JP2009121482A - グリッチ検出器とグリッチ事象を検出する方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】弁を第1と第2の弁位置間で動かす電磁アクチュエータとアクチュエータを通る電流を感知する感知手段を備える。グリッチ検出器は、感知手段を制御する制御手段、アクチュエータを通る電流データを感知手段から受け取る入力部、電流不連続性に関しデータを分析するプロセッサ及びプロセッサが判定した電流不連続性に基づき弁運動信号を出力する出力部を備える。制御手段は有限サンプリングウインドウ(80)の間に感知手段を使用でき、ウインドウを第1噴射事象用の第1ウインドウ位置から漸進的に1又は複数回の後続の噴射事象用の後ウインドウ位置へ動かし、少なくとも2つの前ウインドウ位置の弁運動信号出力から新ウインドウ位置を計算し、後続の噴射事象用の新ウインドウ位置をフィードバックする。
【選択図】図5
Description
本発明は、単弁式噴射システム及び2弁式噴射システムの両方の制御に言及する。
弁運動は、電磁固定子(固定子の核の回りに巻き付けられた一連のコイル巻き線)を備えたアクチュエータを使用して、その電磁固定子に電流を流して電機子を活性化させることによって、円滑に行われる。弁ピンは、電機子に直接取り付けられており、その結果生じる電機子/弁アッセンブリの運動は、噴射器内の燃料の流れを制御するのに用いられる。弁ピンは、戻しばねによって開位置に保持されているので、ソレノイドコイルが誘起する電磁力は、ばねを押して弁を閉じるように働く。
引き込み相の間は、ソレノイド制御弁の電機子は、ソレノイドコイルに第1電流レベルを印加することによって閉じられる。保持相の間は、第2のもっと低い電流レベルがソレノイドコイルに供給され、弁は閉じた状態に保たれる。
コイルに見られる電流は、減衰する磁界の誘導効果による特徴的な形状を有しており、その磁界を通って動く弁は、電流形状に影響を及ぼす(この効果は、一般的に逆起電力と呼ばれる)。具体的には、弁は、弁行程の端部に達すると、動きを止めるか、又はその座/ストッパから跳ね返り、この変化が、電流形状の不連続性又は「グリッチ」として検出される。
或る好適な実施形態では、新しいサンプリングウインドウ位置は、グリッチ検出信号が出力されることになった少なくとも2つの以前のウインドウ位置の中間位置として計算される。新しいサンプリングウインドウ位置は、3つの以前のウインドウ位置の中間位置として計算するのが望ましい。
感知手段は、感知抵抗器を通る電流を測定するのが好都合である。代わりに、感知手段を、アクチュエータを通る電流を感知するように配置してもよい。
弁サイクルは、弁が第1状態から第2状態へ動かされるように第1電圧電位がアクチュエータに印加される引き込み領域と、第2電圧ポテンシャル又は第2電圧ポテンシャルの一連のパルスがアクチュエータに印加される保持領域とを備えている。
効果的なグリッチ検出は、できるだけ小さな、ノイズ制御用の処理オーバーヘッドを含んでいなければならない。電流形状内の極大値検出のみに依存する方法を使用するのは、全てのサンプルが、有効なグリッチ事象に対応することも対応しないこともある極大値を有しているので、効果的ではない。極大値の閾値を使用するのも、可能な弁/コイルの応答パターンの範囲を考慮しないので、同じく効果的ではない。
代わりに、プロセッサは、アクチュエータを通る電流の二次導関数が閾値を越えると電流の不連続性の存在を判定できるように配置してもよい。これにより、検出器は、電流形状内の過渡的な影響を「濾過して除く」ことができるようになる。アクチュエータを通る電流の二次導関数は、検出器が電流の不連続性の存在を判定するために、或る設定期間に閾値を超えることが望ましい。これも、電流形状内の過渡的なスパイクを濾過して除くのに役立つ。
本方法は、微分プロセスに無単位の区切られた入力データを使用することによって、更に改良することもできる。
