JP5254461B2 - 内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念による内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法に関する。さらに本発明の対象は、コンピュータプログラム、電子記憶媒体、ならびに制御調整装置である。

刊行物１には、量制御弁を使用した燃料噴射システムの駆動方法が記載されている。公知の量制御弁は、電磁コイルにより電磁的に操作される電磁弁として実現されており、この電磁弁は電磁電機子と、これに配属された行程制限ストッパを備える。公知の電磁弁は、通電状態でコイルが開放する。しかし市場では、無電流状態で電磁コイルが閉鎖される量制御弁も公知である。後者の場合、量制御弁を開放するために電磁コイルが一定に電圧またはクロック電圧（パルス幅変調「ＰＷＭ］）により制御され、これにより電磁コイルの電流が特徴的に上昇する。電圧を遮断すると、電流が再び特徴的に降下し、これにより量制御弁は閉鎖し（無電流で閉鎖される弁の場合）、または開放する（無電流で開放する弁の場合）。

刊行物１に示された無電流で閉鎖される弁の場合、電機子が量制御弁の解放運動中に全速でストッパに衝突するのを阻止するため（このことは甚だしいノイズ発生につながる）、開放運動の終了直前に電磁操作装置が再度、パルス状に通電される。この電流パルスによって、電機子がストッパに接触する前に電機子に制動力が及ぼされる。制動力によって速度が低減され、これにより衝突ノイズが緩和される。

ＤＥ１０１４８２１８Ａ１

本発明の課題は、燃料噴射システムのノイズをできるだけ低減した、内燃機関の燃料噴射システムの駆動方法を提供することである。

この課題は本発明により、請求項１の特徴を備える方法によって解決される。本発明の方法の有利な改善形態は従属請求項に記載されている。さらに別の解決手段が、その後の請求の範囲に記載されている。本発明にとって重要な特徴は以下の説明および図面に示されており、これらの特徴は単独でも、種々の組合せでも、それについて明示的に述べなくても本発明にとって重要である。

本発明によれば、電磁操作装置は、サンプルごとに異なるものであることが認識される。その原因は、一つには製造に起因する公差であり、もう一つには燃料噴射システムごとに、とりわけ燃料噴射システムの動作状況ごとに異なり得る環境パラメータである。とりわけ高速に吸着する電磁操作装置、すなわち効率的な電磁操作装置と、緩慢に吸着する電磁操作装置、すなわち非効率的な電磁操作装置とでは異なることが認識された。この相違のため、これまでの制動パルスは最適のものではなかった。この危険性が本発明では排除されるか、または少なくとも格段に低減される。

さらに、制動パルスはたとえば、電圧源の供給電圧および／または燃料噴射システムもしくは内燃機関のコンポーネントの温度に依存する。このことが本発明により、たとえば特性マップを介して考慮される。この特性マップは、公称の量制御弁について、公称の温度異存抵抗および電圧源、たとえば車両バッテリーの電圧の関数として決定することができる。温度を考慮する理由は、量制御弁を制御装置の出力段に接続する電気線路の電気抵抗が、この電気線路の目下の温度に依存するからである。この温度を本発明の方法により考慮することができる。

したがって本発明により、ストッパにおける弁エレメントの衝突速度が低減され、これにより量制御弁の動作時のノイズが低減される。適応方法を使用することにより、これは個別の量制御弁についても達成され、これにより製造公差に対する要求を緩和することができる。これにより燃料噴射システムの製造コストを低減できる。本発明の方法を、高圧ポンプの寿命にわたって繰り返し適用すれば、磨耗および／または老化に起因する作用を補償することができ、これにより量制御弁の全寿命にわたってロバストな運転が達成される。ノイズ発生が低減される他に、所定の抜取りサンプリングにより測定して、ノイズのばらつきも減少される。したがって仕様どおりのノイズ上側限界を確実に守ることができる。衝突速度を低減することによって、ストッパへの負荷も低下される。これにより対応する荷重集合も低下し、量制御弁に課せられる磨耗および強度要求も小さくなる。このことはコストを削減する。さらに故障の危険性も減少する。付加的イン本発明の方法を実現するためのハードウエアは必要なく、その点で付加的な在庫コストが発生しない。

