JP4923941B2 - 過給制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンからの排気により作動される排気タービンによるコンプレッサの駆動が、モータのアシスト力により補助されるようになっている過給機の過給制御装置に関する。

従来から、内燃機関即ちエンジンの吸気通路上にコンプレッサを配し、このコンプレッサによって過給を行って高出力あるいは低燃費を得ようとすることが提案されている。このような過給機としてはターボチャージャ装置が代表的である。特許文献１記載のターボチャージャ装置によれば、エンジンが低速側の回転域にあり且つエンジン負荷が所定値以上となるアシスト条件が満たされていると判定されたとき、本装置のコントローラが、本装置の液圧ポンプを駆動する。これにより、本装置のアシストタービンに向け、液圧ポンプからの圧液が噴出され、アシストタービンが回転駆動される。この結果、本装置は、アシストタービンの助けをかりて駆動されるため、エンジンの吸気は所望のブースト圧に加圧される。

また、アシスト条件が満たされているとき、即ち、アシストタービンが回転駆動されている状態のとき、コントローラは、ブースト圧が本装置におけるコンプレッサのサージング域に達したか否かを判定し、ブースト圧がサージング域にあるとき、液圧ポンプに伝達される駆動力を減少させる。これにより、アシストタービンの液圧による回転駆動が停止されるため、ターボチャージャ自体の回転速度の低下に伴い、ブースト圧もまた減少する。この結果、ブースト圧はサージング域から抜け出ることになる。
実開平５−４２６４２号公報

上記のターボチャージャ装置によれば、アシスト条件が満たされた状態でサージが発生すると、コントローラにより、アシストタービンの回転駆動が停止されてブースト圧が減少されるため、サージは発生しなくなる。しかしながら、サージの発生中における対処となる対処制御しか考慮されていないため、この対処制御が行われた直後でドライバビリティが悪化するおそれがある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、ドライバビリティを悪化させずにサージを回避することが可能な過給制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る過給制御装置は、エンジンからの排気により作動される排気タービンによるコンプレッサの駆動が、モータのアシスト力により補助されるようになっている過給機の過給制御装置であって、過給機におけるサージの発生レベルを判断するレベル判断手段と、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生を事前に抑制する発生前抑制制御を行い、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生を回避する発生後回避制御を行う制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る過給制御装置によれば、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生を事前に抑制する発生前抑制制御が制御手段により行われ、また、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生を回避する発生後回避制御が制御手段により行われる。これにより、サージの発生レベルが所定範囲を超えている場合における対処となる発生後回避制御が行われるだけでなく、このサージの発生レベルが所定範囲内である場合における対処となる発生前抑制制御が事前に行われているため、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

また、本発明に係る過給制御装置では、エンジンに吸入される吸入空気量と所定の吸入空気量との差分が所定の差分未満である場合に、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲内であると判断されるのが好ましい。

このようにすれば、エンジンに吸入される吸入空気量と所定の吸入空気量との差分が所定の差分未満である場合に、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断される。これにより、サージの発生レベルが、所定範囲を超える状態に近いことを、より正確に判断することができる。

また、本発明に係る過給制御装置では、制御手段は、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、エンジンへ燃料を減量して供給する発生前抑制制御を行い、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、モータのアシスト力を減少させる発生後回避制御を行うのが好ましい。

このようにすれば、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、エンジンへ燃料を減量して供給する発生前抑制制御が制御手段により行われ、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、モータのアシスト力を減少させる発生後回避制御が制御手段により行われる。これにより、モータのアシスト力を減少させる発生後回避制御が行われるだけでなく、エンジンへ燃料を減量して供給する発生前抑制制御が事前に行われているため、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

また、本発明に係る過給制御装置では、排気タービンの入口圧を調節する圧力調整手段を更に備え、制御手段は、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲内であると判断され、且つ、モータのアシスト力が所定値以上である場合に、モータのアシスト力を減少させる発生前抑制制御を行い、レベル判断手段により発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、圧力調整手段を制御して排気タービンの入口圧を低下させてエンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させつつ、モータのアシスト力を増加させる発生後回避制御を行うのが好ましい。

このようにすれば、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断され、且つ、モータのアシスト力が所定値以上である場合に、モータのアシスト力を減少させる発生前抑制制御が制御手段により行われ、レベル判断手段によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、圧力調整手段が制御手段により制御されて排気タービンの入口圧を低下させてエンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させつつ、モータのアシスト力を増加させる発生後回避制御が制御手段により行われる。これにより、エンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させつつモータのアシスト力を増加させる発生後回避制御が行われるだけでなく、モータのアシスト力を減少させる発生前抑制制御が事前に行われているため、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

また、本発明に係る過給制御装置では、圧力調整手段は、排気タービンの上流に設けられて可変ノズルにより排気圧を調整するバリアブルノズルであるのが好ましい。

このようにすれば、排気タービンの上流に設けられて可変ノズルにより排気圧を調整するバリアブルノズルを制御することにより、排気タービンの入口圧を低下させてエンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させる発生後回避制御を行うことができる。

