JP4015619B2 - 電磁的負荷の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁的負荷の制御方法および制御装置に関する。

ＤＥ４４１４３６１から、電磁的負荷の制御方法および制御装置が公知である。このような電磁的負荷はとりわけ、内燃機関での燃料調量の制御に用いられる。ここでは電磁弁が噴射持続時間および／または噴射開始を設定する。

電磁弁では通常、制御時点と電磁弁の応答との間で所定の時間が経過する。この時間は通常、弁のスイッチ時間と称される。このスイッチ時間は種々のパラメータに依存する。そのようなパラメータは例えばコイル電圧および／またはコイル温度および／またはコイルを流れる電流である。電磁弁のスイッチ時間の変化はまた噴射持続時間および／または噴射開始の変化に結び付き、そのため噴射される燃料量に不所望の変化が生じる。

ＤＥ１９５１３８７８（ＵＳ５８７８７２２）から、電磁的負荷の制御方法および制御装置が公知である。ここに記載された手段では、電磁弁制御の持続時間が実行される噴射の遮断遅延時間だけ補正される。この遅延時間は、電流の瞬時値に依存して遮断過程時に設定することができる。

さらに遮断時に機械的スイッチ時間が遮断電流および遮断電圧に依存することが公知である。種々異なる遮断電流の影響を小さく保持するために、できるだけ大きな消滅電圧により負荷からの電流が転流される。このためには、相応の電圧耐性を有する構成素子が必要である。この構成素子は比較的高価である。

発明の利点
少なくともスイッチ時間および／または補正値を検出された電流値に基づいて求めることにより、燃料調量の非常に正確な制御が達成される。とりわけ燃料調量の開始および／または燃料調量の持続時間を正確に制御することができる。さらに高い電圧耐性に基づき構成されたシステムに対して格段のコスト節約が、スイッチ時間が消滅電圧に依存して予め検出可能であることにより達成される。

制御開始の設定時にスイッチオン時間を、制御持続時間の設定時にスイッチオフ時間を考慮すると特に有利である。制御持続時間の代わりに、制御の終了を設定することもできる。終了を設定する場合には、スイッチオン時間およびスイッチオフ時間を考慮する。

スイッチ時間を定常的電流値に基づいて、および／または遮断の直前に測定された電流値に基づいて検出すると簡単で確実な評価が行われる。定常的電流値を使用する場合、補正は同じ噴射で行われるか、および／または後続の噴射で行われる。

電流値に基づいて弁特性曲線を補正すると特に有利な構成が得られる。これが意味するのは、負荷の制御持続時間と噴射される燃料量との関係が直接補正されるということである。この補正は、負荷を流れる電流には依存せずに、必要な制御持続時間を負荷に対して出力し、所望の燃料量を調量するように行われる。

特に有利な実施形態では、電流の代わりに消滅電圧またはそこから導出されたパラメータを評価する。消滅電圧とは、遮断過程の間に負荷に印加される電圧である。この電圧は有利には電圧供給部と接続された負荷の端子で検出される。

特に有利な実施形態では、消滅時間が印加されている間の持続時間に基づいてスイッチ時間および／または補正値を検出する。すなわち消滅電圧が負荷に印加されている間の時間を検出する。有利には消滅電圧が閾値（ＴＳ）下に降下する時点を検出する。消滅電圧の持続時間は、負荷の遮断と閾値を下回る時点との間の時間間隔に相当する。

本発明の有利な構成は従属請求項に記載されている。

図面
本発明を以下、図面に示された実施形態に基づいて説明する。
図１は、本発明の装置の主要素子を示す。
図２と図３は、種々の信号と時間との関係を示す。
図４は、弁特性曲線を示す。
図５は、本発明の装置の別の実施形態での主要素子を示す。
図６は、種々の信号と時間との関係を示す。

実施例の説明
本発明を以下、内燃機関に噴射すべき燃料量を制御する装置の例で説明する。しかし本発明はこの適用に限定されるものではない。本発明は、電磁的負荷の制御持続時間を制御すべき場合には常に使用できる。これはとりわけ、電磁弁を流れる媒体の容積流を設定するパラメータの制御持続時間の場合である。

１００により電磁的負荷、とりわけ電磁弁が示されている。電磁弁１００の第１の端子は供給電圧Ｕｂａｔと接続されている。電磁弁の第２の端子はスイッチ素子１１０並びに電流測定手段１２０を介してアース１３０と接続されている。スイッチ手段１１０は有利にはトランジスタとして実現されている。スイッチ手段の２つの端子は有利には電圧制限手段１１１を介して接続されている。電流測定手段は有利にはオーム抵抗であり、このオーム抵抗における電圧降下が電流測定のために評価される。

