JP2001505637A - 燃料噴射弁の移動を検知する装置及び方法 - Google Patents

燃料噴射弁の移動を検知する装置及び方法

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Abstract

(57)【要約】 燃料噴射装置のフュエルインジェクタバルブの移動を検知する装置及び方法を提供する。装置は、好適には、エンジンのコンビューションチャンバに流す燃料を押し出す燃料ポンプと、燃料ポンプと流体連通して、開位置のときにコンビューションチャンバに燃料を直接流すことを許容するように配置した第1バルブとを有する。第2バルブを、第1バルブ及び燃料ポンプと流体連通するように配置して、開位置のときに第1バルブに燃料を流すことを許容する。第2バルブアクチュエータを、所望のフュエルインジェクションに応答して第2バルブを作動させるように配置する。センサを、第1及び第2バルブの移動並びに第2バルブアクチュエータの作動を検知するように配置する。移動微分器を、好適には、センサに応答して、第1バルブの移動時間を第2バルブの移動及び第2バルブアクチュエータの作動時間から微分するように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料噴射弁の移動を検知する装置及び方法 発明の分野 本発明は、車両エンジンの分野、特に、車両エンジンの燃料供給装置に関する ものである。 発明の分野 数年の間、コンビューションエンジンの燃料供給装置が開発されている。注目 に値する開発の一つは、コンビューションエンジンの燃料噴射装置である。しか しながら、ディーゼルエンジンタイプのコンビューションエンジンはスパークプ ラグを有さず、圧縮加熱によって混合燃料を点火する。点火のタイミングは、正 確な瞬時にコンビューションチャンバに燃料を直接高圧で注入することによって 制御される。ディーゼルエンジンの近年の燃料噴射装置は、例えば、エンジンの コンビューションチャンバに燃料を送り出す燃料ポンプと、燃料ポンプと流体連 通するように配置して開位置のときにコンビューションチャンバに燃料を流すこ とを許容するニードルバルブとを通常有する。第2バルブを、ニードルバルブ及 び燃料ポンプと流体連通するように配置して、開位置のときに燃料が高圧でニー ドルバルブに、例えば、燃料ポンプからニードルバルブに流れることを許容する 。ソレノイドを、それによって発生した磁界に応答して第2バルブを作動させる ように第2バルブに隣接して配置することができる。磁石をニードルバルブに装 着することができ、ホール効果センサを、ニードルバルブが開いているときに磁 石の動作を検知するためにニードルの動作に応答して、点火プロセスのタイミン グを制御するように配置することができる。 しかしながら、これらタイプの燃料注入装置は、点火プロセスのタイミングの 制御の際の問題を有する。したがって、種々のタイプの液圧制御及び信号制御を 用いてエンジンの点火プロセスのタイミングの制御を試みる他の装置が開発され ている。例えば、タイミングプロセスの制御問題を解決するこれら試みは、燃料 噴射装置の全構成の変更、バルブの動作を検知するのに用いられるセンサのタイ プ又は配置の変更及びバルブそれ自体の磨耗、ドリフト、リフトすなわち移動、 不具合のような問題に焦点が当てられる。しかしながら、これらの試みは、しば しば複雑かつ高価なものとなり、問題を指摘する際にシステムの制約を認識し損 なうことがある。これら従来の試みは、信号調整を行う装置のサイズ、コスト及 び正確さ間の両立を認識し損ない又は十分に指摘していない。 発明の要約 既に説明したように、本発明は、エンジンの燃料噴射装置の点火プロセスのタ イミングを制御する比較的廉価で簡単な装置及び方法を好適に提供する。本発明 は、システムの制約を好適に認識し及びこれら制約を好適に調整する装置及び方 法を提供する。本発明による装置は、通常の燃料噴射装置に好適に適合させ又は 後から取り付けることもできる。さらに、本発明の装置及び方法は、燃料噴射装 置の第1バルブ又はニードルバルブの移動及び移動のタイミングを決定する一層 の正確さ及び信頼性を提供する。本発明の装置は、フュエルキャビティの外側に 位置センサを取り付けることができ、かつ、センサを更に小型化することができ る。 例えば、圧縮点火した内部コンビューションエンジンにおけるフュエルインジ ェクタの動作は、一般に、インジェクションイベントの開始と燃料をコンビュー ションチャンバに実際に注入開始する間の予測し得ない遅延に起因する液圧の影 響に依存する。エンジンコントローラは、ニードルバルブが開放するのを許容す るのにどれくらいの時間を要するかを決定するこの遅延を知る必要がある。この 遅延を決定するために、磁気的な位置センサをしばしばニードルバルブに近接し て配置する。 本発明は、ユニットインジェクタに磁気的な位置センサを用いる場合に直面す るような少なくとも1個の問題も認識する。磁気的な位置センサによって検知さ れる磁界を発生させることができるユニットフュエルインジェクタに2個の装置 がある。第1の磁界をソレノイドによって発生させ、第2の磁界を、ニードルバ ルブ、例えば、第1バルブに流体を直接流すことを許容するために励起されたソ レノイドに応答して移動する第2バルブによって発生させる。これら二つはにド ルバルブの移動を制御するので、これら2個の磁界は、ニードルバルブの磁界を 検知しようと試みるのと同時に変化する。本発明は、磁気的な位置センサの出力 からこれら成分を除去しすなわち相殺して、正確なニードルバルブ位置信号を取 り出す。これを達成するために、2成分、例えば、ソレノイド及び第2バルブの 磁界は、ニードルバルブによって発生した磁界から個別に決定される。 本発明によって認識され及び指摘される他の問題は、位置センサの温度変化に 比例してセンサ出力が変化することである。この変化は、センサ出力に対して2 方向に影響を及ぼす。第1の変化は、出力信号のベースライン又はオフセット中 にある。このオフセットは、アクチュエータ、例えば、ソレノイドが励起されず 、かつ、第1及び第2バルブが静止しているときの磁気センサの出力である。第 2の変化は信号ゲイン中にある。