JP4149763B2 - Method for detecting and controlling the position of a valve member and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、噴射弁の弁部材が弁体内でストッパ間において移動可能であり、該弁部材の運動設定を目下捕捉された弁部材の位置から求める、噴射弁の弁部材の位置を検出および制御する方法、ならびに該方法を実施するための装置に関する。
【0002】
現在の燃料噴射装置に用いられている燃料噴射器においては、内燃機関の燃焼室内の燃料状況に応じて短期間で相前後する噴射を実現できるようにする目的で、弁部材の高速なスイッチング時間を得ようとしている(噴射経過成形)。燃料噴射器における高速なスイッチング時間に対する要求のほか弁部材の位置検出や位置調整も重要であり、その目的は燃料調量の測定精度や測定精度領域を個々の噴射フェーズに整合させるためである。アメリカ合衆国やヨーロッパでは内燃機関放出物に対する放出物規定が絶えず厳しくなっていることから、そこに組み込まれる燃料供給システムに対する要求が高くなる。
【0003】
【従来の技術】
ドイツ連邦共和国特許 41 10 254 には電磁弁用の制御回路が開示されている。この場合、液圧システムにおける電磁弁により流体量の運動が中断される。ABSやASRの制御プロセスなどの場合のようにこの過程が非常に急速に行われると、液柱の急激な停止により妨害を及ぼすノイズが引き起こされる。ノイズ発生の対策のために、アーマチュアが新たな切替位置に達する少し前に弁の制御電圧を少なくとも1回、短期間遮断することができ、この場合、1回の遮断のほか基本的には複数回の遮断も可能である。
【0004】
EP 0 641 481 A1 も電磁弁用制御回路に関する。この解決策によれば以下ような電磁弁の制御が提案されている。すなわち所定の第1の制御電流値に達した後、電磁弁はその閉鎖位置から貫流位置へずらされ、さらに所定の第2の制御電流値に達した後、電磁弁はその貫流位置から閉鎖位置へずらされ、その際に付加的に制御電流の制御が行われる。弁を貫流位置へ制御しなおす場合、制御電流はまずはじめ制御期間に対し短い期間、第1の制御電流値よりも低くなるよう制御され、その後、第1の制御電流値と第2の制御電流値との間の領域になるよう制御される。制御電流値はやはり短期間、値0をとることができる。このような措置によりたとえばABS/ASRシステムのような液圧システムに使用する場合、そこに設けられている液圧弁切替時にノイズが抑圧される。
【0005】
EP 0 641 481 B1 により知られている解決策の欠点は、弁の精確な位置を知ることなく電流の捕捉が行われる点にある。しかも電流は時間に依存して調整される。この公知の解決策によれば弁に対する昇圧電圧の自己形成は行われない。しかも可動コンポーネントの老化の結果として燃料噴射器の耐用年数内でたとえば増え続ける許容偏差は考慮されず、その結果、弁特性の変動をまったくあるいはほとんど補償できなくなる。
【0006】
たとえばABSシステムまたはASRシステムなどのような車載システムにおいて電磁弁が使用されるほか、燃料噴射器を備えた燃料噴射システムによっても電磁弁が用いられる。DE-OS 195 39 071 から、内燃機関における燃料調量制御用の電磁弁などのような少なくと1つの電磁負荷を制御する装置が公知である。この装置は、給電電圧源の第1の端子と少なくとも1つの負荷における第1の端子との間に配置された第1のスイッチング手段を有している。この装置はさらに、対応する負荷の第2の端子と給電電圧源の第2の端子との間に配置された第2のスイッチング手段を有している。さらにこの場合、吸引電流値から保持電流値への移行時に自由になるエネルギーを蓄積手段に蓄積できるようスイッチング手段を制御する装置が設けられている。この解決策によれば蓄積手段は有利にはコンデンサとして構成される。
【0007】
DE-OS 44 13 240 から同様の解決策が知られており、それによれば電磁負荷の遮断時に自由になるエネルギーがコンデンサに充電しなおされる。
【0008】
DE-OS 31 33 703 (US-A 4 467 634) は内燃機関の制御方法および制御装置に係わるものであり、これによれば少なくとも1つの固体中伝播音響センサが使用される。固体中音響伝播センサの出力信号は2つのフィルタエレメントへ供給され、この場合、一方のフィルタの出力は有効信号として用いられ、他方のフィルタの出力は妨害信号を識別するために用いられる。この装置によれば、内燃機関において不十分な燃焼を示唆するノッキングノイズが発生したか否かを検出することができる。この場合、たとえば噴射開始、噴射終了、吐出開始、吐出終了ならびに燃焼開始などような動作パラメータを求めることに関して、いかなるデータも得られない。
【0009】
DE-OS 195 36 110 は内燃機関の制御方法および制御装置に係わるものであり、これにより開示されている方法によれば、殊にダイレクト噴射型ディーゼル内燃機関に使用される方法によれば、少なくとも1つの固体中伝播音響センサまたはノックセンサが少なくとも第1および第2のフィルタ手段とともに用いられ、その際、両方のフィルタ手段はそれぞれ異なる伝送特性を有している。これらのフィルタ手段へ固体中伝播音響センサの出力信号を導くことができる。フィルタ手段の出力信号に基づき、内燃機関における燃焼および/または噴射を特徴づける少なくとも2つの量を求めることができる。これらの量は、第1のフィルタ手段の出力信号については噴射開始と噴射終了に関する情報を導出することのできる信号であり、他方、第2のフィルタ手段の出力信号からはダイレクト噴射型内燃機関の燃焼室における燃焼開始を表す信号を導出することができる。
