JP2007002687A - 電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置に関し、エアバイパス時に内燃機関に吸入される空気流量の誤測定を防止し、正確な吸入空気流量に基づいて内燃機関を制御できるようにする。
【解決手段】 電動機３０ｃ及びバイパスバルブ４２の作動状態と吸入空気流量センサ５２の信号とに基づいて内燃機関２に吸入される機関吸入空気流量を算出する。電動機３０ｃの作動中であってバイパスバルブ４２の開弁直後であれば、バイパス通路４０を流れるバイパス空気流量を取得し、吸入空気流量センサ５２の信号から測定される吸入空気流量をバイパス空気流量で補正したものを機関吸入空気流量として算出してもよい。算出した機関吸入空気流量に基づいて内燃機関２の出力に係わる制御パラメータを調整する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置に関し、特に、過給機のコンプレッサの下流側と上流側とをバイパス通路によりバイパス可能な電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置に関する。

従来、回転軸に電動機が取り付けられた電動機付きターボチャージャが知られている。この電動機付きターボチャージャによれば、電動機を作動させてコンプレッサの回転をアシストすることで、内燃機関から供給される排気エネルギの大小によらず、必要なときに必要な大きさの過給圧を得ることができる。しかし、電動機付きターボチャージャは、タービンを駆動する排気ガスの流量が少ない低回転時でも、電動機によるコンプレッサの強制駆動によって高過給圧を実現できる反面、コンプレッサのサージ限界を超えやすいという課題もある。

サージを回避する手法としては、コンプレッサを通過する空気流量を確保することが有効である。特許文献１に開示された電動機付き過給機を有する内燃機関では、コンプレッサの上流と下流とをコンプレッサをバイパスして接続するバイパス通路と、このバイパス通路を開閉するバイパスバルブとを備えている。この技術によれば、バイパスバルブを開いてコンプレッサにより過給された空気の一部を再びコンプレッサの上流に戻す（以下、エアバイパスという）ことで、コンプレッサを通過する空気の流量を増大させてサージを回避することができる。
特開２００４−３３２７１５号公報

ところで、内燃機関では、吸入される空気の流量に基づいて内燃機関の出力に係わる各種の制御パラメータ、例えば、燃料噴射量が調整されている。一般に、吸入空気流量は、吸気通路の入口に配置されたエアフローメータ等の吸入空気流量センサの信号から測定される。内燃機関の制御装置は、吸入空気流量センサの信号に基づいて燃料噴射量等の制御パラメータを調整している。

しかし、電動機付きターボチャージャを備える内燃機関の場合、サージ回避のためにバイパスバルブを開いたとき、コンプレッサを通過した空気の一部はバイパス通路に流れることになる。バイパス通路内に空気が充填されてバイパスバルブの上流圧と下流圧の圧力差が定常状態になるまでの間は、内燃機関に吸入される空気よりも多くの空気が吸気通路に吸入されることになる。

このため、エアバイパスの開始直後は、吸入空気流量センサの信号から測定される空気流量と、実際に内燃機関に吸入される空気流量との間にずれが生じてしまう。吸入空気流量センサの信号が、実際に内燃機関に吸入される空気流量を正確に表していない場合には、燃料噴射量制御等の機関制御を正確に行えず、排気エミッションの悪化や燃費の悪化を招く可能性がある。

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、エアバイパス時に内燃機関に吸入される空気流量の誤測定を防止し、正確な吸入空気流量に基づいて内燃機関を制御できるようにした電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
吸気通路に配置され、電動機によって回転をアシスト可能な過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側と上流側とをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記吸気通路における前記過給機の上流に配置され、前記吸気通路に吸入される空気流量に応じた信号を出力する吸入空気流量センサと、を備える電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置であって、
前記電動機及び前記バイパスバルブの作動状態と前記吸入空気流量センサの信号とに基づいて前記内燃機関に吸入される機関吸入空気流量を算出する演算手段と、
前記機関吸入空気流量に基づいて前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータを調整する制御パラメータ調整手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記バイパス通路を前記過給機の下流側から上流側へ流れるバイパス空気流量を取得し、前記吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量をバイパス空気流量で補正したものを前記機関吸入空気流量として算出することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記演算手段は、前記吸入空気流量と前記過給機の回転数とに基づいて前記過給機のコンプレッサ出口圧を算出し、前記コンプレッサ出口圧と前記バイパスバルブの開度とから前記バイパス空気流量を算出することを特徴としている。

第４の発明は、第１の発明において、
前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記吸入空気流量センサの信号をなまし、前記のなました信号から測定される吸入空気流量を前記機関吸入空気流量として算出することを特徴としている。

第５の発明は、第１の発明において、
前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記内燃機関の回転数とスロットル開度とに基づいて機関吸入空気流量の最大値を予測し、前記吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量を前記最大値によって制限したものを前記機関吸入空気流量として算出することを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記内燃機関は、排気ガスの一部を前記吸気通路におけるスロットルの下流に導入するＥＧＲ装置と、
前記ＥＧＲ装置による排気ガスの導入部の下流に配置され、前記内燃機関に吸入されるガスの圧力或いは流量に応じた信号を出力するガス状態量センサと、をさらに備え、
前記演算手段は、前記ＥＧＲ装置の非作動時には、前記ガス状態量センサの信号に基づいて前記機関吸入空気流量を算出し、前記ＥＧＲ装置の作動時には、前記電動機及び前記バイパスバルブの作動状態と前記吸入空気流量センサの信号とに基づいて前記機関吸入空気流量を算出することを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記電動機の作動時に前記過給機のサージ状態を判定し、判定結果からサージ回避を行うべきであると判断した場合には、前記バイパスバルブを開弁するサージ回避手段をさらに備えることを特徴としている。

