JP5402705B2

JP5402705B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP5402705B2
Application number: JP2010030074A
Authority: JP
Inventors: 智海山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-02-15
Filing date: 2010-02-15
Publication date: 2014-01-29
Anticipated expiration: 2030-02-15
Also published as: JP2011163308A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

ＥＧＲ装置を備えた内燃機関にモータアシストターボを備え、加減速過渡運転時にＥＧＲガス量及びモータアシストターボのアシスト出力を協調制御する技術が知られている（例えば特許文献１）。また、可動ベーン（ＶＮ）によりタービンへ流入する排気の流路面積を調節可能な可変容量式ターボチャージャを備えた内燃機関にモータアシストターボを備え、ＶＮ開度及びモータアシストターボのアシスト出力を協調制御する技術が知られている（例えば特許文献２）。

特開２００３−３２８８６１号公報特開２００７−２０５３０６号公報特開２００７−０５１６１９号公報特開２００３−２３９７５５号公報

上記の従来技術は、加速過渡時のターボラグを改善することを目的としたものだが、オルタネータで回生発電した電力の有効利用のために定常運転時においても積極的にモータアシストターボによる過給アシストを行なうことが好ましい。しかしながら、定常運転時に適用して好適なＥＧＲ制御及びモータアシストターボのアシスト出力の制御について上記特許文献には記載されていない。

本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ装置及びモータアシストターボを備えた内燃機関において定常運転時に適用して好適なＥＧＲ制御及びモータアシストターボのアシスト出力制御をすることが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。

上記目的を達成するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、
内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記コンプレッサを回転駆動するモータと、を有するモータアシストターボチャージャと、
前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路の流路面積を調節する高圧ＥＧＲバルブと、を有し排気の一部を前記吸気通路に流入させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記内燃機関のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率になるように前記高圧ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、
前記モータの出力を制御するモータ出力制御手段と、
を備え、
前記モータ出力制御手段は、前記高圧ＥＧＲバルブの開度が全開に制御されるときの前記モータの出力を上限値として前記モータの出力を制御することを特徴とする。

以下、高圧ＥＧＲ通路を通って吸気通路に流入する排気を「高圧ＥＧＲガス」と称する
。
モータによってコンプレッサを回転駆動して過給アシストを行なうことによりターボチャージャによる過給圧を増加させることができ、内燃機関の高出力化や低燃費化が可能になる。過渡運転状態に限らず定常運転状態においてもモータによる過給アシストを行なうことにより過給アシストを行なう運転領域を拡大すれば、より一層の高出力化や低燃費化が期待できる。モータを駆動するための電力として減速時回生発電によって得られた電力を利用するようにすれば、更なるエネルギー効率の向上も期待できる。

一方、モータによる過給アシストを行なって過給圧が増加すると、高圧ＥＧＲ通路の上流側（排気通路側）と下流側（吸気通路側）との圧力差が小さくなるため、高圧ＥＧＲガスが吸気通路に流入しにくくなる。そのため、同じ目標ＥＧＲ率を実現するために必要な高圧ＥＧＲバルブの開度は、モータの出力が増加するほど開き側の開度になる。高圧ＥＧＲバルブの開度が全開に制御されているときのモータの出力から更にモータの出力を増加させた場合、高圧ＥＧＲバルブの開度をそれ以上開き側の開度にすることはできないため、内燃機関のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に達しなくなり、排ガス特性の低下を招く可能性がある。

この点、上記本発明の内燃機関の制御装置によれば、高圧ＥＧＲバルブの開度が全開に制御されているときのモータの出力を上限値としてモータの出力が制御されるので、内燃機関のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に対して不足することを抑制できる。従って、高圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関において排ガス特性の低下を抑制しつつ、モータによる過給アシストによって好適に内燃機関の高出力化、低燃費化、エネルギー効率の向上が可能になる。

また、モータの出力はモータへの電力供給やモータの故障等により変動する可能性があるが、高圧ＥＧＲバルブの開度はフィードバック制御されるので、モータの出力が変動した場合においてもＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に維持することが可能である。よって、定常運転状態においてモータによる過給アシストを常用しても排ガス特性を好適に維持することが可能になる。

