[0003] 本公开涉及螺线管激活的致动器。

[0004] 该部分中的陈述仅提供与本公开有关的背景信息。因此，这样的陈述不试图构成对现有技术的承认。

[0005] 螺线管致动器能够被用于控制流体(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。燃料喷射器被用于将加压燃料喷射到内燃发动机的歧管内、进气端口内或者直接到燃烧室内。公知的燃料喷射器包括电磁激活的螺线管装置，其克服机械弹簧以打开位于喷射器的尖端处的阀以便允许燃料流从中流过。喷射器驱动器电路控制至电磁激活的螺线管装置的电流流动，以打开和关闭喷射器。喷射器驱动器电路可以以峰值-保持控制构造或者饱和开关构造操作。

[0006] 燃料喷射器利用校准值来校准，该校准值包括喷射器激活信号(包括喷射器打开时间或者喷射持续时间)和以预定或已知燃料压力操作的对应的计量或传递的喷射燃料质量。喷射器操作可以特征在于与喷射持续时间有关的每次燃料喷射事件的喷射燃料质量。喷射器特征包括在与高速高负荷发动机操作相关的大流率和与发动机怠速状况相关联的小流率之间的范围内的计量燃料流。

[0007] 公知的是，发动机控制获益于快速相继地喷射多次小的喷射燃料质量。大体而言，当在连续喷射事件之间的停延时间小于停延时间阈值时，随后的燃料喷射事件的喷射燃料质量通常导致比所需更大的传送大小，即使利用相同的喷射持续时间。因此，这样的随后的燃料喷射事件会变得不稳定，从而导致不可接受的重复性。燃料喷射器通常受在任何给定时间的操作温度影响。因此，知晓燃料喷射器的即时操作温度可有用于控制燃料喷射器的燃料喷射事件。公知的是将电路的电阻与操作温度相关联。当燃料喷射器的致动基于施加到电线圈的电流被控制时，由于响应于施加到电线圈的电流的转变而发生的电阻下降，难以估计电线圈的电阻。

[0087] 本公开针对线性运动燃料喷射器的示例性应用描述了当前声明的主题的概念。然而，所声明的主题可更广地应用到使用电线圈从而在磁芯内感生磁场从而导致作用在可动电枢上的吸引力的任意线性或非线性电磁致动器。典型示例包括流体控制螺线管、用在内燃发动机上的汽油或柴油机或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。

[0088] 现在参考附图，其中图释是仅为了示出某些示例性实施例的目的并不为了限制的目的，图1示意性示出了电磁激活的直喷式燃料喷射器10的非限制性示例性实施例。虽然在所示实施例中描述了电磁激活的直喷式燃料喷射器，但是可以等同地应用到端口喷射的燃料喷射器。燃料喷射器10被构造成将燃料直接喷射到内燃发动机的燃烧室100内。激活控制器80电操作地连接到燃料喷射器10以控制其激活。激活控制器80仅对应于燃料喷射器10。在所示实施例中，激活控制器80包括控制模块60和喷射器驱动器50。控制模块60电操作地连接到喷射器驱动器50，该喷射器驱动器50电操作地连接到燃料喷射器10以控制其激活。燃料喷射器10、控制模块60和喷射器驱动器50可以是被构造成如这里所述地操作的任意合适的装置。在所示实施例中，控制模块60包括处理装置。在一种实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件被集成到燃料喷射器36的连接组件36内。在另一实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件被集成到燃料喷射器10的主体12内。在又一实施例中，激活控制器80的一个或更多个部件在燃料喷射器10外部且接近燃料喷射器10，并且经由一个或更多个线缆和/或电线被电操作地连接到连接组件36。术语“线缆”和“电线”将在此被互换地使用以便提供电力传输和/或电信号传输。

