JP2016011641A

JP2016011641A - 過給システム

Info

Publication number: JP2016011641A
Application number: JP2014134010A
Authority: JP
Inventors: 翔冨田; Sho Tomita; 山田　智海; Tomomi Yamada; 智海山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-21
Also published as: WO2016002964A1; CN106662003A; US20170145906A1; EP3161291A1

Abstract

【課題】過給モードの切り替えに伴うハンチングの発生を抑制できる過給システムを提供する。
【解決手段】過給システム１は、ターボ過給機３が単独で内燃機関２を過給する単段過給モードと、ターボ過給機３及び電動過給機４の双方で内燃機関２を過給する２段過給モードとの間で過給モードを切り替える。そして、単段過給モードから２段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３を閉操作する場合と、２段過給モードから単段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３を開操作する場合との間で、バイパスバルブ１３の操作に利用するパラメータの閾値が異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気駆動されるターボ過給機と電動駆動される電動過給機とを備え、内燃機関に適用される過給システムに関する。

内燃機関に適用される過給システムとして、ターボ過給機と電動過給機とを備え、加速時におけるターボ過給機の応答遅れを電動過給によってアシストするものが知られている（特許文献１参照）。

特開２００４−２５１２４８号公報

特許文献１の過給システムは、ターボ過給機及び電動過給機の双方で内燃機関に対して過給を行う２段過給モードとターボ過給機が単独で内燃機関に対して過給を行う単段過給モードとを実施可能である。しかし、加速時ではなく定常運転時又は定常運転とみなし得る準定常運転時に２段過給モードを実施する場合に、定常運転時又は準定常運転時の状態が単段過給モードと２段過給モードとの切り替え条件付近にあるとハンチングを起こしやすい。特に、電動過給機を迂回するバイパス通路が設けられ、過給モードの切り替えに伴ってバイパスバルブによってバイパス通路を開閉する形態の場合、バイパス通路の開閉に伴って吸入空気量が直接的に変化することによって内燃機関の出力トルクの変動が生じるおそれがある。

そこで、本発明は、過給モードの切り替えに伴うハンチングの発生を抑制できる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、内燃機関に適用される過給システムであって、タービンにて排気駆動されるターボ過給機と、電動駆動される電動過給機と、前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するために設けられ、前記バイパス通路を開く開位置と前記バイパス通路を閉じる閉位置との間で動作するバイパスバルブと、前記バイパスバルブが前記開位置で前記電動過給機が電動駆動停止されることにより前記ターボ過給機が単独で前記内燃機関を過給する単段過給モードと、前記バイパスバルブが前記閉位置で前記電動過給機が電動駆動されることにより前記ターボ過給機及び前記電動過給機の双方で前記内燃機関を過給する２段過給モードとの間で過給モードを切り替える過給制御手段と、を備え、前記単段過給モードから前記２段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記開位置から前記閉位置に操作する閉操作の場合と、前記２段過給モードから前記単段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記閉位置から前記開位置に操作する開操作の場合との間で、前記バイパスバルブの操作に利用するパラメータの閾値が異なるものである（請求項１）。

この過給システムによれば、過給モードを切り替えるためにバイパスバルブに対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われるため、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブの開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。

本発明の過給システムの一態様において、前記内燃機関の運転状態の時間的変化が所定範囲内にある定常運転時又は準定常運転時において、前記単段過給モードから前記２段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記開位置から前記閉位置に操作する閉操作の場合と、前記２段過給モードから前記単段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記閉位置から前記開位置に操作する開操作の場合との間で、前記バイパスバルブの操作に利用するパラメータの閾値が異なってもよい（請求項２）。この態様によれば、定常運転時又は準定常運転時の場合に限って過給モードを切り替えるためにバイパスバルブに対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われる。このため、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブの開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。そして、定常運転時又は準定常運転時以外の運転状態では運転状態に適した制御を採用できる。