モータの出力が大きいほど、内燃機関の高出力化、低燃費化、エネルギー効率の向上の効果は高い。従って、上記本発明において、前記モータ出力制御手段は、前記上限値以下で前記モータが出力可能な最大の出力に前記モータの出力を制御するようにしても良い。これにより、排ガス特性の低下を抑制しつつ、モータによる過給アシストによる燃費向上の効果を最大限得ることが可能になる。本発明において高圧ＥＧＲバルブはフィードバック制御されるので、高圧ＥＧＲバルブ開度が全開になるところまでモータの出力を上げていき、高圧ＥＧＲバルブが全開になった時点でのモータの出力を維持するようにすれば、その運転条件において最も燃費向上の効果が高い運転状態が実現する。電力供給の低下などによりモータの出力が低下した場合は、それに伴って高圧ＥＧＲガスが吸気通路に流入しやすくなるため、高圧ＥＧＲバルブの開度が閉じ側に制御されることによってＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に維持することができる。

本発明は、前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、該低圧ＥＧＲ通路の流路面積を調節する低圧ＥＧＲバルブと、を有し排気の一部を前記吸気通路に流入させる低圧ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に適用することも可能である。この場合、前記ＥＧＲ制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲバルブの開度をオープンループ制御することができる。以下、低圧ＥＧＲ通路を通って吸気通路に流入する排気を「低圧ＥＧＲガス」と称する。

この場合、低圧ＥＧＲバルブの開度は例えば内燃機関の運転状態や目標ＥＧＲ率に応じて予め定められた開度に制御されるとともに、モータの出力の変化に伴うＥＧＲ率の変化
に対応して高圧ＥＧＲバルブの開度がフィードバック制御されることになる。これにより、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用するＥＧＲシステムを備えた内燃機関においても、排ガス特性の低下を抑制しつつ、定常運転状態においてモータによる過給アシストを好適に常用して燃費向上の効果を得ることが可能になる。

以上説明したように、本発明は、高圧ＥＧＲバルブの開度が全開に制御されるときのモータの出力を上限値としてモータの出力が当該上限値を超えないように制御することを特徴としているが、特定の条件が成立する場合には、この上限値を超えてモータの出力を増加させ、更なる燃費向上の効果を得ることも可能である。

特定の条件が成立する場合とは、前記モータが更に出力を増加させることが可能な状態であり、前記内燃機関が吸入ガスの温度を低下させることが可能な状態であり、且つ、前記高圧ＥＧＲバルブ及び前記低圧ＥＧＲバルブの開度がともに全開に制御されている場合である。内燃機関が吸入ガスの温度を低下させることが可能な状態とは、換言すると暖機が完了している状態（非冷間状態）である。

この条件が成立する場合には、モータの出力を更に増加させる。モータ出力の増加に伴って過給圧が更に上昇し、高圧ＥＧＲ通路の上流側と下流側の圧力差が逆転して吸気通路から排気通路に高圧ＥＧＲ通路を吸気が逆流する可能性があるため、高圧ＥＧＲバルブを全閉にする。高圧ＥＧＲバルブ及び低圧ＥＧＲバルブの開度がともに全開の状態から高圧ＥＧＲバルブを全閉にするとＥＧＲガスが不足するため、前記低圧ＥＧＲ通路が接続される位置より上流の前記吸気通路に設けられ、該吸気通路の流路面積を調節するスロットルバルブを備え、内燃機関のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率になるように前記スロットルバルブの開度をフィードバック制御する。

スロットルバルブの開度を閉じ側にすることにより、より多くの低圧ＥＧＲガスを吸気通路に流入させることができるので、高圧ＥＧＲバルブを全閉にしたことによるＥＧＲガスの不足を補うことができる。この場合、低温の低圧ＥＧＲガスの量が増加するので、吸入ガスの温度が低下するが、内燃機関は暖機が完了しているので燃焼状態が低下することを抑制できる。スロットルバルブの開度のフィードバック制御においてスロットルバルブの開度に下限値を設定し、当該下限値に達したところでモータの出力増加を制限するようにしても良い。