[0089] 控制模块、模块、控制件、控制器、控制单元、处理器和类似术语意味着如下一种或更多种的任何一种或者各种组合：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例程的中央处理单元(优选地是微处理器)以及相关的记忆和存储器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适当的信号调制和缓冲电路以及提供所述功能性的其他部件。软件、固件、程序、指令、例程、代码、算法和类似术语意味着包括校准值和查找表的任意指令集合。控制模块具有被执行成提供所需功能的一组控制例程。例程例如通过中央处理单元被执行并且被操作成监测来自感测装置和其他网络化控制模块的输入，并且执行控制和诊断例程以便控制致动器的操作。在进行中的发动机和车辆操作期间，例程可以以规则间隔(例如每3.125、6.25、12.5、25和100毫秒)被执行。替代性地，可以响应事件的发生来执行例程。

[0090] 大体而言，电枢可控制到致动位置和静态或静止位置中的一个。燃料喷射器10可以是可控制到打开(致动)位置和关闭(静态或静止)位置中的一个的任意合适的离散燃料喷射装置。在一种实施例中，燃料喷射器10包括限定纵向轴线101的圆筒形中空主体12。燃料入口15位于主体12的第一端14处，并且燃料喷嘴28位于主体12的第二端16处。燃料入口15被流体联接到高压燃料管线30，该高压燃料管线30流体联接到高压喷射泵。阀组件18被装纳在主体12内，并且包括针形阀20、弹簧激活的销轴22和电枢部分21。
针形阀20干涉地安坐在燃料喷嘴28内以便控制从中通过的燃料流。虽然所示实施例描绘了三角形的针形阀20，但是其他实施例可以利用球。在一种实施例中，电枢部分21被固定地联接到销轴22并且被构造成分别沿第一和第二方向81、82与销轴22和针形阀20作为一个单元线性平移。在另一实施例中，电枢部分21可以可滑动地联接到销轴22。例如，电枢部分21可以沿第一方向81滑动，直到由固定地附接到销轴22的销轴止动件停止。类似地，电枢部分21可以独立于销轴22沿第二方向82滑动，直到接触被固定地附接到销轴22的销轴止动件。一旦接触被固定地附接到销轴22的销轴止动件，电枢部分21的力就导致销轴22与电枢部分21沿第二方向82被促动。电枢部分21可以包括凸起以便接合燃料喷射器10内的各种止动件。

[0091] 包括电线圈和磁芯的环状电磁体组件24被构造成磁性接合阀组件18的电枢部分21。电线圈和磁芯组件24为了说明目的被示为在燃料喷射器10的主体外侧，但是，这里的实施例涉及的电线圈和磁芯组件24被集成到燃料喷射器10或集成在燃料喷射器10内。电线圈被缠绕在磁芯上，并且包括端子以用于接收来自喷射器驱动器50的电流。在下文中，“电线圈和磁芯组件”将被简单地称为“电线圈24”。当电线圈24被停用和去能时，弹簧26将包括针形阀20的阀组件18沿第一方向81朝向燃料喷嘴28促动以便关闭针形阀20并防止燃料流从中流过。当电线圈24被激活和充能时，电磁力作用在电枢部分21上以便克服由弹簧26施加的弹簧力并且沿第二方向82促动阀组件18，从而使得针形阀20移离燃料喷嘴28并且允许阀组件18内的加压燃料流流动通过燃料喷嘴28。燃料喷射器10可以包括塞子29，其与阀组件18相互作用以便当其被促动以打开时阻止阀组件18的平移。在一种实施例中，压力传感器32被构造成获得在燃料喷射器10附近(优选地在燃料喷射器10上游)的高压燃料管线30内的燃料压力34。在另一实施例中，压力传感器可以被集成到燃料喷射器的入口15内，以代替在燃料轨30内的压力传感器32或与该压力传感器结合。在图1的所示实施例中的燃料喷射器10不限于这里描述的特征的空间和几何学设置，并且可以包括本领域公知的用于在打开和关闭位置之间操作燃料喷射器10以控制燃料向发动机
100的传送的附加特征和/或其他空间和几何学装置。

