JP2018003724A - 内燃機関の過給システム - Google Patents

Abstract

【課題】目的は、過給圧制御に用いるＳＣモータの体格を小さなものにできる過給システムを提供すること。
【解決手段】過給システムは、コンプレッサに接続されたサンギヤと、エンジンに接続されたキャリアと、ＳＣモータに接続されたリングギヤと、を備え、これらの回転数が共線関係を有するように構成されたスーパチャージャと、ＳＣモータの発電量を増減することで過給圧を制御する第１過給圧制御手段と、吸気バイパス弁を開閉することで過給圧を制御する第２過給圧制御手段と、第１過給圧制御手段によって過給圧を制御した場合にＳＣモータの発電量が上限発電量を超えるような運転領域を発電制限領域と定義し、運転状態が発電制限領域外である場合には第１過給圧制御手段によって過給圧を制御し、運転状態が発電制限領域内である場合には、ＳＣモータの発電量を上限発電量以下にするとともに第２過給圧制御手段によって過給圧を制御する。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の過給システムに関する。より詳しくは、内燃機関及び電動発電機の出力を用いてコンプレッサの回転数を制御できるスーパチャージャを備えた内燃機関の過給システムに関する。

特許文献１には、遊星歯車機構を備えたスーパチャージャに関する発明が示されている。特許文献１の発明では、コンプレッサの回転数と、電動発電機の回転数と、内燃機関の回転数との間で共線関係が成立するようにコンプレッサと内燃機関及び電動発電機の出力軸とを遊星歯車機構やベルト等を介して接続する。これにより、内燃機関の出力を利用してコンプレッサを回転駆動しつつ、内燃機関の回転数によらず電動発電機によってコンプレッサの回転数を変更することができる。すなわち、特許文献１に示すようなスーパチャージャを備えた過給システムでは、電動発電機を制御することによって過給圧を制御することができる。

特開２００４−３６０４８７号公報

図１３は、上記のようなスーパチャージャを備える過給システムにおいて、コンプレッサによる過給が必要とされる過給領域内で電動発電機を用いて過給圧を目標過給圧に制御する過給圧制御を行った場合における電動発電機の消費電力［ｋＷ］の分布を示す図である。図１３において横軸は内燃機関の回転数であり、縦軸は目標圧力比（目標過給圧／大気圧）である。図１３に示すように、電動発電機を用いた過給圧制御によれば、電動発電機における消費電力が正の領域と負の領域が表れる。すなわち、目標過給圧が高い領域では、電動発電機を力行することによって目標過給圧が実現される。また目標過給圧が低くかつ内燃機関の回転数が高い領域では、電動発電機を回生することによって目標過給圧が実現される。

ここで電動発電機の体格について検討する。過給システムに搭載される電動発電機の体格は、一般的には、過給圧制御を行った場合における最大消費電力（すなわち、図１３における運転状態Ｐ１における消費電力）と最小消費電力（すなわち、図１３における運転状態Ｐ２における発電量）とを等しくするように選定される。このため、全ての過給領域内で電動発電機を用いた過給圧制御を行おうとすると、過給領域の広さに相応した体格の電動発電機を用いる必要がある。

本発明は、電動発電機を用いて過給圧を制御できるスーパチャージャを備えたものであって、過給圧制御に用いる電動発電機の体格を小さなものにできる内燃機関の過給システムを提供することを目的とする。

（１）内燃機関の過給システム（例えば、後述の過給システムＳ）は、内燃機関（例えば、後述のエンジン１）の吸気通路（例えば、後述の吸気管２）に設けられたコンプレッサ（例えば、後述のコンプレッサ４）に接続された第１回転要素（例えば、後述のサンギヤ５１）と、前記内燃機関の出力軸（例えば、後述の出力軸１ａ）に接続された第２回転要素（例えば、後述のキャリア５３）と、電動発電機（例えば、後述のＳＣモータ６）の出力軸（例えば、後述の出力軸６ａ）に接続された第３回転要素（例えば、後述のリングギヤ５４）と、を備え、前記第１、第２、及び第３回転要素の各々の回転数が共線関係を有するように構成されたスーパチャージャ（例えば、後述のスーパチャージャ３）と、前記吸気通路に対し前記コンプレッサの入口側と出口側とで接続された吸気バイパス通路（例えば、後述の吸気バイパス管２４）を開閉する吸気バイパス弁（例えば、後述の吸気バイパス弁２５）と、前記電動発電機の発電量を増減することで過給圧を制御する第１過給圧制御手段（例えば、後述のＥＣＵ８、及び過給圧制御系８３）と、前記吸気バイパス弁を開閉することで過給圧を制御する第２過給圧制御手段（例えば、後述のＥＣＵ８、及び図４の８の過給時吸気バイパス弁開度制御の実行に係る手段）と、前記第１過給圧制御手段によって過給圧を制御した場合に前記電動発電機の発電量が所定の上限（Ｐｍａｘ）を超えるような運転領域を制限領域（発電制限領域）と定義し、前記内燃機関の運転状態が前記制限領域内にあるか否かを判定する判定手段（例えば、後述のＥＣＵ８、及び図６のＳ３１の処理の実行に係る手段）と、を備え、前記運転状態が前記制限領域外である場合には、前記第１過給圧制御手段によって過給圧を制御し、前記運転状態が前記制限領域内である場合には、前記電動発電機の発電量を前記上限以下にするとともに前記第２過給圧制御手段によって過給圧を制御する。

（２）この場合、前記過給システムは、前記第２過給圧制御手段による過給圧制御を開始する前に、前記吸気バイパス弁を開いた状態で前記コンプレッサの回転数を上昇させる予回転制御手段（例えば、後述のＥＣＵ８、及び図５の予回転制御モードの実行に係る手段）をさらに備えることが好ましい。

（１）本発明では、各々の回転数が共線関係を有する第１〜第３回転要素にコンプレッサ、内燃機関の出力軸、及び電動発電機の出力軸が接続されたスーパチャージャと、コンプレッサの入口側と出口側とで接続する吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパス弁と、を設ける。そして本発明では、第１過給圧制御手段では、電動発電機の発電量を増減することによって過給圧を制御し、第２過給圧制御手段では、吸気バイパス弁を開閉することによって過給圧を制御する。また本発明では、第１過給圧制御手段によって過給圧を制御した場合に、電動発電機における発電量が所定の上限を超えるような運転領域を制限領域と定義し、内燃機関の運転状態が制限領域外である場合には第１過給圧制御手段によって過給圧を制御し、運転状態が制限領域内である場合には電動発電機の発電量を上限以下にするとともに第２過給圧制御手段によって過給圧を制御する。したがって本発明において第１過給圧制御手段による過給圧制御が行われる運転領域は、全運転領域のうち制限領域を除いた部分のみである。すなわち、全運転領域において第１過給圧制御手段によって過給圧を制御していた場合に比べれば、第１過給圧制御手段によって過給圧制御を行う運転領域を狭めることができ、結果として電動発電機の体格を小さくできる。

