具有集成驱动器的致动器.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201510229295.4

申请日:

2015.03.20

公开号:

CN104929790A

公开日:

2015.09.23

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):F02D 41/20申请日:20150320|||公开

IPC分类号:

F02D41/20; F02D41/30; F02M51/06

主分类号:

F02D41/20

申请人:

通用汽车环球科技运作有限责任公司

发明人:

T·W·内尔; C·S·纳穆杜里; S·戈帕拉克里什南; A·M·奥姆肯达

地址:

美国密执安州

优先权:

61/955953 2014.03.20 US; 14/657382 2015.03.13 US

专利代理机构:

中国专利代理(香港)有限公司72001

代理人:

陈国慧; 董均华

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内容摘要

本发明提供一种具有集成驱动器的致动器。一种用于控制电磁启动致动器的操作的设备,包括启动控制器,该启动控制器集成在致动器的连接器组件内或者集成到紧密靠近致动器的电力传输电缆中。该启动控制器包括:控制模块,其构造为生成致动器指令信号;以及致动器驱动器,其包括双向电流驱动器。致动器驱动器构造为从控制模块接收致动器指令信号,并且生成用于控制提供给致动器的电流的方向和量值的启动指令信号。

权利要求书

权利要求书
1.  一种用于控制电磁启动致动器的操作的设备,包括:
启动控制器,集成在所述致动器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述致动器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成致动器指令信号;以及
致动器驱动器,其包括双向电流驱动器,其构造为从所述控制模块接收所述致动器指令信号,并且生成用于控制提供给所述致动器的电流的方向和量值的启动指令信号。

2.  如权利要求1所述的设备,其中所述启动控制器位于靠近所述致动器的位置,这防止了所述启动控制器与所述致动器之间的电流流动受到不期望的干扰。

3.  如权利要求1所述的设备,其中所述致动器是直喷式燃料喷射器,并且所述控制模块生成的致动器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量。

4.  如权利要求1所述的设备,还包括至少一个传感器装置,其集成在所述致动器的主体内,并且电气操作性地联接到所述启动控制器,该至少一个传感器装置构造为测量所述致动器的操作期间的一个或多个参数,这些参数作为反馈提供给所述启动控制器。

5.  如权利要求4所述的设备,其中作为反馈提供给所述启动控制器的所述一个或多个参数指示所述致动器内的磁通匝连数、电压和电流中的一个。

6.  如权利要求4所述的设备,其中所述启动控制器进一步构造为基于所述致动器的反馈参数来修改所述致动器的操作。

7.  如权利要求1所述的设备,其中所述启动控制器集成在所述致动器的连接器组件内,使得电流流动能够从所述启动控制器直接行进,来控制所述致动器。

8.  如权利要求1所述的设备,其中所述启动控制器集成到紧密靠近所述致动器的电力传输电缆中,该电力传输电缆将所述启动控制器电气操作性地连接到所述致动器的连接器组件。

9.  一种用于控制电磁启动的直喷式燃料喷射器的操作的设备,包括:
启动控制器,集成在所述燃料喷射器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述燃料喷射器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成喷射器指令信号,该喷射器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量;以及
喷射器驱动器,其包括双向电流驱动器,该双向电流驱动器构造为从所述控制模块接收所述喷射器指令信号,并且生成用于控制提供给所述燃料喷射器的电流的方向和量值的启动指令信号。

10.  一种用于控制电磁启动的直喷式燃料喷射器的操作的设备,包括:
电磁燃料喷射器,其包括至少一个传感器装置,该至少一个传感器装置集成在所述燃料喷射器的主体内,并且电气操作性地联接到启动控制器,且构造为测量所述燃料喷射器的操作期间的一个或多个参数,这些参数作为反馈提供给所述启动控制器;
外部控制模块和电源,其电气操作性地联接到启动控制器,该外部控制模块和电源位于所述燃料喷射器的外部;
启动控制器,集成在所述燃料喷射器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述燃料喷射器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成喷射器指令信号,该喷射器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量;以及
喷射器驱动器,其包括双向电流驱动器,该双向电流驱动器构造为从所述控制模块接收所述喷射器指令信号,并且生成用于控制提供给所述燃料喷射器的电流的方向和量值的启动指令信号。

