JP4893608B2 - バルブ特性可変装置の駆動装置、及びバルブ特性可変システム - Google Patents

Description

本発明は、電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、前記電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記電動機を駆動するバルブ特性可変装置の駆動装置、及びバルブ特性可変システムに関する。

この種の駆動装置としては、例えば下記特許文献１，２に見られるように、可変バルブタイミング装置に搭載される電動機について、これに接続される電力変換回路のスイッチング素子を操作することで電動機を駆動するものも提案されている。これにより、内燃機関の出力軸に対するカム軸の相対回転角度を可変とすることができ、ひいては、バルブ特性を可変とすることができる。
特開２００４−３５０４４６号公報 特開２００４−３５０４４７号公報

ところで、内燃機関の停止時等にあっては、通常、上記相対回転角度を所定角度に制御したうえでバルブ特性の制御を停止することが望まれる。ただし、この際には、内燃機関の出力軸の回転速度が低下することに鑑み、電動機の回転速度についても極めて低速度となる状況が生じやすい。このため、こうした状況下において電動機を駆動する場合、電力変換回路を構成する特定のスイッチング素子に大電流が流れる状況が継続し、そのスイッチング素子の温度が過度に上昇することなどによってその信頼性の低下を招くおそれがある。

また、上記電力変換回路と接続されるバッテリの電圧が低下する場合には、上記スイッチング素子の導通制御端子（ゲート）に印加される電圧が低下し、ひいてはスイッチング素子の入出力端子間の電圧降下が過度に大きくなるおそれがある。そしてこの場合にも、スイッチング素子の温度が過度に高くなり、その信頼性が低下する。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで電動機を駆動するに際し、電力変換回路の信頼性の低下を好適に抑制することのできるバルブ特性可変装置の駆動装置、及びバルブ特性可変システムを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

請求項１記載の発明は、電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、前記電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記電動機を駆動するバルブ特性可変装置の駆動装置において、前記電力変換回路が前記スイッチング素子の発熱に起因した信頼性の低下を生じる状況にあるか否かを判断する判断手段と、前記状況にあると判断される場合、前記電動機の通電量を制限する制限手段とを備え、前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、前記判断手段は、前記検出される回転速度が規定速度以下である場合に前記状況にあると判断するものであり、前記制限手段は、前記状況にあると判断される場合、前記通電量をゼロよりも大きい所定量以下に制限するものであって且つ、前記検出される回転速度が規定速度以下であることに基づく前記通電量の制限を、該制限が所定時間継続することを条件に解除することを特徴とする。

スイッチング素子の発熱の要因で電力変換回路の信頼性が低下する状況にある場合、通常のスイッチング制御を行ったのでは、その状況が継続すると考えられる。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下、電動機の通電量を制限することで、その状況の解消を図ることができ、ひいては、電力変換回路の信頼性の低下を好適に抑制することができる。

ここで、電動機の回転速度が過度に小さい場合、電力変換回路を構成する特定のスイッチング素子に大電流が流れる状況が継続することがある。こうした状況下、そのスイッチング素子の温度が過度に上昇することなどから、その信頼性が低下するおそれがある。ここで、電動機の通電をカットしてしまう場合には、バルブ特性を制御できなくなってしまう。この点、上記発明では、通電量をゼロではない所定量以下に制限することでバルブ特性を制御しつつも電力変換回路の信頼性の低下を抑制することができる。

ところで、通電量の制限の所定時間継続後には、スイッチング素子の発熱に起因した信頼性の低下を生じる状況は解消している可能性がある。この点、上記発明では、こうした状況下、通電量の制限を解除することで、電動機の制御性を向上させることができ、ひいてはバルブ特性の制御性を高めることができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記回転速度検出手段は、前記電動機の回転速度に応じた周波数を有する２値信号を前記回転速度の検出値として生成するものであり、前記制限手段は、前記２値信号のエッジが所定回数検出されることを条件に前記制限を解除することを特徴とする。

バルブ特性可変装置にあっては、回転速度が規定速度以下となる状況が極短時間だけ生じることがある。そしてこの場合、通電量の継続時間に基づき通電量の制限を解除したのでは、通電量の制限を解除しても支障のない状況となっているにもかかわらず解除が遅れるおそれがある。この点、上記発明では、エッジが所定回数検出されることで制限を解除することで、回転速度が規定速度以下となる状況が解消した場合に迅速に制限を解除することができる。

なお、請求項２の発明特定事項によれば、電動機の回転速度がゼロに近い場合、エッジが所定回数検出されるまでの時間が極めて長くなるおそれがある。この点、請求項２の発明特定事項に加えて、請求項１の発明特定事項を備えることで、規定速度以下のままであっても、通電量の制限を所定時間以上継続した場合には通電制限を一旦解除することができる。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記回転速度検出手段は、前記電動機の回転速度に応じた周波数を有する２値信号を前記回転速度の検出値として生成するものであり、前記判断手段は、前記２値信号のエッジ間の間隔が所定時間以上となることで前記状況にあると判断することを特徴とする。

