(57)【要約】      （修正有）【課題】モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられた内燃機関において、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電率が高いときにコンプレッサの回転数の上昇を抑制する。【解決手段】内燃機関１は、コンプレッサ３１、モータジェネレータ３２及び遊星歯車機構３３を備えるスーパーチャージャ３０と、モータジェネレータに電力を供給すると共に、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリ５０と、吸気弁の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、吸気弁の閉弁時期を制御する制御装置６０とを備える。制御装置６０は、バッテリ５０の充電率が相対的に高い場合には、バッテリ５０の充電率が相対的に低い場合に比べ、コンプレッサ３１の上流側の圧力に対するコンプレッサの下流側の圧力の比率が高くなるように吸気弁の閉弁時期を制御する。【選択図】図１
2019183731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
コンプレッサと、モータジェネレータと、当該内燃機関の出力軸、前記コンプレッサ及び前記モータジェネレータに連結された遊星歯車機構とを備えるスーパーチャージャと、
前記モータジェネレータに電力を供給すると共に、該モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリと、
吸気弁の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、
前記可変バルブタイミング機構によって前記吸気弁の閉弁時期を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記バッテリの充電率が相対的に高い場合には、該バッテリの充電率が相対的に低い場合に比べて前記コンプレッサの上流側の圧力に対する該コンプレッサの下流側の圧力の比率が高くなるように前記吸気弁の閉弁時期を制御する、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の出力を高めるために、吸入空気を過給する過給機を内燃機関に設けることが知られている。過給機の例として、内燃機関の出力を用いて吸入空気を過給するスーパーチャージャと、排気エネルギーを用いて吸入空気を過給するターボチャージャとが挙げられる。
【０００３】
特許文献１に記載の内燃機関には、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられている。斯かる内燃機関では、モータジェネレータを電動機として作動させるときにはコンプレッサの回転数を高くすることができ、モータジェネレータを発電機として作動させるときにはコンプレッサの回転数を低くすることができる。このため、機関回転数に関わらず、コンプレッサの回転数、ひいては過給圧を制御できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
しかしながら、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電率が高い場合には、モータジェネレータからバッテリに電力を供給することができない。このため、モータジェネレータを発電機として作動させることができず、コンプレッサの回転数が過剰に上昇し、コンプレッサが破損するおそれがある。
【０００６】
そこで、上記課題に鑑みて、本発明の目的は、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられた内燃機関において、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電率が高いときにコンプレッサの回転数の上昇を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明では、内燃機関であって、コンプレッサと、モータジェネレータと、当該内燃機関の出力軸、前記コンプレッサ及び前記モータジェネレータに連結された遊星歯車機構とを備えるスーパーチャージャと、前記モータジェネレータに電力を供給すると共に、該モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリと、吸気弁の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構と、前記可変バルブタイミング機構によって前記吸気弁の閉弁時期を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記バッテリの充電率が相対的に高い場合には、該バッテリの充電率が相対的に低い場合に比べて前記コンプレッサの上流側の圧力に対する該コンプレッサの下流側の圧力の比率が高くなるように前記吸気弁の閉弁時期を制御する、内燃機関が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータジェネレータによってコンプレッサの駆動をアシスト可能なスーパーチャージャが設けられた内燃機関において、モータジェネレータによって発電された電力を蓄えるバッテリの充電率が高いときにコンプレッサの回転数の上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第一実施形態に係る内燃機関を概略的に示す図である。
