JP4789929B2 - 燃料噴射弁を制御するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射弁を制御するための方法に関し、この燃料噴射弁は、従属した空間に対する接続を開放又は閉鎖する弁部材としての圧電アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）と、弁部材を操作するための電気操作要素と、弁部材をプリテンション方向にプリテンションをかけるプリテンション要素と、更に、弁部材と１つの軸線上に配置されていて、弁部材に作用する力に関する出力信号を調整装置へと供給するセンサ要素とを含んでいる。

この種の方法は特許文献１から知られている。センサ要素はエンジンのノッキングを決定するために用いられる。この際、機械的なパルスがセンサ要素を用いて電気信号に変換され、これらの電気信号が調整装置により評価される。しかしこの際、弁の非作動段階（完全に開かれている弁、又は完全に閉じられている弁）においてのみセンサ要素により圧力を記録することだけが可能である。

ドイツ特許出願公開第１０１２７９３２号明細書

本発明の基礎を成す課題は、燃料噴射弁を全燃焼過程中に信頼性をもって制御することを可能にする、冒頭に掲げた形式の方法を創作することである。

本発明は、前記の課題を請求項１に記載した手段により解決する。

本発明の前提は、燃料噴射弁の特別な構成である。圧電アクチュエータとセンサ要素が好ましくは１つのユニットを形成する。追加的に圧電アクチュエータ用のプリテンション要素が設けられていて、このプリテンション要素は弁部材をプリテンション方向に好ましくは閉鎖するようにプリテンションをかける。センサ要素は弁部材と１つの軸線上に配置されている。その際、出力信号は、弁部材に作用する力に関する情報を提供する。

これらの力は、プリテンション要素により加えられる力、電気励起により圧電要素に作用する力、燃焼室内の燃焼圧力により弁に作用する力、並びに場合による熱的な影響から構成される。この際、燃焼室内の燃焼圧力により弁に作用する力は、適切な寸法決定により、プリテンション要素により加えられる力及び電気励起により圧電要素に作用する力よりも明らかに小さい。

本発明の本質的な特徴は、操作要素を付勢する電気エネルギーの経過形態である。少なくともほぼセンサ要素の出力信号とは逆の経過形態により、圧電アクチュエータが、全開放時間中、開放過程及び閉鎖過程は除き、少なくともほぼ不変の位置に留まることが達成される。

本発明の枠内では、好ましくは、センサ要素であって圧電アクチュエータのように電歪式で構成されていて好ましくはこれと共に弁部材と共通の軸線上に配置されているセンサ要素が使用される。上述の効果は、センサ要素が磁歪要素として形成されている場合にも維持され得る。それにより特にコンパクトな構造が達成される。

電歪要素に代わり磁歪要素も使用され得る。磁歪要素では磁界の影響のもとボディの形状寸法が変化する。この際、ボディの延びは磁場強度に依存して行われる。この際、ボディの延びは磁場強度が大きいほど大きい。この効果の裏返しは磁気弾性効果又は磁気機械効果と称される。この際、磁気誘導の変化は機械的な応力の影響のもと引き起こされる。このことは、本発明では、アクチュエータとしてもセンサとしても磁歪要素の使用のために使用され得て、この際、力は弁部材を介して磁歪要素へと伝達され得て、そこで、圧電要素に対応し、磁気誘導の変化の発生に基づいて決定され得る。従って磁歪要素を用いてもアクチュエータとして及びセンサとして作動され得る。

本発明の有利な実施形態では、調整装置により、稼動・初期段階において、各々でセンサ要素を備えた複数の弁部材の操作要素が、互いに依存せず、各々のセンサ要素の出力信号とは逆の電気励起で付勢される。それにより複数のシリンダ内の複数の燃料噴射弁が、互いに依存せず、互いに同じ方式で制御される。

