JP2010285889A - 燃料噴射弁用検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】燃料噴射弁での燃圧又は燃温をセンサ装置で検出して演算装置で算出するにあたり、その算出精度の向上を図った燃料噴射弁用検出装置を提供する。
【解決手段】燃圧に応じて圧力検出信号を出力する燃圧検出回路22を有したセンサ装置20と、基準電圧に対する圧力検出信号の電圧値に基づき燃圧を算出するECU(演算装置)と、を備える。そしてECUは、燃圧検出回路22への印加電圧に応じた比較電圧を取得し、取得した比較電圧と基準電圧との偏差を算出する。一方、センサ装置20は、ECUで算出された偏差を小さくするよう印加電圧を調整する。これによれば、印加電圧と基準電圧とのずれが解消されるので、燃圧の算出精度を向上できる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、内燃機関に設けられた燃料噴射弁での燃料圧力又は燃料温度を検出する、燃料噴射弁用検出装置に関する。
近年では、燃料の圧力(燃圧)を検出するセンサ装置を燃料噴射弁に搭載し、燃料噴射に伴い生じる燃圧の変化から燃料の噴射率変化を推定し、推定した噴射率変化から実際の噴射開始タイミングや噴射量を算出する技術が提案されている(特許文献1参照)。この場合のセンサ装置は、燃圧に応じて検出信号を出力する検出回路を有しており、ECU(演算装置)は、センサ装置から出力される検出信号の電圧値に基づき燃圧を算出する。
特開2009−74536号公報
しかしながら、検出回路への印加電圧が、想定している電圧からずれている場合があり、この場合には、検出信号の値と実際の燃圧との対応関係にもずれが生じることとなり、その結果、ECUで算出される燃圧が実際の燃圧からずれてしまう。
なお、検出回路の検出対象物理量が燃圧ではなく燃料温度(燃温)の場合でも同様であり、ECUにより算出した燃温が実際の燃温からずれるといった問題が生じ得る。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、燃料噴射弁での燃圧又は燃温をセンサ装置で検出して演算装置で算出するにあたり、その算出精度の向上を図った燃料噴射弁用検出装置を提供することにある。
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
請求項1記載の発明では、検出対象物理量(燃圧又は燃温)に応じて検出信号を出力する検出回路を有したセンサ装置と、基準電圧に対する検出信号の電圧値に基づき燃圧又は燃温を算出する演算装置(ECU)と、を備える。そして演算装置は、検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得する取得手段、及び取得した比較電圧と基準電圧との偏差を算出する偏差算出手段を有し、センサ装置は、算出された偏差を小さくするよう印加電圧を調整する印加電圧調整手段を有することを特徴とする。
これによれば、演算装置は、検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得し、取得した比較電圧と基準電圧との偏差を算出する。そしてセンサ装置は、算出された前記偏差を小さくするよう印加電圧を調整する。そのため、検出回路への印加電圧が、想定している電圧(基準電圧)からずれていた場合であっても、そのずれ(前記偏差に相当)が小さくなるよう印加電圧が調整されるので、検出信号の値と実際の燃圧又は燃温との対応関係に生じるずれを低減でき、その結果、演算装置で算出される燃圧又は燃温が実際の燃圧又は燃温からずれることを抑制できる。よって、燃圧又は燃温の算出精度向上を図ることができる。
しかも、複数気筒を有する内燃機関であって各気筒に燃料噴射弁が設けられている場合において、各燃料噴射弁のセンサ装置に対して印加電圧調整手段により印加電圧を調整すれば、複数のセンサ装置における印加電圧を基準電圧に揃えることができる。
請求項2記載の発明では、前記検出回路が、燃料圧力に応じて検出信号を出力する燃圧検出回路であり、前記演算装置が、前記燃圧検出回路から出力される検出信号に基づき燃料圧力を算出する場合において、前記印加電圧に対する調整量を前記偏差に基づき算出する調整量算出手段と、算出した前記調整量を燃料温度と関連付けて記憶する記憶手段と、を備え、前記印加電圧調整手段は、前記記憶手段に記憶された調整量に基づき前記印加電圧を調整することを特徴とする。
ここで、燃圧検出回路が温度特性を有する場合には、燃圧検出回路から出力される検出信号は、実際の燃圧が同じであってもその時の燃温に応じて異なる値となる。この点を鑑みた上記発明では、燃温と関連付けて記憶された調整量に基づき印加電圧を調整するので、前記温度特性を加味して印加電圧が調整されることとなる。そのため、想定している電圧(基準電圧)に対する印加電圧のずれを高精度で低減でき、ひいては燃圧の算出精度をより一層向上できる。
請求項3記載の発明では、前記センサ装置は、前記燃圧検出回路に加え、燃料温度に応じて検出信号を出力する燃温検出回路を有し、前記演算装置は、前記燃料圧力の算出に加え、前記燃温検出回路から出力される検出信号に基づき燃料温度を算出し、燃料温度と関連付けて前記調整量を前記記憶手段に記憶させるにあたり、前記演算装置により算出された燃料温度を用いて関連付けさせることを特徴とする。
これによれば、燃料噴射弁に搭載された燃温検出回路により燃温を検出するので、燃料噴射弁の外部(例えばコモンレール、又はコモンレールへ燃料を供給する高圧ポンプの出口部分)で燃温を検出する場合に比べて、燃圧検出回路に近い部分の温度を検出することができる。よって、上述した温度特性を精度良く調整量に反映させることができ、ひいては、基準電圧に対する印加電圧のずれを高精度で低減できる。
