JP2017020362A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ターボ過給機による過給を電動過給機による過給によってアシスト可能な内燃機関において、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制する。【解決手段】内燃機関は、吸気通路に配置されて排気によって駆動されるターボコンプレッサと、ターボコンプレッサよりも下流に配置されて電力によって駆動される電動コンプレッサと、吸気通路のターボコンプレッサよりも下流且つ電動コンプレッサよりも上流に排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲバルブと、を有している。制御装置は、加速要求を受けて電動コンプレッサによる過給アシスト制御を行う場合に、ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ電動コンプレッサによる過給アシスト度合が大きいほど、ＥＧＲバルブの開度を小さな開度に制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば特許文献１には、ターボチャージャのコンプレッサの吸気下流側にモータを駆動源としたブロアが配置された内燃機関が開示されている。この内燃機関では、排気ガスを再循環させるためのＥＧＲ管路が、コンプレッサよりも吸気下流側であってブロアよりも吸気上流側となる吸気管の位置に接続されている。そして、過渡運転時には、ブロアを作動させてコンプレッサが送出する吸気の全量とＥＧＲ管路を経た排気を内燃機関へ圧送することが行なわれる。これにより、過渡運転時に内燃機関へ供給すべき吸気の量、及び内燃機関に還流すべき排気の量が確保されるので、ＮＯｘとＰＭ（微粒子状物質）の発生が抑制される。

特開２００５−２２０８６２号公報 特開２００９−５２３９６１号公報

電力により駆動される電動過給機を備える内燃機関では、電動過給機を駆動することにより速やかな過給動作が可能となる。しかしながら、上記特許文献１の内燃機関のように、ターボ過給機のターボコンプレッサと電動過給機の電動コンプレッサ間の吸気通路にＥＧＲガスが再循環される装置では、電動過給機の駆動によってＥＧＲガスの導入量が過多となるおそれがある。すなわち、加速時に電動過給機による過給によってターボ過給機による過給をアシストする場合には、電動過給機の過給の影響によって排気通路の背圧は応答よく上昇するが、電動過給機の吸気上流側の圧力の上昇はターボ過給機の過給遅れの影響によって遅れて上昇することがある。このため、ＥＧＲ通路の前後差圧によりＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置を備える上記特許文献１の内燃機関において、これらの影響の度合を考慮することなくＥＧＲガスを還流させると、必要以上のＥＧＲガスが筒内へ還流されてしまい、失火やスモーク等が発生するおそれがある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、ターボ過給機による過給を電動過給機による過給によってアシスト可能な内燃機関において、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することのでき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て排気によって駆動されるターボコンプレッサと、前記吸気通路の前記ターボコンプレッサよりも下流に配置されて電力によって駆動される電動コンプレッサと、前記吸気通路の前記ターボコンプレッサよりも下流且つ前記電動コンプレッサよりも上流に排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲバルブと、を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、還流される排気ガスの還流量又は当該還流量と相関を有する状態量が所定の目標値になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御する前記内燃機関の制御装置において、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けて、前記ターボコンプレッサによる過給を実行するとともに前記電動コンプレッサによる過給を実行し、前記ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ前記電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、前記ＥＧＲバルブの開度を小さな開度に制御するように構成されてい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、
前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記要求に応じた前記電動コンプレッサ前圧力の目標値に対する前記電動コンプレッサ前圧力の割合を、前記過給遅れ度合の指標として用いるように構成されていることが好ましい。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段と、
前記電動コンプレッサの吸気下流側の圧力である吸気圧を取得する手段と、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサ前圧力の実値に対する前記吸気圧の割合又は差を、前記過給度合の指標として用いるように構成されていることが好ましい。

第４の発明は、第１の発明において、
前記ターボコンプレッサを有するターボ過給機のタービンよりも排気上流側の圧力である背圧を取得する手段と、
前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段と、を備え、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサ前圧力と前記背圧の差分値に対する、前記要求に応じた前記電動コンプレッサ前圧力の目標値と前記背圧の目標値との差分値の割合又は差を、前記過給遅れ度合及び前記過給度合の指標として用いるように構成されていることが好ましい。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサの吸気下流側の圧力である吸気圧が前記要求に応じた目標値になるように、前記電動コンプレッサの回転速度を制御することが好ましい。

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、
前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けて前記電動コンプレッサによる過給によって前記ターボコンプレッサによる過給をアシストする場合に、前記還流量又は当該還流量と相関を有する状態量の目標値として、前記要求に応じた目標値を算出し、前記還流量又は当該還流量と相関を有する状態量が前記目標値になるための前記ＥＧＲバルブの基本開度を算出し、前記ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ前記電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、前記基本開度を小さな開度に補正するように構成されていることが好ましい。

