JPH11509613A - 電磁弁の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、コイルと可動接片を有する電磁弁の制御装置および制御方法に関する。この場合、接片を動かすためにコイルに電流および／または電圧がタイミング制御されて印加される。そして種々異なる制御を行うことにより、電磁弁を選択的に開閉弁としてまたは圧力調節弁として駆動させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁弁の制御方法および制御装置 従来の技術 本発明は、独立請求項の上位概念に記載の電磁弁の制御方法および制御装置に 関する。 電磁弁を制御するためのこの種の方法および装置は、ドイツ連邦共和国特許出 願公開第３８０５０３１号公報（アメリカ合衆国特許第５３１３１５３号明細書 ）により公知である。そこには、コイルおよび可動接片を有する電磁弁の制御方 法および制御装置が記載されている。この場合、接片を移動させるために、コイ ルに電流および／または電圧が印加される。この目的で、コイルはスイッチング 手段によってタイミングがとられて電圧源と接続される。 この種の電磁弁を車両に組み込む場合、各電磁弁に対し種々異なる電圧が印加 される。このことにより、様々な動作状態においてそれぞれ異なる電磁弁の動作 が引き起こされる。したがって、電磁弁の所定のスイッチングのためにコストが 高くなってしまう。 図面 次に、図面に示された実施例に基づき本発明について説明する。 図１は電磁弁を制御するための回路構成に関する概略図である。 図２は制御信号を示す図である。 図３は電磁弁の構造を示す簡略図である。 図４および図５は時間軸上に描かれた種々の信号を示す図である。 図６はフローチャートである。 以下では、ＡＢＳＲ液圧装置のブレーキ圧制御に使用される電磁弁の実例に基 づき本発明について説明する。ＡＢＳＲシステムおよび／またはＡＳＲシステム の場合、電磁弁を用いることで液圧が制御される。たとえばいわゆる統合形の開 閉弁／圧力調節弁が使用され、これはポンプにより形成された圧力を調整判定基 準に従いメインブレーキシリンダへ急激に逃がすか、あるいは圧力を調整可能な 値に制限する。その際、急激な圧力の軽減に付随して、妨害となるノイズが発生 することになる。したがって本発明の目的は、スイッチングにあたりこのような ノイズを低減することにある。 しかし本発明はこのような適用法に限定されるものではなく、あらゆる電磁的 負荷においても適用できるものである。たとえば本発明を、内燃機関の燃料調量 を制御する電磁弁において、および／または内燃機関用の噴射システムにおける 圧力を制御および／または制限する電磁弁において使用することができる。 図１には、本発明による装置の基本構成要素が示されている。負荷１００は、 その第１の端子を介して給電電圧源Ｕｂａｔと接続されている。この負荷の第２ の端子はスイッチング手段１１０と接続されている。スイッチング手段１１０は 負荷の第２の端子を、抵抗手段１２０を介してアースと接続する。負荷１００、 スイッチング手段１１０ならびに電流測定手段１２０は直列に接続されている。 図１では、各構成要素の順序は実例として示されているものである。これらの構 成要素を別の順序で接続することもできる。負荷１００としてたとえば電磁弁の コイルが用いられる。スイッチング手段１１０はトランジスタであるとよく、た とえば電界効果トランジスタとして実現されている。 さらに制御ユニット１３０が設けられており、このユニットに対しセンサ１４ ０から種々の信号が供給される。また、負荷１００と電流測定手段１２０の各入 力側における電位が制御ユニット１３０へ供給される。制御ユニット１３０はス イッチング手段１１０へ制御信号を供給する。 