JP4669147B2 - 燃料噴射装置および燃料噴射装置の操作方法 - Google Patents
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Description
本発明は請求項1の上位概念に記載された燃料噴射装置、および請求項13の上位概念に記載された方法に関する。
【0002】
まず圧電素子を含む燃料噴射装置を詳細に考察する。圧電素子はアクチュエータとして使用される。なぜなら周知のように、圧電素子は印加される電圧または内部に発生した電圧に依存して収縮または伸長する性質を有するからである。
【0003】
圧電素子を使用したアクチュエータの実際の構成は特に問題となっているアクチュエータが迅速および/または頻繁に運動しなければならない場合に有利であると判明している。
【0004】
圧電素子をアクチュエータとして使用することはとりわけ内燃機関の燃料噴射ノズルにおいて有利であると判明している。これについては例えばヨーロッパ特許第0371469号明細書および同第0379182号明細書に示されている燃料噴射ノズルにおける圧電素子の利用法を参照されたい。
【0005】
圧電素子は容量性素子であり、前述したように、特定の電荷状態または内部に発生する電圧または印加電圧に依存して収縮または伸長する。燃料噴射ノズルの例においては、圧電素子の収縮および伸長は噴射ニードルのリニアストロークを操作する制御弁に使用される。複動複座弁を備えた圧電素子を使用すると燃料噴射装置における相応の噴射ニードルを制御でき、このことはドイツ連邦共和国特許出願公開第19742073号明細書および同第19729844号明細書に示されている。これらの明細書の内容は完全に本発明に組み込まれている。
【0006】
圧電素子を用いた燃料噴射装置は、まず近似的に圧電素子が印加電圧とリニア方向の伸長との間に比例関係を呈するという事実によって特徴づけられる。燃料噴射ノズル、例えば複動複座弁として構成されたノズルは内燃機関のシリンダ内へ燃料を噴射するためのニードルのリニアストロークを制御するが、ここでは相応のシリンダ内へ噴射される燃料量は弁の開放時間の関数であり、圧電素子が使用される場合には圧電素子に印加される作動電圧の関数となる。
【0007】
図8には圧電素子2010をアクチュエータとして使用した燃料噴射装置の概略図が示されている。図8によれば圧電素子2010は電気的にエネルギを供給され、供給された作動電圧に応じて伸長ないし収縮する。圧電素子2010はピストン2015に結合されている。伸長状態で圧電素子2010はピストン2015を液圧アダプタ2020内へ突入させる。液圧アダプタは液圧流体、例えば燃料を有している。圧電素子が伸長した結果、複動制御弁2025は液圧によって液圧アダプタ2020から押し出され、バルブプラグ2035が第1の閉位置2040から離れる。複動制御弁2025と中空ボア2050との組み合わせはしばしば複動複座弁と称されるが、これは圧電素子2010が励起されない状態では複動制御弁2025が第1の閉位置2040に留まり、これに対して圧電素子2010が完全に展長した状態では弁が第2の閉位置2030に留まるからである。バルブプラグ2035の後者の位置は図8では概略的にゴーストとして一点鎖線で示されている。
【0008】
燃料噴射装置は噴射ニードル2070を有しており、これにより燃料が加圧された燃料供給管路2060から(図示されていない)シリンダ内へ噴射される。圧電素子2010が励起されていないか、または完全に伸長した状態では、複動制御弁2025はそれぞれ第1の閉位置2040または第2の閉位置2030に係止される。どちらの場合もレール液圧が噴射ニードル2070を閉位置で維持する。したがって燃料混合気は(図示していない)シリンダ内へは侵入しない。逆に圧電素子2010が励起されて複動制御弁2025が中空ボアに対していわゆる中間位置にある場合には、加圧された燃料供給管路2060では圧力が低下する。この圧力低下により、加圧された燃料供給管路2060では噴射ニードル2070の頂部と底部との間で圧力差が生じる。これにより噴射ニードル2070は上昇して(図示されていない)シリンダ内へ燃料を噴射する。
【0009】
本発明の課題は欠陥のある圧電素子を識別することである。
【0010】
この課題は本発明の請求項1記載の特徴部分および請求項13記載の特徴部分により解決される。噴射燃料量を制御する圧電素子を備えた本発明の燃料噴射装置は、圧電素子またはこの圧電素子を駆動する電気回路に生じうるフォールトを圧電素子のキャパシタンスに関連する値に基づいて検出する監視ユニットを有している。これによりきわめて効果的な圧電素子および/またはこの圧電素子を駆動する電気回路の診断が可能となる。圧電素子を駆動する回路は特定の圧電素子または電力段を選択するスイッチを有している。本発明は有利にはフォールト、特に所定の圧電素子を選択するスイッチにおけるショートカットを検出するために使用される。シリンダ選択スイッチに欠陥がある場合には特に、相応の圧電素子はいつでも他の圧電素子と並行して充電を行い、シリンダないし欠陥のあるシリンダ選択スイッチに大きな燃料量が充填されたことに相応して機関への重大なダメージが発生しないようにする。電力段と圧電素子との接続にショートカットがある場合にも同様の重大な問題が発生することがある。
【0011】
本発明の有利な実施形態では、燃料噴射装置は噴射燃料量を制御する少なくとも2つの圧電素子を有しており、監視ユニットは少なくとも1つの圧電素子または圧電素子を駆動する電気回路に生じうるフォールトを、少なくとも2つの圧電素子のキャパシタンスに関連する値に基づいて検出可能である。
【0012】
本発明の別の有利な実施形態では、圧電素子は第1の電圧から第2の電圧へ充電され、監視ユニットはこの第1の電圧および第2の電圧に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。
【0013】
本発明の別の有利な実施形態では、圧電素子は第1の電圧から第2の電圧へ所定の充電時間内に充電され、監視ユニットは所定の充電時間および圧電素子の充電電流、特に充電電流の予測値に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は第1の電圧と第2の電圧との差であるか、または充電時間および充電電流がほぼ一定に維持される場合にはこの差の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は充電時間であるか、または第1の電圧と第2の電圧との差および圧電素子を充電する電流がほぼ一定に維持される場合には充電時間の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は圧電素子の充電電流であるか、または第1の電圧と第2の電圧との差および充電時間がほぼ一定に維持される場合には電流の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。
【0014】
本発明の別の有利な実施形態では、監視ユニットは圧電素子の有する電荷に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。本発明の可能な実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は圧電素子の有する電荷であるか、または第1の電圧、第2の電圧、第3の電圧がほぼ一定に維持される場合にはこの電荷の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。
【0015】
本発明の別の有利な実施形態では、監視ユニットは第2の電圧を圧電素子の有する電荷で除算した商、圧電素子の有する電荷を第2の電圧で除算した商、第2の電圧と第1の電圧との差を所定の充電時間および圧電素子の充電電流の積で除算した商、または所定の充電時間および圧電素子の充電電流の積を第2の電圧と第1の電圧との差で除算した商に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。これらの諸量、すなわち圧電素子の充電時間、充電電流、または第2の電圧と第1の電圧との差のうちの1つがほぼ一定に維持される場合(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算され)、順次に一定値によって置換することができる。
