JP2008517200A - 駆動回路および駆動装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、駆動部分と、ブリッジ２からなる制御回路、ブリッジ２に接続される電気回路制御部品および上記駆動部分の動作を制御する電気式制御機構１０と、を含む少なくとも一つの駆動装置を備える駆動装置１の制御回路を監視する方法に関する。上記方法は、ブリッジ２に電力供給するステップと、駆動部分の状態を示す、少なくとも一つの計測信号を生成するステップとを含む。また、電気式制御機構１０を駆動する時間中、低閾値と高閾値との間で定義された操作範囲内で、実質的に同じになるようにするための上記計測信号に従って、ブリッジ２の、少なくとも一つの分岐線の導通を遮断するステップも含む。そして、上記導通は、低閾値より超過の、少なくとも一つの特定の閾値に上記計測信号が到達したとき、ブリッジ２の二つの分岐線を介して、電気式制御機構１０を短絡にするために、少なくとも一つの分岐線において、遮断される。

Description

本発明は例えば自動車車両に装着するよう設計された内燃機関の燃料噴射制御の分野に関する。本発明はさらに詳細には、噴射燃料が非常に細かい液滴状に噴霧されることを可能にする燃料噴射制御に関する。

自動車または運搬車に搭載された内燃機関に現在使用されている燃料噴射装置は、通常、開状態または閉状態が連続的に制御される弁にしたがって操作されるため、噴射される燃料の割合は開放時間により直接的に制御される。

そのような噴射システムは電気式燃料供給ポンプを備える。この電気式燃料供給ポンプは、圧力調整器により、排気マニホルドのダクトを介し、吸気マニホルド内の圧力と一定差の圧力下にある全てのインジェクタを供給する。各インジェクタの入口弁を作動させる電磁石を電気的に制御することにより、該入口弁の起動時間および開放時間が制御され、各インジェクタの正確な燃料の流量が決定する。したがって、噴射される燃料の量は電気インジェクタの開放時間のみに依存している。

しかしながら、最も広く採用されている電磁式制御によるニードル弁タイプのインジェクタはエンジン性能の向上を妨げ、特に公害防止策に関して限界がある。特に、ニードル弁の開閉時間は尚も約１〜２分と長すぎ、入口弁の全開放時間に亘って正確に噴射されることを妨げる。さらに、噴射可能な燃料の最小比率を決定する最短開放時間は、エンジンのある特定の操作状態にとって尚も長すぎる。

既知のニードル弁インジェクタは、全負荷状態かつ高い速度の下でのエンジンの操作に必要な量の燃料が流れることを可能とするために、比較的大きな直径の噴射オリフィスをさらに有する。したがって、この構成は、燃料の蒸発（したがって、空気と燃料との混合物の形成）を妨げる大きな直径の液滴の燃料の噴射を生み、「側壁湿潤」現象を促進する。

この現象は、直接噴射モードで非蒸発燃料が空気吸入口の側壁または燃焼室の側壁に付着する傾向により生じる。そのような付着は混合比に関する問題を招き、この問題は、対応する燃焼室に効果的に入る燃料の量に関する情報がないため、過渡的な段階の間に特に切実である。この側壁湿潤の現象は、エンジンの常温始動の間に多くの汚染物質が放出される主な原因の一つである。

さらに、従来のニードル弁インジェクタでは、弁針を開ける際、該針はその弁座を離れはじめ、液体の泡が形成され、該泡は針が完全に上がった時に消え、流体の流れが正常になる。この流れの特徴の変化により、インジェクタの瞬時の流れを正確に制御することが不可能となる。

いくつかの調査グループは、針の開閉時間を短縮するために、ニードル弁を操作するための圧電性アクチュエータを使用したインジェクタを開発することにより、これらの様々な問題を解決することを試みてきた。しかし、そのようなシステムは、いまだに、弁の原理により操作されており、インジェクタノズルの出口における燃料噴射の液滴のサイズに影響を及ぼす顕著な分散に特に関係する深刻な欠点を残している。

