CN104931791B - 致动器中的参数估算 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及致动器中的参数估算。一种用于具有电线圈和电枢的电磁致动器中的参数估算的方法包括：在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态。基于电压脉冲和稳态电流来估算致动器的至少一种参数。

Description

致动器中的参数估算
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年3月20日提交的美国临时申请No. 61/968,145以及2014年3月20日提交的美国临时申请No. 61/968,048的权益，它们通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及电磁阀启动式致动器。
背景技术
在该部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息。因此，这种陈述并不旨在构成对现有技术的承认。
电磁阀致动器可用于控制流体(液体和气体)，或用于定位或用于控制功能。电磁阀致动器的一个典型示例是燃料喷射器。燃料喷射器用于向歧管、进气端口中、或者直接向内燃发动机的燃烧室中喷射加压燃料。公知的燃料喷射器包括电磁启动式电磁阀装置，其克服机械弹簧，以打开位于喷射器末端处的阀，从而允许燃料流动穿过其中。喷射器驱动器电路控制电流向电磁启动式电磁阀装置的流动，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饱和切换构造进行操作。
燃料喷射器被校准，且校准包括喷射器启动信号，其包括喷射器打开时间或喷射持续时间，以及在预定或已知燃料压力处进行操作的相应计量或输送的喷射燃料质量。可以用相对于喷射持续时间的每个燃料喷射事件的喷射燃料质量来表征喷射器操作。喷射器特性包括计量燃料流，其处于与高速、高负载发动机操作相关联的高流量和与发动机空闲状态相关联的低流量之间的范围内。
已知的是发动机控制会受益于快速相继地喷射多个小喷射燃料质量。一般而言，当相继喷射事件之间的停留时间小于停留时间阈值时，后续燃料喷射事件的喷射燃料质量常常导致比所需的输送幅值更大的输送幅值，即使采用了相等的喷射持续时间。因此，这些后续燃料喷射事件可能变得不稳定，从而导致不可接受的再现性。燃料喷射器常常在任何给定时间受到操作温度的影响。因此，知晓燃料喷射器的瞬时操作温度能够有利于控制燃料喷射器的燃料喷射事件。已经知道使电路的电阻与操作温度相关联。当基于施加至电线圈的电流来控制燃料喷射器的启动时，由于响应于施加至电线圈的电流的过渡而发生的电阻下降，而难以估算电线圈的电阻。
发明内容
一种用于具有电线圈和电枢的电磁致动器中的参数估算的方法包括：在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态。基于电压脉冲和稳态电流来估算致动器的至少一种参数。
本公开还提供以下技术方案：
1. 一种用于包括电线圈和电枢的电磁致动器中的参数估算的方法，所述方法包括：
在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算致动器的至少一种参数。
2. 如技术方案1所述的方法，其中，电压脉冲的振幅选择成将穿过电线圈的所得电流限制为不超过预定电流幅值。
3. 如技术方案2所述的方法，其中，所述预定电流幅值不足以导致电枢位移。
4. 如技术方案1所述的方法，其中，致动器的所述至少一种参数包括电线圈电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈电阻。
5. 如技术方案4所述的方法，其中，所述至少一种参数进一步包括致动器温度，并且其中依据以下关系来估算致动器温度：
其中，R是电线圈电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
6. 如技术方案4所述的方法，其中，所述至少一种参数进一步包括电线圈电感，并且其中电线圈电感的估算包括：
确定与所述所得电流实现稳态电流的预定百分比相对应的时间常数；以及
