(57)【要約】  本発明は、圧電式噴射弁に弁の閉鎖状態で基本電圧が印加され、弁の開放のために最低電圧が印加される、圧電式噴射弁を備えた内燃機関の噴射装置の駆動方法に関する。本発明によれば、当該の最低電圧は個々の噴射弁に対して個別に調整される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電式噴射弁に弁の閉鎖状態で基本電圧（ＵＢａ）を印加し、弁の開放のために最低電圧（ＵＢｏ）を印加する、
圧電式噴射弁を備えた噴射装置の駆動方法、例えば内燃機関の圧電式噴射弁を備えた噴射装置の駆動方法において、
個々の噴射弁に対する最低電圧（ＵＢｏ）を個別に調整する
ことを特徴とする内燃機関の噴射装置の駆動方法。
【請求項２】
前記個々の噴射弁に対する最低電圧（ＵＢｏ）を平均最低電圧と個々の噴射弁に対する補正値（ＫＢｏ）とから求める、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記補正値（ＫＢｏ）は補正係数を含んでおり、前記最低電圧を該補正係数の乗算された前記平均最低電圧から求める、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記補正値（ＫＢｏ）はオフセット量（ＣＢｏ）を含んでおり、前記最低電圧を該オフセット量の加算された前記平均最低電圧から求める、請求項１または２記載の方法。
【請求項５】
前記補正値（ＫＢｏ）は動作点ごとに固有の値である、請求項２から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関の噴射装置の駆動方法の全てのステップをコンピュータに実行させるプログラムコードを備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
【請求項７】
圧電式噴射弁に弁の閉鎖状態で基本電圧（ＵＢａ）が印加され、弁の開放のために最低電圧（ＵＢｏ）が印加される、
圧電式噴射弁を備えた噴射装置の駆動方法、例えば内燃機関の圧電式噴射弁を備えた噴射装置の駆動方法において、
個々の噴射弁に対する最低電圧（ＵＢｏ）が個別に調整される
ことを特徴とする内燃機関の噴射装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は圧電式噴射弁を備えた噴射装置の駆動方法ないし圧電式噴射弁を備えた噴射装置を駆動する制御装置に関する。本発明は特に、内燃機関の噴射装置の駆動方法ないし内燃機関の噴射装置の制御装置に関する。当該の圧電式噴射弁には弁の閉鎖状態で基本電圧が印加され、弁の開放のために最低電圧（ボトム電圧）が印加される。
【０００２】
本発明の適用される噴射装置はコモンレール噴射システムと称され、オットー機関においてもディーゼル機関においても用いられる。噴射装置はふつう内燃機関のシリンダごとに１つずつ圧電式噴射弁を有している。
【０００３】
従来技術の問題点
特にオットー機関での層状給気モードでは、１回の噴射当たり約１ｍｍ３のオーダーのいわゆる最小量で燃料が噴射される。この場合、各シリンダの各圧電式噴射弁のあいだの噴射量のばらつきが大きく、排気品質が低下し、不安定動作によって走行快適性が低下してしまうことがわかっている。
【０００４】
したがって、本発明の課題は、冒頭に言及した形式の方法および装置を提供して、各圧電式噴射弁のあいだの噴射量のばらつきを低減することである。
【０００５】
本発明の利点
