DE112017004604T5 - Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb - Google Patents

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Abstract

Ein ECU (20) als Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb beinhaltet das Folgende: eine Abtasteinheit (61), die die Spannung oder den Strom oder beides der elektromagnetischen Spule als Abtastwerte in Intervallen einer vorbestimmten Zeit in einer Abtastperiode erhält, die basierend auf einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt eingestellt ist, eine Variationsberechnungseinheit (63), die einen Variationsgrad der in der Abtastperiode erhaltenen Abtastwerte berechnet, eine Variationswellenform, die eine Änderung des Variationsgrades darstellt, der durch Verschieben des Referenztimings verursacht wird, und dies einschließlich eines Punktes, an dem der Variationsgrad abnimmt und dann ansteigt, wenn der Referenzzeitpunkt verzögert wird, wobei der Punkte als steigender Startpunkt bezeichnet wird, und einer Zeitschätzungseinheit (64), die einen Betriebszeitpunkt eines Ventilkörpers basierend auf dem Referenzzeitpunkt beim steigenden Startpunkt schätzt.

Description

  • Querverweis auf eine ähnliche Anmeldung
  • Diese Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. JP 2016 - 178 770 , eingereicht am 13. September 2016, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schätzvorrichtung für den die Ventilkörperbetrieb zum Schätzen mindestens eines des Folgenden: einen Startzeitpunkt für das Schließen des Ventils, einen Beendigungszeitpunkt für das Schließen des Ventils, einen Startzeitpunkt für das Öffnen des Ventils und einen Beendigungszeitpunkt für das Öffnen des Ventils eines Ventilkörpers zum Öffnen und Schließen eines Einspritzlochs eines Kraftstoffeinspritzventils.
  • Stand der Technik
  • Ein herkömmliches allgemeines Kraftstoffeinspritzventil beinhaltet einen Körper, der ein Einspritzloch zum Einspritzen eines Kraftstoffs bereitstellt, einen Ventilkörper, der von einer Sitzfläche des Körpers zum Öffnen und Schließen des Einspritzlochs gelöst wird und auf dieser aufgesetzt wird, und eine elektromagnetische Spule zum Erzeugen einer elektromagnetischen Anziehungskraft als Ventilöffnungskraft des Ventilkörpers. Dann öffnet sich das Ventilgehäuse zu einem Zeitpunkt, an dem eine Ventilöffnungsverzögerungszeit von einem Beginn der Erregung bis zur elektromagnetischen Spule vergeht, und schließt zu einem Zeitpunkt, an dem eine Ventilschließverzögerungszeit von einem Beginn der Abschaltung bzw. Entregung an vergeht. Daher ist es notwendig, eine Einschaltzeit entsprechend einer gewünschten Einspritzmenge unter Berücksichtigung dieser Verzögerungszeiten einzustellen.
  • Die Verzögerungszeiten ändern sich jedoch durch die Alterung von Kraftstoffeinspritzventilen, einer Umgebung, einer Variation in einer Treiberschaltung, einer individuellen Variation und dergleichen. Daher offenbart das Patentdokument 1 eine Schätzvorrichtung, die die Ventilschließverzögerungszeit an Bord schätzt und unter Verwendung des Schätzergebnisses eine Einschaltzeit einstellt, wodurch die Einspritzmenge mit hoher Genauigkeit gesteuert werden kann.
  • Das Schätzverfahren wird im Folgenden beschrieben. Wenn die elektromagnetische Spule entregt bzw. spannungsfrei ist, steigt ein Spannungswert der elektromagnetischen Spule zum Zeitpunkt der Entregung bzw. Abschaltung vorübergehend durch einen Flyback an und nimmt danach allmählich ab. Bewegt sich der Ventilkörper jedoch mit der Entregung in Richtung der Sitzfläche (Ventilschließvorgang), bewegt sich ein durch eine elektromagnetische Kraft angezogener beweglicher Kern zusammen mit dem Ventilkörper und erzeugt so eine induzierte elektromotorische Kraft, und ein Spannungsabfall nach der Entregung wird durch den Einfluss der induzierten elektromotorischen Kraft langsam. Unmittelbar vor dem Einsetzen des Ventilkörpers wird eine Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns maximal, aber gleichzeitig mit dem An- bzw. Einsetzen nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit schnell ab. Mit anderen Worten ändert sich die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns zum Zeitpunkt des Ansitzens im Ventilschließvorgang abrupt. Dadurch ändert sich der Grad, in dem sich der Spannungsabfall durch den Einfluss der induzierten elektromotorischen Kraft verlangsamt, zum Zeitpunkt des Ansitzens abrupt, und ein Wendepunkt erscheint in einer Spannungswellenform, die eine zeitliche Änderung eines Spannungswertes der elektromagnetischen Spule darstellt.
  • Daher erfasst die obige Schätzvorrichtung den Spannungswert der elektromagnetischen Spule, um die Spannungswellenform zu erfassen, und schätzt einen Zeitpunkt, zu dem eine feine Bewegungswellenform einschließlich des Wendepunktes in der Spannungswellenform als ein Endzeitpunkt für das Schließen des Ventils erscheint, zu dem der Ventilkörper aufsitzt.
  • Die Höhe der Spannungsänderung, die durch eine Änderung der vorstehend beschriebenen induzierten elektromotorischen Kraft verursacht wird, ist jedoch sehr gering, und eine Größe der vorstehend beschriebenen feinen Bewegungswellenform ist extrem klein. Weiterhin wird bei der Teilhubinjektion, bei der der Ventilkörper den Ventilschließvorgang beginnt, bevor die Hubhöhe des Ventilkörpers einen Vollhub erreicht die Feinbewegungswellenform besonders klein, da eine Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns zum Zeitpunkt des Ansitzens durch die geringe Hubhöhe zu Beginn des Ventilschließvorgangs klein wird. Dies erschwert die genaue Extraktion der Feinbewegungswellenform aus der Spannungswellenform und macht es schwierig, den Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens mit hoher Genauigkeit zu schätzen.
  • Das Gleiche gilt für einen Fall, in dem der Öffnungszeitpunkt des Ventils geschätzt wird und eine Feinbewegungswellenform tritt zu einem Zeitpunkt auf, zu dem der Öffnungsvorgang des Ventilkörpers abgeschlossen ist, aber die Feinbewegungswellenform extrem klein ist. Daher ist es schwierig, die zusammen mit dem Betrieb des Ventilkörpers auftretende feine Bewegungswellenform genau zu extrahieren und den Betriebszeitpunkt des Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit abzuschätzen.
  • Das Patentdokument 1 offenbart, dass der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens nach dem folgenden Verfahren geschätzt wird. Zunächst wird die Spannungswellenform einem Glättungsverfahren unterzogen, um die feine Bewegungswellenform aus der Spannungswellenform zu entfernen. Die Spannungswellenform, die dem Glättungsverfahren unterzogen wurde, wird als Referenzwellenform bezeichnet. Anschließend wird eine Differenzwellenform berechnet, die eine Differenz zwischen der Spannungswellenform und der Referenzwellenform ist. Ein Teil der Differenzwellenform, der zum Wendepunkt wird, ist ein Erscheinungstiming der Feinbewegungswellenform und kann als das Abschlusstiming für das Schließen des Ventils geschätzt werden.
  • Es ist jedoch äußerst schwierig, einen Glättungskoeffizienten auf einen optimalen Wert einzustellen, wenn Sie das Glättungsverfahren zur Berechnung der Referenzwellenform durchführen. Insbesondere bei einem Vergleich der oben beschriebenen Teilhubinjektion mit der Vollhubinjektion ist ein optimaler Wert des Glättungskoeffizienten ebenfalls unterschiedlich, da die Spannungswellenform zum Zeitpunkt des Ventilschließens abhängig von einer Hubgrößendifferenz stark unterschiedlich ist. Aus diesem Grund ist es notwendig, den Glättungskoeffizienten für jede Fahrsituation anzupassen, die die Hubgröße bzw. Hubhöhe beeinflusst, und der Anpassungsvorgang ist äußerst schwierig.
  • Dokument des Stands der Technik
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: JP 2015-96720 A
  • Kurzfassung der Erfindung
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Schätzvorrichtung für einen Ventilkörperbetrieb bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Betriebszeitpunkt eines Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit ohne Verwendung einer Referenzwellenform zu schätzen.
  • Eine Schätzvorrichtung für den die Ventilkörperbetrieb gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird auf ein Kraftstoffeinspritzventil angewendet, das einen Körper mit einem Einspritzloch, durch das Kraftstoff eingespritzt wird, einen Ventilkörper, der von einer Sitzfläche des Körpers getrennt wird oder auf dieser aufsitzt, um das Einspritzloch zu öffnen oder zu schließen, und eine elektromagnetische Spule, die eine elektromagnetische Anziehungskraft als Ventilöffnungskraft des Ventilkörpers erzeugt, beinhaltet.
  • Die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb ist konfiguriert, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: einen Startzeitpunkt für den Ventilschließvorgang, bei dem der Ventilkörper den Ventilschließvorgang zu Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule beginnt, einen Zeitpunkt für den Ventilschließvorgang, zu dem der Ventilschließvorgang abgeschlossen ist, einen Startzeitpunkt für den Ventilöffnungsvorgang, zu dem der Ventilkörper den Ventilöffnungsvorgang zu Beginn der Erregung der elektromagnetischen Spule beginnt, und einen Zeitpunkt für den Abschluss des Ventilöffnens, zu dem der Ventilöffnungsvorgang abgeschlossen ist.
  • Die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb beinhaltet eine Abtasteinheit, die konfiguriert ist, um mindestens eine von Spannung und Strom der elektromagnetischen Spule als eine Vielzahl von Abtastwerten in Intervallen einer vorbestimmten Zeit in einer Abtastperiode zu erhalten, die basierend auf einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt eingestellt ist, eine Variationsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Variationsgrad der Vielzahl von Abtastwerten zu berechnen, die in der Abtastperiode erhalten wurden, eine Variationswellenform, die eine Änderung des Variationsgrades darstellt, der durch Verschieben des Referenztimings verursacht wird, umfassend einen Punkt, an dem der Variationsgrad abnimmt und dann ansteigt, wenn der Referenztiming verzögert wird, den Punkt, der als steigender Startpunkt bezeichnet wird, und eine Zeitschätzungseinheit, die konfiguriert ist, um mindestens einen des Startzeitpunkts für das Schließen des Ventils, des Beendigungszeitpunkts für das Schließen des Ventils, des Startzeitpunkts für das Öffnen des Ventils, des Startzeitpunkts für die Beendigung des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt am steigenden Stopppunkt zu schätzen.
  • Gemäß dem obigen Aspekt wird der Variationsgrad für mindestens einen des Spannungswerts und des Stromwerts in der Abtastzeit berechnet. Dann wird mindestens eines des Folgenden geschätzt: der Beendigungszeitpunkt des Schließens des Ventils, der Startzeitpunkt des Öffnens des Ventils und der Beendigungszeitpunkt des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt beim steigenden Startpunkt der Variationswellenform, der die Beziehung zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem Grad der Variation darstellt. Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, dass es eine Korrelation zwischen diesen Timings bzw. Zeitpunkten und dem Referenztiming bzw. Referenzzeitpunkten beim steigenden Startpunkt der Variationswellenform gibt, und der steigende Startpunkt mit einer solchen Korrelation erscheint bemerkenswert in der Variationswellenform. Die Auffälligkeit, d.h. die Einfachheit der Extraktion des steigenden Startpunktes in Bezug auf die Variationswellenform, ist höher als die Auffälligkeit der Feinbewegungswellenform in Bezug auf die konventionelle Spannungswellenform. Daher kann gemäß dem obigen Aspekt der steigende Startpunkt, der in der Variationswellenform erscheint, mit hoher Genauigkeit extrahiert werden, und somit kann das Betriebstiming des Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Da außerdem die im Patentdokument 1 verwendeten Referenzwellenformen eliminiert werden können, kann die Schätzung der Betriebszeiten realisiert werden, ohne dass die Notwendigkeit einer Anpassung der Glättungskoeffizienten für den Betrieb besteht.
  • Eine Schätzvorrichtung für den die Ventilkörperbetrieb gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird auf ein Kraftstoffeinspritzventil angewendet, das einen Körper mit einem Einspritzloch, durch das Kraftstoff eingespritzt wird, einen Ventilkörper, der von einer Sitzfläche des Körpers getrennt oder auf dieser aufsitzt, um das Einspritzloch zu öffnen oder zu schließen, und eine elektromagnetische Spule, die elektromagnetische Anziehungskraft als Ventilöffnungskraft des Ventilkörpers erzeugt, beinhaltet.
  • Die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb ist konfiguriert, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: einen Startzeitpunkt des Schließens des Ventils, bei dem der Ventilkörper mit dem Schließen des Ventils zu Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule beginnt, einen Beendigungszeitpunkt des Schließens des Ventils, der das Schließen des Ventils beendet, eine Startzeitpunkt für das Öffnen des Ventils, bei dem der Ventilkörper mit dem Öffnen des Ventils zu Beginn der Erregung der elektromagnetischen Spule beginnt, und einen Beendigungszeitpunkt für das Öffnen des Ventils, bei dem das Öffnen des Ventils beendet ist.
