JP2005534862A - アクチュエータを駆動制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

ここに記載されているのは、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する装置および方法である。駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値は、第１部分噴射と第２部分噴射との間隔に依存する。

Description

従来の技術
本発明は、請求項１および請求項６の上位概念にそれぞれ記載された、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する方法および装置に関し、ここでは駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値は、内燃機関の少なくとも１つの動作特性量に依存する。

EP 1 138 904から圧電アクチュエータを駆動制御する方法および装置が公知である。このようなアクチュエータは有利には、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用される。ここではこの駆動制御の開始および駆動制御の持続時間により、燃料調量の開始および持続時間が決定される。ここではアクチュエータを開くおよび／または閉じる電圧値は、例えば燃料圧力などのさまざまな動作特性量に依存する。したがってこの従来技術では、この電圧値が温度および燃料に依存するようにしているのである。

比較的新しい燃料調量システム、いわゆるコモンレールシステムでは、１噴射サイクルにおいて複数の部分噴射を行うことが多い。有利には少なくとも１つのパイロット噴射およびメイン噴射が行われる。このパイロット噴射の終了と共に、各インジェクタ線路に圧力波が誘起される。パイロット噴射のないメイン噴射と比較して、パイロット噴射を有するメイン噴射では、後に続くメイン噴射の際に圧力上昇ないしは圧力低下が発生する。これにより、メイン噴射の駆動制御持続時間を一定にすると、噴射される燃料量が変わってしまうのである。

この影響を補償するため、DE 197 12 143では、パイロット噴射とメイン噴射との間の間隔およびパイロット噴射において調量される燃料量から出発して補正値を決定して上記の圧力値を補正している。つぎにこの補正された圧力値から出発して、実際の駆動制御持続時間が計算される。このような手法により、圧力波によるレール圧力変化の影響をメイン噴射の駆動制御持続時間の変化について補償しているのである。

通常の圧電インジェクタではアクチュエータはレール圧力に対抗して動作し、制御バルブをその開位置に止めるかないしは閉状態にするため、このために必要な電圧値はレール圧力に依存する。圧力変動の影響を補償するため、電圧の値を選択して、これが最大限に発生し得るレール圧力時にも十分であるようにして、制御バルブを開くようにすることが可能である。これによって制御装置において不要なエネルギー損失が発生するため、このような手法は不利である。それは、上昇した電圧が必要でない場合にも上昇した電圧が供給されるからである。さらに、電圧が高ければ必然的に制御バルブの一層大きな力が発生し、ひいては摩耗が増大するのである。

本発明は、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する方法に関し、ここでは駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値が内燃機関の少なくとも１つの動作特性量に依存する。本発明ではさらに上記電圧値が、第１部分噴射および第２部分噴射の間隔に依存する。

本発明の１実施形態では、第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、第１部分噴射と第２部分噴射との間隔に依存する。

本発明の別の実施形態では、さらに第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、温度値に依存する。

本発明の別の実施形態では、第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、燃料温度および／またはアクチュエータ温度に依存する。
本発明の別の実施形態では、第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、第１部分噴射にて調量した燃料量に依存する。

また本発明は、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する装置に関しており、ここでは駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値が、内燃機関の少なくとも１つの動作特性量に依存する。本発明ではさらに第１部分噴射および第２部分噴射の間隔に依存して前記電圧値を設定する手段が設けられている。

発明の利点
インジェクタを駆動制御する電圧値が、第１部分噴射と第２部分噴射との間隔に依存することにより、エネルギーバランスおよび損失出力バランスが改善され、インジェクタの摩耗が低減され、制御バルブの確実な開きおよび停止が保証される。

図面
本発明を以下、図面に示した実施形態に基づいて説明する。

実施例の説明
図１には本発明の手法がブロック図で示されている。制御ユニット１００は、出力段１１０にインジェクタの駆動制御を決定するさまざまな信号を供給する。これらの信号は、例えば、燃料調量の開始および持続時間ないしは開始および終了を決定する信号である。さらに制御ユニット１００は、第１設定部１２０に信号ＴＶＥを供給し、ここでこの信号は、第１噴射と第２噴射との間の間隔を特徴付けるものである。さらに制御ユニット１００は、第２設定部に信号ＱＶＥ１２５を供給し、ここでこの信号は、第１部分噴射にて調量される燃料量を特徴付けるものである。択一的な実施形態では、信号ＱＶＥは検出部１２２によって供給される。第１設定部１２０の出力信号は、第１結合点１３０に、また第２設定部１２５の出力信号は第２結合点１３５に供給される。

