特許 6015258 電圧調整制御回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6015258

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年10月26日

(54)【発明の名称】電圧調整制御回路

(51)【国際特許分類】

   H02M 3/155 20060101AFI20161013BHJP

【ＦＩ】

   H02M3/155 U

   H02M3/155 V

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-196128(P2012-196128)

(22)【出願日】2012年9月6日

(65)【公開番号】特開2014-54050(P2014-54050A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年8月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100068021

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 信雄

(72)【発明者】

【氏名】古橋 匡規

(72)【発明者】

【氏名】斉島 淳男

【審査官】 北嶋 賢二

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−０２２０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２４８４５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７８３４７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ３／１５５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリ電圧を昇圧して複数の電圧を得るための電圧調整制御回路において、
バッテリの正極と負極との間に直列に接続されたコイル及び第１トランジスタと、前記第１トランジスタと並列に接続された第１コンデンサと、を有し、前記第１トランジスタのＯＮ・ＯＦＦによって目標電圧Ｖ１を得る第１電圧調整制御回路と、
前記目標電圧Ｖ１に基づいて目標電流を生成する定電流回路と、前記目標電流に基づいて目標電圧Ｖ２を生成する第２コンデンサと、を有し、前記定電流回路のＯＮ・ＯＦＦによって前記第２コンデンサに流れる前記目標電流の電流量を調整して前記第２コンデンサが生成する電圧を前記目標電圧Ｖ２に調整する第２電圧調整制御回路と、
を備えることを特徴とする電圧調整制御回路。

【請求項2】

前記第１電圧調整制御回路は、前記第１トランジスタに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記第１コンデンサが生成する電圧を検出する第１電圧検出回路と、を有し、前記電流検出回路と前記第１電圧検出回路との検出値に基づいて前記第１トランジスタのＯＮ・ＯＦＦを制御して前記第１コンデンサが生成する電圧が前記目標電圧Ｖ１となるように調整する
請求項１記載の電圧調整制御回路。

【請求項3】

前記定電流回路は、前記定電流回路のＯＮ・ＯＦＦを制御する第２トランジスタを有し、
前記第２電圧調整制御回路は、前記第２コンデンサが生成する電圧を検出する第２電圧検出回路を有し、前記第２電圧検出回路の検出値に基づいて前記第２トランジスタのＯＮ・ＯＦＦを制御して前記第２コンデンサが生成する電圧が前記目標電圧Ｖ２となるように調整し、
前記目標電流は、前記第２コンデンサが生成する電圧をｖ、前記第２コンデンサの静電容量をＣ、前記第２コンデンサに流れる前記目標電流をｉ、前記第２コンデンサの充電時間をｔとすると、
ｖ（ｔ）＝（１／Ｃ）×∫ｉ（ｔ）・ｄｔ
によって表される式に基づいて設定される
請求項１又は２記載の電圧調整制御回路。

【請求項4】

複数の前記第２電圧調整制御回路を備える
請求項１乃至３の何れか一項に記載の電圧調整制御回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ディーゼルエンジンなどのエンジンに燃料を噴射する噴射システムにおいて、インジェクタや高圧ポンプを駆動するための電圧調整制御回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図５はコモンレールを用いたディーゼルエンジンの燃料噴射システムを示したものである。エンジンの各気筒毎にインジェクタ５１が設けられる。各インジェクタ５１は、高圧管５２を通じてコモンレール５３に接続され、コモンレール５３内に貯留されたコモンレール圧の高圧燃料が常時供給されている。コモンレール５３への燃料圧送は、高圧ポンプ５４によって行われる。すなわち、燃料タンク５５内の燃料がフィルタ５６を通して燃料供給ポンプ５７に吸引され、燃料供給管５８を通じて高圧ポンプ５４に送られ、高圧ポンプ５４にて、数１０〜数１００ＭＰａに加圧されて、高圧管５９を通じてコモンレール５３に供給される。インジェクタ５１にはコモンレール５３から高圧の燃料が常時供給され、電磁ソレノイド６０の作動で、燃料が気筒内に噴射され、またインジェクタ５１で噴射に費やされなかった燃料はリーク管６１を通して燃料タンク５５に戻され、また高圧ポンプ５４による圧力制御で余剰の燃料は戻り管６２を通じて燃料タンク５５に戻される。

【0003】

電磁ソレノイド６０によるインジェクタ５１での燃料噴射量と噴射時期が電子制御装置（ＥＣＭ）６３により制御され、またコモンレール５３に設けたコモンレール圧センサ６４の値に基づいて高圧ポンプ５４が制御される。