  • Die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb beinhaltet eine Abtasteinheit, die konfiguriert ist, um mindestens eine von Spannung und Strom der elektromagnetischen Spule als eine Vielzahl von Abtastwerten in Intervallen einer vorbestimmten Zeit in einer Abtastperiode zu erhalten, die basierend auf einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt eingestellt ist, eine Variationsberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Variationsgrad der Vielzahl von Abtastwerten zu berechnen, die in der Abtastperiode erhalten wurden, eine Variationswellenform, die eine Änderung des Variationsgrades darstellt, der durch Verschieben des Referenztimings verursacht wird, umfassend einen Punkt, an dem der Variationsgrad diese Reduktion reduziert und stoppt, wenn der Referenzzeitpunkt verzögert wird, den Punkt, der als unterer Stopppunkt bezeichnet wird, und eine Zeitschätzungseinheit, die konfiguriert ist, um mindestens einen des Startzeitpunkts für das Schließen des Ventils, des Beendigungszeitpunkts für das Schließen des Ventils, des Startzeitpunkts für das Öffnen des Ventils, des Startzeitpunkts für die Beendigung des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt am unteren Stopppunkt zu schätzen.
  • Gemäß dem obigen Aspekt wird der Variationsgrad für mindestens einen des Spannungswerts und des Stromwerts in der Abtastzeit berechnet. Dann wird mindestens eines des Folgenden geschätzt: der Beendigungszeitpunkt des Schließens des Ventils, der Startzeitpunkt des Öffnens des Ventils und der Beendigungszeitpunkt des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt beim unteren Stopppunkt, der die Beziehung zwischen dem Referenzzeitpunkt und dem Grad der Variation darstellt. Der vorliegende Erfinder hat festgestellt, dass es eine Korrelation zwischen diesen Timings und dem Referenzzeitpunkt am unteren Stopppunkt der Variationswellenform gibt, und der untere Stopppunkt mit einer solchen Korrelation erscheint bemerkenswert in der Variationswellenform. Die Auffälligkeit, d.h. die Einfachheit der Extraktion des unteren Stopppunktes in Bezug auf die Variationswellenform, ist höher als die Auffälligkeit der Feinbewegungswellenform in Bezug auf die konventionelle Spannungswellenform. Daher kann gemäß dem obigen Aspekt der untere Stopppunkt, der in der Variationswellenform erscheint, mit hoher Genauigkeit extrahiert werden, und somit kann das Betriebstiming des Ventilkörpers mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Da außerdem die im Patentdokument 1 verwendeten Referenzwellenformen eliminiert werden können, kann die Schätzung der Betriebszeiten realisiert werden, ohne dass die Notwendigkeit einer Anpassung der Glättungskoeffizienten für den Betrieb besteht.
  • Figurenliste
  • Die vorstehende und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich werden. Es zeigt/es zeigen:
    • 1 ist ein Diagramm, das ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht eines Kraftstoffeinspritzventils gemäß 1;
    • 3 veranschaulicht Diagramme, die eine Beziehung zwischen einer Wellenform einer Spannung, die von einer Abtasteinheit aus 1 abgetastet wird, und einer Variationswellenform, die auf der Spannungswellenform basiert, zeigen;
    • 4 veranschaulicht Diagramme, die einen Zusammenhang zwischen einem Abtastwert, der an den Spannungswellenformen von 3 beteiligt ist, und dem Grad der Variation eines Abtastwertes zeigen;
    • 5 veranschaulicht Diagramme, die eine Differenz zwischen der Spannungswellenform und einer Variationswellenform entsprechend der Hubhöhe eines Ventilkörpers gemäß 2 zeigen;
    • 6 veranschaulicht Diagramme, die eine Beziehung zwischen einer Wellenform eines von einer Abtasteinheit von 1 abgetasteten Stroms und einer Variationswellenform basierend auf der aktuellen Wellenform zeigen;
    • 7 ist ein Flussdiagramm, das einen Verfahrensablauf darstellt, bei dem ein Antriebs-IC der 1 einen Ventilschließbeendigungszeitpunkt und einen Ventilöffnungszeitpunkt schätzt;
    • 8 veranschaulicht Diagramme, die ein Verfahren zum Schätzen eines Ventilschließtimings gemäß einem Vergleichsbeispiel mit der vorliegenden Offenbarung veranschaulichen, und dieses zeigt eine Spannungswellenform, eine Referenzwellenform, die durch Glätten der Spannungswellenform erhalten wird, und eine Differenzwellenform, die eine Differenz zwischen der Spannungswellenform und der Referenzwellenform ist;
    • 9 veranschaulicht Diagramme, die eine Differenz der Differenzwellenformen gemäß den verschiedenen Referenzwellenformen und unterschiedlichen Ventilhubbeträgen in 8 veranschaulichen;
    • 10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Schätzen eines Ventilschließbeendigungszeitpunkts und eines Ventilöffnungszeitpunkts durch eine Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt;
    • 11 veranschaulicht Diagramme, die eine Spannungswellenform und eine Variationswellenform gemäß der Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen; und
    • 12 veranschaulicht Diagramme, die eine differentielle Wellenform gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigen.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden wird eine Vielzahl von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Ausführungsform werden Abschnitte, die den in der vorstehenden Ausführungsform beschriebenen entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und in einigen Fällen entfallen deren redundante Beschreibungen. In jedem Modus, wenn nur ein Teil der Konfiguration beschrieben ist, können die anderen Teile der Konfiguration mit Bezug auf die anderen oben beschriebenen Modi angewendet werden.
  • Erste Ausführungsform
  • Ein in 1 dargestelltes Kraftstoffeinspritzsystem 100 beinhaltet mehrere Kraftstoffeinspritzventile 10 und eine elektronische Steuervorrichtung (ECU 20). Die ECU 20 steuert das Öffnen und Schließen der Mehrfach-Kraftstoffeinspritzventile 10 und steuert die Kraftstoffeinspritzung in die Brennkammern 2 eines Verbrennungsmotors E. Die ECU 20 fungiert auch als Schätzvorrichtung für die Ventilbetätigung zum Schätzen der Ventilöffnungs- und Schließzeiten der Kraftstoffeinspritzventile 10. Die Mehrzahl der Kraftstoffeinspritzventile 10 sind an einem zündfähigen Verbrennungsmotor E, beispielsweise einem Benzinmotor, montiert und spritzen einen Kraftstoff direkt in jede der Mehrzahl der Verbrennungskammern 2 des Verbrennungsmotors E ein. Ein Zylinderkopf 3, der jede Verbrennungskammer 2 konfiguriert, ist mit einer Befestigungsbohrung 4 versehen, die koaxial zu einer Achslinie C des Zylinders durch den Zylinder hindurchragt. Das Kraftstoffeinspritzventil 10 wird in die Montagebohrung 4 eingesetzt und an dieser befestigt, so dass eine Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 10 der Brennkammer 2 ausgesetzt ist.
  • Ein Kraftstoff, der dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zuzuführen ist, wird in einem Kraftstofftank gelagert (nicht dargestellt). Der Kraftstoff im Kraftstofftank wird von einer Niederdruckpumpe 41 nach oben gepumpt, und ein Kraftstoffdruck wird von einer Hochdruckpumpe 40 erhöht und zu einer Druckleitung 30 geleitet. Der Hochdruckkraftstoff in der Druckleitung 30 wird dem Kraftstoffeinspritzventil 10 jedes Zylinders distributiv zugeführt. Am Zylinderkopf 3 ist an einer der Brennkammer 2 zugewandten Stelle eine Zündkerze 6 angebracht. Die Zündkerze 6 ist in der Nähe einer Spitze des Kraftstoffeinspritzventils 10 angeordnet.
  • Anschließend wird eine Konfiguration des Kraftstoffeinspritzventils 10 mit Bezug auf 2 beschrieben. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet das Kraftstoffeinspritzventil 10 einen Körper 11, einen Ventilkörper 12, eine elektromagnetische Spule 13, einen festen Kern 14, einen beweglichen Kern 15 und ein Gehäuse 16. Der Körper 11 ist aus einem magnetischen Material gebildet. Ein Kraftstoffdurchgang 11a ist im Inneren des Körpers 11 vorgesehen.
  • Der Ventilkörper 12 ist im Inneren des Körpers 11 untergebracht. Der Ventilkörper 12 besteht aus einem metallischen Werkstoff und ist über eine Strecke säulenförmig ausgebildet. Der Ventilkörper 12 ist innerhalb des Körpers 11 in axialer Richtung hin- und herbewegbar. Der Körper 11 ist konfiguriert, um eine Sitzfläche 17b, auf der der Ventilkörper 12 aufsitzt, und einen Einspritzlochkörper 17, in dem Einspritzlöcher 17a zum Einspritzen eines Kraftstoffs definiert sind, an einem Spitzenabschnitt des Körpers 11 aufzuweisen. Die Mehrzahl von Injektionsbohrungen 17a sind radial von innen nach außen zum Körper 11 angeordnet. Ein Hochdruckkraftstoff wird über die Einspritzbohrungen 17a in die Brennkammer 2 eingespritzt.
  • Ein Hauptkörperabschnitt des Ventilkörpers 12 hat eine zylindrische Form. Der Spitzenabschnitt des Ventilkörpers 12 hat eine konische Form, die sich von der Spitze des Hauptkörperabschnitts auf der Seite der Einspritzlöcher 17a zu den Einspritzlöchern 17a erstreckt. Ein Abschnitt des Ventilkörpers 12, der auf der Sitzfläche 17b aufsitzt, ist eine Sitzfläche 12a. Die Sitzfläche 12a ist am Spitzenabschnitt des Ventilkörpers 12 ausgebildet.
  • Wenn der Ventilkörper 12 so geschlossen ist, dass die Sitzfläche 12a auf der Sitzfläche 17b aufsitzt, wird der Kraftstoffdurchgang 11a geschlossen und eine Kraftstoffeinspritzung aus den Einspritzbohrungen 17a gestoppt. Wenn der Ventilkörper 12 zum Öffnen betätigt wird, so dass die Sitzfläche 12a von der Sitzfläche 17b getrennt ist, wird der Kraftstoffdurchgang 11a geöffnet und der Kraftstoff aus den Einspritzbohrungen 17a eingespritzt.
  • Die elektromagnetische Spule 13 übt eine magnetische Anziehungskraft in Ventilöffnungsrichtung auf den beweglichen Kern 15 aus. Die elektromagnetische Spule 13 ist konfiguriert, indem sie um eine Spule 13a aus Harz gewickelt wird und mit der Spule 13a und einem Harzmaterial 13b versiegelt ist. Mit anderen Worten bilden die elektromagnetische Spule 13, der Spulenkörper 13a und das Harzmaterial 13b einen zylindrischen Spulenkörper. Der feste Kern 14 ist aus einem magnetischen Material in zylindrischer Form gebildet und am Körper 11 befestigt. In einem zylindrischen Innenraum des festen Kerns 14 ist ein Kraftstoffdurchgang 14a vorgesehen.
  • Weiterhin ist eine äußere Umfangsfläche des Harzmaterials 13b zum Abdichten der elektromagnetischen Spule 13 mit dem Gehäuse 16 abgedeckt. Das Gehäuse 16 besteht aus einem metallischen Magnetmaterial und hat eine zylindrische Form. Ein Deckelelement 18 aus einem metallischen Magnetmaterial ist an einem offenen Endabschnitt des Gehäuses 16 befestigt. Dadurch wird der Spulenkörper von dem Körper 11, dem Gehäuse 16 und dem Deckelelement 18 umgeben.
  • Der bewegliche Kern 15 wird vom Ventilkörper 12 so gehalten, dass er in einer Antriebsrichtung des Ventilkörpers 12 relativ verschiebbar ist. Der bewegliche Kern 15 ist scheibenförmig ausgebildet und aus einem metallischen Magnetmaterial gefertigt und wird in eine innere Umfangsfläche des Körpers 11 eingesetzt. Der Körper 11, der Ventilkörper 12, der Spulenkörper, der feste Kern 14, der bewegliche Kern 15 und das Gehäuse 16 sind so angeordnet, dass die jeweiligen Mittellinien miteinander übereinstimmen. Der bewegliche Kern 15 ist auf der Seite der Einspritzlöcher 17a des festen bzw. fixierten Kerns 14 angeordnet und gegenüber dem festen Kern 14 so angeordnet, dass er beim Abschalten der elektromagnetischen Spule 13 einen vorbestimmten Spalt mit dem festen Kern 14 aufweist.
  • Da der Körper 11, das Gehäuse 16, das Deckelelement 18 und der den Spulenkörper umgebende feste Kern 14 aus einem magnetischen Material bestehen, bilden diese Komponenten einen Magnetkreis, der als Durchgang für einen durch die Erregung der elektromagnetischen Spule 13 erzeugten Magnetfluss dient. Die Komponenten wie der feste Kern 14, der bewegliche Kern 15 und die elektromagnetische Spule 13 entsprechen einem elektrischen Stellglied EA zum Öffnen des Ventilkörpers 12.
