專利名稱：用于操作電磁致動器的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一個實施方式涉及用于構(gòu)建控制電磁致動器的電路的方法。
本發(fā)明另一實施方式涉及用于設(shè)計控制電磁致動器的電路的方法。
為了本申請的目的，術(shù)語“物理遠(yuǎn)程”(例如，在距離電磁致動器物理遠(yuǎn)程的線圈的上下文中)意指這樣的事實電磁致動器和線圈可以電連接，但是兩者之間的任何直接磁交互是可以忽略的。
此外，為了本申請的目的，術(shù)語“理論”(例如，在理論線圈的上下文中)意指這樣的事實理論線圈不存在于物理意義中。
背景技術(shù)：
一般的，電磁線圈將電能轉(zhuǎn)換為磁通量，該磁通量的釋放被轉(zhuǎn)換為安裝在C框電磁線圈、D框電磁線圈、或者管狀電磁線圈(分別如圖1A，1B，1C所示)中央的鐵心(plunger)的線性機(jī)械運動。通過具有電感L的電磁線圈繞組的電流I生成磁能E＝1/2LI2，其產(chǎn)生移動鐵心和固定擋之間的吸引力Fmag。電磁線圈典型在鐵心和擋之間具有工作的或可變的空隙，而在鐵心外直徑和其框或安裝襯套(mounting bushing)之間具有固定的空隙。為了完成磁路，磁通線通過空氣或金屬框，通過擋、鐵心、管狀電磁線圈的框或安裝襯套流動并返回它們的源點。
電磁線圈的性能取決于大量參數(shù)，包括但不局限于其物理尺寸、所施加的瓦特數(shù)、工作循環(huán)、環(huán)境溫度、由于熱上升引起的其線圈溫度、線圈安匝數(shù)(NI，其中I和N分別是電流和線圈匝數(shù))、電磁線圈方向、鐵心的橫截面積、線圈繞組和鐵心和擋的幾何形狀。圖2舉例說明了D.C.電磁線圈的鐵心和配對擋的不同幾何形狀的典型力-行程關(guān)系。
典型地，給定鐵心和擋幾何形狀的矯頑力越大，在延伸的行程位置的拉/推力越小。關(guān)于這點，典型地產(chǎn)生的最小拉/推力處于延伸的行程末端，在此處鐵心組件開始其朝向擋的舉起(lifting)。當(dāng)鐵心接近擋位置時，所形成的拉/推力典型地顯著增加，并且力-行程曲線的斜率急劇上升。根據(jù)電流和位置來定義力的用于電路的微分方程和用于動力學(xué)的馬克斯韋爾方程描述了電機(jī)致動器的全動態(tài)或切換響應(yīng)。事實上，存在產(chǎn)生磁通量并且將其能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械動量所需的一定瞬變時間。
在許多應(yīng)用中，此固有瞬變現(xiàn)象可能最終依賴于鐵心位置及其速度而影響其它機(jī)械部件的動力學(xué)。這些應(yīng)用之一涉及在直接噴射汽油和柴油發(fā)動機(jī)中使用的高壓燃料噴射器。在內(nèi)燃機(jī)(尤其柴油機(jī))中，包括噴射、點火(或者自動點火)和燃燒的瞬變階段具有從幾十到幾百納秒的極短時間片斷(fractions)。在這點上，圖3示出關(guān)于正庚烷反應(yīng)的數(shù)據(jù)，所述反應(yīng)開始于900K和83巴，與二階段CI(柴油機(jī))燃燒過程有關(guān)。更確切地，圖3涉及(a)包括預(yù)混火焰的第一階段(0.03ms)，具有諸如C7自由基、醛(PAH)和過氧化氫的各種短期組分；和(b)包括快速氧化的第二階段(0.06ms)，具有氫、水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷、煤煙前體、C3-化合物和C4化合物。
此外，圖4描述某些理想目標(biāo)或者目的或者意圖的噴射事件(例如，受不穩(wěn)定控制的噴射持續(xù)時間和停頓間隔的妨礙)，而圖5描述與每氣缸噴射(具有有限的空氣進(jìn)入導(dǎo)致不完全燃燒)的常規(guī)單長射有關(guān)的柴油擴(kuò)散火焰。
更進(jìn)一步，一個常規(guī)的電控柴油噴射器被稱作″貯能器(accumulator)″類型。在這些噴射器中，噴嘴包括在高壓下被充以燃料貯能室，其與噴嘴口連通。致動裝置與噴射閥相連并且可在控制室內(nèi)移動，所述控制室也用燃料加壓。該閥與控制室相連，并被打開以便減壓并且在貯能室中引起壓力，以移開噴射閥并啟動燃料噴射。典型地，包含在燃料噴嘴的外殼內(nèi)的主要電磁組件操作該閥。
圖6A-6D描述單位噴油泵(″UI″)和單體泵(″UP″)操作階段的四行程。這些單缸噴射泵系統(tǒng)的功能可以被細(xì)分成四個操作階段(分別地對應(yīng)于到圖6A-6D各幅圖)a)吸氣行程。從動彈簧(3)向上推動泵柱塞(2)。燃料供給的低壓階段中的燃料永久處于壓力下，并從低壓階段經(jīng)由發(fā)動機(jī)組中的孔和入口(或者饋送)通道(7)流入電磁閥室(6)。
b)初始行程。致動凸輪(1)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)并且向下推動泵柱塞(2)。電磁閥被打開，使得泵柱塞(2)可以推動燃料穿過燃料-回路(8)進(jìn)入燃料供給的低壓階段。
c)輸送和噴射行程(或者預(yù)行程)。來自發(fā)動機(jī)電控單元(″ECU″)的電子計時激勵電磁閥線圈(9)，以便將電磁閥的針(5)拉向電磁閥座/擋(10)。高壓室(4)和低壓階段之間的連通被關(guān)閉。泵柱塞(2)的進(jìn)一步運動在高壓室(4)中引起增加燃料壓力；燃料也在噴嘴-針(或者噴嘴組件)(11)中被加壓。在到達(dá)噴嘴針開啟壓力時(典型地在300巴以上)，噴嘴針(11)被從它的座上提起并且燃料被噴射到發(fā)動機(jī)燃燒室中。由于該泵柱塞的高輸送率，壓力在整個噴射過程中繼續(xù)增加(典型地直到1800-2000巴的最大峰值)。
d)剩余行程。電磁閥線圈(9)一被關(guān)斷，電磁閥(或者電磁閥針)(5)在一個短延遲之后就打開，并且打開高壓室和低壓階段之間的連通。
圖7A-7D涉及圖6A-6D的上述操作階段，并且分別示出線圈電流(Is)、電磁閥針行程(hM)、噴射壓力(pe)和噴嘴-針行程(hN)。
圖8描述在使用安裝在噴射器內(nèi)的兩個致動電磁線圈情況下，與燃料噴射器噴嘴(″貯能器″類型噴射器)的操作有關(guān)的波形圖。
最終，許多傳統(tǒng)技術(shù)和裝置，例如，通過在各噴射階段期間使用壓電致動器或者經(jīng)由電控單元的噴射事件策略的快速接通/斷開，來完成多次噴射。特別地參考迅速操作電磁致動器的應(yīng)用，已經(jīng)對用于配氣機(jī)構(gòu)零部件而非用于高壓燃料噴射器的可變閥致動器進(jìn)行了研究。有關(guān)文件包括1)Robert Bosch GmbH(1999)?！癉iesel-enginemanagement”。SAE，第二版本，306頁；2)B.Riccardo，C.R.F.Societa′consottile per Azioni(2000)。“Method of controlling combμstion ofa direct-injection diesel engine by performing mμltiple injections”。歐洲專利EP 1035314 A2；3)N.Rodrigμes-Amaya等人，(2002)“Method for injection fμel with mμltiple triggering of a controlvalve”。Robert Bosch GmbH，美國專利2002/0083919 A1；4)M.Brian，Caterpillar Inc(2002)?！癕ethod and apparatμs fordelivering mμltiple fμel injection to the cylinder of an engine whereinthe pilot fμel injection occμrs dμring the intake stroke”。國際專利申請WO 02/06652A2；5)K.Yoshizawa，等人，Nissan Motor Co.，Ltd(2001)?！盓nhanced mμltiple injection for aμto-ignition in internalcombμstion engines”，美國專利US2001/0056322A1；6)Y.Wang等人，福特汽車公司和K.S.Peterson等人，密歇根大學(xué)(2002)。“Modelingand control of electromechanical valve actμator”，SAE國際，SP-1692，2002-01-1106，43-52；和7)V.Giglio等人(2002)。“Analysisof advantages and of problems of electromechanical valve actμators”。SP-1692，2002-01-1 106，31-42。


圖1A-1C分別描述了C-框電磁線圈、D-框電磁線圈和管狀電磁線圈的標(biāo)準(zhǔn)橫截面(帶有磁通線圖案)；圖2描述用于D.C.電磁線圈的各種圓錐、平面和階梯圓錐的鐵心-擋配置的典型力-行程關(guān)系(曲線)；圖3描述關(guān)于與兩階段CI(柴油機(jī))燃燒過程有關(guān)的某些庚烷反應(yīng)的數(shù)據(jù)；圖4描述某些常規(guī)噴射事件；圖5描述與常規(guī)每氣缸噴射的單長射有關(guān)的典型柴油機(jī)擴(kuò)散火焰(由于有限空氣進(jìn)入而導(dǎo)致不完全燃燒)；
圖6A-6D描述噴油泵(″UI″)和單體泵(″UP″)的四行程操作階段；圖7A-7D涉及圖4A-4D的每一階段，并且分別示出線圈電流(Is)、電磁閥針行程(hM)、噴射壓力(pe)和噴嘴-針行程(hN)。
圖8描述在使用兩個安裝在噴射器內(nèi)的致動電磁線圈的情況下，與噴射器噴嘴實例(一″貯能器″類型噴射器)的操作有關(guān)的波形圖；圖9描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，在噴射的開始和結(jié)束時施加的力；圖10描述了根據(jù)本發(fā)明直接應(yīng)用于單噴射事件的實施方式，I-函數(shù)(即，IF(t)和它的一階導(dǎo)數(shù)dlF(t)/dt)的一個實例的圖表；圖1 1A描述了根據(jù)本發(fā)明一實施方式，合并到電氣控制電路中的次級線圈的一個實例，以及圖11B描述了根據(jù)本發(fā)明一實施方式的兩個關(guān)聯(lián)的定時情況(其中，圖11B中的上圖表示利用噴射器點火同時充電次級線圈(同時充電)，而圖11B中的下圖示出在噴射器點火之前充電次級線圈(預(yù)充電)；圖12A描述根據(jù)本發(fā)明一實施方式，用于同時充電的次級線圈的波形時序的一個實例(其中，粗體實線是通過圖11A的T2(圖11B的CD周期)控制噴射持續(xù)時間的觸發(fā)信號，而常規(guī)實線是從初級線圈測量的輸出電壓)，而圖12B描述根據(jù)本發(fā)明一實施方式，用于預(yù)充電的次級線圈的波形時序的一個實例(其中，粗體實線是通過圖11A的T2(圖11B的CD周期)控制噴射持續(xù)時間的觸發(fā)信號，而常規(guī)實線是從初級線圈測量的輸出電壓)。
圖13描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的穩(wěn)定的多次超短噴射；圖14描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，用于證實時間響應(yīng)動力學(xué)的一個實例測試系統(tǒng)配置；圖15描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的一個實例噴射系統(tǒng)測試單元，該測試單元用來檢驗與充電的次級線圈串聯(lián)的噴射器的反應(yīng)(使用激光多普勒風(fēng)速計的瞬時燃料流率測量表示當(dāng)噴射振動流入毛細(xì)石英管時的實際燃料動力學(xué))。
圖16A和16B描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，在相同噴射條件(圖16A涉及瞬時體積流率以及圖16B涉及集成噴射質(zhì)量)下的不同次級線圈(″SC″)充電情況的比較的實例繪圖(流率測量結(jié)果)；圖17描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，對不同充電方案(即，同時充電-第一列，預(yù)充電-第二列；和移位充電-第三列)獲得的瞬時體積流率(頂行)和集成質(zhì)量(底行)時序的一系列實例繪圖(流率測定結(jié)果)；圖18描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的可控高壓多次噴射的一個實例；圖19描述根據(jù)本發(fā)明的實施方式的一個實例有關(guān)的某些噴射事件(其中，參考某些燃燒效果和發(fā)動機(jī)運行/噴射策略來識別該噴射事件)；圖20描述有關(guān)本發(fā)明實施方式的信息-即，關(guān)于RL測量(左側(cè)，初級)和計算數(shù)據(jù)(右側(cè)，次級)；″電路外″測量的電感和電阻數(shù)據(jù)；L/C計量IIB；L_stray＝2.139 μH，R_stray＝0.2-0.3W的信息；圖21描述根據(jù)本發(fā)明實施方式的歸一化到單位的I函數(shù)任意電流跡線及其一階導(dǎo)數(shù)；圖22描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，適于某些庫上升和下降指數(shù)函數(shù)的I函數(shù)電流一個實例；圖23描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，關(guān)于一個實例次級線圈驅(qū)動器碼(例如，關(guān)于某些參數(shù)的計算)的數(shù)據(jù)；圖24描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，關(guān)于用于多次噴射(例如，與HP Agilent 34811A/33120A配置相關(guān))的電流波形的構(gòu)成的數(shù)據(jù)；圖25描述構(gòu)造為任意波形的某些實例信號(其中，根據(jù)本發(fā)明實施方式，左側(cè)繪圖與原始的Bosch CRIS噴射器信號相關(guān)聯(lián)，而右側(cè)的繪圖與雙射噴射信號相關(guān)聯(lián))；圖26描述根據(jù)本發(fā)明實施方式描述一個實例可控的多次噴射系統(tǒng)(應(yīng)用于Bosch共軌系統(tǒng))；圖27根據(jù)本發(fā)明實施方式描述一個實例測量設(shè)置以檢驗高壓多次噴射；圖28-45描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，作為應(yīng)用于柴油機(jī)噴射系統(tǒng)(值得注意的，根據(jù)本發(fā)明實施方式的該迅速操作次級致動器在下文有時被稱為″ROSA″)的多沖迅速操作次級致動器的性能評定；圖46-70描述根據(jù)本發(fā)明實施方式，由穩(wěn)定而可控的多次噴射系統(tǒng)(即，″ROSA″)產(chǎn)生的流中的瞬時柴油流率的量。
在已經(jīng)公開的益處和改進(jìn)之中，根據(jù)結(jié)合附圖的下列描述，本發(fā)明其它的目的和優(yōu)點將變得顯而易見。附圖組成該說明書的一部分并且包括本發(fā)明例證性的實施方式并且舉例說明其各種的目的和特征。
具體實施例方式
根據(jù)需要，在此公開本發(fā)明的詳細(xì)實施方式；然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，可能以各種形式包含在本發(fā)明中的公開實施方式僅僅用于舉例說明。另外，與本發(fā)明各種實施方式有關(guān)的給定每一實例意圖說明例證的，而不是限制本發(fā)明。附圖不必要到比例，可能夸大一些細(xì)節(jié)來顯示特殊的組件的詳細(xì)情況。因此，在此公開的指定的結(jié)構(gòu)和功能的詳細(xì)情況不允許被解釋為限制，而僅僅作為的權(quán)利要求的基礎(chǔ)，并且作為典型的基礎(chǔ)以便教導(dǎo)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員多樣地使用本發(fā)明。
總之，本發(fā)明各種的實施方式涉及用于控制內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、線性電磁線圈以及其它電磁儀器(例如，其將電能轉(zhuǎn)換為線性機(jī)械運動以將外加負(fù)載傳送指定距離)中的噴射器的電磁致動器。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明各種實施方式描述理論、電路、充電時間計算代碼以及次級線圈(″SC″)的工程應(yīng)用，所述次級線圈產(chǎn)生在此被稱為″I函數(shù)″的事務(wù)，以便用于激勵第一主線圈(例如，安裝在諸如內(nèi)燃機(jī)的噴射器的設(shè)備中)。值得注意的是，由根據(jù)本發(fā)明SC產(chǎn)生的影響可能經(jīng)由采取至少三種不同形式的手段來實現(xiàn)(a)距離第一線圈物理遠(yuǎn)程安裝的額外次級線圈(例如，第一線圈是用于比如汽油和柴油發(fā)動機(jī)的中等和重負(fù)荷電磁線圈)；(2)電子電流仿真電路(例如，比如下降負(fù)荷器件)；和/或(3)產(chǎn)生應(yīng)用于期望應(yīng)用(例如，噴射器)的I-函數(shù)的數(shù)字/二進(jìn)制碼。
進(jìn)一步注意的是，與任何瞬時慣性(延遲)的抑制有關(guān)地解決機(jī)械動力學(xué)、感應(yīng)動力學(xué)以及利用SC的迅速操縱控制單元的三個基本問題。在一個實施方式中，分析解決方案是基于一系列微分方程。舉例來說，本發(fā)明實施方式的雙-線圈配置不依賴于第二電磁線圈相對于第一電磁線圈的物理放置，以便根據(jù)初級和次級線圈之間的磁通量干擾來改善閥門升程響應(yīng)。而是本技術(shù)實現(xiàn)了將應(yīng)用到初級線圈上的″I函數(shù)″電流。可以在次級線圈(其不必物理存在于第一線圈附近)中產(chǎn)生該電流。該次級線圈可以是位于遠(yuǎn)離第一線圈的遠(yuǎn)程單元。做為選擇，次級線圈可以由將被傳送和應(yīng)用的I-函數(shù)感應(yīng)電流的代碼來表示。因而，現(xiàn)在可以非常迅速地釋放基本上任何期望類型的啟動/斷開過程，而沒有對該過程敏感的實質(zhì)時滯(例如，與柴油發(fā)動機(jī)中的燃燒過程有關(guān))。
此外，該本發(fā)明提供一種實施方式，其中，提供一電路(以及計算SC的充電(激勵)時間的代碼)。在一個實例(該實例意圖舉例說明而非限制)中，本發(fā)明可以允許柴油發(fā)動機(jī)中的噴射以系列引導(dǎo)和多擊噴射用于基本上完全燃燒，切除顆粒物質(zhì)和氮氧化物的排放。在其它應(yīng)用中，本發(fā)明可以允許控制初級電磁線圈的極短開和關(guān)以及兩個脈沖(或者一系列脈沖)之間的短可控停止間隔。換句話說，在本發(fā)明下，動態(tài)時間系列可以變得非常接近于由從致動器輸出的電信號表示的電磁波形。
現(xiàn)在參照圖9(同其X軸坐標(biāo)設(shè)置)可以看出，在噴射的開始0≤t≤τ，當(dāng)閥針向上移動時，通過以下而迭加加速具有質(zhì)量m的針閥的力由被激勵的電磁線圈(初級線圈)感應(yīng)的磁力FMag、由壓簧產(chǎn)生的彈力Fel、由于通用地球重力(9.98m/s2)產(chǎn)生的重力Fgr、以及由于閥針表面接觸到存在于高壓燃料管道中的薄燃燒層而產(chǎn)生的側(cè)磨擦力Ffrmd2xdt2=mxn=FMag-Fel-Fgr-Ffr----(1)]]>FMag＝BIlsin(0°)＝μru0HIl＝uru0I2N (2)
Fel=k(Δ0+x)=Fel0+kx----(3)]]>Fgr＝mg (4)
其中，B是磁通量密度(電感)，ur是磁鐵的相對磁導(dǎo)率，u0＝1.257*10-6H/m是磁場常數(shù)，l是線圈(電磁線圈)長度，I提供給線圈的電流，N是線圈上的匝數(shù)，以及k是根據(jù)Hooke定律的彈簧常數(shù)，Δ0是初始彈黃壓力，而qlam是層流狀態(tài)下的摩擦系數(shù)(由于燃料管道中的非常薄層導(dǎo)致低Re-數(shù)，因而忽略摩擦力的湍流分量)。
時間過渡狀態(tài)是t＝0I＝0[A]，x＝Δ0[m]，x′＝0[m/s] (6)t＝τI＝IΔ[A]，x＝(Δ0+Δ)[m](7)通常，指數(shù)定律提供瞬時時間相關(guān)電流I＝IΔf(t) (8)現(xiàn)在，方程(1)可以重寫為以下形式x′=urr0NmIΔ2f2(t)-qlammx′-kmx-[Fd0m+g]----(9)]]> 以上暗示將利用取決于時間t和放大倍數(shù)γ的自變量的兩個指數(shù)類型函數(shù)x(t)＝x1(t)+x2(t)的疊加來獲得該二階非齊次常微分方程(9)的解，所以相對于右手的線性和非線性部分，在過渡啟動期間它們具有瞬時振動特性。關(guān)于方程(9)的線性部分的第一個函數(shù)具有以下的統(tǒng)一形式x1(t)=Δ0eβ1t----(10)]]>利用來自方程(9)中的函數(shù)x1(t)的x′和x″的導(dǎo)數(shù)，線性部分變成以下形式
Δ0(β12+αfrβ1+αel)eβ1t=-αsys----(11)]]>在最開始，當(dāng)t-＞0時，該表達(dá)式被轉(zhuǎn)為二次平衡β12+αfrβ1+(αel+αsys/Δ0)=0----(12)]]>其可以是相對于變量β1，即，振蕩基本頻率被求解β1=-αfr±αfr2-4(αel+αsys/Δ0)2----(13)]]>一般的，根據(jù)方程(13)中的平方根的符號，存在三類解。然而，舉例來說，在應(yīng)用電磁線圈來移動高壓燃料膛內(nèi)的閥針的情況下，與彈性和重力比較，摩擦力可忽視地小α2fr＜＜4(αel+αsys)，基本頻率β的解可以重寫為β1=±αel+αsys/Δ0=±iω1----(14)]]>而用于噴射開始處的向上提升動力的通解x1(t)是x1(t)=Δ0e±ω1t=Δ0[cos(ω1t)±isin(ω1t)]----(15)]]>關(guān)于方程(9)的非線性部分的第二函數(shù)具有相同統(tǒng)一形式如x2=γ2eβ2t----(16)]]>從方程(9)中的函數(shù)x2(t)取導(dǎo)數(shù)x′和x″，可以獲得以下平衡
假設(shè)由串聯(lián)連接的具有電感L的電感器和具有電阻R的電阻器組成的電磁線圈電路，Kirchhoff環(huán)規(guī)則要求電路周圍的電勢變化必須為零，所以LdIdt+IR=0----(18)]]>該方程(18)的解是I=I0eRLt----(19)]]>載流導(dǎo)體或者線圈的磁場隨導(dǎo)體電流而變。與電流變化成比例的電壓在導(dǎo)體本身中產(chǎn)生，并且抵消產(chǎn)生它的電流變化。因此，對于自感應(yīng)而言，方程(18)變換為
-LdIdt+IR=0----(19.1)]]>其解為I=I0eRLt----(20)]]>現(xiàn)在，假定僅僅一個電磁線圈或者線圈推動閥針向上，其電流由方程(19)描述，那么可以重寫(17)為(β22+αfrβ2+αel)γ2eβ2t=αmogIΔ2e2RLt----(21)]]>據(jù)此，可以利用常數(shù)相等和時間相關(guān)部分來得到解答(β22+αfrβ2+αel)γ2=αmagIΔ2----(22)]]>eβ2t=e2RLt----(23)]]>和假定與磁和彈力比較摩擦力可以忽略，由方程(16)表示的通解變成x2(t)=αmagIΔ2[4R2L2+αel]e±2RLt=kIΔ2eω21t----(24)]]>其中″+″符號反映電磁線圈的啟動(接通)而″-″反映電磁線圈的斷開，ω21是瞬變頻率確定的時間響應(yīng)，k是由于噴射器和電磁線圈構(gòu)成參數(shù)的組合的放大系數(shù)，而IΔ是因為遭受燃燒損害的電阻熱-冷平衡而受限的電流值。當(dāng)噴射器(或致動器)的電磁線圈被激勵時，該第二提升分量x2(t)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于x1(t)。由在方程(24)中表示的全部三個因素來限制時間響應(yīng)，并且給定噴射器/電磁線圈配置可以僅僅通過瞬變頻率ω21的可能控制(增加)來控制。
現(xiàn)在，假定在瞬變瞬間，由以k2、IΔ2和ω22為特征的遠(yuǎn)程(沒有物理地安裝在同一噴射器或者致動器外殼上)電磁線圈產(chǎn)生應(yīng)用于以k1、IΔ1和ω21為特征的初級線圈的電流，在該線圈上也剛剛激勵或者斷電(開啟或關(guān)閉)。從次級電磁線圈到第一線圈的自感應(yīng)瞬變電流的傳送將產(chǎn)生非常特別的急劇成型電流，其可以由超指數(shù)″I-函數(shù)″來執(zhí)行
IF(t)=eω21texp(ω22t)----(25)]]>該函數(shù)作為方程(17)中的調(diào)制函數(shù)f(t)操作，即，它暗指直接影響初級″物理″安裝的電磁線圈的瞬變頻率(或者時間響應(yīng))的動力速度。在圖10中示出了I-函數(shù)及其一階導(dǎo)數(shù)的一些基本特征。如該圖所示，電流的最大峰值階段依據(jù)ω22的幅度(換句話說依據(jù)次級線圈的因子R2/L2)而逐漸變化，而峰值振幅取決于ω21(換句話說取決于因子R1/L1)。過渡期也可以取決于ω21和ω22之間的比率而控制。該比率的較高幅度確定了較短瞬變。
相同比率因數(shù)控制由第一階導(dǎo)數(shù)表示的提升速度較高比率ω21/ω22反映針閥提升的更快速度。圖10下圖中的轉(zhuǎn)折點表示，在較高比率值實現(xiàn)快速″一個峰值″加速度。更低比率可以反映一系列加速度峰值。值得注意的是，次級電磁線圈可以由非物理安裝的遠(yuǎn)程線圈來表示。它也可以利用比如提供給初級線圈的D/A轉(zhuǎn)換器編碼為信號(例如，數(shù)字信號)。例舉的次級和初級線圈配置可以利用ω21/ω22的最高比率，其排除更長瞬變并且使得能夠在允許長時間熱耗散的最短時間(例如，允許后來每各個噴射沖程運行超發(fā)射多噴射循環(huán)的最短瞬變感應(yīng)工作循環(huán))內(nèi)，在初級線圈中感應(yīng)強(qiáng)磁通量。
由動量方程來確定選擇線圈的操作參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)(β22+αfrβ2+αel)γ2eβ2t=αmagIΔ2IF(t)----(26)]]>其暗指(β22+αfrβ2+αel)γ2=αmagIΔ2----(27)]]>β2eβ2t=dIF(t)dt----(28)]]>第一個方程(27)關(guān)于電感L1和時間響應(yīng)R1/L1確定初級線圈的構(gòu)成。第二方程(28)、快速速度允許計算ω21/ω22比率，其用于次級線圈性質(zhì)的推導(dǎo)電感L2和時間響應(yīng)R2/L2或者獲得到次級電磁線圈數(shù)字(電子的)模型的輸入信號。