ところで、このように過給圧制御によって電動発電機において発電された電力はバッテリに充電することが考えられる。また図１３を参照して説明したように、上記のようなスーパチャージャを備えた過給システムでは、全ての運転領域において第１過給圧制御手段による過給圧制御を行った場合、目標過給圧を実現するには電動発電機で発電せざるを得ない場合がある。したがって、全ての運転領域で第１過給圧制御手段による過給圧制御を行う場合、バッテリの温度や過充電等の理由によりバッテリに充電できない事態が生じた時には、電動発電機を用いた過給制御を継続できなくなるおそれがある。これに対し本発明では、電動発電機の発電量が上限を超えるような運転領域に制限領域を定義し、この領域では第２過給圧制御手段によって過給圧制御を行うことにより、バッテリの状態によらず過給圧制御を継続することができる。

（２）本発明では、第２過給圧制御手段による過給圧制御を開始する前には、吸気バイパス弁を開いた状態でコンプレッサの回転数を上昇さる。すなわち、本発明では、コンプレッサを予回転させてから吸気バイパス弁を用いた過給圧制御を行う。これにより、高過給領域まで第２過給圧制御手段で過給圧制御を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給システムの構成を示す図である。 スーパチャージャの作動領域を示す図である。 自然吸気領域において実現される共線関係の例を示す図である。 過給発電領域において実現される共線関係の例を示す図である。 過給アシスト領域において実現される共線関係の例を示す図である。 吸気制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。 ＥＣＵにおいて定義されている複数の制御モードと、各制御モード間の移行条件とを示した制御モード遷移図である。 過給制御モードのサブ制御モードを決定する手順を示すフローチャートである。 発電制限領域が規定されたマップの一例である。 過給時ＳＣモータ駆動制御の手順を説明するためのブロック図である。 規範モデル演算部において目標圧力比から修正目標圧力比を算出する手順を示すフローチャートである。 基準伝達許容トルクを算出するマップの一例である。 補正係数を算出するマップの一例である。 過給圧、吸気バイパス弁、コンプレッサ回転数、ＳＣクラッチ、及びＳＣモータにおけるモータトルクの変化を示すタイムチャートの一例である。 電動発電機の消費電力の分布を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る内燃機関の過給システムＳの構成を示す図である。過給システムＳは、動力発生源であるエンジン１と、エンジン１の吸気を過給するスーパチャージャ３と、エンジン１及びスーパチャージャ３に設けられる各種装置を電子制御する電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）８と、を備える。過給システムＳは、エンジン１のクランクシャフトと連結された出力軸１ａで発生した動力を変速機ＴＭで変速し、駆動輪Ｗ，Ｗを回転することによって走行する車両に搭載される。

エンジン１は、例えばガソリンを燃料とする多気筒のガソリンエンジンである。エンジン１には、気筒毎に燃料噴射弁及び点火プラグが設けられている。ＥＣＵ８は、後述の吸気制御を実行することによってエンジン１の吸気管２を介して各気筒に導入される吸気量を制御しつつ、燃料噴射弁による燃料噴射量及び噴射時期並びに点火プラグによる点火時期を制御する。

吸気管２は、上流側であるエアクリーナ２１から下流側であるエンジン１の各気筒の吸気ポートに至る配管であり、エアクリーナ２１を介して外気を導入し、これを吸気としてエンジン１の各気筒に供給する。この吸気管２には、上流側から下流側へ向かって順に、吸気を過給するスーパチャージャ３のコンプレッサ４と、過給された吸気を冷却するインタークーラ２２と、吸気流量を制御するスロットル弁２３と、が設けられている。また吸気管２には、コンプレッサ４の入口側である上流側と出口側である下流側とを接続し、コンプレッサ４を迂回する吸気の流路を構成する吸気バイパス管２４が設けられている。そしてこの吸気バイパス管２４には、吸気バイパス弁２５が設けられている。

スロットル弁２３は、吸気管２内において開閉自在に設けられている。吸気管２を介してエンジン１に供給される吸気の流量は、このスロットル弁２３の開度を調整することによって変化させることができる。スロットル弁２３は、これを開閉駆動する図示しないアクチュエータ及びその駆動回路を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて開閉する。

吸気バイパス弁２５は、吸気バイパス管２４内において開閉自在に設けられている。吸気バイパス管２４を介してコンプレッサ４の入口側から出口側へ向かって流れる吸気の流量又は吸気バイパス管２４を介してコンプレッサ４の出口側から入口側へ還流される吸気の流量は、この吸気バイパス弁２５の開度を調整することによって変化させることができる。吸気バイパス弁２５は、これを開閉駆動する図示しないアクチュエータ及びその駆動回路を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じて開閉する。

次に、スーパチャージャ３の構成について説明する。スーパチャージャ３は、コンプレッサ４と、ＳＣクラッチ４１と、遊星歯車機構５と、ＳＣモータ６と、ＰＤＵ６１と、バッテリ６２と、エンジン動力伝達機構７と、を備える。

コンプレッサ４は、例えば容量式のものであり、吸気管２内において回転軸５５を中心として回転自在に設けられている。コンプレッサ４は、エンジン１及びＳＣモータ６の出力によって回転軸５５を中心として回転し、吸気管２を流れる吸気を圧縮する。

ＳＣクラッチ４１は、コンプレッサ４の回転軸５５と固定壁との接続を断続する。ＳＣクラッチ４１は、例えば電磁クラッチであり、図示しない駆動装置を介してＥＣＵ８に接続されており、ＥＣＵ８からの制御信号に応じてＯＮ／ＯＦＦする。ＳＣクラッチ４１がＯＮになると、回転軸５５と固定壁とが接続され、回転軸５５及びコンプレッサ４は回転不可能状態になる。またＳＣクラッチ４１がＯＦＦになると、回転軸５５と固定壁とが切断され、回転軸５５及びコンプレッサ４は回転可能状態になる。ＥＣＵ８によって、ＳＣクラッチ４１を用いてコンプレッサ４を回転不可能状態又は回転可能状態にする具体的な手順については、後に図４を参照して説明する。

遊星歯車機構５は、例えばシングルプラネタリ式のものが用いられる。遊星歯車機構５は、第１回転要素としてのサンギヤ５１と、複数（例えば、３つ）のプラネタリギヤ５２と、第２回転要素としてのキャリア５３と、第３回転要素としてのリングギヤ５４と、を備える。これらサンギヤ５１、キャリア５３、及びリングギヤ５４は、互いに同心に設けられており、各々の回転数は、図３を参照して説明するように共線関係を有する。

サンギヤ５１は回転軸５５によってコンプレッサ４と接続されている。サンギヤ５１はコンプレッサ４と同心である。したがって、サンギヤ５１が回転すると、これと同じ速度でコンプレッサ４も回転する。すなわち、コンプレッサ４の回転数をＮＳＣとし、サンギヤ５１の回転数をＮｓとすると、これらの間には等式、ＮＳＣ＝Ｎｓ、が成立する。

