JP7292238B2 - 電磁弁駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁弁駆動装置に関する。
ソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置が知られている。電磁弁駆動装置は、ソレノイドコイルに対して一定時間だけ通電することで燃料噴射量を一定に制御する。
特開平8-177583号公報
ソレノイドコイルに対する通電時間が一定であってとしても、ソレノイドコイル4に印加する電圧値のばらつきなどで燃料噴射弁が開弁している時間である開弁時間にばらつきが生じてしまう。その結果、燃料噴射量にばらつきが生じる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料噴射量のばらつきを抑制する電磁弁駆動装置を提供することである。
(1)本発明の一態様は、弁座と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体を所定の通電時間を与えることにより開閉駆動するソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、前記弁体の閉弁を検出する閉弁検出部と、前記通電時間を制御する通電制御部と、前記通電制御部は、前記閉弁検出部により検出された前記弁体の閉弁の時間である閉弁時間に応じて前記通電時間を補正する、電磁弁駆動装置である。
(2)上記(1)の電磁弁駆動装置であって、前記通電制御部は、前記通電時間と前記閉弁時間との代表的な相関関係を示す情報を予め有しており、前記情報と前記閉弁時間の計測値とに基づいて補正値を求めて前記通電時間に対して前記補正値を加算することで前記通電時間を補正する補正処理を実行してもよい。
(3)上記(2)の電磁弁駆動装置であって、前記通電制御部は、前記閉弁時間の計測値が所定の範囲内になるまで前記補正処理を繰り返し実行してもよい。
(4)上記(1)から(3)のいずれかの電磁弁駆動装置であって、前記通電制御部は、前記燃料噴射弁を開弁させる場合には、前記弁体の変位が放物線を描くように前記ソレノイドコイルへの通電を制御してもよい。
(5)上記(1)から(4)のいずれかの電磁弁駆動装置であって、前記補正は、製造時に行われてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。
本実施形態に係る燃料噴射弁Lの概略構成図である。 本実施形態に係る電磁弁駆動装置1の概略構成図である。 本実施形態に係る燃料噴射量の制御方法を示す図である。 本実施形態に係る通電時間の補正方法を示す図である。 本実施形態に係る第2の補正方法を示す図である。
本実施形態に係る電磁弁駆動装置1は、燃料噴射弁Lを駆動する駆動装置である。具体的には、本実施形態に係る電磁弁駆動装置1は、車両に搭載された内燃機関に燃料を噴射する燃料噴射弁L(電磁弁)を駆動対象とする電磁弁駆動装置である。
燃料噴射弁Lは、車両に搭載されたガソリンエンジンあるいはディーゼルエンジン等の内燃機関に燃料を噴射する電磁弁(ソレノイド弁)である。以下に、燃料噴射弁Lの構成例について、図1を用いて説明する。
図1に示すように、燃料噴射弁Lは、固定コア2、弁座3、ソレノイドコイル4、ニードル5、弁体6、リテーナ7、ロアストッパ8、弁体付勢バネ9、可動コア10、及び可動コア付勢バネ11を備える。本実施形態では、固定コア2、弁座3、及びソレノイドコイル4が固定部材であり、ニードル5、弁体6、リテーナ7、ロアストッパ8、弁体付勢バネ9、可動コア10、及び可動コア付勢バネ11が可動部材である。
固定コア2は、円筒状の部材であり、燃料噴射弁Lのハウジング(不図示)に固定されている。固定コア2は、磁性材料によって形成されている。弁座3は、燃料噴射弁Lのハウジングに固定されている。弁座3は、噴射孔3aを有する。噴射孔3aは、燃料が噴射される孔であって、弁座3に弁体6が着座した場合に閉鎖し、弁体6が弁座3から離間した場合に開放される。
