JP4083230B2 - 弁の検査乃至調整方法及び装置 - Google Patents

Description

従来技術
本発明は、電磁弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁の検査及び／又は調整用方法であって、１つの電磁弁には、所定の制御信号が加えられて、燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）を測定することができる方法及び装置に関する。
弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁の調整乃至検査用の方法は公知である。燃料噴射弁の動的な流量を調整するために、製造時に液体の流量が測定されて調整される。
弁の動的な流量調整時に、弁には、高精度の液状の媒体（以下、テストガソリンと呼ぶ）が用いられる。流量の所定の制御及び測定によって、実際の流量が検出され、弁は、所定の制御の際に所定の流量が調量されるように調整される。
テストガソリンは、一定濃度と粘度並びに高い純度を有している。この理由から、このテストガソリンは、非常に高価である。更に、テストガソリンの蒸発によって、環境及び工場技術者の負担は相当なものになる。検査用の他の媒体を用いても問題が多い。と言うのは、このような媒体は、前述の燃料に較べて種々異なる液体上の特性を有しているからである。
発明の課題
本発明の課題は、電磁弁の検査及び調整用の方法において、コスト及び環境への負担を軽減することにある。この課題は、本発明の独立請求項に記載の要件によって解決される。つまり、弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁の検査及び／又は調整用方法であって、１つの弁には、所定の制御信号が加えられて、燃料の流量を特徴付ける信号ＱＫを測定することができる方法において、電磁弁に、ガス状媒体を加え、ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮ、及び／又は、少なくとも１つの、第２の量の一方である、電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値ＩＡＮ、第２の量の他方である、電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値ＩＡＢを検出し、ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮ及び第２の量の一方である、電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値ＩＡＮ、第２の量の他方である、電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値ＩＡＢに基づいて、燃料の流量を特徴付ける信号ＱＫを測定することにより解決される。
発明の効果
本発明の方法では、電磁弁にはガス状の媒体が加えられる。その際、ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量、及び／又は、少なくとも１つの第２の量が検出される。この方法によって、コストを著しく低減することができ、並びに、環境及び工場技術者への負担を軽減することができる。第２の量として、電磁弁が開かれる電流値が検出され、及び／又は電磁弁が閉じられる電流値が検出される。
本発明の有利且つ合目的的な構成及び実施例は、従属請求項に記載されている。
図面
本発明について、以下、図示の実施例を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の装置を略示した図であり、図２及び図３は、本発明の方法の説明に供する流れ図である。
図１には、本発明の装置が略示されている。簡略図で、磁気弁１００が示されている。この磁気弁は、弁座１０５及び弁室１１０を有している。入り口１１５を介して、通常作動中、燃料は、弁室１１０内に供給される。ばねは、１２０で示されており、弁ニードルは、１２５で示されている。弁ニードルの移動のために、コイル１３０が設けられている。更に、装置１３５は、ばね力の調整のために設けられており、装置１４０は、磁気弁ニードル１２５の行程の調整のために設けられている。弁の出口は、流量測定装置１４０を介して圧力発生器１４５と接続されている。
コイル１３０には、スイッチング装置１５０を介して給電電圧Ｕが印加されている。コイル１３０の第２の端子は、電流測定装置１５５を介してアースと接続されている。
更に、制御ユニット１６０が設けられている。この制御ユニット１６０は、スイッチング装置１５０に信号を供給し、流量測定装置１４０及び電流測定装置１５５の出力信号を処理し、有利な実施例では、調整装置１４０及び１３５にも相応の量が加えられる。
非通電状態では、ばね１２０は、弁ニードル１２５を弁座１０５内に押圧する。この非通電状態では、弁は、入り口１１５と出口との間の結合部を遮断する。コイルの通電によって、ばね力乃至機械的な力に対抗して作用する磁気力が加えられる。この力によって、弁ニードル１２５は、弁座１０５から持ち上げられる。弁座１０５と弁ニードル１２５との間の間隔は、行程Ｈと呼ぶ。
本発明の方法では、弁の、このような形式に限定されない。これ以外の形式（制御信号を用いて所定の容積量だけ流れる）の弁の制御も用いることができる。つまり、この方法は、ばねによって、弁が開放状態に保持されて、弁装置の非通電状態で流れるようにすることができる形式の弁を用いることもできる。
