(57)【要約】【課題】ＥＧＲ運転を行う過給機付き内燃機関において、コスト削減と、非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上とを両立可能な内燃機関を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、電動コンプレッサ２６ａを有する電動過給機２６と、電動コンプレッサ２６ａよりも上流側の部位において吸気通路１６に設けられたＥＧＲ導入口５６と、ＥＧＲ導入口５６よりも上流側の部位において吸気通路１６に配置された絞り弁２４と、制御装置６０とを備える。吸気通路１６には、絞り弁２４以外の絞り弁が配置されていない。制御装置６０は、非過給領域において、電動コンプレッサ２６ａの圧力比を１に近づけるように電動過給機２６を駆動しつつ絞り弁２４の開度調整によって吸入空気流量を調整する第１空気流量調整処理と、電動過給機２６を無通電としつつ絞り弁２４の開度調整によって吸入空気流量を調整する第２空気流量調整処理とを実行する。【選択図】図１
2019163748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に配置された電動コンプレッサを有する電動過給機と、
前記電動コンプレッサよりも上流側の部位において前記吸気通路に設けられたＥＧＲ導入口と、
前記ＥＧＲ導入口よりも上流側の部位において前記吸気通路に配置された絞り弁と、
前記電動過給機及び前記絞り弁を制御する制御装置と、
を備え、
前記吸気通路には、前記絞り弁以外の絞り弁が配置されておらず、
前記制御装置は、前記電動コンプレッサの出口圧が大気圧以下となる非過給領域において、
前記電動コンプレッサの圧力比を１に近づけるように前記電動過給機を駆動しつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第１空気流量調整処理と、
前記電動過給機を無通電としつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第２空気流量調整処理と、
のうちの少なくとも一方を実行する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関の気筒の軸線方向から見て吸気ポートの側を前記気筒の吸気側と称し、かつ、前記気筒の中心に対して前記吸気側の反対側を前記気筒の排気側と称した場合に、前記電動コンプレッサ及び前記ＥＧＲ導入口は、前記吸気側に配置されており、
前記電動過給機は、前記内燃機関の排気を動力として利用せず、
前記内燃機関は、前記電動過給機以外の過給機を備えていない
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記絞り弁は、前記電動コンプレッサ及び前記ＥＧＲ導入口とともに、前記吸気側に配置されている
ことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記非過給領域は、
前記第１空気流量調整処理が実行される第１領域、及び前記第２空気流量調整処理が実行される第２領域のうちの少なくとも一方と、
前記第１領域及び前記第２領域と比べて高負荷側に位置し、かつ前記電動過給機を利用する回生発電が行われる回生発電領域と、
を含み、
前記回生発電領域において、前記制御装置は、前記絞り弁の開度調整と前記電動過給機の発電負荷の調整とによって吸入空気流量を調整する
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項５】
前記非過給領域は、低負荷側から順に、前記第１領域、前記第２領域及び前記回生発電領域によって構成されている
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記内燃機関は、前記ＥＧＲ導入口を一端として有するＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を含み、
前記制御装置は、前記非過給領域の使用中に、
前記ＥＧＲ弁が閉じられるＥＧＲ弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記ＥＧＲ導入口から前記吸気通路に導入されるＥＧＲガスが吸気に合流するＥＧＲ合流部のガス温度に相関する温度相関値が閾値以上である場合には、前記第１空気流量調整処理又は前記第２空気流量調整処理を実行し、
前記ＥＧＲ弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記温度相関値が前記閾値未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で前記温度相関値が前記閾値以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように前記絞り弁の開度を調整し、かつ、前記絞り弁の開度の増加に伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷を前記電動過給機に付与する第３空気流量調整処理を実行する
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載の内燃機関。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第１領域又は前記第２領域から前記回生発電領域に移行する場合には、
前記電動過給機への発電負荷の付与前に、前記回生発電領域内の要求エンジントルクを実現するために必要な要求筒内充填空気量を得るために必要な第１目標開度に向けて前記絞り弁を開く新気増量処理と、
前記新気増量処理の実行後に、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記第１目標開度よりも大きな第２目標開度に向けて前記絞り弁を徐々に開き、かつ、目標発電負荷に向けて前記電動過給機の発電負荷を徐々に増やす回生発電開始処理と、
を実行し、
前記第２目標開度及び前記目標発電負荷は、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記電動コンプレッサの前後差圧を最大化させる値である
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、より詳細には、ＥＧＲ運転を行う過給機付き内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ＥＧＲ運転を行う過給機付き内燃機関が開示されている。この内燃機関は、過給機として、電動過給機のコンプレッサ（電動コンプレッサ）及びターボ過給機を備えるとともに、２つのＥＧＲ装置（低圧ループ（ＬＰＬ）式ＥＧＲ装置と高圧ループ（ＨＰＬ）式ＥＧＲ装置）を備えている。
【０００３】
より具体的には、上記内燃機関では、電動コンプレッサは、ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側において吸気通路に配置されている。電動コンプレッサよりも上流側の吸気通路には、ＬＰＬ式ＥＧＲ装置のＥＧＲ導入口が設けられている。さらに、内燃機関は、２つの絞り弁を備えている。第１の絞り弁は、このＥＧＲ導入口の上流に配置されており、第２の絞り弁は、ターボ過給機のコンプレッサの下流に配置されている。
【０００４】
また、上記内燃機関においては、気筒の軸線方向から見て吸気ポートの側を気筒の吸気側と称し、かつ、当該気筒の中心に対して吸気側の反対側を当該気筒の排気側と称した場合に、第１の絞り弁、ＥＧＲ導入口及び２つのコンプレッサは、排気側に配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−０５０５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の内燃機関では、電動コンプレッサよりも上流側の吸気通路にＥＧＲ導入口が配置され、かつ、このＥＧＲ導入口の上流に絞り弁が配置されている。このため、このような構成を有する内燃機関では、絞り弁を絞ることにより、過給領域において高濃度のＥＧＲガスを導入可能となる。しかしながら、上記内燃機関のように、エンジン制御のために２つの絞り弁を備えることは、コストの増加要因となる。また、非過給領域における吸入空気流量（新気流量）の制御は、運転者からのトルク増大要求に伴って非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンス（回転速度上昇のレスポンス）を向上させられるものであることが望ましい。
