CN105275643B - 用于控制喷油器的装置 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于控制喷油器的装置。其中，公开了用于控制喷油器驱动的装置，该装置涉及当用于喷油的喷射器被驱动时使驱动半导体能够响应于喷射器的输出端的负载条件来主动地控制驱动电流的技术。用于控制喷油器的该装置包括：微控制单元(MCU)，被配置为产生用于控制喷油器操作的驱动信号；驱动半导体，被配置为感测在喷油器中流动的电流，以测量所感测的电流达到目标电流值的时间段，并且响应于所测量的时间段与预定时间段之间的比较结果来改变电流驱动器的驱动电流设置值；以及喷射器驱动器，被配置为响应于电流驱动器的输出电流操作喷油器。

Description

用于控制喷油器的装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2014年6月17日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2014-0073549号的优先权和权益，通过引用将其全部内容结合在此。
背景技术
本公开的实施方式涉及用于控制喷射器(injector)驱动的装置，并且更具体地涉及当驱动用于喷油的喷射器时使驱动半导体(drive semiconductor)能够响应于喷射器的输出端的负载条件(load condition)来主动控制驱动电流的技术。
近来，车辆发动机在燃料供应期间从发动机的各种传感器接收数据。安装到车辆的电子控制单元(ECU)基于所接收的数据确定燃油量，并且使用被配置为用于喷油的喷射器将所确定量的燃料供应至车辆。
用于供应/喷射燃料的喷油器(fuel injector)安装到车辆发动机系统。具体地，用于将燃料直接喷射到燃烧室的喷射器安装到柴油发动机车辆。
用作喷油器装置的一个实例的共轨系统能够使用高压泵将燃料提供至导轨。此外，ECU从压力传感器接收导轨的压力，从而控制导轨压力，并且被配置为通过发送喷油信号来喷射燃料。
该共轨系统将加速计安装到发动机缸体的中心部分，每小时获知从加速计产生的信号，并且响应于喷射器状态调整引燃燃料(pilot fuel)的量。
尽管相同的喷射器反复地喷射少量的燃料，但需要以使共轨系统能够令人满意地执行原始功能的方式将喷油量管理在预定偏差范围内，因此管理引燃燃料喷射量或后续燃料喷射量非常重要。
因为新的Euro6(Euro6+)排放规定将在欧洲于2017生效，所以发达国家的许多汽车公司对能够满足严格的Euro6+排放规定的新技术进行了深入研究。
Euro6+排放规定的核心涉及关于废气污染排放或细粉尘排放的更严格的标准。用于降低废气污染排放或细粉尘排放量的核心技术是多级喷射(multi-injection)技术。
多级喷射技术被配置为将一个喷油时间分成几个加油时间，从而在每个加油时间期间将少量燃料提供到车辆发动机，而不是同时将大量燃料提供到车辆发动机。因此，多级喷射技术具有能够大大地减少废气污染排放或细粉尘排放的优点。
相比传统技术，多级喷射技术的核心技术旨在在较短的加油时间期间恰当地将较少量的燃料喷射到发动机，因此多级喷射技术必须精确地控制针对喷油而设计的喷射器。
然而，普通的喷射器驱动装置已经被配置为使用固定量的初始设置电流来驱动喷射器驱动开关。即，传统的喷射器驱动装置已经被配置为在初始设置过程期间从主微控制单元(MCU)接收驱动器的电流电平设置值。此外，传统的喷射器驱动装置使用电流传感器确定喷射器驱动电流是否达到目标电平，并且根据所确定的结果仅控制驱动器的开/关操作。
因此，普通的喷射器驱动装置难以恰当地处理驱动开关(功率(power)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET))的接通电阻的变化或者栅极电容器的电容的变化。此外，驱动开关的接通时间点可能根据驱动半导体的预驱动器的负载变化而改变。此外，在喷射器的驱动通道(channel)之间在接通时间上可能出现偏差，并且传统的喷射器驱动装置难以准确地补偿这种时间偏差。
发明内容
本公开的各种实施方式旨在提供一种用于控制喷射器驱动的装置，其基本上消除了由于现有技术的限制和缺点而造成的一个或多个问题。
