(57)【要約】【課題】この発明は、ターボ過給機と電動過給機とを併設した構成において、ターボ過給機のチョークを回避しつつ、過給圧を高い精度で制御することを目的とする。【解決手段】エンジン１０は、ターボ過給機２２、電動過給機２４、ＷＧＶ４６等を備える。ＥＣＵ５０は、エンジントルクがトルク境界値未満となる第１運転領域において、ターボ過給機２２のみを用いてシングル過給モードを実行する。また、エンジントルクがトルク境界値以上となる第２運転領域では、ターボ過給機２２と電動過給機２４とを用いてツイン過給モードを実行する。さらに、第２運転領域では、ターボ過給機２２にチョークが発生するか否かを判定し、チョークが発生すると判定した場合には、ＷＧＶ４６の開度を減少させる。【選択図】図７
2016130489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと排気通路に配置されたタービンとを有し、排気エネルギを動力源として吸入空気を過給するターボ過給機と、
電動機を動力源として吸入空気を過給する電動過給機と、
前記タービンをバイパスして排気ガスを流通させる排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
内燃機関のトルクと相関を有するトルク指標値が予め設定された境界値未満となる第１運転領域において、前記ウェイストゲートバルブの開度であるＷＧＶ開度が前記トルクの増加に伴って減少するように当該ＷＧＶ開度を制御する第１の制御手段と、
前記トルク指標値が前記境界値以上となる第２運転領域において、前記トルクの変化に対して前記ＷＧＶ開度が一定となるか、または前記トルクの増加に伴って前記ＷＧＶ開度が増加するように当該ＷＧＶ開度を制御すると共に、前記電動過給機を作動させる第２の制御手段と、
前記第２運転領域において、前記ターボ過給機にチョークが発生するか否かを判定し、チョークが発生すると判定した場合に、前記ＷＧＶ開度を減少させるチョーク回避手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記チョーク回避手段は、チョークが発生すると判定して前記ＷＧＶ開度を減少させるときに、前記電動過給機の出力を低下または維持させる構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記コンプレッサの上流側の吸気圧及び下流側の吸気圧をそれぞれ検出する吸気圧検出手段と、
前記上流側の吸気圧と前記下流側の吸気圧との圧力比と前記吸気通路のガス流量とに基づいて規定される運転領域のうち、チョークが発生しない領域の境界であるチョークリミットを予め記憶した記憶手段と、を備え、
前記チョーク回避手段は、前記吸気圧検出手段の検出結果に基づいて算出された前記圧力比と、前記吸気通路を流れるガス流量と、前記チョークリミットのデータとに基づいて、チョークが発生するか否かを判定する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記チョーク回避手段は、チョークが発生すると判定した場合であって、内燃機関の排気温度が予め設定された排気温度上限値よりも高い場合には、前記ＷＧＶ開度を減少させずに、前記電動過給機の出力を低下させる構成としてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記第２運転領域は、前記トルク指標値が前記境界値よりも大きい第２境界値未満となる低トルク領域と、前記トルク指標値が前記第２境界値以上となる高トルク領域とにより構成し、
前記チョーク回避手段は、前記トルク指標値が前記高トルク領域に属する場合に、前記ターボ過給機にチョークが発生すると判定し、前記低トルク領域と比較して前記ＷＧＶ開度を減少させる構成としてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記トルク指標値は、内燃機関に対して要求される負荷トルクであり、
前記境界値は、内燃機関の回転速度に応じて変化させる構成としてなる請求項１乃至５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機と電動過給機とを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１に記載されているように、２段式のターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置が知られている。従来技術では、高圧段ターボが可変ノズル型の過給機により構成されている。そして、高圧段ターボの使用時には、必要に応じて高圧段ターボのベーンを開くことにより低圧段ターボを作動させ、高圧段ターボでのチョークを回避する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１５７２３６号公報
【特許文献２】特開２００５−２０１２４３号公報
【特許文献３】特開２０１２−９２７９７号公報
【特許文献４】特開２００５−２２６５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のように、２段式の過給が可能な内燃機関のシステムとしては、例えばターボ過給機と電動コンプレッサとを直列に接続した構成が考えられる。このようなシステムでは、内燃機関の最高出力が得られる出力点側において、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）の開度を小さくすると共に、電動コンプレッサにより過給を行うことによって燃費を向上することができる。しかしながら、高回転・高負荷側で電動コンプレッサを駆動すると、ガス流量が増加するもののターボ過給機の圧力比は上昇しないため、これによってターボ過給機の運転領域がチョーク領域に入る虞がある。この場合には、従来技術のようにベーンを開く制御を実行しても、圧力比が低下することになるので、チョーク領域を回避するのは困難であり、従来技術によって課題を解決することができない。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ターボ過給機と電動過給機とを併設した構成において、ターボ過給機のチョークを回避しつつ、過給圧を高い精度で制御可能な内燃機関の制御装置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】