また、本発明に係る過給制御装置では、排気タービンをバイパスして排気タービンの下流へ排気を流入させるバイパス路を備え、圧力調整手段は、バイパス路に設けられたウェイストゲートバルブであるのが好ましい。

このようにすれば、バイパス路に設けられたウェイストゲートバルブを制御することにより、排気タービンの入口圧を低下させてエンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させる発生後回避制御を行うことができる。

本発明によれば、ドライバビリティを悪化させずにサージを回避することが可能となる。

（１）第一実施形態

まず、本発明の第一実施形態に係る、過給機の過給制御装置について説明する。図１は、本実施形態の過給制御装置が一例として四気筒のエンジン２０に組み合わされた状態を示す概略図である。この過給制御装置１０においては、燃料が供給されるエンジン２０からの排気により排気タービン１２が作動され、この作動によるコンプレッサ１４の駆動が、モータ１８のアシスト力により選択的に補助されるようになっている。過給制御装置１０は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、モータ１８によってコンプレッサ１４を強制的に回転駆動することで更なる過給を行うこともできる。

なお、モータ１８は、排気流によって排気タービン１２を回転させることで回生発電することも可能である。即ち、回生発電によって電力を回収することも可能である。モータ１８は、回転軸１６に固定されたロータ即ち永久磁石と、その周囲に配置されたステータ即ち鉄心に巻かれたコイルとを主たる構成部分として有している。これらのコンプレッサ１４、排気タービン１２、回転軸１６、及びモータ１８は、図示されていないハウジングの内部に収納されている。なお、コンプレッサ１４は、通常のようにエンジン２０の吸気通路となる吸気導管３４上に配されているものである。また、排気タービン１２は、通常のようにエンジン２０の排気通路となる排気導管２４上に配されているものである。このため、エンジン２０からの排気が通過する排気導管２４は、エンジン２０と排気タービン１２とを接続して、排気タービン１２の上流へ排気を流入させる。ここでは、過給制御装置１０の部分を抜き出して図１に図示している。

図１において全体的に示されている過給制御装置１０では、排気タービン１２とコンプレッサ１４とが回転軸１６により連結され、回転軸１６がモータ１８即ち電動機により補助的に駆動されるようになっている。エンジン２０への吸気は、エアクリーナ３２を経て取り入れられ、コンプレッサ１４により加圧され、吸気導管３４及び吸気マニホールド３６を経てシリンダへ送られる。また、吸気導管３４の途中には、インタークーラ４０及びスロットル弁４２が設けられている。排気タービン１２には、エンジン２０のシリンダから排出されて排気マニホールド２２によって集められた排気ガスが、排気導管２４を経て供給されるようになっている。排気タービン１２を出た排気ガスは、排気導管２６を経て触媒コンバータ２８へ導入され、ここで有害成分が浄化されて、排気導管３０より放出されるようになっている。

ここで、エンジン２０からの排気の一部を、排気タービン１２をバイパスして排気タービン１２の下流へ流入させるバイパス路となるバイパス管３５が配設されている。バイパス管３５は、排気タービン１２の出口となる排気導管２６と接続されている。過給制御装置１０は、排気導管２４上における排気タービン１２の入口即ち上流に、排気導管２４の開度を可変制御して排気圧の調整が可能な圧力調整手段としての機能を有するＶＮ即ちバリアブルノズル３７を備えている。バリアブルノズル３７は、その可変ノズルの開度即ちＶＮ開度を無段階に調節可能なノズルである。ＶＮ開度を制御することで、排気タービン１２の入口圧を調整して排気タービン１２前後の圧力比を制御することができる。バリアブルノズル３７は、後述のＥＣＵ４４に接続されており、ＥＣＵ４４からの駆動信号に基づいて制御されている。

また、過給制御装置１０は、バイパス管３５の途中に、バイパス管３５の開度を可変制御でき、圧力調整手段としての機能を有するウェイストゲートバルブ３８を備えている。ウェイストゲートバルブ３８は、バルブ開度を任意に調節可能なバルブである。このため、ウェイストゲートバルブ３８を制御することによって、バルブ開度に応じて、バイパス管３５を通過する通過排気量を調節できる。また、この通過排気量を制御することで、排気タービン１２前後の圧力比を制御できる。ウェイストゲートバルブ３８は、後述のＥＣＵ４４に接続されており、ＥＣＵ４４からの駆動信号に基づいて制御されている。

