JP2008291843A - 噴射弁の制御方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射弁が開いた状態に保持される保持段階の間、コンデンサによって用意された電流を、噴射弁に通電される、噴射弁の制御方法および装置を提供する。
【解決手段】噴射弁の制御方法および装置において、噴射弁（１４８）が開いた状態に保持される保持段階の間、前記噴射弁に、コンデンサ（１５２）によって用意された電流を通電する。
【選択図】図４

Description

本発明は、噴射弁の制御のための方法及び噴射弁の制御のための装置、並びにコンピュータプログラム及びコンピュータプログラム製品に関する。

ガソリン直接噴射方式の場合、一般に内部開弁式の噴射弁、とりわけ高圧噴射電磁弁或いは高圧噴射弁、の開弁と開弁状態保持のためには、制御のために複雑な電流プロフィルが用いられる。この電流プロフィルはいわゆるブースタ段階を持っており、そのブースタ段階では急激な立ち上がりを持つ高い電流がブースタコンデンサに対する高圧噴射弁の接続によって生み出されるが、その際ブースタコンデンサはエネルギーを例えば６５Ｖの電圧で蓄え、このエネルギーをブースタ段階の間に高圧噴射弁に対して供給する。ブースタ段階の中での電流は、ブースタコンデンサが十分なブースタ電圧を用意することができる間は、バッテリ電圧とは無関係である。複雑な電流プロフィルは又保持段階も持っており、保持段階では電流はより低いレベル或いはより低い有効値へ引き下げられるか或いはこの有効値の付近に調節される。この調節は例えば弁コイルをバッテリ電圧へ接続することによって行われる。

調節すべきブースタ保持電流の値は一般に、高圧噴射弁がそれに対抗して開弁され又開弁状態に保持されるべき最高システム圧、及び噴射すべき燃料の静的流量によって決定される。

本発明は噴射弁が、噴射弁が開いた状態に保持される保持段階の間、コンデンサによって用意された電流を通電される噴射弁の制御方法に関する。
通常、電流は、噴射弁が開かれ且つ保持段階に先行する、いわゆる立ち上がり段階或いはブースタ段階と呼ばれる第一の段階の間、コンデンサによって用意される。この立ち上がり段階の間には、電流強度が急激な立ち上がりを示す電流が噴射弁によって導かれる。かくして本発明によれば、ブースタコンデンサとも呼ばれ且つ電流強度の急激な立ち上がりをもたらすように作られているコンデンサが、追加として、保持段階の間に噴射弁に電流を送り且つその際に、さもなければ噴射弁の給電のために備えられている電源と置き換わるか或いは少なくとも補助して、噴射弁のために保持段階の間も十分に高い電流が用意されるようにするために利用される。

本発明の一つの変形例では、電流は、保持段階の間に、有効な（通常は一定の）値に、調節される。
実施例では、本発明の方法はスタート過程の間に実施される。更にこの方法は、特に、バッテリとして作られ、通常運転の際には保持段階の間に電流を用意するために用いられる電源の電圧が低過ぎるときに実行される。これによって、噴射弁の計量精度を保証することができる。

本発明は更に、噴射弁が閉じられる保持段階の間、コンデンサが噴射弁のために電流を用意するように構成されている、噴射弁の制御装置に関する。
このことは、実施例において、この装置がコンデンサ並びに噴射弁のための別の電源としてのバッテリを、電源が必要に応じて噴射弁に給電するように制御することを意味しており、その際に、バッテリ並びにコンデンサが噴射弁に対して接続される。この場合、制御は、弁コイルをバッテリの電圧に接続することによって行うことができる。コンデンサの接続は、第一の段階の間に、また追加として保持段階の間に、行うことができる。

本発明の装置は、一実施態様では、通常運転の際の保持段階の間に電流を用意するバッテリの電圧が低過ぎるときに、保持段階の間にコンデンサに電圧の用意を行わせるために作られている。

