JP5991405B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、排気通路に配置されるタービンにより回収される排気エネルギと電動機とを動力源として吸入空気の過給が実行される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、ターボ過給機と、ターボ過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の制御装置では、内燃機関に対する要求トルクが高いほど、ウェイストゲートバルブの開度が小さくなるように制御される。

特開２０１４−０１５８４６号公報 特開２０１０−２４９０１９号公報 特開２０１３−２０４５３４号公報 特開２００９−１９１６８６号公報

ターボ過給機とともに電動過給機を備える内燃機関が知られている。この内燃機関において、エンジン最高出力が得られる出力点付近の高回転高負荷領域にてターボ過給機による過給をアシストするために電動過給機を作動させて定常運転を行おうとした場合には、特許文献１に記載のようなウェイストゲートバルブ制御が採用されると、次のような問題が生じる。すなわち、エンジントルクが高いほどウェイストゲートバルブの開度が単純に小さく制御されるようになっていると、電動過給機を作動させた際に、ウェイストゲートバルブの開度が小さいためにタービン上流での排気圧力が過剰に上昇し、内燃機関の燃費が悪化することが懸念される。以上の課題は、ターボ過給機のコンプレッサの駆動をアシストする電動機を備える電動アシストターボ過給機についても同様である。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高回転高負荷領域において排気エネルギを利用した過給をアシストするために電動機を作動させる場合に内燃機関の燃費向上を図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。

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配置されるタービンにより回収される排気エネルギを動力源として吸入空気を過給する第１過給手段と、電動機を動力源として吸入空気を過給する第２過給手段と、前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、を備える前記内燃機関を制御するものであって、第１の制御手段と、第２の制御手段とを備える。第１の制御手段は、エンジントルクと相関を有するトルク指標値が第１境界値未満となる第１のトルク指標値領域において、前記ウェイストゲートバルブの開度がエンジントルクの増加に伴って減少するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御する。第２の制御手段は、前記トルク指標値が前記第１境界値以上となる第２のトルク指標値領域に含まれる増加領域において、エンジントルクの増加に伴って前記ウェイストゲートバルブの開度が増加するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御するとともに、前記第２のトルク指標値領域において、過給のために前記電動機を作動させる。

前記第２の制御手段は、前記第２のトルク指標値領域の全体を前記増加領域として、エンジントルクの増加に伴って前記ウェイストゲートバルブの開度が増加するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御するものであってもよい。

前記第２のトルク指標値領域は、前記トルク指標値が前記第１境界値以上であって第２境界値未満となる一定領域と、前記トルク指標値が前記第２境界値以上となるトルク指標値領域としての前記増加領域とを含むものであってもよい。前記第２の制御手段は、前記一定領域において、エンジントルクの変化に対して前記ウェイストゲートバルブの開度が一定もしくは実質的に一定で推移するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御するものであってもよい。前記第１境界値は、前記電動機を動力源とする過給を伴わない非電動アシスト過給モードの下で所定のパラメータの制約によって定まるトルク指標値の上限値よりも低いトルク指標値であってもよい。前記一定領域での前記ウェイストゲートバルブの開度は、トルク指標値が前記非電動アシスト過給モードでの前記上限値であるときの前記ウェイストゲートバルブの開度よりも大きいものであってもよい。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記第１境界値から前記上限値までの第３のトルク指標値領域において前記電動機を動力源とする過給を伴う電動アシスト過給モードを利用可能な場合の点火時期を、前記第１境界値から前記上限値までの前記第３のトルク指標値領域において前記電動アシスト過給モードの利用が制限されて前記非電動アシスト過給モードが使用される場合の点火時期よりも進角する点火時期制御手段をさらに備えるものであってもよい。

前記増加領域の下限は、排気温度に基づいて設定されていてもよい。

前記増加領域の下限は、前記タービンの上流の排気圧力に基づいて設定されていてもよい。

前記増加領域の下限は、前記内燃機関のポンプロスに基づいて設定されていてもよい。

前記第１境界値は、エンジン回転速度が高いほど小さいものであってもよい。

本発明に係る内燃機関の制御装置が行う制御によれば、第１過給手段による過給を第２過給手段がアシストする第２のトルク指標値領域には、エンジントルクの増加に伴ってウェイストゲートバルブの開度が増加するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御する増加領域が含まれている。このため、第２のトルク指標値領域では、電動機を動力源とする過給を利用してタービン上流での排気圧力の上昇を抑制することができる。これにより、内燃機関の燃費向上を図ることができる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシステム構成を概略的に説明するための図である。 図１に示すシステムで用いられるエンジントルクの制御手法をエンジン運転領域との関係で説明するための図である。 本発明の実施の形態１に対する比較例を説明するための図である。 エンジントルクの各領域におけるＷＧＶの開度、電動機の出力、およびスロットル開度のそれぞれの制御特性を表した図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 図５に示すルーチンにおいて算出される各種マップの設定を表した図である。 本発明の実施の形態２において用いられるＷＧＶ開度および電動機出力のそれぞれの制御特性を表した図である。 燃費最適化の観点でトルク境界値ＴＱ４を設定する手法を説明するために用いる図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。

