用于喷射器的驱动及控制模块及其操作方法与流程

以下说明书描述并确定了本发明的性质以及本发明被执行的方式。

本发明涉及用于内燃机（ice）的喷射器的驱动及控制模块，并且尤其涉及用于驱动及控制所述喷射器的方法。

背景技术：

根据专利文献us2012/0180762，提供了一种用于驱动燃料喷射器的电磁阀的方法。电池将电能以一定电压供应到电磁阀，并且通过dc/dc升压转换器供应高于电池电源的升压电压。喷射器的操作参数被存储，该操作参数至少包括峰值高电流、峰值低电流和峰值相持续时间。当达到大于峰值高电流的值时，对进入到电磁阀中的电流执行拉动阶段上升。如果进入螺线管的电流等于或低于峰值低电流，则监控进入螺线管的电流并且接通到螺线管的电池电压；然后，如果进入螺线管的电流仍然低于峰值低电流，则监控进入螺线管的电流并且以升压电压为螺线管供电。否则，以电池电压为螺线管供电并且执行保持阶段221。

就上述的现有技术，在高端场效应管（hsfet）接通后，电流显示出衰减/减小。但是，电流应当增大，因此没有解决正确的问题或议题。同样在弱电池的情况下，电流可以跨过峰值低电流（指示使用高端场效应管），但是电流可能不足以驱动峰值高电流，因此，峰值阶段将是不适当的。而且，出现了更大的功率损耗，而这可能引起处理器和其它硬件电路的问题。而且，从峰值高电流到峰值低电流的改变可能是由于电感，因此，在峰值阶段的开始时决定具体电压源的使用是不适当的。这导致了不期望的升压器控制的峰值阶段，并因此导致在升压器场效应管（boosterfet）的不期望的功率损耗和不期望的从升压器电容器带走的能量。

根据第二文献ep1903201，提供了一种阀控制策略和控制器。一种用于控制发动机系统中的阀的操作的控制器，该阀与电池和另外的电压供应装置通信并且包括致动器，该控制器包括输入，该输入用于接收表示跨过电池的和另外的电压供应装置的电压和通过致动器的电流的数据；处理器，该处理器被编程以根据跨过另外的电压供应装置的电压和通过致动器的电流确定用于控制阀的操作的控制功能；以及输出，该输出用于输出如处理器所确定的到电池和另外的电压供应装置的控制函数。

就上述的现有技术，电池和升压场效应管串联，由此电池总是由于处于接通状态的高端场效应管的泄漏电流而耗尽。同样，仅仅低电池电压是在拉动阶段到压场效应管开关的输入。当电池电压回到正常时，控制器切换回到电池场效应管，而无需考虑其它影响。仅仅一个最小参考拉入电流被检查，这导致了比期望更多的功率使用。此外，在电池电压在范围内并且线束电阻增大（由于温度上升或线束的额外长度）的情况下，然后即使电池处于范围内，拉动阶段也将是不适当的。

因此，现有技术的状态是当在峰值阶段期间喷射曲线不适当时，使用升压器/替代电压作为用于喷射电路的电源。但是并没有处理喷射曲线之所以受到影响的原因。不适当的喷射曲线的出现是因为诸如增大的线束长度、更高的温度和更低的电池电压以下的数及其它原因。不适当的喷射曲线对车辆的影响是不正确的喷嘴打开，这导致了扭矩限制。在新兴和发展的市场中，改变线束以适于顾客/车辆的不同需要，对控制器来说是最主要的设计考虑。而且，上述两个现有技术使用不同术语用来阐述阶段，并且必须不与在本发明中用于描述阶段的术语相混淆。

技术实现要素：

因此，需要用于喷射器的驱动及控制模块，或需要即时的喷射电路设计，其不易损坏或受到上述参数的改变的影响。而且，需要克服由于增大的线束长度、温度依存性和更低的电池电压等而在喷射电流曲线和各个驱动器和控制模块中的限制。