このゲインは、通常V/kGで表される特定量 の磁束密度に対して発生したセンサ出力電圧の量である。これら変化が一般にセ ンサの伝導機構の同一変化に起因するものであるとしても、これら変化の影響を 個別に補償する必要がある。したがって、本発明は、これら変化を補償的にキャ リブレートする補償キャリブレート手段を有する。 より詳しくは、フュエルインジェクタバルブの移動を検知する装置は、好適に は、エンジンのコンビューションチャンバに流すように燃料を送り出す燃料ポン プと、開位置のときに燃料をコンビューションチャンバに直接流すことを許容す るために燃料ポンプと流体連通するように配置した第1バルブ手段とを有する。 好適には、第2バルブ手段は、開位置のときに第1バルブ手段に燃料を流すこと を許容するために第1バルブ手段及び燃料ポンプと流体連通するように配置する 。第2バルブ作動手段を、所望のフュエルインジェクションに応答して第2バル ブ手段を作動させるように配置する。好適には、検知手段を、第1及び第2バル ブ手段の移動に応答するとともに、第1及び第2バルブ手段の移動及び第2バル ブ作動手段の動作を検知する第2バルブ作動手段の作動に応答するように配置す る。好適には、装置は、検知手段に応答して、第2バルブ手段の移動及び第2バ ルブ作動手段の動作から第2バルブ手段のみの移動時間を識別する移動識別手段 を有する。また、検知手段及び移動識別手段を、ソレノイドのような作動手段の みに応答するように配置することもでき、この場合、2個のバルブが含まれず、 すなわち、他のタイプの作動が用いられる第2バルブ手段のみに応答するように 配置することができる。 本発明による装置及び方法は、第1バルブ及び第1バルブの上流に配置される とともに第1バルブと流体連通する第2バルブを有するバルブ装置の第1バルブ の移動を好適に検知する。好適には、方法は、エンジンのコンビューションチャ ンバに流れるように燃料を送り出す燃料ポンプと流体連通するように配置された 第1バルブの作動を表す第1バルブ出力信号を検知し、第1バルブの上流に配置 されるとともに第1バルブと流体連通し、かつ、第1バルブに流体を流すのを許 容するために燃料ポンプと流体連通する第2バルブの動作を表す第2バルブキャ リブレーション出力信号を第1バルブ出力信号から減算して、第1バルブの移動 時間を表す第1バルブ移動信号を発生させる。 第1バルブ、第1バルブの上流に配置されるとともに第1バルブと流体連通す る第2バルブ及び第2バルブを動作させる第2バルブ作動手段を有するバルブ装 置の第1バルブの移動を検知する他の方法も、本発明に含まれる。好適には、こ の方法は、第2バルブ作動手段からの第2バルブ作動信号の検知と、第1バルブ からの第1バルブ出力信号の検知と、第2バルブ作動信号を第1バルブ出力信号 から減算して、第1バルブの移動時間を表す第1バルブ移動信号を発生させるこ ととを有する。 バルブの移動を検知する装置及び方法は、多数のバルブ装置、例えば、バルブ を作動させるためにソレノイドが用いられ、別の状況ではバルブ装置と所定の関 係で用いられる場合に、好適に用いることができる。燃料噴射装置のような本発 明による装置の一例において、あるフュエルインジェクタは、アクチュエータ、 例えば、ソレノイドを有し、それはバルブロッドをソレノイドに引き込む。バル ブロッドは、第2バルブに取り付けられた端部を有する。したがって、ソレノイ ドの磁界は、ソレノイドを流れる電流、ソレノイドの巻数及びソレノイドの物理 的なサイズの関数となる。この磁界は、ロッドがソレノイド内に移動するに従っ てソレノイドの中央の透磁率が増大することによって増大する。装置の第1バル ブの位置を識別しすなわち決定するために、例えば、ソレノイド及びその電流の 特性によって生じたホール効果センサの磁界成分並びにバルブロッドがソレノイ ドの中央に引き込まれる際のソレノイドの透磁率の変化によって生じた磁界の成 分を、上記2成分及び移動する第1バルブに装着された磁石によって発生した磁 界の成分によって生じた全体に亘る磁界から好適に減算することができる。 図面の簡単な説明 これまで説明した及び他の本発明の目的及び効果の一部を、添付図面を参照し ながら詳細な説明として明らかにする。 図1は、本発明による通常動作モード中の燃料噴射装置のフュエルインジェク タバルブの移動を検知する装置の線形図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態による第1キャリブレーションモード中の 燃料噴射装置のフュエルインジェクタバルブの移動を検知する装置の線形図であ る。 図3は、本発明の第1の実施の形態による第2キャリブレーションモード中の 燃料噴射装置のフュエルインジェクタバルブの移動を検知する装置の線形図であ る。 図4は、本発明の第1の実施の形態による第3キャリブレーションモード中の 燃料噴射装置のフュエルインジェクタバルブの移動を検知する装置の線形図であ る。 詳細な説明 本発明を、本発明の好適な実施の形態を示す添付図面を参照して以後十分に説 明する。しかしながら、本発明を、多数の相違する形態で実施することができ、 ここで説明する図示された実施の形態に限定するものではない。むしろ、これら の図示した実施の形態を、この開示が十分かつ完全であるように示し、本発明の 範囲を当業者に十分に表現する。同様な番号を同様な構成要素に付すものとし、 他の例の同様な構成要素を表現するために、プライム及びダブルプライム表記を 用いる。 図1は、噴射装置15のようなバルブシステムの第1バルブ手段、例えば、第 1バルブ25の移動を検知する装置20の線形図を示し、それは、第2バルブ手 段、例えば、第2バルブ35と、本発明による第1バルブ25を動作させるバル ブ作動手段38、例えば、バルブアクチュエータを有する。一例によれば、本発 明による装置20及び方法は、好適には、図示するとともにここで更に説明する ような燃料噴射装置15の少なくとも1例を有する。しかしながら、本発明によ る装置20及び方法を、他のバルブシステム、特に、ソレノイド38又は他のバ ルブアクチュエータがバルブ35の移動をバルブアクチュエータ38から区別し 及び/又は第2バルブの移動を第1バルブ25から区別する必要がある場合にも 適用できることは当業者によって理解される。