現(xiàn)在參照圖11A，示出合并了次級線圈的電路的一個實例(該實例意圖說明例證性的而非限制)。更確切地說，圖11A示出簡單感應(yīng)的預(yù)和后次級感應(yīng)器電路(例如，用于燃料噴射系統(tǒng))，而圖11B示出雙關(guān)聯(lián)的定時情況。在這些附圖中，次級感應(yīng)器或者次級線圈(SC)被設(shè)計成能創(chuàng)建噴射器驅(qū)動器，其使用一個或兩個次級感應(yīng)器來增強(qiáng)噴射器性能。值得注意的是，該設(shè)備可以產(chǎn)生比正常噴射器驅(qū)動器更高的電壓，其可以打斷噴射器的電介質(zhì)絕緣和/或可以引起對不謹(jǐn)慎操作工的傷害。因此，首先可以利用代碼(例如，如下所述代碼)來模擬臨界參數(shù)。另外，雖然期望較快的噴射器電流，但是不保證噴射器的實際速度或者速度變化。因此，可以利用特別開發(fā)的試驗設(shè)備來檢驗每個新模型。稍后，可以得到關(guān)于用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的噴射器的該測試過程的描述。
在任何情況下，圖11A中的電路可以如下操作·在具有電感LI的噴射器電磁線圈點火之前，次級電感器L2和L3將被預(yù)充電。兩個晶體管T1和T2此時被接通。
·當(dāng)期望噴射時，晶體管T1被關(guān)斷。
·在次級L2上預(yù)充電的電流產(chǎn)生驅(qū)動噴射器電感器，即初級線圈(″PM″)的高壓。
·此后，電流穩(wěn)定以維持閥門開放。
·關(guān)斷晶體管T2，使得噴射器(L1)和電感器(L3)中的電流競爭，導(dǎo)致TP2處的更高電壓。競爭電流也將更快終止噴射器電流。
值得注意的是，圖11A的電路圖解表示系統(tǒng)基礎(chǔ)，未具體地說到與指定的噴射器和/或其它類型致動器相關(guān)的末極電路。舉例來說，次級電感器可能變化并且可能增加附加電阻以便穩(wěn)態(tài)操作。主要驅(qū)動晶體管可能同時需要它們自己的驅(qū)動器。通過L2的充電時間容易地控制充電時間。R1是添加到驅(qū)動器中的電阻。該電阻基本上僅僅保護(hù)該電路。如果L2充電太長時間，那么電路可能燒掉。在最終結(jié)構(gòu)中，車輛的ECM可能保護(hù)末極電路。晶體管被當(dāng)做開關(guān)，所以它們被忽視以便以下論述的模擬碼。由于T1關(guān)斷T2接通，為了模擬程序，需要考慮從并行C1-L1環(huán)出通過噴射器組件R3-L1-R4鏈到晶體管T2的電流。T3處于這樣的情況，函數(shù)產(chǎn)生器不能驅(qū)動T1晶體管。T1晶體管僅僅具有大約12的放大倍數(shù)，因此晶體管需要花費幾乎1安培來驅(qū)動10安培。為了得到次級線圈的增壓，電路可能需要以這樣的方式變化，即，跳過控制電阻器將次級線圈連接到初級噴射器線圈(在圖11A中，L2的連接跳過R3直接到L1)?？赡苄枰媚軌?安培電源的控制裝置分別通過R1和R2來驅(qū)動晶體管T1和T2。該值取決于電壓。需要小心選擇適當(dāng)?shù)木w管(雖然MOSFET典型地比較便宜并且比較容易設(shè)計，但是實際經(jīng)驗表明，好的Bipolar可能更可靠地通過測試)。因此，盡管可以依照應(yīng)用要求和/或規(guī)定而改變各種電路參數(shù)，應(yīng)當(dāng)理解的是，按照說明書的啟示，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在能力所及的范圍內(nèi)容易地得到這樣的變化。
現(xiàn)在參照代碼以便計算次級線圈充電時間(其中一實例代碼描述如下)，應(yīng)當(dāng)注意的是，這樣的代碼可以根據(jù)初級和次級線圈的電感和電阻特征以及應(yīng)用于電容器和線圈的初始電流和電壓值，來計算充電次級線圈以便產(chǎn)生I函數(shù)形電流所需的最小時間。在圖11A中示意表示了通過次級線圈L2i和L1i的電流的方向以及電容器Cv上的電壓。該計算基于應(yīng)用于電容器和感應(yīng)器的基本電流和電壓方程Ic=CdVdt----(29)]]>Vi=Cdidt----(30)]]>其中，V和i是與時間相關(guān)變量。電容器上的電壓變化是dCv=L2i-L1iCdt----(31)]]>另外，與次級R2和初級R1線圈的阻抗有關(guān)的電壓是R2v＝L2iR2(32)R1v＝L1iR1(33)根據(jù)圖11A，可以將次級L2v和初級L1v線圈上的電壓平衡寫作
L2V＝Vbattery-R2V-CV(34)L1V＝CV-R1V(35)因此，根據(jù)方程(29)和(30)，可以導(dǎo)出通過次級和初級線圈的電流變化為L2i=L2iL2dt----(36)]]>L1i=L1iL1dt----(37)]]>現(xiàn)在轉(zhuǎn)到計算機(jī)代碼的指定實例，以便確定與本發(fā)明有關(guān)的各種參數(shù)(其實例意圖說明例證性而非限制)，可能使用下列代碼編程次級電磁線圈c+12V---L2--R2-o-L1--R1--Gndc +-+ |cCc|c GndccIc＝C dv/dt--＞dv＝Ic/C*dtcVi＝L di/dt--＞di＝Vi/L*dt實數(shù)L2，L1，R2，R1實數(shù)L2i，L1i，L2v，L1v，R2v，R1v實數(shù)t，dt實數(shù)C，Cv，Vin整數(shù)ic-------------------------------------c輸入基本參數(shù)
c input basic parametersopen(4，file＝′Input_Electri c.dat′)read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)L2read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)R2read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)L1read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)R1read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)Cread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)Vinread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)L2iread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)L1iread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)R2vread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)R1vread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)Cvread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)tread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)dtread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)Ntclose(4)
c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝open(10，file＝′AlIData.dat′)write(10，*)′L2′，L2*1e3，′[mH]′write(10，*)′R2′，R2，′[Ohm]′write(10，*)′L1′，L1*1e3，′[mH]′write(10，*)R1′，R1，′[Ohm]′write(10，*)′C＝′，C*1e6，′[uF]′write(10，*)′Vin＝，Vin，′[V]′write(10，*)′L2i′，L2i，′[A]′write(10，*)′R2v′，R2v，′[V]′write(10，*)′L1i′，L1i，′[A]′write(10，*)′R1v′，R1v，′[V]′write(10，*)′Output Data′write(10，*)′L2 charge time＝′，L2i*L2/Vin/1e-6，′[us]′write(10，*)′t[us]Cv[V]L2i[A]L1i[A]′do i＝1，NtCv＝Cv+(L2i-L1i)/C*dtif(Cv.1e.-1.4)Cv＝-1.4R2v＝L2i*R2R1v＝L1i*R1L2v＝Vin-R2v-CvL1v＝Cv-R1vL2i＝L2i+L2v/L2*dtL1i＝L1i+L1v/L1*dtwrite(10，89)t*1e6，Cv，L2i，L1i89 format(f5.1，2x，f6.1，2x，f5.1，2x，f5.1)t＝t+dtenddoclose(10)stopend輸入數(shù)據(jù)文件L2是次級電磁線圈的電感，[H]0.000209R2是次級電磁線圈的阻抗，[Ohm]0.5LI是初級(噴射器)電磁線圈的電感，[H]
0.0005R1是次級電磁線圈的阻抗，[Ohm]20.0C是電容器，[F]0.33e-6Vin是電源電壓，[V]24.0L2i是通過次級電磁線圈的初始電流，[A]8.0LI是通過初級(噴射器)電磁線圈的初始電流，[H]0.0R2v是施加于次級電磁線圈的初始電壓，[V]0.0R1v是施加于初級(噴射器)電磁線圈的初始電壓，[V]0.0Cv是電容器上的初始電壓，[V]0.0t是初始時間，[s]0.0dt是時間增量，[s]2.0e-7Nt是用于定時的數(shù)，[-]1200M是用于數(shù)據(jù)打印控制的數(shù)10輸出數(shù)據(jù)文件L20.209000006[mH]R20.500000000[Ohm]LI 5.00000000[mH]
R11.29999995[Ohm]C＝0.330000013[μF]Vin＝24.0000000[V]L2i 8.00000000[A]R2v0.00000000E+00[V]L1i0.00000000E+00[A]R1v0.00000000E+00[V]輸出數(shù)據(jù)L2充電時間＝69.6666718[μs]t[μs]Cv[V]L2i[A]L1i[A]0.0 0.0 8.0 0.02.0 53.3 7.9 0.04.0 99.8 7.3 0.06.0 141.4 6.4 0.18.0 175.7 5.0 0.210.0 200.6 3.4 0.212.0 214.8 1.6 0.314.0 217.5 -0.2 0.416.0 208.4 -2.0 0.518.0 188.2 -3.7 0.620.0 158.3 -5.1 0.622.0 120.3 -6.2 0.724.0 76.6 -6.8 0.726.0 30.0 -7.0 0.828.0 -1.4 -6.9 0.830.0 -1.4 -6.6 0.832.0 -1.4 -6.3 0.834.0 -1.4 -6.0 0.836.0 -1.4 -5.8 0.738.0 -1.4 -5.5 0.7
40.0 -1.4 -5.2 0.742.0 -1.4 -5.0 0.744.0 -1.4 -4.7 0.746.0 -1.4 -4.4 0.748.0 -1.4 -4.2 0.750.0 -1.4 -3.9 0.752.0 -1.4 -3.6 0.754.0 -1.4 -3.4 0.756.0 -1.4 -3.1 0.758.0 -1.4 -2.9 0.760.0 -1.4 -2.6 0.762.0 -1.4 -2.4 0.764.0 -1.4 -2.1 0.766.0 -1.4 -1.8 0.768.0 -1.4 -1.6 0.770.0 -1.4 -1.3 0.772.0 -1.4 -1.1 0.774.0 -1.4 -0.8 0.776.0 -1.4 -0.6 0.778.0 -1.4 -0.4 0.780.0 -1.4 -0.1 0.782.0 -1.4 0.1 0.784.0 -1.4 0.4 0.786.0 -1.4 0.6 0.788.0 -1.2 0.9 0.790.0 0.2 1.1 0.792.0 3.0 1.3 0.794.0 6.9 1.5 0.796.0 11.8 1.6 0.798.0 17.3 1.7 0.7100.0 23.1 1.7 0.7102.0 28.9 1.7 0.8104.0 34.2 1.6 0.8106.0 38.9 1.5 0.8108.0 42.5 1.3 0.8110.0 45.0 1.1 0.8112.0 46.1 0.9 0.8114.0 45.7 0.7 0.8
116.0 44.0 0.5 0.9118.0 41.1 0.3 0.9120.0 37.0 0.1 0.9122.0 32.1 0.0 0.9124.0 26.7 0.0 0.9126.0 21.0 0.0 0.9128.0 15.5 0.1 0.9130.0 10.4 0.2 0.9132.0 6.1 0.3 0.9134.0 2.8 0.5 0.9136.0 0.7 0.7 0.9138.0 -0.1 0.9 0.9140.0 0.5 1.2 0.9142.0 2.4 1.4 0.9144.0 5.5 1.6 0.9146.0 9.7 1.7 0.9148.0 14.6 1.8 1.0150.0 19.9 1.9 1.0152.0 25.4 1.9 1.0154.0 30.7 1.8 1.0156.0 35.5 1.7 1.0158.0 39.5 1.6 1.0160.0 42.5 1.4 1.0162.0 44.2 1.2 1.0164.0 44.7 1.0 1.1166.0 43.8 0.8 1.1168.0 41.6 0.6 1.1170.0 38.4 0.5 1.1172.0 34.1 0.4 1.1174.0 29.3 0.3 1.1176.0 24.0 0.3 1.1178.0 18.7 0.3 1.1180.0 13.6 0.4 1.2182.0 9.1 0.5 1.2184.0 5.4 0.6 1.2186.0 2.8 0.8 1.2188.0 1.3 1.0 1.2190.0 1.2 1.3 1.2
192.0 2.3 1.5 1.2194.0 4.6 1.6 1.2196.0 8.0 1.8 1.2198.0 12.3 1.9 1.2200.0 17.1 2.0 1.2202.0 22.3 2.0 1.2204.0 27.4 2.0 1.2206.0 32.2 1.9 1.2208.0 36.4 1.8 1.2210.0 39.8 1.7 1.2212.0 42.1 1.5 1.2214.0 43.2 1.3 1.3216.0 43.1 1.1 1.3218.0 41.7 1.0 1.3220.0 39.2 0.8 1.3222.0 35.7 0.7 1.3224.0 31.4 0.6 1.3226.0 26.6 0.5 1.3228.0 21.6 0.5 1.4230.0 16.7 0.6 1.4232.0 12.1 0.7 1.4234.0 8.1 0.8 1.4236.0 5.1 1.0 1.4238.0 3.1 1.1 1.4現(xiàn)在參照次級線圈充電情況和電波形式，應(yīng)當(dāng)注意的是，可能應(yīng)用至少兩種不同的充電-定時情況。在一種情況中，次級線圈SC基本上與施加到初級線圈(PC)的噴射持續(xù)時間信號，換言之，基本上與初級線圈同時充電(例如，從零到數(shù)千微秒)。如圖11B的下部所示，SC的充電周期由晶體管T1控制并且由觸發(fā)脈沖AB表示。通過晶體管T2來控制PC的關(guān)斷、連通和關(guān)斷。晶體管處的脈沖CD表示噴射持續(xù)時間脈沖。該情況被稱作″同時充電″。
在第二種情況下，SC被首先充電并后來將信號應(yīng)用于PC。在圖11B中，這被示出為T1處的觸發(fā)脈沖AB系列和T2處的觸發(fā)脈沖CD系列。該情況被稱作″預(yù)充電″(存在另一種情況，當(dāng)SC開始充電時并且在該階段期間，在一些延遲之后，PC也開始它的工作循環(huán)(T2處的噴射持續(xù)時間信號)；該混合充電情況被稱作″輪班充電″)。
圖12A舉例說明用于SC的同時充電的典型波形，而圖12B舉例說明用于SC的預(yù)充電的典型波形。因為該電路中的SC的電感以及L2與L1串聯(lián)連接，在兩種情況下，通過基本上等于SC充電的時間的延遲，PC的充電開始。然而，從測試的噴射器獲得的波形是不同的。
在同時充電的情形下，圖12A中的圖，在SC中累積的磁能迅速地傳遞并且處于更高振幅值。觀察到兩個階段分離的尖峰信號。第一尖峰信號示出SC充電的開始。第二尖峰信號表示PC操作(噴射持續(xù)時間)的啟動。這種狀況對于噴射和燃燒過程控制(例如，在柴油發(fā)動機(jī)上)是非常重要的。它允許每沖程的整個噴射周期分為多射超射噴射系列(例如，預(yù)噴射和系列主要噴射)。如圖13所示，這允許將柴油機(jī)分層擴(kuò)散火焰結(jié)構(gòu)改變?yōu)榫哂羞M(jìn)入擴(kuò)散火焰邊界的多空氣通道的″Christmas狀″結(jié)構(gòu)(導(dǎo)致燃料以任一給定速率的更加完全燃燒；增加了燃料燃燒效率；以及切除顆粒物質(zhì)和氮氧化物的排放)。
再次參照圖12B，清楚地看到該圖涉及″預(yù)充電″情形。第一個尖峰信號表示SC的充電，以及″級連″中的第二尖峰信號示出PC充電以及噴射啟動。在瞬變時刻，可以看見小的″之字″類型振蕩，其表示PC被SC的磁通量迅速干涉。該狀況特別適用于汽油發(fā)動機(jī)(尤其適用于其中射束結(jié)構(gòu)被分層的直接噴射汽油發(fā)動機(jī))。閥門的快速開啟允許射束在非常短時間內(nèi)到達(dá)優(yōu)良品質(zhì)。如果該噴射器具有旋流噴嘴出口，那么該技術(shù)允許控制旋流率度(旋轉(zhuǎn)速度)，這在燃料射束分解為射束以后基本上立即產(chǎn)生優(yōu)良射束。如上所述，相同情形對于柴油發(fā)動機(jī)在需要組織多射噴射的時刻是重要的(例如，在噴射射程之間具有較好控制的停頓間隔的主噴射)。
現(xiàn)在參照噴射系統(tǒng)操作的檢驗(例如，速度)，應(yīng)當(dāng)注意的是(如同之前所提及的)，不保證關(guān)于整體噴射器系統(tǒng)的時間響應(yīng)(即，即使來自與SC控制器耦合的噴射器的電輸出信號表示快速響應(yīng))。次級電磁線圈(SC)在汽車領(lǐng)域中的直接應(yīng)用典型地與柴油機(jī)和直接噴射汽油發(fā)動機(jī)有關(guān)，其中，與滾動或旋卷氣流混合的燃料的分層沖裝確定了燃燒及其完成的質(zhì)量。在使累積噴射器室(或者高壓平臺)中壓力下降之后，一般立即結(jié)束燃料的射束。換句話說，有關(guān)閥門的關(guān)閉定時是相當(dāng)快的過程，因為甚至噴嘴出口處的閥針的機(jī)械密封發(fā)生之前，帶有聲速的壓力波的傳播制動射束。所以在一個實施方式中，集中于閥門打開過程。
關(guān)于這一點，焦點可能置于具有可控上升時間和保持時間的噴射持續(xù)時間(″ISD″)以及噴射之間的停頓間隔(″DI″)上。在一個關(guān)于共軌柴油機(jī)噴射器(例如，Bosch系統(tǒng))的實例中(其實例意圖說明例證性而非限制)，ISD匹配于幾十微秒(與″燃料射束停止時間相比)，而DI匹配于幾百微秒(限制于每單噴射的氧化周期以保持?jǐn)U散火焰在核心射束周圍)。
預(yù)噴射和主要噴射可以被分成多個噴射系列。在DI汽油發(fā)動機(jī)中，這些要求可能不同；反之，可能僅僅需要對點火時刻適當(dāng)分階段的1-100ms噴射。為了進(jìn)行SC效果和操作的穩(wěn)固和簡單檢驗，應(yīng)當(dāng)具有帶有最初可控的噴射周期(T)和噴射持續(xù)時間(tau)的噴射系統(tǒng)。
圖14示出根據(jù)本發(fā)明實施方式，用于管理噴射流的系統(tǒng)配置。來自傳感器(或者任何可用反饋線)的控制信號被送到ECU，該ECU接收來自發(fā)動機(jī)板上的所有傳感器的信號并且向發(fā)動機(jī)的執(zhí)行部分傳送控制信號。ECU輸出也在施加于PC的電流和/或電壓方面管理噴射器初級線圈(PC)，并且根據(jù)發(fā)動機(jī)運行狀況產(chǎn)生施加于次級線圈SC上的電流和/或電壓。SC產(chǎn)生I-函數(shù)狀電流，以及噴射器迅速開始操作(由于磁通量閥門快速開啟)。
為了幫助保證閥門的快速開啟實際發(fā)生(而不僅僅是在示波器上明顯地看到電波前面)，可以利用2002年2月7日公布的申請人的未決美國專利申請20020014224中描述的LDV Instantaneoμs FlowRate Measμrement Stand來進(jìn)行控制測量。
為了示范即使在低噴射壓力下的該快速響應(yīng)，發(fā)明人已經(jīng)建立了測試單元，其模擬在圖14中描述以及如上所述的噴射系統(tǒng)。在圖15中描述了該測試單元，其包含四個子系統(tǒng)·噴射系統(tǒng)用由惰性氮氣加壓的燃料箱來代表。燃料輸送線被連接到在其中安裝毛細(xì)石英管的測量交線。構(gòu)造測量交線以在穩(wěn)態(tài)和在柴油機(jī)噴射系統(tǒng)中所產(chǎn)生的高噴射壓力下的振蕩燃料流兩種情況下進(jìn)行操作。金屬交線本身被裝在帶有3D對準(zhǔn)和調(diào)整結(jié)構(gòu)的重金屬框上。測量交線的出口是靈活的以便基本上安裝任何類型的噴射器。
·Dantec/Invent Measurement Technology GmbH的激光多普勒風(fēng)速計(″LDA，Laser Doppler Anemometer″)用來測量在該石英管中振動的燃料流中的中心線速度。LDA包括傳送和光接收光學(xué)裝置、耦合到纖維傳遞單位的離子激光器(Ion Laser)、纖維PDA58N70檢測器單元、多PDA 58N80信號處理器和Dantec 3D Traverse?？梢岳肏ewlett Packard Infinium 500MHz 1Gsa/s示波器來觀察LDA信號。為了周期性監(jiān)視操作噴射流，Cyclic Phenomena Dantec軟件用來處理和處置輸出結(jié)果。從波形發(fā)生器(例如，控制噴射工作循環(huán)的同一波形發(fā)生器)提供角度編碼信號。系統(tǒng)測量由于發(fā)送光學(xué)元件中的Bragg單元導(dǎo)致的正反向速度。被用來示范測量的主要參數(shù)是○光學(xué)探針77×77×945mm○條紋間隔3.15mm○頻移40兆赫○周期長度360度○相位平均格(bins)360·噴射器驅(qū)動器系統(tǒng)從精密控制TTL信號頻率的Agilent 33120 A15MHz函數(shù)/任意波形發(fā)生器開始。斯坦福研究系統(tǒng)股份有限公司的Model DG 535四頻道數(shù)字延遲/脈沖發(fā)生器具有8個輸入/輸出端口，用于調(diào)整相對于最初產(chǎn)生TTL觸發(fā)脈沖波形的各種延遲。特別地，AB和CD端口分別用來由晶體管T1控制次級線圈的充電時間以及由晶體管T2控制噴射器初級線圈的噴射持續(xù)時間。常規(guī)12V車用電池被用作直流電源。來自次級線圈驅(qū)動器的輸出電壓被直接連接到測試噴射器。噴射器塞子單元具有輸入/輸出端口，所以在Tektronix 2221 100MHz數(shù)字存儲示波器觀察輸出信號。
·為了檢驗LDA流率測量的準(zhǔn)確度，利用A & D有限公司的GX-4000多功能平衡(同時用LDA時序)來記錄噴射物質(zhì)時序。在穩(wěn)態(tài)和振蕩流中的測量表明，在層流中準(zhǔn)確度在1.1％內(nèi)，在湍流中準(zhǔn)確度在2.3％內(nèi)。
上述實例中，所有示范測量是在50赫茲噴射頻率(20ms循環(huán)周期)、7.3atm(105.85psi)的壓力下執(zhí)行的。應(yīng)用了兩種不同的充電-定時方案。首先，SC線圈被充電從零到2000微秒，并且隨后初級電磁線圈(PC)被打開。在此特殊實例中噴射持續(xù)時間對所有測量都是相同的15秒。其次，與施加到初級線圈的噴射持續(xù)時間信號同時地將次級線圈充電從零到2000微秒。在3和5ms建立噴射持續(xù)時間，在每種情況下，測量若干瞬時流率時間序列。
現(xiàn)在參照用于操作與本發(fā)明有關(guān)的每個中心線速度時間序列的計算機(jī)代碼，上述計算機(jī)代碼的一個實例(該實例意圖舉例說明而非限制)可以如下(值得注意的是，該程序?qū)y量數(shù)據(jù)重構(gòu)為每個噴射周期內(nèi)的體積/質(zhì)量流率、壓力梯度和集成(或聚集)的燃料質(zhì)量的瞬時系列)
c For Turbulent Flowsprogram FlowRate_MSU_07external bessj0，bessj1complex bessj0，bessj1complex ireal tint，M_mean，M_beg，M_per，M_intcharacte*2 A1，fname*12complex Q(4096)，C(4096)，P(4096)real U(8192)，UB(8192)，U_t(8192)，ph(8192)，U_cor(150，150)real Qcor(8192)，P_Z(8192)，Q_u(8192)，Mass_int(8192)integer Nexp，1，j，NP，NRreal nue，rho，T0，R，tau，k，d_tphc------------------------------------------------c input basic parametersopen(4，file＝′Input_Fuel_BKM.dat′)read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)T0read(4，′(a80)′)dummyread(4，*)nueread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)rhoread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)Rread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)tauread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)kread(4，′(a80)′)dummyread(4，*)NRread(4，′(a80)′)dummy
read(4，*)NPclose(4)c-------------------------------------------------f0＝1./T0i＝(0.，1.)pi＝4.*atan(1.)w0＝2*pi*f0Te0＝R*sqrt(w0/nue)c--------------------------------------------------c input array of the measured velocity seriesc within the period using″lvr″software，T0 is equal 720 degreeopen(5，file＝′ldv.dat′)l＝010 l＝l+1read(5，*，end＝12)nn，ph(1)，nl，u(1)，rms.
