(57)【要約】  電磁石２１によって作動され得る少なくとも１つの弁３を有する内燃機関のインジェクタ１を予熱するための方法と装置において、内燃機関が起動される前に電磁石２１のコイルが付勢され、予熱電圧４２が電磁石２１のコイルに周期的に付加され、アーマチャの反応によって生じた局部電流の極小値４３及び／又は局部電流の極大値４４を検出するために、コイル内の電流特性３３が監視され、評価される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関が起動される前に電磁石のコイルが付勢され、前記電磁石で駆動される少なくとも１つの弁を含む前記内燃機関のインジェクタを予熱する方法において、
前記電磁石（２１）の前記コイルが予熱電圧（４２）で周期的に電力を供給され、
前記コイル内の電流特性（３３）が監視され、アーマチャの反応によって生じる局部電流の極小値（４３）及び／又は極大値（４４）を検出するための評価の対象とされることを特徴する方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記電磁石（２１）の前記コイルが、周期的に交互に予熱電圧（４２）で電力が供給され、短絡されることを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記コイル内の前記電流（３３）が飽和レベル（４５）に達する前に弁閉部材が動かされるように、前記予熱電圧（４２）が選択されることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１、２又は３に記載の方法において、前記コイル内の前記電流が飽和レベルに達する前に前記弁閉部材がその最大ストロークに達するように、前記予熱電圧が選択されることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法において、前記予熱電圧（４２）での前記コイルへの前記電力の供給と、前記アーマチャの反応によって生じる電流の極小値（４３）の発生との間の時間間隔（４６）が測定され、前記測定された時間間隔（４６）が、規定された設定値より小さくなるとすぐに、前記コイルへの前記周期的な電力の供給が停止されることを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法において、前記コイルの短絡と、前記アーマチャの反応によって生じる電流の極大値（４４）の発生との間の時間間隔（４７）が測定され、前記測定された時間間隔が、規定された設定値より小さくなるとすぐに前記コイルへの前記周期的な電力の供給が停止されることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法において、前記コイルの温度が監視され、前記付勢期間の間の前記時間間隔（３０）が前記温度に応じて制御されることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１から７までのいずれか一項に記載の方法において、前記温度が前記コイルの抵抗から計算されることを特徴とする、方法。
【請求項９】
電磁石（２１）のコイルを付勢するための制御装置を含む、前記電磁石（２１）で駆動される少なくとも１つの弁（３）を含む内燃機関のインジェクタ（１）を予熱するための、具体的には請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法を実行するための装置において、
前記制御装置が前記電磁石（２１）の前記コイルを予熱電圧（４２）で周期的に付勢するように構成され、
前記コイル内の前記電流特性（３０）が監視され、アーマチャの反応によって生じる局部電流の極小値（４３）及び／又は極大値（４４）を検出するための評価の対象とされる、評価装置が設けられていることを特徴とする、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記電磁石（２１）の前記コイルが、周期的に交互に予熱電圧（４２）で電力を供給され、短絡されるように、前記制御装置が構成されることを特徴とする、装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の装置において、前記コイル内の電流（３３）が飽和レベル（４５）に達する前に前記弁閉部材が動かされるように、予熱電圧（４２）が選択されることを特徴とする、装置。
【請求項１２】
