JP6497303B2 - 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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Description
また、演算部によりPWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときにはPWM信号のデューティ比の演算結果をモータ駆動部の駆動出力に反映させる前に、制御部が逆方向を示す指令信号をモータ駆動部に出力しモータ駆動部が実回転方向とは逆方向のトルクをモータにかけるように通電制御する。これにより、PWM信号のデューティ値の更新よりも速くモータにかかるトルク方向を実回転方向の反対方向にできるようになり、モータの回転速度を減速させるときの回転速度の応答性能を向上できる。
図1から図14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により構成される。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。
(A)通常、デューティ値が正となる場合
集積回路26がデューティ値を演算した結果が通常時に正値となる場合の回転制御部20によるモータ駆動部22への指令タイミングを図12に示す。モータ駆動部22は、各種モード(回転制御モード、回生制御モード)へ移行するためのフラグ、集積回路26の演算結果に基づくPWM信号生成部33のPWM信号を受付けてモータ15を駆動する。
EDU14が、エンジンECU17からモータ15の逆回転指示(指示回転方向CCW→CW、又は、CW→CCW)を受付けたときのモータ駆動部22への指令タイミングを図13に示す。EDU14が、エンジンECU17からモータ15の実回転方向とは逆回転に回転するように指示回転方向が与えられたときには、逆方向トルクをかけることが図11のステップT3のNOとなるタイミングで決定される。この場合、図13に示すように、回転制御部20はモータ15を実回転方向とは逆方向に回転するように指令信号をモータ駆動部22に出力し、モータ駆動部22によるモータ15の制御モードを回転制御モードから回生制御モードに移行させる。
集積回路26の演算結果が負値となる場合の回転制御部20によるモータ駆動部22への指令タイミングを図14に示す。集積回路26が(1)式のデューティ値の演算結果を負値と得るのは、エンジンECU17がEDU14に対しモータ15の回転速度を大きく減速指令しているときである。この場合、図14に示すように、回転制御部20は、モータ駆動部22の制御モードを回転制御モードから回生制御モードに移行させて演算結果をモータ駆動部22に出力することになる。このとき、集積回路26は、デューティ値の更新周期となるタイミングでデューティ値の演算結果をモータ駆動部22の駆動出力に反映させるものの(図14のt22)、この処理に移行する前に、ステップT15において回生制御モードへの移行フラグを予め生成して、モータ駆動部22に出力している(図14のt22a)。
EDU14は、モータ15の回転周期の目標値が指示回転周期TRとして指示されると、集積回路26は当該指示回転周期TRとモータ15の実回転周期TMとに基づいてモータ15を駆動するためのPWM信号のデューティ値を演算し、モータ駆動部22に演算結果を出力する。このとき、集積回路26によりPWM信号のデューティ比として正となる演算結果が得られるときに、回転制御部20はモータ15を実回転方向に回転するように指令信号をモータ駆動部22に出力し、集積回路26によりPWM信号のデューティ値として負となる演算結果が得られるときには、回転制御部20はモータ15を実回転方向とは逆方向に回転するように指令信号をモータ駆動部22に出力する。これにより、電動VCTシステムSにおけるカムシャフト11のモータ15の回転速度を減速又は逆回転させるときの回転速度の精度/応答性能を向上できる。
図15から図17は第2実施形態の追加説明図を示している。図15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を備える。
この回転制御部120による一連の処理は、第1実施形態の回転制御部20が行う(1)式の算出処理と同様であるため、その説明を省略する。
前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形又は拡張が可能である。比例係数A、B、C、Dを用いた演算式(1)式に基づく制御処理を示したが、これは(1)式を正確に用いた制御に限られるものではなく、マージンやオフセット等を考慮した制御処理を行うようにしても良い。
Claims (9)
- 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、
前記モータの実回転周期を取得するモータ回転周期取得部(23)と、
前記モータの回転周期の目標値が指示回転周期(TR)として指示されると当該目標値と前記モータ回転周期取得部により取得された前記モータの実回転周期(TM)とに基づいて前記モータを駆動するためのPWM信号のデューティ比を演算し前記モータ駆動部に演算結果を出力する演算部(26)と、
前記PWM信号のデューティ比として正となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力し、前記PWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向とは逆方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力する制御部(20)と、を備え、
前記演算部により前記PWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときには前記PWM信号のデューティ比の演算結果を前記モータ駆動部の駆動出力に反映させる前に、前記制御部が逆方向を示す指令信号を前記モータ駆動部に出力し前記モータ駆動部が実回転方向とは逆方向のトルクを前記モータにかけるように通電制御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、