リングギヤ５４は、遊星歯車機構５の外周側に回転自在に設けられており、その内周面及び外周面には、内歯車及び外歯車がそれぞれ形成されている。このリングギヤ５４の外歯車は、ＳＣモータ６の出力軸６ａに取り付けられたモータギヤ６ｂと接続されている。すなわち、ＳＣモータ６の回転数をＮＭとし、モータギヤ６ｂとリングギヤ５４の外歯車とのギヤ比をＲＧ１とし、リングギヤ５４の回転数をＮｒとすると、これらの間には等式、ＮＭ＝−Ｎｒ・ＲＧ１、が成立する。

複数のプラネタリギヤ５２は、サンギヤ５１及びリングギヤ５４の内歯車に噛み合っているとともにキャリア５３によって回転自在に支持されている。このキャリア５３は、エンジン動力伝達機構７を介してエンジン１の出力軸１ａと接続されている。

エンジン動力伝達機構７は、エンジン側プーリ７１と、キャリア側プーリ７２と、これらプーリ７１，７２の間に巻きかけられた合成ゴム製のエンジンベルト７３と、を備える。エンジン側プーリ７１は、エンジン１の出力軸１ａと同心にして設けられている。キャリア側プーリ７２は、例えばエンジン側プーリ７１と同径である。キャリア側プーリ７２は、回転軸５６によってキャリア５３と接続されている。エンジン動力伝達機構７は、これらプーリ７１，７２及びエンジンベルト７３によって、エンジン１の出力軸１ａとキャリア５３との間で動力を伝達する。なお、プーリ７１，７２を同径とすることにより、ベルト７３のスリップを考慮しなければ、キャリア５３の回転数とエンジン１の回転数とは同じになる。すなわち、エンジン１の回転数をＮＥとし、キャリア５３の回転数をＮｃとし、ベルト７３のスリップを無視すると、これらの間には等式、ＮＥ＝Ｎｃ、が成立する。

ＳＣモータ６は、電気エネルギーを用いて出力軸６ａを回転させる機械エネルギーに変換する電動機の機能と、出力軸６ａに作用する機械エネルギーを用いて電気エネルギーに変換する電動機の機能とを兼ね備えた電動発電機であり、ＰＤＵ６１を介してバッテリ６２に接続されている。ＰＤＵ６１は、インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成され、ＥＣＵ８から送信されるトルク指令信号に応じてＳＣモータ６とバッテリ６２との間の電力の授受を制御する。このトルク指令信号とは、ＳＣモータで発生させるべきトルクに対する指令に相当し、後述のＳＣモータ駆動制御（図４のＳ１２、Ｓ１３）において、ＥＣＵによって生成される。

図２は、以上のように構成されたスーパチャージャの作動領域を示す図である。図２では、横軸はエンジンの運転状態を特定するパラメータの１つであるエンジン回転数であり、縦軸はエンジンの運転状態を特定するパラメータの１つであるエンジン要求トルクである。図２に示すように、エンジンの運転領域は、負荷が低くスーパチャージャによる過給が要求されていない自然吸気領域と、負荷が高くスーパチャージャによる過給が要求されている過給領域とに分けられる。また過給領域はさらに、相対的に負荷が低くＳＣモータによる発電が実行可能である過給発電領域と、相対的に負荷が高くＳＣモータによるアシストが要求される過給アシスト領域と、に分けられる。

図３は、各運転領域において実現される遊星歯車機構の共線関係の典型的な例を示す図である。図３Ａは、自然吸気領域において実現される共線関係の例を示し、図３Ｂは、過給領域中の過給発電領域において実現される共線関係の例を示し、図３Ｃは、過給領域中の過給アシスト領域において実現される共線関係の例を示す。

図３Ａに示すように、自然吸気領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていないことから、ＳＣクラッチはＯＮにされ、コンプレッサは回転不可能状態になり、したがってサンギヤの回転数Ｎｓは０になる。この場合、リングギヤの回転数Ｎｒは、キャリアの回転数Ｎｃ、すなわちエンジン回転数ＮＥに比例する。したがって自然吸気領域では、ＳＣモータでリングギヤの回転数Ｎｒを減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。またこの自然吸気領域では、スロットル弁の開度を調整することにより、過給圧を制御することが可能となっている。

図３Ｂに示すように、過給発電領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていることから、ＳＣクラッチはＯＦＦにされ、コンプレッサは回転可能状態になる。コンプレッサが回転可能状態になると、エンジンの出力がコンプレッサに作用し、コンプレッサの回転数ＮＳＣ、すなわちサンギヤの回転数Ｎｓが上昇する。なお過給発電領域では、負荷がそれほど高くなく、コンプレッサの回転数ＮＳＣをさほど上昇させる必要がないことから、リングギヤの回転数Ｎｒは正である。したがって過給発電領域では、コンプレッサを回転させて過給を実行しながら、自然吸気領域と同様にＳＣモータでリングギヤの回転数Ｎｒを減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。また過給発電領域では、ＳＣモータで適切な向き及び大きさのトルクを発生させることにより、コンプレッサの回転数ＮＳＣ及び過給圧を制御することが可能となっている。

図３Ｃに示すように、過給アシスト領域では、スーパチャージャによる過給が要求されていることから、ＳＣクラッチはＯＦＦにされ、コンプレッサは回転可能状態になる。過給アシスト領域は、上記過給発電領域よりも負荷が高く、目標過給圧も高く設定されるため、これを実現するためにコンプレッサ回転数ＮＳＣは過給発電領域よりも高くする必要がある。この場合、図３Ｃに示すように、リングギヤの回転数Ｎｒを反転させる向きのトルクをＳＣモータで発生させ、リングギヤを反転させることによって実現される。またこの過給アシスト領域においても、ＳＣモータで適切な向き及び大きさのトルクを発生させることにより、コンプレッサの回転数ＮＳＣ及び過給圧を制御することが可能となっている。

図２に戻り、例えばエンジンの加速時において、エンジンの運転状態が自然吸気領域から過給領域に移行した場合を検討する。上述のように過給領域では、ＳＣモータを用いてコンプレッサの回転数ＮＳＣ、ひいては過給圧を制御することが可能である。しかしながら過給領域内において過給圧を運転者の要求に応じた大きさにするためには、コンプレッサの回転数をある程度まで上昇させる必要がある。このため、運転状態が過給領域に移行した時からコンプレッサを回転し始めると、過給遅れが生じてしまう。そこで、図２において太線で示す自然吸気領域と過給領域との境界付近には、コンプレッサを予回転させる予回転領域が規定される。このように、スーパチャージャによる過給が行われる蓋然性が高い運転領域に予回転領域を規定し、この予回転領域内ではコンプレッサの予回転を要求することにより、過給遅れを解消することができる。

