(57)【要約】【課題】高価なセンサを使用することなく、電動機６の劣化状態を検出できる内燃機関の過給装置を提供する。【解決手段】電動過給機２の制御装置３は、電動機６の回転速度を制御する駆動装置８と、直流電源９の両端電圧を検出する電圧検出器１０と、直流電源９の電流を検出する電流検出器１１と、電動機６の劣化状態を判定する劣化判定処理装置１２とを備える。この劣化判定処理装置１２は、電圧検出器１０により検出された電圧Ｖｎと、電流検出器１１により検出された電流Ｉｎとから、駆動装置８（インバータ）への入力電力Ｐｎを算出し、その算出された電力Ｐｎを基に、電動機６の劣化状態を判定する。この方法によれば、直流用の電圧検出器１０と電流検出器１１を使用できるので、交流用の検出器と比較して、構成が簡単で安価であるため、過給装置を低コストに提供できる。【選択図】図１
2006220124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、
直流電源より供給される電力を交流に変換して前記電動機の回転速度を制御する駆動装置と、
前記直流電源から前記駆動装置に供給される電力の大きさより、前記電動機の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項２】
請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、
前記異常検出手段は、
予め決められた時間内に、前記直流電源から前記駆動装置に供給される電力の平均値を求め、その電力平均値と予め記憶されている電力定格値との差ΔＰ０を算出して、このΔＰ０が閾値Ｋ０以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項３】
請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、
前記異常検出手段は、
予め決められた時間内に、前記直流電源から前記駆動装置に供給される電力の平均値を求め、その電力平均値と前回求めた電力平均値との差ΔＰｎを算出して、このΔＰｎが閾値Ｋ１以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項４】
電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、
直流電源より供給される電力を交流に変換して前記電動機の回転速度を制御する駆動装置と、
前記直流電源から前記駆動装置に通電される電流の大きさより、前記電動機の異常を検出する異常検出手段とを備えることを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項５】
請求項４に記載した内燃機関の過給装置において、
前記異常検出手段は、
予め決められた時間内に、前記直流電源から前記駆動装置に通電される電流の平均値を求め、その電流平均値と予め記憶されている電流定格値との差ΔＩ０を算出して、このΔＩ０が閾値Ｋ２以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【請求項６】
請求項４に記載した内燃機関の過給装置において、
前記異常検出手段は、
予め決められた時間内に、前記直流電源から前記駆動装置に通電される電流の平均値を求め、その電流平均値と前回求めた電流平均値との差ΔＩｎを算出して、このΔＩｎが閾値Ｋ３以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機によって駆動される電動過給機を備えた内燃機関の過給装置に関し、特に、電動機の異常検出に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、ターボチャージャの立ち上がり応答性を改善するために、ターボチャージャの回転軸を電動機でアシストする電動アシスト過給装置が知られている。しかし、ターボチャージャは、アイドリング時の１万〜２万回転から全負荷時の約２０万回転まで、非常に高速で回転するため、上記の電動アシスト過給装置では、電動機に大きな負担を強いることになり、電動機に故障が発生する可能性を排除できない。