  • In dem beweglichen Kern 15 ist eine Durchgangsbohrung 15a vorgesehen und der Ventilkörper 12 wird in die Durchgangsbohrung 15a eingesetzt, so dass der Ventilkörper 12 so montiert ist, dass er relativ zum beweglichen Kern 15 verschiebbar ist. Ein Verriegelungsabschnitt 12d mit einem vom Hauptkörperabschnitt erweiterten Durchmesser ist an einem Seitenendabschnitt auf der gegenüberliegenden Seite des Einspritzlochs ausgebildet, der eine Oberseite des Ventilkörpers 12 in 2 ist. Wenn der bewegliche Kern 15 vom festen Kern 14 angezogen wird, um sich nach oben zu bewegen, bewegt sich der Ventilkörper 12 auch mit der Aufwärtsbewegung des beweglichen Kerns 15, da sich der Verriegelungsabschnitt 12d bewegt, während er am beweglichen Kern 15 befestigt ist. Selbst wenn der bewegliche Kern 15 mit dem festen Kern 14 in Kontakt steht, kann sich der Ventilkörper 12 relativ zum beweglichen Kern 15 bewegen und anheben.
  • Eine Hauptfeder SP1 ist auf einer Seite des Ventilkörpers 12 gegenüber dem Einspritzloch angeordnet, und eine Unterfeder SP2 ist auf der Seite der Einspritzlöcher 17a des beweglichen Kerns 15 angeordnet. Eine elastische Kraft der Hauptfeder SP1 wird als Reaktionskraft aus einem Verstellrohr 101 in Ventilschließrichtung, die in 2 eine untere Seite ist, auf den Ventilkörper 12 aufgebracht. Eine elastische Kraft der Subfeder SP2 wird auf den beweglichen Kern 15 in einer Anziehungsrichtung als Reaktionskraft aus einem Aussparungsabschnitt 11b des Körpers 11 aufgebracht.
  • Der Ventilkörper 12 ist zwischen der Hauptfeder SP1 und der Sitzfläche 17b eingeklemmt, und der bewegliche Kern 15 ist zwischen der Unterfeder SP2 und dem Verriegelungsabschnitt 12d eingeklemmt. Die elastische Kraft der Subfeder SP2 wird über den beweglichen Kern 15 auf den Verriegelungsabschnitt 12d übertragen und in Ventilöffnungsrichtung auf den Ventilkörper 12 aufgebracht. Daher wird eine durch Subtraktion einer subelastischen Kraft von einer aus der Hauptelastizität erhaltenen elastische Kraft auf den Ventilkörper 12 in Ventilschließrichtung aufgebracht.
  • Während der Kraftstoffdruck im Kraftstoffdurchgang 11a im geöffneten Zustand auf eine gesamte Oberfläche des Ventilkörpers 12 wirkt, wirkt der Kraftstoffdruck nicht auf eine Oberfläche des Ventilkörpers 12 an einem stromabwärts gelegenen Seitenabschnitt der Sitzfläche 12a im geschlossenen Zustand des Ventils. Dann, wenn das Ventil geöffnet wird, steigt der Druck des in den Spitzenabschnitt strömenden Kraftstoffs allmählich an, und eine Kraft zum Drücken des Spitzenabschnitts in Richtung der Ventilöffnungsseite steigt. Daher steigt der Kraftstoffdruck in der Nähe des Spitzenabschnitts mit dem Öffnen des Ventils an, wodurch die Schließkraft des Kraftstoffdruckventils abnimmt. Aus den vorstehend beschriebenen Gründen ist eine Größe der Schließkraft des Kraftstoffdruckventils im geschlossenen Zustand des Ventils maximal und nimmt mit zunehmender Größe der Ventilöffnungsbewegung des Ventilkörpers 12 schrittweise ab.
  • Als nächstes wird ein Verhalten beschrieben, das sich aus der Erregung der elektromagnetischen Spule 13 ergibt. Wenn im festen Kern 14 durch Erregung der elektromagnetischen Spule 13 eine elektromagnetische Anziehungskraft erzeugt wird, wird der bewegliche Kern 15 durch die elektromagnetische Anziehungskraft vom festen Kern 14 angezogen. Dadurch öffnet sich der mit dem beweglichen Kern 15 verbundene Ventilkörper 12 gegen die Elastizität der Hauptfeder SP1 und gegen die Schließkraft des Kraftstoffdruckventils. Andererseits, wenn die Erregung der elektromagnetischen Spule 13 gestoppt wird, schließt der Ventilkörper 12 das Ventil in Zusammenarbeit mit dem beweglichen Kern 15 durch die Elastizität der Hauptfeder SP1.
  • Als nächstes wird eine Konfiguration der ECU 20 beschrieben. Die ECU 20 beinhaltet einen Antriebs-IC 21, eine Verstärkerschaltung 22, eine Spannungserfassungseinheit 23, eine Stromerfassungseinheit 24, eine Schalteinheit 25 und einen Mikrocomputer. Die ECU 20 bezieht Informationen von verschiedenen Sensoren. So wird beispielsweise, wie in 1 dargestellt, der Kraftstoffversorgungsdruck des Kraftstoffeinspritzventils 10 durch einen an der Druckleitung 30 angeschlossenen Kraftstoffdrucksensor 31 erfasst und das Erkennungsergebnis wird an die ECU 20 ausgegeben. Die ECU 20 steuert den Antrieb der Hochdruckpumpe 40 basierend auf dem Messergebnis des Kraftstoffdrucksensors 31.
  • Der Mikrocomputer 26 beinhaltet einen Prozessor, einen nichtflüchtigen Speicher (ROM), einen flüchtigen Speicher (RAM) und dergleichen und berechnet eine erforderliche Einspritzmenge Kraftstoff und einen erforderlichen Einspritzstartzeitpunkt basierend auf einer Last des Verbrennungsmotors E und einer Motordrehzahl. Der Antriebs-IC 21 ist eine treibende integrierte Schaltung zum Steuern des Antreibens des Kraftstoffeinspritzventils 10 und steuert den Betrieb der Verstärkerschaltung 22 und der Schalteinheit 25 gemäß den vom Mikrocomputer 26 ausgegebenen Steuersignalen, um dadurch einen Zustand der Zufuhr einer elektrischen Energie zu der elektromagnetischen Spule 13 zu steuern.
  • Insbesondere wird eine Einspritzcharakteristik, die eine Beziehung zwischen einer Einschaltzeit Ti und einer Einspritzmenge Q zur elektromagnetischen Spule 13 anzeigt, vorab geprüft und im ROM gespeichert. Der Mikrorechner 26 gibt ein Impulssignal der Erregungszeit Ti entsprechend der erforderlichen Einspritzmenge an den Antriebs-IC 21 als Einspritzbefehlssignal entsprechend der Einspritzcharakteristik aus. Der Antriebs-IC 21 steuert die Einspritzmenge Q durch Steuern der Einschaltzeiten Ti gemäß dem Einspritzbefehlssignal. Mit anderen Worten wird die Einschaltzeit der elektromagnetischen Spule 13 entsprechend einer Einschaltdauer (Impulsbreite) des Einspritzbefehlssignals gesteuert.
  • Die Spannungserfassungseinheit 23 und die Stromerfassungseinheit 24 erfassen Werte einer Spannung und eines an die elektromagnetische Spule 13 angelegten Stroms und geben das Messergebnis an den Antrieb IC 21 aus. Die Spannungserfassungseinheit 23 erfasst eine Potentialdifferenz zwischen einem positiven Pol und einem negativen Pol der elektromagnetischen Spule 13 als Spulenspannung. Wenn der Strom, der der elektromagnetischen Spule 13 zugeführt werden soll, unterbrochen wird, wird in der elektromagnetischen Spule 13 eine Sperrspannung bzw. Flybackspannung erzeugt. Weiterhin wird in der elektromagnetischen Spule 13 eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt, indem der Strom unterbrochen und der Ventilkörper 12 und der bewegliche Kern 15 in Ventilschließrichtung verschoben werden. Daher wird mit der Entregung der elektromagnetischen Spule 13 in der elektromagnetischen Spule 13 eine Spannung erzeugt, die durch Überlagerung der durch die induzierte elektromotorische Kraft verursachten Spannung mit der abnehmenden Sperrspannung erhalten wird. Daher erfasst die Spannungserfassungseinheit 23 als Spannungswert eine Änderung der induzierten elektromotorischen Kraft, die durch die Verschiebung des Ventilkörpers 12 und des beweglichen Kerns 15 in Ventilschließrichtung durch Abschalten des der elektromagnetischen Spule 13 zuzuführenden Stroms verursacht wird. Weiterhin erfasst die Spannungserfassungseinheit 23 als Spannungswert auch eine Änderung der induzierten elektromotorischen Kraft durch die relative Verschiebung des beweglichen Kerns 15 zum Ventilkörper 12 nach der Sitzfläche 17b und dem Kontakt des Ventilkörpers 12 miteinander.
  • Der Antriebs-IC 21 schätzt den Fertigstellungszeitpunkt des Ventilschließens und den Fertigstellungszeitpunkt des Ventilöffnens des Ventilkörpers 12. Der Zeitpunkt des Ventilschließens ist ein Zeitpunkt, zu dem der Ventilschließvorgang abgeschlossen ist, nachdem das Ventilgehäuse 12 den Ventilschließvorgang gemäß einem Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule 13 gestartet hat, d.h. ein Zeitpunkt, zu dem die Sitzfläche 12a mit der Sitzfläche 17b in Kontakt kommt. Der Zeitpunkt der Ventilöffnung ist ein Zeitpunkt, zu dem der Ventilöffnungsvorgang abgeschlossen ist, nachdem das Ventilgehäuse 12 den Ventilöffnungsvorgang gemäß einem Beginn der Erregung der elektromagnetischen Spule 13 gestartet hat, d.h. ein Zeitpunkt, zu dem der bewegliche Kern 15 mit dem festen Kern 14 in Kontakt kommt und ein Spalt zwischen den beiden Kernen minimiert wird. Das Schätzverfahren dieser Zeitpunkte wird später im Detail beschrieben.
  • Der Antriebs-IC 21 beinhaltet eine Ladesteuereinheit 51, eine Entladesteuereinheit 52, eine Stromsteuereinheit 53, eine Abtasteinheit 61, eine Abtastwerthalteeinheit 62, eine Variationsrechnungseinheit 63 und eine Timingschätzeinheit 64. Die Verstärkerschaltung 22 und die Schalteinheit 25 arbeiten auf der Grundlage eines Antriebsbefehlssignals, das vom Antriebs-IC 21 ausgegeben wird. Das Antriebsbefehlssignal ist ein Signal zum Steuern eines Erregungszustands der elektromagnetischen Spule 13 des Kraftstoffeinspritzventils 10 und wird basierend auf dem oben beschriebenen, vom Mikrocomputer 26 ausgegebenen Einspritzbefehlssignal eingestellt.
  • Die Verstärkerschaltung 22 legt die erhöhte Ladespannung an die elektromagnetische Spule 13 an. Die Verstärkerschaltung 22 beinhaltet eine Verstärkungsschaltungsspule, einen Kondensator und ein Schaltelement, und die von der Batterieklemme der Batterie 102 angelegte Batteriespannung wird von der Verstärkungsschaltungsspule angehoben und im Kondensator gespeichert. Die so angehobene und gespeicherte Spannung der elektrischen Energie entspricht einer Ladespannung.
  • Wenn das Entladungssteuergerät 52 ein vorgegebenes Schaltelement einschaltet, so dass sich die Verstärkerschaltung 22 entladen kann, wird die Ladespannung an die elektromagnetische Spule 13 des Kraftstoffeinspritzventils 10 angelegt. Beim Stoppen der Spannungszufuhr zur elektromagnetischen Spule 13 schaltet das Entladungssteuergerät 52 ein vorgegebenes Schaltelement der Verstärkerschaltung 22 aus.
  • Die Stromsteuereinheit 53 steuert das Ein-/Ausschalten der Schalteinheit 25 unter Verwendung des Erfassungsergebnisses der Strommesseinheit 24, um den durch die elektromagnetische Spule 13 fließenden Strom zu steuern. Die Schalteinheit 25 legt beim Einschalten der Schalteinheit 25 die Ladespannung oder die Batteriespannung an die elektromagnetische Spule 13 an und stoppt das Anlegen der Spannung beim Ausschalten der Schalteinheit 25. Das Stromsteuergerät 53 schaltet die Schalteinheit 25 ein und legt die Ladespannung an, um die Stromversorgung zu starten, z.B. bei einem Startzeitpunkt der Spannungsanwendung, der durch das Steuersignal des Antriebs gesteuert wird. Dann steigt der Spulenstrom mit Beginn der Erregung an. Wenn die Stromerfassungseinheit 24 erkennt, dass der erhöhte Spulenstrom einen ersten Sollwert erreicht, schaltet die Stromsteuereinheit 53 die Stromversorgung ab. Danach schaltet das Stromsteuergerät 53 von der Ladespannung auf die Batteriespannung um und steuert den zu haltenden Spulenstrom auf einen zweiten Sollwert, der auf einen niedrigeren Wert als den ersten Sollwert eingestellt ist. Kurz gesagt wird eine Regelung durchgeführt, um den Spulenstrom auf den ersten Sollwert zu erhöhen, indem die Ladespannung durch eine erste Erregung angelegt wird, und danach wird der Spulenstrom auf den zweiten Sollwert gehalten.
