(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、前記電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御装置であって、
前記内燃機関の空気流量に基づき、前記電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた前記定格過給圧に基づき、前記電力または前記電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出部と、
前記実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、前記定格回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき前記電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値未満である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する劣化量演算部と、
前記実回転速度が予め定めた第２回転速度閾値未満である低回転域の場合には、前記劣化量演算部が出力した前記劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するための制御補正量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第２回転速度閾値以上である場合には、前記制御補正量を零として出力する制御補正量演算部と、
前記目標回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第２差分に応じて演算される制御量に対して、前記制御補正量演算部が出力した前記制御補正量を加算することで前記電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算部と、
を備える電動過給機の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電動過給機の制御装置において、
前記制御補正量演算部は、
前記実回転速度が前記第２回転速度閾値未満であっても、前記劣化量演算部が出力した劣化量が予め定めた劣化閾値以上の場合には、前記制御補正量を零として出力する
電動過給機の制御装置。
【請求項３】
制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、前記電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御装置であって、
前記内燃機関の空気流量に基づき、前記電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた前記定格過給圧に基づき、前記電力または前記電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出部と、
前記実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、前記定格回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき前記電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値未満である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する劣化量演算部と、
前記劣化量演算部が出力した前記劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するために、前記電動機の抵抗について予め定めた定格抵抗値を前記劣化量演算部が出力した劣化量に基づき変更するための抵抗値制御補正量を演算して出力する制御補正量演算部と、
前記制御補正量演算部が出力した前記抵抗値制御補正量に基づき変更された前記電動機の抵抗値と、前記目標回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第２差分とに応じて前記電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算部と、
を備える電動過給機の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電動過給機の制御装置において、
前記制御補正量演算部は、
前記劣化量演算部が出力した劣化量が予め定めた劣化閾値以上の場合には、前記制御補正量を零として出力する
電動過給機の制御装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の電動過給機の制御装置において、
前記劣化量演算部は、
前記劣化量の今回の出力時において、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値以上であっても、前記第１差分が予め定めた回転速度差分閾値以上である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する
電動過給機の制御装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の電動過給機の制御装置において、
前記直流電源が前記電動機に電力を供給する際の電流変化率を検出する電流変化率演算部をさらに備え、
前記劣化量演算部は、
前記劣化量の今回の出力時において、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値以上であっても、前記電流変化率が予め定めた電流変化率閾値以上である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する
電動過給機の制御装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の電動過給機の制御装置において、
前記電動機の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
前記劣化量演算部は、
前記第１差分に基づき前記劣化量を演算するとともに、前記温度検出部が検出した前記温度に基づき短期成分の劣化量を演算し、前記第１差分に基づき演算した前記劣化量から前記温度に基づき演算した前記短期成分の劣化量を減算することで定常成分の劣化量を演算し、
