JP2021148078A - 過給機、及び、過給機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼効率の低減を抑制しつつ、ノッキングの発生を抑制することのできる過給機を提供する。【解決手段】制御部６４ｅは、所定の閾値未満の加速要求値が認識されたときに、クラッチ６３を制御して、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、過給機用ＭＧ６２を制御して、タービン６０を回転駆動する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両等の移動体に搭載される内燃機関に吸気を過給する過給機、及び、過給機の制御方法に関する。

従来、車両等の移動体に搭載されるエンジン等の内燃機関には、過給機が搭載されていることがある。その過給機としては、燃焼室からの排気によって排気通路に設けられているタービンを回転させるとともに、そのタービンの回転による駆動力を吸気通路に設けられているコンプレッサに伝達し、コンプレッサを回転駆動させて吸気を燃焼室に過給するものがある。

しかし、内燃機関の運転状態等によっては、タービンから伝達される駆動力だけではコンプレッサの回転数（すなわち、吸気量）を所望の値まで増加させることができない場合がある。そこで、モータを搭載し、そのモータからの駆動力によってコンプレッサを回転駆動して、吸気量を増加させる過給機がある（例えば、特許文献１参照）。

特許第５２２３２７９号公報

ところで、内燃機関では、種々様々な理由からノッキングが発生してしまうことがある。その理由の一つとしては、吸気の温度、すなわち、内燃機関の燃焼室の内部の温度の上昇が挙げられる。

燃焼室の内部の温度を下げるためには、点火時期を遅角させて、燃焼室の温度の低下を待つ方法がある。しかし、点火時期を遅角にすると、ＭＢＴ（Ｍｉｎｉｍｕｍ Ａｄｖａｎｃｅ ｆｏｒ Ｂｅｓｔ Ｔｏｒｑｕｅ）との関係から、燃焼効率が低減してしまうおそれがあった。

本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、燃焼効率の低減を抑制しつつ、ノッキングの発生を抑制することのできる過給機、及び、過給機の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の過給機は、
移動体に搭載される内燃機関に吸気を過給する過給機であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、
前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、
前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、
前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、
制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、前記移動体に対する加速要求の度合いである加速要求値を認識する加速要求値認識部を有し、
前記制御部は、所定の閾値未満の前記加速要求値が認識されたときに、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを制御して、前記タービンを回転駆動することを特徴とする。

このように、本発明の過給機では、所定の閾値未満の加速要求値が認識されたときに、モータジェネレータを制御して、タービンを回転駆動している。これにより、内燃機関の燃焼室の内部に残留している排気を積極的に掃気させて、燃焼により生じた余分な熱を取り除き、燃焼室の内部の温度を低下させている。

また、この過給機では、このとき、伝達駆動力可変機構を制御して、モータジェネレータからコンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、モータジェネレータからの駆動力は、タービンにのみ伝達されることになる。その状態では、コンプレッサにも駆動力を伝達している状態に比べ、タービンを効率よく回転駆動させることができる。その結果、短時間で、燃焼室の内部の温度を低下させることができる。

したがって、本発明の過給機によれば、燃焼室の内部の温度を低下させることができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。また、その温度の低下は短時間で行われ、温度の低下を待つために点火時期を遅角させる必要がないので、従来よりも点火時期を進角させて、燃焼効率を向上させることができる。

また、本発明の過給機においては、
前記移動体は、車両であり、
前記加速要求値認識部は、アクセルペダルの開度センサ、又は、前記車両が行う前方を走行する他車両との車間調整制御における車間縮小要求値に基づいて、前記加速要求値を認識することを特徴とする。

また、本発明の過給機の制御方法は、
移動体に搭載される内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、前記移動体に対する加速要求の度合いである加速要求値を認識する加速要求値認識部を有し、前記内燃機関に吸気を過給する過給機の制御方法であって、
前記制御部が、所定の閾値未満の前記加速要求値が認識されたときに、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを制御して、前記タービンを回転駆動する工程を備えていることを特徴とする。

実施形態に係る過給機を搭載した車両の全体構成を示す模式図。 図１の車両の要部を示す模式図。 図１の車両の制御装置の構成を示すブロック図。 図１の車両がエンジンの始動直後に実行する処理を示すフローチャート。 図４の処理においてエンジンの始動直後に実行する処理を実行した後における図１の車両の過給機の状態、及び、それに対応する従来の過給機の状態を示す図。 図１の車両が加速状態の際に実行する処理を示すフローチャート。 図６の処理で加速要求値が閾値未満であった場合の処理を実行した後における図１の車両の過給機の状態、及び、それに対応する従来の過給機の状態を示す図。 図６の処理で加速要求値が閾値以上であった場合の処理を実行する際における図１の車両の過給機の状態についてのタイミングチャート。 図１の車両が減速状態の際に実行する処理を示すフローチャート。