請求項4記載の発明では、検出対象物理量(燃圧又は燃温)に応じて検出信号を出力する検出回路を有したセンサ装置と、基準電圧に対する検出信号の電圧値に基づき燃圧又は燃温を算出する演算装置(ECU)と、を備える。そして演算装置は、検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得する取得手段、及び取得した比較電圧と基準電圧との偏差を算出する偏差算出手段を有し、算出した偏差を加味して燃圧又は燃温を算出することを特徴とする。
これによれば、演算装置は、検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得し、取得した比較電圧と基準電圧との偏差を算出し、算出した偏差を加味して燃圧又は燃温を算出する。そのため、検出回路への印加電圧が、想定している電圧(基準電圧)からずれている場合であっても、そのずれ(前記偏差に相当)を加味して燃圧又は燃温が算出されるので、燃圧又は燃温の算出精度向上を図ることができる。
しかも、複数気筒を有する内燃機関であって各気筒に燃料噴射弁が設けられている場合において、各センサ装置の検出信号から前記偏差を加味して燃圧又は燃温を算出するにあたり、共通の基準電圧に基づき補正して算出することとなるので、基準電圧と比較電圧とのずれが生じていたとしても、そのずれ量を各センサ装置で同じにできる。
請求項5記載の発明では、前記検出回路が、燃料圧力に応じて検出信号を出力する燃圧検出回路であり、前記演算装置が、前記燃圧検出回路から出力される検出信号に基づき燃料圧力を算出する場合において、前記検出信号の電圧値に対する補正値を、前記偏差に基づき算出する補正値算出手段と、燃料温度と関連付けて前記補正値を記憶する記憶手段と、を備え、前記演算装置は、前記記憶手段に記憶された補正値を用いて前記燃料圧力を算出することを特徴とする。
ここで、燃圧検出回路が温度特性を有する場合には、燃圧検出回路から出力される検出信号は、実際の燃圧が同じであってもその時の燃温に応じて異なる値となる。この点を鑑みた上記発明では、燃温と関連付けて記憶された補正値を用いて燃圧を算出するので、前記温度特性を加味して燃圧を算出でき、ひいては燃圧の算出精度をより一層向上できる。
請求項6記載の発明では、前記センサ装置は、前記燃圧検出回路に加え、燃料温度に応じて検出信号を出力する燃温検出回路を有し、前記演算装置は、前記燃料圧力の算出に加え、前記燃温検出回路から出力される検出信号に基づき燃料温度を算出し、燃料温度と関連付けて前記補正値を前記記憶手段に記憶させるにあたり、前記演算装置により算出された燃料温度を用いて関連付けさせることを特徴とする。
これによれば、燃料噴射弁に搭載された燃温検出回路により燃温を検出するので、燃料噴射弁の外部(例えばコモンレール、又はコモンレールへ燃料を供給する高圧ポンプの出口部分)で燃温を検出する場合に比べて、燃圧検出回路に近い部分の温度を検出することができる。よって、上述した温度特性を精度良く補正値に反映させることができ、ひいては、基準電圧に対する印加電圧のずれを高精度で低減できる。
請求項7記載の発明では、前記センサ装置は、前記検出回路と並列して設けられた変圧回路を有し、前記比較電圧は、前記変圧回路により前記印加電圧を低下させたものであることを特徴とする。
ここで、一般的な演算装置は、上限値(例えば5V)を超えた信号が入力されてきても、その信号を読み取ることができない。したがって、上記発明に反して印加電圧をそのまま比較電圧として用いた場合には、印加電圧が想定している値(例えば5V)よりも高くなっていると、印加電圧(比較電圧)を読み取ることができなくなるため、比較電圧と基準電圧との偏差を正確に算出できなくなる。
この点を鑑みた上記発明によれば、検出回路と並列して設けられた変圧回路により印加電圧を低下させ、その低下させた電圧を比較電圧として用いるので、印加電圧が想定値(5V)よりも高い側にずれていたとしても、演算装置の読取可能な上限値(5V)を比較電圧が超えてしまうおそれを低減できる。よって、比較電圧と基準電圧との偏差を正確に算出できるので、燃圧又は燃温の算出精度向上を図ることができる。
請求項8記載の発明では、前記センサ装置から前記演算装置へ前記検出信号を伝送する信号線を備え、前記センサ装置は、前記検出回路を前記信号線に接続させる検出信号出力状態と、前記変圧回路を前記信号線に接続させる比較電圧出力状態とに切り替える、スイッチ手段を有することを特徴とする。
これによれば、1本の信号線を用いて、検出信号及び比較電圧の両方を演算装置へ伝送できるので、検出信号を伝送するための信号線と比較電圧を伝送するための線とを別々に備える場合に比べて、伝送線の本数を低減できる。
請求項9記載の発明では、前記スイッチ手段は、前記燃料噴射弁から燃料を噴射していない非噴射時に、前記比較電圧出力状態に切り替えることを特徴とする。
ここで、燃料噴射に伴い生じる燃圧の変化から燃料の噴射率変化を推定し、推定した噴射率変化から実際の噴射開始タイミングや噴射量を算出する場合には、燃料噴射中の燃圧変化を取得することを要するため、非噴射時に比較電圧出力状態に切り替える上記発明によれば、燃料噴射中の燃圧変化を取得できるので好適である。
請求項10記載の発明では、前記スイッチ手段は、所定燃焼サイクル毎又は所定時間毎に、前記比較電圧出力状態に切り替えることを特徴とする。
これによれば、基準電圧を定期的に取得できるので、基準電圧と比較電圧との偏差を定期的に更新できるので、前記偏差の算出値を高精度にできる。特に、先述した温度特性を加味して調整量又は補正値を算出させる場合には、異なる温度領域毎に比較電圧を取得して学習することを要することになるが、上記発明により基準電圧を定期的に取得すれば、多くの温度領域に対して基準電圧を取得できるので、調整量又は補正値の算出精度を向上できる。
なお、比較電圧出力状態に切り替える頻度を高くするほど調整量又は補正値の算出精度を向上できるが、その背反として演算装置による算出負荷が大きくなる。この点を鑑みて、例えば、比較電圧出力状態に切り替える頻度を、毎噴射ごと、数噴射おき、数時間毎とすることが具体例として挙げられる。また、複数気筒を有する内燃機関において、各気筒に燃料噴射弁が設けられている場合には、各気筒に対して、比較電圧を取得して調整量又は補正値を算出することが望ましい。