温度センサ１４０は、例えば燃料温度に相応する信号ＴＫを特性曲線１４５に供給する。有利な実施形態では圧力センサ１６０の出力信号が付加的に特性曲線１４５に到達する。この場合、この特性曲線は特性マップとして構成される。特性曲線１４５は、第１結合点１３５に信号を供給し、またこの結合点は第２結合点１３０に信号を供給する。第１結合点１３０は、特性マップ１５０に信号を供給する。

１実施形態では結合点１３０は別の結合点１３２に信号を供給する。つぎにこの別の結合点１３２は特性マップ１５０に信号を供給する。結合点１３２の第２入力側には特性曲線１２１の出力信号が加えられており、この特性曲線１２１には圧力センサ１６０の圧力信号Ｐが供給される。

別の択一的な例では結合点１３０および／または結合点１３２が、特性マップ１５１に信号を供給する。特性マップ１５１の出力信号は結合点１９１を介して結合点１９０に到達する。結合点１９１の第２入力側には特性マップ１５０の出力信号が加えられている。この場合、この特性マップには有利に圧力信号Ｐだけが供給される。

特性マップ１５０の第２入力側には圧力信号Ｐが加えられており、これは圧力センサ１６０によって供給される。別の温度センサ１７０の出力信号ＴＡは、第２特性マップ１８０に到達し、その第２入力側には第１特性マップ１５０の出力信号が加えられている。第１特性マップ１５０および第２特性マップ１８０の出力信号は、第４結合点１９０に供給される。この結合点１９０それ自体は出力段１１０に量を供給する。

簡単な実施形態では第２設定部１２５を省略し、ひいては結合点１３５を省略することができる。この場合、特性曲線１４５の出力信号は結合点１３０に直接到達する。

別の有利な実施形態では、結合点１３０の出力信号を第３結合点１９５に供給することができ、ここでこの第３結合点の第２入力側には信号Ｐが加えられる。この場合には結合点１９５の出力信号だけが特性マップ１５０に到達する。この場合、この特性マップは有利には特性曲線として構成することができる。

センサ１４０，１６０および１７０は、相応の信号を直接検出するセンサとして構成することも可能である。殊に有利であるのは、直接的な信号ではなく、処理した量、例えば平均値または別の量から導出した量を使用する場合である。さらにこれら量に対して、相応の量を特徴付けるないしは類似の依存性を有する等価な値を考慮することができる。例えば、アクチュエータの直前で測定される燃料温度の値によってアクチュエータの温度ＴＡを置き換えることができる。

本発明では、第１部分噴射によって発生する圧力波がレール圧力に与える影響、ひいては所要のアクチュエータ電圧に与える影響を考慮する。これは平均レール圧力Ｐを、圧力波によって発生したレール圧力の変化によって補正することによって行われる。レール圧力Ｐの変化は、第１部分噴射の終了と第２部分噴射の開始との間隔ＴＶＥならびに有利にはセンサ１４０によって検出される燃料温度ＴＫに依存する。

このために第１特性曲線１４５に、圧力波と粘性との依存性を考慮する値を格納する。有利な実施形態では特性曲線１４５により、付加的に圧力波とレール圧力Ｐとの依存性を考慮する。本発明によって認識されたのは、圧力波の伝搬速度が音速に依存し、ひいては温度および圧力Ｐに依存することである。第１設定部１２０では第１部分噴射と第２部分噴射との間の間隔と、圧力波との依存性が考慮される。第２設定部には補正値と、第１部分噴射量との依存性が格納されている。

これらの量から出発して、結合点１３０および場合によって結合１３５において、特性曲線１４５に格納された温度依存のファクタが有利には乗算的に補正される。殊に有利であるのは、レール圧力Ｐから出発して別の補正ファクタを設けることであり、ここでこの補正ファクタにより、圧力波の開始振幅（Startamplitude）がレール圧力Ｐに依存することが考慮される。

特性マップ１５０には、この値とレール圧力Ｐとに依存する電圧値が格納されている。この電圧値は、アクチュエータ温度ＴＡおよびレール圧力に依存する特性マップ１８０に格納された補正ファクタにより、結合点１９０において再度補正される。

択一的には、特性マップ１５０に圧力Ｐに依存して電圧が格納されるようにすることも可能である。この場合には第３結合点１９５において、この圧力信号Ｐが、燃料温度ＴＫ、第１部分噴射と第２部分噴射との間の間隔ＴＶＥ、および第１部分噴射において噴射される燃料量ＱＶＥに依存して補正されるようにする。この結合は結合点１９５において有利には加算的に行われる。

