JP2009150364A - 流量調整弁の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】流量調整弁のバックラッシュに伴うヒステリシスを低減し、該ヒステリシスに伴うハンチングの発生を防止して、制御を安定化した流量調整弁の制御装置を提供する。
【解決手段】流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、移動方向へのヒステリシス量を加算、減算するヒステリシス量調整装置と、該ヒステリシス量調整装置の出力を前記流量調整弁開度指令演算装置に加える加、減算装置を備え、加、減算装置は、前記流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置の指令値に前記移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備える。
【選択図】図1
【解決手段】流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、移動方向へのヒステリシス量を加算、減算するヒステリシス量調整装置と、該ヒステリシス量調整装置の出力を前記流量調整弁開度指令演算装置に加える加、減算装置を備え、加、減算装置は、前記流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置の指令値に前記移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、油圧式コモンレールの入口に設けられて該コモンレール内の圧力を制御する流量調整弁のヒステリシスを抑制してコモンレール圧力を一定に保持する流量調整弁の制御装置に関する。
従来の油圧式コモンレールのコモンレール圧力制御装置の1例を図21に示す。
図21において、100はエンジン、該エンジン100の各シリンダ1内には燃料噴射弁2が設けられ、該燃料噴射弁2から燃料噴射制御装置(図示省略)にて制御された適正時期にシリンダ1内に燃料が噴射される。
かかる燃料はコモンレール3に高圧に蓄圧され、該コモンレール3内の高圧燃料が前記適正時期に燃料噴射弁2からシリンダ1内に噴射される。該コモンレール3内の圧力は圧力センサ5により計測される。
図21において、100はエンジン、該エンジン100の各シリンダ1内には燃料噴射弁2が設けられ、該燃料噴射弁2から燃料噴射制御装置(図示省略)にて制御された適正時期にシリンダ1内に燃料が噴射される。
かかる燃料はコモンレール3に高圧に蓄圧され、該コモンレール3内の高圧燃料が前記適正時期に燃料噴射弁2からシリンダ1内に噴射される。該コモンレール3内の圧力は圧力センサ5により計測される。
また、前記コモンレール3内には、オイルタンク4aから吸入したオイルをポンプ4によって高圧に加圧された高圧燃料が供給されている。
前記ポンプ4へのオイルは、開閉弁6及び該開閉弁6の開度を制御する電磁弁7よりなる流量調整弁6aによって、その圧力及び流量を制御される。
前記コモンレール3内の圧力は、圧力センサ5によって計測され、ローパスフィルタ9で低周波分が除去されて、その圧力が差圧検出器10に入力され、該差圧検出器10でコモンレール3内圧力目標値P0との圧力差ΔPが検出される。
前記ポンプ4へのオイルは、開閉弁6及び該開閉弁6の開度を制御する電磁弁7よりなる流量調整弁6aによって、その圧力及び流量を制御される。
前記コモンレール3内の圧力は、圧力センサ5によって計測され、ローパスフィルタ9で低周波分が除去されて、その圧力が差圧検出器10に入力され、該差圧検出器10でコモンレール3内圧力目標値P0との圧力差ΔPが検出される。
該圧力差ΔPは、流量調整弁開度指令演算装置8に入力され、該流量調整弁開度指令演算装置8にて前記圧力差ΔPから流量調整弁6aの開度の調整量を算出し、流量調整弁6aの電磁弁7に入力する。流量調整弁6aは前記コモンレール3内圧力目標値P0に開度を調整され、コモンレール3内圧力は前記ポンプ4を介して圧力目標値P0が設定される。
次に、前記のような流量調整弁6aにおいては、流量調整弁開度指令演算装置8からの開度調整指令に応じて動作する弁の摺動部に発生する静摩擦力、弁のガタ等によりヒステリシスが存在し、このため、電磁弁7の開度調整指令と実際の電磁弁7の挙動とが一致しないため、コモンレール3内圧力のフィードバック制御を行ったときに該電磁弁7の挙動が不安定となってハンチングが発生し、コモンレール3内圧力の変動が起きる。
また、弁挙動部の加工精度にバラツキがあるため、前記ヒステリシス量に弁ごとの固体差が発生する。
また、弁挙動部の加工精度にバラツキがあるため、前記ヒステリシス量に弁ごとの固体差が発生する。