前記劣化量の今回の出力時において、前記前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する際には、前記前回の出力時に出力した前記劣化量の代わりに、前回演算した前記定常成分の劣化量と、今回演算した前記短期成分の劣化量とを加算した値を出力する
電動過給機の制御装置。
【請求項８】
制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、前記電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御方法であって、
前記内燃機関の空気流量に基づき、前記電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた前記定格過給圧に基づき、前記電力または前記電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出ステップと、
前記実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、前記定格回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき前記電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値未満である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する劣化量演算ステップと、
前記実回転速度が予め定めた第２回転速度閾値未満である低回転域の場合には、前記劣化量演算ステップにおいて出力した前記劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するための制御補正量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第２回転速度閾値以上である場合には、前記制御補正量を零として出力する制御補正量演算ステップと、
前記目標回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第２差分に応じて演算される制御量に対して、前記制御補正量演算ステップにおいて出力した前記制御補正量を加算することで前記電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算ステップと、
を備える電動過給機の制御方法。
【請求項９】
制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、前記電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御方法であって、
前記内燃機関の空気流量に基づき、前記電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた前記定格過給圧に基づき、前記電力または前記電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出ステップと、
前記実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、前記定格回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき前記電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、前記実回転速度が前記第１回転速度閾値未満である場合には、前記劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した前記劣化量を出力する劣化量演算ステップと、
前記劣化量演算ステップで出力した前記劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するために、前記電動機の抵抗について予め定めた定格抵抗値を前記劣化量演算ステップで出力した劣化量に基づき変更するための抵抗値制御補正量を演算して出力する制御補正量演算ステップと、
前記制御補正量演算ステップで出力した前記抵抗値制御補正量に基づき変更された前記電動機の抵抗値と、前記目標回転速度と前記実回転速度との差分に相当する第２差分とに応じて前記電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算ステップと、
を備える電動過給機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関における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の制御装置および電動過給機の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を過給して出力増加を図る手段として、ターボチャージャーおよびスーパーチャージャーが知られている。ターボチャージャーは、内燃機関の排気ガスで駆動されるタービンによってコンプレッサを駆動し、このコンプレッサで圧縮した空気で過給を行うようになっている。また、スーパーチャージャーは、内燃機関とコンプレッサをベルトやギア等で繋ぎ、その回転でコンプレッサを駆動し過給を行うようになっている。
【０００３】
近年、ターボチャージャーの回転軸に電動機を取り付け、ターボチャージャーの動力をアシストする電動ターボチャージャー、また、吸気通路上に電動機で駆動する過給機を設け、内燃機関に依存せず吸入空気を過給する技術として、電動コンプレッサが開発されている。係る電動ターボチャージャー、電動コンプレッサなどの電動過給機を備えることによって、内燃機関の出力が増加するとともに、運転者の要求に沿った加速応答性が得られる。
【０００４】
換気扇や扇風機など、一度回転を開始すれば連続で駆動し続けるようなモータとは違い、電動過給機は、モータの駆動と停止の頻度が高く、０〜約２０万ｒｐｍといった広範囲に渡って加減速を繰り返す。したがって、電動過給機は、このような駆動を繰り返すことによって劣化し、加速応答性が悪くなったり、また駆動そのものが困難となったり、さらには断線および短絡、また焼き付きおよび破損などの故障に至る可能性がある。このため、電動過給機の劣化による異常を検出するための技術、電動過給機の劣化を防ぐための技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
