(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部材を有する電磁負荷を駆動する方法であって、
可動部材が終端位置へ達するスイッチング時点が電磁負荷に流れる電流に対応する変量の時間波形の折曲点を検出することによって求められ、
電磁負荷に電流を流す還流回路が設けられ、
前記スイッチング時点が、該還流回路に電流が流れている還流期間の間に求められることを特徴とする電磁負荷を駆動する方法。
【請求項２】
前記スイッチング時点が発生すると予測される時間窓が設定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記時間窓が運転パラメータに従って設定されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁負荷に直列に接続されたスイッチング手段を開放することによって時間窓内で還流回路がアクティブにされることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記スイッチング時点が電流波形の勾配の変化に基づいて検出されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
可動部材を有する電磁負荷を駆動する装置であって、
可動部材が終端位置へ達するスイッチング時点を電磁負荷に流れる電流に対応する変量の時間波形の折曲点を検出することによって求める手段と、
電磁負荷に電流を流す還流回路と、
前記スイッチング時点を、該還流回路に電流が流れている還流期間の間に求める手段と、
が設けられることを特徴とする電磁負荷を駆動する装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電磁負荷を駆動する方法と装置に関し、さらに詳細には、可動部材を有する電磁負荷、特に内燃機関の噴射装置の電磁弁を駆動する方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁負荷を駆動する方法と装置が、ＤＥ−ＯＳ３４２６７９９（ＵＳ−Ａ４６５３４４７）から知られている。同公報に記載されている装置においては、電磁弁のスイッチング時点とそれに基づいたスイッチオン並びにスイッチオフ時間が検出されている。電磁弁を流れる電流の時間波形に基づいて電磁弁の正確なスイッチング時点が定められる。
【０００３】
この種の電磁弁は好ましくはガソリンおよび／またはディーゼルエンジンの燃料噴射を制御するために使用される。最少噴射量でも正確に計量するために、給電された電磁弁の接極子（アーマチュア）がその両終端位置の一方に到達するスイッチング時点が特に重要になる。
【０００４】
公知のシステムにおいては、通常スイッチング時点が発生する時間窓内で電流波形を調べ、この時間波形に基づいてスイッチング時点を求めることが行なわれている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、安価な構成でスイッチング時点を求めることができる電磁負荷を駆動する方法と装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明（請求項１）では、
可動部材を有する電磁負荷を駆動する方法であって、
可動部材が終端位置へ達するスイッチング時点が電磁負荷に流れる電流に対応する変量の時間波形の折曲点を検出することによって求められ、
電磁負荷に電流を流す還流回路が設けられ、
前記スイッチング時点が、該還流回路に電流が流れている還流期間の間に求められる構成を採用しており、
また本発明（請求項６）では、
可動部材を有する電磁負荷を駆動する装置であって、
可動部材が終端位置へ達するスイッチング時点を電磁負荷に流れる電流に対応する変量の時間波形の折曲点を検出することによって求める手段と、
電磁負荷に電流を流す還流回路と、
前記スイッチング時点を、該還流回路に電流が流れている還流期間の間に求める手段と、
が設けられる構成も採用している。
【０００７】
【作用】
このような構成において、スイッチング時点が発生すると予測される時間窓が設定される。この時間窓は運転パラメータに従って設定される。このように設定された時間窓内で負荷に直列に接続されたスイッチング手段を開放することによって還流回路がアクティブにされる。スイッチング時点は電流波形の勾配の変化を検出することにより求められる。
【０００８】
還流期間の間にスイッチング時点を求めることにより、時間窓の間で電圧を調節する装置が不要になる。同時に電圧調節器を有する装置に比較して電力損失が著しく減少する。
【０００９】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１０】
本実施例は電磁負荷をスイッチングさせる装置に関する。この装置は原理的にはそれぞれの電磁負荷に関連して使用することができ、従って具体的な使用例に限定されるものではない。しかし特に、本発明装置は、内燃機関に関連して、特に内燃機関の燃焼室へ燃料を供給する場合に効果的に使用される。そのために内燃機関への燃料供給量を制御する電磁弁が特に好ましい方法で使用される。