図22は、図21に示す油圧式コモンレールのコモンレール圧力制御装置において、前記流量調整弁開度指令演算装置8からの信号に、ヒステリシスが存在する場合のヒステリシスの除去手段を示し、流量調整弁開度指令演算装置8からの出力信号50に、ヒステリシスεが生じる(50、51はヒステリシスεの回路)。
このヒステリシスの形成状況を図23〜図26に示す。
図23(A)、(B)において、Sは流量調整弁6aの開度指令値、H´は流量調整弁6aの実開度である。H´max及びH´minを以下のように定義する。
流量調整弁6aが左端で片当たりしているときは、(A)のように、H´minはSと同値、H´maxはヒステリシスεだけ多い。流量調整弁6aが右端で片当たりしているときは、(B)のように、H´maxはSと同値、H´minはヒステリシスεだけ少ない。
図23(A)、(B)において、Sは流量調整弁6aの開度指令値、H´は流量調整弁6aの実開度である。H´max及びH´minを以下のように定義する。
流量調整弁6aが左端で片当たりしているときは、(A)のように、H´minはSと同値、H´maxはヒステリシスεだけ多い。流量調整弁6aが右端で片当たりしているときは、(B)のように、H´maxはSと同値、H´minはヒステリシスεだけ少ない。
このヒステリシスεは、図24、25のように変化し、流量調整弁6aの開度指令値Hが変化しても、ヒステリシス相当量εを超えるまでは、H´maxとH´minの中点であるH´(流量調整弁6aの実開度)は変わらない。
従って、図24、25より、流量調整弁6aの入力Sの変化に対し、出力H´は位相遅れのような挙動をとる。
従って、図24、25より、流量調整弁6aの入力Sの変化に対し、出力H´は位相遅れのような挙動をとる。
図26は、図22〜25に基づく流量調整弁6aのフローチャートで、前記H´maxが入力Sよりも小さいときは、H´max←S、H´min←S―εとし、H´=(H´max+H´min)/2を算出する。
H´maxが入力Sよりも大きく、H´minがSよりも大きいときはH´max←S+ε、H´min←Sとして前記H´=(H´max+H´min)/2を算出する。なお、H´minがSよりも小さいときは、そのまま前記H´=(H´max+H´min)/2を算出する。
H´maxが入力Sよりも大きく、H´minがSよりも大きいときはH´max←S+ε、H´min←Sとして前記H´=(H´max+H´min)/2を算出する。なお、H´minがSよりも小さいときは、そのまま前記H´=(H´max+H´min)/2を算出する。
前記の例により、H´(流量調整弁6aの実開度)になるような開度指令値Sを求め、該開度指令値Sに対応する実開度H´を前記流量調整弁6aに与えた場合の、ブロック図を図22に示す。図22において、その他の要素は図21と同様である。
また、前記ヒステリシスの除去手段の一例を示したものに、特許文献1(WO01/063114号公報)がある。
かかる特許文献1においては、ヒステリシス補正回路は、目標値と現在値と偏差である
PI制御量演算部の入力量が0以上か0以下かを判別する偏差正負判定部を、この偏差正負判定部の出力を増幅する増幅器とでヒステリシス補正回路を構成した排気ガス再循環バルブの技術が開示されている。
かかる特許文献1においては、ヒステリシス補正回路は、目標値と現在値と偏差である
PI制御量演算部の入力量が0以上か0以下かを判別する偏差正負判定部を、この偏差正負判定部の出力を増幅する増幅器とでヒステリシス補正回路を構成した排気ガス再循環バルブの技術が開示されている。
前記のように、図22に示す流量調整弁6aにおいては、流量調整弁開度指令演算装置8からの開度調整指令に応じて動作する弁の摺動部に発生する静摩擦力、弁のガタ等によりヒステリシスが存在する。
このため、電磁弁7の開度調整指令と実際の電磁弁7の挙動とが一致しないため、コモンレール3内圧力のフィードバック制御を行ったときに該電磁弁7の挙動が不安定となってハンチングが発生し、コモンレール3内圧力の変動が起きる。
また、弁挙動部の加工精度にバラツキがあるため、前記ヒステリシス量に弁ごとの固体差が発生する。
このため、電磁弁7の開度調整指令と実際の電磁弁7の挙動とが一致しないため、コモンレール3内圧力のフィードバック制御を行ったときに該電磁弁7の挙動が不安定となってハンチングが発生し、コモンレール3内圧力の変動が起きる。
また、弁挙動部の加工精度にバラツキがあるため、前記ヒステリシス量に弁ごとの固体差が発生する。
かかるヒステリシスの低減手段として、前記図22〜25に示す手段があるが、かかる低減手段においては、圧力応答性を高める低減手段のためフィードバックゲインを上げると、図24に示すように、流量調整弁6aの入力Sの変化に対し、出力H´は位相遅れのような挙動を行うため、コモンレール3内圧力に脈動が発生する。
