JP4428163B2 - バルブ位置制御装置 - Google Patents
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Description
従来より、アクセルペダルの踏み込み量に対応してブラシレスDCモータを駆動してスロットルバルブの開度を電子制御する電子制御式スロットル開度制御装置が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。これは、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサより出力されたアクセル開度信号に基づいてブラシレスDCモータのステータコアに巻装された三相のステータコイルにモータ駆動電流を流し、ブラシレスDCモータが駆動されることで、スロットルバルブが開閉制御され、エンジンの各気筒の燃焼室内に吸入される吸入空気量が最適値となるように制御される。そして、スロットル開度制御装置は、図20に示したように、スロットルバルブの位置制御を行う目的で、スロットルバルブの回転角度に相当するスロットル開度を検出するスロットル開度センサ(例えばホールIC等)101を備え、また、複数個の永久磁石によって界磁極を構成したマグネットロータと三相のステータコイル103との相対位置制御(ロータ位置制御)を行う目的で、マグネットロータの回転位置を検出するロータ位置検出手段(例えばホールIC等)104を備えている。
ところが、特許文献1、2に記載のスロットル開度制御装置においては、マグネットロータと三相のステータコイル103との相対位置制御(ロータ位置制御)用にロータ位置検出手段104およびロータ位置検出処理手段106を備え、それとは別にスロットルバルブの位置制御用にスロットル開度センサ101を持つため、部品点数が多く、高コストとなるという問題が生じている。
また、請求項1に記載の発明によれば、三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を設けている。そして、この異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することにより、磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数のカウントミスを解消することができる。また、低コスト化を実現することもできる。
そして、第2故障判別手段によって磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することにより、カウントミスによる車両等への悪影響を防止することができる。
図1ないし図9は本発明の実施例1及びこの実施例1に対する比較例1を示したもので、図1はモータ通電制御回路の制御ロジックを示した図で、図2は内燃機関用バルブ開度制御装置の概略構成を示した図で、図3(a)はブラシレスDCモータの概略構成を示した図である。
バルブ開度=カウント数(回)×(360〔deg〕/磁極数P/ギヤ比N)
[数2]
バルブ開度分解能=360〔deg〕/磁極数P/ギヤ比N
本実施例では、分解能5°以下にするため、P/N>360/5=72とする。
次に、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置の制御方法を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。ここで、バルブ開度演算器(バルブ位置演算手段)71で実行される、基準位置学習制御の処理手順を図5および図6のフローチャートを用いて説明する。この図5および図6の基準位置学習制御ルーチンは、セレクトレバーがパーキング(P)レンジまたはニュートラル(N)レンジの時にイグニッションスイッチがオン(IG・ON)される毎にいずれかが実行される。なお、本比較例のバルブ開度演算器71は、3個のホールIC65u、65v、65w等のセンサ出力異常時、あるいは歯車減速機構を含む動力伝達機構の異常故障時、あるいはバルブ開度演算器71の出力異常時には、セレクトレバーがパーキング(P)レンジまたはニュートラル(N)レンジで、且つ車両の走行速度が所定値(例えば0km/h)以下の時に再実行(再学習)されるように構成されている。
次に、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置の作用を図1ないし図7に基づいて簡単に説明する。
以上のように、本比較例の内燃機関用バルブ開度制御装置においては、ブラシレスDCモータ1のマグネットロータ8の回転位置(モータ回転角)およびマグネットロータ8の回転方向を検出するロータ位置検出器65からの信号状態(ssta)、つまり3個のホールIC65u、65v、65wより出力される電気信号に基づいて、2連式のスロットルバルブ2の回転角度に相当するスロットル開度を算出するようにしている。そして、この算出した実スロットル開度(演算により求められたバルブ開度)と制御目標値(目標バルブ開度、指令開度)との開度偏差がなくなるように、2連式のスロットルバルブ2のバルブ開度制御量を算出している。
図8および図9は本発明の実施例1を示したもので、図8(a)は通常時におけるホールICの出力状態を示した図で、図8(b)はノイズ印加等による一時的な出力異常時におけるホールICの出力状態を示した図である。
また、ステップS35の判定結果がNOの場合には、状態スキップダウン方向条件が成立しているか否かを判定する(ステップS37)。この判定結果がYESの場合には、バルブ開度カウンタ(Cv)をスキップダウンする(ステップS38)。その後に、図9のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。
また、ステップS37の判定結果がNOの場合には、バルブ開度カウンタ(Cv)の変更を行わない。つまり現在のバルブ開度カウンタ(Cv)を維持する(ステップS39)。その後に、図9のバルブ開度演算ルーチンを抜ける。
本実施例では、本発明のバルブ位置制御装置を、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量に対応してブラシレスDCモータ1を駆動して、内燃機関用スロットル制御装置に使用されるスロットルバルブ2の回転角度に相当するスロットル開度(バルブ開度)を制御する内燃機関用バルブ開度制御装置に適用したが、本発明のバルブ位置制御装置を、内燃機関用可変吸気システムに使用される多連式の可変吸気弁のバルブ開度を制御する内燃機関用バルブ開度制御装置に適用しても良い。この可変吸気弁は、エンジン回転速度に対応してインテークマニホールドの吸気通路の通路長または断面積を可変する内燃機関用空気制御弁である。なお、内燃機関用可変吸気システムは、例えばエンジン回転速度が低中速回転領域の時にはインテークマニホールドの吸気通路の通路長が伸長するように可変吸気弁のバルブ(弁体)によって吸気通路を切り替え、また、エンジン回転速度が高速回転領域の時にはインテークマニホールドの吸気通路の通路長が短縮するように可変吸気弁のバルブ(弁体)によって吸気通路を切り替えることで、エンジン回転速度にかかわらず、エンジン出力軸トルク(エンジントルク)を向上できる装置である。
2 スロットルバルブ(バタフライバルブ、バルブ)
3 バルブシャフト
4 スロットルボデー(バルブハウジング)
5 リターンスプリング(スプリング)
7 ブラシレスDCモータのインナステータ
8 ブラシレスDCモータのマグネットロータ(アウタロータ)
9 ECU(エンジン制御ユニット)
10 モータ通電制御回路
11 ブラシレスDCモータのモータシャフト(出力軸)
21 ピニオンギヤ(動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ)
22 中間減速ギヤ(動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ)
23 バルブギヤ(動力伝達機構、歯車減速機構の減速歯車、減速ギヤ)
31 ブラシレスDCモータのステータコア(電機子鉄心)
32 ブラシレスDCモータの三相のステータコイル(電機子巻線)
