JP5575256B2 - 量制御弁を制御するための方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の量制御弁を制御するための方法に関する。本発明の対象は、さらにコンピュータプログラム、電子記憶手段および制御・調整装置である。

ドイツ国特許出願公開第１０１４８２１８号明細書は、量制御弁を使用した燃料噴射システムの作動方法を開示している。既知の量制御弁は、電磁コイルによって電磁式に操作され、磁気アンカおよび対応した距離制限ストッパを有する電磁弁として実施されている。市販されている既知の量制御弁は、電磁コイルの非通電状態では閉じられている。この場合、量制御弁を開放するために電磁コイルは一定の電圧または脈動させた電圧によって（パルス幅変調「ＰＷＭ」）制御され、これにより、電磁コイル内の電流は特徴的に上昇する。電圧遮断後、電流は再び特徴的に降下し、これにより、量制御弁は閉鎖する。同様にコイルの通電状態で開放されている電磁弁が既知である。これらの電磁弁では、対応して電圧遮断時および電流の特徴的な降下時に電磁弁が開放するようになっている。

ドイツ国特許出願公開第１０１４８２１８号明細書に記載の非通電状態で閉鎖されている弁において、量制御弁の開放運動時にアンカがフルスピードでストッパに当接し、このことが著しい騒音発生につながり得ることを防止するために、電磁式の操作装置は開放運動終了直前にもう一度パルス状に通電される。この電流パルスによってアンカはストッパに接触する前に制動力がアンカに加えられる。この制動力により速度が減衰され、これにより、ストッパ騒音が防止される。

量制御弁の特性はサンプル毎に異なっているので、ストッパ騒音をできるだけ効果的に減衰するためには通電の作用がサンプル特性に依存していない場合有利である。

未公開のドイツ国特許出願第１０２００８０５４５１２号明細書により、電磁式の操作装置によって操作される量制御弁を制御するために、制動パルスの少なくとも１つのパラメータをサンプル特性に適合させることが提案されている。

ドイツ国特許出願公開第１０１４８２１８号明細書 ドイツ国特許出願第１０２００８０５４５１２号明細書

しかしながら、この方法は方法を実施する制御・調整装置に高い要求を課すものである。制御・調整装置に対する要求を低減するためには、より手間のかからない方法が望ましい。

本発明は、量制御弁が第１制御値による制御時に閉鎖状態となり、第２制御値による制御時に開放状態となることを可能にする量制御弁に関する。

制御信号が第１時点の第１信号値から第２時点の第２信号値に降下する本発明による制御装置は、量制御弁の開放運動を特に簡単にロバストに遅延させることを可能にする。

量制御弁が完全に開放されるまで量制御弁の開放運動を制御することができるように、制御信号がこの第２時点の第２制御値から第３時点の第２制御値まで降下することは有利である。

開放運動を様々なサンプル特性に対してロバストに構成するために、第１信号値を上回る制御信号では量制御弁が閉鎖状態であることは有利である。なぜなら、これにより、量制御弁の全てのサンプルが閉鎖状態であることが本発明により確保されているからである。

開放運動を様々なサンプル特性に対してロバストに構成するために、第２信号値を下回る制御信号では量制御弁が閉鎖状態ではないことは有利である。なぜなら、これにより、量制御弁の全てのサンプルの開放が許可されることが本発明により確保されているからである。

開放運動を様々なサンプル特性に対してロバストに構成するために、第２制御値を下回る制御信号により量制御弁が開放状態となることができることは有利である。なぜなら、これにより、量制御弁の全てのサンプルが開放状態となることが許可されるからである。

圧送室の高圧は量制御弁を閉鎖状態に保持する。損失出力を制限するために、制御信号が量制御弁の閉鎖時点から第１時点まで時々第２制御値を下回る場合、有利である。

制御装置を特に簡単に構成することができるように、制御信号が量制御弁の閉鎖時点から第１時点まで継続的に第２制御値を上回る場合、有利である。

第３時点と第２時点との間の時間間隔が、第２制御値を下回る制御信号において量制御弁が閉鎖状態から開放状態に移行するために必要とする時間よりも第１係数だけ長い場合、制御信号の降下方向の変化が量制御弁の開放運動を効果的に遅延させるために十分に平坦であることが確保される。

第２時点と第１時点との間の時間間隔が、第２制御値を下回る制御信号において量制御弁が閉鎖状態から開放状態に移行するために必要とする時間よりも第２係数だけ長い場合、制御信号の降下方向の変化が量制御弁の開放運動を効果的に遅延させるために十分に平坦であることが確保される。