【図２】図２は、機関本体の側面部分断面図である。
【図３】図３は、遊星歯車機構の各ギアの回転数を相対的に示す共線図である。
【図４】図４は、モータジェネレータの基準発電量を算出するためのマップを示す。
【図５】図５は、遊星歯車機構の各ギアの回転数を相対的に示す共線図である。
【図６】図６は、バッテリのＳＯＣに応じた各パラメータの変化を示す。
【図７】図７は、第一実施形態における過給圧制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図８】図８は、第二実施形態に係る内燃機関を概略的に示す図である。
【図９】図９は、モータジェネレータの基準発電量を算出するためのマップを示す。
【図１０】図１０は、バッテリのＳＯＣに応じた各パラメータの変化を示す。
【図１１】図１１は、第二実施形態における過給圧制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１１】
＜第一実施形態＞
最初に図１〜図７を参照して、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、第一実施形態に係る内燃機関１を概略的に示す図である。内燃機関１は車両に搭載される。
【００１２】
内燃機関１は機関本体２０を備える。機関本体２０には、複数（本実施形態では４つ）の気筒２１が設けられている。図２は、機関本体２０の側面部分断面図である。機関本体２０はシリンダブロック２及びシリンダヘッド４を含む。シリンダブロック２には気筒２１が形成され、気筒２１内には、気筒２１内を往復運動するピストン３が配置されている。また、各気筒２１内においてピストン３とシリンダヘッド４との間に燃焼室５が形成される。燃焼室５では、空気と燃料との混合気の燃焼が行われる。
【００１３】
シリンダヘッド４には、吸気ポート７及び排気ポート９が形成されている。吸気ポート７及び排気ポート９は燃焼室５に接続されている。吸気弁６が、吸気ポート７の端部に配置され、吸気ポート７を開閉可能に形成されている。排気弁８が、排気ポート９の端部に配置され、排気ポート９を開閉可能に形成されている。また、内燃機関１は、吸気弁６の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構Ａと、排気弁８の開弁時期及び閉弁時期を変更可能な可変バルブタイミング機構Ｂとを備える。
【００１４】
シリンダヘッド４には、燃料噴射弁１１及び点火プラグ１０が設けられている。燃料噴射弁１１は、シリンダヘッド４の内壁面周辺部に配置され、気筒２１内に燃料を直接噴射する。点火プラグ１０は、シリンダヘッド４に固定され、燃焼室５の混合気を点火する。したがって、本実施形態では、内燃機関１は火花点火式内燃機関（例えば、ガソリンエンジン）である。
【００１５】
図１に示されるように、内燃機関１は、吸入空気を過給するスーパーチャージャ３０と、バッテリ５０とを備える。スーパーチャージャ３０は内燃機関１の出力を用いて吸入空気を過給する。スーパーチャージャ３０は、第１コンプレッサ３１、モータジェネレータ３２及び遊星歯車機構３３を備える。第１コンプレッサ３１は内燃機関１の吸気通路２３に配置されている。モータジェネレータ３２は、電動機及び発電機として作動し、バッテリ５０に電気的に接続されている。
【００１６】
バッテリ５０は、モータジェネレータ３２が電動機として作動するとき、モータジェネレータ３２に電力を供給する。一方、バッテリ５０は、モータジェネレータ３２が発電機として作動するとき、モータジェネレータ３２によって発電された電力を蓄える。また、バッテリ５０は、オイルネータによって発電された電力も蓄える。バッテリ５０は、例えば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池等の二次電池である。
【００１７】
遊星歯車機構３３は、サンギア３４と、複数のプラネタリギア３５と、プラネタリギア３５を支持するプラネタリキャリア３６と、リングギア３７とを備える。サンギア３４は駆動ベルト２２を介して内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）に連結される。プラネタリキャリア３６はモータジェネレータ３２に連結される。リングギア３７は第１コンプレッサ３１に連結される。
【００１８】
