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技术领域

技术领域涉及一种激励内燃发动机的螺线管燃料喷射器的方法。

背景技术

已知的是，用于内燃发动机的传统燃料喷射系统包括燃料轨和多个电控燃料喷射 器，所述电控燃料喷射器通过相应的馈送导管液压地连接到燃料轨。

每个燃料喷射器通常包括燃料入口、燃料出口以及反复地打开和关闭燃料出口的 可移动针。当所述针处于打开位置时，燃料在压力下喷入内燃发动机的汽缸内。

在螺线管燃料喷射器中，可移动针在充当控制阀的专用螺线管致动器的帮助下被 致动，并且所述螺线管致动器被由电子控制单元(ECU)控制的电路驱动。

当螺线管致动器被用电流供给时，它产生一个磁场，该磁场将阀针升起离开阀座， 以允许燃料流过燃料喷射器，并朝向相关联汽缸的燃烧室漏出喷嘴。当燃料喷射器被去激 励时，即电流不再被送到螺线管致动器时，阀针被压靠到阀座上。

这种类型的燃料喷射器可在共轨柴油发动机或汽油直喷发动机(gasoline directengines)中使用。

如本领域中已知的，并且如图3中所示，流通到燃料喷射器的螺线管的电流曲线 (曲线A)通常被划分成“拉入”阶段、“峰值”阶段和“保持”阶段。

在所述拉入阶段中，电流迅速增大，所述电流通过提供在30V至65V之间(通常为 50V)的电压的被称为DC/DC升压转换器的专用电源供给。一旦ECU检测到拉入电流，所述电 压被切断，而电流通过接地电压(即，0伏)重新流通。

在峰值阶段中，电流通过接通和切断到螺线管的电源(在此阶段，电源通常是电池 电压)而被控制在两个预设电流水平之间(“峰值高电流”和“峰值低电流”)。电流在“保持” 阶段中被同样地控制在“保持高电流”与“保持低电流”之间。燃料喷射器的制造商通常提供 了这些预设电流水平。

这些阶段的定时也由ECU控制，考虑到在燃料轨内部的压力值，并且最终考虑到其 它参数的值，所述ECU将各喷射脉冲的关键参数确定为在喷射脉冲的过程中要喷射的燃料 的量的函数。

在图3中描绘了用于根据现有技术执行的燃料喷射的喷射速率轮廓(曲线B)。

喷射速率轮廓B具有隐约类似于钟形曲线的标准形状。

螺线管燃料喷射器通常比压电喷射器更便宜，但关于调节燃料喷射形状以及后续 的得自燃料燃烧的热释放速率的可能性在本质上是有限的。

这些限制可对几种喷射策略表现出很强的限制，所述喷射策略诸如设计为提高燃 烧效率、提供更好的发动机预热、减少油稀释或更好地管理后处理装置的喷射策略。

此外，在某些情况下，使用螺线管燃料喷射器的燃料喷射速率成形被由于例如燃 料喷射器老化的喷射量可重复性恶化所限制。

所公开的实施例的一个目的是提供一种激励用于内燃发动机的螺线管燃料喷射 器的方法，为了获得喷射速率的优化成形，所述方法允许调制常规喷射器的驱动电流曲线 控制。

这个和其它目的通过一种方法、一种设备、一种汽车系统、一种计算机程序以及计 算机程序产品来实现，它们具有独立权利要求中所述的特征。

从属权利要求界定了本发明的优选的和/或尤其有利的方面。

发明内容

本公开的实施例提供了一种激励用于内燃发动机的螺线管燃料喷射器的方法，燃 料喷射器被电连接到能够提供电池电压的电池和能够提供升压电压的升压转换器，升压电 压比电池电压高，该方法包括以下步骤：

