(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁力によりアーマチャ（１）を駆動する電磁アクチュエータ（２）と、
この電磁アクチュエータ（２）の作動により直接または間接的に駆動される被駆動体（３）と、
この被駆動体（３）に設けた永久磁石（４）と、
この永久磁石（４）の変位に応じた出力を発生する磁気検出手段（５）と、
前記被駆動体（３）の移動に伴う前記磁気検出手段（５）の実出力（Ｂ）から、前記電磁アクチュエータ（２）の作動に伴う前記磁気検出手段（５）の影響出力（Ｃ）を考慮して、前記被駆動体（３）の変位量を求める演算装置（６）と、
を具備する変位量検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変位量検出装置において、
前記演算装置（６）は、
前記電磁アクチュエータ（２）の通電を開始した際における前記磁気検出手段（５）の影響出力を通電開始波形（Ｃ１）として記憶し、
前記電磁アクチュエータ（２）の通電を停止した際における前記磁気検出手段（５）の影響出力を通電停止波形（Ｃ２）として記憶し、
前記電磁アクチュエータ（２）のオンとオフの作動に応じて前記通電開始波形（Ｃ１）と前記通電停止波形（Ｃ２）を合成して前記影響出力（Ｃ）を生成する生成手段を備えることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の変位量検出装置において、
前記演算装置（６）は、前記被駆動体（３）の移動に伴う前記磁気検出手段（５）の実出力（Ｂ）から、前記電磁アクチュエータ（２）の作動に伴う前記磁気検出手段（５）の影響出力（Ｃ）を減算して得られた波形を積分し、この積分値から前記被駆動体（３）の変位量を求めることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の変位量検出装置において、
前記被駆動体（３）は、燃料噴射弁のニードルであることを特徴とする変位量検出装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の変位量検出装置において、
前記磁気検出手段（５）は、磁束変化によって起電力が生じる磁気検出コイルであることを特徴とする変位量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被駆動体に設けた永久磁石によって被駆動体の変位量を求める変位量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（従来技術）
被駆動体に設けた永久磁石によって被駆動体の変位量を求める変位量検出装置の一例として、特許文献１に開示される技術が知られている。
この特許文献１の技術は、ニードル（被駆動体の一例）に永久磁石を設け、この永久磁石の磁束の影響範囲に検出コイル（磁気検出手段の一例）を装着したものであり、インジェクタの作動時に検出コイルに生じた「実出力（起電力）」を用いてニードルの移動量を求めるものである。
【０００３】
（従来技術の問題点）
特許文献１の技術は、ニードルを直接あるいは間接的に駆動する駆動手段がピエゾアクチュエータである。
ピエゾアクチュエータは、ピエゾ素子（具体的にはピエゾ素子が多数積層されてなるピエゾスタック）の充放電によって生じる変位作用を用いるものであり、作動時（充放電時）には磁束変化を伴わない。このため、ピエゾアクチュエータの作動時に、ピエゾアクチュエータは検出コイルに磁束の影響を与えない。
このように、特許文献１の技術は、検出コイルに永久磁石による磁束変化のみが与えられるため、検出コイルに生じた「実出力」に基づいてニードルの移動量を求めることができる。
【０００４】