なお、上記発明には種々の圧力を取得する手段が記載されているが、これらの手段は何れも圧力の実値をセンサ等を用いて直接検出する取得形態に限定するものではなく、運転状態から圧力の実値を推定する取得形態等、他の公知の取得形態を広く含むものである。

第１の発明によれば、ターボコンプレッサの吸気下流に電動コンプレッサが配置され、吸気通路のターボコンプレッサよりも下流且つ電動コンプレッサよりも上流に排気ガスを再循環させる内燃機関において、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、ターボコンプレッサによる過給が実行されるとともに電動コンプレッサによる過給が実行される。この際、制御装置は、ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、ＥＧＲバルブの開度を小さな開度に制御する。ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほどＥＧＲ通路の出口圧力が目標よりも小さくなるため、その分ＥＧＲガスの還流量が増大する。また、電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、電動コンプレッサを通過する空気量が増加するため、吸気通路から筒内へ導入されるＥＧＲガスの量が大きくなる。特に、ターボコンプレッサの過給遅れがある場合、新気量を増加させることができないため、ＥＧＲガスがより多く吸入されることとなる。本発明によれば、ＥＧＲガスの還流量が増大する条件であるほどＥＧＲバルブの開度が小さな開度となるように制御されるので、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを効果的に抑制することができる。

第２の発明によれば、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、当該要求に応じた電動コンプレッサ前圧力の目標値に対する電動コンプレッサ前圧力の割合がターボコンプレッサによる過給遅れ度合の指標として用いられる。電動コンプレッサ前圧力は、ＥＧＲ通路の出口圧力に相当し、当該出口圧力が目標値よりも小さいほどＥＧＲバルブの前後の差圧が増大する。このため、本発明によれば、ＥＧＲガスの還流量が増大する条件であるほどＥＧＲバルブの開度が小さな開度となるように制御されるので、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、電動コンプレッサ前圧力に対する吸気圧の割合又は差が電動コンプレッサによる過給度合の指標として用いられる。吸気圧は電動コンプレッサ後圧力に相当し、当該電動コンプレッサ後圧力が電動コンプレッサ前圧力よりも大きいほど過給度合が大きくなり、これによりＥＧＲガスの還流量は増大する。このため、本発明によれば、ＥＧＲガスの量が還流量が増大する条件であるほどＥＧＲバルブの開度が小さな開度となるように制御されるので、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することができる。

第４の発明によれば、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、電動コンプレッサ前圧力と背圧の差分値に対する各圧力の目標値の差分値の割合又は差が、ターボコンプレッサによる過給遅れ度合及び電動コンプレッサによる過給度合の指標として用いられる。電動コンプレッサ前圧力と背圧の差分値は、ＥＧＲ通路の出口圧力と入口圧力の圧力差、つまりＥＧＲバルブの前後の差圧に相当する。このため、当該差圧が目標値よりも大きいほど、吸気通路へ還流されるＥＧＲ量は増大する。このため、本発明によれば、ＥＧＲガスの還流量が増大する条件であるほどＥＧＲバルブの開度が小さな開度となるように制御されるので、ＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、吸気圧が負荷の要求に応じた目標値となるように電動コンプレッサの回転速度が制御される。このため、本発明によれば、電動コンプレッサによる過給によって逸早く吸気圧を目標値に近づけることができるので、負荷の増大要求を逸早く実現することが可能となる。

第６の発明によれば、内燃機関の負荷を増大させる要求を受けてターボコンプレッサによる過給を実行するとともに電動コンプレッサによる過給を実行する場合に、当該要求に応じたＥＧＲバルブの基本開度が算出される。そして、基本開度は、ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど小さな開度に補正される。このため、本発明によれば、ターボコンプレッサによる過給遅れ度合及び電動過給機による過給アシスト度合によるＥＧＲガスの還流量の増大分を補正して、負荷要求に応じたＥＧＲガスの還流量に対して過多となることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。 加速時に実行される過給アシスト制御の動作を示すタイムチャートである。 過給遅れ度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。 過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。 加速時の補正量の変化を示す２次元グラフである。 本発明の実施の形態１のＥＣＵ３０により実行されるＥＧＲバルブ開度の補正制御のためのルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態２の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。 過給遅れ度合及び過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。 実施の形態２の制御装置において、加速時に実行される過給アシスト制御の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２のＥＣＵ３０により実行されるＥＧＲバルブ開度の補正制御のためのルーチンのフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）であり、車両に搭載され、その動力装置とされている。エンジンの本体２にはエアクリーナ（図示せず）から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。吸気通路１０にはターボ過給機１２のコンプレッサ１２ａ（以下、「ターボコンプレッサ１２ａ」と称する）が取り付けられている。吸気通路１０においてターボコンプレッサ１２ａの下流にはスロットル１４が設けられている。