依据以下关系基于电线圈的估算电阻和所确定的时间常数来估算电线圈电感：
其中，L是电线圈的电感，
R是电线圈的估算电阻，并且
TC是时间常数。
7. 如技术方案1所述的方法，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
8. 如技术方案2所述的方法，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
9. 一种电磁致动器系统，包括：
电线圈；
电枢；
控制模块，其构造成：
在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算致动器的至少一种参数。
10. 如技术方案9所述的电磁致动器系统，其中，所述电压脉冲以一定幅值施加成将穿过电线圈的所得电流限制为不超过预定电流幅值。
11. 如技术方案10所述的电磁致动器系统，其中，所述预定电流幅值不足以导致电枢位移。
12. 如技术方案9所述的电磁致动器系统，其中，致动器的所述至少一种参数包括电线圈电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈电阻。
13. 如技术方案12所述的电磁致动器系统，其中，所述至少一种参数进一步包括致动器温度，并且其中依据以下关系来估算致动器温度：
其中，R是电线圈电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
14. 如技术方案12所述的电磁致动器系统，其中，所述至少一种参数进一步包括电线圈电感，并且其中电线圈电感的估算包括：
确定与所述所得电流实现稳态电流的预定百分比相对应的时间常数；以及
依据以下关系基于电线圈的估算电阻和所确定的时间常数来估算电线圈电感：
其中，L是电线圈的电感，
R是电线圈的估算电阻，并且
TC是时间常数。
15. 如技术方案9所述的电磁致动器系统，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
16. 如技术方案10所述的电磁致动器系统，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
17. 一种电磁燃料喷射系统，包括：
燃料喷射器，其包括：
电线圈；和
电枢；和
控制模块，其构造成：
在致动器事件之前向燃料喷射器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算燃料喷射器的至少一种参数。
18. 如技术方案17所述的电磁燃料喷射系统，其中，燃料喷射器的所述至少一种参数包括电线圈电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈电阻。
19. 如技术方案12所述的电磁燃料喷射系统，其中，所述至少一种参数进一步包括燃料喷射器温度，并且其中依据以下关系来估算燃料喷射器温度：
其中，R是电线圈电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
20. 如技术方案17所述的电磁燃料喷射系统，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
附图说明
现在将参考附图通过示例方式来描述一个或多个实施例，附图中：
图1示出了依据本公开的燃料喷射器和启动控制器的示意性截面图；并且
图2示出了依据本公开的非限制示例性坐标图，其表示在燃料喷射事件之前施加探测电压脉冲时的电压和电流轮廓；
图3示出了依据本公开的非限制示例性坐标图，其表示在燃料喷射事件之前施加探测电压脉冲时的持续时间期间的电压和电流轮廓；并且
图4示出了依据本公开的非限制示例性坐标图，其表示在燃料喷射事件之前施加探测PWM电压脉冲时的持续时间期间的电压和电流轮廓。
具体实施方式
本公开相对于线性运动燃料喷射器的示例性应用来描述本发明主题的构思。然而，本发明的主题更广义地适用于采用电线圈来在磁芯内感应磁场从而导致作用于可移动的电枢的吸引力的任何线性或非线性的电磁致动器。典型示例包括流体控制电磁阀、采用在内燃发动机上的汽油或柴油或CNG燃料喷射器以及用于定位和控制的非流体电磁阀致动器。
