JP2001349238A

JP2001349238A - 圧電素子を有する燃料噴射システムおよび圧電素子を有する燃料噴射システムを操作する方法

Info

Publication number: JP2001349238A
Application number: JP2001103958A
Authority: JP
Inventors: Johannes-Joerg Rueger; リューガーヨハネス−イェルク; Dirk Dr Samuelsen; ザムエルゼンディルク
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-01
Filing date: 2001-04-02
Publication date: 2001-12-21
Also published as: US20020017280A1; US6691682B2; EP1138912A1

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】例えば内燃機関内のアクチュエータとして使
用される圧電素子を有する噴射システムのオンライン最
適化において、アクチュエータの最大移動量と、経年変
化に依存しない高精度の噴射システムの提供。【解決手段】圧電素子が、特定の圧電素子の作動特性
の関数として、および噴射される燃料の体積に対する補
正値に基づいてセットされた値を有する活動化電圧によ
って活動化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、請求項１の上位概念部分で定義
される装置および請求項７の上位概念部分で定義される
方法、すなわち、圧電素子を充電するための方法および
装置に関する。

【０００２】現在の圧電素子は、より詳細に考察する
と、必ずではないが、とりわけアクチュエータとして使
用される圧電素子である。圧電素子をこのような目的の
ために使用することができるのは、周知のように、圧電
素子が、それらに印加された電圧またはそれらに生じた
電圧の関数として圧縮または伸長する性質を有している
からである。

【０００３】圧電素子を用いたアクチュエータの実装
は、問題のアクチュエータが迅速な、および／または頻
繁な運動を実行しなければならない場合に特に有利であ
る。

【０００４】圧電素子のアクチュエータとしての使用
は、とりわけ、内燃機関のための燃料噴射ノズルにおい
て有利である。燃料噴射ノズルにおける圧電素子の有用
性に関しては、例えば、EP 0 371 469 B1およびEP 0 37
9 182 B1を参照せよ。

【０００５】圧電素子は容量性素子であり、既に上で部
分的に示唆したように、所定の充電状態、または、圧電
素子に生じた電圧もしくは圧電素子に印加された電圧に
したがって、圧縮および伸長する。燃料噴射ノズルの例
では、圧電素子の伸長および圧縮は、噴射ニードルの直
線的ストロークを操作する弁を制御するために利用され
ている。以下で説明され、参照のため全体として本明細
書に取り込まれているドイツ特許出願DE 197 42 073 A1
およびDE 197 29 844 A1は、燃料噴射システム内の噴射
ニードルを制御する複動式両座弁を有する圧電素子を開
示している。

【０００６】燃料噴射ノズル、例えば、燃料を内燃機関
のシリンダに噴射するためのニードルの直線ストローク
を制御する複動式両座弁として実装された燃料噴射ノズ
ルでは、相応のシリンダに噴射される燃料量は、弁が開
いている時間の関数であり、また圧電素子を使用してい
る場合であれば、この圧電素子に印加される活動化電圧
の関数である。制御弁の弁体が、両座弁の２つのシート
のうちの１つに配置されている場合には、ノズルニード
ルはそのままか、または閉じられる。弁体がシートの間
の中間位置にある場合には、ノズルニードルはそのまま
か、または開かれる。目標は、所望の燃料噴射量を高い
精度で達成すること、特に少ない噴射量を例えば予備噴
射の間に達成することである。

【０００７】複動制御弁の例では、圧電素子は、圧電素
子に印加される活動化電圧の作用で伸長および圧縮し、
これによって、対応する制御される弁体が複動制御弁の
２つのシートの間の中間に位置決めされ、対応する噴射
ニードルが所定の期間に最大の燃料流量を噴射するよう
に位置決めされる。すべての噴射素子と噴射システムの
全寿命とに適した活動化電圧を、例えば対応する弁体を
最大燃料流量のために正確に位置決めするのに十分な精
度で決定および印加することは困難であった。

【０００８】したがって、本発明の課題は、請求項１の
上位概念部分で定義される装置および請求項７の上位概
念部分で定義される方法を開発し、弁体を最大燃料流量
のために正確に位置決めするのに十分な精度で、例えば
圧電素子のための活動化電圧レベルを設定することであ
る。特定の圧電素子は、システム、例えば燃料噴射シス
テムにおいてアクチュエータとして使用されている複数
の圧電素子のうちの１つであってよい。

【０００９】この課題は、本発明によれば、請求項１
（装置）の特徴部分および請求項７（方法）の特徴部分
でクレームされている特徴によって解決される。

【００１０】これらは次のものを提供する。

【００１１】特定の圧電素子および油圧コンポーネント
（請求項１の特徴部分）の測定された作動特性の関数と
して、活動化電圧値を調節する最適化ユニットによりオ
ンラインで制御されるべき圧電素子を充電するための活
動化電圧値。

【００１２】特定の圧電素子および油圧コンポーネント
（請求項７の特徴部分）の測定された作動特性量の関数
として充電に先行して行われるべき、圧電素子を充電す
るための活動化電圧の値の設定。

【００１３】圧電素子の伸長または圧縮の程度は、それ
ぞれの特定の圧電素子の作動特性により影響され、サン
プル毎に、および／または圧電素子の使用年数にしたが
って変化する。したがって、本発明によれば、圧電素子
によって実現されている特定のアクチュエータの変位量
は、所定の電圧の印加に応じて、例えば特定の圧電素子
の作動特性および／またはアクチュエータの使用年数の
関数として変化することが確定される。その結果とし
て、アクチュエータは同じ電圧で充電されても異なる働
きをし、その動作も経時的に変化する。

【００１４】したがって、複動制御弁の例において、噴
射ニードルを最大燃料流量に対する最適な位置へ動かす
のに十分な素子の変位に適する圧電素子の活動化電圧レ
ベルは、圧電素子の作動特性および作動特性の経年変化
に影響される。燃料噴射および噴射特性の経過の観点か
らは、これは一般的に最適なシステム動作からの逸脱を
意味している。さらに、サンプル毎の偏差および油圧コ
ンポーネント自体の経年劣化の作用は、噴射システム全
体の働きにも影響する。本発明より以前は、これらの作
用は、特定の作動特性とアクチュエータの経年劣化とに
起因する変動が、システム動作にほとんど影響しない
か、またはまったく影響しないほど頑丈に噴射装置を設
計することでしか克服することができなかった。

【００１５】活動化電圧のレベルを充電すべき圧電素子
のうちの特定の１つの作動特性の関数として設定したと
すると、制御弁は、アクチュエータの作動特性のサンプ
ル毎の変動または作動特性の経年変化には依存せずに十
分な精度で制御される。圧電素子に印加される活動化電
圧は、どの所定の時点においても、特定の圧電素子の作
動特性に比べて適切である。このようにして、噴射量が
少ない場合または噴射量特性の経過が複雑である場合で
さえ、所望の噴射量を十分な精度で達成することができ
る。