この課題は、圧電式噴射弁に弁の閉鎖状態で基本電圧が印加され、弁の開放のために最低電圧が印加される、圧電式噴射弁を備えた内燃機関の噴射装置の駆動方法において、個々の噴射弁に対する最低電圧が個別に調整されることにより解決される。本発明での最低電圧は基本電圧に比べて低い電圧値を有している。最小量の噴射を行うために、圧電式噴射弁の圧電素子へ印加される電圧が一時的に当該の最低電圧まで低下される。
【０００６】
有利には、個々の噴射弁に対する最低電圧は平均最低電圧と個々の噴射弁に対する補正値とから求められる。平均最低電圧（１つの内燃機関における複数の圧電式噴射弁にわたって求められる最低電圧の平均値）は例えば目標噴射量に基づいて制御装置内に格納されている平均最低電圧から求められる。平均最低電圧は例えば多数の圧電式噴射弁について実験により求められ、典型的な値として制御装置内に格納される。
【０００７】
有利には、補正値は補正係数を含んでおり、個々の噴射弁に対する最低電圧は当該の補正係数の乗算された平均最低電圧から求められる。これに代えてまたはこれに加えて、補正値がオフセット量を含んでおり、最低電圧を当該のオフセット量の加算された平均最低電圧から求めてもよい。
【０００８】
特に有利には、補正値は動作点ごとに固有の値である。したがって、制御装置に、平均最低電圧ひいては目標噴射量に応じて異なる補正値（補正係数またはオフセット量）を格納することができる。
【０００９】
冒頭に言及した問題点は、前述した噴射装置の駆動方法の全てのステップをコンピュータに実行させるプログラムコードを備えていることを特徴とするコンピュータプログラムによっても解決することができる。また、圧電式噴射弁に弁の閉鎖状態で基本電圧が印加され、弁の開放のために最低電圧が印加される、圧電式噴射弁を備えた内燃機関の噴射装置の制御装置において、個々の噴射弁に対する最低電圧が個別に調整されることを特徴とする内燃機関の噴射装置を駆動する制御装置によっても解決することができる。
【００１０】
図面
以下に添付図を参照しながら本発明の実施例を詳細に説明する。図１には圧電式噴射弁の電圧と時間との関係を表すグラフが示されている。図２には複数の圧電式噴射弁での最低電圧と噴射量との関係を表すグラフが示されている。図３には本発明の方法のフローチャートが示されている。
【００１１】
図１には、圧電式噴射弁の駆動電圧の時間特性が駆動電圧ＵＡｎ［Ｖ］および時間ｔ［μｓ］によって示されている。駆動電圧ＵＡｎは圧電素子に印加される電圧である。ここでは、ダイレクトニードルを備えた圧電式噴射弁（ピエゾインジェクタ）、すなわち、バルブニードルが直接にピエゾアクチュエータによって駆動される圧電式噴射弁が用いられている。ダイレクトニードルの直接制御では、ノズルニードルが直接に調整素子によってアクティブに駆動される。当該の調整素子は液圧式カプラを介してノズルニードルを直接に調整するピエゾアクチュエータである。
【００１２】
図１にはいわゆる最小量を達成するために圧電式噴射弁に印加される駆動電圧の特性が示されている。最小量は例えばオットー機関の層状給気モードにおける予備噴射の際に用いられる。噴射過程を見ると、約１９０Ｖの一定の基本電圧ＵＢａからいわゆる最低電圧ＵＢｏへ電圧が低減されている。噴射量は基本電圧ＵＢａと最低電圧ＵＢｏとの差に基づいて定められる。最低電圧ＵＢｏは保持時間ｔＨにわたって一定に保持され、当該の保持時間の経過後、ふたたび基本電圧ＵＢａへ引き上げられる。ここでは保持時間は３８μｓで一定である。
【００１３】
