JP6489030B2 - 昇圧電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジンに燃料を噴射するインジェクタに電力を供給する昇圧電源装置に関する。

車両のエンジンのインジェクタを駆動する電子制御装置には、車両のバッテリ電圧を昇圧してコンデンサを充電することにより、コンデンサの充電電圧をバッテリ電圧よりも高い目標電圧にする昇圧回路が備わっている。この昇圧回路として、特許文献１、２に記載された装置が知られている。

特開２０１５−５６９４９号公報 特開平１１−１８６０３２号公報

昇圧回路において、コンデンサの充電電流を最も大きくする必要があるのは、低温でインジェクタを近接噴射させるときであり、このときに十分充電できるように上記充電電流の電流値を設定している。これに対して、高温でインジェクタを近接噴射させるときには、コンデンサとして例えばアルミ電解コンデンサを用いる場合、アルミ電解コンデンサの等価直列抵抗（以下ＥＳＲと称す）が小さいため、低温時のＥＳＲが大きい領域に比較すると充電電流は小さくて良い。このため、高温での近接噴射時には、必要以上の電流値で充電する構成となるので、アルミ電解コンデンサのＥＳＲ分での瞬間的な発熱が大きくなると共に、高温時は発熱面で最も厳しい領域であることから、放熱対策を施さなければならないという問題があった。

本発明の目的は、低温時及び高温時もコンデンサに十分充電することができ、また、放熱対策を不要とすることができる昇圧電源装置を提供することにある。

請求項１の発明は、車両のエンジンに燃料を噴射するインジェクタ（１６）に電力を供給する昇圧電源装置（１）であって、バッテリ電圧を昇圧してコンデンサ（９）を充電することにより、コンデンサ（９）の充電電圧をバッテリ電圧よりも高い目標充電電圧にする昇圧回路（２）と、前記コンデンサ（９）に充電された電力を前記インジェクタ（１６）に供給して駆動する駆動回路（３）と、前記コンデンサ（９）に充電する充電電流の電流値を可変制御する電流制御部（４）とを備え、前記電流制御部（４）は、前記インジェクタ（１６）の前回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値と、充電開始から充電完了までの充電時間と、充電開始から充電完了までに上昇した前記コンデンサ（９）の充電電圧の上昇電圧分と、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電圧の下降電圧分と、充電開始から次回噴射までのインターバル時間とに基づいて、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値を演算して決定するように構成されたものである。

本発明の第１実施形態を示す燃料噴射制御装置の電気的構成図 インジェクタの駆動電流、コンデンサの充電電圧及び充電電流のタイムチャート 昇圧充電制御のフローチャート 昇圧充電制御のタイムチャート 充電電流演算制御のフローチャート

（第１実施形態）
以下、本発明を車両の燃料噴射制御装置に適用した第１実施形態について、図１ないし図５を参照して説明する。図１に示すように、本実施形態の燃料噴射制御装置である電子制御装置（以下ＥＣＵと称す）１は、昇圧回路２と、噴射駆動回路３と、マイコン４とを備えて構成されている。

昇圧回路２は、車両に搭載されたバッテリ５のバッテリ電圧を昇圧する機能を有し、昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータで構成されている。昇圧回路２は、コイル６と、ダイオード７と、ＭＯＳＦＥＴ８と、コンデンサ９と、コンデンサ９の充電電流を検出する第１の電流検出部１０と、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流を検出する第２の電流検出部１１とを備えている。コイル６の一端はバッテリ５の正端子に接続され、コイル６の他端はダイオード７のアノード及びＭＯＳＦＥＴ８のドレインに接続されている。

ダイオード７のカソードはコンデンサ９の正側の端子に接続され、コンデンサ９の負側の端子は第１の電流検出部１０の電流検出抵抗１２を介してバッテリ５の負端子に接続されている。コンデンサ９は、例えばアルミ電解コンデンサで構成されている。コンデンサ９の正側の端子がマイコン４の入力端子４ａに接続されており、マイコン４はコンデンサ９の正側の端子の電圧、即ち、コンデンサ９の充電電圧を検出可能な構成となっている。

第１の電流検出部１０のオペアンプ１３の＋入力端子は電流検出抵抗１２のコンデンサ９側の端子に接続され、オペアンプ１３の−入力端子は電流検出抵抗１２のバッテリ５側の端子に接続され、オペアンプ１３の出力端子はマイコン４の入力端子４ｂに接続されている。オペアンプ１３の出力端子からは、コンデンサ９の充電電流の大きさに対応する電圧レベル（即ち、電流換算値）の電流検出信号Ｓｉ１が出力され、マイコン４に与えられる。即ち、マイコン４は、コンデンサ９の充電電流の大きさを検出可能な構成となっている。