【００１６】本発明の有利な実施例は、従属請求項、以
下の説明および図面から明らかである。

【００１７】本発明を以下の明細書においてより詳細
に、実施例を参照し、図面を参照しながら説明する。

【００１８】図７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的な表示であ
る。図７を参照すると、圧電素子２０１０は、印加され
た活動化電圧に応じて伸長および圧縮するように電気的
に励起される。圧電素子２０１０はピストン２０１５に
結合されている。伸長した状態では、圧電素子２０１０
は、油圧油、例えば燃料を含む油圧アダプタ２０２０に
ピストン２０１５を突出させる。圧電素子の伸長の結果
として、複動制御弁２０２５は水理的に油圧アダプタ２
０２０から押し出され、弁体２０３５は第１の閉成位置
２０４０から離れる。複動制御弁２０２５と中空の内孔
２０５０の組合せは、しばしば複動式両座弁と呼ばれ
る。それは、圧電素子２０１０が非励起状態にある時
は、複動制御弁２０２５が第１の閉成位置２０４０に留
まるからである。その一方で、圧電素子が完全に伸長し
た時は、それは第２の閉成位置２０３０に留まる。弁体
２０３５の後者の位置が、図７ではゴーストラインで概
略的に示されている。

【００１９】燃料噴射システムは、噴射ニードル２０７
０を有しており、これが加圧燃料供給ライン２０６０か
らシリンダ（図示せず）へ燃料を噴射する。圧電素子２
０１０が非励起状態にある時、またはそれが完全に伸長
した時は、複動制御弁２０２５は、それぞれ第１の閉成
位置２０４０または第２の閉成位置２０３０に留まる。
いずれの場合でも、油圧レールの圧力が噴射ニードル２
０７０を閉成位置に保つ。したがって、混合燃料はシリ
ンダ（図示せず）に進入しない。逆に、圧電素子２０１
０が励起され、複動制御弁２０２５が、中空の内孔に関
していわゆる中間位置にある時は、加圧燃料供給ライン
２０６０に圧力降下が存在する。この加圧燃料供給ライ
ン２０６０における圧力降下は、噴射ニードル２０７０
の上部と底部の間に圧力差分を生じさせ、これによって
噴射ニードルが揚程し、燃料がシリンダ（図示せず）に
噴射される。

【００２０】図１は、両座制御弁に作用する圧電素子を
使用した１つの例示的な燃料噴射システムについて、所
定の一定期間中の活動化電圧Ｕと噴射される燃料の体積
Ｑの間の関係を描いたグラフを示している。ｙ軸は、所
定の一定期間中にシリンダ室へ噴射される燃料の体積を
表している。ｘ軸は、相応の圧電素子に印加または蓄え
られる活動化電圧を表している。この圧電素子は、複動
制御弁の弁体を変位させるために使用されるものであ
る。

【００２１】ｘ＝０、ｙ＝０において、活動化電圧はゼ
ロであり、弁体は、所定の一定期間の間、燃料の流れを
阻止するために、第１の閉成位置に位置する。ゼロ以上
かつＵ_ｏｐｔと表示されたｘ軸上の点までの活動化電圧
の値に対しては、活動化電圧の表示された値は、弁体を
第１のシート位置から第２の閉成位置へ変位させる。こ
れによって、活動化電圧がＵ_ｏｐｔに近づく一定期間の
間に、より大きな体積の燃料が、ｙ軸上でＱ_{ｅ，ｍａｘ}
と表示された値の体積まで噴射される。この一定期間に
噴射される燃料の最大体積に対応する点Ｑ
_{ｅ，ｍａｘ}は、圧電素子に印加するため、または圧電素
子を充電するための活動化電圧値を表しており、これが
弁体を第１のバルブシートと第２のバルブシートの間へ
の最適に変位させる。

【００２２】図１のグラフで示されているように、Ｕ
_ｏｐｔより大きい活動化電圧Ｕの値に対しては、一定期
間に噴射される燃料の体積は、ゼロに到達するまで減少
する。これは、第２の閉成位置に位置するまで、弁体が
最適点から複動制御弁の第２のシートに向かって変位す
る様子を表している。したがって、図１のグラフは、燃
料噴射の最大体積は、活動化電圧が圧電素子によって弁
体を最適点へ変位させた時に生じるということを示して
いる。

【００２３】本発明は、Ｕ_ｏｐｔに対する値は、特定の
圧電素子のためのどの時点でも、その時点の特定の圧電
素子の作動特性に影響されていることを教えてくれる。
つまり、ある活動化電圧に応じて圧電素子によって引き
起こされる変位の量は、特定の圧電素子の作動特性の関
数として変化する。したがって、燃料噴射の最大体積を
所定の一定期間中に達成するためには、圧電素子に印加
される活動化電圧、または圧電素子に生じる活動化電圧
は、Ｕ_ｏｐｔを達成するために特定の圧電素子の作動特
性に関係する値に設定されるべきである。

【００２４】図２は、例示のための制御弁のストローク
の概略的経過を表す二重グラフを示しており、上で論じ
た複動制御弁の動作を表している。図２の上側グラフで
は、ｘ軸は時間を表し、ｙ軸は弁体の変位（弁の揚程）
を表している。図２の下側グラフでは、ｘ軸はまた時間
を表しており、一方ｙ軸は、燃料流量を提供するための
ノズルニードルの揚程を表しており、この燃料流量は、
上側グラフの弁の揚程から生じている。上側グラフと下
側グラフは、それぞれのｘ軸によって表される時間が一
致するように調整されている。

【００２５】噴射サイクルの間、圧電素子は充電され、
これにより圧電素子は、後でより詳細に説明するよう
に、伸長し、図２の上側グラフで示されているように、
対応する弁体を予備噴射ストロークのために第１のシー
トから第２のシートへ移動させる。図２の下側グラフ
は、弁体が複動制御弁の２つのシートの間を動く時に生
じる燃料の小さな噴射、およびプラグが２つのシートの
間を動く時の弁の開閉を示している。一般に、圧電素子
の充電は２つのステップで行うことができる。第１のス
テップでは、圧電素子を所定の電圧まで充電して弁を開
き、第２のステップでは、圧電素子をさらに充電して制
御弁を第２の閉成位置で再び閉じる。ステップ間には、
一般に、いくらかの時間的な遅延があり得る。

【００２６】所定の期間の後、以下でより詳細に説明さ
れるように、放電動作が実行され、圧電素子内の電荷が
低減される。これにより、同様により詳細に説明される
ように、圧電素子は圧縮し、弁体を第２の閉成位置から
動かし、２つのシートの間の中間点に維持する。図１で
示されているように、圧電素子内の活動化電圧は、主噴
射に割当てられた期間内に、中間点に相応するＵ_ｏｐｔ
に等しい値にまで達すべきものであり、この値において
最大の燃料流量Ｑ_{ｅ，ｍａｘ}が得られる。図２の上側グ
ラフと下側グラフでは、弁の揚程が中間点に維持され、
燃料主噴射が行われる様子が示されている。

【００２７】主噴射の期間の終了時に、圧電素子はゼロ
の活動化電圧にまで放電され、これにより圧電素子がさ
らに圧縮し、図２の上側グラフと下側グラフで示されて
いるように、弁体を最適位置から第１のシートに向かっ
て移動させ、弁を閉じ、燃料の通流をストップさせる。
この時点で、弁体は再び、例えばすぐ上で説明したよう
な別の予備噴射‐主噴射サイクルを繰り返すための位置
にある。もちろん他のいずれかの噴射サイクルを実行す
ることもできる。