本発明は、燃料噴射装置15のユ ニットインジェクタ30の磁気的な位置センサ40のような検知手段を用いる場 合に直面する少なくとも一つの問題も良好に識別する。磁気的な位置センサ40 によっても検知される磁界を発生させることができる2個の装置がフュエルイン ジェクションユニットに存在する。第1の磁界をソレノイド38によって発生さ せるとともに、第2の磁界を、励起すなわち起動されたソレノイド38に応答し て移動する第2バルブ35によって発生させて、ニードルバルブ25、例えば、 第1バルブに流体を流すことができる。ソレノイド38及び第2バルブ35がニ ードルバルブ25の移動を制御するので、ソレノイド38及び第2バルブ35の 磁界は、ニードルバルブ25の磁界を位置センサ40によって検知しようとする のと同時に変化する。本発明は、磁気的な位置センサ40の出力からこれら成分 を除去し又は相殺して正確なニードルバルブ位置信号を取り出すのに好適である 。これを行うために、2個の構成要素、例えば、ソレノイド38及び第2バルブ 35の磁界を、ニードルバルブ25によって発生した磁界から個別に決定する。 図4に最もよく図示した本発明によって認識され及び指摘される他の問題は、 位置センサ40の温度変化に応じてセンサ出力が変化することである。第1の変 化は、出力信号のベースライン又はオフセット中にある。このオフセットは、ソ レノイド38が励起されずに第1バルブ25と第2バルブ35の両方が休止して いるときの磁気センサ40の出力である。装置20を、アクチュエータとしてソ レノイド38を有するものを示したが、他のアクチュエータも本発明によって用 いることができ、本発明を、1個以上のコイル、1個以上のインダクタ又はバル ブ35を作動させるように磁界を発生させる他の回路にも適用できることは当業 者によって理解され、この場合、このようなコイル、インダクダ、ソレノイド等 がこのような装置に用いられる。第2の変化は信号ゲイン中にある。このゲイン は、通常V/kGで表現される特定量の磁束密度に対して生じたセンサ出力電圧 の量となる。これら変化が一般的にセンサ40の伝導機構の同一変化に起因する ものであるとしても、これら変化の影響を個別に補償する必要がある。センサ4 0からの信号は、ニードルバルブ25の位置に比例するアナログ信号であり、例 えば、好適には処理信号に対して少なくとも1個のプロセッサを有するエンジン コントローラ50に要求される信号は、ニードルバルブが開いたときにオンとな るデジタル信号である。これは、ニードルバルブ25が特定の割合の距離を移動 すると「オン」位置に切り替えるために用いられる電圧コンパレータ65を必要 とし、それは、十分開であるときに達成される。オフセットは、ニードルバルブ 25が閉じられたときの位置に対応し、そのゲインは、ニードルバルブ25が十 分開いているときのセンサ出力を規定する。コンパレータ65を切り替える電圧 レベルを決定する際に両要因を考慮する必要がある。 例えば、センサ40は、ニードルバルブが閉じられているときには1Vの電圧 を発生させ、ニードルバルブが十分に開いているときには5Vの電圧を発生させ ることができる。ニードルバルブ25がその十分な開位置の10%開いていると きに切替を行うコンパレータ65は、ゲインとオフセットとの間の差の10%に 相当する値(例えば、(0.1×(5−1)+1)=1.4V)で切替を行うよ うに設定される。センサオフセット及びゲインが変化すると、この切替電圧も変 化させる必要があり、切替電圧が変化しないままである場合、センサ40の出力 を特定のオフセット及びゲインに再び調整する必要がある。いずれの方法も、温 度変化するようなセンサオフセット及びゲインの応答の決定が必要となる。 図1〜4で最もよく示したように、燃料噴射装置15の燃料噴射弁、例えば、 第1バルブ25の移動を検知する装置20は、好適には、燃料ポンプ18から燃 料が供給されるとともにエンジンのコンバスチョンチャンバに直接流れるように 配置された第1弁25を有するフュエルインジェクタ30を有する。第2バルブ 35を、好適には、第1バルブ25の上流に配置し、第1バルブ25と流体連通 するようにする。第3バルブ35は、好適には燃料ポンプ18とも流体連通する 。ソレノイド、コイル、インダクタのようなバルブ作動手段38を、好適には第 2バルブ35を作動させるように配置する。バルブ作動手段38を、バルブロッ ド36をソレノイド38の中間位置に引くソレノイドとして示す。バルブロッド 36は、第2バルブ35に取り付けられた端部を有する。したがって、ソレノイ ド38の磁界は、ソレノイド38を流れる電流、ソレノイド38の巻数及びソレ ノイド38の物理的なサイズの関数となる。この磁界は、バルブロッドがソレノ イド38の上方に移動する際のソレノイド38の中央の透磁率が増大することに よっても増大する。 このニードルバルブ25の位置を決定するために、ソレノイド38及びその電 流の特性によって生じたセンサ40、例えば、ホール効果センサのようなトラン スデューサの磁界の成分と、第2バルブ35のバルブロッド36がソレノイド3 8の中央に挿入する、例えば、第2バルブ35の移動のときのソレノイド38の 透磁率の変化によって生じた磁界の成分とは、上記2成分及び移動するニードル バルブ25に装着された磁石又はニードルバルブ25それ自体の移動によって生 じた磁界の成分によって生じた全体に亘る磁界から取り除かれる。トランスデュ ーサとして用いられるホール効果センサ40は、好適には、電流が流れる材料に 加えられる磁界又は材料の移動によって生じた磁界の変化を検知する。当業者に は理解できるように、磁束の変化を検知する磁気抵抗性トランスデューサのよう な他のトランスデューサを、本発明に用いることもできる。 これを操作可能に行うために、移動識別手段、例えば、移動微分器を、好適に は、検知手段に応答して、第2バルブ手段35の移動及び第2バルブ作動手段3 8の作動から第1バルブ手段25のみの移動時間を識別するように配置する。移 動微分器は、好適には、第2バルブ作動手段38の作動を表す信号及び第1バル ブ25の移動を表す信号を処理して第1バルブの開放時間を表す第1バルブ移動 タイミング信号を発生させる検知手段40に応答するように配置した処理手段、 例えば、処理回路を有する。