JP4959753B2

JP4959753B2 - 電動過給機の制御装置

Info

Publication number: JP4959753B2
Application number: JP2009132923A
Authority: JP
Inventors: 亮中村; 英之田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-02
Filing date: 2009-06-02
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2029-06-02
Also published as: JP2010281217A

Description

この発明は、吸気通路上に設けられた、電動機で駆動される電動過給機を制御する電動過給機の制御装置に関するものである。

従来、低燃費を目的とし、内燃機関の出力を増加させるために吸気通路上に電動機で駆動する過給機を設ける技術が知られている。この電動機は、タービンとコンプレッサ軸上に配置され、低回転域では電動機、高回転域では排気ガスにより回転するという特徴をもつ。

電動過給機で使用される電動機は、１０万ｒｐｍを超える超高速で回転することに加え、コンプレッサとタービン軸上に配設されることから排気ガスの影響を受けて高温となるため、高温下における電動機の超高速回転により電動機の温度がさらに上昇し、電動機が過熱されることにより故障することを回避することができない。

このような電動機の過熱による故障対策として、電動機の供給電力を時間的に積分した値を検出する積算電力検出手段を備え、積算電力検出手段の出力に応じて電動機への供給電力を制御することで電動機の過熱を防ぐ電動過給機の制御システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、電動コンプレッサの回転数を取得するコンプレッサ回転数検出手段と電動コンプレッサの回転数をフィルタ処理することで電動コンプレッサの温度を推定する温度推定手段を備え、温度推定手段から出力された温度が所定の値を超えると電動機の出力を所定量低減することで電動機の過熱を防ぐ電動過給機の制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２２６１５５号公報特開２００７−２７０７６６号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。特許文献１記載の従来装置に関しては、電動機の供給電力を時間的に積算した値を使用するため、ある時間の供給電力が異常値となった場合、その異常値を使って電動機の温度推定が行われて正しいモータ温度推定ができないという問題点があった。

また、特許文献２記載の従来装置に関しては、電動コンプレッサの回転数を正確に取得しなければ温度推定を行うことができないため、コンプレッサ回転数検出手段が故障すると温度推定ができなくなるという問題点があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モータ冷却手段の入出力温度に基づいてモータ冷却熱量を演算し、モータ供給電力と演算したモータ冷却熱量からモータ温度を推定し、モータ温度に応じた電動機の出力制御を行うことで電動機の過熱を防ぐことができる電動過給機の制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係る電動過給機の制御装置は、吸入空気を圧縮するコンプレッサと、排気ガスにより駆動され前記コンプレッサを回転させる排気タービンと、前記コンプレッサを回転させるモータと、前記モータを駆動するインバータと、前記モータへ冷却媒体を送って前記モータを冷却するモータ冷却部と、前記冷却媒体を前記モータ冷却部から前記モータへ送る第１の通路と、前記冷却媒体を前記モータから前記モータ冷却部へ送る第２の通路とを備えた電動過給機の制御装置において、前記モータ冷却部の入出力温度に基づいてモータ冷却熱量を演算し、前記モータへの供給電力と前記モータ冷却熱量とから前記モータの温度を推定するモータ温度推定部と、前記モータ温度推定手段によって推定されたモータ温度に応じた供給電力を前記インバータへ出力するモータ出力制御部とをさらに備え、前記モータ温度推定部は、前記モータ冷却熱量に対するモータ温度上昇率を演算し、前記モータ温度上昇率に基づいて前記モータ出力制御部の出力を可変にするものである。

本発明に係る電動過給機の制御装置によれば、モータ冷却手段の入出力温度に基づいてモータ冷却熱量を演算し、モータ供給電力値とモータ冷却熱量からモータ温度を推定し、モータ温度に応じた電動機の出力制御を行うことにより、電動機の過熱を防ぐことができる。