制動パルスのパラメータとしてとくに適するのは次のとおりである。制動パルスの開始時点、制動パルスのＰＷＭフェーズ（ＰＷＭ＝パルス幅変調）の持続時間、または制動パルスの電流制御フェーズの持続時間、最初のＰＷＭフェーズの前に実施される吸着パルスの持続時間、制動パルスの前の保持フェーズ中のデューティ比もしくは電流の大きさ、制動パルスの前の保持フェーズ終了時のデューティ比もしくは電流の大きさである。

制動パルスの保持フェーズ終了時のデューティ比または電流の大きさが上昇されると、これが制動パルスにさらに作用する。このことは出力段が個別に構成されている場合、電流レベルのばらつきのため出力段が電流制御される場合には、デューティ比の変化によって達成される。同様に、電流制御フェーズとＰＷＭ制御フェーズが交番する出力段も考えられる。適切な制動パルスを出力するためにこれらの制御介入手段を、時間的に分けて使用することができる。

全体として、効率の高い電磁操作装置においては効率の低い電磁操作装置よりも、制動パルスを時間的に後に置く、および／または制動パルスの持続時間を短くする、および／または弱くするのがノイズ緩和に有利であることが判明した。

電磁弁が、それ以上閉じないのか、またはちょうど開こうとしているのかを検知するために、燃料レールの実際圧と目標圧との差を利用することができる。たとえば無電流で開放する量制御弁では適応方法において、量制御弁がそれ以上閉じないまで、電磁操作装置の通電が低下された場合、燃料レールに圧力降下または圧力崩壊が生じることを基礎とする。なぜなら高圧ポンプが燃料をそれ以上搬送しないからである。

制動パルスのパラメータは制動パルスの形状であっても良く、単純には、複数のＰＷＭフェーズ、ＰＷＭフェーズのない複数の吸着パルスフェーズ、無電流フェーズ、ステップ消去および／またはツェナー消去のシーケンスにより定義される。

ノイズ発生を低減するためのさらなる手段は、電磁操作装置の通電保持フェーズを、搬送行程中に開始し、搬送行程の終了後に初めて終了することである。これにより、高圧ポンプのピストン運動の公差が低減され、ひいては搬送行程と吸引行程との間の上死点の位置の公差が低減される。

個別の出力段を使用する場合において、パルス幅変調により電磁操作装置を制御する際に確率作用によってノイズの印象が粗くなるのを回避するため、保持フェーズをたとえばＰＷＭパルスの下降縁で終了することが提案される。これによりコイル電流の消去が規定の電流レベルで開始される。したがって弁エレメントは再現性を以て降下し、これにより制動パルスの作用の変動が回避される。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

高圧ポンプと量制御弁を備える内燃機関の燃料噴射システムの概略図である。 図１の量制御弁の一部断面図である。 図１の量制御弁の高圧ポンプの種々異なる機能状態を、タイムチャートと共に概略的に示した図である。 適応方法を実施した場合の制御電圧、電磁コイルの通電、図１の量制御弁の弁エレメントの行程を時間について示す線図である。 制動パルスが実現された場合の、図１の量制御弁の通電経過を時間について示す線図である。 電流経過が変化した場合の、図５と同様の線図である。 図１の燃料噴射システムの駆動方法のフローチャートである。

図１の燃料噴射システムには全体で参照番号１０が付されている。電気的燃料ポンプ１２を有しており、これにより燃料が燃料タンク１４から高圧ポンプ１６に搬送される。高圧ポンプ１６は、燃料を高圧まで圧縮し、これをさらに燃料レール１８に搬送する。燃料レールには複数のインジェクタ２０が接続されており、インジェクタはこれに配属された燃焼室に燃料を噴射する。燃料レール１８の圧力は圧力センサ２２により検出される。