次に、前記基準電圧に関し、請求項11記載の如く演算装置が有するマイクロコンピュータ(マイコン)の作動電圧を基準電圧とすれば、請求項12記載の如く前記作動電圧及び印加電圧の平均値を基準電圧とした場合に比べて、基準電圧を算出する際の算出処理負荷を軽減できる。
一方、請求項12記載の如くマイコンの作動電圧及び印加電圧の平均値を基準電圧とすれば、マイコンの作動電圧が想定した電圧に対して大きくずれている場合であっても、作動電圧と印加電圧との平均をとることで、基準電圧が印加電圧から大きくずれてしまうことを回避できる。
請求項13記載の発明では、前記偏差算出手段は、異なるタイミングで取得された複数の前記比較電圧の平均値を用いて前記偏差を算出することを特徴とする。これによれば、比較電圧にばらつきが生じている場合であってもそのばらつきが平均化されるので、前記ばらつきが燃圧又は燃温の算出精度向上の妨げになることを抑制できる。
なお、比較電圧を演算装置に伝送するにあたり、複数の比較電圧を連続して1回で伝送し、前記複数の比較電圧から上述の平均値を算出してもよいし、別々のタイミングで伝送された複数の比較電圧から上述の平均値を算出してもよい。また、複数気筒を有する内燃機関において、各気筒に燃料噴射弁が設けられている場合には、各気筒に対する検出回路への印加電圧を取得し、取得した気筒毎の印加電圧の平均値を基準電圧として用いるようにしてもよい。
請求項14記載の発明では、前記比較電圧及び前記検出信号の少なくとも一方が正常範囲を超えた値である場合には、対応する前記センサ装置が異常である判定することを特徴とする。これによれば、印加電圧の調整に用いる比較電圧、或いは検出信号を用いてセンサ装置の異常を判定するので、異常判定専用のセンサを要することなくセンサ装置の異常判定を実施できる。
本発明の第1実施形態にかかる燃料噴射弁用検出装置の、制御対象となる燃料噴射システムの概略を示す図。 図1に示すセンサ装置の回路構成を示す図。 複数気筒#1〜#4の各々に設けられたセンサ装置とECUとの接続構造を示す図。 (a)は図1に示す燃料噴射弁への指令信号、(b)は指令信号に伴い変化する噴射率、(c)は図1に示す燃圧検出センサにより検出された検出圧力を示すタイムチャート。 図2に示すセンサ装置及びECUにより印加電圧を調整する処理の手順を示すフローチャート。 本発明の第2実施形態にかかる、センサ装置の回路構成を示す図。 図6に示すセンサ装置及びECUにより検出信号を補正する処理の手順を示すフローチャート。
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
(第1実施形態)
本実施形態のセンサシステムは、車両用のエンジン(内燃機関)に搭載されたものであり、当該エンジンには、複数の気筒#1〜#4について高圧燃料を噴射して圧縮自着火燃焼させるディーゼルエンジンを想定している。
図1は、上記エンジンの各気筒に搭載された燃料噴射弁10、燃料噴射弁10に搭載されたセンサ装置20、及び車両に搭載された電子制御ユニット(ECU30)等を示す模式図である。
先ず、燃料噴射弁10を含むエンジンの燃料噴射系について説明する。燃料タンク40内の燃料は、高圧ポンプ41によりコモンレール42(蓄圧容器)に圧送されて蓄圧され、各気筒の燃料噴射弁10へ分配供給される。
燃料噴射弁10は、以下に説明するボデー11、ニードル12(弁体)及びアクチュエータ13等を備えて構成されている。ボデー11は、内部に高圧通路11aを形成するとともに、燃料を噴射する噴孔11bを形成する。ニードル12は、ボデー11内に収容されて噴孔11bを開閉する。アクチュエータ13は、ニードル12を開閉作動させる。
そして、ECU30がアクチュエータ13の駆動を制御することで、ニードル12の開閉作動が制御される。これにより、コモンレール42から高圧通路11aへ供給された高圧燃料は、ニードル12の開閉作動に応じて噴孔11bから噴射される。例えばECU30は、エンジン出力軸の回転速度及びエンジン負荷等に基づき、噴射開始時期、噴射終了時期及び噴射量等の噴射態様を算出し、算出した噴射態様となるよう、アクチュエータ13の駆動を制御する。
次に、センサ装置20のハード構成について説明する。
センサ装置20は、以下に説明するステム21(起歪体)、燃圧検出回路22、燃温検出回路23、モールドIC24等を備えて構成されている。ステム21はボデー11に取り付けられており、ステム21に形成されたダイヤフラム部21aが高圧通路11aを流通する高圧燃料の圧力を受けて弾性変形する。
燃圧検出回路22は、ダイヤフラム部21aに取り付けられた感圧抵抗素子により構成されたブリッジ回路であり、ステム21の歪量つまり高圧燃料の圧力(燃圧)に応じて感圧抵抗素子の抵抗値が変化することで、そのブリッジ回路(燃圧検出回路22)は燃圧に応じた圧力検出信号を出力する。
燃温検出回路23は、ダイヤフラム部21aに取り付けられた感温抵抗素子により構成されたブリッジ回路であり、燃料の温度に依存して変化するステム21の温度(燃温)に応じて感温抵抗素子の抵抗値が変化することで、そのブリッジ回路(燃温検出回路23)は燃温に応じた温度検出信号を出力する。
モールドIC24は、ステム21とともに燃料噴射弁10に搭載されており、図2に示す信号処理回路25a、通信回路25b及びメモリ25c等のICチップ25と、第1変圧回路26a及び第2変圧回路26bと、切替スイッチ27とを、樹脂モールドして形成されている。ボデー11上部にはコネクタ14が設けられており、コネクタ14に接続されたハーネス15によりモールドIC24とECU30とは電気接続される。図2及び図3に示すように、ハーネス15には、アクチュエータ13及びセンサ装置20へ電力供給する電力線15a、通信線15b及び信号線15c等が含まれている。
図2は、センサ装置20の回路構成を示す図である。