また、特許文献1(WO01/063114号公報)の技術は、ヒステリシス補正回路は弁の運動始めのオーバーシュートを防止して、弁の開き始めの安定化を狙ったもので、弁のバックラッシュに伴う弁作動及び弁の安定化をねらったものではない。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、流量調整弁のバックラッシュに伴うヒステリシスを低減し、該ヒステリシスに伴うハンチングの発生を防止して、制御を安定化した流量調整弁の制御装置を提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、圧力容器へ供給される流体の圧力及び流量を制御し、アクチュエータにより作動する流量制御弁と、該流量調整弁の開度の指令値を出力する流量調整弁開度指令演算装置とを備え、前記流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、前記アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、前記移動方向へのヒステリシス量を加算、減算するヒステリシス量調整装置と、該ヒステリシス量調整装置の出力を前記流量調整弁開度指令演算装置に加える加、減算装置を備え、前記加、減算装置は、前記流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置の指令値に前記移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備えたことを特徴とする(請求項1)。
また、本発明は、具体的には、次のように構成するのが好ましい。
(1)前記ヒステリシス量調整装置において、該ヒステリシス量調整装置にて加算、減算するヒステリシス量が、前記流量調整弁の開度指令値及び該指令方向に応じたマップに基づいた関数となっていること(請求項2)。
(2)前記ヒステリシス量調整装置は、予め流量調整弁の開度指令値と流量調整弁の実開度をマップ情報として記録しておき、流量調整弁の特性に応じたヒステリシス量を前記流量調整弁の開度指令値に加算、減算すること(請求項3)。
(3)前記ヒステリシス量調整装置において、前記流量調整弁の移動方向が変わったときに、ヒステリシス相当量を該ヒステリシス相当量の近傍までは1度に加算あるいは減算し、ヒステリシス相当量の近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量に到達するまで加算あるいは減算するという2ステップの過程を経ること(請求項4)。
(1)前記ヒステリシス量調整装置において、該ヒステリシス量調整装置にて加算、減算するヒステリシス量が、前記流量調整弁の開度指令値及び該指令方向に応じたマップに基づいた関数となっていること(請求項2)。
(2)前記ヒステリシス量調整装置は、予め流量調整弁の開度指令値と流量調整弁の実開度をマップ情報として記録しておき、流量調整弁の特性に応じたヒステリシス量を前記流量調整弁の開度指令値に加算、減算すること(請求項3)。
(3)前記ヒステリシス量調整装置において、前記流量調整弁の移動方向が変わったときに、ヒステリシス相当量を該ヒステリシス相当量の近傍までは1度に加算あるいは減算し、ヒステリシス相当量の近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量に到達するまで加算あるいは減算するという2ステップの過程を経ること(請求項4)。
また、本発明は、圧力容器へ供給される流体の圧力及び流量を制御し、アクチュエータにより作動する流量制御弁と、該流量調整弁の開度の指令値を出力する流量調整弁開度指令演算装置とを備え、前記流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、
前記アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、
前記流量調整弁の弁開度を計測する弁開度計測手段と、
前記アクチュエータにある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて前記弁開度計測手段で計測される弁開度が動作、停止を繰り返すごとに、前記アクチュエータの入力信号と前記弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成するヒステリシス量調整装置を備えたことを特徴とする(請求項5)。
前記アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、
前記流量調整弁の弁開度を計測する弁開度計測手段と、
前記アクチュエータにある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて前記弁開度計測手段で計測される弁開度が動作、停止を繰り返すごとに、前記アクチュエータの入力信号と前記弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成するヒステリシス量調整装置を備えたことを特徴とする(請求項5)。