上記２値信号のエッジ間の間隔の逆数は、電動機の回転速度に比例する。上記発明では、この点に鑑み、エッジ間の間隔が所定以上となることで電動機の回転速度が規定速度以下であると判断することができる。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記判断手段は、前記状況にあると判断した後、前記２値信号のエッジを規定回数検出する場合、前記状況にあるか否かの判断を再度開始することを特徴とする。

上記状況にあるとの判断を一旦行うことで通電量を制限し、その後については上記状況にあるか否かの判断を再度行わないこととすると、通電量の制限を解除する条件がある場合、解除後再度上記状況となることで電力変換回路の信頼性の低下を招く事態が放置されるおそれがある。この点、上記発明では、２値信号のエッジを規定回数検出する場合に上記判断を再開することで、こうした事態を回避することができる。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、前記電力変換回路のスイッチング素子は、電圧制御型のものであり、前記判断手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下である場合、前記状況にあると判断することを特徴とする。

給電手段の電圧が規定電圧以下である場合、スイッチング素子の導通制御端子に印加される電圧が過度に低くなるために、スイッチング素子の入出力端子間の電圧降下量が過度に大きくなり、ひいてはスイッチング素子の信頼性が低下するおそれがある。上記発明では、この点に鑑み、こうした状況下、通電量を制限することで、スイッチング素子の信頼性の低下を好適に回避することができる。

請求項７記載の発明は、請求項６記載の発明において、前記制限手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下であることに基づく前記通電量の制限を、前記給電手段の電圧が前記規定電圧よりも高い所定の電圧となることを条件に解除することを特徴とする。

上記発明では、スイッチング素子の導通制御端子に印加される電圧が過度に低い値となる状況が解消した場合に、通電量の制限を解除することで、電動機の制御性を向上させることができ、ひいてはバルブ特性の制御性を向上させることができる。更に、通電量の制限の解除条件を、規定電圧よりも高い所定の電圧となることとすることで、通電量の制限及びその解除が頻繁に繰り返されることを回避することができる。

請求項６記載の発明は、電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、前記電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記電動機を駆動するバルブ特性可変装置の駆動装置において、前記電力変換回路が前記スイッチング素子の発熱に起因した信頼性の低下を生じる状況にあるか否かを判断する判断手段と、前記状況にあると判断される場合、前記電動機の通電量を制限する制限手段とを備え、前記電力変換回路のスイッチング素子は、電圧制御型のものであり、前記判断手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下である場合、前記状況にあると判断するものであって且つ、前記規定電圧よりも低い所定電圧以下であるか否かを判断する機能を更に備え、前記制限手段は、前記規定電圧以下である場合には前記通電量をゼロよりも大きい所定の量以下に制限して且つ、前記所定電圧以下である場合には前記通電量をゼロとすることを特徴とする。

上記発明では、通電量の制限を段階的に行うことで、電力変換回路の信頼性の低下を抑制しつつも、電動機が制御不能となる事態を極力回避することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ特性可変装置の駆動装置と、前記バルブ特性可変装置とを備えることを特徴とするバルブ特性可変システムである。

（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるバルブ特性可変装置の駆動装置及びバルブ特性可変システムを可変バルブタイミング装置の駆動装置及び駆動システムに適用した第１の実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に、本実施形態にかかるシステム構成を示す。

図示される可変バルブタイミング装置は、可変バルブタイミング機構１０と、３相電動機としてのブラシレスモータ２０とを備えて構成されている。可変バルブタイミング機構１０は、内燃機関の出力軸（クランク軸１２）からの駆動力によって、カム１６に連結されるカム軸１４を回転させるに際し、クランク軸１２に対するカム軸１４の相対的な回転位相差（ＶＣＴ）を、ブラシレスモータ２０によって変更可能とするものである。これにより、カム１６によって駆動される機関バルブのバルブタイミングを調節することができる。図１では、可変バルブタイミング機構１０として、遊星歯車を備えるものを模式的に示している。

すなわち、内歯を有するリングギアｒｇには、クランク軸１２によって機械的に回転力が付与され、外歯を有して且つこの外歯がリングギアｒｇの内歯に係合するプラネタリギアｐｇによってカム軸１４に機械的に回転力が付与される。一方、中心軸ｓａには、ブラシレスモータ２０の出力軸によって機械的に回転力が付与される。ここで、中心軸ｓａは、その外周がプラネタリギアｐｇの内周に接触することで、プラネタリギアｐｇの回転状態を調節することが可能となっている。こうした構成において、ブラシレスモータ２０のトルクが略ゼロである場合には、プラネタリギアｐｇや中心軸ｓａが、リングギアｒｇによってつれまわされる。そしてこの場合には、カム軸１４がクランク軸１２と同一の速度で回転する。これに対し、ブラシレスモータ２０がプラネタリギアｐｇに付与するトルクを、クランク軸１２の回転方向に対して逆側とすることで、クランク軸１２に対してカム軸１４が遅角側に変位し、ＶＣＴが遅角される。また、ブラシレスモータ２０がプラネタリギアｐｇに付与するトルクを、クランク軸１２の回転方向側とすることで、クランク軸１２に対してカム軸１４が進角側に変位し、ＶＣＴが進角される。なお、可変バルブタイミング装置の詳細な構成については、例えば上記特許文献１、２記載のものや、特開２００７−２２４７８０号公報、特開２００４−１５０３９７号公報、特開２００５−４８７０７号公報、特開２００４−３４１９号公報に記載のもの等としてもよい。