高圧ポンプ１６は、搬送ピストン２４を備えるピストンポンプであり、搬送ピストン２４は図示しないカムシャフトにより往復運動される（二重矢印２６）。搬送ピストン２４は搬送室２８を制限し、搬送室は量制御弁３０を介して電気燃料ポンプ１２の出口と接続されている。さらに出口弁３２を介して搬送室２８は、燃料レール１８と接続されている。

量制御弁３０は、電磁操作装置３４を有し、この電磁操作装置は通電状態でバネ３６の力に抗して動作する。無電流状態で量制御弁３０は開放し、通電状態では通常のノンリターンインレットバルブの機能を有する。量制御弁３０の正確な構造は図２に示されている。

量制御弁３０は、ディスク状の弁エレメント３８を有し、この弁エレメント３８はバルブスプリング４０により弁座４２に対して押圧される。後者の三つのエレメントが、上記のノンリターンインレットバルブを形成する。

電磁操作装置３４は磁気コイル４４を含み、磁気コイルは操作タペット４８の磁気アーマチュア４６と共同で動作する。

スプリング３６は、磁気コイル４４が無電流のときに操作タペット４８を弁エレメント３８に対して押し付け、これをその開放位置に強要する。操作タペット４８の対応する終位置は、第１のストッパ５０により規定される。磁気コイルに通電されると、操作タペット４８がスプリング３６の力に抗して弁エレメント３８から離れ、第２のストッパ５２に向かって運動される。

高圧ポンプ１６と量制御弁３０は以下のように動作する（図３参照）。

図３の上には、ピストン３４の行程が、下には磁気コイル４４の通電が時間についてプロットされている。さらに高圧ポンプ１６の種々の動作状態が概略的に示されている。吸引行程（図３の左に図示）中、磁気コイル４４は無電流であり、これにより操作タペット４８はスプリング３６によって弁エレメント３８に押し付けられ、これを開放位置に移動させる。このようにして燃料は、電気燃料ポンプ１２から搬送室２８に流れることができる。下死点ＵＴに到達した後、搬送ピストン２４の搬送行程が開始する。これが図３の中央に示されている。磁気コイル４４は無電流のままであり、これにより量制御弁３０はさらに強制的に開放される。燃料が搬送ピストン２４により、開放された量制御弁３０を介して電気燃料ポンプ１２に吐出される。出口弁３２は閉じたままである。燃料レール１８への搬送は行われない。時点ｔ１で磁気コイル４４に通電され、これにより操作タペット４８が弁エレメント３８から引き離される。ここで、図３には磁気コイル３３の通電経過が概略的にだけ示されていることを述べておく。さらに下で述べるように、実際のコイル電流は一定ではなく、相互誘導作用のため場合により降下する。さらにパルス変調制御電圧では、電流が波状またはジグザグ状である。

搬送室２８内の圧力により、弁エレメント３８は弁座４２に当接し、したがって量制御弁３０は閉じられる。そして搬送室２８内に圧力が形成され、この圧力が出口弁３２を開放し、燃料レール１８への搬送を行う。これが図３の右に示されている。搬送ピストン２４が上死点ＯＴに達した直後に、磁気コイル４４の通電は終了され、これにより量制御弁３０は再び強制的に開放位置に達する。

時点ｔ１が変動することにより、高圧ポンプ１６から燃料レール１８に搬送される燃料量が影響を受ける。時点ｔ１は制御装置５４（図１）、燃料レール１８内の実際圧ができるだけ目標圧に相当するよう設定される。このために制御装置５４では、圧力センサ２２から送出された信号が処理される。

磁気コイル４４の通電が終了すると、操作タペット４８が再び第１のストッパ５０に向かって運動される。第１のストッパ５０での衝突速度を低下させるために制動パルス５６が形成される。この制動パルスによって操作タペット４８の運動速度が、第１のストッパ５０への衝突の直前に低下される。

