JP2017078341A - 弁制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】制御部11は、回転角指令部55、デューティ比算出部56および判定部60を有する。まず、回転角指令部55は、内燃機関の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。次に、デューティ比算出部56は、検出部22から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ20への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともに、デューティ比を所定の上限値以下に規制する。また、判定部60は、デューティ比が、所定の期間、上限値を持続したか否かを判定する。
これにより過電流検出部やトルク検出部を用いることなくデューティ比を監視することで、弁ユニット10における異物の噛み込み検出することができる。
【選択図】図5
Description
すなわち、弁ユニットは、冷却水回路に組み入れられて内燃機関への冷却水の循環流量を増減し、制御部は、弁ユニットの動作を制御する。さらに、弁ユニットは、制御部により電圧印加される電動モータと、電動モータの出力により回転駆動されて内燃機関への冷却水の循環流量を増減する弁体とを有する。
また、冷却水回路では、内燃機関以外の他機器(例えば、車両用空調装置のヒータコアや、内燃機関の潤滑油のオイルクーラ)にも冷却水が循環しており、これら他機器への冷却水の循環は、弁制御装置とは別の弁装置により、開始または停止されている。
すなわち、特許文献1によれば、弁体のハウジングに、内燃機関およびそれぞれの他機器ごとにポートを設け、弁体の回転角に応じて、内燃機関への冷却水の循環流量の増減操作、ならびに、それぞれの他機器への冷却水の循環開始および停止を行う。
すなわち、特許文献2では、過電流検出部により過電流を検出したときに、異物の噛み込みが発生していると判定する。また、特許文献3では、トルク検出部により過大なトルクを検出したときに、異物の噛み込みが発生していると判定する。
しかし、これらの構成によれば、過電流検出部やトルク検出部を追加的に装備する必要があり、弁制御装置の体格が大きくなってしまう。
弁制御装置は、以下の弁ユニットおよび制御部を備える。まず、弁ユニットは、冷却水回路に組み入れられて内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする。次に、制御部は弁ユニットの動作を制御する。
実施例の弁制御装置1を組み込んだ車両用内燃機関の冷却制御装置の全体構成を図1に基づいて説明する。
ここで、冷却水回路5には、例えば、他機器としてヒータコア6、および、オイルクーラ7が組み込まれ、冷却水を循環させる動力源としてポンプ8が組み込まれている。
なお、ラジエータ3は、冷却水を冷却するための熱交換器であり、ヒータコア6は、冷却水を熱源として車室内暖房を行うための熱交換器であり、オイルクーラ7は、冷却水を媒体として内燃機関2の潤滑油と熱交換を行う熱交換器である。
ここで、冷却水は、ポンプ8から圧送され内燃機関2を通過した後、弁制御装置1へ流入し、弁制御装置1からヒータコア6、オイルクーラ7、ラジエータ3の内の1つまたは複数を経由してポンプ8に戻るように冷却水回路5内を循環している。
弁ユニット10は、冷却水回路5に組み入れられて内燃機関2およびラジエータ3への冷却水の循環流量を増減するとともにヒータコア6、オイルクーラ7への冷却水の循環を開始したり停止したりする。
制御部11は、弁ユニット10の動作を制御する。
ここで、流路12は、内燃機関2から冷却水を弁ユニット10に導く。流路13は弁ユニット10から冷却水をヒータコア6に、流路14は弁ユニット10から冷却水をオイルクーラ7に、流路15は弁ユニット10から冷却水をラジエータ3に導く。
弁ユニット10について図2を用いて説明する。
なお、図2の説明においては、図示上側および下側を、「上」および「下」と呼ぶことがある。
電動モータ20は、制御部11より電圧印加を制御されて出力を増減する。
ここで、電動モータ20は、例えば、直流モータであり、電機子コイルへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比DRが制御されている。そして、電動モータ20を駆動する駆動回路であるHブリッジ回路23のスイッチングを操作することで正逆転可能となっている(図5参照。)。
なお、電動モータ20は、ロータリバルブ21を直接駆動しても、減速装置によりトルクを増大させてロータリバルブ21を駆動してもよい。
弁体24は、上端が閉塞された円筒体であり、円筒部24aと閉塞部24bと回転駆動される軸部27とを有し、軸部27は閉塞部24bと接続され一体となっている。そして、下端に開口部24cを有している。
また、円筒部24aには、径方向に貫通する弁孔33〜35が上下2段に分かれて存在する。
ここで、弁孔34、35は、下側に周方向に離間して設けられており、弁孔33は上側に設けられている。なお、弁孔33は周方向に延びるスリット状の貫通孔となっている。
ここで、ここで通路42〜45は、それぞれ流路12〜15に連通しており、2つの通路44、45がハウジング25の下側に、通路43が上側に設けられている。
