JP2007315389A - 燃料噴射器を動作させる方法 - Google Patents

Abstract

【課題】噴射器によって生み出される騒音のレベルを低減させるように、圧電駆動燃料噴射器を動作させる。
【解決手段】動作可能な圧電アクチュエータを有する燃料噴射器を動作させる方法であって、駆動パルスは、周波数領域シグニチャを有し、使用において、前記噴射器が収容される噴射器設備の少なくとも１つの共振周波数を決定するステップと、最大の前記周波数領域シグニチャが前記噴射器設備の前記決定された共振周波数から離れて存在するように前記駆動パルスを修正するステップと、を含み、駆動パルスは、放電期間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）、噴射器オン期間（Ｔ_ＯＮ）、およびピーク放電／充電電流振幅（Ｉ）を含む２つ以上の駆動パルス特性によって定義され、前記駆動パルスを修正する前記ステップは、前記特性のうち１つまたは複数の選択された特性を修正するステップを含む。
【選択図】図９

Description

本発明は、燃料噴射器を動作させる方法に関する。より詳細には、本発明は、噴射器によって生み出される騒音のレベルを低減させるように、圧電駆動燃料噴射器を動作させる方法に関する。

直接噴射内燃機関エンジンでは、点火前に１回分の霧化燃料を燃焼室に送出するために、燃料噴射器が備えられる。一般に、燃料噴射器は、噴射器の先端が僅かに燃焼室に突き出して、１回分の燃料を燃焼室に送出することができるように、燃焼室に対してエンジンのシリンダヘッドに取り付けられる。

直接噴射エンジンで使用するのに特に適した燃料噴射器の１つのタイプは、いわゆる圧電噴射器である。そのような噴射器は、噴射イベントのタイミングと、噴射イベント中に燃焼室に送出される燃料の総量との正確な制御を可能にする。これは、燃料効率と排気放出にとって有益な、燃焼プロセスに対する正確な制御を可能にする。

知られた圧電噴射器２と、関連する制御システム３が、図１に概略的に示されている。圧電噴射器２は、ニードル弁座８に対する噴射器ニードル弁６の位置を制御するために動作可能な圧電アクチュエータ４を含む。当技術分野で知られているように、圧電アクチュエータ４は、スタック７にかかる電圧に依存して拡張および接触する圧電素子のスタック７を含む。ニードル弁６の軸位置、すなわち「リフト」は、圧電アクチュエータ４に可変電圧「Ｖ」を印加することによって制御される。図１には示されていないが、実際には、可変電圧は、電源プラグを噴射器の端子に接続することによって、アクチュエータに印加されることを理解されたい。

アクチュエータに適切な電圧を印加することで、ニードル弁６が弁座８から離されて、その場合は、燃料が１組のノズル噴出口１０を介して関連する燃焼室（図示されず）に送出され、または弁座８に嵌められて、その場合は、噴出口１０を介する燃料送出は妨げられる。

本発明のさらなる背景に関して、このタイプの噴射器は、出願人の欧州特許第０９５５９０１Ｂ号において説明されている。そのような燃料噴射器は、圧縮点火（ディーゼル）エンジンまたは火花点火（ガソリン）エンジンで使用されることができる。

圧電噴射器は、正確なタイミングで正確な量の燃料を送出するのが適しているが、関連する難点も有する。例えば、使用中、圧電噴射器は、圧電アクチュエータに印加される駆動電圧の周波数に起因する振動を発する。振動は、噴射器を下方に進行し、または噴射器位置付け／締付け構成を介して、エンジンに伝えられる。エンジンは、ある周波数を強め、その結果、振動の少なくとも一部分は、人間の耳によって感知され得るようになる。

中速および高速のエンジンスピードでは、噴射器から発せられる騒音は、エンジンの燃焼騒音によってかき消される。しかし、低速のエンジンスピード、特にボンネット／フードを上げてのエンジンのアイドル運転状態では、可聴噴射器騒音が容易に聞き取れる。感知可能な騒音は、自動車の全体的な騒音／振動／不快音（ＮＶＨ）特性に寄与する。
欧州特許第０９５５９０１Ｂ号

ＮＶＨ特性の最適化は、消費者の購買決断に影響を与えるので、成功する自動車設計における重要な要因である。したがって、自動車のユーザによって感知される騒音の全体レベルを低減する努力の中で、噴射器によって発せられる騒音量を低減することが望ましい。

この背景に対して、本発明は、燃料噴射器を動作させる方法を提供し、噴射器は、駆動パルスを印加することによって動作可能な圧電アクチュエータを有し、駆動パルスは、周波数領域シグニチャを有し、前記方法は、使用において、噴射器が収容される噴射器設備の少なくとも１つの共振周波数を決定するステップと、１つまたは複数の最大の周波数領域シグニチャが噴射器設備の決定された共振周波数と離れて存在するように、または一致しないように、駆動パルスを修正するステップとを含む。

駆動パルスを、その主周波数が噴射器設備の共振周波数または各共振周波数から離れて存在するように構成することによって、騒音のかなりの低減が達成される。

好ましくは、駆動パルスは、放電期間、噴射器オン期間、およびピーク放電／充電電流振幅を含む、複数の駆動パルス特性によって定義され、その結果、噴射器駆動パルスを修正するステップは、前記特性のうち選択されたものの１つまたは複数を修正するステップを含む。

一実施形態では、使用において、最初の一連の連続噴射イベントの間に噴射器によって送出される燃料の総量を削減するため、前記方法は、噴射器オン期間を所定の噴射器オン期間閾値まで短縮するステップと、その後の燃料送出総量の削減のために、噴射器オン期間を実質的に一定に保持し、その後で放電期間を短縮するステップとを含む。