図示したように、移動微分器は、好適には、図1〜 4に示したようにこの機能を達成する電気処理回路を有する。この回路は、例え ば、エンジンコントローラ50の主要部と、記憶装置51と、差動増幅器60と 、コンパレータ65と、タイミングコントローラ54と、タイミング信号を確立 するクランク軸位置センサ75と、アナログーデジタルコンバータ53と、デジ タル−アナログコンバータ52と、スイッチ56,64と、抵抗62,63と、 電流−電圧変換回路58と、カレント・レギュレータ、例えば、トランジスタ6 1とを有し、これらは全て図示したように接続され、ここではこれらを更に説明 する。ハードウェア又はハードウェアとソフトウェアとの組合せを有する他のプ ロセッサ及び処理回路をこの機能を達成するために用いることもできることは、 当業者によって理解される。 移動識別手段は、好適には、減算手段、例えば、減算器と、エンジンコントロ ーラ50の一部すなわち図示したような処理回路とを有し、その処理回路を、検 知手段40によって発生した移動出力信号と、第2バルブ手段35によって発生 した第2バルブ出力信号と、第2バルブ出力信号及び第2バルブ作動出力信号を 移動出力信号から減算して第1バルブ手段25の開放時間を表す第1バルブ移動 タイミング信号を発生させる第2バルブ作動手段38によって発生した第2バル ブ作動出力信号とに応答するように配置する。図示するために、第1バルブ成分 、第2バルブ成分及びアクチュエータ又はソレノイド成分を有するセンサ40の 出力信号を図1〜4に線形的に示し、装置20に関連してここで更に説明する。 図2及び3に最もよく示したように、移動識別手段は、好適には、減算手段と 連絡するとともに第2バルブ手段の移動及び第2バルブ作動手段の作動を表すキ ャリブレーション信号を発生させるキャリブレーション発生手段と、キャリブレ ーション信号を記憶するためにキャリブレーション発生手段に応答する記憶手段 51とを有する。キャリブレーション発生手段は、好適には、燃料ポンプ18及 び第2バルブ手段35と流体連通して閉位置で第2バルブ手段35に燃料が流れ るのを防止するとともに開位置で第2バルブ手段35に燃料が流れるように配置 した燃料遮断バルブ22と、燃料遮断バルブ22及び第2バルブ手段35の各々 が閉位置にあるとき及び燃料遮断バルブ22が閉位置にあるとともに第2バルブ 手段35が開位置にあるときに第2バルブ作動手段38の作動を制御してキャリ ブレーション信号を発生させる制御手段、例えば、エンジンコントローラ50及 び第2バルブ作動手段38に接続した関連のソレノイド駆動回路58,61,6 2,63,64,70とを有する。制御手段を、燃料遮断バルブ22と通信して 燃料遮断バルブの開閉を制御するようにも配置する。 ニードルバルブ25の移動によってのみ生じたセンサ40の応答を決定すると ともに、ソレノイド38及び第2バルブ35の磁界の影響を除去するために、装 置15は、ニードルバルブ25が閉に保持されている間ソレノイド38及び第2 バルブ35を個別に作動させる。その結果、各々がニードルバルブの移動の影響 を除去する2個のセンサ出力となる。その後、2個のセンサ出力成分が、全セン サ出力から減算されて、ニードルバルブ25の移動によってのみ生じた磁界を取 り出す。 これを操作可能に行うために、図2〜4で最もよく示したように、2ステップ が実行される。最初に、ソレノイド磁界がそれに流れる電流の量に正比例するの で、この電流は、電流−電圧コンバータ58によってサンプルされるとともに差 動増幅器60の一方の入力部に接続される。センサ出力が他方の入力部に接続さ れ、差動増幅器60の結果的に得られる出力は、ソレノイド磁界によって生じた 成分をセンサ出力から引いたものとなる。これは、この補償方法の正確さを減ず ることなくソレノイド電流を任意のレベルに設定することができ又は任意の量の ノイズがソレノイド電流に存在してもよくなるという追加の利益を有する。 次に、第2バルブ35を、好適にはソレノイド38によって直接作動させる。 第2バルブ35に取り付けられた透磁性材料は、バルブが開放するとソレノイド 38中に移動し、バルブ35が閉鎖されるとソレノイド38の外に移動する。こ れによって、第2バルブ35の移動に正比例するソレノイドの磁界に対応する増 加又は減少が生じる。ソレノイド38とは異なり、第2バルブ35によって発生 した磁界を直接決定するのに用いることができるソレノイド電流のような他の信 号が存在しない。第2バルブ35の移動速度は、ソレノイド38によって生じた 力、バルブを開くのに十分強い磁界となる時間、バルブを閉じた状態に保持する ばねによって生じた力、摩擦、バルブの質量を含む複雑な因子のセットによって 決定される。ソレノイド38の作動及び停止と第2バルブ35の移動の開始との 間には所定の時間がある。また、第2バルブが移動を開始した後にそれが十分に 開き又は閉じられるまで所定の時間がある。機械的摩擦によって、これら因子へ の影響がインジェクタの寿命全体に亘って著しく変化し、これによって、関連の 時間が著しく変化する。しかしながら、数百時間に伸びる通常の操作期間中、こ れら因子はほとんど変化しない。したがって、第2バルブ35の操作を、一般的 にはエンジンが始動されるときからそれを停止させるまで一定であると仮定する ことができる。この情報は、エンジンの全動作期間に亘って有効である。 第2バルブ35の移動によって生じた信号成分は、始動中に決定され、かつ、 時間に対するバルブ位置に関連するテーブルのようなエンジンコントローラ50 の記憶手段、例えば、デジタルメモリ51に格納される。例えば、タイミング信 号を、エンジンクランク軸の回転タイミングから決定しすなわち得ることができ る。このデータファイル及びテーブルは、第2バルブ35が停止及び開放から始 動する際の第2バルブ35の移動についての情報を有することができ、それは、 第2バルブ35が停止又は他の任意の重要な移動に対してバウンスする回数を決 定するのに十分迅速に取り出されるサンプルを有する。燃料の構成が著しく変化 しない場合、これら移動は、第2バルブ35が開く度にほぼ同一である必要があ る。次の動作中、これら値を、同一タイミングを用いて再発生させ、その後、そ の値をセンサ信号から減算して、第2バルブ35の動作の影響を除去する。 