JP2007534883A - 操作回路の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも１つの調節要素、特に燃料噴射装置を有する操作回路の診断方法を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの調節要素、特に燃料噴射装置を有する操作回路の診断方法において、それぞれの操作回路の作動前に、この操作回路および少なくとも１つの調節要素が短絡に関して検査され、短絡が存在しているとき、エラー応答が行われる。調節要素の操作回路内に短絡が存在したときにおいても、内燃機関の少なくとも限定された運転が可能であり且つドライバの危険性が回避されることが保証される。
【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも１つの調節要素、特に燃料噴射装置の容量性調節要素を有する操作回路の診断方法に関するものである。
操作回路の操作装置、特に内燃機関の制御装置、並びに本発明による方法をコンピュータまたは制御装置で実行するためのコンピュータ・プログラム製品もまた本発明の対象である。

容量的または誘導的に作動されるこのような調節要素は、内燃機関の燃料噴射装置、特に燃料直接噴射において使用される。容量性調節要素として圧電アクチュエータが使用されるとき、圧電アクチュエータの長さ変化により、燃料噴射装置の弁要素が開放位置から閉鎖位置へ、またその逆に移動される。しかしながら、圧電アクチュエータへのリード線内または圧電アクチュエータそれ自身内、圧電アクチュエータを操作する操作回路または制御装置内において短絡が形成されたとき、圧電アクチュエータの正常な操作はもはや可能ではない。さらに、これにより、同様に、複数の圧電アクチュエータの機能が損なわれることもまたあり得る。これは、最善の場合でも乗り心地を悪くし、好ましくない場合には内燃機関の燃料消費およびエミッション特性を悪化させ、極端な場合には内燃機関のユーザを危険に陥れることがある。

欧州特許出願第１１３８９０７号から、圧電アクチュエータの容量性素子が充電ないしは放電される電圧を測定し、これから容量性素子の容量を決定する方法が既知である。ここで、この決定された容量により、当該圧電アクチュエータに短絡が存在するかどうかが推測可能である。

本発明による方法は、従来技術に比較して、少なくとも１つの調節要素を操作するためのそれぞれの操作回路の作動前に、この操作回路および少なくとも１つの調節要素が短絡に関して検査され、また短絡が存在しているとき、エラー応答が行われるという利点を有している。これは、特に、操作要素の各作動の前に、操作されるそれぞれの操作回路に短絡がないことが保証されているという利点を有している。

本発明による方法はさらに、有利な改良および改善が可能である。
他の有利な実施形態により、操作回路のハイサイド最終段経路が、接地およびバッテリへの短絡に関して検査され、また操作回路のローサイド最終段経路内において、個々の各調節要素が接地およびバッテリへの短絡に関して検査される。これは、特に、短絡が特定の操作回路に割当可能であるのみならず、エラー経路がハイサイドまたはローサイドに関して確実に区別可能であるという利点を有している。

それぞれの操作回路が短絡に関して検査される前に、はじめに、ハイサイド・スイッチング素子が閉鎖され、こののちに、バンク電圧が予備検査時間後に作動しきい値を超えているかどうかが検査されることが特に有利である。バンク電圧が予備検査時間の終了まで作動しきい値を超えている場合、短絡が存在せず且つ短絡に関する他の検査が原則として必要ではないことが推測される。しかしながら、バンク電圧が予備検査時間後に作動しきい値を超えていないとき、おそらく操作回路内に短絡が存在しているので、短絡に関する操作回路の他の詳細な検査が開始されるべきである。この方法は、特に、短絡に関する詳細な検査が、短絡を示す兆候が事前に存在したときにのみ行われるという利点を有している。

他の有利な実施形態により、エラー応答として、そこに短絡が特定された操作回路が遮断される。この過程および特に短絡を特定したのちの迅速なエラー応答により、操作最終段の持続性短絡抵抗を形成しなくてもよいことが有利である。したがって、最終段を確かに短絡抵抗を有するようには形成するが、必ずしも持続性短絡抵抗を有するように形成する必要はなく、即ち、コスト的に有利な部品ないしは機構構成部品を使用することが可能である。さらに、持続性短絡抵抗のために必要となるであろう追加の部品を使用しないことにより、排除されるべき損失電力が低減される。

他の有利な実施形態により、少なくとも１つの調節要素を有する操作回路の操作装置が設けられ、この場合、装置は例えば内燃機関の制御装置として形成され、少なくとも１つの本発明による方法を使用するためにプログラミングされている。即ち、短絡に関する診断が中央の制御装置から行われ、且つ例えばエラー応答に追加して他の手段が開始されてもよいことが有利である。