また、通路42と弁体24の内部空間とは開口部24cを介して連通しているため、弁体24内に冷却水が導入されている。
また、検出部22は弁体24の回転角を検出する。なお、検出部22は、例えば、非接触式のポジションセンサである。
ここで、制御部11は、車両に搭載されて内燃機関2の運転状態や制御状態を示すパラメータを検出する各種センサから信号が入力される。また、制御部11は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき、内燃機関2の制御に関する制御処理や演算処理を行うCPU、内燃機関2の制御に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、CPUの処理結果に基づき、内燃機関2の制御に必要な信号を出力する出力回路等を備えて構成される。
本実施例においては、制御部11は、電動モータ20を駆動する駆動回路であるHブリッジ回路23を備えている(図5参照。)。
回転角指令部55は、内燃機関2の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。すなわち、センサ51〜53等の信号の入力に応じて、回転角の指令値を算出している(図5参照。)。
デューティ比算出部56は、検出部22から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ20への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比DRを算出するとともに、デューティ比DRを所定の上限値UL以下に規制する。
より具体的には、デューティ比算出部56は、回転角の検出値と回転角の指令値との差を少なくするように回転角の検出値をフィードバックするPID制御等によりデューティ比DRを算出するとともに、所定の上限値ULと比較してデューティ比DRを決定している(図5参照。)。なお、PID制御から微分動作をのぞいたPI制御としてもよい。
ここで、決定されたデューティ比DRの値は、所定の上限値UL以下の値となっている。
弁ユニット10の基本動作について図3および図4を用いて説明する。
開口33a〜35aと開口43a〜45aとのいずれもがオーバーラップを生じていない状態(図3(a)参照。)から弁体24を時計周りに回転させることで、開口34aと開口44aにオーバーラップが生じる(図3(b)参照。)。これにより、通路42と通路44とが連通し、流路14を介して、オイルクーラ7に冷却水の供給が開始される。
ここで、内燃機関2およびラジエータ3への冷却水の循環流量は、例えば、開口35aと開口45aとのオーバーラップ量を増減させることで増減させることができる。
さらに、弁体24を時計周りに回転させることで、開口33aと開口43a、および、開口34aと開口45aとのオーバーラップが維持された状態で、開口35aと開口44aとのオーバーラップが生じる(図4(c)参照。)。これにより、ヒータコア6、ラジエータ3およびオイルクーラ7に冷却水が供給される。
以上により、弁ユニット10は、内燃機関2およびラジエータ3への冷却水の循環流量を増減するとともにヒータコア6、オイルクーラ7への冷却水の循環を開始したり停止したりすることができる。
なお、弁体24は時計周りに回転させているが、電動モータ20を逆転させることで反時計周りに回転させることも可能である。
次に、実施例の特徴的な構成について図5を用いて説明する。
弁制御装置1において、制御部11は、先述の回転角指令部55、デューティ比算出部56に加え、判定部60、一時逆転部61、再判定部62、および、アラーム指示部64を備える。
判定部60は、デューティ比算出部56により決定されたデューティ比DRが、所定の期間、上限値ULを持続したか否かを判定する。
また、一時逆転部61は、判定部60によって、決定されたデューティ比DRが、所定の期間、上限値ULを持続したと判定したときに、電動モータ20を一時的に逆回転させる。
このとき、デューティ比算出部56によってデューティ比を算出することはなく、一時逆転部61は予め設定された逆回転デューティ比でHブリッジ回路23をオンオフ制御して電動モータ20を逆回転させる。
そして、電動モータ20を一時的に逆転させた後、デューティ比算出部56によるデューティ比DRの決定に戻る。
このとき、再判定部62は、再度、デューティ比算出部56により決定されたデューティ比DRが上限値ULを所定期間持続したか否かを判定する。
実施例の弁体24の異物噛み込み発生時の制御方法を図6のフロー図を用いて説明する。
先ず、ステップS100において、PID制御等に基づきデューティ比DRを算出するとともに、算出されたデューティ比DRが上限値UL以上であるか否かを判定する。
算出されたデューティ比DRが上限値UL以上であると判定した場合(YES)、ステップS110に移行する。また、デューティ比DRが上限値ULを超えていないと判定した場合(NO)、処理を終了する。
なお、ステップS100、ステップS110がデューティ比算出部56の機能に相当する。
上限値ULである期間TSが200msを超えて持続していると判定した場合(YES)、ステップS130に移行する。
上限値ULである期間TSが200msを超えて持続していないと判定した場合(NO)、処理を終了する。
