JP5673802B2

JP5673802B2 - 電動アシスト過給機

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Publication number: JP5673802B2
Application number: JP2013508947A
Authority: JP
Inventors: 雄一郎水野; 和彦品川
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2015-02-18
Anticipated expiration: 2032-04-06
Also published as: KR20130136520A; WO2012137921A1; JPWO2012137921A1; EP2696052A1; US9303554B2; CN103443417A; EP2696052B1; CN103443417B; EP2696052A4; KR101493809B1; US20140013742A1

Description

本発明は過給機に係り、さらに詳しくは、電動アシスト過給機とその制御方法に関する。
本願は、２０１１年４月８日に日本に出願された特願２０１１−８６２０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

過給機は、内燃機関（以下「エンジン」という）の吸気圧力を上げ、充てん効率を増大させる装置である。従来、エンジンに要求されるトルクが大きい場合に、過給機を利用して過給を行いエンジンの発生トルクを増加させている。

過給機は、エンジンの排気ガスで駆動する「ターボ過給機」と、エンジンや電動機で駆動する「機械駆動式過給機」に大別される。
また、電動アシスト過給機は、ターボ過給機のトルク又は回転速度を補う（アシストする）ために、ターボ過給機の回転軸を電動機で駆動する。かかる電動アシスト過給機は、例えば特許文献１〜３に開示されている。

従来、電動アシスト過給機の電動機（モータ）の駆動要求を決定する手段として、運転者の加速意図をアクセルペダルの操作量などで検知して、過給圧やタービン回転速度の目標値を算出し、これに対して、過給圧やタービン回転速度の実績値との差分を検出し、フィードバック制御を行っている。

日本国特開２００７−１３２２８８号日本国特開２００８−１９６３２３号日本国特開２０１０−１９０１４３号

ターボ過給機を使用して過給を行う際、（１）過給開始時のエンジン出力が小さい場合、（２）過給開始時にタービン軸が停止している場合、或いは（３）タービン回転速度が小さい場合に、タービンが発生できる出力が小さい。そのため、タービン回転速度が過給を行うのに十分な回転数に達するまでに数秒かかり、この間は過給機が十分な過給を行えない（この過給遅れを一般に「ターボラグ」という）。

機械駆動式過給機を使用した場合には、エンジン回転速度に比例した空気量を過給することができ、「ターボラグ」が発生しない。しかし、エンジン回転速度が高い領域では機械式過給機の駆動動力が大きく、エンジンのクランク軸動力を消費してしまうため、車軸出力が低くなり燃費が悪化する。

また、クラッチやバイパス通路を用いてターボ過給機と機械駆動式過給機を組み合わせた過給システムも存在する。この過給システムは、それぞれの過給機の短所を互いに補完しあうが、二つの作動原理の異なる過給機を備えるため、システムが複雑になり、過給機の搭載スペースや質量が増加する。そのため、小さく軽いエンジンで大きなトルクを得るという目的に反してしまう。

一方、電動アシスト過給機では、一般的に運転者の加速意図を検知するために、アクセルペダルの開度が用いられる。しかし、車両の走行条件により、加速せずに一定速度で走行している場合でも、アクセルペダル開度は広い範囲の値をとる。また、運転者の習熟や個人の癖などにより、一定速度で走行していても、アクセルペダル開度は変動する。
その結果、誤動作や必要以上の電力消費を防ぐために、アクセルペダル開度に対して、不感帯を設ける必要がある。そのため、アクセルペダル開度が小さい場合には電動機のアシスト量として大きな目標値を設定することはできない。このため、電動機でアシストを行うまでの時間がかかり、効果的に「ターボラグ」を解消することができない。

また、フィードバック制御を使用して制御をおこなう場合、目標値との差分を検出するためのセンサが必要であり、その差分を高速で演算するため高速な演算装置が必要となり、複雑な制御システムとなってしまう。
また、フィードバックループの動作に問題がなくても、過給圧やタービン回転速度の目標値の設定や算出が不完全であった場合には、「ターボラグ」の解消が不十分となり、長時間大きな電力を印加し続けて電力を浪費し、結果的に車両の燃費を低下させてしまう可能性がある。