本発明の別の態様は、エンジンシステムの燃料噴射器内の弁の弁運動を検出するためのグリッチ検出器を提供しており、弁は、エンジン作動サイクルの間に弁を第1と第2の位置の間で動かすために配置されている電磁アクチュエータを備えており、エンジンシステムは、アクチュエータを通る電流を感知するための感知手段を備えており、検出器は、感知手段を制御するために配置されている制御手段と、アクチュエータを通る電流に関するデータを感知手段から受け取るための入力部と、受け取ったデータを、電流の不連続性に関して分析するために配置されているプロセッサと、プロセッサによって判定された電流の不連続性に基づいて弁運動信号を出力するための出力部と、を備えており、制御手段は、有限なサンプリングウインドウの間に、感知手段を使用できるようにするために配置されており、サンプリングウインドウを、エンジン作動サイクルの第1位置から、エンジン作動サイクルの第2位置へ動かすために配置されている。
図1は、アクチュエータに印加される電圧波形Vと、2つの電流形状I1及びI2を示す代表的な簡易図である。第1電流形状I1は、弁の動きに急激な変化が無い場合に、逆起電力の結果として、アクチュエータコイルを通って流れる電流を示している。電流の形状が滑らかであることが分かる。
回路は、電源8(この場合は50V)と、ソレノイドアクチュエータ4と、感知抵抗器12を備えている感知手段10と、を備えている。2つの制御可能なスイッチ(スイッチ14と16)は、電源8を感知抵抗器12及びアクチュエータ4に接続している。十字回路結線18、20が設けられており、そのそれぞれが、許容できる電流の流れの方向を制約するダイオード22、24を備えている。
弁及び駆動回路の作動について、図2と図3を参照しながら以下に述べる。
弁がそのストッパに達するときを検出するために、スイッチ16を再度開き、電流経路が形成されるようにする。弁が、アクチュエータコイルによって形成された磁界を通って動く効果によって、(弁の動きの方向次第で)電流を補強するか、又は電流を部分的に相殺する、何れかの逆起電力が生じる。この起電力に関係する電流と通常の電流の重ね合わせの期間が、図3aに示されている(52と54の間)。図3bは、この電流事象の間の対応する弁のリフトを示している。弁がそのストッパに達すると、電流形状には、図3a/3bの特徴58に対応する不連続性又はグリッチ56が現れることになる。(なお、図3bに示されている弁は「跳ね返り」事象59を受けていることに注目されたい。この事象の型式は、弁が効果的に跳びはねる急激な弁のタイミング変化の場合に起こり得る)。
なお、弁が最初にその状態に達する(即ち、引き込み相と保持相の間)と、別の「グリッチ事象」60が生じることにも注目して頂きたい。
・適応型ウインドウの掃引を行えば、個別の弁特徴が不明なときでも、グリッチ事象を検出することができる。これは、波形を正確且つ精密に調整するのに必要な個別の弁タイミングを、工場の試験に頼るのではなく、噴射器が作動している間に見つけだせることを意味している。更に、急激な弁タイミングの変化(例えば、弁座部が塵屑で損傷した場合)をピックアップして補償できることを意味している。
・サンプリング/グリッチウインドウを感知区域からできるだけ遠くへ動かすことによって、システムへのエネルギー入力の影響を最小にすることができる。例えば、サンプリングウインドウが保持領域の終わりに近すぎる場合、弁は開かず、弁作動期間が延長される。同様に、サンプリングウインドウが保持領域の終わりから遠すぎる場合、二次跳びはね又は他の人工事象の望ましくない検出という危険性がある。
・ウインドウがグリッチ事象を過ぎると、磁束に返されるエネルギーは少なくなるので、ウインドウ位置のために課されるエラーは小さくなる。
・移動式サンプリングウインドウは、サンプリングウインドウの初期位置(位置1)からサンプリングウインドウの最終位置(位置5)までの一連の段階によって、グリッチ事象を検索できることを意味している。通常、開始位置は、保持領域の終わりからずれている。
・移動式サンプリングウインドウを使えば、過渡的状態の下で、主要な検索パラメーターを変更すること無く、グリッチを検出することができる。