前記演算部により前記PWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときには前記PWM信号のデューティ比の符号を正に入れ替え、前記演算結果が得られたときに前記演算結果の絶対値を当該デューティ比として前記モータ駆動部に出力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。 - 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、
前記モータの回転方向の指示が指示回転方向(CW、CCW)として与えられると前記モータを駆動するためのPWM信号のデューティ比を演算し前記モータ駆動部に演算結果を出力する演算部(26)と、
前記モータの実回転方向を取得するモータ実回転方向取得部(23)と、
前記モータ実回転方向取得部による前記モータの実回転方向とは逆方向に回転するように指示回転方向が与えられたときには前記PWM信号のデューティ比の演算結果を前記モータ駆動部の駆動出力に反映させる前に逆方向を示す指令信号を前記モータ駆動部に出力し、前記モータ駆動部は、前記逆方向を示す指令信号が与えられると実回転方向とは逆方向のトルクを前記演算部により演算された前回のPWM信号のデューティ比の演算結果に応じて前記モータにかけるように通電制御する制御部(20)と、を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。 - 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、
前記モータの実回転周期を取得するモータ回転周期取得部(23)と、
前記モータの回転周期の目標値が指示回転周期(TR)として指示されると当該目標値と前記モータ回転周期取得部により取得された前記モータの実回転周期(TM)とに基づいて前記モータを駆動するためのPWM信号のデューティ比を演算し前記モータ駆動部に演算結果を出力する演算部(26)と、
前記PWM信号のデューティ比として正となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力し、前記PWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向とは逆方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力する制御部(20)と、を備え、
前記モータ駆動部は、前記モータの実回転方向とは逆方向を示す指令信号が与えられたときには、前記モータを回生制御してから前記モータを逆方向に回転制御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。 - 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、
前記モータの実回転周期を取得するモータ回転周期取得部(23)と、
前記モータの回転周期の目標値が指示回転周期(TR)として指示されると当該目標値と前記モータ回転周期取得部により取得された前記モータの実回転周期(TM)とに基づいて前記モータを駆動するためのPWM信号のデューティ比を演算し前記モータ駆動部に演算結果を出力する演算部(26)と、
前記PWM信号のデューティ比として正となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力し、前記PWM信号のデューティ比として負となる演算結果が得られるときには前記モータを実回転方向とは逆方向に回転するように指令信号を前記モータ駆動部に出力する制御部(20)と、を備え、
前記モータ駆動部に与えられる電源電圧を検出する電源電圧検出部(21、121)と、
前記電源電圧検出部により検出される電源電圧に応じて前記PWM信号のデューティ比を補正することで前記モータにかけるトルクを制御するデューティ比補正部(20、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、
前記電源電圧検出部(121)は、前記PWM信号のエッジ発生タイミングとは異なるタイミングをサンプリングタイミングとして前記電源電圧をサンプリング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、
前記電源電圧検出部(121)により検出された電源電圧を予め定められた上限値又は下限値に制限する検出電圧制限部(121a)をさらに備え、
前記デューティ比補正部(120)は、前記検出電圧制限部により制限された電源電圧に応じて前記PWM信号のデューティ比を補正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、
前記電源電圧検出部(121)により互いに異なるサンプリングタイミングで検出された電源電圧を平均化処理する電源電圧平均部(121b)をさらに備え、
前記デューティ比補正部(120)は、前記電源電圧平均部により平均化処理された電源電圧に応じて前記PWM信号のデューティ比を補正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、
前記電源電圧平均部(121b)により平均化処理された電源電圧を予め定められた上限値又は下限値に制限する平均電圧制限部(121e)をさらに備え、
前記デューティ比補正部(120)は、前記平均電圧制限部により制限された電源電圧に応じて前記PWM信号のデューティ比を補正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。
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