JP2003504548A - 容量性アクチュエータの充電のための方法及び装置 - Google Patents
容量性アクチュエータの充電のための方法及び装置Info
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Abstract
Description
の方法に関している。また本発明はこの方法を実施するための装置にも関してい
る。
切換時間があげられる。これは急峻なニードルエッジと噴射された燃料量の僅か
な散らばりに結びつく。燃焼技術的な側面からは可及的に短い充電時間が望まれ
る。
射量に分割される。これは緩慢な燃焼と燃焼ノイズの低減を可能にする。アクチ
ュエータはこれまでは一定の充放電時間(エネルギー源からアクチュエータ/ア
クチュエータからエネルギー源への再充電の持続時間)を用いて制御されており
を用いて起動制御されており、これは、所定の燃料予備噴射量が内燃機関の最大
の負荷領域ないし回転数領域においてもまだ噴射可能であるようにするために、
非常に短くなければならない(例えば100μs)。
路)から再充電コイルを介してアクチュエータまでの充電の転回過程として行わ
れる。この場合再充電コイルのインダクタンスは、再充電コンデンサとアクチュ
エータのキャパシタンスと関連して充放電過程(充放電時間)の時定数を定める
。この種の装置は、例えばドイツ連邦共和国特許出願 DE 19652801 明細書から
も公知である。
チュエータの制御のための装置が公知であり、この場合は、圧電アクチュエータ
の配設されている振動回路の周波数が、温度係数や経年係数による補償のために
変更可能となっている。
の段階的な充放電のための方法が公知であり、この方法では、充電開始後の所定
の時点で再充電過程が、抵抗とコンデンサを備えた充電経路から、コイルとさら
なるコンデンサを備えた充電経路へ切替えられる。放電過程はこれとは逆の順序
で行われている。
のノイズ発生につながる。このことは例えば自動車内において、内燃機関がアイ
ドリング状態でエンジンノイズの少ない時においては非常に不快に感じられる。
ための方法において、アクチュエータノイズの発生を極力抑えられるように改善
を行うことである。また本発明の課題は、このような方法を実施できる装置を提
供することである。
3または4に記載の装置を用いれば、アクチュエータの充放電時間が特に内燃機
関の低負荷領域やアイドリング領域において充電過程中の種々の手段によって変
更され得る(例えば100μs〜200μs)。
ャパシタンス、つまりここでは少なくとも2つの並列接続された再充電コンデン
サC2a、C2b(これは例えば200μsの最大充電時間を可能にする)のキ
ャパシタンスが充填過程の所定の時点で、これらの並列な再充電コンデンサのう
ちの少なくとも1つの遮断によって低減される。これによって充電時間が短縮さ
れる。
料噴射持続時間との間の制約に関することである。このことは特に噴射圧力が高
い場合に臨界的となる。なぜなら噴射された燃料量は、同じ噴射持続時間のもと
では、負荷に比例する燃圧の増加に伴って増加するからである。所定の噴射量、
特に比較的僅かな予備噴射量を達成するためには、燃圧の増加と共に常に噴射持
続時間の短縮が必要とされる。
比較的小さな負荷の場合には、少ない噴射量しか必要ないが、負荷が大きい場合
には、多くの噴射量が高い燃圧のもとで必要となる。この燃料量と燃圧との間の
相関関係は、高負荷領域においてもメイン噴射に対する比較的長い充電時間の適
用を可能にする。
と終了の遅延)までの所期の限界枠内(例えば100μs〜200μs)におい
て、燃焼過程に係わる噴射経過特性に何も影響を及ぼさない。
基づき詳細に説明する。この場合、 図1は、公知装置の基本回路図であり、 図2は、本発明の第1実施例を示した図であり、 図3は、図2による実施例の充放電時間のダイヤグラムであり、 図4は、本発明の第2実施例を示した図であり、 図5は、図4による実施例の充放電時間のダイヤグラムである。
エネルギー源Vによって充電可能な充電源、ここでは充電コンデンサC1と、充
電スイッチT1と、阻止ダイオードD1と、再充電コンデンサC2と、再充電コ
イルLと、1つまたは複数の並列接続されたアクチュエータP、P′からなる、
両側でアース電位にせつぞくされた直列回路からなっている。この場合アクチュ
エータP、P′の各々には選択スイッチS、S′が直列に接続されている。充電
スイッチT1側に延びている再充電コンデンサC2の端子は、さらなる阻止ダイ
オードD2と直列に接続された放電スイッチT2を介してアース電位にも接続さ
れ得る。この2つのスイッチT1とT2は制御回路STによって制御されている
。充電コンデンサC1のキャパシタンスは、再充電コンデンサC2のキャパシタ
ンスよりもはるかに大きい(C1>>C2)。