【０００７】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ運転を行う過給機付き内燃機関において、コスト削減と、非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上とを両立可能な内燃機関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】
【０００８】
本発明に係る内燃機関は、
吸気通路に配置された電動コンプレッサを有する電動過給機と、
前記電動コンプレッサよりも上流側の部位において前記吸気通路に設けられたＥＧＲ導入口と、
前記ＥＧＲ導入口よりも上流側の部位において前記吸気通路に配置された絞り弁と、
前記電動過給機及び前記絞り弁を制御する制御装置と、
を備える。
前記吸気通路には、前記絞り弁以外の絞り弁が配置されていない。
前記制御装置は、前記電動コンプレッサの出口圧が大気圧以下となる非過給領域において、
前記電動コンプレッサの圧力比を１に近づけるように前記電動過給機を駆動しつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第１空気流量調整処理と、
前記電動過給機を無通電としつつ前記絞り弁の開度調整によって吸入空気流量を調整する第２空気流量調整処理と、
のうちの少なくとも一方を実行する。
【０００９】
前記内燃機関の気筒の軸線方向から見て吸気ポートの側を前記気筒の吸気側と称し、かつ、前記気筒の中心に対して前記吸気側の反対側を前記気筒の排気側と称した場合に、前記電動コンプレッサ及び前記ＥＧＲ導入口は、前記吸気側に配置されていてもよい。
前記電動過給機は、前記内燃機関の排気を動力として利用しないものであってもよい。
そして、前記内燃機関は、前記電動過給機以外の過給機を備えていなくてもよい。
【００１０】
前記絞り弁は、前記電動コンプレッサ及び前記ＥＧＲ導入口とともに、前記吸気側に配置されていてもよい。
【００１１】
前記非過給領域は、前記第１空気流量調整処理が実行される第１領域、及び前記第２空気流量調整処理が実行される第２領域のうちの少なくとも一方と、前記第１領域及び前記第２領域と比べて高負荷側に位置し、かつ前記電動過給機を利用する回生発電が行われる回生発電領域と、を含んでいてもよい。
そして、前記回生発電領域において、前記制御装置は、前記絞り弁の開度調整と前記電動過給機の発電負荷の調整とによって吸入空気流量を調整してもよい。
【００１２】
前記非過給領域は、低負荷側から順に、前記第１領域、前記第２領域及び前記回生発電領域によって構成されていてもよい。
【００１３】
前記内燃機関は、前記ＥＧＲ導入口を一端として有するＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁を含んでいてもよい。
そして、前記制御装置は、前記非過給領域の使用中に、
前記ＥＧＲ弁が閉じられるＥＧＲ弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記ＥＧＲ導入口から前記吸気通路に導入されるＥＧＲガスが吸気に合流するＥＧＲ合流部のガス温度に相関する温度相関値が閾値以上である場合には、前記第１空気流量調整処理又は前記第２空気流量調整処理を実行し、
前記ＥＧＲ弁閉じ条件が満たされ、かつ、前記温度相関値が前記閾値未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で前記温度相関値が前記閾値以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように前記絞り弁の開度を調整し、かつ、前記絞り弁の開度の増加に伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷を前記電動過給機に付与する第３空気流量調整処理を実行してもよい。
【００１４】
前記制御装置は、前記第１領域又は前記第２領域から前記回生発電領域に移行する場合には、
前記電動過給機への発電負荷の付与前に、前記回生発電領域内の要求エンジントルクを実現するために必要な要求筒内充填空気量を得るために必要な第１目標開度に向けて前記絞り弁を開く新気増量処理と、
前記新気増量処理の実行後に、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記第１目標開度よりも大きな第２目標開度に向けて前記絞り弁を徐々に開き、かつ、目標発電負荷に向けて前記電動過給機の発電負荷を徐々に増やす回生発電開始処理と、
を実行してもよい。
そして、前記第２目標開度及び前記目標発電負荷は、前記要求筒内充填空気量を満たしつつ、前記電動コンプレッサの前後差圧を最大化させる値であってもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、非過給領域においては、電動コンプレッサの上流に配置された絞り弁の開度調整によって吸入空気流量が調整される（第１空気流量調整処理及び第２空気流量調整処理の少なくとも一方が実行される）。このような吸入空気流量の調整のために、電動コンプレッサの上流に配置された絞り弁が絞られると、電動コンプレッサの回転速度が増加する。このため、その後に非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスを向上させられる。また、本発明によれば、吸気通路には、上記の絞り弁以外の絞り弁が配置されてない。このため、本発明によれば、ＥＧＲ運転を行う過給機付き内燃機関において、コスト削減と、非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上とを好適に両立させられる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。
【図２】個々のエンジン運転領域において優先される要求を説明するための図である。
【図３】各エンジン負荷領域における吸気圧の制御方針をまとめた表である。
【図４】圧力（吸気圧Ｐ２、Ｐ３）とエンジン負荷との関係を表したグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係る絞り弁と電動過給機の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。
【図６】圧力要求値Ｔのマップの一例を示す図である。
【図７】圧力要求値Ｒのマップの一例を示す図である。
【図８】圧力要求値Ｇのマップの一例を示す図である。
【図９】圧力要求値Ｅのマップの一例を示す図である。
【図１０】圧力要求値Ｐのマップの一例を示す図である。
【図１１】図２に示す低負荷領域から中負荷領域に移行する際に制御装置によって行われる新気増量処理と回生発電開始処理の動作の一例を表したタイムチャートである。
【図１２】非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上効果を説明するためのタイムチャートである。
【図１３】図１に示す内燃機関との対比のために参照する内燃機関（比較例）の構成を説明するための図である。
【図１４】ＥＧＲ導入停止に伴うＥＧＲ率の減少遅れの低減効果を説明するためのタイムチャートである。
【図１５】ＥＧＲ導入開始に伴うＥＧＲ率の増加遅れの低減効果を説明するためのタイムチャートである。
【図１６】吸気系の各部の内壁温度の分布を表した図である。
【図１７】本発明の実施の形態２に係る極低温下の絞り弁及び電動過給機の制御の特徴部を説明するための図である。
【図１８】本発明の実施の形態２に係る絞り弁及び電動過給機の制御に関する処理の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】
【００１７】
以下に説明される各実施の形態において、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略又は簡略する。また、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１８】
１．実施の形態１
まず、図１〜図１６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
【００１９】
１−１．システムの構成
図１は、本発明の実施の形態１に係るシステムの構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、火花点火式の内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関１０は、一列に並んだ３つの気筒１２を有するエンジン本体（主に、シリンダヘッドとシリンダブロック）１４を備えている。