-施加升压电压到燃料喷射器的螺线管以执行喷射器的第一打开阶段；

-从燃料喷射器的螺线管放出能量；

-执行燃料喷射器的第二打开阶段；

-使用电池电压执行保持阶段，和

-执行燃料喷射器的关闭阶段。

本实施例的效果是，通过允许调制燃料喷射速率轮廓的形状，燃烧效率提高被实 现，这导致CO₂的显著减少和在减少发动机噪声上的改进。

根据本发明的另一实施例，从燃料喷射器的螺线管放出能量的步骤通过下述操作 执行：

-反转升压电压的极性；

-施加反相升压电压到喷射器的螺线管。

本实施例的效果是，它允许从喷射器的螺线管快速地放出能量。

根据本发明的另一实施例，从燃料喷射器的螺线管放出能量的步骤是通过防止任 何电压供给到螺线管而执行的。

本实施例的效果是，它允许从喷射器的螺线管放出能量并且同时降低能量消耗。

根据本发明的另一实施例，喷射器的第二打开阶段是通过施加升压电压到燃料喷 射器的螺线管而执行的。

本实施例的效果是，它允许减少不同喷射之间由于老化或其他因素的性能偏差。

根据本发明的另一实施例，喷射器的第二打开阶段是通过施加电池电压到燃料喷 射器的螺线管而执行的。

本实施例的效果是，它允许提高喷射器的性能，并且在同时具有简化的硬件。

根据本发明的另一实施例，在施加升压电压到喷射器螺线管以执行喷射器的第一 打开阶段的步骤与施加反相升压电压到喷射器螺线管的步骤之间，峰值阶段被执行。

本实施例的效果是，它允许获得取决于发动机条件或其他参数的不同喷射形状。

根据本发明的另一实施例，施加反相升压电压到燃料喷射器螺线管的步骤的持续 时间是在所需要的燃料喷射形状的基础上确定的。

本实施例的效果是，它允许调制燃料喷射形状。

本发明还包括一种用于激励用于内燃发动机的螺线管燃料喷射器的设备，燃料喷 射器被电连接到能够提供电池电压的电池和能够提供升压电压的升压转换器，升压电压比 电池电压高，该设备包括：

-用于施加升压电压到燃料喷射器的螺线管以执行喷射器的第一打开阶段的装 置；

-用于从燃料喷射器的螺线管放出能量的装置；

-用于执行喷射器的第二打开阶段的装置；

-用于使用电池电压执行保持阶段的装置，和

-用于执行喷射器的关闭阶段的装置。

根据本发明的另一实施例，用于从燃料喷射器的螺线管放出能量的装置包括：

-用于反转升压电压的极性的装置；

-用于施加反相升压电压到喷射器的螺线管的装置。

本实施例的效果是，它允许对喷射器的螺线管快速地放电。

根据本发明的另一实施例，用于从燃料喷射器的螺线管放出能量的装置的操作是 通过防止任何电压供给到螺线管而执行的。

本实施例的效果是，它允许对喷射器的螺线管放电并且同时降低能量消耗。

根据本发明的另一方面，该设备包括通过施加升压电压到喷射器的螺线管以执行 喷射器的第二打开阶段的装置。

这方面的效果是，它允许减少不同喷射之间的性能偏差。

根据本发明的另一方面，该设备包括通过施加电池电压到喷射器的螺线管以执行 喷射器的第二打开阶段的装置。

这方面的效果是，它允许提高喷射器的性能，并且在同时具有简化的硬件。

根据本发明的另一方面，该设备包括在施加升压电压到喷射器螺线管以执行喷射 器的第一打开阶段的步骤与施加反相升压电压到喷射器螺线管的步骤之间执行峰值阶段 的装置。

这方面的效果是，它允许获得取决于发动机条件或其他参数的不同喷射形状。

根据本发明的另一方面，该设备包括根据所需要的燃料喷射形状调制执行施加反 相升压电压到燃料喷射器螺线管的阶段的持续时间的装置。

本实施例的效果是，它允许调制燃料喷射形状。

根据它的方面中的一个的方法可以借助于计算机程序来运行，计算机程序包括用 于运行上述方法的所有步骤的程序代码，并且以计算机程序产品的形式包括计算机程序。

计算机程序产品可被实施为内燃发动机的控制设备，该控制设备包括电子控制单 元(ECU)、与ECU关联的数据载体和存储在该数据载体中的计算机程序，使得该控制设备以 与所描述的相同方式的方法来限定该实施例。在该情况下，当控制设备执行计算机程序时， 进行上述方法的所有步骤。