以下、図面を参照して、実施形態に係る過給機６を搭載した車両Ｖについて説明する。

なお、本実施形態においては、移動体としていわゆるハイブリッド車両を採用し、その車両に本発明の過給機を搭載した場合について説明する。しかし、本発明の過給機を搭載する移動体は、動力源として、過給機を搭載し得る内燃機関を備えたもの、又は、燃料電池とそのような内燃機関とを兼ね備えているものであればよい。そのため、本発明の移動体には、例えば、車両の他、船舶等も含まれる。

［過給機及びそれを搭載している車両の構成］
まず、図１及び図２を参照して、車両Ｖの概略構成について説明する。

図１に示すように、車両Ｖは、動力源として、内燃機関であるエンジン１と、走行用の第１の電動式のモータジェネレータ（以下、「第１走行用ＭＧ２」という。）とを備えている。

また、車両Ｖは、エンジン１で生成された機関出力、又は、第１走行用ＭＧ２で生成された駆動力によって駆動する駆動輪３と、エンジン１及び第１走行用ＭＧ２から駆動輪３に駆動力を伝達する動力分割機構４とを備えている。

また、車両Ｖは、動力分割機構４に接続されており、エンジン１を始動させるスタータモータとして使用される第２の走行用のモータジェネレータ（以下、「第２走行用ＭＧ５」という。）を備えている。

車両Ｖでは、減速時に、駆動輪３の回転を、動力分割機構４を介して、第１走行用ＭＧ２に伝達し、その回転によって第１走行用ＭＧで発電を行うことが可能となっている。また、車両Ｖでは、エンジン１の駆動力を、動力分割機構４を介して、駆動輪３だけでなく第２走行用ＭＧにも伝達し、その駆動力によって第２走行用ＭＧで発電を行うことが可能となっている。

図２に示すように、エンジン１は、周知の内燃機関である。エンジン１は、燃焼室１０の内部で、吸気通路１１を介して導入された空気と燃料噴射弁１２から噴射された機関燃料とが燃焼されて、機関出力が発生する。このとき、燃焼室１０の内部では、燃焼ガスである排気が発生する。その排気は、排気通路１３を介して排出される。

吸気通路１１及び排気通路１３には、エンジン１に吸気を過給してエンジン１の駆動を補助するために、過給機６が配置されている。また、吸気通路１１には、過給機６よりも上流側に、エンジン１への吸気量を制御するスロットル弁７（吸気量制御機構）が配置されている。また、排気通路１３には、過給機６よりも下流側に、排気に含まれているＨＣ、Ｎｏｘといった化学物質を除去するための触媒８が配置されている。

なお、車両Ｖでは、吸気量制御機構としてスロットル弁７を採用している。しかし、本発明の吸気量制御機構は、スロットル弁に限定されるものではなく、コンプレッサ以外の構成部品であって、内燃機関への吸気量を制御することができるものであればよい。例えば、吸気通路１１に具備されるフラップ弁（不図示）、又は、エンジン１に具備される動弁機構（不図示）を吸気量制御機構としてもよい。

過給機６は、排気通路１３に設けられているタービン６０と、吸気通路１１に設けられているコンプレッサ６１と、タービン６０及びコンプレッサ６１に伝達する駆動力の動力源であるモータジェネレータ（以下、「過給機用ＭＧ６２」という。）と、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を遮断又は変更するクラッチ６３（伝達駆動力可変機構）と、過給機用ＭＧ６２及びクラッチ６３の駆動を制御する制御装置６４とを備えている。

タービン６０は、過給機用ＭＧ６２から過給機用ＭＧ６２の第１駆動軸６２ａを介して伝達される駆動力によって、回転駆動可能となっている。そのようにしてタービン６０が回転駆動されたときには、燃焼室１０の内部から排気が積極的に排出される。

また、タービン６０は、燃焼室１０から排出される排気によっても回転駆動可能となっている。そのようにしてタービン６０が回転駆動されたときには、タービン６０の回転が、第１駆動軸６２ａを介して過給機用ＭＧ６２に伝達され、過給機用ＭＧ６２で発電が可能となる。

コンプレッサ６１は、過給機用ＭＧ６２から過給機用ＭＧ６２の第２駆動軸６２ｂを介して伝達される駆動力によって、回転駆動可能となっている。そのようにしてコンプレッサ６１が回転駆動されたときには、燃焼室１０の内部に吸気が過給される。ひいては、エンジン１の駆動が補助される。

過給機用ＭＧ６２は、制御装置６４からの指令に応じて、力行モード（駆動状態）、発電モード（発電状態）、発電判定モード、休止モードを選択的に切換自在に構成されている。

力行モードでは、過給機用ＭＧ６２は、タービン６０又はタービン６０及びコンプレッサ６１に、電力によって生成した駆動力を伝達して、それらを回転駆動（力行）する。発電モードでは、過給機用ＭＧ６２は、排気によるタービン６０の回転駆動に応じて発電を行う。

