JP2001349236A - とりわけ燃料噴射におけるシステムパラメータを制御する方法およびとりわけ燃料噴射におけるシステムパラメータを制御する装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 燃料噴射システムにおけるシステムパラメー
タを制御すること。 【解決手段】 第１のシステムパラメータ、とりわけ圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０，６０の電圧を変
更手段により、所定の目標値に相応して変更する。目標
値は計算手段により、各被制御素子の所望の動作、とり
わけ各圧電素子の所望の膨張と、目標値が依存する別の
システムパラメータの両方に相応させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、請求項１の上位概念に定義され
た方法および請求項８の上位概念に定義された装置に関
する。すなわちとりわけ燃料噴射システムでのシステム
パラメータを制御するための方法および装置に関する。

【０００２】燃料噴射システムは内燃機関の重要な要素
である。この燃料噴射システムは、または各燃料噴射ノ
ズルに対して個別の、または共有された燃料供給ライン
により実現される（第２の択一例はコモンレールシステ
ム（ＣＲシステム）と称される）。いずれの場合も燃料
噴射は燃料噴射ノズルを所定のように開放および閉鎖す
る手段によって制御される。

【０００３】例として圧電素子を、内燃機関の燃料噴射
ノズル（とりわけコモンレールインジェクタ）のアクチ
ュエータとして使用することができる。この例では燃料
噴射は圧電アクチュエータに電圧を供給する手段により
制御される。圧電アクチュエータはそれ自身が供給され
る電圧の関数として膨張および収縮する。圧電アクチュ
エータと伝達システムにより接続されたインジェクタニ
ードルは上下動する。従ってインジェクタノズルを開閉
することができる。相応するシステムのさらなる詳細は
ドイツ特許出願第１９７１４６１６に記載されており、
参考文献として挙げておく。

【０００４】図６は、圧電素子２０１０をアクチュエー
タとして使用する燃料噴射システムの概略図である。図
６を参照すると、圧電素子２０１０には所定の賦活電圧
に応答して膨張および収縮するように電気エネルギーが
供給される。圧電素子２０１０はピストン２０１５と結
合されている。膨張状態で圧電素子２０１０は、ピスト
ン２０１５を液圧式アダプタ２０２０に押し出す。この
液圧式アダプタは液圧流体、例えば燃料を含んでいる。
圧電素子の膨張の結果、ダブルアクションコントロール
バルブ２０２５が液圧的に液圧式アダプタ２０２０から
押し出され、バルブプラグ２０３５が第１の閉鎖位置２
０４０から伸張される。ダブルアクションコントロール
バルブ２０２５とホローボア２０５０との組合せはしば
しば、圧電素子２０１０が非賦活状態にあるとき、ダブ
ルアクションコントロールバルブ２０２５はその第１の
閉鎖位置２０４０に留まるという理由から、ダブルアク
ション、ダブルシートバルブと称される。一方、圧電素
子２０１０が十分に膨張すると、これはその第２の閉鎖
位置２０３０に係止する。バルブプラグ２０３５の後者
の位置は図６に概略的に一点鎖線により示されている。

【０００５】燃料噴射システムはインジェクタニードル
２０７０を有し、これにより加圧された燃料供給ライン
２０６０からシリンダ（図示せず）へ燃料を噴射するこ
とができる。圧電素子２０１０が非賦活状態の場合、ま
たはこれが十分に伸張している場合、ダブルアクション
コントロールバルブ２０２５はその第１の閉鎖位置２０
４０またはその第２の閉鎖位置２０３０に係止する。い
ずれの場合でも、液圧式レール圧はインジョクションニ
ードル２０７０をその閉鎖位置に維持する。従って燃料
混合気はシリンダ（図示せず）に入り込まない。逆に言
えば、圧電素子２０１０が、ダブルアクションコントロ
ールバルブ２０２５がホローボア２０５０を基準にして
いわゆる中央位置にあるように賦活されるとき、加圧さ
れた燃料供給ライン２０６０で圧力が低下する。この圧
力低下は、加圧された燃料供給ライン内でインジョクシ
ョンニードル２０７０の上部と下部との間に圧力差を生
じさせ、これによりインジョクションニードル２０７０
はリフトアップされ、燃料がシリンダ（図示せず）に噴
射される。

【０００６】圧電素子をアクチュエータとして使用する
ことは、とりわけ内燃機関用の燃料噴射ノズルの場合に
有利である。参考文献としてここでは欧州特許出願０３
７１４６９Ｂ１および０３７９１８２Ｂ１を挙げてお
く。これらは圧電素子を燃料噴射ノズルに使用すること
に関するものである。

【０００７】ドイツ特許出願１９７４２０７３Ａ１およ
び１９７２９８４４Ａ１も参考文献として挙げておく。
これについては下で説明するが、ここにはダブルアクシ
ョン、ダブルシートバルブまたはダブルアクションコン
トロールバルブを、燃料噴射システムのインジョクショ
ンニードルを制御するために有する圧電素子が記載され
ている。

【０００８】ＣＲシステムでは他の制御システムと同じ
ように、アクチュエータとしての圧電素子に高精度のシ
ステム性能が要求される。しかし燃料圧の変動のような
システムプロパティの変化が存在し、このことは効率的
に精確なシステム動作の達成を困難にする。

【０００９】本発明の課題は、とりわけ燃料噴射システ
ムのシステムパラメータを制御する方法および装置を改
善することである。このことは、請求項１記載の方法に
よって解決される。とりわけ燃料噴射システムのシステ
ムパラメータを制御する方法は、第１のシステムパラメ
ータ、とりわけ圧電素子の電圧が変更手段により所定の
目標値に相当して変更されることを特徴とする。この目
標値は計算手段により、各被制御素子の所望の動作、と
りわけ各圧電素子の所望の膨張と、目標値が依存する他
のシステムパラメータに相応して計算される。第１のシ
ステムパラメータの変更を完了するのに必要な時間は、
すなわち所定の電圧を圧電素子に供給するのに必要な時
間は、均一動作に対しては目標値と別のシステムパラメ
ータとの依存性に相応して変化する。生じる時間差は考
慮され補正手段により補償される。