また、過給制御装置１０は、電子制御装置であるＥＣＵ４４を備えており、このＥＣＵ４４は、物理的には、マイクロコンピュータなどにより構成されている。ＥＣＵ４４には、スロットルセンサ４６からスロットル弁４２のスロットル開度に関する信号が、エンジン２０に設けられたエンジン回転センサ４８からエンジン２０のエンジン回転数Ｎｅに関する信号が、吸気マニホールド３６に設けられた圧力センサ５９から後述の内部圧力Ｐｉｍに関する信号が、また、図１には示されていないその他の種々のセンサなどからエンジン２０の運転状態に関する信号が与えられる。ここで、ＥＣＵ４４のマイクロコンピュータに組み込まれた制御プログラムに基づいて、後述する種々の制御演算が行われ、スロットル弁４２やその他の装置などの作動が制御される。また、ＥＣＵ４４は、後述のエアフローメータ５０、モータ回転センサ５２、及び圧力センサ５９からの信号に基づいて、モータ制御装置５４によりモータ１８の作動を制御するとともに、バリアブルノズル３７やウェイストゲートバルブ３８の開閉を制御して開度を調整する。なお、エアフローメータ５０は、吸入空気量Ｇａを検出するセンサである。また、モータ回転センサ５２は、モータ１８に設けられ、排気タービン１２の回転速度Ｎｔを検出するセンサである。また、圧力センサ５９は、吸気マニホールド３６に設けられ、吸気マニホールド３６の内部圧力Ｐｉｍを検出するセンサである。

ＥＣＵ４４は、機能的には、レベル判断手段としての機能を有するレベル判断部４４１と、制御手段としての機能を有する制御部４４２とを有している。レベル判断部４４１は、コンプレッサ１４にサージが発生する前の発生前状態であるか、又は、サージが既に発生している発生中状態であるかを判断する。より詳しくは、コンプレッサ１４におけるサージの発生レベルが、所定範囲内であるか、又は、所定範囲を超えているかを判断する。また、制御部４４２は、レベル判断部４４１によりサージの発生前状態であると判断された場合、即ち、サージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生を事前に抑制する後述の発生前抑制制御を行う。ここで、サージの発生レベルとは、サージの発生の程度の大きさを意味している。更に、制御部４４２は、レベル判断部４４１により、サージの発生レベルが、所定範囲を超えていると判断された場合、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生を回避してサージが発生していない状態にする後述の発生後回避制御を行う。

本実施形態における発生前抑制制御とは、燃料を減量してエンジン２０へ供給する制御である。即ち、制御部４４２は、エンジン２０に設けられた燃料噴射装置５６を制御して、空燃比Ａ／Ｆを通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけリーン側になるような燃料噴射量を、エンジン２０へ供給させる。より詳しくは、センサ４６，４８，５０，５２，５９によって得られた検出量（例えば吸入空気量Ｇａ、コンプレッサ１４の前後圧力比、エンジン回転数Ｎｅなど）が、サージの発生レベルは所定範囲を超えていると判断される既定の検出量（サージ時吸入空気量Ｇａｓｇ、サージ時のコンプレッサ１４の前後圧力比、サージ時のエンジン回転数など）を超えない範囲で近ければ近い程、この所定の割合をより多くすることによって、サージの発生を事前に抑制することができる。なお、センサによって得られた検出量が既定の検出量に近い状態とは、吸入空気量とコンプレッサ１４の前後圧力比との関係を示す空気量圧力比マップにおけるいわゆるサージラインによって示される状態に近い状態である。

また、本実施形態における発生後回避制御とは、モータ１８のアシスト力を減少させる制御である。即ち、制御部４４２は、モータ１８のアシスト力を、通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけ、減少させるようにモータ１８を制御する。これにより、サージの発生を回避してサージが発生していない状態にするような制御が行われる。

図２は、前述した各種のセンサ４６，４８，５０，５２，５９からの入力信号に基づいて、ＥＣＵ４４により行われるモータ１８、バリアブルノズル３７、ウェイストゲートバルブ３８、及び燃料噴射装置５６などの制御の一例について示すフローチャートである。このフローチャートによる制御は、イグニッションスイッチがオンされてエンジン２０の作動が開始された後、所定のタイミングで繰り返し実行される。

この制御が開始されると、先ず、ステップＳ１０にて、前述した各種のセンサ４６，４８，５０，５２，５９などから、吸入空気量Ｇａ、吸気マニホールド３６の内部圧力Ｐｉｍ、排気タービン回転速度Ｎｔ、燃料噴射量Ｑ、エンジン負荷Ｌ、大気圧Ｐａ、アクセル開度Ａａ、エンジン回転数Ｎｅ、及び大気温度ＴａなどがそれぞれＥＣＵ４４により読み込まれる。

次のステップＳ１５では、ステップＳ１０にて得られた検出量の数値に基づいて、サージの発生レベルが所定範囲内であるか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。言い換えれば、吸入空気量とコンプレッサ１４の前後圧力比との関係を示す空気量圧力比マップにおけるいわゆるサージライン上によって示される状態に近いか否かが、判断される。より詳しくは、サージの発生レベルは所定範囲を超えていると判断される場合における所定のサージ時吸入空気量Ｇａｓｇから、ステップＳ１０で読み込まれた吸入空気量Ｇａを減じて得られる差分の演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満の正の値であり、且つ、サージの発生レベルは所定範囲を超えていると判断される場合における所定のサージ時内部圧力Ｐｉｍｓｇから、ステップＳ１０で読み込まれた内部圧力Ｐｉｍを減じて得られる差分の演算値ΔＰｉｍが所定の差分Ｄｐ未満の正の値である場合に、サージの発生レベルは所定範囲内であり、サージが発生する可能性があると判断される。

