用于燃料喷射控制的方法和装置与流程

本公开涉及机动交通工具中的致动器控制，并且特别地但非排他地涉及控制交通工具的电磁阀致动器(例如，内燃发动机的燃料喷射器)的方法。本公开涉及用于机动交通工具的致动器控制，该机动交通工具诸如机动车(例如，汽车、货车、卡车、摩托车等)、工业或农业车辆(例如，拖拉机、叉车、推土机、挖掘机等)、船舶、飞行器或任何其他类型的交通工具。

背景技术：

电磁阀通常在汽车工程领域中用作致动器。在一个特定示例中，电磁阀用于致动内燃发动机中的燃料喷射器以将燃料喷射到汽缸中。此类电磁阀的运转可称为“峰值保持”；初始的“峰值”电流用于快速启动电磁阀，而较低的“保持”电流用于将电磁阀维持在其启动位置。电磁阀需要高电流来运转，并且在现代数字系统中，脉冲宽度调制(pwm)用于向电磁阀提供适当的电流。可以通过调节占空比接通/断开比和开关频率来改变电流。

有一种趋势是在电磁阀致动器中使用较高电流，使得它们能够提供更大的力，例如，使得能够在喷射器中利用较高的燃料压力，以更好地控制发动机排放。然而，这些高电流会导致控制电磁阀的开关部件的损耗和散热。

应当理解，在用于机动车应用的电磁阀致动器控制的领域中期望改进。

技术实现要素：

根据本公开的第一方面，提供了一种在致动循环期间控制机动交通工具的峰值保持电磁阀致动器的方法，其包括：在致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为电磁阀致动器提供动力；在致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于第一开关频率的第二开关频率为电磁阀致动器提供动力；以及在致动循环的第三阶段期间，使用脉冲宽度调制以第三开关频率为电磁阀致动器提供动力。

根据本公开的第二方面，提供了一种机动峰值保持电磁阀致动装置，其包括：电磁阀致动器，其被配置为通过致动循环来致动机动交通工具内的部件；以及控制器，其被配置为使用脉冲宽度调制来控制致动器，其中该控制器被配置为：在致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为电磁阀致动器提供动力；在致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于第一开关频率的第二开关频率为电磁阀致动器提供动力；以及在致动循环的第三阶段期间，使用脉冲宽度调制以第三开关频率为电磁阀致动器提供动力。

根据本公开的第三方面，提供了一种燃料喷射装置，其包括根据上述第二方面的峰值保持电磁阀致动装置，其中电磁阀致动器是燃料喷射器。

根据本公开的第四方面，提供了一种内燃发动机，其包括根据上述第三方面的燃料喷射装置。

根据本公开的第五方面，提供了一种机动交通工具，其包括根据上述第四方面的内燃发动机。

根据本公开的第六方面，提供了一种存储程序的非暂时性计算机可读介质，该程序使控制器执行峰值保持电磁阀致动器的致动循环，该程序包括：在致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为电磁阀致动器提供动力；在致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于第一开关频率的第二开关频率为电磁阀致动器提供动力；以及使用脉冲宽度调制为电磁阀致动器提供动力。

第三开关频率可以高于第二开关频率。

第三开关频率可以与第一开关频率相同、低于第一开关频率或高于第一开关频率。

致动循环的第一阶段可以是启动阶段，在该阶段期间致动器从不活跃位置移动到活跃位置。在一些示例中，诸如在致动器是燃料喷射器或阀的情况下，第一阶段可以是喷射器或阀被打开的打开阶段。

致动循环的第二阶段可以是保持阶段，在该阶段期间致动器被维持在活跃位置。在一些示例中，诸如在致动器是燃料喷射器或阀的情况下，第二阶段可以是喷射器或阀维持打开的保持阶段。

致动循环的第三阶段可以是预停用阶段，此后，致动器从活跃位置移动到不活跃位置。在一些示例中，诸如在致动器是燃料喷射器或阀的情况下，第三阶段可以是预关闭阶段，此后，喷射器或阀被关闭。

在致动循环的保持阶段期间，可以将施加到致动器的第二开关频率和/或有效电流减小到将致动器保持在活跃位置所需的最小值。应当理解，对于不同的致动器，这些最小值将是不同的，但是可以向本领域技术人员告知用于所讨论的致动器的最小频率/电流。

