JP2000506950A - 少なくとも１つの容量性アクチュエータを制御する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御過程において容量性アクチュエータが、２つのコンデンサ（Ｃ１，Ｃ２）から成る直列回路から充電電圧（Ｕｃ＝Ｕｃ１＋Ｕｃ２）により充電される。アクチュエータに生じるアクチュエータ電圧（Ｕｐist）は後続の制御過程中、所定の目標値（Ｕｐsoll）となるよう調整される。これと同じ過程が別のアクチュエータについても行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 少なくとも１つの容量性アクチュエータを制御する方法および装置 本発明は、少なくとも１つの容量性アクチュエータたとえば内燃機関の圧電駆 動型燃料噴射弁を制御する方法および装置に関する。 圧電アクチュエータは複数の圧電セラミックス層から成り、いわゆる”スタッ ク”を形成していて、これは電圧が印加されるとその寸法たとえば長さｓを行程 ｄｓだけ変化させ、あるいは機械的な圧力または張力を加えると電圧を発生する 。 ドイツ連邦共和国特許出願DE 41 22 984 A1により圧電素子のための制御装置 が公知であり、これによれば圧電素子の制御は対応する電子スイッチを介して所 定の充電時間と放電時間によって行われる。 先願のドイツ連邦共和国特許出願19632872.1において容量性アクチュエータの 制御方法がすでに提案されていて、これによればアクチュエータは所定の電圧に より、制御過程中にアクチュエータのところで測定された電圧が所定の値に達す るまで充電される。 本発明の課題は、制御にあたりたとえ充電過程の中止が不可能になったとして も、少なくとも１つの容量性アクチュエータの制御において電圧調整するための 方法を提供することにある。さらに本発明の課題は、この方法を実施する装置を 提供することにある。 本発明によればこの課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成により解決され る。 次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。 図１は、充電電圧Ｕｃに対するアクチュエータ電圧Ｕｐを示すダイアグラムで ある。 図２は、複数のアクチュエータを制御する装置を示す回路図である。 図３は、図２による回路の動作に関するフローチャートである。 本発明の基礎を成す考察は、一般に温度に起因する変化についてみると、これ は内燃機関において相前後して行われるアクチュエータ操作のタイムインターバ ルに対し、著しく大きい時定数をもつことであり、もしくは一定のばらつきの許 容偏差が扱われる、ということである。したがって調整サイクル（制御過程）自 体における充電の開ループ制御または閉ループ制御は不要であり、制御過程にお いて偏差を検出し、これを後続の制御過程で補正すれば、それで十分である。 図１には、充電電圧Ｕｃとアクチュエータ電圧Ｕｐの関係に関するダイアグラ ムが示されており、この場合、所定のアクチュエータ目標値Ｕｐsollが破線で書 き込まれている。以下ではこのダイアグラムと、図 ２に示した複数の容量性アクチュエータのための制御装置の回路に基づき、本発 明による方法について説明する。 圧電アクチュエータＰ１〜Ｐｎを介して、図示されていない内燃機関のｎ個の 燃料噴射弁が制御回路ＳＴにより制御され、この制御回路は図示されていないマ イクロプロセッサコントロール形エンジン制御装置の一部分である。 図２によれば、制御可能な電圧源有利にはスイッチング電源ＳＮＴのプラス極 Ｕｃ１とマイナス極ＧＮＤとの間に充電コンデンサＣ１が接続されており、これ はスイッチング電源ＳＮＴの出力コンデンサとみなすことができ、スイッチング 電源ＳＮＴの出力電圧Ｕｃ１まで充電されている。