【００２０】
各気筒１２には、吸気通路１６及び排気通路１８が連通している。吸気通路１６の入口付近には、エアクリーナ２０が取り付けられている。エアクリーナ２０には、吸気通路１６に取り入れられた空気（新気）の流量Ｇａに応じた信号を出力するエアフローセンサ２２が取り付けられている。
【００２１】
エアクリーナ２０よりも下流側の吸気通路１６には、吸気通路１６を開閉するための電子制御式の絞り弁２４が配置されている。吸気通路１６には、絞り弁２４以外の絞り弁は配置されていない。絞り弁２４の開度調整を行うことにより、吸入空気流量Ｇａを制御することができ、また、絞り弁２４の下流に負圧を生成することができる。
【００２２】
絞り弁２４よりも上流側の吸気通路１６には、電動過給機２６のコンプレッサ２６ａ（以下、「電動コンプレッサ２６ａ」と称する）が配置されている。電動過給機２６は、電動コンプレッサ２６ａを駆動するためのモータジェネレータ（ＭＧ）２６ｂを備えている。ＭＧ２６ｂは、発電可能な電動機であり、インバータ２８を介してバッテリ３０との間で電力の授受を行う。また、ＭＧ２６ｂには、ＭＧ２６ｂの回転軸の回転速度（すなわち、電動コンプレッサ２６ａの回転速度）ＮＣを検出するためのコンプレッサ回転速度センサ３２を備えている。
【００２３】
電動過給機２６は、バッテリ３０の電力を利用してＭＧ２６ｂを電動機として機能させることにより、電動コンプレッサ２６ａを回転駆動することができる。バッテリ３０に蓄えられる電力は、基本的には、内燃機関１０の動力を利用して図示省略する発電機（例えば、オルタネータ）によって発電される。また、電動過給機２６は、回転しているＭＧ２６ｂに対してインバータ２８の制御によって発電負荷（より詳細には、発電負荷トルク）をかけることにより、ＭＧ２６ｂを発電機として機能させることができる。その結果、電動コンプレッサ２６ａによって回収される吸気の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ回生を行うことができる。ＭＧ２６ｂに発電負荷をかけることは、吸気の流れによる電動コンプレッサ２６ａの回転に制動力を付与することに相当する。発電負荷を増やすと、電動コンプレッサ２６ａの回転に対する制動力が増えるので、発電電力（回生電力）が増える。また、発電負荷を増やすと、電動コンプレッサ２６ａを通過する際の吸気の圧力損失が大きくなる（換言すると、電動コンプレッサ２６ａの出口圧が低下する）。なお、バッテリ３０に蓄えられる電力には、上記の回生電力も含まれる。
【００２４】
電動過給機２６は、ターボ過給機とは異なり、内燃機関１０の排気を動力として利用しない。また、内燃機関１０は、電動過給機２６以外の過給機を備えていない。電動コンプレッサ２６ａよりも下流側の吸気通路１６には、サージタンク３４が配置されている。サージタンク３４は、吸気マニホールドの集合部に相当する。サージタンク３４には、電動コンプレッサ２６ａによって圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ３６が配置されている。また、サージタンク３４には、サージタンク圧（吸気マニホールド圧）Ｐｂに応じた信号を出力する吸気圧センサ３８が取り付けられている。さらに、排気通路１８には、排気の浄化のために、上流側触媒４０と下流側触媒４２とが配置されている。
【００２５】
さらに、内燃機関１０は、低圧ループ（ＬＰＬ）式のＥＧＲ装置５０を備えている。ＥＧＲ装置５０は、ＥＧＲ通路５２とＥＧＲ弁５４とを備えている。ＥＧＲ通路５２は、排気通路１８（より詳細には、上流側触媒４０と下流側触媒４２との間の部位）と、吸気通路１６とを接続する。吸気通路１６に対するＥＧＲ通路５２の接続口であるＥＧＲ導入口５６は、絞り弁２４と電動コンプレッサ２６ａとの間の部位に設けられている。すなわち、ＥＧＲ導入口５６は、電動コンプレッサ２６ａよりも上流側の部位において吸気通路１６に設けられている。そして、絞り弁２４は、このＥＧＲ導入口５６よりも上流側の部位において吸気通路１６に配置されている。ＥＧＲ弁５４は、ＥＧＲ通路５２を通って吸気通路１６に導入されるＥＧＲガスの量を調整する。
【００２６】
本実施形態のシステムは、内燃機関１０を制御するための制御装置６０を備えている。制御装置６０は、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリと入出力インターフェースとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。入出力インターフェースは、内燃機関１０に搭載された各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０の運転を制御するための各種アクチュエータに対して操作信号を出力する。上記の各種センサは、上述したエアフローセンサ２２、コンプレッサ回転速度センサ３２及び吸気圧センサ３８とともに、クランク角センサ６２、アクセルポジションセンサ６４及び外気温度センサ６６を含む。クランク角センサ６２は、クランク角に応じた信号を出力する。制御装置６０は、この信号を用いてエンジン回転速度ＮＥを算出できる。アクセルポジションセンサ６４は、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）に応じた信号を出力する。外気温度センサ６６は、外気温度に応じた信号を出力する。また、上記の各種アクチュエータは、上述した絞り弁２４、電動過給機２６（ＭＧ２６ｂ）及びＥＧＲ弁５４とともに、燃料噴射弁６８及び点火装置７０を含む。
【００２７】
制御装置６０のメモリには、内燃機関１０の制御のための各種のプログラムや各種のデータ（マップを含む）が記憶されている。メモリに記憶されているプログラムがプロセッサで実行されることで、制御装置６０の様々な機能が実現される。例えば、絞り弁２４及び電動過給機２６の操作による吸入空気流量（吸気圧）の制御（回生発電を含む）は、プログラムが実行されることによって実現される機能の１つである。なお、制御装置６０は、複数のＥＣＵから構成されていてもよい。
【００２８】
１−２．吸気系の構成要素の配置
本実施形態の内燃機関１０は、吸気系の各構成要素（ＥＧＲ導入口５６、電動コンプレッサ２６ａ及び絞り弁２４）の配置場所において特徴を有している。具体的には、ＥＧＲ導入口５６、電動コンプレッサ２６ａ及び絞り弁２４は、以下のように定義される「吸気側」に配置されている。
【００２９】
図１は、各気筒１２の軸線方向から内燃機関１０を見下ろした図に相当する。エンジン本体（シリンダヘッド）１４には、気筒１２に連通し、かつ、吸気通路１６の一部として機能する内部通路を有する吸気ポート７２が形成されている。同様に、エンジン本体１４には、排気ポート７４が形成されている。各気筒１２の軸線方向から見て吸気ポート７２の側が、ここでいう気筒１２の「吸気側」に相当する。そして、気筒１２の中心に対して「吸気側」の反対側が、「吸気側」の対となる「排気側」に相当する。より詳細には、「吸気側」及び「排気側」は、気筒１２の軸線方向から見たときに、図１に示すように一列に並んだ３つの気筒１２の列方向に平行な直線Ａに対して直交する方向である。
【００３０】
さらに、内燃機関１０では、ＥＧＲ通路５２に配置されるＥＧＲ弁５４についても、図１に示すように「吸気側」に配置されている。
【００３１】
１−３．絞り弁と電動過給機の制御
以下の説明において、「吸気圧Ｐ２」は、電動コンプレッサ２６ａの入口圧（より詳細には、絞り弁２４と電動コンプレッサ２６ａとの間の部位の吸気通路圧力）である。「吸気圧Ｐ３」は、電動コンプレッサ２６ａの出口圧（＝サージタンク圧Ｐｂ）である。
【００３２】
本実施形態の絞り弁２４及び電動過給機２６の制御は、主に、運転者からのトルク要求を満たしつつ、個々のエンジン負荷領域（≒筒内充填空気量領域）における以下の各種要求を満たすようにするための吸気圧Ｐ２の制御に相当する。具体的には、吸気圧Ｐ３は、筒内充填空気量（すなわち、エンジントルク）と相関する。本実施形態の吸気圧制御は、第１に、吸気圧Ｐ３がトルク要求に応じた値となることを満たしつつ（すなわち、トルク要求を満たしつつ）実行される。このため、この吸気圧制御は、トルク要求を満たすための吸入空気流量Ｇａの調整を含んでいるといえる。
【００３３】
１−３−１．絞り弁と電動過給機の制御の概要
図２は、個々のエンジン運転領域において優先される要求を説明するための図である。図２に示すエンジン運転領域は、エンジン負荷とエンジン回転速度ＮＥとによって特定されている。このように、図２は、エンジン負荷だけでなく、これとエンジン回転速度ＮＥとを用いて２次元的に特定されたエンジン運転領域と各種要求との関係を示している。ここでいう各種要求には、以下に説明される「レスポンス向上要求」、「回生発電要求」、「ＥＧＲ要求」並びに「パージ及びＰＣＶ要求」が含まれる。