本発明は上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、単独でターボラグを小さくすることができ、エンジン回転速度が高い領域でも消費動力が小さく、アクセルペダル開度に対して不感帯を設けて誤動作や必要以上の電力消費を防ぐことができ、フィードバック制御に必要なセンサと高速演算装置を省略することができ、制御システムを簡略化でき、搭載スペースや質量が小さい電動アシスト過給機とその制御方法を提供することにある。

本発明に係る電動アシスト過給機は、エンジンの排気ガスでタービンを回転駆動しタービンでコンプレッサを回転駆動して吸気を圧縮し前記エンジンに供給するターボ過給機と、前記タービンとコンプレッサを連結する回転軸に連結され前記ターボ過給機に回転力を付加する電動モータと、前記エンジン用のアクセル開度と前記エンジンの回転数に基づき、前記ターボ過給機のアシスト運転に必要な前記電動モータの駆動電流をオープンループで制御するモータ制御装置とを備える。

また本発明は、エンジンの排気ガスでタービンを回転駆動しタービンでコンプレッサを回転駆動して吸気を圧縮し前記エンジンに供給するターボ過給機と、前記タービンとコンプレッサを連結する回転軸に連結され前記ターボ過給機に回転力を付加する電動モータと、を備える電動アシスト過給機の制御方法において、前記エンジン用のアクセル開度の変化率から、前記ターボ過給機のアシスト運転に必要な前記電動モータの駆動電流をオープンループで制御する。

上記した本発明の電動アシスト過給機及びその制御方法によれば、ターボ過給機に回転力を付加する電動モータを備えるので、ターボ過給機の回転速度を電動モータで加速することにより、エンジンの過給圧を早く上昇できるようになり、エンジンのトルクも早く上昇する。
これにより、エンジントルクのレスポンスが向上してターボラグを小さくすることができ、エンジン回転速度が高い領域でも消費動力を小さくできる。そのため、自動変速での走行時におけるシフトアップタイミングを早めることができ（いわゆるダウンスピーディング）、かつエンジンの排気量の低減ができ（いわゆるダウンサイジング）、その結果、車両走行時のＣＯ_２排出量の削減が図れる。

また、モータ制御装置を備え、エンジン用のアクセル開度の変化率から、ターボ過給機のアシスト運転に必要な電動モータの駆動電流を制御するので、アクセルペダル開度に対して不感帯を設けて誤動作や必要以上の電力消費を防ぐと共に、同時にターボラグを小さくすることができる。

また、電動モータの駆動電流をオープンループで制御するので、フィードバック制御に必要なセンサと高速演算装置を省略することができ、制御システムが簡略化でき、軽量・安価にて前記効果が発揮できる。

電動アシスト過給機を備えたエンジンの全体構成を示す図である。モータ制御装置の第１実施形態を示す図である。モータ制御装置の第２実施形態を示す図である。定常指令値演算器の作動説明図である。定常指令値演算器の作動説明図である。定常指令値演算器の作動説明図である。加速指令値演算器の作動説明図である。加速指令値演算器の作動説明図である。加速指令値演算器の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。電動アシスト過給機の作動説明図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

図１は、本発明による電動アシスト過給機を備えたエンジンの全体構成を示す図である。本発明の電動アシスト過給機１０は、ターボ過給機１２、電動モータ１４、及びモータ制御装置２０を備える。

この図において、４０はエンジン（内燃機関）、４２はエンジン用のアクセルである。エンジン４０は、図示しないエンジン制御装置で制御され、エンジンの回転速度信号２をモータ制御装置２０に出力する。アクセル４２は、オペレータ（例えば車両の運転者）により操作され、エンジン用のアクセル開度信号１をモータ制御装置２０及び図示しないエンジン制御装置に出力する。

ターボ過給機１２は、タービン１２ａ、コンプレッサ１２ｂ、及び回転軸１２ｃを有し、エンジン４０の排気ガス７でタービン１２ａを回転駆動し、タービン１２ａでコンプレッサ１２ｂを回転駆動して吸気（空気５）を圧縮し、圧縮された空気６をエンジン４０に供給する。なお、８は車外に排気される排気ガスである。なお、この例で、回転軸１２ｃは、タービン１２ａとコンプレッサ１２ｂを直接連結しているが、歯車等を介して間接的に連結してもよい。