上記ブラシレスモータ２０は、インバータＩＶに接続されている。インバータＩＶは、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の直列接続体と、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４の直列接続体と、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の直列接続体とを備えている。そして、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ２の接続点がブラシレスモータ２０のＵ相に接続され、スイッチング素子ＳＷ３、ＳＷ４の接続点がブラシレスモータ２０のＶ相に接続され、スイッチング素子ＳＷ５、ＳＷ６の接続点がブラシレスモータ２０のＷ相に接続されている。これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、いずれも電圧制御型のものであり、特に本実施形態では、ＮチャネルＭＯＳトランジスタを例示している。これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６には、それぞれ並列に、ダイオードＤ１〜Ｄ６が接続されている。

上記インバータＩＶの入力端子のうちの正極側は、バッテリＢの正極側に接続されており、負極側は、シャント抵抗ＳＲを介してバッテリＢの負極側に接続されている。ここで、シャント抵抗ＳＲは、インバータＩＶを流れる電流量を検出するためのものである。一方、上記ブラシレスモータ２０の出力軸近傍には、等間隔にホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗが配置されている。これらホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗは、出力軸のＮ極が近づくことで論理「Ｈ」レベルを出力し、Ｎ極との距離が所定以上となる場合、論理「Ｌ」となる。

上記ホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの出力信号ｓｕ，ｓｖ，ｓｗや、上記シャント抵抗ＳＲによる電圧降下量Ｖｄは、ドライバユニット（ＥＤＵ３０）に取り込まれる。ＥＤＵ３０は、コネクタＣｂを介してバッテリＢに接続されており、バッテリＢの電力をエネルギ源とする。そして、ＥＤＵ３０は、ＥＣＵ４０との間で通信をしつつインバータＩＶを操作することで、ブラシレスモータ２０を駆動し、ひいては可変バルブタイミング装置を駆動する。

詳しくは、ＥＤＵ３０は、上記ホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの出力信号ｓｕ，ｓｖ，ｓｗに基づき回転速度信号ＶＴＳを生成する回転速度信号生成部３２と、インバータＩＶのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６を操作するスイッチング制御部３４とを備えている。ここで、回転速度信号生成部３２の生成する回転速度信号ＶＴＳはＥＣＵ４０に出力されるとともに、スイッチング制御部３４にも取り込まれる。ここで、回転速度信号ＶＴＳの生成に関する処理について更に説明する。

図２（ａ）に、上記回転速度信号生成部３２の回路構成を示す。排他的論理和回路３２ａは、出力信号ｓｖと出力信号ｓｗとの排他的論理和信号を生成して出力する。排他的論理和回路３２ｂは、出力信号ｓｕと、排他的論理和回路３２ａの出力信号との排他的論理和信号を生成して出力する。論理反転回路３２ｃは、排他的論理和回路３２ｂの出力の論理反転信号を出力する。

図２（ｂ）に、回転速度信号生成部３２による回転速度信号ＶＴＳの生成態様を示す。詳しくは、図２（ｂ１）に、出力信号ｓｕの推移を示し、図２（ｂ２）に、出力信号ｓｖの推移を示し、図２（ｂ３）に、出力信号ｓｗの推移を示す。また、図２（ｂ４）に、排他的論理和回路３２ａの出力信号の推移を示し、図２（ｂ５）に、排他的論理和回路３２ｂの出力信号の推移を示し、図２（ｂ６）に、論理反転回路３２ｃの出力信号の推移を示す。図示されるように、ホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗの出力信号ｓｕ，ｓｖ，ｓｗのエッジに同期して、回転速度信号生成部３２の出力する信号(論理反転回路３２ｃの出力信号)は論理反転する。これにより、回転速度信号ＶＴＳが、ブラシレスモータ２０の回転速度に応じた周波数を有する２値信号として生成される。

先の図１に示したスイッチング制御部３４は、１２０°通電制御を基本としつつも、ＰＷＭ制御を組み合わせることで、ブラシレスモータ２０のトルクや回転速度を制御することが可能となっている。次に、スイッチング制御部３４の行うスイッチング制御について説明する。

図３（ａ１）〜図３（ｆ１）に、周知の１２０°通電制御を示す。詳しくは、図３（ａ１）に、スイッチング素子ＳＷ１の操作信号の推移を示し、図３（ｂ１）に、スイッチング素子ＳＷ３の操作信号の推移を示し、図３（ｃ１）に、スイッチング素子ＳＷ５の操作信号の推移を示す。また、図３（ｄ１）に、スイッチング素子ＳＷ２の操作信号の推移を示し、図３（ｅ１）に、スイッチング素子ＳＷ４の操作信号の推移を示し、図３（ｆ１）に、スイッチング素子ＳＷ６の操作信号の推移を示す。図示されるように、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５は、１２０°間隔で代わる代わるオン状態とされている。また、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６についても、１２０°間隔で代わる代わるオン状態とされている。そして、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６は、６０°間隔でいずれかのスイッチング素子が新たにオン状態とされるようにして各スイッチングがなされている。

