(57)【要約】【課題】電気的に動作可能なメカニカルバルブ・アクチュエータの性能を向上する方法を提供する。【解決手段】本発明の方法は、電気的に動作可能なメカニカルバルブのコイルに電流を印加する工程を有し、その電流は、メカニカルバルブの固有周波数よりも高い周波数で印加され、且つ、電気的に動作可能なメカニカルバルブの電機子の温度を実質的に上昇させるような出力密度をコイルにおいて得るのに十分な大きさに設定される。この方法により、少なくとも所定の動作条件の間はバルブ性能が向上するように、アクチュエータの標的領域に熱を提供することができる。【選択図】図８
2008144761.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に制御されるアクチュエータの動作を向上する方法であって、
電気的に動作可能なメカニカルバルブのコイルに電流を印加する工程を有し、
前記電流は、前記メカニカルバルブの固有周波数よりも高い周波数で印加され、且つ、前記電気的に動作可能なメカニカルバルブの電機子の温度を実質的に上昇させるような出力密度を前記コイルにおいて得るのに十分な大きさである、
方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、
前記電機子の前記温度は、電機子の表面温度である
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、
前記出力密度は、前記電機子とバルブ本体との間の境界層における流体の粘度を変化させるのに十分な渦電流を生成する大きさである
ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法において、
前記電気的に動作可能なメカニカルバルブは、燃料インジェクタである
ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一つに記載の方法において、
前記電機子はスプールバルブである
ことを特徴とする方法。
【請求項６】
電気的に制御されるアクチュエータの動作を向上する方法であって、
電気的に動作可能なメカニカルバルブのコイルに電流を印加する工程、
前記メカニカルバルブの温度が下降するとき、前記メカニカルバルブにおける渦電流を増大させるべく前記電流の印加態様を調整する工程、及び、前記メカニカルバルブの温度が上昇するとき、前記メカニカルバルブにおける前記渦電流を減少させるべく前記電流の印加態様を調整する工程、
を含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、
前記温度は、前記電気的に動作可能なメカニカルバルブの温度である
ことを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項６に記載の方法において、
前記温度は前記電気的に動作可能なメカニカルバルブを構成部品として含む内燃機関の温度である
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか一つに記載の方法において、
前記メカニカルバルブは、内燃機関に設けられる燃料インジェクタであり、前記コイルは前記燃料インジェクタの閉鎖コイルである
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項６乃至９のいずれか一つに記載の方法において、
前記電流がメカニカルバルブに印加されるときに、メカニカルバルブの電機子を所定位置に実質的に保持する工程
をさらに包含することを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項６乃至１０のいずれか一つに記載の方法において、
前記時間変化する電流は、正、負又はゼロの平均値を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項６乃至１１のいずれか一つに記載の方法において、
前記時間変化する電流は、前記メカニカルバルブが設けられるエンジンを始動する準備ができている期間の間、前記コイルに供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項６乃至１２のいずれか一つに記載の方法において、
前記コイルは開放コイルである
ことを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項６乃至１３のいずれか一つに記載の方法において、
前記時間変化する電流の周波数、振幅又はディーティサイクルは、前記メカニカルバルブが設けられる内燃機関の動作条件又は前記メカニカルバルブの動作条件に応じて変化する
ことを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項６乃至１４のいずれか一つに記載の方法において、
前記時間変化する電流は双極性である
ことを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項６乃至１４のいずれか一つに記載の方法において、
前記時間変化する電流は単極性である
ことを特徴とする方法。
【請求項１７】
電気的に作動されるバルブの性能を向上するシステムであって、
電気的に動作可能なメカニカルバルブ・アクチュエータ、及び、
時間変化する電流を、前記電気的に動作可能なメカニカルバルブ・アクチュエータの少なくともコイルに供給する制御器を有し、
前記制御器が、前記メカニカルバルブの温度が下降すると、前記メカニカルバルブ・アクチュエータにおいてヒステリシス損失が増大するように、前記時間変化する電流を調節し、そして、
前記メカニカルバルブ・アクチュエータの温度が上昇すると、前記メカニカルバルブ・アクチュエータにおいてヒステリシス損失が減少するように、前記時間変化する電流を調節するように構成されている、
システム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記制御器が、前記時間変化する電流の周波数、振幅及び／又はディーティサイクルを、前記メカニカルバルブ・アクチュエータが設けられる内燃機関の動作条件、又は、前記メカニカルバルブの動作条件に応じて変化させる
ことを特徴とするシステム。
【請求項１９】
請求項１７又は１８に記載のシステムにおいて、
前記制御器が、前記時間変化する電流の供給を開始してから所定の期間の後に該電流を遮断するようにさらに構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれか一つに記載のシステムにおいて、
前記コイルは、前記電気的に動作可能なメカニカルバルブ・アクチュエータの開放コイルである
ことを特徴とするシステム。
【請求項２１】
請求項１７乃至１９のいずれか一つに記載のシステムにおいて、
前記コイルは、前記電気的に動作可能なメカニカルバルブ・アクチュエータの閉鎖コイルである
ことを特徴とするシステム。
【請求項２２】
請求項１７に記載のシステムにおいて、
前記制御器が、前記メカニカルバルブ・アクチュエータとして燃料インジェクタが設けられた内燃機関を動作させ、そして、前記内燃機関の動作中に前記燃料インジェクタを加熱するときに、前記時間変化する電流を調節するように更に構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２３】
電気的に作動されるバルブの性能を向上する方法であって、
電気的に動作可能なメカニカルアクチュエータに電流を印加する工程を包含し、
前記電流は、前記メカニカルアクチュエータを電流印加前の動作状態に実質的に維持しつつ、前記メカニカルアクチュエータの電機子の温度を実質的に上昇させる出力密度を有する時間変化する磁場を生成するのに十分なレベルの特性を有する
ことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記電流は、前記メカニカルアクチュエータが設けられる内燃機関の停止要求の後に供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の方法において、
前記電流は、前記メカニカルアクチュエータが設けられる内燃機関の始動要求の後に供給される
ことを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２３乃至２５のいずれか一つに記載の方法において、
前記電気的に動作可能なメカニカルアクチュエータは内燃機関の燃料インジェクタである
ことを特徴とする方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
前記電流は、前記内燃機関を始動する準備ができた状態で、前記燃料インジェクタに印加される
ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に制御されるアクチュエータの動作を向上する方法及びシステムに関し、より具体的には、電気的に動作可能なメカニカルバルブの性能を向上する方法及びシステムに関する。この方法及びシステムは、そのアプリケーションの動作条件の全範囲に亘ってメカニカルバルブの動作を向上し得る。