他の有利な形態により、本発明による方法がプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム製品として提供され且つマシンが読取り可能な媒体に記憶され、これにより、プログラムがコンピュータまたは制御装置で実行されるときに、この方法が実行されることが有利である。

本発明の他の特徴、使用可能性および利点が、図面に示されている本発明の実施例に関する以下の説明から得られる。この場合、記載または図示されている全ての特徴は、請求項内のその概要またはその引用とは独立に、並びに明細書ないしは図面内の形式ないしは表示とは独立に、それ自身または任意の組み合わせにおいて本発明の対象を形成する。

本発明は、最終段が持続短絡を有する操作回路を操作しないことが保証されているとき、調節要素を操作するための最終段が必ずしも持続性短絡抵抗を有している必要がないという考察から出発する。本発明により、ここでは、調節要素の作動前に、それぞれの操作回路および調節要素それ自身を短絡に関して検査するように設計されている。短絡が特定された場合、それぞれの操作回路が、特に最終段操作の以後の作動に対して遮断されることが好ましい。

典型的な例として、運転のために内燃機関内に設けられている調節要素は、共通の操作回路内のグループにまとめられる。調節要素のこのグループは、一般に、バンクと呼ばれ、またはバンク・システムとも呼ばれる。六気筒内燃機関に対しては、例えばそれぞれ２つの調節要素を有する３つのバンク・システムが設けられていてもよい。

図１は、２つの容量性調節要素に対する操作回路を略図で示す。第１および第２の調節要素は、図１において、Ａｋｔｏｒ１およびＡｋｔｏｒ２で表わされている。両方の調節要素（Ａｋｔｏｒ１、２）は、いわゆるハイサイドのそれぞれの接続端子により、共通リード線を介してチョークと結合され、この場合、チョークは、ハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬを介して供給ラインに、またはローサイド・スイッチング素子ＬＳＥを介して接地ラインに接続されている。共通リード線、チョークおよびハイサイド・スイッチング素子を介して供給ラインに至る調節要素（Ａｋｔｏｒ１、２）の電気結合は、ハイサイド最終段経路とも呼ばれる。

調節要素（Ａｋｔｏｒ１、２）の他の接続サイドいわゆるローサイドにおいて、第１の調節要素Ａｋｔｏｒ１の接続端子が第１のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１と結合され、第２の調節要素Ａｋｔｏｒ２の接続端子が第２のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ２と結合され、この場合、両方のスイッチング素子ＧＬＳ１、ＧＬＳ２は両方の調節要素Ａｋｔｏｒ１、２を共通のローサイド・リード線に接続している。共通のローサイド・リード線は、測定抵抗Ｒｍｅｓｓを介して接地ラインと結合されている。それぞれの調節要素Ａｋｔｏｒ１、２の接続端子から、関連のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１、２、ローサイド・リード線および測定抵抗Ｒｍｅｓｓを介して接地ラインに至る電気経路は、ローサイド最終段経路１、２とも呼ばれる。

調節要素に並列に分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが設けられ、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰは、調節要素のハイサイドを、分路抵抗Ｒｓｈｕｎｔを介してローサイド・リード線と結合している。図１の実施例においては、全てのスイッチおよびスイッチング素子は開放されている。調節要素を介しての電圧降下は、いわゆるバンク電圧ＵＢＡＮＫと呼ばれる。測定抵抗Ｒｍｅｓｓを介する電圧降下は、圧電電流ＩＰＩＥＺＯに比例している。

図２に、短絡に関して検査するための、操作回路の種々のスイッチング素子の操作の時間線図が示されている。操作回路が作動されない場合、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰに至るまでの全てのスイッチング素子は開放されている。

操作回路の作動が行われている場合、分路スイッチング素子が開放され、次に待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹののちにハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬが開放される。閉鎖されたハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬから開始して、予備検査時間Ｔ＿ＨＳＬののちまたはその間に、バンク電圧ＵＢＡＮＫが作動しきい値Ｕ＿ＨＳＬに到達しているかまたはそれを超えている場合、操作回路内には短絡は存在しないことが推測され、また操作回路は正常に作動され且つ通常の作動モードに移行する。操作回路の作動開始時におけるバンク電圧ＵＢＡＮＫの検査は、概して、作動されるべき操作回路内の短絡に関する予備検査Ｓ０として働く。

