JP6446340B2 - 電磁デバイス駆動装置及び車両 - Google Patents

Description

本発明は、昇圧回路を備えた電磁デバイス駆動装置及び当該電磁デバイス駆動装置を備えた車両に関し、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及び当該電磁デバイス駆動装置を備えた車両に関する。

従来、昇圧電源により駆動される電磁デバイスの逆起電力を当該昇圧電源の出力コンデンサへ回生する回路を備えた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出力コンデンサの電圧出力端に接続した、「内燃機関制御装置」が知られている（特許文献１参照）。

図２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２１０は、燃料噴射期間を開始するときはＴＲ２０２とＴＲ２０４をオンにすることにより昇圧回路２０１からＩＮＪ２０５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、ＴＲ２０２をオフにした後、ＴＲ２０６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、ＴＲ２０６とＴＲ２０４をオフにしてＩＮＪ２０５への通電を停止する。

通電停止後にＩＮＪ２０５に発生する逆起電圧によりＩＮＪ２０５に流れる電流は、ダイオードＤ２０７と抵抗Ｒ２０８を介して昇圧回路２０１へ流れ込み、昇圧回路２０１に回生される。これにより、例えば、昇圧回路２０１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昇圧回路と、前記出力コンデンサから出力される昇圧電圧を通電して第１の電磁デバイスを駆動する第１の駆動回路と、第２の電磁デバイスであって前記昇圧回路には接続されない第２の電磁デバイスを、当該第２の電磁デバイスの一端とグランドラインとの間に設けられた第１のスイッチをオンオフすることにより動作させる第２の駆動回路と、前記第２の電磁デバイスの前記一端にアノードが接続され、前記出力コンデンサの前記昇圧電圧の出力端にカソードが接続された第１の回生ダイオードと、前記第２の電磁デバイスの前記一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチがオフとなったときにグランド電位となる配線ラインにアノードが接続された定電圧ダイオードと、を備える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、前記定電圧ダイオードの降伏電圧は、前記昇圧回路の所定の出力電圧に、前記回生ダイオードの順電圧を加算した値に設定される。
本発明の他の態様によると、前記第１のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴであって、前記定電圧ダイオードのカソード及びアノードは、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びゲートに、それぞれ接続されている。
本発明の他の態様によると、前記第１の駆動回路は、前記第１の電磁デバイスの他端とグランドラインとの間に設けられた第２のスイッチを備え、前記第１の電磁デバイスの前記他端にアノードが接続され、前記出力コンデンサの前記昇圧電圧の出力端にカソードが接続された第２の回生ダイオードを更に備える。
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、前記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。
本発明の更に他の態様は、上記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電気回路図である。 従来の電磁弁制御回路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。
本駆動装置１０は、バッテリ（不図示）からの給電を受けて当該給電の電圧（給電電圧）V_BATより大きな所定の昇圧電圧を出力する昇圧回路１００と、昇圧回路１００から出力される昇圧電圧の供給を受けて第１の電磁デバイスＬ１０２を駆動する第１制御回路１０４と、バッテリからの給電を受けて上記昇圧電圧とは異なる電圧（例えば給電電圧V_BAT）により第２の電磁デバイスＬ１０６を駆動する第２制御回路１０８と、を有している。ここで、第１の電磁デバイスＬ１０２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）を制御するソレノイドアクチュエータである。

昇圧回路１００は、一端が電圧V_BATの電源ラインに接続されたコイルＬ１１０と、当該コイルＬ１１０の他端とグランドラインとの間に設けられてコイルＬ１１０への通電をオンオフするスイッチであるＴｒ１１２と、コイルＬ１１０の上記他端にアノードが接続されたダイオードＤ１１４と、コイルＬ１１０からダイオードＤ１１４を介して流れ出る電流により充電されて所定の昇圧電圧を出力する出力コンデンサＣ１１６と、ＴＲ１１２をオンオフさせて昇圧動作を制御する昇圧制御回路１１８と、を有している。

