JP2010507748A - 電気的に駆動制御される噴射弁の電気的な量に関する噴射量の特性曲線を定めるための方法 - Google Patents

Abstract

電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量（Ｕ_Ｂ）に関する噴射量（Ｑ）の特性マップを定めるための方法である。内燃機関の作動時に前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）を、噴射が行われない開始値（Ｕ０）から所定の第１の噴射量（Ｑ_１）が噴射されるまで変える。ここで、前記所定の第１の噴射量時に調整された値（Ｕ_１）を前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）の第１の値（Ｕ_１）として、前記所定の第１の噴射量（Ｑ_１）に割り当てる。

Description

先行技術
本発明は、電気的に駆動制御される噴射弁の電気的な量に関する噴射量の特性曲線を定めるための方法に関する。

従来技術から、電気的に駆動制御される噴射弁が公知であり、この噴射弁はいわゆるコモンレール噴射装置とともに使用される。このような噴射弁には通常はピエゾ圧電式アクチュエータが設けられており、このアクチュエータは液圧式結合部材を介して、バルブニードルを動かす。このピエゾアクチュエータは直接的にニードルの上に配置され、完全に、高圧下の燃料によって取り囲まれている。インジェクタの電気的および機械的な特性の長時間のドリフト（経年劣化等）によって、劣化したインジェクタの場合にはプレ噴射ないし、量の僅かな一般的な噴射は行われない、ないし変えられた量で行われる。なぜなら、新たなインジェクタに用いられる値、例えばボトム電圧および駆動制御持続時間が、劣化された（ドリフトした）インジェクタに対してはもはや、開放に充分ではない、またはドリフトによって誤った噴射量が生じる。これによって、燃焼ノイズが上昇する。これは殊に、アイドリングの間に顕著になり、妨害となる。これに加えてインジェクタのドリフトによるプレ噴射量の上昇は、排気ガスの組成の悪化を生じさせる。

発明の概要
従って本発明の課題は、経年劣化ないしは長時間のドリフトによって生じる、目標状態からの噴射弁（インジェクタ）の偏差を検出し、修正することである。

この問題は、電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量に関する噴射量の特性マップを定める方法によって解決される。ここでは電気的な量は内燃機関の作動時に、噴射が行われない開始値から、所定の第１の噴射量が噴射されるまで変えられる。ここで、所定の第１の噴射量のもとで調整された値が電気的な量の第１の値として、所定の噴射量に割り当てられる。有利には、この方法はプレ噴射時に実施される。このプレ噴射に属する主噴射はここで変えられずに実行され、プレ噴射が首尾良く行われると、噴射量が上昇する。これによって、燃焼が生じるが、行われたプレ噴射時よりもトルク寄与が僅かであることが保証される。プレ噴射が行われたかまたは行われていないかが観察される。これは、トルク供与が内燃機関のトルク全体に対して、各観察される噴射時に定められることによって行われる。有利には、この方法は内燃機関の牽引運転時に実行される。なぜならこの場合には、欠けているトルク供与が、プレ噴射が行われていない場合に、僅かにだけ、内燃機関によって駆動制御される車両の走行快適性に影響するからである。この電気的な量はさらなるステップにおいて有利には次のように変えられる。すなわち、定められた第２の噴射量が噴射されるように変えられる。ここでは、この定められた第２の噴射量のもとで調整された値が電気的な量の第２の値として、定められた第２の噴射量に割り当てられる。すなわち２つの値対である電圧偏移／噴射量が定められる。有利には、第１の噴射量および第１の電気的な値の値対並びに第２の噴射量および第２の電気的な値の値対から、補外関数および補間関数を用いて、噴射量に対する電気的な値の特性曲線が求められる。付加的にさらなる値対が補外ないし補間され、これによって、形成される補外関数ないし補間関数の精度が改善される。有利には補外関数および補間関数は一次関数である。電気的に駆動制御される噴射弁は有利にはピエゾ圧電式に駆動制御され、ここで電気的な量は、保持電圧とボトム電圧の間の電圧偏移である。この場合には、ピエゾ圧電式噴射弁の電圧偏移に関する噴射量の特性マップを定めるために、電圧偏移が、内燃機関の作動時に、噴射が行われない開始電圧偏移から、所定の噴射量が噴射されるまで高められる。ここで、所定の噴射量で調整された電圧偏移がこの所定の噴射量に割り当てられる。

