-
Die Erfindung betrifft eine Ansteuervorrichtung, welche einen piezoelektrischen Injektor durch Laden und Entladen ansteuert.
-
Als eine konventionelle Ansteuervorrichtung für einen piezoelektrischen Injektor offenbart die Druckschrift
JP 203-99169 A eine beispielhafte Konfiguration, welche analoge Schaltungen und digitale Schaltungen als eine integrierte Steuerschaltung (IC) integriert. In diesem Steuer-IC sind ein Integrator und ein Komparator als eine analoge Schaltung zur Ladesteuerung bereitgestellt. Der Komparator vergleicht in dem Integrator gespeicherte elektrische Ladung mit einem vorbestimmten Schwellenwert. Durch Einschalten und Ausschalten eines MOSFET entsprechend einem Vergleichsergebnis des Komparators wird Energie in dem piezoelektrischen Injektor zur Verwendung bei einem Antrieb bzw. einer Ansteuerung des piezoelektrischen Injektors gespeichert.
-
Das Steuer-IC, welches analoge Schaltungen und digitale Schaltungen beinhaltet, ist allgemein als eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC) ausgebildet. Da die ASIC eine lange Vorlaufzeit für Entwurf, Herstellung und Evaluation benötigt, ist es schwierig, eine kurzfristige Entwicklung oder eine kleine Produktion in großer Vielfalt darzustellen.
-
Es ist vorgeschlagen, dem vorstehend beschriebenen Problem durch Erzeugen eines derartigen Steuer-ICs mit einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) und einem Analog-Digital-Wandler entgegenzuwirken. In Übereinstimmung mit diesem Vorschlag wird ein in dem piezoelektrischen Element fließender Strom AD-gewandelt, wird eine Ladungsmenge von Elektrizität durch Akkumulieren der umgewandelten Daten bei jedem Takt berechnet, und wird die berechnete Ladungsmenge durch einen digitalen Komparator mit einem Schwellenwert verglichen.
-
In diesem Fall erfasst das FPGA den Strom, welcher in der Phase um einen Betrag entsprechend einer Ansprechverzögerungszeit des Analog-Digital-Wandlers verzögert ist. Infolge dessen beeinflusst bei der Ansteuerung des piezoelektrischen Injektors, welcher mit einer hohen Schaltgeschwindigkeit gesteuert werden muss, die vorstehend beschriebene Phasenverzögerung negativ die Genauigkeit der Ladungsmengenberechnung, und neigt dazu, eine geringe Genauigkeit bei der Kraftstoffeinspritzung zu verursachen.
-
Die Erfindung richtet sich gegen das vorstehend beschriebene Problem und hat als eine Aufgabe, eine Ansteuervorrichtung für einen piezoelektrischen Injektor bereitzustellen, welcher den Einfluss einer Ansprechverzögerung bei einer Steuerung unter Verwendung eines Analog-Digital-Wandlers verringert und eine hohe Genauigkeit der Kraftstoffeinspritzung beibehält.
-
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Ansteuervorrichtung für einen piezoelektrischen Injektor einen Ladeschalter zum Laden eines piezoelektrischen Injektors durch Anlegen einer Ansteuerspannung über eine Spule, einen Entladeschalter zum Entladen geladener Elektrizität des piezoelektrischen Injektors zu einer Masse über die Spule, einen Stromerfassungswiderstand zum Erfassen eines in dem piezoelektrischen Injektor fließenden Stroms, einen Analog-Digital-Wandler zum Analog-Digital-Wandeln einer Anschlussspannung des Stromerfassungswiderstands, einen Ladungsmengenberechnungsteil zum Berechnen einer in den piezoelektrischen Injektor geladenen Ladungsmenge auf der Grundlage von Stromdaten, die von dem Analog-Digital-Wandler beschafft wurden, und einen Ladesteuerteil zum Steuern von Umschaltvorgängen des Ladeschalters und des Entladeschalters im Ansprechen auf ein Berechnungsergebnis des Ladungsmengenberechnungsteils. Die Ansteuervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Ladungsmengenberechnungsteil einen Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil zum Integrieren der Stromdaten während einer Ladezeitspanne und einen Vorhersageladungsmengenberechnungsteil zum Vorhersagen einer in den piezoelektrischen Injektor während einer Ansprechverzögerungszeitspanne des Analog-Digital-Wandlers geladenen Ladungsmenge beinhaltet. Der Ladungsmengenberechnungsteil ermittelt eine Ladungsmenge, die in den piezoelektrischen Injektor geladen ist, durch Addieren eines Integrationsergebnisses des Tatsächlichladungsmengenberechnungsteils und des vorhergesagten Ergebnisses des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils.
