CN106460708A - 用于燃料喷射器的交流电驱动 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于为电磁致动器的多个连续致动器事件中的每一个提供一致的致动器事件的方法，其包括为第一致动器事件施加第一双向电流波形以及随后立即为第一致动器事件的第二致动器事件施加第二双向电流波形。第一双向电流波形包括当致动器被命令到致动位置时在第一方向上施加电流以及当致动器被命令到静止位置时在反向第二方向上施加电流。第二双向电流波形包括当致动器被命令到致动位置时在反向第二方向上施加电流以及当致动器被命令到静止位置时在第一方向上施加电流。

Description

用于燃料喷射器的交流电驱动
技术领域
本发明涉及应用于内燃机的螺线管启动的燃料喷射器。
背景技术
燃料喷射器用于将加压燃料直接喷射到内燃机的燃烧室内。公知的燃料喷射器包括电磁启动的螺线管装置，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启动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-保持控制配置或者饱和开关配置进行操作。
燃料喷射器利用校准值来校准，该校准值包括喷射器启动信号(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输送的喷射燃料质量。喷射器操作的特征可以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连续地喷射多次小的喷射燃料质量。一般而言，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输送量级，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余磁通量，所述残余磁通量是由于前一燃料喷射对紧随其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幅值的喷射燃料质量速率)而产生残余磁通量。
发明内容
一种用于为电磁致动器的多个连续致动器事件中的每一个提供一致的致动器事件的方法，其包括为第一致动器事件施加第一双向电流波形以及随后立即为第一致动器事件的第二致动器事件施加第二双向电流波形。第一双向电流波形包括当致动器被命令到致动位置时在第一方向上施加电流以及当致动器被命令到静止位置时在反向第二方向上施加电流。第二双向电流波形包括当致动器被命令到致动位置时在反向第二方向上施加电流以及当致动器被命令到静止位置时在第一方向上施加电流。
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，其中：
图1-1示出根据本发明的燃料喷射器和启动控制器的示意性截面图；
图1-2示出根据本发明的图1-1的启动控制器的示意性截面图；
图1-3示出根据本发明的图1-1和图1-2的喷射器驱动器的示意性截面图；
图2示出根据本发明的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性第一曲线图1000和测得的主励磁线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二曲线图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示出根据本发明的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性第一曲线图1020和测得的主励磁线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二曲线图1030，其中所述事件由表明紧密间隔的停延时间分隔开；
图4示出根据本发明的对比多个单向电流波形(其每个特征在于相同的极性)和多个双向电流波形(其每个特征在于相应的极性，其与所述双向电流波形中任意相邻波形的相应极性反相)的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性曲线图400和450；以及
图5示出根据本发明的对比多个单向电流波形(其每个特征在于相同的极性)和多个双向电流波形(其每个特征在于相应的极性，其与所述双向电流波形中任意相邻波形的相应极性反相)的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性曲线图500和550。
具体实施方式
本发明描述了关于用于线性运动燃料喷射器的示例性应用的当前所要保护的主题的概念。然而所要保护的主题更广泛的用于下述任何线性或非线性电磁致动器，其使用在磁芯内诱导磁场的通电线圈，产生作用到可移动电枢的吸引力。典型实例包括在内燃机上使用的流体控制电磁阀、汽油或柴油或CNG燃料喷射器和用于定位和控制的非流体型电磁阀致动器。
