JP2004360487A

JP2004360487A - 遊星歯車機構を備えた過給機

Info

Publication number: JP2004360487A
Application number: JP2003156554A
Authority: JP
Inventors: Yuji Yasui; 裕司安井; Yutaka Tamagawa; 裕玉川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-12-24
Also published as: DE102004025929A1; US7000601B2; US20040237949A1

Abstract

【課題】任意のエンジン回転数で所望の過給圧を得られるようにする。
【解決手段】エンジンの過給機は、モータ・ジェネレータと、エンジンの吸気系に配置されたコンプレッサと、エンジンの駆動軸に接続されたサンギヤ、モータ・ジェネレータに接続されたプラネタリギヤ、およびコンプレッサに接続されたリングギヤを有する遊星歯車機構と、モータ・ジェネレータを駆動して、プラネタリギヤのギヤの回転数を制御する制御ユニットとを備える。プラネタリギヤの回転数の制御により、コンプレッサの回転数を、エンジンの回転数から独立して制御可能なようにする。コンプレッサの回転数を、ゼロから、エンジン回転数よりも高い回転数に設定することができ、エンジン回転数にかかわりなく、所望の過給圧を得ることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の過給機は、吸気された空気をコンプレッサによって加圧し、該加圧した空気をエンジンの各気筒に送る。エンジンの燃焼室に送り込む空気が増やされ、エンジン出力を増幅する。
【０００３】
過給機として、ターボチャージャおよびスーパーチャージャが知られている。ターボチャージャでは、排気ガスのエネルギーによりタービンを回し、該タービンによってコンプレッサを回転させる（例えば、特許文献１）。スーパーチャージャでは、エンジンの駆動軸によってコンプレッサを回転させる。
【０００４】
コンプレッサの回転を補助的に駆動する手段として、電動機（モータ）が用いられることがある。一例として、電動機付きターボチャージャは、タービンとコンプレッサの間に電動機を備える。排気ガスボリュームが低いときは、電動機によってコンプレッサを回転させる（例えば、特許文献２）。他の例では、電動機付きスーパーチャージャがある。これは、エンジンの駆動力を電力に変換し、該電力によって電動機を駆動する。コンプレッサは、該電動機によって回転駆動される。さらに他の例では、エンジンによって駆動される油圧ポンプを備え、該油圧ポンプによって生成される高い油圧により油圧タービンを駆動するものもある（例えば、特許文献３を参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３１７６４０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−２５９５７６号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開平８−２０００８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ターボチャージャは、廃棄されるべき排気ガスのエネルギーを利用しているので、エネルギーの利用効率が高い。しかしながら、ターボチャージャは、排気系にタービンが設けられているので、排気ガスの圧力上昇を招く。エンジンの負荷が高いときに排気ガスの圧力が高いと、ノッキングが発生しやすくなり、また、ポンピングロスが増加するおそれがある。エンジンの負荷が低いときは、排気ガスのボリュームが低下し、よって過給圧が不足することがある。また、排気ガスの熱量によって触媒を早期に活性化することが行われているが、タービンの駆動に排気ガスを使用すると、触媒を活性化するのに要する時間を長引かせるおそれがある。
【０００９】
電動機付きターボチャージャは、過給圧不足を解消することはできるが、排気ガスの圧力の上昇および触媒活性化時間についての上記問題は解消されない。
【００１０】
スーパーチャージャは、エンジンの駆動軸の回転を利用するので、エンジンに要求される駆動力の増加に対する過給圧の応答性は速い。排気側にタービンを設ける必要がないので、触媒活性時間を適切に維持することができる。しかしながら、エンジンの駆動軸の回転を利用しているために、過給の量が増えるにつれエンジン出力にロスが生じる（駆動ロスと呼ばれる）。
【００１１】
電動機でコンプレッサを回転する電動機付きスーパーチャージャでは、エンジン駆動力を電力に変換し、該電力をモータ駆動力に変換するので、駆動効率が良くない。
【００１２】
本発明の目的は、上記のターボチャージャ、スーパーチャージャ、および電動機付きターボ／スーパーチャージャの短所を克服し、広範囲のエンジン回転数に対して、所望のエンジン出力を生成することのできる新規な過給機を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の一つの側面によると、エンジンの過給機は、モータ・ジェネレータと、エンジンの吸気系に配置されたコンプレッサと、遊星歯車機構とを備える。遊星歯車機構は、第１のギヤ、第２のギヤ、および第３のギヤを有する。第１のギヤにはエンジンの駆動軸が接続される。第２のギヤにはモータ・ジェネレータが接続される。第３のギヤにはコンプレッサが接続される。一実施形態では、第２のギヤはプラネタリギヤであり、モータ・ジェネレータは、該第２のギヤのキャリアに接続される。該キャリアは、第２のギヤの第１のギヤに対する公転運動を規定する。一実施形態では、第１のギヤはサンギヤであり、第３のギヤはリングギヤである。制御ユニットは、モータ・ジェネレータを駆動して第２のギヤの回転数を制御する。第２のギヤの回転数の制御により、コンプレッサの回転数を、エンジン回転数とは独立して制御可能なようにする。
【００１４】
この発明によれば、コンプレッサの回転数を、ゼロから、エンジン回転数よりも高い回転数まで、連続的に設定することができる。コンプレッサの回転数を、エンジン回転数とはかかわりなく設定することができるので、所望の過給圧を任意のエンジン回転数において得ることができる。
【００１５】
この発明の一実施形態では、要求されるエンジン駆動力が所定値より大きいとき、エンジンの回転数よりも高い回転数でコンプレッサを回転させるようモータ・ジェネレータを駆動する。エンジンに要求される駆動力が所定値より小さいとき、エンジンの回転数よりも低い回転数でコンプレッサを回転させるよう、または該コンプレッサの回転を停止するようモータ・ジェネレータを駆動する。エンジンの回転数よりも高い回転数でコンプレッサを回転させるとき、モータ・ジェネレータは電動機として駆動される。エンジンの回転数よりも低い回転数でコンプレッサを回転させるとき、モータ・ジェネレータは発電機として駆動される。
【００１６】
モータ・ジェネレータを電動機として駆動するとき、モータ・ジェネレータには電力が供給され、コンプレッサをエンジン回転数よりも高い回転数で回転させることができる（アシストモード）。電力供給量を増やすほど、コンプレッサの回転数を増やすことができる。
【００１７】
モータ・ジェネレータを発電機として駆動するとき、モータ・ジェネレータからの電気エネルギーが回生され、コンプレッサをエンジン回転数よりも低い回転数で回転させることができる（回生モード）。発電量を増やすほど、コンプレッサの回転数を減らすことができる。モータ・ジェネレータからの電気エネルギーをたとえばバッテリに回収することができ、エネルギー効率を向上させることができる。
【００１８】