本発明の過給システムの一態様において、前記パラメータは、前記内燃機関の回転速度、吸入空気量、又は過給圧であり、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値は、前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値よりも小さくてもよい（請求項３）。この態様によれば、バイパスバルブの閉操作が実施されて単段過給モードから２段過給モードに移行した場合、閉操作が実施される閾値にパラメータの値が到達してもバイパスバルブの開操作は実施されずに２段過給モードが維持される。そして、閉操作が実施される閾値よりも小さな閾値にパラメータの値が到達してからバイパスバルブの開操作が実施されて２段過給モードから単段過給モードへ移行する。したがって、バイパスバルブの開操作と閉操作とが頻発することを抑制できる。

本発明の過給システムの一態様において、前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で所定時間以上継続した場合に、前記電動過給機の電動駆動停止を実施するとともに前記バイパスバルブの前記開操作を実施してもよい（請求項４）。この態様によれば、２段過給モードによる運転が２つの閾値間で長時間継続することが回避されるので、電動過給機の電動駆動による電力消費量を低減できる。

本発明の過給システムの一態様において、前記ターボ過給機の前記タービンを迂回して前記タービンの上流と下流とを接続するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路に設けられて前記タービンバイパス通路を全閉する位置から全開する位置までの間で開度変更可能なウェストゲートバルブとを更に備え、前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で実施されている場合に、前記ウェストゲートバルブを操作することにより過給圧を調整してもよい（請求項５）。この態様によれば、２段過給モードによる運転が２つの閾値間で実施されている場合にウェストゲートバルブの操作によって過給圧を調整できる。

本発明の過給システムの一態様において、前記ターボ過給機の前記タービンを迂回して前記タービンの上流と下流とを接続するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路に設けられて前記タービンバイパス通路を全閉する位置から全開する位置までの間で開度変更可能なウェストゲートバルブとを更に備え、前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で実施されている場合に、前記タービンバイパス通路を全閉する位置に前記ウェストゲートバルブを操作する状態に維持しつつ、前記電動過給機を操作することにより過給圧を調整してもよい（請求項６）。この態様によれば、２段過給モードによる運転が２つの閾値間で実施されている場合にタービンバイパス通路を全閉することによって電動過給機による過給配分を増加させつつ電動過給機の操作によって過給圧を調整できる。

この態様において、前記過給制御手段は、前記タービンバイパス通路を全閉する位置に前記ウェストゲートバルブを操作する状態が所定時間以上継続した場合に、電動過給機の回転速度を上昇させるとともに、その回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるように前記ウェストゲートバルブの開度を開き側に操作してから、前記電動過給機の電動駆動停止及びバイパスバルブの開操作を同時に実施してもよい（請求項７）。この態様によれば、電動過給機の回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるので内燃機関の出力トルクの変動を抑えつつ、電動過給機の電動駆動停止及びバイパスバルブの開操作が同時に実施されることによって過給モードを２段過給モードから単段過給モードへ切り替えることができる。

以上説明したように、本発明の過給システムによれば、過給モードを切り替えるためにバイパスバルブに対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われるため、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブの開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。

本発明の一形態に係る過給システムが適用された内燃機関の全体構成の概略を示した図。過給モードの切り替えを示した説明図。第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。第１の形態に係る制御結果の一例を示したタイミングチャート。第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。第２の形態に係る制御結果の一例を示したタイミングチャート。第３の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。第３の形態に係る制御結果の一例を示したタイミングチャート。

（第１の形態）
図１に示すように、過給システム１は内燃機関２に適用されている。内燃機関２は不図示の自動車の走行用動力源として搭載された火花点火型の内燃機関として構成されている。過給システム１は内燃機関２に対して過給するターボ過給機３と電動過給機４とを備えている。ターボ過給機３はタービン３ａ及びコンプレッサ３ｂを有し、内燃機関２の排気を受けたタービン３ａにて排気駆動される。電動過給機４は電動モータ４ａ及びコンプレッサ４ｂを有し、電動モータ４ａにて電動駆動される。電動モータ４ａはバッテリ５に接続され、バッテリ５の電力が電動モータ４ａの駆動電力として用いられている。

