JPH11153246A - 制御方法 - Google Patents

制御方法

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JPH11153246A
JPH11153246A JP10266698A JP26669898A JPH11153246A JP H11153246 A JPH11153246 A JP H11153246A JP 10266698 A JP10266698 A JP 10266698A JP 26669898 A JP26669898 A JP 26669898A JP H11153246 A JPH11153246 A JP H11153246A
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JP
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actuator
armature
voltage
control method
seat
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JP10266698A
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English (en)
Inventor
Anthony Thomas Harcombe
アンソニー・トーマス・ハルコムベ
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ZF International UK Ltd
Caterpillar Inc
Original Assignee
Lucas Industries Ltd
Caterpillar Inc
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M57/00—Fuel-injectors combined or associated with other devices
    • F02M57/02—Injectors structurally combined with fuel-injection pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M47/00—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure
    • F02M47/02—Fuel-injection apparatus operated cyclically with fuel-injection valves actuated by fluid pressure of accumulator-injector type, i.e. having fuel pressure of accumulator tending to open, and fuel pressure in other chamber tending to close, injection valves and having means for periodically releasing that closing pressure
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02M59/36—Varying fuel delivery in quantity or timing by variably-timed valves controlling fuel passages to pumping elements or overflow passages
    • F02M59/366—Valves being actuated electrically
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 電磁アクチュエータの作動を制御する方法が開示され、
該方法はアクチュエータが小さな力を発生するように低
い電圧を使用してアクチュエータを通電し、アクチュエ
ータがより大きな力を発生するようにアクチュエータに
第２のより高い電圧を印加するステップから成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バルブアクチュエ
ータの作動を制御する際に使用される駆動回路を制御す
る方法に関する。本発明は特に、アクチュエータが通電
されて、比較的低い大きさの力を電機子（armature）に
印加する際、この電機子が休止位置から第１位置へ動
き、より大きな力を電機子に印加するアクチュエータへ
の通電によって第１位置から第２位置へと動かす、２段
階持ち上げ型のアクチュエータの作動を制御するために
使用するのに適するが、また他の用途においても用いら
れる。
【０００２】
【従来の技術】この型のアクチュエータは、高い電圧源
を使用しかつ印加電圧の平均を制御するために電流をオ
ンオフする、適切なスイッチング手段を用いて制御され