図１には例として３つの最低電圧ＵＢｏすなわち３０Ｖ，５０Ｖ，７０Ｖの電圧特性が示されている。基本電圧ＵＢａから最低電圧ＵＢｏへ電圧が低下する際の直線１の傾きΔＵ／Δｔならびに最低電圧ＵＢｏから基本電圧ＵＢａへ電圧が上昇する際の直線２の傾きΔＵ／Δｔは主として圧電素子のキャパシタンスと圧電素子の駆動段のオフセット電流とによって定まり、種々の値を取りうる。
【００１４】
噴射の最小量は最低電圧ＵＢｏの閉ループ制御のみによって実現され、基本電圧ＵＢａは一定に保持される。つまり最小量は最低電圧ＵＢｏを変更することのみによって形成される。このとき、基本電圧ＵＢａから最低電圧ＵＢｏへの立ち下がりエッジ、保持時間ｔＨおよび最低電圧ＵＢｏから基本電圧ＵＢａへの立ち上がりエッジの和が最小に維持される。最低電圧ＵＢｏを増大することにより基本電圧ＵＢａと最低電圧ＵＢｏとの電圧差は小さくなる。ここで、全駆動時間、すなわち、基本電圧ＵＢａから最低電圧ＵＢｏを経てふたたび基本電圧ＵＢａへいたる時間（低下開始から再上昇終了までの時間）が低減され、これにより噴射量が低減される。最低電圧ＵＢｏは予備噴射が完全に終了して噴射量がゼロとなるまで増大される。噴射量は、基本電圧ＵＢａ，保持時間ｔＨおよび電圧低下ないし電圧上昇の変化の傾きのすべてが一定であるとき、最低電圧ＵＢｏのみに基づいて変化する。つまり個々の噴射弁に対する噴射量は唯一の変数すなわち最低電圧ＵＢｏによって表される。
【００１５】
図２には噴射量Ｑ［ｍｍ３／Ｈ］と最低電圧ＵＢｏ［Ｖ］との関係が複数の噴射弁ＥＶ１〜ＥＶ４について示されている。ここでＨは噴射過程の回数をストローク数によって表している。同一のタイプ（ＰＤＮ２５Ｂ）の４つのインジェクタが１９０Ｖの一定の基本電圧ＵＢａおよび種々の最低電圧ＵＢｏによって駆動され、それぞれの噴射量Ｑ［ｍｍ３／Ｈ］が測定された。最低電圧ＵＢｏは２Ｖずつの増分で増大され、１回の増大のうち噴射過程のたびに噴射量Ｑが５０回測定された。ここから、全ての圧電式噴射弁でのストロークごとのばらつきＨ／Ｈと個々の圧電式噴射弁のあいだのばらつきＥｘ／Ｅｘとが求められた。ばらつきＨ／Ｈの曲線はグラフの下方に示されており、ばらつきＥｘ／Ｅｘはグラフの上方の曲線ＥＶ１〜ＥＶ４の差として示されている。図２のグラフからは、一方では最低電圧ＵＢｏの増大につれて噴射量が低下することが見て取れ、他方では各噴射弁のあいだのばらつきがかなり大きいことが見て取れる。ばらつきＨ／Ｈは小さく、その作用は無視できる程度しかないのに対して、曲線ＥＶ１〜ＥＶ４を見ると、同じタイプの圧電式噴射弁での噴射量Ｑであるにもかかわらず種々の最低電圧ＵＢｏにわたってばらつきがいちじるしく大きいことがわかる。
【００１６】
図２のグラフによれば、圧電式噴射弁１は１ｍｍ３／Ｈの噴射量に対して８６Ｖの最低電圧ＵＢｏを必要とし、圧電式噴射弁４は１ｍｍ３／Ｈの噴射量に対して９７Ｖの最低電圧ＵＢｏを必要としている。他の２つの圧電式噴射弁２，３は１ｍｍ３／Ｈの噴射量に対して約９１Ｖの最低電圧ＵＢｏを必要としている。つまり同じ噴射量を達成するためにそれぞれの電圧に１１Ｖの差ｄＵが生じている。ここで、全ての圧電式噴射弁１〜４が等しく平均最低電圧ＵＢｏである９１Ｖで駆動されるとすると、４つの圧電式噴射弁での噴射量に０．８ｍｍ３／Ｈの差が生じる。圧電式噴射弁１は最低電圧９１Ｖでは約０．８ｍｍ３／Ｈの噴射量を送出し、圧電式噴射弁４は最低電圧９１Ｖでは約１．６ｍｍ３／Ｈの噴射量を送出するからである。
【００１７】
各シリンダにおける予備噴射量の差は排出物質量の増大をまねく。制御装置が圧電式噴射弁に対して最小量を均等に設定するのであれば、種々のインジェクタの最低電圧ＵＢｏを個別に補正しなければならない。当該の補正は補正係数ＫＢｏまたはオフセット量ＣＢｏによって行われる。
【００１８】
