JP2005504912A - Method for operating an internal combustion engine, computer program, open loop and / or closed loop control device, and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
当該の内燃機関の作動のための方法においては、燃料が少なくとも1つの燃料噴射装置を介して少なくとも1つの燃焼室内に直接噴射される。前記燃料噴射装置のバルブエレメントはピエゾアクチュエータによって可動である。さらに、噴射の際に燃焼室内に噴射される燃料量の燃焼のもとで生じるトルクが確定される。本発明では、内燃機関の燃費特性と排出ガス特性を最適化させるために、トルクから、内燃機関に組込まれた燃料噴射装置の時事のバルブ特性曲線(fc)が少なくとも近似的に確定され、この場合当該バルブ特性曲線(fc)によって、燃料噴射装置から送出されるべき燃料質量流量(Qstat)と、ピエゾアクチュエータに供給されるべき駆動制御エネルギが結合される。In this method for operating an internal combustion engine, fuel is directly injected into at least one combustion chamber via at least one fuel injection device. The valve element of the fuel injection device is movable by a piezo actuator. Furthermore, the torque generated under the combustion of the amount of fuel injected into the combustion chamber during injection is determined. In the present invention, in order to optimize the fuel consumption characteristics and exhaust gas characteristics of the internal combustion engine, the current valve characteristic curve (fc) of the fuel injection device incorporated in the internal combustion engine is at least approximately determined from the torque. In this case, the valve characteristic curve (fc) combines the fuel mass flow rate (Qstat) to be delivered from the fuel injector and the drive control energy to be supplied to the piezo actuator.
Description
【技術分野】
【0001】
本発明は、まず、燃料が少なくとも1つの燃料噴射装置を介して少なくとも1つの燃焼室内に直接噴射され、前記燃料噴射装置のバルブエレメントはピエゾアクチュエータによって可動であり、噴射の際に燃焼室内に噴射される燃料量の燃焼のもとで生じるトルクが定められる、内燃機関の作動方法に関している。
【背景技術】
【0002】
そのような方法は、市場においても公知である。この方法のもとではまず燃料が高圧の燃料配管(“コモンレール”)に供給され、その中に高い圧力のもとで蓄積される。この燃料配管には複数のインジェクターが接続されており、これらのインジェクターによって燃料が内燃機関の相応の燃焼室内へ直接噴射される。この噴射は、発火性の燃料−空気混合気が点火プラグ周辺領域にのみ集中するように行うことが可能である。それに対してそれ以外の燃焼室内では、ごく僅かな燃料しか存在しないかほとんど存在しない(“層状吸気モード”)。この運転モードでは、燃焼室への吸気が実質的に完全に開放され、トルクは専らインジェクターから燃焼室内へ噴射される燃料量によって実質的に確定される。
【0003】
可及的に良好な吸気を保証し得ることと、内燃機関の排気特性を最適にし得るために、公知手法では、いわゆる“シリンダーバランス調整”が実施される。その際には、内燃機関の各シリンダ毎に1つの運転行程内で(クランク軸の2回転分)特異的な燃焼のもとに各燃焼室内で生じたトルクが求められる。インジェクターの開放時間は、個々のシリンダ間のトルク差が最小となるように変更される。このようにして個々のインジェクター間の製造偏差が補償調整される。
【0004】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の方法において、個々のインジェクター間の製造許容偏差がさらにより一層良好に考慮することができるように改善を行うことである。またインジェクターの経年劣化特性も考慮されるべきであり、このことは全て、排出ガス特性も内燃機関の燃料消費も悪化させることなく行われるべきである。
【0005】
前記課題は本発明により、内燃機関に組込まれた燃料噴射装置の目下のバルブ特性曲線を少なくとも近似的にトルクから定め、前記バルブ特性曲線によって、燃料噴射装置から送出されるべき燃料質量流量と、ピエゾアクチュエータに供給される駆動制御エネルギが結合されるようにして解決される。
【0006】
発明の利点
本発明は、内燃機関の個々の各燃料噴射装置の目下のバルブ特性曲線が既知となる利点を有する。そのようなバルブ特性曲線は、燃料噴射装置から噴射されるべき各燃料噴射量と、それに対してピエゾアクチュエータには供給されるべき駆動制御エネルギとの間の関係を構築する。バルブ特性曲線は、時事求められるものなので、そのもとではピエゾアクチュエータの個々のパラメータ、例えば経年劣化に起因する摩耗や、個々の噴射装置のパラメータ、例えば出射開口部の通過特性の変化などが考慮される。
【0007】
それ故に“パイロット制御”の場合と同じように当該燃料噴射装置の個々のピエゾアクチュエータは既に十分最適に駆動制御される。多気筒内燃機関の場合では、後に続けられるシリンダバランス調整がごく僅かな規模でしか介入制御されない。最適な作動安定性と最適な排出ガス特性は、本発明による方法を用いて作動される内燃機関のもとでは、本発明によって迅速かつ確実に達成される。
【0008】
その際には、適応化が、燃料噴射装置の噴射時間の延長ないし短縮によってではなく、ピエゾアクチュエータのストロークの変更と燃料噴射装置からの出射の際の燃料の通流速度によって行われる。この考察は次のことに基づいている。すなわち、ピエゾアクチュエータの場合では、ピエゾアクチュエータのストロークが自身に供給されるエネルギに依存していることである。つまりピエゾアクチュエータのストローク量は、供給されるエネルギの強さに応じて増減し、このピエゾアクチュエータのストローク量に応じて、噴射される燃料量も増減する。
