JP2002500437A - 電気機械式調整機器の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
の制御のための装置に関する。
器は、ガス交換バルブとして構成されている調整部材と調整駆動部とを有してい
る。この調整駆動部は、2つの電磁石を有しており、それらの間でそれぞれ戻し
手段の応力に抗してアーマチュアプレートがコイル電流の遮断によって保持側の
電磁石に向けて可動であり、さらにコイル電流の投入によって吸引側電磁石に向
けて可動となっている。それぞれの吸引側電磁石のコイル電流は、所定の吸引値
により、所定の期間の間一定に保持され、その後でヒステリシスを有する2点制
御によってホールド値に制御される。
とで調整機器に対する統一規格としては、調整機器による騒音は自ずと僅かであ
ることが前提とされる。その他にも統一規格として調整機器の長寿命が保証され
なければならない。
ュアプレートの電磁石への当接の際の騒音発生が最小であり、かつ調整機器の長
寿命も同時に保証されるように改善を行うことである。
有利な構成例は従属請求項に記載されている。
れている)のもとでは、非飽和磁気回路のもとに無視できる漂遊流のもとでコイ
ルを流れる電流Iと、空隙長さlと、アーマチュアの速度vとの間で一義的な関
係が成り立つ。残りの磁気回路に対する空隙の支配的磁気抵抗のもとでは以下の
関係式が成り立つ。
する)であり、 前記Nは、コイルの巻回数、 前記Pv,elは、電気的な損失電力、 前記μ0は、空気の透磁性である。
電流Iの商が僅かである場合には、前記式(G1)の第1の被加数が前記式(G
1)の第2の被加数に対して無視できることである。この電気的な損失電力Pv, el と電流Iの商は、コイルがフリーランニング動作モードにある場合にはほぼゼ
ロとなる。それによりこのケースでは近似的に前記関係式(G1)から以下の関
係式が得られる。
目下の位置を検出する位置センサの設置を必要とすることなく達成される。また
調整機器は、コアに対するアーマチュアプレートのそのつどのソフトな衝突によ
って極僅かな機械的負担しか求められないので自ずと長寿用が保証される。
る。このフリーランニング動作モードでは、コイルが出力調整器のフリーランニ
ング回路を介して短絡される。このフリーランニングモードではコイルを流れる
電流Iの測定がほぼ損失なしで実施可能である。それにより前記関係式(G2)
によって与えられる関係式(G1)の近似が高精度を有するようになる。
のもとでは、フリーランニングモードにおいて偏差の極性に依存してアクチュエ
ータコイルへの時限的電気エネルギの導入かまたはアクチュエータコイルからの
時限的導出がなされる。これに対してはフリーランニング動作モードが解除され
、コイルが供給電圧に印加され(エネルギ導入ないし供給)または蓄積エネルギ
が供給電圧へ導出される(エネルギ導出)。
ク回路図であり、 図3は、制御器の論理ユニットによって処理されるプログラムのフローチャート
であり、 図4は、制御器の第2実施例であり、 図5は、図4による制御器の論理ユニットのブロック回路図であり、 図6a〜cは、コイルを流れる電流Iと、コイルの位置Xと、アーマチュアプレ
ートの速度Vの信号経過が時間軸tに亘ってプロットされている信号経過図であ
る。また全図を通して同じ構造や機能の構成要素には同じ符号が用いられている
。
整部材12は例えばガス交換バルブとして構成されており、シャフト121と皿
部を有している。調整駆動部11は、ケーシング111を有しており、その中に
第1の電磁石と第2の電磁石が設けられている。第1の電磁石は第1のコア11
2を有しており、該第1のコアに環状ナットと第1のコイル113が埋め込まれ
ている。第2の電磁石は、第2のコア114を有しており、該第2のコアにはさ
らなる別の環状ナットと第2のコイル115が埋め込まれている。アーマチュア
が設けられており、そのアーマチュアプレート116は、ケーシング111内で
第1のコア112と第2のコア114の間に可動に配置されている。アーマチュ
アはさらにアーマチュアシャフト117を含んでおり、該アーマチュアシャフト
117は、前記第1のコアと第2のコアの孔部を通って引き出されバルブのシャ
フト121と機械的に連結可能である。第1のスプリング118aと第2のスプ
リング118bは、アーマチュアプレート116を所定の静止位置にバイアスし
ている。
ド21には吸気管22と、ピストン24を備えたシリンダ23が対応付けされて
