JP2017101588A

JP2017101588A - 電磁デバイス駆動装置

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Publication number: JP2017101588A
Application number: JP2015234893A
Authority: JP
Inventors: 弘智氏家; Hirotomo Ujiie; 淳史倉内; Junji Kurauchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-12-01
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2017-06-08

Abstract

【課題】昇圧回路を備えた電磁デバイス駆動装置において、当該昇圧回路の出力コンデンサの充電時間を効果的に短縮して、所定の昇圧電圧までのリカバリ時間を短縮する。【解決手段】出力コンデンサＣ１０２を備える第１の昇圧回路１００と、第２の昇圧回路１３０と、前記出力コンデンサから出力される所定の昇圧電圧を通電して電磁デバイスＬ１１０を駆動する駆動回路Ｔｒ１１２と、を備え、前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後に、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで、前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、昇圧回路を備えた電磁デバイス駆動装置に関し、特に、昇圧回路の出力コンデンサの充電時間を短縮して所定の昇圧電圧までのリカバリ時間を短縮することのできる電磁デバイス駆動装置に関する。

従来、昇圧電源により電磁デバイスを駆動する電磁デバイス駆動装置として、電磁デバイスである燃料噴射弁を開閉するソレノイドアクチュエータのグランド側端子に回生用ダイオードのアノードを接続し、当該ダイオードのカソードを上記昇圧電源の出力コンデンサの電圧出力端に接続することで、電磁デバイスへの通電を遮断した際に当該電磁デバイスに発生する逆起電力を昇圧電源の出力コンデンサへ回生する、「内燃機関制御装置」が知られている（特許文献１参照）。

図３は、特許文献１に記載の内燃機関制御装置の一部を示す図である。制御回路３１０は、燃料噴射期間を開始するときはＴＲ３０２とＴＲ３０４をオンにすることにより昇圧回路３０１からＩＮＪ３０５へ高電圧を印加して、燃料噴射弁を素早く開弁させる。所定時間の経過後、ＴＲ３０２をオフにした後、ＴＲ３０６をオン／オフすることにより開弁状態を保持する。その後、燃料噴射期間が終了すると、ＴＲ３０６とＴＲ３０４をオフにしてＩＮＪ３０５への通電を停止する。

通電停止後にＩＮＪ３０５に発生する逆起電圧によりＩＮＪ３０５に流れる電流は、ダイオードＤ３０７と抵抗Ｒ３０８を介して昇圧回路３０１へ流れ込み、昇圧回路３０１に回生される。これにより、例えば、昇圧回路３０１の出力回路に設けられた昇圧電源コンデンサ（不図示）が充電される。

このような回生回路は、電磁デバイス（上記の例ではアクチュエータ）の逆起電力を有効活用して消費電力を低減するという効果のほか、一旦放電して出力電圧（端子電圧）が低下した昇圧回路の出力コンデンサを、昇圧回路自身で充電する一方、回生回路を通じても充電することで、出力電圧が所定の昇圧電圧まで復帰（回復）する時間を短縮するという効果も有している。

しなしながら、上記従来の制御装置では、出力コンデンサへの回生はソレノイドの通電が遮断される閉弁時にのみ行われることから、昇圧回路の出力電圧が回復するまでの時間の短縮には限界がある。

一方で、特にディーゼルエンジンにおいては、１回の燃焼サイクルにおいて複数回に分けて燃料を噴射する多段噴射を行うことで燃焼性能が向上することが知られており、この場合には、所定の時間内に所望の回数の燃料噴射を行うべく、上記昇圧回路の出力コンデンサの充電時間を短縮して燃料噴射間隔を短くすることが必要となる。

特許第４４７４４２３号公報

上記背景より、昇圧回路を備えた電磁デバイス駆動装置において、当該昇圧回路の出力コンデンサの充電時間を効果的に短縮して、所定の昇圧電圧までのリカバリ時間を短縮することが望まれている。