これに対し、交流電動機への印加電圧（相電圧や線間電圧）と相電流および回転数から、交流電動機の異常を検出する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−１６７６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記の特許文献１に示された公知技術では、交流電動機に印加される印加電圧や固定子巻線に流れる相電流を直接検出する必要があり、高価な電流センサや電圧センサを必要とするため、コストが高くなる問題があった。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、高価なセンサを使用することなく、電動機の異常（例えば、劣化状態）を検出できる内燃機関の過給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
（請求項１の発明）
本発明の内燃機関の過給装置は、電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、直流電源より供給される電力を交流に変換して電動機の回転速度を制御する駆動装置と、直流電源から駆動装置に供給される電力の大きさより、電動機の異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする。
【０００５】
毎分数万回転以上の超高速回転が特徴である電動過給機では、高出力で且つ超高回転を可能にするために、電動機を構成する固定子の巻線抵抗や回転子の２次抵抗が非常に低く設計されている。このため、僅かな抵抗変化で大きな力率や出力の変動が生じる。
電動機の最大出力は、直流電源から駆動装置に供給される電力（駆動装置への入力電力）に比例するため、電動機の出力低下に応じて駆動装置への入力電力も低下する。従って、駆動装置への入力電力の大きさより、電動機の異常（例えば、劣化状態）を検出することが可能である。
【０００６】
ここで、駆動装置への入力電力は、直流電源の両端電圧とバッテリ電流との積として求められるため、直流電源の両端電圧を検出する電圧検出器と、バッテリ電流を検出する電流検出器とがあれば、駆動装置への入力電力を求めることができる。直流電源は、駆動装置に直流電力を供給するため、直流用の電圧検出器および電流検出器を使用できる。この場合、交流用の検出器と比較して、構成が簡単で安価であるため、本発明の過給装置を低コストに提供できる。
【０００７】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、異常検出手段は、予め決められた時間内に、直流電源から駆動装置に供給される電力の平均値を求め、その電力平均値と予め記憶されている電力定格値との差ΔＰ０を算出して、このΔＰ０が閾値Ｋ０以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする。ΔＰ０がＫ０以上の場合は、駆動装置への入力電力が大きく低下していると判断できるので、電動機に「異常有り」と判定することができる。
【０００８】
（請求項３の発明）
請求項１に記載した内燃機関の過給装置において、異常検出手段は、予め決められた時間内に、直流電源から駆動装置に供給される電力の平均値を求め、その電力平均値と前回求めた電力平均値との差ΔＰｎを算出して、このΔＰｎが閾値Ｋ１以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする。
ΔＰｎがＫ１以上の場合は、前回と比較して、駆動装置への入力電力が大きく低下していると判断できるので、電動機に「異常有り」と判定することができる。
【０００９】
（請求項４の発明）
本発明の内燃機関の過給装置は、電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機と、直流電源より供給される電力を交流に変換して電動機の回転速度を制御する駆動装置と、直流電源から駆動装置に通電される電流の大きさより、電動機の異常を検出する異常検出手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
毎分数万回転以上の超高速回転が特徴である電動過給機では、高出力で且つ超高回転を可能にするために、電動機を構成する固定子の巻線抵抗や回転子の２次抵抗が非常に低く設計されている。このため、僅かな抵抗変化で大きな力率や出力の変動が生じる。
電動機の最大出力は、直流電源から駆動装置に供給される電力（駆動装置への入力電力）に比例するため、電動機の出力低下に応じて駆動装置への入力電力も低下する。また、直流電源を電源とするため、駆動装置に印加される電圧は一定となる。