【0009】
個々のピエゾアクチュエータの時事のバルブ特性曲線は既知であるので、ピエゾアクチュエータのストローク量は、非常に精確に設定調整可能である。それにより本発明による方法のもとでは、噴射の開始時点と噴射の終了時点が専ら最適な排気ガス特性と最適な燃費特性を伴う最適な燃焼に関して選択できるようになる。
【0010】
本発明によれば、経年劣化に起因するピエゾアクチュエータの摩耗も効果的に補償することが可能となる利点も得られる。このことは、バルブ特性曲線を常に十分に時事的に反映させることで達成できる。この“時事的”という概念は、ここでは単に個々のバルブ特性曲線を常時絶え間なく確定しなければならないことを指すのではないことを理解されたい。バルブ特性曲線の確定は、経年劣化に起因する摩耗ができるだけ良好に把握できるように行われるべきである。
【0011】
時事的なバルブ特性曲線の情報によって、個々のインジェクタ間の製造偏差も非常に良好に考慮することができる。個々のインジェクタのストローク量も燃料通流量も本発明による方法の恩恵によって非常に高精度に設定できるので、排出ガス特性と燃料消費も本発明による方法のもとで作動している内燃機関では常に最適となる。
【0012】
本発明の有利な構成例は従属請求項に記載される。
【0013】
第1の実施例によれば、以下の方法ステップが含まれる。すなわち、
トルクから、当該トルクに少なくとも理論的に基づいた燃料量を定めるステップと、
前記燃料量とそれに対応する燃料噴射装置の開放時間から、相応する燃料質量流量を求めるステップと、
前記燃料質量流量とピエゾアクチュエータの噴射とトルクに係わる駆動制御エネルギから値対を形成するステップと、
前記駆動制御エネルギと燃料質量流量からなる値対に基づいて、アクチュエータに対して、既存の複数のバルブ特性曲線から、当該値対に続くバルブ特性曲線を選択するステップが含まれている。
【0014】
例えば、メモリに、複数のバルブ特性曲線か若しくはバルブ特性曲線の完全な一群を格納しておくことも可能である。噴射すべき燃料量とそれに要する駆動エネルギの間の関係を形成している通常のバルブ特性曲線は、重複しないものなので、最適な関数の一義的な対応付けは、唯一の値対の存在のもとでのみ既に高い信頼性で可能となる。メモリに格納されるバルブ特性曲線は、事前の試行によって求められる。それらは、通常表わされる経年劣化と摩耗の影響並びに製造偏差をカバーするものである。
【0015】
この方法は、内燃機関の層状給気モードにおいてのみ実施されることを理解されたい。このことは個々の噴射の結果として生じるトルクと噴射された燃料量の間に直接の関係が生じるのは層状給気モードにおいてのみであるということに関連している。もちろん求められたバルブ特性曲線が内燃機関の“均質燃焼モード”においても利用可能であること、及びそこで本発明による利点に結びつくことも理解されたい。この運転モードにおいては、燃料は十分均質に燃焼室内に存在し、トルクは、供給される空気質量(流量)にも依存する。この空気質量(流量)は、通常はスロットル弁の位置によって設定される。
【0016】
有利には、ピエゾアクチュエータの駆動制御電圧は、ピエゾアクチュエータに所属するバルブエレメントが、ほぼシートスロットルによって燃料質量流量の定められる状態となる電圧よりも上方の値から低減され、同時に、駆動制御電圧の低減期間中に行われる噴射に基づいたトルクが監視され、このトルクが少なくとも1つの所定値分だけ低下した場合に、燃料質量流量及び駆動制御エネルギからなる値対が形成される。
【0017】
これは次のような知識に基づいている。すなわちピエゾアクチュエータを備えた燃料噴射装置の特性曲線からは、燃料質量流量が第1のストローク領域においてバルブエレメントが座部から離れた後では比較的急峻に上昇し、その後の第2のストローク領域においてはフラットに低下することが既にわかっていることである。この第2の領域においては、バルブエレメントのストロークの上昇は実質的にもはや燃料質量流量の増加をもたらさない。第1の領域は、いわゆる“ストロークスロットル”によって定められ、第2の領域は、いわゆる“シートスロットル”によって定められる。ここで、種々異なる経年劣化や摩耗条件のもとにあって、様々な製造許容偏差を有している燃料噴射装置の特性曲線がとりわけストロークスロットルの領域においては区別され、それに対してシートスロットル領域においてはそれらは相互に近接することがわかっている。
【0018】
所定の値対に対する通過特性曲線の対応付けは、ストロークスロットル領域においてはより高い精度で可能である。その上さらに当該方法の実施は、内燃機関の通常運転モードにおいても可能である。既に内燃機関のユーザーにとっては感じとれない位の約5%程度のトルク低下で、適切な特性曲線の選択が高精度で可能になる値対の確定を可能にする。この場合駆動制御電圧の低減が行われる期間は、非常に短く、典型的には1秒よりも少ない。
【0019】
これに対して代替的に、駆動制御エネルギの変化によって、駆動制御エネルギと燃料質量流量からなる一連の値対が形成され、これらの一連の値対から、燃料噴射装置から送出されるべき燃料質量流量と、ピエゾアクチュエータに供給すべき駆動制御エネルギが結合される、バルブ特性曲線が形成され得る。この方法では、関数が探索されるのではなく、関数が、特性曲線の全領域を可及的にカバーする多数の値対から形成される。この方法によれば、燃料噴射装置の時事の特性曲線の非常に精確なマッピングが可能となる。
【0020】
さらに本発明の方法を実施するための別の可能性によれば、内燃機関の様々な作動点において、駆動制御エネルギと燃料質量流量からなる値対が求められ、標準関数、特に燃料噴射装置から送出されるべき燃料質量流量とピエゾアクチュエータに供給すべき駆動制御エネルギとを結合させる、指数関数が当該の複数の値対に適応化され、それによってバルブ特性曲線が形成される。この本発明による変化実施例の場合、特性曲線のマッピングに対して僅かな記憶容量しか必要としない。
【0021】
この場合特に有利には、適応化が最小自乗法によって行われる。これにより、適応化される標準関数の偏差が実際の値対によって可及的に小さく保たれる。
【0022】
前記方法のもとでは、値対が駆動制御エネルギの変更によって形成される。この場合特に有利には、駆動制御エネルギがそのつど漸進的に変更される。それにより、駆動制御エネルギの変更の後ではまず内燃機関における特性が安定化される。このことは値対の確定の際の精度を高める。
【0023】
