专利名称：用于电流控制的pwm型螺线管和开/关pwm型螺线管的废气门控制系统的制作方法
技术领域：
本公开涉及发动机控制系统，更特别地，涉及用于涡轮增压发动机的废气门控制系统。
背景技术：
这里提供的背景描述是为了总地示出本公开背景的目的。目前署名的发明人的工 作，在该背景技术部分中所作描述的程度，以及在提交时不会以其它方式被构成现有技术的描述方面，既不明确地也不暗示地认为是与本公开对照的现有技术。内燃机在气缸内燃烧空气与燃料混合物以驱动活塞，这产生驱动扭矩。进入发动机的空气流通过节气门来调节。更特别地，节气门调节节流面积，其增大或减小进入发动机的空气流。当节流面积增大时，进入发动机的空气流增大。燃料控制系统调节喷射燃料的速率，以向气缸提供期望的空气/燃料混合物和/或获得期望的扭矩输出。增大提供给气缸的空气和燃料量增大了发动机的扭矩输出。在火花点燃式发动机中，火花起动提供给气缸的空气/燃料混合物的燃烧。在压燃式发动机中，气缸中的压缩点燃提供给气缸的空气/燃料混合物。火花正时和空气流可为用于调节火花点燃式发动机的扭矩输出的主要机理，而燃料流可为用于调节压燃式发动机的扭矩输出的主要机理。涡轮增压器是由涡轮机供能的气体压缩机，其由来自发动机的排气驱动。在涡轮增压器中的压缩机增加进入发动机的空气压力，以提供更大的功率和/或效率。废气门包括阀，其使排气转向远离在涡旋增压发动机系统中的涡轮机。排气的转向调节涡轮机速度，其依次调节压缩机的转速。废气门调节涡旋增压发动机系统中的最大增压压力，其保护发动机和涡轮增压器。
发明内容
废气门控制系统包括废气门控制模块，其配置用来在第一 PWM模式和第二 PWM模式的一个中操作。第一晶体管包括连接到废气门控制模块的控制终端，第一输出终端，和第二输出终端。箝位电路连接到第一晶体管的第一输出终端和第二输出终端。第二晶体管包括连接到废气门控制模块的控制终端，第一输出终端，和第二输出终端。二极管具有连接到第一晶体管的第二输出终端的阳极，和连接到第二晶体管的第一输出终端的阴极。在其他特征中，第一 PWM模式是开/关PWM模式，第二 PWM模式是电流控制PWM模式。当废气门控制模块以第一 PWM模式操作的时候，废气门控制模块输出第一驱动信号给第一晶体管。当废气门控制模块以第二 PWM模式操作的时候，废气门控制模块输出第一驱
动信号给第一晶体管并输出第二驱动信号给第二晶体管。在其他特征中，当废气门控制模块以第一 PWM模式操作的时候，螺线管连接到第一晶体管的第二输出部，继电器连接到螺线管。当废气门控制模块以第二 PWM模式操作的时候，继电器连接到第二晶体管的第二输出部，螺线管连接到第一晶体管的第二输出部和第一晶体管的第一输出部。在其他特征中，箝位电路包括齐纳(Zener) 二极管或雪崩场效应(avalanchefield effect)晶体管(FET)。第一晶体管和第二晶体管包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管。在其他特征中，传感模块感测运行参数。配置模块配置废气门控制模块，以在第一PWM模式和第二 PWM模式的一个中操作。 从下文提供的详细描述可清楚本公开适用性的其它方面。应当理解，其详细描述和具体实例仅仅是示意性目的，而不是限制本公开的范围。
从其详细描述和附图可更加全面地理解本公开，其中
图I为根据本公开的示例性涡轮增压发动机系统的功能框图；以及 图2为开/关PWM型废气门控制系统的功能框图和电路 图3为电流控制型废气门控制系统的功能框图和电路图；以及图4-6为根据本公开的能够用于开/关PWM型和电流控制PWM型应用的控制模块的例子的功能框图和电路图。