好ましくはこの実施形態では、後続の一連の連続噴射イベントにわたって、噴射器オン期間が、実質的に一定に保持され、放電期間が、実質的に一定に保持され、連続噴射イベントの間に噴射器によって送出される燃料の総量をさらに削減するために、ピーク放電／充電電流振幅が、所定のピーク電流閾値まで減少される。

一代替実施形態では、使用において、最初の一連の連続噴射イベントの間に噴射器によって送出される燃料の総量を削減するため、前記方法は、噴射器オン期間を所定の噴射器オン期間閾値まで短縮するステップと、その後の燃料送出総量の削減のために、噴射器オン期間を実質的に一定に保持するステップと、その後でピーク放電／充電電流振幅を所定のピーク電流閾値まで減少させるステップとを含む。この実施形態では、後続の一連の連続噴射イベントにわたって、噴射器オン期間が、実質的に一定に保持され、ピーク放電／充電電流振幅が、実質的に一定に保持され、噴射器によって送出される燃料の総量をさらに削減するために、放電期間が短縮される。

噴射器が、例えば、第１および第２のパイロット駆動パルスと単一のメイン駆動パルスの形態をとる複数の噴射器駆動パルスを含む別の実施形態では、連続駆動パルス間の時間間隔は、最大の周波数領域シグニチャが噴射器設備の決定された共振周波数から離れて存在するように駆動パルス系列の周波数領域シグニチャを修正するために選択されることができる。これは、発せられる騒音の低減を達成するために噴射器イベントの特性を修正する際に、さらなる柔軟性を提供する。

別の態様では、本発明は、実行環境で実行されたときに上で説明された方法を実施するように動作可能な少なくとも１つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含む、コンピュータプログラム製品を提供する。

また別の態様では、本発明は、前記コンピュータプログラム製品または各コンピュータプログラム製品が保存されるデータ記憶媒体を提供する。

別の態様では、本発明は、前記データ記憶媒体が備えられたマイクロコンピュータを提供する。

知られた圧電噴射器２と、噴射器駆動回路を含む関連する制御システムの概略図である図１が、すでに参照された。より容易に理解され得るように、以下の図も参照しながら、本発明が今から説明される。

再び図１を参照すると、圧電噴射器２は、エンジン制御ユニット２２（「ＥＣＵ」）の統合部分を形成する噴射器制御ユニット２０（以降「ＩＣＵ」）によって制御される。ＥＣＵ２２は、複数のエンジンパラメータ２４を監視し、ＩＣＵ２０に入力されるエンジンパワー要求信号（図示されず）を計算する。今度は、ＩＣＵ２０が、所要パワーをエンジンに提供するのに必要な噴射イベント系列を計算し、噴射器駆動回路２６をしかるべく動作させる。噴射器駆動回路２６も、ＥＣＵ２２に統合されて示されているが、これは本発明にとって必須ではないことを理解されたい。

噴射を開始するため、噴射器駆動回路２６は、噴射器の高電圧および低電圧端子Ｖ_ＨＩおよびＶ_ＬＯの間の差分電圧を、燃料送出が起こらない高電圧（典型的には２００Ｖ）から、圧電アクチュエータ４の電圧を低下させる相対的に低い電圧（典型的には−３０Ｖ）まで推移させ、その結果、燃料送出を開始させる。この駆動波形に応答する噴射器は、「減エネルギ噴射」噴射器と呼ばれ、１回の噴射イベント内において燃料の１つまたは複数の噴射を送出するように動作可能である。例えば、噴射イベントは、１つまたは複数のいわゆる「前」または「パイロット」噴射と、メイン噴射と、１つまたは複数の「後」噴射とを含むことができる。一般に、１回の噴射イベント内における複数のそのような噴射は、エンジンの燃焼効率を高めるのに好ましい。

図２も参照すると、噴射器駆動回路２６は、噴射器バンク回路３２のハイサイド電圧入力Ｖ１とローサイド電圧入力Ｖ２とに印加される電圧を制御するためにバンク回路３２に接続される、噴射器充電／放電切換スイッチ回路３０（以降「切換回路」）を含む。

噴射器バンク回路３２は、第１および第２のブランチ４０、４２を含み、その両方が、ハイサイドおよびローサイド電圧入力Ｖ１およびＶ２の間に並列に接続される。各ブランチ４０、４２は、それぞれの噴射器ＩＮＪ１、ＩＮＪ２と、後で説明されるように、それを用いて噴射器のどちらか一方が動作するように選択され得る噴射器選択スイッチＱＳ１、ＱＳ２とを含む。各噴射器２の圧電アクチュエータ４は、キャパシタと電気的に等価であり、Ｖ１およびＶ２間の電圧差が、アクチュエータによって保存される電荷量、したがって、噴射器ニードル弁の位置を決定すると見なされることが、この時点で言及されるべきである。

切換回路３０は、３つの入力電圧レール、すなわち、高電圧レールＶ_ＨＩ（典型的には２３０Ｖ）と、中電圧レールＶ_ＭＩＤ（典型的には３０Ｖ）と、グランド接続ＧＮＤとを含む。切換回路３０は、噴射器バンク回路３２がインダクタＬを介して接続される第１および第２のスイッチＱ１、Ｑ２を用いて、噴射器バンク回路のハイサイド電圧入力Ｖ１を、高電圧レールＶ_ＨＩまたはグランド接続ＧＮＤのどちらかと接続するように動作可能である。

