(57)【要約】【課題】燃費と運転者の加速要求の両立を図りつつトルク段差を抑制することを課題とする。【解決手段】内燃機関は、カムを切り替えることでバルブのリフト特性を変更する可変動弁装置と、回転状態を電子制御することにより、燃焼室内への吸入空気量を調整可能な電動過給機と、加速要求時に可変動弁装置によりトルクが上昇する側へカム切替が行われる際に、電動過給機の回転状態を制御する制御装置を備え、制御装置は、燃費優先モードが選択された場合に、カム切替をするときは、カム切替のタイミングに合わせて電動過給機を吸入空気量制限側へ制御し、加速優先モードが選択された場合に、カム切替をするときは、カム切替のタイミングに先行して電動過給機を吸入空気量増量側へ制御し、徐々にカム切替後のカムによる吸入空気量に近づけるとともに、カム切替のタイミングに合わせて電動過給機を吸入空気量制限側へ制御する。【選択図】図１０
2016006296.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロフィールが異なる複数のカムを備え、使用するカムを切り替えることでバルブのリフト特性を変更するカム切替式の可変動弁装置と、
回転状態を電子制御することにより、燃焼室内への吸入空気量を調整可能な電動過給機と、
加速要求時に前記可変動弁装置によりトルクが上昇する側へカム切替が行われる際に、前記電動過給機の回転状態を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、燃費優先モードまたは加速優先モードを選択し、
前記燃費優先モードが選択された場合に、前記カム切替をするときは、前記カム切替のタイミングに合わせて前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御し、
前記加速優先モードが選択された場合に、前記カム切替をするときは、前記カム切替のタイミングに先行して前記電動過給機を吸入空気量増量側へ制御し、徐々に前記カム切替後のカムによる吸入空気量に近づけるとともに、前記カム切替のタイミングに合わせて前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御する内燃機関。
【請求項２】
前記制御装置は、運転者により加速性を重視した前記内燃機関の出力特性が選択された場合、もしくはアクセルペダルの踏み代が予め定められた所定値よりも大きい場合の少なくとも一方の条件が満たされたときに前記加速優先モードを選択する請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記制御装置は、前記燃費優先モードが選択された状態で前記カム切替が行われる場合であって前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御する際に、前記電動過給機を電力回生状態とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置は、前記燃費優先モードが選択された状態で前記カム切替が行われる場合に、一旦前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御した後、前記電動過給機を前記カム切替以前の状態に徐々に復帰させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【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、吸気弁や排気弁のリフト量や作用角を変更する可変動弁装置が知られており、これに関連して、例えば、特許文献１には、片弁運転から両弁運転に切り替えるときのトルク段差を抑制することが開示されている。カムの作動モード切替時に発生するトルク段差を抑制する提案は、例えば、特許文献２にも開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６４２７２号公報
【特許文献２】特開２００６−３０７８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、昨今の内燃機関は、燃費を優先させる状態と運転者の車両加速要求を優先させる状態との間で出力特性を変更することがある。このような場合に、カム切替が行われると、上記従来の提案では、運転者の要求を優先するか、燃費を優先するかは考慮されておらず、ドライバビリティと燃費のいずれかが犠牲にされていた。
【０００５】