33 ブラシレスDCモータのロータコア
34 ブラシレスDCモータの永久磁石
37 円筒ハウジング(モータハウジング)
40 スロットルボデーのスロットルボア(吸気通路)
61 アクセル開度センサ
62 エアフローメータ(吸入空気量センサ)
63 クランク角度センサ
64 回路基板
65 ロータ位置検出器(ロータ位置検出手段)
71 モータ通電制御回路のバルブ開度演算器(バルブ位置演算手段)
72 モータ通電制御回路のモータ回転角制御器(制御量演算手段)
73 モータ通電制御回路のモータ通電ドライバ(モータ駆動回路)
4 スロットルボデー(バルブハウジング)
5 リターンスプリング(スプリング)
76 モータ通電制御回路の動力伝達機構の故障検出手段(異常故障検出手段)
65u ホールIC(非接触式の磁気検出素子)
65v ホールIC(非接触式の磁気検出素子)
65w ホールIC(非接触式の磁気検出素子)
Claims (22)
- (a)電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
(b)このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
(c)前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
(d)このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
(e)このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
(f)前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
を備えたバルブ位置制御装置において、
前記三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1に記載のバルブ位置制御装置において、
前記モータ通電制御量とは、前記バルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるように設定される、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルへのモータ駆動電流のデューティ比および通電方向または通電量および通電方向であることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載のバルブ位置制御装置において、
前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されていることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項3に記載のバルブ位置制御装置において、
前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、
前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項4に記載のバルブ位置制御装置において、
前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移がスキップした場合、前記カウンタのカウント数を前記スキップした分だけ増減することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項4または請求項5に記載のバルブ位置制御装置において、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第1故障判別手段と、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第2故障判別手段とを備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記第2故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - (a)電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
(b)このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
(c)前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
(d)このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
(e)このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
(f)前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
を備えたバルブ位置制御装置において、
前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移がスキップした場合、前記カウンタのカウント数を前記スキップした分だけ増減することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項7に記載のバルブ位置制御装置において、
前記モータ通電制御量とは、前記バルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるように設定される、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルへのモータ駆動電流のデューティ比および通電方向または通電量および通電方向であることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項7または請求項8に記載のバルブ位置制御装置において、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第1故障判別手段と、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第2故障判別手段とを備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記第2故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - (a)電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
(b)このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
(c)前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
(d)このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
(e)このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
(f)前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
を備えたバルブ位置制御装置において、
前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態が異常状態か正常状態かを判別する第1故障判別手段と、
