(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル内燃機関における燃料調量を制御するための電磁弁等の電磁的負荷の制御方法において、
前記負荷がスイッチング手段と直列に接続されており、
前記スイッチング手段には制御動作信号が供給され、
前記制御動作信号は、制御手段によって予め設定可能であり、
電磁的負荷のスイッチング時点を求めるために、制御動作信号の周期期間が評価され、周期期間が変動した場合にスイッチング時点が識別されることを特徴とする、電磁的負荷の制御方法。
【請求項２】
前記制御動作信号のパルス長又は周期期間を評価する、請求の範囲第１項記載の電磁的負荷の制御方法。
【請求項３】
前記パルス長又は周期期間が変化した場合に、スイッチング時点を識別する、請求の範囲第２項記載の電磁的負荷の制御方法。
【請求項４】
前記パルス長又は周期期間の変化が閾値を上回った場合に、スイッチング時点を識別する、請求の範囲第１項〜３項いずれか１項記載の電磁的負荷の制御方法。
【請求項５】
１つの時間窓が設定可能であり、該時間窓内でスイッチング時点が識別される、請求の範囲第１項〜４項いずれか１項記載の電磁的負荷の制御方法。
【請求項６】
前記制御動作信号は、負荷を流れる電流を制御する手段によって予め与えられる、請求の範囲第１項〜５項いずれか１項記載の電磁的負荷の制御方法。
【請求項７】
ディーゼル内燃機関における燃料調量を制御する電磁弁等の電磁的負荷の制御装置であって、
負荷に直列に接続されたスイッチング手段を有しており、
前記スイッチング手段は制御動作信号を供給されている形式の電磁的負荷の制御装置において、
電磁的負荷のスイッチング時点を求めるために、制御動作信号の周期期間を評価する手段が設けられており、この場合周期期間が変動した場合にスイッチング時点が識別されることを特徴とする、電磁的負荷の制御装置。
【発明の詳細な説明】
従来の技術
本発明は、請求の範囲第１項の上位概念による電磁的な負荷の制御方法及び装置に関する。
電磁的な負荷の制御方法及び装置は例えばドイツ連邦共和国特許公開第３４２６７９９号（米国特許第４６５３４４７号明細書）公報から公知である。この公報に記載の装置では電磁弁のスイッチング時点と、それに基づくスイッチングオン時間及びスイッチングオフ時間が検出される。電磁弁を通る電流の時間経過に基づいて電磁弁の正確なスイッチング時点が検出される。
そのような電磁弁は有利にはガソリン及び／又はディーゼルエンジンにおける燃料噴射の制御に用いられる。最小噴射量の正確な調量に対しても特に電磁弁のプランジャが２つの終端位置のうちの１つに達するスイッチング時点が重要である。
公知の装置では、通常のようにスイッチング時点が生じる時間窓の枠内で電流経過が評価され、その時間経過の評価に基づいてスイッチング時点が検出される。
発明の課題
本発明の基礎とする課題は、冒頭に述べたような形式の電磁的な負荷の制御方法及び装置において、僅かなコストでスイッチング時点が検出できるように改善を行うことである。
この課題は請求の範囲第１項の特徴部分に記載の本発明によって解決される。
発明の利点
本発明による電磁的な負荷の制御方法及び装置によれば、僅かなコストでスイッチング時点が検出可能となる。
図面
図１は本発明による装置のブロック回路図である。
図２は時間に亘って生じた種々の信号の経過図である。
図３は本発明による実施例のフローチャートである。
実施例の説明
次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。
以下に記載する実施例は特にディーゼル内燃機関の燃料調量領域における電磁的負荷を制御するための装置である。この装置は基本的にはあらゆる電磁的な負荷と一緒に用いることが可能であり、本実施例として記載された特定用途にのみ限定されるものではない。