これに対し、図３（ａ２）〜図３（ｆ２）に、本実施形態にかかるスイッチング制御、すなわち、１２０°通電制御を基本としつつも、これにＰＷＭ処理を組み合わせたものを示す。図示されるように、本実施形態では、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６について、１２０°通電制御によって規定されるこれらのオン期間をオン操作可能期間として且つ、このオン操作可能期間内において、オン操作及びオフ操作を繰り返す。ここで、オン操作及びオフ操作の一周期に対するオン操作の時比率（Ｄｕｔｙ）を調節することで、ブラシレスモータ２０の通電量を調節することができる。

次に、上記ブラシレスモータ２０の通電量の調節手法について説明する。図４（ａ１）〜図４（ｃ１）は、通常時の通電量の調節手法を示す。詳しくは、図４（ａ１）は、上記シャント抵抗ＳＲに基づく電圧降下量のサンプリング期間を示し、図４（ｂ１）は、シャント抵抗ＳＲの電圧降下量の推移を示し、図４（ｃ１）は、時比率の推移を示す。ここで、サンプリング期間は、シャント抵抗ＳＲの電圧降下量にノイズが混入しやすい期間が除去されて設定されている。また、サンプリング期間は、上記オン操作及びオフ操作の各周期毎にそれぞれ設定されている。

図示されるように、時比率は、通常はＤｕｔｙ値Ｄ１に設定されている。ここで、Ｄｕｔｙ値Ｄ１は、ＥＣＵ４０の要求によって設定されるもので、ＶＣＴを目標値に制御するために必要と考えられる値に設定される。これに対し、シャント抵抗ＳＲの電圧降下量が閾値電圧Ｖｔｈ１以上となることで、時比率を、Ｄｕｔｙ値Ｄ２に設定する。ここで、閾値電圧Ｖｔｈ１は、閾値電流Ｉｔｈ１に対応しており、閾値電流Ｉｔｈ１は、ブラシレスモータ２０の通電量としての上限を規定している。時比率がＤｕｔｙ値Ｄ２に設定された後、シャント抵抗ＳＲの電圧降下量が閾値電圧Ｖｔｈ１よりもオフセット量Δだけ低い値に達すると、時比率を、再度Ｄｕｔｙ値Ｄ１に戻す。これにより、ブラシレスモータ２０の通電量を閾値電流Ｉｔｈ１以下に制限しつつも、ＶＣＴを目標値に制御することが可能となる。

これに対し、図４（ａ２）〜図４（ｃ２）は、通電制限時の通電量の調節手法を示す。図示されるように、この場合、シャント抵抗ＳＲの電圧降下量と比較する閾値電圧Ｖｔｈ１に代えて、これよりも低い閾値電圧Ｖｔｈ２が用いられている。この閾値電圧Ｖｔｈ２は、閾値電流Ｉｔｈ２に対応するものである。閾値電流Ｉｔｈ２は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の発熱に起因してこれらの信頼性が低下するおそれがある状況下、これらスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に流れる電流量として許容される上限値に基づき設定されている。

次に、上記通電制限処理について説明する。

上記ＶＣＴは、内燃機関の停止時には、所定の値（通常、最遅角位置）に固定されることが望まれる。これは、次回の内燃機関の始動に際しての内燃機関の制御性を向上させるためである。このため、内燃機関の停止時にあっては、ＶＣＴを所定の値に制御することが望まれる。ただし、この場合には、クランク軸１２の回転速度が極めて小さくなることに起因して、ブラシレスモータ２０の回転速度も極めて小さい値となる。そしてこのようにブラシレスモータ２０の回転速度が極低速となる場合（ロック状態となる場合）、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの特定のものに電流が流れ続けることで、その発熱量が増大し、ひいてはその温度が過度に上昇するおそれがある。そこで本実施形態では、こうした場合に、上記通電制限を行う。

図５に、本実施形態にかかるロック状態の判断処理の手順を示す。この処理は、ＥＤＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、ブラシレスモータ２０の回転速度が極低速となるロック状態である旨を示すロック判定フラグがオフ状態であるか否かを判断する。そして、ロック判定フラグがオフ状態であると判断される場合、ステップＳ１２において、回転速度信号ＶＴＳのエッジが検出されないか否かを判断する。そして、エッジが検出されない場合、ステップＳ１４においてカウンタＴ１をインクリメントする。この処理は、回転速度信号ＶＴＳのエッジ間の間隔を計測するためのものである。そして、ステップＳ１４の処理が完了する場合、ステップＳ１６において、カウンタＴ１が所定時間Ｔｔｈ１以上であるか否かを判断する。この処理は、ブラシレスモータ２０がロック状態にあるか否かを判断するためのものである。そしてステップＳ１６において所定時間Ｔｔｈ１以上であると判断される場合、ロック状態にあると判断し、ステップＳ１８において、ロック判定フラグをオン状態として且つ、カウンタＴ１を初期化する。