切換回路３０は、バンク回路３２のハイサイド電圧入力Ｖ１を高電圧レールＶ_ＨＩに接続するダイオードＤ１も備える。ダイオードＤ１は、電流がバンク回路３２のハイサイド電圧入力Ｖ１から高電圧レールＶ_ＨＩに流れるのを可能にするが、電流が高電圧レールＶ_ＨＩから電流がバンク回路３２のハイサイド電圧入力Ｖ１に流れるのを妨げるような向きに配置される。

第１のスイッチＱ１は、活動状態にされた場合、選択された噴射器のハイサイド入力Ｖ１を、インダクタＬを介して、グランド接続ＧＮＤに接続する。したがって、噴射器からの電荷は、選択された噴射器から、インダクタＬおよび第１のスイッチＱ１を介して、グランド接続ＧＮＤに流れることを許され、それによって、噴射器放電フェーズ中に、選択された噴射器を放電するのに役立つ。したがって、以後、第１のスイッチは、「放電選択スイッチ」Ｑ１と呼ばれる。ダイオードＤ_Ｑ１は、第２のスイッチＱ２と並列に接続され、放電選択スイッチＱ１が非活動状態にされたとき、電流がインダクタＬから高電圧レールＶ_ＨＩに流れることを可能にする向きに配置され、その結果、インダクタＬにかかる電圧ピークに対する防護を行う。

対照的に、第２のスイッチＱ２は、活動状態にされた場合、選択された噴射器のハイサイド入力Ｖ１を、インダクタＬを介して、高電圧レールＶ_ＨＩに接続する。噴射器または各噴射器が放電される状況では、第２のスイッチＱ２を活動状態にすることは、平衡電圧（アクチュエータによって保存された電荷に起因する電圧が、ハイサイドおよびローサイド電圧入力Ｖ１、Ｖ２の間の電圧差に等しくなる点）に達するまで、電荷が、噴射器充電フェーズ中に、高電圧レールＶ_ＨＩから、第２のスイッチＱ２およびインダクタＬを介して、噴射器に流れるようにする。以降、第２のスイッチは、「充電選択スイッチ」Ｑ２と呼ばれる。

ダイオードＤ_Ｑ２は、放電選択スイッチＱ１と並列に接続され、充電選択スイッチＱ２が非活動状態にされたとき、電流がグランド接続ＧＮＤからインダクタＬを介してハイサイド入力Ｖ１に流れることを可能にする向きに配置され、その結果、インダクタＬにかかる電圧ピークに対する防護を行う。

電流は、放電フェーズ中にはインダクタＬを通って第１の方向に流れ、噴射器充電フェーズ中には第２の逆の方向に流れるので、インダクタＬは、双方向電流経路を構成することを理解されたい。

噴射器バンク回路３２のローサイド電圧入力Ｖ２は、電圧感知抵抗４４を介して中電圧レールＶ_ＭＩＤに接続される。電流感知および比較器手段５０（以降「比較器モジュール」）は、感知抵抗４４と並列に接続され、そこを流れる電流を監視するように動作可能である。抵抗４４を流れる電流に応答して、比較器モジュール５０は、動作噴射器から流出するまたは動作噴射器に流入するピーク電流を規制するために、放電選択スイッチＱ１および充電選択スイッチＱ２の活動化ステータスを制御する制御信号５２（以降Ｑ_{ＣＯＮＴＲＯＬ}）を出力する。実際には、比較器モジュール５０は、噴射器電流を最大および最小電流限界の間に「切断（ｃｈｏｐ）」し、所定の平均充電および放電電流を達成するように、スイッチＱ１およびＱ２の活動化ステータスを制御する。この手段によって、放電フェーズ中にスタック７から移動する電荷量、および反対に充電フェーズ中にスタック７へと移動する電荷量に対して、高度な制御がもたらされる。

典型的な放電フェーズと、それに続く充電フェーズ中の噴射器駆動回路２６の動作が、図３および図４ａ〜４ｅを参照しながら以下で説明される。

最初、時間Ｔ_０の前に、噴射器駆動回路２６は、平衡しており、すなわち、噴射器ＩＮＪ１およびＩＮＪ２は、燃料噴射が起こらないように完全に充電されている。この状況では、ＩＣＵ２０は、ステップ１００に示されるように、待ち状態にあり、ＥＣＵ２２からの噴射指令信号を待っている。

ステップ１０２においてＥＣＵ２２から噴射指令を受け取ったのに続いて、ステップ１０４において、ＩＣＵ２０は、動作させるよう求められた噴射器を選択する。この説明のため、選択される噴射器は、第１の噴射器ＩＮＪ１とする。実質的に同時に、ＩＣＵ２０は、噴射器ＩＮＪ１に放電させるために放電選択スイッチＱ１を動作可能にすることによって、放電フェーズを開始する。Ｔ_０とＴ_１の間にＱ_{ＣＯＮＴＲＯＬ}信号を出力して、放電選択スイッチＱ１を反復的に活動状態および非活動状態にし、その結果、電流が所定の限界内に留まるようにする比較器モジュール５０によって、噴射器を流れる所定の平均放電電流が保証される。

ＩＣＵ２０は、所定量の電荷をスタックから移動させるのに十分な期間の間（Ｔ_０からＴ_１まで）、所定の平均放電電流をスタックに印加する（放電フェーズタイミングは、ＩＣＵ２０によってタイミングマップから読み取られることを理解されたい。）。

時間Ｔ_１（ステップ１０６）において、ＩＣＵ２０は、第１の噴射器選択スイッチＱＳ１を非活動状態にし、放電選択スイッチＱ１を動作不能にし、その結果、制御信号Ｑ_{ＣＯＮＴＲＯＬ}を終了させて、噴射器がさらに放電するのを妨げる。したがって、期間Ｔ_０からＴ_１の間に、スタック電圧は、図４ｄに示されるように、充電電圧レベルＶ_{ＣＨＡＲＧＥ}から放電電圧レベルＶ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}にまで低下する。