具体实施例方式实质上，下面的描述仅仅是说明性的，而绝不是限制本发明、其应用或使用。为清楚起见，附图中使用相同的附图标记来表示相似的元件。如本文所使用的，短语“A、B和C中至少之一”应当解释成意味着使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。应当理解，在不改变本公开原理的情况下，可以不同的顺序执行方法中的步骤。如本文中所使用的，术语“模块”可以指的是下列部件的一部分，或者包括下列部件特定用途集成电路(ASIC);电子电路；组合逻辑电路；现场可编程门阵列(FPGA);执行代码的处理器(共享、专用或群组的)；提供所述功能的其它合适部件；或以上部分的一些或全部的组合，例如在片上系统(system-on-chip)中。如上使用的术语代码可包括软件、固件和/或微代码，可指程序、例行程序、函数、类和/或对象。如上使用的术语共享意味着可使用单个(共享)处理器执行来自多个模块的一些或全部代码。另外，来自多个模块的一些或全部代码可由单个(共享)存储器存储。如上使用的术语群组意味着可使用一组处理器或一组执行引擎执行单个模块的一些或全部代码。例如，处理器的多个代码和/或多个线程可被认为是执行引擎。在各种应用中，执行引擎可跨处理器、跨多个处理器和跨多个位置的处理器(例如平行处理布置中的多个服务器)成组。另外，来自单个模块的一些或全部代码可使用一组存储器来存储。本文所述设备和方法可通过由一个或多个处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序包括存储在非临时性有形计算机可读介质上的处理器可执行的指令。计算机程序还可包括存储数据。非临时性有形计算机可读介质的非限制性例子为非易失性存储器、磁存储器和光存储器。有两种方法控制螺线管废气门阀，其从涡轮机放出压力并且引导排气围绕涡轮增压器而不是穿过涡轮增压器。一种方法使用控制电路，其能够在每次驱动信号打开和关闭时(称作开/关脉宽调制(PWM)模式)使用螺线管打开和完全关闭废气门阀。驱动信号关闭通常使用箝位电路实现，其快速地排出螺线管中存储的能量并且耗散废气门控制电路中的
倉tfi。另一种方法使用废弃门控制电路，其包括再循环二极管，其允许阀被控制到中间、部分打开的位置(不是刚好完全打开或完全关闭)。这种类型的驱动器的PWM占空比与螺线管的线性运动成比例。尽管两种方法都具有优点，每种都要求不同类型的废气门控制电路。根据本公开的废气门控制电路能够以单电路控制开/关PWM型或电流控制的PWM型螺线 管。现在参考图1，示出了示例性发动机系统100的功能框图。发动机系统100包括发动机102，该发动机102基于驾驶员输入模块104的驾驶员输入燃烧空气/燃料混合物以产生车辆的驱动扭矩。空气通过节气门112吸入进气歧管110。仅例如，节气门112可包括具有可旋转叶片的蝶阀。发动机控制模块(ECM) 114控制节气门致动器模块116，该节气门致动器模块调节节气门112的开度以控制吸入进气歧管110的空气量。空气从进气歧管110吸入发动机102的气缸。尽管发动机102可包括多个气缸，但是为显不目的，仅不出了一个代表性气缸118。仅例如,发动机102可包括2、3、4、5、6、8、10和/或12个气缸。ECM 114可指令气缸致动器模块120有选择地停用一些气缸，这在特定发动机操作条件下可提高燃料经济性。发动机102可使用四冲程循环操作。下述四冲程称为进气冲程、压缩冲程、燃烧冲程和排气冲程。在曲轴(未示出)的每旋转一周期间，在气缸118中发生四个冲程中的两个。因此，气缸118经历全部四个冲程必须曲轴旋转两周。在进气冲程期间，空气通过进气门122从进气歧管110吸入气缸118。ECM 114控制燃料致动器模块124，该燃料致动器模块调节燃料喷射以获得期望的空气/燃料比。燃料可在中央位置或多个位置喷入进气歧管110，例如在各气缸的进气门122附近。在各种实施方案中(未示出)，燃料可直接喷入气缸中，或者喷入与气缸相关联的混合腔中。燃料致动器模块124可停止向停缸的气缸的燃料喷射。喷射的燃料与空气混合，在气缸118中产生空气/燃料混合物。在压缩冲程期间，气缸118中的活塞(未示出)压缩空气/燃料混合物。发动机102可为压燃式发动机，在这种情形下，气缸118中的压缩点燃空气/燃料混合物。作为另一种选择，发动机102可为火花点燃式发动机，在这种情形下，火花致动器模块126基于ECM 114的信号激励气缸118中的火花塞128，火花塞点燃空气/燃料混合物。可相对于活塞在其最顶部位置(称为上止点(TDC))时的时间规定火花的正时。火花致动器模块126可由规定在TDC之前或之后多久产生火花的正时信号来控制。因为活塞位置与曲轴旋转直接相关，所以火花致动器模块126的操作可与曲轴角度同步。在各种实施方案中，火花致动器模块126可中止向停缸气缸提供火花。
