DE102012208756B4

DE102012208756B4 - Injektorzustandserfassungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012208756B4
Application number: DE102012208756.7A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Kida; Yasuhiro Fukagawa; Takehiko Kato; Taro Sugimura
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2011-05-27
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2020-10-08
Anticipated expiration: 2032-05-25
Also published as: JP2012246821A; JP5472204B2; DE102012208756A1

Abstract

Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60a), die einen Zustand eines Injektors (11) erfasst, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs (21a) durch Bewegen einer Nadel (22) gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert, wobei die Vorrichtung aufweist:ein Versorgungsmittel (62a), das einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom überlagert und dem Injektor (11) einen überlagerten Strom bereitstellt;ein Wechselstromerfassungsmittel (63), das einen Wechselstrom erfasst, der durch den Injektor (11) fließt; undein Zustandserfassungsmittel (65), das einen Zustand des Injektors (11), der den Wechselstrom, der durch den Injektor (11) fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird,wobei der Injektor (11) eine feste Elektrode (38a, 38b) und eine bewegliche Elektrode (33b) beinhaltet, die gegenüberliegend der festen Elektrode (38a, 38b) mit einer Lücke angeordnet ist, um einen Kondensator bereitzustellen, und sich relativ zur festen Elektrode (38a, 38b) gemäß der Bewegung der Nadel (22) bewegt,wobei der Kondensator verdrahtet ist, so dass er mit dem Wechselstrom versorgt wird, der durch den Injektor (11) fließt, undwobei das Zustandserfassungsmittel (65) eine Wegstrecke der Nadel (22) als den Zustand des Injektors (11) basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird;wobei die Vorrichtung ferner aufweist:ein Induktivitätserfassungsmittel (67) und ein Korrekturmittel (68),wobei der Injektor (11) eine Solenoidspule (31) beinhaltet, die eine magnetische Kraft entsprechend dem bereitgestellten Gleichstrom erzeugt, und die Nadel (22) gemäß der magnetischen Kraft bewegt, die von der Solenoidspule (31) erzeugt wird,wobei das Versorgungsmittel (62a) den Wechselstrom, der innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gewobbelt wird, dem Gleichstrom überlagert und den überlagerten Strom dem Injektor (11) bereitstellt,wobei das Induktivitätserfassungsmittel (67) eine Induktivität der Solenoidspule (31) basierend auf einer Resonanzfrequenz erfasst, die aus einer Frequenzanalyse des Wechselstroms gefunden wird, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird, undwobei das Korrekturmittel (68) die Wegstrecke der Nadel (22) basierend auf der Induktivität korrigiert, die durch das Induktivitätserfassungsmittel (67) erfasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung, die Zustände eines Injektors erfasst.
Wie in der JP 2 760 072 B2 offenbart ist, ist ein Nadelhubsensor für eine Kraftstoffinjektionsdüse als Stand der Technik bezüglich einer Injektorzustandserfassungsvorrichtung bekannt, die Zustände eines Injektors (elektromagnetisches Ventil) wie beispielsweise Induktivität und Temperatur des Injektors erfasst.. Der Nadelhubsensor beinhaltet eine Erfassungsspule, die koaxial mit einer Nadel platziert ist. Ein Erregen der Erfassungsspule ändert die Induktivität in Synchronisation mit einer Bewegung eines Flansches eines Druckstifts, der sich mit der Nadel bewegt. Die erfasste Induktivität wird verwendet, um einen Nadelhubbetrag als den Injektorzustand zu erfassen.
In einer Injektorzustandserfassungsvorrichtung, die eine Nadelwegstrecke (Injektorzustand) erfasst, wie in der JP 2 760 072 B2 offenbart ist, muss ein Erfassungsteil des beweglichen Abschnitts in einem nichtmagnetischen Material eingeschlossen sein, um einen Magnetfluss zu verringern, der einen nicht beweglichen Abschnitt passiert, und um einen Effekt von Magnetfluss aufgrund des Injektorsolenoids zu unterdrücken. Darüber hinaus wird eine zusätzliche Verkabelung für die Erfassungsspule benötigt. Somit wird die Konfiguration kompliziert und es ist schwierig, Kosten zu reduzieren und Verlässlichkeit sicherzustellen. Ein ähnliches Problem tritt in der Konfiguration zum Erfassen der anderen Injektorzustände sowie der Nadelwegstrecke auf.
Aus der DE 10 2005 007 327 B4 ist eine Schaltungsanordnung zum Betreiben einer Injektoranordnung zum Einspritzen von Kraftstoff bei einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei eine Ventileinstellung auf der Grundlage eines Wechselspannungs-Messsignals erfasst wird, das einem Ansteuersignal überlagert wird.
Die DE 197 51 661 C2 sowie die DE 103 38 489 B3 offenbaren jeweils die Ausbildung eines Kondensators mit einer festen und einer durch eine Ventilnadel mitbewegten Elektrode zur kapazitiven Stellungsdetektion.
Die DE 44 38 059 A1 lehrt zudem eine Auswertung einer sich ergebenden Resonanzfrequenz bei an Ventilen angeordneten Magnetkreisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine aus der DE 10 2005 007 327 B4 bekannte Injektorzustandserfassungsvorrichtung weiterzuentwickeln. Es wird dabei eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Injektorzustand mit einer einfachen Konfiguration erfasst.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der Ansprüche
Demgemäß beinhaltet eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung ein Versorgungsmittel, ein Wechselstromerfassungsmittel und ein Zustandserfassungsmittel. Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung erfasst einen Zustand eines Injektors, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs durch Bewegen einer Nadel gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert. Das Versorgungsmittel überlagert einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom und stellt dem Injektor einen überlagerten Strom bereit. Das Wechselstromerfassungsmittel erfasst einen Wechselstrom, der durch den Injektor fließt. Das Zustandserfassungsmittel erfasst einen Zustand des Injektors, der den Wechselstrom, der durch den Injektor fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom, der durch das Wechselstromerfassungsmittel erfasst wird.
Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung kann einen Injektorzustand mit einer einfachen Konfiguration erfassen.
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Zusammenschau mit den Zeichnungen ersichtlich.
Lediglich die zweite und dritte Ausführungsform gemäß 6 und 10 und dazu in Bezug genommene Teile betreffen den Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die erste Ausführungsform hingegen betrifft nicht den Gegenstand der vorliegenden Erfindung sondern dient als Beispiel allein deren Erläuterung.
Es zeigen:

1 ein Blockschaltbild, das eine Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung darstellt, die eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform beinhaltet;
2 eine Querschnittsansicht eines Injektors;
3A eine Querschnittsansicht des Injektors entlang der Linie IIIA-IIIA in 2;
3B eine Querschnittsansicht des Injektors entlang der Linie IIIB-IIIB in 2;
4A bis 4F Zeitdiagramme, die Operationen und Aktionen einer Injektoransteuervorrichtung während einer Ansteuerperiode des in 2 dargestellten Injektors darstellen;
5A bis 5D Zeitdiagramme, die Operationen und Aktionen der Injektorzustandserfassungsvorrichtung während der Ansteuerperiode des in 2 dargestellten Injektors darstellen;
6 ein Blockschaltbild, das eine Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung darstellt, die eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
7 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Wobbelfrequenz und einem effektiven Hochfrequenzstromwert einer Solenoidspule darstellt;
8 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Resonanzfrequenz und einer Induktivität der Solenoidspule darstellt;
9A einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Nadelwegstrecke und einer Induktivität darstellt, und 9B einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Strom, der dem Injektor bereitgestellt wird, und einer Induktivität darstellt.
