專利名稱：用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備及其相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燃料噴射器用控制設(shè)備領(lǐng)域，且特別地涉及機(jī)動(dòng)車噴射器用時(shí)滯類型電子控制設(shè)備以及相關(guān)的方法。
背景技術(shù)：
已知的是，用作在發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒室內(nèi)注入燃料空氣混合物的燃料噴射器主要是壓電類型或螺線管類型的噴射器。特別地，噴射器受電子控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)，該電子控制設(shè)備包括被設(shè)計(jì)為使用合適的電流或電壓信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述電子控制設(shè)備的功率級(jí)。此外已知的是，前述設(shè)備的功率級(jí)中電流產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)控制技術(shù)主要是PWM或平均電流模式級(jí)。即使其不表現(xiàn)出次諧波不穩(wěn)定性，其關(guān)于切換頻率實(shí)際上引入了時(shí)延；因此， 這些時(shí)延迫使設(shè)計(jì)者使構(gòu)造控制回路級(jí)，其工作的頻率較功率級(jí)的切換頻率至少低三至四倍。為了解決這一問題，已經(jīng)設(shè)計(jì)出具有降低的時(shí)延的控制回路級(jí)；所述類型的控制回路級(jí)通常使用兩種不同的電路構(gòu)造運(yùn)行，這在本領(lǐng)域中被稱作“波峰電流模式電路”和 “波谷電流模式電路”。使用“波峰電流模式電路”或“波谷電流模式電路”驅(qū)動(dòng)燃料噴射器時(shí)，即使其產(chǎn)生降低了的時(shí)延，其仍表現(xiàn)出不穩(wěn)定性。事實(shí)上，功率級(jí)通常在MOS或FET晶體管上運(yùn)行，所述晶體管具有連接至載荷(噴射器)的共用切換節(jié)點(diǎn)，其由于反應(yīng)式寄生構(gòu)件而表現(xiàn)出大量的振蕩。由于控制回路級(jí)感測(cè)所述節(jié)點(diǎn)上的電流運(yùn)行，在感生之前需要間隔時(shí)間(通常為300ns)。特別地，當(dāng)載荷具有非常高的加載周期(大于50% )時(shí)，次諧波不穩(wěn)定性出現(xiàn)?？赏ㄟ^使用具有磁滯電流模式電路的電路來解決波峰或波谷電流模式電路的不穩(wěn)定性，所述電路具有準(zhǔn)恒定的周期來提供電流控制回路的足夠的穩(wěn)定性。盡管如此，已知的電路仍然存在一些缺點(diǎn)；一方面其需要特備復(fù)雜的電路來測(cè)量非常錯(cuò)綜復(fù)雜的頻率(或周期)。在另一方面，其在和以高頻率運(yùn)行的噴射器一起使用時(shí)不能表現(xiàn)出足夠的性能。特別地，如果噴射器以高于IKHz的一百分之一的頻率運(yùn)行時(shí)，切換頻率對(duì)這些電路而言過高，因此使得穩(wěn)定且簡(jiǎn)單的控制回路級(jí)技術(shù)上不可行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的范圍是提供一種用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其不具有上述的缺點(diǎn)。本發(fā)明的其他范圍是提供一種燃料噴射器控制手段。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)權(quán)利要求1實(shí)現(xiàn)了一種用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種如在權(quán)利要求10中所限定的用來控制燃料噴射器的方法。


為了更好的理解本發(fā)明，在此僅通過非限制性的實(shí)例的方式且結(jié)合附圖描述了其的實(shí)施例，其中-圖1示出了用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備的第一優(yōu)選實(shí)施例的塊狀示意圖；-圖2示出了存在于圖1中的設(shè)備中的信號(hào)的計(jì)時(shí)圖；和-圖3示出了用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備的第二優(yōu)選實(shí)施例的塊狀示意圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，使用附圖標(biāo)記1整體地標(biāo)示用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備。