本発明の一の態様は、出力コンデンサを備える第１の昇圧回路と、第２の昇圧回路と、前記出力コンデンサから出力される所定の昇圧電圧を通電して電磁デバイスを駆動する駆動回路と、を備え、前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後に、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで、前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う、電磁デバイス駆動装置である。
本発明の他の態様によると、前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後、所定の時間の経過後に、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで、前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う。
本発明の他の態様によると、前記第２の昇圧回路は、前記所定の時間の経過時の前記出力コンデンサの出力電圧に基づいて算出される時間だけ前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行うことにより、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う。
本発明の他の態様によると、前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後、当該出力コンデンサの出力電圧が所定の閾値電圧に達したときから、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う。
本発明の他の態様によると、前記第１の電磁デバイスは、内燃機関の燃料噴射弁を開閉するソレノイドアクチュエータである。
本発明の他の態様は、上述したいずれかの電磁デバイス駆動装置を備える車両用電子制御装置である。
穂発明の更に他の態様は、上述したいずれかの電磁デバイス駆動装置を備える車両である。

本発明の一実施形態に係る電磁デバイス駆動装置の回路図である。図１に示す電磁デバイス駆動装置の動作を示すタイミング図である。従来の電磁デバイス駆動装置の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態に係る電磁デバイス駆動装置は、例えば車両に搭載されて、電磁デバイスとして当該車両の内燃機関の燃料噴射弁を開閉するソレノイドアクチュエータを駆動する電磁デバイス駆動装置である。ただし、本発明はこれに限らず、広く一般の電磁デバイス（又は誘導性負荷）を駆動する駆動装置に適用することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電磁デバイス駆動装置の回路図である。
本電磁デバイス駆動装置１０（以下、単に駆動装置１０ともいう）は、コイルＬ１０４、トランジスタＴｒ１０６、ダイオードＤ１０８、及び出力コンデンサＣ１０２を有する第１の昇圧回路１００と、昇圧回路１００のトランジスタＴｒ１０６をオンオフ制御する昇圧制御回路１２２と、を備える。

昇圧回路１００は、バッテリ（不図示）からの給電を受け、昇圧制御回路１２２によりトランジスタＴｒ１０６がオンオフ制御されることにより、当該給電の電圧（給電電圧）V_BAT（例えば、１２Ｖ）よりも大きな所定の第１の昇圧電圧（例えば、４０Ｖ）まで出力コンデンサＣ１０２を充電し、当該第１の昇圧電圧を出力する。

駆動装置１０は、また、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０２から出力される第１の昇圧電圧を電磁デバイスＬ１１０の一の端子に通電して当該電磁デバイスＬ１１０を駆動する駆動回路であるトランジスタＴｒ１１２と、バッテリからの給電を受けて給電電圧V_BATを電磁デバイスＬ１１０の上記一の端子に通電して電磁デバイスＬ１１０を駆動するトランジスタＴｒ１１４と、電磁デバイスＬ１１０の他の端子とグランドとの間の接続を制御するトランジスタＴｒ１１８と、を有している。ここで、電磁デバイスＬ１１０は、例えば、本駆動装置１０が搭載された車両の内燃機関の燃料噴射弁（不図示）を駆動するソレノイドアクチュエータである。なお、コンデンサＣ１１８は、トランジスタＴｒ１１４のオンオフ動作に伴ってバッテリ供給電圧Ｖ_ＢＡＴが変動するのを防止するためのノイズ除去用のコンデンサであり、ツェナーダイオードＤ１２０は、トランジスタＴｒ１１８をオフにして電磁デバイスＬ１１０への通電を停止したときに当該電磁デバイスＬ１１０において発生する逆起電圧をＤ１２０の降伏電圧まで素早く低下させて閉弁時間を短縮するためのダイオードである。また、ダイオードＤ１１６は、Ｔｒ１１２をオンにして出力コンデンサＣ１０２から電磁デバイスＬ１１０へ通電した第１の昇圧電圧がＴｒ１１４に印加されないようにするための保護ダイオードである。

さらに、駆動装置１０は、コイルＬ１３４、トランジスタＴｒ１３６、ダイオードＤ１３８、及び出力コンデンサＣ１３２を有する第２の昇圧回路１３０と、第２の昇圧回路１３０の出力を第１の昇圧回路１００の出力に接続するトランジスタＴｒ１４０と、を備える。

昇圧回路１３０は、バッテリ（不図示）からの給電を受け、昇圧制御回路１２２によりトランジスタＴｒ１３６がオンオフ制御されることにより、当該給電の電圧（給電電圧）V_BATよりも大きく且つ第１の昇圧電圧よりも大きな所定の第２の昇圧電圧（例えば、６５Ｖ）まで出力コンデンサＣ１３２を充電し、当該第２の昇圧電圧を出力する。

