JP2005533970A - 内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブに対する直流電圧変換器の開ループ制御及び／又は閉ループ制御のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関、特に自動車の内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブ（１１，１２）に対する直流電圧変換器（１３）の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための方法に関している。前記バルブ（１１，１２）の各々には直流電圧変換器（１３）によって生成された電流が供給される。ここで、前記バルブ（１１，１２）に供給されている電流が当該直流電圧変換器（１３）に対して総体的に高い負荷を示している時点が求められ、総体的に高い負荷を示している場合には、高い負荷が良好に処理されるように当該直流電圧変換器（１３）が制御される。

Description

本発明は、内燃機関、特に自動車の内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブに対する直流電圧変換器の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための方法であって、前記バルブの各々に直流電圧変換器によって生成された電流が供給される形式の、内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブに対する直流電圧変換器の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための方法に関している。また本発明は、同様に少なくとも２つの電磁バルブのための直流電圧変換開の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための相応の装置に関している。

複数の電磁バルブに直流電圧変換器から出力段を介して電流を供給することは公知である。その場合には、異なるバルブに対する複数の電流の重畳に基づいて総体的に高い負荷が直流電圧変換器に生じる可能性がある。この直流電圧変換器はこのような高い負荷に対して設計仕様されていなければならず、このことはとりわけ高コストにつながる。

発明の課題及び利点
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式の方法において、直流電圧変換器の高い負荷の処理に対するコストを低減させることである。

前記課題は本発明の独立請求項の特徴部分に記載されているように、前記バルブに供給されている電流が当該直流電圧変換器に対して総体的に高い負荷を示している時点を求め、総体的に高い負荷を示している場合には、当該直流電圧変換器を高い負荷が良好に処理されるように制御するようにして解決される。前記課題は、本発明の相応の装置によっても解決される。

直流電圧変換器は本発明によって高い負荷に対して設定調整される。それにより直流電圧変換器は、この高い負荷を良好に処理できる状態となる。このことは、直流電圧変換器をもはや高い負荷を基準として設計仕様されなければならないことから開放し、本発明による良好な処理を考慮して構成されるだけでよいという利点をもたらす。特にその場合には、直流電圧変換器の出力コンデンサ自体を、これまでの高い負荷に基づいて必要となっていたものよりも小さな規模で選択できるようになった。

本発明の有利な構成例によれば、高い負荷の場合において直流電圧変換器の出力電圧が高められる。有利にはこの場合出力電圧が目標値に開ループ制御及び/又は閉ループ制御され、目標値が高められる。

この手段によれば、直流電圧変換器の高い負荷が、直流電圧変換器の出力電圧の急激な落ち込みを僅かにする結果につながる。しかしながらこのことは、高い負荷が直流電圧変換器によって良好に処理されることも同時に意味する。特に出力電圧の僅かな落ち込みは、既に前述したように直流電圧変換器の出力コンデンサを小さく選択できるようにする。

特に有利には、出力電圧及び/又は目標値の引き上げは、高い負荷の発生前に既に行われる。それにより、直流電圧変換器は高い負荷に対して処理される。この場合出力電圧の上昇は、高い負荷の発生のもとで既に全面的に存在すると共に効果を発揮する。

本発明のさらなる実現は、コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される場合には、本発明による方法の実施に適したプログラム命令を備えたコンピュータプログラムにおいて行われる。相応に本発明は、本発明による方法の実施に適したプログラム命令を有しているコンピュータプログラムを備えたデジタル記憶媒体によっても実現される。

本発明のさらなる特徴、適用実施例及び利点は、以下の明細書で本発明の実施例に基づいて詳細に説明される。これらの実施例は以下に説明する図面に示されている。この場合以下で記述されるあるいは図面に表示される全ての特徴もしくはその任意の組合わせも、独立請求項ないしは従属請求項でのそれらの統合に依存することなく、あるいは以下の明細書でのそれらの形式ないしは明細書ないし図面での表示に依存することなく本発明の対象となり得る。それらの図面のうち、
図１は、内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブの開ループ/閉ループ制御のための本発明による装置の実施例を概略的に示したブロック回路図であり、
図２は、４つの順次連続する時間領域における電流経過を伴う電磁バルブの１つに対する切替え構成を示した図であり、
図３は、４つの時間領域における電磁バルブの１つを介した電流の概略的な時間ダイヤグラムを示した図であり、
図４ａ〜ｃは、電磁バルブにおける電流と電圧の概略的な３つの時間ダイヤグラムを示した図である。