なお、演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満であり、且つ、サージの発生レベルは所定範囲を超えていると判断される場合におけるサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇから、ステップＳ１０で読み込まれた排気タービン回転速度Ｎｔを減じて得られる差分の演算値ΔＮｔが所定の差分Ｄｎ未満の正の値である場合に、サージの発生レベルは所定範囲内であり、サージが発生する可能性があると判断してもよい。同様に、演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満であり、且つ、サージの発生レベルは所定範囲を超えていると判断される場合におけるサージ時燃料噴射量Ｑｓｇから、ステップＳ１０で読み込まれた燃料噴射量Ｑを減じて得られる差分の演算値ΔＱが所定の差分Ｄｑ未満の正の値である場合に、サージの発生レベルは所定範囲内であり、サージが発生する可能性があると判断してもよい。なお、上記した吸入空気量Ｇａ及び内部圧力Ｐｉｍのそれぞれについてのサージ時の所定量（Ｇａｓｇ及びＰｉｍｓｇ）との比較や、上記した吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれについてのサージ時の所定量（Ｇａｓｇ及びＮｔｓｇ）との比較や、上記した吸入空気量Ｇａ及び燃料噴射量Ｑのそれぞれについてのサージ時の所定量（Ｇａｓｇ及びＱｓｇ）との比較の他にも、内部圧力Ｐｉｍ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれについてのサージ時検出量との比較など、他の組み合わせによる判断が行われてもよい。

ここで、ステップＳ１５において、サージの発生レベルが所定範囲内であると判断されなかった場合、一連の制御が終了する。そして、再度、ステップＳ１０から、上記したような制御が繰り返される。一方、サージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、サージの発生レベルが所定範囲を超える可能性が高い程、即ち、上記の演算値Δのいずれかが小さい程、空燃比Ａ／Ｆがリーン側になるように、燃料噴射量がＥＣＵ４４の制御部４４２により制御され、エンジン２０に供給される。このとき、空燃比Ａ／Ｆは、所定割合例えば数パーセント分だけ、リーン側になるようにしてもよい。このようなサージの発生前における発生前抑制制御により、サージの発生が事前に抑制される。また、このサージの発生前抑制制御により、ステップＳ３５やＳ４５において、排気タービン１２の入口圧を低下させてサージを回避する際の、スモークの発生及びドライバビリティの悪化を防ぐことができる。

続くステップＳ２５では、サージの発生レベルが所定範囲を超えているか否か、即ち、上記の演算値Δのいずれかが負の値であるか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。より詳しくは、上記の演算値ΔＧａ又はΔＰｉｍが負の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ又はΔＮｔが負の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ又はΔＱが負の値であるか否かが判断される。この判断基準は、サージの発生を回避させる発生後回避制御が必要となるか否かを判断するための基準であり、いずれかの演算値が負の値である場合は発生後回避制御が必要となる。サージの発生レベルが所定範囲を超えていないと判断された場合、即ち、上記の演算値Δのいずれも正の値であった場合、一連の制御が終了する。そして、再度、ステップＳ１０から、上記したような制御が繰り返される。一方、サージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、即ち、上記の演算値Δのいずれかが負の値であった場合、ステップＳ３０に進む。

ステップＳ３０では、燃料を減量してエンジン２０へ供給する制御が、ＥＣＵ４４の制御部４４２により行われる。エンジン２０に供給される燃料の噴射量は、空燃比Ａ／Ｆが通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけリーン側になるように制御されて固定されている。

続いて、ステップＳ３５では、モータ１８のアシスト力がＥＣＵ４４の制御部４４２により所定割合例えば数十パーセント分だけ減少される。なお、アシスト力の減少の代わりに、バリアブルノズル３７がＥＣＵ４４の制御部４４２により所定の開度幅で開かれてもよい。バリアブルノズル３７が開かれてＶＮ開度が大きくなることにより、排気タービン１２の入り口近傍におけるタービン入口圧が低下するが、モータ１８のアシスト力を増加させることで、エンジン２０の充填効率が向上して、吸入空気量が増加する。なお、バリアブルノズル３７を開いてＶＮ開度を大きくする代わりに、ウェイストゲートバルブ３８を開いて弁開度を大きくしてもよい。これらのようなサージの発生レベルが所定範囲を超えている場合における発生後回避制御により、サージの発生が回避される。次に、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されたか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。より詳しくは、上記の演算値ΔＧａ及びΔＰｉｍのそれぞれが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｐ未満の正の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ及びΔＮｔのそれぞれが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｎ未満の正の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ及びΔＱのそれぞれが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｑ未満の正の値であるか否かが判断される。この判断基準は、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されたか否かを判断するための基準であり、両演算値共に所定の差分未満の正の値である場合は、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されたこととなる。サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されていないと判断された場合、後述のステップＳ４５に進む。一方、サージの発生は回避されてサージは発生していない状態になったと判断された場合、後述のステップＳ５０に進む。なお、両演算値共に所定の差分以上の正の値となった場合、後述のステップＳ５０に進んでもよい。