図３は、遊星歯車機構３３の各ギアの回転数を相対的に示す共線図である。図３の縦軸は遊星歯車機構３３の各ギア（サンギア３４、プラネタリキャリア３６及びリングギア３７）の回転数を示す。
【００１９】
モータジェネレータ３２は、電動機として作動するとき、プラネタリキャリア３６を回転駆動する。プラネタリキャリア３６が回転駆動されると、内燃機関１の出力に関わらず、リングギア３７及び第１コンプレッサ３１が回転駆動される。この結果、第１コンプレッサ３１は、第１コンプレッサ３１に流入する空気を過給する。モータジェネレータ３２からプラネタリキャリア３６に出力される駆動力は、バッテリ５０からモータジェネレータ３２に供給される電力の量を制御することによって調整可能である。具体的には、モータジェネレータ３２への電力供給量が多いほど、プラネタリキャリア３６の回転数が高くなる。
【００２０】
図３に矢印で示されるように、モータジェネレータ３２への電力供給量を多くすると、プラネタリキャリア３６の回転数の上昇に伴ってリングギア３７の回転数が上昇する。したがって、スーパーチャージャ３０では、モータジェネレータ３２によって第１コンプレッサ３１の駆動がアシストされる。このため、内燃機関１の出力が小さいときであっても、第１コンプレッサ３１の回転数を上昇させることができ、ひいては過給圧を迅速に上昇させることができる。
【００２１】
一方、モータジェネレータ３２は、発電機として作動するとき、内燃機関１の出力を用いて電力を発電する。モータジェネレータ３２による発電量は、例えばモータジェネレータ３２の界磁電流を制御することによって調整可能である。発電時には、内燃機関１の出力がモータジェネレータ３２において電気エネルギーに変換されるため、プラネタリキャリア３６の回転数が低下する。したがって、モータジェネレータ３２による発電量を制御することによって、第１コンプレッサ３１の回転数、ひいては過給圧を制御することができる。
【００２２】
図１を再び参照すると、第１コンプレッサ３１の下流側にはスロットル弁１２及び第１インタークーラ１３が配置されている。第１インタークーラ１３はスロットル弁１２と第１コンプレッサ３１との間に配置されている。スロットル弁１２は、その開度に応じて、スロットル弁１２を通過する吸入空気の量を調整する。第１インタークーラ１３は、第１コンプレッサ３１によって過給された吸入空気を冷却する。
【００２３】
内燃機関１は電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０を更に備える。ＥＣＵ６０は、内燃機関１の各種制御を実行する制御装置である。ＥＣＵ６０は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）及びランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）のようなメモリ、中央演算装置（ＣＰＵ）、入力ポート、出力ポート、通信モジュール等を備える。なお、本実施形態では、一つのＥＣＵ６０が設けられているが、機能毎に複数のＥＣＵが設けられていてもよい。
【００２４】
ＥＣＵ６０には、内燃機関１に設けられた各種センサの出力が入力され、ＥＣＵ６０は、各種センサの出力等に基づいて、内燃機関１の各種制御を実行する。本実施形態では、ポジションセンサ６１、クランク角センサ６２及び電圧センサ６３の出力がＥＣＵ６０に入力される。
【００２５】
ポジションセンサ６１は、内燃機関１を搭載した車両に設けられたアクセルペダルの踏み込み量を検出する。ポジションセンサ６１はＥＣＵ６０に電気的に接続され、ポジションセンサ６１の出力はＥＣＵ６０に送信される。ＥＣＵ６０はポジションセンサ６１の出力に基づいて機関負荷を算出する。
【００２６】
クランク角センサ６２は、クランクシャフトが所定角度（例えば１５°）回転する毎に出力パルスを発生する。クランク角センサ６２はＥＣＵ６０に電気的に接続され、クランク角センサ６２の出力はＥＣＵ６０に送信される。ＥＣＵ６０はクランク角センサ６２の出力に基づいて機関回転数を算出する。
【００２７】
電圧センサ６３は、バッテリ５０に設けられ、バッテリ５０の電極間の電圧を検出する。電圧センサ６３はＥＣＵ６０に接続され、電圧センサ６３の出力はＥＣＵ６０に送信される。ＥＣＵ６０は電圧センサ６３の出力等に基づいてバッテリ５０の充電率（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を算出する。バッテリ５０のＳＯＣが高いほど、モータジェネレータ３２からバッテリ５０に供給可能な電力が小さくなる。一方、バッテリ５０のＳＯＣが低いほど、バッテリ５０からモータジェネレータ３２に供給可能な電力が小さくなる。
【００２８】
また、ＥＣＵ６０は、点火プラグ１０、燃料噴射弁１１、スロットル弁１２、モータジェネレータ３２及び可変バルブタイミング機構Ａ、Ｂに電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、燃料噴射弁１１の噴射時期及び噴射量、スロットル弁１２の開度、モータジェネレータ３２の駆動、吸気弁６の開弁時期及び閉弁時期、並びに排気弁８の開弁時期及び閉弁時期を制御する。