しかるに、駆動手段として一般的に広く利用されている電磁アクチュエータを適用した場合には、電磁アクチュエータの作動時（ＯＮ時およびＯＦＦ時）に生じる磁束の影響が検出コイルに及んでしまう。このため、検出コイルに生じた「実出力」に基づいてニードルの移動量を求めると、ニードルの移動量の算出精度が大きく悪化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３１６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、駆動手段として電磁アクチュエータを用いても高精度で被駆動体の変位量を求めることのできる変位量検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［請求項１の手段］
請求項１の変位量検出装置は、電磁アクチュエータの作動に伴って磁気検出手段に生じる「影響出力」を考慮して被駆動体の変位量を求める。このため、駆動手段として電磁アクチュエータを用いても、被駆動体の変位量を高精度で求めることができる。
【０００８】
［請求項２の手段］
請求項２の変位量検出装置は、「電磁アクチュエータをＯＮした際の通電開始波形」と「電磁アクチュエータをＯＦＦした際の通電停止波形」とを記憶し、記憶した「通電開始波形」と「通電停止波形」を合成して「影響出力」を生成する。このため、電磁アクチュエータのＯＮ−ＯＦＦ制御が複雑化しても、「通電開始波形」と「通電停止波形」を合成した「影響出力」を用いることにより、データ量を抑えて、被駆動体の変位量を高精度で求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電磁式インジェクタの概略断面図である（実施例１）。
【図２】検出コイルに起電力が生じる原理説明図である（実施例１）。
【図３】磁気検出手段に生じる「実出力」の説明図である（実施例１）。
【図４】磁気検出手段に生じる「影響出力」の説明図である（実施例１）。
【図５】磁気検出手段に生じた「実出力」から「影響出力」を考慮して被駆動体の変位量を求める説明図である（実施例１）。
【図６】「通電開始波形」と「通電停止波形」の説明図である（実施例２）。
【図７】磁気検出手段に生じた「実出力」から「影響出力」を考慮して被駆動体の変位量を求める説明図である（実施例２）。
【図８】磁気検出手段に生じた「実出力」から「影響出力」を考慮して被駆動体の変位量を求めるフローチャートである（実施例２）。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
変位量検出装置は、
（ａ）磁力によりアーマチャ１を駆動する電磁アクチュエータ２と、
（ｂ）この電磁アクチュエータ２の作動により直接または間接的に駆動される被駆動体３（後述する実施例ではニードル）と、
（ｃ）この被駆動体３に設けた永久磁石４と、
（ｄ）この永久磁石４の変位に応じた出力を発生する磁気検出手段５（後述する実施例では検出コイル）と、
（ｅ）電磁アクチュエータ２をＯＮした際における「磁気検出手段５の影響出力を通電開始波形Ｃ１」として記憶し、電磁アクチュエータ２の通電をＯＦＦした際における「磁気検出手段５の影響出力を通電停止波形Ｃ２」として記憶し、電磁アクチュエータ２のＯＮ−ＯＦＦ作動に応じて「通電開始波形Ｃ１」と「通電停止波形Ｃ２」を合成して「影響出力Ｃ」を生成し、被駆動体３の移動に伴う磁気検出手段５の「実出力Ｂ」から「影響出力Ｃ」を考慮（減算等）して、被駆動体３の変位量を求める演算装置６（後述する実施例ではＥＣＵ）と、
を具備して構成される。
【実施例】
【００１１】
以下において本発明をエンジン（内燃機関）に燃料を噴射する燃料噴射装置に適用した一例（実施例）を、図面を参照して説明する。以下の実施例は具体的な一例を示すものであって、本発明が実施例に限定されないことはいうまでもない。