センサ１４０たとえば個々の車輪の回転数を測定するセンサにより捕捉された 信号に基づき、制御ユニット１３０はスイッチング手段１１０へ印加するための 制御信号を計算する。この場合、負荷１００における電圧Ｕおよび／または負荷 １００を流れる電流Ｉが測定されて評価される。電流Ｉは抵抗手段１２０におけ る電圧降下に基づき求められる。 図２には、スイッチング手段１１０へ印加される制御信号が時間軸上に示され ている。本発明によればタイミング制御が行われる。つまり、信号はまえもって 設定された一定の周波数でその低レベルから高レベルへと移行し、その結果、ス イッチング手段１１０が閉じられて電流が流れるようになる。所定の時間後、信 号はその高レベルから低レベルへと戻り、その結果、スイッチング手段１１０が 開かれるようになる。このようなスイッチングは、使用される弁がその周波数に もはや追従できないような周波数で行うのがよい。このようにすると、弁は平均 的な制御信号に対して応答するようになる。たとえばこのような周波数について １〜２ＫＨｚの間の周波数が選定される。信号が高レベルをとる期間と信号が低 レベルをとる期間との比は、オン／オフ比ＴＶと称する。このオン／オフ比ＴＶ と給電電圧Ｕｂａｔとから電圧Ｕｅｆｆが生じる。この電圧Ｕｅｆｆへの給電電 圧の作用を補償する目的で、オン／オフ比の設定にあたり少なくとも給電電圧Ｕ ｂａｔが考慮される。 図３には、電磁弁における力の状態が基本概略図で示されている。参照符号３ ００により接片が表されており、これに対して磁力ＦＭがはたらく。参照符号３ １０により弁のスロットが示されている。また、ばね３３０によって接片に弾力 ＦＦが加えられる。さらに 、液圧力ＦＨがニードル弁３２０に加わり、これは弾力ＦＦと平行に作用する。 液圧力は、圧力Ｐ２と圧力Ｐ１との圧力差に起因するものである。図３では、圧 力Ｐ１は下から、圧力Ｐ２は上からニードル弁へ加わっている。この場合、磁力 ＦＭは、弾力ＦＦおよび液圧力ＦＨに逆らってはたらく。 スイッチング手段１１０がその開放位置にあるとき、電流は流れず、磁力は値 ゼロをとる。この場合、電磁弁はその開放位置におかれており、つまりニードル 弁３２０は弁スロット３１０から持ち上がっており、液圧流は弁スロット３１０ と電磁ニードル弁３２０との間の間隙を流れる。 コイルに十分な電圧が印加されると、磁力ＦＭが弾力と液圧力の和よりも大き くなる。このことによってばね３３０もいっしよに押圧され、ニードル弁３２０ が弁スロット３１０に当接して連通が遮られる。 電磁弁の作動制御が突然撤回されると、磁力ＦＭが突如として消失し、ニード ル弁が急激に持ち上がることになる。その結果、液圧流は弁スロット３１０と電 磁ニードル弁３２０との間の間隙を通って貫流することになる。このように電磁 バルブが急激に除かれることに付随して、妨害となるノイズが発生することにな る。 このことを回避する目的で以下のことが行われる。すなわち、制御信号のパル ス幅変調つまりオン／オフ 比ＴＶを変化させることにより、弁における実効電圧Ｕｅｆｆにランプ特性をも たせてそれをゼロまで低減するのである。このようにすることで、磁力ＦＭも同 様にランプ特性をもって減少することになる。その結果、押圧力（この押圧力に 抗して弁はその閉成位置にとどまろうとする）がゆっくりと減少していくように なる。したがって弁が開き始める。 力のバランスに関して、開こうとする液圧力ＦＨおよび弾力ＦＦと閉じようと する磁力ＦＭは、平衡状態にある。このため、圧力低減の速度つまりはそれに伴 うノイズの発生を調整することができる。図４には、実効電圧Ｕｅｆｆつまりオ ン／オフ比ＴＶと圧力Ｐ１がそれぞれ時間軸ｔ上に示されている。 電磁弁の開放にあたりオン／オフ比は、電磁弁をその閉成状態に保持するのに 必要とされる初期値から時間ｔにわたりランプ特性的にゼロまで戻される。