予備検査Ｓ０において作動しきい値Ｕ＿ＨＳＬが超えられなかった場合、詳細な短絡検査の第１のステップＳ１が開始され、この場合、ハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬはさらに閉鎖されたままであり且つ予備検査Ｓ０の予備検査時間Ｔ＿ＨＳＬに直接他の待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹが続く。この追加の待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹ内においてもバンク電圧ＵＢＡＮＫが最小しきい値ＵＬＯＷを下回ったままである場合、「ハイサイド最終段経路上における接地への短絡」ＫＳＭＨＳが存在し且つエラー応答が開始される。エラー応答が開始されない場合、待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹの終了時にハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬが再び開放され且つそれに続く他の待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹののちに分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが閉鎖される。

その後に、第２のステップＳ２において、診断待ち時間Ｔ＿ＤＩＡＧＫＳＵＢが続く。この時間の間、ハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬは開放されているので、ハイサイドから、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰ、分路抵抗Ｒｓｈｕｎｔおよび測定抵抗Ｒｍｅｓｓを介して電流は流れることはない。しかしながら、測定抵抗Ｒｍｅｓｓを介して測定された圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えている場合、いわゆる「ハイサイド最終段経路におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡」ＫＳＵＢＨＳが特定され且つエラー応答が開始される。エラー応答がない場合、診断待ち時間Ｔ＿ＤＩＡＧＫＳＵＢの終了時に、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが開放される。

さらに、第３のステップＳ３において、第１のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１が、時間Ｔ＿ＩＰＳＥＬの間、閉鎖される。この時間Ｔ＿ＩＰＳＥＬ内において電流しきい値ＩＰＳＥＬが超えられた場合、いわゆる「ローサイド最終段経路１におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡」ＫＳＵＢＬＳ１が存在し且つエラー応答が開始される。

それに続く第４のステップＳ４の開始時に、第１のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１が再び開放され且つ第２のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ２が閉鎖される。第３のステップＳ３と同様に、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えているとき、「ローサイド最終段経路２におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡」ＫＳＵＢＬＳ２が存在する。

第５のステップＳ５において、第２のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ２に追加してハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬもまた閉鎖される。圧電操作時間Ｔ＿ＰＩＥＺＯののちに、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えていない場合、いわゆる「ローサイド最終段経路２における接地への短絡」ＫＳＭＬＳ２が存在し且つエラー応答が開始される。

それに続く測定に対して所定の状態を設定するために、第６のステップＳ６において、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが閉鎖され、並びに第２のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ２およびハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬが開放される。

放電待ち時間Ｔ＿ＤＩＡＧＷＴ１ののちに、第７のステップＳ７が開始され且つ分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが再び開放される。追加の待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹののちに、第１のローサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１およびハイサイド・スイッチング素子ＨＳＬが、圧電操作時間Ｔ＿ＰＩＥＺＯの間、閉鎖される。圧電操作時間Ｔ＿ＰＩＥＺＯののちにおいても圧電電流が電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えていない場合、いわゆる「ローサイド最終段経路１における接地への短絡」ＫＳＭＬＳ１が存在し且つエラー応答が開始される。

圧電操作時間Ｔ＿ＰＩＥＺＯののちの第８のステップＳ８において、第１のローサイド・スイッチング素子およびハイサイド・スイッチング素子ＧＬＳ１、ＨＳＬが開放され且つ他の待ち時間Ｔ＿ＴＲＤＬＹののちに、分路スイッチング素子ＧＳＴＯＰが閉鎖され、これにより、第８のステップＳ８の終了後に、スイッチング素子は、第１のステップＳ１の開始前の状態をとる。

図３に、本発明による短絡検査の流れ図が略図で示されている。この場合、ステップＳ０−Ｓ７は、図２に示され且つ説明されている、スイッチング素子の対応位置を有するステップに対応している。

ステップＳ０はほぼ予備検査に対応し、予備検査においては、検査基準により、作動されるべき操作回路が短絡を有しているかどうかが検査される。予備検査結果が操作回路内の短絡を示したときにのみ、他の方法ステップＳ１−Ｓ７が実行される。ステップＳ１−Ｓ５およびＳ７においては、このとき、スイッチング素子および対応の検査問い合わせの図示の設定により、短絡の存在が特定されるのみならず、正確なエラー位置もまた決定される。

ステップＳ０において、予備検査時間Ｔ＿ＨＳＬの終了まで、バンク電圧ＵＢＡＮＫが作動しきい値Ｕ＿ＨＳＬを超えているかどうかが検査される。正の検査結果が存在したとき、ステップ１００において、操作回路は正常に作動される。負の結果が存在したときにのみ、第１のステップＳ１により詳細な短絡検査が開始される。

