JP2011521171A - 負荷脱落を診断するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、噴射装置のピエゾアクチュエータにおける負荷降下を診断するための方法において、診断のために電圧が測定され、閾値電圧（２４）と比較され、前記測定された電圧が前記閾値電圧（２４）よりも大きい場合には負荷降下が存在することを特徴とする方法に関する。本発明はさらに、噴射装置のピエゾアクチュエータにおける負荷降下を診断するための装置、コンピュータプログラム、コンピュータプログラム製品に関する。

Description

本発明は、噴射装置のピエゾアクチュエータのための負荷脱落を診断するための方法および装置、ならびにコンピュータプログラム、およびコンピュータプログラム製品に関する。

先行技術
コモンレールシステムとも呼ばれる内燃機関のための噴射装置ないし噴射システムは、燃料を内燃機関の燃焼室に供給するよう構成されている。このために噴射装置は、噴射弁を負荷するためのアクチュエータとして例えばピエゾアクチュエータ、コモンレールピエゾアクチュエータを有することができる。例えばワイヤハーネスにおける線路の遮断によって負荷脱落が生じると、ピエゾアクチュエータを備える噴射装置では、ピエゾアクチュエータが充電されず噴射が行われなくなる。Robert Bosch GmbH社の制御装置、エレクトロニック・ディーゼル・コントローラ ＥＤＣ１７においては、出力段素子ＣＹ３７２による負荷脱落の診断が行われるが、この診断は所定の制御装置構成でしか機能しない。

刊行物ＥＰ１１３８９０５Ｂ１は、１つまたは複数のピエゾ素子の電気負荷の減少を確実に検出するための、ピエゾ素子を駆動する際の負荷減少を検出する方法を開示している。ここではピエゾ素子の負荷脱落は、ピエゾ素子における所期の電圧が所定の最低時間よりも短い時間で達成されるか否かを監視することによって検出される。このような電圧が最低時間よりも短い時間で達成される場合には、このピエゾ素子に対して負荷脱落が生じていることを示すために信号が形成される。このような信号によってエラー解消に必要な対抗手段を開始することができる。エラー解消は例えば工場において実施することができる。この信号は、エラー情報を電子メモリに保存するためにも使用することができる。

発明の概要
本発明は、内燃機関の噴射装置ないし噴射システムにおけるピエゾアクチュエータの負荷脱落を診断するための方法に関する。診断を実施するためにピエゾアクチュエータに印加される電圧が測定され、閾値電圧と比較される。測定された電圧が閾値電圧よりも大きい場合には、診断すべき負荷脱落が存在する。

本発明の方法は、例えばいわゆるコモンレール式噴射装置として構成されている噴射装置に適している。このような噴射装置は、コモンレールピエゾアクチュエータとして相応に構成されたピエゾアクチュエータも有する。ピエゾアクチュエータは、噴射過程を実施するために噴射装置の噴射弁の弁モジュールを負荷するよう構成されており、これによって噴射弁が開放されて燃料が内燃機関の燃焼室に充填される。コモンレール式噴射装置の場合には、燃料の圧力形成と噴射は時間的および場所的に分離されている。燃料圧力は個別の高圧ポンプで形成され、この高圧ポンプは必ずしも噴射過程と同期して駆動しなくてもよい。

本発明の方法においては、比較のために設けられる閾値電圧を、噴射装置の動作点に依存して自動的および／または動的に提供することができる。ここでは閾値電圧は、目標電圧Ｕ_Ｓｏｌｌにオフセット電圧ΔＵを加算した合計から形成される。閾値電圧のための第１被加数である目標電圧Ｕ_Ｓｏｌｌは、典型的には例えば噴射装置における燃料圧力のような噴射装置の動作パラメータに依存している。したがって本発明の方法の１つの実施形態を実施するために、制御装置によってこの圧力を決定および監視することができ、こうすることにより目標電圧Ｕ_Ｓｏｌｌを動作状態に応じて適合して、本発明の方法を実施するために提供することができる。閾値電圧のための第２の被加数であるオフセット電圧ΔＵも、用途に応じておよび／または動作状態に応じて選択することができる。これに関してオフセット電圧ΔＵのための値も、制御装置によって、動作パラメータに基づいて動作状態に応じて提供することができる。したがって閾値電圧は噴射装置の少なくとも１つの動作パラメータ、例えば燃料圧力に依存している。

本発明において測定すべき電圧は、噴射過程中に、早くともピエゾアクチュエータを充電する充電過程が終了してから測定される。通常この電圧測定は、充電過程の後、典型的には充電過程の終了直後に行われる。