【０００６】
第１の発明は、内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサと排気通路に配置されたタービンとを有し、排気エネルギを動力源として吸入空気を過給するターボ過給機と、
電動機を動力源として吸入空気を過給する電動過給機と、
前記タービンをバイパスして排気ガスを流通させる排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
内燃機関のトルクと相関を有するトルク指標値が予め設定された境界値未満となる第１運転領域において、前記ウェイストゲートバルブの開度であるＷＧＶ開度が前記トルクの増加に伴って減少するように当該ＷＧＶ開度を制御する第１の制御手段と、
前記トルク指標値が前記境界値以上となる第２運転領域において、前記トルクの変化に対して前記ＷＧＶ開度が一定となるか、または前記トルクの増加に伴って前記ＷＧＶ開度が増加するように当該ＷＧＶ開度を制御すると共に、前記電動過給機を作動させる第２の制御手段と、
前記第２運転領域において、前記ターボ過給機にチョークが発生するか否かを判定し、チョークが発生すると判定した場合に、前記ＷＧＶ開度を減少させるチョーク回避手段と、を備える。
【０００７】
第２の発明によると、前記チョーク回避手段は、チョークが発生すると判定して前記ＷＧＶ開度を減少させるときに、前記電動過給機の出力を低下または維持させる構成としている。
【０００８】
第３の発明は、前記コンプレッサの上流側の吸気圧及び下流側の吸気圧をそれぞれ検出する吸気圧検出手段と、
前記上流側の吸気圧と前記下流側の吸気圧との圧力比と前記吸気通路のガス流量とに基づいて規定される運転領域のうち、チョークが発生しない領域の境界であるチョークリミットを予め記憶した記憶手段と、を備え、
前記チョーク回避手段は、前記吸気圧検出手段の検出結果に基づいて算出された前記圧力比と、前記吸気通路を流れるガス流量と、前記チョークリミットのデータとに基づいて、チョークが発生するか否かを判定する構成としている。
【０００９】
第４の発明によると、前記チョーク回避手段は、チョークが発生すると判定した場合であって、内燃機関の排気温度が予め設定された排気温度上限値よりも高い場合には、前記ＷＧＶ開度を減少させずに、前記電動過給機の出力を低下させる構成としている。
【００１０】
第５の発明によると、前記第２運転領域は、前記トルク指標値が前記境界値よりも大きい第２境界値未満となる低トルク領域と、前記トルク指標値が前記第２境界値以上となる高トルク領域とにより構成し、
前記チョーク回避手段は、前記トルク指標値が前記高トルク領域に属する場合に、前記ターボ過給機にチョークが発生すると判定し、前記低トルク領域と比較して前記ＷＧＶ開度を減少させる構成としている。
【００１１】
第６の発明によると、前記トルク指標値は、内燃機関に対して要求される負荷トルクであり、前記境界値は、内燃機関の回転速度に応じて変化させる構成としている。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、チョーク回避手段は、ターボ過給機にチョークが発生するか否かを判定することができ、チョークが発生すると判定した場合には、ＷＧＶ開度を減少させることができる。これにより、ＷＧＶ開度の減少に伴って圧力比が上昇するので、チョークの発生を回避することができる。従って、高出力運転領域においても、ターボ過給機のチョークを回避しつつ、所望の過給圧を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１による内燃機関のシステム構成を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、エンジンの運転領域と過給制御との関係を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１において、エンジントルクの各領域におけるＷＧＶ開度、電動機出力及びスロットル開度の制御を示す特性線図である。
【図４】ツイン過給モードにおいてターボ過給機の動作点がチョークリミットに近づく現象を示す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、チョーク回避制御の一例を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態１において、チョーク回避制御の有無に応じて変化するターボ過給機の動作点を示す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるチョーク回避制御の一例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態２において、チョーク回避制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３において、エンジン回転速度と負荷とに基づいて過給モードを切換えるための運転領域マップを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
