JP2017519939A - 往復ピストンポンプを駆動制御するための方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明では、ピストンポンプを駆動制御するための方法および装置が提案される。ここで、ピストンポンプは、所定のクロックレートで駆動制御され、休止時間は、推計学的に変更される。

Description

本発明は、往復ピストンポンプを駆動制御するための方法および装置に関する。

従来技術
通常、往復ピストンポンプは、所定のクロックレートおよび／または所定のデューティ比を有する電気的な駆動制御信号によって駆動制御される。この場合、クロックレートおよび／またはデューティ比は、固定的に設定されてもよいし、動作点に依存して設定されてもよい。そのような往復ピストンポンプは、例えば内燃機関への燃料の要求に対して用いられる。この場合の駆動制御は、好ましくは内燃機関の動作点に依存する。

発明の開示
発明の利点
そのような、固定のデューティ比若しくは固定のクロックレートによる往復ピストンポンプの駆動制御のための方法は、このポンプが当該往復ピストンポンプの駆動制御周波数に対して所定の比にあるノイズを発するという欠点を有している。

それに対して、独立請求項の特徴を有する本発明による方法および本発明による装置は、ノイズ放出が大幅に低減されるという利点を有している。このことは特に、駆動制御の休止時間が推計学的に変更されることによって達成される。

このことは、休止時間が駆動制御毎に変更されることを意味する。

特に好ましくは、クロックレート（ＴＲ）がポンプ吐出量を起点として計算される。それにより、クロックレートの設定によって、ポンプ吐出量を変化させ、必要に応じて適合化させることが可能になる。

特に好ましくは、変動値（Ｖ）は、その絶対値において制限されている。それにより、休止時間は、それを下回ると当該往復ピストンポンプの機能がもはや保証されない最小値を下回って低下しないことが保証される。

特に好ましくは、変動値（Ｖ）の平均値は値ゼロを取る。それにより、平均クロックレートが一定に維持されること、若しくは所期のように変化することが達成される。

さらなる態様において、本発明は、制御機器上で実行可能なコンピュータプログラムの作成のための、処理命令に付随するプログラムコード、特にコンパイラおよび／またはリンク命令を有するソースコードに関しており、ここで、プログラムコードは、処理命令に従ってそれらが実行可能なコンピュータプログラムに変換される場合、即ち、特にコンパイルおよび／またはリンクされる場合に、前述した方法のいずれかの全てのステップを実施するためのコンピュータプログラムを生成する。これらのプログラムコードは、特に、例えばインターネット上のサーバからダウンロード可能なソースコードによって与えられてもよい。

本発明の実施形態は、図面に示され、以下の明細書において説明される。

往復ピストンポンプの概略図。 本発明による方法のフローチャート。

実施形態の説明
図１には、往復ピストンポンプが示されている。そのような電磁的に動作する往復ピストンポンプは、以下のように機能する。

ソレノイドコイル１は通電されると、ピストン／アーマチュア２を引きつける。ピストン若しくはアーマチュア２は、シリンダ３内で動作する。この過程中に、圧縮チャンバ４内には燃料が吸引される。磁場が遮断されると、バネ５は、ピストン／アーマチュア２を前方に押し出し、燃料を圧縮し、再びこの燃料を押し出す。

ポンプの他のタイプでは、この原理を逆にすること、即ち、ソレノイドバルブがスイッチオフされた場合に燃料が吸引され、スイッチオンされた場合には圧縮されて押し出されるようにすることが可能である。

ピストンの原理により、ピストンが往復運動し、機械部品の特に機械的な当接において発生する動作周波数並びに固有振動数および高調波によって特徴付けられる動作ノイズが発生する。このようなノイズ発生を、機械式および／または油圧式の減衰機構によって最小化することは公知である。この方法は、必ずしも十分に満足のいく結果を提供するわけではなく、あるいは、通常のポンプにおけるコストの増加に結びつく。

本発明による方法によれば、そのような往復ピストンポンプの主観的に知覚される動作ノイズを効果的に低減できる手段が得られる。特に、別の動作ノイズが存在する用途の場合には、例えば内燃機関の燃料ポンプに使用される場合には、前述した駆動制御戦略により、ポンプ動作ノイズの特徴が適切に変更可能になる。その際、ポンプノイズはマスキングされ、即ち、バックグランドに抑制され、もはやノイズとしては知覚されないようになる。

本発明によれば、ポンプの平均吐出量や平均周波数のための動作点毎の電気的な駆動制御が、規則的なクロックレートではなく、デューティ比において休止時間が可変である不規則な駆動制御パルスシーケンスによって行われる。各ポンプストロークの後の休止時間は、次の通電までに変更される。新たな休止時間の割り当ては、各動作点に対して平均クロックレートとそれに伴う平均ポンプ吐出量とが一定に維持される特性の推計学的な順序で行われる。

この駆動制御戦略の結果、ポンプのノイズ特性は変化する。ノイズの支配的調性成分が雑音方向に変化する。個々のスペクトル線は振幅を失い、僅かな振幅を有する幅広なノイズスペクトルが生じる。音響出力全体は、必ずしもこの方法によって低減されるわけではない。しかしながら、主観的にはノイズは、特に類似のバックグラウンドノイズが既に存在している用途の場合、例えば内燃機関が動作している場合には、かなり目立たなくなる。

