(57)【要約】【課題】目的は、内燃機関の加速時にはその動力性能を悪化させることなくコンプレッサによる過給を開始できる内燃機関の過給システムを提供すること。【解決手段】過給システムは、コンプレッサ、エンジン、ＳＣモータが接続されたスーパチャージャと、車両の加速時にはＳＣモータでコンプレッサの回転数を上昇させる電動発電機制御手段と、加速時にＳＣモータで発生させるモータトルクの推定値である推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴを算出し、推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴを用いることにより、電動発電機制御手段で推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを算出する負荷トルク増加分算出手段と、を備え、内燃機関トルク制御手段は、加速時には、発生トルクを要求トルクＴＲＱ＿Ｅから負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣだけ増加させる。【選択図】図１１
2018013073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサに接続された第１回転要素と、前記内燃機関の出力軸に接続された第２回転要素と、電動発電機の出力軸に接続された第３回転要素と、を備え、前記第１、第２、及び第３回転要素の各々の回転数が共線関係を有するように構成されたスーパチャージャを備える内燃機関の過給システムであって、
所定の要求に基づいて前記内燃機関の発生トルクを制御する内燃機関トルク制御手段と、
前記内燃機関の加速時には前記電動発電機で前記コンプレッサの回転数が上昇する向きのトルクを発生させることにより前記コンプレッサの回転数を上昇させる電動発電機制御手段と、
前記加速時に前記電動発電機で発生させる電動発電機トルクを取得し、当該電動発電機トルクを用いることにより、前記内燃機関の出力軸に作用する負荷トルクのうち前記電動発電機制御手段で前記電動発電機トルクを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分を算出する負荷トルク増加分算出手段と、を備え、
前記内燃機関トルク制御手段は、前記加速時には、前記発生トルクを前記要求に応じた基準トルクから前記負荷トルク増加分だけ増加させることを特徴とする内燃機関の過給システム。
【請求項２】
前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを可変設定する吸気側可変動弁機構をさらに備え、
前記内燃機関トルク制御手段は、前記吸気側可変動弁機構を操作することによって前記発生トルクを増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給システム。
【請求項３】
前記吸気通路のうち前記コンプレッサより下流側に設けられた吸気スロットル弁をさらに備え、
前記内燃機関トルク制御手段は、前記負荷トルク増加分が前記吸気側可変動弁機構を操作することで増加できる分以下である場合には、前記吸気側可変動弁機構を操作することによって前記発生トルクを増加させ、前記負荷トルク増加分が前記吸気側可変動弁機構を操作することで増加できる分より大きい場合には、前記吸気側可変動弁機構及び前記吸気スロットル弁の両方を操作することによって前記発生トルクを増加させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過給システムに関する。より詳しくは、内燃機関及び電動発電機の出力を用いてコンプレッサの回転数を制御できるスーパチャージャを備えた内燃機関の過給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、遊星歯車機構を備えたスーパチャージャに関する発明が示されている。特許文献１の発明では、コンプレッサの回転数と、電動発電機の回転数と、内燃機関の回転数との間で共線関係が成立するようにコンプレッサと内燃機関及び電動発電機の出力軸とを遊星歯車機構やベルト等を介して接続する。これにより、内燃機関の出力を利用してコンプレッサを回転駆動しつつ、内燃機関の回転数によらず電動発電機によってコンプレッサの回転数を変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３６０４８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで内燃機関の加速時、すなわち内燃機関の運転状態がコンプレッサによる過給を不要とする自然吸気領域からコンプレッサによる過給を必要とする過給領域へ移行時には、コンプレッサの回転数を上昇させる操作が行われる。特許文献１のようにコンプレッサと内燃機関及び電動発電機とを遊星歯車機構を介して接続されたスーパチャージャを備えた過給システムでは、加速時にコンプレッサの回転数を上昇させるには、例えば電動発電機においてコンプレッサの回転数が上昇する向きのトルクを発生させて、内燃機関とコンプレッサとの間のギア比を変更することによって実現される。
【０００５】
しかしながら車両の走行中に電動発電機においてコンプレッサの回転数を上昇させる向きのトルクを発生させると、これによってコンプレッサの回転数は要求通りに上昇するものの、遊星歯車機構やベルト等を介して内燃機関の出力軸に作用する負荷トルクが増加する。このためコンプレッサによる過給を開始するタイミングに合わせて、内燃機関の出力軸から駆動輪に伝達するトルクが減少してしまい、内燃機関の動力性能が悪化するおそれがある。
【０００６】
本発明は、内燃機関及び電動発電機の出力を用いてコンプレッサを回転できるスーパチャージャを備えたものであって、内燃機関の加速時にはその動力性能を悪化させることなくコンプレッサによる過給を開始できる内燃機関の過給システム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】
【０００７】
（１）内燃機関の過給システム（例えば、後述の過給システムＳ）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管２）に設けられたコンプレッサ（例えば、後述のコンプレッサ４）に接続された第１回転要素（例えば、後述のサンギヤ５１）と、前記内燃機関の出力軸（例えば、後述の出力軸１ａ）に接続された第２回転要素（例えば、後述のキャリア５３）と、電動発電機（例えば、後述のＳＣモータ６）の出力軸（例えば、後述の出力軸６ａ）に接続された第３回転要素（例えば、後述のリングギヤ５４）と、を備え、前記第１、第２、及び第３回転要素の各々の回転数が共線関係を有するように構成されたスーパチャージャ（例えば、後述のスーパチャージャ３）と、所定の要求に基づいて前記内燃機関の発生トルクを制御する内燃機関トルク制御手段（例えば、後述のＥＣＵ８）と、前記内燃機関の加速時には前記電動発電機で前記コンプレッサの回転数が上昇する向きのトルクを発生させることにより前記コンプレッサの回転数を上昇させる電動発電機制御手段（例えば、後述のＥＣＵ８）と、前記加速時に前記電動発電機で発生させる電動発電機トルク（ＴＲＱ＿ＭＯＴ）を取得し、当該電動発電機トルクを用いることにより、前記内燃機関の出力軸に作用する負荷トルクのうち前記電動発電機制御手段で前記電動発電機トルクを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分（ｄＴＲＱ＿ＳＣ）を算出する負荷トルク増加分算出手段（例えば、後述のＥＣＵ８）と、を備え、前記内燃機関トルク制御手段は、前記加速時には、前記発生トルクを前記要求に応じた基準トルクから前記負荷トルク増加分だけ増加させる。
【０００８】
（２）この場合、前記過給システムは、前記内燃機関の吸気バルブの開閉タイミングを可変設定する吸気側可変動弁機構（例えば、後述のＩＮ側ＶＴＣ１５）をさらに備え、前記内燃機関トルク制御手段は、前記吸気側可変動弁機構を操作することによって前記発生トルクを増加させることが好ましい。
【０００９】
（３）この場合、前記過給システムは、前記吸気通路のうち前記コンプレッサより下流側に設けられた吸気スロットル弁（例えば、後述のスロットル弁２３）をさらに備え、前記内燃機関トルク制御手段は、前記負荷トルク増加分が前記吸気側可変動弁機構を操作することで増加できる分（ｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘ）以下である場合には、前記吸気側可変動弁機構を操作することによって前記発生トルクを増加させ、前記負荷トルク増加分が前記吸気側可変動弁機構を操作することで増加できる分より大きい場合には、前記吸気側可変動弁機構及び前記吸気スロットル弁の両方を操作することによって前記発生トルクを増加させることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