现在参考附图，其中所示内容只是为了示出某些示例性实施例而不是为了限制它们，图1示意性地示出了电磁启动直接喷射燃料喷射器10的一个非限制示例性实施例。虽然在所示实施例中示出的是电磁启动直接喷射燃料喷射器，但是端口喷射燃料喷射器也是同样可适用的。燃料喷射器10被构造成直接向内燃发动机的燃烧室100中喷射燃料。启动控制器80电气操作地连接至燃料喷射器10，以控制其启动。启动控制器80仅对应于燃料喷射器10。在所示实施例中，启动控制器80包括控制模块60和喷射器驱动器50。控制模块60电气操作地连接至喷射器驱动器50，其电气操作地连接至燃料喷射器10，以控制其启动。燃料喷射器10、控制模块60和喷射器驱动器50可以是被构造成如本文所描述那样地操作的任何适当的装置。在所示实施例中，控制模块60包括处理装置。在一个实施例中，启动控制器80的一个或多个部件集成在燃料喷射器36的连接组件36内。在另一实施例中，启动控制器80的一个或多个部件集成在燃料喷射器10的本体12内。在又一实施例中，启动控制器80的一个或多个部件位于燃料喷射器10之外并与燃料喷射器10紧邻，并且经由一根或多根电缆和/或导线电气操作地连接至连接组件36。术语“电缆”和“导线”在本文中将可互换地使用，以提供电力的传输和/或电信号的传输。
控制模块、模块、控制装置、控制器、控制单元、处理器和类似术语意指以下中的任一个或一个或多个的各种组合：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器(优选为微处理器)和相关联的内存和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调节和缓冲电路、以及用以提供所描述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意指包括校准和查询表的任何指令组。控制模块具有被执行用以提供所需功能的一组控制例程。例程比如通过中央处理器被执行，并且是可操作的，用以监测来自传感装置和其它网络控制模块的输入，并执行控制和诊断例程，用以控制致动器的操作。可以以一定间隔来执行例程，例如在正进行的发动机和交通工具操作期间每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒。替代地，可以响应于事件的发生来执行例程。
一般而言，电枢是可控的，以去往致动位置和静态或息止位置之一。燃料喷射器10可以是任何适当的离散燃料喷射装置，其是可控的以去往打开(致动)位置和关闭(静态或息止)位置之一。在一个实施例中，燃料喷射器10包括限定出纵向轴线101的圆柱形中空本体12。燃料入口15位于本体12的第一端部14处，而燃料喷嘴28位于本体12的第二端部16处。燃料入口15流体地联接至高压燃料管线30，其流体地联接至高压喷射泵。阀组件18容纳在本体12中，并包括针阀20、弹簧启动枢轴22和电枢部分21。针阀20干涉地座置在燃料喷嘴28中，以控制穿过其中的燃料流。虽然所示实施例示出的是三角形针阀20，但是其它实施例也可以采用球阀。在一个实施例中，电枢部分21固定地联接至枢轴22，并构造成与枢轴22和针阀20一起作为一个单元分别在第一和第二方向81、82上线性平移。在另一实施例中，电枢部分21可以可滑动地联接至枢轴22。例如，电枢部分21可以沿第一方向81滑动，直到被固定地附接至枢轴22的枢轴止挡阻止。同样地，电枢部分21可以独立于枢轴22沿第二方向82滑动，直到接触固定地附接至枢轴22的枢轴止挡。在与固定地附接至枢轴22的枢轴止挡接触时，电枢部分21的作用力使枢轴22通过电枢部分21沿第二方向82被推动。电枢部分21可以包括与燃料喷射器10内的各个止挡接合的突起。
包括电线圈和磁芯的环形电磁体组件24被构造成与阀组件18的电枢部分21磁性地接合。电线圈和磁芯组件24用于说明目的而被示为处于燃料喷射器10的本体外；然而，本文的实施例旨在涉及电线圈和磁芯组件24与燃料喷射器10一体化或集成在燃料喷射器10内。电线圈缠绕到磁芯上，并包括用于接收来自喷射器驱动器50的电流的端子。以下，“电线圈和磁芯组件”将简称为“电线圈24”。 当电线圈24被减活和断电时，弹簧26沿第一方向81朝燃料喷嘴28推动包括针阀20的阀组件18，以关闭针阀20并防止燃料流动穿过其中。