(57)【要約】【課題】昇圧回路において、直流電圧源の電圧が変動しても昇圧復帰時間を一定に保つことを可能とする。【解決手段】本発明では昇圧電圧を生成する直流電圧源２００の電圧を観測し、観測された直流電圧源２００の電圧を基に昇圧動作時の昇圧コイル２０１に流れる昇圧電流を変動させる制御を行う。直流電圧源２００の電圧変動による昇圧復帰時間変動分を昇圧電流変動による昇圧復帰時間変動で相殺することにより、安定した昇圧復帰時間を達成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源に接続され、当該直流電圧源の電圧を昇圧する昇圧コイルと
前記昇圧コイルへ昇圧電流を通電させるスイッチング素子と、
前記昇圧コイルで生成されたエネルギーを蓄積する昇圧コンデンサと、
前記昇圧コイルの昇圧電流を検出する電流検出部と、
前記昇圧コイルの昇圧電流が上限閾値に到達後、下限閾値に到達するまでスイッチング素子をオフにして昇圧電流を遮断し、前記昇圧コイルに蓄積されたエネルギーを前記昇圧コンデンサに充電させる昇圧制御を繰り返して行い昇圧電圧を生成する昇圧回路制御部と、
前記昇圧電圧を検出する昇圧電圧検出部と、を備えた昇圧回路において、
前記昇圧回路制御部は、
昇圧電圧を生成する前記直流電圧源の電圧が変動した際に、前記直流電圧源の電圧の変動に応じて昇圧電流の平均昇圧電流値を変更させることを特徴とする昇圧回路。
【請求項２】
前記昇圧回路制御部は、
前記昇圧電流の上限閾値と下限閾値を変更することにより平均昇圧電流値を変更することを特徴とする請求項１記載の昇圧回路。
【請求項３】
前記昇圧回路制御部は、
前記昇圧電流の上限閾値と下限閾値のどちらか一方を変更することにより平均昇圧電流値を変更することを特徴とする請求項１記載の昇圧回路。
【請求項４】
前記昇圧回路制御部は、
前記平均昇圧電流値の変更を、前記電圧検出部で観測された電圧値が規定の電圧値から一定以上変動したことを検知した時、または定期的に行うこと特徴とする請求項1〜３のうち何れかに１項に記載の昇圧回路。
【請求項５】
前記昇圧回路制御部は、
前記電圧検出部で検出した直流電圧源の電圧に基づいて、その都度、平均昇圧電流値を算出することを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の昇圧回路の制御装置。
【請求項６】
前記昇圧回路制御部は、
予め制御部に記憶された前記直流電圧源の電圧と昇圧電流のテーブルから、前記直流電圧源の電圧に基づいて、昇圧電流を導出することを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の昇圧回路。
【請求項７】
前記昇圧回路は内燃機関の制御装置に備えられたものであって、
昇圧回路で生成された昇圧電流はエンジン気筒内に燃料を噴射するインジェクタの開弁に用いられることを特徴とする請求項１〜６のうち何れか１項に記載の昇圧回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、昇圧回路に係り、特に昇圧復帰時間を一定に保つ昇圧回路の制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費や排ガス低減を目的とし、気筒内に直接燃料を噴射するインジェクタを備えた気筒内直接噴射エンジンシステムが近年注目されている。
【０００３】
図１に示すように、気筒内直接噴射エンジンシステムは、気筒内直接噴射型インジェクタ１０６を有し、インジェクタ１０６は高圧に加圧された燃料を気筒内噴射するため、インジェクタ１０６の開弁の際には大電流を流す必要がある。そのため、気筒内直接噴射エンジンコントロールユニットでは昇圧回路で昇圧電圧を生成している。そして、エンジン駆動時には昇圧電圧を使用してインジェクタ１０６に大電流を流し、インジェクタ１０６を開弁して高圧の燃料を気筒内に噴射している。
【０００４】