-
1 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Konfiguration einer Ansteuervorrichtung für einen piezoelektrischen Injektor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
2 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ladungsmengenberechnungsteils in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
-
3 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Ladungsvorhersagesteuerungsverarbeitung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
-
4 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Stromvorhersageberechnungsergebnisverarbeitung in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
-
5 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das eine Anweisung und eine Stromwellenform in jeder von einer Ladezeitspanne und einer Entladezeitspanne eines piezoelektrischen Injektors in dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
-
6 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, das die Stromwellenform in vergrößerter Weise in der in 5 gezeigten Ladezeitspanne zeigt;
-
7 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ladungsmengenberechnungsteils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
-
8 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Vorhersagestromberechnungsergebnisverarbeitung in dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
-
9 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Ladungsmengenberechnungsteils gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; und
-
10 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Vorhersagestromberechnungsergebnisverarbeitung in dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
-
Die Erfindung wird nachstehend im Einzelnen unter Bezugnahme auf die mehreren, in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiele beschrieben. Gleiche strukturelle Teile in den ablaufenden Ausführungsbeispielen sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, um die Beschreibung zu vereinfachen.
-
(Erstes Ausführungsbeispiel)
-
Zunächst auf 1 Bezug nehmend, wird ein piezoelektrischer Injektor 1 mit Antriebs- bzw. Ansteuerleistung von einem (nicht gezeigten) Gleichsignal-Gleichsignal- bzw. DC-DC-Konverter versorgt. Der piezoelektrische Injektor 1 ist ein Kraftstoffinjektor, welcher durch einen (nicht gezeigten) piezoelektrischen Aktuator angesteuert wird. Ein Glättungskondensator 2 ist zwischen dem DC-DC-Konverter (Antriebsleistungsquelle) und der Masse verschaltet. Ferner ist eine Serienschaltung, welche aus einem P-Kanal-MOSFET 3, einer Lade- und Entladespule 4, dem piezoelektrischen Injektor 1, einem P-Kanal-MOSFET 5 und einem Stromerfassungswiderstand 6 besteht, zwischen der Antriebsleistungsquelle 5 und der Masse verschaltet. Der FET 3 ist ein Ladeschalter, und der FET 5 ist ein Zylinderauswahlschalter.
-
Eine Serienschaltung, welche aus einem P-Kanal-MOSFET 7 und einem Widerstand 8 besteht, ist zwischen einem Drain-Anschluss des FET 3 und der Masse verschaltet. Eine Freilaufdiode 9 ist zwischen einem gemeinsamen Knoten, welcher zwischen der Lade- und Entladespule 4 und dem piezoelektrischen Injektor 1 liegt, und der Masse verschaltet. Der FET 7 ist ein Entladeschalter.
-
Eine Ansteuervorrichtung 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird durch ein FPGA 11 und einen Analog-Digital-Wandler bzw. AD-Wandler (ADC) 12 als strukturelle Hauptteile gebildet. Eine Anschlussspannung des Widerstands 6, welcher einen in dem piezoelektrischen Injektor 1 fließenden Strom erfasst, wird durch den AD-Wandler 12 AD-gewandelt, und umgewandelte bzw. konvertierte Daten werden dem FPGA 11 zugeführt. Ein Drain-Anschluss des FET 5 ist mit einem Eingangsanschluss eines Stromflusspfadumschalterfassungsteils 13 verbunden. Der Stromflusspfadumschalterfassungsteil 13 besteht aus einer Differenzierungsschaltung 14 und einem Pegelschieber (LS) 15. Sein Ausgangssignal Flg wird dem FPGA 11 zugeführt. Der Stromflusspfadumschalterfassungsteil 13 ist ein Stromerhöhungs- und -verringerungsänderungserfassungsteil bzw. ein Stromanstiegs- und -abnahmeänderungserfassungsteil.
-
Ein Zylinderauswahlsteuerteil 21 des FPGA 11 empfängt ein Einspritzbefehlssignal von einem Mikrocomputer 16, welcher eine Steuervorrichtung höherer Ebene ist. Der Mikrocomputer 16 wird nachstehend einfach als ein Computer bezeichnet. Der Zylinderauswahlsteuerteil 21 gibt ein Ladebefehlssignal an einen Ladesteuerteil 22 und ein Entladebefehlssignal an einen Entlade-FET-Steuerteil 23 aus. Die aus der AD-Wandlung des AD-Wandlers 12 resultierenden Daten werden durch einen VI-Umwandlungsteil (VIC) 24 zu Stromdaten Id VI-gewandelt und dem Ladesteuerteil 22 und dem Entlade-FET-Steuerteil 23 zugeführt.
-
Der Ladesteuerteil 22 beinhaltet einen Lade-FET-Steuerteil 25, einen Ladungsmengenberechnungsteil 26 und einen Komparator 27. Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 besteht aus einem Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28, einem Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 und einem Addierer 30. Die Stromdaten Id werden sowohl dem Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28 als auch dem Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 zugeführt. Das Ausgangssignal Flg des Stromflusspfadumschalterfassungsteils 13 wird über den Pegelschieber 15 dem Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 zugeführt. Ausgangsdaten des Tatsächlichladungsmengenberechnungsteils 28 und des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils 29 werden durch den Addierer addiert und dem Komparator 27 zugeführt. Der Komparator 27 vergleicht ein Additionsergebnis mit einem Ladeschwellenwert Qth und gibt ein Vergleichsergebnis an den Lade-FET-Steuerteil 25 aus.