c REVERSED Measurement！u(1)＝(-1.)*u(1)goto 1012 continueclose(5)write(*，*)′experimental data file have been read′Tint＝T0Nexp＝l-1c--------------------------------------------------c avarage parameters obtained from direct velocityc time-series measurementdoof＝0.
do l＝1，Nexpdoof＝doof+u(1)Q_u(1)＝u(1)*pi*R*R/2.
enddoc mean of velocityU_mean＝doof/float(Nexp)c mean of mass rateM_beg＝U_mean*pi*R*R*0.697*rhoc mean of mass per one statistical cycleM_per＝M_beg*Tint/1000c----------------------------------------------------
c Fourier transform and its inversec with respect to equidistant time-phases ph(1)call fft(u，C，Nexp)call ffs(ub，C，Nexp)open(6，file＝′check.dat′)do j＝1，Nexpwrite(6，*)ph(j)，u(j)，ub(j)enddoclose(6)write(*，*)′passed Fourier transform and its inverse′c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝c complex components of pressure gradientc normalized by density rhoopen(66，file＝′prgr_comp.dat′)P(1)＝C(1)*2.*nue/(R*R)write(66，*)real(P(1))，imag(P(1))do j＝2，Nexp/2+1Ten＝R*sqrt((j-1)*w0/nue)P(j)＝C(j)*(j-1)*w0*i/(1.-1./bessj0(i**1.5*Ten))write(66，*)real(P(j))，imag(P(j))enddowrite(*，*)′normal.compl.component of press.gradient′c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝c computing the theoretical velocity time-seriesc on a pipe axisopen(7，file＝′theory.dat′)do ln＝1，100U_t(ln)＝P(1)*R*R/(4.*nue)tph＝float(ln)/float(Nexp)*2.*pido j＝2，Nexp/2+1Ten＝R*sqrt((j-1)*w0/nue)wn＝w0*(j-1)U_t(ln)＝Real(U_t(ln)+P(j)*i*cexp(i*tph*(j-1))/wn*& (1./(bessj0(i**1.5*Ten))-1.))enddowrite(7，*)ph(ln)，ub(ln)，U_t(ln)write(*，*)ph(ln)，ub(ln)，U_t(ln)enddo
close(7)c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝c complex component of flow ratec open(77，file＝′compl_FR.dat′)Q(1)＝0.697*P(1)*pi*R**4/(4.*nue)c write(77，*)Q(1)do j＝2，Nexp/2+1Ten＝R*sqrt((j-1)*w0/nue)Q(j)＝0.697*P(j)*pi*R*R*i/(w0*(j-1))*& (4.*i**0.5*bessj 1(i**1.5*Ten)/(Ten*bessj0(i**1.5*Ten))-2.)c exponensial oscillation is given belowwrite(*，*)Q(j)enddoc＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝c computing of flow rate time-seriesc and avarage parametersQ_int＝0.
d_tph＝T0/float(Nexp)do ln＝1，NexpQcor(ln)＝Q(1)tph＝float(ln)/float(Nexp)*2.*pido j＝2，Nexp/2+1Qcor(ln)＝real(Qcor(ln)+Q(j)*cexp(i*tph*(j-1)))enddoQ_int＝Q_int+Qcor(ln)Mass_int(ln)＝Q_int*rho*d_tphenddoc mean of mass per one periodM_int＝Q_int/float(Nexp)*rhoM_mean＝Real(Q(1))*rhowrite(*，*)′flow rate was integrate d′c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝c computing of pressure gradientdo ln＝1，NexpP_Z(ln)＝P(1)tph＝float(ln)/float(Nexp)*2.*pido j＝2，Nexp/2+1P_Z(ln)＝P_Z(ln)+P(j)*cexp(i*tph*(j-1))
enddoP_Z(ln)＝-rho*P_Z(ln)enddowrite(*，*)′pressure gradient was computed′c＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝open(10，file＝′AllDara.dat′)write(10，*)′CA[deg]U[m/s]V_t[ml/s]P_z[MPa/m]Mass_int[g]′do ln＝1，Nexpwrite(10，89)ph(ln)，u(ln)，Qcor(ln)*1.0e6，P_z(ln)/1.0e6，&Mass_in(ln)89 format(f6.1，2x，f7.3，2x，f7.3，2x，f9.5，2x，f8.5)enddoclose(10)open(11，file＝′result.dat′)write(11，*)′Injection cycle T0′，TO，′[ms]′write(11，*)′Mean velocity U_mean′，U_mean，′[m/s]′write(11，*)′MRdi vel int M_beg′，M_beg，′[kg/s]′write(11，*)′M/cyclesi vel int M_per′，M_per，′[kg]′write(11，*)′Integrated mass flowrate M_int′，M_int，′[kg/s]′write(11，*)′*Massthe first Fourier term′，M_mean，kg/s]′close(11)stopendc＝＝complex function bessj0(x)extemal summecomplex xcomplex summe，bessinteger jbess＝(1.，0.)do j＝1，12bess＝bess+summe(x，j)enddobessj0＝bessreturnendc------------------------------------------------complex function summe(z，n)
integernreal prodcomplex z5prod＝1.
doj＝1，nprod＝prod*float(j)enddoprod＝prod*prod*((-1)**n)summe＝(0.25*z*z)**float(n)/cmplx(prod)returnendc----------------------------------------------------complex function bessj 1(x)external summe1complex xcomplex summe1，bessbess＝(0.，0.)do j＝1，12bess＝bess+summe1(x，j)enddobessj1＝bessreturnendc----------------------------------------------------complex function summe1(z，n)integer nreal prodcomplex zprod＝1.
do J＝1，nprod＝prod*float(j)enddoprod＝((-0.25)**n)*2.*float(n)/(prod*prod)summe1＝prod*(z**float(2*n-1))returnendc＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
subroutine fft(X，C，N)integer Ncomplex C(4098)，pinreal X(8192)do i＝0，N/2pin＝(0.，1.)*(8.*atan(1.)*dble(i)/dble(N))C(i+1)＝(0.，0.)6doj＝1，NC(i+1)＝C(i+1)+demplx(X(j))*CDEXP(pin*demplx(-j))enddoC(i+1)＝C(i+1)*demplx(2./dble(N))enddoreturnendc＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝subroutine ffs(X，C，N)integer Ncomplex C(4098)，argumreal x(8192)do i＝1，Nargum＝(0.，1.)*(8.d0*atan(1.)*dble(i)/dble(N))x(i)＝dble(C(1)*0.5)do j＝1，N/2x(i)＝x(i)+dble(C(j+1)*cexp(argum*j))enddoenddoretumend在圖16A和16B中描述了三種不同的SC充電技術(shù)。圖16A和16B中的所有數(shù)據(jù)是在相同條件下測量的噴射頻率50Hz、噴射壓力7.3atm和SC充電時間2.0ms。圖16A示出瞬時體積流率系列而圖16B描述集成(或聚集)噴射的燃料質(zhì)量。兩個圖中的第一時序同時涉及初級(噴射器)和次級線圈的充電。第二條線表示預(yù)充電方案。然而，第三曲線是這樣的情況，當(dāng)在噴射(圖11B的CD-波形)之前已經(jīng)開始充電SC(圖11B的AC-波形)時，在SC-充電繼續(xù)1.4ms時，噴射仍然還在運行。因此，重疊時間是0.6ms。
如同從瞬時和積分時序看到的那樣，最快速打開閥發(fā)生在移位充電條件下。最緩慢打開與預(yù)充電有關(guān)。這種情形還給出流動振幅的最低值，這意味著在打開時刻針閥的最低速度。不帶有任何實際上相位延遲的快速響應(yīng)與SC和PC的同時充電有關(guān)。實質(zhì)上相同的流動振幅代表了同時充電和移位充電。對于預(yù)噴射和多次噴射必須短而且產(chǎn)生大量噴射燃料的柴油發(fā)動機(jī)，移位充電技術(shù)最適當(dāng)。同時充電非常適用于直接噴射汽油發(fā)動機(jī)以及處于要求較少分層燃料射束的多次噴射主噴射階段的柴油機(jī)。
圖17示出關(guān)于在開始階段(打開閥和啟動噴射)每個充電方案的一些細(xì)節(jié)。沿著頂行有三個瞬時體積流率的圖，而且沿著底行有三個集成(或聚集)燃料質(zhì)量的圖。三個中的每一個對應(yīng)于三種不同次級線圈充電方案中的一種。第一列反映當(dāng)與噴射器PC同時充電SC時獲得的數(shù)據(jù)(即，根據(jù)圖11B，A定時與C定時相同)。第二列涉及當(dāng)在噴射器PC之前預(yù)充電SC時的測量結(jié)果(即，第一個是圖11B的AB，而之后開始的是圖11B的CD，B＝C)。第三列示出當(dāng)SC充電相對于噴射器PC操作移位時的結(jié)果(即，圖11B的AB和CD間隔重疊)。
在同時充電的情況下，由于不同系列之間的移位朝向初始零相位，SC的充電時間越長，在瞬時系列中觀察到閥的更快打開。集成質(zhì)量系列表明通過斜率[g/degree]看到的閥的增加速度。燃料平均質(zhì)量率的特點在于以下表1所示表1-同時充電

在預(yù)充電的情況下，增加充電時間導(dǎo)致噴射啟動的相同階段，但是瞬時系列中的振幅和積分質(zhì)量系列(integral mass series)中的斜率逐漸增加，說明噴射器中的增加閥速度。以下表2表示平均質(zhì)量率
徑向負(fù)荷17.64kN軸向負(fù)荷1.47kN旋轉(zhuǎn)速度2000rpm硬外來物混入1g/L表10

從表10可以看到，對于實施例1～5，氮含量和外來物壽命是基本成正比的關(guān)系。但是，對于氮含量為0.72的對比例3，在外來物混入下的滾動壽命極度降低時，優(yōu)選氮含量的上限為0.7。
從實施例2和3可以看到，殘余奧氏體含量的優(yōu)選范圍為11％～25％。例如通過用X射線衍射確定的馬氏體α(211)和殘余奧氏體γ(220)的衍射強(qiáng)度之間的對比，測定殘余奧氏體含量。在研磨后的滾道環(huán)和滾動元件的表面層中的50μm深度取值。
這次公開的方案在所有方面都是示例性的，不是限定性的。本發(fā)明的范圍將由權(quán)利要求指明，而不是由上述說明書，在等同于權(quán)利要求的意思和范圍內(nèi)的修改都將包括在本發(fā)明中。
現(xiàn)在參照根據(jù)本發(fā)明的電磁制動器的模型(例如，利用二次非齊次常微分方程(9))，應(yīng)當(dāng)注意到，可以利用不同于方程(9)的方程來建模這種電磁致動器(″EMA″)x′′+αfrx′+αelx=αmagIΔ2f2(t)-αsys----(9.0)]]>通過將定時分量αmagI2Δf2(t)替換成方程右邊得到系列x″+αfrx′+αelx＝-αsys+θ1t′+θ2t″+θ3t+....(9.1)關(guān)于這一點，增加的定時導(dǎo)數(shù)的特性涉及該特定EMA所應(yīng)用的設(shè)備(或裝置)的電磁子系統(tǒng)的動力。線圈被理想地表示為與電阻器串聯(lián)的電感器。在此電路中，使用磁鏈λ(x，t)來表示跨越電路的壓降Vin’所述磁鏈取決于柱塞的當(dāng)前位置x和時間相位t以及線圈電阻rVin=ri+dλ(x,t)dt----(9.3)]]>通過在方程(9.3)中引入磁鏈變化率，電路電流可以表示為系統(tǒng)狀態(tài)中的一個dλ′(x,t)dt=∂λ(x,t)∂xdxdt+∂λ(x,t)∂ididt=ξ1(x,i)x′+ξ2(x,i)i′----(9.4)]]>第一項ζ1(x，t)由磁通Fmag(x，t)確定ξ1(x,i)=∂λ(x,t)∂x=dFmagdi(x,t)----(9.4)]]>第二項ζ2(x，t)是在瞬變充電或放電期間線圈的瞬時電感，其可以從Vin、i、x、dx/dt和di/dt的動態(tài)測量獲得。由于這種變量的參數(shù)特性，不但時間導(dǎo)數(shù)的第一階，而且需要更高階(第二、第三等等)來測量和計算回歸，以便完全構(gòu)造方程(9.1)的右邊部分。值得注意的是，從實際的觀點出發(fā)，獲得方程(9.1)的嚴(yán)格分析解是不可能的。然而，可能找到數(shù)解(其暗示在工程方，實質(zhì)上不可能具備不知道電子電路輸入?yún)?shù)的波形發(fā)生器)。
現(xiàn)在再一次參照I-函數(shù)，應(yīng)當(dāng)注意到，這種I-函數(shù)可能采取比方程(25)的僅僅一種模式(諧波)頻率(時間)響應(yīng)更一般的形式
IF(t)=eω21texp(ω22t)----(25)]]>更特別地是，關(guān)于對一系列超短噴射(事件)的多次噴射(例如在圖19中描述的)控制可被用于種種發(fā)動機(jī)操作條件。Main1和Main2的良好控制可以減小溫度峰值，由此產(chǎn)生更低數(shù)量的氮氧化物。預(yù)噴射(Pilot shot)可以在壓縮行程的結(jié)束在發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生增加的壓力，因而減少起動時間、噪聲、和發(fā)動機(jī)在預(yù)熱階段的煙霧性以及增加在低發(fā)動機(jī)速度的轉(zhuǎn)矩。Pre-M可以導(dǎo)致點火延遲的減少，其減少燃燒噪聲。After-M可以提供用于廢氣的后期氧化從而減少在燃燒期間產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)的數(shù)量。Post-M是主要在排氣行程期間的燃料噴射，因而增加排氣的碳?xì)浠衔颒C，反之，激化和增加DeNOx催化劑的效率。對于軍用車輛(例如)而言，為了增加驅(qū)動范圍(燃料效率)，前三個噴射預(yù)噴射、pre-M和main1至mainN可能是最重要的。本多次噴射驅(qū)動器(″MID″)技術(shù)可以無數(shù)工程版本執(zhí)行。它可被構(gòu)造為(i)安裝在次級線圈內(nèi)的遠(yuǎn)程電子驅(qū)動器；(ii)產(chǎn)生本I-函數(shù)電流的電子電路；和/或(iii)編程的電流代碼(例如，將被合并到主車輛電控單元中)。
因此，與有關(guān)多通道MI的I-函數(shù)的統(tǒng)一形式相連，發(fā)動機(jī)周期內(nèi)的每個噴射(事件)可能需要由其自身的通路來控制(例如，與圖19的六次噴射序列相關(guān)的六個通路)。每個通路可以具有它自己的時間響應(yīng)(R2/L2)j和相位j，以便具有對每次指定噴射的靈活控制(和依據(jù)發(fā)動機(jī)運行情況組合不同噴射的靈活性)。用于控制閥的開關(guān)的通路可以是并聯(lián)的，并且每個通路可以具有由主電控單元控制的開關(guān)，所述電控單元允許噴射的各種可能組合。這意味著用于I-函數(shù)的統(tǒng)一形式為 其中，初級線圈ω21＝2πR1/L1結(jié)合一系列次級線圈ω22j＝2πR2j/L2j工作，每個次級線圈在噴射周期內(nèi)指定的它自己的時間相位接通jopen和斷開jclose。
現(xiàn)在再次參照基本頻率β1，其表示復(fù)雜解x(t)=x1(t)+x2(t)=γ1eβ1t+γ2eβ2t]]>的線性部分，應(yīng)當(dāng)注意的是，該基本頻率當(dāng)然不是僅與初級線圈的電參數(shù)相關(guān)。方程(11)至(13)表示β1中有什么，即，方程(9)中的歸一化參量涉及到與動態(tài)處理所涉及的所有機(jī)械元件(閥針、彈簧、封邊等等)有關(guān)的摩擦力、彈簧的彈性、重力以及質(zhì)量。更準(zhǔn)確地說，在方程(9)中x′′=μrμ0NmIΔ2f2(t)-qlammx′-kmx-[Fel0m+g]or]]>x′′+αfrx′+αelx=αmagIΔ2f2(t)-αsys----(9)]]>m-關(guān)連質(zhì)量，qlam-在層流情況下的摩擦系數(shù)，k-彈簧彈性常數(shù)，F(xiàn)el-由壓縮彈簧產(chǎn)生的初始彈力，g-重力加速度，μ0-磁場常數(shù)，μr-相對磁導(dǎo)率，N-線圈匝數(shù)，Δ0-初始彈簧壓緊(Fel0/m)，I0-電流振幅，αfr，αel，αmag，αsys-變換系數(shù)。
因此，涉及第一線性部分的x1(t)=γ1eβ1t]]>解的αfr，αel，αsys表示該系統(tǒng)的所有機(jī)械、液壓和彈性元件，而涉及第二非線性部分的x2(t)=γ2eβ2t]]>解的αfr，αel，αmag，表示在磁通影響下系統(tǒng)的參數(shù)。
現(xiàn)在參照電磁致動器(例如，取決于電阻R2和電感L2)的時間相關(guān)動作(例如，各種物理元件的運動)以及頻率相關(guān)動作(例如，各種物理元件的運動)，應(yīng)當(dāng)注意到，在方程(1)中已經(jīng)標(biāo)識了一般化脈沖平衡md2xdt2=mx′′=Fmag-Fel-Fgr-Ffr----(1)]]>
現(xiàn)在，考慮磁力變成該處理所涉及的所有其它的時刻。從該時刻，方程可以簡化為mdUdt=Fmag----(1.1)]]>為了導(dǎo)出提升電樞(通?；蜷y、或針、或相關(guān)質(zhì)量)與瞬變電流(1-函數(shù))之間的關(guān)系，需要在電磁和電零件上構(gòu)造能量平衡Emech＝Eem。這可以關(guān)于功率釋放來執(zhí)行。
Wmech＝Wem(1.2)機(jī)械功率在時間dt做工dA，因此使用脈沖可以表示為Wmech=dAdt=Fdxdt=mdUdtU=d(mU2)2dt----(1.3)]]>線圈上的電壓取決于電流導(dǎo)數(shù)V=Ldidt----(1.4)]]>電磁功率與瞬時電壓和電流有關(guān)Wem=Vi=Lididt=d(Li2)2dt----(1.5)]]>在平衡能量傳遞情況下，提升(拉進(jìn)/拔出，擠入/擠出電樞)速度和電流時間序列之間的關(guān)系變成線性U=iLm----(1.6)]]>此方程意味著，為了對具有已知電感L1和相關(guān)質(zhì)量m的初級電磁線圈(噴射器電磁線圈)的快速進(jìn)行控制，提升的速度和瞬態(tài)形狀直接與電流時間序列相關(guān)。加速度a(或力ma)與一階電流求導(dǎo)成比例a=didtLm----(1.7)]]>方程(1.6)和(1.7)對于噴射器和電磁氣閥機(jī)構(gòu)均很重要，以便控制打開和閉合閥門期間的速度-加速控制。在噴射器情況下，打開和閉合這兩種事件必須快速，以便使穩(wěn)定性(例如，汽油噴射器)和/或多次噴射(例如，柴油噴射器)成為可能。在進(jìn)氣閥情況下，在打開閥門時快速(最高轉(zhuǎn)速和加速度)是重要的，然而，通過在電樞移動的結(jié)束閉合閥門，速度和加速度必須接近零(耐用性問題)。
關(guān)于這一點，圖10中的圖表示用于任意單位中的主次線圈之間的三種不同比率的提升速度(上圖)和加速度/減速度(下圖)。
對于初級線圈，角頻率ω21＝2лR1/L1表示為40，15和5單位系列。對于次級線圈，其頻率ω22＝2лR2/L2表示為20，10和5單位系列(總是慢些)。比率ω21/ω22越高，在速度和加速度兩方面的快速越高。
次級線圈的(di/dt)22變成最小的時間相位是應(yīng)當(dāng)結(jié)束從次級電磁線圈到初級電磁線圈的能量傳送的時間相位。如圖14粗略補(bǔ)充的，時間τ22必須等于或正比于整個動力系統(tǒng)的時間響應(yīng)τdynam，這是由噴射燃燒條件確定的。例如(該實例意圖舉例說明而非限制)，為了使得柴油機(jī)多次噴射成為可能，動力上升/下降時間應(yīng)當(dāng)不長于200μs。為了達(dá)到這個條件，在此實例下，電磁致動器(初級線圈)必須在大約100μs內(nèi)反應(yīng)。τ22/τdynam≤1的因子可以用實驗方法檢驗(例如，使用于此論述的瞬時燃料流率技術(shù)和/或燃料噴射的高速呈現(xiàn))。因此，τ22的最后設(shè)置是從ω21/ω22的較低比率開始逐步增加直到τdynam的值在給定范圍內(nèi)的迭代過程。