設(shè)備1包括-驅(qū)動(dòng)單元控制級(jí)(drivingunit control stage) 10，其包括第一、第二和第三輸入端口 10a、10b、IOd以及一個(gè)輸出端口 IOc ；-功率驅(qū)動(dòng)單元20，其包括相應(yīng)的輸入端口20i和輸出端口 20ο，用于使用至少一個(gè)電功率信號(hào)si供給由載荷100所電學(xué)地代表的至少一個(gè)燃料噴射器；-反饋頻率控制級(jí)30，其包括輸入30i和輸出30ο ；和信號(hào)感測(cè)級(jí)，用于檢測(cè)饋送至載荷100的電信號(hào)S1的大小。詳細(xì)地，控制級(jí)10包括第一輸出端口 10c，其通過線路連接至節(jié)點(diǎn)50，從所述節(jié)點(diǎn)分出引導(dǎo)至功率驅(qū)動(dòng)單元20的輸入20i的第一線路以及供給頻率反饋控制級(jí)30的輸入 30 的第二線路。頻率反饋控制級(jí)30在第一輸入處供給乘法器60，而其第二輸入饋送有參考信號(hào) Vpeak，所述參考信號(hào)限定了饋送至載荷100的點(diǎn)信號(hào)的最大大小。參考信號(hào)也被饋送至控制級(jí)10的第一輸入端口 10a。詳細(xì)地，如圖2所示，饋送至載荷100的電信號(hào)具有三角波形，其包括由和參考信號(hào)Vpeak相等的波峰值以及限定了信號(hào)的最低大小的波谷值所限定的恰當(dāng)?shù)募y波。信號(hào)si的斜率信號(hào)的改變?nèi)Q于控制級(jí)10從其輸出端口 IOc饋送至節(jié)點(diǎn)50，以及由此饋送至功率驅(qū)動(dòng)單元20的輸入20i的信號(hào)&。詳細(xì)地，S2采用方波波形，其中每一個(gè)周期由其中限定了第一較低值的第一時(shí)間T。ff和其中限定了比第一值要高的第二值的第二時(shí)間1 所限定。功率驅(qū)動(dòng)單元20 (D級(jí)類型放大器)必須能夠驅(qū)動(dòng)載荷100，并由此在其輸出20ο 上產(chǎn)生電信號(hào)S1，以使用電流或等同地使用電壓驅(qū)動(dòng)載荷100。清晰地，取決于驅(qū)動(dòng)的種類， 感測(cè)級(jí)40可相應(yīng)地為已知類型的電流感測(cè)級(jí)或電壓感測(cè)級(jí)。特別地，功率驅(qū)動(dòng)單元20可為buck轉(zhuǎn)換器，boost轉(zhuǎn)換器，或是buck-boost轉(zhuǎn)換
O詳細(xì)地，由載荷100所代表的燃料噴射器取決于電信號(hào)S1的大小而改變其打開的方式；更詳細(xì)地，電信號(hào)越高，噴射器打開得越快。當(dāng)前的燃料噴射器非?？焖俚剡\(yùn)行，在其所運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)的每個(gè)周期上包括多次燃料注入；在特定的應(yīng)用中，其可產(chǎn)生燃料注入需求電信號(hào)可達(dá)到IMHz頻率。出于這個(gè)原因，功率驅(qū)動(dòng)單元20應(yīng)被設(shè)計(jì)以能夠產(chǎn)生所述類型的電流或電壓信號(hào)。功率驅(qū)動(dòng)單元20的輸出20ο被連接至相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)70，由所述節(jié)點(diǎn)接出兩根不同的線路。第一線路到達(dá)載荷100的輸入，而第二電路到達(dá)感測(cè)級(jí)40的輸入，其輸出被通過線路41連接且饋送至電流控制級(jí)10的第三輸入端口 10d?？刂萍?jí)10使用時(shí)滯電信號(hào)變化運(yùn)行。詳細(xì)地，其在第一和第二輸入端口 10a、10b 處分別接收波峰值Vpeak以及波谷值，所述波谷值由波峰值Vpeak和通過來自于反饋頻率控制級(jí)30的校正信號(hào)饋送至乘法器60的電信號(hào)相乘獲得，將在下文中對(duì)其細(xì)節(jié)進(jìn)行詳盡的描述；通過已知的電路構(gòu)造，控制級(jí)10在其輸出IOc處產(chǎn)生參考信號(hào)&，所述信號(hào)在由感測(cè)級(jí) 40所感測(cè)的電信號(hào)S1較參考信號(hào)Vpeak要高的時(shí)間段內(nèi)采用第一較低的值，而在電信號(hào)較參考信號(hào)Vpeak要低的時(shí)間段內(nèi)采用第二較高的值?？刂萍?jí)10被設(shè)計(jì)，以保持信號(hào)S1的波谷值為參考信號(hào)的增益(總是低于 100% )。