【００１０】この明細書では用語「均一動作」が圧電素
子の動作を参照するのに使用される。この動作は基本的
に同じ（例えばダブルアクションコントロールバルブを
第１の閉鎖位置から開放する）である、詳細にはパラメ
ータ、例えば製造公差に依存して変化することがある。

【００１１】本発明はさらに、請求項８に記載の装置を
提供する。すなわちとりわけ燃料噴射システムのシステ
ムパラメータを制御する装置、およびとりわけ請求項１
並びに従属請求項の本発明の方法と共に使用される装置
を提供する。この装置は、第１のシステムパラメータ、
とりわけ圧電素子の電圧を、所定の目標値に相応して変
形するための変形手段が実現されている。計算手段が、
目標値を計算するために実現されており、この計算は、
各被制御素子、とりわけ各圧電素子の所望の膨張と、目
標値が依存する他のシステムパラメータとの両方に相応
して行われる。補正手段が、生じた時間差を考慮し、補
償するために実現されている。この時間差は第１のシス
テムパラメータの変更を完了するに必要な時間を基準に
するものであり、このシステムパラメータは均一動作に
対して、目標値と別のシステムパラメータとの依存性に
い相応して変化する。

【００１２】従って本発明は、噴射される燃料の容積の
点で精確であるだけでなく、時間の点でも精確である。

【００１３】湯入りには圧電素子は、燃料噴射システム
の燃料噴射ノズルでのアクチュエータとして使用され
る。第１のシステムパラメータは圧電素子の電圧に相当
する。そして目標値は圧電素子の目標電圧に相当する。

【００１４】本発明は、他の適用可能な制御システムの
一部でも使用するができる。

【００１５】本発明のさらなる有利な実現例または実施
例では、システムパラメータのいくつかが燃料圧および
温度を含む。これらシステムパラメータを考慮すること
により、システムの高精度が達成される。

【００１６】有利にはシステムパラメータに対する変更
は各目標値に相応して設定することができ、各変更の開
始は補正手段により変更を所定の時点で終了するために
調整される。

【００１７】圧電素子をアクチュエータとして有する燃
料噴射システムの例では、所定の圧電素子の作動開始
と、目標電圧への到達（および相応する噴射イベント）
との間の時間が均一動作に対してでも異なる。従って噴
射イベントは作動開始を基準にして、動作点に依存する
時間だけシフトしなければならない。そしてシリンダに
噴射される燃料量も変化することができる。目標電圧へ
の到達と噴射開始との間の遅延時間を固定的に考慮する
と、噴射開始に対する時間が多少とも不正確になる。従
って本発明の実施例ないし実現例は、時間についてさら
に精確なシステム性能を達成することができる。

【００１８】本発明の別の実施例では、第１のシステム
パラメータの、時間に対する変更程度（ｄＵ／ｄｔ）が
一定であると仮定されるか、または少なくとも各変更の
前に既知であると仮定される。

【００１９】変更開始と変更プロシージャ終了との間の
遅延時間は種々のパラメータに依存する。これは最終的
には目標電圧と変更勾配（電圧）との関数である。作動
電圧勾配は、第１近似であり、一定であり、または少な
くとも変更の前に既知であると仮定される。従って相応
する過程が生じる遅延時間の検出を単純化する。しかし
それでもなお十分に正確な結果が得られる。

【００２０】有利には、第２のシステムパラメータに対
する変更時間は、相応する初期電圧と、変更勾配（ｄＵ
／ｄｔ）による目標値との間の電圧差の除法手段によっ
て設定される。

【００２１】このことにより、変更時間を十分な精度を
以て簡単に検出することができる。

【００２２】本発明の別の実施例または実現例では、複
数の変更勾配が複数の変更プロシージャに対して設けら
れる。このことにより場合により電圧のさらなる依存性
を簡単に、時間への依存性よりも簡単に検出できる。

【００２３】本発明を以下により詳細に、実施例および
図面を参照して説明する。

【００２４】以下、図１を参照して本発明の一般的アプ
ローチを説明する。よりよく理解するために本発明の方
法および装置が実現される一般的環境を説明し、祖から
図２の個別の素子を説明する。そして圧電素子１０，２
０，３０，４０５０，および／または６０（図２参照）
の充電および放電プロシージャを一般的に説明する。こ
のとき付加的に図３ａから図３ｄを参照する。次に充電
および放電が制御ユニットＤと起動ＩＣ Ｅによりどの
ように制御されるのかを詳細に説明する。このとき図２
と図４を参照する。次に例として制御システムが本発明
によりどのように駆動されるのかを説明し、このとき図
１と図５を参照する。図６はすでに前に説明した。

【００２５】図１には、圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および／または６０の電圧に対する２つの目標
値Ｕ_{ｔａｒ．１}とＵ_{ｔａｒ．２}が水平線として、すなわ
ち時間についての固定電圧として電圧対時間線図に示さ
れている。さらに初期電圧Ｕ _ｉｎｉが線図の水平基線と
してプロットされている。さらに、圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０または６０の、初期電圧Ｕ_ｉｎｉ
から各目標電圧Ｕ_{ｔａｒ ．１}またはＵ_{ｔａｒ．２}への充
電に対する充電プロシージャが「時間の関数としての電
圧」により曲線Ｕ（ｔ）により示されている。簡単にす
るため図１では、曲線ｄＵ／ｄｔの勾配が一定であると
仮定される。一般的に勾配は変化することがある。目標
電圧Ｕ_{ｔａｒ．１}とＵ_{ｔａｒ．２}および勾配は変化する
ことがあるから、相応の充電プロシージャに対して必要
な時間は時間差Δｔだけ異なる。なぜ種々異なる充電プ
ロシージャが存在し、なぜ有意な時間差が種々異なる目
標値に相応して存在するのかを以下、図２から図４を参
照して詳細に説明する。

