JP2014503044A - 内燃機関における燃料噴射装置内のインジェクタの駆動制御のための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、複数のインジェクタを備えており、各インジェクタによって噴射される燃料量は当該インジェクタの駆動制御期間（ｔｉ）に依存している、内燃機関における燃料噴射装置内のインジェクタの駆動制御のための方法に関する。少なくとも一つのインジェクタに対して、駆動制御期間（ｔｉ）に関するインジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）が、噴射すべき燃料の圧力（ｐ＿ｉｓｔ）及び温度（Ｔ）に依存して求められ、当該インジェクタに関する駆動制御がインジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を考慮して実施される。

Description

本発明は、内燃機関における燃料噴射装置内のインジェクタの駆動制御のための方法に関する。

燃料噴射装置は、一つ又は複数のインジェクタ（噴射弁又は噴射ノズルとも称される）を用いて内燃機関における燃焼に必要とされる燃料の調量を実現する。ガソリン直接噴射及びコモンレール噴射では、燃料が直接的に燃焼室に噴射される。内燃機関の燃焼品質、従って、燃料消費量及び排ガス特性に関しては、調量される燃料量が決定的に重要である。

しかしながら、調量される燃料量は、インジェクタ自体の特性の影響を受ける。内燃機関において複数のインジェクタが使用されている場合に発生する個体ばらつきに起因して、それらのインジェクタから調量される燃料量は大抵の場合異なっており、このことは燃焼品質の低下を必然的に伴う。特に、いわゆる少量領域（部分行程領域、弾道領域）においては、それらのインジェクタの相対的な個体ばらつきが非常に影響を及ぼす。この問題に対処するために、駆動制御期間（ｔｉ）と噴射量（ｑ）との関係をインジェクタごとに確立し、それらの関係をそれ以降の噴射に使用できるようにする、インジェクタ較正方法が使用される。

種々のインジェクタ較正方法がドイツ公開特許公報DE 10 2009 003 212 A1（特許文献１）及びDE 10 2009 003 211 A1（特許文献２）に開示されている。しかしながら、それらの方法は、各駆動制御プロセスに対して、閉ループ制御のための測定量が求められるので、制御技術的に非常に煩雑である。

ドイツ公開特許公報DE 10 2009 003 212 A1 ドイツ公開特許公報DE 10 2009 003 211 A1

インジェクタ較正を簡略化することが所望されている。

本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載されている構成を備えている、内燃機関における燃料噴射装置内のインジェクタの駆動制御のための方法が提案される。有利な実施の形態は、従属請求項の対象であり、また、下記に記載されている。

本発明は、煩雑な閉ループ制御の代わりに、圧力及び温度に依存するインジェクタ固有の補正値のみが駆動制御期間に使用される場合には、インジェクタ較正を、特に弾道領域に関しては品質をほぼ維持したままではあるが、計算の手間を大幅に低減して実施することができる。噴射期間の煩雑な閉ループ制御自体はもはや必要ない。個々の弁の差異又は弁の経年劣化の作用は、簡単な方法によって適合され、また、特に噴射期間の閉ループ制御を実施することができない場合であっても、そのような個々の弁の差異又は弁の経年劣化の作用を補正値として直接的に駆動制御期間のフィードフォワード制御に取り入れることができる。本発明は、閉ループ制御が行われない場合であっても、圧力及び温度に依存する特性値を使用することによって噴射弁の経年劣化の作用及び個体ばらつきをカバーする。この特性値は、噴射弁のフィードフォワード制御に直接的に取り入れられ、例えば始動時、制御の準備ができていないとき等に常に提供される。

有利な実施の形態においては、複数のインジェクタ固有の補正値が特性マップに格納される。その場合、駆動制御の補正に関して、単に特性マップから得られるインジェクタ固有の補正値が考慮される。特に、いわばリアルタイムで補正値を測定値から求める必要がないので、計算の手間を低減することができる。むしろ、補正値が事前に（通常の場合、全体の動作期間中の任意の時点、所定の時点又は規則的な時点に）、即ち、それらの補正値が実際に駆動制御に取り入れられる前に決定され、その後に特性マップから読み出されれば十分である。

本発明の範囲において、駆動制御期間（ｔｉ）とは、担当の制御装置がインジェクタに電流を供給する、即ち、インジェクタを駆動制御する期間である。噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ）とは、インジェクタが少なくとも部分的に開放されており、従って、燃料が噴射される期間である。機械的、液圧的及び電気的な遅延に基づき、インジェクタの開放過程は、駆動制御の開始後に第１の遅延期間を伴って開始され、また、閉鎖過程もやはり、駆動制御の終了後に所定の第２の遅延期間（閉鎖遅延期間とも称される）を伴って終了される。