量制御弁がもはや圧送室の圧力よって閉鎖位置に保持されない時点でアクチュエータ装置により量制御弁の操作プランジャに小さすぎる力しか加えられることを防止するために、第１時点および／または第２時点が高圧ポンプの上死点または排出弁の開放時点の後に位置する場合、有利である。

本発明による方法は、量制御弁が電磁式のアクチュエータ装置と組み合わされ、制御信号の第１制御値がアクチュエータ装置の通電状態に対応し、制御信号の第２制御値が非通電状態に対応する場合、特に簡単に実施することができる。

本発明による方法は、付加的な部材コストが生じないので、実施可能な手段として安価である。

次に本発明の実施形態を任意の図面を参照して詳細に説明する。

高圧ポンプおよび量制御弁を有する内燃機関の燃料噴射システムを示す概略図である。 図１の高圧ポンプと量制御弁の異なる機能状態を対応した時系列図で示す概略図である。 制御信号と量制御弁の状態との間の関係を示す概略図である。 制御信号の経時変化を示す概略図である。 制御信号の経時変化および量制御弁の経時変化を示す第２の概略図である。

図１に示す燃料噴射システムに全体として符号１０を付す。燃料噴射弁１０は、燃料タンク１４から高圧ポンプ１６に燃料を圧送する電動式の燃料ポンプ１２を備える。高圧ポンプ１６は極めて高い圧力に燃料を圧縮し、この燃料をさらに燃料レール１８に圧送する。この燃料レール１８には複数のインジェクタ２０が接続されており、これらのインジェクタ２０は割り当てられた燃焼室に燃料を噴射する。燃料レール１８の内部の圧力が圧力センサ２２によって検出される。

高圧ポンプ１６は、圧送ピストン２４を有するピストンポンプであり、図示しないカムシャフトによってこの圧送ピストン２４を往復運動（二重矢印２６）に移行させることができる。圧送ピストン２４は圧送室２８を制限し、圧送室２８は量制御弁３０を介して電動式の燃料ポンプ１２の排出口に接続することができる。排出弁３２を介して、さらに圧送室２８を燃料レール１８に接続することができる。

量制御弁３０は、例えば通電状態でばね３６の力に抗して作動する電磁式の操作装置３４を備える。この実施形態では、量制御弁３０は非通電状態で開放されており、通電状態では通常の流入逆止弁の機能を有している。

高圧ポンプ１６および量制御弁３０は次のように作動する（図２参照）。

図２の上方にはピストン２４の行程が示されており、その下方に経時的な制御信号が示されている。制御信号は、符号Ａによって示されている。制御信号の値は、図２に「０」によって示す第１制御値と、図２に「１」によって示す第２制御値との間に位置する。例えば、第１制御値は電磁式操作装置３４の非通電状態に相当し、第２制御値は通電状態に相当する。以下の説明はこの実施例から出発する。

さらに高圧ポンプ１６が様々な作動状態で概略的に示されている。吸気行程（図２に左図）では、電磁コイル４４は通電されておらず、これにより、操作プランジャ４８はばね３６によって弁素子３８に対して押し付けられ、弁素子３８を開放位置に移動させる。このようにして、燃料は電磁式の燃料ポンプ１２によって圧送室２８に流入することができる。下死点ＵＴに到達した後、圧送ピストン２４の圧送行程が始まる。このことは図２の中央に示されている。電磁コイル４４はまだ通電されておらず、したがって、量制御弁３０はさらに強制的に開放されている。燃料は、開放された量制御弁３０を介して圧送ピストン２４によって電動式の燃料ポンプ１２の方へ押し出される。排出弁３２は閉じられたままである。燃料レール１８の内部への圧送は行われない。時点ｔ１で電磁コイル４４が通電され、これにより操作プランジャ４８は弁素子３８から引き離される。図２では電磁コイル４４の通電過程が概略的にのみ示されていることをここに示唆しておく。実際のコイル電流は一定ではなく、場合によっては相互誘電効果によって減衰することに留意されたい。パルス幅変調した制御電圧では、さらにコイル電流は波形もしくはスパイク状となる。

時点ｔ１の変化により高圧ポンプ１６から燃料レール１８に圧送される燃料量が影響される。時点ｔ１は、燃料レール１８の内部の実際圧力ができるだけ正確に目標圧力に相当するように制御・調整装置５４（図）によって規定される。このために、制御・調整装置５４では、圧力センサ２２によって供給された信号が処理される。