図２には、本発明による方法の手順が示されている。この実施形態は、内燃機関における燃料ポンプを駆動制御するための方法に関している。しかしながら、本発明による方法は、この用途に限定されるものではない。本発明による方法は、対応する往復ピストンポンプを他の用途の場合にも使用することが可能になる。

第１のステップ若しくはブロック２００では、平均クロックレートＴＲが計算される。この平均クロックレートＴＲは、内燃機関の運転状態を起点として計算される。この場合、内燃機関の運転状態を起点として、吐出すべき燃料量が計算される。そして、この吐出すべき燃料量を起点として、クロックレートが算出される。

クロックレートＴＲを起点として、ブロック２１０では休止時間Ｔｏｆｆが計算され、ブロック２２０ではスイッチオン時間Ｔｏｎが計算される。スイッチオン時間Ｔｏｎは、駆動制御毎にソレノイドコイルが通電されている間の持続時間である。休止時間Ｔｏｆｆは、駆動制御毎にソレノイドコイルが通電されていない間の持続時間である。クロックレートは、所定の期間における駆動制御の頻度に対応し、それ故、駆動制御の周波数に対する尺度となる。クロックレートＴＲは、駆動制御の全体時間を画定し、ひいてはスイッチオン時間Ｔｏｎと休止時間Ｔｏｆｆとの合計を画定する。

クロックレートが高い場合、即ち、駆動制御が頻繁な場合には、多くの燃料が吐出される。クロックレートが低い場合、即ち、駆動制御がまれな場合には、僅かな燃料が吐出される。

燃料吐出量を内燃機関のニーズに合わせるために特に好ましいのは、クロックレートＴＲを、ブロック２００において内燃機関の運転状態に依存して求めることである。このためにクロックレートＴＲは、好ましくは特性マップから読み出される。

ブロック２３０では、変動値Ｖが設定される。この変動値Ｖにより、休止時間Ｔｏｆｆは加算点２３５において変更される。それにより休止時間Ｔｏｆｆは、各駆動制御周期に対して２つの駆動制御パルスの間で推計学的に変更される。その際の変動は、離散的なステップでまたは連続的に行うことが可能である。この場合、制御機器上で実現するためには、２のべき乗ステップでの離散的なステップ数が有利である（２，４，８，１６…）。前述した分解能での休止時間の変動は、この場合、妥当な最大調節間隔内で行われる。それに対しては、使用領域と用途の音響特性に応じて、平均周期期間に関して約±２０％の最大偏差が好ましいことがわかった。この場合のステップ幅の算出は、休止時間変動の平均値がゼロになるように行われなければならない。なぜなら、そうでなければ平均吐出量が変化してしまうからである。制御機器における置き換えのためには、離散的なステップでの置き換えが好ましい。最大調節間隔は、求められた離散的ステップ数によって分割され、二進数コードに割り当てられる。ここにおいてデジタル若しくはアナログで生成されたランダムシーケンスを介して複数のコード間で、即ち、定量化されたステップ幅の間で、各ポンプ周期に応じて切り換えがなされる。

そのように変更された休止時間ＴｏｆｆＶは、出力段２４０に到達し、この出力段はソレノイドコイル１を相応に通電する。

推計学的なバイナリシーケンスは、例えば電子的な手法で単純にフィードバックシフトレジスタを用いて生成するか、あるいはソフトウェア面でコンピュータ若しくはマイクロコントローラ上で生成することができる擬似ランダムシーケンスから得ることが可能である。この擬似ランダムシーケンスとは、分割が、推計学的ではあるが、所定の長さのシーケンスの後で繰り返されることを意味する。このシーケンスが長ければ長いほど、ランダムシーケンスの品質は高くなる。ランダムシーケンスの生成自体は公知である。

変動値のそのような設定により、変動値の平均値が値ゼロを取ることが達成され得る。変動値が他の方法で設定される場合には、この設定は、変動値の平均値が値ゼロを取るように行われることが想定される。

Claims (10)

1. ピストンポンプを駆動制御するための方法であって、
   前記ピストンポンプは、所定のクロックレート（ＴＲ）および所定の休止時間（Ｔｏｆｆ）によって駆動制御される、方法において、
   前記休止時間（Ｔｏｆｆ）が推計学的に変更されることを特徴とする方法。
2. 前記クロックレート（ＴＲ）は、ポンプ吐出量を起点として計算される、請求項１記載の方法。
3. 前記休止時間は、駆動制御毎に変動値（Ｖ）分だけ変更される、請求項１記載の方法。
4. 前記変動値（Ｖ）は、離散的な値を取る、請求項３記載の方法。
5. 前記変動値（Ｖ）は、その絶対値に制限される、請求項３記載の方法。
6. 前記変動値（Ｖ）の平均値は、値ゼロを取る、請求項３記載の方法。
7. 請求項１から６いずれか１項記載の方法の全てのステップを実施できるように構成されている、コンピュータプログラム。
8. 請求項７記載のコンピュータプログラムが記憶されている、機械可読記憶媒体。
9. 請求項１から６いずれか１項記載の方法の全てのステップを実施できるように構成されている、制御機器。
10. 制御機器上で実行可能なコンピュータプログラムの作成のための、処理命令に付随するプログラムコードであって、
    前記プログラムコードは、処理命令に従ってそれらが実行可能なコンピュータプログラムに変換される場合に、請求項７記載のコンピュータプログラムを生成することを特徴とする、プログラムコード。

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