产生火花可称为点火事件。火花致动器模块126可具有改变各点火事件的火花正时的能力。当在最后一次点火事件与下一次点火事件之间改变火花正时时，火花致动器模块126甚至能够改变下一次点火事件的火花正时。在燃烧冲程期间，空气/燃料混合物的燃烧向下驱动活塞，从而驱动曲轴。燃烧冲程可定义为活塞达到TDC时与活塞返回下止点(BDC)时之间的时间。在排气冲程期间，活塞开始从BDC向上移动，通过排气门130排出燃烧副产物。燃烧的副产物通过排气系统134从车辆排出。进气门122可由进气凸轮轴140控制，而排气门130可由排气凸轮轴142控制。在各种实施方案中，多个进气凸轮轴(包括进气凸轮轴140)可控制气缸118的多个进气门(包括进气门122)和/或可控制多排气缸(包括气缸118)的进气门(包括进气门122)。类似地，多个排气凸轮轴(包括排气凸轮轴142)可控制气缸118的多个排气门和/或可控制多排气缸(包括气缸118)的排气门(包括排气门130)。 气缸致动器模块120可通过禁止进气门122和/或排气门130的打开来停用气缸118。在各种其它实施方案中，进气门122和/或排气门130可由凸轮轴之外的装置控制，例如电磁致动器。通过进气凸轮相位器148可改变相对于活塞TDC打开进气门122的时间。通过排气凸轮相位器150可改变相对于活塞TDC打开排气门130的时间。相位器致动器模块158可基于来自ECM 114的信号控制进气凸轮相位器148和排气凸轮相位器150。当执行时，通过相位器致动器模块158还可控制可变气门升程(未示出)。发动机系统100可包括向进气歧管110提供增压空气的增压装置。例如，图I示出了涡轮增压器，该涡轮增压器包括由流过排气系统134的热废气驱动的热涡轮机160-1。涡轮增压器还包括由涡轮机160-1驱动的冷空气压缩机160-2，涡轮机160-1压缩导入节气门112的空气。在各种实施方案中，由曲轴驱动的增压器(未示出)可压缩来自节气门112的空气，并将压缩的空气输送至进气歧管110。废气门162可允许废气旁通绕过涡轮机160-1，从而降低涡轮增压器的增压(进气空气压缩量)。ECM 114可通过增压致动器模块165控制涡轮增压器。增压致动器模块165可通过控制废气门162的位置来调节涡轮增压器的增压。在各种实施方案中，可由增压致动器模块165控制多个涡轮增压器。涡轮增压器可具有可变的几何形状，其可由增压致动器模块165控制。中冷器(未不出)可散掉被压缩的空气充气中含有的一部分热量，其中热量是在空气被压缩中时产生。压缩空气充气还吸收排气系统134的部件的热量。尽管为示出性目的分开地示出，但是涡轮机160-1和压缩机160-2可彼此连接，使进气与热废气紧邻。发动机系统100可包括废气再循环(EGR)阀164，该阀有选择地将废气改向回进气歧管110。EGR阀164可位于涡轮增压器的涡轮机160-1的上游。EGR致动器模块166可基于来自ECM 114的信号控制EGR阀164。发动机系统100可使用RPM传感器170以每分钟转数(RPM)测量曲轴的速度。发动机冷却剂的温度可使用发动机冷却剂温度(ECT)传感器171来测量。ECT传感器171可位于发动机102内或者冷却剂循环的其它位置上，例如散热器(未示出)。进气歧管110中的压力可使用歧管绝对压力(MAP)传感器172测量。在各种实施方案中，可测量发动机真空度，即环境空气压力与进气歧管110中压力之间的差。