そこで、本明細書開示の内燃機関は、燃費と運転者の加速要求の両立を図りつつトルク段差を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本明細書に開示された内燃機関は、プロフィールが異なる複数のカムを備え、使用するカムを切り替えることでバルブのリフト特性を変更するカム切替式の可変動弁装置と、回転状態を電子制御することにより、燃焼室内への吸入空気量を調整可能な電動過給機と、加速要求時に前記可変動弁装置によりトルクが上昇する側へカム切替が行われる際に、前記電動過給機の回転状態を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、燃費優先モードまたは加速優先モードを選択し、前記燃費優先モードが選択された場合に、前記カム切替をするときは、前記カム切替のタイミングに合わせて前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御し、前記加速優先モードが選択された場合に、前記カム切替をするときは、前記カム切替のタイミングに先行して前記電動過給機を吸入空気量増量側へ制御し、徐々に前記カム切替後のカムによる吸入空気量に近づけるとともに、前記カム切替のタイミングに合わせて前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御する。燃費優先モードと加速優先モードとで、カム切替時の異なる吸入空気量制御を行うことにより、燃費と運転者の加速要求の両立を図りつつトルク段差を抑制することができる。
【０００７】
前記制御装置は、運転者により加速性を重視した前記内燃機関の出力特性が選択された場合、もしくはアクセルペダルの踏み代が予め定められた所定値よりも大きい場合の少なくとも一方の条件が満たされたときに前記加速優先モードを選択するようにしてもよい。
【０００８】
前記制御装置は、前記燃費優先モードが選択された状態で前記カム切替が行われる場合であって前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御する際に、前記電動過給機を電力回生状態とするようにしてもよい。電力回生を行うことにより、電力回生で得た電力を活用できるようになるため、内燃機関を用いた充電機会が減り、燃費が向上する。
【０００９】
前記制御装置は、前記燃費優先モードが選択された状態で前記カム切替が行われる場合に、一旦前記電動過給機を吸入空気量制限側へ制御した後、前記電動過給機を前記カム切替以前の状態に徐々に復帰させるようにしてもよい。これにより、トルク段差を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書開示の内燃機関によれば、燃費と運転者の加速要求の両立を図りつつトルク段差を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は実施形態の内燃機関の概略構成を示す説明図である。
【図２】図２は内燃機関の回転数が上昇するときのカム切替のタイミングの一例を示すマップである。
【図３】図３は吸気弁側の可変動弁装置を示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）〜（Ｃ）は選択されるカムの組み合わせを示す説明図である。
【図５】図５は排気弁側の可変動弁装置を示す説明図である。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）は選択されるカムの組み合わせを示す説明図である。
【図７】図７（Ａ）は、常用域における吸気弁及び排気弁の挙動を示すグラフであり、図７（Ｂ）は高出力域における吸気弁及び排気弁の挙動を示すグラフである。
【図８】図８は内燃機関の加速優先モードと燃費優先モードとを切り替えるフローチャートの一例である。
【図９】図９は内燃機関の加速優先モードと燃費優先モードとを切り替えるフローチャートの一例である。
【図１０】図１０は燃費を優先しつつ内燃機関の回転数が上昇するときのタイムチャートの一例である。
【図１１】図１１は加速を優先しつつ内燃機関の回転数が上昇するときのタイムチャートの一例である。
【図１２】図１２は内燃機関の回転数が低下するときのカム切替のタイミングの一例を示すマップである。
【図１３】図１３は内燃機関の回転数が低下するときのタイムチャートの一例を示すタイムチャートの一例である。
【図１４】図１４は他の内燃機関の概略構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。ただし、図面中、各部の寸法、比率等は、実際のものと完全に一致するようには図示されていない場合がある。また、図面によっては細部が省略されて描かれている場合もある。
【００１３】
（実施形態）