【0016】
本発明の別の有利な実施形態では、圧電素子は第2の電圧から第3の電圧へ放電され、監視ユニットは第2の電圧および第3の電圧に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。
【0017】
本発明の別の有利な実施形態では、圧電素子は第2の電圧から第3の電圧へ所定の放電時間内に放電され、この時間内に監視ユニットは放電時間および圧電素子の放電電流、特に放電電流の予測値に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は第3の電圧と第2の電圧との差であるか、または時間および電流がほぼ一定に維持される場合にはこの差の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は放電時間であるか、または第3の電圧と第2の電圧との差および圧電素子を放電する電流がほぼ一定に維持される場合には放電時間の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。本発明の別の実施形態では、圧電素子のキャパシタンスに関連する値は圧電素子の放電電流であるか、または第3の電圧と第2の電圧との差および放電時間がほぼ一定に維持される場合には放電電流の関数である(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算される)。
【0018】
本発明の別の有利な実施形態では、監視ユニットは第3の電圧を圧電素子の有する電荷で除算した商、圧電素子の有する電荷を第3の電圧で除算した商、第2の電圧と第3の電圧との差を所定の放電時間および圧電素子の放電電流の積で除算した商、または所定の放電時間および圧電素子の放電電流の積を第2の電圧と第3の電圧との差で除算した商に基づいて圧電素子のキャパシタンスに関連する値を求める。これらの諸量、すなわち時間、電流、または電圧差のうちの1つがほぼ一定に維持される場合(所定の時間インスタンスに対してキャパシタンスに関連する値は種々の圧電素子ごとに計算され)、順次に一定値によって置換することができる。
【0019】
本発明の別の実施形態では第3の電圧は第1の電圧に等しい。
【0020】
本発明の別の有利な実施形態では、監視ユニットは圧電素子のキャパシタンスの計算値、前段の圧電素子のキャパシタンスに関連する値、特に圧電素子のキャパシタンスに関連する値とこの値の先行値との比較結果に基づいて、圧電素子またはこの圧電素子を駆動する電気回路に生じうるフォールトを検出可能である。
【0021】
本発明の別の有利な実施形態では、請求項1から12までのいずれか1項記載の燃料噴射装置は圧電素子を放電するスイッチ11、21、31、41、51、61を有しており、監視ユニットは圧電素子のキャパシタンスに関連する値に基づいてスイッチ11、21、31、41、51、61に生じうるショートカットを検出可能である。
【0022】
本発明を以下詳細に実施例に則して図を参照しながら説明する。
【0023】
図1には作動電圧Uと噴射燃料量MEとの関係を予め選択された固定の期間で表すグラフが例えば複動複座弁を作動するために圧電素子を利用する燃料噴射装置の実施例で示されている。y軸は予め選択された固定の期間中にシリンダ内へ噴射される燃料量MEを表しており、x軸は相応の圧電素子に印加される作動電圧U、または圧電素子に蓄積されて複座制御弁のバルブプラグの変位に用いられる電圧Uを表している。
【0024】
x=0、y=0かつ作動電圧U=0のとき、バルブプラグは第1の閉位置を取り、燃料流が予め選択された固定の期間中に発生するのを阻止する。作動電圧Uの値が0からUoptで示されているx軸のポイントまでの値である場合、作動電圧Uを表す値はバルブプラグを第1の位置から第2の位置へ向かって変位させる。これは比較的大きな燃料量MEが固定の時間にわたって得られるように行われる。固定の時間とはすなわち作動電圧UがUopt、すなわちy軸上にME,maxとして表されている燃料量値に達するまでの時間である。ポイントME,maxは固定の時間中の噴射燃料量の最大値に相応し、印加される作動電圧の値または圧電素子の充電量を表す。これにより第1のバルブ位置から第2のバルブ位置への最適なバルブプラグの変位運動が達成される。
【0025】
図1のグラフに示されているように、Uoptよりも大きい作動電圧Uの値に対しては、固定の時間内に噴射された燃料量MEは0へ達するまで低下する。これはバルブプラグが最適なポイントから複座弁の第2の位置へ変位し、このプラグが第2のバルブ位置を占めることを表している。したがって図1のグラフによれば、燃料噴射の最大量は圧電素子の作動電圧が圧電素子に作用してバルブプラグの最適点への変位によって生じる様子が示されている。
【0026】
図2には上述の複座制御弁を操作する実施例の弁ストロークのプロフィルを概略的に表す2つのグラフが示されている。図2の上方のグラフにはx軸に時間、y軸にバルブプラグの変位(バルブのリフト運動)が表されている。図2の下方のグラフにはx軸に時間、y軸に燃料流を生じさせるノズルニードルのリフト運動が表されており、これは上方のグラフのバルブのリフト運動から得られたものである。上方のグラフおよび下方のグラフはそれぞれのx軸で表された時間が相互に一致するようにアライメントされている。
【0027】
噴射サイクル中、圧電素子は充電されてこの圧電素子は伸長し、後に詳述するように相応のバルブプラグを第1の位置から第2の位置へ移動させる。これはプレ噴射ストローク中に行われ、図2の上方のグラフに示されている。図2の下方のグラフには燃料の少量の噴射がバルブプラグの運動として示されており、これは複座弁の2つの位置の中間で発生し、弁は2つの位置間のプラグ運動として開閉される。一般に圧電素子の充電は2つのステップで行われる。第1のステップでは充電のために圧電素子を所定の電圧まで充電してバルブを開放し、第2の圧電素子をさらに充電して弁を再び第2の位置で閉鎖する。これらのステップの間には一般に所定の時間遅延が存在する。
【0028】
予め選択された時間後、放電動作が行われる。後に詳述するが、これにより圧電素子内の電荷を低減し、圧電素子を収縮させて(これも後に詳述するが)バルブプラグを第2の位置から動かし、2つの位置の間の中間点で保持する。図1に示されているように、圧電素子内の作動電圧はバルブのリフト運動の最適点に相応する値Uoptに達し、これにより最大燃料量ME,maxがメイン噴射に割り当てられている時間中に得られる。図2の上方のグラフおよび下方のグラフにはこの中間点でのバルブの保持が示されており、これによりメイン燃料噴射が行われる。
【0029】
メイン噴射に対する時間の終了時に圧電素子は作動電圧0へ向かって放電され、これにより圧電素子はさらに収縮し、バルブプラグは最適位置から第1の位置へ向かって運動する。これにより弁は閉鎖され燃料流は停止し、図2の上方のグラフおよび下方のグラフに示されているようになる。この時点でバルブプラグは再び更なるプレ噴射ないし上述のメイン噴射サイクルを反復する位置に来る。これは実施例であり、もちろん他の噴射サイクルを行ってもよい。
【0030】
図3には本発明を実施する装置の実施例のブロック図が示されている。
【0031】
図3には詳細に示されている領域Aと大まかに示された領域Bとがダッシュ線Cで分離して示されている。詳細に示されている領域Aは圧電素子10、20、30、40、50、60の充放電用の回路である。ここで考察している実施例ではこれらの圧電素子10、20、30、40、50、60は内燃機関の燃料噴射ノズル(特にいわゆるコモンレールインジェクタ)のアクチュエータである。圧電素子は周知または前述したようにこの種の目的に使用され、そこに印加される電圧または内部で発生する電圧の関数として収縮または伸長する特性を有する。この実施例で6個の圧電素子10、20、30、40、50、60を使用する理由は、相互に独立に内燃機関内の6個のシリンダを制御するためである。したがって他の目的に適合させるためにこれとは異なる数の圧電素子を使用することもできる。