本発明によれば、アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、移動方向へのヒステリシス量を加算、減算するヒステリシス量調整装置と、該ヒステリシス量調整装置の出力を前記流量調整弁開度指令演算装置に加える加、減算装置を備え、前記加、減算装置は、前記流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置の指令値に前記移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備えたので(請求項1)、流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて流量調整弁開度指令演算装置の指令値に移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備えたことにより、ヒステリシスの影響が無くなり、流量調整弁にヒステリシスが存在しても、該ヒステリシス起因でのリミットサイクルのような制御不安定状態の発生を防止できる。
また、ヒステリシス量調整装置において、該ヒステリシス量調整装置にて加算、減算するヒステリシス量が、前記流量調整弁の開度指令値及び該指令方向に応じたマップに基づいた関数となっているので(請求項2)、流量調整弁のストローク位置に依存する固有のヒステリシス量に対しても対応可能であり、また、前記流量調整弁に機種差が存在する場合でも流量調整弁の特性の平均値を代表値としてマップデータとすることで対応できる。
また、前記ヒステリシス量調整装置は、予め流量調整弁の開度指令値と流量調整弁の実開度をマップ情報として記録しておき、流量調整弁の特性に応じたヒステリシス量を前記流量調整弁の開度指令値に加算、減算することが出来るので(請求項3)、流量調整弁の弁開度に応じてヒステリシス量が異なっても、流量調整弁の開度指令値と流量調整弁の実開度をマップ情報とし、流量調整弁の特性に応じたヒステリシス量を前記流量調整弁の開度指令値に加算、減算することにより、ヒステリシス量を完全に補正できる。
また、ヒステリシス量調整装置において、記流量調整弁の移動方向が変わったときに、ヒステリシス相当量を該ヒステリシス相当量の近傍までは1度に加算あるいは減算し、ヒステリシス相当量の近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量に到達するまで加算あるいは減算するという2ステップの過程を経ることにより(請求項4)、流量調整弁の移動方向(回転方向)が急変しても、前記のようにヒステリシス相当量の近傍までは1度に加算あるいは減算し、ヒステリシス相当量の近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量に到達するまで加算あるいは減算するという2ステップの過程を経ることにより、ヒステリシス相当量までの到達時間が短縮されろとともに、時間遅れのより制御が不安定になるという問題が回避できる。
また、前記流量調整弁の弁開度を計測する弁開度計測手段と、前記アクチュエータにある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて前記弁開度計測手段で計測される弁開度が動作、停止を繰り返すごとに、前記アクチュエータの入力信号と前記弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成するヒステリシス量調整装置を備えたので(請求項5)、アクチュエータに個体差が発生しても、アクチュエータにある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて弁開度の計測値が動作、停止を繰り返すごとに、アクチュエータの入力信号と弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成することにより、人手を介することなく、ヒステリシスマップと容易に取得できる。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は本発明にかかるコモンレール圧力制御システムのブロック図である。
図1において、100はエンジン、該エンジン100の各シリンダ1内には燃料噴射弁2が設けられ、該燃料噴射弁2から燃料噴射制御装置(図示省略)にて制御された適正時期にシリンダ1内に燃料が噴射される。
かかる燃料はコモンレール3に高圧に蓄圧され、該コモンレール3内の高圧燃料が前記適正時期に燃料噴射弁2からシリンダ1内に噴射される。該コモンレール3内の圧力は圧力センサ5により計測される。
図1において、100はエンジン、該エンジン100の各シリンダ1内には燃料噴射弁2が設けられ、該燃料噴射弁2から燃料噴射制御装置(図示省略)にて制御された適正時期にシリンダ1内に燃料が噴射される。