制御装置として作られる装置を用いて、噴射弁並びにコンデンサとして作られた電源を制御し、またそれによって制御する。噴射弁の給電のために、この装置は一般に噴射弁のその時々の作動時点のために適した電流プロフィルを用意する。そのために、この装置は噴射弁、特に高圧噴射弁、並びに、噴射弁と共働しおよび／または噴射弁の機能に依存しているその他のエンジンコンポーネントを直接或いは間接的に監視することができる。実施例では、この装置は、電源、即ち一般にコンデンサ及びバッテリおよび／または回路装置（この回路装置を通じて電流が通常バッテリ及びコンデンサから噴射弁へ流される）を、適切な回路接続によって制御するために構成することができる。

通常運転の際には、この装置は、例えば電流プロフィルを用意することによって、第一の段階、或いはいわゆる立ち上がり段階の間、電流がコンデンサから噴射弁へ流れるように、回路装置をセットするように作られている。加速段階の間は、この装置は、回路装置を、通常運転の間電流がバッテリによって用意されるように制御する。エンジンのスタートの際、および／または、電圧が又従ってバッテリからの電流が少な過ぎる場合には、この装置は、両方の電源および／または回路装置を、保持段階の間、通常運転の際にはさもなければ専らバッテリだけによって用意される電流に代わって或いは少なくともその電流に加えて、コンデンサからの電流も用意されるように制御する。

噴射弁、一般に車両のエンジンのための高圧噴射弁の制御のための、従って要するに噴射弁の制御のための、発明の方法の全てのステップは、上述の装置によって実施されることができるということが想定されている。この装置の個々の機能は、本発明に基づく方法のステップとして実現される。

プログラムコード手段を備えた本発明に基づくコンピュータプログラムは、このプログラムがコンピュータ或いはそれに対応する演算ユニット、特に本発明に基づく装置で実行された時に、本発明に基づく方法の全てのステップを実行するために作られている。

コンピュータによる読み取り可能なデータ媒体に格納された、プログラムコード手段を備えた本発明に基づくコンピュータプログラム製品は、このコンピュータプログラムがコンピュータ或いはそれに対応する演算ユニット、特に本発明に基づく装置で実行されたときに、上述の方法の全てのステップを実行するために作られている。

本発明によって、特にコンデンサによって用意されたブースタ電圧を用いた電流の調節による高圧噴射弁（ＨＤＥＶ）を、保持段階の間も開いた状態に保持することが達成される。

本発明の一つの変形例の場合には、高圧噴射弁を用いて、バッテリ電圧が低く、燃料圧力が高く、且つ弁流量が高い場合にも、ホットスタート或いは反復されたコールドスタートのために必要な燃料量を用意することが可能となる。高圧噴射弁の適用領域をそれによってコイル温度、バッテリ電圧、システム圧力、及び燃料の流量に関して拡張することができる。

通常運転の際には、ガソリン直接噴射式の場合、最高システム圧力は圧力制限弁を開くことによって決定される。圧力制限弁の開弁圧力は、例えばホットスタートの際に、即ち、燃料高圧システムで燃料の加熱に基づいて圧力の上昇が行われる、停止段階の後のスタート過程の際に到達される。燃料システムでの燃料の加熱は、それまでフル負荷で運転されて来たために強く温められたエンジンの熱伝達によって行われる。更にバッテリ電圧は、スタートの際に一般にスタータの作動の結果低下する。必要な高いシステム圧力（この高いシステム圧力に対抗して高圧噴射弁が開いた状態に保持されなければならない）と低いバッテリ電圧（この電圧で保持段階で電流が生成される）との間の不利な組み合わせが不十分な有効保持電流の故に、噴射弁の早過ぎる閉弁を又そのためにスタート時噴射の希薄化をもたらし、これがミスファイヤとそれに伴う排気ガス値やスタート特性の悪化をもたらし、遂には完全なスタート不全に至ることがある。