しかしながら有利には本発明による装置は内燃機関と共に、特に内燃機関の燃焼室における燃料の調量の際に用いられる。この場合特に有利には電磁弁が内燃機関への燃料の調量の制御に用いられる。電磁弁の制御によって、燃料噴射開始及び燃料噴射終了と、噴射される燃料量が決定される。
特に負荷が小さくて回転数が高い場合には、最小噴射量を可及的に正確に調量する必要がある。これに対しては電磁弁の可動子がその終端位置に達する時点を知る必要もある。この時点は通常はスイッチング時点と称される。この時点は電磁弁電流の時間経過を評価することによって得られる。
図１には本発明による装置のブロック回路が概略的に示されている。この図では主要な構成素子しか示されていない。バッテリの正極Ｕｂａｔは、負荷１００（例えば電磁的負荷）と、切換手段１１０と測定装置１２０からなる直列回路を介してアースに接続されている。
さらにバッテリ電圧Ｕｂａｔの正極はダイオード１０５のカソードに接続されている。ダイオード１０５のアノードは、負荷１００とスイッチング手段１１０との間の接続点に接触接続されている。ダイオード１０５のアノードはツェナーダイオード１０８のカソードと接続されている。ツェナーダイオード１０８のアーノードはアースと接続されている。
スイッチング手段１１０は出力段１３０から制御信号を供給される。測定手段１２０の２つの端子は電流評価回路１３５に接続されている。この電流評価回路１３５は電流制御器１４０に電流の実際値１１を供給する。電流制御器は出力段１３０とフィルタ１４５に信号Ｖｔｃを供給する。フィルタ１４５は時間窓回路１５０に信号ＶＣＬＰを供給する。この時間窓回路１５０は信号ＣＬＰを制御ユニット１５５に転送する。
制御ユニット１５５は、時間窓回路１５０に信号ＣＬＰＶを供給する。さらに制御ユニット１５５は電流制御器１４０に電流の目標値ＩＳを供給する。制御ユニット１５５はさらに出力段１３０と接続され、この出力段１３０に信号ＣＨＩＬとＤＲＶＯを伝送する。さらに出力段１３０は電流制御器１４０と信号伝送のために接続されている。制御ユニット１５５は、種々のセンサ１６０からの信号を検出し、さらなる素子１６５へ種々の信号を供給する。
負荷と、スイッチング手段１１０と、測定装置１２０の配置構成例が図１に示されている。この配置構成はその他の順序で行ってもよい。例えば測定手段１２０を負荷１００とスイッチング手段１１０との間に配設するように構成してもよい。測定手段１２０が電磁的負荷１００と切換手段１１０の間に配設されるかないしは電磁的負荷１００と給電電圧の正極Ｕｂａｔとの間に配設される場合は、電流値もスイッチング手段１１０の開いた後で検出して評価してもよい。
ダイオード１０５は還流ダイオード（フリーホイールダイオード）として用いられ、そのような還流回路の最も簡単な構成例を表わす。この回路は場合によっては別のスイッチング手段（例えば直列接続された複数のダイオード）か又はトランジスタ及びダイオードからなる直列回路に置き換えることもできる。相応にツェナーダイオード１０８に対してもこれは当てはまる。このツェナーダイオード１０８は消弧装置として用いられ、場合によっては別の構成素子によって置換されてもあるいは補助されてもよい。
スイッチング手段１１０は有利にはトランジスタ（例えば電界効果トランジスタ）である。測定手段１２０として最も簡単な場合ではオーム抵抗が用いられる。この場合にはオーム抵抗における電圧降下が、負荷１００及びスイッチング手段１１０からなる直列回路を通って流れる電流に対する尺度として用いられる。
前記装置はここでは内燃機関の燃料調量装置の例として記載されたものである。制御ユニット１５５は種々のセンサ１６０の信号を評価する。これらのセンサ１６０は例えば回転数、アクセルペダル位置、種々異なる温度及び圧力値、並びに火花点火装置の場合にはスロットル弁の位置等を検出する。これらのセンサ信号に基づいて制御ユニット１５５は、種々異なる調整部材１６５の制御のための種々の信号を算出する。