いる。ピストン24は、連接棒25を介してクランク軸に結合されている。制御
装置3が設けられており、該制御装置3は、センサからの信号を検出し調整信号
を生成する。この調整信号に依存して調整機器1の第1または第2のコイル11
3,115が出力調整器5a,5bによって制御される。センサは第1の電流計
4aもしくは第2の電流計4bとして構成されており、第1の電流計4aは、第
1のコイル113を流れる電流を検出するかまたは出力調整器5a内の電流を検
出し、第2の電流計4bは、第2のコイル115を流れる電流かまたは出力調整
器5b内の電流を検出する。前述したセンサの他にさらに別のセンサが設けられ
ていてもよい。
3aが設けられており、この制御器3aはコイル113(これは電流計4aによ
って検出される)を流れる電流Iに依存して出力調整器5aのための調整信号を
生成している。
間導関数dI/dtの商が求められる。比較器33が設けられており、その入力
量は、所定の第1の閾値SW1と分周器32の出力量である。この比較器33の
出力信号KSは分周器32の出力量よりも所定の第1の閾値SW1が小さい場合
にはハイレベルHとなる。その他の場合にはコンパレータ33の出力信号はロー
レベルとなる。
力信号KSと、発振器35のクロック信号TS、及びさらなる動作パラメータに
依存して出力調整器5aの制御信号を生成する。この論理ユニット34の構造は
さらに以下の明細書で図3に基づいて説明する。
、論理ユニット34の出力側と導電的に接続されている。この出力調整器5aは
、第2のトランジスタT2を有しており、そのゲート端子は論理ユニット34と
導電的に接続されている。第1のダイオードD1と第2のダイオードD2が設け
られている。さらに抵抗Rが、第2のトランジスタT2のソース出力側と基準電
位との間に配設されている。抵抗Rは、電流計4aのための測定抵抗として用い
られる。
には、この第1のトランジスタはドレインからソースまでが導通される。さらに
第2のトランジスタT2のゲート側端子にハイレベルHの電流が印加された場合
には、第2のトランジスタT2も導通する。第2のコイルにおいては、供給電圧
UVが抵抗Rの電圧降下分だけ低下する。コイル113を流れる電流Iは、その 後上昇する。
た場合には、トランジスタT1が遮断されダイオードD2がフリーランニング状
態で導通する。コイル113における電圧降下は、ダイオードD2とトランジス
タT2の貫流電圧と抵抗Rにおける電圧降下によって定まる(例えば全体で2V
)。従ってコイル113を流れる電流Iは、低減する。
のゲート側端子のレベルもハイからローへ切換わる場合には、第1のダイオード
D1も第2のダイオードD2も導通し、第1のコイルを流れる電流は非常に迅速
に低減する(アンコミュテーション“abkommutierung”の実施)。出力調整器5b
は、出力調整器5aに類似して構成されている。
れている。この場合このプログラムが配線論理制御形態で実現されているのかま
たはマイクロコントローラによって処理されるのかは重要ではない。
れる電流の定電流設定が行われる。すなわち電流が、所定の第1の期間ないし持
続時間TD1の間第1の吸引値に制御される。それに対してヒステリシスを有す
る2点制御器が用いられる。
スタT2がスイッチオンされる。それによりコイルがフリーランニング動作モー
ドで作動する。ステップS5では所定の第2の期間ないし持続時間TD2の間待
機する。ステップS6では、コイル113を流れる電流Iがフリーランニングモ
ードで最小限界電流IGrenzを下回っているか否かが問合せされる。下回ってい ない場合には、ステップS7において第1の比較器33の制御信号KSがレベル
Hであるか否かが問合せされる。レベルHである場合には、アーマチュアが過度
に速くそして第1及び第2のトランジスタT1,T2がステップS8において遮
断される。すなわち“オフ”におかれ、エネルギが導出される。ステップS7の
条件が満たされていない場合には、アーマチュアは過度に遅くそして第1及び第
2のトランジスタT1,T2がステップS9において投入、すなわち“スイッチ
オン”され、それによってエネルギが供給される。ステップS9では、所定の第
3の期間ないし持続時間TD3の間待機され、ステップS10においては所定の
第4の期間ないし持続時間TD4の間待機される。ステップS9とステップS1
0の待機期間中は、トランジスタT1,T2の制御が不変のまま維持される。続
いて当該プログラムがステップS4から続けられる。
持続時間TD5の間、比較的高めの保持電流に設定される。それによりアーマチ