こうして、エンジン回転数にかかわらず、コンプレッサを所望の回転数で回転させ、過給圧が不足する状態および無駄な過給圧が生成される状態を回避することができる。
【００１９】
この発明の他の側面では、さらに、エンジンに接続された発電機が設けられる。モータ・ジェネレータを電動機として駆動するとき、該発電機からの電力をモータ・ジェネレータに供給する。発電機を利用することにより、バッテリの残量にかかわらずコンプレッサの回転数を増やすことができる。
【００２０】
この発明の一実施形態では、アクセルペダルが全開またはほぼ全開のとき、発電機の動作を停止する。コンプレッサの回転数の増大は、バッテリからの電力によってのみ行われる。発電機の稼働にはエンジン出力が消費される。発電機の動作を停止することにより、該発電機の稼働に対するエンジン出力のロスを無くすことができる。
【００２１】
この発明の一実施形態によると、応答指定型制御を実施して、過給圧を目標値に収束させるように、モータ・ジェネレータを駆動するためのモータ指令値を生成する。
【００２２】
コンプレッサによる過給作用は、空気の圧縮効果のために大きな遅れを伴う。この遅れにより、過給圧にオーバーシュートが生じるおそれがある。応答指定型制御を用いれば、オーバーシュートを生じさせることなく過給圧を目標値に収束させることができる。これは、良好なドライバビリティを実現する。
【００２３】
この発明の他の実施形態によると、エンジンへの吸入空気量は、スロットル弁の開度によって調整される。一実施形態では、応答指定型制御を実施して、エンジンへの吸入空気量が目標値に収束するように、スロットル弁の開度を決定する。
【００２４】
過給作用は遅れを伴うため、過給圧を高精度に調整することは困難である。スロットル弁の制御は、エンジンへの吸入空気量を目標値に高精度に追従させることができる。スロットル弁の制御により、過給圧の制御では対処しきれなかった吸入空気量の微妙な調整が可能となる。
【００２５】
エンジンへの吸入空気量は、吸気管内の空気充填効果の影響を受けるために、目標値に対して応答遅れを有する。この応答遅れは、吸入空気量にオーバーシュートを発生させるおそれがある。応答指定型制御を用いてスロットル弁の開度を制御すれば、このようなオーバーシュートを生じさせることなく、エンジンへの吸入空気量を目標値に収束させることができる。
【００２６】
この発明の他の側面によると、エンジンの過給機は、さらに、モータ・ジェネレータとコンプレッサの間に一方向クラッチを備える。モータ・ジェネレータの発電量を過大にすると、コンプレッサが逆回転するおそれがある。一方向クラッチを設ければ、コンプレッサの逆回転を防止しつつ、モータ・ジェネレータの発電量を増やすことができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
内燃機関、過給機および制御装置の構成
次に図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。図１は、この発明の実施形態に従う内燃機関（以下、「エンジン」という）の過給機および制御装置の全体的な構成図である。
【００２８】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」）という）１は、車両の各部から送られてくるデータを受け入れる入力インターフェース１ａ、車両の各部の制御を行うための演算を実行するＣＰＵ１ｂ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）およびランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を有するメモリ１ｃ、および車両の各部に制御信号を送る出力インターフェース１ｄを備えている。メモリ１ｃのＲＯＭには、車両の各部の制御を行うためのプログラムおよび各種のデータが格納されている。ＲＯＭは、ＥＰＲＯＭのような書き換え可能なＲＯＭでもよい。ＲＡＭには、ＣＰＵ１ｂによる演算のための作業領域が設けられる。車両の各部から送られてくるデータおよび車両の各部に送り出す制御信号は、ＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２９】
エンジン１０に連結された吸気通路２に、エアクリーナ３を介して空気が吸入される。吸入される空気の量は、エアフローメータ４によって検出される。
【００３０】
吸気通路２と平行して設けられた過給通路５には、コンプレッサ６およびインタークーラー７が設けられている。コンプレッサ６によって圧縮された空気は、インタークーラー７によって冷却される。
【００３１】
吸気通路２には過給バルブ８が設けられている。過給バルブ８は一方向弁であり、過給が実施されている時に閉じるよう構成されている。このバルブ８により、コンプレッサ６によって圧縮された空気が、吸気通路２に逆流することが防止される。
【００３２】
過給通路５が吸気通路２に連結する箇所には、過給圧（Ｐｃ）センサ９が設けられる。過給圧センサ９は、インタークーラー７から吸気通路２へ流れる空気の圧力、すなわち過給圧Ｐｃを検出し、これをＥＣＵ１に送る。
【００３３】
吸気通路２にはスロットル弁１１が設けられ、スロットル弁１１の開度は、ＥＣＵ１からの制御信号によって制御される。スロットル弁１１の開度を制御することにより、エンジン１０に吸入される空気量を制御することができる。スロットル弁開度センサ１２は、スロットル弁１１の開度を検出して、それをＥＣＵ１に送る。
【００３４】
チェンバ１３には、吸気管圧力（Ｐｂ）センサ１４が設けられている。吸気管圧力センサ１４は、チェンバ１３に充填された空気の圧力Ｐｂを検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００３５】
エンジン１０に連結された排気通路１５には、触媒装置１６が設けられる。触媒装置１６は、排気通路１５を通る排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分を浄化する。
【００３６】
回転数（Ｎｅ）センサ１７は、エンジン１０のカム軸またはクランク軸の周辺に取り付けられる。回転数センサ１７によって検出されたエンジン回転数ＮＥは、ＥＣＵ１に送られる。
【００３７】
遊星歯車機構２０は、サンギヤ２１、複数のプラネタリギヤ２２、およびリングギヤ２３を備える。サンギヤ２１は、エンジン１０のクランク軸（駆動軸ともいう）１８に補機ベルト１９を介して連結され、クランク軸１８の回転に従って回転する。
【００３８】
プラネタリギヤ２２のキャリアにはモータ・ジェネレータ２４が連結される。モータ・ジェネレータ２４は、電動機として動作するだけでなく、発電機としても動作することができる。モータ・ジェネレータ２４は、ＥＣＵ１によって生成されたモータ指令値を受け取り、該モータ指令値に従って、プラネタリギヤ２２を駆動する。
【００３９】
リングギヤ２３にはコンプレッサ６が連結される。リングギヤ２３の回転に従って、コンプレッサ６は回転する。
【００４０】
発電機（ＡＣＧ）２５は、補機ベルト１９を介してエンジン１０に接続される。発電機２５は、エンジン駆動軸を介して伝達されるエンジン駆動力によって駆動される。
【００４１】
バッテリ（または、キャパシタ）２６は、発電機２５およびモータ・ジェネレータ２４に接続される。モータ・ジェネレータ２４は、発電機２５および／またはバッテリ２６から電力の供給を受けることができる。
【００４２】
アクセルペダル開度センサ２７は、アクセルペダルの開度ＡＰを検出し、それをＥＣＵ１に送る。
【００４３】
ＥＣＵ１に向けて送られた信号は入力インターフェース１ａに渡され、アナログ−デジタル変換される。ＣＰＵ１ｂは、変換されたデジタル信号を、メモリ１ｃに格納されているプログラムに従って処理し、制御信号を生成する。出力インターフェース１ｄは、これらの制御信号を、モータ・ジェネレータ２４、発電機２５、およびその他のアクチュエータに送る。