センサ装置20には、車載バッテリ50からバッテリ電圧(12V)で電力供給されており、バッテリ50から供給された電力は、第1変圧回路26aにより例えば5Vへ降圧され、燃圧検出回路22及び燃温検出回路23へ供給される。つまり、燃圧検出回路22及び燃温検出回路23への印加電圧(5V)は、バッテリ電圧を第1変圧回路26aにより降圧することで生成される。第2変圧回路26bは、第1変圧回路26aにより降圧された印加電圧をさらに降圧する。この第2変圧回路26bにより例えば2.5Vに降圧された電圧が「比較電圧」に相当する。
電力供給された燃圧検出回路22及び燃温検出回路23は、上述の如く圧力検出信号及び温度検出信号を出力し、第2変圧回路26bは比較電圧を出力するが、これらの検出信号及び比較電圧は、信号線15cによりECU30へ伝送される。切替スイッチ27(スイッチ手段)は、これらの検出信号及び比較電圧のうちいずれをECU30へ伝送するかを切り替えるスイッチであり、ICチップ25から送信されてくる切替指令に基づき切り替える。
なお、切替スイッチ27が圧力検出信号又は温度検出信号を伝送するよう切り替えている状態が「検出信号出力状態」に相当し、比較電圧を伝送するよう切り替えている状態が「比較電圧出力状態」に相当する。
また、ICチップ25には、第1変圧回路26aで降圧された電圧(5V)及びバッテリ電圧(12V)の両電圧で電力供給されている。信号処理回路25a、通信回路25b及びメモリ25cは、第1変圧回路26aで降圧された電圧により作動するが、ECU30と通信を行う際にはバッテリ電圧を要する。
図3(a)は、ECU30の回路構成を示すとともに、複数気筒#1〜#4の各々に設けられたセンサ装置20とECU30との接続構造を示す図である。図3(a)に示すように、1つのECU30に対して複数のセンサ装置20が1対1で接続されている。換言すれば、通信線15b及び信号線15cはセンサ装置20毎に設けられており、複数のセンサ装置20の各々に接続された通信線15b及び信号線15cは、ECU30が有する複数の通信ポート30b及び信号ポート30cにそれぞれ接続されている。
ECU30は、CPU及びメモリ等を有して構成されるマイクロコンピュータ(マイコン31)、通信回路32、AD変換回路33及び変圧回路34を有して構成されている。ECU30には、車載バッテリ50からバッテリ電圧(12V)で電力供給されており、バッテリ50から供給された電力は、変圧回路34により例えば5Vへ降圧され、マイコン31へ供給される。この変圧回路34により降圧された電圧が「作動電圧」に相当する。なお、通信回路32はバッテリ電圧で作動する。
マイコン31は、圧力検出信号、温度検出信号及び比較電圧のいずれに切り替えるかを決定し、当該決定に基づく切替指令信号は、通信回路32を通じてECU30からセンサ装置20のICチップ25へ送信される。この切替指令信号はデジタル信号であり、通信線15bを通じてビット列で伝送される。
一方、切替スイッチ27により選択された圧力検出信号、温度検出信号及び比較電圧のいずれかは、信号線15cを通じてアナログ信号のまま信号ポート30cからECU30へ入力され、AD変換回路33によりアナログ信号からデジタル信号に変換され、マイコン31へ入力される。
なお、切替指令信号に基づき切替スイッチ27が前記切り替えを実行すると、その実行を開始したタイミングで応答信号をICチップ25からECU30へ送信する。これによりマイコン31は、検出信号及び比較電圧の切替タイミングを認識することができるので、受信した信号を圧力検出信号、温度検出信号及び比較電圧に切り分けて認識することを正確にできる。
なお、両通信回路32、25bを接続する通信線15bでは、上述の如く切替指令信号及び応答信号を送信することが要求されるため、双方向通信が可能となるよう構成されている。これに対し信号線15cは、センサ装置20からECU30への一方向に送信可能となるよう構成されている。
燃料噴射弁10が開弁作動して燃料を噴射している期間中は、圧力検出信号を出力する状態に切り替える。これは、図4を用いて後述するように、燃料噴射期間中に生じる燃料圧力の変動波形(図4(c)参照)を取得することで、噴射率の変化を推定するためである。したがって、燃料を噴射している最中には、圧力検出信号から他の信号(温度検出信号又は比較電圧)に切り替えることを禁止する。また、燃料を噴射していない非噴射時には、後述する比較電圧を出力する比較電圧出力状態、或いは、温度検出信号を出力する状態に切り替える。
以上により、ECU30のマイコン31は、各気筒#1〜#4の燃料噴射弁10に対して燃料圧力、燃料温度及び比較電圧を取得することができる。
圧力検出信号は、燃圧のみならずセンサ温度(燃温)にも依存して変化する。つまり、実際の燃料圧力が同じであっても、その時のセンサ温度が異なれば圧力検出信号は異なる値となる。この点を鑑みマイコン31は、取得した燃料温度に基づき、取得した燃料圧力を補正して温度補償を行う。さらにマイコン31は、このように算出された検出圧力を用いて、噴孔11bからの燃料の噴射開始時期、噴射時間及び噴射量等の噴射態様を算出する処理を行う。
以下、噴射態様の算出手法について、図4を用いて説明する。
図4(a)は、燃料噴射弁10のアクチュエータ13へECU30から出力される噴射指令信号を示しており、この指令信号のパルスオンによりアクチュエータ13が作動して噴孔11bが開弁する。つまり、噴射指令信号のパルスオン時期t1により噴射開始が指令され、パルスオフ時期t2により噴射終了が指令される。よって、指令信号のパルスオン期間(噴射指令期間)により噴孔11bの開弁時間Tqを制御することで、噴射量Qを制御している。
図4(b)は、上記噴射指令に伴い生じる噴孔11bからの燃料噴射率の変化(推移)を示し、図4(c)は、噴射率の変化に伴い生じる検出圧力の変化(変動波形)を示す。検出圧力の変動と噴射率の変化とは以下に説明する相関があるため、検出圧力の変動波形から噴射率の推移波形を推定することができる。