第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
道路情報或いは車両情報に基づきドライバの高トルク要求を事前に予測する高トルク要求予測手段と、
前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機を作動させて前記過給機の回転数を上昇させておくプレアシスト手段と、
をさらに備えることを特徴としている。

また、第９の発明は、上記の目的を達成するため、
吸気通路に配置され、電動機によって回転をアシスト可能な過給機と、
前記吸気通路における前記過給機の下流側と上流側とをバイパスするバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
前記吸気通路における前記過給機の上流に配置され、前記吸気通路に吸入される空気流量に応じた信号を出力する吸入空気流量センサと、を備える電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置であって、
前記吸入空気流量センサの信号に基づいて前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータを調整する制御パラメータ調整手段と、
道路情報或いは車両情報に基づきドライバの高トルク要求を事前に予測する高トルク要求予測手段と、
前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機を作動させて前記過給機の回転数を上昇させておくプレアシスト手段と、
前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機の作動に先立って前記バイパスバルブを開弁するバルブ制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第１の発明によれば、電動機及びバイパスバルブの作動状態と吸入空気流量センサの信号とに基づいて内燃機関に吸入される空気流量が算出され、この機関吸入空気流量に基づいて内燃機関の出力に係わる制御パラメータが調整される。このように、実際に内燃機関に吸入される空気流量を求めることでエアバイパス時に内燃機関に吸入される空気流量の誤測定を防止することができ、エアバイパス時であっても正確な吸入空気流量に基づいて内燃機関を制御することができる。

特に、第２の発明によれば、吸気通路に吸入される空気流量をバイパス空気流量で補正することで、エアバイパスの開始直後に内燃機関に吸入される機関吸入空気流量を正確に算出することができる。

第３の発明によれば、バイパス通路に空気流量センサを設けることなく、バイパス空気流量を測定することができる。また、コンプレッサの出口圧を測定するための圧力センサを設ける必要もない。

また、第４の発明によれば、エアバイパスの開始直後、吸入空気流量センサの信号をなますことで、吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量と実際に内燃機関に吸入される空気流量との誤差を低減することができる。

第５の発明によれば、エアバイパスの開始直後、吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量を内燃機関の回転数とスロットル開度とに基づいて予測される機関吸入空気流量の最大値で制限することによって、吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量と実際に内燃機関に吸入される空気流量との誤差を低減することができる。

内燃機関に吸入される機関吸入空気流量は、スロットルの下流にガスの圧力或いは流量に応じた信号を出力するガス状態量センサを配置することで測定することができる。しかし、ＥＧＲ装置によって排気ガスを吸気通路に導入している時には、排気ガスの流量の分、ガス状態量センサの信号から測定されるガス流量と実際の機関吸入空気流量との間には誤差が生じる。第６の発明によれば、ＥＧＲ装置の非作動時には、ガス状態量センサの信号に基づいて機関吸入空気流量を算出することで、機関吸入空気流量を正確に算出することができる。さらに、ＥＧＲ装置の作動時には、電動機及びバイパスバルブの作動状態と吸入空気流量センサの信号とに基づいて内燃機関に吸入される機関吸入空気流量を算出することで、排気ガスが吸気通路に導入されている場合であっても機関吸入空気流量を正確に算出することができる。

また、第７の発明によれば、過給機のサージ状態に基づいてバイパスバルブが開弁されることで、電動機によって過給機を駆動する際のサージを回避することができる。

第８の発明によれば、実際に高トルクが必要となる前に電動機を作動させ、予め過給機の回転数を上昇させておくことで、高トルクが要求された時の出力の応答性を向上させることができる。

第９の発明によれば、実際に高トルクが必要となる前に電動機を作動させて予め過給機の回転数を上昇させる際、電動機の作動に先立ってバイパスバルブが開弁されることで、過給機による吸入空気の圧縮が抑制され、吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量と実際に内燃機関に吸入される空気流量との誤差を低減することができる。これにより、エアバイパス時であっても正確な吸入空気流量に基づいて内燃機関を制御することができる。

実施の形態１．
以下、図１乃至図５を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。

[エンジンスシステムの構成の説明]
図１は本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される電動機付き過給器を有する内燃機関の概略構成図である。本実施形態では、ガソリン機関（以下、単にエンジンという）に本発明を適用している。エンジンは、複数の気筒（図１では４つの気筒）を有するエンジン本体２を有している。エンジン本体２には、各気筒に空気を分配するための吸気マニホールド４と、各気筒から排出される排気ガスを集合させる排気マニホールド６とが接続されている。

このエンジンは、電動機付きターボチャージャ（モータアシストターボチャージャ、以下、ＭＡＴという）３０を有している。ＭＡＴ３０は、コンプレッサ３０ａ、タービン３０ｂ、そして、コンプレッサ３０ａとタービン３０ｂとの間に配置される電動機３０ｃから構成されている。コンプレッサ３０ａとタービン３０ｂとは連結軸によって一体に連結され、コンプレッサ３０ａはタービン３０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。連結軸は電動機３０ｃのロータにもなっており、電動機３０ｃを作動させることで、コンプレッサ３０ａを強制駆動することもできる。また、連結軸には、コンプレッサ３０ａの回転数（所定時間当たりの回転数）に応じた信号を出力するターボ回転数センサ３２が取り付けられている。