现在参考附图，其中图式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示意性示出了电磁启动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启动的直喷式燃料喷射器，但是可以等效地应用端口喷射的燃料喷射器。燃料喷射器10配置成将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室100内。启动控制器80电操作地连接到燃料喷射器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电操作地连接到喷射器驱动器50，喷射器驱动器50电操作地连接到燃料喷射器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可以是配置成如本文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。在一个实施例中，启动控制器80的一个或多个部件集成到燃料喷射器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到燃料喷射器10的主体12内。在又一实施例中，启动控制器80的一个或多个部件在燃料喷射器10外部且接近燃料喷射器10，并且经由一个或多个电缆和/或电线而电操作地连接到连接组件36。术语“电缆”和“电线”将在本文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)和相关的存储器和存储装置(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它部件。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以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执行并且被操作以监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入，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毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒)被执行。可替代地，可以响应事件的发生来执行例程。
燃料喷射器10可以是可控制到打开位置和闭合位置中的一个的任意合适的离散燃料喷射装置。在一个实施例中，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流体地耦接到高压燃料管线30，该高压燃料管线流体地耦接到高压喷射泵。阀组件18容纳在主体12内，并且包括针形阀20、弹簧启动的销轴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，但是其它实施例可以利用球。在一个实施例中，电枢部分21固定地耦接到销轴22并且配置成分别沿第一方向81和第二方向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可以可滑动地耦接到销轴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。同样，电枢部分21可以独立于销轴22沿第二方向82滑动，直到接触固定地附接到销轴22的销轴止动件。一旦接触固定地附接到销轴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可以包括凸起部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配置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，本文的实施例涉及的电线圈和磁芯组件24集成到燃料喷射器10或集成在燃料喷射器10内。电线圈缠绕在磁芯上，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被启动和充能时，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。燃料喷射器10可以包括止动件29，其与阀组件18相互作用以便当阀组件18被促动以打开时阻止其平移。在一个实施例中，压力传感器32配置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不限于本文描述的特征的空间和几何学布置，并且可以包括本领域公知的用于在打开和闭合位置之间操作燃料喷射器10以控制向发动机100输送燃料的附加特征和/或其它空间和几何学布置。
控制模块60产生控制喷射器驱动器50的喷射器命令信号52，其启动燃料喷射器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与一个或多个外部控制模块(例如发动机控制模块(ECM)5)通信；但是，在其它实施例中，控制模块60可以集成到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输送的所需燃料质量。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输送的所需燃料流率。如本文所使用，术语“所需喷射燃料质量”指的是要被燃料喷射器10输送到发动机的所需燃料质量。如本文所使用，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输送到发动机的燃料的速率。所需喷射燃料质量能够基于输入至控制模块60或者ECM 5的一个或多个监测的输入参数51而定。所述一个或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产生喷射器启动信号75以启动燃料喷射器10。响应于喷射器命令信号52，喷射器启动信号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电源。在一些实施例中，DC电源提供低压，例如12V，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。当通过使用喷射器启动信号75启动时，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的喷射器启动信号75。