（１）本発明では、内燃機関の加速時には、電動発電機でコンプレッサの回転数が上昇する向きのトルクを発生させることによってコンプレッサの回転数を上昇させる。またこの際本発明では、コンプレッサの回転数を上昇させるために電動発電機で発生させる電動発電機トルクを取得し、さらにこれを用いることによって内燃機関の出力軸に作用する負荷トルクのうち加速時に電動発電機で上記のような電動発電機トルクを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分を算出し、加速時には内燃機関の発生トルクを所定の要求に応じた基準トルクから上記負荷トルク増加分だけ増加させる。これにより内燃機関の加速時には、コンプレッサの回転数を上昇させることによって負荷トルクが増加する分をキャンセルするように内燃機関の発生トルクを増加させることができるため、駆動輪には要求に応じた大きさのトルクを伝達できる。以上より本発明によれば、内燃機関の加速時にはその動力性能を悪化させることなくコンプレッサの過給を開始できる。
【００１１】
（２）本発明では、内燃機関の加速時には、吸気バルブの開閉タイミングを可変設定する吸気側可変動弁機構を操作することによって、負荷トルクの増加を補うため発生トルクを増加させる。これにより内燃機関の加速時には、コンプレッサによる過給を開始するタイミングに対して遅れることなく発生トルクを増加させることができるので、加速時における動力性能の低下を極力抑制できる。
【００１２】
（３）吸気バルブは吸気スロットル弁よりも内燃機関の燃焼室に近い位置に設けられているため、この吸気バルブの開閉タイミングを可変設定する吸気側可変動弁機構は、内燃機関の発生トルクを制御する手段としては吸気スロットル弁よりも応答性が高い。しかしながら、吸気側可変動弁機構を操作するのみでは、負荷トルク増加分をキャンセルできるだけ発生トルクを増加させることができない場合もある。特にコンプレッサを急に加速する場合、負荷トルク増加分も大きくなると考えられる。そこで本発明では、上記のように算出された負荷トルク増加分が吸気側可変動弁機構で増加できる分より大きい場合には、吸気側可変動弁機構と吸気スロットル弁との両方を用いることによって発生トルクを増加させる。これにより、負荷トルクが大きく増加した場合であっても駆動輪に伝達するトルクの落ち込みを極力抑制できる。また本発明では、負荷トルク増加分が吸気側可変動弁機構で増加できる分以下である場合には、吸気スロットル弁よりも応答性の高い吸気側可変動弁機構を操作することによって発生トルクを増加させる。すなわち本発明では、負荷トルク増加分が左程大きくない場合には、吸気スロットル弁よりも応答性の高い吸気側可変動弁機構を優先して操作することにより、コンプレッサによる過給を開始するタイミングに対して遅れることなく発生トルクを増加させ、加速時における動力性能の低下を極力抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給システムの構成を示す図である。
【図２】内燃機関の構成を示す図である。
【図３】スーパチャージャの作動領域を示す図である。
【図４Ａ】自然吸気領域において実現される共線関係の例を示す図である。
【図４Ｂ】過給発電領域において実現される共線関係の例を示す図である。
【図４Ｃ】過給アシスト領域において実現される共線関係の例を示す図である。
【図５】吸気制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵにおいて定義されている複数の制御モードと、各制御モード間の移行条件とを示した制御モード遷移図である。
【図７】過給時ＳＣモータ駆動制御の手順を説明するためのブロック図である。
【図８】規範モデル演算部において目標圧力比から修正目標圧力比を算出する手順を示すフローチャートである。
【図９】基準伝達許容トルクを算出するマップの一例である。
【図１０】補正係数を算出するマップの一例である。
【図１１】トルクアシスト協調制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
【図１２】負荷トルク増加分を算出する手順を説明するための共線図である。
【図１３】本実施形態に係る過給システムによって実現される過給圧、吸気バイパス弁の開度、コンプレッサ回転数、ＳＣクラッチ、ＳＣモータにおけるモータトルク、ＩＶＣ角度、スロットル弁の開度、駆動輪の伝達トルクの変化を示すタイムチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の過給システムＳの構成を示す図である。過給システムＳは、動力発生源であるエンジン１と、エンジン１の吸気を過給するスーパチャージャ３と、エンジン１及びスーパチャージャ３に設けられる各種装置を電子制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８と、を備える。過給システムＳは、エンジン１のクランクシャフトと連結された出力軸１ａで発生した動力を変速機ＴＭで変速し、駆動輪Ｗ，Ｗを回転することによって走行する車両に搭載される。
【００１５】
図２は、エンジン１の構成を示す図である。
エンジン１は、例えば、２以上の複数の気筒１１を備え、ガソリンを燃料とした多気筒のガソリンエンジンである。図２には、複数の気筒１１のうち１つのみを図示する。エンジン１には、クランクシャフト１２とタイミングベルトを介して連結され、クランクシャフト１２と連動して回転する吸気カムシャフト１７及び排気カムシャフト１８が設けられている。より具体的には、クランクシャフトが２回転すると、吸気及び排気カムシャフト１８は１回転するようになっている。吸気カムシャフト１７には、気筒１１毎に設けられた吸気バルブ１３を開閉駆動する吸気カムが設けられ、排気カムシャフト１８には、気筒１１毎に設けられた排気バルブ１４を開閉駆動する排気カムが設けられている。これにより吸気及び排気カムシャフト１８が回転すると、吸気バルブ１３及び排気バルブ１４は、これらカムシャフトに設けられたカムのプロファイルに応じた態様で進退（開閉）する。
【００１６】
吸気カムシャフト１７の一端部には、クランクシャフト１２に対する吸気カムのカム位相を変更する吸気側のカム位相可変機構（以下、「ＩＮ側ＶＴＣ」という）１５が設けられている。また排気カムシャフト１８の一端部には、クランクシャフト１２に対する排気カムのカム位相を変更するする排気側カム位相可変機構（以下、「ＥＸ側ＶＴＣ」という）１６が設けられている。
【００１７】
ＩＮ側ＶＴＣ１５は、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて吸気カムシャフト１７のカム位相を無段階に進角又は遅角させることにより、吸気バルブ１３の開弁タイミングや閉弁タイミングを可変設定する。ＥＸ側ＶＴＣ１６は、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて排気カムシャフト１８のカム位相を無段階に進角又は遅角させることにより、排気バルブ１４の開弁タイミングや閉弁タイミングを可変設定する。
【００１８】
またエンジン１には、気筒１１毎に燃料噴射弁１ｂ及び点火プラグ１ｃが設けられている。ＥＣＵ８は、後述の吸気制御を実行することによってエンジン１の吸気管２を介して各気筒１１に導入される吸気量を制御しつつ、燃料噴射弁１ｂによる燃料噴射量及び噴射時期並びに点火プラグ１ｃによる点火時期を制御する。
【００１９】
図１に戻り、吸気管２は、上流側であるエアクリーナ２１から下流側であるエンジン１の各気筒の吸気ポートに至る配管であり、エアクリーナ２１を介して外気を導入し、これを吸気としてエンジン１の各気筒に供給する。この吸気管２には、上流側から下流側へ向かって順に、吸気を過給するスーパチャージャ３のコンプレッサ４と、過給された吸気を冷却するインタークーラ２２と、吸気流量を制御するスロットル弁２３と、が設けられている。また吸気管２には、コンプレッサ４の入口側である上流側と出口側である下流側とを接続し、コンプレッサ４を迂回する吸気の流路を構成する吸気バイパス管２４が設けられている。そしてこの吸気バイパス管２４には、吸気バイパス弁２５が設けられている。
【００２０】
スロットル弁２３は、吸気管２内において開閉自在に設けられている。吸気管２を介してエンジン１に供給される吸気の流量は、このスロットル弁２３の開度を調整することによって変化させることができる。スロットル弁２３は、これを開閉駆動する図示しないアクチュエータ及びその駆動回路を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて開閉する。
【００２１】
吸気バイパス弁２５は、吸気バイパス管２４内において開閉自在に設けられている。吸気バイパス管２４を介してコンプレッサ４の入口側から出口側へ向かって流れる吸気の流量又は吸気バイパス管２４を介してコンプレッサ４の出口側から入口側へ還流される吸気の流量は、この吸気バイパス弁２５の開度を調整することによって変化させることができる。吸気バイパス弁２５は、これを開閉駆動する図示しないアクチュエータ及びその駆動回路を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて開閉する。