とりわけ制御ユニット１５５は、スイッチング手段１１０の制御持続時間を決定する信号ＤＲＶＯを設定する。この信号ＤＲＶＯの正のエッジではスイッチング手段１１０は閉じ、負のエッジではスイッチング手段１１０が開かれる。この信号の正と負のエッジの間で電流制御器１４０が、負荷を流れる電流（これは測定手段１２０によって検出される）を所定の値に制御する。
第１の時間フェーズ期間中は電流は有利には比較的高い値に制御され、第２の時間フェーズ期間中は比較的低い値に制御される。これに対して電流評価部１３５は、抵抗１２０における電圧降下に基づいて負荷１００を流れる実際値電流を求める。電流制御器１４０は、この実際値電流Ｉ１と目標電流ＩＳを比較する。この比較に基づいて電流制御器１４０は制御動作信号Ｖｔｃを出力段１３０の励振のために生成する。この出力段１３０はそれに応じてスイッチング手段１１０を制御する。
電流制御器１４０の出力信号は、さらにフィルタ１４５によって処理される。このフィルタ１４５は電流制御器１４０の出力信号Ｖｔｃのパルス長に比例する電圧値を生ぜしめる。
電磁弁のプランジャが移動するのに対して、電磁弁のコイルの中では電圧が誘起される。スイッチング時点ではこの可動子はその新たな終端位置に達し、移動を終了する。これは誘起電圧の消失を引き起こし、これによってはこの時点でコイルを流れる電流が変化する。それによりスイッチング時点でパルス長が変化する。このパルス長の評価によってはスイッチング時点が求められる。時間窓回路１５０は電磁弁の制御後の所定の時間領域内のみの評価を可能にする。
以下の明細書では図２に基づき時間軸に亘って示された種々の信号を説明する。
図中第１段目には信号ＤＲＶＯが示されている。この信号は制御ユニット１５５から出力段１３０に転送される。
２段目には信号ＣＨＩＬ（これも制御ユニット１５５から出力段１３０に転送される）が示されている。これらの信号が現れている間は電流の第２の目標値に制御される。
３段目には電磁弁を流れる電流Ｉが示されている。４段目には電磁弁ニードルの移動量Ｈが示されている。
５段目には電流制御器１４０の出力信号に相応する信号Ｖｔｃが示されている。この信号はさらにスイッチング手段１１０のスイッチング状態に相応する。比較的低い信号値ではスイッチが開いており、比較的高い信号値ではスイッチが閉じている。
次の段にはこの信号のフィルタリングされたパルス長が示されている。この信号はフィルタ１４５中に内部的にのみ存在する。７番目の段には信号ＶＣＬＰが示されている。この信号は周波数が所定の閾値を上回った場合に高い値（ハイレベル）となる。
次の信号ＣＬＰＶはそのハイレベル値でもって時間窓を定めている。通常はこの時間窓内にスイッチング時点が存在する。この信号は制御ユニットから時間窓回路１５０に転送される。最後の段には信号ＣＬＰが示されている。この信号ＣＬＰの正のエッジがスイッチング時点を定める。
出力段１３０が信号ＤＲＶＯの正のエッジを受け取った場合には、出力段１３０はスイッチング手段１１０を閉じるかないしは電流Ｉに対して０とは異なった目標値を規定するように制御する。このことは電流制御器１４０の出力信号Ｖｔｃがハイレベル値になることを意味する。
信号ＣＨＩＬが比較的高い値をとるまでの第１の期間内では電流制御器１４０は電磁弁を流れる電流を、制御ユニットから与えられる目標値ＩＳＩに制御する。この電流制御器は有利には２点制御器として構成される。この２点制御器は、上方の閾値を上回った場合にスイッチング手段１１０を開く。下方の電流閾値は流動的で、所定の期間ＴＰ中のスイッチング手段の非活性化によって達成される。これは、電流値が上回った場合にはスイッチが開かれ、所定の期間ＴＰの経過後には再びスイッチが閉じられることを意味する。電磁弁を流れる電流Ｉは、所定の上方の閾値と下方の閾値の間を往復する。
期間Ｔｌｒｅｇの終了直前では電磁弁ニードルが新たな終端位置方向に移動を開始する。スイッチング手段１１０のスイッチング状態ないし電流制御器の出力信号は、上方及び下方の信号値の間で入替わる。当初はスイッチング手段は比較的長い期間閉成される。しかしながら第１の期間ＴＩｒｅｇ中遮断期間ＴＰは、２点制御器の所望のヒステリシスが得られるように設定される。
