JP2000054897A - 電磁弁のニ―ドル弁行程推定方法および該方法に基づく燃料噴射制御方法 - Google Patents
電磁弁のニ―ドル弁行程推定方法および該方法に基づく燃料噴射制御方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ニードルのはね返り経過から生じる欠点例え
ば燃焼室への燃料の不正確な調量を効果的に回避するこ
とのできる方法を提供する。 【解決手段】 下方および上方のストッパーとの間で運
動する、電磁弁（１）のニードル弁行程を推定する方法
において、ニードル弁が電磁弁（１）のコイル（３）に
対して相対的に運動する時に、コイル（３）に誘導され
る電圧を検出して、該電圧を計算モデルによりニードル
弁の行程に関係付けることを特徴とする電磁弁（１）の
ニードル弁行程を推定する方法を構成する。
ば燃焼室への燃料の不正確な調量を効果的に回避するこ
とのできる方法を提供する。 【解決手段】 下方および上方のストッパーとの間で運
動する、電磁弁（１）のニードル弁行程を推定する方法
において、ニードル弁が電磁弁（１）のコイル（３）に
対して相対的に運動する時に、コイル（３）に誘導され
る電圧を検出して、該電圧を計算モデルによりニードル
弁の行程に関係付けることを特徴とする電磁弁（１）の
ニードル弁行程を推定する方法を構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、請求項１の上位概
念に基づく電磁弁のニードル行程を推定する方法および
請求項８の上位概念に基づく燃料噴射の制御方法に関す
る。
念に基づく電磁弁のニードル行程を推定する方法および
請求項８の上位概念に基づく燃料噴射の制御方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】燃料噴射ポンプでは、燃焼室に燃料を正
確に調量して噴射するために通例、電磁弁が使用され
る。ここでは電磁弁のニードルは、このニードルを包囲
するコイルの磁場内で、コイルの電気的な制御に応じ
て、上方および下方のストッパーとの間を運動する。こ
こで上方のストッパーは例えば弁の完全な開状態に、下
方のストッパーは完全な閉状態に相応する。ニードルは
そのストッパーで直ちに静止するのではなく、減衰振動
に相応するはね返り運動する。はね返り中には（例えば
下方のストッパーにおいて）望ましくないことに燃焼室
に燃料が追加噴射されてしまい、この結果噴射過程の精
度は制限されてしまう。
確に調量して噴射するために通例、電磁弁が使用され
る。ここでは電磁弁のニードルは、このニードルを包囲
するコイルの磁場内で、コイルの電気的な制御に応じ
て、上方および下方のストッパーとの間を運動する。こ
こで上方のストッパーは例えば弁の完全な開状態に、下
方のストッパーは完全な閉状態に相応する。ニードルは
そのストッパーで直ちに静止するのではなく、減衰振動
に相応するはね返り運動する。はね返り中には（例えば
下方のストッパーにおいて）望ましくないことに燃焼室
に燃料が追加噴射されてしまい、この結果噴射過程の精
度は制限されてしまう。
【０００３】ＤＥ４３０８８１１から電磁弁制御による
燃料調量装置の制御方法が公知である。ここでは電磁気
的負荷の回路装置は屈曲点を検出することにより、この
電磁的負荷を通流する電流に相応する量の時間的な経過
を求めることができ、さらにこの量の個々の離散値が、
所定の時点において評価される。
燃料調量装置の制御方法が公知である。ここでは電磁気
的負荷の回路装置は屈曲点を検出することにより、この
電磁的負荷を通流する電流に相応する量の時間的な経過
を求めることができ、さらにこの量の個々の離散値が、
所定の時点において評価される。
【０００４】ＤＥ３４２６７９９Ｃ２には、内燃機関に
噴射すべき燃料量を制御するための装置が記載されてい
る。この装置は、燃料噴射ポンプと、制御装置の動作特
性に依存して少なくとも上記の量の１つを制御および調
整する手段とを有する。ここで上記の燃料噴射ポンプ
