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

内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置 Download PDF

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Abstract

【課題】モータを制御不能になることを防止し当該モータの振動を抑制できるようにした内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置を提供する。【解決手段】回転制御部は、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バッテリ検出部によりモータの駆動用の電圧を検出することで判定し(S11〜S18)、エンジン始動直後における集積回路26のリセット解除直後においてモータを進角制御せず通常制御する(S19)。これにより駆動トルクを高くでき、駆動トルクがディテントトルクを下回ることがなくなる。【選択図】図11

Description

本発明は、内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置に関する。
例えば、電動VCT(Variable Cam Timing)システムは、エンジンの適切なトルクや出力を得るために回転数やアクセル開度などの運転状態を把握し、カムの位相を連続的に制御することにより、エンジンに空気を供給する吸気バルブや排気ガスを排出する排気バルブの開閉タイミングを最適化する装置として開発されている。例えば、特許文献1記載の技術は、カムが進角状態でエンジンが停止した場合に、次回の始動時にカムの位相角を最遅角にすることで始動性を向上できるようにする技術である。
特開2005−264804号公報
発明者は、前述の特許文献1記載の技術を採用すると、始動時にはクランキングによりバッテリ電圧が下がりやすく、ある所定電圧以下になると、電動VCTシステムのカムシャフトの駆動用のモータが正回転と逆回転を繰り返す振動状態となることを突き止めている。モータが振動状態になると、モータの逆回転時に制御装置が回生状態と判断して回生制御に遷移してしまい、モータの停止状態から制御が不能になってしまう虞がある。
本発明は、モータを制御不能になることを防止し当該モータの振動を抑制できるようにした内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明によれば、判定部は、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、モータ駆動部は、エンジン始動直後には進角制御しないようにし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を下回ることがなくなり、モータが正転/逆転を繰り返す虞がなくなり、モータの振動を抑制できる。
第1実施形態についてエンジンシステムの構成を概略的に示すブロック図 指令や情報の流れと連関動作を概略的に説明する説明図 EDUの構成を概略的に示すブロック図 モータを回転制御モードで回転制御する場合の通電方向を示す説明図 回転制御モードにおける制御内容の詳細を示す説明図 モータを回生制御モードで制御する場合の通電方向を示す説明図 回生制御モードにおける制御内容の詳細を示す説明図 通常制御の内容を概略的に示す説明図 進角制御の内容を概略的に示す説明図 トルクのモータ回転数依存性を示す特性図 動作を概略的に示すフローチャート 第2実施形態についてエンジンシステムの構成を概略的に示すブロック図 振動状態における磁気センサの出力信号を概略的に示す図 動作を概略的に示すフローチャート リセット継続判定処理を概略的に示すフローチャート 第3実施形態におけるリセット継続判定処理を概略的に示すフローチャート 第4実施形態におけるリセット継続判定処理を概略的に示すフローチャート 第5実施形態におけるリセット継続判定処理を概略的に示すフローチャート 第6実施形態におけるEDUの構成を概略的に示すブロック図 正転時における各相の誘起電圧を概略的に示す図 逆転時における各相の誘起電圧を概略的に示す図 振動状態における各相の誘起電圧を概略的に示す図
以下、内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施形態において、同一又は類似の動作を行う構成については、同一又は類似の符号を付している。なお、下記の各実施形態で説明した対応する構成は十の位と一の位に同一符号を付している。これらの対応する構成は互いに同様の機能を備えるため、その個別又は各要素間で連携して実行される機能説明を必要に応じて省略する。
(第1実施形態)
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。
内燃機関としてのエンジン本体1内には、エンジンブロック2、吸気経路3、吸気経路3に配置される吸気バルブ4、排気経路5、排気経路5に配置される排気バルブ6、点火用のスパークプラグ7、クランクシャフト8、ピストン9等が設置される。クランクシャフト8の外側にはクランク角センサ10が設置されており、クランク角センサ10はクランクシャフト位置検出用に設けられる。