【背景技術】
【０００２】
電気的に動作可能なメカニカルバルブの一例の動作及び制御を行うシステムが、特許文献1に記載されている。この特許文献1は、内燃機関のシリンダ内に燃料を直接噴射することが可能な内燃機関用のデュアルコイル式増圧燃料インジェクタを作動させるシステムを提示している。このシステムは、燃料インジェクタ内におけるスプールバルブの位置を調節することによって燃料の流れを制御する。スプールバルブの位置は、充電コイル又は放電コイルに電流を流すことによって変更される。電流を充電コイルに流した場合、スプールバルブが充電コイルに引き寄せられ、燃料が増圧室に流入する。電流を放電コイルに流した場合、スプールバルブが放電コイルに引き寄せられ、燃料が増圧室内で圧縮され、シリンダ内に高圧にて放出される。充電コイル及び放電コイルは、動作流体（つまり増圧されたオイル）が増圧ピストンに作用して増圧室内の燃料を圧縮するか若しくは増圧ピストンを引き戻してより低い圧力の燃料を増圧室に取り込むように、スプールバルブを位置決めする。増圧されたオイルは、増圧ピストンに作用し、流入する燃料を増圧する第２のピストンに力を伝える。より大きな面積の増圧ピストンからより小さな面積の第２のピストンに力を伝えることにより、燃料の圧力が増倍される。さらに、この発明は、第２のコイルにおける電流が、第２のコイルによって生成される磁力が第１のコイルにおける「ラッチング」磁力を越えた場合に素早くスプールバルブを移動できるレベルに達するまで、第１のコイルにおける残留磁気を用いてスプールバルブを所定の位置に保持する方法を提供する。この発明は、この方法が、インジェクタ動作の速度を向上するスナップ作用を生じると主張している。
【特許文献１】米国特許5,954,030号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記システムはやはり、いくつかの欠点を有している。具体的には、より低い周囲温度の場合又は動作流体の粘度が上昇する場合、スプールバルブとバルブ本体との間の空間に存在するオイルにおけるメニスカス力（meniscus force）及びその他の力が、コイルからの磁場が高いレベルにあっても越えるのが困難であり得るレベルに増大し得る。さらに、燃料インジェクタの性能が低下し、エンジン空燃比を所望の値から逸脱させる可能性が有る。その結果、エンジンの性能及びエミッションも劣化し得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施形態の一つは、電気的に制御されるアクチュエータの動作を向上する方法であって、電気的に動作可能なメカニカルバルブのコイルに電流を印加する工程を有しており、上記電流は、上記メカニカルバルブの固有周波数よりも高い周波数で印加され、且つ、上記電気的に動作可能なメカニカルバルブの電機子の温度を実質的に上昇させるような出力密度を上記コイルにおいて得るのに十分なレベルである。この方法及び同方法を用いたシステムは、先に言及した従来の方法の課題の少なくともいくつかを克服する。
【０００５】
電気的に作動されるメカニカルバルブの性能は、渦電流加熱及び／又はヒステリシス加熱によって向上され得る。具体的には、渦電流加熱及び／又はヒステリシス加熱により、励起されているコイルの近傍の金属物を標的として熱が与えられ得る。例えば、スプールバルブを移動するのに用いる制御コイルとスプールバルブとの間の領域が、時間変化する電流を用いて加熱され得る。電流は時間変化する磁場を生成し、この磁場が金属製スプールバルブ及び周辺の金属部品に電流を流す。その結果、渦電流が金属内で散逸し、熱エネルギに変換される。この熱が、スプールバルブと磁極片すなわち「エンドキャップ」との間に存在する油膜のようないかなる周辺物質をも暖める。オイルを加熱することにより、オイルの粘度が低下し、スプールバルブとバルブ本体との間の摩擦係数が低下し得る。その結果、より小さな磁力でスプールバルブを所望の位置に移動させ得る。
【０００６】
本発明は、複数の利点を提供し得る。例えば、バルブを標的として加熱を行うことにより、電気的に動作されるメカニカルバルブをより低温で動作させるために消費されるエネルギを低減し得る。換言すると、バルブの静止摩擦力に対抗して電気的に誘導された磁力を用いるのではなく、バルブを加熱し、バルブの移動を妨げるメニスカス力及び粘性力を低減するために電気エネルギを用いることができる。このように、特定の電流レベルで生成される特定の磁力を越え得る力に打ち勝つことを企図するよりむしろ、バルブの動作の為の準備をするために電気エネルギが効率的に用いられ得る。さらに、加熱することが望まれるバルブの特定の領域を標的として加熱を行い得るという利点がある。例えば、電流は、メカニカルバルブとバルブガイドとの界面にて加熱を促進するような周波数及び出力密度でバルブに供給され得る。その結果、より少ない時間及びエネルギで、バルブの係合表面間に存在するオイルの粘度を変化させ得る。さらに、例えば燃料インジェクタなどのように、電気的に動作可能なメカニカルバルブの機能が特定されるときにおいて、エンジンがより低い温度でスタートされる場合でもより安定した燃料供給が行われ得るので、バルブ性能はエンジン始動性を向上もたらし得る。つまり、インジェクタ応答が向上し得る温度に燃料インジェクタを加熱し得る。その結果、エンジン空燃比が所望の値からずれることが少なくなり得るので、エンジンのエミッションが改善され得る。
【０００７】
本発明の上記利点及び他の利点並びに特徴は、以下に記す好適な実施形態の詳細な説明を単独で又は添付の図面と共に参照することにより、容易に明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の説明は、本発明を有効に利用し得るさまざまな適用（アプリケーション）を想定している。例えば、本発明は、２位置型スプールバルブ、３位置型スプールバルブ、ピントル型ニードルバルブ、１つ又は複数のコイルによって動作されるバルブ、ポペットバルブ、ボールバルブ、ゲートバルブ、圧電素子、及びバタフライバルブの動作を向上するために使用され得る。さらに、本発明の説明は、自動車、航空機、加工工業、鉱業及び製造業を含むさまざまな分野において適用され得る。さらに、本発明の説明は、特許請求の範囲や開示の範囲を限定することを意図したものではない。
【０００９】
電気的に動作可能なメカニカルバルブは、設計及び構造がさまざまである。それらメカニカルバルブはまた、広範な環境条件に亘って動作され得る。さらに、異なるバルブ設計及び／又は異なる動作条件に対して、異なる種類の加熱手段を提供するのが望ましくあり得る。他の想定される電気的に動作可能なメカニカルバルブの例として、ソレノイドバルブ、トランスミッション用スプールバルブ、ブレーキ制御バルブ、及び、エンジン用ポペットバルブが挙げられる（但し、これらは一部の例に過ぎず、また本発明はこれらの例に限定されない）。さらに、本発明の説明は、本発明の説明の利点を説明し得る電気的に動作可能なメカニカルバルブの一例として、内燃機関（エンジン）の燃料インジェクタを提示する。
【００１０】
図１を参照すると、内燃機関（エンジン）１０は複数のシリンダを備えており、そのうちの１つを図１に示す。この内燃機関１０は、電子エンジン制御器１２によって制御される。エンジン１０は、燃焼室３０及びシリンダ壁部３２を備えている。シリンダ壁部３２は、その内部に配置され且つクランクシャフト４０に結合されたピストン３６を有する。燃焼室３０が吸気バルブ５２及び排気バルブ５４のそれぞれを介して吸気マニホルド４４及び排気マニホルド４８に連通することが知られている。吸気マニホルド４４が随意的に設けられた電子スロットル６２に連通しているのが示される。
【００１１】
燃料は、燃料インジェクタ６６を介して燃焼室３０に直接噴射される。燃料インジェクタは、電気的に動作可能なメカニカルバルブの一例である。燃料インジェクタ６６は、制御器１２から開放信号及び閉鎖信号を受け取る。カムシャフト１３０は、少なくとも１つの吸気カムローブ・プロフィール及び少なくとも１つの排気カムローブ・プロフィールを有するように形成されている。或いは、吸気カムは、異なるリフト量、異なる継続時間、及び、異なる位相を有し得る複数のローブ・プロフィールを有してもよい。（つまり、複数のカムローブはサイズ及び向きが互いに異なり得る。）さらに別の例において、本システムは独立した吸気カム及び排気カムを用い得る。カム位置センサ１５０は、制御器１２にカム位置情報を提供する。吸気バルブ・ロッカーアーム５６及び排気バルブ・ロッカーアーム５７は、カムシャフト１３０からそれぞれのバルブステムにバルブ開放力を伝達する。吸気ロッカーアーム５６は、必要に応じて、低い方のリフトカムローブ・プロフィールと高い方のリフトカムローブ・プロフィールとを選択的に切り替わる空動き部材を備え得る。或いは、図示されている設計の代わりに、異なるバルブトレイン・アクチュエータ及び構造を用いてもよい（例えば、オーバーヘッドカムの代わりにプッシュロッドを用いたり、油圧機械式アクチュエータの代わりに電気機械式アクチュエータを用いたりしてもよい）。
【００１２】
