(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に適用される弁装置を駆動する駆動モータを制御するモータ制御装置において、
デューティ比可変の駆動制御信号が入力され、前記駆動モータへ駆動電流を供給する駆動手段と、
前記デューティ比の変化量に基づいて前記駆動モータの駆動制御異常を判定する異常判定手段と、
該異常判定手段により前記モータの駆動制御に異常があると判定されたときに、前記デューティ比を制限する制限手段とを備え、
前記制限手段は、
直前の所定移動平均化時間における前記デューティ比の移動平均値を算出する移動平均値算出手段と、
前記移動平均値が増加するほど減少するようにリミット値を設定するリミット設定手段とを備え、
前記デューティ比が前記リミット値以下となるように制限し、
前記弁装置は、前記機関の排気系から吸気系に還流する排気量を制御する排気還流制御弁及び前記機関の燃焼室内のスワールを制御するスワール制御弁の少なくとも一方を含むことを特徴とするモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に適用される弁装置を駆動する駆動モータを制御するモータ制御装置に関し、特に排気還流制御弁、スワール制御弁などの駆動制御の異常を判定する機能を有するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
弁装置を駆動する駆動モータに過大な電流が供給されると、焼損による故障が発生するため、過大な電流が供給されないように保護する必要がある。内燃機関に適用される弁装置の駆動モータではないが、電気自動車に適用される交流モータを駆動する駆動システムの異常診断装置が、特許文献１に示されている。この駆動システムは、インバータにより直流電流が交流電流に変換され、交流モータが駆動されるものであり、異常診断装置においては、インバータに入力される直流電流が監視され、入力直流電流が振動したときに異常があると判定される。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２００９０１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された装置では、入力電流を監視するためのセンサが必要となり、構成の複雑化やコストの上昇を招くという課題がある。
【０００５】
また温度センサによりモータ温度を監視する手法もよく知られているが、監視のための温度センサが新たに必要となる。
【０００６】
本発明は上述した点に着目してなされたものであり、内燃機関に適用される弁装置の駆動モータの駆動制御異常を、より簡便な手法で判定し、焼損による故障を防止することができるモータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関に適用される弁装置を駆動する駆動モータを制御するモータ制御装置において、デューティ比可変の駆動制御信号が入力され、前記駆動モータへ駆動電流を供給する駆動手段（２０，２７）と、前記デューティ比の変化量（ＤＤＵＴ）に基づいて前記駆動モータの駆動制御異常を判定する異常判定手段と、該異常判定手段により前記駆動モータの駆動制御に異常があると判定されたときに、前記デューティ比を制限する制限手段とを備え、前記制限手段は、直前の所定移動平均化時間（ＴＡＶ）における前記デューティ比の移動平均値（ＤＴＤＡＶ）を算出する移動平均値算出手段と、前記移動平均値（ＤＴＤＡＶ）が増加するほど減少するようにリミット値（ＤＴＬＭＡ）を設定するリミット設定手段とを備え、前記デューティ比が前記リミット値（ＤＴＬＭＡ）以下となるように制限し、前記弁装置は、前記機関の排気系から吸気系に還流する排気量を制御する排気還流制御弁（２６）及び前記機関の燃焼室内のスワールを制御するスワール制御弁（１９）の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、デューティ比可変の駆動制御信号が駆動手段に入力され、駆動手段から弁装置の駆動モータへ駆動電流が供給される。駆動制御信号のデューティ比の変化量に基づいて、駆動モータの駆動制御異常が判定され、モータ駆動制御に異常があると判定されたときに、デューティ比が制限される。すなわち、直前の所定移動平均化時間におけるデューティ比の移動平均値が算出され、移動平均値が増加するほど減少するようにリミット値が設定され、デューティ比が算出されたリミット値以下となるように制限される。