ソレノイドコイル4は、電線が環状に巻回されることにより形成されている。ソレノイドコイル4は、固定コア2と同心状に配置されている。ソレノイドコイル4は、電磁弁駆動装置1と電気的に接続されている。ソレノイドコイル4は、電磁弁駆動装置1から通電されることで、固定コア2及び可動コア10を含む磁路を形成する。
ニードル5は、固定コア2の中心軸に沿って延在する長尺状の棒部材である。ニードル5は、固定コア2及び可動コア10を含む磁路により発生する吸引力によって、固定コア2の中心軸の軸方向(ニードル5の延在方向)に移動する。なお、以下の説明において、固定コア2の中心軸の軸方向において、上記吸引力により固定コア2が移動する方向を上方と称し、上記吸引力により固定コア2が移動する方向と反対の方向を下方と称する。
弁体6は、ニードル5における下方の先端に形成されている。弁体6は、弁座3に着座することによって噴射孔3aを閉鎖し、弁座3から離間することによって噴射孔3aを開放する。リテーナ7は、ガイド部材71及びフランジ72を備える。ガイド部材71は、ニードル5における上方の先端に固定された円筒状の部材である。フランジ72は、上方におけるガイド部材71の端部において、ニードル5の径方向に突出するように形成されている。フランジ72は、下方の端面が可動コア付勢バネ11との当接面である。また、フランジ72における上方の端面は、弁体付勢バネ9との当接面である。
ロアストッパ8は、弁座3とガイド部材71との間のニードル5に固定された円筒状の部材である。このロアストッパ8は、上方の端面が可動コア10との当接面である。
弁体付勢バネ9は、固定コア2の内部に収容された圧縮コイルバネであり、ハウジングの内壁面と、フランジ72と間に介挿されている。弁体付勢バネ9は、弁体6を下方に付勢する。すなわち、コイル14に通電されてない場合には、弁体付勢バネ9の付勢力により、弁体6が弁座3に当接される。
可動コア10は、ガイド部材71とロアストッパ8との間に配置されている。可動コア10は、円筒状の部材であり、ニードル5と同軸に設けられている。この可動コア10は、中央にニードル5が挿通される貫通孔が形成されており、ニードル5の延在方向に沿って移動可能である。可動コア10の上方の端面は、固定コア2及び可動コア付勢バネ11との当接面である。一方、可動コア10の下方の端面は、ロアストッパ8との当接面である。可動コア10は、磁性材料によって形成されている。
可動コア付勢バネ11は、フランジ72と可動コア10との間に介挿されている圧縮コイルバネである。可動コア付勢バネ11は、可動コア10を下方に付勢する。すなわち、可動コア10は、ソレノイドコイル4に給電されていない場合には、可動コア付勢バネ11の付勢力により、ロアストッパ8に当接される。
次に、本実施形態に係る電磁弁駆動装置1について、説明する。図2に示すように、電磁弁駆動装置1は、駆動装置200及び制御装置300を備える。
駆動装置200は、電源装置210及びスイッチ220を備える。電源装置210は、バッテリ及び昇圧回路の少なくともいずれかを備える。前記バッテリは、車両に搭載されている。前記昇圧回路は、前記バッテリの出力電圧であるバッテリ電圧Vbを昇圧し、その昇圧した電圧である昇圧電圧Vsを出力する。電源装置210は、バッテリ電圧Vbをソレノイドコイル4に出力することでソレノイドコイル4に通電してもよい。
電源装置210は、昇圧電圧Vsをソレノイドコイル4に出力することでソレノイドコイル4に通電してもよい。電源装置210は、昇圧電圧Vsをソレノイドコイル4に出力することでソレノイドコイル4に通電してもよい。電源装置210からソレノイドコイル4へ出力される電圧は、制御装置300によって制御される。また、ソレノイドコイル4への通電は、制御装置300によって制御される。