すなわち、先ず、図4(a)に示すように噴射開始指令がなされたt1時点の後、噴射率がR1の時点で上昇を開始して噴射が開始される。一方、検出圧力は、R1の時点で噴射率が上昇を開始したことに伴い変化点P1にて下降を開始する。その後、R2の時点で噴射率が最大噴射率に到達したことに伴い、検出圧力の下降は変化点P2にて停止する。次に、R2の時点で噴射率が下降を開始したことに伴い、検出圧力は変化点P2にて上昇を開始する。その後、R3の時点で噴射率がゼロになり実際の噴射が終了したことに伴い、検出圧力の上昇は変化点P3にて停止する。
以上により、検出圧力の変動のうち変化点P1及びP3を検出することで、これらと相関のある噴射率の上昇開始時点R1(実噴射開始時点)及び下降終了時点R3(実噴射終了時点)を算出することができる。また、検出圧力の変動から圧力下降率Pα、圧力上昇率Pγ及び圧力下降量Pβを検出することで、これらと相関のある噴射率上昇率Rα、噴射率下降率Rγ及び噴射率上昇量Rβを算出することができる。
さらに、実噴射開始から終了までの噴射率の積分値(斜線を付した符号Sに示す部分の面積)は噴射量Qに相当する。そして、検出圧力の変動波形のうち実噴射開始から終了までの噴射率変化に対応する部分(変化点P1〜P3の部分)の圧力の積分値と、噴射率の積分値Sとは相関がある。よって、検出圧力の変動から圧力積分値を算出することで、噴射量Qに相当する噴射率積分値Sを算出することができる。
ところで、燃圧検出回路22及び燃温検出回路23への印加電圧が、想定している電圧(5V)からずれている場合がある。この場合には、圧力検出信号の値と実際の燃圧との対応関係にもずれが生じることとなり、その結果、ECU30で算出される燃圧が実際の燃圧からずれてしまう。同様にして、温度検出信号の値と実際の燃圧との対応関係にもずれが生じることとなり、その結果、ECU30で算出される燃温が実際の燃温からずれてしまう。
そこで本実施形態では、以下に説明する制御を実施することで、前記ずれの解消を図っている。すなわち、マイコン31の作動電圧を基準電圧とし、センサ装置20からECU30へ送信されてきた比較電圧と基準電圧との偏差を算出する。そして、算出した偏差を小さくするよう第1変圧回路26aでの変圧値を調整して、印加電圧を調整する。これにより、実際の印加電圧が、想定する印加電圧(基準電圧)からずれることの解消を図る。
図5を用いてより詳細に説明すると、先ずマイコン31は、後述するステップS22での学習が終了してから所定時間が経過しているか否かを判定する(S10)。所定時間が経過していなければ(S10:NO)図5の処理を終了し、所定時間が経過していれば(S10:YES)以降の処理S11、S12、S20、S21、S13、S22を実行する。つまり、以降の処理は所定時間毎に実行されることとなり、これにより、マイコン31の処理負荷軽減を図っている。
続くステップS11では、信号線15cを通じて伝送されてくる信号が圧力検出信号であるか否か、つまり燃料噴射中であるか否かを判定する。圧力検出信号の出力中であれば(S11:YES)図5の処理を終了し、出力中でなければ比較信号を出力する旨の切替指令信号を、通信線15bを通じてICチップ25へ送信する(S12)。
すると、信号処理回路25aは、前記切替指令信号に基づき比較信号を出力する旨の切替指令信号を、切替スイッチ27へ出力する(S20)。すると、切替スイッチ27は比較信号を出力するよう切替作動し(S21)、信号線15cを通じて比較電圧がECU30へ伝送されることとなる。
次に、ECU30のマイコン31は、伝送されてきた比較電圧に基づき実際の印加電圧を算出する。例えば、第1変圧回路26aにより高圧した電圧、つまり検出回路22、23への印加電圧(5V)を第2変圧回路26bにより2分の1の電圧(2.5V)に降圧するよう設定している場合には、ECU30は、伝送されてきた比較電圧を2倍することで実際の印加電圧を算出することができる。
そして、このように算出した印加電圧と基準電圧との偏差を算出し、その偏差をゼロにするよう印加電圧に対する調整量を算出する。例えば、算出した印加電圧が5.2Vであり基準電圧が5Vであった場合には、調整量を−0.2Vとして算出する(S13)。そしてマイコン31は、算出した調整量及びその時の燃料温度を、通信線15bを通じてセンサ装置20のICチップ25へ送信する(S14)。
なお、上記ステップS13において、比較電圧を取得している時のマイコン31は「取得手段」に相当し、前記偏差を算出している時のマイコン31は「偏差算出手段」に相当し、前記調整量を算出している時のマイコン31は「調整量算出手段」に相当する。
次にICチップ25は、ECU30から送信されてきた調整量を、燃温と関連付けてメモリ25c(記憶手段)に記憶させる。例えば、燃温毎に領域分けしたマップに、対応する燃温の領域に調整量を記憶させればよい。メモリ25cには書き込み可能な不揮発性メモリ(例えばEEPROM等)が採用されており、調整量が送信されてくる都度、メモリ25cに記憶された調整量を学習値として更新していく(S22)。
第1変圧回路26aは、メモリ25cにて記憶更新された調整量(学習値)の中から、現在の燃温に対応する調整量を読み取り、現状の変圧量を読み取った調整量に基づき調整変更する(S23)。なお、上記ステップS23において、現状の変圧量を調整変更している時の信号処理回路25aは「印加電圧調整手段」に相当する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
(1)各検出回路22、23への印加電圧が、想定している電圧(基準電圧)からずれている場合であっても、そのずれ(偏差)がゼロになるよう第1変圧回路26aによる変圧量は調整されるので、圧力検出信号及び温度検出信号の電圧値と実際の燃圧及び燃温との対応関係に生じるずれを低減できる。よって、ECU30で算出される燃圧及び燃温が実際の燃圧及び燃温からずれることを抑制でき、これら燃圧及び燃温の算出精度を向上できる。