圧送室２８の内部の圧力により弁素子３８は弁座４２に当接し、したがって電磁弁３０は閉じられる。いま圧送室２８には、排出弁３２を開放し、燃料レール１８に圧送を行う圧力が形成され得る。このことは図２の右図に示されている。圧送ポンプ２４の上死点ＯＴに到達して間もなく電磁コイル４４の通電は終了し、これにより、電磁弁３０は再び強制的に開放位置に到達する。

電磁コイル４４の通電終了時には、操作プランジャ４８は第１ストッパ５０に対して移動させられる。第１ストッパ５０における当接速度を低減するために、降下方向の信号変化５６が生成され、これにより、操作プランジャ４８の移動速度は第１ストッパ５０に当接する前に低減される。第２の降下方向の信号変化５８は、例えば電磁式の操作装置３４のコイル電流を急速に消失されることにより付与することができる。

いま図３を参照する：図３には、「Ａ」によって示した制御信号と「Ｚ」によって示した電磁弁３０の状態との間の関係が示されている。状態は、この実施例では操作プラジャ３８の行程によって特徴づけられている。本実施例では、制御信号の値は、電磁式の操作素子３４によって操作プランジャ３８に加えられた力、すなわち、操作プランジャ３８の行程、ひいては量制御弁３０の状態に相当する。第１制御値６６（本実施例では、例えば電磁式の操作装置３４の通電状態に相当する）では、量制御弁３０は閉鎖状態６２であり、第２制御値６４（本実施例では、例えば電磁式の操作装置３４が通電されていない状態に相当する）では、量制御弁３０は開放状態６０である。制御信号が第１制御値６６から出発して第２制御値の方向に変更された場合（本実施例では：低減される）、量制御弁３０は限界制御値７２で開き始める。サンプル毎に異なる量制御弁の特性により、上方分散限界７４と下方分散限界７６との間で限界制御値の分散幅９０が生じる。

図４は、降下方向の信号変化５６における時間ｔにわたる制御信号Ａの本発明による変化を示す。第１時点８２では、制御信号の値は第１信号値７７に等しく、第２時点８３では制御信号の値は第２信号値７８に等しい。第３時点８４では、制御信号の値は第２制御値に等しい。本発明によれば、ここで第１信号値７７は上方分散限界７４よりも大きい。これにより、量制御弁３０のすべてのサンプルは第１時点８２で閉鎖状態に位置することが確保される。本発明によれば、第２信号値７８は下方の分散限界７６よりも小さい。これにより、量制御弁３０の全てのサンプルでは、例えば上述のように圧送室２８の圧力が量制御弁３０を閉鎖状態に保持しない場合には、第２時点８３で開放状態に移行することが可能となることが確保される。量制御弁３０が、例えば圧送室２８の内部の圧力によって閉鎖状態に保持されない場合、時点８３で、量制御弁３０の全てのサンプルが開き始め、したがって操作プランジャ４８が移動することが確保される。第３時点８４で、制御信号の値は第２制御値６４まで降下しており、これにより、量制御弁は第３時点８４の手前ではじめて完全に開くことができる。操作プランジャ４８の移動により、電磁コイル４４に磁界が誘起され、この磁界は操作プランジャ４８に反力をもたらす。本発明によれば、第２時点８３で量制御弁３０の全てのサンプルに、操作プランジャ４８の移動によって誘起された磁気的な反力および量制御弁３０の状態もしくは制御信号の値に対応した力が作用する。

本発明によれば、十分に平坦な第１の降下方向の信号変化５６および／または十分に平坦な第２の降下方向の信号変化５８によって操作プランジャの移動を遅延させることができ、これにより、第１ストッパ５０への衝突時に聞き取ることのできる音響伝搬が低減される。本発明によれば、この十分に平坦な変化は第２時点８３と第１時点８２との間の十分に大きい第１の時間間隔８６および／または第３時点８４と第２時点８３との間の十分に大きい時間間隔８８によって達成することができる。例えば、第１の時間間隔８６および／または第２の時間間隔８８は、量制御弁３０が第２制御値６４による制御時に閉鎖のために必要とする時間よりも１係数だけ大きく選択すべきである。例えば、この係数は１、２、５または１０であってもよい。例えば、量制御弁３０が第２時点８３で十分に閉じられていることが確保されている場合には、時間間隔８８を短く選択する（例えば、第２の降下方向の変化が急速に消失するようにする）ことも可能である。本発明によれば、このことは、例えば十分に低い第２信号値７８によって達成することができる。