【0010】
これら従来技術から公知の上述の方法に付随する欠点とは、弁の動きについての本来の経過に対するフィードバック応答を伴わずに補正を重ねた単純な制御が行われることである。製造に起因する偏差や耐用年数内で生じる老化によって、このような作用が燃料調量に影響を及ぼすようになる。たとえば温度や車載電源電圧とは無関係に上昇時間および下降時間を短くすること、最大噴射量と最小噴射量との割合に関して調量範囲を拡げること、摩耗や腐食を抑えるために弁運動を所期のように経過させることなどの要求は、フィードバック応答を行うことのできないコンセプトによってはもはや実現できない。燃料噴射器のところできわめて望ましくない状況たとえば遮断時に発生する激しい衝撃や、不明確な後続状態を伴う吸引は、既述の方法によっても捉えることができない。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の課題は上述の従来技術の欠点を解消した弁部材位置を検出および制御する方法ならびに装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によればこの課題は、弁部材の現在位置と吸引/解離運動をセンサ素子により捕捉して制御装置へ伝達するステップと、弁部材を操作するアクチュエータ部材を該制御装置により制御して、弁部材を速度と摩耗について最適化して動かすステップが設けられており、前記アクチュエータ部材の吸引電流経過特性にオンフェーズ/オフフェーズを含ませ、各フェーズの持続時間および時点を前記センサ素子の信号に依存させることにより解決される。
【0013】
【発明の実施の形態】
本発明による解決手段によって達成可能な利点はたとえば、噴射器本体におけるノズルニードルの動きの評価が可能になることであり、その際、様々な構成のセンサが噴射弁の領域で使用される。そしてそれらのセンサには制御可能な評価電子装置が後置接続されている。さらに電圧ポンプ回路が弁に組み込まれており、これによれば高速なスイッチング時間を達成するため、付加的に必要とされる吸引エネルギーを従来技術により知られている解決策とは異なりじかに供給することができる。
【0014】
噴射弁に収容されたセンサにより噴射弁の現在位置をただちに捉えることができ、その情報を高速リアルタイムコンピュータへあるいは択一的にそのまま制御装置へ伝達することができる。これによって対応する制御信号が生成され、それが調節部材へ供給され、それによりその調節部材の当接位置を速度および機械的な負荷に関して最適化して動かすことができるようになる。
【0015】
加速度センサ、位置センサあるいはノックセンサの組み込みによって弁位置を求めることができるようになる。最終位置を求めるためにケーシング領域に加速度センサまたはノックセンサを組み込んだ場合、上記のセンサによって弁部材がその当接位置をとる少し手前で吸引電流を短期間遮断することができ、その結果、弁体の「バウンス」ひいては不明確な弁体状態の発生するおそれがなくなる。このような介入制御の期間ならびに時点は事前のセンサ信号に依存する。当接より少し手前で吸引電流を短期間投入することができ、そのことによっても弁体のバウンスならびに不確かな状態が抑圧される。このような介入制御において吸引電流の短期間の投入の時点や期間も、弁体の位置において事前に求められたセンサ信号に依存する。当接信号は高周波であるため、制御信号にそのまま挿入することができ、したがって付加的な信号ラインは不要である。後続処理のための信号の取り出しにあたり小さいコンデンサあるいはコンデンサと小さいコイルアセンブリを、コレクタとして動作するトランジスタと出力ピンとの間に組み込むことができるので、遮断フェーズを出力結合に利用できるようになる。
【0016】
位置センサたとえば加速度センサあるいはピエゾセラミックスをばねに対する対向支持部材として使用することで、ニードルの精確な位置を識別することができ、その際、精確な位置設定のためにあらゆる評価手法を用いることができる。それぞれ制御される機械的な最終位置によって、温度ドリフトや経年変化現象が部品に及ぼす影響を補正できる。中間値を半行程について求めることができ、この場合、まずはじめに較正のために最終値まで動かし、ついで適正な中間位置まで調節することができる。吸引運動の開始も解離運動の開始も識別されるので、両方の領域について相応の限界値を求めることができる。弁体内の適切な組み込み位置において、内燃機関燃焼室内の燃焼を分析するためにセンサを利用することができる。
【0017】
いっそう高速な吸引時間および解離時間を達成できるようにする目的で相応のポンプ回路を組み込むことができ、その際にコイルのインダクタンスが利用される。この回路には、蓄積器として用いられるコンデンサと充電ダイオードと切替素子が設けられている。制御に応じて、コンデンサ電圧を吸引の支援あるいは解離の支援に利用することができる。これに加えて弁のグループをポンプに統合することができ、さらに加速電圧を発生させるために点火コイルを利用することができる。このことはブレークオーバダイオードとの接続によって行われ、これによればブレークオーバダイオードのブレークダウン領域よりも低い電圧領域をポンピングに利用できる。これに加えて、加速電圧を発生させるために点火コイルをパルス列点火と結びつけて使用することができる。
【0018】