说明书

说明书具有集成驱动器的致动器
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.61/955,953的优先权。
技术领域
本发明涉及一种螺线管启动的致动器。
背景技术
这部分中的陈述只是提供与本发明相关的背景信息。因此,这些陈述并不意图构成承认为现有技术。
可以使用螺线管致动器来控制流体(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。燃料喷射器用于将加压燃料喷射到歧管中、进气端口中,或者直接喷射到内燃机燃烧室中。已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末端的阀,从而允许燃料流过。喷射器驱动器电路控制到电磁启动的螺线管装置的电流流动,以打开和闭合喷射器。喷射器驱动器电路可以以峰值保持控制结构或者饱和开关结构工作。
利用包括喷射器启动信号的校准对燃料喷射器进行校准,该喷射器启动信号包括喷射器打开时间、或者喷射持续时间、以及在预定或者已知燃料压力下运转的对应计量或输送的喷射燃料质量。喷射器运转可特征在于与喷射持续时间相关的每个燃料喷射事件的喷射燃料质量。喷射器特征包括计量燃料流量,其处于与高速高负载的发动机运转相关联的高流速和与发动机怠速状态相关联的低流速之间的范围上。
已知的是,将外部喷射器驱动器经由电线和/或电缆连接到燃料喷射器。这些电线具有阻降和寄生电容以及电感,其与从喷射器驱动器向燃料喷射器行进的电流干涉,从而影响了燃料喷射器的高速运转。此外,燃料喷射器内的电压和磁通测量的准确性可以作为反馈提供给外部喷射器驱动器。这些电压和磁通测量的准确性由于这些测量必须行进穿过将燃料喷射器连接到喷射器驱动器的 电线的距离,所以这些测量可能受到影响。
发明内容
一种用于控制电磁启动致动器的操作的设备,包括启动控制器,该启动控制器集成在致动器的连接器组件内或者集成到紧密靠近致动器的电力传输电缆中。该启动控制器包括:控制模块,其构造为生成致动器指令信号;以及致动器驱动器,其包括双向电流驱动器。致动器驱动器构造为从控制模块接收致动器指令信号,并且生成用于控制提供给致动器的电流的方向和量值的启动指令信号。
1.一种用于控制电磁启动致动器的操作的设备,包括:
启动控制器,集成在所述致动器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述致动器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成致动器指令信号;以及
致动器驱动器,其包括双向电流驱动器,其构造为从所述控制模块接收所述致动器指令信号,并且生成用于控制提供给所述致动器的电流的方向和量值的启动指令信号。
2.如方案1所述的设备,其中所述启动控制器位于靠近所述致动器的位置,这防止了所述启动控制器与所述致动器之间的电流流动受到不期望的干扰。
3.如方案1所述的设备,其中所述致动器是直喷式燃料喷射器,并且所述控制模块生成的致动器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量。
4.如方案1所述的设备,还包括至少一个传感器装置,其集成在所述致动器的主体内,并且电气操作性地联接到所述启动控制器,该至少一个传感器装置构造为测量所述致动器的操作期间的一个或多个参数,这些参数作为反馈提供给所述启动控制器。
5.如方案4所述的设备,其中作为反馈提供给所述启动控制器的所述一个或多个参数指示所述致动器内的磁通匝连数、电压和电流中的一个。
6.如方案4所述的设备,其中所述启动控制器进一步构造为基于所述致动器的反馈参数来修改所述致动器的操作。
7.如方案1所述的设备,其中所述启动控制器集成在所述致动器的连接器组件内,使得电流流动能够从所述启动控制器直接行进,来控制所述致动器。
8.如方案1所述的设备,其中所述启动控制器集成到紧密靠近所述致动器的电力传输电缆中,该电力传输电缆将所述启动控制器电气操作性地连接到所述致动器的连接器组件。
9.如方案8所述的设备,其中所述启动控制器由第二电力传输电缆电气操作性地连接到外部控制模块和外部电源。
10.如方案8所述的设备,其中所述启动控制器电气操作性地连接到升压转换器,该升压转换器电气操作性地连接到外部控制模块和外部电源。
11.如方案1所述的设备,其中所述致动器驱动器包括两个开关组,其构造为基于由所述控制模块确定的开关状态来控制所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流流动。
12.一种用于控制电磁启动的直喷式燃料喷射器的操作的设备,包括:
启动控制器,集成在所述燃料喷射器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述燃料喷射器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成喷射器指令信号,该喷射器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量;以及