実施の形態１．
まず、図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１について説明する。
［実施の形態１のハードウェア構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を概略的に説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、内燃機関本体１２を備えている。内燃機関１０は、火花点火式エンジン（一例として、ガソリンエンジン）であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関本体１２の各気筒には、吸気通路１４および排気通路１６が連通している。

吸気通路１４の入口付近には、エアクリーナ１８が設けられている。エアクリーナ１８には、吸気通路１４を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ２０が設けられている。エアクリーナ１８よりも下流側の吸気通路１４には、吸入空気を過給するために、ターボ過給機２２のコンプレッサ２２ａが配置されている。ターボ過給機２２は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２２ｂを排気通路１６に備えている。コンプレッサ２２ａは、連結軸２２ｃを介してタービン２２ｂと一体的に連結されており、タービン２２ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

エアクリーナ１８よりも下流側であってコンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１４には、電動過給機２４のコンプレッサ２４ａが配置されている。コンプレッサ２４ａは、電動機２４ｂによって駆動される。電動機２４ｂは、バッテリ２６に接続されており、バッテリ２６の電力が電動機２４ｂの駆動電力として用いられる。より具体的には、オルタネータ２８にて発電された電力が、バッテリ２６を介してもしくは直接的に電動機２４ｂに供給可能となっている。電動過給機２４によれば、電動機２４ｂによりコンプレッサ２４ａを駆動することで吸入空気を過給することができる。また、コンプレッサ２４ａをバイパスする吸気バイパス通路３０と、吸気バイパス通路３０を開閉する吸気バイパスバルブ３２とが備えられている。吸気バイパスバルブ３２としては、例えば、バタフライ式の電動バルブを用いることができる。

コンプレッサ２２ａよりも下流側の吸気通路１４には、コンプレッサ２２ａ、もしくはコンプレッサ２２ａとコンプレッサ２４ａの双方によって圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラ３４が配置されている。インタークーラ３４よりも下流側の吸気通路１４には、吸気通路１４を開閉する電子制御式のスロットルバルブ３６が配置されている。スロットルバルブ３６よりも下流側の吸気通路１４は、吸気マニホールド３８として構成されており、吸入空気は、吸気マニホールド３８を介して各気筒に分配される。吸気マニホールド３８には、吸気圧力（より具体的には、吸気マニホールド圧力）を検出する吸気圧力センサ４０が取り付けられている。

各気筒からの排気ガスは、排気通路１６の排気マニホールド４２によって集められて下流側に排出される。排気通路１６には、タービン２２ｂをバイパスする排気バイパス通路４４が接続されている。排気バイパス通路４４には、排気バイパス通路４４を開閉するバイパスバルブとして、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）４６が配置されている。ＷＧＶ４６は、一例として電動式であり、所定の開度制御範囲内で任意の開度に調整可能に構成されている。ＷＧＶ４６の開度を変更することにより、タービン２２ｂを通過する排気の流量を調整してコンプレッサ２２ａの駆動力を調整することができる。また、タービン２２ｂよりも下流側の排気通路１６には、排気ガスを浄化するための触媒４８が配置されている。

さらに、本実施形態のシステムは、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０を備えている。ＥＣＵ５０は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、内燃機関１０もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関１０が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。ＥＣＵ５０が信号を取り込むセンサには、上述したエアフローメータ２０および吸気圧力センサ４０に加え、クランク軸の回転位置およびエンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ５２等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。上記センサには、バッテリ２６の充電状態（ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ５４、および、内燃機関１０を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するためのアクセル開度センサ５６も含まれる。ＥＣＵ５０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した電動機２４ｂ、オルタネータ２８、吸気バイパスバルブ３２、スロットルバルブ３６およびＷＧＶ４６に加え、各気筒の燃焼室内に燃料を供給するための燃料噴射弁５８、および、各燃焼室内の混合気に点火するための点火装置６０等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。メモリには、内燃機関１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