10 ein Blockschaltbild, das eine Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung darstellt, die eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
11 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Wobbelfrequenz und einem effektiven Hochfrequenzstromwert einer Solenoidspule darstellt;
12 einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Stromwert und einem Widerstandswert eines Widerstandselements darstellt;
13A einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einer Nadelwegstrecke und einem Widerstandswert eines Widerstandselements darstellt; und
13B einen Graphen, der eine Beziehung zwischen einem Strom, der dem Injektor bereitgestellt wird, und einem Widerstandswert eines Widerstandselements darstellt.

(Erste Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 gemäß einer ersten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Eine Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung 10, die in 1 dargestellt ist, injiziert Kraftstoff beispielsweise in einen Motor, der an einem Fahrzeug angebracht ist. In der Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung 10 wird die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 angewandt. Die Kraftstoffinjektionssteuervorrichtung 10 beinhaltet einen Injektor 11 zum Injizieren von Kraftstoff in einen Motorzylinder und eine Injektoransteuervorrichtung 12 zum Ansteuern des Injektors 11.
Wie in 2 dargestellt ist, beinhaltet der Injektor 11 einen Düsenabschnitt 20, einen Solenoidabschnitt 30 und einen Kraftstoffversorgungsabschnitt 40. Der Düsenabschnitt 20 beinhaltet ein Injektionsloch 21a, das bereitgestellt wird, um Kraftstoff zu injizieren. Der Solenoidabschnitt 30 bewegt eine Nadel 22 des Düsenabschnitts 20 in einer axialen Richtung (vertikale Richtung in 2). Der Kraftstoffversorgungsabschnitt 40 wird mit Hochdruckkraftstoff versorgt. Der Injektor 11 wird durch den Kraftstoffversorgungsabschnitt 40 mit Kraftstoff versorgt und führt den Kraftstoff in Richtung des Injektionslochs 21a durch einen Kraftstoffkanal. Der Injektor 11 bewegt ebenso die Nadel 22 in der axialen Richtung, um die Injektion durch das Injektionsloch 21a zu steuern. Zum leichteren Verständnis wird angenommen, dass die Unterseite von 2 die Seite des vorderen Endes und die Oberseite von 2 die Seite des hinteren Endes ist.
Der Düsenabschnitt 20 beinhaltet einen annähernd zylindrischen Körperabschnitt 21 und eine Nadel 22. Der Körperabschnitt 21 beinhaltet das Injektionsloch 21a, das in Richtung des vorderen Endes vorgesehen ist, und ist in einem Befestigungsloch eines Zylinderkopfs befestigt. Die Nadel 22 steuert das Öffnen und Schließen des Injektionslochs 21a. Die Nadel 22 ist in dem Körperabschnitt 21 in der axialen Richtung verschiebbar aufgenommen und gelagert, so dass sie einen Kraftstoffkanal 45 zwischen der Nadel 22 und einem inneren Umfang des Körperabschnitts 21 ausbildet. Die Nadel 22 bewegt sich und wird gegen das vordere Ende des Körperabschnitts 21 gepresst, um das Injektionsloch 21a zu schließen. Die Nadel 22 bewegt sich in einer Richtung weg von dem Injektionsloch 21a, um dadurch den Verschlusszustand des Injektionslochs 21a freizugeben.
Der Solenoidabschnitt 30 beinhaltet eine Solenoidspule 31, einen annähernd zylindrischen festen Kern 32, einen annähernd zylindrischen beweglichen Kern 33, ein Kerncontainerbauteil 34 und eine Spiralfeder 35. Die Solenoidspule 31 erzeugt eine magnetische Anziehungskraft (magnetische Kraft) entsprechend einem bereitgestellten Gleichstrom. Der feste Kern 32 erzeugt eine magnetische Anziehungskraft, wenn die Solenoidspule 31 erregt wird. Der bewegliche Kern 33 ist in Richtung des vorderen Endes des festen Kerns 32 platziert, während er eine spezifizierte Lücke hinterlässt, und wird in Richtung des hinteren Endes aufgrund der magnetischen Anziehungskraft, die von dem festen Kern 32 erzeugt wird, magnetisch angezogen. Das Kerncontainerbauteil 34 nimmt den festen Kern 32 fest in sich auf. Die Spiralfeder 35 übt eine Kraft auf den beweglichen Kern 33 in Richtung des vorderen Endes aus, um so gegen die magnetische Anziehungskraft zu reagieren.
Die Solenoidspule 31 wird durch mehrmaliges Wickeln eines Spulendrahts um einen annähernd zylindrischen Spulenwicklungsabschnitt (Spulenträger) 36 bereitgestellt, der eine Basis aufweist. Die Solenoidspule 31 wird mit Energie von der Injektoransteuervorrichtung 12 durch einen Verbinder versorgt, der einen positiven Anschluss 37a und einen negativen Anschluss 37b aufweist.
Der feste Kern 32 ist an dem Kerncontainerbauteil 34 in Richtung des äußeren Umfangs befestigt. Der feste Kern 32 definiert einen Kraftstoffkanal 42 in Richtung des inneren Umfangs. Der Kraftstoffkanal 42 wird ebenso als ein Raum zum Aufnehmen der Spiralfeder 35 verwendet.
Ein hinteres Ende des beweglichen Kerns 33 wird durch den Spulenwicklungsabschnitt 36 verschiebbar gehalten. Ein vorderes Ende des beweglichen Kerns 33 hält das hintere Ende der Nadel 22, die eine Öffnung 36b passiert, die in einem Boden 36a des Spulenwicklungsabschnitts 36 definiert ist. Der bewegliche Kern 33 bewegt sich dabei mit der Nadel 22 in der axialen Richtung. Der innere Umfang des beweglichen Kerns 33 definiert einen Kraftstoffkanal 43, der mit dem Kraftstoffkanal 42 verbunden ist. Der äußere Umfang des beweglichen Kerns 33 definiert einen Kraftstoffkanal 44 mit dem inneren Umfang des Spulenwicklungsabschnitts 36 und dem hinteren äußeren Umfang der Nadel 22. Der Kraftstoffkanal 43 ist mit dem Kraftstoffkanal 44 durch mehrere Durchgangslöcher 33a verbunden, die in der radialen Richtung in den beweglichen Kern 33 ragen. Der Kraftstoffkanal 44 ist mit dem Kraftstoffkanal 45 durch die Öffnung 36b des Spulenwicklungsabschnitts 36 verbunden.
Wie in 2, 3A und 3B dargestellt ist, befinden sich zwei feste Elektroden 38a und 38b an einem Abschnitt, der zu einem Basisabschnitt 36a des Spulenwicklungsabschnitts 36 gehört und einer vorderen Endfläche 33b des beweglichen Kerns 33 gegenüberliegt (vgl. 3A). Die festen Elektroden 38a und 38b sind nicht in Kontakt miteinander. Ein Kondensator C1 ist in einer Lücke zwischen der festen Elektrode 38a und der vorderen Endfläche 33b konfiguriert, die gegen die feste Elektrode 38a entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung (axiale Richtung) der Nadel 22 platziert ist. Ein Kondensator C2 ist in einer Lücke zwischen der festen Elektrode 38b und der vorderen Endfläche 33b konfiguriert, die gegen die feste Elektrode 38b entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung (axiale Richtung) der Nadel 22 platziert ist. Die feste Elektrode 38a ist mit dem positiven Anschluss 37a durch eine Verdrahtung 39a elektrisch gekoppelt. Die feste Elektrode 38b ist mit dem positiven Anschluss 37b durch eine Verdrahtung 39b elektrisch gekoppelt.
