JP2006057548A

JP2006057548A - 内燃機関用過給システム

Info

Publication number: JP2006057548A
Application number: JP2004240823A
Authority: JP
Inventors: Takashi Matsumoto; 崇志松本; Hisashi Oki; 久大木; Kiyoshi Fujiwara; 清藤原; Hide Itabashi; 秀板橋; Yusuke Hoki; 雄介伯耆
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2024-08-20
Also published as: JP4311304B2

Abstract

【課題】可変ノズルの開度制御とアシスト手段の動作制御とを効果的に実行することにより、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のときに十分な過渡性能を得ることが可能な内燃機関用過給システムを提供する。
【解決手段】本発明の内燃機関用過給システムは、タービン入口の断面積を変更可能な可変ノズル式のターボ過給機８と、電気モータ９を作動してターボ過給機８による過給をアシストする過給アシスト手段と、電気モータ９によるアシスト量及びターボ過給機８のノズル開度を制御する制御手段２０と、を備え、制御手段２０は、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のとき、ターボ過給機８のノズル開度を所定期間最小開度に制御するとともに、この制御の開始に合わせて電気モータ８を作動して過給をアシストすることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関用過給システムに関する。

従来から、内燃機関用過給システムとして、ターボ過給機に電気モータを付設してターボ過給機の過給をアシストするものが知られている（特許文献１）。また、タービン入口の断面積を変更可能な可変ノズル式のターボ過給機も知られている。その他本発明と関連する先行技術文献として、特許文献２〜４が存在する。
特開平５−２４００５８号公報特開平１−３１３６２６号公報特開平５−０９８９８７号公報特開平６−２８８２４３号公報

これらの文献には、可変ノズル式のターボ過給機と、これによる過給をアシストするアシスト手段とを組合わせ、可変ノズルの開度制御とアシスト手段の動作制御とを効果的に実行する過給システムは開示されていない。

そこで、本発明は、可変ノズルの開度制御とアシスト手段の動作制御とを効果的に実行することにより、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のときに十分な過渡性能を得ることが可能な内燃機関用過給システムを提供することを目的とする。

本発明の過給システムは、タービン入口の断面積を変更可能な可変ノズル式のターボ過給機と、電気モータを作動して前記ターボ過給機による過給をアシストする過給アシスト手段と、前記電気モータによるアシスト量及び前記ターボ過給機のノズル開度を制御する制御手段と、を備えた内燃機関用過給システムにおいて、前記制御手段は、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のとき、前記ターボ過給機のノズル開度を所定期間最小開度に制御するとともに、前記ノズル開度の前記最小開度への制御の開始に合わせて前記電気モータを作動して過給をアシストする、ことにより上述した課題を解決する（請求項１）。

この発明によれば、過渡状態のときにターボ過給機のノズル開度が所定期間最小開度に制御されるので、過給圧の立ち上がりを早めることができる。しかも、このノズル開度の最小開度への制御の開始に合わせて電気モータにてターボ過給機による過給がアシストされるので、過給圧の立ち上がりが更に早まる。これにより、過渡性能を大きく向上できる。

本発明の過給システムにおいて、前記制御手段は、前記実過給圧が前記目標過給圧に達する前の第１設定圧まで上昇したことを条件として前記所定期間が終了したものと判断し、当該所定期間の終了後は前記内燃機関の運転状態に応じた前記ノズル開度の増加を許容してもよい（請求項２）。この場合は、目標過給圧よりも低い第１設定圧に達したときにノズル開度の最小開度への制御が終了することになるので、実過給圧が目標過給圧を超えるオーバーシュートを防止することができる。

