(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つの燃料噴射弁およびこの燃料噴射弁を駆動制御する制御装置に関する。各噴射弁は、ピエゾアクチュエータ（１２）と、ノズル開口部およびこれを選択的に開閉する可動のノズルニードル（１３）と、ピエゾアクチュエータとノズルニードルとの間に接続された液圧式結合部材と、ノズルニードル（１３）が完全に開閉された位置で当接する行程ストッパを有している。このような燃料噴射弁において行程ストッパへの到達を良好に求める目的で、ニードル行程ストッパへの到達がピエゾアクチュエータ（１２）の給電休止中、ピエゾアクチュエータ（１２）に加わる電圧信号の評価により求められる。有利には、給電休止期間中の電圧信号の振動が評価される。この目的で電圧経過特性を通る回帰直線が設定され、電圧経過特性に対する回帰直線の相関係数が求められ、この相関係数に基づきニードル行程ストッパ到達が検出される。
2010513768.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの燃料噴射弁（１０）と、該燃料噴射弁（１０）を駆動制御する制御装置Ｕ２０）が設けられており、前記燃料噴射弁（１０）は、
ピエゾアクチュエータ（１２）と、
少なくとも１つのノズル開口部（１５）と、該少なくとも１つのノズル開口部（１５）を選択的に閉鎖および開放するための少なくとも１つの可動のノズルニードル（１３）とを備えたノズル部材と、
前記ピエゾアクチュエータ（１２）と前記ノズルニードル（１３）との間に接続された液圧式結合部材と、
少なくとも１つの行程ストッパ（１４，２１）を有しており、前記ノズルニードル（１３）が完全に開放された位置および／または完全に閉鎖された位置で該ノズルニードル（１３）は前記行程ストッパ（１４，２１）に当接する形式の、
燃料噴射システムにおいて、
前記制御装置（２０）は、少なくとも１つの行程ストッパ（１４，２１）に前記ノズルニードル（１３）が当接したことを識別する検出手段を有しており、
該検出手段は、前記ピエゾアクチュエータ（１２）の給電休止期間中、該ピエゾアクチュエータ（１２）のところに生じる電圧信号（Ｕ）の経過特性に基づき、ニードル行程のストッパ到達を識別することを特徴とする、
燃料噴射システム。
【請求項２】
前記検出手段は、放電終了と充電開始との間または充電終了と放電開始との間の電圧信号（Ｕ）の振動振幅を評価する、請求項１記載の燃料噴射システム。
【請求項３】
前記検出手段は、放電終了と充電開始との間または充電終了と放電開始との間の電圧信号（Ｕ）をサンプリングし、該電圧信号（Ｕ）のサンプリング値のインターバルを通して回帰関数（３０）たとえば回帰直線を設定し、前記サンプリング値に対する相関値を求め、該相関値の大きさに基づき、行程ストッパに到達しているか否かを識別する、請求項２記載の燃料噴射システム。
【請求項４】
前記検出手段は、求められた相関値を使用されている噴射弁タイプに依存してまえもって求められた限界値と比較し、求められた相関値が該限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、行程ストッパに到達していると識別する、請求項３記載の燃料噴射システム。
【請求項５】
前記検出手段は、給電休止開始時に前記電圧信号（Ｕ）の第１の電圧値を求め、給電休止中の後続の時点で前記電圧信号（Ｕ）の別の電圧値を求め、前記第１の電圧値と前記別の電圧値との差（ｄＵ）に基づき、行程ストッパに到達しているか否かを識別する、請求項１から４のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項６】
前記第１の電圧値が求められる給電休止開始時点は、放電終了時点または放電終了後の時点（ｔ0）、または充電終了時点または充電終了後の時点（ｔ5）である、請求項５記載の燃料噴射システム。
【請求項７】
第１の電圧値が求められる給電休止開始時点は、電圧経過特性（Ｕ）の微分が第１の零点通過を有する時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）である、請求項５記載の燃料噴射システム。
【請求項８】
前記別の電圧値が求められる前記後続の時点は、充電開始直前の時点（ｔ4）または放電開始直前の時点（ｔ4）である、請求項５から７のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項９】
前記別の電圧値が求められる前記後続の時点は、電圧経過特性（Ｕ）の微分が第１の零点通過を有する時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）である、請求項６記載の燃料噴射システム。
【請求項１０】
前記検出手段は、求められた電圧偏差（ｄＵ）を使用される噴射弁タイプに応じてまえもって求められた限界値と比較し、給電休止開始時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）における第１の電圧値が後続の時点（ｔ4）における別の電圧値よりも大きく、かつ求められた電圧偏差（ｄＵ）の絶対値が前記限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、ニードル行程ストッパへ到達していないことを識別する、請求項７または８記載の燃料噴射システム。
【請求項１１】
前記検出手段は、求められた電圧偏差（ｄＵ）を使用される噴射弁タイプに応じてまえもって求められた限界値と比較し、給電休止開始時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）における第１の電圧値が後続の時点（ｔ4）における別の電圧値よりも小さく、かつ求められた電圧偏差（ｄＵ）の絶対値が前記限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、ノズルニードル（１３）が過度に強く行程ストッパ（１４，２１）に引き寄せられたことを識別する、請求項７または８記載の燃料噴射システム。
【請求項１２】
前記検出手段は、給電休止中の電圧信号（Ｕ）を観察し、観察領域における該電圧信号（Ｕ）の経過特性を上昇領域と該上昇領域に続く平坦領域とに分割し、該平坦領域にわたり電圧平均値（４０）を形成し、該平坦領域における電圧平均値（４０）からの電圧信号（Ｕ）の２乗偏差の和（ｋ）を求め、求められた該和（ｋ）の値に基づき、行程ストッパに到達したのか否かを識別する、請求項２記載の燃料噴射システム。
【請求項１３】
前記検出手段は、求められた前記和（ｋ）を使用されている噴射弁タイプに依存してまえもって求められた限界値と比較し、求められた前記和（ｋ）が該限界値よりも小さいかまたは該限界値と等しければ、行程ストッパに到達していると識別する、請求項１２記載の燃料噴射システム。
【請求項１４】
前記検出手段は、給電休止中に電圧信号（Ｕ）について１次の微分を形成し、該微分が最初に零点を通過する時点を、上昇領域と平坦領域とへの電圧信号（Ｕ）の経過特性の分割に利用し、上昇領域における電圧信号（Ｕ）と平坦領域における電圧信号（Ｕ）を通してそれぞれ回帰関数（３０，３１）たとえば回帰直線を設定し、該２つの回帰関数（３０，３１）の交点を行程ストッパに到達した時点（ｔ3）として用いる、請求項１から１３のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項１５】