この発明の実施の形態１に係る内燃機関全体の概略構成を示す図である。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構成を示すブロック図である。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モータ温度推定部の動作を示すフローチャートである。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別の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の電動過給機の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る電動過給機の制御装置について図１から図４までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る内燃機関全体の概略構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、エンジン（内燃機関）１と、エンジンＥＣＵ（エンジン制御装置）２と、吸入管３と、エアクリーナ４と、後述する電動過給機の上流通路５と、インタークーラ６と、スロットルバルブ７と、インテークマニホールド８と、エキゾーストマニホールド９と、排気浄化装置１０と、電動過給機２０と、モータ冷却部２５と、モータ冷却前オイル導通路（第１の通路）２６と、モータ冷却後オイル導通路（第２の通路）２７と、モータ温度推定部３１と、モータ出力制御部３２と、モータ２２を駆動するインバータ３３とが描かれている。

また、電動過給機２０は、コンプレッサ２１と、モータ２２と、排気タービン２３とから構成されている。

つぎに、この実施の形態１に係る電動過給機の制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。

図２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構成を示すブロック図である。図３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モータ温度推定部の動作を示すフローチャートである。さらに、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別の構成を示すブロック図である。

図１において、エンジン１は電動過給機２０により多くの吸入空気を過給することで、高出力化および低燃費化も実現している。なお、適用されるエンジンは、気筒数の制限はない。また、エンジンの燃焼方式についても制限はなく、シリンダ内に燃料を噴射する直噴エンジンや、スロットルバルブ７の後のインテークマニホールド８内に燃料を噴射するポート噴射エンジンに適用することも可能である。

モータ２２は、排気ガスにより駆動される排気タービン２３とコンプレッサ２１の軸上にある。なお、このモータ２２は、界磁電流により磁束を発生させて回転する同期電動機である。詳しい動作については後述する。

エンジン１において、吸入空気はエアクリーナ４でゴミや塵などを取り除いた後、電動過給機２０のコンプレッサ２１で吸入空気が圧縮される。その後、圧縮された空気はインタークーラ６に入り、スロットルバルブ７の開度に応じてインテークマニホールド８よりエンジン１内に吸入される。インタークーラ６は、吸入空気が圧縮されることで上昇した温度を下げて充填効率を向上させる目的で配置される。

スロットルバルブ７の開度は、エンジンＥＣＵ２の指令により行われる。エンジンＥＣＵ２は、エンジン回転数、車速、アクセルペダルの踏込量などの車両運転情報に基づいてエンジン１の制御を行う以外に、モータ２２の駆動信号をインバータ３３に出力している。なお、エンジンＥＣＵ２は、図で示されていないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの算術論理演算可能な回路で構成される。

エンジン１で燃焼後の排気ガスは、エキゾーストマニホールド９を通じて排気タービン２３を駆動する。その後、排気ガスを浄化する排気浄化装置１０を通じて大気中に排出される。

排気タービン２３の回転が十分でない、つまり排気タービン２３が低速回転の時は、モータ２２を駆動させることでコンプレッサ２１を回転させ過給圧を上昇させる。一方、排気タービン２３が高速回転の時は、排気タービン２３の回転のみでコンプレッサ２１を回転させる。なお、排気ガスにより十分な回転数が得られる場合は、排気エネルギーを利用した発電による電力回生を行ってもよい。

モータ２２は、排気タービン２３とコンプレッサ２１の軸上にあり、高温となる場所に配置されるため、モータ２２を冷却するモータ冷却部２５がある。このモータ冷却部２５は、モータ冷却前オイル導通路２６を通じて送ったオイルでモータ２２を冷却し、オイルはモータ２２を冷却後、モータ冷却後オイル導通路２７を通じてモータ冷却部２５へ戻され、ここで冷却された後、再びモータ冷却部２５から出力される。