【0004】

この燃料噴射システムにおいて、安定してインジェクタ５１や高圧ポンプ５４に設けられるプレッシャーコントロールバルブ（図示せず）等のアクチュエータを作動させるために、バッテリ電圧（例えば１２Ｖ）以上の高電圧を得る電圧調整制御回路が必要である。

【0005】

図３は、従来の電圧調整制御回路３０を示したものである。

【0006】

この電圧調整制御回路３０は、ＤＣ−ＤＣコンバータで構成されるもので、バッテリＢの正極と負極間に、コイルＬとＦＥＴ３１と抵抗Ｒの直列回路が接続され、ＦＥＴ３１と並列に、ダイオード３２とコンデンサＣの直列回路が接続されて主に構成され、ＦＥＴ３１のソース側の抵抗Ｒと負極間に、電流比較器３３からなる電流検出回路３４が接続され、コンデンサＣと抵抗Ｒの直列回路に対し並列に電圧比較器３５からなる電圧検出回路３６が接続されて構成される。

【0007】

この電圧調整制御回路３０によるバッテリ電圧の昇圧は、ＦＥＴ３１のＯＮでコイルＬに電流Ｉ_Lが流れると共にその電流Ｉ_Lが徐々に上昇し、ＦＥＴ３１がＯＦＦとなるとコイルＬの両端に高い電圧が発生し、これが誘導電圧としてバッテリ電圧と加算された電圧となり、その電流Ｉ_cがコンデンサＣに流れて溜められるもので、電流検出回路３４の電流比較器３３で、コイルＬに流れる電流Ｉ_Lと基準電圧Ｖｃｃから生成される設定電流とを比較し、また電圧検出回路３６の電圧比較器３５で、基準電圧Ｖｃｃから生成される設定電圧とコンデンサＣに蓄積された電圧とを比較し、これら電流検出と電圧検出に基づいて、アンド回路３７がゲートを介してＦＥＴ３１をＯＮ・ＯＦＦが制御して目標電圧とする。

【0008】

この図３の電圧調整制御回路の制御フローを図４により説明する。

【0009】

イグニッションキーがＯＮとされて制御が開始（ステップＳ４０）され、電圧調整制御がなされ（ステップＳ４１）、ステップＳ４２で、目標電圧≦実電圧かどうかが判断され、実電圧が目標電圧に達していないとき（ＮＯ）には、ステップＳ４３で、目標電流≦実電流（Ｉ_c）かどうかが判断され、実電流が目標電流に達していないとき（ＮＯ）、ステップＳ４４でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）、トランジスタ（ＦＥＴ等）をＯＮとし（ステップＳ４５）、コイルに電流を流してコイルにエネルギーを蓄え（ステップＳ４６）、ステップＳ４３の判断に戻す。ステップＳ４３で、実電流が目標電流に達したとき（ＹＥＳ）、トランジスタ（ＦＥＴ等）をＯＦＦとし（ステップＳ４７）、コンデンサに電流（Ｉ_C）を流して、コンデンサにエネルギーを蓄える（ステップＳ４８）、その後、ステップＳ４２の判断に戻し、実電圧が目標電圧に達したかどうかを判断し、達していないときには（ＮＯ）、再度ステップＳ４３の判断に戻し、目標電圧に達したならば、ステップＳ４９でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）は、ステップＳ４２の判断に戻して、電圧のチェックと電流のチェックを行い、上述の制御フローで、トランジスタをＯＮ・ＯＦＦしてコイルとコンデンサに交互に電流を流して目標電圧に昇圧する。

【0010】

ところで、噴射システムに採用されるアクチュエータには種々の仕様があり、電圧調整制御回路は、アクチュエータに応じた目標電圧（例えば５２Ｖ、８５Ｖ、１３０Ｖ）を設定する必要がある。

【0011】

現状、目標電圧の異なる複数のアクチュエータによって構成された噴射システムでは、複数の同じ構成の電圧調整制御回路を使用している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0012】

【特許文献1】特開２０００−３２９０２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0013】

しかしながら、２つ以上の異なる目標電圧の電圧調整制御では、複数の同じ構成の電圧調整制御回路が必要となり、以下の問題点があった。
（１）コイル等の高価な部品を多く使うことになり、コストが高くなる。
（２）部品点数が増えることにより、実装面積が大きくなる。
（３）トランジスタ（ＦＥＴ等）のＯＮ・ＯＦＦによってコイルに電流を流す回路が複数あるので、回路全体より発生するノイズが増大する。