ちなみに、各検出回路22、23へはバッテリ電圧(12V)よりも低い電圧を印加することを要するのに対し、センサ装置20の通信回路25bはバッテリ電圧(12V)を要する。そのため、センサ装置20へはバッテリ電圧にて電源供給し、センサ装置20が有する第1変圧回路26aにより印加電圧(5V)を生成している。そのため、ECU30の変圧回路34とセンサ装置20の第1変圧回路26aとが異なる回路となるため、変圧回路34で生成した作動電圧(基準電圧)と第1変圧回路26aで生成した印加電圧とにずれが生じやすくなる。
要するに、各検出回路22、23への印加電圧を生成する第1変圧回路26aと、ECU30の変圧回路34とが別々に構成された本実施形態においては、印加電圧と基準電圧とのずれが生じやすいため、そのずれをゼロにするといった上記効果が好適に発揮される。
(2)上述の如く、本実施形態によれば基準電圧に対する印加電圧のずれを低減又は無くすことができるので、検出信号の電圧値が変化する範囲を大きくできる。そのため、ECU30のAD変換回路33により検出信号をAD変換するにあたり、AD変換により得られるデジタル信号の分解能を大きくできる。よって、検出信号に基づきマイコン31が燃圧又は燃温を算出するにあたり、その算出精度を向上できる。
(3)各気筒のセンサ装置20において、共通した基準電圧との比較に基づき印加電圧を調整するので、各センサ装置20の印加電圧を基準電圧に揃えることができる。よって、仮に基準電圧自体が想定する電圧からずれていたとしても、想定する基準電圧と印加電圧とのずれ量は各センサ装置20で同じになる。よって、燃圧及び燃温の検出誤差がセンサ装置20毎にばらつくことを回避できる。
(4)ここで、燃圧検出回路22には温度特性があり、燃圧検出回路22から出力される圧力検出信号は、実際の燃圧が同じであってもその時の燃温に応じて異なる値となる。これに対し本実施形態では、調整量を燃温と関連付けてメモリ25cに記憶させ、現在の燃温に対応する調整量(学習値)に基づき第1変圧回路26aによる変圧量を調整するので、前記温度特性を加味して印加電圧が調整されることとなる。そのため、基準電圧に対する印加電圧のずれを高精度で低減でき、ひいては燃圧の算出精度をより一層向上できる。
(5)燃温と関連付けて調整量を記憶学習するにあたり、その関連付けに用いる燃温を、燃料噴射弁10に搭載された燃温検出回路23により検出するので、燃料噴射弁10の外部(例えばコモンレール42、又は高圧ポンプ41の出口部分)で燃温を検出する場合に比べて、燃圧検出回路22に近い部分の温度を検出することができる。よって、上述した温度特性を精度良く調整量に反映させることができ、ひいては、基準電圧に対する印加電圧のずれを高精度で低減できる。
(6)ここで、ECU30のマイコン31は、作動電圧(例えば5V)を超えた信号が入力されてきても、その信号を読み取ることができない。したがって、印加電圧をそのまま比較電圧として用いた場合には、印加電圧が想定している値(例えば5V)よりも高くなっていると、その比較電圧を読み取ることができなくなるため、比較電圧と基準電圧との偏差を正確に算出できなくなる。
これに対し本実施形態では、印加電圧をそのまま比較電圧とするのではなく、第2変圧回路26bにより印加電圧を降圧させたものを比較電圧として用いるので、印加電圧が基準電圧(5V)よりも高い側にずれていたとしても、マイコン31の読取可能な上限値(作動電圧)を比較電圧が超えてしまうおそれを低減できる。よって、比較電圧と基準電圧との偏差を正確に算出できるので、燃圧又は燃温の算出精度向上を図ることができる。
(7)センサ装置20及びECU30の間を接続して信号を伝送する伝送路として、ECU30からセンサ装置20へ切替指令信号及び調整量を伝送する通信線15bとは別に、センサ装置20からECU30へ検出信号を伝送する信号線15cを設けている。そして、検出信号については、アナログ信号の状態のまま通信線15bとは別の信号線15cを通じて送信するので、通信線15bを通じて検出信号をビット列で送信する場合に比べて、検出信号の送信速度を高速にできる。
(8)切替指令信号に基づき切替スイッチ27を作動させて、圧力検出信号、温度検出信号及び比較電圧を切り替えて送信するので、両検出信号及び比較電圧を1本の信号線15cで送信することができる。よって、各々の検出信号及び比較電圧に対して別々の信号線を設ける場合に比べて、信号線15cの本数を低減できる。
(9)ここで、燃料噴射に伴い生じる燃圧の変化から燃料の噴射率変化を推定するので、燃料噴射中の燃圧変化を取得することを要する。この点を鑑みた本実施形態では、比較電圧を伝送するタイミングを燃料の非噴射時とするので、燃料噴射中の燃圧変化を取得できる、好適である。
(第2実施形態)
上記第1実施形態では、取得した比較電圧と基準電圧との偏差に基づき第1変圧回路26aによる変圧量を調整することで、各検出回路22、23への印加電圧を基準電圧に一致させ、検出信号による燃圧又は燃温と実際の燃圧又は燃温とのずれ解消を図っている。これに対し本実施形態では、圧力検出信号及び温度検出信号に基づき燃圧及び燃温を算出するにあたり、取得した比較電圧と基準電圧との偏差に基づき検出信号を補正した上で前記算出を行うことで、算出結果としての燃圧又は燃温と実際の燃圧又は燃温とのずれ解消を図る。
以下、本実施形態と上記第1実施形態との違いを図6及び図7を用いてより詳細に説明する。
先ず、センサ装置20の回路構成の違いを説明すると、上記第1実施形態ではセンサ装置20にて調整量を記憶更新させているのに対し、本実施形態ではECU30にて補正値を記憶更新させている。そのため、本実施形態では、図6に示すようにメモリ25cを廃止するとともに、第1変圧回路26aが調整量に応じて変圧量を変更することもない。
次に、燃圧及び燃温の算出手順について図7を用いて説明すると、ECU30での処理内容S10、S11、S12及びセンサ装置20での処理内容S20、S21は、上記第1実施形態と同じである。但し本実施形態でのECU30は、センサ装置20から伝送されてきた比較電圧を用いて、検出信号の電圧値に対する補正値を算出する(S15)。