クランクシャフト8の動力は図示しないタイミングチェーンを通じてスプロケットに伝達され、吸気カムシャフト11及び排気カムシャフト12に伝達される。吸気カムシャフト11には、クランクシャフト8に対する吸気カムシャフト11の進角量(VCT位相、相対回転位相)を調整するバルブタイミング制御用モータ駆動装置13が備え付けられている。
図2は指令や情報の流れと連関動作の内容を概略的に示す説明図である。図2に示すように、バルブタイミング制御用モータ駆動装置13は、EDU14、バッテリ電力を用いて動作するモータ15、及び、モータ15の回転動力とクランクシャフト8の回転動力を用いてカムシャフト11にカム回転動力を伝達してカムシャフト11の位相(以降、カム位相と称す)を変化させる変換部24、を備え、エンジンECU(Engine Control Unit)17の制御に応じて変換部24により生成された動力をカムシャフト11に伝達することでカム位相を変化させる。
吸気カムシャフト11の外周側には、所定のカム角において角度パルス信号を排気カム角信号として出力する吸気カム角センサ18が取付けられている。排気カムシャフト12の外周側には、所定のカム角において角度パルス信号を排気カム角信号として出力する排気カム角センサ19が取り付けられている。吸気カム角センサ18は、カムシャフト位置検出用に設けられており、エンジンECU17に接続されている。
図1には電気的構成ブロックをも示すように、EDU14は、例えば集積回路26などのマイクロコンピュータ、各種IC、RAM、ROM、EEPROMなどの記憶部(図示せず)の回路を組み合わせて構成され、判定部としての回転制御部20、バッテリ検出部(検出部相当)21、モータ駆動部22、及び、モータ回転速度検出部(モータ回転周期取得部、モータ実回転方向取得部相当)23としての機能を備える。バッテリ検出部21は、バッテリ電圧VBを検出しA/D変換してデジタル値として回転制御部20に出力する。モータ回転速度検出部23は、モータの実回転周期(実回転速度)を検出し、実回転周期の実測値TM及び実回転方向CW,CCWを回転制御部20に出力する。吸気カム角センサ18は吸気カム角信号を検出し、吸気カムシャフト位置検出信号としてエンジンECU17に出力する。クランク角センサ10は、所定のクランク角において検出されるクランクパルス信号をクランクシャフト位置検出信号としてエンジンECU17に出力する。
また、エンジンECU17には、エンジンの運転状態を検出するための各種センサ(吸気圧センサ、冷却水温センサ、スロットルセンサ等:いずれも図示せず)が接続されている。エンジンECU17は、これらの各種センサで検出されたエンジン運転状態に応じて、吸気バルブ4及び排気バルブ6を駆動する燃料噴射制御やスパークプラグ7の点火制御を行う。このような電動VCTシステムSを用いてカム位相を連続的に制御することで、エンジンブロック2のシリンダに空気を供給する吸気バルブ4や、排気ガスを排出する排気バルブ6の開閉タイミングを最適化する。
エンジンECU17は、例えば吸気カム角センサ18により検出可能となる吸気カムシャフト11の位相、及び、クランク角センサ10により検出可能となるクランクシャフト8の位相の位相差に基づいて、モータ15の目標回転速度を算出し、EDU14に出力する。これにより、エンジンECU17は、バルブタイミング制御を行い吸気バルブ4の実バルブ開閉タイミングを目標バルブ開閉タイミングに一致させるように制御する。EDU14の回転制御部20は、バッテリ検出部21の検出電圧、及び、モータ回転速度検出部23によるモータ15の実回転周期及び実回転方向に基づいて、PWM信号のデューティ比相当となるデューティ値を制御値としてモータ駆動部22に出力する。モータ駆動部22は、バッテリ電圧VBを入力して動作し、回転制御部20から与えられる制御値に基づいてモータ15を回転駆動する。
エンジンECU17は、吸気カム角信号(カムシャフト位置検出)及びクランク角信号(クランクシャフト位置検出)を入力し、目標回転数相当となる指示回転周期TRと、回転トルク方向相当となる指示回転方向CW、CCWを算出し、EDU14の回転制御部20に出力する。EDU14は、エンジンECU17から入力される指示回転周期TRと指示回転方向CW、CCWに加えて、モータ回転速度検出部23により検出されたモータ15の実回転周期TM、すなわち実回転数、及び実回転方向CW,CCWをフィードバックし、実回転数を目標回転数に一致させるようにモータ15を回転制御する。
EDU14は、図3に示す複数のスイッチング素子SW1〜SW6に与えるPWM信号のデューティ値を調整することでモータ15の回転数を制御する。変換部24は、モータ15の実回転動力とクランク回転動力を用いてカム回転動力に変換し、吸気カムシャフト11に伝達する。このとき下記の条件でカム位相を変化させる。
カム進角作動:カムシャフト11の回転速度 < モータ15の回転速度
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。
モータ駆動部22は、記憶部(図示せず)を参照することで回転制御モード又は回生制御モードである旨のフラグを参照し、このフラグに基づいて回転制御モード、回生制御モードに応じた通電パターンを選択し、スイッチング素子SW1〜SW6によるスイッチング部22aに当該通電パターンを与えることでモータ15を駆動する。