充電コンデンサＣ１に対し並 列に、プラス極Ｕｃ１と接続されそこから電流を流す充電スイッチＸ１と、マイ ナス極ＧＮＤと接続されそこへ向かって電流を流す放電スイッチＸ２とから成る 直列回路が配置されている。 スイッチＸ１とＸ２についていえば、これらには一方向にのみ電流を流す少な くとも１つの電子半導体素子から成るスイッチ有利にはサイリスタスイッチが用 いられ、これらは制御回路によって導通制御される。 充電スイッチＸ１と放電スイッチＸ２の接続点とアース端子ＧＮＤとの間には 、反転ないしは転流コンデンサＣ２、反転ないしは転流コイルＬ、第１のアクチ ュエータＰ１および第１の制御形パワーＭＯＳＦＥＴスイッチＴ１から成る直列 回路が設けられている。 その他の個々のアクチュエータのために、アクチュエータＰ２〜Ｐｎおよび別 のＭＯＳＦＥＴスイッチＴ２〜Ｔｎから成る直列回路が、第１のアクチュエータ Ｐ１および第１のパワーＭＯＳＦＥＴスイッチＴ１から成る直列回路に並列に接 続されている。 アクチュエータとパワーＭＯＳＦＥＴスイッチから成るこれらの直列回路に対 し並列に、アース端子ＧＮＤから転流コイルＬへ向かって電流を流すダイオード Ｄが配置されている。パワーＭＯＳＦＥＴスイッチには通常、反転ダイオードが 含まれており、その機能は後で詳しく説明するように本発明による装置の動作に あたり利用される。 スイッチＸ１，Ｘ２およびＴ１〜Ｔｎは制御回路ＳＴにより、本発明による方 法に割り当てられたプログラムに従ってエンジン制御装置の制御信号ｓｔ、アク チュエータ電圧Ｕｐ、およびアクチュエータ放電後に転流コンデンサＣ２に加わ る電圧Ｕｃ２に依存して制御される。 次に、複数の容量性素子を相前後して制御するための本発明による方法を、図 ３に示したフローチャートに基づき図２に示したアクチュエータＰ１のための回 路を基礎として詳しく説明する。個々の経過状態に対応づけられている個々のボ ックスには、ローマ数字が 付されている。 充電電圧ＵＣ（＝Ｕｃ１＋Ｕｃ２）は、自動車始動時の第１の制御過程におい て初期値Ａにプリセットされる（状態０）。充電電圧Ｕｃのこの値はエンジン温 度の関数とすることができ、Ｕｃ＝ｆ（Ｔ）とすることができる。その理由は、 アクチュエータの容量はエンジン温度領域においてファクタ２だけ変化し得るか らである。 第１の制御過程において、転流コンデンサＣ２が放電してＵｃ２＝０Ｖとなる （状態Ｉ）。これに応じて、制御可能な電圧源ＳＮＴの出力電圧が電圧Ｕｃ１＝ Ｕｃ（初期値Ａ）になる（状態ＩＩ）。 転流コイルＬが無電流状態であり、スイッチＸ１，Ｘ２およびＴ１〜Ｔｎは非 導通状態（高抵抗）であって、アクチュエータＰ１〜Ｐｎはすべて放電している 状態ＩＩＩにおいて、対応づけられた噴射弁を介して燃料をシリンダ１へ噴射さ せるために、アクチュエータＰ１が操作されることになる。まずはじめに制御回 路は適切なアクチュエータここではＰ１を選択し（状態ＩＶ）、これはそのアク チュエータに対応づけられたパワーＭＯＳＦＥＴスイッチＴ１を導通制御するこ とによって行われる。Ｔ１はクランク角ＫＷ＝７２０°ＫＷ／Ｚ（Ｚ＝シリンダ 数）にわたり導通状態（低抵抗）に保持することができ、これはたとえば４気筒 エンジンであれば１８０°ＫＷであるし、６気筒エン ジンであれば１２０°ＫＷである。 制御信号ｓｔ＝１（状態Ｖ）の開始により設定される噴射開始において、制御 回路ＳＴにより充電スイッチＸ１が点弧される（状態ＶＩ）。これによりＣ１＋ Ｃ２から成る直列回路に加わる充電電圧Ｕｃが、転流コイルＬを介してアクチュ エータＰ１に向かって放電し、これによって図示されていない噴射弁が開かれる 。