前記検出手段は、ニードル行程ストッパに到達したことがまえもって求められてから、行程ストッパ到達時点（ｔ3）を特定する、請求項１から１４のいずれか１項記載の燃料噴射システム。
【請求項１６】
ピエゾアクチュエータ（１２）と、
少なくとも１つのノズル開口部（１５）と、該少なくとも１つのノズル開口部（１５）を選択的に閉鎖および開放するための少なくとも１つの可動のノズルニードル（１３）とを備えたノズル部材と、
前記ピエゾアクチュエータ（１２）と前記ノズルニードル（１３）との間に接続された液圧式結合部材（１６，１７，１８，１９）と、
少なくとも１つの行程ストッパ（１４，２１）を有しており、前記ノズルニードル（１３）が完全に開放された位置および／または完全に閉鎖された位置で該ノズルニードル（１３）は前記行程ストッパ（１４，２１）に当接する形式の、
燃料噴射弁（１０）におけるニードル行程ストッパ到達を求める方法において、
前記ピエゾアクチュエータ（１２）の給電休止中、少なくとも１つの行程ストッパ（１４，２１）への到達が、該ピエゾアクチュエータ（１２）に加わる電圧信号（Ｕ）の経過特性を評価することにより求められることを特徴とする、
燃料噴射弁（１０）におけるニードル行程ストッパ到達を求める方法。
【請求項１７】
放電終了と充電開始との間または充電終了と放電開始との間の電圧信号（Ｕ）の振動振幅が評価される、請求項１６記載の燃料噴射システム。
【請求項１８】
前記ピエゾアクチュエータ（１２）に加わる電圧信号（Ｕ）は給電休止中、少なくとも１つの回帰関数（３０；３１）たとえば回帰直線を設定し、前記少なくとも１つのニードル行程ストッパ（１４，２１）は該少なくとも１つの回帰関数（３０；３１）の経過特性の評価により求められる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記電圧信号（Ｕ）の１次の微分が給電休止中に形成され、該微分が最初に零点を通過する時点が、前記電圧信号（Ｕ）の経過特性を上昇領域と平坦領域に分割するために用いられ、前記上昇領域における電圧信号と前記平坦領域における電圧信号を通ってそれぞれ回帰関数（３０；３１）たとえば回帰直線が設定され、該２つの回帰関数（３０；３１）の交点がニードル行程ストッパ（１４，２１）への到達時点（ｔ3）として用いられる、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
給電休止中における前記電圧信号（Ｕ）のインターバルを介して回帰関数（３０；３１）たとえば回帰直線が設定され、前記電圧信号（Ｕ）に対する相関値が求められ、該相関値の大きさに基づき前記ニードル行程ストッパ（１４，２１）への到達が識別される、請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
前記電圧信号（Ｕ）は微分形成前または回帰関数（３０；３１）設定前にサンプリングされ、該電圧信号（Ｕ）の別の処理がサンプリング値に基づき行われる、請求項１９または２０記載の方法。
【請求項２２】
求められた相関値が、使用されている噴射弁タイプに依存してまえもって求められた限界値と比較され、求められた相関値が該限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、行程ストッパに到達していると識別される、請求項２０記載の方法。
【請求項２３】
給電休止中の電圧信号（Ｕ）が観察され、観察領域における該電圧信号（Ｕ）の経過特性が上昇領域と該上昇領域に続く平坦領域とに分割され、該平坦領域にわたり電圧平均値（４０）が形成され、該平坦領域における電圧平均値（４０）からの電圧信号（Ｕ）の重み付けられた偏差の絶対値の和（ｋ）が求められ、求められた該和（ｋ）の値に基づき行程ストッパ（１４，２１）に到達したのか否かが識別される、請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記平坦領域における電圧平均値（４０）からの電圧信号（Ｕ）の２乗偏差の和（ｋ）が求められる、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
求められた前記和（ｋ）が、使用されている噴射弁タイプに依存してまえもって求められた限界値と比較され、求められた前記和（ｋ）が該限界値よりも小さいかまたは該限界値と等しければ、行程ストッパ（１４，２１）に到達していると識別される、請求項２３または２４記載の方法。
【請求項２６】
給電休止開始時に前記電圧信号（Ｕ）の第１の電圧値が求められ、給電休止中の後続の時点で前記電圧信号（Ｕ）の別の電圧値が求められ、前記第１の電圧値と前記別の電圧値との差（ｄＵ）に基づき、行程ストッパに到達しているか否かが識別される、請求項１６から２５のいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】
第１の電圧値が求められる給電休止開始時点は、放電終了時点または放電終了後の時点（ｔ0）、または充電終了時点または充電終了後の時点（ｔ5）である、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記第１の電圧値が求められる給電休止開始時点は、電圧経過特性（Ｕ）の微分が第１の零点通過を有する時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）である、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
前記別の電圧値が求められる前記後続の時点は、充電開始直前の時点（ｔ4）または放電開始直前の時点（ｔ4）である、請求項２６から２８のいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
前記別の電圧値が求められる前記後続の時点は、電圧経過特性（Ｕ）の微分が第１の零点通過を有する時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）である、請求項２７記載の方法。
【請求項３１】
求められた電圧偏差（ｄＵ）が使用される噴射弁タイプに応じてまえもって求められた限界値と比較され、給電休止開始時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）における第１の電圧値が後続の時点（ｔ4）における別の電圧値よりも大きく、かつ求められた電圧偏差（ｄＵ）の絶対値が前記限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、ニードル行程ストッパへ到達していないことが識別される、請求項２８または２９記載の方法。
【請求項３２】
求められた電圧偏差（ｄＵ）が使用される噴射弁タイプに応じてまえもって求められた限界値と比較され、給電休止開始時点（ｔ1；ｔ2；ｔ3）における第１の電圧値が後続の時点（ｔ4）における別の電圧値よりも小さく、かつ求められた電圧偏差（ｄＵ）の絶対値が前記限界値よりも大きいかまたは該限界値と等しければ、ノズルニードル（１３）が過度に強く行程ストッパ（１４，２１）に引き寄せられたことが識別される、請求項２８または２９記載の方法。
