JP2004019666A - Driving method and device of internal combustion engine, computer program, and internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば車両で、燃料を噴射弁から燃焼室へ噴射するために噴射弁のノズルニードルをピエゾアクチュエータによってオフセットする際に、ノズルニードルを動かし燃料を噴射するアクチュエータに所定の電圧を印加する内燃機関の駆動方法に関する。また本発明は車両の内燃機関、および車両の内燃機関の駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の方法および内燃機関は独国特許出願第１９９０３５５５号明細書から公知である。
【０００３】
同様に噴射燃料量とアクチュエータに印加される電圧とのあいだに関数関係が存在することも知られている。特に噴射燃料量はアクチュエータに印加される電圧の変化に依存している。
【０００４】
燃料が噴射弁から燃焼室へ噴射された後、アクチュエータへの印加電圧は再び遮断される。これによりアクチュエータでの電圧は直ちに完全に降下する。それ以外にアクチュエータに残存する残余ポテンシャルの大きさは未知となる。
【０００５】
この残余ポテンシャルは燃料噴射のためのアクチュエータの次の駆動の前に場合によってはまだ存在していることもある。このためアクチュエータの次の駆動の際に噴射燃料量が未知の残余ポテンシャルに依存してしまうこともある。
【０００６】
したがって残余ポテンシャルの大きさを次の噴射の前に測定するか、相応の回路技術的手段により次の噴射の際の残余ポテンシャルが実質的にゼロとなることを保証できるようにすることが考えられる。ただしこれらの手段の実現には現在のところ付加的なコストがかかる。
【０００７】
【特許文献１】
独国特許出願第１９９０３５５５号明細書
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、付加的なコストをかけずに残余ポテンシャルを処理できる内燃機関の駆動方法および内燃機関を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この課題は、アクチュエータにまず噴射弁のノズルニードルが動かされない大きさの第１の電圧を印加し、所定の時間が経過した後に噴射弁のノズルニードルを動かす第２の電圧を印加することにより解決される。
【００１０】
この課題はまた、制御装置が、まずアクチュエータに噴射弁のノズルニードルが動かされない大きさの第１の電圧が印加され、所定の時間が経過した後に噴射弁のノズルニードルを動かす第２の電圧が印加されるように構成されていることにより解決される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
第１の電圧によりアクチュエータの電圧が所定の値に設定される。したがって次の駆動の前にアクチュエータに印加されている電圧は既知となり、これを考慮することができるようになる。これはアクチュエータを駆動する電圧を第１の電圧に加算することにより行われる。これによりアクチュエータの電圧は正確に設定された値として得られる。全体として、加算される第２の電圧での駆動により、所望の燃料量が内燃機関の燃焼室へ噴射される。このとき付加的なコストは必要ない。
【００１２】
第１の電圧は噴射弁のノズルニードルがどんな場合でも運動したり移動したりしない小さいものであるが、いっぽうアクチュエータ内に最後の駆動によって生じた残余ポテンシャルをどんな場合にも上回る大きさに選定されている。
【００１３】
本発明はコンピュータプログラムのかたちでも実現される。これはディジタルの電子記憶媒体に記憶され、そのプログラム命令はコンピュータ上で動作する。
【００１４】
【実施例】
本発明の他の特徴、適用例および利点を、図示の実施例の説明に則して以下に説明する。ここで以下の説明、請求項、図などにおいて説明される全ての特徴はそれ自体でもまた任意に組み合わせても本発明の対象となりうる。
【００１５】
図１には特に車両の内燃機関のための装置が示されている。内燃機関には少なくとも１つの噴射弁が設けられており、この噴射弁により燃料が燃焼室へ噴射される。燃料には内燃機関の圧縮フェーズ中に燃料を燃焼室へ噴射するのに適した圧力が印加される。
【００１６】
噴射弁はこの弁内で往復運動するノズルニードルを有している。ノズルニードルが開放された状態で燃料は燃焼室へ噴射され、閉鎖された状態では噴射されない。噴射燃料量は開放状態でのノズルニードルの位置に依存して定められる。
【００１７】
噴射弁はノズルニードルを駆動するためのピエゾアクチュエータを有している。カップリングのためにアクチュエータとノズルニードルとのあいだには例えばハイドロリックカプラが設けられている。アクチュエータには電圧が印加され、これによりアクチュエータの膨張度が変化する。この膨張度の変化量がノズルニードルへ伝達され、ノズルニードルは開放状態へ移行する。
【００１８】
前述したように、噴射燃料量はノズルニードルの位置に依存して定まる。この位置はまたアクチュエータの膨張の変化量に依存している。膨張の変化量はアクチュエータに印加される電圧の変化量に依存している。つまり噴射燃料量はアクチュエータに印加される電圧変化の関数である。
【００１９】
図１によれば、少なくとも２つの電圧、すなわち第１の電圧Ｕ１および第２の電圧Ｕ２を供給する給電電圧ＵＶが存在している。制御装置ＳＧはスイッチＳを駆動し、これにより２つの電圧Ｕ１、Ｕ２のうち一方がアクチュエータ電圧ＵＡとしてスイッチオンされる。アクチュエータ電圧ＵＡは前述の噴射弁のピエゾアクチュエータＡに印加される。給電電圧ＵＶおよびアクチュエータＡは図１の実施例ではアースへ接続されている。
【００２０】
図２の上方のダイアグラムではアクチュエータ電圧ＵＡが時間ｔに関して示されている。時点ｔ１以前にはアクチュエータ電圧ＵＡの大きさは未知である。時点ｔ１後、アクチュエータ電圧ＵＡは第１の電圧Ｕ１の値を有する。時点ｔ２後、アクチュエータ電圧ＵＡは第２の電圧Ｕ２の値を有する。第１の電圧Ｕ１と第２の電圧Ｕ２とのあいだの差は電圧ＵＳに相応する。
【００２１】
