JP2003120384A - 内燃機関の作動のための方法、コンピュータプログラムおよび開ループ制御および/または閉ループ制御機器、並びに内燃機関 - Google Patents
内燃機関の作動のための方法、コンピュータプログラムおよび開ループ制御および/または閉ループ制御機器、並びに内燃機関Info
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Abstract
行うこと。 【解決手段】 操作のために圧電アクチュエータを駆動
する駆動制御エネルギーの目標レベルおよび/または駆
動制御エネルギーの目標グラジエントが、圧電アクチュ
エータの作動特性に作用する多数の影響量に依存させる
ようにする。
Description
チュエータを備えた燃料噴射装置を介して内燃機関の燃
焼室内へ供給される内燃機関の作動のための方法に関し
ている。
許出願 DE 198 44 837 A1 明細書から公知である。ここ
では噴射弁の構成要素が圧電アクチュエータに接続され
ている燃料噴射バルブが開示されている。この圧電アク
チュエータに電圧が印加されると、この圧電アクチュエ
ータはその長さに変化を生じ、この変位はバルブ要素に
伝達されて、それが弁座を持ち上げる。これにより高圧
下の燃料が噴射弁から内燃機関の燃焼室内へ噴射され
る。
37 A1 明細書
に述べたような形式の方法において、燃料がさらに正確
に噴射できるように改善を行うことである。
り、操作のために圧電アクチュエータを駆動する駆動制
御エネルギーの目標レベルおよび/または駆動制御エネ
ルギーの目標グラジエントが、圧電アクチュエータの作
動特性に作用する多数の影響量に依存させるようにして
解決される。
射装置によって噴射される燃料量が非常に高精度で設定
できる。このことは一方では内燃機関の燃費に好影響
し、他方ではそのように作動される内燃機関の有害物質
放出の改善に役立つ。本発明によれば実際には、2つの
同一の圧電アクチュエータの開放ストロークに対して必
ずしも同じ駆動エネルギーが必要とはならないことがわ
かっている。その代わりに、圧電アクチュエータの作動
特性は、次のような影響量のもとにおかれる。すなわち
所定の開放ストローク毎に個別の駆動エネルギーを必要
とし所定の開放移動経過毎に個別の駆動エネルギー経過
を必要とすることに結び付く影響量のもとにおかれる。
それが本発明による方法のもとでは考慮される。
備えた複数の燃料噴射装置を含み、個々の影響量の影響
を補償すべく、駆動制御エネルギーおよび/または駆動
制御エネルギーの経過を各圧電アクチュエータ毎に個別
に設定することが可能である。しかしながら前記影響量
が圧電アクチュエータの全グループに作用するものなら
ば、駆動制御エネルギーの整合および/または駆動制御
エネルギーの経過の整合が圧電アクチュエータのグルー
プ毎に実施可能である。
記載されている。
目下の値が、補正された目標駆動制御エネルギーの生成
のために利用される。この“目下”という概念は、ここ
では、意図する噴射時点に即した値が燃料噴射装置によ
って確定ないし把握されるという意味である。このよう
にして影響量が変化した時の考慮がなされる。燃料噴射
の精度は、この改善例によって再度改善される。
例によれば、基準条件のもとで所定の操作を達成するた
めに圧電アクチュエータに供給されなければならない標
準−駆動制御エネルギーが定められ、影響量の目下の値
が確定ないし検出され、各影響量毎に、影響量の目下の
値に相応する補正係数が定められ、標準−駆動制御エネ
ルギーに補正係数が印加され、それによって、補正され
た目標駆動制御エネルギーが定められる。この方法は簡
単に実現でき、良好な結果をもたらす。
動制御エネルギーの上昇のために補正される目標グラジ
エントの生成に利用される。この実施例の場合も影響量
の時間に即した検出によって影響量の圧電アクチュエー
タ作動特性への影響が最適に補償される。
ば、圧電アクチュエータをオーバーシュート(行き過ぎ
制御)させることなく、所定の操作を達成するために基
準条件のもとで駆動制御エネルギーをそれに合わせて変