【００２９】
ＥＣＵ６０はモータジェネレータ３２の駆動を制御することによってモータジェネレータ３２による発電量を制御する。なお、モータジェネレータ３２が電動機として作動されるときには、モータジェネレータ３２によって電力が消費されるため、発電量は負の値となる。したがって、ＥＣＵ６０は、モータジェネレータ３２を電動機として作動させることによって発電量を負の値とし、モータジェネレータ３２を発電機として作動させることによって発電量を正の値とすることができる。
【００３０】
ＥＣＵ６０は内燃機関１の運転状態に基づいてモータジェネレータ３２の基準発電量を算出する。図４は、モータジェネレータ３２の基準発電量を算出するためのマップを示す。本実施形態では、ＥＣＵ６０は機関負荷及び機関回転数に基づいて基準発電量を算出する。マップは、スーパーチャージャ３０によって実現される過給圧が内燃機関１の運転状態に応じた適切な値になるように作成されている。
【００３１】
図４の破線は、モータジェネレータ３２による発電量がゼロにされる動作点を示している。モータジェネレータ３２による発電量がゼロにされるとき、第１コンプレッサ３１の回転数は内燃機関１の出力に応じて変動する。
【００３２】
図４の破線の上側の低回転高負荷領域では、図４の破線の下側の高回転低負荷領域よりも過給圧が高くなるように、モータジェネレータ３２は電動機として作動される。この結果、モータジェネレータ３２によって第１コンプレッサ３１の駆動がアシストされる。一方、高回転低負荷領域では、モータジェネレータ３２は発電機として作動される。この結果、モータジェネレータ３２によって電力が発電され、バッテリ５０に電力が蓄えられる。
【００３３】
しかしながら、バッテリ５０のＳＯＣが高く、バッテリ５０に充電可能な電力量が小さい場合には、モータジェネレータ３２による発電量を大きくすることができない。モータジェネレータ３２による発電量が小さいほど、プラネタリキャリア３６の回転数が高くなり、第１コンプレッサ３１の回転数も高くなる。
【００３４】
図５の共線図には、モータジェネレータ３２による発電量が基準発電量であるときと、モータジェネレータ３２によって発電が行われないときとの遊星歯車機構３３の各ギアの回転数が示される。図５の例では、モータジェネレータ３２によって発電が行われないときには、第１コンプレッサ３１の回転数が上限値を超えている。上限値は、第１コンプレッサ３１が破損しないように予め定められる。
【００３５】
このため、バッテリ５０のＳＯＣが高いときには、第１コンプレッサ３１の回転数の上昇を抑制するために、モータジェネレータ３２による発電以外の方法によって第１コンプレッサ３１の回転数を低くする必要がある。第１コンプレッサ３１の上流側の圧力に対する第１コンプレッサ３１の下流側の圧力の比率、すなわち第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなると、第１コンプレッサ３１への負荷が高くなり、第１コンプレッサ３１の回転抵抗が大きくなる。このため、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比を高くすることによって第１コンプレッサ３１の回転数を低くすることができる。
【００３６】
内燃機関１の体積効率が低下すると、第１コンプレッサ３１の下流側の圧力が高くなり、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなる。また、吸気弁６の閉弁時期を制御することによって気筒２１内への新気量を減少させ、内燃機関１の体積効率を低下させることができる。
【００３７】
このため、本実施形態では、ＥＣＵ６０は、バッテリ５０のＳＯＣが相対的に高い場合には、バッテリ５０のＳＯＣが相対的に低い場合に比べて第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなるように吸気弁６の閉弁時期を制御する。このことによって、バッテリ５０のＳＯＣが高いときには第１コンプレッサ３１への負荷を高め、第１コンプレッサ３１の回転数の上昇を抑制することができる。
【００３８】
図６は、バッテリ５０のＳＯＣに応じた各パラメータの変化を示す。図６には、基準発電量Ｐｂａｓが正である場合、すなわちモータジェネレータ３２による発電が要求された場合の制御が示される。図６には、バッテリ５０のＳＯＣに応じて変化するパラメータとして、モータジェネレータ３２による発電量と、吸気弁６の閉弁時期と、内燃機関１の体積効率と、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比とが示される。
【００３９】
バッテリ５０のＳＯＣが低いときには、モータジェネレータ３２からバッテリ５０に多くの電力を供給することができる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａ以下であるときには、モータジェネレータ３２による発電量は基準発電量Ｐｂａｓに設定される。このときには、体積効率を最大にすべく、吸気弁６の閉弁時期が吸気下死点ＢＤＣに設定される。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａ以下であるときには、体積効率及び第１コンプレッサ３１の前後の圧力比は一定の値となる。