【００２８】図３は、本発明を実現する構成の実施例の
ブロック線図を提供している。

【００２９】図３には、詳細エリアＡと非詳細エリアＢ
があり、それらの分離は破線ｃによって示されている。
この詳細エリアＡには、圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０を充電および放電する回路が含まれ
ている。考察中の実施例では、これら圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０は、内燃機関の（とり
わけ、いわゆるコモンレール式インジェクタにある）燃
料噴射ノズル内のアクチュエータである。圧電素子がこ
のような目的のために使用できるのは、周知のように、
また上で説明したように、圧電素子が、それらに印加さ
れた、もしくはそれらに生じた電圧の関数として圧縮ま
たは伸長する性質を有しているからである。この説明さ
れている実施例で６つの圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０を使用する理由は、内燃機関内の６
つのシリンダを独立に制御するためである。したがっ
て、他のいずれかの数の圧電素子は、他のいずれかの目
的に適しているだろう。

【００３０】非詳細エリアＢには、制御ユニットＤと活
動化集積回路Ｅが含まれており、本発明によれば、以下
で詳細に説明するように、これら両方によって詳細エリ
アＡ内の素子が制御され、同様に、作動特性を測定する
ためのシステムである測定システムＦが制御される。こ
の作動特性は、例えば燃料圧と内燃機関の回転速度（ｒ
ｐｍ）であり、この内燃機関の回転速度（ｒｐｍ）は、
制御ユニットＤへ入力され、これにより使用される。本
発明によれば、制御ユニットＤと活動化集積回路Ｅは、
圧電素子に対する活動化電圧を、特定の圧電素子の作動
特性関数として制御するようにプログラムされている。

【００３１】以下の説明では、まず詳細エリアＡ内の個
々の素子について説明する。ついで、圧電素子１０，２
０，３０，４０，５０および６０を充電するプロシージ
ャおよび放電するプロシージャを一般的に説明する。最
後に、これら両方のプロシージャを制御ユニットＤと活
動化集積回路Ｅによって制御する方法を、本発明に従っ
て詳細に説明する。

【００３２】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６０を有してい
る。

【００３３】これら圧電素子１０，２０，３０，４０，
５０および６０は、第１のグループＧ１と第２のグルー
プＧ２に分配され、各グループは３つの圧電素子を有す
る（すなわち、第１のグループＧ１に圧電素子１０，２
０および３０、または第２のグループＧ２に圧電素子４
０，５０および６０）。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要素である。グル
ープセレクタスイッチ３１０，３２０は、圧電素子１
０，２０および３０、または４０，５０および６０のグ
ループＧ１、Ｇ２のいずれが、各ケースにおいて共通の
充／放電装置によって放電されるのかを決めるために使
用することができる（しかしながら、グループセレクタ
スイッチ３１０，３２０は、以下においてさらに詳細に
説明されるように、充電プロシージャに対しては意味が
ない）。

【００３４】グループセレクタスイッチ３１０，３２０
は、コイル２４０とグループＧ１およびＧ２のそれぞれ
（Ｇ１およびＧ２のコイル側端子のそれぞれ）との間に
配置されており、トランジスタによって実現されてい
る。サイドドライバ３１１，３２１は、活動化集積回路
Ｅからの制御信号を、要求された通りにスイッチを開閉
するのに適した電圧に変換するように実現されている。

【００３５】ダイオード３１５および３２５（グループ
セレクタダイオードと呼ばれる）は、それぞれグループ
セレクタスイッチ３１０，３２０と並列して設けられて
いる。グループセレクタスイッチ３１０，３２０が、例
えばＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴによって実現されてい
る場合には、これらグループセレクタダイオード３１５
および３２５は、寄生ダイオードそのものによって構成
することができる。ダイオード３１５，３２５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。したがって、グループセレクタ
スイッチ３１０，３２０の働きは、放電プロシージャの
ために、圧電素子１０，２０および３０、または４０，
５０および６０のグループＧ１、Ｇ２を選択することだ
けに縮減されている。

【００３６】各グループＧ１またはＧ２の内部では、圧
電素子１０，２０および３０または圧電素子４０，５０
および６０が、並列に接続されている圧電分岐１１０，
１２０および１３０（グループＧ１）ならびに分岐１４
０，１５０および１６０（グループＧ２）の構成素子と
して配置されている。各圧電分岐は、次の２つの並列回
路から成る直列回路を有する。第１の並列回路は、圧電
素子１０，２０，３０，４０，５０または６０と抵抗１
３，２３，３３，４３，５３または６３（分岐抵抗と呼
ばれる）とを有し、第２の並列回路は、トランジスタ１
１，２１，３１，４１，５１または６１によって実現さ
れているセレクタスイッチ（分岐セレクタスイッチと呼
ばれる）とダイオード１２，２２，３２，４２，５２ま
たは６２（分岐ダイオードと呼ばれる）とから成る。

【００３７】分岐抵抗１３，２３，３３，４３，５３ま
たは６３は、対応するそれぞれの圧電素子１０，２０，
３０，４０，５０または６０を充電プロシージャ中およ
び充電プロシージャ後に連続的に放電させる。というの
も、これらの分岐抵抗は、それぞれの容量性圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０または６０の端子を互いに
接続しているからである。しかしながら、分岐抵抗１
３，２３，３３，４３，５３または６３は十分大きいた
め、以下で説明する制御された充／放電プロシージャに
比べて、このプロシージャを遅くしてしまう。したがっ
て、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０
のいずれかの電荷は、充電プロシージャの後の所定の適
切な期間内においては不変であると見なすことは、なお
も妥当な仮定である（それでも分岐抵抗１３，２３，３
３，４３，５３および６３を実装する理由は、システム
のブレークダウンまたは他の異常な状況の際に、圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０および６０に電荷が残
るのを避けるためである）。したがって、分岐抵抗は以
下の説明では無視してもよい。

【００３８】個々の圧電分岐１１０，１２０，１３０，
１４０，１５０または１６０における分岐セレクタスイ
ッチ／分岐ダイオード対、つまり、圧電分岐１１０のセ
レクタスイッチ１１およびダイオード１２、圧電分岐１
２０のセレクタスイッチ１２およびダイオード２２等々
は、寄生ダイオードを有する電子的スイッチ（つまりト
ランジスタ）、例えば（グループセレクタスイッチ／ダ
イオード対３１０および３１５、または３２０および３
２５のそれぞれに関して上で述べたように）ＭＯＳＦＥ
ＴまたはＩＧＢＴを有する電子的スイッチを使用して実
現することができる。

【００３９】分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，
４１，５１または６１は、圧電素子１０，２０，３０，
４０，５０または６０のうちのいずれが、各ケースにお
いて、共通の充／放電装置によって充電されるのかを決
めるために使用することができる。各ケースにおいて、
充電される圧電素子１０，２０，３０，４０，５０また
は６０は、すべてその分岐セレクタスイッチ１１，２
１，３１，４１，５１または６１が、以下で説明する充
電プロシージャの間閉じている圧電素子である。通常
は、どの時点においても、分岐セレクタスイッチのうち
のただ一つだけが閉じている。

【００４０】分岐ダイオード１２，２２，３２，４２，
５２および６２は、分岐セレクタスイッチ１１，２１，
３１，４１，５１または６１を放電プロシージャの間に
バイパスするために使用される。したがって、考察中の
充電プロシージャの例では、個々の圧電素子のいずれも
選択可能であるが、それに対して放電プロシージャに関
しては、圧電素子１０，２０および３０、または４０，
５０および６０の、第１のグループＧ１か、または第２
のグループＧ２か、またはこれら両方が選択されなけれ
ばならない。