電圧源すなわちスイッチング電源ＳＮＴは充電コンデンサＣ１と接続されたま まであり、その結果、振動回路へもエネルギーが供給される。 振動回路により充電スイッチＸ１は自動的に消弧し（状態ＶＩＩ）、アクチュ エータＰ１はアクチュエータ電圧Ｕｐistまで充電される。図１には、充電電圧 Ｕｃとアクチュエータ電圧Ｕｐistの交点Ｓが示されている。 充電過程終了後にアクチュエータＰ１に生じるアクチュエータ電圧Ｕｐの実際 値Ｕｐistは制御回路ＳＴへ通報され、制御回路はその値を図１破線で示された 目標値Ｕｐsollと比較する（状態ＶＩＩＩおよびＩＸ）。 実際値Ｕｐistが目標値Ｕｐsollよりも大きければ（状態ＶＩＩＩ）、アクチ ュエータＰ１の次の制御過程において充電電圧Ｕｃに対し新たな値が定められ、 Ｕｃneu＝ＵＣalt−ＤＵ（状態ＸＩ）となる。この場合、これに基づき次の制御 過程において低減され たアクチュエータ電圧Ｕｐistが生じる。しかし実際値Ｕｐistが目標値Ｕｐsoll よりも小さければ（状態ＩＸ）、次の制御過程において充電電圧Ｕｃに対し高め られた新たな値が定められ、Ｕｃneu＝ＵＣalt＋ＤＵ（状態ＸＩＩ）となる。ま た、値Ｕｐistが目標値Ｕｐsollと等しければ（状態Ｘ）、アクチュエータＰ１ の次の制御過程においても充電電圧Ｕｃはそのまま保持される。目標値へ近づけ る過程は、上述のようにそして図１に矢印で示されでいるように、まえもって設 定されたステップＤＵによって増分的ないしは減分的に行ってもよいし、あるい は任意の接近手法に従って行うことができる。 制御信号ｓｔ終了時にアクチュエータＰ１を放電させるために（状態ＸＩＩＩ ）、放電スイッチＸ２が点弧される（状態ＸＩＶ）。放電電流回路は、パワーＭ ＯＳＦＥＴスイッチＴ１の反転ダイオードを介してつながっている。アクチュエ ータに蓄積されたエネルギーは、転流コイルＬを介して転流コンデンサＣ２に戻 るように振動する。その際、このコンデンサに蓄積されたエネルギーを後続の制 御過程に利用できる。 アクチュエータが”目下の”チャネルに並列に配置されたダイオードＤの閾値 電圧まで放電するとただちに、まだ流れている電流はこのダイオードを介して流 れ続け、これにより負の電圧にアクチュエータが充電されてしまうのが防止され る。ついで放電スイッチＸ ２が自動的に消弧する（状態ＸＶ）。 アクチュエータＰ１の次の制御過程のために、充電コンデンサＣ１を電圧Ｕｃ １＝Ｕｃ−Ｕｃ２まで充電する必要があり、この目的でＵｃ２が測定される（状 態Ｉ）。これによりＵｃ１＝Ｕｃ−Ｕｃ２を求めることができる（状態ＩＩ）。 スイッチング電源ＳＮＴはアクチュエータＰ１の次の制御過程のためにこの値に 調整され、これにより充電コンデンサＣ１がＵｃ１まで充電される。この制御過 程において求められた値を用いて、次の制御過程が状態ＩＩＩから実行される。 その他のアクチュエータＰ２〜Ｐｎのための制御過程も、アクチュエータＰ１に ついてこれまで述べてきた方法と同じである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハルトムート ゲルケン ドイツ連邦共和国 Ｄ―93152 ニッテン ドルフ ヨーゼフ―ゲラー―シュトラーセ １ (72)発明者 マーティン ヘッカー ドイツ連邦共和国 Ｄ―93336 ライマー シュタット レーマーシュトラーセ ３ (72)発明者 リヒャルト ピルクル ドイツ連邦共和国 Ｄ―93053 レーゲン スブルク ブルンフーバーシュトラーセ 27

