DE102015104009A1

DE102015104009A1 - Auf Magnetkraft beruhende Steuerung eines Aktors

Info

Publication number: DE102015104009A1
Application number: DE102015104009.3A
Authority: DE
Inventors: Suresh Gopalakrishnan; Thomas Wolfgang Nehl; Chandra S. Namuduri; Avoki M. Omekanda
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2015-03-18
Publication date: 2015-09-24
Also published as: CN104929832A; CN104929832B

Abstract

Ein elektromagnetisches Betätigungssystem umfasst einen Aktor mit einer elektrischen Spule, mit einem Magnetkern und mit einem Anker. Das System umfasst ferner eine steuerbare Treiberschaltung zum selektiven Treiben von Strom durch die elektrische Spule hindurch. Ein Steuerungsmodul liefert einen Aktorbefehl an die Treiberschaltung, der das Treiben eines Stroms durch die elektrische Spule hindurch bewirkt, um den Anker zu betätigen. Das Steuerungsmodul enthält ein Magnetkraft-Steuerungsmodul, das ausgestaltet ist, um den Aktorbefehl anzupassen, um eine Magnetkraft im Aktor auf ein bevorzugtes Kraftniveau konvergieren zu lassen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/968,007, die am 20. März 2014 eingereicht wurde und der vorläufigen US-Anmeldung mit der Nummer 61/955,942, die am 20. März 2014 eingereicht wurde, wobei der Offenbarungsgehalt von beiden hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft durch Solenoide aktivierte Aktoren.
HINTERGRUND
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen nur Hintergrundinformationen mit Bezug auf die vorliegende Offenbarung bereit. Folglich sind diese Aussagen nicht dazu gedacht, eine Anerkennung des Standes der Technik zu bilden.
Solenoidaktoren können verwendet werden, um Fluide (Flüssigkeiten und Gase) zu steuern, oder zum Positionieren oder für Steuerungsfunktionen. Ein typisches Beispiel für einen Solenoidaktor ist das Kraftstoffeinspritzventil. Kraftstoffeinspritzventile werden verwendet, um druckbeaufschlagten Kraftstoff in einen Krümmer, einen Ansaugkanal oder direkt in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Bekannte Kraftstoffeinspritzventile umfassen elektromagnetisch aktivierte Solenoidvorrichtungen, die mechanische Federn überwinden, um ein Ventil zu öffnen, das sich an einer Spitze des Einspritzventils befindet, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu ermöglichen. Einspritzventil-Treiberschaltungen steuern einen elektrischen Stromfluss an die elektromagnetisch aktivierten Solenoidvorrichtungen, um die Einspritzventile zu öffnen und zu schließen. Einspritzventil-Treiberschaltungen können in einer Spitzenwert-und-Halten-Steuerungskonfiguration oder in einer Konfiguration mit einer Schaltersättigung betrieben werden.
Kraftstoffeinspritzventile werden kalibriert, wobei eine Kalibrierung ein Einspritzventil-Aktivierungssignal umfasst, das eine Geöffnetzeit des Einspritzventils oder eine Zeitdauer der Einspritzung und eine entsprechende dosierte oder gelieferte eingespritzte Kraftstoffmasse bei einem Betrieb mit einem vorbestimmten oder bekannten Kraftstoffdruck enthält. Der Betrieb des Einspritzventils kann mit Hilfe einer pro Kraftstoffeinspritzereignis eingespritzten Kraftstoffmasse in Bezug auf die Zeitdauer der Einspritzung charakterisiert werden. Die Charakterisierung des Einspritzventils umfasst eine dosierte Kraftstoffströmung über einen Bereich zwischen einer hohen Strömungsrate, die mit einem Kraftmaschinenbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last verbunden ist, und einer niedrigen Strömungsrate, die mit Leerlaufbedingungen der Kraftmaschine verbunden ist.
Es ist bekannt, dass eine Kraftmaschinensteuerung vom Einspritzen mehrerer kleiner eingespritzter Kraftstoffmassen in schneller Folge profitieren kann. Im Allgemeinen führen, wenn eine Verweilzeit zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzereignissen kleiner als ein Verweilzeit-Schwellenwert ist, eingespritzte Kraftstoffmassen von aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen oft zu einer größeren gelieferten Menge als gewünscht, obwohl gleiche Einspritzzeitdauern benutzt werden. Folglich können derartige nachfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse instabil werden, was zu einer nicht akzeptablen Wiederholbarkeit führt. Dieses ungewünschte Auftreten ist auf das Vorhandensein eines Restmagnetflusses im Kraftstoffeinspritzventil zurückzuführen, der durch das vorhergehende Kraftstoffeinspritzereignis erzeugt wird und der für das unmittelbar nachfolgende Kraftstoffeinspritzereignis eine gewisse Unterstützung bietet. Der Restmagnetfluss wird in Ansprechen auf persistente Wirbelströme und eine magnetische Hysterese im Kraftstoffeinspritzventil als Folge einer Verschiebung der Raten der eingespritzten Kraftstoffmassen erzeugt, welche unterschiedliche anfängliche Magnetflusswerte benötigen. Im Allgemeinen beruht die Kraftstoffströmungsrate für jedes der mehreren dicht aufeinanderfolgenden Einspritzereignisse auf dem Steuern eines elektrischen Stroms an das Kraftstoffeinspritzventil unabhängig von dem Restmagnetfluss, der im Kraftstoffeinspritzventil möglicherweise vorhanden ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein elektromagnetisches Betätigungssystem umfasst einen Aktor mit einer elektrischen Spule, mit einem Magnetkern und mit einem Anker. Das System umfasst ferner eine steuerbare Treiberschaltung zum selektiven Treiben eines Stroms durch die elektrische Spule hindurch. Ein Steuerungsmodul liefert einen Aktorbefehl an die Treiberschaltung, der das Treiben eines Stroms durch die elektrische Spule hindurch bewirkt, um den Anker zu betätigen. Das Steuerungsmodul umfasst ein Magnetkraft-Steuerungsmodul, das ausgestaltet ist, um den Aktorbefehl anzupassen, um eine Magnetkraft innerhalb des Aktors auf ein bevorzugtes Kraftniveau konvergieren zu lassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun wird eine oder werden mehrere Ausführungsformen anhand von Beispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
1-1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftstoffeinspritzventils und eines Aktivierungscontrollers in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
1-2 eine schematische Schnittansicht des Aktivierungscontrollers 1-1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
1-3 eine schematische Schnittansicht eines Einspritzventil-Treibers von 1-1 und 1-2 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
2 eine nicht einschränkende beispielhafte erste Aufzeichnung 1000 eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Kraftstoffströmungsrate und eine nicht einschränkende beispielhafte zweite Aufzeichnung 1010 von gemessenen Spannungen an einer Haupterregungsspule und einer Suchspule für zwei aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse mit identischen Stromimpulsen, die durch eine Verweilzeit getrennt sind, welche nicht anzeigt, dass sie dicht aufeinanderfolgen, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 eine nicht einschränkende beispielhafte erste Aufzeichnung 1020 eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Kraftstoffströmungsrate und eine nicht einschränkende beispielhafte zweite Aufzeichnung 1030 von gemessenen Spannungen an einer Haupterregungsspule und einer Suchspule für zwei aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse mit identischen Stromimpulsen, die durch eine Verweilzeit getrennt sind, die anzeigt, dass sie dicht aufeinanderfolgen, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 eine beispielhafte Ausführungsform eines Magnetkraft-Steuerungsmoduls unter Verwendung einer Magnetflussrückmeldung und einer Stromrückmeldung, um einen Strom zu steuern, der an eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils angelegt wird, um die Aktivierung desselben zu steuern, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
5 eine beispielhafte Ausführungsform eines Magnetkraft-Steuerungsmoduls unter Verwendung einer Magnetflussrückmeldung, um einen Strom zu steuern, der an eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils zum Steuern der Aktivierung desselben angelegt wird, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
GENAUE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt die Konzepte des gegenwärtig beanspruchten Gegenstands mit Bezug auf eine beispielhafte Anwendung auf Kraftstoffeinspritzventile mit linearer Bewegung. Jedoch kann der beanspruchte Gegenstand weiter gefasst auf beliebige lineare oder nichtlineare elektromagnetische Aktoren angewendet werden, die eine elektrische Spule verwenden, um ein Magnetfeld in einen magnetischen Kern zu induzieren, was dazu führt, dass eine Anziehungskraft auf einen beweglichen Anker wirkt. Typische Beispiele umfassen Fluidsteuerungssolenoide, Benzin- oder Diesel- oder CNG-Kraftstoffeinspritzventile, die in Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, und nichtfluidische Solenoidaktoren zur Positionierung und zur Steuerung.