喷射器驱动器50配置成通过产生合适的喷射器启动信号75来控制燃料喷射器10的启动。在针对给定发动机循环使用多个连续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包括初始峰值引入电流和二次保持电流的电流波形。初始峰值引入电流的特征在于稳态攀升以实现峰值电流，这可以如本文所述地被选择。初始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。当达到初始峰值引入电流时，喷射器驱动器50将电线圈24内的电流减小到二次保持电流。二次保持电流的特征在于小于初始峰值引入电流的稍稳态电流。二次保持电流是由喷射器驱动器50控制以使阀组件18维持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。二次保持电流优选地由最小电流水平指示。在一些实施例中，喷射器驱动器50配置成能够提供负向电流以用于从电线圈24汲取电流的双向电流驱动器。如本文所使用的，术语“负向电流”指的是用于给电线圈充能的电流方向被反向。因此，术语“负向电流”和“反向电流”在本文可互换地使用。在喷射器驱动器50配置成双向电流驱动器的实施例中，喷射器启动信号75的附加特征在于用于从电线圈24汲取电流的负向电流。
本文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”指的是在每对连续燃料喷射事件的第一燃料喷射事件的喷射结束和对应的第二燃料喷射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输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/或偏差可以响应于二次磁效应的存在。二次磁效应包括燃料喷射器内的持续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初始通幅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、燃料压力和燃料性质(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的匝链接磁芯中的磁通量，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”在本文可互换地使用。
对于没有紧密间隔的燃料喷射事件，可以对每个燃料喷射事件使用独立于停延时间的固定电流波形，这是因为连续对的第一燃料喷射事件对所述连续对的第二燃料喷射事件的输送喷射燃料质量几乎没有影响。然而，当第一和第二燃料喷射事件紧密间隔且使用了固定的电流波形时，第一燃料喷射事件可以很容易地影响到第二燃料喷射事件的输送喷射燃料质量，和/或另外的后续燃料喷射事件。在燃料喷射事件被发动机循环的一个或多个先前燃料喷射事件所影响的任何时候，相应的燃料喷射事件的对应输送喷射燃料质量会引起多个发动机循环过程不可接受地重复。
图2示出根据本发明的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性第一曲线图1000和测得的主励磁线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二曲线图1010，其中所述事件由不表明紧密间隔的停延时间分隔开。延伸通过每个曲线图1000和曲线图1010的垂直虚线1001表示第一时间，第一燃料喷射事件的喷射在此结束，垂直虚线1002表示第二时间，第二燃料喷射事件的喷射在此开始。停延时间1003表示在垂直虚线1001和1002之间的时间段，其分隔了第一和第二燃料喷射事件。在所示实施例中，停延时间超过停延时间阈值。因此，并不表明第一和第二燃料喷射事件是紧密间隔。
参照第一曲线图1000，分别针对两个燃料喷射事件示出了测得的电流和流率分布图1011、1012。沿着曲线图1000左侧的垂直y轴表示以安培(A)计的电流，沿着曲线图1000右侧的垂直y轴表示以毫克/毫秒(mg/ms)计的燃料流率。每个燃料喷射事件的测得的电流分布图1011大体相同。同样地，每个燃料喷射事件的测得的燃料流率分布图1012大体相同，这是因为并没有表明燃料喷射事件是紧密间隔的。
参照第二曲线图1010，分别针对两个燃料喷射事件示出了测得的主励磁线圈和探察线圈电压分布图1013、1014。测得的主线圈电压可表示图1-1中电磁线圈24的测得电压，而测得的探察线圈电压可表示与图1-1中电磁线圈24相互磁耦接的探察线圈的测得电压。曲线图1010的垂直y轴表示电压(V)。因此，当对主励磁线圈通电时，由于相互磁耦接作用，由主励磁线圈产生的磁通量可链接到探察线圈。测得的探察线圈电压分布图1014表示在探察线圈中感应的电压，其与相互磁链的变化率成比例关系。在并没有表明是紧密间隔的每个第一和第二燃料喷射事件中，曲线图1010中的测得主励磁线圈和探察线圈电压分布图1013、1014分别大体相同。
图3示出根据本发明的针对具有相同电流脉冲的两个连续燃料喷射事件的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性第一曲线图1020和测得的主励磁线圈和探察线圈电压的非限制性示例性第二曲线图1030，其中所述事件由表明紧密间隔的停延时间分隔开。每个曲线图1020和1030中的水平x轴表示以秒(s)计的时间。延伸通过每个曲线图1020和曲线图1030的垂直虚线1004表示第一时间，第一燃料喷射事件的喷射在此结束，垂直虚线1005表示第二时间，第二燃料喷射事件的喷射在此开始。停延时间1006表示在垂直虚线1004和1005之间的时间段，其分隔了第一和第二燃料喷射事件。在所示实施例中，停延时间小于停延时间阈值。因此，这表明了第一和第二燃料喷射事件是紧密间隔的。