本発明の方法において診断すべきピエゾアクチュエータの負荷脱落は、種々異なる原因を有する。負荷脱落の診断によって、例えば噴射装置内部での、制御装置からピエゾアクチュエータに電力を供給するワイヤハーネスにおける遮断を検出することが可能となる。したがってピエゾアクチュエータを制御装置と接続している少なくとも１つの線路内において、基本的にはいわゆる接触不良より長い遮断を検出することができる。しかしながら本発明の方法によれば、別の原因を有する負荷脱落を検出することも可能である。

本発明はさらに、噴射装置のピエゾアクチュエータにおける負荷脱落を診断するための装置に関する。この装置は電圧を測定し、かつこの測定された電圧を閾値電圧と比較するよう構成されている。この装置によれば、測定された電圧が閾値電圧より大きい場合に負荷脱落の存在を診断することができる。

１つの実施形態においてこの装置は、噴射装置のための制御装置または機関制御装置を有することができる。さらにこの装置は、電圧を測定するよう構成されたバンク電圧測定ブリッジを有することができる。これに関して、前記バンク電圧測定ブリッジを制御装置の１つの構成要素として構成することができる。この装置、典型的には装置の１つの構成要素である制御装置は、噴射装置と協働するように構成されており、かつ、噴射装置によって実施すべき噴射過程を負荷脱落の有無に依存せずに制御し、ひいては開ループ制御および／または閉ループ制御するように構成されている。

本発明の１つの実施形態によれば、制御装置ハードウェアの所定の構成に依存しない診断が可能となる。さらに本発明において実施される診断は、目標値に対して相対的な閾値によって実施され、従来の方法のように典型的には予め定められている絶対値によって実施されるのではない。

この実施形態によって、負荷脱落の際のエラー識別の可能性を格段に高めることができると同時に、エラー診断に対するロバスト性を高めることができる。さらにこの新規の診断機能は、用途ないし実用に応じて調整することが可能である。これに対して従来の方法は、このような適合に対する可能性を提供していない。

とりわけ本発明によれば、高い寄生キャパシタンスを有する制御装置の構成のためにも負荷脱落の診断を実行することができる。

本発明の装置は前出の方法のすべてのステップを実行するように構成されている。この方法の個々のステップは、この装置の個々の構成要素によっても実行可能である。さらにこの装置の機能または装置の個々の構成要素の機能は、方法のステップとして実現することができる。

本発明はさらに、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に関する。これによれば、このコンピュータプログラムがコンピュータまたはそれ相応の計算ユニット、とりわけ本発明の装置で実行されると、前記方法のすべてのステップを実行することができる。

本発明のコンピュータプログラム製品は、コンピュータ読み出し可能なデータ担体に記憶された次のようなプログラムコード手段を有する。すなわち、コンピュータプログラムがコンピュータまたは相応の計算ユニット、とりわけ本発明の装置で実行されるとき、前記方法のすべてのステップを実行するプログラムコード手段を有する。

負荷脱落を診断するための機能においては、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって識別は行われずその結果非常放電も行われないということから出発している。本発明においてはＡＳＩＣによる識別はデアクティベートされるか、デアクティベートされているか、あるいは機能しないようにすることができる。

本発明の方法を実施する際にはこのようなＡＳＩＣによる負荷脱落の識別は必要ない。負荷脱落の場合には電圧は、時間制御された充電過程および著しく低下されたキャパシタンスの結果さらに上へと上昇する。制御装置のバンク電圧測定ブリッジではチェックすべき電圧推移が調整される。負荷脱落の場合には充電すべきキャパシタンスは出力段の寄生キャパシタンスまで低減されているので、エラーが無いシステムよりも格段に急峻な電圧勾配が生じる。ＣＹ３７２出力段においては典型的には１００μ秒以内である一定の充電時間に到達するまで充電が行われる。

