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JP2001193546A - 調整エレメントを制御する方法および装置 - Google Patents

調整エレメントを制御する方法および装置

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Publication number
JP2001193546A
JP2001193546A JP2000365318A JP2000365318A JP2001193546A JP 2001193546 A JP2001193546 A JP 2001193546A JP 2000365318 A JP2000365318 A JP 2000365318A JP 2000365318 A JP2000365318 A JP 2000365318A JP 2001193546 A JP2001193546 A JP 2001193546A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance
value
resistor
capacitive element
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2000365318A
Other languages
English (en)
Inventor
Johannes-Joerg Rueger
リューガー ヨハネス−イェルク
Wolfgang Ruehle
リューレ ヴォルフガング
Hubert Stier
シュティーア フーベルト
Matthias Boee
ベー マティアス
Guenther Hohl
ホール ギュンター
Udo Schulz
シュルツ ウド
Norbert Keim
カイム ノルベルト
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of JP2001193546A publication Critical patent/JP2001193546A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/065—Large signal circuits, e.g. final stages
    • H02N2/067—Large signal circuits, e.g. final stages generating drive pulses
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D41/2096—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils for controlling piezoelectric injectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrotherapy Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安全限界状態を回避できるピエゾアクチュエ
ータを提供する。 【解決手段】 所定の時点でオーミック抵抗の値を検出
し、この抵抗の値に基づいて容量素子の形態および／ま
たは温度を結論する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量素子を有して
おり、この容量素子に対して並列にオーミック抵抗が接
続されている調整エレメントを制御する方法および装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】容量素子、特に内燃機関での燃料噴射を
調整するピエゾアクチュエータを制御する方法および装
置が知られている。
【０００３】ピエゾアクチュエータの特性は温度に依存
している。したがってピエゾアクチュエータの温度を求
める必要がある。さらにピエゾアクチュエータないし調
整エレメントの特性には構造が同じであっても偏差が発
生する。ここでピエゾアクチュエータないし調整エレメ
ントを分類する課題が生じる。
【０００４】この種のピエゾアクチュエータ、特に内燃
機関において噴射量の調整に使用されるアクチュエータ
では、ピエゾアクチュエータが駆動され、所定の位置、
例えば燃料調整弁では持続的な噴射が行われる位置にと
どまるケースが生じる。ここでエラーのためにピエゾア