ターボ過給機３のコンプレッサ３ｂは吸気通路６に、タービン３ａは排気通路７にそれぞれ設けられている。コンプレッサ３ｂの下流側の吸気通路６には、加圧された空気を冷却するインタークーラ８と、空気流量を調整するスロットルバルブ１０とが設けられている。スロットルバルブ１０の下流には内燃機関２の過給圧（吸気圧）に応じた信号を出力する圧力センサ１１が設けられている。電動過給機４のコンプレッサ４ｂはターボ過給機３のコンプレッサ３ｂの上流側の吸気通路６に設けられている。吸気通路６には、電動過給機４を迂回して電動過給機４の上流と下流とを接続するバイパス通路１２が設けられている。バイパス通路１２には、バイパス通路１２を開閉するためのバイパスバルブ１３が設けられている。バイパスバルブ１３はバイパス通路１２を開く開位置とバイパス通路１２を閉じる閉位置との間で動作する。バイパス通路１２の下流側の接続位置は電動過給機４のコンプレッサ４ｂとターボ過給機３のコンプレッサ３ｂとの間に設定されている。一方、バイパス通路１２の上流側の接続位置は電動過給機４のコンプレッサ４ｂとエアーフローメータ１４との間に設定されている。エアーフローメータ１４は吸入空気量に応じた信号を出力する周知のセンサである。

内燃機関２の過給圧を調整するため、過給システム１にはターボ過給機３のタービン３ａを迂回してタービン３ａの上流と下流とを接続するタービンバイパス通路１５と、タービンバイパス通路１５を流れる排気流量を調整するウェストゲートバルブ１６とが設けられている。ウェストゲートバルブ１６はタービンバイパス通路１５を全閉する位置から全開する位置までの間で開度変更できる電磁駆動バルブとして構成されていて、アクティブウェストゲートバルブと呼ばれることがある。ウェストゲートバルブ１６の開度を変更することによってタービンバイパス通路１５及びタービン３ａを流れる排気の流量を変更できる。これにより、コンプレッサ３ｂの出力が変更されるので内燃機関２の過給圧を調整できる。

過給システム１には内燃機関２を制御するためのコンピュータとして構成されたエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０が設けられている。ＥＣＵ２０は内燃機関２の点火時期や燃料噴射量等の運転パラメータを適正に制御する他に、本発明に関連して過給システム１に対する制御も実施する。ＥＣＵ２０には各種の制御の実施に必要な情報を得るために多数のセンサからの信号が入力される。本発明に関連するセンサとしては、上述した圧力センサ１１やエアーフローメータ１４の他に、内燃機関２の回転速度に応じた信号を出力するクランク角センサ２１やバッテリ５の蓄電率に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ２２等が設けられており、これらのセンサからの信号はＥＣＵ２０に入力される。

ＥＣＵ２０は、過給システム１の過給モードを単段過給モードと２段過給モードとの間で切り替える。単段過給モードはバイパスバルブ１３が開位置で電動過給機４が電動駆動停止されることによりターボ過給機３が単独で内燃機関２を過給する過給モードである。一方、２段過給モードはバイパスバルブ１３が閉位置で電動過給機４が電動駆動されることによりターボ過給機３及び電動過給機４の双方で内燃機関２を過給する過給モードである。

これらの過給モードの切り替えについては、内燃機関２の運転状態に適した制御が採用される。例えば、内燃機関２の運転状態の時間的変化、すなわち回転速度や車速の時間的変化が所定範囲を超える過渡運転時において、目標過給圧と実過給圧との偏差が所定基準を超えた場合には、ターボ過給機３の過給応答遅れを解消するために電動過給機４の電動駆動が実施されて単段過給モードから２段過給モードへの過給モードの切り替えが実施される。また、無過給状態でアクセルペダルが踏み込まれた瞬間から２段過給モードを開始し、目標過給圧に近づいたら２段過給モードから単段過給モード切り替えることも過渡運転時に実施される。これらの過渡運転時においては、目標過給圧と実過給圧との偏差が低下する方向にウェストゲートバルブ１６の開度をフィードバック制御することによって過給圧を調整している。