当电线圈24被启动和通电时，电磁作用力作用于电枢部分21，以克服由弹簧26施加的弹簧作用力，并沿第二方向82推动阀组件18，从而移动针阀20远离燃料喷嘴28，并允许阀组件18内的加压燃料流流动穿过燃料喷嘴28。燃料喷射器10可以包括止挡器29，其与阀组件18相互作用，以在阀组件18被推动打开时阻止阀组件18的平移。在一个实施例中，压力传感器32被构造成获取位于燃料喷射器10近端侧优选位于燃料喷射器10上游的高压燃料管线30中的燃料压力34。在另一实施例中，压力传感器可以集成在燃料喷射器的入口15内，代替燃料轨30中的压力传感器32或与该压力传感器结合。图1所示实施例中的燃料喷射器10并不局限于本文描述的特征的空间和几何结构，并且可以包括附加的特征和/或本领域中公知的其它空间和几何结构，以在打开与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生成喷射器命令信号52，其控制喷射器驱动器50，所述喷射器驱动器50启动燃料喷射器10至打开位置，以影响燃料喷射事件。在所示实施例中，控制模块60与比如发动机控制模块(ECM)5等一个或多个外部控制模块连通；然而，控制模块60在另一些实施例中也可以与ECM一体化。喷射器命令信号52相关于待在燃料喷射事件期间由燃料喷射器10输送的所需燃料质量。类似地，喷射器命令信号52可以相关于待在燃料喷射事件期间由燃料喷射器10输送的所需燃料流量。如本文所使用的，术语“所需喷射燃料质量”是指待由燃料喷射器10输送至发动机的所需燃料质量。如本文所使用的，术语“所需燃料流量”是指燃料被燃料喷射器10输送至发动机以实现所需燃料质量的速率。所需喷射燃料质量可基于向控制模块60或ECM 5输入的一个或多个监测输入参数51。一个或多个监测输入参数51可以包括但不限于由公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生成喷射器启动信号75，以启动燃料喷射器10。喷射器启动信号75控制去往电线圈24的电流，以响应于喷射器命令信号52生成电磁作用力。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电力源提供例如12V的低电压，并且升压转换器可以被采用来输出例如24V到200V的高电压，其被供给至喷射器驱动器50。当使用喷射器启动信号75启动时，由电线圈24生成的电磁作用力沿第二方向82推动电枢部分21。当电枢部分21沿第二方向82被推动时，阀组件18因此也沿第二方向82被推动或平移至打开位置，从而允许加压燃料流动穿过其中。喷射器驱动器50通过任何适当的方法控制去往电线圈24的喷射器启动信号75，包括例如脉冲宽度调制(PWM)电力流。喷射器驱动器50被构造成通过生成适当的喷射器启动信号75，来控制燃料喷射器10的启动。在对于给定发动机循环采用多个相继燃料喷射事件的实施例中，可以生成对于发动机循环内的每个燃料喷射事件来说是固定的喷射器启动信号75。
喷射器启动信号75的特征在于喷射持续时间和电流波形，其包括初始峰值接通电流和次级保持电流。初始峰值接通电流的特征在于直到实现峰值电流的稳态斜升(ramp)，其可以如本文所描述那样选择。初始峰值接通电流在电线圈24中生成电磁作用力，其作用于阀组件18的电枢部分21，以克服弹簧作用力并沿第二方向82推动阀组件18至打开位置，从而引起加压燃料流动穿过燃料喷嘴28。当初始峰值接通电流被实现时，喷射器驱动器50将电线圈24中的电流降低至次级保持电流。次级保持电流的特征在于一定程度上的稳态电流，其小于初始峰值接通电流。次级保持电流是这样一种电流水平，其由喷射器驱动器50控制为来阀组件18维持在打开位置，以使加压燃料持续流动穿过燃料喷嘴28。次级保持电流优选由最小电流水平表示。在一些实施例中，喷射器驱动器50被构造为双向电流驱动器，其能够提供负电流，以从电线圈24汲取电流。如本文所使用的，术语“负电流”是指使电线圈通电的电流的方向为反向。因此，术语“负电流”和“逆电流”在本文中可互换地使用。在喷射器驱动器50被构造为双向电流驱动器时的实施例中，喷射器启动信号75的附加特征可以在于从电线圈24汲取电流的负电流。