更させるための標準グラジエントが定められ、影響量の
目下の値が検出ないし定められ、各影響量毎に影響量の
目下の値に相応する補正係数が確定され、標準グラジエ
ントに補正係数を印加し、それによって補正された目標
グラジエントが定められる。
る。すなわち補正された目標−駆動制御エネルギーが次
のような期間(持続時間)、すなわちこの期間内で、補
正された駆動制御エネルギーが圧電アクチュエータのオ
ーバーシュートを引き起こすことなく達成されるような
期間、によって除算され、そこから補正された目標グラ
ジエントが確定される。この手法も簡単に実現でき、場
合によっては“インテリジェンス”出力段において実施
が可能である。
を用いて相応の影響量から算出することも可能である。
そのような特性マップは、影響量と補正係数の間の非線
形的な関係も考慮できる。このことは影響量の作用の補
償精度とひいては燃料噴射のもとでの精度品質の向上に
つながる。
ーおよび/または補正される目標グラジエントを、少な
くとも1つの補正関数を用いて定める。そのような補正
関数は、加算的および/または乗算的補正係数を簡単な
形式で考慮可能である。
とで同時に達成される。補正される目標−駆動制御エネ
ルギーおよび/または補正される目標グラジエントが特
性マップおよび/または多次元の特性マップを用いて決
定される。
ば、影響量が以下のグループすなわち、温度、経年変
化、製造許容誤差/偏差、目標ストロークからの少なく
とも2つを含む。この影響量は、圧電アクチュエータの
作動特性に対して最大の影響を有する。その際圧電アク
チュエータの温度は、種々異なる方式で、例えばアクチ
ュエータに設けられた温度センサなどによって、あるい
はシリンダヘッドの温度の検出によって求められる。圧
電アクチュエータの経年変化には、純粋に時間的な要素
(“寿命”)および/または操作の数に依存した要素
(“摩耗”)が含まれる。
して同じ駆動制御エネルギーと駆動制御エネルギーの同
じ経過特性で駆動される2つの異なる燃料噴射装置のも
とでクランク軸に発生したトルク差分から算出できる。
目標ストロークの考慮によっては、次のような事実が考
慮される。すなわち圧電アクチュエータが駆動制御エネ
ルギーのレベルに応じて種々異なるストロークを実施す
る。しかしながら比較的僅かな目標ストロークの場合に
は、影響量が量的および品質的に圧電アクチュエータの
作動特性に対してフルストロークの場合とは異なる影響
を有していてもよい。
れる場合に前述の方法の実施に適しているコンピュータ
プログラムにも関している。この場合特に有利には、コ
ンピュータプログラムがメモリ、特にフラッシュメモリ
に記憶される。
開ループおよび/または閉ループ制御機器である。内燃
機関を出力的に最適に作動させ有害物質排出を最適化す
る作動のために、開ループ制御および/または閉ループ
制御機器がメモリを含み、該メモリにコンピュータプロ
グラムが前述ような形式で記憶される。
備えた内燃機関に関しており、該燃料噴射装置は圧電ア
クチュエータ(50)を含み、これを介して燃料が燃焼
室(20)内へ供給される。
排出面で最適に作動させるために、内燃機関が開ループ
および/または閉ループ制御機器を含んでおり、該機器
は、駆動制御エネルギーの目標レベルの確定の際および
/または駆動制御エネルギーの目標グラジエントの確定
の際に多数の影響量が処理され、圧電アクチュエータを
次のように駆動制御している。すなわち多数の影響量の
影響が少なくとも十分に補償されるように制御される。
た形式の開ループ制御機器および/または閉ループ制御
機器を含んでいる。
細に説明する。図1には、全体的に符号10で内燃機関
が示されている。この内燃機関は、自動車に組込まれて
おり、多数のシリンダを含んでいる。それらのうちから
図1には1つのシリンダのみが示してある。これには符
号12が付されている。このシリンダ内部には、ピスト
ン14が収容されており、これがクランク軸16を駆動
している。クランク軸16の回転数は、回転数センサ1
8によってピックアップされる。
空気が吸気管路22と図1には示されていない吸気バル