【0032】
大まかに示された領域Bは制御ユニットDとアクティベーションIC(E)とを有しており、これらの2つとも詳細に示されている領域Aの素子によって制御される。さらにシステム操作特性を測定する測定装置Fが設けられている。
【0033】
システム操作特性は例えば内燃機関の燃料圧および回転速度rpmであり、本発明によれば制御ユニットDに入力されて使用される。このことについては後に詳述する。また本発明によれば、制御ユニットDおよびアクティベーションIC(E)は圧電素子の作動電圧を個々の圧電素子の操作特性の関数として監視するようにプログラミングされている。
【0034】
以下ではまず詳細に示されている領域Aの個々の素子について説明する。その次に圧電素子10、20、30、40、50、60の充放電のプロシージャの全体を説明する。さらに2つのプロシージャを制御ユニットDおよびアクティベーションIC(E)を用いて制御ないし監視する本発明の手法を詳細に説明する。
【0035】
詳細に示されている領域Aの回路は6個の圧電素子10、20、30、40、50、60を有する。
【0036】
圧電素子10、20、30、40、50、60は第1のグループG1および第2のグループG2、すなわちそれぞれ3個の圧電素子のグループに分けられる(すなわち圧電素子10、20、30が第1のグループG1であり、圧電素子40、50、60が第2のグループG2である)。グループG1、G2は相互に並列接続された回路部の構成要素である。グループ選択スイッチ310、320が使用され、圧電素子10、20、30;40、50、60のうちグループG1またはG2のいずれが共通の充放電装置によって放電されるかが定められる。ただしグループ選択スイッチ310、320は充電プロシージャに対する意義は有さない。このことは後に詳述する。
【0037】
グループ選択スイッチ310、320はコイル240と相応のグループG1、G2(そのコイル側の端子)との間に配置されており、トランジスタとして構成されている。サイドドライバ311、321はアクティベーションIC(E)から受け取った制御信号を電圧に変換するように構成されており、この電圧はスイッチの開閉を要求に応じて行う。
【0038】
ダイオード315、325(グループ選択ダイオードと称される)はそれぞれグループ選択スイッチ310、320に対して並列に設けられる。グループ選択スイッチ310、320はMOSFETとして構成されており、例えばこれらのグループ選択ダイオード315、325は寄生ダイオードそのものによって構成することができる。ダイオード315、325はグループ選択スイッチ310、320を充電プロシージャ中バイパスする。したがってグループ選択スイッチ310、320の機能は圧電素子10、20、30のグループG1または40、50、60のグループG2を放電プロシージャの期間中に選択することのみに制限されている。
【0039】
各グループG1、G2内で圧電素子10、20、30;40、50、60は並列接続された圧電分岐110、120、130(グループG1)および圧電分岐140、150、160(グループG2)の構成要素として配置されている。各圧電分岐は第1の並列回路および第2の並列回路から成る直列回路であり、第1の並列回路は圧電素子10、20、30、40、50、60と相応の抵抗13、23、33、43、53、63(分岐抵抗と称される)とを有しており、第2の並列回路はトランジスタ11、21、31、41、51、61(分岐選択スイッチと称される)として構成された選択スイッチとダイオード12、22、32、42、52、62(分岐ダイオードと称される)とから成る。
【0040】
分岐抵抗13、23、33、43、53、63はそれぞれ相応の圧電素子10、20、30、40、50、60に対して充電プロシージャ中およびその後ひき続き放電を行わせる。これは抵抗がそれぞれ容量性の圧電素子10、20、30、40、50、60の2つの端子を相互接続することによって行われる。しかし分岐抵抗13、23、33、43、53、63は充分に大きいので、このプロシージャは以下に説明する被制御の充放電プロシージャに比べて緩慢に進行する。したがって圧電素子10、20、30、40、50、60の電荷は充電プロシージャ後の相応の時間内では不変であるとの考えが合理的な仮定となる。しかし分岐抵抗13、23、33、43、53、63を構成するのは圧電素子10、20、30、40、50、60に残留する電荷をシステムのブレークダウンまたは他の例外的状況において回避するためである。すなわち分岐抵抗13、23、33、43、53、63は以下の説明では無視してもよい。
【0041】
個々の圧電分岐110、120、130、140、150、160における分岐選択スイッチおよび分岐ダイオードのペア、すなわち圧電分岐110の選択スイッチ11およびダイオード12、圧電分岐120の選択スイッチ21及びダイオード22などを寄生ダイオードを備えた電子スイッチ(すなわちトランジスタ)を用いて構成することができる。これは例えばMOSFETまたはIGBTであり、前述の例ではグループ選択スイッチおよびダイオードのペア310、315;320、325である。
【0042】
分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61は圧電素子10、20、30、40、50、60のうちいずれが共通の充放電装置によって充電されるかを設定するために使用される。いずれの場合にも、充電される圧電素子10、20、30、40、50、60はその分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61が充電プロシージャ中に閉成される全てのスイッチであり、これについては以下で説明する。通常はいずれの場合にも唯一の分岐選択スイッチのみが閉成される。
【0043】
分岐ダイオード12、22、32、42、52、62は分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61を放電プロシージャ中にバイパスするために用いられる。したがって充電プロシージャに対するこの実施例では個々の圧電素子が選択され、放電プロシージャでは圧電素子10、20、30の第1のグループG1または圧電素子40、50、60の第2のグループG2のいずれか、ないしその両方が選択される。
【0044】
圧電素子10、20、30、40、50、60自体に立ち返って考えると、分岐選択用の圧電端子15、25、35、45、55、65は分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61または相応のダイオード12、22、32、42、52、62と付加的な抵抗300とを介してグラウンドに接続される。
【0045】
抵抗300の目的は圧電素子10、20、30、40、50、60の充放電中に分岐選択用の圧電端子15、25、35、45、55、65とグラウンドとの間を流れる電流を測定することである。この電流が既知となることにより、圧電素子10、20、30、40、50、60の被制御の充放電が可能となる。特に充電スイッチ220および放電スイッチ230を開閉する際に電流量に依存して充電電流および放電電流を所定の平均値に設定したり、および/または所定の最大値および/または最小値を上方超過ないし下方超過しないように設定することができる。このことは後に詳述する。
【0046】
ここで考察している実施例では、測定自体にさらに、5Vの直流電流を給電する電圧源621と2つの抵抗622、623として構成された分圧器とが必要となる。これは測定を実施するアクティベーションIC(E)に負の電圧が生じるのを阻止するために設けられている。負の電圧は阻止手段が講じられないと測定点620に発生することがあり、これはアクティベーションIC(E)によって処理できない。このような負の電圧は正の電圧設定値との加算により正の電圧へ変換される。この電圧設定値は電圧源621および分圧器の抵抗622、623から供給される。