附图说明

参考以下所附附图描述本发明的实施例，

图1示出了根据本发明的实施例的用于喷射器的驱动及控制模块的框图；

图2示出了根据本发明的实施例，当驱动及控制信号被施加至喷射器时电流波形；

图3示出了根据本发明的实施例，当在不适当的操作条件期间，驱动及控制信号被施加至喷射器时的电流波形；

图4示出了根据本发明的实施例，当在不适当的操作条件出现期间，改进的驱动及控制信号被施加至喷射器时的电流波形；以及

图5示出了根据本发明的实施例的用于控制喷射器的操作的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的实施例的用于喷射器的驱动及控制模块的框图。提供了用于内燃机（ice）的喷射器112的驱动及控制模块100。驱动及控制模块100还被称为电子控制单元（ecu）。喷射器112包括线圈，该线圈被电磁地致动和控制。驱动及控制模块100包括驱动电路110，驱动电路110包括来自电池108和替代电压源（未示出）的输入。替代电压源具有比电池108更大/更多/更高的电压。替代电压源包括但不限于dc-dc变换器电压源等，如在现有技术中已知的那样。提供至少一个开关（未示出）用于电池108连接和替代电压源中的每个，以控制如图2所示的负载电流202的供应的切换。驱动电路110电连接至喷射器112。

该至少一个开关选自包括但不限于金属氧化物半导体场效应晶体管（mosfet）、场效应晶体管（fet）等的半导体开关的组。dc-dc变换器电压源通过至少一个感应器将至少一个电容器（升压电容器）充电至电压高于电池108的电压。

驱动及控制模块100还包括与驱动电路110通信的控制器104。控制器104包括但不限于微控制器、处理器（例如，微处理器）等。控制器104适于通过控制在接通（on）和断开（off）状态/位置之间的至少一个开关，基于电池电压和负载电流202中的至少一个，控制来自电池108和替代电压源的负载电流202的供应。类似于常规的发动机控制单元，控制器104还接收其它输入102，诸如发动机速度、温度、扭矩、油气比等。仅仅在需要时才使用输入102并且输入102可以是不必要的。提供与控制器104通信的存储元件106。存储元件106存储用于多个喷射器操作参数的阈值。喷射器操作参数选自包括以下项的组：最大峰值电流210、最大拉入电流212、第一最小拉入电流214、拉动阶段（pullphase）225的持续时间等，如图2中所描绘的那样。控制器104被配置成在峰值阶段（peakphase）228、拉动阶段225和保持阶段（holdphase）221驱动喷射器112，峰值阶段228还被称为升压阶段（boostphase），同样如图2中所示的那样。控制器104还被配置成由替代电压源在峰值阶段228驱动喷射器112以供应初始负载电流202。当负载电流202被监控为至少等于最大峰值电流210时，控制器104断开来自替代电压源的供应。当负载电流202被监控为低于第一最小拉入电流214时，控制器104于是由电池108在拉动阶段225驱动喷射器112。此外，如果负载电流202被监控为低于至少一个第二最小拉入电流306（如图3所示），则控制器104由替代电压源在拉动阶段225驱动喷射器112。该至少一个第二最小拉入电流306的阈值存储在存储元件106中。

根据本发明的实施例，控制器104通过电路块（circuitblock）诸如专用集成电路（asic）控制驱动电路110。在初始化阶段，专用集成电路114的逻辑和数据存储器从存储元件106初始化。此外，在运行时间期间，允许专用集成电路114的数据存储器被从存储元件106改变。可替代地，专用集成电路114控制并驱动喷射器112并且控制器104协助专用集成电路114。