ブを介して供給される。燃焼排気ガスは、燃焼室20か
ら排気管24を介して排出される。この排気管は、図1
には示されていない排気バルブを介して燃焼室20に接
続されている。燃料は、インジェクタ26として構成さ
れている燃料噴射装置を介して燃焼室20に直接噴射さ
れている。このインジェクタ26は、燃料システム28
に接続されており、これは図1では象徴的にしか示され
ていない。さらに燃料容器と、サブ・サプライ・ポンプ
と、メイン・サプライ・ポンプと、燃料蓄積パイプ
(“レール”)が含まれており、該蓄積パイプ内では燃
料が高圧のもとで蓄積される。インジェクタ26は、燃
料蓄積パイプに接続されている。
グ30によって点火される。このプラグは、点火に必要
なエネルギを点火システム32から受取る。この点火シ
ステム32は、開ループ/閉ループ制御機器34によっ
て制御される。この制御機器の出力側は、出力段35を
介してインジェクタ26に接続されており、これを駆動
制御している。開ループ/閉ループ制御機器34の入力
側は、インジェクタ26の温度を検出する温度センサ3
6からの信号を受取る。さらにこの開ループ/閉ループ
制御機器34には回転数センサ18も接続されている。
アクセルペダル40の位置をピックアップするペダル・
ポジショニング・センサ38も開ループ/閉ループ制御
機器34に信号を供給している。
2を含んでおり、該弁体の燃焼室側端部にはその周囲に
亘って分散している複数の燃料排出孔44が設けられて
いる。これはノズルニードル46を介して環状室48に
接続しており、この空間は燃料システム28に繋がって
いる。ノズルニードル46の排出孔部44とは反対側端
部は、圧電アクチュエータ50と固定的に結合されてい
る(図には示されていない実施例においては油圧結合も
可能である)。この場合は、多数の個別圧電素子からな
る層状に構成された柱状体である。圧電アクチュエータ
50の、ノズルニードル46とは反対側の端部は、イン
ジェクタのケーシング52に挟み込まれている。この圧
電アクチュエータ50は、制御線路54を介して出力段
35に接続されている。この出力段を介して圧電アクチ
ュエータ50には、以下でさらに説明する方式で、圧電
アクチュエータ50の移動に必要な駆動制御エネルギー
が供給される。
動作する。すなわち層状燃焼モードでも均質燃焼モード
でも動作する。層状燃焼モードでは、点火プラグ30の
近傍領域だけに着火性の燃料混合気が存在する。それに
対して燃焼室20の残りの部分は、少なくとも最初は燃
料から十分に離されている。このことは、インジェクタ
26がピストン14の圧縮行程中に燃料を噴射すること
によって達成される。しかしながら燃料はピストン14
の吸入行程中にインジェクタ26から噴射させることも
可能である。このことは燃料が十分均質に内燃機関10
の燃焼室20内に分布されて存在することにつながる。
また任意の組合せも可能である。
26は、出力段35を介して開ループ/閉ループ制御機
器34から電気的な駆動制御エネルギーを印加される。
このことは、圧電アクチュエータ50が長手方向で縮む
ことにつながる。これによって、ノズルニードル46
は、排出孔部44領域に存在する弁体42の弁座から引
上げられ、それによって排出孔部44は環状室48と最
終的には燃料システム28につながる。燃料噴射を終了
されるべき場合には、圧電アクチュエータ50への駆動
制御エネルギーの印加が終了され、それによってこの圧
電アクチュエータ50が再びその初期の長さを取り戻
し、ノズルニードル46がその弁座に当接する。
は電圧が印加された場合に生じる)は、しかしながら電
圧の高さのみに依存しているわけではなく、様々なその
他の特性量に依存している。これらの特性量は、内燃機
関のユーザーによって制御できないかできても非常に難
しいものである。これらの特性量は、圧電アクチュエー
タ50の作動特性に作用を及ぼし、それ故に本願では
“影響量”と称される。そのような影響量とは例えば、
圧電アクチュエータ50の温度Tである(図3参照)。
この温度は、温度センサ36によって検出され、開ルー