かかる燃料はコモンレール3に高圧に蓄圧され、該コモンレール3内の高圧燃料が前記適正時期に燃料噴射弁2からシリンダ1内に噴射される。該コモンレール3内の圧力は圧力センサ5により計測される。
また、前記コモンレール3内には、オイルタンク4aから吸入したオイルをポンプ4によって高圧に加圧された高圧燃料が供給されている。
前記ポンプ4へのオイルは、開閉弁6及び該開閉弁6の開度を制御する電磁弁7よりなる流量調整弁6aによって、その圧力及び流量を制御される。
前記コモンレール3内の圧力は、圧力センサ5によって計測され、ローパスフィルタ9で低周波分が除去されて、その圧力が差圧検出器10に入力され、該差圧検出器10でコモンレール3内圧力目標値P0との圧力差ΔPが検出される。
前記ポンプ4へのオイルは、開閉弁6及び該開閉弁6の開度を制御する電磁弁7よりなる流量調整弁6aによって、その圧力及び流量を制御される。
前記コモンレール3内の圧力は、圧力センサ5によって計測され、ローパスフィルタ9で低周波分が除去されて、その圧力が差圧検出器10に入力され、該差圧検出器10でコモンレール3内圧力目標値P0との圧力差ΔPが検出される。
該圧力差ΔPは、流量調整弁開度指令演算装置8に入力され、該流量調整弁開度指令演算装置8にて前記圧力差ΔPから流量調整弁6aの開度の目標値Sを算出する。該開度の目標値Sは加、減算装置13および、本発明にかかる前記流量調整弁6aの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置11に入力される。
該移動方向判定装置11の演算結果は、前記移動方向へのヒステリシス量を加算、減算する本発明にかかるヒステリシス量調整装置12に入力され、該ヒステリシス量調整装置12の演算結果は、前記加、減算装置13に入力される。
該移動方向判定装置11の演算結果は、前記移動方向へのヒステリシス量を加算、減算する本発明にかかるヒステリシス量調整装置12に入力され、該ヒステリシス量調整装置12の演算結果は、前記加、減算装置13に入力される。
前記加、減算装置13は、前記流量調整弁6aの移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置8の指令値即ち開度の目標値Sに前記移動方向判定装置11及びヒステリシス量調整装置12からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備えている。
前記加、減算装置13の出力即ち開度指令値Hは、流量調整弁6aのアクチュエータ(電磁弁)7に入力される。流量調整弁6aは前記コモンレール3内圧力目標値P0に開度を調整され、コモンレール3内圧力は前記ポンプ4を介して圧力目標値P0が設定される。
前記加、減算装置13の出力即ち開度指令値Hは、流量調整弁6aのアクチュエータ(電磁弁)7に入力される。流量調整弁6aは前記コモンレール3内圧力目標値P0に開度を調整され、コモンレール3内圧力は前記ポンプ4を介して圧力目標値P0が設定される。
以下に前記移動方向判定装置11及びヒステリシス量調整装置12の内容について説明する。
図2は、本発明にかかるヒステリシス量調整装置の説明図である。
図2において、Sは開度指令値、Hは流量調整弁6aの実開度である。流量調整弁ヒステリシス特性に対する逆関数を持たせた装置を、コントローラ101内に包含すれば、流量調整弁6aのヒステリシス特性を打ち消すことが可能となる。
図2において、Sは開度指令値、Hは流量調整弁6aの実開度である。流量調整弁ヒステリシス特性に対する逆関数を持たせた装置を、コントローラ101内に包含すれば、流量調整弁6aのヒステリシス特性を打ち消すことが可能となる。
図3は、流量調整弁6aを開度目標値Hどおりに動かすための開度指令値Sの算出イメージ図である。
図3においてヒステリシス特性をもつ流量調整弁6aを、開度目標値Hどおりに動かすためには、開度が増加→減少あるいは減少→増加に転じたとき、移動方向に対しヒステリシス相当値εを余分に加え得ればよい。
図4は、開度目標値Hと開度指令値Sとの関係線図である。図4において、開度目標値Hに開度指令値Sは非線形の位相進みとなっている。この値を流量調整弁6aのアクチュエータ7に出力することにより、ヒステリシスが存在してもその影響を受けないコモンレール制御が可能となる。
図3においてヒステリシス特性をもつ流量調整弁6aを、開度目標値Hどおりに動かすためには、開度が増加→減少あるいは減少→増加に転じたとき、移動方向に対しヒステリシス相当値εを余分に加え得ればよい。
図4は、開度目標値Hと開度指令値Sとの関係線図である。図4において、開度目標値Hに開度指令値Sは非線形の位相進みとなっている。この値を流量調整弁6aのアクチュエータ7に出力することにより、ヒステリシスが存在してもその影響を受けないコモンレール制御が可能となる。