根据本发明的实施例，控制器104还被配置成，当选自包括以下项的组中的至少一个被监控为（当与各自的阈值相比）处于正常状态时，从替代电压源切换到电池108，该组包括电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体（entity）的温度。该至少一个实体的温度选自包括以下项的组：喷射器112的线圈、线束、控制器104的组件等。而且，还要考虑周围空气和吸入空气的温度影响。电池电压的阈值、实体开关的状态、以及该至少一个实体的温度也存储在存储元件106中。电池108的阈值指示最小电压水平，该最小电压水平必须被维持或被施加在电磁线圈上以驱动喷射器112。至少一个开关的状态的阈值指示该至少一个开关必须为接通或断开所达到的标准时间以指示喷射周期的适当的功能。类似地，该至少一个实体的温度的阈值表明该特定实体的温度必须低于和/或高于某温度以便允许喷射器112的适当的功能。优良/正常状态对应于电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度中的至少一个是否低于各自的阈值。替代地，正常状态对应于电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度自的至少一个是否高于各自的阈值。又替代地，正常状态对应于电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度自的至少一个在阈值范围之间。温度的测量是借助专用的温度传感器或通过内置的温度传感器并通过模数转换器（adc）。替代地，温度如现有技术一样被测量或估算（compute）。此外，温度总是被更新以最新的值用于对不正常/不适当条件的适当的检测，而且。基于所检测/估算的温度，考虑/计算对应的电阻值用于适当的操作。

在拉动阶段225结束时，控制器104还被配置成测量监测的负载电流202并且将监测的负载电流202与至少一个第二最小拉入电流306相比较。随后，如果发现负载电流202低于至少一个第二最小拉入电流306，则控制器104将负载电流202的供应从电池108切换到替代电压源。

如果在当前喷射驱动周期的拉动阶段225结束时，负载电流202被监控为低于至少一个第二最小拉入电流306，则从随后的喷射驱动周期开始，控制器104将负载电流202的供应从电池108切换到替代电压源。当前喷射驱动周期对应于任何进行中的在其中检测到不适当的喷射的喷射周期，该不适当的喷射是由于选自包括以下项的组中的至少一个的操作状态，该组包括电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度。随后的喷射驱动周期对应于紧接着的用于为燃烧供应燃料的喷射周期。

根据本发明的实施例，当喷射器112被由替代电压源供应的负载电流202驱动，控制器104还被配置成，在发现电池电压和至少一个实体的温度以正常状态操作之后，通过切换到电池108而驱动喷射器112。在从替代电压源切换之后，电池108被控制以供应负载电流202达用户可配置的计数（count）。如果电池108能够在拉动阶段225期间供应所需要的负载电流202达用户可配置的计数，则控制器104继续以利用电池108驱动，该所需要的负载电流202为选自包括第一最小拉入电流214和至少一个第二最小拉入电流306的组中的至少一个；否则，喷射器112由切换回到替代电压源而被驱动。

根据本发明的实施例，提供了控制器104以控制内燃机（ice）中的喷射器112的操作。喷射器112被驱动电路110驱动。驱动电路110包括至少两个电压源，该至少两个电压源包括来自电池108的连接以及具有高于电池108的电压的替代的/分开的电压源。提供了用于两个电压源中的每个的至少一个开关以切换到喷射器112的所需要的负载电流202的供应。与控制器104相关的存储元件106存储用于多个喷射器操作参数的阈值，所述喷射器操作参数包括最大峰值电流210、最大拉入电流212、第一最小拉入电流214、拉动阶段225的持续时间等。在峰值阶段228、拉动阶段225和保持阶段221中，控制器104驱动喷射器112。控制器104被配置成：通过来自替代电压源的初始负载电流202的供应在峰值阶段228中驱动喷射器112。当负载电流202被监控为至少等于最大峰值电流210时，控制器104断开来自替代电压源的负载电流202的供应。当负载电流202被监控为低于第一最小拉入电流214时，控制器104由电池108在拉动阶段225驱动喷射器112。如果负载电流202被监控为低于至少一个第二最小拉入电流306时，控制器104还被配置成由替代电压源在拉动阶段225驱动喷射器112。用于电池108的至少一个开关被保持继续接通，以在拉动阶段225结束时测量负载电流202。至少一个第二最小拉入电流306的阈值存储在存储元件106中。至少一个第二最小拉入电流306为驱动喷射器112所需要的最小负载电流202。至少一个第二最小拉入电流306产生最小需要的磁通量以打开喷射器112的喷嘴。第二最小拉入电流306为低于该电流不发生喷射。