発電判定モードでは、過給機用ＭＧ６２は、電力によって生成した駆動力でタービン６０及びコンプレッサ６１を回転駆動しつつ、コンプレッサ６１の回転数が所定の閾値以上になった場合には、その回転駆動を停止して、タービン６０の回転に応じた発電を開始する。すなわち、駆動状態からコンプレッサ６１の回転数によって発電状態に切り換える。休止モードでは、過給機用ＭＧ６２は、特段駆動せず、タービン６０及びコンプレッサ６１を自由に回転させる。

クラッチ６３は、コンプレッサ６１と過給機用ＭＧ６２との間の第２駆動軸６２ｂに設けられており、制御装置６４からの指令に応じて駆動する。

クラッチ６３は、対向する一対のクラッチ板を有している。そのクラッチ板同士は、多段階式に又は連続的に、離間自在に構成されている。

これにより、クラッチ６３は、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１へ伝達される駆動力を完全に遮断している状態（開放状態）、及び、全て伝達する状態（締結状態）だけでなく、その駆動力を一部のみ伝達する状態（いわゆる半クラッチの状態）になることもできるようになっている。また、その駆動力を徐々に大きく（増加）したり、徐々に小さく（低減）したりすることもできるようになっている。

なお、本発明の駆動力可変機構は、このような機械式のクラッチに限定されるものではなく、過給機用の動力源からコンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更できるものであればよい。

そのため、例えば、動力源とコンプレッサとの間の駆動軸を、動力源とタービンとの間の駆動軸と独立して回転可能に構成して、制御部からの指令に応じて、動力源とコンプレッサとの間の駆動軸の回転を独立して停止又は変更することによって、コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更できるようにしてもよい。

触媒８としては、車両Ｖでは、いわゆる三元触媒が採用されている。そのため、触媒８は、その温度が所定温度まで上昇すると、化学物質を除去する性能が活性化する。そこで、車両Ｖでは、排気の熱等を利用して、触媒８の温度の上昇を図っている。なお、触媒８としては、このような三元触媒に限定されるものではなく、周知の他の触媒を適宜採用してよい。

［制御のための処理部の構成］
次に、図３を参照して、過給機６及びスロットル弁７を制御するための構成について説明する。なお、以下に説明する処理部による「認識」とは、対象とする値を直接取得することの他、間接的に取得することも含む。間接的に取得する手法としては、対象とする値に関連する値を取得し、その関連する値に基づいて、対象とする値を算出したり、データテーブルから取得したりすること等が該当する。

図３に示すように、車両Ｖは、車両Ｖの状態を検知するためのセンサとして、触媒８の温度を検知するための触媒温度センサ９ａと、アクセルペダル（不図示）の開度を検知するためのＡＰ開度センサ９ｂと、コンプレッサ６１の回転数を検知するためのＣｏｍｐ回転数センサ９ｃと、過給機用ＭＧ６２の回転数を検知するためのＭＧ回転数センサ９ｄと、吸気通路１１の内部の気圧（吸気圧）を検知するための吸気圧センサ９ｅとを備えている。なお、これらのセンサは、図１及び図２では図示省略している。

また、制御装置６４は、実装されたハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能（処理部）として、触媒温度認識部６４ａと、加速要求値認識部６４ｂと、判定値認識部６４ｃと、発電可否判定部６４ｄとを備えている。これらの処理部は、前述のセンサの検知した値に基づいて、過給機６及びスロットル弁７を制御するためのパラメータを認識する。

触媒温度認識部６４ａは、触媒温度センサ９ａの検知した値に基づいて、触媒８の温度を認識する。ひいては、触媒温度認識部６４ａは、触媒８に排気が到達して触媒８の温度が上昇し始めてから（すなわち、エンジン１の始動開始から）、触媒８の温度が化学物質の除去性能が活性化する所定温度まで上昇するまでの期間である触媒昇温期間を認識する。

加速要求値認識部６４ｂは、ＡＰ開度センサ９ｂの検知した値に基づいて、車両Ｖに対する搭乗者、車両Ｖ全体を制御するＥＣＵ等からの車両Ｖに対する加速要求又は減速要求の度合いである加速要求値を認識する。なお、以下の説明においては、負の加速要求値を、減速要求値ということがある。

判定値認識部６４ｃは、Ｃｏｍｐ回転数センサ９ｃが認識したコンプレッサ６１の回転数、及び、ＭＧ回転数センサ９ｄが認識した過給機用ＭＧ６２の回転数に基づいて、判定値を認識する。

なお、本発明における判定値は、コンプレッサの駆動に影響されるパラメータであればよい。そのため、本発明は、判定値がコンプレッサの回転数、及び、過給機用の動力源の回転数に基づいて定められる構成に限定されるものではない。例えば、判定値を、吸気通路の吸気圧、排気通路の排気圧、コンプレッサの回転数、及び、モータの回転数の少なくとも１つの値に基づいて定められる値としてもよい。

発電可否判定部６４ｄは、判定値認識部６４ｃが認識した判定値に基づいて、過給機用ＭＧ６２の状態の発電状態への切り換えの可否を判定する。

なお、本発明の処理部は、必ずしもこのような構成に限定されるものではなく、センサ以外によって取得された値に基づいて、パラメータを認識するように構成されていてもよい。

