(57)【要約】ここに記載されている内燃機関は燃料システムによって作動し、ここでは燃焼室に到達する燃料量は、噴射バルブの圧電アクチュエータの駆動制御に依存する。この圧電アクチュエータに対する駆動制御エネルギー（ｄＵ２）はバッファ蓄積器によって供給される。この駆動制御の機能を監視できるようにするために提案されるのは、圧電アクチュエータの駆動制御時に発生するバッファ蓄積器の電位差（ｄＵ１）を少なくとも時々、少なくとも大まかに求めて、当該電位差を少なくとも１つの境界値との比較に使用する（７６，８０）。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室（２２）に到達する燃料量が、噴射バルブ（２０）の圧電アクチュエータ（３０）の駆動制御（６７）に依存し、当該圧電アクチュエータの駆動制御エネルギー（ｄＵ２）はバッファ蓄積器（５８）によって供給される、内燃機関を作動する方法において、
前記圧電アクチュエータ（３０）の駆動制御（６７）時に発生する前記バッファ蓄積器（５８）の電位差（ｄＵ１）を少なくとも時々、少なくともおおまかに求め（７０，７２）、
該電位差を少なくとも１つの境界値との比較に使用する（７６，８０）ことを特徴とする、
内燃機関を作動する方法。
【請求項２】
前記バッファ蓄積器（５８）の電位を求める時点の間に当該バッファ蓄積器に充電される電気エネルギーを決定し、
前記の圧電アクチュエータ（３０）とバッファ蓄積器（５８）との間で実際に交換された電荷（ｄＵ２）を求める際に当該電気エネルギーを考慮する（７２）、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記のバッファ蓄積器（５８）を充電するエネルギーを、前記の検出した電位差（ｄＵ１）に加算するかないしは当該電位差から減算（７２）し、
当該の加算結果（ｄＵ２）ないしは減算結果を、少なくとも１つの境界値との比較（７６，８０）に使用する、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記のバッファ蓄積器（５８）に充電されるエネルギーを特性マップ（７４）に基づいて推定し、
該特性マップに前記バッファ蓄積器（５８）の電位を２つ算出する間の時間および給電電流を記憶する、
請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記バッファ蓄積器の電位差を決定するために当該バッファ蓄積器の充電を非アクティブ状態にする、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記の圧電アクチュエータ（３０）の電位差（ｄＵ２）が、第１の境界値に等しいかまたはこれよりも大きい場合、短絡に相応するエラーのエントリを行い、および／または相応するアクションを起動する（７８）、
請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記の圧電アクチュエータ（３０）の電位差（ｄＵ２）が、第１の境界値に等しいかまたはこれよりも小さく、かつ第２の境界値に等しいかまたはこれよりも小さい場合、負荷低下に相応するエラーエントリを行い、および／または相応するアクションを起動する（８２）、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
コンピュータプログラムにおいて、
当該コンピュータプログラムがコンピュータで実行される場合、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法を実施するのに有利であることを特徴とする、
コンピュータプログラム。
【請求項９】
前記コンピュータプログラムは、記憶装置、例えばフラッシュメモリに記憶されている、
請求項８に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１０】
内燃機関を作動する制御および／または調整装置（２４）において、
該装置は記憶装置を含んでおり、
該記憶装置に請求項８または９に記載のコンピュータプログラムが記憶されていることを特徴とする、
内燃機関を作動する制御および／または調整装置。
【請求項１１】
内燃機関において、
請求項１０に記載の制御および／または調整装置（２４）を含むことを特徴とする
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
説明