スイッチ手段１１０には制御論理回路１１５により制御信号が印加される。電流測定手段１２０における電圧降下は電流検出部１２５により評価される。この電流検出部はとりわけＡ／Ｄ変換器と、電流値を記憶するためのレジスタ１２６を有している。構成素子１１０〜１２５はいわゆる出力段１４０を形成する。出力段は有利には出力段ＩＣとして構成されている。出力段１４０は有利にインタフェースを介して制御ユニット１５０と接続されており、インタフェースを介して少なくとも電流値Ｉを制御ユニット１５０に伝送する。制御ユニット１５０からは、とりわけ制御持続時間および／または制御開始を設定する制御信号Ｔが出力段に、とりわけ制御論理回路１１５に伝送される。制御ユニット１５０はとりわけスイッチ時間検出部１５２を有しており、これは電流検出部１２５のレジスタと接続されている。さらに制御ユニット１５０は制御時間設定部１５４を有し、この制御時間設定部は制御論理回路１１５に制御信号Ｔを印加する。

制御ユニット１５０，とりわけ制御時間設定部１５４は、内燃機関の種々の動作特性量および／または環境条件に基づいて制御信号Ｔを計算する。この制御信号Ｔは電磁的負荷の制御開始および／または制御持続時間についての情報を含んでいる。この制御信号Ｔは制御論理回路１１５により、スイッチ手段１１０に印加するための信号に変換される。

負荷１００を流れる電流Ｉは電流測定抵抗１２０において電圧降下を発生し、この電圧降下が電流検出部１２５により検出される。電圧降下に基づき電流検出部は電流値Ｉを検出し、これをレジスタ１２６に書き込む。スイッチ時間検出部１５２は電流値ＩをＳＰＩレジスタから読出し、電流値Ｉに基づいてスイッチ時間ＴＡを検出する。スイッチ時間ＴＡは制御時間設定部１５４により制御信号Ｔの決定時に考慮される。

図２には、スイッチオン時の電流経過が時間ｔについてプロットされている。ここでは電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の異なる最終値による３つの電流経過が示されている。時点ｔｅでスイッチ手段が閉成され、電流が負荷を通って流れ始める。負荷のインダクタンスにより電流は指数関数的に上昇する。所定時間後に、電磁弁のニードルは移動を開始し、負荷のインダクタンスは変化する。電磁弁ニードルが新たな終状態に達すると、すなわち電磁弁が開放すると、電流は図示の実施例では折曲部を有する。この時点から電流はその最終値Ｉ１，Ｉ２またはＩ３に上昇する。電磁弁が開放する時点はそれぞれｔ３，ｔ２，ｔ１により示されている。スイッチオン時点ｔｅと、時点ｔ３，ｔ２，ｔ１で電磁弁が開放するまでの間隔は通常はスイッチ時間、とりわけスイッチオン時間と称される。電流が大きければ有利には小さなスイッチオン時間が調整される。電流が小さい場合にはスイッチオン時間が大きくなる。

本発明では、スイッチオン時間が電流の最終値に依存することが認識される。本発明によればこの関係は有利には特性マップとしてスイッチ時間設定部１５２にファイルされる。択一的に、電流検出部が電流のスイッチ時間への再計算をすでに行い、電流の代わりにスイッチ時間または補正値を制御ユニット１５０に通知することもできる。

図３には、遮断時のニードル行程の経過が示されている。すなわち時点ｔａでスイッチ１１０が開放された時の経過が示されている。ここでも同様に３つの定常的電流値が設定されており、これらに基づいて遮断される。時点ｔａから電流はシス関数に従ってゼロに降下する。その結果、電磁弁ニードルは緩慢にその閉鎖方向へ移動する。電流レベルと端子電圧に依存して、遮断は短くなったり、長くなったりする。ニードル行程曲線が時間軸に時点ｔ１，ｔ２，ｔ３で接すると、電磁弁は閉鎖される。電流が大きい場合には長い遮断時間が生じ、電流が小さい場合には短い遮断時間が生じる。

本発明では、遮断前に電流の定常的最終値とスイッチ時間との間に関係があることを認識し、この関係をスイッチオン時間と同じようにスイッチ時間設定部１５２に有利には特性マップとしてファイルする。

