JP7466428B2 - 制限値設定装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定装置に関する。

従来、内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体、駆動側回転体の回転軸心と同軸心に配置され、内燃機関のカムシャフトと一体回転する従動側回転体、駆動側回転体と従動側回転体との相対回転位相を設定する位相設定機構、及び位相設定機構を駆動するモータを備えた弁開閉時期制御装置が利用されてきた。このような電動式の弁開閉時期制御装置にあっては、モータに対して大きな電流を流すことがあるが、当該大きな電流からモータを駆動するインバータが備えるスイッチング素子を保護することを目的として、予め設定された電流値を超えないように電流制限値が設定されているものもある。このような電流制限値が設けられた電動式の弁開閉時期制御装置に関する技術として、例えば下記に出典を示す特許文献１及び２に記載のものがある。

特許文献１には、内燃機関のバルブの開閉タイミングをモータによって調整する電動バルブタイミング調整装置に用いられるモータ駆動装置に関して記載されている。このモータ駆動装置は、電動バルブタイミング調整装置を駆動するモータと、モータに対して駆動電圧を印加するスイッチング手段と、スイッチング手段に流れる電流に応じた電流情報を送出する電流情報送出手段と、スイッチング手段を制御してモータへの通電を行う通電制御手段と、電動バルブタイミング調整装置周りの油温に基づく油温相当値に応じた油温情報を送出する油温情報送出手段と、を備えている。通電制御手段は、電流情報送出手段からの電流情報に基づき、モータへの通電を一時的に遮断して、目標電流値を超えないようにスイッチング手段に流れる電流を制御し、油温情報送出手段からの油温情報に基づき、油温相当値が予め定められた温度に到達するまでの間、目標電流値として通常値よりも大きな電流値を採用するように構成されている。

特許文献２には、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して記載されている。この内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置は、電動ＶＣＴシステムにおけるカムシャフトの位相を制御することでバルブの開閉を制御するためのモータを駆動するモータ駆動部と、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とを備え、モータ駆動部は、判定部により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、モータを始動するタイミングであると判定されると進角駆動することなく通常駆動するように構成されている。また、内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置は、モータの駆動用の電源電圧を検出する検出部を更に備え、検出部により検出される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、モータ駆動部がモータを駆動するように構成される。更に、内燃機関のバルブタイミング制御用モータ駆動装置は、モータ駆動部にはモータの駆動用の電源電圧が与えられており、モータの回転方向の振動を検知する振動検知部により振動が検知された後に電源電圧がトルク閾値電圧を超えたか否かを判定し、電源電圧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による駆動を停止し、電源電圧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による駆動を開始するように構成されている。

特開２０１０－３１６６１号公報 特開２０１７－２８８６号公報

特許文献１に記載の技術は、油温が予め定められた温度に到達するまでの間は、通常時よりも大きな電流を流すように構成されている。係る構成の場合、モータ駆動装置に大電流が流れたときに、バッテリの出力電圧が低下する可能性があり、これにより例えば内燃機関の駆動を制御する制御ユニットがシャットダウンし、内燃機関の運転が停止する可能性もある。また、特許文献２に記載の技術は、電源電圧がトルク閾値電圧を超えたと判定されるまでモータが停止されるため、それまでは電動ＶＣＴシステムにおけるカムシャフトの位相を制御することができず、排ガス性能や燃費の悪化に至る可能性がある。

そこで、適切に電流制限値を設定することが可能な制限値設定装置が求められる。

本発明に係る制限値設定装置の特徴構成は、車両に搭載される内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体、前記駆動側回転体の回転軸心と同軸心に配置され、前記内燃機関のカムシャフトと一体回転する従動側回転体、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を設定する位相設定機構、及び前記位相設定機構を駆動するモータを備えた弁開閉時期制御装置における、前記モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定装置であって、前記モータに電力供給を行うバッテリの出力電圧の電圧値を示す電圧値情報を取得する電圧値情報取得部と、前記モータに電力供給を行っている際の前記バッテリの電圧降下を示す電圧降下情報を取得する電圧降下情報取得部と、前記電圧降下に応じて、前記バッテリから前記モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定部と、前記内燃機関が始動された場合に想定される、前記車両に搭載されるデバイスの夫々に対して前記バッテリから流れる電流の電流値を示す電流値情報が予め記憶されている記憶部とを備え、前記電圧値情報取得部は、前記記憶部に記憶されている前記電流値情報に基づいて前記デバイスの夫々に前記電流が流れたとした場合における前記電圧値を算定して前記電圧値情報を取得する点にある。