モータ15は、3相のブラシレスモータを用いて構成され、これにより高信頼性、長寿命化が図られている。集積回路26がモータ15を回転させるときには、モータ駆動部22の上アーム側のスイッチング素子SW1、SW3、SW5のうちの一つをオンし、下アーム側のスイッチング素子SW2、SW4、SW6のうちの一つをオンし、その他のスイッチング素子をオフする。このとき、集積回路26は、貫通電流が大きく流れるオンオフ通電パターンを採用することなく、スイッチング素子SW1〜SW6をオンオフ制御する。
<回転制御モード>
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。
図5はモータ15の回転制御モードにおける制御内容を詳細に示している。この図5に示すように、エンジンECU17による指令回転方向(指示トルク方向)がCCW(左回り方向)であるときには、回転制御部20は、モータ15のロータの電流通電方向を左回りに遷移させるように制御する。具体的には以下のように動作させる。
(上U相、下V相)のスイッチング素子SW1、SW4をオン
→(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
→… 。
逆に、エンジンECU17による指令回転方向(指示トルク方向)が右回り方向CWであるときには、回転制御部20は、ロータの電流通電方向を右回りに遷移させるように制御する。具体的には以下のように動作させる。
(上U相、下V相)のスイッチング素子SW1、SW4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
→… 。
<回生制御モード(発電制御モード)>
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。
回生制御モードにおいて、電流は上アーム側のスイッチング素子SW1のボディダイオードD1を通じて流れる。この回生制御中には、モータ15は回生状態となり、モータ15を減速でき、バッテリ電圧VBの端子側へ電力回収できる。図6はモータ15を回生制御モードで制御する場合の通電方向を示している。この図6に示す例では、V相−U相に電流を流す場合の通電方向を示している。図7にはモータ15を回生制御モードで制御する内容を詳細に示している。この図7に示すように、エンジンECU17による指示回転方向が左回り方向CCWであるときには、回転制御部20は、ロータの電流通電方向を左回りに遷移させるように制御する。逆に、エンジンECU17による指示回転方向が右回り方向CWであるときには、回転制御部20は、ロータの電流通電方向を右回りに遷移させるように制御する。この回生制御は、エンジンECU17からの指示回転方向と実回転方向が一致しない場合に実施される制御方法である。
以下では「通常制御」と「進角制御」の差異について説明する。
<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。
<進角制御方法の説明>
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。
図10はモータ15の回転数に応じて変化する通常制御時と進角制御時のトルク特性の一例を示している。図10には、モータ15が回転停止しているときのディテンティトルクをDTとして示している。通常制御におけるトルク特性NCと進角制御のトルク特性ACとを比較すると、低回転であれば通常制御の方が高トルクであり、高回転であれば進角制御の方が高トルクとなることがわかる。
そこで、図11に動作を概略的なフローチャートで示すように、回転制御部20がモータ15を制御することが望ましい。図11に示すように、エンジンが始動されると、EDU14内の回転制御部20は、エンジン始動後のEDU14の起動時に集積回路26をリセット、すなわち初期化する(S10)。そして、回転制御部20は、バッテリ検出部21によりバッテリ電圧VBが集積回路26のリセット電圧閾値を上回っているか否かを判定する(S11)。エンジン始動直後にはクランキングを生じ車両内の各種制御ユニットは大電力を消費するためバッテリ電圧VBが低下しやすい。このため、リセット電圧閾値は、このようなときに集積回路26をリセット解除しても集積回路26が正常に動作可能となる電圧値に予め定められている。
回転制御部20は、バッテリ検出部21によりバッテリ電圧VBがリセット電圧の閾値を上回っていることを確認した後(S11:YES)、回転制御部20は集積回路26をリセット解除する(S12)。そして、回転制御部20はリセット解除判定フラグを「1」とする。このリセット解除判定フラグは、集積回路26がリセット解除されたか否かを判定するためのフラグであり、モータ15を始動したタイミングであるか否かを判定するためのフラグであり、図示しない記憶部に記憶されるフラグである。回転制御部20は、リセット解除判定フラグを「1」とした後、エンジンECU17から回転制御指示が与えられるまで待機する(S14)。なお回転制御部20は、エンジンECU17からモータ15の回転制御指示が与えられなければ(S15:なし)、モータ15の回転制御を停止、又は、モータ15の回生制御を停止する(S16)。