まず、図１を参照しつつ、実施形態の内燃機関５０について説明する。図１は実施形態の内燃機関５０の概略構成を示す説明図である。内燃機関５０は、ガソリン、その他の燃料を用いる機関とすることもできるが、本実施形態の内燃機関５０は、ディーゼル内燃機関である。内燃機関５０は吸気系１０、排気系２０を備える。吸気系１０は吸気経路１１０上にインタークーラ１２とインテークマニホールド１３及びスロットルバルブ１４を備える。インタークーラ１２は吸気を冷却する。インテークマニホールド１３は内燃機関５０の各気筒５１ａに吸気を分配する。スロットルバルブ１４は、吸気量を調整する。排気系２０は排気経路２１０上にエキゾーストマニホールド２１を備える。エキゾーストマニホールド２１は各気筒５１ａからの排気を下流側で一つの排気通路に合流させる。吸気系１０および排気系２０には電動過給機に相当する電動アシストターボ３０が設けられている。電動アシストターボ３０は、吸気を過給する。電動アシストターボ３０は、電子制御により任意の回転状態を選択することができる。すなわち、電力により回転することにより、ターボチャージャーをアシストすることができ、また、排気により回転させられることにより電力を得る電力回生状態となることができる。
【００１４】
内燃機関５０は制御装置として機能するＥＣＵ（Electronic control unit）７０を備える。ＥＣＵ７０は、内燃機関５０の各種制御を行う。ＥＣＵ７０には、スロットルバルブ１４、電動アシストターボ３０、さらには、ＮＥ（Number of engine speed）センサ７１、アクセル開度センサ７２及び運転モード選択部７３が電気的に接続されている。ここで、運転モード選択部７３は、運転者が任意にスポーツモードと燃費優先モードを切り替え、選択するための部分である。スポーツモードとは、アクセルペダル操作などの車両の加速要求に対するエンジン回転の反応を通常よりも高める制御が実施される状態であり、加速性を重視したモードである。本実施形態では、スポーツモードと燃費優先モードとの２系統としているが、他のモードを加えたり、他のモードと組み合わせたりしてもよい。
【００１５】
内燃機関５０は、吸気弁側の可変動弁装置６０及び排気弁側の可変動弁装置１６０を備える。吸気弁側の可変動弁装置６０は、吸気弁の開閉状態を変更することにより、内燃機関５０の出力特性を変更する。排気弁側の可変動弁装置１６０は、排気弁の開閉状態を変更することにより、内燃機関５０の出力特性を変更する。トルク段差の発生の因子として、吸入空気量の変化を挙げることができ、吸入空気量の変化には、吸気弁側のカム切替の影響が大きい。このため、本実施形態のように、吸気弁側の可変動弁装置６０を備えた内燃機関５０では、トルク段差の発生を抑制する対策の必要性が高い。本実施形態では、吸気弁側だけでなく、排気弁側にも可変動弁装置を備えるが、要は、カム切替の実行により吸入空気量が変化し、格別な措置を取らなければトルク段差を生じるような可変動弁装置は、本実施形態の対象とすることができる。ここで、本明細書において、吸入空気量とは、内燃機関５０が備える燃焼室内に１サイクルで吸入される空気量を意味する。本実施形態の可変動弁装置６０、１６０は、図２に示すように、カム切替を行うことにより常用域と高出力域を切り替えることができる。図２を参照すると、内燃機関５０の回転数及びトルクをパラメータとするカム切替マップにカム切替閾値が設定されている。このカム切替マップは、ＥＣＵ７０内のメモリに内蔵されている。内燃機関５０の運転状態がカム切替閾値を超えると、可変動弁装置６０、１６０は、高出力域となり、内燃機関５０の運転状態がカム切替閾値を下回ると可変動弁装置６０、１６０は、常用域となる。なお、本実施例では、内燃機関トルクと相関性を有する燃料噴射量をパラメータとしているが、例えば、ガソリン機関では、吸入空気量としてもよい。
【００１６】
ここで、吸気弁側の可変動弁装置６０の一例につき、図３、図４を参照しつつ説明する。可変動弁装置６０はシリンダヘッドに設けられている。可変動弁装置６０はカム切替式の可変動弁装置であり、ユニットＵ１を構成するカム当接部６１とバルブ駆動部６２とロッカーアーム部６３とロッカーアームシャフト６４とを備えている。ユニットＵ１は気筒５１ａ毎に設けられている。
【００１７】
また、可変動弁装置６０は、プロフィールが異なる複数のカムを含む。具体的に、本実施形態における可変動弁装置６０は、プロフィールが異なる第１のカムであるカムＣａ、第２のカムであるカムＣｂ、および第３のカムであるカムＣｃを含む。カムＣａ、カムＣｂおよびカムＣｃは、それぞれの気筒５１ａに対応させてカムシャフト６５に設けられており、可変動弁装置６０は、使用するカムを切り替えることでバルブのリフト特性を変更する。具体的に、可変動弁装置６０は、カムＣａ、カムＣｂおよびカムＣｃのいずれのカムを使用するかというＥＣＵ７０の選択に従い、吸気弁の駆動に使用するカムを切替える。