[0092] 控制模块60生成控制喷射器驱动器50的喷射器命令信号52，其激活燃料喷射器10至打开位置以便实现燃料喷射事件。在所示实施例中，控制模块60与一个或更多个外部控制模块(例如发动机控制模块(ECM)5)通信；但是，在另一些实施例中，控制模块60可以被集成到ECM。喷射器命令信号52关联于在燃料喷射事件期间要被燃料喷射器10传送的所需燃料质量。类似地，喷射器命令信号52可以关联于在燃料喷射事件期间要被燃料喷射器10传送的所需燃料流率。如本文所使用的，术语“所需喷射燃料质量”指的是要被燃料喷射器10传送到发动机的所需燃料质量。如本文所使用的，术语“所需燃料流率”指的是为了实现所述所需燃料质量而要被燃料喷射器10传送到发动机的燃料的速率。所需喷射燃料质量能够基于输入至控制模块60或者ECM 5的一个或更多个监测的输入参数51而定。所述一个或更多个监测的输入参数51可以包括但不限于通过公知方法获得的操作者转矩请求、歧管绝对压力(MAP)、发动机转速、发动机温度、燃料温度和周围温度。喷射器驱动器50响应于喷射器命令信号52生成喷射器激活信号75以激活燃料喷射器10。响应喷射器命令信号52，喷射器激活信号75控制至电线圈24的电流以产生电磁力。电源40为喷射器驱动器50提供DC电力来源。在一些实施例中，DC电源提供低压，例如12V，并且可以利用升压转换器来输出被供应到喷射器驱动器50的高压，例如24V至200V。当通过使用喷射器激活信号75激活时，电线圈24所产生的电磁力沿第二方向82促动电枢部分21。当电枢部分21沿第二方向82被促动时，相应地导致阀组件18沿第二方向82被促动或平移到打开位置，从而允许加压燃料从中流过。喷射器驱动器50通过包括例如脉宽调制(PWM)电力流的任意适当方法来控制至电线圈24的喷射器激活信号75。喷射器驱动器50被构造成通过生成合适的喷射器激活信号75来控制燃料喷射器10的激活。在针对给定发动机循环使用多个连续的燃料喷射事件的实施例中，可以产生对于发动机循环内的每个燃料喷射事件来说固定的喷射器激活信号75。

[0093] 喷射器激活信号75的特征在于喷射持续时间和包括最初峰值引入电流和次要保持电流的电流波形。最初峰值引入电流的特征在于稳态攀升以实现峰值电流，其可以如这里所述地被选择。最初峰值引入电流在电线圈24中产生电磁力，该电磁力作用在阀组件18的电枢部分21上以克服弹簧力并促动阀组件18沿第二方向82到达打开位置，从而使得加压燃料开始流动通过燃料喷嘴28。当实现最初峰值引入电流时，喷射器驱动器50将电线圈24内的电流减小到次要保持电流。次要保持电流的特征在于小于最初峰值引入电流的稍稳态电流。次要保持电流是由喷射器驱动器50控制以维持阀组件18在打开位置从而使得加压燃料流继续流动通过燃料喷嘴28的电流水平。次要保持电流优选地由最小电流水平指示。在一些实施例中，喷射器驱动器50被构造成能够提供负电流流动以用于从电线圈24汲取电流的双向电流驱动器。如本文所使用的，术语“负电流流动”指的是用于给电线圈充能的电流的流动方向被反向。因此，术语“负电流流动”和“反向电流流动”在此可被互换地使用。在喷射器驱动器50被构造成双向电流驱动器的实施例中，喷射器致动信号75可由用于从电线圈24汲取电流的负电流流动附加地表征。