ここで、特許文献１に記載の従来技術では、内燃機関の空気流量、電動機に供給される電力または電流から導き出される、本来出力されるべき正常な回転速度である定格回転速度と実回転速度との差分が閾値以上の場合に、電動過給機が劣化し駆動が困難であることを検出し、異常ありと判定している。
【０００６】
また、特許文献２に記載の従来技術では、電動機の温度に応じて電動過給機の制御量を制限している。すなわち、電動機の温度上昇は、電動機の劣化を早めるため、温度に応じて制御量を制限することによって電動過給機の劣化を防いでいる。また、始動時に限っては、温度に応じた制御量の制限を行わず、加速応答性を損なわないようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−７２３０１号公報
【特許文献２】特開平７−１９０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
そもそも、電動過給機の搭載目的は、内燃機関の出力を増加させること、運転者の要求に沿った加速応答性を得ることにある。また、従来技術では、経年変化によって電動過給機が多少劣化していても、速度フィードバック制御を行うことによって、定めた目標回転速度（目標値）と実回転速度（制御値）の差分が小さくなるように、直流電源から電動機に電力を供給する。このような場合、電動過給機の定常特性は維持されるが、過渡特性は劣化する。したがって、電動過給機の劣化につれ、徐々に始動が困難となり、運転者の要求に沿った加速応答性が損なわれていく。
【０００９】
また、経年変化に限らず、短期的な温度上昇によっても過渡特性は劣化し、運転者の要求に沿った加速応答性は一時的に損なわれてしまう。これは、高速／大電流の駆動を繰り返すことによって電動機が発熱し、電動機を構成する回転子の抵抗が温度上昇によって一時的に大きくなるためである。
【００１０】
ここで、特許文献１に記載の従来技術では、経年変化もしくは短期的な温度上昇による電動過給機の加速応答性の劣化を補償するための手段に関して言及されていない。
【００１１】
また、特許文献２に記載の従来技術では、前述した制御によって電動過給機の劣化を防ぐとともに、加速応答性を損なわないようにしているが、加速応答性の劣化を積極的に補償することができず、また経年変化による加速応答性の劣化に対しては考慮していない。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、電動過給機の経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、電動過給機の加速応答性を維持する電動過給機の制御装置および電動過給機の制御方法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】
【００１３】
この発明における電動過給機の制御装置は、制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御装置であって、内燃機関の空気流量に基づき、電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた定格過給圧に基づき、電力または電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出部と、実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、定格回転速度と実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、実回転速度が第１回転速度閾値未満である場合には、劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した劣化量を出力する劣化量演算部と、実回転速度が予め定めた第２回転速度閾値未満である低回転域の場合には、劣化量演算部が出力した劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するための制御補正量を演算して出力し、実回転速度が第２回転速度閾値以上である場合には、制御補正量を零として出力する制御補正量演算部と、目標回転速度と実回転速度との差分に相当する第２差分に応じて演算される制御量に対して、制御補正量演算部が出力した制御補正量を加算することで電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算部と、を備えるものである。
【００１４】
また、この発明における電動過給機の制御方法は、制御値に相当する実回転速度と、目標値に相当する目標回転速度とが一致するように演算される電動機制御量にしたがって、直流電源から電力が供給されることによって駆動する電動機と、電動機の駆動により自身が駆動することで内燃機関の過給を行うコンプレッサと、を備える電動過給機を制御するための電動過給機の制御方法であって、内燃機関の空気流量に基づき、電動機に供給される電力あるいは電流に対して出力されるべき正常な過給圧を定格過給圧として定め、定めた定格過給圧に基づき、電力または電流に対して出力されるべき正常な回転速度を定格回転速度として定める電動機定格回転速度導出ステップと、実回転速度が予め定めた第１回転速度閾値以上である場合には、定格回転速度と実回転速度との差分に相当する第１差分に基づき電動機の劣化度合を示す指標に相当する劣化量を演算して出力し、実回転速度が第１回転速度閾値未満である場合には、劣化量の演算を行うことなく前回の出力時に出力した劣化量を出力する劣化量演算ステップと、実回転速度が予め定めた第２回転速度閾値未満である低回転域の場合には、劣化量演算ステップにおいて出力した劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償するための制御補正量を演算して出力し、実回転速度が第２回転速度閾値以上である場合には、制御補正量を零として出力する制御補正量演算ステップと、目標回転速度と実回転速度との差分に相当する第２差分に応じて演算される制御量に対して、制御補正量演算ステップにおいて出力した制御補正量を加算することで電動機制御量を算出して出力する電動機制御量演算ステップと、を備えるものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、直流電源から供給される電力または電流に対し、電動機の定格回転速度を定め、定格回転速度と実回転速度との差分に基づき演算した劣化量に応じて補正した電動機制御量にしたがって電動機（電動過給機）の駆動を制御する。これにより、電動過給機の経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、電動過給機の加速応答性を維持する電動過給機の制御装置および電動過給機の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の一実施の形態による電動過給機の制御装置に関係する部分の内燃機関の制御システムの概略的な構成図である。