【００１８】
カム当接部６１はカムフォロアであり、カムＣａ、カムＣｂおよびカムＣｃに合わせて複数（ここでは３つ）設けられている。カム当接部６１ａは複数のカム当接部６１のうちカムＣａに当接するカム当接部を示す。カム当接部６１ｂはカムＣｂに、カム当接部６１ｃはカムＣｃに当接するカム当接部をそれぞれ示す。複数のカム当接部６１それぞれはロッカーアーム部６３に設けられている。
【００１９】
バルブ駆動部６２はロッカーアーム部６３に設けられている。バルブ駆動部６２は気筒５１ａ毎に設けられている吸気弁の数（ここでは２つ）に合わせて複数設けられており、吸気弁に動力を伝達する。バルブ駆動部６２には具体的には例えばスクリュータペットを適用できる。バルブ駆動部６２はロッカーアーム部６３の一部であってもよい。
【００２０】
ロッカーアーム部６３は、カム当接部６１およびバルブ駆動部６２とともにカムシャフト６５から吸気弁に伝達する動力を仲介する。ロッカーアーム部６３にはロッカーアームシャフト６４が挿通される。ロッカーアームシャフト６４はロッカーアーム部６３を揺動可能に支持する。ロッカーアームシャフト６４は気筒５１ａ毎に設けられているユニットＵ１それぞれに共通のシャフトとなっている。ロッカーアームシャフト６４はカムシャフト６５の延伸方向に沿って設けられている。
【００２１】
ロッカーアーム部６３は具体的には複数の揺動部６３ａ、６３ｂ、６３ｃを備えている。揺動部６３ａ、６３ｂ、６３ｃはカムシャフト６５の延伸方向に沿って揺動部６３ｂ、６３ａ、６３ｃの順に並んで配置されている。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃはカムＣａ、カムＣｂおよびカムＣｃのカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、カムシャフト６５から吸気弁に伝達する動力を仲介する。
【００２２】
揺動部６３ａにはカム当接部６１ａが設けられている。このため、揺動部６３ａはカムＣａに応じて揺動する。揺動部６３ｂにはカム当接部６１ｂが、揺動部６３ｃにはカム当接部６１ｃがそれぞれ設けられている。このため、揺動部６３ｂはカムＣｂに応じて、揺動部６３ｃはカムＣｃに応じてそれぞれ揺動する。
【００２３】
バルブ駆動部６２は揺動部６３ｂと揺動部６３ｃとにそれぞれ設けられている。すなわち、揺動部６３ｂ、６３ｃが吸気弁を駆動する。揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃそれぞれはロッカーアームシャフト６４によって個別に揺動可能に支持されている。
【００２４】
ロッカーアーム部６３は連結機構６３１、６３２を備える。連結機構６３１、６３２はともに油圧式であり、揺動部６３ａ、６３ｂおよび６３ｃのうち２つの揺動部の連結と連結解除とを行う。具体的に、連結機構６３１は揺動部６３ｂ、６３ｃの連結と連結解除とを行い、連結機構６３２は揺動部６３ａ、６３ｃの連結と連結解除とを行う。連結機構６３１及び連結機構６３２は、いずれも油圧によってピン部材を移動させることにより、その連結状態を変更する。
【００２５】
図４（Ａ）から図４（Ｃ）はカム切替状態の説明図である。図４（Ａ）はカムＣｂを使用カムとする場合を示す。図４（Ｂ）はカムＣｂ、Ｃｃを使用カムとする場合を示す。図４（Ｃ）はカムＣａを使用カムとする場合を示す。図４（Ａ）から図４（Ｃ）ではユニットＵ１とともにカムシャフト６５とリフト曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃとを示す。リフト曲線Ｌａは吸気弁５４がカムＣａのカムプロフィール通りに駆動する場合に得られるリフト曲線である。リフト曲線Ｌｂは吸気弁がカムＣｂのカムプロフィール通りに駆動する場合に、リフト曲線Ｌｃは吸気弁がカムＣｃのカムプロフィール通りに駆動する場合に得られるリフト曲線である。
【００２６】
図４（Ａ）に示すように、可変動弁装置６０では連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結解除を行っている状態で、カムＣｂを使用カムとすることができる。また、図４（Ｂ）に示すように、連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結解除を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結解除を行っている状態で、カムＣｂ、Ｃｃを使用カムとすることができる。また、図４（Ｃ）に示すように、連結機構６３１で揺動部６３ｂ、６３ｃの連結を行い、且つ連結機構６３２で揺動部６３ａ、６３ｃの連結を行っている状態で、カムＣａを使用カムとすることができる。
