不稳定

众所周知，当喷射器驱动器50仅沿正的第一方向单方向地提供电流用来激励电线圈24时，减小电流用来稳定维持在零将导致电枢部的磁力和燃油喷射器内的磁通量逐渐衰减。然而，磁力和磁通衰减的响应时间是慢的，当随后的连续的燃油喷射事件开始时，其经常导致出现非期望的剩余磁通水平。如上所述，出现剩余磁通可能影响随后燃油喷射事件中要输送的燃油流速和喷射燃油质量的精度，其中对于密集间隔的燃油喷射事件出现剩余磁通是非期望的水平。

图4示出了依照本公开的一系列非限制性的示例性曲线1300，1310和1320，代表磁致动器内的测得的线圈电流、磁力和磁通量，其中以单向方式控制提供至线圈的电流。测得的线圈电流表示为从喷射驱动器单向提供至磁致动器内的电线圈的电流。曲线1300，1310和1320当中的每一个的水平x轴以秒(s)作为单位表示时间。曲线1300示出了具有测得的电流波形1301的测得的线圈电流。沿曲线1300左侧的竖直y轴表示以安培(A)作为单位的电流。曲线1310示出了具有测得的磁力波形1311响应于测得的电流波形1301的测得的磁力，沿左侧的竖直y轴表示以牛顿(N)作单位的力。曲线1320示出了具有测得的磁通量波形1321的测得的磁通量，沿左侧的竖直y轴表示以韦伯(Wb)作单位的磁通。在区域1360，电流从正值减至零。响应电流从正值减至零，测得的磁力波形1311开始急骤减小，随后其朝向大于零的某值缓慢衰减，而测得的电流波形1301维持在零。类似地，测得的磁通量波形1321衰减至零值附近，而测得的电流波形1301维持在零。特别地，磁通量波形1321示出了致动器内在零线圈电流处被动达到的剩余磁通水平。当在致动器事件之后线圈电流被释放至零时，被动的剩余磁通将指致动器内稳态剩余磁通水平。

双向电流能够被用来相比于当电流被单向施加时的磁力和磁通的响应时间改善磁力和磁通的响应时间，如上参考图4的非限制性的示例性曲线1300，1310和1320所述的。除了沿正的第一方向驱动的用来激励电线圈的电流，双向驱动的电流还可以包括沿反向的负的第二方向驱动的用来在喷射结束之后从电线圈抽取电流用以将磁通量快速控制至零的电流。

图5示出了针对由表示为密集间隔的停顿时间隔开的具有相同的电流脉冲(例如，波形)的两次连续的燃油喷射事件的测得的电流和流速的非限制性的示例性曲线1200。不同于图3的曲线1020中沿正的第一方向施加的单向电流，双向电流被用来改善燃油流速和输送至发动机的所得的喷射燃油质量的一致性和稳定性。曲线1200中水平x轴表示以秒(s)作单位的时间。沿曲线1200的左侧的竖直y轴表示以安培(A)作单位的电流，并且沿曲线1200的右侧的竖直y轴表示以每秒(s)毫克(mg)作单位的燃油流速。延伸穿过曲线1200的竖直虚线1201代表对于发生第一次燃油喷射事件的喷射结束的第一时间，并且竖直虚线1202代表对于发生第二次燃油喷射事件的喷射开始的第二时间。停顿时间1203代表竖直虚线1201与1202之间隔开第一次与第二次燃油喷射事件的时间段。在示出的实施例中，停顿时间短于停顿时间阈值。因此，第一次和第二次燃油喷射事件表示为密集间隔的。