スロットル１４よりも下流側の吸気通路１０には、電動過給機１６のコンプレッサ１６ａ（以下、「電動コンプレッサ１６ａ」と称する）が配置されている。電動コンプレッサ１６ａは、電動機１６ｂによって駆動される。電動機１６ｂには、バッテリ（図示せず）から電力が供給される。

吸気通路１０は、電動コンプレッサ１６ａをバイパスするバイパス通路１８を備えている。バイパス通路１８には、バイパス通路を開閉するバイパスバルブ２０が配置されている。

また、エンジンの本体２には排気ガスを大気中に放出するための排気通路２２が接続されている。排気通路２２にはターボ過給機１２のタービン１２ｂが取り付けられている。ターボ過給機は可変容量型であって、タービン１２ｂには可変ノズル（図示せず）が備えられている。

本実施の形態に係るエンジンは、排気通路２２を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１０へ再循環させるＥＧＲ装置２４を備えている。ＥＧＲ装置２４は、排気通路２２におけるタービン１２ｂの上流側と、吸気通路１０におけるスロットル１４と電動コンプレッサ１６ａとの間の位置と、をＥＧＲ通路２６によって接続している。ＥＧＲ通路２６には、ＥＧＲ通路２６の開度を調整するためのＥＧＲバルブ２８が配置されている。

本実施の形態に係るエンジンはＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、エンジンの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ３０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ３０は、エンジンが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンの各所に取り付けられている。スロットル１４の下流且つ電動コンプレッサ１６ａの上流の吸気通路１０には、電動コンプレッサ前圧“P3”の実値を検出するための圧力センサ３２が取り付けられている。また、電動コンプレッサ１６ａの下流の吸気通路１０には、インテークマニホールド内の吸気圧“Pim”の実値を検出するための圧力センサ３４が取り付けられている。さらに、クランク軸の回転速度を検出する回転速度センサ３６や、アクセルペダルの開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３８なども取り付けられている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、可変ノズル、インジェクタ（図示せず）、ＥＧＲバルブ２８、スロットル１４、電動機１６ｂなどが含まれている。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［実施の形態１の動作］
（過給アシスト制御）
ＥＣＵ３０により実行されるエンジン制御には電動過給機１６による過給アシスト制御が含まれる。ターボ過給機１２を備えるエンジンではターボラグによる空気量の応答遅れが発生する。このため、負荷の増大要求を受けて目標とする吸気圧が上昇した場合であっても、実際の吸気圧は直ぐには追従しない。そこで、本実施の形態のシステムでは、電動過給機１６の過給によりターボ過給機１２による過給をアシストする過給アシスト制御が行われる。電動過給機１６は、電動機１６ｂにより電動コンプレッサ１６ａを駆動する構造のため過給応答性に優れている。このため、過給アシスト制御によれば、ターボ過給機１２による過給によってターボラグの期間を短縮することができる。

過給アシスト制御では、具体的には、エンジンの負荷を増大させる要求（加速要求）が出された場合に、圧力センサ３４により検出された吸気圧“Pim”の実値が吸気圧の目標値に近づくように電動コンプレッサ１６ａの回転速度が制御される。吸気圧の目標値は、入力された負荷要求に応じた値として、例えば回転速度センサ３６やアクセル開度センサ３８などのセンサ信号に基づいて算出されたエンジン回転速度“Ne”と燃料噴射量“Q”に基づいて算出することができる。このような制御によれば、ターボ過給機１２による過給のターボラグが大きい加速初期は電動コンプレッサ１６ａの回転速度が大きな値に制御され、ターボ過給機１２による過給量が増大するにつれて徐々に小さな値に制御される。これにより、ターボラグを解消してエンジンの負荷の増大要求を逸早く実現することができる。

（過給アシスト制御の問題点）
図２は、加速時に実行される過給アシスト制御の動作を示すタイムチャートである。この図に示すように、要求負荷が増大されると、スロットル１４が開側（全開）に制御され、可変のノズルの開度（ＶＮ開度）が閉側（開口面積を小さくする側）に制御され、そして電動過給機１６が駆動される。この際、電動コンプレッサ１６ａの後圧力に相当する吸気圧“Pim”は応答よく上昇するが、ターボコンプレッサ１２ａの後圧力に相当する電動コンプレッサ前圧“P3”は遅れて上昇する。