スイッチ220は、制御装置300によってオン状態又はオフ状態に制御される。スイッチ220がオン状態に制御されると、電源装置210から出力される電圧がソレノイドコイル4に供給される。これにより、ソレノイドコイル4への通電が開始される。スイッチ220がオフ状態に制御されると、電源装置210からソレノイドコイル4への電圧の供給が停止される。これにより、ソレノイドコイル4への通電が停止される。
制御装置300は、電圧検出部310及び制御部320を備える。電圧検出部310は、ソレノイドコイル4に発生する電圧Vcを検出する。例えば、電圧Vcは、ソレノイドコイル4の両端の電圧である。電圧検出部310は、検出した電圧Vcを制御部320に出力する。
制御部320は、閉弁検出部400及び通電制御部410を備える。
閉弁検出部400は、弁体6の閉弁を検出する。例えば、閉弁検出部400は、電圧検出部310が検出した電圧Vcに基づいて、燃料噴射弁Lの閉弁を検出する。一例として、閉弁検出部400は、電圧検出部310が検出した電圧Vcの変曲点を検出することで、弁体6の閉弁を検出する。ただし、閉弁検出部400は、電圧検出部310が検出した電圧Vcが所定の処理によって加工された電圧の変曲点を検出することで、弁体6の閉弁を検出する。加工電圧は、電圧Vcの微分値であってもよい。また、弁体6の閉弁の検出に用いられる電圧Vcは、フィルタにより高周波成分が除去されてもよい。
通電制御部410は、電源装置210を制御する。通電制御部410は、スイッチ220をオン状態又はオフ状態に制御する。通電制御部410は、スイッチ220をオン状態に制御することで、ソレノイドコイル4への通電を開始させる。通電制御部410は、スイッチ220をオン状態からオフ状態に制御することで、ソレノイドコイル4への通電を停止させる。通電制御部410は、予め設定された通電開始時間T1においてソレノイドコイル4への通電を開始してから、当該通電を停止するまでの時間(通電停止時間)T2である通電時間Ti(=T2-T1)を制御することで、燃料噴射弁Lから噴射される燃料の噴射量(以下、「燃料噴射量」という。)を一定に制御する。
通電制御部410における燃料噴射量の制御方法を、図3を用いて説明する。
通電制御部410は、図3に示すように、ソレノイドコイル4に対する通電を開始させてから、弁体6の閉弁が閉弁検出部400で検出されるまでの時間(以下、「閉弁時間」という。)Toffを求める。一例として、通電制御部410は、駆動制御部51がソレノイドコイル4に対して通電を開始した時間である通電開始時間T1から計時を開始し、閉弁検出部400が弁体6の閉弁を検出した場合には当該計時を停止する。そして、通電制御部410は、計時した時間を閉弁時間Toffとして取得する。
ここで、燃料噴射量と、弁体6の変位を示す波形(以下、「リフト波形」という。)の面積とは相関関係がある。すなわち、リフト波形の面積(以下、「リフト面積」という。)が増大すると、燃料噴射量も増大する。そして、リフト面積が決定すると、そのリフト面積により燃料噴射量が決定される。また、リフト面積は、弁体6が開弁してから閉弁するまでの時間である開弁時間Topenと相関関係がある。すなわち、リフト面積は、開弁時間Topenによって決定される。本実施形態のリフト波形は、鉛直投げ上げ運動と同様な軌跡(放物線)を描く。すなわち、通電制御部410は、燃料噴射弁Lの開弁において、弁体6の変位であるリフト量を一定時間において所定値に保持するように通電制御するのはなく、リフト波形が放物線を描くようにソレノイドコイル4への通電を制御するバリスティック制御を行ってもよい。通電制御部410がバリスティック制御を行う場合には、弁体6はフルリフトしない。ただし、これに限定されず、通電制御部410は、燃料噴射弁Lの開弁においてリフト量を一定時間において所定値に保持するように通電制御してもよい。この場合であっても、リフト面積は、弁体6が開弁してから閉弁するまでの時間である開弁時間Topenと相関関係がある。