参照第一曲线图1020，分别针对两个燃料喷射事件示出了测得的电流和流率分布图1021、1022。沿着曲线图1020左侧的垂直y轴表示以安培(A)计的电流，沿着曲线图1020右侧的垂直y轴表示以毫克/毫秒(mg/ms)计的燃料流率。每个燃料喷射事件的测得电流分布图1021大体相同。然而，即使测得的电流分布图大体相同，测得的流率分布图1022示出了在每个第一和第二燃料喷射事件之间测得的燃料流率的变化。在紧密间隔的燃料喷射事件中，测得的燃料流率的这种变化本来就有，并且不合需要地导致了第二燃料喷射事件中输送的喷射燃料质量与第一燃料喷射事件中输送的喷射燃料质量不同。
参照第二曲线图1030，分别针对两个燃料喷射事件示出了测得的主励磁线圈和探察线圈电压分布图1023、1024。测得的主线圈电压可表示图1-1中电线圈24的测得电压，而测得的探察线圈电压可表示与图1-1中电线圈24相互磁耦接的探察线圈的测得电压。曲线图1030的垂直y轴表示电压(V)。因此，当对主励磁线圈通电时，由于相互磁耦接作用，由主励磁线圈产生的磁通量可链接到探察线圈。测得的探察线圈电压分布图1024表示在探察线圈中感应的电压，其与相互磁链的变化率成比例关系。相较于第一燃料喷射事件，在第二喷射事件期间曲线图1030中测得的主励磁线圈和探察线圈电压分布图1023、1024分别发生了波动。这种波动表明，当喷射事件紧密间隔时，残余磁通或者磁通量是存在的。参照图2中曲线图1010，当第一和第二燃料喷射事件不紧密间隔时，相较于第一燃料喷射事件，在第二喷射事件期间测得的主励磁线圈和探察线圈电压分布图1023、1024分别不发生波动。
再次参照图1-1，示例性实施例还针对提供了从燃料喷射器10回到控制模块60和/或喷射器驱动器50的反馈信号42。以下进行更为详细的讨论，传感器装置可以集成到燃料喷射器10内，用以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的电压以及提供到电线圈24的电流。电流传感器可以设置在启动控制器80和燃料喷射器之间的电流流路上，以测量提供到电线圈的电流，或者该电流传感器可以集成到燃料喷射器10内的电流流路上。通过反馈信号42提供的燃料喷射器参数可包括磁链、电压和电流，这些参数由相应的集成到燃料喷射器10内的传感器装置直接测得。附加地或可选地，燃料喷射器参数可包括通过反馈信号42提供到控制模块60并由控制模块60使用的代理，以对燃料喷射器10内的磁链、磁通量、电压以及电流进行估算。电线圈24的磁链、电线圈24的电压以及提供到电线圈24的电流都有反馈的话，控制模块60可有利地修改(传输到)燃料喷射器10的启动信号75，以用于多个连续喷射事件。应当理解，常规燃料喷射器由开环操作进行控制，这种控制仅基于由查询表格获得的所需电流波形，而不需要与产生影响到电枢部分21运动的磁链(如，磁通量)的分量的力相关的任何信息。因此，常规前馈燃料喷射器(仅基于电流流动来控制燃料喷射器10)很容易导致紧密间隔的连续燃料喷射事件不稳定。
公知的是，当喷射器驱动器50仅在正的第一方向提供单向电流以使电线圈24通电时，释放电流以在零保持稳定将导致燃料喷射器内的磁通量朝着零逐渐衰减，例如逐渐减少。然而，对磁通量衰减的响应时间很慢，并且当启动随后的连续燃料喷射事件时，燃料喷射器内的磁滞的存在通常导致残余磁通的存在。如前面所提到的，残余磁通的存在影响在随后的燃料喷射事件中待输送的燃料流率和喷射燃料质量的精确度，其中，对于紧密间隔的燃料喷射事件，残余磁通的存在增强。
图1-2示出了根据本发明的图1-1的启动控制器80。信号流路362提供控制模块50和喷射器驱动器60之间的通信。例如，信号流路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还经由启动控制器380内的信号流路364与外部ECM 5通信，启动控制器380与电力传输电缆电连通。例如，信号流路364可以从ECM5向控制模块60提供监测输入参数(例如，图1-1的监测输入参数51)，用于产生喷射器命令信号52。在一些实施例中，信号流路364可以向ECM5提供反馈燃料喷射器参数(例如，图1-1的反馈信号42)。
喷射器驱动器50经由电力供给流路366从图1-1的电源40接收DC电力。利用所接收的DC电力，喷射器驱动器50可基于来自控制模块60的喷射器命令信号产生喷射器启动信号(例如，图1-1的喷射器启动信号75)。
喷射器驱动器50配置成通过产生合适的喷射器启动信号75来控制燃料喷射器10的启动。在所示实施例中，喷射器驱动器350是双向电流驱动器，其响应于相应的喷射器启动信号75向电线圈24经由第一电流流路352提供正向电流和经由第二电流流路354提供负向电流。经由第一电流流路352提供正向电流以使电线圈24通电，而经由第二电流流路354的负向电流使通过电线圈24的电流反向。电流流路352和354形成闭环；即，进入352的正向电流导致流路354中的相等和相反(负向)电流，反之亦然。信号流路371可以向控制模块60提供第一电流流路352的电压，并且信号流路373可以向控制模块60提供二电流流路354的电压。施加给电线圈24的电压和电流基于信号流路371和373上的电压之间的差值。在一个实施例中，喷射器驱动器50利用开环操作来控制燃料喷射器10的启动，其中喷射器启动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的启动，其中喷射器启动信号基于作为反馈经由信号流路371和373提供给控制模块的燃料喷射器参数。流向线圈24的测得的电流可以经由信号流路356提供给控制模块60。在所示实施例中，电流由第二电流流路354上的电流传感器测量。燃料喷射器参数可包括燃料喷射器10内的磁链、电压和电流值，或者燃料喷射器参数可包括控制模块60所使用的代理以估算燃料喷射器10内的磁链、电压和电流值。