-
Der Lade-FET-Steuerteil 25 gibt ein Lade-FET-Steuerbefehlssignal an einen Gate-Anschluss des FET 3 über ein Treiber-IC 31 aus. Der Entlade-FET-Steuerteil 23 gibt ein Entlade-FET-Steuerbefehlssignal an einen Gate-Anschluss des FET 7 über ein Treiber-IC 32 aus. Der Zylinderauswahlsteuerteil 23 gibt ein Zylinderauswahlsteuerbefehlssignal an einen Gate-Anschluss des FET 5 über ein Treiber-IC 33 aus.
-
In dem Ladungsmengenberechnungsteil 26 berechnet der Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28 eine tatsächliche Ladungsmenge Qa, die in den piezoelektrischen Injektor 1 geladen ist bzw. wird, auf der Grundlage der Stromdaten Id, und berechnet der Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 eine vorhergesagte Ladungsmenge Qd, welche während einer Zeitspanne eines Verstreichens einer Ansprechzeitspanne td des AD-Wandlers 12 geladen werden wird. Die tatsächliche Ladungsmenge Qa und die vorhergesagte Ladungsmenge Qd werden durch den Addierer 30 addiert, um dadurch eine Gesamtladungsmenge Qc zu berechnen.
-
Wie in 2 gezeigt ist, multipliziert der Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28 des Ladungsmengenberechnungsteils 26 die Stromdaten Id mit einer Systemtaktperiode tsys mittels eines Multiplizierers 40 und integriert, nach dem Konvertieren desselben in eine Ladungsmenge pro Takt, die Ladungsmenge mittels eines Integrators 41. In diesem Fall misst ein Zeitgeber 42 die vorstehend beschriebene Verzögerungszeitspanne td ausgehend von einem EIN-Zeitpunkt des FET 3, zu welchem die Ladungsmengenberechnung begonnen wird, so dass die Stromdaten Id in einem unnötigen Bereich nicht integriert werden. Wenn der Komparator 43 ermittelt, dass die Verzögerungszeitspanne td verstrichen ist, beginnt der Integrator 41 seine Integrationsberechnung.
-
Der Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 beinhaltet einen Stromvorhersageberechnungsteil 44, einen Multiplizierer 45, ein Schieberegister (bei SR) 46 und einen Akkumulator 47. Der Stromvorhersageteil 44 wählt ein geeignetes eines von Vorhersageberechnungsergebnissen (1) bis (3), welche jeweils durch erste bis dritte Vorhersageberechnungsteile 48 bis 50 durchgeführt werden, auf der Grundlage der Leistungsversorgungszeitspanne des piezoelektrischen Injektors 1 aus und gibt ein ausgewähltes Eines als den vorhergesagten Strom Ip aus. Der vorhergesagte Strom Ip wird durch Multiplikation mit der Zeitspanne tsys mittels des Multiplizierers 45 in die elektrische Ladung konvertiert und dann in dem Schieberegister 46 gespeichert. Das Schieberegister 46 weist eine Kapazität auf zum Speichern von td/tsys Datenteilen. Das Schieberegister 46 berechnet eine Gesamtsumme der Ladungsmengen durch den Akkumulator 47, um dadurch die Ladungsmenge Qd entsprechend der Ansprechverzögerungszeitspanne td des Konverters 13 zu berechnen.
-
Die Stromdaten Id werden einen n-Abtastwert-Stromsteigungsberechnungsteil 51 und einem Addierer 52 eines zweiten Vorhersageteils 49 zugeführt. Der N-Abtastwert-Stromsteigungsberechnungsteil 51 berechnet eine erste Stromsteigung α1, welche eine Änderungsrate von Strom pro Zeit ist, ausgehend von den Stromdaten Id von "n" Teilen abgetasteter Stromdaten und gibt sein Berechnungsergebnis an einen Multiplizierer 53 aus. Der Multiplizierer 53 gibt ein Ergebnis der Multiplikation der Stromsteigung α1 und der Ansprechzeitverzögerung td an den Addierer 52 der nächsten Stufe aus. Der Addierer 52 gibt den Vorhersageberechnungswert (2), welcher aus der Addition der Stromdaten Id zu dem Multiplikationsergebnis des Multiplizierers 53 resultiert, an einen Multiplexer 54 und einen Eingangsanschluss D eines D-Flip-Flops 55 aus.
-
Der dritte Vorhersageberechnungsteil 50 beinhaltet weiter ein D-Flip-Flop 56, welches die Stromsteigung α1 an seinem Eingangsanschluss D empfängt. Das Signal Flg wird Taktanschlüssen der D-Flip-Flops 55 und 56 zugeführt. Das D-Flip-Flop 55 gibt einen Berechnungsparameter Ioffset an einen Addierer 57 aus. Das D-Flip-Flip 56 gibt eine zweie Stromsteigung α2 an einen Multiplizierer 58 aus. Der Multiplizierer 58 multipliziert die Stromsteigung α2 mit einer Zeit t2, welche durch einen Zeitgeber 59 gemessen wird, und gibt ein Multiplikationsergebnis des Multiplizierers 58 an einen Addierer 57 der nächsten Stufe aus. Der Addierer 57 gibt den Vorhersageberechnungswert (3), welcher ein Ergebnis der Addition des Parameters Ioffset zu dem Multiplikationsergebnis α2 × t2 ist, an den Multiplexer 54 aus.