本発明の過給システムにおいて、前記制御手段は、前記所定期間中にて前記実過給圧が前記第１設定圧よりも低い第２設定圧に達するまで前記電気モータによるアシストを継続し、前記実過給圧が前記第２設定圧まで上昇すると、以降は前記過給に対するアシスト量が漸次減少するように前記電気モータを制御してもよい（請求項３）。過給のアシストはノズル開度の制御と比べて電気エネルギーの消費が多いので、電気エネルギーの消費の観点からは過給のアシストを早めに切り上げることが有利である。この形態によれば、第２設定圧は第１設定圧よりも低いので、ノズル開度の最小開度への制御の終了よりも先にアシスト量が減少する。これにより、ノズル開度の最小開度への制御の終了と同時に過給のアシストを終了する形態と比較して、無駄なアシストを避けることができるので、電気エネルギーの消費を抑えることができる。この形態においては、前記実過給圧が前記第１設定圧まで上昇した時点で前記電気モータを停止させてもよい（請求項４）。

本発明の過給システムにおいて、前記制御手段は、前記過渡状態における前記電気モータの作動中に当該電気モータの作動を制限すべき要因が生じた場合には、前記過給に対するアシスト量が前記要因に応じて制限されるように前記電気モータの作動を制御してもよい（請求項５）。この場合は、電気モータの作動によって生じ得る不具合を回避できる。しかも、電気モータの作動を制限すべき要因に応じて電気モータの作動が制限され、一律に電気モータの作動が禁止されるわけではないので、不具合を回避できる限度で過給のアシストを継続することができる。

本発明の過給システムにおいて、前記電気モータの温度を検出するモータ温度検出手段と、前記電気モータと電気的に接続されたバッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、を具備し、前記制御手段は、前記モータ温度検出手段が検出したモータ温度が所定温度を超えて上昇した場合、又は前記電圧検出手段が検出したバッテリ電圧が所定電圧以下に低下した場合に前記要因が生じたものと判断して、前記目標過給圧に対する実過給圧の不足分に基づいて定められるアシスト量の要求値と、前記バッテリ電圧を前記所定電圧以上に維持する観点から許容されるアシスト量の限界値との間でいずれか小さい値に、前記モータ温度の前記所定温度からの上昇度に応じた低減率を乗じて求めたアシスト量が得られるよう、前記電気モータの作動を制御してもよい（請求項６）。この形態によれば、モータ温度検出手段が検出したモータ温度が所定温度を超えて上昇した場合、又は電圧検出手段が検出したバッテリ電圧が所定電圧以下に低下した場合に前記要因が生じたものと判断される。過給に対するアシスト量の算出の基礎として、目標過給圧に対する実過給圧の不足分に基づいて定められるアシスト量の要求値と、バッテリ電圧を所定電圧以上に維持する観点から許容されるアシスト量の限界値との間でいずれか小さい値を用いるので、過給のアシストによる許容範囲を超えたバッテリの電圧降下を防止できる。そして、この基礎に前記モータ温度の前記所定温度からの上昇度に応じた低減率を乗じて電気モータに指示される最終的なアシスト量が算出されるので、許容範囲を超えた電気モータの温度上昇を防止することができる。

本発明の過給システムにおいて、内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ制御手段とを備え、前記内燃機関の運転状態が大量ＥＧＲ領域から非ＥＧＲ領域へ移行する際に、前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路の前記吸気通路側の圧力が前記ＥＧＲ通路の前記排気通路側の圧力よりも高い状態となるように、前記電気モータを作動して過給をアシストするとともに前記ノズル開度を開き側に制御し、前記ＥＧＲバルブ制御手段は、前記吸気通路内のガスが前記ＥＧＲ通路を介して前記排気通路に導かれるように、前記ＥＧＲバルブの開度を制御してもよい（請求項７）。この形態によれば、ＥＧＲ通路の吸気通路側の圧力が排気通路側の圧力よりも高い状態でＥＧＲバルブが開かれるため、大量ＥＧＲ領域から非ＥＧＲ領域へ移行の際に吸気通路やＥＧＲ通路に残留する排気ガスが排気通路へ導かれて吸気通路やＥＧＲ通路が掃気される。よって、非ＥＧＲ領域への移行後、次サイクルの吸気が空気のみとなるため、移行過渡時に吸気通路やＥＧＲ通路に残留する排気ガスを原因としたスモークの発生を抑えることができる。

以上説明したように本発明によれば、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のとき、ターボ過給機のノズル開度が所定期間最小開度に制御されるとともに、この制御の開始に合わせて電気モータを作動して過給がアシストされるので、過渡性能を大きく向上できる。