第2バルブ35によって生じたセンサ40の応答を取り出すためには、第2バ ルブ35を作動させる間ニードルバルブ25を閉に保持することが要求される。 燃料がフュエルインジェクタ30に供給される場合を除いてインジェクタ30が 「ドライファイヤ」され、すなわち、作動されると、キャリブレーションを実行 することができる。例えばソレノイドも有する燃料遮断バルブ22を、第2バル ブ35の下流であって第2バルブ35と燃料ポンプ18との間に配置することが できる。これによって、第1バルブ25、例えばニードルバルブ25が開くのを 防止する。発生する磁界は、ソレノイド38によって発生した磁界及び第2すな わち上側バルブ35の移動によって生じた透磁率の変化に起因するものだけであ る。ニードルバルブ25を、流体圧縮によって直接作動させる。燃料は、燃料ポ ンプ18によって圧縮されるとともに、燃料遮断バルブ22を通じて第2バルブ 35に供給される。第2バルブ35を、遮断バルブ28とニードルバルブ25と の間に配置する。第2バルブ35が開くと、圧縮燃料を燃料ポンプ18からニー ドルバルブ25に流すことができ、したがって、ニードルバルブ25を開くこと ができる。 始動中、第2バルブ35の応答は、インジェクタ30の燃料が圧縮されないよ うに燃料遮断バルブ28を閉に保持することによって決定される。ニードルバル ブ25は開かない。センサ出力は、ソレノイド38及び第2バルブ35の磁界に よってのみ影響が及ぼされる。ソレノイド成分は上記方法によってセンサ出力か ら減算され、その結果、第2バルブ35の移動によって生じた成分のみとなる。 その後これが記憶装置51に格納される。 燃料遮断バルブ28が作動され、エンジンの次の回転中、ニードルバルブ25 は所望に応じて開く。その後、ソレノイド38及び第2バルブ35によって生じ たセンサ出力の成分が減算されて、ニードルバルブ25の移動のみに比例する信 号が結果的に生じる。これは始動中に多量の電力を必要とするので、電池70の 電圧すなわち電力が低いこと、エンジンが非常に冷却されていること又は多量の 時間及び/又はクランクに対する多量の電池電力を必要とするおそれがある他の 理由をエンジンコントローラ50が検知する場合、このプロセスを延期させるこ とができる。この場合、エンジンの最後の実行中に決定された成分を、応答を著 しく変化させることなく用いることができる。インジェクタ30への燃料の流れ が遮断される間にソレノイド38を作動させることができる場合、このキャリブ レーション手順を、エンジンの通常動作中の任意のときに実行することもできる 。大抵のエンジンにおいてこれを達成することができる。その理由は、インジェ クタ30は始動時間の約10%のみで作動するからである。これによって、イン ジェクタ30が必要とされない間のインジェクションイベント間に約90%の時 間が残る。したがって、エンジンがアイドリングである又は低速走行である場合 に特に、エンジンの動作に影響を及ぼすことなく燃料を遮断することができる間 の各インジェクタの操作間には通常短い時間間隔がある。このキャリブレーショ ンステップを実行するのに要求される時間は、開放又は閉鎖する第2バルブ35 によって取り出された時間のみに依存する。 それに対して、8気筒より多くの気筒数のエンジンは、このキャリブレーショ ンを実行するためにインジェクションイベント間に約20%の時間しか残らない 。しかしながら、これは、2個の燃料制御ソレノイドを取り付けることによって 補償することができ、その一方がインジェクタの半分に対応するとともに他方が 残り半分に対応する。半セットの各々に対して1個のインジェクタ30を、要求 される際にインジェクタが作動するのを防止されることなく全てのインジェクタ がキャリブレートされるまで要求される目安でキャリブレートすることができる 。第2バルブ35の移動に対する補償は、上記差動増幅器60の同一入力でルー ルアップテーブル値の出力にソレノイド電流−電圧コンバータ58の出力を加算 することによって実行され、したがって、両成分は、差動増幅器60の出力部に ニードルバルブ25の移動の結果としての成分のみが生じるセンサ出力から減算 される。 ソレノイド38の磁界は、温度とともに著しく変化せず、ソレノイド38を流 れる特定量の電流の直接的な関数となる。この磁界が温度とともに変化しないの で、所定の量のソレノイド電流に対して、センサ出力を変化させる事柄は温度だ けである。本発明による装置20は、第2バルブ35又はニードルバルブ25を 移動させるともにセンサ応答を決定することなくソレノイド38を周期的に励起 させることによってセンサオフセット及びゲインの変化を好適に決定する。これ を、第2バルブ35もニードルバルブ25も移動しないように第2バルブ35を 開くのに十分強くないソレノイド38を流れる電流を発生させることによって達 成することができる。これを、例えば、インジェクタ30が燃料を噴射する必要 のない任意のときに実行することができる。オフセットの変化を補償するプロセ スは、ゲインの変化を補償するプロセスとは別に実行される。 オフセットの任意の変化を補償するために、例えば、センサ出力を、ソレノイ ド38が励起されずにバルブが開放されていないときにサンプルすることができ る。このオフセットは、エンジンがスイッチオンされた直後すなわちエンジンが 始動される際にエンジンコントローラ50が起動されたときに獲得され、その後 、記憶装置51に記憶される。その後、センサ40の出力は、ソレノイド38も バルブ25,35も駆動されない状態で再びサンプルされる。この次の期間中の オフセットと始動時に最初に決定されたオフセットとの間の差は、デジタル的な 引き算によって計算される。これによって、オフセットに温度に比例する所定の 量の変化が生じる。この所定の量の変化は、第2バルブ35の動作に対する補償 に用いられるルックアップテーブルの各値に加算される。その後、このオフセッ トは、ソレノイド成分及び第2バルブ成分によって行われるような差動増幅器6 0のセンサ信号から減算される。 ゲインの任意の変化を補償するために、ソレノイド38は、第2バルブ35を 開くのに十分強くない小さく正確に制御された電流によって作動される。