このような特徴構成とすれば、バッテリの出力電圧を監視し、出力電圧の電圧降下に応じてモータに流れる電流を制限することができる。したがって、適切に電流制限値を設定でき、内燃機関の運転が停止されるといった状況を回避することが可能となる。
また、上記構成とすれば、モータを駆動する前に、予め電流制限値を設定することができるので、例えば環境条件（温度変動等）に応じた負荷変動（始動トルクの増大等）による影響を低減できる。したがって、適切に電流制限値を設定することができる。

また、前記制限値設定装置は、前記バッテリの出力電圧の電圧値を測定する測定部を更に備え、前記電圧値情報取得部は、前記測定部による測定結果に基づいて前記電圧値情報を取得すると好適である。

このような構成とすれば、バッテリの出力電圧の実測電圧値に基づいて制限値を設定することができるので、例えばバッテリの出力電圧が所期の値から変動している場合であっても、適切に電流制限値を設定することが可能となる。

また、前記制限値設定部により設定された前記電流制限値を示す制限値情報が、前記制限値設定部から、前記モータに流れる電流を制御する駆動制御ユニットに対して、ＰＷＭ信号の周波数に対応付けして伝達されると好適である。

このような構成とすれば、駆動制御ユニットに対して制限値情報を正確に伝達することができる。したがって、内燃機関を停止させることなく、運転させることが可能となる。

弁開閉時期制御装置の模式図である。 制限値設定装置、駆動制御ユニット、及び、弁開閉時期制御装置の構成を示すブロック図である。 モータを流れる電流と、バッテリの出力電圧の電圧降下と、電流制限値との関係を示す図である。

本発明に係る制限値設定装置は、電動式の弁開閉時期制御装置が備えるモータに流れる電流を制限する電流制限値を設定可能に構成される。以下、本実施形態の制限値設定装置１について説明する。

図１は弁開閉時期制御装置１００の断面図であり、図２は制限値設定装置１の構成を示す図である。図１及び図２に示されるように、弁開閉時期制御装置１００は、駆動ケース（「駆動側回転体」の一例）１０、内部ロータ（「従動側回転体」の一例）２０、位相設定機構３０、モータＭを備えて構成される。

駆動ケース１０は、車両に搭載される内燃機関Ｅのクランクシャフト２に対して同期回転する。内燃機関Ｅは、弁開閉時期制御装置１００により開閉時期が制御される吸気バルブＶａを有する。クランクシャフト２とは、内燃機関Ｅからの回転力を出力する出力軸にあたる。駆動ケース１０の外周面には駆動プーリ１１が設けられ、クランクシャフト２の出力プーリ１Ｓに亘ってタイミングベルト６が巻き回される。これにより、駆動ケース１０がクランクシャフト２と同期回転することが可能となる。

内部ロータ２０は、駆動ケース１０の回転軸心Ｘと同軸心に配置され、内燃機関Ｅの吸気カムシャフト７（本実施形態では、吸気バルブＶａ用のカムシャフト）と一体回転する。駆動ケース１０の回転軸心Ｘと同軸心に配置されるとは、内部ロータ２０の軸心と駆動ケース１０の軸心とが一致した状態で配置されていることをいう。内部ロータ２０は、駆動ケース１０に内包され、連結ボルト２３により吸気カムシャフト７に連結固定される。これにより、内部ロータ２０が吸気カムシャフト７に連結状態で支持され、内部ロータ２０の外周部位に駆動ケース１０が相対回転自在に支持される。