[0094] 这里的实施例涉及针对在发动机循环期间紧密间隔的多个燃料喷射事件来控制燃料喷射器。如本文所使用的，术语“紧密间隔”指的是在每个连续燃料喷射事件之间的停延时间小于预定停延时间阈值。如本文所使用的，术语“停延时间”指的是在连续每对燃料喷射事件的第一燃料喷射事件(致动器事件)的喷射结束和对应的第二燃料喷射事件(致动器事件)的喷射开始之间的时间段。停延时间阈值能够被选择成定义时间段，使得小于停延时间阈值的停延时间表明产生针对每个燃料喷射事件传送的喷射燃料质量幅值的不稳定和/或偏差。喷射燃料质量幅值的不稳定和/或偏差可以响应于次要磁作用的存在。次要磁作用包括燃料喷射器内的持续的涡电流和磁滞以及基于此的残余通量。由于在紧密间隔的燃料喷射事件之间的最初通量值的转变而存在持续的涡电流和磁滞。因此，停延时间阈值不由任意固定值来定义，并且其选择可以基于但不限于燃料温度、燃料喷射器温度、燃料喷射器类型、燃料压力和燃料属性(例如燃料种类和燃料混合)。如本文所使用的，术语“通量”指的是表明由电线圈24产生的总磁场且穿过电枢部分的磁通量。因为电线圈24的匝链接磁芯内的磁通量，所以这个通量因此能够从磁链被算出。磁链基于穿过电枢部分的通量密度、电枢部分的邻近气隙的表面面积和线圈24的匝数。因此，除非另有声明，否则术语“通量”、“磁通量”和“磁链”在此可被互换地使用。

[0095] 对于不是紧密间隔的燃料喷射事件，独立于停延时间的固定电流波形可以被用于每个燃料喷射事件，因为一个连续对中的第一燃料喷射事件对该连续对中的第二燃料喷射事件的被传送喷射燃料质量几乎不具有影响。但是，当第一和第二燃料喷射事件紧密间隔且利用固定电流波形时，第一燃料喷射事件可能倾向于影响第二燃料喷射事件和/或更随后的燃料喷射事件的被传送喷射燃料质量。只要燃料喷射事件被发动机循环的一个或更多个在前燃料喷射事件影响，则对应的燃料喷射事件的相应被传送喷射燃料质量能够导致在多个发动机循环过程中不可接受的可重复性，并且连续的燃料喷射事件被看作是紧密间隔的。更大体地，其中来自在前致动器事件的残余通量相对于标准情况(例如相对于不存在残余通量时的情况)会影响随后致动器事件的执行的任意连续的致动器事件被看作是紧密间隔的。

[0096] 示例性实施例进一步涉及将来自燃料喷射器10的反馈信号42提供到激活控制器80。下文将更具体讨论，传感器装置可以被集成到燃料喷射器10内以用于测量各种燃料喷射器参数从而获得电线圈24的磁链、电线圈24的电压、穿过电线圈24的电流以及电线圈
24的电阻。电流传感器可以被设置在激活控制器80和燃料喷射器之间的电流路径上以便测量被提供到电线圈24的电流，或者电流传感器能够在电流路径上被集成到燃料喷射器
10内。经由反馈信号42提供的燃料喷射器参数可以包括由被集成到燃料喷射器10内的对应传感器装置直接测量的磁链、电压和电流。电阻可基于磁链、电压和电流的组合被估计。
另外或者替代性地，燃料喷射器参数可以包括经由反馈信号42提供到控制模块60且被控制模块60使用来估计燃料喷射器10内的磁链、磁通量、电压、电流和电阻的替代物。电线圈的电阻可有用于确定燃料喷射器10的操作温度。在具有电线圈24的磁链、电线圈24的电压、提供到电线圈24的电流和电线圈24的电阻的反馈的情况下，控制模块60可以有利地改变针对多个连续喷射事件至燃料喷射器10的激活信号75。将理解的是，受开环操作控制的常规燃料喷射器仅基于从查找表获得的所需电流波形，而不需要与产生影响电枢部分21的运动和燃料喷射器10的操作温度的磁链(例如磁通量)的分量的力有关的任何信息。因此，仅考虑到用于控制燃料喷射器的电流流动的常规前馈燃料喷射器易于在紧密间隔的连续燃料喷射事件中不稳定。