（第１の実施形態）
図１は本発明の多段過給システムを内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下エンジンという）１に適用した一実施形態を示した全体構成図である。エンジン１はシリンダブロック２に設けられた４つの気筒３に接続された吸気マニホールド４及び排気マニホールド５をそれぞれ備え、吸気マニホールド４には吸気通路６が、排気マニホールド５には排気通路７がそれぞれ接続されている。吸気通路６には、ターボ過給機８のコンプレッサ８ａが設けられ、排気通路７には、ターボ過給機８のタービン８ｂが設けられている。コンプレッサ８ａ及びタービン８ｂは互いに回転軸（不図示）を介して連結されている。

ターボ過給機８はタービン８ｂの入口の断面積を変更可能な可変ノズル式のターボ過給機である。タービン８ｂの入口部には複数の可動ベーン８ｃ・・・８ｃが配置され（図１では模式的に示す）、これにより可変ノズルが構成される。可動ベーン８ｃの傾きを変更して可変ノズルの開口面積（ノズル開度）を変化させることにより、タービン８ｂの入口の断面積を変更できる。周知のように、ノズル開度を閉じ側とする（絞る）ことにより、過給圧を上げることができ、反対にノズル開度を開き側にすることにより、エンジン１の背圧を下げることができる。可変ノズル（可動ベーン８ｃ）を動作させるための機構は周知のものと同様でよいのでここでは詳細を省略する。ターボ過給機８は、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０の指示に応じて所定のノズル開度に制御される。

ターボ過給機８には、コンプレッサ８ａの駆動をアシストするために、電気モータ９を備えた過給アシスト手段が設けられている。これにより、電気モータ９を作動してターボ過給機８による過給をアシストすることができる。電気モータ９はバッテリ１０と接続され、駆動電力としてバッテリ１０の電力が用いられる。駆動電力はＥＣＵ２０の指示に応じて調整され、これにより過給に対するアシストの程度（アシスト量）が制御される。

エンジン１にはオルタネータ１１が取り付けられている。周知のように、オルタネータ１１はバッテリ１０から供給される電力を用いて磁界を作り、エンジン１により図示しないロータを駆動して発電を行う。発電された電力は、バッテリ１０を充電するために用いられる。オルタネータ１１は、図示しない制御回路を備えており、この制御回路により発電を行う発電状態と発電を行わない非発電状態とを選択することができる。発電量の制御はＥＣＵ２０の指示に応じて制御回路にて適宜に行われる。

その他、エンジン１には、コンプレッサ８ａの上流側の吸気通路６に設けられ吸気の異物を除去するエアクリーナ１２と、コンプレッサ８ａの下流側に設けられ圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１３と、タービン８ｂの下流側の排気通路７に設けられ排気ガスを浄化する排気浄化装置１４と、排気ガスを吸気系に還流するためのＥＧＲ装置１５と、が設けられている。排気浄化装置１４は排気ガス中の粒子状物質と窒素酸化物（ＮＯｘ）とを同時に浄化可能な装置である。ＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲ通路１６を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ１７と、ＥＧＲ通路１６を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１８と、を有している。ＥＧＲ通路１６はタービン８ｂよりも上流の排気通路７を構成する排気マニホールド５に設定された排気ガスの取出口１６ａと、コンプレッサ８ｂの下流の吸気通路６を構成する吸気マニホールド４に設定された排気ガスの導入口１６ｂとを連通する、いわゆるハイプレッシャループを構成するように設けられている。ＥＧＲバルブ１７はその開度をＥＣＵ２０の指令に従って調整できる周知の電磁制御弁である。なお、吸気通路６のコンプレッサ８ａと導入口１６ｂとの間には吸入空気量を調整するスロットル弁が設けられてもよい。その場合、スロットル弁の開度によりＥＧＲ率（ＥＧＲ量）を制御することができる。