附图说明

下面将通过示例的方式，参考以下附图描述各种实施例，其中，相同的编号表示相 同的元件，并且其中：

图1示出了汽车系统。

图2为属于图1所示的汽车系统的内燃发动机的横截面图。

图3是根据现有技术执行的燃料喷射的燃料喷射电流和喷射速率轮廓的示意图；

图4是根据本发明的一个实施例执行的燃料喷射的电流曲线的示意图；

图5是根据本发明另外的实施例执行的两次不同的燃料喷射的两个喷射速率轮廓 示意图；

图6是在本发明的各种实施例中用于生成升压电压的电路的示意图；

图7是根据本发明的又一实施例执行的燃料喷射的电流曲线的示意图；和

图8是代表根据本发明的方法的实施例的流程图。

附图标记

100汽车系统

110内燃发动机(ICE)

120发动机缸体

125汽缸

130汽缸盖

135凸轮轴

140活塞

145曲轴

150燃烧室

155凸轮相位器

160燃料喷射器

165螺线管

167针

170燃料轨

180燃料泵

190燃料源

200进气歧管

205空气进气管道

210进气口

215汽缸阀

220排气口

225排气歧管

230高压涡轮增压器

240高压压缩机

250高压涡轮机

260中间冷却器

270排气系统

275排气管

280排气后处理装置

290VGT促动器

300EGR系统

310EGR冷却器

320EGR阀

330节气阀体

340空气质量流量和温度传感器

350歧管压力和温度传感器

360燃烧压力传感器

380冷却液和油温度和水平传感器

400燃料轨压力传感器

410凸轮位置传感器

420曲轴位置传感器

430排气压力和温度传感器

445加速踏板位置传感器

450电子控制单元(ECU)

460数据载体

500电池

505电路

510输入滤波器

520升压转换器

530控制逻辑

540喷射器驱动硬件

600方框

610方框

620方框

630方框

640方框

650方框

具体实施方式

现在将参考附图说明示例性实施例，而没有限制应用和用途的目的。

一些实施例可包括图1和图2所示的汽车系统，其具有发动机缸体120的内燃发动 机(ICE)110，发动机缸体限定至少一个汽缸125，汽缸具有联接以旋转曲轴145的活塞140。 汽缸盖130与活塞140协同合作以限定燃烧室150。燃料和空气混合物(未示出)置于燃烧室 150中并被点燃，导致引起活塞140的往复运动的热膨胀排气气体。燃料由配备有螺线管165 的至少一个燃料喷射器160提供，并且空气通过至少一个进气口210提供。在高压下将燃料 从与高压燃料泵180流体连通的燃料轨170提供至燃料喷射器160，该高压燃料泵增加从燃 料源190接收的燃料的压力。

在螺线管喷射器的情况下，每个燃料喷射器160配备有螺线管165和可移动针167， 可移动针167在充当控制阀的螺线管165的帮助下被致动，并且螺线管165被由发动机控制 单元(ECU)450控制的电路驱动。

汽缸125的每个具有至少两个阀215，它们由与曲轴145同时旋转的凸轮轴135促 动。阀215选择性地允许空气从端口210进入燃烧室150内，并且交替地允许排气气体通过端 口220排出。在一些示例中，凸轮相位器155可选择性地改变在凸轮轴135和曲轴145之间的 正时。

空气可通过进气歧管200分配到(多个)进气口210。空气进气管道205可从周围环 境向进气歧管200提供空气。在其它实施例中，可提供节流阀330以调节进入歧管200的空气 质量流量。

仍在其它实施例中，可设置有一种强制空气系统，如具有旋转地联接至涡轮机250 的压缩机240的涡轮增压器230。压缩机240的旋转增加了在管道205和歧管200中的空气的 压力和温度。置于管道205中的中间冷却器260可降低空气的温度。涡轮机250通过接收来自 排气歧管225的排气气体而旋转，该排气歧管引导排气气体从排气口220，并且通过一系列 叶片，在膨胀之前通过涡轮机250。排气气体排出涡轮机250并且被引入排气气体系统270 中。该示例示出了一种可变几何涡轮机(VGT)，该涡轮机带有布置为移动叶片来改变通过涡 轮机250的排气气体流量的VGT促动器290。在其他实施例中，涡轮增压器230可以是固定几 何的和/或包括废气门。