【００２６】図２には詳細なエリアＡと非詳細なアリア
Ｂがある。これらの分離は点線ｃにより示されている。
詳細エリアＡは圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および／または６０を充電および放電するための回路を
有する。実施例ではこれら圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０および／または６０は内燃機関の燃料噴射ノ
ズル（とりわけいわゆるコモンレールインジェクタ）で
のアクチュエータである。圧電素子はこのような目的の
ために使用することができる。なぜなら公知のように圧
電素子は、これに印加される電圧またはこれに発生する
電圧の関数として収縮および膨張する特性を有するから
である。非詳細エリアＢは制御ユニットＤと起動ＩＣ
Ｅを有し、この両者により詳細エリアＡ内の素子が制御
される。さらに測定ユニットＦが制御ユニットＧに接続
されており、レール圧、温度等の本発明により必要とさ
れるパラメータを測定する。

【００２７】上に述べたように、詳細エリアＡ内の回路
は６つの圧電素子１０，２０，３０，４０，５０および
／または６０を有する。６つの圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０および／または６０を実施例で有する理
由は婦負年期管内の６つのシリンダを独立して制御する
ためである。従って圧電素子の数が異なれば他の目的に
適合することができる。

【００２８】圧電素子１０、２０、３０、４０、５０お
よび／または６０は、第１のグループＧ１と第２のグル
ープＧ２に分けられており、各々のグループは３つの圧
電素子を有する。例えば圧電素子１０、２０、３０は第
１のグループＧ１に、圧電素子４０、５０、６０は第２
のグループＧ２に属する。グループＧ１およびＧ２は、
互いに並列に接続された回路部分の構成部分である。グ
ループセレクタスイッチ３１０、３２０は、圧電素子１
０、２０、３０あるいは４０、５０、６０のグループＧ
１、Ｇ２のうちのどちらが、共通の充放電装置によって
放電されるのかを決定するために使用される。しかし、
これらのグループセレクタスイッチ３１０、３２０は特
定の実施例では、充電プロシージャにとって意味がな
い。

【００２９】グループセレクタスイッチ３１０、３２０
はコイル２４０と、それぞれのグループＧ１及びＧ２
（それのコイル側の端子）との間に設けられており、ト
ランジスタとして実現されている。サイドドライバ（si
de driver）３１１、３２１が設けられており、これら
のサイドドライバ３１１、３２１は起動ＩＣ Ｅから受
信した制御信号を、要求された通りにスイッチの開閉に
適した電圧に変換する。

【００３０】（グループセレクタダイオードと呼ばれ
る）ダイオード３１５及び３２５がそれぞれグループセ
レクタスイッチ３１０、３２０と並列に設けられてい
る。もしグループセレクタスイッチ３１０、３２０がＭ
ＯＳＦＥＴ又はＩＧＢＴとして実現されているならば、
これらのグループセレクタダイオード３１５、３２５は
寄生ダイオード自体によって形成される。ダイオード３
１５、３２５は充電プロシージャの間、グループセレク
タスイッチ３１０、３２０をバイパスする。従って、グ
ループセレクタスイッチ３１０、３２０の機能は、圧電
素子１０、２０、３０あるいは４０、５０、６０のグル
ープＧ１またはＧ２を放電プロシージャのために選択す
るだけである。

【００３１】各グループＧ１あるいはＧ２において、圧
電素子１０、２０、３０あるいは４０、５０、６０は、
並列接続されている圧電ブランチ１１０、１２０、１３
０（グループＧ１）及び１４０、１５０、１６０（グル
ープＧ２）の構成部分として設けられている。各圧電ブ
ランチは、圧電素子１０、２０、３０、４０、５０ある
いは６０及び（ブランチ抵抗器と呼ばれる）抵抗器１
３、２３、３３、４３、５３あるいは６３を有する第１
の並列回路と、トランジスタ１１、２１、３１、４１、
５１あるいは６１として実現された（ブランチセレクタ
スイッチと呼ばれる）セレクタスイッチ及び（ブランチ
ダイオードと呼ばれる）ダイオード１２、２２、３２、
４２、５２あるいは６２から成る第２の並列回路とから
成る直列回路を有する。

【００３２】ブランチ抵抗器１３、２３、３３、４３、
５３あるいは６３によって、各々相応の圧電素子１０、
２０、３０、４０、５０あるいは６０が充電プロシージ
ャの間及びその後で連続的に自己放電する。なぜなら
ば、これらのブランチ抵抗器は各容量性圧電素子１０、
２０、３０、４０、５０あるいは６０の両方の端子を互
いに接続しているからである。しかし、これらのブラン
チ抵抗器１３、２３、３３、４３、５３あるいは６３
は、後で述べるように、制御された充電及び放電プロシ
ージャに比べてこのプロシージャを緩慢に実行させるの
に十分な大きさを有する。従って、いずれの圧電素子１
０、２０、３０、４０、５０又は６０の電荷量も、充電
プロシージャの後の適切な時間内では変化していないと
考えることは十分に合理的な仮定である（それでもやは
りこれらのブランチ抵抗器１３、２３、３３、４３、５
３及び６３を設ける理由は、システムのブレークダウン
又は他の異常な状況の場合に圧電素子１０、２０、３
０、４０、５０及び６０に電荷が残ることを回避するた
めである）。よって、これらのブランチ抵抗器１３、２
３、３３、４３、５３及び６３は以下の記述においては
無視してよい。

【００３３】個々の圧電ブランチ１１０、１２０、１３
０、１４０、１５０あるいは１６０のブランチセレクタ
スイッチ/ブランチダイオードペア、すなわち圧電ブラ
ンチ１１０のセレクタスイッチ１１及びダイオード１
２、圧電ブランチ１２０のセレクタスイッチ２１及びダ
イオード２２等々は、寄生ダイオードを有する電子スイ
ッチ（すなわちトランジスタ）、例えば（グループセレ
クタスイッチ/ダイオードペア３１０及び３１５あるい
は３２０及び３２５に対して上で述べたように）ＭＯＳ
ＦＥＴ又はＩＧＢＴを使用して実現することができる。

【００３４】ブランチセレクタスイッチ１１、２１、３
１、４１、５１あるいは６１は、圧電素子１０、２０、
３０、４０、５０又は６０のうちのどれが共通の充放電
装置によってそれぞれの場合で充電されるのかを決定す
るのに利用される：それぞれの場合において、充電され
る圧電素子１０、２０、３０、４０、５０又は６０は、
そのブランチセレクタスイッチ１１、２１、３１、４
１、５１および／または６１が充電プロシージャの間に
閉成される全ての圧電素子である。