第１の電圧Ｕ１は一方では噴射弁のノズルニードルがどんな場合にも運動したりずれたりしないよう小さく選定されている。したがって第１の電圧Ｕ１はアクチュエータＡの膨張度を変化させ、場合によってはこれによりハイドロリックカプラの状態が変更される。ただしアクチュエータＡの膨張度の変化もハイドロリックカプラの状態の変更も噴射弁内のノズルニードルの位置を変更しない。
【００２２】
第１の電圧Ｕ１は特に内燃機関の駆動パラメータ、例えば燃料に作用する圧力に依存して定まる。このため第１の電圧Ｕ１は時間の経過にともなって変化する。
【００２３】
他方で、第１の電圧Ｕ１はアクチュエータＡ内に最後の駆動から残っている残余ポテンシャルがどんな場合にも超過される程度に大きく選定されなければならない。このような残余ポテンシャルはアクチュエータＡが電圧の印加後完全に放電されないことにより生じる。
【００２４】
アクチュエータＡが時点ｔ１以前に例えばアースへ置かれることによってオフとなると、アクチュエータＡの電圧が時点ｔ１で完全には降下しないことがある。ここから前述の残余ポテンシャルが生じる。この残余ポテンシャルの大きさは前述のように未知であるため、図１では時点ｔ１前方の点線で示されている。
【００２５】
第２の電圧Ｕ２は次のように選定される。
【００２６】
前述のように、噴射燃料量はアクチュエータＡに印加される電圧変化の関数である。アクチュエータＡに印加される電圧の変化量はここでは電圧ＵＳである。第１の段階で所望の噴射燃料量を得るのに必要な電圧ＵＳが定められる。第２の段階では電圧ＵＳは第１の電圧Ｕ１に加算される。ここからアクチュエータＡに印加される第２の電圧Ｕ２が得られる。
【００２７】
重要なのは、所望の燃料量に必要な電圧ＵＳのみがアクチュエータＡに印加されるのでなく、電圧ＵＳと第１の電圧Ｕ１との和がアクチュエータＡへ印加される点である。これによりアクチュエータＡにはどんな場合にも（つまり残余ポテンシャルが存在していてもそれとは独立に）所定の電圧変化量、すなわち所望の燃料量に必要な電圧ＵＳが確実に生じる。
【００２８】
図２の下方のダイアグラムには噴射弁のノズルニードルの位置Ｅが時間ｔに関して示されている。参照番号Ｏでノズルニードルの開放状態が示され、参照番号Ｚで閉鎖状態が示されている。ここでは前述のように開放状態での噴射弁内のノズルニードルの正確な位置がアクチュエータＡに印加される電圧に依存していることがわかる。
【００２９】
図２から見てとれるように、ノズルニードルは時点ｔ２の前には閉鎖状態にある。特に時点ｔ１から時点ｔ２へいたる時間ｄｔ１のあいだ、ノズルニードルの位置は閉鎖状態から変化していない。
【００３０】
時間ｄｔ１は、第１の電圧Ｕ１に基づいて、これが立ち上がり、そこから得られるアクチュエータＡの膨張の変化量と場合によって得られるハイドロリックカプラの状態の変化量とが何らかのかたちで噴射弁内に生じ、徐々に減衰していくように選定されている。
【００３１】
前述のように、時点ｔ２でアクチュエータＡに付加的に印加される電圧ＵＳが得られる。これにより噴射弁のノズルニードルが開放状態で、所望の噴射燃料量に相応に運動する。このノズルニードルの運動またはオフセットは全システムの慣性によって遅延する。これは図２に時点ｔ２後の時間ｄｔ２として示されている。
【００３２】
図２の上方には電圧が示されており、下方には噴射弁のノズルニードルの状態または位置が簡単に示されている。実際には図示のパラメータは跳躍的にではなく曲線状に、特に指数関数の形状で変化する。
【００３３】
さらに一般に次のことが判明している。
【００３４】
ピエゾアクチュエータは電圧制御部、チャージ制御部またはエネルギ制御部によって駆動される。これとは独立に所定の電流および存在するアクチュエータの容量によってストロークを発生する電圧Ｕ１、Ｕ２が必要である。ストロークは別の噴射パルスで目標値へ制御される。この場合所定の電流が印加され、所定のデルタ電圧Ｕ２−Ｕ１と電圧Ｕ１に関する知識とが必要である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両内燃機関の駆動装置のブロック図である。
【図２】図１の装置の信号およびステータスの時間図である。
【符号の説明】
ＵＶ 給電電圧
Ｓ スイッチ
ＳＧ 制御装置
Ａ アクチュエータ
ＵＳ（Ｕ１，Ｕ２） 電圧
ＵＡ アクチュエータ電圧
ｔ１，ｔ２ 時点
ｄｔ１，ｄｔ２ 時間[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention applies a predetermined voltage to an actuator that moves a nozzle needle to inject fuel when a nozzle needle of the injection valve is offset by a piezo actuator in order to inject fuel from the injection valve into a combustion chamber, for example, in a vehicle. The present invention relates to a method for driving an internal combustion engine. The present invention also relates to a vehicle internal combustion engine and a drive control device for the vehicle internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
A method and an internal combustion engine of this kind are known from DE 199 03 555.
[0003]
It is also known that a functional relationship exists between the amount of injected fuel and the voltage applied to the actuator. In particular, the amount of injected fuel depends on changes in the voltage applied to the actuator.