ステップ１０８において、ＩＣＵ２０は、噴射イベントを実行するために噴射器ニードル弁８が開いた状態に保たれるように、所定のドウェル期間Ｔ_１からＴ_２の間、噴射器ＩＮＪ１を放電電圧レベルＶ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}に維持する。ドウェル期間が終了すると、ステップ１１０において、ＩＣＵ２０は、噴射器充電フェーズを開始して噴射を終了させるために、充電選択スイッチＱ２を動作可能にする。その結果、噴射器バンク回路３２のハイサイド電圧入力Ｖ１は、高電圧レールＶ_ＨＩに接続され、電荷が、噴射器ＩＮＪ１へと移動し始める。

噴射器に流入する電流が増加するとき、比較器モジュール５０は、感知抵抗４４を流れる電流を監視し、所定の平均充電電流レベルを保証するために、制御信号Ｑ_{ＣＯＮＴＲＯＬ}を介して充電選択スイッチＱ２の活動化ステータスを制御する。時間Ｔ_２とＴ_３の間、ＩＣＵ２０は、所定量の電荷をスタックへと移動させるのに十分な期間の間、所定の平均充電電流をスタックに印加する。時間Ｔ_３（ステップ１１２）において、ＩＣＵ２０は、充電選択スイッチＱ２を動作不能にし、別の噴射イベントを開始する準備が整った待ちステップ１００に復帰する。

図５ａおよび図５ｂは、上で説明された噴射器駆動電流プロフィールおよび駆動電圧プロフィールの原理的特徴を示している。図５ａでは、駆動電流プロフィールは、図４ｅに示されたものと実質的に同じであるが、圧電アクチュエータ４の周波数応答の上側閾値を表す２０ｋＨｚにおいてフィルタリングされている。実際には、圧電アクチュエータに適用されるチョッピング周波数は、５００ｋＨｚのオーダにあるが、これは高すぎて、同様の周波数において圧電アクチュエータの動作を生じさせることはできない。

噴射器駆動パルスは、以下の特性によって定義される。
ｉ）放電パルス時間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）
ｉｉ）充電パルス時間（Ｔ_{ＣＨＡＲＧＥ}）
ｉｉｉ）「噴射器オン時間」（Ｔ_ＯＮ）、すなわち、スタック放電開始とスタック充電開始の間の間隔
ｉｖ）正ピーク電流振幅（＋Ｉ_ＰＥＡＫ）
ｖ）負電流振幅（−Ｉ_ＰＥＡＫ）
エンジンのパワー出力を変化させるには、各噴射イベント中にエンジンの燃焼室に送出される燃料の量を変化させることが必要である。ＩＣＵ２０は、放電パルス時間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}と、放電フェーズ終了から充電フェーズ開始までとして定義されるドウェル期間との合計である、噴射器オン時間Ｔ_ＯＮの値を変化させることによって、この機能を実行することが知られている。

図６を参照すると、ステップ１２０において、ＩＣＵ２０は、例えば、エンジンスピード、コモンレール燃料圧力、外気温など、エンジンの主だった動作条件に関係するデータを受け取る。その後、ステップ１２２において、ＩＣＵ２０は、自動車のアクセルペダル位置から直接または間接に導き出されるエンジンのパワー要求に関係するデータを受け取る。ステップ１２０および１２２における自動車データの獲得に続いて、ステップ１２４において、ＩＣＵ２０は、ＩＣＵ２０のメモリ内に保存された１つまたは複数のデータマップを参照することによって、エンジンから所望パワー出力を生み出すための正確な燃料送出総量を提供する噴射器オン時間Ｔ_ＯＮの値を計算する。ステップ１２６において、ＩＣＵ２０は、Ｔ_ＯＮの計算値に従って、噴射器駆動回路２６を動作させる。

図７は、ＩＣＵ２０によって実施される上で説明されたプロセスによって計算される連続的に減少する燃料送出総量に対応する、一連の駆動電圧プロフィール１４０、１４２、１４４、１４６、１４８、１５０（以降「駆動パルス」）を示している。

駆動パルス１４０、１４２、１４４の場合、放電時間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}は、噴射器がＩＣＵ２０によって内部的に定められた最大許容値だけ放電されるように、最大値Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿ＭＡＸ}にある。したがって、噴射器オン時間の短縮は、駆動電圧プロフィール１４０に対応する最大ドウェル期間Ｔ_{ＤＷＥＬＬ＿ＭＡＸ}から駆動電圧プロフィール１４４に対応する最小ドウェル期間Ｔ_{ＤＷＥＬＬ＿ＭＩＮ}へのドウェル期間Ｔ_{ＤＷＥＬＬ}の短縮を引き起こす。最小ドウェル期間Ｔ_{ＤＷＥＬＬ＿ＭＩＮ}は、放電フェーズと充電フェーズの間の電気的切換が、噴射器駆動回路または噴射器への損傷を引き起こすことなく生じ得ることを保証するため、噴射器駆動回路２６によって課された制約であることを理解されたい。

燃料送出総量をさらに減少させるため、ＩＣＵ２０は、ドウェル期間を最小値Ｔ_{ＤＷＥＬＬ＿ＭＩＮ}に一定に保ち、駆動パルス１４６、１４８、１５０によって分かるように、放電期間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}を短縮する。