ステップＳ４５では、ステップＳ３５において減少されたモータ１８のアシスト力が、ＥＣＵ４４の制御部４４２によって更に減少される。なお、ステップＳ３５においてバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）が開かれた場合は、ステップＳ４５では、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）がＥＣＵ４４の制御部４４２により更に開かれる。これらのようなサージの発生レベルが所定範囲を超えている場合における発生後回避制御により、サージの発生が回避される。次に、ステップＳ４０に戻る。

ステップＳ５０では、上記のセンサから出力された吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度ＮｔがそれぞれＥＣＵ４４により読み込まれ、それぞれの値が、上記したサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低いか否かが、ＥＣＵ４４により判断される。これら所定量は、サージの発生レベルが所定範囲内である場合において、サージの発生後回避制御が十分に行われたか否かを判断するために用いられる量である。

ここで、吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれがサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低い状態ではないと判断された場合、サージの発生後回避制御が不十分であるとみなされ、これらの値がサージ時の値よりも所定量以上低い状態になるまで、ステップＳ５０における判断が繰り返され、この間に、ステップＳ３５やステップＳ４５において行われた処理が引き続き継続される。一方、吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれがサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低い状態であると判断された場合、サージの発生後回避制御が十分行われたとみなされ、後述のステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、ステップＳ３５やステップＳ４５で減少されたモータのアシスト力が、ＥＣＵ４４の制御部４４２により徐々に増加されて戻される。即ち、モータのアシスト力のフィードバックが徐々に実施される。なお、ステップＳ３５やステップＳ４５でバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）が開かれた場合は、ステップＳ５５では、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）が徐々に閉じ側に戻される。即ち、バリアブルノズル３７のＶＮ開度（及び／又はウェイストゲートバルブ３８の開度）のフィードバックが徐々に実施される。フィードバックが完了して元の状態に戻った後、次に、後述のステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、ステップＳ２０でリーン側になるように制御された燃料の噴射が、徐々にストイキ側になるように増加されて戻されつつ燃料が噴射される。即ち、エンジン２０に噴射される燃料のフィードバックが徐々に実施されて元の状態に戻される。そして、このステップＳ６０で、一連の制御が終了する。そして、上記したように、再度、ステップＳ１０から、上記したような制御が繰り返される。

本実施形態の過給制御装置１０によれば、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生を事前に抑制する発生前抑制制御が制御部４４２により行われる。一方、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生を回避してサージが発生していない状態にする発生後回避制御が制御部４４２により行われる。これにより、サージの発生レベルが所定範囲を超えている場合における対処となる発生後回避制御が行われるだけでなく、このサージの発生レベルが所定範囲内における対処となる発生前抑制制御が事前に行われているため、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

更に、上記したように、エンジン２０に吸入される吸入空気量Ｇａと所定のサージ時吸入空気量Ｇａｓｇとの差分の演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満である場合に、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断される。これにより、演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満であるため、サージの発生レベルが、所定範囲を超えている状態に近い状態であることを、より正確に判断することができる。この結果、演算値ΔＧａが所定の差分Ｄｇａ未満となったときに、発生前抑制制御を行わせることができる。

更に、上記したように、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、エンジン２０へ燃料を減量して供給する発生前抑制制御が制御部４４２により行われる。一方、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、モータ１８のアシスト力を減少させる発生後回避制御が制御部４４２により行われる。これにより、モータ１８のアシスト力を減少させる発生後回避制御が行われるだけでなく、エンジン２０へ燃料を減量して供給する発生前抑制制御が事前に行われているため、制御能力に余裕があり、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

また、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１の判断によって制御部４４２が発生前抑制制御や発生後回避制御を行うという制御方式を採用することにより、比較的低いコストで、この過給制御装置１０を含む過給制御システムを構築することができる。

（２）第二実施形態
次に、本発明の第二実施形態に係る、過給機の過給制御装置について説明する。図３は、前述した各種のセンサ４６，４８，５０，５２，５９からの入力信号に基づいて、ＥＣＵ４４により行われるモータ１８、バリアブルノズル３７、ウェイストゲートバルブ３８、及び燃料噴射装置５６などの制御の一例について示すフローチャートである。このフローチャートによる制御も、上述した第一実施形態と同様に、所定のタイミングで繰り返し実行される。

なお、本実施形態に係る過給制御装置は、後述するように、発生前抑制制御及び発生後回避制御による処理が上述した第一実施形態と異なる。その他の構成については、第一実施形態と同一または同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態における発生前抑制制御とは、サージの発生レベルが所定範囲内であると判断され、且つ、モータ１８のアシスト力が所定値以上である場合に、モータ１８のアシスト力を減少させる制御である。即ち、制御部４４２は、モータ１８のアシスト力を、通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけ、減少させるようにモータ１８を制御する。これにより、サージの発生を事前に抑制することができる。

また、本実施形態における発生後回避制御とは、エンジン２０へ供給する空気の充填効率を上昇させる制御である。より詳しくは、制御部４４２は、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）を開き側に制御してエンジン２０からの排気の圧力を低下させるとともに、モータ１８のアシスト力を通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけ増加させて、エンジン２０へ供給する空気の充填効率を通常時よりも数パーセント分といった所定の割合だけ上昇させる。これにより、サージの発生を回避させるような制御が行われる。