[0004]
After the fuel has been injected from the injector into the combustion chamber, the voltage applied to the actuator is shut off again. This causes the voltage at the actuator to drop immediately and completely. In addition, the magnitude of the residual potential remaining in the actuator is unknown.
[0005]
This residual potential may still be present before the next actuation of the actuator for fuel injection. Therefore, at the time of the next drive of the actuator, the injected fuel amount may depend on the unknown residual potential.
[0006]
It is therefore conceivable to measure the magnitude of the residual potential before the next injection or to ensure that the residual potential during the next injection is substantially zero by corresponding circuit engineering measures. . However, the realization of these measures currently has additional costs.
[0007]
[Patent Document 1]
German Patent Application No. 199 03 555
[Problems to be solved by the invention]
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine driving method and an internal combustion engine that can process the residual potential without incurring additional costs.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
This problem is solved by first applying a first voltage to the actuator that does not move the nozzle needle of the injection valve, and then applying a second voltage that moves the nozzle needle of the injection valve after a predetermined time has elapsed. Is done.
[0010]
The object of the present invention is also that the control device firstly applies a first voltage to the actuator so that the nozzle needle of the injection valve is not moved, and a second voltage for moving the nozzle needle of the injection valve after a predetermined time has elapsed. The problem is solved by being configured to be applied.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The first voltage sets the voltage of the actuator to a predetermined value. Thus, the voltage applied to the actuator before the next drive is known and can be taken into account. This is performed by adding a voltage for driving the actuator to the first voltage. Thereby, the voltage of the actuator is obtained as an accurately set value. As a whole, the desired amount of fuel is injected into the combustion chamber of the internal combustion engine by driving with the added second voltage. No additional costs are required.
[0012]
The first voltage is small enough that the nozzle needle of the injector does not move or move in any case, but is in any case greater than the residual potential created by the last drive in the actuator. ing.
