JP2017002886A - 内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1から図11は第1実施形態の説明図を概略的に示している。図1は電動VCT(Variable Cam Timing)システムSの構成を示している。VCTシステムの駆動源を電気モータにより作動する制御システムを電動VCTシステムSと称している。電動VCTシステムSは、バルブの開閉タイミングを最適化するシステムであり、このシステムにより、排気エミッションの低減、ポンピングロス低減による燃費向上、吸排気効率向上によるエンジン出力の向上を図ることができる。
カム遅角作動:カムシャフト11の回転速度 > モータ15の回転速度
位相保持 :カムシャフト11の回転速度 = モータ15の回転速度
図3はEDU14の物理的構成例の一部を概略的に示している。図3に示すように、EDU14は、モータ15に通電オンオフするスイッチング素子SW1〜SW6によるスイッチング部22a、モータ15のロータの位置を検出するための磁気センサ25、スイッチング素子SW1〜SW6を駆動する集積回路(IC)26、を接続して構成される。集積回路26は演算部として用いられる。モータ駆動部22は、バッテリ電圧VBが与えられるノードにスイッチング素子SW1〜SW6を3相接続したスイッチング部22aを備えて構成され、これらのスイッチング素子SW1〜SW6はそれぞれNチャネル型のMOSトランジスタM1〜M6を備える。MOSトランジスタM1〜M6には、ドレインソース間に逆方向接続されたボディダイオードD1〜D6が付加されている。スイッチング部22aは、バッテリ電圧VBの端子及びグランド間にスイッチング素子SW1〜SW6を3相(UVW)接続して構成される。
図4はモータ15を回転制御モードで回転制御する場合の通電方向を示している。この図4に示す例では、U相−V相に電流を流す場合の通電方向を示しており、スイッチング素子SW1、SW4をオンし、その他のスイッチング素子SW2、SW3、SW5、SW6をオフすることでU相からV相に電流を流している。EDU14が、回転制御モードによりモータ15を回転駆動制御するときには、モータ15が停止、又は、エンジンECU17からの指示回転トルク方向と実回転トルク方向とが一致する条件を満たしたときにモータ15の回転駆動制御を行う。
→(上U相、下W相)のスイッチング素子SW1、SW6をオン
→(上V相、下W相)のスイッチング素子SW3、SW6をオン
→(上V相、下U相)のスイッチング素子SW3、SW2をオン
→… 。
→(上W相、下V相)のスイッチング素子SW5、SW4をオン
→(上W相、下U相)のスイッチング素子SW5、SW2をオン
→(上V相、下U相)のスイッチング素子SW3、SW2をオン
→… 。
他方、モータ15が回転しているときに、上アーム側のスイッチング素子SW1、SW3、SW5の全てをオフした状態で下アーム側のスイッチング素子SW2、SW4、SW6のうち何れか一つをオンする。するとグランド側からバッテリ電圧VBの端子側に向けて電流を流すことができる。このようにするとバッテリ電圧VBを発電できる。このように下アーム側のスイッチング素子SW2、SW4、SW6の何れか一つをオンすると、下アーム側のスイッチング素子SW2、SW4、SW6のボディダイオードD2、D4、D6に通電するよりも発熱損失を抑制できる。
<通常制御の説明>
図8(a)、図8(b)は回転制御部20によるモータ15の回転制御モードの通常制御方法の説明を概略的に示している。図8(a)に示すように、3個の磁気センサ25はロータコイルに通電される電流位相が変化するとそれぞれハイ「H」/ロウ「L」に変化し、これらの磁気センサ25によるデータに基づいてロータの位置を知ることができる。モータ15の駆動トルクは、誘起電圧と巻線電流の位相差が一致しているときに最大となる。通常制御は、磁気センサ25の信号が変化するタイミングで通電パターンを切り替える制御方法である。このとき印加電圧と誘起電圧とを一致させるように通電パターンを制御できる。この通常制御方法を採用すると、図8(b)に示すように、モータ15のロータコイルは巻線のインダクタンス成分が大きいため、印加電圧に比較して巻線電流の位相が遅れることになる。
図9は進角制御方法の説明を概略的に示している。通常制御を採用すると、モータ15のロータコイルは巻線のインダクタンス成分が大きいため、印加電圧に比較して巻線電流の位相が遅れる。この通常制御を採用すると特に高回転下においてはモータ15を高効率で回転させることが難しいが、図9に示すように、モータ15を進角制御することで磁気センサ25の信号が変化するタイミングより早く通電パターンを切替えることができる。このように制御することで、巻線電流の位相遅れを補うことができ、モータ15を高効率で回転させることができる。最適な進角量θはモータ回転数に応じて変化するが、モータ15の回転数が上がれば巻線電流の位相遅れが増加するため、進角量も増加させることが望ましい。
また、回転制御部20は、集積回路26のリセット直後の1回目の処理においても2回目以降の処理においても、ステップS21においてバッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を下回ると判定する場合がある(S21:YES)。