このように、特定の条件が成立する場合に限られるものの、モータによる過給アシストによる燃費向上の効果をより一層得ることが可能になる。なお、吸入ガスの温度が低下することから、前記ＥＧＲ制御手段が前記スロットルバルブの開度をフィードバック制御する際の目標ＥＧＲ率が、前記ＥＧＲ制御手段が前記高圧ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御する際の目標ＥＧＲ率より低い値に設定されるようにしても良い。これにより、高圧ＥＧＲバルブのフィードバック制御からスロットルバルブのフィードバック制御に切り替えることによる排ガス特性の変動をより確実に抑制できる。

ＥＧＲ装置及びモータアシストターボを備えた内燃機関において定常運転時に適用して好適なＥＧＲ制御及びモータアシストターボのアシスト出力制御をすることができる制御装置を提供することができる。

実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。実施例に係るモータによる過給アシストの出力と高圧ＥＧＲバルブの開度との関係をいくつかの目標ＥＧＲ率について示した図である。実施例に係るＥＧＲ制御及びモータによる過給アシストの出力制御を表すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは、発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本実施例に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図１においてエンジン１は４つの気筒２を備え、各気筒２には気筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁２９が備えられている。エンジン１には、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ２２と、図示しないアクセルペダルの踏み込み量を測定するアクセル開度センサ２７と、が備えられている。各気筒２は吸気マニホールド５及び排気マニホールド６に連通している。

吸気マニホールド５には吸気通路３が接続されている。吸気通路３には、排気マニホールド６内の排気の一部を高温高圧で吸気通路３に導く高圧ＥＧＲ通路９が接続されている。高圧ＥＧＲ通路９の接続部より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第１スロットルバルブ２３が備えられている。第１スロットルバルブ２３より上流側の吸気通路３には、吸気を冷却するインタークーラ１１が備えられている。インタークーラ１１より上流側の吸気通路３には、モータアシストターボチャージャ（以下「ＭＡＴ」と略す）２１のコンプレッサ７が備えられている。

コンプレッサ７より上流側の吸気通路３には、排気通路４内の排気の一部を低温低圧で吸気通路３に導く低圧ＥＧＲ通路１２が接続されている。低圧ＥＧＲ通路１２の接続されている位置より上流側の吸気通路３には、吸気通路３の流路面積を変更可能な第２スロットルバルブ２４が備えられている。第２スロットルバルブ２４より上流側の吸気通路３には、吸気通路３に流入する空気の流量を測定するエアフローメータ２５が備えられている。エアフローメータ２５より上流側の吸気通路３には、空気中の異物を取り除くエアクリーナ２６が備えられている。

排気マニホールド６には上述した高圧ＥＧＲ通路９が接続されており、排気マニホールド６と吸気通路３とを連通している。排気マニホールド６には排気通路４が接続されている。排気通路４には、ＭＡＴ２１のタービン８が備えられている。タービン８より下流側の排気通路４には、排気浄化装置１７が備えられている。排気浄化装置１７は、上流側から順に吸蔵還元型ＮＯｘ触媒１９及び排気中の微粒子物質（ＰＭ）を捕集するフィルタ１８を有する。排気浄化装置１７より下流側の排気通路４における分岐部３０において、上述した低圧ＥＧＲ通路１２が排気通路４から分岐している。

高圧ＥＧＲ通路９には、高圧ＥＧＲ通路９の流路面積を変更する高圧ＥＧＲバルブ１０が備えられている。高圧ＥＧＲバルブ１０の開度を変更することによって、高圧ＥＧＲ通路９を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、「高圧ＥＧＲガス」という）の流量を調節することができる。高圧ＥＧＲ通路９及び高圧ＥＧＲバルブ１０は高圧ＥＧＲ装置を構成する。