実際に噴射された噴射量は有利には、内燃機関のクランクシャフトのトルクの時間的な経過に基づいて求められる。ここで有利には、噴射量は内燃機関のシリンダの推進ガスモーメントモデルによって、内燃機関のクランクシャフトのトルクの時間的な経過から求められる。

冒頭に記載された問題は装置によっても解決される。これは殊に内燃機関または内燃機関のための制御装置であって、電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量に関する噴射量の特性マップを特定するように構成されている。ここでは電気的な量は内燃機関の作動時に、噴射が行われない開始値から、所定の第１の噴射量が噴射されるまで変えられる。ここで、この所定の第１の噴射量のもとで調整された値が、電気的な量の第１の値として、所定の噴射量に割り当てられる。冒頭に記載された問題は、プログラムがコンピュータ内で実行される場合に、本発明による方法の全てのステップを実施するためのプログラムコードを備えるコンピュータプログラムによっても解決される。

次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。

時間に関するピエゾ圧電式アクチュエータでの電圧経過特性 ボトム電圧に関する噴射量のダイヤグラム 本発明による方法の実施例のフローチャート

本発明の実施形態
以下の実施例では、調整器としてのピエゾ圧電式アクチュエータを有するインジェクタ（噴射弁）を仮定している。このようなインジェクタにはピエゾ圧電式アクチュエータが設けられている。このピエゾ圧電式アクチュエータは制御装置によって駆動制御される。ピエゾ圧電式アクチュエータは、バルブニードルと、液圧式結合部材を介して接続される。ここでバルブニードルは、噴射弁のハウジング内の弁座上に載置される。弁座から浮揚する弁座の場合には、噴射弁が開放され、燃料が噴射される。バルブニードルが弁座上に載置される場合には、噴射弁が閉成される。閉成された状態から開放された状態への移行は、ピエゾ圧電式アクチュエータによって生じる。このために、電圧がアクチュエータに印加される。この電圧は、ピエゾ積層体の長さ変化を生じさせる。これは自身の側で、噴射弁の開放ないし閉成のために使用される。ピエゾ圧電式アクチュエータにはこのために、いわゆる保持電圧が印加される。この保持電圧は、ピエゾ積層体の特定の長さを生じさせる。液圧式結合部材によって、電圧が定常的に印加される場合には、バルブニードルが自身の弁座上に載置され、噴射弁が閉成される。ピエゾ部材に印加される電圧の充分に迅速な変化は、液圧式結合部材によっては補償されず、電圧変化、ピエゾ圧電式部材の短縮が生じ、噴射が行われる。

図１には、時間ｔにわたった、ピエゾ圧電式アクチュエータでの電圧Ｕの電圧経過が示されている。噴射弁の閉成状態において、いわゆる保持電圧Ｕ_Ｈが印加される。噴射を行う(Absetzen)ために、この保持電圧Ｕ_Ｈが、いわゆるボトム電圧Ｕ_Ｂまで低減される。ボトム電圧Ｕ_Ｂは、適切な時間の間、保持されるが、保持電圧とは異なる適切な別の電圧へすぐに上がってもよい。噴射の終わりでは、このピエゾ圧電式アクチュエータに、再び、保持電圧Ｕ_Ｈが印加される。図１の実施例では、保持電圧Ｕ_Ｈは、噴射を行うためにまずは、ボトム電圧Ｕ_Ｂまで低減され、次に、中間電圧Ｕ_１へと上げられ、保持時間Δｔ_Ｈの間、一定に保持され、その後、上昇するエッジによって再び、保持電圧Ｕ_Ｈまで上げられる。保持電圧Ｕ_Ｈが一定に保持され、同じように、電圧特性および保持時間Δｔ_Ｈが一定に保持される場合には、噴射量は実質的にボトム電圧Ｕ_Ｂに依存する。ボトム電圧Ｕ_Ｂに対する保持電圧Ｕ_Ｈの差は、電圧偏移ΔＵと称される。ボトム電圧Ｕ_Ｂだけが変化する場合には、この電圧偏移ΔＵのみが変化する。従って、噴射量Ｐは電圧偏移ΔＵに依存する。