上面提到的本公开的各方面可以用于在致动循环的第二阶段期间减少电磁阀致动器的功耗的目的。

致动器可以是燃料喷射器，并且致动循环可以是燃料喷射循环。

在致动循环的第一阶段期间，可以以第一有效电流为致动器提供动力。

在致动循环的第二阶段期间，可以以低于第一有效电流的第二有效电流为致动器提供动力。

在致动循环的第三阶段期间，可以以第三有效电流为致动器提供动力。

第三有效电流可以大于第二有效电流。

第三有效电流可以与第二有效电流相同、低于第二有效电流或高于第二有效电流。第三阶段可能需要对电流进行更严格的控制，使得当电流停止时，衰减时间和电磁阀的打开更一致。如果将电流调到足以保持电磁阀启动的最低水平，则电磁阀动作可能更快。减小的纹波使得电磁阀关闭时间更一致。如果纹波较大(按照第二阶段)，则关掉时的确切电流水平将是可变的，从而导致电磁阀打开时间的变化。

在一些示例中，可以在就在第三阶段之前的第二阶段的结束部分期间使用脉冲宽度调制以高于第二开关频率的第四开关频率为电磁阀致动器提供动力。换句话说，可以在第三阶段开始之前不久在第二阶段结束时提高开关频率。这可以改善第三阶段开始时的响应时间，其可以提供更严密、更准确的第三阶段控制。

第四开关频率可以与第一开关频率、第二开关频率和/或第三开关频率相同，或者可以高于或低于第一开关频率、第二开关频率和/或第三开关频率。

在第三阶段之后，施加到电磁阀致动器的电流可以被去除或减小到低于致动器的启动电流阈值，使得致动器从活跃位置移动到不活跃位置。这可以被称为正在关闭或关闭阶段(即，第三阶段之后的致动循环的进一步的第四阶段)。

为了避免说明书中不必要的重复工作和反复文本，可以仅关于本发明的一个或若干个方面或实施例来描述某些特征。然而，应当理解，在技术上可行的情况下，关于本发明的任何方面或实施例描述的特征也可以与本发明的任何其他方面或实施例一起使用。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且为了更清楚地显示本发明如何实现，现在将以举例的方式参考附图，在附图中：

图1是具有内燃发动机的示例性交通工具；

图2是包括燃料喷射器的示例性内燃发动机；以及

图3是表示在燃料喷射循环期间控制内燃发动机的燃料喷射器的示例性方法的图表。

具体实施方式

图1示出了包括内燃发动机10的示例性机动交通工具1。在该示例中，机动交通工具1是汽车，但是应当理解，本公开的原理同样可应用于其他机动车(例如，汽车、货车、卡车、摩托车等)、工业或农业车辆(例如，拖拉机、叉车、推土机、挖掘机等)、船舶、飞行器或任何其他类型的交通工具。

交通工具1包括被配置为对交通工具1的移动提供动力的内燃发动机(或ice)10。在一些示例中，内燃发动机可以由电动马达辅助或与其一起设置，以使得交通工具1是混合动力交通工具。

图2示出了示例性ice10的详细视图。ice10包括至少一个汽缸12，活塞14在其内可滑动地移位，以便限定可调节的汽缸容积16，在该汽缸容积内发生燃烧。容积16中的燃烧驱动活塞14，如本领域所公知的，活塞14提供经由连杆和曲柄18输出的力。应当理解，本公开的原理同样可应用于所有类型的ice，诸如二冲程和四冲程发动机、往复式发动机、汪克尔发动机等。

在该示例中，将关于包括峰值保持电磁阀致动器的燃料喷射器20描述本发明的原理。ice10包括燃料喷射器20，其被配置为将燃料喷射到汽缸容积16中以用于点火。尽管在该特定说明性示例中，峰值保持电磁阀致动器是燃料喷射器20，但是应当理解，本文中公开的原理可以同样可应用于机动车应用中的其他类型的峰值保持电磁阀致动器，例如高压燃料泵、阀等。