まず、図１から図７を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関のシステム構成を模式的に示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、内燃機関としてのエンジン１０を備えている。エンジン１０は、例えばガソリンエンジン等の火花点火式エンジンにより構成され、車両の動力源として用いられるものである。エンジン１０は、その本体部分を構成するエンジン本体１２を備えている。エンジン本体１２の各気筒には、吸気通路１４及び排気通路１６が接続されている。
【００１５】
吸気通路１４には、エアクリーナ１８、エアフロメータ２０及びターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが設けられている。エアフロメータ２０は、吸気通路１４を流れる空気の量（エンジン１０の吸入空気量）を検出するものである。ターボ過給機２２は、排気エネルギを動力源として吸入空気を過給するもので、エアクリーナ１８及びエアフロメータ２０の下流側に配置された上記コンプレッサ２２ａと、排気通路１６に配置されたタービン２２ｂとを備えている。ターボ過給機２２の作動時には、タービン２２ｂが排気圧を受けてコンプレッサ２２ａと一緒に回転することにより、コンプレッサ２２ａが駆動され、コンプレッサ２２ａにより吸入空気が過給される。
【００１６】
また、エンジン本体１２は、電動機を動力源として吸入空気を過給する電動過給機２４を備えている。電動過給機２４は、コンプレッサ２４ａ及び電動機２４ｂを備えている。コンプレッサ２４ａは、電動機２４ｂにより駆動されて吸入空気を過給するもので、エアクリーナ１８の下流側かつターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの上流側となる位置で吸気通路１４に配置されている。また、吸気通路１４には、電動過給機２４のコンプレッサ２４ａの下流側かつターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの上流側となる位置で吸気圧を検出する上流側の吸気圧センサ２６が設けられている。さらに、吸気通路１４には、コンプレッサ２４ａをバイパスする吸気バイパス通路３０と、吸気バイパス通路３０を開閉する吸気バイパスバルブ３２とが設けられている。吸気バイパスバルブ３２は、例えば電動式のバタフライ弁等により構成されている。
【００１７】
また、吸気通路１４には、インタークーラ３４と、電子制御式のスロットルバルブ３６とが設けられている。インタークーラ３４は、コンプレッサ２２ａ，２４ａにより圧縮された吸入空気を冷却する。スロットルバルブ３６は、エンジン１０の吸入空気量を調整するもので、インタークーラ３４の下流側に配置されている。吸気通路１４のうちスロットルバルブ３６の下流側に位置する部位は、吸気マニホールド３８として構成されており、吸入空気は、吸気マニホールド３８を介して各気筒に分配される。吸気マニホールド３８には、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの下流側で吸気圧（過給圧）を検出する下流側の吸気圧センサ４０が設けられている。なお、吸気圧センサ２６，４０は、本実施の形態の吸気圧検出手段を構成している。
【００１８】
各気筒からの排気ガスは、排気通路１６の一部を構成する排気マニホールド４２により集められて排出される。排気通路１６には、ターボ過給機２２のタービン２２ｂをバイパスして排気ガスを流通させる排気バイパス通路４４が接続されている。排気バイパス通路４４には、排気バイパス通路４４を開閉するウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）４６が配置されている。ＷＧＶ４６は、例えば電動式のバルブにより構成され、ＷＧＶ４６の開度は、予め設定された開度範囲内で任意の開度に設定可能となっている。なお、以下の説明では、ＷＧＶ４６の開度を「ＷＧＶ開度」と表記する場合がある。ＷＧＶ開度を変更することにより、タービン２２ｂを通過する排気ガスの量を調整し、コンプレッサ２２ａの駆動力を制御することができる。また、排気通路１６には、タービン２２ｂの下流側で排気ガスを浄化する触媒４８が配置されている。
【００１９】
また、本実施形態のシステムは、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、演算処理装置（ＣＰＵ）と、記憶回路と、入出力インターフェースとを備えている。記憶回路には、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラム及びデータマップ等が記憶されている。また、ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフロメータ２０及び吸気圧センサ２６，４０に加えて、クランク角センサ５２等を含む各種のセンサが接続されている。なお、クランク角センサ５２は、エンジン１０のクランク角及び回転速度（エンジン回転速度）を検出するためのセンサである。一方、ＥＣＵ５０の出力側には、上述した電動機２４ｂ、吸気バイパスバルブ３２、スロットルバルブ３６及びＷＧＶ４６に加えて、各気筒に燃料を噴射する燃料噴射弁６０、各気筒の混合気に点火する点火装置６２等を含む各種のアクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサから読込んだ検出信号に基づいて、各アクチュエータを駆動することにより、エンジン制御を実行する。
【００２０】
［実施の形態１による制御］
次に、図２から図７を参照して、ＥＣＵ５０により実行されるエンジントルクの制御について説明する。まず、図２は、本発明の実施の形態１において、エンジンの運転領域と過給制御との関係を示す説明図である。
【００２１】
