JP2014155358A - Controller for electrically-driven supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、内燃機関の吸気通路に設置した過給機とこの過給機を駆動する電動機とを備えた電動過給機の制御装置に関するものである。 The present invention relates to a control device for an electric supercharger including a supercharger installed in an intake passage of an internal combustion engine and an electric motor that drives the supercharger.
周知のように、自動車の低燃費を目的として内燃機関の出力を増加させるために、電動機により駆動される過給機、所謂、電動過給機を内燃機関の吸気通路に設ける技術が存在する。この電動過給機の電動機を制御する電動機制御装置は、通常、電動機の回転子の磁極位置を検出する位置センサを用い、この位置センサの出力を用いて電動機を制御している。 As is well known, there is a technique in which a supercharger driven by an electric motor, that is, an electric supercharger is provided in an intake passage of the internal combustion engine in order to increase the output of the internal combustion engine for the purpose of reducing fuel consumption of an automobile. An electric motor control device that controls the electric motor of the electric supercharger normally uses a position sensor that detects the magnetic pole position of the rotor of the electric motor, and controls the electric motor using the output of the position sensor.
このような電動機制御装置に於いては、位置センサを取り付ける際に生じる物理的な位置ずれ（取り付け誤差）によって、位置センサに基づく電動機の誘起電圧の位相と実際の磁極位置との間にずれが生じると、制御特性の劣化を招き、例えば所望のトルク、効率が得られないといった問題が生じる可能性がある。又、一般的な電動機と異なりターボなどに用いられる７００００［ｒｐｍ］以上の超高速電動機に於いては、センサ自体が電動機の誘起電圧のポジションを検出してからマイコンへ入力されるまでの遅れ時間もあり、位置センサに基づく位相と実際の磁極位置（電気角位相）の相関を取ることが難しい。 In such a motor control device, a physical position shift (mounting error) that occurs when the position sensor is mounted causes a shift between the phase of the induced voltage of the motor based on the position sensor and the actual magnetic pole position. If it occurs, the control characteristics may be deteriorated, and there may be a problem that, for example, desired torque and efficiency cannot be obtained. In addition, in an ultrahigh-speed motor of 70000 [rpm] or higher used for a turbo or the like unlike a general electric motor, a delay time from when the sensor itself detects the position of the induced voltage of the motor until it is input to the microcomputer. Therefore, it is difficult to correlate the phase based on the position sensor and the actual magnetic pole position (electrical angle phase).
電動機及び電動機制御装置を用いて内燃機関の過給を行う電動過給装置に於いては、電動機制御装置の制御特性の劣化が、電動過給装置の制御特性の劣化につながり、例えば所望の過給圧、効率が得られない等の問題が生じる可能性がある。位置センサの取り付け誤差を低減すれば、制御特性の劣化を低減することができるが、取り付け誤差の低減を追及すると電動機制御装置及び電動過給装置の高コスト化を招く。 In an electric supercharger that supercharges an internal combustion engine using an electric motor and an electric motor controller, the deterioration of the control characteristics of the electric motor controller leads to the deterioration of the control characteristics of the electric supercharger. There is a possibility that problems such as inadequate supply pressure and efficiency may occur. If the mounting error of the position sensor is reduced, the deterioration of the control characteristics can be reduced, but if the reduction of the mounting error is pursued, the cost of the motor control device and the electric supercharging device is increased.
従来、前述のような技術的背景に鑑み、例えば特許文献１には、位置センサの出力の位相を補正するために、通電を停止したときに誘起電圧が検出できることを利用する技術が提案されている。電動機の誘起電圧は電動機の回転速度に比例するため、低回転領域に於いては電動機の誘起電圧の振幅が小さくなり、検出の精度が低下するが、特許文献１による従来の装置は、電動機の所定の回転速度以上のときのみに誘起電圧の検出を行うため、誘起電圧の検出精度低下の影響を抑えることができる。尚、電動過給機に於ける電動機は、必要な時だけ通電して駆動させるため、電動機の誘起電圧検出のために特別に通電を停止する期間を設ける必要はなく、電動過給装置の通常動作の範囲内で位置センサの位相を補正することができる。 Conventionally, in view of the technical background as described above, for example, Patent Document 1 proposes a technique that utilizes the fact that an induced voltage can be detected when energization is stopped in order to correct the phase of the output of a position sensor. Yes. Since the induced voltage of the electric motor is proportional to the rotational speed of the electric motor, the amplitude of the induced voltage of the electric motor is reduced in the low rotation region and the detection accuracy is lowered. Since the induced voltage is detected only when the rotation speed is equal to or higher than the predetermined rotation speed, it is possible to suppress the influence of a decrease in the detection accuracy of the induced voltage. In addition, since the electric motor in the electric supercharger is energized and driven only when necessary, there is no need to provide a special period for stopping energization for detecting the induced voltage of the electric motor. The phase of the position sensor can be corrected within the range of operation.