本発明の基礎とする着想の実施形態によれば、たとえば力から信号への変換を保証するセラミックス圧電ファイバなどのように、低コストの特別な材料を使うことができる。このような材料は弁先端領域と上方のストッパのところにじかに取り付けることができるので、当接を時間的損失なくただちに転送できるようになる。最終位置を捕捉するためにダイナミック圧力センサを使用すれば、付随する高周波振動をアクチュエータラインを介してそのまま出力結合させることができる。噴射器内部で捕捉された弁体の運動時間に依存して、摩擦の増大などのような弁の特性に対する推定を行うことができ、診断に利用することができる。
【0019】
次に、図面を参照しながら本発明について詳しく説明する。
【0020】
【実施例】
図1には、噴射弁のいっそう高速なスイッチング時間を実現する回路が示されている。
【0021】
図1に示されている回路装置1は、噴射弁の電磁コイル2の回路を表している。UBatt により電圧源の端子が表され、これに第1のダイオード3が後置接続されている。第1のダイオード3の導通方向は電磁コイルを指している。さらにこの回路装置1は第1のコンデンサ5を有しており、これには第1のサイリスタ素子6が後置接続されている。第1のサイリスタ素子6の導通方向は電磁コイル2の方向を指している。回路装置1の分岐7には別の第2のサイリスタ素子8が設けられている。
【0022】
電磁コイル2に加わる電圧には参照符号UV が付されており、他方、電磁コイル2に流れるコイル電流には参照符号IV が付されている。回路装置1の電磁コイル2には第2のダイオード9が後置接続されており、その導通方向は第1のコンデンサ5に設定されており、そこにはコンデンサ電圧UK が発生する。電磁コイル2の出力端には、第2のダイオード9のほかに第2のコンデンサ12aも後置接続されている。第2のコンデンサのコンデンサ電圧は参照符号UM で表されている。さらに電磁コイル2にはメイントランジスタ10が後置接続されており、このトランジスタのベースには参照符号11が付されている。メイントランジスタ10の後段には測定抵抗RM が接続されている。
【0023】
図2.1、図2.2、図2.3によるシーケンスダイアグラムから、図1による回路装置の回路コンポーネントにおける電圧経過特性もしくは電流経過特性が詳しく示されている。
【0024】
図1に示されている回路装置1のポンプフェーズ20中、メイントランジスタ10は第1、第2、第3のパルスフェーズ32,33,34をとり、その際、個々のパルスフェーズ32,33,34の間に休止が存在する。メイントランジスタ10のパルスフェーズとパルス休止の比は、トランジスタのベース11における適切な制御によって生じさせることができ、これはトランジスタ11の結線の変更によって変えることもできる。参照符号28はポンプフェーズ20の終了を表す。
【0025】
メイントランジスタ10のパルスフェーズ32,33,34の時間シーケンスとそれらのパルスフェーズ32,33,34の間に位置するパルス休止の下方には、時間軸上にコンデンサ5におけるコンデンサ電圧の経過特性が示されており、図2.2によるグラフには電磁弁2の電圧経過特性が、図2.3には電磁コイル電流IV が、それぞれ時間軸t上に描かれている。コンデンサ5における初期電圧はバッテリ電圧UBatt に対応する。
【0026】
メイントランジスタ10のパルスフェーズ32の間、メイントランジスタ10のパルス開始35とパルス終了36の間でコイル電流の上昇37が生じる。メイントランジスタ10の第1のパルスフェーズに続いてパルス休止が生じる。第1のパルスフェーズ32に続くパルス休止の間、電磁コイル2においてメイントランジスタ10の第2のパルスフェーズ33における後続のパルス開始35までコイル電流降下38が生じる。第1のパルスフェーズ32と第2のパルスフェーズ33との間のパルス休止中、第1のコンデンサ5において第1の電圧上昇23が生じる。第2のパルスフェーズ33のパルス開始35の後、コンデンサ電圧22は第1の電圧レベル24で保持され、これはメイントランジスタ10の第2のパルスフェーズ33の期間にわたり変化しない。電磁コイル2において電流上昇37が生じているメイントランジスタ10の第2のパルスフェーズ33が終了した後、第1のコンデンサ5において第2の電圧上昇25が生じる一方、電磁コイル2においては電圧降下38が生じる。第2のパルスフェーズ33後のパルス休止の終了後、第1のコンデンサ5における電圧は第2の電圧レベルに保持され、これは参照符号26で表されている。第1のコンデンサ5における電圧は、第3のパルスフェーズ34が終了してしまうまで一定に保持される。メイントランジスタ10の第3のパルスフェーズ34と並行して、電磁コイル2に電流上昇37が生じる。第3のパルスフェーズ34の終了後、メイントランジスタ10の後続のパルス休止中、第1のコンデンサ5における第3の電圧上昇27が最大電圧まで発生し、これは電圧源4における電圧(バッテリ電圧)のレベルをかなり超えたものである。
【0027】
ポンプフェーズ20の終了後、サイリスタ電圧が上昇し、それに応じて第1のコンデンサ5が急激に放電し、コイル電流IV の著しい上昇39,46が引き起こされ、この場合、電流上昇39すなわち電流増幅つまり自己誘導による電流増幅29は、参照符号31で表された吸引電圧レベルを著しく超えている。
【0028】
電流低減の加速を伴う遮断過程は上昇ポンプフェーズと同様に行われるが、サイリスタ2(8)とサイリスタ3(13)との接続が行われる。
【0029】
シーケンスダイアグラムである図2.1,図2.2,図2.3に示されているように図1に従って構成された回路装置によれば、サイリスタ6もしくは9と第1のコンデンサ5以外、回路装置において付加的なコンポーネントを必要とせず、電磁コイル2のコイルインダクタンスを利用することで昇圧が行われる。
