JP2007507646A - 電磁弁を制御するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、制御弁要素を移動させるために電磁弁のコイルを通して流されるか又は供給される電流及び／又は電圧を制御することによって、電磁弁の開放及び／又は閉鎖行程を制御するための方法に関し、この行程中に、特に電流流れ及び／又は電磁弁の物理的特性値から得られる開放及び／又は閉鎖行程の複数の時点が検出される。先行する開放及び／又は閉鎖行程の検出された時点の間の時間は、引き続く開放及び／又は閉鎖行程中の電流及び／又は電圧の流れを制御するための制御変数として使用される。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の電磁弁の開放及び／又は閉鎖行程を制御するための方法に関する。

噴射弁、例えばコモンレールの噴射システムにおいて、噴射器の制御圧力室の燃料圧力を制御するために、特許文献１から知られる電磁弁が使用される。このような噴射弁では、噴射弁の噴射開口部を開放又は閉鎖するための弁ピストンの移動は、制御圧力室の燃料圧力によって制御される。公知の電磁弁は、ハウジング構成要素に配置される電磁石と、スライダ要素で案内されて、閉鎖ばねによって作用される軸方向に移動可能な電機子と、電機子で移動されて、電磁弁の弁座と相互作用して、制御圧力室からの燃料放出を制御する制御弁要素とを有する。

内燃機関の噴射弁を制御するための電磁弁が、特許文献２からも知られる。

特許文献３は、励磁コイルを有する電磁スイッチング要素（又はソレノイド弁）の電機子の移動を制御するための方法及び装置を記載している。この文献では、第１の時点から開始する電流の第１の目標値を予め規定でき、第２の時点から開始する電流の第２の目標値を予め規定できる。第２の目標値は、第１の目標値よりも小さいか、等しいか、又はよりも大きく、第２の時点は、電機子が、電磁弁のニードル又は制御弁要素が端部位置に位置づけた第３の時点よりも前にある。

電流特性を評価することによって電機子の一端側への到達時間を判定することが知られている。さらに、このため、センサ等も使用される。

一般に問題であることは、従来、駆動段階中、すなわち移動段階中に制御弁要素又は電機子の制御が正確に補償されなかったことである。特に、供給電圧のライン抵抗は、移動段階に大きな反対効果を及ぼす要因であるが、この理由は、高い内部抵抗は電圧変動をもたらすことがあるからである。電圧は、平均電流を用いることによって一般に測定されるので、内部抵抗の結果としての電圧降下の検出は困難である。個々のあらゆる時点における精密な電流制御は、非常に高価であるが、この理由は、例えば、このために別個のプロセッサを利用できなければならないからである。しかし、これらの電圧変動の結果、電機子又は制御弁要素の吸引時間及び到達時間が変化し、その結果、不利なことに、閉鎖行程又は電機子の駆動段階を正確に再現することは不可能である。特に精密な要件がある場合、例えば内燃機関の噴射を制御する場合、噴射の物理的開始が、各々の場合に、計画した時点と異なる時点に行われるので問題である。このことは、シリンダに噴射された燃料量の変化をもたらし、次に、エンジントルクの望ましくない変化をもたらす。

独国特許出願公開第１９６５０８６５Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０１３１２０１Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９６０７０７３Ａ１号明細書

したがって、本発明の目的は、従来技術の不都合を除去し、電磁弁の再現可能な開放行程及び／又は閉鎖行程を可能にする、冒頭に述べた種類の電磁弁の制御方法を提供することである。

この目的は、本発明によれば請求項１の方法によって達成される。

電磁弁の開放及び／又は閉鎖行程の検出された時点の間の期間は、開放及び／又は閉鎖行程に関する電流特性及び／又は電圧特性を制御するための制御変数として使用されるので、電流特性が正確に設定される。特に、電磁弁の閉鎖行程中、電機子又は制御弁要素の吸引時間及び到達時間がすでに感知され、その結果、電流特性及び電圧特性を対応して適合させることによって、すでに感知されたこれらの値で、制御弁要素又は電機子の移動段階又は駆動段階を容易に制御することができる。この結果、制御弁要素の移動段階は、到達時間まで再現でき、任意の別個の時点に電流値の複雑な制御を実施することは不必要である。この結果、製造コストを低く維持できる。

特に、制御弁要素の吸引段階を経過した時間（例えば電流閾値を越えた時間）を感知することが可能であり、公知のように、到達時間を感知することも可能である。電機子の移動段階の全体持続時間は、これらの変数で計算することができる。この結果、電機子を加速するための高電圧の吸引段階の長さ、電流閾値を越えた後に、より低い電圧による次の第２の段階が到達（電磁弁の閉鎖）まで続く時間の長さ、及び到達後の保持段階の時間の長さを正確に再現可能に決定することが可能である。

噴射行程を制御するために内燃機関のおいてこの制御が実施される場合、電磁弁の時間的に一定な挙動と、噴射行程における再現可能な物理的な噴射開始を獲得することが可能である。シリンダに噴射される燃料量は、エンジントルクと同様に、一定に制御可能である。さらに、このような駆動又は制御行程によって、大量生産による電磁弁の偏差を補償することができる。噴射行程にしばしば使用されるプラグインポンプの機械的公差及び電気的公差が、考慮され、補償される。

本発明の有利な改良及び発展形態は、従属請求項から理解される。以下、実施形態の原理について、図面を参照して説明する。

例えば独国特許出願公開第１９６０７０７３Ａ１号明細書から、内燃機関の燃料噴射を制御するために、電磁弁（図示せず）を使用することが知られている。電磁弁の励磁巻線又はコイルは、電源と、少なくとも１つの制御可能なスイッチ手段、例えば制御信号に従って開ループ及び閉ループ制御ユニットによって作動されるトランジスタ、とに直列に配置される。制御信号は、エンジン制御ユニットから供給される。