图2示出了根据本发明的实施例，当驱动及控制信号被施加至喷射器时的电流波形。x轴232对应于时间，而y轴230对应于供应至喷射器112的线圈的电流。如对本领域的技术人员显而易见的是，采取对应的单位以用于测量。由通过包括电池108和替代电压源的两个电压源中的至少一个供应的曲线指示负载电流202。负载电流202还被称为喷射电流。在供应负载电流202之前，存在在峰值阶段228开始之前的预运行阶段。当指示喷射器112的开始致动的用于喷射器112的任何的开始信号改变时，预运行阶段被触发。出于清楚理解的目的而阐述了预运行阶段，并且在应用期间可以或可以不存在预运行阶段，并且因此该预运行阶段不应被理解为限制的意义。在固定的预运行时间经过后，喷射器112的升高/峰值阶段228被触发。在峰值阶段228，从替代电压源供应负载电流202，以将喷射器112的喷嘴阀从静止位置抵抗回位弹簧的力而移动。供应到喷射器112的负载电流202是恒定的，并且被驱动电路110中的电阻电路即时地测量。

一旦负载电流202达到大于或等于最大峰值电流210的值，控制器104向驱动电路110发送信号以断开来自替代电压源对负载电流202的供应。负载电流202经由接地连接而开始衰减或减小，这因为对本领域的技术人员而言显而易见而未示出。负载电流202的减小还被称为下降（boost-down）阶段204。

负载电流202被监控为低于或等于第一最小拉入电流214。如果负载电流202被检测到等于或低于第一最小拉入电流214，则控制器104发送信号到驱动电路110以接通来自电池108的负载电流202的供应。拉动阶段225在206开始，并且控制器104通过在最大拉入电流212和第一最小拉入电流214之间切换（被称为电流调节），控制并且维持在拉动阶段225所需要的平均负载电流202。在拉动阶段225中，拉动上升阶段（pull-upphase）226表示负载电流202增大到最大拉入电流212所需要的时间；并且拉动下降阶段（pull-downphase）224表示负载电流202减小到第一最小拉入电流214所需要的时间。基于需求，在拉动阶段225中执行所需要的数目的负载电流202的调节，为了简洁在图2中仅示出了两个调节。

一旦拉动阶段225经过，当检测到负载电流202已经达到最小保持电流218时，在208处通过控制器104触发保持阶段221。类似于拉动阶段225，控制器104发送信号到驱动电路110以维持在保持阶段221中所需要的平均负载电流202。保持阶段221中的负载电流202低于拉动阶段225中的负载电流202。控制器104控制在最大保持电流216和最小保持电流218之间的负载电流202的调节。最大保持电流216和最小保持电流218的参考值也存储在存储元件106中。保持阶段221包括保持上升阶段222，其中负载电流202增大；以及保持下降阶段220，其中负载电流202减小。一旦完成所有的阶段，控制器104发送信号到驱动电流110以断开所有开关，并且驱动及控制模块100为下一喷射驱动周期做好准备。在喷射驱动周期中，在峰值阶段228中，喷射器112意图仅被替代电压源驱动；而在拉动阶段225和保持阶段221中，喷射器112意图仅被电池108驱动，这由于负载电流202的需要和所涉及的功率损耗。但是，由于存在不适当的操作条件，意图在拉动阶段225和保持阶段221中的至少一个中使用替代电压源。

图3示出了根据本发明的实施例，当在不适当的操作条件期间驱动及控制信号被施加至喷射器时的电流波形。如图2所示的电流波形显示具有对于负载电流202的理想的直线曲线，而在图3中，对于负载电流的波形显示具为近似真实的曲线。x轴232表示合适单位的时间，而y轴230表示对于负载电流202的曲线具有各自合适单位的电流。y轴230还表示对于曲线302和曲线304具有各自合适单位的电压。图3就三个曲线描绘了三个波形，一个波形202是就负载电流202、一个波形302是就用于替代电压源的第一开关，以及一个曲线304是就用于电池108的第二开关。在喷射驱动周期的峰值阶段228的开始期间，第一开关被信号接通。因此，负载电流202在峰值阶段228被替代电压源供应。