燃料从燃料箱22经由燃料管线24被输送到燃料喷射器20。燃料喷射器20由数字控制器26控制。控制器26被配置为控制燃料喷射器20，或者如果设有多于一个燃料喷射器，则控制多个燃料喷射器。控制器26使用脉冲宽度调制(pwm)向喷射器20提供控制信号。可以通过非暂时性计算机可读介质向控制器26提供指令，该非暂时性计算机可读介质存储使控制器执行如本文中所述的燃料喷射循环的程序。

通常，控制器被配置为在喷射循环的过程期间改变pwm(即，一次喷射包括：打开、保持打开和关闭燃料喷射器20)。控制器被配置为在喷射循环的第一阶段期间使用pwm以第一开关频率为燃料喷射器提供动力，并且在喷射循环的第二阶段期间使用pwm以不同于第一开关频率的第二开关频率为燃料喷射器提供动力。现在将参考图3描述该操作方法。

图3示出了燃料喷射器20的喷射循环的示意性图形表示。x轴表示时间，左边的y轴表示施加到燃料喷射器的电压，并且右边的y轴表示经过燃料喷射器的电流。应当理解，图3仅示出了一次喷射循环，但是该循环可以在ice的运转期间重复。应当理解，在ice的运转期间，连续的循环可以被改变或可以相同。

如在图3中可以理解的，pwm功率被施加在恒定电压的离散方波脉冲p(示为实线)中，离散方波脉冲p在持续时间和频率上变化。电压刻度v示出在图表的左手侧上。如在pwm中众所周知的，可以小心地控制数字脉冲p以产生近似的模拟电流信号。由脉冲p生成的电流在图3中以标记为i的虚线示出，其刻度在图表的右侧上。应当理解，在图3中已经放大了脉冲p的宽度，以便更清楚地示出控制方法的原理。

图3所示的喷射循环包括3个阶段：打开阶段o、保持阶段p和预关闭阶段c。

喷射循环的第一阶段即打开阶段o是这样的阶段，在该阶段期间，燃料喷射器从关闭位置移动到打开位置，以便开始将燃料喷射到汽缸容积16中。

喷射循环的第二阶段即保持阶段h是这样的阶段，在该阶段期间，燃料喷射器20被维持在打开位置，同时燃料被喷射到汽缸容积16中。

喷射循环的第三阶段即预关闭阶段c是这样的阶段，在该阶段期间，由于与阶段h的较低功率pwm相比降低了纹波，因此对燃油喷射器电流进行了更严格的控制(可能处于较低的平均水平)，以引起更一致的关闭时间。

在阶段c之后，施加到电磁阀致动器的电流被去除或减小到低于启动电流阈值，并且喷射器由复位弹簧从打开位置移动回到关闭位置以结束燃料喷射。这可以称为正在关闭或关闭阶段(即，第三阶段之后致动循环的进一步的第四阶段)。

关于图3，将看出在打开阶段o、保持阶段h和预关闭阶段c中的每个阶段中的电压脉冲p具有不同的宽度(即持续时间)。除了脉冲电压本身之外，pwm具有两个变量：脉冲的开关频率，其通过调节信号的周期λ来设置；以及占空比，其为每个周期λ的电压脉冲p接通和断开的比例。

相同的占空比将引起相同的平均电流水平，而与开关频率无关。然而，开关频率决定了产生的电流中有多少“纹波”(注意，电流纹波是由于电压的脉冲而引起的瞬时电流的周期性上升和下降)。较低的开关频率具有较大的纹波，并因此致动器的控制精度较低。

参考打开阶段o，在该阶段期间pwm的周期具有持续时间λo。在该周期期间，脉冲在持续时间oon内接通，并且在持续时间ooff内断开。在该代表性示例中，占空比大约为50％接通和50％断开。在一些示例中，可以在打开阶段之前或期间立即施加高压脉冲，以快速增加致动器中的电流以快速打开它。在此未示出此峰值，但是应当理解，对控制的此修改在本公开的范围内。

参考保持阶段p，在该阶段期间pwm的周期具有大于λo的持续时间λp。因此，在该代表性示例中，保持阶段中的pwm信号的开关频率低于打开阶段中的pwm信号的开关频率。在保持阶段的每个周期期间，脉冲在持续时间pon内接通，并且在持续时间poff内断开。在该代表性示例中，占空比大约为33％接通和66％断开，使得平均电流低于在打开阶段期间的平均电流，其具有较高的50/50占空比。