【0030】
図3には、2つの最終位置間の弁部材の運動と電磁コイルを介して導入される噴射弁吸引電流の経過特性が描かれている。
【0031】
図3によれば、参照符号40により表されている弁部材変位が時間軸上に記されている。弁部材たとえば噴射弁の噴射ノズルは、弁体における上方ストッパ41と下方ストッパ42間で移動可能である(図4参照)。弁体における弁部材の運動は実質的に3つのフェーズに分けられる。吸引フェーズ43中、弁部材は上方ストッパ41の方向へ移動する。この吸引フェーズ43に続いて参照符号44の付された保持フェーズが続き、このフェーズにはさらに遮断フェーズ45が続き、そのフェーズ中、弁部材は上方ストッパ41から下方ストッパ42の方向へ戻される。
【0032】
図3に示されている変位/時間ダイアグラムの下方には、発生した吸引電流43すなわち電磁コイル2におけるコイル電流IV の経過が描かれている。ポンプフェーズ20の終了28後に第1のコンデンサ5が放電されると、コイル電流46すなわち吸引電流の電流上昇39が生じる。これにより弁体において弁部材は上方ストッパ41へ向かって急激に動かされる。上方ストッパ41へ到達させるための吸引電流46の作用が弁部材に及ぼされるとバウンス49が引き起こされることになり、これは強い機械的材料要求を成すとともに弁体における弁部材の不明確な状態を引き起こすおそれがある。本発明の方法によれば、弁部材が上方ストッパ41に到達する前に吸引電流46が短期間遮断され、その際、弁体中を移動可能な弁部材が上方のストッパ41に到達したことが1つまたは複数のセンサ素子59により検出され、このセンサは弁部材行程の最終位置領域に配置しておくのがよい。第1の遮断窓47の間、弁部材が上方ストッパ41に到達する前に吸引電流46が遮断され、その際、吸引電流46は47.1のところで遮断され、上方のストッパに到達した後、47.2において再び投入される。保持フェーズ44中には全吸引電流46が加えられ、次の遮断窓48における開始点48.1になってようやく再び遮断される。
【0033】
噴射弁の弁体に収容された復帰ばねに支援されて、弁部材がその上方ストッパ41から下方ストッパ42へ走行する。したがって遮断フェーズ45中に行われるこの運動は復帰ばねにより支援され、その結果、弁部材の復帰運動期間中、吸引電流46を別の遮断窓48において遮断したままにしておくことができるようになる。吸引電流46はこの別の遮断窓48の経過後、ポジション48.2において再びその投入値をとる。
【0034】
本発明の方法によれば遮断フェーズ45中、吸引電流46に対向パルス50を加えることもでき、これはたとえば吸引電流46の短いおよび再投入によって実現できる。これにより実質的に復帰ばねにより形成される下方ストッパ42への弁部材の復帰運動が電磁コイル2の相応の給電42により抑圧され、その結果、弁体における弁部材を第2のストッパすなわち下方のストッパ42へ材料を傷めずソフトに到達させることができる。この場合も、弁部材がその下方のストッパ42からリバウンドしてしまうことにより生じる望ましくない切替状態を回避することができる。
【0035】
ストッパ41,42に到達する直前に吸引電流46を短期間オンオフすることにより、弁体内部における弁部材のバウンスならびにそれに続いて発生する弁体の不確かな状態を回避することができる。上方ストッパ41もしくは下方ストッパ42への到達時に発生する当接信号は高周波であり、たとえば制御信号にそのまま挿入することができるので、付加的な信号ラインは不要となる。制御装置57(図4参照)における後続処理にあたり信号を取り出すために、トランジスタならびに取り出し用コンデンサと出力ピントとの間にコイルを組み込むことで容量的に出力結合することができるので、出力結合のために遮断フェーズを利用することができる。
【0036】
図4には、弁体に収容されているセンサ素子の基本構成が詳しく描かれている。
【0037】
弁体53内において弁部材54が垂直方向に可動に収容されている。この場合、弁部材54を噴射ノズルとしてもよいし、噴射器のタペット等とすることもできる。弁体53に対し相対的な弁部材54の垂直方向の行程運動は電磁コイル2,55によって形成される。電磁コイル2,55はライン接続部56を介して、ここには略示されているにすぎない制御装置57と接続されている。弁部材54もしくは弁体53にはセンサ素子がそれぞれ設けられており、これらのセンサは弁部材54に対し平行な位置61に組み込んでもよいし、弁体53内の弁部材54の運動方向を横切る方向での組み込みの向き60をとらせることもできる。センサ素子59はこのような組み込み位置60または61に左右されずに、ライン58を介して既述の接続装置57と接続されている。加速度センサや圧電セラミクスセンサ、位置センサあるいはノックセンサであるようなセンサ素子59の幾何学的形状は、クリティカルな運動領域すなわち弁体53における弁部材54のストッパ41,42の手前の領域が捕捉されるように選定されている。組み込み位置60もしくは61に応じて、弁部材54の運動の捕捉範囲を組み込み事例に依存させて事前に大きくまたは小さく選定することができる。
【0038】
このような解決手段によって、弁部材54(たとえば噴射ノズル)の精確な位置を識別して精確なポジション設定を求めることができる。ばね部材62を使用すれば、電磁コイル2または50の適切な給電によって半行程について中間値をとらせることができ、その際に較正のためまずはじめに最終値をとらせ、ついで望ましい中間位置をとらせることができる。さらに制御信号に対し精確な時間的対応づけを行うことができ、それにより診断を行うことができる。ばね部材62にセンサ素子59を配置させることにより、吸引電流46の投入による吸引運動の開始も吸引電流の遮断とばね部材62の作用による解離運動の開始も識別できるので、吸引領域および解離領域に対する相応の限界値を求めることができるようになる。