また、ＰＭ抑制、燃費改善といった市場要求に対応するため、１気筒で複数回連続噴射を行う多段噴射機能の追加が求められている。多段噴射機能の採用により、シリンダ内の燃料付着防止や燃料によるシリンダの冷却が可能となり、オイル希釈防止、ＰＭ抑制、燃費改善をすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４５１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気筒内直接噴射エンジンシステムではインジェクタ通電によって昇圧電圧が低下するため、次のインジェクタ通電までに低下した昇圧電圧を昇圧動作によって規定の電圧値まで復帰させる必要がある。昇圧電圧を復帰させるまでに要する時間を昇圧復帰時間と呼び、昇圧復帰時間はバッテリ電源電圧（直流電圧源の電圧）に依存する。バッテリ電源電圧が増大すると昇圧復帰時間は短くなり、バッテリ電源電圧が低下すると昇圧復帰時間は長くなる。
【０００７】
高回転での駆動時や多段噴射採用時にはインジェクタ１０６の通電間隔が短くなるため、バッテリ電源電圧が低下し昇圧電圧復帰までの時間が長くなると、次のインジェクタ通電時に規定の電圧まで昇圧電圧が復帰できないことが起こりうる。規定の昇圧電圧より低い電圧でインジェクタ通電を行うと、インジェクタ開弁に要する時間が増加するため燃料噴射量にバラツキが発生する。そのため高回転での駆動時や多段噴射採用時には昇圧復帰時間の安定化が重要となる。
【０００８】
以上示したようなことから、昇圧回路において、直流電圧源の電圧が低下しても、昇圧復帰時間を一定に保つことが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
昇圧復帰時間は、昇圧動作時において昇圧コイルに流れる昇圧電流の平均値（以下、平均昇圧電流値と称する）に依存する。平均昇圧電流値が上昇すれば昇圧復帰時間は短縮し、平均昇圧電流値が低下すれば昇圧復帰時間は延びる。
【００１０】
本発明では直流電圧源の電圧を観測し、直流電圧源の電圧が変動した際には、それに併せ平均昇圧電流値を変動させることにより昇圧復帰時間の安定化を図る。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、昇圧回路において、直流電圧源の電圧が変動しても昇圧復帰時間を一定に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】気筒内直接噴射エンジンシステムの一例を示す概略図である。
【図２】実施形態１における内燃機関制御装置を示すブロック図である。
【図３】実施形態１における気筒内直接噴射エンジンシステムの内燃機関制御装置を示す回路図である。
【図４】インジェクタ電流と昇圧動作を示すタイムチャートである。
【図５】昇圧動作時の昇圧電流を示すタイムチャートである。
【図６】実施形態１における直流電圧源の電圧と昇圧電流を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は実施形態１における気筒内直接噴射エンジンシステムの一例を示す概略図である。図１の概略図は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
吸入空気はエアフローセンサ１を通り、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ２を介して吸気管３を通り燃焼室４に導入される。
【００１５】
燃料タンク５の燃料は、高圧ポンプ６で高い圧力に加圧され、インジェクタ１０６から燃焼室４に噴射される。燃焼室４に噴射された燃料は、吸入空気との混合気を生成し、イグニッション７で着火され、燃焼室４内で燃焼する。
【００１６】
燃焼室４にて燃焼後の排気ガスは排気管８へ排出され、排気管８の途中には、ＥＧＲバルブ９が形成されている。排気管８を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲバルブ９よりＥＧＲ管１０を通って吸気管３内に還流する。ＥＧＲガス流量はＥＧＲバルブ９によって調節される。