【００３４】
「レスポンス向上要求」とは、「非過給領域」から「過給領域」に移行する際の過給レスポンスを向上させる要求のことである。非過給領域は、吸気圧Ｐ３が大気圧以下となる運転領域に相当する。過給領域は、吸気圧Ｐ３が大気圧よりも高くなる運転領域に相当する。「回生発電要求」とは、電動過給機２６を利用した回生発電を実行する要求のことである。「ＥＧＲ要求」とは、ＥＧＲ装置５０を利用したＥＧＲガスの導入要求のことである。「パージ及びＰＣＶ要求」とは、キャニスタに吸着した蒸発燃料のパージに関する要求、及びクランク室の喚起のためのブローバイガスの導入要求のことである。なお、パージガス及びブローバイガスは、絞り弁２４と電動コンプレッサ２６ａとの間の部位において吸気通路１６に導入されるものとする。
【００３５】
ここでは、説明の便宜上、エンジン負荷領域を、非過給領域に含まれる低負荷領域及び中負荷領域と、過給領域に相当する高負荷領域とに分けて称する。図２に示すように、低負荷領域では、レスポンス向上要求が優先される。中負荷領域では、回生発電要求が優先される。高負荷領域では、ＥＧＲ要求と、パージ及びＰＣＶ要求とが優先される。より詳細には、高負荷かつ低回転側のエンジン運転領域では、ＥＧＲ要求が優先され、高負荷かつ高回転側のエンジン運転領域では、パージ及びＰＣＶ要求が優先される。
【００３６】
図３は、各エンジン負荷領域における吸気圧の制御方針をまとめた表である。図４は、圧力（吸気圧Ｐ２、Ｐ３）とエンジン負荷との関係を表したグラフである。
【００３７】
１−３−１−１．低負荷領域（レスポンス向上要求が優先される領域）
図３に示すように、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域における吸気圧Ｐ２の制御の狙いは、過給レスポンスの向上のためにコンプレッサ回転速度ＮＣを高めることにある。このようなコンプレッサ回転速度ＮＣの増加は、次のように、絞り弁２４による新気流量調整機能を利用して行われる。
【００３８】
すなわち、非過給領域に含まれる低負荷領域では、電動コンプレッサ２６ａの上流に配置された絞り弁２４が吸入空気流量Ｇａの調整のために利用される。具体的には、要求されたエンジン負荷（エンジントルク）の実現に必要な吸入空気流量Ｇａを充足する吸気圧Ｐ３を得るために、絞り弁２４が絞られる。その結果、吸気圧Ｐ２が低下し（強負圧状態が得られ）、それに伴い、吸気圧Ｐ３も低下する。このことは、一定質量流量の下で電動コンプレッサ２６ａを通過する吸気の体積流量が増加することを意味する。コンプレッサ回転速度ＮＣは体積流量に比例するため、吸気圧Ｐ２及びＰ３の低下に伴ってコンプレッサ回転速度ＮＣが増加する。なお、コンプレッサ回転速度ＮＣの増加に伴う過給レスポンスの向上効果については、図１２を参照して後述する。
【００３９】
低負荷領域における絞り弁２４の開度調整は、電動過給機２６の制御状態を考慮して実行される。具体的には、本実施形態では、低負荷領域内の低負荷側のエンジン負荷領域である「第１領域」では、電動過給機２６は、駆動（通電）状態とされる。この駆動状態では、電動コンプレッサ２６ａの圧力比（＝Ｐ３／Ｐ２）を１に近づけるために必要な駆動力が電動コンプレッサ２６ａに与えられるようにＭＧ２６ｂの通電が実行される。これにより、吸入空気流量Ｇａが低いとき（すなわち、電動コンプレッサ２６ａを回転させる吸気の運動エネルギが低いとき）には、このように電動コンプレッサ２６ａを駆動することにより、過給を行わず、かつ、電動コンプレッサ２６ａの通過に伴って吸気の圧力損失が生じないようにできる。第１領域では、このように電動コンプレッサ２６ａが駆動される前提の下で、トルク要求を満たす吸入空気流量Ｇａ（吸気圧Ｐ３）が得られるように絞り弁２４の開度が調整される。なお、以上のような第１領域における絞り弁２４と電動過給機２６の操作による吸気圧制御は、本発明に係る「第１空気流量調整処理」の一例にも相当する。
【００４０】
また、低負荷領域における高負荷側のエンジン負荷領域である「第２領域」では、電動過給機２６は、非通電状態とされる。これにより、電動コンプレッサ２６ａは、第１領域の使用中よりは高い吸気の運動エネルギを利用して回転駆動される。これにより、圧力比は、厳密には１よりも低くなるが、概略的には約１となる。第２領域では、このように電動コンプレッサ２６ａが非通電とされる（すなわち、成り行きのコンプレッサ回転速度ＮＣで回転する）前提の下で、トルク要求を満たす吸入空気流量Ｇａ（吸気圧Ｐ３）が得られるように絞り弁２４の開度が調整される。なお、このような第２領域における絞り弁２４と電動過給機２６の操作による吸気圧制御は、本発明に係る「第２空気流量調整処理」の一例にも相当する。
【００４１】
１−３−１−２．中負荷領域（回生発電領域）
図３に示すように、回生駆動要求が優先される中負荷領域における吸気圧Ｐ２の制御の狙いは、回生発電量を最大化させることにある。図４に示すように、この中負荷領域（すなわち、回生発電領域）は、上記低負荷領域の第２領域の高負荷側に位置する。中負荷領域では、電動コンプレッサ２６ａを利用する回生発電が行われる。このように、本実施形態の非過給領域は、低負荷側から順に、第１領域、第２領域及び回生発電領域によって構成されている。
【００４２】
回生発電量の最大化のためには、トルク要求を満たすことを条件として、絞り弁２４を極力開き、かつ、ＭＧ２６ｂに加える発電負荷を極力大きくすることによって、電動コンプレッサ２６ａの前後差圧を最大化すること（換言すると、１未満となる範囲内で圧力比を最小にすること）が望ましい。そこで、中負荷領域では、絞り弁２４は、基本的には全開としつつ発電負荷を調整することによって、トルク要求を満たす値が得られるように吸入空気流量Ｇａ（吸気圧Ｐ３）が制御される。
【００４３】
より具体的には、回生発電領域において絞り弁２４が全開とされる場合には、トルク要求に応じた吸気圧Ｐ３（吸入空気流量Ｇａ）を満たしつつ回生発電を行うために、エンジン負荷が高いほど、発電負荷が減らされる。また、回生発電領域内の低負荷側には、絞り弁２４を全開としつつ所定の制御範囲内の最大値で発電負荷をかけたとしても、トルク要求を満たす値にまで吸気圧Ｐ３を下げることができないエンジン負荷領域が含まれることがある。このようなエンジン負荷領域が回生発電領域に含まれる場合には、トルク要求に応じた吸気圧Ｐ３を満たすために、上記最大値で発電負荷をかけつつ、要求されるエンジン負荷（エンジントルク）が低いほど絞り弁２４の開度を小さくするように絞り弁２４及び電動過給機２６が制御されてもよい。
【００４４】
１−３−１−３．高負荷領域（過給領域）
図３に示すように、過給領域である高負荷領域における吸気圧Ｐ２の制御の狙いは、ＥＧＲガス流量、又はバージガス流量及びブローバイガス流量の確保にある。具体的には、このような目的のために、電動コンプレッサ２６ａを駆動して過給を行いつつ、絞り弁２４を少し絞ることによって吸気圧Ｐ２が適正な弱負圧状態とされる。より詳細には、弱負圧状態を満たしつつ、トルク要求を満たす吸気圧Ｐ３（吸入空気流量Ｇａ）が得られるように、絞り弁２４の開度が調整され、かつ、コンプレッサ回転速度ＮＣが調整される。付け加えると、図４に示すように、高負荷領域では、圧力比が１より高くなる。
【００４５】
１−３−２．絞り弁と電動過給機の制御に関する制御装置の処理
図５は、本発明の実施の形態１に係る絞り弁２４と電動過給機２６の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。制御装置６０は、本ルーチンの処理を所定の制御周期で繰り返し実行する。
【００４６】
図５に示すルーチンでは、まず、制御装置６０は、トルク要求に関する圧力要求値Ｔを算出する（ステップＳ１００）。この圧力要求値Ｔは、電動コンプレッサ２６ａの下流側の吸気圧Ｐ３（＝サージタンク圧Ｐｂ）の値である。図６は、圧力要求値Ｔのマップの一例を示す図である。図６に示すマップは、エンジン運転領域（エンジン負荷とエンジン回転速度ＮＥ）に応じた圧力要求値Ｔを定めている。縦軸のエンジン負荷は、アクセル開度に応じた要求エンジン負荷（要求エンジントルク）に相当し、このことは後述の図７〜１０も同様である。
【００４７】
図６に示す各マップ値は、運転者によるアクセルペダルの踏み込みが検知されたとき（すなわち、加速要求時）に用いられる。各マップ値（単位：ｋＰａ）は、エンジン負荷が高いほど大きくなるように設定されており、また、図６に示す一例では、同一エンジン負荷に対するマップ値は、エンジン回転速度ＮＥによらずに同一となっている。一方、非加速要求時に用いられる圧力要求値Ｔの値としては、次のような無効値（図示省略）が用いられる。すなわち、当該無効値は、個々のエンジン運転領域において、圧力要求値Ｔが後述の図７〜図１０の各圧力要求値の何れよりも小さな値となるように設定される。