つづいて、図２を参照しながらモータ温度推定部３１及びモータ出力制御部３２の動作について説明する。

モータ温度推定部３１は、モータ冷却前オイル導通路２６の温度であるモータ冷却前オイル温度と、モータ冷却後オイル導通路２７の温度となるモータ冷却後オイル温度を取得してモータ冷却熱量を演算する。さらに、モータ温度推定マップ３１Ｍを使用してモータ供給電力値と演算したモータ冷却熱量からモータ温度推定を行う。なお、モータ温度推定部３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの算術論理演算可能な回路で構成される。

モータ出力制御部３２は、モータ温度とモータ最大供給電力値の関数から、モータ温度が入力されると、その値に応じたモータ最大供給電力値を演算し、その結果をインバータ３３へ出力する。モータ最大供給電力値を設定することで、モータ２２の過熱を防ぐ電動過給機２０の制御を行うことが可能となる。なお、モータ出力制御部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどの算術論理演算可能な回路で構成される。

ここで、図３のフローチャートを参照しながら、モータ温度推定部３１の具体的な動作に関して説明する。図３は、スタートからエンドまでステップ１０１からステップ１０５までを含んでいる。

まず、ステップ１０１において、モータ温度推定部３１は、電動過給機２０が動作しているか否かを判断する。動作している場合（ＹＥＳ）は、次のステップ１０２へ進む。一方、動作していない場合（ＮＯ）は、電動機制御が不要と判断して制御を終了する。

次に、ステップ１０２において、モータ冷却前オイル導通路２６内に設けた温度検出器からモータ冷却前オイル温度を取得するとともに、モータ冷却後オイル導通路２７に設けた温度検出器からモータ冷却後オイル温度を取得する。

次に、ステップ１０３において、モータ供給電力値をインバータ３３から取得する。

次に、ステップ１０４において、ステップ１０２で取得したモータ冷却前後のオイル温度から、モータ冷却により得られたモータ冷却熱量を演算する。

そして、ステップ１０５において、モータ温度推定部３１は、ステップ１０３で取得したモータ２２への供給電力値と、ステップ１０４で演算したモータ冷却熱量値からモータ温度推定マップ３１Ｍを使用してモータ温度を演算する。

以上のように、モータ冷却部２５における冷却前後のオイルの温度からモータ冷却熱量を演算して、モータ供給電力値及び演算したモータ冷却熱量からモータ温度を推定し、モータ温度に応じたモータ出力制御を行うことで、モータ２２の過熱による故障を防ぐ電動過給機２０の制御装置を実現することが可能となる。

なお、本実施の形態では、モータ２２の冷却媒体として、冷却オイルを用いたが、この冷却オイルの代わりに、モータ冷却水を使用しても同様の効果を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、モータ温度推定部３１は、モータ供給電力及びモータ冷却部２５の入出力温度に基づいて演算されるモータ冷却熱量を使用したモータ温度推定マップ３１Ｍを使用してモータ温度を出力しているが、各時間におけるモータ冷却熱量からモータ温度上昇率を演算してモータ温度上昇率に応じてモータ出力制御部３２を制御しても同様の効果を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、モータ出力制御部３２は、モータ温度推定部３１によって推定されたモータ温度に基づいて一定時間、モータ供給電力を制限するか、もしくはモータ供給電力を段階的に出力しても同様の効果を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、モータ出力制御部３２は、モータ温度に応じたモータ供給電力を演算して出力しているが、モータ界磁電流を演算して出力しても同様の効果を得ることが可能となる。

また、本実施の形態では、モータ出力制御部３２は、モータ温度推定部３１の出力となるモータ温度に応じてモータ供給電力を演算しているが、モータ温度がある所定の値以上となるとモータ供給電力を停止しても同様の効果を得ることが可能となる。

さらに、本実施の形態では、モータ出力制御部３２は、図４に示すように、モータ温度推定部３１の出力に応じたモータ最大供給電力値をマップ化したモータ最大供給電力マップ３２Ｍを用いてモータ２２への供給電力を制御しても同様の効果を得ることが可能となる。