【００１１】
その場合に特に、負荷が小さい場合には、最少燃料量をできる限り正確に計量して供給することが必要になる。そのためには、給電される電磁弁の接極子（アーマチュア）が一方の終端位置へ達する時点が正確にわかっていることが必要となる。この時点は通常噴射期間の開始（begin of injection period  ＢＩＰ）と呼ばれている。この時点は電磁弁電流の時間的な推移波形を調べることによって求められる。好ましくは電圧を一定にしたときの電流の時間波形、ないしは電流を一定にしたときの電圧の時間波形を調べ、その波形に折曲点、ないしは観察している変量（パラメータ）の微分商に検出可能な顕著な変化があるかどうかが検出される。
【００１２】
図１には電磁弁制御される燃料計量装置を制御する装置の主要な構成が概略図示されている。スイッチング手段１１０を介して電磁負荷１００が電源装置（Ｕbat）と接続されている。スイッチング手段１１０は駆動装置１２０によって駆動される。駆動装置１２０はまた電流調節ないし電圧調節装置１３０と接続されている。
【００１３】
電磁負荷の他の端子はセンサ１４５を介してアースと接続されている。センサ１４５は検出回路１４０と接続され、この検出回路は電圧調節ないし電流調節装置１３０と接続されている。電磁負荷とセンサ１４５の直列回路に対して並列に還流（フリーホイール）装置１５０が接続されている。最も簡単な実施例においては、この還流装置１５０は対応して接続された還流ダイオード（フリーホイールダイオード）から形成される。
【００１４】
スイッチング手段１１０、負荷１００およびセンサ１４５からなる直列回路における各素子の順序は、異なるように選択することも可能である。重要なことは、センサ１４５が、スイッチング手段１１０が開放されている時にも負荷と電気的に直接接続されており、かつ還流期間において流れる電流ないしは印加される電圧をセンサ１４５によって測定できるように、配置されていることである。
【００１５】
この装置の動作を図２を用いて以下で説明する。図２において電磁弁ニードルのストロークＨが一点鎖線で、電磁弁間で降下する電圧ＵMが実線で、かつ電磁弁に流れる電流ＩMが破線で記載されている。これらの信号の波形が図２では時間にわたって図示されている。
【００１６】
図２（ａ）には、電圧調節が行なわれる装置の状態が示されている。この図示は単に例に過ぎない。時間的な波形は使用される電磁弁のタイプと印加電圧に顕著に依存する。
【００１７】
最初は、電磁弁接極子はその第１の終端位置Ｘ１にある。電流ＩMは値０をとり、電磁弁間で降下する電圧ＵMも同様に第１の値Ｕ１をとる。所定の時点Ｔ１で駆動装置１２０がスイッチング手段１１０を閉成する。その結果、電圧は第２の値Ｕ２をとる。この値はバッテリ電圧Ｕbatの領域にある。同時に電流ＩMは時間の経過とともに上昇する。電磁弁の接極子は最初は反応を示さない。
【００１８】
この状態は、電磁弁に流れる電流が所定のしきい値に達するまで続けられる。このしきい値は約１０Ａの領域にある。このしきい値に達すると、電流調節装置１３０が対応した信号を発生し、この信号が駆動装置１２０に供給される。駆動装置１２０はスイッチング手段１１０を駆動して、スイッチング手段を開放させる。それによって電磁弁に流れる電流が下降する。電流調節装置１３０はセンサ１４５が検出した電流値を設定された目標値と比較して、比較結果に従って駆動装置１２０に供給する信号を発生する。
【００１９】
駆動装置１２０はスイッチング手段１１０を開閉することによって電流ないし電圧をその目標値に調節する。この目標値は本実施例においては約１０Ａである。しきい値に達しかつ電流調節がアクティブになった時点から、接極子はその第２の終端位置Ｘ２の方向へ移動する。
【００２０】
下限値Ｔ２と上限値Ｔ３によって定められる時間窓（ウィンドウ）が設定される。この時間窓の内部でスイッチング時点ＴBIPが発生すると予想される。
【００２１】
時間窓の限界値Ｔ２とＴ３が例えば回転数、噴射される燃料量などの運転パラメータあるいは他の変量（パラメータ）に従ってマップから読み出されるようにすると特に効果的である。
【００２２】
通常は時点Ｔ２になると電流調節から電圧調節へ移行する。これは、電圧調節装置１３０が電磁弁間で降下する電圧を設定可能な電圧値（約４から９ボルトの大きさ）に調節することを意味している。電流はもはや２つのしきい値間で双方向に変動せず、本実施例においてはゆっくりと下降する。その場合に接極子は新しい終端位置Ｘ２方向への移動を続行する。電流は必ずしもゆっくりと減少する必要はない。それぞれ実施形態に従って電流は時点ｔBIPの両側で常に区別可能な波形を有する。
【００２３】
接極子が移動している間に、電磁負荷のコイルには電圧が誘導される。スイッチング時点ＴBIPで接極子はその新しい終端位置に達して、移動を終了する。それによって、誘導された電圧が消滅する。その結果、コイルに流れる電流ＩMは他の勾配を有する。電流波形の変化は検出回路１４０によって検出される。時点Ｔ３で時間窓が終了した後に、選択的に電流調節へ移行するか、あるいはＴ３がＴ４と等しい場合にはスイッチ１１０が開放する。時点Ｔ４でスイッチ１１０が開放され、電磁弁の駆動が終了する。