、導通または非導通状態に切替えられるスイッチ、例えばサイリスタやMOSF
ETなどを指すものと理解されたい(これらは自身を流れる電流がゼロになった
場合には自動的に再び非導通状態になる)。
て行われる。その際この充電は、充電源(充電コンデンサC1)から再充電コン
デンサC2、再充電コイルLを介してアクチュエータPまでの半正弦波振動の形
態の電流Iによって振動する。この充電時間においては、アクチュエータ電圧U
が所定の値まで上昇し、アクチュエータPは、燃料噴射弁を開放する。
チュエータ電圧Uは、放電スイッチT2の閉成による放電過程の開始まで、維持
され続ける。ここにおいて振動によりアクチュエータPから再充電コイルLを介
して再充電コンデンサC2への充電が始まると、アクチュエータ電圧Uは、再び
ゼロに向かい、電流Iがゼロになり、燃料噴射弁は、アクチュエータPによって
閉じられる。放電スイッチT2は、次の充電過程の前に再び閉成されなければな
らない(非導通状態)。それにより燃料噴射過程が終了する。充電コンデンサC
1へのフィードバック充電は、阻止ダイオードD1によって阻止される。
公知の回路と次の点で異なっている。すなわち充電スイッチT1a、阻止ダイオ
ードD1a、再充電コンデンサC2aからなる直列回路に並列して、さらなる充
電スイッチT1b、さらなる阻止ダイオードD1b、さらなる再充電コンデンサ
C1bからなる同種の直列回路が接続されていることと、2つの再充電コンデン
サC2a、C2bの、充電スイッチT1a、T1bに向いた側の端子が、再充電
コンデンサC2bから再充電コンデンサC2a方向に導通するダイオードD2b
によって相互に接続されている点で異なっている。さらにこの種の並列接続され
たさらなる直列回路が設けられていてもよく、このことは波線の矢印によって表
されている。
れる電流経過Iと、充電スイッチT1aおよびT1b並びに放電スイッチT2の
切換状態のダイヤグラムに基づいて説明する。
わちアクチュエータP(ないしP′)の充電が2つのコンデンサC2a,C2b
の並列回路から所望の最大充電時間、例えば200μsによって行われるように
構成されている。
が同時に導通制御され、これによってアクチュエータPがコンデンサC1,C2
a、C2bから再充電コイルLを介して充電され、正弦波形状の電流Iが選択ス
イッチSによって選択されたアクチュエータPを通って通流開始される。2つの
再充電コンデンサC2a,C2bにおける電圧は均等に低下する。(波線で示さ
れている)2つの充電スイッチT1a、T1bは、電流Iが(波線で示されてい
る)時点t3においてゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間
は、t3−t0=200μsとなる。
が事前に時点t1において開放、すなわち非導通状態に制御される。それにより
、電流通流は、2つのコンデンサC1とC2bの直列回路からしか行われず、こ
れによって電流I(実線で示されている特性曲線)は既に時点t2においてゼロ
になる。この時点では第2の充電スイッチも再び非導通状態におかれる。この手
段によって、充電時間はt2−t0の持続時間となる。時点t0において開始さ
れた充電時間の終了は、このようにして時点<t1とt3の間で可変である。こ
れにより充電時間は<100μsから選択された最大のここでは200μsまで
の間で選択が可能となる。充電過程の終了時点(t2)では、第1の再充電コン
デンサC2a(これは完全には放電されていない)において、例えばまだ+80
Vの電圧が存在し、それに対して第2の再充電コンデンサC2bにおける電圧は
例えば−50Vであり得る。
ッチT2aとT2bが既に非導通状態である)、放電スイッチT2が導通状態に
制御される。それによりアクチュエータPは再充電コイルLを介して、ダイオー
ドD2a、D2bを用いて並列接続された2つの再充電コンデンサC2a,C2
bへ放電され、この場合まず最初に第2の再充電コンデンサC2bが、第1の再
充電コンデンサC2aの電圧(+80V)に達するまで充電され、それに続いて
2つの再充電コンデンサがアクチュエータPが放電されるまで均等に継続充電さ
れる。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。放
電時間は、選択された例(充電時間t0〜t2)の場合、時点t6(波線の特性
曲線)の代わりに既に時点t5(実線の特性曲線)において終了している。
から放電時間の終了(t5またはt6)まで導通状態でなければならない。
図1による公知の装置と次の点で異なっている。すなわち第2の阻止ダイオード
D2と第3の阻止ダイオードD3が同じ電流通流方向で直列に接続され、再充電
コンデンサC2aと再充電コイルLの接続点からは、第2の再充電コンデンサC