ュアの確実な吸引が保証される。ステップS13ではコイルを流れる電流が低め
の保持電流に設定される。
、第2の比較器36が設けられている点であり、その出力信号は、所定の第2の
閾値SW2と分周器32の出力値に依存している。この実施形態に対応する論理
ユニット34の形態は、図5に示されている。
出力信号に依存してQ出力側からその出力信号を発する。さらなるDフリップフ
ロップ342が設けられている。そのQ出力側からの出力信号は、発振器35の
クロック信号TSと第2の比較器36の出力信号に依存している。NOTゲート
343の入力側は発振器35と導電的に接続されており、出力側はANDゲート
344の入力側の1つと導電的に接続されている。このANDゲート344の第
2の入力側は、第2のDフリップフロップ342の出力側と導電的に接続されて
いる。
力側に接続されている。この第2のNOTゲート345の出力側も発振器35の
ようにORゲート346と導電的に接続されている。ANDゲート344とOR
ゲート346の出力側は、第1のトランジスタT1のゲートないし第2のトラン
ジスタT2のゲートに接続されている。場合によってはANDゲート344の出
力側とORゲート346の出力側の間で第1のトランジスタT1ないし第2のト
ランジスタT2のゲートにさらにそれぞれ1つのドライバが配設されてもよい。
のレベルがハイレベルである場合には常にフリーランニング動作モードで作動す
る。クロック信号TSがローレベルであるならば、3点制御が行われる。つまり
トランジスタT1が遮断され第2のトランジスタT2がスイッチオンされるフリ
ーランニングモードか、又は2つのトランジスタの導通モード(エネルギ供給)
、もしくは2つのトランジスタ遮断モード(エネルギ導出モード)である。
もよい。また付加的に第1の比較器33と第2の比較器36のそれぞれの入力側
にて所定の値が加算もしくは減算されてもよい。
プロットされている。図6のbには、アーマチュアプレート116の位置Xが時
間軸tに亘ってプロットされている。図6のcにはアーマチュアプレート116
の速度vが時間軸tに亘ってプロットされている。時点t0Aからアーマチュアプ
レート116がその開放位置O(すなわちその第2の電磁石との当接位置)から
その閉鎖位置C(すなわち第1の電磁石との当接位置)に向けて振動を開始する
。コイル113を流れる電流の第1の吸引値I_F1は予め定められる。
ms)、第1の吸引値I_F1から設定される。時点t0からは第1のコイル1 13を流れる電流の制御が制御器3aによって行われる。
導関数が求められる。時点t1では、フリーランニング中に求められた電流Iと 時間導関数di/dtの比が所定の第1の閾値SW1よりも大きい。それに従っ
て第1のトランジスタT1も第2のトランジスタT2も遮断され、電流が急激に
低下する。
され、電流Iとその時間導関数di/dtが求められる。時点t3では、フリーラ
ンニング中に求められた電流Iの時間導関数と電流の比が所定の閾値SW1より
も小さい。それに従って第1のトランジスタT1も第2のトランジスタT2も導
電的に切換えられ、コイルを流れる電流は時点t4まで上昇する。
る。時点t5からt6まではトランジスタT1,T2の両方が遮断され、再びアン
コミュテーションが行われる。時点t6から時点t7まではコイルが再びフリーラ
ンニング動作モードで作動する。時点t7から時点t8までは第1及び第2のトラ
ンジスタT1,T2が導通的に切換えられ、電流が時点t8まで上昇する。時点 t8から時点t9まではコイルが再びフリーランニング動作モードで作動する。時
点t9から時点t10までは再びアンコミュテーションが行われる。時点t10から 時点t11まではコイルがフリーランニング動作モードで作動する。時点t11では
コイルを流れる電流Iがフリーランニングモードでコイルを流れる電流の限界値
よりも小さい。この限界値は、フリーランニングモードにおいて第1のコイルに
アーマチュアプレートが当接した際の試みにより求められた電流値である。この
限界値は、固定的に設定された値であってもよいし、作動パラメータに依存して
特性マップから求められたものであってもよい。
のホールド値が設定され、図には示されていない制御器によって調整される。そ
れによりアーマチュアプレートの確実な吸引が保証され、アーマチュアプレート
の衝突が減衰される。
コイルを流れる電流は時点t12から時点t13までの間、図には示されていない制
御器によって保持値I_Hに制御される。