针对两次燃油喷射事件分别示出了测得的电流和流速波形1211，1212。针对每次燃油喷射事件测得的电流波形1211基本上是相同的，并且测得的电流波形1211表示提供至燃油喷射器的电线圈的电流。参考第一次燃油喷射事件的喷射结束发生时的竖直虚线1201之后的即刻时间，测量的电流波形1211表示沿反向的第二方向的负电流被施加用来从电线圈抽取电流。由于在第一次喷射事件的喷射结束之后并且在第二次燃油喷射事件的喷射开始之前在竖直虚线1202处施加该负电流中，燃油喷射器内的剩余磁通快速降至零，使得对应第二次燃油喷射事件的燃油流速不受密集间隔的第一次喷射事件影响。例如，测得的燃油流速波形1212表示对应于区域1216内的第二次燃油喷射事件测得的燃油流速与对应于区域1215内的第一次燃油喷射事件测得的燃油流速基本上是相同的。这与图3的曲线1020中所示的严格的单向电流相反，其导致第二次燃油喷射事件具有的测得的燃油流速偏离第一次燃油喷射事件的测得的燃油流速的。结果，尽管燃油喷射事件是密集间隔的，但施加双向电流导致第一次燃油喷射事件输送的喷射燃油质量与第二次燃油喷射事件输送的喷射燃油质量基本上相同。

假定负电流被驱动至线圈内用来在喷射事件之后将剩余磁通降低至被动的剩余磁通水平，当负电流消除并且降低至零时，则仍然在燃油喷射器内的任何剩余磁通此后将以某一时间变化率自然衰减。然而，剩余磁通可以大于预期，甚至在其在另一次致动的时间框架之内的自然衰减之后。没有被认为是增加致动器硬件复杂性和控制模块复杂性的反馈机构，仍然存在将剩余磁通驱动至低于被动的剩余磁通水平至包括零在内的一些可以接受或期望的水平的需求。

图6示出了使用前馈项来修改双向电流命令的过冲和负冲值用以跨越连续的燃油喷射事件实现期望的剩余磁通一致性和稳定的喷射燃油质量输送的前馈控制模块900的示例性实施例。前馈控制模块900可以在图1-1的致动控制器80的控制模块60的处理设备内实现并且由具执行。据此，前馈控制模块900将参考图1-1进行描述。前馈控制模块900包括电流命令产生(CCG)模块902，前馈确定器模块904，差分单元906，比例积分(PI)控制模块908，和喷射器驱动器910。图1-1的致动控制器80的控制模块60和喷射器驱动器50可以包括列出的前馈控制模块900的那些特征的不同组合。

在示出的实施例中，对应的燃油喷射事件的期望的喷射燃油质量901被输入至CCG模块902。期望的喷射燃油质量可以从外部模块，例如，ECM5，基于前述用于实现期望喷射燃油质量的输入参数51来提供，如参考图1-1在上文中描述的。CCG模块902输出表示在整个燃油喷射事件持续期间内命令的引入电流和次生的保持电流的单向电流命令903，用来致动燃油喷射器10输送期望的喷射燃油质量901。术语“单向”指的是在燃油喷射事件持续期间内沿正的第一方向包括大于或等于零的电流所有的值的命令的引入和保持的电流。

单向电流命令903随后被输入至前馈确定器模块904。前馈确定器模块904施加前馈项至单向电流命令903，用来确定要施加至其上的最佳的过冲值和要施加至沿反向第二方向用于在单向施加的电流的次生的保持电流释放至零之后从电线圈24抽取电流的命令的负电流的最佳的负冲值。特别地，术语“过冲”指的是峰值保持电流的峰值振幅(例如，上升沿)，并且术语“负冲”指的是沿反向第二方向在朝零增加之前的负电流的峰值振幅(例如，下降沿)。据此，前馈确定器模块904输出包括对应单向电流命令903(具有最佳的过冲值)的第一部分和对应沿反向第二方向的命令的负电流(具有最佳的负冲值)的第二部分的双向电流命令905。如上所述，从电线圈24抽取电流有效地改善了对燃油喷射器内的磁力和磁通量的响应时间，使得一致和稳定的喷射燃油质量输送得以在连续的燃油喷射事件被输送。

