JP3827717B2 - 電磁的負荷の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された電磁的負荷の制御方法および制御装置に関する。
電磁的負荷の制御方法および制御装置はＤＥ−ＯＳ３４２６７９９（ＵＳ−Ａ４６５３４４７）から公知である。そこに記載された装置では、スイッチ時点およびこれに基づく電磁弁のスイッチオン時間とスイッチ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き、電磁弁の正確なスイッチ時点が検出される。
さらにＤＥ−ＯＳ４２３７７０６から、電磁弁のスイッチ時点を識別するための装置が公知である。この装置では、弁のクロック制御が行われる。弁を流れる電流は目標値に制御される。デューティ比が変化する時点はスイッチ時点として識別される。
このような電磁弁は有利にはガソリンおよび/またはディーゼル機関の燃料噴射の制御に使用される。比較的に小さな噴射量も正確に調量するためはとくにスイッチ時点が重要である。このスイッチ時点とは、電流の流れる電磁弁のアンカーがそれぞれ両方の終端位置に達する時点である。
公知の装置では、スイッチ時点が通常発生することとなる時間窓内で電流経過が評価され、これの時間経過に基づいてスイッチ時点が検出される。ここでは電磁弁に印加される電圧が所定の値に制御される。したがって一定の電磁弁電圧が電磁弁電流の持続経過を形成するために調整されるのである。電圧が制御されるこのフェーズ中に、制御装置の切換手段には電圧レベルに応じて、部分的にはかなり大きな電力損失が伴う。この電力損失は短時間でスイッチ手段を不所望の高い温度にもたらすことがある。
発明の課題
本発明の課題は、冒頭に述べた電磁的負荷の制御方法および制御装置において損失電力を低減することである。
発明の利点
時間窓内で、所定の周波数と所定のデューティ比を有する電圧をクロック制御することによって電圧制御をＢＩＰ識別の間、省略することができる、という利点を有する。このことによって、構成素子に対するコストが格段に低減される。ＢＩＰ識別フェーズ（ＢＩＰ窓とも称される）中にスイッチ手段の損失電力負荷が格段に低減される。調整された特徴的電流経過によって、電磁弁の形式が異なる場合でも、それぞれ必要なデューティ比を前もって検出すれば、電流経過を高い信頼度で評価することができ、ひいてはスイッチ時点の正確な識別が可能である。
液圧力およびそれがアンカーの位置に及ぼす負の作用の観点から、電流レベル（力レベル）を含むことのできるデューティ比を設定する手段が得られる。このことの利点は、閉鎖特性を最適に、介入手段が得られるように構成できることである。一定のスイッチパターンを有する適切なデューティ比の調整は、マイクロプロセッサに対しても、別個のハードウェアに対しても特別のタスクとはならず、実現コストの点で簡単である。さらに信号のフィルタリングが省略される。
図面
本発明を以下、図面に示された実施例に基づいて説明する。図１は、本発明のブロック回路図、図２は種々の信号の時間線図、図３は本発明の手段を説明するためのフローチャート、図４は図２の一部の詳細図である。
実施例の説明
図示の実施例では、電磁的負荷の制御装置が取り扱われる。基本的には本発明の装置および方法はいずれの電磁的負荷とも関連して使用することができる。本発明は固有の適用に制限されるものではない。しかしとくに有利には、本発明の装置および方法を内燃機難と関連して使用する。とくに燃料を自己着火形内燃機関の燃焼室に燃料を調量する際に使用する。この目的のためにとくに有利には、電磁弁を内燃機関への燃料調量に使用する。
ここではとくに負荷が小さい場合に、最小の噴射量をできるだけ正確に調量する必要がある。この場合はまた、電流の流れた電磁弁のアンカーがその終端位置に達する時点が既知である必要がある。この時点は通常は、インジョクション期間（ＢＩＰ）の開始時点と称される。この時点は、電磁弁電流の時間経過の評価によって得ることができる。
有利には、電流の時間経過は電圧が一定の時に、また電圧の時間経過は電流が一定の時に、当該経過が屈曲点を有しているか否か、また注目するパラメータの微分商が重要な評価可能な変化を有しているか否かについて評価される。このような装置は例えば、ＤＥ−ＯＳ４３０８８１１に記載されている。
図１には、電磁弁制御式燃料調量装置の制御のための装置の重要な素子が概略的に示されている。スイッチ手段１１０を介して、電磁的負荷１００が電圧供給装置（Ｕｂａｔ）と接続されている。スイッチ手段は制御装置１２０によって制御される。制御装置１２０は電流制御ないしデューティ比設定部１３０と接続することができる。