図３は、前述した各種のセンサ４６，４８，５０，５２，５９からの入力信号に基づいて、ＥＣＵ４４により行われるモータ１８及びバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）の制御の一例について示すフローチャートである。このフローチャートによる制御は、イグニッションスイッチがオンされてエンジン２０の作動が開始された後、所定のタイミングで繰り返し実行される。

この制御が開始されると、先ず、ステップＴ１０にて、前述した各種のセンサ４６，４８，５０，５２，５９などから、吸入空気量Ｇａ、吸気マニホールド３６の内部圧力Ｐｉｍ、排気タービン回転速度Ｎｔ、燃料噴射量Ｑ、エンジン負荷Ｌ、大気圧Ｐａ、アクセル開度Ａａ、エンジン回転数Ｎｅ、及び大気温度ＴａなどがそれぞれＥＣＵ４４により読み込まれる。

次のステップＴ２０では、ステップＴ１０にて得られた検出量の数値に基づいて、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にあるか否かが、判断される。より詳しくは、モータ１８によるアシストが未だ開始されていない状態においては、ステップＴ２０において、モータ１８によるアシストの開始を行う条件下にあるか否かが判断される。一方、モータ１８によるアシストが既に開始されている状態においては、ステップＴ２０において、モータ１８によるアシストの継続を行う条件下にあるか否かが判断される。例えば、モータ１８によるアシストが未だ開始されていない状態において、排気タービン回転速度Ｎｔが所定の回転速度以下である場合は、アシストの開始が判断される。また、モータ１８によるアシストが既に開始されている状態において、エンジン負荷Ｌの大きさが所定の範囲内である場合は、アシストの継続が判断される。

ここで、ステップＴ２０において、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にない場合、一連の制御が終了する。そして、再度、ステップＴ１０から、上記したような制御が繰り返される。一方、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にある場合、ステップＴ２２に進む。

ステップＴ２２では、ステップＴ１０にて得られたアクセル開度Ａａ、エンジン回転数Ｎｅ、及び目標スロットル開度Ａｓに基づいて、目標ターボ回転数Ｎｔｔが決定される。そして、ステップＴ２４に進む。

ステップＴ２４では、吸入空気量とコンプレッサ１４の前後圧力比との関係を示す上記した空気量圧力比マップに基づいて、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）の開度が、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により決定される。即ち、空気量圧力比マップにおけるいわゆるサージライン上によって示される状態から現在の状態が遠ざかるような開度が決定される。なお、この空気量圧力比マップに基づいてバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）の開度を決定する代わりに、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ｌ（ディーゼルエンジンの場合は燃料噴射量Ｑ）との関係を示すマップに基づいてこの開度を決定してもよい。そして、ステップＴ２６に進む。

ステップＴ２６では、ステップＴ２０においてアシストの開始が判断された場合おいては、モータ１８によるアシストの開始が行われる。一方、ステップＴ２０においてアシストの継続が判断された場合においては、モータ１８によるアシストの継続が行われる。そして、ステップＴ３０に進む。

ステップＴ３０では、ステップＴ１０にて得られた検出量の数値に基づいて、サージの発生レベルが所定範囲内であり、且つ、モータ１８のアシスト力が所定値以上であるか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。言い換えれば、上記したいわゆるサージライン上によって示される状態に近く、且つ、アシスト力が所定値以上であるか否かが、判断される。モータ１８のアシスト力が所定値以上であるか否かの判断を行う以外のステップＴ３０における処理は、上述した第一実施形態におけるステップＳ１５における処理と同じである。

ここで、ステップＴ３０において、サージの発生レベルは所定範囲内であり、且つ、モータ１８のアシスト力が所定値以上であると判断された場合、後述のステップＴ３２に進む。一方、サージの発生レベルは所定範囲内であり、且つ、モータ１８のアシスト力が所定値以上であると判断されなかった場合、後述のステップＴ７０に進む。

ステップＴ３２では、モータ１８のアシスト力がＥＣＵ４４の制御部４４２により所定割合例えば数十パーセント分だけ減少される。仮に、モータ１８のアシスト力が減少されずに、モータ１８によるフルアシスト状態になっていると、サージの発生レベルが所定範囲を超えた場合にバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）が開かれてもアシストできない状態なので、過給圧が低下してトルクの低下が発生してしまう。このため、予めモータ１８からの出力によるアシストが可能となるように、上記したように、アシスト力を減少しておき、アシスト能力の余裕を残しておく。このようなサージの発生の発生前抑制制御により、サージの発生が抑制される。また、このサージの発生前抑制制御により、サージの発生レベルが所定範囲を超えている場合におけるモータ１８の出力増に対して備えることができる。次に、後述のステップＴ４０に進む。

ステップＴ４０では、サージの発生レベルが所定範囲を超えているか否か、即ち、上記の演算値Δのいずれかが負の値であるか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。より詳しくは、上述したように、上記の演算値ΔＧａ又はΔＰｉｍが負の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ又はΔＮｔが負の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ又はΔＱが負の値であるか否かが判断される。サージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、後述のステップＴ４２に進む。一方、サージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、後述のステップＴ７０に進む。