請求項９、１０又は１１に記載の装置において、前記コイル内の電流（３０）が飽和レベル（４５）に達する前に前記弁閉部材がその最大ストロークに達するように、予熱電圧（４２）が選択されることを特徴とする、装置。
【請求項１３】
請求項９から１２までのいずれか一項に記載の装置において、前記予熱電圧（４２）での前記コイルへの電力の供給と、前記アーマチャの反応によって生じる電流の極小値（４３）の発生との間の時間間隔（４６）を測定するように前記評価回路が構成され、前記測定された時間間隔（４６）が、規定された設定値より小さくなるとすぐに、前記コイルへの周期的な電力の供給が停止されることを特徴とする、装置。
【請求項１４】
請求項９から１３までのいずれか一項に記載の装置において、前記評価回路が、前記コイルの前記短絡と、前記アーマチャの反応によって生じる電流の極大値（４４）の発生との間の前記時間間隔（４７）を測定するように構成され、前記測定された時間間隔（４７）が、規定された設定値より小さくなるとすぐに前記コイルへの周期的な電力の供給が停止されることを特徴とする、装置。
【請求項１５】
請求項９から１４までのいずれか一項に記載の装置において、前記制御装置が、前記コイルの前記温度を検出するための手段を備え、前記付勢期間の間の前記時間間隔（３０）が前記温度に応じて制御されることを特徴とする、装置。
【請求項１６】
請求項９から１５までのいずれか一項に記載の装置において、前記温度を検出するための前記手段が抵抗を測定する手段を備え、前記温度が前記コイルの前記抵抗から計算されることを特徴とする、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関が起動される前に電磁石のコイルが付勢され、その電磁石で駆動される少なくとも１つの弁を含む内燃機関のインジェクタを予熱する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基本的に、インジェクション・システムのインジェクタ、特にコモンレールのディーゼル・インジェクション・システムは、一般にノズル固定ナットで一緒に保持された数個の部品を有する。ノズル・ニードルは、インジェクタのノズル本体の中で長手方向に移動可能な態様に案内されており、ノズル・ニードルは数個の開かれた空間を有し、燃料はそこを通ってノズル前室からノズル・ニードルの先端部に流れることができる。一般に、ノズル・ニードルの先端部には封止座面が設けられており、ノズル・ニードルが閉じられたときに燃料が燃焼室に到達することを防止する。ノズル・ニードルは、その周囲に圧力スプリングを支持するカラーを有し、圧力スプリングはノズル・ニードルが閉じるように作用する。ノズル・ニードルの先端部と反対側のノズル・ニードルの端部は、制御室内に開かれており加圧された燃料で付勢され得る。この制御室には、少なくとも１つの入口チャンネル及び少なくとも１つの出口チャンネルが連結され得る。連結された全てのチャンネルはそれぞれ、少なくとも１つの絞り点を有する。多くの場合、制御室内の圧力は電磁石で作動される制御弁により制御可能である。弁が作動させられると、燃料は制御室から流出することが可能となり、それによってその中の圧力を減じる。封止座面に作用する燃料圧力は、調節可能な制御室圧力より小さいとき、ノズル・ニードルを開とし、それによって少なくとも１つの噴射口を通して、燃料が燃焼室に噴射させられることになる。絞りが設けられた個々のチャンネルを通る流量がノズル・ニードルの開閉速度を決定する。
【０００３】
このタイプのインジェクタが、粘性の高い燃料（例えば、重油）で運転される場合には、噴射に必要な粘性を実現するために燃料の加熱が必要なことがある。従って通常、そのような燃料を使用するときは、内燃機関を停止する前に粘性がより低い第２の燃料（例えばディーゼル・オイル）でインジェクション・システムを洗浄することになる。これは、インジェクタ内で高粘性の燃料が冷却すること、及び内燃機関の運転開始時にインジェクション・システムの機能に悪影響を与えること、又は機能不全さえ起こすことを防止するために役立つ。
【０００４】
ＵＳ５２０１３４１Ａは、燃料インジェクタに使用可能な、流体の流れを制御する電磁弁を示し、説明しており、そこで加熱される燃料は、電磁石のコイルによって生成された変動磁場によって加熱される。
【０００５】