そして、回転制御部20は、エンジンECU17から回転制御指示が与えられると、エンジンECU17から与えられるパルスを計測し(S17)、このパルスの周期、デューティ値に応じてモータ15の回転指示周期(回転速度)及び回転指示方向の指示を決定する。その後、回転制御部20は、リセット解除判定フラグが「1」であるか「0」であるかを判定する(S18)。このとき、集積回路26がリセットされた後、初めての処理となるため、リセット解除判定フラグは「1」に設定されている(S18:「1」)。このため、回転制御部20は、集積回路26のリセット解除直後であると判定することでモータ15を始動したタイミングであると判定し、モータ15の回転を通常制御する(S19)。このときEDU14の集積回路26は、バッテリ電圧VBを監視しており、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を下回っているか否かを判定し(S21)、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値以上となっていれば、ステップS11に戻って処理を継続する。このようにして、集積回路26のリセット直後においてはモータ15を通常制御する。
回転制御部20は、集積回路26のリセット直後においてモータ15の回転を通常制御するが、その後、エンジンECU17からモータ15の回転制御指示が継続すれば(S15:YES)、ステップS20においてリセット解除判定フラグが「0」に設定される。このとき、ステップS24の処理に移行する。
回転制御部20は、モータ15の状態を観察する(S24)。回転制御部20は、モータ15の状態を観察したときに、A条件を満たすことを条件として、モータ15の進角制御を開始する(S25)。ここでA条件とは、(モータ15が回転を継続、且つ、指示回転方向が実回転方向と一致)か、又は、モータ15が停止している、ことを示す条件である。このようにして、集積回路26のリセット直後にエンジンECU17の指示回転方向が実回転方向と同一方向に指示されているときには、2回目以降の処理でモータ15を進角制御できる。
回転制御部20は、モータ15の状態を観察したときに、B条件を満たすことを条件として、回生制御を開始する(S26)。ここでB条件とは、モータ15が回転を継続しており、且つ、指示回転方向が実回転方向と異なることを示している。
回転制御部20が、このステップS26の処理を行うときには、ステップS19においてモータの回転を通常制御しており、集積回路26のリセット解除処理(S18で「1」)の後に相当時間が経過している。このため、ステップS26においてモータ15を回生制御開始したとしても、モータ15の回転数は上昇しており、駆動トルクがディテントトルクを上回ることになる。この結果、正常に動作させることができる。
<バッテリ電圧低下時の処理について>
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)。
このとき、回転制御部20は集積回路26をリセット処理し(S22)、モータ15の回転制御を停止する(S23)。そして、回転制御部20は、ステップS11に処理を戻してバッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を上回るか判定し(S11)、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を上回っていなければ(S11:NO)、さらにステップS10に処理を戻して集積回路26をリセットする(S10)。
そして、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を上回るまで待機し続ける(S11:NO)。このようにして集積回路26は再度リセット処理されることになる(S10)。すなわち、回転制御部20は、集積回路26のリセット後の処理において、モータ15の回転を通常制御又は回転制御したときにおいても、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値未満となるときには、リセット処理が繰り返されることになる。そして、バッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を超えるまで、モータ15の回転制御を実行しない。これにより動作信頼性を向上できる。
<発明者の開発経緯の説明>
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。
このモータ15の振動状態は、エンジンのクランキング等の状態でバッテリ電圧VBが低下している状態で集積回路26のリセットを解除するときに主に発生することを見出している。発明者は、この事象に対処するため、特に集積回路26のリセット直後の処理としてステップS19の処理を挿入し通常制御するようにし、起動時には回転制御部20に回生状態と判断させず、モータ15を回生制御させないようにすることで、駆動トルクがディテントトルクDTを下回らないようにすることができた。
<まとめ>
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。
