JP4225598B2 - 電磁負荷の制御方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電磁負荷、例えば、内燃機関の燃料噴射制御用電磁弁の制御方法であって、充電手段内に充電された電荷が、前記負荷の制御開始時に充電し直される方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
電磁負荷の制御用装置は、ドイツ連邦共和国特許公開第4413240号公報から公知である。ここには、スイッチオフ時に開放されるエネルギを、ブースターコンデンサに充電する装置が開示されている。直ぐ次の制御の開始時に、充電されたエネルギが負荷内で充電し直される。
【0003】
更に、弁の本来の制御後の再充電時間中、電流の短時間のスイッチオンオフによって、付加的な電荷をコンデンサ内に充電する装置が公知である。この過程は、通常、再充電乃至リチャージと呼ばれる。この再充電は、できる限り短時間にする必要がある。と言うのは、使用できる時間は、例えば、大きな回転数の場合、非常に短くなることがあるからである。
【0004】
点火スイッチを用いて、制御装置をスイッチオンした後、コンデンサは、一般には、充電されない。内燃機関が、比較的長い時間、燃料噴射が行われない作動状態にある場合、例えば、エンジンブレーキ作動状態では、コンデンサは、一般に、同様に、放電される。後続の制御の際、弁が開かれず、又は、遅延されて開かれる場合が生じることがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電磁負荷の制御装置を、燃料噴射が行われない状態後最初の制御時でも、負荷の高速且つ正確なスイッチング過程を達成することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題は、本発明によると、燃料噴射が行われない状態後、始動過程の開始を指示する信号の評価により、当該の燃料噴射が行われない状態後の直後の燃料噴射を検出し、給電電圧よりも高い電圧に充電手段を充電し、始動過程の開始を指示するために、評価される信号を、スタータが作動された場合に印加される端子の電圧及び/又は回転数信号を使うことにより解決される。
【0007】
【実施例】
本発明の装置について、以下、図示の実施例を用いて説明する。
【0008】
本発明の装置は、有利には、内燃機関、殊に、自己点火内燃機関に使用される。そこでは、電磁弁が、燃料調量の制御のために使われている。この電磁弁は、以下、負荷と呼ぶ。本発明は、この用途に限定されるものではなく、高速スイッチングされる電磁負荷を必要とする所ではどこでも使用することができる。
【0009】
内燃機関、殊に、自己点火内燃機関での用途の際、電磁弁の開時点は、シリンダ内への燃料の噴射開始時点に固定され、閉時点は、シリンダ内への燃料の噴射終了時点に固定されている。
【0010】
図1には、本発明の装置の主要な要素が示されている。図示の実施例は、4シリンダ内燃機関である。この際、各負荷には、燃料噴射弁が配属されており、各燃料噴射弁には、内燃機関のシリンダが配属されている。内燃機関の比較的高いシリンダ数の場合、相応して、多数の弁、スイッチング手段及びダイオードが設けられている。
【0011】
100,101,102,103で、4つの負荷が示されている。負荷100〜103の第1の端子は、それぞれ、スイッチング手段115及びダイオード110を介して電圧源105に接続されている。
【0012】
ダイオード110は、そのアノードがプラス極に接続されており、そのカソードがスイッチング手段115と接続されているように構成されている。スイッチング手段115は、有利には、電界効果トランジスタである。
【0013】
負荷100〜103の第2の端子のそれぞれは、それぞれ1つの第2のスイッチング手段120,121,122,123を介して抵抗手段125と接続されている。スイッチング手段120〜123は、同様に、有利には、電界効果トランジスタである。スイッチング手段120〜123は、ローサイドスイッチとして示されており、スイッチング手段115は、ハイサイドスイッチとして示されている。抵抗手段125の第2の端子は、電圧源の第2の端子と接続されている。
【0014】