【請求項３３】
コンピュータプログラムとして実現されており、該コンピュータプログラムはピエゾアクチュエータ（１２）を備えた前記燃料噴射弁（１０）を駆動制御する制御装置において実行可能である、請求項１６から２３のいずれか１項記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念記載の燃料噴射システム、および請求項１２の上位概念記載の燃料噴射弁におけるニードル行程ストッパ到達の検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術によれば、吸気管またはダイレクトに内燃機関燃焼室へディーゼルまたはガソリンを噴射する燃料噴射弁が知られている。その際、高いダイナミックな要求を満たすために圧電アクチュエータを用いて噴射弁を操作することができる。温度補償として、ならびに変換のために、圧電アクチュエータと噴射弁のノズルニードルとの間に液圧式結合器が接続されている。Robert Bosch GmbHのCRI-PDN (Common Rail Injector - Piezo Direct Neadle)タイプの公知の噴射弁の場合、ノズルニードルは圧電アクチュエータによってほぼダイレクトに動かされ、つまりノズルニードルの動きは１次近似でアクチュエータ行程に追従する。アクチュエータ行程は、アクチュエータの力が一定であれば、やはり１次近似で駆動制御電圧に比例する。
【０００３】
燃料噴射弁の耐用期間全体にわたる製造公差および摩耗に起因して、および動作パラメータの変動に起因して、機械的および電気的な量および噴射弁内の関係が変化する可能性がある。したがってたとえば寿命が長くなるにつれてアクチュエータ行程が低下しないしは弱まる可能性があり、したがってノズルニードルが遅れて開放され早めに閉鎖され、その結果、要求よりも僅かな燃料しか噴射されないことになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって本発明の課題は、圧電アクチュエータにより操作される燃料噴射弁において、行程ストッパの到達を検出し、たとえば行程ストッパ到達時点を求めることである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によればこの課題は、請求項１記載の燃料噴射システムによって解決される。これによれば行程ストッパ到達または行程ストッパ到達時点を著しく簡単なやり方で、つまり殊に時間とリソースを節約しながらも高精度で求めることができる。さらに別の解決手段として上記課題は、請求項１１記載の特徴を備えた方法によって解決される。これによっても著しく簡単に、つまり殊に時間とリソースを節約しながらも高精度に、行程ストッパ到達を検出することができ、もしくは行程ストッパ到達時点を求めることができる。
【０００６】
本発明によれば、電流休止中にピエゾアクチュエータに加わる電圧の電圧経過特性を評価することによって、行程ストッパ到達を求めることができる。その際にたとえば、ノズルニードルが行程ストッパには到達していないときに生じる電圧経過特性における振動が評価されて分析される。求められた結果（行程ストッパに到達していない、見込みよりも遅れて行程ストッパに到達した、行程ストッパに到達していない）を、噴射すべき燃料量を制御する際に考慮することができる。これにより内燃機関燃焼室における燃料の燃焼に対し好影響を及ぼすことができ、殊に僅かな消費および排気ガスで静かに燃焼が行われる。
【０００７】
ノズルニードルの閉鎖状態においてピエゾアクチュエータが充電されるダイレクトに結合された噴射弁の例を挙げて、この原理について詳しく説明する。最初、ピエゾアクチュエータにはゼロよりも大きい初期電圧が加わっており、ニードル行程は０μｍである（弁は閉鎖状態）。噴射をトリガするためにピエゾアクチュエータが放電され、つまり放電電流が印加され、これによりピエゾアクチュエータに加わっている電圧が低下する（放電過程の開始）。放電過程の開始に対し時間的に遅れてノズルニードルが弁座から持ち上げられ、少なくとも１つのノズル開口部が少なくとも部分的に開放される。行程ストッパに到達する少し前にアクチュエータの通電が終了し、アクチュエータはクランプされる（放電過程の終了）。この時点において電圧がその最小値に達する。この時点ではノズルニードルは行程ストッパにはまだ到達していないので、ノズルニードルは慣性ゆえにそれまでの方向でさらに移動し、その結果、液圧結合部材の結合スペースにおける圧力が再び高まる。これにより、アクチュエータクランプ電圧が圧電効果によって上昇する（いわゆる上昇領域）。ノズルニードルが行程ストッパに到達すると、結合スペースにおける圧力はもはや変化せず、したがって電圧はほぼ一定に保たれる（いわゆる平坦領域）。したがって上昇領域と平坦領域との間における電圧変曲点もしくは放電過程終了時に最小値に到達した後の電圧最大値は、ニードル行程ストッパへの到達と時間的に相関している。
【０００８】
それ相応の作用は逆方向においても発生し、つまり噴射弁が開放位置から閉鎖位置へ移行するときも発生する。弁の開放位置では圧電アクチュエータは放電されており、比較的僅かな初期電圧が加わっている。噴射を終了させるためにピエゾアクチュエータが再びアクティブにされ、つまり充電電流が印加され、これによりピエゾアクチュエータに加わっている電圧が低下する（充電過程の開始）。充電過程の開始に対し時間的に遅れてノズルニードルは、行程ストッパとしての役割を果たす弁座の方向へ下げられていく。弁座に到達する前にアクチュエータの通電を終了させることができ、アクチュエータはクランプされる（充電過程の終了）。この時点において電圧がその最大値に達する。ノズルニードルは通電終了後、慣性に起因してさらに動き続け、したがって液圧式結合部材の結合スペースにおける圧力が低下する。このことによって、圧電効果ゆえにアクチュエータクランプ電圧の減少が生じる（負の上昇領域）。ノズルニードルが行程ストッパに固定的に載置されるとただちに、結合スペース内の圧力はほぼ一定に保持され、つまりはアクチュエータ電圧もほぼ一定に保持される（いわゆる平坦領域）。減少領域と平坦領域との間における電圧変曲点もしくは充電過程終了時に最大値に到達した後の電圧最小値は、ニードル行程ストッパ（弁座）への到達と時間的に相関している。
【０００９】
従属請求項には本発明の有利な実施形態が記載されている。たとえばそれらの実施形態によれば、電圧経過特性を著しく丸めてしまうおそれのある測定ノイズや噴射弁内部における圧力に依存するダイナミックな作用が発生したとしても、変曲点または電圧最大値を既述のようにして時間的に精確に特定することができる。
【００１０】
次に、図面を参照しながら本発明の有利な実施例について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】圧電アクチュエータを備えた燃料噴射弁と制御装置を含む本発明による燃料噴射システムの概略図
【図２】本発明による方法の第１の実施形態を説明するため、たとえば図１による燃料噴射システムにおける燃料噴射弁の電圧と電流の経過特性を示す図
【図３】本発明による方法の第１の実施形態を説明するため、たとえば図１による燃料噴射システムにおける燃料噴射弁の電圧と電流の経過特性を示す図