コンプレッサ３０ａは、吸気マニホールド４に接続された吸気通路８，１０の途中に配置されている。コンプレッサ３０ａの出口と吸気マニホールド４とを接続する吸気通路１０には、過給された空気を冷却するインタークーラ３６が設けられている。吸気通路１０における吸気マニホールド４の近傍には、エンジン本体２に吸入される空気の流量を制御するためのスロットルバルブ２０が設けられている。

エンジン本体２に供給される空気は、大気中からエアクリーナ１６を介して取り込まれる。エアクリーナ１６とコンプレッサ３０ａの入口とを接続する吸気通路８には、吸気通路８内に吸入された空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ５２が設けられている。

このエンジンは、コンプレッサ３０ａをバイパスしてコンプレッサ３０ａの出口側と入口側とを接続するバイパス通路４０を有している。バイパス通路４０は、一方の端部を吸気通路８におけるエアフローメータ５２の下流に接続され、もう一方の端部を吸気通路１０におけるスロットル２０の上流に接続されている。バイパス通路４０には、バイパス通路４０を流れる空気（バイパス空気）の流量を制御するためのバイパスバルブ４２が配置されている。

タービン３０ｂの入口には、排気通路１２が接続されている。排気通路１２のもう一方の端部は排気マニホールド６に接続され、排気マニホールド６によって集められた各気筒からの排気ガスは、排気通路１２を通ってタービン３０ｂに供給される。タービン３０ｂの出口には、別の排気通路１４が接続されている。この排気通路１４には、排気ガスを浄化するための触媒１８が配置されている。

このエンジンは、エンジン全体を総合制御する制御装置として、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を有している。このＥＣＵ５０には、電動機３０ｃへの電力供給量を制御してＭＡＴ３０の回転を制御するモータコントローラも含まれる。ＥＣＵ５０の出力側には、電動機３０ｃの他、スロットルバルブ２０やバイパスバルブ４２等の種々の機器が接続されている。

一方、ＥＣＵ５０の入力側には、前述のエアフローメータ５２やターボ回転数センサ３２の他、エンジンの回転数に応じた信号を出力するエンジン回転数センサ５４や、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５６等の種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ５０には、これらセンサの信号の他、道路情報や車両情報も入力される。道路情報には、車両が走行している道路の曲率や傾斜角等の情報が含まれ、車両情報には、前方車両との車間距離や操舵角等の情報が含まれる。道路情報は、例えば、ＧＰＳを用いたナビシステムから取得することができ、車両情報は、車載のセンサ（例えば、前方レーダ等）によって取得することができる。ＥＣＵ５０は、各センサの信号やその他の入力情報に基づき、所定の制御プログラムにしたがって各機器を駆動する。

[アシスト制御の説明]
ＥＣＵ５０により実施されるエンジン制御の１つに、インジェクタ（図示略）から噴射する燃料量を制御する燃料噴射量制御がある。この燃料噴射量制御では、燃料噴射量と気筒内への吸入空気量との比が所定の目標空燃比になるように、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量に基づいて燃料噴射量を算出している。

また、ＥＣＵ５０は、エンジン制御の１つとして、電動機３０ｃによりコンプレッサ３０ａの回転をアシストするアシスト制御を行っている。アシスト制御は、前記の燃料噴射量制御のルーチンとは別ルーチンで、燃料噴射量制御と並行して実施される。アシスト制御の実行時には、コンプレッサ３０ａのサージ回避のためにバイパスバルブ４２の開閉制御も行われる。

ところで、電動機３０ｃの作動時にバイパスバルブ４２が開かれてエアバイパスが実行されると、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量との間に過渡的なずれが生じる。上述のように、燃料噴射量制御にはエアフローメータ５２の信号が用いられるが、目標空燃比を実現して排気エミッションや燃費を良好に維持するためには、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量に基づいて燃料噴射量を制御する必要がある。

そこで、本実施形態では、以下に説明するように、燃料噴射量制御とアシスト制御とを関連付け、アシスト制御の実施状況に応じて吸入空気流量を補正し、補正した吸入空気流量に基づいて燃料噴射量制御を実行するようにしている。図２のフローチャートは、ＥＣＵ５０により実行されるアシスト制御のルーチンを示している。このアシスト制御ルーチンの実行に伴って吸入空気流量の補正が行われる。

図２に示すルーチンの最初のステップ１００では、各センサからＥＣＵ５０に入力される信号の処理が行われる。アシスト制御では、アクセル開度センサ５６の信号、エンジン回転数センサ５４の信号、ターボ回転数センサ３２の信号、及びエアフローメータ５２の信号が用いられる。

次のステップ１０２では、ステップ１００で処理した入力信号に基づき、所定のアシスト開始・継続条件が成立しているか否か判定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、予め用意した運転状態判別マップを参照し、エンジン回転数とアクセル開度とから、現在のエンジンの運転状態が電動アシストを必要とする運転状態か否か判定する。電動アシストを必要とする運転状態とは、例えば、ＭＡＴ３０を駆動するための排気エネルギは少ないが、高いトルクが要求されるような運転状態（低回転高負荷状態）である。現在のエンジンの運転状態が電動アシストを必要とする運転状態であるならば、アシスト開始・継続条件は成立する。一方、電動アシストを必要とする運転状態でない場合には、アシスト開始・継続条件は不成立となり、本ルーチンは終了する。