参考预关闭阶段c，在该阶段期间pwm的周期具有持续时间λc。因此，在该代表性示例中，预关闭阶段中的pwm信号的开关频率高于打开阶段和保持阶段两者中的pwm信号的开关频率。在预关闭阶段的每个周期期间，脉冲在持续时间con内接通，并且在持续时间coff内断开。在该代表性示例中，占空比大约为25％接通和75％接通，因此平均电流低于打开阶段和保持阶段两者。较高的开关频率意味着电流中的纹波减小，因此可以更准确地控制喷射器的关闭。特别地，因为纹波幅度较小，因此在去除电流以关闭喷射器时的确切电流将更加可预测。

为了进一步改善控制准确度，在该示例中，保持阶段h可以包括就在预关闭阶段c之前的子阶段he。在该阶段中，占空比可以保持相同，使得平均电流与保持阶段h的其余部分是相同的，但是在预关闭阶段c之前的短时间内增加了开关频率。因此，在关闭喷射器之前，喷射器20的控制可以更准确，并且关闭时间可以更一致和可重复。在另一些示例中，可以省略子阶段he。

在根据图3的一些示例中，在阶段h中的纹波期间一些点处的电流可大于喷射器的指定关闭电流阈值，因此，在阶段h中的峰值电流处，供应比保持喷射器打开所需的最小值更大的电流。减小可选子阶段he中的纹波可以允许更一致的电流，该电流更接近喷射器的关闭电流。可选子阶段he期间的平均电流可以与阶段h相同，或者可以在更快的关闭时间内(每个预关闭阶段c)将其减小，这两种情况都可以允许更一致的喷射器关闭时间。

在另一些示例中，打开阶段、保持阶段和预关闭阶段中pwm信号的频率可具有不同的关系。例如，关闭阶段中的开关频率可以等于或低于打开阶段中的开关频率。

在该代表性示例中，在燃料喷射循环的保持阶段中减小占空比，以便提供较低的平均电流。在该示例中，电流减小到保持燃料喷射器打开所需的最小值。然而，应当理解，在本发明的原理内，不需要更改占空比和平均电流以及改变开关频率。

如从输出信号线i可以认识到，当信号的开关频率较高时，输出电流变化较小。在打开阶段和关闭阶段中，输出电流上的“锯齿”效应比在保持阶段中更平滑。如上所述，该“纹波”或“锯齿”效应是在脉冲接通时电流输出增加和在脉冲断开时电流输出减小的伪像。因此，开关频率越高，输出电流曲线越平滑。

燃料喷射循环的打开和关闭阶段需要最精确的控制，因此不期望有显著的“锯齿”效应。因此，在这些阶段中施加较高的开关频率以提供对燃料喷射器的打开和关闭的更严密控制。

然而，较高的开关频率与产生pwm信号的电子部件中的较大损耗相关联，因此期望将频率保持尽可能低以降低功耗，并从而使燃料喷射过程的效率最大化。

在保持阶段h中，对喷射器的严密控制不太重要，因此可以接受更明显的“锯齿”或“纹波”效应。因此，为了减少燃料喷射循环期间的总功耗，相对于其中需要高频、严密控制的打开和/或关闭阶段中的开关频率，在保持阶段期间当不需要严密控制时降低了开关频率。像平均电流一样，在将燃料喷射器保持在打开位置的保持阶段期间可以将开关频率减小到最低可接受值。

因此，应当理解，通过在燃料喷射循环的不同阶段期间以不同的开关频率为燃料喷射器提供动力，可以实现更有效的控制方案，并且可以减少燃料喷射器及其控制器的总功耗。

为了避免说明书中不必要的重复工作和反复文本，可以仅关于本发明的一个或若干个方面或实施例来描述某些特征。然而，应当理解，在技术上可行的情况下，关于本发明的任何方面或实施例描述的特征也可以与本发明的任何其他方面或实施例一起使用。

本领域技术人员将认识到，尽管已经参考一个或多个示例性示例以示例的方式描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且可以在不背离如由所附权利要求定义的本发明的范围的情况下构造可替代示例。