また、バッテリ検出部21により検出されるモータ15の駆動用の電圧がリセット電圧閾値を上回っていることを条件として、モータ駆動部22はモータ15を始動するタイミングのときには通常制御し、モータ15を通常駆動するタイミングのときには進角制御する。このため、モータ15の駆動用の電圧が不足しているときにはモータ15を駆動制御しなくなり、制御の信頼性を高めることができる。
モータ駆動部22は、モータ15を通常駆動するときに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し、モータ15を進角駆動するときにモータ15の誘起電圧に対し印加電圧を進角して駆動する。これにより、エンジンが低回転でも高回転でも状況に応じた制御を可能にできる。
(第2実施形態)
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12は、図1に代わる電動VCTシステムS2の構成図を示す。この電動VCTシステムS2は、バルブタイミング制御用モータ駆動装置113を備える。バルブタイミング制御用モータ駆動装置113は、EDU114、バッテリ電力を用いて動作するモータ15及びモータ15の回転動力とクランクシャフト8の回転動力を用いてカムシャフト11にカム回転動力を伝達してカム位相を変化させる変換部24、を備え、エンジンECU17の制御に応じて変換部24により生成された動力をカムシャフト11に伝達することでカム位相を変化させる。
EDU114は、例えば集積回路26などのマイクロコンピュータ、各種IC、RAM、ROM、EEPROMなどの記憶部(図示せず)の回路を組み合わせて構成され、回転制御部20に代わる回転制御部120、バッテリ検出部121、モータ駆動部22、モータ回転速度検出部23、及び、起動回数記憶部27としての機能を備える。EDU114の回転制御部120は、エンジンECU17に入力される走行距離情報を入力するように構成される。回転制御部120は、回転制御部20と同様に判定部として機能し、また、取得部、設定部として機能する。
また、回転制御部120は、劣化判定部120a、駆動停止開始制御部120b、振動検知部120cとしての機能を備える。これらの劣化判定部120a、駆動停止開始制御部120b及び振動検知部120cは、第2実施形態から第6実施形態の各形態で用いられる要素を機能ブロックとして示すものであり、各実施形態の機能として必要に応じて設けられれば良い。
バッテリ検出部121は電源電圧判定部として用いられるブロックであり、バッテリ電圧VBが予め定められるリセット電圧閾値よりも高い電圧であるか否か、また、バッテリ電圧VBが予め定められるトルク電圧閾値よりも高い電圧であるか否か、を判定し、バッテリ電圧VBの情報と共に、この判定結果を回転制御部120に出力可能になっている。ここでトルク電圧閾値はリセット電圧閾値よりも予め高く設定されていると良い。
劣化判定部120aは、車両の走行距離情報又はモータ駆動部22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ブロックを示す。駆動停止開始制御部120bは、バッテリ検出部21によるバッテリ電圧VBの検出結果に応じて、モータ駆動部22によるモータ15の駆動を停止したり、モータ15の駆動を開始したりする。
また振動検知部120cは、モータ15の磁気センサ25の出力信号に応じて振動の有無を検知するブロックを示す。磁気センサ25は、例えばホールICにより振動検知部として構成されるが、このとき磁気センサ25の出力信号は例えば図13に示すように現れる。正転時には、U相、V相、W相の磁気センサ25の検出信号が順に移り替わるように変化を生じる。この図13に一例を示すように、正転時(例えば右回り方向CW)ではパターンX1→…→X6を繰り返す。ここで、パターンX1はU相「L」、V相「H」、W相「L」、パターンX2はU相「L」、V相「H」、W相「H」、パターンX3はU相「L」、V相「H」、W相「H」、パターンX4はU相「H」、V相「L」、W相「H」、パターンX5はU相「H」、V相「L」、W相「L」、パターンX6はU相「H」、V相「H」、W相「L」を示す。このため、振動検知部120cはこの磁気センサ25の検出信号を入力するとモータ15が正転していることを検知できる。また、図示しないが、モータ15の逆転時(例えば左回り方向CCW)にはこの変化が逆転する。図13のパターンX1〜X6を用いて例示すれば、パターンX6→…→X1を繰り返すように出力信号の変化を生じる。このため、振動検知部120cはモータ15が逆転していることを検知できる。
さらに振動検知部120cは、例えばパターンX5、X6、X5、X6などの正転/逆転の一部パターンPを検出することで、正転から逆転に至ったことを検知し、その後、X1のパターンに至ることを検知することで、この逆転状態からさらに正転に至ることを検知する。これにより、モータ15が正転、逆転、正転を繰り返す振動状態を検知でき、瞬間的なモータ15の回転方向の変化を磁気センサ25により検出したときに、回転方向が振動状態であると検知できる。
図12に示す起動回数記憶部27は、EDU114がモータ駆動部22によりモータ15を起動した回数を記憶するブロックであり、回転制御部120がモータ15を起動する度にカウントし起動回数を起動回数記憶部27に記憶させる。回転制御部120は、この起動回数記憶部27に記憶される起動回数を参照し、この起動回数に基づいてモータ駆動部22によりモータ15を駆動するように構成される。