本公开的示例性实施方式涉及如下一种技术：通过监控流动在喷射器中的电流在其期间达到目标电流值的具体时间(specific time)，来改变预驱动器的驱动电流值，从而驱动半导体能够主动地驱动喷射器。
根据本公开的一个方面，一种用于控制喷射器的装置包括：微控制单元(MCU)，被配置为产生用于控制喷射器操作的驱动信号；驱动半导体，被配置为感测在喷射器中流动的电流，以对所感测的电流达到目标电流值的时间进行计数(count)，并且响应于在所计数的时间与预定的时间之间的比较结果来改变电流驱动器的驱动电流设置值；以及喷射器驱动器，被配置为响应于电流驱动器的输出电流操作喷射器。
根据本公开的另一个方面，一种用于控制喷射器的装置包括：电流传感器，被配置为感测喷射器的驱动电流；时间计数器，被配置为测量在其期间通过电流传感器所感测的驱动电流达到目标电流值的时间；喷射器控制器，被配置为将通过时间计数器测量的时间与预定的时间值比较，并且根据比较结果改变驱动电流设置值；以及驱动器，被配置为响应于驱动电流设置值将改变的驱动电流提供至用于驱动喷射器的喷射器驱动器。
应当理解，本公开的上述一般性描述和以下详细描述都是示例性的和说明性的并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步说明。
附图说明
图1是示出了根据本公开的喷射器驱动控制装置的框图。
图2是示出在图1中所示的驱动半导体的详细电路图。
图3是包括示出在图2中所示的驱动半导体的操作的多个曲线图的时序图。
图4是示出根据本公开的喷射器驱动控制装置的操作的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考其实例在附图中示出的本公开的实施。只要有可能，遍及附图，将使用相同的参考标号来指代相同的或相似的部件。
图1是示出根据本公开的喷射器驱动控制装置的框图。
参考图1，喷射器驱动控制装置包括微控制单元(MCU)100、驱动半导体200以及喷射器300。
MCU100被配置为从驱动半导体200接收接口(interface)信号，并且产生用于控制喷射器300的操作的驱动信号。
驱动半导体200被配置为响应于从MCU100接收的驱动信号协调(或调整)喷射器300的驱动电流，并且随后输出驱动控制信号。驱动半导体200检测指示喷射器300的特性的具体信号，使用所检测的信号执行计算，并且基于计算的结果调整喷射器300的驱动电流。
换言之，无论喷射器300的功率MOSFET何时被接通，驱动半导体200检测喷射器300的特性，并且然后在下一个喷射操作期间基于所检测的信息直接协调喷射器300的驱动电流。
响应于从驱动半导体200接收的驱动控制信号，喷射器300在调整了驱动电流的量的条件下执行喷油。此外，喷射器300可将指示驱动特性的信号输出到驱动半导体200。在这种情况下，指示喷射器300的驱动特性的信号可通过由喷射器300的喷射所消耗的电压或电流表示。根据实施方式的喷射器驱动控制装置能够允许驱动半导体200监控流动在喷射器300中的电流，从而驱动半导体200能够调整喷射器300的驱动电流。
图2是示出在图1中所示的驱动半导体200的详细电路图。
参考图2，驱动半导体200包括电流传感器210、选择单元220、时间计数器230、数据存储器240、喷射器控制器250以及电流驱动器260。
电流传感器210耦接至喷射器驱动电阻器330，从而感测用于驱动喷射器300所消耗的电流。用于控制流动在喷射器300中的电流值的电流传感器210嵌入在用于驱动喷射器300的驱动半导体200中。
选择器220选择电压传感器和电流传感器210的输出信号的任一个，并且将所选择的信号输出到时间计数器230和喷射器控制器250。即，响应于感测电流选择信号，选择单元220可将电流传感器210的感测电流值选择性地输出到时间计数器230和喷射器控制器250。在这种情况下，可通过喷射器控制器250来控制施加到选择单元220的感测电流选择信号。