【００２７】
カムＣａ、ＣｂおよびＣｃは互いに異なるカムプロフィールを有している。リフト曲線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃが示すように、カムＣａ、Ｃｂ、ＣｃのカムプロフィールはカムＣａのほうがカムＣｂよりも、カムＣｂのほうがカムＣｃよりも吸気弁のリフト量が大きくなるように設定されている。換言すれば、カムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃのカムプロフィールはリフト曲線Ｌａ内にリフト曲線Ｌｂが、リフト曲線Ｌｂ内にリフト曲線Ｌｃが含まれるように設定されている。カムＣａ、Ｃｂ、Ｃｃはカムシャフト６５の延伸方向に沿ってカムＣｂ、Ｃａ、Ｃｃの順に並んで配置されている。
【００２８】
可変動弁装置６０は、ＥＣＵ７０が選択する使用カムにより常用域と高出力域とを切り替える。常用域では、図４（Ａ）に示すようにリフト曲線Ｌｂを得る態様か、図４（Ｂ）に示すようにリフト曲線Ｌｂ及びリフト曲線Ｌｃを得る態様とする。図４（Ｂ）に示すように、リフト曲線Ｌｂ及びリフト曲線Ｌｃを得る態様とすれば、図７（Ａ）に示すような吸気弁の片弁早閉じによるスワール強化が行われる。ここで、片弁早閉じとは、例えば、２つの吸気弁のうち、一方の吸気弁を他方の吸気弁よりも早いタイミングで閉弁する吸気弁の駆動態様をいう。このようなスワール強化により、スモークの低減が図られる。なお、常用域では、吸気弁片閉じとしてスワール強化を図ってもよい。一方、高出力域では、図７（Ｂ）に示すような位相差のない吸気弁の両開きとし、さらに、作用角及びリフト量を大きくすることによって吸入空気量を増大する。カム切替により、常用域と高出力域との切り替えが行われると、カム切替のタイミングで吸入空気量が大きく変化することになり、トルク段差が生じる。
【００２９】
つぎに、排気弁側の可変動弁装置１６０の一例につき、図５、図６を参照しつつ説明する。可変動弁装置１６０はシリンダヘッドに設けられている。可変動弁装置１６０はカム切替式の可変動弁装置である。可変動弁装置１６０は、プロフィールが異なる複数のカムを備え、使用するカムを切り替えることでバルブのリフト特性を変更する。具体的に、可変動弁装置１６０は、第１のカムであるカムＣａ’、第２のカムであるカムＣｂ’のうちから排気弁の駆動に使用するカムを選択する。カムＣａ’及びＣｂ’は、それぞれカムシャフト１６５に設けられている。
【００３０】
カムＣａ’及びＣｂ’は互いに異なるカムプロフィールを有している。カムＣａ’及びＣｂ’のカムプロフィールは具体的にはカムＣａ’に応じた排気弁の開弁期間内にカムＣｂ’に応じた排気弁の開弁期間が含まれ、且つカムＣａ’のほうがカムＣｂ’よりも排気弁のリフト量が大きくなるように設定されている。カムＣａ’、Ｃｂ’のカムプロフィールは、内燃機関５０の排気行程中にバルブリフトのピークタイミングが来るように設定されている。可変動弁装置１６０は、これらのカムＣａ’、Ｃｂ’の中から選択されるカムにより、常用域と高出力域とを切り替える。
【００３１】
可変動弁装置１６０はカム当接部１６１と弁駆動部１６２とロッカーアーム部１６３とロッカーアームシャフト１６４とを備えている。カム当接部１６１、弁駆動部１６２およびロッカーアーム部１６３は気筒５１ａ毎に設けられており、ユニットＵ２を構成している。
【００３２】
カム当接部１６１はカムフォロアであり、カムＣａ’及びＣｂ’に合わせて複数（ここでは２つ）設けられている。カム当接部１６１ａは複数のカム当接部１６１のうちカムＣａ’に当接する。カム当接部１６１ｂはカムＣｂ’に当接する。複数のカム当接部１６１それぞれはロッカーアーム部１６３に設けられている。
【００３３】
弁駆動部１６２はロッカーアーム部１６３に設けられている。弁駆動部１６２は気筒５１ａ毎に設けられている排気弁の数に合わせて複数設けられており、排気弁に動力を伝達する。
【００３４】
図５ではカムシャフト１６５とともにユニットＵ２を示す。ロッカーアーム部１６３は複数の揺動部である揺動部６３ａ及び６３ｂを備える。揺動部６３ａ及び６３ｂはカムＣａ’及びＣｂ’のカムプロフィールに応じて個別に揺動するとともに、カムシャフト１６５から排気弁に伝達する動力を仲介する。弁駆動部１６２それぞれは揺動部６３ｂに設けられている。従って、ロッカーアーム部６３では揺動部６３ｂが排気弁を駆動する。揺動部６３ａ及び６３ｂはロッカーアームシャフト１６４によって個別に揺動可能に支持されている。