【００４０】
バッテリ５０に充電可能な電力量、すなわちモータジェネレータ３２によって発電可能な電力量（以下、「発電可能量」と称する）は、バッテリ５０のＳＯＣが高いほど小さくなる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときには、発電可能量が基準発電量Ｐｂａｓ未満となり、モータジェネレータ３２による発電量は基準発電量Ｐｂａｓよりも小さくされる。また、モータジェネレータ３２による発電量は、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど小さくされる。
【００４１】
モータジェネレータ３２による発電量を基準発電量Ｐｂａｓよりも小さくすると、第１コンプレッサ３１の回転数が過剰に高くなる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときには、吸気弁６の閉弁時期が吸気下死点ＢＤＣから進角される。すなわち、吸気弁６の早閉じが実行される。また、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど、吸気弁６の閉弁時期が進角される。この結果、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど、体積効率が低くなり、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなる。なお、吸気弁６の早閉じが実行されると、実圧縮比が低下する。このため、吸気弁６の早閉じを実行することによってノッキングの発生を抑制することもできる。
【００４２】
以下、図７のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図７は、第一実施形態における過給圧制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ６０によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
【００４３】
最初に、ステップＳ１０１において、図４に示したようなマップを用いて、内燃機関１の運転状態（本実施形態では機関負荷及び機関回転数）に基づいてモータジェネレータ３２の基準発電量Ｐｂａｓが算出される。次いで、ステップＳ１０２において、バッテリ５０のＳＯＣに基づいて発電可能量Ｐｍａｘが算出される。バッテリ５０のＳＯＣは電圧センサ６３の出力等に基づいて算出される。発電可能量Ｐｍａｘは、バッテリ５０のＳＯＣが高いほど小さくなる。
【００４４】
次いで、ステップＳ１０３において、基準発電量Ｐｂａｓが発電可能量Ｐｍａｘよりも大きいか否かが判定される。発電可能量Ｐｍａｘが基準発電量Ｐｂａｓ以下であると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０４に進む。
【００４５】
ステップＳ１０４では、モータジェネレータ３２による発電量が基準発電量Ｐｂａｓに設定される。この場合、吸気弁６の閉弁時期が初期値に維持される。初期値は例えば吸気下死点である。なお、初期値は、吸気下死点よりも僅かに遅角された値であってもよい。ステップＳ１０４の後、本制御ルーチンは終了する。
【００４６】
一方、ステップＳ１０３において基準発電量Ｐｂａｓが発電可能量Ｐｍａｘよりも大きいと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０５では、モータジェネレータ３２による発電量が発電可能量Ｐｍａｘに設定される。
【００４７】
次いで、ステップＳ１０６において、内燃機関１の体積効率を低下させるべく、吸気弁６の閉弁時期が初期値から変更される。具体的には、吸気弁６の閉弁時期が初期値から進角される。なお、内燃機関１の体積効率を低下させることができれば、吸気弁６の閉弁時期は初期値から遅角されてもよい。すなわち、吸気弁６の遅閉じが実行されてもよい。ステップＳ１０６の後、本制御ルーチンは終了する。
【００４８】
＜第二実施形態＞
第二実施形態における内燃機関の構成及び制御は、以下に説明する点を除いて、基本的に第一実施形態における内燃機関と同様である。このため、以下、本発明の第二実施形態について、第一実施形態と異なる部分を中心に説明する。
【００４９】
図８は、第二実施形態に係る内燃機関１’を概略的に示す図である。第二実施形態では、内燃機関１’は、吸入空気を過給する過給機として、スーパーチャージャ３０に加えてターボチャージャ４０を備える。ターボチャージャ４０は排気エネルギーを用いて吸入空気を過給する。
【００５０】