電磁的負荷の他方の端子はセンサ１４５ないし電流検出手段を介してアースと接続されている。センサ１４５は評価回路１４０と接続され、この評価回路は電圧制御部ないし電流制御部１３０、または評価装置１２０と接続されている。さらに制御装置１２０は別のスイッチ手段１１５を制御する。この別のスイッチ手段はセンサ１４５と評価回路１４０との間に配置されている。
スイッチ手段１１０、負荷１００およびセンサ１４５からなる直接回路での構成素子の順序は任意に選択することができる。
スイッチ手段として有利には、トランジスタとくに電界効果トランジスタが使用される。
この装置の作用を以下、図２に基づいて説明する。図２には電磁弁ニードルないしアンカーの工程Ｈが一点鎖線で示されており、負荷１００にて降下する電圧ＵＭが実線で、負荷１００を流れる電流ＩＭが破線で示されている。
図２のこの信号経過は時間ｔについてプロットされている。開始時には電磁弁のアンカーはその第１の終端位置Ｘ１にある。電流ＩＭの値はゼロであり、電磁弁にて降下する電圧ＵＭは同じように第１の値Ｕ１をとる。
所定の時点Ｔ１で制御装置１２０はスイッチ手段１１０を、電圧が第２の値Ｕ２をとるように制御する。この値はバッテリー電圧Ｕｂａｔの領域にある。同時に電流ＩＭは時間と共に上昇する。電磁弁のアンカーは、最初は小さな応答を示す。
この状態は、電磁弁を流れる電流が所定の閾値に達するまで持続する。この閾値は数Ａの領域にあるこの閾値に達すると、電流制御部１３０は相応の信号を形成し、この信号を制御装置１２０に導通する。制御装置１２０はスイッチ手段１１０を制御し、これが再び開放される。このことはさらに電磁弁を流れる電流の下降に作用する。電流制御部１３０は、センサ１４５により検出された電流値を所定の閾値と比較し、比較結果に依存して、制御装置１２０に印加する信号を形成する。制御装置１２０はスイッチ手段１３０の開放および閉鎖によって電流を目標値に調整する。
この目標値は、この実施例では約１０Ａである。この時間区間でアンカーは第２の終端位置Ｘ２の方向への移動を開始する。
本発明の方法は図３にフローチャートで示されている。第１のステップでは、種々の動作パラメータ３０５から出発して時点Ｔ２とＴ３が設定される。値Ｔ２とＴ３が、動作パラメータ、例えば回転数、噴射すべき燃料量または他のパラメータに依存して設定されるととくに有利である。このことは例えば特性マップによって行うことができる。時点Ｔ２とＴ３は、スイッチ時点ＢＩＰが高い確率で発生する時間窓を定義する。
問い合わせ３１０で、時点Ｔ２にすでに達しているか否かが検査される。公知の装置では、時点Ｔ２で電圧制御に移行する。このことは、スイッチ手段１１０が適切な制御によってその特性曲線の線形領域で駆動されることを意味し、したがって非常に大きな損失電力負荷が発生する。この損失電力は電子噴射装置の作用効率を低減する。
噴射装置の作用効率を高め、スイッチ手段１１０の熱的負荷を低減するために、時点Ｔ２から次のように経過する。時間窓内ではクロック制御により電圧制御に移行する。このために、制御装置１２０ないし上位のマイクロプロセッサによってステップ３２０で、周波数とデューティ比の固定された制御パルス窓が設定される。ただしデューティ比は調整可能である。このデューティ比は、ほぼ一定の動作電圧と関連して、平均値が同様にほぼ一定の電圧ＵＭＶが電磁弁に調整されるように選択する。
制御信号の周波数Ｆないし持続期間は、評価回路が計算を実行するのに十分な時間を有するように選択する。
ステップ３３０でスイッチ手段１１０と１１５に相応の制御信号が印加される。ステップ３３５でセンサ１４５は負荷１００を流れる電流を検出する。
電磁弁電流ＩＭの平均値は、定電圧が印加された際と同じ経過を有する。しかしクロック制御の動作形態のため、電磁弁電流はその平均値を中心にして変動する。この変動は、このようにして形成された電流経過の評価を困難なものにする。
電流経過を後でフィルタリングする必要のないように、電流はスイッチ同期して評価される。すなわち、電流はそれぞれ出力段のスイッチオン後の固定の時点またはスイッチ手段１１０のスイッチオフ後の固定時点で検出される。この時間分散電流値は次に評価部１４０に供給される。簡単な実施例では、それぞれスイッチ１１０と１１５が１２０によって同時に制御される。
電流の時間経過はスイッチオンとスイッチオフとの間でほぼ線形であることを考慮して、電流時間経過の微分商を時間窓の間に簡単に、サンプリングされた電流値から計算することができる。この微分商の検出に基づき、公知のソフトウェア評価法を用いてスイッチ時点が計算される。