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方が燃料噴射手段の
汲み上げ室と低圧ドレインとの間の連通を制御し、他方
が燃料噴射手段のタイミングを制御する、１対のバルブ
を制御するために用いられる場合、他方のバルブの動き
が急速に行われるように要求されるが、一方のバルブは
この一方のバルブの正確な比較的ゆっくりとした動きに
制御する必要はなく、これは、一方のバルブの遅い動き
が他方のバルブの偶発的な望ましくない速い動きの危険
を減少することから好ましいであろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の実施形態
によれば、アクチュエータが比較的小さな力を発生する
ようにアクチュエータに第１の低い電圧を印加し、そし
てアクチュエータが比較的大きな力を発生するようにア
クチュエータに第２のより高い電圧を印加する、２段階
持ち上げ型の電磁作動アクチュエータの制御方法が提供
される。
【０００５】好ましくは、比較的小さなアクチュエータ
の力は、第１のばね負荷に抗して休止位置から第１位置
へ電機子を動かすためには十分であり、比較的大きなア
クチュエータの力は、第２のばね負荷に抗して第２位置
へ電機子を動かすためには十分である。
【０００６】１つの作動形態においては、電機子は第１
位置に動かされてその位置に保持され、続いて第２位置
へ動かされる。
【０００７】低い電圧、例えばバッテリ電圧の使用は、
結果としてアクチュエータの巻線において比較的低さく
電流値が上がり、このために第１位置への比較的ゆっく
りと動いていくが、バルブが作動するサイクルの間中の
電機子の運動量は問題とはならないので、小さな動きは
重要ではない。作動サイクルのこの間中の低い電圧は、
アクチュエータ駆動回路の効率を改善する。
【０００８】他の作動形態においては、第２の電圧が電
機子を第２位置へ動かすために印加され、作動の次の点
において、第２電圧に代わって第１電圧が印加されるこ
とによって電機子が第１位置へ動く。
【０００９】バッテリ電圧は、利用されている時間にお
いて、電機子の第１位置への動きにとって不十分である
場合もあり得、これらの状況においては、第１の低い電
圧の印加が先行されるか、中断されるか、または高電圧
が第１位置へ電機子を動かす補佐を行うためにアクチュ
エータに印加される間中続くであろう。より高い電圧の
印加は、好ましくは、これらの状況において低電圧の印
加の前に行われる。電機子は、前述したように次の高電
圧の印加時に第２位置へ動く。
【００１０】本発明の他の実施形態によれば、アクチュ
エータの巻線に通電するために低い電圧源を使用し、こ
の低い電圧源が所定の時間内で所望の範囲にアクチュエ
ータに通電することができない場合に、アクチュエータ
への通電を補うために高い電圧源を使用する電磁アクチ
ュエータの制御方法が提供される。
【００１１】低い電圧源の電圧は監視され、かつアクチ
ュエータの通電中に補電のために高い電圧源を使用する
ときを判断するために使用され得る。代替的に、アクチ
ュエータの応答時間、または所定のレベルに上昇するた
めに巻線の電流によって必要とされる時間が、高い電圧
源を使用するかどうかを判断するのに使用され得る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、プランジャ１２がその中
で往復動し得る孔を備えたポンプ本体１０を備えたポン
プ噴射装置を示し、プランジャ１２と孔とは共にポンプ
室１４を形成している。複数の部分から成る制御バルブ
ハウジング手段１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄがポン
プ本体１０上に配置され、ノズル本体１８が制御バルブ
ハウジング手段１６に取り付けられる。ノズル本体１８
はバルブ針２０がその中で摺動可能である軸方向に延び
る盲孔を備え、バルブ針２０は孔の盲端に隣接して形成
された座と係合している。孔は通路２２を介してポンプ
室１４と連通し、バルブ針２０の座との係合は、ポンプ
室１４と座の下流のノズル本体１８に設けられた１つ以
上の出口開口との間の連通を制御する。
【００１３】制御バルブハウジング手段１６は、ノズル
本体１８の孔と同軸に延びる孔とを含み、制御バルブハ
ウジング手段１６の孔はバネ室２６を形成している。バ
ルブ針２０の端部はばね室２６に延び、座と係合してバ
ルブ針２０を偏倚するために配置されたばね３０によっ
て、係合されるばね受け台２８を支持する。ばね室２６
は、通路２７を介して低圧ドレインと連通している。
【００１４】制御バルブ部材３６はばね室２６と同軸の
孔内で摺動可能であり、通路２２と制限された通路３８
を介して、低圧ドレイン容器と連通している制御室３４
との間の連通を制御するために座と係合することが可能
になっている。制御室３４は、ピストン３９がその中で
摺動可能である、制御バルブ部材３６に備えた穿孔によ
って形成され、ピストン３９の運動はロッド４１を介し
てバルブ針２０に伝達されている。制御バルブ部材３６
は円板ばね４３によってその座から離して偏倚され、偏
倚力は制御バルブ部材３６によって支持された部材と後
述されるドレインバルブ部材４６との間に係合されるば