ターボチャージャ４０は、タービン４１と、回転軸４２を介してタービン４１に連結された第２コンプレッサ４３とを備える。タービン４１は内燃機関１の排気通路２４に配置され、第２コンプレッサ４３は内燃機関１の吸気通路２３に配置されている。ターボチャージャ４０では、タービン４１によって回収された排気エネルギーによって第２コンプレッサ４３が駆動される。具体的には、タービン４１に流入する排気ガスによってタービン４１が回転駆動され、タービン４１によって第２コンプレッサ４３が回転駆動される。この結果、第２コンプレッサ４３は、タービン４１と一体的に回転し、第２コンプレッサ４３に流入する空気を過給する。
【００５１】
スーパーチャージャ３０の第１コンプレッサ３１とターボチャージャ４０の第２コンプレッサ４３とは吸気通路２３に直列に配置されている。本実施形態では、第１コンプレッサ３１は第２コンプレッサ４３の下流側（機関本体２０側）に配置されている。第１コンプレッサ３１の下流側にはスロットル弁１２及び第１インタークーラ１３が配置され、第１コンプレッサ３１と第２コンプレッサ４３との間には第２インタークーラ１４が配置されている。
【００５２】
スロットル弁１２は、その開度に応じて、スロットル弁１２を通過する吸入空気の量を調整する。第１インタークーラ１３は、第１コンプレッサ３１によって過給された吸入空気を冷却する。第２インタークーラ１４は、第２コンプレッサ４３によって過給された吸入空気を冷却する。
【００５３】
また、第１コンプレッサ３１をバイパスする吸気バイパス通路２５が吸気通路２３に接続されている。吸気バイパス通路２５の一方の端部は第１コンプレッサ３１とスロットル弁１２との間の吸気通路２３に接続され、吸気バイパス通路２５の他方の端部は第１コンプレッサ３１と第２コンプレッサ４３との間の吸気通路２３に接続されている。吸気バイパス通路２５にはバイパス弁１５が配置されている。バイパス弁１５は、開いているときには空気が吸気バイパス通路２５を通過することを許可し、閉じているときには空気が吸気バイパス通路２５を通過することを禁止する。バイパス弁１５を通って下流側に流れる空気は、第１コンプレッサ３１によって過給されることなく、各気筒２１内に供給される。
【００５４】
また、タービン４１をバイパスする排気バイパス通路２６が排気通路２４に接続されている。排気バイパス通路２６の一方の端部はタービン４１の上流側（機関本体２０側）の排気通路２４に接続され、排気バイパス通路２６の他方の端部はタービン４１の下流側の排気通路２４に接続されている。排気バイパス通路２６にはウエストゲートバルブ１６が配置されている。ウエストゲートバルブ１６は、その開度に応じて、ウエストゲートバルブ１６を通過する排気ガスの量を調整する。ウエストゲートバルブ１６を通過する排気ガスは、タービン４１に流入することなく、排気通路２４から排出される。
【００５５】
ＥＣＵ６０はバイパス弁１５及びウエストゲートバルブ１６に電気的に接続されている。ＥＣＵ６０はバイパス弁１５の開閉及びウエストゲートバルブ１６の開度を制御する。
【００５６】
第一実施形態と同様に、ＥＣＵ６０は内燃機関１’の運転状態に基づいてモータジェネレータ３２の基準発電量を算出する。図９は、モータジェネレータ３２の基準発電量を算出するためのマップを示す。ＥＣＵ６０は機関負荷及び機関回転数に基づいて基準発電量を算出する。マップは、スーパーチャージャ３０及びターボチャージャ４０によって実現される過給圧が内燃機関１の運転状態に応じた適切な値になるように作成されている。
【００５７】
図９に示されるように、機関負荷が低いときには、ターボチャージャ４０のみによって過給が行われる。このとき、バイパス弁１５は全開にされる。このことによって、空気は吸気バイパス通路２５を通って下流側に流れる。このため、空気が第１コンプレッサ３１を通過するときの抵抗によるポンプ損失の悪化、吸入空気量の低下等を抑制することができる。ターボチャージャ４０のみによって過給が行われる領域は、シングル過給領域と称される。
【００５８】
一方、機関負荷が高いときには、過給圧を高めるために、ターボチャージャ４０及びスーパーチャージャ３０によって過給が行われる。このとき、バイパス弁１５は全閉にされる。このことによって、第１コンプレッサ３１によって過給された空気が吸気バイパス通路２５を通って逆流することを防止することができる。ターボチャージャ４０及びスーパーチャージャ３０によって過給が行われる領域はツイン過給領域と称される。
【００５９】
ツイン過給領域は図９の破線によって低回転高負荷領域と高回転低負荷領域とに分けられる。図９の破線は、モータジェネレータ３２による発電量がゼロにされる動作点を示している。モータジェネレータ３２による発電量がゼロにされるとき、第１コンプレッサ３１の回転数は内燃機関１の出力に応じて変動する。
【００６０】
低回転高負荷領域では、高回転低負荷領域よりも過給圧が高くなるように、モータジェネレータ３２は電動機として作動される。この結果、モータジェネレータ３２によって第１コンプレッサ３１の駆動がアシストされる。一方、高回転低負荷領域では、モータジェネレータ３２は発電機として作動される。この結果、モータジェネレータ３２によって電力が発電され、バッテリ５０に電力が蓄えられる。