第１制御回路１０４は、第１の電磁デバイスＬ１０２の一端に、昇圧回路１００からの出力電圧とバッテリからの給電電圧V_BATとを、それぞれＴｒ１２０及びＴｒ１２２を介して選択的に供給し、当該第１の電磁デバイスＬ１０２の他端を、Ｔｒ１２４を介してグランドラインに接続する。Ｔｒ１２０、１２２は、例えばｐチャネルＭＯＳＦＥＴであり、Ｔｒ１２４は、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴである。また、Ｔｒ１２４は、第２のスイッチに対応する。

Ｔｒ１２０〜１２４のオンオフは、燃料噴射弁を開閉するアクチュエータである第１の電磁デバイスＬ１０２の動作を制御するための噴射制御回路１２６により制御される。噴射制御回路１２６は、燃料噴射弁を開くときに、Ｔｒ１２２をオフのままＴｒ１２０及びＴｒ１２４をオンにして、昇圧回路１００からの出力電圧（昇圧電圧）により第１の電磁デバイスＬ１０２に大電流を流して即座に噴射弁を開弁し、その後はＴｒ１２０をオフにしてＴｒ１２２を繰り返しオンオフして噴射弁の開弁状態を維持する。その後、所定の燃料噴射時間が経過すると、噴射制御回路１２６は、Ｔｒ１２２及びＴｒ１２４をオフにして第１の電磁デバイスＬ１０２への通電を遮断する。

なお、ダイオードＤ１２８は、Ｔｒ１２２をオンオフして開弁状態を維持する際に、Ｔｒ１２２をオフにした瞬間に第１の電磁デバイスＬ１０２に逆起電流が流れるようにするためのフライホイールダイオードである。

第２制御回路１０８は、第２の電磁デバイスＬ１０６の一端を、上記昇圧回路（昇圧電源）１００とは異なる他の電源、例えばバッテリ（給電電圧V_BAT）の電源ラインに接続し、当該第２の電磁デバイスＬ１０６の他端をＴｒ１３０を介してグランドラインに接続する。また、第２制御回路１０８は、プッシュプル回路を構成するＴｒ１３２、Ｔｒ１３４を介してＴｒ１３０をオンオフする負荷制御回路１３６を備える。また、第２制御回路１０８内部の、第２の電磁デバイスＬ１０６と第１のスイッチであるＴｒ１３０との接続点（図示Ａ点）と、昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１１６の、第１の電磁デバイスＬ１０２へ給電する側の端部につながるライン（図示Ｂ点）と、の間には、第２の電磁デバイスＬ１０６の逆起電力を出力コンデンサＣ１１６へ回生するための回生ダイオードＤ１４０（図示Ａ点にアノード、図示Ｂ点にカソードが接続される）が設けられている。

さらに、本電磁デバイス駆動装置１０では、回生ダイオードＤ１４０のアノードと第２の電磁デバイスＬ１０６と接続点（図示Ａ点）と、第１のスイッチであるＴｒ１３０がオフするときにグランド電位となるＴｒ１３０のゲートライン（図示Ｃ点）との間に、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）Ｄ１４２が設けられている（Ｄ１４２のカソード及びアノードは、それぞれ図示Ａ点及びＣ点に接続されている）。

上記の構成を有する電磁デバイス駆動装置１０は、昇圧回路１００とは異なる他の電源（例えば、電圧V_BATを給電するバッテリ）により駆動される第２の電磁デバイスＬ１０６への通電が第１のスイッチＴｒ１３０により制御されており、当該第１のスイッチであるＴｒ１３０がオフすることにより第２の電磁デバイスＬ１０６に発生する逆起電力が、回生ダイオードＤ１４０を介して昇圧回路１００の出力コンデンサＣ１１６へ回生される。ここで、上記のように、第２の電磁デバイスＬ１０６は燃料噴射弁を開閉する第１の電磁デバイスＬ１０２とは異なるデバイスであるので、燃料噴射期間の最後にのみオフされる第１の電磁デバイスＬ１０２よりも高い頻度で第２の電磁デバイスＬ１０６をオンオフするものとすることができる。その結果、燃料噴射期間の最後にのみ昇圧回路の出力コンデンサへエネルギが回生される従来の制御装置に比べて、出力コンデンサＣ１１６へのエネルギ回生頻度を高めて所定の昇圧電圧への復帰時間を短縮することができる。