本発明によれば、電磁弁電圧の平均値は、一定の持続期間Ｔを有する固定のデューティ比の設定によって制御される。このデューティ比は、電圧制御を省略して“ＢＩＰ”の点で評価可能な電流経過を形成するためのものである。
時点Ｔ２からこの実施例では、電流の平均値が緩慢に下降する。この下降には制御信号の周波数の偶数倍の高調波が重畳されている。ここでアンカーは新たな終端位置Ｘ２への運動を開始する。
アンカーが移動している間、電磁的負荷のコイルには電圧が誘導される。スイッチ時点ＴＢＩＰでアンカーは新たな終端位置に達し、運動は終了する。このことは誘導電圧の消失に作用する。これによってコイルを流れる電流ＩＭがこの時点から別の勾配を有するようになる。電流経過のこの変化は評価回路１４０によって検出される。
ここで必ずしも電流は緩慢に降下するわけではない。構成によっては、電流は時点ＴＢＩＰの両側で区別できる持続的な経過を有する。時点ＴＢＩＰで、時間についてプロットされた電流の勾配が変化する。
問い合わせ３４０で、時点Ｔ３に達したか否かが検査される。達していなければ、負荷はステップ３３０でさらに制御され、電流がステップ３３５で検出される。
種々異なる値を明確にするため、図４には図２の一部が詳細に示されている。ａ）は負荷を流れる電流ＩＭを、ｂ）は電圧ＵＭを時間ｔにプロットしたものである。Ｔによって制御信号の持続期間が示されている。Ｔｇにより負荷がスイッチオンされている時間が示されている。Ｔ０により負荷がスイッチオフされている時間が示されている。ＴＡにより電流の測定値が検出される時間が示されている。
電流経過を評価するために、通常はＢＩＰ窓の中の電流経過の微分商が必要である。
微分商は簡単には、サンプリングされた電流値から計算することができる。電流値は、スイッチオン後の固定の設定可能な時点ＴＡでサンプリングされる。この計算は有利には次式にしたがって行われる。
Δｉ/Ｔ＝（ｉ_u(k+1)−ｉ_u(k)）／Ｔ
値ｉ_u(k+1)は時点（ｋ＋１）での電流に対する瞬時のサンプリング値であり、値ｉ_u(k)は時点（ｋ）での電流に対するサンプリング値である。ここで時点ｋは時点（ｋ＋１）よりも時間的に前にある。択一的に、電流値はスイッチオフ後の固定の設定可能な時点ＴＡでサンプリングすることもできる。この場合は相応の式が当てはまる。
微分商のこの検出に基づき、既知の評価法を用いてスイッチ時点の検出のために別の計算を行うことができる。
ＢＩＰ窓でのクロック制御に基づき、損失電力を格段に低減することができる。電流値の時間同期サンプリングによって、電流経過の評価が損なわれることはない。反対に、スイッチ時点の識別に必要な情報を簡単に僅かなコストで得ることができる。
問い合わせ３４０で、時点Ｔ３に達していることが識別されれば、ステップ３５０で選択的に電流制御に移行するか、またはＴ３＝Ｔ４である場合、スイッチ１１０が開放される。時点Ｔ４でスイッチ１１０が開放され、電磁弁の制御が終了する。

Claims (5)

1. 可動要素を有する電磁的負荷の制御方法であって、所定の時間窓内で前記可動要素のスイッチ時点を検出し、当該検出は電磁的負荷を流れる電流値に相当するパラメータの時間経過の評価によって行われる形式の方法において、
   前記時間窓内で、前記電磁的負荷を所定の周波数および所定のデューティ比を備える電圧によりクロック制御し、
   前記電流値を、前記可動要素のスイッチ時点に対して固定の時点で検出する、
   ことを特徴とする方法。
2. 離散的電流値を評価する、請求項１記載の方法。
3. 電流値を、スイッチオンまたはスイッチオフ後の設定可能な固定時間でサンプリングする、請求項１または２記載の方法。
4. 電流値に基づき、次式にしたがって微分商を計算し、
   Δｉ/Ｔ＝（ｉ_u(k+1)−ｉ_u(k)）／Ｔ
   ここでｉ_u(k+1)は時点（ｋ＋１）での電流値、値ｉ_u(k)は時点（ｋ）での電流値、Ｔは制御信号の持続期間である、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 可動要素を有する電磁的負荷の制御装置であって、所定の時間窓内で前記可動要素のスイッチ時点を検出する手段を有し、当該検出は電磁的負荷を流れる電流値に相当するパラメータの時間経過の評価によって行われる形式の装置において、
   前記時間窓内で、前記電磁的負荷を所定の周波数および所定のデューティ比を有する電圧によりクロック制御する手段が設けられており、
   前記電流値の検出は、前記可動要素のスイッチ時点に対して固定の時点で行われる、
   ことを特徴とする装置。

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