なお、以下の実施例において、上記「発明を実施するための形態」と同一符号は同一機能物を示すものである。また、以下では、図１の上側を上、図１の下側を下と称して説明するが、実際の搭載方向を限定するものではない。
【００１２】
［実施例１］
図１〜図５を参照して実施例１を説明する。
燃料噴射装置は、
・エンジンの各気筒に燃料を噴射する電磁式インジェクタ７と、
・この電磁式インジェクタ７の作動を制御するＥＣＵ６（エンジン・コントロール・ユニットの略）と、
を備えて構成される。
【００１３】
電磁式インジェクタ７は、高圧通路１０を介して供給される加圧燃料（燃料の種類は問わない）の噴射を行う噴射ノズル１１を備えている。
この噴射ノズル１１は、
・インジェクタボディ１２にリテーニングナット１３等を介して締結されるノズルボディ１４と、
・このノズルボディ１４の内部に組付けられるニードル３と、
を備える。
【００１４】
具体的に、ノズルボディ１４の内部には、上方から下方へ向けて燃料を導くノズル孔（内部空間）が形成されている。
ノズル孔の下端には、円錐形状を呈する弁座が設けられており、この弁座の下部には、燃料を噴射するための噴孔１５が設けられている。
【００１５】
ニードル３は、上下方向へ延びるシャフト形状を呈するものであり、ノズル孔の中心部において上下方向へ摺動自在に支持される。具体的な一例としてこの実施例では、ノズルボディ１４の内部に配置されるノズルシリンダ１６の内周面によって、ニードル３が上下方向へ摺動自在に支持される。
【００１６】
ニードル３は、ノズル孔に供給される高圧燃料（具体的には、受圧面積差）によって上方へ向かう「上昇力」が付与される。
一方、ニードル３の上側には、後述する制御弁によって圧力が制御される背圧室１７が設けられており、「背圧室１７の圧力」と「ニードル３を下方へ付勢するニードルスプリング１８」の合力が、上述した「上昇力」を上回ることで、ニードル３が下方に向けて押し付けられる。
ニードル３の下端には、円錐形状を呈する縮径部が設けられており、この縮径部が弁座に着座することにより、ノズル孔の内部（高圧燃料の供給空間）と噴孔１５の連通が遮断される。
【００１７】
ニードル３を駆動するための駆動手段として、電磁アクチュエータ２を用いている。
この電磁アクチュエータ２は、
・通電により磁力を発生するコイル２１を用いたソレノイド２２と、
・このソレノイド２２が発生する磁力により上方へ磁気吸引されるアーマチャ１（可動コア）と、
・このアーマチャ１を下方へ付勢するソレノイドスプリング２３と、
を備えて構成される。
【００１８】
この電磁アクチュエータ２は、背圧室１７の油圧をコントロールする制御弁２４を作動させるものであり、この実施例ではアーマチャ１に制御弁２４が一体化して設けられている。
この制御弁２４は、リーク出口２５を介して連通される低圧通路２６（燃料の一部を燃料タンクへ戻すリターン通路）と背圧室１７との連通状態を切り替えるものであり、
・電磁アクチュエータ２をＯＮすることで、制御弁２４を上昇→背圧室１７の圧力を低下→ニードル３を上昇→燃料噴射を実行させ、
・電磁アクチュエータ２をＯＦＦすることで、制御弁２４を下降→背圧室１７の圧力を上昇→ニードル３を下降→噴射停止を実行させるものである。
即ち、電磁アクチュエータ２を通電制御することで、背圧室１７の油圧がコントロールされて、噴射制御が実行される。
【００１９】
なお、具体的な一例としてこの実施例では、背圧室１７が、制御プレート２７によって上側背圧室と下側背圧室に分割して設けられるが、限定されるものではない。
【００２０】
ＥＣＵ６は、コンピュータを用いた制御装置であり、エンジンの運転状態に応じて上述した電磁アクチュエータ２（具体的にはソレノイド２２におけるコイル２１）の通電制御を実施することで、エンジンの運転状態に応じた燃料の噴射制御を実施する。
この実施例の燃料噴射装置には、ニードル３のリフト量を検出する変位量検出装置が搭載されている。