発明者は、前述とは異なる制御方式を検討し、集積回路26を含むEDU14、回転制御部20相当の制御部を開発したときに、集積回路26のリセット直後から進角制御を行うように制御する方式を検討した。この方式では、モータ15が回転状態であり且つ指示回転方向と実回転方向が一致しない場合、回生制御が開始されるようになっている。仮に、モータ15の駆動トルクがディテントトルクDTよりも大きければ、回生制御による回生動作を行うことができる。しかし、モータ15の駆動トルクがディテントトルクを下回ると、モータ15が惰性で動いた後に停止してしまうことを見出した。モータ15が停止してしまうと、磁気センサ25の信号エッジが検出されなくなり、通電パターンの切り替えが不可能となり、図7に示す回生制御の通電パターンの何れかの通電パターンで固着してしまうことが判明した。回生制御は、モータ15が十分回転数が高いことを前提とした制御であるため、正回転と逆回転を繰り返している振動状態では制御不能状態となることが判明した。
本実施形態では、回転制御部20は、エンジン始動時のクランキング時においてエンジン始動直後であるか否かを判定し、エンジン始動直後には集積回路26のリセット解除直後において進角制御しないようにしている。エンジン始動直後においては、回転制御部20が通常制御することにより駆動トルクを高くしている。これにより、駆動トルクがディテントトルクDTを下回ることがなくなり、モータ15が正転/逆転を繰り返す虞がなくなる。
図12から図15は第2実施形態に係る追加説明図を示している。第2実施形態は、トルクが十分となるように、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えるまでリセットし続けるところに特徴を備える。
図16は第3実施形態に係る追加説明図を示す。図16は図15に代わるリセット継続判定処理の内容を概略的に示している。図16に示すように、ステップT1において振動フラグが「1」であると判定したときに、回転制御部120がステップT2aにおいて例えばタイマを用いて所定時間経過したか否かを判定し、ステップT3においてリセット継続するか否かを判定するようにしても良い。
図17は第4実施形態に係る追加説明図を示す。図17は図15に代わるリセット継続判定処理の内容を概略的に示している。モータ15は経年劣化するとディテントトルクが初期状態から大きくなる傾向にある。このため、ディテントトルクが大きくなったときにはモータ15が回転起動しにくくなり、この場合には、モータ駆動部22からモータ15により高い電圧を印加することが望ましい。このとき車両の劣化状態を判定するための劣化判定部120aを設けると良い。
ステップT6の条件を省き、回転制御部120の劣化判定部120aは、走行距離が長くなるに応じてバッテリ電圧VBのトルク電圧閾値を大きく設定するようにしても良い。この場合、経年劣化に伴いディテントトルクが徐々に大きくなったとしても、これに応じてトルク電圧閾値が大きく設定されることになるため、モータ15の駆動開始時におけるバッテリ電圧VBの条件をより高くでき、より適切な制御が可能となる。
図18は第5実施形態に係る追加説明図を示す。図18は、図15から図17に代わるリセット継続判定処理の内容を概略的に示している。この図18に示すように、回転制御部120は、ステップT6において、走行距離情報が距離閾値を上回ると判定したときに、ステップT2aの条件を加入してリセット継続するか否かを判定する。これにより、車両の走行距離が距離閾値を上回るまでステップT2a〜T3の処理を行うことがなくなり、車両の構成要素が劣化状態であると見做されてからステップT2a〜T3の処理を行うようになる。
ステップT6の条件を省き、回転制御部120の劣化判定部120aは、走行距離が長くなるに応じて所定時間を長く設定するようにしても良い。この場合、経年劣化に伴いディテントトルクが徐々に大きくなったとしても、これに応じて所定時間が長く設定されることになる。このため、モータ15の駆動開始時におけるバッテリ電圧VBの条件をより厳しくすることができ、より適切な制御が可能となる。
図19から図22は第6実施形態の追加説明図を示している。例えば第2実施形態では、振動検知部120cが磁気センサ25の信号を用いて振動を検知する形態を示したが、この第6実施形態では、振動検知部120cがモータ15の各相の誘起電圧を用いて振動を検知する形態を示す。
Claims (10)
- 電動VCT(Variable Cam Timing)システム(S)におけるカムシャフト(11)の位相を制御することでバルブ(4)の開閉を制御するためのモータ(15)を駆動するモータ駆動部(22)と、
前記モータを始動するタイミングであるか通常駆動するタイミングであるか判定する判定部(20、120)と、を備え、
前記モータ駆動部は、前記判定部により前記モータを通常駆動するタイミングと判定されると進角駆動し、前記モータを始動するタイミングであると判定されると前記進角駆動することなく通常駆動する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項1記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