このような過給アシスト制御では次のような問題点がある。

本実施の形態のシステムでは、ターボコンプレッサ１２ａの吸気下流側且つ電動コンプレッサ１６ａの吸気上流側となる位置に、ＥＧＲ通路２６の前後差圧によりＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ装置２４を備えている。ＥＣＵ３０は、ＥＧＲバルブ２８の開度を調整することによって、筒内に流入する空気量に対するＥＧＲガス量の割合であるＥＧＲ率を目標値に制御している。

ターボ過給機１２による過給遅れ度合が大きいほど、電動コンプレッサ前圧“P3”が負荷に応じた目標値（定常マップ値）よりも小さくなる。この場合、ＥＧＲ通路２６の出口圧力が目標値よりも小さくなるため、その分吸気通路１０へ還流されるＥＧＲ量が増大してしまう。ターボ過給機１２による過給遅れ度合は、例えば電動コンプレッサ前圧“P3”の目標値に対する実値の割合“実P3／目標P3”を指標とすることができる。図２に示すタイムチャートでは、要求負荷が増大する時点において当該指標値が急激に減少し、その後電動コンプレッサ前圧“P3”の上昇に伴い徐々に大きくなっている。つまり、この過給遅れ度合の指標値では、“実P3／目標P3”が小さいほど過給遅れ度合が大きい、すなわちＥＧＲ量が過多となることを表している。

また、電動過給機１６を用いた過給アシスト制御による過給度合（以下、「過給アシスト度合」と称する）が大きいほど、電動コンプレッサ１６ａを通過する空気量が増加するため、吸気通路１０から筒内へ導入されるＥＧＲガスの量が大きくなる。特に、ターボ過給機１２の過給遅れがある場合、新気量を増加させることができないため、ＥＧＲガスがより多く吸入されることとなる。電動過給機１６による過給アシスト度合は、例えば電動コンプレッサ前圧“P3”の実値に対する電動コンプレッサ１６ａの後圧力（つまり吸気圧“Pim”）の実値の割合“実Pim／実P3”を指標とすることができる。図２に示すタイムチャートでは、要求負荷が増大する時点から当該指標値が徐々に増加し、その後電動コンプレッサ前圧“P3”の上昇に伴い徐々に小さくなっている。つまり、この過給アシスト度合の指標では、“実Pim／実P3”が大きいほど過給アシスト度合が大きい、すなわちＥＧＲ量が過多となることを表している。

（ＥＧＲバルブ開度の補正制御）
上述したように、電動過給機１６の過給による過給アシスト制御においては、ターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の影響によってＥＧＲ量が目標よりも過多となる問題が生じてしまう。そこで、本実施の形態のシステムでは、過給アシスト制御において、ターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合に応じてＥＧＲバルブ２８の開度を補正する制御が行われる。より詳しくは、ＥＣＵ３０は、エンジンの回転速度“Ne”と噴射量“Q”を引数とするマップを用いて、ＥＧＲ率が負荷に応じた目標値となるためのＥＧＲ開度のベース値を算出する。そして、ＥＣＵ３０は、ターボ過給機１２による過給遅れ度合が大きいほどＥＧＲバルブ２８の開度をベース値に対して小さな開度（閉側）に補正する。このような補正の方法としては、例えば、過給遅れ度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出し、当該補正量をベース値に加算することが行なわれる。図３は、過給遅れ度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。この図に示すように、補正量はエンジンの回転速度“Ne”と“実P3／目標P3”とを引数とするマップを用いて算出することができる。このマップによれば、例えばエンジン回転速度“Ne”と“実P3／目標P3”とが大側へと変化する加速時には、これらの変化に応じてＥＧＲバルブの閉じ側への補正量が徐々に小さくなるように算出される。

また、ＥＣＵ３０は、電動過給機１６による過給アシスト度合が大きいほどＥＧＲバルブ２８の開度をベース値に対して小さな開度（閉側）に補正する。このような補正の方法としては、例えば、電動過給機１６による過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出し、当該補正量をベース値に加算することが行なわれる。図４は、過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。この図に示すように、補正量はエンジンの回転速度“Ne”と“実Pim／実P3”とを引数とするマップを用いて算出することができる。このマップによれば、例えばエンジン回転速度“Ne”が大側へ変化し“実Pim／実P3”が小側へと変化する加速時には、これらの変化に応じてＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量が徐々に小さくなるように算出される。図５は、加速時の補正量の変化を示す２次元グラフである。この図には、加速時において、“実Pim／実P3”が小側へと変化し、これに伴いＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量が徐々に小さくなる様子が表されている。