本実施形態に係る過給システムは、ＥＣＵ２０により制御される。ＥＣＵ２０はマイクロプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備えたコンピュータユニットとして構成され、各種パラメータに基づいてエンジン１を適正な運転状態に制御する。本実施形態の過給システムは、エンジン１の機関回転数（回転速度）を検出する回転数センサ２１、図示しないアクセルの開度や開度変化等の位置情報を検出するアクセル開度センサ２２、バッテリ１０の電圧を検出する電圧センサ２３、電気モータ９の温度を検出するモータ温度センサ２４、及び吸気マニホールド４内の圧力（過給圧）を検出する過給圧センサ２５をそれぞれ備えている。これらのセンサは、対象となる物理量を直接検出してもよいし、他の物理量から推定してもよい。これらのセンサは、それぞれＥＣＵ２０に接続されており、各センサの入力情報は以下に述べる制御に利用される。

図２は、本実施形態に係る制御の一例を示したタイミングチャートである。この図においては、過給圧、ターボ過給機８のノズル開度、及び電気モータ９による過給のアシスト量が同一時間軸によりそれぞれ示されている。ＥＣＵ２０は、所定の制御ルーチンに基づいて目標となる過給圧（目標過給圧）と過給圧センサ２５により検出された現在の過給圧（実過給圧）との偏差を監視しており、その偏差が所定値以上になった場合に現在の状態を目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態と判断する。なお、目標過給圧の算出は、例えば、目標過給圧にアクセル開度に基づいて算出される燃料噴射量及び機関回転数を対応させたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させ、これを参照することにより実現できる。アクセル開度及び機関回転数は、アクセル開度センサ２２及び回転数センサ２１からの入力信号に基づいて取得する。

ＥＣＵ２０が過渡状態と判断した場合には、ＥＣＵ２０は、図２に示すようにノズルの開度を最小開度に制御するとともに、この制御の開始に合わせて電気モータ９を作動させて過給に対するアシストを開始する（時刻ｔ１）。この例ではアシスト量は最大（１００％）に設定される。過渡状態のときにノズル開度が強制的に最小開度に制御されるとともに、電気モータ９による過給のアシストが行われるため、過給の立ち上がりの遅れが改善される。なお、以後の説明ではノズル開度を最小開度に制御することを最小開度制御という。

最小開度制御の終了は、実過給圧が目標過給圧に達する前の第１設定圧Ｐ２まで上昇したことを条件として判断される。この終了が判断された場合には、ＥＣＵ２０はノズル開度の制御を、最小開度制御からノズル開度の通常制御に移行する（時刻ｔ３）。詳細は後述するが、最小開度制御から通常制御に移行することによりノズル開度がエンジン１の運転状態に応じて制御されるため、図２に示したように、ノズル開度の増加が許容される。一方、電気モータ９に対しては、実過給圧が第１設定圧Ｐ２よりも低い第２設定圧Ｐ１にまで上昇すると（時刻ｔ２）、それ以降、アシスト量が漸次減少するように電気モータ９が制御され、第１設定圧Ｐ２に達すると過給のアシストが停止（アシスト量＝０）される（時刻ｔ３）。

第１設定圧Ｐ２は、目標過給圧に対して実過給圧が十分に近づいたとみなすことができる圧力として設定される。これにより過給圧のオーバーシュートが防止される。過給のアシストは電気エネルギを消費するので、可能な限り無駄なアシストを避ける必要がある。このため、本実施形態では第２設定圧力Ｐ１は第１設定圧力Ｐ２よりも低い値に設定され、アシスト量の減量が最小開度制御から通常制御への切り替えよりも先に開始されるように制御される。