図5はヒステリシス逆関数のフローチャートである。図5において、図2〜4に基づくヒステリシス逆関数のフローチャートで、開度目標値Hが+方向に移動すると、Smax←H+ε、Smin←Hであり、開度目標値Hが−方向に移動すると、Smax←H、Smin←H−εであり、そして、+方向に移動、−方向に移動、及び前記開度目標値Hが変化しないときは、S←(Smax+Smin)/2とする。
図6はヒステリシス量調整装置の特性、即ちヒステリシスマップ情報を取得するための、流量調整弁の静特性を計測手段に係る説明図である。
図6において、20は電圧計、7は流量調整弁6aのアクチュエータ、6は弁体、21はマイクロメータ、22は変位計である。前記計測手段は、電圧計20によって電圧をアクチュエータ7に駆け、マイクロメータ21及び変位計22で前記流量調整弁6aの弁体6の変位を計測している。かかる計測結果を図7〜図8に示す。
図6において、20は電圧計、7は流量調整弁6aのアクチュエータ、6は弁体、21はマイクロメータ、22は変位計である。前記計測手段は、電圧計20によって電圧をアクチュエータ7に駆け、マイクロメータ21及び変位計22で前記流量調整弁6aの弁体6の変位を計測している。かかる計測結果を図7〜図8に示す。
かかる計測時において、前記流量調整弁6aの移動方向が変わったとき等に対応して、図7に示すヒステリシス量再生装置及び図8に示す遅延装置53のように、先ずヒステリシス相当量εをヒステリシス相当量εの近傍まではεbのように1度に加算(あるいは減算)し、ヒステリシス相当量εの近傍から一定時間毎に少量ずつεrのように上昇させて、2ステップの過程で変化させる。
このようにすることにより、流量調整弁6aの移動方向(回転方向)が急変しても、前記のようにヒステリシス相当量εの近傍まではεbのように1度に加算(あるいは減算し)、ヒステリシス相当量εの近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量εrに到達するまで加算(あるいは減算)するという2ステップの過程を経る。
これにより、ヒステリシス相当量εまでの到達時間が短縮されるとともに、時間遅れのより制御が不安定になるという問題が回避できる。
このようにすることにより、流量調整弁6aの移動方向(回転方向)が急変しても、前記のようにヒステリシス相当量εの近傍まではεbのように1度に加算(あるいは減算し)、ヒステリシス相当量εの近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量εrに到達するまで加算(あるいは減算)するという2ステップの過程を経る。
これにより、ヒステリシス相当量εまでの到達時間が短縮されるとともに、時間遅れのより制御が不安定になるという問題が回避できる。
前記図1の本発明の制御ブロック図に、前記図7〜図8に示すヒステリシス量再生装置52及び遅延装置53を、前記ヒステリシス量調整装置12として組み込んで作成した制御ブロック図を、図15に示す。
図15のように、前記ヒステリシス量調整装置12として、前記ヒステリシス量再生装置52及び遅延装置53を組み込み、移動方向判定装置11の演算結果と前記流量調整弁開度指令演算装置8の演算結果とを前記ヒステリシス量再生装置52に入力し、該ヒステリシス量再生装置52及び遅延装置53の演算結果を、前記加、減算装置13に入力される。
それ以外の要素、作動は、図1と同様である。
図15のように、前記ヒステリシス量調整装置12として、前記ヒステリシス量再生装置52及び遅延装置53を組み込み、移動方向判定装置11の演算結果と前記流量調整弁開度指令演算装置8の演算結果とを前記ヒステリシス量再生装置52に入力し、該ヒステリシス量再生装置52及び遅延装置53の演算結果を、前記加、減算装置13に入力される。
それ以外の要素、作動は、図1と同様である。
図10は、前記図9の結果による制御ブロック図による、実計測例である。図10において、前記コモンレール圧力P0が一定状態のとき、圧力計測値Pの僅かな変化でも、流量調整弁6aの弁体6の開度目標値Sが、微妙に変化するため、その都度移動方向が変化する。よって、開度目標値Sは、不規則にヒステリシス量を加算(あるいは減算)し、結果として、ディザリングのような効果が得られる。
また、本発明は、前記流量調整弁6aの弁開度を計測する弁開度計測手段と、前記流量調整弁6aのアクチュエータ7にある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて前記弁開度計測手段で計測される弁開度が動作、停止を繰り返すごとに、前記アクチュエータ7の入力信号と前記弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成するヒステリシス量調整装置を備えている。
以下に、ヒステリシス量調整装置の内容について説明する。