【図４】本発明による方法の第１の実施形態を説明するため、たとえば図１による燃料噴射システムにおける燃料噴射弁の電圧と電流の経過特性を示す図
【図５】本発明による方法の第２の実施形態を説明するため、たとえば図１による燃料噴射システムにおける燃料噴射弁の電圧とニードル行程の経過特性を示す図
【図６】本発明による方法の第２の実施形態を説明するため、図５による電圧経過特性とニードル行程経過特性を示す部分図
【図７】本発明による方法の第２の実施形態を説明するため、たとえば図１による燃料噴射システムにおける燃料噴射弁の電圧と電流の経過特性を示す図
【図８】本発明による方法の第３の実施形態を説明するため、それぞれ異なる燃料噴射弁における２つの電圧と電流の経過特性を示す図であり、これらの燃焼噴射弁のうちの一方は行程ストッパに到達し、他方は到達していない様子を示す図
【図９】本発明による方法の第３の実施形態を説明するための４つの異なる電圧と電流の経過特性を示す図
【図１０】行程ストッパ到達検出のための判定基準としてアクチュエータ電圧の経過特性に対する回帰直線の偏差の二乗和を行う動作によって補われたコントローラ構造を示す図
【図１１】行程ストッパに到達していないことに対し図１０によるコントローラ構造が及及ぼす応答作用を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１には内燃機関のための燃料噴射弁１０が示されており、これには圧電アクチュエータ１２が設けられている。燃料噴射弁１０はインジェクタとも称され、これは燃料１１たとえばガソリンまたはディーゼルを吸気管へ、および／または内燃機関燃焼室へダイレクトに噴射するために用いられる。圧電アクチュエータ１２は、図１に矢印で示されているように制御装置２０により駆動制御される。さらに燃料噴射弁１０はノズルニードル１３を備えたノズル部材を有しており、これは燃料噴射弁１０のケーシング内部における弁座１４ａに載置可能である。弁座１４はノズル開口部１５を取り囲んでいる。当然ながら燃料噴射弁１０に、図示されているノズル開口部１５よりも多くのノズル開口部を設けることもできる。さらにノズル開口部を、燃料噴射弁１０のケーシング側壁に設けることもできる。
【００１３】
ノズルニードル１３が弁座１４から持ち上げられると、燃料１１がノズル開口部１５を通って流れるようになり、つまり燃料噴射弁１０が開放され、燃料１１が噴射される。図１にはこの状態が描かれている。ノズルニードル１３が弁座１４上に載置されるとノズル開口部１５が閉鎖され、燃料１１は噴射されず、つまり燃料噴射弁１０は閉鎖される。噴射弁１０の閉鎖状態において、弁座１４はノズルニードル１３に対する行程ストッパを成している。図１において、開放状態におけるノズルニードル１３に対する行程ストッパが参照符号２１で示されている。
【００１４】
閉鎖状態から開放状態への移行は、圧電アクチュエータ１２によって引き起こされる。この目的で、以下では駆動電圧Ｕとも称する電圧がアクチュエータ１２に印加され、この電圧によってアクチュエータ１２内に配置されている圧電積層体の長さに変化が引き起こされ、さらにこの長さの変化が燃料噴射弁１０の開放もしくは閉鎖に利用される。図１に示されている実施例の場合、ノズル開口部１５がノズルニードル１３により閉鎖されているときに圧電アクチュエータ１２が充電され、つまり噴射弁１０が閉鎖状態のときアクチュエータ１２は伸長状態にある（いわゆる反転駆動型インジェクタ１０）。アクチュエータ１２における圧電積層体の放電によってその長さが短くなり、ノズルニードル１３が弁座１４から持ち上げられる。
【００１５】
燃料噴射弁１０はさらに液圧式結合部材を有している。この結合部材は燃料噴射弁１０内に結合部材ケーシング１６を有しており、その中にピストン１７，１８が案内されている。ピストン１７はアクチュエータ１２と接続されており、ピストン１８はノズルニードル１３と接続されている。これら両方のピストン１７，１８の間に容積体１９が含まれており、この容積体１９はアクチュエータ１２によって引き起こされる力をノズルニードル１３に伝達する。
【００１６】
圧電アクチュエータ１２はノズルニードル１３のすぐ上に配置されており、圧力の加わっている燃料１１によって完全に囲まれる可能性がある。この場合、コーティングによってアクチュエータ１２を燃料１１から保護し、電気的な絶縁を確実に行うことができる。結合部材は燃料１１により取り囲まれており、容積体１９も燃料で満たされている。両方のピストン１７，１８と結合部材ケーシング１６との間の案内スペースを介して、容積体１９をかなり長い期間にわたってそのつど生じるアクチュエータ１２の長さに整合させることができる。ただしアクチュエータ１２の長さが短期間変化した場合には、容積体１９はほぼ変わらないままであり、アクチュエータ１２の長さの変化はノズルニードル１３にダイレクトに伝達され、相応の動きに変換される。つまり圧電アクチュエータ１２の長さの変化は、結合部材を介してノズルニードル１３の運動にダイレクトに作用を及ぼす。
【００１７】
燃料噴射弁１０の動作状態に関する情報を所得する目的で、以下で説明する本発明による方法が実行される。この方法はたとえばコンピュータプログラムとして電子記憶媒体（図示せず）に格納し制御装置２０内に設けておくことができ、それによって制御装置２０の計算ユニットにより処理することができる。あるいは、コンピュータプログラムを単にコンピュータネットワークたとえばインターネットのサーバ上にダウンロード用としておくことも考えられる。この場合、それに関心をもつ者がそのコンピュータプログラムをダウンロードし、制御装置の計算装置で実行させることができる。このコンピュータプログラムは、それが制御装置の計算装置において実行されたときに、本発明による方法のすべてのステップを実施するために用いられる。
【００１８】
図１に示されている燃料噴射弁１０は燃料噴射システム（コモンレールシステム）の一部分であり、このシステムには複数の噴射弁１０を設けることができ、それらの噴射弁を介して燃料が吸気管または内燃機燃焼室に燃料を噴射させることができる。すべての噴射弁１０のために１つの制御装置２０を設けることもできるし、あるいは燃料噴射弁１０各々に１つの固有の制御装置を設けることもできる。噴射弁１０と制御装置２０のほか、燃料噴射システムにさらに別のコンポーネントを設けることができ、たとえばすべての燃料噴射弁１０に共通する高圧蓄積器（コモンレール）といった燃料蓄積器を設けることができ、これは高圧燃料導管を介して燃料噴射弁１０の接続パイプ２２に接続されている。
【００１９】
図２〜図４には駆動制御電圧Ｕの時間経過特性が示されており、燃料噴射弁１０の開放およびそれに続く閉鎖つまりは燃料噴射を生じさせる目的で、アクチュエータ１２に放電電流Ｉもしくは充電電流Ｉが加えられたときに、この駆動制御電圧Ｕがアクチュエータ１２のところで発生する。図２〜図４には電流Ｉの経過特性も描かれている。次に、図２を参照しながら燃料噴射の流れについて詳しく説明する。
【００２０】