クチュエータのチャージ状態を変更することができない
場合、弁は変更されない位置にとどまる。このような安
全限界状態はピエゾアクチュエータでは回避すべきであ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、安全
限界状態を回避できるピエゾアクチュエータを提供する
ことである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題は、所定の時点
で前記オーミック抵抗の値を検出し、この抵抗の値に基
づいて容量素子の形態および／または温度を結論する方
法により解決される。所定の時点で前記オーミック抵抗
の値を検出し、かつこの抵抗の値に基づいて容量素子の
形態および／または温度を結論する手段が設けられてい
る構成により解決される。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明によれば、簡単に温度を求
めることができ、および／または調整エレメントの温度
依存性を較正したり、ピエゾアクチュエータを分類（ク
ラシフィケーション）したり、限界的な動作状態を確実
に回避したりすることができる。これらの手段は容量素
子を有する全てのアクチュエータにとって有利である。
特にいわゆるピエゾアクチュエータで有利である。
【０００８】特に有利には、容量素子に対して並列接続
されたオーミック抵抗の値Ｒが所定の時点で検出され、
この値に基づいて容量素子の値および／または調整エレ
メントの温度が結論される。
【０００９】特に有利には抵抗により種々の課題を同時
に解決することができる。
【００１０】有利には、容量素子に対して並列接続され
たオーミック抵抗の値Ｒが所定の時点で検出され、この
値に基づいて容量素子および／または調整エレメントの
形態および温度が結論される。特にオーミック抵抗はク
ラシフィケーションおよび温度検出の双方のために用い
られる。
【００１１】有利には、容量素子に並列接続されかつ分
路抵抗（Ableitwiderstand）として用いられるオーミッ
ク抵抗の値Ｒが所定の時点で検出され、この値に基づい
て容量素子および／または調整エレメントの形態が結論
される。特にオーミック抵抗は分路抵抗としてもクラシ
フィケーション用の抵抗としても用いられる。
【００１２】有利には、容量素子に並列接続されかつ分
路抵抗として用いられるオーミック抵抗の値Ｒが所定の
時点で検出され、この値に基づいて容量素子および／ま
たは調整エレメントの温度が結論される。特にオーミッ
ク抵抗は分路抵抗としても温度検出のための抵抗として
も用いられる。
【００１３】オーミック抵抗が分路抵抗として用いられ
ることにより、容量素子の所望の放電が可能となる。特
に調整エレメントが燃料を内燃機関内へ噴射するインジ
ェクタとして使用される場合、限界的な動作状態が回避
される。
【００１４】抵抗値を特に簡単に計算するには、容量素
子の放電時間に基づいて計算を行う。このために容量素
子を所定の電圧まで充電し、続いてオーミック抵抗を介
して放電する。
【００１５】試験電流および／または試験電圧に基づい
て抵抗値が求められる場合、この値を動作中つねに調整
エレメントの抵抗に影響を与えることなく計算すること
ができる。
【００１６】特に有利には抵抗値は調整エレメントの最
初の使用開始前に求められる。
【００１７】このような最初の使用開始は組み立てライ
ン端において、または調整エレメントの修理後および／
または交換後に行われる。
【００１８】本発明の利点および有利な実施形態および
別の態様は従属請求項に記載されている。
【００１９】
【実施例】本発明を以下に図示の実施例に則して詳細に
説明する。
【００２０】図１には容量素子を有する調整エレメント
が参照番号１００で示されている。この種の調整エレメ
ントはしばしばインジェクタであり、例えば燃料を内燃
機関に噴射するために用いられる。この場合、調整量す
なわち容量素子の長さ方向の広がりと印加電圧との間に
所定の関係が存在する。
【００２１】簡単のために機械的な構成要素は図示せ
ず、容量素子１００ａのみを示してある。この容量素子
は第１の端子を介してアースに接続されており、第２の
端子を介して出力段スイッチ１１０に接続されている。
出力段スイッチ１１０は容量素子の第２の端子とエネル
ギ供給回路１２０とを接続している。出力段スイッチ１
１０には制御回路１３０から制御信号が印加される。容
量素子１００ａに並列にオーミック抵抗１００ｂが接続
されている。有利には容量素子１００ａおよびオーミッ