Nun mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur zum Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht zum Zweck, diese einzuschränken, gedacht ist, veranschaulicht 1-1 auf schematische Weise eine nicht einschränkende beispielhafte Ausführungsform eines elektromagnetisch aktivierten Kraftstoffeinspritzventils 10 für Direkteinspritzung. Obwohl in der veranschaulichten Ausführungsform ein elektromagnetisch aktiviertes Kraftstoffeinspritzventil für Direkteinspritzung dargestellt ist, kann ein Kraftstoffeinspritzventil für Ansaugkanaleinspritzung gleichermaßen verwendet werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 ist ausgestaltet, um Kraftstoff direkt in einen Brennraum 100 einer Brennkraftmaschine einzuspritzen. Zur Steuerung der Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 ist ein Aktivierungscontroller 80 mit diesem elektrisch wirksam verbunden. Der Aktivierungscontroller 80 entspricht nur dem Kraftstoffeinspritzventil 10. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Aktivierungscontroller 80 ein Steuerungsmodul 60 und einen Einspritzventil-Treiber 50. Das Steuerungsmodul 60 ist mit dem Einspritzventil-Treiber 50 elektrisch wirksam verbunden, der wiederum mit dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zur Steuerung der Aktivierung desselben elektrisch wirksam verbunden ist. Von dem Kraftstoffeinspritzventil können Rückmeldungssignale 42 an den Betätigungscontroller 80 geliefert werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10, das Steuerungsmodul 60 und der Einspritzventil-Treiber 50 können beliebige geeignete Vorrichtungen sein, die ausgestaltet sind, um wie hier beschrieben zu arbeiten. In veranschaulichten Ausführungsformen umfasst das Steuerungsmodul 60 eine Verarbeitungsvorrichtung. Bei einer Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in eine Verbindungsanordnung 36 des Kraftstoffeinspritzventils 36 integriert. Bei einer anderen Ausführungsform ist eine oder sind mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 in einen Körper 12 des Kraftstoffeinspritzventils 10 integriert. Bei noch einer weiteren Ausführungsform befinden sich eine oder mehrere Komponenten des Aktivierungscontrollers 80 außerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 – und in direkter Nähe dazu – und sie sind mit der Verbindungsanordnung 36 über ein oder mehrere Kabel und/oder Drähte elektrisch wirksam verbunden. Die Ausdrücke ”Kabel” und ”Draht” werden hier austauschbar verwendet, um eine Übertragung von elektrischer Leistung und/oder eine Übertragung von elektrischen Signalen bereitzustellen.
Steuerungsmodul, Modul, Steuerung, Controller, Steuerungseinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bezeichnen eine beliebige oder verschiedene Kombinationen aus einem oder mehreren anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASICs), elektronischen Schaltungen, zentralen Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und zugehörigem Arbeitsspeicher und Massenspeicher (Festwertspeicher, programmierbarer Festwertspeicher, Speicher mit wahlfreiem Zugriff, Festplattenlaufwerk usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen ausführen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und -Vorrichtungen, geeigneten Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und andere Komponenten zum Bereitstellen der beschriebenen Funktionalität. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige Anweisungssätze mit Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Das Steuerungsmodul weist einen Satz von Steuerungsroutinen auf, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Routinen werden ausgeführt, beispielsweise von einer zentralen Verarbeitungseinheit, und können betrieben werden, um Eingaben von Erfassungsvorrichtungen und anderen Netzwerksteuerungsmodulen zu überwachen und um Steuerungs- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs von Aktoren auszuführen. Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während eines fortlaufenden Betriebs der Kraftmaschine und des Fahrzeugs. Alternativ können Routinen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Allgemein kann ein Anker entweder in eine betätigte Position oder in eine statische oder Ruheposition gesteuert werden. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine beliebige geeignete diskrete Kraftstoffeinspritzvorrichtung sein, die entweder in eine offene (betätigte) Position oder eine geschlossene (statische oder ruhende) Position gesteuert werden kann. Bei einer Ausführungsform umfasst das Kraftstoffeinspritzventil 10 einen zylinderförmigen Hohlkörper 12, der eine Längsachse 101 definiert. Ein Kraftstoffeinlass 15 ist an einem ersten Ende 14 des Körpers 12 angeordnet, und eine Kraftstoffdüse 28 ist an einem zweiten Ende 16 des Körpers 12 angeordnet. Der Kraftstoffeinlass 15 ist mit einem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 fluidtechnisch gekoppelt, das mit einer Hochdruck-Einspritzpumpe fluidtechnisch gekoppelt ist. Eine Ventilanordnung 18 ist dem Körper 12 enthalten und umfasst ein Nadelventil 20, eine federbetätigte Düsennadel 22 und einen Ankerabschnitt 21. Das Nadelventil 20 sitzt eingreifend in der Kraftstoffdüse 28, um eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu steuern. Obwohl die veranschaulichte Ausführungsform ein dreieckig geformtes Nadelventil 20 darstellt, können andere Ausführungsformen eine Kugel verwenden. Bei einer Ausführungsform ist der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 starr gekoppelt und zu einer linearen Verschiebung als Einheit zusammen mit der Düsennadel 22 und dem Nadelventil 20 in erste bzw. zweite Richtungen 81, 82 ausgestaltet. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Ankerabschnitt 21 mit der Düsennadel 22 verschiebbar gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Ankerabschnitt 21 in die erste Richtung 81 verschoben werden, bis er durch einen Düsennadelanschlag gestoppt wird, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Analog kann der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 unabhängig von der Düsennadel 22 verschoben werden, bis er einen Düsennadelanschlag kontaktiert, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist. Bei einem Kontakt mit dem Düsennadelanschlag, der an der Düsennadel 22 starr angebracht ist, bewirkt die Kraft des Ankerabschnitts 21, dass die Düsennadel 22 zusammen mit dem Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird. Der Ankerabschnitt 21 kann Vorsprünge zum Eingriff mit verschiedenen Anschlägen innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 enthalten.
Eine Anordnung 24 mit einem ringförmigen Elektromagneten, die eine elektrische Spule und einen Magnetkern umfasst, ist zum magnetischen Eingriff mit dem Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung ausgestaltet. Die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern ist zu Veranschaulichungszwecken so dargestellt, dass sie sich außerhalb des Körpers des Kraftstoffeinspritzventils befindet; jedoch sind Ausführungsformen hier darauf gerichtet, dass die Anordnung 24 mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern entweder in das Kraftstoffeinspritzventil 10 fest eingebaut oder darin integriert sind. Die elektrische Spule ist auf den Magnetkern gewickelt und enthält Anschlüsse zum Empfang von elektrischem Strom vom Einspritzventil-Treiber 50. Hier nachstehend wird die ”Anordnung mit der elektrischen Spule und dem Magnetkern” einfach als ”elektrische Spule 24” bezeichnet werden. Wenn die elektrische Spule 24 deaktiviert und nicht erregt ist, drückt die Feder 26 die Ventilanordnung 18 einschließlich des Nadelventils 20 in die erste Richtung 81 zu der Kraftstoffdüse 28 hin, um das Nadelventil 20 zu schließen und eine Kraftstoffströmung dort hindurch zu verhindern. Wenn die elektrische Spule 24 aktiviert und erregt ist, wirkt eine elektromagnetische Kraft (hier nachstehend ”Magnetkraft”) auf den Ankerabschnitt 21 ein, um die von der Feder 26 ausgeübte Federkraft zu überwinden, und drückt die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82, wodurch das Nadelventil 20 von der Kraftstoffdüse 28 weg bewegt wird und das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff innerhalb der Ventilanordnung 18 durch die Kraftstoffdüse 28 ermöglicht wird. Eine Suchspule 25 ist mit der elektrischen Spule 24 gegenseitig gekoppelt und ist vorzugsweise axial oder radial benachbart zu der Spule 24 gewickelt. Die Suchspule 25 wird als Erfassungsspule verwendet.
Das Kraftstoffeinspritzventil 10 kann eine Anhaltevorrichtung 29 umfassen, die mit der Ventilanordnung 18 interagiert, um eine Verschiebung der Ventilanordnung 18 zu stoppen, wenn diese zum Öffnen gezwungen wird. Bei einer Ausführungsform ist ein Drucksensor 32 ausgestaltet, um einen Kraftstoffdruck 34 in dem Hochdruck-Kraftstoffverteilerrohr 30 in der Nähe des Kraftstoffeinspritzventils 10, vorzugsweise stromaufwärts zu dem Kraftstoffeinspritzventil 10, zu beschaffen. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Drucksensor 32' in den Einlass 15 des Kraftstoffeinspritzventils integriert sein, anstelle des Drucksensors 32 im Kraftstoffverteilerrohr 30 oder in Kombination mit dem Drucksensor. In der in 1-1 veranschaulichten Ausführungsform ist das Kraftstoffeinspritzventil 10 nicht auf die räumliche und geometrische Anordnung der hier beschriebenen Merkmale begrenzt, und es kann zusätzliche Merkmale und/oder andere räumliche und geometrische Anordnungen umfassen, die in der Technik bekannt sind, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu betreiben, um die Zufuhr von Kraftstoff an die Kraftmaschine 100 zu steuern.
