特開 2024-139147 電子制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024139147

(43)【公開日】2024-10-09

(54)【発明の名称】電子制御装置

(51)【国際特許分類】

   F02D 41/20 20060101AFI20241002BHJP

   F02M 51/06 20060101ALI20241002BHJP

【ＦＩ】

F02D41/20

F02M51/06 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049961

(22)【出願日】2023-03-27

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】位田 裕基

【テーマコード（参考）】

3G066

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G066BA31

3G066CC05U

3G066CE22

3G066CE29

3G301JA14

3G301LB01

3G301LC10

3G301PG01Z

(57)【要約】

【課題】昇圧コンデンサが過昇圧状態になることを確実に回避して、逆起電力をバッテリに還流させることができる電子制御装置を提供する。
【解決手段】昇圧回路２は、バッテリ３より供給される電源電圧ＶＢを昇圧コンデンサＣ１に充電して昇圧を行う。トランジスタＳＷ２，ＳＷ３は、昇圧回路２の昇圧出力電圧ＶＡ及びバッテリ３の電源電圧ＶＢによりコイルＬ２を電流駆動し、トランジスタＳＷ４は、内燃機関の気筒毎にオンオフ状態が選択される。制御部４は、昇圧回路２、トランジスタＳＷ２～ＳＷ４を制御する。ダイオードＤ４は、コイルＬ２とトランジスタＷ４との接続点より昇圧コンデンサＣ１側に電流を還流させ、ツェナーダイオードＺＤ１は、ダイオードＤ４とバッテリ３との間に接続され、昇圧コンデンサＣ１に印加される電圧をクランプする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリ（３）より供給される電源電圧を昇圧コンデンサ（Ｃ１）に充電して昇圧を行う昇圧回路（２）と、
この昇圧回路の出力電圧及び前記電源電圧により誘導性負荷（Ｌ２）を電流駆動するハイサイドスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）と、
内燃機関の気筒毎にオンオフ状態が選択される複数のローサイドスイッチ（ＳＷ４）と、
前記昇圧回路、前記ハイサイドスイッチ及び前記ローサイドスイッチを制御する制御部（４，４Ａ，４Ｂ）と、を備え、
前記誘導性負荷と前記ローサイドスイッチとの接続点より前記昇圧コンデンサ側に電流を還流させるダイオード（Ｄ４）と、
このダイオードと前記バッテリとの間に接続され、前記昇圧コンデンサに印加される電圧をクランプするツェナーダイオード（ＺＤ１）とを備える電子制御装置。

【請求項2】

前記ツェナーダイオードのツェナー電圧は、前記昇圧回路の出力電圧の設定値よりも大きく、且つ前記電源電圧に加えた値が前記昇圧コンデンサの耐圧よりも低くなるように設定されている請求項１記載の電子制御装置。

【請求項3】

前記ツェナーダイオードのカソードの電圧をモニタする演算器（１２，１４）を備える請求項１記載の電子制御装置。

【請求項4】

前記制御部（４Ａ）は、前記演算器（１２）がモニタした電圧に応じて過昇圧解消制御を行う請求項３記載の電子制御装置。

【請求項5】

前記演算器（１４）は、モニタした電圧に応じて過昇圧解消制御を行う請求項３記載の電子制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリより供給される電源電圧を昇圧回路により昇圧して誘導性負荷を電流駆動する電子制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば特許文献１には、誘導性負荷への電力供給を停止させた際に発生する逆起電力に伴う電流を昇圧回路側に回生させた際に、昇圧コンデンサに充電された電圧が過剰に上昇すると、その電圧をバッテリ側に放電させることで過昇圧状態を解消する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１１５８４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の構成では、誘導性負荷に発生する逆起電力を還流させる際には必ず昇圧回路を経由する。そして、昇圧回路における昇圧スイッチング動作が終了した後でなければ逆起電力をバッテリに還流させることができないため、一定期間は昇圧コンデンサに還流させることになり、過昇圧状態を確実に解消できるとは言えないという問題があった。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧コンデンサが過昇圧状態になることを確実に回避して、逆起電力をバッテリに還流させることができる電子制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