磁気弁に所定の電圧が印加された場合、つまり、固定長の制御信号が印加された場合、磁気弁は、所定行程Ｈにより、所定流量だけ流れるようにする。弁による制御中、流れる容積量は、複数のファクタに依存している。一方では、このファクタは、磁気弁が開かれる速度であり、即ち、行程がゼロから最大値に上昇する速度の大きさである。この量は、磁気弁の動的状態での流量を決める。この量は、実質的に、ばね１２０に依存する。調整装置１３５によって、この速度を調整することができる。調整装置１３５によって、流量を動的に調整することが可能である。
更に、所定時間後、所定制御電流で調整される行程は、種々の燃料噴射弁において種々異なる。従って、調整装置１４０が設けられており、その装置によって、この行程は、静的な状態において、予め設定可能な値に調整することができる。このために、磁気弁には、常に通電されており、それにより、静的状態での流量が測定され、調整装置１４０により、所定の、静的状態での所望の流量となるように調整される。
この調整作業は、通常のように、燃料、殊に、高精度の液状媒体を用いて行われる。このために、有利には、ヘブタンが用いられる。このような炭水化物を用いるのは、種々の理由から問題である。
本発明によると、動的な流量は、圧縮空気を用いても実行することができる。
動的状態での制御時の弁の特性は、実質的に、パルス周期、静的状態での流量、及び、機械的な力と電磁的な力との差の時間経過に比較した制御パルスの長さ（制御パルス期間）によって決められる。
制御パルス期間は、弁コイルに通電される時間に相応する。パルス周期は、弁の通電時間と非通電時間の和に相応する。静的状態での流量とは、所定のオンオフ比のパルス周期で制御された場合に、完全に開かれた弁を通って、所定時間中に流れる量のことである。動的状態での流量とは、所定のオンオフ比のパルス周期で制御された場合に、所定時間中に弁を通って流れる量のことである。ここで言うオンオフ比とは、制御パルス期間とパルス周期との比のことである。動的状態での流量の値と静的状態での流量の値とは、燃料の場合とガス状物質の場合とで一般に異なる。
本発明によると、磁気力と機械的な力との間の力の差の時間的な変化は、燃料の動的な流量と一緒に、液体の動的状態での流量ＱＰＮの測定によって検出することができる。
ニューマチックな、動的状態での流量ＱＰＮとは、所定のオンオフ比で、弁を通って流れるガス量のことである。
各磁気弁間の差（例えば、磁気回路内の差に基づく）は、本発明によると、静的状態から大きくなる上昇電流と小さくなる減少電流を測定することによって検出される。
３つのパラメータ、即ち、ニューマチックな、動的状態での流量ＱＰＮ、上昇電流ＩＡＮ及び減少電流ＩＡＢは、簡単に測定することができる。ガス状媒体を用いて測定される量に基づいて、燃料ＱＫの動的状態での流量が推定される。このために、少数の弁で、例えば、パイロットロット（Ｖｏｒｓｅｒｉｅ）において、燃料で流量が測定される。続いて、３つのパラメータ、液体の動的状態での流量ＱＰＮ、上昇電流ＩＡＮ及び減少電流ＩＡＢが検出されて相応の換算ファクタが決められる。
有利には、燃料で動的状態での流量を検出する際には、液状媒体を必要としない。と言うのは、流量の測定のために、容易に利用することができて極めて環境にとって好ましい大気中の空気をガス状媒体として利用することができるからである。遅速で高価な液体による量測定の代わりに、高速且つ安価なニューマチックな流量測定を行うことができる。静的状態での上昇電流及び減少電流は、簡単な測定及び指示方法によって測定することができる。
パラメータ、上昇電流ＩＡＮ、減少電流ＩＡＢ及びニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮは、燃料流量に極めて強く依存し、非常に簡単且つ高速に大量生産の際に測定することができる。
このためには、図１に示されている装置が適している。圧力発生器１４５は、予め決めることができる所定圧力を発生し、この圧力を磁気弁の出口に印加することができる。圧力発生器と弁の出口との間には、流量測定装置１４０が設けられている。圧力測定装置１４０としては、有利には、測定用絞りが利用される。つまり、通常の流れ方向とは逆方向に、有利には、約６００ミリバールの値のニューマチック圧力が弁に加わることによって測定される。
ニューマチックな動的状態での流量を示して、ガス状媒体の流量の特徴を示す第１の量の測定のために、コイル１３０には、所定のオンオフ比の制御信号が加えられる。例えば、コイルは３６ｍｓｅｃの間通電され、その際、周期、即ち、２つの通電電流の開始間の間隔は、６ｍｓｅｃである。制御周波数は、この例では、１６６．７Ｈｚである。
この形式の制御では、磁気弁は、この周波数で開閉される。この動的な制御を用いて、磁気力により、ニューマチックな動的状態での流量に極めて大きな影響が及ぼされる。高速で開いた場合には、大きな流量が生じ、大きなばね力によって遅速にしか開かない場合には、小さな流量しか生じない。
更に、上昇電流ＩＡＮ及び／又は減少電流ＩＡＢと呼ばれる第２の量が検出される。このために、コイル１３０に印加される電圧Ｕが連続的に上昇される。それと同時に、コイル電流が電流測定装置１５５によって検出される。流量が突然上昇した場合、燃料噴射弁が開かれたということが検出される。このことは、圧力発生器１４５乃至流量測定装置１４０の領域内での圧力低下を介して検出される。この圧力低下は、約２５ミリバールの範囲内で変動する。