また、ＭＯＳＦＥＴ８のソースは、第２の電流検出部１１の電流検出抵抗１４を介してバッテリ５の負端子に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ８のゲートは、マイコン４の出力端子４ｃに接続されており、マイコン４はＭＯＳＦＥＴ８をオンオフ制御することが可能な構成となっている。

第２の電流検出部１１のオペアンプ１５の＋入力端子は電流検出抵抗１４のＭＯＳＦＥＴ８側の端子に接続され、オペアンプ１５の−入力端子は電流検出抵抗１４のバッテリ５側の端子に接続され、オペアンプ１５の出力端子はマイコン４の入力端子４ｄに接続されている。オペアンプ１５の出力端子からは、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流の大きさに対応する電圧レベル（即ち、電流換算値）の電流検出信号Ｓｉ２が出力され、マイコン４に与えられる。即ち、マイコン４は、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流の大きさを検出可能な構成となっている。

噴射駆動回路３の正側の入力端子３ａはコンデンサ９の正側の端子に接続され、噴射駆動回路３の負側の入力端子３ｂはバッテリ５の負端子に接続されている。即ち、噴射駆動回路３の入力端子３ａ、３ｂには、コンデンサ９の充電電圧が供給される構成となっている。噴射駆動回路３の出力端子３ｃ、３ｄはインジェクタ１６の両端に接続されている。噴射駆動回路３は、マイコン４から噴射タイミングの制御信号を入力して、この制御信号に基づいてインジェクタ１６を通電制御するように構成されている。

マイコン４は、コンデンサ９の充電電圧を目標充電電圧に昇圧させるように制御する機能と、コンデンサ９の充電電流の大きさを所望の電流値Ｉａに設定するように制御する機能とを有する。マイコン４は、第１の電流検出部１０からの電流検出信号Ｓｉ１と第２の電流検出部１１からの電流検出信号Ｓｉ２とを受信する。ＭＯＳＦＥＴ８は、ＭＯＳＦＥＴ８のゲートに駆動信号を与えることにより、ＭＯＳＦＥＴ８をオンオフ制御する。

また、マイコン４は、インジェクタ１６の噴射タイミング、即ち、図２中の時刻ｔ１０、ｔ２０、ｔ３０、・・・を指示する制御信号を噴射駆動回路３へ送信し、噴射駆動回路３からインジェクタ１６の駆動電流がピークになった時点、即ち、図２中の時刻ｔ１１、ｔ２１、ｔ３１、・・・を示すピーク信号を受信する。更に、マイコン４は、ＥＣＵ１の内部の温度を検出した温度信号、アクセルの開度を検出したアクセル開度信号、燃料の圧力を検出した燃料圧力信号、エンジン回転数を検出したエンジン回転数信号、・・・を各種のセンサや他のＥＣＵ等から信号線や車載ＬＡＮ等を介して受信するように構成されている。

次に、マイコン４によるコンデンサ９の充電電圧を目標充電電圧に昇圧させる昇圧制御と、マイコン４によるコンデンサ９の充電電流の大きさを所望の電流値Ｉａに設定する電流制御とについて、図３及び図４を参照して説明する。図３のフローチャートは、マイコン４の制御の中の昇圧電流制御の内容を示す。

まず、図３のステップＳ１０では、マイコン４は、コンデンサ９の充電電圧を取得する。続いて、ステップＳ２０へ進み、マイコン４は、コンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａを演算して設定する。尚、電流値Ｉａを設定する演算の具体的内容については、後述する。そして、ステップＳ３０へ進み、充電電圧が目標充電電圧以上であるか否かを判断する。ここで、充電電圧が目標充電電圧以上でなければ（ＮＯ）、ステップＳ４０へ進み、マイコン４は、ＭＯＳＦＥＴ８をオンする。ＭＯＳＦＥＴ８がオンすると、図４（ａ）及び（ｄ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流の値、即ち、第２の電流検出部１１から出力される電流検出信号Ｓｉ２の電圧レベルが大きくなる。