さらに、この方法は、予め定められた所定の時間間隔の中で実施される。燃料噴射装置ないしは燃料噴射装置のピエゾアクチュエータにおける経年劣化と摩耗は、高い信頼性で燃料噴射装置の寿命全体に亘って考慮され得る。時間間隔の相応する定義によって、燃料噴射装置の時事の特性曲線と、最後に確定された特性曲線との偏差が、所定の範囲を上回らないことが保証される。ここでの“時間間隔”の概念とは、真の作動時間若しくは燃料噴射装置の操作の数と理解されたい。
【0024】
特に有利には、所定の燃料質量流量の送出に要するピエゾアクチュエータの駆動制御エネルギが1つの閾値に少なくとも達した場合に、エラーメモリへのエントリーが実施されるか、及び/又は通知が送出される。燃料噴射装置やピエゾアクチュエータの特に高い摩耗やひどい経年劣化につながりかねない極端な特性曲線がこれによって識別され、内燃機関をメンテナンスするユーザーないし技術者に相応の情報が提供される。
【0025】
本発明はさらに、コンピュータ上で実施する場合に前述の方法を実施するのに適した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、この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若しくはフェライトメモリ上に記憶されている。
【0026】
さらに本発明は、内燃機関の作動のための開ループ及び/又は閉ループ制御装置に関している。この場合特に有利にはそれが、前述した形態のコンピュータプログラムの記憶されているメモリを含んでいる。
【0027】
本発明はまた、ピエゾアクチュエータを含み燃料を燃焼室内に直接噴射させる少なくとも1つの燃料噴射装置と、噴射の際に燃焼室内へ噴射される燃料量の燃焼のもとで形成されるトルクを求めることのできる装置を有している、内燃機関にも関している。
【0028】
内燃機関の燃費特性と排出ガス特性および内燃機関の寿命全体に亘る作動安定性を維持するために、前記内燃機関は、前述した形式の開ループ及び/又は閉ループ制御装置を含んでいる。
【0029】
図面
以下の明細書では本発明の特に有利な実施例を関連する図面に基づいて詳細に説明する。この場合
図1は、燃料噴射装置を有する内燃機関の領域の基本原理図であり、
図2は、図1による燃料噴射装置のバルブエレメントのストローク量に亘って燃料質量流量がプロットされたダイヤグラムであり、
図3は、図1による燃料噴射装置のピエゾアクチュエータの駆動制御電圧に亘って燃料質量流量とトルクが示されている特性曲線であり、
図4は、図1の内燃機関の作動のための方法の第1実施例を表わすフローチャートであり、
図5は、図4による方法を説明するための図3に類似したダイヤグラムであり、
図6は、図1による内燃機関の作動のための方法の第2実施例を表わすフローチャートであり、
図7は、図6による方法を説明するための図3に類似したダイヤグラムであり、
図8は、図1による内燃機関の作動のための方法の第3実施例を表わすフローチャートであり、
図9は、図8による方法を説明するための図3に類似のダイヤグラムである。
【実施例】
【0030】
図1の内燃機関は、全体で符号10で表わされている。この内燃機関は複数の燃焼室を有しており、それらのうちの1つのみが図1中に符号12で表わされている。この燃焼室には、燃焼用の空気が吸気管14から吸気バルブ16を介して供給される。燃焼排気ガスは、排気バルブ18を介して排気管20に排気される。
【0031】
燃料は、燃料噴射装置22を介して燃焼室12内に直接噴射される。この噴射装置とはインジェクタであり、そのバルブエレメント(図示せず)はピエゾアクチュエータ(図示せず)によって可動である。このインジェクタ22は、燃料システム24に接続されている。この燃料システムは、インジェクタ22に燃料を非常に高い圧力のもとで供給している。燃焼室12内にある燃料空気混合気は、点火プラグ26によって点火される。この点火プラグ26は、点火システム28に接続されている。
【0032】
クランク軸30の回転数並びにその角度位置および角加速度は、センサ32によって検出される。相応する信号は、開ループ/閉ループ制御装置34に供給される。この開ループ/閉ループ制御装置34は、例えばインジェクタ22を駆動制御する。
【0033】
インジェクタ22のストロークスロットル特性曲線は図2に示されており、この特性曲線からは、燃料質量流量Qstatがストロークhの第1の領域(ストロークスロットル領域36)において急峻に上昇しており、それに対してインジェクタ22のバルブエレメントのストロークhのその後のさらなる経過においては燃料質量流量は実質的にもはや上昇してない(シートスロットル領域38)。前記ストロークスロットル領域36は重要である。なぜなら多数の少量噴射は結果的に大量の燃料量をもたらすからである。この場合インジェクタ22は僅かしか開かれない。インジェクタは実質的にはストロークスロットル領域36にとどまる。
【0034】
燃料噴射装置22のピエゾアクチュエータの経年劣化や摩耗、製造許容偏差などに基づいて、ピエゾアクチュエータの所定の駆動制御電圧U(図3参照)は各インジェクタ22毎ではなく、同じインジェクタ22のもとで、その全寿命に係わることなく同じ燃料質量流量Qstatに結びつく。図3からわかるように、同一のインジェクタ22は、その寿命において、異なる特性曲線a,b,c(Qstat=f(U))を有している。その他にも異なったインジェクタ22は、前述の製造許容偏差に基づいて相応に異なった特性曲線を表わす。
【0035】
層状燃料モードにおいては、内燃機関10のトルクMは、実質的に専ら噴射された燃料量によって決定されるので、同じように図3からは、これらの特性曲線によって、インジェクタ22のピエゾアクチュエータの駆動制御電圧Uと燃料質量流量Qstatの間の関係のみが構築されるだけではなく、駆動制御電圧UとトルクMとの間の関係も構築され得る。
【0036】
多気筒内燃機関10のもとで、同じ駆動制御電圧Uの場合にインジェクタ22の製造許容偏差が原因で個々の燃焼室12に異なった燃料質量流量Qstatが供給されることを避けるために、及び、稼働期間に亘るインジェクタ22の経年劣化の出現を補償するために、図1による内燃機関10は、図4に示されている方法に従って作動される(この方法は、コンピュータプログラムとして開ループ/閉ループ制御装置34内に記憶されている)。
【0037】
スタートブロック40の後では、ブロック42において、内燃機関10が目下のところ層状吸気モードで動作しているかどうかが問合せされる。この問合せは、層状吸気モードにおいてのみトルクMと燃料質量流量Qstatとの間の直接の関係が生じるので重要である。この直接の関係があってこそ、以下で詳細に説明するが、前述したような偏差の補償に必要な特性量の確定が可能となる。
【0038】