-
Der erste Vorhersageberechnungsteil 48 beinhaltet ein D-Flip-Flop 60, welches die Stromsteigung α1 an seinem Eingangsanschluss D empfängt. Ein Lade-FET-EIN-Zähler 61 zählt die Anzahl von EIN-Zeiten des FET 3 in der Ladezeitspanne und gibt einen Zählwert X an einen Komparator 62 aus. Der Komparator 62 vergleicht den Zählwert X mit "0", welches die erste Zeit des Ladens angibt, und gibt sein Vergleichsergebnis an einen Eingangsanschluss eines UND-Gatters 63 aus.
-
Der Zeitgeber 59 beginnt die Zeitmessung ausgehend von einem Anstiegszeitpunkt des Signals Flg und gibt eine gemessene Zeit t2 an einen Komparator 64 aus. Der Komparator 64 vergleicht die Zeit t2 mit einer Zeit (td + n + tsys) und gibt sein Vergleichsergebnis an den anderen Eingangsanschluss des UND-Gatters 63 und einen Dekodierer 65 aus. Ein Ausgangsanschluss des UND-Gatters 63 ist mit einem Taktanschluss des D-Flip-Flops 60 verbunden. Das D-Flip-Flop 60 gibt eine Stromsteigung α0 an einen Multiplizierer 66 aus. Der Multiplizierer 66 gibt den Vorhersagewert (1), welcher ein Ergebnis der Multiplikation der Stromsteigung α0 mit der gemessenen Zeit t2 des Zeitgebers 59 ist, an den Multiplexer 54 aus.
-
Das Signal Flg wird einem Dekodierer 65 zugeführt, welcher ein Eingangsauswahlsignal an dem Multiplexer 54 ausgibt. Das heißt, das Auswahlsignal wird durch Decodieren der Vergleichsergebnisse der Komparatoren 62 und 64 und des zugeführten Signals Flg erzeugt.
-
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf des vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf 3 beschrieben, in welcher S einen Verarbeitungsschritt angibt. Wenn sich der Einspritzbefehl von dem Computer 4 bei S1 auf EIN ändert, initialisiert der Ladesteuerteil 22 bei S2 den Zählwert X des EIN-Zählers 61, und ändert bei S3 den Erstmals-Lade-FET-Steuerbefehl auf EIN. Jedes Mal, wenn sich der Lade-FET-Steuerbefehl auf EIN ändert, wird nach dem Initialisieren jedes der Parameter Qc, Qd, t1 und t2, welche in der Ladungsmengenberechnung verwendet werden, die Berechnung der elektrischen Ladungsmenge begonnen.
-
Wenn die gemessene Zeit t1 des Zeitgebers 42 gleich oder kleiner ist als die Verzögerungszeitspanne td (JA bei S5, berechnet der Tatsächlichmengenberechnungsteil 28 die tatsächliche Ladungsmenge Qa bei S6 durch Akkumulieren des Multiplikationsergebnisses ld × tsys. Dann ermittelt bzw. führt bei S7 der Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 das gegenwärtige Vorhersageergebnis bzw. Stromvorhersageergebnis durch, welches später beschrieben werden wird.
-
Wenn der vorhergesagte Strom Ip erhalten ist, wird die Ladungsmenge lp×tsys, welche das Multiplikationsergebnis des Multiplizierers 45 ist, bei S8 und S9 in dem Schieberegister 46 gespeichert. Eine Summe insgesamt gespeicherter Daten wird bei S10 durch den Akkumulator 47 als die vorhergesagte Ladungsmenge Qd gespeichert. In dem in 3 gezeigten Ablaufdiagramm wird angenommen, dass die Berechnung der tatsächlichen Ladungsmenge Qa und die Berechnung der vorhergesagten Ladungsmenge Qd in Serie durchgeführt werden. In der tatsächlichen Praxis werden diese Berechnungen jedoch in der Logik des FPGA 11 parallel durchgeführt.
-
Dann werden die tatsächliche Ladungsmenge Qa und die vorhergesagte Ladungsmenge Qd bei S11 durch den Addierer 30 des Ladungsmengenberechnungsteils 26 addiert. Das Additionsergebnis Qc wird bei S12 durch den Komparator 27 mit dem Ladeschwellenwert Qth verglichen. Wenn das Additionsergebnis Qc kleiner ist als der Ladeschwellenwert Qth (NEIN bei S12), wird bei S16 bis S5 die Ladungsberechnungsverarbeitung bei jeder Zyklusperiode tsys wiederholt. Zu der Zeit, zu der das Additionsergebnis Qc so zunimmt, dass es gleich oder größer ist als der Ladeschwellenwert Qth (JA bei S12), wird der FET 3 bei S13 abgeschaltet, und wird bei S14 der Zählwert X des Zählers 61 inkrementiert. Wenn bzw. bis die Ladezeitspanne endet (NEIN bei S15), kehrt die Verarbeitung zu S3 zurück, um das Einschalten und Ausschalten des FET 3 zu wiederholen. Wenn sich die vorhergesagte Ladungsmenge Qd und das Integrationsergebnis des tatsächlichen Stroms Id in der Ladungsberechnungsverarbeitung bemerkenswert unterscheiden, kann die vorhergesagte Ladungsmenge Qd korrigiert werden, um den Unterschied zu eliminieren.