【図２】この発明による電動過給機の制御装置の制御ブロック図である。
【図３】コンプレッサの同一の仕事量における空気流量と過給圧比の関係を示した図である。
【図４】電動機の同一の回転速度ごとの空気流量と過給圧比の関係を示した図である。
【図５】この発明による定格過給圧（比）と空気流量と直流電源からの供給電力との関係を示す定格過給圧（比）マップの一例を示す図である。
【図６】この発明による定格過給圧（比）と空気流量と定格回転速度との関係を示す定格回転速度マップの一例を示す図である。
【図７Ａ】この発明による電動機制御装置の動作フローチャートである。
【図７Ｂ】この発明による電動機制御装置の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
この発明による電動過給機の制御装置および電動過給機の制御方法では、定格過給圧と電力または電流とに基づき、電動機の定格回転速度を定め、定格回転速度と実回転速度の差分により、電動過給機の劣化量を算出し、電動機の低回転域において電動機制御量を補正することにより、経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、電動過給機の加速応答性を維持する。以下、この発明による電動過給機の制御装置および電動過給機の制御方法を、好適な実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、この発明の一実施の形態による電動過給機の制御装置に関係する部分の内燃機関の制御システムの概略的な構成図である。
【００１９】
この実施の形態で説明する内燃機関（エンジン）１は、４気筒のエンジンであり、後述する電動機１２によりコンプレッサ９を駆動し、より多くの吸入空気を過給して、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。
【００２０】
なお、適用されるエンジン１に、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、シリンダー内に燃料を噴射する直墳エンジン、およびスロットルバルブ７後のインテークマニホールド２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。
【００２１】
大気中から取り込まれた空気は、まず、吸気管４２においてエアクリーナー４１によって大気中の塵埃を取り除かれる。次に、電動機１２によって駆動するコンプレッサ９（電動機１２とコンプレッサ９で電動過給機を構成）を介して、空気が圧縮される。
【００２２】
ここで、圧縮された空気は、圧力上昇により温度が上昇しているため、充填効率を向上させる目的で、インタークーラ８で冷却を行う。この空気あるいはポート噴射エンジンの場合は混合気が、アクチュエータ６によって駆動されるスロットルバルブ７のスロットルポジションに応じて、エンジン内に吸入される。
【００２３】
エンジン１に吸入後に混合気に着火することで、エンジン内のシリンダー（図示省略）が押し下げられ、クランク（図示省略）によりシリンダーの上下運動を回転運動に変換し、車両の推進力となる動力として利用される。
【００２４】
エンジン１での燃焼後の排気ガスは、エギゾーストマニホールド１９を介し、さらに排気ガス浄化触媒（図示省略）などが一体となっているマフラー４５により浄化され、大気中に排出される。
【００２５】
電動過給機の制御装置１３は、エンジン制御装置１４から制御信号を受けて、電動機電力変換装置５０を介して電動機１２の制御を行う。また、電動機１２は、モータ位置センサ４６を備えている。直流電源であるバッテリ４９は、電動機電力変換装置５０に直流の電力供給を行うとともに、バッテリ電流センサ４７、バッテリ電圧センサ４８を備えている。電動過給機の制御装置１３は、表示部としての警告灯５２を備えている。エンジン制御装置１４は、スロットルバルブ７のアクチュエータ６のスロットルポジションセンサ２０、アクセルペダル１５のアクセル開度センサ（アクセル開度検出部）（図示省略）、電動過給機の出力側通路４３に設けられた空気流量検出（センサ）部５、エンジン回転速度検出（センサ）部２１等から信号を受ける。
【００２６】
図２は、この発明による電動過給機の制御装置の制御ブロック図である。電動過給機の制御装置１３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどからなる算術論理演算可能回路（マイクロコンピュータ等）である。駆動可否決定部３９は、エンジン制御装置（以下、エンジンＥＣＵと記す）１４から出力された電動機１２の駆動指令信号に基づき、駆動可否を決定し、電動機１２の駆動指令もしくは停止指令を示す駆動可否信号を出力する。
【００２７】
目標回転速度演算部３１は、エンジンＥＣＵ１４から出力されたスロットルポジション、空気流量、内燃機関の回転速度に基づき、目標回転速度値を定め出力する。実回転速度検出部３２は、モータ位置センサ４６からモータ位置信号に基づき、実回転速度値を検出し出力する。電動機制御量演算部６０は、第１差分器３７が求めた目標回転速度値と実回転速度値との差分と、電動機制御補正量導出部３８が出力した制御補正量とに基づき、電動機制御量を出力する。
【００２８】
電動機電力変換装置５０は、駆動可否決定部３９から駆動指令信号（駆動を示す駆動可否信号）が出力されている場合に限り、バッテリ４９からの直流電力を、電動機制御量に応じた交流電力に変換して電動機１２に供給し、コンプレッサ９を駆動する。
【００２９】
バッテリ電流検出部３３は、バッテリ電流センサ４７からバッテリ電流を、バッテリ電圧検出部３４は、バッテリ電圧センサ４８からバッテリ電圧を検出する。バッテリ電流とバッテリ電圧とに基づき、バッテリ電力検出部３５は、バッテリ電力を求め出力する。
【００３０】