したがって、異常判定のための付加的なセンサを設けること無く、駆動モータの焼損による故障を防止することができる。例えば吸入空気流量センサにより検出される内燃機関の吸入空気流量に応じて、排気還流制御弁の弁開度指令値を決定する場合において、吸入空気流量センサに水滴が付着して正常に動作しないようなときは、弁開度指令値が異常な値となり、排気還流制御弁の駆動モータに過大な電流が供給されるおそれがある。本発明によれば、そのようなときはモータ駆動制御に異常があると判定され、駆動制御信号のデューティ比が制限されるので、駆動モータに過大な電流が供給されることを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関と、その制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、シリンダ内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンであり、各気筒に燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）５に電気的に接続されており、燃料噴射弁６の開弁時期及び開弁時間は、ＥＣＵ５により制御される。
【００１０】
エンジン１は、吸気管７，排気管８、及びターボチャージャ９を備えている。ターボチャージャ９は、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービンと、タービンとシャフトを介して連結されたコンプレッサとを備えている。ターボチャージャ９は、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。
【００１１】
吸気管７のコンプレッサ下流側にはインタークーラ１１が設けられ、さらにインタークーラ１１の下流側には、インテイクシャッタ弁（以下「ＩＳＶ」という）２２が設けられている。ＩＳＶ２２は、ＩＳＶアクチュエータ２３により開閉駆動可能に構成されており、ＩＳＶアクチュエータ２３はＥＣＵ５に接続されている。
【００１２】
吸気管７は、ＩＳＶ２２の下流側において吸気管７Ａ，７Ｂに分岐し、さらに各気筒に対応して分岐する。なお、図１には１つの気筒に対応する構成のみが示されている。エンジン１の各気筒には、２つの吸気弁（図示せず）及び２つの排気弁（図示せず）が設けられている。２つの吸気弁により開閉される吸気口（図示せず）はそれぞれ吸気管７Ａ，７Ｂに接続されている。
【００１３】
また、吸気管７Ｂ内には、当該吸気管７Ｂを介して吸入される空気量を制限してエンジン１の燃焼室にスワールを発生させるスワール制御弁（以下「ＳＣＶ」という）１９が設けられている。ＳＣＶ１９は、ＳＣＶアクチュエータ２０により開閉駆動可能に構成されており、ＳＣＶアクチュエータ２０はＥＣＵ５に接続されている。
【００１４】
ＳＣＶアクチュエータ２０は、正逆回転可能なモータを備え、モータを正転させることによりＳＣＶ１９を開弁方向に駆動する一方、モータを逆転させることにより閉弁方向に駆動する。
【００１５】
排気管８と吸気管７Ａとの間には、排気を吸気管７Ａに還流する排気還流通路２５が設けられている。排気還流通路２５には、排気還流量を制御するための排気還流制御弁（以下「ＥＧＲ弁」という）２６が設けられている。ＥＧＲ弁２６は、ＥＧＲアクチュエータ２７により開閉駆動可能に構成されており、ＥＧＲアクチュエータ２７はＥＣＵ５に接続されている。ＥＧＲアクチュエータ２７は、正逆回転可能なモータを備え、モータを正転させることにより、ＥＧＲ弁２６を開弁方向に駆動する一方、モータを逆転させることにより閉弁方向に駆動する。
【００１６】
ＥＣＵ５は、デューティ比可変の駆動制御信号をＥＧＲアクチュエータ２７及びＳＣＶアクチュエータ２０に供給し、ＥＧＲ弁２６及びＳＣＶ１９の開度制御を行う。
【００１７】
吸気管７には、吸入空気流量ＧＡを検出する吸入空気流量センサ３１及び過給圧ＰＢを検出する過給圧センサ３２が設けられている。またＩＳＶ２２の開度ＩＳを検出するＩＳＶ開度センサ３４、ＳＣＶ１９の開度ＳＣを検出するＳＣＶ開度センサ３５、及びＥＧＲ弁２６の開度（リフト量）ＬＡＣＴを検出するＥＧＲ弁開度センサ３６が設けられており、これらのセンサ３１〜３６の検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１８】