現(xiàn)在參照如何確定電磁致動器的時間相關(guān)動作和/或頻率相關(guān)動作(例如，計算的，測量的)，應(yīng)當(dāng)注意到，一個實例算法(該實例意圖舉例說明而非限制)描述如下。更確切地說，該確定時間響應(yīng)(τdynam，τ22)、頻率(ω22)和線圈(R2，L2)的實例算法如下●周期#1-次級線圈驅(qū)動器(″SCD″)的構(gòu)造。
1.依據(jù)發(fā)動機(jī)模型、噴射系統(tǒng)模型、不同發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)(速度對轉(zhuǎn)矩-馬力)定時策略的燃料載荷圖、廢氣排放要求和電結(jié)構(gòu)(ECU噴油定時控制、噴射器電磁線圈的RL特征、施加的電壓等等)，設(shè)計諸如圖19中所示的第一噴射圖，具體地說○噴射數(shù)目。
○噴射持續(xù)時間。
○上升/下降時間。
○噴射之間的停頓間隔。
○每次噴射的燃料量(振幅外形)。
○對于時間相位和振幅(燃料量)的公差范圍。
可以理解的是，圖19可以假設(shè)地形成相應(yīng)曲線的基礎(chǔ)，時間在X軸上(以任意單位)以及電流在Y軸(以任意單位)上。
2.使用瞬時燃料流-測量技術(shù)來確定τdynam。
3.τ22≤τdynam的限制。
4.通過做大量迭代而確定ω22，以便得到給定容差(時間和振幅)內(nèi)的在τ22的I-函數(shù)曲線。值得注意的是，迭代產(chǎn)生可以與圖19的值相比的曲線；最靠近能生產(chǎn)圖19的值的曲線表示ω22的值5.使用方程(1.6)來獲知提升速度U＝lift/τdynam和imax peak計算L2。
6.R2＝ω22L2/(2π)的計算。
7.利用變量R2，L2來構(gòu)造次級線圈驅(qū)動器(作為物理單元或電路或編程I-函數(shù)代碼)。
●周期#2-利用應(yīng)用的SCD來測試多次噴射。
1.測試各噴射周期(頻率、噴射數(shù)目、噴射持續(xù)時間、停頓間隔)下的噴射模式，以使用瞬時流計量技術(shù)來查看輸出動態(tài)特性。
2.重復(fù)周期#1以完成所需的快速和穩(wěn)定性。
3.測試長期使用中的噴射系統(tǒng)(～100,000周期)以確認(rèn)耐用性。
●周期#3-發(fā)動機(jī)測試。
1.在噴油定時驅(qū)動器和噴射器之間裝備有SCD的發(fā)動機(jī)中安裝噴射器。
2.使用功率計單元來測試發(fā)動機(jī)性能(功率和轉(zhuǎn)矩釋放)，以在所需轉(zhuǎn)矩輸出實現(xiàn)最大燃料效率。
3.測試發(fā)動機(jī)廢氣排放。
4.必要時，重復(fù)周期#2以根據(jù)需要改變噴射模式。
5.在長的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)運行中測試發(fā)動機(jī)。
●周期#4-道路(可驅(qū)動性)測試(延伸的)。
1.在具有已經(jīng)在周期#3期間測試過的相同噴射系統(tǒng)的車輛上安裝噴射器。
2.在不同驅(qū)動和氣候條件下測量油耗(連續(xù)地)和廢氣排放(挑選測試)。
3.必要時，重復(fù)周期#2以改變噴油定時/相位策略以最小化油耗和廢氣排放。
關(guān)于上述周期#1，應(yīng)當(dāng)注意到，在該實例中，I-函數(shù)本身相位及其峰值與圖19有關(guān)，其中圖19表示依據(jù)一定發(fā)動機(jī)需求(即，體制)的噴射映射目標(biāo)。
更進(jìn)一步地關(guān)于上述周期#1，應(yīng)當(dāng)注意到，在此實例中，τdynam是根據(jù)測量的瞬時流率以及速度、壓力梯度時間系列和集成質(zhì)量系列確定的。為了確定此時間因素，可以使用流率或者壓力梯度時間序列。第一，存在動力上升尖銳斜率，其最后以之字型峰值結(jié)束。此峰值說明閥門被打開，噴射事實上已經(jīng)發(fā)生而且分裂點(液體流轉(zhuǎn)變成液滴)已經(jīng)發(fā)生。此斜率的角度表示此動力處理的速度，那就是說，在初級線圈(噴射器)上形成給定電波之后整個系統(tǒng)(在所有相關(guān)質(zhì)量的機(jī)械、水力和慣性)多快起作用。在一系列壓力梯度中，此因數(shù)由壓力梯度從負(fù)(流率的加速度)到正導(dǎo)數(shù)的快速尖峰狀改變來確定。
更進(jìn)一步地關(guān)于上述周期#1，應(yīng)當(dāng)注意到，在此實例中，噴射器閥門的lift是其實質(zhì)上是固定參數(shù)的一個設(shè)計特性。例如，在直接噴射汽油發(fā)動機(jī)中，其典型地為大約50至90微米，在正常汽油噴射器中，其典型地為直到大約300微米，而在柴油機(jī)噴射器中，其典型地為100直到500微米之間。換句話說，lift是一個給定參數(shù)，它表示在封閉位置和向上推起/向下停止位置之間的間隙。
現(xiàn)在參照本發(fā)明另一個實施方式，有關(guān)使用次級線圈驅(qū)動器(SCD)，借助于穩(wěn)定的多次超短噴射事件的柴油和直接噴射汽油發(fā)動機(jī)中的可控高壓燃料噴射的應(yīng)用，其中注意力引向圖18(例如，如同在圖13所述，這種在由SCD控制的穩(wěn)定定時和數(shù)量下的多次噴射提供瀑布狀燃料噴射和具有更寬擴(kuò)展表面用于壓縮空氣的火焰結(jié)構(gòu))。值得注意的是，該噴射技術(shù)中的重要因素是維持核心火焰可能需要的事件(噴射)定時，以防止淬火效應(yīng)(qμenching effect)。因而，最終噴射結(jié)構(gòu)可以具有倒裝級聯(lián)圣誕樹外觀，其中僅僅噴射區(qū)和預(yù)混區(qū)被充分發(fā)展而沒有豐富區(qū)的外觀。
在這方面，往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)中的燃燒過程是包括燃料噴射、進(jìn)氣、空氣燃料混合流、化學(xué)和熱動力學(xué)、混合燃燒、和燃燒后的氣體連同污染物排盡的復(fù)雜動力現(xiàn)象。此動力過程關(guān)于發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)配套元件的往復(fù)運動、燃料噴射、化學(xué)內(nèi)反應(yīng)種類動力學(xué)、燃料射束和火焰形成，而具有不同的時標(biāo)。在高壓噴油發(fā)動機(jī)，諸如柴油和直接噴油汽油發(fā)動機(jī)中，所有這些定時比例變得極其重要。
更確切地說，往復(fù)運動周期適于大約數(shù)十毫秒(～10-2秒)。噴射滯后大約幾百微秒(-10-4秒)，而在汽油發(fā)動機(jī)中噴射持續(xù)時間為幾毫秒(～10-3秒)。在柴油發(fā)動機(jī)中，噴射滯后和噴射持續(xù)時間更短，分別是～10-6秒和～10-4秒。在局部火焰域內(nèi)，柴油發(fā)動機(jī)中的點火滯后和預(yù)混火焰和快速氧化(燃燒)具有數(shù)十微秒(～10-5秒)的數(shù)量級。在汽油發(fā)動機(jī)中，這些因數(shù)變?yōu)閹装傥⒚?～10-4秒)。典型地，在柴油發(fā)動機(jī)中，全部過程更快速，具有一或兩個數(shù)量級的更短持續(xù)時間。
一種重要結(jié)論是，噴射Δtsh和停頓持續(xù)時間ΔtdW必須與柴油機(jī)燃燒的早期直接相關(guān)，那就是說，按噴射動力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)的定時的方式(在每周期單噴射情況下，序列可能在開始燃料噴射之后不久開始，而且可能延續(xù)通過預(yù)混燃燒而且進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)定燃燒的開始)。
噴射開始和預(yù)混燃燒之間的時間可能是大約幾百微秒(～10-4秒)。如果在那時噴射停止，那么在那個空間中預(yù)混區(qū)開始發(fā)展，并且作為常規(guī)預(yù)混反應(yīng)物質(zhì)完全燃燒。這些因數(shù)可能確定停頓間隔接近～100μ秒，以便在燃燒過程中排除富油區(qū)的更進(jìn)一步發(fā)展。
可以由所需的時限來確定噴射超短射持續(xù)時間，以得到例如由噴射滯后啟動的大約～1μ秒的噴射。根據(jù)燃料量需要，可能比如從大約10到30變化生產(chǎn)要素，意味著該實例中的射持續(xù)時間可以是大約10到30μ秒。
在另一個實例中(其實例意圖說明例證而非限制)，為特殊類型發(fā)動機(jī)和噴射系統(tǒng)精確建立的Δtsh和Δtdw可取決于1.燃料性質(zhì)，比如密度、運動粘度、表面張力、沸點溫度、比熱和/或壓縮因數(shù)。
2.噴射壓力波動。
3.噴嘴幾何形狀。
4.壓縮比。
5.每周期局部燃料負(fù)荷。
因而，可能出現(xiàn)在不同負(fù)荷和速度測試燃料噴射系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)的需要，以協(xié)調(diào)在不同映射情況用于Δtsh和ΔtdW的最后設(shè)置的SCD。為了使得SCD與某一類型發(fā)動機(jī)和噴射配置聯(lián)合工作，可以需要以下列實例子序列進(jìn)行(該實例意圖說明例證性而非限制)1.借助于表示分解峰值的精確定位的瞬時流綠測量和ICCD(加強(qiáng)電荷耦合器件)的高速燃料噴射呈現(xiàn)，對高壓噴射動力(OEM的原噴射系統(tǒng))進(jìn)行分析，以便試驗有關(guān)液相(燃料射流和微滴)和氣相(蒸發(fā)的燃料)的噴射結(jié)構(gòu)。
2.設(shè)計、仿真和構(gòu)成適用于生產(chǎn)噴射系統(tǒng)的次級線圈驅(qū)動器(SCD)。
3.借助于如在步驟#1中所述流率和燃料噴射動態(tài)測量，實驗驗證對迅速控制的多次噴射。
4.對不帶和帶有應(yīng)用SCD的氣缸內(nèi)柴油混合物的實驗驗證。
5.協(xié)調(diào)不帶或者帶有應(yīng)用SCD的單缸發(fā)動機(jī)模型中的發(fā)動機(jī)性能和排放。
6.在協(xié)調(diào)放電方法下，協(xié)調(diào)不帶或者帶有應(yīng)用SCD的生產(chǎn)模型中OEM的發(fā)動機(jī)性能和排放。可能需要映射所有的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩-速度操作圖。
7.以SCD或者電路或者編碼I函數(shù)電流電子學(xué)的形式，設(shè)計、構(gòu)成和測試工業(yè)SCD板上原型。
現(xiàn)在參照圖19，描述了與本發(fā)明的舉例相關(guān)的某些噴射事件(其中，參照某些燃燒效果和發(fā)動機(jī)運行/噴射策略來標(biāo)識該噴射事件)。更確切地說●參考某些燃燒效果○M1M2...減少T峰值(氮氧化物)、油耗○After-M-提供后氧化廢氣(PM)○Post-M-增加排氣中的HC(DeNOx催化劑)○Pre-M-減少點火延遲(噪聲)○Pilot-增加氣缸中的P(啟動、預(yù)熱時的噪聲/發(fā)煙性、低速的轉(zhuǎn)矩)●參考發(fā)動機(jī)運行/噴射策略○發(fā)動機(jī)啟動/預(yù)熱Pilot-Pre-Main1○Texhaust＜TcatalystPre-Main1-After○DeNOx TECPre-Main1-Main2-After-Post○High TECPre-main1-main2-After○高轉(zhuǎn)矩，低速度Pilot-Pre-Main1○中速/高速 & 負(fù)荷Pre-Main1-Main2○最大值-功率條件Pilot-Main1現(xiàn)在將參照某些工程計算的實例(其實例意圖說明例證性而非限制)，以便設(shè)計將應(yīng)用于噴射器(例如，Bosch共軌噴射器)的次級線圈和編碼電流。值得注意的是，該實例的目的在于簡單示范需要知道、計算、編碼、和向設(shè)備的初級電磁線圈制動種類傳送什么。該實例特殊直接與生產(chǎn)Bosch共軌噴射系統(tǒng)(CRIS)相關(guān)。市場上可買到的μH范圍內(nèi)的L/C儀表IIB已經(jīng)用于測量安裝在CRIS上的四個噴射器中的每一個噴射器的電感。HP/Agilent 3312QA 15兆赫函數(shù)/任意波浪發(fā)生器以及HP 34811A BenchLink軟件一起被用于電壓/電流時序的輸出信號編碼。HP Infiniμm 500MHz 1Gsa/s示波器已經(jīng)進(jìn)行了被送到CRIS噴射器的輸出控制信號的品質(zhì)和時間相位的檢驗。
總之，如下所述算法步驟可以被分成三個基本階段1.需要測量噴射器的電氣特性，諸如電感L和電阻R，以評估時間/頻率響應(yīng)。這準(zhǔn)許計算噴射時間控制的電流/電壓的每個峰值、尖峰或其它拐點的能量傳遞?，F(xiàn)在，在能量轉(zhuǎn)換的給定因數(shù)，可以計算必須產(chǎn)生瞬變電流以完成閥門的快速打開和閉合的次級線圈(SC)的R，L參數(shù)。
2.現(xiàn)在，需要進(jìn)行I函數(shù)電流作為時間序列，并且確定什么時間相位(充電時間)最合適對致動器進(jìn)行快速、穩(wěn)定控制。例如，關(guān)于帶有電控液壓閥的汽油噴射器或柴油噴射器，在閥門打開階段，因為電樞的瞬時速度與瞬時電流成比例μ=iL/m,]]>因而時間序列部分可以從開始直到I函數(shù)電流具有最大值的階段。在進(jìn)氣閥的情況下，可能需要時間序列直到第一電流導(dǎo)數(shù)變得幾乎為零。這是由于瞬時加速度(力)和電流導(dǎo)數(shù)之間的比例性(di/dt)*L/m.]]>如果SC將要作為固件合并到噴射系統(tǒng)中，那么在該階段，算法可能切換到SC驅(qū)動器的電制造，并關(guān)于放電方式(如上所述)諧調(diào)它。如果SC將作為代碼實現(xiàn)，那么過程繼續(xù)到第三階段(在下面)。
3.所獲得的I函數(shù)電流時間序列可被適合于可在用于任意(ARB)波發(fā)生器的軟件中獲得的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)?，F(xiàn)在，在將依據(jù)主次線圈的R，L特征導(dǎo)出的I函數(shù)與一個庫管理程序匹配之后，數(shù)學(xué)參數(shù)的建立變得可以用來構(gòu)造包括各噴射和它們的μs時間部分的噴射周期的不同瞬態(tài)階段。最后，構(gòu)造的電流代碼可以被傳輸?shù)娇刂茋娚浞植紙D(injection profile)的給定ARB發(fā)電機(jī)。該過程可能需要重復(fù)若干次以覆蓋OEM的噴射圖。此后，可以將整個SC驅(qū)動噴射圖傳送到并入車輛ECU中的處理器。根據(jù)驅(qū)動和發(fā)動機(jī)運行條件，ECU可以調(diào)用OEM的或者與每個噴射器中的特定噴射事件相關(guān)的ARB噴射控制電流代碼。
現(xiàn)在參照在上述第三階段中概括的詳細(xì)算法的方面1.OEM的噴射圖(Injection Map)。緊要的是需要知道關(guān)于OEM噴射系統(tǒng)、噴射器操作以及施加到致動器上的電流/電壓蹤跡的準(zhǔn)確技術(shù)數(shù)據(jù)。電磁閥(觸發(fā)元件)可以控制閥球，并且在其拉動(激勵電磁線圈)階段，放氣孔可能是打開的(并且在至噴嘴的通道和閥控制腔之間的壓差導(dǎo)致噴嘴針的向上提升-導(dǎo)致噴射事件)。該電磁線圈的激勵時間隨例如18A的峰值拉動電流和例如12A的保持電流而變化(例如，從1到2ms)。上升時間和下降時間是變化的(例如，從80到100μs)。在保持階段，電流振動(例如，具有0.57A振幅和0.1-0.2ms的周期)。圖25的左圖舉例說明了應(yīng)用于Bosch CRIS噴射器的典型電流蹤跡。
2.實際噴射器電磁線圈RL數(shù)據(jù)。電阻R是使用萬用表測量的。已經(jīng)使用具有從nH、μH、mH到H的寬范圍L靈敏度的L/C MetterIIB獲得電感L。零(Zero)模式已經(jīng)經(jīng)常地用于減去由于測量布線的最初大約1.8-2.2μH的雜散電感，并且在零模式之后由于線環(huán)結(jié)構(gòu)和測量期間的電阻溫度相關(guān)性，在0.007μH振動?，F(xiàn)在參照圖20，與噴射器(初級)線圈的時間和頻率響應(yīng)特性一起示出RL數(shù)據(jù)。根據(jù)兩個測量以及圖25的左邊圖，不同電磁線圈在打開和閉合閥門時的快速(上升下降時間)從146變化到212μH(分別導(dǎo)致4.72到6.85kHz的頻率響應(yīng))。在圖20的兩列中，在激勵狀態(tài)下磁通到初級電磁線圈中的功率E＝Δ(LI2)/Δt是使用測量的電感L、拉動峰值Ipeak＝18A和保持Ihold＝12A電流、分別到峰值和保持階段的時間響應(yīng)和保持持續(xù)時間Δt。正如所示，Epeak從64.8變化到72.9W，并且用于各種噴射器的Ehold＝4.7-6.1W。這些功率(能量)值可以受到線圈的構(gòu)造，即其電感L和動態(tài)時間響應(yīng)的電流Ipeak，Ihold的限制。
3.目標(biāo)功率和時間響應(yīng)轉(zhuǎn)換比，SC RL-數(shù)據(jù)(Targeted Powerand Time Response Conversion Ratios，SC RL-data)。為了使電磁線圈更快速以便引起可控多次噴射所需的穩(wěn)定超行程噴射，可能需要具有將很快被釋放的額外能量。在Bosch CRIS中，電磁致動器(電磁線圈)控制閥門的打開和閉合。在到噴射器的高壓進(jìn)口從CRIS到噴嘴針腔之間的距離是0.11米，1600巴下的聲速是～1700m/s，因此壓力傳播的時間大約為65μs。那意味著，時間部分的數(shù)量必須可與致動器的最小上升/下降時間相比較，并且在周期之間很穩(wěn)定(可重復(fù))。次級線圈確實產(chǎn)生快的附加功率以加速上升/下降階段。在圖20的右邊部分，反映了RL參數(shù)的計算。第一輸入是初級線圈的Epeak1和次級線圈的Epeak2之間的功率比，Epeak2＝FEpeak2，其中，因數(shù)F根據(jù)致動器類型及其應(yīng)用而在1.5至4.0之間變化。在該特定實例中，將其最大化，因為對于帶有″輕″電感(高響應(yīng)時間)的柴油機(jī)噴射中的多次噴射，快速的效果與高功率比輸入F＝4.0有關(guān)。這允許次級線圈的電感被計算為L2＝2Epeak2Tpeak2/I2peak2。相反地，次級線圈具有較慢的時間響應(yīng)Tpeak2＝kTpeak2，其中2.0＜k＜5.0。再一次，由于多次噴射需要快速控制噴射行程和噴射行程之間的停頓間隔，因子k＝2.0被最小化。這導(dǎo)致阻值R2＝L2/Tpeak2。如果期望SC驅(qū)動器作為物理電子電路，那么R2L2-data足以如上所述地設(shè)計和構(gòu)造。如果L函數(shù)電流必須作為波形代碼來驅(qū)動，那么需要前進(jìn)到以下第四步。
4.I函數(shù)的構(gòu)建(Constrμction of I-Function)。根據(jù)初級和次級線圈兩者的頻率響應(yīng)，能夠以歸一化為單元形式來構(gòu)建I函數(shù)電流時間蹤跡為i(t)=Iexp|2xR1/L1|texp(|2xR2/L2|t)=Iexp43.01exp(21.51)]]>在圖21中示出了這種I函數(shù)電流蹤跡及其一階倒數(shù)。因為R/L數(shù)據(jù)是kHz，因而時間標(biāo)度是ms。最大電流峰值對應(yīng)于0.047ms，其涉及初級電磁線圈電樞的最大速度。該時間持續(xù)期是時間tcharge’應(yīng)當(dāng)在將能量傳遞給初級線圈之前將其給要充電的次級線圈。
5.適于程序庫標(biāo)準(zhǔn)波形(Fitting to Library StandardWaveform)。波形產(chǎn)生器硬件可以調(diào)用所謂的標(biāo)準(zhǔn)波形和它們的組合來再現(xiàn)多種電流蹤跡。其將算法移動至下一步，該步驟將I函數(shù)電流轉(zhuǎn)化成可用庫函數(shù)，并且將時間轉(zhuǎn)化成周期內(nèi)的點數(shù)。舉例來說，在HP 33120A軟件中，一個周期等于16000點(pts)。對于上升和下降I函數(shù)電流，最合適的形狀是上升V(l-e-bn)和下降Ve-bn指數(shù)函數(shù)。在規(guī)范化到單位形式中，振幅V等于1。因此，阻尼因數(shù)b可以從在上升和下降部分與I函數(shù)的比較中導(dǎo)出1-exp-tktchargeQ=1-exp-bn]]>exp-tktchargeQ=exp-bn]]>其中，K，、Q和n是在適應(yīng)處理(其結(jié)果在圖22中示出)期間確定的。
在該實例中，具有以下方程
bfall=0.213ms4.80.047ms1=9.60]]>6.目標(biāo)多次噴射圖和時間標(biāo)度(Targeted Mμltiple Injection Mapand Time Scaling)。圖23表明噴射周期期間各階段的凸輪軸角位置的轉(zhuǎn)化。在該實例中，對于四行程循環(huán)(f＝33.33Hz)的發(fā)動機(jī)速度是400RPM。主噴射設(shè)置在180°(上止點TDC，top death centerTDC)。在TDC之前-20°開始預(yù)噴射。兩次噴射具有600μs的持續(xù)時間。停頓間隔是1275μs。全部階段用度、μs和pts來計算。
7.特殊波形的構(gòu)造(Construction of Special Waveform)。可以編碼每個相位。圖24舉例說明在上述步驟6中計算的每周期兩次噴射。如所示，每次噴射被分成5個階段而且被轉(zhuǎn)換為時間和電壓/電流振幅的絕對和任意坐標(biāo)。結(jié)果輸出信號如圖25的右圖所示。
在本發(fā)明另一個實施方式中，角頻率ω21＝2πR1/L1[rad/s]；頻率f21＝R1/L1[Hz]；時間響應(yīng)(上升)τ21＝R1/L1[s或者ms或者μs]；角頻率ω22＝2πR2/L2[rad/s]；頻率f22＝R2/L2[Hz]；時間響應(yīng)(上升)τ22＝R2/L2[s或者ms或者μs]在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了I函數(shù)超短瞬態(tài)磁通量的應(yīng)用，該磁通量切割電磁線圈-閥針行程(或一般地說，線圈柱塞行程)的波形圖中的瞬態(tài)慣性，其導(dǎo)致力-行程響應(yīng)(電磁線圈性能)的快速動力。