[0013]
The present invention is also realized in the form of a computer program. It is stored on a digital electronic storage medium, the program instructions of which run on a computer.
[0014]
【Example】
Other features, applications and advantages of the present invention are described below with reference to the description of the illustrated embodiment. Here, all features described in the following description, claims, figures, and the like can be a subject of the present invention by itself or in any combination.
[0015]
FIG. 1 shows a device for an internal combustion engine of a vehicle. The internal combustion engine is provided with at least one injection valve by which fuel is injected into the combustion chamber. The fuel is applied with a pressure suitable for injecting the fuel into the combustion chamber during the compression phase of the internal combustion engine.
[0016]
The injection valve has a nozzle needle that reciprocates within the valve. The fuel is injected into the combustion chamber when the nozzle needle is open, and is not injected when the nozzle needle is closed. The amount of injected fuel is determined depending on the position of the nozzle needle in the open state.
[0017]
The injection valve has a piezo actuator for driving the nozzle needle. For coupling, for example, a hydraulic coupler is provided between the actuator and the nozzle needle. A voltage is applied to the actuator, which changes the degree of expansion of the actuator. The amount of change in the degree of expansion is transmitted to the nozzle needle, and the nozzle needle shifts to the open state.
[0018]
As described above, the amount of injected fuel is determined depending on the position of the nozzle needle. This position also depends on the amount of change in expansion of the actuator. The amount of change in expansion depends on the amount of change in voltage applied to the actuator. That is, the amount of injected fuel is a function of the change in voltage applied to the actuator.
[0019]
According to FIG. 1, there is a supply voltage UV that supplies at least two voltages, a first voltage U1 and a second voltage U2. The control device SG drives the switch S, whereby one of the two voltages U1, U2 is switched on as the actuator voltage UA. The actuator voltage UA is applied to the piezo actuator A of the aforementioned injection valve. The supply voltage UV and the actuator A are connected to ground in the embodiment of FIG.
[0020]
In the upper diagram of FIG. 2, the actuator voltage UA is shown with respect to time t. Before the time point t1, the magnitude of the actuator voltage UA is unknown. After time t1, the actuator voltage UA has the value of the first voltage U1. After time t2, the actuator voltage UA has the value of the second voltage U2. The difference between the first voltage U1 and the second voltage U2 corresponds to the voltage US.
[0021]
The first voltage U1 is, on the one hand, selected to be small so that the nozzle needle of the injection valve does not move or shift in any case. Therefore, the first voltage U1 changes the degree of expansion of the actuator A, which in some cases changes the state of the hydraulic coupler. However, neither the change in the degree of expansion of the actuator A nor the change in the state of the hydraulic coupler changes the position of the nozzle needle in the injection valve.
[0022]
The first voltage U1 depends in particular on the operating parameters of the internal combustion engine, for example on the pressure acting on the fuel. Therefore, the first voltage U1 changes over time.
[0023]
On the other hand, the first voltage U1 must be chosen so large that the residual potential remaining from the last drive in the actuator A is exceeded in any case. Such a residual potential is generated when the actuator A is not completely discharged after the application of the voltage.
[0024]
If actuator A is turned off before time t1, for example by being grounded, the voltage on actuator A may not drop completely at time t1. From this, the aforementioned residual potential is generated. Since the magnitude of this residual potential is unknown as described above, it is shown in FIG. 1 by a dotted line ahead of time t1.
[0025]
The second voltage U2 is selected as follows.
[0026]
As described above, the amount of injected fuel is a function of the change in voltage applied to actuator A. Here, the amount of change in the voltage applied to the actuator A is the voltage US. In the first stage, the voltage US required to obtain the desired amount of injected fuel is determined. In the second stage, the voltage US is added to the first voltage U1. From this, the second voltage U2 applied to the actuator A is obtained.
[0027]
What is important is that not only the voltage US required for the desired fuel amount is applied to the actuator A, but the sum of the voltage US and the first voltage U1 is applied to the actuator A. This ensures that a predetermined voltage change, i.e. the voltage US required for the desired fuel quantity, is generated in the actuator A in any case (i.e. independently of the residual potential, if any).
[0028]
The lower diagram in FIG. 2 shows the position E of the nozzle needle of the injection valve with respect to time t. Reference number O indicates the open state of the nozzle needle, and reference number Z indicates the closed state. Here, it can be seen that the exact position of the nozzle needle in the injection valve in the open state depends on the voltage applied to the actuator A as described above.
