JP4079993B2 - 電磁負荷の制御方法及び装置 - Google Patents

Description

技術水準
本発明は電磁負荷の駆動制御方法及び装置に関する。ＤＥ−０ ４４ １５ ３ ６１からは電磁負荷の駆動制御方法及び装置が公知である。そのような電磁負荷は、殊に内燃機関における燃料調量の制御のため使用される。この場合電磁弁により噴射持続時間（期間）が設定（セッティング）される。
電磁弁の場合、通常、駆動制御時点と電磁弁の応動動作（時点）との間で所定の時間間隔が経過する。当該の時間間隔は、通常、弁のスイッチング（開閉）時間と称される。このスイッチング（開閉）時間時間は、種々のパラメータ、例えば、コイル温度とか、コイルを流れる電流に依存する。電磁弁の可変のスイッチング時間によっても、同じく可変の噴射持続時間（期間）、以て、変化する噴射燃料量が生ぜしめられる。
発明の課題
本発明の目的ないし課題とするところは、噴射される燃料量の制御方法及び装置にて精度を高めることにある。上記課題は非従属形（主）請求の範囲（メインクレーム）の特徴事項にて規定された構成要件により解決される。
本発明の方法及び装置により燃料調量の精度を著しく改善し得る。本発明の有利な構成及び発展形態はサブフレームに規定されている。
図面
次に図示の実施例に即して本発明を説明する。図１は、本発明の装置のブロックダイヤグラムを示し、図２は、１実施例の詳細なブロックダイヤグラムを示し、図３及び図４は、時間に関してプロットされた種々異なる（様々の）信号の特性経過を示す。
実施例の説明
次に、噴射さるべき内燃機関における燃料量の制御のための装置の例に即して本発明を説明する。但し、本発明はこの適用例に限定されない。電磁負荷の駆動制御持続時間を制御すべき場合には常に使用し得る、このことは殊に次のような場合、特に当てはまる、即ち、電磁弁を流れる媒体の容積流が駆動制御持続時間によって定められる場合には特に当てはまる。
１００は、電磁弁を示す。電磁弁１００のコイルの第１端子は、給電電流（端子）Ｕｂａｔと接続されている。電磁弁の第２端子は、スイッチング素子１１０を介してアースと接続されている。スイッチング素子は有利にトランジスタとして構成されている。電流測定素子は、有利にはオーム抵抗であり、ここで、オーム抵抗における電圧降下は電流測定のため評価される。
スイッチング素子１１０には、駆動制御信号Ａが加えられる。駆動制御信号Ａが高いレベルをとる限り、スイッチング素子１１０は閉成し、そして、それにより負荷を流れる電流がトリガ（イネーブリング）される。駆動制御信号Ａはオア素子１３０により生成（処理）される。オア素子１３０は制御ユニット１４０の駆動制御信号Ｂ及び時間延長（遅延）部（回路）１５０の出力信号ｔｖを結合する。時間延長（遅延）部（回路）１５０には制御ユニット１４０の出力信号Ｂ及び電流検出部（回路）１６０の出力信号が供給される。電流検出部（回路）１６０は抵抗１２０における電圧降下を評価する。
上記装置は、次のように動作する。制御ユニット１４０は、図示されてない信号を基にして、スイッチング素子１１０の作動のための駆動制御信号Ｂを計算する。信号Ｂが高いレベルをとると、当該信号Ａも、同様に高いレベルをとり、スイッチング素子１１０により、負荷１００を流れる電流がトリガされる。電磁弁100を電流がながれた後、当該の電磁弁により、内燃機関内への燃料調量がトリガされる。
信号Ｂがその低いレベルに低下し、時間延長（遅延）部（回路）１５０からは信号が現れない場合、信号Ａも同様に低いレベルに低下し、それにより、スイッチング素子１１０の開放及び電流の流れの中断が生ぜしめられる。その結果電磁弁１００は再び閉成（閉弁）され、燃料調量は終了する。
電磁弁１００のスイッチオフ特性は、規定的に、スイッチオフの時点における磁気力により規定される。そのような磁気力に対しては、種々の量が影響を及ぼす。これは、一方では電圧、インダクタンスのトレランス、コイル抵抗、温度の影響である。スイッチング時間は、実質的にスイッチオフの際の瞬時値Ｉ1、即ち、信号Ａの低いレベルへの低下の際の瞬時の電流値Ｉ１に依存する。大きな電流値の場合は、小さい電流値の場合におけるより長いスイッチング時間が生じる。
通常、電流は一定量でない。電流は一方ではコイルの抵抗に依存し、以て、コイルの温度に依存する。さらに次のようにして電流制御を行わせることも可能である、即ち、電流が２つの電流値間で往復的に変動するようにして電流制御を行わせ得る。インダクタンスの場合電流は投入後指数関数に従って、上昇する。弁のスイッチオフされる時点が、次のような時点に当たる場合が起こり得る、即ち電流が未だその終値に達していない時点に当たる場合が起こり得る。それらの場合において、スイッチング時間はそれの所定の値とは偏差が生じる。
本発明によれば、制御ユニットにより定められたスイッチオフ時点Ｔ１（これは駆動制御終了に相応する）の時点にて電流値Ｉ１は検出される。当該電流値Ｉ１に依存して、時間延長（遅延）部（回路）１５０は実際のスイッチオフ時点ｔ２を次のように補正する、即ち電磁弁の有効駆動制御持続時間として、スイッチオフの場合電流終了値Ｉｍａｘへの到達の際生じる時間がセッティングされるように補正する。
信号Ｂがそれの低いレベルへ低下する時点ｔ₁での電流値Ｉ１を基にして、補正時間△ｔが、スイッチオフ時点における電流値Ｉ１の関数として求められる。当該の遅延時間△ｔ中時間延長（遅延）部（回路）１５０は高いレベルを有する信号ｔｖを送出する。その結果オア結合部（回路）１３０の出力信号Ａは、当該の遅延時間△ｔ中高いレベルに保持され、もって、電磁弁の駆動制御持続時間は、当該時間△ｔだけ延長される。
電流測定抵抗１２０の代わりに選択的に、負荷を流れる電流の測定のため他の手法を使用することもできる。例えば所謂Ｓｅｎｓｅｆｅｔを使用することも可能である。その場合、ＦＥＴが用いられ、該ＦＥＴによっては、負荷を流れる電流に比例する部分電流が出力量として得られる。