インジェクタ固有の補正値がそのインジェクタの実際噴射期間と目標噴射期間との偏差に基づき求められる場合には、非常に正確な補正を達成することができる。

少なくとも噴射すべき燃料の圧力及び温度によって特徴付けられる、少なくとも一つの動作点に関するインジェクタ固有の補正値を求めるための簡単な可能性は、噴射すべき燃料の圧力及び温度が固定の場合に、目標噴射量従って目標噴射時間を変更し、実際噴射期間と目標噴射期間との依存関係からインジェクタ固有の補正値を求めることである。

一つの有利な実施の形態によれば、目標噴射量に関して、第１の駆動制御期間が例えば従来の方法で決定され、駆動制御に使用される。続いて、それにより得られた実際噴射期間が（例えばモデルベースで又は測定技術的に）求められ、目標噴射期間と比較される。実際噴射期間が過度に長い場合には、駆動制御期間が短縮され、また、実際噴射期間が過度に短い場合には、駆動制御期間が延長される。目標噴射期間に達すると、古い駆動制御期間と新しい駆動制御期間との差からインジェクタ固有の補正値を決定することができる。このような補正値の決定を非常に簡単に実施することができ、また、それにも拘わらず良好な結果が提供される。結果の改善のために内挿又は外挿を実施することができ、それにより駆動制御期間と噴射期間との関係をより正確に決定することができる。

同様に好適には、インジェクタ固有の補正値が閉ループ制御の積分値として決定され、この閉ループ制御では、実際噴射期間が目標噴射期間になるように閉ループ制御される。その積分値からインジェクタ固有の補正値が求められた後には積分器がリセットされる。

本発明に従う計算ユニット、例えば自動車の制御装置は、特にプログラム技術的に、本発明に係る方法を実施するように構成されている。

本方法をソフトウェアの形態で実施することも有利である。何故ならば、ソフトウェアによる実施は、このソフトウェアを実行する制御装置が他のタスクにも利用される場合、従って、制御装置がいずれにせよ設けられている場合には、非常に僅かなコストの増加しか生じないからである。コンピュータプログラムの提供に適したデータ担体は、フロッピーディスク、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等である。コンピュータネットワーク（インターネット、イントラネット等）を介してプログラムをダウンロードすることも可能である。

本発明の更なる利点及び別の実施の形態は、下記の説明及び添付の図面より明らかになる。

上記において説明した特徴及び下記において更に説明する特徴は、記載したそれぞれの組合せでしか使用することができないものではなく、本発明の範囲から逸脱せずに、別の組合せ又は単独で使用することもできる。

図面には、本発明の実施例が概略的に示されており、以下では、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。

燃料噴射装置及び複数のインジェクタを備えている内燃機関を非常に概略的に示す。 閉鎖された動作状態にあるインジェクタの一つの実施例の概略的な詳細図を示す。 開放された動作状態にあるインジェクタの一つの実施例の概略的な詳細図を示す。 部分ストローク動作時のインジェクタのクロック制御経過及びニードルストローク経過の概略図を示す。 本発明の一つの有利な実施の形態によるインジェクタの駆動制御スキーマを示す。

図１には、燃料貯蔵容器１２を含んでいる内燃機関１０が示されており、この燃料貯蔵容器１２から搬送システム１４を用いて燃料が燃料高圧管１６へと搬送される。高圧管１６は、例えばコモンレールとして構成されている。高圧管１６は複数のインジェクタ１８と接続されており、インジェクタ１８は、それらのインジェクタ１８にそれぞれ対応付けられている燃焼室２０に燃料を直接的に噴射することができる。内燃機関１０の運転、特に、この実施例では、搬送システム１４、高圧管１６及び複数のインジェクタ１８を有している燃料噴射装置の運転が計算ユニット、ここでは制御装置２２によって開ループ制御される。制御装置２２は、入力値を検出して出力値を供給することができ、又は、複数のアクチュエータ、特に複数のインジェクタ１８を駆動制御することができる。

図２ａには、図１に示したインジェクタ１８の閉鎖された状態が拡大されて示されており、また、図２ｂには、インジェクタ１８の開放された状態が拡大されて示されている。インジェクタ１８は電磁的なアクチュエータを有しており、このアクチュエータは、磁気コイル２６と、この磁気コイル２６と協働する可動子３０とを備えている。可動子３０は、ニードル弁２８が図２において垂直なニードル弁の移動方向に関して可動であるように、ニードル弁２８と接続されている。弁ばね３６は、ばね力を介してニードル弁２８に作用し、それによりニードル弁２８は、弁座３８に保持される。

