JP2004526894A - スプール制御弁の弁運動終点の検知 - Google Patents

Abstract

燃料噴射システム１０は、非作動状態のスプール弁コイルの信号から第１のフィルタリング済み導関数信号及び第２のフィルタリング済み導関数信号を計算する。スプール弁１６が開位置または閉位置の運動終点に到達すると、つり鐘形の信号の下降端縁部に勾配が平坦な部分ｆが生じる。第２の導関数は、急激な勾配が生じる時点の確定を容易にする。スプール弁が運動終点に到達するのを確定するには、第２の導関数がゼロになる時をコンパレータ６２によりチェックするだけでよい。

Description

【背景技術】
【０００１】
本発明は燃料噴射システムに関し、さらに詳細には、燃料噴射器のスプール制御弁の運動終点を確定する方法に関する。
【０００２】
燃料噴射器は通常、比較的大きい面積の増圧ピストンに高圧流体を作用させることにより小さい面積のプランジャーで燃料を圧縮する。燃料圧力が弁開放圧力を超えると、ニードル逆止弁が持ち上げられてノズル出口を開き、エンジンの燃焼空間に燃料が噴霧される。
【０００３】
普通の燃料噴射器は、各噴射事象のタイミングを正確に制御するために、高圧の作動流体に対して燃料噴射器を開閉するソレノイド作動スプール弁を備えている。スプール弁は、本質的に、その各々の軸方向端部にあるソレノイドコイルに関して可動のアーマチャーである。
【０００４】
各噴射事象は、第１のコイルを付勢して制御弁を開位置へ移動させることにより始動され、第１のコイルとは反対側の第２のソレノイドコイルを作動してスプール弁をその閉位置に戻すことにより終了する。流体作動式燃料噴射器は、噴射量とタイミングをエンジン動作から切り離すことにより、主先立ち燃料の量、タイミング及び噴射時間に柔軟性を与える。
【０００５】
スプール弁が作動状態にあるコイルの方へ移動すると、非作動状態にあるコイル内の磁界が変化し、この非作動状態のコイルに反対方向の電圧または逆起電力電圧信号が生じる。通常は、この逆起電力電圧信号を調べて、スプールがその全開位置または全閉位置に到達した時をチェックする。コイルの作動による噴射事象の制御は、フィードバック制御ループにより行われる。
【０００６】
逆起電力電圧信号を調べてスプール弁がその運動終点に到達したことを識別するのは可能ではあるが容易でなく、噴射事象の極めて小さいタイミング包絡線により比較的不正確になる。さらに、運動終点の確定は、逆起電力信号を変化させる「スティクション」としても知られるスプール弁に働く抵抗によりさらに複雑になる。
【０００７】
従って、燃料噴射器のスプール制御弁が運動終点に到達する時を高い信頼度で指示する方法を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の燃料噴射システムは、非作動状態のスプール弁コイルからの逆起電力信号を測定する。測定した信号から、第１のフィルタリング済み導関数信号と第２のフィルタリング済み導関数信号とを計算により求める。スプール弁が開位置または閉位置の運動終点に到達すると、測定した信号の下降端縁部に平坦な勾配が生じる。しかしながら、噴射事象の「窓」のタイミング包絡線が極めて小さいこと及び信号の勾配変化が一定であることを考えると、逆起電力信号を直接調べて、この急激な勾配が正確にいつ生じたかを確定するのはそれ程容易でない。しかしながら、第２の導関数を計算すると、第２の導関数がゼロ交差する時に急激な勾配が容易に明らかになる。それにより、スプール弁が運動終点に到達したのを確定するには、第２の導関数がゼロになる時をコンパレータによりチェックすることが必要であるにすぎない。
【０００９】
従って、本発明は、燃料噴射器のスプール制御弁が運動終点に到達する時を高い信頼度で確定する方法を提供する。
【実施例】
【００１０】
図１は、燃料噴射システム１０の概略的斜視図である。燃料噴射器は、噴射器の軸１４を画定する噴射器本体１２を有する。電気制御式スプール弁１６は、噴射器本体１２内を、噴射器の軸１４にほぼ垂直なスプール軸１８に沿って矢印Ａで略示するように運動することができる。噴射器本体１２は作動流体入口２０を備えているが、この入口は作動流体通路２４を介して高圧作動流体源２２と連通している。作動流体入口２４は、出口通路２８を介して低圧戻りリザバー２６と連通している。噴射器本体１２は燃料入口３０を備えているが、この入口は燃料通路３４を介して燃料供給源３２と連通関係にあるため、好ましくは内燃機関の燃焼空間内に適当に配置されるノズル出口３６へ燃料供給源３２からの燃料が供給される。
【００１１】