燃料は、燃料タンク、燃料ポンプ、及び、燃料レール（図示せず）を含む燃料システム（図示せず）によって燃料インジェクタ６６に給送される。エンジン１０は、ディーゼル、ガソリン、アルコール、又は、水素など、１つ又は複数の燃料種で動作するように設計され得る。
【００１３】
ディストリビュータ・レスの点火システム（図示せず）は、制御器１２に応答し、点火プラグ（図示せず）を介して燃焼室３０に点火火花を提供し得る。図示した広範囲排気ガス酸素 (Universal Exhaust Gas Oxygen: ＵＥＧＯ)センサ７６は、触媒コンバータ７０の上流の排気マニホルド４８に結合されている。二状態排気ガス酸素センサ９８が、触媒変換器７０の下流の排気パイプ４９に結合されているのが示される。触媒コンバータ７０は、複数の触媒ブリック(blick)、煤塵フィルタ及び／又は排気ガス捕捉装置を備え得る。
【００１４】
通常のマイクロコンピュータとして図１に示す制御器１２は、マイクロプロセッサ・ユニット１０２、入出力ポート１０４、読み出し専用メモリ１０６、ランダムアクセス・メモリ１０８、キープアライブ・メモリ(keep-alive memory)１１０、及び、従来のデータバスを備えている。制御器１２は、上で説明した信号に加えて、エンジン１０に結合されたセンサからのさまざまな信号を受け取る。すなわち、冷却スリーブ１１４に結合された温度センサ１１２からのエンジン冷媒温度（ＥＣＴ）、アクセルペダルに結合された位置センサ１１９からの位置情報、吸気マニホルド４４に結合された圧力センサ１２２からのエンジンマニホルド圧力（ＭＡＰ）の測定値、エンジンノックセンサ（図示せず）からのエンジンノック情報、燃料種センサ（図示せず）からの燃料種情報、湿度センサ３８からの湿度、温度センサ１１７からのエンジンエア温度又はマニホルド温度の測定値（ＡＣＴ）、ならびに、クランクシャフト４０の位置を感知するホール効果センサ１１８からのエンジン位置情報を受け取る。本発明の好適な態様において、エンジン位置センサ１１８は、クランクシャフトが１回転するごとに所定の数の均等に間隔の空いたパルスを生成し、このパルスから、エンジン速度（ＲＰＭ）が判定できる。
【００１５】
ここで図２の(a)を参照すると、電気的に動作可能なメカニカルバルブの一例の断面概略図が示される。具体的には、閉鎖位置にある燃料インジェクタが示されている。オイルは、ポート２０１から燃料インジェクタに流入する。スプールバルブ２１３の位置が、インジェクタ内における動作オイルの流れを制御する。開放コイル２１７を用いてスプールバルブ２１３が開放し、閉鎖コイル２１５を用いてスプールバルブ２１３を閉鎖する。開放位置において、スプールバルブは、オイルが燃料圧を増強又は増大させることを可能にする。閉鎖位置において、スプールバルブは、オイルが増圧器から流出して、燃料圧を減少させることを可能にする。戻りバネ２１１は、スプールバルブ２１３が閉鎖位置にある場合、ピストン２０３を介してオイル圧力に対して作用し、オイルをインジェクタから追い出す。燃料は、ポート２０９を介してインジェクタに供給され、チャンバ２０７内において増圧ピストン２２０により作用する。燃料圧が所定のレベルに達した場合、ピントル２０５が開き、燃料が燃焼室３０内に放出される。燃料圧が低下すると、バネ２１９がピントルを閉鎖位置に戻し、燃料の供給が停止される。
【００１６】
ここで図２の(b)を参照すると、燃料インジェクタの一例が開放位置にある状態を示す断面概略図である。図２の(b)は、ピストン２０３の上方に動作オイル排出容積２５１を示している。これにより、増圧ピストン２２０が増圧室２０７に圧力を加え、それにより増圧室の容積を減少させ、そして、燃料圧を増大させる。この燃料圧がバネ２１９の力よりも大きくなり、ピントル２０５を開放し、燃料が燃焼室内へと放出される。スプールバルブ２１３は、図２の(a)ではコイル２１７の磁極面に対向するように配置されているが、図２の(b)の例ではコイル２１５の磁極面に対向するように配置されていることに留意されたい。
【００１７】
電流が、抵抗、ヒステリシス及び／又は渦電流により電気的に動作可能なメカニカルバルブを加熱するために使用され得る。燃料インジェクタを加熱することにより、より広範なエンジン及び／又は燃料インジェクタの動作条件範囲に亘ってインジェクタの性能がより均一になり得る。渦電流又はヒステリシスによる加熱を行う場合、コイルが時間変化する磁場を生成し、この磁場が近傍の金属構造体に渦電流を発生させる。渦電流は、この構造体の内部抵抗による抵抗を受け、熱エネルギに変換される。渦電流及び／又はヒステリシスによる加熱方法は、電気エネルギをアクチュエータ・コイルから離れるように放出する方法を提供する。さらに、アクチュエータ・コイルはまた、渦電流加熱及びヒステリシス加熱の間に加熱される。つまり、時間変化する電流をコイルに供給して、コイルにおいて電力損失（Ｉ２Ｒ損失、I： 電流、Ｒ：抵抗）を生じつつ、近傍の金属構成部材に渦電流及びヒステリシスを誘導する時間変化する磁場を生成し得る。渦電流による加熱、ヒステリシスによる加熱及びＩ２Ｒ損失は、電流のゼロからのオフセット、電流デューティーサイクル、電流振幅、及び／又は、電流周波数を変化させることによって調節され得る。
【００１８】
一方で、アクチュエータ・コイルの内部抵抗もまた、渦電流をほとんど発生せずに電気的に動作可能なメカニカルバルブを加熱するために使用され得る。電流がコイル内を流れると、電流の流れはコイルの内部インピーダンスによって制限される。その電気エネルギの一部が熱エネルギに変換される。その結果、コイルの温度が上昇する。この熱は、伝導により、周辺の電気的に動作可能なメカニカルバルブに伝達され得る。
【００１９】
ここで図３の(a)を参照すると、燃料インジェクタコイルの一例の一部の断面概略図が、コイル抵抗を利用した電気的に動作可能なメカニカルバルブの加熱を説明するために用いられる。実施形態の一つにおいて、コイル３０２に電流を流すと、このコイルが電流の流れを制限して電気エネルギを熱エネルギに変換する。伝導により、コイルからスプールバルブ及びその他のインジェクタ本体部分などの周辺物質へと熱が伝達される。その結果、この熱を用いて、スプールバルブとバルブ本体との界面を潤滑するオイルの温度を上昇させ得る。さらに、この熱が、インジェクタから給送される燃料を増圧するのに使用される動作オイルの温度を上昇させ得る。オイル温度を上昇させることにより、動作オイルの粘度が低下し得る。オイルの粘度が低下すると、より小さな磁気エネルギで、スプールバルブを開放位置と閉鎖位置との間で移動させ得る。なぜなら、係合表面間のメニスカス力すなわち「静止摩擦力（ＳＴＩＣＴＩＯＮ）」が効果的に低減され得るからである。さらに、動作オイルを加熱することにより、インジェクタの応答性が向上し得る。なぜなら、スプールの動きが向上し、それによりインジェクタを動作させるオイルの流量が増大するからである。したがって、少なくとも或る一定の条件下では、燃料インジェクタの温度を意図的に上昇させて燃料インジェクタの動作を向上し得る。スプールバルブ３０３が、コイル３０２によって生成された電磁極面に対向するように閉鎖位置に配置されるのが示される。ベクトル３０１及び同様のベクトルは、コイル３０２を用いて熱を生成した場合にその熱が通り得る経路を示す。
【００２０】
ここで図３の(b)を参照すると、燃料インジェクタコイルの一例の部分断面概略図が、渦電流及び／又はヒステリシスを利用した電気的に動作可能なメカニカルバルブの加熱を説明するために使用される。実施形態の一つにおいて、例えば領域３０５においては、磁極面とスプールバルブとの界面を標的として熱が与えられる。時間変化する電流をコイル３０７に印加することにより、時間変化する磁場が該コイルによって生成される。この時間変化する磁場に曝された金属内を渦電流が流れ、それにより例えばエンドキャップ３１１及びスプールバルブ３０９において金属の温度が上昇する。燃料インジェクタコイルは、スプールバルブ又はピントル等の周辺の金属部品においてそのような電流を誘導する。その結果、開放コイル又は閉鎖コイルに供給された時間変化する電流を用いて、例えば燃料インジェクタ制御コイルからスプールバルブへとエネルギを移動し得る。これにより、スプールバルブとエンドキャップとの間で表面積の大部分が接触する領域において熱が生成される。インジェクタのこの領域を加熱することにより、スプールバルブとエンドキャップとの間の油膜界面の粘度が低下し得、より小さな磁力によってスプールバルブを動かし得る。さらに、この熱がスプールバルブとバルブ本体との間のオイルの粘度を低下させ得、それにより、オイル剪断力を低減し、これらの構成部材間の動作を向上する。
【００２１】