ブロック44では、インジェクタ22の特性曲線の検査が行われるべきか否かが問合せされる。そのような検査は、常に必要であるわけではなく、所定の周期的な間隔の中でなされる。このブロック44の結果が“イエス”ならば、ブロック46において、駆動制御電圧Uが限界値G1よりも大きいかどうかが問合せされる。これによって、内燃機関10が、ピエゾアクチュエータに所属するインジェクタ22のバルブエレメントが燃料質量流量Qstatをほぼシートスロットルによって確定している位置にある動作点にあることが保証される。限界値G1は、図5にも示されており、シートスロットルの領域は、相応する波線の右側に存在している。ブロック48では、駆動制御電圧Uが漸進的に低減する。
【0039】
燃料質量流量Qstatがほぼストロークスロットルによって確定されると直ちに、相応するトルクMも、駆動制御電圧Uの低減のもとで低下する。ブロック50では、このトルク低下dMが限界値G2を上回っているかどうかが検出される。このトルクは、ず5において符号MG2で表わされている。このトルクMG2からは、相小の燃料質量流量QstatG2のみが確定される。トルクMG2をもたらす噴射に寄与した駆動制御電圧UG2と、燃料質量流量QstatG2からは、1つの値対が形成される。
【0040】
ブロック52では、メモリに格納されている複数の特性曲線fa,fb,fc,fd,feから、当該の値対UG2、QstatG2の次にくる値が選択される。図5からも明らかなように当該の十しれ歯、特性曲線fcである。これはここにおいてメモリ54に格納される。そして当該方法は、最後のブロック56において終了する。可能なストロークスロットル特性曲線fa,fb,fc,fd,feは、事前に試行によって求められ、当該の開ループ/閉ループ制御装置34に記憶されている。
【0041】
しかしながら値対UG2,QstatG2が、例えばバルブ特性曲線feが次にくるように存在してるのならば、エラーメモリへの付加的なエントリが行われ、ユーザーにはメッセージが送出される。このことは例えば当該の内燃機関10が組込まれている自動車のダッシュボードに設けられた警告ランプの点滅によるものであってもよい。
【0042】
バルブ特性曲線feは詳細には、燃料噴射装置22が次のような経年劣化を起こしていることを意味している。すなわち所定の燃料質量流量を送出するためには、閾値よりも上方にある駆動制御エネルギを必要とするような経年劣化である(この閾値は図5には示されていない)。ユーザーと当該内燃機関のメンテナンスを実行するメカニックには、相応する燃料噴射装置の状態が示唆される。しかしながらそれと同時に、燃料質量流量が所望のように開ループないし閉ループ制御できることも保証される。
【0043】
図6には、当該方法の第2実施例が示されており、この方法でも図1による内燃機関の作動が可能である。このフローチャート並びに以下のフローチャートにおいても図4中のブロックと同じ機能のものには、同じ参照番号が付されており、それらの詳細な説明の繰り返しは省略する。
【0044】
図6に示されている方法では、燃料噴射装置22の時事の状態における相応の特性曲線が、事前に作成された複数の特性曲線から選択されるのではなく、当該の燃料噴射装置22専用に作成される。このことは次のように行われる。すなわち稼働中の内燃機関10のもとで、燃料噴射装置22の駆動制御電圧Uが漸進的に高めれられることによって行われる。相応のトルクMを介して、それに対応する燃料質量流量Qstatiが求められる。
【0045】
このようにして値対Ui,Qstatiが作成される。このような値対の一連から、最終的に(ブロック60)で1つの関数f(U,Qstat)が形成され、この関数が燃料噴射装置22によって送出されるべき燃料質量流量Qstatとピエゾアクチュエータに供給されるべき駆動制御エネルギUを結合させる。この結合は、線形補間によって行うことが可能である。但し図6及び図7に示されている方法は、内燃機関10の通常運転モードの期間中に実施され得るものではなく、例えばメンテナンス期間中に実施されるべきものであることを理解されたい。
【0046】
図8に示されている、内燃機関10の作動のための方法の場合では、ブロック62において内燃機関10の通常の作動モードの間に(層状吸気モード)、データ対Ui(駆動制御電圧)及びQstati(燃料質量流量)が記憶される。十分な数のデータ対Ui,Qstatiがそろったならば、ブロック64において、エラー最小自乗法を用いた指数関数の特性曲線適応化が実施される(U=a・eb−Qstat)。この特性曲線適応化においては、係数aとbは、受入れられた値対Ui,Qstatiが相応の特性曲線(U=a・eb−Qstat)からなるべくずれないように求められる(図9)。
【0047】
ここで特に強調しておきたいことは、前述した方法の各々が、多気筒内燃機関のもとで個々の各シリンダ毎に、若しくは個々の各燃料噴射装置22毎に実施されることである。燃焼室22内への噴射によって形成されたトルクと、相応する燃焼室12の対応付けは、クランク軸30の角度位置を介して行われる。この角度位置はセンサ32によって検出される。前述の燃焼室12内に噴射された燃料の燃焼によって形成されるトルクの検出は、当該燃焼によって引き起さるクランク軸30の加速度の測定によって行われる。このクランク軸30の加速度もセンサ32の信号から求められる。
【図面の簡単な説明】
【0048】
【図1】燃料噴射装置を有する内燃機関の領域の基本原理図
【図2】図1による燃料噴射装置のバルブエレメントのストローク量に亘って燃料質量流量がプロットされたダイヤグラム
【図3】図1による燃料噴射装置のピエゾアクチュエータの駆動制御電圧に亘って燃料質量流量とトルクが示されている特性曲線
【図4】図1の内燃機関の作動のための方法の第1実施例を表わすフローチャート
【図5】図4による方法を説明するための図3に類似したダイヤグラム
【図6】図1による内燃機関の作動のための方法の第2実施例を表わすフローチャート
【図7】図6による方法を説明するための図3に類似したダイヤグラム
【図8】図1による内燃機関の作動のための方法の第3実施例を表わすフローチャート
【図9】図8による方法を説明するための図3に類似のダイヤグラム【Technical field】
[0001]
In the present invention, first, fuel is directly injected into at least one combustion chamber via at least one fuel injection device, and the valve element of the fuel injection device is movable by a piezo actuator, and is injected into the combustion chamber at the time of injection. The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, in which a torque generated under the combustion of a given amount of fuel is determined.