时间计数器230被配置为响应于喷射器控制器250的控制信号来操作。时间计数器230被配置为对范围为从接收到来自MCU100的喷射器300的驱动信号的开始时刻到喷射器驱动器310被接通的结束时刻的具体时间进行计数。即，时间计数器230被配置为对范围为从接收到喷射器300的驱动信号的开始时刻到从选择单元220接收的感测电流达到预定目标值的结束时刻的具体时间进行计数。
喷射器驱动器320耦接至外部负载340，从而可根据外部负载340来改变喷射器驱动器310的接通时间。在这种情况下，外部负载340可包括电阻器R1和电容器C1。
此外，喷射器驱动器320耦接至外部负载350，从而可根据外部负载350改变喷射器驱动器310的接通时间。在这种情况下，外部负载350可包括电阻器R2和电容器C2。即，根据外部负载340或350可按通道来改变喷射器驱动器310或320的接通时间。
数据存储器240可存储从喷射器控制器250接收的数据。数据存储器240可从MCU100接收关于初始设置值的数据，并且存储所接收的数据。在这种情况下，MCU100和数据存储器240可通过串行外围接口(SPI)通信与MCU100通信。
此外，喷射器控制器250可从MCU100接收用于控制喷射器300的驱动电流的驱动信号。喷射器控制器250可基于从MCU100接收的驱动信号基于由电流传感器210所感测的电流值来调整喷射器300的驱动电流。
即，喷射器控制器250可从电流传感器210接收电流值。喷射器控制器250可接收在其期间所感测的电流值达到目标值的具体时间。在这种情况下，计数器230可对该具体时间(在其期间，所感测的电流值达到目标电流值)进行计数，并且该计数信息可存储在数据存储器240中。
喷射器控制器250可响应于在其期间所感测的电流值达到目标值的时间来控制电流驱动器260的接通/断开操作，或者可响应于上述时间建立电流驱动器260的驱动电流。根据实施方式的喷射器驱动控制装置可基于通过电流传感器210和时间计数器230所感测的信息量化在通道之间的偏差，并且改变电流驱动器260的驱动电流设置值，从而喷射器驱动控制装置能够补偿在通道之间的喷射器驱动电流的偏差。
此外，如果所感测的喷射器300的电流值偏离预定值(例如，如果感测的电流值超过预定值)，则喷射器控制器250确定在外部负载中出现反常状态，并且因此初始化驱动半导体200。
驱动器260被配置为响应于从喷射器控制器250接收的驱动电流设置值来控制喷射器驱动器310的驱动电流。电流驱动器260被配置为包括恒定电流源(261，262)。
在这种情况下，恒定电流源261被配置为用于响应于从喷射器控制器250接收的驱动电流设置信号来改变喷射器驱动器310的驱动电流值的电流源。在可替换实施方式中，恒定电流源262被配置为用于响应于从喷射器控制器250接收的开/关信号来控制电流驱动器260的接通/断开操作的电流源。
根据本公开的喷射器驱动控制装置能够使用嵌入在驱动半导体200的电流传感器210来检测电流开始流入喷射器300的具体时间。喷射器驱动控制装置测量喷射器驱动器310的接通时间，将所测量的接通时间与预定设置值相比较，并且使驱动半导体200能够根据比较结果主动地改变电流驱动器260的驱动电流设置值。
图3是包括示出在图2中所示的驱动半导体200的操作的多个曲线图301-309的时序图。
参考图3，波形时序图301示出了喷射器300的驱动电流。图3还示出了用于响应于从MCU100接收的驱动信号命令喷射器控制器250接通电流驱动器260从而驱动外部喷射器300的具体信号的曲线图303。
如从图3的曲线图305可以看出，如果响应于从MCU100接收的驱动信号驱动电流驱动器260，则喷射器驱动器310开始操作。即，用于接通喷射器驱动器310的MOS晶体管的栅极电压根据从电流驱动器260接收的驱动电流逐渐增加。
在图3的曲线图307中示出的具体时间段T的范围可从电压输入至喷射器驱动器310的MOS晶体管的栅极的开始时刻到栅极电压开始增加至预定斜坡(slope，斜率)电平的结束时刻，并且可通过时间计数器230来检查。在这种情况下，时间计数器230可与驱动信号的上升沿同步，从而初始化内部时钟操作。
换言之，具体时间段T可以是范围从接收到来自MCU100的喷射器驱动器310的驱动命令的开始时刻到以电流流入喷射器300中的方式来实际驱动喷射器300的结束时刻的预定时间段。