【００３５】通常はいずれのときでも、ブランチセレク
タスイッチ１１，２１，３１，４１，５１，および／ま
たは６１の１つだけが閉成される。ブランチセレクタス
イッチ１１，２１，３１，４１，５１および／または６
１の場合には、各トランジスタエミッタはアースと（抵
抗器３００を介して）接続されている。

【００３６】ブランチダイオード１２、２２、３２、４
２、５２及び／または６２は放電プロシージャの間にブ
ランチセレクタスイッチ１１、２１、３１、４１、５１
あるいは６１をバイパスするのに使用される。従って、
考察されるこの実施例において、充電プロシージャでは
どの圧電素子でも個別に選択することができるが、放電
プロシージャでは圧電素子１０、２０及び３０あるいは
４０、５０及び６０の第１のグループＧ１か又は第２の
グループＧ２のいずれか又は両方のグループを選択する
必要がある。

【００３７】圧電素子１０、２０、３０、４０、５０及
び／または６０自体に戻ると、ブランチセレクタ圧電端
子１５、２５、３５、４５、５５および／または６５
は、ブランチセレクタスイッチ１１、２１、３１、４
１、５１あるいは６１又は相応のダイオード１２、２
２、３２、４２、５２あるいは６２のいずれかにより、
両方の場合とも付加的に抵抗器３００を介してアースさ
れる。

【００３８】抵抗器３００は、圧電素子１０、２０、３
０、４０、５０及び／または６０の充電及び放電の間
に、ブランチセレクタ圧電端子１５、２５、３５、４
５、５５あるいは６５とアースとの間に流れる電流を測
定するために使用できる。これらの電流の知識により、
圧電素子１０、２０、３０、４０、５０及び６０の制御
された充電及び放電が可能となる。とりわけ、この電流
の大きさに依存して充電スイッチ２２０及び放電スイッ
チ２３０を開閉することによって、後ほど詳しく説明す
るように、充電電流及び放電電流を所定の平均値にセッ
トすること及び/又は充電電流及び放電電流が所定の最
大値を超過したり及び/又は所定の最小値より下に降下
するのを防ぐことが可能である。

【００３９】考察されるこの実施例では、測定自体は、
さらに例えば５Ｖ ＤＣの電圧を供給する電圧源６２
１、及び２つの抵抗器６２２、６２３として実現された
分圧器を必要とすることがある。これは、起動ＩＣ Ｅ
（このＩＣによって測定が実行される）を負の電圧から
保護するためである。この負の電圧はさもなければ測定
点６２０で発生するかもしれず、この負の電圧を起動Ｉ
Ｃ Ｅは処理できない。このような負の電圧は、正の電
圧に変化させることができる。このことは、前記電圧源
６２１及び分圧器抵抗６２２及び６２３によって供給さ
れる正の電圧セットアップを加算することによって行わ
れる。

【００４０】各圧電素子１０、２０、３０、４０、５
０、および／または６０のもう一方の端子、すなわちグ
ループセレクタ圧電端子１４、２４、３４、４４、５４
および／または６４は電圧源の正の極に、グループセレ
クタスイッチ３１０あるいは３２０を介して、又はグル
ープセレクタダイオード３１５あるいは３２５を介し
て、並びにコイル２４０を介して、及び充電スイッチ２
２０及び充電ダイオード２２１から成る並列回路を介し
て接続される。さらにこのグループセレクタ圧電端子１
４、２４、３４、４４、５４および／または６４は選択
的に又は付加的に、グループセレクタスイッチ３１０あ
るいは３２０を介して、又はダイオード３１５あるいは
３２５を介して、ならびにコイル２４０を介して、及び
放電スイッチ２３０及び放電ダイオード２３１から成る
並列回路を介してアースされる。充電スイッチ２２０及
び放電スイッチ２３０は、例えばサイドドライバ２２２
あるいは２３２を介して制御されるトランジスタとして
実現される。

【００４１】電圧源は容量特性を有する素子を有し、こ
の素子はこの考察される実施例では（バッファ）キャパ
シタ２１０を含むことができる。キャパシタ２１０はバ
ッテリ２００（例えば自動車搭載バッテリ）及びこのバ
ッテリに後置接続されたＤＣ電圧変換器２０１によって
充電される。ＤＣ電圧変換器２０１はバッテリ電圧（例
えば１２Ｖ）を実質的に他のあらゆるＤＣ電圧（例えば
２５０Ｖ）に変換し、キャパシタ２１０をその電圧まで
充電する。ＤＣ電圧変換器２０１はトランジスタスイッ
チ２０２及び抵抗器２０３によって制御される。この抵
抗器２０３は測定点６３０から行われる電流測定のため
に使用される。

【００４２】クロスチェックの目的で、測定点６５０に
おける更に別の電流測定が起動ＩＣＥならびに抵抗器６
５１、６５２、６５３、及び５Ｖ ＤＣ電圧源６５４に
よって可能である。さらに、測定点６４０における電圧
測定が起動ＩＣ Ｅならびに分圧抵抗器６４１及び６４
２によって可能である。

【００４３】（完全放電抵抗器と呼ばれる）抵抗器３３
０、（ストップスイッチと呼ばれる）トランジスタとし
て実現されたストップスイッチ３３１及び（完全放電ダ
イオードと呼ばれる）ダイオード３３２は、（もし圧電
素子が後で詳しく説明するような「ノーマルな」放電動
作によっても放電されないことが起こってしまうなら
ば）圧電素子１０、２０、３０、４０、５０及び・また
は６０を放電させるために使用することができる。スト
ップスイッチ３３１は有利には「ノーマルな」放電プロ
シージャ（放電スイッチ２３０を介する周期的放電）の
後で閉成される。それゆえ、圧電素子１０、２０、３
０、４０、５０および／または６０は抵抗器３３０及び
３００を介してアースすることができ、これにより圧電
素子１０、２０、３０、４０、５０および／または６０
に残り得るどんな残留電荷も除去される。完全放電ダイ
オード３３２は負の電圧が圧電素子１０、２０、３０、
４０、５０、６０で発生することを阻止する。これらの
素子は、環境によっては負の電圧によってダメージを受
け得る。

