专利名称：控制燃料系统的有效波形的制作方法
技术领域：
本公开通常涉及电控燃料系统，以及更具体地，涉及用于控制燃料系统的燃料喷射器和/或泵中的螺线管的操作的有效波形。
背景技术：
现今的电控燃料系统典型地包括多个电致动器，该电致动器的激活受电子控制器的控制。例如，燃料喷射器包括一个或多个电致动器以控制喷射时机和/或喷射量。在共轨燃料系统中，电控泵或其他致动器可控制向燃料喷射器的储存器提供压缩燃料的共轨中的压力。虽然压电致动器和螺线管被用作燃料系统中的电致动器，但螺线管在大多数应用中继续占支配地位。多年来，为了改善一致性、稳健性(robustness)和速度以及其他性能特性，持续努力通过各种螺线管设计策略、压力控制策略、质量特性改善、控制波形和其他考虑来改善致动器性能。共有拥有的美国专利492^78教导了用于为燃料喷射器的螺线管供电以进行喷射过程的典型波形控制策略。该’ 878专利教导了具有以下能力的电子控制器，即，简单地将基本上较高的电压施加到螺线管电路以启动螺线管衔铁的移动从而开始喷射过程。例如， 通过在喷射过程之间从系统电压“电池”连续充电的电容器来供应该较高的电压。为了减小开始将电压施加到螺线管电路与衔铁实际开始移动之间的时间延迟，常规方法为维持跨螺线管电路的该升高的电压直到螺线管衔铁开始从其初始空气间隙位置朝向其最终空气间隙位置移动。在该初始时期期间，通过电子控制器将螺线管电路中的电流控制为具有锯齿图形，该电子控制器通过在通常所谓的吸合时段(pull-in duration)期间在达到最大电流时断开电路以及在电流最小时闭合电路并重复该过程而将电流维持在最小和最大电流之间。在该吸合时段结束时，由于需要较少的能量来继续衔铁的移动，因而控制器下降到电池电压和较低层平均电流，甚至更少的能量就可将衔铁保持在其最终空气间隙位置处。在吸合时段之后的这些较低层电流水平通常称为保持电流水平。如果本领域中所公知的，螺线管衔铁的移动改变了导致燃料喷射过程发生的燃料喷射器内的压力配置。当要结束喷射过程时，断开电路，电流衰减，并且偏置装置(例如，弹簧)将衔铁移动回到其初始空气间隙位置以再次改变燃料喷射器内的压力条件并结束喷射过程。虽然该类型的波形控制策略已经良好运作了多年，但仍继续努力在不影响性能的情况下减少硬件要求并减少电力/能量要求。本公开涉及上述一个或多个问题。
发明内容
在一个方面，一种操作用于引擎的燃料系统的方法，包括为所述燃料系统的螺线管供电；然后断开对所述螺线管的供电。所述供电步骤包括跨螺线管线圈电路施加来自电子控制器的升压电压；以及响应于所述螺线管线圈电路中的电流达到触发电流，将所述升压电压改变到减小的电压。
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在另一方面，一种用于引擎的燃料系统的电子控制器，包括处理器、与所述处理器通信的存储器、螺线管线圈电路端口、电池端口以及包括升压电源的驱动器电路。螺线管致动算法被存储在所述存储器上并能够由所述处理器执行，其被配置为将所述螺线管线圈电路端口电连接到所述驱动器电路以提供升压电压，然后响应于通过所述螺线管线圈电路端口的电流达到触发电流而解除所述螺线管线圈电路端口与所述驱动器电路的电连接，然后将所述螺线管线圈电路端口电连接到所述电池端口。在又一方面，一种操作用于引擎的燃料喷射器的螺线管的方法，包括跨螺线管线圈电路施加来自电子控制器的升压电压。比较螺线管线圈电流与预定触发电流。响应于所述螺线管线圈电路中的电流达到所述触发电流，将所述螺线管线圈电路中的电压从所述升压电压改变到减小的电压。