【００４８】
次に、制御装置６０は、レスポンス向上要求に関する圧力要求値Ｒを算出する（ステップＳ１０２）。この圧力要求値Ｒは、電動コンプレッサ２６ａの上流側の吸気圧Ｐ２の値であり、このことは後述の図８〜１０についても同様である。図７は、圧力要求値Ｒのマップの一例を示す図である。図７に示すマップでは、圧力要求値Ｒは、高いレスポンス向上要求のある低負荷低回転側の領域において、強負圧状態が得られる値（例えば、−１００〜−８０ｋＰａ）が設定されている。圧力要求値Ｒは、この領域内の同一エンジン負荷において、後述の圧力要求値Ｇ、Ｅ及びＰの何れよりも小さくなる（負側で大きくなる）ように設定されている。この領域は、図２においてレスポンス向上要求が優先される低負荷領域を含んでいる。一方、この領域以外の領域における圧力要求値Ｒは、一例としてゼロ（大気圧）とされている。
【００４９】
次に、制御装置６０は、回生発電要求に関する圧力要求値Ｇを算出する（ステップＳ１０４）。図８は、圧力要求値Ｇのマップの一例を示す図である。図８に示すマップでは、圧力要求値Ｇは、図２において回生発電要求が優先される中負荷領域と同じエンジン負荷レベルの中負荷領域の全体（高エンジン回転側を含む）、及び、低負荷かつ高回転側の領域において、負の値に設定されている。より詳細には、これらの領域で用いられる圧力要求値Ｇは、一例として、エンジン負荷が高いほど、負圧が小さくなるように設定されている。圧力要求値Ｒは、この領域内の同一エンジン負荷において、他の圧力要求値Ｒ、Ｅ及びＰの何れよりも小さくなるように設定されている。一方、このように負の値が設定される領域以外の領域における圧力要求値Ｒは、一例としてゼロとされている。
【００５０】
次に、制御装置６０は、ＥＧＲ要求に関する圧力要求値Ｅを算出する（ステップＳ１０６）。図９は、圧力要求値Ｅのマップの一例を示す図である。図９に示すマップでは、圧力要求値Ｅは、概略的には、エンジン負荷が低くかつエンジン回転速度ＮＥが低いほど、小さくなる（負側で大きくなる）ように設定されている。また、ＥＧＲガスの導入が要求されない高負荷かつ高回転側の領域における圧力要求値Ｅは、ゼロとされている。圧力要求値Ｅは、図２においてＥＧＲ要求が優先される高負荷かつ低回転側の領域内の同一エンジン負荷において、他の圧力要求値Ｒ、Ｇ及びＰの何れよりも小さくなるように設定されている。なお、圧力要求値Ｅがゼロではない領域では、事前に決定された開度でＥＧＲ弁５４が開かれる。
【００５１】
次に、制御装置６０は、パージ及びＰＣＶ要求に関する圧力要求値Ｐを算出する（ステップＳ１０８）。図１０は、圧力要求値Ｐのマップの一例を示す図である。図１０に示すマップでは、圧力要求値Ｐは、図２中の高負荷領域と同じエンジン負荷レベルの高負荷領域の全体（高エンジン回転側を含む）において、−１に設定されている。また、上記高負荷領域以外の領域における圧力要求値Ｐは、ゼロとされている。圧力要求値Ｐは、図２においてパージ及びＰＣＶ要求が優先される高負荷かつ高回転側の領域内の同一エンジン負荷において、他の圧力要求値Ｒ、Ｇ及びＥの何れよりも小さくなるように設定されている。
【００５２】
次に、制御装置６０は、現在のエンジン負荷及びエンジン回転速度ＮＥに対応する値として図７〜図１０に示すマップからそれぞれ算出した圧力要求値Ｒ、Ｇ、Ｅ及びＰの中から、ミニマム値を選択するミニマムセレクト処理を実行する（ステップＳ１１０）。このように図７〜図１０に示すマップの設定を利用するミニマムセレクト処理によれば、図２に示すような態様で各種要求が優先されるエンジン運転領域が得られる。なお、図７〜図１０では、図２には表されていない低中負荷かつ高回転側の領域についても、各マップ値の設定の対象となっている。しかしながら、この領域は、実際には運転中に使用が予定されていない領域に相当する。
【００５３】
次に、制御装置６０は、ステップＳ１１０において選択したミニマム値が圧力要求値Ｔ（トルク要求）よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１１２）。その結果、ステップＳ１１２の判定結果が否定的となる場合（ミニマム値≦圧力要求値Ｔ）には、制御装置６０は、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、制御装置６０は、吸気圧（吸気圧Ｐ３）の制御目標値として、圧力要求値Ｔを設定する。
【００５４】
より具体的には、加速要求時には、図６に示すマップ値を利用して圧力要求値Ｔが算出される。このため、加速要求時に要求されるエンジン運転領域が、ミニマム値として圧力要求値Ｇ（回生発電要求）が選択される領域（主に中負荷領域）以外の領域である場合、つまり、図２では中負荷領域（回生発電要求）以外の高負荷領域（ＥＧＲ要求、又はパージ及びＰＣＶ要求）及び低負荷領域（レスポンス向上要求）である場合には、圧力要求値Ｔの方がミニマム値よりも大きくなる。高い加速性能が要求される状況としては、図２中の低負荷領域又は中負荷領域の使用中に加速要求が出されて同図中の高負荷領域が要求される状況が相当する。このような状況では、処理はステップＳ１１４に進み、上述のように、吸気圧（吸気圧Ｐ３）の制御目標値として、圧力要求値Ｔが設定される。その結果、他の各種要求と比べてトルク要求が優先されるので、上記状況下においてトルク要求を良好に満たすことが保証される。より詳細には、例えば、トルク要求を最短時間で満足するべく電動コンプレッサ２６ａを駆動することにより、高い加速性能が得られる。
【００５５】
一方、ステップＳ１１２の判定結果が肯定的である場合（ミニマム値＞圧力要求値Ｔ）には、制御装置６０はステップＳ１１６に進む。ステップＳ１１６では、制御装置６０は、吸気圧（吸気圧Ｐ２）の制御目標値として、ミニマム値を設定する。これにより、選択されたミニマム値に対応する要求が満たされるように、絞り弁２４及び電動過給機２６が制御されることになる。具体的には、図２〜図４を参照して上述した手法を用いて、絞り弁２４及び電動過給機２６が制御される。なお、本ルーチンの処理の例によれば、中負荷域（回生発電領域）に関しては、ステップＳ１１２の判定結果によらずに、回生発電が行われることになる。
【００５６】
１−３−３．低負荷領域から中負荷領域に移行する際の絞り弁及び電動過給機の制御
図１１は、図２に示す低負荷領域から中負荷領域に移行する際に制御装置６０によって行われる新気増量処理と回生発電開始処理の動作の一例を表したタイムチャートである。
【００５７】
図１１中の時点ｔ１は、図２に示す低負荷領域（第１領域又は第２領域）から中負荷領域（回生発電領域）への移行を要求するトルク要求（加速要求）が出された時点に相当する。時点ｔ１の到来に伴い、制御装置６０は、「新気増量処理」を実行する。
【００５８】
図１１に示すように、新気増量処理は、電動過給機２６への発電負荷の付与前に、「第１目標開度」に向けて絞り弁２４を開く処理である。第１目標開度は、回生発電領域内の要求エンジントルクを実現するために必要な要求筒内充填空気量を得るために必要な絞り弁２４の開度である。要求筒内充填空気量は、例えば、要求エンジントルクと要求筒内充填空気量との関係を定めたマップ（図示省略）を用いて算出できる。また、第１目標開度は、例えば、要求筒内充填空気量と第１目標開度との関係を定めたマップ（図示省略）を用いて算出できる。
【００５９】
新気増量処理によって絞り弁２４の開度が大きくされることにより、図１１に示すように、吸気圧Ｐ２及び吸気圧Ｐ３（電動コンプレッサ２６ａの入口圧及び出口圧）が上昇する。時点ｔ２は、上記の要求充填空気量に対応する値にまで吸気圧Ｐ３が上昇した時点に相当する。
【００６０】
時点ｔ２が到来すると、「回生発電開始処理」が開始される。回生発電開始処理によれば、図１２に示すように、上記の要求筒内充填空気量を満たしつつ（維持しつつ）、第１目標開度よりも大きな「第２目標開度」に向けて絞り弁２４が徐々に開かれ、「目標発電負荷」に向けて電動過給機２６の発電負荷が徐々に増やされる。第２目標開度及び目標発電負荷は、要求筒内充填空気量を満たしつつ、電動コンプレッサ２６ａの前後差圧（＝Ｐ２−Ｐ３）を最大化させる値である。絞り弁２４の開度及び発電負荷が徐々に増えるのに従い、ＭＧ２６ｂの回生発電量も徐々に増えていく。
【００６１】