したがって、通電制御部410は、開弁時間Topenを目標値に制御することで、燃料噴射量を一定に制御することができる。一例として、通電制御部410は、閉弁時間Toffに応じて通電時間Tiを補正することで、開弁時間Topenを目標値に制御する。具体例として、通電制御部410は、予め設定された通電開始時間T1において通電を開始する。そして、通電制御部410は、通電開始時間T1から通電時間Tiが経過した後の時間である通電停止時間T2においてにソレノイドコイル4への通電を停止する。
本実施形態の燃料噴射量の制御方法の具体例を、図4を用いて説明する。
通電制御部410は、予め設定された時間T1(通電開始時間)において、ソレノイドコイル4に対して通電を開始する。そして、通電制御部410は、時間T1から所定の通電時間Tiが経過した後の通電停止時間T2において、ソレノイドコイル4に対する通電を停止する。
ここで、燃料噴射弁Lは、ソレノイドコイル4に通電されると、固定コア2及び可動コア10を含む磁路を形成し、この磁路により発生する吸引力によって可動コア10を固定コア2側(上方)に移動させる。すなわち、ニードル5は、駆動電流に起因する吸引力によって上方に移動し、以って弁体6が弁座3から離間する。ただし、弁体6が弁座3から離間するのは、通電が開始された時間T1のタイミングではなく、時間T1が経過した後の開弁開始時間Tonのタイミングである。すなわち、本実施形態の燃料噴射弁Lでは、ソレノイドコイル4に対して通電が開始されてから、燃料噴射弁Lの開弁が開始されるまでにタイムラグが生じる。
燃料噴射弁Lは、通電開始時間T1から開弁開始時間Tonが経過した時間T3(開弁開始時間Ton)において開弁を開始し、時間T3から開弁時間Topenが経過した時間T4にて閉弁する。これにより、通電制御部410は、弁体6の変位が目標のリフト波形である目標リフト波形を描くように制御する。
ただし、実際には、時間T1においてソレノイドコイル4に対する通電が開始されたとしても、時間T4で必ずしも閉弁するわけではなく、閉弁時間Toffにばらつきが生じる。これは、ソレノイドコイル4に印加する電圧値のばらつきなどが一因である。例えば、閉弁時間Toffは、目標値である目標Toff時間(時間T4-時間T1)よりも遅い時間(時間T4´-時間T1)となる場合がある。この場合には、弁体6の変位が目標リフト波形ではなくなる。すなわち、実際のリフト波形の面積が目標リフト波形の面積からずれてしまう。このリフト波形の面積は、燃料噴射量に相当する。したがって、リフト波形の面積が目標リフト波形の面積からずれると、燃料噴射量が燃料噴射量の目標値からずれる。
そこで、本実施形態の通電制御部410は、閉弁検出部400により検出された弁体6の閉弁の時間である閉弁時間Toffに応じて通電停止時間を補正することで、通電時間Tiを補正して閉弁時間Toffを目標値に調整するようにフィードバック制御を行う。例えば、通電制御部410は、図4に示すように、検出された閉弁時間Toffが目標Toff時間よりも大きい場合には、通電停止時間T2を、閉弁時間Toffに応じた補正量だけ早めた時間T2´に補正する。例えば、通電制御部410は、閉弁時間Toffと通電停止時間とが対応付けられた情報である対応情報を有している。この対応情報は閉弁時間Toffと通電停止時間とが関連付けられた数式やテーブル等の情報である。通電制御部410は、閉弁検出部400により検出された閉弁の時間である閉弁時間Toffに対応する通電停止時間(時間T2´)を対応情報から求める。そして、通電制御部410は、次の開弁制御の制御サイクルにおいて、時間T2´でソレノイドコイル4に対する通電を停止する。その結果、通電制御部410は、開弁時間Topenが常に一定に制御することができる。また、実際のリフト波形の面積が目標リフト波形の面積と略同一となり、通電制御部410は、燃料噴射量のばらつきを低減することが可能となる。