一方、上記ステップＳ１０においてロック判定フラグがオンであると判断される場合には、ステップＳ２０に移行する。ステップＳ２０においては、回転速度信号ＶＴＳのエッジが検出されるか否かを判断する。続くステップＳ２２においては、エッジ検出回数をカウントするカウンタＮ１をインクリメントする。続くステップＳ２４においては、カウンタＮ１が規定回数Ｎｔｈ１以上であるか否かを判断する。この処理は、ロック状態の有無の判断を再開するか否かを判断するためのものである。そして、規定回数Ｎｔｈ１以上であると判断される場合、ロック判定フラグをオフして且つ、カウンタＮ１を初期化する。

なお、上記ステップＳ１２、Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ２４において否定判断される場合や、ステップＳ１８、Ｓ２６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図６に、本実施形態にかかる通電制限処理の手順を示す。この処理は、ＥＤＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ３０において、先の図４（ａ２）〜図４（ｃ２）に示した通電制限を行う旨のフラグである通電制限フラグがオン状態であるか否かを判断する。そして、通電制限フラグがオフ状態であると判断される場合、ステップＳ３２に移行する。ステップＳ３２においては、ロック判定フラグがオフからオンに切り替わったタイミングであるか否かを判断する。そして、切り替わったタイミングである場合、ステップＳ３４において、通電制限フラグをオン状態とすることで、通電制限を実行する。

一方、上記ステップＳ３０において通電制限フラグがオン状態であると判断される場合、ステップＳ３６において、通電制限処理の実行時間を計時するカウンタＴ２をインクリメントする。続くステップＳ３８においては、カウンタＴ２が通電制限時間Ｔｔｈ２以上であるか否かを判断する。ここで、通電制限時間Ｔｔｈ２は、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの特定のものの温度が過度に高くなる状況が解消され、通電制限を解除してもよいと考えられる時間に基づき設定されている。なお、通電制限時間Ｔｔｈ２は、上記状況が解除されると想定される時間であって且つ極力短い時間に設定することが望ましい。これにより、上記状況が解除されると想定されると直ちに通電制限を解除することができる。

そして、ステップＳ３８において、カウンタＴ２が通電制限時間Ｔｔｈ２以上でないと判断される場合、ステップＳ４０に移行する。ステップＳ４０においては、回転速度信号ＶＴＳのエッジを検出する。続くステップＳ４２においては、上記ステップＳ４０におけるエッジの検出回数をカウントするカウンタＮ２をインクリメントする。続くステップＳ４４においては、カウンタＮ２が所定回数Ｎｔｈ２以上であるか否かを判断する。この処理は、ロック状態が解除されたか否かを判断するためのものである。

上記ステップＳ３８において通電制限時間Ｔｔｈ２以上と判断される場合や、ステップＳ４４において所定回数Ｎｔｈ２以上と判断される場合には、ステップＳ４６において、通電制限フラグをオフ状態として且つ、カウンタＮ２、Ｔ２を初期化する。なお、上記ステップＳ３２、Ｓ４０、Ｓ４４において否定判断される場合や、ステップＳ３４、Ｓ４６の処理が完了する場合には、この一連の処理を一旦終了する。

図７（ａ１）〜図７（ｄ１）に、ロック状態となって且つ通電制限時間Ｔｔｈ２の間、ロック状態が解消しない場合を示す。詳しくは、図７（ａ１）に、回転速度信号ＶＴＳの推移を示し、図７（ｂ１）に、ロック判定フラグの推移を示し、図７（ｃ１）に、通電制限フラグの推移を示し、図７（ｄ１）に、カウンタＴ２の推移を示す。

図示されるように、回転速度信号ＶＴＳのエッジが所定時間Ｔｔｈ１の間検出されない場合、ロック判定フラグをオンとする。これにより通電制限フラグがオンとされ、通電制限処理が開始される。そして、上記カウンタＴ２がインクリメントされる。その後、通電制限時間Ｔｔｈ２が経過すると、通電制限が解除される。これにより、ブラシレスモータ２０の通電量を制御することができるため、ブラシレスモータ２０の制御性を向上させることができ、ひいてはＶＣＴの制御性を向上させることができる。

一方、図７（ａ２）〜図７（ｃ２）に、ロック状態となって且つ通電制限時間Ｔｔｈ２が経過する以前にロック状態が解消する場合を示す。なお、図７（ａ２）〜図７（ｃ２）は、それぞれ図７（ａ１）〜図７（ｃ１）に対応している。