以下に、ヒステリシス量調整装置の内容について説明する。
前記流量調整弁6aの駆動部には、個体差が存在するため、個々の流量調整弁6aに対してヒステリシスマップを作成する必要がある。従来は、個々の流量調整弁6aに対して、人手を介して、流量調整弁6aのアクチュエータ7開度の指令入力を増減させながら、実際の弁開度を測定し、ヒステリシスマップを作成していた。
そこで、この第2実施例においては、流量調整弁6aのヒステリシスマップをコントローラ自体で自動的に計測することにより、取得する手段を提供する。
図11は、エンジン100の停止時において、開度目標値をアクチュエータ7に出力しながら、マイクロメータで流量調整弁6aの開度を計測するシステムの構成図である。図11の流量調整弁開度指令生成装置81は図9の流量調整弁開度指令演算装置8を兼ねることができる。
図11は、エンジン100の停止時において、開度目標値をアクチュエータ7に出力しながら、マイクロメータで流量調整弁6aの開度を計測するシステムの構成図である。図11の流量調整弁開度指令生成装置81は図9の流量調整弁開度指令演算装置8を兼ねることができる。
図12は、流量調整弁6aのアクチュエータ7開度の指令信号を、徐々に鋸歯状に増やしながらの時間変化を示す。ここで、鋸歯の振幅δは流量調整弁6aのヒステリシスεよりも十分大きい値とする。
このように構成することにより、アクチュエータ7開度の指令入力の方向性が変わっても、暫くの間は不変のままであるが、やがて、アクチュエータ7開度の指令入力に従い動作するようになる。
図13は、前記図12によって得られた鋸歯状の開度信号により求められた開度目標値Sと弁の実開度H´の図である。
図13に明らかなように、弁開度が動作/停止を繰り返すたびに、アクチュエータ7開度の指令入力Sと、弁開度H´の値を記録していけば、このようなヒステリシスマップを取得することができる。
このように構成することにより、アクチュエータ7開度の指令入力の方向性が変わっても、暫くの間は不変のままであるが、やがて、アクチュエータ7開度の指令入力に従い動作するようになる。
図13は、前記図12によって得られた鋸歯状の開度信号により求められた開度目標値Sと弁の実開度H´の図である。
図13に明らかなように、弁開度が動作/停止を繰り返すたびに、アクチュエータ7開度の指令入力Sと、弁開度H´の値を記録していけば、このようなヒステリシスマップを取得することができる。
次に、前記ヒステリシスマップの自動作成要領について説明する。
図14は弁開度の初期値Hiの作成フローチャートである。この図のフローによって弁開度の初期値Hiを算する。
図15は、ヒステリシスマップ(Si、Hi´)の作成フローチャートで、前記鋸歯状の波形の振幅δ及び鋸歯の増加分γを含み、前記ヒステリシス量(Si、Hi´)を算出している。
図16はヒステリシス量εの取得フローチャートである。この図において、前記ヒステリシスマップ(Si、Hi´)からヒステリシス量εを開度目標値Hの関数ε=f(H)として取得するフローチャートである。
そして、図17はヒステリシスマップの自動作成過程を示し、図14、図15、図16を組み合わせたものである。
図14は弁開度の初期値Hiの作成フローチャートである。この図のフローによって弁開度の初期値Hiを算する。
図15は、ヒステリシスマップ(Si、Hi´)の作成フローチャートで、前記鋸歯状の波形の振幅δ及び鋸歯の増加分γを含み、前記ヒステリシス量(Si、Hi´)を算出している。
図16はヒステリシス量εの取得フローチャートである。この図において、前記ヒステリシスマップ(Si、Hi´)からヒステリシス量εを開度目標値Hの関数ε=f(H)として取得するフローチャートである。
そして、図17はヒステリシスマップの自動作成過程を示し、図14、図15、図16を組み合わせたものである。
図18は、図13に示す方法によって取得したヒステリシスマップ図の一例、図19は図18の逆関数で、ヒステリシスマップ図で取得した点を補間することにより、ヒステリシス量εが、実開度H´の関数として示せる。また、図20は、実開度測定値Hをヒステリシス量εとの関係のみを示した図である。
尚、本発明は、圧力容器へ供給される流体の圧力及び流量を制御し、アクチュエータにより作動する流量制御弁の全てに適用可能である。
本発明によれば、流量調整弁のバックラッシュに伴うヒステリシスを低減し、該ヒステリシスに伴うハンチングの発生を防止して、制御を安定化した流量調整弁の制御装置を提供できる。
1 シリンダ
2 燃料噴射弁
3 コモンレール
4 オイルポンプ
5 圧力センサ
6a 流量調整弁
6 開閉弁
7 アクチュエータ(電磁弁)
8 流量調整弁開度指令演算装置
11 移動方向判定装置
12 ヒステリシス量調整装置
13 加、減算装置
S 開度指令値
H 流量調整弁の実開度
ε ヒステリシス相当量
20 電圧計
22 変位計
52 ヒステリシス量再生装置