又、特許文献２には、位置センサの出力の位相を補正するために、機械的なポジションセンサと、電動機の電気的な位相基準位置を検出する位相検知手段とからの差分により位相基準位置を設けて位相差を測定する駆動装置が提案されている。この従来の駆動装置は、回転電機の非駆動時に位相差を測定するようにしたものである。 In Patent Document 2, in order to correct the phase of the output of the position sensor, the phase reference position is determined by the difference between the mechanical position sensor and the phase detection means for detecting the electrical phase reference position of the electric motor. There has been proposed a drive device that is provided and measures the phase difference. This conventional driving apparatus measures the phase difference when the rotating electrical machine is not driven.
更に、特許文献３には、位置センサの位相を補正するために、電動機のステータコイルに流れる電流がピークに達した場合に、位置センサと電気的な位相の関係を補正するようにしたものである。 Further, in Patent Document 3, in order to correct the phase of the position sensor, when the current flowing in the stator coil of the motor reaches a peak, the relationship between the position sensor and the electrical phase is corrected. is there.
電動過給機では、例えば特許文献１に示された従来の電動パワーステアリング装置の制御装置のように、位置センサによる位相と電気角の位相の取り付け誤差に起因するオフセットをとり、電動機の回転速度が上昇すると得られたオフセットで位置センサの出力の位相を補正したとしても、位置センサの出力遅れ誤差等により所望の制御特性が得られないという課題がある。 In the electric supercharger, for example, as in the control device of the conventional electric power steering device disclosed in Patent Document 1, the rotational speed of the electric motor is obtained by taking an offset caused by the mounting error between the phase by the position sensor and the phase of the electrical angle. Even if the phase of the output of the position sensor is corrected with the offset obtained when the angle increases, there is a problem that desired control characteristics cannot be obtained due to an output delay error of the position sensor.
又、特許文献２に示された従来のターボチャージャの駆動装置では、内燃機関の排気ガスのタービンにより駆動される電動機への通電オフに於いても回転数を上昇させることが可能になるが、電動過給機ではセンサの出力の遅延も考慮して、回転数毎にオフセット補正が必要であるのに対して、排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボチャージャでは、回転数が大きく変動し、回転基準位置に対する十分な補正ができない可能性があり、所望の制御特性が得られない可能性があるという課題が存在する。 Further, in the conventional turbocharger drive device disclosed in Patent Document 2, it is possible to increase the rotational speed even when the electric motor driven by the turbine of the exhaust gas of the internal combustion engine is turned off. In an electric supercharger, offset correction is required for each rotation speed in consideration of sensor output delay, whereas in a turbocharger driven by exhaust gas energy, the rotation speed varies greatly and There is a possibility that sufficient correction with respect to the reference position may not be possible, and there is a problem that desired control characteristics may not be obtained.
更に、特許文献３に示された従来の電動過給機は、電動機への通電時に回転基準位置を補正するようにしているが、電動過給機を駆動しているときは制御により位相が決まっているので、実際の磁極位置との間のオフセットを補正するのが困難であるという課題がある。 Furthermore, the conventional electric supercharger disclosed in Patent Document 3 corrects the rotation reference position when the electric motor is energized, but the phase is determined by control when the electric supercharger is driven. Therefore, there is a problem that it is difficult to correct the offset with respect to the actual magnetic pole position.
この発明は、従来の電動過給機の制御装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、電動過給機の電動機を効率よく駆動することができる電動過給機の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems in the conventional control device for an electric supercharger, and is an electric supercharger capable of efficiently driving the electric supercharger. An object is to provide a control device.
この発明による電動過給機の制御装置は、
内燃機関の吸気通路に配置された過給機と前記過給機を駆動する電動機とを備えた電動過給機の制御装置であって、
前記電動機の回転子の回転位置を検出する位置センサと、
前記回転子の回転中に前記電動機への通電が停止しているとき、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とに基づいて、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とのオフセットを補正するためのオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、
前記算出した前記オフセット補正量により補正した制御信号に基づき、前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えたとことを特徴とする。
The control device for the electric supercharger according to the present invention comprises:
A control device for an electric supercharger comprising a supercharger disposed in an intake passage of an internal combustion engine and an electric motor for driving the supercharger,
A position sensor for detecting the rotational position of the rotor of the electric motor;
When energization to the electric motor is stopped during rotation of the rotor, the induced voltage of the electric motor and the output signal of the position sensor are based on the induced voltage of the electric motor and the output signal of the position sensor. An offset correction amount calculating means for calculating an offset correction amount for correcting the offset;
Electric motor control means for controlling the electric motor based on the control signal corrected by the calculated offset correction amount;
It is characterized by having.
この発明による電動過給機の制御装置によれば、回転子の回転中に電動機への通電が停止しているとき、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とに基づいて、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とのオフセットを補正するためのオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、前記算出した前記オフセット補正量により補正した制御信号に基づき、前記電動機を制御する電動機制御手段とを備えているので、電動過給機を効率良く運転することが可能となる。 According to the control device for the electric supercharger according to the present invention, when energization to the electric motor is stopped while the rotor is rotating, the electric motor is based on the induced voltage of the electric motor and the output signal of the position sensor. An offset correction amount calculating means for calculating an offset correction amount for correcting an offset between an induced voltage of the position sensor and an output signal of the position sensor, and controlling the electric motor based on a control signal corrected by the calculated offset correction amount. Therefore, the electric supercharger can be operated efficiently.