【００２２】
次に、スーパチャージャ３の構成について説明する。スーパチャージャ３は、コンプレッサ４と、ＳＣクラッチ４１と、遊星歯車機構５と、ＳＣモータ６と、ＰＤＵ６１と、バッテリ６２と、エンジン動力伝達機構７と、を備える。
【００２３】
コンプレッサ４は、例えば容量式のものであり、吸気管２内において回転軸５５を中心として回転自在に設けられている。コンプレッサ４は、エンジン１及びＳＣモータ６の出力によって回転軸５５を中心として回転し、吸気管２を流れる吸気を圧縮する。
【００２４】
ＳＣクラッチ４１は、コンプレッサ４の回転軸５５と固定壁との接続を断続する。ＳＣクラッチ４１は、例えば電磁クラッチであり、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする。ＳＣクラッチ４１がＯＮになると、回転軸５５と固定壁とが接続され、回転軸５５及びコンプレッサ４は回転不可能状態になる。またＳＣクラッチ４１がＯＦＦになると、回転軸５５と固定壁とが切断され、回転軸５５及びコンプレッサ４は回転可能状態になる。ＥＣＵ８によって、ＳＣクラッチ４１を用いてコンプレッサ４を回転不可能状態又は回転可能状態にする具体的な手順については、後に図５を参照して説明する。
【００２５】
遊星歯車機構５は、例えばシングルプラネタリ式のものが用いられる。遊星歯車機構５は、第１回転要素としてのサンギヤ５１と、複数（例えば、３つ）のプラネタリギヤ５２と、第２回転要素としてのキャリア５３と、第３回転要素としてのリングギヤ５４と、を備える。これらサンギヤ５１、キャリア５３、及びリングギヤ５４は、互いに同心に設けられており、各々の回転数は、図４を参照して説明するように共線関係を有する。
【００２６】
サンギヤ５１は回転軸５５によってコンプレッサ４と接続されている。サンギヤ５１はコンプレッサ４と同心である。したがって、サンギヤ５１が回転すると、これと同じ速度でコンプレッサ４も回転する。すなわち、コンプレッサ４の回転数をＮＳＣとし、サンギヤ５１の回転数をＮｓとすると、これらの間には等式、ＮＳＣ＝Ｎｓ、が成立する。
【００２７】
リングギヤ５４は、遊星歯車機構５の外周側に回転自在に設けられており、その内周面及び外周面には、内歯車及び外歯車がそれぞれ形成されている。このリングギヤ５４の外歯車は、ＳＣモータ６の出力軸６ａに取り付けられたモータギヤ６ｂと接続されている。すなわち、ＳＣモータ６の回転数をＮＭとし、モータギヤ６ｂとリングギヤ５４の外歯車とのギヤ比をＲＧ１とし、リングギヤ５４の回転数をＮｒとすると、これらの間には等式、ＮＭ＝−Ｎｒ・ＲＧ１、が成立する。
【００２８】
複数のプラネタリギヤ５２は、サンギヤ５１及びリングギヤ５４の内歯車に噛み合っているとともにキャリア５３によって回転自在に支持されている。このキャリア５３は、エンジン動力伝達機構７を介してエンジン１の出力軸１ａと接続されている。
【００２９】
エンジン動力伝達機構７は、エンジン側プーリ７１と、キャリア側プーリ７２と、これらプーリ７１，７２の間に巻きかけられた合成ゴム製のエンジンベルト７３と、を備える。エンジン側プーリ７１は、エンジン１の出力軸１ａと同心にして設けられている。以下では、キャリア側プーリ７２の径とエンジン側プーリ７１の径の比をプーリ比λｅｎｇとする。なお本実施形態では、プーリ７１，７２は同径、すなわちプーリ比λｅｎｇは１であるとするが、本発明はこれに限らない。キャリア側プーリ７２は、回転軸５６によってキャリア５３と接続されている。エンジン動力伝達機構７は、これらプーリ７１，７２及びエンジンベルト７３によって、エンジン１の出力軸１ａとキャリア５３との間で動力を伝達する。なお、プーリ７１，７２を同径とすることにより、ベルト７３のスリップを考慮しなければ、キャリア５３の回転数とエンジン１の回転数とは同じになる。すなわち、エンジン１の回転数をＮＥとし、キャリア５３の回転数をＮｃとし、ベルト７３のスリップを無視すると、これらの間には等式、ＮＥ＝Ｎｃ、が成立する。
【００３０】
ＳＣモータ６は、電気エネルギーを用いて出力軸６ａを回転させる機械エネルギーに変換する電動機の機能と、出力軸６ａに作用する機械エネルギーを用いて電気エネルギーに変換する電動機の機能とを兼ね備えた電動発電機であり、ＰＤＵ６１を介してバッテリ６２に接続されている。ＰＤＵ６１は、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成され、ＥＣＵ８から送信されるモータトルク指令信号に応じてＳＣモータ６とバッテリ６２との間の電力の授受を制御する。このモータトルク指令信号とは、ＳＣモータで発生させるべきトルクに対する指令に相当し、後述のＳＣモータ駆動制御（図５のＳ７、Ｓ８）において、ＥＣＵによって生成される。
【００３１】
図２は、以上のように構成されたスーパチャージャの作動領域を示す図である。図２では、横軸はエンジンの運転状態を特定するパラメータの１つであるエンジン回転数であり、縦軸はエンジンの運転状態を特定するパラメータの１つであるエンジン要求トルクである。図２に示すように、エンジンの運転領域は、負荷が低くスーパチャージャによる過給が要求されていない自然吸気領域と、負荷が高くスーパチャージャによる過給が要求されている過給領域とに分けられる。また過給領域はさらに、相対的に負荷が低くＳＣモータによる発電が実行可能である過給発電領域と、相対的に負荷が高くＳＣモータによるアシストが要求される過給アシスト領域と、に分けられる。
【００３２】
図４は、各運転領域において実現される遊星歯車機構の共線関係の典型的な例を示す図である。図４Ａは、自然吸気領域において実現される共線関係の例を示し、図４Ｂは、過給領域中の過給発電領域において実現される共線関係の例を示し、図４Ｃは、過給領域中の過給アシスト領域において実現される共線関係の例を示す。
【００３３】
図４Ａに示すように、自然吸気領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていないことから、ＳＣクラッチはＯＮにされ、コンプレッサは回転不可能状態になり、したがってサンギヤの回転数Ｎｓは０になる。この場合、リングギヤの回転数Ｎｒは、キャリアの回転数Ｎｃ、すなわちエンジン回転数ＮＥに比例する。したがって自然吸気領域では、ＳＣモータでリングギヤの回転数Ｎｒを減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。またこの自然吸気領域では、スロットル弁の開度を調整することにより、過給圧を制御することが可能となっている。
【００３４】
図４Ｂに示すように、過給発電領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていることから、ＳＣクラッチはＯＦＦにされ、コンプレッサは回転可能状態になる。コンプレッサが回転可能状態になると、エンジンの出力がコンプレッサに作用し、コンプレッサの回転数ＮＳＣ、すなわちサンギヤの回転数Ｎｓが上昇する。なお過給発電領域では、負荷がそれほど高くなく、コンプレッサの回転数ＮＳＣをさほど上昇させる必要がないことから、リングギヤの回転数Ｎｒは正である。したがって過給発電領域では、コンプレッサを回転させて過給を実行しながら、自然吸気領域と同様にＳＣモータでリングギヤの回転数Ｎｒを減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。また過給発電領域では、ＳＣモータで適切な向き及び大きさのトルクを発生させることにより、コンプレッサの回転数ＮＳＣ及び過給圧を制御することが可能となっている。
【００３５】
図４Ｃに示すように、過給アシスト領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていることから、ＳＣクラッチはＯＦＦにされ、コンプレッサは回転可能状態になる。過給アシスト領域は、上記過給発電領域よりも負荷が高く、目標過給圧も高く設定されるため、これを実現するためにコンプレッサ回転数ＮＳＣは過給発電領域よりも高くする必要がある。この場合、図４Ｃに示すように、リングギヤの回転数Ｎｒを反転させる向きのトルクをＳＣモータで発生させ、リングギヤを反転させることによって実現される。またこの過給アシスト領域においても、ＳＣモータで適切な向き及び大きさのトルクを発生させることにより、コンプレッサの回転数ＮＳＣ及び過給圧を制御することが可能となっている。
【００３６】
図３に戻り、例えばエンジンの加速時において、エンジンの運転状態が自然吸気領域から過給領域に移行した場合を検討する。上述のように過給領域では、ＳＣモータを用いてコンプレッサの回転数ＮＳＣ、ひいては過給圧を制御することが可能である。しかしながら過給領域内において過給圧を運転者の要求に応じた大きさにするためには、コンプレッサの回転数をある程度まで上昇させる必要がある。このため、運転状態が過給領域に移行した時からコンプレッサを回転し始めると、過給遅れが生じてしまう。そこで、図３において太線で示す自然吸気領域と過給領域との境界付近には、コンプレッサを予回転させる予回転領域が規定される。このように、スーパチャージャによる過給が行われる蓋然性が高い運転領域に予回転領域を規定し、この予回転領域内ではコンプレッサの予回転を要求することにより、過給遅れを解消することができる。