本発明の実施形態では、電磁弁の開放及び／又は閉鎖行程を制御するための方法を示しており、この方法では、燃料が内燃機関に噴射される電磁弁の閉鎖行程中に、３つの段階Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３で電源から所定の電圧を励磁巻線に供給し（図１参照）、前記電圧は段階Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３でそれぞれ異なり、その結果、制御弁要素は、電機子によって対応して移動される。他の実施形態においては、電圧は、例えば、それぞれの段階で異なる方法で変調することもできる。

制御弁要素又は電磁弁の電機子の吸引段階を表す第１の段階では、本発明の例示的な実施形態で電流値が１４アンペアと示した電流閾値に到達するまで、第１の電圧が時点Ｔ_{ｓｔａｒｔ}で印加される。この結果、制御弁要素は、移動を開始するか、又は加速される。時点Ｔ_ａｔｔｒ（すなわち、電流閾値）に達したら、電機子又は制御弁要素のさらなる加速を防止するために、段階Ｐ２で電圧が低減される。段階Ｐ３において制御弁要素が時点Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}で弁閉鎖の位置に到達した後、制御弁を到達状態に保持して電磁弁を閉鎖維持するために、電圧が一定に保たれる。

図１は、段階Ｐ１とＰ２の計時制御なしの電流特性曲線１ａを概略的に示している。曲線１ｂは、検出された時点Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｔ_ａｔｔｒ及びＴ_{ｉｍｐａｃｔ}によって、特に段階Ｐ１とＰ２の定格状態に関する又は本発明による時間調整による電磁弁の電流特性を示している。

図２は、本発明による制御方法をフローチャートとして示している。ここで、ステップＡは、方法のスタートであり、ステップＢにおいて段階Ｐ１とＰ２の電圧比の開始値が規定される。ステップＣで、電磁弁への電流供給の開始は、時点Ｔ_{ｓｔａｒｔ}で行われる。次に、対応する電圧が段階Ｐ１（ステップＤ）で印加される。ステップＥで、吸引の検出、すなわち時点Ｔ_ａｔｔｒの測定は、電流値の閾値に達したか否かで判断され、その後、ステップＦで、修正された別の電圧を印加することによって、段階Ｐ２が開始される。ステップＧで、衝突の検出、すなわち到達時間Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}の測定が続き、その後、段階Ｐ３が点Ｈで開始される。本実施形態では、この段階Ｐ３は、精密な電流制御で特徴づけられ、電磁弁の保持段階と称されるものを示している。この後に、ステップＩで、電圧のスイッチング動作によって電磁弁の開状態が続く。ステップＪで、制御弁要素の移動段階の持続時間Ｔ_{ｆｌｉｇｈｔ}＝Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}−Ｔ_ａｔｔｒが計算され、この持続時間は、ステップＫで、段階Ｐ１とＰ２の新しい電圧比を制御するために、及びステップＬで、前記比率を決定するために使用され、その後、Ｔ_ａｔｔｒ及びＴ_{ｉｍｐａｃｔ}を一定に調整するために、新しい電圧比による電流供給の開始の更新を再びステップＤで行うことができる。結果として得られる電流特性の時間挙動は、内燃機関の噴射挙動と同様に、継続して必要な精密さを有し続け、噴射挙動は、機械的及び油圧的な干渉変数に関わらず一定である。この解決方法は、コンピュータプログラムによって容易に実施することができる。さらに、電磁弁の経年変化及び製造バラツキの自動的な補償が達成される。内燃機関を診断するために、制御弁要素の移動時間を使用することもできる。

弁の一定の吸引時間Ｔ_ａｔｔｒ及び到達時間Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}により、それぞれの噴射の物理的開始は一定に留まるようにされ、したがって、長時間にわたって常に均一の圧力が噴射ノズルに印加されるので、シリンダに噴射される燃料量も一定に留まるようにされる。

本発明による制御行程を有する及び有しない供給ラインの内部抵抗が増大するときの電磁弁の閉鎖行程中の電流特性のグラフである。 本発明による制御行程の実施形態のフローチャートである。

Claims (7)

1. 制御弁要素を移動させるために電磁弁のコイルを通して流れるか、あるいは前記コイルに供給される電流及び／又は電圧の特性を制御することによって前記電磁弁の開放及び／又は閉鎖行程を制御するための方法であって、特に前記電流特性及び／又は電磁弁の物理的特性値から得られる前記開放及び／又は閉鎖行程の複数の時点が検出される方法において、
   前記先行する開放及び／又は閉鎖行程の検出された時点（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｔ_ａｔｔｒ、Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}）の間の期間が、前記開放及び／又は閉鎖行程中の前記電流特性及び／又は電圧特性を制御するための制御変数として使用されることを特徴とする方法。
2. 第１の検出された時点（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}）が、前記電磁弁の前記制御弁要素を吸引するために前記コイルへの電流及び／又は電圧の供給の開始をマークすることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 第２の検出された時点（Ｔ_ａｔｔｒ）が、電流閾値に達した後の前記吸引段階の終了と、前記電磁弁の前記制御弁要素の衝突段階の開始とをマークすることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 第３の検出された時点（Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}）が、前記電磁弁の閉鎖時に前記制御弁要素の衝突をマークすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記制御が、前記第１の検出された時点（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}）と前記第３の検出された時点（Ｔ_{ｉｍｐａｃｔ}）との間の前記制御弁要素の駆動段階中に行われることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 内燃機関の燃料噴射に使用される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記制御変数が、前記内燃機関用の診断値として使用されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。

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