図１に戻り、ＥＣＵ８は、各種センサの検出信号をＡ／Ｄ変換するＩ／Ｏインターフェース、各種データを記憶するＲＡＭやＲＯＭ等の記憶装置、及び後述の図４に示す吸気制御や図８のブロック図に示す各種演算処理を実行するＣＰＵ等で構成される。

またＥＣＵ８には、エンジン１やスーパチャージャ３等の状態を検出するための複数のセンサ９１〜９６が接続されている。

クランク角センサ９１は、クランクシャフトに固定された図示しないパルサの回転に応じて、所定のクランク角毎にパルス信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、このクランク角センサ９１からのパルス信号に基づいてエンジン回転数ＮＥが算出される。アクセルペダルセンサ９２は、車両の運転者が操作するアクセルペダルの操作量ＡＰを検出し、これに応じた検出信号をＥＣＵ８へ送信する。

コンプレッサ回転数センサ９３は、コンプレッサ４に固定された図示しないパルサの回転に応じて、所定の回転角毎にパルス信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この回転数センサ９３からのパルス信号に基づいてコンプレッサ回転数ＮＳＣが算出される。

過給圧センサ９４は、吸気管２のうちコンプレッサ４及びスロットル弁２３より下流側のインテークマニホルド内の圧力である過給圧を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この過給圧センサ９４からの検出信号に基づいてエンジン１の過給圧と大気圧との比である圧力比ＰＲが算出される。外気温センサ９５は、外気温を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この外気温センサ９５からの検出信号に基づいて外気温ＴＡが算出される。

電流電圧センサ９６は、ＳＣモータ６とバッテリ６２との間で入出力される電流及び電圧値を検出し、検出値に応じた信号をＥＣＵ８へ送信する。ＥＣＵ８では、この電流電圧センサ９６からの検出信号に基づいてＳＣモータ６における消費電力又は発電量が算出される。

図４は、吸気制御処理の具体的な手順を示すフローチャートである。この吸気制御処理は、ＥＣＵにおいて所定の制御周期で実行される。

始めにＳ１では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥ及びアクセルペダルの操作量ＡＰを取得し、これらを用いて図示しないマップを検索することにより、エンジンの要求トルクＴＲＱ＿Ｅを算出する。

次にＳ２では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱ＿Ｅを用いて、図示しない圧力比マップを検索することにより、圧力比ＰＲに対する目標に相当する目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを算出する。

次にＳ３では、ＥＣＵは、吸気バイパス弁を全閉にした状態でコンプレッサを回転させると仮定した場合に、この目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを実現するためのコンプレッサ回転数ＮＳＣに対する目標である目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに基づいて算出する。

次にＳ４では、ＥＣＵは、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ、及びコンプレッサ回転数ＮＳＣに基づいて、現在のエンジンの運転状態に適した制御モードを決定する。

図５は、ＥＣＵにおいて定義されている複数の制御モードと、各制御モード間の移行条件とを示した制御モード遷移図である。図５に示すように、ＥＣＵには、自然吸気制御モードと、予回転制御モードと、過給移行モードと、過給制御モードと、自然吸気移行モードと、の５つの制御モードと、２つのサブ制御モードと、が定義されている。Ｓ４では、ＥＣＵは、エンジンを始動するイグニッションスイッチがＯＮにされた直後の初期制御モードは自然吸気制御モードであるとして、その後の制御モードを図５の遷移図に従って決定する。

先ず、自然吸気制御モードとは、コンプレッサによる過給を行わず、自然吸気によってエンジンに吸気を供給する制御モードである。エンジンの運転状態が自然吸気領域内である場合には、原則として自然吸気制御モードが選択される。過給制御モードとは、コンプレッサによる過給を実行しながら、エンジンに吸気を供給する制御モードである。エンジンの運転状態が過給領域内である場合には、原則として過給制御モードが選択される。

予回転制御モードとは、過給制御モードへの移行に備えてコンプレッサの予回転を実行する制御モードである。自然吸気制御モードから過給制御モードへ移行する際には、必ず予回転制御モードが実行される。過給移行モードとは、コンプレッサの予回転が実質的に完了した後、過給制御モードへの移行に備えて予回転の状態を維持する制御モードである。過給移行モードは、エンジンの運転状態が自然過給領域内に留まりながら長時間にわたって予回転制御モードが実行された場合に実行される。自然吸気移行モードとは、自然吸気制御モードに移行する前に、回転中のコンプレッサを減速させる制御モードである。過給制御モードから自然吸気制御モードへ移行する際には、必ず自然吸気移行モードが実行される。

自然吸気制御モードから予回転制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給領域と自然吸気領域とを分ける過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ（例えば、ＰＲ＿ＯＮ＝１．０）よりもやや小さな値に設定された予回転開始閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ（例えば、ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ＝０．９）以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＴＲ＿ｓ）、である。また予回転制御モードから自然吸気制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが、予回転開始閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｓよりもやや小さな値に設定された予回転終了閾値ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ（例えば、ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ＝０．７５）以下であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≦ＰＲ＿ＴＲ＿ｅ）、である。

次に、予回転制御モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ以上であり（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＯＮ）、すなわちエンジンの運転状態が過給領域内であり、かつ、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆよりも小さな値に設定された予回転終了回転数ＮＳＣ＿ＴＲ（例えば、ＮＳＣ＿ＴＲ＝１０００）以上であること、である。なお、過給制御モードから予回転制御モードへ移行することはない。

次に、予回転制御モードから過給移行モードへの移行条件は、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとコンプレッサ回転数ＮＳＣとの差の絶対値が十分に小さな閾値ΔＮ（例えば、ΔＮ＝５００）より小さいこと（｜ＮＳＣ＿ｒｅｆ−ＮＳＣ｜＜ΔＮ）、である。また過給移行モードから予回転制御モードへの移行条件は、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとコンプレッサ回転数ＮＳＣとの差の絶対値が閾値ΔＮより大きいこと（｜ＮＳＣ＿ｒｅｆ−ＮＳＣ｜＞ΔＮ）、である。

次に、過給移行モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮ以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＯＮ）、すなわちエンジンの運転状態が過給領域内であること、である。なお、過給制御モードから過給移行モードへ移行することはない。

次に、過給制御モードから自然吸気移行モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮよりも小さな値に設定された過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦ（例えば、ＰＲ＿ＯＦＦ＝０．７５）以下であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≦ＰＲ＿ＯＦＦ）、である。また、自然吸気移行モードから過給制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給開始閾値ＰＲ＿ＯＮと過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦとの間に設定された過給再開閾値ＰＲ＿ＲＳＴ（例えば、ＰＲ＿ＲＳＴ＝０．９）以上であること（ＰＲ＿ｒｅｆ≧ＰＲ＿ＲＳＴ）、である。

次に、自然吸気移行モードから自然吸気制御モードへの移行条件は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが過給終了閾値ＰＲ＿ＯＦＦ以下であり、かつ、コンプレッサ回転数ＮＳＣが予回転終了回転数ＮＳＣ＿ＴＲ以下であること（ＮＳＣ≦ＮＳＣ＿ＴＲ）、である。なお、自然吸気制御モードから自然吸気移行モードへ移行することはない。