したがって、全ての前述の問題は、空気と燃料との混合物が燃焼室で作られる際、空気と燃料との不正確な混合比により、燃料の蒸発が不完全かつ不均一となることに帰着する。結果的に、該燃料の蒸発は、多量の汚染ガスをもたらす不完全燃焼とエンジンの効率を変える駆動力不足とを招く。

特許文献１は、燃料が供給されるノズルを有するインジェクタを備えた内燃機関の燃料噴射装置であって、該装置の端部に、噴射オリフィスと、周期および強度が電子エンジン制御システムにより制御される変換器のようなノズルの間欠的な振動のための手段と、ノズルの端部に対する可撓性収縮手段により収縮された閉鎖手段とを備える。前記可撓性収縮手段は、噴射オリフィスに関して対向端部に位置するキャビティまでインジェクタの本体を介して通過するロッドにより形成され、前記ロッドは錘および前記キャビティに収容された制動手段と協働し、ノズルの振動と閉鎖手段とが所定量の燃料の射出をもたらす燃料噴射装置を記載している。

特許文献２には、アクチュエータ制御電子位相を有するアクチュエータを備えた駆動装置であって、回路の第１の端子と第２の端子との間に直流源を有するブリッジ回路を備え、該アクチュエータが、回路の第３の端子と第４の端子との間に接続され、第１の端子と第３の端子との間に接続されたスイッチと、第２の端子と第４の端子との間に接続されたスイッチとを有する駆動装置を記載している。ブリッジ回路は第１の端子と第４の端子との間に接続された第１のダイオードと、第２の端子と第３端子との間に接続された第２のダイオードとを有する。このような駆動装置は比較的単純である。しかしながら、位置制御の精度向上に対する必要性が高まっている。
フランス特許公開第２ ８０１ ３４６号公報 フランス特許公開第２ ８４６ ８０８号公報

駆動回路の制御方法は、駆動部分を有する少なくとも一つのアクチュエータと、駆動部分の変位を制御する電気式制御機構とを備えた駆動装置のために設計されたものであり、該駆動回路はブリッジを備え、電気式制御機構は前記ブリッジに接続される。

この方法は、ブリッジに電力を供給する工程と、駆動部分の位置を示す少なくとも一つの測定信号を生成する工程と、電気式制御機構の駆動段階の間、低閾値と高閾値との間の実質的に所定の操作領域内に測定信号を維持するように、該測定信号に応じて、ブリッジの少なくとも一つの分岐線における導通を選択的に遮断する工程とを含み、測定信号が低閾値より上に位置する少なくとも一つの所定の閾値に達すると、ブリッジの２つの分岐線を用いて電気式制御機構を短絡状態に置くような方法で、この導通が少なくとも一つの分岐線内で遮断される。

したがって、正弦曲線に近い形状の電流を電気式制御機構で得ることができる。

本発明の一実施形態では、測定信号が前記所定の閾値に達する、または、前記所定の閾値を超えると、電気式制御機構は短絡回路内に配置される。

本発明の一実施形態では、測定信号が前記所定の閾値より低下すると、電気式制御機構は短絡回路内に配置される。

本発明の一実施形態では、測定信号が高閾値に達すると、電気式制御機構は短絡回路内に配置される。

本発明の一実施形態では、測定信号が高閾値と低閾値との間に位置する中間閾値を超えると、電気式制御機構は短絡回路内に配置される。

本発明の一実施形態では、時間基準信号に応じて、導通は少なくとも一つの分岐線内で遮断される。

本発明の一実施形態では、測定信号が低閾値より低く位置し、時間基準信号が一つの時間単位を示す際に測定信号が操作領域に戻るように、電源を電気式制御機構の端子に印加するような方法で、導通は少なくとも一つの分岐線内で遮断される。