この図では、規定回数Ｎｔｈ１を２回とし、所定回数Ｎｔｈ２を８回として例示している。図示されるように、ロック判定フラグがオンとなった後、エッジが２回検出されることで、ロック判定フラグをオフとする。そして、エッジが８回検出されることで、通電制限が解除される。このようにロック状態が比較的短時間に解消する現象は、可変バルブタイミング装置にとっては頻繁に生じる現象である。そしてこの場合、通電制限時間Ｔｔｈ２の経過まで通電制限を解除しない場合には、解除が遅れることから、ブラシレスモータ２０の制御性が低下し、ひいてはＶＣＴの制御性が低下する。これに対し、本実施形態によれば、エッジ検出に基づきロック状態の解消を知ることができるため、ロック状態が解消された場合には速やかに通電制限を解除することができ、ひいてはＶＣＴの制御性を迅速に向上させることができる。

更に、エッジが２回検出されることでロック判定フラグをオフとすることで、その後、エッジ間の間隔が所定時間Ｔｔｈ１となると再度ロック判定フラグをオン状態とすることができる。なお、こうした設定によれば、通電制限が通電制限時間Ｔｔｈ２を越えてなされるおそれがある。このため、通電制限時間Ｔｔｈ２が経過した後は、再度の通電制限を一旦禁止するようにしてもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ブラシレスモータ２０の回転速度が規定速度以下である場合に、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の発熱に起因したインバータＩＶの信頼性の低下を生じる状況にあると判断し、ブラシレスモータ２０の通電量を制限した。これにより、ロック状態に起因したスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６のうちの特定のものの発熱量の増大を抑制することができ、ひいては、インバータＩＶの信頼性の低下を好適に抑制することができる。

（２）検出される回転速度が規定速度以下であることに基づく通電量の制限を、該制限が通電制限時間Ｔｔｈ２だけ継続することを条件に解除した。これにより、制限を解除してもインバータＩＶの信頼性が低下する状況にないと考えられる場合に、これを解除することでバルブ特性（ＶＣＴ）の制御性を高めることができる。

（３）回転速度信号ＶＴＳのエッジが所定回数Ｎｔｈ２検出されることを条件に制限を解除した。これにより、ロック状態が解消した場合に迅速に制限を解除することができる。

（４）２値信号のエッジ間の間隔が所定時間Ｔｔｈ１以上となることでロック判定フラグをオンとした。これにより、ブラシレスモータ２０の回転速度が規定速度以下であることを適切に判断することができる。

（５）ロック判定フラグがオン状態とされた後、回転速度信号ＶＴＳのエッジを規定回数Ｎｔｈ１検出する場合、ロック状態にあるか否かの判断を再度開始した。これにより、再度のロック状態を適切に検出することができる。

(第２の実施形態)
以下、第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態では、バッテリＢの電圧が低下する場合にも、ブラシレスモータ２０の通電量を制限する。すなわち、ＥＤＵ３０の給電電圧が低下する場合、ＥＤＵ３０がスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の導通制御端子（ゲート）に印加する電圧が低下し、これにより入出力端子（ドレイン及びソース）間の電圧降下量が大きくなる。こうしたいわゆるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の半導通状態となる状況下においてスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６に電流が流れると、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の発熱量が過大となるおそれがある。このため、本実施形態では、こうした状況下、通電制限を行う。

図８に、本実施形態にかかる通電制限処理の手順を示す。この処理は、ＥＤＵ３０によって、例えば所定周期で繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ５０において、コネクタＣｂの電圧（コネクタ電圧Ｖｂ）を取得する。続くステップＳ５２においては、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ１以下であるか否かを判断する。この処理は、コネクタ電圧Ｖｂが、ブラシレスモータ２０の通電を継続するとインバータＩＶのスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性が低下するほど低い電圧であるのか否かを判断するためのものである。そして、ステップＳ５２において閾値電圧Ｖ１以下であると判断される場合、ステップＳ５４において通電を停止する。

一方、ステップＳ５２において閾値電圧Ｖ１より大きいと判断される場合、ステップＳ５６に移行する。ステップＳ５６においては、通電制限フラグがオフ状態であるか否かを判断する。そして、通電制限フラグがオフ状態であると判断される場合、ステップＳ５８において、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ２以下であるか否かを判断する。ここで、閾値電圧Ｖ２は閾値電圧Ｖ１よりも大きく且つ、通常の電流制限値（上述の閾値電流Ｉｔｈ１）としたのでは、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性が低下すると想定される値に設定されている。そして、ステップＳ５８において閾値電圧Ｖ２以下であると判断される場合には、ステップＳ６０において、通電制限フラグをオンとする。これにより、上述の閾値電流Ｉｔｈ２が採用される。換言すれば、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下量の閾値として、先の図４(ｂ２)に示した閾値電圧Ｖｔｈ２が採用される。

これに対し、ステップＳ５６において通電制限フラグがオン状態であると判断される場合、ステップＳ６４において、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ３以上であるか否かを判断する。ここで、閾値電圧Ｖ３は、閾値電圧Ｖ２よりも大きい値に設定されている。この処理は、通電制限処理をする必要がなくなったか否かを判断するものである。そして、ステップＳ６４において肯定判断される場合、ステップＳ６６において、通電制限フラグをオフとする。これにより、上述の閾値電流Ｉｔｈ１が採用される。換言すれば、シャント抵抗ＳＲによる電圧降下量の閾値として、先の図４（ｂ１）に示した閾値電圧Ｖｔｈ１が採用される。