在本發(fā)明另一個實施方式中，本發(fā)明提供了與快速操作的噴射相關(guān)的理論解、致動技術(shù)、工程實現(xiàn)和/或?qū)嶒灧椒ā?br> 在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了對描述包括磁通量、彈力、重力和摩擦的初級電磁線圈中的復(fù)合動力的二階非齊次常微分方程的準(zhǔn)確分解廣義解。值得注意的是，該解表示頻譜特性(頻率和/或時間響應(yīng))完全依賴于在噴射器或像致動器的任何其它裝置的打開和閉合時施加的時間相關(guān)瞬變電流。可以從外部源產(chǎn)生該電流(外部的來自初級電磁線圈)。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了一種“I函數(shù)”，其在電阻對電感比率方面，滿足遠(yuǎn)程次級線圈和初級線圈之間的頻率和/或時間響應(yīng)關(guān)系。值得注意的是，強(qiáng)指數(shù)I函數(shù)具有唯一性，其幫助確定主標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)造次級線圈和/或電流電路來驅(qū)動噴射器或致動器中的初級電磁線圈。
在本發(fā)明另一個實施方式中，為燃料噴射系統(tǒng)或任何其它的像致動器這樣的系統(tǒng)提供了感應(yīng)的預(yù)和過輔助感應(yīng)器電路，以便控制噴射器閥門打開和閉合時的上升和下降時間響應(yīng)(或在更普通應(yīng)用中，與電磁致動器相關(guān)的鐵心打開和閉合動力)。在一個實例中(該實例意圖舉例說明而非限制)，可以通過基于實際環(huán)境中的噴射器或致動器快速操作所需的初級電磁線圈特性和/或時間響應(yīng)限制，改變相對于特定應(yīng)用的不同電路元件的標(biāo)稱特征，來靈活地構(gòu)造該電路以便用于廣泛應(yīng)用范圍。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供至少兩種不同的次級線圈-充電技術(shù)(在本申請中被稱作同時充電和預(yù)充電)。值得注意的是，這些不同充電情形表明，可以用不同方法來形成瞬態(tài)I函數(shù)電流，以便管理其振幅-時間-尖峰波形用于不同致動器。在另一個實施方式中，還實現(xiàn)了最初兩個情形的組合的移位充電技術(shù)。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了所應(yīng)用的瞬時燃料流率測量，表明遠(yuǎn)程次級線圈技術(shù)不但產(chǎn)生快速電I函數(shù)電流，而且導(dǎo)致瞬時流中的快速瞬時動力。這種瞬時燃料流率測量支持上述討論的某些理論和工程結(jié)論。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了I函數(shù)可能從次級線圈驅(qū)動器產(chǎn)生而無需該線圈的物理使用。也就是說，I函數(shù)涉及要施加到致動器中的初級電磁線圈上的電流。在另一個實施方式中，I函數(shù)電流發(fā)生器可被用于獲知初級電磁線圈的基本參數(shù)。這種電流發(fā)生器(或驅(qū)動器)可以產(chǎn)生電流將以時間系列編碼波形的形式施加的電流(例如，來自對其施加時間相關(guān)電壓的電阻器)。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了可以直接編碼的I函數(shù)(例如，作為二進(jìn)制碼編入安裝在車輛的電控單元中的芯片內(nèi))。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了可以作為軟件編碼的I函數(shù)。在另一個實例中(該實例意圖舉例說明而非限制)，這樣的軟件可被傳送(例如，通過因特網(wǎng))到電磁線圈，以便在其開關(guān)階段的給定時限內(nèi)操作遠(yuǎn)程致動器。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供I函數(shù)控制技術(shù)，可以允許其中定時對于整體動力處理是重要的工業(yè)中的現(xiàn)有設(shè)備的時間響應(yīng)特征的改進(jìn)。在一個實例中(該實例意圖舉例說明而非限制)，可以應(yīng)用到柴油發(fā)動機(jī)(以便允許控制多次噴射作為一系列超短預(yù)噴射和主噴射內(nèi)的多次噴射，以及控制噴射之間的停頓間隔，以便得到完全燃燒并最終減少燃料消耗和顆粒物質(zhì)和氮氧化物的排放(即，高噴射重復(fù)率控制器))。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了增加車用燃料效率(例如，柴油效率)和/或裝備有共軌或者單位噴射器或者單位泵或者分布式噴射泵系統(tǒng)的車輛的驅(qū)動范圍。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了多次噴射驅(qū)動器(MID)來執(zhí)行可控以及可時間重復(fù)的多次噴射。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了可控噴射相移(例如，提前和/或延遲的)，以便得到有效和完全的燃燒以及熱/壓釋放。
在本發(fā)明另一個實施方式中，提供了主要通過使用單個線圈組件構(gòu)造的現(xiàn)有系列電磁致動器的使用。舉個例子，參照圖6A-6D和7A-7D執(zhí)行它們的基本上不帶瞬態(tài)延遲的快速接通/斷開操作的分析和實現(xiàn)。更確切地，可以使用下列的一個或多個·對瞬變機(jī)械和電磁動力的分析，其一般地發(fā)生在電機(jī)致動器操作期間(把焦點集中在啟動/結(jié)束轉(zhuǎn)變上)。這部分通過在施加到噴射閥上的重力、磁、彈力和摩擦力下獲得的指數(shù)型時間相關(guān)解的表示，考慮一般理論分析。
·I函數(shù)的介紹，由遠(yuǎn)程次級線圈以將被施加到主電磁線圈上的快速瞬變感應(yīng)電流的形式產(chǎn)生該函數(shù)。
·設(shè)計電路以實現(xiàn)有關(guān)內(nèi)燃燃料迅速操作噴射器的SC-技術(shù)。
·實現(xiàn)一個程序，其計算在限定的PC性質(zhì)下的SC充電(激勵)時間。
·實驗驗證，包括電氣測量和瞬時燃料流率的測量，同時表示在噴射器的最后時間響應(yīng)中做出貢獻(xiàn)的電磁、液壓、機(jī)械和摩擦系數(shù)的復(fù)合動力。
根據(jù)本發(fā)明實施方式的性能測試和量化的實例I.應(yīng)用于柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的多沖迅速操作次級致動器的性能評定介紹現(xiàn)在以下參照根據(jù)本發(fā)明一實施方式的多沖迅速操作次級致動器的性能評定，以便應(yīng)用于柴油機(jī)噴射系統(tǒng)。該實施方式ROSA目的在于進(jìn)一步改進(jìn)柴油效率和廢氣排放。關(guān)于這一點，發(fā)明者已經(jīng)進(jìn)行了目的在于提供可控和可重復(fù)的多次噴射事件，尤其是在共軌噴射系統(tǒng)(″CRIS″)中的ROSA的測試。目前，燃料系統(tǒng)供應(yīng)商一般地采取壓電開關(guān)及其它昂貴的電和電控單元來提供CRIS中的多點火效果。ROSA產(chǎn)生一個特殊電流，其被施加到噴射器的主電磁線圈上以控制它的瞬變快速響應(yīng)。為了該性能評定已經(jīng)構(gòu)造了噴射測試單元。對于柴油噴射顯示和瞬時燃料流率測量，可以利用兩種測試設(shè)置。在從1200到1800巴的噴射壓力下實施多達(dá)每周期六次噴射。噴射重復(fù)率等于1200-3600rpm的四行程發(fā)動機(jī)速度。高速數(shù)字式攝象機(jī)用來獲得關(guān)于柴油機(jī)噴射快速動力的精確定量數(shù)據(jù)。氬激光器照亮噴射場。獲得處理后的數(shù)據(jù)用于液體噴射速度、噴射持續(xù)時間以及關(guān)于電信號設(shè)置的它們的延遲。相位的穩(wěn)定性在50μs之內(nèi)。最短噴射持續(xù)時間是74μs，短持續(xù)時間的最大變化性是50μs。ROSA的優(yōu)點是循環(huán)分析證明的多次噴射的很穩(wěn)定相位、停頓和持續(xù)時間。ROSA技術(shù)也具備許多其它的獨特應(yīng)用，包括電子單元噴射器(EMI)和液壓電子單元噴射器(HEMI)和可變進(jìn)氣閥致動器。
最近表明，應(yīng)用于不同柴油機(jī)噴射系統(tǒng)的多次噴射技術(shù)具備巨大的實際潛力來改善多種發(fā)動機(jī)性能特征，包括油耗、煤煙/氮氧化物排放和噪聲中的柴油燃燒和后處理。在將單個主噴射分裂為一系列順序事件，即所謂的Pilot、Pre-Main、Main-1和Main-2、After-Main和Post噴射事件或者噴射中存在許多策略。它們可以被概述為在圖28中所舉例說明的，在噴射周期內(nèi)帶有任意參考的凸輪相位的六次噴射。舉例來說，主噴射的良好控制減少溫度峰值，由此產(chǎn)生更低量的氮氧化物。在壓縮行程期間，預(yù)噴射在發(fā)動機(jī)中產(chǎn)生增加的壓力，因而減少發(fā)動機(jī)在預(yù)熱階段的起動時間、噪聲和排煙濃度，以及增加在低發(fā)動機(jī)速度的轉(zhuǎn)矩。Pre-Main噴射事件導(dǎo)致減小點火延遲從而減少燃燒噪聲。After-Main噴射提供廢氣的氧化，這減少了燃燒期間產(chǎn)生的顆粒物質(zhì)量。Post噴射發(fā)生在排氣行程期間，因而增加了排氣時的碳?xì)浠衔颒C，這增加了DeNOx催化劑的效率。大多數(shù)多次噴射研究都直接與CRIS類型噴射系統(tǒng)相關(guān)。較少數(shù)研究強(qiáng)調(diào)關(guān)于EUI和HEUI，主要應(yīng)用于重型柴油發(fā)動機(jī)。
為了使得多噴射系統(tǒng)廣泛地實際應(yīng)用于汽車工業(yè)，必須提供與四個因素有關(guān)的非常穩(wěn)定的定時。第一是噴射的定相，噴射事件的開始。第二是每個事件的噴射持續(xù)時間。第三是噴射之間的停頓間隔，尤其涉及Pre-Main、Main-1和Main-2。而第四是處理沿從壓力積累或產(chǎn)生源到噴射器控制閥的高壓通道的壓力傳播以及壓力恢復(fù)所需時間的延遲因數(shù)。在下面情況中，所有這些定時因素變得非常關(guān)鍵(i)增加噴射數(shù)目，例如，高達(dá)六個；(ii)縮短停頓，例如，降至200μs；(iii)為不同噴射擴(kuò)大噴射燃料流率的動態(tài)(極大值/極小值)范圍，例如，每Main～100mg以及每Pre-Main～0.1mg；(iv)不受控的燃料壓力振動頻率(～10-100Hz)，其可以與多次噴射諧波(harmonics)諧振(resonance)。這些諧波從幾赫茲到幾千赫茲廣泛變化。
正如可以從用于多次點火的噴射器和噴射系統(tǒng)的各種工程概念設(shè)計可以看出的，存在控制分別與回油閥和針閥有關(guān)的控制體積和累積體積之間的燃料壓力分配的一或兩個閥。在較早代的噴射器，諸如第一代CRIS中，電磁致動器控制回油閥，該回油閥液壓連接到直接送到公共軌(幾乎恒定高壓源)的高壓線。當(dāng)通過激勵電磁線圈類型致動器來觸發(fā)噴射器回油閥時，控制體積中的壓力下降低于累積體積中的壓力。當(dāng)施加到噴射器閥針的密封區(qū)域上的壓差克服了閥針彈簧力時，噴射開始。所以，在這種電磁線圈類型電控柴油機(jī)噴射器中，噴射的啟動是一級處理。在壓電致動器或第二致動器(例如，兩個致動器EUI)液壓耦合到處于與針彈簧相對更近位置的針閥的一些系統(tǒng)中，可以將對于至累積體積的燃料壓力傳播的定時控制分成兩階段。
在第一階段，通過CRIS中的公共軌或EUI或HEUI中的泵柱塞，回油閥控制噴射器的整個高壓的通道的加壓。然后，在第二階段，針閥控制噴射處理本身。新的多次噴射技術(shù)的實際實施相當(dāng)昂貴并且不能應(yīng)用于現(xiàn)有電控柴油噴射器系列。
目前僅僅可用與多次噴射的定時穩(wěn)定性相關(guān)的幾個研究。例如，由公共軌中直到22％的周期性壓力偏差觀察和解釋噴射特征的周期性變化。研究了用于將主噴射分為具有偏移的相位和持續(xù)時間的Pilot、Main和After的不同定時策略，但是僅僅描述了與大約300μs的電觸發(fā)信號有關(guān)的實際噴射的常量延遲作為穩(wěn)定性因素。還有少許與每次噴射噴出的定量燃料數(shù)量相關(guān)的數(shù)據(jù)。關(guān)于生產(chǎn)多次噴射系統(tǒng)，在2003年提到了在Pre-Main和Main事件之間具有400μs停頓以及帶有0.5mm3可控制變化的1mm3/噴射的最小噴油量的直到5次-噴射系統(tǒng)。
本發(fā)明者已經(jīng)開發(fā)了新的技術(shù)，用于各種與鐵心到電樞中的急劇加速和減速相關(guān)的應(yīng)用，其中，高定時穩(wěn)定性對于具體處理是關(guān)鍵的。就汽車應(yīng)用而言，主要施加到任何電控噴射器和可變進(jìn)氣閥，這個技術(shù)基于迅速操作電磁次級致動器(ROSA)，其觸發(fā)安裝在噴射器上/中的壓力控制閥電磁線圈。實際上，ROSA生成被稱作I-函數(shù)電流的特殊形狀的電流，其被傳遞到噴射器的初級電磁線圈上。該電流控制初級電磁線圈的上升和下降瞬變響應(yīng)，這導(dǎo)致噴射器閥的可控快速和穩(wěn)定打開和閉合。
ROSA技術(shù)可以在眾多工程版本中執(zhí)行，包括(i)遠(yuǎn)程次級線圈(用于噴射器的中等-和重負(fù)載電磁線圈以及用于柴油發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口調(diào)節(jié)閥)，(ii)電子電路(用于諸如汽油噴射器的低負(fù)載器件)，和(iii)合并到車輛ECU/EDU中的編碼電流外形。在這個特別的方案中，ROSA的內(nèi)編碼版本被構(gòu)造并應(yīng)用于僅被設(shè)計用于帶有1-2ms最小/最大激勵持續(xù)時間的單次噴射的第一代Bosch型CRIS。這個研究的主要目的是借助于柴油機(jī)噴射的高速顯象定量確認(rèn)ROSA多次噴射控制。在這種情況下，如圖29所示，整個噴射系統(tǒng)的操作導(dǎo)致噴射器向外的射束動力。射束序列的正確時間和空間記錄提供關(guān)于在高壓噴射期間發(fā)生的快速轉(zhuǎn)換的詳細(xì)信息。該時間分辨率必須接近幾十微秒，以便觀察到主分解轉(zhuǎn)換、噴口超音速以及確認(rèn)所需的所有噴油定時特征。
性能估算細(xì)節(jié)如下所述ROSA-CRIS實驗設(shè)置一般配置最初，使用的CRIS沒有裝備生產(chǎn)電控單元(ECU)。Kistler4067A2000壓阻高壓傳感器以及4618AO放大器測量公共軌中的壓力，沒有壓力限制開關(guān)來控制CRIS回油閥電磁線圈。圖30舉例說明被執(zhí)行以便構(gòu)造集成試驗單元的技術(shù)階段。四個子系統(tǒng)，即，(i)高壓力(HP)液壓單元，(ii)基于ROSA的電噴驅(qū)動單元(EDU)，(iii)伏特到安培轉(zhuǎn)換器，以及(iv)已經(jīng)被構(gòu)造并且合并到測試單元中的高速顯象信道。圖31示出所有子系統(tǒng)之間的互連以及所使用設(shè)備的規(guī)格。該系統(tǒng)利用兩個PC允許輸入和輸出數(shù)據(jù)的非常靈活并且完全可控的設(shè)置。
高壓液壓HP液壓單元包括40公升油箱、帶有濾油器的低壓泵、高壓5□m過濾器、機(jī)動化直接連接到CRIS的高壓泵的電動機(jī)。在馬達(dá)上使用附加電控制器，以便根據(jù)馬達(dá)轉(zhuǎn)速高壓值漸變。
四個生產(chǎn)的六孔噴射器中的僅一個被安裝在CRIS上。噴射器水平設(shè)置到吸氣管中，以除去測量期間的剩余柴油噴射。來自公共軌回油閥和噴射器回油閥兩者的燃料經(jīng)由平板水冷卻器返回到油箱中。
為了控制經(jīng)由其回油閥進(jìn)入公共軌的高壓值，在系統(tǒng)中采用壓力限制控制。TTL型200Hz 10 V 70％占空因數(shù)的電壓信號通過利用基于工作臺連接的軟件被編碼到任意波形發(fā)生器中。電子限位開關(guān)控制壓力限制的最終設(shè)置。這個電信號傳輸?shù)诫妷褐岭娏鬓D(zhuǎn)換器，通過使用帶有超快軟恢復(fù)二極管的絕緣柵雙極晶體管來構(gòu)造該轉(zhuǎn)換器。
波形發(fā)生器輸出信號被連接到晶體管的柵極管腳。瞄準(zhǔn)儀-發(fā)射器管腳通過三輸出DC穩(wěn)壓電源供電，相同類型的電源用于壓力限制開關(guān)。因此，分三級設(shè)置CRIS壓力值。第一，僅僅利用液壓控制閥將低壓泵設(shè)置在20巴(290psi)。第二，利用馬達(dá)轉(zhuǎn)速控制，將壓力增至100巴(1450psi)。最后，增加經(jīng)由晶體管柵極的電壓，根據(jù)多噴射分布圖(噴射數(shù)和持續(xù)時間)，將壓力設(shè)置在1200至1900巴之間的期望值。
ROSA類型EDU
為了構(gòu)建ROSA EDU信道，已經(jīng)在應(yīng)用于E-級歐洲乘客車的生產(chǎn)Bosch CRIS上設(shè)計、構(gòu)造和使用了以下子系統(tǒng)。使用帶有低至nH分辨率的市場上可買到的電感L/C計來測量安裝在CRIS上的每個噴射器的電感。第二函數(shù)/任意波發(fā)生器被并入系統(tǒng)中，以便編碼ROSA型特殊電壓時間序列，并隨后具有表示多噴射信號的輸出。500MHz 1Gsa/s示波器被用于檢驗被引向CRIS噴射器的輸出控制信號的質(zhì)量和實際時間相位設(shè)置。
該實施例的整個多步和多環(huán)ROSA設(shè)計算法可以被分成三大階段第一階段。程序開始于測量噴射器的電特性，諸如電感L和電阻R，以評定時間(或頻率)響應(yīng)。該允許計算每個噴射事件的每個瞬變部分所傳送的能量。計算能量傳送的預(yù)定比率，例如，由ROSA生成的總能量相比于反應(yīng)到電流-時間分布的設(shè)計用于該特定噴射器電磁線圈的總能量，可以計算次級線圈(ROSA)的R、L參數(shù)，所述次級線圈必須生成瞬變電流用于閥門的快速操作。
第二階段。在該下一個階段，需要構(gòu)造所謂的″I函數(shù)″電流作為及時部分系列，并確定適于對噴射器的快和穩(wěn)定控制的充電時間間隔。圖32示出I函數(shù)形狀的一實例。對于帶有電控液壓閥的內(nèi)燃噴射器，在閥門打開階段，給定時間間隔內(nèi)的最關(guān)鍵部分是從噴射分布圖開始到I函數(shù)電流達(dá)到最大值的階段的部分，因為電磁線圈電樞的瞬時速度與瞬時電流成比例u=iL/m.]]>另一方面，在進(jìn)氣閥的情況下，需要將時間系列延伸到電流的一階導(dǎo)數(shù)變得將近0的時刻。這是由于瞬時加速度(力)和電流導(dǎo)數(shù)a=(di/dt)*L/m]]>之間的成比例。如果ROSA被期望作為固件，那么在該階段，算法切換到建造ROSA電路并且調(diào)諧到指定噴射方式。如果ROSA必須作為碼源實施，那么算法繼續(xù)到第三階段。
第三階段。I函數(shù)電流時間系列必須被準(zhǔn)備為在任意(ARB)波發(fā)生器中可用的標(biāo)準(zhǔn)波形函數(shù)。在用代數(shù)方法將導(dǎo)出的I函數(shù)準(zhǔn)備為波形函數(shù)之后，需要構(gòu)造包括各個噴射及其μs部分的噴射周期的不同瞬變階段。最后，所構(gòu)造的電流碼被傳遞到下一個控制噴射分布圖的給定ARB發(fā)生器。
必須根據(jù)發(fā)動機(jī)速度-負(fù)荷和排放控制，為各個發(fā)動機(jī)映射點構(gòu)造噴射的分布圖。多噴射分布圖的全部組合形成噴射不同波形的庫(LIW)。此后，整個LIW必須被傳遞到電噴-驅(qū)動單元(EDU)中，其與主車輛電控單元(ECU)通信。根據(jù)行車條件，ECU調(diào)用與特定噴射情況相關(guān)的OEM或者LIW的代碼。
ROSA Bench模型必須認(rèn)識生產(chǎn)噴射系統(tǒng)的精確操作數(shù)據(jù)，例如，施加在其致動器上的噴射器電流/電壓蹤跡。在Bosch CRIS噴射器中，電磁線圈觸發(fā)球型閥。在其拉進(jìn)(激勵電磁線圈)階段，放氣孔打開，并且到噴嘴的饋送通道和閥門控制室之間的壓差使得噴嘴針向上提升從而導(dǎo)致噴射事件。
圖33中舉例說明應(yīng)用于Bosch CRIS噴射器的典型電流蹤跡。這個電磁線圈的激勵時間從1到2ms變化，具有18A的峰值拉動電流和12A的保持電流。上升時間和下降時間從80到100μs變化。在保持階段期間，電流以振幅0.57A和周期0.1-0.2ms振蕩。
使用測量的電感L、拉動峰值Ipeak和保持Ihold電流、分別Δt到峰值和保持階段的時間響應(yīng)和保持持續(xù)時間，來計算在激勵狀態(tài)期間通量到主電磁線圈中的功率E＝Δ(LI2)/Δt。對于各種噴射器，Epeak從64.8變化到72.9W，并且Ehold＝4.7-6.1W。這些功率(能量)值受限于線圈的構(gòu)造，即，根據(jù)動態(tài)時間響應(yīng)的其電感L和電流Ipeak、Ihold。為了使得電磁線圈函數(shù)非常迅速，需要具有將在非常短時間釋放的增加能量。
高壓噴射器入口到其噴嘴之間的距離大約0.11m。1600巴公共軌下的聲速是～1700m/s，所以壓力傳播的時間大約為65μs。這暗示著，必須與致動器的最小上升/下降時間可比的時間部分的大小導(dǎo)致多噴射分布圖的高周期穩(wěn)定性(可重復(fù)性)。
次級線圈確實在初級線圈上產(chǎn)生快速功率釋放，以便于上升和下降轉(zhuǎn)變。在表的右灰色部分，第一輸入是噴射器線圈的Epeak1和ROSA線圈的Epeak2之間的功率比，Epeak2＝FEpeak2，其中，因數(shù)F根據(jù)致動器類型及其應(yīng)用在1.5到4.0之間變化。在此具體實例中它被最大化，因為對于帶有優(yōu)良電感(高響應(yīng)時間)的多噴射，快的效果與大功率比F＝4.0有關(guān)。這允許ROSA線圈的電感的計算L2＝f(Epeak2，Tpeak2，Ipeak2)。
反之，ROSA線圈具有較慢的時間響應(yīng)Tpeak2＝kTpeak2，其中，2.0＜k＜5.0。再次，因為多噴射需要在噴射和這些噴射之間的停頓間隔兩者上的非?？焖夙憫?yīng)，因數(shù)k＝2.0被最小化。這導(dǎo)致電阻值R2＝L2/Tpeak2?，F(xiàn)在，具有噴射器和ROSA線圈兩者的頻率響應(yīng)，可以構(gòu)造I函數(shù)電流(正如在當(dāng)前應(yīng)用中詳細(xì)論述的)。
I函數(shù)電流跡線及其一階導(dǎo)數(shù)如圖32所示。因為R/L數(shù)據(jù)具有kHz數(shù)量級，時標(biāo)被定標(biāo)為ms。最大電流峰值對應(yīng)于0.047ms，其有關(guān)初級電磁線圈電樞的最大速度。持續(xù)時間是時間tcharge，在能量被傳遞到初級噴射器線圈之前，應(yīng)當(dāng)將該時間給ROSA線圈以便其充電。