【００６１】
しかしながら、バッテリ５０のＳＯＣが高く、バッテリ５０に充電可能な電力量が小さい場合には、モータジェネレータ３２による発電量を大きくすることができない。モータジェネレータ３２による発電量が小さいほど、プラネタリキャリア３６の回転数が高くなり、第１コンプレッサ３１の回転数も高くなる。
【００６２】
このため、第一実施形態と同様に、ＥＣＵ６０は、バッテリ５０のＳＯＣが相対的に高い場合には、バッテリ５０のＳＯＣが相対的に低い場合に比べて第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなるように吸気弁６の閉弁時期を制御する。このことによって、バッテリ５０のＳＯＣが高いときには第１コンプレッサ３１への負荷を高め、第１コンプレッサ３１の回転数の上昇を抑制することができる。
【００６３】
しかしながら、モータジェネレータ３２による発電量及び吸気弁６の閉弁時期が変更されると、所望の吸入空気量が得られない場合がある。上述したように、第二実施形態では、内燃機関１’は、吸入空気を過給する過給機として、スーパーチャージャ３０に加えてターボチャージャ４０を備える。この場合、第２コンプレッサ４３の上流側の圧力に対する第２コンプレッサ４３の下流側の圧力の比率、すなわち第２コンプレッサ４３の前後の圧力比を変更することによって吸入空気量を制御することができる。
【００６４】
このため、第二実施形態では、ＥＣＵ６０は、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなるように吸気弁６の閉弁時期が制御された場合に、吸入空気量が所定値になるように第２コンプレッサ４３の前後の圧力比を制御する。このことによって、バッテリ５０のＳＯＣが高いときに、第１コンプレッサ３１の回転数の上昇を抑制しつつ、所望の吸入空気量を得ることができる。第２コンプレッサ４３の前後圧力比は、ウエストゲートバルブ１６の開度を変更することによって制御される。
【００６５】
図１０は、バッテリ５０のＳＯＣに応じた各パラメータの変化を示す。図１０には、基準発電量Ｐｂａｓが正である場合、すなわちモータジェネレータ３２による発電が要求された場合の制御が示される。図１０には、バッテリ５０のＳＯＣに応じて変化するパラメータとして、モータジェネレータ３２による発電量と、吸気弁６の閉弁時期と、内燃機関１の体積効率と、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比と、ウエストゲートバルブ１６の開度と、第２コンプレッサ４３の前後の圧力比とが示される。
【００６６】
バッテリ５０のＳＯＣが低いときには、モータジェネレータ３２からバッテリ５０に多くの電力を供給することができる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａ以下であるときには、モータジェネレータ３２による発電量は基準発電量Ｐｂａｓに設定される。このときには、体積効率を最大にすべく、吸気弁６の閉弁時期が吸気下死点ＢＤＣに設定される。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａ以下であるときには、体積効率及び第１コンプレッサ３１の前後の圧力比は一定の値となる。
【００６７】
また、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａ以下であるときには、ウエストゲートバルブ１６の開度も一定の値にされる。この結果、第２コンプレッサ４３の前後の圧力比も一定の値となる。
【００６８】
バッテリ５０に充電可能な電力量、すなわちモータジェネレータ３２によって発電可能な電力量（以下、「発電可能量」と称する）は、バッテリ５０のＳＯＣが高いほど小さくなる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときには、発電可能量が基準発電量Ｐｂａｓ未満となり、モータジェネレータ３２による発電量は基準発電量Ｐｂａｓよりも小さくされる。また、モータジェネレータ３２による発電量は、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど小さくされる。
【００６９】
モータジェネレータ３２による発電量を基準発電量Ｐｂａｓよりも小さくすると、第１コンプレッサ３１の回転数が過剰に高くなる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときには、吸気弁６の閉弁時期が吸気下死点ＢＤＣから進角される。すなわち、吸気弁６の早閉じが実行される。また、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど、吸気弁６の閉弁時期が進角される。この結果、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど、体積効率が低くなり、第１コンプレッサ３１の前後の圧力比が高くなる。