請求項１記載の電子制御装置によれば、昇圧回路（２）は、バッテリ（３）より供給される電源電圧を昇圧コンデンサ（Ｃ１）に充電して昇圧を行う。ハイサイドスイッチ（ＳＷ２，ＳＷ３）は、昇圧回路の出力電圧及び電源電圧により誘導性負荷（Ｌ２）を電流駆動し、複数のローサイドスイッチ（ＳＷ４）は、内燃機関の気筒毎にオンオフ状態が選択される。制御部（４，４Ａ，４Ｂ）は、昇圧回路、ハイサイドスイッチ及びローサイドスイッチを制御する。ダイオード（Ｄ４）は、誘導性負荷とローサイドスイッチとの接続点より昇圧コンデンサ側に電流を還流させ、ツェナーダイオード（ＺＤ１）は、ダイオードとバッテリとの間に接続され、昇圧コンデンサに印加される電圧をクランプする。

【0007】

このように構成すれば、誘導性負荷への電力供給を停止させた際に発生する逆起電力に伴う電流を、ダイオードを介して昇圧回路側に回生させた際に、昇圧コンデンサの電圧が上昇することでツェナーダイオードが降伏状態になると、ダイオードのアノード電位は、バッテリ電圧にツェナー電圧を加えた値にクランプされる。したがって、昇圧回路による昇圧動作を停止させることなく、昇圧コンデンサが過昇圧状態になることを確実に回避して、発生した逆起電力をバッテリに還流させることができる。

【0008】

請求項２記載の電子制御装置によれば、ツェナーダイオードのツェナー電圧を、昇圧回路の出力電圧の設定値よりも大きく、且つ電源電圧に加えた値が昇圧コンデンサの耐圧よりも低く設定するので、回路をより確実に保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１実施形態であり、電子制御装置の構成を示す図

【図2】昇圧出力電圧が正常な範囲にある場合の回路動作を示すタイミングチャート

【図3】昇圧出力電圧が過昇圧状態となった場合の回路動作を示すタイミングチャート

【図4】還流経路を切り替える回路動作を示すフローチャート

【図5】第２実施形態であり、電子制御装置の構成を示す図

【図6】演算部の制御内容を示すフローチャート

【図7】第３実施形態であり、電子制御装置の構成を示す図

【図8】演算部の制御内容を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の電子制御装置１は、例えば車両の内燃機関における燃料噴射弁を駆動するものである。電子制御装置１は、昇圧回路２を備え、バッテリ３の電源電圧ＶＢを昇圧した電圧ＶＡを生成する。昇圧回路２は、バッテリ３とグランドとの間に接続されるコイルＬ１、ダイオードＤ１及び昇圧コンデンサＣ１の直列回路を有している。ダイオードＤ１のアノードとグランドとの間には、昇圧制御スイッチであるトランジスタＳＷ１が接続されている。ダイオードＤ１のカソードは昇圧出力電圧ＶＡの出力端子であり、その出力端子は、制御部４の入力端子に接続されている。制御部４は、トランジスタＳＷ１のオンオフを制御すると共に、昇圧出力電圧ＶＡをモニタする。

【0011】

バッテリ３とグランドとの間には、ハイサイドスイッチであるトランジスタＳＷ３、ダイオードＤ３、電子制御装置１の外部にあるコイルＬ２、及びローサイドスイッチであるトランジスタＳＷ４の直列回路が接続されている。昇圧回路２の出力端子とグランドとの間には、ハイサイドの昇圧出力スイッチであるトランジスタＳＷ２、及び逆方向のダイオードＤ２の直列回路が接続されている。ダイオードＤ２のカソードは、ダイオードＤ３のカソードに接続されている。昇圧回路２の出力端子とトランジスタＳＷ４との間には、逆方向のダイオードＤ５及びＤ４の直列回路が接続されている。バッテリ３にはツェナーダイオードＺＤ１のアノードが接続され、ダイオードＤ５のアノードにはツェナーダイオードＺＤ１のカソードが接続されている。

【0012】

誘導性負荷であるコイルＬ２及びトランジスタＳＷ４は、実際には、内燃機関の気筒数に応じて複数の組が存在する。トランジスタＳＷ１～ＳＷ４は、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴである。各トランジスタＳＷ２～ＳＷ４のオンオフも、例えばマイクロコンピュータで構成される制御部４により制御される。