本発明の方法を実行する場合には、負荷脱落は制御装置によって診断、ひいては識別されるので、負荷脱落を解消するための処置を制御装置から出発して実行することができる。

エラーの場合、すなわち負荷脱落が存在する場合には、電圧はバッファ電圧Ｕ_{Ｂｕｆｆｅｒ}の最大値まで上昇し、第２時点で出力段が充電過程を終了するまでこの水準に留まる。その後電圧は再び降下する。本発明の方法の１つの実施形態においては、充電過程の終了直後の時点、あるいは充電過程の終了後に電圧測定が実施される。この際に検出された電圧測定値は、電圧オフセットＵだけ目標電圧Ｕ_Ｓｏｌｌを上回っている閾値電圧と比較される。電圧測定値が電圧閾値Ｕ_Ｓｏｌｌ＋電圧オフセットＵを上回る場合には、負荷脱落が識別される。目標電圧は典型的にはレール圧力に依存しているので、閾値は噴射装置の動作点に合わせて自動的にシフトする。このことにより、レール圧力が高い場合、したがって噴射装置における燃料の圧力が高い場合、ひいてはこれと結びついて目標電圧が高い場合には、閾値電圧がバッファ電圧Ｕ_{Ｂｕｆｆｅｒ}を上回ることとなり、この場合には診断の自動デアクティベートを行うことができる。これによりエラー診断に対するロバスト性は格段に高まる。

本発明を実施する際には、制御装置に負荷脱落が存在する場合に電圧推移を測定する際、および、相応の診断反応の際に、本発明による機能が実現される。

本発明のさらなる利点および実施形態は以下の説明および添付の図面から明らかになる。

前記の特徴および後に説明する特徴は、それぞれ記載した組み合わせだけでなく、別の組み合わせまたは単独でも、本発明の枠を逸脱することなしに使用することができる。

図１は、電圧推移を示す概略的な線図である。 図２は、電圧推移を示す第２の概略的な線図である。 図３は、本発明の装置の実施形態を示す概略図である。

図面には本発明が実施例に基づき概略的に示されており、以下ではそれらの図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。

これらの図面は関連的且つ包括的に描かれたものであり、同一の参照番号は同一の構成要素を表す。

図１に示した線図は電圧を示す縦軸２を含む。電圧は、時間を示す横軸４に亘ってプロットされている。この線図には第１電圧推移６（実線）および第２電圧推移（破線）が図示されている。時間を示す横軸４に沿って、第１時点１０、第２時点１２、第３時点１４、ならびに第４時点１６が図示されている。電圧を示す縦軸２に沿って、目標電圧１８ Ｕ_Ｓｏｌｌの値、ならびにバッファ電圧２０ Ｕ_{Ｂｕｆｆｅｒ}の値が示されている。

この線図において、第１電圧推移６によって、エラーの無い噴射装置における典型的な充電曲線が示される。時点１０にて、噴射装置のピエゾアクチュエータのための充電過程が開始する。この充電過程は第２時点１２に至るまで継続する。その後電圧は第３時点１４まで若干降下し、第３時点１４からは放電過程が開始する。調整された状態では、この時間において目標電圧１８ Ｕ_Ｓｏｌｌが達成されるべきである。放電過程は第４時点１６において電圧０Ｖに到達すると終了する。

図１の線図における第２電圧推移８は、ピエゾアクチュエータに負荷脱落が発生した場合に生じるものである。負荷脱落は、ピエゾアクチュエータへの電気エネルギの供給が遮断されることによって引き起こされる。この場合には、電圧はエラーが無い場合よりも急峻に上昇し、そしてエラーが無い場合によりも格段に高い値に到達することがわかる。

負荷脱落の発生は予測不可能であるので、本発明の方法の１つの実施形態を実行する場合には、第２時点１２の後の第５時点にて電圧測定２２が実施される。この第５時点で測定された値は、閾値電圧２４の値と比較される。閾値電圧２４の値は、目標電圧１８ Ｕ_Ｓｏｌｌとオフセット電圧２６ ΔＵの合計から形成される。とりわけ目標電圧１８ Ｕ_Ｓｏｌｌは、噴射装置内部の燃料圧力に依存している。したがって閾値電圧２４の値もこの燃料圧力に依存している。したがって本発明の方法の実施形態では、閾値電圧２４は噴射装置の目下の動作に適合される。

ピエゾアクチュエータに負荷脱落が存在していることを示す条件は、第５時点で測定された電圧が閾値電圧２４より大きいことである。第５時点で測定された電圧が閾値電圧２４より小さい場合には、本発明の枠内では負荷脱落は診断されない。図１の線図において示した、故障の場合に生じる第２電圧経過８は、制御装置内のバンク電圧測定ブリッジにて測定される。

図２の線図は、図１の線図において丸で囲んだ部分の詳細を図示するものである。ここでは付加的に第３電圧推移２８（点線）が図示されている。この第３電圧推移２８は、負荷脱落が存在する場合に、制御装置の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）によって測定される。