考虑的是，出现至少一个不正常/不适当的操作条件。不适当的操作条件包括选自包括以下项的组中的至少一个：增大的线束，即至控制器104的、或从控制器104的、或驱动电路110到喷射器112的增大/减小或改变的线的长度；低于至少一个第二最小拉入电流的负载电流202；由于更换电池108或过度使用电池108或在任何其它条件而导致的低/弱的电池电压；以及至少一个实体的以及其它的和喷射器112的组件的温度偏差。增大的线束、温度的改变引起了电阻的增大并因此增大的损耗。

当负载电流202被检测为等于或小于第一最小拉入电流214时，触发拉动阶段225。在拉动阶段225中，负载电流202由电池108供应。第二开关显示为从峰值阶段228的开始切换，但是第二开关可被配置为当负载电流202被检测到小于第一最小拉动阶段214时通过控制器104被信号接通。由于在峰值阶段228，来自电池108的负载电流202的供应被通过使用反向偏压二极管（未示出）而限制，因此，第二开关切被接通不会影响工作。现在，由于存在至少一个不适当的操作条件，电池108不能够供应所需要的负载电流202并且下降到低于至少一个第二最小拉入电流306。在一些时间后，尽管来自电池108的负载电流202的供应增大到高于第一最小拉入电流214，但是不能达到最大拉入电流212。虽然喷射器112被电池108驱动，但是不符合需要。此外，没有发生电流调节，这引起拉动阶段225期间的表现下降。

保持阶段221如图2中所阐述的那样被驱动和控制。根据本发明的实施例，如果来自电池108的负载电流202的供应不能达到最小保持电流218和最大保持电流216，则保持阶段221也被类似于拉动阶段225控制。

根据本发明的实施例，如果在拉动阶段225期间，负载电流202低于第一最小拉入电流214但高于至少一个第二最小拉入电流306，则驱动和保持模块100通过来自电池108的负载电流202的供应而驱动喷射器112。

图4示出了根据本发明的实施例，在存在不适当的操作条件的期间，当改进的驱动及控制信号被施加至喷射器时的电流波形。图4为图3的继续，其中，在存在不适当的操作条件时，控制器104发送信号至驱动电路110以断开来自电池108的负载电流202的供应，并且选择性地/有条件地接通替代电压源以在拉动阶段225期间供应所需要的负载电流202。替代电压源的第一开关显示为不仅在峰值阶段228中还在整个拉动阶段225中可操作（曲线302如所描绘的）。当检测到不适当的操作条件时，控制器104触发替代电压源的控制以供应负载电流202。用于电池108的第二开关从拉动阶段225的开始显示为断开。替代地，第二开关保持接通，但是不影响驱动电路110和各自的工作。

根据本发明的实施例，如果控制器104检测到负载电流202低于第一最小拉入电流214但高于至少一个第二最小拉入电流306，则控制器104继续使用来自电池108的负载电流202的供应，以减小功率消耗。由于当检测到第一最小拉入电流214本身时，控制器104不立即将电压源从电池108切换到替代电压源。因此，喷射器112继续被电池108驱动，带来减小的功率消耗。当喷射器112被替代电压源驱动时所消耗的功率大于当被电池108驱动时的功率。因此，仅仅当电池108甚至不能供应最小负载电流202或至少一个第二最小拉入电流306时，负载电流才202被替代电压源供应。

图5示出了根据本发明的实施例的用于控制喷射器的操作的方法的流程图。提供了一种用于驱动及控制内燃机（ice）的喷射器112的方法。喷射器112包括线圈，线圈通过驱动电路110而被电磁地致动和驱动。驱动电路110与至少两个电压源电连接，该至少两个电压源包括电池108和具有高于电池108电压的电压替代电压源。提供用于两个电压源中的每个的至少一个开关，并且该开关有条件地被控制以向喷射器112供应所需要的负载电流202。与控制器104相关的存储元件106存储用于多个喷射器操作参数的阈值，该喷射器操作参数包括最小峰值电流210、最大拉入电流212、第一最小拉入电流214、拉动阶段225的持续时间等。控制器104在峰值阶段228、拉动阶段225和保持阶段221中驱动喷射器112。该方法包括：步骤502包括在峰值阶段228由替代电压源驱动喷射器112以供应初始负载电流202。随后的步骤504包括当负载电流202被监控为至少等于最大峰值电流210时，断开来自替代电压源的负载电流202的供应。随后的步骤506包括当负载电流202被监控为低于最小拉入电流214时，在拉动阶段225由电池108驱动喷射器112。随后的步骤508包括如果负载电流202被监控为低于至少一个第二最小拉入电流306，在拉动阶段225由替代电压源驱动喷射器112。该至少一个第二最小拉入电流306的阈值被存储在存储元件106中。