さらに別の実施形態において、電流が開放コイル及び閉鎖コイルを同時に流れて、これらのコイルによって制御されるスプールバルブを動かすことなく、電気的に動作可能な機械的に作動されるバルブを加熱し得る。電流が両コイルを同じ流量で流れる場合、スプールバルブは、対向配置されたコイルに対向して配置された状態に留まる。これは、磁極面とスプールバルブとの距離に応じて磁力が低下するからである。したがって、電流が等しいと仮定すると、スプールバルブに最も近いコイルによってより大きな力が印加されることになるので、それに従ってバルブが配置される。スプールバルブを動かすのに十分な大きさ及び持続時間を有するＤＣ磁場の生成を防止することができるので、スプールバルブやピントルを動かさずに渦電流による加熱を行うこともまた可能であることに留意されたい。電気エネルギから熱エネルギへの変換が２倍になり得るように追加の電気エネルギを第２のコイルに与え得るので、電気的に動作可能なメカニカルバルブの温度が上昇し得る。このことは、単一のコイルへの電流が限定されて、コイルが劣化する可能性が低減され得るので、望ましい場合がある。
【００２２】
ここで図４を参照すると、例示的なエンジンスタート・シーケンスの間のインジェクタ動作を向上させるためのタイミング・シーを示す。このシーケンスは、例えば図８に記述された方法によって生成され得る。
【００２３】
図４は、４気筒エンジンについてのインジェクタ開放コイルコマンド及び閉鎖コイルコマンドのタイミングを示す。縦線４１１は、エンジン回転の開始を示す標線である。エンジン回転に先立ち、エンジンは始動準備処理を行う。始動準備処理は、シリンダを加熱するためにグロープラグを作動させること、燃料ポンプの作動後に設定する燃料圧について時間を割り当てること、及び、他の同様の機能を含み得る。始動準備処理のために確保される時間は動作条件に応じて変化し得る、つまり、図４に示した始動準備処理時間はそのようなものとして説明を目的としたものにすぎない。また、それは本発明の広さや範囲を限定することは意図していない。さらに、標線４１１より前の時間は、実験データから予め決定され得、そして、動作条件に応じて変化し得る。
【００２４】
シーケンスは左から右へと進む。燃料インジェクタに関するインジェクタ・コマンド信号は、図の左側にラベル表示されている。Ｉ１ＯＰＮは例えばシリンダ＃１に設けられる第１のインジェクタの開放コイルに送信されるコマンド信号を示す。Ｉ１ＣＬＳは第１のインジェクタの閉鎖コイルに送信されるコマンド信号を示す。シリンダ＃２乃至＃４に設けられる第２〜第４のインジェクタへのコマンドにも、同様のルールで符号を付けた。ハイレベルは、信号が「ハイ（HI）」である期間にコマンドがコイルへ送信されることを示すが、実際のコイルコマンドは、図の中の時々において異なる場合がある。制御コマンドは、調整制御器の設計に基づく電圧又は電流であり得る。例えば、ラベル４０１は、エンジンの始動前にコマンドを第１のインジェクタの閉鎖コイルに送信する期間を示す。この領域において、時間変化するコマンドが、第１のインジェクタの閉鎖コイルに対して与えられ得る。実施形態の一つにおいて、十分な電流（例えば１０アンペアの電流：しかし、この値はアプリケーションに応じて異なり得る）が、燃料インジェクタのメカニカルバルブ部分の固有周波数を越える周波数で且つ電機子の温度を実質的に上昇させる出力密度（例えば、いくつかのアプリケーションにおいては、初期温度を１０秒間に１０％上昇させる出力密度であり、他のアプリケーション例においては、初期温度を１０秒間に１℃、５℃、又は、１０℃上昇させる出力密度であり、さらに他のアプリケーションでは、アクチュエータの質量、環境条件及び制御対象に応じて、初期温度を２０分間に１０％上昇させる出力密度が望ましくあり得る）で、指令され得る。
【００２５】
代替別の実施形態において、励起された電気的に動作可能なメカニカルアクチュエータがその電機子を開放位置から閉鎖位置へ又は閉鎖位置から開放位置へと移動するのにかかる遷移時間よりも短い周期を有する周波数で、且つ特定の電流レベルにて、電流が供給され得る。例えば、或る量の第１のレベルの電流が０．２秒で電機子を移動する場合、５Ｈｚよりも大きな周波数の電流が印加され得る。別の条件の場合、すなわち或る量の第２のレベルの電流が０．１秒で上記電機子を移動する場合、１０Ｈｚよりも大きな周波数の電流が印加され得る。電気的に動作可能なメカニカルバルブを、遷移時間を越える周波数の電流で励起することにより、アクチュエータの電機子を実質的に移動（例えば、小型アクチュエータの場合±２ｍｍ、大型アクチュエータの場合±４ｍｍ）することなく、渦電流による加熱及びヒステリシスによる加熱を適用することができる。
【００２６】
一方で、エンジンが始動する準備ができたことが運転者に認知される前に、インジェクタの１つ又は複数のコイルに、インジェクタの状態を変えることなく、単一のパルスが１回以上与えられ得る。したがって、エンジン始動準備期間の間、コイルインピーダンス、渦電流、及び／又は、ヒステリシスを用いて燃料インジェクタを加熱することができる。
【００２７】
エンジン始動の標線４１１以降、エンジンの位置はＣＲＫ信号に沿って付けたマーカーから確認し得る。ＣＲＫ信号は、シリンダ＃１の圧縮行程の上死点に対するクランクシャフトの位置を示す。ＣＲＫ信号に沿って付けられた数字は、それらの数字のすぐ右側にある縦線のマーカーに対応している。
【００２８】
エンジン始動標線４１１より前の期間の間、各インジェクタは、閉鎖コイルに電流を与えるコマンドによって順次加熱される。このことは、４０１、４０７、４０８及び４０９と符号を付けた領域によって示される。１つの燃料インジェクタを加熱するために供給されるコマンドは、そのコマンドが別の燃料インジェクタに与えられる前に停止されることに留意されたい。或いは、インジェクタ加熱コマンド期間はある程度互いに重複させてもよい。例の一つにおいては、シーケンスにおいて次の燃料インジェクタを加熱するために与えられる電流が、加熱中のインジェクタに流れている電流を完全に停止する前に流れ始め得る。つまり、インジェクタに電圧が与えられて、それにより電流の流れが促進され得るが、その一方で、別のインジェクタでは電圧の印加を止めるものの、磁場が崩壊しながらもインジェクタ内を電流が流れ続ける。さらに、１つのインジェクタ・グループに与えられる電流が、電流が別のインジェクタ・グループに与えるべく増大される前に減少される場合がある。さらにインジェクタは、必要に応じて、エンジン燃焼順序に従って順次加熱され得る。
【００２９】
１回の順次加熱サイクルを示すが、このシーケンスは、例えば図７に示すように、エンジン始動前に任意の回数繰り返される場合がある。さらに、加熱期間の継続時間は、例えば所望の加熱タイプ（つまり、抵抗加熱、渦電流加熱、ヒステリシス加熱）と同様に変化し得る。例の一つにおいて、加熱シーケンスにおいて次のコイルに進む前に、７５マイクロ秒の間、電流がコイルに印加され得る。別の例においては、加熱シーケンスにおいて次のコイルに進む前に、６０ミリ秒以上の間、電流がコイルに印加され得る。さらに、始動準備処理又はエンジン運転処理の間にコイルを用いて燃料インジェクタを加熱する合計時間が異なる場合がある。例えば、第１の動作条件の間、インジェクタコイルは２秒間加熱電流を与えられ得、第２の動作条件の間、該コイルは８秒間加熱電流を与えられ得る。このようにして、電気的に作動されるメカニカルバルブを加熱するのに用いるエネルギ量は、アクチュエータの動作条件、環境条件又は内燃機関（エンジン）の動作条件などに応じて変化し得る。
【００３０】
上で述べたように、燃料インジェクタの加熱は、抵抗加熱、渦電流加熱及び／又はヒステリシス加熱によって達成され得る。従って、電流はさまざまな方法でコイルに給送され得る。
【００３１】
上記説明の実施形態の一つにおいては、燃料インジェクタの温度を上昇させるための加熱期間の間、渦電流加熱が用いられ得る。渦電流加熱は、交流電流又はパルス電流をコイルに流して時間変化する磁場を生成することにより開始され得る。電流は、その流れの停止及び開始を繰り返すことにより又は電流を連続的に変化させることにより交流とし得る。例の一つにおいて、電流は、例えば方形波、正弦波又は帯域制限されたノイズ信号の波形を有する電圧を印加することによって変化され得る。電流は、単極又は双極の電源によって供給され、正の極性を有するか、負の極性を有するか、若しくはゼロからの変位がない状態であり得る。磁場の強度及びそれにより誘導される渦電流は、コイルを流れる電流に関係付けられ得る。したがって、コイルを流れる電流の振幅及び周波数を変更して、コイルによって生成される熱の量を調節し得る。さらに、コイル電流は、渦電流の形成に影響し得る１つ又は複数の周波数によって構成されてもよい。周波数が高くなると材料内部への進入が少なくなる傾向があり、渦電流による熱が材料表面近傍において生成されるので、より高い周波数（例えば１ｋＨｚ超）を用いて、表面加熱を増大する場合がある。しかし、特定の周波数の性能は、電気的に動作可能なメカニカルアクチュエータの構成に応じて変更することが期待されている。実施形態の一つにおいて、燃料インジェクタのコイルに対して指令される電流は、インジェクタのメカニカルバルブ部分の固有周波数よりも高く設定され得、そして、その電流の出力密度は、特定の期間（例えば２〜１５秒）に亘ってインジェクタの或る領域の温度を実質的に上昇させるレベルに設定され得る。このタイプの加熱は、２つの係合表面間の静止摩擦力を低減し得るように界面油膜を加熱することが望ましい場合に有利であり得る。
【００３２】