前記の構成の動作について図14から図15をも参照しながら説明する。図14及び図15は図11に代えて動作を概略的に示すフローチャートである。図14及び図15の処理内容が図11と異なるところを中心に説明する。図14に示すように、回転制御部120は、バッテリ検出部121によりバッテリ電圧VBが集積回路26のリセット電圧閾値を上回っているか否かを判定し、この条件を満たすと判定した後、ステップS12においてリセット解除する前に、ステップS11aにおいてリセット継続判定処理を行う。図15にリセット継続判定処理を概略的に示すように、振動フラグが「0」であるか「1」であるかを判定する。この振動フラグは、振動検知部120cにより振動の有無が判定されたときに振動有と判定されると「1」となり、振動無と判定されると「0」となるフラグであり記憶部に記憶される。回転制御部120は、振動検知部120cにより回転方向の振動が無と判定されているときには、このリセット継続判定処理を終了し、第1実施形態で説明したステップS12〜S25の処理を行う。
図14に示す一連の処理を行うときに、回転制御部120は、ステップS24でB条件を満たすときに、ステップS27において振動検知部120cにより回転方向の振動の有無を判定する。振動検知部120cによる振動検知方法は、前述のとおりであるため説明を省略する。ここで回転制御部120は、振動検知部120cにより振動無と判定されると、振動フラグを「0」としたままステップS26においてモータ15の回生制御を開始する。このときの動作は第1実施形態と同様であるため説明を省略する。逆に、回転制御部120は、振動検知部120cにより振動有と判定されたことを条件として、ステップS28において振動フラグを「1」とし、ステップS11に処理を戻す。
ステップS11に戻ると、回転制御部120は、バッテリ検出部21によりバッテリ電圧VBがリセット電圧閾値を上回っている条件を満たしていると判定したときに、ステップS11aにおいてリセット継続判定処理に移行する。
回転制御部120は、リセット継続判定処理において振動フラグが「1」に設定されているため、ステップT1において「1」と判定し、ステップT2からT4の処理を行う。回転制御部120は、ステップT2において、バッテリ検出部21により検出されたバッテリ電圧VBが予め定められたトルク閾値電圧を超えるか否かを判定する。リセット電圧閾値は、前述したように集積回路26をリセット解除しても集積回路26が正常に動作可能となる電圧値となるように予め定められているが、トルク閾値電圧は、モータ15の必要トルクが十分となるようにバッテリ電圧VBの閾値として予め定められる。
したがって、回転制御部120は、ステップT2においてバッテリ電圧VBがトルク閾値電圧以下であると判定されたときには、ステップT3においてリセット処理を継続する。このため、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bはモータ駆動部22によるモータ15の駆動停止を継続させる。そして回転制御部120は、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えて上昇するまで待機し、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を上回ったことが検出された後、ステップT4において振動フラグを「0」とする。
すなわち回転制御部120は、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えるまで上昇したことを確認した後、ステップS12においてリセットを解除する。すると、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bはモータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始させる。これにより、モータ15が回転方向を振動しているときには、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えるまで待機することによりリセット解除されることがなくなる。バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えれば、モータ15の必要トルクが十分となるため、駆動停止開始制御部120bがモータ駆動部22によりモータ15の駆動を開始させたとしても、モータ15の回転方向が右回り方向CW又は左回り方向CCWに回転方向が一定となる。これにより、第1実施形態の構成と比較しても動作信頼性をさらに向上できる。
本実施形態の動作の要部を説明する。振動検知部120cにより振動が検知されると、バッテリ検出部21によりバッテリ電圧VBが予め定められたトルク閾値電圧を超えたか否かを判定し、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bは、バッテリ電圧VBがトルク閾値電圧を超えたと判定されるまでモータ駆動部22によるモータ15の駆動を停止し、バッテリ電圧VBが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モータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始する。リセット解除後には、バッテリ電圧VBが十分に高くなっているため、モータ15が一方向に回転しやすくなり、回転方向の振動を抑制でき、第1実施形態に比較して動作信頼性をさらに向上できる。