喷射器驱动器,其包括双向电流驱动器,该双向电流驱动器构造为从所述控制模块接收所述喷射器指令信号,并且生成用于控制提供给所述燃料喷射器的电流的方向和量值的启动指令信号。
13.如方案12所述的设备,其中所述启动控制器位于靠近所述燃料喷射器的位置,这防止了所述启动控制器和所述燃料喷射器之间的电流流动受到不期望的干扰。
14.如方案12所述的设备,还包括至少一个传感器装置,该至少一个传感器装置集成在所述燃料喷射器的主体内,并且电气操作性地联接到所述启动控制器,该至少一个传感器装置构造为测量所述燃料喷射器的操作期间的一个或多个参数,这些参数作为反馈提供给所述启动控制器。
15.如方案14所述的设备,其中作为反馈提供给所述启动控制器的所述一个或多个参数指示所述燃料喷射器内的磁通匝连数、电压和电流中的一个。
16.如方案14所述的设备,其中所述启动控制器进一步构造为基于所述燃料喷射器的反馈参数来修改所述燃料喷射器的操作。
17.如方案12所述的设备,其中所述启动控制器集成在所述燃料喷射器的 连接器组件内,使得电流流动能够从所述启动控制器直接行进,来控制所述燃料喷射器。
18.如方案12所述的设备,其中所述启动控制器集成到紧密靠近所述燃料喷射器的电力传输电缆中,该电力传输电缆将所述启动控制器的输出端电气操作性地连接到所述致动器的连接器组件,并且将所述启动控制器的输入端电气操作性地连接到外部控制模块和外部电源。
19.如方案12所述的设备,其中所述致动器驱动器包括两个开关组,其构造为基于由所述控制模块确定的开关状态来控制所述致动器驱动器和所述致动器之间的电流流动。
20.一种用于控制电磁启动的直喷式燃料喷射器的操作的设备,包括:
电磁燃料喷射器,其包括至少一个传感器装置,该至少一个传感器装置集成在所述燃料喷射器的主体内,并且电气操作性地联接到启动控制器,且构造为测量所述燃料喷射器的操作期间的一个或多个参数,这些参数作为反馈提供给所述启动控制器;
外部控制模块和电源,其电气操作性地联接到启动控制器,该外部控制模块和电源位于所述燃料喷射器的外部;
启动控制器,集成在所述燃料喷射器的连接器组件内或者集成到紧密靠近所述燃料喷射器的电力传输电缆中,该启动控制器包括:
控制模块,其构造为生成喷射器指令信号,该喷射器指令信号包括待由所述燃料喷射器输送到内燃机燃烧室的期望喷射燃料质量;以及
喷射器驱动器,其包括双向电流驱动器,该双向电流驱动器构造为从所述控制模块接收所述喷射器指令信号,并且生成用于控制提供给所述燃料喷射器的电流的方向和量值的启动指令信号。
附图说明
现在将以示例的方式参考附图来描述一个或者多个实施例,在附图中:
图1图示了根据本发明的燃料喷射器和启动控制器的示意性剖面图;
图2图示了根据本发明的将示例性燃料喷射器和示例性喷射器驱动器电气操作性地连接的电缆的非限制性示例的示意性剖视图;
图3-1到图3-3图示了根据本发明的用于控制集成到燃料喷射器的连接器组件内的燃料喷射器的操作的喷射器驱动器的示例性实施例;以及
图4图示了根据本发明的集成到电力传输电缆中的喷射器驱动器的示意性实施例,该电力传输电缆将外部喷射器驱动器电气操作性地连接到燃料喷射器的连接器组件用于控制其操作。
具体实施方式
本公开描述了关于对线性运动燃料喷射器的示例性应用的当前要求保护的主题的构思。然而,所要求保护的主题更广泛地适用于采用电绕组的任何线性或者非线性电磁致动器,该电绕组用于在磁芯内感应磁场,从而产生作用在可动衔铁上的吸引力。典型的示例包括流体控制螺线管、在内燃机上采用的汽油或者柴油或者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,其中附图仅仅是为了图示某些示例性实施例,而并不是为了限制本发明,图1示意性地图示了电磁启动直喷式燃料喷射器10的一种非限制的示例性实施例。虽然在图示的实施例中描绘了电磁启动的直喷式燃料喷射器,但是同样适用于端口喷射式燃料喷射器。燃料喷射器10构造为将燃料直接喷射到内燃机的燃烧室100中。启动控制器80电气操作性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。在图示的实施例中,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电气操作性地连接到喷射器驱动器50,该喷射器驱动器50电气操作性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可以是构造为如本文中描述的那样运转的任何适当的装置。在图示的实施例中,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10的连接组件36内。在另一个实施例中,启动控制器80的一个或多个部件集成在燃料喷射器10的主体12内。在又一个实施例中,启动控制器80的一个或多个部件处于燃料喷射器10的外部并且紧密靠近燃料喷射器10,而且经由一根或多根电缆和/或电线电气操作性地连接到连接组件36。