【００４１】圧電素子１０，２０，３０，４０，５０お
よび６０それ自体に戻ると、分岐セレクタピエゾ端子１
５，２５，３５，４５，５５または６５は、分岐セレク
タスイッチ１１，２１，３１，４１，５１または６１を
介してか、または相応のダイオード１２，２２，３２，
４２，５２または６２を介してアースに接続してもよい
し、両方のケースにおいて、付加的に抵抗３００を介し
て接続してもよい。

【００４２】この抵抗３００の目的は、圧電素子１０，
２０，３０，４０，５０および６０の充電および放電の
間に、分岐セレクタピエゾ端子１５，２５，３５，４
５，５５または６５とアースとの間を流れる電流を測定
することである。これらの電流を知ることにより、圧電
素子１０，２０，３０，４０，５０および６０の制御さ
れた充電および放電が可能となる。とりわけ充電スイッ
チ２２０と放電スイッチ２３０をこれら電流の大きさに
依存した形で開閉することにより、充電電流と放電電流
を所定の平均値に設定し、および／またはこれら電流が
所定の最大値および／または最小値を超過することがな
いようにすることができる。これについては、以下の明
細書でより詳細に説明する。

【００４３】考察中の例では、測定自体がさらに、例え
ばＤＣ５Ｖの電圧を供給する電圧源６２１と、２つの抵
抗６２２および６２３によって実現された分圧器とを必
要としている。これは、活動化集積回路Ｅ（これによっ
て測定が行われる）を負の電圧から護るためである。こ
のようにしないと、測定点６２０にこの負の電圧が生じ
ることがあり、これは活動化集積回路Ｅを用いては処理
することができない。このような負電圧は、前記電圧源
６２１と分圧器抵抗６２２および６２３とによって供給
される正電圧セットアップの付加により正電圧に変換さ
れる。

【００４４】各圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および６０の他の端子、すなわちグループセレクタピエ
ゾ端子１４，２４，３４，４４，５４または６４は、コ
イル２４０と充電スイッチ２２０および充電ダイオード
２２１から成る並列回路とを介して電圧源のプラス極へ
接続されるだけでなく、グループセレクタスイッチ３１
０または３２０を介して、またはグループセレクタダイ
オード３１５または３２５を介して電圧源のプラス極に
接続されてもよい。代替的または付加的には、コイル２
４０と放電スイッチ２３０または放電ダイオード２３１
から成る並列回路とを介してアースに接続されるだけで
なく、グループセレクタスイッチ３１０または３２０を
介して、またはダイオード３１５または３２５を介して
アースに接続されてもよい。充電スイッチ２２０および
放電スイッチ２３０は、例えばそれぞれサイドドライバ
２２２と２３２を介して制御されるトランジスタによっ
て実現される。

【００４５】電圧源は容量性の性質を備えた素子を有し
ており、この素子は、考察中の実施例では、（バッフ
ァ）キャパシタ２１０である。キャパシタ２１０は、バ
ッテリ２００（例えば自動車バッテリ）とこれに後置接
続された直流変圧器２０１により充電される。直流変圧
器２０１は、バッテリ電圧（例えば１２Ｖ）を実質的に
他のいずれかの直流電圧（例えば２５０Ｖ）へ変換し、
キャパシタ２１０をその電圧まで充電する。直流変圧器
２０１は、トランジスタスイッチ２０２と抵抗２０３を
用いて制御される。抵抗２０３は、測定点６３０から電
流を測定するために使用される。

【００４６】クロスチェックのために、測定点６３０で
の別の電流測定が、抵抗６５１，６５２および６５３な
らびに５Ｖの直流電圧、例えば電圧源６５４によってだ
けでなく、活動化集積回路Ｅによっても可能である。さ
らに、測定点６４０での電流測定は、分圧抵抗６４１お
よび６４２によってだけでなく、活動化集積回路Ｅによ
っても可能である。

【００４７】最後に、抵抗３３０（全放電抵抗と呼ばれ
る）、トランジスタ３３１によって実現されたストップ
スイッチ（ストップスイッチと呼ばれる）およびダイオ
ード３３２（全放電ダイオードと呼ばれる）は、圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０および６０を放電する
ために使用される（これら素子が、以下で説明する「通
常の」放電動作により放電されなかった場合）。ストッ
プスイッチ３３１は、有利には「通常の」放電プロシー
ジャ（放電スイッチ２３０を介したサイクル放電）の
後、閉じられる。これによりストップスイッチ３３１
は、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０および６０
を抵抗３３０および３００を通してアースに接続し、圧
電素子１０，２０，３０，４０，５０および６０に残留
している可能性のある残留電荷をすべて除去する。全放
電ダイオード３３２は、圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０に負の電圧が生じるのを妨げる。こ
の負の電圧は、ある状況においては、前記圧電素子に損
傷を与えることもある。

【００４８】すべての圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０および６０、またはいずれかの特定の圧電素子
の充電および放電は、（すべてのグループおよびこれら
グループの圧電素子に共通の）１つの充／放電装置を用
いて行われる。考察中の実施例では、この共通の充／放
電装置は、バッテリ２００、直流変圧器２０１、キャパ
シタ２１０、充電スイッチ２２０と放電スイッチ２３
０、充電ダイオード２２１と放電ダイオード２３１、お
よびコイル２４０を有している。

【００４９】各圧電素子の充電および放電は同じ仕方で
行われる。以下の明細書では、第１の圧電素子１０のみ
を参照して説明する。

【００５０】充／放電プロシージャの間に生じる状態
は、図４Ａから図４Ｄを参照して説明される。これら図
のうち、図４Ａと図４Ｂは、圧電素子１０の充電を表し
ており、図４Ｃと図４Ｄは、圧電素子１０の放電を表し
ている。

【００５１】充電または放電すべき１つまたは複数の特
定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６０
の選択、以下において説明される充電プロシージャおよ
び放電プロシージャは、活動化集積回路Ｅと制御ユニッ
トＤによって、上述の１つまたは複数のスイッチ１１，
２１，３１，４１，５１，６１；３１０，３２０；２２
０，２３０および３３１を開閉することにより駆動され
る。詳細エリアＡ内の素子と、活動化集積回路Ｅおよび
制御ユニットＤ内の素子との間の相互作用は、以下の明
細書において詳細に説明される。

【００５２】充電プロシージャに関しては、まず充電す
べきいずれかの特定の圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０または６０を選択しなければならない。第１の
圧電素子１０を排他的に充電するためには、第１の分岐
１１０の分岐セレクタスイッチ１１が閉じられる。それ
に対して、他のすべての分岐セレクタスイッチ２１，３
１，４１，５１および６１は開いたままである。他のい
ずれかの圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または
６０を排他的に充電するためには、または同時に複数の
圧電素子を充電するためには、相応の分岐セレクタスイ
ッチ２１，３１，４１，５１および／または６１を閉じ
ることによって圧電素子を選択する。

【００５３】すると充電プロシージャそれ自体が始ま
る。

【００５４】一般に、考察中の実施例においては、充電
プロシージャは、キャパシタ２１０と第１の圧電素子１
０のグループセレクタピエゾ端子１４との間に正の電位
差を必要とする。しかしながら、充電スイッチ２２０と
放電スイッチ２３０が開いている限り、圧電素子１０の
充電または放電は起こらない。この状態では、図３に示
されている回路は定常状態にある。つまり、圧電素子１
０は、その充電状態を実質的に不変に保っており、電流
は流れない。