-
In dem gegenwärtigen Vorhersageergebnis bzw. Stromvorhersageergebnis wird bei S7, wie in 4 gezeigt, die Stromsteigung α1 bei S21 aus den Stromdaten Id aus n Abtastwerten berechnet. Wenn die Flanke E1-E2, die einen Anstieg des Ausgangssignals Flg des Stromflusspfadumschalterfassungsteils 13 anzeigt, erfasst wird (JA bei S22), wird das Berechnungsergebnis Id + α1 × td des zweiten Vorhersageberechnungsteils 49 bei S23 in dem D-Flip-Flop 55, das heißt, als Parameter Ioffset, gespeichert. Ferner wird die in S12 ermittelte Stromsteigung α1 bei S24 in dem D-Flip-Flop 56 als die Steigung α2 gespeichert. Diese gespeicherten Werte werden in dem dritten Vorhersageberechnungsteil 50 verwendet.
-
Wenn die gemessene Zeit t2 bei dem erstmaligen Laden (X = 0) gleich der Zeit td + n × tsys wird und eine ansteigende Flanke E3 des Ausgangssignals des UND-Gatters 63 erfasst wird (JA bei S25), wird die Steigung α1 bei dem Schritt S26 als die Steigung α0 in dem D-Flip-Flop 60 gespeichert. Die Steigung α0 wird in dem ersten Vorhersageberechnungsteil 48 als ein gelernter Wert verwendet.
-
Die vorstehend beschriebenen Verarbeitungsschritte sind eine Lernverarbeitung der Berechnungsparameter α1, α2 und Ioffset. Nachfolgende Schritte S27 bis S34, welche nachstehend beschrieben werden, sind eine Dekodierverarbeitung des Dekodierers 65. Es wird hier angenommen, dass Zeitspannen des Übernehmens der vorhergesagten Ergebnisse der ersten bis dritten Vorhersageberechnungsteile 48 bis 50 durch Steuern des Multiplexers 54 mittels des Dekodierers 65 als jeweils erste bis dritte Zeitspannen T3s T1 bis T3 angenommen sind.
-
Die erste Zeitspanne T1 ist als eine Zeitspanne definiert, in welcher die gemessene Zeit t2 des Zeitgebers 59 kleiner ist als eine Summe der Verzögerungszeitspanne td und der Abtastzeit, die erforderlich ist, um n Teile von Stromdaten abzutasten (NEIN bei S28), und das Laden zur Zeit der Erfassung der ansteigenden Flanke des Signals Flg (JA bei S28) erstmalig erfolgt (JA bei S32). In der ersten Zeitspanne T1 wird das Berechnungsergebnis (α0 × t2) des ersten Teils 48 bei S33 durch den Multiplexer 54 als der vorhergesagte Strom Ip ausgewählt. Die dritte Zeitspanne T3 ist als eine Zeitspanne definiert, in welcher das Laden das zweite oder ein nachfolgendes Laden ist (NEIN bei S32). In der dritten Zeitspanne T3 wird das Berechnungsergebnis (α2 × t2 + Ioffset) des dritten Teils 50 bei S34 durch den Multiplexer 54 als der vorhergesagte Strom Ip ausgewählt.
-
Die zweite Zeitspanne T2 ist als eine Zeitspanne definiert, in welcher die gemessene Zeit t2 gleich oder größer ist als td + n × tsys (JA bei S28). In der zweiten Zeitspanne T2 wird das Berechnungsergebnis Id + α1 × td des zweiten Vorhersageberechnungsteils 49 bei S29 durch den Multiplexer 54 als der vorhergesagte Strom Ip ausgewählt.
-
Wenn keine ansteigende Flanke "Hochpegel" des Signals Flg erfasst wird (NEIN bei S27) und das Laden das erstmalige Laden ist (JA bei S30), wird das Laden noch nicht begonnen, und wird der vorhergesagte Strom Ip bei S31 auf null gesetzt. Wenn das Laden das zweite oder ein nachfolgendes Laden ist (NEIN bei S30), ist es die zweite Zeitspanne T2 zum Ausführen von S29.
-
Wie in 5 gezeigt ist, sind die AD-gewandelten Stromdaten Id des Injektorstroms, der durch eine durchgezogene Linie angegeben ist, gegenüber dem analogen Strom Ia, welcher durch eine durchbrochene Linie angegeben ist und vor der AD-Wandlung durch den AD-Wandler 12 in Phase ist, um einen Zeitbetrag td verspätet. Diese Verspätung bzw. Verzögerung wird aufgrund des Betriebsprinzips des AD-Wandlers 12 verursacht. Das heißt, da der AD-Wandler 12 bei dem Konvertieren der analogen Spannung in die digitalen Daten seinen Pegel mittels nur eines Einheitsbits im Ansprechen auf einen Takt fixiert, ist eine bestimmte, mehreren Takten entsprechende Zeitspanne notwendig, um die Umwandlung des Bits mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB) abzuschließen.