本発明はまず内燃機関を作動する方法に関し、ここでは燃焼室に到達する燃料量が、噴射バルブの圧電アクチュエータの駆動制御に依存し、その駆動制御エネルギーはバッファ蓄積器によって供給される。
【０００２】
このような方法はEP 1 138 917 A1から公知である。ここでは圧電アクチュエータを含む、内燃機関の燃料噴射システムが記載されている。この圧電アクチュエータによって、噴射すべき燃料量が制御される。この制御は、圧電アクチュエータがドライバ回路により、充放電されることよって行われる。充電によって圧電アクチュエータは伸張し、それに結合されたバルブエレメントを動かす。放電時には圧電アクチュエータは元のように収縮する。
【０００３】
この圧電アクチュエータを充電するためのエネルギーはバッファコンデンサによって供給される。このバッファコンデンサは、直流電流源によって再充電される。圧電アクチュエータを放電する際にここから流れ出るエネルギーは、このバッファコンデンサに戻される。
【０００４】
本発明の課題は、冒頭の述べた形式の方法を発展させて、噴射システムの正しい機能を簡単かつ確実に監視できるようにすることである。
【０００５】
この課題は、冒頭に述べた形式の方法において、圧電アクチュエータの駆動制御時に発生するバッファ蓄積器の電位差を少なくとも時々、少なくともおおまかに求めて、この電位差を少なくとも１つの境界値との比較に使用することによって解決される。
【０００６】
発明の利点
本発明により、燃料噴射システムの正しい機能を恒久的かつ付加的なコストなしに監視することができる。これは駆動制御を監視することによって、すなわち圧電アクチュエータの充放電を監視することによって行われる。ここで圧電アクチュエータとは燃料噴射システムの中心部分のことである。それはこの圧電アクチュエータによって燃焼室に到達する燃料量が最終的に調整されるからである。すなわちその正しい機能は、燃料噴射システム全体にとって重要な意味を有するのである。
【０００７】
本発明の根底にあるアイデアは、駆動制御の際に圧電アクチュエータに伝送される電気エネルギーないしはここから取り出される電気エネルギーを検出することによって圧電アクチュエータの動作が極めて良好に監視できるということである。その一方でこれに対する基礎をなしているのは、圧電アクチュエータは、例えば磁気式アクチュエータとは異なり、実際に長さを変化させるためにだけ駆動制御されるのに対し、この圧電アクチュエータの定常状態では電気エネルギーが流れないということである。通例、この圧電アクチュエータには、その長さを伸張するために電気エネルギーが供給され、またその長さを収縮するためにそれに蓄えられた電気エネルギーが取り出されるのである。
【０００８】
操作のために圧電アクチュエータに供給される電気エネルギーはバッファ蓄積器によって用意され、また圧電アクチュエータを相応に操作した際にはこのバッファ蓄積器に電気エネルギーが戻される。通例、バッファ蓄積器はバッファコンデンサである。このバッファ蓄積器の電荷を圧電アクチュエータの駆動制御の前後で検出することにより、この圧電アクチュエータに実際に供給されたエネルギーないしはここから実際に取り出された電気エネルギーを良好な精度で決定することができる。つぎに求めたこの電気エネルギーを目標値ないしは境界値と比較する。これによって圧電アクチュエータの機能を迅速、簡単にかつ燃料噴射システム動作中に評価することができる。
【０００９】
本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。
【００１０】
第１の発展形態では、バッファ蓄積器の電位を求める時点の間にこのバッファ蓄積器に充電される電気エネルギーを決定し、圧電アクチュエータとバッファ蓄積器との間で実際に交換される電荷を求める際にこの電気エネルギーを考慮する。一般的にはバッファ蓄積器はＤＣ／ＤＣコンバータによって給電される。このＤＣ／ＤＣコンバータは、測定の間の時間にバッファ蓄積器を充電ないしは再充電する。したがって実際に圧電アクチュエータに出力される電荷またはここから流れて戻ってくる電荷は、圧電アクチュエータを駆動制御することによって発生するバッファ蓄積器の電位差を求める際に、場合によってはＤＣ／ＤＣ変換器によってバッファ蓄積器に流された電気エネルギーを考慮すると、さらに高い精度で求めることができる。
【００１１】
このために具体的な実施形態において提案されるのは、バッファ蓄積器を充電するエネルギーを電位差に加算するかないしは電位差から減算し、またこの加算結果ないしは減算結果を少なくとも１つの境界値との比較に使用することである。
【００１２】