【0039】
上方ストッパ41もしくは下方ストッパ42に対応づけられた終端磁石を配置することにより規定された戻し力を取り入れることができ、その際に適切なガイド板を組み込むことで行程領域を制御することができる。終端磁石により強い戻し力を形成できるので、弁体53内部における弁部材54の高い加速ひいては急速な運動を達成できる。したがって本発明による回路構成により達成可能な吸引電流46の電流上昇39を、なおいっそう効率的に利用できるようになる。
【0040】
図5および図6には、圧電セラミックスとして構成されたセンサ素子の弁体内での位置が示されている。
【0041】
図5には、ばね部材62の上のセンサ素子59の配置が示されている。信号ライン58は弁体53から側方に延び出ている。参照符号64の付されたセンサ位置は、図4に示されているセンサ素子59のセンサ位置60に対応する。図5に示されている弁部材は、弁体53内で移動可能な噴射ノズル54として構成されている。弁部材として機能する噴射ノズル54の操作は、弁部材54をリング状に取り囲む電磁コイル2,55により行われる。
【0042】
さらに図6に描かれている弁体53によれば、弁部材54は2つのガイドセクション65中を案内される噴射ノズルとして示されている。参照符号66によって、センサ素子59として設けられた加速度センサの組み込み位置が表されており、このセンサ素子は図6には描かれていない制御装置57(図4参照)と信号ライン58を介して接続されている。
【0043】
この場合、制御装置はリアルタイムで動作するコンピュータを含むのが有利であり、それによればセンサ素子59により捕捉された加速度信号または当接信号が電磁コイル2,55の制御信号にじかに変換され、それにより弁体53内における弁部材54の運動を事前に検出されたセンサ素子59および事前にとった最終位置に依存して行わせることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】いっそう高速なスイッチング時間を達成するための回路を示す図である。
【図2】いっそう高速なスイッチング時間におけるスイッチングシーケンスを示す図である。
【図3】ノズルニードルの当接と解離を識別する回路の変形実施形態を示す図である。
【図4】噴射器本体に収容されたセンサを示す基本図である。
【図5】圧電セラミクスとして構成されたセンサ素子もしくはノックセンサに関して噴射弁における位置を示す図である。
【図6】圧電セラミクスとして構成されたセンサ素子もしくはノックセンサに関して噴射弁における位置を示す図である。
【符号の説明】
1 回路装置
2 電磁コイル
3 第1のダイオード
4 電圧源
5 第1のコンデンサ
6 第1のサイリスタ素子
7 分岐
8 第2のサイリスタ素子
9 第2のダイオード
10 メイントランジスタ
11 トランジスタのベース
12a 第2のコンデンサ
12b コイル
13 第3のサイリスタ素子
UBatt バッテリ電圧
UV コイル電圧
IV コイル電流
UK コンデンサ電圧
UM 測定電圧
RM 測定抵抗
20 ポンプフェーズ
21 サイリスタ制御電圧
22 コンデンサ電圧経過特性
23 第1の電圧上昇
24 第1の電圧レベル
25 第2の電圧上昇
26 第2の電圧レベル
27 第3の電圧上昇
28 ポンプフェーズ終了
29 吸引フェーズ
30 電圧ピーク
31 吸引電流
32 第1のパルスフェーズ トランジスタ
33 第2のパルスフェーズ トランジスタ
34 第3のパルスフェーズ トランジスタ
35 パルス開始
36 パルス終了
37 IV 上昇
38 IV 降下
39 電圧上昇
40 弁部材変位
41 上方ストッパ
42 下方ストッパ
43 吸引フェーズ
44 保持フェーズ
45 遮断フェーズ
46 吸引電流経過特性
47 第1の遮断窓
47.1 遮断開始
47.2 遮断終了
48 別の遮断窓
48.1 遮断開始
48.2 遮断終了
49 バウンス経過特性
50 対向パルス
51 ローレベルの対向パルス
52 ハイレベルの対向パルス
53 弁体
54 弁部材(噴射ニードル)
55 電磁コイル
56 接続部
57 制御装置
58 信号ライン
59 センサ素子
60 第1の組み込み位置
61 別の組み込み位置
62 復帰ばね部材
63 接続部
64 センサ位置
65 ニードルガイド
66 加速度センサ位置
67 カウンタ制御における当接パルス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention detects and controls the position of a valve member of an injection valve, in which the valve member of the injection valve is movable between stoppers in the valve body, and the movement setting of the valve member is obtained from the position of the valve member currently captured. And a device for performing the method.