-
Wie in 6 gezeigt ist, wird dann, wenn der Stromflusspfadumschalterfassungsteil 13 einen Beginn des Fließens des Stroms Ia erfasst, nachdem der Erstmals-FET-Steuerbefehl im Ansprechen auf den von dem Computer 16 zugeführten Einspritzbefehl auf EIN gewechselt hat, der Vorhersageberechnungswert (1) unter Verwendung der Steigung α0, welche in der Zeit des vorangehenden Einspritzbefehls gelernt wurde, berechnet. Da der gelernte Wert der Stromsteigung zur Zeit des Anlegens des Einspritzbefehls unmittelbar nach der Einschaltzeit der Ansteuervorrichtung 10 nicht verfügbar ist, wird für das erste Mal ein Anfangswert, welcher im Voraus auf einen festen Wert festgelegt wird, verwendet. Wenn dann die gemessene Zeit t2 gleich td + n × tsys wird oder dieses übersteigt, wird die Berechnung auf den Vorhersageberechnungswert (2) umgeschaltet.
-
In dem im Ansprechen auf das zweite EIN des Lade-FET-Steuerbefehls durchgeführten Betriebsablauf wird der Strom ausgehend von dem Vorhersagewert (2) während der Zeitspanne berechnet, in welcher die Steigung des Stroms Ia negativ ist. Wenn eine Änderung der Polarität bzw. des Vorzeichens der Steigung des Stroms Ia von negativ nach positiv erfasst wird, wird die Stromberechnung auf den Vorhersageberechnungswert (3) umgeschaltet. Wenn dann die gemessene Zeit t2 gleich td + n × tsys wird oder dieses überschreitet, wird die Berechnung erneut auf den Vorhersageberechnungswert (2) umgeschaltet. In Betriebsabläufen, die im Ansprechen auf das dritte Mal und nachfolgende Male des EIN des Lade-FET-Steuerbefehls durchgeführt werden, wird der Strom ausgehend von dem Vorhersageberechnungswert (2) während der Zeitspanne, in welcher die Steigung des Stroms Ia negativ ist, berechnet. Wenn eine Änderung der Polarität bzw. des Vorzeichens des Stroms Ia von negativ nach positiv erfasst wird, wird die Stromberechnung auf den Vorhersageberechnungswert (3) umgeschaltet. Wenn dann die gemessene Zeit t2 gleich td + n × tsys oder größer als dieses wird, wird die Berechnung erneut auf den Vorhersageberechnungswert (2) umgeschaltet. Die im Ansprechen auf das dritte Mal und nachfolgende Male des EIN des Lade-FET-Steuerbefehls durchgeführten Betriebsabläufe wird dieselbe Verarbeitung wie die der Steuerung bei dem zweiten Mal durchgeführt.
-
Die ersten bis dritten Zeitspannen T3s, die in 6 gezeigt sind, sind wie folgt definiert.
-
<Erste Zeitspanne T1>
-
Die erste Zeitspanne T1 ist als eine Zeitspanne von einer Zeit, zu der der Strom Ia durch das erstmalige Laden zu fließen beginnt, zu einer Zeit, zu der das n-malige Abtasten von Stromdaten Id zum Ermitteln der Steigung endet, definiert. Die Zeitspanne n×tsys vom Beginnen bis zum Beenden des n-maligen Abtastens der Stromdaten Id ist eine feste Zeitspanne.
-
<Zweite Zeitspanne T2>
-
Die zweite Zeitspanne T2, welche auf die erste Zeitspanne T1 folgt, ist als eine Zeitspanne von einer Zeit, zu der sich der Strom Ia von einem Zunehmen auf ein Abnehmen ändert, zu einer Zeit, zu der sich der Strom Ia ändert, um erneut zuzunehmen, definiert. In dem zweiten und dem nachfolgenden Laden ist die Zeitspanne, welche auf die dritte Zeitspanne T3 folgt, die zweite Zeitspanne T2.
-
<Dritte Zeitspanne T3>
-
Die dritte Zeitspanne T3, welche auf die zweite Zeitspanne T2 folgt, ist als eine Zeitspanne von einer Zeit, zu der das zweite oder ein nachfolgendes Laden beginnt, zu einer Zeit, zu der die in der ersten Zeitspanne T1 beschriebene feste Zeitspanne verstreicht, nachdem der Strom Id erneut zunimmt bzw. ansteigt, definiert. Das heißt, in dem zweiten Laden und den nachfolgenden Ladevorgängen wechseln sich die dritte Zeitspanne T3 und die zweite Zeitspanne T2 ab.
-
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der in dem piezoelektrischen Injektor 1 fließende Strom durch den Stromerfassungswiderstand 6 erfasst, und wird die erfasste Anschlussspannung durch den AD-Wandler 12 AD-gewandelt. Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 berechnet die elektrische Ladungsmenge Qc, welche in den piezoelektrischen Injektor 1 geladen ist, auf der Grundlage der aus den AD-gewandelten Daten erhaltenen Stromdaten. Der Ladesteuerteil 22 steuert Umschaltvorgänge der FETs 3 und 7 auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses des Ladungsmengenberechnungsteils 26.