以上の制御は、例えば図３及び図４に示す制御ルーチンを実行することにより実現される。図３はＥＣＵ２０が過渡状態であると判定した場合に実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートであり、図４は図３の制御ルーチンと並行して実行される制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。これらの制御ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭ等に格納されたプログラムに従って繰り返し実行される。これにより、ターボ過給機８のノズル開度及び電気モータ９を制御する本発明の制御手段としてＥＣＵ２０を機能させることができる。図３に示したように、ＥＣＵ２０は、まずステップＳ１において過渡制御フラグがセットされているか否かを判定する。過渡制御フラグは、制御状態の判別に用いられるものであり、ＥＣＵ２０のＲＡＭに作業領域として割り当てられている。従って、ＥＣＵ２０は過渡制御フラグを参照することにより制御状態を判別することができる。過渡制御フラグがセットされている場合は、最小開度制御が既に行われていることになるので、以降の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１において過渡制御フラグがセットされていない場合には、ＥＣＵ２０は最小開度制御を実行し（ステップＳ２）、次いで、最小開度制御の開始に合わせて過給に対するアシストが行われるように電気モータ９を制御する（ステップＳ３）。ステップＳ３では、アシスト量が最大となるように電気モータ９が作動制御される。次いで、ＥＣＵ２０はステップＳ４において上述した過渡制御フラグをセットして今回のルーチンを終了する。

次に、図３と並行して実行される図４の制御ルーチンについて説明する。このルーチンは、図３の制御ルーチンにより開始された最小開度制御（ステップＳ２）及び過給のアシスト（ステップＳ３）の終了を判断するものである。まず、ＥＣＵ２０は、ステップＳ５において過渡制御フラグがセットされているか否かを判定する。過渡制御フラグがセットされていない場合には、図３の最小開度制御及び過給のアシストが開始されていないことになるので、以降の処理をスキップして今回のルーチンを終える。一方、過渡制御フラグがセットされている場合には、ＥＣＵ２０は続くステップＳ６において、過給圧センサ２５からの入力信号を参照して実過給圧を取得し、その実過給圧が上述した第２設定圧Ｐ１に達しているか否かを判定する。実過給圧が第２設定圧Ｐ１に達していない場合には、過給のアシストを続行すべく以降の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。一方、実過給圧が第２設定圧Ｐ１に達した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ７に進め、アシスト量を実過給圧に応じて減量し、減量したアシスト量にて過給のアシストが実行されるように電気モータ９の作動を制御する。図２のように、アシスト量を一定の割合で減量してもよいし、減量の割合を変化させてアシスト量を減量してもよい。

次に、ＥＣＵ２０はステップＳ８において、実過給圧が上述した第１設定圧Ｐ２に達しているか否かを判定する。第１設定圧Ｐ２に達していない場合は、最小開度制御を続行するため以降の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。一方、第１設定圧Ｐ２に達した場合には最小開度制御の終了を判断して、ノズル開度の制御を通常制御に移行する（ステップＳ９）。そして、過給のアシストが停止されるように電気モータ９を制御する（ステップＳ１０）。次いで、ＥＣＵ２０はステップＳ１１において、過渡制御フラグをクリアして今回のルーチンを終了する。

次に、本実施形態に関連する他の制御について補足的に説明する。

［ノズル開度の通常制御］
ノズル開度の通常制御は、上述した最小開度制御の実行中以外に行われる。この通常制御の一例として、ＥＣＵ２０はエンジン１の運転状態に応じたノズル開度のフィードバック制御を行う。このフィードバック制御の基礎となるノズル開度（ベース開度）は予めエンジン１の運転状態に応じて設定される。例えば、ノズル開度に機関回転数と燃料噴射量とを対応させたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておき、このマップを参照することによってベース開度を算出してもよい。そして、ＥＣＵ２０は目標過給圧と実過給圧との差に応じたフィードバック量を算出し、算出されたフィードバック量をベース開度に加えることにより最終的なノズル開度の指令値を求める。この指令値をターボ過給機８に指示することにより適正なノズル開度に制御される。

［電気モータの通常制御］
上述した過渡状態以外の通常時においては、ＥＣＵは目標過給圧に対する実過給圧の不足分に基づいてアシスト量の要求値を算出し、その要求値にて過給のアシストが実行されるように電気モータ９の動作を制御している。このアシスト量の要求値の算出は、例えば、アシスト量の要求値に目標過給圧と実過給圧との差を対応付けたマップを予めＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておき、これを参照することにより実現してもよい。これにより、目標過給圧に対する実過給圧の不足分に応じた過給のアシストが実行される。