【００４４】全ての圧電素子１０、２０、３０、４０、
５０、および／または６０、又は特にいずれか１つの圧
電素子の充電及び放電は、（全てのグループ及びこれら
のグループの圧電素子に共通の）単一の充放電装置によ
って行われる。共通充放電装置はバッテリ２００、ＤＣ
電圧変換器２０１、キャパシタ２１０、充電スイッチ２
２０及び放電スイッチ２３０、充電ダイオード２２１及
び放電ダイオード２３１及びコイル２４０を有する。

【００４５】各圧電素子の充電及び放電は同じように動
作し、以下において説明される。ただし第１の圧電素子
１０だけを参照する。

【００４６】充電及び放電プロシージャの間に発生する
状態は図３ａ〜３ｄを参照しながら説明する。図３ａ及
び３ｂは圧電素子１０の充電を、図３ｃ及び３ｄは圧電
素子１０の放電を示している。

【００４７】充電又は放電すべき１つ又は複数の特定の
圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および／又は６
０の選択、以下において記述されるような充電プロシー
ジャならびに放電プロシージャは、起動ＩＣ Ｅ及び制
御ユニットＤによって駆動される。この駆動は１つ又は
複数の上記のスイッチ１１、２１、３１、４１、５１、
および／または６１；３１０、３２０；２２０、２３０
及び３３１を開くか又は閉じることによって行われる。
詳細エリアＡ内の素子と、起動ＩＣ Ｅ及び制御ユニッ
トＤとの間の相互作用を詳しく以下において記述する。

【００４８】充電プロシージャに関して、充電すべき特
定の圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および／又
は６０が最初に選択されなければならない。専ら第１の
圧電素子１０を充電するためには、第１のブランチ１１
０のブランチセレクタスイッチ１１が閉成され、他の全
てのブランチセレクタスイッチ２１、３１、４１、５１
及び／または６１は開かれたままである。専ら他のあら
ゆる圧電素子２０、３０、４０、５０、および／または
６０を充電するためには、又は幾つかの圧電素子を同時
に充電するためには、相応のブランチセレクタスイッチ
２１、３１、４１、５１及び/又は６１を閉成すること
によってこれらの圧電素子が選択される。

【００４９】次いで、充電プロシージャ自体が行われ
る；一般的にこの考察される実施例において充電プロシ
ージャは、キャパシタ２１０と、第１の圧電素子１０の
グループセレクタ圧電端子１４との間に正の電位差を必
要とする。しかし充電スイッチ２２０及び放電スイッチ
２３０が開いている限り、圧電素子１０の充電又は放電
は発生しない。この状態において図２に図示された回路
は定常状態にある。すなわち、圧電素子１０がその電荷
状態を実質的に不変的に保っており、電流が流れない。

【００５０】第１の圧電素子１０を充電するために、充
電スイッチ２２０が閉成される。理論的には、第１の圧
電素子１０はそうするだけで充電されるはずである。し
かし、これは大電流を発生させ、この大電流が関連する
素子にダメージを与えるかもしれない。それゆえ、発生
する電流は測定点６２０で測定され、検出される電流が
一定の制限値を越えると直ちにこのスイッチ２２０が再
び開かれる。従って、第１の圧電素子１０において所望
の電荷に達するために、充電スイッチ２２０は繰り返し
開閉され、放電スイッチ２３０は開かれたままにしてお
かれる。

【００５１】もっと詳しく言えば、充電スイッチ２２０
が閉成している場合、図３ａに示された状態が発生す
る。すなわち圧電素子１０、キャパシタ２１０及びコイ
ル２４０からなる直列回路を有する閉回路が形成され、
この閉回路において電流ｉ_ＬＥ（ｔ）が図３ａに矢印で
示されているように流れる。この電流フローの結果、両
方の正の電荷が第１の圧電素子１０のグループセレクタ
圧電端子１４にもたらされ、エネルギがコイル２４０に
蓄積される。

【００５２】充電スイッチ２２０が閉成した後で短時間
（例えば、数μｓ）この充電スイッチ２２０が開かれる
場合、図３ｂに示された状態が発生する。圧電素子１
０、充電ダイオード２２１及びコイル２４０からなる直
列回路を有する閉回路が形成され、この閉回路において
電流ｉ_ＬＡ（ｔ）が図３ｂに矢印で示されているように
流れる。この電流フローの結果、コイル２４０に蓄積さ
れたエネルギが圧電素子１０に流れる。この圧電素子１
０へのエネルギ供給に相応して、圧電素子１０で発生す
る電圧及びこの圧電素子１０の外法寸法が増大する。一
度エネルギ輸送がコイル２４０から圧電素子１０へ行わ
れると、図２に示された既述の回路の定常状態が再び得
られる。

【００５３】その時又はそれ以前又は以後に（充電動作
の所望のタイムプロフィールに依存して）、充電スイッ
チ２２０が再び閉成され再び開かれる。この結果、上記
のプロセスが繰り返される。充電スイッチ２２０のこの
再開閉の結果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギが増
大し（既にこの圧電素子１０に蓄積されていたエネルギ
に新たに供給されたエネルギが加算される）、圧電素子
１０で生じる電圧及びこの圧電素子１０の外法寸法がこ
れに応じて増大する。

【００５４】充電スイッチ２２０の上述の開閉が多数回
繰り返されるならば、圧電素子１０で生じる電圧及びこ
の圧電素子１０の膨張は段階的に増大する。

【００５５】充電スイッチ２２０が所定の回数だけ開閉
すると及び/又は圧電素子１０が所望の充電状態に達す
ると、この圧電素子１の充電は充電スイッチ２２０を開
いたままにすることによって終了される。

【００５６】放電プロシージャに関して、考察されるこ
の実施例では、圧電素子１０、２０、３０、４０、５０
及び６０がグループ（Ｇ１及び/又はＧ２）において次
のように放電される。