例えば、触媒温度認識部６４ａは、排気通路１３の温度、又は、エンジン１の温度に基づいて、触媒８の温度を認識するようにしてもよいし、触媒８の下流に具備される熱交換器等のデバイスに流通する冷媒温度に基づいて、触媒８の温度を認識するようにしてもよい。

また，加速要求値認識部６４ｂは、車両Ｖが他車両との車間調整制御を実行するものである場合には、その車間調整制御における車間縮小要求値を加速要求として認識してもよい。

また、判定値認識部６４ｃと制御部６４ｅは、吸気通路１１の吸入空気流量に基づいて、コンプレッサ６１の回転数を認識するようにしてもよいし、エンジン回転数と吸入空気流量等に応じて、過給機用ＭＧ６２の回転数を認識するようにしてもよい。

また、制御部６４ｅは、吸気通路１１の吸入空気流量に基づいて、吸気圧を認識するようにしてもよい。

また、制御装置６４は、実装されたハードウェア構成又はプログラムにより実現される機能（処理部）として、制御部６４ｅを備えている。制御部６４ｅは、認識された触媒８の温度、触媒昇温期間、加速要求値、及び、判定値、並びに、検知されたコンプレッサ６１の回転数、及び、過給機用ＭＧ６２の回転数、吸気圧等に基づいて、過給機用ＭＧ６２及びクラッチ６３に対し指令を送り、その駆動を制御する。

［過給機の動作、及び、それに伴い実行される処理］
次に、図３〜図９を参照して、制御装置６４が実行する処理（過給機の制御方法）について説明する。

［エンジンの始動直後に実行される処理］
次に、図３〜図５を参照して、エンジン１の始動開始から触媒８の温度が触媒８の化学物質を除去する性能が活性化する所定温度まで上昇するまでの期間（触媒昇温期間）において、実行される処理について説明する。

この処理は、例えば、車両Ｖが停車しており、エンジン１を始動しただけの状態、車両Ｖが、第１走行用ＭＧ２で生成された駆動力のみによる走行から、エンジン１からの機関出力による走行を開始した直後の状態等において実行される処理である。

この処理においては、まず、制御部６４ｅは、触媒温度認識部６４ａが認識した触媒８の温度が所定の閾値となる温度未満であるか否かを判定する（図４／ＳＴＥＰ１０１）。

この処理よって、制御部６４ｅは、触媒昇温期間であるか否かを判定している。ここで、所定の閾値となる温度は、触媒８の化学物質を除去する性能が活性化する温度に基づいて定められる温度である。

触媒８の温度が閾値未満であった場合（ＳＴＥＰ１０１でＹＥＳの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を開放状態にする、又は、開放状態に近づける（図４／ＳＴＥＰ１０２）。

この処理によって、クラッチ６３が制御されて、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力が遮断又は低減される。これにより、コンプレッサ６１を回転駆動させるための駆動力が低減される又は不要となる。その結果、排気によって生じる回転のためのエネルギーがタービン６０に集中するようになるので、タービン６０が排気によって回転しやすくなる。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、発電モード以外のモードであった場合には発電モードに切り換え、発電モードであった場合には発電モードを維持させる（図４／ＳＴＥＰ１０３）。

次に、制御部６４ｅは、スロットル弁７の開度を調整（図４／ＳＴＥＰ１０４）して、今回の処理を終了する。

具体的には、過給機用ＭＧ６２を発電モードとしたことによって生じた排気圧の変化に応じてポンピングロスが発生又は増大してしまわないように、吸気量が増加又は低減するように、吸気圧センサ９ｅによって検知された吸気圧に応じて、スロットル弁７の開度を調整する。

一方、触媒８の温度が閾値未満でなかった場合（ＳＴＥＰ１０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する（図４／ＳＴＥＰ１０５）。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、発電モード以外のモードであった場合には休止モードに切り換え、休止モードであった場合には休止モードを維持させて（図４／ＳＴＥＰ１０６）、今回の処理を終了する。

以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。

以上説明したように、過給機６では、触媒昇温期間に、過給機用ＭＧ６２を、発電状態に切り換えている。そのため、触媒昇温期間においては、過給機用ＭＧ６２で発電を行うために生じる抵抗によって排気によるタービン６０の回転が抑制されて、燃焼室１０から排気が排出されにくくなる（図２参照）。すなわち、触媒昇温期間においては、タービン６０の設けられている排気通路１３における圧力（排気圧）が上昇する。

これにより、燃焼室１０に排気が残留しやすくなるので、残留した排気によって燃焼室１０の温度の上昇が促される。その結果、燃焼室１０の内部における燃料気化が促進されて、燃焼室１０（ひいては、エンジン１）から排出される排気に含まれるＨＣ、Ｎｏｘといった化学物質を低減させることができる。

したがって、過給機６によれば、触媒８の温度が十分に高められておらず（すなわち、触媒８の化学物質を除去する性能が活性化しておらず）、その能力が十分に発揮できないおそれのある触媒昇温期間であっても、触媒８に到達する前の段階で化学物質を低減しているので、エンジン１の排気に含まれるＨＣ、Ｎｏｘといった化学物質を低減させることができる。