［オルタネータの動作制御］
本実施形態においては、オルタネータ１１の動作をエンジン１の機関回転数に応じて制御してもよいし、過給のアシスト、つまり電気モータ９の作動の開始に合わせてオルタネータ１１を非発電状態としてもよい。オルタネータ１１を非発電状態とした場合には、エンジン１の負荷（フリクション）が低減されるのでエンジン１の回転数が早期に上昇する。従って過給のアシストによる加速性能の向上効果を更に高めることができる。

［ＥＧＲ装置の制御］
過給のアシスト中においては、ＥＧＲ通路１６の導入口１６ｂの圧力がＥＧＲ通路１６の取出口１６ａの圧力よりも高くなる場合がある。この状態でＥＧＲバルブ１７が開かれると吸気がＥＧＲ通路１６を介して排気通路７に抜けるおそれがある。このような問題を回避するため、本実施形態では、過給のアシスト中においてＥＧＲバルブ１７を閉じるようにＥＣＵ２０にて制御されている。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る過給システムの第２の実施形態について説明する。この実施形態の過給システムは図１に示したエンジン１に適用され、基本構成は第１の実施形態と同一である。従って基本構成については図１が参照される。第１実施形態との相違点は、上述した過渡状態において、過給のアシスト中に電気モータ９の作動を制限すべき要因が生じた場合、その要因に応じてアシスト量が制限されることである。

図５は、本実施形態に係る制御ルーチンを示したフローチャートである。この制御ルーチンは、第１の実施形態の図４の制御ルーチンに対応し、図３に示したルーチンと並行して実行される。図５から明らかなように、本実施形態の制御ルーチンは、図４のステップＳ５とステップＳ６の間にステップＳ２１とステップＳ２２とを追加したものであり、その他は図４と同一である。以下、図４と同一処理についての説明は適宜省略し、追加した処理について詳細に説明する。図５において、ステップＳ５にて過渡制御フラグがセットされていると判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ２１に進めて電気モータ９の作動を制限すべき要因（制限要因）が生じたか否かを判定する。制限要因として、種々の要因を挙げることができるが、本実施形態では、電気モータ９の温度（モータ温度）が所定温度を超えて上昇した場合、又はバッテリ１０の電圧（バッテリ電圧）が所定電圧以下に低下した場合に制限要因が生じたものと判断する。モータ温度はモータ温度検出手段としてのモータ温度センサ２４から、バッテリ電圧は電圧検出手段としての電圧センサ２３からそれぞれ検出される。所定温度や所定電圧は適宜に設定すればよい。本実施形態では、所定温度として、電気モータ９が正常に作動できる上限温度よりも低い値を、所定電圧として、ＥＣＵ２０がリセットする下限電圧よりも高い電圧をそれぞれ設定した。

ステップＳ２１で制限要因の発生を判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ２２に進める。ステップＳ２２では、次式によりアシスト量を算出し、その算出したアシスト量にて過給のアシストが実行されるように電気モータ９の動作を制御する。

アシスト量＝Ｍｉｎ（マップ値，バッテリ電圧Ｆ／Ｂ値）×モータ温度補正係数

ここで、マップ値とは、上述したアシスト量の要求値であり、目標過給圧に対する実過給圧の不足分に基づいて定められる値である。バッテリ電圧Ｆ／Ｂ値とは、バッテリ電圧を所定電圧以上に維持する観点から許容されるアシスト量の限界値であり、電圧センサ２３により検出される電圧をフィードバックして算出されるアシスト量である。モータ温度補正係数とは、モータ温度の所定温度からの上昇度に応じた低減率であり、温度が高くなるにつれて小さくなるように設定されている。

上記の式によれば、マップ値又はバッテリ電圧Ｆ／Ｂ値のいずれか小さい値がアシスト量の算出の基礎となるので、過給のアシストによる許容範囲を超えたバッテリ１０の電圧降下を防止できる。更に、この基礎となる値にモータ温度補正係数を乗じて最終的なアシスト量が算出されるので、許容範囲を超えた電気モータ９の温度上昇を防止することができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明に係る過給システムの第３の実施形態について説明する。本実施形態の基本構成は上記実施形態と同一である。従って基本構成については図１が参照される。以下上述した実施形態との相違点のみを説明する。