【００５７】最初に、その圧電素子が放電される１つの
グループ又は２つのグループＧ１及び/又はＧ２のグル
ープセレクタスイッチ３１０及び/又は３２０が閉成さ
れる（ブランチセレクタスイッチ１１、２１、３１、４
１、５１、６１は放電プロシージャのための圧電素子１
０、２０、３０、４０、５０、６０の選択には作用しな
い。というのも、この場合これらのブランチセレクタス
イッチはブランチダイオード１２、２２、３２、４２、
５２及び６２によってバイパスされるからである）。従
って、第１のグループＧ１の部分である圧電素子１０を
放電するためには、第１のグループセレクタスイッチ３
１０が閉成される。

【００５８】放電スイッチ２３０が閉成されると、図３
ｃに示された状態が発生する。圧電素子１０及びコイル
２４０からなる直列回路を有する閉回路が形成され、こ
の閉回路において電流ｉ_ＥＥ（ｔ）が図３ｃに矢印で示
されているように流れる。この電流フローの結果、圧電
素子に蓄積されていたエネルギ（の一部）がコイル２４
０に輸送される。圧電素子１０からコイル２４０へのエ
ネルギ供給に相応して、圧電素子１０において発生する
電圧及びこの圧電素子１０の外法寸法が減少する。

【００５９】放電スイッチ２３０が閉成した後で短時間
（例えば、数μｓ）この放電スイッチ２３０が開かれる
場合、図３ｄに示された状態が発生する。圧電素子１
０、キャパシタ２１０、放電ダイオード２３１及びコイ
ル２４０からなる直列回路を有する閉回路が形成され、
この閉回路において電流ｉ_ＥＡ（ｔ）が図３dに矢印で
示されているように流れる。この電流フローの結果、コ
イル２４０に蓄積されていたエネルギがキャパシタ２１
０にフィードバックされる。一度エネルギ輸送がコイル
２４０からキャパシタ２１０へ行われると、図２に示さ
れた既述の回路の定常状態が再び得られる。

【００６０】その時又はそれ以前又は以後に（放電動作
の所望のタイムプロフィールに依存して）、放電スイッ
チ２３０が再び閉成され再び開かれる。この結果、上記
のプロセスが繰り返される。放電スイッチ２３０のこの
再開閉の結果、圧電素子１０に蓄積されるエネルギがさ
らに減少し、この圧電素子で生じる電圧及びこの圧電素
子の外法寸法がこれに応じて減少する。

【００６１】放電スイッチ２３０の上述の開閉が多数回
繰り返されるならば、圧電素子１０で生じる電圧及びこ
の圧電素子１０の膨張は段階的に減少する。

【００６２】放電スイッチ２３０が所定の回数だけ開閉
すると及び/又は圧電素子が所望の放電状態に達する
と、この圧電素子１０の放電が放電スイッチ２３０を開
いたままにすることによって終了される。

【００６３】起動ＩＣ Ｅと一方で制御ユニットＤとの
相互作用、他方で詳細エリアＡ内の部材との相互作用
は、起動ＩＣ Ｅから詳細エリアＡ内の素子へ送信され
る制御信号によって実施される。この制御信号は、ブラ
ンチセレクタ制御ライン４１０、４２０、４３０、４４
０、４５０、４６０、グループセレクタ制御ライン５１
０、５２０、ストップスイッチ制御ライン５３０、充電
スイッチ制御ライン５４０及び放電スイッチ制御ライン
５５０及び制御ライン５６０を介して送信される。他方
で、詳細エリアＡ内の測定点６００、６１０、６２０、
６３０、６４０、６５０で得られたセンサ信号があり、
これらのセンサ信号はセンサライン７００、７１０、７
２０、７３０、７４０、７５０を介して起動ＩＣ Ｅに
伝送される。

【００６４】これらの制御ラインはトランジスタベース
に電圧を供給したりしなかったりするのに使用される。
これは上記のような相応のスイッチを開閉することによ
って、圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および／
又は６０を選択し、単一の又は複数の圧電素子１０、２
０、３０、４０、５０、および／または６０の充電又は
放電プロシージャを実行するためである。センサ信号は
特に測定点６００あるいは６１０から圧電素子１０、２
０及び３０あるいは４０、５０及び６０から結果的に生
じる電圧及び測定点６２０からの充電及び放電電流を検
出するのに使用される。制御ユニットＤ及び起動ＩＣ
Ｅは、両者の相互作用を実行するために、これら２種類
の信号を組み合わせるのに使用される。

【００６５】図２に示されているように、制御ユニット
Ｄ及び起動ＩＣ Ｅは、パラレルバス８４０及び付加的
にシリアルバス８５０によって互いに接続されている。
パラレルバス８４０は特に制御ユニットＤから起動ＩＣ
Ｅへの制御信号の高速伝送のために使用され、他方で
シリアルバス８５０は比較的低速なデータ伝送のために
使用される。

【００６６】図４には起動ＩＣ Ｅが有している幾つか
のコンポーネントが示されている。すなわち、ロジック
回路８００、ＲＡＭメモリ８１０、デジタル/アナログ
変換器システム８２０及びコンパレータシステム８３０
である。さらに（制御信号用の）高速パラレルバス８４
０が起動ＩＣ Ｅのロジック回路８００に接続されてお
り、他方で比較的低速なシリアルバス８５０がＲＡＭメ
モリ８１０に接続されているのが示されている。ロジッ
ク回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０、コンパレータシ
ステム８３０及び信号ライン４１０、４２０、４３０、
４４０、４５０及び４６０；５１０及び５２０；５３
０；５４０、５５０及び５６０に接続されている。ＲＡ
Ｍメモリ８１０はロジック回路８００ならびにデジタル
/アナログ変換器システム８２０に接続されている。デ
ジタル/アナログ変換器システム８２０はさらにコンパ
レータシステム８３０に接続されている。コンパレータ
システム８３０はさらにセンサライン７００及び７１
０；７２０；７３０、７４０及び７５０と前述のように
ロジック回路８００に接続されている。