一方、内燃機関２の運転状態の時間的変化が所定範囲内にある定常運転時又は準定常運転時における過給モードの切り替えは、例えば図２に示した過給モード切り替えマップに基づいて実施される。定常運転時又は準定常運転時と過渡運転時とを区別する所定範囲は内燃機関２の特性に応じて適宜に設定されている。図２の切り替えマップには、内燃機関２の回転速度（エンジン回転速度）とトルク（過給圧）とで定義された２本の切り替えラインＬａ、Ｌｂが設定されている。一方の切り替えラインＬａは、単段過給モードから２段過給モードへ切り替える場合に用いられる。他方の切り替えラインＬｂは切り替えラインＬａよりも低回転速度・低トルク（低過給圧）側に設定されていて、２段過給モードから単段過給モードへ切り替える場合に用いられる。すなわち、本形態の過給システム１は、過給モードの切り替え方向によって過給モードの切り替えに用いる閾値が異なっている。換言すれば、過給モードの切り替えに関してヒステリシスが設定されている。

図２に示したように、内燃機関２の運転状態が実線の矢印に沿って変化した場合、切り替えラインＬａに到達した状態（１）でバイパスバルブ１３が開位置から閉位置に切り替えられて２段過給モードへ移行する。その後、再び切り替えラインＬａに到達した状態（２）では２段過給モードが維持されたまま、切り替えラインＬｂに到達した状態（３）でバイパスバルブ１３が閉位置から開位置に切り替えられて単段過給モードに移行する。過給モードの切り替えに関してこのようなヒステリシスが設定されているため、定常運転時又は準定常運転時でトルク（過給圧）が変化する状況でもバイパスバルブ１３の開閉が頻発して吸入空気量の変動が頻繁に起こるハンチングを抑制できる。

次に、ＥＣＵ２０が実施する本形態の具体的処理について図３及び図４を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各形態の制御では、バイパスバルブ１３の操作のために用いるパラメータの一例として過給圧を用いているが、本形態の制御を図２で説明したように過給圧とともにエンジン回転速度をパラメータとして用いた形態に変更することも可能である。

図３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ２０は圧力センサ１１の信号を参照し、現在の過給圧Ｐが、閾値Ｐ０からヒステリシスαを減じたもの（Ｐ０−α）以下か否かを判定する。Ｐ０は単段過給モードから２段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３の閉操作を実施する閾値に相当し、Ｐ０−αは２段過給モードから単段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３の開操作を実施する閾値に相当する。過給圧ＰがＰ０−α以下の場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ５に進む。

ステップＳ２において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を開位置に制御する。ステップＳ３において、ＥＣＵ２０はスロットルバルブ１０及びウェストゲートバルブ１６のそれぞれの開度を制御することによって過給圧を目標値に制御する。なお、過給圧の目標値は図３の制御ルーチンと並行して実施される制御ルーチン（不図示）に基づいて内燃機関２の回転速度や負荷等のパラメータに応じて逐次計算されている。次に、ステップＳ４において、ＥＣＵ２０は、現在の過給モードの状態を管理する管理フラグＦを、単段過給モードを意味する「０」に設定する。

ステップＳ５において、ＥＣＵ２０は、過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さいか否かを判定する。すなわち、ＥＣＵ２０は過給圧Ｐがヒステリシス（不感帯）の範囲内に存在するか否かを判定する。過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さい場合はステップＳ６に進み、そうでない場合つまり過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達した場合はステップＳ９に進む。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２０は現在の過給モードが単段過給モードであるか否か、すなわちＦ＝０か否かを判定する。単段過給モードである場合はステップＳ３に進み、そうでない場合、つまり２段過給モードの場合はステップＳ７に進む。

ステップＳ７において、ＥＣＵ２０は、エアーフローメータ１４の信号に基づいて吸入空気量を取得し、その吸入空気量に基づいて電動過給機４を吸気抵抗とならない程度のアイドル回転速度に維持されるように制御する。ステップＳ８において、ＥＣＵ２０はウェストゲートバルブ１６の開度を開き側に制御して過給圧を調整する。