-
Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 beinhaltet den Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28, welcher die Stromdaten Id während der Ladezeitspanne des piezoelektrischen Injektors 1 integriert, und den Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29, welcher die während der Ansprechverzögerungszeitspanne td des AD-Wandlers 12 in den piezoelektrischen Injektor 1 geladenen Ladungsmenge vorhersagt. Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 ermittelt die in den piezoelektrischen Injektor 1 geladene Ladungsmenge Qc durch Addieren des integrierten Ergebnisses Qa des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils 29 und des vorhergesagten Ergebnisses Qd des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils 29. In Übereinstimmung mit dieser Konfiguration wird eine Gesamtmenge von in den piezoelektrischen Injektor 1 geladener Elektrizität so berechnet, dass sie auch die vorgesagte Ladungsmenge von Elektrizität einschließt, welche während der Ansprechzeitspanne td geladen wird. Infolge dessen ist es möglich, den Einfluss der Ansprechverzögerung zu minimieren und die Einspritzung mit hoher Genauigkeit zu steuern.
-
Der Stromflusspfadumschalterfassungsteil 13 erfasst die Änderung des in dem piezoelektrischen Injektor 1 fließenden Stroms zu Zunehmen und Abnehmen. Der erste Vorhersageberechnungsteil 48 des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils 44 sagt die Ladungsmenge α0 × t2 in der ersten Zeitspanne T1 voraus, welche von einer Zeit des Beginnens des Ladens des piezoelektrischen Injektors 1 durch Einschalten des FET 3 bis zu einer Zeit, welche in der Mitte der EIN-Zeitspanne des FET 3 liegt, dauert. Der zweite Vorhersageberechnungsteil 49 sagt die Ladungsmenge Id + α1 × td in der zweiten Zeitspanne T2 voraus, welche von einer Zeit, zu der der dem piezoelektrischen Injektor 1 zugeführte Strom im Ansprechen auf das Schalten des FET 3 nach der Änderung des dem piezoelektrischen Injektor 1 zugeführten Stroms von Zunehmen bzw. Ansteigen auf Abnehmen bzw. Absinken folgend auf die erste Zeitspanne T1 und die dritte Zeitspanne T3 erneut zunimmt bzw. ansteigt, dauert. Der dritte Vorhersageberechnungsteil 50 sagt die Ladungsmenge α2 × t2 + Ioffset in der dritten Zeitspanne T3 voraus, welche von einer Zeit, zu der sich die Stromdaten Id von Abnehmen auf Ansteigen folgend auf die zweite Zeitspanne T2 geändert haben, bis zu einer Zeit, zu der die feste Zeitspanne n×tsys verstreicht, dauert.
-
Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration sagt der Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29 erfolgreich die geladene Menge an Elektrizität entsprechend jeder der ersten bis dritten Zeitspannen voraus, in welchen sich der zunehmende und abnehmende Zustand des Stroms Ia in der Ladezeitspanne des piezoelektrischen Injektors 1 ändert. Da die Ladungsmenge Qc durch Addieren der vorhergesagten Ladungsmenge Qd zu der tatsächlichen Ladungsmenge Qa berechnet wird, beinhaltet das Berechnungsergebnis nur einen vorhergesagten Wert eines notwendigen Minimums. Es ist somit möglich, den Einfluss der Ansprechverzögerung des AD-Wandlers 12 ohne Senken der Genauigkeit in der Ladungsmengenberechnung zu minimieren.
-
(Zweites Ausführungsbeispiel)
-
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf 7 und 8 beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, beinhaltet ein Ladungsmengenberechnungsteil 71 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 72 und einen Lokalmaximalwertdetektor 73, welcher einen lokalen Maximalwert der Stromdaten Id erfasst. Eine Flanke E2 eines Erfassungssignals des Lokalmaximalwertdetektors 73 wird dem Taktanschluss des D-Flip-Flops 56 zugeführt. Infolge dessen ist das dem Taktanschluss des D-Flip-Flops 55 zugeführte Signal Flg die Flanke E1.
-
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf des zweiten Ausführungsbeispiels beschrieben. Wie in 8 gezeigt ist, wird in der Stromvorhersageberechnung in dem zweiten Ausführungsbeispiel S35 anstelle von S22 des ersten Ausführungsbeispiels durchgeführt. Wenn die Flanke E1 erfasst wird (JA bei S35), wird S23 ausgeführt. Wenn die Flanke E1 nicht erfasst wird (NEIN bei S35), wird in S36 geprüft, ob die Flanke E2 erfasst wird. Wenn die Flanke E2 erfasst wird (JA bei S36), wird S24 ausgeführt. Wenn die Flanke E2 nicht erfasst wird (NEIN), wird S25 ausgeführt. In Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Steigung des Stroms Id gelernt, unmittelbar bevor seine Polarität bzw. sein Vorzeichen von positiv auf negativ wechselt, und wird der Vorhersageberechnungswert (3) mit höherer Genauigkeit berechnet.