【００１１】
従って、駆動装置への入力電流をモニタすることにより、電動機の異常（例えば、劣化状態）を検出することが可能である。駆動装置への入力電流は、直流であるため、例えば、直流電源に直列に挿入するシャント抵抗によって駆動装置への入力電流を検出できるので、交流電流を検出するための電流検出器と比較して、構成が簡単で安価であるため、本発明の過給装置を低コストに提供できる。
【００１２】
（請求項５の発明）
請求項４に記載した内燃機関の過給装置において、異常検出手段は、予め決められた時間内に、直流電源から駆動装置に通電される電流の平均値を求め、その電流平均値と予め記憶されている電流定格値との差ΔＩ０を算出して、このΔＩ０が閾値Ｋ２以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする。ΔＩ０がＫ２以上の場合は、駆動装置への入力電流が大きく低下していると判断できるので、電動機に「異常有り」と判定することができる。
【００１３】
（請求項６の発明）
請求項４に記載した内燃機関の過給装置において、異常検出手段は、予め決められた時間内に、直流電源から駆動装置に通電される電流の平均値を求め、その電流平均値と前回求めた電流平均値との差ΔＩｎを算出して、このΔＩｎが閾値Ｋ３以上の時に、「異常有り」と判定することを特徴とする。
ΔＩｎがＫ３以上の場合は、前回と比較して、駆動装置への入力電流が大きく低下していると判断できるので、電動機に「異常有り」と判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は内燃機関の過給装置の構成を模式的に示すブロック図である。
実施例１に示す内燃機関１の過給装置は、内燃機関１（図３参照）に過給する電動過給機２と、この電動過給機２の作動を制御する制御装置３（図１参照）とを備える。
電動過給機２は、例えば、図３に示す様に、内燃機関１の吸気通路４に設けられるコンプレッサ５と、このコンプレッサ５を回転駆動する電動機６とで構成される。電動機６は、例えば、三相かご形誘導電動機が用いられる。コンプレッサ５によって圧縮された吸気は、インタークーラ７で冷却されて内燃機関１に吸引される。
【００１６】
制御装置３は、図１に示す様に、電動機６の回転速度を制御する駆動装置８と、車両に搭載される直流電源９（例えば、車載バッテリ）の両端電圧を検出する電圧検出器１０と、直流電源９の電流を検出する電流検出器１１と、駆動装置８への入力電力（直流電源９から駆動装置８に供給される電力）を基に、電動機６の劣化状態を判定する劣化判定処理装置１２とを備える。
【００１７】
駆動装置８は、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成されたインバータ（図示せず）を内蔵し、このインバータにより、直流電源９から供給される電力を交流に変換して、電圧及び周波数を任意に変更することで電動機６の回転速度を制御する。
劣化判定処理装置１２は、電圧検出器１０により検出された電圧Ｖｎと、電流検出器１１により検出された電流Ｉｎとから、駆動装置８（インバータ）への入力電力Ｐｎを算出する電力演算部１２ａと、算出された入力電力Ｐｎを基に、電動機６の劣化状態を判定する劣化判定部１２ｂとを備える。
【００１８】
続いて、劣化判定処理装置１２の手順を図２に示すフローチャートを基に説明する。
ステップ１０…電圧検出器１０より検出電圧Ｖｎを取り込む。
ステップ２０…電流検出器１１より検出電流Ｉｎを取り込む。
ステップ３０…インバータへの入力電力ＰｎをＶｎとＩｎとの積により求める。
ステップ４０…予め決められた時間Δｔの間に、入力電力Ｐｎの平均値を時間積分して求める。
【００１９】
ステップ５０…時間Δｔが経過したか否かを判定し、経過した場合（判定結果ＹＥＳ）は、次のステップ６０へ進む。
ステップ６０…ステップ４０で求めた入力電力Ｐｎの平均値と、予め記憶された電力定格値Ｐ０との差ΔＰ０を算出する。
ステップ７０…ステップ４０で求めた入力電力Ｐｎの平均値と、前回求めた入力電力Ｐｎの平均値との差ΔＰｎを算出する。
【００２０】
ステップ８０…ステップ６０で求めたΔＰ０が閾値Ｋ０以上か否かを判定し、判定結果がＹＥＳの場合、つまり、Ｋ０以上の電力低下があった場合は、ステップ１００へ進み、判定結果がＮＯの場合（ΔＰ０＜Ｋ０）は、ステップ９０へ進む。