なお、ステップS120が判定部60の機能に相当する。
なお、ステップS130が一時逆転部61の機能に相当する。
算出されたデューティ比DRが上限値UL以上であると判定した場合(YES)、ステップS150に移行する。また、デューティ比DRが上限値ULを超えていないと判定した場合(NO)、処理を終了する。
そして、ステップS150において、デューティ比DRを上限値ULとして、ステップS160に移行する。
なお、ステップS140、ステップS150がデューティ比算出部56の機能に相当する。
上限値ULである期間TSが100msを超えて持続していると判定した場合(YES)、ステップS170に移行する。
上限値ULである期間TSが100msを超えて持続していないと判定した場合(NO)、処理を終了する。
なお、ステップS160が再判定部62の機能に相当する。
そして、ステップS170において、報知部65を動作させる信号を出力し処理を終了する。なお、ステップS170がアラーム指示部64の機能に相当する。
実施例の弁制御装置1によれば、制御部11は、回転角指令部55、デューティ比算出部56および判定部60を有する。まず、回転角指令部55は、内燃機関2の運転状態に応じて回転角の指令値を算出する。次に、デューティ比算出部56は、検出部22から得られる回転角の検出値と回転角の指令値との差に基づき、電動モータ20への電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比DRを算出するとともに、デューティ比DRを所定の上限値UL以下に規制する。また、判定部60は、デューティ比DRが、所定の期間、上限値ULを持続したか否かを判定する。
これにより、一持的に弁体24を逆方向に回転させることで、弁体24に噛み込んだ異物を容易に開放することができる。
このため、一時逆転部61によって弁体24を逆回転させ異物除去が達成できたときは報知部65を動作させる信号を出力せず、報知部65の作動頻度を抑制することができ、乗員が報知部65の作動に煩わされる頻度を低減することができる。
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形例を考えることができる。
実施例においては、電動モータ20によって、被駆動部としてのロータリバルブ21を駆動していたが、被駆動部の態様はこのようなものに限定されない。
例えば、ロータリバルブ21の弁体24と別の通路を開閉するバタフライ弁とをギヤ等によりリンクさせた構成、つまり、回転体としての弁体24とバタフライ弁とを有する構成物を被駆動部とみなして電動モータ20により駆動させてもよい。
6 ヒータコア(他機器) 7 オイルクーラ(他機器) 10 弁ユニット
11 制御部 20 電動モータ 21 ロータリバルブ(被駆動部) 22 検出部
24 弁体(回転体) 55 回転角指令部 56 デューティ比算出部 60 判定部
Claims (3)
- 内燃機関(2)の冷却水がこの内燃機関およびラジエータ(3)以外の他機器(6、7)にも循環する冷却水回路(5)に用いる弁制御装置(1)において、
前記冷却水回路に組み入れられて前記内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、前記他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする弁ユニット(10)と、
この弁ユニットの動作を制御する制御部(11)とを備え、
前記弁ユニットは、
前記制御部により電圧印加を制御されて出力を増減する電動モータ(20)と、
この電動モータの出力により回転駆動される回転体(24)を具備し、この回転体の回転により、前記内燃機関への冷却水の循環流量を増減するとともに、前記他機器への冷却水の循環を開始したり停止したりする被駆動部(21)と、
前記回転体の回転角を検出する検出部(22)とを有し、
前記制御部は、
前記内燃機関の運転状態に応じて前記回転角の指令値を算出する回転角指令部(55)と、
前記検出部から得られる前記回転角の検出値と前記回転角の指令値との差に基づき、前記電動モータへの電圧印加のオンオフの期間比率を示すデューティ比を算出するとともに、デューティ比を所定の上限値以下に規制するデューティ比算出部(56)と、
前記デューティ比が、所定の期間、前記上限値を持続したか否かを判定する判定部(60)とを有することを特徴とする弁制御装置。 - 請求項1に記載の弁制御装置において、
前記制御部は、前記判定部によって、前記デューティ比が、所定の期間、前記上限値を持続したと判定したときに、前記電動モータを一時的に逆回転させる一時逆転部(61)を有することを特徴とする弁制御装置。 - 請求項2に記載の弁制御装置において、
前記内燃機関が搭載される車両には、前記内燃機関の異常を乗員に報知する報知部(65)が装備され、
前記制御部は、
前記一時逆転部によって前記電動モータを一時的に逆回転させた後も、前記デューティ比が前記上限値を持続したか否かを判定する再判定部(62)と、
前記再判定部により、前記デューティ比が前記上限値を持続したと判定したときに、前記報知部を動作させる信号を出力するアラーム指示部(64)とを有することを特徴とする弁制御装置。
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