最后，頻率反饋控制級(jí)包括計(jì)時(shí)器31，其包括直接連接至頻率反饋控制級(jí)30的輸入30i，以及連接至加法器32的第一輸入32a的輸出，所述加法器繼而包括第二輸入32b， 其接收參考計(jì)時(shí)信號(hào)Tref，其大小事先由不隨時(shí)間變化、或是被使用非常低的頻率調(diào)制(通常最大為IOHz，但無論如何都較驅(qū)動(dòng)級(jí)20的切換頻率低若干個(gè)數(shù)量級(jí))的數(shù)值所確定。加法器32包括自身的輸出32c，其被直接連接至積分級(jí)32的輸入。計(jì)數(shù)器31測(cè)量信號(hào)s2的兩個(gè)正沿之間的周期，且在其輸出處產(chǎn)生作為前述測(cè)量的結(jié)果的相應(yīng)的信號(hào)Tmis。信號(hào)Tmis采用其大小直接取決于測(cè)量值自身的波形。因此，也通過計(jì)數(shù)器測(cè)量信號(hào)si的周期。隨后，加法器32計(jì)算位于其第二輸入32b上的參考計(jì)時(shí)信號(hào)T,ef和來自計(jì)時(shí)器 30、位于其第一輸入30a上的信號(hào)Tmis之間的差值，且在其輸出30c上產(chǎn)生到達(dá)積分器33的輸入的差值信號(hào)eT(t).積分器33產(chǎn)生供給乘法器60的一個(gè)輸入的時(shí)滯校正信號(hào)kh。詳細(xì)地，積分器33 被包括在內(nèi)，以獲得校正信號(hào)kh的變化對(duì)差值信號(hào)eT(t)的變化的平滑的響應(yīng)。事實(shí)上，如果公開的設(shè)備1中去除積分器33，在差值信號(hào)eT(t)臺(tái)階變化時(shí)，將導(dǎo)致校正信號(hào)kh的變化也具有臺(tái)階狀的波形。相對(duì)比地，由于積分器33的存在，即使在差值信號(hào)e3T(t)存在突變的情形中，校正信號(hào)kh中也表現(xiàn)出平滑后的響應(yīng)。詳細(xì)地，反饋頻率控制級(jí)30可被設(shè)計(jì)成在離散或連續(xù)的時(shí)疇(time domain)內(nèi)工作。在第一情形中，即，將在下文的描述中表述的情形中，取樣頻率應(yīng)被保持為足夠高，以避免假信號(hào)問題且提供足夠的過取樣。由于反饋頻率控制級(jí)30在離散時(shí)疇中運(yùn)行，因此在恒定的間隔上對(duì)差值信號(hào)eT(t)進(jìn)行取樣。清晰地，差值信號(hào)eT(t)不可能在每一個(gè)取樣時(shí)刻被保持為完全恒定，這是由于控制運(yùn)行時(shí)具有基于此前的值的誤差校正。出于這一原因，甚至在恰當(dāng)?shù)钠椒€(wěn)時(shí)間后，設(shè)備1 在空轉(zhuǎn)運(yùn)行狀況中仍將表現(xiàn)出受小振幅紋波影響的差值信號(hào)eT(t).由于積分器33的離散時(shí)疇運(yùn)行，且給定取樣時(shí)間的時(shí)刻⑴和取樣時(shí)間的前一時(shí)刻(i_l)，則時(shí)刻⑴處的校正信號(hào)kh為kh(i) = k^i-D+Ki · (eT(i))其中e^i)代表時(shí)刻⑴處取樣的差值信號(hào)4(0，而&是積分器的調(diào)節(jié)參數(shù)(積，增加積分器33的積分增益導(dǎo)致其響應(yīng)的降低的上升時(shí)間，且導(dǎo)致過沖時(shí)間以及平穩(wěn)時(shí)間(settling time)的增加。因此應(yīng)考慮設(shè)備1的其余構(gòu)件的響應(yīng)來選定積分增益的校正水平，且同時(shí)將燃料噴射器的運(yùn)行頻率考慮在內(nèi)。校正信號(hào)kh(i) —直被飽和至包括在范圍(0 + 1)內(nèi)的大小。將校正信號(hào)kh(i)和參考信號(hào)Vpeak相乘導(dǎo)致獲得信號(hào)S2的波谷值。由于校正信號(hào)不能超過一，波谷值被強(qiáng)制保持為低于參考信號(hào)的大小。因此，參考信號(hào)Vref被保持不變， 這意味著饋送至載荷100的信號(hào)S1的最大大小也被固定，而信號(hào)S1的波谷值根據(jù)kh的變化而改變。設(shè)備1的第二優(yōu)選實(shí)施例被示出在圖3中。在所述第二個(gè)實(shí)施例中，如在此前的實(shí)施例中一樣，由設(shè)計(jì)者設(shè)定的參考值為參考信號(hào)和參考計(jì)時(shí)信號(hào)Tref。頻率反饋控制30在和此前的實(shí)施例中公開的內(nèi)容相比， 保持相同的結(jié)構(gòu)和相同的輸入。這也應(yīng)用于功率驅(qū)動(dòng)級(jí)20的構(gòu)造和功能，以及感測(cè)級(jí)40 和載荷100。在第二實(shí)施例中，控制級(jí)10在其第一輸入端口 10a、10b處分別接收參考信號(hào)Vref 和第一時(shí)間T。