次に本発明を図面に基づき以下の明細書で詳細に説明する。図１には、少なくとも２つの電磁バルブ１１，１２の制御のための装置１０が示されている。これらの電磁バルブ１１，１２は、特に自動車の内燃機関に用いるために設けられている。例えばこれらの電磁バルブ１１，１２は、内燃機関の吸/排気バルブの電動油圧バルブ制御と関連して設けられてもよい。そのようなケースでは、電磁バルブ１１，１２と共に内燃機関の吸/排気バルブを開閉せしめる油圧システムが制御される。

ここでは、以下に記載する装置１０が、図示の２つの電磁バルブ１１，１２に対してのみ用いられるのではなくて、当該装置１０は相応の拡張によって任意の数の電磁バルブに対しても使用可能であることを述べておく。そのため４気筒の内燃機関の場合では、全部で３２の電磁バルブが内燃機関の吸排気バルブの制御のために設けられている。

これらのバルブのエネルギー供給のために、２つの直流電圧変換器１３，１４が設けられている。それらは共に１つの変換器１７を形成している。それにより２つの直流電圧変換器１３，１４と変換器１７は、生成された出力電圧を所定の目標値に維持するための開ループ制御部及び/又は閉ループ制御部を含んでいる。

直流電圧変換器１３は、電気的な線路１５上でブースター電流を生成するのに適している。相応に直流電圧変換器１４は、電気的な線路１６上で保持電流を生成するのに適している。ここでブースター電流は保持電流よりも大きい。

直流電圧変換器１３，１４とバルブ１１，１２の間には出力段２０が設けられており、この出力段を用いてバルブ１１，１２に関する電流経過が制御される。この制御は、この場合制御機器１９によって行われる。出力段２０の機能とその制御並びにそれによって生成されるバルブ１１に関する電流経過は、以下の明細書で図２に基づいて詳細に説明する。そこでの説明は相応する形式でバルブ１２に関する電流経過に対しても、それぞれさらなるバルブに関する電流経過に対しても当てはまる。

図２には、２つの直流電圧変換器１３，１４から到来する線路１５，１６が示されている。線路１６は、通流方向に接続されたダイオードＤ１を介して電磁バルブ１１の２つの端子のうちの一方に接続されている。この電磁バルブ１１の他の端子も同じように通流方向に接続されたダイオードＤ２を介して線路１５に接続されている。これらの２つのダイオードＤ１，Ｄ２のカソードは、スイッチＳ１を介して相互に接続されている。ダイオードＤ２のアノードは、スイッチＳ２を介してアースに接続されている。

２つのスイッチＳ１，Ｓ２の切換え位置に依存してバルブ１１を介してそれぞれ異なる電流経過が生じる。この２つのスイッチＳ１，Ｓ２を用いることにより４つの異なる切換え位置が設定できる。この４つの異なる切換え位置は、４つの順次連続する時間領域ａ，ｂ，ｃ，ｄを引き起す。２つのスイッチＳ１，Ｓ２の位置は、この場合既に前述したように制御機器１９によって制御される。

図３には、電磁バルブ１１を介した電流ＩNVが時間軸に亘って示されている。特に図３では、４つの時間領域ａ，ｂ，ｃ，ｄが示されており、これらは当該２つのスイッチＳ１，Ｓ２の設定可能な４つの切換え位置から派生するものである。第１の時間領域ａでは、２つのスイッチＳ１，Ｓ２が閉じられている。その結果図３に符号“ａ”で示されている電流経過ａが生じる。直流電圧変換器１３によって生成されたブースタ電流がバルブ１１を介して流れる。この電流Ｉ_ＭＶは、図３に従って最終値まで上昇する。これはバルブ１１をいずれにせよ設定された終端位置に調整するために設けられている。

前記時間領域ａに続く第２の時間領域ｂでは、スイッチＳ１が閉じられ、スイッチＳ２は開かれる。その結果として図３に相応の符号“ｂ”で示されている電流経過ｂが生じる。この電流経過は、いわゆるフリーホイーリングである。このことは、電磁バルブ１１内に含まれる電気エネルギの少なくとも一部が前記フリーホイーリングを介して減じられることを意味する。相応に電流Ｉ_ＭＶは、図３による時間領域ｂにおいては減少する。

時間領域ｃでは、スイッチＳ１は開かれ、スイッチＳ２は閉じられる。その結果として図３に相応の符号“ｃ”で示されている電流経過ｃが生じる。この時間領域ｃでは、電圧変換器１４によって生成された保持電流がバルブ１１に供給される。この場合この保持電流は、次のように選択される。すなわちバルブ１１をブースタ電流に基づいて到達させた終端位置が変えられないように選択される。