各負荷100〜103には、ダイオード130,131,132,133が配属されている。ダイオードのアノード端子は、それぞれ、負荷とローサイドスイッチとの間の接続点に接触接続されている。カソード端子は、コンデンサ145並びに別のスイッチング手段140と接続されている。スイッチング手段140の第2の端子は、負荷100〜103の第1の端子と接触接続されている。このスイッチング手段140は、同様に有利には電解効果トランジスタである。このスイッチング手段140は、ブースタスイッチとも呼ばれる。コンデンサ145の第2の端子は、同様に給電電圧105の第2の端子と接続されている。
【0015】
制御ユニット160は、ハイサイドスイッチ115に制御信号AHを供給する。スイッチング手段120は、制御ユニット160から制御信号AL1が供給され、スイッチング手段121は、制御信号AL2が供給され、スイッチング手段122は、制御信号AL3が供給され、スイッチング手段123は、制御信号AL4が供給され、スイッチング手段140は、制御信号ACが供給される。
【0016】
電圧源105の第2の端子と、スイッチング手段115と負荷100〜103の第1の端子との間の接続点との間には、ダイオード150が接続されている。この際、ダイオードのアノードは、電圧源105の第2の端子と接続されている。
【0017】
この制御により、殊に、回転数センサ180の信号N、アクセルペダル位置FPを示すセンサ195の信号及び端子50に印加される電圧190が処理される。この端子50には、スタータが作動された際に、電圧が印加される。端子50の電圧は、スタータの作動状態乃至内燃機関の直ぐ差し迫った始動状態を示す。
【0018】
抵抗125を用いて、負荷を流れる電流を検出することができる。
【0019】
図示の装置によると、電流測定抵抗125を介して電流測定することは、スイッチング手段120〜123の1つが閉じられている場合に限って可能である。ローサイドスイッチが開かれている場合も、電流を検出することができるようにするために、電流測定抵抗を他の箇所に設けてもよい。例えば、コンデンサ145の第2の端子を、電流測定手段125とスイッチング手段120〜123との間の接続点に接続することができる。この場合、ローサイドスイッチが遮断されている場合に電流測定することもできる。更に、電流測定手段は、電圧源とハイサイドスイッチとの間、乃至、ハイサイドスイッチと負荷との間に設けてもよい。
【0020】
図2のaには、ブースタトランジスタ140用の制御電流ACが記載されている。図2のbには、ハイサイドスイッチ115用の制御信号AHが記載されている。図2のcには、ローサイドスイッチの1つの制御信号ALが示されている。図2のdには、負荷を流れる電流Iが時間に亘って示されており、図2のeには、コンデンサ145に印加される電圧UCが時間に亘って示されている。この際、測定サイクルに相応する制御は、電磁弁用の予備燃料噴射なしで示されている。
【0021】
各測定サイクルでは、種々のフェーズが区別される。フェーズ0では、負荷の制御の前で、終段が遮断される。制御信号AC、AH及びALは、低電位である。つまり、ハイサイドスイッチ115、ローサイドスイッチ120〜123、及びブースタスイッチ140は、電流を遮断する。負荷を、電流は流れない。コンデンサ145は、その最大電圧UCに充電される。これは、例えば、約80ボルトの値になり、それに対して、電圧源の電圧は、約12ボルトの値になる。
【0022】
ブースタ作動期間と呼ばれる制御開始時の第1のフェーズでは、燃料を調量すべき負荷に配属されたローサイドスイッチが制御される。つまり、フェーズ1からは、信号ALは、高いレベルをとる。それと同時に、線路AC上には、高い信号が送出され、この信号によって、スイッチ140が導通制御される。ハイサイドスイッチ115は、制御されず、このスイッチは更に遮断され続ける。このスイッチ手段の制御は、コンデンサ145によって、ブースタスイッチ140、相応の負荷、この負荷に相応するローサイドスイッチ及び電流測定手段125を介して電流が流れるように行われる。このフェーズでは、電流Iは、負荷の高い電圧によって非常に高速で上昇する。このフェーズ1は、コンデンサ145に印加される電圧が所定値U2を下回る場合に終了する。
【0023】