术语″电缆″和″电线″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、控制部、控制器、控制单元、处理器以及类似的术语表示以下部件中的一个或多个的任意一种或者各种组合: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者例行程序的中央处理器(优选微处理器)及相关联的内存和存储器(只读存储器、可编程只读存储器、随机存取存储器、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 及缓冲电路、以及提供所述功能的其它部件。软件、固件、程序、指令、例行程序、代码、算法以及类似的术语表示包括校准和查找表在内的任何指令集。控制模块具有一组控制例行程序,通过执行这组例行程序来提供期望的功能。例行程序例如由中央处理器执行,并且可操作来监测来自感测装置和其它联网控制模块的输入,并执行控制和诊断例行程序而控制致动器的操作。在正在进行的发动机和车辆运转期间,可以以定期间隔(例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒)来执行例行程序。替代地,可以响应于事件的发生来执行例行程序。
通常,衔铁可控制到致动位置和静止或休止位置中的一个。燃料喷射器10可以是任何适当的离散燃料喷射装置,其可控制到打开(致动)位置和闭合(静止或休止)位置中的一个。在一个实施例中,燃料喷射器10包括限定纵向轴线101的圆柱形中空主体12。燃料进口15位于主体12的第一端14,并且燃料喷嘴28位于主体12的第二端16。燃料进口15流体地联接到高压燃料管线30,高压燃料管线30流体地联接到高压喷射泵。在主体12中包含阀组件18,并且阀组件18包括针阀20、弹簧启动的立轴22和衔铁部分21。针阀20干涉地落位在燃料喷嘴28中,以控制流过该处的燃料流量。虽然图示的实施例描绘了三角形状的针阀20,但是其他实施例可以采用球。在一个实施例中,衔铁部分21固定地联接到立轴22,并且构造为与立轴22和针阀20作为整体分别向第一和第二方向81、82线性地平移。在另一个实施例中,衔铁部分21可以可滑动地联接到立轴22。例如,衔铁部分21可以向第一方向81滑动,直到由于固定地附接到立轴22的立轴止挡件而停止。同样,衔铁部分21可以独立于立轴22向第二方向82滑动,直到接触固定地附接到立轴22的立轴止挡件。在与固定附接到立轴22的立轴止挡件接触时,衔铁部分21的力使得立轴22向第二方向82与衔铁部分21一起被推动。衔铁部分21可以包括隆起,以与燃料喷射器10内的各止挡件接合。
环形电磁铁组件24包括电绕组和磁芯,并且构造为磁力地接合阀组件的衔铁部分21。电绕组和磁芯组件24为了图示的目的而描绘为处于燃料喷射器的主体的外部;然而,在此的实施例关注,电绕组和磁芯组件24与燃料喷射器10为一体或者集成到燃料喷射器10内。电绕组缠绕到磁芯上,并且包括用于从喷射器驱动器50接收电流的终端。下面,″电绕组和磁芯组件″将简单地称为″电绕组24″。当将电绕组24停用和断电时,弹簧26将包括针阀20的阀组件18沿着 第一方向81朝向燃料喷嘴28推动,以闭合针阀20并且防止燃料流过针阀20。当将电绕组24启动和通电时,电磁力(下面称为″磁力″)作用在衔铁部分21上,以克服由弹簧26所施加的弹簧力,并且向第二方向82推动阀组件18,从而将针阀20移动远离该燃料喷嘴28,并且允许阀组件18内的加压燃料流流经燃料喷嘴28。燃料喷射器10可以包括止挡件29,其与阀组件18相互作用,以当其被推动而打开时停止阀组件18的平移。在一个实施例中,压力传感器32构造为获得靠近燃料喷射器10的高压燃料管线30中的燃料压力34,优选地处于燃料喷射器10的上游。在另一个实施例中,压力传感器可以集成在燃料喷射器的进口15内,代替燃料管线30中的压力传感器32,或者与该压力传感器相结合。图1的图示实施例中的燃料喷射器10不限于在此描述的特征的空间和几何结构,并且可以包括另外的特征和/或本领域中已知的其他空间和几何结构,用于在打开和闭合位置之间操作燃料喷射器10,从而控制到发动机100的燃料输送。
控制模块60生成控制喷射器驱动器50的喷射器指令信号52,该喷射器指令信号52将燃料喷射器10启动到打开位置,用于影响燃料喷射事件。在图示的实施例中,控制模块60与一个或者多个外部控制模块通信,例如发动机控制模块(ECM)5;然而,在其他实施例中控制模块60可以与ECM为一体。喷射器指令信号52与在燃料喷射事件期间待由燃料喷射器10输送的燃料期望质量相互关联。相似地,喷射器指令信号52可以与在燃料喷射事件期间待由燃料喷射器10输送的期望燃料流速相互关联。当在本文中使用时,术语″期望喷射燃料质量″指的是待由燃料喷射器10输送到发动机的燃料的期望质量。当在本文中使用时,术语″期望燃料流速″指的是燃料待由燃料喷射器10输送到发动机的用于实现燃料的期望质量的速度。期望的喷射燃料质量可以基于输入到控制模块60或者ECM5的一个或多个监测到的输入参数51。