JP2002500720A - 電磁的負荷の制御方法および制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は少なくとも１つの電磁的負荷、例えば電磁弁を駆動する方法および装置に関している。内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１つのブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、駆動回路は再充電手段（ＥＣ）を有しており、この再充電手段によりブースタコンデンサの電圧が時間的なまたは完全なそれぞれの放電の後に噴射弁の開放時間ひいては噴射時間に作用する所望の値まで充電され、再充電手段（ＥＣ）は少なくとも内燃機関の回転数（ｎ）および負荷（Ｌ）を検出する手段と機能的に接続されており、かつ制御手段（ＥＣ）を有しており、この制御手段により所望の電圧値に必要な再充電電流（ＩＣＮ）の大きさと必要な再充電持続時間（ｔＣＮ）とが少なくとも前述の検出手段によって検出された回転数値（ｎ）および負荷値（Ｌ）に依存して制御される。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁的負荷の制御方法および制御装置 発明のバックグラウンド 本発明は、内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１ つのブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、駆 動回路は再充電手段を有しており、この再充電手段によりブースタコンデンサの 電圧がそれぞれ時間的な放電または完全な放電の後に噴射弁の開放時間すなわち 噴射時間に作用する所望の値まで充電される、少なくとも１つの電磁的負荷、例 えば電磁弁を駆動する方法および装置に関する。 従来の技術 この種の方法およびこの種の装置はドイツ連邦共和国特許出願第１９５３９０ ７１号明細書から公知である。 一般的にコモンレール燃料噴射システムでは、シリンダごとの燃料量の調量は 噴射弁により制御される。調量の精度はとりわけ、どれだけ迅速に噴射弁を開放 できるかによって定まる。噴射弁の開放過程はブースタコンデンサから給電され る高電圧が噴射弁へ供給されることによって加速される。ブースタコンデンサの 電圧は噴射過程における放電後または部分放電後に再 び所望の値へ戻さなければならない。この再充電は電気回路によって行われ、所 定の時間を必要とする。今日のように複数の噴射が時間的に密接して連続的に行 われ、ブースタコンデンサの完全な再充電のために充分な時間が得られない場合 、所定の電圧がブースタコンデンサで生じない。ブースタコンデンサの電圧が噴 射過程の開始時に所望の値に達していないと、噴射弁で種々の開放時間が生じ、 ひいては燃料量も異なってしまう。燃料量に差が生じることにより、排気ガス特 性や機関動作が劣悪化する。 上掲のドイッ連邦共和国特許出願第１９５３９０７１号明細書には、複数のス イッチング手段を意図的にスイッチオンすることによりブースタコンデンサをチ ャージしてスイッチオン過程を促進し、全エネルギ消費を低減することが示され ている。このために制御手段が設けられており、この制御手段は少なくともピッ クアップ電流値からホールド電流値への移行の際に解放されるエネルギをブース タコンデンサ内に蓄積できるようにスイッチング手段を制御する。 上述の点に基づいて本発明の課題は、電磁的負荷を時間的に正確に制御して、 特にコモンレール燃料噴射システムを有する内燃機関での燃料の調量精度を改善 することである。 ブースタコンデンサをチャージするには、いわゆるＤＣ／ＤＣ変換器を使用す ることが多い。 別の実施形態によれば、本発明は電磁的負荷を制御する際の損失電力を低減で きる。 上述の課題は上位概念記載の方法において、内燃機関の少なくとも１つの動作 状態を検出し、ブースタコンデンサに必要な再充電電流の強さおよび／または必 要な再充電持続時間を少なくとも動作状態に依存して制御することにより解決さ れる。 上述の方法は有利には、制御が行われる場合に再充電電流の強さと相応に再充 電時間とを再充電電流に一致させて予め設定するように構成される。このステッ プにより有利には損失電力が低減される。 複数の噴射を短い間隔で連続的に行う必要がある場合、例えば層状給気動作か ら均一動作への切換、または予備噴射、または（触媒コンバータなどに対する） 再噴射ないし後噴射を行う際には、通常の再充電時間では充分でない。