【００３７】
図１に戻り、ＥＣＵ８は、各種センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、及び後述の図５に示す吸気制御や図７のブロック図に示す各種演算処理を実行するＣＰＵ等で構成される。
【００３８】
またＥＣＵ８には、エンジン１やスーパチャージャ３等の状態を検出するための複数のセンサ９１〜９５が接続されている。
【００３９】
クランク角センサ９１は、クランクシャフトに固定された図示しないパルサの回転に応じて、所定のクランク角毎にパルス信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、このクランク角センサ９１からのパルス信号に基づいてエンジン回転数ＮＥが算出される。アクセルペダルセンサ９２は、車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作量ＡＰを検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ８へ送信する。
【００４０】
コンプレッサ回転数センサ９３は、コンプレッサ４に固定された図示しないパルサの回転に応じて、所定の回転角毎にパルス信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この回転数センサ９３からのパルス信号に基づいてコンプレッサ回転数ＮＳＣが算出される。
【００４１】
過給圧センサ９４は、吸気管２のうちコンプレッサ４及びスロットル弁２３より下流側のインテークマニホルド内の圧力である過給圧を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この過給圧センサ９４からの検出信号に基づいてエンジン１の過給圧と大気圧との比である圧力比ＰＲが算出される。外気温センサ９５は、外気温を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この外気温センサ９５からの検出信号に基づいて外気温ＴＡが算出される。
【００４２】
図５は、吸気制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この吸気制御処理は、ＥＣＵにおいて所定の制御周期で実行される。
【００４３】
始めにＳ１では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダルの操作量ＡＰを取得し、これらを用いて図示しないマップを検索することにより、エンジンの要求トルクＴＲＱ＿Ｅを算出する。
【００４４】
次にＳ２では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱ＿Ｅを用いて、図示しない圧力比マップを検索することにより、圧力比ＰＲに対する目標に相当する目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを算出する。
【００４５】
次にＳ３では、ＥＣＵは、コンプレッサを回転させると仮定した場合に、この目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを実現するためのコンプレッサ回転数ＮＳＣに対する目標である目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに基づいて算出する。
【００４６】
次にＳ４では、ＥＣＵは、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ、及びコンプレッサ回転数ＮＳＣに基づいて、現在のエンジンの運転状態に適した制御モードを決定する。
【００４７】
図６は、ＥＣＵにおいて定義されている複数の制御モードと、各制御モード間の移行条件とを示した制御モード遷移図である。図６に示すように、ＥＣＵには、自然吸気制御モードと、予回転制御モードと、過給移行モードと、過給制御モードと、自然吸気移行モードと、の５つの制御モードが定義されている。Ｓ４では、ＥＣＵは、エンジンを始動するイグニッションスイッチがＯＮにされた直後の初期制御モードは自然吸気制御モードであるとして、その後の制御モードを図６の遷移図に従って決定する。
【００４８】
先ず、自然吸気制御モードとは、コンプレッサによる過給を行わず、自然吸気によってエンジンに吸気を供給する制御モードである。エンジンの運転状態が自然吸気領域内である場合には、原則として自然吸気制御モードが選択される。過給制御モードとは、コンプレッサによる過給を実行しながら、エンジンに吸気を供給する制御モードである。エンジンの運転状態が過給領域内である場合には、原則として過給制御モードが選択される。
【００４９】
予回転制御モードとは、過給制御モードへの移行に備えてコンプレッサの予回転を実行する制御モードである。自然吸気制御モードから過給制御モードへ移行する際には、必ず予回転制御モードが実行される。過給移行モードとは、コンプレッサの予回転が実質的に完了した後、過給制御モードへの移行に備えて予回転の状態を維持する制御モードである。過給移行モードは、エンジンの運転状態が自然過給領域内に留まりながら長時間にわたって予回転制御モードが実行された場合に実行される。自然吸気移行モードとは、自然吸気制御モードに移行する前に、回転中のコンプレッサを減速させる制御モードである。過給制御モードから自然吸気制御モードへ移行する際には、必ず自然吸気移行モードが実行される。
【００５０】
自然吸気制御モードから予回転制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給領域と自然吸気領域とを分ける過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ（例えば、ＰＲ＿ＯＮ＝１．０）よりもやや小さな値に設定された予回転開始閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ（例えば、ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ＝０．９）以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ）、である。また予回転制御モードから自然吸気制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが、予回転開始閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｓよりもやや小さな値に設定された予回転終了閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ（例えば、ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ＝０．７５）以下であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≦ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ）、である。
【００５１】
次に、予回転制御モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ以上であり（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＯＮ）、すなわちエンジンの運転状態が過給領域内であり、かつ、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆよりも小さな値に設定された予回転終了回転数ＮＳＣ＿ＴＲ（例えば、ＮＳＣ＿ＴＲ＝１０００）以上であること、である。なお、過給制御モードから予回転制御モードへ移行することはない。
【００５２】
次に、予回転制御モードから過給移行モードへの移行条件は、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとコンプレッサ回転数ＮＳＣとの差の絶対値が十分に小さな閾値ΔＮ（例えば、ΔＮ＝５００）より小さいこと（｜ＮＳＣ＿ｒｅｆ−ＮＳＣ｜＜ΔＮ）、である。また過給移行モードから予回転制御モードへの移行条件は、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとコンプレッサ回転数ＮＳＣとの差の絶対値が閾値ΔＮより大きいこと（｜ＮＳＣ＿ｒｅｆ−ＮＳＣ｜＞ΔＮ）、である。
【００５３】
次に、過給移行モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＯＮ）、すなわちエンジンの運転状態が過給領域内であること、である。なお、過給制御モードから過給移行モードへ移行することはない。