ク抵抗１００ｂ、すなわち調整エレメント１００は一体
構造のユニットを形成している。さらに容量素子１００
ａまたはオーミック抵抗１００ｂに対して評価回路１４
０が並列接続されている。この評価回路は制御回路１３
０と種々のパラメータを交換する。
【００２２】エネルギ供給回路１２０および出力段スイ
ッチ１１０は概略的にしか示されていない。例えば出力
段スイッチは複数のスイッチング素子によって形成する
ことができる。有利には出力段スイッチはアースと容量
素子との間にも配置することができる。
【００２３】この種の容量素子はしばしばピエゾアクチ
ュエータと称される。
【００２４】出力段スイッチ１１０を相応に駆動するこ
とにより、容量素子１００ａは所定の電圧まで充電さ
れ、続いて再び放電される。容量素子が所定の電圧レベ
ルに置かれる持続時間、すなわち所定の電圧が容量素子
１００ａに印加される期間は一般に駆動時間と称され
る。この駆動時間は噴射すべき燃料量を定める。出力段
スイッチ１１０、エネルギ供給回路１２０、制御回路１
３０、および評価回路１４０は一般に制御装置としてま
とめられており、これは調整エレメントとは別に配置さ
れている。制御装置と調整エレメントとは線路を介して
接続されている。制御装置は有利には更に別の素子を有
しており、有利には内燃機関の制御および／または内燃
機関への燃料噴射の制御に用いられる。このために制御
装置は種々のパラメータおよび／またはセンサの出力信
号を処理する。
【００２５】線路の中断や構成要素の誤作動などが生じ
た場合、調整エレメントがずっと所定の位置にとどまっ
たままとなるケースが発生することがある。これは調整
エレメントが放電を行えなくなるからである。このよう
な場合に容量素子の相応の放電を可能にするために、本
発明によれば、抵抗１００ｂが容量素子１００ａに対し
て並列接続されている。この場合抵抗は容量素子の空間
的な近傍（有利にはインジェクタ内）に配置されている
ので、接続線路は最短でよい。
【００２６】抵抗は、容量素子１００ａとオーミック抵
抗１００ｂから成るＲＣ回路の時定数がエラーのない噴
射に対する一般的な駆動時間内に容量素子の大きな放電
が起こらない大きさとなるように選定されている。他方
ではこの時定数は、機関を損なわずに弁を確実に閉鎖す
るために使用可能な最大の時間内で容量素子が充分に放
電されるように選定されている。相応に設計される場
合、抵抗１００ｂは分路抵抗である。
【００２７】主としてこの時定数によって定められる放
電時間内で、容量素子１００ａはアクチュエータが安全
位置を占める際に（すなわち噴射が終了する際に）放電
する。この時定数は、放電時間が調整エレメントの最大
可能な駆動時間よりも大きくなるように選定されてい
る。エラーが生じると、この最大可能な駆動時間が超過
される。
【００２８】通常はインジェクタの製造時に製造誤差が
発生し、パラメータにばらつきが生じる。すなわち同じ
駆動時間でも異なるインジェクタでは異なる燃料量が調
量される。インジェクタは完成時に測定およびクラシフ
ィケーションされ、このクラシフィケーションが駆動時
に考慮されることにより、噴射量が改善される。これは
ばらつきが考慮されるからである。
【００２９】容量素子１００ａおよび抵抗１００ｂから
成るＲＣ回路の時定数は所定の領域内で可変である。こ
の自由度は本発明によればインジェクタを分類するため
に利用される。このために所定数のクラスが定められて
おり、これらのクラスには抵抗が分類される。抵抗は有
利には測定後に最終的に取り付けられ、簡単には取り外
せないように配置される。例えば抵抗はパッケージング
材料によって包囲される。クラシフィケーション用の抵
抗は持続的にアクチュエータと接続される。これにより
アクチュエータを組み立てる車両メーカのコストは、費
用、ロジスティクスおよびエラー可能性の点で大幅に低
減される。
【００３０】本発明によれば、装置のスタート時に抵抗
値が測定される。抵抗値を測定する手段には、アクチュ
エータを任意の所定の電圧まで充電して、低下する電圧
を測定する手法がある。抵抗１００ｂおよび容量素子１
００ａから成る装置は抵抗１００ｂの値に依存する時定
数を有している。有利にはこの測定は車両メーカの組み
立てライン端で行われる。なぜならこの場合イニシャラ
イズ時間が限界とならないからである。抵抗の測定が行
われ、インジェクタのクラシフィケーションが行われた
後はじめて、制御回路による駆動がトリガされる。
【００３１】特に有利には、抵抗が既に測定されたとい