  • Eine in 3(a) dargestellte durchgezogene Linie ist eine Spannungswellenform Wa, die eine Änderung der von der Spannungserfassungseinheit 23 erfassten Spulenspannung anzeigt. Die Spannungswellenform Wa ist eine Wellenform in einem Zustand, in dem Rauschen durch ein Glättungsverfahren der tatsächlich erfassten Spannungswellenform entfernt wird. Wie in der Abbildung dargestellt, erhöht sich die Spulenspannung um die Sperrspannung bei einer Erregungsabschlußzeit Toff, die ein Abschlusszeitpunkt der Erregungszeit Ti ist, und danach sinkt die Spulenspannung allmählich und konvergiert gegen Null. In einer solchen Zeit des Spannungsabfalls beginnt sich der bewegliche Kern 15 mit dem Ventilkörper 12 bei einem Ventilschließstartzeitpunkt Tcla zu bewegen, wenn eine Ansprechverzögerungszeit von der Erregungsendzeit Toff abläuft. Dann wird durch die Bewegung des beweglichen Kerns 15 eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt, und der Spannungsabfall nach dem Abschalten der Stromversorgung wird durch den Einfluss der induzierten elektromotorischen Kraft langsam. Mit anderen Worten wird die Spannungswellenform Wa nicht wie in einer durch eine gestrichelte Linie angezeigten virtuellen Wellenform Wx abgesenkt und man erhält diese, indem man die induzierte elektromotorische Kraft zur virtuellen Wellenform Wx addiert. Während eine Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns 15 unmittelbar vor dem Einsetzen des Ventilkörpers 12 maximal wird, nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns 15 bei einem Zeitpunkt Tc1 zum Schließen des Ventils, bei dem der Ventilkörper 12 aufsitzt, schnell ab. Mit anderen Worten ändert sich zum Zeitpunkt des Ansitzens die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns 15 abrupt, und auch die induzierte elektromotorische Kraft ändert sich abrupt mit der Änderung der Bewegungsgeschwindigkeit. Dadurch ändert sich der Grad, in dem sich der Spannungsabfall durch den Einfluss der induzierten elektromotorischen Kraft verlangsamt, zum Zeitpunkt des Ansitzens abrupt, und ein Wendepunkt erscheint in der Spannungswellenform Wa zum Zeitpunkt der Beendigung des Ventilschließens Tc1.
  • Die oben beschriebene induzierte elektromotorische Kraft tritt übrigens bei der in 3 dargestellten Startzeit Tc1a zum Schließen des Ventils auf. Da der bewegliche Kern 15 in Bezug auf den Ventilkörper 12 beweglich montiert ist, bewegt sich der bewegliche Kern 15 auch nach dem Zeitpunkt der Ventilschließung Tc1 weiter und die induzierte elektromotorische Kraft wird weiter erzeugt. Nach dem Zeitpunkt des Ventilschließens Tel wirkt jedoch die elastische Kraft der Unterfeder SP2 auf den beweglichen Kern 15, wodurch die Bewegungsgeschwindigkeit des beweglichen Kerns 15 schnell abnimmt und die induzierte elektromotorische Kraft ebenfalls schnell abnimmt.
  • Die Abtasteinheit 61 erfasst die Werte der Spulenspannung in vorgegebenen Zeit-L-Intervallen (siehe ) in einem vorgegebenen Zeitraum La nach der Erregungsabschlußzeit Toff. Das vorgegebene Zeit-L-Intervall ist z.B. 1 µsec und wird auf eine Zeit kürzer als der Berechnungszyklus des Mikrocomputers 26 eingestellt.
  • Die Abtastwerthalteeinheit 62 speichert und hält mehrere von der Abtasteinheit 61 erfasste Spannungswerte zwischen. Insbesondere löscht die Abtastwerthalteeinheit 62 das Speichern, bis der Spannungswert in der vorgegebenen Zeitspanne La, der an der nächsten Kraftstoffeinspritzung beteiligt ist, erfasst wird. So wird beispielsweise der nächste Spannungswert mit dem aktuellen Spannungswert überschrieben. Wie in 4(a) dargestellt, wird ein Referenzzeitpunkt Tx willkürlich in der vorbestimmten Periode La eingestellt, und der Spannungswert, der in einer Abtastperiode Ls erhalten wird, die in Bezug auf den Referenzzeitpunkt Tx eingestellt ist, wird als Abtastwert verwendet. Insbesondere wird der Spannungswert, der in der Abtastperiode Ls vor dem Referenzzeitpunkt Tx enthalten ist, als Abtastwert verwendet. In einem Beispiel von 4 ist die Abtastzeit Ls so eingestellt, dass acht Abtastwerte D0, D1, D2, D3, D4, D5, D6 und D7 erhalten werden.
  • Die Variationsberechnungseinheit 63 berechnet den Variationsgrad der Mehrzahl der Abtastwerte D0 bis D7 im Samplingzeitraum bzw. Abtastzeitraum Ls. Insbesondere berechnet die Variationsberechnungseinheit 63 die Streuung der Mehrzahl der Abtastwerte D0 bis D7 als Variationsgrad. Genauer gesagt, berechnet die Variationsberechnungseinheit 63 einen Mittelwert der Mehrfach-Abtastwerte D0 bis D7, berechnet die Abweichungen zwischen dem Mittelwert und den jeweiligen Abtastwerten, dividiert einen Wert, der durch Addition des Quadrats der jeweiligen Abweichungen durch die Anzahl der Stichproben (8) erhalten wird, und berechnet einen Wert der vorstehend beschriebenen Dispersion.
  • 4(b) visualisiert den Variationsgrad der mehreren Abtastwerte D0 bis D7, und die Bezugszeichen Wa1, Wa2, Wa3, Wa4, Wa5, Wa6 und Wa7 in der Zeichnung werden durch Vergrößerung der Pseudowellenformen Wa1 bis Wa7 gemäß 3(b) erhalten. Die Pseudowellenformen Wa1 bis Wa7 sind Wellenformen, die durch Verschieben der von der Spannungserfassungseinheit 23 erfassten Spannungswellenform Wa um eine vorbestimmte Zeit L erhalten werden. Bei den Pseudowellenformen Wa1 bis Wa7 und der Spannungswellenform Wa entspricht der Spannungswert zum Referenzzeitpunkt Tx den Abtastwerten D0 bis D7. Wenn also der Referenzzeitpunkt Tx verschoben wird, ändern sich die Abtastwerte D0 bis D7 und auch der Variationsgrad ändert sich.
  • 3(c) zeigt eine Variationswellenform Wb, die eine Änderung des Dispersionswertes darstellt, die auf eine Differenz im Referenzzeitpunkt Tx zurückzuführen ist. Die Variationswellenform Wb in einem Abschnitt, der der vorbestimmten Periode La entspricht, beinhaltet einen steigenden Startpunkt Pb, bei dem der Dispersionswert gesenkt wird, wenn der Referenzzeitpunkt Tx verzögert wird und die Absenkung stoppt, und bei dem der Dispersionswert nach den Absenkstopps zu steigen beginnt. Kurz gesagt weist die Variationswellenform Wb, wie in 3 veranschaulicht, eine Form mit einem Minimalpunkt auf.
  • Die Timingschätzeinheit 64 schätzt den Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens Tel basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pb ab. Angesichts der Tatsache, dass der Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pb stark mit dem Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1 korreliert ist, schätzt die Timingschätzeinheit 64 den Referenzzeitpunkt bzw. das Referenztiming Tx am steigenden Startpunkt Pb als den Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1. Insbesondere, wie in 3(d) dargestellt, extrahiert die Timingschätzeinheit 64 einen Absenkpunkt Pb1, bei dem der Dispersionswert auf einen Schwellenwert TH1 oder weniger gefallen ist, und einen Anstiegspunkt Pb2, bei dem der Dispersionswert nach dem Absenkpunkt Pb1 auf den Schwellenwert TH1 oder mehr gestiegen ist. Anschließend berechnet die Timingschätzeinheit 64 den Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pb, d.h. den Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tel basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Punkt Pb2. So berechnet beispielsweise die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das bzw. der durch Subtraktion einer vorbestimmten Zeit, die im Voraus eingestellt wurde, von dem Referenzzeitpunkt Tx am Anstiegspunkt Pb2 erhalten wird, als den Beendigungszeitpunkt Tel für das Schließen des Ventils. Alternativ berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx am Anstiegspunkt Pb2 mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten erhalten wird, als den Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1.
  • Eine Einspritzcharakteristik-Map bzw. (Speicher-)Abbildung, die eine Beziehung zwischen der Erregungszeit bzw. Energetisierungszeit Ti und der Einspritzmenge darstellt, wird unterteilt in einen Vollhubbereich, in dem die Energetisierungszeit Ti relativ lang ist, und einen Teilhubbereich, in dem die Energetisierungszeit Ti relativ kurz ist. Im Vollhubbereich öffnet der Ventilkörper 12 das Ventil, bis die Hubgröße des Ventilkörpers 12 eine Vollhubposition erreicht, d.h. der bewegliche Kern 15 eine Position erreicht, bei der dieser gegen den festen Kern 14 anliegt, und der Ventilkörper 12 beginnt, das Ventil aus der Anschlagsposition zu schließen. Andererseits öffnet der Ventilkörper 12 im Teilhubbereich das Ventil in einen Teilhubzustand, in dem die Hubgröße des Ventilkörpers 12 nicht die volle Hubstellung erreicht, d.h. in eine Position, bevor der bewegliche Kern 15 an den festen Kern 14 anliegt und beginnt, das Ventil aus der Teilhubstellung zu schließen.
  • Die in 3 dargestellte Spannungswellenform Wa ist eine zum Zeitpunkt der Injektion im Teilhubbereich erhaltene Wellenform, während eine in 5(a) dargestellte Spannungswellenform Wa 40 eine zum Zeitpunkt der Injektion im Vollhubbereich erhaltene Wellenform ist. Darüber hinaus sind die Spannungswellenformen Wa10, Wa20 und Wa30 Wellenformen, die zum Zeitpunkt der Injektion im Teilhubbereich erfasst werden. Die Erregungszeiten Ti werden in der Reihenfolge der Spannungswellenformen Wa30, Wa20 und Wa10 kürzer und die Hubzahl des Ventilkörpers 12 wird kleiner. Die in 5(b) dargestellten Variationswellenformen Wb10, Wb20, Wb30 und Wb40 entsprechen jeweils den Spannungswellenformen Wa10, Wa20, Wa30 und Wa40.
  • Wie man verstehen kann indem man die Variationswellenformen Wb10, Wb20 und Wb30 im Teilhubbereich miteinander vergleicht, sowie die Hubgröße größer ist, wird eine Steigung der Wellenform in der Nähe des steigenden Startpunktes Pb, der zum Minimum wird, sanft bzw. flach. Im Gegensatz zur Wellenform mit dem Minimum ist die Variationswellenform Wb40 im Vollhubbereich eine Wellenform mit einem Abschnitt, bei dem ein absenkender Stoppzustand fortgesetzt wird. Im Falle der Variationswellenform Wb40 ist ein Punkt, an dem der Dispersionswert abgesenkt wird und die Absenkung stoppt, wenn der Referenzzeitpunkt Tx verzögert wird, als ein unterer Stopppunkt Pby definiert, und ein Änderungspunkt, an dem der Dispersionswert steigt, wenn der Referenzzeitpunkt Tx weiter verzögert wird, ist definiert als ein aufsteigender Startpunkt Pbx.
  • In Anbetracht der Tatsache, dass der Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pbx stark mit dem Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1 korreliert ist, schätzt die Timingschätzeinheit 64 den Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pbx als den Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1 ab. Das spezifische Schätzverfahren ist das gleiche wie das mit Bezug auf 3(d) beschriebene Verfahren und dieses extrahiert einen Absenkpunkt Pb1, dessen Dispersionswert auf einen Schwellenwert TH1 oder weniger abgesenkt wird, und einen Anstiegspunkt Pb2, dessen Dispersionswert nach dem Absenkpunkt Pb1 auf den Schwellenwert TH1 oder mehr ansteigt. Da der steigende Punkt Pb2 und der steigende Startpunkt Pbx eine hohe Korrelation aufweisen, wird der Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tel basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Punkt Pb2 berechnet.
  • Zusätzlich zum Schätzen des Fertigstellungszeitpunkts Tel für das Schließen des Ventils nach dem in den 3 und 5 dargestellten Verfahren schätzt der Antriebs-IC 21 auch den Fertigstellungszeitpunkt Top für das Öffnen des Ventils nach einem im Folgenden beschriebenen Verfahren. Mit anderen Worten führt der Antriebs-IC 21 die Schätzung des Ventilschließbeendigungszeitpunkts und die Schätzung des Ventilöffnungszeitpunkts schaltbar bzw. umschaltend durch.
  • Eine in 6(a) dargestellte durchgezogene Linie ist eine Stromwellenform Wc, die eine Änderung des von der Stromerfassungseinheit 24 erfassten Spulenstroms über einer verstrichenen Zeit anzeigt. Die aktuelle Wellenform Wc ist eine Wellenform in einem Zustand, in dem ein Rauschen durch ein Glättungsverfahren der tatsächlich erfassten Stromwellenform entfernt wird. Wie in der Abbildung dargestellt, steigt der Spulenstrom mit der Einschaltzeit Ton an, die ein Startzeitpunkt der Einschaltzeit Ti ist. Danach, wenn der Spulenstrom den vorstehend beschriebenen ersten Sollwert 11 erreicht, wird die Ladespannung auf die Batteriespannung geschaltet und der Spulenstrom wird auf dem zweiten Sollwert 12 gehalten. Während einer aktuellen Halteperiode bzw. -zeitdauer erscheint die Zeit für die Fertigstellung der Ventilöffnung Top. Obwohl die Ventilöffnungs-Startzeit Topa während der aktuellen Halteperiode im Beispiel von 6 erscheint, kann die Ventilöffnungs-Startzeit Topa während einer aktuellen Anstiegsperiode bis zum ersten Sollwert 11 auftreten.