ステップ９０…ステップ７０で求めたΔＰｎが閾値Ｋ１以上か否かを判定し、判定結果がＹＥＳの場合、つまり、前回よりＫ１以上の電力低下があった場合は、ステップ１００へ進み、判定結果がＮＯの場合（ΔＰｎ＜Ｋ１）は、正常と判定して処理を終了する。
ステップ１００…「劣化」と判定する。
【００２１】
（実施例１の効果）
実施例１に記載した電動過給機２では、一例として、三相かご形誘導電動機を使用している。この誘導電動機は、回転子の内部導体（例えばアルミニウム）に熱ストレスや過大な遠心力等が作用すると、内部導体の抵抗が大きく変化することがある。
この誘導電動機では、回転子の導体抵抗をｒ２とした時に、その抵抗ｒ２と、最大モータ出力Ｐｍａｘを与えるすべり周波数率ｓとの関係が、以下の式（１）で示される。
Ｐｍａｘ＝ｋ・ｓ／ｒ２………………………（１）
なお、ｋは定数である。
このため、ｓ／ｒ２が一定であれば、Ｐｍａｘが変わらないという特性を有する。
【００２２】
ここで、回転子の導体抵抗ｒ２が何らかの原因で異常に増大すると、ｓ／ｒ２が減少するため、Ｐｍａｘも比例して減少することになる。
また、最大モータ出力Ｐｍａｘは、以下の式（２）で示される様に、インバータへの入力電力Ｐｎに相関する。
Ｐｍａｘ＝η１・η２・Ｐｎ………………（２）
なお、η１はインバータ効率、η２はモータ効率である。
動作点が大きく変わらない点では、η１、η２が一定であるため、最大モータ出力Ｐｍａｘの低下に比例して、インバータへの入力電力Ｐｎも低下する。
【００２３】
また、電動過給機２のコンプレッサ負荷特性は、モータ回転数に比例（べき乗）するため、電動機６の出力低下に伴い、コンプレッサ負荷も低下することで、入力電力Ｐｎの低下が顕著になる。
以上の結果、インバータへの入力電力Ｐｎが大きく低下している時は、電動機６が劣化していると判断できる。この入力電力Ｐｎの大きさによって電動機６の劣化を判定する方法では、直流電源９の両端電圧（直流電圧Ｖｎ）を検出する電圧検出器１０と、直流電源９の電流（直流電流Ｉｎ）を検出する電流検出器１１とを使用できる。すなわち、直流用の電圧検出器１０と電流検出器１１を使用できるので、交流用の検出器と比較して、構成が簡単で安価であるため、過給装置を低コストに提供できる。
【実施例２】
【００２４】
実施例１では、インバータへの入力電力Ｐｎを基に、電動機６の劣化を判定する方法を記載したが、直流電源９からインバータに印加される電圧が一定であるため、入力電力Ｐｎの代わりに、インバータへの入力電流Ｉｎを用いて、実施例１と同様の処理手順で電動機６の劣化を判定することもできる。この場合、実施例１に記載した電圧検出器１０を使用する必要がないため、更なるコストダウンが可能である。
【００２５】
（変形例）
実施例１に記載した電動過給機２は、電動機６によりコンプレッサ５を駆動して内燃機関１の吸気を過給する構成であるが、例えば、図４に示す様に、内燃機関１の排気通路１３に設けられるタービン１４と、吸気通路４に設けられるコンプレッサ１５とが同軸に連結されたターボ過給機１６にも適用できる。つまり、タービン１４とコンプレッサ１５とを連結する連結軸１７を電動機６で駆動する構成でも良い。あるいは、図５に示す様に、ターボ過給機１６とは別に、補助コンプレッサ１８を備え、この補助コンプレッサ１８を電動機６によって駆動する構成でも良い。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】内燃機関の過給装置の構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】電動機の劣化判定に係わる処理手順を示すフローチャートである。
【図３】電動過給機を有する内燃機関の模式図である（実施例１）。
【図４】電動過給機を有する内燃機関の模式図である（変形例）。
【図５】電動過給機を有する内燃機関の模式図である（変形例）。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関
２  電動過給機
５  コンプレッサ
６  電動機
８  駆動装置
９  直流電源
１２  劣化判定処理装置（異常検出手段）
【図１】
2006220124.tif 000003
【図２】
2006220124.tif 000004
【図３】
2006220124.tif 000005
【図４】
2006220124.tif 000006
【図５】
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