この他にも、排気タービン２３を除いて、吸気通路上にモータ２２とコンプレッサ２１のみを配設し、電気エネルギーのみで過給される、いわゆる電動コンプレッサでも良い。

以上、本発明をいくつかの実施の形態に関して説明したが、本発明はこれらの実施の形態のみに限られるものではなく、本発明の範囲内においては他に種々の実施の形態が可能であることは当業者にとって明らかである。

１エンジン、２エンジンＥＣＵ、３吸入管、４エアクリーナ、６インタークーラ、７スロットルバルブ、８インテークマニホールド、９エキゾーストマニホールド、１０排気浄化装置、２０電動過給機、２１コンプレッサ、２２モータ、２３排気タービン、２５モータ冷却部、２６モータ冷却前オイル導通路、２７モータ冷却後オイル導通路、３１モータ温度推定部、３２モータ出力制御部、３３インバータ。

Claims

吸入空気を圧縮するコンプレッサと、
排気ガスにより駆動され前記コンプレッサを回転させる排気タービンと、
前記コンプレッサを回転させるモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記モータへ冷却媒体を送って前記モータを冷却するモータ冷却部と、
前記冷却媒体を前記モータ冷却部から前記モータへ送る第１の通路と、
前記冷却媒体を前記モータから前記モータ冷却部へ送る第２の通路とを備えた電動過給機の制御装置において、
前記モータ冷却部の入出力温度に基づいてモータ冷却熱量を演算し、前記モータへの供給電力と前記モータ冷却熱量とから前記モータの温度を推定するモータ温度推定部と、
前記モータ温度推定手段によって推定されたモータ温度に応じた供給電力を前記インバータへ出力するモータ出力制御部とをさらに備え、
前記モータ温度推定部は、前記モータ冷却熱量に対するモータ温度上昇率を演算し、前記モータ温度上昇率に基づいて前記モータ出力制御部の出力を可変にする
ことを特徴とする電動過給機の制御装置。
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定部によって推定されたモータ温度に基づいて一定時間、モータ供給電力を制限するか、もしくはモータ供給電力を段階的に出力する
ことを特徴とする請求項１記載の電動過給機の制御装置。
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定部のモータ温度推定値に対するモータ最大供給電力をマップ化したモータ最大供給電力マップを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電動過給機の制御装置。
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定部のモータ温度推定値が予め定められた所定値を超えた場合には、前記モータへの供給電力を停止させる
ことを特徴とする請求項１記載の電動過給機の制御装置。
前記モータが同期電動機であり、
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定手段によって推定されたモータ温度に応じた界磁電流を前記インバータへ出力する
ことを特徴とする請求項１記載の電動過給機の制御装置。
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定部のモータ温度推定値が予め定められた所定値を超えた場合には、界磁電流の通電を停止させる
ことを特徴とする請求項５記載の電動過給機の制御装置。
吸入空気を圧縮するコンプレッサと、
排気ガスにより駆動され前記コンプレッサを回転させる排気タービンと、
前記コンプレッサを回転させるモータと、
前記モータを駆動するインバータと、
前記モータへ冷却媒体を送って前記モータを冷却するモータ冷却部と、
前記冷却媒体を前記モータ冷却部から前記モータへ送る第１の通路と、
前記冷却媒体を前記モータから前記モータ冷却部へ送る第２の通路とを備えた電動過給機の制御装置において、
前記モータの温度を推定するモータ温度推定部と、
前記モータ温度推定手段によって推定されたモータ温度に応じた供給電力を前記インバータへ出力するモータ出力制御部と
をさらに備え、
前記モータ出力制御部は、前記モータ温度推定部のモータ温度推定値に対するモータ最大供給電力をマップ化したモータ最大供給電力マップを有する
ことを特徴とする電動過給機の制御装置。