JP4043515B2 - 操作部材の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

技術水準
本発明は、独立請求項の上位概念に記載された内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御方法、及び、内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御装置に関する。
そのような方法及び装置は、例えばＤＥ−ＯＳ３３２５６５１から公知である。そこに示されている手法では、共振を回避するため、制御周波数が回転数に依存して設定される。ただし、こうした手法は、著しくコスト高であり、かつ、各回転数に対して制御周波数の新たな計算を必要とする。
ＤＥ−Ａ−３５１３７９１からは、ステップモータを有する内燃機関に対する電子的制御システムが提示されている。上記ステップモータにより、ステップ周波数が制御される。ここで、ステップ周波数は、所定の時間プログラムに従って、歩進的に又は連続的に、第１の限界値と第２の限界値との間で変更される。
さらに、回転数が所定の値をとると、１つ又は複数の値間で制御周波数を切り換えることも公知である。ここで欠点となるのは、操作部材がそのような切換過程に対して振動ないし変動を有する出力信号で応答するということである。
発明の課題
本発明の基礎を成す課題は、冒頭に述べた形式の操作部材の制御方法及び装置において、共振現象を簡単かつ有利なコストで回避することにある。
上記課題は、独立請求項の特徴部分に記載された構成により解決される。
発明の利点
前述の手段では、ハードなモード切換過程は生じない。定常動作では、共振の危険性の存する動作領域及びクリティカルでない動作領域のいずれにおいても、最適な操作部材制御が位置変動なしで行われる。またダイナミック動作モードで例えば共振領域での迅速な動作が行われる際にも同様に最適な操作部材制御が達成される。それというのは、ここで制御の変化が僅かしか生じないか又は全く生じないからである。クリティカルな領域におけるソフトな移行によって操作部材の位置への影響は著しく僅かしか生じないか、又は全く生じない。
本発明の有利な構成形態及び発展形態が引用請求項に記載されている。
図面
次に、図示の実施例を用いて本発明を説明する。図１は、本発明の操作部材の制御装置のブロックダイヤグラムである。図２は、本発明の方法の第１の実施例を明示する。図３は、制御信号の周波数及びマーカの時間特性を示す特性図である。図４は、本発明の方法の第２実施例のフローチャートである。図５は、第２の実施例における制御周波数の特性図を示す。
実施例の説明
次に本発明の手法をディーゼル機関における噴射調整装置の例に即して説明する。但し、本発明の手法は、上記適用例に限られず、タイミング制御され、共振現象の生じうるすべての操作部材において使用することができる。
噴射調整装置により、燃料ポンプの吐出始点が変更される。通常、吐出始点ないし噴射始点は制御回路を用いて制御され、制御偏差に依存して操作部材が制御される。噴射調整装置は、有利には、電気液圧的操作器として構成される。電気液圧的操作器に供給される圧力に依存して、噴射調整装置は種々の磁石弁を用いて制御される。磁石弁はタイミング制御される信号で作動される。信号のオンオフ比（デューティレシオ）及び周波数は設定可能である。
図１は本発明の装置の例をブロックダイヤグラムで示す。制御区間（被制御対象）を１００で示す。この制御区間は、有利には、ディーゼル機関の噴射調整装置である。噴射調整装置の位置は操作部材１１０を用いて変化させることができる。操作部材１１０は磁石弁として実現されている。磁石弁には制御信号設定手段１２０からタイミング制御された信号ｔｖが供給される。制御信号設定手段１２０には噴射調整装置制御器１３０の出力信号が供給される。噴射調整装置制御器１３０は結合点１４０の出力信号を処理するが、この結合点１４０には正の符号で設定値設定手段１５０の設定値が供給され、負の符号で実際値検出手段１６０の実際値Ｉが供給される。実際値検出手段１６０は、実際の噴射始点、例えば図示していないセンサにより検出される噴射始点を基にして、噴射調整装置制御器１３０に対する実際量を計算する。
種々の動作特性量を基にして、設定値設定手段１５０は、噴射調整装置１００の位置に対する設定値Ｓを計算する。設定値Ｓと実際値Ｉとの比較の結果に依存して、噴射調整装置制御器１３０は操作量を計算する。この操作量を基にして、設定値設定手段１２０は、磁石弁１１０の作動のための信号ｔｖを計算する。ここで信号ｔｖのオンオフ比ＴＶ及び制御周波数Ｆを設定可能である。
上記信号、殊にオンオフ比に依存して液圧系で所定の圧力が生じ、噴射調整装置が相応の位置を占める。制御周波数Ｆは噴射調整装置の位置に対しては極めて僅かな影響しか及ぼさない。噴射調整装置１００の位置に依存して内燃機関のクランク軸の種々の角度位置で噴射が行われる。実際の噴射始点が検出され、当該の量ないし大きさを基にして、実際値検出手段１６０は制御器に対する実際値Ｉを求める。