ＥＣＵ５には、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダルの操作量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ３７、エンジン回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ３８、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ３９、及び外気温ＴＡを検出する外気温センサ４０が接続されており、これらのセンサの検出信号はＥＣＵ５に供給される。
【００１９】
ＥＣＵ５は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、各種アクチュエータに駆動信号を供給する出力回路から構成される。
【００２０】
図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれＥＧＲアクチュエータ２７及びＳＣＶアクチュエータ２０に供給する駆動制御信号のデューティ比を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。図２に示すモジュールの機能は、ＥＣＵ５のＣＰＵで実行される処理により実現される。
【００２１】
図２（ａ）に示すモジュールは、ＥＧＲアクチュエータ２７に供給する駆動制御信号（「ＥＧＲ弁駆動制御信号」という）のデューティ比である駆動デューティ比ＤＴＥＤを算出するモジュールであり、目標新気流量算出部４１と、目標ＥＧＲ弁開度算出部４２と、基本デューティ比算出部４３と、駆動デューティ比算出部４４とを備えている。
【００２２】
目標新気流量算出部４１は、アクセルペダル操作量ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ及び冷却水温ＴＷに応じて、目標新気流量ＧＡＣＭＤを算出する。目標ＥＧＲ弁開度算出部４２は、検出される吸入空気流量ＧＡが目標新気流量ＧＡＣＭＤに一致するようにフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）により、目標ＥＧＲ弁開度ＬＣＭＤを算出する。
【００２３】
基本デューティ比算出部４３は、検出されるＥＧＲ弁開度ＬＡＣＴが目標ＥＧＲ弁開度ＬＣＭＤに一致するようにフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）により、ＥＧＲ弁駆動制御信号の基本デューティ比ＤＴＥＢを算出する。基本デューティ比ＤＴＥＢは、モータを正転させるときは正の値を有するデューティ比として算出される一方、モータを逆転させるときは負の値を有するデューティ比として算出される。
【００２４】
駆動デューティ比算出部４４は、図３及び図５に示す処理を実行し、駆動デューティ比ＤＴＥＤを算出する。
【００２５】
図２（ｂ）に示すモジュールは、ＳＣＶアクチュエータ２０に供給する駆動制御信号（「ＳＣＶ駆動制御信号」という）のデューティ比である駆動デューティ比ＤＴＳＤを算出するモジュールであり、目標ＳＣＶ開度算出部５１と、基本デューティ比算出部５２と、駆動デューティ比算出部５３とを備えている。
【００２６】
目標ＳＣＶ開度算出部５１は、アクセルペダル操作量ＡＰ、エンジン回転数ＮＥ及び冷却水温ＴＷに応じて、目標ＳＣＶ開度ＳＣＣＭＤを算出する。
基本デューティ比算出部５２は、検出されるＳＣＶ開度ＳＣが目標ＳＣＶ開度ＳＣＣＭＤに一致するようにフィードバック制御（例えばＰＩＤ制御）により、ＳＣＶ駆動制御信号の基本デューティ比ＤＴＳＢを算出する。基本デューティ比ＤＴＳＢは、モータを正転させるときは正の値を有するデューティ比として算出される一方、モータを逆転させるときは負の値を有するデューティ比として算出される。
【００２７】
駆動デューティ比算出部５３は、図３及び図５に示す処理と同様の処理を実行し、駆動デューティ比ＤＴＳＤを算出する。
【００２８】
図３は、図２（ａ）に示す駆動デューティ比算出部４４における処理のフローチャートである。この処理は、第１所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。
【００２９】
ステップＳ１１では、下記式（１）により、基本デューティ比ＤＴＥＢの変化量ＤＤＵＴを算出する。式（１）の「ｋ」は、本処理の実行周期で離散化した離散化時刻であり、（ｋ）が今回値であることを示す。またｄｔは、本処理の実行周期である第１所定時間である。
ＤＤＵＴ＝｜ＤＴＥＢ(k)−ＤＴＥＢ(k-1)｜／ｄｔ                （１）