上記説明の別の実施形態では、燃料インジェクタの温度を上昇させるための加熱期間の間に抵抗加熱が用いられ得る。抵抗加熱が望ましい場合、図１の制御器１２は、所望の時間の間、所望の量の電流をコイルに流すようにプログラムされ得る。当然ながら、コイルに流れる所望の量の電流は、電流が流れている間に変化し得る。しかし、平均電流レベルは所定のレベルに設定され且つ所定の時間の間そのレベルに維持され得る。実施形態の一つにおいて、該所定の時間は、電流がコイル温度を所定のレベルに上昇させるのにかかる時間に相関付けられ得る。コイル温度が所定のレベルに到達したとき、電流の流れが停止され得る。言い換えると、コイル温度は、所定の温度未満に維持されるように制御され得る。また、コイル温度は所定の上限と所定の下限との間で調整されてるようにしてもよいことに留意されたい。このようにして、コイルから周辺の電気的に作動される機械的に動作可能なバルブへと熱を移動させつつ、コイル温度を管理し得る。さらに、電流の流れは、コイルが周辺のインジェクタ本体を加熱し続けるように、周期的に再開され得る。
【００３３】
本発明の説明のさらに別の実施形態において、渦電流加熱、ヒステリシス加熱、及び／又は、抵抗加熱の割合が、電流の振幅、周波数及び／又はゼロからのオフセットを制御することによって調節され得る。例えば、ロー（LOW）状態（２アンペア）とハイ（HI）状態（２０アンペア）との間を１ｋＨｚの周波数で交番する電流が、燃料インジェクタの閉鎖コイルに供給され得る。コイルに供給される平均電流は８アンペアを超え得る。この電流の一部が、コイルの抵抗成分によって熱に変換され得る。同時に、電流の時間変化する部分を用いて磁場を生成し、コイルとスプールバルブとの界面の領域に渦電流を誘導し得る。その後、電流が０アンペアと１５アンペアとの間を１．５ｋＨｚの周波数で交番するように変更された場合、その結果得られる抵抗加熱及び渦電流加熱の割合が変化する。したがって、抵抗加熱、渦電流加熱、及び／又は、ヒステリシス加熱の割合は、動作条件に応じて加熱方法が変更され得るように調節され得る。
【００３４】
図４に戻ると、エンジン始動標線４１１より前では、エンジンを始動する前及び加熱プロセスの間、スプールバルブが閉鎖位置に維持される。したがって、燃料インジェクタの動作状態は、開放及び閉鎖に関して若しくは燃料の給送に関して変更が無いままである。さらに、エンジン始動標線４１１より前は、インジェクタ内を燃料が実質的に流れていない状態（例えば毎分１ｇｍ未満）である。当然ながら、このエンジン始動標線４１１より前のシーケンスの他の変形例もまた有用であり得る。例えば、燃料インジェクタ・グループの閉鎖コイルを用いて、上で説明したような逐次的な様態で燃料インジェクタを加熱し得る。その後、同じグループの燃料インジェクタの開放コイルを用いて、同様の逐次的様態にて燃料インジェクタを加熱し得る。別の変形例において、アクチュエータの電機子又はピントルの位置は、渦電流による熱がアクチュエータ・コイルに与えられる前に移動され得る。これらのシーケンスは、必要に応じて、エンジンを始動する前に何度も繰り返し得る。
【００３５】
燃料インジェクタを予熱した後、縦線の標線４１１の時点でエンジンが始動される。エンジンを回転させると、開放コイル及び閉鎖コイルがスプールバルブを、１シリンダサイクル毎に２回、閉鎖位置から開放位置へと移動させる。つまり、４行程毎に燃料の噴射が２回行われる。インジェクタ＃１に対する初めのインジェクタ開放コマンド４０３は、シリンダを２回目に行われるメインの燃料噴射４１２のために準備させるパイロット噴射を提供する。各インジェクタ開放コマンドの後に、インジェクタ閉鎖コマンドが続く。符号４０５におけるコマンドによりパイロット噴射が停止され、符号４１４におけるコマンドによりメイン噴射パルスが停止される。噴射期間の間、エンジンを回転させつつ、適宜、時間変化する電流を開放コイルに印加して、開放コイルが動作してインジェクタを加熱するようにすることも可能であることに留意されたい。他のシリンダも、同様の噴射パターンに従う。しかし、異なる動作条件の間は、噴射を１度だけ行うことが望まれ得る。それぞれのシリンダの圧縮行程において動作しているインジェクタを図示しているが、インジェクタは、シリンダサイクルの任意の行程（例えば、吸気行程、出力行程及び／又は排気行程）の間に動作してもよい。さらに、インジェクタは、シリンダ燃焼イベントの順序、つまり、４気筒エンジンの場合、１→３→４→２の順序で動作する。
【００３６】
ここで図５を参照すると、エンジン始動の間のインジェクタ動作を向上するための別の方法を示す。図５では、図４に示したのと同様のルールで信号に符号を付けてある。    縦標線５１５の時点でエンジンを始動するのに先立ち、符号５０１、５０２、５３１及び５３０によって示す期間に燃料インジェクタを加熱する。燃料は、符号５２１及び５２５によって示すコマンドと同様のコイルコマンドによってエンジンシリンダ内に噴射される。符号５２１はパイロット噴射を示し、符号５２５はパイロット噴射の停止を示す。パイロット噴射信号の直後のコイル信号が、メイン燃料噴射のパルス幅を制御する。インジェクタは、上で説明した抵抗による方法、渦電流による方法、及び／又は、ヒステリシスによる方法を用いて加熱され得る。符号５１５の時点でエンジンが回転を開始した後、スプールバルブが閉鎖位置にあるとき、第１〜第４のインジェクタの閉鎖コイルは噴射イベントと噴射イベントとの間の期間に加熱される。符号５０３〜５０８、５１０及び５３２〜５３８は、エンジンが回転し始めてスタートされた後に燃料インジェクタの加熱が行われ得る期間を示している。やはり、これらの期間におけるインジェクタの加熱は、抵抗加熱、渦電流加熱、及び／又は、ヒステリシス加熱、若しくは、これらの組み合わせによって行われる。当然、図面に示したまさにそのタイミングでインジェクタの加熱を行う必要はない。むしろ、インジェクタの加熱は、シリンダサイクルのうち、インジェクタ・スプールバルブの所望の状態（開放状態又は閉鎖状態）がコイルに与えられる電流によって変化しない任意の期間において開始され得る。例えば、インジェクタ加熱期間５０３、５０５及び５０７を、１８０°〜３６０°のクランクシャフト角度期間から０°〜１８０°のクランクシャフト角度期間へと適宜移動し得る。さらに、スプールバルブの状態を変化させることなくコイルを用いて渦電流による加熱を行うことが可能である。したがって、スプールバルブを閉鎖状態に維持したまま、燃料インジェクタの開放コイルを用いて渦電流により燃料インジェクタを加熱し得る。さらに、ＤＣ磁場の強度は低いので、燃料インジェクタは、スプールバルブの状態を変化させることなく、開放コイルからの渦電流及び閉鎖コイルからの渦電流を用いて同時に加熱することができる。加えてさらに、必要に応じて加熱時間を変更し得る。例えば、インジェクタが或る始動時から次の始動に至るまでに温度が下がる場合、加熱時間は延長され得る。若しくは、或る始動時から次の始動に至るまでにエンジン温度がより高い上昇率で上昇する場合、加熱時間は短縮され得る。加熱期間は所定の時間に設定され得るか、又は、特定のクランクシャフト期間、例えば１００°のクランクシャフト回転期間に設定され得る。また、ある特定のシリンダの加熱期間は、別のシリンダの加熱期間と一致しないことに留意されたい。この構成は、インジェクタ・アクチュエータに同時に供給される電流の量を制御するために意図的になされたものである。インジェクタ加熱期間をずらすことにより、エンジンの出力要求を大幅に変更することなくインジェクタ加熱が可能であり得る。反対に或いは、必要であれば、燃料インジェクタ加熱期間は、適���互いに重複するように設定してもよい。
【００３７】
インジェクタ・スプールバルブは、図４に示したのと同じ様態で制御される。つまり、開放コイル及び閉鎖コイルは、１シリンダサイクル毎に２回動作する。具体的には、インジェクタはパイロット噴射のために１回動作し、メイン噴射のために１回動作する。但し、追加の噴射を適宜行うことが可能である。暖機期間の間、インジェクタ・スプールバルブは暖機期間の前の状態に維持される。或いは、スプールバルブが加熱コイルによって制御される状態とは逆の状態にある場合、暖機シーケンスを開始し得る。例えば、電流が閉鎖コイルに流入するときに、スプールバルブは開放位置に在る場合がある。閉鎖コイルに流入する電流は、スプールバルブを閉鎖位置に移動させ、その後インジェクタに熱を与え始め得る。したがって、開放コイル又は閉鎖コイルの加熱プロセスは、コイルに電流を流してスプールバルブを逆の状態（つまり開放位置又は閉鎖位置）から変化させることによっても開始され得る。その後、コイルを用いて燃料インジェクタを加熱し得る。
【００３８】