図２中には時間延長（遅延）部（回路）１５０の実施態様を示す。図１中既に記載の素子は、相応の参照符号で示されている。電流測定抵抗１２０にて生じる電圧は、スイッチング素子２００を介して、オペアンプ２１０に達する。スイッチング素子２００は制御ユニットの信号Ｂに依存してスイッチングされる。スイッチング素子２００とオペアンプ２１０との間では抵抗２２０とコンデンサ２３０がアースに接続されている。オペアンプ２１０の第２入力側は抵抗２４０、２４５から成る分圧器の中間タップに接続されている。抵抗２４０、２４５からなる分圧器は、アースと電圧源Ｖｃｃとの間に接続されている。オペアンプ２１０の出力側は抵抗２５０を介してそれの第２入力側にフィードバックされている。オペアンプの出力側には、信号ｔｖが現れ、該信号はオア素子１３０へ導かれる。
当該装置は次のように動作する。信号Ｂが高いレベルをとる限り、スイッチ２００は、それの閉成状態に保持される。その結果、コンデンサは、抵抗１２０にて生じる電圧降下による電圧に充電され、該電圧は負荷を流れる電流に比例する。その際、オペアンプ２１０の出力信号ｔｖは、高い値をとる。信号Ｂがそれの低い信号レベルに低下すると、スイッチング素子２００は開き、そしてコンデンサ２３０は、抵抗２２０を介してアースへ放電される。コンデンサに現れる電圧が、抵抗２４０、２５０から成る分圧器により定められる値を下回ると直ちにオペアンプは貫通（導通）接続され、その結果オペアンプの出力信号は０へ低下する。当該の回路（スイッチング）動作によってはそれだけ投入持続時間が延長される遅延時間は、負荷１００を流れる電流値Ｉ１に依存するようになる。
本発明のさらなる実施例では時間延長（遅延）部（回路）１５０は特性マップを有し、該特性マップでは信号Ｂの低下の時点ｔ１での電流の瞬時値Ｉ１と、時間間隔△ｔ（該時間間隔だけ駆動制御が延長される）との関係が格納されている。更に、当該の量は、電流値Ｉ１から出発して所定関数ｆ（Ｉ１）に従って、計算され得る。特性マップないし関数ｆ（Ｉ１）は次のように選定されている、即ち、小さな電流値Ｉ１の場合大きな遅延時間△ｔが生じ、そして、大きな電流値Ｉ１の場合小さな遅延時間△ｔが生じるように選定されている。弁のスイッチング時間ＴＳは、スイッチオフの時点に流れる電流Ｉ1に依存する。当該関係は、理論的考察により、又は測定により求められ得る。各電流値Ｉ１には１つの補正値△ｔを対応付け得、それにより、良好な近似でスイッチング時間を電流値Ｉ１に無関係に、もって、給電電圧の変動に無関係であって、駆動制御時間にのみ依存するようになる。
図３には、スイッチオフの行われる際、即ち、負荷を流れる電流がそれの終値Ｉｍａｘに到達した場合に信号Ｂが低い信号レベルへ低下する際現れる特性経過の様子を示す。図３ａには駆動制御信号Ｂ及び駆動制御信号Ａを示す。図３ｂには弁を流れる電流Ｉを示し、図３ｃには電磁弁の作動状態を示す。
当初は、駆動制御信号Ｂは高いレベルを有し、電磁弁を流れる電流Ｉはそれの最大値Ｉｍをとる。電磁弁はそれの開放ポジション（位置）におかれている。時点ｔ１では制御ユニット１４０は駆動制御信号Ｂの送出を中止する。それにより、電流Ｉは０に低下する。電磁弁はさらなる時間に対してそれの開放ポジション（位置）状態に保持される。時点ｔ_ｏｆｆでの遅延時間の経過後はじめて、電磁弁はそれの新たなポジション（位置）を占め、そして、閉じる。時点ｔ１と時点ｔｏｆｆとの間の遅延時間は、スイッチング時間ＴＳと称される。
図４には次のような場合における様子を示す、即ち、電流値Ｉ１が当該時点ｔ１にて未だ最大値Ｉｍａｘに達していない時点ｔ１にてスイッチオフが行われる場合における様子を示す。ここで、同じ時点にてスイッチオフが行われると、スイッチング時間は、一層より短くなり、そして調量（配量）は、相応に短縮され、それにより一層わずかな燃料量が惹起される。
図４ａには、制御ユニット１４０の信号Ｂを示し、図４ｂにはスイッチング素子１１０に供給される信号Ａを示す。図４ｃには、電流Ｉが示され、図４ｄには、電磁弁の状態を示す。当初は（始めでは）、信号ＡとＢは、それの高いレベルをとる。その結果、電磁弁はそれの開放状態におかれる。時点ｔ１では制御ユニット１４０は、それの高い信号レベルから低い信号レベルへ低下する。時点ｔ１での瞬時の電流値Ｉ１は、電流値Ｉｍａｘより小である。その結果、スイッチング時間は、図３に示すスイッチオフ過程の場合におけるより短いようになる。
駆動制御持続時間を相応に補正するため、時間延長（遅延）部（回路）１５０は、遅延時間△ｔの間加わる信号ｔｖを生成する。それにより、スイッチング素子１１０に加えられる出力信号Ａが時点ｔ２まで加わるようになる。それにより、電流は更に上昇し、そして、時点ｔ２以降低下するようになる。電磁弁は、時点ｔ_ｏｆｆからはじめて燃料流を阻止する。
信号ｔｖないし遅延時間△ｔは次のように設定される、即ち弁が信号Ｂが低下してから、固定の閉成時間ＴＳの経過後閉じるように設定される。有利にはスイッチング時間ＴＳは、所定の電流値Ｉｍａｘの際に、検出され、そして、制御ユニットにより信号Ｂの検出の際考慮される。本発明の構成では次のように設計し得る、即ち、電流値Ｉｍａｘが、任意の電流値であるように設計し得る。弁が時点ｔ_ｏｆｆで閉じることを達成するため、制御ユニット１４０は信号Ｂを送出し、該信号Ｂは、時点ｔ_ｏｆｆよりスイッチング時間ＴＳだけ前にてそれの低いレベルへ低下するようにするのである。
値０へ信号Ｂが低下する際生じる電流値Ｔ１が値Ｉｍａｘと偏差を呈する場合には、時間延長（遅延）部（回路）１５０は、駆動制御信号Ａを、スイッチオフ時点における電流値Ｉ１に依存する遅延時間△ｔだけ補正する。有利には遅延時間△ｔは、信号Ｂの低下の際の電流値Ｉ１と、電流値Ｉｍａｘ（該電流値Ｉｍａｘでは予期されるスイッチング時間ＴＳが求められている）との差に依存して設定される。両電流値Ｉ１、Ｉｍａｘが等しい場合、遅延時間△ｔは、０になる。電流値Ｉ１が電流値Ｉｍａｘより小である場合、駆動制御（作用期間）は延長され、ここで、それだけ駆動制御（作用期間）が延長される値△ｔは、両値間の大きな偏差のある場合は、小さな偏差のある場合におけるより大である。

