JP2007510086A - 噴射弁のインジェクタ毎のばらつきを補正する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関内に燃料を噴射するための、ピエゾアクチュエータ（１９）を備えた噴射弁（１１〜１４）のインジェクタ毎のばらつきを補正するための方法に関し、該方法では、個々のアクチュエータ（１９）に対するアクチュエータ電荷（Ｑ_１〜Ｑ_４）のインジェクタ毎の補正は、電子制御装置（１０）において、インジェクタニードルすなわちニードル弁（１７）のフルストロークでのニードルストロークが所定の標準ストロークに一致するように行われる。さらに、該制御装置（１０）内では、所定の標準特性曲線すなわちマスター特性曲線に近づけるように、該アクチュエータ（１９）の充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ及び放電時間ｔ_ｏｆｆに対するインジェクタ毎の補正を行う演算処理が実行される。これにより、噴射弁間の個々のばらつきのほぼ完全な補正が可能になる。

Description

本発明は、内燃機関内に燃料を噴射するための、ピエゾアクチュエータを備えた噴射弁のインジェクタ毎のばらつきを補正するための方法に関し、該方法では、個々のアクチュエータに対するアクチュエータ電荷のインジェクタ毎の補正は、電子制御装置において、インジェクタニードルのフルストロークでのニードルストロークがそれぞれ所定の標準ストロークに一致するように行われる。

ピエゾアクチュエータを備えた、かかる噴射弁は、作動サイクル当たり複数の噴射シーケンス（例えば二重噴射）に対応することができるが、これには、あらゆる利点を最適に利用できるように高度な調量精度が必要とされる。この高度な調量精度を達成するためには、エンジンの運転又は車両の運転の際の、噴射弁のシステム関連及び製造関連で起こり得る噴射量誤差を確実に補正しなければならない。かかる誤差は、基本的に２つの特徴、具体的にはアクチュエータのストローク能力のばらつき、及びインジェクタのストロークロス（アクチュエータストロークとニードルストロークとの差）のばらつきによって決定される。

インジェクタ毎のばらつきの範囲を縮小するために、インジェクタ毎のばらつきが製造後に公知の方法で測定され、インジェクタ毎の情報がコードとして決定される。中央エンジン制御装置であってもよい制御装置のこの機能により、この情報又はコードを用いて燃料噴射量のばらつきを低減する。これに関連して、フルストロークでのニードルストロークが、アクチュエータ電圧を補正することによって、マスターすなわちマスター弁の値に設定、すなわち標準化される。

しかし、インジェクタのストロークロスのばらつきに関しては、上記の電荷の補正は、特に噴射量を補正するのに十分でない。理論的研究によれば、ストロークロスのばらつきが、噴射量特性曲線に表れる弁遅延時間及びニードルの開弁速度のばらつきの原因になることが示されている。また、フルストローク時には、電圧の補正後に噴射時間とは無関係の噴射量誤差が表れるが、部分ストローク時の噴射量誤差は噴射時間に依存している。

本発明の目的は、特に噴射量及び噴射時間に関して、噴射弁の誤差の影響をさらに低減することである。

上記目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を備えた方法によって達成される。

本発明による演算処理により、インジェクタの特性曲線がマスター特性曲線すなわち標準特性曲線に適合され、その結果、充電時間、噴射時間及び放電時間の作動パラメータもまた、この標準特性曲線に一致し、標準的なインジェクタの噴射量及び噴射期間に対するずれが最小限に抑えられる。

従属項に記載の手段は、請求項１に開示された方法の有利な発展形態及び改良形態を可能にする。該方法の１つの好ましい実施形態では、演算処理は、インジェクタ毎のコード化データ、特に、インジェクタニードルがちょうど開弁した時点での電荷Ｑ_０、及び基準ニードルストロークでの電荷Ｑ_ｒｅｆに基づいて生成される。これに関連して、必要とされる補正のための決定的因子であるインジェクタ毎のストロークロスは、これらの変数から好ましくは算出される。

インジェクタ毎のストロークロスの上記計算は、好ましくは初期設定段階中に行われる。

補正のために、フルストロークでの充電時間ｔ_ｏｎ及び噴射時間ｔ_ｉについてのオフセット補正値Ｑ_{ｔｏ，ｔｉ}が好ましくは算出される。また、フルストロークでの放電時間についてのオフセット補正値Ｏ_ｔｏｆｆがこれに対応して算出される。

補正後の充電時間、補正後の噴射時間及び補正後の放電時間は、有利には、対応する未補正値を、算出されたオフセット補正値に加算することから得られる。

本発明の例示的実施形態を図面に示し、以下の記載でより詳細に説明する。

図１に概略的に示された例示的実施形態では、自動車のエンジン用コンピュータシステムであり得る電子制御装置１０が、４つの噴射弁１１〜１４を制御し、ここでは第１の噴射弁１１のみが詳細に示されている。噴射弁の数は、内燃機関の個々のタイプに応じて決まり、実質的に制限はない。噴射弁１１〜１４の制御は、回転速度、温度、圧力などのパラメータＰに応じてそれ自体公知の方法で行われる。