・サンプリングウインドウの位置は、エンジン作動条件の変化(例えば、速度/負荷の変化)により、検出が必要とされる異なる位置に適合させることができる。図5は、典型的な作動状況からサンプル採取されたバックエンドのサンプリングウインドウの一例を示している。最小及び最大ウインドウ位置も、目下の作動条件に従って適合されている。これは、効果的な検索区域は、各条件に合わせて最大にし、更に、問題の在る区域を回避することができるという意味である。
・グリッチ位置を所与の条件での以前の検出から見積もる(又は知る)ことができる場合、適応型ウインドウは、以下の様に、この場所に直接跳躍し、位置の微調整を開始することができる。
・グリッチを見つけた後、適応型ウインドウは、自身をそのグリッチ位置の中心に配置し、既知のグリッチ点の回りで小さく動いて、検出を微調整することができる。これによって、グリッチ値が幾つかのリアルタイム値の合成物になるので、非常に正確になる。
・移動式サンプリングウインドウを使用するということは、必要なサンプル数を減らせるということであり、即ち、フロントエンドとバックエンドの両方でサンプリングアルゴリズムのためのCPU及びメモリの負荷を減らせるということである。
・適応型フロントエンドサンプリングを使用するということは、過渡的又は迅速に変わるエンジン状態に対する応答が良好であることを意味している。
・適応型フロントエンドサンプリングは、更に、何時でも電流形状全体の一部だけが調べられているので、誤った検出の一因となるノイズ又はスパイクの可能性を低減する。
・適応型フロントエンドサンプリングウインドウは、電流データ内のサンプル採取点の領域を、グリッチウインドウがその最小位置から動かされたのと同じやり方で、ピーク電流の点から動かす。引き込み相のピーク電流とサンプル採取領域の開始の間の遅延は、バックエンドのウインドウ位置を動かすのと似たような方式で大きくなる。大きな違いは、チョップ領域の開始が、サンプリングウインドウの終わりに、設定された遅延によって連接されていることである。これは、サンプリングウインドウに対するチョップ領域の開始は、固定されているが、サンプリングウインドウが最大サンプリング位置に達するまで動かされると同時に、ピーク位置から動いて離れる、という意味である。従って、グリッチが検出されると、磁界が自由減衰状態にある時間を短縮することによってコイルのエネルギー損失を最小にするため、チョップ領域の開始は、グリッチ後の或る設定された時間に起こる。
図4は、適応型サンプリングウインドウの初期位置を示している。図4に示すように、ウインドウは、保持相の終わりから約0.25ミリ秒から、保持相の終わりの後0.75ミリ秒まで伸びている。
この図では、両方の弁運動痕跡が、サンプリングウインドウの範囲内でゼロに達しており、サンプリングウインドウが、弁の停止位置と重なっていることが分かる。図4と図6の電流最大位置108、110も、図7に標示されている。
図8では、電流の最大値114がウインドウ内に明確に位置している。比較のため、図4の最大値も電流形状上に標示している。
初期ウインドウ位置A1は、事前噴射に合わせて設定されており、グリッチが検出されれば、グリッチ位置がデータバッファに入力される。
本発明の第2の実施形態では、サンプル採取された電流形状内の不連続性の存在を判定するための分析技法が開示されている。
本発明の第2の実施形態は、サンプル採取された生の電流データを取り、電流値の時間に対する一次及び二次導関数を計算する。二次微分を行う背景となる理由は、全てのサンプルが最大値を有しており、閾値を使ってそれ以上で最大値を定義するようにすると、グリッチ点に近いサンプルが誤って引き金を引く恐れがあるため、生データを調べることによって最大値を探すと、誤って検出することになるからである。二次微分法は、サンプルが真の最大値を通過していることを保証する。
本発明の第2の実施形態による、成功した検出のルールと基準は、微分アレイの値に基づいて単純且つ頑強に設計されている。二次微分は所与の閾値(d2閾値)より大きく、三次微分(d3)は、d2閾値より上方の同じ点の範囲内でゼロと交わらなければならない。更に、スパイク/ノイズにより誤った引き金が引かれるのを回避するには、d3がゼロと交わっていることを検出するのに、有効範囲内に最低数の点がなければならないという特徴を有している。
微分計算の方法について、図14から図20と結び付けて以下に述べる。