プログラム技術的に簡単に実現できるのは、バッファ蓄積器に充電されるエネルギーを特性マップに基づいて推定することであり、ここでこの特性マップにはバッファ蓄積器の電位を２つ算出する間の時間および給電電流を記憶する。
【００１３】
これとは択一的にバッファ蓄積器の電位差を決定するためにバッファ蓄積器の充電を非アクティブ状態にすることも可能である。これには、バッファ蓄積器が十分に大きな容量を有する場合には可能なこともある。この場合には例えば特性マップのプログラミングを省略することができ、それでも正確な結果を得ることができる。
【００１４】
殊に有利であるのは、圧電アクチュエータの電位差が第１の境界値に等しいかまたはこれよりも大きい場合、短絡に相応するエラーのエントリを行い、および／または短絡に相応するアクションを起動する場合である。このことの基礎にあるのは、短絡時には充電または放電電流に加えてさらに各短絡経路を介して電流が流れるという着想である。したがってバッファ蓄積器ないしは圧電アクチュエータは通常時よりも大きく放電し、またこの場合に、検出した電位の差分は少なくとも第１の境界値に等しいかまたはこれよりも大きい。すなわちこの方法によれば、機能のエラーそれ自体が識別されるだけでなく、この機能のエラーを評価できるのである。
【００１５】
このために発展形態において提案されるのは、圧電アクチュエータの電位差が第１の境界値に等しいかまたはこれよりも小さく、かつ第２の境界値に等しいかまたはこれよりも小さい場合、負荷低下（Lastabfall）に相応するエラーのエントリが行い、および／または負荷低下に相応するアクションを起動する。すなわち、本発明の方法によって、異なるエラー原因を区別することができる。これは、エラー時に講じるべき手段の点から極めて有利である。
【００１６】
この際に本発明が前提とするのは、負荷低下時には圧電アクチュエータを駆動制御する際に最終的に電流が流れないため、バッファ蓄積器の電圧が変化しないか、または少なくとも大きくは変化しないことである。したがって検出したバッファ蓄積器の２つの電位間の差分（圧電アクチュエータの駆動制御の前ないしは後）は、この境界値を下回るのである。
【００１７】
本発明は、コンピュータプログラムにも関しており、ここでこのコンピュータプログラムは、これがコンピュータで実行される場合に、上記の方法を実施するのに有利なコンピュータプログラムである。ここで殊に有利であるのは、このコンピュータプログラムが、記憶装置、例えばフラッシュメモリに記憶される場合である。
【００１８】
本発明は、内燃機関を作動する制御および／または調整装置も対象としている。ここで殊に有利であるのは、上記の装置が記憶装置を含んでおり、この記憶装置に請求項８または９のいずれか１項に記載されたプログラムが記憶されている場合である。
【００１９】
さらに本発明は内燃機関に関しており、ここでこの内燃機関は、上記の形式の制御および／または調整装置を含んでいる。
【００２０】
図面
以下では本発明の殊に有利な実施例を、添付の図面に関連して詳しく説明する。この図面において、
図１は、第１実施形態にしたがって構成された複数の噴射バルブを有する燃料システムの概略図を示しており、
図２は、図１の噴射バルブの１つを切った部分断面図を示しており、
図３は、図１の燃料システムを作動する方法の構成図を示しており、
図４は、図３の構成図に相応する流れ図を示しており、
図５は、噴射バルブの別の実施形態を切った断面図を示している。
【００２１】
実施例の説明
図１において燃料システム全体には参照符号１０が付されている。この燃料システムには燃料タンク１２が含まれており、ここから電気式燃料ポンプ１４によって燃料が高圧燃料ポンプ１６に搬送される。この高圧燃料ポンプは、燃料蓄積線路１８（「レール」Rail）に燃料を供給し、ここに燃料が高圧で蓄積される。
【００２２】
燃料蓄積線路１８には複数の燃料噴射バルブ２０が接続されている。これらは内燃機関の燃焼室２２（これ以上には図示しない）に燃料を直接噴射する。燃料噴射バルブは、制御および／または調整装置２４によって駆動制御される。
【００２３】
燃料噴射バルブ２０の構造は図２に示されている。これによると燃料噴射バルブ２０には、袋穴式のステップ状孔（Sackloch-Stufenbohrung）２８を有するケーシング２６が含まれている。その上端部には圧電アクチュエータ３０が配置されており、これとピストン３２とが接続されている。ピストン３２は、液圧式変換器の作業室３４を区切っている。ピストン３６もこの液圧式変換器の一部をなしており、これは球状のバルブエレメント３８に接続されている。ピストン３６は、ピストン３２よりも小さな直径を有し、ケーシングにおいて密に案内される。