本発明の一実施形態では、測定信号が操作領域内に位置し、時間基準信号が一つの時間単位を示す際に測定信号が低閾値に戻るように、電源を電気式制御機構の端子に印加するような方法で、導通が少なくとも一つの分岐線内で遮断される。

本発明は非限定的な例を挙げて、添付図面に示された幾つかの実施形態の詳細な説明を読むことで理解されるであろう。

本発明は簡易構造および制御システムを備えたアクチュエータを制御するための電子要素の接続配置を有する駆動装置を提供する。１個または２個の逆バイアスがかかっているダイオードがブリッジ回路内で使用され、それにより作動スイッチの数を削減し、制御を簡略化する。

図１に示すように、駆動装置１はブリッジ回路２と、制御ユニット３と、検出アセンブリ４とを備える。

ブリッジ回路２は、４個の端子５、６、７、８と、該ブリッジ回路２の第１の端子５および第２の端子６に接続され、直流電圧を流す直流電圧源９、例えば電池または交直電力変換装置とを備える。変形例として、電源９が定電流を流すことも考えられる。アクチュエータを駆動可能にする電気式制御機構１０はブリッジ回路５の第３の端子７と第４の端子８との間に接続される。電気用語では、電気式制御機構１０はインダクタに相当する。第１のスイッチ１１は第１の端子５と第３の端子７との間に接続され、第２のスイッチ１２は第２の端子６と第４の端子８との間に接続される。ブリッジ回路２は、スイッチ１１、１２として使用可能なＭＯＳタイプのトランジスタが配置される集積回路の形でもよい。ＩＧＢＴトランジスタ等の他のタイプのスイッチも使用可能である。スイッチ１１、１２の操作は、該スイッチ１１、１２の制御端子が接続される制御ユニット３により制御される。ブリッジ回路２は第１のダイオード１３および第２のダイオード１４も有する。第１のダイオード１３は第２の端子６と第３の端子７との間に接続され、第１のダイオード１３の陰極は第３の端子７に接続される。第２のダイオード１４は第１の端子５と第４の端子８との間に接続され、第２のダイオード１４の陰極は第１の端子５に接続される。

ダイオード１３、１４の使用により、制御ユニット３の構造とスイッチを制御するためのプロセスとが簡略化される。ダイオード１３、１４はあらゆる適切なタイプのものでよい。制御電子要素の接続配置の集積化を促進し費用を削減するために、好ましくは、ダイオードとして構成されたＭＯＳトランジスタが使用される。

検出アセンブリ４は、第４の端子８と電気式制御機構１０との間に配置された導線に取付けられた電流プローブ１５を備える。勿論、電流プローブ１５は第３の端子７と電気式制御機構１０との間に取付けられても良い。検出アセンブリ４は、例えば演算増幅器の形態の３個のコンパレータ１６、１７、１８をさらに備える。各コンパレータ１６、１７、１８は、電流プローブ１５の出力に接続された第１の入力を有する。また、各コンパレータ１６、１７、１８は、制御ユニット３の専用の入力に接続された出力を有する。各コンパレータ１６、１７、１８の第２の入力は、それぞれが高レベル、低レベルおよび超低レベルの基準を供給する専用の基準電圧源１９、２０、２１に接続される。

この方法を内燃機関のインジェクタに適用する際には、アクチュエータの制御順序が、インジェクタの封鎖位置と噴射設定点の位置との間の時間に応じて実施されることが特に望まれる。ニードル弁は、最初に最大振幅で封鎖位置から噴射設定点の位置に変位することができ、その後、低振幅ｄ_ａｌｔで定期的に交互に変位する。その後、針は封鎖位置に戻るか、噴射設定点の位置に維持される。交互の変位が噴射設定点の位置への変位に直接的に続かず、ニードル弁が噴射設定点の位置に一定時間保持されることも考えられる。

そのような順序は、噴射順序または噴射前の順序のどちらにも対応する。噴射中に交互の変位が使用されている場合には、噴射設定点の位置は特にニードル弁の開位置にある可能性がある。噴射設定点の位置が封鎖位置にあり、しかも噴射設定点の位置に関する交互変位がニードル弁の開放直前に生じることも考えられる。