ステップＳ９において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を閉位置に制御する。ステップＳ１０において、ＥＣＵ２０はウェストゲートバルブ１６を全閉状態に制御する。ステップＳ１１において、ＥＣＵ２０は電動過給機４を操作して過給圧を制御する。ステップＳ１２において、ＥＣＵ２０は管理フラグＦを、２段過給モードを意味する「１」に設定する。

図３の制御ルーチンを実施した制御結果の一例を図４のタイミングチャートに基づいて説明する。図４に示したように、時刻ｔ０からスロットルバルブ１０の開度がほぼ一定となり、定常状態又は準定常状態となる。その後、ウェストゲートバルブ１６の開度が閉じ側に制御されつつ過給圧Ｐが上昇する。時刻ｔ１で過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達すると、バイパスバルブ１３が開位置から閉位置へ閉操作されて時刻ｔ３まで閉位置に維持される（図３のステップＳ９参照）。そして、電動過給機４が電動駆動されることによって過給モードが２段過給モードに移行する。なお、電動過給機４の電動駆動の開始時期は、電動過給機４による過給の応答遅れを考慮して過給圧ＰがＰ０に到達する時刻ｔ１よりも少し前に設定されている。

過給圧Ｐが時刻ｔ１で閾値Ｐ０を超えてから減少に転じた後に時刻ｔ２で閾値Ｐ０よりも小さくなると、過給圧Ｐが時刻ｔ３でＰ０−αに到達するまで電動過給機４が吸気抵抗とならない程度のアイドル回転速度に制御される（図３のステップＳ７参照）。同時に、ウェストゲートバルブ１６が全閉から開き側に操作されることにより過給圧が調整される（図３のステップＳ８参照）。時刻ｔ３において、過給圧ＰがＰ０−αに到達すると、バイパスバルブ１３が閉位置から開位置へ開操作され（図３のステップＳ２参照）、同時に電動過給機４が電動駆動停止されて過給モードが２段過給モードから単段過給モードに移行する。

第１の形態によれば、過給モードを単段過給モードから２段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３を開位置から閉位置へ操作する閉操作が閾値Ｐ０で行われる一方で、過給モードを２段過給モードから単段過給モードへ切り替えるためにバイパスバルブ１３を閉位置から開位置へ操作する開操作が閾値Ｐ０−αで行われていて、バイパスバルブ１３に対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われている。そのため、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブ１３の開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。第１の形態において、ＥＣＵ２０は図３の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る過給制御手段として機能する。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図５及び図６を参照しながら説明する。第２の形態は制御内容を除いて第１の形態と共通するので、第２の形態の物理的構成については図１が参照され、物理的構成の説明は第１の形態についての説明が援用される。

図５の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ２１において、ＥＣＵ２０は圧力センサ１１の信号を参照し、現在の過給圧Ｐが、閾値Ｐ０からヒステリシスαを減じたもの（Ｐ０−α）以下か否かを判定する。過給圧ＰがＰ０−α以下の場合はステップＳ２２に進み、そうでない場合はステップＳ２５に進む。

ステップＳ２２において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を開位置に制御する。ステップＳ２３において、ＥＣＵ２０はスロットルバルブ１０及びウェストゲートバルブ１６のそれぞれの開度を制御することによって過給圧を目標値に制御する。次に、ステップＳ２４において、ＥＣＵ２０は、管理フラグＦを、単段過給モードを意味する「０」に設定する。

ステップＳ２５において、ＥＣＵ２０は、過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さいか否かを判定する。過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さい場合はステップＳ２６に進み、そうでない場合つまり過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達した場合はステップＳ２７に進む。

ステップＳ２６において、ＥＣＵ２０は現在の過給モードが単段過給モードであるか否か、すなわちＦ＝０か否かを判定する。単段過給モードである場合はステップＳ２３に進み、そうでない場合、つまり２段過給モードの場合はステップＳ２７に進む。

ステップＳ２７において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を閉位置に制御する。ステップＳ２８において、ＥＣＵ２０はウェストゲートバルブ１６の開度を全閉状態に制御する。ステップＳ２９において、ＥＣＵ２０は電動過給機４を操作して過給圧を制御する。ステップＳ３０において、ＥＣＵ２０は管理フラグＦを、２段過給モードを意味する「１」に設定する。