  • Pseudowellenformen Wc1 bis Wc7, die in 6(b) dargestellt sind, sind Wellenformen, die durch Verschieben der von der Stromerfassungseinheit 24 erfassten Stromwellenform Wc um eine vorbestimmte Zeit L erhalten werden. 6(c) zeigt eine Variationswellenform Wd, die eine Änderung des Dispersionswertes aufgrund einer Differenz im Referenzzeitpunkt Tx darstellt. Die Variationswellenform Wd des Abschnitts, der einer vorbestimmten Periode Lc entspricht, beinhaltet einen steigenden Startpunkt Pd, bei dem der Dispersionswert gesenkt wird, wenn der Referenzzeitpunkt Tx verzögert wird und danach ansteigt. Kurz gesagt weist die in 6 veranschaulichte Variationswellenform Wd eine Form mit einem lokalen Minimalwert auf, und der lokale Minimalwert entspricht einem Dispersionswert am steigenden Startpunkt Pd der Variationswellenform Wd.
  • Die Abtasteinheit 61 erfasst zum Zeitpunkt der Schätzung des Ventilöffnungszeitpunkts den Wert des Spulenstroms anstelle der Spulenspannung. Insbesondere, wie in 6 dargestellt, erfasst die Abtasteinheit 61 in einer vorbestimmten Periode Lc nach der Einschaltzeit Ton den Wert des Spulenstroms in einem vorbestimmten Zeit-L-Intervall (z.B. 1 µsec).
  • Die Abtastwerthalteeinheit 62 zum Zeitpunkt des Schätzens des Ventilöffnungszeitpunkts speichert die von der Abtasteinheit 61 erfassten mehreren Stromwerte zwischen und hält diese vor. Insbesondere löscht die Abtastwerthalteeinheit 62 das Speichern, bis der aktuelle Wert in der vorgegebenen Zeitspanne Lc, der an der nächsten Kraftstoffeinspritzung beteiligt ist, erfasst wird. So überschreibt beispielsweise die Abtastwerthalteeinheit 62 einen aktuellen Wert einer nächsten Zeit mit dem aktuellen Wert der aktuellen Zeit. Wie in 4(a) stellt die Abtastwerthalteeinheit 62 den Referenzzeitpunkt Tx willkürlich in der vorgegebenen Periode Lc ein und stellt den in der Abtastperiode Ls erhaltenen Stromwert in Bezug auf den Referenzzeitpunkt Tx als Abtastwert ein. Insbesondere stellt die Abtastwerthalteeinheit 62 den aktuellen Wert als Abtastwert ein, der in der Abtastperiode Ls vor dem Referenzzeitpunkt Tx enthalten ist.
  • Die Variationsberechnungseinheit 63 berechnet zum Zeitpunkt der Schätzung des Ventilöffnungszeitpunkts den Variationsgrad der mehreren Abtastwerte in der Abtastzeit Ls in gleicher Weise wie zum Zeitpunkt der Schätzung des Ventilschließbeendigungszeitpunkts. Insbesondere berechnet die Variationsberechnungseinheit 63 die Streuung bzw. Dispersion der mehreren Abtastwerte als Variationsgrad.
  • Die Timingschätzeinheit 64 schätzt zum Zeitpunkt des Schätzens des Ventilöffnungszeitpunkts den Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilöffnens Top basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pd. In Anbetracht der Tatsache, dass der Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pd stark mit dem Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top korreliert ist, schätzt die Timingschätzeinheit 64 den Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pd als den Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top. Genauer gesagt extrahiert die Timingschätzeinheit 64 einen Absenkpunkt Pd1, bei dem der Dispersionswert auf einen Schwellenwert TH2 oder weniger abgesenkt wurde, und einen Anstiegspunkt Pd2, bei dem der Dispersionswert nach einem Absenkpunkt Pd1 auf den Schwellenwert TH2 oder mehr gestiegen ist. Anschließend berechnet die Timingschätzeinheit 64 den Referenzzeitpunkt Tx am ansteigenden Startpunkt Pd, d.h. den Zeitpunkt der Ventilöffnung Top, basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Punkt Pd2. So berechnet beispielsweise die Timingschätzeinheit 64 ein Timing, das durch Subtraktion einer vorbestimmten im Voraus eingestellten Zeit von dem Referenzzeitpunkt Tx am Anstiegspunkt Pd2 als der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top erhalten wird. Alternativ berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx am Anstiegspunkt Pd2 mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten als der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top erhalten wird.
  • Als nächstes wird ein Verfahren zum Schätzen des Zeitpunkts der Ventilschließung Tc1 und des Zeitpunkts der Ventilöffnung Top durch den Antriebs-IC 21 mit Bezug auf 7 beschrieben. Der Antriebs-IC 21 weist einen Speicher zum Speichern eines vorbestimmten Programms und einen Prozessor zum Durchführen einer Berechnungsverarbeitung gemäß dem Gespeicherten auf, und der Prozessor führt die Verarbeitung von 7 durch.
  • Zunächst wird in Schritt S10 von 7 ein Modus zwischen einem Spannungserfassungsmodus zum Erfassen der Spannungswellenform Wa und einem Stromerfassungsmodus zum Erfassen der Stromwellenform Wc umgeschaltet. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Modus so geschaltet, dass eine Frequenz zum Ausführen des Spannungserfassungsmodus höher ist als eine Frequenz zum Ausführen des Stromerfassungsmodus. Denn der Ventilöffnungszeitpunkt wird nicht wesentlich durch eine Differenz in der Länge der Erregungs- bzw. Einschaltzeit Ti beeinflusst, während der Ventilschließbeendigungszeitpunkt stark durch die Differenz in der Länge der Einschaltzeit Ti beeinflusst wird, weshalb es wünschenswert ist, den Ventilöffnungszeitpunkt bei einer hohen Frequenz zu schätzen.
  • Anschließend wird in Schritt S20 die Spannungswellenform Wa oder die Stromwellenform Wc gemäß einem in Schritt S10 eingestellten Erkennungsmodus erfasst. Der Antriebs-IC 21 bei der Ausführung des Verfahrensteiles von Schritt S20 entspricht der Abtasteinheit 61, und die Spannungswellenform Wa oder die Stromwellenform Wc wird durch Erfassen des Spannungswertes oder des Stromwertes durch Hochgeschwindigkeitsverarbeitung, beispielsweise im Abstand von 1 µsec, erfasst.
  • Im folgenden Schritt S30 wird bestimmt, ob eine Ausführungsbedingung einer Zeitschätzung erfüllt ist oder nicht. Die Ausführungsbedingung ist eine Bedingung, in der ein Einfluss auf eine Beziehung zwischen der Erregungszeit Ti und der Einspritzmenge gering ist, und beispielsweise eine Bedingung, in der eine Abweichung einer physikalischen Größe, die wie folgt veranschaulicht wird, in einen vorgegebenen Bereich fällt, und diese als Ausführungsbedingung eingestellt wird. Die physikalische Größe beinhaltet einen Druck des dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zuzuführenden Kraftstoffs, eine Drehzahl des Verbrennungsmotors E, eine Last des Verbrennungsmotors E, eine Kraftstoffeinspritzmenge und dergleichen.
  • Im folgenden Schritt S40 werden die mehreren Spannungswerte, die die in Schritt S20 erfasste Spannungswellenform Wa oder die mehreren Stromwerte, die die Stromwellenform Wc konfigurieren, in einem Speicher des Antriebs-IC 21 gespeichert. Dieser Speicher entspricht der in 1 gezeigten Abtastwerthalteeinheit 62. Wenn der Spannungswert oder der Stromwert der vorherigen Injektion im Speicher gespeichert wird, wird der Stromwert mit dem vorherigen Wert überschrieben und gespeichert.
  • Im folgenden Schritt S50 wird ein Mittelwert der Mehrfachprobenwerte in der oben beschriebenen Stichprobenperiode Ls berechnet. Insbesondere werden Werte, die in der Abtastperiode Ls enthalten sind, die einem beliebigen Referenzzeitpunkt Tx entsprechen, aus mehreren im Speicher gespeicherten Spannungs- oder Stromwerten extrahiert und ein Durchschnittswert der extrahierten mehreren Werte berechnet. Die extrahierten mehreren Werte entsprechen den vorstehend beschriebenen Abtastwerten D0 bis D7. Anschließend wird die Abtastperiode Ls durch Verschieben des Referenzzeitpunkts Tx um eine vorbestimmte Zeit L verschoben und ein Durchschnittswert entsprechend jeder Abtastperiode Ls berechnet.
  • Im folgenden Schritt S60 werden die Dispersionswerte der für jede Abtastzeit Ls extrahierten Mehrfachabtastwerte D0 bis D7 unter Verwendung des in Schritt S50 berechneten Mittelwertes berechnet. Insbesondere wird eine Abweichung zwischen dem in Schritt S50 berechneten Mittelwert und jedem der Abtastwerte D0 bis D7 berechnet, und ein durch Addition des Quadrats jeder Abweichung erhaltener Wert wird durch die Anzahl der Proben dividiert, um einen Dispersionswert zu berechnen. Der Dispersionswert wird für jeden Abtastzeitraum Ls berechnet. Der Antriebs-IC 21 bei der Ausführung der Verfahrensteile der Schritte S50 und S60 entspricht der Variationsberechnungseinheit 63, und der in Schritt S60 berechnete Dispersionswert entspricht dem Variationsgrad.
  • Im folgenden Schritt S70 werden in den Variationswellenformen Wb und Wd, die eine Beziehung zwischen dem Referenzzeitpunkt Tx und den Dispersionswerten darstellen, die Anstiegspunkte Pb2 und Pd2 berechnet, bei denen der Dispersionswert von weniger als den Schwellen TH1 und TH2 zu den Schwellen TH1 und TH2 oder mehr ansteigt. In Schritt S10, wenn der Erkennungsmodus auf den Spannungserkennungsmodus umgeschaltet wird, wird der Anstiegspunkt Pb2 unter Verwendung des Schwellenwerts TH1 basierend auf der Spannungswellenform Wa berechnet, und wenn der Modus auf den Stromerkennungsmodus umgeschaltet wird, wird der Anstiegspunkt Pd2 unter Verwendung des Schwellenwerts TH2 basierend auf der Stromwellenform Wc berechnet.
  • Im folgenden Schritt S80, wenn der Erkennungsmodus in Schritt S10 auf den Spannungserkennungsmodus umgeschaltet wird, wird der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel basierend auf dem in Schritt S70 berechneten Anstiegspunkt Pb2 geschätzt. Andererseits, wenn der Erkennungsmodus in Schritt S10 auf den aktuellen Erkennungsmodus umgeschaltet wird, wird der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top basierend auf dem in Schritt S70 berechneten Anstiegspunkt Pd2 geschätzt. Insbesondere wird ein Timing, das durch Subtrahieren einer vorbestimmten Zeit oder Multiplizieren eines vorbestimmten Koeffizienten von oder mit dem Referenzzeitpunkt Tx beim Anstiegspunkt Pd2 erhalten wird, als das Timing bzw. der Zeitpunkt für die Beendigung der Ventilöffnung Top berechnet. Der Antriebs-IC 21 bei Ausführung der Verfahrensteile der Schritte S70 und S80 entspricht der Timingschätzeinheit 64.
  • Der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens Tel und der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilöffnens Top, der wie vorstehend beschrieben geschätzt wird, werden verwendet, um den Wert der Map bzw. Speicherzuordnung zu korrigieren, die das Verhältnis zwischen der Aktivierungszeit Ti und der Einspritzmenge anzeigt. Da die Map zum Einstellen der Energetisierungszeit Ti in Bezug auf eine Soll-Einspritzmenge verwendet wird, kann die Einspritzmenge mit hoher Genauigkeit gesteuert werden, indem die Map basierend auf den an Bord geschätzten Öffnungs- und Schließzeiten der Ventile korrigiert wird.
  • Wie vorstehend beschrieben, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Dispersionswert berechnet, der den Grad der Variation des Spannungswertes in der Abtastperiode Ls anzeigt. Anschließend wird der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pb der Variationswelle Wb geschätzt, der die Beziehung zwischen dem Referenzzeitpunkt Tx und dem Dispersionswert darstellt. Der Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pb weist eine Korrelation mit dem Ventilschließ-Abschluss-Timing Tel auf, und der steigende Startpunkt Pb mit einer solchen Korrelation erscheint in bemerkenswerter Weise in der Variationswellenform Wb. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der in der Variationswellenform Wb auftretende steigende Startpunkt Pb mit hoher Genauigkeit extrahiert werden, und somit kann der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens Tel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
  • In diesem Beispiel ändert sich bei der Einspritzung im Teilhubbereich die Hubgröße entsprechend der Einschaltzeit Ti, und die Spannungswellenform Wa zum Zeitpunkt des Ventilschließens unterscheidet sich stark entsprechend der Änderung der Hubgröße. Aus diesem Grund ist es in der Schätzvorrichtung als Vergleichsbeispiel, das nachfolgend beschrieben wird, äußerst schwierig, den Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens genau zu schätzen.