ステップＳ１において、追加の待ち時間ののちに、バンク電圧ＵＢＡＮＫが最小しきい値ＵＬＯＷを下回ったままであるかどうかが検査される。最小しきい値ＵＬＯＷが超えられない場合、ハイサイド最終段経路における接地への短絡ＫＳＭＨＳが存在し且つステップ２００に分岐され、ステップ２００はエラー応答を開始する。

第２のステップＳ２において、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えているので、ハイサイド最終段経路におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡ＫＳＵＢＨＳが存在した場合、ステップ２００において、エラー応答が開始される。

第３のステップＳ３において、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えている場合、ローサイド最終段経路１におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡ＫＳＵＢＬＳ１が特定され且つステップ２００においてエラー応答が開始される。

第４のステップＳ４において、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを超えている場合、ローサイド最終段経路２におけるＵｂａｔ（バッテリ電圧ないしは供給電圧）への短絡ＫＳＵＢＬＳ２が特定され且つステップ２００においてエラー応答が開始される。

第５のステップＳ５において、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを下回ったままである場合、ローサイド最終段経路２における接地への短絡ＫＳＭＬＳ２が特定され且つステップ２００においてエラー応答が開始される。

第６のステップＳ６においては、測定結果の検査が行われることなく、次のステップが準備される。
第７のステップＳ７において、圧電電流ＩＰＩＥＺＯが電流しきい値ＩＰＳＥＬを下回ったままである場合、ローサイド最終段経路１における接地への短絡ＫＳＭＬＳ１が特定され且つステップ２００においてエラー応答が開始される。第７のステップＳ７における最後の検査においても短絡が特定されなかった場合、それに続く第８のステップＳ８において、スイッチング素子は、第１のステップＳ１の開始前に存在したその状態に戻される。その後に、それに続くステップ１００において、操作回路の正常な作動が行われる。

本発明による方法は、特にステップＳ２−Ｓ５およびＳ７において、短絡に関する検査が電流測定により行われるという利点を有している。この方法は、特に、ケーブル長さまたは調節要素の電気容量にもほとんど無関係であるという利点を有している。したがって、特に、圧電噴射弁において存在するような劣化作用もまた、短絡に関する検査においては二次的な役割を果たしているにすぎない。

さらに、短絡が検出されたとき、エラー応答として操作回路が遮断され、したがって以後の全ての操作がもはや利用不可能となるように設計されている。それぞれ２つの調節要素を有する３つの操作回路／バンクを備えた六気筒内燃機関の場合、操作回路内に短絡が存在するとき、この回路の作動は中止されるので、内燃機関は、残りの２つの操作回路、即ち操作される４つのシリンダで駆動されることになる。

短絡の検出が行われない場合、短絡を有する操作回路の反復操作において調節要素を操作するための最終段が過負荷となり且つ損傷され、これが調節要素／操作回路を全て損傷させることになるという危険性が存在する。即ち、内燃機関の運転はもはや不可能となり、車両が存在する状況に応じてそれぞれ、場合によりドライバ自身もまた危険にさらされるか、ないしは不意の危険にさらされるであろう。

本発明の方法により、調節要素の操作回路内に短絡が存在したときにおいても、内燃機関の少なくとも限定された運転が可能であり且つドライバの危険性が回避されることが保証される。

さらに、本発明の方法により、短絡のタイプが決定されるので、修理においても対応の情報が取出し可能であり且つエラーが迅速に特定され且つ確実な修理が可能となる。
さらに、本発明の方法に対しては、各作動の前に、操作回路が短絡に関して検査され、且つ場合により操作回路が遮断されるので、操作する最終段を必ずしも持続性短絡抵抗を有するように設計する必要はない。即ち、最終段は持続短絡状態において作動されるものではないことが保証されている。しかしながら、調節要素の操作の間に、対応の操作回路内において、ないしは調節要素それ自身により、接地または供給電圧への短絡が発生することがあってもよい。このような場合に対しても全体の操作の作動の確実性を保証するために、最終段は、最終段の短時間の短絡は故障を発生することなく耐えられるように設計されることが有利である。短絡を有する操作回路が次のサイクルにおいて操作される場合、本発明の方法により、短絡が検出され且つ操作回路が遮断される。即ち、短絡によって最終段に新たな負荷をかけることが回避されることは有利である。したがって、最終段は、短時間の短絡が耐えられるように設計すれば十分である。持続性短絡抵抗をもたせるために部品ないしは機構構成部品にさらなる余裕および過大な寸法を与えることは必要ではない。この方法により、特に、最終段にコスト的に有利な部品ないしは機構構成部品が使用可能であり、且つさらに、最終段はコンパクトに構成可能であり、これにより、さらに、排除されるべき損失電力もまた低減される。