ステップ１０２でアシスト開始・継続条件が成立した場合、ステップ１０４以降の処理が実施される。先ず、ステップ１０４では、ステップ１００で処理した入力信号に基づき、ＭＡＴ３０の目標ターボ回転数が決定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、アクセル開度、及びスロットル開度を軸とする多次元マップ（電動機制御マップ）から、目標ターボ回転数を読み出す。目標ターボ回転数の決定後は、ＥＣＵ５０から電動機３０ｃへ目標ターボ回転数に応じた電力が供給され、電動機３０ｃよる電動アシストが開始される（ステップ１０６）。

電動アシストの実施中は、バイパスバルブ４２を開弁させる条件が成立しているか否か判定される（ステップ１０８）。バイパスバルブ４２を開弁させる条件とは、コンプレッサ３０ａがサージ限界に達することである。サージ限界に達しているか否かは、コンプレッサ３０ａの出口圧と入口圧（大気圧）との圧力比、及びエアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量から判定することができる。圧力比と吸入空気流量との関係が所定のサージラインを超えているとき、コンプレッサ３０ａはサージ限界に達していると判断される。

なお、コンプレッサ３０ａの出口圧は、コンプレッサ３０ａとスロットルバルブ２０との間に圧力センサを配置すれば、この圧力センサの信号から測定することができる。しかし、本実施形態では、ターボ回転数センサ３２による測定されるターボ回転数と、吸入空気流量とから、コンプレッサ３０ａの出口圧を算出する。具体的には、ターボ回転数と吸入空気流量とを軸とするマップから、コンプレッサ３０ａの出口圧を読み出すようにしている。

ステップ１０８でバイパスバルブ開条件が成立した場合、すなわち、コンプレッサ３０ａがサージ限界に達した場合、バイパスバルブ４２が開かれる（ステップ１１０）。バイパスバルブ４２は通常は閉じられている。バイパスバルブ４２が開かれることで、コンプレッサ３０ａで圧縮された空気の一部は、バイパス通路４０を通ってコンプレッサ３０ａの上流に還流される。このようにエアバイパスを実施することで、コンプレッサ３０ａを通過する空気の流量は増大し、コンプレッサ３０ａのサージは回避される。

ステップ１１０でバイパスバルブ４２が開かれ、エアバイパスが実施される場合、バイパス通路４０内をバイパス空気が定常的に流れている定常状態では、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量とは一致する。しかし、バイパス通路４０に空気が充填されてバイパス空気の流量が定常状態になるまでの間は、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量よりも多くの空気が吸気通路８に吸入されることになる。このため、エアバイパスの開始直後の過渡状態では、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と、エンジン本体２に吸入される空気流量との間には過渡的なずれが生じる。

そこで、次のステップ１１２では、バイパス空気の流量が定常状態になるまでの間、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量の補正が行われる。具体的には、以下の式（１）に示すように、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量（測定吸入空気流量）からバイパス空気の流量（バイパス空気流量）を差し引いて補正することで、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量（実吸入空気流量）を算出する。バイパス空気流量は、バイパスバルブ４２の上下流の圧力差、すなわち、コンプレッサ３０ａの出口圧と入口圧（大気圧）との圧力差と、バイパスバルブ４２の絞り面積とから算出することができる。
実吸入空気流量＝測定吸入空気流量−バイパス空気流量 ・・・(1)
エアバイパスの開始直後の過渡状態では、上記の式(1)で算出された実吸入空気流量が燃料噴射量制御に用いられる。

エアバイパスの開始後、バイパス空気流量が定常状態になった後は、上記の式(1)による吸入空気流量の補正は中止され、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量がそのまま燃料噴射量制御に用いられる。バイパス空気流量が定常状態なったか否かは、バイパスバルブ４２の上下流の圧力差、すなわち、コンプレッサ３０ａの出口圧と入口圧との圧力差の変化から判断することができる。

ステップ１０８でバイパスバルブ開条件が不成立の場合、すなわち、未だコンプレッサ３０ａがサージ限界に達していない場合には、ステップ１１０の処理はスキップされ、エアバイパスは実施されない。この場合は、ステップ１１２の処理もスキップされ、吸入空気流量の補正は行われない。つまり、バイパスバルブ４２が閉じられているときには、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量がそのまま燃料噴射量制御に用いられる。

ステップ１１４では、バイパスバルブ４２を閉弁させる条件が成立しているか否か判定される。バイパスバルブ４２を閉弁させる条件とは、コンプレッサ３０ａがサージを回避したことである。コンプレッサ３０ａの出口圧と入口圧との圧力比と、吸入空気流量との関係がサージラインを下回ったとき、コンプレッサ３０ａのサージは回避されたと判断される。バイパスバルブ閉条件が成立した場合、すなわち、コンプレッサ３０ａのサージが回避された場合、バイパスバルブ４２は閉じられる（ステップ１１６）。一方、バイパスバルブ閉条件が不成立の場合には、バイパスバルブ４２は開状態に維持され、ステップ１１６以降の処理はスキップされる。