【００５４】
次に、過給制御モードから自然吸気移行モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮよりも小さな値に設定された過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦ（例えば、ＰＲ＿ＯＦＦ＝０．７５）以下であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≦ＰＲ＿ＯＦＦ）、である。また、自然吸気移行モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮと過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦとの間に設定された過給再開閾値ＰＲ＿ＲＳＴ（例えば、ＰＲ＿ＲＳＴ＝０．９）以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＲＳＴ）、である。
【００５５】
次に、自然吸気移行モードから自然吸気制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦ以下であり、かつ、コンプレッサ回転数ＮＳＣが予回転終了回転数ＮＳＣ＿ＴＲ以下であること（ＮＳＣ≦ＮＳＣ＿ＴＲ）、である。なお、自然吸気制御モードから自然吸気移行モードへ移行することはない。
【００５６】
Ｓ５では、ＥＣＵは、選択されている制御モードに応じたＳＣクラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を実行する。より具体的には、現在選択されている制御モードが、自然吸気制御モードである場合、ＥＣＵは、ＳＣクラッチをＯＮにし、コンプレッサを回転不可能状態にする。また現在選択されている制御モードが、予回転制御モード、過給移行モード、過給制御モード、及び自然吸気移行モードのうちの何れかである場合、ＥＣＵは、ＳＣクラッチをＯＦＦにし、コンプレッサを回転可能状態にする。
【００５７】
Ｓ６では、ＥＣＵは、現在選択されている制御モードは自然吸気制御モードであるか否かを判定する。Ｓ６の判定がＹＥＳである場合、すなわち、上述のようにＳＣクラッチがＯＮになっており、コンプレッサが回転不可能状態である場合には、ＥＣＵは、自然吸気時ＳＣモータ駆動制御を実行し（Ｓ７参照）、この処理を終了する。図４Ａを参照して説明したように、エンジンの運転状態が自然吸気領域内である場合には、ＳＣモータでリングギヤの回転数を減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。この自然吸気時ＳＣモータ駆動制御では、ＥＣＵは、バッテリの状態に応じて適切なモータトルク指令信号を生成し、ＰＤＵへ入力する。またＳ６の判定がＮＯである場合、すなわち、ＳＣクラッチがＯＦＦになっており、コンプレッサが回転可能状態である場合には、ＥＣＵは、過給時ＳＣモータ駆動制御を実行し（Ｓ８参照）、この処理を終了する。
【００５８】
図７は、Ｓ８における過給時ＳＣモータ駆動制御の手順を説明するためのブロック図である。
図７に示す制御系は、ＥＣＵからＰＤＵへのモータトルク指令信号の入力からコンプレッサ回転数センサの出力までのダイナミクスを表した第１プラントＰｓｃと、コンプレッサ回転数センサの出力から過給圧センサの出力までのダイナミクスを表した第２プラントＰｐｉｐｅと、コンプレッサ回転数センサの出力であるコンプレッサ回転数ＮＳＣ及びその目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとを用いてトルク指令信号を生成するＳＣ回転数制御系８１と、過給圧センサの出力である圧力比ＰＲ及びその目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを用いてトルク指令信号を生成する過給圧制御系８３と、ＳＣ回転数制御系８１及び過給圧制御系８３の何れかの出力を選択するセレクタ８５と、ＳＣ回転数制御系８１又は過給圧制御系８３によって生成されたトルク指令信号を所定の上限又は下限で制限し、これをモータトルク指令信号としてＰＤＵへ入力するリミッタ８７と、によって構成される。図７に示す制御系のうち、ＳＣ回転数制御系８１、過給圧制御系８３、セレクタ８５、及びリミッタ８７は、ＥＣＵにおける演算によって実現される。
【００５９】
セレクタ８５は、現在選択されている制御モードに応じて、ＳＣ回転数制御系８１の出力によって算出されるトルク指令信号又は過給圧制御系８３によって算出されるトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８７へ入力する。セレクタ８５における選択手順については、後に説明する。リミッタ８７は、トルク指令信号が所定の上限（例えば、３０Ｎｍ）を超える場合にはこの上限をモータトルク指令信号としてＰＤＵへ入力し、トルク指令信号が所定の下限（例えば、−３０Ｎｍ）を下回る場合にはこの下限をモータトルク指令信号としてＰＤＵへ入力し、トルク指令信号が上記上限と下限の範囲内である場合にはこのトルク指令信号を制限せずにそのままモータトルク指令信号としてＰＤＵへ入力する。
【００６０】
過給圧制御系８３は、規範モデル演算部８３１と、ＦＦ演算部８３２と、遅延部８３３と、ＰＩＤ制御器８３４と、アンチワインドアップコントローラ８３５と、加算部８３６と、を備える。
【００６１】
規範モデル演算部８３１は、過給システムの現在の状態、特にエンジン動力伝達機構の状態を反映させた規範モデルを用いることによって目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを修正し修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する。この規範モデル演算部８３１における具体的な演算手順については、後に図８を参照して説明する。
【００６２】
ＦＦ演算部８３２は、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を、予め同定された第１プラントＰｓｃ及び第２プラントＰｐｉｐｅの逆モデルに入力し、この逆モデルの出力をＦＦ制御入力とし、これを加算部８３６へ入力する。
【００６３】
遅延部８３３は、所定の制御周期分（例えば、第１プラントへの入力から第２プラントにおける出力までの遅れに相当する周期分）だけ修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を遅延させてＰＩＤ制御器８３４へ入力する。ＰＩＤ制御器８３４は、遅延された修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´と圧力比ＰＲとの偏差に基づいてＰＩＤ制御則に従ってこの偏差を無くすようなＦＢ制御入力を算出し、これを加算部８３６へ入力する。アンチワインドアップコントローラ８３５は、リミッタ８７の出力を用いることによって、ＰＩＤ制御器８３４の出力を補正する。
【００６４】
加算部８３６は、以上のようにして算出されたＦＦ制御入力とＦＢ制御入力とを合算することにより、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ又は修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´になるようなトルク指令信号を生成し、セレクタ８５へ入力する。
【００６５】
図８は、規範モデル演算部８３１において目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆから修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する手順を示すフローチャートである。
【００６６】
Ｓ２１では、ＥＣＵは、外気温ＴＡに基づいて、図９に示すようなマップを検索することによって、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓを算出する。この基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓは、エンジン動力伝達機構の２つのプーリ７１，７２の間で伝達可能なトルクである伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒの基準値に相当する。図９の例によれば、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓは、外気温ＴＡが低いほど、より小さな値に設定される。これは、外気温ＴＡが低いほど、合成ゴム製のエンジンベルト７３とプーリ７１，７２との間での摩擦抵抗が小さくなることに伴い、伝達可能なトルクが低下することを反映している。
【００６７】