実施の形態１．
以下、この発明の第1の実施の形態１による電動過給機の制御装置を、図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置を備えた内燃機関の全体構成図である。図１に於いて、内燃機関１は、多気筒内燃機関であるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として示されている。内燃機関１は、インジェクタ１０によりシリンダ１６内に燃料を噴射するタイプの内燃機関である。この内燃機関１は、後述する電動機１３により駆動される電動過給機１１のコンプレッサインペラ１２により多くの吸入空気が過給されて、高出力化だけでなく低燃費化をも実現し得るものである。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a control device for an electric supercharger according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 is an overall configuration diagram of an internal combustion engine equipped with a control device for an electric supercharger according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, the internal combustion engine 1 is a multi-cylinder internal combustion engine, but here, only one cylinder is shown as a cross-sectional view. The internal combustion engine 1 is a type of internal combustion engine in which fuel is injected into a cylinder 16 by an injector 10. In the internal combustion engine 1, a large amount of intake air is supercharged by a compressor impeller 12 of an electric supercharger 11 driven by an electric motor 13, which will be described later, so that not only high output but also low fuel consumption can be realized. is there.
図１に於いて、内燃機関１は、シリンダ１６内に収納されているピストン１７と、このピストン１７の往復運動を回転運動に変換して車両の駆動輪を駆動するクランク１８を備えている。インジェクタ１０は、内燃機関１のシリンダ１６内に、直接、燃料を噴射する。インテークマニホールド１５は、吸入弁７を介してシリンダ１６に連結されている。インテークマニホールド１５の上流側の吸気通路には、スロットルバルブ６と、インタークーラ５と、電動過給機１１とエアクリーナ３が設けられている。電動過給機１１を駆動する電動機１３は、蓄電装置１４から電力変換装置（図示せず）を介して電力が供給されて駆動する。排気浄化装置１９は、排気弁９を介してシリンダ１６に接続された排気通路に設けられている。 In FIG. 1, an internal combustion engine 1 includes a piston 17 housed in a cylinder 16 and a crank 18 that converts a reciprocating motion of the piston 17 into a rotational motion to drive a driving wheel of a vehicle. The injector 10 directly injects fuel into the cylinder 16 of the internal combustion engine 1. The intake manifold 15 is connected to the cylinder 16 via the intake valve 7. A throttle valve 6, an intercooler 5, an electric supercharger 11, and an air cleaner 3 are provided in the intake passage on the upstream side of the intake manifold 15. The electric motor 13 that drives the electric supercharger 11 is driven by being supplied with electric power from the power storage device 14 via a power converter (not shown). The exhaust purification device 19 is provided in an exhaust passage connected to the cylinder 16 via the exhaust valve 9.
尚、適用される内燃機関は、シリンダ内に燃料を噴射する直墳内燃機関だけでなく、スロットルバルブ後の吸気通路１５に燃料を噴射するポート噴射内燃機関に適用することも可能である。又、ガソリン内燃機関だけでなく、ディーゼル内燃機関に適用することも可能である。 The applied internal combustion engine can be applied not only to a direct internal combustion engine that injects fuel into the cylinder, but also to a port injection internal combustion engine that injects fuel into the intake passage 15 after the throttle valve. Further, the present invention can be applied not only to gasoline internal combustion engines but also to diesel internal combustion engines.
以上のように構成された内燃機関の全体構成に於いて、吸入口２から吸入された吸入空気は、エアクリーナ３でゴミや塵などを取り除かれたあと、電動過給機１１の上流通路に至り、電動過給機１１により圧縮される。この圧縮された吸入空気は、電動過給機１１の下流通路４からインタークーラ５に通じる。インタークーラ５は、過給による圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げ充填効率を向上させる。 In the overall configuration of the internal combustion engine configured as described above, the intake air sucked from the suction port 2 is removed from the dust, dust, and the like by the air cleaner 3, and then enters the upstream passage of the electric supercharger 11. Finally, it is compressed by the electric supercharger 11. The compressed intake air passes from the downstream passage 4 of the electric supercharger 11 to the intercooler 5. The intercooler 5 reduces the temperature of the intake air whose temperature has increased with an increase in pressure due to supercharging, and improves the charging efficiency.
インタークーラ５により冷却された吸入空気は、更にスロットルバルブ６を介してインテークマニホールド１５に至る。インテークマニホールド１５内の過給された吸入空気は、吸入弁７が開くことによりシリンダ１６内に充填され、インジェクタ１０によりシリンダ１６内に噴射された燃料と混合される。シリンダ１６内の燃料と吸入空気との混合気は、点火プラグ８により点火されて燃焼し、ピストン１７及びクランク１８を介して車両の駆動輪を駆動する。シリンダ１６内で燃焼した混合気は、排気弁９を介して排気ガスとしてシリンダ１６外へ排出され、排気浄化触媒１９により浄化されて大気へ放出される。 The intake air cooled by the intercooler 5 further reaches the intake manifold 15 via the throttle valve 6. The supercharged intake air in the intake manifold 15 is filled into the cylinder 16 when the intake valve 7 is opened, and is mixed with the fuel injected into the cylinder 16 by the injector 10. The mixture of fuel and intake air in the cylinder 16 is ignited and burned by the spark plug 8 and drives the driving wheels of the vehicle via the piston 17 and the crank 18. The air-fuel mixture combusted in the cylinder 16 is discharged out of the cylinder 16 as exhaust gas through the exhaust valve 9, purified by the exhaust purification catalyst 19, and released to the atmosphere.