低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲ通路１２の流路面積を変更する低圧ＥＧＲバルブ１４が備えられている。低圧ＥＧＲバルブ１４の開度を変更することによって、低圧ＥＧＲ通路１２を介して吸気通路３に再循環する排気（以下、「低圧ＥＧＲガス」という）の流量を調節することができる。低圧ＥＧＲバルブ１４より下流側（すなわち、吸気通路３側）の低圧ＥＧＲ通路１２には、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ１３が備え
られている。低圧ＥＧＲ通路１２及び低圧ＥＧＲバルブ１４は低圧ＥＧＲ装置を構成する。

エンジン１にはエンジン１の運転を制御するコンピュータであるＥＣＵ２８が併設されている。ＥＣＵ２８には、上述したクランク角度センサ２２、エアフローメータ２５、アクセル開度センサ２７の他、エンジン１の水温を検出する水温センサ４１、バッテリ３６の充電状態を取得するＳＯＣセンサ４０が接続されており、これら各センサによる検出値がＥＣＵ２８に入力される。

また、ＥＣＵ２８には、上述した燃料噴射弁２９、高圧ＥＧＲバルブ１０、第１スロットルバルブ２３、低圧ＥＧＲバルブ１４、第２スロットルバルブ２４が接続されており、これら各機器の動作がＥＣＵ２８からの指令により制御される。ＥＣＵ２８はＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース等を備えた既知の構成を有し、接続された上記各センサから入力される測定データからエンジン１の運転状態や運転者の要求を取得し、それに基づいて上記各機器の制御目標値を算出し、各機器の動作を制御する。

本実施例のＭＡＴ２１は、コンプレッサ７とタービン８とを連結するシャフト（不図示）を回転駆動可能なモータ３５を備え、排気の流れが無い状況でもコンプレッサ７及びタービン８を回転させることができる。また、排気のエネルギーによるＭＡＴ２１の過給をアシストすることもできる。モータ３５にはバッテリ３６の電力がインバータ３４を介して供給される。

エンジン１の出力する動力は駆動軸３８に入力され、駆動軸３８に接続された車輪３９を回転させる動力となる。駆動軸３８を伝達する動力は、動力伝達部３３を介してオルタネータ３７を駆動可能に構成されている。エンジン１を搭載した車両の減速時に車両の運動エネルギーを利用してオルタネータ３７を発電機として駆動し、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して回収する。オルタネータ３７が発電した電力はバッテリ３６に充電される。エンジン１には、バッテリ３６の充電状態を取得するＳＯＣセンサ４０が備わっている。

本実施例では、エンジン１のＥＧＲ率がエンジン１の運転状態に応じて定まる所定の目標ＥＧＲ率になるように、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度及び低圧ＥＧＲバルブ１４の開度を制御する。ＥＧＲ率とは、吸入ガス中のＥＧＲガスの比率である。所定の目標ＥＧＲ率は、所定の排ガス特性を満たすようにエンジン１の回転数と負荷に応じて予め求められた値がＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶されている。エンジン１の運転状態が低負荷低回転の第１の運転領域にある場合、高圧ＥＧＲ装置のみを用いて排気の再循環を行なう。

エンジン１の運転状態が前記第１の運転領域より高回転及び／又は高負荷の第２の運転領域にある場合、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用して排気の再循環を行なう。エンジン１の運転状態が前記第２の運転領域より更に高回転及び／又は高負荷の第３の運転領域にある場合、低圧ＥＧＲ装置のみを用いて排気の再循環を行なう。エンジン１の運転状態が前記第３の運転領域より更に高回転及び／又は高負荷の第４の運転領域にある場合、排気の再循環は行なわない。

高圧ＥＧＲ装置を用いて排気の再循環を行なう第１及び第２の運転領域では、エンジン１のＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるように高圧ＥＧＲバルブ１０の開度をフィードバック制御する。低圧ＥＧＲ装置を併用する第２の運転領域では、低圧ＥＧＲバルブ１４の開度はエンジン１の運転状態に応じて定められた所定の開度にオープンループ制御する。