制御装置２２によるインジェクタ１８の駆動制御は、磁気コイル２６への電流供給により行われ、この電流供給によって可動子３０は上方に移動され、その結果、可動子３０はストッパ３２に作用して、ばね力に逆らってニードル弁２８を弁座３８から離隔する方向に移動させる。この状況は、図２ｂに示されている。この状況において、燃料４２がインジェクタ１８から燃焼室２０に噴射される。

図３には、部分行程運転時のインジェクタ１８の簡略化されたクロック制御経過４６及びニードルストローク経過４４が例示的に示されている。時点Ｔ０においては、いわゆるクロック信号４６を用いたインジェクタ１８の駆動制御が制御装置２２によって行われる。引き上げ遅延４８と称される時間的な遅延を伴い、第１の時点Ｔ１において漸くインジェクタ１８の開放が行われる。時点Ｔ２においては、クロック信号４６を用いるインジェクタ１８の駆動制御が終了され、時点Ｔ３においては、インジェクタ１８が再び閉鎖される。時点Ｔ０からＴ２までの時間は駆動制御期間５０と称され、時点Ｔ１からＴ３までの時間は噴射期間５１と称され、また、時点Ｔ２からＴ３までの時間は閉鎖期間５２と称される。

制御装置２２は、プログラム技術的に本発明に係る方法を実施するために構成されている。この方法を、以下では図４を参照しながら例示的に説明する。

図４には、本発明の有利な実施の形態の駆動制御方式が示されており、この駆動制御方式においては、例えば、コモンレール１６内の噴射すべき燃料の目標噴射量ｑ＿ｓｏｌｌ及び実際圧力ｐ＿ｉｓｔに基づき、駆動制御期間ｔｉ（図３の参照番号５０を参照されたい）が決定される。駆動制御方式は、図４の上半分に示されている従来の事前制御部４００と、図４の下半分に示されている付加的な補正部５００とに分かれている。

以下では、事前制御部４００の機能を説明する。目標噴射量ｑ＿ｓｏｌｌ及び実際圧力ｐ＿ｉｓｔから、噴射期間に関する正規化された値ｔｅ＿ｌｉｎが決定される。ここで、実際圧力ｐ＿ｉｓｔは補正要素４１０を介して供給され、この補正要素４１０は特に、いわゆるベルヌーイの定理に基づいた補正を実施する。補正要素４１０においては、噴射量に関する補正係数が基準噴射量、基準圧力及び実際圧力に基づき決定される。

正規化された値ｔｅ＿ｌｉｎは第１の特性曲線要素４２０に供給され、この第１の特性曲線要素４２０が駆動制御期間ｔｅを決定する。実際の駆動制御期間ｔｉ＊を決定するために、駆動制御期間ｔｅには第１の補正値ｔｖが加算される。第１の補正値ｔｖは実際圧力ｐ＿ｉｓｔに依存して、別の特性曲線要素４３０から得られる。

上記において説明した事前制御は、本発明の範囲において補正部５００によってインジェクタ固有に補正される。このために、インジェクタ固有の補正値ｄｔｖが同様に加算され、これにより駆動制御期間ｔｉが決定される。インジェクタ固有の補正値ｄｔｖは、圧力及び温度に依存する特性マップ要素５１０から得られ、この特性マップ要素５１０には、噴射すべき燃料の実際圧力ｐ＿ｉｓｔ及び温度Ｔが供給される。この温度は、例えば測定することができる。好適には、温度はインジェクタにおける燃料に関してモデリングされた温度であってもよい。駆動制御期間ｔｉを決定するためには、所定の動作点（圧力及び温度）に関するそれぞれのインジェクタ固有の補正値ｄｔｖだけを読み出せばよいので、特性マップ要素５１０は、特に計算の手間の簡略化にとって有用である。

特性マップ要素５１０の充填は、好適にはコーディネータ（制御装置にプログラムの一部として格納されている）による開ループ制御の下で、適合要素５２０を介して行われる。以下では、一つの有利な実施の可能性を詳細に説明する。コーディネータのタスクは、適合に関する開始条件の監視、較正の開始、及び補正値の出力である。

目標噴射量ｑ＿ｓｏｌｌ及び実際圧力ｐ＿ｉｓｔに基づき、例えば経験に基づき充填されている特性曲線要素５３０によって目標噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌが決定される。それと同時に、モデルベースの計算要素５３０に基づき、この計算要素５３０には、例えば、インジェクタに印加される電圧Ｕｖが供給される。この電圧Ｕｖにより実際噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔが決定される。択一的に、実際噴射期間を測定することもできる。