また図５に示すように、上述の５つの制御モードのうち過給制御モードには、ＡＢＶ過給圧制御モードと、ＳＣモータ過給圧制御モードと、の２つのサブ制御モードが定義されている。ＡＢＶ過給圧制御モードとは、吸気バイパス弁を開閉することによって圧力比ＰＲをその目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆへ制御する制御モードである。またＳＣモータ過給圧制御モードとは、ＳＣモータの出力又は発電量を増減することによって圧力比ＰＲをその目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆへ制御する制御モードである。制御モードが過給制御モードである場合、サブ制御モードとしてＡＢＶ過給圧制御モードとＳＣモータ過給圧制御モードとの何れかが選択される。

図６は、過給制御モードのサブ制御モードを決定する手順を示すフローチャートである。ＥＣＵは、図５の遷移図に従って制御モードを決定した場合に、過給制御モードを選択した場合には、図６の処理を実行することによって、そのサブ制御モードを選択する。

Ｓ３１では、ＥＣＵは、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ及びエンジン回転数ＮＥを取得し、これらを用いて図７に示すようなマップを検索することにより、エンジンの運転状態が、ＳＣモータによる発電を制限すべき発電制限領域内にあるか否かを判定する。

図７は、過給領域内において、吸気バイパス弁を全閉にしながら、ＳＣモータの出力又は発電量を増減することによって圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆへ制御した場合におけるＳＣモータの消費電力［ｋＷ］の分布を示す図である。図７において横軸はエンジン回転数ＮＥであり、縦軸は目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆである。ＳＣモータを用いた過給圧制御を行うと、図７において太破線より高負荷側において消費電力は正となり、低負荷側において消費電力は負となる。すなわち、図３Ｂに示す過給発電領域は、図７の例では太破線より低負荷側に対応し、また図３Ｃに示す過給アシスト領域は、図７の例では太破線より高負荷側に対応している。

また図７に示すように、過給発電領域内でのＳＣモータによる発電量は、エンジン回転数ＮＥが高回転になるほど増加する傾向がある。このようなＳＣモータの消費電力の分布図において、発電制限領域は、ＳＣモータを用いて過給圧制御を行った場合、より具体的には、過給発電領域内において吸気バイパス弁を全閉にしながらＳＣモータの発電量を増減することによって圧力比を制御した場合において、ＳＣモータの発電量が所定の発電量上限Ｐｍａｘを超える運転領域として定義される。

ＥＣＵは、Ｓ３１の判定がＹＥＳである場合、すなわちエンジンの運転状態が発電制限領域内にある場合にはサブ制御モードとしてＡＢＶ過給圧制御モードを選択する（Ｓ３２参照）。また、ＥＣＵは、Ｓ３１の判定がＮＯである場合、すなわちエンジンの運転状態が発電領域外にある場合にはサブ制御モードとしてＳＣモータ過給圧制御モードを選択する（Ｓ３３参照）。

なお、図６のフローチャートの例では、エンジンの運転状態が発電制限領域内にあるか否かを、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ及びエンジン回転数ＮＥを用いて判定したが、本発明はこれに限らない。図７に示すように、過給領域内において発電制限領域は、エンジン回転数ＮＥが高い領域に存在する。したがって、エンジンの運転状態が発電制限領域内にあるか否かの判断は、エンジン回転数ＮＥが所定の閾値より高いか否かの判断によって置き換えてもよい。

また過給領域内において発電制限領域は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆが所定の上限及び下限によって特定される一定の範囲内に存在する。したがって、エンジンの運転状態が発電制限領域内にあるか否かの判断は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆや、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆにほぼ比例するエンジン要求トルクＴＲＱ＿Ｅ等が所定の範囲内に存在するか否かの判断に置き換えてもよい。

また上述のように発電制限領域は、ＳＣモータの発電量が所定の上限を超えるような運転領域として定義される。したがって、エンジンの運転状態が発電制限領域内にあるか否かの判断は、例えば、電流電圧センサを用いて取得されるＳＣモータの発電量が所定の閾値より大きいか否かの判断に置き換えてもよい。

図４に戻り、Ｓ５では、ＥＣＵは、選択されている制御モードに応じたスロットル弁の開度制御を実行する。より具体的には、現在選択されている制御モードが、自然吸気制御モード、予回転制御モード、及び自然過給移行モードのうちの何れかである場合には、ＥＣＵは、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆになるように所定のフィードバック制御則に従ってスロットル弁の開度の目標を設定し、この目標が実現されるようにスロットル弁を駆動する。また現在選択されている制御モードが過給制御モード又は過給移行モードである場合には、ＥＣＵは、エンジンの運転状態によらず、スロットル弁の開度が全開になるようにスロットル弁を駆動する。

Ｓ６では、ＥＣＵは、選択されている制御モードが過給制御モードでありかつサブ制御モードがＡＢＶ過給圧制御モードであるか否かを判定する。Ｓ６の判定がＮＯである場合には、ＥＣＵは、通常時吸気バイパス弁開度制御を実行する（Ｓ７参照）。この通常時吸気バイパス弁開度制御では、ＥＣＵは、選択されている制御モードに応じた吸気バイパス弁の開度制御を実行する。より具体的には、現在選択されている制御モードが、自然吸気制御モード、予回転制御モード、及び自然吸気移行モードのうちの何れかである場合には、ＥＣＵは、エンジンの運転状態によらず、吸気バイパス弁の開度が全開になるように吸気バイパス弁を駆動する。また現在選択されている制御モードが、過給移行モード又はＳＣモータ過給圧制御モードである場合には、ＥＣＵは、エンジンの運転状態によらず、吸気バイパス弁の開度が全閉になるように吸気バイパス弁を駆動する。

Ｓ６の判定がＹＥＳである場合、すなわち現在選択されている制御モードがＡＢＶ過給圧制御モードである場合には、ＥＣＵは、過給時吸気バイパス弁開度制御を実行する（Ｓ８参照）。より具体的には、ＥＣＵは、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆになるように所定のフィードバック制御則に従って吸気バイパス弁の開度の目標を設定し、この目標が実現されるように吸気バイパス弁を駆動する。

Ｓ９では、ＥＣＵは、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆの持ち替えを実行する。より具体的には、ＥＣＵは、図７のＳ３１の処理と同様の手順により、エンジンの運転状態が発電制限領域内にあるか否かを判定し、運転状態が発電制限領域内である場合には、Ｓ３において目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに基づいて算出した目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを、この目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆより大きな値であり予め定められた固定値ＮＳＣ＿ａｂｓで持ち替える。ここで、エンジンの運転状態が発電制限領域内である場合とは、現在の制御モードがＡＢＶ過給圧制御モードである場合だけでなく、現在の制御モードが予回転制御モードであって近い将来にＡＢＶ過給圧制御モードに移行すると推定される場合に相当する。上述のように、Ｓ３では、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆは、吸気バイパス弁を全閉にすることを前提として目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを実現するような値に定められる。これに対し、ＡＢＶ過給圧制御モードでは、Ｓ８に示すように、吸気バイパス弁を用いて圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに制御することから、コンプレッサの回転数はＳ３において算出される目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆよりも高くする必要がある。そこでＳ９では、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆをこれより大きな固定値ＮＳＣ＿ａｂｖで持ち替える。なお、エンジンの運転状態が発電制限領域外である場合には、ＥＣＵは、Ｓ３で定めた目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを持ち替えない。