したが って、センサ出力はソレノイドの磁界にのみ比例する。この制御された電流は、 温度によって著しく変化しない特定量の磁束密度を発生させる。これを、先ずエ ンジンが始動されたときに行い、ソレノイド38がこのレベルであるときのセン サ出力間の差を、既に説明したようにして決定したオフセット値から減算する。 これによって、磁束密度に対するセンサ出力電圧に対応する値が発生し、それを メモリ51に格納する。次いで、次のゲインの値が元の値から減算されて、ゲイ ンの変化が温度の関数として生じる。その後、ゲインの変化がデジタル値として 格納され、ソレノイド磁界及び第2バルブ磁界の成分を減算するのに用いられる 差動増幅器60のゲインを制御するのに用いる。これは、バルブが停止している とき及び十分に開いているときにセンサニードルバルブ出力を同一レベルに再調 整するように作用する。メモリ51及びエンジンコントローラ50の既に説明し たようなこれらステップ及び構成はセンサキャリブレーション手段を形成し、こ れによって、温度変化に応答するセンサ出力信号をキャリブレートする。 これらキャリブレーションステップが実行された後、差動増幅器60の出力は センサの温度変化によって悪影響が及ぼされず、ソレノイド磁界の成分及び第2 バルブ磁界の成分が出力から減算される。これによって、ニードルバルブ25の 動作のみに比例する安定した出力が生じる。その後、この信号は、基準入力に接 続されたプリセット電圧レベルを有するコンパレータ65に接続する。これによ って、ニードルバルブ25が開く距離の特定の割合で切替を許容するこのコンパ レータ65に対して安定した切替点を有利に提供する。結果的に得られるデジタ ル信号はエンジンコントローラ50に送信される。また、タイミング信号として エンジンの回転位置をエンジンコントローラ50に教示するクランク軸位置セン サ75を、エンジンコントローラ50に接続する。エンジンコントローラ50は 、ソレノイド38の励起後ニードルバルブ25が開くのにどれくらいの時間を要 するかを決定するためにこれら2個のタイミング信号を用いる。それは、ソレノ イド起動信号のタイミングを調整して、インジェクションイベントの適切なタイ ミングを達成する。このプロセスを、装置の1個又は複数のエンジンのフュエル インジェクタ30の各々に対して繰り返す。 当業者によって理解されるように、差動増幅器60及びコンパレータ65の操 作を、エンジンコントローラ50内の他のアナログ回路及びデジタル回路、例え ば、アナログーデジタル(A/D)コンバータ52,53及びデジタル回路によ って実行することができる。したしながら、図示した形態は、簡単であり、かつ 、複数の処理労力をエンジンコントローラ50のジョブに追加することなく有利 に実現することができる。また、温度変化によって生じたセンサオフセット又は ゲインの変化を補償するのに用いるべき磁界を発生させるためにコイルをアッセ ンブリに追加する場合、この装置15を、任意のインジェクタ30又はソレノイ ド38が存在する若しくは存在しない他の液圧(例えば、水圧、油圧等)で起動 される装置上で用いることができる。 さらに、センサオフセット及びゲインを決定するキャリブレーションステップ を、通常のエンジン動作中の任意のときに実行することができる。第2バルブ3 5の動作によって生じた磁界の変化のキャリブレーションを、インジェクタ30 に対して燃料が一時的に遮断される場合の任意のときに行うことができる。これ を、噴射装置15がキャリブレーションを必要とするとともにエンジンコントロ ーラ50が最先のあり得るときにキャリブレーションシーケンスを初期化する必 要があることをエンジンコントローラ50に知らされる場合に達成する。これを 、インジェクタ30をキャリブレートするのに必要な時間長で任意のインジェク タ30に対して燃料をすぐに遮断することによって行われる。これは、ピストン がイグニションストローク以外の任意の位置にあるときのように、インジェクタ 30が必要とされない間燃料を遮断することができる場合に必要とされるときに 、任意の単一のインジェクタ30を不作動状態にすることを必ずしも要求されな い。 例えば、各インジェクタ30を、いずれのインジェクタが使用されずにインジ ェクタが点火している間に燃料供給を遮断することができる任意のときに再キャ リブレートすることができる。これは、8個未満の気筒を有するエンジン上で又 は2個若しくは複数の制御ソレノイド38を有するエンジンを用いて容易に行う ことができる。 また、ある最近のインジェクタは、パイロット又はデュアルステージ動作(p ilot or dual stage operation)を有し、第2バ ルブ35は、先ず、ほぼ中間の位置で開き、次いで、全燃料噴射イベントで十分 に開く。このタイプのインジェクタ30において、第2バルブ35が動く距離は 、ソレノイド38を流れる電流に正比例する。第2バルブ35の信号成分を得る と、これは、ソレノイド38を流れる電流量に対して第2バルブ35が移動する 距離に関するキャリブレーション中に記録すべき第2セットのデータを必要とす るおそれがある。ソレノイド電流の第2バルブ距離に関連するこの第2セットの データを、第2バルブ35がばね停止に対する十分な開放の代わりに部分的に開 放する際に第2バルブ35に対する信号成分を再び形成するのに用いることがで きる。 また、フュエルインジェクタ30’のニードルバルブ25’のみが移動するオ ブジェクトである装置において、キャリブレーションをこの装置15’で実行す ることができ、この場合、ソレノイド38’によって発生した磁界の成分は、ニ ードルバルブ25’を物理的に移動させるのに十分強くないソレノイド38’を 流れる既知の電流を検知することによって決定される。この際、発生した磁界は 、コントローラ50のような記憶装置によって記憶されたホール効果センサ40 ’から第1出力信号を形成する。次いで、コントローラ50’は、ソレノイド3 8’を流れる電流に対する磁束密度に関連する式を用いるとともに、ニードルバ ルブ25’を実際に開くのに要求される電流を用いてソレノイド38’によって 発生した磁界を決定するよう推定する。