上記のような第２目標開度及び目標発電負荷の値は、例えば、エンジン負荷及びエンジン回転速度ＮＥに応じた値として事前に決定される。そして、新気増量処理によって運転者のトルク要求は既に満たされているため、第２目標開度及び目標発電負荷に向けての絞り弁２４の開度及び発電負荷の調整は、所定時間（例えば、図１１に示す期間（ｔ２−ｔ３））をかけて行われる。なお、これらの第２目標開度及び目標発電負荷は、それぞれ、図２に示す回生発電領域における絞り弁２４の開度及び電動過給機２６の発電負荷の目標値に相当する。
【００６２】
より詳細には、サージタンク圧Ｐｂに等しい吸気圧Ｐ３を図１２に示すように時点ｔ２の値相当に維持することは、要求筒内充填空気量を維持することに相当する。回生発電開始処理によれば、絞り弁２４の開度を第２目標開度に向けて徐々に増やしつつ発電負荷を徐々に増やすことにより、吸気圧Ｐ２は徐々に増加していくが、要求筒内充填空気量が維持されるため、吸気圧Ｐ３は一定となる。
【００６３】
時点ｔ３は、絞り弁２４の開度が第２目標開度に到達し、かつ、電動過給機２６の発電負荷が目標発電負荷に到達する時点に相当する。時点ｔ３の到来により、要求筒内充填空気量を満たしつつ、電動コンプレッサ２６ａの前後差圧を最大化させることができる。時点ｔ３以降の定常状態（エンジン負荷及びエンジン回転速度ＮＥのそれぞれの時間変化率が所定値未満の状態）では、最大化された前後差圧の下で、効率良く回生発電を行うことができる。
【００６４】
付け加えると、以上の回生発電開始処理によれば、絞り弁２４の開度調整と電動過給機２６の発電負荷（より詳細には、発電負荷トルク）の調整とによって、トルク要求に応じた要求筒内充填空気量が満たされる（維持される）ように、吸入空気流量Ｇａが調整される。
【００６５】
１−４．内燃機関の構成、並びに絞り弁及び電動過給機の制御に関する効果
以上説明したように、本実施形態の内燃機関１０の吸気通路１６には、上流側から順に、絞り弁２４、ＥＧＲ導入口５６及び電動コンプレッサ２６ａが配置されている。このような構成によれば、過給領域において絞り弁２４の開度を全開開度よりも小さくすることにより、ＥＧＲ導入口５６が配置された電動コンプレッサ２６ａの上流側に負圧を生成できる。これにより、排気通路１８側のＥＧＲ通路５２の端部と吸気通路１６側のＥＧＲ通路５２の端部（ＥＧＲ導入口５６）との差圧の拡大によるＥＧＲガス流量増加の効果が得られる。このため、過給領域において高濃度のＥＧＲガスの導入が可能となる過給エンジンが得られる。そのうえで、本実施形態の内燃機関１０の構成及び制御によれば、次のような効果が得られる。
【００６６】
１−４−１．コスト削減、及び過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上
内燃機関１０の吸気通路１６には、絞り弁２４以外の絞り弁は配置されていない。また、制御装置６０は、非過給領域内の低負荷領域において、図３に示すように電動過給機２６を駆動又は無通電としつつ、トルク要求に応じて必要な値となるように吸入空気流量Ｇａを絞り弁２４によって調整する。
【００６７】
上述のように、内燃機関１０では、１つの絞り弁２４が、ＥＧＲ導入用負圧の生成機能と吸入空気流量（新気流量）調整機能とを兼ねている。このため、個々の機能の実現のために複数の絞り弁を備える内燃機関の例と比べて、コスト削減が可能となる。そして、電動コンプレッサ２６ａの上流に配置される絞り弁２４によって新気流量調整機能が実現されるように内燃機関１０が構成されている。このため、次のような過給レスポンスの向上効果も得られる。
【００６８】
図１２は、非過給領域から過給領域に移行する際の過給レスポンスの向上効果を説明するためのタイムチャートである。なお、図１２中に実線で表された２つの波形は、本実施形態の動作に対応している。一方、破線で表された２つの波形は、比較例（新気流量調整用の絞り弁が電動コンプレッサの下流に配置された例）の動作に対応している。
【００６９】
図１２中の時点ｔ４は、非過給領域（第１領域又は第２領域）から過給領域への移行を必要とする加速要求（トルク要求）が出された時点に相当する。また、時点ｔ５は、本実施形態の動作において加速要求に伴ってコンプレッサ回転速度ＮＣ及び過給圧（サージタンク圧Ｐｂ）が上昇し始める時点に相当し、時点ｔ６は、比較例の動作における同様の時点に相当する。また、時点ｔ７は、本実施形態の動作において過給領域への移行に必要なコンプレッサ回転速度ＮＣの上昇が完了する時点に相当し、時点８は、比較例における同様の時点に相当する。なお、ここでいう「過給圧」は、本実施形態では吸気圧Ｐ３と同じであり、比較例では絞り弁の下流圧に相当する。なお、図１２には示されていないが、絞り弁２４は、時点ｔ４での加速要求に伴って開かれる。
【００７０】
図３を参照して既述したように、非過給領域において新気流量調整のために絞り弁２４が絞られると、コンプレッサ回転速度ＮＣが増加する。このため、図１２に示すように、加速要求の時点ｔ４に先立ち、コンプレッサ回転速度ＮＣを比較例のそれと比べて高めておくことができる。これにより、トルク要求に応じた筒内充填空気量の実現に必要な値にまでコンプレッサ回転速度ＮＣを上昇させるために電動コンプレッサ２６ａが必要とするエネルギ量が減少する。このため、図１２に示すように、コンプレッサ回転速度ＮＣ（過給圧）の立ち上がり時点ｔ５が比較例の時点ｔ６よりも早くなり、また、コンプレッサ回転速度ＮＣの上昇に要する時間（ｔ５−ｔ７）も比較例においてそれに要する時間（ｔ６−ｔ８）よりも短くなる。したがって、過給レスポンスの向上効果が得られる。
【００７１】
１−４−２．吸気側配置に関連する効果
また、本実施形態の内燃機関１０では、電動コンプレッサ２６ａ及びＥＧＲ導入口５６は、上述の「吸気側」（図１参照）に配置されている。そして、電動過給機２６は、内燃機関１０の排気を動力として利用しない（すなわち、電動アシストターボ過給機ではない）。また、内燃機関１０は、電動過給機２６以外の過給機を備えていない。このような構成によれば、次のような効果が得られる。
【００７２】
図１３は、図１に示す内燃機関１０との対比のために参照する内燃機関１００の構成を説明するための図である。ここでは、内燃機関１０に対する内燃機関１００の差異点について説明する。内燃機関１００は、電動過給機２６に代え、ターボ過給機１０２を備えている。ターボ過給機が備えられる場合には、高い排気エネルギの利用のために、タービンは排気通路において極力上流側の部位に配置される。このため、図１３に示す内燃機関１００では、タービン１０２ｂは上述のように定義された「排気側」に配置されている。これに伴い、連結軸１０２ｃを介してタービン１０２ｂに接続されたコンプレッサ１０４ａについても、排気側に配置されることになる。その結果、気筒１２（燃焼室）からコンプレッサ１０４ａまでの距離Ｌ１は、それを極力短くしようとしても、図１に示す内燃機関１０における気筒１２から電動コンプレッサ２６ａまでの距離と比べて、必然的に長くなってしまう。
【００７３】
換言すると、上記構成を有する内燃機関１０によれば、ターボ過給機１０２を備える内燃機関１００と比べて、吸気系をコンパクトに構成できる。より具体的には、電動コンプレッサ２６ａが吸気側に配置されているので、唯一備えられる電動コンプレッサ２６ａと気筒１との間の距離が短いことに起因して過給圧の応答性が向上する。また、ＥＧＲ導入口５６についても吸気側に配置されているので、ＥＧＲ導入口５６から気筒１２までの距離が短いことに起因してＥＧＲ率の応答性が向上する。以下、図１４を参照して、ＥＧＲ率の応答性向上に関して説明を加える。なお、内燃機関１０のようにＥＧＲ弁５４も吸気側に配置されていることも、ＥＧＲ率の応答性の向上に寄与する。
【００７４】
図１４は、ＥＧＲ導入停止に伴うＥＧＲ率の減少遅れの低減効果を説明するためのタイムチャートである。図１４中の比較例とは、図１３に示す内燃機関１００の動作例に相当する。時点ｔ９は、ＥＧＲ弁５４を閉じることによるＥＧＲ導入停止の時点に相当する。また、図１４に示す例では、時点ｔ９において絞り弁２４も閉じられている。このため、筒内充填空気量は、図１４に示すように時点ｔ９の経過後に減少している。このような筒内充填空気量の減少に伴い、失火限界ＥＧＲ率が低下する。
【００７５】
上述のように、ＥＧＲ導入口５６が電動コンプレッサ２６ａとともに吸気側に配置された内燃機関１０では、新気とＥＧＲガスとの混合ガスが流れる吸気通路容積を効果的に小さくすることができる。ＥＧＲ導入停止（又は導入量の減少）に伴うＥＧＲ率の減少遅れ時間は、この吸気通路容積に比例して長くなる。この吸気通路容積が内燃機関１０と比較して長い内燃機関１００（比較例）では、図１４に示すように、ＥＧＲ率の減少遅れに起因して、ＥＧＲ率が過渡的に失火限界ＥＧＲ率よりも高くなってしまっている。その結果、燃焼が悪化してしまう。これに対し、上記の吸気通路容積を効果的に短くできる内燃機関１０によれば、図１４に示すように、ＥＧＲ率の減少遅れを効果的に低減させることが可能となる。