流入进气歧管110的空气的质量流率可使用质量空气流率(MAF)传感器173来测量。在各种实施方案中，MAF传感器173可位于还包括节气门112的壳体中。节气门致动器模块116可使用一个或多个节气门位置传感器(TPS) 174监测节气门112的位置。例如，第一和第二节气门位置传感器174-1和174-2监控节气门阀112的位置并且基于节气门位置分别产生第一和第二节气门位置(TPSl和TPS2)。吸入发动机102的空气的环境温度可使用进气温度(IAT)传感器175来测量。ECM 114可使用来自传感器和/或一个或多个其他传感器的信号作出对发动机系统100的控制决定。发动机102经由飞轮177 (例如双质量飞轮(DMF))输出力矩到变矩器176。变矩 器176包括变矩器离合器178，涡轮机(未示出)，和叶轮(未示出)。涡轮机驱动变速器输入轴(未示出)的旋转。涡轮机的旋转速度(涡轮机速度)可使用涡轮机速度传感器179测量。仅举例来说，涡轮机速度可基于变速器输入轴的旋转速度或指示变矩器176的涡轮机的旋转速度的其他适合参数测量。基于从变速器180内选择的传动比，扭矩在变速器输入轴和变速器输出轴(未示出)之间传递。扭矩可经由变速器输出轴传递到车辆的车轮。变速器控制模块194可控制变速器180和TCC 178的操作。由于各种理由，ECM114可与变速器控制模块194通信，从而分享参数，和利用切换变速器180中的齿轮调整发动机操作和/或TCC 178的操作。例如，ECM 114在齿轮切换期间可有选择地减小发动机扭矩。ECM 114可与混合动力控制模块196通信以调整发动机102和电动机198的操作。电动机198还可用作发电机，可用于产生电能，用于被车辆电子系统使用和/或存储在电池中。在各种实施方案中，ECM 114、变速器控制模块194和混合控制模块196的各种功能可集成进一个或多个模块。改变发动机参数的各系统可称为接收致动器值的致动器。例如，节气门致动器模块116可称为致动器，节气门打开面积可称为致动器值。在图I的例子中，节气门致动器模块116通过调节节气门112的叶片的角度来获得所述节气门打开面积。类似地，火花致动器模块126可称为致动器，而相应的致动器值可为相对于气缸TDC的火花提前量。其它致动器可包括气缸致动器模块120、燃料致动器模块124、相位器致动器模块158、增压致动器模块165和EGR致动器模块166。对于这些致动器，致动器值可分别对应于工作气缸的数量、燃料供给率、进气和排气凸轮相位器角度、增压压力和EGR阀打开面积。ECM 114可控制致动器值，以便使发动机102产生期望的发动机输出扭矩。现在参照图2，示出了第一废气门控制系统200。第一废气门控制系统200在开/关PWM模式中操作螺线管。废气门控制系统200可部分被控制模块204应用，其包括废气门控制模块208。废气门控制模块208在导体212上产生驱动信号，其被输出到晶体管214的控制终端。箝位电路218跨晶体管214的输出终端连接。晶体管214的输出终端之一通过导体220与螺线管222连接。继电器228通过导体224给螺线管222有选择地提供切换的电压。继电器228可包括动力系继电器，其为动力系的部件提供功率，其部分基于点火开关的位置(有或没有延迟或其他输入变量)。在使用中，继电器228供应电压信号给螺线管222，例如但是不局限于12V直流电。废气门控制模块208产生PWM驱动信号，其被输出到晶体管214。PWM驱动信号允许电流流动或阻碍通过晶体管214电流流动。螺线管222在每一个工作周期都完全打开和关闭。箝位电路218在关闭时箝住电压并且螺线管222快速地关闭。现在参照图3，示出了第二废气门控制系统230。第二废气门控制系统230在电流控制模式中操作螺线管。第二废气门控制系统230可部分地被控制模块234应用，其包括第二废气门控制模块238。废气门控制模块238产生第一驱动信号，其被导体242输出给晶体管244的控制终端。晶体管244的输出终端之一通过导体250与螺线管252连接。