なお、上記ステップＳ５４、Ｓ６０、Ｓ６６の処理が完了する場合や、ステップＳ５８、Ｓ６４において否定判断される場合には、この一連の処理を一旦終了する。

このように本実施形態によれば、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ２以下である場合、通電量を制限することで、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性の低下を回避することができる。特に、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ１よりも大きく且つ閾値電圧Ｖ２以下である場合には、通電量を閾値電流Ｉｔｈ２に制限して且つ、閾値電圧Ｖ１となる場合に通電を停止するというように通電量の制限を段階的に行った。このため、コネクタ電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖ１よりも高い場合には、未だ通電制御を実行することができ、ひいては、ブラシレスモータ２０の制御可能領域を拡大することができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記各効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（６）コネクタ電圧Ｖｂが規定電圧（閾値電圧Ｖ２）以下である場合、通電制限を行った。これにより、通常の通電制御をすることでスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性が低下する状況下、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性の低下を好適に回避することができる。

（７）通電量の制限を、コネクタ電圧Ｖｂが規定電圧（閾値電圧Ｖ２）よりも高い所定の電圧（閾値電圧Ｖ３）となることを条件に解除した。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の導通制御端子に印加される電圧が過度に低い値となる状況が解消した場合に、通電量の制限を解除することで、ブラシレスモータ２０の制御性を向上させることができ、ひいてはバルブ特性（ＶＣＴ）の制御性を向上させることができる。更に、通電量の制限の解除条件を、規定電圧よりも高い所定の電圧となることとすることで、通電量の制限及びその解除が頻繁に繰り返されることを回避することができる。

（８）コネクタ電圧Ｖｂが所定電圧（閾値電圧Ｖ１）以下である場合に通電量をゼロとした。このように、通電量の制限を段階的に行うことで、インバータＩＶの信頼性の低下を抑制しつつも、ブラシレスモータ２０が制御不能となる事態を極力回避することができる。

（９）上記第２の実施形態では、コネクタ電圧Ｖｂが規定電圧(閾値電圧Ｖ２)以下であることに基づく通電制限による閾値（閾値電流Ｉｔｈ２）と、検出される回転速度が規定速度以下であることに基づく通電制限による閾値（閾値電流Ｉｔｈ２）とを同一とした。これにより、これら２つの通電制限処理のための回路を互いに共有できるため、回路を簡素化することができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１の実施形態において、通電制限を解除する条件を、カウンタＮ２が規定回数Ｎｔｈ２となる条件のみとしてもよい。この場合であっても、可変バルブタイミング機構１０特有の極短時間のロック状態が生じる場合において、ロックの解除に伴って速やかに通電制限を解除することができる。

・上記第１の実施形態において、通電制限を解除する条件を、カウンタＴ２が通電制限時間Ｔｔｈ２以上となる条件のみとしてもよい。これにより、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６の信頼性が低下する状況が解消したと想定される場合（通電制限時間Ｔｔｈ２が経過した場合）には、通電制限を解除することができる。

・上記第２の実施形態では、バッテリＢの電圧として、ＥＤＵ３０との接続端子（コネクタＣｂ）に印加される電圧Ｖｂを用いたがこれに限らない。例えば、バッテリＢの電圧として、ＥＣＵ４０が取得する値を、ＥＣＵ４０からＥＤＵ３０に転送することでこれを利用してもよい。

・上記第２の実施形態では、コネクタ電圧Ｖｂが規定電圧(閾値電圧Ｖ２)以下であることに基づく通電制限による閾値（閾値電流Ｉｔｈ２）と、検出される回転速度が規定速度以下であることに基づく通電制限による閾値（閾値電流Ｉｔｈ２）とを同一としたがこれに限らない。ここで、閾値電流を互いに相違させる場合であって且つ、上記２つの通電制限のための条件が同時に成立する場合には、小さい方の閾値電流を採用して通電制限をすることが望ましい。

・通電制限処理の解除条件としては、上記各実施形態及びその変形例において例示したものに限らない。例えば、ロック判定フラグがオン状態である期間に限って制限を行うものであってもよい。

・通電制限手法としては、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４，ＳＷ６の１２０°通電方式によるオン期間においてＰＷＭ処理を行うものに限らない。例えば、上側アームのスイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ３，ＳＷ５の１２０°通電方式によるオン期間においてＰＷＭ処理を行ってもよい。更に、ＰＷＭ処理にも限らない。例えば、下側アームのスイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ４，ＳＷ６の１２０°通電方式によるオン期間において、シャント抵抗ＳＲに流れる電流が閾値電流Ｉｔｈ１，Ｉｔｈ２（電圧降下量が閾値電圧Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２）以上となる場合に、当該オン操作されているものをオフ操作に切り替え、閾値電流Ｉｔｈ１、Ｉｔｈ２を下回ったら再度オン操作するようにしてもよい。