Ｓ１０では、ＥＣＵは、選択されている制御モードに応じたＳＣクラッチのＯＮ／ＯＦＦ制御を実行する。より具体的には、現在選択されている制御モードが、自然吸気制御モードである場合、ＥＣＵは、ＳＣクラッチをＯＮにし、コンプレッサを回転不可能状態にする。また現在選択されている制御モードが、予回転制御モード、過給移行モード、過給制御モード、及び自然吸気移行モードのうちの何れかである場合、ＥＣＵは、ＳＣクラッチをＯＦＦにし、コンプレッサを回転可能状態にする。

Ｓ１１では、ＥＣＵは、現在選択されている制御モードは自然吸気制御モードであるか否かを判定する。Ｓ１１の判定がＹＥＳである場合、すなわち、上述のようにＳＣクラッチがＯＮになっており、コンプレッサが回転不可能状態である場合には、ＥＣＵは、自然吸気時ＳＣモータ駆動制御を実行し（Ｓ１２参照）、この処理を終了する。図３Ａを参照して説明したように、エンジンの運転状態が自然吸気領域内である場合には、ＳＣモータでリングギヤの回転数を減少させる向きのトルクを発生することにより、発電し、バッテリを充電することができる。この自然吸気時ＳＣモータ駆動制御では、ＥＣＵは、バッテリの状態に応じて適切なトルク指令信号を生成し、ＰＤＵへ入力する。またＳ１１の判定がＮＯである場合、すなわち、ＳＣクラッチがＯＦＦになっており、コンプレッサが回転可能状態である場合には、ＥＣＵは、過給時ＳＣモータ駆動制御を実行し（Ｓ１３参照）、この処理を終了する。

図８は、Ｓ１３における過給時ＳＣモータ駆動制御の手順を説明するためのブロック図である。
図８に示す制御系は、ＥＣＵからＰＤＵへのトルク指令信号の入力からコンプレッサ回転数センサの出力までのダイナミクスを表した第１プラントＰｓｃと、コンプレッサ回転数センサの出力から過給圧センサの出力までのダイナミクスを表した第２プラントＰｐｉｐｅと、コンプレッサ回転数センサの出力であるコンプレッサ回転数ＮＳＣ及びその目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆとを用いてモータトルク指令信号を生成するＳＣ回転数制御系８１と、過給圧センサの出力である圧力比ＰＲ及びその目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを用いてモータトルク指令信号を生成する過給圧制御系８３と、ＳＣ回転数制御系８１及び過給圧制御系８３の何れかの出力を選択するセレクタ８５と、ＳＣ回転数制御系８１又は過給圧制御系８３によって生成されたモータトルク指令信号を所定の上限又は下限で制限し、これをトルク指令信号としてＰＤＵへ入力するリミッタ８７と、によって構成される。図８に示す制御系のうち、ＳＣ回転数制御系８１、過給圧制御系８３、セレクタ８５、及びリミッタ８７は、ＥＣＵにおける演算によって実現される。

セレクタ８５は、現在選択されている制御モードに応じて、ＳＣ回転数制御系８１の出力によって算出されるトルク指令信号又は過給圧制御系８３によって算出されるモータトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８７へ入力する。セレクタ８５における選択手順については、後に説明する。リミッタ８７は、モータトルク指令信号が所定の上限（例えば、３０Ｎｍ）を超える場合にはこの上限をトルク指令信号としてＰＤＵへ入力し、モータトルク指令信号が所定の下限（例えば、−３０Ｎｍ）を下回る場合にはこの下限をトルク指令信号としてＰＤＵへ入力し、モータトルク指令信号が上記上限と下限の範囲内である場合にはこのモータトルク指令信号をトルク指令信号としてＰＤＵへ入力する。

過給圧制御系８３は、規範モデル演算部８３１と、ＦＦ演算部８３２と、遅延部８３３と、ＰＩＤ制御器８３４と、アンチワインドアップコントローラ８３５と、加算部８３６と、を備える。

規範モデル演算部８３１は、過給システムの現在の状態、特にエンジン動力伝達機構の状態を反映させた規範モデルを用いることによって目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを修正し修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する。この規範モデル演算部８３１における具体的な演算手順については、後に図９を参照して説明する。

ＦＦ演算部８３２は、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を、予め同定された第１プラントＰｓｃ及び第２プラントＰｐｉｐｅの逆モデルに入力し、この逆モデルの出力をＦＦ制御入力とし、これを加算部８３６へ入力する。

遅延部８３３は、所定の制御周期分（例えば、第１プラントへの入力から第２プラントにおける出力までの遅れに相当する周期分）だけ修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を遅延させてＰＩＤ制御器８３４へ入力する。ＰＩＤ制御器８３４は、遅延された修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´と圧力比ＰＲとの偏差に基づいてＰＩＤ制御則に従ってこの偏差を無くすようなＦＢ制御入力を算出し、これを加算部８３６へ入力する。アンチワインドアップコントローラ８３５は、リミッタ８７の出力を用いることによって、ＰＩＤ制御器８３４の出力を補正する。

加算部８３６は、以上のようにして算出されたＦＦ制御入力とＦＢ制御入力とを合算することにより、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ又は修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´になるようなモータトルク指令信号を生成し、セレクタ８５へ入力する。

図９は、規範モデル演算部８３１において目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆから修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する手順を示すフローチャートである。

Ｓ２１では、ＥＣＵは、外気温ＴＡに基づいて、図１０に示すようなマップを検索することによって、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓを算出する。この基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓは、エンジン動力伝達機構の２つのプーリ７１，７２の間で伝達可能なトルクである伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒの基準値に相当する。図１０の例によれば、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓは、外気温ＴＡが低いほど、より小さな値に設定される。これは、外気温ＴＡが低いほど、合成ゴム製のエンジンベルト７３とプーリ７１，７２との間での摩擦抵抗が小さくなることに伴い、伝達可能なトルクが低下することを反映している。

Ｓ２２では、ＥＣＵは、エンジン回転数ＮＥに基づいて、図１１に示すようなマップを検索することにより、補正係数Ｋｔｒを算出する。この補正係数Ｋｔｒは、エンジン回転数ＮＥの変化に伴う伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒの変動を補正するためのものである。図１１の例によれば、エンジン回転数ＮＥが高いほど、より小さな値に設定される。これは、エンジン回転数ＮＥが高いほど、エンジンベルト７３とプーリ７１，７２との間で伝達可能なトルクが減少することを反映している。