[0002]
In a fuel injector used in a current fuel injection device, a high-speed switching time of a valve member is provided so that injection can be performed in a short period of time according to the fuel condition in a combustion chamber of an internal combustion engine. (Injection process molding). In addition to the requirement for high-speed switching time in the fuel injector, position detection and position adjustment of the valve member are also important, and the purpose thereof is to match the measurement accuracy of fuel metering and the measurement accuracy region to individual injection phases. In the United States and Europe, the emission regulations for internal combustion engine emissions are constantly stricter, increasing the demand for fuel supply systems incorporated therein.
[0003]
[Prior art]
[0004]
EP 0 641 481 A1 also relates to a control circuit for a solenoid valve. According to this solution, the following solenoid valve control has been proposed. That is, after reaching the predetermined first control current value, the solenoid valve is shifted from the closed position to the through position, and after reaching the predetermined second control current value, the solenoid valve is moved from the through position to the closed position. In this case, the control current is additionally controlled. When the valve is controlled again to the through-flow position, the control current is first controlled to be lower than the first control current value for a short period of time relative to the control period, and then the first control current value and the second control current value are controlled. It is controlled to be in the area between values. The control current value can also take the value 0 for a short period of time. When such a measure is used for a hydraulic system such as an ABS / ASR system, noise is suppressed when the hydraulic valve provided therein is switched.
[0005]
The disadvantage of the solution known from EP 0 641 481 B1 is that the current capture takes place without knowing the exact position of the valve. Moreover, the current is adjusted depending on the time. This known solution does not self-form the boost voltage for the valve. Moreover, as a result of the aging of the moving components, for example tolerable deviations which continue to increase during the life of the fuel injector are not taken into account, so that no or very little variation in valve characteristics can be compensated.
[0006]
For example, a solenoid valve is used in an in-vehicle system such as an ABS system or an ASR system, and a solenoid valve is also used by a fuel injection system including a fuel injector. From DE-OS 195 39 071 a device for controlling at least one electromagnetic load is known, such as a solenoid valve for fuel metering control in an internal combustion engine. This device comprises a first switching means arranged between a first terminal of the supply voltage source and a first terminal in at least one load. The device further comprises a second switching means arranged between the second terminal of the corresponding load and the second terminal of the supply voltage source. Further, in this case, there is provided a device for controlling the switching means so that energy that becomes free at the time of transition from the suction current value to the holding current value can be stored in the storage means. According to this solution, the storage means are advantageously configured as a capacitor.
[0007]
A similar solution is known from DE-OS 44 13 240, which recharges the capacitor with free energy when the electromagnetic load is interrupted.
[0008]
DE-OS 31 33 703 (US-A 4 467 634) relates to a control method and a control device for an internal combustion engine, in which at least one solid state propagation acoustic sensor is used. The output signal of the sound propagation sensor in the solid is supplied to two filter elements, where the output of one filter is used as a valid signal and the output of the other filter is used to identify the jamming signal. According to this apparatus, it is possible to detect whether or not knocking noise suggesting insufficient combustion has occurred in the internal combustion engine. In this case, no data can be obtained for determining operating parameters such as injection start, injection end, discharge start, discharge end and combustion start.
[0009]
DE-OS 195 36 110 relates to a control method and a control device for an internal combustion engine, and according to the disclosed method, in particular according to the method used for a direct injection diesel internal combustion engine, at least One solid state propagation acoustic sensor or knock sensor is used with at least the first and second filter means, where both filter means have different transmission characteristics. The output signal of the in-solid propagation acoustic sensor can be guided to these filter means. Based on the output signal of the filter means, at least two quantities characterizing combustion and / or injection in the internal combustion engine can be determined. These amounts are signals from which the information about the start and end of injection can be derived for the output signal of the first filter means, while the output of the direct injection internal combustion engine is derived from the output signal of the second filter means. A signal representing the start of combustion in the combustion chamber can be derived.