【００２４】
スイッチとしては好ましくはトランジスタが使用される。この種の駆動においては電圧調節の間のスイッチ１１０の電力損失の応力（ストレス）は非常に高い。噴射装置の一般的な効率を高め、かつスイッチ１１０の熱的な応力を減少させるためには、この電力損失を減少させることが望まれる。
【００２５】
本発明によれば、これは次のように行われる。スイッチ１１０が開放されている間、還流装置１５０がアクティブになる。これは、スイッチ１１０が開放している場合には電流はダイオード１５０とセンサ１４５を介して負荷に流れることを意味している。理想的な条件の下では、すなわち電磁負荷１００のオーム抵抗とダイオード１５０間で降下する電圧が０であり、接極子が移動しない場合には、この電流は不変に流れ続ける。実際の条件の下では、すなわち負荷のオーム抵抗が０ではなく、ダイオードで約１ボルトの電圧が降下する場合には、電流波形は負の勾配を有し、この勾配は、動き、正確に言えば誘導された負の電圧の影響を受けてさらに減少される。
【００２６】
負荷の接極子がその新しい終端位置Ｘ２に達すると、誘導された電圧はなくなる。それによって、電流が緩慢に下降し、ないしは場合によっては上昇する。この電流波形の勾配における変化がスイッチング時点ＴBIPの検出に利用される。
【００２７】
対応する状況が図２（ｂ）に記載されている。時点Ｔ２まで、かつ時点Ｔ３からの信号波形は図２（ａ）に示す信号波形に対応する。本発明によれば、図２（ｂ）に示すように、時点Ｔ２でスイッチ１１０が開放される。それによって、電磁弁に流れる電流ＩMが時間と共に減少する。接極子がその新しい終端位置Ｘ２に達すると、電流はわずかな勾配で下降する。この折曲点ないし電流波形の一次微分の変化が検出装置１４０によって検出される。
【００２８】
本発明による方法を図３のフローチャートを用いて説明する。第１のステップ３００において時点Ｔ１とＴ２間の駆動の第１段階の間に種々の運転パラメータに従って、通常スイッチング時点が発生する時点Ｔ２とＴ３により定められる時間窓が設定される。
【００２９】
次にステップ３１０で時間カウンタが増大される。時間カウンタが時間窓の下限値Ｔ２をまだ越えない間は、電流調節が行われる。判断ステップ２３０において、時間カウンタが時間窓の下限値Ｔ２に達したことが明らかにされた場合には、ステップ３３０でスイッチ１１０が駆動され開放される。続いてステップ３４０においてスイッチング時点ＴBIPが検出できるように検出装置１４０がアクティブにされ、ステップ３５０において検出装置１４０によりスイッチング時点が求められる。
【００３０】
これは、負荷間で降下する電圧がほぼ一定になる時間窓内でスイッチング時点が求められることを意味している。
【００３１】
判断ステップ３６０において、時間カウンタが時間窓Ｔ３の第２のしきい値を越えたことが明らかにされた場合には、ステップ３７０において再び通常の電流調節へ移行する。時間カウンタが第２のしきい値をまだ越えていない場合には、時間カウンタがステップ３８０において増大され、また判断ステップ３６０へ達する。
【００３２】
本発明の実施例においては、スイッチング時点が検出されるとすぐに、再び電流調節に移行するようにすることも可能である。
【００３３】
従って本発明によれば、スイッチング時点ＴBIPが発生すると予測される時間窓の間電流調節が中止され、スイッチ１１０が開放される。この期間の間に電流波形を調べることによってスイッチング時点の検出が行われる。スイッチング時点の検出は、公知である。
【００３４】
【発明の効果】
還流回路がアクティブである段階においてスイッチング時点の検出を行う構成により、特に、電圧調節が不要になるという利点が得られる。それによって構成コストが著しく削減できる。時間窓の間でのスイッチ１１０の電力損失応力は著しく小さくなる。得られる特徴的な電流波形によって、エンジンタイプが様々で、従って電気的あるいは機械的パラメータが著しく異なっている場合でも、確実かつ安定した処理、即ちスイッチング時点の検出が可能になる。実際の条件の下では時間窓の間で電流レベルが減少することにより、電磁弁の遮断時磁気回路に蓄積されているエネルギが小さいので、接極子の移動方向を急速に反転させることができる。これは、特に噴射期間が短いことを考えると従来に比較して効果的なものになる。
【００３５】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、安価な構成でスイッチング時点の検出を行なうことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】時間に関した種々の信号の波形を示す信号波形図である。
【図３】本発明を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１００  電磁負荷
１１０  スイッチング手段
１２０  駆動装置
１３０  電流調節器（電圧調節器）
１４０  検出回路
１４５  センサ
１５０  還流装置
【図１】
0003697272.tif 000002
【図２】
0003697272.tif 000003
【図３】
0003697272.tif 000004