この形態のエンジン１は通常の燃焼とは異なる予混合圧縮着火燃焼や低温燃焼等の燃焼制御が可能であり、ＥＣＵ２０はＥＧＲバルブ１７に対する開度制御の一つとして、これらの燃焼形態に合わせてＥＧＲ量を大幅に増量する制御が行われている。ＥＣＵ２０は、ＥＧＲ量の増量領域（大量ＥＧＲ領域）及びＥＧＲをカットする領域（非ＥＧＲ領域）を規定したマップをＲＯＭに保持している。ＥＣＵ２０はこのマップを参照することにより、ＥＧＲ量の増量及びそのカットが行われるようにＥＧＲバルブ１７の開度を制御する。

エンジン１の運転状態が大量ＥＧＲ領域から非ＥＧＲ領域へ移行する際、つまり大幅にＥＧＲ量を増量している状態からＥＧＲをカットする状態に移行する際には、ＥＣＵ２０は、（１）電気モータ９を作動し、（２）ノズル開度を開き側に制御し、（３）ＥＧＲバルブ１７を開くように開度制御する。（１）及び（２）の実行により、ＥＧＲ通路１６の導入口１６ｂの圧力（吸気通路６側の圧力）が取出口１６ａの圧力（排気通路側の圧力）よりも高い状態となる。そして、この状態でＥＧＲバルブ１７が開かれるため、吸気通路６（吸気マニホールド４を含む）やＥＧＲ通路１６内のガスが排気通路７へ導かれる。その結果、大量ＥＧＲ領域から非ＥＧＲ領域へ移行の際に、吸気通路６やＥＧＲ通路１６に残留する排気ガスが排気通路７へ導かれて吸気通路６やＥＧＲ通路１６が掃気される。よって、非ＥＧＲ領域への移行後、次サイクルの吸気が空気のみとなるため、移行過渡時に吸気通路６やＥＧＲ通路１６に残留する排気ガスを原因としたスモークの発生を抑えることができる。ＥＣＵ２０は以上の制御を実行することにより本発明の制御手段及びＥＧＲバルブ制御手段として機能する。

以上本発明の内燃機関用過給システムについて、上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、過給アシスト手段としてターボ過給機の上流又は下流の吸気通路に電気モータを備えた電動コンプレッサを設け、これにより過給アシストを行う態様でもよい。この場合の電気モータの制御は上述した制御ルーチンを適用すればよい。

また、上記実施形態では内燃機関としてのディーゼルエンジン１に本発明を適用したが、内燃機関の形式は問わない。従って、本発明を火花点火式のガソリンエンジンに適用してもよいし、他のガソリンエンジンに適用してもよい。

上記の形態では、ＥＧＲ通路１６をハイプレッシャループを構成するように設けているが、本発明はこれに限らず、ＥＧＲ通路１６の取出口１６ａをタービン８ｂの下流、より好ましくは排気浄化装置１４の下流に設定し、ＥＧＲ通路１６の導入口１６ｂをコンプレッサ８ａの上流に設定して、ＥＧＲ通路１６をいわゆるロープレッシャループを構成するように設けてもよい。この場合、導入口１６ｂの上流の吸気通路６にスロットル弁を設けてもよい。また、上述した第３の実施形態においては、ハイプレッシャループを構成するＥＧＲ通路と、ロープレッシャループを構成するＥＧＲ通路とを併設し、それぞれのＥＧＲ通路にＥＧＲ弁及びＥＧＲクーラとを設けてもよい。この場合、吸気通路６から排気通路７への排気ガスの掃気時にはロープレシャループ側のＥＧＲ弁を閉じる一方で、ハイプレシャループ側のＥＧＲ弁を開くことにより、吸気通路６（吸気マニホールド４を含む）に残っている排気ガスを排気通路６に掃気することができる。