続いて、電圧が低下され、弁が再度閉じられる時点が検出される。磁気弁が開かれる電流値は、上昇電流ＩＡＮと呼ばれ、磁気弁が閉じられる電流値は、減少電流ＩＡＢと呼ばれる。
この測定は、自動的に制御ユニット１６０によって行うか、手動又は半自動的に行うことができる。例えば、弁の測定及び調整を自動的に制御ユニット１６０によって行うようにすることができる。しかし、制御ユニット１６０によって測定を行い、調整を手動により行うこともできる。制御ユニットを用いないで処理することもできる。つまり、適切な信号発生器を用いて弁に制御信号を供給し、測定及び調整を手動により行うこともできる。
本発明によると、燃料ＱＫの場合の動的状態での流量とニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮ、上昇電流ＩＡＮと減少電流ＩＡＢとの間には固定した関係がある。この関係では、以下の式が成立する：
ＱＫ＝Ａ−Ｂ＊ＩＡＮ−Ｃ＊ＩＡＢ＋Ｄ＊ＱＰＮ
量Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤは、同一構成形式の燃料噴射弁の幾つかめ例で検出する必要がある定数である。このために、燃料の動的状態での流量ＱＫ及び量、上昇電流ＩＡＮ、減少電流及びニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮが、同一構成形式の幾つかの弁において、同一制御信号での圧縮空気を用いて測定される。この測定値に基づいて、換算ファクタＡ，Ｂ，Ｃ及びＤが決められる。量Ａ，Ｂ，Ｃは、同様の大きさであり、量Ｄは著しく小さい。
図２には、本発明の、弁の調整用の方法が流れ図を用いて示されている。最初のステップ２００では、弁は、測定装置内に組み込まれ、所定の制御信号が加えられる。その際、弁の通常の流れ方向又は反対方向に組み込むことができる。ステップ２１０では、上昇電流ＩＡＮが測定され、ステップ２２０では、減少電流ＩＡＢが測定される。この、最初の２つの量の測定方法については、図３に詳細に示されている。
続くステップ２３０では、磁気弁には、固定オンオフ比の信号が加えられる。続いて、ステップ２４０では、ニューマチックな動的状態での流量ＱＰＮと呼ばれる第１の量の測定が流量測定装置１４０を用いて行われる。
続いて、ステップ２４５では、これら３つのパラメータに基づいて、これらの量の上述の式に相応する、燃料ＱＫの場合の相応の動的状態での流量が測定される。問い合わせ部２５０では、この値ＱＫが予期される目標値ＱＫＳと異なっているかどうかチェックされる。このために、例えば、燃料ＱＫの場合の動的状態での流量と予期される目標値ＱＫＳとの差が目標値Ｓよりも小さいかどうかチェックされる。燃料ＱＫの場合の動的状態での流量と予期される目標値ＱＫＳとの差が目標値Ｓよりも小さい場合、燃料噴射弁は正確に調整されており、チェック及び調整過程は、ステップ２７０で終了する。
そのようにして算出された、燃料流量の値ＱＫが、予期される値ＱＫＳとは異なっている場合、磁気弁の調整がステップ２６０で行われる。このために、適切なやり方で、調整装置１３５及び／又は１４０が制御される。続いて、ステップ２１０〜２５０が新たに処理される。
特に有利な実施例では、量ＱＰＮ，ＩＡＮ及びＩＡＢの目標値は、予め幾つかの弁で測定されている。この場合には、ステップ２４５での算出は省略することができる。その際、ステップ２５０では、値ＱＰＮ，ＩＡＮ及び／又はＩＡＢが相応の予期される値と比較される。この実施例では、第１の量と、この第１の量の所定の目標値との偏差及び／又は第２の量と、この第２の量の所定の目標値との偏差で、弁が調整される。
弁の、液体に対する特性を調整するために、ニューマチックな２つの電気量が用いられる。この量は、簡単且つ高速で測定することができる。これらの測定された量に基づいて、液体の量が測定され、調整装置によって、この液体の量が予期された目標値に相応するように調整される。この測定の準備段階で、燃料での測定と、幾つかの弁で空気を用いた測定とによって、ファクタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決めておく必要がある。その際、多数の弁は、単に空気だけを用いてチェックされて調整される。
電気量の測定のために、例えば、図３に流れ図として示されているような経過となる。第１のステップ３００では、電圧値Ｕ０が設定される。この電圧値は、電流が全く流れないか、又は、磁気弁が確実に未だ開かない程度しか電流が流れないように選定される。続いて、ステップ３０５では、ニューマチックな流量ＱＰＮ０が検出される。続いて、ステップ３１０では、電圧値Ｕが所定値ΔＵだけ上昇される。続いて、ステップ３５０で、ニューマチックな流量用の新たな値ＱＰＮ１が測定される。
続いて、ステップ３２０で、ニューマチックな流量用の以前の値と新たな値との差ΔＱＰＮが検出される。続く問い合わせ部３２５では、この値が目標値よりも大きいかどうかチェックされる。この値が目標値よりも大きくない場合には、つまり、圧力が低下されておらず、磁気弁ニードルが未だ持ち上げられていない場合には、ステップ３３０で、以前の値ＱＰＮ０が新たな値ＱＰＮ１によって置き換えられ、電圧値は、ステップ３１０で新たに上昇される。