また、駆動装置１０は、トランジスタＴｒ１１２、１１４、１１８、１４０のオンオフをそれぞれ制御することにより駆動装置１０の全体動作を制御する制御回路１２４を有する。制御回路１２４は、抵抗Ｒ１４２及びＲ１４４により構成される分圧回路を介して、第１の昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０２の出力電圧（図１の図示Ｂ点の電圧）をモニタし、当該モニタした電圧にも基づいて、駆動装置１０の動作を制御する。なお、制御回路１２４は、例えば、マイクロコンピュータや、ＡＳＩＣ（Application Specific integrated Circuit、特定用途向け集積回路）等により構成されるものとすることができる。

本実施形態では、Ｔｒ１１４は、例えばＰチャネルＭＯＳＦＥＴであり、Ｔｒ１０６、１１２、１１８、１３６、１４０は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴであり、昇圧制御回路１２２及び制御回路１２４は、それぞれの制御対象である各トランジスタのゲートへの印加電圧を制御している。ここで、制御回路１２４からＴｒ１４０、１１２、１１４、１１８のゲートに印加される電圧を、それぞれＶＧ１、ＶＧ２、ＶＧ３、ＶＧ４とする。なお、トランジスタＴｒ１０６、１１２、１１４、１１８、１３６、１４０は、ＭＯＳＦＥＴに限らず、バイポーラ等の他のタイプのトランジスタを用いることもできる。

上記の構成を有する駆動回路１０は、従来の電磁弁駆動回路と同様に、Ｔｒ１１８及びＴｒ１１２をオンすることにより第１の昇圧電圧を電磁デバイスＬ１１０に通電して燃料噴射弁を素早く開弁した後、Ｔｒ１１２をオフにしてＴｒ１１４をオン／オフ制御することで開弁状態を保持する。また、当該開弁状態を保持する期間において、昇圧回路１００により出力コンデンサＣ１０２への充電を行うと共に、昇圧回路１００による当該充電の期間中の所定のタイミングでＴｒ１４０をオンにして第２の昇圧回路１３０からも出力コンデンサＣ１０２への充電を行うことで、出力コンデンサＣ１０２の充電時間を短縮する。

これにより、駆動装置１０は、第１の昇圧回路の出力コンデンサＣ１０２が所定の第１の昇圧電圧まで充電されるまでの時間を短縮することができるので、例えば電磁デバイスＬ１１０により駆動される燃料噴射弁の開弁間隔（従って、燃料噴射間隔）を短縮して制御性の高い多段噴射を実現することができる。

次に、駆動装置１０の動作について説明する。図２は、駆動装置１０の動作を示すタイミング図である。図２には、図示上より、電磁デバイスＬ１１０の通電電流（図２の（ａ））、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０２の出力電圧（図１における図示Ｂ点の電圧）（図２の（ｂ））、昇圧回路１３０の出力電圧（図１における図示Ａ点の電圧）（図２の（ｃ））、Ｔｒ１４０のゲート電圧ＶＧ１（図２の（ｄ））、Ｔｒ１１２のゲート電圧ＶＧ２（図２の（ｅ））、Ｔｒ１１４のゲート電圧ＶＧ３（図２の（ｆ））、及びＴｒ１１８のゲート電圧ＶＧ４（図２の（ｇ））、の時間変化がそれぞれ示されている。

なお、図２においては、図示左から右に向かって時間が流れているのとする。また、以下では、Ｔｒ１４０、１１２、１１４、１１８の各トランジスタについて、当該トランジスタがオン状態となるゲート電圧をＯＮ電圧、オフ状態となるゲート電圧をＯＦＦ電圧と称する。ここで、Ｔｒ１１４はＰチャネルＦＥＴであるため、ＯＮ電圧はＯＦＦ電圧より低電圧であり、他のトランジスタはＮチャネルＦＥＴであるため、ＯＮ電圧はＯＦＦ電圧より高電圧である。さらに、Ｃ１０２及びＣ１３２の出力電圧（端子電圧）は、実際には指数関数的に変化するが、図示を単純化して理解を容易にするため、図２においては直線的に変化する形で描いている。