本実施例では、バッテリ３６にＭＡＴ２１を駆動可能な電力が充電されている場合には
、定常運転状態においてもモータ３５を駆動して過給アシストを行なうことを特徴とする。これにより、定常運転状態における過給圧を上昇させることができるので、エンジン１を高出力化或は低燃費化することができる。しかも、モータ３５を駆動する電気エネルギーは減速回生により回収したエネルギーであるので、エネルギー効率を向上させることができる。定常運転状態においてもモータ３５による過給アシストを行なうことにより、過渡運転状態においてのみモータ３５による過給アシストを行なっていた従来システムよりも燃費を向上させることができる。

但し、定常運転状態においてモータ３５による過給アシストを行なう場合、モータ３５により過給アシストを行なうと過給圧（コンプレッサ７より下流側の吸気通路３から吸気マニホールド５の圧力）が上昇するため、高圧ＥＧＲ通路９の上流側（排気マニホールド６側）と下流側（吸気通路３側）との圧力差が小さくなり、高圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入しにくくなる点を考慮して、モータ３５による過給アシストを行なってもＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率から外れないように工夫する必要がある。

モータ３５の出力が大きくなるほど、高圧ＥＧＲ通路９の上流側と下流側との圧力差が小さくなり、高圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入しにくくなる。そのため本実施例のように高圧ＥＧＲバルブ１０の開度をフィードバック制御することによりＥＧＲ率の制御を行なうシステムでは、モータ３５の出力を増加させて高圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入しにくくなった場合、フィードバック制御により高圧ＥＧＲバルブ１０の開度がより開き側の開度に調節されていく。

しかしながら、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開の状態で更にモータ３５の出力を増加させると、それ以上高圧ＥＧＲバルブ１０の開度を開き側に調節することができないため、ＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率に満たなくなり、結果として排ガス特性の低下を招く可能性がある。

そこで、本実施例では、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度によりＥＧＲ率のフィードバック制御を行なっている場合に、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開に制御されているときのモータ３５の出力を、その運転状態におけるモータ３５の出力の上限値とする。そして、この上限値以下でモータ３５が出力可能な最大の出力までモータ３５の出力を増加させる。こうすることにより、モータ３５による過給アシストを最大限行ないつつ、ＥＧＲ率を目標ＥＧＲ率に維持することができるので、排ガス特性の低下を抑制しながら燃費性能を最大限向上させることが可能になる。

なお、バッテリ３６にモータ３５を駆動するために必要な電力が充電されていない場合や、モータ３５が故障した場合には、モータ３５による過給アシストが行なわれなくなる。この場合、過給圧が低下し、高圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入し易くなる。従って、目標ＥＧＲ率を達成するために必要な高圧ＥＧＲバルブ１０の開度はより閉じ側の開度でも十分になる。つまり、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度をフィードバック制御する本実施例のシステムでは、バッテリ３６の充電量低下やモータ３５の故障などによる過給アシスト量の変動に伴う高圧ＥＧＲガス量の変動は、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度のフィードバック制御によって吸収することができるので、ＥＧＲ率の変動を抑制できる。

図２は、高圧ＥＧＲ装置を用いて排気の再循環を行なう運転領域（上述した第１の運転領域及び第２の運転領域）における目標ＥＧＲ率毎の高圧ＥＧＲバルブ１０の開度とモータ３５の出力との関係を示した概念図である。図２の各線は等ＥＧＲ率線であり、左上の線ほど高いＥＧＲ率の等ＥＧＲ率線を表す。図２に示すように、同じＥＧＲ率を達成するために必要な高圧ＥＧＲバルブ１０の開度は、モータ３５の出力が大きくなるほど開き側になる。そして、図２に示すように、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開の動作点に対応
するモータ３５の出力を上限値とする。

例えば、運転状態１における目標ＥＧＲ率Ｒ１の等ＥＧＲ率線を見ると、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開の動作点に対応するモータ３５の出力はＰ１であるから、この運転状態１においてはモータ３５の出力をＰ１以下に制限する。同様に、運転状態２ではモータ３５の出力をＰ２以下に制限する。ここでモータ３５の出力可能な最大の出力がＰｍａｘであるとすると、図２に示すように運転状態３における高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開の動作点に対応するモータ３５の出力はＰ３だが、Ｐ３はＰｍａｘを超えているので、運転状態３においてはモータ３５に最大出力Ｐｍａｘまで出力させてもＥＧＲ率制御の点で問題はない。