【0014】

特に、異なる目標電圧の電圧調整制御回路が必要な噴射システムを３つ以上必要な場合は、上記の３点の問題が、より大きな問題となる。

【0015】

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、コイル等の部品が１つでも多数の目標電圧を得ることができる電圧調整制御回路を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0016】

本発明は、バッテリ電圧を昇圧して複数の電圧を得るための電圧調整制御回路において、バッテリの正極と負極との間に直列に接続されたコイル及び第１トランジスタと、前記第１トランジスタと並列に接続された第１コンデンサと、を有し、前記第１トランジスタのＯＮ・ＯＦＦによって目標電圧Ｖ１を得る第１電圧調整制御回路と、前記目標電圧Ｖ１に基づいて目標電流を生成する定電流回路と、前記目標電流に基づいて目標電圧Ｖ２を生成する第２コンデンサと、を有し、前記定電流回路のＯＮ・ＯＦＦによって前記第２コンデンサに流れる前記目標電流の電流量を調整して前記第２コンデンサが生成する電圧を前記目標電圧Ｖ２に調整する第２電圧調整制御回路と、を備える電圧調整制御回路を提供する。

【0017】

前記第１電圧調整制御回路は、前記第１トランジスタに流れる電流を検出する電流検出回路と、前記第１コンデンサが生成する電圧を検出する第１電圧検出回路と、を有し、前記電流検出回路と前記第１電圧検出回路との検出値に基づいて前記第１トランジスタのＯＮ・ＯＦＦを制御して前記第１コンデンサが生成する電圧が前記目標電圧Ｖ１となるように調整することが望ましい。

【0018】

前記定電流回路は、前記定電流回路のＯＮ・ＯＦＦを制御する第２トランジスタを有し、前記第２電圧調整制御回路は、前記第２コンデンサが生成する電圧を検出する第２電圧検出回路を有し、前記第２電圧検出回路の検出値に基づいて前記第２トランジスタのＯＮ・ＯＦＦを制御して前記第２コンデンサが生成する電圧が前記目標電圧Ｖ２となるように調整し、前記目標電流は、前記第２コンデンサが生成する電圧をｖ、前記第２コンデンサの静電容量をＣ、前記第２コンデンサに流れる前記目標電流をｉ、前記第２コンデンサの充電時間をｔとすると、ｖ（ｔ）＝（１／Ｃ）×∫ｉ（ｔ）・ｄｔによって表される式に基づいて設定されることが望ましい。

【0019】

複数の前記第２電圧調整制御回路を備えることが望ましい。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、２つ以上の異なる目標電圧制御を行う場合、コイルとコンデンサからなる第１電圧調整制御回路と、第１電圧調整制御回路の電流を調整し、これをコンデンサに充電する簡素化した第２電圧調整制御回路を用いることにより、以下の効果が得られる。
（１）コイル、トランジスタ（ＦＥＴ等）等といった高価な部品の使用を最小限に抑えることができるため、コスト低減ができる。
（２）部品点数の大幅な削減ができるので、実装面積も縮小できる。
（３）トランジスタ（ＦＥＴ等）のＯＮ・ＯＦＦによって、コイルに電流を流す回路が１つだけとなるので、回路全体より発生するノイズが低減できる。

【0021】

特に、異なる目標電圧の電圧調整制御回路が必要な噴射システムを３つ以上必要となる場合は、上記３点の効果がより大きな効果として得られる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の電圧調整制御回路の一実施の形態を示す図である。

【図2】図１の制御フローを示す図である。

【図3】従来の電圧調整制御回路を示す図である。

【図4】図３の制御フローを示す図である。

【図5】コモンレールを用いたディーゼルエンジンの燃料噴射システムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

【0024】

図１は、本発明の電圧調整制御回路を示したもので、基本的には、従来と同様にコイルＬと第１コンデンサＣ１で目標電圧Ｖ１を生成する第１電圧調整制御回路１０と、この第１電圧調整制御回路１０を基準に定電流回路２１によって第２コンデンサＣ２に充電して目標電圧Ｖ２を生成する簡素化した第２電圧調整制御回路２０とを組合せて構成される。

【0025】

第１電圧調整制御回路１０は、バッテリＢの正極と負極間に、コイルＬと第１ＦＥＴ（第１トランジスタ）１１と抵抗Ｒの直列回路が接続され、ＦＥＴ１１と並列に、ダイオード１２と第１コンデンサＣ１の直列回路が接続されて主に構成される。