前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態か正常状態かを判別する第2故障判別手段とを備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記第2故障判別手段によって前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移の順序が異常状態であると判別した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項7ないし請求項10のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記三相のステータコイルへのモータ駆動電流に生じる逆起電力に基づいて、予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出する異常故障検出手段を備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記異常故障検出手段によって予測される負荷トルクを大幅に超える入力異常を検出した際に、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を再実行または再学習することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項7ないし請求項11のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記ブラシレスモータの回転出力を前記バルブに伝達する動力伝達機構と、
前記カウンタのカウント数が所定のレンジを逸脱した際、あるいは前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御時に前記磁気検出素子より出力される電気信号が所定時間以上状態遷移を継続する際に、前記動力伝達機構の異常故障を検出する異常故障検出手段と
を備えたことを特徴とするバルブ位置制御装置。 - (a)電機子巻線を構成する三相のステータコイル、およびこれらのステータコイルに対して相対回転可能に配置されて、界磁極を構成する複数個の永久磁石を保持したマグネットロータを有するブラシレスモータと、
(b)このブラシレスモータによって駆動されるバルブと、
(c)前記三相のステータコイルに対する前記マグネットロータの相対回転位置に対応した信号を出力するロータ位置検出手段と、
(d)このロータ位置検出手段より出力された信号に基づいて、前記バルブの現在位置を算出するバルブ位置演算手段と、
(e)このバルブ位置演算手段によって算出した前記バルブの現在位置と制御目標値との偏差がなくなるようにバルブ位置制御量を算出すると共に、この算出したバルブ位置制御量に基づいてモータ通電制御量を算出する制御量演算手段と、
(f)前記ロータ位置検出手段より出力された信号、および前記制御量演算手段によって算出された前記モータ通電制御量に基づいて、前記三相のステータコイルのうちの二つの相のステータコイルを選択的に駆動するモータ駆動回路と
を備えたバルブ位置制御装置において、
前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する非接触式の磁気検出素子を有し、
前記磁気検出素子は、前記マグネットロータに対向するように複数個配置されており、 前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントするカウンタを有し、前記カウンタのカウント数に基づいて前記バルブの現在位置を算出し、
前記ブラシレスモータの回転出力を前記バルブに伝達する動力伝達機構と、
前記カウンタのカウント数が所定のレンジを逸脱した際、あるいは前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御時に前記磁気検出素子より出力される電気信号が所定時間以上状態遷移を継続する際に、前記動力伝達機構の異常故障を検出する異常故障検出手段と
を備えたことを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項7ないし請求項13のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記バルブ位置演算手段は、前記磁気検出素子より出力される電気信号のサンプリング周期を、前記磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移周期の最小値よりも十分短くすることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項14のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記ロータ位置検出手段は、前記複数個の永久磁石より発生する磁界に感応して起電力を発生するか、あるいは自身を鎖交する磁束密度に対応した電気信号を出力する3個の磁気検出素子よりなり、
前記バルブ位置演算手段は、前記3個の磁気検出素子のうちの1個の磁気検出素子の異常故障を検出した際に、残りの2個の磁気検出素子より出力される電気信号の状態遷移回数をカウントして、前記バルブの現在位置を算出することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項15のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記バルブ位置演算手段、前記制御量演算手段および前記モータ駆動回路のうちの少なくとも2つ以上の機能は、ワンチップ上に集積化されていることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項16に記載のバルブ位置制御装置において、
前記ブラシレスモータは、前記マグネットロータと一体化されたモータシャフト、およびこのモータシャフトの軸方向の両端部を回転自在に支持する円筒状のモータハウジングを有し、
前記ワンチップ上に集積化した、前記バルブ位置演算手段、前記制御量演算手段および前記モータ駆動回路のうちの少なくとも2つ以上の機能および前記ロータ位置検出手段の機能を前記モータハウジング内に収容したことを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項17のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
前記マグネットロータの回転速度を所定の減速比に減速して、前記バルブに伝達する歯車減速機構と、前記バルブを開弁方向または閉弁方向に付勢するスプリングとを備え、
前記バルブ位置演算手段は、前記スプリングの付勢方向に対抗する方向に前記バルブを位置決めした状態で、前記マグネットロータの基準位置を学習する基準位置学習制御を実行することを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項18のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
内部を空気が流れる空気通路を形成するバルブハウジングを備え、
前記バルブは、前記空気通路内を流れる空気の流量を制御する流量制御弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項18のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
内燃機関の吸気ポートに連通する吸気通路を形成するバルブハウジングを備え、
前記バルブは、前記内燃機関の吸気ポートから燃焼室内に流入する空気に渦流を生起させる空気制御弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項18のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
内燃機関の燃焼室に連通する吸気通路を形成するインテークマニホールドを備え、
前記バルブは、前記吸気通路を開閉することで、前記吸気通路の通路長または開口面積を変更する可変吸気弁であることを特徴とするバルブ位置制御装置。 - 請求項1ないし請求項18のうちのいずれか1つに記載のバルブ位置制御装置において、
内燃機関の燃焼室に連通する断面円形状のスロットルボアを形成するスロットルボデーを備え、
前記バルブは、前記スロットルボア内を流れる吸入空気量を調整する円板形状のスロットルバルブであることを特徴とするバルブ位置制御装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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