ff，在所述第一時(shí)間中信號(hào)&采用第一較低的值。從乘法器60的輸出獲得第一時(shí)間T。ff，所述乘法器將都饋送至其輸入處的校正信號(hào)kh和參考計(jì)時(shí)信號(hào)Tref數(shù)字地相乘。在該第二實(shí)施例中，參考信號(hào)Tref因此被饋送至乘法器60的輸入，且如在本發(fā)明的第一實(shí)施例中發(fā)生的一樣，饋送至加法器32的輸入。因此，第一和第二實(shí)施例仍然允許使用相同的用戶限定輸入(參考信號(hào)和參考計(jì)時(shí)信號(hào)TMf)以及使用相同的線路配置而獲得相同的結(jié)果?？刂萍?jí)10的內(nèi)部運(yùn)行以及其一個(gè)輸入(不接收參考信號(hào)的一個(gè))從第一實(shí)施例到第二實(shí)施例發(fā)生了改變。也是在第二實(shí)施例中，參考信號(hào)Vref被保持不變，這意味著饋送至載荷100的信號(hào) S1的最大大小也被固定，而信號(hào)S1的波谷值根據(jù)kh的變化而變化；在此情形中，相反地，波谷值的變化是非直接的，且通過kh的變化導(dǎo)致第一時(shí)間T。ff的直接變化。當(dāng)然，其塊狀示意圖在圖1和3中被示出的兩個(gè)電路可被設(shè)計(jì)在硬件(例如ASIC) 上，或是經(jīng)由其中一個(gè)或兩個(gè)進(jìn)程在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的軟件而被實(shí)現(xiàn)，僅保留放大器作為硬件模塊。此前公開的設(shè)備的優(yōu)勢(shì)和好處是清晰的其允許避免了在經(jīng)典峰值電流模式電路中存在的次諧波不穩(wěn)定性，且允許了相對(duì)于頻率反饋電路而言更簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)。事實(shí)上，周期測(cè)量被使用簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)器執(zhí)行，而頻率測(cè)量必須使用復(fù)雜的分區(qū)級(jí)以有效地實(shí)施。此外，積分控制(integral control)的存在確保了時(shí)滯的平滑變化以及功率驅(qū)動(dòng)級(jí)20的平滑變化。這導(dǎo)致了燃料噴射器100的更好的起作用，且連續(xù)地，導(dǎo)致了其被安裝至的發(fā)動(dòng)機(jī)的增強(qiáng)了的性能。此外，通過此處公開的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電路的全部構(gòu)件的更好的頻率調(diào)節(jié)是可能的；準(zhǔn)恒定頻率的維持允許了對(duì)RF噪聲的更好的過濾被引入噴射器中。在此前公開的全部?jī)蓚€(gè)實(shí)施例中，可改變參考信號(hào)Tref，以使得設(shè)備1適用于寬范圍的載荷和系統(tǒng)配置，而不涉及對(duì)電路的互連的任何改動(dòng)。最后，明顯的是可對(duì)此處公開的設(shè)備進(jìn)行改動(dòng)和變化，而不離開如所附的權(quán)利要求書中所限定的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備(1)，該設(shè)備(1)包括用于使用電信號(hào)(S1)驅(qū)動(dòng)所述燃料噴射器的功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備(20)，以及連接至所述功率驅(qū)動(dòng)設(shè)備00)的控制級(jí)(10)；所述設(shè)備(1)還包括由功率驅(qū)動(dòng)單元00)供給且供給控制級(jí)(10)的感測(cè)級(jí) (40)該設(shè)備(1)的特征在于其包括反饋頻率控制級(jí)(30)，以測(cè)量供給燃料噴射器的信號(hào)的波形周期；所述反饋頻率控制級(jí)(30)由所述控制級(jí)(10)供給電信號(hào)(S1)。
2.如權(quán)利要求1所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其中所述反饋頻率控制級(jí)(30)包括計(jì)數(shù)器(31)以及電連接至所述計(jì)數(shù)器(31)的積分器(33)。
3.如權(quán)利要求2所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其中所述反饋頻率控制級(jí)(30)還包括布置在所述計(jì)數(shù)器(31)和所述積分器(3 之間的加法裝置(32)。
4.如權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其特征在于參考信號(hào)(Vprak)和參考計(jì)時(shí)信號(hào)(TMf)分別被施加至控制級(jí)(10)的第一輸入以及所述加法裝置 (32)。