Das Steuerungsmodul 60 erzeugt ein Einspritzventil-Befehlssignal (einen Aktorbefehl) 52, das den Einspritzventil-Treiber 50 steuert, welcher das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die offene Position aktiviert, um ein Kraftstoffeinspritzereignis zu bewirken. In der veranschaulichten Ausführungsform kommuniziert das Steuerungsmodul 60 mit einem oder mehreren externen Steuerungsmodulen, etwa mit einem Kraftmaschinensteuerungsmodul (ECM) 5; bei anderen Ausführungsformen kann das Steuerungsmodul 60 jedoch mit dem ECM zusammengebaut sein. Das Einspritzventil-Befehlssignal 52 steht in Korrelation mit einer gewünschten Kraftstoffmasse, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses geliefert werden soll. Analog kann das Einspritzventil-Befehlssignal 52 mit einer gewünschten Kraftstoffströmungsrate in Korrelation stehen, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 während des Kraftstoffeinspritzereignisses zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse” die gewünschte Kraftstoffmasse, die der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”gewünschte Kraftstoffströmungsrate” die Rate, mit welcher Kraftstoff der Kraftmaschine durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 zugeführt werden soll, um die gewünschte Kraftstoffmasse zu erreichen. Die gewünschte eingespritzte Kraftstoffmasse kann auf einem oder mehreren überwachten Eingabeparametern 51 beruhen, die in das Steuerungsmodul 60 oder das ECM 5 eingegeben werden. Der eine oder die mehreren überwachten Eingabeparameter 51 können eine Bedienerdrehmomentanforderung, einen Krümmerabsolutdruck (MAP), eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Kraftmaschinentemperatur, eine Kraftstofftemperatur und eine Umgebungstemperatur, die durch bekannte Verfahren beschafft werden, umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Einspritzventil-Treiber 50 erzeugt ein Einspritzventil-Aktivierungssignal (ein Aktoraktivierungssignal) 75 in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zu aktivieren. Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 steuert einen Stromfluss an die elektrische Spule 24, um eine elektromagnetische Kraft in Ansprechen auf das Einspritzventil-Befehlssignal 52 zu erzeugen. Eine elektrische Leistungsquelle 40 stellt eine Quelle für elektrische DC-Leistung für den Einspritzventil-Treiber 50 bereit. Bei einigen Ausführungsformen stellt die elektrische DC-Leistungsquelle eine Niederspannung bereit, z. B. 12 V, und ein Aufwärtswandler kann verwendet werden, um eine hohe Spannung auszugeben, z. B. 24 V bis 200 V, die dem Einspritzventil-Treiber 50 zugeführt wird. Wenn die elektrische Spule 24 unter Verwendung des Einspritzventil-Aktivierungssignals 75 aktiviert wird, drückt die von dieser erzeugte elektromagnetische Kraft den Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82. Wenn der Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 gedrückt wird, wird folglich bewirkt, dass die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in eine offene Position gedrückt oder verschoben wird, was ermöglicht, dass druckbeaufschlagter Kraftstoff dort hindurch strömt. Der Einspritzventil-Treiber 50 steuert das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 für die elektrische Spule 24 durch ein beliebiges geeignetes Verfahren, welches beispielsweise einen pulsbreitenmodulierten (PWM) Fluss von elektrischer Leistung umfasst. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist ausgestaltet, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, in dem er geeignete Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 erzeugt. Bei Ausführungsformen, die mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse für einen gegebenen Kraftmaschinenzyklus verwenden, kann ein Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 erzeugt werden, das für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse innerhalb des Kraftmaschinenzyklus festgelegt ist.
Das Einspritzventil-Aktivierungssignal 75 ist durch eine Einspritzzeitdauer und eine Stromwellenform gekennzeichnet, die einen anfänglichen Spitzenwert-Anzugsstrom und einen sekundären Haltestrom umfasst. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist durch ein stetiges Hochfahren gekennzeichnet, um einen Spitzenwertstrom zu erzielen, welcher wie hier beschrieben gewählt sein kann. Der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die auf den Ankerabschnitt 21 der Ventilanordnung 18 einwirkt, um die Federkraft zu überwinden und die Ventilanordnung 18 in die zweite Richtung 82 in die offene Position zu drücken, wodurch das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch eingeleitet wird. Wenn der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom erreicht ist, verringert der Einspritzventil-Treiber 50 den Strom in der elektrischen Spule 24 auf den sekundären Haltestrom. Der sekundäre Haltestrom ist durch einen in etwa stationären Strom gekennzeichnet, der niedriger als der anfängliche Spitzenwert-Anzugsstrom ist. Der sekundäre Haltestrom ist ein Stromniveau, das von dem Einspritzventil-Treiber 50 gesteuert wird, um die Ventilanordnung 18 in der offenen Position zu halten, um das Strömen von druckbeaufschlagtem Kraftstoff durch die Kraftstoffdüse 28 hindurch fortzusetzen. Der sekundäre Haltestrom wird vorzugsweise durch ein minimales Stromniveau angezeigt. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist als bidirektionaler Stromtreiber ausgestaltet, der zum Bereitstellen eines negativen Stromflusses zur Entnahme von Strom aus der elektrischen Spule 24 in der Lage ist. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”negativer Stromfluss”, dass die Richtung des Stromflusses zum Erregen der elektrischen Spule umgedreht wird. Folglich werden die Ausdrücke ”negativer Stromfluss” und ”umgedrehter Stromfluss” hier austauschbar verwendet.
Ausführungsformen sind hier auf das Steuern des Kraftstoffeinspritzventils für mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse gerichtet, die während eines Kraftmaschinenzyklus dicht aufeinanderfolgen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Begriff ”dicht aufeinanderfolgend” eine Verweilzeit zwischen jedem aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignis, die kleiner als ein vorbestimmter Verweilzeit-Schwellenwert ist. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Verweilzeit” eine Zeitspanne zwischen dem Ende der Einspritzung des ersten Kraftstoffeinspritzereignisses (Aktorereignisses) und dem Start der Einspritzung für ein entsprechendes zweites Kraftstoffeinspritzereignis (Aktorereignis) von jedem aufeinanderfolgenden Paar von Kraftstoffeinspritzereignissen. Der Verweilzeit-Schwellenwert kann so gewählt sein, dass er eine Zeitspanne derart definiert, dass Verweilzeiten, die kleiner als der Verweilzeit-Schwellenwert sind, das Erzeugen einer Instabilität und/oder von Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse anzeigen, die bei jedem der Kraftstoffeinspritzereignisse zugeführt wird. Die Instabilität und/oder die Abweichungen bei der Größe der eingespritzten Kraftstoffmasse können die Reaktion auf das Vorhandensein sekundärer magnetischer Effekte sein. Die sekundären magnetischen Effekte umfassen persistente Wirbelströme und eine magnetische Hysterese innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils und einen darauf beruhenden Restfluss. Die persistenten Wirbelströme und die magnetische Hysterese sind aufgrund von Übergängen bei anfänglichen Flusswerten zwischen den dicht aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen vorhanden. Folglich wird der Verweilzeit-Schwellenwert nicht einen beliebigen festgelegten Wert definiert und die Wahl desselben kann auf einer Kraftstofftemperatur, auf einer Temperatur des Kraftstoffeinspritzventils, auf dem Typ des Kraftstoffeinspritzventils, auf einem Kraftstoffdruck und auf Kraftstoffeigenschaften wie etwa Kraftstofftypen und Kraftstoffmischungen beruhen, ist aber nicht darauf beschränkt. Bei der Verwendung hierin bezeichnet der Ausdruck ”Fluss” einen Magnetfluss, der das Gesamtmagnetfeld angibt, das von der elektrischen Spule 24 erzeugt wird und durch den Ankerabschnitt hindurchgeht. Da die Wicklungen der elektrischen Spule 24 den Magnetfluss in den Magnetkern einkoppeln, kann dieser Fluss daher gleich der Flusskopplung gesetzt werden. Die Flusskopplung beruht außerdem auf der Flussdichte, die durch den Ankerabschnitt hindurchgeht, auf der Oberfläche des Ankerabschnitts benachbart zu dem Luftspalt, und auf der Anzahl der Wicklungen der Spule 24. Folglich werden die Ausdrücke ”Fluss”, ”Magnetfluss” und ”Flusskopplung” hier austauschbar verwendet, sofern es nicht anderweitig angegeben ist.