【００７６】
図１５は、ＥＧＲ導入開始に伴うＥＧＲ率の増加遅れの低減効果を説明するためのタイムチャートである。時点ｔ１０は、ＥＧＲ弁５４を開くことによるＥＧＲ導入開始の時点に相当する。ＥＧＲ率の減少遅れ時間と同様に、ＥＧＲ導入開始（又は導入量の増加）に伴うＥＧＲ率の増加遅れ時間についても、上記の吸気通路容積に比例して長くなる。したがって、本実施形態の内燃機関１０によれば、図１５に示すように、上記比較例と比べて、ＥＧＲ率の増加遅れ（到達遅れ）についても同様に効果的に低減可能となる。
【００７７】
さらに、図１３に示す比較例の内燃機関１００のように絞り弁２４のみが吸気側に配置されていても、コンプレッサ１０２ａが排気側に配置されていると、絞り弁２４からコンプレッサ１０２ａまでの距離が長くなってしまう。このため、絞り弁２４から気筒１２までの距離を極力短くすることはできない。これに対し、本実施形態の内燃機関１０では、電動コンプレッサ２６ａ及びＥＧＲ導入口５６だけでなく、絞り弁２４についても吸気側に配置されている（図１参照）。これにより、絞り弁２４から電動コンプレッサ２６ａまでの距離を極力短くできるので、絞り弁２４から気筒１２までの距離についても極力短くできる構成が得られる。これにより、絞り弁２４の開度調整に伴う電動コンプレッサ２６ａの上流圧（すなわち、吸気圧Ｐ２）の応答性、及び当該開度調整に伴う筒内充填空気量の応答性を向上させられる。
【００７８】
図１６は、吸気系の各部の内壁温度の分布を表した図である。横軸は、燃焼室（気筒１２）からの距離Ｌである。図１６は、低外気温度下において、エンジン暖機完了後に各部の温度が安定している状態における温度分布を示している。図１６に示すように、距離Ｌが大きくなるにつれ（すなわち、熱源であるエンジン本体１４から離れるに従い）吸気系の内壁温度が低下する。図１６に示す例では、サージタンクよりも上流側の部位であるダクトの一部において、内壁温度が新気とＥＧＲガスとの混合ガスの露点を下回っている。内壁温度が上記混合ガスの露点よりも低いと、内壁によって冷やされた混合ガスから凝縮水が発生する。発生した凝縮水は、燃焼に悪影響を与えたり、各部の腐食を促進させたりする可能性がある。
【００７９】
内燃機関１０によれば、図１６に示すように、比較例（図１３に示す内燃機関１００）と比べて、ＥＧＲ導入口５６の距離Ｌを短くすることができ、それに伴い、ＥＧＲ導入口５６の下流側のダクトの長さも短くすることができる。これにより、凝縮水の発生が懸念されるダクトの部位を、例えば図１６に示すように短縮させられる。このため、上述の吸気側配置を利用する内燃機関１０によれば、凝縮水の発生を回避又は抑制できるようになる。
【００８０】
１−４−３．回生発電領域
内燃機関１０の非過給領域には、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域（第１領域及び第２領域）とともに、その高負荷側に位置し、かつ、回生発電要求が優先される中負荷領域（回生発電領域）が設けられている。電動コンプレッサ２６ａの駆動に用いられる電力は、内燃機関１０の動力を利用して生成された電力を蓄えるバッテリ３０から供給される。このため、回生発電を行うことにより、内燃機関１０の動力を利用した発電量を減らせる。このことは、燃費向上に繋がる。
【００８１】
１−４−４．低負荷領域から中負荷領域に移行する際の絞り弁及び電動過給機の制御に関する効果
図１１を参照して説明したように、本実施形態では、低負荷領域から中負荷領域に移行する際には、まず「新気増量処理」によってトルク要求を満たした後に、「回生発電開始処理」が実行される。回生発電開始処理は、効率の良い回生発電のために電動コンプレッサ２６ａの前後差圧を最大化した状態を得るまでの過程における処理として実行される。回生発電開始処理によれば、要求筒内充填空気量を満たしつつ（維持しつつ）、第２目標開度に向けて絞り弁２４が徐々に開かれ、かつ、目標発電負荷に向けて電動過給機２６の発電負荷が徐々に増やされる。これにより、要求値からの筒内充填空気量の変化（及びこれに伴うエンジントルクの変化）を抑制しつつ、前後差圧の最大化によって効率の良い回生発電を行える状態に向けて絞り弁２４及び電動過給機２６の作動状態を適切に移行できるようになる。
【００８２】
１−５．実施の形態１に関する変形例
上述した実施の形態１においては、ＥＧＲ導入口５６、電動コンプレッサ２６ａ及び絞り弁２４のすべてが「吸気側」に配置されている。これにより、絞り弁２４から電動コンプレッサ２６ａまでの距離の短縮に起因する上述の効果も得られる。しかしながら、「吸気側」に配置される構成要素は、これら３つの構成要素のうちのＥＧＲ導入口５６及び電動コンプレッサ２６ａのみであってもよい。このような例であっても、上述の効果（過給圧の応答性、ＥＧＲ率の応答性及び凝縮水の抑制）を奏することができる。
【００８３】
また、上述した過給レスポンスの向上に関する効果を得るためには、上述の「吸気側配置」は必須ではない。すなわち、この効果を得るための内燃機関は、電動コンプレッサの上流側にＥＧＲ導入口が配置され、かつ、ＥＧＲ導入口の上流側に絞り弁が配置されている限り、例えば、次のように構成されていてもよい。すなわち、上記効果を得るための内燃機関は、電動過給機ととともにターボ過給機を備え、かつ、この内燃機関では、ターボ過給機のコンプレッサとともに電動コンプレッサ及びＥＧＲ導入口のうちの少なくとも一方が排気側に配置されていてもよい。或いは、上記効果を得るための内燃機関が備える電動過給機は、内燃機関の排気を動力として利用可能な電動アシストターボ過給機であって、そのコンプレッサが排気側に配置されていてもよい。
【００８４】
また、上述した実施の形態１においては、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域が第１領域と第２領域の双方を含む例が挙げられた。しかしながら、このような例に代え、第１領域及び第２領域の何れか一方のみが非過給領域に含まれるように構成されていてもよい。さらに、非過給領域には、回生発電領域は必ずしも設けられていなくてもよく、したがって、例えば、非過給領域の全体が、第１領域及び第２領域のうちの少なくとも一方によって構成されていてもよい。
【００８５】
２．実施の形態２
次に、図１７及び図１８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２に係るシステムの構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。
【００８６】
２−１．絞り弁及び電動過給機の制御
本実施形態に係る絞り弁２４及び電動過給機２６の制御は、以下に説明する点を除き、実施の形態１に係る制御と同様である。すなわち、本実施形態では、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域（図２参照）で行われる制御の内容が、「温度相関値」が所定の閾値以上であるか否かに応じて変更される。
【００８７】
ここでいう温度相関値とは、ＥＧＲ導入口５６から吸気通路１６に導入されるＥＧＲガスが吸気に合流する「ＥＧＲ合流部」のガス温度に相関する値のことである。本実施形態では、温度相関値の一例として、外気温度センサ６６により検出される外気温度が使用される。なお、上記のＥＧＲ合流部には、ＥＧＲ導入口５６の周辺のＥＧＲ通路５２及び吸気通路１６が相当する。
【００８８】
２−１−１．極低温下の絞り弁及び電動過給機の制御の概要
具体的には、外気温度が低いと、吸入空気温度が低くなる。その結果、ＥＧＲ合流部の新気温度も低くなる。ＥＧＲ合流部において低温の新気とＥＧＲガスとが混合した結果として混合ガスの温度がその露点以下に下がると、凝縮水が発生する。また、外気温度が零度以下であると、発生した凝縮水が凍結する恐れがある。
【００８９】
本実施形態では、外気温度が零度以下の極低温下では、前提として、ＥＧＲガスの導入が行われない（すなわち、ＥＧＲ弁５４が閉じられる「ＥＧＲ弁閉じ条件」が満たされている）ようになっている。また、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域の使用中であると、既述したように絞り弁２４が絞られることによって、吸気圧Ｐ２（すなわち、ＥＧＲ導入口５６付近の吸気圧）が強負圧状態となっている。その結果、このような低負荷領域の使用中には、ＥＧＲ弁５４が閉じられていても、ＥＧＲ合流部が強負圧状態となっているため、ＥＧＲガスがＥＧＲ弁５４からＥＧＲ合流部に漏出し易くなる。そして、極低温下においてＥＧＲガスがこのように漏れ出ると、漏れ出たＥＧＲガス中に含まれる水分が凝縮してしまうことが懸念される。さらに、外気温度が零度以下であると、漏れ出た水分由来の凝縮水が凍結してしまうことが懸念される。