は、噴射のための圧力を形成するポンプ装置、ならびに
噴射開始、噴射継続時間および噴射終了などの量を求め
る電気的に操作される制御装置を含んでいる。上記の装
置はさらに制御装置の動作特性を検出するための手段を
有し、ここでこの動作特性の検出は、この制御装置を通
流する電流を評価することによって行われている。
噴射すべき燃料量を制御するための装置が記載されてい
る。この装置は、燃料噴射ポンプと、制御装置の動作特
性に依存して少なくとも上記の量の１つを制御および調
整する手段とを有する。ここで上記の燃料噴射ポンプ
は、噴射のための圧力を形成するポンプ装置、ならびに
噴射開始、噴射継続時間および噴射終了などの量を求め
る電気的に操作される制御装置を含んでいる。上記の装
置はさらに制御装置の動作特性を検出するための手段を
有し、ここでこの動作特性の検出は、この制御装置を通
流する電流を評価することによって行われている。
【０００５】上記の刊行物のいずれも、電磁弁のニード
ルの運動時のはね返り経過から発生する問題を扱ってい
ない。
ルの運動時のはね返り経過から発生する問題を扱ってい
ない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ニー
ドルのはね返り経過から生じる欠点例えば燃焼室への燃
料噴射の不正確な調量を、効果的に回避することのでき
る方法を提供することである。
ドルのはね返り経過から生じる欠点例えば燃焼室への燃
料噴射の不正確な調量を、効果的に回避することのでき
る方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によ
り、下方および上方のストッパーとの間で運動する、電
磁弁のニードル弁行程を推定する方法において、ニード
ル弁が電磁弁のコイルに対して相対的に運動する時に、
コイルに誘導される電圧を検出して、該電圧を計算モデ
ルによりニードル弁の行程に関係付けることを特徴とす
る電磁弁のニードル弁行程を推定する方法によって解決
される。
り、下方および上方のストッパーとの間で運動する、電
磁弁のニードル弁行程を推定する方法において、ニード
ル弁が電磁弁のコイルに対して相対的に運動する時に、
コイルに誘導される電圧を検出して、該電圧を計算モデ
ルによりニードル弁の行程に関係付けることを特徴とす
る電磁弁のニードル弁行程を推定する方法によって解決
される。
【０００８】
【発明の実施の形態と利点】本発明によれば、ニードル
行程ないしは電磁ニードル弁の実際の運動経過を高い信
頼性で、十分な精度で推定することができる。この際に
弁に、ニードル行程を直接測定するための専用の装置を
設ける必要はない。上記のはね返り経過中に、正確なニ
ードル行程が判ることにより簡単に、燃料噴射量を正確
に調量することができ、これにより例えば燃料消費また
は自動車による環境汚染を効果的に回避することができ
る。
行程ないしは電磁ニードル弁の実際の運動経過を高い信
頼性で、十分な精度で推定することができる。この際に
弁に、ニードル行程を直接測定するための専用の装置を
設ける必要はない。上記のはね返り経過中に、正確なニ
ードル行程が判ることにより簡単に、燃料噴射量を正確
に調量することができ、これにより例えば燃料消費また
は自動車による環境汚染を効果的に回避することができ
る。
【０００９】本発明の有利な実施形態は従属請求項に記
載されている。
載されている。
【００１０】ここでは有利にも、誘導された電圧と行程
との関連づけが、少なくともコイル電流と、少なくとも
１つの定数とを考慮することによって行われる。コイル
電流は簡単に測定可能であるし、または表すことがで
き、これにより全体として信頼性の高い推定結果が得ら
れる。
との関連づけが、少なくともコイル電流と、少なくとも
１つの定数とを考慮することによって行われる。コイル
電流は簡単に測定可能であるし、または表すことがで
き、これにより全体として信頼性の高い推定結果が得ら
れる。
【００１１】少なくとも１つの定数によって弁の特性を
考慮すると有利であることが判っている。これにより本