Bei Kraftstoffeinspritzereignissen, die nicht dicht aufeinanderfolgen, kann unabhängig von der Verweilzeit eine festgelegte Stromwellenform für jedes Kraftstoffeinspritzereignis verwendet werden, weil das erste Kraftstoffeinspritzereignis eines aufeinanderfolgenden Paars wenig Einfluss auf die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses des aufeinanderfolgenden Paars aufweist. Jedoch kann das erste Kraftstoffeinspritzereignis dazu neigen, die zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des zweiten Kraftstoffeinspritzereignisses und/oder von weiteren anschließenden Kraftstoffeinspritzereignissen zu beeinflussen, wenn das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis dicht aufeinanderfolgen und eine feste Stromwellenform verwendet wird. Jedes Mal, wenn ein Kraftstoffeinspritzereignis durch ein oder mehrere vorhergehende Kraftstoffeinspritzereignisse eines Kraftmaschinenzyklus beeinflusst wird, kann die jeweilige zugeführte eingespritzte Kraftstoffmasse des entsprechenden Kraftstoffeinspritzereignisses zu einer nicht akzeptablen Wiederholbarkeit über den Verlauf von mehreren Kraftmaschinenzyklen hinweg führen, und die aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignisse werden als dicht aufeinanderfolgend betrachtet. Allgemeiner werden alle aufeinanderfolgenden Aktorereignisse, bei denen ein Restfluss von dem vorhergehenden Aktorereignis das Verhalten des nachfolgenden Aktorereignisses relativ zu einem Standard beeinflusst, beispielsweise relativ zu einem Verhalten in Abwesenheit des Restflusses, als dicht aufeinanderfolgend betrachtet.
1-2 veranschaulicht den Aktivierungscontroller 80 von 1-1 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung. Eine Signalflussstrecke 362 stellt eine Kommunikation zwischen dem Steuerungsmodul 60 und dem Einspritzventil-Treiber 50 bereit. Beispielsweise stellt die Signalflussstrecke 362 das Einspritzventil-Befehlssignal (z. B. das Befehlssignal 52 von 1-1) bereit, das den Einspritzventil-Treiber 50 steuert. Das Steuerungsmodul 60 kommuniziert ferner mit dem externen ECM 5 über eine Signalflussstrecke 364 innerhalb des Aktivierungscontrollers 380, die in elektrischer Kommunikation mit einem Leistungsübertragungskabel steht. Beispielsweise kann die Signalflussstrecke 364 überwachte Eingabeparameter (z. B. die überwachten Eingabeparameter 51 von 1-1) von dem ECM 5 für das Steuerungsmodul 60 bereitstellen, um das Einspritzventil-Befehlssignal 52 zu erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Signalflussstrecke 364 Kraftstoffeinspritzventil-Rückmeldungsparameter (z. B. die Rückmeldungssignale 42 von 1-1) an das ECM 5 liefern.
Der Einspritzventil-Treiber 50 empfängt elektrische DC-Leistung von der Leistungsquelle 40 von 1-1 über eine Leistungsversorgungsflussstrecke 366. Durch die Verwendung eines kleinen Modulationssignals, das zu der Leistungsversorgungsflussstrecke 366 hinzugefügt wird, kann die Signalflussstrecke 364 beseitigt werden. Unter Verwendung der empfangenen elektrischen DC-Leistung kann der Kraftstoffeinspritzventil-Treiber 50 Einspritzventil-Aktivierungssignale (z. B. die Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 von 1-1) auf der Grundlage des Einspritzventil-Befehlssignals von dem Steuerungsmodul 60 erzeugen.
Der Einspritzventil-Treiber 50 ist ausgestaltet, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, indem er geeignete Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 erzeugt. Der Einspritzventil-Treiber 50 ist ein bidirektionaler Stromtreiber, der einen positiven Stromfluss über eine erste Stromflussstrecke 352 und einen negativen Stromfluss über eine zweite Stromflussstrecke 354 an die elektrische Spule 24 in Ansprechen auf jeweilige Einspritzventil-Aktivierungssignale 75 bereitstellt. Der positive Strom über die erste Stromflussstrecke 352 wird bereitgestellt, um eine elektrische Spule 24 zu erregen, und der negative Strom über die zweite Stromflussstrecke 354 dreht den Stromfluss um, um Strom aus der elektrischen Spule 24 zu entnehmen. Die Stromflussstrecken 352 und 354 bilden einen geschlossenen Kreis; das heißt, dass ein positiver Strom in 352 hinein zu einem gleichen und entgegengesetzten (negativen) Strom in der Flussstrecke 354 führt und umgekehrt. Eine Signalflussstrecke 371 kann eine Spannung der ersten Stromflussstrecke 352 an das Steuerungsmodul 60 liefern, und eine Signalflussstrecke 373 kann eine Spannung der zweiten Stromflussstrecke 354 an das Steuerungsmodul 60 liefern. Die Spannung und der Strom, die an die elektrische Spule 24 angelegt werden, beruhen auf einer Differenz zwischen den Spannungen an den Signalflussstrecken 371 und 373. Bei einer Ausführungsform verwendet der Einspritzventil-Treiber 50 einen Betrieb mit offenem Regelkreis, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, wobei die Einspritzventil-Aktivierungssignale durch genaue vorbestimmte Stromwellenformen gekennzeichnet sind. Bei einer anderen Ausführungsform verwendet der Einspritzventil-Treiber 50 einen Betrieb mit geschlossenem Regelkreis, um eine Aktivierung des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu steuern, wobei die Einspritzventil-Aktivierungssignale auf Kraftstoffeinspritzventilparametern beruhen, die als Rückmeldung an das Steuerungsmodul über die Signalflussstrecken 371 und 373 bereitgestellt werden. Über eine Signalflussstrecke 356 kann ein gemessener Stromfluss an die Spule 24 an das Steuerungsmodul 60 geliefert werden. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Stromfluss von einem Stromsensor an der zweiten Stromflussstrecke 354 gemessen. Die Kraftstoffeinspritzventilparameter können Werte für die Flusskopplung, die Spannung und den Strom innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 umfassen, oder die Kraftstoffeinspritzventilparameter können Stellvertreter umfassen, die von dem Steuerungsmodul 60 verwendet werden, um die Flusskopplung, die Spannung und den Strom innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu schätzen.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Einspritzventil-Treiber 50 für einen vollständigen Vierquadrantenbetrieb ausgestaltet. 1-3 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform des Einspritzventil-Treibers 50 von 1-2, die zwei Schaltersätze 370 und 372 verwendet, um den Stromfluss zu steuern, der zwischen dem Einspritzventil-Treiber 50 und der elektrischen Spule 24 bereitgestellt wird. In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst der erste Schaltersatz 370 Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2, und der zweite Schaltersatz 372 umfasst Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2. Die Schaltervorrichtungen 370-1, 370-2, 372-1 und 372-2 können Halbleiterschalter sein und sie können Silizium-Halbleiterschalter (Si-Halbleiterschalter) oder Halbleiterschalter mit großer Bandlücke (WBG-Halbleiterschalter) umfassen, die ein Schalten mit hoher Geschwindigkeit bei hohen Temperaturen ermöglichen. Der Vierquadrantenbetrieb des Einspritzventil-Treibers 50 steuert die Richtung des Stromflusses in die elektrische Spule 24 hinein und aus dieser heraus auf der Grundlage eines entsprechenden Schaltzustands, der durch das Steuerungsmodul 60 bestimmt wird. Das Steuerungsmodul 60 kann einen positiven Schaltzustand, einen negativen Schaltzustand und einen Null-Schaltzustand bestimmen und den ersten und zweiten Schaltersatz 370 und 372 zwischen offenen und geschlossenen Positionen beruhend auf dem bestimmten Schaltzustand befehlen. In dem positiven Schaltzustand werden die Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2 des ersten Schaltersatzes 370 in die geschlossene Position befohlen und die Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2 des zweiten Schaltersatzes 372 werden in die offene Position befohlen, um einen positiven Strom in die erste Stromflussstrecke 352 hinein und aus der zweiten Stromflussstrecke 354 heraus zu steuern. Diese Schaltervorrichtungen können ferner unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation moduliert werden, um die Amplitude des Stroms zu steuern. In dem negativen Schaltzustand werden die Schaltervorrichtungen 370-1 und 370-2 des ersten Schaltersatzes 370 in die offene Position befohlen und die Schaltervorrichtungen 372-1 und 372-2 des zweiten Schaltersatzes 372 werden in die geschlossene Position befohlen, um den negativen Strom in die zweite Stromflussstrecke 354 hinein und aus der ersten Stromflussstrecke 352 heraus zu steuern. Diese Schaltervorrichtungen können ferner unter Verwendung einer Pulsbreitenmodulation moduliert werden, um die Amplitude des Stroms zu steuern. In dem Null-Schaltzustand werden alle Schaltervorrichtungen 370-1, 370-2, 372-1 und 372-2 in die offene Position befohlen, um keinen Strom in die elektromagnetische Anordnung hinein oder aus dieser heraus zu steuern. Folglich kann eine bidirektionale Steuerung des Stroms durch die Spule 24 bewirkt werden.