【００５５】第１の圧電素子１０を充電するためには、
充電スイッチ２２０が閉じられる。理論的には、こうす
るだけで第１の圧電素子１０は充電される。しかしなが
ら、これでは、含まれている素子に損傷を与えるおそれ
のある大電流が生じてしまう。それゆえ、生じる電流は
測定点６２０で測定され、スイッチ２２０は、検出され
た電流が所定の限界値を超すとすぐに再び開かれる。し
たがって、第１の圧電素子１０上にどのような所望の電
荷を達成するためにも、充電スイッチ２２０は繰り返し
開閉される。それに対して、放電スイッチ２３０は開い
たままである。

【００５６】より詳細には、充電スイッチ２２０が閉じ
ている場合には、図４Ａに示されている状態が生じる、
すなわち、圧電素子１０、キャパシタ２１０およびコイ
ル２４０から成る直列回路を含む閉回路が形成され、こ
の回路を電流ｉ_ＬＥ（ｔ）が図４Ａの矢印により示され
るように流れる。この電流の流れの結果として、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ピエ
ゾ端子１４へ移送され、エネルギーがコイル２４０に蓄
積される。

【００５７】充電スイッチ２２０が、閉成後すぐに（例
えば、数μｓして）開く場合には、図４Ｂに示された状
態が生じる。すなわち、圧電素子１０、充電ダイオード
２２１およびコイル２４０から成る直列回路を含む閉回
路が形成され、この回路を電流ｉ_ＬＡ（ｔ）が図４Ｂの
矢印により示されるように流れる。この電流の流れの結
果として、コイル２４０に蓄積されているエネルギーが
圧電素子１０へ流れる。圧電素子１０へのエネルギー供
給に応じて、圧電素子１０に生じる電圧およびその外的
な大きさが増す。一旦コイル２４０から圧電素子１０へ
のエネルギー移送が生じると、図３において示され、既
に説明されたように、回路の定常状態に再び達する。

【００５８】その時点で、またはそれ以前、またはそれ
以後（充電動作の所望の時間的経過に依存する）、充電
スイッチ２２０はもう一度閉じ、再び開き、上記プロセ
スが繰り返される。充電スイッチ２２０の再閉成と再開
放の結果として、圧電素子１０に蓄積されるエネルギー
は増大し（圧電素子１０に既に蓄積されているエネルギ
ーと新しく供給されたエネルギーが足し合わされる）、
これに応じて、圧電素子１０に生じる電圧およびその外
的な大きさが増す。

【００５９】前述した充電スイッチ２２０の閉成と開放
が何度も繰り返されると、圧電素子１０に生じる電圧、
および圧電素子１０の伸長は段階的に大きくなる。

【００６０】一旦充電スイッチ２２０が所定の回数だけ
開閉すると、および／または一旦圧電素子１０が所望の
充電状態に達すると、圧電素子の充電は、充電スイッチ
２２０を開いたままにすることによって終了する。

【００６１】放電プロシージャに関しては、考察中の実
施例では、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０およ
び６０は以下のようにグループ（Ｇ１および／またはＧ
２）で放電される。

【００６２】まず、放電すべき圧電素子を含むグループ
の、またはグループＧ１および／またはＧ２の、グルー
プセレクタスイッチ３１０および／または３２０が、閉
じられる（分岐セレクタスイッチ１１，２１，３１，４
１，５１，６１は、放電プロシージャのための圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０，６０の選択に影響しな
い。というのも、この場合には、分岐セレクタスイッチ
は分岐ダイオード１２，２２，３２，４２，５２および
６２によりバイパスされるからである）。したがって、
第１のグループＧ１の一部である圧電素子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３１０が
閉じられる。

【００６３】放電スイッチ２３０が閉じている場合に
は、図４Ｃに示されている状態が生じる。すなわち、圧
電素子１０とコイル２４０から成る直列回路を含む閉回
路が形成され、この回路を電流ｉ_ＥＥ（ｔ）が図４Ｃの
矢印により示されるように流れる。この電流の流れの結
果として、圧電素子に蓄積されているエネルギー（の一
部）がコイル２４０へ移送される。この圧電素子１０か
らコイル２４０へのエネルギー移送に応じて、圧電素子
１０に生じる電圧およびその外的な大きさが低減する。

【００６４】放電スイッチ２３０が、閉成後すぐに（例
えば、数μｓして）開く場合には、図４Ｄに示されてい
る状態が生じる。すなわち、圧電素子１０、キャパシタ
２１０、放電ダイオード２３１およびコイル２４０から
成る直列回路を含む閉回路が形成され、この回路を電流
ｉ_ＥＡ（ｔ）が図４Ｄの矢印により示されるように流れ
る。この電流の流れの結果、コイル２４０に蓄積されて
いるエネルギーがキャパシタ２１０に戻される。一旦コ
イル２４０からキャパシタ２１０へのエネルギー移送が
生じると、図３において示され、既に説明されたよう
に、回路の定常状態に再び達する。

【００６５】その時点で、またはそれ以前、またはそれ
以後（放電動作の所望の時間経過に依存する）、放電ス
イッチ２３０はもう一度閉じ、再び開き、上記プロセス
が繰り返される。放電スイッチ２３０の再閉成と再開放
の結果として、圧電素子１０に蓄積されるエネルギーは
さらに減少し、これに応じて、圧電素子１０に生じる電
圧およびその外的な大きさも低減する。

【００６６】前述した放電スイッチ２３０の閉成と開放
が何度も繰り返されると、圧電素子１０に生じる電圧、
および圧電素子１０の伸長は段階的に小さくなる。

【００６７】一旦放電スイッチ２３０が所定の回数だけ
開閉すると、および／または一旦圧電素子１０が所望の
放電状態に達すると、圧電素子の充電は、放電スイッチ
２３０を開いたままにすることによって終了する。

【００６８】活動化集積回路Ｅおよび制御ユニットＤ
と、詳細エリアＡ内の素子との間の相互作用は、活動化
集積回路Ｅから詳細エリアＡ内の素子まで、分岐セレク
タ制御線４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４
６０と、グループセレクタ制御線５１０，５２０と、ス
トップスイッチ制御線５３０と、充電スイッチ制御線５
４０および放電スイッチ制御線５５０と、制御線５６０
とを介して伝送される制御信号により行われる。その一
方で、詳細エリアＡ内の測定点６００，６１０，６２
０，６３０，６４０，６５０で得られたセンサ信号が存
在し、これらセンサ信号は、センサ線７００，７１０，
７２０，７３０，７４０，７５０を介して活動化集積回
路Ｅへ伝送される。

【００６９】制御線は、トランジスタのベースに電圧を
印加すること、または印加しないことによって、圧電素
子１０，２０，３０，４０，５０または６０を選択する
ために使用される。これは、１つまたは複数の圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０，６０の充電プロシージ
ャまたは放電プロシージャを上記相応のスイッチの開閉
により行うためである。センサ信号は、とりわけ、圧電
素子１０，２０および３０、または４０，５０および６
０に生じる電圧を測定点６００または６１０から検出す
るため、および充／放電電流を測定点６２０から検出す
るために使用される。制御ユニットＤと活動化集積回路
Ｅは、両方の種類の信号を組合せて、両方を相互作用さ
せるために使用される。これについては、図３および図
５を参照して詳細に説明する。