波形發(fā)生器硬件可以再現(xiàn)被稱為標(biāo)準(zhǔn)波形的各種電流跡線及其不同組合。這將算法移動到下一步，將I函數(shù)電流轉(zhuǎn)換為可用的標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)，并將時間相位轉(zhuǎn)換為噴射周期內(nèi)的多個點。例如，在被用于該ROSA開發(fā)的軟件中，一個周期等于16000個點(pts)。對于上升和下降，I函數(shù)電流最適宜的形狀是上升和下降。在歸一化形式中，電壓幅度V等于1。所以，應(yīng)當(dāng)從I和ARB函數(shù)在起伏部分的比較導(dǎo)出匹配系數(shù)。每個噴射被分成3個主要子階段上升、保持和下降轉(zhuǎn)變。它們被轉(zhuǎn)換為時間和電壓振幅的絕對和任意坐標(biāo)。
圖34示范以3600RPM發(fā)動機(jī)速度、360cam[deg]周期持續(xù)時間的六噴射多射的輸出信號的實例。在此，通過頻閃觀測器第二通道信號來參考每個周期的開始?！錗ain1″600μs噴射建立在180°(上止點-TDC)。在TDC之前，存在″Pilot″400μs和″Pre-M 400μs噴射，即，在壓縮行程期間。
″Pre-M″和″Main1″之間的停頓間隔″Dwell1″被設(shè)置為200μs，而″Main1″和″Main2″之間的停頓間隔″Dwell2″是500μs。如圖28所示，″Main2″、″After-M″和″Post″分別處于燃燒動力行程和排氣行程期間。
伏特到安培轉(zhuǎn)換器具有用于多噴射的電壓任意波形，需要另一個電壓到電流轉(zhuǎn)換器來供電噴射器。因此，如圖29和30所示，構(gòu)造第二噴射控制信道。如上所述，電壓類型噴射信號被編碼并傳輸?shù)饺我獠ㄐ伟l(fā)生器。該信號被傳輸?shù)奖挥糜趬毫赜烷y控制的同樣類型的電壓到電流轉(zhuǎn)換器上。來自波形發(fā)生器的信號控制柵極管腳，而晶體管準(zhǔn)直器-發(fā)射極插腳通過DC穩(wěn)壓電源供電。該整個算法可以被寫作將產(chǎn)生所有相位和形狀的編碼的程序，以產(chǎn)生包括I函數(shù)上升和下降部分和保持階段的必要波形。換句話說，可以用壓縮形式寫入專門的程序庫，以便容易地將該程序庫轉(zhuǎn)化為硬件(EDU)，用于進(jìn)一步的“調(diào)用”類型泛函性。另一方面，這種程序庫提供了多種物理制造的次級線圈驅(qū)動器，用于不同的汽車應(yīng)用(噴射器、閥門鏈(valvetrains)及其它快速操作致動器)。
高速顯象三種不同的高速技術(shù)用于顯象多噴射動力。首先，使用電影攝像機(jī)在5,000fps較低速度下通過高空間分辨率和高靈敏度為5和6射多噴射提供文件資料。液體射束尖端速度的評估導(dǎo)致250m/s的最大速度，它低于在實驗室中的正常壓力和溫度下～320m/s的聲速。然而，很明顯的是，在利用柴油機(jī)多噴射的實驗期間，清楚地聽到行程波聲。
第二，使用頻閃觀測儀″凝固″技術(shù)來執(zhí)行非常徹底的研究，以獲悉必須應(yīng)用什么值的時間分辨率以看到噴射動力中的更多瞬態(tài)部分，尤其是在多噴射期間每個噴射的開始，以及估計從波形發(fā)生器產(chǎn)生的電指令信號和實際噴射之間的延遲。這項研究已經(jīng)表示，等效于在幾10,000fps的高速顯象的幾10μs的部分對觀察到噴射動力是基本的。延遲時間被估計為大于400μs。
第三，具有高達(dá)40,500fps(24.69μs/幀)速度的高速CCD攝像機(jī)用于在寬范圍設(shè)置的噴射重復(fù)率、噴射數(shù)、噴射持續(xù)時間以及停頓間隔，在攝像機(jī)的各空間分辨率進(jìn)行大量測量。在下面，更詳細(xì)描述了這些研究中的每一項研究。
以5000fps拍電影在圖35中描述了用于拍電影的設(shè)置。噴射器一半穿過保護(hù)盒的玻璃墻安裝到220mm圓柱形黑墻管的中心內(nèi)，以便將噴射的殘留質(zhì)量提取到連接到外部通風(fēng)系統(tǒng)的排出軟管內(nèi)。24.76mm的US后側(cè)部分被膠合到恰好安裝在噴射器噴嘴尖端之后的前黑面板上，以便在觀測圓盤上具有空間標(biāo)度。為了照亮噴射流，使用40W輸出功率的銅激光來建立激光信道。脈沖寬度被調(diào)節(jié)到25ns。25mm輸出光束由3320mm平面凸透鏡瞄準(zhǔn)，并且由鏡子重定向到24mm石英棒以便生產(chǎn)激光片。噴嘴相對于垂直面傾斜35°需要使用這種厚激光片。頻閃觀測儀設(shè)置在三腳架上以便照明每個噴射周期的開始。噴射ARB產(chǎn)生器通過四信道數(shù)字延遲/脈沖發(fā)生器來同步周期，該四信道數(shù)字延遲/脈沖發(fā)生器用于在任何適當(dāng)時間相位設(shè)置頻閃閃光燈，即，利用可低至Pico-秒的非常高的時間分辨率來″凝固″特定相位處的噴射動力。
為了噴射的預(yù)拍，使用帶有電控系統(tǒng)的高速攝影機(jī)。該攝像機(jī)安裝在垂直于激光片300mm距離的前方位置的三腳架上，并且連接到它的電源和控制單元。來自攝像機(jī)的同步信號被反饋到激光控制器。以5,000fps的攝影速度，從用于122m標(biāo)準(zhǔn)片長的3.60s總拍電影時間，加速時間是0.90s。因為每一200μs幀激光脈沖持續(xù)時間是僅僅25ns，所以使用400asa的高靈敏度電影。
完成了兩個電影。第一個是為處于1,200RPM發(fā)動機(jī)速度的每噴射周期六次噴射拍攝的電影。第二是為處于2,400RPM發(fā)動機(jī)速度的每噴射周期五次噴射拍攝的電影。在圖36中舉例說明了400μs Pre-Main(頂行)、600μs Main1(中間行)和500μs Main2(底行)噴射的顯象的實例。由于估計的噴嘴噴油速度小于聲速的事實，觀察到時間分辨率的不足。舉例來說，頂行左邊幀示出Pre-Main噴射的開始的時間相位。在該特定時刻每次噴射的長度是參考硬幣尺寸的兩倍，即，49.52mm。幀持續(xù)時間是200μs。因此，估計速度大約是247.6m/s，低于320m/s的聲速。這個事實與在噴射運行期間聽到的(超聲波響聲)相矛盾。
頻閃觀測儀″凝固″技術(shù)此后，進(jìn)行了特殊研究并集中于測量所需的最小時間分辨率。在30和10Hz重復(fù)率分別具有176μs和247μs脈沖寬度的頻閃觀測儀光線沿循環(huán)時間相位逐漸移動。延遲發(fā)生器用于以100、10和1μs時間遞增移動。換句話說，高速顯象的模擬是10,000和100,000和1,000,000fps的等效。在耗時方面第二個增量是最平衡的，并且分辨率足夠高以便分辨噴射動力。
噴射開始處的噴射長度的測量已經(jīng)示出，噴嘴噴油速度超過360m/s(超聲波)。從一到六增加每周期的噴射數(shù)目，可以容易地聽到一個非常和諧的單音在多噴射運行下變得越來越沙啞，這是由于根據(jù)圖28所舉例說明的多噴射概念，以非規(guī)則時間間隔來分布各噴射。
多噴射的″話音″是非常特殊的，并且可以在得到一些經(jīng)驗之后被識別出。在30Hz重復(fù)率，多諧波的頻率從30到1,600Hz變化。出自頻閃觀測儀研究的另一個重要觀察是，在給定噴射內(nèi)的任何凝固相位，可以看到許多周期上的非常穩(wěn)定的圖片。沒有射流任何部分的振動，不管是長度或形狀或密度。也就是說，第一個明顯標(biāo)志是，ROSA通過在所有合理的低、中和高發(fā)動機(jī)速度的很高穩(wěn)定性，產(chǎn)生多次噴射。
在較高速度的顯象為了監(jiān)控包括很初始轉(zhuǎn)變的發(fā)展的詳細(xì)柴油機(jī)噴射，采用并且使用處于9,000/18,000/27,000和40,500fps的各種運行速度、相對于攝影速度具有256×128、256×64，256×64和64×64像素每幀的空間分辨率的高速CCCD型數(shù)字視頻攝像機(jī)。通過增加速度，研究主要集中于初始單噴射發(fā)展上，以便測量噴嘴噴油速度和相對于電子信號設(shè)置的噴射的延遲，以及噴射及其之間的停頓間隔的準(zhǔn)確動力持續(xù)時間，尤其在Pre-Main1和從Main1到Main2之間。在圖37和38中描述了設(shè)備布置的布局和照片視圖。照相機(jī)系統(tǒng)包括(i)安裝在帶有3D旋轉(zhuǎn)橫梁的三腳架上的小型相機(jī)，(ii)帶有200GB存儲電容器的處理器，和(iii)帶有記錄和后(post)-處理軟件的膝上型電腦。處理器通過以太網(wǎng)卡連接到PC以及視頻監(jiān)視器。遙控觸發(fā)器用于開始記錄過程。
A 5W氬激光器連續(xù)發(fā)射3mm(488和514nm波長)射線，其通過鏡子被重引導(dǎo)至3.86mm的熔凝石英棒。因為激光束并未特殊調(diào)節(jié)(準(zhǔn)直)，最終激光片厚度大約為12mm。因為射流從切口激光垂直面傾斜了35度，所以這個厚度小于覆蓋管道中的這個噴射場所需的21mm。然而，它大于攝像機(jī)在其高運行速度保持的空間。
攝像機(jī)安裝在噴射器嘴尖前面隔開180mm距離的三腳架上并且略微地旋轉(zhuǎn)25°，以捕獲從激光片入口方向反時針方向的第一次噴射。再次，使用頻閃觀測儀來閃現(xiàn)噴射周期開始。在″直播″時段中使用電燈泡和處理器的設(shè)置，攝像機(jī)以如下方式小心地聚焦于噴射器尖，如在圖38的照片A和B所示，在閃光頻閃觀測儀和與激光片一起閃光頻閃觀測儀期間，還清楚地看到四分之一硬幣(其參考空間標(biāo)度)。
在高速顯象期間，激光束建立在其5W峰值功率的80％。通過觸發(fā)器in信號，與頻閃觀測儀閃光同時運行多噴射并且開始記錄過程。為各發(fā)動機(jī)速度、噴射數(shù)、各噴射映射設(shè)置以及Pre-Main1和Main1噴射之間的停頓間隔，記錄超過20個電影。
處理過程所有記錄的高速電影被處理為順序時間系列。圖39舉例說明這種系列的一實例。它包含在六次噴射周期的預(yù)噴射期間拍攝的9個畫面。攝影速度是18,000fps并且發(fā)動機(jī)速度設(shè)立在2,400RPM。由于在高速顯象時缺乏能量因而使用薄激光片，僅僅記錄了與噴嘴附近的初始階段有關(guān)的射程蹤跡。如放大畫面所示，存在于所有數(shù)字電影中的暗像素群體特征化液體噴射尖。
在所有噴射事件內(nèi)，可以觀察到四個階段。在第一個階段期間，液體射束通過稍后將要論述的超音速發(fā)展。在第二階段期間，當(dāng)閉合噴射器閥的時刻，從噴射器噴嘴處分開噴射流，但是還是發(fā)生了少許液體噴射。在第三階段期間，僅僅可以看到噴射場。在第四階段期間，從垂直面傾斜的柴油機(jī)噴射移出激光片，并且在噴射器嘴附近僅僅追蹤其殘余部分。頻閃觀測儀閃光表明了每個噴射周期Nst的開始。該幀被設(shè)置作為零時間，其用于每個其它后續(xù)幀的減法N＝Nframe-Nst。絕對時間是作為幀持續(xù)時間和順序幀的積而計算的t＝N*Tframe＝N/攝像機(jī)速度。以硬幣標(biāo)度測量投影到垂直面上的液體噴射尖的長度Ljet。也測量了顯象噴口從噴射開始到液體群的后噴射長度Lpost。在幾幀期間，這個長度幾乎不變，隨后它由于射束移出激光片而減少。這種程序允許估計投影的噴射速度的最低數(shù)量Vjet＝Ljet/tjet。這個速度反映在所有處理數(shù)據(jù)中。噴射的傾斜角度a意味著，投影的速度是Mjet＝Vjet/cos(a0)。因為使用了薄的激光片，實際噴口尖速度可能略微更高。然而，準(zhǔn)確噴口速度的測量不是本研究的主要目標(biāo)。在數(shù)據(jù)處理的第一個階段，主目標(biāo)是測量從噴射事件開始直到射束被分離的時刻的長度Ljet上，每次噴射的實際持續(xù)時間tjet，以及估計被被認(rèn)為是超聲的速度。也測量了后噴射射束的長度Lpost和時間tpost，因而Vpost＝Lpost/tpost。因為這個長度僅僅表示滯留射束的可見部分，這個速度變成零甚至負(fù)數(shù)，僅僅特征化噴射事件的后噴射部分。
在圖40中描述了在1,200發(fā)動機(jī)速度和18,000fps攝影速度下，用于六次噴射的液體射流動力的實例。首先，可以看到全部射流已經(jīng)超音速。速度圖中的射流末尾特征在于，下降穿過零線以及負(fù)區(qū)中的振蕩部分與射束的后噴射動力有關(guān)。Pre-Main和Main1噴射之間的實際動力停頓間隔是517μs，Main1和Main2之間是763μs，而電子設(shè)置分別是300和500μs。在此具體實例中，噴射相位關(guān)于電子信號的延遲大約為500μs。將在下一個段落中詳細(xì)地論述這些方面，即動力噴射持續(xù)時間和延遲。
在第二階段，特殊效果集中于周期循環(huán)變化，換句話說，估計在哪個時間部分可以檢測到變化。由于以不同攝影速度記錄多噴射事件，因而這是可能的。為了分析周期循環(huán)變化性，每個噴射設(shè)置被記錄為順序周期系列。在圖41中舉例說明了以40,500fps攝影速度監(jiān)測的六次噴射周期的處理過程的實例。這里，僅標(biāo)繪了前四個噴射，即Pilot、Pre-Main、Main1和Main2作為三個順序周期系列(垂直列)中的每個噴射(水平行)的7幀系列。因為幀的持續(xù)時間是25.69μs，在圖41中標(biāo)繪的七幀的總時間標(biāo)度是172.84μs。然而，處理全部噴射事件數(shù)據(jù)直到當(dāng)射流從噴射器嘴分開的時刻，即，實際持續(xù)時間比該圖所示的更長。處理的主目標(biāo)是分析噴射持續(xù)時間的實際定時，及其每個給定周期內(nèi)的時間階段。這允許分析穩(wěn)定性的因數(shù)和相對于較早在圖34中所示的電子定時設(shè)置的時間/相位延遲。從圖41中可以看出，至少從質(zhì)量方面看，在每個噴射的順序周期循環(huán)系列中的噴射事件的高重復(fù)性。還可以看出，最″弱″的噴射特征化預(yù)噴射。象期望的那樣，在Main1和Main2事件期間看到了最″強(qiáng)″噴射。
結(jié)果和討論普通觀測周期循環(huán)分析已經(jīng)示出，即使以27,000fps的攝影速度(37.04μs的時間分辨率)，在所有處理和分析的物理數(shù)據(jù)中不存在周期變化性。這就是為什么將要討論以最高攝影速度40,500fps數(shù)據(jù)獲得的更進(jìn)一步的例證。對每個周期處理的全部數(shù)據(jù)被放入圖42所示的周期概要中。表的左邊是有關(guān)從波發(fā)生器產(chǎn)生的電子信號的數(shù)據(jù)。右邊是從高速顯象記錄中獲得的數(shù)據(jù)。由此特定實例，可以作出以下結(jié)論1)每個噴射的流動力持續(xù)時間比在波形設(shè)置中要短。Pilot、Pre-Main、After-Main和Post的持續(xù)時間被同樣地設(shè)置為400μs，然而，在實際動力中，它們具備從173μs直到222μs變化的不同持續(xù)時間。Main1和Main2噴射的ARB持續(xù)時間分別是600和500μs。在多次噴射期間，它們被縮短到272和346μs。
2)爭議地，Pre-Main到Main1以及Main1到Main2的關(guān)鍵停頓間隔分別從200增加到518us(停頓1)以及從500增加到691us(停頓2)。
3)所有相位被移動大約400us。該延遲直接與公共軌中的壓力波傳播時間相關(guān)聯(lián)。它等于在這種高噴射壓力(超過1,400巴)下CRIS雙倍長度與可壓縮柴油聲速的分?jǐn)?shù)。
4)關(guān)于在該高發(fā)動機(jī)速度范圍3,600RPM的凸輪角定位，存在在多噴射期間很好控制的相當(dāng)小相位部分。舉例來說，三個噴射事件，即Pre-Main、Main1和Main2被放置在21.9度內(nèi)，而全部這三個噴射的持續(xù)時間是2.1μs。
更進(jìn)一步研究集中在特征化ROSA多噴射的穩(wěn)定性或者可控性來說重要的三個物理參數(shù)(i)噴射持續(xù)時間，(ii)噴射的穩(wěn)定定相，以及(iii)動力噴射事件和由噴射發(fā)生器產(chǎn)生的ARB設(shè)置之間的延遲。所有這些數(shù)據(jù)將在絕對時間標(biāo)度和360°周期內(nèi)的凸輪相位中表示。為了進(jìn)行這樣的分析，為每個噴射情形的每三個周期，分類以1,200/2,400和3,600RPM的發(fā)動機(jī)速度為6噴射周期在40,500fps拍攝的所有高速數(shù)據(jù)。
短持續(xù)時間的分析在圖43示出噴射持續(xù)時間及其標(biāo)準(zhǔn)偏差以及ARB噴射持續(xù)時間設(shè)置。注意絕對時間標(biāo)度中(2個上圖)和凸輪軸角坐標(biāo)(2個下圖)中的該參數(shù)，可以推斷出1)發(fā)動機(jī)速度越高，從噴射器實際產(chǎn)生的噴射持續(xù)時間越長。在較高的發(fā)動機(jī)速度，在先前噴射期間下降的壓力具備要被恢復(fù)的較高重復(fù)率。
2)最短持續(xù)時間涉及Pilot、Pre-Main和Post噴射，在3,600RPM發(fā)動機(jī)速度分別平均為115、178和140μs。最長噴射持續(xù)時間總是在Main2事件觀察到，在相同發(fā)動機(jī)速度為337μs。
3)38μs的高標(biāo)準(zhǔn)偏差屬于Main2、After-M和Post噴射，而幾乎零偏差噴射是Pilot和Main1，尤其在2,400和3,600RPM的較高發(fā)動機(jī)速度。
4)凸輪度標(biāo)度中的每個持續(xù)時間被很好地分解在指定發(fā)動機(jī)速度上的噴射之間。沒有關(guān)于噴射器的誤點火的不穩(wěn)定性。除了處于高發(fā)動機(jī)速度的Main2和Post之外，對于大多數(shù)情況的標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.2之內(nèi)。
噴射的定相在圖44中概括了噴射的定相及其標(biāo)準(zhǔn)偏差。上2個圖與絕對時間標(biāo)度有關(guān)，下2個圖以凸輪角標(biāo)度表示。這里三點對概要很重要1.從上往下的第三圖上看的相關(guān)圖可以推斷出，所有噴射事件相對于ARB波形設(shè)置被延遲。這里，垂直軸表示ARB設(shè)置；水平軸顯示噴射的實際定相。在3,600RPM高發(fā)動機(jī)速度，最長延遲適合于Main2噴射。替代183.96°，它變成196.09°。這就是為什么對于多噴射控制，需要從燃燒控制的點期望的相位之前開始噴射事件。為了減少相延遲，也可以增加CRIS壓力值。由于縮短恢復(fù)來自在前Pre-Main和Main1噴射的壓力損失的時間，這將導(dǎo)致增加的聲壓波傳播。
2.通常，實際定相偏差隨逐漸增加的發(fā)動機(jī)速度而增加。從第二(絕對時間)和第四(凸輪角相位)繪圖，所有偏差數(shù)據(jù)分別對于1,200(紅方形)到2,400(藍(lán)色三角)到3,600(棕色圓)RPM的發(fā)動機(jī)速度清楚地分離。
3.幾乎所有噴射的特點在于14μs偏差，僅在高發(fā)動機(jī)速度，Main1、After-M和Post噴射具有29，25和29μs的偏差。關(guān)于凸輪度，幾乎所有偏差被位于0.2°內(nèi)，并且最大高發(fā)動機(jī)速度相位波動大約為0.3°。這些數(shù)據(jù)證明噴射周期內(nèi)的噴射的定相的高穩(wěn)定性。
關(guān)鍵停頓間隔多噴射事件(噴射)之間的停頓間隔的最關(guān)鍵控制是處理Pre-Main和Main1(停頓-1)、Main1和Main2(停頓-2)之間的停頓。有兩個限制最短動力停頓間隔的物理現(xiàn)象。第一個現(xiàn)象是噴射器電磁線圈的時間響應(yīng)常數(shù)。為了使噴射開始，噴射器電磁線圈需要由線圈的電感L和電阻R，即，其設(shè)計性能確定的時間tresponse＝L/R。
對于被用于目前研究的Bosch CRIS噴射器，此時間從146到191μs變化。
第二停頓最短限制涉及先前噴射事件之后所需的并且與共軌的雙倍長度以及聲速(壓力波傳播)有關(guān)的壓力恢復(fù)時間tpressure＝2L/a。如同之前論述的，根據(jù)顯象測量，此時間大約為400μs。這就是為什么總瞬態(tài)停頓時間tdwell≥tresponse+tpressure大約為550μs。
作為上述說明的實例，在圖45中反映了處理后的數(shù)據(jù)。在測量期間，通過使用ARB產(chǎn)生器在200和500μs設(shè)置停頓-1和停頓-2。由具有24.69μs分辨率的高速照相機(jī)來測量實際多噴射動力停頓。如所示，停頓-1在不同發(fā)動機(jī)速度從494到543μs變化，具有零和43μs之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而停頓-2在601和716μs之間振動，具有14到25μs的偏差。
在圖45底部部分中的兩個圖上可以看到，存在清楚的測量數(shù)據(jù)根據(jù)發(fā)動機(jī)速度的逐漸分離。發(fā)動機(jī)速度越快，停頓-1和停頓-2兩個需要更長的凸輪間隔。絕對停頓時間越長，將發(fā)生更長的凸輪軸轉(zhuǎn)動。關(guān)于凸輪軸角度，在3,600RPM的高發(fā)動機(jī)速度，標(biāo)準(zhǔn)偏差低于0.3°。
為了減少壓力恢復(fù)時間tpressure，需要制造帶有單獨連接到每個噴射器的每個腔的更短長度的新的多部分共軌(直列式共軌-便宜的解決方案)，或者急速增加壓力值，這最終導(dǎo)致增加密度和聲速(高壓泵-昂貴的解決方案)。
根據(jù)本發(fā)明的實施方式，關(guān)于多沖快速操作次級制動器的性能評估的結(jié)論和最后備注在該研究中，基于ROSA的柴油機(jī)多噴射測試單元被構(gòu)造為寬的臺式模型，產(chǎn)生了高達(dá)6次噴射，具有經(jīng)驗證明的高穩(wěn)定性。該穩(wěn)定操作是在很寬的從1,200到3,600RPM變化的發(fā)動機(jī)速度的范圍內(nèi)評估的。
通過在200μs的Pre-Main和Main1之間的最短停頓設(shè)置產(chǎn)生高達(dá)六次噴射，200μs幾乎等于CRIS噴射器電磁線圈的時間響應(yīng)常數(shù)。此外，由于在超短時間部分中釋放的電流峰值的靈活設(shè)置，基于ROSA的控制系統(tǒng)允許在噴射周期內(nèi)產(chǎn)生超過6次噴射。
根據(jù)柴油機(jī)多噴射射束動力的高速顯象、周期循環(huán)定時變化性，檢測到噴射持續(xù)時間的穩(wěn)定性在絕對時間中在40μs內(nèi)，或在凸輪角中在0.4°內(nèi)。多噴射定相的標(biāo)準(zhǔn)偏差不長于30μs或0.3°。在發(fā)動機(jī)速度的整個范圍內(nèi)，最短停頓間隔的周期性變化的穩(wěn)定性也經(jīng)證明在40μs或0.4°內(nèi)。噴射持續(xù)時間和停頓間隔的定時中，以及順序噴射周期內(nèi)的噴射事件的定相這兩種情況中的這種高穩(wěn)定性并沒有通過使用任何其它多噴射技術(shù)被普遍地論證。從這項研究中產(chǎn)生若干常規(guī)技術(shù)結(jié)論和備注1.構(gòu)造第三種ROSA并應(yīng)用于控制非常平穩(wěn)的柴油機(jī)多噴射處理。它被用于現(xiàn)有柴油機(jī)噴射系統(tǒng)上，而無需重新設(shè)計原CRIS和噴射器單元。噴射器電感對其電阻的比率非常低；低于其它種液壓/電控的柴油噴射器、進(jìn)氣閥和汽油噴射器。起草的第一個主要結(jié)論是，ROSA技術(shù)可應(yīng)用到其中快速(柴油機(jī)多噴射)或高周期循環(huán)穩(wěn)定性(汽油噴射器)或可控制幾乎零封閉速度(可調(diào)進(jìn)氣閥)是驅(qū)動控制的關(guān)鍵因素的很多其它設(shè)備。