このよう な要求が存在する場合には、本発明の方法により再充電電流の強さおよび／また は再充電時間がこれらの付加的な機関制御への要求に依存して制御される。 別の手段はブースタコンデンサの電圧を測定し、再充電電流の強さおよび／ま たは再充電時間をブースタコンデンサで測定された電圧に依存して制御すること である。 付加的な実施形態として、計算された噴射時間の補正が可能となる。この補正 はブースタコンデンサで測 定された電圧と所望の電圧値との差を示す補正値により行われる。ここでは更な る方法ステップにおいて計算された噴射時間が補正値を用いて補正され、補正さ れた噴射時間が形成される。 上述の課題を解決するための少なくとも１つの電磁的負荷例えば電磁弁を制御 する装置は、例えば内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段とブース タコンデンサとから構成される少なくとも１つの駆動回路とによって制御するた めに、駆動回路は再充電手段を有しており、この再充電手段によりブースタコン デンサの電圧が所望の値まで再充電される。再充電手段は内燃機関の少なくとも １つの動作状態を検出する手段と機能的に接続されており、かつ制御手段を有し ており、この制御手段により所望の電圧値に対して必要な再充電電流の強さと必 要な再充電持続時間とが少なくとも前述の検出手段によって検出された内燃機関 の動作状態に依存して制御されるように構成されている。 有利な別の実施形態をなす特徴は従属請求項の対象として記載されている。 本発明の上述の特徴、別の特徴および目的を以下に本発明の有利な実施形態に よって説明する。これを図に即して読み取る場合明確に理解されるであろう。 図１には本発明の装置のブロックダイヤグラムが示されている。図２から図４ には、少なくとも１つの電 磁的負荷を制御するための本発明の方法および本発明の装置の３つの異なる実施 例の機能の特徴が示されている。その際に以下に説明する３つの実施例を相互に 組み合わせることもできる。さらに上掲のドイツ連邦共和国特許出願第１９５３ ９０７１号明細書から公知の出力段をこの装置の制御装置において使用すること もできることに注意されたい。 図１には電磁的負荷の例が参照番号１００で示されている。この負荷は参照番 号１１０で示される出力段によって駆動制御される。さらにチャージ回路１２０ が設けられており、この回路の主要な素子はいわゆるブースタコンデンサ１２５ である。出力段１１０およびチャージ回路１２０は１つの構造ユニットを形成し ており、ドイツ連邦共和国特許出願第１９５３９０７１号明細書に記載の装置に 相応に構成されている。 出力段１１０およびチャージ回路１２０は給電電圧ＵＢに接続されている。車 両においてはこの場合有利には車両のバッテリである。ブースタコンデンサ１２ ５は一方ではアースに接続されており、他方では出力段１１０に接続されている 。この場合電磁的負荷１００は選択的にブースタコンデンサ１２５の電圧ＵＣに 接続されていてもよいし、また給電電圧ＵＢに接続されていてもよい。このこと は図では破線で示されている。さらにブースタコンデンサの端子は制御ユニット ＥＣ１３０に接続されている。この制御ユニット１３ ０はチャージ回路に信号ＩＣＮ、ｔＣＮを印加する。さらに制御ユニット１３０ は出力段に信号ｔｉ^*を印加する。 制御ユニット１３０には回転数センサ１５０の出力信号Ｎと負荷設定回路１５ ５の信号Ｌとが供給される。また制御ユニット１３０には機関制御部１４０の出 力信号ｔｉおよび出力信号ＯＰＡＮが供給される。機関制御部１４０は少なくと も負荷設定回路１５５の出力信号Ｌを処理する。 センサ１５０は有利には内燃機関の回転数ｎを検出する。負荷設定回路１５５ は内燃機関の負荷を表す信号Ｌを送出する。この場合にはこれは車両の他の制御 装置に対するインタフェースである。ただし負荷量Ｌが機関制御部１４０の内部 の量であるように構成してもよい。外部点火式の内燃機関では負荷量Ｌは有利に はスロットルバルブの位置である。自己着火式の内燃機関ではこれは例えば噴射 すべき燃料量を表す量である。 少なくとも負荷Ｌに基づいて機関制御部１４０は、電磁的負荷のスイッチング 持続時間を定める制御信号ｔｉを求める。この制御持続時間ｔｉは出力段に印加 され、噴射の開始と噴射の終了とが定められる。この信号が制御の際に直接に機 関制御部１４０から出力段１１０へ達することは破線で示されている。 