CN102449283A

CN102449283A - 电动增压器

Info

Publication number: CN102449283A
Application number: CN2010800227814A
Authority: CN
Inventors: 山下幸生; 林慎之
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2030-06-11
Also published as: CN102449283B; EP2444628B1; WO2011067956A1; US9027344B2; KR20120022997A; EP2444628A4; US20120240910A1; KR101261163B1; JP5215984B2; EP2444628A1; JP2011117383A

Abstract

本发明提供一种电动增压器，其课题在于，在电动增压器的转速控制装置中，即使在测量温度的时间常数长的情况下，也能够控制为在温度上升时电动机的实际温度不超出允许温度而过冲的适当的转速。本发明的特征在于，具备检测电动机(5)的温度的温度传感器(17)和在检测值超过动作限制开始温度Tm时进行电动机(5)的转速限制的转速限制单元(21)，该转速限制单元(21)具有在检测温度的上升率超过阈值的情况下使动作限制开始温度Tm降低的动作限制开始温度校正单元(23)、和在超过了动作限制开始温度Tm后基于动作限制开始温度Tm和检测温度T的温度差及检测温度的上升率设定转速限制值的限制转速设定单元(25)，并限制为由该限制转速设定单元(25)设定的转速。

Description

电动增压器

技术领域

本发明涉及通过电动机驱动增压器而对向内燃机的供气进行增压的电动增压器，特别是涉及抑制所述电动机的温度上升的转速控制。

背景技术

以增大发动机输出的目的及改善发动机输出的瞬态响应的目的，代替利用发动机的废气驱动涡轮进行增压的涡轮增压器，提案有用电动机使压缩机高速旋转而送入压缩空气的电动增压器、电动压缩机。

该电动增压器、电动压缩机将高速电动机的转子和压缩机无齿式地直接连结，转速达到数万rpm～数十万rpm。

另外，该电动增压器主要是作为汽车用而使用的车载品，因此，要求小型紧凑化、高温对策。另外，由于发动机扭矩根据增压量变动，因此需要以不产生急剧的增压量变化、停止的方式控制电动机的转速。

这样，由于在车载品中要求小型紧凑化，因此存在电动机的冷却设计的富余小、在进行假想的运转模式以上的运转时电动机温度(绕组、磁铁)超过允许值的问题，超过该温度允许值时，在绕组的情况下可能产生绝缘劣化、短路，甚至于运转停止。

进而，超过该温度允许值时，在磁铁的情况下，由于不可逆地减磁(即使返回到常温也不能恢复降低了的磁力的现象)，性能也可能降低。

另一方面，在电动机温度(绕组、磁铁)超过温度允许值的情况下，为了减少电动机损失发热而使电动机输出急剧地降低(即降低电动机转速)时，增压量也降低而影响到发动机扭矩。而且，发动机扭矩的骤变不仅使运转性能恶化，而且对驾驶者也存在危险，因此需要避免。

关于以上那样的电动增压器，对于相对于电动机温度的上升的抑制控制，作为现有技术已知有专利文献1(日本特开2006-342738号公报)。

该专利文献1中，公开有如下技术，在驱动压缩机的电动机的绕组温度超过通常温度区域时，根据缓梯度的第一增加率将压缩机的转速限制成平稳，防止扭矩冲击、增压中断，绕组温度接近耐热界限温度时，根据急梯度的第二增加率急剧地限制压缩机的转速，防止绕组温度进入耐热界限的事态。

专利文献1：日本特开2006-342738号公报

发明内容

但是，电动机的绕组、电动机的温度上升、与该电动机的绕组、电动机的温度上升相关的部位的温度上升由于测量温度的时间常数长，因此如图5所示即使检测到发热急剧上升的情况而抑制转速，实际温度也可能会超过温度允许值(过冲)，超过温度允许值时可能由于绕组的绝缘劣化、短路而运转停止，由于磁铁的不可逆减磁而产生性能降低。