前記時間領域ｃに続く時間領域ｄでは、２つのスイッチＳ１，Ｓ２が開かれる。その結果として図３に符号“ｄ”で示されている電流経過ｄが生じる。この電流経過は、いわゆる電磁バルブ１１のリセットである。このことは、電磁バルブ１１内に含まれるエネルギが完全にゼロまで低減されることを意味する。その際にバルブ１１から出た電流Ｉ_ＭＶはこの時間領域ｄにおいてダイオードＤ２を介して直流電圧変換器１３に還流する。

図４ａでは、接続されたバルブ１１，１２に対する直流電圧変換器１３によって生成されたブースタ電流Ｉ_Ｂが時間軸ｔに亘って示されている。

既存の２つ若しくはそれ以上のバルブ１１，１２に基づいて、時間領域ａのブースタ電流は２つ若しくはそれ以上のバルブ１１，１２によって重畳される。この種の重畳及びその結果として生じる高いブースタ電流は、図４ａにおいて符号２２によって表わされている。

この高いブースタ電流２２は、当該ブースタ電流に対して設けられた直流電圧変換器１３を非常に高い負荷にさらすことになる。この負荷の良好な処理のために以下のことがなされる。

制御機器１９は、変換器１７、特にブースタ電流に係る直流電圧変換器１３と線路１８を介して接続されている。制御機器１９によって、ブースタ電流の重畳に基づいて生じる高い負荷がいつ現れるかが求められる。このことは、制御機器１９によって、出力段２０のスイッチＳ１，Ｓ２の設定された起動制御から導出可能である。

高い負荷の発生の前に、制御機器１９は間近に迫った高い負荷を変換器１７、特に直流電圧変換器１３に示す。このことは、制御機器１９から線路１８を介して変換器１７に伝達された信号Ｓを用いて行われる。

図４ｂには、信号Ｓが時間軸ｔに亘ってプロットされている。この図では、信号Ｓが、時点Ｔ１から時点Ｔ２まで延在している期間Ｔの間存在していることから明らかである。このことは、図４ｂにおいて符号２３によって表わされている。この期間Ｔは、図４の高いブースタ電流２２が存在している期間にほぼ相当している。

図４ｃには、直流電圧変換器１３の出力電圧Ｕ_Ｂが時間軸に亘ってプロットされている。既に前述したように、この出力電圧Ｕ_Ｂは、所定の目標値に開ループ制御及び/又は閉ループ制御される。目標値は、図４ｃ中に符号“Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}”を付されて表わされている。この場合直流で夏変換器１３の開ループ制御及び/又は閉ループ制御は、例えば次のように構成される。すなわち、直流電圧変換器１３の出力電圧Ｕ_Ｂが目標値Ｕ_ＢＳを中心に＋／−１０％の許容領域内で変動するように構成される。

図４ｃから明らかなように、直流電圧変換器１３の出力電圧Ｕ_Ｂの目標値Ｕ_ＢＳは期間Ｔの間高められる。このことは図４ｃ中に破線で示されており、符号２４を付されて表わされている。

既述したように、図４ｂの期間Ｔは既に図４ａの高いブースタ電流２２の上昇直前の時点Ｔ１から始まっている。このことは、目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げも高いブースタ電流２２の引き上げ直前に行われることを意味する。この目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げからは、直流電圧変換器１３の出力電圧Ｕ_Ｂの引き上げも生じる。このことは、図４ｃ中に破線で示され、符号２５を付されて表わされている。

図４ａで符号２２によって表わされているブースタ電流Ｉ_Ｂが上昇している時点からは、直流電圧変換器１３に、符号２５で表わされた高められた出力電圧Ｕ_Ｂが供給される。それにより、直流電圧変換器１３がブースタ電流Ｉ_Ｂの上昇に伴う高い負荷を良好に処理できることが達成される。

特に目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げとその結果として高まる出力電圧Ｕ_Ｂによって、高いブースタ電流Ｉ_Ｂに基づく出力電圧Ｕ_Ｂの落ち込みは、前述した引き上げなしの場合よりも少なくなる。このことは、図４ｃにおいて符号２６，２７の付された特性曲線経過に基づいて明らかである。この場合の目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げに伴って生じる特性曲線経過は破線と符号２６で示され、それに対して前述したような目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げなしで生じ得る特性曲線経過は符号２７で表わす。

図４ｃの符号２６で表わされた出力電圧Ｕ_Ｂの僅かな落ち込みに基づいて、直流電圧変換器１３に、目標値Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}の引き上げなしで必要とされる出力キャパシタンスよりも小さな出力キャパシタンスを備えさせることが可能となる。同様に、変換器１７内に含まれる開ループ制御及び/又は閉ループ制御部は、信号Ｓに基づいて、詳細には特に期間Ｔの最初における信号Ｓの上昇に基づいて、既に制御偏差の現れる前に予防的措置を講じることが可能となる。これは高いブースタ電流に基づいて生じる制御偏差に反作用させるためである。特に開ループ制御部及び/又は閉ループ制御部は、予防的に直流電圧変換器１３の出力を高めることが可能である。