图1为根据本公开的用于引擎的燃料系统的示意性视图；图2为根据本公开的另一方面的螺线管致动算法的逻辑流程图；图3为根据本公开的利用控制波形的电压、螺线管线圈电流以及衔铁位置对时间的关系的重叠图；以及图4为与图3相似的图，除了示出了根据本公开的具有不同目标电流和不同吸合电流水平的两个波形的比较。
具体实施例方式参考图1，用于压缩点火引擎的燃料系统10包括共轨12，该共轨12通过各分支通路1616向各燃料喷射器15提供压缩燃料。通过低压供给线19为高压泵13提供来自罐14 的燃料。通过高压供给线18将高压泵13的出口流体连接到共轨12。虽然仅仅示出了一个，但每个燃料喷射器15被通过低压返回线流体连接到罐14。每个燃料喷射器15包括螺线管20，通过电子控制器30向各螺线管线圈电路22施加电压而向螺线管20供电。螺线管线圈电路22被电连接到电子控制器30的各螺线管电路端口 38。电子控制器30还经由被电连接到控制器30的泵电路端口 39的泵电路沈控制泵13的输出，由此控制共轨12中的压力。高压泵13可以具有或不具有以下控制类型，S卩，该类型具有可从本公开的有效波形获益的控制特征。例如，泵13可以为入口节流计量泵，其入口流量区域受可不从本公开的有效波形获益的电子控制器控制。另一方面，高压泵13可以为出口计量泵，其出口受可从本公开的有效波形获益的本领域公知的一个或多个螺线管致动溢出阀控制。由此，电子控制器30通过泵13的输出控制喷射压力，并通过对各螺线管20的供电和断电来控制喷射时间而控制用于喷射过程的喷嘴出口的打开和关闭。电子控制器30具有公知结构，这是由于其包括被配置为执行在存储器32上存储的可编程代码的处理器31。电子控制器30还包括包含升压电源34的驱动器电路33，以及电子控制器30还经由电池端口 36被电连接到电池50。当执行在存储器30上存储的代码时，处理器31可以将螺线管电路端口 38和/或泵电路端口 39电连接到驱动器电路33用于升高的升压电压，或电连接到电池50用于各螺线管线圈电路22和/或泵电路沈上的降低的电压。升压电源34可包括一个或多个电容器，该一个或多个电容器可通过来自电池50的电能连续充电而且能够通过驱动器电路33放电以提供数倍于与电池50相关的电压的升高的升压电压。例如，电池电压为约12伏，而升压电压为约100伏。虽然升压电压将总是大于电池电压，但本领域的技术人员应该理解，升压电压的幅值是将除其他考虑因素外的包括成本和性能的已知考虑因素考虑在内的设计选择。虽然在用于压缩点火引擎的共轨燃料系统的上下文中示例了本公开，当本领域的技术人员应了解，本公开的概念还可以应用于用于任何类型的引擎(例如，火花点火、气体燃料、重燃料等等)的任何电子控制的燃料系统(例如，凸轮致动燃料喷射器)。本领域的技术人员将理解，在用于电子控制的燃料系统的燃料喷射器和泵二者中利用的螺线管包括众所周知的特征。例如，螺线管包括静止的定子，该定子有助于传导由螺线管线圈产生的磁通以将衔铁从初始空气间隙位置移动到最终空气间隙位置。例如，燃料喷射器15可配备有直动式单向阀(check)，其中，衔铁移动以使耦合阀构件移动从而连接压力控制腔与排放口(drain)和解除压力控制腔与排放口的连接，由此允许针阀构件开启和关闭以进行公知方式的喷射过程。另一方面，在泵的情况下，螺线管衔铁的移动可关闭与泵浦腔相关的溢出阀以将受控部分的泵排量转移到高压共轨而将其他部分的排量溢出返回到低压力的罐。图2示出了实例螺线管致动算法80，该算法可以被编码并存储在存储器32上以便由处理器31执行，从而控制各燃料喷射器15的螺线管的操作。然而，相似的螺线管致动算法同样适合于控制本领域公知的利用一个或多个螺线管来控制其操作的特定电控泵中的泵过程。本领域的技术人员应理解，在通过可接受的成本和可接受的电力/能量要求的硬件来实现时，任何螺线管的其控制特征的一般目标为将衔铁迅速并有效地从其初始空气间隙位置移动到最终空气间隙位置以满足燃料系统的性能要求。