(57)【要約】【課題】ピエゾアクチュエータの充電プロセスにおける強い電磁放射及び騒音放出を低減すること。【解決手段】特に内燃機関の噴射装置である噴射弁を作動させる方法であって、前記噴射弁はニードル弁に接続されたピエゾアクチュエータを内蔵しており、該ピエゾアクチュエータには、該ピエゾアクチュエータの長さを伸長又は短縮させる電圧が印加され、前記噴射弁を開くために、少なくとも１つの開弁電圧が印加されるようにした方法において、２つの噴射の間、前記電圧を０Ｖよりは高く、前記開弁電圧よりは低い残留電圧に低下させるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に内燃機関の噴射装置である噴射弁（１１）を作動させる方法であって、前記噴射弁（１１）はニードル弁（１３）に接続されたピエゾアクチュエータ（１２）を内蔵しており、該ピエゾアクチュエータ（１２）には、該ピエゾアクチュエータ（１２）の長さを伸長又は短縮（ｘ）させる電圧（Ｕ）が印加され、前記噴射弁（１１）を開くために、少なくとも１つの開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）が印加されるようにした方法において、
２つの噴射の間、前記電圧（Ｕ）を０Ｖよりは高く、前記開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）よりは低い残留電圧（Ｕ＿Ｒ）に低下させる、ことを特徴とする噴射弁（１１）を作動させる方法。
【請求項２】
噴射サイクルの終了後に、前記電圧（Ｕ）をほぼ０Ｖに低下させる、請求項１記載の方法。
【請求項３】
噴射サイクルの第１の噴射とともに前記電圧（Ｕ）をほぼ０Ｖから前記開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）よりも高い電圧まで引き上げ、前記第１の噴射の後から同じ噴射サイクルの次の噴射までは、０Ｖよりも高く、前記開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）よりも低い残留電圧（Ｕ＿Ｒ）に低下させる、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記残留電圧（Ｕ＿Ｒ）は内燃機関の噴射装置のレール圧に依存する、請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
ニードル弁（１３）に接続されたピエゾアクチュエータ（１２）を内蔵した少なくとも１つの噴射弁（１１）を備えた内燃機関の噴射装置であって、前記ピエゾアクチュエータ（１２）には、該ピエゾアクチュエータ（１２）の長さを伸長又は短縮（ｘ）させる電圧（Ｕ）を印加することができ、前記噴射弁（１１）を開くために、少なくとも１つの開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）が印加される形式の噴射装置において、
２つの噴射の間、前記電圧（Ｕ）を、０Ｖよりは高く、前記開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）よりは低い残留電圧（Ｕ＿Ｒ）に低下させることができる、ことを特徴とする噴射装置。
【請求項６】
ニードル弁（１３）に接続されたピエゾアクチュエータ（１２）を内蔵した少なくとも１つの噴射弁（１１）を備えた噴射装置を有する内燃機関であって、前記ピエゾアクチュエータ（１２）には、該ピエゾアクチュエータ（１２）の長さを伸長又は短縮（ｘ）させる電圧（Ｕ）を印加することができ、前記噴射弁（１１）を開くために、少なくとも１つの開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）が印加される形式の内燃機関において、
２つの噴射の間、前記電圧（Ｕ）を、０Ｖよりは高く、前記開弁電圧（Ｕ＿Ｃ）よりは低い残留電圧（Ｕ＿Ｒ）に低下させることができる、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】
本発明は、特に内燃機関の噴射装置である噴射弁を作動させる方法に関するものである。この方法では、前記噴射弁はニードル弁に接続されたピエゾアクチュエータを内蔵しており、該ピエゾアクチュエータには、該ピエゾアクチュエータの長さを伸長又は短縮させる電圧が印加され、前記噴射弁を開くために、少なくとも１つの開弁電圧が印加される。
【背景技術】
【０００２】
この種の噴射弁は、例えば、特許文献１から公知である。
【０００３】
ピエゾアクチュエータ（例えば、ＣＲＩ３、ＵＩ）を備えた噴射システムでは、電流ピークが比較的高いために、充電プロセスにおいて強い電磁放射が測定される。これはＭＷ領域における無線受信の障害をもたらす。別の欠点は噴射システムの騒音放出である。ピエゾアクチュエータに起因して、特にアイドリング中に金属的なクリック音が発生する。騒音の強度は充電時間と作動電圧とによって変化する。