通常は電磁的負荷１００の制御の開始時に給電電圧 ＵＢに比べて高められた電圧が印加されるように構成されている。この高められ た電圧ＵＣはチャージ回路１２０によって調製される。この場合チャージ回路１ ２０は直流電圧を高い直流電圧へ変換するＤＣ／ＤＣ変換器として構成されてい る。 チャージ回路の主要素子はいわゆるブースタコンデンサ１２５である。このコ ンデンサはチャージ回路によって給電電圧ＵＢに比べて高められた電圧ＵＣへ充 電される。制御の開始時には電磁的負荷１００にこの高められた電圧が印加され 、これにより負荷は迅速に応答する。 ブースタコンデンサ１２５のチャージ過程は主として再充電電流ＩＣＮと再充 電持続時間ｔＣＮとによって定められる。これら２つの量は制御ユニット１３０ によって予め設定され、チャージ回路１２０へ供給される。このために制御ユニ ット１３０は特にブースタコンデンサ１２５へ印加する電圧ＵＣを処理する。さ らに機関制御部によって調製された信号ＯＰＡＮが評価される。この信号ＯＰＡ Ｎは機関制御部の要求を表しており、例えば層状給気動作から均一動作への切換 が行われることを示す。 特に制御ユニット１３０およびチャージ回路１２０が再充電手段として示され ている。種々の素子の機能を以下に図２から図４に即して詳細に説明する。 図２から図４には、少なくとも１つの電磁的負荷を 制御するための本発明の方法および本発明の装置の３つの異なる実施例の機能の 特徴が示されている。その際に以下に説明する３つの実施例を相互に組み合わせ ることもできる。さらに上掲のドイツ連邦共和国特許出願第１９５３９０７１号 明細書から公知の出力段をこの装置の制御装置において使用することもできるこ とに注意されたい。 図２によればブースタコンデンサの電圧ＵＣ、内燃機関の回転数ｎおよび／ま たは負荷Ｌが検出される。電子制御ユニットＥＣは検出された量ＵＣ、ｎおよび ／またはＬに依存してブースタコンデンサを再充電するための再充電電流の強さ ＩＣＮおよび再充電持続時間ｔＣＮを制御する。電圧ＵＣは噴射過程前に測定さ れる。損失電力を低減するために、回転数領域／負荷領域に依存して再充電電流 ＩＣＮを変更することができる。相応に再充電時間ｔＣＮも変更しなければなら ない。再充電電流ＩＣＮの低下は再充電時間ｔＣＮの延長を意味するが、損失電 力は低減される。 ここでブースタコンデンサの電圧ＵＣの測定は、再充電電流および再充電時間 の変化が相互に適合されている場合には必ずしも必要でない。 図３によればブースタコンデンサの電圧ＵＣ、内燃機関の回転数ｎおよび負荷 Ｌを測定することに加えて、機関制御に関する所定の要求ＯＰＡＮが検出される 。このような要求は特に複数の噴射が短い間隔で連続 して必要とされる場合、例えばガソリン直接噴射での層状給気動作から均一動作 への切換、または例えば触媒コンバータの再生のための予備噴射ないし再噴射の 際に存在する。この場合通常の再充電時間では充分でない。この種の要求が存在 する場合には電子制御ユニットＥＣ（開制御／閉ループ制御部）は再充電電流Ｉ ＣＮを短時間で上昇させ、再充電時間ｔＣＮを短縮することができる。しかも所 望のブースタコンデンサ電圧ＵＣが生じて、燃料の正確な調量が可能となる。そ の際に再充電の回数を制限する必要がある場合には、チャージ回路は短時間オー バーロードすることができる。 この場合にも電圧ＵＣの測定は、再充電電流ＩＣＮの変化と再充電持続時間ｔ ＣＮとの変化が相互に適合されていれば必ずしも必要なものではない。 図４に示されている実施例ではブースタコンデンサの電圧ＵＣ、内燃機関の回 転数ｎおよび負荷Ｌが検出され、相応する量が電子制御ユニットＥＣに供給され る。ここから計算された噴射時間ｔｉを補正するための補正値ｔｉｋが形成され る。補正回路Ｋでは計算された算出時間ｔｉと補正値ｔｉｋとが結合され、補正 された噴射時間ｔｉ^*が形成される。もちろん補正手段Ｋは電子制御ユニットＥ Ｃの一部であってもよい。 本発明により第１のステップでブースタコンデンサの電圧が所望の値まで再充 電される。有利にはブース タコンデンサの電圧は時間的な放電または完全なそのつどの放電の後に再び、噴 射弁の開放速度すなわち噴射時間に作用する所望の値へ再充電される。 第２のステップで少なくとも１つの内燃機関の動作状態が検出される。有利に は内燃機関の回転数および負荷が検出される。付加的に機関制御部の所定の要求 を検出すると有利である。この場合例えば同じ電磁弁による複数の噴射が短い間 隔で必要とされることを表す信号ＯＰＡＮである。