JP2004116522A - 自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路 - Google Patents

Abstract

【課題】　クロック式及び比例動作における騒音発生を著しく低減することができる自動車のタンク排気用電磁パージバルブのための回路の提供を課題とする。
【解決手段】　本発明の回路は、電気エネルギーを前記パージバルブのマグネットコイルに供給するための電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置とを含み、このスイッチング装置を介してマグネットコイルに制御装置のパルス幅変調信号を適用可能で回路であって、マグネットコイルに対する高い誘導電圧を抑制するための手段が設けられていることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、電気エネルギーをパージバルブのマグネットコイルに供給する電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置とを含み、このスイッチング装置を介してマグネットコイルに制御装置のパルス幅変調信号を適用可能である自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路、回路構成に関する。

　自動車のタンク装置内にある揮発性の燃料蒸気を捕捉し、かつ貯蔵し、最終的に計量して取り出し、配量して自動車の内燃機関の吸気管に供給することが公知である。燃料蒸気の捕捉及び貯蔵用の装置として一般的に活性炭キャニスタが使用される。活性炭は燃料蒸気と（吸着して）結合し、この燃料蒸気を対応するファン装置で再び放出する。したがって走行運転中に、エンジンによって新気が活性炭キャニスタを介して吸引され、この新気が燃料を受容し、さらにエンジンに供給される。空気と燃料気体の混合、配量は、いわゆるパージバルブを介して行われる。パージバルブは、常法により、マグネットコイルと、密閉要素を備えた電機子（アンカー）と、弁座と、戻りばね（閉鎖ばね）とを含む電磁駆動式バルブである。通電状態では、電機子がコイルの磁力によって密閉要素を閉鎖ばねのばね力に抗して弁座から持ち上げ、それによって貫流開口部が開放される。このときバルブはその開放位置にある。非通電状態においては、密閉要素が閉鎖ばねによって弁座上に押圧され、このバルブは閉鎖位置にある。

　パージバルブの駆動は、内燃機関の各負荷状態に応じて、その都度、最大配量可能な空気燃料の質量流量を算出し、対応する制御信号に変換するエンジン制御装置において行われる。パージバルブは、この場合、一般的にクロック（パルス幅変調）式に駆動され、エンジン制御装置によってその都度所定のパルスデューティサイクルに依存して異なる配分量を非連続的に放出する。本出願において、パルスデューティサイクルとは、バルブの開放されている周期持続時間に対する全周期持続時間、すなわちバルブの開放及び閉鎖している周期持続時間の相互間の比率である。一周期の間にどれだけバルブが開放されているかを示すものである。

　必然的に種々の欠点が伴う開放位置と閉鎖位置との間に密閉要素を備えているマグネット電極子の振動運動を回避するために、クロック式パージバルブを、いわゆる比例動作で作動させることが公知である（例えば特許文献１参照）。この場合、バルブはもはや振動励起に従うことができず、代わりにその都度各平均コイル電流に相当する位置に固定されるような高い周波数に、クロック周波数は選択される。

　上記形式の公知のパージバルブの欠点として、クロック式及びパルス幅変調式比例動作において、望ましくない騒音が発生することが挙げられ、これは従来防止することができなかった。
国際出願公開第WO99/06893号公報

　本発明は、クロック式及び比例動作における騒音発生を著しく低減することができる自動車のタンク排気用電磁パージバルブのための回路、回路構成の提供を課題とする。

　上記課題は、請求項１の全特徴を有する回路によって解決される。すなわち上記課題は、自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路であって、電気エネルギーを前記パージバルブのマグネットコイルに供給するための電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置とを含み、このスイッチング装置を介して前記マグネットコイルに制御装置のパルス幅変調信号を適用可能であるものにおいて、マグネットコイルに対する高い誘導電圧を抑制するための手段が設けられていることを特徴とする回路によって解決される。本発明の有利な形態は、従属する請求項に記載されている。

　本発明によれば、電気エネルギーをパージバルブのマグネットコイルに供給する電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置を含み、このスイッチング装置を介してマグネットコイルに制御装置のパルス幅変調信号を適用可能である自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路であって、マグネットコイルに対する高い誘導電圧を抑制するための手段が設けられている回路が提供される。最も単純な場合において、高い誘導電圧を抑制する手段は、マグネットコイルに並列に接続されているいわゆるフライホイールダイオードである。

　驚くべきことに、マグネットコイルとフライホイールダイオードの並列回路において、バルブの騒音を著しく低減可能であることが判明した。フライホイールダイオードの使用は、バルブ技術において、それ自体公知であり、常法により、コイル電流を制御する出力スイッチをバルブのスイッチング時に発生する高い誘導電圧から保護するために使用されている。同様に、望ましくないことではあるが、この措置はコイル応答時間を長くすることも公知である。したがって独国特許第196 52 391号は、コイル応答において回復を速くするための措置を考慮している。しかしながら、この措置によって、明らかに、それ以外は通常激しい騒音発生を明らかに低減するために充分であるマグネットバルブの電機子の運動の安定化が生じる。これはバルブの比例動作にも、クロック式動作にも当てはまる。