ＤＥ１０１００３７５Ａ１は、ノズル組立体を備える微粒化手段を含む加熱オイル・バーナの運転方法を示し、説明しており、ノズル組立体の中を加熱オイルが流れ、電気エネルギーで加熱されることが可能であり、加熱オイルを加熱するための加熱エネルギーは、電磁弁の駆動コイルに適切なエネルギーを加えることによって導入される。この方法では、電磁弁が運転段階にあるときも、暖機段階で電磁弁が閉のときも共に、アクチュエータに供給される電流によって加熱が実行される。
【０００６】
ＤＥ１０１３６０４９Ａ１によって、１個又は数個の磁気コイルを有する燃料インジェクタ内の燃料を加熱するための方法が知られており、この方法では燃料インジェクタの磁気コイルが、燃料の加熱のために使用される。この文書で提案された方法は、燃料噴射弁を作動させるための、単一コイルの磁石組立体を含む燃料インジェクタ、及び二重コイルの磁石組立体を含む燃料インジェクタ、の両方に適用可能である。これらのケースにおいて燃料インジェクタに設けられた磁気コイルは、一方では、追加の加熱要素、従って費用及び構造空間を省略することが可能な加熱要素として運転され、他方では、燃料インジェクタ内の磁気コイルの配置に従って、インジェクタ本体の急速加熱、従って燃料供給装置又は高圧貯蔵室から供給された燃料を急速加熱することが可能な加熱要素として運転される。
【０００７】
ＤＥ４４３１１８９Ａ１により、内燃機関に用いる燃料を予熱する方法が知られており、この方法では、電気的に作動される燃料の噴射弁を用いることにより、低温燃料の場合に電気作動の電力損失が増加するが、その廃熱は燃料の予熱に使用される。提案された方法を用いて、電気的又は電磁的に作動されるインジェクション・ノズルを有する内燃機関の単独の電気加熱要素の代替として、噴射弁の電気的又は電磁的な弁作動に対するエネルギー供給を人工的に増加することによって、燃料を加熱するための熱エネルギーを供給することが推奨される。これは、例えば、規定された時間範囲における周囲温度及び冷却剤温度に応じて、又は規定された燃料温度に達するまで、電気接点によって電流がインジェクション・ノズルの巻線を通して流れるようにして、車両のドアが開の間は電気接点を閉にすることによって、実現されるであろう。その際、それらの措置にかかわらず、燃料が噴出部に到達しないことが確実に行われる。
【０００８】
しかし、ＤＥ４４３１１８９Ａ１で知られている方法は、例えば重油などの同じく高粘性の燃料が十分に加熱され、噴射に必要とされるまで粘性を低下させることは保証していない。特に、インジェクタの加熱によって実際に所望の結果を達したか、即ち弁閉部材が粘性のある重油によって阻害されずに自由な可動状態にあるか、という点に関しては具体的に制御していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って本発明は、ＤＥ４４３１１８９Ａ１とは離れて、インジェクション・システムを予熱する方法を提供することを目的としており、この方法は、例えば重油などの高粘性の燃料で運転されるインジェクタに適したものであって、機能を満足する状態が達成されるまで加熱を確実に遂行するように、加熱時間及び加熱温度を制御することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的を解決するために、本発明に基づく方法は、電磁石のコイルが予熱電圧で周期的に電力を供給され、コイル内の電流特性が監視され、アーマチャの反応によって生じる局部電流の極小値及び／又は極大値を検出するための評価の対象とされることを、本質的な特徴とする。このようなモードの手順で、周期的に行われる付勢手順のいずれかを監視することにより、インジェクタの予熱によって、そのように粘性を低下させ、電磁弁の弁閉部材が自由な可動状態になっていることを判断できる。この場合、弁閉部材の可動状態はアーマチャの反応から判断され、アーマチャの反応は局部電流の極小値及び／又は極大値によって検出可能である。このようにして、加熱手順の精密な制御が可能となり、また過熱も同時に回避される。周期的に付勢する各手順に引き続いて電磁石は短絡されることが好ましく、その結果好ましい手順のモードに従って、電磁石のコイルは周期的に交互に予熱電圧で電力が供給され、及び短絡されることが実現される。
【００１１】
アーマチャの反応に基づいて弁閉部材の可動性を検出できることを保証するために、コイル内の電流が飽和レベルに達する前に弁閉部材が動かされるように、予熱電圧を選択すると有利である。コイル内の電流が飽和レベルに達する前に、弁閉部材がその最大ストロークに達するように予熱電圧が選択されれば、さらに精密な制御が遂行できるであろう。このような予熱電圧を選択すると、コイル内の電流を観察して、どの時点で弁閉部材の可動性が最大ストロークを移動できるレベル、従ってインジェクタの通常運転モードを提供するレベルに達したかを判断することが実行可能である。