本発明の第１の実施形態係る過給システムの全体構成を示す概略図。第１の実施形態に係る制御の一例を示したタイミングチャート。第１の実施形態に係る過給システムの制御ルーチンの概要を示したフローチャート。図３の制御ルーチンと併行して実行される制御ルーチンの概要を示したフローチャート。図３の制御ルーチンと併行して実行される第２の実施形態に係る制御ルーチンの概要を示したフローチャート。

符号の説明

１ディーゼルエンジン（内燃機関）
８ターボ過給機
９電気モータ
１０バッテリ
１６ＥＧＲ通路
１７ＥＧＲバルブ
２０ＥＣＵ（制御手段、ＥＧＲバルブ制御手段）
２３電圧センサ（電圧検出手段）
２４モータ温度センサ（モータ温度検出手段）
Ｐ１第２設定圧
Ｐ２第１設定圧

Claims

タービン入口の断面積を変更可能な可変ノズル式のターボ過給機と、電気モータを作動して前記ターボ過給機による過給をアシストする過給アシスト手段と、前記電気モータによるアシスト量及び前記ターボ過給機のノズル開度を制御する制御手段と、を備えた内燃機関用過給システムにおいて、前記制御手段は、目標過給圧の上昇に対する実過給圧の応答遅れが生じる過渡状態のとき、前記ターボ過給機のノズル開度を所定期間最小開度に制御するとともに、前記ノズル開度の前記最小開度への制御の開始に合わせて前記電気モータを作動して過給をアシストする、ことを特徴とする内燃機関用過給システム。
前記制御手段は、前記実過給圧が前記目標過給圧に達する前の第１設定圧まで上昇したことを条件として前記所定期間が終了したものと判断し、当該所定期間の終了後は前記内燃機関の運転状態に応じた前記ノズル開度の増加を許容することを特徴とする請求項１に記載の過給システム。
前記制御手段は、前記所定期間中にて前記実過給圧が前記第１設定圧よりも低い第２設定圧に達するまで前記電気モータによるアシストを継続し、前記実過給圧が前記第２設定圧まで上昇すると、以降は前記過給に対するアシスト量が漸次減少するように前記電気モータを制御することを特徴とする請求項２に記載の過給システム。
前記制御手段は、前記実過給圧が前記第１設定圧まで上昇した時点で前記電気モータを停止させることを特徴とする請求項３に記載の過給システム。
前記制御手段は、前記過渡状態における前記電気モータの作動中に当該電気モータの作動を制限すべき要因が生じた場合には、前記過給に対するアシスト量が前記要因に応じて制限されるように前記電気モータの作動を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の過給システム。
前記電気モータの温度を検出するモータ温度検出手段と、
前記電気モータと電気的に接続されたバッテリの電圧を検出する電圧検出手段と、を具備し、
前記制御手段は、前記モータ温度検出手段が検出したモータ温度が所定温度を超えて上昇した場合、又は前記電圧検出手段が検出したバッテリ電圧が所定電圧以下に低下した場合に前記要因が生じたものと判断して、前記目標過給圧に対する実過給圧の不足分に基づいて定められるアシスト量の要求値と、前記バッテリ電圧を前記所定電圧以上に維持する観点から許容されるアシスト量の限界値との間でいずれか小さい値に、前記モータ温度の前記所定温度からの上昇度に応じた低減率を乗じて求めたアシスト量が得られるよう、前記電気モータの作動を制御する、ことを特徴とする請求項５に記載の過給システム。
内燃機関の排気通路から吸気通路へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、前記ＥＧＲバルブの開度を制御するＥＧＲバルブ制御手段とを備え、前記内燃機関の運転状態が大量ＥＧＲ領域から非ＥＧＲ領域へ移行する際に、前記制御手段は、前記ＥＧＲ通路の排気ガスの取出口の圧力が前記ＥＧＲ通路の排気ガスの導入口の圧力よりも低くなるように、前記電気モータを作動して過給をアシストするとともに前記ノズル開度を開き側に制御し、前記ＥＧＲバルブ制御手段は、前記吸気通路内のガスが前記ＥＧＲ通路を介して前記排気通路に導かれるように、前記ＥＧＲバルブの開度を制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の過給システム。