別の簡単な実施形態では、第１および第２部分噴射の間隔ＴＶＥだけを考慮することも可能である。すなわちブロック１２５および結合点１３５が省略されるのである。

第１設定部１２０で考慮されるのは、第１部分噴射の終了によって圧力波が生じることである。したがって第２部分噴射の開始によって実際に発生するリール圧力、すなわち圧力上昇ないしは圧力低下は、第１部分噴射の終了と第２部分噴射の開始との間隔に依存する。特性曲線１４５により、燃料温度ＴＫが粘性に及ぼしひいては圧力波の伝搬速度に及ぼす影響が考慮される。

設定部１２５により、先行する部分噴射の噴射量が圧力波の振幅に及ぼす影響が考慮される。噴射量とは択一的に、噴射する燃料量を特徴付ける別の量を使用することも可能である。このような量は、例えば駆動制御持続時間である。ここでは調整素子の駆動制御の開始と終了との間の間隔に相応する電気的な駆動制御持続時間および／または調整素子および／または制御バルブの開と閉との間の間隔に相応する液圧的な駆動制御持続時間を使用することができる。

実線で示した実施形態では、レール圧力と、特性曲線１４５の補正された出力信号とに依存してアクチュエータ電圧が特性マップ１５０に格納される。択一的な実施形態では、特性曲線１４５の補正された出力信号から出発して、特性曲線１５１により、アクチュエータ電圧に対する補正値が設定される。すなわち、計算された圧力振幅から補正電圧が計算されるのである。

以下では、レール圧力の圧力波を表す補正値の計算を詳しく説明する。第１設定部１２０により、所定のインジェクタおよび対応するコンポーネントに対し、基準条件における圧力波の特性が表される。基準条件として所定の燃料温度、燃料量およびレール圧力を採用する。すなわち、第１設定部１２０には第２部分噴射開始時点における圧力振幅に対する基本値が、２つの部分噴射の時間間隔ＴＶＥの関数として格納されているのである。基準条件からの偏差は、さまざまな補正値によって考慮される。

燃料の温度ＴＫおよびレール圧力Ｐは音速に影響し、ひいては圧力波の伝搬、例えば圧力波の周波数に影響する。この作用は、特性曲線１４５によって供給される相応するファクタによって考慮される。

ここで認識されたのは、圧力波が、第１部分噴射の開始時および終了時の１つずつの部分圧力波の重畳によって発生することである。これらの２つの部分圧力波の間の位相のズレ、ひいては結果的に発生する圧力波は、第１部分噴射の液圧的な持続時間に依存する。通常、第１部分噴射のこの液圧的な持続時間は既知ではないため、電気的な駆動制御持続時間または噴射燃料量を特徴付ける別の量をパラメタとして使用する。この補正値の算出は設定部１２５で行われる。

圧力波の開始振幅は実質的にレール圧力Ｐに依存する。この影響は特性曲線１２１によって考慮される。

圧力振幅の補正された基本値は、測定したレール圧力Ｐからの圧力の偏差に相応する。これは第２部分噴射の開始の時点における圧力波が、２つの部分噴射の間隔および別の補正量の関数であることに基づく。

圧力振幅に対してこのように補正された基本値は、実施形態に依存して、結合点１９５における圧力信号Ｐを補正するため、特性マップ１５０の入力量としておよび／または特性マップ１５１の入力量として使用することができる。特性マップ１５０は、圧力Ｐおよび圧力振幅の補正された基本値に依存してアクチュエータ電圧を設定する。特性マップは、圧力振幅の補正された基本値に依存してアクチュエータ電圧に対する補正値を設定する。

上記の量の他にさらに別の量および影響を考慮することができる。上記の特性曲線は、特性マップとして構成することも可能である。

本発明の手法を示すブロック図である。

Claims (6)

1. 駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値が内燃機関の少なくとも１つの動作特性量に依存する、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する方法において、
   前記電圧値は、第１部分噴射および第２部分噴射の間隔に依存することを特徴とする、
   アクチュエータを駆動制御する方法。
2. 前記の第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、第１部分噴射と第２部分噴射との間隔に依存する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記の第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、温度値に依存する、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記の第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、燃料温度および／またはアクチュエータ温度に依存する、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記の第２部分噴射を駆動制御する際の電圧値は、第１部分噴射にて調量した燃料量に依存する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 駆動制御中にアクチュエータに供給される電圧値が内燃機関の少なくとも１つの動作特性量に依存する、内燃機関への燃料噴射を制御するために使用されるアクチュエータ、例えば圧電アクチュエータを駆動制御する装置において、
   第１部分噴射および第２部分噴射の間隔に依存して前記電圧値を設定する手段が設けられていることを特徴とする、
   アクチュエータを駆動制御する装置。

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