駆動装置１０の電源が投入された後、制御回路１２４が初期化された状態（時刻Ｔ１より図示左側）では、ＶＧ１〜４はいずれもＯＦＦ電圧となっている。その後、時刻Ｔ１において動作が開始されると、まず、ＶＧ２とＶＧ４がＯＮ電圧に設定され、Ｔｒ１１２及びＴｒ１１８がオン状態となる（図２の（ｅ）（ｇ））。これにより、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０２の出力電圧（第１の昇圧電圧）が電磁デバイスＬ１１０に通電され、電磁デバイスＬ１１０の通電電流が一気に上昇すると共に（図２の（ａ））、出力コンデンサＣ１０２の電荷が電磁デバイスＬ１１０へ放電されるにつれて、出力コンデンサＣ１０２の出力電圧は低下する（図２の（ｂ））。

次に、時刻Ｔ２においてＶＧ２がＯＦＦ電圧に設定されると（図２の（ｅ））、Ｔｒ１１２がオフになるため出力コンデンサＣ１０２の出力電圧の低下は止まり、出力コンデンサＣ１０２は昇圧回路１００により再び充電され、当該出力電圧は上昇していく（図２（ｂ））。また、Ｔｒ１１２がオフになるため電磁デバイスＬ１１０の通電電流は低下していく（図２（ａ））。

そして、時刻Ｔ２の後、電磁デバイスＬ１１０の通電電流が所定の保持電流値に達するまでの所定の時間が経過した時刻Ｔ３に、ＶＧ３によりＴｒ１１４のオンオフ制御が開始され（図２の（ｆ））、電磁デバイスＬ１１０の通電電流は鋸歯状に変化する（図２の（ａ））。これにより、燃料噴射弁が開弁状態に保持される。

時刻Ｔ１における開弁動作の開始から所定の開弁期間が経過した時刻Ｔ４において、ＶＧ３及びＶＧ４がＯＦＦ電圧に設定されることでＴｒ１１４及びＴｒ１１８がオフ状態となり、電磁デバイスＬ１１０の通電電流はゼロまで低下し（図２の（ａ））、燃料噴射弁が閉弁する。

時刻Ｔ２における、昇圧回路１００による出力コンデンサＣ１０２への充電の再開から所定の時間Δｔ１が経過した時刻Ｔ５において、制御回路１２４は、当該時刻における出力コンデンサＣ１０２の出力電圧Ｖａが所定の第１の昇圧電圧に達していない場合には（図２の（ｂ））、ＶＧ１をＯＮ電圧に設定することにより、第１の昇圧回路１００に加えて第２の昇圧回路１３０による出力コンデンサＣ１０２の充電も開始する（図２の（ｄ））。これにより、第１の昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１０２の出力電圧は急速に上昇する一方（図２の（ｂ））、第２の昇圧回路１３０の出力コンデンサＣ１３２の出力電圧は低下する（図２の（ｃ））。なお、制御回路１２４は、抵抗Ｒ１４２及びＲ１４４により構成される分圧回路を介して出力コンデンサＣ１０２の出力電圧を検知することができる。

時刻Ｔ５の後、出力コンデンサＣ１０２の出力電圧が第１の昇圧電圧に達するまでの時間Δｔ２が経過した時刻Ｔ６において、制御回路１２４はＶＧ１をＯＦＦ電圧に設定して第１の昇圧回路１００からコンデンサＣ１０２への充電を停止する（図２の（ｂ）（ｃ）（ｄ））。ここで、Δｔ２は、時刻Ｔ５における出力コンデンサＣ１０２の出力電圧Ｖａと、第２の昇圧回路１３０の出力コンデンサＣ１３２の出力電圧（第２の昇圧電圧）と、出力コンデンサＣ１０２及びＣ１３２の静電容量と、これら２つの出力コンデンサＣ１０２、Ｃ１３２をつなぐトランジスタＴｒ１４０のオン抵抗等により定めることができる。なお、時刻Ｔ６の経過後は、出力コンデンサＣ１３２は第２の昇圧回路１３０により充電され、その出力電圧は第２の昇圧電圧に達する（図２の（ｃ）、時刻Ｔ７）。