发动机的排气气体被引入排气气体系统270中。

排气系统270可包括具有一个或多个排气后处理装置280的排气管275。后处理装 置可为任何被配置为改变排气气体组成的装置。后处理装置280的一些示例包括，但不限 于，催化转化器(两元或三元)、氧化催化剂、氮氧化物捕集器、碳氢化合物吸收器、选择性催 化还原(SCR)系统、和微粒过滤器。其它实施例可包括联接在排气歧管225和进气歧管200之 间的排气再循环(EGR)系统300。EGR系统300可包括以降低EGR系统300中的排气气体的温度 的EGR冷却器310。EGR阀320调节在EGR系统300中排气气体流量。

汽车系统100还可包括电子控制单元(ECU)450，该电子控制单元与一个或多个与 ICE100相关联的传感器和/或装置通信。ECU450可接收来自各种传感器的输入信号，传感 器被配置用于产生与ICE110相关联的各种物理参数成比例的信号。传感器包括，但不限 于，空气质量流量和温度传感器340、歧管压力和温度传感器350、燃烧压力传感器360、冷却 液和油温度和水平传感器380、燃料轨压力传感器400、凸轮位置传感器410、曲轴位置传感 器420、排气压力和温度传感器430、EGR温度传感器440、以及加速踏板位置传感器445。此 外，ECU450可产生输出信号至被布置为控制ICE110操作的各种控制设备，包括但不限于， 燃料喷射器160、节气阀体330、EGR阀320、可变几何涡轮(VGT)促动器290(图3)、以及凸轮相 位器155。注意的是，虚线用于表示在ECU450与各种传感器与和装置之间的通信，但为了清 楚起见省略了一些。

现在转到ECU450，该设备可包括数字中央处理单元(CPU)，它与记忆系统和接口总 线通信。CPU被配置用来执行作为程序存储在记忆系统或数据载体460中的指令，以及发送 和接收信号至/自接口总线。该记忆系统可包括各种存储类型，存储类型包括光学存储、磁 性存储、固态存储，以及其它非易失性(non-volatile)记忆。接口总线可被配置为发送、接 收和调制模拟和/或数字信号至/自各种传感器和控制设备。该程序可实施在本文中公开的 方法，允许CPU进行该方法的步骤并控制ICE110。

存储在记忆系统中的程序是从外部经由电缆或以无线方式被传输的。在汽车系统 100的外部，其作为计算机程序产品通常是可见的，该计算机程序产品在本领域又被称为计 算机可读介质或机器可读介质，并且应被理解为存储在载体中的计算机程序代码，该载体 本质上是暂时的或非暂时的，结果便是计算机程序产品本质上也可以被认为是暂时或非暂 时的。

暂时的计算机程序产品的示例是信号，例如电磁信号，如光学信号，该信号是用于 计算机程序代码的暂时载体。承载这样的计算机程序代码可通过调制信号由用于数字数据 的传统调制技术(如QPSK)来达到，使得代表该计算机程序代码的二进制数据被施加到暂时 电磁信号。这种信号例如当以无线方式经由Wi-Fi连接，将计算机程序代码传送至笔记本电 脑时被使用。

在非暂时计算机程序产品的情况下，该计算机程序代码被实施在有形存储介质 中。继而，存储介质是上面提到的非暂时载体，使得计算机程序代码被永久地或非永久地以 可检索的方式存储在此存储介质内或上。存储介质可为在计算机技术中已知的传统类型， 如闪存、Asic(特定用途集成电路)、CD等。

代替ECU450，汽车系统可具有不同类型的处理器以提供电子逻辑电路，例如，嵌 入式控制器、机载计算机、或任何可以被配置在车辆中处理模块。

现在参考图4，其描绘了根据本发明的一个实施例执行的燃料喷射的电流曲线A’ 的示意图。

图4的实施例的电流曲线是通过激励燃料喷射器160的螺线管165产生的，激励或 者通过使用能够提供电池电压V_batt的电池500，或者通过使用能够提供升压电压V_boost的升 压转换器520，其中，升压电压V_boost高于电池电压V_batt。

如在现有技术中那样，流通到燃料喷射器160的螺线管165内的电流的轮廓开始于 “拉入”阶段。

“拉入”阶段是通过采用由升压转换器520提供的升压电压V_boost产生的。

在“拉入”阶段中，可移动针167被充当控制阀的螺线管165致动，并且它被升起以 打开燃料喷射器160。

在“拉入”阶段后通常跟随短的“峰值阶段”，其中，电流在两个电流水平之间振荡， 并且其中，燃料喷射器160的螺线管165通过电池500的电池电压V_batt激励。

在一些实施例中，峰值阶段可以非常短，甚至可以忽略。

根据本发明的一个实施例，在这个短的峰值阶段后，升压转换器520的电压的极性 被反转，并且这样的反相升压电压V_{inv_boost}被施加到燃料喷射器160的螺线管165。这种操作 被示出为图4的“升压反转”阶段。