位相設定機構３０は、駆動ケース１０と内部ロータ２０との相対回転位相を設定する。位相設定機構３０はモータＭにより駆動され、位相設定機構３０は内部ロータ２０と共に、駆動ケース１０内に収容される。駆動ケース１０は、開口部分に複数の締結ボルト２５によりフロントプレート２４が締結固定される。これにより、位相設定機構３０と内部ロータ２０との回転軸心Ｘに沿う方向での変位がフロントプレート２４によって規制される。

上述したように、タイミングベルト６からの駆動力により駆動ケース１０及び内部ロータ２０はクランクシャフト２と同期回転する。本実施形態においては、回転軸心Ｘに沿ってモータＭからフロントプレート２４を見たときに、駆動ケース１０及び内部ロータ２０は時計回りに回転する。位相設定機構３０は、モータＭの駆動力に基づいて位相設定機構３０を介して内部ロータ２０に伝えられ、駆動ケース１０に対する内部ロータ２０の相対回転位相が変位される。この変位のうち、タイミングベルト６からの駆動力による回転方向（時計回り方向）と同方向へ向かう変位方向を進角方向と称し、この逆方向を遅角方向と称する。

位相設定機構３０は、内部ロータ２０の内周に回転軸心Ｘと同軸心に形成したリングギヤ２６と、内部ロータ２０の内周側に偏心軸心Ｙと同軸心で回転自在に配置されるインナギヤ２７と、インナギヤ２７の内周側に配置される偏心カム体２８と、フロントプレート２４と、継手部Ｊとを備えている。偏心軸心Ｙは、回転軸心Ｘと平行する姿勢で形成されている。

リングギヤ２６は複数の内歯部２６Ｔを有し、インナギヤ２７は複数の外歯部２７Ｔを有する。外歯部２７Ｔの一部はリングギヤ２６の内歯部２６Ｔに咬合している。この位相設定機構３０は、リングギヤ２６の内歯部２６Ｔの歯数と比較して、インナギヤ２７の外歯部２７Ｔの歯数が１歯だけ少ない遊星ギヤ減速機として構成されている。

本実施形態では、内燃機関Ｅの稼動時には、クランクシャフト２と等しい速度で、出力軸Ｍａが時計回りに駆動回転することにより、駆動ケース１０と内部ロータ２０との相対回転位相を維持する。また、相対回転位相を進角方向に変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を減じ、相対回転位相を遅角方向に変位させる場合には出力軸Ｍａの回転速度を増大する制御が行われる。

すなわち、位相設定機構３０は、モータＭの駆動による出力軸Ｍａの回転に伴い、偏心カム体２８が回転軸心Ｘを中心に回転した際には、インナギヤ２７が１回転する毎に、歯数差に対応する角度だけ、インナギヤ２７とリングギヤ２６とを相対回転させることになる。その結果、インナギヤ２７に対し継手部Ｊを介して一体回転する駆動ケース１０と、リングギヤ２６に連結ボルト２３により連結する吸気カムシャフト７とを相対回転させ、バルブタイミングの調節をすることが可能となる。

図２に示されるように、駆動制御ユニット５０の制御部５１はインバータＩを制御して、モータＭのロータ（図示せず）の位置に基づいてコイル（図示せず）の通電状態を切り替える。ロータの位置とは、モータＭのコイルに対する通電に応じて回転するロータの位置（回転角）である。制御部５１は後述するインバータＩをＰＷＭ制御し、コイルの通電状態を順次、切り替える。このようなＰＷＭ制御は、公知であるので説明は省略する。

インバータＩは、モータＭのコイルに流れる電流を制御して、モータＭを駆動する。制御部５１は、モータＭのコイルを流れる電流の電流値を検出し、当該電流値と制限値設定装置１からの制限値情報とに基づいてフィードバック制御によりインバータＩを制御する。