ただし、液圧効果に基づき、制御周波数Ｆ、噴射頻度ないし内燃機関回転数に依存して、共振現象が生じる。制御器信号の変換のため、タイミング制御される操作部材１００を使用した閉ループ及び／又は開ループ制御は、操作部材制御周波数又はそれの倍数と一致する周期的ノイズ信号により共振して不安定状態になり得る。しかし、所定の操作部材、殊に、噴射調整装置に対する前述の操作部材では、ノイズの影響を所定の動作状態に一義的に対応させ、識別することができる。
本発明によれば、操作部材の制御周波数Ｆが共振の危険性の存する領域において時間関数を介して次のように調整される。即ちノイズ信号周波数が制御周波数と十分区別されるように離調される。時間的離調の適用により、操作量における発生エラーを制御器により補償できる。
本発明によれば、所定の回転数領域内で共振効果が生じることが認識された。したがってこの回転数領域を中心として、１つの窓がセッティングされる。当該の窓内に実際の回転数が入ると、制御周波数の離調が或る時間ランプに亘って発動される。回転数が窓外に出ると、時間ランプの特性経過が反転し、離調は解消される。窓全体に亘っての迅速な移行の際には著しく僅かな離調が生じる。回転数が著しく緩慢に窓と交差する場合、又は回転数が定常的にクリティカルな領域内に存在する場合、ランプは制限作用を受ける。つまり信号の周波数がクリティカルでない値に保たれる。
図２には、共振回避のための本発明の方法の実施例を示す。第１のステップ２００では制御周波数Ｆが設定可能な値ＦＮにセッティングされる。続くステップ２１０では、回転数Ｎと、所定の位置を達成するために操作部材を作動すべきオンオフ比ＴＶとが検出される。
続く判別ステップ２２０により、時間条件Ｔが充足されているか否かをチェックする。ＮＯの場合には、新たなステップ２１０が後続する。そうでないＹＥＳの場合、即ち、時間条件Ｔが充足されている場合には、判別ステップ２３０がつづく。この判別ステップ２３０は、回転数Ｎが限界値Ｎ１より小であるか否かを判別する。ＮＯの場合には、回転数Ｎが限界値Ｎ２より大であるか否かをチェックする。同じくＮＯである場合には、回転数は共振効果の生じ得る所定の回転数窓内に位置することになる。回転数値Ｎ１及びＮ２により、制御周波数を離調すべき値領域が定められる。
回転数が当該の回転数窓内に位置していることが識別されると、ステップ２５０でマーカＭが１にセットされる。続くステップ２６０では周波数Ｆは所定の第１の値△Ｆ１だけ高められる。この値△Ｆ１は、時間に関する周波数の上昇の急峻度を定める。続く判別ステップ２６５では、周波数Ｆが限界値ＦＧを越えるか否かがチェックされる。ＹＥＳの場合には、ステップ２６６で周波数Ｆは限界値ＦＧにセッティングされる。それにひきつづいてステップ２７０が後続する。周波数が限界値ＦＳより小さい場合、直ちにステップ２７０が後続し、ここで、操作部材には、そのように計算された当該の制御信号が供給される。それに引き続いて、プログラムはステップ２１０へ戻って後続する。
判別ステップ２３０及び２４０により、回転数が、回転数Ｎ１、Ｎ２により定められた窓外に位置することが識別されると、判別ステップ２７５が後続し、この判別ステップ２７５は、マーカＭが１にセッティングされているか否かチェックする。続く判別ステップ２８５では、周波数が初期的にセッティングされた周波数値ＦＮ以下であるかがチェックされる。ＮＯの場合、周波数はステップ２８０で所定の第２の値△Ｆ２だけ低減される。それに引き続いて、再びステップ２７０が後続する。
マーカが１に等しくないことが判別ステップ２７５で識別されると、判別ステップ２９５でマーカＭが２にセッティングされているか否かがチェックされる。ＹＥＳの場合は、新たにステップ２８５が後続する。判別ステップ２８５により周波数が初期的にセッティングされた周波数ＦＮより小さいことが識別された場合、又は判別ステップ２９５によりマーカが２に等しくないことが識別された場合には、ステップ２９８でマーカＭは０にセッティングされる。それに引き続いて、プログラムはステップ２００へ戻って後続する。
代替選択的に、ステップ２６０において窓内で周波数Ｆを所定の第３の値△Ｆ３だけ高め、ステップ２９０において窓外へ高めるようにすることもできる。
図３には、マーカＭの内容及び周波数Ｆが時間Ｔに関しプロットしてある。始めに、判別ステップ２３０及び２４０で、回転数が回転数窓内に位置していることが識別される。従って、マーカＭは値１をとり、周波数Ｆはステップ幅ΔＦ１で定められる急峻度で上昇する。時点ｔ１で判別ステップ２３０及び２４０により回転数が回転数窓を離脱したことが識別されるが、マーカＭは前以て１にセッティングされている。当該の時点からは、マーカＭは２にセッティングされ、周波数は第２の値△Ｆ２により定められた急峻度で降下し、結局、周波数Ｆは時点ｔ３でもとの値ＦＮに達するようになる。時点ｔ３からは周波数Ｆは所定の値ＦＮに留まる。