[Background]
[0002]
Such methods are also known in the market. Under this method, fuel is first supplied to a high-pressure fuel pipe (“common rail”) and stored therein under high pressure. A plurality of injectors are connected to the fuel pipe, and the fuel is directly injected into the corresponding combustion chamber of the internal combustion engine by these injectors. This injection can be performed so that the ignitable fuel-air mixture is concentrated only in the region around the spark plug. In contrast, there is very little or no fuel in the other combustion chambers ("stratified intake mode"). In this mode of operation, the intake air into the combustion chamber is substantially completely opened, and the torque is substantially determined solely by the amount of fuel injected from the injector into the combustion chamber.
[0003]
In order to be able to guarantee the best possible intake and to optimize the exhaust characteristics of the internal combustion engine, so-called “cylinder balance adjustment” is performed in the known method. At that time, the torque generated in each combustion chamber under specific combustion within one operation stroke (for two rotations of the crankshaft) is determined for each cylinder of the internal combustion engine. The injector opening time is changed so that the torque difference between the individual cylinders is minimized. In this way, the manufacturing deviation between the individual injectors is compensated for.
[0004]
The object of the present invention is to improve the method of the type described at the outset so that the manufacturing tolerances between the individual injectors can be taken into account even better. Also, the aging characteristics of the injector should be taken into account, all this should be done without deteriorating the exhaust gas characteristics and the fuel consumption of the internal combustion engine.
[0005]
According to the present invention, the object is to at least approximately determine a current valve characteristic curve of a fuel injection device incorporated in an internal combustion engine from torque, and according to the valve characteristic curve, a fuel mass flow to be delivered from the fuel injection device, This is solved by combining the drive control energy supplied to the piezo actuator.
[0006]
Advantages of the Invention The present invention has the advantage that the current valve characteristic curve of each individual fuel injector of an internal combustion engine is known. Such a valve characteristic curve establishes a relationship between each fuel injection quantity to be injected from the fuel injector and the drive control energy to be supplied to the piezo actuator. Since the valve characteristic curve is required at present, the individual parameters of the piezo actuator, such as wear due to aging, and the parameters of the individual injectors, such as changes in the passage characteristics of the exit opening, are taken into account. Is done.