Ｓ２２では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥに基づいて、図１０に示すようなマップを検索することにより、補正係数Ｋｔｒを算出する。この補正係数Ｋｔｒは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴う伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒの変動を補正するためのものである。図１０の例によれば、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定される。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、エンジンベルト７３とプーリ７１，７２との間で伝達可能なトルクが減少することを反映している。
【００６８】
Ｓ２３では、ＥＣＵは、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓに補正係数Ｋｔｒを乗算し、これを伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒとする。Ｓ２４では、ＥＣＵは、伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒが要求トルクＴＲＱ＿Ｅより大きいか否か（ＴＲＱ＿ｔｒ＞ＴＲＱ＿Ｅ）を判定する。Ｓ２４の判定がＹＥＳである場合、要求トルクＴＲＱ＿Ｅをエンジン動力伝達機構で伝達しても、スリップは発生しないと判断し、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆをそのまま修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´とする（Ｓ２５参照）。
【００６９】
またＳ２４の判定がＮＯである場合、要求トルクＴＲＱ＿Ｅをエンジン動力伝達機構で伝達すると、スリップが発生するおそれがあると判断し、エンジン回転数ＮＥ及び伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒを用いて、図５のＳ２で参照した圧力比マップを検索することより、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する（Ｓ２６参照）。ここで、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを算出するために用いられた要求トルクＴＲＱ＿Ｅよりも小さい伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒを用いて算出されることから、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆよりも小さい。
【００７０】
図７に戻り、ＳＣ回転数制御系８１は、規範モデル演算部８１１と、ＦＦ演算部８１２と、遅延部８１３と、ＰＩＤ制御器８１４と、加算部８１５と、を備える。
【００７１】
規範モデル演算部８１１は、過給圧制御系８３の規範モデル演算部８３１と同様の手順により、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを修正することによって修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を算出する。
【００７２】
ＦＦ演算部８１２は、修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を、予め同定された第１プラントＰｓｃの逆モデルに入力し、この逆モデルの出力をＦＦ制御入力とし、これを加算部８１５へ入力する。
【００７３】
遅延部８１３は、所定の制御周期分（例えば、第１プラントへの入力から第１プラントにおける出力までの遅れに相当する周期分）だけ修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を遅延させてＰＩＤ制御器８１４へ入力する。ＰＩＤ制御器８１４は、遅延された修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´とコンプレッサ回転数ＮＳＣとの偏差に基づいてＰＩＤ制御則に従ってこの偏差を無くすようなＦＢ制御入力を算出し、これを加算部８１５へ入力する。
【００７４】
加算部８１５は、以上のようにして算出されたＦＦ制御入力とＦＢ制御入力とを合算することにより、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ又は修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´になるようなトルク指令信号を生成し、セレクタ８５へ入力する。
【００７５】
セレクタ８５は、現在選択されている制御モードが、過給移行モード又は過給制御モードである場合には、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ（又は修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´）になるように過給圧制御系８３によって算出されたトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８６へ入力する。
【００７６】
またセレクタ８５は、現在選択されている制御モードが、予回転制御モード又は自然吸気移行モードである場合には、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ（又は修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´）になるようにＳＣ回転数制御系８１によって算出されたトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８６へ入力する。
【００７７】
図５に戻り、Ｓ９では、ＥＣＵは、選択されている制御モードに応じた吸気バイパス弁の開度制御を実行する。より具体的には、現在選択されている制御モードが、自然吸気制御モード、予回転制御モード、及び自然吸気移行モードのうちの何れかである場合には、ＥＣＵは、エンジンの運転状態によらず、吸気バイパス弁の開度が全開になるように吸気バイパス弁を駆動する。また現在選択されている制御モードが、過給移行モード又は過給制御モードである場合には、ＥＣＵは、エンジンの運転状態によらず、吸気バイパス弁の開度が全閉になるように吸気バイパス弁を駆動する。
【００７８】
Ｓ１０では、ＥＣＵは、現在選択されている制御モードは自然吸気制御モードであるか否かを判定する。Ｓ１０の判定がＹＥＳである場合、すなわち、上述のようにＳＣクラッチがＯＮになっており、コンプレッサが回転不可能状態である場合には、ＥＣＵは、ＶＴＣ制御（Ｓ１１参照）及びスロットル弁開度制御（Ｓ１２参照）を実行し、この処理を終了する。より具体的には、Ｓ１１のＶＴＣ制御では、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいて予め定められたマップを検索することによって吸気行程における吸気バルブの閉弁タイミングに相当するＩＶＣ角度の目標を設定し、この目標が実現されるようにＩＮ側ＶＴＣを操作する。またＳ１２のスロットル弁開度制御では、ＥＣＵは、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいて予め定められたマップを検索することによってスロットル弁の開度の目標を設定し、この目標が実現されるようにスロットル弁を駆動する。以上のように自然吸気制御モード時は、ＥＣＵは、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいてスロットル弁、ＩＮ側ＶＴＣを操作することにより、エンジンの各気筒内に要求トルクＴＲＱ＿Ｅに応じた量の吸気を導入し、要求トルクＴＲＱ＿Ｅに応じたトルクを発生させる。
【００７９】
Ｓ１０の判定がＮＯである場合、すなわち、自然吸気制御モード以外の制御モードであることにより、上述のＳＣ回転数制御系８１又は過給圧制御系８３（図７参照）によってＳＣモータのモータトルクが制御されている場合には、ＥＣＵは、ＩＮ側ＶＴＣ及びスロットル弁を用いたトルクアシスト協調制御を実行する。
【００８０】
図１１は、トルクアシスト協調制御の具体的な手順を示すフローチャートである。
Ｓ３１では、ＥＣＵは、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいて予め定められたマップを検索することによって基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓを算出する。この基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓは、目標ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｒｅｆに対する基準に相当する。Ｓ３２では、ＥＣＵは、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいて予め定められたマップを検索することによって基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓを算出する。この基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓは、目標スロットル開度θＴＨ＿ｒｅｆに対する基準に相当する。