【００１２】
弁閉部材の十分な動力学特性を確保するために、予熱電圧でのコイルへの電力の供給と、アーマチャの反応によって生じる電流の極小値の発生との間の時間間隔が測定され、測定された時間間隔が、規定された設定値より小さくなるとすぐに、コイルへの周期的な電力の供給が停止される形で進められることが好ましい。予熱電圧でのコイルへの電力の供給と、コイル電流における電流極小値の発生との間の時間間隔を検出することにより、燃料、特に重油、の粘性が低下するまで予熱を実行することが可能であり、十分に急速な作動、及び特に、十分に急速な弁閉部材の開動作ができる。弁閉部材の閉手順に関しては、コイルの短絡と、アーマチャの反応によって生じる電流の極大値の発生との間の時間間隔を測定することが好ましい形で進められれば、十分に速い速度のこの閉手順は検知されるであろう、そして測定された時間間隔が、規定された設定値より小さくなるとすぐに、コイルへの周期的な電力の供給が停止される。
【００１３】
周期的に開始された電力供給手順を過度に急速に継続することによりコイルが過熱することを防止するために、コイルの温度が監視され、電力の供給期間の間の時間間隔が温度に応じて制御される態様で進められることが好ましい。この際、コイルの温度はコイルの抵抗から簡単な方法で計算される。
【００１４】
以下に、図面に概略的に示された例示的な実施例を参照し、本発明をより詳細に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１及び図２は、インジェクタ本体２、弁配列又は弁３、中間プレート４、インジェクタ・ノズル５、及びノズル固定ナット６を有するインジェクタ１を示す。インジェクタ・ノズル５はノズル・ニードル７を有し、ノズル・ニードル７は、インジェクタ・ノズル５内で長手方向に移動可能な態様で案内されており、燃料がノズル前室８からノズル・ニードルの先端部９に流れることができるように数個の開かれた空間を有する。ノズル・ニードル７が開にされると、燃料は少なくとも１つの噴射口１０を通って燃焼室１１内に噴射される。ノズル・ニードル７は外面の周囲に、ノズル・ニードル７に閉じ力を加える圧縮スプリング１３を支持するためのカラー１２を有する。ノズル・ニードル７は、ノズル・ニードルの先端部９の反対側に位置し、制御室１５内で終わっている終端面１４で終結する。制御室１５は、供給絞り１７を含む供給チャンネル１６、及び排出絞り１９を含む排出チャンネル１８を有する。供給チャンネル１６、及び排出チャンネル１８を通る流量は、制御室１５内での圧力調整が極めて小さいので、ノズル・ニードル７がノズル前室８内の卓越している燃料圧力によって開かれるように、決められる。ノズル前室８内の燃料圧力は圧縮スプリング１３の圧力及び制御室１５内の圧力の両方に対抗している。排出チャンネル１８が閉じられると、制御室１５内の圧力は終端面１４に作用し、ニードル７に閉じる力を加える。ノズル・ニードル７の開閉速度は、適当な方法で絞りの直径を選択することによって調整できる。排出チャンネル１８は、弁配列３内で軸方向に運動可能な弁ニードル２０によって閉じられる。弁ニードル２０は封止コーンとして設計され、弁スプリング２２によって弁座に押圧される。電磁石２１が付勢されると、電磁石２１はアーマチャ２５を引きつけ、それによってアーマチャ２５と連結された弁ニードル２０を動かして、弁座２３が解放され、加圧された燃料が排出チャンネル１８から低圧室２７内に流入する。
【００１６】
図３は、弁配列３の実行可能な第２の構成を例示する。排出チャンネル１８は弁座２３で直接開にされ、弁ボール２６により閉にされる。弁ボール２６は、弁スプリング２２によって弁座２３に押圧される。電磁石２１が付勢されると、それは弁ニードル２０に連結されたアーマチャ２５を引きつけ、弁座２３は開となり、加圧された燃料が排出チャンネル１８から低圧室２７内に流入する。
【００１７】