ステップＴ４２では、サージの発生レベルが所定範囲を超えているとステップＴ４０において判断された時よりも数ｍｓｅｃといった所定時間前の実ターボ回転数Ｎｔｆが、目標ターボ回転数Ｎｔｔとして、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により設定されて、ターボチャージャ自体の回転数がこの目標ターボ回転数ＮｔｔになるようにＥＣＵ４４の制御部４４２により制御されて固定される。次に、後述のステップＴ４４に進む。

ステップＴ４４では、所定の開度になるように、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）がＥＣＵ４４の制御部４４２により開かれる。バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）が開かれて開度が大きくなることにより、モータ１８によるアシストが無い場合には過給圧が低下してしまうが、ここでモータ１８のアシスト力を増加させることで、ターボ回転数が維持されるため、トルクの低下が防止される。そして、エンジン２０からの排気の圧力が低下するとともに、アシスト力を増加させることによってエンジン２０の充填効率が上昇して、吸入空気量が増加する。このようなサージの発生の発生後回避制御により、サージの発生が回避される。次に、後述のステップＴ５０に進む。

ステップＴ５０では、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されたか否かが、ＥＣＵ４４のレベル判断部４４１により判断される。より詳しくは、上述したように、上記の演算値ΔＧａ及びΔＰｉｍのそれぞれが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｐ未満の正の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ及びΔＮｔのそれぞれが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｎ未満の正の値であるか否かが判断される。又は、上記の演算値ΔＧａ及びΔＱが、共に所定の差分Ｄｇａ及びＤｑ未満の正の値のそれぞれであるか否かが判断される。サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生は回避されていないと判断された場合、後述のステップＴ５２に進む。一方、サージの発生は回避されてサージは発生していない状態になったと判断された場合、後述のステップＴ６０に進む。なお、両演算値共に所定の差分以上の正の値となった場合、後述のステップＴ６０に進んでもよい。

ステップＴ５２では、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）がＥＣＵ４４の制御部４４２により更に開かれる。このようなサージの発生の発生後回避制御により、サージの発生が回避される。次に、ステップＴ５０に戻る。

ステップＴ６０では、上記のセンサから出力された吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度ＮｔがそれぞれＥＣＵ４４により読み込まれ、それぞれの値が、上記したサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低いか否かが、ＥＣＵ４４により判断される。ステップＴ６０における処理は、上述した第一実施形態におけるステップＳ５０における処理と同じである。

ここで、吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれがサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低い状態ではないと判断された場合、サージの発生後回避制御が不十分であるとみなされ、ステップＴ４４に戻る。一方、吸入空気量Ｇａ及び排気タービン回転速度Ｎｔのそれぞれがサージ時吸入空気量Ｇａｓｇ及びサージ時排気タービン回転速度Ｎｔｓｇのそれぞれよりも所定量以上低い状態であると判断された場合、サージの発生後回避制御が十分行われたとみなされ、後述のステップＴ６２に進む。

ステップＴ６２では、ステップＴ４２で設定された目標ターボ回転数Ｎｔｔが、通常の制御における回転数になるように、ＥＣＵ４４の制御部４４２により徐々に戻される。これにより、ターボチャージャ自体の回転が、徐々に、通常の制御における回転に戻っていく。次に、後述のステップＴ７０に進む。

ステップＴ７０では、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にあるか否かが、判断される。ステップＴ７０における処理は、上述したステップＴ２０における処理と同じである。

ここで、ステップＴ７０において、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にない場合、後述のステップＴ７２に進む。一方、モータ１８によるアシストの開始又は継続を行う条件下にある場合、このステップＴ７０で、一連の制御が終了し、上記したように、再度、ステップＴ１０から、上記したような制御が繰り返される。

ステップＴ７２では、モータ１８によるアシストがＥＣＵ４４の制御部４４２により停止される。次に、後述のステップＴ７４に進む。

ステップＴ７４では、ステップＴ４４やステップＴ５２で開かれたバリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）の開度が、ＥＣＵ４４の制御部４４２により徐々に戻される。即ち、開度のフィードバックが徐々に実施される。このステップＴ７４で、一連の制御が終了し、上記したように、再度、ステップＴ１０から、以上のような制御が繰り返される。

本実施形態の過給制御装置１０によれば、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生する可能性があると判断される所定条件下で、サージの発生を事前に抑制する発生前抑制制御が制御部４４２により行われる。一方、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、サージの発生レベルが所定範囲内になるようにサージの発生を回避してサージが発生していない状態にする発生後回避制御が制御部４４２により行われる。これにより、サージの発生レベルが所定範囲を超えている場合における対処となる発生後回避制御が行われるだけでなく、このサージの発生レベルが所定範囲内における対処となる発生前抑制制御が事前に行われているため、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