図２に示すように、低負荷（低エンジントルク）側の運転領域は、吸入空気の過給が行われない自然吸気領域（非過給領域）となる。この自然吸気領域では、ＷＧＶ開度が最大開度に設定された状態で、スロットルバルブ３６の開度調整により吸入空気量（換言すれば、エンジントルク）が制御される。一方、自然吸気領域以外の領域では、吸入空気の過給が行われる。このとき、ＥＣＵ５０は、以下に述べるシングル過給モードとツイン過給モードの何れかを運転領域に応じて選択する。
【００２２】
（シングル過給モード）
自然吸気領域よりも高負荷側（高エンジントルク側）には、シングル過給モードを実行するシングル過給領域が設定されている。シングル過給モードは、ターボ過給機２２のみを作動させて吸入空気を過給する過給モードである。シングル過給モードでは、電動過給機２４が停止されると共に、吸気バイパスバルブ３２が全開状態に保持される。これにより、シングル過給モードでは、電動過給機２４のコンプレッサ２４ａが吸気抵抗となるのを回避しつつ、ターボ過給機２２により過給された吸入空気を各気筒の燃焼室に供給する。シングル過給領域では、ＷＧＶ開度の制御により過給圧（換言すれば、エンジントルク）が制御される。
【００２３】
シングル過給モードでは、ＷＧＶ４６が閉弁された状態において、高回転・高負荷領域で過給を行うと、過給圧及びタービン２２ｂの上流側で排気圧が上昇する。この状態では、排気ガスの温度（排気温度）が高くなり、また、ポンプロスが増大する。そして、シングル過給モードでのトルク限界付近のトルク領域では、ポンプロスの増大により燃費が悪化する。なお、シングル過給モードでのトルク限界は、例えば排気温度、タービン２２ｂの上流側の排気圧、ポンプロス等からなるパラメータの制限に応じて予め設定される。上記トルク限界は、後述のトルク境界値ＴＱ２に対応するものである。また、本実施の形態では、トルク境界値ＴＱ２と比較するトルク指標値として、エンジントルク自体を用いる場合を例示している。ここで、エンジントルクとは、内燃機関に対して要求される負荷トルクを意味している。
【００２４】
（ツイン過給モード）
シングル過給領域よりも高回転・高負荷側には、ツイン過給モードを実行するツイン過給領域が設定されている。ツイン過給モードは、ターボ過給機２２と電動過給機２４の両方を作動させて吸入空気を過給する過給モードである。ツイン過給モードでは、吸気バイパスバルブ３２を基本的に全閉に保持した状態で、電動機２４ｂに通電する。この結果、吸気通路１４に導入された吸気は、電動過給機２４及びターボ過給機２２により順次過給された後に、各気筒の燃焼室に供給される。これにより、電動過給機２４を利用してターボ過給機２２による過給をアシストすることができる。以下、電動過給機２４による過給のアシストを単に「電動アシスト」と表記する場合がある。
【００２５】
ツイン過給モード（即ち、電動アシスト）によれば、次のような効果を得ることができる。まず、シングル過給モードでは、上述のようにトルク限界付近でポンプロスが増大し、燃費が悪化する傾向がある。これに対し、高回転・高負荷領域等では、電動アシストを行うことにより、ターボ過給機２２に要求される過給の一部を電動過給機２４が分担するようになる。このため、ツイン過給モードによれば、ターボ過給機２２の負担を減らすことができ、ＷＧＶ開度をより開いた状態で、シングル過給モードと同等のエンジントルクを得ることができる。従って、排気圧の上昇に起因するポンプロスの増大を抑制し、電動アシストにより燃費の向上を促進することができる。また、排気圧の上昇に伴って排気温度が上昇するのを抑制することができる。
【００２６】
次に、図３を参照して、ＥＣＵ５０により実行される各運転領域での制御について説明する。図３は、本発明の実施の形態１において、エンジントルクの各領域におけるＷＧＶ開度、電動機出力及びスロットル開度の制御を示す特性線図である。ここで、図３（Ａ）は、定常状態におけるエンジントルクとＷＧＶ開度との関係を示している。また、図３（Ｂ）は、定常状態におけるエンジントルクと電動機２４ｂの出力との関係を示し、図３（Ｃ）は、定常状態におけるエンジントルクとスロットル開度との関係を示している。なお、図３は、ツイン過給モードにおいて、エンジン回転速度を高回転速度（例えば、図２中のＮＥ１）に保持した場合の特性線を示している。
【００２７】
（自然吸気領域の制御）
図３において、エンジントルクがＴＱ１よりも低いトルク領域は、前述の自然吸気領域に対応している。自然吸気領域では、図３（Ａ）に示すように、ＷＧＶ開度が最大開度に保持され、ターボ過給機２２による過給が停止状態に保持される。また、図３（Ｂ）に示すように、電動過給機２４が停止状態に保持される。この状態で、スロットル開度は、図３（Ｃ）に示すように、エンジントルクが高いほど、スロットル開度が大きくなるように制御される。
【００２８】
（シングル過給領域の制御）
エンジントルクがＴＱ１以上かつＴＱ２未満となるトルク領域は、シングル過給モードが選択されるシングル過給領域に対応している。シングル過給領域では、ターボ過給機２２のみを用いて過給を行うので、電動過給機２４が停止状態に保持される。また、スロットル開度は、全開状態に保持される。一方、シングル過給領域でのＷＧＶ開度は、図３（Ａ）中の特性線Ｃ１に示すように、エンジントルクの増加に伴ってＷＧＶ開度が減少するように制御される。即ち、この領域では、エンジントルクが増加するほど、ＷＧＶ開度が減少する。これにより、エンジントルクの増加に対応してターボ過給機２２の出力を増加させることができる。
【００２９】
（ツイン過給領域の制御）