【００７０】図３に示されているように、制御ユニット
Ｄと活動化集積回路Ｅは、パラレルバス８４０および付
加的にシリアルバス８５０により互いに接続されてい
る。パラレルバス８４０は、とりわけ制御ユニットＤか
ら活動化集積回路Ｅへの制御信号の高速伝送のために使
用されており、それに対して比較的低速のシリアルバス
８５０は、比較的緩慢なデータ転送のために使用されて
いる。

【００７１】図５には、活動化集積回路Ｅに含まれるい
くつかのコンポーネントが示されている。すなわち、論
理回路８００、ＲＡＭメモリ８１０、デジタルアナログ
変換システム８２０およびコンパレータシステム８３０
が示されている。さらに、高速パラレルバス８４０（制
御信号のために使用される）は、活動化集積回路Ｅの論
理回路８００に接続されており、それに対してシリアル
バス８５０は、ＲＭＡメモリ８１０に接続されている。
論理回路８００は、ＲＡＭメモリ８１０、コンパレータ
システム８３０および信号線４１０，４２０，４３０，
４４０，４５０および４６０；５１０および５２０；５
３０；５４０，５５０および５６０に接続されている。
ＲＡＭメモリ８１０は、デジタルアナログ変換システム
８２０にだけでなく、論理回路８００にも接続されてい
る。デジタルアナログ変換システム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はさらにセンサ線７００および７１
０；７２０；７３０，７４０および７５０に、および既
に述べたように論理回路８００にも接続されている。

【００７２】上に挙げたコンポーネントは、充電プロシ
ージャにおいて例えば以下のように使用することができ
る。

【００７３】制御ユニットＤを用いて、所定の目標電圧
まで充電すべき特定の圧電素子１０，２０，３０，４
０，５０または６０が決定される。したがって、まず目
標電圧の値（デジタル数値により表される）がＲＡＭメ
モリ８１０へ比較的低速のシリアルバス８５０を介して
伝送される。この目標電圧は、例えば図１に関連して上
で説明した、主噴射で使用されるＵ_ｏｐｔに対する値と
することもできる。前記伝送以後またはそれと同時に、
選択すべき特定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５
０または６０に対応するコード、および所望の電圧のＲ
ＡＭメモリ８１０内におけるアドレスが、論理回路８０
０へパラレルバス８４０を介して伝送される。その後、
ストローブ信号が論理回路８００へパラレルバス８４０
を介して送られ、充電プロシージャのための開始信号が
出される。

【００７４】第一に論理回路８００は、開始信号を受け
て、ＲＡＭメモリ８１０から目標電圧のデジタル数値を
ピックアップし、それをデジタルアナログ変換システム
８２０に送る。これによって、変換システム８２０の１
つのアナログ出力側に所望の電圧が生じる。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、論理回路８０
０は、コンパレータシステム８３０への（第１のグルー
プのいずれかの圧電素子１０，２０または３０のため
の）測定点６００を選択するか、またはコンパレータシ
ステム８３０への（第２のグループのいずれかの圧電素
子４０，５０または６０のための）測定点６１０を選択
する。この結果として、目標電圧と選択された圧電素子
１０，２０，３０，４０，５０または６０における実際
の電圧がコンパレータシステム８３０により比較され
る。この比較の結果である目標電圧と実際の電圧との間
の差分が論理回路８００へ伝送される。それによって、
論理回路８００は、目標電圧と実際の電圧が互いに等し
くなるとすぐにプロシージャを停止することができる。

【００７５】第二に、論理回路８００は、いずれかの選
択された圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または
６０に対応する分岐セレクタスイッチ１１，２１，３
１，４１，５１または６１に制御信号を印加し、これに
よって、スイッチは閉じられる（すべての分岐セレクタ
スイッチ１１，２１，３１，４１，５１および６１は、
説明中の実施例では、充電プロシージャの開始前には開
放状態にあったとする）。そして、論理回路８００は制
御信号を充電スイッチ２２０に印加し、これによって、
このスイッチは閉じられる。さらに、論理回路８００
は、測定点６２０上に生じているいずれかの電流の測定
を開始（または続行）する。これに関して、測定された
電流は、コンパレータシステム８３０によって、いずれ
かの所定の最大値と比較される。検出された電流が所定
の最大値に達するとすぐに、論理回路８００は充電スイ
ッチ２２０を再び開く。

【００７６】その一方で、測定点６２０における残留電
流が検出され、いずれかの所定の最小値と比較される。
この所定の最小値が達成されるとすぐに、論理回路８０
０は充電スイッチを再び閉じ、プロシージャが再開す
る。

【００７７】充電スイッチ２２０の開閉は、測定点６０
０または６１０で検出される電圧が目標電圧以下である
限り、繰り返される。目標電圧が達成されるとすぐに、
論理回路はプロシージャの継続を停止する。

【００７８】放電プロシージャも相応の方法で行われ
る。すなわち、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
または６０の選択は、グループセレクタスイッチ３１０
または３２０を用いて行われ、充電スイッチ２２０の代
わりに放電スイッチ２３０が開閉され、所定の最小目標
電圧が達成される。

【００７９】充／放電動作のタイミングと、圧電素子１
０，２０，３０，４０，５０または６０内の電圧レベル
の保持、例えば主噴射のタイミングは、弁のストローク
のパラメータに従って、例えば図２に示されている弁の
ストロークに従って決定および達成される。

【００８０】充電プロシージャまたは放電プロシージャ
を実行する方法の上記説明は、単なる例に過ぎないと理
解されるべきである。したがって、上で説明した回路ま
たは他の回路を使用する他のいずれかのプロシージャ
が、いずれかの所望の目的に適していることもあり、い
ずれかの相応のプロシージャが上で説明した例において
使用されることもある。

【００８１】図６は内燃機関２０２５を制御するための
構成を示している。この構成は、図６の詳細エリアＡに
含まれる回路の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および６０に印加すべき基礎電圧を計算する基礎電圧計
算ユニット２５００を有している。詳細エリアＡは図３
にも示されている。基礎電圧計算ユニット２５００は、
燃料噴射システムの燃料供給ライン内の圧力ｐ_ｒａｉｌ
に依存して基礎電圧を計算する。有利な実施例では、基
礎電圧は、温度補正値Ｋ_Ｔを使用する第１の補正ブロッ
ク２５０１を介して補正される。第１の補正ブロック２
５０１からの出力は補正された基礎電圧である。この補
正された基礎電圧は、有利には、経年変化補正値Ｋ_Ａを
使用する第２または後続の補正ブロック２５０２により
補正される。第１および第２の補正ブロック２５０１お
よび２５０２は、有利には乗算器である。つまり、基礎
電圧は、温度補正値Ｋ_Ｔにより乗積され、その出力が第
２または後続の補正ブロック２５０２に入り、経年変化
補正値Ｋ_Ａにより乗積される。第２または後続の補正ブ
ロック２５０２の出力は、有利にはオンライン補正値Ｋ
_Ｏを使用する第３または後続の補正ブロック２５０３を
介してさらに補正される。この第３または後続の補正ブ
ロック２５０３は、有利には加算器として実現される。
つまり、オンライン補正値Ｋ_Ｏは、有利には第２または
後続の補正ブロック２５０２の出力に加算される。第３
または後続の補正ブロック２５０３の出力は、有利には
電圧／電圧傾度コントローラ２５０４を通して供給され
る。