また、前述のように、過給機６では、触媒昇温期間に、クラッチ６３を制御して、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、タービン６０へのコンプレッサ６１の重量による影響が遮断又は低減されるので、コンプレッサ６１にも駆動力を伝達している状態に比べ、排気によってタービン６０が回転しやすくなる。

具体的には、図５に示すように、特許文献１の過給機のようにタービンとコンプレッサとが一体化している構成に比べて、過給機６では、クラッチ６３が開放状態であれば、タービン６０がコンプレッサ６１を連れまわすことがない。これにより、仮に排気によってタービン６０へ加えられる回転のためのエネルギーが同じであっても、タービン６０は、特許文献１のタービンに比べて高速で回転し、ひいては、効率よく発電が行われる。

したがって、過給機６によれば、触媒昇温期間における排気に起因する駆動力によって、効率よくタービン６０を回転させて、その駆動力を無駄なく用いて発電を行うこともできる。

ところで、前述のように、このような制御を行うと排気圧が上昇する。そのため、その制御を行う前の状態から給気量（すなわち、吸気圧）が変化しないのであれば、吸気圧と排気圧との差が大きくなるので、ポンピングロスによるエネルギーの損失も増大してしまう。

そこで、過給機６では、このような制御を行う場合には、スロットル弁７の開度を調整している。これにより、過給機６では、吸気圧と排気圧との差の増大を抑制又は防止して、ポンピングロスによるエネルギーの損失の抑制が図られている。

［低い加速要求値が認識された際に実行される処理］
次に、図３、図６及び図７を参照して、所定の閾値未満の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。

この処理は、例えば、車速が変化しない程度に低い正の加速要求値が認識されている状態等において実行される処理である。

この処理においては、まず、制御部６４ｅは、加速要求値認識部６４ｂで認識された加速要求値がすでに認識していた加速要求値から変化したか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ２０１）。

加速要求値が変化していなかった場合（ＳＴＥＰ２０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、その時点における過給機用ＭＧ６２の状態、及び、クラッチ６３の状態を維持して、今回の処理を終了する。

一方、加速要求値が変化していた場合（ＳＴＥＰ２０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、認識された加速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ２０２）。

この処理は、ここで説明する処理を実行するか、後述する高い正の加速要求値が認識された場合における処理を実行するかを判定するための処理である。そのため、加速要求値の閾値は、過給機６の設計者によって、車両Ｖの性能等に基づいて、適宜設定される。

加速要求値が閾値未満であった場合（ＳＴＥＰ２０２でＹＥＳの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する（図６／ＳＴＥＰ２０３）。

この処理によって、クラッチ６３が制御されて、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力が、遮断又は低減される。これにより、コンプレッサ６１を回転駆動させるための駆動力が低減される又は不要となるので、過給機用ＭＧ６２で生成する駆動力によって、タービン６０が効率よく回転駆動するようになる。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、力行モード以外のモードであった場合には力行モードに切り換え、力行モードであった場合には力行モードを維持させて（図６／ＳＴＥＰ２０４）、今回の処理を終了する。

以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。

以上説明したように、過給機６では、所定の閾値未満の正の加速要求値が認識されたときに、過給機用ＭＧ６２を制御して、タービン６０を回転駆動している。

具体的には、図７に示すように、過給機６では、特許文献１の過給機とは異なり、タービン６０を力行させなくてもよいような低い加速要求値を認識した場合であっても、タービン６０を力行させている。これにより、エンジン１の燃焼室１０（図２参照）の内部に残留している排気を積極的に掃気させて、燃焼により生じた余分な熱を取り除き、燃焼室１０の内部の温度を低下させている。

また、過給機６では、このとき、クラッチ６３を制御して、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を遮断又は低減している。これにより、過給機用ＭＧ６２からの駆動力は、タービン６０にのみ伝達されることになる。その状態では、コンプレッサ６１にも駆動力を伝達している状態に比べ、タービン６０を効率よく回転駆動させることができる。その結果、短時間で、燃焼室１０の内部の温度を低下させることができる。

したがって、過給機６によれば、燃焼室１０の内部の温度を低下させることができるので、ノッキングの発生を抑制することができる。また、その温度の低下は短時間で行われ、温度の低下を待つために点火時期を遅角させる必要がないので、従来よりも点火時期を進角させて、燃焼効率を向上させることができる。

［高い加速要求値が認識された際に実行される処理］
次に、図３、図６及び図８を参照して、所定の閾値以上の正の加速要求値が認識された際に実行される処理について説明する。

この処理は、例えば、車速が変化しない程度に低い正の加速要求値が認識されていた状態から、過給機６のタービン６０及びコンプレッサ６１を力行させて給気を過給する必要があるほど高い正の加速要求値が認識された状態に移行した際等おいて実行される処理である。