さらに線路１８を用いることで、さらなる緊急時機能が以下のように実現可能である。

例えば直流電圧変換器１４が欠陥を生じている場合、そしてこのことが、本願では詳細に説明してないが制御機器１９によって識別された場合には、当該制御機器１９は、残った直流電圧変換器１３を次のように開ループ制御及び/又は閉ループ制御する。すなわち、この直流電圧変換器１３が、直流電圧変換器１４の機能を受け継ぎ、さらに保持電流を生成するように制御する。例えば直流電圧変換器１３の出力電圧は、このようにして相応の保持電流を生成するためにパルス制御される。

それとは逆のケースでは、制御機器１９は、直流電圧変換器１４を次のように開ループ制御及び/又は閉ループ制御する。すなわちこの直流電圧変換器１４が、保持電流のみでなく、ブースタ電流も付加的に生成するように制御する。特に制御機器１９は、直流電圧変換器１４の出力で夏の目標値を引き上げる。この場合補足的にさらに有利には、制御機器１９は、ブースタ電流の生成に対して、生じ得るバルブ引き寄せ動特性の悪化を補償するために、スイッチＳ１，Ｓ２を時間的に早期に起動制御する。

内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブの開ループ/閉ループ制御のための本発明による装置の実施例を概略的に示したブロック回路図 ４つの順次連続する時間領域における電流経過を伴う電磁バルブの１つに対する切替え構成を示した図 ４つの時間領域における電磁バルブの１つを介した電流の概略的な時間ダイヤグラムを示した図 ａ〜ｃは、電磁バルブにおける電流と電圧の概略的な３つの時間ダイヤグラムを示した図

Claims (11)

1. 内燃機関、特に自動車の内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブ（１１，１２）に対する直流電圧変換器（１３）の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための方法であって、
   前記バルブ（１１，１２）の各々に直流電圧変換器（１３）によって生成された電流が供給される形式の方法において、
   前記バルブ（１１，１２）に供給されている電流が当該直流電圧変換器（１３）に対して総体的に高い負荷を示している時点を求め、総体的に高い負荷を示している場合には、当該直流電圧変換器（１３）を高い負荷が良好に処理されるように制御することを特徴とする方法。
2. 前記バルブ（１１，１２）に供給される電流を、前記バルブ（１１，１２）に前置接続された出力段（２０）の所定の起動制御に依存して求める、請求項１記載の方法。
3. 直流電圧変換器（１３）に対する高い負荷を、異なるバルブ（１１，１２）の重畳された電流から導出する、請求項１または２記載の方法。
4. 高い負荷の場合において直流電圧変換器（１３）の出力電圧（Ｕ_Ｂ）を引き上げる、請求項１から３いずれか１項記載の方法。
5. 前記出力電圧（Ｕ_Ｂ）を目標値（Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}）に開ループ制御及び/又は閉ループ制御し、さらに目標値（Ｕ_{Ｂｓｏｌｌ}）を引き上げる、請求項４記載の方法。
6. 高い負荷の場合に、直流電圧変換器（１３）の出力を引き上げる、請求項１から５いずれか１項記載の方法。
7. 前記引き上げは、高い負荷の現れる前の時点（Ｔ１）で既に行われる、請求項４から６いずれか１項記載の方法。
8. 前記引き上げを、高い負荷が終了する（Ｔ２）と同時に終了させる、請求項４から７いずれか１項記載の方法。
9. コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行される形式のコンピュータプログラムにおいて、請求項１から８いずれか１項記載の方法を実施するのに適したプログラム命令が備えられていることを特徴とするコンピュータプログラム。
10. デジタル記憶媒体において、
    請求項１から８いずれか１項記載の方法を実施するのに適したプログラム命令を有しているコンピュータプログラムを備えていることを特徴とするデジタル記憶媒体。
11. 内燃機関、特に自動車の内燃機関の少なくとも２つの電磁バルブ（１１，１２）に対する直流電圧変換器（１３）の開ループ制御及び/又は閉ループ制御のための装置であって、
    前記バルブ（１１，１２）の各々に直流電圧変換器（１３）によって生成された電流が供給可能である形式の装置において、
    制御機器（１９）により、前記バルブ（１１，１２）に供給される電流が当該直流電圧変換器（１３）に対して総体的に高い負荷を示している時点が求められ、
    総体的に高い負荷が示されている場合に、当該直流電圧変換器（１３）が前記制御機器（１９）によって高い負荷が良好に処理されるように制御されるように構成されていることを特徴とする装置。

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