目標噴射期間と実際噴射期間との差が適合要素５２０に供給される。

本発明の一つの有利な実施の形態によれば、適合要素は、固定の動作点についての実際噴射期間と目標噴射期間との依存関係を決定する。続いてこの依存関係から、その動作点（ｐ＿ｉｓｔ／Ｔ）についての相応の補正値ｄｔｖを決定することができる。

最初に、目標噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌと実際噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔとの差が０より大きい場合には、即ち、ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ＞ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔである場合には、駆動制御期間が延長され、有利な実施の形態においては所定の値Δだけ延長される。この延長は、最終的に実際噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔが目標噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ以上になるまで段階的に反復される。第１の実施の形態においては、所属のインジェクタ固有の補正値ｄｔｖが、目下の駆動制御期間と最初の駆動制御期間との差から、ｄｔｖ＝ｔｉ−ｔｉ＊として決定される。

別の実施の形態においては、結果を改善するために、外挿又は内挿を実施することができる。このために、実際噴射期間及び駆動制御期間からなる、最終的に得られた値ペアｔｉ（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ）が中間記憶される。続いて、中間記憶部から二つの値ペアｔｉ＿１（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ＿１）及びｔｉ＿２（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ＿２）が取り出され、それらの値ペアは（同一方向又は異なる方向において）目標噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌに最も近いものであり、またそれらの値ペアから、外挿によって又は有利には内挿によって、ｔｉ（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）が決定される。ここでもまた、所属のインジェクタ固有の補正値ｄｔｖは、やはり、差ｄｔｖ＝ｔｉ−ｔｉ＊から決定される。

最初に、目標噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌと実際噴射期間ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔとの差が０より小さい場合には、即ち、ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ＜ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔである場合には、駆動制御期間が短縮され、有利な実施の形態においては、所定の値Δだけ短縮され、この短縮が相応に継続される。

本発明は、内燃機関における燃料噴射装置内のインジェクタの駆動制御のための方法及び装置に関する。

Claims (12)

1. 複数のインジェクタ（１８）を備えており、各インジェクタ（１８）によって噴射される燃料量は当該インジェクタの駆動制御期間（ｔｉ；５０）に依存している、内燃機関（１０）における燃料噴射装置内のインジェクタ（１８）の駆動制御のための方法において、
   少なくとも一つのインジェクタ（１８）に対して、前記駆動制御期間（ｔｉ；５０）に関するインジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を、噴射すべき燃料の圧力（ｐ＿ｉｓｔ）及び温度（Ｔ）に依存して求め、当該インジェクタ（１８）に関する駆動制御を、特に部分行程運転時の駆動制御を、前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を考慮して実施することを特徴とする、方法。
2. 前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を、圧力及び温度に依存する特性マップ（５０）を介して、前記駆動制御期間（ｔｉ；５０）のフィードフォワード制御に取り入れる、請求項１に記載の方法。
3. 前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を、前記インジェクタ（１８）の実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）と目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）との偏差に基づき求める、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）を、前記噴射すべき燃料の目標噴射量（ｑ＿ｓｏｌｌ）及び前記圧力（ｐ＿ｉｓｔ）に依存する特性マップ（５３０）を用いて求める、請求項３に記載の方法。
5. 前記実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）を測定し又はモデルに基づき決定する、請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記噴射すべき燃料の圧力及び温度が固定である場合には、目標噴射量（ｑ＿ｓｏｌｌ）を変更し、該変更と共に目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）を変更し、前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を前記実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）と前記目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）との依存関係から求める、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）が前記目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）よりも長い場合には、前記駆動制御期間（ｔｉ；５０）を延長し、前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を前記駆動制御期間の変更から求める、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）が前記目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）よりも短い場合には、前記駆動制御期間（ｔｉ；５０）を短縮し、前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を前記駆動制御期間の変更から求める、請求項３乃至７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を閉ループ制御の積分値として決定し、該閉ループ制御においては、前記実際噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｉｓｔ；５１）が前記目標噴射期間（ｔ＿ｏｆｆｅｎ＿ｓｏｌｌ）になるように閉ループ制御を実施する、請求項３乃至６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）をコーディネータによる開ループ制御の下で求め、前記コーディネータは、インジェクタ較正過程に関する開始条件を監視し、インジェクタ較正を開始し、及び／又は、前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を出力する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記インジェクタ固有の補正値（ｄｔｖ）を、動作中に所定の時点において、及び／又は、規則的に、及び／又は、所定の条件の発生時に、決定する、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の方法を実施するように構成されていることを特徴とする計算ユニット。

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