【００４４】
以下、「回転数を増やす」とは、単位時間あたりの回転数すなわち回転速度を増やすことを示し、「回転数を減らす」とは、単位時間あたりの回転数すなわち回転速度を減らすことを示す。
【００４５】
図２の（ａ）は遊星歯車機構２０の正面図、図２の（ｂ）は遊星歯車機構２０の断面図を概略的に示す。
【００４６】
サンギヤ２１は、エンジンのクランク軸１８に連結されている。プラネタリギヤ２２のキャリア２８は、モータ・ジェネレータ２４に連結されている。リングギヤ２３は、コンプレッサ６に連結されている。キャリア２８の回転により、プラネタリギヤ２２は、サンギヤ２１の周りを公転運動する。
【００４７】
示されるプラネタリギヤ２２の数は３個であるが、本発明はこの形態に限定されない。また、サンギヤ２１とプラネタリギヤ２２の直径がほぼ同じ大きさを持つように示されているが、本発明はこの形態に限定されない。
【００４８】
サンギヤ２１は、エンジンのクランク軸１８の回転に従って回転する。モータ・ジェネレータ２４によってキャリア２８が駆動されていないとき、キャリア２８は、サンギヤ２１と同じ回転数で回転する。
【００４９】
モータ・ジェネレータ２４によって、キャリア２８の回転数を制御することができる。モータ・ジェネレータ２４が電動機として動作するとき、キャリア２８を、エンジン回転数ＮＥよりも高い回転数で回転させることができる。モータ・ジェネレータ２４への電力供給量を増やすほど、キャリア２８の回転数は増える。キャリア２８の回転数が増えるほど、リングギヤ２３すなわちコンプレッサ６の回転数は増える。
【００５０】
一方、モータ・ジェネレータ２４が発電機として動作するとき、キャリア２８を、エンジン回転数ＮＥよりも低い回転数で回転させることができる。モータ・ジェネレータ２４からの発電量を増やすほど、キャリア２８の回転数は減る。キャリア２８の回転数が減るほど、リングギヤ２３すなわちコンプレッサの回転数は減る。
【００５１】
キャリア２８の回転数をモータ・ジェネレータ２４で制御することにより、リングギヤ２３の回転数を、サンギヤ２１の回転数とは独立して設定することができる。すなわち、コンプレッサ６の回転数を、ゼロから、エンジン回転数ＮＥよりも高い回転数まで連続的に変化させることができる。こうして、エンジン回転数ＮＥにかかわりなく、コンプレッサ６を、所望の過給圧が得られる回転数で回転させることができる。
【００５２】
代替的に、エンジンの駆動軸をリングギヤに接続し、コンプレッサをサンギヤに接続してもよい。
【００５３】
図３は、モータ・ジェネレータ２４を駆動するための回路の一例である。モータ・ジェネレータ２４は、たとえば三相の同期電動機であり、電機子３１が設けられている。電機子３１は、キャリア２８（図２）に連結されている。
【００５４】
インバータ３３は電機子３１に接続されている。インバータ３３は、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させるときは、電機子３１に三相交流を供給し、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させるときは、モータ・ジェネレータ２４からの発電電流を整流する。整流された発電電流により、バッテリ２６が充電される。
【００５５】
モータ・ジェネレータ２４は、さらに、界磁コイル３２を備える。界磁コイル３２には電流制御回路３４が接続されており、電流制御回路３４は、界磁コイル３２に流す界磁電流を制御する。界磁電流により、磁界が形成される。
【００５６】
モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させるとき、ＥＣＵ１は、インバータ３３に、正の値を持つモータ指令値を送る。電流制御回路３４は、所定の界磁電流を界磁コイル３２に流し、磁界を形成する。インバータ３３は、モータ指令値の大きさに従う電流を電機子３１に供給する。該電機子電流により電機子３１が回転し、これは、キャリア２８を回転させる。電機子電流が大きいほど、キャリア２８の回転数は増える。
【００５７】
ＥＣＵ１が、インバータ３３および電流制御回路３４に、ゼロ値を持つモータ指令値を送ると、モータ・ジェネレータ２４の動作は停止する。すなわち、インバータ３３は、電機子３１への電流供給を停止し、電流制御回路３４は、界磁コイル３２への界磁電流の供給を停止する。電機子３１すなわちキャリア２８は、エンジン駆動軸の回転数すなわちエンジン回転数ＮＥと同じ回転数で回転する。
【００５８】
モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させるとき、ＥＣＵ１は、電流制御回路３４に、負の値を持つモータ指令値を送る。電流制御回路３４は、モータ指令値の絶対値の大きさに従う電流を界磁コイル３２に供給する。モータ・ジェネレータ２４からの発電電流はインバータ３３により整流され、バッテリ２６に充電される。
【００５９】
電流制御回路３４によって界磁コイル３２に供給する界磁電流の大きさを調整することにより、モータ・ジェネレータ２４からの発電量を制御することができる。エンジン駆動軸によって生成される回転（運動）エネルギーよりも、モータ・ジェネレータ２４からバッテリ２６に回生される電気エネルギーの方が大きければ、電機子３１の回転は減速する。モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギー（すなわち、モータ・ジェネレータ２４の発電量）を大きくするほど、電機子３１の回転にブレーキをかける力が大きくなり、よってキャリア２８の回転数が減る。
【００６０】
この図に示される、モータ・ジェネレータ２４を駆動するための回路は一例であり、他の既知の回路を用いてモータ・ジェネレータ２４を駆動することができる。
【００６１】
代替的に、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させる場合、他の適切な手法で発電量を制御してもよい。例えば、電機子に位相制御された電流を供給することにより、発電電圧を制御する手法が知られている。
【００６２】
この図にはバッテリ２６のみが示されているが、図１に示されるように、モータ・ジェネレータ２４には、エンジンに接続された発電機２５からの電力も供給されることができる。
【００６３】
以下の説明では、簡略化のため、インバータ３３および電流制御回路３４をモータ・ジェネレータ２４に含まれる構成要素とみなし、モータ指令値は、ＥＣＵ１からモータ・ジェネレータ２４に宛てて送られるように説明する。
【００６４】
本発明の過給機の動作の概要
図４は、本発明の一実施形態に従うエンジン制御において、運転手によって要求されるエンジン出力（エンジン駆動力とも呼ばれる）に対する各種パラメータの挙動を示す。エンジン回転数ＮＥは、所定値に維持されていると仮定する。運転手によって要求されるエンジン出力は、典型的には、アクセルペダル開度ＡＰによって表される。
【００６５】
第１の回生モードは、運転手によって要求されるエンジン出力がゼロ（すなわち、エンジン負荷が無い）からＡＰ１までの間を示す。第１の回生モードでは、過給は実施されない。コンプレッサ６の回転数Ｎｃがゼロになるようにモータ指令値が生成される。このモータ指令値は負の値を持ち、よってモータ・ジェネレータ２４は発電機として動作する。モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーはバッテリ２６に回生される。
【００６６】