電動モータ１４は、タービン１２ａとコンプレッサ１２ｂを連結する回転軸１２ｃに連結され、ターボ過給機１２に回転力を付加し、ターボ過給機１２をアシスト運転する。

なお、「アシスト運転」とは、排気ガス７によるターボ過給機１２の通常の運転に対して、電動モータ１４によりターボ過給機１２に回転力を付加し、ターボ過給機１２を加速することをいう。従って、電動モータ１４がアシスト運転しない場合、すなわち電動モータ１４の駆動電流Ｉが０の場合には、電動モータ１４の駆動トルクは０であり、ターボ過給機１２は単独で自律運転する。

図１において１６は、ターボ過給機１２用の回転速度センサであり、ターボ過給機１２の回転速度信号３をモータ制御装置２０に出力する。回転速度センサ１６は、この図では電動モータ１４の回転速度を検出しているが、回転軸１２ｃの回転速度を検出してもよい。また、タービン１２ａとコンプレッサ１２ｂが歯車等を介して間接的に連結する場合、回転速度センサ１６は、タービン１２ａ又はコンプレッサ１２ｂのいずれかの回転速度を検出してもよい。

モータ制御装置２０は、アクセル開度信号１、エンジン回転速度信号２、ターボ過給機の回転速度信号３を受信し、電動モータ１４に駆動信号４を出力して、電動モータ１４の駆動電流Ｉをオープンループで制御する。電動モータ１４の駆動電流Ｉは、ターボ過給機１２のアシスト運転に必要な電流である。
以下、アクセル開度をＡ、エンジン回転速度をＮＥ、ターボ過給機の回転速度（以下、「ターボ回転速度」という）をＮＴとする。

図２は、モータ制御装置の第１実施形態を示す図であり、図３は、第２実施形態を示す図である。図２、図３において、本実施形態のモータ制御装置２０は、定常指令値演算器２２、加速指令値演算器２４、及び駆動電流演算器２６を有する。

定常指令値演算器２２は、エンジン用のアクセル開度Ａから、アクセル開度Ａにおけるターボ過給機１２の定常運転に必要な定常指令値Ｘ０を演算する。定常指令値Ｘ０は、電動モータ１４のトルク指令値又は速度指令値である。

図２において、定常指令値Ｘ０は、電動モータ１４のトルク指令値であり、定常指令値演算器２２は、アクセル開度Ａとエンジン回転速度ＮＥから電動モータ１４のトルク指令値である定常指令値Ｘ０を出力する。
図３において、定常指令値Ｘ０は、電動モータ１４の回転速度指令値であり、定常指令値演算器２２は、アクセル開度Ａ、エンジン回転速度ＮＥ及びターボ回転速度ＮＴから電動モータ１４の回転速度指令値である定常指令値Ｘ０を出力する。

加速指令値演算器２４は、エンジン用のアクセル開度Ａの変化率ｄＡ／ｄｔ（以下、「アクセル開度変化率」という）から、ターボ過給機１２の加速運転に必要な加速指令値Ｘ２を演算する。加速指令値Ｘ２は、電動モータ１４のトルク指令値又は速度指令値である。

図２において、加速指令値Ｘ２は、電動モータ１４のトルク指令値であり、加速指令値演算器２４は、アクセル開度Ａとエンジン回転速度ＮＥから電動モータ１４のトルク指令値である定常指令値Ｘ２を出力する。
図３において、加速指令値Ｘ２は、電動モータ１４の回転速度指令値であり、加速指令値演算器２４は、アクセル開度Ａ、エンジン回転速度ＮＥ及びターボ回転速度ＮＴから電動モータ１４の回転速度指令値である定常指令値Ｘ２を出力する。