[0007]
Therefore, as in the case of “pilot control”, the individual piezo actuators of the fuel injection device are already sufficiently optimally driven and controlled. In the case of a multi-cylinder internal combustion engine, the subsequent cylinder balance adjustment is intervention controlled only with a very small scale. Optimal operating stability and optimal exhaust gas characteristics are achieved quickly and reliably by the present invention under an internal combustion engine operated using the method according to the present invention.
[0008]
In this case, adaptation is performed not by extending or shortening the injection time of the fuel injection device, but by changing the stroke of the piezo actuator and the flow rate of the fuel during ejection from the fuel injection device. This consideration is based on: That is, in the case of a piezo actuator, the stroke of the piezo actuator depends on the energy supplied to itself. That is, the stroke amount of the piezo actuator is increased or decreased according to the strength of the supplied energy, and the amount of fuel injected is also increased or decreased according to the stroke amount of the piezo actuator.
[0009]
Since the current valve characteristic curve of each piezo actuator is known, the stroke amount of the piezo actuator can be set and adjusted very accurately. Thereby, under the method according to the invention, the start time of injection and the end time of injection can be selected exclusively for optimal combustion with optimal exhaust gas characteristics and optimal fuel consumption characteristics.
[0010]
According to the present invention, there is also an advantage that it is possible to effectively compensate for wear of the piezo actuator caused by aging. This can be achieved by always reflecting the valve characteristic curve sufficiently sufficiently. It should be understood that this “current” concept here does not simply mean that the individual valve characteristic curves must always be determined constantly. The valve characteristic curve should be determined so that the wear due to aging can be grasped as well as possible.
[0011]
Due to the information on the current valve characteristic curve, the manufacturing deviation between the individual injectors can also be taken into account very well. Since the stroke volume and the fuel flow rate of the individual injectors can be set with very high precision by the benefits of the method according to the invention, the exhaust gas characteristics and the fuel consumption are always constant in an internal combustion engine operating under the method according to the invention. It will be optimal.
[0012]
Advantageous embodiments of the invention are described in the dependent claims.
[0013]
According to the first embodiment, the following method steps are included. That is,
Determining from the torque a fuel amount based at least theoretically on the torque;
Obtaining a corresponding fuel mass flow rate from the fuel amount and the corresponding fuel injector opening time;
Forming a value pair from the fuel mass flow rate and drive control energy relating to the injection and torque of the piezo actuator;
A step of selecting a valve characteristic curve following the value pair from a plurality of existing valve characteristic curves for the actuator based on the value pair including the drive control energy and the fuel mass flow rate is included.
[0014]
For example, a plurality of valve characteristic curves or a complete group of valve characteristic curves can be stored in the memory. Since the normal valve characteristic curves that form the relationship between the amount of fuel to be injected and the drive energy required for it do not overlap, the unambiguous mapping of the optimal function is the existence of a unique value pair. Only with this is already possible with high reliability. The valve characteristic curve stored in the memory is obtained by a prior trial. They cover the usual aging and wear effects as well as manufacturing deviations.
[0015]
It should be understood that this method is performed only in the stratified charge mode of the internal combustion engine. This is related to the fact that there is a direct relationship between the torque resulting from the individual injections and the amount of fuel injected only in the stratified charge mode. Of course, it should also be understood that the determined valve characteristic curve can also be used in the “homogeneous combustion mode” of the internal combustion engine and that it leads to the advantages according to the invention. In this mode of operation, the fuel is sufficiently homogeneously present in the combustion chamber and the torque also depends on the mass of air supplied (flow rate). This air mass (flow rate) is normally set by the position of the throttle valve.
[0016]
Advantageously, the drive control voltage of the piezo actuator is reduced from a value above the voltage at which the valve element belonging to the piezo actuator is approximately in a state where the fuel mass flow is determined by the seat throttle, and at the same time the drive control voltage Torque based on the injection performed during the reduction period is monitored and a value pair consisting of fuel mass flow and drive control energy is formed when this torque is reduced by at least one predetermined value.
[0017]
This is based on the following knowledge. That is, according to the characteristic curve of the fuel injection device provided with the piezo actuator, the fuel mass flow rate rises relatively steeply after the valve element moves away from the seat in the first stroke region, and in the subsequent second stroke region. Is already known to fall flat. In this second region, an increase in the stroke of the valve element virtually no longer results in an increase in fuel mass flow. The first region is defined by a so-called “stroke throttle”, and the second region is defined by a so-called “seat throttle”. Here, the characteristic curves of the fuel injectors with different manufacturing tolerances under different aging and wear conditions are distinguished, especially in the stroke throttle region, whereas the seat throttle region They are known to be close to each other.
[0018]
The passage characteristic curve can be associated with the predetermined value pair with higher accuracy in the stroke throttle region. Furthermore, the method can also be carried out in the normal operating mode of the internal combustion engine. With a torque drop of about 5%, which is already invisible to the user of the internal combustion engine, it is possible to determine a value pair that enables selection of an appropriate characteristic curve with high accuracy. In this case, the period during which the drive control voltage is reduced is very short, typically less than 1 second.
[0019]
Alternatively, the change in drive control energy forms a series of value pairs consisting of drive control energy and fuel mass flow, from which the fuel mass to be delivered from the fuel injector. A valve characteristic curve may be formed in which the flow rate and drive control energy to be supplied to the piezo actuator are combined. In this method, instead of searching for a function, the function is formed from a number of value pairs that cover as much as possible the entire region of the characteristic curve. This method enables very accurate mapping of the current characteristic curve of the fuel injector.