もう一つの不利な組み合わせには、例えば繰り返されるコールドスタートがある。この場合には、エンジンが低い周囲温度の下でスタートされ且つ高い負荷で僅かな時間作動される。停止の際には、レール（蓄圧レール）内の圧力が高い温度差の故に、圧力制限弁圧力まで急速に高められる。スタートが繰り返されると、バッテリ圧力が大きく低下する上に、弁は高い圧力に対抗して開いた状態に保持されなければならない。

本発明によれば、特に保持段階がバッテリ電圧に依存しない、より長い立ち上がり段階或いはブースタ段階によって、置き代えられる。かくして、ホットスタート及び繰り返されるコールドスタートの際の上述の噴射の希薄化を回避することができる。

本発明のその他の利点と拡張例は、明細書と付属の図面から明らかとなる。
上に述べられ又以下で更に説明されるメルクマールは、単にその時々に示された組み合わせによってだけではなく、本発明の枠組みを越えること無しに、別の組み合わせによっても或いは単独ででも利用可能であるということが明らかである。

本発明が実施態様に基づいて図面に略示されており、以下に図面を参照しながら詳しく説明される。
図１には、第一と、第二と、第三のグラフ２、４、６が示されており、これ等のグラフには、それぞれ通常運転の際の、高圧噴射弁として作られた噴射弁の、時間軸８、１０、１２に対する制御プロフィルを明らかにするためのパラメータが示されている。グラフ２、４、６に示されている時間軸８、１０、１２の部分には、数ミリ秒〔ｍｓ〕の長さの時間が含まれている。その際、この時間軸８、１０、１２は、互いに上下に重ね合わせて配置され、グラフ２、４、６によって示されているパラメータの値に関して、それ等のパラメータの同時的時間の流れが表されるようになっている。

ここで、第一のグラフ２には、垂直の信号軸１４の方向に、パラメータとして、制御装置によって用意される制御信号１６の値が示されている。その際、制御信号１６の値は時間間隔１８の間はゼロである。この時間間隔１８の前と後では、制御信号１６はそれぞれ一定の値となっている。

図１の第二のグラフ４には、垂直の電流軸２０に沿って電流強さがアンペア単位で描かれている。従ってこの第二のグラフ４には、対応する電流が噴射弁を通して流れるように、噴射弁に対して通電される電流プロフィル２２の変化が示されている。

詳しく見ると、この電流プロフィル２２には急激な立ち上がり部分が含まれており、この立ち上がり部分は、いわゆる最大ブースタ電流２４に到達するまで続いている。電流プロフィル２２のこの第一の段階は又ブースタ段階とも呼ばれる。

ブースタ電流２４に到達した後、電流プロフィル２２は下降する。その様な下降は電流プロフィル２２の加速段階を伴い、その加速段階では、電流は第二の直線２８によって示されている有効加速電流に合わせて調節される。電流プロフィルのこの段階は加速段階と呼ばれる。ブースタ段階と加速段階との間の電流強度の有効値は直線２６によって示されている。

電流プロフィル２２のこの加速段階の後、電流プロフィル２２は更にもう一つの下降をする。それと結び付いている電流プロフィル２２の保持段階では、電流プロフィルは、第三の直線３０によって示されている有効保持電流に合わせて調節される。その後、電流プロフィル２２の値はゼロアンペアの値に向かって下降する。

噴射弁の制御の際には、噴射弁の開弁がブースタ電流２４への到達までの立ち上がり段階の間に行われるということが想定されている。電流プロフィル２２が有効加速電流（第二の直線２８）に合わせて調節される加速段階の間に、噴射弁は完全に開弁される。それに続く電流プロフィル２２の保持段階の間は、噴射弁が開いた状態に保持される。後に続く図２及び図３のグラフも、それぞれ立ち上がり段階、加速段階、及び保持段階に分けられていることに留意すること。

加速段階の間並びに保持段階の間、電流プロフィル２２が有効加速値と有効保持値に合わせて調節されるということは、第２のグラフ４の電流プロフィル２２のジグザグ形の変化によって示されている。