図６は、エンジン始動の間のインジェクタ動作を向上する別の方法を示す。図６において、図４に示したのと同様のルールで信号に符号を付けてある。縦標線６５０の時点でエンジンを始動し回転させるのに先立ち、インジェクタの組の夫々を作動して、燃料インジェクタを加熱する。つまり、各シリンダの開放コイル及び閉鎖コイルが同時に電流を与えられて、燃料インジェクタを加熱する。インジェクタの加熱を、領域６０１、６０３、６０５、６０７、６０９、６１１、６１３、及び、６１５によって示す。両コイルが同時に同量の電流を与えられるとき、スプールバルブは、電流の供給を開始する前の状態（開放状態又は閉鎖状態）に留まる。スプールバルブの最も近くにあるコイルがバルブを引き寄せて捕捉する。なぜなら、そのコイルは、反対側にあるコイルよりも大きな力をバルブに与えるからである。２つのコイルが電流を同時に与えられるとき、燃料インジェクタの加熱は、１つのコイルが提供できるレベルを超えるまでに増大され得る。縦標線６５０の時点よりも前では、逐次的な様態でインジェクタコイルの組に電流を供給して燃料インジェクタを加熱することに留意されたい。つまり、第１のインジェクタの開放コイル及び閉鎖コイルに電流が供給され、その後、第１のインジェクタへの電流が停止された後、電流は第２のインジェクタのコイルに供給される。或いは、上で述べたように、２つの燃料インジェクタのコイル加熱期間を必要に応じて重複させてもよい。コイルは、抵抗による加熱、渦電流による加熱、及び／又は、ヒステリシスによる加熱を提供し得る。図６に示した順序と異なる順序でインジェクタに電流を供給することも可能であることに留意されたい。例えば、さらに、インジェクタを加熱するための電流は、エンジンの点火順序（例えば１→３→４→２）にしたがってインジェクタに供給されてもよい。符号６３０がパイロット噴射の開始を示し、符号６３３がパイロット噴射の終了を示す。パイロット噴射コマンドの直後に続くコイル制御信号を用いて、メイン燃料パルス幅を制御する。燃料インジェクタの制御を示す他のコイルコマンド信号が、同様の様態で示されている。また、逐次的な燃料インジェクタの加熱は必須でないことに留意されたい。適宜、全ての燃料インジェクタ又は１群の燃料インジェクタを同時に加熱してもよい。さらに、複数の群の燃料インジェクタを順次加熱してもよい。例えば、８気筒エンジンの燃料インジェクタを加熱する場合、各群が２つのインジェクタからなる４群のインジェクタを順次加熱してもよい。
【００３９】
ここで図７を参照するとは、別のエンジン始動準備方法のための電流及び電圧のタイミング例が示されている。シーケンスは図面の左側で始まり、右側で終わる。符号Ｉ１ＣＬＳＶは、シリンダ＃１のインジェクタの閉鎖コイルに印加される電圧を示す。符号Ｉ１ＣＬＳＣは、シリンダ＃１のインジェクタの閉鎖コイルに流れる電流を示す。シリンダ＃２〜＃４についても、同様の符号、電流及び電圧を示す。縦標線７０１は、キー・オン(key-on)又は同様のエンジン始動要求を示す。縦標線７３０は、スタートの準備が完了した状態を示す。
【００４０】
加熱プロセスは、始動要求信号７０１が認識されたすぐ後に始まる。電圧が、所定の期間の間、シリンダ＃１のインジェクタの閉鎖コイルに印加される。該所定の期間は、エンジン温度、インジェクタ温度、エンジンオイル温度、エンジン冷媒温度、最後の始動からの経過時間、又は、他の同様の基準値の関数であり得る。電流が閉鎖コイルに供給され初め、縦標線７０５の時点において電圧が除去されるまで増大する。変化する電流が、その電流に応じた磁場を誘導する。縦標線７０５の時点において電圧がシリンダ＃１のインジェクタコイルから除去され、その後、７０３の時点で、コイルによって生成された磁場が崩壊し始めると、コイルを流れる電流が減衰する。電圧はまた、縦標線７０４の時点において、シリンダ＃２のインジェクタの閉鎖コイルに印加される。この電圧印加は、シリンダ＃１のインジェクタから電圧を除去するのと略同時に行われる。やはり、電圧をインジェクタコイルに印加すると、電流が上昇し始める。このようにして、電圧をそれぞれのインジェクタの各閉鎖コイルに順次印加し得、それによりインジェクタを加熱するために供給される瞬時電流が低減される。さらに、インジェクタ内で変化する電流が、近傍の金属に渦電流及び／又は磁気ヒステリシスを誘導し得る、時間変化する磁場を生成する。したがって、説明した加熱シーケンスを用いて、インジェクタに供給される電流量を制限しつつ、インジェクタを加熱し得る。この例において、エンジン始動スタートの準備が完了した状態に至るまでに８サイクル分の順次電圧印加サイクルを図示したが、順次熱生成サイクルのサイクル数は必要に応じて増加又は減少され得る。例えば、より温度の低い気候の間は、各インジェクタコイルに１００００回の独立した電圧印加が指令され得る。それに対して、より温度の高い環境では、各インジェクタに２０００回の電圧印加が指令され得る。
【００４１】
ここで図８を参照すると、燃料インジェクタ加熱方法のフローチャートを示す。ステップ８０１において、燃料インジェクタ加熱が要求されたかどうかをルーチンが判定する。インジェクタ加熱の要求は、外部ルーチンから与えられるか、若しくは、センサ及びシステムの状態を評価した結果として得られ得る。例の一つにおいて、エンジン温度、最後の始動からの経過時間、オイル温度、及び、インジェクタコイル温度の状態を用いて、インジェクタコイルの加熱が望まれるかどうかを判定する。さらに、動作条件を用いて燃料インジェクタ加熱の継続時間を決定し得る。他の例において、燃料インジェクタ加熱の継続時間は、実験的に決定された加熱時間をメモリから取得することによって決定してもよい。例えばエンジン冷媒温度及びエンジンオイル温度によって構成された配列（array）を指標付け（indexing）することによって、特定のメモリ位置を検索させてもよい。
【００４２】
例の一つにおいて、エンジンを始動する準備ができると、燃料インジェクタの加熱が開始される。始動準備処理は、オペレータのコマンド又はハイブリッド自動車の制御器などの外部システムからのコマンドによって開始され得る。燃料インジェクタの加熱は、燃料噴射イベントの間に使用される電圧又は電流よりも高い又は低い、電圧又は電流を用いて達成され得る。電圧及び／又は電流レベルを変化させることによって、インジェクタコイルによりさまざまな量の熱が生成され得る。もし加熱が要求されるならば、ルーチンはステップ８０３に進む。加熱が要求されてないならば、ルーチンはこのプロセスを終了し、燃料インジェクタは所望の燃料を供給するように動作され得る。
【００４３】
ステップ８０３において、インジェクタ加熱方法が選択される。つまり、ルーチンは、渦電流加熱又は抵抗加熱によって燃料インジェクタを加熱することを選択するか、若しくは、インジェクタを加熱しないことを選択する。加熱方法は、全ての条件について均一になるようにプログラムされ得る（例えば常時渦電流加熱を用いる場合がある）か、若しくは、異なる動作条件に応じて異なる加熱方法を用い得る。例えば、オイル温度が低い場合は、渦電流加熱及びそれに関連するＩ２Ｒ抵抗加熱を用いて、燃料インジェクタの温度を上昇し得る。一方、オイル温度がより高い場合は、主として抵抗加熱を用いて燃料インジェクタを加熱するのが望ましい場合がある。さらに、燃料インジェクタ加熱方法は、バッテリの充電状態、若しくは、交流電源又は発電機の電力出力などの動作条件に応じて選択され得る。実施形態の一つにおいて、バッテリの充電状態が所望のレベルより高いとき、抵抗による燃料インジェクタの加熱が許可され、バッテリの充電状態が所望のレベルより低いとき、抵抗による燃料インジェクタの加熱は許可されない。或いは、渦電流によるインジェクタの加熱が同じ様態で達成されてもよい。別の実施形態において、自動車充電システムの或る状態において渦電流による加熱が許可され、自動車充電システムの別の状態において、抵抗による加熱が許可される。コイルに流入する平均電流を調節すること並びにコイルに流入する電流の周波数及び振幅を変更することによって、燃料インジェクタ加熱プロフィールを変更することも可能であることに留意されたい。
【００４４】
実施形態の一つにおいて、電気的に動作可能なメカニカルバルブに対して供給される及び／又は指令されるコマンドとして電流の周波数は、電気的に動作されるメカニカルバルブのメカニカルバルブ部分の固有周波数よりも高い周波数であり得る。さらに、電気的に動作可能なメカニカルバルブに供給される電流の出力密度は、電気的に動作されるメカニカルバルブの或る部分又は或る領域の温度を実質的に上昇させるレベルとなるよう制御され得る。
【００４５】
実施形態の一つにおいて、メカニカルバルブの固有周波数は、下記式（１）に示すように、二次系として記載し得る。
【００４６】
M_x_ + Bx_ + Kx = F(i)    （１）
ここにおいて、Ｍはバルブ質量を示し、Ｂはダンピング係数を示し、Ｋはバネ定数を示し、Ｆは電流の関数である該系に加えられる力を示す。この系の固有周波数Ｗｎは下記式（２）のように記載し得る。
【００４７】
Wn=√K/M                （２）
もし電気的に動作されるメカニカルバルブが一次系であるならば、下記式（３）のように表わされ得る。
【００４８】
M_x_ + Bx_ = F(i)          （３）
ここにおいて、であり、ラプラス変換を行うと、下記式（４）及び（５）となり、Ｗｎ＝Ｂ／Ｍの固有周波数を有することとなる。
【００４９】
sv+B/M=F(i)/M         （４）
v/ F(i)=(1/M)/(s+(B/M)   （５）
電流がバルブの固有周波数より高い周波数で供給されるとき、コイルに流入する電気エネルギは、バルブ又は電機子を動かすことなく、電気的に動作可能なメカニカルバルブのアクチュエータ・コイルの外側に存在する部分に向けられ得る。