Bei einigen Ausführungsformen wird der negative Strom zur Entnahme von Strom aus der elektrischen Spule 24 für eine Zeitdauer angelegt, die ausreicht, um einen Restfluss innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu reduzieren, nachdem ein sekundärer Haltestrom abgesenkt wurde. Bei anderen Ausführungsformen wird der negative Strom im Anschluss an das Absenken des sekundären Haltestroms aber zusätzlich erst dann angelegt, nachdem sich das Kraftstoffeinspritzventil geschlossen hat oder der Aktor zu seiner statischen oder Ruheposition zurückgekehrt ist. Darüber hinaus können zusätzliche Ausführungsformen umfassen, dass die Schaltersätze 370 und 372 abwechselnd zwischen offenen und geschlossenen Positionen umgeschaltet werden, um die Richtung des Stromflusses an die Spule 24 zu wechseln, was eine Pulsbreitenmodulationssteuerung umfasst, um Stromflussprofile zu bewirken. Die Nutzung der zwei Schaltersätze 370 und 372 ermöglicht eine präzise Steuerung der Richtung und der Amplitude des Stromflusses, der an die Stromflussstrecken 352 und 354 der elektrischen Spule 24 angelegt wird, für mehrere aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse während eines Kraftmaschinenereignisses, indem das Vorhandensein von Wirbelströmen und einer magnetischen Hysterese innerhalb der elektrischen Spule 24 verringert wird.
2 veranschaulicht eine nicht einschränkende beispielhafte erste Aufzeichnung 1000 eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Kraftstoffströmungsrate und eine nicht einschränkende beispielhafte zweite Aufzeichnung 1010 von gemessenen Spannungen an einer Haupterregungsspule und an einer Suchspule für zwei aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse mit identischen Strompulsen, die durch eine Verweilzeit getrennt sind, die nicht anzeigt, dass diese dicht aufeinanderfolgen. Eine gestrichelte vertikale Linie 1001, die sich durch jede der Aufzeichnungen 1000 und 1010 hindurch erstreckt, repräsentiert einen ersten Zeitpunkt, bei dem ein Einspritzende für das erste Kraftstoffeinspritzereignis auftritt, und eine gestrichelte vertikale Linie 1002 repräsentiert einen zweiten Zeitpunkt, bei dem ein Einspritzstart für das zweite Kraftstoffeinspritzereignis auftritt. Die Verweilzeit 1003 repräsentiert eine Zeitspanne zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 1001 und 1002, welche das erste und das zweite Kraftstoffeinspritzereignis voneinander trennt. In der veranschaulichten Ausführungsform überschreitet die Verweilzeit einen Verweilzeit-Schwellenwert. Folglich zeigen das erste und das zweite Kraftstoffeinspritzereignis nicht an, dass sie dicht aufeinanderfolgen.
Mit Bezug auf die erste Aufzeichnung 1000 sind Profile 1011 bzw. 1012 des gemessenen Stroms und der Strömungsrate für die zwei Kraftstoffeinspritzereignisse veranschaulicht. Die vertikale y-Achse entlang der linken Seite der Aufzeichnung 1000 zeigt den elektrischen Strom in Ampere (A) an und die vertikale y-Achse entlang der rechten Seite der Aufzeichnung 1000 zeigt die Kraftstoffströmungsrate in Milligramm (mg) pro Millisekunde (ms) an. Das Profil 1011 des gemessenen Stroms ist für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse im Wesentlichen identisch. Analog ist das Profil 1012 der gemessenen Kraftstoffströmungsrate im Wesentlichen identisch für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse aufgrund dessen, dass die Kraftstoffeinspritzereignisse nicht anzeigen, dass sie dicht aufeinanderfolgen.
Mit Bezug auf die zweite Aufzeichnung 1010 sind Profile 1013 bzw. 1014 der gemessenen Spannung einer Haupterregungsspule und einer Suchspule für die zwei Kraftstoffeinspritzereignisse veranschaulicht. Die gemessene Spannung der Hauptspule kann eine gemessene Spannung der elektrischen Spule 24 von 1-1 repräsentieren und die gemessene Spannung der Suchspule kann eine gemessene Spannung einer Suchspule repräsentieren, die mit der elektrischen Spule 24 von 1-1 gegenseitig magnetisch gekoppelt ist. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 1010 zeigt die Spannung (V) an. Wenn folglich die Haupterregungsspule erregt wird, kann ein Magnetfluss, der von der Haupterregungsspule erzeugt wird, aufgrund der gegenseitigen magnetischen Kopplung in die Suchspule eingekoppelt werden. Das Profil 1014 der gemessenen Spannung der Suchspule zeigt die Spannung an, die in die Suchspule induziert wird, welche proportional zu der Änderungsrate der gegenseitigen Flusskopplung ist. Die Profile 1013 bzw. 1014 der gemessenen Spannung der Haupterregungsspule und der Suchspule sind sowohl für das erste als auch für das zweite Kraftstoffeinspritzereignis im Wesentlichen identisch, welche nicht anzeigen, dass sie dicht aufeinanderfolgen.
3 veranschaulicht eine nicht einschränkende beispielhafte erste Aufzeichnung 1020 eines gemessenen Stroms und einer gemessenen Kraftstoffströmungsrate und eine nicht einschränkende beispielhafte zweite Aufzeichnung 1030 von gemessenen Spannungen der Haupterregungsspule und der Suchspule für zwei aufeinanderfolgende Kraftstoffeinspritzereignisse mit identischen Stromimpulsen, die durch eine Verweilzeit getrennt sind, die anzeigt, dass sie dicht aufeinanderfolgen. Die horizontale x-Achse in jeder der Aufzeichnungen 1020 und 1030 zeigt die Zeit in Sekunden (s) an. Eine gestrichelte vertikale Linie 1004, die sich durch jede der Aufzeichnungen 1020 und 1030 hindurch erstreckt, repräsentiert einen ersten Zeitpunkt, an dem ein Einspritzende für das erste Kraftstoffeinspritzereignis auftritt, und eine gestrichelte vertikale Linie 1005 repräsentiert einen zweiten Zeitpunkt, bei dem ein Einspritzstart für das zweite Kraftstoffeinspritzereignis auftritt. Die Verweilzeit 1006 repräsentiert eine Zeitspanne zwischen den gestrichelten vertikalen Linien 1004 und 1005, welche das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis trennt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Verweilzeit kleiner als ein Verweilzeit-Schwellenwert. Folglich zeigen das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis an, dass sie dicht aufeinanderfolgen.
Mit Bezug auf die erste Aufzeichnung 1020 sind Profile 1021 bzw. 1022 des gemessenen Stroms und der gemessenen Strömungsrate für die zwei Kraftstoffeinspritzereignisse veranschaulicht. Die vertikale y-Achse entlang der linken Seite der Aufzeichnung 1020 zeigt den elektrischen Strom in Ampere (A) an und die vertikale y-Achse entlang der rechten Seite der Aufzeichnung 1020 zeigt die Kraftstoffströmungsrate in Milligramm (mg) pro Sekunde (s) an. Das Profil 1021 des gemessenen Stroms ist für jedes der Kraftstoffeinspritzereignisse im Wesentlichen identisch. Jedoch veranschaulicht das Profil 1022 der gemessenen Kraftstoffrate eine Schwankung bei der gemessenen Kraftstoffströmungsrate zwischen jedem der ersten und zweiten Kraftstoffeinspritzereignisse, obwohl die gemessenen Stromprofile im Wesentlichen identisch sind. Diese Varianz bei der gemessenen Kraftstoffströmungsrate ist bei dicht aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen naturgegeben und führt in nicht gewünschter Weise zu einer zugeführten eingespritzten Kraftstoffmasse bei dem zweiten Kraftstoffeinspritzereignis, die sich von der eingespritzten zugeführten Kraftstoffmasse bei dem ersten Kraftstoffeinspritzereignis unterscheidet.
Mit Bezug auf die zweite Aufzeichnung 1030 sind Profile 1023 bzw. 1024 der gemessenen Spannung der Haupterregungsspule und der Suchspule für die zwei Kraftstoffeinspritzereignisse veranschaulicht. Die gemessene Spannung der Hauptspule kann eine gemessene Spannung der elektrischen Spule 24 von 1-1 repräsentieren und die gemessene Spannung der Suchspule kann eine gemessene Spannung einer Suchspule repräsentieren, die mit der elektrischen Spule 24 von 1-1 gegenseitig magnetisch gekoppelt ist. Die vertikale y-Achse der Aufzeichnung 1030 zeigt die Spannung (V) an. Wenn daher die Haupterregungsspule erregt wird, kann ein Magnetfluss, der von der Haupterregungsspule erzeugt wird, aufgrund der gegenseitigen magnetischen Kopplung mit der Suchspule gekoppelt sein. Das Profil 1024 der gemessenen Spannung der Suchspule zeigt die in die Suchspule induzierte Spannung an, die proportional zu der Änderungsrate der gegenseitigen Flusskopplung ist. Die Profile 1023 bzw. 1024 der gemessenen Spannung der Haupterregungsspule und der Suchspule der Aufzeichnung 1030 weichen während des zweiten Einspritzereignisses im Vergleich mit dem ersten Kraftstoffeinspritzereignis ab. Diese Abweichung zeigt das Vorhandensein eines Restflusses oder eines Magnetflusses an, wenn die Einspritzereignisse dicht aufeinanderfolgen. Mit Bezug auf die Aufzeichnung 1010 von 2 unterscheiden sich die Profile 1013 bzw. 1014 der gemessenen Spannung der Haupterregungsspule und der Suchspule während des zweiten Einspritzereignisses im Vergleich mit dem ersten Kraftstoffeinspritzereignis nicht, wenn das erste und zweite Kraftstoffeinspritzereignis nicht dicht aufeinanderfolgen.