优选地，前馈确定器模块904的前馈项包括具有基于燃油喷射器的(多个)操作参数951可调整的系数的传递函数，该操作参数951包括，但不限于，燃油喷射器温度，操作电压，要输送的期望的喷射燃油质量。燃油喷射器的操作参数可以由任意(多种)方法获得。(多个)操作参数951可以从外部模块，例如，ECM5，基于前述输入参数51来提供，如参考图1-1在上文中所描述的。在一些实施例中，前馈项可以包括其中选择系数使得沿正的第一方向和负的第二方向分别施加的电流的所得的过冲和负冲导致剩余磁通的期望的值和缩短磁力响应时间的传递函数。应当理解，选择的系数在正在进行的运行期间在燃油喷射器10的使用期限内是可调整和可调节的，因为他们是基于燃油喷射器的(多个)操作参数951。示例性的传递函数能够由以下的关系来表达：

$H\left(s\right)=\frac{a_{1}s+1}{a_{2}s+1}$ 【1】

其中s是拉普拉斯算子，以及a₁与a₂是多项式系数。

从前馈确定器模块904输出的双向电流命令905没有说明燃油喷射器内存在的电流，例如，流过电线圈的电流。双向电流命令905由此输入至差分单元906并且与来自燃油喷射器10的电流反馈913相比较。在示出的实施例中，电流反馈913表示由位于燃油喷射器10与喷射器驱动器910之间的电流路径上的电流传感器912测得的电流。在一些实施例中，电流传感器912可以集成在燃油喷射器10内。差分单元906输出基于双向电流命令905与由电流传感器912测得的电流反馈913之间比较的可调整的双向电流命令907。

调整的电流命令907被输入至PI控制模块908，由此命令的PWM电力流信号909得以产生，并且输入至喷射器驱动器910。基于命令的PWM电力流信号909，其说明了燃油喷射器10内的电流反馈913，喷射器驱动器910可以沿用于激励电线圈24以致动燃油喷射器10用来输送期望的燃油流速901的正的第一方向921和沿用于在最优的负冲处在燃油喷射事件之后从电线圈24抽取电流用来消除剩余磁通的出现并改善磁力的响应时间的负的第二方向923双向地施加电流。

图7示出了分别代表燃油喷射器内针对两次连续的燃油喷射事件的测得的电流和测得的磁通量的非限制性示例性曲线1400和1410。曲线1400和1410中的每一个内的水平x轴表示以秒(s)作单位的时间。参考曲线1400，竖直y轴表示以安培(A)作单位的电流。波形线1410表示单向地施加至燃油喷射器的电线圈的测得的电流，并且波形线1402表示双向地施加至每次燃油喷射事件的电线圈的测得的电流。在每次燃油喷射事件的结束处，以波形线1401表示的单向施加的测得的电流被控制至零。以波形线1402表示的双向施加的测得的电流首先减小至零，并且随后在每次燃油喷射事件的结束处电流被沿反向负的方向驱动。双向施加的测得的电流可以包括基于譬如施加至命令的电流的传递函数的前馈项的最佳的过冲和负冲值，如参考图9的前馈控制模块900在上文中所述的。

参考曲线1410，竖直y轴表示以韦伯(Wb)作单位的磁通量。波形线1411表示响应于由曲线1400的波形线1401表示的单向施加的测得的电流的燃油喷射器内的测得的磁通量。波形线1412表示响应于由曲线1400的波形线1402表示的双向施加的测得的电流的燃油喷射器内的测得的磁通量。响应于由曲线1400的波形线1401表示的单向施加的测得的电流在燃油喷射事件的结束处减小至零并且维持在零，曲线1410的波形线1411示出了被减小的测得的磁通量。然而，由波形线1412表示的测得的磁通量响应于由曲线1400的波形线1402表示的沿反向负方向驱动并且具有最佳的过冲和负冲值的双向施加的测得的电流而经历更快速的剩余磁通减小。