【0047】
各圧電素子10、20、30、40、50、60の他方の端子、すなわちグループ選択用の圧電端子14、24、34、44、54、64はグループ選択スイッチ310、320またはグループ選択ダイオード315、325とコイル240とを介して、また充電スイッチ220および充電ダイオード221から成る並列回路を介して電圧源の正極へ接続されており、これに代えてまたはこれに加えてグループ選択スイッチ310、320またはグループ選択ダイオード315、325とコイル240とを介して、また放電スイッチ230または放電ダイオード231から成る並列回路を介してグラウンドへ接続されている。充電スイッチ220および放電スイッチ230はトランジスタとして構成されており、例えばサイドドライバ222、232によって制御される。
【0048】
電圧源は容量特性を有する素子を含んでおり、ここで考察している実施例では、この素子はバッファキャパシタ210である。キャパシタ210はバッテリ200(例えば車両バッテリ)とその下流の直流電圧変換器201とによって充電される。直流電圧変換器201は例えば12Vのバッテリ電圧を実質的に他の例えば250Vの電圧に変換し、キャパシタ210をその電圧まで充電する。直流電圧変換器201はトランジスタスイッチ202および抵抗203によって制御され、測定点630からの電流測定に使用される。
【0049】
相互チェックの目的で、測定点650での別の電流測定を例えばアクティベーションIC(E)と抵抗651、652、653および5Vの直流電圧源654とによって行うことができる。さらに測定点640での電圧測定をアクティベーションIC(E)および分圧器の抵抗641、642によって行うことができる。
【0050】
さらに抵抗330(全放電抵抗と称される)、トランジスタとして構成された停止スイッチ331(ストップスイッチと称される)、およびダイオード332(全放電ダイオードと称される)は圧電素子10、20、30、40、50、60の放電に利用される。これらの素子が通常の放電動作で放電されない場合については後に説明する。ストップスイッチ331は有利には通常の放電プロシージャ後に閉成される(放電スイッチ230によるサイクル放電)。スイッチはこれにより圧電素子10、20、30、40、50、60とグラウンドとを抵抗330、300を介して接続し、圧電素子10、20、30、40、50、60内に残っている可能性のある残留電荷を除去する。全放電ダイオード332は負の電圧が圧電素子10、20、30、40、50、60に生じてこれにダメージを与えるような状況の発生を回避する。
【0051】
全ての圧電素子10、20、30、40、50、60または個々の各圧電素子の充放電は1つの充放電装置によって全てのグループの圧電素子に対して共通に行われる。ここで考察している実施例では、共通の充放電装置はバッテリ200、直流電圧変換器201、キャパシタ210、充電スイッチ220、放電スイッチ230、充電ダイオード221、放電ダイオード231、およびコイル240を有している。
【0052】
各圧電素子の充放電は全て同様に作用するので、以下では第1の圧電素子10のみについて説明する。
【0053】
充放電プロシージャ中に発生する状況を図4A〜図4を参照しながら説明する。図4A、図4Bには圧電素子10の充電作用が示されており、図4C、図4Dには圧電素子10の放電作用が示されている。
【0054】
個々の圧電素子10、20、30、40、50、60からの充電または放電すべき1つまたは複数の圧電素子の選択と、次に説明する充電プロシージャおよび放電プロシージャとは、アクティベーションIC(E)および制御ユニットDによって駆動される。これは上述のスイッチ11、21、31、41、51、61;310、320;220、230、331のうち1つまたは複数のスイッチを開閉することにより行われる。詳細に示された領域A内の素子とアクティベーションIC(E)との相互作用、また領域A内の素子と制御ユニットDとの間の相互作用については後に詳述する。
【0055】
充電プロシージャについては、まず充電すべき個々の圧電素子10、20、30、40、50、60が選択される。充電すべき第1の圧電素子10を排他的に選択するためには第1の分岐110の分岐選択スイッチ11が閉成され、これに対して他の分岐選択スイッチ21、31、41、51、61は開放されたままとする。他のいずれかの圧電素子20、30、40、50、60を排他的に充電する、または同時に複数個の素子を充電するには、相応の分岐選択スイッチ21、31、41、51および/または61を閉成することによって素子を選択する。
【0056】
その後充電プロシージャそのものが行われる。
【0057】
一般に、ここで考察している実施例では、充電プロシージャはキャパシタ210と第1の圧電素子10のグループ選択圧電端子14との間に正の電位差を要求する。しかし充電スイッチ220および放電スイッチ230が開放されている間は圧電素子10の充放電は発生しない。この状態では図3の回路は定常状態、すなわち圧電素子10の充電状態が実質的に変化しないまま維持され、電流が流れない状態となっている。
【0058】
第1の圧電素子10を充電するために、充電スイッチ220が閉成される。理論的には第1の圧電素子10はこのことのみによって充電することができる。しかしこの措置は大電流を形成し、関連する素子にダメージを与えてしまうことがある。そのために発生する電流を測定点620で測定し、検出電流が所定の限界値を超過した場合には直ちにスイッチ220を再び開放する。これにより第1の圧電素子10への所望の充電を達成するには、充電スイッチ220の開閉を反復し、放電スイッチ230を開放したままにする。
【0059】
より詳細に言えば、充電スイッチ220が閉成されると図4Aに示された状態が発生し、圧電素子10、キャパシタ210、およびコイル240から成る直列回路を含む閉成回路が形成され、この回路内を電流iLE(t)が図4Aに矢印で示されているように流れる。この電流の結果として2つの正の電荷が第1の圧電素子10のグループ選択圧電端子14にもたらされ、エネルギがコイル240に蓄積される。
【0060】
充電スイッチ220が閉成された後短時間だけ(例えば数μsだけ)開放されると、図4Bに示されている状態が発生する。すなわち圧電素子10、充電ダイオード221、およびコイル240から成る直列回路を含む閉成回路が形成され、この回路を電流iLA(t)が図4Bに矢印で示されているように流れる。この電流の結果、コイル240に蓄積されたエネルギが圧電素子10に流れ込む。この圧電素子10へのエネルギ輸送に相応して圧電素子に電圧が発生し、その外部寸法が増大する。エネルギ輸送がコイル240から圧電素子10へ向かって発生すると、回路の定常状態が図3について上述したように再び発生する。
【0061】
その時点かまたはその時点より幾分早いか幾分遅い時点で(これは充電動作の所望の時間プロフィルに依存する)、充電スイッチ220は再び開閉され、これにより上述のプロセスが反復される。充電スイッチ220の再閉成および再開放の結果として、圧電素子10に蓄積されるエネルギは増大し(既に圧電素子10に蓄積されているエネルギと新たに輸送されたエネルギとが加算される)、電圧が圧電素子10に発生して、その外部寸法が相応に増大する。
【0062】
前述の充電スイッチ220の開閉が数回反復されると、圧電素子10で電圧が発生し、圧電素子10の伸長が段階的に発生する。
【0063】
充電スイッチ220が所定の回数だけ開閉され、および/または圧電素子10が所望の電荷状態を達成すると、圧電素子の充電は充電スイッチ220を開放したままにすることにより終了される。
【0064】
放電プロシージャについて、ここで考察している実施例では、圧電素子10、20、30、40、50、60はグループごとに(G1および/またはG2)次のように放電される。
【0065】