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２００４  ０４６０８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題はピエゾアクチュエータの充電プロセスにおける強い電磁放射及び騒音放出を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、特に内燃機関の噴射装置である噴射弁を作動させる方法であって、前記噴射弁はニードル弁に接続されたピエゾアクチュエータを内蔵しており、該ピエゾアクチュエータには、該ピエゾアクチュエータの長さを伸長又は短縮させる電圧が印加され、前記噴射弁を開くために、少なくとも１つの開弁電圧が印加されるようにした方法において、２つの噴射の間、前記電圧を０Ｖよりは高く、前記開弁電圧よりは低い残留電圧に低下させるようにすることにより解決される。開弁電圧において噴射弁が開くので、噴射が行われる。開弁電圧、又は特性電圧も、とりわけ噴射弁のレール圧と幾何学的サイズに、例えば、ニードル弁と弁座の形状及び直径、ニードル弁のストローク、アクチュエータの容量とストローク能力、ならびに、所望の噴射量許容誤差に依存する。
【０００６】
本発明による方法によれば、電磁放射は低減される。噴射弁の開閉の際の実効電流が比較的小さいため、噴射システムのエネルギー収支が改善される。さらに、ピエゾアクチュエータ又は噴射弁の騒音放出も低減される。
【０００７】
１つの発展形態では、前記電圧は噴射サイクルの終了後にほぼ０Ｖに低下させられる。ここで、噴射サイクルという語は、シリンダの同一動作サイクルに属する一連の噴射を意味している。これは、例えば、前噴射、主噴射、及び後噴射などであってよい。
【０００８】
１つの発展形態では、前記電圧は噴射サイクルの第１の噴射とともにほぼ０Ｖから開弁電圧よりも高い電圧まで引き上げられ、第１の噴射の後から同じ噴射サイクルの次の噴射までは、０Ｖよりも高く、開弁電圧よりも低い残留電圧に低下させられる。このように、ピエゾアクチュエータに印加される電圧は、噴射サイクル中は残留電圧に保持され、噴射サイクル外ではほぼ０Ｖにされるため、寿命の阻害は全く生じないか又は取るに足らないものでしかない。
【０００９】
さらに、残留電圧が内燃機関の噴射装置のレール圧に依存すると有利である。レール圧は噴射弁に印加される圧力であり、噴射弁はこの圧力に逆らって開かれなければならない。残留電圧は、残留電圧が印加されたときに噴射弁が開かないように、レール圧に応じて選ばれる。
【００１０】
冒頭に述べた問題は、ニードル弁に接続されたピエゾアクチュエータを内蔵した少なくとも１つの噴射弁を備えた内燃機関の噴射装置であって、前記ピエゾアクチュエータには、該ピエゾアクチュエータの長さを伸長又は短縮させる電圧を印加することができ、前記噴射弁を開くために、少なくとも１つの開弁電圧が印加される形式の噴射装置において、２つの噴射の間、前記電圧を、０Ｖよりは高く、前記開弁電圧よりは低い残留電圧に低下させることができることを特徴とする噴射装置によっても解決される。
【００１１】
冒頭に述べた問題は、ニードル弁に接続されたピエゾアクチュエータを内蔵した少なくとも１つの噴射弁を備えた噴射装置を有する内燃機関であって、前記ピエゾアクチュエータには、該ピエゾアクチュエータの長さを伸長又は短縮させる電圧を印加することができ、前記噴射弁を開くために、少なくとも１つの開弁電圧が印加される形式の内燃機関において、２つの噴射の間、前記電圧を、０Ｖよりは高く、前記開弁電圧よりは低い残留電圧に低下させることができることを特徴とする内燃機関によっても解決される。
【実施例】
【００１２】
図１には、制御装置１０と噴射弁１１とを有する自動車の燃料噴射装置が示されている。噴射弁１１は、制御装置１０により制御されるピエゾアクチュエータ１２を備えている。さらに、噴射弁１１は、噴射弁１１のハウジング内にある弁座１４に乗るニードル弁１３を有している。
【００１３】
ニードル弁１３が弁座から持ち上げられているときには、噴射弁１１は開いており、燃料が噴射される。この状態は図１に示されている。ニードル弁１３が弁座１４に乗っているときには、噴射弁１１は閉じている。閉じた状態から開いた状態までの移行はピエゾアクチュエータ１２によって生じる。このために、アクチュエータ１２には、ピエゾスタックの長さを変化させる電圧（アクチュエータ電圧）Ｕが印加され、ピエゾスタックの長さの変化が噴射弁１１の開閉に利用される。
【００１４】