Ｓ２３では、ＥＣＵは、基準伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒ＿ｂｓに補正係数Ｋｔｒを乗算し、これを伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒとする。Ｓ２４では、ＥＣＵは、伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒが要求トルクＴＲＱ＿Ｅより大きいか否か（ＴＲＱ＿ｔｒ＞ＴＲＱ＿Ｅ）を判定する。Ｓ２４の判定がＹＥＳである場合、要求トルクＴＲＱ＿Ｅをエンジン動力伝達機構で伝達しても、スリップは発生しないと判断し、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆをそのまま修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´とする（Ｓ２５参照）。

またＳ２４の判定がＮＯである場合、要求トルクＴＲＱ＿Ｅをエンジン動力伝達機構で伝達すると、スリップが発生するおそれがあると判断し、エンジン回転数ＮＥ及び伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒを用いて、図４のＳ２で参照した圧力比マップを検索することより、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´を算出する（Ｓ２６参照）。ここで、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを算出するために用いられた要求トルクＴＲＱ＿Ｅよりも小さい伝達許容トルクＴＲＱ＿ｔｒを用いて算出されることから、修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´は、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆよりも小さい。

図８に戻り、ＳＣ回転数制御系８１は、規範モデル演算部８１１と、ＦＦ演算部８１２と、遅延部８１３と、ＰＩＤ制御器８１４と、加算部８１５と、を備える。

規範モデル演算部８１１は、過給圧制御系８３の規範モデル演算部８３１と同様の手順により、目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを修正することによって修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を算出する。

ＦＦ演算部８１２は、修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を、予め同定された第１プラントＰｓｃの逆モデルに入力し、この逆モデルの出力をＦＦ制御入力とし、これを加算部８１５へ入力する。

遅延部８１３は、所定の制御周期分（例えば、第１プラントへの入力から第１プラントにおける出力までの遅れに相当する周期分）だけ修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´を遅延させてＰＩＤ制御器８１４へ入力する。ＰＩＤ制御器８１４は、遅延された修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´とコンプレッサ回転数ＮＳＣとの偏差に基づいてＰＩＤ制御則に従ってこの偏差を無くすようなＦＢ制御入力を算出し、これを加算部８１５へ入力する。

加算部８１５は、以上のようにして算出されたＦＦ制御入力とＦＢ制御入力とを合算することにより、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ又は修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´になるようなモータトルク指令信号を生成し、セレクタ８５へ入力する。

セレクタ８５は、現在選択されている制御モードが、過給移行モードである場合又はＳＣモータ過給圧制御モードである場合（すなわち、制御モードが過給制御モードでありかつエンジンの運転状態が図７の発電制限領域外である場合）には、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ（又は修正目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆ´）になるように過給圧制御系８３によって算出されたモータトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８６へ入力する。すなわち、ＳＣモータを用いて圧力比を制御する。

またセレクタ８５は、現在選択されている制御モードが、予回転制御モードである場合、自然吸気移行モードである場合、又はＡＢＶ過給圧制御モードである場合（すなわち、制御モードが過給制御モードでありかつ運転状態が図７の発電制限領域内である場合）には、コンプレッサ回転数ＮＳＣが目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ（又は修正目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆ´）になるようにＳＣ回転数制御系８１によって算出されたモータトルク指令信号を選択し、これをリミッタ８６へ入力する。

上述のように予回転制御モード又は自然吸気移行モード時には、スロットル弁を用いて圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに制御する過給圧制御が実行される（図４のＳ５参照）。そこでセレクタ８５は、このスロットル弁を用いた過給圧制御と干渉しないようにするため、制御モードが予回転制御モード又は自然吸気移行モードである場合には、ＳＣ回転数制御系８１を用いてコンプレッサの回転数制御を実行する。

またＡＢＶ過給圧制御モード時には、吸気バイパス弁を用いて圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに制御する過給圧制御が実行される（図４のＳ８参照）。そこでセレクタ８５は、この吸気スロットル弁を用いた過給圧制御と干渉しないようにするため、制御モードがＡＢＶ過給圧制御モードである場合には、ＳＣ回転数制御系８１を用いてコンプレッサの回転数制御を実行する。またＡＢＶ過給圧制御モード時には、ＳＣ回転数制御系８１への入力である目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆは、図４のＳ３において目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆを用いて定められた値から、これよりも大きな固定値ＮＳＣ＿ａｂｖに持ち替えられる。したがって、ＡＢＶ過給圧制御モード時におけるコンプレッサ回転数ＮＳＣは、ＳＣ回転数制御系８１によって、目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆの変動によらず固定値ＮＳＣ＿ａｂｖで維持されることとなる。このため、ＡＢＶ過給圧制御モード時は、吸気バイパス弁の開度を全開から全閉の間で調整することにより、圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆに制御することができる。

なお、固定値ＮＳＣ＿ａｂｖの具体的な値は、上述のようにＡＢＶ過給圧制御モード時にこの固定値ＮＳＣ＿ａｂｖを目標回転数としてＳＣ回転数制御系８１によってＳＣモータを制御した場合に、その発電量が、発電制限領域を定義するために設定した発電量上限Ｐｍａｘ以下になるように、より好ましくは発電量が略０になるように、予め試験を行うことによって定められる。これにより、エンジンの運転状態が発電制限領域内にある場合には、ＳＣモータの発電量を発電量上限Ｐｍａｘ以下、より好ましくは略０にしながら、吸気バイパス弁によって圧力比ＰＲを目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆへ制御することができる。

図１２は、以上のような吸気制御処理によって実現される過給圧、吸気バイパス弁、コンプレッサ回転数、ＳＣクラッチ、及びＳＣモータにおけるモータトルクの変化を示すタイムチャートの一例である。図１２の例では、時刻ｔ０ではエンジンの運転状態が自然吸気領域内にあった状態から、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれることにより、その後時刻ｔ１においてエンジンの運転状態が過給領域内に定義された発電制限領域内に移行した場合を示す。なお図１２の例では、エンジン回転数ＮＥは略一定であるとする。また図１２には、参考のため、従来の過給システムによって実現される過給圧等の変化を破線で示す。ここで従来の過給システムとは、ＡＢＶ過給圧制御モードが定義されておらず、またエンジンの運転状態が発電制限領域内にある場合であっても目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを固定値ＮＳＣ＿ａｂｖで持ち替えない点において本実施形態の過給システムと異なる。

先ず、時刻ｔ０〜ｔ１の間では、エンジンの運転状態は自然吸気領域内であるから、制御モードは自然吸気制御モードが選択される（図４のＳ４参照）。このため時刻ｔ０〜ｔ１の間では、ＳＣクラッチはＯＮにされ、従ってコンプレッサは回転不可能状態に維持される（図４のＳ１０参照）。