始動電流調整期間とも呼ばれる第2のフェーズでは、スイッチオン電流は、ハイサイドスイッチ115によって受け取られ、ブースタは作動しない。第2のフェーズでは、ブースタスイッチ140用の制御信号は取り消され、従って、このスイッチ140は遮断される。ハイサイドスイッチ115及び負荷に配属されたローサイドスイッチ用の制御信号AH及びALは、高いレベルに設定され、従って、このスイッチは電流を解除する。従って、電流が電圧源105からダイオード110、ハイサイドスイッチ115、負荷、相応のローサイドスイッチ、電流測定抵抗125を介して電圧源105に戻る。ハイサイドスイッチのクロック制御によって、電流測定抵抗125を用いて検出される電流は、始動電流IA用の予め設定することができる値に調整される。即ち、始動電流の目標電流に達すると、ハイサイドスイッチ115は、当該スイッチが遮断するように制御される。別の限界値を下回ると、このスイッチは、再度解除される。
【0024】
ハイサイドスイッチ115が遮断された場合、フリーホイール回路が作動する。電流は、負荷からローサイドスイッチ、抵抗125及びフリーホイールダイオード150を通って流れる。
【0025】
第2のフェーズは、制御ユニット160が始動フェーズの終了を送出した場合に終了する。これは、例えば、スイッチング時点検出部が、電磁弁の接極子がその新たな終端位置に達したことを検出した場合である。スイッチング時点検出部が、所定時間内で、電磁弁の接極子がその新たな終端位置に達したことを検出しない場合には、誤差が検出される。
【0026】
第1の高速消去期間とも呼ばれる第3のフェーズでは、相応のローサイドスイッチは取り消される。これにより、電流は、それぞれの負荷から、この負荷に配属されたダイオード130〜133を通ってコンデンサ145に流され、負荷内に充電されたエネルギがコンデンサ145に充電し直される。その際、ハイサイドスイッチ115は、図示の実施例では、このスイッチが閉じられ続けるように制御される。このフェーズでは、電流は、始動電流IAから保持電流IHに低下する。それと同時に、コンデンサ145に印加する電圧は、値U3に上昇するが、この値は、明らかに値U1の下側である。この第3のフェーズは、保持電流用の目標値IHに達した場合に終了する。始動電流IAから保持電流IHに移行する際に解除されるエネルギは、コンデンサ内に充電される。この際、特に有利には、始動電流から保持電流への移行は、高速消去に基づいて高速に行われる。
【0027】
第3のフェーズには、保持電流調整期間とも呼ばれる第4のフェーズが続く。第2のフェーズの場合に相応して、ローサイドスイッチ用の制御信号は、その高いレベルにあり続け、即ち、負荷に配属されたローサイドスイッチは閉じられ続ける。ハイサイドスイッチ115の開閉によって、負荷を流れる電流は、保持電流の目標値に調整される。遮断されたハイサイドスイッチ115の場合、フリーホイール回路が作動する。電流は、負荷から、ローサイドスイッチ、抵抗125及びフリーホイールダイオード150を通って流れる。燃料噴射過程が閉じられると、フェーズ4は終了する。
【0028】
それに続く第5のフェーズ(第2の高速消去期間とも呼ばれる)では、相応のローサイドスイッチが閉じられ、ハイサイドスイッチ115が導通制御される。このフェーズ内では、負荷を通って流れる電流は、同様に、高速で値ゼロに低下する。それと同時に、コンデンサ145に印加する電圧Uは、第3のフェーズの場合よりも小さな値だけ上昇する。
【0029】
第3及び第5フェーズでは、電流Iの目標値は、高い値から低い値に移行する。このフェーズでは、それぞれ負荷に配属されたローサイドスイッチが、電流を遮断するように制御される。このフェーズでは、高速消去が行われる。これにより、電流は、その新たな目標値に達するようになる。
【0030】
フェーズ2及び4では、電流調整は、ハイサイドスイッチのクロック制御によって行われる。遮断されたハイサイドスイッチの場合、フリーホイールダイオード150は作動している。このフェーズでは、電流はゆっくりと低下していく。これにより、比較的小さなスイッチング周波数になる。
【0031】
第6のフェーズでは、終段は作動せず、即ち、燃料調量は行われない。つまり、ブースタスイッチ140用の制御信号、ハイサイドスイッチ用の制御信号AH、及びローサイドスイッチ用の制御信号ALは、全て低レベルであり、全てのスイッチは遮断している。負荷を流れる電流は、0のままであり、コンデンサ145の電圧は、その値を維持し続ける。
【0032】