この値は、定数として記憶されるととも に、フュエルインジェクタ30’が通常通り作動中であるとともにニードルバル ブ25’がソレノイド38’を流れる高電流のために開いている間に取り出され た結果的に得られるセンサ信号から減算される。 他の変形例として、移動すべきオブジェクトをキャリブレーション中の位置に 保持することができない、すなわち、第2バルブ35”のバルブロッドがソレノ イド38”に応答して移動しないポイントまで電流が減少しない場合、バルブロ ッド36”が特定の極性に磁化されるおそれがある。例えば、バルブロッド36 ”は、N極がソレノイド38”の内側に向くように磁化されるおそれがある。通 常動作の下では、ソレノイド38”は、ソレノイド38”によってロッド36” をソレノイド38”内に引っ張るS極磁界を発生させるのに必要な方向の電流に よって励起される。この燃料噴射装置15”をキャリブレートするために、バル ブロッド36”の移動を許容することなく決定する必要がある。このために、ソ レノイド38”を流れる電流はキャリブレーション中に反転され、その結果、ロ ッド36”は停止状態になり、移動しない。したがって、結果的に得られる磁界 は、ソレノイド38”を流れる電流によって生じたものだけである。ソレノイド 電流を通常方向に流すことが許容され、結果的に得られる出力は、上記成分の減 算によって決定される。 図1〜4を用いて説明したように、第1バルブ及びその上流に配置されるとと もに第1バルブと流体連通する第2バルブ35を有するバルブ装置15の第1バ ルブ25の移動を検知する方法も、本発明によって提供される。好適には、方法 の一例は、エンジンのコンバスチョンチャンバに流れるように燃料を押し出すフ ュエルポンプと流体連通するように配置した第1バルブの動作を表す第1バルブ 出力信号を検知することと、第1バルブの上流に配置され、第1バルブと流体連 通し、かつ、燃料が第1バルブに流れることができるように燃料ポンプと流体が 連通する第2バルブ35の動作を表す第2バルブキャリブレーション出力信号を 、第1バルブ出力信号から減算して、第1バルブの動作時間を表す第1バルブ動 作信号を発生させることとを有する。 この方法は、第1及び第2バルブの各々が閉位置にあるときの第2バルブ35 の動作を表す第1作動キャリブレーション信号を発生させることと、第2バルブ 35が開位置であるとともに第1バルブが閉位置であるときの第2バルブ35の 動作を表す第2作動キャリブレーション信号を発生させることと、第1及び第2 作動キャリブレーション信号を組み合わせることによって第2バルブキャリブレ ーション出力信号を発生させるために第1及び第2作動キャリブレーション信号 を格納することとを有することができる。センサキャリブレーション信号、例え ば、誤差信号を検知するとともに、第1バルブ出力信号から減算するもできる。 本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が 可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,HU,IL,IS,JP,KE,KG ,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT, LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG ,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG, US,UZ,VN (72)発明者 ウォルフ ピーター ユー アメリカ合衆国 フロリダ州 33843 ウ インター ヘヴン ピー オー ボックス 9407 (72)発明者 ステットラー リチャード ダブリュー アメリカ合衆国 フロリダ州 33884 ウ インター ヘヴン ダンディー ロード 2929

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.第1バルブ及び第1バルブの上流に配置されるとともに第1バルブと流体連 通する第2バルブを有するバルブ装置の第1バルブの動作を検知する装置であ って、 前記第2バルブを作動させる第2バルブ作動手段と、 前記第1バルブが開くのを検知するために少なくとも1個の第1バルブの移 動に応答するとともに、前記第2バルブ作動手段の動作を検知する第2バルブ 動作手段に応答する検知手段と、 前記第1バルブ手段の開く時間を識別するために前記検知手段に応答する移 動識別手段とを具え、 その移動識別手段が、 前記第2バルブ作動手段の動作に応答する信号及び前記第1バルブの移動を 表す信号を処理して、前記第1バルブの開く時間を表す第1バルブ移動タイミ ング信号を発生させる処理手段を有することを特徴とする装置。 2.前記移動識別手段が、 前記第2バルブの動作を表すキャリブレーション信号を発生させるキャリブ レーション発生手段と、 第2バルブ作動キャリブレーション信号を記憶する記憶手段とを更に有する ことを特徴とする請求の範囲1記載の装置。 3.前記キャリブレーション発生手段が、 閉位置のときに流体が前記第2バルブに流れるのを防止するとともに、開位 置のときに流体が前記第2バルブに流れるのを許容するように、前記第2バル ブの上流に配置され、かつ、前記第2バルブと流体連通する流体遮断バルブと 、 前記第2バルブ作動手段に接続され、前記流体遮断バルブ及び前記第2バル ブがそれぞれ閉位置にあるとき及び前記流体遮断バルブが閉位置にあるととも に前記第2バルブが開位置にあるときに前記第2バルブ作動手段の動作を制御 して、前記第2バルブ作動キャリブレーション信号を発生させる制御手段とを 有することを特徴とする請求の範囲2記載の装置。 4.前記処理手段が、前記第1及び第2バルブがそれぞれ開位置であるときに発 生させる第2バルブ出力信号及び前記第2バルブ作動キャリブレーション信号 に応答して、前記第1バルブ出力信号から前記第2バルブ作動キャリブレーシ ョン信号を減算し、前記第1バルブの開く時間を表す第1バルブタイミング信 号を発生させる減算手段を有することを特徴とする請求の範囲1,2又は3記 載の装置。 5.前記動作識別手段が、前記処理手段及び検知手段に応答して、キャリブレー ション検知手段の信号を発生させるキャリブレーション発生手段を更に有し、 前記減算手段が、前記第1バルブ出力信号から前記キャリブレーション検知手 段の信号を減算することを特徴とする請求の範囲1,2,3又は4記載の装置 。 