バイパスバルブ４２が閉じられた場合、次のステップ１１８では、電動アシストを停止する条件が成立しているか否か判定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、ターボ回転数センサ３２による測定される実ターボ回転数と、ステップ１０４で決定した目標ターボ回転数とを比較し、実ターボ回転数が目標ターボ回転数に達したか否か判定する。実ターボ回転数が目標ターボ回転数に達したとき、電動アシスト停止条件は成立する。電動アシスト停止条件が成立するまでは、次のステップ１２０の処理はスキップされ、電動アシストは継続される。そして、電動アシスト停止条件が成立したとき、ＥＣＵ５０から電動機３０ｃへの電力供給が停止され、電動機３０ｃよる電動アシストは停止される（ステップ１２０）。

以上説明したように、上記のルーチンによれば、電動アシストの実施中、サージ回避のためにエアバイパスが実施されたときには、吸気通路８に吸入される空気流量からバイパス空気流量を差し引くことで、エアバイパスの開始直後の過渡状態でエンジン本体２に吸入される吸入空気流量を正確に算出することができ、この正確な吸入空気流量に基づいて燃料噴射量制御を行うことができる。つまり、サージ回避のためにエアバイパスを実施した場合であっても、目標空燃比を実現して排気エミッションや燃費を良好に維持することができる。

なお、本実施の形態では、ＥＣＵ５０により上記ルーチンのステップ１１２の処理が実行されることで、第１の発明の「演算手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０により、ステップ１１２で補正された吸入空気流量に基づき燃料噴射量制御が実行されることで、第１の発明の「制御パラメータ調整手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０によりステップ１０８の処理が実行されることで、第７の発明の「サージ回避手段」が実現されている。

[プレアシスト制御の説明]
本実施形態にかかるＥＣＵ５０は、実際に高トルクが必要とされる状況で電動機３０ａを作動させるアシスト制御に加え、ドライバの高トルク要求を事前に予測し、実際に高トルクが必要とされる前に電動機３０ｃを作動させてターボ回転数を上昇させておくプレアシスト制御を行うことができる。このプレアシスト制御によれば、実際に高トルクが要求されてからコンプレッサ３０ａの回転により過給圧が上昇するまでのタイムラグを解消することができ、加速時や登坂時等、高トルクが要求された時の出力の応答性を向上させることができる。

このプレアシスト制御も、アシスト制御と同様、前述の燃料噴射量制御のルーチンとは別ルーチンで、燃料噴射量制御と並行して実施される。プレアシスト制御の実施時には、コンプレッサ３０ａのサージを防止しつつターボ回転数を速やかに上昇させるため、バイパスバルブ４２が開かれてエアバイパスが実施される。このため、アシスト制御時と同様に、エアバイパスの開始直後の過渡状態では、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量との間にはずれが生じる。

そこで、本実施形態では、以下に説明するように、燃料噴射量制御とプレアシスト制御とを関連付け、プレアシスト制御の実施状況に応じて吸入空気流量を補正し、補正した吸入空気流量に基づいて燃料噴射量制御を実行するようにしている。図３のフローチャートは、ＥＣＵ５０により実行されるプレアシスト制御のルーチンを示している。このプレアシスト制御ルーチンの実行に伴って吸入空気流量の補正が行われる。

図３に示すルーチンの最初のステップ２００では、各センサからＥＣＵ５０に入力される信号の処理が行われる。プレアシスト制御では、アクセル開度センサ５６の信号、エンジン回転数センサ５４の信号、ターボ回転数センサ３２の信号、及びエアフローメータ５２の信号が用いられる。また、プレアシスト制御では、道路情報や車両情報も用いられる。

次のステップ２０２では、ステップ２００で処理した入力信号に基づき、所定のプレアシスト開始・継続条件が成立しているか否か判定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、道路情報及び車両情報から、現在の車両の走行状況がプレアシストを必要とする状況か否か判定する。プレアシストを必要とする状況とは、例えば、坂道発進時や、登り坂に差し掛かった時や、カーブ路から直線路へ変わる時等、高トルクが要求されることが予測される状況である。現在の車両の走行状況がプレアシストを必要とする状況であるならば、プレアシスト開始・継続条件は成立する。一方、プレアシストを必要とする状況でない場合には、プレアシスト開始・継続条件は不成立となり、本ルーチンは終了する。

ステップ２０２でプレアシスト開始・継続条件が成立した場合、ステップ２０４以降の処理が実施される。先ず、ステップ２０４では、ステップ２００で処理した入力信号に基づき、ＭＡＴ３０の目標ターボ回転数が決定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、アクセル開度、及びスロットル開度を軸とするプレアシスト用の多次元マップ（電動機制御マップ）から、目標ターボ回転数を読み出す。目標ターボ回転数の決定後は、ＥＣＵ５０から電動機３０ｃへ目標ターボ回転数に応じた電力が供給され、電動機３０ｃよる電動アシストが開始される（ステップ２０６）。

電動機３０ｃよる電動アシストの開始後、バイパスバルブ４２が開かれる（ステップ２０８）。バイパスバルブ４２の開弁によりコンプレッサ３０ａの出口側と入口側とがバイパスされることで、ターボ回転数が上昇した場合でもコンプレッサ３０ａの出口圧の上昇は抑えられる。これにより、コンプレッサ３０ａのサージを防止できるとともに、ターボ回転数を目標ターボ回転数まで速やかに上昇させることができる。

ステップ２０８でバイパスバルブ４２が開かれ、エアバイパスが実施されている間、次のステップ２１２では、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量の補正が行われる。本ステップでは、エアフローメータ５２の信号をなまして補正し、なました信号から吸入空気流量を測定する。なお、通常でもノイズ除去のために信号のなましは行われているが、ここでは通常の数１０倍のなましを行って信号をより平滑化する。このように、なました信号から吸入空気流量を測定することで、図４に示すように、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量（実吸入空気流量）を近似することができ、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と実吸入空気流量との誤差を低減することができる。