【００８２】基礎電圧計算ユニット２５００、補正ブロ
ック２５０１，２５０２および２５０３、ならびに電圧
／電圧傾度コントローラ２５０４は、図３の制御ユニッ
ト内に実装されているソフトウェアモジュールである。

【００８３】さらに図６では、電圧／電圧傾度コントロ
ーラ２５０４は、シリアルバス８５０を介して活動化集
積回路Ｅに接続されている。活動化集積回路Ｅと詳細エ
リアＡは互いに、センサ線７００，７１０，７２０，７
３０，７４０および７５０、ならびに信号線４１０，４
２０，４３０，４４０，４５０，４６０，５１０，５２
０，５４０，５５０および５６０によって接続されてい
る。内燃機関２５０５への燃料噴射は、図３の詳細エリ
アＡ内の回路の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０
および６０を介して制御されている。内燃機関２５０５
の回転速度が測定され、燃料補正ユニット２５０６へ供
給される。燃料補正ユニット２５０６は、回転速度の周
波数を上げる周波数分析器を有している。燃料補正ユニ
ット２５０６は、この周波数分析の際に、燃料補正値Δ
Ｑ_Ｅを内燃機関２５０５の個々のそれぞれのシリンダの
ために計算する。

【００８４】図６に示されている構成は、所望の燃料体
積Ｑ_Ｅを計算する燃料体積計算ユニット２５０７も有し
ている。所望の燃料体積は、加算器２５０８を介して燃
料体積補正値ΔＱ_Ｅに加算される。所望の燃料体積Ｑ_Ｅ
と燃料体積補正値ΔＱ_Ｅの和は、燃料計量ユニット２５
０９へ供給される。燃料計量ユニットは、燃料を内燃機
関２５０５へ噴射するために、圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０および６０に電圧を印加すべき時間を計
算する。燃料補正ユニット２５０６、加算器２５０８、
燃料体積計算ユニット２５０７および燃料計量ユニット
は、制御ユニットＤ内に実装されている。燃料を内燃機
関２５０５へ噴射するために、圧電素子１０，２０，３
０，４０，５０および６０にいつ電圧を印加すべきか知
らせる報時信号が、パラレルバス８４０を介して活動化
集積回路Ｅに伝送される。

【００８５】オンライン補正値Ｋ_Ｏはオンライン最適化
ユニット２５１０によって計算される。オンライン最適
化ユニット２５１０は、オンライン補正値Ｋ_Ｏを燃料補
正ユニット２５０６により計算された燃料補正値ΔＱ_Ｅ
に基づいて計算する。

【００８６】図１に関連して上で説明したように、圧電
素子が燃料噴射システムにおいてアクチュエータとして
使用されている場合には、噴射される燃料の体積は、計
量ユニット２５０９により計算される弁の開放期間と、
この期間に圧電素子に印加される活動化電圧の両方の関
数である。燃料噴射システムの動作における課題は、主
噴射の期間の間に、図１に示されている活動化電圧値Ｕ
_ｏｐｔを得ることである。別の課題は、圧電素子の充電
時に活動化電圧を最適化し、制御弁を第１のシートから
中間位置へ移動させることである。同様に、電圧傾度も
最適化されなければならない。なぜなら、電圧傾度も、
電圧と燃料量との間の関係に類似した関係を燃料体積に
対して有しているからでる。ＲＡＭメモリ８１０に記憶
されている値には、電圧傾度に影響するパラメータだけ
でなく、充電プロシージャおよび／または放電プロシー
ジャで使用される電圧も含まれている。

【００８７】Ｕ_ｏｐｔの値は、燃料噴射システムの作動
特性、例えば燃料圧の関数として変化することがある。
つまり、ある活動化電圧に対する圧電素子に起因する変
位の量は、燃料圧の関数として変化する。したがって、
燃料噴射の最大体積Ｑ_ｅ，ｍ _ａｘを所定の一定期間の間
に達成するためには、圧電素子に印加される活動化電
圧、または圧電素子に生じる活動化電圧は、Ｕ_ｏｐｔを
達成するために現在の燃料圧に関係する値に設定される
べきである。Ｕ_ｏｐｔは特に噴射システムのサンプル毎
に、噴射システムの作動特性、例えばインジェクタおよ
び圧電素子ならびにそれらの使用年数の関数として変化
することがある。

【００８８】それゆえ、本発明によれば、そして図６に
示されているように、オンライン最適化ユニット２５１
０は、例えば制御ユニットＤ内にソフトウェアモジュー
ルを有している。制御ユニットＤは、各シリンダに対す
るΔＱ_Ｅｉの値を受け取るために、燃料補正ユニット２
５０６の出力側に接続された入力側を有している。

【００８９】オンライン最適化ユニット２５１０は、各
シリンダに対するΔＱ_Ｅｉの値は、シリンダに対応する
特定の圧電素子の作動特性、またはそのアクチュエータ
に対する作動特性の経時的変化によって影響され得ると
いう認識に基づいている。オンライン最適化ユニット２
５１０は、最適化のステップとして、対応するアクチュ
エータに印加される電圧Ｕの増分的変化を選択し、この
選択を第３の補正ブロック２５０３へ入力する。オンラ
イン最適化ユニット２５１０は、Ｕが変化した後も、Δ
Ｑ_Ｅｉの値を監視し続ける。

【００９０】このプロシージャは、最適電圧Ｕ_ｏｐｔに
到達するまで続けられる。このことは、両方向の変化、
つまり電圧のさらなる上昇または低下はΔＱ_Ｅｉの値の
上昇につながるという事実から結論することができる。
このとき、所定期間内の最大量が図１に従って噴射され
る。

【００９１】このプロシージャは、個々の最適電圧Ｕ
_{ｏｐｔ，ｉ}を達成するために、それぞれのシリンダおよ
びそれぞれの活動化電圧レベルに対して繰り返される。

【００９２】ΔＱ_Ｅｉの値が（電圧Ｕの）変化が原因で
低下するならば、より大きな体積の燃料噴射をもたらし
た動作、およびこの動作の方向は正しいかったのであ
る。オンライン最適化ユニット２５１０は、ΔＱ_Ｅｉの
値が低下し続けるならば、電圧Ｕの同じ方向の付加的な
増分的変化を選択するだろう。このプロシージャは、Δ
Ｑ_Ｅｉの値が最小化されるまで続く。ΔＱ_Ｅｉの値が
（電圧Ｕの）増分的変化に従って上昇するならば、変化
の方向は正しくなかったのであり、最適化ステップは放
棄される。そして、オンライン最適化ユニット２５１０
は、（電圧Ｕの）逆方向の増分的変化を開始する。この
逆方向の増分的変化は、例えばＵの現在の値に足し合わ
せるべき減算値である。

【００９３】このようにして、最適化ユニット２５１０
は、特定の圧電素子１０，２０，３０，４０，５０また
は６０のそれぞれに対するＵ_ｏｐｔの値を調整する。こ
れは、圧電素子１０，２０，３０，４０，５０または６
０の間の作動特性の違い、いずれかの特定の圧電素子の
作動特性の経年変化、および油圧式の噴射部材の動作の
違いを調停するためである。

【００９４】最適化ユニット２５１０は、例えば活動化
許可ユニット（図６には図示せず）によって使用可能ま
たは使用不能になる。環境データ、例えばエンジン回転
数rpm、レール圧、温度などに依存して、活動化許可ユ
ニットは最適化ユニット２５１０を使用可能または使用
不能にすることができる。