図５は、「Ａ」によって示した制御信号の経時変化１００および「Ｚ」によって示した量制御弁３０の経時変化１０２を示す。時点ｔ１で、制御信号の値は第２制御値６４から第１制御値６６に高められる。これにより、量制御弁３０は開放状態６０から閉鎖状態６２に移行し、時点１０４で閉鎖する。保持段階１０６では、量制御弁３０は閉鎖状態に留まる。量制御弁３０を閉鎖状態に保持する圧送室２８の圧力に基づき、制御信号が期間１０８の間に第２制御値６４となることができる。すなわち、例えば通電されていなくてもよい。圧送ピストン２４が上死点１２０に到達する前、もしくは、排出弁３２の開放１２２の前に制御信号の値は第１制御値６６に再び引き上げられる。時点８２で、制御信号は図４に示した降下方向の変化の形態に切り換えられる。

弁閉鎖時に操作プランジャ４８の移動が効果的に制動されるように、本発明によれば、制御信号の値は、圧送室２８の圧力が、量制御弁３０をもはや閉鎖状態６２に保持しなくなるまで降下した時点で第１制御値６６に十分に近くなっている必要がある。本発明によれば、このことは、第１時点８２および／または第２時点８３が時間的に上死点１２０の後および／または排出弁３２の開放１２２の後に位置することにより達成される。

上述の実施形態に対して代替的に、制御信号を期間１０８の間に例えば一貫して第１制御値６６に保持することも可能である。

Claims (7)

1. 量制御弁（３０）が第１制御値（６６）による制御時に閉鎖状態（６２）となり、第２制御値（６４）による制御時に開放状態（６０）となることを可能にする、量制御弁（３０）を制御するための方法において、
   制御信号が前記量制御弁（３０）の閉鎖時点（１０４）後から高圧ポンプ（１６）の上死点（１２０）または排出弁（３２）の開放時点（１２２）の前まで継続的に前記第２制御値（６４）となり、
   前記上死点（１２０）または前記排出弁（３２）の前記開放時点（１２２）の前に制御信号を前記第１制御値（６６）まで上昇させ、
   制御信号を第１時点（８２）の第１信号値（７７）から第２時点（８３）の第２信号値（７８）に降下させ、
   前記制御信号を前記第２時点（８３）の前記第２信号値（７８）から第３時点（８４）の前記第２制御値（６４）まで降下させ、
   前記量制御弁（３０）が、前記第１時点（８２）で閉鎖状態となり、前記第２時点（８３）で、開き始め、前記第３時点（８４）で完全に開くことができるようにし、
   前記第１信号値（７７）を超える制御信号で前記量制御弁（３０）を前記閉鎖状態（６２）とし、
   第２信号値（７８）を下回る制御信号では前記量制御弁（３０）が前記閉鎖状態（６２）とならないようにし、
   前記第２時点（８３）と前記第１時点（８２）との間に第１の時間間隔（８６）を設け、および／または
   前記第２時点（８３）と前記第３時点（８４）との間に時間間隔（８８）を設け、
   前記第１時点（８２）および／または前記第２時点（８３）を、前記高圧ポンプ（１６）の前記上死点（１２０）または前記排出弁（３２）の前記開放時点（１２２）の後に設けることを特徴する、量制御弁（３０）を制御するための方法。
2. 前記第３時点（８４）と前記第２時点（８３）との間の時間間隔（８８）を、前記第２制御値（６４）による制御信号で前記量制御弁（３０）が閉鎖のために必要とする時間よりも１係数だけ長くする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第２時点（８３）と前記第１時点（８２）との間の時間間隔（８６）を、前記第２制御値（６４）による制御信号で前記量制御弁（３０）が閉鎖のために必要とする時間よりも２係数だけ長くする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記量制御弁（３０）を電磁式のアクチュエータ装置（３４）と組み合わせ、前記制御信号の前記第１制御値（６６）を前記アクチュエータ装置（３４）の通電状態に対応させ、前記制御信号の前記第２制御値（６４）を非通電状態に対応させる、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法で使用するためにプログラミングされていることを特徴とするコンピュータプログラム。
6. 燃料ポンプ（１２）と高圧ポンプ（１６）の圧送室（２８）との間に量制御弁（３０）が設けられた燃料噴射システム（１０）を制御および／または調整するための装置（５４）のための電子記憶媒体において、
   該電子記憶媒体に、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法で使用するためのコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする、電子記憶媒体。
7. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法で使用するようにプログラミングされていることを特徴とする、燃料ポンプ（１２）と高圧ポンプ（１６）の圧送室（２８）との間に量制御弁（３０）が設けられた燃料噴射システム（１０）を制御および／または調整するための装置。

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