【0013】

次に、本実施形態の作用について説明する。先ず、制御部４は、コイルＬ２への通電制御を開始する前に、昇圧回路２のトランジスタＳＷ１のオン／オフ切り替えを繰り返し行うことで昇圧コンデンサＣ１を充電する。具体的には、トランジスタＳＷ1がオンになると、コイルＬ１及びトランジスタＳＷ１を含む経路に電流が流れる。その後、トランジスタＳＷ１がオフになるとコイルＬ１に逆起電力が生じるので、コンデンサＣ１には、バッテリ電圧ＶＢ以上の電圧が充電される。この間、制御部４は、トランジスタＳＷ２～ＳＷ４をオフにしている。

【0014】

図２に示すように、通常時の昇圧出力電圧ＶＡは、バッテリ３の電圧ＶＢにツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚを加えた電圧よりも低くなるように設定されているので、ダイオードＤ５はオンしている。制御部４は、インジェクタを構成するコイルＬ２に通電して駆動するため、時刻Ｔ１においてトランジスタＳＷ２～ＳＷ４を同時にオンにする。トランジスタＳＷ４については、選択した気筒；燃料噴射弁に対応するものをオンにする。このとき、昇圧出力電圧ＶＡの方がバッテリ電圧ＶＢよりも高いため、昇圧出力電圧ＶＡがコイルＬ２に印加されて燃料噴射弁が開く。昇圧出力電圧ＶＡは、コンデンサＣ１の放電に伴い低下する。

【0015】

次に、制御部４は、時刻Ｔ２においてトランジスタＳＷ２及びＳＷ３をオフにすると、コイルＬ２を流れる電流ＩＲが所定の目標範囲内になるように、トランジスタＳＷ３のオン／オフ切替制御を行う。これにより、バッテリ電圧ＶＢがコイルＬ２に断続的に印加され、燃料噴射弁が開いた状態が維持される。また、制御部４は、昇圧出力電圧ＶＡが所定値になるまでトランジスタＳＷ１のオン／オフ切替制御を行い、昇圧コンデンサＣ１を充電する。尚、図２では、コイルＬ２を流れる電流ＩＲの目標範囲が２段階で低下する場合を例示しているが、１段階であっても良いし３段階以上であっても良い。

【0016】

続いて、制御部４は、時刻Ｔ３においてトランジスタＳＷ３及びＳＷ４をオフにする。これにより、コイルＬ２を流れる電流ＩＲが低下して燃料噴射弁が閉じる。このとき、コイルＬ２を流れる電流ＩＲが減少することで、コイルＬ２に逆起電力が発生する。この逆起電力による電流ＩＢは、ダイオードＤ４及びＤ５を介して昇圧回路２の出力端子に還流される。これにより、昇圧コンデンサＣ１が充電されて昇圧出力電圧ＶＡが上昇する。ダイオードＤ５は、電流ＩＢが流れた後にオフになる。以降に、制御部４は、次に燃料噴射弁を開くべきタイミングで、時刻Ｔ２と同様にトランジスタＳＷ２～ＳＷ４をオンにすると、上述した時刻Ｔ２以降と同様の動作を行う。

【0017】

一方、図３に示すように、還流により昇圧コンデンサＣ１の電圧が過剰に上昇し、昇圧出力電圧ＶＡが、バッテリ電圧ＶＢにツェナー電圧Ｖｚを加えた値より高くなると、ツェナーダイオードＺＤ１がツェナー降伏するので、電流はツェナーダイオードＺＤ１を介してバッテリ３に還流されるように切り替わる。尚、ツェナー電圧Ｖｚは、例えば昇圧回路２の昇圧出力電圧ＶＡの設定値よりも大きく、且つ電圧（ＶＢ＋Ｖｚ）が昇圧コンデンサＣ１の耐圧よりも低くなるように設定すると良い。図４は、還流経路を切り替える回路動作をフローチャートで示している。