【００２４】
バルブエレメント３８は、図２の上方のバルブシート４０とよび図２の下方のバルブシート４２と協働する。バルブシート４０および４２は、空所４４を領域的に区切っており、この空所はスロットル（参照符号なし）を介して制御室４６に接続されている。
【００２５】
この制御室そのものはスロットル（参照符号なし）および圧力線路４７を介して燃料蓄積線路１８に接続されている。制御室４６は、図２において下方に向かってバルブニードル４８によって区切られている。チャネル５０は、燃料蓄積線路１８と、バルブニードル４８の下端の領域に設けられている（見えない）圧力室とを接続している。
【００２６】
燃料噴射バルブ２０はつぎのように動作する。すなわち、
後でさらに詳しく説明する装置を介して圧電アクチュエータ３０を充電して、再び放電することができる。放電された状態では圧電アクチュエータ３０の長さは、充電された状態よりも短い。比較的短い長さの状態を以下では簡単のために「短い」と称し、最大の長さを有する状態を以下では簡単のため「長い」と称する。
【００２７】
圧電アクチュエータ３０が短いまたは長い状態にある場合、バルブエレメント３８はバルブシート４０ないしはバルブシート４２に着座する。いずれの場合も、燃料蓄積線路１８から圧力線路４７を介して制御室４６に伝えられる液圧により、バルブニードル４８はその閉の位置に保持される。したがって燃料噴射バルブ２０から燃料が出ることはない。
【００２８】
しかしながら圧電アクチュエータ３０が駆動制御されて、これがその短い位置から長い位置に、または長い位置から短い位置に移動する場合、バルブエレメント３８はバルブシート４０の箇所にもバルブシート４２の箇所にもない。これによって制御室４６における圧力降下が発生し、最終的にはバルブニードル４８の上端部と下端部との間に圧力差が発生することになる。この結果、図２のバルブニードルは上に動き、チャネル５０からの燃料に対して通路を開ける。これにより、燃料は燃料噴射バルブ２０から相応の燃焼室２２に出ることができる。
【００２９】
圧電アクチュエータ３０の駆動制御は、電子回路５２によって行われ、この電子回路のうちの２，３のコンポーネントが図２に示されている。電圧源５４は直流電圧を供給し、これはＤＣ／ＤＣコンバータ５６において都度の要求に応じて変換される。ＤＣ／ＤＣ変換器５６から供給される電気エネルギーによってコンデンサ５８が充電される。このコンデンサは、圧電アクチュエータ３０に供給すべきないしはここから取り出すべき電気エネルギーに対するバッファ蓄積器として作用する。充電スイッチ６０および放電スイッチ６２を介してコンデンサ５８と圧電アクチュエータ３０とを接続することができる。コンデンサ５８に蓄えられる電荷は測定回路６４によって検出される。
【００３０】
静止状態において充電スイッチ６０および放電スイッチ６２は２つとも開いており、したがって圧電アクチュエータ３０とバッファ蓄積器５８との間に電流は流れない。圧電アクチュエータ３０をその短い状態から長い状態にするためにはこの圧電アクチュエータを充電しなければならない。このため充電スイッチ６０を閉じる。放電スイッチ６２は開いたままである。これによって電流がバッファコンデンサ５８から圧電アクチュエータ３０に流れる。圧電アクチュエータ３０が所望の最終状態に到達するや否や、充電スイッチ６０は再び開いたままになる。
【００３１】
圧電アクチュエータ３０を長い位置から短い位置にするため、圧電アクチュエータ３０にある電荷を再び取り出さなければならない。このために充電スイッチ３０を開いて放電スイッチ６２を閉じる。圧電アクチュエータ３０に蓄積された電荷はこれによってコンデンサ５８に戻る。
【００３２】
上記の充電スイッチおよび放電スイッチ６２は通常、操作中につねに閉じられているのではなく一時的に閉じられてつぎに再び開かれることは明らかである。この際に圧電アクチュエータ３０の充電状態が検出され、場合によって充電スイッチ６０ないしは放電スイッチ６２がもう一度一時的に閉じられる。この過程は、圧電アクチュエータ３０が所望の電荷を受け取る、ないしは電荷が再び取り出されるまで繰り返される。これについての詳細はEP 1  138 917 A1に記載されている。これをここに明に引用する。
【００３３】