本文中的实施例涉及的是控制燃料喷射器以实现多个燃料喷射事件，其在发动机循环期间紧密地隔开。如本文所使用的，术语“紧密地隔开”是指各相继燃料喷射事件之间的停留时间小于预定的停留时间阈值。如本文所使用的，术语“停留时间”是指每对相继燃料喷射事件的第一燃料喷射事件(致动器事件)的喷射终点与相应第二燃料喷射事件(致动器事件)的喷射起点之间的时间周期。停留时间阈值可选择成限定时间周期，以便小于停留时间阈值的停留时间指示对于每个燃料喷射事件输送的喷射燃料质量的幅值产生了偏差和/或不稳定性。喷射燃料质量的幅值的偏差和/或不稳定性可以响应于次级磁影响的存在。次级磁影响包括燃料喷射器内的持续涡流和磁滞以及基于其上的残留磁通。持续涡流和磁滞是由于紧密地隔开的燃料喷射事件之间的初始磁通值的过渡而存在的。因此，停留时间阈值不由任何固定值来限定，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、燃料压力和燃料性能，比如燃料类型和燃料混合物。如本文所使用的，术语“磁通”是指磁通量，其表示由电线圈24生成并穿过电枢部分的总磁场。由于电线圈24的匝数(turns)关联于磁芯中的磁通量，因此该磁通可从磁链(或磁通匝连数)换算出。磁链基于穿过电枢部分的磁通密度、与空气间隙相邻的电枢部分的表面面积和线圈24的匝数。因此，术语“磁通”、“磁通量”和“磁链”在本文中将可互换地使用，除非另有说明。
对于非紧密地隔开的燃料喷射事件来说，可以对于每个燃料喷射事件采用独立于停留时间的固定电流波形，因为一相继对的第一燃料喷射事件对该相继对的第二燃料喷射事件的输送喷射燃料质量影响很小。然而，当第一和第二燃料喷射事件紧密地隔开并且采用了固定电流波形时，第一燃料喷射事件可能易于影响第二燃料喷射事件的输送喷射燃料质量，和/或进一步影响后续的燃料喷射事件。任何时候当一燃料喷射事件受到发动机循环的一个或多个在先燃料喷射事件影响时，相应燃料喷射事件的相应输送喷射燃料质量可能在多个发动机循环的整个过程内导致不可接受的再现性，并且相继的燃料喷射事件被视为紧密地隔开。更一般而言，来自在先致动器事件的残留磁通相对于一种标准例如相对于没有残留磁通时的性能来说影响后续致动器事件的性能的任何相继致动器事件都被视为紧密地隔开。
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提供至启动控制器80。如在以下更详细地论述的，传感器装置可以集成在燃料喷射器10内用于测量各种燃料喷射器参数，以获得电线圈24的磁链、电线圈24的电压、穿过电线圈24的电流以及电线圈24的电阻。电流传感器可以设置在启动控制器80与燃料喷射器之间的电流路径上，以测量提供至电线圈24的电流，或者电流传感器可集成在电流路径上的燃料喷射器10内。经由反馈信号42提供的燃料喷射器参数可以包括磁链、由集成在燃料喷射器10内的相应传感器装置直接测量的电压和电流。可基于磁链、电压和电流的组合来估算电阻。附加地或替代地，燃料喷射器参数可以包括代理参数(proxies)，其经由反馈信号42提供至控制模块60并被控制模块60使用，以估算燃料喷射器10内的电阻、电流、电压、磁通量和磁链。电线圈的电阻可用于确定燃料喷射器10的操作温度。在具有电线圈24的磁链、电线圈24的电压、提供至电线圈24的电流和电线圈24的电阻的反馈的情况下，控制模块60可以有利地对于多个相继喷射事件修改去往燃料喷射器10的启动信号75。应该明白的是，通过开环操作控制的常规燃料喷射器仅基于从查询表获得的所需电流波形，而没有影响燃料喷射器10的操作温度和电枢部分21的移动的与磁链的作用力产生分量(例如，磁通量)相关的任何信息。作为结果，仅考虑用于控制燃料喷射器的电流的常规前馈燃料喷射器易于在紧密地隔开的相继燃料喷射事件中产生不稳定性。
本文中的实施例基于以下认识，即难以估算电线圈24的电阻。一般而言，电流仅施加至电线圈24以执行燃料喷射事件。应该理解的是，主线圈电压VMC包括简单电压下降分量(R×i)以及磁链变化率分量，如以下公式[1]所示：
[1]
其中，VMC是电线圈电压，
λ是磁链，
R是电线圈的电阻，
i是穿过电线圈的测量电流，并且
t是时间。
当穿过线圈的电流变化时，磁通也变化，因此总是导致磁链变化率分量。主线圈内在地表现出电阻和电感。因此，即使在横穿主线圈的外加电压已达到稳态的情况下，穿过主线圈的电流将仅在对应于R/L的时间常数的时间周期相等之后达到稳态，因此在穿过线圈的电流达到稳态之前将导致磁链变化率分量。由于施加至电线圈24的电流的过渡如表征燃料喷射事件的电流波形所表明那样在燃料喷射事件期间是不可避免的，所以主线圈电阻不能轻松地确定。