噴射器に印加される駆動パルスは、図５ｃの例示的な様子に示されているように、少なくとも１つの最大値Ｆ_ＭＡＸと少なくとも１つの最小値Ｆ_ＭＩＮを含む対応する周波数領域シグニチャを有することを、発明者らは今では認識している。ある送出総量において、特にエンジンのアイドル運転状態において、与えられた駆動パルスから生じる周波数領域シグニチャの特徴は、駆動パルスの主周波数が、噴射器が設置されたエンジンの共振周波数とほぼ一致するというものであることが認識された。したがって、本発明によれば、駆動パルスの特徴が、その周波数領域シグニチャを改変（ａｄａｐｔ）するために修正される。このようにして、駆動パルスの周波数領域シグニチャは、駆動パルスのエネルギーピークが、特定のエンジン設備についての共振周波数と離れて存在し、一致しないように、「調整」されることができる。本発明の利益は、噴射器から発せられる騒音量の低減が達成されることである。

本発明は、例えば、パイロット噴射またはエンジンのアイドル状態中のメイン噴射など、相対的に少量の燃料が関連する燃焼室に送出される噴射イベントを実行するために噴射器が駆動される状況に特に適用可能である。エンジンの機械的騒音および燃焼騒音が相対的に静かになり、その結果、噴射器によって生み出される騒音が最も耳につくようになるのは、こうしたエンジン運転の最中である。

本発明の第１の実施形態が、図８を参照しながら今から説明される。この実施形態では、例えば、中程度から高程度のエンジン負荷状態の間など、相対的に高い燃料総量が送出されることを求められる噴射イベントの場合、ＩＣＵ２０は、図８において噴射器オン時間の連続的に減少する値Ｔ_ＯＮ＿１、Ｔ_ＯＮ＿２、Ｔ_ＯＮ＿３を有する噴射器駆動パルス２００、２０２、２０４によって理解され得るように、噴射器オン時間を適切に増減することによって、送出総量を変更する。

駆動パルス２０４についてのドウェル時間は、噴射器駆動回路２６の切換要件によって課される最小ドウェル時間を表す。ドウェル時間はこの値に留まらなくてはならないので、送出総量をさらに削減するための、噴射器オン時間のさらなる短縮は、噴射器オン時間Ｔ_ＯＮ＿４、Ｔ_ＯＮ＿５、Ｔ_ＯＮ＿６をそれぞれ有する駆動パルス２０６、２０８、２１０によって理解され得るように、放電時間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}の短縮を引き起こす。

噴射器駆動パルス２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の各々について、ピーク放電電流＋Ｉ_ＰＥＡＫは、放電傾斜の勾配が実質的に一定に留まるように、値Ｉ_１で一定に留まる。

この点までは、燃料送出総量が削減される方法は、図６および図７を参照しながら説明されたものと同様である。しかし、噴射器騒音は、図８においてＴ_ＯＮ＿６として示されている噴射器オン時間の閾値より下で、より具体的には約２００ｐｓより下で、特に深刻であることを、発明者らは認識している。

噴射器オン時間の逆数は、噴射器設備、すなわち、使用において、噴射器が収容されるエンジンの共振周波数とほぼ等しいので、Ｔ_ＯＮ＿６の閾値より下の噴射器オン時間の値における噴射器騒音はより深刻であることが観測された。

したがって、第１の閾値において達成可能な送出総量を下回って送出総量を削減するため、ＩＣＵ２０は、噴射器オン時間を（Ｔ_ＯＮ＿６）一定に保ち、噴射器の放電フェーズ中にアクチュエータに印加されるピーク電流振幅を減少させる。図８では、これは、連続的に減少する放電勾配Ｉ_２、Ｉ_３、Ｉ_４、Ｉ_５をそれぞれ有する噴射器駆動パルス２１２、２１４、２１６、２１８によって理解されることができる。噴射器駆動パルス２１２、２１４、２１６、２１８の各々について、噴射器放電期間は、Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿１}で実質的に一定に留まることに留意されたい。

しかし、あまりにも低い値は、燃料送出速度に悪影響を及ぼすことがあるので、ピーク電流振幅の値を無制限に減少させることは不可能である。＋Ｉ_ＰＥＡＫの値を減少させることが可能な範囲が制限されるため、噴射イベント中に送出される燃料の総量をさらに削減することが求められる場合、ＩＣＵ２０は、放電パルス時間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}を短縮する。これは、図８において、連続的に減少する噴射器放電期間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿２}、Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿３}、Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿４}を有する駆動電圧プロフィール２２０、２２２、２２４によって示されている。駆動電圧プロフィール２２０、２２２、２２４について、噴射器オン時間およびピーク電流振幅の値は、上で説明されたそれらの最小閾値Ｔ_ＯＮ＿６およびＩ_５に留まることに留意されたい。

駆動パルス２２４は、噴射の不安定性を回避するために、小さな値のニードルリフトにとって可能な最大ドウェル期間を表す。したがって、燃料送出量をさらに削減するため、ＩＣＵ２０は、ドウェル期間を一定に保ち、駆動パルス２２６、２２８によって示されるように、放電期間をさらに短縮する。

本発明を実施するためにＩＣＵ２０によって実行されるプロセスを表す図９を参照すると、ステップ２４０において、ＩＣＵ２０は、例えば、エンジンスピード、コモンレール燃料圧力、外気温など、エンジンの主だった動作条件に関係するデータを受け取る。ステップ２４２において、ＩＣＵ２０は、自動車のアクセルペダル位置から直接または間接に導き出されるエンジンのパワー要求に関係するデータを受け取る。ステップ２４０および２４２における自動車データの獲得に続いて、ステップ２４４において、ＩＣＵ２０は、ＩＣＵ２０のメモリ内に保存された１つまたは複数のデータマップを参照することによって、エンジンから所望パワー出力を生み出すための正確な燃料送出総量を提供する噴射器オン時間Ｔ_ＯＮ（以降Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}）の値を計算する。しかし、図６を参照しながら上で説明された、噴射器を制御する既知の方法と一致するように、Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}の値を直接使用して、噴射器駆動回路２６を動作させる代わりに、ＩＣＵ２０は、計算されたＴ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}の値を、ステップ２４６、２４８、２５０によって表される３つのさらなる機能モジュールに入力する。