発明の方法を種々の弁形式に個別に適合させることがで
きる。
考慮すると有利であることが判っている。これにより本
発明の方法を種々の弁形式に個別に適合させることがで
きる。
【００１２】誘導電圧と行程との関係付けは、誘導電圧
を時間について積分し評価すると有利である。
を時間について積分し評価すると有利である。
【００１３】本発明の有利な実施形態では、誘導電圧と
ニードル弁行程との関連づけは、次の数式に基づいて行
われる。
ニードル弁行程との関連づけは、次の数式に基づいて行
われる。
【００１４】
【数２】
【００１５】ここでｄ（ｔ）は、動作空隙の幅ないしは
ニードル行程の幅に対する推定値であり、Ｕ（ｔ）は、
電磁弁のコイルの両端に誘導された電圧（ここでオーム
抵抗による電圧降下分はすでに差し引かれている）であ
り、ｔ0はコイル電圧に対する積分の開始時間であり、
Ｋは積分定数であり、Ｉは調整したコイル電流であり、
ｎはコイルの巻数であり、Ｇwはうず電流係数であり、
Ｒmはアーマチュア、ガイド空隙および電磁弁のマグネ
ットヨークの磁気抵抗であり、μ0は自己誘導係数であ
り、Ａは動作空隙の面積である。
ニードル行程の幅に対する推定値であり、Ｕ（ｔ）は、
電磁弁のコイルの両端に誘導された電圧（ここでオーム
抵抗による電圧降下分はすでに差し引かれている）であ
り、ｔ0はコイル電圧に対する積分の開始時間であり、
Ｋは積分定数であり、Ｉは調整したコイル電流であり、
ｎはコイルの巻数であり、Ｇwはうず電流係数であり、
Ｒmはアーマチュア、ガイド空隙および電磁弁のマグネ
ットヨークの磁気抵抗であり、μ0は自己誘導係数であ
り、Ａは動作空隙の面積である。
【００１６】この数式は、運動ないしは行程を、電流制
御の弁制御部用コイルにおける誘導電圧変化により記述
するための殊に簡単なモデルである。ここでは磁気回路
の線形な特性が出力される。コイル電流が一定の場合
に、線形性を想定できるのは一般に、ニードル行程の限
られた領域に対してだけである。したがってニードル弁
の上方または下方のストッパーにおけるはね返り経過に
対しては、別のモデルパラメタＲmおよびＧwを設定しな
ければならない。これらのパラメタは、測定技術的にま
たは詳細に磁場シミュレーションを適用することにより
求められる。測定技術的な決定では、ニードル弁は規定
のコントロールされた運動をしなければならない。ここ
で弁ないしはコイルでの誘導電圧は、数式（１）を逆に
解くことによって得られた電圧と比較される。この場合
にパラメタＲmとＧwはパラメタ調整の領域において求め
ることができる。磁場シミュレーションを使用する場合
にも同様に行われるが、この場合は測定結果をシミュレ
ーション結果と置き換えなければならない。
御の弁制御部用コイルにおける誘導電圧変化により記述
するための殊に簡単なモデルである。ここでは磁気回路
の線形な特性が出力される。コイル電流が一定の場合
に、線形性を想定できるのは一般に、ニードル行程の限
られた領域に対してだけである。したがってニードル弁
の上方または下方のストッパーにおけるはね返り経過に
対しては、別のモデルパラメタＲmおよびＧwを設定しな
ければならない。これらのパラメタは、測定技術的にま
たは詳細に磁場シミュレーションを適用することにより
求められる。測定技術的な決定では、ニードル弁は規定
のコントロールされた運動をしなければならない。ここ
で弁ないしはコイルでの誘導電圧は、数式（１）を逆に
解くことによって得られた電圧と比較される。この場合
にパラメタＲmとＧwはパラメタ調整の領域において求め
ることができる。磁場シミュレーションを使用する場合
にも同様に行われるが、この場合は測定結果をシミュレ
ーション結果と置き換えなければならない。
【００１７】開始時間として、ニードル弁が上方または
下方のストッパーと接触した時点ｔ 0を選択すると有利
である。この時点ではｄの値は既知であり、これにより
積分定数Ｋは次のようにして求めることができる。
下方のストッパーと接触した時点ｔ 0を選択すると有利
である。この時点ではｄの値は既知であり、これにより