[0020]
Furthermore, according to another possibility for carrying out the method of the invention, a value pair consisting of drive control energy and fuel mass flow is determined at various operating points of the internal combustion engine, from a standard function, in particular a fuel injector. An exponential function, which combines the fuel mass flow to be delivered and the drive control energy to be supplied to the piezo actuator, is adapted to the value pairs in question, thereby forming a valve characteristic curve. In the case of this variant embodiment according to the invention, only a small storage capacity is required for the mapping of the characteristic curves.
[0021]
In this case, the adaptation is particularly preferably performed by the method of least squares. This keeps the deviation of the standard function to be adapted as small as possible by the actual value pair.
[0022]
Under the method, value pairs are formed by changing the drive control energy. In this case, it is particularly advantageous that the drive control energy is gradually changed each time. Thereby, after the change of the drive control energy, the characteristics in the internal combustion engine are first stabilized. This increases the accuracy in determining value pairs.
[0023]
Furthermore, this method is carried out within a predetermined time interval. Aging and wear in the fuel injector or the piezo actuator of the fuel injector can be considered reliably over the life of the fuel injector. The corresponding definition of the time interval ensures that the deviation between the current characteristic curve of the fuel injector and the last determined characteristic curve does not exceed a predetermined range. The concept of “time interval” here is to be understood as the true operating time or number of fuel injector operations.
[0024]
Particularly advantageously, an entry into the error memory and / or a notification is sent out when the drive control energy of the piezo actuator required for delivery of a predetermined fuel mass flow rate has reached at least one threshold value. . This identifies extreme characteristic curves that can lead to particularly high wear and severe aging of the fuel injectors and piezo actuators and provides relevant information to users or technicians who maintain the internal combustion engine.
[0025]
The invention further relates to a computer program suitable for carrying out the above-described method when implemented on a computer. In this case, the computer program is particularly preferably stored in a memory, in particular a flash memory or a ferrite memory.
[0026]
The invention further relates to an open loop and / or closed loop control device for the operation of an internal combustion engine. Particularly advantageously in this case it comprises a memory in which a computer program of the form described above is stored.
[0027]
The present invention also provides at least one fuel injection device that includes a piezo actuator and directly injects fuel into the combustion chamber, and determines the torque formed under the combustion of the amount of fuel injected into the combustion chamber during injection. It also relates to an internal combustion engine having a device capable of performing the above.
[0028]
In order to maintain the fuel economy and exhaust gas characteristics of the internal combustion engine and the operational stability over the life of the internal combustion engine, the internal combustion engine includes an open loop and / or closed loop control device of the type described above.
[0029]
In the following description, particularly advantageous embodiments of the invention are described in detail with reference to the associated drawings. In this case, FIG. 1 is a basic principle diagram of a region of an internal combustion engine having a fuel injection device.
FIG. 2 is a diagram in which the fuel mass flow is plotted over the stroke amount of the valve element of the fuel injection device according to FIG.
FIG. 3 is a characteristic curve showing the fuel mass flow and torque over the drive control voltage of the piezo actuator of the fuel injection device according to FIG.
4 is a flow chart representing a first embodiment of a method for operating the internal combustion engine of FIG.
FIG. 5 is a diagram similar to FIG. 3 for illustrating the method according to FIG.
FIG. 6 is a flow chart representing a second embodiment of the method for operating the internal combustion engine according to FIG.
FIG. 7 is a diagram similar to FIG. 3 for illustrating the method according to FIG.
FIG. 8 is a flow chart representing a third embodiment of the method for operating the internal combustion engine according to FIG.
FIG. 9 is a diagram similar to FIG. 3 for illustrating the method according to FIG.
【Example】
[0030]
The internal combustion engine of FIG. This internal combustion engine has a plurality of combustion chambers, only one of which is represented by reference numeral 12 in FIG. Combustion air is supplied to the combustion chamber from the intake pipe 14 via the intake valve 16. The combustion exhaust gas is exhausted to the exhaust pipe 20 through the exhaust valve 18.
[0031]
The fuel is directly injected into the combustion chamber 12 via the
[0032]
The rotation number of the crankshaft 30 and its angular position and angular acceleration are detected by a
[0033]
The stroke throttle characteristic curve of the
[0034]
Based on the aging, wear, manufacturing tolerance, etc. of the piezo actuator of the
[0035]
In the stratified fuel mode, the torque M of the internal combustion engine 10 is determined almost exclusively by the amount of fuel injected, and similarly from FIG. 3, the drive of the piezoelectric actuator of the
[0036]
In order to avoid different fuel mass flow rates Qstat being supplied to the individual combustion chambers 12 due to manufacturing tolerances of the
[0037]
After the
[0038]
In
[0039]
As soon as the fuel mass flow Qstat is determined approximately by the stroke throttle, the corresponding torque M also decreases under the reduction of the drive control voltage U. In
[0040]
In
[0041]
However, if the value pair UG2, QstatG2 exists, for example, so that the valve characteristic curve fe comes next, an additional entry to the error memory is made and a message is sent to the user. This may be due to, for example, a blinking warning lamp provided on the dashboard of the automobile in which the internal combustion engine 10 is incorporated.
[0042]
In detail, the valve characteristic curve fe means that the
[0043]
FIG. 6 shows a second embodiment of the method, in which the operation of the internal combustion engine according to FIG. 1 is possible. In this flowchart and the following flowchart, the same reference numerals are given to the same functions as the blocks in FIG. 4, and the detailed description thereof will not be repeated.