【００３０】
ステップＳ１２では、変化量ＤＤＵＴが所定閾値ＤＤＴＨ（例えば３００％／秒）より大きいか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＴＬＭＬを、それぞれ通常上限値ＤＴＬＭＮ（例えば１００％）及び通常下限値−ＤＴＬＭＮに設定し（ステップＳ１３）、ステップＳ１６に進む。
【００３１】
ステップＳ１２でＤＤＵＴ＞ＤＤＴＨであって、変化量ＤＤＵＴが大きいときは、ＥＧＲ弁２６の駆動制御に異常が発生したと判定し、以下のステップＳ１４及びＳ１５によって、上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＴＬＭＬの設定を行う。
【００３２】
すなわちステップＳ１４では、図５の処理で算出される平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶに応じて図４に示すＤＴＬＭＡテーブルを検索し、異常リミット値ＤＴＬＭＡ（＞０）を算出する。ＤＴＬＭＡテーブルは、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶが第１所定値ＤＴ１（例えば２０％）から第２所定値ＤＴ２（例えば４３％）の範囲で、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶが増加するほど、異常リミット値ＤＴＬＭＡが減少するように設定されている。
【００３３】
ステップＳ１５では、上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＵＴＬＭＬを、それぞれ異常リミット値ＤＴＬＭＡ及び異常リミット値ＤＴＬＭＡに負号を付した値に設定し、ステップＳ１６に進む。
【００３４】
ステップＳ１６では、基本デューティ比ＤＴＥＢ(k)が上限値ＤＴＬＭＨより大きいか否かを判別し、その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、駆動デューティ比ＤＴＥＤ(k)を上限値ＤＴＬＭＨに設定する（ステップＳ１７）。
【００３５】
ステップＳ１６でＤＴＥＢ(k)≦ＤＴＬＭＨであるときは、基本デューティ比ＤＴＥＢ(k)が下限値ＤＴＬＭＬより小さいか否かを判別する（ステップＳ１８）。その答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、駆動デューティ比ＤＴＥＤ(k)を下限値ＤＴＬＭＬに設定する（ステップＳ１９）。
【００３６】
ステップＳ１８でＤＴＥＢ(k)≧ＤＴＬＭＬであるときは、駆動デューティ比ＤＴＥＤ(k)を基本デューティ比ＤＴＥＢ(k)に設定する（ステップＳ２０）。
【００３７】
図５は、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶを算出する処理のフローチャートである。この処理は第２所定時間（例えば１００ミリ秒）毎に実行される。
ステップＳ３１では、下記式（２）により、駆動デューティ比ＤＴＥＤの絶対値の、直近の所定平均化時間ＴＡＶ（例えば１秒間）における積算値ＳＵＭＤＴＥＤ(j)を算出する。ここで「ｊ」は、図５の処理の実行周期で離散化した離散化時刻であり、（ｊ）が今回値であることを示す。またＮＳは平均化するデータの数であり、データ数ＮＳは、例えば１０に設定される。
【数１】
0004776641.tif 000002
【００３８】
ステップＳ３２では、積算値ＳＵＭＤＴＥＤ(j)をデータ数ＮＳで除算することにより、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶを算出する。
【００３９】
なお、ＳＣＶ駆動制御信号の駆動デューティ比ＤＴＳＤについても、上述した図３及び図５の処理と同様の処理により、算出される。
【００４０】
図６は、図３及び図５の処理を説明するためのタイムチャートである。図６（ａ）の細い実線Ｌ１及び太い実線Ｌ２は、それぞれ基本デューティ比ＤＴＥＢ及び駆動デューティ比ＤＴＥＤの推移を示す。また破線Ｌ３及びＬ４は、それぞれ上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＴＬＭＬの推移を示し、一点鎖線Ｌ５は平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶの推移を示す。また図６（ｂ）は、変化量ＤＤＵＴの推移を示す。
【００４１】