前記モータの駆動用の電源電圧を検出する検出部(21、121)を備え、
前記検出部により検出される前記モータの駆動用の電源電圧が閾値を上回っていることを条件として、前記モータ駆動部が前記モータを駆動する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項1または2記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
前記モータ駆動部は、前記モータを通常駆動するときに前記モータの印加電圧を誘起電圧に位相を一致させるように駆動する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項1から3の何れか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
前記モータ駆動部は、前記モータを進角駆動するときに前記モータの誘起電圧に対し印加電圧を進角して駆動する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項1から4の何れか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
前記モータ駆動部(22)には前記モータの駆動用の電源電圧が与えられており、
前記モータの回転方向の振動を検知する振動検知部(25、120c)により振動が検知された後に前記電源電圧がトルク閾値電圧を超えたか否かを判定する電源電圧判定部(121)と、
前記電源電圧判定部により前記電源電圧がトルク閾値電圧を超えたと判定されるまで前記モータ駆動部による駆動を停止し、前記電源電圧判定部により前記電源電圧が前記トルク閾値電圧を超えたと判定されたことを条件として前記モータ駆動部による駆動を開始する駆動停止開始制御部(120b)と、をさらに備える内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項5記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
車両の走行距離情報又は前記モータ駆動部の起動回数情報を取得する取得部(120)と、
前記車両の走行距離情報又は前記モータ駆動部の起動回数情報に応じて車両の構成要素の劣化状態を判定する劣化判定部(120a)、をさらに備え、
前記電源電圧判定部は、前記劣化判定部により劣化状態と判定されたことを条件として前記電源電圧の判定処理を行い、
前記駆動停止開始制御部は、前記電源電圧判定部の判定結果に応じて前記モータ駆動部による駆動を停止、開始する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項5記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
車両の走行距離の情報、又は、前記モータ駆動部の起動回数の情報を取得する取得部(120)と、
前記車両の走行距離が長くなる、又は、前記モータ駆動部の起動回数が多くなる、に応じて前記トルク電圧閾値を大きく設定する設定部(120)と、
をさらに備える内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項1から4の何れか一項に記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
前記駆動停止開始制御部(120b)は、前記モータの振動を検知する振動検知部(25、120c)により振動が検知されたことを条件として予め定められた所定時間だけ前記モータの駆動を停止し、前記所定時間経過してから前記モータ駆動部による駆動を開始する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項8記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
車両の走行距離情報又は前記モータ駆動部の起動回数情報に応じて車両の構成要素の劣化状態を判定する劣化判定部(120a)と、をさらに備え、
前記駆動停止開始制御部(120b)は、前記振動検知部により振動が検知され、前記劣化判定部により劣化状態と判定された、ことを条件として、前記モータ駆動部による駆動を予め定められた所定時間だけ停止し、前記所定時間経過してから前記モータ駆動部による駆動を開始する内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。 - 請求項8記載の内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置において、
車両の走行距離の情報、又は、前記モータ駆動部の起動回数の情報を取得する取得部(120)と、
前記車両の走行距離が長くなる、又は、前記モータ駆動部の起動回数が多くなる、に応じて前記所定時間を長く設定する設定部(120)と、
をさらに備える内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置。
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