エンジントルクがＴＱ２以上となるトルク領域は、ツイン過給モードが選択されるツイン過給領域に対応している。ツイン過給領域では、ターボ過給機２２と電動過給機２４の両方が駆動される。詳しく述べると、電動機出力は、エンジントルクがＴＱ２のときにＰ１に設定される。Ｐ１は、エンジントルクＴＱ２が得られる吸入空気量において、吸気抵抗とならない程度にコンプレッサ２４ａを回転させるために必要な出力である。即ち、コンプレッサ２４ａは、Ｐ１よりも高い出力で駆動されることで、外部に対して仕事（過給）を行うことができる。電動機出力は、エンジントルクがＴＱ２に対して高いほど、増加するように制御される。また、スロットル開度は、全開状態に保持される。
【００３０】
一方、ツイン過給領域でのＷＧＶ開度は、図３（Ａ）の特性線Ｃ２に示すように、エンジントルクが高いほど、ＷＧＶ開度が増加するように制御される。これにより、ツイン過給領域では、エンジントルクがＴＱ２のときに、ＷＧＶ開度が最小値ＷＧＶ１に設定される。なお、本実施の形態では、ツイン過給領域のうちＴＱ２近傍の領域において、エンジントルクの変化に対してＷＧＶ開度が一定値（例えば、ＷＧＶ１）に保持されるように制御してもよい。
【００３１】
このように、過給を行う場合には、エンジントルクの大小に基づいてシングル過給モードとツイン過給モードの何れか一方を選択すると共に、図３に例示した制御特性に基づいてＷＧＶ開度、電動機出力及びスロットル開度を制御する。この制御特性によれば、ツイン過給領域では、エンジントルクが高いほどＷＧＶ開度を増加させるので、エンジントルクと電動機出力の両方が増加することにより生じる排気圧の上昇を抑制することができる。これにより、電動アシストを利用して燃費を向上させ、排気温度の上昇を抑制することができる。
【００３２】
ここで、シングル過給領域とツイン過給領域との境界となるエンジントルクＴＱ２について説明する。以下の説明では、エンジントルクＴＱ２を「トルク境界値ＴＱ２」と表記する場合がある。トルク境界値ＴＱ２は、例えば図２中に破線で示すように、エンジン回転速度が大きいほど低下する特性を有している。詳しく述べると、図３（Ａ）中に示すシングル過給領域では、エンジントルクの増加に伴ってＷＧＶ開度が減少すると、これによって排気温度が上昇していく。そして、排気温度が所定の上限温度に達するときのＷＧＶ開度がＷＧＶ１として設定され、このＷＧＶ１を与えるエンジントルクがトルク境界値ＴＱ２として設定される。
【００３３】
即ち、トルク境界値ＴＱ２は、シングル過給領域において排気温度を上限温度以下に抑制可能な最大のエンジントルクとして設定されている。排気温度が上限温度に達するときのエンジントルクは、エンジン回転速度が増加するほど低下するので、これによって前述したトルク境界値ＴＱ２の特性が得られるものである。このようにしてトルク境界値ＴＱ２を設定すれば、排気温度を考慮して、トルク境界値ＴＱ２を適切に設定することができる。また、シングル過給を、排気温度が許す限り高エンジントルク側に広げることができるので、その分だけツイン過給領域を狭くして電動過給機２４の消費電力を抑制することができる。なお、本実施の形態では、トルク境界値ＴＱ２を設定するためのパラメータとして排気温度を例示したが、本発明はこれに限らず、例えばタービン２２ｂの上流側の排気圧、エンジン１０のポンプロス等からなる他のパラメータの制限に応じてトルク境界値ＴＱ２を設定してもよい。
【００３４】
（チョーク回避制御）
上述したように、ツイン過給モードでは、高回転・高負荷側の運転領域において電動アシストを実行する。しかし、高回転・高負荷側で電動過給機２４を駆動すると、ガス流量が増加するもののターボ過給機の圧力比は上昇しないため、ターボ過給機２２の作動点がチョークリミットに近づいていくことになる。図４は、ツイン過給モードにおいてターボ過給機の動作点がチョークリミットに近づく現象を示す説明図である。この図に示すように、電動過給機２４が作動すると、ターボ過給機２２の動作点は、例えば点Ｐから点Ｑに移動することになる。この結果、電動過給機２４を停止した状態（破線）と比較して、動作点がチョークリミットに近づいていくので、チョークが発生する虞がある。特に、ツイン過給モードでは、電動過給機２４の作動により過給の状態が変化し、シングル過給モードと比較してチョークが発生し易くなる。
【００３５】
この問題を解決するために、本実施の形態では、ツイン過給領域において、チョーク回避制御を実行する。図５は、本発明の実施の形態１において、チョーク回避制御の一例を示すタイミングチャートである。なお、図５では、エンジントルクがトルク境界値ＴＱ２に達した点Ａにおいて、エンジン１０の過給制御がシングル過給モードからツイン過給モードに切換えられ、更にエンジントルクが高くなった点Ｂにおいて、チョーク回避制御が開始される場合を例示している。
【００３６】
チョーク回避制御では、まず、後述の判定処理によりターボ過給機にチョークが発生するか否かを判定する。そして、チョークが発生すると判定した場合には、図５中の特性線Ｌａに示すように、ＷＧＶ４６を閉じ側に駆動し、ＷＧＶ開度を減少させる。また、チョーク回避制御では、図５中の特性線Ｌｃに示すように、チョークが発生すると判定してＷＧＶ開度を減少させるときに、電動過給機２４の出力（即ち、電動機２４ｂの回転速度）を低下させる構成としてもよい。
【００３７】
上記チョーク回避制御によれば、図６に示すような作用効果を得ることができる。図６は、本発明の実施の形態１において、チョーク回避制御の有無に応じて変化するターボ過給機の動作点を示す説明図である。この図において、縦軸は、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの上流側の吸気圧と下流側の吸気圧との圧力比を示し、横軸は、コンプレッサ２２ａを通過するガス流量を示している。
【００３８】