次いで、ステップＳ５０へ進み、電流検出信号Ｓｉ２が（設定された電流値Ｉａ＋ΔＩ）以上となったか否かを判断する。尚、ΔＩは、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流の上限値（またはコンデンサ９の充電電流の下限値）と電流値Ｉａとの差である。ここで、電流検出信号Ｓｉ２が（電流値Ｉａ＋ΔＩ）未満であるときには（ＮＯ）、この判断処理（即ち、ステップＳ５０）を続ける。

この後、上記ステップＳ５０において、電流検出信号Ｓｉ２が（電流値Ｉａ＋ΔＩ）以上となったときには、即ち、図４中の時刻ｔ０１で、ステップＳ６０へ進み、マイコン４は、ＭＯＳＦＥＴ８をオフする。ＭＯＳＦＥＴ８がオフすると、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、コンデンサ９の充電電圧が上昇し、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流（即ち、電流検出信号Ｓｉ２）がゼロとなり、コンデンサ９の充電電流（即ち、第１の電流検出部１０から出力される電流検出信号Ｓｉ１）が、（電流値Ｉａ＋ΔＩ）から小さくなり始める。

次いで、ステップＳ７０へ進み、電流検出信号Ｓｉ１が（電流値Ｉａ−ΔＩ）以下となったか否かを判断する。ここで、電流検出信号Ｓｉ１が（電流値Ｉａ−ΔＩ）を越えているときには（ＮＯ）、この判断処理（即ち、ステップＳ７０）を続ける。

この後、上記ステップＳ７０において、電流検出信号Ｓｉ１が（電流値Ｉａ−ΔＩ）以下となったときには、即ち、図４中の時刻ｔ０２で、ステップＳ３０へ戻り、充電電圧が目標充電電圧以上であるか否かを判断する。ここで、充電電圧が目標充電電圧以上でなければ（ＮＯ）、ステップＳ４０へ進み、マイコン４は、ＭＯＳＦＥＴ８をオンする。ＭＯＳＦＥＴ８がオンすると、図４（ａ）〜（ｄ）に示すように、コンデンサ９の充電電圧の上昇が停止し、コンデンサ９の充電電流（即ち、電流検出信号Ｓｉ１）がゼロとなり、ＭＯＳＦＥＴ８に流れる電流（即ち、電流検出信号Ｓｉ２）が、（電流値Ｉａ−ΔＩ）から大きくなり始める。そして、ステップＳ５０へ進み、電流検出信号Ｓｉ２が（設定された電流値Ｉａ＋ΔＩ）以上となったか否かを判断する。これ以降、上述した処理を繰り返し実行する。

また、前記ステップＳ３０において、充電電圧が目標充電電圧以上になったときには、「ＹＥＳ」へ進み、図３のフローチャートに示す昇圧電流制御を終了する。この昇圧電流制御を実行することにより、コンデンサ９の充電電流を電流値Ｉａ±ΔＩに設定しながらコンデンサ９に充電することができ、更に、コンデンサ９の充電電圧を目標充電電圧に昇圧することができる。

次に、コンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａを演算して設定する制御について、図２及び図５を参照して説明する。図５のフローチャートは、マイコン４の制御の中の電流値Ｉａを演算して設定する制御の内容を示す。まず、図５のステップＳ１１０においては、マイコン４は、ＥＣＵ１の内部の温度を取得する。続いて、ステップＳ１２０へ進み、マイコン４は、内部のメモリに記憶されているデータマップ（即ち、データテーブル）とＥＣＵ１の内部の温度とに基づいてコンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａの初期値を設定し、内部のメモリに記憶する。尚、上記データマップには、ＥＣＵ１の内部の温度とコンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａとが対応付けられたデータが多数（即ち、異なる多数の温度にそれぞれ対応する電流値Ｉａのデータが）記憶されている。

そして、ステップＳ１３０へ進み、マイコン４は、上記設定した初期値の電流値Ｉａでコンデンサ９を充電する。この充電制御は、図４のフローチャートに従って実施される。更に、上記初期値の電流値Ｉａで実施する充電制御は、図２に示すように、インジェクタ１６の１回目の噴射（即ち、噴射１）を実行したときに実施される。この場合、時刻ｔ１０でインジェクタ１６が通電されると、コンデンサ９の電荷が放電されることから、コンデンサ９の充電電圧は、目標充電電圧から低下していく。そして、時刻ｔ１１で、インジェクタ１６への通電電流（即ち、駆動電流）がピークに達し、この時点からインジェクタ１６への通電電流が低下していく。このため、時刻ｔ１１で、コンデンサ９の充電電圧の低下が停止する。このとき、噴射駆動回路３は、ピーク信号をマイコン４へ送信する。続いて、マイコン４により、コンデンサ９の充電電圧を目標充電電圧まで上昇させる前述した制御、即ち、図３に示す制御が実行される。この場合、コンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａとしては、上記初期値（即ち、ＥＣＵ１の内部の温度に基づいて設定した電流値Ｉａ）が使用される。