ステップ２１２では、バイパスバルブ４２を閉弁させる条件が成立しているか否か判定される。バイパスバルブ４２を閉弁させる条件とは、ドライバからの高トルク要求の発信である。高トルク要求の有無は、エンジン回転数とアクセル開度から判定することができる。高トルク要求が発せられた場合には、コンプレッサ３０ａの出口圧を上昇させるべく、バイパスバルブ４２は閉じられる（ステップ２１４）。一方、バイパスバルブ閉条件が不成立の場合には、バイパスバルブ４２は開状態に維持され、ステップ２１４以降の処理はスキップされる。

バイパスバルブ４２が閉じられた場合、次のステップ２１６では、電動アシストを停止する条件が成立しているか否か判定される。具体的には、ＥＣＵ５０は、ターボ回転数センサ３２による測定される実ターボ回転数と、ステップ２０４で決定した目標ターボ回転数とを比較し、実ターボ回転数が目標ターボ回転数に達したか否か判定する。実ターボ回転数が目標ターボ回転数に達したとき、電動アシスト停止条件は成立する。電動アシスト停止条件が成立するまでは、次のステップ２１８の処理はスキップされ、電動アシストは継続される。そして、電動アシスト停止条件が成立したとき、ＥＣＵ５０から電動機３０ｃへの電力供給が停止され、電動機３０ｃよる電動アシストは停止される（ステップ２１８）。

以上説明したように、上記のルーチンによれば、プレアシストの実施に伴ってエアバイパスを実施したときには、エアフローメータ５２の信号をなまして補正し、なました信号から吸入空気流量を測定することで、実際にエンジン本体２に吸入される吸入空気流量と測定による吸入空気流量との誤差を低減することができる。これにより、正確な吸入空気流量に基づいて燃料噴射量制御を行うことができ、プレアシスト中であっても、目標空燃比を実現して排気エミッションや燃費を良好に維持することができる。

本実施の形態では、ＥＣＵ５０により上記ルーチンのステップ２１０の処理が実行されることで、第１の発明の「演算手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０によりステップ２１０で補正された吸入空気流量に基づき燃料噴射量制御が実行されることで、第１の発明の「制御パラメータ調整手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０によりステップ２０２の処理が実行されることで、第８の発明の「高トルク要求予測手段」が実現され、ステップ２０６の処理が実行されることで、第８の発明の「プレアシスト手段」が実現されている。

なお、上記実施の形態では、プレアシスト時の吸入空気流量の補正方法として、エアフローメータ５２の信号をなまして補正しているが、他の簡易な補正方法を用いることもできる。例えば、エンジン回転数とスロットル開度とから、エンジン本体２に吸入される空気流量の最大値を予測し、この最大値を吸入空気流量の上限値として設定する。エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量をこの上限値で制限することで、図５に示すように、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量（実吸入空気流量）を近似することができ、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と実吸入空気流量との誤差を低減することができる。

また、上記実施の形態では、プレアシスト時、電動アシストの開始後直ぐにバイパスバルブ４２を開いているが、アシスト時と同様に、コンプレッサ３０ａがサージ限界に達するまではバイパスバルブ４２を閉じていてもよい。その場合、エアフローメータ５２の信号をなますことによる吸入空気流量の補正、或いは、吸入空気流量を上限値で制限することによる補正は、バイパスバルブ４２の開閉状態にかかわらず電動アシストの開始と同時に実行することができる。

実施の形態２.
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
本実施形態の電動機付き過給器を有する内燃機関の制御装置は、図１に示す構成において、ＥＣＵ５０に、図３に示すルーチンに代えて図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

[プレアシスト制御の説明]
本実施形態の制御装置は、実施の形態１の制御装置とは、プレアシスト制御における処理内容に相違がある。図６のフローチャートは、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行されるプレアシスト制御のルーチンを示している。図６に示すルーチンにおいて、図３に示すルーチンと同一内容の処理については同一のステップ番号を付している。また、既に説明した内容の処理については重複する説明は省略するものとする。

図６に示すように、本実施形態にかかるプレアシスト制御では、電動アシストの開始に先立って、バイパスバルブ４２が開かれる（ステップ２２０）。つまり、バイパスバルブ４２の開弁によりコンプレッサ３０ａの出口側と入口側とがバイパスされた状態で、ＥＣＵ５０から電動機３０ｃへ目標ターボ回転数に応じた電力が供給され、電動機３０ｃよる電動アシストが開始される（ステップ２２２）。

電動機３０ｃの作動に先立ってバイパスバルブ４２が開かれることで、コンプレッサ３０ａによる吸入空気の圧縮は抑制され、コンプレッサ３０ａの入口圧と出口圧との圧力差は僅かに抑えられる。これにより、バイパス通路４０への空気の流入が抑えられ、コンプレッサ３０ａを通過した空気の殆どが、そのままエンジン本体２に吸入されることになる。

したがって、本実施形態では、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量と、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量との誤差は僅であり、測定した吸入空気流量の補正は不要となる。つまり、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量をそのまま燃料噴射量制御に用いることで、正確な吸入空気流量に基づいた燃料噴射量制御が可能になる。

なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ５０により燃料噴射量制御が実行されることで、第９の発明の「制御パラメータ調整手段」が実現されている。また、ＥＣＵ５０によりステップ２０２の処理が実行されることで、第９の発明の「高トルク要求予測手段」が実現され、ステップ２２２の処理が実行されることで、第９の発明の「プレアシスト手段」が実現され、ステップ２２０の処理が実行されることで、第９の発明の「バルブ制御手段」が実現されている。

実施の形態３.
次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。

[エンジンスシステムの構成の説明]
図７は本発明の実施の形態３としての制御装置が適用される電動機付き過給器を有する内燃機関の概略構成図である。図７において、図３中に示す部位と同一の部位については同一の符号を付している。また、既に説明した構成については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態にかかるエンジンと実施の形態１にかかるエンジンとの相違点は、ＥＧＲ装置の有無にある。図７に示すように、スロットルバルブ２０から吸気マニホールド４に至る吸気通路１０の途中には、ＥＧＲ通路２２が接続されている。ＥＧＲ通路２２の逆側の端部は、排気マニホールド６に接続されている。ＥＧＲ通路２２の途中には、内部を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ２６が設けられている。ＥＧＲ通路２２におけるＥＧＲクーラ２６の下流には、ＥＧＲ通路２２の通路面積を制御するためのＥＧＲバルブ２４が設けられている。これらＥＧＲ通路２２、ＥＧＲバルブ２４、及びＥＧＲクーラ２６により、ＥＧＲ装置が構成されている。

吸気通路１０と排気マニホールド６とがＥＧＲ通路２２によって接続されることで、一部の排気ガス（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ通路２２を通って吸気通路１０に導入される。吸気通路１０に導入するＥＧＲガスの量（ＥＧＲ量）は、ＥＧＲバルブ２４の開度によって制御することができる。ＥＧＲバルブ２４の開度は、エンジンの運転状態に基づいてＥＣＵ５０によって制御される。

また、本実施形態にかかるエンジンは、吸気通路１０におけるＥＧＲ通路２２の接続部の下流に過給圧センサ５８を備えている。過給圧センサ５８は、吸気通路１０内の空気の圧力に応じた信号を出力する。また、吸気通路１０内の空気圧力と空気流量とは対応しているので、この過給圧センサ５８は、吸気通路１０を通過する空気の流量に応じた信号を出力しているとも言える。したがって、過給圧センサ５８の信号から、吸気通路１０を通ってエンジン本体２に吸入される空気の流量を測定することができる。過給圧センサ５８はＥＣＵ５０の入力側に接続され、過給圧センサ５８の信号はＥＣＵ５０によるエンジン制御に用いられている。

[アシスト制御の説明]
本実施形態の制御装置は、実施の形態１の制御装置とは、アシスト制御における処理内容にも相違がある。図８のフローチャートは、本実施形態においてＥＣＵ５０により実行されるアシスト制御のルーチンを示している。図８に示すルーチンにおいて、図２に示すルーチンと同一内容の処理については同一のステップ番号を付している。また、既に説明した内容の処理については重複する説明は省略するものとする。

本実施形態にかかるアシスト制御では、ＥＧＲバルブ２４の開弁状態に応じて吸入空気量の算出方法が変更される。具体的には、図８に示すように、ステップ１１０でバイパスバルブ４２が開かれた後、ＥＧＲバルブ２４が開弁しているか否か判定される（ステップ１２２）。ＥＧＲバルブ２４が閉弁しているときには、過給圧センサ５８の信号からエンジン本体２に吸入される空気流量が算出される（ステップ１２４）。過給圧センサ５８の信号を用いることで、エアバイパスの影響を受けることなく、エンジン本体２に吸入される空気流量を正確に算出することができる。

しかし、ＥＧＲバルブ２４が開いて排気ガスが吸気通路１０に導入されている時には、排気ガスの流量の分、過給圧センサ５８の信号から測定されるガス流量と、実際にエンジン本体２に吸入される空気流量との間には誤差が生じる。そこで、ＥＧＲバルブ２４が開弁しているときには、実施の形態１と同様の方法でエアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量の補正が行われる（ステップ１１２）。

上記のルーチンによれば、ＥＧＲ装置の作動時、つまり、ＥＧＲバルブ２４の開弁時には、吸気通路８に吸入される空気流量からバイパス空気流量を差し引くことで、エアバイパス開始直後の過渡状態でエンジン本体２に吸入される吸入空気流量を正確に算出することができる。したがって、排気ガスが吸気通路１０に導入されている場合であっても、正確な吸入空気流量に基づいて燃料噴射量制御を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、ＥＣＵ５０によりステップ１２２の処理とステップ１２４，１１２の何れかの処理が実行されることで、第６の発明にかかる「演算手段」の機能が実現されている。また、過給圧センサ５８は、第６の発明にかかる「ガス状態量センサ」に相当している。

その他．
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

実施の形態１では、プレアシスト制御時、エアバイパスの実施中はエアフローメータ５２の信号をなまし、なました信号から測定される吸入空気流量をエンジン本体２に吸入される空気流量として算出しているが、エアバイパス開始直後の過渡状態でのみエアフローメータ５２の信号をなますようにしてもよい。また、アシスト制御時と同様、エアフローメータ５２の信号から測定される吸入空気流量からバイパス空気流量を差し引いて補正することで、エアバイパスの開始直後にエンジン本体２に吸入される空気流量を算出してもよい。