本発明に従う方法の他の改善は、調整装置が、稼動・初期段階に続く稼動段階において、複数の弁部材の操作要素を、互いに依存せず、各々のセンサ要素の出力信号とは逆の電気励起で付勢し、この励起の振幅が、シリンダ選択的な（シリンダ別の）ラムダ・センサの出力信号に対応して選択される場合に得られる。それにより燃料噴射弁の調整が、ラムダ・ゾンデの出力信号に依存し、燃料噴射弁を排出ガス特性の最適化の意味でより改善するように制御する可能性をもって得られる。

本発明の実施例が図面に描かれていて、以下、それについて詳細に説明する。

唯一の図面は、本発明に従う方法のために特に適していて圧電アクチュエータ（ピエゾアクチュエータ）と組込式のセンサ要素とを有する燃料噴射弁の概要的な側面図を示している。

図面に示されているように、弁１は、圧電性のアクチュエータ２と、別個の圧電性のセンサ３とを含んでいる。この際、アクチュエータ２とセンサ３は互いに直接的に隣接して配置され、弁１のハウジング１’とプレート状の要素４との間に位置決めされている。要素４は弁部材５と固定接続されていて、この弁部材５は、燃焼室７への接続を確立するために弁座６を開放或いは閉鎖する。この際、アクチュエータ２は、弁部材５を静止状態で弁座６に保持するバネ８を押す。バネ８は、この際、圧電性のアクチュエータ２と弁部材５を押し戻す。

燃料供給ライン１１を介し、圧力下にある燃料が弁部材５の前方領域内に提供される（点線で示されている）。

この際、図面に示されている弁１の機能方式は、圧電性のアクチュエータ２がその駆動コントロール時にその長さをバネ８の方向に拡大するという方式であり、それにより、圧電アクチュエータ２と固定接続されている弁部材５がその弁座６から持ち上げられて離され、燃焼室７内への燃料噴射が行なわれ得る。

例えばノッキングによる燃焼室７内の圧力変化に起因して発生する力は、弁部材５を介して圧電性のセンサ３へと伝達される。同様に、圧電アクチュエータ２の励起時に引き起こされる力、並びに圧電アクチュエータ２に発生する熱的な力が圧電性のセンサ３へと伝達される。そこで発生する全ての力の合力（ベクトルの和）が信号として調整装置（非図示）へと転送される。この際、圧電アクチュエータ２の駆動コントロールのために設けられているものと同じラインが使用され得る。

本発明に従い、稼動・初期段階において、少なくともほぼセンサ３の出力信号とは逆の経過形態を有する電気励起で調整装置が圧電アクチュエータ２を付勢するように圧電アクチュエータ２の駆動コントロールが行なわれる。両方の電気信号の比は、特性マップを介して予め設定されるシリンダ固有の増大係数に等しい。それにより、圧電アクチュエータ２が、全開放時間中、開放過程及び閉鎖過程は除き、少なくともほぼ不変の位置に留まることが達成される。

この稼動・初期段階において、各々で対応するセンサ要素を備えた複数の弁部材の、複数のシリンダのために設けられている圧電アクチュエータは、圧電アクチュエータのために上述した方法に対応し、互いに依存せず、各々のセンサ要素の出力信号とは逆の電気励起で付勢される。

それにより、複数のシリンダの噴射弁のリフト同位置、従ってそれらのシリンダに対する燃料供給の均質化が得られる。この際、リフト同位置のもとでは、選択的に、弁の測定技術的に同じであるリフトや、同じ燃料流量（燃料スループット）を目指すものである「同じ」として理解され、必ずしも物理的に噴射弁の同じリフトだけではない。

最終的に調整装置により、稼動・初期段階に続く稼動段階において、複数の弁部材の操作要素が、互いに依存せず、各々のセンサ要素の出力信号とは逆の電気励起で付勢される。励起の振幅はシリンダ選択的な（シリンダ別の）ラムダ・センサの出力信号に対応して選択される。