-
(Drittes Ausführungsbeispiel)
-
In einem in 9 gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Ladungsmengenberechnungsteil 81 einen Ansprechverzögerungszeitspannenberechnungsteil 82. Der Ansprechverzögerungszeitspannenberechnungsteil 82 beinhaltet einen Zeitgeber 83, einen Lokalminimalwertdetektor 84 und ein D-Flip-Flop 85. Das Signal Flg wird dem Zeitgeber 83 zugeführt. Die Stromdaten Id werden dem Lokalminimalwertdetektor 84 zugeführt. Eine gemessene Zeit t3 des Zeitgebers 83 wird einem Eingangsanschluss D des D-Flip-Flops 85 zugeführt. Das Ausgangssignal des Lokalminimalwertdetektors 84 wird einem Taktanschluss des D-Flip-Flops 85 zugeführt.
-
Ein Ausgangsanschluss Q des D-Flip-Flops 85 stellt einen gelernten Wert der Ansprechverzögerungszeitspanne td bereit, wie später beschrieben wird, und ist mit dem Eingangsanschluss des Vergleichers 43 des Tatsächlichladungsmengenberechnungsteils 28 verbunden. Der Ausgangsanschluss Q ist darüber hinaus mit einem der Eingangsanschlüsse des Multiplizierers 53 des Stromvorhersageberechnungsteils 44 und mit einem der Eingangsanschlüsse eines Addierers 86 verbunden, welcher an einer Vorstufe des Komparators 64 bereitgestellt ist. Der Addierer 86 addiert die Zeit n×tsys zu dem gelernten Wert der Ansprechverzögerungszeitspanne td und gibt ein Ergebnis der Addition an den Komparator 64 aus.
-
Als Nächstes wird ein Betriebsablauf des dritten Ausführungsbeispiels beschrieben. Die Ansprechverzögerungszeitspanne td des AD-Wandlers 12 ist eine Zeitspanne, welche ausgehend von einer Zeit, zu der der Strom Ia einen Wendepunkt wie in 6 gezeigt erreicht hat, beginnt, und bei Zeit endet, zu der die entsprechenden Stromdaten Id den Wendpunkt erreichen. Aus diesem Grund wird, wie in 10 gezeigt ist, dann, wenn die Flanke E1-2 des Ausgangssignals Flg des Stromflusspfadumschalterfassungsteils 13 erfasst wird (JA bei S22), der Zählwert des Zeitgebers 83 zurückgesetzt und bei S37 nach der Ausführung von S24 neu gestartet.
-
Nach der Ausführung von S26 wird eine gemessene Zeit t3 des Zeitgebers 83 in dem D-Flip-Flop 85 als die Ansprechverzögerungszeitspanne td bei S39 zur Zeit der Erfassung des lokalen Minimalwerts der Stromdaten Id gespeichert. Die Ansprechverzögerungszeitspanne td variiert mit Änderungen in der Umgebung des AD-Wandlers 12. Durch Lernen der Ansprechverzögerungszeitspanne td wir beispielhaft in dem dritten Ausführungsbeispiel aufgezeigt ist es jedoch möglich, das Vorhersageberechnungsergebnis mit hoher Genauigkeit durchzuführen bzw. zu erhalten.
-
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann unterschiedlich implementiert werden. Zum Beispiel können das zweite Ausführungsbeispiel und das dritte Ausführungsbeispiel kombiniert werden.
-
Wie vorstehend beschrieben wurde, erfasst ein Stromerfassungswiderstand 6 einen Strom Id, der in einem piezoelektrischen Injektor 1 fließt. Ein Analog-Digital-Wandler 12 AD-wandelt eine Anschlussspannung, die einen erfassten Strom angibt. Ein Ladungsmengenberechnungsteil 26 berechnet eine Ladungsmenge Qc, die in den piezoelektrischen Injektor 1 geladen ist, auf der Grundlage von Stromdaten Id, die durch die Analog-Digital-Wandlung produziert wurden. Ein Ladesteuerteil 22, 25 steuert das Schalten von FETs 3, 7 auf der Grundlage eines Berechnungsergebnisses des Ladungsmengenberechnungsteils 26. Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 beinhaltet einen Tatsächlichladungsmengenberechnungsteil 28, welcher die Stromdaten Id während einer Ladezeitspanne des piezoelektrischen Injektors 1 integriert, und einen Vorhersageladungsmengenberechnungsteil 29, welcher eine Menge von in den piezoelektrischen Injektor 1 während einer Ansprechverzögerungszeitspanne td des Analog-Digital-Wandlers 12 geladenen Elektrizität vorhersagt. Der Ladungsmengenberechnungsteil 26 ermittelt eine Ladungsmenge Qc, die in den piezoelektrischen Injektor 1 geladen wurde, durch Addieren eines Integrationsergebnisses Qa des Tatsächlichladungsmengenberechnungsteils 28 und eines vorhergesagten Ergebnisses Qd des Vorhersageladungsmengenberechnungsteils 29.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