上記の動作により、出力コンデンサＣ１０２の充電は時刻Ｔ６において完了し、駆動回路１０は、燃料噴射弁を即座に開弁することができる状態となる。すなわち、昇圧回路１３０を用いず昇圧回路１００のみによって出力コンデンサＣ１０２を充電した場合には、出力コンデンサＣ１０２の出力電圧は、例えば図２に示す一点鎖線に沿って上昇し、長い時間を経過した時刻Ｔ８において第１の昇圧電圧に達することとなるのに対し、駆動回路１０においては、第２の昇圧回路１３０によっても出力コンデンサＣ１０２への充電を行うため、出力コンデンサＣ１０２についての第１の昇圧電圧までの充電期間が時刻Ｔ６まで短縮され、当該時刻Ｔ６において燃料噴射弁の開弁の準備が整うこととなる。その結果、多段噴射等の短い間隔での燃料噴射を必要とするエンジン制御（燃料噴射制御）が可能となる。

なお、本実施形態では、図２において、開弁期間の終了時刻Ｔ４の後の時刻Ｔ５において第２の昇圧回路１３０による出力コンデンサＣ１０２への充電を開始するものとしたが、これに限らず、昇圧回路１３０による出力コンデンサＣ１０２への充電の開始時刻は、昇圧回路１００による出力コンデンサＣ１０２への再充電の開始後（すなわち、図２の時刻Ｔ２後）、当該出力コンデンサＣ１０２の出力電圧が第１の昇圧電圧に達するまでのいずれかのタイミングで行うことができる。

当該タイミングは、例えば、第２の昇圧回路１３０の出力コンデンサＣ１３２から出力コンデンサＣ１０２への充電を開始した後に出力コンデンサＣ１３２の電圧が第１の昇圧電圧未満とならないように（すなわち、コンデンサＣ１３２が、コンデンサＣ１０２を第１の昇圧電圧まで即座に充電できるように）、コンデンサＣ１０２の電圧が第１の昇圧回路１００によって或る程度の電圧まで充電された後のタイミングとすることが望ましい。

例えば、本実施形態では第１の昇圧回路１００による出力コンデンサＣ１０２の充電開始時刻（図２の時刻Ｔ２）から所定の時間（上述したΔｔ１）内に出力コンデンサＣ１０２の出力電圧が所定の電圧に達していない場合に、第２の昇圧回路１３０による出力コンデンサＣ１０２の充電を開始するものとしたが、これに限らず、時刻Ｔ２からの時間経過によることなく単に出力コンデンサＣ１０２の出力電圧が所定の閾値電圧に達した時に、第２の昇圧回路１３０による出力コンデンサＣ１０２の充電を開始するものとしてもよい。

１０・・・電磁デバイス駆動装置、１００、１３０・・・昇圧回路、Ｃ１０２、Ｃ１３２、Ｃ１１８・・・コンデンサ、Ｌ１０４、Ｌ１３４・・・コイル、Ｌ１１０・・・電磁デバイス、Ｔｒ１０６、Ｔｒ１１２、Ｔｒ１１４、Ｔｒ１１８、Ｔｒ１３６、Ｔｒ１４０・・・トランジスタ、Ｄ１０８、Ｄ１１６、Ｄ１２０、Ｄ１３８・・・ダイオード、１２２・・・昇圧制御回路、１２４・・・制御回路。

Claims

出力コンデンサを備える第１の昇圧回路と、
第２の昇圧回路と、
前記出力コンデンサから出力される所定の昇圧電圧を通電して電磁デバイスを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後に、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで、前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う、
電磁デバイス駆動装置。
前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後、所定の時間の経過後に、
前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで、前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う、
請求項１に記載の電磁デバイス駆動装置。
前記第２の昇圧回路は、前記所定の時間の経過時の前記出力コンデンサの出力電圧に基づいて算出される時間だけ前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行うことにより、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う、
請求項２に記載の電磁デバイス駆動装置。
前記第２の昇圧回路は、前記出力コンデンサから前記電磁デバイスへの通電が終了し前記第１の昇圧回路による前記出力コンデンサの充電が開始した後、当該出力コンデンサの出力電圧が所定の閾値電圧に達したときから、前記出力コンデンサの端子電圧が所定の昇圧電圧に達するまで前記第１の昇圧回路と共に当該出力コンデンサへの充電を行う、
請求項１に記載の電磁デバイス駆動装置。
前記第１の電磁デバイスは、内燃機関の燃料噴射弁を開閉するソレノイドアクチュエータである、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電磁デバイス駆動装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電磁デバイス駆動装置を備える車両用電子制御装置。
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の電磁デバイス駆動装置を備える車両。