ね４０を介して伝達されている。
【００１５】ポンプ室１４は、通路４４を介してドレイ
ンバルブ部材４６がその中で摺動可能である孔と連通し
ており、ドレインバルブ部材４６は制御バルブ部材３６
と同軸に延びている。ドレインバルブ部材４６は、通路
４４と低圧ドレイン容器と連通する通路４８との間の連
通を制御するために座と係合可能である。円板ばね４３
は、ドレインバルブ部材４６を座から離して偏倚するよ
うに配置されている。
【００１６】アクチュエータは制御バルブハウジング手
段１６内に取り付けられ、アクチュエータは、付勢コイ
ル５４を含むステータ５２と、ステータ５２に対して可
動である電機子５６とを有する。電機子５６は、制御バ
ルブ部材３６に固定されている。
【００１７】使用時には、プランジャ１２がばね１３の
作用により上向方向に動き、アクチュエータへの通電が
止められることにより、燃料は低圧ドレイン容器からド
レインバルブ部材を通ってポンプ室１４へ汲み上げられ
る。続いて、プランジャ１２は最も外側の位置に達し、
カム装置（図示せず）の作用により内向運動を開始す
る。プランジャの内向運動は、燃料をポンプ室１４から
ドレインバルブ部材４６を通って低圧ドレイン容器へ移
動する。ポンプ噴射装置が作動する間中、ばね３０はバ
ルブ針２０をその座と係合して維持する。
【００１８】続いて、燃料の加圧されるとき、比較的低
い電圧、例えばバッテリ電圧が、円板ばね４３の作用に
抗して電機子５６が動くようコイル５４に印加される。
電機子５６の動きは、結果としてドレインバルブ部材４
６を座と係合して動かすが、制御バルブ部材３６をその
座と係合させるには不十分である。
【００１９】ドレインバルブ部材４６が一旦その座と係
合すると、プランジャ１２の連続した内向運動は結果と
して加圧されているポンプ室１４内に燃料を供給する。
ポンプ作動のこの段階の間中、制御バルブ部材３６はそ
の座から持ち上げられ、かつ燃料が制御部材３４から通
路３８を介して制限された量で低圧ドレイン容器へのみ
排出可能であるので、制御室３４内の燃料圧力は増加す
る。ばね３０の作用と共にバルブ針２０へのバルブ室３
４内の燃料圧力の作用は、バルブ針２０がポンプ作動の
この部分の間中、その座と係合したままであることを保
証するのに十分である。
【００２０】噴射を開始したいときは、より高い電圧、
例えば５０Ｖの電圧がコイル５４に印加される。これ
は、結果として、電機子５６のさらに他の動きを生じ
る。電機子５６の動きのこの部分の間中、ドレインバル
ブ部材４６はその座に係合し、電機子５６がばね４０の
作用に抗して動く。電機子５６の動きは、結果として制
御バルブ部材３６をその座と係合して動かす。制御バル
ブ部材３６の運動は燃料が制御室３４に入るのを阻止
し、通路３８は燃料が制御室３４から排出されることを
許容するように継続している。制御室３４内の燃料圧力
はそれゆえに降下し、バルブ針２０がその座との係合を
維持するために不十分なレベルに達する。したがって、
バルブ針２０はばね３０の作用に抗して動き、出口開口
を通る燃料の供給を許容する。この位置は図１に示され
る。
【００２１】噴射を終了するために、コイル５４は、制
御バルブ部材３６をその座から持ち上げさせるのに十分
な範囲に消勢される。燃料が制御室３４にることによっ
て制御室３４内の燃料圧力が増加し、制御室３４内の燃
料圧力は、それを超えてバルブ針２０をその座と係合し
て動かさせるのに十分である点が達成される。
【００２２】さらに他の噴射が要求され、一方、プラン
ジャ１２が内方に動き続けるならば、コイル５４は制御
バルブ部材５６がその座と係合して動くようにもう一度
通電され、前述されたように噴射が終了する。
【００２３】噴射が終了した後、コイル５４は完全に消
勢され、円板ばね４３は電機子５６をその開始位置に戻
し、燃料がポンプ室１４から低圧ドレイン容器へ逃げ出
るようにドレインバルブ部材４６をその座から持ち上げ
る。プランジャ１２の連続内向運動は、さらに燃料を低
圧ドレイン容器へ移動させる。続いて、プランジャ１２
は戻しばねの作用により外向運動を開始し、この運動は
結果として前述したようにポンプ室１４を燃料で充填さ
せる。
【００２４】図２は、コイル５４の作動を制御する際に
使用する駆動回路を示す。図２に示すように、高電圧端
子６６が、第１スイッチ６８およびダイオード７０を介
してコイル５４の第１端と接続されている。コイルの第
２端は、第２スイッチ７２および抵抗器７４を介して端
子７６と接地電圧で接続されている。低電圧端子７８
は、第３スイッチ８０およびダイオード８２を介してコ
イル５４の第１端と接続されている。コイル５４の第１
端はまたダイオード８４を介して接地端子７６と接続さ
れ、そしてコイル５４の第２端はダイオード８６を介し
て高電圧端子６６と接続されている。ダイオード８４、
８６は再発生流路を形成し、それによりコイルは、適切
なレベルに高電圧源を充電するように使用され得る。よ
って、ダイオードは、構成要素の他の同等な手段、例え
ば同期整流器に置換され得るということが分ける。第
１、第２および第３スイッチ６８、７２、８０は、好適
には、コントローラ８８の制御下で作動されるトランジ