例として、レール圧８００ｂａｒのもとでの目標噴射量１ｍｍ３／Ｈの動作点において、４つの圧電式噴射弁での平均最低電圧ＵＢｏ＿Ｍが９１Ｖであるとする。図２から直接に読み取れるように、圧電式噴射弁１の目標噴射量１ｍｍ３／Ｈに対する最低電圧は８７Ｖであり、圧電式噴射弁１に対する補正係数ＫＢｏ＿１は０．９４５１となる。これはオフセット量ＣＢｏとしては−５Ｖに相当する。同様に、圧電式噴射弁４は目標噴射量１ｍｍ３／Ｈに対してより高い最低電圧ＵＢｏを必要とするので、補正係数は１より大きくなる。当該の補正係数は、一般に、
ＫＢｏ＝Ｕ＿Ｂｅｄａｒｆ／Ｕ＿Ｍｉｔｔｅｌ
によって計算される。Ｕ＿Ｂｅｄａｒｆとは各圧電式噴射弁において目標噴射量の達成に必要な最低電圧であり、Ｕ＿Ｍｉｔｔｅｌとは全ての圧電式噴射弁についての平均最低電圧である。ここでは圧電式噴射弁４に必要な最低電圧Ｕ＿Ｂｅｄａｒｆは１ｍｍ３／Ｈに対して９７Ｖであり、平均最低電圧Ｕ＿Ｍｉｔｔｅｌは９１Ｖであるので、圧電式噴射弁４に対する補正係数ＫＢｏ＿４は１．０６６である。相応のオフセット量は６Ｖである。これらの値によってインジェクタごとの補正が行われ、制御装置によって均等化されると、予備噴射のばらつきが低減される。
【００１９】
目標噴射量Ｑ［ｍｍ３／Ｈ］によって求められる補正係数ＫＢｏないしオフセット量ＣＢｏは動作点ごとに調整されなければならない。噴射のたびに最小量が利用されて均等化が問題となるので、或る領域内の動作点を段階的に観察しなければならないのである。例えば目標噴射量０．４ｍｍ３／Ｈ〜３ｍｍ３／Ｈの範囲において０．１ｍｍ３／Ｈ刻みで個々のインジェクタに対する補正値が求められる。こうして得られた補正値は特性マップのテーブルとして制御装置に格納される。
【００２０】
これに代えて、或る領域を通して一定の補正値を用いることもできる。この場合には、前述したように複数の補正値から１つの平均補正値が求められるかまたは図２に則して説明したように唯一の動作点で唯一の補正値が求められ、領域の全体を通して用いられる。後者の場合、動作点ごとの複数の値を有するテーブルに代えて、各圧電式噴射弁に対して１つずつの値が用いられる。
【００２１】
図３には本発明の方法のフローチャートが示されている。まず、ステップ１０１で、噴射過程のたびに目標噴射量Ｑｓｏｌｌが求められる。この値は例えば動作点ごとに制御装置によって調製される。これに応じて、ステップ１０２で、全ての圧電式噴射弁にわたって平均最低電圧ＵＢｏ＿Ｍが求められる。この値は同じ構造の多数の圧電式噴射弁に対する平均値として制御装置に格納される。次に、ステップ１０３で、個々の圧電式噴射弁に対する補正係数ＫＢｏ＿（ｎ）が求められる。インデクスｎは個々の圧電式噴射弁に対して値が求められることを表している。当該の値は例えばメモリに格納されたテーブルから取り出される。さらに、ステップ１０４で、ｎ個の全ての圧電式噴射弁に対する最低電圧の値が噴射弁ごとの補正係数ＫＢｏ＿（ｎ）と平均最低電圧ＵＢｏ＿Ｍとの積として求められる。補正係数ＫＢｏ＿（ｎ）に代えてオフセット量ＣＢｏ＿（ｎ）を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】圧電式噴射弁の電圧と時間との関係を表すグラフである。
【図２】複数の圧電式噴射弁での最低電圧と噴射量との関係を表すグラフである。
【図３】本発明の方法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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