[0097] 图1的燃料喷射器10还包括探察线圈25，其被相互磁性耦合到电线圈24。探察线圈可缠绕到电线圈和芯组件24的实心芯部上。在下文中，电线圈24将被互换地称为“主线圈”。出于描述目的，探察线圈25被描述为在燃料喷射器的主体之外；但是本文的实施例涉及的是，探察线圈25与燃料喷射器10集成或集成在该燃料喷射器10内。本文的实施例包括位于由主线圈24产生的磁场路径内的探察线圈25。因此，探察线圈25不限于任何具体构造或空间取向。在一个实施例中，探察线圈25邻近于主线圈24被缠绕。在另一实施例中，探察线圈25围绕主线圈24缠绕。探察线圈24可用于获得燃料喷射器10内的磁通量以及用于估计主线圈24的电阻从而估计燃料喷射器10的操作温度。

[0098] 图2示出了根据图1的燃料喷射器和致动控制器的非限制性磁性结构的示意性截面图。磁性结构可包括分别由小气隙206分开的第一和第二芯部202、204。主线圈208可缠绕到第二芯部204上，分离的探察线圈210可邻近于主线圈208或围绕主线圈208缠绕，使得当主线圈由电流充能时探察线圈210处于由主线圈208产生的磁通量路径内。因此，主线圈208和探察线圈210相互磁性耦合。探察线圈210可包括电连接到电压传感器的端子导线。探察线圈210可用于间接地测量当电流流经主线圈208时在间隙206中产生的磁通量。探察线圈的磁链可根据下述方程来产生在探察线圈210中感生的电压：

[0099]

[0100] 其中，VSC是探察线圈电压；

[0101] λ是磁链；以及

[0102] t是时间。

[0103] 因此，根据如下方程可通过积分来得到气隙206中的磁通量：

[0104]

[0105] 其中， 是气隙中的磁通量；以及

[0106] N是探察线圈中的预定匝数。

[0107] 因此，探察线圈210可有利地用于在利用方程[1]获得探察线圈中感生的电压时获得气隙中的磁通量。在不具有探察线圈210的情况下，获得气隙206中的磁通量会需要考虑到主线圈25内的未知电阻下降，以获得主线圈208的电压。从图2的非限制性磁性结构获得的方程可被应用以用于获得图1的燃料喷射器10内的各种参数。图2的非限制性磁性结构的主线圈和探察线圈208、210分别对应于图1的相应主线圈和探察线圈24、25。类似地，图2的非限制性磁性结构的第一芯部202对应于图1的电枢部分21。

[0108] 往回参考图1，探察线圈25可用作用于向致动控制器80提供反馈信号42的前述传感器装置中的一个。具体地，探察线圈25被设置成间接地获得燃料喷射器内的磁通量。在所述实施例中，相应主线圈和探察线圈24、25之间的相互磁性耦合包括表明紧贴的相互耦合(例如，等于0.99的相互耦合)。在该情形下，相应主线圈和探察线圈24、25中的每个的磁链是大致相等的。因此，本文的实施例将隐含公开了，分别用于主线圈和探察线圈24、
25中的一者的磁链等于分别用于主线圈和探察线圈24、25中的另一者的磁链。

[0109] 本文的示例性实施例涉及获得在探察线圈25中感生的电压以及利用相应主线圈和探察线圈24、25之间的相互磁性耦合所固有的方程来估计主线圈24的电阻。在主线圈24中感生的电压可由下述方程来表述：

[0110]

[0111] 其中，VMC是主线圈电压；

[0112] λ是磁链；

[0113] R是主线圈的电阻；

[0114] i是通过主线圈的测量电流；以及

[0115] t是时间。

[0116] 从方程[3]要理解的是，主线圈电压VMC包括简单压降分量(R×i)以及磁链变化率分量 由于主线圈24和探察线圈25之间的相互耦合表明每个线圈的磁链是大致相同的，因此方程[1]的VSC项可被替代到方程[3]中以替代磁链变化分量 通过电联接到探察线圈25的端子导线的电压传感器可以直接地测量在探察线圈25中感生的电压VSC。因此，将测量主线圈电压减去测量探察线圈电压而得到压降分量。因此，简单地除以测量电流会得到主线圈电阻。要理解的是，在磁通量的动态周期期间(例如，当主线圈电流正在变化时的时间)，上述方程可有利地用于确定主线圈电阻。