依据本公开，本文中的实施例涉及在燃料喷射事件之前提供探测电压脉冲，以生成穿过电线圈24的所得稳态电流。所施加的电压脉冲的幅值或振幅足够小，并且选择成将所得电流限制为不超过预定阈值。如本文所使用的，术语“预定阈值”表示穿过电线圈24的电流的这样一种幅值，其生成的电磁作用力的幅值足以导致电枢部分21的非所需移动。所施加的电压脉冲的持续时间必须足以生成所得电流以实现稳态。当电流处于稳态时，横穿主线圈的电压因此依据以下关系简单地由电阻下降分量表示，以下关系与采取了零磁链变化率的公式[1]为相同关系：
[2]。
因此，使用电线圈24处的所得稳态电流和探测电压脉冲的振幅，启动控制器80的控制模块60可以估算电线圈24内的电阻。电线圈24的电阻可用于使用公知的相关性获得燃料喷射器10内的操作温度。
因此依据以下关系实现获得电线圈24内的电阻：
[3]
其中，VEC是施加至电线圈24的电压脉冲，
i是穿过电线圈24的测量电流，并且
R是电线圈24的电阻。
公式[3]所采用的电压和电流参数可由前述传感装置中的一个或多个获得，并经由反馈信号42提供至启动控制器80的控制模块60，以估算电线圈24的电阻。控制模块60可能能够读取存储在内部或外部存储装置内的测试数据，其使测试电阻与已知温度相关联。基于采用公式[3]获得的电线圈24的电阻、测试电阻和已知温度，可依据以下关系表示燃料喷射器10的操作温度：
[4]
其中，R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，
T是燃料喷射器的操作温度，并且
α是电线圈的温度系数。
在一非限制性示例中，所述温度系数是铜的电阻的温度系数。
图2示出了非限制示例性坐标图，其表示在燃料喷射事件之前施加探测电压脉冲时的电压和电流轮廓。坐标图210示出了电压轮廓212，其表示由燃料喷射器的电线圈感应的测量电压。该电线圈和燃料喷射器可对应于图1的电线圈24和燃料喷射器1。坐标图210的竖直y轴表示电压，单位为伏特(V)。坐标图220示出了电流轮廓222，其表示穿过燃料喷射器的电线圈的测量电流。电流轮廓222响应于坐标图210的电压轮廓212。坐标图220的竖直y轴表示电流，单位为安培(A)。应该明白的是，电流使电线圈通电，以生成电磁作用力来打开燃料喷射器以输送喷射燃料质量。另外，电流必须超过预定阈值来使燃料喷射器打开。
各坐标图210和220中的水平x轴表示时间，单位为秒。竖直虚线201表示施加探测电压脉冲时的时间，其中电压轮廓212从零增大至被维持直到竖直虚线202的幅值。响应于探测电压脉冲，电流轮廓222开始增大直到实现稳态值，其被维持直到竖直虚线202。在竖直虚线202处，发起燃料喷射事件，并且一旦电流包括了足以打开燃料喷射器的幅值(例如，大于预定阈值)后开始发生喷射。因此，在竖直虚线201和202之间的持续时间中在燃料喷射事件之前施加的探测电压脉冲允许穿过电线圈的电流包括处于稳态的非零整数，以便能够估算电线圈的电阻并且最终确定燃料喷射器的温度。在一些实施例中，探测电压可包括PWM电压。
在一个实施例中，可采用可变增压电压来探测图1的电线圈24，以便所施加的电压的幅值能被选择成将穿过电线圈的电流限制为保持小于预定阈值。图3示出了在燃料喷射事件之前的持续时间期间施加探测电压脉冲时的电压和电流轮廓的非限制示例性坐标图。坐标图310示出了电压轮廓312，其表示由燃料喷射器的电线圈感应的测量电压。坐标图310的竖直y轴表示电压，单位为伏特(V)，并且在原点时为零。坐标图320示出了电流轮廓322，其表示穿过燃料喷射器的电线圈的测量电流。电流轮廓322响应于坐标图310的电压轮廓312。坐标图320的竖直y轴表示电流，单位为安培(A)，并且在原点时为零。
各坐标图310和320中的水平x轴表示时间，单位为秒。可参考图2的在竖直虚线201和202之间的持续时间期间的相应坐标图210和220来描述坐标图310和320。因此，竖直虚线201和202之间的时间周期表示这样的所需持续时间，其使探测电压脉冲被施加成使得电流在竖直虚线202之前实现稳态值。另外，探测电压脉冲的幅值或振幅将电流限制为不超过预定阈值，在所述预定阈值时，燃料喷射器将由于所生成的电磁作用力克服了使电枢偏置以关闭燃料喷射器的弹簧预加载作用力而被打开。