プ/閉ループ制御機器34に転送される(この温度の代
わりに1つのモデルが求められてもよい)。
0の経年変化である。この経年変化には、例えば月日も
しくは年数が計時される寿命tのみを意味するのではな
く、圧電アクチュエータ50がその稼働期間に亘って行
ったストロークの数nも含まれる。このストロークの数
nは、開ループ/閉ループ制御機器34内にファイルさ
れ、例えば回転数センサ18からピックアップされたク
ランク軸16の回転数が求められる。ここで、この圧電
アクチュエータの経年変化作用は、いわゆるシリンダ等
化関数や混合気適合化によっても識別できる。
0の製造に伴う許容偏差である。圧電アクチュエータ5
0の製造の際の様々な条件に基づいて、同じ駆動制御エ
ネルギー下で、それ自体同一の圧電アクチュエータ50
のもとであっても、異なるストロークが生じる可能性が
ある。このことは多気筒内燃機関の場合には、シリンダ
毎に異なる噴射量を引き起こす。
の等化制御によって対処してきていたが、この制御のも
とでは、相応するシリンダ12内の混合気の点火の後に
クランク軸16の加速が測定される。偏差の結果から
は、それ自体同じ駆動制御エネルギーのもとでも種々異
なって噴射される燃料量と個々の圧電アクチュエータ5
0の異なったストロークが推定される。
されていた。すなわちクランク軸16の動作プロセス内
でできるだけ均質なトルク経過が得られるように、個々
の圧電アクチュエータ50の駆動制御パルスの1つの持
続時間を適応化させることによって補償されていた。し
かしながら本発明では、回転数センサ18によって検出
されたクランク軸16の回転不均一性が影響量dxとし
て開ループ/閉ループ制御機器34内のメモリにファイ
ルされ、これが圧電アクチュエータの製造許容偏差に相
応させられている。
クの高さも前述した主旨においては1つの影響量であ
る。例えば非常に僅かな燃料量しか噴射させるべきでは
ないことも可能性としては生じ得る。そのようなケース
では、駆動制御エネルギーの調達を既に駆動制御エネル
ギーの増加中に中断させなければならない必要性が生じ
る。そのような過程も、圧電アクチュエータ50のイン
ジェクタの作動特性に影響を及ぼし、これも影響量dh
として開ループ/閉ループ制御機器34内にファイルさ
れる。
料噴射時点に即して検出ないし算出された目下の値であ
る。図3に示されている手法によれば、前述した影響量
T,dx,dhから特性マップ56,58,60を介し
て補正係数CF_T,CF_dx,CF_dhが形成さ
れる。影響量tとnは、特性マップ62において補正係
数CF_ntに処理される。特性マップ56,58,6
0,62の適用は、非線形的な関係を考慮することも可
能である。前述した補正係数は、多次元の特性マップに
入力され、このマップは、駆動制御電圧に対する目標値
U_SOLLを生成する。しかしながら本願では、補正
関数64が用いられ、この関数において補正係数CF_
T,CF_nt,CF_dx,CF_dhが乗算および
/または加算的に処理され、これによって目標駆動制御
電圧U_SOLLが算出される。
性マップ66を用いて目標グラジエントdU_SOLL
が確定される。これは駆動制御電圧U_SOLLが開始
される際の速度である。この場合この特性マップ66
は、圧電アクチュエータ50が不所望な行き過ぎ制御に
なることなく、所望の目標ストロークができるだけ早く
達成されるように選択される。またこのグラジエントd
U_SOLLは、次のようにして算出されてもよい。す
なわち特性マップ64において確定された駆動制御電圧
U_SOLLを、圧電アクチュエータ50の不所望な行
き過ぎ制御(オーバーシュート)になることなく補正さ
れた目標駆動制御電圧U_SOLLの達成が許容される
期間で除算することによって算出してもよい。補正関数
64と特性マップ66は、“中央駆動制御関数”とも称
され、そこでは中央の複数の影響量が圧電アクチュエー
タ50の目標駆動制御エネルギーの確定の際に考慮され
る。
dU_SOLLは、ここにおいてインターフェース68
を介して駆動制御信号70の形態で出力段35に転送さ