スタに代替できる。
【００２５】図３を参照すると、ポンプ噴射装置内の燃
料の加圧を開始するために、第２および第３スイッチ７
２、８０は双方とも閉止され、コイル５４に低電圧を印
加することによって、結果として低量で上昇するコイル
５４に流れる電流を生じる。図３に示されるように、こ
の電流は時間Ａでピーク値ＰＫ１に達する。一旦、ピー
ク電流レベルＰＫ１が達成されると、第３スイッチ８０
が開放されることによって、電流は第２スイッチ７２を
介して低量に減衰する。電流は、電機子５６が円板ばね
４３の作用に抗して、ドレインバルブ部材４６はその座
に係合されるが、制御バルブ部材３６がその座に係合し
ない位置に保持されるかまたは保持されるであろう所望
の電流レベルが達成されるまで減衰し続ける。この電流
が一旦達成されると、適切な信号が、所望の電流レベル
に電流を保持するために適切なチョッピング技術（chop
ping technique）を繰り返し使用してスイッチを開閉す
るように第３スイッチ８０に印加される。図３に示され
るように、時間Ｂにおいて電流は所望のレベルに達し、
また、時間Ｃは電機子が所望の位置に達する瞬間を示し
ている。図３に示されるように、電機子の運動は、この
実施形態においてはピーク値ＰＫ１が達成される前に始
まっている。
【００２６】次の時間において、信号が第３スイッチ８
０を開きかつ第１スイッチ６８を閉じるようにコントロ
ーラ８８によって送られる。これはコイル５４に高電圧
を印加し、結果としてコイル５４を流れる電流の急速な
割合の増加を生じる作用を有する。図３において、第１
スイッチ６８が閉じられる瞬間は時間Ｄで示される。コ
イル５４により高い電圧を印加する印加手段は、ばね４
０の作用に抗して電機子５６がさらに他の動きを行うた
めに十分な磁界を発生し、図３の下方の線は電機子５６
が第２位置へ向かって動き始めることを示す。電流は時
間の瞬時Ｅにおいて第２のピーク値に達し、一旦この電
流レベルが達成されると、第１スイッチ６８は電流が第
２の所望の電流レベルに減衰するように開放され、次い
でスイッチ８０が第２の所望のレベルにコイル５４を流
れる電流を保持するように前述されたチョッピング技術
を使用して開閉される。
【００２７】図３の点線は、休止位置から第１位置への
電機子が動いていくために、第３スイッチ８０よりむし
ろ第１スイッチ６８を閉止する作用を示している。第１
スイッチ６８の閉止はコイル５４に高電圧を印加するの
で、電機子５６はより早く動き始めるため、比較的低い
電圧がコイル５４に印加される場合よりも早く第１位置
に達する。
【００２８】前述したように、ポンプ噴射装置の作動サ
イクルのこの部分の間中、電機子の比較的速い動きは重
要ではないが、第１位置へ電機子が動いていくためには
高電圧よりむしろ低電圧の使用が著しい電力の節約とな
る。さらに、電機子の急激な動きは結果として制御バル
ブ部材の、偶発的な所望しない運動を結果として生じ
る。
【００２９】前述した噴射装置の作動における他の形態
において、コイルは高電圧源を使用して通電されること
が可能で、両バルブを閉止させる。このような運動が終
了した少し後に、コイルは高電圧源の代わりに低電圧源
をコイルに接続されることによって急速に消勢される。
結果として、ドレインバルブは閉止されたままであるけ
れども、制御バルブ部材はその開放位置に戻ることによ
って、噴射が発生しないことを保証する。続いて、コイ
ルは、前述したように、噴射を開始させるために高電圧
源を使用して通電される。このような作動形態は、主噴
射によって追随されるパイロット噴射を達成するために
使用され得る。
【００３０】例えば、モータの始動時において、パワー
の基となるバッテリが十分に充電されていないために、
第１位置に電機子を動かすための低電圧を印加できない
場合もあり得る。図４は、バッテリ電圧が許容し得る時
間内にピーク電流ＰＫ１に到達するのに不十分である例
を示す。これを補償するために、第３スイッチ８０を切
り換えてコイル５４に低い電圧を印加する前に、第１ス
イッチ６８を短い間だけ閉じて高電圧を印加し、かつ続
いて第１スイッチ６８を開放し、第３スイッチ８０は第
１位置へ向かう電機子の動きを制御するために、前述し
たようにコイル５４に印加される電圧を制御する。この
ように、高電圧を短い間だけ印加することによって、前
述したように、低電圧の印加に先行するよりむしろそれ
を中断するかまたはそれに追随することができる。
【００３１】低いバッテリ電圧レベルを補償するための
前述した技術は、他の型のアクチュエータ、例えば単一
段階持ち上げアクチュエータにより使用されることもで
き、前述の２段階持ち上げアクチュエータに限定されな
い。バッテリ電圧は通電のために高電圧源を必要とする
かどうかを判断するために、例えば、噴射が行われる前
の１００μＳ、バッテリ電圧を測定することにより監視
され得る。一方では、アクチュエータの応答性が監視さ
れても良く、または所定のレベルに達するのに巻線電流
によって必要とする時間が、高電圧源がアクチュエータ
の通電のために使用されるべきかどうかを判断するに使
用され得る。高電圧源によって設けられる補助量は、マ