モータ３５の出力可能な最大の出力Ｐｍａｘは、モータ３５の性能や、バッテリ３６の充電状態に依存する。また、タービン８へ流入する排気の流路面積を変更可能な可動のノズルベーンを備えた可変容量型のターボチャージャの場合は、ノズルベーンの開度（ＶＮ開度）との協調制御の都合でモータ３５の最大出力Ｐｍａｘが設定されることもある。

図３は、本実施例のエンジン１におけるＥＧＲ率制御及びモータ３５の出力制御の処理内容を表すフローチャートである。このフローチャートで表される処理はＥＣＵ２８によって所定間隔で繰り返し実行される。このフローチャートで表される処理を実行するＥＣＵ２８が、本発明のＥＧＲ制御手段及びモータ出力制御手段として機能する。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２８はエンジン１の運転状態を検出する。ここでは、クランク角度センサ２２から入力される検出値に基づいてエンジン１の回転数を検出するとともに、アクセル開度センサ２７から入力される検出値に基づいてエンジン１の負荷を検出する。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２８は上記検出したエンジン１の運転状態に応じて、目標過給圧、目標ＥＧＲ率及び低圧ＥＧＲバルブ１４の開度を決定する。低圧ＥＧＲバルブ１４の開度はオープン制御される。高圧ＥＧＲ装置のみを用いてＥＧＲを行なう第１の運転領域及びＥＧＲを行なわない第４運転領域においては、低圧ＥＧＲバルブ１４の開度は全閉になる。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２８は高圧ＥＧＲバルブ１０の開度のフィードバック制御を行なう。すなわち、実ＥＧＲ率を検出し、上記決定した目標ＥＧＲ率と比較し、その差分に応じて現在の高圧ＥＧＲバルブ１０の開度を補正する。実ＥＧＲ率の検出はセンサや演算によって検出する公知の方法を用いる。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２８は高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開であるか否かを判定する。高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開である場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１０７に進み、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開でない場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２８はモータ３５の出力余裕があるか否かを判定する。ここでは、ＳＯＣセンサ４０から入力される検出値に基づいて検出するバッテリ３６の充電状態やモータ３５の定格に基づいて、上述した出力可能な最大の出力Ｐｍａｘを求め、現在のモータ３５の出力がＰｍａｘより小さい場合に、モータ３５に出力余裕があると判定する。出力余裕がある場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１０６に進み、モータ３５の出力を増加させた上でステップＳ１０３の高圧ＥＧＲバルブ１０の開度のフィードバック制御に戻る。一方、出力余裕が無い場合、ＥＣＵ２８はモータ３５の出力を増加させることなくステップＳ１０３の高圧ＥＧＲバルブ１０の開度のフィードバック制御に戻る。

以上が本実施例のエンジン１におけるＥＧＲ率制御及びモータ３５の出力制御の基本的な処理内容であるが、本実施例では、更に、後述する特別な条件が成立する場合に限って、モータ３５の出力をＰｍａｘを超えて更に増加させる。特別な条件とは、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度及び低圧ＥＧＲバルブ１４の開度がともに全開であり、エンジン１の暖機完了状態であり、且つ、モータ３５の出力余裕がある場合である。この３つの条件が全て成立する場合、本実施例では、モータ３５の出力を上限値Ｐｍａｘを超えて更に増加させる制御を行なう。これにより、モータ３５によって過給アシストすることによる燃費性能向上の効果をより一層高めることが可能となる。

上限値Ｐｍａｘを超えて更にモータ３５の出力を増加させると、更に過給圧が上昇し、高圧ＥＧＲ通路９の上流側と下流側の圧力差が逆転して高圧ＥＧＲ通路９を吸気通路３側から排気マニホールド６側へ吸気ガスが逆流する可能性がある。これを考慮して、高圧ＥＧＲバルブ１０の開度を全閉に固定する。これにより、更にモータ３５の出力を増加させることが可能になる。