次に、前述した電動機制御補正量導出部３８について詳述する。ここで、前述したように、電動過給機の搭載目的は、内燃機関の出力を増加させること、運転者の要求に沿った加速応答性を得ることにある。一方、電動機１２は、０〜約２０万ｒｐｍといった広範囲に渡って加減速を繰り返すため、電動機１２が劣化し、徐々に始動が困難となり、運転者の要求に沿った加速応答性が損なわれていく。また、経年変化に限らず、短期的な温度上昇によっても過渡特性が劣化するため、運転者の要求に沿った加速応答性が一時的に損なわれてしまう。これは、高速／大電流の駆動を繰り返すことによって、電動機１２が発熱し、電動機１２を構成する回転子の抵抗が温度上昇によって一時的に大きくなるためである。
【００３１】
さらに、電動過給機が多少劣化しても、速度フィードバック制御を行えば、目標回転速度を定めて目標回転速度と実回転速度の差分が小さくなるように、バッテリ４９から電動機１２に電力を供給するため、定常特性は維持されるが、どうしても過渡特性は劣化してしまう。しかしながら、換気扇や扇風機など、一度回転を開始すれば連続で駆動し続けるようなモータとは違い、電動過給機は、モータの駆動と停止の頻度が高いことからも、加速応答性が極めて重要であり、電動機１２の劣化を無視することができない。
【００３２】
そこで、電動機１２の経年変化もしくは温度上昇に関わらず、運転者の要求に沿った加速応答性を維持すべく、電動過給機の劣化量を算出し、この劣化量が大きいほど電動機制御量を補正するための補正量として、大きな制御補正量を出力する電動機制御補正量導出部３８を備える。
【００３３】
ここで、電動過給機の劣化量は、バッテリ４９から電動機１２に供給される電流または電力に対する定格回転速度を定め、定格回転速度と電動機１２の実回転速度の差分に基づき算出される。次に、本算出方法について詳述する。
【００３４】
本算出方法においては、電動過給機の劣化量に応じてバッテリ４９から電動過給機に供給される電流および電力が異なることに着目し、供給される電流または電力に基づいて、劣化量を算出する。具体的には、バッテリ４９から電動過給機に供給される電流または電力に対して、電動機１２の正常動作時に出力されるべき回転速度である定格回転速度と、電動機１２の実回転速度との差分が劣化量に相当する。
【００３５】
このように、電動過給機の劣化度合を示す指標として劣化量を定義することとなる。なお、劣化量については、定格回転速度と実回転速度との差分に関連付けて定めてもよい。具体的には、この差分と、劣化量とを関連付けたテーブルを予め定め、後述する電動機制御補正量導出部３８が演算した差分に対応した劣化量を選択するようにすればよい。また、電動機制御補正量導出部３８が演算した差分に対し予め定めたゲインを乗じたものを劣化量としてもよい。
【００３６】
なお、本発明においては、電動過給機で構成するシステムあるため、過給圧を考慮している。したがって、内燃機関の空気量とバッテリ４９から電動機１２に供給される電流または電力に基づき、電流または電力に対する定格過給圧を定めた後、さらに内燃機関の空気流量と定格過給圧から、電流または電力に対する定格回転速度を定めることとなる。
【００３７】
定格過給圧の算出方法について詳述する。まず、式（１）に示すとおり、バッテリ４９からの供給電力のうち、電動機１２の損失、メカロス（機械的損失）などを差し引いた値がコンプレッサ９の仕事である。
【００３８】
コンプレッサ仕事＝供給電力−（電動機の損失＋インバータ損失＋メカロス）  （１）
【００３９】
また、式（２）に示すとおり、コンプレッサ９の仕事は、過給圧と空気流量の積で求められるため、すなわち、バッテリ４９からの供給電力と空気流量に対し、電動機１２の正常動作時に出力されるべき過給圧が一意に定まる。
【００４０】
コンプレッサ仕事＝過給圧＊空気流量                                      （２）
【００４１】
図３は、横軸を空気流量、縦軸を過給圧比とし、コンプレッサ９の同一の仕事量ごとに空気流量と過給圧比の関係を示した図である。図４は、横軸を空気流量、縦軸を過給圧比とし、電動機１２の同一の回転速度ごとに空気流量と過給圧比の関係を示した図である。なお、空気流量の単位は［ｍ３／ｓ］を意味する。
【００４２】
上述のとおり、バッテリ４９からの供給電力と空気流量に基づき、電動機１２の正常動作時に出力されるべき過給圧比が求まり、過給圧比と空気流量より、電動機１２の正常動作時に出力されるべき定格回転速度が一意に定まる。
【００４３】
また、電動機制御補正量導出部３８は、電力に対する定格過給圧演算部６１、電力に対する定格回転速度演算部６２、第２差分器６３、劣化量演算部６４および制御補正量演算部６５により構成される。さらに、電力に対する定格過給圧演算部６１と電力に対する定格回転速度演算部６２で電動機定格回転速度導出部を構成する。
【００４４】
電力に対する定格過給圧演算部６１は、バッテリ電力、空気流量に応じた定格過給圧（比）の値をＲＯＭ内にマップを備えており、バッテリ電力検出部３５の出力（直流電源からの供給電力）と、エンジンＥＣＵ１４から出力された空気流量に応じて読み出した値を定格過給圧（比）として出力する。定格過給圧（比）マップの一例を図５に示す。縦軸が定格過給圧（比）、横軸が空気流量、奥行方向が直流電源（バッテリ）からの供給電力を示す（ただし図５は斜視図）。
【００４５】
また、電力に対する定格回転速度演算部６２は、過給圧（比）、空気流量に応じた定格回転速度の値をＲＯＭ内にマップを備えており、電力に対する定格過給圧演算部６１の出力と、エンジンＥＣＵ１４から出力された空気流量に応じて読み出した値を定格回転速度として出力する。定格回転速度マップの一例を図６に示す。縦軸が定格過給圧（比）、横軸が空気流量、奥行方向が定格回転速度を示す（ただし図６は斜視図）。
【００４６】
第２差分器６３は、電力に対する定格回転速度演算部６２の出力と実回転速度検出部３２の実回転速度値との差分を出力する。劣化量演算部６４は、第２差分器６３の出力に基づき電動過給機の劣化量を演算し出力する。ただし、劣化量演算部６４は、実回転速度検出部３２の出力が予め定めた第１回転速度閾値以上の場合、劣化量の演算を行う。電動機１２が駆動を停止した状態では、差分が生じないためである。
【００４７】
制御補正量演算部６５は、劣化量演算部６４の出力に基づき、制御補正量を演算する。ただし、制御補正量演算部６５は、実回転速度検出部３２の出力が予め定めた第２回転速度閾値以上の場合、制御補正量の出力を零とする。本制御は、電動機１２の始動時の加速応答性の維持を目的としており、制御量の補正を必要とするのは、加速開始直後のみのためである。すなわち、第２回転速度閾値を予め定めることで、所望の低回転域において、応答性を維持するように電動機１２（電動過給機）を制御することができる。