電動過給機１１、及びスロットルバルブ６は、内燃機関の回転数、ドライバのアクセル操作を反映させたアクセルポジション、吸入空気圧、吸入空気量等に基づいて、エンジンＥＵＣ（図示せず）により制御される。電動過給機１１の電動機１３は、エンジンＥＣＵからの指令値を受けて制御される。ここで、吸入空気圧は、例えばインテークマニホールド１５内に圧力センサ等を設けることにより得ることが可能である。吸入空気量は、例えばエアクリーナ３の後方等にエアーフローセンサ等を設けることに得ることが可能である。 The electric supercharger 11 and the throttle valve 6 are controlled by an engine EUC (not shown) based on the rotational speed of the internal combustion engine, the accelerator position reflecting the driver's accelerator operation, the intake air pressure, the intake air amount, and the like. The The electric motor 13 of the electric supercharger 11 is controlled in response to a command value from the engine ECU. Here, the suction air pressure can be obtained, for example, by providing a pressure sensor or the like in the intake manifold 15. The amount of intake air can be obtained, for example, by providing an air flow sensor or the like behind the air cleaner 3.
電動過給機１１の電動機１３は、容量や必要トルク等の条件に応じてＤＣブラシレスモータや誘導電動機、同期電動機が使用される。電動過給機１１の電力変換装置（図示せず）は、電動機１３に組み込まれており、蓄電装置１４から配線を通じて得られる直流電力を交流電力に変換するインバータ等により構成されている。 As the electric motor 13 of the electric supercharger 11, a DC brushless motor, an induction motor, or a synchronous motor is used depending on conditions such as capacity and required torque. A power conversion device (not shown) of the electric supercharger 11 is incorporated in the electric motor 13 and is configured by an inverter or the like that converts DC power obtained from the power storage device 14 through wiring into AC power.
電力変換装置は、電動機１３のケース内に半導体素子を搭載した半導体モジュールやコンデンサ等の電子部品や、半導体素子を駆動する制御信号の生成回路や保護回路を備えた制御基板を備え、蓄電装置１４の直流電力を電動機が必要とする交流電力に変換する。電力変換装置のケースの材質は樹脂でもよいが、放熱性を高めるためにアルミなどの高熱伝導性の材質の方が好ましい。 The power conversion device includes an electronic component such as a semiconductor module or a capacitor in which a semiconductor element is mounted in a case of the electric motor 13, a control signal generation circuit that drives the semiconductor element, and a control board that includes a protection circuit. Is converted into AC power required by the motor. The material of the case of the power conversion device may be a resin, but a material with high thermal conductivity such as aluminum is preferable in order to improve heat dissipation.
蓄電装置１４は、既存の１２［Ｖ］系の、所謂、鉛バッテリでもよいが、大電力を必要とする場合には、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等で構成された定格電圧が数十［Ｖ］〜数百［Ｖ］までの蓄電装置であってもよい。電力を供給する蓄電装置１４の電圧が高いほど電動機の効率が良くなるという特徴があるが、この発明には直接関係がないため、この実施の形態１による電動過給機の制御装置に於ける蓄電装置１４としては、電動過給機１１へ電力を供給可能なあらゆる蓄電装置を用いることが可能である。 The power storage device 14 may be an existing 12 [V] type so-called lead battery, but when a large amount of power is required, the rated voltage composed of a nickel-metal hydride battery, a lithium ion battery, or the like is several tens [ V] to several hundred [V] power storage devices may be used. The higher the voltage of the power storage device 14 that supplies electric power, the higher the efficiency of the electric motor. However, the present invention is not directly related to the electric supercharger control device according to the first embodiment. As the power storage device 14, any power storage device that can supply power to the electric supercharger 11 can be used.
図２は、この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置の制御ブロック図であって、電動過給機１１の機能ブロックで示している。図２に於いて、電流制御器２０と、オフセット補正量算出手段としての位相生成器２２は、マイクロコンピュータにより構成される演算機能ブロックである。電力変換装置としてのインバータ２１は、主にスイッチング素子等により構成された回路ブロックである。電流制御器２０と電力変換装置としてのインバータ２１は、この発明の実施の形態１に於ける電動機制御手段を構成する。 FIG. 2 is a control block diagram of the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention, and shows functional blocks of the electric supercharger 11. In FIG. 2, a current controller 20 and a phase generator 22 as an offset correction amount calculating means are arithmetic function blocks configured by a microcomputer. The inverter 21 as a power converter is a circuit block mainly composed of switching elements and the like. Current controller 20 and inverter 21 as a power converter constitute the motor control means in the first embodiment of the present invention.