【００７０】
また、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときには、吸入空気量が所定値になるようにウエストゲートバルブ１６の開度が制御される。この例では、吸気弁６の閉弁時期の変更による体積効率の低下を相殺するようにウエストゲートバルブ１６の開度が小さくされる。このため、バッテリ５０のＳＯＣが高くなるほど、ウエストゲートバルブ１６の開度が小さくされ、第２コンプレッサ４３の前後の圧力が高くなる。この結果、バッテリ５０のＳＯＣが所定値Ａよりも高いときも、体積効率は一定となる。
【００７１】
以下、図１１のフローチャートを参照して、上述した制御について詳細に説明する。図１１は、第二実施形態における過給圧制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。本制御ルーチンは、ＥＣＵ６０によって所定の実行間隔で繰り返し実行される。
【００７２】
最初に、ステップＳ２０１において、図９に示されたようなマップを用いて、内燃機関１の運転状態（本実施形態では機関負荷及び機関回転数）によって定められる動作点がツイン過給領域にあるか否かが判定される。動作点がツイン過給領域にないと判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０２に進む。
【００７３】
ステップＳ２０２では、バイパス弁１５が開かれる。この結果、ターボチャージャ４０のみによって吸入空気が過給される。ステップＳ２０２の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７４】
一方、ステップＳ２０１において動作点がツイン過給領域にあると判定された場合、本制御ルーチンはステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、バイパス弁１５が閉じられる。この結果、ターボチャージャ４０及びスーパーチャージャ３０によって吸入空気が過給される。
【００７５】
次いで、ステップＳ２０４において、図９に示したようなマップを用いて、内燃機関１の運転状態（本実施形態では機関負荷及び機関回転数）に基づいてモータジェネレータ３２の基準発電量Ｐｂａｓが算出される。ステップＳ２０４の後、図７のステップＳ１０２〜ステップＳ１０６と同様に、ステップＳ２０５〜ステップＳ２０９が実行される。
【００７６】
ステップＳ２０９の後、ステップＳ２１０において、吸入空気量が所定値になるように、ウエストゲートバルブ１６の開度が基準発電量Ｐｂａｓに対応する値から変更される。基準発電量Ｐｂａｓに対応する値は、第２コンプレッサ４３の出口温度及び回転数の制約、スーパーチャージャ３０との過給圧の分担割合等を考慮して予め定められる。ステップＳ２１０の後、本制御ルーチンは終了する。
【００７７】
以上、本発明に係る好適な実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載内で様々な修正及び変更を施すことができる。例えば、内燃機関１、１’は圧縮自着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。また、第二実施形態において、ウエストゲートバルブ１６の代わりに可変ノズルがタービン４１に設けられ、吸入空気量が所定値になるように可変ノズルの開度が制御されてもよい。
【００７８】
また、第１インタークーラ１３は内燃機関１から省略されてもよい。また、第１インタークーラ１３及び第２インタークーラ１４の少なくとも一方は内燃機関１’から省略されてもよい。また、内燃機関１’において、第１コンプレッサ３１は第２コンプレッサ４３の上流側に配置されてもよい。また、排気弁８の開弁時期及び閉弁時期を制御可能な可変バルブタイミング機構Ｂは内燃機関１、１’から省略されてもよい。
【符号の説明】
【００７９】
１、１’    内燃機関
６    吸気弁
３０    スーパーチャージャ
３１    第１コンプレッサ
３２    モータジェネレータ
３３    遊星歯車機構
５０    バッテリ
６０    電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ａ    可変バルブタイミング機構
【図１】
2019183731.tif 000003
【図２】
2019183731.tif 000004
【図３】
2019183731.tif 000005
【図４】
2019183731.tif 000006
【図５】
2019183731.tif 000007
【図６】
2019183731.tif 000008
【図７】
2019183731.tif 000009
【図８】
2019183731.tif 000010
【図９】
2019183731.tif 000011
【図１０】
2019183731.tif 000012
【図１１】
2019183731.tif 000013