【００４８】
また、制御補正量演算部６５は、低回転域における電動機１２の初期状態（劣化がない場合）の応答性能を維持できるように、劣化量に応じて制御補正量を変更する。ここで、応答性能を示す指標として、応答性パラメータ量（例えば、立上がり時間、遅れ時間、整定時間または行過ぎ時間等）を用いる。そして、この応答性パラメータ量を踏まえ、低回転域（始動時）において、劣化後の応答性能と、初期状態の応答性能とが一致するように、劣化量に応じて制御補正量を予め定めればよい。
【００４９】
具体的には、劣化量と、制御補正量とを関連付けたテーブルを予め定め、制御補正量演算部６５が劣化量に対応した制御補正量を選択するようにすればよい。また、劣化量に対し予め定めたゲインを乗じたものを制御補正量としてもよい。このように劣化量に応じて適切な制御補正量を選択するように構成することで、劣化量の大きさに応じて劣化する加速応答の過渡特性を補償することができる。
【００５０】
電動機制御量演算部６０は、目標回転速度値と実回転速度値の差分に基づいて演算される制御量に対して、劣化量に応じて制御補正量演算部６５が出力した制御補正量を加算することで、電動機制御量として出力する。
【００５１】
なお、エンジンＥＣＵ１４は、図１に示すスロットルバルブ７のアクチュエータ６に設けられたスロットルポジションセンサ２０からスロットルポジション（スロットル開度）を得る。ここで、スロットルポジションの代わりに、アクセルペダル１５のアクセル開度センサのアクセル開度を用いてもよい。スロットルバルブ７は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、ドライバがアクセルペダルを踏み込むとアクセルペダルの操作量をセンサで検出し、これに応じてアクチュエータ６が動作し、駆動しスロットルポジションを変化させるため、スロットルポジションは、アクセル開度とほぼ同義とみなせる。しかしながら、加速時などの過渡期においては、スロットルポジションが、アクセル開度と等しくなるまでにはいくらかの時間を要する。アクセル開度を用い制御をすれば、ドライバの加速要求に対する応答性が向上する。
【００５２】
図７Ａ、図７Ｂには電動過給機の制御装置１３の動作フローチャートを示し、以下に具体的な動作を説明する。図７Ａ、図７Ｂは、スタートからエンドまでステップＳ１０１からステップＳ１１７を含んでおり、電動過給機の制御装置１３は、一連の処理を繰り返し行う。なお、図７Ａ、図７Ｂは、１つのフローチャートを２つの図面に分けて記載したもので、図７Ａに記載の部分と、図７Ｂに記載の部分とは続いている。
【００５３】
まず、ステップＳ１０１において、エンジンＥＣＵ１４の出力を、空気流量値、エンジン回転速度値、駆動指令値、スロットルポジション値としてマイクロコンピュータのメモリ（図示省略）に書き込み記憶する。
【００５４】
ステップＳ１０２において、メモリに記憶された劣化量の前回値を得る。
【００５５】
ステップＳ１０３において、実回転速度検出部３２でモータ位置センサ４６からの信号に従って実回転速度値を演算し、メモリに書き込み記憶する。
【００５６】
ステップＳ１０４において、バッテリ電流検出部３３、バッテリ電圧検出部３４でバッテリ電流センサ４７の出力よりバッテリ電流値、バッテリ電圧センサ４８の出力よりバッテリ電圧値をメモリに書き込み記憶する。
【００５７】
ステップＳ１０５において、目標回転速度演算部３１が、メモリに記憶された空気流量値、エンジン回転速度値、スロットルポジション値から目標回転速度値を演算し、メモリに書込み記憶する。
【００５８】
ステップＳ１０６において、バッテリ電力検出部３５が、メモリに記憶されたバッテリ電流値、バッテリ電圧値からバッテリ電力を演算し、メモリに書込み記憶する。
【００５９】
ステップＳ１０７において、電力に対する定格過給圧演算部６１が、メモリに予め格納された図５に示す定格過給圧マップを参照し、メモリに記憶されたバッテリ電力、空気流量に応じた定格過給圧（比）を読み出し、メモリに書込み記憶する。
【００６０】
ステップＳ１０８において、電力に対する定格回転速度演算部６２が、メモリに予め格納された図６に示す定格回転速度マップを参照し、メモリに記憶された定格過給圧、空気流量に応じた定格回転速度を読み出し、メモリに書込み記憶する。
【００６１】
ステップＳ１０９において、第２差分器６３で、メモリに記憶された定格回転速度と実回転速度の差分を演算し、メモリに書込み記憶する。
【００６２】
ステップＳ１１０において、メモリに記憶された実回転速度がメモリに予め記憶された第１回転速度閾値以上であるか否かを判断する。判断結果がＹＥＳ（第１回転速度閾値以上）の時はステップＳ１１１へ進む。一方、判断結果がＮＯ（第１回転速度閾値未満）の時は劣化量の今回値を演算することが不要と判定され、ステップＳ１１２に進む。
【００６３】
ステップＳ１１１において、劣化量演算部６４で、メモリに記憶された定格回転速度と実回転速度の差分に基づき劣化量の今回値を演算し、メモリに書込み記憶する。
【００６４】
ステップＳ１１２において、劣化量演算部６４で、メモリに記憶された劣化量の前回値を劣化量の今回値とし、メモリに書込み記憶する。
【００６５】
ステップＳ１１３において、メモリに記憶された実回転速度がメモリに予め記憶された第２回転速度閾値未満であるか否かを判断する。判断結果がＹＥＳ（第２回転速度閾値未満）の時はステップＳ１１４へ進む。一方、判断結果がＮＯ（第２回転速度閾値以上）の時は補正不要と判定され、ステップＳ１１５に進む。
【００６６】
ステップＳ１１４において、制御補正量演算部６５で、メモリに記憶された劣化量の今回値に基づき制御補正量を演算し、メモリに書込み記憶する。
【００６７】
ステップＳ１１５において、制御補正量演算部６５で、制御補正量を零とし、メモリに書込み記憶する。
【００６８】
ステップＳ１１６において、第１差分器３７で、記憶された目標回転速度と実回転速度の差分を演算し、メモリに記憶する。
【００６９】
ステップＳ１１７において、電動機制御量演算部６０で、メモリに記憶された目標回転速度値と実回転速度値の差分と、メモリに記憶された制御補正量に基づき、電動機制御量を演算し出力するとともに、メモリに書き込み記憶する。
【００７０】
そして、電動機電力変換装置５０は、電動過給機の制御装置１３の駆動可否決定部３９から駆動停止指令が出力されていない場合に限り、電動機制御量演算部６０から出力される電動機制御量（電動機制御量信号）に応じて、バッテリ４９からの直流電力を交流に変換し、電動機（モータ）１２に供給する。