ステップ２４６において、ＩＣＵ２０は、ＩＣＵ２０のメモリ内に保存されたデータマップを参照することによって、Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}の値とコモンレール燃料圧力に関係するデータとに基づいて、噴射器オン時間の修正値（以降Ｔ_{ＯＮ＿ＴＵＮＥＤ}）を計算する。

ステップ２４８において、ＩＣＵ２０は、ＩＣＵ２０のメモリ内に保存された第２のデータマップを参照することによって、Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}の値とコモンレール燃料圧力に関係するデータとに基づいて、放電時間の修正値（以降Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿ＴＵＮＥＤ}）を計算する。

ステップ２５０において、ＩＣＵ２０は、ＩＣＵ２０のメモリ内に保存された第３のデータマップを参照することによって、Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}の値とコモンレール燃料圧力に関係するデータとに基づいて、ピーク放電電流の修正値（以降Ｉ_{ＴＵＮＥＤ}）を計算する。

その後、Ｔ_{ＯＮ＿ＴＵＮＥＤ}、Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿ＴＵＮＥＤ}、およびＩ_{ＴＵＮＥＤ＿ＴＵＮＥＤ}の値は、ステップ２５２において、噴射器駆動回路２６を介して噴射器を動作させるために、ＩＣＵ２０によって使用される。

第１、第２、および第３のデータマップは、噴射器設備の少なくとも１つの共振周波数を考慮するために、オフライン環境で決定される。したがって、駆動パルスの特性は、駆動パルスの周波数成分が、噴射器設備の共振周波数と一致する周波数帯域に存在するエネルギーピークを含まないことを保証するために、ステップ２４６、２４８、２５０において、リアルタイムに修正される。

図１０および図１１は、上で説明された調整駆動パルス概念の具体的な実施である、本発明の第２の実施形態を示している。図１０には、中程度のエンジン負荷動作状態にほぼ対応する典型的な噴射イベントについての駆動パルス３００が示されている。見て分かるように、噴射器は、開始電圧レベルＶ１から所定の電圧レベルＶ２まで放電され、その点において電圧がかなりのドウェル期間にわたって維持された後、噴射器は開始電圧レベルＶ１まで再充電されて、噴射イベントを終了する。

図１０には、例えば、エンジンがアイドリングしているときなど、低いエンジン負荷動作状態に対応する典型的な噴射イベントについての駆動パルス３０２も示されている。見て分かるように、噴射器は、開始電圧レベルＶ１から、駆動パルス３００の場合と同じ変化率で、しかしＶ２より大きい電圧レベルＶ３まで放電される。電圧は、噴射器駆動回路２６の切換特性によって要求される最小許容ドウェル期間である非常に短いドウェル期間にわたって維持された後、開始電圧レベルＶ１まで再充電される。駆動パルス３０２に対応する駆動電流プロフィール３０４が、図１１に示されている。駆動電流プロフィール３０４は、噴射器オン時間Ｔ_ＯＮ＿Ａおよび放電期間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿Ａ}を有する。

本発明の第２の実施形態によって修正された「エンジンアイドル」動作状態のための駆動パルス３０６も図１０に示されており、対応する駆動電流プロフィール３０８が図１１に示されている。変更は、低いエンジン負荷において噴射器が発する可聴騒音を改善するために、より活動的ではない駆動パルスを利用することを含む。見て分かるように、噴射器は、燃料噴射の初期量の減少を回避するため、駆動パルス３００、３０２と同じ比率で放電される。しかし、（図１１でＴ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿Ｂ}として示される）駆動パルス３０６の放電期間は、駆動パルス３０２の場合の放電期間Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿Ａ}よりも著しく短く、ドウェル時間は増大され、噴射器オン時間Ｔ_ＯＮ＿Ｂは増大される。その結果、噴射器は、噴射器のニードル弁の軸変位を減少させるより振幅の低い電圧Ｖ４まで放電されるが、噴射器のニードル弁が弁座から離される総時間は増大される。

修正された駆動電圧プロフィールの結果は、図１０の駆動パルス３０２、３０６の各々についての、噴射器ニードル弁プロフィール（ニードルリフトＡとニードルリフトＢ）および送出速度プロフィール（送出速度Ａと送出速度Ｂ）を示す図１２ｂおよび図１２ａから理解されることができる。

図１２ｂでは、ニードルリフトＡは、エンジンのアイドル運転状態に関するものとして知られる駆動電圧プロフィール３０２に対応しており、素早く上昇して最大リフトに達し、その後、実質的に直ちに下降する噴射器ニードル弁を示している。図１２ａの送出速度Ａを参照すると、ピーク送出速度は比較的高いが、送出時間は比較的短い。

対照的に、本発明の第２の実施形態によって修正された駆動電圧プロフィール３０６に対応するニードルリフトＢは、比較的低いピークリフトを含むが、噴射器ニードル弁は、より長い期間、開いた状態に留まる。同様に、図１２ａの対応する送出速度Ｂは、送出速度Ａよりも低いピーク送出速度Ｂを有するが、比較的長い期間にわたって継続する。