这种操作具有的效果是在燃料喷射器160的打开阶段中减慢喷射器的针167。

升压反转阶段的定时可以被调制，以便获得喷射速率的所需燃料喷射形状。

然后，喷射器160的第二打开阶段是通过采用由升压转换器520提供的升压电压 V_boost执行的，如在图4的“升压电压”阶段中所示出的。

然后“保持阶段”被执行，其中，电流在两个电流水平之间振荡，并且其中，电源通 常是电池500的电池电压V_batt。

最后，在“保持阶段”的结尾处，燃料喷射器160的螺线管165被去激励并且燃料喷 射器160被关闭。

反转升压电压V_boost的极性和施加反相升压电压V_{inv_boost}到喷射器160的螺线管165 的步骤允许能量从螺线管165快速放出。

这一阶段的定时可以被调制以产生作为电流曲线的函数的所需喷射速率形状。

作为替代方案，从燃料喷射器160的螺线管165放出能量的步骤是通过从螺线管 165自然地放出能量执行的，或换句话说是通过在可校准时段内防止任何电压供给到螺线 管16以允许螺线管165放电而执行的。

为了更好地理解通过本发明的各种实施例给出的优点，在图5中对两种不同的燃 料喷射描绘了两个喷射速率曲线C和C'的示意图。

喷射速率曲线C和C’都是通过本发明的不同实施例获得的。

在椭圆E中示出了喷射速率轮廓C和C’的形状，其是作为施加上面提及的图4的“升 压反转”和“升压电压”阶段的结果而获得的。

以这种方式，可以得到喷射速率形状改变的微调。这样的喷射速率形状是在发动 机操作点的基础上通过燃烧的需要限定的。

图6是用于执行本发明的各种实施例以产生升压电压V_boost和反相升压电压 V_{inv_boost}的电路505的示意图。

电路505由电池500的电池电压V_batt供电，并且包括：操作控制逻辑530以执行方法 的各种实施例的步骤的微处理器、输入滤波器510、将电池电压V_batt转换为升压电压V_boost的 升压转换器520，和驱动燃料喷射器160的硬件设备540。

图7是根据本发明又一实施例执行的燃料喷射的电流曲线A”的示意图。

图7的电流曲线A”类似于图4的电流曲线A’，所不同的是，代替执行图4中的“升压 电压”阶段，在“升压反转”阶段之后，燃料喷射器160的第二打开阶段是通过采用由电池500 提供的电池电压V_batt执行的，如图7的“电池电压”阶段所示出的。

图8是代表本发明的方法的实施例的流程图。

本发明的一个实施例的第一步骤是燃料喷射器160的第一打开阶段，其是通过提 供升压电压V_boost到燃料喷射器160的螺线管165获得的(方框600)。

跟随第一打开阶段(方框610)的是峰值阶段，然后跟随的是采用反相升压电 压_{Vinv_boost}的升压反转阶段(方框620)。

然后执行第二打开阶段(方框630)，可选地，第二打开阶段或者通过采用升压电压 V_boost或者通过采用电池电压V_batt执行。

然后执行保持阶段(方框630)，最后，燃料喷射器160被去激励(方框650)。

通过允许调制燃料喷射速率轮廓的形状，获得了燃烧效率的改善，这导致显著的 CO₂减少并且导致在减少发动机噪声上的改善。

在一些汽车系统中，CO₂减少可以是大约1％并且发动机噪声减少可以是大约3dB。

虽然前面概述和细节描述中展示出了至少一个示例性实施例，但是应当意识到的 是有大量的变化存在。还应意识到的是，一个或多个示例性实施例仅为示例，并且非意图为 以任何方式限制范围、应用或配置。然而，前述的概述和细节描述将为本领域技术人员提供 用于实施至少一个示例性实施例的便捷路线图，应理解是在所描述的实施例中的功能和布 置可具有各种变化而非背离附属权利要求及其法律等价物所陈述的范围。