したがって図２の線図においては、第３電圧推移２８（点線）によって、負荷脱落の場合におけるＡＳＩＣによる識別メカニズムが図示されている。ピエゾアクチュエータは遮断のせいでもはや結合されていないので、制御装置の出力段の寄生キャパシタンスだけが充電される。この寄生キャパシタンスは非常に小さいので、電流が予め調整されている場合電圧は非常に強力に上昇する。時間間隔Ｔ＿ｕＴ０Ｍｉｎ３０の間に、第２の閾値ｕＴ０Ｍｉｎ３２が超過されると、ＡＳＩＣは負荷脱落であると識別する。したがって即座に放電が行われ、相応のメッセージがＳＰＩないしシリアル周辺インターフェースを介してＣＰＵないし中央制御装置に送信される。しかしながら所定の制御装置の構成においては、電磁両立性（ＥＭＣ）に対する対策により寄生キャパシタンスが非常に大きいので、電圧上昇は十分迅速には行われない。この場合には、ＡＳＩＣによる識別は機能しない。

電圧は、最大限使用可能なバッファ電圧２０ Ｕ_{Ｂｕｆｆｅｒ}に到達するまで上昇し、第２時点１２において充電スイッチが開成されるまでこの水準に留まる。伝達容量によって電圧はまず若干強力に降下し、それから放電過程に至るまで、高い水準に留まる。この場合には、負荷脱落の診断は図１に記載した方法によって行われる。

図３は、内燃機関用のいわゆるコモンレール噴射装置ないしコモンレール噴射システムのための、本発明の装置４０の１つの実施形態の概略図を図示している。

この装置４０は、噴射装置のバルブニードルを負荷するよう構成されたピエゾアクチュエータ４２を含む。このピエゾアクチュエータ４２は、配線（ワイヤハーネス）抵抗４４と直列接続されている。ピエゾアクチュエータ４２および配線（ワイヤハーネス）抵抗４４は、２つの電気線路４６，４８を介して、装置４０のさらなる構成要素である、制御装置５６の構成要素５４のプラス極５０およびマイナス極５２と接続されている。制御装置５６は、電気線路４６，４８によってピエゾアクチュエータ４２に電気エネルギを供給するよう構成されており、ピエゾアクチュエータ４２は理想動作においては、噴射過程を実施するために噴射バルブを負荷することを可能にする電圧が印加される。

概略的に図示した制御装置５６は、該制御装置のさらなる構成要素５８であるバンク電圧測定ブリッジを有しており、該バンク電圧測定ブリッジは、ピエゾアクチュエータ４２に印加される電圧を測定するよう構成されている。

Claims (11)

1. 噴射装置のピエゾアクチュエータ（４２）における負荷降下を診断するための方法において、
   診断のために電圧が測定され、閾値電圧（２４）と比較され、
   前記測定された電圧が前記閾値電圧（２４）よりも大きい場合には負荷降下が存在する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記閾値電圧（２４）は、目標電圧（１８）Ｕ_Ｓｏｌｌにオフセット電圧（２６）ΔＵを加算した合計から形成される、
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 前記目標電圧（１８）Ｕ_Ｓｏｌｌは、燃料噴射装置における燃料圧力に依存している、
   ことを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 前記電圧は、噴射過程中に、充電過程が終了してから測定される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の方法。
5. 前記オフセット電圧（２６）ΔＵは、用途に応じて選択される、
   ことを特徴とする請求項２から４のいずれか一項記載の方法。
6. 負荷降下の診断によって、噴射装置のワイヤハーネスにおける遮断が検出される、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の方法。
7. 噴射装置のピエゾアクチュエータ（４２）における負荷降下を診断するための装置（４０）において、
   前記装置（４０）は、電圧を測定し、閾値電圧（２４）と比較し、前記測定された電圧が前記閾値電圧（２４）よりも大きい場合には負荷降下が存在すると診断する、
   ことを特徴とする装置。
8. 制御装置（５６）を有する、
   ことを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記電圧を測定するよう構成されたバンク電圧測定ブリッジを有する、
   ことを特徴とする請求項７または８記載の装置。
10. 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において、
    該コンピュータプログラムが、たとえば請求項７から９記載の装置（４０）内のコンピュータまたは相応の計算ユニットにおいて実行されると、請求項１から６のいずれか一項記載の方法におけるすべてのステップが実施されることを特徴とする、
    コンピュータプログラム。
11. コンピュータ読み取り可能なデータ担体に格納されている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において、
    コンピュータプログラムが、たとえば請求項７から９記載の装置（４０）内のコンピュータまたは相応の計算ユニットにおいて実行されると、請求項１から６のいずれか一項記載の方法におけるすべてのステップが実施されることを特徴とする、
    コンピュータプログラム製品。

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