図２は、ピエゾアクチュエータ１２に印加される電圧Ｕに対する噴射燃料量Ｑのグラフを示したものである。電圧Ｕは横座標上にとられ、噴射燃料量Ｑは縦座標上にとられている。特性電圧とも呼ばれる開弁電圧値Ｕ＿Ｃまでは噴射は行われず、噴射燃料量Ｑはゼロに等しい。開弁電圧Ｕ＿Ｃを超えると、噴射燃料量Ｑは非常に大きな勾配で増大し、ピエゾアクチュエータ１２に印加される電圧Ｕまでさらに上昇して飽和値に達する。開弁電圧Ｕ＿Ｃは噴射弁の幾何学的サイズに、例えば、ニードル弁１３と弁座１４の形状及び直径、ニードル弁１３のストローク、アクチュエータ１２の容量とストローク能力、ならびに、所望の噴射量許容誤差に依存する。開弁電圧Ｕ＿Ｃより下では噴射は行われない。
【００１５】
図３において、上のグラフには、時間ｔに対してアクチュエータ１２における本発明による電圧推移Ｕが示されており、下のグラフには、時間ｔに対して関連する電流推移Ｉが示されている。図３の上のグラフの曲線Ｉは本発明による電圧推移を表しており、それに対して曲線ＩＩは従来の技術による電圧推移を示したものである。噴射は時点ｔ＿１とｔ＿２の間とｔ＿３とｔ＿４の間に行われる。このために、アクチュエータ電圧Ｑは噴射弁が開くようにそのつど値Ｕ１に引き上げられる。従来の技術によれば、これは図３において参照記号ＩＩを付された破線であり、アクチュエータ電圧Ｕは噴射間にはそのつどゼロに戻る、つまり、時点ｔ＿１より前、時点ｔ＿２とｔ＿３の間、及び時点ｔ＿４より後には、アクチュエータ電圧Ｕはゼロである。図３のグラフでは、例えば、２つの噴射の連続が前噴射と主噴射として示されている。しかし、ここで、より多くの個別噴射を、例えば、前噴射、主噴射、及び後噴射として実施してもよい。
【００１６】
本発明によれば、本来の噴射以外のときにはアクチュエータ電圧Ｕはもはや値ゼロではなく、Ｕ＿Ｃよりも低い残留電圧Ｕ＿Ｒに戻るので、まだゼロより高いアクチュエータ電圧が印加されるものの、これは噴射弁の開弁には十分ではない。この電圧推移は、図３の上のグラフにおいて参照記号Ｉを付された実線で表されている。これから分かるように、時点ｔ＿１とｔ＿２の間及びｔ＿３とｔ＿４の間の噴射中の電圧は従来の技術と同様に値Ｕ１に引き上げられる。この期間以外では、電圧はゼロではなく、開弁電圧Ｕ＿Ｃよりも低い残留電圧Ｕ＿Ｒに戻る。
【００１７】
アクチュエータ電圧Ｕは正でも負でもよく、従来技術から知られているように、噴射サイクル間で極が変わってもよい。
【００１８】
図３の下のグラフには、図３の上のグラフにおける電圧推移に関連した電流推移が示されている。図３の下のグラフにおける縦座標値がゼロの破線は０Ａの電流を表している。このグラフでは、電圧の変化の向きに応じて、正又は負の補償電流が流れている。これは、上方又は下方、つまり、正又は負の値の方へプロットされた電流値によって相応に表されている。ピエゾアクチュエータ１２は実質的に容量性負荷であるので、補償電流はそのつど電圧変化をとともに流れる。電圧の飛躍は時点ｔ＿１，ｔ＿２，ｔ＿３及びｔ＿４で起きており、この瞬間に補償電流Ｉが相応して流れ、短時間の後に再びゼロの値に戻っている。これは、突如増大し、ゆっくりと減少し、短時間の後に再びゼロに戻る補償電流の形で現れる。グラフから分かるように、従来の技術による方法での補償電流は全体として本発明による方法による補償電流よりも格段に大きい。というのも、電圧の飛躍が相応して大きいからである。電流推移上でのその時その時の積分−同じく電圧推移上での相応する積分−がその時その時の電力の尺度を与える。本発明による方法では、変位電流及び相応する電力が従来技術による方法の場合よりも小さい。本発明の方法における補償電流のピーク値はＩ＿１であり、従来技術による方法における補償電流のピーク値はＩ＿２であり、図３のグラフの下部から分かるように、本発明による方法における最大の補償電流よりも格段に大きい。
【００１９】
図４は本発明による方法のフローチャートを示している。ステップ１０１で表されているように、噴射が終了するとすぐに、ピエゾアクチュエータ１２における電圧Ｕはステップ１０２において開弁電圧Ｕ＿Ｃよりも低い値に戻される。ステップ１０３で表される次の噴射の開始とともに、電圧はステップ１０４において再び値Ｕ１へ引き上げられ、ステップ１０５において噴射が行われる。それから、ステップ１０１において方法がループ状に改めて開始される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ピエゾアクチュエータを有する噴射弁を備えた自動車の噴射装置の概略図を示す。
【図２】アクチュエータ電圧に対する噴射量のグラフを示す。
【図３】アクチュエータにおける電圧推移及び電流推移を経時的に示す。
【図４】本発明による方法のフローチャートを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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