如从图3的曲线图301中示出的具体时间306可以看出，喷射器驱动器310的MOS晶体管的栅极电压逐渐增加，喷射器驱动器310被接通，并且因此开始驱动喷射器300。
如果电流在具体时间306开始流入喷射器300，则喷射器驱动器310被接通，从而时间计数器230开始操作。
此外，在具体时间306过去之后，电流传感器210可感测喷射器300的驱动电流，从而如在图3的曲线图309中所示的所感测的驱动电流值可作为高电平信号输出到喷射器控制器250。即，电流传感器210可检测喷射器驱动器310被接通并且电流开始流动的时间点306，并且随后将所感测的电流发送到喷射器控制器250。
图4是示出根据本公开的喷射器驱动控制装置的操作的流程图。
参考图4，在步骤S1，MCU100可将电流驱动器260的驱动电流设置值、电流驱动器260的接通电流设置值以及外部喷射器驱动器310的接通时间设置值发送到驱动半导体200。在步骤S2，驱动半导体200可将从MCU100接收的以上设置值存储在数据存储器240中，并且将存储的设置值发送到喷射器控制器250。
此后，在步骤S3，MCU100可将用于接通外部喷射器驱动器310的驱动信号发送到驱动半导体200。喷射器控制器250可驱动电流驱动器260，从而驱动外部负载340。
如果外部负载340被驱动，则接通喷射器驱动器310，从而驱动喷射器300。如果喷射器300被驱动，则通过电流传感器210感测喷射器驱动电流。在步骤S4，包括在驱动半导体200中的内部时间计数器230可对范围从驱动信号开始被激活的开始时刻到喷射器驱动器310被接通的结束时刻的具体时间进行计数。
随后，如果喷射器驱动器310被接通，则时间计数器230可将针对所接通的喷射器驱动器310而产生的计数信号(即，时间信息)发送到喷射器控制器250。在步骤S5，如果喷射器300被驱动，则电流传感器210可将感测的驱动电流值发送到喷射器控制器250。
随后，喷射器控制器300可将外部喷射器驱动器310的接通时间设置值与外部喷射器驱动器310的接通时间相比较。在这种情况下，接通时间设置值可预存储在数据存储器240中，并且可通过时间计数器230大体上测量第二接通时间。
因此，在步骤S6，如果两个比较值彼此不同，则喷射器控制器300反映大体上测量的外部喷射器驱动器310的接通时间，从而改变电流驱动器260的驱动电流设置值。
在步骤S7，喷射器控制器250可将改变的驱动电流设置值输出到MCU100。即，通过驱动半导体200改变的驱动电流设置值可通过SPI通信传输到MCU100，从而MCU100能够识别驱动半导体200的更改项。
即，可通过耦接至喷射器驱动器310的外部负载340或耦接至喷射器驱动器320的其他外部负载350来改变建立在驱动器260中的驱动电流设置值。例如，根据耦接至喷射器驱动器310的外部负载340，每个驱动通道可改变负载条件。在这种情况下，可按通道改变喷射器驱动器310的接通时间。
针对Euro6排放规定，精确地控制数据非常重要，以便减少在通道之间的喷射器特性的偏差。为了测量喷射器特性的偏差，在通道之间可使用关于喷射器打开和关闭时间点的时间信息。当测量在每个通道的喷射器之间的偏差时，为了恒定地维持每个通道的电流供应时间，需要响应于驱动器260的外部负载条件，控制驱动器260的电流驱动能力。
因此，为了确定通道之间的负载条件，根据本公开的喷射器驱动控制装置能够使用包括在驱动半导体200中的电流传感器210来测量驱动器260的回转(slewing)时间。在喷射器驱动控制装置响应于外部负载340检测每个驱动通道的条件之后，响应于负载条件协调或调整电流驱动器260的驱动电流设置值，这导致在驱动通道之间的接通时间的偏差的减少。
如从以上描述中显而易见的，根据本公开的用于控制喷射器驱动的装置具有以下效果。
首先，驱动半导体直接识别外部喷射器驱动开关的负载值，控制适合于外部负载情况的驱动电流值，并且因此减少在通道之间的接通时间偏差。
第二，根据实施方式的喷射器驱动控制装置基于喷射器的驱动电流值和从电流传感器接收的时间信息控制驱动器，从而喷射器驱动控制装置能够在电磁干扰(EMI)或功率消耗方面响应于各种应用中的情况来有效地控制喷射器特性。