さらにブースタコンデンサの 電圧が例えば噴射過程の前に測定される。 第３のステップでは第１のステップでブースタコンデンサに必要とされた再充 電電流の強さＩＣＮおよび／または必要とされた再充電持続時間ｔＣＮが少なく とも第２のステップで検出された動作状態に依存して制御される。 有利にはさらに、第３のステップでの制御の際に再充電電流の強さと再充電持 続時間とが相互に適合するように調整され、再充電電流の強さＩＣＮおよび／ま たは再充電持続時間ｔＣＮは第２のステップで付加的に検出された機関制御部の 要求に依存して制御される。この場合付加的に考慮される機関制御部の要求は、 例えば層状給気動作から均一動作への切り換え、および／または噴射を複数回の 部分噴射例えば予備噴射および／または再噴射へ分割することに相当する。 特に有利には第４のステップで、第２のステップで 測定されたブースタコンデンサの電圧に基づいて補正値ｔｉｋが求められる。こ の補正値によりブースタコンデンサで測定された電圧と所望の電圧値との差をイ ンジェクタの駆動制御の際に考慮される。 別の実施形態では第５のステップで、インジェクタに対して計算された噴射時 間ｔｉを補正値ｔｉｋで補正し、補正された噴射時間ｔｉ^*を形成する。 図２〜図４に示された本発明の上述の実施例を相互に組み合わせ可能であるこ とは明らかである。再充電のための手段または再充電手段および制御手段は電子 制御ユニットＥＣに接続されたハードウェア構成素子であってもよいし、ソフト ウェア構成素子であってもよい。電子制御ユニットＥＣは本発明の目的に専用に 構成されていてもよいし、また車両に存在する制御ユニットの一部であってもよ い。本発明の手段によれば ａ）ブースタコンデンサの再充電過程は再充電電流ＩＣＮおよび／または再充電 時間ｔＣＮの意図的な変更により、 ｂ）損失電力を最適化するため、また ｃ）複数の噴射が時間的にきわめて短い間隔で必要とされる場合、例えば層状給 気動作から均一動作への切換、予備噴射、再噴射などの場合に機関制御部の所定 の要求のもとで 制御される。 さらに噴射時間ｔｉ^*をブースタコンデンサの電圧 、内燃機関の負荷領域および／または回転数領域に依存して補正することができ る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１つの ブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、 第１のステップでブースタコンデンサの電圧を所望の値まで再充電する、 少なくとも１つの電磁的負荷、例えば電磁弁を駆動する方法において、 第２のステップで少なくとも１つの内燃機関の動作状態を検出し、 第３のステップで、ブースタコンデンサに対して第１のステップで必要とされ る再充電電流の強さおよび／または必要とされる再充電持続時間を少なくとも第 ２のステップで検出された動作状態に依存して制御する、 ことを特徴とする少なくとも１つの電磁的負荷を駆動する方法。 ２． 内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１つの ブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、第１の ステップでブースタコンデンサの電圧をそれぞれ時間的な放電または完全な放電 の後に噴射弁の開放時間すなわち噴射時間に作用する所望の値まで再充電する、 少なくとも１つの電磁的負荷、例えば電磁弁を駆動す る方法において、 第２のステップで少なくとも内燃機関の回転数および負荷を検出し、 第３のステップで、ブースタコンデンサに対して第１のステップで必要とされ る再充電電流の強さおよび／または必要とされる再充電持続時間を少なくとも第 ２のステップで検出された回転数の値および負荷の値に依存して制御する、 ことを特徴とする少なくとも１つの電磁的負荷を駆動する方法。 ３． 制御の際に第３のステップで再充電電流の強さおよび再充電持続時間を 相互に適合するように調整する、請求項１または２記載の方法。 ４． 第２のステップで付加的に、同一の電磁弁による複数の噴射をきわめて 短い時間間隔内で必要とする機関制御部の所定の要求を検出し、第３のステップ で再充電電流の強さおよび／または再充電持続時間を第２のステップで付加的に 検出された機関制御部の要求に依存して制御する、請求項１から３までのいずれ か１項記載の方法。 ５． 付加的に考慮される機関制御部の要求は、例えば層状給気動作から均一 動作への切換、予備噴射および／または再噴射に相当する、請求項４記載の方法 。 ６． 第２のステップで付加的にブースタコンデン サの電圧を噴射過程前に測定する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方 法。 ７． 再充電電流の強さおよび再充電持続時間を付加的に測定されたブースタ コンデンサの電圧に依存して第３のステップで制御する、請求項６記載の方法。 ８． 第４のステップで、第２のステップで測定されたブースタコンデンサの 電圧からブースタコンデンサの測定電圧と所望の電圧値との差を表す補正値（ｔ ｉｋ）を噴射時間に対して求め、第５のステップで計算された噴射時間（ｔｉ） を補正値（ｔｉｋ）で補正して補正された噴射時間（ｔｉ＊）を形成する、請求 項６記載の方法。 ９． 内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１つの ブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、駆動回 路は再充電手段（ＥＣ）を有しており、該再充電手段によりブースタコンデンサ の電圧が所望の値まで再充電される、 少なくとも１つの電磁的負荷、例えば電磁弁を駆動する装置において、 再充電手段（ＥＣ）は機能的に内燃機関の少なくとも１つの動作状態を検出す る手段と接続されており、かつ制御手段（ＥＣ）を有しており、 該制御手段により、所望の電圧値に対して必要な再充電電流（ＩＣＮ）の強さ および／または必要な再充 電持続時間（ｔＣＮ）が少なくとも検出手段によって検出された動作状態に依存 して制御される、 ことを特徴とする少なくとも１つの電磁的負荷を駆動する装置。 １０． 内燃機関への燃料噴射を電子的なスイッチング手段と少なくとも１つ のブースタコンデンサとから構成される駆動回路によって制御するために、駆動 回路が再充電手段（ＥＣ）を有しており、該再充電手段によりブースタコンデン サの電圧が時間的なまたは完全なそれぞれの放電の後に噴射弁の開放時間すなわ ち噴射時間に作用する所望の値まで再充電される、 少なくとも１つの電磁的負荷、例えば電磁弁を駆動する装置において、 再充電手段（ＥＣ）は少なくとも内燃機関の回転数（ｎ）および負荷（Ｌ）を 検出する手段と機能的に接続されており、かつ制御手段（ＥＣ）を有しており、 該制御手段により所望の電圧値に対して必要な再充電電流（ＩＣＮ）の強さと必 要な再充電持続時間（ｔＣＮ）とが少なくとも前述の検出手段によって検出され た回転数値（ｎ）および負荷値（Ｌ）に依存して制御される、 ことを特徴とする少なくとも１つの電磁的負荷を駆動する装置。 １１． 前記制御手段（ＥＣ）により所望の電圧値を達成するために必要な再 充電電流（ＩＣＮ）の強さ および必要な再充電持続時間（ｔＣＮ）が相互に適合するように調整される、請 求項９または１０記載の装置。 １２． さらに再充電手段（ＥＣ）は機能的に、同一の電磁弁による複数の噴 射をきわめて短い時間間隔で必要とする機関制御部の所定の要求を検出する手段 に接続されており、前記制御手段（ＥＣ）により、ブースタコンデンサを所望の 電圧値へチャージするために必要な再充電電圧の強さ（ＩＣＮ）および必要な再 充電持続時間（ｔＣＮ）が前記検出手段によって検出された機関制御部の要求に 依存して制御される、請求項９から１１までのいずれか１項記載の装置。 １３． 前記制御手段（ＥＣ）により、付加的に考慮される前記検出手段によ って検出された機関制御部の要求は、例えば層状給気動作から均一動作への切換 、電磁弁による予備噴射および／または再噴射に相当する、請求項１２記載の装 置。 １４． 測定手段によって付加的に噴射過程前にブースタコンデンサに存在す る電圧（ＵＣ）が測定され、該測定電圧に相応する量が前記制御手段（ＥＣ）へ 供給される、請求項９から１３までのいずれか１項記載の装置。 １５． 前記制御手段（ＥＣ）によりブースタコンデンサの再充電電流（ＩＣ Ｎ）および再充電持続時間（ｔＣＮ）が付加的に噴射過程前にブースタコンデン サで測定された電圧（ＵＣ）を示す量に依存して制御される、請求項１４記載の 装置。 １６． 補正手段（Ｋ）が設けられており、該補正手段により噴射過程前にブ ースタコンデンサで測定された電圧（ＵＣ）を示す量からブースタコンデンサで の測定電圧と所望の電圧値との差を示す噴射時間補正値（ｔｉｋ）が形成され、 計算された噴射時間（ｔｉ）は前記補正値（ｔｉｋ）によって補正され、補正さ れた噴射時間（ｔｉ^*）が形成される、請求項１２記載の装置。