【００９５】通常は最適化には多少の時間と特定の環境
データが必要なため、最適化は、例えば１つの作動サイ
クルにつき１回しか使用可能になることができない。印
加する電圧をサンプル毎の違いおよび経年作用に適する
ように最適化することが目的であるので、１つの作動サ
イクルにつき１回で通常は十分である。

【００９６】一般に、最適化は所定の期間内に実行する
こともできる。

【００９７】最適化の結果は、補正値がすべての作動ポ
イントに対して一定であることである。これとは対照的
に、補正電圧値の下に、最適化が実行される作動ポイン
トの特性も記憶することが可能である。このように、す
べての作動ポイントに対して異なった補正値を与える補
正曲線を形成することができる。

【００９８】さらに、最適化のための時間を短縮するた
めに、最適化プロセスを同時に複数のシリンダで実行す
ることができる。

【００９９】したがって最適化は、特定の圧電素子のそ
れぞれの経年変化および作動特性が、活動化電圧レベル
の決定において補償されることを保証する。この方法
は、ダブルスイッチング弁に限定されるものではなく、
アクチュエータとして圧電素子を使用するどの種類の噴
射システムでも実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】所定期間の活動化電圧と噴射される燃料体積と
の間の関係を表すグラフを複動制御弁を例として示す。

【図２】例示のための制御弁のストロークと相応のノズ
ルニードルの揚程の概略的な経過を複動制御弁を例とし
て示す。

【図３】本発明を実現する構成の例示的実施例のブロッ
ク線図を示す。

【図４Ａ】図３の回路において、第１の充電フェーズ
（充電スイッチ２２０が閉じている）の間に生じる状態
を説明する図を示す。

【図４Ｂ】図３の回路において、第２の充電フェーズ
（充電スイッチ２２０が再び開く）の間に生じる状態を
説明する図を示す。

【図４Ｃ】図３の回路において、第１の放電フェーズ
（放電スイッチ２３０が閉じている）の間に生じる状態
を説明する図を示す。

【図４Ｄ】図３の回路において、第２の放電フェーズ
（放電スイッチ２３０が再び開く）の間に生じる状態を
説明する図を示す。

【図５】図３にも示されている活動化集積回路Ｅのコン
ポーネントのブロック線図を示す。

【図６】制御ユニットＤ内に実装されているソフトウェ
アモジュールと図３にも示されている活動化集積回路
Ｅ、ならびにこれらモジュールと燃料噴射システムと相
応の内燃機関との間の結合のブロック線図を示す。

【図７】アクチュエータとして圧電素子を使用する燃料
噴射システムの概略的な表示を示す。

【符号の説明】

２２２，２３２，３１１，３２１サイドドライバ６２１，６５４電圧源４１０，４２０，４３０，４４０，４５０，４６０、５
１０，５２０，５３０，５４０，５５０，５６０制御
線７００，７１０，７２０，７３０，７４０，７５０セ
ンサ線８００論理回路８１０ＲＡＭメモリ８２０デジタルアナログ変換システム８３０コンパレータシステム８４０パラレルバス８５０シリアルバス２５００基礎電圧計算ユニット２５０１，２５０２，２５０３補正ブロック２５０４電圧／電圧傾度コントローラ２５０５内燃機関２５０６燃料補正ユニット２５０７燃料体積計算ユニット２５０８加算器２５０９燃料計量ユニット２５１０最適化ユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 41/083 Ｈ０１Ｌ 41/08 Ｐ 41/09 Ｕ (72)発明者ディルクザムエルゼンドイツ連邦共和国ルートヴィッヒスブルクティッシェンドルフシュトラーセ７Ｆターム(参考） 3G066 AA02 AD07 BA43 BA51 CE27 DA01 DA09 DC18 3G301 HA04 JA24 LB04 LC05 MA11 MA23 NA00 NA06 NB20 NE24 PB08Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
０または６０）を有する燃料噴射システムであって、前記圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
０）を充電および／または放電することにより燃料量を
制御する燃料噴射システムにおいて、最適化ユニットが、前記圧電素子（１０，２０，３０，
４０，５０または６０）の充電または放電のための活動
化電圧値のオンライン制御を提供し、前記最適化ユニッ
トは、前記活動化電圧または電圧傾度の値を前記圧電素
子（１０，２０，３０，４０，５０または６０）の作動
特性の関数として調整する、ことを特徴とする燃料噴射
システム。
【請求項２】前記圧電素子（１０，２０，３０，４
０，５０または６０）は、燃料噴射システム内のアクチ
ュエータである、請求項１記載の装置。
【請求項３】前記最適化ユニットは、増分により前記
活動化電圧または電圧傾度の値を調整し、前記増分の正
当性を噴射される燃料の体積の関数として検証する、請
求項１または２記載の装置。
【請求項４】前記最適化ユニットは、前記増分の正当
性を噴射される燃料の体積に対する補正値の関数として
検証する、請求項３記載の装置。
【請求項５】前記活動化電圧または電圧傾度の増分に
よる調整は、環境データに依存して、活動化許可ユニッ
トによって使用可能および／または使用不能にされる、
請求項３または４記載の装置。
【請求項６】前記活動化電圧または電圧傾度の増分に
よる調整は、所定の期間内に行われる、請求項３，４ま
たは５記載の装置。
【請求項７】圧電素子（１０，２０，３０，４０，５
０または６０）を有する燃料噴射システムを操作する方
法であって、前記圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０または６
０）を充電および／または放電することにより燃料量を
制御する燃料噴射システムを操作する方法において、前記充電または放電に先行して、前記圧電素子を充電も
しくは放電するための活動化電圧または電圧傾度の値
を、前記圧電素子（１０，２０，３０，４０，５０また
は６０）の特定の作動特性の関数として定める、ことを
特徴とする燃料噴射システムを操作する方法。
【請求項８】前記圧電素子（１０，２０，３０，４
０，５０または６０）は、燃料噴射システム内のアクチ
ュエータである、請求項７記載の方法。
【請求項９】前記活動化電圧または電圧傾度の値を増
分により調整し、前記増分の正当性を噴射される燃料の
体積の関数として検証する、請求項８記載の方法。
【請求項１０】前記増分の正当性を噴射される燃料の
体積に対する補正値の関数として検証する、請求項９記
載の方法。
【請求項１１】前記活動化電圧または電圧傾度の増分
による調整を所定の期間内に行う、請求項７，８，９ま
たは１０記載の方法。
【請求項１２】前記活動化電圧の調整の結果として、
補正電圧値を決定する、請求項７，８，９，１０または
１１記載の方法。
【請求項１３】前記補正電圧値を複数の作動ポイント
に対して決定し、補正曲線または補正キーフィールドを
形成する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】少なくとも１つの補正値または補正曲
線または補正キーフィールドをＥＥＰＲＯＭに記憶す
る、請求項１２または１３記載の方法。
【請求項１５】前記活動化電圧の調整をそれぞれの活
動化電圧レベルに対して個別に実行する、請求項９，１
０，１１，１２，１３または１４に記載の方法。
【請求項１６】前記活動化電圧の調整を複数の燃料イ
ンジェクタに対して同時に実行する、請求項９，１０，
１１，１２，１３，１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】前記圧電素子（１０，２０，３０，４
０，５０または６０）の電圧傾度に対して最適化を実行
する、請求項９，１０，１１，１２，１３，１４，１５
または１６に記載の方法。