Die zwei Kondensatoren C1 und C2 variieren ihre Kapazität mit der Bewegung der Nadel 22 und erlauben der vorderen Endfläche 33b, als eine bewegliche Elektrode zu funktionieren. Die Kondensatoren C1 und C2 sind in Serie mit dem positiven Anschluss 37a und dem negativen Anschluss 37b gekoppelt und sind parallel mit der Solenoidspule 31 gekoppelt (vgl. 1). Die Kondensatoren C1 und C2 sind so verdrahtet, dass ein Wechselstrom, der durch den Injektor 11 fließt, mittels des positiven Anschlusses 37a und des negativen Anschlusses 37b bereitgestellt wird.
Der Kraftstoffversorgungsabschnitt 40 definiert einen Kraftstoffkanal 41, der mit dem Kraftstoffkanal 42 verbunden ist. Der Kraftstoffversorgungsabschnitt 40 wird mit Kraftstoff von außerhalb versorgt und führt den Kraftstoff zum Kraftstoffkanal 41 durch einen nicht dargestellten Filter.
Gemäß der vorstehend erläuterten Konfiguration wird der Injektor 11 mit Hochdruckkraftkraftstoff von außerhalb versorgt, erlaubt dem Kraftstoff, die Kraftstoffkanäle 41 bis 45 sequenziell zu passieren, und führt den Kraftstoff zum Injektionsloch 21a. Wird die Solenoidspule 31 erregt, bewegt der Injektor den beweglichen Kern 33 und die Nadel 22 in Richtung des hinteren Endes gegen die Kraft, die von der Spiralfeder 35 ausgeübt wird, um den Kraftstoffkanal 45 bezüglich des Injektionslochs 21a freizugeben. Dann wird der Kraftstoff durch das Injektionsloch 21a injiziert.
Die Injektoransteuervorrichtung 12 wird nachfolgend erläutert. Wie in 1 dargestellt ist, beinhaltet die Injektoransteuervorrichtung 12 einen ersten Anschluss P1 und einen zweiten Anschluss P2 als Ausgangsanschlüsse. Der erste Anschluss P1 ist mit dem positiven Anschluss 37a des Injektors 11 gekoppelt. Der zweite Anschluss P2 ist mit dem negativen Anschluss 37b gekoppelt. Der Injektoransteuervorrichtung 12 beinhaltet einen Wiederherstellungsschalter beziehungsweise einen sogenannten Recovery-Switch 52, eine Freilaufdiode beziehungsweise eine sogenannte Freilaufdiode D1, einen Kondensator C, einen ersten Stromsteuerschalter 53, einen DC-DC-Wandler 54, einen zweiten Stromsteuerschalter 55 und eine Steuerschaltung 51. Der Wiederherstellungsschalter 52 ist in Serie zwischen dem zweiten Anschluss P2 und einem Anschluss eines Stromerfassungswiderstands R gekoppelt, dessen anderer Anschluss mit einer Masseleitung (GND = 0 V) gekoppelt ist. Die Anode der Freilaufdiode D1 ist mit der Masseleitung verbunden, und die Kathode der Freilaufdiode D1 ist mit dem ersten Anschluss P1 verbunden. Der Kondensator C versorgt die Solenoidspule 31 mit einem Spitzenstrom, der den Injektor 11 schnell öffnet. Der erste Stromsteuerschalter 53 koppelt die positive Seite des Kondensators C mit dem ersten Anschluss P1. Der DC-DC-Wandler 54 erhöht eine Energieversorgungsspannung einer Gleichstromenergieversorgung (Batterie) B, erzeugt eine Spannung, die höher als die Energieversorgungsspannung ist, und stellt die Hochspannung dem Kondensator C mittels einer Diode D2 bereit, um den Kondensator C zu laden. Der zweite Stromsteuerschalter 55 versorgt die Solenoidspule 31 mit einem Haltestrom, der die Energiespannung der Gleichstromenergieversorgung B direkt anlegt, um den Injektor 11 offen zu halten. Die Steuerschaltung 51 steuert die gesamte Injektoransteuervorrichtung 12. Die Schalter 52, 53 und 55 können durch Schalteinrichtungen wie beispielsweise MOSFETs ausgebildet sein. Die Steuerschaltung 51 steuert Ein-Aus-Zustände oder Schaltoperationen der Schalter.
Eine Energierückgewinnungsroute ist zwischen dem zweiten Anschluss P2 und der positiven Seite des Kondensators C vorgesehen, um die Leerlaufenergie beziehungsweise die Flyback-Energie von der Solenoidspule 31 zu dem Kondensator C wiederherzustellen. Die Energierückgewinnungsroute ist mit einer Energierückgewinnungsdiode D3 versehen, deren Kathode in Richtung des Kondensators C orientiert ist. Eine Rückflussvermeidungsdiode D4 ist stromabwärts des zweiten Stromsteuerschalters 55 vorgesehen.
Der DC-DC-Wandler 54 beinhaltet eine Boost-Spule 54a und einen Boost-Schalter 54, die in Serie zwischen der Gleichstromenergieversorgung B und der Masseleitung vorgesehen sind. Gemäß einem bekannten Verfahren lädt das Ein- oder Ausschalten des Boost-Schalters 54b den Kondensator C mit Energie, die in der Boost-Spule 54a gespeichert ist, mittels der Diode D2.
Die Injektoransteuervorrichtung 12 beinhaltet die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60, die Zustände des Injektors 11 erfasst. Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 beinhaltet eine Wechselstromenergieversorgung 61, ein Wechselstromversorgungsmittel 62, einen Extrahierungsabschnitt 63, einen Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende und einen Zustandserfassungsabschnitt 65. Das Wechselstromversorgungsmittel 62 überlagert einen Wechselstrom einem Gleichstrom, der dem Injektor 11 bereitgestellt wird. Der Extrahierungsabschnitt 63 erfasst und extrahiert Wechselstromkomponenten von einem Strom, der durch den Widerstand R fließt. Der Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende erfasst und erlangt eine Einhüllende von Scheitelpunktwerten des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird. Der Zustandserfassungsabschnitt 65 erfasst eine Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf der Einhüllenden bzw. Amplituden, die durch den Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende erlangt wird. Die Wechselstromenergieversorgung 61 stellt eine Frequenz bereit, die es der Solenoidspule 31 erlaubt, eine ausreichend hohe Impedanz zu verursachen. Der Extrahierungsabschnitt 63 kann als ein Wechselstromerfassungsmittel operieren, und der Zustandserfassungsabschnitt 65 kann als ein Zustandserfassungsmittel operieren.
Nachfolgend wird erläutert, warum die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf einem Wechselstrom erfasst wird, der durch den Injektor 11 fließt. Die Kondensatoren C1 und C2 sind parallel mit der Solenoidspule 31 des Injektors 11 gekoppelt. Die Kapazität des Kondensatoren variiert mit der Bewegung der Nadel 22. Ein Wechselstrom, der durch die Solenoidspule 31 fließt, variiert ebenso mit der Bewegung der Nadel 22.
In der Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 überlagert das Wechselstromversorgungsmittel 62 einen Wechselstrom einem Gleichstrom und stellt den Strom der Solenoidspule 31 bereit. Der Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert Wechselstromkomponenten von dem Strom, der durch die Solenoidspule 31 fließt. Auf diese Weise kann die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 eine Wegstrecke der Nadel 22 als den Zustand des Injektors 11 erfassen, der einen Wechselstrom beeinflusst, der durch den Injektor 11 fließt.