図５の制御ルーチンを実施した制御結果の一例を図６のタイミングチャートに基づいて説明する。図６に示したように、時刻ｔ０からスロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）がほぼ一定となり、定常状態又は準定常状態となる。その後、ウェストゲートバルブ１６が閉じ側に制御されることによって過給圧Ｐが上昇する。時刻ｔ１で過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達すると、バイパスバルブ１３が開位置から閉位置へ閉操作されて時刻ｔ３まで閉位置に維持される（図５のステップＳ２７参照）。そして、電動過給機４が電動駆動されることによって過給モードが２段過給モードに移行する。なお、電動過給機４の電動駆動の開始時期は、電動過給機４による過給の応答遅れを考慮して過給圧ＰがＰ０に到達する時刻ｔ１よりも少し前に設定されている。

過給圧Ｐが時刻ｔ１で閾値Ｐ０を超えて２段過給モードに移行した後は、過給圧Ｐが時刻ｔ３でＰ０−αに達するまでウェストゲートバルブ１６が全閉状態に維持されていて、その間に電動過給機４が吸気抵抗となるように電動過給機４にて過給圧が制御される（図５のステップＳ２９参照）。時刻ｔ３において、過給圧ＰがＰ０−αに到達すると、バイパスバルブ１３が閉位置から開位置へ開操作され（図５のステップＳ２２参照）、同時に電動過給機４が電動駆動停止されて過給モードが２段過給モードから単段過給モードに移行する。

第２の形態によれば、第１の形態と同様にバイパスバルブ１３に対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われているので、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブ１３の開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。また、第１の形態では電動過給機４をアイドル回転速度に維持する制御を行ったが、第２の形態では電動過給機４をアイドル回転速度に維持する制御を行わずに、ウェストゲートバルブ１６を全閉状態に維持しつつ電動過給機４が吸気抵抗となるように制御している。このため、電動過給機４の消費電力を抑えることができる。第２の形態において、ＥＣＵ２０は図５の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る過給制御手段として機能する。

（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態を図７及び図８を参照しながら説明する。第３の形態は制御内容を除いて第１の形態と共通するので、第３の形態の物理的構成については図１が参照され、物理的構成の説明は第１の形態についての説明が援用される。

図７の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に保持されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ３１において、ＥＣＵ２０は圧力センサ１１の信号を参照し、現在の過給圧Ｐが、閾値Ｐ０からヒステリシスαを減じたもの（Ｐ０−α）以下か否かを判定する。過給圧ＰがＰ０−α以下の場合はステップＳ３２に進み、そうでない場合はステップＳ３５に進む。

ステップＳ３２において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を開位置に制御する。ステップＳ３３において、ＥＣＵ２０はスロットルバルブ１０及びウェストゲートバルブ１６のそれぞれの開度を制御することによって過給圧を目標値に制御する。次に、ステップＳ３４において、ＥＣＵ２０は、管理フラグＦを、単段過給モードを意味する「０」に設定する。

ステップＳ３５において、ＥＣＵ２０は、過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さいか否かを判定する。過給圧ＰがＰ０−αよりも大きく、かつＰ０よりも小さい場合はステップＳ３６に進み、そうでない場合つまり過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達した場合はステップＳ４３に進む。

ステップＳ３６において、ＥＣＵ２０は現在の過給モードが単段過給モードであるか否か、すなわちＦ＝０か否かを判定する。単段過給モードである場合はステップＳ３２に進み、そうでない場合、つまり２段過給モードの場合はステップＳ３７に進む。

ステップＳ３７において、ＥＣＵ２０は、エアーフローメータ１４の信号に基づいて吸入空気量を取得し、その吸入空気量に基づいて電動過給機４を吸気抵抗とならない程度のアイドル回転速度に維持されるように制御する。ステップＳ３８において、ＥＣＵ２０はウェストゲートバルブ１６の開度を開き側に制御して過給圧を調整する。