以下附加的、编号的发明陈述也包括在说明书中，并且形成本公开的部分：

1.一种在致动循环期间控制机动交通工具(1)的峰值保持电磁阀致动器(20)的方法，其包括：

在所述致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；

在所述致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于所述第一开关频率的第二开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；以及

在所述致动循环的第三阶段期间，使用脉冲宽度调制以第三开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力。

2.根据陈述1所述的控制机动交通工具(1)的峰值保持电磁阀致动器(20)的方法，其中：

所述第三开关频率高于所述第二开关频率。

3.根据陈述1或2所述的控制机动交通工具(1)的峰值保持电磁阀致动器(20)的方法，其中所述第三开关频率：

与所述第一开关频率相同；

低于所述第一开关频率；或者

高于所述第一开关频率。

4.根据陈述1至3所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，其中：

所述致动循环的所述第一阶段是启动阶段，在此期间所述致动器(20)从不活跃位置移动到活跃位置；

所述致动循环的所述第二阶段是保持阶段，在此期间所述致动器(20)被维持在所述活跃位置；以及

所述致动循环的所述第三阶段是预停用阶段，此后所述致动器(20)从所述活跃位置移动到所述不活跃位置。

5.根据陈述4所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，其中：

在所述致动循环的所述保持阶段期间，施加到所述致动器(20)的所述第二开关频率和/或有效电流减小到将所述致动器(20)保持在所述活跃位置所需的最小值。

6.根据任何前述陈述所述的控制内燃发动机(10)的燃料喷射器(20)的方法，其中所述方法用于在所述致动循环的所述第二阶段期间减小所述电磁阀致动器(20)的功耗。

7.根据任何前述陈述所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，其中所述致动器20是燃料喷射器，并且其中所述致动循环是燃料喷射循环。

8.根据任何前述陈述所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，其中：

在所述致动循环的所述第一阶段期间，以第一有效电流为所述电磁阀(20)提供动力；

在所述致动循环的所述第二阶段期间，以低于所述第一有效电流的第二有效电流为所述电磁阀(20)提供动力；以及

在所述致动循环的所述第三阶段期间，以第三有效电流为所述电磁阀(20)提供动力。

9.根据陈述8所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，其中：

所述第三有效电流大于所述第二有效电流。

10.根据陈述8所述的控制机动交通工具(1)的峰值保持电磁阀致动器(20)的方法，其中所述第三有效电流：

与所述第一有效电流相同；

低于所述第一有效电流；或者

高于所述第一有效电流。

11.根据任何前述陈述所述的控制机动交通工具(1)的电磁阀致动器(20)的方法，还包括：

在就在所述第三阶段之前的所述第二阶段的结束部分期间，使用脉冲宽度调制以高于所述第二开关频率的第四开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力。

12.根据任何前述陈述所述的控制机动交通工具(1)的峰值保持电磁阀致动器(20)的方法，其中所述致动器(20)是峰值保持燃料喷射器。

13.一种机动峰值保持电磁阀致动装置，其包括：

电磁阀致动器(20)，其被配置为通过致动循环致动机动交通工具(1)内的部件；以及

控制器(26)，其被配置为使用脉冲宽度调制来控制所述致动器(20)，其中所述控制器(26)被配置为：

在所述致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；

在所述致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于所述第一开关频率的第二开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；以及

在所述致动循环的第三阶段期间，使用脉冲宽度调制以第三开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力。

14.一种燃料喷射装置，其包括根据陈述13所述的峰值保持电磁阀致动装置，其中所述电磁阀致动器(20)是燃料喷射器(20)。

15.一种内燃发动机(10)，其包括根据陈述14所述的燃料喷射装置。

16.一种交通工具(1)，其包括根据陈述15所述的内燃发动机(10)。

17.一种非暂时性计算机可读介质，其存储使控制器(26)执行峰值保持电磁阀致动器的致动循环的程序，所述程序包括：

在所述致动循环的第一阶段期间，使用脉冲宽度调制以第一开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；

在所述致动循环的第二阶段期间，使用脉冲宽度调制以低于所述第一开关频率的第二开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力；以及

在所述致动循环的第三阶段期间，使用脉冲宽度调制以第三开关频率为所述电磁阀致动器(20)提供动力。