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも１つの容量性アクチュエータ（Ｐ）たとえば内燃機関の圧電駆動 型燃料噴射弁の制御方法において、 制御過程の開始にあたりアクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）を、充電コンデンサ（ Ｃ１）と転流コンデンサ（Ｃ２）から成る直列回路から転流コイル（Ｌ）を介し て所定の充電電圧（Ｕｃ＝Ｕｃ１＋Ｕｃ２）により充電し、制御過程終了時に転 流コンデンサ（Ｃ２）に向けて再び放電させ、 充電電圧（Ｕｃ）によりアクチュエータ（Ｐ）において達したアクチュエータ 電圧（Ｕｐist）を所定の目標値電圧（Ｕｐsoll）と比較し、 次の制御過程のための充電電圧（Ｕｃneu）を、目標値（Ｕｐsoll）と実際値 （Ｕｐist）の差（Ｕｐsoll−Ｕｐist）に依存して定め、 次の制御過程のために充電コンデンサ（Ｃ１）を、定められた前記の充電電圧 （Ｕｃneu）と転流コンデンサ（Ｃ２）に目下加わっている電圧（Ｕｃ２）との 差（ＵＣneu−Ｕｃ２）に対応する電圧（Ｕｃ１＝Ｕｃneu−Ｕｃ２）まで充電す ることを特徴とする、 容量性アクチュエータの制御方法。 ２．各アクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ）のための作動開 始にあたり、充電電圧（Ｕｃneu）のための値をまえもって与える、請求項１記 載の方法。 ３．充電電圧（Ｕｃ）のためにまえもって定められた値（Ｕｃneu）はエンジン 温度（Ｔ）に依存する、請求項２記載の方法。 ４．請求項１〜３のいずれか１項記載の方法を実施するための装置において、 制御回路（ＳＴ）により制御可能な電圧源（ＳＮＴ）のプラス極（Ｕｃ１）と マイナス極（ＧＮＤ）との間に、充電コンデンサ（Ｃ１）が配置されており、 該充電コンデンサ（Ｃ１）に対し並列に、前記プラス極（Ｕｃ１）と接続され そこから電流を流す充電スイッチ（Ｘ１）と、マイナス極（ＧＮＤ）と接続され そこへ向かって電流を流す放電スイッチ（Ｘ２）から成る直列回路が配置されて おり、 充電スイッチ（Ｘ１）と放電スイッチ（Ｘ２）の接続点とアース端子（ＧＮＤ ）との間に、充電スイッチ（Ｘ１）と接続された転流コンデンサ（Ｃ２）と、転 流コイル（Ｌ）と、第１のアクチュエータ（Ｐ１）と、第１の制御形パワーＭＯ ＳＦＥＴスイッ チ（Ｔ１）が配置されており、 各々別のアクチュエータのために、該アクチュエータ（Ｐ２〜Ｐｎ）と別のパ ワーＭＯＳＦＥＴスイッチ（Ｔ２〜Ｔｎ）から成る直列回路が、前記の第 １のアクチュエータ（Ｐ１）と第１のパワーＭＯＳＦＥＴスイッチ（Ｔ１）から 成る直列回路に並列に接続されており、 前記の第１のアクチュエータ（Ｐ１）とパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｔ１）から成る 直列回路に並列に、アース端子（ＧＮＤ）から転流コイル（Ｌ）へ向かって電流 を流すダイオード（Ｄ）が配置されていることを特徴とする装置。 ５．制御回路（ＳＴ）により制御可能な電圧源（ＳＮＴ）はスイッチング電源で ある、請求項４記載の装置。 ６．前記制御回路（ＳＴ）は、マイクロプロセッサコントロール形エンジン制御 装置の一部分であり、該制御回路（ＳＴ）へ入力量として、アクチュエータを制 御する制御信号（ｓｔ）と、それぞれ制御されるアクチュエータ（Ｐ１〜Ｐｎ） に加わるアクチュエータ電圧（Ｕｐist）と、充電コンデンサ（Ｃ２）に加わる 電圧（Ｕｃ２）が供給され、前記制御回路により、充電スイッチ（Ｘ１）と、放 電スイッチ（Ｘ２）と、パワーＭＯＳＦＥＴスイッチ（Ｔ１〜Ｔｎ）が図３によ る方法シーケンスに従って制御される、請求項４記載の装置。 ７．前記の充電スイッチ（Ｘ１）と放電スイッチ（Ｘ２）は、一方向のみに電流 を流す制御形電子半導体スイッチである、請求項４記載の装置。