第1に、1つまたは複数のグループのグループ選択スイッチ310および/または320、またはグループG1および/またはG2の放電すべき圧電素子が閉成される。分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61は放電プロシージャ中は圧電素子10、20、30、40、50、60の選択には作用しない。なぜならこの場合これらのスイッチは分岐ダイオード12、22、32、42、52、62によってバイパスされているからである。したがって圧電素子10を第1のグループG1の一部として放電させるために、第1のグループ選択スイッチ310が閉成される。
【0066】
放電スイッチ230が閉成されると図4Cに示された状態が発生し、圧電素子10およびコイル240から成る直列回路を含む閉成回路が形成され、この回路を電流iEE(t)が図4Cに矢印で示されているように流れる。この電流の結果として、圧電素子に蓄積されていたエネルギ(またはその一部)がコイル240へ輸送される。圧電素子10からコイル240へ輸送されたエネルギに相応して圧電素子10に電圧が発生し、その外部寸法が収縮する。
【0067】
放電スイッチ230が閉成された後短時間だけ(例えば数μsだけ)開放されると、図4Dに示されている状態が発生する。すなわち圧電素子10、キャパシタ210、放電ダイオード230、およびコイル240から成る直列回路を含む閉成回路が形成され、この回路を電流iEA(t)が図4Dに矢印で示されているように流れる。この電流の結果、コイル240に蓄積されたエネルギがキャパシタ210へフィードバックされる。エネルギ輸送がコイル240からキャパシタ210へ向かって発生すると、回路の定常状態が図3について上述したように再び発生する。
【0068】
その時点かまたはその時点より幾分早いか幾分遅い時点で(これは放電動作の所望の時間プロフィルに依存する)、放電スイッチ230は再び開閉され、これにより上述のプロセスが反復される。放電スイッチ230の再閉成および再開放の結果として、圧電素子10に蓄積されたエネルギは低下し、電圧が圧電素子10に発生してその外部寸法が相応に収縮する。
【0069】
前述の放電スイッチ230の開閉が数回反復されると、圧電素子10で電圧が発生し、圧電素子10が段階的に収縮する。
【0070】
放電スイッチ230が所定の回数だけ開閉され、および/または圧電素子10が所望の放電状態を達成すると、圧電素子の放電は放電スイッチ230を開放したままにすることにより終了される。
【0071】
アクティベーションIC(E)と制御ユニットDとの相互作用またはアクティベーションIC(E)と詳細に示された領域A内の素子との相互作用はアクティベーションIC(E)から詳細に示された領域A内の素子へ、分岐選択制御線路410、420、430、440、450、460、グループ選択制御線路510、520、ストップスイッチ制御線路530、充電スイッチ制御線路540、放電スイッチ制御線路550、および制御線路560を介して送出された制御信号によって行われる。これに対して測定点600、610、620、630、640、650で得られたセンサ信号は詳細に示された領域A内に存在し、この信号はアクティベーションIC(E)へセンサ線路700、710、720、730、740、750を介して伝送される。
【0072】
制御線路は電圧のトランジスタのベースへの印加および非印加に使用される。これにより圧電素子10、20、30、40、50、60が選択され、1つまたは複数の圧電素子10、20、30、40、50、60の充放電プロシージャが上述の相応のスイッチの開閉によって行われる。センサ信号は特に圧電素子10、20、30、40、50、60で発生した電圧を測定点600、610から求めるため、および充放電電流を測定点620から求めるために用いられる。コントロールユニットDおよびアクティベーションIC(E)は2種類の信号を結合するために用いられ、これにより以下図3〜図5に則して詳細に説明するこれらの信号の相互作用が得られる。
【0073】
図3に示されているように、制御ユニットDおよびアクティベーションIC(E)はパラレルバス840および付加的にシリアルバス850を介して相互に接続されている。パラレルバス840は特に制御信号を制御ユニットDからアクティベーションIC(E)へ高速で伝送するために使用され、これに対してシリアルバス850は低速のデータ伝送に使用される。
【0074】
図5にはアクティベーションIC(E)の有する幾つかのコンポーネントが示されている。すなわち、論理回路800、RAMメモリ810、ディジタルアナログ変換器820、および比較器装置830である。さらにここには(制御信号用の)高速のパラレルバス840がアクティベーションIC(E)の論理ユニット800に接続され、低速のシリアルバス850はRAMメモリ810に接続されることが示されている。論理回路800はRAMメモリ810、比較器装置830、および信号線路410〜460;510、520;540〜560に接続されている。RAMメモリ810は論理回路800とディジタルアナログ変換器820とに接続されている。ディジタルアナログ変換器820はさらに比較器装置830に接続されている。比較器装置830はさらにセンサ線路700、710;720;730〜750と上述のように論理回路800とに接続されている。
【0075】
上で列挙したコンポーネントは充電プロシージャでは次のように用いられる。すなわち、制御ユニットDにより、特定の圧電素子10、20、30、40、50、60が定められ、所定の目標電圧まで充電される。その後まずディジタル数で表された目標電圧値がRAMメモリ810へ低速のシリアルバス850を介して伝送される。目標電圧は例えばメイン噴射で使用されるUoptの値である。その後かまたは同時に、選択される特定の圧電素子10、20、30、40、50、60に相応するコードとRAMメモリ810内の所望の電圧のアドレスとがパラレルバス840を介して論理回路800へ伝送される。さらにストローブ信号が論理回路800へパラレルバス840を介して送信され、これにより充電プロシージャの開始信号がトリガされる。
【0076】
開始信号により、まず論理回路800が目標電圧のディジタル値をRAMメモリ810からピックアップし、この値をディジタルアナログ変換器820へ送出する。これにより変換器820のアナログ出力側で所望の電圧が発生する。なお前述の(図示されていない)アナログ出力側は比較器装置830へ接続されている。これに加えて論理回路800は第1のグループG1の圧電素子10、20、30を測定する測定点600または第2のグループG2の圧電素子40、50、60を測定する測定点610を比較器装置830に対して選択する。その結果、目標電圧と選択された圧電素子10、20、30、40、50、60での実際電圧とが比較器装置830で比較される。比較の結果、すなわち目標電圧と実際電圧との差は論理回路800へ伝送される。ここで論理回路800は目標電圧と実際電圧とが相互に等しくなると直ちにこのプロシージャを停止する。
【0077】
次に論理回路800は制御信号を選択された圧電素子10、20、30、40、50、60に相応する分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61へ印加し、スイッチを閉成する。これにより全ての分岐選択スイッチ11、21、31、41、51、61は前述の実施例のうち充電プロシージャのオンまでの間は開放状態にあると見なされる。次に論理回路800は制御信号を充電スイッチ220へ印加してスイッチを閉成させる。さらに論理回路800は測定点620に発生する電流の測定を開始または持続する。ここで測定電流は比較器装置830によって所定の最大値と比較される。所定の最大値に検出電流が到達すると直ちに論理回路800は充電スイッチ220を再び開放する。
【0078】
なお測定点620に残っている電流も検出され、所定の最大値と比較される。前述の所定の最大値が達成されると直ちに、論理回路800は充電スイッチ220を再び閉成し、プロシージャがもう一度開始される。
【0079】
充電スイッチ220の開閉は、測定点600または610で検出された電圧が目標電圧を下回っている限り反復される。目標電圧が達成されると直ちに論理回路はプロシージャの反復を停止させる。
【0080】