Mit Bezug auf 4A bis 4F werden nachfolgend Aktionen der Injektoransteuervorrichtung 12 erläutert. 4A zeigt einen Ansteuersignaleingangszustand. 4B zeigt einen Ein-Aus-Steuerzustand des Wiederherstellungsschalters 52. 4C zeigt einen Ein-Aus-Steuerzustand des ersten Stromsteuerschalters 53. 4D zeigt einen Ein-Aus-Steuerzustand des zweiten Stromsteuerschalters 55. 4E zeigt Änderungen in einem Strom, der dem Injektor 11 bereitgestellt wird. 4F zeigt Änderungen in der Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf dem Verschlusszustand.
Die Steuerschaltung 51 schaltet den Boost-Schalter 54b des DC-DC-Wandlers 54 ein oder aus und speichert dadurch eine Hochspannung in dem Kondensator C, um einen Spitzenstrom bereitzustellen, der zum Starten des Öffnens des Injektors 11 erforderlich ist. Als eine exemplarische Operation wird der Boost-Schalter 54b eingeschaltet, und ein Strom fließt von der Gleichstromenergieversorgung B zum Versorgen mittels der Boost-Spule 54a. Ein Widerstand 54b zur Stromerfassung erfasst den bereitgestellten Strom. Der Boost-Schalter 54b wird ausgeschaltet, wenn der Strom einen vorbestimmten Wert oder mehr erreicht. Der Kondensator C wird mit der Energie, die in der Boost-Spule 54a gespeichert ist, mittels der Diode D2 geladen. Die Operation fährt anschließend fort, bis der Kondensator C eine vorbestimmte Hochspannung speichert.
In diesem Zustand wird die Steuerschaltung 51 mit einem Ansteuersignal von außerhalb gemäß Motorbetriebsinformationen wie beispielsweise einer Motorgeschwindigkeit und einem Drosselklappenwinkel versorgt. Bei der Zeitgebung zum Starten des Ansteuerns des Injektors 11 (vgl. 4A) erregt die Steuerschaltung 51 den Wiederherstellungsschalter 52 oder schaltet diesen ein (vgl. 4B) und erregt den ersten Stromsteuerschalter 53 oder schaltet diesen ein (vgl. 4C). Die Steuerschaltung 51 versorgt dabei die Solenoidspule 31 mit dem Spitzenstrom von dem Kondensator C. Startet der Injektor 11 seine Operation, wird die Energie, die in dem Kondensator C gespeichert ist, zu der Solenoidspule 31 entladen. Der Spitzenstrom fließt durch die Solenoidspule 31, um eine Antwort zur Öffnung des Injektors 11 zu beschleunigen. Der Injektor 11 ist somit konfiguriert, um eine Antwort zur Öffnung zu beschleunigen, und startet dann, Kraftstoff zu injizieren.
Die Steuerschaltung 51 verwendet den Widerstand R zum Erfassen eines Stroms, der durch den Injektor 11 fließt. Die Steuerschaltung 51 schaltet den ersten Stromsteuerschalter 53 aus, wenn der erfasste Stromwert einen Spitzenstrom Ip erreicht, der zum Starten des Öffnens des Injektors 11 nötig ist (vgl. 4C und 4E). Die Energie, die in der Solenoidspule 31 des Injektors 11 gespeichert ist, fließt von dem Wiederherstellungsschalter 52 mittels der Freilaufdiode D1 zurück.
Die Steuerschaltung 51 schaltet den zweiten Stromsteuerschalter 55 ein oder aus, wenn der Strom, der durch den Injektor 11 fließt, auf einen Haltestrom Ih zum Beibehalten des Öffnungszustands sinkt. Demzufolge versorgt die Gleichstromenergieversorgung B den Injektor 11 direkt mit dem fast konstanten Haltestrom (vgl. 4D und 4E).
Wenn der Injektor 11 schließt, werden der zweite Stromsteuerschalter 55 und der Wiederherstellungsschalter 52 zur selben Zeit ausgeschaltet. Demzufolge wird der Injektor 11 geschlossen, um die Kraftstoffinjektion zu stoppen. Der Kondensator C stellt die Energie, die in der Solenoidspule 31 des Injektors 11 gespeichert ist, mittels der Wiederherstellungsdiode D3 wieder her.
Wie in 4F dargestellt ist, bewegt sich die Nadel 22 unter der Ansteuerung der Injektoransteuervorrichtung 12 in Richtung des hinteren Endes in Antwort auf die magnetische Anziehungskraft, die von dem beweglichen Kern 33 erzeugt wird, wenn der Spitzenstrom der Solenoidspule 31 bereitgestellt wird. Die Nadel 22 bleibt offen, wenn der Haltestrom der Solenoidspule 31 bereitgestellt wird. Die Nadel 22 bewegt sich in Richtung des vorderen Endes und wird in Antwort auf die Kraft, die von der Spiralfeder 35 angewandt wird, geschlossen, wenn die Stromversorgung zu der Solenoidspule 31 stoppt, um die magnetische Anziehungskraft zu entfernen.
Nachfolgend werden Aktionen der Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 mit Bezug auf 5A bis 5D erläutert. 5A zeigt Änderungen in der Kapazität der Kondensatoren C1 und C2. 5B zeigt den Wechselstrom, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird. 5C zeigt die Einhüllende, die durch den Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende erlangt wird. 5D zeigt Änderungen in der Wegstrecke der Nadel 22 mit Bezug auf den Verschlusszustand, der durch den Zustandserfassungsabschnitt 65 gemessen wird.
Unter der Ansteuerung der Injektoransteuervorrichtung 12, wie vorstehend beschrieben, überlagert das Wechselstromversorgungsmittel 62 den Wechselstrom von der Wechselstromenergieversorgung 61 dem Gleichstrom zur Injektoransteuerung und stellt den Strom der Solenoidspule 31 durch eine Injektorverkabelung bereit. In diesem Fall fließt der Wechselstrom mit der konstanten Amplitude durch die Solenoidspule 31, wenn der Zustand des Injektors 11 unverändert ist.
Unter der Ansteuerung der Injektoransteuervorrichtung 12 erhöht das Bewegen der Nadel 22 in Richtung des hinteren Endes die Lücke zwischen der vorderen Endfläche 33b des beweglichen Kerns 33 und der festen Elektroden 38a und 38b. Wie in 5A dargestellt ist, nimmt die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 ab. Wie in 5B dargestellt ist, fließt der Wechselstrom, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird, durch den Injektor 11 und variiert, um die Amplitude zu verringern, wenn die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 abnimmt.
Der Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende erfasst Scheitelpunktwerte des vorstehenden variierenden Wechselstroms zum Erlangen der Einhüllenden. Wie in 5C dargestellt ist, variiert die Einhüllende mit einer Änderung der Kapazität der Kondensatoren C1 und C2, d. h. einer Änderung der Wegstrecke der Nadel 22. Es besteht eine Eins-zu-eins-Korrespondenz zwischen der Zeitänderung (vgl. 5D), der Wegstrecke der Nadel 22 und der Zeitänderung (vgl. 5C) der Einhüllenden. Der Zustandserfassungsabschnitt 65 kann die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf der Zeitänderung der Einhüllenden erfassen. Das Erfassen eines Wechselstroms, der durch den Injektor 11 fließt, kann die Wegstrecke der Nadel 22 als einen Zustand des Injektors 11 erfassen.