図２のタイムチャートにおけるＥＧＲバルブ開度及びＥＧＲ率では、上述したＥＧＲバルブ開度の補正制御による効果を示している。なお、これらのチャートにおいて、鎖線はＥＧＲバルブ開度の補正制御を実施していない場合を、一点鎖線はＥＧＲバルブの補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合に応じた補正のみを実施した場合を、そして、実線はＥＧＲバルブの補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合に応じた補正に加えてさらに電動過給機１６による過給アシスト度合に応じた補正を実施した場合を、それぞれ示している。

これらのタイムチャートに示すように、ＥＧＲバルブ開度の補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合に応じた補正を実施すると、ターボ過給機１２による過給遅れが発生している期間においてＥＧＲバルブ開度が閉じ側に補正される。これによりＥＧＲ率が目標値に近づくこととなるため、ＥＧＲガス還流量が過多となることが抑制される。

また、これらのタイムチャートに示すように、ＥＧＲバルブ開度の補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合に応じた補正に加えてさらに電動過給機１６による過給アシスト度合に応じた補正を実施すると、ターボ過給機１２による過給遅れが発生している期間においてＥＧＲバルブ開度が更に閉じ側に補正される。これによりＥＧＲ率が更に目標値に近づくこととなるため、ＥＧＲガス還流量が過多となることが更に抑制される。

このように、本実施の形態のシステムによれば、電動過給機１６の過給による過給アシスト制御を行う場合にＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することができるので、負荷の増大要求を速やかに満たしつつ失火やスモークの発生を有効に抑制することが可能となる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、上述したＥＧＲバルブ開度の補正制御における具体的処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態１のＥＣＵ３０により実行されるＥＧＲバルブ開度の補正制御のためのルーチンのフローチャートである。

図６に示すルーチンのステップＳ１０では、まず過給アシスト制御を実行する要求があるか否かが判定される（ステップＳ１０）。ここでは、具体的には、アクセル開度センサ３８等の信号から算出されるエンジンの負荷要求がターボ過給機１２のターボラグを発生させうる所定の負荷増大要求以上であるか否かが判定される。その結果、ステップＳ１０の条件の成立が認められない場合には、電動過給機１６による過給のアシストは不要と判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップＳ１０の条件の成立が認められた場合には、電動過給機１６による過給のアシストが必要であると判断されて、次のステップに移行し、吸気圧“Pim”がエンジンの負荷に応じた目標値となるためのＶＮ開度の目標値及び電動コンプレッサ１６ａの回転速度の目標値が算出される（ステップＳ１２）。次に、ＶＮ開度及び電動コンプレッサ１６ａの回転速度が出力される（ステップＳ１４）。ここでは、具体的には、上記ステップＳ１２において算出された目標値がターボ過給機１２の可変ノズル及び電動過給機１６の電動機１６ｂに出力される。

次に、ターボ過給機１２による過給遅れ度合の指標値である“実P3／目標P3”及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値である“実Pim／実P3”が算出される（ステップＳ１６）。電動コンプレッサ前圧の実値“実P3”及び吸気圧の実値“実P4”は、圧力センサ３２，３４の信号から取得される。また、吸気圧の目標値“目標P3”は、入力された負荷要求に応じた吸気圧の目標値として、回転速度センサ３６やアクセル開度センサ３８などのセンサ信号に基づいて算出された回転速度“Ne”と燃料噴射量“Q”に基づいて算出される。

次に、ＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量が算出される（ステップＳ１８）。ここでは、具体的には、まずターボ過給機１２による過給遅れ度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の補正量として、上記ステップＳ１６において算出された“実P3／目標P3”とエンジン回転速度“Ne”に対応する補正量が図３に示すマップから特定される。また同様に、電動過給機１６による過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の補正量として、上記ステップＳ１６において算出された“実Pim／実P3”とエンジン回転速度“Ne”に対応する補正量が図４に示すマップから特定される。そして、これら２つの補正量が足し合わされて最終的なＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量が算出される。

次に、ＥＧＲバルブ開度が出力される（ステップＳ２０）。ここでは、具体的には、エンジン回転速度“Ne”と噴射量“Q”を引数とするマップを用いて、実際のＥＧＲ率が負荷に応じた目標値となるためのＥＧＲ開度のベース値が算出される。そして、上記ステップＳ１８において算出されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量がベース値に加算されて最終的なＥＧＲバルブ開度が出力される。