[0117] 此外，探察线圈中感生的测量电压(VSC)25基于每个线圈24和25中的匝数之间的匝数比而与所述主线圈中感生的电压(VMC)24成比例。因此，VSC可由下述方程来表述：

[0118] VSC＝k×VMC [4]

[0119] 其中，k是主线圈的匝数与探察线圈的匝数的匝数比。

[0120] 因此，方程[4]可被替代到方程[3]以根据如下方程来产生用于主线圈24的电阻的估计：

[0121]

[0122] 主线圈24的电阻可与燃料喷射器10的操作温度相关联。由方程[1]-[5]使用的参数可经由反馈信号42提供至致动控制器80，以用于估计主线圈24的电阻。致动控制器80可以能够检索存储在内部或外部存储装置内的将测试电阻与已知温度相关联的测试数据。基于利用方程[5]估计得到的主线圈24的电阻、测试电阻和已知温度，可如下确定燃料喷射器10的操作温度：

[0123] R(T)＝R0[(1+α(T-T0)] [6]

[0124] 其中，其中，R0是主线圈在预定温度T0下的预定电阻；

[0125] T0是预定温度；

[0126] T是燃料喷射器的操作温度；以及

[0127] α是所述主线圈的温度系数。

[0128] 在一个实施例中，温度系数是铜的温度系数。

[0129] 示例性实施例包括：仅当主线圈24正在激励并且主线圈的测量电流大于电流阈值时估计所述主线圈24的电阻。在非限制性示例中，电流阈值等于1.0安培。在一个实施例中，能够针对燃料喷射器10的每个喷射循环以预定次数来估计主线圈24的电阻。在另一实施例中，能够针对每个喷射循环一次地估计主线圈24的电阻。在又另一实施例中，可以在预定喷射循环期间仅一次估计主线圈24的电阻。由方程[6]确定的燃料喷射器的操作温度可由致动控制器使用，以在操作温度在大温度范围内变化时提供补偿。

[0130] 图3示出了响应于在燃料喷射事件期间通过主线圈的测量电流分布的测量主线圈和探察线圈电压分布的非限制性示例性绘图。在每个绘图300和310中水平X轴线代表以秒为单位的时间。参考绘图300，示出了通过主线圈的测量电流分布302，其中竖直Y轴线代表以安培为单位的电流。测量电流分布302表明在一持续时间内用于燃料喷射事件的电流波形，其包括最初峰值引入电流和次要保持电流。参考绘图310，分别示出了测量主线圈和探察线圈电压分布314、312，其中竖直Y轴线代表以伏特为单位的电压。测量主线圈电压分布314表明响应于在燃料喷射事件期间用于控制燃料喷射器的致动的绘图300的测量电流分布302的主线圈中感应的测量电压。如参考图2的非限制性磁性结构在上文描述的，探察线圈相互磁性耦合到主线圈。因此，测量探察线圈电压分布312表明由于相互磁性耦合的响应于绘图300中的测量电流分布302的探察线圈中感生的测量电压。如在绘图310中示出的，测量探察线圈电压分布312基于主线圈和探察线圈之间的匝数比而与测量主线圈电压分布314成比例，如参考方程[4]在上文描述的。

[0131] 图4示出了将图3的主线圈的实际电阻分布与主线圈的估计电阻分布进行比较的非限制性示例性绘图。绘图400中的水平X轴线表明以秒为单位的时间，竖直Y轴线表明以欧姆为单位的电阻。实际电阻分布402代表当由电流激活时图3的主线圈的测量电阻。估计电阻分布404代表使用方程[1]-[5]估计的图3的主线圈的电阻。如图所示，估计电阻分布404大致类似于实际电阻分布402。

[0132] 本公开已经描述了某些优选实施例及其改型。在阅读并理解说明书之后，本领域技术人员可以想到进一步的改型和改变。因此，本公开不试图被限制于被公开为被实施用于执行本公开的最佳模式的具体实施例，而是本公开将包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。