该一个或多个监测到的输入参数51可以包括但并不限于操作者扭矩请求、歧管绝对压力(MAP)、发动机速度、发动机温度、燃料温度以及通过已知方法获得的环境温度。喷射器驱动器50响应于喷射器指令信号52而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控制到电绕组24的电流流动,以响应于喷射器指令信号52而产生电磁力。电源40提供用于喷射器驱动器50的直流电源。在一些实施例中,直流电源提供低压例如12V,并且可以利用升压转换器来输出 供应至喷射器驱动器50的高压,例如24V到200V。当使用喷射器启动信号75启动时,由电绕组24产生的电磁力向第二方向82推动衔铁部分21。当向第二方向82推动衔铁部分21时,结果使得将阀组件18向第二方向82推动或平移到打开位置,从而允许加压燃料流经阀组件18。喷射器驱动器50通过任何适当的方法控制到电绕组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构造为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。在对于给定的发动机循环采用多个连续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,其包括初始峰值引入电流和次级保持电流。初始峰值引入电流特征在于稳态斜坡,直到实现峰值电流,该峰值电流可以如本文所述的那样来选择。初始峰值引入电流产生作用在阀组件18的衔铁部分21上的电磁力,以克服弹簧力,并且将阀组件18向第二方向82推动到打开位置,从而启动加压燃料经过燃料喷嘴28的流动。当达到初始峰值引入电流时,喷射器驱动器50将电绕组24中的电流减小到次级保持电流。次级保持电流特征在于小于初始峰值引入电流的大致稳态电流。次级保持电流是由喷射器驱动器50控制的电流电平,以将阀组件18保持在打开位置,从而使得加压燃料继续流过燃料喷嘴28。次级保持电流优选地由最低电流电平指示。喷射器驱动器50构造为双向电流驱动器,其能够提供用于从电绕组24引出电流的负的电流流动。当在本文中使用时,术语″负的电流流动″指的是用于对电绕组通电的电流流动被反向的方向。因此,术语″负的电流流动″和″反向的电流流动″在本文中可互换地使用。
此处的实施例关注控制用于在发动机循环期间紧密地间隔开的多个燃料喷射事件的燃料喷射器。当在本文中使用时,术语″紧密地间隔开″指的是每个连续燃料喷射事件之间的停留事件小于预定的停留事件阈值。当在本文中使用时,术语″停留时间″指的是每个连续成对的燃料喷射事件的用于第一燃料喷射事件(致动器事件)的喷射结束与用于对应第二燃料喷射事件(致动器事件)的喷射开始之间的时间段。停留时间阈值可以选择为限定一时间段,以便小于停留时间阈值的停留时间指示产生了对于每个燃料喷射事件输送的喷射燃料质量的量值方面的不稳定性和/或偏差。喷射燃料质量的量值方面的不稳定性和/或偏差可 以响应于次级磁效应的存在。次级磁效应包括稳定的涡流、燃料喷射器内的磁滞以及基于以上的剩余磁通。存在稳定的涡流和磁滞是因为,紧密间隔开的燃料喷射事件之间的初始磁通值的过渡。因此,停留时间阈值并不由任何固定值限定,并且其选择可以基于但并不限于燃料温度、燃料喷射器温度、燃料喷射器类型、燃料压力和例如燃料类型和混合燃料等燃料特性。当在本文中使用时,术语″磁通″指的是指示由电绕组24产生并且穿过衔铁部分的整个磁场的磁通量。因为电绕组24的匝数与磁芯中的磁通量相关,该磁通因此可以等同于磁通匝连数。磁通匝连数基于穿过衔铁部分的磁通密度、邻近气隙的衔铁部分的表面积以及绕组24的匝数。因此,术语″磁通″、″磁通量″和″磁通匝连数″将在此可互换地使用,除非另有说明。
对于不是紧密间隔开的燃料喷射事件,因为连续对的第一燃料喷射事件对于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,所以对于每个燃料喷射事件可以采用独立于停留时间的固定电流波形。然而,当第一和第二燃料喷射事件紧密间隔开并且采用固定的电流波形时,第一燃料喷射事件可能倾向于影响第二燃料喷射事件和/或进一步后续的燃料喷射事件的输送喷射燃料质量。在燃料喷射事件受到了发动机循环的一个或多个先前燃料喷射事件影响的任何时候,对应燃料喷射事件的各自的输送喷射燃料质量可导致多个发动机循环过程中的不可接受的重复性,并且连续的燃料喷射事件被认为是紧密间隔开的。更一般而言,任何以下所述的连续的致动器事件被认为是紧密间隔开的,其中来自之前致动器事件的剩余磁通相对于标准的例如相对于不存在剩余磁通时的性能而言影响了后续的致动器事件的性能。