また、図６中の太線は、コンプレッサ２２ａのチョークリミットを示すものである。チョークリミットは、圧力比とガス流量とに基づいて規定される運転領域のうち、コンプレッサ２２ａにチョークが発生しない領域の境界（外郭）を表している。即ち、図６において、コンプレッサ２２ａの動作点がチョークリミットの外側にはみ出た場合には、チョークが発生するので、ターボ過給機２２の運転可能範囲は、チョークリミットの内側に制限される。チョークリミットに関するデータは、例えばガス流量及び圧力比を引数とするデータマップ等として、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。ＥＣＵ５０は、本実施の形態の記憶手段を構成している。
【００３９】
まず、シングル過給モードが実行された状態において、コンプレッサ２２ａの動作点は、例えば図６中の特性線Ｌ１上に位置するものとする。この状態から、エンジントルクが上昇していくと、圧力比及びガス流量が徐々に増加するので、コンプレッサ２２ａの動作点は、特性線Ｌ１上を点Ａに向けて移動していく。そして、動作点が点Ａに到達し、エンジントルクがトルク境界値ＴＱ２以上になると、過給制御がシングル過給モードからツイン過給モードに切換えられ、電動過給機２４が作動する。この結果、コンプレッサ２２ａの動作点は、例えば特性線Ｌ２上を点Ｂに向けて移動するようになる。
【００４０】
この状態において、チョーク回避制御が実行されない場合には、コンプレッサ２２ａの動作点がＢを通り過ぎてチョークリミットの外側に移動し、コンプレッサ２２ａにチョークが発生してしまう。これに対し、チョーク回避制御によれば、動作点が点Ｂまたはその近傍に到達した時点で、チョークが発生すると判定し、ＷＧＶ開度を減少させることができる。これにより、ＷＧＶ開度の減少に伴って圧力比が上昇するので、コンプレッサ２２ａの動作点は、例えば点Ｂから特性線Ｌ３上を移動するようになり、当該動作点がチョークリミットの外側に移動するのを回避することができる。
【００４１】
しかも、チョーク回避制御では、予め記憶された図６の特性データマップ等に基づいて、ＷＧＶ開度を適切に調整することにより、例えばコンプレッサ２２ａの動作点がチョークリミットの内縁に沿って特性線Ｌ３上を移動するように、動作点の位置を制御することができる。これにより、高出力運転領域においても、ターボ過給機２２のチョークを回避しつつ、所望の過給圧を実現することができる。
【００４２】
また、チョーク回避制御では、チョークを回避するためにＷＧＶ開度を減少させるので、過給圧が増加傾向となる。このため、ＷＧＶ開度を減少させるときには、電動過給機２４の出力を低下させるのが好ましい。これにより、ＷＧＶ開度の減少に起因する過給圧の増加を電動過給機２４の出力低下によって補償することができる。従って、電動過給機２４の出力制御とＷＧＶ制御の相乗効果により、過給圧を高い精度で目標値に近づけることができる。
【００４３】
なお、上記説明では、図６中の特性線Ｌ２に示すように、ツイン過給モードにより圧力比を一定とした状態でガス流量を変化させる場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、ツイン過給モードでは、燃費が向上する動作点に向けて圧力比及びガス流量が変化するように制御してもよい。より具体的に述べると、ツイン過給モードの制御特性は、例えば特性線Ｌ２が図６の横軸に対して上下方向に傾斜するように設定してもよい。
【００４４】
（実施の形態１における具体的な処理）
次に、図７を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行されるチョーク回避制御の一例を示すフローチャートである。なお、この図に示すルーチンは、定常運転（準定常運転を含む）中に繰返し実行されるものとする。
【００４５】
図７に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、エアフロメータ２０の検出結果に基づいて吸入空気量を取得する。また、ステップＳ１００では、吸気圧センサ２６の検出結果に基づいて、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの上流側の吸気圧を取得し、吸気圧センサ４０の検出結果に基づいて、コンプレッサ２２ａの下流側の吸気圧を取得する。次に、ステップＳ１０１では、上流側の吸気圧と下流側の吸気圧との圧力比を算出し、この圧力比と、吸入空気量（即ち、吸気通路１４のガス流量）とに基づいて、図６の運転領域上におけるコンプレッサ２２ａの現在の動作点を算出する。ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理により、現在の動作点がリアルタイムで取得される。
【００４６】
次に、ステップＳ１０２では、現在の動作点の算出結果に基づいて、前述したチョークリミットのデータマップを参照することにより、現在の動作点がチョークリミットを超えているか否か（あるいは、現在の動作点がチョークリミットに到達したか否か）を判定する。より具体的な処理例を挙げると、ステップＳ１０２では、前記データマップ上において、現在の動作点がチョークリミットの外側であるか否かを判定する。ステップＳ１０２の判定が成立した場合には、コンプレッサ２２ａの動作点がチョークリミットに到達したので、ターボ過給機２２にチョークが発生すると判定し、チョークを回避するためにステップＳ１０３に移行する。
【００４７】
また、ステップＳ１０２の判定が不成立の場合には、現在の動作点がチョークリミットの内側（即ち、ターボ過給機２２の運転可能範囲）にあるので、チョークが発生しないと判定し、そのまま本ルーチンを終了する。なお、ステップＳ１０２では、運転領域上における現在の動作点とチョークリミットとの距離が予め設定された限界判定値以下となった場合に、現在の動作点がチョークリミットに到達したと判定するようにしてもよい。ステップＳ１０２の判定処理によれば、現在の動作点とチョークリミットのデータとに基づいて、コンプレッサ２２ａにチョークが発生するか否かを的確に判定することができる。