ここでは噴射弁１０が閉鎖されている状態から出発し、噴射弁１０のアクチュエータ１２は充電されている。つまり時点ｔaにおいては、アクチュエータ１２に初期電圧Ｕaが加わっている。噴射弁をトリガするために、圧電アクチュエータ１２が放電される。この目的でアクチュエータ１２には負の放電電流Ｉが加えられ、生じている電圧Ｕが低減する（放電過程の開始）。放電過程の開始に対し時間的に遅れてノズルニードル１３が弁座か１４から持ち上げられ、少なくとも１つのノズル開口部１５が少なくとも部分的に開放される。行程ストッパ２１に到達する少し前にアクチュエータ１２の通電が終了し、アクチュエータ１２はクランプされる（放電過程の終了）。この時点ｔ0において電圧Ｕがその最小値Ｕ0に達する。つまりアクチュエータ電圧Ｕはタイムインターバルｔa〜ｔ0において、電圧Ｕa〜Ｕ0まで電圧変位ΔＵだけ低減される。この時点ではノズルニードル１３は行程ストッパ２１にはまだ到達していないので、ノズルニードル１３は慣性ゆえにそれまでの方向でさらに運動し、その結果、液圧結合部材の結合スペース１９における圧力が再び高まる。このことによって、圧電効果ゆえにアクチュエータクランプ電圧Ｕの上昇が引き起こされる。ノズルニードル１３が行程ストッパ２１に到達すると、結合スペース１９における圧力はもはや変化せず、したがって電圧Ｕは値Ｕ1のところでほぼ一定に保たれる。放電過程終了時に最小値に達した後つまり時点ｔ0以降の電圧変曲点もしくは電圧最大値は、ニードル行程ストッパ２１への到達と時間的に相関しており、したがってこれを相応に捕捉ないしは測定して評価することができる。
【００２１】
それ相応の作用は逆方向においても発生し、つまり噴射弁１０が開放位置から閉鎖位置へ移行するときも発生する。弁１０の開放位置では圧電アクチュエータ１２は放電されており、比較的僅かな初期電圧Ｕ4が加わっている。噴射を終了させる目的で圧電アクチュエータ１２が再びアクティブ状態にされ、つまりアクチュエータ１２に対し正の充電電流Ｉが加えられ、これによってそこに生じる電圧Ｕが上昇する（時点ｔ4における充電過程の開始）。充電過程の開始に対し時間的に遅れてノズルニードル１３は、行程ストッパとしての役割を果たす弁座１４の方向へ下げられていく。弁座１４に到達する前にアクチュエータ１２の通電を終了させることができ、アクチュエータ１２はクランプされる（充電過程の終了）。この時点ｔ5において電圧Ｕはその最大値に達する。ノズルニードル１３は通電終了後、慣性に起因してさらに動き続け、したがって液圧式結合部材の結合スペースにおける圧力が低下する。このことによって、圧電効果ゆえにアクチュエータクランプ電圧Ｕの減少が生じる。ノズルニードル１３が行程ストッパ１４に固定的に載置されるとただちに、結合スペース１９内の圧力はほぼ一定に保たれ、つまりはアクチュエータ電圧Ｕもほぼ一定に保たれる。つまり充電過程終了時に最大値に達した後、電圧変曲点もしくは電圧最小値は、ニードル行程ストッパ（弁座１４）への到達と時間的に相関しており、したがってこれを相応に捕捉して評価することができる。
【００２２】
したがって本発明により認識された点は、アクチュエータクランプ電圧Ｕの経過特性は適切な捕捉ないしは測定および評価によって行程ストッパ１４，２１への到達に対する指標となり得るということであり、これは殊に、アクチュエータ１２が通電されず、すなわち燃料噴射弁１０がいわば放っておかれる場合である。圧電アクチュエータに加わる電圧信号Ｕを評価するために、数多くの可能性が考えられる。１つの可能性として挙げられるのは、電圧信号Ｕの振幅を通電休止中に捕捉し適切に評価することによって、行程ストッパ１４，２１に到達したのか否かを推定することである。行程ストッパ到達時点を求めるための別の可能性として挙げられるのは、２つの補償関数たとえば電圧信号Ｕの経過特性により定められる２つの補償直線の交点を求め、これを行程ストッパ到達時点として用いることである。この場合、単純化を考慮することができ、これによれば上昇直線は常に等しい勾配ｄＵを有しており、すなわちＵ4−Ｕ1および／またはＵ1−Ｕ0を有している。
【００２３】
ここで提案される第１の方法によれば、放電終了時点ｔ0と充電開始時点ｔ4との間もしくは充電終了時点ｔ5と放電開始時点との間における電圧信号Ｕが走査ないしはサンプリングされる。電圧信号Ｕのサンプリング値のインターバルによって回帰関数有利には回帰直線が定められ、この回帰関数とサンプリング値との相関値Ｒが求められる。相関値の大きさに基づき（たとえば図２のｔ1〜ｔ4あるいは図７のｔ2〜ｔ4）、行程ストッパへの到達が識別される。この回帰直線を相関直線とも称する。
【００２４】
回帰直線を計算するためには最適化問題を解く必要があり、すなわち最初に任意に電圧経過特性Ｕのサンプリングポイントにより定められる直線（ｙ＝ａ＋ｂ・ｘ）の位置を最適化する必要があり、これによって個々のポイントまでの直線の距離ができるかぎり小さくされる（残差の二乗和の最小化）。この手法を最小二乗法とも称する。
【００２５】
【数１】
2010513768.tif 000003
【００２６】
部分的な微分および１次導関数ないしは１次微分のゼロ代入により正規方程式の系が得られる。求められている回帰係数は解
【数２】
2010513768.tif 000004
【００２７】
ここで
2010513768.tif 000005
はｘ値の算術平均を表し、
2010513768.tif 000006
はｙ値の算術平均を表す。
【００２８】
ＳＳxyはｘiの経験的な分散である。この推定を最小二乗推定（ＫＱ）あるいはOrdinary Least Squares推定（通常の最小二乗法ＯＬＳ）とも称する。相関値Ｒまたは相関係数は、２つの特徴間の線形関係の度合いを示す無次元の尺度である。これは−１〜＋１の値しかとることができない。＋１（もしくは−１）の値のとき、考察する特徴間で完全に正の（もしくは負の）線形関係が成り立つ。相関値が値０である場合、２つの特徴は互いに線形の関係をまったくもたない。ただしこれらは、非線形的であるにしても互いに依存関係をもつ可能性がある。ここで述べる実施例の場合には相関値を用いて、電圧経過特性Ｕのサンプリングポイントと、サンプリングポイントにより定められる回帰関数ないしは回帰直線との線形関係が求められる。電圧経過特性Ｕのサンプリングポイントをｘ1，ｘ2．．．ｘnとし、回帰関数の離散したポイントをｙ1，ｙ2．．．ｙnとするならば、経験的な相関係数は次式に従い計算される。
【００２９】
【数３】
2010513768.tif 000007
ここで
【数４】
2010513768.tif 000008
はポイントの列に基づく経験値ＸおよびＹである。
【００３０】
ノズルニードル１３が行程ストッパ１４，２１に達したか否かの検出に先だって、使用されている噴射弁の形式に依存して相関値Ｒに対する限界値が求められる。この限界値は経験的に、つまり実験において、シミュレーションまたは数学的手法によって求めることができる。限界値は次のように選定される。すなわち相関係数が限界値よりも大きいか限界値と等しいときには高い確率で行程ストッパ１４，２１に到達しているように選定され、もしくは相関係数が限界値よりも小さければ、高い確率で行程ストッパ１４，２１には到達していないように選定される。現在の電圧経過特性Ｕに対して求められた相関値ないしは相関値の絶対値は方法を実行する時間中、使用されている噴射弁の形式に依存して事前に求められた限界値と比較され、求められた相関値が限界値よりも大きいか限界値と等しいとき、行程ストッパへの到達が識別される。
【００３１】