在一些实施例中，喷射器驱动器50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，其利用两个开关套件370和372以控制在喷射器驱动器50和电线圈24之间提供的电流。在所示实施例中，第一开关套件370包括开关装置370-1和370-2，并且第二开关套件372包括开关装置372-1和372-2。开关装置370-1、370-2、372-1、372-2可以是固态开关，并且可包括在高温下能够高速切换的硅(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确定的相应开关状态控制流进和流出电线圈24的电流方向。控制模块60可确定正向开关状态、负向开关状态和零开关状态，并基于所确定的开关状态命令第一和第二开关套件370和372在打开位置和闭合位置之间。在正向开关状态，第一开关套件370的开关装置370-1和370-2被命令到闭合位置，且第二开关套件372的开关装置372-1和372-2被命令到打开位置，以控制流进第一电流流路352和流出第二电流流路354的正向电流。可以使用脉冲宽度调制来进一步调制这些开关装置，以控制电流的幅值。在负向开关状态，第一开关套件370的开关装置370-1和370-2被命令到打开位置，且第二开关套件372的开关装置372-1和372-2被命令到闭合位置，以控制流进第二电流流路354和流出第一电流流路352的负向电流。可以使用脉冲宽度调制来进一步调制这些开关装置，以控制电流的幅值。在零开关状态，所有开关装置370-1、370-2、372-1、372-2被命令到打开位置，以控制没有电流流进或流出电磁组件。
此外，其它实施例可包括在打开位置和闭合位置之间交替切换以改变流到线圈24的电流方向的开关套件370和372。两个开关套件370和372的使用，允许通过减少电线圈24内的涡电流和磁滞的存在，在发动机事件期间，针对多个连续燃料喷射事件，精确控制施加到电线圈24的电流流路352和354的电流方向和幅值。
本文的实施例涉及在由指示紧密间隔的停延时间分开的多个连续燃料喷射事件之中的每个连续燃料喷射事件期间，交替图1-1的电线圈24的电流励磁的极性。然而，本文的实施例同样适用于被不指示紧密间隔的停延时间分开的连续燃料喷射事件。此外，每个连续燃料喷射事件可以指示向燃烧室100内输送小的喷射燃料质量。如下面分别参照图4和5的非限制性曲线图400和500描述时将变得显而易见的，通过在每个燃料喷射事件期间对所输送的喷射燃料质量提供更快速和更精确控制，在每个连续燃料喷射事件期间交替电线圈24的电流励磁的极性补偿了响应于燃料喷射器中感应的涡电流的磁滞和持续残余磁通的负面影响。
喷射器驱动器50包括能够在一个方向上提供给电线圈24的正向电流和在反向方向上提供给电线圈24的负向电流之间切换的双向电流驱动器，如以上参考图1-2和图1-3所描述的。如本文所使用的，术语“交替电线圈24的电流励磁的极性”是指，当喷射器被命令打开时，在瞬时燃料喷射事件期间利用在第一方向上提供的电流使电线圈24通电，以及当喷射器被命令打开时，在紧随的燃料喷射事件期间利用在反向第二方向上提供的电流使电线圈24通电。第一电流方向可包括正向电流(例如，经由图1-3中的信号流路352输入和经由信号流路354输出)和负向电流(例如，经由图1-3中的信号流路354输入和经由信号流路352输出)中的任一个，并且反向第二电流方向包括正向电流和负向电流中的另一个。此外，用于每个连续燃料喷射事件的电流波形可以是双向电流波形，当喷射器被命令打开时，正向电流和负向电流之一被提供以使电线圈24通电，而当喷射器被命令闭合时，提供给电线圈24的电流方向被反向为正向电流和负向电流中的另一个，以在后续燃料喷射事件之前迅速重置残余磁通量的存在。
图4示出根据本发明的对比多个单向电流波形(其每个特征在于相同的极性)和多个双向电流波形(其每个特征在于相应的极性，其与所述双向电流波形中任意相邻波形的相应极性反相)的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性曲线图400和450。如本文所使用的，术语“任意相邻双向电流波形”指的是紧跟在瞬时双向电流波形之前或之后的任何电流波形。曲线图400和450分别包括测得的电流分布线402和452以及测得的燃料流率分布线404和454。每个曲线图400和450中的水平x轴b表示在原点从零开始增加的时间。每个曲线图400和450中的垂直y轴表示在原点从零开始增加的提供给燃料喷射器(例如图1的电线圈24)的电流幅值和输送到发动机(例如图1的燃烧室100)的喷射燃料质量幅值。垂直虚线0至18包括在三次连续燃料喷射事件过程中的时间点。
参照曲线图400，在时间0和5之间描绘了第一燃料喷射事件的第一单向电流波形；在时间9和15之间描绘了第二燃料喷射事件的第二单向电流波形；并且在时间17和18之间描绘了第三燃料喷射事件的第三单向电流波形。每个单向电流波形包括相似的形状，其特征在于持续时间、初始峰值引入电流和二次保持电流。响应于在时间0处的喷射器打开命令，测得的电流分布线402在时间1处增加到初始峰值引入电流。单向施加电流在时间1和3之间减少，测得的电流分布线402表示在时间3到4之间的二次保持电流。二次保持电流响应于在时间4处的喷射器关闭命令而在时间5处释放到零。第二和第三单向电流波形包括分别从时间9和17开始的相似的形状和持续时间。第一和第二单向电流波形由时间5和9之间的停延时间分开，并且第二和第三单向电流波形由时间14和17之间的停延时间分开。停延时间的持续时间是相同的，并且可以指示紧密相隔。曲线图400示出了测得的电流燃料流率分布线404表示即使每个燃料喷射事件的单向电流波形基本相同，与第一燃料喷射事件的燃料输送相比第二和第三燃料喷射事件燃料输送更久。希望每个燃料喷射事件的燃料输送和喷射燃料质量是相同的。增加的燃料输送的这种偏差归因于喷射器的软磁性金属(例如不锈钢)中的二次磁场效应(例如因磁滞导致的涡电流和残余磁通)，所述二次磁场效应在第二和第三燃料喷射事件发生时存在。应当理解，虽然曲线图400的单向电流示出了正向电流，但曲线图400的单向电流可以是负向电流。