在竖直虚线202处，表示穿过电线圈的测量电流的电流轮廓320现在是非零整数，并且处于稳态。因此，图1的控制模块60可使用公式[3]计算电线圈24的电阻，其中当测量电流(和电压脉冲)处于稳态时，在竖直虚线202处获得电线圈24处的测量电流和测量电压。然后，可基于从公式[3]计算出的电阻，使用公式[4]获得燃料喷射器10的操作温度。
在另一实施例中，采用来探测图1的电线圈24的可变增压电压能允许电线圈24的电感得到估算。参考图3的非限制示例性坐标图310和320，一旦在竖直虚线201处施加了探测电压脉冲后，最好以适当高的采样速率(例如，每10微秒)对电流取样。例如，图1的控制模块60可以以适当高的采样速率对经由反馈信号42提供的电流采样。一旦电流轮廓322指示测量电流实现了电流在竖直虚线202处的最终稳态值的处于水平虚线301处的预定百分比后，可确定时间常数，如竖直虚线203所示。在一非限制性示例中，预定百分比等于最终稳态值的63.2%。使用竖直虚线203处的测量时间常数和使用公式[3]计算出的前一循环的电阻，图1的控制模块60可基于以下关系计算电线圈24的电感。
[5]
其中，R是前一循环的电线圈24的估算电阻，
Tc是图3的竖直虚线203处所示的时间常数，并且
L是电线圈24的估算不饱和电感。
代替使用可变增压电压，一些实施例可采用PWM电压脉冲来探测图1的电线圈24，以便所施加的电压的幅值和相应PWM信号的相应负载周期(duty cycle)可被选择为将穿过电线圈的电流限制为达到小于预定阈值的稳态脉冲。图4示出了在燃料喷射事件之前的持续时间期间施加探测PWM电压脉冲时的电压和电流轮廓的非限制示例性坐标图。坐标图410示出了电压轮廓412，其表示测量电压脉冲具有由燃料喷射器的电线圈感应的并且经由PWM信号施加的指定数量的负载周期。具体地，测量电压在ON和OFF之间跳动。 坐标图410的竖直y轴表示电压，单位为伏特(V)，并且在原点时为零。坐标图420示出了电流轮廓422，其表示穿过燃料喷射器的电线圈的测量电流脉冲。电流轮廓422响应于坐标图410的电压轮廓412。因此，电流响应于PWM电压脉冲的ON/OFF负载周期发生跳动。坐标图320的竖直y轴表示电流，单位为安培(A)，并且在原点时为零。
各坐标图410和420中的水平x轴表示时间，单位为秒。可参考图2的在竖直虚线201和202之间的持续时间期间的相应坐标图210和220来描述坐标图410和420。因此，竖直虚线201和202之间的时间周期表示这样的所需持续时间，其中探测PWM电压脉冲的负载周期被施加成使得电流在竖直虚线202之前包括稳态脉冲。一旦电流轮廓422指示稳态脉冲后，水平虚线401和402分别表示最小和最大电流值。可在分别处于水平虚线401和402处的最小和最大电流值之间计算平均电流。该平均电流可被采用来代替公式[3]的测量电流i，以计算电线圈24的电阻。然后，可基于从公式[3]计算出的电阻，使用公式[4]获得燃料喷射器10的操作温度。
在另一实施例中，用于探测图1的电线圈24的PWM电压能允许电线圈24的不饱和增量电感得到估算。在电压探测期间由电线圈感应的电压可表示如下。
[6]
其中，VEC是施加至电线圈24的PWM电压脉冲。
参考图4的非限制示例性坐标图410和420，电流轮廓422指示测量电流脉冲包括在各个PWM负载周期的ON期间的终点处发生的相应峰值。基于公式[6]的表达式，可基于以下关系在每个PWM负载周期的ON期间的终点处通过控制模块60计算电线圈24。
[7]
其中，Linc是电线圈24的增量电感，
I是相应PWM负载周期的ON期间的终点处的测量电流，
ΔI是相应PWM负载周期的ON期间的电流变化，并且
Δt是相应PWM负载周期的时间段。
本公开已描述了某些优选的实施例及其变型。本领域的技术人员在阅读和理解本说明书时可想到另外的变型和变更。因此，所意图的是本公开不局限于作为用于实施本公开所设想的最佳模式而公开的特定实施例，而是本公开应包括落入所附权利要求书范围内的所有实施例。

Claims (14)

1.一种用于包括电线圈和电枢的电磁致动器中的参数估算的方法，所述方法包括：