示例性实施例进一步关注将一个或多个反馈信号42从燃料喷射器10提供到启动控制器80。下面将更详细地讨论,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,来获得电绕组24的磁通匝连数、电绕组24的电压以及流过电绕组24的电流。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流动路径上,来测量提供给电绕组24的电流,或者电流传感器可以集成在电流流动路径上的燃料喷射器10内。经由一个或多个反馈信号42提供的燃料喷射器参数可以包括由集成在燃料喷射器10内的对应传感器装置直接测量的磁通匝连数、电压和电流。附加地或替代地,燃料喷射器参数可以包括一些替代物,其经由一个或多个反馈信号42提供给控制模块60--或者由 控制模块60使用,以估算燃料喷射器10内的磁通匝连数、磁通量、电压和电流。通过将电绕组24的磁通匝连数、电绕组24的电压和电流的反馈提供给电绕组24,控制模块60对于多个连续喷射事件可以有利地修改对燃料喷射器10的启动信号75。将理解的是,在没有任何有关产生影响衔铁部分21的运动的磁通匝连数(例如磁通量)的分量的信息的情况下,由开环操作控制的传统燃料喷射器仅仅是基于从查找表获得的期望电流波形的。结果,仅仅考虑了用于控制燃料喷射器的电流流动的传统前馈燃料喷射器在紧密间隔开的连续燃料喷射事件中容易不稳定。
图2图示了电缆的非限制性示例的示意性剖面图,该电缆电气操作性地连接示例性燃料喷射器和示例性喷射器驱动器。电缆275是可操作的,以输送电力和电信号。示例性燃料喷射器210包括具有一个或多个电连接器的连接器组件236,其构造为将电缆275的第一端电气操作性地联接到燃料喷射器210。喷射器驱动器250可以包括一个或多个电连接器,其构造为将电缆275的第二端电气操作性地联接到喷射器驱动器250。沿着电缆275的第一流动路径252,可以从喷射器驱动器250的高压直流电源提供电流流动,用于对燃料喷射器10的电磁线圈通电,从而启动燃料喷射事件。第二流动路径254提供用于来自电磁线圈的电流的返回路径。喷射器驱动器250可以构造为单向或双向电流驱动器。图示了指示电缆275内所产生的电流流动的电流回路256。此外,可以将燃料喷射器210内的燃料喷射器参数作为反馈经由电缆275提供到喷射器驱动器250,其中喷射器驱动器包括控制模块,例如用于接收反馈燃料喷射器参数的处理装置。燃料喷射器参数可以指示由集成在燃料喷射器210内的一个或多个感测装置直接测量到的磁通匝连数、电压和电流,或者燃料喷射器参数可以指示由喷射器驱动器250使用的代替物,用于估算燃料喷射器210内的磁通匝连数、电压以及电流。
在图2的图示非限制性示例中,电流量和反馈燃料喷射器参数必须行进电缆275的较长距离,该电缆电气操作性地将外部燃料喷射器驱动器250与燃料喷射器210联接。外部燃料喷射器250可以包装在车辆内,靠近发动机控制模块或者与发动机控制模块成为一体。因此,在指示从喷射器驱动器250提供的电压的变化的燃料喷射器210的高速运转期间,电缆275操作为电力输送线路,其产生了电缆275内的不期望的干扰。当在本文中使用时,术语″电缆内的不期 望的干扰″包括影响提供给燃料喷射器210的电流流动以及提供给喷射器驱动器250的反馈燃料喷射器参数的准确性两者的电缆275内的电干扰和电磁干扰。电干扰可以包括分别沿着第一和第二流动路径252、254的寄生电感262、阻降264和寄生电容266。电干扰可以还包括燃料喷射器210和喷射器驱动器250的电连接器处的连接器干扰。电磁干扰可以包括磁耦合的存在,表示为电缆275内的磁通量268,这是由于电流回路256的高频电流的存在而产生的。磁干扰例如磁通量268指示磁耦合。因此,当采用较长的电缆275来将燃料喷射器210电气操作性地连接到图2的外部喷射器驱动器250时,固有地认识到缺陷。
此处的实施例关注将喷射器驱动器集成到燃料喷射器的连接器组件中,以消除对于电缆的需要,该电缆将燃料喷射器电气操作性地连接到外部喷射器驱动器,从而在它们之间提供电流量及反馈燃料喷射器参数。实施例进一步关注将外部喷射器驱动器紧密靠近燃料喷射器地定位,其中外部喷射器驱动器集成到电力传输电缆中,该电缆将外部喷射器驱动器电气操作性地连接到燃料喷射器,用来控制其操作。如将变得明显的那样,消除了对于电缆的需要或者极大地减小了燃料喷射器与喷射器驱动器之间的电缆距离,消除或者减少了上述不期望的电干扰和电磁干扰,而这些干扰是在需要较长电缆来电气操作性地连接燃料喷射器和外部喷射器时所固有的,正如以上在图2的非限制性示例中所描述的那样。
图3-1到图3-3图示了喷射器驱动器的示例性实施例,该喷射器驱动器集成在燃料喷射器的连接器组件内,用来控制其操作。图3-1图示了燃料喷射器310、连接器组件336和启动控制器380。电源340经由电力传输电缆375将直流电源提供给启动控制器380。电力传输电缆375还包括在启动控制器380与ECM305之间提供信号通信的信号线。将认识到,可以使用附加的电力传输电缆来将其他启动控制器和燃料喷射器中的各一个电气操作性地联接到电源340和ECM305。图3-1的图示实施例中的燃料喷射器310、启动控制器380、电源340和ECM305对应于具有以上参考图1描述的相同附图标记的相同特征。因此,将参考图1描述图3-1到图3-3。在图示的实施例中,启动控制器380直接集成在连接器组件336内,使得电流能够从启动控制器380直接行进,用来控制燃料喷射器310的操作,而不会受到将电力驱动器电连接到燃料喷射器的长电缆所固有的电干扰和电磁干扰,如上面在图2的非限制性示例中所描述的那 样。