積分定数Ｋは次のようにして求めることができる。
【００１８】
【数３】
【００１９】積分定数Ｋを少なくとも１つの接触時点ｔ
0に対して求めると殊に有利であることが判っている。
例えば個々の接触時点において積分定数を新たに求める
ことにより、数式（１）の積分をリセットし、モデルエ
ラーの累積を実際のニードル行程時間に制限することも
可能である。
0に対して求めると殊に有利であることが判っている。
例えば個々の接触時点において積分定数を新たに求める
ことにより、数式（１）の積分をリセットし、モデルエ
ラーの累積を実際のニードル行程時間に制限することも
可能である。
【００２０】
【実施例】本発明の有利な実施形態を図面を用いて詳し
く説明する。
く説明する。
【００２１】図１には数式（１）に挙げられた量を説明
するために、電磁弁１の部分領域が示されている。この
電磁弁１はアーマチュア２と、コイル（詳細には示され
ていない巻線を有する）ないしは巻線室３と、マグネッ
トヨーク４とを有する。コイル３にコイル電流を相応に
供給することにより、公知のようにアーマチュア２が両
向き矢印で示した方向に運動する。ここではアーマチュ
ア２は、ガイド部材５と共に形成されており、このガイ
ド要素５は、ヨーク４の相応の切り欠き部内を均一にガ
イドするために使用されている。（図示しない）ニード
ル弁ないしはニードル弁先端部は、アーマチュア２と固
定的に結合されており、公知のように電磁弁１の開閉を
制御している。アーマチュア２したがってニードル弁
は、図示しない下方のストッパーと、同様に図示しない
上方のストッパーとの間で往復運動することができる。
ヨーク４の縁部６と、ガイド要素５の下部縁部との間の
それぞれの（時間で変化する）距離は、動作空隙の幅な
いしニードル行程ｄとして示されている。動作空隙の直
径はＤで示されている。これから動作空隙の面積Ａを求
めることができる。ガイド要素５とヨーク４との間には
ガイド空隙７が形成されている。
するために、電磁弁１の部分領域が示されている。この
電磁弁１はアーマチュア２と、コイル（詳細には示され
ていない巻線を有する）ないしは巻線室３と、マグネッ
トヨーク４とを有する。コイル３にコイル電流を相応に
供給することにより、公知のようにアーマチュア２が両
向き矢印で示した方向に運動する。ここではアーマチュ
ア２は、ガイド部材５と共に形成されており、このガイ
ド要素５は、ヨーク４の相応の切り欠き部内を均一にガ
イドするために使用されている。（図示しない）ニード
ル弁ないしはニードル弁先端部は、アーマチュア２と固
定的に結合されており、公知のように電磁弁１の開閉を
制御している。アーマチュア２したがってニードル弁
は、図示しない下方のストッパーと、同様に図示しない
上方のストッパーとの間で往復運動することができる。
ヨーク４の縁部６と、ガイド要素５の下部縁部との間の
それぞれの（時間で変化する）距離は、動作空隙の幅な
いしニードル行程ｄとして示されている。動作空隙の直
径はＤで示されている。これから動作空隙の面積Ａを求
めることができる。ガイド要素５とヨーク４との間には
ガイド空隙７が形成されている。
【００２２】数式（１）の積分に対する開始時間ｔ0と
して、電磁ニードルつまりアーマチュア２が下方の（な
いしは上方の）ストッパーに接触する時点を選択する。
この時点ではｄは既知であり、積分定数は数式（２）に
より求めることができる。接触時点を求めるために、時
間によるコイル電圧の導関数ｄＵ／ｄｔを求める。なぜ
ならばこの信号は、ニードルないしはアーマチュア運動
の折り返し点において図２に示したように大きな跳躍を
有するからである。これによりはね返り経過中の個々の
接触時点に対して積分定数を新たに求め、数式（１）の
積分をリセットすることができる。したがってモデルエ
ラーの累積は実際のニードル行程時間に制限される。こ
れは簡単なモデルでは、数式（１）により与えられるよ
うに、有利であることが判っている。
して、電磁ニードルつまりアーマチュア２が下方の（な
いしは上方の）ストッパーに接触する時点を選択する。