・先の図５、図６、図８の処理を、ＥＤＵ３０によって行う代わりに、ＥＣＵ４０によって行うようにしてもよい。

・ブラシレスモータ２０の回転状態量を検出する手段としては、ホール素子２２ｕ，２２ｖ，２２ｗに限らない。例えばレゾルバであってもよい。また、回転状態量を検出するための専用のハードウェアを備えないセンサレスシステムとして且つ、ブラシレスモータ２０の誘起電圧等に基づき回転角度を把握するようにしてもよい。

・電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置としては、上記可変バルブタイミング装置に限らない。例えば、クランク軸１２のトルクを利用することなく、電動機単独でカム軸１４を回転させるものであってもよい。

・ブラシレスモータ２０としては、３相電動機に限らず、例えば２相電動機であってもよい。また、電圧制御型のスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ６としては、ＮチャネルＭＯＳトランジスタに限らず、例えば、ＰチャネルＭＯＳトランジスタや絶縁ゲートバイポーラトランジスタであってもよい。

第１の実施形態にかかるシステム構成図。 同実施形態にかかる回転速度信号の生成手法を示す回路図及びタイムチャート。 同実施形態にかかるスイッチング制御態様を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる通電制限手法を示すタイムチャート。 同実施形態にかかる電動機のロック状態の検出処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる通電制限の処理手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる通電制限処理態様を示すタイムチャート。 第２の実施形態にかかる通電制限の処理手順を示す流れ図。

符号の説明

１０…可変バルブタイミング機構、２０…ブラシレスモータ、３０…ＥＤＵ，４０…ＥＣＵ、ＩＶ…インバータ（電力変換回路の一実施形態）、ＳＷ１〜ＳＷ６…スイッチング素子。

Claims (8)

1. 電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、前記電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記電動機を駆動するバルブ特性可変装置の駆動装置において、
   前記電力変換回路が前記スイッチング素子の発熱に起因した信頼性の低下を生じる状況にあるか否かを判断する判断手段と、
   前記状況にあると判断される場合、前記電動機の通電量を制限する制限手段とを備え、
   前記電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段を更に備え、
   前記判断手段は、前記検出される回転速度が規定速度以下である場合に前記状況にあると判断するものであり、
   前記制限手段は、前記状況にあると判断される場合、前記通電量をゼロよりも大きい所定量以下に制限するものであって且つ、前記検出される回転速度が規定速度以下であることに基づく前記通電量の制限を、該制限が所定時間継続することを条件に解除することを特徴とするバルブ特性可変装置の駆動装置。
2. 前記回転速度検出手段は、前記電動機の回転速度に応じた周波数を有する２値信号を前記回転速度の検出値として生成するものであり、
   前記制限手段は、前記２値信号のエッジが所定回数検出されることを条件に前記制限を解除することを特徴とする請求項１記載のバルブ特性可変装置の駆動装置。
3. 前記回転速度検出手段は、前記電動機の回転速度に応じた周波数を有する２値信号を前記回転速度の検出値として生成するものであり、
   前記判断手段は、前記２値信号のエッジ間の間隔が所定時間以上となることで前記状況にあると判断することを特徴とする請求項１または２記載のバルブ特性可変装置の駆動装置。
4. 前記判断手段は、前記状況にあると判断した後、前記２値信号のエッジを規定回数検出する場合、前記状況にあるか否かの判断を再度開始することを特徴とする請求項３記載のバルブ特性可変装置の駆動装置。
5. 前記電力変換回路のスイッチング素子は、電圧制御型のものであり、
   前記判断手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下である場合、前記状況にあると判断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブ特性可変装置の駆動装置。
6. 電動機を利用して機関バルブのバルブ特性を可変とするバルブ特性可変装置について、前記電動機及び給電手段間を接続する電力変換回路のスイッチング素子を操作することで前記電動機を駆動するバルブ特性可変装置の駆動装置において、
   前記電力変換回路が前記スイッチング素子の発熱に起因した信頼性の低下を生じる状況にあるか否かを判断する判断手段と、
   前記状況にあると判断される場合、前記電動機の通電量を制限する制限手段とを備え、
   前記電力変換回路のスイッチング素子は、電圧制御型のものであり、
   前記判断手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下である場合、前記状況にあると判断するものであって且つ、前記規定電圧よりも低い所定電圧以下であるか否かを判断する機能を更に備え、
   前記制限手段は、前記規定電圧以下である場合には前記通電量をゼロよりも大きい所定の量以下に制限して且つ、前記所定電圧以下である場合には前記通電量をゼロとすることを特徴とするバルブ特性可変装置の駆動装置。
7. 前記制限手段は、前記給電手段の電圧が規定電圧以下であることに基づく前記通電量の制限を、前記給電手段の電圧が前記規定電圧よりも高い所定の電圧となることを条件に解除することを特徴とする請求項６記載のバルブ特性可変装置の駆動装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のバルブ特性可変装置の駆動装置と、
   前記バルブ特性可変装置とを備えることを特徴とするバルブ特性可変システム。

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