【００１７】
排気管８に排出された排気ガスは、三元触媒１１にて有害な排気成分を浄化された後に大気に放出される。
【００１８】
図２に、気筒内直接噴射型の内燃機関制御装置を示す。図２に示すように内燃機関制御装置では、各センサからの入力信号１００を制御部１０１に取り込み、制御部１０１で昇圧回路制御部１０２、インジェクタ回路制御部１０３を制御する。昇圧回路制御部１０２は昇圧回路１０４を動作させ、インジェクタ回路制御部１０３はインジェクタ駆動回路１０５を動作させ、インジェクタ駆動回路１０５はインジェクタ１０６を駆動させている。
【００１９】
制御部１０１は例えばマイコン等で実装される。また、状況に応じ、昇圧回路１０４、インジェクタ駆動回路１０５での動作情報を昇圧回路制御部１０２、インジェクタ回路制御部１０３、制御部１０１へフィードバックし、その情報を基に動作を行う機能を追加してもよい。
【００２０】
図３に昇圧回路１０４とインジェクタ駆動回路１０５の詳細を示す。
【００２１】
昇圧回路１０４は車載の直流電圧源（例えば、バッテリ電源電圧：以下、バッテリ電源電圧と称する）からインジェクタ開弁に必要な高電圧を生成する。昇圧回路１０４は、昇圧コイル２０１、スイッチング素子（例えば、ＦＥＴ）２０２、電流検出用抵抗２０３、昇圧コンデンサ２０４、逆流防止ダイオード２０８、昇圧回路制御部１０２を有する。
【００２２】
また、インジェクタ１０６を駆動させるインジェクタ駆動回路１０５は、インジェクタ駆動回路制御部１０３を備え、インジェクタ駆動回路制御部１０３では、昇圧制御部２０５から出力された昇圧回路の状態やインジェクタ１０６のコイルの状態を監視し、インジェクタ駆動回路１０５を制御している。
【００２３】
昇圧動作の制御は昇圧回路制御部１０２が行う。昇圧回路制御部１０２はスイッチング素子２０２の駆動を制御する昇圧制御部２０５と、昇圧コンデンサ２０４に蓄積された充電電圧を検出する電圧検出部２０６と、スイッチング素子２０２を流れる電流を検出する電流検出部２０７を有し、例えばこれらの機能はカスタムＩＣにまとめて実装されている。
【００２４】
図４は、インジェクタ電流波形の一例と昇圧動作を示すグラフである。（ａ）は制御部１０１からインジェクタ駆動回路制御部１０３に送られるインジェクタ駆動信号であり、インジェクタ駆動信号がＨｉ出力の期間３００の間、インジェクタ１０６に通電する。インジェクタ駆動信号がＬｏ出力になると、インジェクタ１０６への通電を終了する。
【００２５】
（ｂ）はインジェクタ１０６に流れる電流波形の一例である。期間３０１はインジェクタを開弁させる期間であり、昇圧電圧を使用してインジェクタ１０６に通電する。期間３０２はインジェクタ１０６の開弁状態を保持する期間であり、保持時間３０２は磁気回路特性、燃料圧力、供給燃料量に応じたインジェクタ電流通電期間によって決定される。
【００２６】
（ｃ）は昇圧電圧を表している。昇圧回路１０４での昇圧動作によって昇圧コンデンサ２０４に３０３の電圧が蓄えられている状態でインジェクタ１０６を開弁すると、昇圧電圧を使用してインジェクタ１０６に通電するため、開弁後、昇圧電圧は一時的に低下する。昇圧電圧が一定値３０４以上低下すると、昇圧回路制御部１０２の電圧検出部２０６で電圧降下を検出して昇圧動作を開始する。昇圧動作は３０３の電圧値に回復するまで継続する。
【００２７】
（ｄ）は昇圧制御部２０５がスイッチング素子２０２のオンとオフの切り替えを制御する昇圧制御信号、（ｅ）は昇圧コイル２０１を流れる昇圧電流を示す。
【００２８】