電気制御式スプール弁１８の各端部には、第１の電気コイル３８及びそれに対向する第２の電気コイル４０が取り付けられている。各コイル３８、４０は、電源（４２で略示）とコントローラ（４４で略示）に接続されている。電気制御式スプール弁１８は、電源４２により選択的に付勢されるコイル３８と４０とに引き寄せられる。同時にコントローラ４４は、非作動状態のコイル４０、３８内に発生する信号（図３を参照）を測定する。
【００１２】
一般的に知られているように、コイル３８、４０が作動されると、スプール弁１８は作動されたコイル３８、４０の方への移動を開始する。スプール弁１８の各端部には停止手段４１などを設けるのが好ましい。噴射を始動するには、スプール弁１８を第１の位置の方へ移動するが、この第１の位置に来ると、流体通路２４が開くことにより高圧作動流体が増圧ピストン（４６で略示）に作用して、このピストンを燃料加圧チェンバ（４８で略示）の方へ移動させる。燃料加圧チェンバ４８は、燃料通路３４を介して燃料供給源３２から燃料を受ける。圧力がニードル弁部材（５０で略示）を開くレベルに上昇し、燃料がノズル出口３６から噴霧されるまで、ピストン４６は燃料加圧チェンバ４８内の圧力を増加させる。
【００１３】
図２はコントローラ４４を略示する。入力信号は、一方のコイル４０、３８が作動状態にある時非作動状態にあるコイル３８、４０（図１）において測定される電圧であるのが好ましい。スプール弁１８が運動中の時、この運動により非作動状態のコイル３８、４０につり鐘形電圧曲線（図３）が生じる。第１のフィルタ（５２で略示）は、この信号からノイズをフィルタリングするのが好ましい。フィルタ５２からのフィルタリング済み信号（図３のＳ）は第１の導関数回路５４への入力として使用されるが、この回路５４はフィルタリング済み信号の時間に関する導関数として第１の導関数信号を発生する。信号周波数が増加すると導関数が増加する傾向があり、固有の回路ノイズは高い周波数を有する傾向があるため、第１の導関数信号を第２のフィルタ５６へ送る。フィルタ５６からのフィルタリング済みの第１の導関数信号（図３の１ｄ）を第２の導関数回路５８への入力として用いるが、この回路は時間に関する第２の導関数として第２の導関数信号を発生する。第２の導関数信号を第３のフィルタ６０を通過させて、フィルタリング済みの第２の導関数信号(図３の２ｄ)を発生させる。フィルタリング済みの第２の導関数信号２ｄをコンパレータ６２により基準値と比較する。これらのフィルタは、各信号のノイズを最小限に抑えて第２の導関数信号の最大値を明確にするローパスフィルタであるのが好ましいことを理解されたい。
【００１４】
図３を参照して、フィルタリング済み信号Ｓ、フィルタリング済みの第１の導関数信号１ｄ及びフィルタリング済みの第２の導関数信号２ｄを、好ましくはゼロである基準値に関してグラフ表示する。スプール弁１８（図１）が開位置または閉位置のいずれかの運動終点に到達すると、つり鐘形信号Ｓの下降端縁部の勾配が平坦になる（ｆで略示）。逆起電力の急激な勾配を調べると、スプール弁の速度が急速に減少する運動終点にスプール弁が到達した時が確定できる。つり鐘形信号の下降端縁部の確定を適当な信号識別ソフト及び／または回路で行うことが知られている。しかしながら、この急激な勾配が正確にいつ発生するかを確定するのは、噴射事象の窓のタイミング包絡線が極めて小さいこと及び信号の勾配変化が一定であることを考えると、逆起電力信号を直接調べて行うのはかなり困難である。しかしながら、第２の導関数２ｄを計算すると、第２の導関数２ｄがゼロ交差する時にこの急激な勾配が容易に明らかになる。そのため、スプール弁１８が運動終点に到達したのを確定するには、第２の導関数がゼロになるのをコンパレータ６２でチェックするだけでよい。
【００１５】
さらに、本発明はマイクロプロセッサを用いる制御システムに限定されないことを述べることは有益である。このシステムは、マイクロプロセッサを用いない電子システム（デジタルまたはアナログの何れか）で実現可能である。
【００１６】
上記説明は限定の意味でなく例示的なものである。本発明の多数の変形例及び設計変更が上記説明に鑑みて可能であろう。本発明の好ましい実施例について述べたが、当業者は本発明の範囲から逸脱することなくある特定の変形例を想到するであろう。従って、頭書の特許請求の範囲に含まれる限り、本発明は特に説明した態様以外の態様で実施可能であることを理解されたい。そのため、特許請求の範囲を本発明の真の範囲を特定するために検討すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に用いる燃料噴射システムの概略的斜視図である。
【図２】本発明のコントローラのブロック図である。
【図３】コントローラがチェックする測定した信号の導関数を略示する。