参照曲线图450，在时间0和7之间描绘了第一燃料喷射事件的第一双向电流波形；在时间9和16之间描绘了第二燃料喷射事件的第二双向电流波形；并且在时间17和时间18之后描绘了第三燃料喷射事件的第三双向电流波形。每个双向电流波形包括相似的形状，其特征在于持续时间、初始峰值引入电流和二次保持电流；然而测得的电流分布线452的极性在每个连续双向电流波形之间交替，在此第二双向电流波形包括与第一和第三双向电流波形对应极性反相的对应极性。应当理解，双向电流波形基于输送的所需喷射燃料质量。双向电流波形还可基于分开连续燃料喷射事件的停延时间。此外，第二和/或第三双向电流波形的形状和/或持续时间可包括微小调整用以改进输送的喷射燃料质量的一致性，尤其是使用多次紧密间隔喷射时。
测得的电流分布线452表示在时间0处第一燃料喷射事件的喷射器打开命令之前可施加的探测电流(例如响应于探测电压)。第一燃料喷射事件的探测电流包括足够小幅值的正向电流，所述幅值低于喷射器打开发生时的电流阈值。响应于在时间0处的喷射器打开命令，测得的电流分布线452增加以在时间1处达到初始峰值引入电流。初始峰值引入电流在时间1和2之间可保持一段短持续时间。当由于功率限制而不期望或无法达到施加最佳峰值引入电流时，期望在短持续时间内保持峰值引入电流。在这种情况下，具有比最佳峰值引入电流低幅值的峰值引入电流可在短持续时间内施加以获得电线圈的所需励磁。测得的电流分布线452在时间2和3之间减少，测得的电流分布线452在时间3到4之间表示二次保持电流。响应于时间4处的喷射器关闭命令，第一双向电流波形的测得的电流分布线452在时间5处释放到零并且流入燃料喷射器(例如图1的电线圈24)的电流在时间5和6之间反向为负方向直到达到负峰值电流。施加反向负向电流以达到负峰值电流能有效消除感应涡电流的影响从而提高作用在燃料喷射器内的电枢(例如电枢部分21)上的磁力反应。一旦在时间5和6之间达到负峰值电流，反向负向电流的幅值在时间6处减小(例如，测得的电流分布线452增加)到小负值。之后，测得的电流分布线452在时间6到7之间保持小负值以遏制由于第一燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。在时间7处，反向负向电流在一段时间内释放到零直到在时间9处的第二燃料喷射事件的喷射器打开命令之前在时间8处施加探测电流。因此，曲线图450中的区域460表示负方向反向电流的时间段，所述反向电流用以抵消来自第一燃料喷射事件的感应涡电流的影响并遏制由于第一燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。
在时间8到9之间的测得的电流分布线452表示在时间0处第二燃料喷射事件的喷射器打开命令之前可施加的探测电流(例如响应于探测电压)。与上述第一燃料喷射事件的探测电流相反，第二燃料喷射事件的探测电流包括反向多个；在此施加低于电流阈值的足够小幅值的负向电流。应该理解，第二燃料喷射事件的探测电流的幅值与第一燃料喷射事件的探测电流的幅值相同。
第二双向电流波形的特征在于其与第一双向电流波形在持续时间和形状上相似；然而，第二双向电流波形包括从第一双向电流波形的极性反相的交替极性。响应于在时间9处的喷射器打开命令，测得的电流分布线452降低以在时间10处达到初始负峰值引入电流，其维持一段短持续时间直至时间11。此处，时间10和11之间的、用于第二双向电流波形的初始负峰值引入电流的幅值与时间1和2之间的、用于第一双向电流波形的初始峰值引入电流的幅值基本上相似。之后，测得的电流分布线452在时间11和12之间升高，在此，二次负保持电流在时间12和13之间出现。在此，在时间12和13之间的、二次负保持电流的幅值和持续时间与用于第一双向电流波形的、时间3和4之间的二次保持电流的幅值和持续时间基本相同。响应于喷射器在时间13处的关闭命令，第二双向电流波形的测得的电流分布线452在时间14处被释放到零并且进入燃料喷射器的电流(例如图1的电线圈24)在正向方向上被反向直至在时间14和15之间达到正峰值电流。在此，正峰值电流对应于时间5和6之间用于第一燃料喷射事件的负峰值电流，除了正峰值电流包括被反相的极性之外。施加反向的正向电流以达到正峰值电流能有效消除感应的涡电流的影响，以便提高作用在燃料喷射器内的电枢(例如电枢部分21)上的磁力响应。一旦在时间14和15之间达到了正峰值电流，反向的正向电流的幅值在时间15处减少(例如测得的电流分布线452降低)到小正值。之后，测得的电流分布线452在时间15和16之间维持小正值以遏制由于第二燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。在时间16处，反向的正向电流被释放至零并持续一段时间直到在时间17处喷射器打开命令之前探测电流被施加用于第三燃料喷射事件。相应地，曲线图450中的区域470表示在正向方向上的反向电流的时间段，该反向电流用于抵消来自第二燃料喷射事件的感应的涡电流的影响并且遏制由于第二燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。
第三双向电流波形包括从第二双向电流波形的极性反相的交替极性。因此，第三双向电流波形的极性与第一双向电流波形的极性相同。第三双向电流波形可以参照第一双向电流波形描述。