放電プロシージャは前述の場合に相応するように行われる。すなわち圧電素子10、20、30、40、50、60の選択がグループ選択スイッチ310、320により行われ、充電スイッチ220に代わって放電スイッチ230が開閉され、所定の最小目標電圧が達成される。
【0081】
充放電動作のタイミング、圧電素子10、20、30、40、50、60での電圧レベルの維持、および例えばメイン噴射の時間は、弁のストロークに相応して例えば図2に示されているように定められる。
【0082】
上述したような充放電プロシージャは実施例として示したに過ぎないことを理解されたい。したがって上述の回路または他の回路を使用する他のプロシージャも所望の目的に応じて可能であり、相応のプロシージャを上述の実施例に代えて使用することができる。
【0083】
アクチュエータの移動を可能なかぎりの高精度で設定することがきわめて重要である。この点について、アクチュエータの移動による温度依存性はコモンレールインジェクタの機能に決定的な影響を与える。アクチュエータの移動の温度依存性はそのキャパシタンスの温度依存性を既知とすることによって補償される。このプロセスでは圧電素子のキャパシタンスはコントロールユニットで測定され、温度はキャパシタンスと温度との関係を用いて求められる。この関係は実験測定から得られる。動作中キャパシタンスと温度との関係についての情報へアクセスが行われ、圧電素子の測定キャパシタンスに相応する温度が識別される。
【0084】
有利には全ての圧電素子のキャパシタンスが測定され比較される。圧電素子のそれぞれに対するキャパシタンス値が全ての測定キャパシタンスの平均値から特定量以上に偏差する場合には、当該の圧電素子は欠陥のために温度に依存しなくなっていると識別される。エラー温度補償はこの種の判別がなされた場合にこのようにして回避される。加えて欠陥のある圧電素子が検出されると、ドライバに対する警報信号が形成される。
【0085】
各圧電素子のキャパシタンスCiは特定の時間間隔(例えば4つのシリンダエンジンではi=1〜4)で求められる。平均キャパシタンスCavgはこれらの値から計算され、キャパシタンス差値Ci−Cavgがさらに計算される。所定の圧電素子に対するキャパシタンス差値の絶対値|Ci−Cavg|が許容可能なキャパシタンス限界値CΔを超過する場合には、当該の圧電素子は欠陥を有するとクラシフィケーションされ、この圧電素子は温度補償を行う際には考慮されない。上述したようにキャパシタンス限界値CΔが超過されると、警報信号が車両操作者へ伝達される。有利にはどの圧電素子が欠陥を有するかも識別される。
【0086】
図6にはトレランスを外れた圧電素子を検出する本発明の実施例に相応するフローチャートが示されている。図6によれば、ステップ7010は全ての圧電素子のキャパシタンスCiの測定を表す。このステップでは圧電素子のキャパシタンスが得られる。個々の圧電素子の値はつぎにステップ7020で平均され、平均キャパシタンスCavgが得られる。ステップ7020に続いて判定ブロック7030が設けられており、絶対値|Ci−Cavg|が許容可能なキャパシタンス限界値CΔを超過するか否かが判別される。許容可能なキャパシタンス限界値CΔが超過される場合、圧電素子は操作不能または欠陥を有するとクラシフィケーションされ、相応にステップ7040でエラーメッセージが形成され、このエラーがドライバに報知される。ステップ7040は任意ではあるが有利な実施例である。絶対値|Ci−Cavg|が所望の範囲内にある場合には、プロシージャ全体がステップ7050での所定のインターバル後に反復される。
【0087】
図7には特に燃料インジェクタの圧電素子を駆動する電圧を供給する電力段またはケーブルの欠陥を検出する本発明の有利な実施例のフローチャートが示されている。プログラム8001のスタートに続いて、ステップ8002のイニシャライゼーションによりカウンタiが0へセットされ、すなわちi=0となる。イニシャライゼーションステップ8002に続いてステップ8003でiは1でインクリメントされ、すなわちi=i+1となる。ステップ8003に続いて判定ブロック8004ではi>nであるか否かが判別される。ここでnはシリンダ数である。この実施例では全てのシリンダに対して1つの圧電素子を含む1つの燃料インジェクタが割り当てられている。
【0088】
iがnより大きい場合プログラムは終了される。すなわちこのケースでは判定ブロック8004から終了ブロック8012にいたる。この条件が満足されない場合には、判定ブロック8004に続いて判定ブロック8005で
Ci/Ci+1≧fmin1
であるか否かが判別される。ここでCiはi番目のシリンダへの燃料噴射を制御する圧電素子のキャパシタンスであり、Ci+1は(i+1)番目のシリンダへの燃料噴射を制御する圧電素子のキャパシタンスであり、fmin1はトレランス値である。fmin1は有利には0.8〜1の値であり、有利には0.9の範囲にある。条件
Ci/Ci+1≧fmin1
が満たされない場合、判定ブロック8005に続いて判定ブロック8008へ移行する。これに対して条件
Ci/Ci+1≧fmin1
が相当する場合には、判定ブロック8005に続いて判定ブロック8006へ移行する。
【0089】
判定ブロック8008により条件
Ci/Ci+1≧fmin0.5
かつCi/Ci+1≦fmax0.5かつCi/Ci+1≦fmax1が相当するか否かが求められる。ここでfmax1はトレランス値である。この値は有利には1〜1.2の間であり、特に有利にはほぼ1.1である。
【0090】
判定ブロック8006の条件が相当する場合、続いて判定ブロック8003へ移行する。またこの条件が相当しない場合、判定ブロック8006に続いて判定ブロック8007へ移行する。
【0091】
判定ブロック8007は条件
Ci/Ci+1≧fmin2かつCi/Ci+1≦fmax2
が相当するか否かを判定する。ここでfmin2はトレランス値である。この圧は有利には1.6〜2.0の範囲にあり、特に有利にはほぼ1.8である。fmax2は同様にトレランス値であり、有利には2.0〜2.4の範囲であり、特に有利にはほぼ2.2である。
【0092】
条件
Ci/Ci+1≧fmin0.5 かつCi/Ci+1≦fmax0.5
のうち一方が相当する場合、fmin0.5がトレランス値となる。この値は有利には0.3〜0.5の範囲にあり、特に有利にはほぼ0.4である。fmax0.5も同様にトレランス値であり、0.5〜0.7の範囲にあり、特に有利にはほぼ0.6である。
【0093】
条件
Ci/Ci+1≧fmin0.5かつCi/Ci+1≦fmax0.5
のどちらも相当しない場合、判定ブロック8008に続いてステップ8003へ移行する。2つの条件とも相当する場合には、判定ブロック8008に続いてステップ8009へ移行する。ステップ8009はシリンダiへの燃料噴射を制御する圧電素子に欠陥があると判別する。有利には警報信号が形成されるか、および/またはエラーメッセージがログに記録される。ステップ8009の後、プログラムは終了される。
【0094】
判定ブロック8006の条件が相当しないことが検出されると、判定ブロック8007に続いてステップ8011で不特定のエラーが発生したことが判別される。有利には警報信号が形成されるか、エラーメッセージがログに記録される。
【0095】
また条件
Ci/Ci+1≧fmin2かつCi/Ci+1≦fmax2
の双方が相当する場合、ブロック8007に続いてステップ8010へ移行する。ステップ8010はシリンダi+1への燃料噴射を制御する圧電素子に欠陥があると判別する。有利には警報信号が形成されるか、エラーメッセージがログに記録される。ステップ8010の後、プログラムは終了される。
【0096】
図6、図7は請求項に示されている本発明の実施例を表しているにすぎないことを理解されたい。他の手法で圧電素子のキャパシタンスを所定の値の集合と比較することにより見つけだすことも本発明の範囲内で可能である。図6および図7では圧電素子のキャパシタンスが圧電素子のキャパシタンスに関連する値の例として使用されている。例として圧電素子のキャパシタンスを上述の圧電素子のキャパシタンスに関連する他の値に置換することも有効である。
【図面の簡単な説明】