この処理においては、まず、前述した低い正の加速要求値が認識された際に実行される処理と同様に、まず、制御部６４ｅは、加速要求値認識部６４ｂで認識された加速要求値がすでに認識していた加速要求値から変化したか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ２０１）。

加速要求値が変化していなかった場合（ＳＴＥＰ２０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、その時点における過給機用ＭＧ６２の状態、及び、クラッチ６３の状態を維持して、今回の処理を終了する。

一方、加速要求値が変化していた場合（ＳＴＥＰ２０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、認識された加速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する（図６／ＳＴＥＰ２０２）。

この処理は、ここで説明する処理を実行するか、前述した低い正の加速要求値が認識された場合における処理を実行するかを判定するための処理である。加速要求値の閾値は、過給機６の設計者によって、車両Ｖの性能等に基づいて、適宜設定される。

加速要求値が閾値未満でなかった場合（ＳＴＥＰ２０２でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する（図６／ＳＴＥＰ２０５）。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、力行モード以外のモードであった場合には力行モードに切り換え、力行モードであった場合には力行モードを維持させる（図６／ＳＴＥＰ２０６）。

このＳＴＥＰ２０５及びＳＴＥＰ２０６の処理は、図８のタイミングチャートにおいて時刻ｔ０から時刻ｔ１までの間に実行される処理である。

次に、制御部６４ｅは、クラッチ６３を制御して、コンプレッサ６１に伝達される駆動力を徐々に大きくし始める（図６／ＳＴＥＰ２０７）。

具体的には、クラッチ６３の対向する一対のクラッチ板同士を徐々に近づけて、半クラッチ状態にする。その締結の度合いは、コンプレッサ６１の回転数に応じて調整される。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２の回転数（すなわち、タービン６０の回転数）とコンプレッサ６１の回転数との差が、閾値未満であるかを判定する（図６／ＳＴＥＰ２０８）。

この処理は、クラッチ６３を完全に締結してよいか否かを判断するための処理である。回転数の差についての閾値は、過給機６の設計者によって、車両Ｖの性能等に基づいて、適宜設定される。

回転数の差が閾値未満でなかった場合（ＳＴＥＰ２０８でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、半クラッチ状態を維持する。ただし、その締結の度合いは、回転数の差に応じて、コンプレッサ６１に伝達される駆動力が徐々に大きくなるように、適宜調整される。

一方、回転数の差が閾値未満であった場合（ＳＴＥＰ２０８でＹＥＳの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を完全に締結させる（図６／ＳＴＥＰ２０９）。

このＳＴＥＰ２０７〜ＳＴＥＰ２０９の処理は、図８のタイミングチャートにおいて時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に実行される処理である。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、発電判定モードに切り換えて（図６／ＳＴＥＰ２１０）、今回の処理を終了する。

ここで、過給機用ＭＧ６２は、図８のタイミングチャートの時刻ｔ２以降のように、発電判定モードでは、電力によって生成した駆動力でタービン６０及びコンプレッサ６１を回転駆動しつつ、コンプレッサ６１の回転数が所定の閾値以上になった場合には、その回転駆動を停止して、タービン６０の回転に応じた発電を開始する。すなわち、駆動状態からコンプレッサ６１の回転数によって発電状態に切り換える

具体的には、コンプレッサ６１の回転数が所定の閾値に到達するまでは（すなわち、時刻ｔ３までは）、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を力行モードと同様の状態（駆動状態）で維持し、タービン６０及びコンプレッサ６１を、所定の電力に基づく駆動力で力行して、回転駆動させる。そのため、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間では、タービン６０及びコンプレッサ６１の回転数は、徐々に上昇していく。

その後、コンプレッサ６１の回転数が所定の閾値に到達した後には（すなわち、時刻ｔ３以降には）、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を発電モードと同様の状態（発電状態）に切り換えて、タービン６０の回転に応じた発電を開始する。すなわち、タービン６０及びコンプレッサ６１の回転を抑制する。そのため、時刻ｔ３以降の期間では、タービン６０及びコンプレッサ６１の回転数は、所定の回転数で維持される。

ここで、発電モードと同様の状態への切り換えの可否は、判定値が所定の閾値以上になったか否かに基づいて判定される。過給機６では、その判定値として、コンプレッサ６１の回転数そのものを採用している。

しかし、本発明の判定値は、そのような構成に限定されるものではなく、コンプレッサ６１の駆動に影響されるパラメータであればよい。具体的には、例えば、吸気通路１１の吸気圧、吸気通路１１の吸入流量、排気通路１３の排気圧、エンジン１の回転数、コンプレッサ６１の回転数、及び、過給機用ＭＧ６２の回転数の少なくとも１つ以上の値に基づいて定められる値であればよい。

また、発電判定モードにおける発電量は、吸気圧に比例して高くなるように設定されている。そのため、過給機６では、発電判定モードにおける発電状態のときには、吸気圧が高い場合には、発電量も高くなり、ひいては、コンプレッサ６１の回転数も大きく抑制されるので、吸気圧が低減される。