另外，专利文献1中，在驱动压缩机的电动机的绕组温度超过通常温度区域时开始转速的限制控制，因此，限制控制的开始条件为通常温度且为大致一定的温度，对于可变化控制开始温度，进而考虑到超过通常温度区域时的温度上升率的温度上升抑制技术未公开。因此，专利文献1中不能说足以作为实际温度的过冲避免单元。

因此，本发明是鉴于这些问题而研发的，其目的在于，提供即使在测量温度的时间常数长的情况下，也控制为在温度上升时电动机的实际温度不超过允许温度而过冲的适当的转速的电动增压器。

为了解决所述课题，本发明提供一种电动增压器的转速控制装置，所述电动增压器通过电动机驱动增压器而对向内燃机的供气进行增压，其特征在于，具备检测电动机的温度或与该电动机的温度具有关联的其它部位的温度的温度传感器、和在由该温度传感器检测出的检测值超过动作限制开始温度时进行电动机的转速限制的转速限制单元，该转速限制单元具有在由所述温度传感器检测出的检测温度的上升率超过阈值的情况下使所述动作限制开始温度降低的动作限制开始温度校正单元、和在超过了所述动作限制开始温度后根据动作限制开始温度和检测温度的温度差及检测温度的上升率来设定转速限制值的限制转速设定单元，将电动机的转速限制为由该限制转速设定单元设定的限制转速。

根据本发明，由于通过动作限制开始温度校正单元，在由温度传感器检测出的检测温度的上升率超过阈值的情况下使所述动作限制开始温度降低，因此，在发热急剧上升时早期进入转速限制控制，因此，能够可靠地避免由于温度检测延迟等而实际温度超过允许值的情况。

另外，在超过动作限制开始温度的情况下，通过限制转速设定单元使电动机的限制转速降低，因此，可以实现发热的减少及温度降低。而且，由于根据动作限制开始温度和检测温度的温度差及检测温度的上升率来设定转速的限制值，即，使用温度差和温度变化率这双方进行设定，因此，能够迅速且可靠地降低到差动限制开始温度以下，能够防止高温引起的绕组、磁铁的劣化，能够避免电动机的性能降低。

另外，本发明中，优选的是，所述限制转速设定单元将所述限制转速设定为从基于内燃机的运转条件的指令转速减去基于所述温度差的降低量和基于所述检测温度的上升率的降低量所得到的值。

这样，通过设定为从基于内燃机的运转条件的指令转速减去基于所述温度差的降低量和基于所述检测温度的上升率的降低量而得到的值，从而基于动作限制开始温度和检测温度的温度差及检测温度的上升率设定转速的限制值，因此，相比只将温度差或只将温度的上升率作为指标施加转速的动作限制，对于温度急剧上升时的过冲能够迅速且可靠地进行基于转速限制的温度降低。

另外，本发明中，优选的是，所述限制转速设定单元将常数作为温度差调整增益与所述动作限制开始温度和检测温度的温度差相乘(乘法计算)，随着温度差变大而将限制转速设定为更低的转速。另外，可以将超过所述动作限制开始温度的时间的积分值作为温度差调整增益相乘，随着时间的经过而将限制转速设定成更低的转速。

这样，不仅温度差，将常数作为温度差调整增益进行相乘，因此，在温度差大的情况下能够形成更大幅降低的限制转速，另外，由于将超过动作限制开始温度的时间作为温度差调整增益进行相乘，因此，能够以随着时间经过而限制转速进一步降低的方式进行设定，能够进行可靠且迅速的温度降低。

另外，本发明中，优选的是，所述限制转速设定单元将常数作为温度上升率调整增益与超过所述动作限制开始温度后的检测温度的上升率相乘，随着温度上升率变大而将限制转速设定为更低的转速。另外，所述限制转速设定单元将从检测温度求得的变量作为温度上升率调整增益与超过所述动作限制开始温度后的检测温度的上升率相乘，随着温度变高而将限制转速设定为更低的转速。

这样，不仅温度上升率，将常数设为温度上升率调整增益进行相乘，因此，在温度上升率大的情况下能够形成更大幅降低的限制转速，另外，将从检测温度求得的变量作为温度上升率调整增益进行相乘，因此，能够随着温度变高而相对于温度上升率更灵敏地反应且将限制转速设定为更低的转速，能够进行可靠且迅速的温度降低。