[0044]
In the method shown in FIG. 6, the corresponding characteristic curve in the current state of the
[0045]
In this way, the value pair Ui, Qstati is created. From this series of value pairs, a function f (U, Qstat) is finally formed (block 60), which is the fuel mass flow rate Qstat to be delivered by the
[0046]
In the case of the method for operation of the internal combustion engine 10 shown in FIG. 8, during
[0047]
It should be particularly emphasized here that each of the above-described methods is carried out for each individual cylinder or each
[Brief description of the drawings]
[0048]
FIG. 1 is a basic principle diagram of a region of an internal combustion engine having a fuel injection device. FIG. 2 is a diagram in which a fuel mass flow rate is plotted over a stroke amount of a valve element of the fuel injection device according to FIG. FIG. 4 is a characteristic curve showing the fuel mass flow rate and torque over the drive control voltage of the piezo actuator of the fuel injection device according to FIG. 4; FIG. 4 is a flowchart representing a first embodiment of the method for operating the internal combustion engine of FIG. FIG. 5 is a diagram similar to FIG. 3 for explaining the method according to FIG. 4; FIG. 6 is a flow chart representing a second embodiment of the method for the operation of the internal combustion engine according to FIG. FIG. 8 is a diagram similar to FIG. 3 for illustration. FIG. 8 is a flowchart representing a third embodiment of the method for the operation of the internal combustion engine according to FIG. 1. FIG. Diagram similar to FIG. 3 of the order
Claims (13)
前記トルク(M)から、内燃機関(10)に組込まれた燃料噴射装置(22)の時事のバルブ特性曲線(f)が少なくとも近似的に確定され(52;60;64)、
当該バルブ特性曲線(f)によって、燃料噴射装置(22)から送出されるべき燃料質量流量(Qstat)と、ピエゾアクチュエータに供給されるべき駆動制御エネルギ(U)が結合されるようにしたことを特徴とする方法。A method for the operation of an internal combustion engine (10), wherein fuel is injected directly into at least one combustion chamber (12) via at least one fuel injection device (22), said fuel injection device (22) In the operating method of the internal combustion engine of the type in which the torque (M) generated under the combustion of the amount of fuel injected into the combustion chamber (12) during injection is determined by a piezo actuator.
From the torque (M), the current valve characteristic curve (f) of the fuel injector (22) incorporated in the internal combustion engine (10) is at least approximately determined (52; 60; 64),
The valve characteristic curve (f) combines the fuel mass flow rate (Qstat) to be delivered from the fuel injection device (22) and the drive control energy (U) to be supplied to the piezo actuator. Feature method.
前記燃料量とそれに対応する燃料噴射装置(22)の開放時間から、相応する燃料質量流量(QstatG2)を求めるステップと、
前記燃料質量流量(QstatG2)とピエゾアクチュエータの噴射とトルク(MG2)に係わる駆動制御エネルギ(UG2)から値対(UG2,QstatG2)を形成するステップと、
前記駆動制御エネルギ(UG2)と燃料質量流量(QstatG2)からなる値対(UG2,QstatG2)に基づいて、アクチュエータに対して、既存の複数のバルブ特性曲線(fa,fb,fc,fd,fe)から、当該値対(UG2,QstatG2)に続くバルブ特性曲線(fc)を選択するステップ(52)が含まれていることを特徴とする請求項1記載の方法。Determining from the torque (MG2) a fuel amount based at least theoretically on the torque (MG2);
Obtaining a corresponding fuel mass flow rate (QstatG2) from the fuel amount and the corresponding open time of the fuel injector (22);
Forming a value pair (UG2, QstatG2) from the fuel mass flow rate (QstatG2) and drive control energy (UG2) related to the piezoelectric actuator injection and torque (MG2);
Based on the value pair (UG2, QstatG2) consisting of the drive control energy (UG2) and the fuel mass flow rate (QstatG2), the existing valve characteristic curves (fa, fb, fc, fd, fe) for the actuator 2. The method of claim 1, further comprising the step of selecting (52) a valve characteristic curve (fc) following the value pair (UG2, QstatG2).
同時に、駆動制御電圧(U)の低減期間中に行われる噴射に基づいたトルク(M)が監視され(50)、
このトルク(M)が少なくとも1つの所定値(G2)分だけ低下した場合に、燃料質量流量(QstatG2)及び駆動制御エネルギ(UG2)からなる値対(QstatG2,UG2)が形成される(52)、請求項2記載の方法。The drive control voltage (U) of the piezo actuator is reduced from a value above the voltage (G1) at which the valve element belonging to the piezo actuator becomes approximately in a state where the fuel mass flow rate (Qstat) is determined by the seat throttle (48 ),
At the same time, the torque (M) based on the injection performed during the reduction period of the drive control voltage (U) is monitored (50),
When this torque (M) decreases by at least one predetermined value (G2), a value pair (QstatG2, UG2) consisting of fuel mass flow rate (QstatG2) and drive control energy (UG2) is formed (52) The method of claim 2.
噴射の差異に燃焼室(12)内へ噴射される燃料量の燃焼のもとで形成されるトルク(M)を求めることのできる装置(32)を有している、内燃機関(10)において、
請求項12に記載の開ループ及び/又は閉ループ制御装置(34)を含んでいることを特徴とする内燃機関。At least one fuel injector (22) including a piezo actuator and directing fuel directly into the combustion chamber (12);
In an internal combustion engine (10) having a device (32) capable of determining a torque (M) formed under combustion of an amount of fuel injected into a combustion chamber (12) due to a difference in injection ,
Internal combustion engine comprising an open loop and / or closed loop control device (34) according to claim 12.
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