废气门控制模块238产生第二驱动信号,其被导体264输出给晶体管268的控制终端。晶体管268的输出终端274通过导体274与继电器280连接。晶体管268的另一输出终端通过导体282与螺线管252连接。二极管284在第一及第二导体250和282之间连接。更特别的是，二极管284的阳极被连接到导体250，二极管284的阴极被连接到导体282。继电器280给晶体管268有选择地提供切换的电压。继电器228可以是动力系继电器，其为动力系的部件提供功率，其部分基于点火开关的位置。在使用中，继电器280有选择地向控制模块204供给功率。废气门控制模块238产生第一及第二驱动信号，其被分别输出给晶体管244和268，以通过变化工作周期线性地控制流经螺线管252的电流。二极管在工作周期的关闭部分期间再循环电流。在工作周期的关闭部分期间当电流减弱时螺线管252相对缓慢地关闭。现在参照图4，示出了第三废气门控制系统300。第三废气门控制系统300可被配置用来在开/关PWM模式或电流控制模式中操作螺线管。螺线管和继电器根据期望的模式通过导体与不同位置的第三废气门控制系统300连接。第三废气门控制系统300可部分被控制模块304应用，其包括第三废气门控制模块308。控制模块304可以是独立控制模块或构成现有控制模块的部分，例如但是不局限于发动机控制模块，变速器控制模块或其他车辆控制模块。废气门控制模块308产生第一驱动信号，其被导体312输出给晶体管314的控制终端。箝位电路318跨晶体管314的输出终端连接。晶体管314的输出终端之一通过导体320和321与螺线管322连接。废气门控制模块238的第二输出部334产生第二驱动信号，其被输出到晶体管338的控制终端。二极管340在第一及第二导体320和342之间连接。更特别地，二极管340的阳极被连接到导体320，二极管340的阴极被连接到导体342。
当在开/关PWM模式中操作时，继电器360通过导体362与螺线管322连接。当以电流控制PWM模式运行时，继电器360和导体362被省略，继电器360’通过导体344和363与晶体管338的一个输出终端连接。晶体管338的另一个输出终端通过导体342和365与螺线管322连接。当在开/关PWM模式中操作时，导体363和365和继电器360’被省略。现在参照图5和6，示出了箝位电路318的非限制性实施例。在图5中，箝位电路包括齐纳二极管360。在图6中，雪崩场效应晶体管(FET) 362替代晶体管314并且单独的箝位电路被省略。可领会的是，其他类型的箝位电路也可被使用。仅作为举例，晶体管314和338可包括MOS晶体管，例如PMOS或NMOS晶体管，其具有栅极，源极和漏极。在一些实施方式中，控制模块304由集成电路实现。当在电流控制PWM模式中操作时，导体320，321，363和365分别连接到集成电路的第一、第二和第三插脚400，401，402。当在开/关PWM模式中操作时，导体363和365被省略。单一控制模块可以使用单一驱动电路，以支持两个不同类型的废气门。因此，本公开的废气门控制系统提供了在相同模块中执行两个不同的控制电路以支持这两个类型的废气门的成本节约。在应用该电路的控制模块上还有电路板空间和插脚数量的节约。任一类型的废气门螺线管可以由单一控制输出支持，仅简单地通过有线连接到控制模块的方式。在一些实施方式中，一个或多个额外导体能够被提供用来感测安装的废气门控制系统的配置。例如，在图6中，废气门控制模块308进一步连接到晶体管338的第一输出终端。废气门控制模块308包括传感模块420和配置模块422。在例如但是不局限于晶体管314被打开的事件之后，传感模块420感测运行参数。例如，传感模块420在事件之后可感测电压、电流、电阻或其他参数。仅作为举例，当传感模块在事件之后在插脚401感测不到低电压时，配置模块422可将废气门控制模块308配置在开/关PWM模式中。当传感模块420在事件之后在插脚400感测到电压时，配置模块422将废气门控制模块308配置在电流控制PWM模式中。在其他实施方式中，传感模块420其他插脚可被感测到而不是插脚400或插脚400以外的插脚。替代地，传感模块420可感测电流。其他变体也被考虑。 本公开的广泛教导可以以多种形式实施。因此，尽管根据此公开包括特定例子，但是本公开的实际范围不应当如此限制，因为通过对附图、说明书和所附权利要求的研究，其它修改对于技术人员也是显而易见的。