問い合わせ部３２５で、圧力が低下された、乃至、流量が上昇されたことが検出されると、弁ニードル１２５は持ち上げられ、上昇電流ＩＡＮに達する。従って、ステップ３５では、電流測定装置１５５によって実際の電流Ｉが測定され、上昇電流ＩＡＮとして記憶される。上昇電流の検出のために、電流値は、ランプ状に一定勾配（例えば、０．００１ｍＡ／ｍｓｅｃ）で上昇する。この上昇電流に達したことは、ニューマチックな流量ＱＰＮを連続的に監視することによって確認することができる。これに相応して、減少電流ＩＡＢの場合も同様に経過する。ステップ３４０では、電圧Ｕが所定値ΔＵだけ減少する。ステップ３４５では、流量用の新たな値ＱＰＮ１が測定され、ステップ３５０で、以前の値ＱＰＮ０と比較される。
問い合わせ部３５５で、差ΔＱＰＮを用いて、限界値ＳＷとの比較によって、流量が減少していない、即ち、弁ニードルが未だ移動していないということが検出された場合、ステップ３６０が行われ、その際、以前の値が新たな値に上書きされ、続いて、ステップ３４０で、この電圧が更に減少される。問い合わせ部３５５で、流量の低下が検出された場合、ステップ３６５で、実際の電流値Ｉが検出されて、減少電流ＩＡＢとして記憶される。
例えば、５ｍｓｅｃの制御期間の値と、１０ｍｓｅｃの周期の値とが選定される。これらの値は、できる限り小さく選定される。と言うのは、この場合には、液体流量とニューマチック流量との相関関係を改善することができるからである。パラメータＩＡＮ，ＩＡＢ，ＱＰＮの、液体の流量での相関関係を介しての換算は、自動的に制御ユニット１６０で行われ、その結果、調整すべき目標値として直接燃料値を利用することができる。
空気の代わりに、他のガス状物質を用いてもよい。

Claims (6)

1. 電磁弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁の検査及び／又は調整用方法であって、１つの前記電磁弁には、所定の制御信号が加えられて、燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）を測定することができる方法において、
   電磁弁に、ガス状媒体を加え、前記ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量（ＱＰＮ）、及び／又は、少なくとも１つの、第２の量の一方である、前記電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＮ）、第２の量の他方である、前記電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＢ）を検出し、前記ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量（ＱＰＮ）及び前記第２の量の一方である、前記電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＮ）、第２の量の他方である、前記電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＢ）に基づいて、燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）を測定することを特徴とする電磁弁の検査及び／又は調整用方法。
2. 燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）と所定の目標値（ＱＫＳ）との間に偏差がある場合、電磁弁を調整する請求項１記載の方法。
3. 第１の量（ＱＰＮ）と所定の目標値との間に偏差がある場合、及び／又は、第２の量（ＩＡＮ，ＩＡＢ）と所定の目標値との間に偏差がある場合、電磁弁を調整する請求項１又は２記載の方法。
4. 燃料の流量を動的な状態での流量とする請求項１〜３迄の何れか１記載の方法。
5. ガス状の媒体として圧縮空気を用いる請求項１〜４迄の何れか１記載の方法。
6. 電磁弁、例えば、内燃機関の燃料噴射弁の検査及び／又は調整用装置であって、１つの前記電磁弁には、所定の制御信号が加えられて、燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）を測定することができる装置において、装置（１４５）が設けられており、該装置によって、電磁弁に、ガス状媒体を加え、前記ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量（ＱＰＮ）、及び／又は、少なくとも１つの、第２の量の一方である、前記電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＮ）、第２の量の他方である、前記電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＢ）を検出し、前記ガス状媒体の流量を特徴付ける第１の量であるニューマチックな動的状態での流量（ＱＰＮ）及び前記第２の量の一方である、前記電磁弁が開かれる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＮ）、第２の量の他方である、前記電磁弁が閉じられる際に当該電磁弁を流れる電流値（ＩＡＢ）に基づいて、燃料の流量を特徴付ける信号（ＱＫ）を測定することを特徴とする弁の検査及び／又は調整用装置。

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