【００２１】
この変位量検出装置は、
・ニードル３（被駆動体に相当する）の変位に応じた出力を発生するピックアップと、
・このピックアップの出力を用いてニードル３のリフト量を算出するＥＣＵ６（演算装置に相当する）と、
を用いて構成される。
【００２２】
ピックアップの一例を、図１、図２を参照して説明する。
ピックアップは、
・ニードル３に設けた永久磁石４と、
・この永久磁石４の変位に応じた出力を発生する検出コイル５（磁気検出手段に相当する）と、
を用いて構成される。
【００２３】
永久磁石４は、高温環境下において磁束低下の小さい磁石（例えば、アルニコマグネット等）が用いられるものであり、この実施例の永久磁石４は棒状を呈し、ニードル３の上部の中心に形成された穴の内部に埋設固定されている。
ニードル３に対する永久磁石４の固定技術は限定されるものではないが、具体的な一例としてこの実施例では接着剤を用いてニードル３に永久磁石４を固定したものである。
【００２４】
検出コイル５は、永久磁石４の磁束の影響範囲に装着される。具体的な一例として、この実施例の検出コイル５は、図１に示すように、ノズルボディ１４と絞りプレート２８（環状溝２９が形成されるプレート）との間に挟まれる非磁性プレート３０の外周溝に設けられる。
そして、図２に示す状態（永久磁石４の磁束の影響が検出コイル５に及ぶ状態）で、永久磁石４を可動させることで、検出コイル５に起電力が生じる。検出コイル５内を鎖交する磁束量が多いほど検出コイル５が発生する電流量が多くなることは公知である。
【００２５】
ここで、電磁アクチュエータ２を作動させた際に、検出コイル５が発生する出力を「実出力」と称する。
具体的に、
・図３（ａ）の実線Ａに示す「指令値」により電磁アクチュエータ２を作動させた際、
・検出コイル５には、図３（ｂ）の実線Ｂに示す「実出力」が得られる。
【００２６】
この図３（ｂ）の「実出力（実線Ｂ）」を積分すると、図３（ｃ）の実線αに示す「積分波形」が得られる。
この「積分波形（実線α）」からではニードル３のリフト量を換算できない。
その理由は、電磁式インジェクタ７を作動させた際に、永久磁石４の可動に伴う磁束変化に加え、ソレノイド２２が生じた磁束の影響が、検出コイル５に及んでいるからである。
【００２７】
一方、「永久磁石４が可動しない状態」で図４（ａ）の「指令値（実線Ａ）」によって電磁アクチュエータ２を通電した場合、ソレノイド２２が生じる磁束変化のみが検出コイル５に作用し、図４（ｂ）の実線Ｃに示すセンサ出力（検出コイル５の出力）が得られる。
この時（永久磁石４が可動しない場合）に検出コイル５が発生する出力を「影響出力（実線Ｃ）」と称する。
【００２８】
ＥＣＵ６には、「実出力（実線Ｂ）」から「影響出力（実線Ｃ）」を減算してニードル３の変位量を求める演算機能がプログラムされている。
【００２９】
ＥＣＵ６の具体的な演算機能は、
（ａ）図５（ａ）に示す「指令値（実線Ａ）」を発生させて、
（ｂ）図５（ｂ）に示す「実出力（実線Ｂ）」が得られた場合、
（ｃ）「実出力（実線Ｂ）」から、予めＥＣＵ６のメモリに記憶させておいた「影響出力（実線Ｃ）」を減算して、図５（ｄ）の実線Ｄに示す「演算波形（実出力から影響出力を減算した波形：ソレノイド２２の影響を除去した波形）」を求め、
（ｄ）この「演算波形（実線Ｄ）」を積分して図５（ｅ）の実線βに示す「積分波形」を求め、この「積分波形（実線β）」を「ニードル３のリフト量」とするプログラムである。
【００３０】
この「積分波形（実線β）」は、ニードル３のリフト量に相似であり、この時の燃料噴射率を図５（ｆ）の実線Ｆに示す。
【００３１】
この実施例１の燃料噴射装置は、上述したように、電磁アクチュエータ２の作動に伴って生じる検出コイル５の「影響出力（実線Ｃ）」を減算して、ニードル３のリフト量を求める。