6.前記制御手段を、前記流体遮断バルブ及び前記第2バルブ作動手段とも連通 するように配置して、前記流体遮断バルブの開閉及び前記第2バルブ作動手段 の動作を制御するようにしたことを特徴とする請求の範囲5記載の装置。 7.前記第2バルブ作動手段がソレノイドを具えることを特徴とする請求の範囲 1,2,3,4,5又は6記載の装置。 8.前記検知手段が、前記第1バルブの移動によって発生した磁界、前記第2バ ルブの移動によって発生した磁界及びソレノイドによって発生した磁界を検知 する磁界検知センサを具えることを特徴とする請求の範囲1,2,3,4,5 ,6又は7記載の装置。 9.フュエルインジェクタバルブの動作を検知する装置であって、 エンジンのコンバスチョンチャンバに流す燃料を押し出すフュエルポンプと 、 前記フュエルポンプと流体連通するように配置して、閉位置のときに前記コ ンバスチョンチャンバに燃料を直接流すことを許容する第1バルブ手段と、 前記第1バルブ手段及び前記フュエルポンプと液体連通するように配置して 、開位置のときに前記第1バルブ手段に燃料が流れることを許容する第2バル ブ手段と、 所望のフュエルインジェクションに応答して前記第2バルブ手段を作動させ る第2バルブ作動手段と、 前記第1及び第2バルブ手段の移動並びに前記第2バルブ作動手段の動作に 応答して、前記第1及び第2バルブ手段の移動及び前記第2バルブ作動手段の 動作を検知するように配置された検知手段と、 前記検知手段に応答して、前記第1バルブ手段の移動時間を前記第2バルブ 手段の移動及び前記第2バルブ作動手段の動作と識別する動作識別手段とを具 えることを特徴とする装置。 10.前記動作識別手段が、前記検知手段によって発生した動作出力信号、前記 第2バルブ手段によって発生した第2バルブ出力信号及び前記第2バルブ作動 手段によって発生した第2バルブ作動出力信号に応答し、前記移動出力信号か ら第2バルブ出力信号及び第2バルブ作動出力信号を減算して、前記第1バル ブ手段の開放時間を表すバルブ移動タイミング信号を発生させる減算手段を有 することを特徴とする請求の範囲9記載の装置。 11.前記移動識別手段が、前記減算手段と通信して、前記第2バルブ手段の移 動及び前記第2バルブ作動手段の動作を表すキャリブレーション信号を発生さ せるキャリブレーション発生手段と、そのキャリブレーション発生手段に応答 して前記キャリブレーション信号を記憶する記憶手段とを更に有することを特 徴とする請求の範囲10記載の装置。 12.前記キャリブレーション発生手段が、 前記フュエルポンプ及び第2バルブ手段と流体連通して、閉位置のとき前記 第2バルブ手段に燃料が流れるのを防止し、かつ、開位置のとき前記第2バル ブ手段に燃料が流れるのを許容するように配置した燃料遮断バルブと、 前記第2バルブ作動手段に接続され、前記燃料遮断バルブ及び第2バルブ手 段がそれぞれ閉位置にあるとき及び前記燃料遮断バルブが閉位置にあるととも に前記第2バルブ手段が開位置にあるときに前記第2バルブ作動手段の動作を 制御して、前記キャリブレーション手段を発生させる制御手段とを有すること を特徴とする請求の範囲11記載の装置。 13.前記制御手段を、前記燃料遮断バルブの開閉を制御するために前記燃料遮 断バルブと通信するように配置したことを特徴とする請求の範囲12記載の装 置。 14.前記第2バルブ作動手段がソレノイドを具え、前記第1バルブ手段がニー ドルバルブを具えることを特徴とする請求の範囲9,10,11,12又は1 3記載の装置。 15.前記検知手段が、前記第1バルブ手段の移動によって発生した磁界、前記 第2バルブ手段の移動によって発生した磁界及び前記第2バルブ作動手段によ って発生した磁界を検知する少なくとも1個の磁界センサを具えることを特徴 とする請求の範囲9,10,11,12又は13記載の装置。 16.前記検知手段と通信し、エンジンの点火を制御するエンジンコントローラ の少なくとも一部と、前記エンジンコントローラ及び検知手段と通信し、温度 変化に応答して前記検知手段をキャリブレートして、キャリブレートされた検 知手段の出力信号を発生させるセンサキャリブレート手段を更に具えることを 特徴とする請求の範囲9,10,11,12,13,14又は15記載の装置 。 17.第1バルブ、この第1バルブの上流に配置されるとともに前記第1バルブ と流体連通する第2バルブ及びこの第2バルブを作動させる第2バルブ作動手 段を有するバルブ装置の第1バルブの移動を検知する方法であって、 前記第2バルブ作動手段から第2バルブ作動信号を検知し、 前記第1バルブから第1バルブ出力信号を検知し、 前記第1バルブ出力信号から前記第2バルブ作動信号を減算して、前記第1 バルブの移動時間を表す第1バルブ移動信号を発生させることを特徴とする方 法。 18.前記第1及び第2バルブの移動を検知するために配置したセンサからの誤 差を表す誤差信号を検知し、その誤差信号から第1バルブ出力信号を減算する ことを特徴とする請求の範囲17記載の方法。 19.第1バルブ、この第1バルブの上流に配置されるとともに前記第1バルブ と流体連通する第2バルブ及びこの第2バルブを磁気的に作動させるソレノイ ドを有するフュエルインジェクタ装置の第1バルブの移動を検知する方法であ って、 キャリブレートされた第2バルブ作動信号を前記ソレノイドから検知し、 キャリブレートされた第2バルブ出力信号を前記第2バルブから検知し、 前記第1バルブ、第2バルブ及びソレノイドから第1バルブ出力信号を検知 し、 前記キャリブレートされた第2バルブ作動信号及びキャリブレートされた第 2バルブ出力信号を前記第1バルブ出力信号から減算して、前記第1バルブの 移動時間を表す第1バルブ移動信号を発生させることを特徴とする方法。 20.前記第1及び第2バルブの移動を検知するために配置されたセンサからセ ンサキャリブレーション信号を検知し、前記第1バルブ出力信号から前記セン サキャリブレーション信号を減算することを特徴とする請求の範囲19記載の 方法。
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