具体的には、先ず、伝送されてきた比較電圧に基づき実際の印加電圧を算出する。この算出手法については上記第1実施形態と同じである。次に、算出した印加電圧と基準電圧との偏差を算出し、その偏差の分だけ圧力検出信号及び温度検出信号の電圧値を補正するよう、その補正値を算出する。例えば、算出した印加電圧が基準電圧よりも0.1V大きい場合(偏差=0.1V)には、検出信号の電圧値から0.1Vだけ減算するよう補正値を算出する。
なお、上記ステップS15において、比較電圧を取得している時のマイコン31は「取得手段」に相当し、前記偏差を算出している時のマイコン31は「偏差算出手段」に相当し、前記補正値を算出している時のマイコン31は「補正値算出手段」に相当する。
次に、算出した補正値を燃温と関連付けてECU30内のメモリ(記憶手段)に記憶させる。前記メモリには書き込み可能な不揮発性メモリ(例えばEEPROM等)が採用されており、補正値を算出する都度、メモリに記憶された補正値を学習値として更新していく(S16)。
マイコン31は、センサ装置20から伝送されてくる圧力検出信号又は温度検出信号に基づき燃圧又は燃温を算出するにあたり、これらの検出信号を前記補正値で補正し、補正後の検出信号に基づき燃圧又は燃温を算出する(S17)。
以上詳述した本実施形態によれば、第1実施形態にかかる上記効果(6)〜(9)に加え、以下の効果が得られるようになる。
(1’)各検出回路22、23への印加電圧が、想定している電圧(基準電圧)からずれている場合であっても、そのずれ(偏差)に応じて検出信号を補正するので、算出した燃圧及び燃温が実際の燃圧及び燃温からずれることを抑制でき、これら燃圧及び燃温の算出精度を向上できる。
(3’)各気筒のセンサ装置20において、共通した基準電圧との比較に基づき検出信号を補正するので、仮に基準電圧自体が想定する電圧からずれていたとしても、想定する基準電圧と印加電圧とのずれ量は各センサ装置20で同じになる。よって、燃圧及び燃温の検出誤差がセンサ装置20毎にばらつくことを回避できる。
(4’)補正値を燃温と関連付けて記憶させ、現在の燃温に対応する補正値(学習値)に基づき検出信号を補正するので、燃圧検出回路22の温度特性を加味して検出信号が補正され、その結果、燃圧の算出精度をより一層向上できる。
(5’)燃温と関連付けて調整量を記憶学習するにあたり、その関連付けに用いる燃温を、燃料噴射弁10に搭載された燃温検出回路23により検出するので、燃圧検出回路22に近い部分で検出された温度を用いて検出値を補正することができ、上述した温度特性を精度良く補正値に反映させることができる。
(他の実施形態)
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
・上記各実施形態では、マイコン31の作動電圧を基準電圧として用いているが、比較電圧から算出された印加電圧と前記作動電圧との平均値を基準電圧として用いてもよい。これによれば、マイコン31の作動電圧が想定した電圧に対して大きくずれている場合であっても、作動電圧と印加電圧との平均をとることで、基準電圧が印加電圧から大きくずれてしまうことを回避できる。
・また、複数気筒の各々に設けられたセンサ装置20の、各々の比較電圧を平均化し、その平均値を基準電圧としてもよい。或いは、このような平均値と前記作動電圧との平均を基準電圧としてもよい。
・信号線15cを通じて比較電圧をECU30へ伝送するにあたり、所定の伝送期間中に伝送された比較電圧の波形から、複数の値をサンプリングして平均化し、その平均値を基準電圧としてもよい。
・複数回に亘ってECU30へ伝送された比較電圧の平均値を基準電圧としてもよい。例えば、ECU30へ前回伝送した比較電圧と今回伝送した比較電圧との平均値を基準電圧としてもよい。
・上記各実施形態では、検出回路22、23への印加電圧を第2変圧回路26bにより降圧し、その降圧した電圧を比較電圧として用いているが、第2変圧回路26bを廃止して、検出回路22、23への印加電圧をそのまま比較電圧として用いるようにしてもよい。
・図5及び図7の処理では、所定時間毎に一連の処理を実行して調整量又は補正値を更新して学習しているが、燃料噴射が行われる毎に実行するようにしてもよいし、数噴射おきに実行してもよい。但し、燃料噴射中には圧力検出信号を出力させることが望ましく、また、燃料噴射中に圧力検出信号から温度検出信号又は比較電圧に切り替えることを禁止することが望ましい。
・ECU30へ伝送されてくる比較電圧及び検出信号の少なくとも一方が、正常範囲を超えた値である場合には、対応する気筒のセンサ装置20が異常である旨をダイアグ信号等により報知することが望ましい。
・図3(a)に示す例では、複数のセンサ装置20の各々に接続された通信線15bを、ECU30が有する複数の通信ポート30bにそれぞれ接続させている。これに対し、図3(b)に示す例では、1つの通信ポート30bに複数の通信線15bを接続し、複数のセンサ装置20の通信線15bを一部共用させることで、ECU30に要求される通信ポート30bの数を低減させている。
・図3(b)の構成において、ECU30からセンサ装置20へ送信する切替指令信号を、通信線15bを共用させた複数のセンサ装置20に対しては同じ内容の切替指令信号を送信して複数のセンサ装置20が同じ切替状態となるようにしてもよい。この場合、取得した比較電圧に基づく調整量又は補正値の更新学習を、同じタイミングで一度に実施することが望ましい。
なお、通信線15bを共用させた複数のセンサ装置20に対して異なる指令内容を送信するようにしてもよい。
20…センサ装置、22…燃圧検出回路、23…燃温検出回路、25c…メモリ(記憶手段)、26b…第2変圧回路(変圧回路)、27…切替スイッチ(スイッチ手段)、30…ECU(演算装置)、S13…取得手段、偏差算出手段、調整量算出手段、S15…取得手段、偏差算出手段、補正値算出手段、S23…印加電圧調整手段。

Claims (14)