圧電アクチュエータ３０の駆動制御を監視できるようにするため、図３および４に示した方法のようにする。すなわち、測定回路６４により、バッファコンデンサ５８の充電状態を駆動制御の前（参照符号６６）および駆動制御の後（参照符号６８）検出する。ここで「駆動制御」とは、圧電アクチュエータ３０の充電およびバッファ蓄積器５８の相応する放電のことであり、または圧電アクチュエータ３０の放電およびバッファ蓄積器５８の相応の充電のことであるとも理解することができる。参照符号７０では、駆動制御の前後の測定値間の差分ｄＵ１が形成される。
【００３４】
参照符号７２では、参照符号７０で決定した差分ｄＵ１に補正値が加算される。この補正値は特性マップ７４に基づいて決定される。この特性マップには一方では２つの測定（参照符号６６および６８）の間の時間が、他方ではＤＣ／ＤＣコンバータからバッファコンデンサ５８に流れ出た電流が記憶される。したがってブロック７２から得られる電位差ｄＵ２は、実際にバッファコンデンサ５８から圧電アクチュエータ３０に流れ出たエネルギーないしは圧電アクチュエータ３０からバッファ蓄積器５８に流れ戻ったエネルギーに相応する。つまり特性マップ７４によってつぎが考慮される。すなわち駆動制御前におけるバッファコンデンサ５８の電位検出と、駆動制御後における電位検出との間の時間において、ＤＣ／ＤＣコンバータ５６によってバッファコンデンサ５８が再充電されることが考慮されるのである。
【００３５】
電位差ｄＵ２は、第１コンパレータ７６に供給され、ここで電位差ｄＵ２と、上側の閾値とが比較される。電位差ｄＵ２がこの上側の閾値以上である場合、このことは、バッファコンデンサ５８と圧電アクチュエータ３０との間で通常のケースよりも多くの電流が流出ないしは流入したと予想されることを意味する。このことは短絡に対する徴候である。それはこの場合、通常の充電電流に加えてさらに電流が、相応する短絡経路を介して流れるからである。この場合、相応するエラーのエントリないしはアクション（例えば、個々のシリンダの駆動制御部またはシステム全体の遮断）が行われる。図１において相応するブロックには参照符号７８が付されている。
【００３６】
電位差ｄＵ２は、第２コンパレータ８０にも供給され、ここで下側の閾値と比較される。電位差ｄＵ２が下側の閾値以下の場合、これは負荷低下に対する徴候である。すなわちこの場合、圧電アクチュエータ３０を駆動制御する際に電流がコンデンサ５８から圧電アクチュエータ３０にないしはこの逆に流れず、つまりバッファコンデンサ５８の電圧は変化しないか、または少なくとも大きくは変化しないのである。この場合、相応するエラーエントリおよび相応するアクションが行われる（ブロック８２）。
【００３７】
図５には噴射バルブの別の実施形態が示されている。ここでは、図２に示した噴射バルブのエレメントと同じ機能を有するエレメントおよび領域は同じ参照符号を有しており、再度詳しく説明していない。
【００３８】
図２の噴射バルブと異なり、図５の噴射バルブは２重ではなく単純切換式である。つまりバルブエレメント３８は１切換位置だけにおいてバルブシート４０にフィットするのである。このバルブエレメントがバルブシート４０から持ち上がると、これは、高圧領域４７と空所４４との間の流体式のバイパスチャネル８４を遮断する（この状態が図５に示されている）。これによって低圧チャネル８８を介して空所４４の圧力が低下し、またスロットルチャネル８６を介して制御室４６の圧力も低下して、バルブニードル４８の相応する開運動が行われる。
【００３９】
バルブエレメント３８が再びバルブシート４０にフィットすると、空所４４と低圧領域８８との間の接続が再び遮断されて、バイパス線路８４が再び開放される。これによって空所４４における圧力が再び高圧力レベル（領域４７）に上昇する。高圧力レベルへの制御室４６の充填は、比較的迅速に空所４４と制御室４６との間のスロットルチャネル８６によって、また流体式に高圧領域４７と制御室４６との間に配置されたスロットルチャネル９０によって行われる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態にしたがって構成された複数の噴射バルブを有する燃料システムの概略図である。
【図２】図１の噴射バルブの１つを切った部分断面図である。
【図３】図１の燃料システムを作動する方法の構成図である。
【図４】図３の構成図に相応する流れ図である。
【図５】噴射バルブの別の実施形態を切った断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2005531718.tif 000009
2005531718.tif 000010
2005531718.tif 000011
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