【００５０】
出力密度は、計測されたコイル出力電力を電機子又はワークピースのコイル内部に存在する部分の表面積で割った値として示し得、ワット／ｃｍ２の単位で表され得る。そして、コイルの出力密度は、コイル内に流れ込む電流によって決定される。
【００５１】
電気的に動作可能な機械的に作動されるバルブを渦電流及びヒステリシスで加熱するために、電流は、温度が低いときには磁場強度及び渦電流を増大し、温度が高いときには磁場強度及び渦電流を低減するという様態で供給される。上記温度は、電気的に動作可能な機械的に作動されるバルブの温度、若しくは、内燃機関（エンジン）のオイル又は水の温度など、バルブ近傍の物体の温度であり得る。したがって、所望の様態でアクチュエータを加熱する特定の電流周波数及び振幅を規定している表又は関数のインデックス付けのために、温度が用いられ得る。燃料インジェクタ加熱方法が選択された後、ルーチンはステップ８０５に進む。
【００５２】
ステップ８０５において、燃料インジェクタ熱伝達モードが選択される。熱伝達モードは、ステップ８０３において選択されたタイプの加熱によって生成された熱が、いつどのようにして１つ又は複数の燃料インジェクタに伝達されるかを説明する。例えば、ある熱伝達モードにおいて、熱は、そこにおいて各インジェクタに伝達される熱の量が動作条件に応じて異なる逐次的な様態で燃料インジェクタに伝達され得る。。
【００５３】
実施形態の一つにおいて、熱伝達モードは２つの期間、つまりエンジン始動前の期間とエンジン始動後の期間とに分割され得る。エンジン始動前に熱を燃料インジェクタに伝達する方法は、エンジン始動後に熱を伝達する方法とは異なり得る。例えば、エンジンが回転を開始する前、加熱シーケンスは時間に基づき得る。つまり、例えば２００ミリ秒毎に電流を供給して異なるインジェクタを１つずつ加熱し得る。エンジン始動後、所定の時間の間、熱は所定のクランクシャフト間隔で伝達され得る。ある実施形態において、加熱時間は、バッテリ又は充電システムの状態に基づき増加又は減少され得る。具体的には、もしバッテリの充電状態が低いならば、エンジン始動準備期間の間は加熱時間が減少され得、その後、エンジン始動後にインジェクタ性能を向上すべく燃料インジェクタ加熱が再開され得る。
【００５４】
このような柔軟性により、動作条件に応じて燃料インジェクタに熱が伝達することができる。例えば、幾つかのエンジン動作条件下では、エンジン始動後ではなくエンジン始動前に熱を燃料インジェクタに伝達するのが望ましく、また、その反対に、エンジン始動前ではなくエンジン始動後に熱を燃料インジェクタに伝達するのが望ましい場合もある。さらに、インジェクタ加熱時間、つまり、熱が燃料インジェクタに伝達される時間又はクランクシャフト角度は、エンジン動作条件に応じて変更され得る。このことにより、燃料インジェクタの加熱をシステムの要求に適合するように調整することができる。当然ながら、インジェクタ熱伝達モードは、電気的条件及び／又は充電システム条件（例えばバッテリの充電状態）に応じて変更され得る。
【００５５】
燃料インジェクタを加熱する熱は、次のように伝達され得る。すなわち、複数のインジェクタに同時に伝達されるか、複数の群のインジェクタに対して、各群のインジェクタが同時に加熱され且つそれらインジェクタ群がそれぞれ異なる時間に加熱されるように伝達されるか、逐次的に伝達されるか、若しくはこれらの方法を組み合わせた様態で伝達される。実施形態の一つにおいて、電流は２つ以上の燃料インジェクタに同時に供給される。つまり、2つ以上のインジェクタを加熱するための電流は実質的に同時に給送される。或いは、電流を給送してインジェクタを順次加熱することもできる。例えば、インジェクタを加熱するための電流は、まず第１のインジェクタに供給され、その後停止され、続いて第２のインジェクタに供給され、再び停止され、その後、同様の様態で残りのインジェクタに供給され得る。さらに、このシーケンスは、例えば、キー・オン後の経過時間などの動作条件が所定のレベルに達するまで又はエンジンオイル温度が所望のレベルに達するまで繰り返され得る。上述のように、エンジン始動後、燃料インジェクタの加熱は継続されても停止されてもよい。エンジン動作条件、加熱期間、及び／又は、加熱エネルギを用いて、いつインジェクタの加熱を停止するかを決定し得る。加熱モード及び熱を燃料インジェクタに伝達するタイミングもまた、エンジンが回転を開始すると変更され得る。
【００５６】
図５は、本発明の説明から利用可能な燃料インジェクタ熱伝達モードの一例を示す。具体的には、インジェクタ加熱の熱は、その熱がインジェクタ動作を妨害しないように所定のクランクシャフト間隔で伝達される。さらに、同じクランクシャフト期間の間に電流が別の燃料インジェクタを作動する必要がある場合、加熱対象のインジェクタの加熱を短時間停止することも可能である。さらに、シリンダ＃１の上死点を基準として５４０°〜０°のクランクシャフト角でシリンダ＃４の燃料インジェクタの燃料インジェクタ加熱が予定されており、この同じ期間の間にシリンダ＃１への燃料噴射が予定されている場合、シリンダ＃１の燃料インジェクタに噴射コマンドが与えられる一方で、シリンダ＃４の燃料インジェクタの加熱が停止され得る。
【００５７】
続いてステップ８０５において、加熱モードは、エンジン動作条件、インジェクタ動作条件、及び／又は、充電システム動作条件を評価することにより決定され得る。実施形態の一つにおいて、エンジン始動の前後で異なる熱伝達モードを作動させ得る状態機械(state machine)を用いるためにこれらの動作条件が使用され得る。これらの熱伝達モードの選択は、例えば実験的に決定され得る。図４〜図６は、選択され得る利用可能な加熱モードの１つのサンプルを提供する。ルーチンは、熱伝達モードの選択後にステップ８０７に進む。
【００５８】
ここでステップ８０７を参照すると、燃料インジェクタが加熱される。上で説明したように、燃料インジェクタは、抵抗加熱、渦電流加熱、及び／又は、ヒステリシス加熱によって加熱され得る。実施形態の一つにおいて、加熱プロセスは、自動車のドアを開けることによって又はドア解錠信号によって開始され得る。
【００５９】
上で述べたように、抵抗加熱方法は、燃料インジェクタコイルの内部抵抗を用いて、コイル周辺のインジェクタ部材を加熱する。コイルの熱は、伝導によって周辺の材料に伝達される。コイルの抵抗は、コイルに流入する電気エネルギを熱エネルギに変換する。制御された電流を燃料インジェクタコイルに印加することにより、コイルの温度を所定のレベル未満に維持しつつコイルが所望の量の熱エネルギを周囲のインジェクタに伝達するように、インジェクタコイルの温度が調節され得る。例の一つにおいて、電流が流入するコイル又はその近傍にスプールバルブが既に配置されている状態で、３アンペアのＲＭＳ電流がインジェクタコイルに供給される。電流は、コイル温度を上昇させ、インジェクタ内の燃料の流れを制御するスプールバルブに作用する磁場を生成する。しかし、スプールバルブはコイル又はその近傍に既に存在するので、磁場は、燃料インジェクタ内を流れる燃料に影響を及ぼさない。したがって、インジェクタは、インジェクタの燃料の流れを変化させることなく加熱される。
【００６０】
一方、上述の渦電流による加熱方法は、コイルに流入する電流を変化させることによって時間変化する磁場を生成する。電流は、さまざまな方法で変化させ得る。例えば、コイルに流入する電流は、所定期間に亘って増加及び減少し得る。若しくは、もしエンジンが回転しているならば、その電流は所定のクランクシャフト期間（例えば、励起周波数は、クランクシャフト角度の３６００°毎に、所定量だけ調節され得る。したがって、インジェクタに伝達される熱エネルギは、エンジンの回転数又は燃料イベントの回数に基づいて変更され得る。）に亘って増加又は減少し得る。電流は、例えば方形波、正弦波又は三角波のの形態で増加及び／又は減少し得る。電流が変化すると、磁場が生成され、その磁場が電流を誘導して、その電流がコイル芯部及びスプールバルブに流れる。この電流は材料の電気抵抗による抵抗を受け、それにより、燃料インジェクタを加熱する熱へと変換される。
【００６１】
コイルへの電流の流れは、トランジスタなどの単一のデバイスによって制御され得るか、若しくは、双方向の電流の流れを可能にするＨブリッジを形成する複数のデバイスによって制御され得る。したがって、コイルに流入する電流の平均値は、燃料インジェクタが加熱される間、正の値でも、負の値でも、ゼロでもよい。
【００６２】
また、燃料噴射タイミングは、燃料インジェクタの加熱時間の関数として調節され得るか、若しくは、燃料インジェクタに供給される熱エネルギの量の変化時に調節され得ることに留意されたい。例えば、エンジン速度及びエンジン負荷が一定ならば、燃料噴射パルス幅は、燃料インジェクタに供給する熱エネルギの量が増加するにしたがって減少され得る。この特徴により、エンジン制御器は、加熱されたインジェクタの応答性増加を埋め合わせることができる。コイルが加熱を始めた後、ルーチンはステップ８１１に進む。
【００６３】