４つの噴射弁１１〜１４は、ピエゾアクチュエータ１９を備えた噴射弁であり、該アクチュエータには、制御装置１０によって決定される電荷Ｑ_１〜Ｑ_４が、対応する電流をピエゾアクチュエータ１９に供給することによって印加される。

噴射弁１１又はインジェクタの（並びに、当然のことながら他の噴射弁１２〜１４の）弁筐体１６は、ニードル弁１７を受容し案内するために、端部領域に中央縦穴を備えており、該ニードル弁の端部弁要素によって、この縦穴は閉鎖されたり又は開放されたりすることできる。弁筐体１６の内部では、中間要素１８とピエゾアクチュエータ１９とピストン１５、２０とから構成される連続構成が、ニードル弁１７に当接している。ピストンは、弁要素から遠位にある内側端面に当接したプレストレスばね２１によってアクチュエータ１９に対して押される。基本的な機械的応力が、両側のプレストレスばね２１、２２によってピエゾアクチュエータ１９に加えられる。これに関連して、アクチュエータ１９の左側のピストン１５、２０は、アクチュエータ１９にプレストレスばね２１の力を付勢する機能を備えているだけでなく、さらに長さの熱的変化の補正要素としても働く。アクチュエータ１９は、電荷を印加されたために伸長すると、ピストン１５、２０に補助されながら、中間要素１８を介してニードル弁１７を開弁位置まで押す。

冒頭で既述したように、アクチュエータストロークとニードルストロークとの差として定義されるストロークロスが、上記の噴射弁１１〜１４で発生する。これらのストロークロスは、含まれる要素の弾性特性及び設計要因によるものである。これはつまり、アクチュエータ１９の移動が開始してから一定の時間だけ遅らせるまで、ニードル弁１７が移動を開始しないということを意味している。これは図２に示される。実線は、大きいストロークロスＨ_ｉｎｊ１の第１のインジェクタの状態を示し、鎖線は、それよりかなり低いストロークロスＨ_ｉｎｊ２のインジェクタの状態を示している。先行技術によれば、２つのインジェクタへの充電は、充電時間ｔ_ｏｎの後にフルストロークＨ_ｖに達するように最適化される。相対的に低いストロークロスＨ_ｉｎｊ２のインジェクタのニードル弁１７は、時間ｔ_２には既に移動を開始しているが、大きいストロークロスＨ_ｉｎｊ１のインジェクタに関しては、移動の開始は時間ｔ_３になって初めて行われる。時間ｔ_４の時点では、両方のインジェクタがフルストロークに達する。両方のインジェクタにおいて、噴射時間ｔ_ｉは、ニードル弁１７が再び閉弁し始める時間ｔ_５まで続く。ニードル弁の閉弁プロセスは、大きいストロークロスＨ_ｉｎｊ１のインジェクタに関しては、時間ｔ_６で既に終了しているが、低いストロークロスＨ_ｉｎｊ２の他方のインジェクタに関しては、時間ｔ_７になるまで閉弁プロセスは終了しない。また、時間ｔ_８では、ピエゾアクチュエータは、その基本状態に再び戻っている。

ニードル弁の移動領域の差異が、斜線で示されている。時間ｔ_ｏｎ、ｔ_ｉ及びｔ_ｏｆｆが同じであり、かつ同じフルストロークであるにも関わらず、異なる噴射量が噴射弁に供給されることがこれから明らかである。本発明による方法によってこれを補正することが意図される。

本発明による方法では、制御装置１０において、弁毎のコード化データに基づいて、シリンダ毎に、又はインジェクタ毎に、充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ及び放出時間ｔ_ｏｆｆの作動パラメータを補正する演算処理が実行され、それによって、部分ストローク及びフルストロークでの、インジェクタの燃料噴射量の、マスター特性曲線すなわち標準特性曲線からのずれが低減される。さらに、必要に応じて、関連した作動パラメータも補正することができる。

マスター特性曲線に近づけることによって、複数のインジェクタについての噴射量をできる限り正確に同じにするために、インジェクタ毎にコード化されたデータ、具体的には、ニードル弁１７がちょうど開弁した時点での電荷Ｑ_０及び基準ニードルストロークでの電荷Ｑ_ｒｅｆに基づいて、アクチュエータ電荷の補正に加えて、充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ及び放電時間ｔ_ｏｆｆのプロファイルに対する補正が決定される。この方法では、ニードルストロークのプロファイルの下の面積と燃料噴射量との比率が、全てのインジェクタで同じであり、かつ、噴射時間ｔ_ｉ、充電時間ｔ_ｏｎ、放電時間ｔ_ｏｆｆ及びマスターＮ_ｒｅｆのニードルストロークとは無関係であるものとする単純化のための仮定がなされる。さらに、以下の影響、すなわち、噴射機構のニードル弁の機械的な振動、結合要素に起因する、時間に依存したニードルストロークロス、及びニードルストロークに関する燃料の質量流量の非線形依存性が無視される。さらに、全てのインジェクタが、フルストロークでの電荷の補正の後、マスターのニードルストロークＮ_ｒｅｆに達し、かつ、電荷Ｑ_０とＱ_ｒｅｆとが十分な精度で決定されることが仮定される。