イクロコントローラまたは適切なルックアップテーブル
を使用して決定され得る。高電圧源はまた、バッテリ電
圧が電機子をその作動された位置に保持するのに不十分
であると判断される場合にも使用され得る。
【００３２】前述の記載は、図１に示した型のポンプ噴
射装置への本発明の適用に関するが、アクチュエータを
制御する方法は、図１に示したポンプ噴射装置以外の装
置にも適用可能であり、他の燃料噴射バルブ装置にも適
する。
【００３３】前述した噴射装置の作動を制御するために
使用される電流波形は、電流減衰量が比較的低い領域、
および電流がより迅速に減衰させられる他の領域を包含
するように適合され得る。さらに、感知手段を含むこと
ができ、励起された位置へのバルブ部材の運動が、例え
ば公知の方法において電流波形の不連続性または欠陥を
検知することにより感知される。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁作動のバルブ装置を含む噴射装置を示す断
面図である。
【図２】図１に示したバルブ装置のアクチュエータを制
御するために適する駆動回路を示す回路図である。
【図３】アクチュエータを通って流れる電流およびアク
チュエータの電機子の動きを示すグラフである。
【図４】他の電流波形を示す図３と同様なグラフであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597117422 キャタピラー・インコーポレイテッド Ｃａｔｅｒｐｉｌｌａｒ Ｉｎｃ. アメリカ合衆国 イリノイ州 61629− 6490，ペオリア，アダムスストリート，エ ヌ．イー． 100 (72)発明者 アンソニー・トーマス・ハルコムベ イギリス国 ティーダブリュー10 ５ディ ーゼット，サレイ，リッチモンド，ワレ ン・アヴェニュー １

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 アクチュエータが比較的小さな力を発生
    するように前記アクチュエータに第１の低い電圧を印加
    し、前記アクチュエータが比較的大きな力を発生するよ
    うに前記アクチュエータに第２のより高い電圧を印加す
    ることを特徴とする２段階持ち上げ型の電磁作動のアク
    チュエータの制御方法。
  2. 【請求項２】 前記比較的小さな力が第１のばね負荷に
    抗して休止位置から第１中間位置へ電機子（５６）を動
    かすのに十分であり、前記比較的大きな力が第２のばね
    負荷に抗して第２位置へ前記電機子（５６）を動かすの
    に十分であることを特徴とする請求項１に記載の制御方
    法。
  3. 【請求項３】 前記電機子（５６）が前記第１位置に動
    かされ、該位置に保持され、続いて前記第２位置へ動か
    されることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
  4. 【請求項４】 前記電機子（５６）が前記アクチュエー
    タへ前記第２電圧を印加することにより前記第２位置へ
    動かされ、前記電機子（５６）が次いで前記第２電圧を
    解除することにより前記第１位置へ動かされることを特
    徴とする請求項２に記載の制御方法。
  5. 【請求項５】 前記アクチュエータへ第１の低い電圧を
    印加するステップが先行され、中断され、または前記第
    ２電圧を前記アクチュエータに印加する追加のステップ
    が追随することを特徴とする請求項１、２、３または４
    のいずれか１項に記載の制御方法。
  6. 【請求項６】 アクチュエータの巻線に付勢するのに低
    い電圧源を使用し、前記低い電圧源が所定の時間内で所
    望の範囲に前記アクチュエータを付勢することができな
    い場合に付勢を助けるために高い電圧源を使用すること
    を特徴とする電磁アクチュエータの制御方法。
  7. 【請求項７】 さらに、前記低い電圧源の電圧を監視
    し、前記アクチュエータの付勢において前記高い電圧源
    を使用するかどうかを判断する際に、測定された電圧を
    用いることを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
  8. 【請求項８】 前記監視ステップが前記アクチュエータ
    の付勢の前に行われることを特徴とする請求項７に記載
    の制御方法。
  9. 【請求項９】 さらに、前記高い電圧源を用いて前記ア
    クチュエータを付勢するかどうかを判断する際に、前記
    アクチュエータの応答時間を測定し用いることを特徴と
    する請求項６に記載の制御方法。
  10. 【請求項１０】 さらに、所定のレベルに達するために
    必要なアクチュエータに電流が流れる時間を測定し、前
    記高い電圧源を用いて前記アクチュエータを付勢するか
    どうかを判断するする際に、前記測定された時間を使用
    することを特徴とする請求項６に記載の制御方法。
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