本公开实现了，通过利用本公开的有效控制波形，在与驱动器电路33相关的较低硬件要求的情况下，满足现今燃料系统的严格要求的可接受性能。本公开教导了使用相对短暂但较高的升压电压来启动螺线管线圈中的电流然后回落到电池电压，并进行调制以在所谓的吸合时段期间维持螺线管中的高电流水平。高升压电流值可以在过程开始加速力的增加以克服诸如弹簧预加载的其他的力。迅速下降到电池电压可以导致衔铁运动的相对较慢的开始，但通过电池电压实现的较高电流水平根据在整个吸合时段期间的升压电压可获得与现有技术波形可比较的衔铁行程时间。本公开实现了，主要的成本和性能驱动者为驱动器电路33的电力/能量要求及其相关的升压电源34。而在螺线管致动过程的大部分时间期间从电池50直接获得的电力/能量却很少受到关注。本公开的波形基本上依赖于与现有技术相比较少的升压电力/能量，并同样消除了所谓的电流斩波以在施加升压电压时控制电流。现在参考图2和图3，在图3中绘制了根据图2的致动算法80的实例螺线管致动过程。该处理在开始81处开始，并询问82是否是启动喷射或其他螺线管致动过程(在泵情况下的泵浦过程)的开始。如果不是，在处理器31的随后的时钟时间，逻辑循环返回以重复该询问。当是开始喷射过程的时间时，根据块84，电子控制器将燃料喷射器15中的一个的螺线管线圈电路22电连接到驱动器电路33，以在相关的螺线管线圈端口 38施加升压电压60。电子控制器30被配置为监视螺线管线圈电流以进行询问85。在询问85中，比较监视的螺线管线圈电流与预定触发电流65。如果电流水平64还没有到达触发电流65，将升压电压维持处理器31的另一时间增量。当对询问85的应答为是时，逻辑前进到块86， 在块86中，解除螺线管线圈电路22与驱动器电路33的连接。如所希望的，螺线管电路电流64从与触发电流65有关的峰值电流迅速开始衰减。接下来，电子控制器30将螺线管线圈电路22连接到电池电压62以完成从升压电压60到电池电压62的改变。在图3示出的波形的情况下，当监视的螺线管线圈电流64达到最小吸合电流67时出现该连接。另一方面，如果平均吸合电流被设定为高于触发电流65，则可以尽可能迅速地促进与驱动器电路 33解除连接和随后的连接到电池，以减轻在将电池电压处的螺线管电路中的电流水平向上驱动到希望的吸合电流水平时可能由涡电流造成的干扰。注意到以下方面是重要的，即，在该点处，衔铁仍处于其初始空气间隙位置23。在螺线管线圈电路22被连接到电池电压62 之后，逻辑询问88是否已经到达吸合时段71的末尾。如果未到达，逻辑前进到后一询问89 以确定是否监视的螺线管电流64已经到达预定最大吸合电流66。如果是，在块90处，解除螺线管线圈电路与电池电压的连接。如果否，在块87处螺线管线圈电路保持连接到电池电压。在块90处解除螺线管线圈电路22与电池电压的连接之后，逻辑前进到询问91以确定是否监视的螺线管线圈电流64已经下降到最小吸合电流67。如果是，在块87处电子控制器30将螺线管线圈电路22重新连接到电池电压。在产生可识别的电流斩波分布的吸合时段71期间持续该过程，在该可识别的电流斩波分布中，螺线管线圈电流64被提及为在一起会导致希望的平均吸合电流的预定最小吸合电流67和最大吸合电流66之间振荡。将总是在本公开的有效波形中出现的一个特征为，在吸合时段期间的电流斩波出现在电池电压上，而不是像现有控制波形那样出现在在升压电压60下的升压时段70期间。可能在吸合时段71期间的某一时间，衔铁将开始从其初始空气间隙位置23向其最终空气间隙位置M 移动。