　本発明による回路において、パージバルブが比例動作において20 Hz〜200 Hzの範囲のパルス周波数で駆動されることが好ましい。常法により使用されているクロック式比例バルブにおけるバルブ特性曲線（パルス持続時間に依存する質量流量）は、パルス周波数の上昇時に急峻かつ非線形になり、これが配量の精度を劣化させることが判明した。この挙動は、一方でコイルの誘導性によってコイル内の電流発生が遅くなり、他方では被移動質量の慣性が克服されることによって説明することができる。従ってパルス周波数の増大に伴い、バルブ空隙を開放するために、より大きなコイル電流が必要になる。パルス周波数は比例動作において約50 Hzであることが好ましい。この周波数は、常時コイル電流が流れ、それによってバルブ電機子が付勢されない擬似比例動作を保証するのにすでに充分であることが判明した。

　本発明による回路は、既存の系列へ導入することを妨げられることがないので、現在自動車内に搭載されている駆動側の電子回路部をそのままの状態にしておくことができ、これは明らかにコスト上の利点として評価され得る長所を有する。本発明による回路は、クロック式にも比例動作にも組み入れることが可能である。

　電圧源が自動車電気系統網を含むことが好ましい。

　制御装置がエンジン制御装置を含むことが好ましい。

　スイッチング装置がパワートランジスタを含むことが好ましく、さらにパワートランジスタにダイオードが並列に接続されていることがより好ましい。

　本発明は、電気エネルギーをパージバルブのマグネットコイルに供給する電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置を含み、このスイッチング装置を介してマグネットコイルに制御装置のパルス幅変調信号を適用可能である自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路に関する。本発明の回路では、マグネットコイルに対する高い誘導電圧を抑制するための手段が設けられている。この構成により、クロック式においても比例動作においてもパージバルブの作動時の騒音発生を著しく低減することができる。

　以下図面を参照して本発明をより詳しく説明する。

　図１はパージバルブを駆動するための回路のブロック図である。このパージバルブの電気回路、磁気回路は、抵抗R_SpとインダクタンスL_Spとによって表される。この抵抗及びインダクタンスと並列に配置されている本発明により使用されるフライホイールダイオードD_fを示す。保護目的のためにダイオードD_sを集積したパワートランジスタは、定周波数と可変パルス幅の制御パルスで駆動され、それによってバッテリ又は車載電気系統網電圧U_bをパージバルブに接続する。制御は一般的にエンジン制御装置を介して行われる。電磁バルブ及び特に自動車内での電磁バルブのパルス幅変調駆動は、それ自体公知であり、多数記載されているため、ここではその駆動に関して、さらに詳述しない。

　図２は、比例動作でパルス周波数50 Hzにおけるマグネットコイル内の電流推移を例示するものである。ａ）はフライホイールダイオード無し、デューティサイクル20％の場合、ｂ）はフライホイールダイオード有り、デューティサイクル20％の場合、ｃ）はフライホイールダイオード有り、デューティサイクル90％の場合である。フライホイールダイオードを備えている場合の放電が明らかに遅くなっていることが識別される。さらにデューティサイクル90％の場合には、常にコイル電流は零よりも大きくなっている。電機子の運動に及ぼす影響を図３に示す。デューティサイクル20％において、ａ）フライホイールダイオード無しの場合の挙動は、ｂ）フライホイールダイオード有りの場合の挙動に対して明らかに粗くなっている。特に電機子は非常に速く静止位置へ戻り、これが明らかに重大な騒音発生の原因となっている。さらにフライホイールダイオード有りの実施形態の場合には、明白にバルブの著しく緩やかな閉鎖特性が現れ、騒音発生が明らかに低減される。ｃ）フライホイールダイオード有り、デューティサイクル90％の場合、もはやバルブは完全には閉鎖しなくなる。これはパージバルブの完全な無騒音動作をもたらす。

　上述より、本発明による回路は、高いパルス周波数による比例動作において、明らかな騒音低減をもたらすだけでなく、クロック式動作における各パルス後の遅い放電に基づいて騒音低減をもたらすことになる。

本発明による有利な実施形態のブロック図を示す図である。 パルス周波数が50 Hzであり、フライホイールダイオード有り又は無しの場合に対する種々のデューティサイクルにおけるマグネットコイルの電流推移を示す図である。 図１のブロック図に対する電機子の運動を示す図である。

符号の説明

R_Sp　　抵抗
L_Sp　　インダクタンス
D_f　　フライホイールダイオード
D_s　　ダイオード
U_b　　車載電気系統網電圧

Claims (8)

1. 自動車のタンク排気用パルス幅変調駆動式電磁パージバルブのための回路であって、電気エネルギーを前記パージバルブのマグネットコイルに供給するための電圧源と、パルス幅変調信号を発生する制御装置と、スイッチング装置とを含み、このスイッチング装置を介して前記マグネットコイルに前記制御装置のパルス幅変調信号を適用可能であるものにおいて、
   　前記マグネットコイルに対する高い誘導電圧を抑制するための手段が設けられていることを特徴とする回路。
2. 前記手段が、前記マグネットコイルに並列に接続されているフライホイールダイオードを含む請求項１記載の回路。
3. 前記パージバルブが、比例動作において20 Hz〜200 Hzの範囲のパルス周波数で駆動可能である請求項１又は２記載の回路。
4. 前記パージバルブが約50 Hzのパルス周波数で駆動可能である請求項３記載の回路。
5. 前記電圧源が自動車電気系統網を含む請求項１〜４のいずれか１項記載の回路。
6. 前記制御装置がエンジン制御装置を含む請求項１〜５のいずれか１項記載の回路。
7. 前記スイッチング装置がパワートランジスタを含む請求項１〜６のいずれか１項記載の回路。
8. 前記パワートランジスタにダイオードが並列に接続されている請求項７記載の回路。

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