虽然出于说明性的目的已经描述了本公开的优选实施方式，然而，本领域技术人员将认识到，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本公开的范围和精神的前提下，可进行各种变形、添加以及替换。
图中的每个元件的符号
200：驱动半导体
210：电流传感器
220：选择单元
230：时间计数器
240：数据存储器
250：喷射器控制器
260：电流驱动器

Claims (6)

1.一种用于控制车辆发动机的喷油器的装置，包括：
微控制单元(MCU)，被配置为产生用于控制所述喷油器的操作的驱动信号；
驱动半导体，被配置为感测在所述喷油器中流动的电流，以测量在其结束时所感测的电流达到目标电流值的时间段，并且响应于所测量的时间段与预定时间段之间的比较结果来改变电流驱动器的驱动电流设置值；以及
喷射器驱动器，被配置为响应于所述电流驱动器的输出电流操作所述喷油器；
其中，所述驱动半导体包括：
电流传感器，被配置为感测所述喷油器的电流；
时间计数器，被配置为测量范围从所述驱动信号的输入时刻到所述喷射器驱动器的接通时刻的时间段；
喷射器控制器，被配置为将通过所述时间计数器测量的所述时间段与所述预定时间段相比较，从而改变所述驱动电流设置值，其中，当感测的所述喷射器的电流值偏离预定值时，所述喷射器控制器初始化所述驱动半导体；
所述电流驱动器被配置为响应于所述驱动电流设置值将改变后的驱动电流提供到所述喷射器驱动器；
其中，所述时间计数器被配置为当接收到所述驱动信号时，感测范围从当提供了驱动信号、电压被输入到所述喷射器驱动器的MOS晶体管的栅极的开始时刻到所述MOS晶体管被接通的结束时刻的具体时间段，并且被配置为当所述MOS晶体管被接通时停止计数操作，其中，所述时间计数器开始与线性上升驱动信号的上升沿同步的计数操作，其中，在所述具体时间段内所述电流在相当大的时间内不在喷油器中流动。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动半导体将通过所述喷射器控制器改变的所述驱动电流设置值存储在数据存储器中，并且将所存储的驱动电流设置值发送到所述微控制单元(MCU)。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述驱动半导体被配置为当从所述微控制单元(MCU)接收到所述驱动器的至少一个驱动电流设置值、所述电流驱动器的接通电流设置值以及所述喷射器驱动器的接通时间设置值时，将所述至少一个驱动电流设置值存储在所述数据存储器中。
4.一种用于控制车辆发动机的喷油器的装置，包括驱动半导体，所述驱动半导体包括：
电流传感器，被配置为感测所述喷油器的驱动电流；
时间计数器，被配置为测量在其结束时通过所述电流传感器感测的所述驱动电流达到目标电流值的具体时间段；
喷射器控制器，被配置为将通过所述时间计数器测量的所述具体时间段与预定时间段值相比较并且根据所比较的结果改变驱动电流设置值，其中，当感测的所述喷射器的电流值偏离预定值时，所述喷射器控制器初始化所述驱动半导体；以及
电流驱动器，被配置为响应于所述驱动电流设置值将改变后的驱动电流设置值提供至用于驱动喷油器的喷射器驱动器；其中，所述时间计数器被配置为测量范围从接收到来自微控制单元(MCU)的驱动信号的开始时刻到所述喷射器驱动器的MOS晶体管被接通的结束时刻的时间段，其中，所述时间计数器开始与线性上升驱动信号的上升沿同步的计数操作，其中，在所述具体时间段内所述电流在相当大的时间内不在喷油器中流动。
5.根据权利要求4所述的装置，进一步包括：
数据存储器，被配置为存储通过所述喷射器控制器改变的所述驱动电流设置值；以及
选择单元，被配置为响应于感测电流选择信号将所述电流传感器的输出信号发送至所述喷射器控制器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述数据存储器被配置为当从微控制单元(MCU)接收到所述驱动器的至少一个驱动电流设置值、所述电流驱动器的接通电流设置值以及所述喷射器驱动器的接通时间设置值时，将所述至少一个驱动电流设置值存储在其中。
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