2.執(zhí)行的定時限制與ROSA本身無關(guān)，而與高壓波動力學(xué)和多頻液壓技術(shù)的復(fù)雜性有關(guān)。在具有噴射事件之間的不同停頓間隔的多噴射期間，一系列諧波存在于共軌和噴射器振蕩流中。
振蕩頻率越高，發(fā)生到壓力系統(tǒng)中的壓力波傳播的長度越短。那需要可能解決方案以便通過將高壓室(例如共軌)細(xì)分為一系列短部分來減小延遲。
3.ROSA技術(shù)產(chǎn)生具有40-50μs穩(wěn)定性的多噴射，這在40,500fps的高速顯象是可檢測的。即使以18,000和27,000fps的速度，″不穩(wěn)定性″也是不可檢測的。該穩(wěn)定性的級別比汽車工業(yè)中的噴射和燃燒控制中所需的穩(wěn)定性要高得多。為了ROSA的商業(yè)實現(xiàn)，電子單元可以安裝在車輛板上以與其ECU聯(lián)系地工作。在將ROSA調(diào)諧到指定發(fā)動機(jī)上之后獲得的代碼可以被寫入到遠(yuǎn)程芯片(處理器)中或者直接寫入OEM的ECU芯片中。根據(jù)技術(shù)和發(fā)動機(jī)型號的成本，ROSA的主優(yōu)點是從周期循環(huán)分析證明的多噴射的很穩(wěn)定定相、停頓和持續(xù)時間。
II.由平穩(wěn)和可控多噴射系統(tǒng)產(chǎn)生的流中的瞬時柴油流率的量化導(dǎo)論現(xiàn)在，下面參考根據(jù)已經(jīng)應(yīng)用于共軌噴射系統(tǒng)(CRIS)的本發(fā)明的實施方式的多噴射技術(shù)。此技術(shù)基于快速操作電磁次級致動器(ROSA)，其產(chǎn)生瞬變電流以控制具有高可重復(fù)穩(wěn)定性的柴油噴射器的初級電磁線圈。許多先進(jìn)類型的多次噴射器是通過引進(jìn)壓電致動器來設(shè)計的。構(gòu)造控制和測試系統(tǒng)以評估ROSA多噴射特性，特別是瞬時流率。該系統(tǒng)已經(jīng)生產(chǎn)在從10到30Hz重復(fù)頻率，在120至180MPa噴射壓力下，高至每周期六次噴射?；贚DA的系統(tǒng)被應(yīng)用以獲得供油管流中的中心線速度。高壓流穿過特別制造的透明交點。沒有人為籽粒被引入該流。數(shù)據(jù)率足夠高以便精確分辨噴射行程的周期循環(huán)變化。對于每個噴射設(shè)置，測量、分類和處理超過1000個周期，以獲得流率的角分辨值、壓力梯度和與每個獨立噴射事件相關(guān)的積分質(zhì)量?？梢杂蒖OSA系統(tǒng)借助于噴射事件的噴射壓力、頻率和停頓/持續(xù)時間定時來精確控制每次噴射的質(zhì)量分配?？梢詮V泛地引進(jìn)適用瞬時流率技術(shù)，以便校準(zhǔn)和測試各種高壓柴油多噴射系統(tǒng)。
體積或質(zhì)量流率測量是用于許多工業(yè)和工程控制系統(tǒng)的最重要的測量。特別是，在用于內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的燃料噴射系統(tǒng)(FIS)領(lǐng)域，確切的瞬時燃料/空氣流率測量提供了對于確定燃燒過程后的等價比的控制。多種測量技術(shù)和裝置用于獲得這種信息。舉例來說，基于運送和運回到計量傳感器的壓力波傳播，Bosch型燃料流率指示器被廣泛用于量化由高壓汽油和柴油FIS產(chǎn)生的燃料量。較少數(shù)研究涉及其它類型的燃料流率傳感器，例如，基于小型化熱線風(fēng)速儀，即，兩個薄膜傳感器來測量雙向流，其安裝在共軌噴嘴的體內(nèi)?，F(xiàn)在，由于各種柴油多噴射系統(tǒng)和技術(shù)的引入，流率測量變成更有價值。發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了根據(jù)本發(fā)明實施方式的獨特方法，基于激光多普勒風(fēng)速表(LDA)，并且將其應(yīng)用于低壓(6巴或～100psi)汽油FIS、汽油直接噴射(DI)噴射系統(tǒng)(由于低振動雷諾數(shù)，僅僅使用層流解決方案，其壓力從50到70巴(～1,000psi)變化)。
已經(jīng)參照高至2000巴(～30,000psi)和直接涉及柴油機(jī)FIS的更高的噴射壓力描述了包括用于湍流瞬態(tài)噴射流的部分的完全解決方案。正如隨后將要示出的，也需要全范圍解決方案以測量例如裝備有旋流雙開關(guān)噴射器的DI-汽油噴射系統(tǒng)中的復(fù)合流動力，其中超快射束動力特征在于噴口和傘型下部結(jié)構(gòu)的疊加。
此研究有兩個主要目標(biāo)。第一個目標(biāo)涉及LDA流率計(LDAFRM)的測試設(shè)備及其用于各個FIS的應(yīng)用，諸如4巴汽油、100巴伺服噴口和1800巴柴油。可以表明，在汽油應(yīng)用中，由于缺乏在流中產(chǎn)生自然播種的散射顆粒所需的振蕩壓力值，需要播種燃料流。對于更高的壓力，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)而無需播種燃料流。此現(xiàn)象首先在正庚烷FIS中得到證明并且現(xiàn)在被用于柴油機(jī)#2。第二目的是ROSA控制的多噴射系統(tǒng)評估的繼續(xù)，這是上面開始討論的。簡要地說，ROSA是可以適用于裝備有電磁線圈型致動器的任何現(xiàn)有柴油噴射器的系統(tǒng)，所述致動器控制噴射有效相位，諸如公軌(CR)、電子單元噴射器(EUI)或液壓電子單元噴射器(HEUI)。與上述研究一樣，將ROSA用于基于CR的噴射系統(tǒng)(CRIS)并在每個周期產(chǎn)生直至六個噴射事件(行程)。已經(jīng)論證了集成ROSA-CRIS系統(tǒng)在多噴射模式中的高穩(wěn)定性和重復(fù)性?，F(xiàn)在，為了量化每個獨立噴射事件中噴射的燃料量-有效噴射和無效噴射，新構(gòu)造LDA FRM并用于測量周期平均和時間到達(dá)的時間系列兩者以獲得流率數(shù)據(jù)。
量化的細(xì)節(jié)如下所述實驗技術(shù)流率測量方法最初，為層狀快速振蕩管流開發(fā)了用于測量瞬時體積流率的方法。分析解是基于相對于非平穩(wěn)流寫入的三個方程，可從中導(dǎo)出三個瞬時值-速度、壓力梯度和體積流率。壓力梯度是通過傅里葉展開重疊的以適合任何任意周期性流
其中，共軛C.C.表示給定值的復(fù)自變量。考慮到有關(guān)壓力梯度項的Navier-Stokes動量方程的線性，并且使用每個引入諧波的疊加，可以找到速度場的精確解為 其中，Taylor數(shù)Tan=Rωn/v]]>定義響應(yīng)特定振蕩“n”的局部速度分布圖，R是內(nèi)管半徑，以及v是動粘度。動力和粘力的歸一化比值導(dǎo)致粘滯時間常數(shù)Tu＝R2/4v，在目前試驗中為幾百ms。換句話說，如果諧波周期Tn＝2π/ωn長于Tu，那么對應(yīng)的速度分布圖將如圖46所示充分展開，即，層流中的一個拋物線。否則，它將不被完全展開并且建立為平面流，在管壁處具有強(qiáng)應(yīng)力。圓斷面上的速度集成產(chǎn)生體積流率 現(xiàn)在，為了重構(gòu)方程(1)、(2)和(3)，需要從速度或壓力梯度的時間序列推論諧波＜po…pn＞。依靠對檢測管流變化必要的管流內(nèi)的測量點和時間分辨率，可以應(yīng)用不同測量技術(shù)。本技術(shù)是基于從方程(2)得到的中線時間-相關(guān)速度 速度時間序列可以從LDA測量精確地獲得，所述測量在噴射周期之內(nèi)建立許多格(bin)Nexp并且被變成傅里葉展開 其允許計算以下方程的未知值p0=2c2vR2,pn=cninω1-1J0(i3/2Tan)----(6)]]>
當(dāng)噴射器開放和關(guān)閉時毛細(xì)噴射管包括短時部分。在這些時刻發(fā)生迅速瞬變狀態(tài)，并且為了重建瞬變流動力，需要高的時間分辨率?；贚DA的流率計量技術(shù)滿足該要求。該方法的基本限制是，基于Stokes層厚度δ=(2v/ω)]]>來處理振蕩Reynolds數(shù)Reδ≤700。使用該層瞬變管流模型，可以令人滿意地測量與汽油(3-6巴)和DI汽油(50-70巴)相關(guān)的噴射系統(tǒng)。
為了在柴油機(jī)FIS中獲得精確的流率測量，需要用于圓形管線中的湍流的Navier-Stokes方程的更廣泛解。已經(jīng)完整描述了湍流率解的推導(dǎo)。在那里，相對于軸u~=U+u′=Usl+Uosc+u′]]>和徑向v~=V+v′=Vsl+Voscv′]]>速度分量的Reynolds分解部分、平均和起伏(搏動)部分，來解連續(xù)性、z和r-動量、守恒方程、支配二維時間相關(guān)、可壓縮的、軸對稱的、橢圓形的、由于壓力帶有唯一力的管流，速度分量被包括以便由具有所需時間分辨率和擴(kuò)散Γ函數(shù)能力 的LDA系統(tǒng)來測量。本技術(shù)與以下四個定時變量有關(guān)·噴射循環(huán)周期T～10ms。
·總噴射持續(xù)時間τ～1ms。
·LDA周期現(xiàn)象測量時間間隔Δt＝T/k，其中k～104，由電格數(shù)發(fā)生器控制，因此Δt～1μs。
·u′v′自關(guān)聯(lián)函數(shù)延遲Δτ～1-100μs，其跨越測量時間間隔Δt。對于短動力周期≈Δt，給定變量a的積分匹配于其總值 的波動部分。大時間間隔≥T內(nèi)的積分導(dǎo)致平均部分。確定時鐘監(jiān)視方案的主要標(biāo)準(zhǔn)與n諧波Stocks層厚度δ=2v/nω=vΔt/nπ≤Λ]]>相關(guān)，其中，v是柴油機(jī)動粘度(～2-4.5mm2/s)，而Λ是LDA光束交叉點中的光學(xué)邊緣間距(～1-4μm)。
關(guān)于壓力梯度，也重疊了三部分，因此 其中Poz是固定部分，Pnz是振動部分而P’nz是波動部分。在完全湍管流輸送方程中，有一階、二階、三階和更高階的擴(kuò)散項。然而，對于高壓噴油管流，徑向偏導(dǎo)數(shù)與軸向偏導(dǎo)數(shù)相比為兩或三個數(shù)量級一樣小。
因此，一階壓力擴(kuò)散項pu’和pv’必須考慮用于積分程序。換句話說，為了獲得管軸方向的管道斷面上的瞬時體積流率，需要積分 速度分量和投射到相同管軸上的湍流速度相關(guān) 該流率反映有效軸向速度包括四項，即，與Poz有關(guān)的固定部分、與Pnz有關(guān)的振蕩部分、與Pnz′有關(guān)的u脈動部分和與PnzPnt有關(guān)的uv脈動部分。對于在流的中線r≡0上測量的速度的表達(dá)式是 因此，用實驗測量的中心線速度時間序列可以表示為傅里葉展開 其中，F(xiàn)FT總和中的切換取決于以下標(biāo)準(zhǔn) 比較方程(9)和(10)給出壓力梯度系列的最后表達(dá)式，需要壓力梯度系列來計算瞬時流率，由方程(8)表示 因此，根據(jù)本發(fā)明，兩個不同的基于FORTRAN的程序相對于層和湍振蕩管流被寫入。該軟件的輸出允許不僅獲得關(guān)于瞬時體積或質(zhì)量流率的信息，而且獲得壓力梯度和積分(累積)燃料質(zhì)量 其可以與質(zhì)量平衡測量相比來估計LDA測量(其光學(xué)校準(zhǔn))的準(zhǔn)確度 LDA流率臺(Stand)和試驗流裝置(Rigs)在圖47中示意地描述了柴油機(jī)流率試驗臺。它包括4個子系統(tǒng)(i)試驗燃料噴射系統(tǒng)(FIS)，這里具體地基于BOSCH CRIS類型，(ii)電噴驅(qū)動單元(EDU)，這里構(gòu)造為本應(yīng)用中在別處詳細(xì)描述的ROSA控制系統(tǒng)，(iii)市場上可買到的激光多普勒風(fēng)速表(LDA)，以及(iv)本發(fā)明者的軟件，其將LDA輸出速度數(shù)據(jù)重構(gòu)為瞬時體積/質(zhì)量流率。高壓燃料輸送線路連接到安裝在壓力源(泵或者CR)和噴射器之間的測量交線(MI)。毛細(xì)石英管被安裝到MI中，以便接入激光束和散射到噴射流內(nèi)的光線。
為本噴射測試構(gòu)造兩個不同的MI。在圖48中示出了第一個的設(shè)計細(xì)節(jié)。該MI-1在高達(dá)140巴(～2,000psi)的噴射壓力下工作，并用于目前研究中以便測量由汽油和伺服噴氣式噴射器產(chǎn)生的流率。在這種情況下，石英管長度是300mm，是其3mm內(nèi)徑的100倍的因數(shù)允許在瞬變噴射以及穩(wěn)態(tài)狀況下校準(zhǔn)用于層和湍流兩個的臺，即，在非常寬范圍的流率中，由于完全展開的流分布圖而非常精確。僅僅將兩個○環(huán)安置到密封隔離石英管的MI-1構(gòu)成中。第二交線MI-2，在圖49中示出了其照片(在壓力計右邊看到豎直鋼MI-2設(shè)置)，設(shè)計用于高達(dá)2000巴(～30,000psi)的高壓。MI-2的主體是具有1.90mm內(nèi)徑、6.06mm外徑和40.10mm長度的石英管，其被熱壓到根據(jù)較早描述的技術(shù)設(shè)計和組裝的、具有18.93mm外徑和43.42mm長度的金屬厚管中。
在其～600C的熱膨脹以前，冷鋼管的內(nèi)徑是5.95mm。所以，在將石英塊安裝在熱管內(nèi)及其緩慢逐漸冷卻之后，由于來自外面的鋼管的徑向強(qiáng)度，石英管被強(qiáng)化。這提供了很好的對柴油機(jī)噴射壓力的經(jīng)受力。此后，使用8個M8螺釘和另一較大尺寸三孔調(diào)整的鋼部件，將該壓入配合單元組裝到機(jī)殼里入/出口部分和支撐中間部件具有兩個大孔，以便穿過真激光束和散射光。所有部分被精密地機(jī)械加工以便在長度和接觸盤直徑上相配。MI-2用于ROSA-CRIS多次噴射系統(tǒng)的測試。為了具備精確調(diào)準(zhǔn)，MI被靈活地安裝到具有三維對準(zhǔn)和調(diào)整機(jī)構(gòu)的重金屬框上。MI-出口被進(jìn)一步連接到測試噴射器。舉例來說，如圖49所示，具有兩個用于激光束穿過的14mm窗口設(shè)置的MI-2機(jī)殼被安裝在CRIS和噴射器燃料進(jìn)口之間。MI被安裝在緊挨著噴射器的供應(yīng)線上。確切地說，在這種情況下，其中兩個激光束相交到其中具有流軸的垂直面中的LDA測量點和噴射器的閥針部分之間的總長度是0.34m?？紤]到高增壓的燃料液體中的音速是大約2000m/s，速度系列中與雙倍長度成比例的時間延遲是大約300μs。該延遲在測量期間被確認(rèn)。
在圖50中描述的充分配置的LDA系統(tǒng)用來測量噴射流中的中心線速度。LDA本身包含離子120-mW激光、傳送和光接收光學(xué)裝置、光電檢測器單元、2頻道信號處理器和3D橫梁系統(tǒng)，如圖49和50中所舉例說明的，310mm發(fā)送和400mm接收光學(xué)裝置安裝在所述3D橫梁系統(tǒng)上。
接收光學(xué)裝置被設(shè)置在發(fā)送面的軸外。偏軸角總是依據(jù)燃料和噴射壓力而變化。在汽油噴射(3-6巴定律壓力)的測試中，當(dāng)5-um氧化鋁固體顆粒被播種到流中時，任何偏軸角、均勻反向散射是可靠的以接收具有高數(shù)據(jù)速率的LDA信號。當(dāng)測試柴油機(jī)伺服噴射柴油噴射(100巴中壓)時，在多次調(diào)準(zhǔn)嘗試之后偏軸角被設(shè)置在22°。對于ROSA-CRIS噴射測試(高達(dá)2000巴)，可以發(fā)現(xiàn)，偏軸角39°對于所有測量條件是最佳的。
為了監(jiān)控振動噴射流，循環(huán)現(xiàn)象型軟件被用于分類和處理LDA測量數(shù)據(jù)。為了使用它，經(jīng)由時延發(fā)生器，通過控制噴射占空因數(shù)的相同波形發(fā)生器來同步角編碼的啟動信號。數(shù)據(jù)速率從0.4到18kHz變化，這足夠在數(shù)量和定相噴射事件的全部細(xì)節(jié)中重建多噴射周期。LDA系統(tǒng)測量由于傳送光學(xué)器件中的電-聲調(diào)制(Bragg單元)的回流中的速度系列。用于測量的主要參數(shù)是1.光學(xué)探針尺寸77×77×945μm2.條紋間隔3.15μm3.頻移40MHz4.周期長度360°5.相平均格360-3600使用發(fā)明人的軟件來處理每個中心線速度時間序列。此程序?qū)y量數(shù)據(jù)重構(gòu)為噴射周期內(nèi)的瞬時流率系列、壓力梯度和積分(或累積的)燃料質(zhì)量。為了確定在各個噴射運行期間是否發(fā)生層或湍流，研究了多種流裝置為了模擬穩(wěn)態(tài)流，在不同高度舉起一個充滿水的容器。在重力下，播種流被流向汽油型噴射器，允許使用最大速度和最小均方根標(biāo)準(zhǔn)來調(diào)準(zhǔn)光學(xué)設(shè)置。
燃料軌從穩(wěn)定的10巴加壓水容器連接到汽油噴射器。在40Hz噴射頻率，在7.3巴(～106psi)壓力下獲得測量結(jié)果。為了此特殊測量，ROSA EDU作為在圖51中勾畫的電子電路來制造。僅僅一個控制滯后用于便于打開噴射器閥。如圖52舉例說明的，應(yīng)用了兩個不同的ROSA次級線圈(SC)充電方案。首先，從零到2000微秒對ROSA進(jìn)行充電，然后打開噴射器中的初級電磁線圈(PS)。噴射持續(xù)時間對全部的測量都一樣(15ms)。其次，從零到2000微秒充電ROSA線圈，同時噴射信號應(yīng)用于初級線圈。在3和5ms設(shè)置噴射持續(xù)時間，在每種情況下，測量若干瞬時流率時間序列。這兩種技術(shù)的組合導(dǎo)致移相或調(diào)諧的充電方案。
產(chǎn)生伺服噴氣式FIS，高達(dá)100-巴壓力進(jìn)入遞送軌中，以及高達(dá)1500巴壓力在噴射器累積分支中。在高于40巴的軌壓力獲得穩(wěn)定LDA信號。是非播種的柴油機(jī)#2燃料。對于ROSA-CRIS多噴射系統(tǒng)中的測量，被用于高速顯象中的噴射器垂直安裝到如圖47所示CRIS軌上。具有18.88mm直徑的噴射器嘴機(jī)殼被安裝在一個金屬管內(nèi)，該金屬管與對準(zhǔn)到玻璃容器里以采集沉淀在質(zhì)量平衡上的噴射燃料的管串聯(lián)連接。
校準(zhǔn)過程與LDA時間序列同時，運行自動的燃料質(zhì)量數(shù)據(jù)獲取，以獲得累積到容器中的平均質(zhì)量率測量結(jié)果。在層和湍流區(qū)中均測量振蕩流。關(guān)于平均速度和質(zhì)量流率的LDA和質(zhì)量平衡(MB)測量的比較結(jié)果在圖53中示出。層流區(qū)和湍流區(qū)之間分裂處于33cm/s的平均速度或超過2g/s的平均質(zhì)量流率。在層流區(qū)，LDA和MB之間的不一致從-4到+2％變化。在湍流區(qū)，它移動到-2到4％。集成的LDA系統(tǒng)和軟件給出足夠用于校準(zhǔn)不同F(xiàn)IS的最佳一致。在附圖中作為趨勢線示出的LDA和MB測量之間的統(tǒng)計相關(guān)性表明0.1％的準(zhǔn)確度用于層流中的平均流率，以及0.7％的準(zhǔn)確度用于湍流中的平均流率。ROSA-CRIS噴射中的總噴射率大于2g/s，因此，僅湍流模式可應(yīng)用于處置LDA速度時間序列。因為在如圖54所示的燃料噴射期間發(fā)生的不同瞬態(tài)級，僅使用具有最高導(dǎo)數(shù)的蹤跡的線性″測量″部分用于最后的LDA-MB關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)獲取瞬態(tài)時間根據(jù)噴射重復(fù)率從幾秒到幾十秒變化，因此，在質(zhì)量平衡測量期間平均超過幾百個周期。
為了分析和耦合每個獨立射程，諸如Pilot、Pre-main、Main1、Main2、After-Main和Post噴射的燃料流率，那些以前用于高速柴油射束顯象的相同多噴射分布圖被用于流率測量。對于每個發(fā)動機(jī)速度，具有2ms持續(xù)時間的原Bosch型噴射分布圖也被測量作為特征化傳統(tǒng)CRIS操作的參考燃料質(zhì)量。
在圖55中，在30Hz重復(fù)率，對于基準(zhǔn)的Bosch、ROSA單600μs射程和ROSA 6射程噴射情況測量數(shù)據(jù)。這些是最關(guān)鍵的測量，因為高重復(fù)頻率與燃料輸送線路的高振動和壓力振蕩頻率(30-1600Hz)有關(guān)。LDA和MB數(shù)據(jù)之間的不一致僅僅在從-11至-4％的負(fù)區(qū)域變化。
為了評估每個獨立射程噴射的燃料質(zhì)量流率，使用僅質(zhì)量平衡(MB)測量來應(yīng)用質(zhì)量提取法。首先，由ROSA-CRIS系統(tǒng)僅產(chǎn)生一個Main1噴射。測量MB時間序列，并且獲得Main1平均噴射的質(zhì)量mmain1。第二，增加Pre-Main噴射并且測量每個兩射噴射周期噴射的燃料質(zhì)量。以后，從電流測量中減去Pre-main噴射的質(zhì)量Mpre＝minj-mM1。重復(fù)此順序質(zhì)量增加過程，直到測量6射噴射分布圖，并且減去最后Post噴射事件。由于壓力恢復(fù)到CRIS中的問題，對于不同的發(fā)動機(jī)速度，產(chǎn)生不同的壓力在1,200rpm為1,600巴，而在2,400和3,600rpm為1,700巴。也測量持續(xù)時間1ms的Bosch型單射噴射作為基準(zhǔn)。
結(jié)果和討論現(xiàn)在參照噴射系統(tǒng)快速及其定時穩(wěn)定性的驗證，即使來自ROSAEDU的電輸出信號表明快速響應(yīng)，也難保證關(guān)于圖56中描述的整個噴射器系統(tǒng)的時間響應(yīng)。在汽車領(lǐng)域中ROSA的直接應(yīng)用涉及柴油和直接噴射汽油發(fā)動機(jī)，其中與氣流混合的燃料的分層進(jìn)氣確定了燃燒質(zhì)量。
根據(jù)該目標(biāo)，即，基于LDA的流率測試設(shè)備和ROSA控制的多噴射，以下結(jié)果和討論被分成三個子部分。前兩個與汽油(ROSA控制的)和伺服噴氣式噴射系統(tǒng)所代表的低和中壓FIS有關(guān)，以表明瞬時流率技術(shù)的能力。第三個涉及兩個目標(biāo)。