信号ＣＰＨＩＬの存在する場合には、上方の電流閾値Ｓ１に相応する目標値は比較的小さい値に低減する。第１フェーズ中の目標値Ｓ１は、ピックアップ電流と称され、第２フェーズ中の目標値Ｓ２は保持電流と称される。電流に対する目標値の低減は、電磁弁が動き始めた後で生ずる。
この時点は種々の動作パラメータに依存して制御ユニット１５５により推定される。この時点に到達した後では制御ユニット１５５が正のエッジを有する信号ＣＨＩＬを出力する。信号ＣＨＩＬの正のエッジから、スイッチング時点の所望のヒステリシスや十分な精度が達成されるように、一定の又はリニアに小さくなる遮断期間ＴＰが設定される。遮断期間ＴＰが予期される閉成期間の方向で線形的に又は非線形的に短縮されるならば、それによって識別の精度ないし応答感度は向上され得る。可変の遮断期間の利点として、スイッチング素子１１０の出力損失が低減される。なぜなら最大のスイッチング周波数が閉成時点近傍で初めて現れるからである。
電磁弁がその終端位置に近接した時点で、信号Ｖｔｃのパルス長は突然変化する。この時点における信号Ｖｔｃのパルス長に着目すれば、スイッチング時点においてパルス長の突然の変化ないし突然の上昇が識別される。フィルタリングされたパルス長が閾値を上回ると直ちに信号ＶＣＬＰは正のエッジを有する。誤った識別を回避するためには、信号ＶＣＬＰにより信号ＣＬＰＶの正のエッジと負のエッジの間だけで許容可能であるとの識別が行われる。
信号ＶＣＬＰの許容され得る正のエッジにおいては信号ＣＬＰの正のエッジが制御ユニット１５５に伝送される。この正のエッジは電磁弁のスイッチング時点を表わす。信号の遅延に基づいてエッジは遅延時間Ｔｄだけ本来のスイッチング時点よりも遅れて現れる。この遅延時間Ｔｄはフィルタと、閉成時点におけるスイッチング周波数の関数であり、これは制御ユニット１５５によって考慮される。
電磁弁１００における電流が直接測定できる場合には選択的に、上方及び下方の閾値を備えた２点制御器によって周期期間の変化を評価することも可能である。重要なことはスイッチング手段１１０のスイッチング状態を表わす特性量が評価されることである。スイッチング手段の制御動作信号ないし電流制御器１４０の出力パラメータが変化した場合には、変化の時点が電磁的負荷のスイッチング時点に相応する。
本発明による方法をより明確にするために図３に示されたフローチャートが参照される。信号ＤＲＶＯの正のエッジが現れた場合には直ちにステップ３００にてプログラムが開始される。ここでは電流制御器１４０による第１の目標値ＩＳ１への電流制御が行われる。
引き続き問合せステップ３１０では、信号ＣＨＩＬの有無が検査される。信号ＣＨＩＬが存在しない場合には、再びステップ３００に戻って処理が続けられる。信号ＣＨＩＬが存在する場合にはステップ３２０に進す。このステップ３２０では電流制御器１４０によって電流が第２の目標値に制御される。
それに続く問合せステップ３３０では信号ＣＬＰＶの有無が検査される。信号ＣＬＰＶが存在しない場合はプログラムはステップ３２０に戻る。信号ＣＬＰＶが存在する場合には、ステップ３４０に進む。ここでは期間ＴＰに対して一定の値が与えられる。引き続きステップ３５０では信号Ｖｔｃからパルス長が求められてフィルタリングされる。問合せステップ３６０では、フィルタリングされた信号Ｖｔｃが閾値Ｓよりも大きいか否かが検査される。信号Ｖｔｃが閾値Ｓよりも小さい場合にはステップ３５０が繰り返され、信号Ｖｔｃが閾値Ｓよりも大きい場合には、信号ＣＬＰが出力される。
負荷を流れる電流を制御する代わりに、負荷における降下電圧を制御することも可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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