その後時刻ｔ１では、エンジンの運転状態が自然吸気領域内から過給領域内でありかつ図７の発電制限領域内に移行する。これにより時刻ｔ１では、制御モードは、自然吸気制御モードから予回転制御モードへ移行する。なおエンジンの運転状態が発電制限領域内に移行した直後は、コンプレッサは未だ回転していない。このため時刻ｔ１では、制御モードは、自然吸気制御モードから直ちにＡＶＢ過給圧制御モードへ移行することはなく、一旦予回転制御モードを経由する。

時刻ｔ１において制御モードが予回転制御モードに移行することにより、ＳＣクラッチがＯＦＦにされ、コンプレッサが回転し始める（図４のＳ１０参照）。なお制御モードが予回転制御モードである場合、吸気バイパス弁は全開に維持される（図４のＳ７参照）。また時刻ｔ１におけるエンジンの運転状態は発電制限領域内であることにより、コンプレッサの目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆは、予め定められた固定値ＮＳＣ＿ａｂｖに持ち替えられ（図４のＳ９参照）、ＳＣモータのトルク指令信号はこの目標回転数ＮＳＣ＿ｒｅｆを実現するように、ＳＣ回転数制御系８１によって生成される（図８参照）。これにより、時刻ｔ１以降では、コンプレッサの回転数ＮＳＣを固定値ＮＳＣ＿ａｂｖへ向けて上昇させる予回転が実行される。

その後、時刻ｔ２では、予回転制御モードから過給制御モードへの移行条件が満たされたことに応じて、制御モードは、予回転制御モードから、過給制御モードへ移行する（図５参照）。この際、エンジンの運転状態は発電制限領域内であることから、サブ制御モードとしてＡＢＶ過給圧制御モードが選択される。

時刻ｔ２以降では、ＳＣモータのトルク指令信号は、時刻ｔ１〜ｔ２と同様に固定値ＮＳＣ＿ａｂｖを目標回転数としてコンプレッサ回転数ＮＳＣがこの値を維持するように、ＳＣ回転数制御系８１によって生成される（図８参照）。一方、吸気バイパス弁は、圧力比ＰＲが目標圧力比ＰＲ＿ｒｅｆになるように制御される（図４のＳ８参照）。したがって、図１２に示すように、目標圧力比（すなわち、目標過給圧）が上昇すると、これが実現されるように吸気バイパス弁は閉じ側へ制御される。

本実施形態の過給システムＳによれば、以下の効果を奏する。
（１）過給システムＳでは、各々の回転数が共線関係を有するサンギヤ５１、キャリア５３、及びリングギヤ５４にコンプレッサ４、エンジン１の出力軸１ａ、及びＳＣモータ６の出力軸６ａが接続されたスーパチャージャ３と、コンプレッサ４の入口側と出口側とで接続する吸気バイパス管２４を開閉する吸気バイパス弁２５と、を設ける。そして過給システムＳでは、ＥＣＵ８に構成された第１過給圧制御手段では、ＳＣモータ６の出力又は発電量を増減することによって圧力比を制御し、ＥＣＵ８に構成された第２過給圧制御手段では、吸気バイパス弁２５を開閉することによって圧力比を制御する。また過給システムＳでは、第１過給圧制御手段によって圧力比を制御した場合に、ＳＣモータ６における発電量が所定の発電量上限Ｐｍａｘを超えるような運転領域を発電制限領域と定義し、エンジン１の運転状態が発電制限領域外である場合には第１過給圧制御手段によって圧力比を制御し、運転状態が発電制限領域内である場合にはＳＣモータ６の発電量を発電量上限Ｐｍａｘ以下にするとともに第２過給圧制御手段によって過給圧を制御する。したがって過給システムＳにおいて第１過給圧制御手段による過給圧制御が行われる運転領域は、図７の全運転領域のうち発電制限領域を除いた部分のみである。すなわち、全運転領域において第１過給圧制御手段によって過給圧を制御していた場合に比べれば、第１過給圧制御手段によって過給圧制御を行う運転領域を狭めることができ、結果としてＳＣモータ６の体格を小さくできる。また過給システムＳでは、ＳＣモータ６の発電量が上限Ｐｍａｘを超えるような運転領域に発電制限領域を定義し、この発電制限領域では第２過給圧制御手段によって過給圧制御を行うことにより、バッテリ４２の状態によらず過給圧制御を継続することができる。

（２）過給システムＳでは、制御モードが自然吸気制御モードからＡＢＶ過給圧制御モードへ移行する前には必ず予回転制御モードを経由することとし、第２過給圧制御手段による過給圧制御を開始する前には、吸気バイパス弁２５を開いた状態でコンプレッサ４の回転数を固定値ＮＳＣ＿ａｂｖまで上昇さる。すなわち、本発明では、コンプレッサ４を予回転させてから吸気バイパス弁２５を用いた過給圧制御を行う。これにより、高過給領域まで第２過給圧制御手段で過給圧制御を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限らない。本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜変更してもよい。

例えば上記実施形態では、遊星歯車機構５のサンギヤ５１にコンプレッサ４を接続し、キャリア５３にエンジン１の出力軸６ａを接続し、リングギヤ５４にＳＣモータ６の出力軸６ａを接続したが、本発明はこの組み合わせに限らず、他の組み合わせとしてもよい。

Ｓ…過給システム
１…エンジン（内燃機関）
１ａ…出力軸
２…吸気管（吸気通路）
２４…吸気バイパス管（吸気バイパス通路）
２５…吸気バイパス弁
３…スーパチャージャ
４…コンプレッサ
５１…サンギヤ（第１回転要素）
５３…キャリア（第２回転要素）
６…ＳＣモータ（電動発電機）
６ａ…出力軸
８…ＥＣＵ（第１過給圧制御手段、第２過給圧制御手段、判定手段、予回転制御手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサに接続された第１回転要素と、前記内燃機関の出力軸に接続された第２回転要素と、電動発電機の出力軸に接続された第３回転要素と、を備え、前記第１、第２、及び第３回転要素の各々の回転数が共線関係を有するように構成されたスーパチャージャを備える内燃機関の過給システムであって、
   前記吸気通路に対し前記コンプレッサの入口側と出口側とで接続された吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパス弁と、
   前記電動発電機の発電量で増減することで過給圧を制御する第１過給圧制御手段と、
   前記吸気バイパス弁を開閉することで過給圧を制御する第２過給圧制御手段と、
   前記第１過給圧制御手段によって過給圧を制御した場合に前記電動発電機の発電量が所定の上限を超えるような運転領域を制限領域と定義し、前記内燃機関の運転状態が前記制限領域内にあるか否かを判定する判定手段と、を備え、
   前記運転状態が前記制限領域外である場合には、前記第１過給圧制御手段によって過給圧を制御し、前記運転状態が前記制限領域内である場合には、前記電動発電機の発電量を前記上限以下にするとともに前記第２過給圧制御手段によって過給圧を制御することを特徴とする内燃機関の過給システム。
2. 前記第２過給圧制御手段による過給圧制御を開始する前に、前記吸気バイパス弁を開いた状態で前記コンプレッサの回転数を上昇させる予回転制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給システム。