位置センサ２３は、電動機１３の回転子磁極の位置を検出する。電動機１３は、ここでは三相同期電動機が用いられているものとする。尚、この他にも多くの機能ブロック等が含まれるが、この発明に大きく関係するブロックではないのでここでは説明を省略する。 The position sensor 23 detects the position of the rotor magnetic pole of the electric motor 13. Here, a three-phase synchronous motor is used as the motor 13. In addition, many other functional blocks and the like are included, but since they are not greatly related to the present invention, description thereof is omitted here.
電流制御器２０は、上位のコントローラ（図示せず）からの回転速度指令とバッテリ電圧を示す電圧センサ（図示せず）からの出力信号と位置センサ２３からの出力信号を受け、電動機１３へ通電する電流の大きさを示す三相デューティ指令値と、通電するタイミングを示す電圧位相の演算を行う。このとき、電流制御器２０による電圧位相の演算は電気的な角度で演算されるため、実際の電動機１３の回転子の機械角度と合わせるためには、電気角と機械角のオフセットを除去する必要がある。位相生成器２２は、後述するように、電気角と機械角のオフセットを演算し、その演算したオフセットを電流制御器２０からの電圧位相に加算する。これにより、電流制御器２０により演算された電圧位相の電気的な角度と実際の電動機１３の回転子の機械角度とが合致し、高効率に電動機１３を運転することが可能となる。 The current controller 20 receives the rotational speed command from the host controller (not shown), the output signal from the voltage sensor (not shown) indicating the battery voltage, and the output signal from the position sensor 23, and energizes the motor 13. The three-phase duty command value indicating the magnitude of the current to be performed and the voltage phase indicating the energization timing are calculated. At this time, since the calculation of the voltage phase by the current controller 20 is performed with an electrical angle, it is necessary to remove the offset between the electrical angle and the mechanical angle in order to match the actual mechanical angle of the rotor of the electric motor 13. There is. As will be described later, the phase generator 22 calculates an offset between the electrical angle and the mechanical angle, and adds the calculated offset to the voltage phase from the current controller 20. Thereby, the electrical angle of the voltage phase calculated by the current controller 20 matches the actual mechanical angle of the rotor of the electric motor 13, and the electric motor 13 can be operated with high efficiency.
次に、位置センサ２３の出力信号と電動機１３の誘起電圧の関係ついて説明する。位置センサ２３の出力信号は、電動機１３の回転子の磁極位置に応じて出力されるため、位置センサ２３の出力信号と電動機１３の誘起電圧との対応をとることができる。例えば、位置センサ２３の出力信号の立ち上がりと立ち下がりは、電動機１３の誘起電圧の立ち上がりと立ち下がりと理想的には一致する。 Next, the relationship between the output signal of the position sensor 23 and the induced voltage of the electric motor 13 will be described. Since the output signal of the position sensor 23 is output according to the magnetic pole position of the rotor of the electric motor 13, the correspondence between the output signal of the position sensor 23 and the induced voltage of the electric motor 13 can be taken. For example, the rise and fall of the output signal of the position sensor 23 ideally match the rise and fall of the induced voltage of the electric motor 13.
但し、位置センサ２３の取り付け位置に誤差がある場合は、位置センサ２３の出力信号の立ち上がりと立ち下がりは、夫々電動機１３の誘起電圧の立ち上がりと立ち下がりに対してずれを生じることになる。一般的に、位置センサ２３の組み付け精度には限界があるので、電動機１３の誘起電圧の電気角と回転子の磁極の機械角とは、一定のオフセットをもつ。 However, if there is an error in the mounting position of the position sensor 23, the rise and fall of the output signal of the position sensor 23 will be different from the rise and fall of the induced voltage of the electric motor 13, respectively. In general, since the accuracy of assembly of the position sensor 23 is limited, the electrical angle of the induced voltage of the electric motor 13 and the mechanical angle of the magnetic pole of the rotor have a certain offset.
通常の電動機の回転数であれば、オフセットを補正することで精度よく位置センサの出力信号を利用することが可能であるが、この発明の実施の形態１の電動過給機の制御装置のように、数万［ｒｐｍ］で超高速に回転する電動機１３に関しては、位置センサ２３の取り付け位置のオフセットを補正しても、高速回転域で運転する際に位置センサ２３の出力信号の遅れが生じるため高効率に運転することが困難となる。 If the rotation speed of the motor is normal, it is possible to use the output signal of the position sensor with high accuracy by correcting the offset. However, as in the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention. In addition, regarding the electric motor 13 that rotates at a high speed of several tens of thousands [rpm], even if the offset of the position where the position sensor 23 is attached is corrected, the output signal of the position sensor 23 is delayed when operating in the high-speed rotation range. Therefore, it becomes difficult to operate with high efficiency.
図３は、この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置のオフセットマップ図であり、縦軸は位相オフセット値、横軸は電動機１３の回転数を示す。位相生成器２２は、例えば図３に示すオフセットマップ図のように、固定値ではなく各回転数に応じたマップとすることで、高速回転まで高効率に電動機を駆動することができる。 FIG. 3 is an offset map diagram of the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention. The vertical axis represents the phase offset value, and the horizontal axis represents the rotational speed of the electric motor 13. The phase generator 22 can drive the motor with high efficiency up to high-speed rotation by using a map corresponding to each rotation speed instead of a fixed value, for example, as shown in an offset map diagram shown in FIG.