図２、図３において、加速指令値演算器２４は、アクセル開度変化率演算器２５ａ、加速指令値演算器２５ｂ、及びフィルタ２５ｃを有する。

アクセル開度変化率演算器２５ａは、アクセル開度Ａの変化率ｄＡ／ｄｔ（アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔ）を演算する。
加速指令値演算器２５ｂは、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔに基づき、ターボ過給機１２の加速運転に必要な電動モータ１４のトルク指令値又は速度指令値を加速指令値Ｘ１として演算する。
加速指令値Ｘ１は、上述した定常指令値Ｘ０よりも十分大きい値、例えばリミッタ２７ｂによる上限値より大きく設定するのがよい。

フィルタ２５ｃは、加速指令値Ｘ１をフィルタ処理し、加速指令値Ｘ２として出力する。このフィルタ２５ｃは、加速指令値Ｘ１が減少するときに時間遅れをもつ特性を有する。フィルタ２５ｃは、例えば、一次遅れフィルタや移動平均フィルタである。この時間遅れは、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔから演算した加速指令値Ｘ１を持続させるように設定されている。

駆動電流演算器２６は、定常指令値Ｘ０と加速指令値Ｘ２から、電動モータ１４の駆動電流Ｉを演算し出力する。

図２、図３において、駆動電流演算器２６は、加算器２７ａ、リミッタ２７ｂ、及びモータドライバ２７ｃを有する。

加算器２７ａは、定常的指令値Ｘ０と加速指令値Ｘ２を加算した合算指令値Ｘ３を演算する。
リミッタ２７ｂは、合算指令値Ｘ３を上限値以下に制限して出力指令値Ｘとする。この上限値は、電動モータ１４の特性に応じて設定する。

モータドライバ２７ｃは、出力指令値Ｘに基づき電動モータ１４の駆動電流Ｉを演算し出力する。
出力指令値Ｘがトルク指令値である場合、電動モータ１４の駆動電流Ｉはトルク指令値とターボ回転速度ＮＴから演算される。また出力指令値Ｘが速度指令値である場合、電動モータ１４の駆動電流Ｉは速度指令値とターボ回転速度ＮＴの差から演算される。

図２において、加速指令値Ｘ１、加速指令値Ｘ２、合算指令値Ｘ３及び出力指令値Ｘは、電動モータ１４のトルク指令値であり、モータドライバ２７ｃは、出力指令値Ｘとターボ回転速度ＮＴから電動モータ１４の駆動電流Ｉを演算し出力する。
図３において、加速指令値Ｘ１、加速指令値Ｘ２、合算指令値Ｘ３及び出力指令値Ｘは、電動モータ１４の回転速度指令値であり、モータドライバ２７ｃは、出力指令値Ｘから電動モータ１４の駆動電流Ｉを演算し出力する。

図１〜図３に示した電動アシスト過給機１０を用い、本発明の方法では、エンジン用のアクセル開度Ａの変化率ｄＡ／ｄｔから、ターボ過給機１２のアシスト運転に必要な電動モータ１４の駆動電流Ｉをオープンループで制御する。

すなわち、（Ａ）上述した定常指令値演算器２２により、エンジン用のアクセル開度Ａから、アクセル開度Ａにおけるターボ過給機１２の定常運転に必要な定常指令値Ｘ０を演算する。
また、（Ｂ）上述した加速指令値演算器２４により、エンジン用のアクセル開度Ａの変化率ｄＡ／ｄｔ（アクセル開度変化率）から、ターボ過給機１２の加速運転に必要な加速指令値Ｘ２を演算する。この演算は、（Ａ）の演算と並行して実施する。また、この演算における加速指令値演算とフィルタ処理の順序は、上述した例と異なってもよい。
次いで、（Ｃ）上述した駆動電流演算器２６により、定常指令値Ｘ０と加速指令値Ｘ２から、電動モータ１４の駆動電流Ｉを演算し出力する。なおこの演算におけるリミッタ処理と駆動電流Ｉの演算の順序は、上述した例と異なってもよい。

図４Ａ〜図４Ｃは、定常指令値演算器２２の作動説明図である。

図４Ａは、アクセル開度Ａ（横軸）と定常指令値Ｘ０（縦軸）の関係を示す模式図である。定常指令値Ｘ０は、トルク指令値又は速度指令値である。
この図に示すように、定常指令値演算器２２は、アクセル開度Ａの全閉側（０付近）に不感帯を有する。不感帯の範囲は、例えば０〜２０％である。従って、不感帯の範囲ではアクセル開度Ａが変化しても、定常指令値Ｘ０は０である。