Wieder mit Bezug auf 1-1 sind beispielhafte Ausführungsformen ferner auf das Bereitstellen von Rückmeldungssignalen 42 von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zurück an das Steuerungsmodul 60 und/oder an den Einspritzventil-Treiber 50 gerichtet. Wie nachstehend in größerem Detail erörtert wird, können Sensorvorrichtungen in das Kraftstoffeinspritzventil 10 integriert sein, um verschiedene Kraftstoffeinspritzventilparameter zu messen, um die Flusskopplung der elektrischen Spule 24, die Spannung der elektrischen Spule 24 und den Strom, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, zu beschaffen. Ein Stromsensor kann an einer Stromflussstrecke zwischen dem Aktivierungscontroller 80 und dem Kraftstoffeinspritzventil bereitgestellt sein, um den Strom zu messen, der an die elektrische Spule geliefert wird, oder der Stromsensor kann in das Kraftstoffeinspritzventil 10 an der Stromflussstrecke integriert sein. Die über die Rückmeldungssignale 42 bereitgestellten Parameter des Kraftstoffeinspritzventils können die Flusskopplung, die Spannung und den Strom umfassen, die von entsprechenden Sensorvorrichtungen, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 eingebaut sind, direkt gemessen werden. Zusätzlich oder alternativ können die Kraftstoffeinspritzventilparameter Stellvertreter umfassen, die über die Rückmeldungssignale 42 für das Steuerungsmodul 60 bereitgestellt und von diesem verwendet werden, um die Flusskopplung, den Magnetfluss, die Spannung und den Strom innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils 10 zu schätzen. Wenn das Steuerungsmodul 60 über eine Rückmeldung der Flusskopplung der elektrischen Spule 24, der Spannung der elektrischen Spule 24 und des Stroms, der an die elektrische Spule 24 geliefert wird, verfügt, kann es das Aktivierungssignal 75 für das Kraftstoffeinspritzventil 10 für mehrere aufeinanderfolgende Einspritzereignisse in vorteilhafter Weise modifizieren. Es versteht sich, dass herkömmliche Kraftstoffeinspritzventile durch einen Betrieb mit offenem Regelkreis gesteuert werden, der nur auf einer gewünschten Stromwellenform beruht, die aus Nachschlagetabellen erhalten wird, ohne irgendwelche Informationen mit Bezug auf die krafterzeugende Komponente der Flusskopplung (z. B. des Magnetflusses), die eine Bewegung des Ankerabschnitts 21 bewirkt. Als Folge sind herkömmliche Vorsteuerungs-Kraftstoffeinspritzventile, die nur den Stromfluss zum Steuern des Kraftstoffeinspritzventils berücksichtigen, anfällig für eine Instabilität bei aufeinanderfolgenden Kraftstoffeinspritzereignissen, die dicht aufeinanderfolgen.
Ausführungsformen sind hier auf das Steuern des aktiven Magnetflusses im Kraftstoffeinspritzventil gerichtet, um die elektromagnetische Kraft direkt zu steuern, welche den Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 drückt. Das Steuern der elektromagnetischen Kraft direkt durch ein Steuern des aktiven Magnetflusses kann betrieben werden, um ungewünschte Verzögerungen und Instabilitäten zu überwinden, die durch sekundäre magnetische Effekte, wie etwa Wirbelströme und eine magnetische Hysterese im Kraftstoffeinspritzventil, verursacht werden. Wie vorstehend erwähnt, wird die elektromagnetische Kraft erzeugt, wenn die elektrische Spule 24 erregt wird. Diese elektromagnetische Kraft wird durch den aktiven Magnetfluss erzeugt, der durch den Ankerabschnitt 21 im Kraftstoffeinspritzventil 10 hindurchgeht. Es versteht sich, dass der aktive Magnetfluss äquivalent zu der Flusskopplung dividiert durch die Anzahl von Wicklungen der Spule 24 bei den Ausführungsformen ist, die hier beschrieben sind, da die elektrische Spule 24 durch eine typische Induktion erregt wird. Folglich erfordert eine Implementierung einer aktiven Magnetflusssteuerung, um die Magnetkraft direkt zu steuern, dass die Flusskopplung der elektrischen Spule 24 beschafft wird.
Ausführungsformen beschäftigen sich hier nicht mit einer beliebigen Technik zum Beschaffen des aktiven Magnetflusses oder der äquivalenten Flusskopplung. In einigen Ausführungsformen kann eine Suchspule um die elektrische Spule herum verwendet werden, wobei der Magnetfluss, der durch die elektrische Spule erzeugt wird, aufgrund der gegenseitigen magnetischen Kopplung in die Suchspule eingekoppelt wird. Eine in die Suchspule induzierte Spannung ist proportional zu der Änderungsrate der gegenseitigen Flusskopplung. Folglich kann die Spannung der Suchspule über die Rückmeldungssignale 42 an das Steuerungsmodul 60 geliefert werden, um die Flusskopplung zu schätzen. Daher zeigt die Suchspule Erfassungsvorrichtungen an, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 eingebaut sind, um die Flusskopplung zu beschaffen. In anderen Ausführungsformen kann ein Magnetfeldsensor, etwa ein Hall-Sensor, innerhalb einer Magnetflussstrecke in dem Kraftstoffeinspritzventil positioniert sein, um den aktiven Magnetfluss zu messen. Analog können andere Magnetfeldsensoren verwendet werden, um den aktiven Magnetfluss zu messen, etwa analoge Hall-Sensoren und magnetoresistive Sensoren (MR-Sensoren), ohne aber darauf beschränkt zu sein. Der aktive Magnetfluss, der von derartigen Magnetfeldsensoren gemessen wird, kann über die Rückmeldungssignale 42 an das Steuerungsmodul 60 geliefert werden. Es versteht sich, dass diese Magnetfeldsensoren Erfassungsvorrichtungen anzeigen, die in das Kraftstoffeinspritzventil integriert sind, um den aktiven Magnetfluss zu beschaffen.
4 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Magnetkraft-Steuerungsmoduls unter Verwendung einer Magnetflussrückmeldung und einer Stromrückmeldung, um einen Strom zu steuern, der an eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils angelegt wird, um eine Aktivierung desselben zu steuern. Das Magnetkraft-Steuerungsmodul 300 kann innerhalb des Steuerungsmoduls 60 des Aktivierungscontrollers 80 von 1-1 implementiert sein – und von einer Verarbeitungsvorrichtung desselben ausgeführt werden. Folglich wird das Magnetkraft-Steuerungsmodul 300 mit Bezugnahme auf 1-1 beschrieben.