高圧ＥＧＲバルブ１０を全開から全閉にすることにより高圧ＥＧＲガス量の分だけＥＧＲガスが不足するため、目標ＥＧＲ率を達成できなくなる。この点を考慮して低圧ＥＧＲバルブ１４の開度を全開のまま、第２スロットルバルブ２４の開度をフィードバック制御することによってＥＧＲ率が目標ＥＧＲ率になるようにする。第２スロットルバルブ２４の開度を絞ることにより、低圧ＥＧＲ通路１２の上流側（排気通路４側）と下流側（吸気通路３側）との圧力差が増大し、より多くの低圧ＥＧＲガスが吸気通路３に流入するようにできる。

これにより低温の低圧ＥＧＲガスがより多くエンジン１に吸入されることになるため、吸入ガスの温度が低下する。エンジン１が冷間状態で吸入ガスの温度が低下すると、燃焼状態が低下する可能性があるが、エンジン１が暖機完了状態であれば吸入ガスの温度が低下しても燃焼状態への影響は問題にならない。従って、高圧ＥＧＲバルブ１０を全閉にして第２スロットルバルブ２４の開度のフィードバック制御により低圧ＥＧＲガスのみで目標ＥＧＲ率を達成するようにしても、排ガス特性の低下を抑制できる。

この場合、高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用してＥＧＲを行なうべき運転領域において変則的に低圧ＥＧＲ装置のみによってＥＧＲを行なう状態になるため、上述した吸入ガス温度の低下によって、ステップＳ１０２で決定した目標ＥＧＲ率より小さいＥＧＲ率でも目標の排ガス特性や燃焼状態を実現することが可能になると考えられる。そこで、上記特別な条件が成立する場合に高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置を併用するＥＧＲから低圧ＥＧＲ装置のみのＥＧＲへ切り替えた場合、目標ＥＧＲ率を再設定する。こうすることで、排ガス特性の低下をより確実に抑制することが可能になる。

第２スロットルバルブ２４の開度のフィードバック制御においては、ポンプ損失や吸入空気量を考慮して一定の閾値より第２スロットルバルブ２４の開度が絞られないようにする。

図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１０７以降の処理がこの特別な条件が成立する場合の制御内容を表す。

ステップＳ１０４で高圧ＥＧＲバルブ１０の開度が全開と判断された場合、ステップＳ１０７において、低圧ＥＧＲバルブ１４の開度が全開であるか否か判定する。低圧ＥＧＲバルブ１４の開度が全開の場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１０８に進む。低圧ＥＧＲバルブ１４の開度が全開でない場合、ＥＣＵ２８は本フローチャートの処理を一旦抜ける。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２８はエンジン１が暖機完了しているか否か判定する。ここでは、水温センサ４１から入力される検出値に基づいて判断する。エンジン１が暖機完了している場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１０９に進む。エンジン１が暖機完了していない場合、ＥＣＵ２８は本フローチャートの処理を一旦抜ける。

ステップＳ１０９において、ＥＣＵ２８はモータ３５の出力余裕があるか否かを判定する。判定方法は上記ステップＳ１０５と同様である。モータ３５の出力余裕がある場合、ステップＳ１１０に進む。モータ３５の出力余裕が無い場合、ＥＣＵ２８は本フローチャートの処理を一旦抜ける。

ステップＳ１１０において、ＥＣＵ２８は目標ＥＧＲ率を再設定する。ここで再設定する目標ＥＧＲ率は、上記３つの条件が成立する特別の場合のために別途エンジン１の運転状態に応じたマップを作成してＥＣＵ２８のＲＯＭに記憶させておいても良いし、ステップＳ１０２で決定した目標ＥＧＲ率に対して所定の補正処理をすることによって求めても良い。

ステップＳ１１１において、ＥＣＵ２８は高圧ＥＧＲバルブ１０の開度を全閉にする。

ステップＳ１１２において、ＥＣＵ２８は第２スロットルバルブ２４の開度のフィードバック制御によりエンジン１のＥＧＲ率がステップＳ１１０で決定した目標ＥＧＲ率になるようにする。