コンプレッサの回転数Ｎｃをゼロにするには、エンジン駆動力によって生じる回転エネルギーを電気エネルギーで打ち消す必要がある。アクセルペダル開度ＡＰが小さいほどエンジン駆動力は小さく、よって結果として生じる回転エネルギーも小さい。回転エネルギーが小さいほど、キャリア２８の回転にブレーキをかける力を小さくすることができる。こうして、モータ指令値の絶対値は、アクセルペダル開度ＡＰが小さいほど小さくなるように設定される。過給を実施しないので、過給圧センサ９によって検出される過給圧Ｐｃは、ほぼ大気圧Ｐａである。
【００６７】
この実施形態では、自在バルブタイミング機構が採用されている。第１の回生モードでは、吸気バルブを閉じるバルブタイミングθｖｌｖの遅閉じ量を調整することにより、エンジンへの吸入空気量Ｇｃｙｌを制御する。遅閉じ量が小さくなるほど（すなわち、バルブタイミングθｖｌｖがＢＴＣに向かうほど）、吸入空気量Ｇｃｙｌは大きくなる。スロットル弁１１の開度は、全開、またはほぼ全開に近い値に設定される。
【００６８】
通常のバルブタイミング機構では、典型的に、吸気行程が終了した時に吸気バルブが閉じられる。自在バルブタイミング機構では、吸気行程の後に実施される圧縮行程中に、吸気バルブを閉じる。遅閉じ量は、圧縮行程の開始（ＢＴＣ）に対して、吸気バルブが閉じるタイミングがどの程度ずれているかを表す。
【００６９】
遅閉じ量を変化させることにより、エンジンシリンダ内の空気の体積を変更することができる。シリンダ内の空気の圧力が一定であれば、エンジンへの吸入空気量は、シリンダ内の空気の体積に従って変化する。こうして、遅閉じ量を制御することにより、エンジンへの吸入空気量が調整される。自在バルブタイミング機構では、吸気管を負圧にする必要がないので、ポンピングロスを回避することができる。
【００７０】
第２の回生モードは、要求されるエンジン出力がＡＰ１〜ＡＰ２の間を示し、このモードでは、コンプレッサの回転数Ｎｃがエンジン回転数ＮＥより低く設定される。第２の回生モードでは過給が実施される。所望の過給圧Ｐｃに対応するコンプレッサ回転数Ｎｃが得られるように、モータ指令値が算出される。このモータ指令値は負の値を持ち、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させる。モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーはバッテリ２６に回生される。
【００７１】
モータ指令値の絶対値が小さくなるほど、発電量は小さくなり、よってコンプレッサの回転数Ｎｃが上昇する。コンプレッサの回転数Ｎｃが上昇するほど過給圧Ｐｃは上昇し、よって吸入空気量Ｇｃｙｌが増える。第２の回生モードでは、バルブタイミングθｖｌｖは、通常のタイミング（典型的には、吸気行程の終了時点で吸気バルブを閉じるタイミング）に戻される。
【００７２】
アクセルペダル開度がＡＰ２のとき、モータ指令値はゼロに設定される。前述したように、モータ・ジェネレータ２４の動作は停止し、エンジンの駆動力によりコンプレッサ６は回転される。コンプレッサの回転数Ｎｃは、エンジン回転数ＮＥと同じである。
【００７３】
アシストモードは、要求されるエンジン出力がＡＰ２よりも大きい場合を示し、このモードでは、コンプレッサの回転数Ｎｃがエンジン回転数ＮＥより高く設定される。アシストモードにおいては、所望の過給圧Ｐｃに対応するコンプレッサ回転数Ｎｃが得られるように、モータ指令値が算出される。このモータ指令値は正の値を持ち、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させる。モータ指令値の絶対値が大きくなるほど、コンプレッサの回転数Ｎｃは上昇する。コンプレッサの回転数Ｎｃが上昇するほど過給圧Ｐｃが上昇し、よって吸入空気量Ｇｃｙｌが増える。
【００７４】
代替的に、自在バルブタイミング機構に代えて他のバルブタイミング機構を用いてもよい。
【００７５】
図５の（ａ）は、上記の第１および第２の回生モード（以下、単に回生モードと呼ぶ）におけるエネルギーの流れを示し、図５の（ｂ）は、該回生モードにおける遊星歯車機構２０の各ギヤの回転数を相対的に示す。矢印４１は、エンジンの駆動力を示す。回生モードは、エンジンの負荷が低い時（たとえば、アクセルペダル開度ＡＰが小さい時）に実施される。
【００７６】
モータ・ジェネレータ２４は、エンジンの駆動力４１によって発電機として動作する。モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーは、矢印４２に示されるように、バッテリ２６に回生される。
【００７７】
モータ・ジェネレータ２４により生成される電気エネルギーが、エンジン駆動力４１により生成される回転エネルギーよりも大きいと、キャリア２８の回転数はエンジン回転数ＮＥ（すなわち、サンギヤ２１の回転数）に対して減っていく。モータ・ジェネレータ２４の発電量を増やすにつれ、キャリア２８の回転数は減る。キャリア２８の回転数が減るほど、リングギヤ２３の回転数は減る。リングギヤ２３の回転数が減るほど、コンプレッサ６の回転数が減り、低圧な過給が実施される。モータ・ジェネレータ２４の発電量を制御することにより、コンプレッサ６の回転を停止して、過給を停止することもできる。
【００７８】
バッテリ２６には、矢印４３に示されるように、車両に予め設けられた発電機２５からの電力が充電される。しかしながら、モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーをバッテリ２６に回生することにより、発電機２５からバッテリ２６への充電を取り除くこともできる。
【００７９】
こうして、エンジンの負荷が低い時には、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させて、回生エネルギーをバッテリ２６に送る。無駄な過給が行われないので、エンジン出力のロスを低減することができる。バッテリ２６に充電される回生エネルギーを他の電子機器に用いることができるので、エネルギー効率を向上させることができる。
【００８０】
図６の（ａ）は、アシストモードにおけるエネルギーの流れを示し、図６の（ｂ）は、アシストモードにおける遊星歯車機構２０の各ギヤの回転数を相対的に示す。矢印４１はエンジンの駆動力を示す。この図に示される形態は、たとえば、エンジン回転数ＮＥは低いが、エンジンの負荷が高い時に実施される。
【００８１】
モータ・ジェネレータ２４は、矢印４４に示されるように、発電機２５から電力供給を受けて電動機として動作する。モータ・ジェネレータ２４への電力供給量を制御することにより、キャリア２８の回転数をエンジン回転数ＮＥ（すなわち、サンギヤ２１の回転数）よりも高くすることができる。モータ・ジェネレータ２４への電力供給量を増やすほど、キャリア２８の回転数が増える。キャリア２８の回転数が増えるほど、リングギヤ２３の回転数が増える。リングギヤ２３の回転数が増えるほど、コンプレッサ６の回転数が増え、高圧な過給が実施される。
【００８２】
バッテリ２６には、矢印４５に示されるように、発電機２５からの電力を充電することができる。
【００８３】
こうして、エンジンの負荷が高い時には、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させて、高圧な過給を実施することができる。エンジン回転数が低い場合でも、過給圧不足を招くおそれがない。
【００８４】
エンジン回転数が高いときは、より多量の空気をシリンダに吸入する必要がある。多量の過給を実施するために、コンプレッサの回転数Ｎｃをさらに高める必要がある。このような場合には、モータ・ジェネレータ２４に、発電機２５およびバッテリ２６の両方から電力を供給するようにしてもよい。モータ・ジェネレータ２４への電力供給量をさらに増やして、高圧かつ多量の過給を実施することができる。