【００３５】
ロッカーアーム部１６３は連結機構１６３１を備える。連結機構１６３１は揺動部６３ａ、６３ｂの連結と連結解除とを行う。連結機構６３１には、ＯＣＶ（オイルコントロールバルブ）が接続されており、このＯＣＶが作動することにより、揺動部６３ａ、６３ｂの連結と連結解除とが行われる。図６（Ａ）は揺動部６３ａと６３ｂとの連結が解除された状態を示し、図６（Ｂ）は揺動部６３ａと６３ｂとが連結された状態を示している。可変動弁装置１６０は、常用域では、図６（Ａ）に示すように揺動部６３ａと６３ｂとの連結が解除された状態とする。一方、可変動弁装置１６０は、高出力域では、図６（Ｂ）は揺動部６３ａと６３ｂとが連結された状態とする。これにより、図７（Ｂ）に示すように高出力域における排気弁の作用角及びリフト量を図７（Ａ）に示す常用域における排気弁の作用角及びリフト量よりも大きくすることができる。このような排気弁のバルブリフト特性の変化もカム切替時のトルク段差発生の一因となりうる。
【００３６】
本実施形態では、このようなトルク段差に対する対策として、電動過給機である電動アシストターボ３０を利用する。すなわち、内燃機関５０の加速要求時にＥＣＵ７０の指令に基づいて可変動弁装置６０及び可変動弁装置１６０が稼働してトルクが上昇する側へカム切替が行われる際に、ＥＣＵ７０は、電動アシストターボ３０の回転状態を制御する。具体的に、燃費を優先しつつ内燃機関５０のカム切替が行われる場合、すなわち、燃費優先モードが選択されている場合、ＥＣＵ７０は、カム切替のタイミングに合わせて電動アシストターボ３０を吸入空気量制限側へ制御する。ここで、吸入空気量制限側への制御には、電動アシストターボ３０による電力回生制御が含まれるが、電動アシストターボ３０のアシスト量を低減する制御を含めてもよい。一方、ＥＣＵ７０は、内燃機関５０が運転者の加速要求を優先しつつカム切替が行われる場合、すなわち、加速優先モードが選択されている場合は、カム切替のタイミングに先行して電動アシストターボ３０を吸入空気量増量側へ制御する。ここで、吸入空気量増量側へ制御には、電動アシストターボ３０のアシスト量を増加する制御が含まれる。そして、徐々にカム切替後のカムによる吸入空気量に近づけるとともに、カム切替のタイミングに合わせて電動アシストターボ３０を吸入空気量制限側へ制御する。ここで、吸入空気量制限側への制御には、電動アシストターボ３０のアシスト量を低減する制御が含まれる。電動アシストターボ３０は、電力を供給して羽根車を回転させることにより、羽根車の回転をアシストし、吸入空気量を増量する。電動アシストターボ３０は、供給する電力を制御することにより、吸入空気量を制御することができる。羽根車の回転のアシスト量、ひいては、吸入空気量は、供給される電力量に比例する。このように、吸入空気量増量側へ制御されるときの電動アシストターボ３０は、電力供給により積極的に羽根車の回転をアシストし、吸入空気量を増量する状態となる。一方、電力回生状態となった電動アシストターボ３０の羽根車は、吸入空気によって回転し、発電を行う。発電時には、羽根車の回転抵抗が生じるため、羽根車を回転させることが吸入空気の流通の抵抗となり、吸入空気量が制限される。このように、空気量制限側へ制御されるときの電動アシストターボ３０は、電力回生状態となる。なお、電動アシストターボ３０は、羽根車の軸部材の周囲に通電可能なコイル部を備えており、このコイル部と羽根車の軸部材の位置関係によって電力回生の強弱を制御できるようになっている。具体的に、アクチュエータによって移動可能に設けたコイル部を通電しない状態で羽根車の軸部材に対して出没させ、コイル部と軸部材との重なり具合を調整することにより電力回生の強弱を制御する。コイル部と軸部材との重なり範囲が多くなれば電力回生が強くなり、これに伴って、羽根車が回転しにくくなることから、吸入空気量がより制限される状態となる。一方、コイル部と軸部材とが重ならない状態となると、電力回生状態が解消される。
【００３７】
カム切替に伴うトルク段差の抑制を目的とするＥＣＵ７０による制御は、内燃機関５０が燃費を優先しつつカム切替を行うのか、運転者の加速要求を優先しつつカム切替を行うのかによってその制御内容が異なる。そこで、まず、ＥＣＵ７０は、図８に示すフロー図に従って、内燃機関がどちらの状態となっているのかを判断する。ステップＳ１では、スポーツモードがＯＮとなっているか否かを判断する。すなわち、運転者が運転モード選択部７３を操作することにより、スポーツモードを選択した状態であるか否かを判断する。ステップＳ１でＹＥＳと判断したときはステップＳ３へ進み、加速要求優先状態であると判断する。すなわち、運転者により加速性を重視した内燃機関５０の出力特性が選択されており、内燃機関５０は、加速要求時であると判断する。一方、ステップＳ１でＮＯと判断したときはステップＳ４へ進み、燃費優先状態にあると判断し、以後、燃費優先モードに従った制御となる。