次に、この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置の動作について説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る電動過給機の制御装置の動作を示すフローチャートでる。図４のスタートとエンドの間に、ステップＳ１からステップＳ４を含んでいる。先ず、ステップＳ１では、電動過給機１１の電動機１３に通電しているか否かを判定し、通電している場合（ＮＯ）には、電動機１３の誘起電圧と位置センサ２３のオフセットの関係が一意に決まらないためオフセットの補正を実施せず、処理を終了する。 Next, the operation of the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention. Steps S1 to S4 are included between the start and end of FIG. First, in step S1, it is determined whether or not the electric motor 13 of the electric supercharger 11 is energized. When the electric current is energized (NO), there is a relationship between the induced voltage of the electric motor 13 and the offset of the position sensor 23. Since it is not uniquely determined, the offset is not corrected and the process is terminated.
ステップＳ１での判定の結果、電動機１３に通電していないと判定したときとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ２に進み電動機１３の回転数が所定値以上か否かを判定する。例えば、比較するための所定値を２０，０００［ｒｐｍ］とし、電動機１３の回転数がその所定値未満で運転している場合（ＮＯ）は、オフセットの補正を実施せず処理を終了する。一般的に、電動過給機１１は低回転時になると自身のコギングトルクの影響や軸受けの調心機能が低下してくるため、回転が不安定となる。このため低回転時は機械角と電気角の関係を定めるのに適していない。尚、例として所定値を２０，０００［ｒｐｍ］としたが、この所定値の数値は、電動過給機１１の電動機１３の仕様若しくは過給するコンプレッサインペラ１２の仕様により適宜設定可能である。 As a result of the determination in step S1, when it is determined that the motor 13 is not energized (YES), the process proceeds to step S2, and it is determined whether or not the rotational speed of the motor 13 is equal to or greater than a predetermined value. For example, when the predetermined value for comparison is set to 20,000 [rpm] and the motor 13 is operated with the number of revolutions less than the predetermined value (NO), the offset correction is not performed and the process is terminated. In general, when the electric supercharger 11 is rotated at a low speed, the influence of its own cogging torque and the alignment function of the bearing are lowered, so that the rotation becomes unstable. For this reason, it is not suitable for determining the relationship between the mechanical angle and the electrical angle at low revolutions. Although the predetermined value is 20,000 [rpm] as an example, the numerical value of the predetermined value can be set as appropriate depending on the specification of the electric motor 13 of the electric supercharger 11 or the specification of the compressor impeller 12 to be supercharged.
ステップＳ２にて電動機１３の回転数が所定値以上であると判定されたとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ３に進む。ステップＳ３では、位置センサ２３の出力信号の立ち上がりと電動機１３の誘起電圧の立ち上がりの時間を検出し、電動機１３の回転数に対応したオフセットを算出する。即ち、例えば図３に示すオフセットマップ図に基づき、そのときの電動機１３の回転数に対応して位相のオフセットを算出する。 When it is determined in step S2 that the rotation speed of the electric motor 13 is equal to or greater than a predetermined value (YES), the process proceeds to the next step S3. In step S3, the rise time of the output signal of the position sensor 23 and the rise time of the induced voltage of the electric motor 13 are detected, and an offset corresponding to the rotation speed of the electric motor 13 is calculated. That is, for example, based on the offset map shown in FIG. 3, the phase offset is calculated corresponding to the rotational speed of the electric motor 13 at that time.
次にステップＳ４では、ステップＳ３で演算されたオフセット算出値を位相補正量設定値として記憶し、前述の位相生成器２２の演算に利用する。即ち位相生成器２２は、記憶した位相補正量設定値に基づいてオフセットを演算し、その演算したオフセットを電流制御器２０からの電圧位相に加算する。電力変換装置としてのインバータ２１は、電流制御器２０からの電圧位相に位相生成器２２からのオフセットが加算された電圧位相に基づいた出力を電動機１３に印加する。 Next, in step S4, the calculated offset value calculated in step S3 is stored as a phase correction amount setting value and used for the calculation of the phase generator 22 described above. That is, the phase generator 22 calculates an offset based on the stored phase correction amount setting value, and adds the calculated offset to the voltage phase from the current controller 20. The inverter 21 as a power converter applies an output based on the voltage phase obtained by adding the offset from the phase generator 22 to the voltage phase from the current controller 20 to the electric motor 13.
従って、電動機１３の誘起電圧の電気角と回転子の磁極の機械角とのオフセットが補正された位相の電圧が電動機１３に印加されるので、高効率に電動機１３を運転することが可能となる。このとき、前述したように、電動機１３の回転数に対応してオフセットが算出されるので、高速回転域で運転する際に位置センサ２３の出力信号の遅れによる問題も生じない。 Therefore, a voltage having a phase in which the offset between the electrical angle of the induced voltage of the electric motor 13 and the mechanical angle of the magnetic pole of the rotor is corrected is applied to the electric motor 13, so that the electric motor 13 can be operated with high efficiency. . At this time, as described above, since the offset is calculated in accordance with the rotation speed of the electric motor 13, there is no problem due to the delay of the output signal of the position sensor 23 when operating in the high speed rotation range.