基本デューティ比ＤＴＥＢの変化量ＤＤＵＴが増加し、所定閾値ＤＤＴＨを超えると、上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＴＬＭＬに異常リミット値ＤＴＬＭＡ及び対応する負の値である−ＤＴＬＭＡが適用され、異常リミット値ＤＴＬＭＡは、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶが増加するほど減少するように設定される。その結果、駆動デューティ比ＤＴＥＤのピーク値の絶対値は減少し、平均駆動デューティ比ＤＴＤＡＶはＥＧＲアクチュエータ２７のモータが焼損しないレベル以下に制限される。
【００４２】
以上のように本実施形態では、ＥＧＲアクチュエータ２７に供給される駆動制御信号の基本デューティ比ＤＴＥＢの変化量ＤＤＵＴに基づいて、アクチュエータ２７（が備える駆動モータ）の駆動制御異常が判定され、モータ駆動制御に異常があると判定されたときに、駆動デューティ比ＤＴＥＤの算出に適用される上限値ＤＴＬＭＨ及び下限値ＤＴＬＭＬの絶対値が減少するように修正される。またＳＣＶアクチュエータ２０に供給される駆動制御信号の基本デューティ比ＤＴＳＢについても、図３及び図５と同様のリミット処理が行われて駆動デューティ比ＤＴＳＤが算出される。したがって、異常判定のための付加的なセンサを設けること無く、駆動モータの焼損による故障を防止することができる。
【００４３】
例えば吸入空気流量センサ３１に水滴が付着して正常に動作しないようなときは、目標ＥＧＲ弁開度ＬＣＭＤが異常な値に設定され、ＥＧＲ弁２６の駆動モータに過大な電流が供給されるおそれがあるが、図３及び図５の処理によれば、そのようなときは駆動制御異常と判定され、駆動デューティ比ＤＴＥＤが制限されるので、駆動モータに過大な電流が供給されることを防止することができる。
【００４４】
また、ＳＣＶ開度センサ３５が故障した場合には、ＳＣＶ駆動制御信号の基本デューティ比ＤＴＳＢが異常な値に設定されて、ＳＣＶ１９の駆動モータに過大な電流が供給されるおそれがあるが、そのような不具合も防止することができる。
【００４５】
本実施形態では、ＥＧＲアクチュエータ２７及びＳＣＶアクチュエータ２０が駆動手段に相当し、ＥＣＵ５が異常判定手段及び制限手段を構成する。具体的には、図３のステップＳ１１及びＳ１２が異常判定手段に相当し、ステップＳ１４〜Ｓ２０及び図５の処理が制限手段に相当する。
【００４６】
なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、ＥＧＲ弁２６またはＳＣＶ１９の何れか一方を備えた機関では、その一方について上述した駆動制御異常の判定及び駆動デューティ比のリミット処理を行うようにする。
【００４７】
また本発明は、上述した実施形態と同様の手法で駆動される内燃機関用の弁装置の制御に適用可能である。さらにクランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンなどに適用される弁装置にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその制御装置の構成を示す図である。
【図２】排気還流制御弁及びスワール制御弁の駆動制御信号のデューティ比を算出するモジュールの構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す駆動デューティ比算出部における処理のフローチャートである。
【図４】図３の処理で参照されるテーブルを示す図である。
【図５】図２の処理で参照される平均駆動デューティ比（ＤＴＤＡＶ）を算出する処理のフローチャートである。
【図６】図３及び図５の処理を説明するためのタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１  内燃機関
５  電子制御ユニット（異常判定手段、制限手段）
７，７Ａ，７Ｂ  吸気管
８  排気管
１９  スワール制御弁（弁装置）
２０  ＳＣＶアクチュエータ（駆動手段）
２６  排気還流制御弁（弁装置）
２７  ＥＧＲアクチュエータ（駆動手段）
【図１】
0004776641.tif 000003
【図２】
0004776641.tif 000004
【図３】
0004776641.tif 000005
【図４】
0004776641.tif 000006
【図５】
0004776641.tif 000007
【図６】
0004776641.tif 000008