制限値設定装置１は、弁開閉時期制御装置１００のモータＭに流れる電流を制限する電流制限値を設定する。図２に示されるように、制限値設定装置１は、電圧値情報取得部７１、電圧降下情報取得部７２、制限値設定部７３、測定部７４の各機能部を備えて構成される。これらの各機能部は、電流制限値の設定に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。

電圧値情報取得部７１は、モータＭに電力供給を行うバッテリＢの出力電圧の電圧値を示す電圧値情報を取得する。モータＭに電力供給を行うバッテリＢとは、弁開閉時期制御装置１００が搭載される車両に設けられるバッテリＢであり、モータＭのロータを回転させるために、コイルに通電される電流が流れ出るバッテリＢである。本実施形態では、上述した駆動制御ユニット５０に対する電力供給もバッテリＢから行われる。バッテリＢの出力電圧の電圧値とは、バッテリＢから電流が流れている状態と流れていない状態とを包含したバッテリＢの出力電圧の電圧値を意味する。出力電圧の電圧値を示す電圧値情報とは、モータＭに印加される電圧の電圧値を示す情報である。

本実施形態では、バッテリＢの出力電圧の電圧値は測定部７４により測定される。測定部７４は、継続してバッテリＢの出力電圧の電圧値を測定し、測定結果を電圧値情報取得部７１に伝達する。したがって、本実施形態では、電圧値情報取得部７１は、測定部７４による測定結果に基づいて電圧値情報を取得する。

電圧降下情報取得部７２は、モータＭに電力供給を行っている際のバッテリＢの電圧降下を示す電圧降下情報を取得する。電圧降下情報とは、バッテリＢの始動前出力電圧からの電圧降下を示す情報である。バッテリＢの始動前出力電圧とは、出力電圧のうち、バッテリＢから電流が流れていない状態の出力電圧が相当する。本実施形態では、モータＭに電力供給が行われる前の出力電圧が相当し、好ましくは車両の内燃機関Ｅの始動前における車両に搭載されるデバイスに電流が流れていない状態における出力電圧であると好適である。一方、バッテリＢの始動前出力電圧からの電圧降下とは、バッテリＢから電流が流れていない状態の始動前出力電圧と、バッテリＢから電流が流れている状態の始動後出力電圧との差異が相当する。バッテリＢから電流が流れている状態の始動後出力電圧とは、本実施形態では、出力電圧のうち、実際にモータＭに電力供給が行われている状態での出力電圧が相当し、車両の内燃機関Ｅの始動後における車両に搭載されるデバイスに電流が流れている状態における出力電圧であると好適である。したがって、電圧降下情報取得部７２は、バッテリＢから電流が流れていない状態の始動前出力電圧と、バッテリＢから電流が流れている状態の始動後出力電圧との差異を電圧降下として算出し、電圧降下情報として取得する。

制限値設定部７３は、電圧降下情報に応じて、バッテリＢからモータＭに流れる電流を制限する電流制限値を設定する。電圧降下情報は、上述した電圧降下情報取得部７２から伝達される。バッテリＢからモータＭに流れる電流を制限するとは、バッテリＢから流れる電流の電流値が所期の値より大きくならないようにすることを意味する。このような所期の値が、電流制限値に相当する。具体的には、制限値設定部７３は、電圧降下情報により示されるバッテリＢの電圧降下が大きい程、電流制限値を大きく設定し、電圧降下情報により示されるバッテリＢの電圧降下が小さい程、電流制限値を小さく設定すると好適である。

電流制限値の設定は、次のように行うことが可能である。バッテリＢの出力電圧や、バッテリＢと各デバイスとを接続するハーネスの抵抗値から、モータＭを流れる電流に対するバッテリＢの電圧降下は演算可能である。そこで、モータＭに実際に流れている電流の電流値と上記電圧降下との関係を用いて、電流制限値を設定することで適切に電流制限値を設定することが可能となる。