第三のグラフ６には、電圧軸３２に沿って接続端、従って噴射弁のピンに印加される電圧の値３４が示されている。測定された電圧に関するこの値３４は、第三のグラフでは最初は、従って立ち上がり段階の終わりまでは、プラスの最大ブースタ電圧３６を有し又終わり、即ちこの例の場合には、保持段階の終了までは、マイナスの最大ブースタ電圧３８を有している。

第二と第三のグラフ４、６を、時間軸１０、１２を考慮しながら、比較してみると、プラスの最大ブースタ電圧３６を有するピークが、電流プロフィル２２の急激な立ち上がりの間に到達されるということが分かる。加速段階の間に、電圧に関する値３４の矩形の変化があり、その際最大電圧は直線４０によって示されているバッテリ電圧の値に到達する。加速段階から保持段階への移行過程で、電圧３４は最大値に到達する。保持段階の間、測定された電圧の値３４は、ゼロボルトと直線４０によって示されているバッテリ電圧との間で変化する。図１に対応して図２にも、バッテリ電圧が低下した時の噴射弁のための制御プロフィルのパラメータについての三つのグラフ５０、５２、５４が水平軸を時間軸５６、５８、６０として示されている。

その際、第一のグラフ５０には信号軸６２に沿って制御装置の制御信号６４の値が描かれており、この値は時間間隔６６の間はゼロとなっている。
第二のグラフ５２では、垂直の電流軸６８に沿って、バッテリ電圧が低下した時の電流プロフィル７０が描かれている。この場合には、第一の段階或いは立ち上がり段階の間の急激な立ち上がりの間に、最大ブースタ電流７２が到達される。その後に続く加速段階では、電流プロフィル７０の実際に到達される値が直線７６によって示されている。しかしながら、噴射弁が閉じられる保持段階の間、電流プロフィル７０の到達値は、通常到達され且つ直線７８によって表されている保持電流の値よりも下側にある。

第三のグラフには、電圧軸８０に沿って、噴射弁に対して印加されている測定電圧の値８２が示されている。その際、この電圧は、最初は最大ブースタ電圧（直線８４）に到達し、最後はマイナスの最大ブースタ電圧（直線８６）に到達している。その間、最大電圧は低下された、ここでは一定のバッテリ電圧（直線８８）に到達する。

図３は、バッテリ電圧が低く、保持段階の間にブースタコンデンサとして形成されたコンデンサから電流供給を受けたときの、噴射弁のパラメータの制御プロフィルについてのグラフ１００、１０２、１０４を示している。これ等の三つのグラフ１００、１０２、１０４の場合にも、水平の時間軸１０６、１０８、１１０は、図１のグラフ２、４、６並びに図２のグラフ５０、５２、５４の場合と同じ様に、互いに上下に重ね合わせて配置されている。

その際、第一のグラフ１００では垂直の信号軸１１２に沿って制御信号１１４についての値が描かれているが、この値は先に説明された例の場合と同様、時間間隔１１６の間はゼロとなる。

第二のグラフ１０２で、電流軸１２０に沿って描かれている電流プロフィル１１８は、先の例と同様、いわゆるブースタ電流（直線１２２）に到達するまで先ず急激な立ち上がりを示している。この急激な立ち上がりは、ブースタコンデンサとして形成されたコンデンサによってもたらされると考えられる。

最大ブースタ電流に到達の後、噴射弁は完全に開かれ、その際には電流強度が低下し、この第二のグラフでは、直線１２６によって示されている有効加速電流を取る。
ここで説明されているケースではバッテリ電圧が低下しているので、その後に続く保持段階で、追加の電流が同じくブースタコンデンサによって用意され、その結果噴射弁の閉弁を伴う保持段階の間に、直線１２８によって示されている有効保持電流に関する調節が達成される。これによって、保持段階の間、図２の第二のグラフ５２の場合と同様、噴射弁を通してより高い電流が流れる。

保持段階の間に、噴射弁に電流を送るための措置もブースタコンデンサを利用し、第三のグラフ１０４で電圧軸１３０に沿って描かれている電圧の値１３２に対して作用する。この電圧の値１３２は、保持段階の間、直線１３４によって示されているバッテリ電圧の有効値をはるかにオーバーする。このケースでは、この図に矩形波で表されている電圧は、交互に０ボルトの最小値とブースタ電圧に対応する最大値１３６を取っている。