  • In der Schätzvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel wird zunächst die Spannungswellenform Wa erfasst, wie in 8(a) dargestellt. Da ein Erscheinungszeitpunkt der in der Spannungswellenform Wa enthaltenen Feinbewegungswellenform der Ventilschließ-Abschlusszeitpunkt Tc1 ist, kann, wenn der Erscheinungszeitpunkt der Feinbewegungswellenform extrahiert werden kann, der Ventilschließ-Abschlusszeitpunkt Tc1 geschätzt werden. Daher wird zunächst eine Referenzwellenform Wn (siehe 8(b)) berechnet, die durch Verwenden eines Glättungsverfahres für die Spannungswellenform Wa erhalten wird, um die Feinbewegungswellenform aus der Spannungswellenform Wa zu entfernen. Anschließend wird eine Differenzwellenform WD1 (siehe 8(b)) berechnet, die eine Differenz zwischen der Spannungswellenform Wa und der Referenzwellenform Wn ist. Ein Abschnitt, in dem die Differenz am größten ist, kann als das Erscheinungstiming der Feinbewegungswellenform betrachtet werden. Das heißt, ein Punkt, der ein Extremwert der Differenzwellenform WD1 ist, ist das Erscheinungstiming der Feinbewegungswellenform und gilt als das Abschlusstiming Tel für das Schließen des Ventils.
  • Im Beispiel von 8 wird die folgende Verarbeitung weiter durchgeführt, um einen Punkt genau zu extrahieren, der zum Extremwert der Differenzwellenform WD1 wird. Mit anderen Worten wird die Referenzwellenform WD1n (siehe 8(c)), die durch die Durchführung des Glättungsverfahrenes an der Differenzwellenform WD1 erhalten wird, berechnet. Anschließend wird eine Differenzwellenform WD2 (siehe 8(c)) berechnet, die eine Differenz zwischen der Differenzwellenform WD1 und der Referenzwellenform WD1n ist. Ein Abschnitt, der in der Differenz am größten ist, ist ein Punkt F (siehe 8(d)), der ein Extremwert der Differenzwellenform WD1 ist. Mit anderen Worten, dass der Punkt F, der zum Extremwert der Differenzwellenform WD2 wird, ein Zeitpunkt ist, zu dem der Extremwert der Differenzwellenform WD1 erhalten wird, und das Zeitpunkt ist der Zeitpunkt des Auftretens der Feinbewegungswellenform, der als der Zeitpunkt der Beendigung des Ventilschließens Tel angesehen wird.
  • In der Schätzvorrichtung nach dem obigen Vergleichsbeispiel ist es jedoch schwierig, einen Glättungskoeffizienten auf einen optimalen Wert einzustellen, wenn das Glättungsverfahren zur Berechnung der Referenzwellenformen Wn und WD1n durchgeführt wird. Da sich insbesondere die Spannungswellenform Wa zum Zeitpunkt des Ventilschließens je nach Änderung der Hubhöhe wie vorstehend beschrieben stark unterscheidet, unterscheidet sich auch ein Optimalwert des Glättungskoeffizienten je nach Hubhöhe, so dass die Einstellung des Glättungskoeffizienten äußerst schwierig ist.
  • So sind beispielsweise die in 9(a) dargestellten Spannungswellenformen Wa10, Wa20, Wa30 und Wa40 die gleichen wie die in 5(a) dargestellten Spannungswellenformen. Die Formen der erzeugten Referenzwellenformen Wn und WD1n unterscheiden sich jedoch zwischen dem Fall, in dem ein erster Glättungskoeffizient verwendet wird, und dem Fall, in dem ein zweiter Glättungskoeffizient für diese Spannungswellenformen verwendet wird.
  • Dann erscheint bei den Differenzwellenformen WD10 bis WD40 basierend auf den Referenzwellenformen Wn und WD1n unter Verwendung des ersten Glättungskoeffizienten, wie in 9(b) dargestellt, zum Zeitpunkt des geringen Hubs ein Extremwert F1 bemerkenswert, so dass der Zeitpunkt der Ventilschließung Tel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann. Da jedoch zum Zeitpunkt des hohen Hubs ein Extremwert F2 nicht bemerkenswert erscheint, kann der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel nicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
  • Andererseits erscheint bei der Differenzwellenform WD10 bis WD40 basierend auf den Referenzwellenformen Wn und WD1n unter Verwendung des zweiten Glättungskoeffizienten, wie in 9(c) dargestellt, zum Zeitpunkt des hohen Hubs ein Extremwert F3 bemerkenswert, so dass der Zeitpunkt des Ventilschließens Tel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden kann. Da jedoch zum Zeitpunkt des geringen Hubs ein Extremwert F4 nicht bemerkens- bzw. erkennenswert erscheint, kann der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel nicht mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben, ist es in der Schätzvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel schwierig, den Glättungskoeffizienten auf einen optimalen Wert entsprechend der Hubzahl einzustellen, was zu dem Problem führt, dass der Zeitpunkt der Ventilschließung Tel nicht mit hoher Genauigkeit im Teilhubbereich geschätzt werden kann. Um das oben genannte Problem zu bewältigen, erscheint in der vorliegenden Ausführungsform, in der die Schätzung basierend auf der Variationswellenform Wb, wie in dargestellt, auch wenn die Auftriebsbeträge unterschiedlich sind, ein bemerkenswerter bzw. erkennenswerter steigender Startpunkt Pb oder unterer Stopppunkt Pby in der Variationswellenform Wb10 bis Wb40. Daher kann auch im Teilhubbereich der Zeitpunkt der Ventilschließung Tel mit hoher Genauigkeit geschätzt werden. Da die Referenzwellenformen Wn und WD1n überflüssig sind, kann die Schätzung der oben beschriebenen Timings realisiert werden, ohne dass der Anpassungsvorgang der Glättungskoeffizienten erforderlich ist.
  • Weiterhin wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Dispersionswert berechnet, der den Grad der Variation des aktuellen Wertes in der Abtastzeit Ls anzeigt. Anschließend wird der Zeitpunkt des Abschlusses der Ventilöffnung Top basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pd der Variationswellenform Wd geschätzt, der die Beziehung zwischen dem Referenzzeitpunkt Tx und dem Dispersionswert darstellt. Der Referenzzeitpunkt Tx am steigenden Startpunkt Pd hat eine Korrelation mit dem Ventilöffnungsbeendigungszeitpunkt Top, und der steigende Startpunkt Pd mit einer solchen Korrelation erscheint bemerkenswert in der Variationswellenform Wd. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform der steigende Startpunkt Pd, der in der Variationswellenform Wd auftritt, mit hoher Genauigkeit extrahiert werden, und somit kann der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top mit hoher Genauigkeit geschätzt werden.
  • Hier befindet sich ein Minuspol der elektromagnetischen Spule 13 zum Zeitpunkt des Ventilschließvorgangs unmittelbar nach dem Abschalten der Erregung in einem Zustand, in dem eine elektrische Verbindung mit der Erde unterbrochen wird und ein elektrischer Stromkreis mit der elektromagnetischen Spule 13 von der Erde getrennt ist. Aus diesem Grund ändert sich der Strom unmittelbar nach dem Abschalten der Stromversorgung kaum, und die Spannung ändert sich eher als der Strom. Daher erscheint eine Änderung der Spannungswellenform Wa beim Schließen des Ventils bemerkenswerter als eine Änderung der Stromwellenform Wc. In Anbetracht des obigen Punktes erfasst die Abtasteinheit 61 in der vorliegenden Ausführungsform den Spannungswert als Abtastwert, und die Timingschätzeinheit 64 schätzt den Zeitpunkt der Beendigung Ventilschließung Tel unter Verwendung des Abtastwertes. Insbesondere wird im Falle des Spannungserfassungsmodus der Zeitpunkt der Beendigung des Ventilschließens Tel geschätzt. Aus diesem Grund kann die Schätzgenauigkeit im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel unter Verwendung der Stromwellenform Wc geschätzt wird, in dem der Strom als Abtastwert verwendet wird.
  • Andererseits ist ein Minuspol der elektromagnetischen Spule 13 zum Zeitpunkt des Ventilöffnungsvorgangs unmittelbar nach dem Einschalten der Erregung elektrisch mit der Erde verbunden, und der Stromkreis einschließlich der elektromagnetischen Spule 13 ist elektrisch mit der Erde und einer Stromversorgung verbunden. Aus diesem Grund ist es wahrscheinlicher, dass die Spannung durch die Spannung der Stromversorgung unmittelbar nach dem Einschalten der Stromversorgung stabilisiert wird, und dass der der Induktivität der elektromagnetischen Spule 13 entsprechende Spulenstrom eher verändert wird als die Spannung. Daher erscheint die in der Stromwellenform Wc auftretende Änderung bei der Ventilöffnung bemerkenswerter als die in der Spannungswellenform Wa auftretende Änderung. In Anbetracht des obigen Punktes erfasst die Abtasteinheit 61 in der vorliegenden Ausführungsform den aktuellen Wert als Abtastwert, und die Timingschätzeinheit 64 schätzt den Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top unter Verwendung des Abtastwertes. Insbesondere im Falle des Stromerfassungsmodus wird der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top geschätzt. Aus diesem Grund kann die Schätzgenauigkeit im Vergleich zu dem Fall verbessert werden, in dem der Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top unter Verwendung der Spannungswellenform Wa mit der Spannung als Abtastwert geschätzt wird.
  • Weiterhin berechnet die Variationsberechnungseinheit 63 in der vorliegenden Ausführungsform den Variationsgrad basierend auf der Abweichung zwischen dem Mittelwert der im Abtastzeitraum Ls erfassten Mehrfachabtastwerte D0 bis D7 und jedem der Abtastwerte D0 bis D7. Da der Variationsgrad unter Verwendung des Mittelwertes berechnet wird, kann der Variationsgrad mit hoher Genauigkeit im Vergleich zu dem Fall berechnet werden, in dem der Variationsgrad ohne Verwendung des Mittelwertes berechnet wird, so dass beispielsweise ein repräsentativer Wert aus den Abtastwerten D0 bis D7 ausgewählt wird und der Variationsgrad aus der Abweichung vom repräsentativen Wert berechnet wird. Insbesondere die Robustheit gegen Rauschen kann durch die Verwendung des Mittelwertes verbessert werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • In der ersten Ausführungsform wird in Schritt S10 von 7 der Detektionsschalter zwischen dem Spannungserfassungsmodus und dem Stromerfassungsmodus umgeschaltet. Im Gegensatz dazu werden in der vorliegenden Ausführungsform der Spannungserfassungsmodus und der Stromerfassungsmodus gleichzeitig parallel ausgeführt. Insbesondere, wie in dargestellt, werden zunächst in Schritt S21 sowohl die Spannungswellenform Wa als auch die Stromwellenform Wc erfasst. Der Antrieb IC21 zum Zeitpunkt der Ausführung des Verfahrensteils von Schritt S21 entspricht der Abtasteinheit 61, und die Spannungswellenform Wa und die Stromwellenform Wc werden durch Erfassen sowohl des Spannungswertes als auch des Stromwertes durch Hochgeschwindigkeitsverarbeitung, beispielsweise in Abständen von 1 µsec, erfasst.
  • Kurz gesagt verfügt der in 1 dargestellte Antriebs-IC 21 über einen AD-Wandler zur Umwandlung eines analogen Signalausgangs von der Spannungserfassungseinheit 23 und der Stromerfassungseinheit 24 in ein digitales Signal. Andererseits weist der Antriebs-IC nach der vorliegenden Ausführungsform für die Spannungserfassungseinheit 23 und die Stromerfassungseinheit 24 jeweils einen AD-Wandler auf.
  • Im folgenden Schritt S30 wird bestimmt, ob die Ausführungsbedingung der Zeitschätzung in der gleichen Weise wie in 7 erfüllt ist oder nicht. Im folgenden Schritt S41 werden sowohl die mehreren Spannungswerte, die die Spannungswellenform Wa konfigurieren, als auch die mehreren Stromwerte, die die Stromwellenform Wc konfigurieren und die in Schritt S21 erfasst werden, in einem Speicher des Antriebs-IC 21 gespeichert. Dieser Speicher entspricht der in 1 gezeigten Abtastwerthalteeinheit 62.
  • Im folgenden Schritt S51 wird ein Mittelwert der Mehrfachprobenwerte im Abtastzeitraum Ls berechnet. Insbesondere wird aus den im Speicher gespeicherten mehreren Spannungswerten ein in der Abtastperiode Ls enthaltener Spannungswert extrahiert, der einem beliebigen Referenzzeitpunkt Tx entspricht, und es wird ein Mittelwert der extrahierten mehreren Spannungswerte berechnet. Ebenso wird aus den im Speicher gespeicherten mehreren Stromwerten ein in der Abtastperiode Ls enthaltener Stromwert entsprechend dem beliebigen Referenzzeitpunkt Tx extrahiert und ein Mittelwert der extrahierten mehreren Stromwerte berechnet. Anschließend wird die Abtastperiode Ls durch Verschieben des Referenzzeitpunkts Tx um eine vorbestimmte Zeit L verschoben und der Mittelwert des Spannungswertes und der Mittelwert des Stromwertes entsprechend jeder Abtastperiode Ls berechnet.