また、バッテリＢの内部抵抗は劣化により増大することが知られているが、内部抵抗の増大に応じてバッテリＢの出力電圧の電圧降下は大きくなる。そこでこの内部抵抗を考慮して電流制限値を設定することで、より適切に、すなわち想定よりバッテリＢの出力電圧が低下し、内燃機関Ｅが停止するといった状況を回避することが可能となる。具体的には、駆動中のモータＭに流れる電流とバッテリＢの出力電圧とからバッテリＢの内部抵抗を推定し、推定された内部抵抗の値を用いて電流制限値を設定することでより適切に電流制限を行うことが可能となる。

図３には、モータＭを流れる電流と、バッテリＢの出力電圧の電圧降下と、電流制限値との関係が示される。ｔ＝０でモータＭの通電が開始されるが、この時、電流制限値としてＩ１が設定されている。時間の経過と共に、モータＭを流れる電流が増大し、これに伴い、電圧降下も増大する。ｔ＝１において、電圧降下が予め設定されたＶ１に達すると、電流制限値としてＩ２（ただし、Ｉ１＞Ｉ２である）が設定される。これにより、モータＭを流れる電流が一定となり、電圧降下も一定となる。この時のバッテリＢの出力電圧により、車両に搭載されるデバイスがシャットダウンしないように設定することで、内燃機関Ｅは停止するといった状況を回避できる。

図２に戻り、制限値設定部７３により設定された電流制限値を示す制限値情報は、制限値設定部７３から、モータＭに流れる電流を制御する駆動制御ユニット５０に対して、ＰＷＭ信号の周波数に対応付けして伝達される。本実施形態では、駆動制御ユニット５０の制御部５１はインバータＩをＰＷＭ制御して、モータＭに流れる電流を制御する。そこで、制限値設定部７３から伝達される制限値情報は、電流値そのものを制限する値であっても良いし、ＰＷＭ制御におけるオンＤＵＴＹ比を制限する値であっても良い。制限値設定部７３は、このような制限値情報を電流制限値毎にＰＷＭ信号の周波数に対応付けし、対応付けされた周波数のＰＷＭ信号を、制限値設定装置１の制限値設定部７３から駆動制御ユニット５０の制御部５１に対して伝達する。すなわち、電流制限値を示す制限値情報は、ＰＷＭ信号により情報通信が行われる。なお、オンＤＵＴＹ比は、所定の値で良い。

駆動制御ユニット５０は、制限値設定部７３からのＰＷＭ信号を受信し、当該ＰＷＭ信号により示される電流制限値に基づいてモータＭに流れる電流を制御する。すなわち、駆動制御ユニット５０は、弁開閉時期制御装置１００が、ＰＷＭ信号の周波数により規定される電流制限値以下の電流値の電流で動作するように、インバータＩを制御する。図３においては、バッテリＢの電圧降下がＶ１に到達したことを電圧降下情報取得部７２から伝達されると、制限値設定部７３は、電流制限値をＩ１からＩ２に設定変更し、変更された電流制限値Ｉ２をＰＷＭ信号により駆動制御ユニット５０の制御部５１に伝達する。駆動制御ユニット５０は、弁開閉時期制御装置１００のモータＭが電流制限値Ｉ２以下の電流で動作するようにインバータＩを制御する。

以上のように構成することで、バッテリＢの出力電圧が降下した場合であっても、車両に搭載されるデバイスがシャットダウンしないだけの電力を供給できるので、例えば環境温度が極低温となり、内燃機関Ｅに始動に大電流が流れ、内燃機関Ｅが停止してしまうといった状況を回避することが可能となる。また、状況によりモータＭに流れる電流が規制されるが、規制された電流値の電流をモータＭに流すことができるので、弁開閉時期制御装置１００が停止できないといった状況も回避できる。したがって、排ガス特性の悪化や内燃機関Ｅの始動性が悪化するといったことを防止できる。

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、測定部７４がバッテリＢの出力電圧の電圧値を測定し、測定部７４による測定結果に基づいて電圧値情報取得部７１が電圧値情報を取得するとして説明したが、制限値設定装置１は、モータＭに電流が流れる前に、すなわちバッテリＢから車両に搭載されるデバイスに電力供給を行う前に、電流制限値を演算して設定することが可能である。