他の実施例により、その代わりに、圧電アクチュエータに誘導的調節要素、特に電気機械式調節要素を設けることもまた考えられる。この場合も同様に、本発明による方法が使用可能である。

さらに、操作回路の操作装置、特に短絡の検出手段を有する内燃機関の制御装置を設けることが有利であり、この場合、この装置は、本発明による方法を使用するためにプログラミングされている。この場合、プログラムは、例えば、プログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム製品として、マシンが読取り可能な媒体に記憶されていてもよい。

さらに、スイッチング素子の全ての位置、待ち時間、測定時間、しきい値およびその他のデータを特性曲線群内に記憶するように設計してもよい。
さらに、しきい値および待ち時間／測定時間もまた、内燃機関の運転条件および／または調節要素の機械的／電気的特性の関数として決定することが考えられる。特に、各操作回路に対しておよび各調節要素に対してもまた、これらの変数を個々に割り当て且つ考慮することが考えられる。

さらに、本発明による方法を、プログラムとして、ないしは機能性として、電子部品、例えばＥＰＲＯＭ、ＡＳｉＣ等上に記憶し且つ制御装置内または特に直接最終段内において実行するように設計されていてもよい。

さらに、操作回路それ自身が最終段の一部として含められてもよく、これにより、操作ないしは電流供給の機能性が図示とは異なる他の形においても考えられる。特に、供給ラインは、必ずしもバッテリ電位にある必要はなく、また接地ラインは必ずしも接地電位にある必要はない。調節要素がパルス幅変調電流／電圧を介して操作される最終段の方式もまた考えられる。

図１は、２つの容量性調節要素に対する操作回路を略図で示す。 図２は、本発明による短絡に関する検査に対する操作線図を示す。 図３は、本発明による方法のフローを略図で示す。

Claims (7)

1. 少なくとも１つの調節要素、特に燃料噴射装置を有する操作回路の診断方法において、
   それぞれの操作回路の作動前に、この操作回路および前記少なくとも１つの調節要素が短絡に関して検査されること、および
   短絡が存在しているとき、エラー応答が行われること、
   を特徴とする操作回路の診断方法。
2. 操作回路のハイサイド最終段経路が、接地およびバッテリへの短絡に関して検査されること、および
   操作回路のローサイド最終段経路内において、個々の各調節要素が接地およびバッテリへの短絡に関して検査されること、
   を特徴とする請求項１に記載の診断方法。
3. それぞれの操作回路が短絡に関して検査される前に、はじめに、ハイサイド・スイッチング素子（ＨＳＬ）が閉鎖され、こののちに、バンク電圧（ＵＢＡＮＫ）が予備検査時間（Ｔ＿ＨＳＬ）後に作動しきい値（Ｕ＿ＨＳＬ）を超えているかどうかが検査されること、および
   バンク電圧（ＵＢＡＮＫ）が予備検査時間（Ｔ＿ＨＳＬ）後に作動しきい値（Ｕ＿ＨＳＬ）を超えていないときにのみ、操作回路が短絡に関して検査されること、
   を特徴とする請求項２に記載の診断方法。
4. 接地への短絡を検査するために、
   はじめに、それぞれの操作回路のハイサイド最終段経路において、ハイサイド・スイッチング素子（ＨＳＬ）が閉鎖されること、および
   次に、予備検査時間（Ｔ＿ＨＳＬ）および追加の待ち時間（Ｔ＿ＴＲＤＬＹ）後に、バンク電圧（ＵＢＡＮＫ）が最小しきい値（ＵＬＯＷ）を超えているかどうかが検査されること、および
   最小しきい値（ＵＬＯＷ）を超えていないとき、エラー応答が行われること、
   を特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の診断方法。
5. エラー応答として、短絡が特定された操作回路が遮断されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の診断方法。
6. 短絡検出手段を備えた、少なくとも１つの調節要素、特に内燃機関の制御装置を有する操作回路の操作装置において、
   請求項１ないし５のいずれかに記載の診断方法に使用するためにプログラミングされていることを特徴とする操作回路の操作装置。
7. プログラムがコンピュータまたは制御装置で実行されるとき、請求項１ないし５のいずれかに記載の診断方法を実行するために、マシンが読取り可能な媒体に記憶されているプログラム・コードを有するコンピュータ・プログラム製品。

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