図４は、電磁石２１の巻線の電流３３及び電圧３４の典型的な特性をそれぞれ示す。噴射運転するための起動では、加速期間２８の間に、電磁石２１を通る電流が引きつけ電流の上限値３５に達するまで単調に増加することが特徴とされる。これに続く引きつけ電流段階２９では、その間に、電磁石２１によって作り出された磁力によってアーマチャ２５が弁スプリング２２の力に対抗して動いており、電磁石２１を通る電流は２点電流制御によって、引きつけ電流の上限値３５と引きつけ電流の下限値３７との間に維持される。自由運転段階３０では、弁配列３が開のとき、電磁石２１を通る電流は保持電流の下限値に降下する。引き続いて保持電流段階３１が終了するまで、電磁石２１を通る電流は、２点電流制御によって保持電流の上限値３６と保持電流の下限値３８との間に保持される。終了段階３２では、弁配列３を閉にするために、電磁石２１を通る電流は再びゼロに降下される。
【００１８】
本発明に即して、電磁石２１に損傷を与えることなく、電磁石２１で生成された廃熱によって弁配列３が加熱される第２の実行可能な電流特性をここで確定する。このような加熱の目的は、電磁弁及び隣接する組立部品の中空空間に存在する燃料の粘性を低下させることである。電磁石２１においてそれに必要とされる電流又は電流特性３３を図５に示す。暖機段階３９において電磁石２１は、加熱段階４１の間には周期的に交互に予熱電圧４２で電力が供給され、自由運転段階の間、又は電力の供給期間の間の時間間隔３０には短絡される。加熱段階４１の継続時間は、電磁石２１のコイル誘導性が無視できるように選択される。予熱電圧４２の値は電磁石２１を通る電流３３がその飽和レベル４５に達する前に、弁ニードル２０がその最大ストロークに達するように選択される。その結果、アーマチャの反応は、弁ニードル２０が動作を開始するとすぐに、弁ニードルの開閉の間における電流３３の特性で理解される。電磁石２１のコイルの温度は、既知の電気抵抗の温度依存性から計算可能である。コイルの電気抵抗の変化は、加熱前及び加熱中の電圧及び電流の相違を測定することにより決定される。暖機段階は、弁ニードル２０が可動状態になるとすぐに終了され、暖機段階３０の間は、弁ニードル２０が開にされるときアーマチャが反応して局部電流の極小値４３が検出され、弁ニードル２０が閉にされるとき局部電流の極大値４４が検出される。しかし、暖機段階３９の間でアーマチャの反応が未だ検出されなくとも、測定された抵抗が許容される最大抵抗設定値よりも大きい、即ち温度が許容値に到達したか、又は超えた場合には暖機段階３９は終了され、温度制御段階４０が開始される。温度制御段階４０は、１個又は数個の加熱段階４１及び自由運転段階３０のサイクルが省略されるという点で、暖機段階３９と異なる。省略されるサイクル数は、所与の温度を超過しないように、電磁石２１における、設定された抵抗値の測定された抵抗値からの偏差に応じて決定される。アーマチャの反応に基づいて再び、弁ニードル２０が開にされるときに電流の極小値４３が検出され、弁ニードル２０が閉にされるときに局部電流の極大値４４が判定されると、すぐに温度制御段階は終了させられる。
【００１９】
電磁石２１の付勢開始と局部電流の極小値４３の発生との間の時間間隔４６、又は付勢終了と局部電流の極大値４４の発生との間の時間間隔４７が追加して決定され、時間間隔４６又は４７がそれぞれ設定値より小さくなったときにのみ、本発明による電磁石２１の周期的な付勢が終了されれば、それは、ノズル・ニードルが十分な動力学特性を獲得したこと、即ち十分速い態様で開閉できることを意味し、本方法の改良が可能である。
【００２０】
加熱段階４１の間に、従って、開にするとき電流の極小値４３が生じ、引き続く自由運転段階の間に、従って、閉にするとき電流の極大値４４が生じ、これらが所定の時間限度内にあれば、これらのことからすぐに、弁ニードル２０は弁配列３内で適切な噴射を行える可動状態にある、と結論できる。この場合、予熱運転（図５）から通常運転（図４）への切替えが起こる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術によるインジェクタの基本的構造を例示する図である。
【図２】従来技術によるインジェクタの基本的構造を例示する図である。
【図３】ノズル・ニードルを制御するために弁配列を改良した構成を示す図である。
【図４】噴射手順の間における電磁弁のコイル内の電流−電圧特性の実施例を示す図である。
【図５】インジェクタを予熱するために電磁弁を作動させる１つの選択肢を例示する図であり、これは本発明範囲に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【国際調査報告】
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