【0026】

ＦＥＴ１１のソース側の抵抗Ｒと負極間には、電流比較器１３からなる電流検出回路１４が接続される。電流検出回路１４は、電流比較器１３の一方にＦＥＴ１１に流れる電流値Ｉ_Lが抵抗Ｒを介して入力され、また、コンデンサＣ１に流れる電流Ｉ_C1が抵抗Ｒを介して入力され、他方に基準電圧Ｖｃｃから分圧抵抗Ｒ_Cにて基準電流が入力され、これらを電流比較器１３にて比較して電流を検出する。

【0027】

また第１コンデンサＣ１と抵抗Ｒの直列回路に対し並列に、電圧比較器１５からなる電圧検出回路１６が接続される。この電圧検出回路１６は、正極と負極間にダイオードＤ₁を通し、分圧抵抗Ｒ_A、Ｒ_Bで分圧された電圧が電圧比較器１５の一方に入力され、電圧比較器１５の他方に、基準電圧Ｖｃｃから分圧抵抗Ｒ_C、Ｒ_Cにて分圧された基準電圧が入力され、これらを電圧比較器１５にて比較して電圧を検出する。

【0028】

電流検出回路１４と電圧検出回路１６の電流・電圧検出値は、基準値に達していないとき「Ｈ」、達しているときに「Ｌ」としてアンド回路１７に入力され、電流・電圧が共に基準値に達したときにＦＥＴ１１がＯＦＦとされ、それ以外はＯＮとされる。

【0029】

第２電圧調整制御回路２０は、正極側がダイオードＤ₂にて第１電圧調整制御回路１０に接続され第１電圧調整制御回路１０で調整した目標電圧Ｖ１から目標電流に調整する定電流回路２１と、その定電流回路２１の目標電流から目標電圧Ｖ２を生成する第２コンデンサＣ２とからなる。定電流回路２１は、２つのトランジスタＴＲ₁、ＴＲ₂と抵抗Ｒ₂で構成され、一定の電流を生成する目標電流生成回路２２からなり、その目標電流生成回路２２に流れる電流を、ＯＮ・ＯＦＦ制御する第２ＦＥＴ（第２トランジスタ）２３を有する。

【0030】

第２コンデンサＣ２には、電圧比較器２５からなる電圧検出回路２６が接続される。この電圧検出回路２６の電圧比較器２５の一方には、トランジスタＴＲ₁と第２コンデンサＣ２間の電圧をダイオードＤ₃を通し、分圧抵抗Ｒ_D、Ｒ_Eで分圧した電圧が入力され、他方に、基準電圧Ｖｃｃから分圧抵抗Ｒ_C、Ｒ_Cにて分圧された基準電圧が入力され、これらを電圧比較器２５にて比較して電圧を検出し、その電圧が目標電圧Ｖ２に達していないときには、第２ＦＥＴ（第２トランジスタ）２３をＯＮ、達したときにはＯＦＦするよう制御する。

【0031】

以上において、第１電圧調整制御回路１０によるバッテリ電圧の昇圧は、図３で説明した電圧調整制御回路３０と同様で、第１ＦＥＴ（第１トランジスタ）１１のＯＮでコイルＬに電流Ｉ_Lが流れると共にその電流Ｉ_Lが徐々に上昇し、第１ＦＥＴ１１がＯＦＦとなるとコイルＬの両端に高い電圧が発生し、これが誘導電圧としてバッテリ電圧と加算された電圧となり、その電流Ｉ_c1が第１コンデンサＣ１に流れて溜められるもので、電流検出回路１４と電圧検出回路１６で、電流・電圧が検出され、アンド回路１７がゲートを介して第１ＦＥＴ１１をＯＮ・ＯＦＦ制御して目標電圧Ｖ１とする。

【0032】

次に第２電流調整制御回路２０では、定電流回路２１が、第１電圧調整制御回路１０で生成した目標電圧Ｖ１を電源として所定の電流値を第２コンデンサＣ２に流し、そのコンデンサＣ２にて目標電圧Ｖ２を生成する。