高圧噴射弁の制御の保持段階での電流は一般にバッテリから取り出され、その際必要な有効保持電流は電流調節によって維持される（図１、第二のグラフ４）。例えばコールドスタートの際の様にバッテリ電圧が低い場合には、この有効保持電流が維持されず、弁が尚早に閉じてしまうことがある（図２）。弁の制御の流れをフレキシブルに組立てることによって、保持段階の電流を既存のブースタコンデンサから供給することができる。その場合には、保持段階の電流はバッテリ電圧に依存しなくなり、図３に示されているように、必要な、有効保持電流が達成され且つ維持されることができる。通常は、エネルギーは立ち上がり段階又はブースタ段階の間だけ、ブースタコンデンサから取り出される。その理由の一つは、ブースタコンデンサの追加充電のために必要な時間である。スタート時には回転数が低いためにブースタコンデンサの追加充電能力は確保されるが、今や保持段階の間も、ブースタコンデンサの電流を利用することができるようになる。

スタートの終了が或いは十分なバッテリ電圧が達成されたとき、および／または規定の圧力閾値を割り込んだときに、保持段階は、ブースタコンデンサからの電流調節によってバッテリ電圧からの電流調節へ移行する。

図４は、最終段モジュール１４６、噴射弁１４８、並びに噴射弁１４８のための電源として形成されているバッテリ１５０とコンデンサ１５２を有する、本発明に基づくの一つの実施態様を備えた装置１４４を示している。

本発明に基づく、ここでは制御装置として作られている装置１４４は、噴射弁１４８を制御することを想定しており、その際、この装置１４４は、この実施態様では噴射弁１４８の状態を監視する。本発明に基づく方法の実施態様の実現のために、この装置１４４は、二つの電源の中の一つを通じて、噴射弁１４８に供給される電流についての電流プロフィル１５４を次のように、即ちこの電流プロフィル１５４が第一の段階では上述の図１から図３までに基づいて説明されたブースタ電流に到達するまで少なくとも一回中断される、急激な上昇を含むように、用意する。

上述の図１から図３で説明された、噴射弁１４８が開弁後に開かれた状態で保持される保持段階の間、通常は、バッテリ１５０が噴射弁１４８のための電源として用いられることが想定されている。それぞれの段階のために必要な、噴射弁に給電するための電源の選択は、少なくとも一つの電源を、電流プロフィル１５４を介して適当な手法で接続する装置１４４を通じて行われる。

本発明のこの実施態様の場合には、バッテリ１５０のバッテリ電圧が低過ぎる際には、噴射弁１４８のための電流は、保持段階の間もコンデンサ１５２によって供給されるが、さもなければこのコンデンサは、第一の段階の間に急激な立ち上がりを達成するためにのみ用いられる、ということが想定されている。そのために、この装置１４４は、バッテリ電圧、並びに噴射弁１４８への電流の供給に影響を与えるその他のパラメータを監視するために構成されている。ここでバッテリ電圧が、例えばホットスタート或いはコールドスタートの間に低過ぎるという場合が生じると、本発明に基づく方法の実施のために形成されたこの装置１４４が、今度はコンデンサ１５２から噴射弁１４８のために十分な電流強度を持つ電流が用意されるようにするために、適切に電源を制御し、回路の接続を行う。

通常運転の際の噴射弁のパラメータのグラフの例を示す。 バッテリ電圧が低下した際の噴射弁のパラメータのグラフの例示す。 保持段階の間、コンデンサによって追加の電流が供給される場合の噴射弁のパラメータのグラフの例の例示す。 発明に基づく装置の一つの実施態様を備えた装置の例の例示す。