【図1】固定の時間間隔での作動電圧と体積燃料量との関係を複動式制御弁の実施例に対して示したグラフである。
【図2】制御弁のストロークと相応のノズルニードルのリフト運動とを複動式制御弁の実施例に対して示した概略的な特性図である。
【図3】本発明を実施するのに適した装置の実施例のブロック図である。
【図4A】図3の回路の第1の充電フェーズ中(充電スイッチ220が閉じられている期間)に発生する状況を説明する図である。
【図4B】図3の回路の第2の充電フェーズ中(充電スイッチ220が再び開放されている期間)に発生する状況を説明する図である。
【図4C】図3の回路の第1の放電フェーズ中(放電スイッチ230が閉じられている期間)に発生する状況を説明する図である。
【図4D】図3の回路の第2の放電フェーズ中(放電スイッチ230が再び開放されている期間)に発生する状況を説明する図である。
【図5】図3に示されているアクティベーションIC(E)のコンポーネントのブロック図である。
【図6】圧電アクチュエータのトレランスを検出する本発明の実施例を示すフローチャートである。
【図7】特に燃料インジェクタの圧電素子の駆動電圧を供給する電力段またはケーブルの欠陥を検出する本発明の実施例を示すフローチャートである。
【図8】圧電素子をアクチュエータとして用いる燃料噴射装置の概略図である。
Claims (9)
- 噴射燃料量を制御する少なくとも2つの圧電素子(10、20、30、40、50、60)を有しており、
いずれかの圧電素子(10、20、30、40、50、60)または該圧電素子(10、20、30、40、50、60)を駆動する電気回路に生じうるフォールトを検出する監視ユニット(D)を有している、
燃料噴射装置において、
前記監視ユニット(D)は、いずれかの圧電素子(10、20、30、40、50、60)または該圧電素子(10、20、30、40、50、60)を駆動する電気回路に生じうるフォールトを、該圧電素子のキャパシタンスに関連する第1の値(Ci)と他の圧電素子のキャパシタンスに関連する第2の値(Ci+1)との商に基づいて検出可能である
ことを特徴とする燃料噴射装置。 - 前記商が0.5〜0.7の範囲の値以下でありかつ前記商が0.3〜0.5の範囲の値以上である場合、前記商の第1の値に関連する第1のシリンダへの燃料噴射に欠陥があると見なされる、
請求項1記載の燃料噴射装置。 - 前記0.5〜0.7の範囲の値は0.6である、
請求項2記載の燃料噴射装置。 - 前記0.3〜0.5の範囲の値は0.4である、
請求項2項記載の燃料噴射装置。 - 前記商が1.6〜2.0の範囲の値以上でありかつ前記商が2.0〜2.4の範囲の値以下である場合、前記商の第2の値に関連する第2のシリンダへの燃料噴射に欠陥があると見なされる、
請求項1から4までのいずれか1項記載の燃料噴射装置。 - 前記1.6〜2.0の範囲の値は1.8である、
請求項5記載の燃料噴射装置。 - 前記2.0〜2.4の範囲の値は2.2である、
請求項5記載の燃料噴射装置。 - 欠陥があると判別された場合、警報信号が形成されるかエラーメッセージがログに記録される、請求項1から7までのいずれか1項記載の燃焼噴射装置。
- 噴射燃料量を制御する少なくとも2つの圧電素子(10、20、30、40、50、60)と、いずれかの素子(10、20、30、40、50、60)または該圧電素子を駆動する電気回路に生じうるフォールトを検出する監視ユニット(D)とを含む燃料噴射装置の操作方法において、
いずれかの圧電素子(10、20、30、40、50、60)または該圧電素子(10、20、30、40、50、60)を駆動する電気回路に生じうるフォールトを、該圧電素子のキャパシタンスに関連する第1の値(Ci)と他の圧電素子のキャパシタンスに関連する第2の値(Ci+1)との商に基づいて検出可能である
ことを特徴とする燃料噴射装置の操作方法。
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US7252072B2 (en) * | 2003-03-12 | 2007-08-07 | Cummins Inc. | Methods and systems of diagnosing fuel injection system error |
DE10323177A1 (de) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzsystem für Brennkraftmaschinen |
DE10323491B4 (de) * | 2003-05-23 | 2014-07-10 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Diagnose mindestens eines Aktors mit einem kapazitiven Element oder seiner Ansteuerung |
DE10349824A1 (de) | 2003-10-24 | 2005-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Diagnose einer Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, welche einen Piezoaktor aufweist |
DE102004021377A1 (de) * | 2004-04-30 | 2005-11-17 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Diagnose einer Ansteuerschaltung |
EP1621764B1 (en) * | 2004-06-30 | 2007-11-07 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Internal combustion engine fuel injector |
EP1612403B1 (en) | 2004-06-30 | 2007-01-10 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Servo valve for controlling an internal combustion engine fuel injector |
DE102004040073B4 (de) * | 2004-08-18 | 2008-04-30 | Siemens Ag | Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betrieb eines Piezoaktors |
DE102004058971B4 (de) * | 2004-12-08 | 2006-12-28 | Volkswagen Mechatronic Gmbh & Co. Kg | Verfahren zum Steuern eines piezoelektrischen Aktors und Steuereinheit zum Steuern eines piezoelektrischen Aktors |
DE102005001498B4 (de) * | 2005-01-12 | 2007-02-08 | Siemens Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Steuern eines Injektors |
EP1895150B1 (en) * | 2006-01-20 | 2009-04-08 | Delphi Technologies, Inc. | Improvements in piezoelectric actuators |
DE102006036567B4 (de) * | 2006-08-04 | 2008-09-11 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren zum Bestimmen eines Funktionszustandes eines Piezoinjektors einer Brennkraftmaschine |