また、実施の形態３においてプレアシスト制御を実施する場合は、実施の形態１にかかるプレアシスト制御と、実施の形態２にかかるプレアシスト制御の何れの制御方法を用いてもよい。ＥＧＲ装置が作動していないときであれば、実施の形態３にかかるアシスト制御と同様、過給圧センサ５８の信号からエンジン本体２に吸入される空気流量を算出してもよい。

また、実施の形態３では、吸気通路１０におけるスロットルバルブ２０の下流に過給圧センサ５８を配置しているが、空気流量に応じた信号を出力するエアフローメータを過給圧センサ５８の代わりに配置してもよい。

本発明の実施の形態１としての制御装置が適用される電動機付き過給器を有する内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施の形態１において実施されるアシスト制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実施されるプレアシスト制御ルーチンのフローチャートである。 図３に示すプレアシスト制御ルーチンで実施される吸入空気流量の補正の方法を説明するための図である。 図３に示すプレアシスト制御ルーチンで実施される吸入空気流量の補正の他の方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実施されるプレアシスト制御ルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態３としての制御装置が適用される電動機付き過給器を有する内燃機関の概略構成図である。 本発明の実施の形態３において実施されるアシスト制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２ エンジン本体
４ 吸気マニホールド
６ 排気マニホールド
８，１０ 吸気通路
１２，１４ 排気通路
２０ スロットルバルブ
２２ ＥＧＲ通路
２４ ＥＧＲバルブ
３０ 電動機付きターボチャージャ（ＭＡＴ）
３０ａ コンプレッサ
３０ｂ タービン
３０ｃ 電動機
３２ ターボ回転数センサ
４０ バイパス通路
４２ バイパスバルブ
５０ ＥＣＵ
５２ エアフローメータ
５４ エンジン回転数センサ
５６ アクセル開度センサ
５８ 過給圧センサ

Claims (9)

1. 吸気通路に配置され、電動機によって回転をアシスト可能な過給機と、
   前記吸気通路における前記過給機の下流側と上流側とをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
   前記吸気通路における前記過給機の上流に配置され、前記吸気通路に吸入される空気流量に応じた信号を出力する吸入空気流量センサと、を備える電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記電動機及び前記バイパスバルブの作動状態と前記吸入空気流量センサの信号とに基づいて前記内燃機関に吸入される機関吸入空気流量を算出する演算手段と、
   前記機関吸入空気流量に基づいて前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータを調整する制御パラメータ調整手段と、
   を備えることを特徴とする電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
2. 前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記バイパス通路を前記過給機の下流側から上流側へ流れるバイパス空気流量を取得し、前記吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量をバイパス空気流量で補正したものを前記機関吸入空気流量として算出することを特徴とする請求項１記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
3. 前記演算手段は、前記吸入空気流量と前記過給機の回転数とに基づいて前記過給機のコンプレッサ出口圧を算出し、前記コンプレッサ出口圧と前記バイパスバルブの開度とから前記バイパス空気流量を算出することを特徴とする請求項２記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
4. 前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記吸入空気流量センサの信号をなまし、前記のなました信号から測定される吸入空気流量を前記機関吸入空気流量として算出することを特徴とする請求項１記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
5. 前記演算手段は、前記電動機の作動中であって前記バイパスバルブの開弁直後は、前記内燃機関の回転数とスロットル開度とに基づいて機関吸入空気流量の最大値を予測し、前記吸入空気流量センサの信号から測定される吸入空気流量を前記最大値によって制限したものを前記機関吸入空気流量として算出することを特徴とする請求項１記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
6. 前記内燃機関は、排気ガスの一部を前記吸気通路におけるスロットルの下流に導入するＥＧＲ装置と、
   前記ＥＧＲ装置による排気ガスの導入部の下流に配置され、前記内燃機関に吸入されるガスの圧力或いは流量に応じた信号を出力するガス状態量センサと、をさらに備え、
   前記演算手段は、前記ＥＧＲ装置の非作動時には、前記ガス状態量センサの信号に基づいて前記機関吸入空気流量を算出し、前記ＥＧＲ装置の作動時には、前記電動機及び前記バイパスバルブの作動状態と前記吸入空気流量センサの信号とに基づいて前記機関吸入空気流量を算出することを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
7. 前記電動機の作動時に前記過給機のサージ状態を判定し、判定結果からサージ回避を行うべきであると判断した場合には、前記バイパスバルブを開弁するサージ回避手段をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
8. 道路情報或いは車両情報に基づきドライバの高トルク要求を事前に予測する高トルク要求予測手段と、
   前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機を作動させて前記過給機の回転数を上昇させておくプレアシスト手段と、
   をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
9. 吸気通路に配置され、電動機によって回転をアシスト可能な過給機と、
   前記吸気通路における前記過給機の下流側と上流側とをバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパスバルブと、
   前記吸気通路における前記過給機の上流に配置され、前記吸気通路に吸入される空気流量に応じた信号を出力する吸入空気流量センサと、を備える電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置であって、
   前記吸入空気流量センサの信号に基づいて前記内燃機関の出力に係わる制御パラメータを調整する制御パラメータ調整手段と、
   道路情報或いは車両情報に基づきドライバの高トルク要求を事前に予測する高トルク要求予測手段と、
   前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機を作動させて前記過給機の回転数を上昇させておくプレアシスト手段と、
   前記高トルク要求が予測された場合に、前記電動機の作動に先立って前記バイパスバルブを開弁するバルブ制御手段と、
   を備えることを特徴とする電動機付き過給機を有する内燃機関の制御装置。
   

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