以上説明したルーチンに従ってＥＧＲバルブ開度の補正制御を行うことにより、過給アシスト制御を実施する場合のＥＧＲガス還流量の過多を有効に抑制することが可能となる。

ところで、本発明は上述の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。

上述の実施の形態１では、ＥＧＲ制御の制御目標値としてＥＧＲ率の目標値を算出し、実ＥＧＲ率が目標値となるようにＥＧＲバルブ２８を制御することとしている。しかしながら、ＥＧＲ制御の制御目標値はＥＧＲ率の目標値に限らず、ＥＧＲガス量や新気量等のＥＧＲ率と相関を有する状態量の目標値を用いてもよい。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述の実施の形態１では、吸気圧“Pim”及び電動コンプレッサ前圧“P3”をそれぞれセンサの信号から直接算出することとしているが、これらの値は公知の手法を用いて推定することとしてもよい。具体的には、例えば電動コンプレッサ前圧“P3”は、電動コンプレッサ１６ａの回転速度と電動機１６ｂの消費電力から電動コンプレッサの前後圧力比（つまり“Pim／P3”）を推定し、センサの信号から直接算出した吸気圧“Pim”の実値を当該前後圧力比に代入することにより推定することができる。このことは、後述する他の実施の形態についても同様である。

また、上述した実施の形態１では、ターボ過給機１２による過給遅れ度合の指標として電動コンプレッサ前圧“P3”の目標値に対する実値の割合である“実P3／目標P3”を用いることとした。しかしながら、ターボ過給機１２による過給遅れ度合の指標として使用可能な値はこれに限られず、電動コンプレッサ前圧“P3”の実値と目標値の差分値である“実P3−目標P3”を用いることとしてもよい。また同様に、上述した実施の形態１では、電動過給機１６による過給アシスト度合の指標として電動コンプレッサ前圧“P3”の実値に対する電動コンプレッサ１６ａの後圧力（つまり吸気圧“Pim”）の実値の割合である“Pim／実P3”を用いることとした。しかしながら、電動過給機１６による過給アシスト度合の指標として使用可能な値はこれに限られず、電動コンプレッサ前圧“P3”の実値と吸気圧“Pim”の実値の差分値である“Pim−実P3”を用いることとしてもよい。

また、上述した実施の形態１のＥＧＲバルブ開度の補正制御では、ターボ過給機１２の過給遅れ度合が反映された補正量と電動過給機１６の過給アシスト度合が反映された補正量とをそれぞれ算出し、これらを足し合わせてＥＧＲバルブ開度の最終的な補正量を算出することとした。しかしながら、ＥＧＲバルブ開度の補正量を算出する方法はこれに限らず、例えば上記２つの補正量を掛け合わせる構成でもよい。

なお、上述した実施の形態１では、電動コンプレッサ前圧“P3”が上記第２又は第３の発明の「電動コンプレッサ前圧力」に、吸気圧“Pim”が上記第３の発明の「吸気圧」にＥＧＲ開度のベース値が上記第６の発明の「基本開度」に、圧力センサ３２が上記第２又は第３の発明の「電動コンプレッサ前圧力を取得する手段」に、圧力センサ３４が上記第３の発明の「吸気圧を取得する手段」に、それぞれ相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明に係る実施の形態２は、図７に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図１０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。

［実施の形態２の構成］
図７は、本発明の実施の形態２の制御装置が適用される内燃機関の構成を示す図である。図７に示すシステムは、タービン１２ｂの上流側の排気通路２２に背圧“P4”を検出するための圧力センサ４０を備える点を除き、図１に示すシステムと同様の構成を備えている。

［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１のシステムでは、ターボ過給機１２による過給遅れ度合の指標値 “実P3／目標P3”及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値“実Pim／実P3”を用いて、過給アシスト制御を実行する際のＥＧＲバルブ開度を補正することとした。ここで、ＥＧＲガス還流量は、ＥＧＲ通路２６の入口圧力（つまり背圧“P4”）と出口圧力（つまり電動コンプレッサ前圧力“P3”）の差圧（以下、「ＥＧＲバルブ前後差圧」と称する）“P4−P3”に応じて変化する。このＥＧＲバルブ前後差圧“P4−P3”は、ターボ過給機１２による過給遅れ度合又は電動過給機１６による過給アシスト度合によって変化する。このため、当該ＥＧＲバルブ前後差圧の実値が目標値に対してずれている場合には、ＥＧＲガス還流量がベース値からずれることとなる。