JP4853201B2 (ja) * | 2006-09-27 | 2012-01-11 | 株式会社デンソー | インジェクタ駆動装置及びインジェクタ駆動システム |
EP1927743A1 (en) * | 2006-11-30 | 2008-06-04 | Delphi Technologies, Inc. | Detection of faults in an injector arrangement |
DE102006059070A1 (de) * | 2006-12-14 | 2008-06-19 | Robert Bosch Gmbh | Kraftstoffeinspritzsystem und Verfahren zum Ermitteln eines Nadelhubanschlags in einem Kraftstoffeinspritzventil |
DE102006060311A1 (de) * | 2006-12-20 | 2008-06-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Betrieb eines Einspritzventils |
JP4483908B2 (ja) * | 2007-08-23 | 2010-06-16 | 株式会社デンソー | 燃料噴射制御装置 |
DE102008045955A1 (de) * | 2008-09-04 | 2010-03-11 | Continental Automotive Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Korrektur einer temperaturbedingten Längenänderung einer Aktoreinheit, die im Gehäuse eines Kraftstoffinjektors angeordnet ist |
US8833148B2 (en) * | 2012-09-06 | 2014-09-16 | Chrysler Group Llc | Bi-fuel injector relay diagnostic |
EP3144512B1 (en) * | 2014-05-13 | 2019-07-10 | Hitachi Automotive Systems, Ltd. | Fuel injection system for internal combustion engine |
JP6172189B2 (ja) * | 2015-03-23 | 2017-08-02 | マツダ株式会社 | 直噴エンジンの燃料噴射制御装置 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999007026A1 (de) * | 1997-08-02 | 1999-02-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen eines piezoelektrischen elements |
JP2000008940A (ja) * | 1998-06-23 | 2000-01-11 | Honda Motor Co Ltd | ノックセンサのフェール検出装置 |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5811824A (ja) * | 1981-07-15 | 1983-01-22 | Hitachi Ltd | 圧電型ノツクセンサのシヨ−ト検出回路 |
JP2935499B2 (ja) * | 1988-10-27 | 1999-08-16 | 株式会社デンソー | ディーゼル機関用ピエゾ式噴射弁の駆動装置 |
DE68921047T2 (de) | 1988-11-30 | 1995-06-14 | Toyota Motor Co Ltd | Apparat zum Antreiben eines piezoelektrischen Elements zum Öffnen oder zum Schliessen eines Ventilteils. |
JP2536114B2 (ja) | 1989-01-18 | 1996-09-18 | トヨタ自動車株式会社 | 圧電素子の駆動装置 |
JPH04166641A (ja) * | 1990-10-31 | 1992-06-12 | Toyota Motor Corp | 燃料噴射弁用電歪式アクチュエータの駆動回路 |
JPH04286657A (ja) * | 1991-03-18 | 1992-10-12 | Fujitsu Ltd | 圧電素子の異常検出回路 |
GB2263975B (en) * | 1992-01-22 | 1995-01-25 | Rover Group | A method of detecting malfunction in a piezoelectric sensor system |
JP2870336B2 (ja) * | 1992-12-04 | 1999-03-17 | トヨタ自動車株式会社 | 圧電素子駆動回路 |
JPH07131087A (ja) * | 1993-11-08 | 1995-05-19 | Omron Corp | 圧電素子駆動装置 |
JPH07317592A (ja) * | 1994-05-26 | 1995-12-05 | Unisia Jecs Corp | 内燃機関の筒内圧検出装置 |
DE19729844A1 (de) | 1997-07-11 | 1999-01-14 | Bosch Gmbh Robert | Kraftstoffeinspritzvorrichtung |
DE19734895C2 (de) * | 1997-08-12 | 2002-11-28 | Siemens Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Ansteuern wenigstens eines kapazitiven Stellgliedes |
DE19742073A1 (de) | 1997-09-24 | 1999-03-25 | Bosch Gmbh Robert | Kraftstoffeinspritzvorrichtung für Brennkraftmaschinen |
DE19805184A1 (de) * | 1998-02-10 | 1999-08-12 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Temperatur eines piezoelektrischen Elements |
DE19841002C1 (de) * | 1998-09-08 | 2000-03-30 | Siemens Ag | Verfahren zur Diagnose eines Kurzschlusses an einem kapazitiven Stellglied |
-
2000
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1999007026A1 (de) * | 1997-08-02 | 1999-02-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zum laden und entladen eines piezoelektrischen elements |
JP2001502120A (ja) * | 1997-08-02 | 2001-02-13 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | 圧電素子の充電および放電方法並びに充電および放電装置 |
JP2000008940A (ja) * | 1998-06-23 | 2000-01-11 | Honda Motor Co Ltd | ノックセンサのフェール検出装置 |
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