Das Magnetkraft-Steuerungsmodul 300 umfasst ein Kraftbefehls-Erzeugungsmodul (FCG-Modul) 310, eine erste Differenzeinheit 312, ein Proportional-Integral-Kraftsteuerungsmodul (PI-Kraftsteuerungsmodul) 314, eine zweite Differenzeinheit 316, ein PI-Stromsteuerungsmodul 318, einen Einspritzventil-Treiber 320, einen Stromsensor 322 und ein Kraftzuordnungsmodul 324. Das Steuerungsmodul 60 des Aktivierungscontrollers 80 von 1-1 kann das FCG-Modul 310, die erste und zweite Differenzeinheit 312 bzw. 316, das PI-Kraftsteuerungsmodul 314 und das Kraftzuordnungsmodul 324 umfassen. Der Einspritzventil-Treiber 50 des Kraftaktivierungscontrollers 80 von 1-1 kann das PI-Stromsteuerungsmodul 318 und den Einspritzventil-Treiber 320 umfassen. Jedoch können das Steuerungsmodul 60 und der Einspritzventil-Treiber 50 unterschiedliche Kombinationen aus diesen vorstehend aufgeführten Merkmalen umfassen.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine gewünschte Kraftstoffströmungsrate 309 in das FCG-Modul 310 eingegeben. Die gewünschte Kraftstoffströmungsrate 309 kann von einem externen Modul, z. B. dem ECM 5, auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Eingabeparameter 51 zum Erreichen einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmasse, wie vorstehend mit Bezug auf 1-1 beschrieben ist, geliefert werden. Das FCG-Modul 310 gibt beruhend auf der gewünschten Kraftstoffströmungsrate 309 einen Magnetkraftbefehl 311 aus. Der Magnetkraftbefehl 311 zeigt einen Befehl zum Erzeugen einer Magnetkraft an, die zum Bewegen des Ankerabschnitts 21 in die zweite Richtung 82 benötigt wird, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die offene Position zu aktivieren, um die gewünschte Kraftstoffströmungsrate 309 an den Brennraum 100 zu liefern. Es ist jedoch festzustellen, dass der Magnetkraftbefehl 311 das Vorhandensein eines Restflusses, z. B. eines Magnetflusses, nicht berücksichtigt, der im Kraftstoffeinspritzventil aufgrund eines Hysterese-Effekts und eines Wirbelstromeffekts vorhanden ist. Das Vorhandensein eines Restflusses kann eine Instabilität innerhalb des Kraftstoffeinspritzventils verursachen, welche Kraftstoffströmungsraten und eingespritzte Kraftstoffmassen, die an den Brennraum geliefert werden, beeinträchtigen kann. Folglich kann das Bewegen des Ankerabschnitts 21 nur auf der Grundlage des Magnetkraftbefehls zu einer Kraftstoffströmungsrate führen, die tatsächlich an den Brennraum geliefert wird, welche von der gewünschten Kraftstoffströmungsrate 309 abweicht, was damit dazu führt, dass eine ungenaue oder falsche eingespritzte Kraftstoffmasse an das Kraftstoffeinspritzventil 10 geliefert wird.
Der Magnetkraftbefehl 311 wird in die erste Differenzeinheit 312 eingegeben. Die erste Differenzeinheit 312 vergleicht eine Magnetkraftrückmeldung 325 im Kraftstoffeinspritzventil 10 mit dem Magnetkraftbefehl 311. Die Magnetkraftrückmeldung 325 wird von dem Kraftzuordnungsmodul 324 auf der Grundlage einer Magnetflussrückmeldung 323, welche von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 bereitgestellt wird, ausgegeben. Die Magnetflussrückmeldung 323 zeigt den aktiven Magnetfluss an, der im Kraftstoffeinspritzventil 10 vorhanden ist. Der aktive Magnetfluss oder die äquivalente Flusskopplung, der bzw. die im Kraftstoffeinspritzventil 10 vorhanden ist, kann durch ein beliebiges der vorstehend mit Bezug auf die veranschaulichte Ausführungsform von 1-1 beschriebenen Verfahren unter Verwendung einer oder mehrerer Erfassungsvorrichtungen, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 integriert sind, beschafft werden. Daher kann die Rückmeldung 323 des aktiven Magnetflusses von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 über die Rückmeldungssignale 42, wie vorstehend mit Bezug auf die veranschaulichte Ausführungsform von 1-1 beschrieben wurde, übertragen werden. Auf der Grundlage von bekannten Beziehungen kann das Kraftzuordnungsmodul 324 Nachschlagetabellen oder analytische Funktionen verwenden, um die Magnetkraft im Kraftstoffeinspritzventil 10 (die Magnetkraftrückmeldung 325) auszugeben. Folglich zeigt die Magnetkraftrückmeldung 325 die Magnetkraft des Ankerabschnitts 21 an, welche eine Kraft umfasst, die bei der Anwesenheit des aktiven Magnetflusses im Kraftstoffeinspritzventil 10 auf den Restfluss zurückzuführen ist.
Beruhend auf dem Vergleich zwischen der Magnetkraftrückmeldung 325 und dem Magnetkraftbefehl 311 gibt die erste Differenzeinheit 312 einen justierten Magnetkraftbefehl 313 aus, der das Vorhandensein eines Magnetflusses 323 im Kraftstoffeinspritzventil 10 berücksichtigt. Der justierte Magnetkraftbefehl 313 wird in das PI-Kraftsteuerungsmodul 314 eingegeben, wodurch ein Strombefehl 315 erzeugt wird. Der Strombefehl 315 zeigt einen befohlenen Anzugsstrom und Haltestrom über eine Zeitdauer hinweg an, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zum Liefern der gewünschten Kraftstoffströmungsrate 309 zu aktivieren. Der Strombefehl 315 berücksichtigt zwar die Magnetkraftrückmeldung 325 im Kraftstoffeinspritzventil, jedoch berücksichtigt der Strombefehl 315 keinen Strom, der im Kraftstoffeinspritzventil vorhanden ist, der beispielsweise durch die elektrische Spule 24 hindurch fließt.
Folglich zeigt eine Stromrückmeldung 327 einen von dem Stromsensor 322 gemessenen Strom an, welcher an einer Stromflussstrecke zwischen dem Kraftstoffeinspritzventil 10 und dem Einspritzventil-Treiber 320 positioniert ist. Die zweite Differenzeinheit 316 gibt einen justierten Strombefehl 317 auf der Grundlage eines Vergleichs zwischen dem Strombefehl 315 und der von dem Stromsensor 322 gemessenen Stromrückmeldung 327 aus. Der justierte Strombefehl 317, der den Magnetfluss und die Stromrückmeldung vom Kraftstoffeinspritzventil 10 berücksichtigt, wird in das PI-Stromsteuerungsmodul 318 eingegeben, wodurch ein PWM-Signal 319 des befohlenen elektrischen Leistungsflusses erzeugt und in den Einspritzventil-Treiber 320 eingegeben wird. Auf der Grundlage des PWM-Signals 319 des befohlenen elektrischen Leistungsflusses, welches die Stromrückmeldung 327 und die Magnetkraftrückmeldung 325 im Kraftstoffeinspritzventil 10 berücksichtigt, kann der Einspritzventil-Treiber 320 einen Strom in eine erste Richtung 321 bereitstellen, um die elektrische Spule 24 zu erregen, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 zur Lieferung der gewünschten eingespritzten Kraftstoffmasse für den Brennraum 100 der Kraftmaschine zu aktivieren. Es versteht sich, dass der Einspritzventil-Treiber 320 einen bidirektionalen Stromtreiber enthalten kann, der in der Lage ist, einen positiven Strom (z. B. in die erste Richtung 321) zum Erregen der elektrischen Spule und einen negativen oder umgedrehten Strom zum Entnehmen von Strom aus der elektrischen Spule für Zwecke wie etwa dem Reduzieren des Restflusses bereitzustellen. Daher ermöglicht das Magnetkraft-Steuerungsmodul 300, dass die gewünschte Kraftstoffströmungsrate 309 für jedes von mehreren Kraftstoffeinspritzereignissen in schneller Folge unter Verwendung eines Betriebs mit geschlossenem Regelkreis auf der Grundlage der Magnetkraftrückmeldung 325 und der Stromrückmeldung 327 im Kraftstoffeinspritzventil 10 erreicht wird.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Ausführungsform eines Magnetkraft-Steuerungsmoduls unter Verwendung einer Magnetflussrückmeldung, um einen Strom zu steuern, der an eine elektrische Spule eines Kraftstoffeinspritzventils angelegt wird, um dessen Aktivierung zu steuern. Das Magnetkraft-Steuerungsmodul 400 kann innerhalb des Steuerungsmoduls 60 des Aktivierungscontrollers 80 von 1-1 implementiert sein – und von einer Verarbeitungsvorrichtung desselben ausgeführt werden.