【００８５】
図７の（ａ）は、アシストモードにおいてエンジンの負荷が非常に高い時のエネルギーの流れを示し、図７の（ｂ）は、アシストモードにおいてエンジンの負荷が非常に高い時の遊星歯車機構２０の各ギヤの回転数を相対的に示す。たとえば、アクセルペダル開度が全開またはほぼ全開に近いときに、この形態は採用される。
【００８６】
高圧および多量の過給を実施するために、コンプレッサの回転数Ｎｃをさらに高める必要がある。発電機２５の動作を停止して、発電機２５を稼働させるのに必要なエンジン出力のロスを取り除く。モータ・ジェネレータ２４には、矢印４６に示されるように、バッテリ２６のみから電力が供給される。発電機２５にエンジン出力が消費されないので、最大の過給能力を得ることができる。この形態は、コンプレッサの過給能力を一時的に最大にする場合などに有効である。
【００８７】
他の実施形態では、大容量のエネルギーストレージ手段として、たとえばＮｉ−ＭＨ（ニッケル水素）バッテリまたはリチウムイオンバッテリのようなバッテリが用いられる。このようなバッテリを用いれば、回生モードにおいてモータ・ジェネレータからの電気エネルギーを回生することができない事態を回避することができ、アシストモードにおいて所望の過給を実施するのに十分な電力を該バッテリから引き出すことができる。このようなバッテリを用いれば、発電機２５を取り除くこともできる。
【００８８】
制御フロー
図８は、本発明の一実施形態に従う、エンジン制御のメインルーチンを示す。該ルーチンは、典型的には、ＥＣＵ１のメモリ１ｃに格納されたプログラムにより実施される。該ルーチンは、所定の時間間隔で繰り返し実行される。
【００８９】
ステップＳ１０１において、過給圧制御ルーチン（図９）を実施し、モータ・ジェネレータ２４を駆動するためのモータ指令値を算出する。ステップＳ１０２において、ＡＣＧ制御ルーチン（図１０）を実施し、発電機２５に対する制御信号を生成する。該制御信号に応じて、発電機２５はＯＮ／ＯＦＦされる。
【００９０】
ステップＳ１０３において、シリンダに吸入される空気量Ｇｃｙｌを、式（１）に従って算出する。ここで、Ｇｔｈは、エアフローメータ４（図１）によって検出された値を示す。Ｐｂは、吸気管圧力センサ１４（図１）によって検出された値を示す。Ｖｂは、吸気管の体積（ｍ^３）を示す。Ｔｂは、吸気管の温度（Ｋ）を示す。Ｒは、気体定数である。
【００９１】
【数１】

【００９２】
ステップＳ１０４において、吸気バルブを閉じるタイミングθｖｌｖを算出する。この算出は、予めメモリに記憶されたマップを、アクセルペダル開度ＡＰに基づいて参照することにより実施することができる。図１２に、該マップの一例を示す。アクセルペダル開度ＡＰ１は、図４に示されるものと同じであり、第１の回生モードから第２の回生モードへ切り換えられるアクセルペダル開度を表す。アクセルペダル開度がＡＰ１以下ならば、吸入空気量は、バルブタイミングθｖｌｖによって制御される。
【００９３】
ステップＳ１０５において、スロットル制御ルーチン（図１１）を実施し、スロットル弁の開度ＴＨを算出する。ステップＳ１０６において、燃料噴射制御を実施し、燃料噴射時間を算出する。ステップＳ１０７において、点火時期制御を実施し、算出された燃料噴射時間に基づいて点火時期を算出する。燃料噴射制御および点火時期制御は、従来から行われている任意の適切な制御を用いて実現されることができ、詳細な説明は省略する。
【００９４】
図９は、過給圧制御ルーチンを示す。ステップＳ１１１において、アクセルペダル開度センサ２７（図１）によって検出されたアクセルペダル開度ＡＰおよびエンジン回転数センサ１７（図１）によって検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいてマップを参照し、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄを算出する。
【００９５】
該マップの一例を、図１３に示す。アクセルペダル開度ＡＰ１は、図４に示されるＡＰ１に対応する。アクセルペダル開度がＡＰ１以下のときは、過給圧制御が実施されないので、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは一定値（たとえば、大気圧Ｐａ）に維持される。アクセルペダル開度がＡＰ１を超えると、過給圧制御が実施される。アクセルペダル開度ＡＰが大きくなるにつれ、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは増やされる。また、エンジン回転数ＮＥが高くなるほど、目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄは増やされる。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、多量の空気を過給する必要があるからである。
【００９６】
ステップＳ１１２において、モータ指令値の基準値Ｍｃｍｄ＿ｂａｓｅを、アクセルペダル開度センサ２７によって検出されたアクセルペダルの開度ＡＰおよびエンジン回転数センサ１７によって検出されたエンジン回転数ＮＥに基づいてマップを参照することにより算出する。
【００９７】
該マップの一例を、図１４に示す。アクセルペダル開度ＡＰ１およびＡＰ２は、図４に示されるＡＰ１およびＡＰ２に対応し、第１の回生モードから第２の回生モードへ切り換えられるアクセルペダル開度および第２の回生モードからアシストモードに切り換えられるアクセルペダル開度をそれぞれ表す。アクセルペダル開度がゼロからＡＰ２までは、基準モータ指令値Ｍｃｍｄ＿ｂａｓｅは負の値に設定され、これは、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させる。基準モータ指令値の絶対値が大きいほど発電量が多くなり、よってコンプレッサ６の回転にブレーキをかける力が大きくなる。ブレーキ力が大きくなるほど、コンプレッサ６の回転は減速する。
【００９８】
アクセルペダル開度がＡＰ２を超えると、基準モータ指令値Ｍｃｍｄ＿ｂａｓｅは正の値に設定され、これは、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させる。基準モータ指令値の絶対値が大きいほど、モータ・ジェネレータ２４への電力供給量が増え、よってコンプレッサ６の回転が増速する。
【００９９】
ステップＳ１１３において、応答指定型制御を実施し、今回のサイクルでモータ・ジェネレータ２４に供給すべきモータ指令値Ｍｃｍｄ（ｋ）を、式（２）に従って算出する。応答指定型制御を実施することにより、過給圧Ｐｃを、オーバーシュートを生じさせることなく目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させることができる。ｋは、サイクルを識別する識別子である。
【０１００】
【数２】

【０１０１】
応答指定型制御は、制御量（ここでは、過給圧Ｐｃと目標値Ｐｃ＿ｃｍｄとの偏差ｅ）の目標値（ここでは、ゼロ）への収束応答を指定することができる制御である。応答指定型制御は、制御量ｅをゼロに収束させることにより、過給圧Ｐｃを目標値Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させる。
【０１０２】
応答指定型制御では切り換え関数σが設定される。ＰＯＬＥは切換関数σの設定パラメータであり、偏差ｅの収束速度を規定する。ＰＯＬＥは、好ましくは、−１＜ＰＯＬＥ＜０を満たすよう設定される。
【０１０３】
切換関数σ（ｋ）＝０とした式は等価入力系と呼ばれ、偏差ｅの収束特性を規定する。σ（ｋ）＝０とすると、式（３）の切り換え関数σは式（５）のように表されることができる。