アクチュエータ１２が実行時間における行程損失に起因して、あるいは駆動制御電圧Ｕが低すぎることに起因して、ニードル１３が行程ストッパ１４，２１まで動くには小さすぎる行程ｈを生じさせた場合、ニードル１３はその動作終了後、静止位置の遅れ分だけ振動する。静止位置付近におけるこの振動によって、高圧領域全体にわたり同様の周波数をもつ駆動制御電圧Ｕにおいて振動が発生する。このような一定の周波数ゆえに、駆動制御中の常に同様の時点で特徴的な振動の谷間が発生する。ニードル行程ストッパ１４，２１に達したか否かを評価するために、振動の谷間領域において、この領域における電圧平均値４０（図９参照）からの２乗偏差の和ｋが用いられる。したがってこの和は、ストッパ１４，２１に到達していないときには大きな値をとる。なぜならばこの場合、数多くのポイントが平均値４０から大きい偏差をもっているからである。行程ストッパ１４，２１に到達している場合には振動周波数が変化し、行程ストッパ１４，２１に到達していないときにはまだ振動の谷間であった領域において、小さい振幅を伴ういっそう多くの振動周期が続くことになる。この場合には、いっそう僅かなポイントだけが同様にいっそう小さい値だけ平均値４０から偏差を有している。この場合、和ｋの値が変化し、和ｋのこのような変化を行程ストッパ１４，２１の到達検出に利用することができる。
【００３２】
電圧経過特性Ｕのサンプリング値をＵiとし、電圧平均値４０を
2010513768.tif 000009
とするならば、電圧平均値４０からの２乗偏差の和ｋは次式で表される：
【数５】
2010513768.tif 000010
【００３３】
図９にはこの実施例が示されている。この図には４つの異なる電圧経過特性Ｕが描かれており、電圧経過特性Ｕ1の場合、比較的多くのポイントが平均値４０1から比較的大きい偏差を有している。したがって、ニードル１３は行程ストッパ１４，２１に到達していないと推定できる。これに対し電圧経過特性Ｕ2，Ｕ3，Ｕ4の場合、比較的僅かなポイントだけしか平均値４０2，４０3，４０4からの偏差を有しておらず、および／または各ポイントは比較的小さい値で平均値４０2，４０3，４０4からの偏差を有している。したがって、ニードル１３が行程ストッパ１４，２１に到達したと推定できる。
【００３４】
図３および図４には回帰直線３０が書き込まれている。この回帰直線３０は、放電終了時点ｔ0と充電開始時点ｔ4との間の電圧経過特性Ｕにおける複数のサンプリングポイントのインターバルを介して引かれている。図３の実施例によれば、回帰直線３０が時点ｔ3とｔ4との間の電圧経過特性Ｕにおけるサンプリングポイントを通って引かれたものである。図３の電圧経過特性Ｕは行程ストッパ２１に到達している燃料噴射弁１０のものであり、図４の電圧経過特性Ｕは行程ストッパ２１に到達していない燃料噴射弁１０のものである。図３の回帰直線３０は図４の回帰直線３０よりも実質的に良好に測定をカバーしているので、図３の回帰直線３０について図４の回帰直線３０よりもいっそう大きい相関値Ｒが生じる。
【００３５】
適切な限界値の選定および相関値Ｒと限界値との比較によって、行程ストッパ１４，２１に到達したのか否かをいっそう確実に高い信頼性で識別することができる。
【００３６】
回帰直線もしくは相関値を求める前に電圧経過特性Ｕが平滑化もしくはフィルタリングされ、これはたとえばそのつど定められた個数のサンプリング値たとえば５つのサンプリング値について平均値を形成することによって行われる。
【００３７】
行程ストッパ１４，２１に到達後はじめて、燃料噴射弁１０が完全に閉鎖または開放される。したがって行程ストッパ１４，２１への精確な到達時点は、噴射すべき燃料量の制御にとって重要である。たとえば行程ストッパ１４，２１への到達が遅すぎたときもしくは到達するしなかったとき、それにもかかわらず所定の期間内に所定量の燃料が噴射されるよう、介入制御を行うことができる。このようにして、経年変化または摩耗あるいは製造公差の伴う燃料噴射弁１０に起因する燃料量のドリフトを補償調整することができる。
【００３８】
１つの別の実施形態によれば、電圧経過特性Ｕの１次導関数ないしは１階微分が形成される。これをアナログ電圧信号Ｕまたは電圧信号Ｕの離散サンプリング値に基づき行うことができる。微分がはじめて値０をとった時点である図２の時点ｔ1が、電圧経過特性Ｕを２つの領域すなわち時点ｔ0とｔ1との間の上昇領域と時点ｔ1とｔ4との間の平坦領域とに分けるために用いられる。これら両方の領域において、それぞれ１つの回帰関数３０，３１有利には回帰直線が電圧経過特性Ｕのサンプリング点を通って定められる。これらの２つの回帰直線３０，３１の交点が、ノズルニードル１３が行程ストッパ２１に達する時点（正常に機能しているインジェクタ１０であれば図３のｔ3、正常に機能していないインジェクタ１０であれば図４のｔ′3）として用いられる。ｔ′3がｔ3よりも大きいということは、図４の場合にはニードル１３が行程ストッパ２１に過度に遅れて到達することを意味している。
【００３９】
ニードル１３が行程ストッパ２１に実際に到達したのか否かの判定基準として、ここでは相関係数を用いることもできる。既述のように、ニードル１３が行程ストッパ２１のところに位置しているとき、電圧Ｕは平坦領域においてフラットな経過特性を有しており、したがって相関係数は比較的高い値を有する（図３参照）。ニードル１３が行程ストッパ２１に到達していないとき、電圧Ｕは平坦領域においてリプルを有しており、相関係数はかなり低い値をとる（図４参照）。
【００４０】
この実施形態の場合も、１次微分を形成する前に、ないしは回帰直線もしくは相関値を求める前に、電圧経過特性Ｕを平滑化もしくはフィルタリングすることができ、これはたとえばそのつど定められた個数のサンプリング値たとえば５つのサンプリング値について平均値を形成することによって行われる。
【００４１】
図５および図６において、上方には電圧経過特性Ｕが、下方にはノズルニードル１３の対応する行程経過特性ｈが、それぞれ時間軸ｔ上に示されている。図５に示されている電圧経過特性Ｕは、量的には図２〜４の電圧経過特性Ｕに相応する。図６には、図５の電圧経過特性と行程経過特性の区間ＶＩが示されている。図５および図６に示されている電圧経過特性Ｕは以下のようにして生じる：
ｔ＝１００μｓ以降、アクチュエータ１２はスタート電圧Ｕ＝１７０Ｖから出発して放電される。アクチュエータ１２は収縮し、それによって結合スペース１９内の圧力が下がり、このことでノズルニードル１３の開放が生じる。時点ｔ0（図６の上方のグラフを参照）において給電が終了し、アクチュエータ１２がクランプされ、つまりそのままの状態におかれる。ニードル１３は行程ストッパ２１にはまだ到達していないので、ニードル１３はさらに進み（図６の下方のグラフを参照）、その結果、結合スペース１９内の圧力を再び上昇させる。これにより、アクチュエータクランプ電圧Ｕが圧電効果によって上昇する。ニードル１３が行程ストッパ２１に達するとただちに（新しいインジェクタに関する図６の時点ｔ2を参照）、結合スペース１９内の圧力が変化しなくなり、したがって電圧Ｕはほぼ一定に保たれる。
【００４２】