また、本電磁デバイス駆動装置１０では、回生ダイオードＤ１４０のアノード側（図示Ａ点）と、回生時にグランド電位となる配線ライン（図示Ｃ点）との間にツェナーダイオードＤ１４２が設けられているため、ツェナーダイオードＤ１４２の降伏電圧を、出力コンデンサＣ１１６における所定の昇圧電圧値（例えば40V）に回生ダイオードＤ１４０の順方向電圧（例えば3V）を加算した値（例えば43V）としておくことにより、出力コンデンサＣ１１６が所定の昇圧電圧を超えて充電されてしまうのを防止することができる。その結果、出力コンデンサＣ１１６から過大な電圧が出力されてＴｒ１２０や第１の電磁デバイスＬ１０２が損傷してしまうのを防止することができる。

なお、本実施形態では、第２制御回路１０８が駆動する電磁デバイスＬ１０６からの逆起電力のみがダイオードＤ１４０を介して出力コンデンサＣ１１６へ回生される構成となっているが、これに加えて、第１の電磁デバイスＬ１０２と第２のスイッチであるトランジスタＴｒ１２４との接続ライン（図示Ｄ点）と、出力コンデンサＣ１１６の出力端につながるライン（図示Ｂ点）との間に回生ダイオードを追加して（図示Ｄ点にアノード、図示Ｂ点にカソードを接続する）、第１制御回路１０４が駆動する第１の電磁デバイスＬ１０２の逆起電力も出力コンデンサＣ１１６へ回生されるものとしてもよい。

１０・・・電磁デバイス駆動装置、１００・・・昇圧回路、Ｌ１０２・・・第１の電磁出バイス、１０４・・・第１制御回路、Ｌ１０６・・・第２の電磁デバイス、１０８・・・第２制御回路、Ｌ１１０・・・コイル、Ｔｒ１１２、Ｔｒ１２０、Ｔｒ１２２、Ｔｒ１２４、Ｔｒ１３０、Ｔｒ１３２、Ｔｒ１３４・・・トランジスタ、Ｄ１１４、Ｄ１２８、Ｄ１４０・・・ダイオード、Ｃ１１６・・・出力コンデンサ、１１８・・・昇圧制御回路、１２６・・・噴射制御回路、１３６・・・負荷制御回路。

Claims (7)

1. 出力コンデンサを備える昇圧回路と、
   前記出力コンデンサから出力される昇圧電圧を通電して第１の電磁デバイスを駆動する第１の駆動回路と、
   第２の電磁デバイスであって前記昇圧電圧によっては駆動されない第２の電磁デバイスを、当該第２の電磁デバイスの一端とグランドラインとの間に設けられた第１のスイッチをオンオフすることにより動作させる第２の駆動回路と、
   前記第２の電磁デバイスの前記一端にアノードが接続され、前記出力コンデンサの前記昇圧電圧の出力端にカソードが接続された第１の回生ダイオードと、
   前記第２の電磁デバイスの前記一端にカソードが接続され、前記第１のスイッチがオフとなったときにグランド電位となる配線ラインにアノードが接続された定電圧ダイオードと、
   を備える、電磁デバイス駆動装置。
2. 前記定電圧ダイオードの降伏電圧は、前記昇圧回路の所定の出力電圧に、前記回生ダイオードの順電圧を加算した値に設定される、
   請求項１に記載の電磁デバイス駆動装置。
3. 前記第１のスイッチは、ＭＯＳＦＥＴであって、前記定電圧ダイオードのカソード及びアノードは、前記ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びゲートに、それぞれ接続されている、
   請求項２に記載の電磁デバイス駆動装置。
4. 前記第１の駆動回路は、前記第１の電磁デバイスの他端とグランドラインとの間に設けられた第２のスイッチを備え、
   前記第１の電磁デバイスの前記他端にアノードが接続され、前記出力コンデンサの前記昇圧電圧の出力端にカソードが接続された第２の回生ダイオードを更に備える、
   請求項１ないし３のいずれか一項に記載の電磁デバイス駆動装置。
5. 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。
6. 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。
7. 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。

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