ステップ８１１において、ルーチンは、インジェクタの加熱が開始された後にエンジンを始動する準備ができているかどうかを判定する。実施形態の一つにおいて、もしインジェクタが所望の温度に達したならば、或いは、キー・オン後の経過時間が所定時間に達したならば、エンジン制御器１２はエンジンを始動する準備ができている旨を運転者に通知し得る、或いは、エンジンは、別の状況において始動される場合もある。他の実施形態において、所望の量の熱エネルギが１つ又は複数のインジェクタに供給された後に、エンジン始動の準備ができているとみなしてもよい。例えば、各燃料インジェクタによって所定ジュールが噴霧された場合に、エンジンは始動の準備がで準備ができているとみなされ得る。エンジン始動の準備ができているとルーチンが判定した場合、ルーチンはステップ８１３に進む。そうでなければ、ルーチンはステップ８０７に戻る。
【００６４】
ステップ８１３において、インジェクタは、所望の量の燃料が所望のタイミングでシリンダ内に噴射されるように制御される。言い換えると、燃料インジェクタは、インジェクタの加熱が望ましくない場合の条件と同様の様態で動作する。つまり、インジェクタは、シリンダの１サイクルの間に１回以上シリンダ内に燃料を噴射するように制御される。シリンダサイクルのうち燃料インジェクタが動作している期間において、動作コイルは、スプールバルブを開放コイルに磁気的に引き寄せることによって、スプールバルブを少なくとも１回動かし、それによりシリンダ内に燃料を噴射する。同様に、閉鎖コイルは、開放コイルからスプールバルブを動かして、シリンダへの燃料の流れを停止する。例の一つにおいて、燃料は、吸気行程の間又は圧縮行程の間に噴射される。噴射される燃料の量は、運転者の要求、エンジン速度及び運転状態に応じて決定される。ルーチンは、燃料噴射コマンドが決定されコマンドとして与えられた後に、ステップ８１５に進む。
【００６５】
ステップ８１５において、ルーチンは、エンジン動作中の燃料インジェクタの加熱が望まれるかどうかを判定する。もし望まれるならば、ルーチンはステップ８１７に進む。望まれないならば、ルーチンは終了へ進む。もしエンジン動作中に燃料インジェクタの加熱が全く望まれないならば、インジェクタは、メイン燃料噴射ルーチンによって動作され、燃料がエンジン速度、動作要求及び動作条件に応じて給送される。
【００６６】
ステップ８１７において、燃料インジェクタは、インジェクタの通常動作が変更されないように電流を開放コイル及び／又は閉鎖コイルに印加することにより加熱される。つまり、電流を印加するコイル又はその近傍にスプールバルブが既に配置されているときに、電流が開放コイル及び／又は閉鎖コイルに流れる。或いは、スプールバルブが実質的に静止状態に留まるように、電流が開放コイル及び閉鎖コイルの両方に印加される場合がある。例えば、スプールバルブが閉鎖コイルに対向して配置されている場合、電流はまず閉鎖コイルに印加され、その後開放コイルに印加され得る。ここでの電流印加は、閉鎖コイルに印加された磁場が、スプールバルブを閉鎖コイルに対向して配置された状態に維持するのに十分な力をスプールバルブに与えるように行われる。
【００６７】
エンジンの動作中、命令された量の燃料を給送するように燃料インジェクタを維持するのが望ましい。このことは、シリンダサイクルのうちインジェクタ・スプールバルブが開放位置と閉鎖位置との間を往復しない期間にインジェクタを加熱することによって達成され得る。例えば、燃料インジェクタは、出力行程又は排気行程の期間中に加熱され得る。図５は、エンジン動作中に行われる燃料インジェクタの加熱の一例を示す。当然ながら、燃料インジェクタの加熱期間は、図５に示したものとは適宜異なっていてもよい。エンジン動作中に加熱を行う便利な方法として、加熱期間をエンジン位置で計測することが挙げられる。つまり、加熱期間は、例えば、加熱中のインジェクタに対応するシリンダの排気行程の下死点と排気行程の上死点との間の期間であり得る。コイル電流シーケンスが判定されコマンドが出された後、ルーチンはステップ８１３に戻る。
【００６８】
エンジン停止の後に加熱を行うようにインジェクタを準備することもまた可能である。具体的には、例の一つにおいて、インジェクタ・スプールバルブは、閉鎖コイルに対向して配置され得る。それにより、燃料の流れが停止され、且つ、開放位置から閉鎖位置にスプールバルブを移動することなくインジェクタの閉鎖コイルに電流が印加され得る。このようにして、スプールバルブは、時間変化する電流又は実質的に一定の電流が加熱を目的としてコイルに印加される前に、事前配置され得る。
【００６９】
ここで図９を参照すると、抵抗による燃料インジェクタの加熱及び渦電流によるインジェクタの加熱のグラフが示される。このグラフは、燃料インジェクタを加熱する目的で開放コイル又は閉鎖コイルに電流を印加した場合に起こる、燃料インジェクタのスプールバルブ及びバルブ本体領域の温度上昇を示す。Ｙ軸は、温度上昇を摂氏の単位で示す。Ｘ軸は、電流を燃料インジェクタコイルに電流を印加した後の経過時間を示す。曲線９０１は、コイルに印加される特定のＤＣ電流についての温度プロフィールを示す。温度上昇プロフィールは、一次応答に従う。温度上昇率は、コイルに流入する電流の量と相関付けられ得る。コイルに流入する電流は、コイルの劣化が低減されるように制限され得る。例の一つにおいて、コイルの温度上昇をコイルインピーダンス及びコイルに流入する電流の量に基づいて推定するモデルを形成し得る。コイル温度が所定のレベルに達した場合、コイルへの電流の流れは停止され得る。燃料インジェクタへと流れる熱を維持するため、電流は、周期的に再開され得る。
【００７０】
曲線９０３は、時間変化する電流が燃料インジェクタコイルに印加された場合の、燃料インジェクタについての温度プロフィールを示す。この温度プロフィールも一次応答に従う。しかし、温度上昇は、燃料インジェクタ材料に誘導された渦電流並びにコイルから導かれた熱が原因で生じるものである。したがって、コイルに流入する電流の平均値並びにコイル励起の時間変化成分の大きさ及び周波数を調節することにより、異なる燃料インジェクタ温度プロフィールを形成することができる。
【００７１】
当業者によって理解され得るように、図８に説明したルーチンは、イベント駆動型、割り込み駆動型、マルチタスキング、マルチスレッディング等の、任意の数の処理ストラテジのうちの１つ又は複数の処理ストラテジを示し得る。したがって、説明した種々のステップ又は機能は、説明された順番で実行されても、並列に実行されてもよく、場合によっては省略されてもよい。同様に、上述した処理の順序は、本明細書に記載の目的、特徴及び利点を達成するために必ずしも必要ではなく、図示及び説明を簡単にするために提示したものである。明示的に説明しないが、上述のステップ又は機能のうち１つ又は複数のステップ又は機能が、使用されている特定のストラテジに応じて繰り返し実行されてもよいことを当業者は理解し得るであろう。
【００７２】
説明は以上である。当業者は、本発明の説明を読むことにより、その説明の趣旨及び範囲から逸脱することなくさまざまな変形及び改変に思い至るであろう。例えば、天然ガス、ディーゼル、ガソリン、気体燃料又はその他の燃料で動作する２行程エンジン、４行程エンジン、Ｉ型３気筒エンジン、Ｉ型４気筒エンジン、Ｉ型５気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン、Ｖ型８気筒エンジン、Ｖ型１０気筒エンジン及びＶ型１２気筒エンジン等の構成が、本発明を有効に利用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】エンジンの概略図である。
【図２】電気的に動作されるメカニカルバルブの一例断面概略図である。
【図３】電気的に動作されるメカニカルバルブの加熱態様を説明する燃料インジェクタコイルの一例の断面概略図である。
【図４】エンジン始動シーケンスの一例についてのタイミング・シーケンスを示す図である。
【図５】エンジン始動シーケンスの別の例についてのタイミング・シーケンスである。
【図６】エンジン始動シーケンスの別の例についてのタイミング・シーケンスである。
【図７】エンジン始動シーケンスの別の例についてのタイミング・シーケンスである。
【図８】エンジンの始動及び動作中における燃料インジェクタの制御を向上する方法のフローチャートである。
【図９】抵抗及び渦電流により燃料インジェクタを加熱することによって生成される温度プロフィールの一例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７４】
10  内燃機関（エンジン）
12  電子エンジン制御器
30  燃焼室
36  ピストン
40  クランクシャフト
66  燃料インジェクタ
112  温度センサ
118  ホール効果センサ（エンジン位置センサ）
215  コイル
217  コイル
【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５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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