この制御後の第7のフェーズ(後クロック制御期間とも呼ばれる)では、ハイサイドスイッチ115は、制御信号AHによって再度その導電状態にされる。ローサイドスイッチを閉じることによって、負荷の1つを流れる電流が初期化される。この電流は、例えば、ダイオード100、スイッチング手段120及び電流測定手段125を通って電圧源に還流する。電磁弁が未だ応動しないように選定された電流の目標値に達した場合、ローサイドスイッチは、開くように制御される。これにより、再度、負荷、ダイオード130〜133の1つ及びコンデンサ145からなる電流路が高速消去される。それにより、コンデンサ145に印加される電圧が上昇する。
【0033】
電流が所定値を下回ると即座に、ローサイドスイッチ120は再度作動状態になる。この過程は、コンデンサ145の電圧が段階的に再度U1に達する迄繰り返される。この過程は、リチャージと呼ばれる。
【0034】
それに続いて、フェーズ8では、全ての制御信号がリセットされ、全てのスイッチは、その遮断状態になる。このフェーズは、フェーズ0に相応する。
【0035】
燃料噴射が行われない、内燃機関の状態後、負荷の最初の制御の際、コンデンサ145は放電される。この場合には、最初の制御の際に、コンデンサの利点を利用することができない。殊に、スイッチング過程は加速されず、燃料噴射も決められない。更に、内燃機関の始動時に、利用できる電圧は、通常の値以下に低下する。
【0036】
この課題を解決するために、燃料噴射が行われない状態後、新たな最初の燃料噴射の前に、充電手段を充電することが提案されている。適切な信号の評価によって、直ぐ差し迫った燃料噴射が検出されて、コンデンサの充電過程が開始される。
【0037】
そのような、燃料噴射が行われない状態は、内燃機関の停止状態である。充電過程は、差し迫った始動過程を示す信号が生じている場合に開始される。差し迫った始動過程を示す信号として、例えば、回転数信号、端子50の電圧乃至端子15の電圧を使うことができる。
【0038】
燃料噴射が行われない別の状態は、エンジンブレーキ状態である。充電手段は、エンジンブレーキ状態の終了を示す信号が生じた場合に充電される。エンジンブレーキ状態の終了を示す信号としては、例えば、アクセルペダル位置信号を使うことができる。
【0039】
内燃機関の差し迫った始動状態の検出のために、本発明によると、回転数センサ乃至端子50の出力信号が評価される。運転手が、内燃機関の始動時に点火キーを操作すると、スタータが通電され、その際、端子50に電圧が印加される。装置が、この電圧が印加されたことを検出した場合、再充電過程が開始される。端子15の評価は、あまり適さない。と言うのは、点火系だけがスイッチオンされた場合に、この端子には既に電圧が印加されているからである。その際、運転手が点火系だけをスイッチオンし、後の時点になって初めて内燃機関を始動する場合も入ることができる。
【0040】
特に有利には、回転数センサの最初のパルスが発生した場合、充電過程を開始すると良い。回転数センサとしては、一般的には、セグメントセンサ乃至インクリメントセンサ(規則的な間隔でパルスを送出する)が使用される。
【0041】
直ぐ差し迫った始動を検出するために、この信号の他に、更に他の信号を評価することもできる。
【0042】
図3には、種々の信号が時間に亘って記載されている。図3のaには、端子15の電圧が時間に亘って記載されており、図3のbには、端子50の電圧が時間に亘って記載されている。図3のcには、回転数センサ180のパルスが示されている。図3のdには、コンデンサ145の電圧Uが記載されており、図3のeには、負荷を流れる電流Iが記載されている。
【0043】
図3には、最初の燃料噴射の前のスイッチオンの状態が示されている。時点t0で、運転手が点火キーを作動し、端子15の電圧が上昇する。時点t1で、スタータが通電され、このことは、端子50の電圧上昇に相応する。
【0044】
時点t1後直ぐに、回転数センサNの最初のパルスが現れる。この時点t1で、乃至、最初の回転数パルスNが現れた時点で、本発明によると、コンデンサ145の充電が開始される。つまり、時点t1から、図2に示されているフェーズ7の場合に相応して進行する。
【0045】
この結果、時点t2まで、電流はその都度上昇して再度降下し、電圧Uは、段階的に値U1に上昇する。この値に時点t2で達すると、コンデンサ145は、完全に充電される。この状態は、図2のフェーズ7の経過後の燃料噴射後のコンデンサの状態に相応する。