その 結果、電磁弁に実際に加わる電圧Ｕｅｆｆもその時間にわたってランプ特性的に 減少していくことになる。同じことは、電磁弁がまだその閉成位置に保持されて いるときの圧力Ｐ１についてもあてはまる。その際、この圧力が液圧システム内 における圧力値に達すると、ニードル弁がゆっくりと持ち上がり、液圧流が徐々 に流れ始める。オン／オフ比をさらに低減することによりニードル弁３２０はさ らに持ち上がり、有効な開口横断面がいっそう広がることになる。 本発明による制御によれば、弁の接片３００つまりはニードル弁３２０がゆっ くりと動き始めるよう、実効電圧Ｕｅｆｆが時間の経過につれて変えられていく 。この目的でオン／オフ比をランプ特性的に変化させるのが有利であり、つまり オン／オフ比はその初期値から時間の経過につれて直線的にゼロまで下がってい く。なお、オン／オフ比の代わりに、電圧Ｕｅｆｆへの作用をもつ別の量をラン プ状に時間の経過とともに減少させることもできる。そして緩慢な動きゆえに、 液圧流が急激に流れ始めることはなく、したがってノイズが生じることもなく、 あるいはほとんど生じないようになる。このような形式の制御の場合、開閉弁と してはたらく。 図５には、電磁ニードル弁３２０の行程Ｈに依存して種々の力が示されている 。この場合、行程Ｈは、ニードル弁３２０が運動する経路を表すものである。 部分図Ａには、行程Ｈの軸上に種々の電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に関する磁力ＦＭ が描かれている。磁力ＦＭは、行程Ｈの軸上でほぼ直線的であり一定である。そ れらは行程が大きくなるにつれて、ほんのわずかに下降している。また、電流が 上昇すると磁力も増加している。 部分図５ｂには、磁力ＦＦと液圧力ＦＨの和が行程に依存して描かれている。 この場合、パラメータとして、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との間における圧力差ΔＰを 選んだ。力の和ＦＦ＋ＦＨは観察範囲ではほぼ直線的である。ここでは力は、行 程Ｈが大きくなるにつれて直線的に低下している。そして圧力差ΔＰが大きくな るにつれて、つまり圧力Ｐ１が圧力Ｐ２よりも大きくなるにつれて、両方の力の 和が増大している。 部分図５ｃには、一定の電流値に対する磁力ＦＭの経過特性と、一定の圧力差 に対する両方の力の和ＦＦ＋ＦＨが、行程Ｈに依存して示されている。これら両 方の直線は、行程値ＨＡにおいて一点で交差している。この交点により作動行程 ＨＡが規定される。この行程、圧力差ΔＰおよび電流Ｉ１のところでは、力が平 衡状態にある。 本発明によれば、電磁弁が開放されることになる圧力つまりニードル弁が持ち 上がる圧力に依存して、オン／オフ比が設定される。両方の圧力値Ｐ１とＰ２の 間における既知の圧力差ΔＰにおいて、ニードル弁が持ち上がるよう実効電圧Ｕ ｅｆｆつまりは電流値Ｉを選定することができる。その際、電流値はオン／オフ 比によって調整される。所定のオン／オフ比によって制御を行えば、所定の圧力 において弁が開放される。 本発明によれば、弁は圧力調節弁として駆動される。このため、弁が開放され ることになる圧力ＰＳに依存してオン／オフ比が設定される。このオン／オフ比 でコイルが印加される。圧力が値ＰＳよりも小さくなると、力の和ＦＦ＋ＦＨは 磁力ＦＭよりも小さくなり 、弁が閉じられる。また、圧力が値ＰＳよりも大きくなると、力の和ＦＦ＋ＦＨ は磁力ＦＭよりも大きくなり、弁が開放される。この形式の制御の場合、弁は圧 力調節弁としてはたらく。 タイミング制御に基づき、様々な制御を行うことによって弁を開閉弁としても 圧力調節弁としても駆動することができる。これにより、たとえばＡＢＳシステ ム、ＡＳＲシステムまたはＦＤＲシステムにおいて開閉弁や圧力調節弁が必要と されるときに、コストを著しく節約できる。