【００７１】
以上のように、直流電源であるバッテリから電動過給機の駆動装置であり電動機に供給される電力に対する電動機の定格過給圧を定め、定格過給圧に基づき、電動機に供給される電力に対する電動機の定格回転速度を定める。そして、定格回転速度値と実回転速度値との差分に基づき演算した劣化量に応じて、電動機の低回転域（実回転速度が第２回転速度閾値未満である速度領域）における電動機制御量を補正する。これにより、経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、電動過給機の加速応答性を維持することが可能となる。
【００７２】
なお、上記実施の形態では、バッテリ電流検出部３３の出力と、バッテリ電圧検出部３４の出力に基づき、バッテリ電力検出部３５においてバッテリ電力を求めて出力し、電力に対する定格過給圧演算部６１において、バッテリ電力検出部３５の出力と空気流量に基づき定格過給圧を定め出力し、電力に対する定格回転速度演算部６２において、電力に対する定格過給圧演算部６１の出力と内燃機関の空気流量に基づき電力に対する定格回転速度を求め出力することとした。しかしながら、バッテリ電流検出部３３の出力に基づき、電流に対する定格過給圧を求め、電流に対する定格過給圧と空気流量に基づき、電流に対する定格回転速度を求め出力することとしてもよい。これにより、電動機１２の加速応答性の劣化を補うためにバッテリ４９の電力を演算することなく、より簡易な構成で定格回転速度を演算することができる。
【００７３】
この場合、図２におけるバッテリ電圧センサ４８、バッテリ電圧検出部３４、バッテリ電力検出部３５は不要となる。さらに電力に対する定格過給圧演算部６１の代わりに電流に対する定格過給圧演算部を設け、また、図５の定格過給圧（比）マップの代わりに、図５の定格過給圧（比）マップの奥行方向が直流電源（バッテリ）からの供給電流［Ｉ］を示すものを予め準備してメモリに格納しておく。
【００７４】
また、上記の実施の形態では、電力に対する定格過給圧演算部６１において、空気流量と、バッテリ電力検出部３５の出力に応じて、電力に対する定格過給圧を求めることとしたが、バッテリ電力検出部３５の出力になまし処理を加えた後、定格過給圧演算部６１に入力する構成としてもよい。なまし処理は、電力の変化量がそのままに時間的にシフトするよう、例えば出力遅延回路等により、一定時間経過後に入力することとしてもよく、また一次のローパスフィルタなどで構成することとしてもよい。このように、バッテリ４９からの電力供給に対し、実際に電動機１２が駆動するまでには、時間遅れが生じるため、バッテリ電力に対し、なまし処理を加えることにより、劣化量の検出精度を向上させることができる。
【００７５】
この場合、電力に基づき定格回転速度を求める場合にはバッテリ電力検出部３５の出力側に、電流に基づき定格回転速度を求める場合には例えばバッテリ電流検出部３３の出力側に、すなわち定格過給圧演算部６１と定格回転速度演算部６２で構成される電動機定格回転速度導出部の入力側に、出力遅延や一次のローパスフィルタの機能を有する出力または入力なまし処理部を設ける。
【００７６】
また、上記実施の形態では、劣化量演算部６４において、実回転速度が第１回転速度閾値以上の場合、電動過給機の劣化量を演算することとしたが、実回転速度が第１回転速度閾値以上、かつ定格回転速度と実回転速度の差分が予め定めた回転速度差分閾値未満（回転定常時）の場合にだけ、劣化量を演算することとしてもよい。このとき、この差分が回転速度差分閾値以上（回転過渡時）の場合、劣化量を演算しないようにする。このように、回転過渡時には劣化量を演算せずに前回値を用いて、回転定常時にだけ劣化量を演算することにより、劣化量の検出精度を向上させることができる。
【００７７】
また、上記実施の形態では、劣化量演算部６４において、実回転速度が第１回転速度閾値以上の場合に、電動過給機の劣化量を演算することとしたが、バッテリ電流検出部３３の出力に基づき、バッテリ電流の変化率を定めるとともに、実回転速度が第１回転速度閾値以上、かつバッテリ電流の変化率が予め定めた電流変化率閾値未満の場合に劣化量を演算することとしてもよい。このように、バッテリ電流の変化、すなわちトルク変動により系が不安定となる場合、劣化量を演算しないことにより、劣化量の検出精度を向上させることができる。
【００７８】
この場合、電動機制御補正量導出部３８が、さらにバッテリ電流検出部３３の出力に基づきバッテリ電流の変化率を求めるバッテリ電流変化率演算部を含むようにする。そして、バッテリ電流の変化率が電流変化率閾値以上の場合、劣化量演算部６４において、劣化量を演算せずに、メモリに記憶された劣化量の前回値を劣化量の今回値として出力するようにする。
【００７９】
また、上記実施の形態では、劣化量演算部６４において、実回転速度が第１回転速度閾値未満の場合、劣化量の前回値を用いるが、制御補正量演算部６５において、この劣化量の前回値に基づき演算した制御補正量を用いることで過剰な補正となる場合が生じる可能性がある。例えば、高温状態の電動機１２の駆動を停止し、十分な時間が経過した後に再駆動するような場合、劣化量演算部６４において、駆動開始直後の実回転速度が第１回転速度閾値未満であるため、劣化量の前回値を出力する。この場合、電動機１２の温度が低下しているにも関わらず、この劣化量の前回値に駆動停止前の温度上昇による短期成分が含まれていることとなるので、制御補正量が出力すべき値よりも大きくなってしまう可能性がある。
【００８０】
そこで、劣化量演算部６４において、第２差分器６３で演算された定格回転速度と実回転速度の差分に応じて、電動過給機の劣化量を演算する場合に、劣化量を電動機１２の温度上昇による短期成分と、経年変化による定常成分とに分けて演算するようにしてもよい。すなわち、電動過給機の劣化量のうちの短期成分を電動機１２の温度を検出することで常時演算することで、経年変化による定常成分を演算する。そして、劣化量の前回値を用いる場合、劣化量の短期成分に対応する今回値と、劣化量の定常成分に対応する前回値とを加算した値を、劣化量の今回値として出力することとする。このように、電動過給機の劣化量を短期成分と定常成分とに切り分けることにより、電動機１２が駆動停止し十分時間が経過した後に、劣化量の前回値を用いる場合であっても、制御補正量演算部６５の出力が過剰になることを防ぐことができる。
【００８１】