図１に示した燃料噴射システム１０では、制動パルス５６の少なくとも一つのパラメータが電磁操作装置３４の効率に依存する。この効率は、図４を参照して説明する適応方法により決定される。これによれば、高圧ポンプ１６の第１の動作サイクルの後（一つの動作サイクルは吸引行程と搬送行程からなる）、いわゆる第１の「吸着パルス」５８の後のパルス幅変調制御電圧のデューティ比が第１の値に調整され、この第１の値では、操作タペット４８が弁エレメント３８から引き離されることが保証される。コイル電流の対応する経過が図４に、６０ａにより示されている。操作タペット４８と、これに結合された磁気アーマチュア４６の運動に基づいて、磁気コイル４４内に相互誘導が形成され、これが有効コイル電流を低下させる。操作タペット４８と弁エレメント３８の運動、すなわちそれらの行程Ｈが、この場合について図４に６２ａにより示されている。

後続の動作サイクルでデューティ比が、磁気コイル４４も低効率な通電が生じるように調整される。これは図４の曲線６０ｂに対応する。その結果、操作タペット４８と弁エレメント３８の運動が遅延される。これは曲線６２ｂに対応する。デューティ比は連続的に変化し、これにより有効コイル電流がさらに低下する。曲線６０ｃとして例示したコイル電流は「限界デューティ比」に対応し、操作タペット４８はもはや十分には弁エレメント３８から離れず、したがって量制御弁３０は開放したままである（曲線６２ｃ）。そのため燃料レール１８への燃料の搬送は行われない。このため、インジェクタによって燃料レール１８から燃料が排出されるから、燃料レール１８には極端な圧力低下が生じ、したがって燃料レール１８内の実際圧が目標圧から突然、大きく偏差するようになり、このことが制御装置５４により識別される。この適応方法により、量制御弁３０がもはや開放しなくなる、またはやっと開放しているデューティ比を求めることができる。

この「終了値」とも称される限界デューティ比が、電磁操作装置３４の効率を特徴付けるために使用される。すなわち効率的な電磁操作装置３４を備える量制御弁３０は、効率の低い電磁操作装置３４を備える量制御弁３０よりも小さな終了値を有する。このようにして確定された個別の電磁操作装置３４の効率が、制動パルス５６のパラメータ化に使用される。付加的に制動パルスのパラメータ化のために、たとえば内燃機関が取り付けられた自動車のバッテリーの供給電圧レベルと、たとえば燃料温度が使用される。制動パルス５６のパラメータとして、制動パルスの開始、パルス幅変調フェーズの持続時間、または（出力段が電流制御される場合には）制動パルス５６の電流制御フェーズの持続時間が用いれる。パルス幅変調フェーズの前に行われる吸着パルス５８の持続時間もこのようなパラメータとすることができ、さらに、制動パルス５６の前の保持フェーズでのデューティ比もしくは電流レベル、および／または制動パルス５６の前の保持フェーズ終了時のデューティ比もしくは電流も使用できる。

次に図５を参照する。この図には、コイル電流６０が制動パルス５６も含めて時間に関してプロットされている。保持フェーズ６４が、上死点を越えて吸引フェーズまで伸びていることが分かる。保持フェーズ６４は、パルス幅変調電圧信号の下降エッジで終了することも分かる。ここで電流は、反対電流の印加により高速消去が実施される前にまず自由降下する。自由降下と高速消去は、保持フェーズの終了から制動パルス５６の開始までの時間６６内にある。制動パルス５６自体はパルス幅変調信号を形成し、その持続時間が図５に６８によって示されている。図６から分かるように、保持フェーズ６４の終了時に、効率的なコイル電流６０が上昇するようにデューティ比が変化される。制動パルス５６の形状は、複数のパルス幅変調フェーズ、パルス幅変調を行わない吸着パルスフェーズ、電流制御フェーズ、規定のステップ消去および／またはツェナー消去のシーケンスによって規定される。全体としてノイズ緩和のためには、効率の高い電磁操作装置３４においては効率の低い電磁操作装置３４よりも、制動パルス５６を時間的に後に置き、および／または制動パルスの持続時間を短くし、および／または弱くする。