2bとさらなる充電スイッチT3と第4の阻止ダイオードD4からなる直列回路
が基準電位に接続されている点で異なっている。この場合第4の阻止ダイオード
D4のアノードは、基準電位から第2の再充電コンデンサC2b方向に電流通流
させ、第4の阻止ダイオードD4のカソードは、第2及び第3の阻止ダイオード
D2,D3の接続点と接続されている。ここでもC1>>C2a,C2bである
。
ータP(ないしP′)の充電が2つのコンデンサC2a,C2bの並列回路から
所望の最大充電時間、例えば200μsによって行われるように構成されている
。
状態に制御され、これによってアクチュエータPがコンデンサC1,C2a及び
C2bから再充電コイルLを介して充電され、正弦波形状の電流Iがアクチュエ
ータP(これは選択スイッチSによって選択される)を通って通流開始される。
の充電スイッチT1a、T1bは、電流I(波線の特性曲線)が時点t3におい
てゼロになるまで導通状態に維持され、それにより充電時間は、t3−t0=2
00μsとなる。
開かれる、すなわち非導通状態に制御される。それにより、電流通流は再充電コ
ンデンサC2bから再充電コイルLを介してアクチュエータPまで行われ、さら
にこのアクチュエータPから選択スイッチ、阻止ダイオードD4およびさらなる
充電スイッチT3を介して再充電コンデンサC2bに、いわば再充電コンデンサ
C2bと再充電コイルLの放電のための “還流電流”のように、この電流が時
点t2においてゼロになるまで戻される(図5中の時点t1〜t2実線の特性曲
線)。その間はさらなる充電スイッチT3は必ず導通状態でなければならない。
された充電時間の終了は、このようにして時点<t1とt3の間で可変である。
これにより充電時間は<100μsから選択された最大のここでは200μsま
での間で選択が可能となる。
デンサC2a(これは完全には放電されていない)において、例えばまだ+80
Vの電圧が存在し、それに対して第2の再充電コンデンサC2bにおける電圧は
例えば−50Vであり得る。
非導通状態)、放電スイッチT2が導通状態に制御される。さらなる充電スイッ
チT3がこの時点おいてまだ導通状態であるならば、第1の実施例で既述したよ
うに、アクチュエータPは再充電コイルLを介して、ダイオードD2を用いて並
列接続された2つの再充電コンデンサC2a,C2bへ放電され、この場合まず
最初に第2の再充電コンデンサC2bが、第1の再充電コンデンサC2aの電圧
(+80V)に達するまで充電され、それに続いて2つの再充電コンデンサがア
クチュエータPが放電されるまで均等に継続充電される。このようにして各放電
時間はそのつどの先行する充電時間に相応する。この放電時間は、選択された例
(充電時間t0〜t2)の場合、時点t6(波線の特性曲線)の代わりに既に時
点t5(実線の特性曲線)において終了している。
ッチT1が非導通状態であるならば、放電スイッチT2は導通状態に制御される
。その際充電スイッチT3は、まだアクティブに導通状態かまたはそれがMOS
FETであるなら、規定の反転ダイオードによって放電スイッチT2方向に電流
通流される(図5の波線)。
デンサC2a,C2bへ放電され、この場合もまず最初に第2の再充電コンデン
サC2bが、第1の再充電コンデンサC2aの電圧(+80V)に達するまで充
電され、それに続いて2つの再充電コンデンサがアクチュエータPが放電される
まで均等に継続充電される。このようにして各放電時間はそのつどの先行する充
電時間に相応する。放電時間は、選択された例(充電時間t0〜t2)の場合、
時点t6(波線の特性曲線)の代わりに既に時点t5(実線の特性曲線)におい
て終了している。
から放電時間の終了(t5またはt6)まで導通状態でなければならない。
なる充電スイッチT3の前に非導通)、燃料噴射量が次のことによって最小化さ
れ得る。すなわちさらなる充電スイッチT3と放電スイッチT2が逆に作動され
ることである(T2が非道通状態の場合T3は導通そしてT3が非導通ならT2
は導通)。これにより放電時間は直接、充電時間に追従する。T1とT3が時点
t0において同期して導通状態に制御され、時点t3において非導通状態に制御
されるならば、T2とT3の反転動作が回避できる。詳細にはT1とT3が同時
に非導通状態に制御され、T2が導通状態に制御される場合には、短時間の交差
によってT1とT2が導通状態に制御され、充電コンデンサC1と放電源Vが短
絡される。
Claims (8)
- 【請求項1】 充電源(C1)から、再充電コンデンサ(C2a、C2b)
と再充電コイル(L)からなる直列回路を介した、容量性アクチュエータ(P、
P′)、例えば内燃機関の燃料噴射弁の充電のためと、充電源(C1)よりも遙
かに小さなキャパシタンスを有する再充電コンデンサ(C2a、C2b)へのア