本実施形態では、通電制御部410は、閉弁時間Toffに応じてソレノイドコイル4への通電時間Tiを補正すればよく、その補正方法には特に限定されない。上述した通電時間Tiの補正は、実際の運転中には実施されず、製造時に実施されてもよい。なお、例えば、通電時間Tiの補正方法には、上述した方法の他に、以下に説明する方法がある。
(第1の補正方法)
通電制御部410は、通電時間Tiと閉弁時間Toffとの代表的な相関関係(以下、「TYP特性」という。)の情報を予め有している。このTYP特性は、単位時間あたりの通電時間Tiの変化量に対する閉弁時間Toffの変化量の比である傾きaを示す。このTYP特性は、代表的な燃料噴射弁Lの傾きaを示すものであり、実際に使用される燃料噴射弁Lの傾きaを示すものではない。例えば、TYP特性は、テーブル、マップ又は関数として通電制御部410内のメモリに予め格納されている。通電制御部410は、以下の式(1)に示すように、計測した閉弁時間Toff(計測値)から目標Toff時間を差し引いた値に対して、予め設定されている傾きaを除算することで現在設定されている通電時間Tiを補正するための補正値であるTi補正値を求める。そして、通電制御部410は、予め設定された通電時間Tiに対してTi補正値を加算することで通電時間Tiを補正する。
Ti補正値=(閉弁時間Toff-目標Toff時間)/傾きa…(1)
(第2の補正方法)
通電制御部410は、第1の補正方法で説明したTYP特性を予め有している。通電制御部410は、閉弁時間Toffを求め、その求めた閉弁時間Toffを用いて式(1)よりTi補正値を求める。そして、通電制御部410は、求めたTi補正値に基づいて通電時間Tiを補正する。通電制御部410は、Ti補正値を算出してそのTi補正値で通電時間Tiを補正する補正処理を繰り返し実行することで、閉弁時間Toffを目標Toff時間に近づける。
第2の補正方法において、例えば、通電制御部410は、予め設定された通電時間Ti1でソレノイドコイル4を通電し、閉弁時間Toff1を求める。TYP特性においては、通電時間Ti1でソレノイドコイル4を通電した場合には、閉弁時間Toff1は、目標Toff時間になる。ただし、実際に用いられている燃料噴射弁Lにおいて単位時間あたりの通電時間Tiの変化量に対する閉弁時間Toffの変化量の比である傾きa´は、TYP特性の傾きaとは異なる。よって、実際に求められた閉弁時間Toff1は、目標Toff時間とは異なり、目標Toff時間に対して差が生じる。よって、まず、通電制御部410は、閉弁時間Toff1を用いて式(1)によりTi補正値(第1Ti補正値)を求め、その求めた第1Ti補正値により通電時間Ti1を補正することで、通電時間Ti2(=Ti1+第1Ti補正値)を得る。
次に、通電制御部410は、通電時間Ti2でソレノイドコイル4を通電し、閉弁時間Toff2を求める。そして、通電制御部410は、閉弁時間Toff2を用いて式(1)によりTi補正値(第2Ti補正値)を求め、その求めた第2Ti補正値により通電時間Ti2を補正することで、通電時間Ti3(=Ti2+第2Ti補正値)を得る。このように、通電制御部410は、補正処理を繰り返し実行し、計測した閉弁時間Toffが目標Toff時間と同一又は同一と同視得る範囲になった場合には、補正処理を停止する。同一と同視得る範囲とは、例えば、(目標Toff時間-α)<Toff<(目標Toff時間+α)である。αは定数である。
このように、第2の補正方法において、閉弁時間Toffが目標Toff時間と同一又は同一と同視得る範囲になるまで補正処理をn回繰り返し実行された場合には、最終的な通電時間Tiは、通電時間Ti1+(第1補正値+第2補正値…第n補正値)となる。すなわち、通電制御部410は、閉弁時間Toffが目標Toff時間と同一又は同一と同視得る範囲になるまで、Ti補正値を積算していき、その積算したΣTi補正値を通電時間Ti1に加算することで、通電時間Ti1を補正する。
(第3の補正方法)