尚、この実施の形態１では特に言及していないが、電動過給機１１の電動機１３に通電していない区間としては、例えば運転中に電動過給機１１を駆動したあと、電動過給機１１の出力が不要になった場合にその通電をオフするタイミング等がある。このとき、予め記憶している各回転数毎のオフセットマップは、全ての点で補正する必要はなく1点で補正し、残りの点は全体を補間することで実現可能である。 Although not particularly mentioned in the first embodiment, as a section in which the motor 13 of the electric supercharger 11 is not energized, for example, after the electric supercharger 11 is driven during operation, the electric supercharger There is a timing to turn off the energization when the output of 11 becomes unnecessary. At this time, the offset map for each rotation speed stored in advance need not be corrected at all points, but can be corrected at one point, and the remaining points can be realized by interpolating the whole.
以上述べたように、この発明の実施の形態１による電動過給機の制御装置によれば、電動過給機のセンサ信号から得られる機械角と電気角信号の機械的なずれに起因するオフセットの補正だけでなく、位置センサの応答遅れや通信遅れを考慮したオフセットマップを設けることで、超高速回転時にも、電動過給機のモータを効率良く運転することが可能となる。 As described above, according to the control device for the electric supercharger according to the first embodiment of the present invention, the offset caused by the mechanical deviation between the mechanical angle obtained from the sensor signal of the electric supercharger and the electrical angle signal. By providing an offset map that takes into account the response delay and the communication delay of the position sensor in addition to the correction of the above, it becomes possible to efficiently operate the motor of the electric supercharger even during ultra high speed rotation.
尚、実施の形態１では、電動過給機の回転数に応じたオフセットマップをもつ場合について説明したが、オフセットマップではなく回転数毎の関数とすることも可能である。位置センサの応答遅れが一定値である場合、図３に示すようにオフセットは回転数に対して比例関係にある。このように関数とすることで処理を簡素化することでマッチング工数削減の効果がある。 In the first embodiment, the case of having an offset map corresponding to the rotational speed of the electric supercharger has been described, but it is also possible to use a function for each rotational speed instead of the offset map. When the response delay of the position sensor is a constant value, the offset is proportional to the rotational speed as shown in FIG. By using the function in this way, the processing can be simplified, thereby reducing the matching man-hours.
又、実施の形態１では、電動過給機の通電をオフするタイミングで回転数毎のオフセットマップをとるようにしたが、一般的に高速回転数している電動過給機から通電をオフすると回転数が減少する。本来、理想的には、通電していない状態で一定回転数の際の電動機に発生する誘起電圧と位置センサの出力信号を比較すると最も最適に比較することが可能となるが、現実的には先に述べたように回転変動する状態でのオフセット補正となる。 In the first embodiment, the offset map for each rotation speed is taken at the timing when the electric turbocharger is turned off. Generally, when the electric turbocharger is turned off at a high speed, the electric current is turned off. The rotational speed decreases. Originally, ideally, it is possible to make the most optimal comparison when comparing the output signal of the position sensor with the induced voltage generated in the electric motor at a constant rotational speed in a state of not being energized. As described above, the offset correction is performed in the state of rotational fluctuation.
このような場合、取得された誘起電圧と位置センサ信号に対して速度変動の補正を行うとより精度の高いオフセットマップ補正が可能となる。具体的には、取得された位置センサ信号に対して加速度の補正を実施することで、誘起電圧の信号の立ち上がりと比較する。このようにして、より精度の高いオフセット補正を行うことで電動過給機のモータを効率良く運転することが可能となる。 In such a case, the offset map can be corrected with higher accuracy by correcting the speed fluctuation for the acquired induced voltage and the position sensor signal. Specifically, the acceleration of the acquired position sensor signal is corrected to compare with the rising of the induced voltage signal. In this way, it is possible to efficiently operate the motor of the electric supercharger by performing offset correction with higher accuracy.
又、実施の形態１に加えて、電動過給機のオフセット補正に対して上下限値を設けることでより精度の高い制御を実現可能となる。ノイズの混入などにより過剰なオフセット補正値が演算で入力されたとしても上下限値のリミットを設けておくことで過剰なオフセット補正を実施することを予防することが可能となる。 In addition to the first embodiment, more accurate control can be realized by providing upper and lower limit values for offset correction of the electric supercharger. Even if an excessive offset correction value is input by calculation due to noise or the like, it is possible to prevent the excessive offset correction from being performed by providing upper and lower limit values.
更に、実施の形態１に於けるオフセット補正の検出は、通電を停止するたびに毎回行ってもよいし、初回駆動時のみ行うようにしてもよく、検出の回数とタイミングは任意に定めることができる。 Furthermore, the offset correction detection in the first embodiment may be performed every time the energization is stopped, or may be performed only at the first drive, and the number and timing of detection may be arbitrarily determined. it can.