クチュエータ(P、P′)の放電のための方法において、 再充電コンデンサ(C2a、C2b)が所定の最大充電時間(t3−t0)に
対して割当てられる最大キャパシタンスを有し、 比較的短い充電時間(t2−t0)の獲得のために、再充電コンデンサ(C2
)のキャパシタンスが、充電過程開始(t0)後の所定の時点(t1)において
所定の値まで低減されるようにしたことを特徴とする方法。 - 【請求項2】 再充電コンデンサの最大キャパシタンスは、少なくとも2つ
の再充電コンデンサ(C2a、C2b)の並列接続によって達成され、 前記再充電コンデンサ(C2a、C2b)の少なくとも1つ(C2a)は、充
電過程開始(t0)後の所定の時点(t1)において充電源(C1)から分離さ
れるようにした請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 請求項1または2記載の方法を実施するための装置であって
、エネルギー源(V)から充電可能な充電源(C1)とアクチュエータ(P、P
′)の間に配設されている、充電スイッチ(T1a)、阻止ダイオード(D1a
)、再充電コンデンサ(C2a)、再充電コイル(L)からなる直列回路と放電
スイッチ(T2)とを有し、該放電スイッチ(T2)は、阻止ダイオード(D1
a)と再充電コンデンサ(C2a)の接続点を基準電位に接続し、この場合全て
のスイッチが制御回路(ST)によって制御されている形式のものにおいて、 充電スイッチ(T1a)、阻止ダイオード(D1a)、再充電コンデンサ(C
2a)からなる直列回路に対して並列に、それぞれさらなる充電スイッチ(T1
b)、さらなる阻止ダイオード(D1b)、さらなる再充電コンデンサ(C2b
)からなるさらなる直列回路が配設されており、さらに、 前記再充電コンデンサ(C2a、C2b)の、充電スイッチ(T1a,T1b
)側の各端子と放電スイッチ(T2)との間に、放電スイッチ(T2)方向に電
流を通流させるダイオード(D2a、D2b)が設けられていることを特徴とす
る装置。 - 【請求項4】 請求項1または2記載の方法を実施するための装置であって
、エネルギー源(V)から充電可能な充電源(C1)とアクチュエータ(P、P
′)の間に配設されている、第1の充電スイッチ(T1)、該第1の充電スイッ
チ(T1)から離れる方向に電流通流させる第1の阻止ダイオード(D1)、第
1の再充電コンデンサ(C2a)、再充電コイル(L)からなる直列回路と放電
スイッチ(T2)とを有し、該放電スイッチ(T2)は、第1の阻止ダイオード
(D1)と第1の再充電コンデンサ(C2a)の接続点を、基準電位方向に電流
通流させる第2の阻止ダイオード(D2)を介して基準電位に接続させ、この場
合全てのスイッチが制御回路(ST)によって制御されている形式のものにおい
て、 第2の阻止ダイオード(D2)と第3の阻止ダイオード(D3)が同じ電流通
流方向で直列に接続されており、 第1の再充電コンデンサ(C2a)と再充電コイル(L)の接続点から、第2
の再充電コンデンサ(C2b)と、さらなる充電スイッチ(T3)と、第4の阻
止ダイオード(D4)からなる直列回路が基準電位に接続されており、この場合
第4の阻止ダイオード(D4)は、基準電位から第2の再充電コンデンサ(C2
b)方向に電流を通流するように配置されており、 第4の阻止ダイオード(D4)のカソードは、第2の阻止ダイオードと第3の
阻止ダイオード(D2,D3)の接続点と接続されていることを特徴とする装置
。 - 【請求項5】 アクチュエータ(P、P′)の充電のために、2つの充電ス
イッチ(T1a,T1b;T1,t3)が同時に導通状態に制御され、充電スイ
ッチ(T1,T1a)のうちの少なくとも1つが所定の時点(t1)において非
導通状態に制御される、請求項3または4記載の装置。 - 【請求項6】 放電スイッチ(T2)の導通状態のもとで、アクチュエータ
(P,P′)の放電が一方の側では第1の再充電コンデンサ(C2a)を介して
行われ、他方の側では第2の再充電コンデンサ(C2b)と導通状態のさらなる
充電スイッチ(T3)またはその反転ダイオードを介して行われる、請求項4記
載の装置。 - 【請求項7】 前記さらなる充電スイッチ(T3)は、放電スイッチ(T2
)が非導通状態である場合に、該放電スイッチ(T2)とは逆の状態、すなわち
導通状態に作動され、放電スイッチ(T2)が導通状態である場合にはこの放電
スイッチとは逆の状態、すなわち非導通状態に作動される、請求項4記載の装置
。 - 【請求項8】 前記充電スイッチ(T1,T3,T1a、T1b)と放電ス
イッチ(T2)は、MOSFETスイッチとして構成されている、請求項3から
7いずれか1項記載の装置。
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