【0018】

以上のように本実施形態によれば、昇圧回路２は、バッテリ３より供給される電源電圧ＶＢを昇圧コンデンサＣ１に充電して昇圧を行う。トランジスタＳＷ２，ＳＷ３は、昇圧回路２の昇圧出力電圧ＶＡ及びバッテリ３の電源電圧ＶＢによりコイルＬ２を電流駆動し、トランジスタＳＷ４は、内燃機関の気筒毎にオンオフ状態が選択される。制御部４は、昇圧回路２、トランジスタＳＷ２～ＳＷ４を制御する。ダイオードＤ４は、コイルＬ２とトランジスタＷ４との接続点より昇圧コンデンサＣ１側に電流を還流させ、ツェナーダイオードＺＤ１は、ダイオードＤ４とバッテリ３との間に接続され、昇圧コンデンサＣ１に印加される電圧をクランプする。

【0019】

このように構成すれば、コイルＬ２への電力供給を停止させた際に発生する逆起電力に伴う電流を、ダイオードＤ４及びＤ５を介して昇圧回路２側に回生させた際に、昇圧コンデンサＣ１の電圧が上昇することでツェナーダイオードＺＤ１が降伏状態になると、ダイオードＤ４のアノード電位は、バッテリ電圧ＶＢにツェナー電圧Ｖｚを加えた値にクランプされる。したがって、ハードウェアの動作のみにより、昇圧回路２による昇圧動作を停止させることなく昇圧コンデンサＣ１が過昇圧状態になることを確実に回避して、発生した逆起電力をバッテリ３に還流させることができる。その際に、ツェナーダイオードＺＤ１のツェナー電圧Ｖｚを、昇圧回路２の昇圧出力電圧ＶＡの設定値よりも大きく、且つ電圧（ＶＢ＋Ｖｚ）が昇圧コンデンサＣ１の耐圧よりも低くなるように設定するので、回路をより確実に保護することができる。

【0020】

（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５に示すように、第２実施形態の電子制御装置１１は、演算部１２を備えている。演算部１２の入力端子は、ダイオードＤ４のカソードに接続されており、出力端子は制御部４Ａに接続されている。演算部１２は、上記のカソード電位をモニタしている。

【0021】

次に、第２実施形態の作用について説明する。図６に示すように、演算部１２は、ダイオードＤ４のカソード電位をモニタすることで、昇圧出力電圧ＶＡが（ＶＢ＋Ｖｚ）よりも大となり、ツェナーダイオードＺＤ１がツェナー降伏したことを検出すると（Ｓ４；ＹＥＳ）、制御部４Ａに制御切り替え要求を出力する（Ｓ５）。その要求を受けて、制御部４Ａは、例えばトランジスタＳＷ１のスイッチングを停止させて昇圧回路２の動作を停止させたり、トランジスタＳＷ２～ＳＷ４を全てオフにしてコイルＬ２への通電を停止させるようにする。これらは過昇圧解消制御に相当し、双方を同時に行っても良いし、何れか一方だけを行っても良い。

【0022】

以上のように第２実施形態によれば、制御部４Ａは、演算器１２がモニタしたダイオードＤ４のカソード電位応じて過昇圧解消制御を行うので、回路を過電圧より一層確実に保護することができる。

【0023】

（第３実施形態）
図７に示すように、第３実施形態の電子制御装置１３は、制御部４Ａ，演算部１２に替わる制御部４Ｂ、演算部１４を備えている。演算部１４は、制御部４Ｂとは別個に各トランジスタＳＷ１～ＳＷ４のスイッチングを制御する。図８に示すように、ステップＳ４で（ＹＥＳ）と判断すると、演算部１４は、制御部４Ｂに対し、トランジスタＳＷ１～ＳＷ４の制御の停止要求を出力する。そして、演算部１４がトランジスタＳＷ１～ＳＷ４のスイッチングを制御して、第２実施形態と同様に過昇圧解消制御を行う（Ｓ６）。

【0024】

（その他の実施形態）
ハイサイド、ローサイドの各スイッチは、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴに限らない。
ツェナー電圧Ｖｚの設定は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、個別の設定に応じて適宜設定すれば良い。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0025】

図面中、１は電子制御装置、２は昇圧回路、３はバッテリ、４は制御部、Ｃ１は昇圧コンデンサ、Ｌ２はコイル、ＳＷ１～ＳＷ４はトランジスタ、Ｄ４、Ｄ５はダイオード、ＺＤ１はツェナーダイオードを示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】