また、適切な制御により弁のうちの １つを省略することができる。 図６には、このことがフローチャートで示されている。最初の質問ステップ６ ００において、圧力Ｐ１を保持すべきか、またはそれを低減すべきかが調べられ る。質問ステップ６００において、圧力を低減すべきでないと判定されれば、弁 は圧力調節弁として制御される。つまりステップ６１０において、圧力Ｐ１につ いて所定の値ＰＳにおいて弁が開放されるよう、オン／オフ比ＴＶつまりは実効 電圧Ｕｅｆｆが設定される。これに続いてステップ６００が行われる。 質問ステップ６００において、圧力を低減すべきであると判定されたならば、 弁は開閉弁として駆動される。弁をその開放状態へ動かすために、ステップ６２ ０においてオン／オフ比つまりは弁における電圧Ｕｅｆｆが所定の値ΔＵだけ低 減される。次にステップ６ ３０において、弁が確実に開放されたときの所定の電圧よりも電圧Ｕｅｆｆの値 が小さいか否かについて検査される。この場合、オン／オフ比つまりは電圧Ｕｅ ｆｆがゼロと等しいかまたはそれよりも小さいかを調べるのがよい。これがあて はまらなければ続いてもう１度、ステップ６２０が行われる。また、Ｕｅｆｆが 所定の値よりも小さければ、次にステップ６００に進むことになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒャエル メットナー ドイツ連邦共和国 Ｄ−71640 ルートヴ ィヒスブルク ヴァリザー シュトラーセ ４−１ (72)発明者 マルティン エーラー ドイツ連邦共和国 Ｄ−74211 ラインガ ルテン エッピンガー シュトラーセ 82 (72)発明者 ギュンター ホール ドイツ連邦共和国 Ｄ−70569 シュツッ トガルト クナッペンヴェーク 46 (72)発明者 エーリヒ ルーデヴィヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ−70806 コルンヴ ェストハイム イム キルヒレ 49 (72)発明者 ディートマール ゾムマー ドイツ連邦共和国 Ｄ−71254 ディッツ ィンゲン ゾリトゥーデシュトラーセ 16

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電磁弁がコイルおよび可動接片を有しており、該接片を動かすためにコイル に電流および／または電圧が印加され、まえもって定められたオン／オフ比によ るタイミング制御により前記の印加が行われる、電磁弁の制御方法において、 種々異なる制御により、電磁弁を選択的に開閉弁または圧力調節弁として駆 動することを特徴とする、電磁弁の制御方法。 ２．開閉弁として駆動するときには、接片がゆっくりと動き出すよう時間の経過 につれてオン／オフ比を変化させる、請求項１記載の方法。 ３．オン／オフ比を時間の経過につれてランプ特性的に変化させる、請求項１ま たは２記載の方法。 ４．弁に印加される電圧がランプ特性的に時間の経過につれて変化するようオン ／オフ比を変える、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。 ５．押圧力、復帰力および調整可能な磁力の間における力の平衡状態が生じるよ う、オン／オフ比を設定する、請求項１〜４のいずれか１項記載の方法。 ６．圧力調節弁として駆動するときには、電磁弁が開放されることになる圧力に 依存してオン／オフ比を定める、請求項１〜５のいずれか１項記載の方法。 ７．電磁弁がコイルおよび可動接片を有しており、該 接片を動かすためにコイルに電流および／または電圧が印加され、まえもって定 められたオン／オフ比によるタイミング制御により前記の印加が行われる、電磁 弁の制御装置において、 種々異なる制御により電磁弁を選択的に開閉弁または圧力調節弁として駆動 する手段が設けられていることを特徴とする、電磁弁の制御装置。