5.如權(quán)利要求2所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其中所述積分器(33)產(chǎn)生校正信號(hào) (kh)，所述信號(hào)取決于由所述加法裝置(32)產(chǎn)生的誤差信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其還包括用于供給所述控制級(jí)(10)的第二輸入的乘法裝置(60)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其中所述乘法裝置(60)包括兩個(gè)由所述校正信號(hào)(kh)和所述參考計(jì)時(shí)信號(hào)(TMf)供給的輸入。
8.如權(quán)利要求5或6所述的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備，其中所述乘法裝置(60)包括兩個(gè)由所述校正信號(hào)(kh)和所述參考信號(hào)(Vpeak)供給的輸入。
9.一種燃料噴射器控制方法，所述方法包括使用來自由控制級(jí)(10)供給的功率驅(qū)動(dòng)單元00)的電信號(hào)(S1)驅(qū)動(dòng)所述燃料噴射器的步驟，以及使用用于供給所述控制級(jí)(10) 的感測(cè)級(jí)GO)感測(cè)所述信號(hào)(S1)的步驟；該方法(1)的特征在于通過由所述控制級(jí)(10) 供給的反饋頻率控制級(jí)(30)測(cè)量供給燃料噴射器的信號(hào)(S1)的波形周期的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述的燃料控制方法，其還包括對(duì)所述控制級(jí)(10)所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(s2)的周期的測(cè)量值和參考計(jì)時(shí)信號(hào)(Tref)之間的差值所產(chǎn)生的誤差信號(hào)(eT(t))積分的步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的燃料噴射器控制方法，其中所述積分步驟導(dǎo)致了校正信號(hào) (kh)的產(chǎn)生，該校正信號(hào)和參考信號(hào)(Vpeak)相乘；該方法還包括下列供給-使用所述相乘的第一電信號(hào)結(jié)果供給所述控制級(jí)(10)的第一輸入端口(IOa)和-使用所述參考信號(hào)(Vpeak)供給所述控制級(jí)(10)的第二輸入端口(10b)。
12.如權(quán)利要求11所述的燃料噴射器控制方法，其中位于所述控制級(jí)(10)的輸出處的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)(S2)采用第一值和第二值；當(dāng)電信號(hào)(S1)高于參考信號(hào)(Vpeak)時(shí)采用所述第一值；當(dāng)電信號(hào)(S1)低于參考信號(hào)(Vpeak)時(shí)采用所述第二值。
全文摘要
一種用于燃料噴射器的時(shí)滯類型電子控制設(shè)備(1)，其包括用于使用電信號(hào)(s1)驅(qū)動(dòng)燃料噴射器的功率驅(qū)動(dòng)單元(20)，連接至功率驅(qū)動(dòng)單元(20)的控制級(jí)(10)，以及由功率驅(qū)動(dòng)單元(20)供給且供給控制級(jí)(10)的感測(cè)級(jí)(40)設(shè)備(1)包括反饋頻率控制級(jí)(30)，以測(cè)量供給燃料噴射器的信號(hào)的波形周期；反饋頻率控制級(jí)由所述控制級(jí)(10)使用電信號(hào)(s1)供給。一種燃料噴射器控制方法，其包括使用來自由控制級(jí)(10)供給的功率驅(qū)動(dòng)單元(20)的電信號(hào)(s1)驅(qū)動(dòng)燃料噴射器的步驟，以及使用感測(cè)級(jí)(40)感測(cè)信號(hào)(s1)的步驟；該方法包括通過反饋頻率控制級(jí)(30)測(cè)量信號(hào)(s1)的波形周期的步驟。
文檔編號(hào)F02D41/20GK102422003SQ201080021015
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2010年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月14日
發(fā)明者G.波托, M.盧卡諾, M.奇雅伯格, M.德吉厄賽普 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司