この後、時刻ｔ２０で、コンデンサ９の充電電圧が目標充電電圧に達すると、コンデンサ９の昇圧制御及び充電制御が完了する。このとき、マイコン４は、昇圧充電完了までの時間Ｔａと、昇圧充電による電圧上昇分Ｖａとを取得し、これらＴａ及びＶａを内部のメモリに記憶する。

そして、上記時刻ｔ２０で、インジェクタ１６の２回目の噴射（即ち、噴射２）が実行される。この場合、コンデンサ９の電荷が放電されることから、コンデンサ９の充電電圧は、目標充電電圧から低下していく。そして、時刻ｔ２１で、インジェクタ１６への通電電流がピークに達し、コンデンサ９の充電電圧の低下が停止する。このとき、噴射駆動回路３は、ピーク信号をマイコン４へ送信する。

ここで、図５のステップＳ１４０へ進み、マイコン４は、噴射駆動回路３から受信した噴射２のピーク信号と、インジェクタ１６の３回目の噴射（即ち、噴射３）を指示する制御信号（即ち、マイコン４はその送信タイミングがわかっている信号）とに基づいて、次噴射３までのインターバル時間Ｔｂを取得し、このＴｂを内部のメモリに記憶する。

次いで、ステップＳ１５０へ進み、マイコン４は、上記噴射２を実行後のコンデンサ９の充電電圧を取得し、この取得電圧と目標充電電圧との差分Ｖｂを計算して求め、このＶｂを内部のメモリに記憶する。そして、ステップＳ１６０へ進み、マイコン４は、前回用いた電流値Ｉａと、前回の昇圧充電完了までの時間Ｔａと、前回の電圧上昇分Ｖａと、次噴射３までのインターバル時間Ｔｂと、目標充電電圧との差分Ｖｂ（即ち、下降電圧分）と、次の充電電流計算式とに基づいて、今回の昇圧充電制御で用いる電流値Ｉｂを、次の式（即ち、充電電流計算式）で演算して求め、更に、求めた電流値Ｉｂを、電流制御用の電流値Ｉａとして設定する。

Ｉｂ＝Ｉａ×（Ｔａ／Ｔｂ）×（Ｖｂ／Ｖａ）
尚、上記充電電流計算式によって電流制御用の電流値Ｉａを演算して決定することは、電流値Ｉａの初期値として、ＥＣＵ１の内部の温度に基づいて設定した電流値Ｉａを用いているので、ＥＣＵ１の内部の温度を考慮して電流制御用の電流値Ｉａを決定する構成となっている。

この後、ステップＳ１３０へ戻り、マイコン４は、上記充電電流計算式により演算して設定した電流値Ｉａを用いてコンデンサ９を充電し、昇圧する。この昇圧充電制御は、図３のフローチャートに従って実行される。これ以降、上述した処理を繰り返し実行する。尚、噴射２のＴｂ及びＶｂは、噴射３で用いる電流値Ｉａを演算する際には、前回噴射のＴａ及びＶａとなり、噴射３のＴｂ及びＶｂが取得されてから、前記充電電流計算式により今回噴射（即ち、噴射３）で用いる電流値Ｉａ（即ち、電流値Ｉｂ）が演算されて設定されるようになっており、これ以降、電流値Ｉａが同様にして毎回演算して求められる構成となっている。

このような構成の本実施形態によれば、コンデンサ９に充電する充電電流の電流値Ｉａを可変制御するように構成したので、電流値Ｉａの大きさをＥＣＵ１の内部の温度に対応する適切な値に設定可能となることから、放熱対策等が不要となる。そして、本実施形態では、インジェクタ１６の前回噴射後におけるコンデンサ９の充電電流の電流値Ｉａと、充電開始から充電完了までの充電時間Ｔａと、充電開始から充電完了までに上昇したコンデンサ９の充電電圧の上昇電圧分Ｖａと、インジェクタ１６の今回噴射後におけるコンデンサ９の充電電圧の下降電圧分Ｖｂと、充電開始から次回噴射までのインターバル時間Ｔｂとに基づいて、インジェクタ１６の今回噴射後におけるコンデンサ９の充電電流の電流値Ｉｂ（即ち、電流制御用の電流値Ｉａ）を演算して決定するように構成した。この構成によれば、温度特性や経年劣化等で発生する特性の変化に対応した最適な電流値Ｉａに制御することが可能となるから、発熱を低減することができる。