权利要求
1.一种废气门控制系统，包括 废气门控制模块，其配置用来在第一 PWM模式和第二 PWM模式的一个中操作； 第一晶体管，其包括 连接到废气门控制模块的控制终端， 第一输出终端，和 第二输出终端； 箝位电路，其连接到第一晶体管的第一输出终端和第二输出终端； 第二晶体管，其包括 连接到废气门控制模块的控制终端， 第一输出终端，和 第二输出终端；以及 二极管，其具有连接到第一晶体管的第二输出终端的阳极，和连接到第二晶体管的第一输出终端的阴极。
2.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，第一PWM模式是开/关PWM模式，第二 PWM模式是电流控制PWM模式。
3.根据权利要求2所述的废气门控制系统，其特征在于， 当废气门控制模块以第一 PWM模式操作的时候，废气门控制模块输出第一驱动信号给第一晶体管；以及 当废气门控制模块以第二 PWM模式操作的时候，废气门控制模块输出第一驱动信号给第一晶体管并输出第二驱动信号给第二晶体管。
4.根据权利要求2所述的废气门控制系统，其特征在于， 当废气门控制模块以第一 PWM模式操作的时候，螺线管连接到第一晶体管的第二输出部，继电器连接到螺线管；以及 当废气门控制模块以第二 PWM模式操作的时候，继电器连接到第二晶体管的第二输出部，螺线管连接到第一晶体管的第二输出部和第一晶体管的第一输出部。
5.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，箝位电路包括齐纳二极管。
6.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，箝位电路包括雪崩场效应晶体管(FET)。
7.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，第一晶体管和第二晶体管包括金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
8.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，其进一步包括 传感模块，其响应于事件感测废气门控制模块的运行参数；以及 配置模块，其配置废气门控制模块，以基于感测到的运行参数在第一 PWM模式和第二PWM模式的一个中操作。
9.根据权利要求8所述的废气门控制系统，其特征在于，传感模块感测电压。
10.根据权利要求I所述的废气门控制系统，其特征在于，废气门控制系统以集成电路应用。
全文摘要
本发明涉及用于电流控制的PWM型螺线管和开/关PWM型螺线管的废气门控制系统。废气门控制系统包括废气门控制模块，其配置用来在第一PWM模式和第二PWM模式的一个中操作。第一晶体管包括连接到废气门控制模块的控制终端，第一输出终端，和第二输出终端。箝位电路连接到第一晶体管的第一输出终端和第二输出终端。第二晶体管包括连接到废气门控制模块的控制终端，第一输出终端，和第二输出终端。二极管具有连接到第一晶体管的第二输出终端的阳极，和连接到第二晶体管的第一输出终端的阴极。
文档编号F02B37/18GK102797554SQ201210163438
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月24日 优先权日2011年5月24日
发明者N.J.卡尔维特, R.J.霍尔纳, M.R.格赖姆斯 申请人:通用汽车环球科技运作有限责任公司