图8示出了一系列非限制性的示例性的曲线1330，1340和1350，代表磁致动器内的测得的线圈电流、磁力和磁通量，其中使用以双方向的方式施加至燃油喷射器的电流控制磁通。例如，可以使用图6的前馈控制模块900控制磁通双向地施加电流至磁致动器。测得的线圈电流表示为从线圈驱动器双向提供至磁致动器的电磁线圈的电流。曲线1330，1340和1350中的每一个的水平x轴表示以秒(s)作单位的时间。曲线1330示出了具有测得的电流波形1331的测得的线圈电流。沿曲线1330的左侧的竖直y轴表示以安培(A)作单位的电流。曲线1340示出了响应于测得的电流波形1331的具有测得的磁力波形1341的测得的磁力，沿左侧的竖直y轴表示以牛顿(N)作单位的力。曲线1350示出了响应测得的电流波形1331的具有测得的磁通量波形1351的测得的磁通量，沿左侧的竖直y轴表示以韦伯(Wb)作单位的磁通。在区域1361，沿正方向的测得的电流从正值减小直至零，并且随后电流被沿反向负方向驱动至小于零的值持续最佳的持续时间。响应沿反向负方向驱动的电流，测得的磁力波形1341急骤减小至期望值，并且测得的磁通量波形1351急骤减小至零。据此，当电流沿反向负方向被施加至电磁线圈时，电流被从电磁线圈抽取，用来直接控制磁通量至低于被动剩余磁通水平的水平，优选控制至零，并且当电流仅降低至并且维持在零并没有沿负的第二方向被驱动时，磁力在比图4的非限制性的示例性的曲线1300，1310和1320示出的响应时间更快得多的响应时间完美地达到更低的值。

本公开已经描述了某些优选的实施例和其修改。阅读和理解本说明之后，其他人可以想到进一步的修改和改变。因此，意在本公开并不限于以可预期执行本公开的最佳形式公开的(多个)具体的实施例，而是本公开将包括所有落入附随的权利要求范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.电磁致动系统，包括：

致动器，其包含电线圈、磁芯和电枢；

可控双向驱动电路，其用于选择性地驱动电流沿两个方向中的任意一个通过电线圈；和

控制模块，其为驱动电路提供致动器命令，以有效驱动电流沿第一方向通过电线圈，用以致动电枢，并且在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，用以抵抗致动器内的剩余磁通，所述控制模块包括前馈控制模块，其被配置用来修改所述致动器命令，用以将致动器内的剩余磁通收敛至优选的磁通水平。

2.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述优选的磁通水平包含零磁通水平。

3.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述优选磁通水平包含其量值小于零电流下电线圈内被动达到的剩余磁通水平的量值的非零磁通水平。

4.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述剩余磁通反馈控制模块包括电线圈电流反馈回路，其被配置用来修改所述致动器命令，用以将电线圈电流收敛至期望的电线圈电流。

5.根据权利要求4所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块包括响应于系统的至少一个操作参数的前馈确定器模块，所述系统的至少一个操作参数响应于致动器的致动。

6.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块包括响应于系统的至少一个操作参数的前馈确定器模块，所述系统的至少一个操作参数响应于致动器的致动。

7.根据权利要求1所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块被配置用来建立所述致动器命令的过冲分量和负冲分量。

8.根据权利要求7所述的电磁致动系统，其中所述前馈控制模块被配置用来建立所述致动器命令的过冲分量和负冲分量。

9.用于控制电磁致动器的方法，包括：

当期望致动时，驱动电流沿第一方向通过致动器的电线圈；和

当不期望致动时，驱动电流沿第二方向通过电线圈以足将致动器内的剩余磁通减小至低于在零线圈电流下致动器内被动达到的水平，其中驱动电流沿第二方向通过电线圈包括基于响应于致动器的致动的系统的至少一个操作参数修改流过电线圈的电流。

10.用于控制燃油喷射器致动的系统，包括：

燃油喷射器，其包括电线圈、磁芯和电枢；

可控双向驱动电路，其响应于电流命令用于驱动电流沿第一方向通过电线圈以致动电枢，在电枢致动之后沿第二方向通过电线圈，并且之后达到零；和

前馈控制模块，其被配置用来确定所述电流命令的优选的过冲分量和优选的负冲分量并基于优选的过冲和负冲分量修改电流命令。