Daher wird das Magnetkraft-Steuerungsmodul 400 mit Bezugnahme auf 1-1 beschrieben. Das Magnetkraft-Steuerungsmodul 400 umfasst ein Kraftbefehlserzeugungsmodul (FCG-Modul) 410, eine erste Differenzeinheit 412, ein Proportional-Integral-Kraftsteuerungsmodul (PI-Kraftsteuerungsmodul) 414, einen Einspritzventil-Treiber 420 und ein Kraftzuordnungsmodul 424. Das Steuerungsmodul 60 des Aktivierungscontrollers 80 von 1-1 kann das FCG-Modul 410, die Differenzeinheit 412, das PI-Kraftsteuerungsmodul 414 und das Kraftzuordnungsmodul 424 umfassen. Der Einspritzventil-Treiber 50 des Kraftaktivierungscontrollers 80 von 1-1 kann den Einspritzventil-Treiber 320 umfassen. Jedoch können das Steuerungsmodul 60 und der Einspritzventil-Treiber 50 andere Kombinationen aus diesen vorstehend aufgeführten Merkmalen umfassen.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine gewünschte Kraftstoffströmungsrate 409 in das FCG-Modul 410 eingegeben. Die gewünschte Kraftstoffströmungsrate 409 kann von einem externen Modul, z. B. dem ECM 5, auf der Grundlage der vorstehend erwähnten Eingabeparameter 51 zum Erzielen einer gewünschten eingespritzten Kraftstoffmasse, wie vorstehend mit Bezug auf 1-1 beschrieben ist, geliefert werden. Das FCG-Modul 410 gibt beruhend auf der gewünschten Kraftstoffströmungsrate 409 einen Magnetkraftbefehl 411 aus. Der Magnetkraftbefehl 411 zeigt einen Befehl zum Erzeugen einer Magnetkraft an, die benötigt wird, um den Ankerabschnitt 21 in die zweite Richtung 82 zu bewegen, um das Kraftstoffeinspritzventil 10 in die offene Position zu aktivieren, um die gewünschte Kraftstoffströmungsrate 409 an den Brennraum 100 zu liefern. Es ist jedoch festzustellen, dass der Magnetkraftbefehl 411 das Vorhandensein eines Restflusses, z. B. eines Magnetflusses, nicht berücksichtigt, der im Kraftstoffeinspritzventil aufgrund eines Hystereseeffekts und eines Wirbelstromeffekts vorhanden ist. Das Vorhandensein des Restflusses kann eine Instabilität im Kraftstoffeinspritzventil verursachen, die Kraftstoffströmungsraten und eingespritzte Kraftstoffmassen beeinträchtigen kann, welche an den Brennraum geliefert werden. Folglich kann das Bewegen des Ankerabschnitts 21 nur auf der Grundlage des Magnetkraftbefehls zu einer tatsächlich an den Brennraum gelieferten Kraftstoffströmungsrate führen, die von der gewünschten Kraftstoffströmungsrate 409 abweicht, was damit dazu führt, dass eine ungenaue oder falsche eingespritzte Kraftstoffmasse an das Kraftstoffeinspritzventil 10 geliefert wird.
Der Magnetkraftbefehl 411 wird in die Differenzeinheit 412 eingegeben. Die erste Differenzeinheit 412 vergleicht eine Magnetkraftrückmeldung 425 im Kraftstoffeinspritzventil 10 mit dem Magnetkraftbefehl 411. Die Magnetkraftrückmeldung 425 wird von dem Kraftzuordnungsmodul 424 auf der Grundlage einer Magnetflussrückmeldung 423 ausgegeben, die von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 bereitgestellt wird. Die Magnetflussrückmeldung 423 zeigt den aktiven Magnetfluss an, der im Kraftstoffeinspritzventil 10 vorhanden ist. Der aktive Magnetfluss oder die äquivalente Flusskopplung, der bzw. die im Kraftstoffeinspritzventil 10 vorhanden ist, kann unter Verwendung einer oder mehrerer Erfassungsvorrichtungen, die in das Kraftstoffeinspritzventil 10 integriert sind, durch ein beliebiges der Verfahren beschafft werden, die vorstehend mit Bezug auf die veranschaulichte Ausführungsform von 1-1 beschrieben sind. Daher kann die aktive Magnetflussrückmeldung 423 von dem Kraftstoffeinspritzventil 10 über die Rückmeldungssignale 42 übertragen werden, die vorstehend mit Bezug auf die veranschaulichte Ausführungsform von 1-1 beschrieben sind. Auf der Grundlage bekannter Beziehungen kann das Kraftzuordnungsmodul 424 Nachschlagetabellen oder analytische Funktionen verwenden, um die Magnetkraft im Kraftstoffeinspritzventil 10 (die Magnetkraftrückmeldung 425) auszugeben. Folglich zeigt die Magnetkraftrückmeldung 425 die Magnetkraft des Ankerabschnitts 21 an, welche eine Kraft umfasst, die auf den Restfluss beim dem Vorhandensein des aktiven Magnetflusses im Kraftstoffeinspritzventil 10 zurückzuführen ist.
Beruhend auf dem Vergleich zwischen der Magnetkraftrückmeldung 425 und dem Magnetkraftbefehl 411 gibt die Differenzeinheit 412 einen justierten Magnetkraftbefehl 413 aus, der das Vorhandensein eines Magnetflusses 423 im Kraftstoffeinspritzventil 10 berücksichtigt. Der justierte Magnetkraftbefehl 413 wird in das PI-Kraftsteuerungsmodul 414 eingegeben, wodurch ein PWM-Signal 429 des elektrischen Leistungsflusses erzeugt und in den Einspritzventil-Treiber 420 eingegeben wird. Folglich berücksichtigt das PWM-Signal 429 des befohlenen elektrischen Leistungsflusses die Magnetkraftrückmeldung 425 im Kraftstoffeinspritzventil, während das PWM-Signal 319 des befohlenen elektrischen Leistungsflusses des Magnetkraft-Steuerungsmoduls 300 von 4 hingegen sowohl die Magnetkraftrückmeldung 325 als auch die Stromrückmeldung 327 berücksichtigt. Daher ermöglicht das Magnetkraft-Steuerungsmodul 400, dass eine gewünschte Kraftstoffströmungsrate 409 für jedes von mehreren Kraftstoffeinspritzereignissen in schneller Folge unter Verwendung eines Betriebs mit geschlossenem Regelkreis auf der Grundlage der Magnetkraftrückmeldung 425 im Kraftstoffeinspritzventil 10 erreicht wird.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Modifikationen dazu beschrieben. Beim Lesen und Verstehen der Beschreibung können Anderen weitere Modifikationen und Veränderungen begegnen. Es ist daher beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist, die als die beste Art zum Ausführen dieser Offenbarung betrachtet werden, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Elektromagnetisches Betätigungssystem, umfassend: einen Aktor, der eine elektrische Spule, einen Magnetkern und einen Anker umfasst; eine steuerbare Treiberschaltung zum selektiven Treiben eines Stroms durch die elektrische Spule hindurch; und ein Steuerungsmodul, das einen Aktorbefehl an die Treiberschaltung liefert, der das Treiben eines Stroms durch die elektrische Spule hindurch bewirkt, um den Anker zu betätigen, wobei das Steuerungsmodul ein Magnetkraft-Steuerungsmodul umfasst, das ausgestaltet ist, um den Aktorbefehl anzupassen, um eine Magnetkraft im Aktor auf ein bevorzugtes Kraftniveau konvergieren zu lassen.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei das elektromagnetische Betätigungssystem ein Kraftstoffeinspritzventil umfasst und das bevorzugte Kraftniveau einer gewünschten Kraftstoffströmungsrate entspricht.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei die steuerbare Treiberschaltung eine bidirektionale Treiberschaltung umfasst.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Magnetkraft-Steuerungsmodul einen Rückmeldungskreis für einen Strom der elektrischen Spule umfasst, der ausgestaltet ist, um den Aktorbefehl anzupassen, um den Strom der elektrischen Spule auf einen gewünschten Strom der elektrischen Spule konvergieren zu lassen.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 4, wobei das Magnetkraft-Steuerungsmodul eine Suchspule, die mit der elektrischen Spule gegenseitig magnetisch gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine zeitliche Änderungsrate des Magnetflusses im Aktor zu erfassen, und ein Kraftzuordnungsmodul umfasst, um eine Magnetkraftausgabe auf der Grundlage der zeitlichen Änderungsrate des Magnetflusses bereitzustellen.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Magnetkraft-Steuerungsmodul eine Suchspule, die mit der elektrischen Spule gegenseitig magnetisch gekoppelt ist und ausgestaltet ist, um eine zeitliche Änderungsrate des Magnetflusses im Aktor zu erfassen, und ein Kraftzuordnungsmodul umfasst, um eine Magnetkraftausgabe auf der Grundlage der zeitlichen Änderungsrate des Magnetflusses bereitzustellen.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Magnetkraft-Steuerungsmodul einen magnetoresistiven Sensor, der ausgestaltet ist, um einen Fluss im Aktor zu erfassen, und ein Kraftzuordnungsmodul umfasst, um eine Magnetkraftausgabe auf der Grundlage des Flusses im Aktor bereitzustellen.
Elektromagnetisches Betätigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Magnetkraft-Steuerungsmodul einen Halleffekt-Sensor, der ausgestaltet ist, um einen Fluss im Aktor zu erfassen, und ein Kraftzuordnungsmodul umfasst, um eine Magnetkraftausgabe auf der Grundlage des Flusses im Aktor bereitzustellen.
Verfahren zum Steuern eines elektromagnetischen Aktors, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Strom durch eine elektrische Spule des Aktors hindurch getrieben wird, wenn eine Betätigung gewünscht wird; und der Strom durch die elektrische Spule hindurch auf der Grundlage einer Magnetkraftrückmeldung angepasst wird, um eine Magnetkraft im Aktor auf ein bevorzugtes Kraftniveau konvergieren zu lassen.
Verfahren zum Steuern des elektromagnetischen Aktors nach Anspruch 9, das ferner umfasst, dass: der Strom durch die elektrische Spule hindurch auf der Grundlage einer Rückmeldung des Stroms der elektrischen Spule angepasst wird, um den Strom der elektrischen Spule auf einen gewünschten Strom der elektrischen Spule konvergieren zu lassen.