このように、ニードル３を駆動制御する手段として電磁アクチュエータ２を用いても電磁アクチュエータ２が検出コイル５に及ぼす影響をＥＣＵ６の処理によって排除することができ、ニードル３のリフト量を高精度で求めることができる。
【００３２】
なお、ＥＣＵ６は、
・「算出したニードル３のリフト量」が「予め設定した初期リフト量（記憶値）」に対して変化した場合に、規定の噴射量が得られるように噴射期間や噴射タイミングを自動補正するフィードバック補正機能（プログラム）を備えるとともに、
・「算出したニードル３のリフト量」が「予め設定した初期リフト量（記憶値）」に対して大きく変化した場合に、「不具合が発生した旨の信号」を発生する自己判断機能（プログラム）を備えるものである。
【００３３】
［実施例２］
実施例２を、図６〜図８を参照して説明する。なお、以下の実施例において、上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
上記実施例１で示したように、「実出力（実線Ｂ）」から「影響出力（実線Ｃ）」を減算して「演算波形（実線Ｄ）」を求めるには、予めソレノイド２２が検出コイル５に与える「影響出力（実線Ｃ）」を事前にＥＣＵ６に記憶させておく必要がある。
【００３４】
しかるに、ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置などのように「指令値（実線Ａ）」の制御範囲が広く、またマルチ噴射等が実行されるものでは、全ての「指令値（実線Ａ）」に対応した「影響出力（実線Ｃ）」を事前にＥＣＵ６に記憶させようとすると、「影響出力（実線Ｃ）」のデータが膨大になってしまう。
【００３５】
そこで、この実施例のＥＣＵ６のメモリには、事前に、
・図６（ａ）、（ｂ）に示すように、電磁アクチュエータ２の通電を開始した際（実線Ａに示す「ＯＮ指令値」を発生させた際）に、検出コイル５に生じる「影響出力を通電開始波形（実線Ｃ１）」として記憶させ、
・図６（ｃ）、（ｄ）に示すように、電磁アクチュエータ２の通電を停止した際（実線Ａに示す「ＯＦＦ指令値」を発生させた際）に、検出コイル５に生じる「影響出力を通電停止波形（実線Ｃ２）」として記憶させておく。
【００３６】
さらに、ＥＣＵ６には、実際のエンジンの運転時において、
・実施例１の図４（ａ）に示す「指令値（実線Ａ）」のＯＮとＯＦＦのタイミングで、上述した「通電開始波形（実線Ｃ１）」と「通電停止波形（実線Ｃ２）」を合成して、
・実施例１の図４（ｂ）に示す「影響出力（実線Ｃ）」を生成する生成手段（プログラム）が設けられる。
【００３７】
そして、ＥＣＵ６は、実際のエンジンの運転時において、
（ａ）図７（ａ）に示す「指令値（実線Ａ）」を発生させ、
（ｂ）図７（ｂ）に示す「実出力（実線Ｂ）」が得られた場合、
（ｃ）図７（ｃ）に示す「影響出力（実線Ｃ）」を影響出力生成手段によって生成し、
（ｄ）「実出力（実線Ｂ）」から合成により生成した「影響出力（実線Ｃ）」を減算した「演算波形（実線Ｄ）」を積分して「積分波形（実線β）」を求め、この「積分波形（実線β）」を、図７（ｄ）に示すように、「ニードル３のリフト量」として算出する。
【００３８】
なお、図７（ｃ）の実線Ｃ’は、「永久磁石４が可動しない状態」で「指令値（実線Ａ）」を与えた場合における実際の「影響出力（実波形）」であり、影響出力生成手段で生成した波形（実線Ｃ）と相似であることが確認できる。
また、図７（ｄ）の実線β’は、実際のニードル３のリフト量を示す「実波形」であり、ＥＣＵ６が算出した「ニードル３のリフト量（実線β）」と相似であることが確認できる。
【００３９】
次に、ＥＣＵ６の具体的な演算例を、図８のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１では、「指令値（実線Ａ）」がＯＮしたか否かを判断する。