う状態が制御装置の不揮発性メモリの第１のメモリセル
に格納され、スタートのたびに抵抗を新たに測定しなく
ともよい。有利にはＥＥＰＲＯＭが不揮発性メモリとし
て使用される。クラシフィケーションの結果は同様に不
揮発性メモリの第２のメモリセルに記憶される。
【００３２】アクチュエータの交換が行われると、抵抗
が既に測定された状態を示す第１のメモリセルの値はリ
セットされ、これにより新たなクラシフィケーションが
行われる。
【００３３】図２には抵抗１００ｂの値Ｒを求める方法
と抵抗値に基づいてクラスを判別する手段とが示されて
いる。
【００３４】第１のステップ２００では、抵抗値Ｒを求
めるべきか否かが検査される。簡単な実施例では、不揮
発性メモリ内で、抵抗がいまだ検出されていないことを
示す第１のメモリセルが相応の値を取るか否かが検査さ
れるように構成されている。これがネガティブな場合、
すなわち抵抗値Ｒが既に検出されている場合には、プロ
グラムは通常のプログラムフローでステップ２０５へ進
行する。
【００３５】抵抗値Ｒがいまだ検出されていない場合、
ステップ２１０で容量素子が所定の電圧Ｕまで充電され
る。同時に時間カウンタｔがゼロにセットされる。続く
問い合わせステップ２２０で、時間カウンタｔの値が時
間閾値ｔ１以上であるか否かが検査される。値が時間閾
値に達していない場合にはステップ２２５で時間カウン
タの上昇が待機され、新たに問い合わせステップ２２０
が行われる。時間カウンタｔの値が時間閾値ｔ１以上で
ある場合、ステップ２２７でその時点での電圧Ｕ１が測
定される。
【００３６】続いてステップ２３０で、時間カウンタｔ
の内容が第２の時間閾値ｔ２以上であるか否かの問い合
わせが相応に行われる。時間閾値に達していない場合に
はステップ２３５で時間カウンタｔは１だけ高められ
る。時間閾値に達している場合には、ステップ２３７で
その時点ｔ２での電圧の値Ｕ２が求められる。
【００３７】ＲＣ回路では電圧は指数関数にしたがって
低下し、この指数関数は主として時定数によって定めら
れる。電圧を２つの異なる時点で測定することにより時
定数が求められ、容量素子１００ａの容量が既知である
場合には抵抗値Ｒを求めることができる。抵抗値の計算
はステップ２４０で行われる。
【００３８】続いて問い合わせステップ２５０で抵抗値
Ｒが閾値Ｗ１よりも大きいか否かが検査される。大きい
場合には当該のインジェクタはステップ２５２でクラス
Ｋ１へ分類される。小さい場合には問い合わせステップ
２６０で抵抗値Ｒが第２の閾値Ｗ２よりも大きいか否か
が検査される。大きい場合にはステップ２６４で当該の
インジェクタは第２のクラスＫ２へ分類される。小さい
場合には当該のインジェクタはステップ２６２でクラス
Ｋ３へ分類される。
【００３９】図示の実施例ではインジェクタは３つのク
ラスに分類される。ただし本発明の手段は３つのクラス
数に限定されるものではなく、任意の数のクラスを使用
することができる。
【００４０】特に有利には、抵抗は容量素子に熱的に接
触している。この場合抵抗１００ｂを介してアクチュエ
ータおよび／またはインジェクタのセラミクスの温度が
求められる。試験電流を抵抗１００ｂに持続的に加える
か、クロック制御または所定の時間間隔で加えることに
より、オームの法則に基づいて抵抗が求められる。この
ために有利には電圧が既知であるかおよび／または測定
されている場合に電流の測定も行われる。
【００４１】抵抗を有するピエゾアクチュエータを用い
ると、抵抗１００ｂを介してアクチュエータまたはイン
ジェクタのその時点での温度を求めることができる。長
さの変化分と温度との間の関係、および／または長さの
変化分とピエゾアクチュエータに印加される電圧との関
係が既知であることから、長さ方向の広がりに対する温
度の影響を電圧の補正量により補正することができる。
相応の電圧補正量は抵抗１００ｂの抵抗値Ｒに依存して
おり、温度領域全体にわたって一定の弁のストロークを
生じさせる。
【００４２】相応の手段が図３に示されている。第１の
ステップ３００では、温度の測定が可能である状態が存
在するか否かが検査される。簡単な実施例では、測定が
予め定められた固定の時間間隔で行われる。ステップ３
１０では抵抗１００ｂに試験電流が加えられ、電圧降下
が測定される。これに代えて抵抗に電圧を印加し、電流
を測定してもよい。この値に基づいて抵抗１００ｂの値
Ｒが得られる。値Ｒに基づいて温度Ｔが計算される。
【００４３】有利には抵抗は高オーミックなワイヤとし
て構成されており、このワイヤは外部でセラミクスの周