図３は制御ユニット３により印加される様々な制御信号および電気式制御機構１０の端子に印加される信号のタイミング図を示す。電気式制御機構１０は電気的にはインダクタに相当する。直流電源９は直流電位を印加する。スイッチ１１、１２を形成するトランジスタのゲートに印加される電圧レベルは、それぞれの切換え位置に対応する。

第１の段階の間、スイッチ１１、１２は開放され、電気式制御機構１０内の電流はゼロである。第２の段階では、始動コマンド（信号Ｆ）が存在し、対応するトランジスタを導通させることによりスイッチ１１、１２は閉鎖される。その後、電流は上昇を開始する。第３の段階では、電流が超低閾値に達したことがコンパレータ１８により検知される。第３の段階ではスイッチ１１、１２は閉鎖したままであり、電流が低閾値に達したことがコンパレータ１７により検知される。電流は略直線状に上昇し続ける。次の段階では、電流が高閾値に達したことがコンパレータ１６により検出される。制御ユニット３はスイッチ１１を開放するよう指令し、それによりダイオード１３が導通される。電気式制御機構１０内の電流は緩やかに低下する。次の段階では、制御ユニット３はクロック信号Ｈを受信し、スイッチ１２を開放するよう指令する。このことは、その後、ダイオード１３、１４を介して流れることとなる電流Ｉの急激な減少を招く。

その後、コンパレータ１７は、電流が低レベルの閾値に達したことを検知する。制御ユニット３はスイッチ１２を閉鎖するよう指令し、それにより、電気式制御機構１０内の電流が緩やかに減少する。該緩やかな減少の２つの段階は類似した下降勾配を示す。次の段階では、制御ユニット３はクロック信号Ｈを受信し、スイッチ１１を閉鎖するよう指令し、それにより電流Ｉが上昇する。コンパレータ１７は電流が低レベルの閾値よりも上昇することを検知する。コンパレータ１６は電流が高レベルの閾値よりも上昇することを検知する。その後、制御ユニット３はスイッチ１１を開放するよう指令する。

その後、最後の４段階はある程度の回数繰り返される。

図示のように、電流が電気式制御機構１０内で減少すると、駆動制御のコマンドの終了が１つの段階で発生し、スイッチ１１は開放され、スイッチ１２は閉鎖される。駆動コマンドの終了を受信すると、制御ユニット３は、スイッチ１２を開放するよう指令し、それにより、ダイオード１４が導通する。ダイオード１３は既に導通している。電気式制御機構１０内の電流は急激に減少する。コンパレータ１７は、電流がいつ低レベルの閾値に減少したかを検知する。その後、コンパレータ１８は、電流がいつ超低レベルの閾値より低く減少したかを検知する。

装置の様々な状態を図４に示す。状態０では、スイッチ１１、１２は開放されている。装置の電源を入れると、該装置は状態１に進む。エラーが検知されると、指令はそれを状態７に送る。状態１では、スイッチ１１、１２は閉鎖されている。装置の電源を切ると、該装置は状態６に進む。エラーまたはクロック信号Ｈの場合、装置は状態７に進む。低閾値ＤＳＢよりも電流が高いことを検知した場合、装置は状態２に進む。状態２では、スイッチ１１、１２は閉鎖されている。装置の電源を切ると、該装置は状態６に進む。エラーまたはクロック信号Ｈの場合、装置は状態７に進む。高閾値ＤＳＨよりも電流が高いことを検知した場合、装置は状態３に進む。状態３では、スイッチ１１は開放されており、スイッチ１２は導通している。装置の電源を切ると、該装置は状態６に進む。エラーの場合、装置は状態７に進む。クロック信号Ｈの場合、装置は状態４に進む。