(第3実施形態)
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。
すなわち所定時間経過していなければ、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bは所定時間経過したと判定されるまでモータ駆動部22によるモータ15の駆動を停止し、所定時間経過すると、モータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始する。したがって、所定時間以上経過し、バッテリ電圧VBが振動を生じない程度に上昇していることが保証できれば、図16に示すように、ステップT2aにおいて所定時間経過したと判定されたことを条件として、ステップT4において振動フラグを「0」とするように設定し、その後、駆動停止開始制御部120bがモータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始するようにしても良い。
本実施形態の動作の要部を説明する。振動検知部120cにより振動が検知されたことを条件として所定時間だけモータ15の駆動を停止し、所定時間経過してからモータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始する。この結果、第1実施形態に比較して動作信頼性をさらに向上できる。第3実施形態においても、第2実施形態と同様の作用効果を奏すると共に、トルク閾値電圧を設定しなくても、バッテリ電圧VBが低下を想定してリセット状態を継続できる。
(第4実施形態)
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。
図12に示すように、エンジンECU17には走行距離情報が与えられている。エンジンECU17は図示しない車内ネットワークを通じて走行距離情報を取得するが、この走行距離情報はEDU114の回転制御部120に与えられる。
EDU114の回転制御部120は、図17に示すステップT1において振動フラグが「1」であることを条件として、劣化判定部120aによりステップT5〜T6に示すように車両の劣化状態を判定し、車両が劣化状態にあると判定されたことを条件としてステップT2からT4の処理を行うようにすることが望ましい。
回転制御部120は、ステップT5において走行距離情報をエンジンECU17から取得して読出し、ステップT6において、この走行距離情報が予め定められた距離閾値を上回るか否かを判定する。ここで走行距離情報が距離閾値以下となるときには、車両は劣化状態に至っていないと判定し、ステップT4において振動フラグを「0」に設定してからリセット継続判定処理を抜ける。これにより、ステップT2〜T3の条件を満たさなくても振動フラグを「0」にでき、駆動停止開始制御部120bがモータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始できる。
逆に、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は、ステップT2におい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T2〜T3の処理を行うことがなくなり、車両が劣化状態であると見做されてからステップT2〜T3の処理を行うようになる。
本実施形態の動作の要部を説明する。振動検知部120cにより振動が検知されたことを条件として、回転制御部120は、劣化判定部120aによりステップT5、T6の処理を実行し、車両が劣化状態であると見做されたときにステップT2〜T3に示す電源電圧判定処理を行うようにしており、車両が劣化状態でないと判定したときにはステップT4において振動フラグを「0」としてリセット解除し、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bはモータ駆動部22によるモータ15の駆動を開始する。
このため、車両の構成要素の劣化状態が進んでいない場合には不要な処理を削減でき素早く処理できる。逆に車両が劣化状態であると見做されたときには、バッテリ電圧VBがトルク電圧閾値より大きくなることを条件としてモータ15の駆動を開始しているため、経年劣化に伴いディテントトルクが大きくなったとしてもモータ15はスムーズに一方向に回転しやすくなり、回転方向の振動状態の発生を抑制できる。
(第4実施形態の変形例)
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。
回転制御部120の劣化判定部120a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ことを条件として車両が劣化状態にあると判定する形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、このステップT6の条件に代えて、起動回数記憶部27に記憶されるモータ駆動部22の起動回数情報を参照して車両が劣化状態にあるか否かを判定しても良い。