【０１０４】
【数３】

【０１０５】
ここで、図１５を参照して、切り換え関数について説明する。縦軸がｅ（ｋ）および横軸がｅ（ｋ−１）の位相平面上に、式（５）の切り換え関数σが、線５１で表現されている。この線５１を切換直線と呼ぶ。ｅ（ｋ−１）およびｅ（ｋ）の組合せからなる状態量（ｅ（ｋ−１），ｅ（ｋ））の初期値が、点５２で表されているとする。応答指定型制御は、点５２で表される状態量を、切換直線５１上に載せて該直線５１上に拘束するよう動作する。
【０１０６】
応答指定型制御によると、状態量を切換直線５１上に保持することにより、該状態量を、外乱等の影響されることなく、極めて安定的に位相平面上の原点０に収束させることができる。言い換えると、状態量（ｅ（ｋ−１），ｅ（ｋ））を、式（５）に示される入力の無い安定系に拘束することにより、外乱およびモデル化誤差に対してロバストに、過給圧Ｐｃを目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに収束させることができる。
【０１０７】
この実施例では、切換関数σに関する位相空間が２次元であるので、切換直線は直線５１で表される。位相空間が３次元である場合には、切換直線は平面で表され、位相空間が４次元以上になると、切換直線は超平面となる。
【０１０８】
設定パラメータＰＯＬＥは、可変に設定することができる。設定パラメータＰＯＬＥを調整することにより、偏差ｅの収束（減衰）特性を指定することができる。
【０１０９】
図１６は、応答指定型制御の応答指定特性の一例を示す。グラフ５３は、ＰＯＬＥの値が“−１”である場合を示し、グラフ５４はＰＯＬＥの値が“−０．８”である場合を示し、グラフ５５はＰＯＬＥの値が“−０．５”である場合を示す。グラフ５３〜５５から明らかなように、ＰＯＬＥの絶対値を小さくするほど、収束速度が速くなる。
【０１１０】
式（２）の第２項（切換関数σの比例項）は、状態量を切換直線上に載せるための到達則入力を表す。第３項（切換関数σの積分項）は、モデル化誤差および外乱を抑制しつつ、状態量を切換直線に載せるための適応則入力を表す。ＫｒｃｈおよびＫａｄｐはフィードバック係数を表しており、例えばシミュレーションに従って決定することができる。
【０１１１】
こうして、過給圧Ｐｃが、指定された速度で目標値Ｐｃ＿ｃｍｄに収束するように、モータ指令値Ｍｃｍｄが算出される。
【０１１２】
図９に戻り、ステップＳ１１４において、算出されたモータ指令値Ｍｃｍｄとゼロを比較する。モータ指令値Ｍｃｍｄがゼロより大きければ、モータ指令値Ｍｃｍｄによって示される量の電力をモータ・ジェネレータ２４に供給し、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させる（Ｓ１１５）。モータ指令値Ｍｃｍｄがゼロより小さければ、バッテリ２６の残量が１００％かどうかを調べる（Ｓ１１６）。バッテリの残量が１００％でなければ、モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーをバッテリ２６に回生することができる。したがって、モータ指令値Ｍｃｍｄによって示される量の発電が行われるように、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させる（Ｓ１１７）。
【０１１３】
ステップＳ１１４において、モータ指令値Ｍｃｍｄがゼロならば、ゼロのモータ指令値Ｍｃｍｄをモータ・ジェネレータ２４に供給する（Ｓ１１８）。
【０１１４】
ステップＳ１１６において、バッテリの残量が１００％ならば、モータ・ジェネレータ２４からの電気エネルギーをバッテリ２６に回生することができない。この場合には、モータ指令値Ｍｃｍｄにゼロを設定する（Ｓ１１８）。
【０１１５】
図３を参照して前述したように、モータ指令値Ｍｃｍｄがゼロのとき、エンジン駆動力によってコンプレッサ６が回転する。モータ・ジェネレータ２４は動作を停止しているので、制御されない過給が実施される。このような状態において、エンジンへの吸入空気量はスロットル制御により実施され、これについては、後述する（図１１）。
【０１１６】
代替的に、ステップＳ１１３における応答指定型制御を実施しなくてもよい。その場合、ステップＳ１１２でマップから求められた基準モータ指令値が、モータ・ジェネレータ２４を駆動するためのモータ指令値として使用される。
【０１１７】
図１０は、ＡＣＧ制御ルーチンを示す。ステップＳ１２１において、バッテリ２６の残量が、所定値（たとえば、３０％）より低いかどうかを調べる。ステップＳ１２１の判断がＹｅｓならば、バッテリ２６の残量が不十分であることを示す。ステップＳ１２２に進み、発電機２５の稼働に必要なエンジン出力を得るため、吸入空気量の増し分Ｇｃｙｌ＿ａｃｇに所定値（例えば、２ｇ／ｓｅｃ）を設定する。ステップＳ１２３において、発電機２５を動作させる。このように、バッテリ２６の残量が不十分な時は発電機２５を起動させて、発電機２５からの電力がバッテリ２６に充電されるようにする。発電機２５は、エンジン出力によって駆動される。このエンジン出力のロスを補償するため、エンジンに吸入すべき空気量をＧｃｙｌ＿ａｃｇだけ増やす。
【０１１８】
ステップＳ１２１において、バッテリの残量が十分ならば、ステップＳ１２４に進む。ステップＳ１２４において、モータ指令値Ｍｃｍｄと、所定値（例えば、１ｋｗ）とを比較し、モータ・ジェネレータ２４への電力供給量（すなわち、アシスト量）の大きさを調べる。モータ・ジェネレータ２４への電力供給量が所定値より小さければ、バッテリ２６からの電力でモータ・ジェネレータ２４を駆動することができる。ステップＳ１２６に進み、吸入空気量の増し分Ｇｃｙｌ＿ａｃｇをゼロに設定し、発電機２５を停止する（Ｓ１２７）。
【０１１９】
ステップＳ１２４において、モータ・ジェネレータ２４への電力供給量が所定値以上ならば、アクセルペダル開度ＡＰの大きさを調べる（Ｓ１２５）。アクセルペダル開度ＡＰが所定値（全開または全開に近い値であり、たとえば８０％）未満ならば、運転手によって要求されるエンジン出力がそれほど大きくない（エンジン負荷がそれほど大きくない）状態を示す。この状態は図６に対応し、モータ・ジェネレータ２４を駆動するのに発電機２５を用いる。吸入空気量の増し分Ｇｃｙｌ＿ａｃｇに所定値（たとえば、２ｇ／ｓｅｃ）を設定し、発電機２５の稼働に必要なエンジン出力を補償する（Ｓ１２２）。ステップＳ１２３において、発電機２５を動作させる。
【０１２０】
ステップＳ１２５においてアクセルペダル開度ＡＰが上記所定値以上ならば、運転手によって要求されるエンジン出力が非常に大きい（エンジン負荷が非常に大きい）状態を示す。この状態は図７に対応する。モータ・ジェネレータ２４を最大限に駆動することができるようにするため、発電機２５にエンジン出力を消費しないようにする。吸入空気量の増し分Ｇｃｙｌ＿ａｃｇをゼロに設定し（Ｓ１２６）、発電機２５を停止する（Ｓ１２７）。モータ・ジェネレータ２４は、バッテリ２６からの電力によってのみ駆動される。
【０１２１】
モータ・ジェネレータ２４への電力供給によってバッテリ２６の残量が所定値（たとえば、３０％）より低くなった時には、次にこのルーチンを実行したときにステップＳ１２１の判断がＹｅｓとなる。ステップＳ１２２およびＳ１２３に示されるように、発電機２５が起動されてバッテリ２６の充電が開始される。
【０１２２】
モータ指令値が負の値を持つ場合、前述したように、モータ指令値に対応する量の発電が行われ、これが電気エネルギーとしてバッテリ２６に送られる。モータ指令値に、発電機２５の稼働に必要なエネルギーを加算して、モータ・ジェネレータ２４の発電量を増やすことができる。たとえば、モータ指令値が“−α”であり、発電機２５の稼働に必要なエネルギーが３ｋｗであるとき、“−α−３”をモータ指令値に設定する。こうして、発電機２５の稼働に必要なエネルギーを、モータ・ジェネレータ２４の発電によって生成することができる。