更に、上記したように、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲内であると判断され、且つ、モータ１８のアシスト力が所定値以上である場合に、モータ１８のアシスト力を減少させる発生前抑制制御が制御部４４２により行われる。一方、レベル判断部４４１によりサージの発生レベルが所定範囲を超えていると判断された場合、バリアブルノズル３７（及び／又はウェイストゲートバルブ３８）の開度が制御部４４２により開き側に制御されて排気タービン１２の入口圧を低下させながらモータ１８がアシストすることによってエンジン２０へ供給する空気の充填効率を上昇させつつ、モータ１８のアシスト力を増加させる発生後回避制御が制御部４４２により行われる。これにより、エンジン２０へ供給する空気の充填効率を上昇させつつモータ１８のアシスト力を増加させる発生後回避制御が行われるだけでなく、モータ１８のアシスト力を減少させる発生前抑制制御が事前に行われているため、制御能力に余裕があることからトルクの低下が発生せず、この発生後回避制御が行われた直後でドライバビリティが悪化することがない。この結果、サージが発生してもドライバビリティを悪化させずにサージを回避することができる。

更に、上記したように、バリアブルノズル３７を制御することにより排気タービン１２の入口圧を低下させながら、モータ１８がアシストすることによる、エンジン２０へ供給する空気の充填効率を上昇させる発生後回避制御を行うことができる。

更に、上記したように、ウェイストゲートバルブ３８を制御することにより排気タービン１２の入口圧を低下させながら、モータ１８がアシストすることによる、エンジン２０へ供給する空気の充填効率を上昇させる発生後回避制御を行うことができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態においては、排気タービン１２をバイパスするバイパス管３５が配設されているが、バイパス管３５の代わりに、コンプレッサ１４をバイパスするバイパス管を配設し、このバイパス管の途中に、このバイパス管の開度の調整が可能な弁を配設してもよい。

また、上述した実施形態においては、バリアブルノズル３７と、バイパス管３５上のウェイストゲートバルブ３８とが共に設けられているが、いずれかを設けるだけでもよい。即ち、バリアブルノズル３７を設けずに、バイパス管３５とバイパス管３５上のウェイストゲートバルブ３８とを設けるだけでもよく、また、バイパス管３５とバイパス管３５上のウェイストゲートバルブ３８を設けずに、バリアブルノズル３７を設けるだけでもよい。

本発明の過給制御装置が一例として四気筒のエンジンに組み合わされた状態を示す概略図である。 第一実施形態に係る過給制御装置による制御の一例について示すフローチャートである。 第二実施形態に係る過給制御装置による制御の一例について示すフローチャートである。

符号の説明

１０…過給制御装置、１２…排気タービン、１４…コンプレッサ、１６…回転軸、１８…モータ、２０…エンジン、２２…排気マニホールド、２４，２６，３０…排気導管、２８…触媒コンバータ、３２…エアクリーナ、３４…吸気導管、３５…バイパス管、３６…吸気マニホールド、３７…バリアブルノズル、３８…ウェイストゲートバルブ、４０…インタークーラ、４２…スロットル弁、４４…ＥＣＵ、４６…スロットルセンサ、４８…エンジン回転センサ、５０…エアフローメータ、５２…モータ回転センサ、５４…モータ制御装置、５６…燃料噴射装置、５９…圧力センサ、４４１…レベル判断部、４４２…制御部。

Claims (4)

1. エンジンからの排気により作動される排気タービンによるコンプレッサの駆動が、モータのアシスト力により補助されるようになっている過給機の過給制御装置であって、
   前記過給機におけるサージの発生レベルを判断するレベル判断手段と、
   前記レベル判断手段により前記発生レベルが所定範囲内であると判断された場合、サージの発生を事前に抑制する発生前抑制制御を行い、前記レベル判断手段により前記発生レベルが前記所定範囲を超えていると判断された場合、前記発生レベルが前記所定範囲内になるようにサージの発生を回避する発生後回避制御を行う制御手段と、
   前記排気タービンの入口圧を調節する圧力調整手段と、
   を備え、前記制御手段は、
   前記レベル判断手段により前記発生レベルが前記所定範囲内であると判断され、且つ、前記モータの前記アシスト力が所定値以上である場合に、前記モータの前記アシスト力を減少させる前記発生前抑制制御を行い、
   前記レベル判断手段により前記発生レベルが前記所定範囲を超えていると判断された場合、前記圧力調整手段を制御して前記排気タービンの入口圧を低下させつつ前記モータの前記アシスト力を増加させて前記エンジンへ供給する空気の充填効率を上昇させる前記発生後回避制御を行う、ことを特徴とする過給制御装置。
2. 前記エンジンに吸入される吸入空気量と所定の吸入空気量との差分が所定の差分未満である場合に、前記レベル判断手段により前記発生レベルが前記所定範囲内であると判断される、ことを特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
3. 前記圧力調整手段は、前記排気タービンの上流に設けられて可変ノズルにより排気圧を調整するバリアブルノズルである、ことを特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
4. 前記排気タービンをバイパスして前記排気タービンの下流へ排気を流入させるバイパス路を備え、
   前記圧力調整手段は、前記バイパス路に設けられたウェイストゲートバルブである、ことを特徴とする請求項１に記載の過給制御装置。
   

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