図５および図６では、新しいインジェクタ１０の電圧経過特性Ｕに参照符号３２が付されており、その行程経過特性ｈには参照符号３３が付されている。さらに図５および図６では、老化したインジェクタ１０′の電圧経過特性Ｕに参照符号３２′が付されており、その行程経過特性ｈには参照符号３３′が付されている（行程ストッパ２１には到達したとしても、遅れて到達する）。さらに図５および図６において、ノズル部材の摩耗したインジェクタ１０の電圧経過特性Ｕに参照符号３２″が付されており、その行程経過特性ｈには参照符号３３″が付されている。つまり時点ｔ2，ｔ2′，ｔ2″における電圧変曲点もしくは電圧極値（最大値または最小値）は、ニードル行程ストッパ２１への到達と時間的に相関している。
【００４３】
インジェクタ１０の閉鎖においても同じ物理的効果が及ぼされる：ニードル１３は給電終了後さらに進み、その結果、結合スペース１９内の圧力が上昇し、これによってアクチュエータクランプ電圧Ｕが低減する。ニードル１３が弁座１４上で静止するとただちに、結合スペース１９内の圧力は一定に保たれ、つまりはアクチュエータ電圧Ｕもほぼ一定に保たれる。
【００４４】
行程ストッパ２１または１４に到達したか否かを検出するために、時点ｔ1（図２参照）もしくは時点ｔ2，ｔ2′，ｔ2″において予期される電圧最大値付近で、あるいは時点ｔ5（図３および図４参照）における充電終了後の電圧最小値付近で、電圧信号Ｕの第１の電圧値が求められ、ないしは時点ｔ4（図６参照）における充電開始前または放電開始前にさらに別の電圧値が求められる。測定された第１の電圧が、時点ｔ4の直前に測定された別の電圧よりも著しく大きければ、このことは行程ストッパ２１には達していないことを表す。測定された第１の電圧が時点ｔ4の前に測定された別の電圧よりも著しく小さければ、このことはノズルニードル１３が過度に強くニードル行程ストッパ２１に引かれたことを表す。結合スペース１９内における大きい負圧により、間隙を通って燃料１１が引き出され、圧力が上昇し、これに伴い圧電効果によってアクチュエータ電圧Ｕも上昇する。この場合も、個々の電圧限界値をインジェクタタイプ固有に求める必要がある。
【００４５】
択一的に、電圧経過特性Ｕの微分と微分の零点通過とによっても、上昇領域から平坦領域への経過特性の移行を求めることができる。放電過程終了および給電休止開始の時点ｔ0（図６参照）において第１の電圧値が求められ、電圧経過特性の微分の零点通過の時点ｔ1（図２参照）もしくは時点ｔ2，ｔ2′，ｔ2″（図６参照）においてさらに別の電圧値が求められる。両方の電圧値に基づき、および／または両方の電圧値の差ｄＵに基づき、行程ストッパ到達時点を求めることもできる。コントローラは上述の差ｄＵに応じて制御を行うこともできるし、以下で説明する差ｄＵに応じて制御を行うこともできる。この着想は、ここで説明するｄＵを行程ストッパ到達時点を求めるために利用できる、というものである。測定された第１の電圧値と別の電圧値との差が著しく大きいならば、行程ストッパに到達していないか、到達が遅すぎたものとすることができる。差が著しく小さいならば、ニードル１３が行程ストッパに向かって過度に強く動いたものとすることができる。電圧値もしくは上述の差に対するインジェクタタイプ固有の相応の限界値を事前に求めておき、行程ストッパへの到達もしくは行程ストッパ到達時点を求める方法の実行中に利用することができる。
【００４６】
行程ストッパ１４，２１に到達した精確な時点をきわめて簡単に求めることができるようにする目的で、以下のような簡略化が用いられる。すなわち電圧Ｕの上昇領域における勾配ｍが上昇領域全体にわたり種々の電圧経過特性Ｕについてインジェクタ１０の耐用年数全体でほぼ一定であり（図６の上方のグラフを参照）、したがってこの勾配ｍを迅速かつ複雑なやり方ではなく１回求めることができ、それを行程ストッパ到達時点のための以降の計算すべてにおいて考慮することができる。ニードル行程ストッパを探索する時点を、以下のようにして計算することができる。すなわちスイッチオフ電圧（これは時間的に精確に既知であり、時点ｔ0）と時点ｔ4よりも前のインジェクタ開放状態における定常化最終電圧との間の電圧差ｄＵが求められ、既知の勾配ｍを介してスイッチオフ時点ｔ0と行程ストッパ２１への到達時点との時間差が計算される。このやり方は、電圧Ｕの経過特性における上昇領域と平坦領域との間の変曲点を探すよりも著しく簡単に実施できる。電圧差ｄＵと時点ｔ0における給電終了時点以降の行程ストッパ到達時点との一定の関係をテーブルに格納することができるので、既述の方法の実行中にもはや勾配を考慮する必要がない。
【００４７】
これについて以下の例を説明しておく。勾配がたとえばｍ＝３００，０００Ｖ／ｓであり、インジェクタ１０の電圧経過特性Ｕにおいて電圧差ｄＵ＝２Ｖが生じた場合、行程ストッパ１４，２１に到達する時点を次式に従って計算することができる。
【００４８】
【数６】
2010513768.tif 000011
【００４９】
つまりこれは、電流がスイッチオフされた時点ｔ0後ｔ＝６．６６７μｓで行程ストッパ１４，２１に到達することを意味する。この関係を、考察の対象とするインジェクタタイプについてさらに多くの他の電圧差に関して計算し、テーブルに格納することができる。
【００５０】
差ｄＵ（これはどのやり方にしろ必ず計算される）を望ましい値に合わせて制御する目的で、上位の制御が利用されるかぎり、たとえばアクチュエータキャパシタンスの変化などによる勾配ｍの僅かな変動によっても、求められたストッパ到達時点において無視できる程度の小さな誤差しか生じない。電圧差ｄＵが過度に大きく選定されると、行程ストッパには到達しない。電圧差ｄＵが過度に小さく選定されると、ニードル１３は過度に強く行程ストッパ１４，２１に当接する。電圧差ｄＵが十分小さく選定され、大きすぎず小さすぎなければ、高い信頼性を伴って行程ストッパ１４，２１に確実に到達し、過度に強くそこに向かってしまうことがない。
【００５１】
本発明による方法の場合、（ノズルのカーボン付着Duesenverkokungを除けば）噴射期間も最大噴射レートも既知であるので、噴射燃料量をきわめて精確に調節することができる。アクチュエータ１２を流れる放電電流Ｉを変えることにより、ノズルニードル１３の行程ｈを大きくすることができ、それによってたいていは行程ストッパ１４，２１に到達することになる。つまり第２の実施例によれば、行程ストッパ１４，２１に到達したか否かを検出するために、アクチュエータ１２の駆動制御電圧Ｕの上昇領域における勾配ｍを対象とするのではなく、電圧差ｄＵのみを対象としている。
【００５２】
燃料インジェクタ１０の反転駆動により噴射を行おうとする場合、閉鎖されたインジェクタ１０のアクチュエータが放電され、アクチュエータ１２は収縮し、ニードル１３上方の結合スペース１９内に負圧を生じさせ、それによってニードル１３が動かされる。ニードル１３がその弁座１４から持ち上げられてしまってはじめて、弁座１４の下で高圧の加えられている燃料１１に作用を及ぼすことができ、ニードル１３を上方へ向けて加速させることができる。上方へ向かうこの運動によって、最初に結合スペース１９内の負圧が低減され、ついで正圧が発生する。この正圧はアクチュエータ１２に作用する力に影響を及ぼし、その際、圧電効果に基づく正の電圧Ｕが誘起される。アクチュエータ１２が十分に行程ｈを実行する動作状態において、ノズルニードル１３がその行程ストッパ２１に到達すると、ニードル運動が急に終了する。この場合、アクチュエータ１２にはもはやいかなる力も及ぼされないことから、駆動制御電圧１２は実質的に一定に平坦な状態で保持されたままとなる。この関係はたとえば図８に示されている。この図には、正常に機能しているインジェクタ１０の電圧経過特性Ｕと、ノズルニードル１３′が弁座１４に到達していないインジェクタ１０′の電圧経過特性Ｕ′が描かれている。さらにこれら両方のインジェクタ１０，１０′の電流Ｉも描かれている。