定常指令値Ｘ０がトルク指令値である場合、トルク指令値０に対応する電動モータ１４の駆動電流Ｉは０となる。
また、定常指令値Ｘ０が速度指令値である場合、駆動電流演算器２６は速度指令値とターボ回転速度ＮＴを比較し、速度指令値がターボ回転速度ＮＴより低い場合には、電動モータ１４の駆動電流Ｉを０とする。
従って、定常指令値Ｘ０がトルク指令値又は速度指令値のいずれの場合でも、不感帯の範囲では駆動電流Ｉは０であり、電動モータ１４が抵抗なく自由回転する。その結果、電動モータ１４の誤動作や不要な電力消費が防止される。

また、定常指令値演算器２２は、アクセル開度Ａが不感帯を超えると、エンジン回転速度ＮＥに対応する定常指令値Ｘ０を出力する。この場合、図４Ａに例示するように、定常指令値Ｘ０はアクセル開度Ａが大きいほど大きい値となる。
なお、エンジン回転速度ＮＥ及びターボ回転速度ＮＴは一定ではなく、リアルタイムで変化するので、アクセル開度Ａが一定であっても、そのアクセル開度Ａにおけるターボ過給機１２の定常運転に必要な定常指令値Ｘ０もリアルタイムで変化する。

図４Ｂは、エンジン回転速度ＮＥ（横軸）と定常指令値Ｘ０（縦軸）の関係を示す模式図である。
この図に示すように、エンジン回転速度ＮＥが高いと排気ガス量が多く、ターボ過給機１２が高速回転しているので、定常指令値Ｘ０は、特に、エンジン回転速度ＮＥが高い領域では、エンジン回転速度ＮＥが高くなるほど小さい値となる。
従って、エンジン回転速度ＮＥが高くなり、定常指令値Ｘ０が小さくなるほど電動モータ１４の駆動電流Ｉが少なくなり、不要な電力消費が防止される。
但し、図４Ｂに示すように、車両の運用上、エンジン回転速度ＮＥが低い領域では、エンジン回転速度ＮＥが０の時にエンジン回転速度ＮＥを最高とせず、エンジン回転速度ＮＥが０から高くなるに従い定常指令値Ｘ０を増加させている。

図４Ｃは、アクセル開度Ａ（横軸）とエンジン回転速度ＮＥ（縦軸）の関係を示す模式図である。
この図に示すように、定常指令値Ｘ０は、アクセル開度Ａが比較的大きく、エンジン回転速度ＮＥが小さい場合に、最大となる。
例えば、図４Ｃで示す例では、エンジンの有効回転数の最大値の５０％以下の範囲内で、定常指令値Ｘ０が最大となる。

なお、定常指令値演算器２２による定常指令値Ｘ０の演算は、図４Ｃに模式的に示したようなマップによってもよく、あるいは予め設定した演算式によってもよい。

図５Ａ〜図５Ｃは、加速指令値演算器２４の作動説明図である。

図５Ａは、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔ（横軸）と加速指令値Ｘ１（縦軸）の関係を示す模式図である。加速指令値Ｘ１は、トルク指令値又は速度指令値である。
この図に示すように、加速指令値演算器２４は、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔに対する不感帯がなく、アクセル開度Ａの全閉側（０付近）においてもアクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔに対応する加速指令値Ｘ１を出力する。すなわち、この例において、加速指令値Ｘ１はアクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔが大きいほど大きい値となる。
従って、タービン１２ａの発生動力の少ないときに、電動モータ１４から動力を付加する（電動アシストする）ことで、ターボ過給機１２の加速時間が著しく短縮でき、効果的に「ターボラグ」を解消することができる。

また、加速指令値演算器２４は、エンジン回転速度ＮＥに対応する加速指令値Ｘ１を出力する。
なお、エンジン回転速度ＮＥ及びターボ回転速度ＮＴは一定ではなく、リアルタイムで変化するので、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔが一定であっても、そのアクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔにおけるターボ過給機１２の加速運転に必要な加速指令値Ｘ１もリアルタイムで変化する。