そこで、本実施の形態のシステムでは、ターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の影響が反映された指標値として、当該ＥＧＲバルブ前後差圧の実値に対する目標値の割合“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”を用いることにより、ＥＧＲバルブ開度を補正することとする。より詳しくは、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲバルブ前後差圧を用いてＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出し、当該補正量をベース値に加算する。図８は、過給遅れ度合及び過給アシスト度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量を算出するためのマップの一例である。この図に示すように、補正量はエンジンの回転速度“Ne”と“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”とを引数とするマップを用いて算出することができる。このマップによれば、例えば加速時においてエンジン回転速度“Ne”と“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”とが大側へと変化すると、これに応じてＥＧＲバルブの閉じ側への補正量が徐々に小さくなるように算出される。

図９は、実施の形態２のシステムにおいて、加速時に実行される過給アシスト制御の動作を示すタイムチャートである。なお、図９におけるタイムチャートの要求負荷、スロットル、圧力、ＶＮ開度及び電動過給機回転速度のタイムチャートは、上述した図２に示すタイムチャートと同様のため、その説明を省略する。

図９に示すタイムチャートでは、要求負荷が増大する時点において指標値“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”が急激に減少し、その後電動コンプレッサ前圧“P3”の上昇に伴い徐々に大きくなっている。つまり、この過給遅れ度合及び過給アシスト度合の指標では、“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”が小さいほど過給遅れが大きい、すなわちＥＧＲ量が過多となることを表している。

ＥＧＲバルブ開度及びＥＧＲ率では、上述したＥＧＲバルブ開度の補正制御による効果を示している。なお、これらのチャートにおいて、鎖線はＥＧＲバルブ開度の補正制御を実施していない場合を、そして、実線はＥＧＲバルブの補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合に応じた補正を実施した場合を、それぞれ示している。

これらのタイムチャートに示すように、ＥＧＲバルブ開度の補正制御としてターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合に応じた補正を実施すると、ターボ過給機１２による過給遅れが発生している期間においてＥＧＲバルブ開度が閉じ側に補正される。これによりＥＧＲ率が目標値に近づくこととなるため、ＥＧＲガス還流量が過多となることが抑制される。

このように、本実施の形態のシステムによれば、電動過給機１６の過給による過給アシスト制御を行う場合にＥＧＲガスの還流量が過多となることを抑制することができるので、負荷の増大要求を速やかに満たしつつ失火やスモークの発生を有効に抑制することが可能となる。

［実施の形態２の具体的処理］
次に、上述したＥＧＲバルブ開度の補正制御における具体的処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。図１０は、本発明の実施の形態２のＥＣＵ３０により実行されるＥＧＲバルブ開度の補正制御のためのルーチンのフローチャートである。

図１０に示すルーチンのステップＳ２２からＳ２６の処理では、上記ステップＳ１０からＳ１４の処理と同様の処理が実行される。ステップＳ２６の処理が行なわれると、次にターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値である“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”が算出される（ステップＳ２８）。ここでは、具体的には、電動コンプレッサ前圧の実値“実P3”及び背圧の実値“実P4”は、圧力センサ３２，４０の信号から取得される。また、電動コンプレッサ前圧の目標値“目標P3”及び背圧の目標値“目標P4”は、入力された負荷要求に応じた電動コンプレッサ前圧及び背圧の目標値として、回転速度センサ３６やアクセル開度センサ３８などのセンサ信号に基づいて算出された回転速度“Ne”と燃料噴射量“Q”に基づいてそれぞれ算出される。

次に、ＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量が算出される（ステップＳ３０）。ここでは、具体的には、まずターボ過給機１２による過給遅れ度合が反映されたＥＧＲバルブ開度の補正量として、上記ステップＳ２８において算出された“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”とエンジン回転速度“Ne”に対応する補正量が図８に示すマップから特定される。

次に、ＥＧＲバルブ開度が出力される（ステップＳ３２）。ここでは、具体的には、エンジン回転速度“Ne”と噴射量“Q”を引数とするマップを用いて、実際のＥＧＲ率が負荷に応じた目標値となるためのＥＧＲ開度のベース値が算出される。そして、上記ステップＳ３０において算出されたＥＧＲバルブ開度の閉じ側への補正量がベース値に加算されて最終的なＥＧＲバルブ開度が出力される。