制御装置では、例えば初期設定段階中に、インジェクタ毎のストロークロスＨ_ｉｎｊを、以下の関係式に従って算出する。

ここで、基準ニードルストロークＮ_ｒｅｆは、基準電荷Ｑ_ｒｅｆによって得られる。上述の仮定を前提とすると、フルストローク及び部分ストローク時における、充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ、及び放電時間ｔ_ｏｆｆのプロファイルを補正することによって、複数のインジェクタのストローク／時間曲線の下の面積を、シリンダ毎に同じにすることができる。結果として得られる噴射位置の変位もまた、シリンダ毎に補正される必要がある。

充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ、及び噴射位置の補正は、以下の式に表されるように、それぞれの噴射弁又はインジェクタのストロークロス、及びマスターのストロークロスに基づいている。

この式により、上記補正のためのオフセット補正値Ｏ_{ｔｏｎ，ｔｉ}を算出する。放電時間ｔ_ｏｆｆの補正又はオフセット補正値は、以下の式に表されるように、それぞれの噴射弁のストロークロス、及びマスターのストロークロスから得られる。

算出されたオフセット補正値を用いて、補正後の充電時間を以下のように算出する。
ｔ_ｏｎ（Ｋｏｒｒ) ＝ｔ_ｏｎ＋Ｏ_{ｔｏｎ,ｔｉ}
さらに、補正後の噴射時間を以下のように算出する。
ｔ_ｉ（Ｋｏｒｒ) ＝ｔ_ｉ＋Ｏ_{ｔｏｎ,ｔｉ}
そして、最後に、補正後の放電時間を以下のように算出する。
ｔ_ｏｆｆ（Ｋｏｒｒ) ＝ｔ_ｏｆｆ＋Ｏ_ｔｏｆｆ

算出された補正値を用いて、噴射位置が変位され、ストローク曲線がマスター曲線すなわち標準ストローク特性曲線に一致される。このように、制御装置は、インジェクタの誤差が自動的に補正されるように、シリンダ毎に、又はインジェクタ毎にそれぞれのストローク特性曲線を補正する。

ピエゾアクチュエータを備えた４つの噴射弁を制御し、インジェクタ毎のばらつきを補正するための制御装置の概略図を示す。 動作の方法を説明する１つの線図である。

Claims (6)

1. 内燃機関内に燃料を噴射するための、ピエゾアクチュエータを備えた噴射弁のインジェクタ毎のばらつきを補正するための方法であり、個々のアクチュエータに対するアクチュエータ電荷のインジェクタ毎の補正は、電子制御装置（１０）において、インジェクタニードルの前進ストロークでのニードルストロークがそれぞれ所定の公称ストロークに一致するように行われる、方法であって、
   前記制御装置（１０）では、ニードルストローク曲線を所定の標準特性曲線に近づけるために、前記アクチュエータ（１９）の充電時間ｔ_ｏｎ、噴射時間ｔ_ｉ及び放電時間ｔ_ｏｆｆに対するインジェクタ毎の補正を行う演算処理が実行され、前記演算処理が、前記インジェクタニードル（１７）がちょうど開弁した時点での電荷Ｑ_０、及び基準ニードルストロークでの電荷Ｑ_ｒｅｆに基づいて生成されることを特徴とする方法。
2. インジェクタ毎のストロークロス：
   

   

   が、前記制御装置（１０）で算出され、式中、Ｎ_ｒｅｆは、基準電荷Ｑ_ｒｅｆでの基準ニードルストロークであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記インジェクタ毎のストロークロスＨ_ｉｎｊが、初期設定段階中に算出されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. フルストロークでの充電時間ｔ_ｏｎ及び噴射時間ｔ_ｉに対するオフセット補正値Ｏ_{ｔｏｎ，ｔｉ}が、以下の式：
   

   

   に従って前記制御装置（１０）で算出され、式中、Ｈ_Ｍは、マスターストロークの基準ストロークロスであり、かつ、Ｎ_Ｍはフルストロークでの基準ニードルストロークであることを特徴とする請求項２あるいは３に記載の方法。
5. フルストロークでの放電時間に対するオフセット補正値Ｏ_ｔｏｆｆが、以下の式：
   

   

   に従って前記制御装置（１０）で算出されることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 補正後の充電時間ｔ_ｏｎ（Ｋｏｒｒ）、補正後の噴射時間ｔ_ｉ（Ｋｏｒｒ）及び補正後の放電時間ｔ_ｏｆｆ（Ｋｏｒｒ）が、対応する未補正値を、対応するオフセット補正値（Ｏ_{ｔｏｎ，ｔｉ}）又は（Ｏ_ｔｏｆｆ）に加算することから得られることを特徴とする請求項４あるいは５に記載の方法。

Images