Claims (11)

1. 電気制御式スプール弁の制御方法であって、
   （１）第１のコイルを作動してスプール弁を移動させ、
   （２）非作動状態のコイルで信号を測定し、
   （３）ステップ（２）で測定した信号の第２の時間導関数を求め、
   （４）ステップ（３）で求めた第２の導関数を基準値と比較してスプール弁の位置を求めるステップより成るスプール弁の制御方法。
2. ステップ（４）の基準値はゼロである請求項１の方法。
3. 信号は電圧である請求項１の方法。
4. ステップ（２）の後に前記信号をフィルタリングして第１のフィルタリング済み信号を得るステップをさらに含む請求項１の方法。
5. ステップ（３）はさらに、
   ステップ（２）で測定した信号の第１の時間導関数を求め、
   第１の導関数をフィルタリングしてフィルタリング済みの第１の導関数信号を与え、
   第１のフィルタリング済み導関数信号から第２の導関数信号を求め、
   ステップ（４）の前に第２の導関数信号をフィルタリングするステップをさらに含む請求項１の方法。
6. 燃料噴射方法であって、
   （１）スプール弁が第１の位置にある時は燃料を燃料噴射器に選択的に供給するが、第２の位置にある時は燃料噴射器への燃料流を遮断するように第１のコイルと第２のコイルとの間で可動のスプール弁に燃料を供給し、
   （２）第１のコイルを作動してスプール弁を引き寄せ、
   （３）非作動状態にある第２のコイルで信号を測定し、
   （４）ステップ（３）において測定した信号の第２の導関数を求め、
   （５）ステップ（４）で求めた第２の導関数を基準値と比較してスプール弁の運動終点を求めるステップより成る燃料噴射方法。
7. ステップ（５）の基準値がゼロである請求項６の方法。
8. 信号が電圧である請求項６の方法。
9. ステップ（２）の後に前記信号をフィルタリングして第１のフィルタリング済み信号を得るステップをさらに含む請求項６の方法。
10. 燃料噴射器と、
    電気制御式スプール弁と、
    第１のコイルが非作動状態で第２のコイルが作動状態にある時第１のコイルで信号を測定するセンサーと、
    センサーが測定する信号の第２の時間導関数を求める導関数回路と、
    第２の導関数を基準値と比較してスプール弁の位置を求めるコンパレータとより成る燃料噴射システム。
11. 前記信号をフィルタリングするためのフィルタをさらに備えた請求項１０の燃料噴射システム。

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