汽油型低壓噴射圖57中描述了通過使用反映在圖52中的三個不同SC充電技術(shù)獲得的流率系列。全部數(shù)據(jù)是在相同條件下測量的噴射頻率50Hz，噴射壓力7.3atm和SC充電時間2.0ms。右圖示出瞬時體積流率系列，而左圖描述積分(或累積的)噴射燃料質(zhì)量。兩個圖中的第一時間系列(黑色的)涉及初級(噴射器)和次級(ROSA)線圈的同時充電。第二行(紅色的)表示預(yù)充電方案。然而，第三曲線(蘭色的)是以下情況，當(dāng)在噴射(圖52中的CD波形)之前已經(jīng)開始對SC充電(圖52中的AC波形)時，然而，在繼續(xù)對SC充電時的1.4ms時刻，已經(jīng)運行噴射。因此，重疊時間是0.6ms。正如可以從瞬時和積分時間系列看出的，閥門的最快打開發(fā)生在移位(調(diào)諧)充電條件下。最慢打開與預(yù)充電有關(guān)。這種情形還給出表示針在打開時刻的最低速度的最低流振幅值。不具有任何實質(zhì)相位延遲的快速響應(yīng)與SC和PC的同時充電有關(guān)。實質(zhì)上，相同的流振幅特征化同時充電和移位充電兩者。對于多噴射事件必須被準(zhǔn)確定相而且噴射大量燃料的柴油發(fā)動機(jī)，移位或″調(diào)諧″充電技術(shù)是最適當(dāng)?shù)摹?br> 圖58中示出在開始階段(閥打開和噴射啟動)每個充電方案的細(xì)節(jié)。在頂行有三個瞬時體積流率的圖，而在底行有三個積分(或累積)燃料質(zhì)量的圖。第一列反映當(dāng)與PC(噴射器)同時充電SC，即，根據(jù)圖51，即，A定時與C定時相同時獲得的數(shù)據(jù)。第二列與在噴射器PC(圖51中首先是AB和然后開始CD，B＝C)之前預(yù)充電SC時的測量有關(guān)。第三列示出當(dāng)SC充電相對于噴射器PC操作移位時，即AB和CD間隔重疊時的結(jié)果。在同時充電的情況下，SC充電時間越長，在作為不同系列向初始零相位之間移位的瞬時系列中觀察到的閥打開越快。積分質(zhì)量系列表明通過斜率g/deg明顯看到的閥門加速。在預(yù)充電情況下，增加充電時間導(dǎo)致噴射啟動的相同相位，但是瞬時系列中的振幅和積分質(zhì)量系列中的斜率逐漸增加，這表示增加的噴射器閥速度。在圖58第三列中示出的移位充電下發(fā)生增加兩個效果，即，增加的振幅/斜率和快速。
中壓噴射(伺服噴射/bkm)這些測量目的在于對準(zhǔn)液壓和光學(xué)系統(tǒng)，以便表明LDA測量不需要燃料的人工播種(柴油機(jī)#2)。在圖59中，為兩個流描繪了時間相關(guān)中心線速度和體積流率時間序列。當(dāng)它通過汽油噴射器噴射時，p＝7巴，獲得到播種的水流中的第一個流(低層)。第二個流(高層)與通過伺服噴射系統(tǒng)產(chǎn)生的噴射有關(guān)，p＝62巴。
噴射周期的定時相同噴射重復(fù)率11赫茲(等于1,320RMP)，以及持續(xù)時間15ms。不同噴射壓力的簡單比較示出，在有效噴射相位前(在主上升斜率前)、在噴射期間(在上升中的之字形點表示主要分解成燃料射束)、和噴射之后(后噴射振蕩)，通過更瞬變?nèi)剂狭鞣从吵鲈黾拥膲毫?。速度和流率被增加一個數(shù)量級。下一個圖60涉及壓力梯度的伺服噴射系列，并且發(fā)生在噴射器的高壓燃料上游中，以及每個周期噴射的積分燃料質(zhì)量。燃料在整個周期中流動，因為當(dāng)不激勵噴射器的觸發(fā)電磁線圈時，它流入回流管。
噴射瞬變動力也可以相關(guān)于特別確定的時間/角度相位而詳細(xì)地特征化。如同在圖61中舉例說明的，存在感興趣的兩部分。第一個是當(dāng)噴射器閥打開時(相位在81°和94.5°之間的4個點)以及第二個是當(dāng)空氣噴射咀命令靠近時(相位在130°和134.5°之間的3個點)。在圖的底部可以看到為相同點重構(gòu)的速度分布的動力。通過管流的中央附近的一系列迅速生長的平坦型速度形狀以及管壁處的切應(yīng)力，來執(zhí)行打開的處理。因為轉(zhuǎn)變時間比粘滯時間常數(shù)短得多，因此速度分布圖不能達(dá)到充分發(fā)展的湍流的形狀。發(fā)展過程繼續(xù)，然而閥門被關(guān)閉。在那時，速度分布圖開始在壁處反向，以及分布圖在管道斷面上的積分在許多情況下可能導(dǎo)致負(fù)流率，在其后跟隨一系列壓力后噴射振蕩。
高壓噴射(柴油機(jī))估算的多次噴射質(zhì)量在圖62中舉例說明了對于每個噴射事件測量的燃料質(zhì)量，作為從高速顯像獲得的動力凸輪軸周期相位的函數(shù)。可以做出如下多個結(jié)論。隨著增加發(fā)動機(jī)速度，多個和單個Bosch型噴射的值也逐漸增加。該事實對在2,400和3,600rpm速度的測量來說也是正確的，其中共軌中的平均壓力相等。最小燃料質(zhì)量1.1到2.7毫克/周期特征化Pilot噴射。所有連續(xù)三個噴射，例如PreMain、Main1和Main2，隨發(fā)動機(jī)速度而增加，但是在低速，最高質(zhì)量與Main1有關(guān)。在更高發(fā)動機(jī)速度，Pre-Main變成主要的。關(guān)于最后兩個噴射，也就是說，After-M和Post，在低發(fā)動機(jī)速度，Pre-Main比平均的Main1和Post要高。增加速度，Post噴射急速增加。為了例證說明的目的，在與Main1相同的周期相位，也繪出了整個6噴射周期上的積分噴射質(zhì)量和CRIS基線單個噴射質(zhì)量。在低發(fā)動機(jī)速度，1ms參考噴射比6射多次噴射消耗幾乎多兩倍的燃料(37.7mg vs.22.4mg)，而后者的總實際持續(xù)時間是1.8ms。在中和高發(fā)動機(jī)速度，情況相反，即，6射噴射導(dǎo)致比1ms單射噴射更大的質(zhì)量，主要由于Post的增加質(zhì)量。這意味著，After-M和Post噴射持續(xù)時間設(shè)置必須從400us減少到200us，這可以導(dǎo)致燃料質(zhì)量下降一個數(shù)量級。同樣重要的是提出，在較高發(fā)動機(jī)速度，不必具有After-M和Post噴射。舉例來說，4射噴射周期消耗總是比CRIS基線噴射周期更少的燃料。噴射質(zhì)量的最小測定值是1.2mg，最大值是75.0mg。
基于ROSA的多次噴射控制具有非常寬的動態(tài)范圍，這對于實際應(yīng)用非常重要。在圖63中概括了多噴射動力。在圖的上方，為了具有更好的讀出分辨率，噴射的質(zhì)量被繪出相對于作為電子設(shè)置編碼的角度相位。正如所看見的，增加的發(fā)動機(jī)速度增加了每周期的每射的噴射質(zhì)量。在圖的下部，總數(shù)6和4射噴射和1ms CRIS基線單射噴射被繪出作為發(fā)動機(jī)速度的函數(shù)。在較高發(fā)動機(jī)速度，柴油機(jī)內(nèi)燃處理基本上需要不超過4射噴射。在1,200/2,400和3,600rpm的發(fā)動機(jī)速度，4射和單射噴射之間的燃料消耗比分別為0.35、0.48和0.84。
頻率-壓力相關(guān)性由于噴射之間的不規(guī)則停頓間隔的基本設(shè)置，多次噴射期間柴油機(jī)FIS中的高壓振蕩過程很復(fù)雜。根據(jù)測量結(jié)果，在Pre-Main和Main1、Main1和Main2之間分別觀察到的最短停頓從0.556變化到1.001ms。其導(dǎo)致0.999到1.799kHz的高頻域。因為Pilot/Pre-Main、Main2/After-M、After-M/Post、Post/Pilot之間的其它停頓較長(～1-10ms)，可以暗示低頻域從0.021變化到0.253kHz。它相對于高頻域，不同一或兩個數(shù)量級。每個諧波反映不同的時延、壓力恢復(fù)時間和CRIS對增加的發(fā)動機(jī)速度的反應(yīng)，因為通過增加噴射重復(fù)率每個諧波頻率被加倍或者三倍，但是該倍增因數(shù)對于低和高頻域非常不同。在高速顯像期間測量的高定時穩(wěn)定性是由于在這樣的廣泛環(huán)境中多次噴射的很穩(wěn)定控制。
在該噴射之前適合的每個噴射的噴射持續(xù)時間τ和停頓間隔t的比率在穩(wěn)定噴射的控制中扮演重要角色。通過將每個噴射事件與τ/t因數(shù)相關(guān)聯(lián)，整體數(shù)據(jù)如圖64所示被分類為低和高頻域。Main1和Main2高頻噴射事件在非常小的范圍內(nèi)變化，因為對于更寬變化，它們將需要較高壓力值來阻止這些頻率～kHz處的壓力分散。相反，低頻域(Pilot、Pre-Main、After-M和Post)對于任何時標(biāo)改變是非常反應(yīng)的，尤其處理在與3,600RPM的Post噴射相關(guān)的3.498ms(0.253kHz)停頓間隔的發(fā)動機(jī)速度。同樣明顯的是，每個噴射具有自己的共振頻率，其通過在中等發(fā)動機(jī)速度具有增加的噴射燃料質(zhì)量的尖峰信號來表示。
LDA瞬時流率應(yīng)用的LDA系統(tǒng)允許通過根據(jù)噴射周期內(nèi)的周期相位(C系列)來分類數(shù)據(jù)，依據(jù)Doppler沖(TA系列)的時間到達(dá)或者使用循環(huán)現(xiàn)象，來測量速度時間序列。獲得TA系列是重要，以便制訂用于在各種噴射定時和壓力條件下的測量計劃，并分析周期循環(huán)的變化性。為了舉例說明各種測量情況，在圖65中繪出了三個單射TA系列。頂圖涉及低頻噴射1.8Hz，噴射持續(xù)時間10ms，p＝1400巴。中圖中，存在在頻率3.2Hz、持續(xù)時間10ms、p＝1800巴產(chǎn)生的噴射。在底圖，在高頻110Hz、3ms持續(xù)時間、p＝1800巴產(chǎn)生噴射。按圖的順序，數(shù)據(jù)率從3kHz降至51Hz。其說明，壓力和基本噴射率對于具有足夠的數(shù)據(jù)來分辨噴射轉(zhuǎn)換均非常關(guān)鍵。
正如所料，由于氣蝕的增加強(qiáng)度，壓力值逐漸增加數(shù)據(jù)率。
在接下來四個附66至圖69中，測量數(shù)據(jù)被表示為在噴射周期內(nèi)定相的TA系列(數(shù)據(jù)率～1-10kHz)。以下討論集中在通過處理代碼產(chǎn)生的四個主要輸出參數(shù)(i)由LDA system測量的中心線速度，(ii)使用毛細(xì)管幾何形狀和燃料的運動性質(zhì)，通過速度和均方根數(shù)據(jù)重構(gòu)的體積流率，(iii)重構(gòu)的壓力梯度，以及(iv)累積的燃料質(zhì)量。所有數(shù)據(jù)對應(yīng)于噴射周期重復(fù)率為10Hz(1,200RPM)。關(guān)于凸輪軸(camshaft)，1ms等于3.6°(100μs部分是0.36°)。
圖66舉例說明通過2ms參考單射產(chǎn)生的噴射動力。噴射的啟動(SOI)設(shè)置在180°，p＝1400巴(～22,000psi)?？梢钥吹剑谟行娚淝昂?，整個動力足夠平滑。噴射形狀的分布由之字形尖峰信號結(jié)束。該處理的平滑是由于壓力波振蕩的低頻；基本振蕩諧波是10Hz。在周期內(nèi)沒有發(fā)生其它的諧波，并且恢復(fù)壓力所需時間足夠長?？粗鴪D66中的累積燃料質(zhì)量，可以看出，一些燃料在有效噴射相位前后流過測量交線。每個噴射事件產(chǎn)生局部負(fù)壓梯度尖峰信號。在有效噴射以后，由于CR中的累積壓力，燃料通過饋送管流向噴射器，以平衡要在下一次噴射中噴射的體積(質(zhì)量)。以后將關(guān)于6射噴射周期論述該恢復(fù)平衡。其導(dǎo)數(shù)(斜率)隨著增加的噴射壓力、頻率和燃料質(zhì)量而增加。
圖67表示用于ROSA-控制的單射的動力，持續(xù)時間600ms、p＝1600巴。這時，可以辨別四個不同元素相對于更低壓力和長噴射(2ms單射參考噴射)。
噴射前后存在相對強(qiáng)背景振蕩，其最初像是測量噪聲。然而，比較產(chǎn)生在圖66和圖67中的累積質(zhì)量系列可以推斷出，應(yīng)用到這種情況下的較高壓力導(dǎo)致較高流率。有效的噴射持續(xù)時間本身由級聯(lián)的分布圖來表示特征，表示，燃料射束被分成許多初級分解狀相位。正如假定的，噴射分布圖的持續(xù)時間明顯短于圖66中示出的2ms噴射分布圖。由于增加的壓力，輸出參數(shù)的所有值都增加。
在圖68中，通過TA系列展示了ROSA控制的六射噴射動力。為每個噴射事件設(shè)置的SOI分別是對應(yīng)于Pilot、Pre-Main、Main1、Main2、After-M和Post噴射射程的126°、173°、180°、192°、270°和315°。根據(jù)流率測量，這些相位是126°、175°、182°、186°、270°和315°。在射程以前具有長停頓間隔的所有事件的特點在于電子設(shè)置的準(zhǔn)確時間/角度相位；有足夠的時間來恢復(fù)壓力損失。在其中三個射程(Pre-M、Main1和Main2)緊密設(shè)置(停頓300和400μs)的180°附近，相對于初始SOI設(shè)置移動相位，因為壓力需要可與延遲常數(shù)(300μs)比較的時間?？梢詮挠呻A式代表的累積質(zhì)量系列很好地看出連續(xù)噴射事件；級聯(lián)級的數(shù)目等于噴射的數(shù)目。
圖69示出與更高角分辨率繪制在一起的全部三個噴射系列的細(xì)節(jié)。在速度周期中，與1400巴下的基準(zhǔn)2ms單射相關(guān)的峰值與1600巴下的ROSA六射噴射具有相同的水平，因此，多噴射需要增加高壓值或者停頓間隔以便壓力恢復(fù)。
每射的峰值流率在多噴射期間減少而壓力增加至1600巴，而2ms單射噴射在1400巴。在累積質(zhì)量系列中，在多次噴射線中，可以看到對應(yīng)于Pre-M、Main1和Main2事件的三個平直階段。
為了獲得在如圖68中所示多噴射期間每單射的燃料質(zhì)量，噴射周期被分成11個間隔，包括與噴射和不噴射(恢復(fù)平衡)階段相關(guān)的6個有效和5個無效噴射間隔。根據(jù)方程(14)，即，由LDA系統(tǒng)測量的質(zhì)量vs.直接質(zhì)量平衡測定，該瞬時流率測量具有-4.6％的精確度。
綜合結(jié)果反映在圖70中。在LDA測量的精度內(nèi)，噴射的質(zhì)量(38.17mg)幾乎等于傳達(dá)給饋送管(恢復(fù)平衡)的質(zhì)量(34.25mg)。在Pilot噴射期間噴射最小量的燃料4.18mg，在main2噴射期間噴射最大11.65mg。周期分辨率被設(shè)置為360bin每周期。當(dāng)它增加到3600bin時，噴射質(zhì)量分辨率可以大約為1μg。設(shè)置ROSA控制以便用0.01V的分辨率來分辨波形產(chǎn)生，因此將其增加到0.001V，多噴射控制可以分辨在0.01mg級劑量的質(zhì)量。
關(guān)于由穩(wěn)定和可控多噴射系統(tǒng)產(chǎn)生的流中的瞬時柴油流率的量化的結(jié)論根據(jù)上述的兩個目的，結(jié)論也歸合成兩個部分測試設(shè)備為了測試由ROSA控制的多噴射系統(tǒng)產(chǎn)生的試驗燃料動力，構(gòu)造了基于多普勒激光風(fēng)速表(LDA)的系統(tǒng)，并用于獲得在CRIS-型柴油機(jī)噴射系統(tǒng)中測量并且使用層流和湍流振動管流模型來處理的瞬時體積/質(zhì)量流率。高壓流穿過特別構(gòu)造的透明交線，在其中密封安裝了壓配合鋼-石英管單元以便引入激光束。由于高壓振動管流的特性，沒有實現(xiàn)播種顆粒用于LDA測量。高速數(shù)據(jù)率允許分辨每個噴射事件，即，其定時特征和在噴射周期內(nèi)分布的質(zhì)量。獲得時間到達(dá)和周期型數(shù)據(jù)，并依據(jù)角相位進(jìn)行分類，并處理以獲得時間/角分辨的與各噴射相關(guān)的(i)流率、(ii)壓力梯度和(iii)積分質(zhì)量系列。該流計量系統(tǒng)被用于特殊的CR型柴油機(jī)噴射系統(tǒng)。但是它也可適用于例如在超過40巴(600psi)的噴射壓力下操作的任何高壓FIS汽油GDI和柴油機(jī)EUI和HEUI型系統(tǒng)。上述校準(zhǔn)臺能被用于測試、改善、驗證和證明包括噴射器本身的多種FIS組件。該技術(shù)為流率測量提供了寬動態(tài)范圍和高時間分辨率，包括在多噴射周期期間發(fā)生的快速轉(zhuǎn)換回流。
ROSA性能示出在由ROSA CRIS測試系統(tǒng)控制的多噴射期間噴射的各燃料質(zhì)量的質(zhì)量率測量，使用與壓力波傳播諧波有關(guān)的低和高頻率域，在燃料劑量和噴射控制兩方面都示出了滿意效果。
噴射質(zhì)量的寬動態(tài)范圍(最大到最小)以及較好分離的低和高頻壓力振蕩域在發(fā)動機(jī)速度的整個范圍、噴射持續(xù)時間和噴射事件之間的關(guān)鍵超短停頓的設(shè)置方面，提供了對ROSA型控制的良好確認(rèn)。ROSA噴射控制系統(tǒng)產(chǎn)生非常平穩(wěn)的相位并且多射噴射的持續(xù)時間在30μs內(nèi)，因為它還借助于柴油機(jī)噴射的高速顯象被檢測。噴射的最小質(zhì)量4mg，最大是18mg。借助于噴射的噴射壓力、頻率和停頓/持續(xù)時間定時，可以由ROSA系統(tǒng)將每射的質(zhì)量分布精確控制在低到0.5mg的級別，具有高可測量精度～0.01mg。
盡管已經(jīng)描述了本發(fā)明的若干實施方式，應(yīng)當(dāng)理解的是，實施方式僅僅用于舉例說明而不是限制，而且對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，許多修改是顯而易見的。舉例來說，代碼例程可能以Fortran、類似Fortran的程序和/或任何其它的程序來編寫，所述程序?qū)a(chǎn)生所有相位和形狀的編碼，以產(chǎn)生特殊波形(舉例來說，包括I函數(shù)上升和下降部分)。更進(jìn)一步地，可以寫入專門的程序庫(例如，以壓縮形式)以便容易地將程序庫轉(zhuǎn)化成硬件(例如，ECU)，以便更進(jìn)一步地調(diào)用類型函數(shù)性。更進(jìn)一步地，上述的程序庫可以允許多種物理制造的次級線圈驅(qū)動器用于不同的汽車應(yīng)用(例如，噴射器、閥門鏈和/或其它快速操作致動器)。
權(quán)利要求
1.一種用于構(gòu)建用于控制電磁致動器的電路的方法，所述電磁致動器包括具有相關(guān)電阻R1和電感L1的線圈，所述方法包括下列步驟利用方程構(gòu)建電磁致動器的模型；計算至少一個電阻R2j和至少一個電感L2j，每個都與至少一個理論線圈有關(guān)，所述理論線圈電連接到所述電磁致動器并且物理上遠(yuǎn)離所述電磁致動器，其中，通過滿足至少使用下列函數(shù)的方程來計算所述電阻R2j和電感L2j 其中，ω21等于2πR1/L1，ω22j等于2πR2j/L2j；jopen是打開相位，jclose是關(guān)閉相位，以及j表示特定理論線圈；以及將電源部件電連接到所述電磁制動器的線圈，該電源部件被配置為基本上模擬具有計算的電阻R2j和計算的電感L2j的每個理論線圈的電效應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，j＝1，以及通過滿足至少使用下列函數(shù)的方程來計算所述電阻R2j和電感L2jIF(t)=eω21texp(ω22t)]]>
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方程是微分方程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述方程是二次非齊次常微分方程。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電源部件包括j個線圈，每個線圈具有基本上等于計算的電阻R2j的電阻，并且每個線圈具有基本上等于計算的電感L2j的電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電源部件包括一個具有基本上每個計算的電阻R2j之和以及基本上每個計算的電感L2j之和的線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述電源部件包括計算機(jī)代碼。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述計算機(jī)代碼包括至少以下之一(a)軟件；和(b)固件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定所述電阻R1和電感L1。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定所述電阻R1和電感L1的步驟包含測量所述電阻R1和電感L1。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過為其中之一選擇一個期望值并為另一個確定滿足等式ω22j等于2πR2j/L2j的值，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于所述電磁制動器的期望的時間相關(guān)動作，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，基于所述電磁制動器的期望的頻率相關(guān)動作，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
14.一種用于設(shè)計用于控制電磁制動器的電路的方法，所述電磁制動器包括具有相關(guān)電阻R1和電感L1的線圈，所述方法包含下列步驟利用方程構(gòu)建所述電磁致動器的模型；計算至少一個電阻R2j和至少一個電感L2j，每個都與至少一個理論線圈有關(guān)，所述理論線圈電連接到所述電磁致動器并物理上遠(yuǎn)離所述電磁致動器，其中，通過滿足至少使用下列函數(shù)的方程來計算所述電阻R2j和電感L2j 其中，ω21等于2πR1/L1，ω22j等于2πR2j/L2j，jopen是打開相位，jclose是關(guān)閉相位，以及j表示特定理論線圈。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，j＝1，以及通過滿足至少使用下列函數(shù)的方程來計算所述電阻R2j和電感L2jIF(t)=eω21texp(ω22t)]]>
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述方程是微分方程。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述方程是二次非齊次常微分方程。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括確定電阻R1和電感L1。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，確定電阻R1和電感L1的步驟包含測量電阻R1和電感L1。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，通過為其中之一選擇一個期望值，并為另一個確定滿足等式ω22j等于2πR2j/L2j的值，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，基于所述電磁制動器的期望的時間相關(guān)動作，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，基于所述電磁制動器的期望的頻率相關(guān)動作，來計算每個電阻R2j和每個電感L2j。
全文摘要
本發(fā)明的一個實施例涉及一種用于構(gòu)建用于控制電磁制動器的電路(11A)的方法。本發(fā)明另一實施例涉及一種用于設(shè)計用于控制電磁制動器的電路(11A)的方法。
文檔編號H01F7/13GK1864162SQ200480029113
公開日2006年11月15日 申請日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月5日
發(fā)明者穆拉德·M·伊斯梅洛夫 申請人:燃燒動力公司