これにより、過給機６では、吸気圧が、ある高さ以上になりにくくなっている。すなわち、過給機６では、過給機用ＭＧ６２の作用によって、ウエイストゲートバルブを設置した場合と同様の効果を得ることができるようになっている。

しかし、本発明の過給機は、このような構成に限定されるものではなく、発電判定モードの発電状態における発電量は、必ずしも吸気圧に比例して設定しなくてもよい。例えば、ウエイストゲートバルブを別途設けている場合等には、過給機のその他の構成部材の性能等に応じて、その発電量を設定してよい。

以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。

前述の低い加速要求値が認識された際に実行される処理を実行した場合等には、クラッチ６３が過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を遮断又は低減しており、且つ、過給機用ＭＧ６２からの駆動力によってタービン６０が回転駆動している状態（図７参照）となる。

この状態では、コンプレッサ６１は回転駆動していない又はその回転数は抑制されているので、吸気通路１１の圧力（吸気圧）は大気圧のまま又は大気圧とそれほど変わらない。その一方で、タービン６０は回転駆動しているので、排気通路１３の圧力（排気圧）は、負圧になっている。

この状態で、所定の閾値以上の加速要求値が認識されたときには（すなわち、ある程度以上の大きな加速が実行されるときには）、その加速を実行するために、過給機用ＭＧ６２からの駆動力をコンプレッサ６１にもそれまでよりも多く伝達する状態に移行することになる。

このとき、過給機用ＭＧ６２には、タービン６０だけでなくコンプレッサ６１を回転駆動させるための負荷が大きく加わることになる。そのため、過給機用ＭＧ６２の出力の増大が十分でなかった場合には、コンプレッサ６１の回転数が上昇して吸気量が増加する一方で、タービン６０の回転数が低下して排気量が低下する。その結果、排気圧が、負圧から正圧に急激に変化してしまうおそれがある。

そこで、過給機６では、このように、上記の状態で所定の閾値以上の加速要求値が認識されたときには、ＳＴＥＰ２０７〜ＳＴＥＰ２０９における処理のように、クラッチ６３を制御して、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に伝達される駆動力を徐々に大きくなるようにしている。

これにより、コンプレッサ６１の回転数の上昇及びタービン６０の回転数の低下を緩やかなものにして、吸気量の増加速度及び排気量の低下速度、ひいては、排気圧の変化を緩やかなものにしている。

したがって、過給機６によれば、ある程度以上の大きな加速が実行されるときであっても、排気圧の変化が緩やかになっているので、排気通路１３そのもの及びそれに連通する部材といった構成部材の耐久性を維持することができる。

ところで、所定の閾値以上の加速要求値に基づいて急激にコンプレッサ６１の回転数を上昇させた場合、その回転数が必要以上に上昇してしまうことがある。

そこで、過給機６では、そのようにしてコンプレッサ６１への駆動力の伝達を開始した後には、ＳＴＥＰ２１０における処理のように、発電状態への切り換えの可否を判定する（すなわち、発電判定モードへ移行する）ように構成している。

具体的には、過給機６では、過給機用ＭＧ６２からコンプレッサ６１に駆動力が伝達され始めた後（すなわち、コンプレッサ６１の回転数を上昇させ始めた後）においては、コンプレッサ６１の駆動に影響されるパラメータである判定値が所定の閾値以上になったときに、発電状態への切り換えを判定するように構成している。

このように構成すると、コンプレッサ６１の回転数が必要以上に上昇してしまっていた場合には、発電のための負荷によって、コンプレッサ６１の回転数の上昇を抑制することができる。ひいては、コンプレッサ６１の過剰な回転による構成部材の耐久性の低下を抑制することができる。

［減速要求値が認識された際に実行される処理］
次に、図３及び図９を参照して、減速要求値（負の加速要求値）が認識された際に実行される処理について説明する。

この処理は、例えば、車速を減速させる際に実行される処理である。

この処理においては、まず、制御部６４ｅは、加速要求値認識部６４ｂが認識した減速要求値が所定の閾値未満であるか否かを判定する（図９／ＳＴＥＰ３０１）。

減速要求値が所定の閾値未満であった場合（図９／ＳＴＥＰ３０１でＹＥＳの場合）、制御部６４ｅは、クラッチ６３を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する（図９／ＳＴＥＰ３０２）。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、発電モード以外のモードであった場合には発電モードに切り換え、発電モードであった場合には発電モードを維持させて（図９／ＳＴＥＰ３０３）、今回の処理を終了する。

一方、減速要求値が所定の閾値未満でなかった場合（図９／ＳＴＥＰ３０１でＮＯの場合）、制御部６４ｅは、減速要求値が所定の閾値未満であった場合と同様に、クラッチ６３を開放状態にする、若しくは、開放状態に近づける、又は、開放状態で維持する（図９／ＳＴＥＰ３０４）。

次に、制御部６４ｅは、過給機用ＭＧ６２を、発電モード以外のモードであった場合には休止モードに切り換え、休止モードであった場合には休止モードを維持させて（図９／ＳＴＥＰ３０５）、今回の処理を終了する。