根据本发明，即使在温度测量的时间常数长的情况下，也控制为在温度上升时电动机的实际温度不超出允许温度而过冲的转速。

即，通过动作限制开始温度校正单元，在由温度传感器检测出的检测温度的上升率超过阈值的情况下使所述动作限制开始温度降低，因此，在发热急剧上升时早期地进入转速限制控制，因此，能够可靠地避免由于温度检测延迟等而实际温度过冲并超过允许值。

另外，在即使进行电动机的转速限制转速也未降低到动作限制开始温度以下的情况下，通过限制转速设定单元使电动机的限制转速降低，因此，可实现发热的减少及温度降低。而且，由于基于动作限制开始温度和检测温度的温度差及检测温度的上升率设定转速的限制值，即，使用温度差和温度变化率这双方进行设定，因此，能够迅速且可靠地降低到差动限制开始温度以下，能够防止高温引起的绕组、磁铁的劣化，能够避免电动机的性能降低。

附图说明

图1是本发明的电动增压器的转速控制装置的整体构成图；

图2是第一实施方式的转速控制装置的控制流程图；

图3是表示第二实施方式及第三实施方式的控制流程图的要部；

图4是表示基于本发明的转速控制装置的温度变化的说明图；

图5表示现有技术的温度允许值和实际温度之间的关系的说明图；

具体实施方式

(第一实施方式)

图1是表示本发明第一实施方式的电动增压器的转速控制装置的整体构成图。在发动机1的进气通路3上设有利用电动机(电动机)5旋转驱动的压缩机(增压器)7。作为压缩机7使用众所周知的离心型、罗茨型、利肖姆型等，其种类没有限定，但以离心型为例进行说明。

构成压缩机7的叶轮的旋转轴与上述电动机5的旋转轴直接连结，电动机5的旋转直接作为叶轮的旋转进行作用，电动机5的转速成为压缩机7的转速。

压缩机7的转速上升而开始增压时，被增压的供气向进气通路3的下游侧流通，经由设于发动机1的各气缸的进气门9流入燃烧室11内。

另外，电动机5的转速通过逆变器13进行控制，并且逆变器13根据来自控制器15的控制信号进行控制。

该控制器15具备存储控制程序、控制映射等的存储装置、进行定时计数、运算处理的处理装置，向控制器15输入来自温度传感器17的信号、来自转速传感器19的信号作为输入信号，其中，该温度传感器17检测电动机温度或与电动机温度具有关联的其它部位的温度，该转速传感器19检测压缩机7的转速。在逆变器具有电动机转速无传感器控制功能的情况下，可以省略转速传感器。

另外，逆变器和控制器也可以一体构成。

作为电动机5的温度，对检测电动机的绕组温度的例子进行说明，但即使不是检测绕组，也可以检测与电动机温度具有关联的其它部位、例如检测电动机的旋转轴承的温度、电动机磁铁的温度、逆变器的温度、通过压缩机7加压了的供气的供气温度等。

另外，在控制器15的处理装置内设置有转速限制单元21，该转速限制单元21在基于温度传感器17的检测值超过动作限制开始温度时进行电动机5的转速限制，在该转速限制单元21中设置有动作限制开始温度校正单元23及限制转速设定单元25，该动作限制开始温度校正单元23在由温度传感器17检测出的检测温度的上升率超过阈值K的情况下使动作限制开始温度降低，该限制转速设定单元25在超过动作限制开始温度后基于动作限制开始温度Tm与检测温度T的温度差及检测温度的上升率设定转速限制值，控制为将电动机5的转速限制在通过该限制转速设定单元25设定的限制转速。

参照图2的流程图对转速限制单元21的电动机5的转速控制进行说明。

在步骤S1中起动后，首先，在步骤S2中，根据来自温度传感器17的温度信号判定温度变化率dT/dt是否超过规定的阈值K。在该温度变化率dT/dt超过阈值K的情况下，判定为电动机温度急剧地上升，在步骤S3中，以使动作限制开始温度Tm降低的方式设定温度上升率调整增益A。例如设为A＝a(常数)。然后，进入步骤S5，通过式(1)计算动作限制开始温度Tm。