Claims (3)

1. 内燃機関内に噴射されるべき燃料量を調整するための電磁弁を駆動制御する方法において、
   電磁弁のスイッチオフ時点における電磁弁の電流の瞬時値を求め、
   前記電流瞬時値と最大電流値との差に依存して電磁弁の所望の遅延時間を求め、その際、前記２つの電流値が等しい場合には、前記所望の遅延時間がゼロになり、前記電流瞬時値が最大電流値よりも小さい場合には、前記所望の遅延時間が正になるようにし、かつ、前記２つの電流値の差が小さいときよりも大きいときの方が、前記所望の遅延時間が長くなるようにし、
   前記所望の遅延時間だけ電磁弁の駆動制御の持続時間を延長する、ことを特徴とする電磁弁を駆動制御する方法。
2. 前記遅延時間は前記電流瞬時値に依存して特性マップ内に格納されていることを特徴とする請求の範囲１記載の方法。
3. 電磁弁を駆動制御する装置において、該装置が、
   電磁弁のスイッチオフ時点における電磁弁の電流の瞬時値を求める電流測定回路と、電磁弁の駆動制御の持続時間を所望の遅延時間だけ延長する、前記電流測定回路に接続された装置とを有しており、前記所望の遅延時間は前記電流瞬時値と最大電流との差に依存して求められ、その際、前記２つの電流値が等しい場合には、前記所望の遅延時間はゼロになり、前記電流の瞬時値が最大電流値よりも小さい場合には、前記所望の遅延時間は正になり、かつ、前記２つの電流値の差が小さいときよりも大きいときの方が、前記所望の遅延時間が長くなる、ことを特徴とする電磁弁を駆動制御する装置。

Images