更に、本実施形態では、次の充電電流計算式
Ｉｂ＝Ｉａ×（Ｔａ／Ｔｂ）×（Ｖｂ／Ｖａ）
を用いて演算してコンデンサ９の充電電流の電流値Ｉｂ（即ち、電流制御用の電流値Ｉａ）を設定するように構成したので、電流制御用の電流値Ｉａとして最適な電流値Ｉａ、即ち、必要最小限の大きさの電流値Ｉａを設定することができる。

また、本実施形態では、コンデンサ９の充電電流の初回の電流値Ｉａを、ＥＣＵ１の内部の温度に基づいて決定するように構成したので、初回において、ＥＣＵ１の内部の温度が高い場合に、発熱を低減することができる。更に、この場合、ＥＣＵ１の内部の温度とデータマップとに基づいてコンデンサ９の充電電流の初回の電流値Ｉａを決定するように構成したので、初回の電流値Ｉａを簡単且つ容易に決定することができる。

尚、上記実施形態では、コンデンサ９として、例えばアルミ電解コンデンサを用いたが、これに限られるものではなく、他の種類のコンデンサを用いても良い。

図面中、１は電子制御装置(昇圧電源装置)、２は昇圧回路、３は噴射駆動回路、４はマイコン（電流制御部）、５はバッテリ、８はＭＯＳＦＥＴ、９はコンデンサ、１０は第１の電流検出部、１１は第２の電流検出部、１６はインジェクタである。

Claims (5)

1. 車両のエンジンに燃料を噴射するインジェクタ（１６）に電力を供給する昇圧電源装置（１）であって、
   バッテリ電圧を昇圧してコンデンサ（９）を充電することにより、コンデンサ（９）の充電電圧をバッテリ電圧よりも高い目標充電電圧にする昇圧回路（２）と、
   前記コンデンサ（９）に充電された電力を前記インジェクタ（１６）に供給して駆動する駆動回路（３）と、
   前記コンデンサ（９）に充電する充電電流の電流値を可変制御する電流制御部（４）とを備え、
   前記電流制御部（４）は、前記インジェクタ（１６）の前回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値と、充電開始から充電完了までの充電時間と、充電開始から充電完了までに上昇した前記コンデンサ（９）の充電電圧の上昇電圧分と、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電圧の下降電圧分と、充電開始から次回噴射までのインターバル時間とに基づいて、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値を演算して決定するように構成された昇圧電源装置。
2. 前記電流制御部（４）は、前記昇圧電源装置（１）の内部の温度を考慮して前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値を決定するように構成された請求項１記載の昇圧電源装置。
3. 前記インジェクタ（１６）の前回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値をＩａとし、充電開始から充電完了までの充電時間をＴａとし、充電開始から充電完了までに上昇した前記コンデンサ（９）の充電電圧の上昇電圧分をＶａとし、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電圧の下降電圧分をＶｂとし、充電開始から次回噴射までのインターバル時間をＴｂとしたときに、前記インジェクタ（１６）の今回噴射後における前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値Ｉｂは、次の式
   Ｉｂ＝Ｉａ×（Ｔａ／Ｔｂ）×（Ｖｂ／Ｖａ）
   で演算されるように構成された請求項１または２記載の昇圧電源装置。
4. 前記電流制御部（４）は、前記コンデンサ（９）の充電電流の初回の電流値を、前記昇圧電源装置（１）の内部の温度に基づいて決定するように構成された請求項１から３のいずれか一項記載の昇圧電源装置。
5. 前記電流制御部（４）は、前記昇圧電源装置（１）の内部の温度と前記コンデンサ（９）の充電電流の電流値とが対応付けられたデータを複数有するデータマップを有し、
   前記電流制御部（４）は、前記コンデンサ（９）の充電電流の初回の電流値を、前記昇圧電源装置（１）の内部の温度と前記データマップとに基づいて決定するように構成された請求項４記載の昇圧電源装置。
   

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