Tm＝T₀-A×dT/dt

(1)

T₀为动作限制开始温度的初始设定值，是比若进一步上升则损害电动机功能的最高允许温度具有富余地设定在低温度侧的设定值(参照图4)。这样，动作限制开始温度Tm是校正初始设定值T₀而进行设定。

在步骤S2中，在判定为温度变化率dT/dt未超过规定的阈值K的情况下，进入步骤S4，动作限制开始温度设为默认值，设定成A＝0，在步骤S5中，动作限制开始温度Tm设定为上述初始设定值T₀，且根据初始的设定温度来判定是否需要开始动作限制。

关于该步骤S2～S5的动作限制开始温度的设定，如图4的四方框X内箭头所示，在温度上升率dT/dt超过阈值K而变大的情况下降低动作限制开始温度Tm，随着温度上升率dT/dt变大，能够降低动作限制开始温度Tm。由此，由于在发热急剧上升时早期进入转速限制控制，所以能够可靠地避免由于温度检测延迟等而实际温度超过允许值的情况。

上述步骤S2～S5的动作限制开始温度的设定通过控制器15内的动作限制开始温度校正单元23来执行。

接着，在步骤S6中，判定来自温度传感器17的温度信号是否超过设定的动作限制开始温度Tm，在超过的情况下，进入步骤S7，设定进行用于限制电动机5的转速的限制转速Ns的设定所使用的温度差调整增益B及温度上升调整增益C。

本第一实施方式中，设定为温度差调整增益B＝b(常数)及温度上升调整增益C＝c(常数)。而且，在下面的步骤S8中基于式(2)计算限制转速Ns。

Ns＝Nc-B(T-Tm)-C×dT/dt

(2)

Nc为控制器指令转速，是在控制器15内的存储装置中作为控制映射预先对应于发动机转速、发动机负荷等运转条件、环境条件设定的压缩机7的指令转速。B为温度差调整增益，C为温度上升调整增益，T为来自温度传感器17的实际的温度信号检测值，Tm为动作限制开始温度。

因此，限制转速Ns作为从基于发动机的运转条件的控制器指令转速(指令转速)Nc减去与基于温度差的降低量相当的B(T-Tm)和与基于温度上升率的降低量相当的C×dT/dt所得到的值进行设定。

这样，由于根据动作限制开始温度Tm和检测温度T的温度差及检测温度的上升率dT/dt设定转速的限制值，因此，相比只将温度差或温度的上升率作为指标施加转速的动作限制，能够从温度的急剧上升时的过冲迅速且可靠地进行基于转速限制的温度降低。

温度差调整增益B＝b(常数)、温度上升调整增益C＝c(常数)以如下方式设定：在实施动作限制后温度不会超过最高允许温度，及通过动作限制而温度降低，进而不会发生伴随着转速急剧降低的发动机扭矩的突变带来的运转性能恶化。

如上，根据第一实施方式，通过动作限制开始温度校正单元23，在发热急剧上升时早期进入转速限制控制，因此，能够在早期的阶段可靠地避免由于温度检测延迟等而实际温度超过允许值的情况。

另外，在超过了动作限制开始温度的情况下，由于通过限制转速设定单元25使电动机5的限制转速降低，因此可实现发热的减少及温度降低。而且，由于根据动作限制开始温度Tm和检测温度T的温度差及检测温度的上升率dT/dt设定转速的限制值，即由于使用温度差和温度变化率这双方进行设定，因此能够迅速且可靠地降低到差动限制开始温度以下，能够防止由于高温引起的绕组、磁铁的劣化并避免电动机的性能降低。

另外，通过动作限制开始温度的调整、及基于动作限制开始温度Tm和检测温度T的温度差及检测温度的上升率dT/dt设定限制转速，从而从早期的时期更可靠地进行避免温度上升的电动机转速控制，因此，也能够避免伴随电动机输出的急剧降低的发动机扭矩的突变引起的运转性能的恶化。