送出速度プロフィールＡおよびＢは、形状はまったく異なるが、曲線の下側の面積によって表される送出燃料の総量は、実質的に等しく、その結果、それぞれの噴射イベントで送出される燃料の総量は、一貫したものであり続ける。同時に、放電時間を短縮し、噴射器オン期間を増大させるように、駆動電圧プロフィールを修正することによって、噴射器は、より低エネルギーの駆動電圧プロフィールを用いて駆動される。これは、噴射器へと転移されまた噴射器から転移される総エネルギーを削減する効果を有し、したがって、圧電アクチュエータの電気的活動を低減し、ニードル弁がニードル弁座から離れ、再び嵌るときの、ニードル衝撃音を低減する。さらなる利益は、駆動パルスの周波数領域シグニチャが、そのエネルギーピークが噴射器設備の共振周波数と一致しないことを保証するように変更されることである。

本発明の第３の実施形態が、第１のパイロット噴射イベント４０２に第２の噴射イベント４０４が続き、それにメイン噴射イベント４０６が続く、典型的な噴射器電圧駆動プロフィール４００を示す図１３を参照しながら以下で説明される。

図１４には、約４．５ｋＨｚと７．５ｋＨｚにおいてエネルギーのピークを含む、駆動電圧プロフィール４００の周波数領域シグニチャが示されている。しかし、特にエンジンのアイドル運転状態において噴射器から発せられる騒音のさらなる低減を達成するために、本発明のこの実施形態では、第１のパイロット噴射イベント４０２と第２の噴射イベント４０４の間、および第２の噴射イベント４０４とメイン噴射イベント４０６の間の隔たりが、周波数シグニチャのエネルギー構成に直接影響を及ぼすように修正される。

例えば、パイロット噴射とメイン噴射間の隔たりの適切な修正によって、周波数シグニチャは、エネルギーピークが、噴射器設備の共振周波数から離れた場所に存在するように変更されることができる。これは、約８ｋＨｚにおいてエネルギーピークを有する、図１４の周波数領域シグニチャプロット４１２に見られることができる。

ＩＣＵ２０は、データマップを参照することによって標準の隔たり間隔を適切に修正するように特別に適合される。例えば、通常の動作においては、パイロット、メイン、および後噴射の総数、所要電荷移動、ならびに各噴射の相対隔たり間隔は、特定のエンジンパワー要件を満たしながら、燃料節約および排気を最適化するように、ＩＣＵ２０によって決定される。本発明のこの実施形態を実施する１つの方法は、隔たりオフセットを含むデータマップに情報を求めるように、ＩＣＵ２０を構成することである。その後、適切なオフセットが、所定の隔たり間隔に適用される。隔たりオフセットは、燃料節約および排気に悪影響を及ぼさないように計算されることに留意されたい。

様々な変更が、特許請求の範囲によって確定される本発明の範囲から逸脱することなく、上で説明された実施形態に施され得ることは理解されよう。

例えば、図８においては、ＩＣＵ２０が放電フェーズのピーク電流を低減することが説明されたが、これはその実施形態に対する任意選択的な機能強化であることを理解されたい。代替として、ＩＣＵ２０は、放電時間を短縮し、ドウェル期間を増大するだけで、噴射器オン期間は一定に維持するように構成されることもできる。

さらに、上記の騒音低減概念は、「低減エネルギー噴射」タイプの圧電アクチュエータに関して説明されたが、本発明は、「付勢噴射」タイプの噴射器にも適用される。

知られた圧電噴射器と、噴射器駆動回路を含む関連する制御システムの概略図である。 図１の噴射器駆動回路の回路図である。 図２の回路を動作させる既知の方法のフローチャートである。 図４ａは、図３の知られた制御方法による、充電選択スイッチの状態図である。図４ｂは、図３の知られた制御方法による、放電選択スイッチの状態図である。図４ｃは、図３の知られた制御方法による、噴射器選択スイッチの状態図である。図４ｄは、図３の方法による、図１の噴射器の端子間で測定された電圧のプロフィールを示す図である。図４ｅは、図３の方法による、図１の噴射器駆動回路の電流感知手段を流れる駆動電流のプロフィールを示す図である。 図５ａは、図４ｅの駆動電流プロフィールに対応するが、約２０ｋＨｚにおいてフィルタリングされた駆動電流プロフィールの図である。図５ｂは、図５ａの駆動電流プロフィールに対応する駆動電圧プロフィールの図である。図５ｃは、図５ａの駆動電流プロフィールの周波数スペクトルの図である。 図１の噴射器制御ユニットによって実施される既知のプロセスのフローチャートである。 燃料送出総量の順次削減を示す複数の知られた駆動電圧プロフィールの図である。 本発明第１の実施形態による、燃料送出総量の順次削減を示す複数の駆動電圧プロフィールの図である。 図１の噴射器制御ユニットによって実施され得る、本発明の第１の実施形態によるプロセスのフローチャートである。 知られた駆動電圧プロフィールを本発明の第２の実施形態による駆動電圧プロフィールと比較したグラフである。 図１０の駆動電圧プロフィールに対応する駆動電流プロフィールを示す図である。 図１２ａは、図１０および図１１の駆動電圧プロフィールおよび駆動電流プロフィールに対応する燃料送出速度のグラフである。図１２ｂは、図１０および図１１の駆動電圧プロフィールおよび駆動電流プロフィールに対応するニードルリフトのグラフである。 本発明の第３の実施形態の駆動電圧プロフィールの図である。 図１３の駆動電圧プロフィールに関連する周波数領域図である。