以上説明したルーチンに従ってＥＧＲバルブ開度の補正制御を行うことにより、過給アシスト制御を実施する場合のＥＧＲガス還流量の過多を有効に抑制することが可能となる。

ところで、本発明は上述の実施の形態２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。

上述の実施の形態２では、背圧“P4”をセンサの信号から直接算出することとしているが、この値は、空気流量、燃料噴射量、ＶＮ開度等のモデル式を利用した公知の手法を用いて推定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２では、ターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値として、ＥＧＲバルブ前後差圧の実値に対する目標値の割合“（目標P4−目標P3）／（実P4−実P3）”を用いることとした。しかしながら、ターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値として使用可能な値はこれに限られず、ＥＧＲバルブ前後差圧の実値と目標値の差分値を用いることとしてもよい。

また、上述した実施の形態２のＥＧＲバルブ開度の補正制御では、ＥＧＲバルブ前圧の目標値に対する実値の割合“（実P3／目標P3）”とＥＧＲバルブ後圧の目標値に対する実値の割合“（実P4／目標P4）”とをそれぞれ算出し、これらをターボ過給機１２による過給遅れ度合及び電動過給機１６による過給アシスト度合の指標値として用いることとしてもよい。この場合、それぞれの指標値が反映された補正量を算出し、これらを足し合わせ又は掛け合わすことにより最終的な補正量を算出することができる。

なお、上述した実施の形態２では、電動コンプレッサ前圧“P3”が上記第４の発明の「電動コンプレッサ前圧力」に、背圧“P4”が上記第４の発明の「背圧」に、ＥＧＲ開度のベース値が上記第６の発明の「基本開度」に、圧力センサ３２が上記第４の発明の「電動過給機前圧力を取得する手段」に、圧力センサ４０が上記第４の発明の「背圧を取得する手段」に、それぞれ相当している。

２ エンジン本体
１０ 吸気通路
１２ ターボ過給機
１２ａ ターボコンプレッサ
１２ｂ タービン
１４ スロットル
１６ 電動過給機
１６ａ 電動コンプレッサ
１６ｂ 電動機
１８ バイパス通路
２０ バイパスバルブ
２２ 排気通路
２４ ＥＧＲ装置
２６ ＥＧＲ通路
２８ ＥＧＲバルブ
３０ ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３２，３４ 圧力センサ
３６ 回転速度センサ
３８ アクセル開度センサ
４０ 圧力センサ

Claims (6)

1. 吸気通路に配置されて排気によって駆動されるターボコンプレッサと、前記吸気通路の前記ターボコンプレッサよりも下流に配置されて電力によって駆動される電動コンプレッサと、前記吸気通路の前記ターボコンプレッサよりも下流且つ前記電動コンプレッサよりも上流に排気ガスを再循環させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に配置されたＥＧＲバルブと、を有する内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、還流される排気ガスの還流量又は当該還流量と相関を有する状態量が所定の目標値になるように前記ＥＧＲバルブの開度を制御する前記内燃機関の制御装置において、
   前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けて、前記ターボコンプレッサによる過給を実行するとともに前記電動コンプレッサによる過給を実行し、前記ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ前記電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、前記ＥＧＲバルブの開度を小さな開度に制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記要求に応じた前記電動コンプレッサ前圧力の目標値に対する前記電動コンプレッサ前圧力の割合を、前記過給遅れ度合の指標として用いるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段と、
   前記電動コンプレッサの吸気下流側の圧力である吸気圧を取得する手段と、を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサ前圧力の実値に対する前記吸気圧の割合又は差を、前記過給度合の指標として用いるように構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記ターボコンプレッサを有するターボ過給機のタービンよりも排気上流側の圧力である背圧を取得する手段と、
   前記ターボコンプレッサの吸気下流側且つ前記電動コンプレッサの吸気上流側の圧力である電動コンプレッサ前圧力を取得する手段と、を備え、
   前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサ前圧力と前記背圧の差分値に対する、前記要求に応じた前記電動コンプレッサ前圧力の目標値と前記背圧の目標値との差分値の割合又は差を、前記過給遅れ度合及び前記過給度合の指標として用いるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けた場合に、前記電動コンプレッサの吸気下流側の圧力である吸気圧が前記要求に応じた目標値になるように、前記電動コンプレッサの回転速度を制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御装置は、前記内燃機関の負荷を増大させる要求を受けて前記電動コンプレッサによる過給によって前記ターボコンプレッサによる過給をアシストする場合に、前記還流量又は当該還流量と相関を有する状態量の目標値として、前記要求に応じた目標値を算出し、前記還流量又は当該還流量と相関を有する状態量が前記目標値になるための前記ＥＧＲバルブの基本開度を算出し、前記ターボコンプレッサによる過給遅れ度合が大きいほど、且つ前記電動コンプレッサによる過給度合が大きいほど、前記基本開度を小さな開度に補正するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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