以上の処理は、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理等が開始されるまで、所定の制御周期で繰り返し実行される。

［その他の実施形態］
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。

例えば、上記実施形態では、過給機６に搭載する動力源として、モータジェネレータである過給機用ＭＧ６２を採用している。しかし、本発明の過給機に搭載する動力源は、そのような構成に限定されるものではない。具体的には、発電を行う必要がない処理のみを実行する場合には、回生機能を有するモータジェネレータに代わり、回生機能を有していないモータを採用してもよい。

また、上記実施形態では、各処理において閾値と、パラメータとの比較は、数値同士を直接比較して行っている。しかし、本発明は、そのような構成に限定されるものではなく、閾値を基準として判定が行われるものであればよい。そのため、その閾値に対応するパラメータとその他のパラメータとの関係を示すマップを予め用意して、そのマップを参照して、閾値に関する判定を行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、過給機６の制御装置６４は、エンジン１の始動直後に実行される処理、低い加速要求値が認識された際に実行される処理、高い加速要求値が認識された際に実行される処理、及び、減速すべき加速要求値が認識された際に実行される処理を実行している。しかし、本発明の過給機は、そのような構成に限定されるものではなく、低い加速要求値が認識された際に実行される処理のみを実行し、それ以外の処理については、必ずしも実行しなくてもよい。

また、エンジン１の始動直後に実行される処理においては、発生し得るポンピングロスが十分に小さい場合等においては、スロットル弁７の開度を調整する制御も省略してよい。

また、高い加速要求値が認識された際に実行される処理においては、クラッチ６３を半クラッチ状態にして、コンプレッサ６１に伝達される駆動力を徐々に大きくするのではなく、クラッチ６３をすぐに完全に締結した状態にして、コンプレッサ６１に伝達される駆動力を一気に大きくした上で、過給機用ＭＧ６２を発電判定モードに切り換えるようにしてもよい。

また、高い加速要求値が認識された際に実行される処理においては、クラッチ６３を完全に締結して、コンプレッサ６１に駆動力を伝達し始めた後に、過給機用ＭＧ６２を発電判定モードに切り換える処理を実行しなくてもよい。

さらに、そのように実施形態に記載した一部の処理を省略する場合には、制御に必要のないパラメータが発生することになるので、そのパラメータを認識するためのセンサ及び処理部は、適宜省略してよい。

１…エンジン（内燃機関）、２…第１走行用ＭＧ、３…駆動輪、４…動力分割機構、５…第２走行用ＭＧ、６…過給機、７…スロットル弁（吸気量制御機構）、８…触媒、９ａ…触媒温度センサ、９ｂ…ＡＰ開度センサ、９ｃ…Ｃｏｍｐ回転数センサ、９ｄ…ＭＧ回転数センサ、９ｅ…吸気圧センサ、１０…燃焼室、１１…吸気通路、１２…燃料噴射弁、１３…排気通路、６０…タービン、６１…コンプレッサ、６２…過給機用ＭＧ（モータジェネレータ）、６２ａ…第１駆動軸、６２ｂ…第２駆動軸、６３…クラッチ（伝達駆動力可変機構）、６４…制御装置、６４ａ…触媒温度認識部、６４ｂ…加速要求値認識部、６４ｃ…判定値認識部、６４ｄ…発電可否判定部、６４ｅ…制御部、Ｖ…車両（移動体）。

Claims (3)

1. 移動体に搭載される内燃機関に吸気を過給する過給機であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、
   前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、
   前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、
   制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、前記移動体に対する加速要求の度合いである加速要求値を認識する加速要求値認識部を有し、
   前記制御部は、所定の閾値未満の前記加速要求値が認識されたときに、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを制御して、前記タービンを回転駆動することを特徴とする過給機。
2. 請求項１に記載の過給機において、
   前記移動体は、車両であり、
   前記加速要求値認識部は、アクセルペダルの開度センサ、又は、前記車両が行う前方を走行する他車両との車間調整制御における車間縮小要求値に基づいて、前記加速要求値を認識することを特徴とする過給機。
3. 移動体に搭載される内燃機関の排気通路に設けられているタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられているコンプレッサと、前記タービン又は前記タービン及び前記コンプレッサに駆動力を伝達して回転駆動する駆動状態、及び、前記タービンの回転によって発電を行う発電状態を含む複数の状態を選択的に切換自在なモータジェネレータと、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は変更する伝達駆動力可変機構と、制御装置とを備え、前記制御装置は、前記モータジェネレータ及び前記伝達駆動力可変機構を制御する制御部と、前記移動体に対する加速要求の度合いである加速要求値を認識する加速要求値認識部を有し、前記内燃機関に吸気を過給する過給機の制御方法であって、
   前記制御部が、所定の閾値未満の前記加速要求値が認識されたときに、前記伝達駆動力可変機構を制御して、前記モータジェネレータから前記コンプレッサに伝達される駆動力を遮断又は低減するとともに、前記モータジェネレータを制御して、前記タービンを回転駆動する工程を備えていることを特徴とする過給機の制御方法。

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