シリンダの噴射量Ｐの変化は、内燃機関のトルクｍに影響を与える。後続の説明では、内燃機関が惰行モード（Schubbetrieb）にあると仮定される。

内燃機関の惰行モードにおいてシリンダのプレ噴射の間の電圧偏移は、本発明では、プレ噴射が確実に行われなくなるまで低減される。不変の出力電圧時に電圧偏移の低減は、ボトム電圧の上昇を意味する。ボトム電圧Ｕ_Ｂのこのような値は、図１ではＵ０と称されている。ここで、電圧偏移は、プレ噴射時に、プレ噴射が行われるまで漸次的に高められる。これは、惰行モードでは容易に、内燃機関の回転数信号で測定され、行われたプレ噴射は内燃機関の付加的なトルクを供給する。従って、これによって回転数が上昇する。回転数上昇を介して、プレ噴射が行われたシリンダの付加的な総トルクが求められ、これによって、噴射量が燃焼モデルによって定められる。このシリンダでの電圧偏移はここで次のように調整される。すなわち、所定の第１の噴射量Ｑ_１が噴射されるように調整される。これは例えば、噴射毎に１立方ミリメートルである。所定の第１の噴射量には電圧偏移が属し、これによって、図１においてＵ’およびＵＢ’によって示されているボトム電圧が属する。第１の値対Ｕ_１／Ｑ_１が得られる。次のステップではここで、ボトム電圧Ｕ_Ｂ、ひいては電圧偏移Δ_Ｕが、例えば噴射毎に３立方ミリメートルの所定の第２の噴射量Ｑ_２が得られるまで変えられる。この値は図１において電圧偏移ΔＵ’’ないしはボトム電圧Ｕ_Ｂ’として表されている。他の全ての値、殊に保持電圧Ｕ_Ｈおよび保持時間Δｔ_Ｈは変わらない。ここでは例えば噴射毎に３立方ミリメートルの第２の所定の噴射量Ｑ_２の存在は同じように、回転数信号に基づいて求められる。従って第２の値対Ｕ_２／Ｑ_２が得られる。

電圧偏移ないしは、噴射量Ｑに対するボトム電圧Ｕ_Ｂの一定の保持電圧の場合に、関係の特性マップをさらに定めるために、これら２つの直線的な関連が仮定される。事前に求められた２つの値対であるボトム電圧／噴射量によって、ここでは直線が求められ、これによって、特性マップのさらなる値対が求められる。この関係は図２に示されている。値対Ｕ_１／Ｑ_１を伴う第１の点Ｐ_ｉおよび値対Ｕ_２／Ｑ_２を伴う第２の点Ｐ_２は上述のように求められる。これら２つによって、調整直線が設定され、全体的な値対、ボトム電圧／噴射量ないし電圧偏移／噴射量はこの直線上に位置する。場合によって、２つの点の代わりに、図２に相応して、複数の点も補外直線ないし補間直線を求めるために使用される。この場合には、適切な整合方法が選択され、例えば最小二乗法等が、調整直線が一群の点を通るように選択される。