状態４では、スイッチ１１、１２は開放されている。低レベルの閾値ＤＳＢよりも低く電流が低下したことを検知した場合、装置は状態５に進む。装置の電源を切ると、該装置は状態６に進む。エラーの場合、装置は状態７に進む。クロック信号Ｈの場合、装置は状態２に戻る。状態５では、スイッチ１１は開放されており、スイッチ１２は導通している。装置の電源を切ると、該装置は状態６に進む。エラーの場合、装置は状態７に進む。クロック信号Ｈの場合、装置は状態１に戻る。

状態６では、スイッチ１１、１２は開放されている。超低閾値ＤＳＴＢよりも低く電流が低下したことを検知した場合、装置は状態０に進む。エラーの場合、装置は状態７に進む。

状態７では、スイッチ１１、１２は開放される。リセット信号を受信すると、装置は状態０に戻る。超低閾値を検知することにより、装置起動指令の終了後にコイル内の電流がゼロになる瞬間を正確に特定することが可能になる。したがって、本装置は、該装置を再起動するために、超低電流閾値に到達するまで待機する。したがって、操作上のエラーが防止され、それにより、装置の信頼性および堅牢性が向上する。

本発明は、アクチュエータの移動が正しい方法で制御されることを可能にし、それにより、インジェクタを使用した場合に燃料の噴射が良好に分割され、噴射中に燃料の噴霧が改善されることが可能になる。

図５では、高、低、中間の３つのレベルの電流制御による電流Ｉの波形が示される。図１において点線で示されているさらなるコンパレータ１９は中間の電流閾値を検知するために設けられる。電流の波形は正弦曲線に近似している。

本発明の一態様による駆動装置の回路図である。 図１の装置の変位の時間に対するグラフである。 図１の装置の様々な信号のタイミング図である。 図１の駆動装置の状態のフローチャートである。 アクチュエータ内の電流の時間に対するグラフである。

Claims (8)

1. 駆動部分を有する少なくとも一つのアクチュエータと、前記駆動部分の変位を制御する電気式制御機構とを備えた駆動装置のための駆動回路の制御方法であって、該駆動回路はブリッジを備え、前記電気式制御機構は前記ブリッジに接続され、
   前記ブリッジに電力を供給する工程と、
   前記駆動部分の位置を示す少なくとも一つの測定信号を生成する工程と、
   前記電気式制御機構の駆動段階の間、低閾値と高閾値との間の実質的に所定の操作領域内に前記測定信号を維持するように、該測定信号に応じて前記ブリッジの少なくとも一つの分岐線における導通を選択的に遮断する工程とを含み、
   前記測定信号が前記低閾値より上に位置する少なくとも一つの所定の閾値に達すると、前記ブリッジの２つの前記分岐線を用いて前記電気式制御機構を短絡状態に置くような方法で、前記導通が少なくとも一つの前記分岐線内で遮断されることを特徴とする駆動装置用駆動回路の制御方法。
2. 前記測定信号が前記所定の閾値に達する、または、前記所定の閾値を超えると、前記電気式制御機構が短絡回路内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定信号が前記所定の閾値より低下すると、前記電気式制御機構が短絡回路内に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記測定信号が前記高閾値に達すると、前記電気式制御機構が短絡回路内に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記測定信号が前記高閾値と前記低閾値との間に位置する中間閾値を超えると、前記電気式制御機構が短絡回路内に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 時間基準信号に応じて、前記導通が少なくとも一つの前記分岐線内で遮断されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記測定信号が前記低閾値より低く位置し、前記時間基準信号が一つの時間単位を示す際に前記測定信号が前記操作領域に戻るように、電源を前記電気式制御機構の前記端子に印加するような方法で、前記導通が少なくとも一つの前記分岐線内で遮断されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記測定信号が前記操作領域内に位置し、前記時間基準信号が一つの時間単位を示す際に前記測定信号が前記低閾値に戻るように、前記電源を前記電気式制御機構の前記端子に印加するような方法で、前記導通が少なくとも一つの前記分岐線内で遮断されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。

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