Insbesondere überlagert das Wechselstromversorgungsmittel 62 den Wechselstrom für die Injektorzustandserfassung dem Gleichstrom zum Injektoransteuern und stellt den Strom dem Injektor 11 bereit. Somit wird die Injektorverkabelung mit dem Gleichstrom versorgt und kann ebenso verwendet werden, um den Wechselstrom bereitzustellen. Da kein Bedarf für eine zusätzliche Verkabelung besteht, die den Wechselstrom bereitstellt, kann die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60 den Zustand des Injektors 11 mit einer einfachen Konfiguration erfassen.
Der Zustandserfassungsabschnitt 65 misst (erfasst) die Wegstrecke der Nadel 22 als einen Injektorzustand basierend auf der Wechselstromeinhüllenden, die durch den Erlangungsabschnitt 64 für eine Einhüllende erlangt (erfasst) wird. Die Einhüllende resultiert aus dem Erfassen von Scheitelpunktwerten des Wechselstroms und variiert gemäß der Kapazität der Kondensatoren C1 und C2, die gemäß der Bewegung der Nadel 22 variiert. Das Erfassen der Einhüllenden kann die Wegstrecke der Nadel 22 ohne komplexe arithmetische Operationen erfassen.
Die festen Elektroden 38a und 38b sind entgegengesetzt der vorderen Endfläche 33b in der Bewegungsrichtung der Nadel 22 positioniert. Ein Verringern der Strecke (Lücke) zwischen den Elektroden erhöht die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2. Ein Erhöhen der Strecke verringert die Kapazität. Die Kapazität der Kondensatoren C1 und C2 variiert start gemäß der Strecke zwischen den Elektroden. Der Wechselstrom, der durch den Injektor 11 fließt, variiert stark gemäß der Wegstrecke der Nadel 22. Demzufolge kann die Erfassungsgenauigkeit der Wegstrecke der Nadel 22 verbessert werden.
Beispielsweise können die festen Elektroden 38a und 38b so positioniert sein, dass sie in einer radialen Richtung gegen den äußeren Umfang des beweglichen Kerns 33 einander gegenüberliegen. Ebenso kann in dem vorliegenden Fall ein Kondensator, dessen Kapazität gemäß der Bewegung der Nadel 22 variiert, bereitgestellt werden.
(Zweite Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 bis 9B erläutert. In 9A und 9B werden drei Induktivitäten L1, L2 und L3 in aufsteigender Reihenfolge verglichen. In 9A beinhaltet die Wegstrecke Sa der Nadel 22 ein Bezugszeichen Sa1 entsprechend der Induktivität L1, ein Bezugszeichen Sa2 entsprechend der Induktivität L2 und ein Bezugszeichen Sa3 entsprechend der Induktivität L3. In 9B beinhaltet der Stromwert Ia des Injektors 11 ein Bezugszeichen Ia1 entsprechend der Induktivität L1, ein Bezugszeichen Ia2 entsprechend der Induktivität L2 und ein Bezugszeichen Ia3 entsprechend der Induktivität L3.
Als ein Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform erfasst die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60a der zweiten Ausführungsform eine Induktivität der Solenoidspule 31 und korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß der erfassten Induktivität. Die einander entsprechenden Teile in der ersten und der zweiten Ausführungsform werden mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine Beschreibung derselben wird der Einfachheit halber weggelassen.
Wie in 6 dargestellt, beinhaltet die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60a ein Wechselstromversorgungsmittel 62a, ein Resonanzfrequenzerfassungsmittel 66, ein Induktivitätserfassungsmittel 67 und ein Korrekturmittel 68 zusätzlich zu der Wechselstromenergieversorgung 61 und dem Extrahierungsabschnitt 63, die oben beschrieben sind. Unter Steuerung der Steuerschaltung 51 überlagert das Wechselstromversorgungsmittel 62a einen Wechselstrom, der innerhalb eines spezifizierten Frequenzbereichs gewobbelt wird, einer Gleichspannung zur Injektoransteuerung und versorgt den Injektor 11 mit dem Strom.
Das Resonanzfrequenzerfassungsmittel 66 findet und erfasst eine Resonanzfrequenz aus der Analyse von Wechselstromfrequenzen, die durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert werden. Das Induktivitätserfassungsmittel 67 erfasst eine Induktivität der Solenoidspule 31 basierend auf der Resonanzfrequenz, die durch das Resonanzfrequenzerfassungsmittel 66 erfasst wird. Das Korrekturmittel 68 korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf der Induktivität, die durch das Induktivitätserfassungsmittel 67 erfasst wird.
Nachfolgend wird erläutert, warum eine Induktivität der Solenoidspule 31 erfasst wird, um die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß der erfassten Induktivität zu korrigieren. Wenn eine Zustandsänderung in dem Injektor 11 die Induktivität der Solenoidspule 31 ändert, variiert der Wechselstrom, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert (erfasst) wird, obwohl sich die Nadel 22 nicht bewegt. Demzufolge nimmt die Erfassungsgenauigkeit der Wegstrecke der Nadel 22 ab. Es ist notwendig, eine Änderung der Induktivität der Solenoidspule 31 zu erfassen und die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß einer Änderung der Induktivität zu korrigieren, um die Erfassungsgenauigkeit der Wegstrecke der Nadel 22 zu verbessern.
Eine Resonanzfrequenz des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird, ist äquivalent zu einer Resonanzfrequenz einer Serienresonanzschaltung, die ein Kapazitätselement des Wechselstromversorgungsmittels 62a und der Solenoidspule 31 beinhaltet. Wie in 7 dargestellt ist, verringert das Wobbeln der Frequenz der Wechselstromenergieversorgung 61 die Impedanz in der Resonanzfrequenz und erhöht dadurch einen Stromwert. Es gibt eine Eins-zu-eins-Korrespöndenz zwischen der Resonanzfrequenz des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird, und der Induktivität der Solenoidspule 31. Das Variieren der Induktivität der Solenoidspule 31 variiert ebenso die Resonanzfrequenz.
Ein Speichermittel wie beispielsweise ein ROM speichert vorab eine Aufzeichnung einer Beziehung zwischen der Induktivität der Solenoidspule 31 und der Resonanzfrequenz, wie in 8 dargestellt ist. Das Induktivitätserfassungsmittel 67 kann die Induktivität der Solenoidspule 31 von der Resonanzfrequenz finden, die basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird. Das Beispiel in 8 zeigt drei Datenstücke für die Beziehung zwischen der Induktivität und der Resonanzfrequenz, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Mehr Daten können gespeichert werden, um die Genauigkeit beim Erfassen der Induktivität zu verbessern. Die folgende Gleichung kann verwendet werden, um die Induktivität L der Solenoidspule 31 von der Resonanzfrequenz f und die Kapazität C des Wechselstromversorgungsmittels 62a zu finden. $L = 1 / ({(2 π f)}^{2} \times C)$
Konkret erfasst das Resonanzfrequenzerfassungsmittel 66 die Resonanzfrequenz von der Frequenzanalyse des Wechselstroms, der von dem Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird (vgl. 7). Das Induktivitätserfassungsmittel 67 erfasst dann die Induktivität der Solenoidspule 31 von der Resonanzfrequenz, die basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird (vgl. 8).