ステップＳ３９において、ＥＣＵ２０は内蔵のタイマーをオンして時間を計測する。ステップＳ４０において、ＥＣＵ２０はタイマーをオンしてから所定時間経過したか否かを判定し、所定時間経過した場合はステップＳ４１に進み、そうでない場合はステップＳ４５に進む。この所定時間は適宜に設定してよいが、ＳＯＣセンサ２２の信号を参照してバッテリ７の蓄電率を取得し、その蓄電率が高いほど長くなるように所定時間を逐次設定してよい。これにより、電力消費を低減する必要性に応じた時間設定が可能となる。

ステップＳ４１において、ＥＣＵ２０は電動過給機４の回転速度を所定値まで上昇させる。そして、ステップＳ４２において、ＥＣＵ２０は電動過給機４の回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるようにウェストゲートバルブ１６を開き側に操作する。

ステップＳ４３において、ＥＣＵ２０はバイパスバルブ１３を閉位置に制御する。ステップＳ４４において、ＥＣＵ２０は電動過給機４を操作して過給圧を制御する。ステップＳ４５において、ＥＣＵ２０は管理フラグＦを、２段過給モードを意味する「１」に設定する。

図７の制御ルーチンを実施した制御結果の一例を図８のタイミングチャートに基づいて説明する。図８に示したように、時刻ｔ０からスロットルバルブ１０の開度（スロットル開度）がほぼ一定となり、定常状態又は準定常状態となる。その後、ウェストゲートバルブ１６が閉じ側に制御されることによって過給圧Ｐが上昇する。時刻ｔ１で過給圧Ｐが閾値Ｐ０に達すると、バイパスバルブ１３が開位置から閉位置へ閉操作されて時刻ｔ３まで閉位置に維持される（図７のステップＳ４３参照）。そして、電動過給機４が電動駆動されることによって過給モードが２段過給モードに移行する。なお、電動過給機４の電動駆動の開始時期は、電動過給機４による過給の応答遅れを考慮して過給圧ＰがＰ０に到達する時刻ｔ１よりも少し前に設定されている。

過給圧Ｐが時刻ｔ１で閾値Ｐ０を超えてから減少に転じた後に時刻ｔ２で閾値Ｐ０に達するとタイマーがオンされる（図７のステップＳ３９参照）。そして、過給圧ＰがＰ０とＰ０−αのとの間に留まって時刻ｔ３で所定時間経過すると、電動過給機４の回転速度が上昇され、その回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるようにウェストゲートバルブ１６が開き側に制御される。そして、時刻ｔ４において、バイパスバルブ１３が閉位置から開位置へ開操作され（図７のステップＳ３２参照）、同時に電動過給機４が電動駆動停止されて過給モードが２段過給モードから単段過給モードに移行する。

第３の形態によれば、第１の形態と同様にバイパスバルブ１３に対する開操作と閉操作とが異なる閾値で行われているので、定常運転時又は準定常運転時にバイパスバルブ１３の開操作と閉操作とが頻発するハンチングの発生を抑制できる。また、過給圧ＰがＰ０とＰ０−αとの間にある２段過給モードによる運転が所定時間以上継続した場合には、２段過給モードから単段過給モードへ切り替えられる。これにより、電動過給機４の電動駆動が長時間継続することが回避されるので、電動過給機４の電動駆動による電力消費量を低減できる。しかも、この場合には、電動過給機４の回転速度を上昇させるとともに、その回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるようにウェストゲートバルブ１６の開度が開き側に操作されてから電動過給機４の電動駆動停止及びバイパスバルブ１３の開操作が同時に実施される。これにより、電動過給機４の回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるので内燃機関２の出力トルクの変動を抑えつつ過給モードを２段過給モードから単段過給モードへ切り替えることができる。第３の形態において、ＥＣＵ２０は図７の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る過給制御手段として機能する。

本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態では、バイパスバルブの操作に用いるパラメータとして過給圧を採用したが、過給圧の代りに内燃機関の回転速度又は吸入空気量に変更することもできる。さらに、図２に示したように、これらの物理量を組み合わせたものをパラメータとして用いることもできる。