【００４８】
次に、ステップＳ１０３では、ＷＧＶ４６を閉じ側に駆動することにより、ＷＧＶ開度を減少させる。そして、ステップＳ１０４では、過給圧が目標過給圧よりも高いか否かを判定する。なお、目標過給圧は、ＥＣＵ５０の過給圧制御によりエンジン１０の運転状態に基づいて設定されるものである。ステップＳ１０４の判定が成立した場合には、ＷＧＶ開度の減少等により過給圧が上昇していると判断し、ステップＳ１０５に移行する。ステップＳ１０５では、電動機２４ｂの回転速度を低下させることにより、電動過給機２４の出力を低下させる。一方、ステップＳ１０４の判定が不成立の場合には、ステップＳ１０５を実行せずに本ルーチンを終了する。
【００４９】
以上詳述した通り、本実施の形態によれば、コンプレッサ２２ａの動作点がチョークリミットに到達したときに、ＷＧＶ開度を減少させると共に、電動過給機２４の出力を低下させることができる。これにより、前述したように、コンプレッサ２２ａの動作点がチョークリミットの外側にはみ出るのを抑制し、チョークを回避しつつ、所望の過給圧を実現することができる。
【００５０】
なお、前記実施の形態１では、シングル過給領域が第１運転領域に対応し、ツイン過給領域が第２運転領域に対応している。また、図３（Ａ）中に示すＷＧＶ開度の特性線Ｃ１は、第１の制御手段の具体例を示している。さらに、図３（Ａ）中に示すＷＧＶ開度の特性線Ｃ２と、図３（Ｂ）とは、第２の制御手段の具体例を示している。また、図７に示すルーチンは、チョーク回避手段の具体例を示している。
【００５１】
また、実施の形態１では、チョーク回避制御により、ＷＧＶ開度を減少させると共に、電動過給機２４の出力を低下させる構成とした。しかし、本発明のチョーク回避制御では、電動過給機２４の出力は低下させずに、ＷＧＶ開度を減少させる構成としてもよい。
【００５２】
実施の形態２．
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１の構成に加えて、排気温度を検出する排気温度センサ（図示せず）を備え、チョーク回避制御の実行時に排気温度を考慮することを特徴としている。詳しく述べると、実施の形態１のシステムにおいて、ＷＧＶ開度が小さい状態で電動過給機２４を作動させた場合には、排気温度が過度に上昇し易くなる。
【００５３】
このため、本実施の形態では、チョーク回避制御において、チョークが発生すると判定した場合でも、排気温度が予め設定された排気温度上限値よりも高い場合には、ＷＧＶ開度を減少させずに、電動過給機２４の出力を低下させる。ここで、排気温度上限値は、例えば触媒温度の上限値等に基づいて設定されるもので、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００５４】
（実施の形態２における具体的な処理）
次に、図８を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態２において、チョーク回避制御の一例を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、定常運転中に繰返し実行されるものとする。図８に示すルーチンでは、まず、ステップＳ２００〜Ｓ２０２において、前記実施の形態１（図７）のステップＳ１００〜Ｓ１０２と同様の処理を実行する。
【００５５】
次に、ステップＳ２０３では、排気温度が前記排気温度上限値よりも高いか否かを判定する。そして、ステップＳ２０３の判定が不成立の場合には、排気温度が許容限度内であるから、ステップＳ２０４〜Ｓ２０６において、実施の形態１のステップＳ１０３〜Ｓ１０５と同様の処理を実行する。即ち、この場合には、ＷＧＶ開度を減少させると共に、過給圧によっては電動過給機２４の出力を低下させる。
【００５６】
一方、ステップＳ２０３の判定が成立した場合には、排気温度が許容限度を超えているので、ステップＳ２０４によりＷＧＶ開度を減少させることなく、ステップＳ２０６に移行して電動過給機２４の出力を低下させる。
【００５７】
このように構成される本実施の形態によれば、排気温度が排気温度上限値よりも高い場合には、ＷＧＶ開度を減少させずに電動過給機２４の出力を低下させることができ、排気温度の抑制を優先することができる。これにより、排気温度が許容限度を超えて更に上昇するような制御を回避することができ、前記実施の形態１と同様の効果に加えて、排気温度を適温に保持することができる。
【００５８】
実施の形態３．
次に、図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、エンジン回転速度と負荷とに基づいて過給モードを切換えることを特徴としている。図９は、本発明の実施の形態３において、エンジン回転速度と負荷とに基づいて過給モードを切換えるための運転領域マップを示す説明図である。この図に示す運転領域マップは、ＥＣＵ５０に予め記憶されている。
【００５９】
図９に示すように、本実施の形態の運転領域マップは、前記実施の形態１と同様に、第１運転領域と第２運転領域とを備えているものの、第２運転領域は、低トルク領域と高トルク領域とに分割されている。ここで、第１運転領域は、エンジントルクがトルク境界値ＴＱ２未満となる領域として設定されている。第２運転領域は、エンジントルクがトルク境界値ＴＱ２以上となる領域として設定されている。また、低トルク領域は、第２運転領域のうち、エンジントルクが第２トルク境界値ＴＱ３未満となる領域として設定されている。高トルク領域は、第２運転領域のうち、エンジントルクが第２トルク境界値ＴＱ３以上となる領域として設定されている。
【００６０】