当询问88确定已到达吸合时段71的末尾时，通过在块92处解除螺线管线圈电路22与电池电压的连接开始保持时段72。但上述情况发生时，螺线管线圈电流64按预测衰减，如图3所示。在询问93处，电子控制器30确定是否已经达到致动过程的末尾。如果否，逻辑前进到询问94，在其中将被监视的螺线管线圈电流与最小保持电流69比较。当螺线管线圈电流水平64已经衰减到最小保持电流69时，在块95处将螺线管线圈电路22重新连接到电池电压62。接下来，在询问96处，比较监视的螺线管线圈电流64与最大保持电流68。当达到最大保持电流时，在块92处再次解除螺线管线圈电路22与电池电压62的连接。保持时段72继续，同时螺线管线圈电流64保持在最大保持电流68与最小保持电流69 之间震荡直到询问93确定已经达到螺线管致动过程的末尾。此后，在块97处，通过断开螺线管线圈电路22并解除螺线管线圈电路22与电池电压52的连接而断开对螺线管的供电， 以结束过程。当结束过程时，弹簧或其他偏置装置将衔铁从其最终空气间隙位置M推回到其初始空气间隙位置23以为随后的致动过程做准备。虽然本公开的波形被示例为仅仅包括一个保持电流水平层，但在保持时段72期间的两个或更多的低保持电流水平同样落在本公开的范围中。现在参考图4，比较根据本公开的多于两个的波形，其中实线示出了当触发电流 65被设定为低于在吸合时段期间的平均螺线管线圈电流64时的情况，以及虚线示出了当触发电流65被设定为等于平均吸合螺线管线圈电流64时的情况。如所希望的，触发电流 65较高，则升压电压60的时段稍微变长。然而，当实际计算在升压时期70期间升压电源
734所需要的能量时，当将电池电压处的吸合螺线管电流64设定为高于触发电流65时，从升压电源34所需的能量在实线波形的情况下比在虚线波形情况下少三分之一。这实现了该电力/能量要求的实质性减低，而仅具有小量的衔铁从其初始空气间隙位置23到其最终空气间隙位置M的附加延时。由此，依赖于应用的特定的几何形状、利用的材料、螺线管线圈的匝数、电池电压等等，工程人员可以选择将电池电压处的平均吸合电流螺线管电流64设定为高于触发电流65，而这仅对性能具有小的劣化，但却实质地节省了升压电源34所需能量并由此节省了升压电源34所需的硬件。工业适用性根据本公开的用于致动螺线管的有效波形在利用螺线管的任何高速应用中具有一般适用性。本公开通常可应用于燃料系统，以及特别地，可以应用于被用于控制燃料喷射器中的燃料喷射过程和例如在与共轨系统相关的一些高压泵中的可能的泵浦过程的螺线管。虽然所公开的策略被教导为电子控制器30在比较螺线管电流水平64与触发电流 65时监视螺线管电流水平64，但本领域的技术人员应理解，通过仅仅监视升压电压60的时段而伴随监视或不伴随监视螺线管电流水平64均可以实施本公开的波形。换言之，实验室实验能够使升压期时段70与触发电流水平65相关联，以便监视该时段以取代监视电流水平并实现相似的结果。然而，在本公开的所有情况下，在升压时期70期间不应存在电流斩波而是操作在驱动器电路33的升压电压60下。替代地，与本公开的螺线管控制波形相关的所有电流斩波出现在电池电压60下。本公开的波形允许针对螺线管致动的可比较的性能，但却以在升压时期70实质更少的电力/能量支出而获得该可比较的性能。这样，本公开的波形放松了对与升压电源34和驱动器电路33相关的硬件要求，从而潜在地减小了成本并同时实现与现有波形可比较的性能水平。应该理解，上述描述仅仅用于示例的目的，并且不旨以任何方式限制本公开的范围。因此，本领域的技术人员将理解，通过研究附图、公开内容以及所附权利要求可以获得本公开的其他方面。
权利要求