  • Im folgenden Schritt S61 werden die Streuwerte der für jede Abtastperiode Ls extrahierten Mehrfachabtastwerte unter Verwendung der Mittelwerte der Spannungswerte und der in Schritt S51 berechneten Stromwerte berechnet. Der Dispersionswert wird für jeden Abtastzeitraum Ls berechnet. Der Antriebs-IC 21 bei der Ausführung der Verfahrensteile der Schritte S51 und S61 entspricht der Variationsberechnungseinheit 63, und die Dispersions- bzw. Streuwerte der in Schritt S61 berechneten Spannungs- und Stromwerte entsprechen dem Grad der Variation.
  • Im folgenden Schritt S71 werden bei den Variationswellenformen Wb und Wd, die das Verhältnis zwischen dem Referenzzeitpunkt Tx und dem Dispersionswert darstellen, die Anstiegspunkte Pb2 und Pd2 berechnet, bei denen der Dispersionswert von weniger als den Schwellenwerten TH1 und TH2 zu den Schwellenwerten TH1 und TH2 oder mehr ansteigt. Im folgenden Schritt S81 wird der Zeitpunkt der Beendigung des Ventilschließens Tel basierend auf dem in Schritt S71 berechneten Anstiegspunkt Pb2 und der Zeitpunkt der Beendigung des Ventilöffnens Top basierend auf dem in Schritt S71 berechneten Anstiegspunkt Pd2 geschätzt.
  • Wie vorstehend beschrieben, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Spannungswellenform Wa und die Stromwellenform Wc gleichzeitig erfasst werden, und der Zeitpunkt der Ventilschließung Tc1 und der Zeitpunkt der Ventilöffnung Top können gleichzeitig geschätzt werden, wodurch die Schätzungsfrequenz verbessert werden kann. Da der Ventilöffnungs- und Schließzeitpunkt für eine Einspritzung geschätzt werden können, können der Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1 und der Ventilöffnungsbeendigungszeitpunkt Top für die gleiche Einspritzung geschätzt werden. Daher kann die vorgenannte Speicherabbildung, die das Verhältnis zwischen der Bestromungszeit bzw. Energetisierungszeit Ti und der Einspritzmenge anzeigt, mit hoher Genauigkeit korrigiert werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • In der vorliegenden Ausführungsform werden die Variationswellenformen Wb10 bis Wb40 (siehe 5) gemäß der ersten Ausführungsform so korrigiert, dass der Dispersionswert des steigenden Startpunktes Pb Null wird (siehe 11). Anschließend werden eine Ventilschließbeendigungszeit Tel und eine Ventilöffnungsbeendigungszeit Top unter Verwendung der korrigierten Variationswellenformen Wb10 bis Wb40 geschätzt.
  • Da der steigende Startpunkt Pb und der untere Stopppunkt Pby in den korrigierten Variationswellenformen Wb10 bis Wb40 bemerkenswerter erscheinen, kann die Schätzgenauigkeit der Ventilschließbeendigungszeit Tel und der Ventilöffnungsbeendigungszeit Top verbessert werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • Die Zeitpunkt- bzw. Timingschätzeinheit 64 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt den Ventilschließstartzeitpunkt Tcla basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx des steigenden Startpunktes Pb des Variationswellenform Wb, der aus der Spannungswellenform Wa erzeugt wird. Andererseits, wenn eine Variationswellenform Wb40 (siehe 5) zum Zeitpunkt des großen Hubs erfasst wird, schätzt eine Timingschätzeinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ventilschließbeendigung Tel basierend auf der Referenzzeit Tx eines unteren Endpunktes Pby einer Variationswellenform Wb. So wird beispielsweise eine Zeitmessung, die durch Subtraktion einer vorbestimmten, im Voraus eingestellten Zeit von der Referenzzeit Tx oder einer Zeitmessung, die durch Multiplikation der Referenzzeit Tx mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten erhalten wird, als die Ventilschließbeendigungszeit Tel berechnet.
  • Fünfte Ausführungsform
  • Die Timingschätzeinheit 64 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt das Timing der Beendigung des Ventilschließvorgangs Tc1 basierend auf der aus der Spannungswellenform Wa erzeugten Variationswellenform Wb. Andererseits schätzt eine Timingschätzeinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Ventilschließ-Startzeit Tcla (siehe 3 und 5) basierend auf der oben beschriebenen Variationswellenform Wb. Das Starttiming für das Schließen des Ventils Tcla ist ein Zeitpunkt, zu dem das Ventilgehäuse 12 einen Ventilschließvorgang gemäß dem Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule 13 startet.
  • Genauer gesagt berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing, das durch Subtraktion einer vorbestimmten Zeit, die im Voraus eingestellt wurde, von einem Referenzzeitpunkt Tx bei einem Anstiegspunkt Pb2 einer Variationswellenform Wb als Starttiming Tcla für das Schließen des Ventils erhalten wird. Alternativ berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx am Anstiegspunkt Pb2 mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten als Startzeitpunkt Tcla für das Schließen des Ventils erhalten wird.
  • Die Timingschätzeinheit 64 schätzt den Ventilschließstartzeitpunkt Tcla auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts Tx des steigenden Startpunktes Pb, wie vorstehend beschrieben, in den Fällen der Variationswellenformen Wb10, Wb20 und Wb30 zum Zeitpunkt des geringen Hubs, wie in 5(b) dargestellt. Andererseits schätzt die Timingschätzeinheit 64 im Falle einer Variationswellenform Wb40 zum Zeitpunkt des Hochauftriebs die Ventilschließ-Startzeit Tcla auf der Grundlage des Referenzzeitpunkts Tx eines unteren Stopppunktes Pby. So berechnet beispielsweise die Timingschätzeinheit 64 einen Zeitpunkt, der durch Subtraktion einer vorbestimmten, im Voraus eingestellten Zeit von dem Referenzzeitpunkt Tx erhalten wird, oder der durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten erhalten wird, als der Ventilschließstartzeitpunkt Tcla berechnet wird.
  • Sechste Ausführungsform
  • Die Timingschätzeinheit 64 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt den Zeitpunkt der Beendigung der Ventilöffnung Top basierend auf der Variationswellenform Wd, die aus der aktuellen Wellenform Wc erzeugt wird. Andererseits schätzt eine Timingschätzeinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa (siehe 6) basierend auf den Variationswellenformen Wd. Der Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa ist ein Zeitpunkt, zu dem ein Ventilkörper 12 als Reaktion auf den Beginn der Erregung einer elektromagnetischen Spule 13 einen Ventilöffnungsvorgang startet.
  • Insbesondere berechnet die Timingschätzeinheit 64 in der gleichen Weise wie in der vierten Ausführungsform ein Timing, das durch Subtraktion einer vorbestimmten Zeit, die im Voraus eingestellt wurde, von dem Referenzzeitpunkt Tx bei einem Anstiegspunkt einer Variationswellenform Wd als dem Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa erhalten wird. Alternativ berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx am Anstiegspunkt der Variationswellenform Wd mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten als Starttiming für den Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa erhalten wird.
  • Darüber hinaus schätzt die Timingschätzeinheit 64 den Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa basierend auf der Referenzzeit Tx des steigenden Startpunktes, wie vorstehend beschrieben, im Falle der Variationswellenform Wd zum Zeitpunkt des niedrigen Hubs. Andererseits, im Falle der Variationswellenform Wd zum Zeitpunkt des Hochauftriebs, schätzt die Timingschätzeinheit 64 den Ventilöffnungsstartzeitpunkt Topa basierend auf der Referenzzeit Tx des unteren Stopppunktes der Variationswellenform Wd. So berechnet beispielsweise die Timingschätzeinheit 64 einen Zeitpunkt, der durch Subtraktion einer vorher festgelegten Zeit vom Referenzzeitpunkt Tx oder durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx mit einem vorher festgelegten Koeffizienten als Starttiming für die Ventilöffnung Topa erhalten wird.
  • Siebte Ausführungsform
  • In der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform, in Schritt S70 von 7, werden die Anstiegspunkte Pb2 und Pd2 berechnet, bei denen die Dispersionswerte der Variationswellenformen Wb und Wd von weniger als den Schwellenwerten TH1 und TH2 auf die Schwellenwerte TH1 und TH2 oder mehr steigen (siehe 3 und 6). Anschließend werden der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilschließens Tel und der Zeitpunkt der Fertigstellung des Ventilöffnens Top basierend auf den berechneten Anstiegspunkten Pb2 und Pd2 geschätzt. Andererseits werden in der vorliegenden Ausführungsform Steigungen der Variationswellenformen Wb und Wd berechnet, und ein Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tel und ein Ventilöffnungsbeendigungszeitpunkt Top werden basierend auf einem Referenzzeitpunkt Tx an dem Punkt geschätzt, an dem die Werte der Steigungen ansteigen und einen vorbestimmten Schwellenwert erreichen.
  • 12(a), 12(b) und 12(c), die die vorliegende Ausführungsform veranschaulichen, sind die gleichen wie 3(a), 3(b) und 3(c), und 12(d) zeigt eine differentielle Wellenform ΔWb, die durch Differenzierung einer Variationswellenform Wb, wie in 12(c) dargestellt, erhalten wurde. In der in 12(d) dargestellten differentiellen Wellenform ΔWb wird ein negativer Wert gelöscht.
  • Eine Timingschätzeinheit 64 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unterscheidet die erfasste Variationswellenform Wb, um eine differentielle Wellenform ΔWb zu berechnen. Die Timingschätzeinheit 64 berechnet als Steigungsanstiegspunkt Pc einen Punkt, an dem, wenn eine Referenzzeit Tx verlangsamt wird, ein Differenzwert der Abweichung ansteigt und dann nach einer Erregungsendzeit Toff in der differentiellen Wellenform ΔWb einen vorbestimmten Schwellenwert TH3 erreicht. Anschließend schätzt die Timingschätzeinheit 64 eine Ventilschließbeendigungszeit Tel basierend auf dem berechneten Steigungsanstiegspunkt Pc.
  • Der Steigungsanstiegspunkt Pc erscheint zu einem Zeitpunkt, der leicht verzögert vom steigenden Startpunkt Pb erscheint und mit dem steigenden Startpunkt Pb korreliert ist. Mit anderen Worten korreliert die Referenzzeit Tx am Steigungsanstiegspunkt Pc mit dem Ventilschließbeendigungstiming Tc1. In Anbetracht der obigen Tatsache erkennt die Timingschätzeinheit 64 den Steigungsanstiegspunkt Pc aus der Differentialwellenform ΔWb und schätzt den Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tel basierend auf dem Referenzzeitpunkt Tx am Steigungsanstiegspunkt Pc. So berechnet beispielsweise die Timingschätzeinheit 64 ein Timing, das durch Subtraktion einer vorbestimmten, im Voraus eingestellten Zeit von dem Referenzzeitpunkt Tx am Steigungsanstiegspunkt Pc als der Ventilschließbeendigungszeit Tel erhalten wird. Alternativ berechnet die Timingschätzeinheit 64 ein Timing bzw. einen Zeitpunkt, das durch Multiplikation des Referenzzeitpunkts Tx am Steigungsanstiegspunkt Pc mit einem im Voraus eingestellten Koeffizienten als dem Ventilschließbeendigungszeitpunkt Tc1 erhalten wird.
  • Als Differentialwellenform ΔWb, die zum Berechnen des Steigungsanstiegspunktes Pc verwendet wird, kann die Timingschätzeinheit 64 eine Wellenform verwenden, die durch Differenzieren der Variationswellenform Wb erhalten wird, wie sie ist, oder diese kann eine Wellenform verwenden, die durch Verwenden eines Glättungsverfahrens auf die Wellenform erhalten wird, die durch Differenzieren der Variationswellenform Wb erhalten wird.
  • In der obigen Beschreibung berechnet die Timingschätzeinheit 64 die differentielle Wellenform ΔWb der Variationswellenform Wb, die aus der Spannungswellenform Wa berechnet wird, und schätzt die Ventilschließbeendigungszeit Tel unter Verwendung der differentiellen Wellenform ΔWb. Die Timingschätzeinheit 64 führt auch die Schätzung des Zeitpunkts der Beendigung der Ventilöffnung Top in gleicher Weise durch. Mit anderen Worten, die Timingschätzeinheit 64 berechnet die differentielle Wellenform, indem sie den Wert der Variationswellenform Wd differenziert, der aus der in 6 gezeigten aktuellen Wellenform Wc berechnet wird, berechnet den Steigungsanstiegspunkt, der auf einen vorbestimmten Schwellenwert in der differentiellen Wellenform ansteigt, und schätzt das Ventilöffnungsende-Timing Top basierend auf einem Referenzzeitpunkt an dem berechneten Steigungsanstiegspunkt.
  • Kurz gesagt, in der vorliegenden Ausführungsform, bei der Schätzung des Fertigstellungszeitpunkts Tel für das Schließen des Ventils und des Fertigstellungszeitpunkts Top für das Öffnen des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkts Tx an den steigenden Startpunkten Pb und Pd der Variationswellenformen Wb und Wd, führt die Timingschätzeinheit 64 die Schätzung aus den Steigungen (Differenzwellenformen) der Variationswellenformen Wb und Wd durch.