[0010]
A disadvantage associated with the above-mentioned methods known from these prior arts is that simple control with repeated corrections is performed without a feedback response to the original course of valve movement. Such effects can affect fuel metering due to manufacturing-related deviations and aging that occurs within the service life. For example, shortening the rise and fall times regardless of temperature and vehicle power supply voltage, expanding the metering range with respect to the ratio between the maximum injection amount and the minimum injection amount, and the valve movement to reduce wear and corrosion Requests such as elapse are no longer possible with concepts that cannot provide a feedback response. Very undesired situations at the fuel injector, for example, severe impacts that occur when shut off, and suction with unclear subsequent conditions cannot be captured by the methods already described.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for detecting and controlling the position of a valve member that overcomes the disadvantages of the prior art described above.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, the problem is that the current position of the valve member and the suction / dissociation motion are captured by the sensor element and transmitted to the control device, and the actuator member for operating the valve member is controlled by the control device, There is a step of optimizing and moving the valve member with respect to speed and wear, and the attraction current course characteristic of the actuator member includes an on-phase / off-phase, and the duration and time of each phase are converted into the signal of the sensor element. It is solved by making it dependent.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An advantage that can be achieved with the solution according to the invention is, for example, that it is possible to evaluate the movement of the nozzle needle in the injector body, in which various configurations of sensors are used in the region of the injection valve. These sensors are connected to a controllable evaluation electronic device. In addition, a voltage pump circuit is integrated in the valve, according to which it supplies additional required suction energy directly to the solution known from the prior art in order to achieve fast switching times. be able to.
[0014]
The sensor accommodated in the injection valve can immediately capture the current position of the injection valve, and the information can be transmitted to the high-speed real-time computer or alternatively to the control device as it is. This generates a corresponding control signal, which is fed to the adjustment member, so that the contact position of the adjustment member can be optimized and moved with respect to speed and mechanical load.
[0015]
The valve position can be obtained by incorporating an acceleration sensor, a position sensor, or a knock sensor. When an acceleration sensor or a knock sensor is incorporated in the casing region to determine the final position, the suction current can be cut off for a short period of time just before the valve member takes its contact position by the above sensor. The body “bounce” and thus the possibility of an unclear valve body condition are eliminated. The duration and time point of such intervention control depends on prior sensor signals. Suction current can be applied for a short period of time slightly before contact, which also suppresses the bounce and uncertain state of the valve body. In such intervention control, the time point and period for which the suction current is applied for a short period also depend on the sensor signal obtained in advance at the position of the valve body. Since the contact signal has a high frequency, it can be inserted into the control signal as it is, and therefore no additional signal line is required. Since a small capacitor or capacitor and small coil assembly can be incorporated between the transistor acting as the collector and the output pin for signal extraction for subsequent processing, the blocking phase becomes available for output coupling.
[0016]
By using a position sensor such as an acceleration sensor or a piezoceramic as an opposing support member for the spring, the exact position of the needle can be identified, and any evaluation method can be used for accurate position setting. . Depending on the final controlled mechanical position, the effects of temperature drift and aging can be corrected. The intermediate value can be determined for a half-stroke, in which case it can first be moved to the final value for calibration and then adjusted to the proper intermediate position. Since both the start of the suction movement and the start of the dissociation movement are distinguished, the corresponding limit values can be determined for both regions. Sensors can be used to analyze the combustion in the combustion chamber of the internal combustion engine at a suitable integration position within the valve body.
[0017]
A corresponding pump circuit can be incorporated in order to achieve faster suction and dissociation times, in which case the coil inductance is utilized. This circuit is provided with a capacitor used as an accumulator, a charging diode, and a switching element. Depending on the control, the capacitor voltage can be used to assist suction or dissociation. In addition, a group of valves can be integrated into the pump, and an ignition coil can be used to generate an acceleration voltage. This is done by connection to a breakover diode, which allows a voltage region lower than the breakdown region of the breakover diode to be used for pumping. In addition, an ignition coil can be used in conjunction with pulse train ignition to generate an acceleration voltage.
[0018]
According to the embodiment of the idea on which the invention is based, special low-cost materials can be used, such as, for example, ceramic piezoelectric fibers that guarantee force-to-signal conversion. Such material can be attached directly to the valve tip region and the upper stopper so that the contact can be transferred immediately without any time loss. If a dynamic pressure sensor is used to capture the final position, the accompanying high frequency vibration can be directly output coupled via the actuator line. Depending on the movement time of the valve body trapped inside the injector, estimations of valve characteristics such as increased friction can be made and used for diagnosis.
[0019]
Next, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
【Example】
FIG. 1 shows a circuit for realizing a faster switching time of the injection valve.
[0021]
A circuit device 1 shown in FIG. 1 represents a circuit of an
[0022]
The voltage applied to the
[0023]
The sequence diagrams according to FIGS. 2.1, 2.2 and 2.3 show in detail the voltage or current profile in the circuit components of the circuit arrangement according to FIG.
[0024]
During the
[0025]
Below the time sequence of the pulse phases 32, 33, and 34 of the
[0026]
During the
[0027]
After the end of the
[0028]
The interruption process accompanied by acceleration of current reduction is performed in the same manner as in the ascending pump phase, but the thyristor 2 (8) and the thyristor 3 (13) are connected.
[0029]
According to the circuit device constructed according to FIG. 1 as shown in FIG. 2.1, FIG. 2.2 and FIG. 2.3 which are sequence diagrams, circuits other than the
[0030]
FIG. 3 shows the movement of the valve member between two final positions and the course characteristics of the injection valve suction current introduced via the electromagnetic coil.