本発明の方法の更なる実施例では、操作部材に対する制御信号の周波数Ｆは、動作領域全体に亘って、時間連続的に２つの遮断周波数間で離調される。ノイズ信号周波数は上記手法によりいずれかの動作点でも比較的長い時点に亘って制御信号の周波数と同相ではなくなるので、共振発生のための前提が与えられなくなる。制御信号の周波数の変化により生じる調整操作値の誤りを、制御周波数に依存する補正値により補償することができる。調整操作値における残留誤差が、制御器により補償される。
当該の第２の手法を図４のフローチャートを用いて説明する。ステップ４００では、図２のステップ２００におけるのと同様に回転数とオンオフ比とが求められる。続く判別ステップ４１０では、最後の判別ステップ以降の時間条件Ｔが充足されているか否かがチェックされる。ＮＯの場合には、改めてステップ４００が実行される。そうでなくＹＥＳの場合、判別ステップ４２０が後続し、この判別ステップではマーカが値１を取っているか否かがチェックされる。ＹＥＳの場合には、判別ステップ４３０で周波数Ｆは第１の値△Ｆ１だけ高められる。
続く判別ステップ４３５は、周波数が上方の限界値ＦＯを越えたか否かがチェックされる。ＹＥＳの場合には、ステップ４４０でマーカＭは０にセッティングされる。ステップ４４０に続いて、ないし、周波数が未だ限界値ＦＯ以下である場合には、ステップ４５０が後続し、操作器はそのようにして計算された信号で制御される。
判別ステップ４２０によりマーカが１に等しくないことが識別されると、ステップ４６０が後続し、ここで、周波数Ｆは第２の値△Ｆ２だけ低減される。続く判別ステップ４７０は、周波数Ｆが下限の限界値ＦＵ以下であるか否かをチェックする。ＹＥＳの場合にはマーカはステップ４８０で１にセッティングされる。ステップ４８０に続いて、ないし、ステップ４７０により周波数Ｆが下限の限界値ＦＵ以下でないことが識別された場合には、同様にステップ４５０が後続する。
上記の手法は、特に共振効果が回転数領域全体に亘って生じる場合に有利である。本発明によれば、適用さるべきオンオフ比の特性領域マップに係わる基本周波数ＦＵから出発して、可調整の速度で、実際の有効の制御周波数Ｆが上限の限界値ＦＯに達するまで直線的に高められていく。そこで変更方向が反転し、実際の制御周波数Ｆは、下方の基本周波数ＦＵまで低下される。
図５では、時間ｔに関する周波数Ｆの特性は、時間ｔに関して直線的に値ＦＵから値ＦＯまで上昇し、時点ｔ１で値ＦＯに達する。時点ｔ１からは、周波数Ｆは時間ｔ２まで同様に直線的に下降し、上記時点ｔ２で値ＦＵに再び到達する。制御周波数の時間特性は、三角波特性に相応する。周波数の歩進的変化により精確な直線的変化は得られず、時間に関して近似的な直線的関数が得られるに過ぎない。
限界値ＦＵ、ＦＯ及びステップ幅△Ｆ１、△Ｆ２並びに時間ｔは適用例に応じて設定することができる。特にステップ△Ｆ１、△Ｆ２に対して相異なる値が設定可能であるようにすると有利である。時間に関する前述の上昇及び下降に代えて、代替的に他の周波数時間特性を選択できる。時間と周波数との依存関係性に対して任意の関数を選定できる。周波数が時間に関して上述の直線的な特性経過を有する場合、有利には、容易なプログラミングが可能である。

Claims (6)

1. 操作部材の制御信号の周波数が共振効果の回避のために可変である、内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御方法において、
   回転数が所定値へ到達したとき、操作部材の制御信号の周波数が時間に関する直線的な関数に従って第１の周波数値と第２の周波数値との間で増減される
   ことを特徴とする内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御方法。
2. 回転数が所定の値領域内に位置する値をとる場合周波数は高められる、請求項１記載の方法。
3. 第１の周波数値から出発して、第２の周波数値に到達するまで、及び／又は、回転数が所定の値領域外にある値をとるまで周波数は高められる、請求項１又は２記載の方法。
4. 回転数が所定の値領域外に位置する値をとる場合周波数は低減される、請求項１から３までのうちいずれか１項記載の方法。
5. 第２の周波数値から出発して、第１の周波数値へ到達するまで、及び／又は、回転数が所定の値領域外にある値をとるまで周波数は低減される、請求項１から４までのうちいずれか１項記載の方法。
6. 操作部材の制御信号の周波数が共振効果の回避のために可変である、内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御装置において、
   回転数が所定値へ到達したとき、操作部材の制御信号の周波数を時間に関する直線的な関数に従って第１の周波数値と第２の周波数値との間で増減する手段が設けられている
   ことを特徴とする内燃機関の噴射調整装置の調整操作のためにタイミング制御される操作部材の制御装置。

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