【００６７】上記のコンポーネントは以下のように充電
プロシージャにおいて使用される：制御ユニットＤによ
って、所定の目標電圧に充電すべき特定の圧電素子１
０、２０、３０、４０、５０および／又は６０が決定さ
れる。次に本発明の方法なしに例えば（デジタル数字に
より表現された）目標電圧の値がＲＡＭメモリ８１０へ
比較的低速なシリアルバス８５０を介して伝送される。
後で又は同時に、選択すべき特定の圧電素子１０、２
０、３０、４０、５０および／又は６０に相応するコー
ド、及びＲＡＭメモリ８１０内の所望の電圧のアドレス
がロジック回路８００にパラレルバス８４０を介して伝
送される。後で、ストローブ信号がロジック回路８００
にパラレルバス８４０を介して送信される。このパラレ
ルバス８４０は充電プロシージャのためのスタート信号
を供給する。

【００６８】スタート信号によりまず、ロジック回路８
００はＲＡＭメモリ８１０から目標電圧のデジタル値を
ピックアップし、このデジタル値をデジタル/アナログ
変換器システム８２０に伝送する。これによりこの変換
器８２０の１つのアナログ出力側に所望の電圧が現れ
る。さらに前記アナログ出力側（図示せず）はコンパレ
ータシステム８３０に接続されている。これに加えてロ
ジック回路８００は（第１のグループＧ１のいずれかの
圧電素子１０、２０、３０のための）測定点６００又は
（第２のグループＧ２のいずれかの圧電素子４０、５
０、６０のための）測定点６１０をコンパレータシステ
ム８３０に対して選択する。この結果、目標電圧と、選
択された圧電素子１０、２０、３０、４０、５０又は６
０における瞬時電圧とがコンパレータシステム８３０に
よって比較される。この比較の結果、すなわち目標電圧
と瞬時電圧との差がロジック回路８００に伝送される。
これにより、ロジック回路８００は、目標電圧と瞬時電
圧とが互いに等しくなり直ちにこのプロシージャをスト
ップすることができる。

【００６９】第２に、ロジック回路８００は制御信号
を、選択された圧電素子１０、２０、３０、４０、５０
および／又は６０に相応するブランチセレクタスイッチ
１１、２１、３１、４１、５１および／又は６１に供給
し、この結果、このスイッチが閉成される（全てのブラ
ンチセレクタスイッチ１１、２１、３１、４１、５１及
び／または６１はここで記述される実施例では充電プロ
シージャの開始の前には開いた状態にあると見なされ
る）。次いで、ロジック回路８００は制御信号を充電ス
イッチ２２０に供給し、この結果、このスイッチが閉成
される。さらに、ロジック回路８００は測定点６２０で
発生する電流の測定を開始（又は継続）する。ここで、
測定された電流は予め設定された最大値とコンパレータ
システム８３０によって比較される。予め設定された最
大値に検出された電流が到達すると直ちにロジック回路
８００は充電スイッチ２２０を再び開く。

【００７０】再び、測定点６２０における残留電流が検
出され、予め設定された最小値と比較される。前記の予
め設定された最小値に到達すると直ちにロジック回路８
００は充電スイッチ２２０を再び閉成させ、このプロシ
ージャは再びスタートすることができる。

【００７１】充電スイッチ２２０の開閉は、測定点６０
０又は６１０で検出される電圧が目標電圧を下回る限り
は繰り返される。目標電圧に到達すると直ちにロジック
回路はこのプロシージャの継続を停止する。

【００７２】放電プロシージャは相応のやり方で行われ
る：圧電素子１０、２０、３０、４０、５０および／又
は６０の選択がグループセレクタスイッチ３１０あるい
は３２０によって行われ、充電スイッチ２２０の代わり
に放電スイッチ２３０が開閉され、予め設定された最小
目標電圧に到達しなくてはならない。

【００７３】すでに述べたように多少とも有意な遅延が
作動開始（すなわち圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０および／または６０の充電または放電プロシージャ
のスタート）と相応する噴射開始（一般的には相応する
目標電圧に到達する前ではない）との間に存在する。こ
の遅延は、初期電圧Ｕ_ｉｎｉおよび目標電圧Ｕ_ｔａｒの
値と勾配ｄＵ／ｄｔに依存する。これら全てはさらに種
々のパラメータ、とりわけ圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０および／または６０、並びに燃料噴射システ
ム内のレール圧Ｐ_ｒａｉｌ、および圧電素子の温度、燃
料種類、および液圧系の構造自体に依存する。

【００７４】さらに均一動作（すなわち圧電素子の基本
的に同じ動作、例えばダブルアクションコントロールバ
ルブの第１の閉鎖位置からの開放。しかし詳細には他の
パラメータ、例えば製造公差に依存して変化する。）に
対して要求される圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０および／または６０の作動電圧は、高レール圧Ｐ_{ｒ
ａｉｌ}の場合は低レール圧の場合よりもかなり高い（４
０Ｖまでの差が３００から１６００barの範囲のレール
圧Ｐ_ｒａｉｌに対して予想される）。従って例えば最終
的には、個々の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および／または６０のいずれかが均一動作する場合でも
目標電圧に到達するまでに、レール圧依存性の時間差が
存在する（前記の例では勾配を１から２Ｖ／μｓと仮定
すると、このような均一動作に対して４０μｓまでの動
作点依存性が結果として生じる）。

【００７５】この理由から、目標電圧の到達と噴射開始
との間で固定的な遅延時間を、各圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０および／または６０の均一動作に対し
ても考慮するが、それでもなお多少とも噴射開始に対す
る時点が不正確である。従って本発明では、相応の遅延
時間を考慮される具体的な状況に応じて検出する。

【００７６】このようにするために、電圧の初期値と目
標値との差が計算され、図５に従いそれらの差の絶対値
が計算される。前に述べたように初期電圧と目標電圧は
複数の条件に依存する。これらはとりわけ、レール圧Ｐ
_ｒａｉｌおよび温度を含む。

【００７７】両方の電圧の絶対差は勾配の絶対値により
除法することができる。これにより時間Ｔ_ｃａｌｃが得
られる。この時間は、圧電素子を初期電圧から目標電圧
に充電または放電するのに予想される時間に相当する。