【0046】
時点t3には、内燃機関での最初の燃料噴射が続き、時点t4まで持続する。
【0047】
時点t3とt4との間では、フェーズ1〜5が処理される。続いて、コンデンサを再度充電するために、新たなリチャージ過程が続く。各燃料噴射時に、図2の時間経過が進行する。
【0048】
図4には、この手続きが流れ図を用いて示されている。第1のステップ400では、端子15の電圧が上昇されているか検出される。これに続く問い合わせ部410では、端子50に電圧が印加されているかどうか検査される。端子50に電圧が印加されていない場合には、問い合わせ部420が続き、この問い合わせ部では、回転数パルスが生じているかどうか検査される。回転数パルスが生じていない場合には、新たに問い合わせ部410が続く。端子50に電圧が印加されているか、乃至、回転数信号Nが生じている場合には、ステップ430で、コンデンサの充電過程が続く(図3で、時点t1から示したように)。
【0049】
両問い合わせ部は、図示のように2つ行うことができる。しかし、両問い合わせ部を1つしか行わないようにすることもできる。
【0050】
特に有利には、前述の端子15を監視すると良い。運転手が点火キーを作動すると、この端子には、電圧が印加される。その際、有利には、始動装置の作動前に、端子15を評価すると良く、その際、この場合には、給電電圧は、一般に、始動装置の作動後よりも高い。この実施例では、ステップ430は、ステップ400の直ぐ後に行われる。
【0051】
別の実施例は、図5に示されている。第1のステップ500では、燃料噴射が行われない作動状態が生じていることが検出される。そのような作動状態は、例えば、エンジンブレーキ作動で生じる。このエンジンブレーキ作動は、アクセルペダル乃至回転数の評価によって検出される。それに続く問い合わせ部510は、アクセルペダルの作動状態が生じているかどうか検査される。アクセルペダルの作動は、エンジンブレーキ作動状態の終了を示す。アクセルペダルが作動していない場合には、新たに問い合わせ部510が続く。アクセルペダルが作動している場合、ステップ520で、コンデンサの充電過程が続く(図3に時点t1から示されているような)。
【0052】
【発明の効果】
燃料噴射が行われない状態後最初の調量時でも、弁を高速スイッチングして正確に燃料調量することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の回路装置
【図2】時間軸上で示した種々の信号
【図3】時間軸上で示した種々の信号
【図4】流れ図
【図5】流れ図
【符号の説明】
100〜103 負荷
105 電圧源
110 ハイサイドスイッチ
115 スイッチング手段
120〜123 ローサイドスイッチ
125 抵抗手段
160 制御ユニット
Claims (3)
- クランキング時の、電磁負荷、例えば、内燃機関の燃料噴射制御用電磁弁の制御方法であって、充電手段内に充電された電荷が、前記負荷の制御開始時に充電し直される方法において、燃料噴射が行われない状態後、始動過程の開始を指示する信号の評価により、当該の燃料噴射が行われない状態後の直後の燃料噴射を検出し、給電電圧よりも高い電圧に充電手段を充電し、前記始動過程の開始を指示するために、前記評価される信号を、スタータが作動された場合に印加される端子(50)の電圧及び/又は回転数信号を使うことを特徴とする電磁負荷の制御方法。
- 始動過程の開始を指示する信号が生じた際に、充電手段を充電する請求項1記載の方法。
- クランキング時の、電磁負荷、例えば、内燃機関の燃料噴射制御用電磁弁の制御装置であって、充電手段内に充電された電荷が、前記負荷の制御開始時に充電し直される装置において、燃料噴射が行われない状態後、始動過程の開始を指示する信号の評価により、当該の燃料噴射が行われない状態後の直後の燃料噴射を検出し、給電電圧よりも高い電圧に充電手段を充電する手段が設けられており、
前記始動過程の開始を指示するために、前記評価される信号は、スタータが作動された場合に印加される端子(50)の電圧及び/又は回転数信号であることを特徴とする電磁負荷の制御装置。
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