この時点ではｄは既知であり、積分定数は数式（２）に
より求めることができる。接触時点を求めるために、時
間によるコイル電圧の導関数ｄＵ／ｄｔを求める。なぜ
ならばこの信号は、ニードルないしはアーマチュア運動
の折り返し点において図２に示したように大きな跳躍を
有するからである。これによりはね返り経過中の個々の
接触時点に対して積分定数を新たに求め、数式（１）の
積分をリセットすることができる。したがってモデルエ
ラーの累積は実際のニードル行程時間に制限される。こ
れは簡単なモデルでは、数式（１）により与えられるよ
うに、有利であることが判っている。
【００２３】上記の推定方法の有利な実現形態を、図３
を参照して説明する。ここで電磁弁１のコイル３に発生
するコイル電圧は、Ａ／Ｄコンバータ８を介して計算機
９に供給される。この計算機９は、制御アルゴリズムと
数式（１）を実現するための手段とから構成されてい
る。この方法全体はソフトウェア的に実現することがで
きる。これと択一的には、所要の信号処理を極めて高速
に実行可能な電子回路を使用することもできる。計算機
９は、はね返り経過中に電磁ニードルの動作を、本発明
による推定方法に応じて求める。ここで図４および５に
は典型的に得られる推定結果ないしは正確さの度合いが
示されている。図４の破線は、実際の条件下でシミュレ
ーションを行った、下方のストッパーにおける行程経過
が、最小動作空隙１００μｍの場合に示されている。本
発明の方法により推定した経過は、実線で示されてい
る。図４には上方のストッパー（最大動作空隙５００μ
ｍ）に対する相応する曲線が示されている。
を参照して説明する。ここで電磁弁１のコイル３に発生
するコイル電圧は、Ａ／Ｄコンバータ８を介して計算機
９に供給される。この計算機９は、制御アルゴリズムと
数式（１）を実現するための手段とから構成されてい
る。この方法全体はソフトウェア的に実現することがで
きる。これと択一的には、所要の信号処理を極めて高速
に実行可能な電子回路を使用することもできる。計算機
９は、はね返り経過中に電磁ニードルの動作を、本発明
による推定方法に応じて求める。ここで図４および５に
は典型的に得られる推定結果ないしは正確さの度合いが
示されている。図４の破線は、実際の条件下でシミュレ
ーションを行った、下方のストッパーにおける行程経過
が、最小動作空隙１００μｍの場合に示されている。本
発明の方法により推定した経過は、実線で示されてい
る。図４には上方のストッパー（最大動作空隙５００μ
ｍ）に対する相応する曲線が示されている。
【００２４】本発明にしたがってはね返り経過中のニー
ドル弁の行程を推定することによって簡単に、理論値と
は異なる実際の噴射量を求めることができる。通例実際
の噴射量は、電磁弁の上記のはね返り特性に基づき、理
論的な噴射量よりもわずかに大きい。計算機９は、はね
返り経過中に実際に行われるニードル弁の当接ないしは
「はね返り」を検出することができ、これにより実際に
噴射される燃料を正確に検出することができる。これに
より電磁弁を、後続の噴射過程時に制御して、実際に噴
射される燃料量を理論的な燃料量に適合させることがで
きる。これは例えば、電磁弁の噴射継続時間を相応に短
縮することによって行われる。図３には計算機９がこの
目的のために、電磁弁１の制御部を制御する電流制御器
１０に、制御信号Ｉsollを供給することが示されてい
る。
ドル弁の行程を推定することによって簡単に、理論値と
は異なる実際の噴射量を求めることができる。通例実際
の噴射量は、電磁弁の上記のはね返り特性に基づき、理
論的な噴射量よりもわずかに大きい。計算機９は、はね
返り経過中に実際に行われるニードル弁の当接ないしは
「はね返り」を検出することができ、これにより実際に
噴射される燃料を正確に検出することができる。これに
より電磁弁を、後続の噴射過程時に制御して、実際に噴
射される燃料量を理論的な燃料量に適合させることがで
きる。これは例えば、電磁弁の噴射継続時間を相応に短
縮することによって行われる。図３には計算機９がこの
