JP2003529017A - ピエゾアクチュエータを備えた噴射弁のレール圧を求める方法 - Google Patents

ピエゾアクチュエータを備えた噴射弁のレール圧を求める方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明によれば、電圧制御型のピエゾアクチュエータを備えた噴射弁のレール圧を求める方法が提供される。ここでピエゾアクチュエータ（２）により液圧式結合部材（４）を介してノズルニードル（１１）が操作される。高圧管路（１３）内の圧力により液圧式結合部材（４）を介して結合圧（ＰＫ）が形成され、この圧力がアクチュエータ（２）内にピエゾ電圧（Ｕｉ）を誘導する。この電圧値は圧力センサ（Ｄ）によって測定される高圧管路（１３）内の圧力値に対して冗長的であるので、圧力センサ（Ｄ）の機能の監視に用いられる。圧力センサ（Ｄ）の故障時には誘導電圧（Ｕｉ）を用いて噴射弁（１）に対する非常動作が行われる。噴射弁（１）は有利には内燃機関の燃料噴射に用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 従来の技術 本発明は独立請求項の上位概念記載の電圧制御形ピエゾアクチュエータを備え
た噴射弁のレール圧を求める方法に関する。
【０００２】 既に、ノズルニードルを直接に運動させるのではなく、液圧式結合部材を介し
て駆動するかたちのピエゾアクチュエータを備えた噴射弁が公知である。この結
合部材の役割は制御弁のストロークを増幅することである。ただし正確な機能の
ためには、ピエゾアクチュエータの駆動のたびに液体の一部が液圧式結合部材の
リークギャップを通って漏れ出てしまうことを考慮し、完全に液圧式結合部材を
充填しなければならない。その場合、２回の噴射のあいだの休止期間中に再充填
が行われる。高圧管路内で予め定められた液体量を再充填するためには、この管
路内の圧力が既知となっている必要がある。この圧力は一般に高圧管路系（コモ
ンレールシステム）内の適切な位置に配置された相応のセンサにより測定される
が、ここで圧力センサの値に表れているのは誤差を有するレール圧測定であると
いう問題が生じる。レール圧測定の誤差のために、設定された噴射量が実際にイ
ネーブルされることが保証されない。これは特に内燃機関を備えた車両で問題と
なる。設定された噴射量が噴射されないと、急な機能障害に至ったり、場合によ
っては内燃機関の停止に至ったりするからである。それ以外の場合には望ましく
ない大きな噴射量が生じることがある。
【０００３】 本発明の利点 本発明の独立請求項の特徴を有する電圧制御型のピエゾアクチュエータを備え
た噴射弁のレール圧を求める方法は、従来技術に比べて、噴射弁の高圧管路内の
圧力を誘導ピエゾ電圧を測定することにより付加的に測定できるという利点を有
する。これにより冗長的な圧力測定が行われ、圧力センサの測定値を監視するこ
とができる。
【０００４】 従属請求項に記載された手段により、本発明の独立請求項に記載された方法の
有利な別の実施形態および改善形態が得られる。
【０００５】 特に有利には、簡単なアルゴリズム、例えば線形方程式または測定されたピエ
ゾ電圧から成るテーブルのかたちのアルゴリズムを用いて、支配的なレール圧を
結論することができる。このレール圧に対応する電気的特性量は電子回路の簡単
な処理によって得られる。
【０００６】 計算されたレール圧と圧力センサの測定値とを比較することにより、簡単に圧
力センサの機能を監視することができる。圧力センサが例えば配線故障またはエ
ラーにより障害を示している場合、冗長的な測定値を非常動作に利用して内燃機
関の機能を保持することができる。
【０００７】 エラーが生じている場合、有利には測定された電圧値または圧力値を記憶し、
後の時点で当該の過程を再構成することができる。これは特にコモンレール噴射
システムを備えた内燃機関にとっては、動作の確実性を保証することができるの
で重要である。
【０００８】 図面 本発明の実施例を図示し、以下に詳細に説明する。
【０００９】 図１にはピエゾアクチュエータを備えた噴射弁の概略図が示されている。図２
には対応関係を示すダイアグラムが示されている。図３には電圧を示すダイアグ
ラムが示されている。図４にはブロック回路図が示されている。
【００１０】 実施例の説明 図１には概略図で中央孔を備えた噴射弁１が示されている。孔の上部にはピエ
ゾアクチュエータ２が収容されており、孔の下方端部には操作ピストン３が固定
されている。操作ピストン３が上方へ向かって動くと液圧式結合部材４と一平面
上で合致する。この液圧式結合部材は下方に開口部を有しており、この開口部は
第１の座６に通じる接続管路を有している。当該の管路内には閉鎖部材１２を備
えた制御弁５が配置されている。閉鎖部材１２は、アクチュエータ２が静止フェ
ーズにあるとき、すなわち駆動電圧Ｕａが印加されないとき、第１の座６を閉鎖
するように構成されている。駆動電圧Ｕａが端子＋，−へ印加され、アクチュエ