係る構成では、記憶部に、内燃機関Ｅが始動された場合に想定される、車両に搭載されるデバイスの夫々に対してバッテリＢから流れる電流の電流値を示す電流値情報が予め記憶しておくと良い。内燃機関Ｅが始動された場合に想定される、車両に搭載されるデバイスの夫々に対してバッテリＢから流れる電流の電流値を示す電流値情報とは、車両に搭載されるデバイスの夫々に対してバッテリＢから流れる電流を流した場合に、デバイスに流れる電流の電流値を示す電流値情報である。このような電流値情報は、例えば設計段階においてデバイス毎に印加される電圧の電圧値との関係から得ることができる。そこで、デバイス毎に電流値を事前には記憶部に記憶しておくと良い。これにより、電圧値情報取得部７１が、実際のモータＭ等に電流を流すことなく（すなわち、内燃機関Ｅのスタータモータの駆動前に）、記憶部に記憶されている電流値情報に基づいてデバイスの夫々に電流が流れた場合における電圧値を算定して電圧値情報を取得することが可能となる。このような電圧値情報に基づき、電圧降下情報取得部７２が電圧降下を演算し、制限値設定部７３が電流制限値を設定すると良い。

上記実施形態では、制限値設定部７３により設定された電流制限値を示す制限値情報が、制限値設定部７３から、モータＭに流れる電流を制御する駆動制御ユニット５０に対して、ＰＷＭ信号の周波数に対応付けして伝達されるとして説明したが、制限値情報は、ＰＷＭ信号の周波数に対応付けされずに伝達することも可能である。

本発明は、モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定装置に用いることが可能である。

１：制限値設定装置
２：クランクシャフト
７：カムシャフト
１０：駆動ケース（駆動側回転体）
２０：内部ロータ（従動側回転体）
３０：位相設定機構
５０：駆動制御ユニット
７１：電圧値情報取得部
７２：電圧降下情報取得部
７３：制限値設定部
７４：測定部
１００：弁開閉時期制御装置
Ｂ：バッテリ
Ｅ：内燃機関
Ｍ：モータ
Ｘ：回転軸心

Claims (3)

1. 車両に搭載される内燃機関のクランクシャフトに対して同期回転する駆動側回転体、前記駆動側回転体の回転軸心と同軸心に配置され、前記内燃機関のカムシャフトと一体回転する従動側回転体、前記駆動側回転体と前記従動側回転体との相対回転位相を設定する位相設定機構、及び前記位相設定機構を駆動するモータを備えた弁開閉時期制御装置における、前記モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定装置であって、
   前記モータに電力供給を行うバッテリの出力電圧の電圧値を示す電圧値情報を取得する電圧値情報取得部と、
   前記モータに電力供給を行っている際の前記バッテリの電圧降下を示す電圧降下情報を取得する電圧降下情報取得部と、
   前記電圧降下に応じて、前記バッテリから前記モータに流れる電流を制限する電流制限値を設定する制限値設定部と、
   前記内燃機関が始動された場合に想定される、前記車両に搭載されるデバイスの夫々に対して前記バッテリから流れる電流の電流値を示す電流値情報が予め記憶されている記憶部とを備え、
   前記電圧値情報取得部は、前記記憶部に記憶されている前記電流値情報に基づいて前記デバイスの夫々に前記電流が流れたとした場合における前記電圧値を算定して前記電圧値情報を取得する制限値設定装置。
2. 前記バッテリの出力電圧の電圧値を測定する測定部を更に備え、
   前記電圧値情報取得部は、前記測定部による測定結果に基づいて前記電圧値情報を取得する請求項１に記載の制限値設定装置。
3. 前記制限値設定部により設定された前記電流制限値を示す制限値情報が、前記制限値設定部から、前記モータに流れる電流を制御する駆動制御ユニットに対して、ＰＷＭ信号の周波数に対応付けして伝達される請求項１又は２に記載の制限値設定装置。

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