有利には負荷を流れる電流値を過渡状態、静止状態で測定する。このことは有利には電流のスイッチオン後、約２ｍｓで、遅くとも負荷の遮断の直前に行う。

同時に供給電圧Ｕｂａｔを測定すると特に有利である。測定された電流値に基づいて、負荷のオーム抵抗が直接検出される。このオーム抵抗から負荷の温度を推定することができる。これによりスイッチオン時間への主影響量と遮断時間が既知となり、これにより補償することができる。このために有利には特性マップまたは計算方法が適用される。

本発明によれば、スイッチオン時間と遮断時間が燃料調量の持続時間を補正するために使用される。ここで特に有利には、スイッチオン時間を燃料調量の開始の補正のために、遮断時間を燃料調量の終了の補正のために使用する。有利には、先行する噴射時に検出されたスイッチ時間を後続の燃料調量の際に使用する。特に有利な構成では、燃料調量の場合に通常であるように複数の同種の負荷が設けられており、測定は１つの負荷でだけ実行する。なぜならそれ以外の負荷も、例えば供給電圧または温度という同じ環境条件に曝されているからである。

特に有利には、電流を制御中に複数回、測定し、測定された最高の電流だけを調量の際に値として使用する。

通常は制御時間設定部が弁特性曲線を格納している。この弁特性曲線には、所望の噴射すべき燃料量ＱＫと制御信号Ｔの持続時間ｔｉとの関係がファイルされている。弁特性曲線は例として図４に示されている。理想化された特性曲線は実線で示されている。最小制御持続時間ｔｉ０まで噴射は行われない。最小制御持続時間から燃料量は急峻に上昇する。さらなる経過では、時間ｔｉと噴射される燃料量ＱＫとの間にほぼ線形の関係が存在する。

負荷を流れる電流Ｉに依存して上に示したように異なるスイッチ時間が生じる。その結果、電流が異なると特性曲線も異なるようになる。本発明では、電流依存性が特性曲線の平行移動につながることを認識する。

従って本発明によれば、電流値が相応に検出され、これに基づいて弁特性曲線が補正される。このことは一方では、種々異なる電流値に対して異なる特性曲線を制御時間設定部にファイルし、使用することによって実現される。択一的に、補正値を検出し、この補正値により特性マップの出力量および／または入力量を補正することができる。

別の有利な構成が図５に示されている。図５の実施形態は図１の実施形態とは実質的に、電流検出部１２５の代わりに電圧検出部１２８が設けられており、これが負荷１００とスイッチ手段１１０との間の接続点に印加される電圧を検出する点で異なっている。この電圧検出部１２８は信号ｔをスイッチ時間検出部１５２に送出し、この信号は時間量を表わす。

電圧検出部１２５は図５に詳細が示されている。電圧信号Ｕは比較器１２８ａに達し、この比較器の第２の入力端には閾値設定部１２８ｂの出力信号ＴＳが供給される。閾値を上回る時点、または負荷の制御からの経過時間がレジスタ１２６に記録される。

以下、この実施形態を図６に基づいて説明する。図６ａには、遮断過程の間に負荷１００を流れる電流の経過が示されている。図６ｂには負荷に印加される電圧Ｕが相応する時間についてプロットされている。図６ｃには電磁弁ニードルの行程が時間についてプロットされている。時点ｔａまで定常的電流が負荷を流れる。時点ｔａでスイッチ手段１１０の制御は終了する。この時点から電流は指数関数に従って０まで降下する。その結果、所定の遅延時間をおいて電磁弁ニードルはその閉鎖位置へ移動する。電流レベルおよび端子電圧Ｕに依存して、遮断は短くなったり長くなったりする。電磁弁ニードルの行程経過が時点ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３で時間軸に接すると、電磁弁は閉鎖される。

スイッチ手段１１０の操作と同時に、端子電圧Ｕはツェナーダイオード１１１により定められた値まで上昇する。電流Ｉがゼロに降下すると直ちに、電圧Ｕも同様に指数的に降下する。電圧が降下する時点は、電流Ｉがゼロに降下した時点ｔ１，ｔ２，ｔ３に相当する。電磁弁ニードルがその終位置に達した時点で、電圧はバッテリー電圧ＵＢａｔに降下する。本発明では、電圧が降下する時点ｔ１，ｔ２，ｔ３と、電磁弁がその終位置に達する時点ＡＴ１，ＡＴ２，ＡＴ３との間の関係があることを認識する。

本発明によればこの関係が有利には特性マップとしてスイッチ時間設定部１５２にファイルされる。択一的に電圧検出部がすでに、時点ｔ１，ｔ２，ｔ３をスイッチ時間に再計算し、電圧が降下する時点の代わりにスイッチ時間または補正値を制御ユニット１５０に通知することもできる。