[0029]
As can be seen from FIG. 2, the nozzle needle is closed before time t2. In particular, during the time dt1 from the time point t1 to the time point t2, the position of the nozzle needle has not changed from the closed state.
[0030]
The time dt1 is based on the first voltage U1, at which it rises and the resulting change in the expansion of the actuator A and possibly the change in the state of the hydraulic coupler occur in the injection valve in some form. , Which are selected to gradually decay.
[0031]
As described above, at time t2, the voltage US additionally applied to the actuator A is obtained. This causes the nozzle needle of the injection valve to move in the open state corresponding to the desired injected fuel quantity. This movement or offset of the nozzle needle is delayed by the inertia of the entire system. This is shown in FIG. 2 as time dt2 after time t2.
[0032]
The voltage is shown in the upper part of FIG. 2, and the state or position of the nozzle needle of the injection valve is simply shown in the lower part. In practice, the parameters shown change not in a jump but in a curve, in particular in the form of an exponential function.
[0033]
More generally, the following has been found.
[0034]
The piezo actuator is driven by a voltage control unit, a charge control unit, or an energy control unit. Independently of this, voltages U1, U2 are required which generate a stroke with a given current and the capacity of the actuator present. The stroke is controlled to a target value with another injection pulse. In this case, a predetermined current is applied, and a predetermined delta voltage U2-U1 and knowledge about voltage U1 are required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a drive device for a vehicle internal combustion engine according to the present invention.
FIG. 2 is a time diagram of the signals and status of the device of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
UV power supply voltage S switch SG controller A actuator US (U1, U2) voltage UA actuator voltage t1, t2 time point dt1, dt2 time
Claims (8)
アクチュエータ（Ａ）にまず噴射弁のノズルニードルが動かされない大きさの第１の電圧（Ｕ１）を印加し、
所定の時間（ｄｔ１）が経過した後に噴射弁のノズルニードルを動かす第２の電圧（Ｕ２）を印加する
ことを特徴とする内燃機関の駆動方法。For example, in a vehicle, when the nozzle needle of an injection valve is offset by a piezo actuator (A) to inject fuel from the injection valve into the combustion chamber, a predetermined voltage is applied to the actuator (A) to move the nozzle needle and inject fuel. In the driving method of the internal combustion engine applying
First, a first voltage (U1) of a magnitude that does not move the nozzle needle of the injection valve is applied to the actuator (A),
A method for driving an internal combustion engine, comprising applying a second voltage (U2) for moving a nozzle needle of an injection valve after a predetermined time (dt1) has elapsed.
制御装置（ＳＧ）は、まずアクチュエータ（Ａ）に噴射弁のノズルニードルが動かされない大きさの第１の電圧（Ｕ１）が印加され、所定の時間（ｄｔ１）が経過した後に噴射弁のノズルニードルを動かす第２の電圧（Ｕ２）が印加されるように構成されている
ことを特徴とする車両の内燃機関。An injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, a nozzle needle in the injection valve, a piezo actuator (A) for offsetting the nozzle needle, and a control device for applying a voltage for offsetting the nozzle needle to the piezo actuator for fuel injection (SG)
The control device (SG) firstly applies a first voltage (U1) of a magnitude that does not move the nozzle needle of the injection valve to the actuator (A), and after a predetermined time (dt1) has elapsed, the nozzle needle of the injection valve. Wherein the second voltage (U2) for driving the internal combustion engine is applied.
制御装置（ＳＧ）は、まずアクチュエータ（Ａ）に噴射弁のノズルニードルが動かされない大きさの第１の電圧（Ｕ１）が印加され、所定の時間（ｄｔ１）が経過した後に噴射弁のノズルニードルを動かす第２の電圧（Ｕ２）が印加されるように構成されている
ことを特徴とする車両の内燃機関の駆動制御装置。An injection valve for injecting fuel into the combustion chamber, a nozzle needle in the injection valve, a piezo actuator (A) for offsetting the nozzle needle, and a control device for applying a voltage for offsetting the nozzle needle to the piezo actuator for fuel injection (SG) in the drive control device for the internal combustion engine of the vehicle,
The control device (SG) firstly applies a first voltage (U1) of a magnitude that does not move the nozzle needle of the injection valve to the actuator (A), and after a predetermined time (dt1) has elapsed, the nozzle needle of the injection valve. And a second voltage (U2) for driving the internal combustion engine of the vehicle.
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