尚、この発明は、その発明の範囲内に於いて、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 In the present invention, the embodiments can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
１ 内燃機関、２ 吸入口、３ エアクリーナ、４ 下流通路、５ インタークーラ、６スロットルバルブ、７ 吸入弁、８ 点火プラグ、９ 排気弁、１０ インジェクタ、１１ 電動過給機、１２ コンプレッサインペラ、１３ 電動機、１４ 蓄電装置、１５ インテークマニホールド、１６ シリンダ、１７ ピストン、１８ クランク、１９ 排気浄化触媒、２０ 電流制御器、２１ インバータ、２２ 位相生成器、２３ 位置センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Internal combustion engine, 2 Inlet, 3 Air cleaner, 4 Downstream passage, 5 Intercooler, 6 Throttle valve, 7 Intake valve, 8 Spark plug, 9 Exhaust valve, 10 Injector, 11 Electric supercharger, 12 Compressor impeller, 13 Electric motor , 14 Power storage device, 15 Intake manifold, 16 cylinder, 17 piston, 18 crank, 19 Exhaust purification catalyst, 20 Current controller, 21 Inverter, 22 Phase generator, 23 Position sensor
この発明による電動過給機の制御装置は、
内燃機関の吸気通路に配置された過給機と前記過給機を駆動する電動機とを備えた電動過給機の制御装置であって、
前記電動機の回転子の回転位置を検出する位置センサと、
前記回転子の回転中に前記電動機への通電が停止しているとき、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とのオフセットを前記電動機の回転数に基づいて補正するためのオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、
前記算出した前記オフセット補正量により補正した制御信号に基づき、前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えたとことを特徴とする。
The control device for the electric supercharger according to the present invention comprises:
A control device for an electric supercharger comprising a supercharger disposed in an intake passage of an internal combustion engine and an electric motor for driving the supercharger,
A position sensor for detecting the rotational position of the rotor of the electric motor;
When energization of the motor during rotation of the rotor is stopped, before Symbol offset correction for correcting, based offset on the rotational speed of the electric motor of the induced voltage and the output signal of the position sensor of the motor Offset correction amount calculating means for calculating the amount;
Electric motor control means for controlling the electric motor based on a control signal corrected by the calculated offset correction amount;
It is characterized by having.
ステップＳ２にて電動機１３の回転数が所定値以上であると判定されたとき（ＹＥＳ）は、次のステップＳ３に進む。ステップＳ３では、位置センサ２３の出力信号の立ち上がりと電動機１３の誘起電圧の立ち上がりの時間を検出し、それらの時間差により得られる位相オフセットを電動機１３の回転数に対応して補正した位相オフセットを算出する。即ち、例えば図３に示すオフセットマップ図に基づき、そのときの電動機１３の回転数に対応して位相のオフセットを算出する。 When it is determined in step S2 that the rotation speed of the electric motor 13 is equal to or greater than a predetermined value (YES), the process proceeds to the next step S3. In step S3, the rise time of the output signal of the position sensor 23 and the rise time of the induced voltage of the electric motor 13 are detected, and a phase offset obtained by correcting the phase offset obtained by the time difference corresponding to the rotational speed of the electric motor 13 is calculated. To do. That is, for example, based on the offset map shown in FIG. 3, the phase offset is calculated corresponding to the rotational speed of the electric motor 13 at that time.
Claims (5)
前記電動機の回転子の回転位置を検出する位置センサと、
前記回転子の回転中に前記電動機への通電が停止しているとき、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とに基づいて、前記電動機の誘起電圧と前記位置センサの出力信号とのオフセットを補正するためのオフセット補正量を算出するオフセット補正量算出手段と、
前記算出した前記オフセット補正量により補正した制御信号に基づき、前記電動機を制御する電動機制御手段と、
を備えたとことを特徴とする電動過給機の制御装置。 A control device for an electric supercharger comprising a supercharger disposed in an intake passage of an internal combustion engine and an electric motor for driving the supercharger,
A position sensor for detecting the rotational position of the rotor of the electric motor;
When energization to the electric motor is stopped during rotation of the rotor, the induced voltage of the electric motor and the output signal of the position sensor are based on the induced voltage of the electric motor and the output signal of the position sensor. An offset correction amount calculating means for calculating an offset correction amount for correcting the offset;
Electric motor control means for controlling the electric motor based on the control signal corrected by the calculated offset correction amount;
An electric supercharger control device characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機の制御装置。 The offset correction amount calculating means calculates the offset correction amount corresponding to the rotation speed of the electric motor based on an offset map in which the rotation speed and offset correction amount of the electric motor are set.
The control device for the electric supercharger according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給機の制御装置。 The calculated offset correction amount is a value that is linearly proportional to the rotational speed of the electric motor.
The control device for the electric supercharger according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の電動過給機の制御装置。 The offset correction amount calculation means calculates the offset correction amount when the rotation speed of the electric motor is equal to or greater than a predetermined value.
The control device for an electric supercharger according to any one of claims 1 to 3.
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の電動過給機の制御装置。
The offset correction amount calculated by the offset correction amount calculating means includes at least one of an upper limit value and a lower limit value.
The control device for an electric supercharger according to any one of claims 1 to 4, wherein the control device is an electric supercharger.
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