Das Korrekturmittel 68 korrigiert dann die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf der erfassten Induktivität. 9A zeigt ein Beispiel des Korrekturverfahrens. Gemäß diesem Verfahren speichert ein Speichermittel wie beispielsweise ein ROM vorab eine Aufzeichnung einer Beziehung zwischen der Wegstrecke der Nadel 22 und der Induktivität der Solenoidspule 31. Das Korrekturmittel 68 findet die Wegstrecke der Nadel 22 von der Induktivität, die basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird. Wie aus 9A beispielsweise ersichtlich ist, wird die Wegstrecke der Nadel 22 so korrigiert, dass ein Variationsgradient ansteigt, wenn die Induktivität relativ klein ist, und die Wegstrecke der Nadel 22 wird so korrigiert, dass der Variationsgradient abnimmt, wenn die Induktivität relativ groß ist. Wie aus 9B ersichtlich ist, erhöht der Spitzenstrom, der dem Injektor 11 bereitgestellt wird, den Variationsgradienten, wenn die Induktivität relativ klein ist. Der Spitzenstrom verringert den Variationsgradienten, wenn die Induktivität relativ groß ist. Das Korrekturmittel 68 kann die Wegstrecke der Nadel 22 korrigieren. Die Steuerschaltung 51 kann mit Informationen über die Korrektur versorgt werden und kann die Wegstrecke korrigieren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst das Induktivitätserfassungsmittel 67 die Induktivität der Solenoidspule 31 basierend auf der Wechselstromresonanzfrequenz, die durch das Resonanzfrequenzerfassungsmittel 66 erfasst wird. Das Korrekturmittel 68 korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf der erfassten Induktivität.
Die Wegstrecke der Nadel 22 wird gemäß der erfassten Induktivität korrigiert. Demzufolge kann eine Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen der Wegstrecke der Nadel 22 eingeschränkt werden, selbst wenn die Induktivität wie vorstehend beschrieben variiert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60a eine Verarbeitung zum Korrigieren der Wegstrecke der Nadel 22 gemäß der erfassten Induktivität aus. Die Induktivität der Solenoidspule 31 kann als ein Zustand des Injektors 11 erfasst werden. Da die Induktivität der Solenoidspule 31 wie vorstehend beschrieben erfasst wird, besteht kein Bedarf für eine zusätzliche Verkabelung, die den Wechselstrom bereitstellt. Somit können Fertigungstoleranzen in dem Injektor 11 bezüglich der Induktivität mit einer einfachen Konfiguration erfasst werden. Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60a kann die Induktivität der Solenoidspule 31 in einem Injektor als einen Injektorzustand ohne die festen Elektroden 38a und 38b erfassen.
(Dritte Ausführungsform)
Nachfolgend wird eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60b gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 10 bis 13 erläutert. In 13A und 13B werden drei Widerstandswerte R1, R2 und R3 in aufsteigender Reihenfolge verglichen. In 13A beinhaltet die Wegstrecke der Nadel 22 ein Bezugszeichen Sb1 entsprechend dem Widerstandswert R1, ein Bezugszeichen Sb2 entsprechend dem Widerstandswert R2 und ein Bezugszeichen Sb3 entsprechend dem Widerstandswert R3. In 13B beinhaltet der Stromwert des Injektors 11 ein Bezugszeichen Ib1 entsprechend dem Widerstandswert R1, ein Bezugszeichen Ib2 entsprechend dem Widerstandswert R2 und ein Bezugszeichen Ib3 entsprechend dem Widerstandswert R3.
Als ein Unterschied zur zweiten Ausführungsform führt die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60b gemäß der dritten Ausführungsform eine Erfassung für einen Injektor 11a durch, der das Widerstandselement 71 aufweist, das parallel mit der Solenoidspule 31 gekoppelt ist, erfasst einen Widerstandswert des Widerstandselements 71 und korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß dem erfassten Widerstandswert. Die einander entsprechenden Teile in der zweiten und der dritten Ausführungsform werden mit denselben Bezugszeichen versehen, und eine detaillierte Beschreibung derselben wird der Einfachheit halber weggelassen.
Wie in 10 dargestellt ist, beinhaltet der Injektor 11a verglichen mit dem vorstehend erläuterten Injektor 11 das Widerstandselement 71, ein Kapazitätselement 72 und ein Induktivitätselement 73 anstelle der festen Elektroden 38a und 38b. Die Elemente sind parallel mit der Solenoidspule 31 gekoppelt. Beispielsweise repräsentiert das Widerstandselement 71 eine Widerstandseinrichtung zum Messen der Temperatur in dem Injektor und beinhaltet einen linearen Widerstand, dessen Widerstandswert ansteigt, wenn die Temperatur ansteigt. Das Kapazitätselement 72 repräsentiert einen Kondensator, der einen Resonanzzustand zusammen mit einem Kondensator bildet, der in dem Wechselstromversorgungsmittel 62a und der Solenoidspule 31 des Injektors 11a beinhaltet ist. Das Induktivitätselement 73 repräsentiert eine äquivalente Serieninduktivität.
Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60b beinhaltet ein Stromwerterfassungsmittel 69, ein Widerstandswerterfassungsmittel 70 und ein Korrekturmittel 68a zusätzlich zu der Wechselstromenergieversorgung 61, dem Wechselstromversorgungsmittel 62a und dem Extrahierungsabschnitt 63, wie oben beschrieben. Das Stromwerterfassungsmittel 69 findet und erfasst einen Stromwert bei der Resonanzfrequenz des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird. Das Widerstandswerterfassungsmittel 70 erfasst einen Widerstandswert des Widerstandselements 71 basierend auf dem Stromwert, der durch das Stromwerterfassungsmittel 69 erfasst wird. Das Korrekturmittel 68a korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf dem Widerstandswert des Widerstandselements 71, der durch das Widerstandswerterfassungsmittel 70 erfasst wird.
Nachfolgend wird erläutert, warum ein Widerstandswert des Widerstandselements 71 erfasst wird und die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß dem erfassten Widerstandswert korrigiert wird. Der Wechselstrom, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert (erfasst) wird, variiert, obwohl sich die Nadel 22 nicht bewegt, wenn eine Zustandsänderung in dem Injektor 11 den Widerstandswert des Widerstandselements 71 ändert, das parallel mit der Solenoidspule 31 gekoppelt ist. Demzufolge nimmt die Erfassungsgenauigkeit der Wegstrecke der Nadel 22 ab. Es ist notwendig, eine Änderung des Widerstandswerts des Widerstandselements 71 zu erfassen und die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß einer Änderung in dem Widerstandswert zu korrigieren, um die Genauigkeit beim Erfassen der Wegstrecke der Nadel 22 zu verbessern.
Eine Resonanzfrequenz des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird, ist äquivalent zu einer Resonanzfrequenz einer Serienparallelresonanzschaltung, die ein Kapazitätselement des Wechselstromversorgungsmittels 62a, die Solenoidspule 31 und das Widerstandselement 71 beinhaltet. Wie in 11 dargestellt ist, verringert das Wobbeln der Frequenz der Wechselstromenergieversorgung 61 die Impedanz in der Resonanzfrequenz und erhöht daher einen Stromwert. Eine Änderung des Widerstandswerts des Widerstandselements 71 ändert einen Q-Wert für die Resonanz und ändert demzufolge den Stromwert bei derselben Resonanzfrequenz. Es gibt eine Eins-zu-eins-Korrespondenz zwischen dem Stromwert bei der Resonanzfrequenz des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird, und dem Widerstandswert des Widerstandselements 71. Das Variieren des Widerstandswerts des Widerstandselements 71 variiert ebenso den Stromwert bei der Resonanzfrequenz.
Ein Speichermittel wie beispielsweise ein ROM speichert vorab eine Aufzeichnung einer Beziehung zwischen dem Stromwert während Resonanz und dem Widerstandswert des Widerstandselements 71, wie in 12 dargestellt ist. Das Widerstandswerterfassungsmittel 70 kann einen Widerstandswert des Widerstandselements 71 von dem Stromwert während Resonanz finden, der basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird. Das Beispiel in 12 zeigt vier Datenstücke für die Beziehung zwischen dem Stromwert während Resonanz und dem Widerstandswert des Widerstandselements 71, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Mehr Daten können gespeichert werden, um die Erfassungsgenauigkeit für den Widerstandswert zu verbessern.