符号の説明

２ 圧電噴射器
３ 制御システム
４ 圧電アクチュエータ
６ ニードル弁
７ スタック
８ ニードル弁座
１０ ノズル噴出口
２０ 噴射器制御ユニット
２２ エンジン制御ユニット
２４ エンジンパラメータ
２６ 噴射器駆動回路
Ｖ_ＨＩ 高電圧端子
Ｖ_ＬＯ 低電圧端子
３０ 噴射器充電／放電切換スイッチ回路
３２ 噴射器バンク回路
４０ 第１のブランチ
４２ 第２のブランチ
４４ 電圧感知抵抗
５０ 電流感知および比較器手段（比較器モジュール）
５２ 制御信号
ＱＳ１ 噴射器選択スイッチ
ＱＳ２ 噴射器選択スイッチ
Ｖ_ＨＩ 高電圧レール
Ｖ_ＭＩＤ 中電圧レール
Ｑ１ 第１のスイッチ（放電選択スイッチ）
Ｑ２ 第２のスイッチ（充電選択スイッチ）

Claims (13)

1. 駆動パルスを印加することによって動作可能な圧電アクチュエータを有する燃料噴射器を動作させる方法であって、前記駆動パルスは、周波数領域シグニチャを有し、前記方法は、
   使用において、前記噴射器が収容される噴射器設備の少なくとも１つの共振周波数を決定するステップと、
   最大の前記周波数領域シグニチャが前記噴射器設備の前記決定された共振周波数から離れて存在するように前記駆動パルスを修正するステップと、を含む方法。
2. 前記駆動パルスが、放電期間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）、噴射器オン期間（Ｔ_ＯＮ）、およびピーク放電／充電電流振幅（Ｉ）を含む２つ以上の駆動パルス特性によって定義され、前記駆動パルスを修正する前記ステップが、前記特性のうち１つまたは複数の選択された特性を修正するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 使用において、最初の一連の連続噴射イベントの間に前記噴射器によって送出される燃料の総量を削減するため、前記噴射器オン期間（Ｔ_ＯＮ）を所定の噴射器オン期間閾値（Ｔ_ＯＮ＿６）まで短縮するステップと、その後の燃料送出総量の削減のために、前記噴射器オン期間を実質的に一定に保持し、その後で前記放電期間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）を短縮するステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
4. 後続の一連の連続噴射イベントにわたって、前記放電期間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）を実質的に一定に保持するステップと、前記ピーク放電／充電電流振幅（Ｉ）を所定のピーク電流閾値（Ｉ_５）まで減少させるステップと、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. 使用において、最初の一連の連続噴射イベントの間に前記噴射器によって送出される燃料の総量を削減するため、前記噴射器オン期間（Ｔ_ＯＮ）を所定の噴射器オン期間閾値（Ｔ_ＯＮ＿６）まで短縮するステップと、その後の燃料送出総量の削減のために、前記噴射器オン期間（Ｔ_ＯＮ）を実質的に一定に保持し、その後で前記ピーク放電／充電電流振幅（Ｉ）を所定のピーク電流閾値（Ｉ_５）まで減少させるステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
6. 後続の一連の連続噴射イベントにわたって、前記噴射器オン期間を前記所定の噴射器オン期間閾値（Ｔ_ＯＮ＿６）において実質的に一定に保持するステップと、前記ピーク放電／充電電流振幅を前記所定のピーク電流閾値（Ｉ_５）において保持するステップと、使用において、前記噴射器によって送出される燃料の前記総量をさらに削減するために、前記放電期間（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ}）を短縮するステップと、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 要求燃料総量を表す値（Ｔ_{ＯＮ＿ＤＥＭＡＮＤ}）を受け取るステップと、前記噴射器設備の前記共振周波数によって決定される第１のデータマップを参照することによって調整噴射器オン期間の値（Ｔ_{ＯＮ＿ＴＵＮＥＤ}）を決定するステップと、前記噴射器のその後の動作にわたって、前記決定された調整噴射器オン期間の値を使用するステップと、を含む、請求項２に記載の方法。
8. 前記噴射器設備の前記共振周波数によって決定される第２のデータマップを参照することによって放電期間の値（Ｔ_{ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ＿ＴＵＮＥＤ}）を決定するステップと、前記噴射器のその後の動作にわたって、前記決定された放電期間の値を使用するステップと、をさらに含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記噴射器設備の前記共振周波数によって決定される第３のデータマップを参照することによってピーク放電／充電電流振幅の値（Ｉ_{ＴＵＮＥＤ}）を決定するステップと、前記噴射器のその後の動作にわたって、前記決定されたピーク放電／充電電流振幅の値を使用するステップと、をさらに含む、請求項７または請求項８に記載の方法。
10. 第１および第２のパイロット噴射駆動パルスとメイン噴射駆動パルスとを含む駆動パルスの印加によって動作可能な圧電アクチュエータを有する燃料噴射器を動作させる方法であって、前記駆動パルスは、周波数領域シグニチャを有し、前記方法は、
    使用において、前記噴射器が収容される噴射器設備の少なくとも１つの共振周波数を決定するステップと、
    最大の前記周波数領域シグニチャが前記噴射器設備の前記決定された共振周波数から離れて存在するように前記駆動パルスの前記周波数領域シグニチャを修正するため、前記第１のパイロット噴射駆動パルスと前記第２のパイロット噴射駆動パルスの間の隔たり期間、および／または前記第２のパイロット噴射駆動パルスと前記メイン噴射駆動パルスの間の隔たり期間を選択するステップと、を含む方法。
11. 実行環境で実行されたときに請求項１から１０のいずれか１項の方法を実施するように動作可能な少なくとも１つのコンピュータプログラムソフトウェア部分を含む、コンピュータプログラム製品。
12. 請求項１１の前記ソフトウェア部分または各ソフトウェア部分を有する、データ記憶媒体。
13. 請求項１２の前記データ記憶媒体が備えられたマイクロコンピュータ。

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