执行负载电流202的监控直到拉动阶段225结束。该方法还包括在拉动阶段225结束时（或之后）测量负载电流202并将负载电流202与至少一个第二最小拉入电流306相比较，以选择性地从电池108切换到替代电压源。该选择性地切换步骤包括：如果发现负载电流202低于至少一个第二最小拉入电流306，则将负载电流202的供应从电池108切换到替代电压源。否则继续利用电池108的喷射。从后续的喷射驱动周期执行该喷射。

该方法还包括，当选自包括以下项的组中的至少一个与各自的阈值相比被监控为以正常状态操作时，从替代电压源切换到电池108，所述组包括电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度。至少一个实体的温度选自包括以下项的组：喷射器112的线圈、线束、控制器104的组件等。优良/正常状态对应于如果电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度中的至少一个为任一选自包括以下项的组中的任何一个所述组包括：低于各自的第一阈值、高于第二阈值、在阈值范围之间和在所述阈值范围外部。

该方法还包括当喷射器112被替代电压源驱动时，当选自包括以下项的组中的至少一个被发现为以正常状态操作时，通过切换到电池108而驱动喷射器112，所述组包括：电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度。以正常状态操作赋予为高于或低于各自的阈值。在从替代电压源切换以驱动喷射器112之后，负载电流202被电池108供应达用户可配置的计数。如果在拉动阶段226期间电池108能够供应所需要的负载电流202达用户可配置的计数，则该方法继续利用电池108驱动，所需要的负载电流202为选自包括第一最小拉入电流214和至少一个第二最小拉入电流306的组中的至少一个。如果在喷射器112的操作期间，电池108不能够供应所需要的负载电流202达用户可配置的计数，则喷射器112通过由替代电压源供应的负载电流202驱动。

根据本发明的实施例中，在更低电池电压的情况下，远在进入喷射周期之前就决定通过哪个电压源来驱动。通过提供正确的燃料喷射量，本发明提供了操控性的优势，这因为在不适当的喷射周期期间，提供的不正确的燃料喷射质量导致了扭矩限制。本发明能够执行单升压（singleboost）或多升压（multiboost）。本发明考虑了各个实体的温度的影响。驱动电路110包括用于电池108和替代电压源的至少一个开关的并联系统。本发明还确保了不浪费电池108并且还给出用于喷射器故障检测的诊断优势。驱动及控制模块100能够在喷射周期之前以及喷射周期期间检测喷射故障（诸如负载开路、接地短路等）并且限制燃料的供应。之前的故障检测被称为预诊断，并且在喷射周期期间的故障检测被称为自动诊断。在本发明中，在当前喷射驱动周期中检查拉动阶段225，并且在下一喷射驱动周期中触发升压器控制的拉动阶段225。

因此，本发明提供了在检测到不适当的操作条件（被称为进入条件）时从电池108切换到替代电压源。本发明还提供了当操作条件返回到正常状态（称为退出条件）时，从替代电压源切换回电池108。为了电池108的操控性而进一步纠正/检查退出条件，使得退出条件成为自适应过程。而且，在本发明中，考虑了至少一个变量/因子用于在进入条件期间将负载电流202的供应在电池108和替代电压源之间切换，该至少一个变量/因子包括至少一个第二最小拉入电流、电池电压、至少一个开关的状态和至少一个实体的温度。在退出条件，该至少一个变量/因子被再次检查并且确认达用户可配置的计数。

应当理解的是，在上面的说明中所阐述的实施例仅仅为示意性的，并且不限制本发明的范围。很多这样的实施例和其它对说明书所阐述的实施例的修改和改变是可以想到的。本发明的范围仅仅被权利要求书的范围所限制。