【００５３】
ニードル１３をその機械的ストッパ１２のところまで引っ張るためにアクチュエータ１２が行程ｈを十分に実行できる場合、電圧最小値（時点ｔ0）と、その後で現れる最初の局所最大値（電圧経過特性の微分における最初の零点通過、時点ｔ1ないしはｔ2）との電圧差ｄＵにより、ストッパ到達時点を調節することができる。
【００５４】
このための基礎を成す単純化の前提は、これら両方の時点の間で上昇する電圧Ｕの勾配ｍが一定なことである（上述の説明を参照）。既述の判定基準（相関値Ｒまたは和ｋ）を評価した結果、ニードル１３がその行程ストッパ１４，２１に到達していないことが判明したならば、電圧行程を大きくする目的で（図１１参照）放電時間が長くなるよう、補償プロセスによる応答が行われる。ｄＵコントローラの目標値が一定に保持されていると、ニードル１３が自身の行程ストッパ１４，２１に到達するのが遅くなりすぎてしまう。この理由から、放電時間の延長とともにｄＵコントローラ目標値の変更が行われ、有利には低減が行われる。図１１には、この状況および作用が描かれている。
【００５５】
複数の駆動制御を介して確実な行程ストッパ１４，２１到達動作が行われている場合、コントローラは電圧行程を再び小さくしようとすることになる。このことは、コントローラが一方の方向のみで補正を行うことが許されないようにするために必要であり、そのようにしてしまうと誤測定の際にエラーをもはや補正できなくなってしまう。電圧行程を低減するためには、既述のプロセスとはまったく逆のことが行われる。つまり放電時間を短縮させ、電圧差ｄＵを大きくする。
【００５６】
次に、図１０を参照しながら制御構造の実施例について詳しく説明する。これによれば、複数の制御回路が入れ子構造でカスケード接続されている。一番外側の制御回路は、電圧平均値４０からの電圧信号Ｕの２乗偏差の和ｋを制御するために用いられ、あるいは第１の実施例による相関係数Ｒまたは行程ストッパ到達を検出するための他の方法における別の量を制御するために用いられる。インジェクタ１０において電圧Ｕが測定され、既述の方法のうち１つまたは複数の方法により機能ブロック５０において評価された後、和ｋ（ないしは相関係数Ｒ）の実際値ｋist（ないしはＲist）が得られる。目標値ｋsoll（もしくはＲsoll）として、できるかぎり小さい値たとえばゼロが設定される。減算ブロック５１において、目標値ｋsoll（ないしはＲsoll）と、電圧平均値４０（ないしは相関係数Ｒ）からの２乗偏差の和ｋの実際値ｋist（ないしはＲist）との差ｄＫ（ないしはｄＲ）が形成される。差ｄＫ（ないしはｄＲ）は制御偏差としてコントローラ５２へ供給され、たとえば増幅率Ｋｐ３を有する比例コントローラへ供給される。
【００５７】
和ｋ（もしくは相関係数Ｒ）のコントローラ５２の信号値は同時に、常に計算される差ｄＵの下位の制御の基準量（目標値ｄＵsoll）となる。インジェクタ１０のところに生じるアクチュエータ電圧Ｕから、評価回路５０において既述の方法のうち１つまたは複数の方法に従い、差ｄＵの実際値ｄＵistも求められる。減算ブロック５３において、目標値ｄＵsollと実際値ｄＵistとの差ｄｄＵが形成される。差ｄｄＵは制御偏差としてコントローラ５４へ供給され、たとえば増幅率Ｋｐ１を有する比例コントローラへ供給される。
【００５８】
和ｋのコントローラ５４の信号値は同時に、アクチュエータ１２のところに生じる電圧Ｕｂｘの下位の制御の基準値（目標値Ｕｂｘsoll）となり、この場合、電圧Ｕｂｘは既述のΔＵに相応する。インジェクタ１０のところに生じるアクチュエータ電圧Ｕｂｘは、実際値Ｕｂｘistとして捕捉される。減算ブロック５５において、電圧Ｕｂｘの目標値Ｕｂｘsollと実際値Ｕｂｘistの差ｄＵｂｘが形成される。電圧の差ｄＵｂｘは制御偏差としてコントローラ５６へ供給され、たとえば増幅率Ｋｐ２を有する比例コントローラへ供給される。
【００５９】
コントローラ５６の信号値は放電電流Ｉであり、その経過特性がそれぞれ異なるダイアグラムに書き込まれており、さらに図１０では参照符号ｉDisCh（Discharge）として表されている。インジェクタ１０もしくはその圧電アクチュエータ１２にはこの放電電流が供給される。さらに、電圧平均値４０からの２乗偏差の和ｋの目標値ｋsollと実際値ｋistとの差ｄｋはコントローラ５７へ供給され、たとえば増幅係数Ｋｐ４をもつ比例コントローラへ供給される。コントローラ５７の信号値は放電期間ｔｉDisChであり、望ましい燃料量を噴射させる目的で、この期間にわたりインジェクタ１０に放電電流ｉDisChが供給される。
【００６０】
ノズルニードル１３を行程ストッパ１４，２１に確実に到達させるとともに、望ましい期間内にノズルニードル１３を行程ストッパ１４，２１に到達させるためには、燃料噴射弁１０の駆動制御をどのようにして補正する必要があるのかについて、図１１を参照しながら説明する。図１１ａの上方には、補正されていない元の状態におけるアクチュエータ１２の駆動制御電流Ｉの経過特性が実線で示されている。さらに、放電時間の補正された駆動制御電流Ｉの経過特性が破線で示されている。同様に図１１ａの下方には、アクチュエータ１２に加わる補正されていないアクチュエータ電圧Ｕの経過特性が実線で示されている。さらに、放電時間の補正された電圧Ｕの経過特性が破線で示されている。この図からはっきりとわかるように、ｔ7における放電終了からｔ8になってはじめて生じる放電終了への放電時間の延長によって、たしかに電圧変位が大きくなるけれども、行程ストッパ１４，２１への到達も遅くなる。つまり、時点ｔ9ではなく時点ｔ10になってはじめて、行程ストッパ１４，２１に到達することになる。
【００６１】
同様に図１１ｂの上方には、補正されていない元の状態におけるアクチュエータ１２の放電電流Ｉの経過特性が実線で示されている。さらにここでは破線によって、放電時間と電圧差ｄＵの補正された放電電流Ｉの経過特性が示されている。同様に図１１ｂの下方には、アクチュエータ１２に加わる補正されていないアクチュエータ電圧Ｕの経過特性が実線で示されている。さらに、放電時間と電圧差ｄＵ（ｄＵ１の代わりにｄＵ２、ただしｄＵ２＜ｄＵ１）が変更された電圧Ｕの経過特性が破線で示されている。この図からはっきりとわかるのは、放電時間がｔ7からｔ8へ延長されると電圧行程が大きくなることである。ただし、図１１ａの下方に示した行程ストッパ１４，２１への到達の遅れは図１１ｂにおいては、電圧差ｄＵについて目標値よりも小さい値が設定されることによって補償される。その結果、すでに時点ｔ10において行程ストッパ１４，２１に到達し、これは元の時点ｔ9と精確に一致している。電圧行程を小さくすべきであるのならば、当然ながらｄＵ２＜ｄＵ１が適用され、これによって放電時間が短くなっても行程ストッパ１４，２１への到達が早すぎてしまうことはない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【国際調査報告】
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