【００８１】
Ｓ３３では、ＥＣＵは、ＳＣモータで発生するモータトルクの推定値に相当する推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴを取得する。この推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴは、例えば、上述のＳ８における過給時ＳＣモータ駆動制御（図７参照）によって算出されるモータトルク指令信号の値が用いられる。
【００８２】
Ｓ３４では、ＥＣＵは、Ｓ３３で取得した推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴと、遊星歯車機構のプラネタリギヤ比λｐと、エンジン動力伝達機構のプーリ比λｅｎｇと、モータギヤとリングギヤの外歯車とのギヤ比ＲＧ１と、を用いることによって、エンジンの出力軸に作用する負荷トルクのうち、ＳＣモータで推定モータトルクに相当するトルクを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを算出する。
【００８３】
ここで、負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを算出する具体的な手順の一例について、図１２の共線図を参照しながら説明する。遊星歯車機構のプラネタリギヤが等速で自転及び公転する状態では、サンギヤからプラネタリギヤに作用するトルクＴｓと、リングギヤからプラネタリギヤに作用するトルクＴｒと、及びキャリアからプラネタリギヤに作用するトルクＴｃとの間には、下記式（１）によって示される関係式が成立する。すなわち、これらトルクＴｃ，Ｔｓ，Ｔｒは、これらのうち何れか１つが定まると、他の２つも定まる。また、キャリアのトルクＴｃは、サンギヤのトルクＴｓ及びリングギヤのトルクＴｒと逆向きである。ここでプラネタリギヤ比λｐは、サンギヤの歯数をＺｓとし、リングギヤの歯数をＺｒとすると、これらの比によって表される（λｐ＝Ｚｒ／Ｚｓ）。
Ｔｃ＝−（１＋λｐ）Ｔｓ＝−（１＋λｐ）／λｐ・Ｔｒ      （１）
【００８４】
上記式（１）において、サンギヤのトルクＴｓは、コンプレッサの回転抵抗と釣り合っている。リングギヤのトルクＴｒは、ＳＣモータからモータギヤを介してリングギヤに伝達されるトルクと等しい。すなわち、リングギヤのトルクＴｒは、推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴ及びモータギヤのギヤ比ＲＧ１を用いると、下記式（２）で表される。また、キャリアのトルクＴｃは、エンジンからエンジン動力伝達機構を介してキャリアに伝達されるトルクと等しい。すなわち、キャリアのトルクＴｃは、エンジンの出力トルクをＴｅｎｇとすると、エンジン動力伝達機構のプーリ比λｅｎｇを用いて下記式（３）で表される。また、これら式（１）〜（３）を用いると、上述のようにプラネタリギヤに作用するトルクが上述のように釣り合っている状態では、エンジンの出力トルクＴｅｎｇは、下記式（４）によって表される。
Ｔｒ＝ＴＲＱ＿ＭＯＴ・ＲＧ１      （２）
Ｔｃ＝Ｔｅｎｇ・λｅｎｇ      （３）
Ｔｅｎｇ＝−（１＋λｐ）／（λｐ・λｅｎｇ）・ＴＲＱ＿ＭＯＴ・ＲＧ１    （４）
【００８５】
Ｓ３４では、下記式（５）に示すように、以上のようにして算出されるエンジンの出力トルクＴｅｎｇから要求トルクＴＲＱ＿Ｅを減算したものを負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣとする。
ｄＴＲＱ＿ＳＣ＝Ｔｅｎｇ−ＴＲＱ＿Ｅ      （５）
【００８６】
図１１に戻りＳ３５では、ＥＣＵは、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅに基づいて、ＩＶＣ角度の上記基準目標角度θＩＶＣ＿ｂｓから進角側への補正量の上限に相当する許容補正量ｄθＩＶＣ＿ｍａｘを算出する。Ｓ３６では、ＥＣＵは、基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓ及び許容補正量ｄθＩＶＣ＿ｍａｘに基づいて予め定められたマップを検索することによってＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘを算出する。このＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘは、基準目標角度θＩＶＣ＿ｂｓに許容補正量ｄθＩＶＣ＿ｍａｘを加えたものを目標ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｒｅｆとした場合におけるエンジン発生トルクとエンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅとの差に相当する。換言すれば、このＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘは、ＩＶＣ角度を基準目標角度θＩＶＣ＿ｂｓから進角させることによるエンジン発生トルクの増加分に相当する。
【００８７】
Ｓ３７では、ＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＩＶＣ＿ｍａｘが負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣより大きいか否かを判定する。これは、ＩＮ側ＶＴＣのみで負荷トルク増加分ｄＴＱＲ＿ＳＣを補償できるか否かの判断に相当する。
【００８８】
Ｓ３７の判定がＹＥＳである場合、ＥＣＵは、ＩＮ側ＶＴＣのみで負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを補償できると判断し、負荷トルク増加分ΔＴＲＱ＿ＳＣを用いて予め定められたマップを検索することにより、基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓから進角側への補正量ｄθＩＶＣを算出し、基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓに補正量ｄθＩＶＣを加えたものを目標ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｒｅｆとする（Ｓ３８参照）。Ｓ３９では、ＥＣＵは、Ｓ３２で算出した基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓを目標スロットル開度θＴＨ＿ｒｅｆとする。
【００８９】
Ｓ３７の判定がＮＯである場合、ＥＣＵは、基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓに許容補正量ｄθＩＶＣ＿ｍａｘを加えたものを目標ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｒｅｆとする（Ｓ４０参照）。Ｓ４１では、ＥＣＵは、負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣからＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘを減算することによってスロットル補償トルクｄＴＲＱ＿ＴＨを算出し、このスロットル補償トルクｄＴＲＱ＿ＴＨに基づいて予め定められたマップを検索することにより、基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓから開き側への補正量ｄθＴＨを算出する。Ｓ４２では、ＥＣＵは、Ｓ３２で算出した基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓに補正量ｄθＴＨを加えたものを目標スロットル開度θＴＨ＿ｒｅｆとする。
【００９０】
Ｓ４３では、ＥＣＵは、目標ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｒｅｆが実現されるようにＩＮ側ＶＴＣを操作し、また目標スロットル開度θＴＨ＿ｒｅｆが実現されるようにスロットル弁を操作する。
【００９１】