【００９０】
図１７は、本発明の実施の形態２に係る極低温下の絞り弁２４及び電動過給機２６の制御の特徴部を説明するための図である。図１７には、吸気圧Ｐ２の下限ガード値と外気温度との関係が表されている。本実施形態では、実施の形態１に係る強負圧状態を生成するための吸気圧Ｐ２の制御（第１又は第２吸入空気流量調整処理）の実施に付随して生じる上記の課題に鑑み、次のような制御が実施の形態１の制御に対して追加的に実行される。
【００９１】
すなわち、ＥＧＲ閉じ条件が満たされ、かつ、外気温度が所定の閾値ＴＨ１（例えば、−５℃）以上である場合には、吸気圧Ｐ２の下限ガード値として、負の値であるＰ２ＬＧ１が選択される。この下限ガード値Ｐ２ＬＧ１は、低負荷領域（第１領域又は第２領域）の使用中に強負圧状態を生成するための吸気圧Ｐ２の制御（第１又は第２吸入空気流量調整処理）において選択される吸気圧Ｐ２の目標値と比べて十分に低い値である。したがって、この場合には、吸気圧Ｐ２の制御は、制限されることなく、実施の形態１と同様に実行されることになる。
【００９２】
一方、ＥＧＲ閉じ条件が満たされ、かつ、外気温度が閾値ＴＨ１未満である場合には、吸気圧Ｐ２の下限ガード値として、Ｐ２ＬＧ２が選択される。この下限ガード値Ｐ２ＬＧ２は、上述のＰ２ＬＧ１よりも大きく、かつ大気圧よりも低い値である。この場合には、吸気圧Ｐ２を下限ガード値Ｐ２ＬＧ２に近づけるために、絞り弁２４が開かれ、かつ、このように絞り弁２４を開くことに伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷がＭＧ２６ｂ（電動過給機２６）に付与される。なお、このように絞り弁２４及び電動過給機２６を用いて行われる処理は、本発明に係る「第３空気流量調整処理」の一例に相当する。
【００９３】
２−１−２．絞り弁及び電動過給機の制御に関する制御装置の処理
図１８は、本発明の実施の形態２に係る絞り弁２４及び電動過給機２６の制御に関する処理のルーチンを示すフローチャートである。図１８に示すルーチン中のステップＳ１００〜Ｓ１１６の処理については、実施の形態１において既述した通りである。
【００９４】
図１２に示すルーチンでは、制御装置６０は、ステップＳ１１２の判定結果が肯定的である場合（ミニマム値＞圧力要求値Ｔ）にはステップＳ２００に進む。ステップＳ２００では、制御装置６０は、圧力要求値Ｒがミニマム値であるか否かを判定する。その結果、この判定結果が否定的である場合、つまり、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域の使用中ではない場合には、制御装置６０は、ステップＳ１１６に進む。
【００９５】
一方、ステップＳ２００の判定結果が肯定的である場合、つまり、つまり、レスポンス向上要求が優先される低負荷領域の使用中である場合には、制御装置６０は、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、制御装置６０は、ＥＧＲ閉じ条件が満たされるか否かを判定する。
【００９６】
ステップＳ２０２の判定結果が否定的である場合には、制御装置６０はステップＳ１１６に進む。一方、ステップＳ２０２の判定結果が肯定的である場合には、制御装置６０はステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、制御装置６０は、外気温度が閾値ＴＨ１以上であるか否かを判定する。
【００９７】
ステップＳ２０４の判定結果が肯定的である場合、つまり、強負圧状態の生成に起因してＥＧＲガスがＥＧＲ弁５４から漏れ出たとしても水分の凍結の懸念がない又は低いと判断できる場合には、制御装置６０は、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、制御装置６０は、吸気圧Ｐ２の下限ガード値としてＰ２ＬＧ１（図１７参照）を選択する。その後、処理はステップＳ１１６に進む。
【００９８】
一方、ステップＳ２０４の判定結果が否定的である場合、つまり、漏れ出たＥＧＲガス中の水分の凍結の懸念が高いと判断できる場合には、制御装置６０は、ステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、制御装置６０は、吸気圧Ｐ２の下限ガード値としてＰ２ＬＧ２（図１７参照）を選択する。これにより、吸気圧Ｐ２が下限ガード値Ｐ２ＬＧ２に近づくように絞り弁２４が制御される（開かれる）ことになる。そして、このように絞り弁２４を開くことに伴う筒内充填空気量の増加を抑制するために必要な大きさの発電負荷がＭＧ２６ｂに付与される。このように、処理がステップＳ２０８に進んだ場合には、強負圧状態の生成のための吸気圧Ｐ２の制御は行われない。
【００９９】
２−２．絞り弁及び電動過給機の制御に関する効果
以上説明したように、本実施形態の制御によれば、図２に示す低負荷領域の使用中に、ＥＧＲ閉じ条件が満たされ、かつ、外気温度が閾値ＴＨ１未満である場合には、同一のエンジン負荷の下で外気温度（温度相関値）が閾値ＴＨ１以上である場合に用いられる開度と比べて大きくなるように絞り弁２４が開かれる。これにより、吸気圧Ｐ２が大きく負圧化されることはないため、ＥＧＲ弁５４の前後差圧が小さくなる。このため、閉弁中のＥＧＲ弁５４からのＥＧＲガスの漏出が抑制される。また、この場合には、発電負荷がＭＧ２６ｂに付与されることにより、絞り弁２４を開くことに伴う筒内充填空気量の増加が抑制される。
【０１００】
２−３．実施の形態２に関する変形例
２−３−１．「温度相関値」の他の例
上述した実施の形態２においては、ＥＧＲ合流部のガス温度に相関する「温度相関値」の例として、外気温度が用いられている。しかしながら、本発明に係る「温度相関値」は、上記の外気温度の例に代え、例えば、温度センサを用いて直接的に検出されるＥＧＲ弁５４の直下のガス温度であってもよい。
【０１０１】
２−３−２．温度相関値を評価する「閾値」の他の例
上述した実施の形態２においては、温度相関値を評価する「閾値」の例として、零度以下の閾値ＴＨ１（−５℃）が用いられている。しかしながら、この「閾値」は、新気とＥＧＲガスとの混合ガスの露点以下の温度であれば、必ずしも零度以下の値に限られない。したがって、ＥＧＲ弁５４から漏れ出た水分の凍結抑制のためだけでなく、漏れ出た水分からの凝縮水の発生自体も抑制するために、上記露点以下かつ零度よりも高い値が上記閾値として用いられてもよい。
【０１０２】
３．他の実施の形態
上述した実施の形態１及び２においては、直列３気筒型の内燃機関１０が例示された。しかしながら、本発明の適用対象となる内燃機関の気筒数及び気筒配置は、過給レスポンスの向上に関する効果を得るという観点では特に限定されない。また、上述の「吸気側配置」のＶ型エンジンへの適用は、例えば、次のように行うことができる。すなわち、２つのバンク間に吸気系部品（２つのバンクで共有される吸気系部品）が配置される構成のＶ型エンジンでは、電動コンプレッサ、ＥＧＲ導入口及び絞り弁のうちの少なくとも電動コンプレッサ及びＥＧＲ導入口を、個々のバンクの気筒の軸線方向から見て「吸気側」に配置すればよい。また、２つのバンク間に排気系部品が配置され、かつ、バンク毎に吸気系部品を個別に備える構成のＶ型エンジンでは、各バンクにおいて、少なくとも電動コンプレッサ及びＥＧＲ導入口を、個々のバンクの気筒の軸線方向から見て「吸気側」に配置すればよい。
【０１０３】
また、以上説明した各実施の形態に記載の例及び他の各変形例は、明示した組み合わせ以外にも可能な範囲内で適宜組み合わせてもよいし、また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形してもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  内燃機関
１２  気筒
１４  エンジン本体
１６  吸気通路
１８  排気通路
２４  絞り弁
２６  電動過給機
２６  電動過給機
２６ａ  電動コンプレッサ
２８  インバータ
３０  バッテリ
３４  サージタンク
５０  ＥＧＲ装置
５２  ＥＧＲ通路
５４  ＥＧＲ弁
５６  ＥＧＲ導入口
６０  制御装置
６４  アクセルポジションセンサ
６６  外気温度センサ
７２  吸気ポート
７４  排気ポート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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