プレートがほぼ速度ゼロでもって第1の電磁石に当接することである。
、燃料噴射弁として構成されていてもよい。また各コイル毎にそれぞれ固有の制
御器が設けられていてもよい。また電流Iの時間導関数と電流Iの商が所定の閾
値を下回った場合に、コイル(113)を流れる電流が所定の閾値に高まるまで
、コイルにエネルギが供給されてもよいし、商が所定の閾値を上回った場合に、
コイル(113)を流れる電流が所定の閾値に低減するまで、コイルからエネル
ギが導出されてもよい。代替的にコイル113へのエネルギ供給またはコイル1
13からのエネルギ導出は、コイル113にて降下した電圧のレベルの変化によ
って行われてもよいし、あるいはコイル113の所定の電圧への切換えが行われ
てもよい。この電圧は供給電圧とは異なるものである。これらのコイルは、それ
ぞれ所定のエネルギを供給または導出され得る。有利には、そのつどの供給ない
し導出されるエネルギが監視者によって評価される。監視者はこのエネルギを例
えば第1又は第2の閾値と、電流Iの導関数と電流Iとの商からの偏差に依存し
て評価する。
の圧力などの特性量や、内燃機関ないし調整機器のさらなる作動パラメータに依
存していてもよい。
の公知の制御器として構成されていてもよい。
図である。
。
トの速度Vの信号経過が時間軸tに亘ってプロットされている信号経過図である
。
らなる電磁石と、さらなる戻し手段を有しており、さらに前記さらなるコイル(
115)を流れる電流を制御するさらなる制御器が設けられている、請求項1か
ら9いずれか1項記載の装置。
Claims (10)
- 【請求項1】 調整部材(12)と調整駆動部(11)を有している電気機
械式調整機器の制御のための装置であって、 コイル(113)を備えた電磁石と、 可動アーマチュアと、 前記アーマチュアに機械的に結合されている戻し手段とを有している形式のも
のにおいて、 制御器(3a)が設けられており、該制御器はコイル(113)を流れる電流
を制御し、それに対して出力調整器(5a,5b)のための調整信号を生成し、 前記調整信号はアーマチュアの移動期間中に、フリーランニング動作モードで
作動しているコイル(113)を流れる電流とその時間導関数に依存しているこ
とを特徴とする装置。 - 【請求項2】 前記調整信号は、アーマチュアがその移動終了までに所定の
持続時間(TD1)よりも長く移動した場合に、フリーランニング動作モードで
作動しているコイル(113)を流れる電流とその時間導関数に依存している、
請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 フリーランニング動作モード中に、コイルにおける電位差が
、出力調整器の導通モードの電子構成素子と抵抗Rにおける電位差によって与え
られる、請求項1または2記載の装置。 - 【請求項4】 前記調整信号は、コイル(113)を流れる電流とその時間
導関数の商に依存している、請求項1から3いずれか1項記載の装置。 - 【請求項5】 前記商が所定の閾値を下回っている場合には、コイルにエネ
ルギが供給され、前記商が所定の閾値を上回っている場合には、コイルからエネ
ルギが導出される、請求項4記載の装置。 - 【請求項6】 前記商が所定の閾値を下回っている場合には、コイルに所定
の持続時間(TD2)の間エネルギが供給され、前記商が所定の閾値を上回って
いる場合には、コイルからエネルギが所定の持続時間(TD3)の間導出される
、請求項4または5記載の装置。 - 【請求項7】 前記商が所定の閾値を下回っている場合には、コイル(11
3)を流れる電流が所定のさらなる閾値分だけ高まるまで、コイル(113)に
エネルギが供給され、前記商が所定の閾値を上回っている場合には、コイル(1
13)を流れる電流が所定のさらなる閾値分だけ低減するまで、コイル(113
)からエネルギが導出される、請求項4または5記載の装置。 - 【請求項8】 前記制御器(3a)は、2点制御器として構成されている、
請求項1〜7いずれか1項記載の装置。 - 【請求項9】 前記制御器(3a)は、3点制御器として構成されている、
請求項1〜7いずれか1項記載の装置。 - 【請求項10】 前記調整駆動部は、さらなるコイル(115)を備えたさ
らなる電磁石と、さらなる戻し手段を有しており、さらに前記さらなるコイル(
115)を流れる電流を制御するさらなる制御器が設けられている、請求項1か
ら9いずれか1項記載の装置。
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