また、ステップＳ２では、「指令値（実線Ａ）」がＯＦＦしたか否かを判断する。
【００４０】
ステップＳ１がＹＥＳの場合（指令値がＯＮされた場合）、ステップＳ３により検出コイル５の出力の読み込みを開始して「実出力（実線Ｂ）」による波形形成を開始するとともに、ステップＳ４においてメモリから「通電開始波形（実線Ｃ１）」を読み込む。
【００４１】
ステップＳ２がＹＥＳになると（指令値がＯＦＦされると）、ステップＳ５においてメモリから「通電停止波形（実線Ｃ２）」を読み込む。
そして、ステップＳ６では、上述したステップＳ４、Ｓ５により読み出した「通電開始波形（実線Ｃ１）」と「通電停止波形（実線Ｃ２）」を指令値のＯＮ−ＯＦＦタイミングで合成して「影響出力（実線Ｃ）」を生成する。
【００４２】
そして、ステップＳ７では、ステップＳ３により得られた「実出力（実線Ｂ）」から、ステップＳ６で得た「影響出力（実線Ｃ）」を減算（合成）して「演算波形（実線Ｄ）」を算出する。
続く、ステップＳ８において、ステップＳ７で求めた「演算波形（実線Ｄ）」を積分して「積分波形（実線β）」を求め、この「積分波形（実線β）」を「ニードル３のリフト量」とする。
【００４３】
この実施例２の燃料噴射装置は、上述したように、「電磁アクチュエータ２をＯＮした際の通電開始波形（実線Ｃ１）」と「電磁アクチュエータ２をＯＦＦした際の通電停止波形（実線Ｃ２）」とをＥＣＵ６のメモリに予め記憶しておき、記憶した「通電開始波形（実線Ｃ１）」と「通電停止波形（実線Ｃ２）」を合成した「影響出力（実線Ｃ）」を生成する。
このため、ディーゼルエンジン用の燃料噴射装置のように「指令値（実線Ａ）」の制御範囲が広く、またマルチ噴射等が実行されるものであっても、ＥＣＵ６に記憶させるデータ量を抑えることができる。即ち、電磁アクチュエータ２のＯＮ−ＯＦＦ制御が複雑化しても、「通電開始波形（実線Ｃ１）」と「通電停止波形（実線Ｃ２）」を合成した「影響出力（実線Ｃ）」を用いることにより、データ量を抑えて、ニードル３のリフト量を高精度で求めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
上記の実施例では、電磁アクチュエータ２が背圧室１７の圧力をコントロールしてニードル３を駆動する例を示したが、電磁アクチュエータ２が直接ニードル３を駆動するタイプのインジェクタに本発明を適用しても良い。
【００４５】
上記の実施例では、積分前の「実出力」と「影響出力」を用いて被駆動体（実施例ではニードル３）の変位量を求める例を示したが、積分後の「実出力」と「影響出力」を用いて被駆動体の変位量を求めても良い。
【００４６】
上記の実施例では、「実出力」と「影響出力」の波形を形成した後に被駆動体（実施例ではニードル３）の変位量を求める例を示したが、「実出力」の波形中に「影響出力」を考慮（実施例では減算）して被駆動体の変位量を求めても良い。
【００４７】
上記の実施例では、磁気検出手段の具体的な一例として検出コイル５を用いたが、限定されるものではなく、永久磁石４の変位を検出できる他のもの（例えば、ホール素子を用いたセンサ等）であっても良い。
【００４８】
上記の実施例では、被駆動体の具体的な一例としてニードル３を用いたが、計測対象はニードル３に限定されるものではなく、電磁アクチュエータ２によって直接または間接的に駆動される他のもの（例えばバルブ等）であっても良い。
【符号の説明】
【００４９】
１  アーマチャ
２  電磁アクチュエータ
３  ニードル（被駆動体）
４  永久磁石
５  検出コイル（磁気検出手段）
６  ＥＣＵ（演算装置）
【図１】
0005855984.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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