図５Ｂは、エンジン回転速度ＮＥ（横軸）と加速指令値Ｘ１（縦軸）の関係を示す模式図である。
この図に示すように、エンジン回転速度ＮＥが高いと排気ガス量が多く、ターボ過給機１２が高速回転しているので、加速指令値Ｘ１は、エンジン回転速度ＮＥが高いほど小さい値となる。
従って、エンジン回転速度ＮＥが高いほど加速指令値Ｘ１は小さくなる。その結果、電動モータ１４の駆動電流Ｉが少なくなり、不要な電力消費が防止される。

図５Ｃは、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔ（横軸）とエンジン回転速度ＮＥ（縦軸）の関係を示す模式図である。
この図に示すように、加速指令値Ｘ１は、アクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔが大きく、エンジン回転速度ＮＥが小さい場合に、最大となる。

なお、加速指令値演算器２４による加速指令値Ｘ１の演算は、図５Ｃに模式的に示したようなマップによってもよく、あるいは予め設定した演算式によってもよい。

以下、上述した本実施形態の加速指令値演算器２４がない、従来の電動アシスト過給機を「従来例」と呼ぶ。

図６Ａ〜図６Ｈは、電動アシスト過給機の作動説明図である。
図６Ａは、加速時の時間ｔ（横軸）とアクセル開度Ａ（縦軸）の関係を示す模式図であり、従来例と本発明で同一である。
図６Ｂは、図６Ａに対応するアクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔを示す模式図である。この演算処理は、本発明でのみ実施している。

図６Ｃは、従来例における時間ｔ（横軸）と出力指令値Ｘ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図において、破線はリミッタ２７ｂの設定値であり、この例で、出力指令値Ｘはリミッタ２７ｂの設定値未満になっている。また、従来例では、加速開始時（ｔ＝０）から出力指令値Ｘ（実線）が上昇を開始するまでΔｔのタイムラグがある。タイムラグΔｔは、例えば１〜２秒間である。

図６Ｄは、本発明における時間ｔ（横軸）と出力指令値Ｘ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図は、図６Ｃの特性に図６Ｂのアクセル開度変化率ｄＡ／ｄｔに基づく加速指令値Ｘ２を加算し、リミッタ２７ｂで合算指令値Ｘ３をリミッタ処理したものである。
リミッタ処理前の合算指令値Ｘ３は、リミッタ２７ｂによる上限値を超えているため、リミッタ２７ｂにより上限値に制限されている。また、フィルタ２５ｃが、加速指令値Ｘ１が減少するときに時間遅れをもつ特性を有することから、出力指令値Ｘはゆるやかな下降線となっている。

図６Ｄの特性は、図６Ｃの特性に斜線部分が加算された特性となる。従って、この図において、図６ＣにおけるタイムラグΔｔは、斜線部分の存在により無くなっている。

図６Ｅは、従来例における時間ｔ（横軸）とターボ回転速度ＮＴ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図において、破線はリミッタ２７ｂの設定値に相当する最大速度、実線は図６Ｃの特性（実線）に相当する速度である。また、この図において、図６ＣにおけるタイムラグΔｔがそのままターボ回転速度ＮＴのタイムラグΔｔとなっている。

図６Ｆは、本発明における時間ｔ（横軸）とターボ回転速度ＮＴ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図６Ｆの特性は、図６Ｅの特性に斜線部分が加算された特性となる。従って、この図において、図６ＥにおけるタイムラグΔｔは、斜線部分の存在により無くなっている。

図６Ｇは、従来例における時間ｔ（横軸）と電動モータ１４の電力消費量Ｗ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図において、破線はリミッタ２７ｂの設定値に相当する電力消費量、実線は図６Ｃの特性（実線）に相当する電力消費量である。
この図において、図６ＣにおけるタイムラグΔｔがそのままターボ回転速度ＮＴのタイムラグΔｔとなっている。そのため、破線で示すように電力消費量Ｗを増やしたとしても、タイムラグが解消できないことがわかる。