それにより、ラムダ同位置、即ち全シリンダに渡って得られる燃料・空気混合気の均質化が得られる。

上記の両方の稼動モードに対して選択的に、各々のシリンダに配分されている燃料流量ｍ^＊の測定が稼動時に行なわれる。この場合、アクティブなラムダ・ゾンデを用い、各々のシリンダ内に噴射される燃料量が決定されなくてはならない。そのためには各々の燃料噴射弁が開かれるだけでよく、この稼動方式が、ラムダ・ゾンデに割り当てられているシリンダのために循環して実行される。更に個々の燃料噴射弁の互いの横比較（相互の比較）が実行される。この検査は燃焼動力機械の「リーンな惰行段階」で行なわれる。それにより、容認できないエンジン作動が回避される。その際、この検査法を使い、個別ラムダ調整が排除され得る。複数の燃料噴射弁における流量の循環式の測定及び横比較の後、燃料流量ｍ^＊の均等調節が行なわれる。作動がスムーズであること（スムーズでないこと）／回転が一様であること（一様でないこと）に関する、さもなければ通例である或いは必要である調整は排除され得る。

本発明の他の特別な長所は、以下の考察から得られる：

センサ３により提供される信号から、圧電アクチュエータ２の剛性に関する情報が獲得される。通常、噴射過程の開始時には信号の不連続な経過形態が発生する。それによりゼロ点エネルギーの決定が可能であり、即ち、弁部材５がまだ弁座６から離れないために、圧電アクチュエータ２に影響を及ぼし得るエネルギーである。このインフォメーションは、迅速な調整・反応或いはエネルギー収支の決定のために極めて重要である。

信号経過形態の不連続性は圧電アクチュエータ２の剛性経過形態における不連続性から得られる。この不連続性は、燃焼室圧力変化或いは弁部材５における燃料圧力変化により噴射過程の開始時に発生し、センサ信号のノイズにおいて認識可能である。同じことが、弁部材５が弁座６へと戻る場合、噴射過程の終了時に起こる。

対応的に、センサ信号の評価を介し、噴射弁の診断も実行され得る。噴射弁が非密閉の場合、燃焼室圧力は、弁部材５が実際に静止している場合、弁部材５の力・付勢、従ってセンサ・信号ノイズを導く。その非密閉の原因はインジェクタ内部のバネ破壊であり得る。

追加的に、異なる燃料噴射弁のセンサ信号経過形態の比較によりバネプリテンションも互いに比較され得る。

本発明に従う方法のために特に適していて圧電アクチュエータと組込式のセンサ要素とを有する燃料噴射弁の概要的な側面図を示す図である。

符号の説明

１ 弁
１’ ハウジング
２ アクチュエータ
３ センサ
４ プレート状の要素
５ 弁部材
６ 弁座
７ 燃焼室
８ バネ
１１ 燃料供給ライン

Claims (3)

1. 隣接する空間に対する接続を開放又は閉鎖する弁部材としての圧電アクチュエータと、弁部材を操作するための電気操作要素と、弁部材をプリテンション方向にプリテンションをかけるプリテンション要素と、更に、弁部材と１つの軸線上に配置されていて、弁部材に作用する力に関する出力信号を調整装置へと供給するセンサ要素とを含んでいる燃料噴射弁を制御するための方法において、前記の調整装置がセンサ要素の出力信号の波形とは逆位相の波形を有する電気信号を用いて電気操作要素を励起することにより、前記の圧電アクチュエータが、開放過程及び閉鎖過程を除く全開放時間中、不変の位置に維持されること
   を特徴とする方法。
2. 稼動・初期段階において、各々でセンサ要素を備えた複数の弁部材のそれぞれの電気操作要素が、前記の調整装置により、上記それぞれの電気操作要素が各々のセンサ要素の出力信号の波形とは逆位相の波形を有する電気信号を用いて励起されることによって、互いに独立して調整されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 稼動・初期段階に続く稼動段階において、各々でセンサ要素を備えた複数の弁部材のそれぞれの電気操作要素が、前記の調整装置により、上記それぞれの電気操作要素が各々のセンサ要素の出力信号の波形とは逆位相の波形を有する電気信号を用いて励起されることによって、互いに独立して調整され、この励起の振幅が、ラムダ・センサの出力信号に対応して、シリンダ毎に個別に選択されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。

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