この場合、電動過給機の制御装置１３が、温度センサに基づき電動機の温度を検出する温度検出部を備えるようにする。また、劣化量演算部６４が、第２差分器６３で演算された定格回転速度と実回転速度の差分に応じて総劣化量として劣化量を演算し出力する総劣化量演算部と、温度検出部の出力に基づき一時的な温度上昇による劣化量を演算し出力する短期劣化量演算部と、総劣化量演算部の出力から短期劣化量演算部の出力を減算することによって、経年変化による劣化量の定常成分を演算する定常劣化量演算部を含むようにする。また、劣化量演算部６４において、定格回転速度と実回転速度の差分に応じて、劣化量の今回値を演算する場合には、総劣化量演算部の出力を劣化量の今回値として出力するようにする。一方、劣化量演算部６４において、劣化量の前回値を劣化量の今回値とする場合には、短期劣化量演算部の出力と、メモリに記憶した定常劣化量演算部の出力の前回値とを加算した値を、劣化量の今回値として出力する。
【００８２】
また、上記実施の形態では、制御補正量演算部６５において、実回転速度検出部３２の出力が第２回転速度閾値未満の場合には、劣化量演算部６４の出力に基づき演算した制御補正量を出力し、実回転速度検出部３２の出力が第２回転速度閾値以上の場合には、制御補正量の出力を零とすることとした。また、電動機制御量演算部６０において、第１差分器３７で演算された目標回転速度値と実回転速度値との差分と、制御補正量演算部６５の出力とに基づき演算した電動機制御量を出力することとした。しかしながら、制御補正量演算部６５において、電動機１２の予め定めた定格抵抗値を劣化量に応じて補正（変更）するための抵抗値制御補正量を制御補正量として演算するとともに、電動機制御量演算部６０において、第１差分器３７で演算された目標回転速度値と実回転速度値との差分と、抵抗値制御補正量に基づき電動機制御量を演算する構成としてもよい。
【００８３】
ここで、電動機１２の抵抗などの諸元値に基づき電動機１２を制御した場合、電動機１２の抵抗値の変動が、電動機制御量の算出結果に及ぼす影響が低回転域において大きい。すなわち、実回転速度が高くなればなるほど、電動機の抵抗値の影響が小さくなる。したがって、制御補正量演算部６５において、実回転速度検出部３２の出力に関わらず、全回転域で制御補正量を出力することとし、電動機１２の抵抗値を補正してやる。これにより、上記実施の形態のように、実回転速度検出部３２の出力を用いて低回転域と中・高速回転域とを切替えることなく、低回転域のみにおいて電動機制御量を補正することができ、前述した閾値による切替えに比べて、切替え時の段差がなく滑らかな制御が可能となる。
【００８４】
この場合、制御補正量演算部６５において、劣化量演算部６４の出力に基づき、全回転域において制御補正量を出力することとし、電動機制御量演算部６０において、第１差分器３７で演算された定格回転速度と実回転速度の差分と、抵抗値制御補正量とに基づいて電動機を制御（抵抗制御）する。
【００８５】
また、劣化量演算部６４において、不揮発性のメモリを備え、演算した電動過給機の劣化量をこのメモリに格納しておき、劣化量の前回値として用いることとしてもよい。これにより、一度、車両の電源を落とした後でも、劣化量を引き継ぐことができ、初期駆動時から電動過給機の加速応答性が維持できる。
【００８６】
また、電動過給機の劣化量が予め定めた劣化閾値以上の場合、本制御を解除する（電動機制御量を補正しない）構成としてもよい。これにより、電動過給機の劣化が十分に進んだ場合において、断線および短絡、また焼き付きおよび破損などの故障に至ることを未然に防ぐことができる。
【００８７】
この場合、劣化量演算部６４の出力が劣化閾値以上であれば、制御補正量演算部６５の出力が零となるように構成すればよい。
【００８８】
この他、電動過給機は排気タービンを備え、電気エネルギーと排気エネルギーで過給されるいわゆる電動ターボチャージャーであってもよい。
【００８９】
この発明において、直流電源から駆動装置に供給される電力または電流に対し、電動機の定格回転速度を定め、定格回転速度と実回転速度との差分に基づき演算した劣化量に応じて補正した電動機制御量にしたがって電動機を駆動することにより、経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、電動過給機の加速応答性を維持することができる電動過給機の制御装置および電動過給機の制御方法を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００９０】
１  内燃機関（エンジン）、２  インテークマニホールド、５  空気流量検出（センサ）部、６  アクチュエータ、７  スロットルバルブ、８  インタークーラ、９  コンプレッサ、１２  電動機、１３  電動過給機の制御装置、１４  エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）、１５  アクセルペダル、１９  エギゾーストマニホールド、２０  スロットルポジションセンサ、２１  エンジン回転速度検出（センサ）部、３１  目標回転速度演算部、３２  実回転速度検出部、３３  バッテリ電流検出部、３４  バッテリ電圧検出部、３５  バッテリ電力検出部、３７  第１差分器、３８  電動機制御補正量導出部、３９  駆動可否決定部、４１  エアクリーナー、４２  吸気管、４３  電動過給機の出力側通路、４５  マフラー、４６  モータ位置センサ、４７  バッテリ電流センサ、４８  バッテリ電圧センサ、４９  バッテリ、５０  電動機電力変換装置、５２  警告灯、６０  電動機制御量演算部、６１  電力に対する定格過給圧演算部、６２  電力に対する定格回転速度演算部、６３  第２差分器、６４  劣化量演算部、６５  制御補正量演算部。
【要約】
【課題】電動過給機の経年変化もしくは短期的な温度上昇に関わらず、加速応答性を維持する電動過給機の制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の過給を行う電動過給機の制御装置であって、直流電源から電動機に供給される電力または電流に対して、電動機の定格回転速度を定める電動機定格回転速度導出部（６１、６２）と、定格回転速度と実回転速度との差分に応じて電動過給機の劣化量を演算する劣化量演算部（６４）と、劣化量に応じて電動機の制御補正量を演算する制御補正量演算部（６５）と、を備える。
【選択図】図２【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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