上記各形態では、ターボ過給機のタービンを迂回するタービンバイパス通路とウェストゲートバルブとが設けられていて、ウェストゲートバルブの操作によって過給圧を制御しているが、本発明はタービンバイパス通路及びウェストゲートバルブが設けられていない形態で実施することも可能である。

上記各形態では火花点火型の内燃機関に本発明が適用されているが、圧縮自着火型の内燃機関に対しても本発明を適用することができる。

１過給システム
２内燃機関
３ターボ過給機
３ａタービン
４電動過給機
１２バイパス通路
１３バイパスバルブ
１６ウェストゲートバルブ
２０ＥＣＵ（過給制御手段）

Claims

内燃機関に適用される過給システムであって、
タービンにて排気駆動されるターボ過給機と、
電動駆動される電動過給機と、
前記電動過給機を迂回して前記電動過給機の上流と下流とを接続するバイパス通路と、
前記バイパス通路を開閉するために設けられ、前記バイパス通路を開く開位置と前記バイパス通路を閉じる閉位置との間で動作するバイパスバルブと、
前記バイパスバルブが前記開位置で前記電動過給機が電動駆動停止されることにより前記ターボ過給機が単独で前記内燃機関を過給する単段過給モードと、前記バイパスバルブが前記閉位置で前記電動過給機が電動駆動されることにより前記ターボ過給機及び前記電動過給機の双方で前記内燃機関を過給する２段過給モードとの間で過給モードを切り替える過給制御手段と、を備え、
前記単段過給モードから前記２段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記開位置から前記閉位置に操作する閉操作の場合と、前記２段過給モードから前記単段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記閉位置から前記開位置に操作する開操作の場合との間で、前記バイパスバルブの操作に利用するパラメータの閾値が異なることを特徴とする過給システム。
前記内燃機関の運転状態の時間的変化が所定範囲内にある定常運転時又は準定常運転時において、前記単段過給モードから前記２段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記開位置から前記閉位置に操作する閉操作の場合と、前記２段過給モードから前記単段過給モードへ切り替えるために前記バイパスバルブを前記閉位置から前記開位置に操作する開操作の場合との間で、前記バイパスバルブの操作に利用するパラメータの閾値が異なる請求項１の過給システム。
前記パラメータは、前記内燃機関の回転速度、吸入空気量、又は過給圧であり、
前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値は、前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値よりも小さい請求項１又は２に記載の過給システム。
前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で所定時間以上継続した場合に、前記電動過給機の電動駆動停止を実施するとともに前記バイパスバルブの前記開操作を実施する請求項１〜３のいずれか一項に記載の過給システム。
前記ターボ過給機の前記タービンを迂回して前記タービンの上流と下流とを接続するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路に設けられて前記タービンバイパス通路を全閉する位置から全開する位置までの間で開度変更可能なウェストゲートバルブとを更に備え、
前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で実施されている場合に、前記ウェストゲートバルブを操作することにより過給圧を調整する請求項１〜４のいずれか一項に記載の過給システム。
前記ターボ過給機の前記タービンを迂回して前記タービンの上流と下流とを接続するタービンバイパス通路と、前記タービンバイパス通路に設けられて前記タービンバイパス通路を全閉する位置から全開する位置までの間で開度変更可能なウェストゲートバルブとを更に備え、
前記過給制御手段は、前記２段過給モードによる運転が、前記バイパスバルブの前記開操作を実施する前記パラメータの閾値と前記バイパスバルブの前記閉操作を実施する前記パラメータの閾値との間で実施されている場合に、前記タービンバイパス通路を全閉する位置に前記ウェストゲートバルブを操作する状態に維持しつつ、前記電動過給機を操作することにより過給圧を調整する請求項１〜４のいずれか一項に記載の過給システム。
前記過給制御手段は、前記タービンバイパス通路を全閉する位置に前記ウェストゲートバルブを操作する状態が所定時間以上継続した場合に、電動過給機の回転速度を上昇させるとともに、その回転速度の上昇に伴う過給圧の上昇が相殺されるように前記ウェストゲートバルブの開度を開き側に操作してから、前記電動過給機の電動駆動停止及びバイパスバルブの開操作を同時に実施する請求項６に記載の過給システム。