【００３８】
なお、ＥＣＵ７０は、図８に示すフロー図に従った制御に代えて、または、並行して、図９に示す制御を行うようにしてもよい。具体的に、図８に示すステップＳ１の判断ステップに代えて設定された図９に示すステップＳ２において、アクセル開度センサ７２によって取得されたアクセル開度が、予め定められた閾値よりも高いか否かを判断する。アクセルが所定の所定値（閾値）以上踏み込まれているときは、運転者が加速要求をしているとして、ステップＳ２においてＹＥＳと判断し、ステップＳ３’へ進み、加速優先モードであると判断する。なお、例えば、登坂状態にあるときなどは、車両は加速しにくく、運転者は、速度を維持するためにアクセルを踏み込むことが想定されるが、このような場合も加速優先モードに含めて制御を行うこととする。一方、ステップＳ２でＮＯと判断したときはステップＳ４’へ進み、燃費優先状態にあると判断し、以後、燃費優先モードに従った制御となる。なお、ステップＳ３’における処理は、図８に示すステップＳ３と共通であり、ステップＳ４’における処理は、図８に示すステップＳ４と共通である。
【００３９】
つぎに、図１０に示すタイムチャートを参照しつつ、燃費優先モード時の制御の内容につき、説明する。エンジン回転数が上昇し、図２に示すカム切替閾値を超えると、このタイミングでカムモードが常用域側から高出力域側に切り替わる。ここで、何らの措置も取られない場合は、吸入空気量が増大し、トルク段差が生じることとなる。そこで、ＥＣＵ７０は、電動アシストターボ３０に指令を発し、吸入空気量制限側へ制御する。すなわち、カムが切り替わることにより増量される吸入空気量をキャンセルするように電動アシストターボ３０を電力回生状態として吸入空気量を制限する。このように電力回生が行われることにより、電力回生で得た電力が活用できるようになる。このため、内燃機関を用いた充電機会が減り、燃費が向上する。電力回生状態とすると、吸入空気は電動アシストターボ３０が備える羽根車を回転させることになる。このとき、羽根車の回転抵抗が生じ、この結果、電動アシストターボ３０よりも下流側へ供給される空気量、すなわち、吸気弁から筒内に吸入される吸入空気量が制限される。このように、カムが切り替わることにより増量される吸入空気量をキャンセルする場合、例えば、スロットルを閉じて対応することも考えられるが、スロットルによる対応では、ポンプ損失が生じ、燃費が悪化する可能性がある。本実施形態では、ポンプ損失が生じないだけでなく、電力回生による燃費の改善が可能となる。
【００４０】
燃費優先モード時、カムモードが常用域側から高出力域側に切り替わるタイミングで電動アシストターボ３０を吸入空気量制限側へ制御した後は、電動アシストターボ３０をカム切替以前の状態に徐々に復帰させる。そして、内燃機関５０の稼働状態が、図２に示す電力回生終了閾値を超えて、高出力域に移行したときは、電動アシストターボ３０による電力回生を終了する。これにより、図１０に示すように、吸入空気量も徐々にカム切替後の吸入空気量に近づき、トルクも徐々に高出力域のカムに見合った値に近づく。トルクは、徐々に変化するため、トルク段差の発生が抑制される。このように、本実施形態によれば、カム切替が行われた瞬間のトルク段差が抑制され、その後も、トルク段差を抑制しつつ高出力域のカムに見合った値に到達することができる。
【００４１】
つぎに、図１１に示すタイムチャートを参照しつつ、加速優先モード時の制御の内容につき、説明する。エンジン回転数が上昇し、図２に示すカム切替閾値を超えると、このタイミングでカムモードが常用域側から高出力側に切り替わる。ここで、何らの措置も取られない場合は、吸入空気量が増大し、トルク段差が生じることとなる。そこで、ＥＣＵ７０は、電動アシストターボ３０に指令を発し、カム切替のタイミングに先行して電動アシストターボ３０を吸入空気量増量側へ制御し、徐々にカム切替後のカムによる吸入空気量に近づける。具体的に、電力を用い、電動アシストターボ３０を稼働させて羽根車の回転をアシストすることにより吸入空気量を増量する。その際、供給する電力を徐々に増して羽根車の回転に対するアシスト量を徐々に増やすことにより吸入空気量を徐々に増量する。そして、カム切替のタイミングに合わせて電動アシストターボ３０を吸入空気量制限側へ制御する。ここでは、電動アシストターボ３０における電力供給を打ち切ることにより、吸入空気量を制限する。このように、加速優先モード時には、カム切替が実行されることを予測して、先行して吸入空気量を徐々に増量しておく。