Konkret erfasst das Stromwerterfassungsmittel 69 einen Stromwert während Resonanz von der Frequenzanalyse des Wechselstroms, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert wird (vgl. 11). Das Widerstandswerterfassungsmittel 70 erfasst dann einen Widerstandswert des Widerstandselements 71 von dem Stromwert während Resonanz, der basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird (vgl. 12).
Das Korrekturmittel 68a korrigiert dann die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf dem erfassten Widerstandswert des Widerstandselements 71. 13A zeigt ein Beispiel des Korrekturverfahrens. Gemäß diesem Verfahren speichert ein Speichermittel wie beispielsweise ein ROM vorab eine Aufzeichnung einer Beziehung zwischen der Wegstrecke der Nadel 22 und dem Widerstandswert des Widerstandselements 71. Das Korrekturmittel 68a findet die Wegstrecke der Nadel 22 aus dem Widerstandswert des Widerstandselements 71, der basierend auf der Aufzeichnung wie vorstehend beschrieben erfasst wird. Wie aus 13A beispielsweise ersichtlich ist, wird die Wegstrecke der Nadel 22 so korrigiert, dass ein Variationsgradient ansteigt, wenn der Widerstandswert des Widerstandselements 71 relativ klein ist, und die Wegstrecke der Nadel 22 wird so korrigiert, dass der Variationsgradient abnimmt, wenn der Widerstandswert des Widerstandselements 71 relativ groß ist. Wie aus 13B ersichtlich ist, erhöht der Spitzenstrom, der dem Injektor 11 bereitgestellt wird, den Variationsgradienten, wenn der Widerstandswert des Widerstandselements 71 relativ klein ist, und verringert den Variationsgradienten wenn der Widerstandswert des Widerstandselements 71 relativ groß ist. Das Korrekturmittel 68a kann die Wegstrecke der Nadel 22 korrigieren. Die Steuerschaltung 51 kann mit Informationen über die Korrektur versorgt werden und kann die Wegstrecke korrigieren.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst das Widerstandswerterfassungsmittel 70 den Widerstandswert des Widerstandselements 71 basierend auf dem Stromwert, der durch das Stromwerterfassungsmittel 69 während Wechselstromresonanz erfasst wird. Das Korrekturmittel 68a korrigiert die Wegstrecke der Nadel 22 basierend auf dem erfassten Widerstandswert des Widerstandselements 71.
Die Wegstrecke der Nadel 22 wird gemäß dem erfassten Widerstandswert des Widerstandselements 71 korrigiert. Demzufolge kann eine Herabsetzung der Genauigkeit beim Erfassen der Wegstrecke der Nadel 22 eingeschränkt werden, sogar wenn der Injektor 11a beeinflusst wird, um den Widerstandswert des Widerstandselements 71 zu variieren.
Das Widerstandselement 71 variiert seinen Widerstandswert abhängig von der Temperatur. Die Temperatur des Widerstandselements 71 wird von seinem Widerstandswert abgeleitet, der wie vorstehend beschrieben erfasst wird. Die Injektorzustandserfassungsvorrichtung 60b kann die Temperatur des Widerstandselements 71 als die Temperatur des Injektors 11a (Zustand des Injektors 11a) ausgeben.
Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen erläutert wurde, ist zu beachten, dass die Offenbarung nicht auf die Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die vorliegende Offenbarung soll unterschiedliche Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken.
Das Wechselstromversorgungsmittel 62 oder 62a überlagert den Wechselstrom dem Gleichstrom, versorgt den Injektor mit dem Strom und erfasst den Injektorzustand basierend auf dem Wechselstrom, der durch den Extrahierungsabschnitt 63 extrahiert (erfasst) wird. Der Injektorzustand, der den Wechselstrom beeinflusst, der durch den Injektor fließt, kann die Wegstrecke der Nadel 22 gemäß der ersten Ausführungsform, die Induktivität der Solenoidspule 31 gemäß der zweiten Ausführungsform und den Widerstandswert oder die Temperatur des Widerstandselements 71 gemäß der dritten Ausführungsform beinhalten. Eine Änderung der Injektorinduktivität oder -temperatur beeinflusst den Wechselstrom, der durch den Injektor fließt, und variiert den Wechselstrom. Das heißt, das Erfassen des Wechselstroms, der durch den Injektor fließt, kann den Injektorzustand erfassen, wie beispielsweise die Injektorinduktivität oder -temperatur, die den Wechselstrom beeinflusst, der durch den Injektor fließt.
Die Injektorzustandserfassungsvorrichtungen 60, 60a und 60b gemäß der Erfindung sind nicht auf die Verwendung für eine Injektoransteuervorrichtung, die einen Injektor ansteuert, der Kraftstoff in einen Zylinder eines Motors injiziert, der an einem Fahrzeug angebracht ist, beschränkt. Die Injektorzustandserfassungsvorrichtungen sind ebenso auf eine Injektoransteuervorrichtung anwendbar, die einen Injektor (elektromagnetisches Ventil) ansteuert, der gemäß einem Eingangsansteuersignal öffnet und schließt.
Die Erfindung lässt sich folgendermaßen zusammenfassen. Eine Injektorzustandserfassungsvorrichtung erfasst einen Zustand eines Injektors, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs durch Bewegen einer Nadel gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert. Die Vorrichtung beinhaltet ein Versorgungsmittel, ein Wechselstromerfassungsmittel und ein Zustandserfassungsmittel. Das Versorgungsmittel überlagert einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom und stellt dem Injektor einen überlagerten Strom bereit. Das Wechselstromerfassungsmittel erfasst einen Wechselstrom, der durch den Injektor fließt. Das Zustandserfassungsmittel erfasst einen Zustand des Injektors, der den Wechselstrom, der durch den Injektor fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom, der durch das Wechselstromerfassungsmittel erfasst wird.