図７には、燃料噴射システム１０の駆動方法が示されている。７０で、圧力センサ２２の信号に基づき、燃料レール１８の実際圧が目標圧と比較される。上に図４に関連して説明した適応方法により、７２でデューティ比の終了値が、そしてそこから電磁操作装置３４の効率を特徴付けるパラメータが求められる。量制御弁３０をようやく閉鎖することのできる、このようなデューティ比を使用することによって、操作タペット４８が第２のストッパ５２に衝突する際の速度が低下され、これによりノイズ低減が達成される（ブロック７４）。７６では、車両バッテリーの電圧と燃料温度が検出される。この検出された値は、７８で、７２の方法から求められた電磁操作装置３４の効率と共に制動パルス５６のパラメータ化に使用される。これにより８０で、操作タペット４８が第１のストッパ５０に衝突する際のノイズが低減される。

図示の実施形態では、内燃機関のクランクシャフトが所定の回転数以下の場合だけ、または高圧ポンプ１６の駆動シャフトが所定の回転数以下の場合だけ制動パルスが形成される。図示しないさらなる実施形態では、上記のような回転数より上でも制動パルスが形成されるが、この回転数より上では制動パルスの適応が行われない。

Claims (10)

1. 内燃機関の燃料噴射システム（１０）の駆動方法であって、
   燃料が高圧ポンプ（１６）から燃料レール（１８）に搬送され、
   搬送された燃料の量が、電磁操作装置（３４）によって操作される量制御弁により調整され、
   電磁操作装置（３４）の制動パルス（５６）の少なくとも一つのパラメータが、電磁操作装置の効率、および／または電圧源の電圧、および／または燃料噴射システム（１０）もしくは内燃機関のコンポーネントの温度に依存する方法において、
   効率の高い電磁操作装置（３４）においては効率の低い電磁操作装置（３４）よりも、制動パルス（５６）を時間的に後に置き、および／または制動パルスの持続時間を短くし、および／または弱くし、
   前記量制御弁（３０）には保持フェーズ（６４）の終了後に前記制動パルス（５６）が印加される、ことを特徴とする方法。
2. 適応方法で、電磁操作装置に供給されたエネルギーが、初期値から終了値まで連続的に変化され、
   当該終了値では、量制御弁（３０）がもはや開放しなくなるか、またはやっと開放しており、
   該終了値またはこれに基づくパラメータを、電磁操作装置（３４）の効率を表すのに用いる、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. パラメータは、制動パルスの開始時点、制動パルスのＰＷＭフェーズの持続時間または制動パルスの電流制御フェーズの持続時間、最初のＰＷＭフェーズの前に実施される吸着パルスの持続時間、制動パルスの前の保持フェーズ中のデューティ比もしくは電流の大きさ、および／または制動パルスの前の保持フェーズ終了時のデューティ比もしくは電流の大きさである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 燃料レール（１８）内の実際圧と目標圧との偏差を監視することにより、電磁弁（３０）の開放または閉鎖が検知される、ことを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 制動パルス（５６）の形状は、複数のパルス幅変調フェーズ、ＰＷＭを行わない吸着パルスフェーズ、電流制御フェーズ、所定のステップ消去および／またはツェナー消去のシーケンスによって規定される、ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法。
6. 電磁操作装置（３４）の通電保持フェーズ（６４）は、搬送行程中に開始し、搬送行程の終了後に終了する、ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一項に記載の方法。
7. ＰＷＭによる制御の場合には、保持フェーズが、所定の下降ＰＷＭエッジで終了する、ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一項に記載の方法。
8. 請求項１から７までのいずれか一項記載の方法で使用するためにプログラミングされたコンピュータプログラム。
9. 燃料噴射システム（１０）の制御装置（５４）のための電気的記録媒体において、
   請求項１から７までのいずれか一項に記載された方法で使用するためのコンピュータプログラムが記憶された記録媒体。
10. 燃料噴射システム（１０）のための制御装置（５４）において、
    請求項１から７までのいずれか一項記載の方法で使用するためにプログラミングされている制御装置。

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