図４（ｄ）（ｅ）に示すように、昇圧電圧が一定値３０４以上低下すると、制御部１０１からの入力により昇圧制御信号がオンして昇圧動作が開始し、昇圧電流が立ち上がる。昇圧電流が上限閾値３０５に到達すると、昇圧回路制御部１０２の電流検出部２０７で電流値を検出し、スイッチング素子２０２をオフさせる。このスイッチング素子２０２がオフの期間に昇圧コイル２０１に蓄えられたエネルギーは昇圧コンデンサ２０４にチャージされ昇圧電圧が若干上昇する。スイッチング素子２０２がオフの期間、昇圧電流は低下し、下限閾値３０６に到達すると再び昇圧スイッチング素子２０２をオンさせる。このスイッチング素子２０２の一連のスイッチング動作を繰り返すことによって図４（ｃ）に示すように、昇圧電圧を元の電圧３０３まで回復させる。昇圧電流の上限閾値３０５と下限閾値３０６の平均値を平均昇圧電流値３０７と呼び、インジェクタ通電により低下した昇圧電圧を元の電圧値３０３まで復帰させるために要する時間３０８を昇圧復帰時間と呼ぶ。
【００２９】
図５は、昇圧動作時の昇圧電流の拡大波形を示すグラフである。スイッチング素子２０２がオン期間４００の間、昇圧電流は上昇し、昇圧電流が上限閾値３０５に到達するとスイッチング素子２０２をオフさせ、昇圧電流が下限閾値３０６に到達するまでのオフ期間４０１の間、昇圧電流を低下させる。
【００３０】
昇圧コイル２０１のインダクタンスをＬ、バッテリ電源電圧２００をＶとすると、昇圧電流を上限閾値３０５まで上昇させるオン期間４００の昇圧電流の傾きはＶ／Ｌに比例する。そのため、オン期間４００はバッテリ電源電圧２００が大きければ短くなり昇圧復帰時間３０８も短くなる。一方、バッテリ電源電圧２００が小さければオン期間４００は長くなり昇圧復帰時間３０８も長くなる。
【００３１】
また、昇圧電圧を復帰させる際、昇圧動作によって昇圧コンデンサ２０４に蓄えられるエネルギー量は縦線部面積４０２に比例する。そのため平均昇圧電流値３０７が上昇すれば縦線部面積４０２は増大するため昇圧復帰時間３０８は短くなり、平均昇圧電流値３０７が低下すれば縦線部面積４０２は減少するため昇圧復帰時間３０８は長くなる。
【００３２】
従来、昇圧動作を行う際には、昇圧電流の上限閾値３０５、下限閾値３０６は一定であり平均昇圧電流値３０７も常に一定となる仕様としている。この方法は昇圧電流の上限閾値３０５、下限閾値３０６を当初設定から変更する必要が無いため、制御が容易であるという利点があった。しかしながら、バッテリ電源電圧２００が変動した際には、それに併せて昇圧復帰時間３０８が変動してしまうという問題点があった。
【００３３】
以下、本願発明の実施形態１〜４を具体的に説明する。
【００３４】
［実施形態１］
実施形態１における内燃機関制御装置の駆動時において、バッテリ電源電圧２００が基準の電圧値５００から電圧値５０１だけ変動した際のバッテリ電源電圧２００と昇圧電流の挙動を図６に示す。
【００３５】
予め、表１に示すように昇圧復帰時間が一定になるようなバッテリ電源電圧２００と昇圧電流の上限閾値３０５，下限閾値３０６の組み合わせのＴａｂｌｅを制御部１０１に設定する。
【００３６】
【表１】
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【００３７】
内燃機関制御装置の駆動時において、定期的に制御部１０１でバッテリ電源電圧２００を観測する。観測したバッテリ電源電圧２００を表1のＴａｂｌｅと照らし合わせ、規定の昇圧復帰時間３０８を達成するために必要な昇圧電流の上限閾値５０２と下限閾値５０３を導出する。
【００３８】
制御部１０１から導出された昇圧電流の上限閾値５０２と下限閾値５０３を昇圧回路制御部１０２へ送り、昇圧回路１０４を指定された昇圧電流の上限閾値５０２と下限閾値５０３で駆動させる。これにより平均昇圧電流値も図６に示すように電流値３０７から電流値５０４へと変動することとなる。このように平均昇圧電流値を変化させることで、電源電圧変動による昇圧復帰時間の変動分を打ち消し、昇圧復帰時間３０８を常時一定に保つことが可能となる。また、高回転や多段噴射でも安定的に燃料噴射を行うことができる。
【００３９】
［実施形態２］