図６Ｈは、本発明における時間（横軸）と電動モータ１４の電力消費量Ｗ（縦軸）の関係を示す模式図である。この図において、破線はリミッタ２７ｂの設定値に相当する電力消費量、実線は図６Ｇの特性（実線）に斜線部分が加算された特性である。
この図によれば、図６Ｇの特性に、斜線部分に相当する電力消費量が加算されただけで、ターボ回転速度ＮＴのタイムラグΔを無くすことができる。

なお、上述した本発明の電動アシスト過給機１０において、エンジンを搭載した車両から供給される電圧により、必要に応じて、電源とモータ制御装置２０の間に変圧ユニットを備えてもよい。

上述した本発明の実施形態によれば、ターボ過給機１２（ターボチャージャー）の回転軸１２ｃの回転力を付加する電動モータ１４を取り付け、タービン１２ａの発生動力の少ないときに、電動モータ１４から動力を付加する（電動アシストする）ので、ターボ過給機１２の加速時間を著しく短縮できる。

また、この電動アシストの制御のため、電動モータ１４のトルク指令値又は速度指令値をオープンループで制御し、フィードバック制御を行わないことで、制御システムが簡単になる。その結果、数点の制御信号（エンジン回転速度、ターボチャージャー回転数、アクセル開度）を車両から受け取るだけで、電動アシスト過給機を独立して運転することが可能になる。

なお、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。すなわち、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。

本発明によれば、単独でターボラグを小さくすることができ、エンジン回転速度が高い領域でも消費動力が小さく、誤動作や必要以上の電力消費を防ぐことができ、制御システムを簡略化でき、搭載スペースや質量が小さい電動アシスト過給機とその制御方法を提供することができる。

５吸気（空気）、７排気ガス、１０電動アシスト過給機、１２ターボ過給機、１２ａタービン、１２ｂコンプレッサ、１２ｃ回転軸、１４電動モータ、２０モータ制御装置、２２定常指令値演算器、２４加速指令値演算器、２５ａアクセル開度変化率演算器、２５ｂ加速指令値演算器、２５ｃフィルタ、２６駆動電流演算器、２７ａ加算器、２７ｂリミッタ、２７ｃモータドライバ、４０エンジン

Claims

エンジンの排気ガスでタービンを回転駆動しタービンでコンプレッサを回転駆動して吸気を圧縮し前記エンジンに供給するターボ過給機と、
前記タービンとコンプレッサを連結する回転軸に連結され前記ターボ過給機に回転力を付加する電動モータと、
前記エンジン用のアクセル開度と前記エンジンの回転数に基づき、前記ターボ過給機のアシス卜運転に必要な前記電動モータの駆動電流をオープンループで制御するモータ制御装置とを備え、
前記モータ制御装置は、
前記アクセル開度から、前記ターボ過給機の定常運転に必要な定常指令値を演算する定常指令値演算器と、
前記アクセル開度の変化率から、前記ターボ過給機の加速運転に必要な加速指令値を演算する加速指令値演算器と、
前記定常指令値と前記加速指令値から、前記駆動電流を演算し出力する駆動電流演算器とを有し、
前記加速指令値演算器は、
前記アクセル開度の変化率を演算するアクセル開度変化率演算器と、
前記アクセル開度の変化率に基づき前記ターボ過給機の加速運転に必要な前記電動モータの卜ルク指令値又は速度指令値を基本加速指令値として演算する基本加速指令値演算器と、
前記基本加速指令値が減少するときに時間遅れをもつ特性を有し、前記基本加速指令値をフィルタ処理して前記加速指令値として出力するフィルタとを有する電動アシス卜過給機。
前記駆動電流演算器は、前記定常的指令値と前記加速指令値を加算した合算指令値を演算する加算器と、
前記合算指令値を上限値以下に制限して出力指令値とするリミッタと、
前記出力指令値に基づき前記駆動電流を演算し出力するモータドライバとを有する、請求項１に記載の電動アシス卜過給機。
前記定常指令値演算器は、前記アクセル開度の全閉側に不感帯を有する、請求項１に記載の電動アシス卜過給機。
前記定常指令値及び前記加速指令値は、エンジン回転速度が高いほど小さい値となる、請求項１に記載の電動アシス卜過給機。