通電制御部410は、第2の補正方法において補正処理を繰り返し実行するにあたって、閉弁時間Toffを複数回にわたって計測し、閉弁時間Toffの平均値を算出する処理を行ってもよい。そして、通電制御部410は、その平均値を式(1)に用いる閉弁時間Toffとしてもよい。ただし、通電制御部410は、閉弁時間Toffの平均値を算出する処理を行うにあたって、計測した複数の閉弁時間Toffのうち、最大値及び最小値を省き、最大値及び最小値以外の閉弁時間Toffの平均値を算出する。これにより、通電制御部410は、Ti補正値を求めるにあたって、ノイズの影響を低減させることができる。
なお、第1の補正方法、第2の補正方法及び第3の補正方法で説明した通電時間Tiの補正は、実際の運転中には実施されず、製造時に実施されてもよい。
上述したように、本実施形態の電磁弁駆動装置1は、燃料噴射弁Lを駆動する。この燃料噴射弁Lは、弁座3と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体6を所定の通電時間Tiを与えることにより開閉駆動するソレノイドコイル4を有する。そして、電磁弁駆動装置1は、閉弁検出部400により検出された弁体6の閉弁の時間である閉弁時間Toffに応じてソレノイドコイル4への通電時間Tiを補正する。すなわち、電磁弁駆動装置1は、閉弁時間Toffに基づいて通電時間Tiを制御することで開弁時間Topenを制御する。その結果、電磁弁駆動装置1は、燃料噴射量のばらつきを抑制することができる。
通電制御部410は、通電時間Tiと閉弁時間Toffとの代表的な相関関係(TYP特性)に基づいて、指令値の通電時間Tiを補正してもよい。
1…電磁弁駆動装置、3…弁座、4…ソレノイドコイル、6…弁体、400…閉弁検出部、410…通電制御部

Claims (6)

  1. 弁座と離間又は当接して燃料通路を開閉する弁体を所定の通電時間を与えることにより開閉駆動するソレノイドコイルを有する燃料噴射弁を駆動する電磁弁駆動装置であって、 前記弁体の閉弁を検出する閉弁検出部と、
    前記通電時間を制御する通電制御部と、
    前記通電制御部は、前記閉弁検出部により検出された前記弁体の閉弁の時間である閉弁時間に応じて前記通電時間を補正
    さらに、前記通電制御部は、前記通電時間と前記閉弁時間との代表的な相関関係を示す情報を予め有しており、計測した前記閉弁時間から目標時間を差し引いた値に対して、前記情報に示された単位時間あたりの前記通電時間の変化量に対する前記閉弁時間の変化量の比を除算することで、前記情報と前記閉弁時間の計測値とに基づいて補正値を求め、前記通電時間に対して前記補正値を加算することで前記通電時間を補正する補正処理を実行する、
    電磁弁駆動装置。
  2. 前記通電制御部は、前記閉弁時間の計測値が所定の範囲内になるまで前記補正処理を繰り返し実行する、
    請求項記載の電磁弁駆動装置。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電磁弁駆動装置であって、
    前記通電制御部は、前記燃料噴射弁を開弁させる場合には、前記弁体の変位が放物線を描くように前記ソレノイドコイルへの通電を制御することを特徴とする電磁弁駆動装置。
  4. 請求項1から請求項までのいずれか一項に記載の電磁弁駆動装置であって、
    前記補正は、製造時に行われることを特徴とする電磁弁駆動装置。
  5. 前記通電制御部は、補正された前記通電時間に基づいて前記補正処理を実行することで、前記閉弁時間の計測値が所定の範囲内になるまで前記補正処理を繰り返し実行する、
    請求項2記載の電磁弁駆動装置。
  6. 前記通電制御部は、複数回にわたって前記閉弁時間を計測し、前記閉弁時間の平均値から目標時間を差し引いた値に対して、前記情報に示された単位時間あたりの前記通電時間の変化量に対する前記閉弁時間の変化量の比を除算する、
    請求項5記載の電磁弁駆動装置。
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