图3-2图示了集成到图3-1的连接器组件336中的启动控制器380。将理解的是,虽然启动控制器380集成到连接器组件336中,但是ECM305和电源340处于连接器组件336的外部。启动控制器380仅仅与燃料喷射器10相关。在采用超过一个燃料喷射器的发动机中,单独的启动控制器集成到用于每个燃料喷射器的连接器组件中。启动控制器380包括控制模块360和喷射器驱动器350。信号流动路径362提供控制模块360与喷射器驱动器350之间的通信。例如,信号流动路径362提供控制喷射器驱动器350的喷射器指令信号(例如图1的指令信号52),其启动燃料喷射器310以实现燃料喷射事件。控制模块360还经由启动控制器380内的信号流动路径364与外部ECM305通信,启动控制器380与电力传输电缆375电气通信。例如,信号流动路径364可以从ECM305将监测到的输入参数(例如图1的监测到的输入参数51)提供给控制模块360,用来生成喷射器指令信号。在一些实施例中,信号流动路径364可以将反馈燃料喷射器参数(例如图1的反馈信号42)提供给ECM305。
喷射器驱动器350从电源340经由电力传输电缆375和电力供应流动路径366接收直流电力。在一个实施例中,电源340是高电压电源。使用接收到的直流电力,喷射器驱动器可以根据来自控制模块360的喷射器指令信号而生成喷射器启动信号(例如,图1的喷射器启动信号75)。
喷射器驱动器350构造为通过生成适当的喷射器启动信号来控制燃料喷射器10的启动,这些启动信号由喷射器电缆75来传递。在图示的实施例中,喷射器驱动器350是双向电流驱动器,其响应于各个喷射器启动信号,经由第一电流流动路径352和第二电流流动路径354,向燃料喷射器310内的电磁绕组324提供正负驱动电流。电流流动路径352和354形成了闭环;也就是说,流入到第一电流流动路径352中的正电流导致了在流动路径354中相等且相反(负)的电流,反之亦然。信号流动路径371可以将第一电流流动路径352的电压提供给控制模块360,并且信号流动路径373可以将第二电流流动路径354的电压提供给控制模块360。在一个实施例中,喷射器驱动器350采用开环操作来控制燃料喷射器310的启动,其中喷射器启动信号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350采用闭环操作来控制燃料喷射器310的启动,其中喷射器启动信号是基于作为反馈经由信号流动路径371和373提供给 控制模块360的燃料喷射器参数的。可以经由信号流动路径356向控制模块360提供测量到的流到绕组324的电流量。在图示的实施例中,所监测的电流可以从第二电流流动路径354上的电流传感器获得。燃料喷射器参数可以包括燃料喷射器310内的磁通匝连数、电压和电流值,或者燃料喷射器参数可以包括替代物,其由控制模块360使用来估算燃料喷射器310内的磁通匝连数、电压和电流。
在一些实施例中,喷射器驱动器50、350构造用于全四象限操作。图3-3图示了图3-2的喷射器驱动器350的示例性实施例,其采用了两个开关组370和372,来控制在喷射器驱动器350与电绕组324之间提供的电流流动。在图示的实施例中,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可以是固态开关,并且可以包括硅(Si)或宽带隙(WBG)的半导体开关,使得能够在高温下高速切换。喷射器驱动器350的四象限操作基于由控制模块360确定的对应开关状态,控制流入和流出电绕组324的电流流动方向。控制模块360可以确定正开关状态、负开关状态以及零开关状态,并且基于所确定的开关状态而在打开和闭合位置指示第一和第二开关组370和372。在正开关状态下,第一开关组370的开关装置370-1和370-2被指示到闭合位置,而第二开关组372的开关装置372-1和372-2被指示到打开位置,以控制正的电流流入到第一电流流动路径352中并从第二电流流动路径354流出。可以使用脉宽调制对这些开关装置进一步进行调制,以控制电流的量值。在负开关状态下,第一开关组370的开关装置370-1和370-2被指示到打开位置,而第二开关组372的开关装置372-2和372-2被指示到闭合位置,以控制负的电流流入到第二电流流动路径354中并从第一电流流动路径352中流出。可以使用脉宽调制对这些开关装置进一步进行调制,以控制电流的量值。在零开关状态下,全部开关装置370-1、370-2、372-1、372-2被指示到打开位置,以控制没有电流流入或者流出电磁组件。因而可以实现流经绕组24的电流的双向控制。
在一些实施例中,在释放了次级保持电流之后,在足够的持续时间施加沿着相反方向流经电绕组324的负电流,从而减少燃料喷射器310内的剩余磁通。在其他实施例中,在释放了次级保持电流之后,但是附加地仅在燃料喷射器已经闭合或者致动器已经返回至其静止或者休止位置之后,施加负电流。而且, 附加的实施例可以包括在打开位置和闭合位置之间交替地切换的开关组370和372,以使到绕组324的电流流动的方向交替,包括脉宽调制控制以实现电流流动情况。两个开关组370和372的使用通过减少电绕组324内的涡流和磁滞的存在,而允许在发动机事件期间对于多个连续的燃料喷射事件,精确地控制施加到电绕组324的电流流动路径352和354的电流流动方向和量值。