具体的に、図２におけるアシスト開始閾値を超えた場合に電動アシストターボ３０による吸入空気量の増量を開始する。吸入空気量を徐々に増量すれば、トルク段差は抑制される。そして、カム切替により吸入空気量が増量するタイミングに合わせて吸入空気量を減量する。すなわち、カムが切り替わることにより増量される吸入空気量をキャンセルするように吸入空気量を制限する。このような制御により、図１１に示すように、カム切替完了時には高出力域で要求される吸入空気量が確保されている。このため、運転者の加速要求にも応えることができ、ドライバビリティの悪化を回避することができる。また、トルクの変化に着目しても、カム切替よりも手前のタイミングからトルク上昇が開始され、徐々にトルクが増大することからトルク段差が抑制される。また、運転者が加速を要求し、スロットルが踏み込まれているような場合、スロットルをさらに開放することが困難な場合がある。このため、スロットル制御により、カム切替に先行する吸入空気量の増量制御が困難な場合が想定される。これに対し、本実施形態では、電動アシストターボ３０により、吸入空気量を増量するため、レスポンスよく空気を増量し、トルク段差の抑制、運転者の加速要求に応えることができる。
【００４２】
なお、上述のように、加速優先モードでは、カム切替により吸入空気量が増量するタイミングに合わせて、その増量される吸入空気量をキャンセルするように吸入空気量を制限する。この際、吸入空気量の制限は、トルク段差の発生が抑制されることを考慮して実施される。吸入空気量の制限は、電動アシストターボ３０のアシスト量を減らすことによって行うが、その低減量は、必ずしもアシスト量増量開始前の状態と一致していなくてもよいし、電力回生側に制御されることも求められない。すなわち、吸入空気量がその時点よりも少なくなるように、電動アシストターボ３０が制御されればよい。従って、本実施形態のように、電動アシストターボ３０によるアシストを打ち切るだけでなく、供給する電力を減らすことによってアシスト量を低減して吸入空気量を制限するようにしてもよい。実機においては、実機毎の適合を取ることにより、適切な目標値を設定することによってトルク段差の発生が抑制される。
【００４３】
つぎに、図１２に示すタイムチャートを参照しつつ、減速時の制御の内容につき、説明する。減速時の制御は、加速時とは異なり、燃費優先と加速優先を区別することなく、一律に行われる。減速時、カム切替は、図１３に示すマップを参照して行われる。マップの内容は、図２に示す加速時のマップとほぼ同様であるので、その詳細な説明は省略する。エンジン回転数が下降し、図１３に示すカム切替閾値を下回ると、このタイミングでカムモードが高出力側から常用域側に切り替わる。ここで、何らの措置も取られない場合は、吸入空気量が減少し、トルク段差が生じることとなる。そこで、ＥＣＵ７０は、電動アシストターボ３０に指令を発し、吸入空気量制限側へ制御する。具体的に、ＥＣＵ７０は、トルクが低下する側へのカム切替に先行して電動アシストターボ３０を吸入空気量制限側へ制御し、徐々にトルクが低下する側へのカム切替後のカムによる吸入空気量に近づける。このとき、ＥＣＵ７０は、電動アシストターボ３０を電力回生状態とする。これにより、燃費を改善することができる。そして、トルクが低下する側へのカム切替のタイミングに合わせて電動アシストターボ３０を吸入空気量増量側へ制御する。すなわち、カムが切り替わることにより減量される吸入空気量をキャンセルするように吸入空気量を増量する。これにより、カム切替のタイミングに向けて徐々に吸入空気量を減少させ、ひいては、トルクを低下させることにより、トルク段差の発生を抑制することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の内燃機関５０によれば、燃費と運転者の加速要求の両立を図りつつトルク段差を抑制することができる。なお、上記実施形態では、電動過給機として、電動アシストターボ３０を採用していたが、例えば、図１４に示すように、電動コンプレッサ１３０を採用することもできる。
【００４５】
上記実施形態は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４６】
１０  吸気系
１１０  吸気系路
１４  スロットルバルブ
２０  排気系
２１０  排気経路
３０  電動アシストターボ
５０  内燃機関
６０  可変動弁装置
７０  ＥＣＵ（制御装置）
【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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