図3cは、電流形状の引き込み相と保持相の間のサンプリングウインドウを示している。
6 グリッチ検出器
10 感知手段
28 プロセッサ
30 制御手段
80 サンプリングウインドウ
Claims (24)
- エンジンシステムの燃料噴射器内の弁の弁運動を検出するためのグリッチ検出器(6)であって、前記弁は、弁サイクルの間に前記弁を第1と第2の弁位置の間で動かすために配置されている電磁アクチュエータ(4)を備えており、前記エンジンシステムは、前記アクチュエータを通る電流を感知するための感知手段(10)を備えており、前記検出器は、
前記感知手段を制御するために配置されている制御手段(30)と、
前記アクチュエータ(4)を通る電流に関するデータを前記感知手段から受け取るための入力部と、
前記受け取ったデータを、電流の不連続性に関して分析するために配置されているプロセッサ(28)と、
前記プロセッサが判定した電流の不連続性に基づいて弁運動信号を出力するための出力部と、を備えており、
前記制御手段は、有限のサンプリングウインドウ(80)の間に前記感知手段を使用できるようにするために配置されている、検出器において、
前記制御手段は、更に、
(i)前記サンプリングウインドウを、第1噴射事象用の第1ウインドウ位置から、漸進的に1回又は複数回の後続の噴射事象用の後のウインドウ位置へ動かし、
(ii)少なくとも2つの以前のウインドウ位置の弁運動信号出力に基づいて、新しいサンプリングウインドウ位置を計算し、
(iii)後続の噴射事象用の前記新しいサンプリングウインドウ位置をフィードバックするために配置されていることを特徴とする検出器。 - 後続の噴射事象は、連続する噴射事象である、請求項1に記載の検出器。
- 後続の噴射事象は、連続する噴射サイクル内のパイロット、主、又は事後の噴射事象の内の1つである、請求項1に記載の検出器。
- 前記新しいサンプリングウインドウ位置は、前記少なくとも2つの以前のウインドウ位置の中央位置として計算され、それに対して弁運動信号が出力される、請求項1から3の何れかに記載の検出器。
- 前記感知手段(10)は、前記サンプリングウインドウの間に、電流を、複数のサンプルポイントでサンプル採取するために配置されている、請求項1から4の何れかに記載の検出器。
- 前記電流パラメーターは、前記感知抵抗器を通る電流である、請求項1から5の何れかに記載の検出器。
- 前記感知手段(10)は、前記アクチュエータを通る電流を感知するために配置されている、請求項1から6の何れかに記載の検出器。
- 前記感知手段(10)は、感知抵抗器を備えており、前記入力部で受信された前記データは、前記感知抵抗器を通る電流か、又は前記感知抵抗器に掛かる電圧に関係している、請求項1から7の何れかに記載の検出器。
- 前記弁サイクルは、第1電圧電位が前記アクチュエータに印加され、前記弁が第1状態から第2状態へ動かされる引き込み領域と、第2電圧電位又は第2電圧電位の一連のパルスが前記アクチュエータに印加される保持領域と、を備えている、請求項1から8の何れかに記載の検出器。
- 前記制御手段(30)は、前記感知手段(10)を、前記弁サイクルの前記引き込み領域と前記保持領域の間で使用できるようにするために配置されている、請求項9に記載の検出器。
- 前記制御手段(30)は、前記弁サイクルの前記保持領域の後で、前記感知手段(10)を使用できるようにするために配置されている、請求項9に記載の検出器。
- 前記制御手段(30)は、前記アクチュエータを電源から隔離し、前記アクチュエータ(4)と前記電流感知手段を備えた電流経路を開くため、制御信号を、1つ又は複数の制御スイッチに出力するために配置されている、請求項11に記載の検出器。
- 前記制御手段(30)は、前記サンプリングウインドウを漸進的に、連続する噴射サイクル内の前記保持領域の終わりから離れる方向に動かすために配置されている、請求項9から12の何れかに記載の検出器。
- 前記プロセッサ(28)は、前記アクチュエータ(4)を通る電流の時間に対する二次導関数を求めることにより、前記受信したデータを分析するために配置されている、請求項1から13の何れかに記載の検出器。