图4图示了喷射器驱动器的示例性实施例,该喷射器驱动器集成到电力传输电缆中,该电缆将外部喷射器驱动器电气操作性地连接到燃料喷射器的连接器组件,用于控制其操作。电力传输电缆475将电源440电气操作性地连接到升压转换器445,将升压转换器445电气操作性地连接到启动控制器480,并且将启动控制器480电气操作性地连接到燃料喷射器410的连接器组件436。图4的图示实施例中的燃料喷射器410、启动控制器480、电源440、电力传输电缆475以及ECM405对应于以上参考图1描述的具有类似附图标记的类似特征。因此,将参考图1描述图4。在图示的实施例中,启动控制器480集成到电力传输电缆475中,其与燃料喷射器410的连接器组件436同轴并且紧密靠近。因此,电流流动可以从启动控制器480的电力驱动器450经由电力传输电缆475移动较短距离,来控制燃料喷射器410的操作,而不会受到将电力驱动器电连接到燃料喷射器的长电缆所固有的电干扰和电磁干扰,正如上面在图2的非限制性示例中所描述的那样。
在图示的实施例中,升压转换器445包括直流-直流变换器,其可操作以增加来自电源440的输入源电压442。升压转换器445由此输出了提供给启动控制器480的增加的电压446,其中从升压转换器445输出的增加的电压446包括比由电源440提供的输入源电压442更大的电压量值。在一个实施例中,电源是12V储能装置。因此,升压转换器445实现了高压,例如24V到200V,以供应到启动控制器480,来启动燃料喷射器410。将理解的是,来自升压转换器445的输出电流必须从输入到升压转换器455的源电流减小,从而保存电能。升压转换器445可以包括至少两个半导体开关,例如二极管和晶体管、电容器和导体。由电容器(有时和电感器结合)制成的过滤器通常附加到升压转换器445的输出,来减少输出电压波动。在一个实施例中,晶体管是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
图4的启动控制器480的操作基本上与图3-1和图3-2的启动控制器380 相同,其中类似的附图标记表示类似的特征。因此,将不再详细描述图4的启动控制器480的与图3-1和图3-2的启动控制器380的操作相似的操作。使用来自升压转换器445的高压446,喷射器驱动器450可以基于来自控制模块460的喷射器指令信号(例如图1的喷射器指令信号52)来生成喷射器启动信号(例如图1的喷射器启动信号75)。
在图示的实施例中,喷射器驱动器450是双向电流驱动器,其响应于相应的喷射器启动信号,经由第一电流流动路径452和第二电流流动路径454,将所控制的电流流动提供至燃料喷射器410内的电磁线圈。
在图示的实施例中,喷射器驱动器450包括至少两个开关装置,其构造成分别允许或限制经由第一和第二电流流动路径452、454的电流流动、以及经由电力传输电缆475的燃料喷射器410。在一个实施例中,喷射器驱动器450内的开关装置是固态开关,并且可以包括硅(Si)或宽带隙(WBG)的半导体开关。基于来自控制模块460的喷射器指令信号以及对应的喷射器启动信号,喷射器驱动器450可以在打开位置和闭合位置之间指示这些开关装置。在一些实施例中,在喷射事件之后,在足够的持续时间施加用于从电磁线圈引出电流的负电流,用来减少燃料喷射器内的剩余磁通。喷射器驱动器450的至少两个开关装置的使用通过减少由燃料喷射器410的电磁线圈内的持续涡流和磁滞所导致的剩余磁通的存在,而允许在发动机事件期间对于多个连续燃料喷射事件,精确地控制施加到电磁线圈424的电流流动。在一些实施例中,喷射器驱动器450构造成用于全四象限操作,其中至少两个开关装置包括两个开关组,从而以类似于以上参考图3-3描述的喷射器驱动器350的方式,控制在喷射器驱动器450和电绕组424之间提供的电流流动。
本发明已经描述了某些优选实施例及其修改。其他人在阅读并理解本说明书时,可能想到进一步的修改和变更。因此,旨在本发明不局限于作为用于实施本发明而设想的最佳方式所公开的具体实施例,而是本发明将包括落在所附权利要求范围内的所有实施例。

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本发明提供一种具有集成驱动器的致动器。一种用于控制电磁启动致动器的操作的设备,包括启动控制器,该启动控制器集成在致动器的连接器组件内或者集成到紧密靠近致动器的电力传输电缆中。该启动控制器包括:控制模块,其构造为生成致动器指令信号;以及致动器驱动器,其包括双向电流驱动器。致动器驱动器构造为从控制模块接收致动器指令信号,并且生成用于控制提供给致动器的电流的方向和量值的启动指令信号。。

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