ステップＳ１１３において、ＥＣＵ２８は第２スロットルバルブ２４の開度が上述した所定の閾値を下回ったか否か判定する。第２スロットルバルブ２４の開度が閾値を下回った場合、ＥＣＵ２８は本フローチャートの処理を一旦抜ける。第２スロットルバルブ２４の開度が閾値を下回っていない場合、ＥＣＵ２８はステップＳ１１４に進む。

ステップＳ１１４において、ＥＣＵ２８はモータ３５の出力を増加させた上で、ステップＳ１０９の処理に戻る。

以上の処理により、モータ３５による過給アシストをより多く利用することができるので、エンジン１の燃費性能をより一層向上させることが可能になる。

１エンジン
２気筒
３吸気通路
４排気通路
５吸気マニホールド
６排気マニホールド
７コンプレッサ
８タービン
９高圧ＥＧＲ通路
１０高圧ＥＧＲバルブ
１１インタークーラ
１２低圧ＥＧＲ通路
１３低圧ＥＧＲクーラ
１４低圧ＥＧＲバルブ
１７排気浄化装置
１８フィルタ
１９吸蔵還元型ＮＯｘ触媒
２１モータアシストターボチャージャ
２２クランク角度センサ
２３第１スロットルバルブ
２４第２スロットルバルブ
２５エアフローメータ
２６エアクリーナ
２７アクセル開度センサ
２８ＥＣＵ
２９燃料噴射弁
３０分岐部
３１合流部
３４インバータ
３５モータ
３６バッテリ
３７オルタネータ
３８駆動軸
３９車輪
４０ＳＯＣセンサ
４１水温センサ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられたタービンと、前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサと、前記コンプレッサを回転駆動するモータと、を有するモータアシストターボチャージャと、
前記タービンより上流の前記排気通路と前記コンプレッサより下流の前記吸気通路とを接続する高圧ＥＧＲ通路と、該高圧ＥＧＲ通路の流路面積を調節する高圧ＥＧＲバルブと、を有し排気の一部を前記吸気通路に流入させる高圧ＥＧＲ装置と、
前記内燃機関のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率になるように前記高圧ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御するＥＧＲ制御手段と、
前記モータの出力を制御するモータ出力制御手段と、
を備え、
前記モータ出力制御手段は、前記高圧ＥＧＲバルブの開度が全開に制御されるときの前記モータの出力を上限値として前記モータの出力を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１において、
前記モータ出力制御手段は、前記上限値以下で前記モータが出力可能な最大の出力に前記モータの出力を制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項１又は２において、
前記タービンより下流の前記排気通路と前記コンプレッサより上流の前記吸気通路とを接続する低圧ＥＧＲ通路と、該低圧ＥＧＲ通路の流路面積を調節する低圧ＥＧＲバルブと、を有し排気の一部を前記吸気通路に流入させる低圧ＥＧＲ装置を備え、
前記ＥＧＲ制御手段は、前記内燃機関の運転状態に応じて前記低圧ＥＧＲバルブの開度をオープンループ制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項３において、
前記低圧ＥＧＲ通路が接続される位置より上流の前記吸気通路に設けられ、該吸気通路の流路面積を調節するスロットルバルブを備え、
前記モータが更に出力を増加させることが可能な状態であり、前記内燃機関が吸入ガスの温度を低下させることが可能な状態であり、且つ、前記高圧ＥＧＲバルブ及び前記低圧ＥＧＲバルブの開度がともに全開に制御されている場合、前記ＥＧＲ制御手段は、前記高圧ＥＧＲバルブを全閉するとともに、前記内燃機関のＥＧＲ率が所定の目標ＥＧＲ率になるように前記スロットルバルブの開度をフィードバック制御し、前記モータ出力制御手段は、前記上限値を超える出力を前記モータに出力させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
請求項４において、
前記ＥＧＲ制御手段が前記スロットルバルブの開度をフィードバック制御する際の目標ＥＧＲ率は、前記ＥＧＲ制御手段が前記高圧ＥＧＲバルブの開度をフィードバック制御する際の目標ＥＧＲ率より低い値に設定されることを特徴とする内燃機関の制御装置。