囲に配置されている。さらにこのワイヤはセラミクスの
製造時にセラミクス内に組み込むように構成することも
できる。また、積層形（スタック形）アクチュエータで
は付加プレートとして抵抗が挿入される。
【００４４】図３での抵抗の検出法と図２での抵抗の検
出法とは交換可能である。また抵抗を求める別の手法を
使用してもよい。
【００４５】特に有利には、オーミック抵抗として構成
された素子により種々の課題が解決される。
【００４６】有利には、図２の手段において、種々のク
ラスでの複数の抵抗値間の差が温度に依存する抵抗値の
変動幅よりも大きくなるように抵抗値が選定されてい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置のブロック回路図である。
【図２】本発明の手段を示す第１のフローチャートであ
る。
【図３】本発明の手段を示す第２のフローチャートであ
る。
【符号の説明】
１００ 調整エレメント １００ａ 容量素子 １００ｂ オーミック抵抗 １１０ 出力段スイッチ １２０ エネルギ供給回路 １３０ 制御回路 １４０ 評価回路
フロントページの続き (72)発明者 ヴォルフガング リューレ ドイツ連邦共和国 ディッツィンゲン シ ュタインシュトラーセ 22 (72)発明者 フーベルト シュティーア ドイツ連邦共和国 アスペルク リンデン ヴェーク 11 (72)発明者 マティアス ベー ドイツ連邦共和国 ルートヴィヒスブルク ヘルンレスハルデ ３ (72)発明者 ギュンター ホール ドイツ連邦共和国 シユツツトガルト ク ナッペンヴェーク 46 (72)発明者 ウド シュルツ ドイツ連邦共和国 ファイヒンゲン／エン ツ コルンブルーメンヴェーク 34 (72)発明者 ノルベルト カイム ドイツ連邦共和国 レッヒガウ トラミー ナー ヴェーク 10

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容量素子を有しており、該容量素子に対
    して並列にオーミック抵抗が接続されている調整エレメ
    ントを制御する方法において、 所定の時点で前記オーミック抵抗の値（Ｒ）を検出し、
    該抵抗の値に基づいて容量素子の形態および／または温
    度を結論する、ことを特徴とする調整エレメントを制御
    する方法。
  2. 【請求項２】 前記オーミック抵抗を分路抵抗として用
    いる、請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記容量素子の放電時間に基づいて抵抗
    値（Ｒ）を計算する、請求項１または２記載の方法。
  4. 【請求項４】 試験電流および／または試験電圧に基づ
    いて抵抗値を求める、請求項１から３までのいずれか１
    項記載の方法。
  5. 【請求項５】 抵抗値を調整エレメントの最初の使用開
    始前に求める、請求項１から４までのいずれか１項記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 抵抗値を調整エレメントの動作中に複数
    回求める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 容量素子を所定の電圧まで充電し、その
    後オーミック抵抗を介して放電させる、請求項３記載の
    方法。
  8. 【請求項８】 容量素子を有しており、該容量素子に対
    して並列にオーミック抵抗が接続されている調整エレメ
    ントを制御する装置において、 所定の時点で前記オーミック抵抗の値（Ｒ）を検出し、
    かつ該抵抗の値に基づいて容量素子の形態および／また
    は温度を結論する手段が設けられている、ことを特徴と
    する調整エレメントを制御する装置。
JP2000365318A 1999-12-03 2000-11-30 調整エレメントを制御する方法および装置 Pending JP2001193546A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19958406.0 1999-12-03
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JP (1) JP2001193546A (ja)
DE (1) DE19958406A1 (ja)
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