符号の説明

２…第一のグラフ、
４…第二のグラフ、
６…通常運転の際の、高圧噴射弁の時間軸に対する制御プロフィルのパラメータのグラフ、
８、１０、１２…時間軸、
１４…信号軸、
１６…制御信号、
１８…時間間隔、
２０…電流軸、
２２…電流プロフィル、
２４…ブースタ電流、
２６…ブースタ段階と保持段階の間の電流強度の実効値を表している直線、
２８…実際の加速電流の調節値を示している直線、
３０…実際の保持電流を示している直線、
３２…電圧軸、
３４…噴射弁に印加される電圧の値、
３６…プラスの最大ブースタ電圧、
３８…マイナスの最大ブースタ電圧、
４０…バッテリ電圧の値、
５０、５２、５４…バッテリ電圧が低下した時の噴射弁のための制御プロフィルのパラメータのグラフのグラフ、
５６、５８、６０…時間軸、
６２…信号軸、
６４…制御信号、
６６…時間間隔、
６８…電流軸、
７０…バッテリ電圧が低い時の電流プロフィル、
７２…最大ブースタ電流、
７６…加速段階の到達される電流プロフィルの実際値を示している直線、
７８…保持段階の間に通常到達される電流プロフィルの値を示している直線、
８０…電圧軸、
８２…噴射弁に印加されている電圧の測定値、
８４…最大ブースタ電圧、８６…マイナスの最大ブースタ電圧、
８８…低下したバッテリ電圧、
１００、１０２、１０４…バッテリ電圧が低く、保持段階の間にブースタコンデンサから電流供給を受けた時の噴射弁のパラメータの制御プロフィルのグラフ、
１０６、１０８、１１０…時間軸、
１１２…垂直の信号軸、
１１４…制御信号、
１１６…時間間隔、
１１８…電流プロフィル、
１２０…電流軸、
１２２…ブースタ電流、
１２６…有効加速電流を示している直線、
１２８…有効保持電流、
１３０…電圧軸、
１３２…電圧の値、
１３４…バッテリ電圧の有効値を示している直線、
１３６…ブースタ電圧の最大値、
１４２…本発明に基づく装置の一つの実施態様を備えている装置、
１４４…本発明に基づく装置、
１４６…最終段モジュール、
１４８…噴射弁、
１５０…バッテリ、
１５２…コンデンサ、
１５４…電流プロフィル、

Claims (11)

1. 噴射弁（１４８）が開いた状態に保持される保持段階の間、前記噴射弁に、コンデンサ（１５２）によって用意された電流を通電することを特徴とする噴射弁の制御方法。
2. 噴射弁（１４８）が開かれ且つ保持段階に先行する第一の段階の間に、電流がコンデンサ（１５２）によって用意されることを特徴とする請求項1に記載の制御方法。
3. 電流が、前記保持段階の間に、有効値に調節されることを特徴とする請求項２に記載の制御方法。
4. スタート過程の間に実行されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の制御方法。
5. 通常運転の際には、前記保持段階の間に、電流を用意するバッテリ（１５０）の電圧が低過ぎるときに実行されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の制御方法。
6. 噴射弁（１４８）の計量精度が制御されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の制御方法。
7. 噴射弁（１４８）が開いた状態に保持される保持段階の間に、コンデンサ（１５２）が噴射弁（１４８）のために電流を用意するように構成されたことを特徴とする噴射弁の制御装置。
8. コンデンサ（１５２）と、噴射弁（１４８）のための別の電源としてのバッテリ（１５０）とを制御するために構成された請求項７に記載の制御装置。
9. 通常運転の際に、前記保持段階の間に、電流を用意するバッテリ（１５０）の電圧が低過ぎる時に、前記保持段階の間のコンデンサ（１５２）に電流を用意することを特徴とする請求項８に記載の制御装置。
10. コンピュータ或いはそれに対応する演算ユニットで実行されたときに、請求項１ないし６のいずれかに記載の制御方法の全てのステップを実行するためのプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム。
11. コンピュータ或いはそれに対応する演算ユニットで実行されたときに、請求項１ないし６のいずれかに記載の制御方法の全てのステップを実行するための、コンピュータによる読み取り可能なデータ媒体に格納されたプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品。

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