【０１２３】
また、発電機２５に何らかの故障が生じたときに、他の電子機器の稼働に必要な電力をモータ・ジェネレータ２４が発電するように、モータ指令値を操作してもよい。
【０１２４】
図１１は、スロットル制御ルーチンを示す。ステップＳ１３１において、過給システムが正常かどうかを判断する。過給システムは、図１に参照番号３０によって示されている。該過給システムに、モータ・ジェネレータ２４を制御する制御ユニット１を含めてもよい。適切な任意の故障検出手法を用いて、過給システムが正常かどうかを判断することができる。
【０１２５】
ステップＳ１３２において、自在バルブタイミング機構が正常かどうかを判断する。適切な任意の故障検出手法を用いて、自在バルブタイミング機構が正常かどうかを判断することができる。
【０１２６】
過給システムまたは自在バルブタイミング機構に何らかの故障が生じていれば、フェイルセーフ用のマップを参照して、基準目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅを算出する。基準目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅは、回転数センサ１７によって検出されたエンジン回転数ＮＥおよびアクセルペダル開度センサ２７によって検出されたアクセルペダル開度ＡＰに基づいて取得される（Ｓ１３３）。図１７は、該マップの一例を示す。
【０１２７】
一方、過給システムおよび自在バルブタイミング機構の両方が正常ならば、正常状態用のマップを用いて、基準目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅを取得する（Ｓ１３４）。図１８は、該マップの一例を示す。
【０１２８】
正常状態用のマップとフェイルセーフ用のマップとを比較して明らかなように、フェイルセーフ時には、エンジン出力が抑制されるように、基準目標吸気量が所定値を超えないように設定される。
【０１２９】
ステップＳ１３５において、式（６）に従い、目標吸気量を算出する。Ｇｃｙｌ＿ａｃｇ（図１０のステップＳ１２２およびＳ１２６で算出されている）が、発電機に消費されるエンジン出力を補償するために加算される。
【０１３０】
【数４】

【０１３１】
ステップＳ１３６において、スロットル弁１１（図１）の開度ＴＨを、式（７）に従って算出する。スロットル弁の開度ＴＨは、応答指定型制御を用いて算出される。応答指定型制御は、図１５および図１６を参照して前述した。σ’は切り換え関数を示しており、ＰＯＬＥ’は切り換え関数σ’の設定パラメータである。Ｋｒｃｈ’およびＫａｄｐ’は、フィードバック係数を示しており、シミュレータ等で予め決められる。応答指定型制御により、シリンダに吸入される空気量Ｇｃｙｌが目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに収束するように（すなわち、偏差ｅ’がゼロに収束するように）、スロットル弁の開度ＴＨが決定される。応答指定型制御を用いれば、吸入空気量Ｇｃｙｌを、オーバーシュートを生じさせることなく目標吸気量に収束させることができる。
【０１３２】
【数５】

【０１３３】
図４を参照して説明したように、スロットル弁の開度ＴＨは、過給圧制御および自在バルブタイミング機構の遅閉じ量により、通常は、全開またはほぼ全開の値に制御される。吸入空気量Ｇｃｙｌが基準目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄ＿ｂａｓｅに一致するように、遅閉じ量が設定され、また過給圧制御が実施される。
【０１３４】
しかしながら、図９のステップＳ１１８に示されるように、過給圧制御が実施されないような場合には、このスロットル制御により、シリンダへの吸入空気量が調整される。
【０１３５】
さらに、コンプレッサによる空気の圧縮作用に起因して、過給圧の目標過給圧に対する応答には遅れが存在する。この遅れにより、要求されるエンジン出力を高精度に実現することが困難なことがある。スロットル制御を実施することにより、エンジンへの吸入空気量Ｇｃｙｌを目標吸気量Ｇｃｙｌ＿ｃｍｄに良好な精度で追従させることができる。こうして、過給圧制御では対処しきれなかったエンジン吸入空気量の微調整を、スロットル制御により補償することができる。
【０１３６】
第２の実施形態に従う過給機
これまで述べてきた実施形態における過給機を、本発明の第１の実施形態に従う過給機とすると、本発明の第２の実施形態に従う過給機では、モータ・ジェネレータ２４とコンプレッサ６の間に一方向（ワンウェイ）クラッチ３６が設けられる。図１９の（ａ）は、第２の実施形態に従う過給機を用いた場合の、回生モードにおけるエネルギーの流れを示し、図１９の（ｂ）は、第２の実施形態に従う過給機を用いた場合の、遊星歯車機構２０の各ギヤの回転数を相対的に示す。一方向クラッチ３６は、コンプレッサ６の一方向への回転は許容し、他の方向への回転はロックする。一方向クラッチ３６により、コンプレッサ６の逆回転を防止することができる。
【０１３７】
前述したように、回生モードでは、モータ・ジェネレータ２４の発電量が大きくなるほど、コンプレッサ６の回転にブレーキをかける力が大きくなる。発電量が過大になると、コンプレッサ６が逆回転するおそれがある。一方向クラッチ３６を設ければ、このような逆回転を防止することができる。
【０１３８】
図２０は、第２の実施形態において用いることのできる、基準モータ指令値Ｍｃｍｄ＿ｂａｓｅを算出するためのマップである。図１４と比較して明らかなように、このマップでは、第１の回生モード（アクセルペダル開度ＡＰがゼロからＡＰ１まで）において、アクセルペダル開度ＡＰが小さくなるほど、基準モータ指令値Ｍｃｍｄ＿ｂａｓｅの絶対値が大きくなる。これは、一方向クラッチ３６の作用により、発電量を大きくしてもコンプレッサ６の逆回転を防止することができるからである。
【０１３９】
こうして、一方向クラッチ３６を設けることで、コンプレッサ６の逆回転を防止しつつ、モータ・ジェネレータ２４の発電量を大きくすることができる。例えば、バッテリ２６が十分に充電されるように、発電量を高めることができる。
【０１４０】
モータ指令値Ｍｃｍｄを算出するのに、応答指定型制御を実施しなくてもよいことについては前述した。しかしながら、第１の実施形態に従う過給機について応答指定型制御を実施すれば、図２０に示されるようなマップを用いてもよい。応答指定型制御によって算出されるモータ指令値Ｍｃｍｄは、図１４に追従するような値を取ることができるからである。すなわち、第１の回生モードにおいて、アクセルペダル開度ＡＰが小さくなるほど、算出されるモータ指令値Ｍｃｍｄの絶対値が小さくなる。これは、応答指定型制御が、過給圧Ｐｃを目標過給圧Ｐｃ＿ｃｍｄに到達させるようモータ指令値Ｍｃｍｄを算出するからである。
【０１４１】
図２１は、本発明に従う過給機の効果を示す図である。この効果は、第１および第２の実施形態のいずれでも得ることができる。参照番号６１は、従来のターボチャージャの、回転数ＮＥに対するエンジントルクを示す。参照番号６２は、従来のスーパーチャージャの、回転数ＮＥに対するエンジントルクを示す。参照番号６３は、本願発明に従う過給機の、回転数ＮＥに対するエンジントルクを示す。
【０１４２】
従来技術の欄で述べたように、エンジン回転数ＮＥが低いとき、従来のターボチャージャは過給圧不足を招く。本願発明の過給機では、コンプレッサの回転数を、エンジン回転数とは独立して制御することができるので、このような過給圧不足を防ぐことができる。エンジン回転数が低くても、高いエンジントルクを生成することができる。図に示されるのは一例であり、矢印７１に示されるように、さらに高いエンジントルクを生成するようモータ・ジェネレータ２４を駆動することができる。