ータ２が操作されると、このアクチュエータ２は操作ピストン３を操作し、液圧
式結合部材４を介して閉鎖部材１２を備えた制御弁５を第２の座７の方向へ押す
。相応の管路内の第２の座７の下方にはノズルニードル１１が配置されており、
このノズルは高圧管路１３（例えばコモンレールシステムの高圧管路）に対する
流出口を閉鎖または開放し、これに応じて駆動電圧Ｕａおよび圧力Ｐ１を高圧領
域に印加する。この高圧は噴射される媒体、例えば内燃機関用の燃料を介して供
給管９へ供給される。流入口の絞り弁８と流出口の絞り弁１０とを介して媒体の
供給量はノズルニードル１１および液圧式結合部材４の方向へ制御される。液圧
式結合部材４はこの場合一方でピストン３のストロークを増幅し、他方で制御弁
５をアクチュエータ２の静的な温度膨張から分離する役割を担っている。
【００１１】 液圧式結合部材４の寸法は、特に閉鎖部材１２が第１の座６に位置するとき、
この結合部材がレール圧から導出された圧力により再充填されるように設計され
ている。これは例えば一定の変換比として実現される。この変換比が例えば１：
１０である場合、液圧式結合部材４内の圧力はレール圧の１／１０にしかならな
い。
【００１２】 以下に噴射弁１の機能を詳細に説明する。アクチュエータ２が駆動されると操
作ピストン３は液圧式結合部材４の方向へ運動する。このとき閉鎖部材１２を備
えた制御弁５は第２の座７のほうへ運動する。
【００１３】 この場合、リークギャップを介して液圧式結合部材４内に存在する媒体（例え
ば燃料）の一部が漏れ出てしまう。したがって２回の噴射のあいだに液圧式結合
部材４を再充填して機能の確実性を保持しなければならない。結合部材４が部分
的にしか充填されなかったり空のままだったりすると、ノズルニードル１１は高
圧管路１３に設定された液体量で噴射をイネーブルすることができず、噴射停止
回路が作動してしまうことがある。
【００１４】 前述したように供給管９では高圧が支配的であり、これはコモンレールシステ
ムでは例えば２００ｂａｒ〜１６００ｂａｒの値である。この圧力はノズルニー
ドル１１に対して作用し、ノズルニードルは図示していないばね圧により閉鎖状
態に保持され、これにより燃料は流れない。駆動電圧Ｕａによりアクチュエータ
２が操作され、これにより閉鎖部材１２が第２の位置の方向へ運動すると、高圧
管路内の圧力は低下し、ノズルニードル１１は管路からの噴射をイネーブルする
。駆動電圧Ｕａが消えた後に液圧式結合部材４は再充填される。
【００１５】 内燃機関への燃料噴射、特に直接噴射の際には、噴射すべき燃料量を機関条件
および車両の走行条件に依存して定めなければならない。噴射量の設定はノズル
ニードル１１を操作するたびにできる限り正確に行う必要があり、それが行われ
ないと排気ガスへの要求、燃費の値、および出力スペクトルの観点から内燃機関
のシリンダでの最適な燃焼が達成されなくなる。したがって通常は圧力センサが
コモンレール管路の高圧系の適切な位置に配置され、瞬時圧力が測定されて相応
の制御ユニットへ測定値として供給される。この圧力センサはきわめて確実に動
作しなければならないので、本発明によれば、圧力センサの測定に対して冗長的
なさらなる圧力測定を行う。この第２の圧力測定はピエゾアクチュエータ２を介
して誘導されるピエゾ電圧を用いて行われる。このピエゾ電圧は液圧式結合部材
４内の圧力により発生し、アクチュエータ２で測定可能である。完全に充填され
ている結合部材の結合圧はレール圧の関数となることから、誘導電圧により瞬時
のレール圧を結論できる。誘導電圧Ｕｉはここでは高圧管路１３内で支配的な圧
力を表す第２の（冗長）測定信号として用いられる。圧力測定に対して制御装置
では２つの測定値が得られ、これにより一方では圧力センサの測定信号を監視で
き、他方では圧力センサの故障時に誘導電圧Ｕｉを用いて内燃機関の非常動作を
確実にトリガすることができる。
【００１６】 図２のダイアグラムではＹ軸にアクチュエータ２で誘導される電圧Ｕｉが示さ
れており、Ｘ軸に圧力センサＤで測定された高圧管路系の圧力Ｐ１が示されてい
る。曲線Ｕｉ＝ｆ（Ｐ１）はこの２つの量のあいだの関係を示している。図示さ
れているのは Ｐ１＝ａ＊Ｕｉ＋ｂ の線形式であり、ここでａは比例係数であり、ｂはオフセット値である。この曲
線はアルゴリズムとして有利には経験的に求められたテーブルに置き換えて使用
することができる。
【００１７】 図３には典型的な電圧ダイアグラムの一部が示されている。ここではアクチュ
エータの端子＋，−に印加される電圧Ｕｉが時間に依存して示されている。まず
結合部材４が時点ｔ１までに充填され、測定電圧は結合圧によって誘導される電
圧Ｕｉに相応する。
【００１８】 時点ｔ１の後、駆動が行われ、アクチュエータがまずチャージされ、後の時点
で再び完全にディスチャージされる。ここで結合部材４も相応に空になるが、結
合圧により電圧Ｕｉが誘導される。この電圧は所定のグラジエントにより上昇す