図３は、本発明による方法の実施例のフローチャートを示す。この方法はステップ１０１において、内燃機関が惰行モードに移行することによって開始される。ステップ１０２では、プレ噴射のためにボトム電圧が、１つのシリンダにおいて、噴射が行われなくなる値（例えば、各インジェクタータイプに対する固定された設定値）まで低減される。ここでこのボトム電圧はループにおいて、所定の噴射量、例えば１ｍｍ^３が噴射されるまで高められる。回転数経過特性に基づいて、ステップ１０３では、プレ噴射によって寄与されたトルクによって、およびトルクに基づいて、噴射量が定められる。ステップ１０４では、要求された噴射量Ｑ_１に達しているか否かが検査される。達している場合には（選択 はい）、属しているボトム電圧Ｄ_１が噴射量Ｑ_１とともに、ステップ１０５において値対Ｕ_１／Ｑ_１として格納され、そうでない場合には（選択 いいえ）の場合には、ボトム電圧はステップ１０６において、電圧値ΔＵだけ高められる。値対Ｕ_１／Ｑ_１が、ステップ１０３から１０６までのループにおいて求められると、これに、ステップ１０７から１１０の同様のループが値対Ｕ_２／Ｑ_２を求めるために続く。ここではステップ１０７において噴射量Ｑが求められ、ステップ１０８において、これが、値Ｑ_２に達しているか否かが検査され、ステップ１０９においてボトム電圧がループにおいて高められ、ステップ１１０において値対Ｕ_２／Ｑ_２が格納される。ステップ１１１において、これら２つの値対Ｕ_１／Ｑ_１およびＵ_２／Ｑ_２から直線方程式が作成される。これによってステップ１１２において特性マップが定められ、制御機器内にファイルされる。

Claims (10)

1. 電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量（Ｕ_Ｂ）に関する噴射量（Ｑ）の特性マップを定めるための方法であって、
   内燃機関の作動時に前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）を、噴射が行われない開始値（Ｕ０）から所定の第１の噴射量（Ｑ_１）が噴射されるまで変え、
   前記所定の第１の噴射量時に調整された値（Ｕ_１）を前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）の第１の値（Ｕ_１）として、前記所定の第１の噴射量（Ｑ_１）に割り当てる、
   ことを特徴とする、電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量に関する噴射量の特性マップを定めるための方法。
2. 前記電気的な量をさらなるステップにおいて変え、所定の第２の噴射量（Ｑ_２）が噴射され、
   当該所定の第２の噴射量（Ｑ_２）時に調整された値を前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）の第２の値（Ｕ_２）として、前記所定の第２の噴射量（Ｑ_２）に割り当てる、請求項１記載の方法。
3. 前記第１の噴射量（Ｑ_１）の値対（Ｕ_１、Ｑ_１）および前記第１の電気的な値（Ｕ_１）から、並びに前記第２の噴射量（Ｑ_２）の値対（Ｕ_２、Ｑ_２）および前記第２の電気的な値（Ｕ_２）から、補外関数および補間関数によって、噴射量に対する電気的な値の特性マップを求める、請求項２記載の方法。
4. さらなる値対を補外ないし補間する、請求項３記載の方法。
5. 前記補外関数および補間関数は一次的な関数である、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 前記電気的に駆動制御される噴射弁をピエゾ圧電式に駆動制御し、前記電気的な量は、保持電圧（Ｕ_Ｈ）とボトム電圧（Ｕ_Ｂ）との間の電圧偏移（ΔＵ）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 前記噴射量を、内燃機関のクランクシャフトのトルクの時間的経過に基づいて求める、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 前記噴射量を、内燃機関のシリンダの推進ガスモーメントモデルを用いて、内燃機関のクランクシャフトのトルクの時間的な経過から求める、請求項７記載の方法。
9. 電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量（Ｕ_Ｂ）に関する噴射量（Ｑ）の特性マップを定めるように設定された装置、殊に内燃機関または内燃機関用の制御装置であって、
   内燃機関の作動時に前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）を、噴射が行われない開始値（Ｕ０）から所定の第１の噴射量（Ｑ_１）が噴射されるまで変え、
   前記所定の第１の噴射量時に調整された値（Ｕ_１）を前記電気的な量（Ｕ_Ｂ）の第１の値（Ｕ_１）として、前記所定の第１の噴射量（Ｑ_１）に割り当てる、
   ことを特徴とする、電気的に駆動制御されるインジェクタの電気的な量に関する噴射量の特性マップを定めるように設定された装置。
10. 請求項１から８までのいずれか１項記載の全てのステップを実施するための、コンピュータ内で実施されるプログラムのプログラムコードを備えたコンピュータプログラム。

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