目的のために、電磁弁１の制御部を制御する電流制御器
１０に、制御信号Ｉsollを供給することが示されてい
る。
【図１】電磁弁の概略的な部分図である。
【図２】はね返り経過中に誘導された弁電圧ないしはコ
イル電圧の、時間による導関数を、時間に対して示した
線図である。
イル電圧の、時間による導関数を、時間に対して示した
線図である。
【図３】本発明の方法を実現するための有利の装置のブ
ロック回路図である。
ロック回路図である。
【図４】下方のストッパーにおけるはね返り経過に対し
て、本発明により推定したニードル行程とシミュレーシ
ョンによるニードル行程とを比較する線図である。
て、本発明により推定したニードル行程とシミュレーシ
ョンによるニードル行程とを比較する線図である。
【図５】上方のストッパーにおけるはね返り経過に対し
て、本発明により推定したニードル行程とシミュレーシ
ョンによるニードル行程とを比較する線図である。
て、本発明により推定したニードル行程とシミュレーシ
ョンによるニードル行程とを比較する線図である。
１ 電磁弁 ２ アーマチュア ３ 巻線室 ４ ヨーク ５ ガイド部材 ６ 縁部 ７ ガイド空隙 ８ Ａ／Ｄコンバータ ９ 計算機 １０ 電流制御器
Claims (8)
- 【請求項１】 下方のストッパーおよび上方のストッパ
ーとの間で運動する、電磁弁（１）のニードル弁行程を
推定する方法において、 ニードル弁が電磁弁（１）のコイル（３）に対して相対
的に運動する時に、該コイル（３）に誘導される電圧を
検出して、該電圧を計算モデルによりニードル弁の行程
に関係付けることを特徴とする電磁弁（１）のニードル
弁行程を推定する方法。 - 【請求項２】 前記誘導電圧と行程との関係付けを、少
なくともコイル電流（Ｉ）と少なくとも１つ定数とを考
慮することにより行う請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの定数により、少な
くとも弁の特性を考慮する請求項２に記載の方法。 - 【請求項４】 前記誘導電圧と行程との関係付けを、前
記誘導電圧の積分を時間について実行しかつ評価するこ
とによって行う請求項１から３までのいずれ１項に記載
の方法。 - 【請求項５】 前記誘導電圧とニードル弁行程との関係
付けを、次の数式に基づいて行い、 【数１】 ここでｄ（ｔ）は、動作空隙の幅ないしはニードル弁行
程の幅に対する推定値であり、 Ｕ（ｔ）は、電磁弁（１９）のコイル（３）の両端での
誘導電圧（ここでオーム抵抗成分による電圧降下はすで
に差し引かれている）であり、 ｔ0はコイル電圧に対する積分の開始時間であり、 Ｋは積分定数であり、 Ｉは調整したコイル電流であり、 ｎはコイル（３）の巻数であり、 Ｇwはうず電流係数であり、 Ｒmは、アーマチュア（２）、ガイド空隙（７）および
電磁弁（１）のマグネットヨーク（４）の磁気抵抗であ
り、 Ａは動作空隙の面積である請求項１から４までのいずれ
か１項に記載の方法。 - 【請求項６】 開始時間ｔ0として、ニードル弁が上方
または下方のストッパーと接触した時点を選択する請求
項５に記載の方法。 - 【請求項７】 積分定数Ｋを、少なくとも１つの接触時
点ｔ0において決める請求項５または６に記載の方法。 - 【請求項８】 電磁弁（１）を有する噴射ポンプによる
燃焼室への燃料噴射を制御する方法において、 第１の噴射過程では理論的な所望量を、電磁弁（１）の
噴射開始、噴射持続時間、噴射終了および噴射出力を考
慮することにより燃焼室に噴射し、 ここで下方のストッパーおよび上方のストッパーとの間
で運動する電磁弁（１）のニードル弁のニードル行程
を、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法に
より推定して、ストッパーでのはね返り特性を求め、 後続の噴射過程中に、ニードル弁の前記はね返り特性を
考慮して修正した量の燃料を、燃焼室に噴射することを
特徴する燃料噴射制御方法。
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