1.一种操作用于引擎的燃料系统的方法，所述方法包括以下步骤 为所述燃料系统的螺线管供电；断开对所述螺线管的供电； 所述供电步骤包括跨螺线管线圈电路施加来自电子控制器的升压电压；以及响应于所述螺线管线圈电路中的电流达到触发电流，将所述升压电压改变到减小的电压。
2.根据权利要求1的方法，其中所述减小的电压为电池的电池电压；以及所述改变步骤包括解除所述螺线管线圈电路与升压电源的电连接，以及将所述螺线管线圈电路电连接到所述电池。
3.根据权利要求2的方法，包括在将所述螺线管线圈电路电连接到所述电池之后从所述触发电流调制到最大吸合电流和最小吸合电流中的一个的步骤；在第一时段将螺线管线圈电流维持在所述最小吸合电流与所述最大吸合电流之间；在所述第一时段之后，将所述螺线管线圈电流减小到最小保持电流；在第二时段将所述螺线管线圈电流维持在所述最小保持电流与最大保持电流之间；以及所述断开对所述螺线管的供电的步骤包括在所述第二时段的末尾断开所述螺线管线圈电路。
4.根据权利要求3的方法，包括在所述改变步骤之后但在所述第一时段期间将螺线管衔铁从初始空气间隙位置向最终空气间隙位置移动的步骤。
5.根据权利要求3的方法，其中所述最小吸合电流大于所述触发电流。
6.根据权利要求1的方法，其中所述螺线管为燃料喷射器的部分，以及进行所述供电步骤以启动燃料喷射过程。
7.根据权利要求1的方法，其中所述螺线管为泵的部分，以及进行所述供电步骤作为泵浦过程的部分。
8.一种用于引擎的燃料系统的电子控制器，包括 处理器；存储器，其与所述处理器通信； 螺线管线圈电路端口； 电池端口 ；驱动器电路，其包括升压电源；螺线管致动算法，其被存储在所述存储器上并能够由所述处理器执行，并被配置为将所述螺线管线圈电路端口电连接到所述驱动器电路以提供升压电压，然后响应于通过所述螺线管线圈电路端口的电流达到触发电流而解除所述螺线管线圈电路端口与所述驱动器电路的电连接，然后将所述螺线管线圈电路端口电连接到所述电池端口。
9.根据权利要求8的电子控制器，其中所述螺线管致动算法被配置为在将所述螺线管线圈电路端口电连接到所述电池端口之后从所述触发电流调制到最大吸合电流和最小吸合电流中的一个，以及被配置为在第一时段将通过所述螺线管线圈电路端口的螺线管线圈电流维持在所述最小吸合电流与所述最大吸合电流之间，然后在所述第一时段之后将所述螺线管线圈电流减小到最小保持电流，以及之后在第二时段将所述螺线管线圈电流维持在所述最小保持电流与最大保持电流之间。
10. 一种操作用于引擎的燃料喷射器的螺线管的方法，所述方法包括以下步骤 跨螺线管线圈电路施加来自电子控制器的升压电压； 比较螺线管线圈电流与预定触发电流；以及响应于所述螺线管线圈电路中的电流达到所述触发电流，从所述升压电压改变到减小的电压。
全文摘要
本发明涉及控制燃料系统的有效波形。利用有效控制波形来致动燃料系统的螺线管以减小升压电力/能量消耗。初始通过跨螺线管线圈电路施加来自电子控制器的升压电压为所述螺线管供电。所述电子控制器监视所述螺线管线圈电路中的电流水平，并当所述螺线管线圈电路中的电流水平达到预定触发电流时改变到减小的电池电压。所述控制器然后在启动螺线管衔铁从初始空气间隙位置朝向最终空气间隙位置的移动的吸合时段期间维持基于电池电压的吸合电流。在吸合时段之后，所述电流水平下降到用于致动过程的保持时段的保持水平。所述螺线管可用于燃料喷射器控制和/或泵控制，例如，分别控制燃料喷射和泵浦过程。
文档编号F02D41/20GK102410096SQ20111027618
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月16日 优先权日2010年9月17日
发明者A·L·摩尔, D·R·帕克特, J·文卡塔拉加万, N·巴尼, S·R·刘易斯 申请人:卡特彼勒公司