Claims

Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60a), die einen Zustand eines Injektors (11) erfasst, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs (21a) durch Bewegen einer Nadel (22) gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Versorgungsmittel (62a), das einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom überlagert und dem Injektor (11) einen überlagerten Strom bereitstellt; ein Wechselstromerfassungsmittel (63), das einen Wechselstrom erfasst, der durch den Injektor (11) fließt; und ein Zustandserfassungsmittel (65), das einen Zustand des Injektors (11), der den Wechselstrom, der durch den Injektor (11) fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird, wobei der Injektor (11) eine feste Elektrode (38a, 38b) und eine bewegliche Elektrode (33b) beinhaltet, die gegenüberliegend der festen Elektrode (38a, 38b) mit einer Lücke angeordnet ist, um einen Kondensator bereitzustellen, und sich relativ zur festen Elektrode (38a, 38b) gemäß der Bewegung der Nadel (22) bewegt, wobei der Kondensator verdrahtet ist, so dass er mit dem Wechselstrom versorgt wird, der durch den Injektor (11) fließt, und wobei das Zustandserfassungsmittel (65) eine Wegstrecke der Nadel (22) als den Zustand des Injektors (11) basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird; wobei die Vorrichtung ferner aufweist: ein Induktivitätserfassungsmittel (67) und ein Korrekturmittel (68), wobei der Injektor (11) eine Solenoidspule (31) beinhaltet, die eine magnetische Kraft entsprechend dem bereitgestellten Gleichstrom erzeugt, und die Nadel (22) gemäß der magnetischen Kraft bewegt, die von der Solenoidspule (31) erzeugt wird, wobei das Versorgungsmittel (62a) den Wechselstrom, der innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gewobbelt wird, dem Gleichstrom überlagert und den überlagerten Strom dem Injektor (11) bereitstellt, wobei das Induktivitätserfassungsmittel (67) eine Induktivität der Solenoidspule (31) basierend auf einer Resonanzfrequenz erfasst, die aus einer Frequenzanalyse des Wechselstroms gefunden wird, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird, und wobei das Korrekturmittel (68) die Wegstrecke der Nadel (22) basierend auf der Induktivität korrigiert, die durch das Induktivitätserfassungsmittel (67) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60a) gemäß Anspruch 1, wobei das Zustandserfassungsmittel (65) die Wegstrecke der Nadel (22) als den Zustand des Injektors (11) basierend auf einer Einhüllenden des Wechselstroms erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60a) gemäß Anspruch 1 oder 2 wobei die feste Elektrode (38a, 38b) und die bewegliche Elektrode (33b) einander gegenüberliegend in einer Bewegungsrichtung der Nadel (22) angeordnet sind.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60a), die einen Zustand eines Injektors (11) erfasst, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs (21a) durch Bewegen einer Nadel (22) gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Versorgungsmittel (62a), das einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom überlagert und dem Injektor (11) einen überlagerten Strom bereitstellt; ein Wechselstromerfassungsmittel (63), das einen Wechselstrom erfasst, der durch den Injektor (11) fließt; ein Zustandserfassungsmittel (65), das einen Zustand des Injektors (11), der den Wechselstrom, der durch den Injektor (11) fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird; und ein Induktivitätserfassungsmittel (67), wobei der Injektor (11) eine Solenoidspule (31) beinhaltet, die eine magnetische Kraft entsprechend dem bereitgestellten Gleichstrom erzeugt, und die Nadel (22) gemäß der magnetischen Kraft bewegt, die von der Solenoidspule (31) erzeugt wird, wobei das Versorgungsmittel (62a) den Wechselstrom, der innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gewobbelt wird, dem Gleichstrom überlagert und den überlagerten Strom dem Injektor (11) bereitstellt, wobei das Induktivitätserfassungsmittel (67) eine Induktivität der Solenoidspule (31) basierend auf einer Resonanzfrequenz erfasst, die aus einer Frequenzanalyse des Wechselstroms gefunden wird, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird, und wobei das Zustandserfassungsmittel (65) den Zustand des Injektors (11) als die Induktivität erfasst, die durch das Induktivitätserfassungsmittel (67) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60b), die einen Zustand eines Injektors (11a) erfasst, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs (21a) durch Bewegen einer Nadel (22) gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Versorgungsmittel (62a), das einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom überlagert und dem Injektor (11a) einen überlagerten Strom bereitstellt; ein Wechselstromerfassungsmittel (63), das einen Wechselstrom erfasst, der durch den Injektor (11a) fließt; und ein Zustandserfassungsmittel (65), das einen Zustand des Injektors (11 a), der den Wechselstrom, der durch den Injektor (11 a) fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird, wobei der Injektor (11a) eine feste Elektrode (38a, 38b) und eine bewegliche Elektrode (33b) beinhaltet, die gegenüberliegend der festen Elektrode (38a, 38b) mit einer Lücke angeordnet ist, um einen Kondensator bereitzustellen, und sich relativ zur festen Elektrode (38a, 38b) gemäß der Bewegung der Nadel (22) bewegt, wobei der Kondensator verdrahtet ist, so dass er mit dem Wechselstrom versorgt wird, der durch den Injektor (11a) fließt, und wobei das Zustandserfassungsmittel (65) eine Wegstrecke der Nadel (22) als den Zustand des Injektors (11a) basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird; wobei die Vorrichtung ferner aufweist: ein Widerstandswerterfassungsmittel (70) und ein Korrekturmittel (68a), wobei der Injektor (11a) eine Solenoidspule (31), die eine magnetische Kraft entsprechend dem bereitgestellten Gleichstrom erzeugt, und ein Widerstandselement (71) beinhaltet, das parallel mit der Solenoidspule (31) gekoppelt ist, und die Nadel (22) gemäß der magnetischen Kraft bewegt, die von der Solenoidspule (31) erzeugt wird, wobei das Versorgungsmittel (62a) den Wechselstrom, der innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gewobbelt wird, dem Gleichstrom überlagert und den überlagerten Strom dem Injektor (11a) bereitstellt, wobei das Widerstandswerterfassungsmittel (70) einen Widerstandswert des Widerstandselements (71) basierend auf einem Stromwert des Wechselstroms erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) während Resonanz erfasst wird, und wobei das Korrekturmittel (68a) eine Wegstrecke der Nadel (22) basierend auf dem Widerstandswert korrigiert, der durch das Widerstandswerterfassungsmittel (70) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60b) gemäß Anspruch 5, wobei das Zustandserfassungsmittel (65) die Wegstrecke der Nadel (22) als den Zustand des Injektors (11a) basierend auf einer Einhüllenden des Wechselstroms erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60b) gemäß Anspruch 5 oder 6 wobei die feste Elektrode (38a, 38b) und die bewegliche Elektrode (33b) einander gegenüberliegend in einer Bewegungsrichtung der Nadel (22) angeordnet sind.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60b), die einen Zustand eines Injektors (11a) erfasst, der das Öffnen und Schließen eines Injektionslochs (21a) durch Bewegen einer Nadel (22) gemäß einem bereitgestellten Gleichstrom steuert, wobei die Vorrichtung aufweist: ein Versorgungsmittel (62a), das einen Wechselstrom dem bereitgestellten Gleichstrom überlagert und dem Injektor (11 a) einen überlagerten Strom bereitstellt; ein Wechselstromerfassungsmittel (63), das einen Wechselstrom erfasst, der durch den Injektor (11a) fließt; ein Zustandserfassungsmittel (65), das einen Zustand des Injektors (11a), der den Wechselstrom, der durch den Injektor (11a) fließt, beeinträchtigt, basierend auf dem Wechselstrom erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) erfasst wird; und ein Widerstandswerterfassungsmittel (70), wobei der Injektor (11a) eine Solenoidspule (31), die eine magnetische Kraft entsprechend dem bereitgestellten Gleichstrom erzeugt, und ein Widerstandselement (71) beinhaltet, das parallel mit der Solenoidspule (31) gekoppelt ist, und die Nadel (22) gemäß der magnetischen Kraft bewegt, die von der Solenoidspule (31) erzeugt wird, wobei das Versorgungsmittel (62a) den Wechselstrom, der innerhalb eines vorbestimmten Frequenzbereichs gewobbelt wird, dem Gleichstrom überlagert und den überlagerten Strom dem Injektor (11a) bereitstellt, wobei das Widerstandswerterfassungsmittel (70) einen Widerstandswert des Widerstandselements (71) basierend auf einem Stromwert des Wechselstroms erfasst, der durch das Wechselstromerfassungsmittel (63) während Resonanz erfasst wird, und wobei das Zustandserfassungsmittel (65) den Zustand des Injektors (11a) als den Widerstandswert erfasst, der durch das Widerstandswerterfassungsmittel (70) erfasst wird.
Injektorzustandserfassungsvorrichtung (60b) gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, ferner ein Temperaturerfassungsmittel aufweisend, das eine Temperatur des Widerstandselements (71) basierend auf dem Widerstandswert des Widerstandselements (71) erfasst, der durch das Widerstandswerterfassungsmittel (70) erfasst wird.