図１３は、以上のような吸気制御処理によって実現される過給圧、吸気バイパス弁の開度、コンプレッサ回転数、ＳＣクラッチ、ＳＣモータにおけるモータトルク、ＩＶＣ角度、スロットル弁の開度、駆動輪の伝達トルクの変化を示すタイムチャートの一例である。図１３には、車両の加速時における過給圧等の変化を示す。より具体的には、時刻ｔ０ではエンジンの運転状態が自然吸気領域内にあった状態から、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれることにより、その後時刻ｔ２においてエンジンの運転状態が過給領域内に移行した場合を示す。また図１３には、参考のため、従来の過給システムによって実現される過給圧等の変化を破線で示す。ここで従来の過給システムとは、図１１を参照して説明したトルクアシスト協調制御を実行しない点において本実施形態の過給システムと異なる。
【００９２】
先ず、時刻ｔ０〜ｔ１の間では、エンジンの運転状態は自然吸気領域内であるから、制御モードは自然吸気制御モードが選択される（図５のＳ４参照）。このため時刻ｔ０〜ｔ１の間では、ＳＣクラッチはＯＮにされ、したがってコンプレッサは回転不可能状態に維持される（図５のＳ５参照）。
【００９３】
その後時刻ｔ１では、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが予回転開始閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｓを超えたことに応じて、制御モードは、自然吸気制御モードから予回転制御モードへ移行する（図６参照）。これにより時刻ｔ１では、ＳＣクラッチはＯＦＦにされるとともに（図５のＳ５参照）、ＳＣ回転数制御系８１によってＳＣモータでモータトルクを発生させることにより、コンプレッサ回転数ＮＳＣを目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆまで上昇させるコンプレッサの予回転が開始する（図７参照）。
【００９４】
図１３に示すように、時刻ｔ１以降においてコンプレッサの回転数を上昇させるため、ＳＣ回転数制御系８１は、ＳＣモータにおいてコンプレッサの回転数を上昇させる向き（すなわち、図４Ａに示すように、正転しているリングギヤを減速させるマイナストルク）のモータトルクを発生させる。ここで、図１１のトルクアシスト協調制御を実行しない従来の過給システムでは、ＳＣモータでモータトルクを発生させることによって、エンジンの出力軸に作用する負荷トルクが増加し、駆動輪への伝達トルクが減少してしまう。これに対し本実施形態の過給システムでは、図１１のトルクアシスト協調制御を実行することにより、ＳＣモータでモータトルクを発生させることによる負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを補償するようにＩＮ側ＶＴＣ及びスロットル弁が操作される。より具体的には、エンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅによって定まる量よりも多くの吸気が気筒内に導入され、負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣが補償されるよう、ＩＶＣ角度は基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓに対して進角側に補正され、またスロットル弁の開度は基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓに対して開き側に補正される。これにより、本実施形態の過給システムによれば、従来の過給システムと比較して駆動輪への伝達トルクの落ち込みが抑制される。
【００９５】
その後、時刻ｔ２では、予回転制御モードから過給制御モードへの移行条件が満たされたことに応じて、制御モードは、予回転制御モードから、過給制御モードへ移行する（図６参照）。したがって時刻ｔ２以降では、過給圧制御系８３によってＳＣモータでモータトルクを発生させることにより、コンプレッサの回転数をさらに上昇させ、圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆへ向けて制御する過給圧制御が開始する（図７参照）。このため、図１３に示すように、時刻ｔ２以降においてもコンプレッサの回転数をさらに上昇させるため、ＳＣモータでは大きなマイナストルクが発生する。これに対し、本実施形態の過給システムでは、図１１のトルクアシスト協調制御を実行することにより、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣが補償されるように、ＩＶＣ角度は基準ＩＶＣ角度θＩＶＣ＿ｂｓに対して進角側に補正され、またスロットル弁の開度は基準スロットル開度θＴＨ＿ｂｓに対して開き側に補正される。これにより、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に、駆動輪への伝達トルクの落ち込みが抑制される。
【００９６】
本実施形態の過給システムＳによれば、以下の効果を奏する。
（１）過給システムＳでは、車両の加速時には、ＳＣモータ６でコンプレッサ４の回転数が上昇する向きのトルクを発生させることによってコンプレッサ４の回転数を上昇させる。またこの際、過給システムＳでは、コンプレッサ４の回転数を上昇させるためにＳＣモータ６で発生させるモータトルクの推定値である推定モータトルクＴＲＱ＿ＭＯＴを算出し、さらにこれを用いることによってエンジン１の出力軸１ａに作用する負荷トルクのうち加速時にＳＣモータ６で上記のような推定モータトルクを発生させることによって増加する分である負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣを算出し、加速時にはエンジン１の発生トルクをエンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅから上記負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣだけ増加させる。これにより車両の加速時には、コンプレッサ４の回転数を上昇させることによって負荷トルクが増加する分をキャンセルするようにエンジン１の発生トルクを増加させることができるため、駆動輪には要求トルクＴＲＱ＿Ｅに応じた大きさのトルクを伝達できる。以上より過給システムＳによれば、車両の加速時にはその動力性能を悪化させることなくコンプレッサ４の過給を開始できる。
【００９７】
（２）過給システムＳでは、車両の加速時には、吸気バルブ１３の開閉タイミングを可変設定するＩＮ側ＶＴＣ１５を操作することによって、負荷トルクの増加を補うため発生トルクを増加させる。これにより車両の加速時には、コンプレッサ４による過給を開始するタイミングに対して遅れることなく発生トルクを増加させることができるので、加速時における動力性能の低下を極力抑制できる。
【００９８】
（３）過給システムＳでは、上記のように算出された負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣがＩＮ側ＶＴＣ１５を操作することで増加できる分であるＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘより大きい場合には、ＩＮ側ＶＴＣ１５とスロットル弁２３との両方を用いることによって発生トルクを増加させる。これにより、負荷トルクが大きく増加した場合であっても駆動輪に伝達するトルクの落ち込みを極力抑制できる。また過給システムＳでは、負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣがＶＴＣ増加トルクｄＴＲＱ＿ＶＴＣ＿ｍａｘ以下である場合には、スロットル弁２３よりも応答性の高いＩＮ側ＶＴＣ１５を操作することによって発生トルクを増加させる。すなわち過給システムＳでは、負荷トルク増加分ｄＴＲＱ＿ＳＣが左程大きくない場合には、スロットル弁２３よりも応答性の高いＩＮ側ＶＴＣ１５を優先して操作することにより、コンプレッサ４による過給を開始するタイミングに対して遅れることなく発生トルクを増加させ、加速時における動力性能の低下を極力抑制できる。
【００９９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。
【０１００】
例えば上記実施形態では、遊星歯車機構５のサンギヤ５１にコンプレッサ４を接続し、キャリア５３にエンジン１の出力軸６ａを接続し、リングギヤ５４にＳＣモータ６の出力軸６ａを接続したが、本発明はこの組み合わせに限らず、他の組み合わせとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
Ｓ…過給システム
１…エンジン（内燃機関）
１ａ…出力軸
１５…ＩＮ側ＶＴＣ（吸気側可変動弁機構）
２…吸気管（吸気通路）
２３…スロットル弁
３…スーパチャージャ
４…コンプレッサ
５１…サンギヤ（第１回転要素）
５３…キャリア（第２回転要素）
５４…リングギヤ（第３回転要素）
６…ＳＣモータ（電動発電機）
６ａ…出力軸
８…ＥＣＵ（内燃機関トルク制御手段、電動発電機制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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