る。なぜならこの時間範囲では、目標充填量に達するまで、すなわち静的な結合
圧が生じるまで結合部材４が再充填されるからである。
【００１９】 高圧を求めるために、有利には誘導電圧Ｕｉを時点ｔ１で測定する。この測定
値から前述のアルゴリズムにしたがって相応の高圧Ｐ１が得られ、この圧力が圧
力センサＤの測定値と比較される。測定された高圧Ｐ１と比較値Ｕｉとのあいだ
の差が設定された閾値を超えると、高圧系内自体に障害があるか、または圧力セ
ンサＤに障害があるかが検査される。圧力センサＤに障害がある場合、誘導電圧
Ｕｉから導出される圧力値が駆動電圧Ｕａの形成に用いられる。この冗長測定に
より、内燃機関への燃料噴射の非常動作の保持が保証される。
【００２０】 図４には時点ｔ１で測定されたピエゾ電圧Ｕｉから圧力値を形成する回路のブ
ロック回路図が示されている。変換部４０には変換アルゴリズムが記憶されてい
る。このアルゴリズムは図２の関数Ｐ１＝ｆ（Ｕｉ（ｔ１））または適切なテー
ブルを含んでいる。圧力Ｐ１に対する出力信号は測定されたレール圧のプロージ
ビリティチェックまたはエラーの場合のレール圧の置換値として用いられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ピエゾアクチュエータを備えた噴射弁の概略図である。
【図２】 対応関係を示すダイアグラムである。
【図３】 電圧を示すダイアグラムである。
【図４】 ブロック回路図である。
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７６ Ｆ０２Ｄ 45/00 ３７６Ｂ Ｆ０２Ｍ 47/00 Ｆ０２Ｍ 47/00 Ａ Ｅ Ｆ 51/06 51/06 Ｎ Ｆターム(参考） 3G066 AA07 AB02 AC09 AD12 BA00 BA28 BA51 CC06T CC08T CC08U CC14 CC67 CC68U CC69 CC70 CD25 CD26 CD29 CE27 CE29 DA01 DA06 DC18 3G084 BA14 DA04 DA26 DA27 DA30 DA34 DA36 EA03 EA05 EA09 EA11 EB08 EC04 FA00 3G301 JA08 JA13 JA20 JA28 JA31 JB01 JB07 JB09 JB10 LB06 LB11 LC05 MA28 NA09 NB05 NC02 NE01 NE06 NE25 PB08Z PG01Z

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧制御形ピエゾアクチュエータ（２）を備えており、該ピ
    エゾアクチュエータ（２）により液圧式結合部材（４）を介してノズルニードル
    （１１）を操作し、高圧管路（１３）内への所定のレール圧（Ｐ１）での液体量
    の印加をイネーブルする 噴射弁（１）のレール圧（Ｐ１）を求める方法において、 レール圧（Ｐ１）を液圧式結合部材（４）を介してピエゾアクチュエータ（２
    ）に作用させて該アクチュエータ（２）内にピエゾ電圧（Ｕｉ）を形成し、 該ピエゾ電圧（Ｕｉ）から所定のアルゴリズムを用いてレール圧（Ｐ１）を計
    算する ことを特徴とする噴射弁のレール圧を求める方法。
  2. 【請求項２】 計算されたレール圧を主として Ｐ１＝ａ＊Ｕｉ＋ｂ の線形式にしたがって求め、ここでａは比例係数であり、ｂはオフセット値であ
    る、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 比較値をテーブルに格納する、請求項１または２記載の方法
    。
  4. 【請求項４】 ピエゾ電圧（Ｕｉ）を液圧式結合部材（４）による後続のチ
    ャージ過程の時間的な直前に測定する、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】 圧力センサ（Ｄ）を高圧系内の適切な位置に配置し、測定さ
    れたレール圧と計算されたレール圧とを比較する、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】 圧力値の差に対して設定された閾値が上方または下方へ超過
    された場合にエラーメッセージを出力する、請求項５記載の方法。
  7. 【請求項７】 エラーメッセージを記憶する、請求項５または６記載の方法
    。
  8. 【請求項８】 噴射弁を内燃機関のコモンレールシステムへの燃料噴射のた
    めに用いる、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
  9. 【請求項９】 設定された閾値が上方超過された場合に非常動作機能を識別
    する、請求項５から８までのいずれか１項記載の方法。
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