ここで本発明によれば、時点ｔ１，ｔ２，ｔ３が次のようにして検出される。すなわち、電圧Ｕが、閾値設定部１２８ｂにより設定される閾値ＴＳを下回ったか否かを検査することにより検出される。この時点ｔ１，ｔ２，ｔ３はレジスタ１２６に記憶され、スイッチ時間設定部１５２に伝送される。

本発明によれば、電磁的負荷の遮断時に機械的降下時間Ａｔ、すなわち負荷がその終位置に達する時間が電気パラメータ、例えば遮断電流レベルおよびインダクタンス依存することが認識される。これらのパラメータは遮断電圧の時間的長さに入り込む。すなわち時点ｔａと時点ｔ１，ｔ２，ｔ３との間の差となる。遮断電圧は消滅電圧とも称される。

本発明によれば、時点ｔａと時点ｔ１，ｔ２，ｔ３との間の時間間隔が測定される。遮断電圧の長さに基づいて、機械的遮断時間Ａｔ１，Ａｔ２，Ａｔ３が推定される。このことは例えば図５に示した特性マップ１５２により行われる。機械的遮断時間を正確に知ることにより、電磁的負荷の制御時の精度が格段に改善される。消滅電圧の低減によって格段のコスト的利点が得られる。

本発明によれば、機械的遮断時間が電気的パラメータ、例えば遮断時の電流、インダクタンス、消滅電圧のレベル、コイル抵抗および／または供給電圧ＵＢａｔに依存することを認識する。これらのパラメータはすべて遮断時に発生する消滅電圧の長さに入り込む。遮断時点ｔａからトリガ閾値に達するための長さが本発明により測定される。本発明ではこの時間間隔からとりわけ特性曲線マップにより機械的遮断時間が検出される。このようにして検出された遮断時間Ａｔは制御時間検出部１５４により、制御時間Ｔの検出のため、図１の第１実施例と同じように考慮される。

本発明の手段により、消滅電圧を低い値に低減することができる。その際、同時に遮断時間のばらつきが大きくなることはない。これにより格段のコスト節約が構成素子の領域で達成される。なぜなら構成素子を相応に高い電圧用に設計する必要がないからである。

本発明の手段は一般的に、電磁的負荷に適用することができる。とりわけ本発明は、自動車の燃料調量の領域または制御領域での噴射弁または他の電磁弁に使用することができる。

通常全ての負荷は、とりわけ内燃機関のすべての噴射弁の場合は、バッテリー電圧、機関温度、燃料圧などで同じ環境条件に曝されているから、簡単な実施形態では消滅電圧および／または遮断電流の検出を電磁弁の１つの出力段でだけ行う。

図１は、本発明の装置の主要素子を示す。

図２は、種々の信号と時間との関係を示す。

図３は、種々の信号と時間との関係を示す。

図４は、弁特性曲線を示す。

図５は、本発明の装置の別の実施形態での主要素子を示す。

図６は、種々の信号と時間との関係を示す。

Claims (8)

1. 電磁的負荷、とりわけ内燃機関に噴射すべき燃料量を調整する電磁弁の制御方法であって、
   負荷の少なくとも１つのスイッチ時間を制御時に考慮する形式の方法において、
   スイッチ時間を、消滅電圧が印加されている間の持続時間に基づいて検出する、ことを特徴とする方法。
2. スイッチ時間を、消滅電圧が閾値（ＴＳ）以下に降下する時点に基づいて検出する、請求項１記載の方法。
3. 電磁的負荷、とりわけ内燃機関に噴射すべき燃料量を調整する電磁弁の制御方法であって、
   負荷の少なくとも１つのスイッチ時間を制御時に考慮する形式の方法において、
   遮断直前に測定された電流値に基づいて、スイッチオン時間および／または補正値を検出する、ことを特徴とする方法。
4. 少なくとも１つのスイッチ時間および／または補正値を定常的電流値に基づいて検出する、請求項３記載の方法。
5. 少なくとも１つのスイッチ時間および／または補正値を、電流値に基づき特性マップから読出す、請求項３または４記載の方法。
6. 電流値に基づいて、弁特性曲線の補正を行う、請求項３から５までのいずれか１項記載の方法。
7. スイッチオン時間および／または遮断時間に基づいて、燃料調量の持続時間の補正を行う、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 電磁的負荷、とりわけ内燃機関に噴射すべき燃料量を調整する電磁弁の制御装置であって、
   負荷の少なくとも１つのスイッチ時間が制御時に考慮される形式の装置において、
   スイッチ時間を、消滅電圧が印加されている間の持続時間に基づいて検出する手段が設けられている、ことを特徴とする装置。

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