  1. 内燃機関に設けられた燃料噴射弁に搭載され、検出対象物理量である燃料圧力又は燃料温度に応じて検出信号を出力する検出回路を有したセンサ装置と、
    基準電圧に対する前記検出信号の電圧値に基づき前記物理量を算出する演算装置と、
    を備え、
    前記演算装置は、前記検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得する取得手段、及び取得した前記比較電圧と前記基準電圧との偏差を算出する偏差算出手段を有し、
    前記センサ装置は、算出された前記偏差を小さくするよう前記印加電圧を調整する印加電圧調整手段を有することを特徴とする燃料噴射弁用検出装置。
  2. 前記検出回路が、燃料圧力に応じて検出信号を出力する燃圧検出回路であり、前記演算装置が、前記燃圧検出回路から出力される検出信号に基づき燃料圧力を算出する場合において、
    前記印加電圧に対する調整量を前記偏差に基づき算出する調整量算出手段と、
    算出した前記調整量を燃料温度と関連付けて記憶する記憶手段と、
    を備え、
    前記印加電圧調整手段は、前記記憶手段に記憶された調整量に基づき前記印加電圧を調整することを特徴とする請求項1に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  3. 前記センサ装置は、前記燃圧検出回路に加え、燃料温度に応じて検出信号を出力する燃温検出回路を有し、
    前記演算装置は、前記燃料圧力の算出に加え、前記燃温検出回路から出力される検出信号に基づき燃料温度を算出し、
    燃料温度と関連付けて前記調整量を前記記憶手段に記憶させるにあたり、前記演算装置により算出された燃料温度を用いて関連付けさせることを特徴とする請求項2に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  4. 内燃機関に設けられた燃料噴射弁に搭載され、検出対象物理量である燃料の圧力又は温度に応じた検出信号を出力する検出回路を有したセンサ装置と、
    基準電圧に対する前記検出信号の電圧値に基づき前記物理量を算出する演算装置と、を備え、
    前記演算装置は、前記検出回路への印加電圧に応じた比較電圧を取得する取得手段、及び取得した前記比較電圧と前記基準電圧との偏差を算出する偏差算出手段を有し、算出した前記偏差を加味して前記物理量を算出することを特徴とする燃料噴射弁用検出装置。
  5. 前記検出回路が、燃料圧力に応じて検出信号を出力する燃圧検出回路であり、前記演算装置が、前記燃圧検出回路から出力される検出信号に基づき燃料圧力を算出する場合において、
    前記検出信号の電圧値に対する補正値を、前記偏差に基づき算出する補正値算出手段と、
    燃料温度と関連付けて前記補正値を記憶する記憶手段と、
    を備え、
    前記演算装置は、前記記憶手段に記憶された補正値を用いて前記燃料圧力を算出することを特徴とする請求項4に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  6. 前記センサ装置は、前記燃圧検出回路に加え、燃料温度に応じて検出信号を出力する燃温検出回路を有し、
    前記演算装置は、前記燃料圧力の算出に加え、前記燃温検出回路から出力される検出信号に基づき燃料温度を算出し、
    燃料温度と関連付けて前記補正値を前記記憶手段に記憶させるにあたり、前記演算装置により算出された燃料温度を用いて関連付けさせることを特徴とする請求項5に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  7. 前記センサ装置は、前記検出回路と並列して設けられた変圧回路を有し、
    前記比較電圧は、前記変圧回路により前記印加電圧を低下させたものであることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の燃料噴射弁用検出装置。
  8. 前記センサ装置から前記演算装置へ前記検出信号を伝送する信号線を備え、
    前記センサ装置は、前記検出回路を前記信号線に接続させる検出信号出力状態と、前記変圧回路を前記信号線に接続させる比較電圧出力状態とに切り替える、スイッチ手段を有することを特徴とする請求項7に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  9. 前記スイッチ手段は、前記燃料噴射弁から燃料を噴射していない非噴射時に、前記比較電圧出力状態に切り替えることを特徴とする請求項8に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  10. 前記スイッチ手段は、所定燃焼サイクル毎又は所定時間毎に、前記比較電圧出力状態に切り替えることを特徴とする請求項9に記載の燃料噴射弁用検出装置。
  11. 前記基準電圧を、前記演算装置が有するマイクロコンピュータの作動電圧としたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁用検出装置。
  12. 前記基準電圧を、前記演算装置が有するマイクロコンピュータの作動電圧及び前記印加電圧の平均値としたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の燃料噴射弁用検出装置。
  13. 前記偏差算出手段は、異なるタイミングで取得された複数の前記比較電圧の平均値を用いて前記偏差を算出することを特徴とする請求項1〜12のいずれか1つに記載の燃料噴射弁用検出装置。
  14. 前記比較電圧及び前記検出信号の少なくとも一方が正常範囲を超えた値である場合には、対応する前記センサ装置が異常である判定することを特徴とする請求項1〜13のいずれか1つに記載の燃料噴射弁用検出装置。
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