  • Andere Ausführungsformen
  • Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend beschrieben wurden, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Modifikationen implementiert werden, wie im Folgenden veranschaulicht wird. Nicht nur Kombinationen von Abschnitten, die deutlich darauf hinweisen, dass bestimmte Kombinationen in den jeweiligen Ausführungsformen offenbart sind, können durchgeführt werden, sondern auch Teilkombinationen der Ausführungsformen können durchgeführt werden, auch wenn die Kombinationen nicht wörtlich offenbart sind, es sei denn, es besteht ein technisches Problem mit den Kombinationen selbst.
  • Die Variationsberechnungseinheit 63 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet die Dispersion als Variationsgrad der mehreren Abtastwerte D0 bis D7, wobei der Dispersionsgrad jedoch nicht auf die Dispersion beschränkt ist. So kann beispielsweise die Abweichung zwischen dem Mittelwert und jedem der Abtastwerte D0 bis D7 berechnet werden, ein absoluter Wert jeder Abweichung kann addiert werden, der zusätzliche Wert kann durch einen vorgegebenen Wert dividiert werden, und ein durch Quadrieren des dividierten Wertes erhaltener Wert kann als Variationsgrad berechnet werden.
  • In dem in 7 dargestellten Beispiel wird der Ventilschließbeendigungszeitpunkt im Spannungserfassungsmodus geschätzt, aber der Ventilöffnungszeitpunkt kann im Spannungserfassungsmodus geschätzt werden. Insbesondere kann der Öffnungszeitpunkt des Ventils basierend auf der Variationswellenform Wb, die aus der Spannungswellenform Wa erzeugt wird, geschätzt werden. In dem in 7 gezeigten Beispiel wird der Ventilöffnungszeitpunkt im Stromerfassungsmodus geschätzt, aber der Ventilschließbeendigungszeitpunkt kann im Stromerfassungsmodus geschätzt werden. Insbesondere kann der Ventilschließbeendigungszeitpunkt basierend auf der Variationswellenform Wd geschätzt werden, die aus der aktuellen Wellenform Wc erzeugt wird.
  • In der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform werden der Zeitpunkt des Schließen des Ventils Tel und der Zeitpunkt des Öffnens des Ventils Top aus den Steigungen (Differentialwellenformen) der Variationswellenformen Wb und Wd geschätzt. Andererseits kann in gleicher Weise der Startzeitpunkt für das Schließen des Ventils Tcla und der Startzeitpunkt für das Öffnen des Ventils Topa aus den Steigungen (Differenzwellenformen) der Variationswellenformen Wb und Wd geschätzt werden.
  • In Schritt S 10 von 7 wird der Erkennungsmodus so geschaltet, dass die Frequenz der Ausführung des Spannungserkennungsmodus höher ist als die Frequenz der Ausführung des Stromerkennungsmodus. Andererseits kann die Umschaltung so durchgeführt werden, dass sie die gleiche Frequenz hat. So kann beispielsweise der Erkennungsmodus jedes Mal umgeschaltet werden, wenn die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 10 einmal durchgeführt wird, oder jedes Mal, wenn die Kraftstoffeinspritzung eine vorbestimmte Anzahl von Mal durchgeführt wird. Der Erkennungsmodus kann entsprechend dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors E, der Länge der Einschaltzeit Ti oder dem Druck des dem Kraftstoffeinspritzventil 10 zuzuführenden Kraftstoffs umgeschaltet werden.
  • In der ersten Ausführungsform wird der Spulenstrom, nachdem der Spulenstrom in der Stromanstiegsperiode durch die Ladespannung auf den ersten Sollwert I 1 erhöht wurde, durch die Batteriespannung auf dem zweiten Sollwert 12 in der Stromhalteperiode gehalten. Andererseits kann in der aktuellen Halteperiode die zweite Ladespannung angelegt und auf dem zweiten Sollwert 12 gehalten werden. In diesem Fall kann die Ladespannung in der aktuellen Anstiegsperiode als erste Ladespannung und die zweite Ladespannung auf einen Wert eingestellt werden, der kleiner als die erste Ladespannung ist, oder die zweite Ladespannung kann auf den gleichen Wert wie die der ersten Ladespannung eingestellt werden.
  • In der ersten Ausführungsform wird der Spulenstrom auf dem zweiten Sollwert 12 gehalten, während der Einschaltzustand kontinuierlich geregelt wird, ohne die Spannungsbeaufschlagung in der aktuellen Halteperiode abzuschalten. Andererseits kann in der aktuellen Halteperiode der Spulenstrom auf dem zweiten Sollwert 12 gehalten werden, indem der Betrieb der Spannungsanwendung gesteuert wird. Wenn jedoch der Zeitpunkt des Abschlusses der Ventilöffnung oder des Beginns der Ventilöffnung unter Verwendung des Stromwertes als Abtastwert geschätzt wird, ist es wünschenswert, die Betriebssteuerung abzuschalten und die Spannungsanwendung in der aktuellen Halteperiode kontinuierlich einzuschalten. In dem in 2 dargestellten Kraftstoffeinspritzventil 10 sind der Ventilkörper 12 und der bewegliche Kern 15 in der Konfiguration voneinander getrennt angeordnet, wobei der Ventilkörper 12 und der bewegliche Kern 15 jedoch integral bzw. integriert konfiguriert werden können. Als integriertes Teil wird beim Anziehen des beweglichen Kerns 15 auch der Ventilkörper 12 in Ventilöffnungsrichtung zusammen mit dem beweglichen Kern 15 zum Öffnen des Ventils verschoben. Das in 2 dargestellte Kraftstoffeinspritzventil 10 ist konfiguriert, um die Bewegung des Ventilkörpers 12 gleichzeitig mit dem Beginn der Bewegung des beweglichen Kerns 15 zu starten, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt. So kann beispielsweise der Ventilkörper 12 auch dann nicht zu öffnen beginnen, wenn sich der bewegliche Kern 15 zu bewegen beginnt, und der bewegliche Kern 15 kann in den Ventilkörper 12 eingreifen, um zu öffnen, wenn sich der bewegliche Kern 15 um einen vorbestimmten Betrag bewegt.
  • Die in 1 dargestellte Spannungserfassungseinheit 23 kann die negative Klemmenspannung der elektromagnetischen Spule 13 erfassen, die positive Klemmenspannung erfassen oder eine Zwischenklemmenspannung zwischen dem positiven Pol und dem negativen Pol erfassen.
  • Die von der ECU 20 bereitgestellten Mittel und/oder Funktionen können durch Software bereitgestellt werden, die auf einem materiellen Speichermedium und einem Computer gespeichert ist, der die Software, die Hardware allein oder eine Kombination dieser Komponenten ausführt. Wenn die Steuervorrichtung beispielsweise von einer elektronischen Schaltung bereitgestellt wird, die Hardware ist, kann die Steuervorrichtung von einer digitalen Schaltung oder einer analogen Schaltung bereitgestellt werden, die eine große Anzahl von Logikschaltungen beinhaltet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016178770 [0001]
    • JP 2015096720 A [0011]

Claims (5)

  1. Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb, die auf ein Kraftstoffeinspritzventil (10) angewendet wird, das das Folgende beinhaltet: einen Körper (11) mit einem Einspritzloch (17a), durch das Kraftstoff eingespritzt wird; einen Ventilkörper (12), der von einer Sitzfläche (17b) des Körpers (11) getrennt oder auf dieser platziert ist, um das Einspritzloch (17a) zu öffnen oder zu schließen; und eine elektromagnetische Spule (13), die eine elektromagnetische Anziehungskraft als eine Ventilöffnungskraft des Ventilkörpers (12) erzeugt, wobei die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: einen Startzeitpunkt (Tcla) des Schließens des Ventils, bei dem der Ventilkörper (12) den Ventilschließvorgang mit Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule (13) beginnt; einen Beendigungszeitpunkt (Tcl) des Schließens des Ventils, bei dem der Ventilschließvorgang abgeschlossen ist; einen Startzeitpunkt (Topa) des Öffnens des Ventils, bei dem der Ventilkörper (12) den Öffnungsvorgang des Ventils mit Beginn der Erregung der elektromagnetischen Spule (13) beginnt; und einen Beendigungszeitpunkt (Top) des Öffnens des Ventils, bei dem der Ventilöffnungsvorgang abgeschlossen ist, wobei die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb weiter das Folgende umfasst: eine Abtasteinheit (61), die konfiguriert ist, um entweder eine Spannung und einen Strom oder beides der elektromagnetischen Spule (13) als eine Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) in Intervallen einer vorbestimmten Zeit (L) in einer Abtastperiode (Ls) zu erhalten, die basierend auf einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt (Tx) eingestellt ist; eine Variationsberechnungseinheit (63), die konfiguriert ist, um einen Variationsgrad der Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) zu berechnen, die in der Abtastperiode (Ls) erhalten wurden, wobei eine Variations-Wellenform (Wb, Wd), die eine Änderung des Variationsgrades darstellt, der durch Verschieben des Referenzzeitpunkts (Tx) verursacht wird, einen Punkt beinhaltet, an dem sich der Variationsgrad verringert und dann ansteigt, wenn der Referenzzeitpunkt (Tx) verzögert wird, wobei der Punkt als steigender Startpunkt (Pb, Pbx, Pd) bezeichnet wird; und eine Timingschätzeinheit (64), die konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: den Startzeitpunkt (Tcla) des Schließens des Ventils, den Beendigungszeitpunkt (Tcl) des Schließens des Ventils, den Startzeitpunkt (Topa) des Öffnens des Ventils und den Beendigungszeitpunkt (Top) des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt (Tx) beim steigenden Startpunkt (Pb, Pbx, Pd).
  2. Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb, die auf ein Kraftstoffeinspritzventil (10) angewendet wird, das das Folgende beinhaltet: einen Körper (11) mit einem Einspritzloch (17a), durch das Kraftstoff eingespritzt wird; einen Ventilkörper (12), der von einer Sitzfläche (17b) des Körpers (11) getrennt oder auf dieser platziert ist, um das Einspritzloch (17a) zu öffnen oder zu schließen; und eine elektromagnetische Spule (13), die eine elektromagnetische Anziehungskraft als eine Ventilöffnungskraft des Ventilkörpers (12) erzeugt, wobei die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: einen Startzeitpunkt (Tcla) des Schließens des Ventils, bei dem der Ventilkörper (12) den Ventilschließvorgang mit Beginn der Entregung der elektromagnetischen Spule (13) beginnt; einen Beendigungszeitpunkt (Tcl) des Schließens des Ventils, bei dem der Ventilschließvorgang abgeschlossen ist; einen Startzeitpunkt (Topa) des Öffnens des Ventils, bei dem der Ventilkörper (12) den Öffnungsvorgang des Ventils mit Beginn der Erregung der elektromagnetischen Spule (13) beginnt; und einen Beendigungszeitpunkt (Top) des Öffnens des Ventils, bei dem der Ventilöffnungsvorgang abgeschlossen ist, wobei die Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb weiter das Folgende umfasst: eine Abtasteinheit (61), die konfiguriert ist, um entweder eine Spannung und einen Strom oder beides der elektromagnetischen Spule (13) als eine Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) in Intervallen einer vorbestimmten Zeit (L) in einer Abtastperiode (Ls) zu erhalten, die basierend auf einem vorbestimmten Referenzzeitpunkt (Tx) eingestellt ist; eine Variationsberechnungseinheit (63), die konfiguriert ist, um einen Variationsgrad der Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) zu berechnen, die in der Abtastperiode (Ls) erhalten wurden, wobei eine Variations-Wellenform (Wb, Wd), die eine Änderung des Variationsgrades darstellt, der durch Verschieben des Referenzzeitpunkts (Tx) verursacht wird, einen Punkt beinhaltet, an dem der Variationsgrad diese Reduzierung reduziert und stoppt, wenn der Referenzzeitpunkt (Tx) verzögert wird, wobei der Punkt als unterer Stopppunkt (Pby) bezeichnet wird; und eine Timingschätzeinheit (64), die konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: den Startzeitpunkt (Tcla) des Schließens des Ventils, den Beendigungszeitpunkt (Tc1) des Schließens des Ventils, den Startzeitpunkt (Topa) des Öffnens des Ventils und den Beendigungszeitpunkt (Top) des Öffnens des Ventils basierend auf dem Referenzzeitpunkt (Tx) am unteren Stopppunkt (Pby).
  3. Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Abtasteinheit (61) konfiguriert ist, um eine Spannung als die Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) zu erhalten; und die Timingschätzeinheit (64) konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: den Startzeitpunkt (Tcla) des Schließens des Ventils und den Beendigungszeitpunkt (Tcl) des Schließens des Ventils.
  4. Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei: die Abtasteinheit (61) konfiguriert ist, um einen Strom als die Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) zu erhalten; und die Timingschätzeinheit (64) konfiguriert ist, um mindestens eines des Folgenden zu schätzen: den Startzeitpunkt (Topa) des Öffnens des Ventils und den Beendigungszeitpunkt (Top) des Öffnens des Ventils.
  5. Schätzvorrichtung für den Ventilkörperbetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Variationsberechnungseinheit (63) konfiguriert ist, um den Variationsgrad basierend auf einer Abweichung zwischen einem Durchschnittswert der Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7), der in der Abtastperiode (Ls) erhalten wurde, und jedem der Vielzahl von Abtastwerten (D0-D7) zu berechnen.
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