[0031]
According to FIG. 3, the valve member displacement represented by reference numeral 40 is marked on the time axis. An injection nozzle of a valve member, for example, an injection valve is movable between an
[0032]
Below the displacement / time diagram shown in FIG. 3 is the generated attraction current 43, ie the coil current I in the
[0033]
The valve member travels from the
[0034]
According to the method of the present invention, the
[0035]
By turning on and off the suction current 46 for a short period of time immediately before reaching the
[0036]
FIG. 4 shows the basic configuration of the sensor element housed in the valve body in detail.
[0037]
A
[0038]
With such a solution, an accurate position setting can be obtained by identifying an accurate position of the valve member 54 (for example, an injection nozzle). If the
[0039]
The return force defined by arranging the terminal magnets corresponding to the
[0040]
5 and 6 show the position of the sensor element configured as piezoelectric ceramic in the valve body.
[0041]
FIG. 5 shows the arrangement of the
[0042]
Furthermore, according to the
[0043]
In this case, the control device advantageously comprises a computer operating in real time, whereby the acceleration signal or contact signal captured by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a circuit for achieving a faster switching time.
FIG. 2 is a diagram showing a switching sequence in a faster switching time.
FIG. 3 is a diagram showing a modified embodiment of a circuit for discriminating contact and dissociation of a nozzle needle.
FIG. 4 is a basic view showing a sensor housed in an injector body.
FIG. 5 is a diagram showing a position in an injection valve with respect to a sensor element or knock sensor configured as piezoelectric ceramics.
FIG. 6 is a diagram showing a position in an injection valve with respect to a sensor element or knock sensor configured as piezoelectric ceramics.
[Explanation of symbols]
1 Circuit equipment
2 Electromagnetic coil
3 First diode
4 Voltage source
5 First capacitor
6 First thyristor element
7 branch
8 Second thyristor element
9 Second diode
10 Main transistor
11 Base of transistor
12a Second capacitor
12b coil
13 Third thyristor element
U Batt Battery voltage
U V Coil voltage
I V Coil current
U K Capacitor voltage
U M Measurement voltage
R M Measuring resistance
20 Pump phase
21 Thyristor control voltage
22 Capacitor voltage characteristics
23 First voltage rise
24 First voltage level
25 Second voltage rise
26 Second voltage level
27 Third voltage rise
28 End of pump phase
29 Suction phase
30 Voltage peak
31 Suction current
32 first pulse phase transistor
33 Second Pulse Phase Transistor
34 Third Pulse Phase Transistor
35 Start of pulse
36 End of pulse
37 I V Rise
38 I V Descent
39 Voltage rise
40 Valve member displacement
41 Upper stopper
42 Lower stopper
43 Suction phase
44 Retention phase
45 Shutdown phase
46 Characteristics of attracting current
47 First blocking window
47.1 Shutdown start
47.2 Shut off end
48 Another blocking window
48.1 Start of shutoff
48.2 Shut off
49 Bounce characteristics
50 Opposing pulse
51 Low level counter pulse
52 High level counter pulse
53 Disc
54 Valve member (injection needle)
55 Electromagnetic coil
56 connections
57 Controller
58 signal lines
59 Sensor element
60 First assembly position
61 Different installation positions
62 Return spring member
63 Connection
64 Sensor position
65 Needle guide
66 Acceleration sensor position
67 Contact pulse in counter control
Claims (15)
噴射弁の弁部材(54)の位置を検出および制御する方法において、
弁部材(54)の現在位置と吸引/解離運動をセンサ素子(59)により捕捉して制御装置(57)へ伝達するステップと、
弁部材(54)を操作するアクチュエータ部材(2,55)を該制御装置(57)により制御して、弁部材(54)を速度と摩耗について最適化して動かすステップが設けられており、
前記アクチュエータ部材(2,55)の吸引電流経過特性(46)にオンフェーズ/オフフェーズ(47,48)を含ませ、各フェーズの持続時間および時点を前記センサ素子(59)の信号に依存させることを特徴とする、
噴射弁の弁部材の位置を検出および制御する方法。The position of the valve member (54) in which the valve member (54) of the injection valve is movable between the stoppers (41, 42) in the valve body (53) and the movement setting of the valve member (54) is currently captured. Seeking from
In a method for detecting and controlling the position of a valve member (54) of an injection valve,
Capturing the current position and suction / dissociation movement of the valve member (54) by the sensor element (59) and transmitting it to the controller (57);
The actuator member (2, 55) for operating the valve member (54) is controlled by the control device (57) to move the valve member (54) in an optimized manner with respect to speed and wear.
The attraction current course characteristic (46) of the actuator member (2, 55) includes an on phase / off phase (47, 48), and the duration and time of each phase depend on the signal of the sensor element (59). It is characterized by
A method for detecting and controlling a position of a valve member of an injection valve.
弁体(53)内に弁部材(54)の加速と最終位置(41,42)を走査するセンサ素子(59)が収容されており、該センサは制御装置(57)と接続されていることを特徴とする装置。An apparatus for carrying out the method according to any one of claims 1 to 10,
The sensor element (59) for scanning the acceleration and the final position (41, 42) of the valve member (54) is accommodated in the valve body (53), and the sensor is connected to the control device (57). A device characterized by.
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