【0033】

ここで、コンデンサと電流、電圧の関係は、充電時間をｔとし、電圧をｖ（ｔ）、静電容量をＣ、電流をｉ（ｔ）とすると
ｖ（ｔ）＝１／Ｃ ×∫ｉ（ｔ）・ｄｔ
である。

【0034】

よって、目標電圧Ｖ２は、第２コンデンサＣ２に入力される電流の積分値に比例し、定電流回路２１で流す電流値と第２コンデンサＣ２の静電容量（Ｆ）を適宜設定することで、種々の電圧に調整でき、異なる目標電圧の電圧調整制御を容易に行うことができる。また、異なる目標電圧Ｖ２の電圧調整制御が２つ以上必要な場合、簡素化した第２電圧調整制御回路２０を増やし、定電流回路２１での電流値と第２コンデンサＣ２の静電容量を適宜選定すれば、対応可能となる。

【0035】

ここで４つの電圧調整制御回路が必要な場合は、（第１電圧調整制御回路）×１、（第２電圧調整制御回路）×３となる。

【0036】

次に、図２に基づいて図１の制御フローを説明する。

【0037】

先ず、第１電圧調整制御回路の制御フローは、図４で説明した制御フローと同一であり、これを簡単に説明すると、ステップ１０で、イグニッションキーがＯＮとされて制御が開始され、ステップＳ１１で電圧調整制御１がなされ、ステップＳ１２で、目標電圧Ｖ１≦実電圧かどうかが判断され、実電圧が目標電圧Ｖ１に達していないとき（ＮＯ）には、ステップＳ１３で、目標電流≦実電流（Ｉ_L）かどうかが判断され、実電流が目標電流に達していないとき（ＮＯ）、ステップＳ１４でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）、第１トランジスタ（ＦＥＴ等）をＯＮとし（ステップＳ１５）、コイルに電流を流してコイルにエネルギーを蓄え（ステップＳ１６）、ステップＳ１３の判断に戻す。ステップＳ１３で、実電流が目標電流に達したとき（ＹＥＳ）、第１トランジスタ（ＦＥＴ等）をＯＦＦとし（ステップＳ１７）、第１コンデンサに電流（Ｉ_C1）を流して、第１コンデンサにエネルギーを蓄える（ステップＳ１８）、その後、ステップＳ１２の判断に戻し、実電圧が目標電圧Ｖ１に達したかどうかを判断し、達していないときには（ＮＯ）、再度ステップＳ１３の判断に戻し、目標電圧Ｖ１に達したならば、ステップＳ１９でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）は、ステップＳ１２の判断に戻して、電圧のチェックと電流のチェックを行い、上述の制御フローで、第１トランジスタをＯＮ・ＯＦＦしてコイルと第１コンデンサに交互に電流を流して目標電圧Ｖ１に昇圧する。

【0038】

次に第２電圧調整制御回路２０の制御フローを説明する。

【0039】

この第２電圧調整制御回路２０の制御フローは、第１電圧調整制御回路１０のフローと並行して行うもので、ステップＳ２１で、電圧調整制御２がなされ、ステップＳ２２で、目標電圧Ｖ２≦実電圧かどうかが判断され、実電圧が目標電圧Ｖ２に達していないとき（ＮＯ）には、ステップＳ２３でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）、定電流回路をＯＮとし（ステップＳ２４）、第２コンデンサに電流を流して第２コンデンサにエネルギーを蓄え（ステップＳ２５）、その後ステップＳ２２に戻す。ステップＳ２２で、実電圧が目標電圧に達したとき（ＹＥＳ）、定電圧回路をＯＦＦ（ステップＳ２６）し、ステップＳ２７でイグニッションキーがＯＦＦかどうかを判断し、イグニッションキーがＯＦＦでないとき（ＮＯ）、再度ステップＳ２２に戻して、目標電圧Ｖ２≦実電圧かどうかを判断し、ステップＳ２７でイグニッションキーがＯＦＦのとき（ＹＥＳ）には制御を終了する（ステップＳ２０）。

【0040】

このように、２つ以上の異なる目標電圧制御を行う場合、コイルとコンデンサからなる１つの電圧調整制御回路と、定電流回路とコンデンサを用いた簡素化した電圧調整制御回路を用いることにより、実質的に一つの制御回路で複数の異なる電圧を調整することが可能となり、コストを低減できると共に部品点数の大幅な削減ができるので、実装面積も縮小できる。また昇圧用のコイルは一つですむため、ＯＮ・ＯＦＦによって、コイルで発生するノイズが低減できる。

【符号の説明】

【0041】

１０ 第１電圧調整制御回路
１１ 第１ＦＥＴ（第１トランジスタ）
２０ 第２電圧調整制御回路
２１ 定電流回路
Ｂ バッテリ
Ｃ１ 第１コンデンサ
Ｃ２ 第２コンデンサ
Ｌ コイル
Ｖ１、Ｖ２ 目標電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】