次に、実施形態２における内燃機関制御装置を説明する。実施形態１では、バッテリ電源電圧２００を定期的に観測し、その都度、バッテリ電源電圧に応じて昇圧電流の上限閾値と下限閾値を導出していた。これに対し、本実施形態２では、バッテリ電源電圧２００の検出方法として定期的に電源電圧値を観測するのではなく、バッテリ電源電圧２００が規定の電圧値から一定以上変化し、さらにそれが一定時間以上続くようであれば制御部１０１で昇圧電流の上限閾値３０５と下限閾値３０６を変更する。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００４０】
これにより、実施形態１の作用効果に加え、演算負荷を低減することが可能となる。
【００４１】
［実施形態３］
次に、実施形態３における内燃機関制御装置について説明する。
【００４２】
実施形態１では、表１のＴａｂｌｅから昇圧電流の上限閾値と下限閾値を導出していたが、本実施形態３では、制御部１０１によって設定する昇圧電流の上限閾値と下限閾値とを、その都度、算出する。
【００４３】
具体的には、観測したバッテリ電源電圧２００と規定の電圧値の差分を取り、その電圧値の差分からスイッチング素子２０２がオン期間４００（昇圧電流上昇の際）における昇圧電流の傾きの変動分を算出する。ここで、昇圧電流の傾きはＶ／Ｌ（ただし、Ｖ：バッテリ電源電圧，Ｌ：インダクタンス）に比例する。そのため、電圧値の差分から傾きの変動分を求めることができる。
【００４４】
昇圧電流の傾きから昇圧電流が下限閾値から上限閾値まで到達するのに必要な時間が求められるため、昇圧電流の傾きの変動分から昇圧復帰時間の変動分を算出することができる。
【００４５】
次に、算出された昇圧復帰時間変動分を解消できるような、一回のスイッチング素子２０２のオンオフ切り替えで昇圧コンデンサ２０４に蓄えられるエネルギー量を求める。Ｉ＝ΔＱ／Δｔ（ただし、Ｉ：昇圧電流，ｄＱ：電荷，ｄｔ：時間差）であるため、昇圧電流から、一回のスイッチング素子２０２のオンオフ切り替えで昇圧コンデンサに蓄えられる電荷ΔQが求まり、その電荷からエネルギー量(∝Q2/C(ただし、C：昇圧コンデンサ204の容量))を求めることができる。その値より昇圧復帰時間変動分を解消できる平均昇圧電流値を算出し、設定すべき昇圧電流の上限閾値と下限閾値を求める。
【００４６】
この方式では制御部１０１で上記のような算出が必要となることから実施形態１に比べ、制御が困難となる。しかしながら、バッテリ電源電圧値の小さな変動にも対応できることから、実施形態３では昇圧復帰時間３０８をより安定させることが可能となる。
【００４７】
［実施形態４］
実施形態１〜３では平均昇圧電流を変動させる際に、昇圧電流の上限閾値３０５と昇圧電流の下限閾値３０６を併せて変動させて平均昇圧電流３０７を変動させているが、昇圧電流の上限閾値３０５または下限閾値３０６のどちらか一方を変動させて平均昇圧電流値３０７を変動させる方式としても良い。また、昇圧電流の上限閾値を大きく変動させて下限閾値の変動を小さくする方法やその逆でもよい。
【００４８】
例えば、昇圧電流の上限閾値のみを上げた場合、昇圧コイルでは交流成分により消費電力が大きくなるが、下限閾値のみを上げることにより、昇圧コイルの交流成分による消費電力は小さくなる。一方、下限閾値のみを上げた場合は、スイッチング素子２０２のスイッチング回数が増えてスイッチング損失が増えることとなる。
【００４９】
本実施形態４によれば、上限閾値と下限閾値の設定の自由度が向上し、上記のような各要素の影響を考慮した上限閾値および下限閾値に設定することが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１０１…制御部
１０２…昇圧回路制御部
１０６…インジェクタ
２００…直流電圧源（バッテリ電源電圧）
２０１…昇圧コイル
２０２…スイッチング素子（ＦＥＴ）
２０３…電流検出部
２０４…昇圧コンデンサ
２０６…昇圧電圧検出部
３０７，５０４…平均昇圧電流値
３０５，５０２…上限閾値
３０６，５０３…下限閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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