第２トルク境界値ＴＱ３は、トルク境界値ＴＱ２よりも大きな値に設定され、本実施の形態における第２境界値に相当している。第２トルク境界値ＴＱ３は、例えばターボ過給機２２にチョークが発生するエンジントルクの最小値に基づいて設定されている。また、トルク境界値ＴＱ２及び第２トルク境界値ＴＱ３は、図９に示すように、エンジン回転速度に応じて変化するように設定されており、一例を挙げると、エンジン回転速度が高いほど小さくなるように設定されている。従って、低トルク領域は、第１運転領域よりも高回転・高負荷側の領域として設定され、高トルク領域は、低トルク領域よりも高回転・高負荷側の領域として設定されている。
【００６１】
ＥＣＵ５０は、上記の領域区分に基づいて次のような制御を実行する。まず、エンジン回転速度及び負荷の現在値が第１運転領域に属する場合には、前述のシングル過給モードを実行する。即ち、この場合には、電動過給機２４を停止した状態で、ＷＧＶ開度がトルクの増加に伴って減少するように当該ＷＧＶ開度を制御する。また、エンジン回転速度及び負荷の現在値が低トルク領域に属する場合には、前述のツイン過給モードを実行する。即ち、この場合には、トルクの変化に対してＷＧＶ開度が一定となるか、またはトルクの増加に伴ってＷＧＶ開度が増加するように当該ＷＧＶ開度を制御すると共に、電動過給機２４を作動させる。
【００６２】
さらに、エンジン回転速度及び負荷の現在値が高トルク領域に属する場合には、前述のチョーク回避制御を実行する。但し、この場合には、エンジントルクが低トルク領域から高トルク領域に入った時点で、ターボ過給機２２にチョークが発生すると判定し、低トルク領域と比較してＷＧＶ開度を減少させる。このとき、過給圧が目標過給圧よりも高い場合には、実施の形態１と同様に、電動過給機２４の出力を低下させてもよい。
【００６３】
このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。即ち、高出力運転領域においても、ターボ過給機２２のチョークを回避しつつ、所望の過給圧を実現することができる。
【００６４】
（参考例）
一方、本発明では、リアルタイムに計測される過給圧と、吸入空気量（ガス流量）とを制御パラメータとして用いることにより、運転領域マップを規定してもよい。この場合、運転領域マップは、過給圧及び吸入空気量に基づいて、第１運転領域、第２運転領域及び第３運転領域に区分される。そして、過給圧及び吸入空気量の現在値が第１運転領域に属する場合には、シングル過給モードを実行し、過給圧及び吸入空気量の現在値が第２運転領域に属する場合には、ツイン過給モードを実行する。また、過給圧及び吸入空気量の現在値が第３運転領域に属する場合には、チョーク回避制御を実行する。
【００６５】
この参考例では、過給圧及び吸入空気量に基づいてコンプレッサ２２ａの効率を算出し、コンプレッサ２２ａの効率が予め設定された下限目標値以上となるように、ＷＧＶ開度と電動過給機２４の出力とを制御するのが好ましい。このように構成される参考例でも、前記実施の形態１とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００６６】
なお、前記実施の形態１，２では、内燃機関のトルク指標値としてエンジントルク自体を用いる場合を例示した。しかし、本発明はこれに限らず、トルク指標値としては、エンジントルクと相関を有する各種の制御パラメータ（例えば、吸気圧、負荷、吸入空気量等）を用いてもよい。
【００６７】
また、前記実施の形態１乃至３では、電動過給機２４のコンプレッサ２４ａの下流側にターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが直列に配置されたシステムを例示した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば２つのコンプレッサ２２ａ，２４ａが吸気通路１４に並列に配置されたシステム、及び、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａの下流側に電動過給機２４のコンプレッサ２４ａが配置されたシステムにも適用することができる。電動過給機２４としては、電動アシスト式のターボ過給機を用いてもよい。
【００６８】
また、実施の形態１乃至３では、それぞれ個別の制御を例示したが、本発明はこれに限らず、各実施の形態で説明した制御のうち組み合わせ可能な複数の制御を組み合わせた構成も含むものである。また、各実施の形態では、火花点火式のガソリンエンジンであるエンジン１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、ディーゼルエンジン等の圧縮着火式エンジンに適用してもよい。
【符号の説明】
【００６９】
１０  エンジン（内燃機関）
１２  エンジン本体
１４  吸気通路
１６  排気通路
１８  エアクリーナ
２０  エアフロメータ
２２  ターボ過給機
２２ａ  コンプレッサ
２２ｂ  タービン
２４  電動過給機
２４ａ  コンプレッサ
２４ｂ  電動機
２６，４０  吸気圧センサ（吸気圧検出手段）
３０  吸気バイパス通路
３２  吸気バイパスバルブ
３４  インタークーラ
３６  スロットルバルブ
３８  吸気マニホールド
４２  排気マニホールド
４４  排気バイパス通路
４６  ウェイストゲートバルブ
４８  触媒
５０  ＥＣＵ（記憶手段）
５２  クランク角センサ
６０  燃料噴射弁
６２  点火装置
ＴＱ２  トルク境界値（境界値）
ＴＱ３  第２トルク境界値（第２境界値）
【図１】
2016130489.tif 000003
【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】
2016130489.tif 000009
【図８】
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【図９】
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