- 前記プロセッサ(28)は、前記アクチュエータ(4)を通る電流の前記二次導関数内に極大値又は極小値が検出された場合、電流の不連続性の存在を判定するために配置されている、請求項14に記載の検出器。
- 前記プロセッサ(28)は、前記アクチュエータ(4)を通る電流の前記二次導関数が閾値を超えた場合、電流の不連続性の存在を判定するために配置されている、請求項14又は15の何れかに記載の検出器。
- 前記プロセッサ(28)は、前記アクチュエータ(4)を通る電流の前記二次導関数が、或る設定期間、閾値を超えた場合、電流の不連続性の存在を判定するために配置されている、請求項16に記載の検出器。
- 前記プロセッサ(28)は、前記電流Iの時間に関する三次導関数を求めることによって前記電流の不連続性の場所を判定するために配置されており、前記不連続性の場所は、d3I/dt3=0である時間と一致する、請求項14から17の何れかに記載の検出器。
- 前記検出器(6)による前記弁運動信号の出力は、前記電流の不連続性の時間に対する場所である、請求項1から18の何れかに記載の検出器。
- エンジンシステムの燃料噴射器内の弁の弁運動を検出する方法であって、前記弁は、弁サイクルの間に前記弁を第1と第2の位置の間で動かすために配置されている電磁アクチュエータ(4)を備えている、弁の弁運動を検出する方法において、
前記方法は、
有限のサンプリングウインドウ(80)の間に前記アクチュエータ(4)を通る電流をサンプル採取する段階と、
前記サンプル採取された電流を、電流の不連続性に関して分析する段階と、
前記電流の不連続性に基づいて弁運動を判定する段階と、を有し、
前記サンプリングウインドウは、第1噴射事象用の第1ウインドウ位置から、漸進的に1つ又は複数の後続の噴射事象用の後のウインドウ位置へ動かされることと、前記方法は、更に、少なくとも2つの以前のウインドウ位置のグリッチ検出信号出力に基づいて新しいサンプリングウインドウ位置を計算する段階と、後続の噴射事象用の前記新しいサンプリングウインドウ位置をフィードバックする段階とを更に含んでいることを特徴とする方法。 - エンジンシステムの燃料噴射器内の弁の弁運動を検出するためのグリッチ検出器であって、前記弁は、弁サイクルの間に前記弁を第1と第2の位置の間で動かすために配置されている電磁アクチュエータ(4)を備えている、検出器において、
前記アクチュエータ(4)を通る電流に関するデータを受け取るための入力部と
前記受け取ったデータを、電流の不連続性に関して分析するために配置されているプロセッサ(28)と、
前記プロセッサによって判定された電流の不連続性に基づいて弁運動信号を出力するための出力部と、を備えており、
前記プロセッサは、前記アクチュエータを通る電流の時間に関する二次導関数を求めることによって、前記受け取ったデータを分析するために配置されており、更に、連続していない入力データポイントに対する微分プロセスに基づいて、前記二次導関数を計算するために配置されている、グリッチ検出器。 - エンジンシステムの燃料噴射器内の弁の弁運動を検出する方法であって、前記弁は、弁サイクルの間に前記弁を第1と第2の位置の間で動かすために配置されている電磁アクチュエータ(4)を備えている、弁の弁運動を検出する方法において、
前記方法は、
電流のデータを求めるために、前記アクチュエータを通る電流をサンプル採取する段階と、
前記サンプル採取された電流データを、電流の不連続性に関して分析する段階と、
前記電流の不連続性に基づいて弁運動信号を出力する段階と、を有し、
前記電流データは、前記アクチュエータを通る電流の時間に関する二次導関数を求めることによって分析され、前記二次導関数は、連続していない入力データポイントに対する微分プロセスに基づいている、方法。 - 上記請求項20又は22に記載の方法を実行するためにコントローラー又はエンジン制御ユニットを制御するためのコンピューター読み取り可能コードを担持するための担持媒体。
- 上記請求項1から19又は請求項21の何れかによる検出器を備えている車両のエンジン制御ユニット。
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