【０１４３】
従来技術の欄で述べたように、従来のスーパーチャージャでは、駆動ロスのために、エンジン回転数が上昇しても十分なエンジン出力を得られないことがある。また、エンジン回転数が高い時における駆動ロスや無駄な過給仕事を減らすために小型のコンプレッサを用いると、コンプレッサの回転数低下により、エンジン回転数が低い時に十分な過給効果を得られないことがある。本願発明の過給機では、コンプレッサの回転数を、エンジン回転数とは独立して制御することができるので、低いエンジン回転数から高い回転数にわたって、適切な過給圧を生成することができる。
【０１４４】
本願発明によれば、矢印７２に示されるように、モータ・ジェネレータ２４を発電機として動作させることにより、電気エネルギーを回生しながら、過給圧を所望のレベルにまで連続的に低めることができ、または過給を停止することもできる。矢印７３に示されるように、モータ・ジェネレータ２４を電動機として動作させることにより、過給圧を所望のレベルにまで連続的に高めることができる。本願発明の過給機によれば、高いエネルギー効率を維持しながら、必要とされるエンジン出力を、任意のエンジン回転数で得ることができる。
【０１４５】
本発明は、クランク軸を鉛直方向とした船外機などのような船舶推進機用エンジンにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に従う、内燃機関、過給機および制御装置を概略的に示す図。
【図２】この発明の一実施例に従う、遊星歯車機構の構成を概略的に示す図。
【図３】この発明の一実施例に従う、モータ・ジェネレータを駆動するための機構を概略的に示す図。
【図４】この発明の一実施例に従う、エンジン負荷に対する各種パラメータの変化を示す図。
【図５】この発明の一実施例に従う、回生モードにおけるエネルギーの流れおよび遊星歯車機構の各ギヤの回転数を示す図。
【図６】この発明の一実施例に従う、アシストモードにおけるエネルギーの流れおよび遊星歯車機構の各ギヤの回転数を示す図。
【図７】この発明の一実施例に従う、アシストモードで最大の過給を得るときの、エネルギーの流れおよび遊星歯車機構の各ギヤの回転数を示す図。
【図８】この発明の一実施例に従う、エンジン制御のメインルーチンを示す図。
【図９】この発明の一実施例に従う、過給圧制御のフローチャート。
【図１０】この発明の一実施例に従う、発電機（ＡＣＧ）制御のフローチャート。
【図１１】この発明の一実施例に従う、スロットル制御のフローチャート。
【図１２】この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じたバルブタイミングを示すテーブル。
【図１３】この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた目標過給圧を示すテーブル。
【図１４】この発明の一実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた基準モータ指令値を示すテーブル。
【図１５】この発明の一実施例に従う、応答指定型制御における切り換え関数を示す図。
【図１６】この発明の一実施例に従う、切り換え関数の設定パラメータの値に応じた収束速度を示す図。
【図１７】この発明の一実施例に従う、フェイルモード用の、アクセルペダル開度に応じた基準目標吸気量を示すテーブル。
【図１８】この発明の一実施例に従う、正常モード用の、アクセルペダル開度に応じた基準目標吸気量を示すテーブル。
【図１９】この発明の他の実施例に従う、過給機の構成を示す図。
【図２０】この発明の他の実施例に従う、アクセルペダル開度に応じた基準モータ指令値を示すテーブル。
【図２１】この発明の一実施例に従う過給機の効果を示す図。
【符号の説明】
１ＥＣＵ
２吸気管
６コンプレッサ
１０エンジン
１８クランク軸
２０遊星歯車機構
２１サンギヤ
２２プラネタリギヤ
２３リングギヤ
２４モータ・ジェネレータ
２５発電機
２６バッテリ
２８プラネタリキャリア

Claims

エンジンの過給機であって、
モータ・ジェネレータと、
前記エンジンの吸気系に配置されたコンプレッサと、
前記エンジンの駆動軸に接続された第１のギヤ、前記モータ・ジェネレータに接続された第２のギヤ、および前記コンプレッサに接続された第３のギヤを有する遊星歯車機構と、
前記モータ・ジェネレータを駆動して、前記第２のギヤの回転数を制御する制御ユニットと、を備え、
前記第２のギヤの回転数の制御により、前記コンプレッサの回転数を、前記エンジンの回転数から独立して制御可能なようにする、エンジンの過給機。
前記第２のギヤはプラネタリギヤであり、前記モータ・ジェネレータは、該第２のギヤの前記第１のギヤに対する公転運動を規定するキャリアに接続される、請求項１に記載のエンジンの過給機。
前記第１のギヤはサンギヤであり、前記第３のギヤはリングギヤである、請求項１または２に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、前記エンジンに要求される駆動力が所定値より大きいとき、前記エンジンの回転数よりも高い回転数で前記コンプレッサを回転させるよう前記モータ・ジェネレータを駆動する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、前記エンジンに要求される駆動力が所定値より小さいとき、前記エンジンの回転数よりも低い回転数で前記コンプレッサを回転させるよう、または該コンプレッサの回転を停止するよう前記モータ・ジェネレータを駆動する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、前記エンジンの回転数よりも高い回転数で前記コンプレッサを回転させるとき、前記モータ・ジェネレータを電動機として駆動し、前記エンジンの回転数よりも低い回転数で前記コンプレッサを回転させるとき、前記モータ・ジェネレータを発電機として駆動する、請求項１から請求項３のいずれかに記載のエンジンの過給機。
さらに、前記エンジンに接続された発電機を備え、
前記制御ユニットは、前記モータ・ジェネレータを電動機として駆動するとき、該発電機からの電力を前記モータ・ジェネレータに供給する、請求項６に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、アクセルペダルが全開またはほぼ全開のとき、前記発電機の動作を停止する、請求項７に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、さらに、前記モータ・ジェネレータを発電機として駆動するとき、該モータ・ジェネレータからの発電量を制御する手段をさらに備える、請求項６に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、さらに、応答指定型制御を実施して、過給圧を目標値に収束させるように、前記モータ・ジェネレータを駆動するためのモータ指令値を生成する、請求項１に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、さらに、前記エンジンへの吸入空気量を、前記吸気系に設けられたスロットル弁の開度を調整することによって制御する、請求項１に記載のエンジンの過給機。
前記制御ユニットは、さらに、応答指定型制御を実施して、前記エンジンへの吸入空気量を目標値に収束させるように、前記スロットル弁の開度を算出する、請求項１１に記載のエンジンの過給機。
さらに、前記モータ・ジェネレータと前記コンプレッサの間に一方向クラッチを備える、請求項１に記載のエンジンの過給機。