在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算致动器的至少一种参数，其中，电压脉冲的振幅选择成将穿过电线圈的所得电流限制为不超过预定电流幅值，其中，所述预定电流幅值不足以导致电枢位移。
2.如权利要求1所述的方法，其中，致动器的所述至少一种参数包括电线圈的估算电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈的估算电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈的估算电阻。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一种参数进一步包括致动器温度，并且其中依据以下关系来估算致动器温度：
其中，R是电线圈的估算电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一种参数进一步包括电线圈电感，并且其中电线圈电感的估算包括：
确定与所述所得电流实现稳态电流的预定百分比相对应的时间常数；以及
依据以下关系基于电线圈的估算电阻和所确定的时间常数来估算电线圈电感：
其中，L是电线圈的电感，
R是电线圈的估算电阻，并且
TC是时间常数。
5.如权利要求1所述的方法，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
6.一种电磁致动器系统，包括：
电线圈；
电枢；
控制模块，其构造成：
在致动器事件之前向致动器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算致动器的至少一种参数，所述电压脉冲以一定幅值施加成将穿过电线圈的所得电流限制为不超过预定电流幅值，所述预定电流幅值不足以导致电枢位移。
7.如权利要求6所述的电磁致动器系统，其中，致动器的所述至少一种参数包括电线圈的估算电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈的估算电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈的估算电阻。
8.如权利要求7所述的电磁致动器系统，其中，所述至少一种参数进一步包括致动器温度，并且其中依据以下关系来估算致动器温度：
其中，R是电线圈的估算电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
9.如权利要求7所述的电磁致动器系统，其中，所述至少一种参数进一步包括电线圈电感，并且其中电线圈电感的估算包括：
确定与所述所得电流实现稳态电流的预定百分比相对应的时间常数；以及
依据以下关系基于电线圈的估算电阻和所确定的时间常数来估算电线圈电感：
其中，L是电线圈的电感，
R是电线圈的估算电阻，并且
TC是时间常数。
10.如权利要求6所述的电磁致动器系统，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
11.一种电磁燃料喷射系统，包括：
燃料喷射器，其包括：
电线圈；和
电枢；和
控制模块，其构造成：
在致动器事件之前向燃料喷射器的电线圈施加电压脉冲，并且持续时间足以确保所得电流实现稳态；以及
基于电压脉冲和稳态电流估算燃料喷射器的至少一种参数，其中，电压脉冲的振幅选择成将穿过电线圈的所得电流限制为不超过预定电流幅值，其中，所述预定电流幅值不足以导致电枢位移。
12.如权利要求11所述的电磁燃料喷射系统，其中，燃料喷射器的所述至少一种参数包括电线圈的估算电阻，并且其中依据以下关系来估算电线圈的估算电阻：
其中，VEC是电压脉冲，
i是稳态电流，并且
R是电线圈的估算电阻。
13.如权利要求11所述的电磁燃料喷射系统，其中，所述至少一种参数进一步包括燃料喷射器温度，并且其中依据以下关系来估算燃料喷射器温度：
其中，R是电线圈的估算电阻，
T是致动器温度，
R0是预定温度T0时的电线圈的预定电阻，
T0是预定温度，并且
α是电线圈的温度系数。
14.如权利要求11所述的电磁燃料喷射系统，其中，施加电压脉冲包括以预定幅度和负载周期来对电压进行脉冲宽度调制。
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