れる。クロックモジュール72は、ポジショニングセン
サ38によってピックアップされたアクセルペダル40
の位置に応じて駆動制御信号70を出力段35において
トリガする。それにより、所望の目標トルクに相応する
インジェクタ26における噴射持続時間が生成される。
このトリガ信号は、矩形状で図3では符号74で示され
ている。駆動制御信号70とトリガ信号74からは、出
力段35において本来の制御電圧Uが生成される。この
制御電圧はグラジエントdU/dtでもって上昇/下降
している。この信号は図3では符号76で示されてい
る。
く。すなわち、中央駆動制御関数が内部に統合されてい
る“インテリジェンス”出力段を代替的に適用すること
も可能であることを述べておく。
4及び図5に基づいて説明する。この場合はまず図4に
おいては、影響量T,dx,dh,tないしnが考慮さ
れていない場合の、圧電アクチュエータ50のストロー
クhの経過と駆動制御電圧Uの経過が示されている。こ
のケースでは、出力段35から基準駆動制御電圧U_N
ORMが送出される。これは基準条件のもとでストロー
クh_NORMを引き起こす。しかしながら前述した影
響量T,t,n,dx,dhに基づいた、実際の稼働に
おいては基準条件は何も存在しない。それ故に実際に圧
電アクチュエータ50において生じたストロークh_I
STは、基準ストロークh_NORMよりも小さい。こ
の場合ストロークグラジエントdh/dtも、圧電アク
チュエータ50のオーバーシュートを引き起こすことな
くそれ自体の許容量よりも小さいはずである。
ば、実際の駆動制御電圧U2は基準駆動制御電圧U_N
ORMよりも上方になる。相応に電圧グラジエントdU
2/dtは基準グラジエントdU_NORM/dtより
も大きい。最適に稼働する出力段35のもとでは前記グ
ラジエントdU2/dtは、dU_SOLLに等しい。
方法ステップブロック64と66における補正によっ
て、実際に圧電アクチュエータ50において生じたh_
ISTは、所望の基準ストロークh_NORMに等しく
なる。この場合最大限可能なストローク速度dh_NO
RM/dtが有効に使用され、圧電アクチュエータ50
はまだ不所望なオーバーシュートには至らない。図3に
示されている手法の適用によって、圧電アクチュエータ
50の寿命全体に亘って変らない圧電アクチュエータ5
0の最適な駆動制御が可能となる。
噴射手段においても、ディーゼル内燃機関のいても適用
可能であることを述べておく。
図である。
射装置を作動させるためのフローチャートである。
図3に示されている方法の適用なしで示した特性図であ
る。
よる燃料噴射装置の相応のストロークが、図3に示され
た方法の適用下で示された図である。
Claims (15)
- 【請求項1】 内燃機関(10)の作動のための方法で
あって、 燃料が、圧電アクチュエータ(50)を備えた燃料噴射
装置(26)を介して内燃機関(10)の燃焼室(2
0)内へ供給される形式の方法において、 操作のために圧電アクチュエータ(50)を駆動する駆
動制御エネルギー(U)の目標レベル(U_SOLL)
および/または駆動制御エネルギー(U)の目標グラジ
エント(dU_SOLL)が、圧電アクチュエータ(5
0)の作動特性に作用する多数の影響量(T,t,n,
dx,dh)に依存させるようにしたことを特徴とする
方法。 - 【請求項2】 前記影響量(T,t,n,dx,dh)
の目下の値が、補正された目標駆動制御エネルギー(U
_SOLL)の生成のために利用される、請求項1記載
の方法。 - 【請求項3】 所定の操作量(h_NORM)を達成す
るために、基準条件のもとで圧電アクチュエータ(5
0)に供給しなければならない基準駆動制御エネルギー
(U_NORM)が定められており、前記影響量(T,
t,n,dx,dh)の目下の値が算出ないしは検出さ
れ、各影響量(T,t,n,dx,dh)毎にこれらの
影響量(T,t,n,dx,dh)の目下の値に相当す
る補正係数(CF_T,CF_nt,CF_dx,CF
_dh)が算出され、基準駆動制御エネルギー(U_N