应当理解的是，将双向电流波形的极性反相用于各个连续的燃料喷射事件有助于快速消除由于感应的涡电流而持续的磁通量，并且通过燃料喷射器中的材料的磁B-H环路的四个象限驱动磁操作点以降低因磁滞引起的残余磁性。
与曲线图400的单向电流波形相反，曲线图450的具有交替极性的双向电流波形各包括用于输送燃料的相同的时间段(如燃料流动输送分布线454所示)。相应地，因为具有交替极性的双向电流波形抵消和/或遏制喷射器的软磁性金属(例如不锈钢)中的不希望出现的二次磁场影响(例如涡电流、残余磁通和磁滞)，用于各燃料喷射事件的喷射燃料质量是一致且稳定的。
本发明并不限于这三个连续燃料喷射事件，其中本文的实施例可以等效地应用于任何使用多个连续燃料喷射事件(例如两个连续燃料喷射事件或多于三个连续燃料喷射事件)的燃料喷射策略。
图5示出根据本发明的对比多个单向电流波形(其每个特征在于相同的极性)和多个双向电流波形(其每个特征在于相应的极性，其与所述双向电流波形中任意相邻波形的相应极性反相)的测得的电流和燃料流率的非限制性示例性曲线图500和550。曲线图500和550分别包括测得的电流分布线502和552。每个曲线图500和550中的水平x轴表示在原点处从零开始增加的时间。每个曲线图500和550中的垂直y轴表示在原点处从零开始增加的、提供到燃料喷射器(例如图1的电线圈24)的电流幅值。垂直虚线0到17包括在三个连续燃料喷射事件期间的时间点。
参照曲线图500，在时间0和4之间描绘了第一燃料喷射事件的第一单向电流波形；在时间8和11之间描绘了第二燃料喷射事件的第二单向电流波形；并且在时间14和16之间描绘了第三燃料喷射事件的第三单向电流波形。曲线图500的单向电流波形与图4的曲线图400的单向电流波形基本上相似(除了曲线图500的单向电流波形不具有二次保持电流外)。对于需要较少喷射燃料质量输送的燃料喷射事件，初始峰值保持电流可以足以用于输送所需喷射燃料质量而不需要二次保持电流。相应地，描绘在正向方向上单向施加电流的、测得的电流分布线502可以参考图4的非限制性的示例性曲线图400来描述。
参照图550，在时间0和6之间描绘了第一燃料喷射事件的第一双向电流波形；在时间6和13之间描绘了第二燃料喷射事件的第二双向电流波形；并且在时间14和17之间描绘了第三燃料喷射事件的第三双向电流波形。每个双向电流波形包括相似的形状，其特征在于持续时间和初始峰值引入电流；但是，测得的电流分布线552的极性在每个连续双向电流波形之间交替，在此第二双向电流波形包括与第一和第三双向电流波形的对应极性反相的对应极性。
曲线图550的双向电流波形与图4的曲线图450的双向电流波形基本相同(除了曲线图550的双向电流波形不包括二次保持电流外)。相应地，第一双向电流波形包括时间3和4之间的峰值引入电流，第二双向电流波形包括时间9和10之间的负峰值引入电流，以及第三双向电流波形包括时间15处的持续一个短时间段的峰值引入电流。响应于在时间3处的喷射器关闭命令，第一双向电流分布线的测得的电流分布线552在时间4之后很快被释放到零并且进入燃料喷射器的电流在负向方向被反向直至在时间4和5之间达到负峰值电流。
一旦时间4和5之间达到了负峰值电流，反向负向电流的幅值在时间5处减少(例如测得的电流分布线552降低)到小负值。之后，测得的电流分布线552在时间5和6之间维持小负值以遏制因为第一燃料喷射事件中磁滞引起的残余磁通量的存在。在时间6处，反向负向电流被释放至零并持续一段时间直到在时间7处喷射器打开命令之前探测电流被施加用于第二燃料喷射事件。相应地，曲线图550中的区域560表示在负方向的反向的电流的时间段，所述反向电流用以抵消来自第一燃料喷射事件的感应涡电流的影响并遏制由于第一燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。
第二双向电流波形的特征在于其与第一双向电流波形在持续时间和形状上相似；然而，第二双向电流波形包括与第一双向电流波形的极性反相的交替极性。响应于时间8处的喷射器打开命令，测得的电流分布线552降低以在时间9处达到初始负峰值引入电流，其维持一段短的持续时间直到时间10。响应于时间10处的喷射器关闭命令，第二双向电流波形的测得的电流分布线552在时间11之后释放到零，并且流入燃料喷射器的电流在时间12之前在正向方向上反向直到达到正峰值电流。在此，正峰值电流对应于时间4和5之间用于第一燃料喷射事件的负峰值电流，除了正峰值电流包括被反相的极性之外。施加反向的正向电流以达到正峰值电流能有效消除感应涡电流的影响，以便提高作用在燃料喷射器内的电枢(例如电枢部分21)上的磁力响应。一旦在时间12之前达到正峰值电流，反向的正向电流的幅值在时间12处减少(例如，测得的电流分布线552降低)到小正值。之后，测得的电流分布线552在时间12到13之间维持小正值，以遏制由于第二燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。在时间13处，反向的正向电流被释放至零并持续一段时间，直到在时间14处喷射器打开命令之前探测电流被施加用于第三燃料喷射事件。第三双向电流波形交替为与第二双向电流波形反相的极性。因此，第三双向电流波形包括与第一双向电流波形的极性相同的极性。因此，曲线图550中的区域570表示在正向方向的反向电流的时间段，所述正向方向的反向电流抵消来自第二燃料喷射事件的感应的涡电流的影响并且遏制由于第二燃料喷射事件中磁滞所导致的残余磁通量的存在。。
本发明已经描述了某些优选实施例和对这些优选实施例的修改。通过阅读和理解本说明书可想到更多的其它改型和变型。因此，本发明意欲不限于作为用于实现本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于为电磁致动器的多个连续致动器事件中的每一个提供一致的致动器事件的方法，其包括：为第一致动器事件施加第一双向电流波形，