また、ステップT6の条件を省いた場合、回転制御部120は、起動回数が多くなるにしたがってトルク電圧閾値を大きく設定するようにしても良い。この場合も、より適切な制御が可能となる。
(第5実施形態)
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。
本実施形態の動作の要部を説明する。振動検知部120cにより振動が検知されたことを条件として、回転制御部120は、劣化判定部120aによりステップT5、T6の処理を実行し、車両が劣化状態であると見做されたときにステップT2a〜T3の所定時間経過判定処理を行う。逆に、劣化判定部120aにより車両が劣化状態でないと判定されたときには、ステップT4において振動フラグを「0」としてリセット解除し、回転制御部120の駆動停止開始制御部120bは、モータ駆動部22によりモータ15の駆動を開始する。このため、不要な処理を削減でき素早く処理できる。
(第5実施形態の変形例)
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。
回転制御部120の劣化判定部120a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ことを条件として車両が劣化状態にあると判定する形態を示したが、これに限定されるものではなく、例えば、このステップT6の条件に代えて、起動回数記憶部27に記憶されるモータ駆動部22の起動回数情報を参照して車両が劣化状態にあるか否かを判定しても良い。
また、ステップT6の条件を省いた場合、回転制御部120は、起動回数が多くなるにしたがって所定時間を長く設定するようにしても良い。この場合も、より適切な制御が可能となる。
(第6実施形態)
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。
EDU114は集積回路26を備えているが、図19に示すように、この集積回路26にはU相、V相、W相の各相の誘起電圧が入力されている。このような場合、EDU114の回転制御部120の振動検知部120cが振動を検知するときにはモータ15の各相の誘起電圧を用いても良い。正転時におけるモータ15のU相、V相、W相の各相の誘起電圧は図20に示すように検出できる。この図20に一例を示すように、正転時(例えば右回り方向CW)には、パターンA1→…→A6→A1→…に順に示すように、U相、V相、W相の誘起電圧が順に移り変わるように変化する。このため、振動検知部120cがこの誘起電圧を検出することで、モータ15が正転方向に回転していることを検知できる。
モータ15の逆転時(例えば左回り方向CCW)にはこの変化が逆転する。逆転時におけるモータ15のU相、V相、W相の各相の誘起電圧は図21に示すように検出できる。この図21に一例を示すように、逆転時には、パターンB6→…→B1→B6→…に順に示すように、U相、V相、W相の誘起電圧が順に変化して現れる。このため、これらの各相の誘起電圧を検出することでモータ15が逆転方向に回転していることを検知できる。
振動検知部120cが、これらの正転時の誘起電圧のパターンと逆転時の誘起電圧のパターンと、実際の各相の誘起電圧のパターンとに基づいて、モータ15が正転状態であるか、モータ15が逆転状態であるか、または、正転状態及び逆転状態を繰り返して振動しているか、を判定し、これによりモータ15が振動しているか否かを検知できる。図22に振動時における各相の誘起電圧のパターンの変化を示している。
図22に示すように、正転時には、パターンA1、A2、A3、A4のように誘起電圧が変化するが、モータ15が逆転すると、パターンB4、B3、B2のように誘起電圧波形に変化が現れる。ここで、振動検知部120cは、パターンA1からA3、B4からB2へ変化したことを検出することで、正転から逆転に至ったことを検知する。
その後、振動検知部120cは、各相の誘起電圧がパターンA3からA6の順に変化したことを検出することで、逆転状態からさらに正転に至ることを検知する。これにより、モータ15が正転、逆転、正転を繰り返す振動状態を検知する。このように、振動検知部120cが各相の誘起電圧を用いて振動しているか否かを検知しても良い。本実施形態によっても、前述実施形態と同様の作用効果が得られる。
本発明は前述実施形態に限定されるものではなく、例えば、前述の各実施形態の構成を組み合わせて適用することも可能である。
図面中、4は吸気バルブ(バルブ)、11は吸気カムシャフト(カムシャフト)、15はモータ、20は回転制御部(判定部)、120は回転制御部(取得部、設定部)、120aは劣化判定部、120bは駆動停止開始制御部、120cは振動検知部、21はバッテリ検出部(検出部)、121はバッテリ検出部(電源電圧判定部)、22はモータ駆動部、25は磁気センサ(振動検知部)、を示す。

Claims (10)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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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