ORM)に前記補正係数(CF_T,CF_nt,CF
_dx,CF_dh)が与えられ、それによって補正さ
れた目標駆動制御エネルギー(U_SOLL)が定めら
れる、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記影響量(T,t,n,dx,dh)
の目下の値が、駆動制御エネルギー(U)の上昇のため
の補正目標グラジエント(dU_SOLL)の生成に用
いられる、請求項1から3いずれか1項記載の方法。 - 【請求項5】 圧電アクチュエータのオーバーシュート
を引き起こすことなく所定の操作量を達成するために、
基準条件のもとで駆動制御エネルギーを変更させる基準
グラジエントが定めら、前記影響量の目下の値が検出な
いしは算出され、各影響量毎に当該影響量の目下の値に
相当する補正係数が算出され、基準グラジエントに前記
補正係数が与えられ、それによって補正目標グラジエン
トが定められる、請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 補正された目標駆動制御エネルギ(U_
SOLL)は、次のような期間、すなわちその期間内
で、圧電アクチュエータ(50)のオーバーシュートを
引き起こすことなく、補正された目標駆動制御エネルギ
ー(dU_SOLL)の達成が許容されるような期間
(dt)で除算され、そこから、補正された目標グラジ
エント(dU_SOLL)が確定される、請求項4記載
の方法。 - 【請求項7】 少なくとも1つの補正係数(CF_T,
CF_dx,CF_dh)は、特性マップ(56,5
8,60)を用いて相応の影響量(T,dx,dh)か
ら定められる、請求項3から6いずれか1項記載の方
法。 - 【請求項8】 補正された目標駆動制御エネルギー(U
_SOLL)および/または補正された目標グラジエン
トは、少なくとも1つの補正関数(64)を用いて定め
られる、請求項3から7いずれか1項記載の方法。 - 【請求項9】 補正された目標駆動制御エネルギーおよ
び/または補正された目標グラジエント(dU_SOL
L)は、特性マップ(56)および/または多次元特性
マップを用いて定められる、請求項3から7いずれか1
項記載の方法。 - 【請求項10】 前記影響量(T,t,n,dx,d
h)は、以下のグループ;温度(T)、経年変化(t,
n)、製造許容偏差(dx)、目標ストローク(d
h)、のうちの少なくとも2つを含んでいる、請求項1
から9いずれか1項記載の方法。 - 【請求項11】 コンピュータ上で実施される場合に、
前記請求項1から10に記載の方法の実施に適している
ことを特徴とするコンピュータプログラム。 - 【請求項12】 記憶媒体、特にフラッシュメモリ上に
記憶されている、請求項11記載のコンピュータプログ
ラム。 - 【請求項13】 内燃機関の作動のための開ループ/閉
ループ制御機器(34)において、 メモリが含まれており、該メモリ上に、請求項11また
は12によるコンピュータプログラムが記憶されている
ことを特徴とする、開ループ/閉ループ制御機器。 - 【請求項14】 燃焼室(20)と燃料噴射装置(2
6)を有し、該燃料噴射装置には、圧電アクチュエータ
(50)が含まれており、該圧電アクチュエータを介し
て燃料が燃焼室(20)内へ供給される、内燃機関にお
いて、 開ループ/閉ループ制御機器(34)が設けられてお
り、該開ループ/閉ループ制御機器(34)は、駆動制
御エネルギ−(U)の目標レベル(U_SOLL)の確
定の際に、および/または駆動制御エネルギー(U)の
目標グラジエント(dU_SOLL)の確定の際に、多
数の影響量(T,t,n,dx,dh)を処理し、前記
多数の影響量(T,t,n,dx,dh)の作用が少な
くとも十分に補償されるように圧電アクチュエータ(5
0)を駆動制御することを特徴とする内燃機関。 - 【請求項15】 前記内燃機関は、請求項13による開
ループ/閉ループ制御機器(34)を含んでいる、請求
項14記載の内燃機関。
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