【００７８】時間Ｔ_ｃａｌｃは、作動開始に対する時間
を補正するために使用することができる。このことは、
目標電圧への到達と噴射開始との間の固定の遅延時間を
考慮して、この噴射開始の精度を格段に向上させる。図
５は多数の可能な実施例の１つを示す。この実施例は本
発明により、初期電圧、目標電圧、電圧勾配、並びにレ
ール圧Ｐ_ｒａｉｌおよび／または温度を考慮して実現さ
れる。本発明の可能な実施例において本発明は、作動開
始を補正し、これにより噴射開始の精度を格段に向上さ
せる。

【００７９】本発明は上記に単に例としてのみ説明した
のであって、別の実現例も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一般的アプローチを示す線図である。

【図２】本発明が実現され、本発明の方法を実施するた
めに使用することのできる例としての実施例の回路図で
ある。

【図３ａ】図２の回路において第１の充電フェーズ中に
発生する状態を説明する図である（充電スイッチ２２０
が閉成されている）。

【図３ｂ】図２の回路において第２の充電フェーズ中に
発生する状態を説明する図である（充電スイッチ２２０
が再び開放される）。

【図３ｃ】図２の回路において第１の放電フェーズ中に
発生する状態を説明する図である（放電スイッチ２３０
が閉成されている）。

【図３ｄ】図２の回路において第２の放電フェーズ中に
発生する状態を説明する図である（放電スイッチ２３０
が再び開放される）。

【図４】図２の示された起動ＩＣ Ｅの素子のブロック
回路図である。

【図５】本発明のさらなる詳細を示す概略図である。

【図６】圧電素子をアクチュエータとして使用する燃料
噴射システムの概略図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウド シュルツ ドイツ連邦共和国 ヴァイヒンゲン／エン ツ コルンブルーメンヴェーク 34 Ｆターム(参考） 3G066 AB02 AC09 BA51 CC06 CC14 CD26 CE27 CE29 DC15 DC18 DC26 3G301 HA02 JA14 LB11 LC05 LC10 PG00

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 とりわけ燃料噴射システムにおけるシス
   テムパラメータを制御する制御する方法において、 ａ）第１のシステムパラメータ、とりわけ圧電素子（１
   ０，２０，３０，４０，５０および／または６０）の電
   圧を変更手段（Ａ，Ｄ，Ｅ）により、少なくとも１つの
   所定の目標値に相応して変更し、 ｂ）前記少なくとも１つの所定の目標値を計算手段によ
   り計算し、 該計算手段はそのために、各被制御素子（１０，２０，
   ３０，４０，５０および／または６０）の所望の動作、
   有利には各圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０お
   よび／または６０）の所望の膨張と、前記少なくとも１
   つの所定の目標値が依存する第２のシステムパラメータ
   とを考慮し、 ｃ）第１のシステムパラメータの変更を完了するのに必
   要な変更時間を変更手段により検出し、 第１のシステムパラメータは均一動作によって、少なく
   とも１つの目標値と第２のシステムパラメータとの依存
   性に相応して影響を及ぼされ、 ｄ）補正手段が所定の時間差を検出および補償する、こ
   とを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 ａ）圧電素子（１０，２０，３０，４
   ０，５０および／または６０）は、燃料噴射システムの
   燃焼噴射ノズルでのアクチュエータとして使用され、 ｂ）第１のシステムパラメータは圧電素子（１０，２
   ０，３０，４０，５０および／または）の電圧に相当
   し、 ｃ）目標電圧は圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０および／または６０）の目標電圧に相当する、請求項
   １記載の方法。
3. 【請求項３】 第１および第２のシステムパラメータは
   さらに、燃料圧（Ｐ _ｒａｉｌ）、圧電素子（１０，２
   ０，３０，４０，５０および／または６０）の温度、お
   よび燃料種類を含む、請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 ａ）変更手段により第１のシステムパラ
   メータを完了するのに必要な変更時間を、少なくとも１
   つの所定の目標値に相応して補正手段により検出し、 ｂ）第１のシステムパラメータを変更する変更手段の開
   始を補正手段により検出する、請求項１から３までのい
   ずれか１項記載の方法。
5. 【請求項５】 第１のシステムパラメータのいずれかと
   時間との変更勾配（ｄＵ／ｄｔ）を一定であると仮定す
   る、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 【請求項６】 変更手段により第１のシステムパラメタ
   を完了するのに必要な変更時間は、相応する初期電圧
   と、変更勾配（ｄＵ／ｄｔ）による少なくとも１つの所
   定の目標値との間の電圧差の検出により、補正手段によ
   って予め定められる、請求項１から５までのいずれか１
   項記載の方法。
7. 【請求項７】 １つ以上の変更勾配（ｄＵ／ｄｔ）が設
   けられる、請求項１から６までのいずれか１項記載の方
   法。
8. 【請求項８】 ａ）とりわけ燃料噴射システムにおける
   システムパラメータを制御する装置であって、請求項１
   から請求項７までのいずれか１項記載の方法を実施する
   ために使用される装置において、 ａ）変更手段（Ａ，Ｄ，Ｅ）が設けられており、 該変更手段は、少なくとも１つのシステムパラメータ、
   有利には少なくとも１つの圧電素子（１０，２０，３
   ０，４０，５０および／または６０）の少なくとも１つ
   の電圧を、圧電素子の各々に相応して少なくとも１つの
   所定の目標値を基準にして変更し、 ｂ）計算手段が設けられており、 該計算手段は、少なくとも１つの所定の目標値を計算
   し、 該計算手段は有利には、各被制御素子のそれぞれ所望の
   動作、または各圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
   ０および／または６０）、および／または少なくとも１
   つの所定の目標値が依存する少なくとも１つの第２のシ
   ステムパラメータを考慮し、 ｃ）補正手段が設けられており、 該補正手段はいずれかの時間差を補償し、 該いずれかの時間差とは、少なくとも１つの第１のシス
   テムパラメータの変更を完了するのに必要な時間差であ
   り、 前記少なくとも１つの第１のシステムパラメータは、少
   なくとも１つの所定の目標値と第２のシステムパラメー
   タとの依存性に相応して均一動作を考慮するために調整
   可能である、ことを特徴とする装置。