53 遅延装置
81 流量調整弁開度指令生成装置
100 エンジン
2 燃料噴射弁
3 コモンレール
4 オイルポンプ
5 圧力センサ
6a 流量調整弁
6 開閉弁
7 アクチュエータ(電磁弁)
8 流量調整弁開度指令演算装置
11 移動方向判定装置
12 ヒステリシス量調整装置
13 加、減算装置
S 開度指令値
H 流量調整弁の実開度
ε ヒステリシス相当量
20 電圧計
22 変位計
52 ヒステリシス量再生装置
53 遅延装置
81 流量調整弁開度指令生成装置
100 エンジン
Claims (5)
- 圧力容器へ供給される流体の圧力及び流量を制御し、アクチュエータにより作動する流量制御弁と、該流量調整弁の開度の指令値を出力する流量調整弁開度指令演算装置とを備え、前記流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、
前記アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、前記移動方向へのヒステリシス量を加算、減算するヒステリシス量調整装置と、該ヒステリシス量調整装置の出力を前記流量調整弁開度指令演算装置に加える加、減算装置を備え、前記加、減算装置は、前記流量調整弁の移動方向が変わるごとにその方向に応じて前記流量調整弁開度指令演算装置の指令値に前記移動方向判定装置及びヒステリシス量調整装置からのヒステリシス相当量を加算、もしくは減算するヒステリシス量補正機能を備えたことを特徴とする流量調整弁の制御装置。 - 前記ヒステリシス量調整装置において、該ヒステリシス量調整装置にて加算、減算するヒステリシス量が、前記流量調整弁の開度指令値及び該指令方向に応じたマップに基づいた関数となっていることを特徴とする請求項1に記載の流量調整弁の制御装置。
- 前記ヒステリシス量調整装置は、予め流量調整弁の開度指令値と流量調整弁の実開度をマップ情報として記録しておき、流量調整弁の特性に応じたヒステリシス量を前記流量調整弁の開度指令値に加算、減算することを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の流量調整弁の制御装置。
- 前記ヒステリシス量調整装置において、前記流量調整弁の移動方向が変わったときに、ヒステリシス相当量を該ヒステリシス相当量の近傍までは1度に加算あるいは減算し、ヒステリシス相当量の近傍から一定時間毎に少量ずつヒステリシス相当量に到達するまで加算あるいは減算するという2ステップの過程を経ることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の流量調整弁の制御装置。
- 圧力容器へ供給される流体の圧力及び流量を制御し、アクチュエータにより作動する流量制御弁と、該流量調整弁の開度の指令値を出力する流量調整弁開度指令演算装置とを備え、前記流量調整弁のヒステリシスを抑制する手段を備えた流量調整弁の制御装置において、
前記アクチュエータの目標とする移動方向を判断する移動方向判定装置と、
前記流量調整弁の弁開度を計測する弁開度計測手段と、
前記アクチュエータにある一定振幅で増減しながら徐々に増加する入力信号を加えて前記弁開度計測手段で計測される弁開度が動作、停止を繰り返すごとに、前記アクチュエータの入力信号と前記弁開度計測手段で計測される弁開度を記録することでヒステリシスマップを自動的に作成するヒステリシス量調整装置を備えたことを特徴とする流量調整弁の制御装置。
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JP2007331122A JP2009150364A (ja) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 流量調整弁の制御装置 |
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JP2007331122A JP2009150364A (ja) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 流量調整弁の制御装置 |
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JP2007331122A Withdrawn JP2009150364A (ja) | 2007-12-21 | 2007-12-21 | 流量調整弁の制御装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2007
- 2007-12-21 JP JP2007331122A patent/JP2009150364A/ja not_active Withdrawn
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