(第二实施方式)

参照图3对第二实施方式进行说明。

第一实施方式中，将温度差调整增益B作为常数b进行设定，但第二实施方式中，如步骤S11所示，设为B＝b×∫tpdt，作为从对检测温度超过动作限制开始温度Tm的时间进行积分后的值求得的变量进行设定。

通过将温度差调整增益B这样设为从对检测温度T超过动作限制开始温度Tm的时间进行积分后的值求得的变量，由此，在温度长时间超过动作限制开始温度Tm的情况下进一步降低转速限制的限制转速，从而能够加快温度降低。

(第三实施方式)

另外，参照图3对第三实施方式进行说明。

第一实施方式中，将温度上升调整增益C作为常数c进行设定，但第三实施方式中，如步骤S12所示，设为C＝C(T)，作为从温度T的函数求得的变量进行设定。例如设为C(T)＝aT+β、C(T)＝α²T+β那样的函数。

通过将温度上升调整增益C这样作为检测温度T的函数进行设定，从而在检测温度T高时，通过对于温度变化率dT/dt更灵敏地进行反应，能够可靠地防止超过最高允许温度(参照图4)。

另外，C(T)的温度函数为一例，按如下方式进行设定：在施加动作限制后温度不会超过最高允许温度，及通过动作限制降低温度，进而不产生伴随转速的急剧降低的发动机扭矩的突变导致的运转性能的恶化。

对第二实施方式中温度差调整增益B的变量化、第三实施方式中温度上升调整增益C的变量化进行了说明，但也可以同时实施第二实施方式和第三实施方式，另外，当然也可以只将一方的增益设为变量化，另一方的增益依旧设为常数。

工业实用性

根据本发明，即使在测量温度的时间常数长的情况下，也能够控制为在温度上升时电动机的实际温度不超出允许温度而过冲的适当的转速，因此适合利用到电动增压器的转速控制装置。

Claims

1.一种电动增压器的转速控制装置，所述电动增压器通过电动机驱动增压器而对向内燃机的供气进行增压，其特征在于，

具备检测电动机的温度或与该电动机的温度具有关联的其它部位的温度的温度传感器、和在由该温度传感器检测出的检测值超过动作限制开始温度时进行电动机的转速限制的转速限制单元，

该转速限制单元具有在由所述温度传感器检测出的检测温度的上升率超过阈值的情况下使所述动作限制开始温度降低的动作限制开始温度校正单元、和在超过了所述动作限制开始温度后根据动作限制开始温度和检测温度的温度差及检测温度的上升率来设定转速限制值的限制转速设定单元，将电动机的转速限制为由该限制转速设定单元设定的限制转速。

2.如权利要求1所述的电动增压器的转速控制装置，其特征在于，

所述限制转速设定单元将所述限制转速设定为从基于内燃机的运转条件的指令转速减去基于所述温度差的降低量和基于所述检测温度的上升率的降低量所得到的值。

3.如权利要求1或2所述的电动增压器的转速控制装置，其特征在于，

所述限制转速设定单元将常数作为温度差调整增益与所述动作限制开始温度和检测温度的温度差相乘，随着温度差变大而将限制转速设定为更低的转速。

4.如权利要求1或2所述的电动增压器的转速控制装置，其特征在于，

所述限制转速设定单元将超过所述动作限制开始温度的时间的积分值作为温度差调整增益与所述动作限制开始温度和检测温度的温度差相乘，随着所述时间的经过而将限制转速设定为更低的转速。

5.如权利要求1或2所述的电动增压器的转速控制装置，其特征在于，

所述限制转速设定单元将常数作为温度上升率调整增益与超过所述动作限制开始温度后的检测温度的上升率相乘，随着温度上升率变大而将限制转速设定为更低的转速。

6.如权利要求1或2所述的电动增压器的转速控制装置，其特征在于，

所述限制转速设定单元将从检测温度求得的变量作为温度上升率调整增益与超过所述动作限制开始温度后的检测温度的上升率相乘，随着温度变高而将限制转速设定为更低的转速。