当所述致动器被命令到致动位置时，所述第一双向电流波形在第一方向上施加电流，
并且当所述致动器被命令到静止位置时，在反向第二方向上施加电流；以及
为紧随所述第一致动器事件的第二致动器事件施加第二双向电流波形，所述第二双向电流波形在所述致动器被命令到致动位置时在所述反向第二方向上施加电流，以及当致动器被命令到静止位置时在所述第一方向上施加电流。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述第二致动器事件的所述第二双向电流波形的持续时间与用于所述第一致动器事件的所述第一双向电流波形的持续时间相同。
3.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述第二致动器事件的所述第二双向电流波形的幅值与用于所述第一致动器事件的所述第一双向电流波形的幅值相同，所述第二双向电流波形的幅值具有相对于所述第一双向电流波形相反的极性。
4.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述第二致动器事件的所述第二双向电流波形的幅值从用于所述第一致动器事件的所述第一双向电流波形的幅值自适应地调整。
5.根据权利要求1所述的方法，其还包括为所述致动器的所述多个连续致动器事件的每一次施加连续的双向电流波形，所述连续的双向电流波形具有交替的极性。
6.根据权利要求1所述的方法，其中当所述致动器被命令到静止位置时在反向第二方向上施加电流包括当所述致动器被命令到静止位置并且所述致动器处于所述静止位置时，在反向第二方向上施加电流。
7.根据权利要求1所述的方法，其中为所述第一致动器事件施加所述第一双向电流波形包括当所述致动器被命令到所述致动位置时，在所述第一方向上施加电流之后，在所述第一方向上施加二次保持电流，所述二次保持电流具有足以使所述致动器维持处于所述致动位置的幅值。
8.根据权利要求7所述的方法，其中当所述致动器被命令到所述静止位置时，在所述二次保持电流释放后施加所述反向第二方向上的所述电流。
9.根据权利要求1的方法，其中为所述第一致动器事件施加所述第一双向电流波形和为所述第二致动器事件施加所述第二双向电流波形被用于紧密间隔的连续致动。
10.根据权利要求1所述的方法，其中为所述第一致动器事件施加所述第一双向电流波形包括当所述致动器被命令到静止位置时，在所述反向第二方向上施加所述电流之后，在所述反向第二方向上维持电流一段时间。
11.一种用于为燃料喷射器的多个连续燃料喷射事件中的每一个提供一致的喷射燃料质量的方法，其包括：
为第一燃料喷射事件施加第一双向电流波形，所述第一双向电流波形在所述喷射器被命令打开时在第一方向上施加电流，并且当所述喷射器被命令关闭时，在反向第二方向上施加电流；以及
为紧随所述第一燃料喷射事件的第二燃料喷射事件施加第二双向电流波形，所述第二双向电流波形在所述喷射器被命令打开时在所述反向第二方向上施加电流，以及当所述喷射器被命令关闭时在所述第一方向上施加电流。
12.根据权利要求11所述的方法，其中用于所述第二燃料喷射事件的所述第二双向电流波形的持续时间与用于所述第一燃料喷射事件的所述第一双向电流波形的持续时间相同。
13.根据权利要求11所述的方法，其中用于所述第二燃料喷射事件的所述第二双向电流波形的幅值与用于所述第一燃料喷射事件的所述第一双向电流波形的幅值相同，所述第二双向电流波形的幅值具有相对于所述第一双向电流波形相反的极性。
14.根据权利要求11所述的方法，其中用于所述第二燃料喷射事件的所述第二双向电流波形的幅值从用于所述第一燃料喷射事件的所述第一双向电流波形的幅值自适应地调整。
15.根据权利要求11所述的方法，其还包括为所述燃料喷射器的多个连续燃料喷射事件中的每一个施加连续的双向电流波形，所述连续的双向电流波形具有交替的极性。
16.根据权利要求11所述的方法，其中当所述燃料喷射器被命令到闭合位置时在反向第二方向上施加电流包括当所述燃料喷射器被命令到闭合位置并且所述燃料喷射器处于所述闭合位置时，在反向第二方向上施加电流。
17.根据权利要求11所述的方法，其中为所述第一燃料喷射事件施加所述第一双向电流波形包括当所述燃料喷射器被命令到所述打开位置时，在所述第一方向上施加电流之后，在所述第一方向上施加二次保持电流，所述二次保持电流具有足以使所述燃料喷射器维持处于所述打开位置的幅值。
18.根据权利要求11所述的方法，其中为所述第一燃料喷射事件施加所述第一双向电流波形和为所述第二燃料喷射事件施加所述第二双向电流波形被用于紧密间隔的连续的燃料喷射事件。
19.一种用于操作螺线管致动的燃料喷射器的设备，其包括：电磁燃料喷射器，包括：
电线圈；以及
电枢部分；
喷射器驱动器，其配置为交替地：
在第一方向上将电流驱动至所述电线圈中以启动所述燃料喷射器，并且随后在反向第二方向上将电流驱动至所述电线圈中以停用所述燃料喷射器；以及
在所述反向第二方向上将电流驱动至所述电线圈中以启动所述燃料喷射器并且随后在所述第一方向上将电流驱动至所述电线圈中以停用所述燃料喷射器。
20.根据权利要求20所述的设备，其中所述喷射器驱动器包括配置为控制所述喷射器驱动器与所述电线圈之间的电流流动的两个开关套件。
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CN113454331A (zh) * 2019-02-11 2021-09-28 利勃海尔零部件德根多夫有限公司 喷射燃料的喷射器单元和操作该喷射器单元的方法

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