［実施の形態１におけるエンジントルクの制御手法］
（運転領域に応じたエンジントルクの制御手法の違い）
図２は、図１に示すシステムで用いられるエンジントルクの制御手法をエンジン運転領域との関係で説明するための図である。図２に示す関係に従うエンジントルク制御は、本実施形態では内燃機関１０が定常状態にある定常運転時に用いられる。定常状態とは、エンジン回転速度およびエンジントルクが時間の経過に対して一定で推移する状態のことである。ただし、上記関係に従うエンジントルク制御は、エンジン回転速度およびエンジントルクが時間の経過に対して変化する過渡状態に行われるようになっていてもよい。

（ＷＧＶ全開領域）
図２に示すように、低負荷（低エンジントルク）側の運転領域では、ＷＧＶ４６は開度制御範囲内での最大開度（全開開度）にて開かれた状態で、スロットルバルブ３６の開度調整によって吸入空気量が制御され、その結果としてエンジントルクが制御される。この運転領域（以下、「ＷＧＶ全開領域」と称する）では、空気流量が増えるためにターボ過給機２２による若干の過給が行われることになる一部の高エンジン回転速度領域を除き、吸入空気の過給が行われない。一方、ＷＧＶ全開領域では、吸入空気の過給が行われる。この場合には、エンジン運転領域に応じてシングル過給モードおよびツイン過給モードのうちの何れか一方が選択される。

（シングル過給領域）
ＷＧＶ全開領域よりも高負荷側（高エンジントルク側）には、シングル過給モードを利用するシングル過給領域が設定されている。シングル過給モードは、ターボ過給機２２のみを利用する過給モードである。シングル過給モードでは、電動機２４ｂへの通電が停止され、かつ、吸気バイパスバルブ３２が全開とされる。その結果、電動過給機２４のコンプレッサ２４ａが吸気抵抗となるのを回避しつつ、排気エネルギを利用してターボ過給機２２によって過給された吸気が各気筒の燃焼室に供給されるようになる。シングル過給モードが行われるシングル過給領域では、スロットルバルブ３６を全開に保持した状態で、ＷＧＶ４６の開度制御によって過給圧が制御され、その結果として、吸入空気量が変化してエンジントルクが制御される。

図２中に実線で示す曲線Ｃ１は、ＷＧＶ全開領域とシングル過給領域との境界を示す曲線であり、換言すると、ＷＧＶ全開領域においてスロットル開度を全開とした状態で最大のエンジントルク（後述のトルク境界値ＴＱ１に相当）が実現されるエンジン動作点を繋いで得られる曲線である。

（ツイン過給領域）
シングル過給領域よりも高回転高負荷側に位置する領域は、ツイン過給モードを利用するツイン過給領域として設定されている。ツイン過給モードは、スロットルバルブ３６を全開に保持した状態で、ターボ過給機２２とともに電動過給機２４を利用する過給モードである。ツイン過給モードでは、吸気バイパスバルブ３２が基本的に全閉にされた状態で電動機２４ｂへの通電が行われる。その結果、吸気通路１４に導入された吸気が電動過給機２４およびターボ過給機２２によって順に過給されたうえで各気筒の燃焼室に供給される。これにより、電動過給機２４を利用してターボ過給機２２による過給をアシストすることができる。以下、電動過給機２４を利用したターボ過給機２２による過給のアシストを単に「電動アシスト」と称する。

図２中に実線で示す曲線Ｃ２は、シングル過給モードもしくはツイン過給モードを利用する状態で最大のエンジントルクを発揮するエンジン動作点を繋いで得られる曲線である。なお、同図中に破線で示す曲線Ｃ３は、シングル過給領域とツイン過給領域との境界を示す曲線であり、図２上ではトルク境界値ＴＱ２（図４参照）の軌跡に相当する。

（ツイン過給モードの利点）
ＷＧＶ４６が閉じられている状態で高回転高負荷領域にてシングル過給モードを使用すると、過給圧およびタービン上流での排気圧力が高くなり、その結果、筒内から排出される排気ガスの温度（以下、単に「排気温度」と称する）が高くなるとともにポンプロスが増大する。そして、ポンプロスの増大により、シングル過給モードでのトルク限界付近のトルク領域でシングル過給モードが使用されると、後述の図３（Ａ）に示すように燃費が悪くなる。なお、シングル過給モードでのトルク限界は、排気温度、タービン上流の排気圧力もしくはポンプロス（本発明における「所定のパラメータに相当」）による制約によって定められる。後述のように本実施形態では、一例として、シングル過給モードでのトルク限界は、排気温度によって定められている。このシングル過給モードの下で限界となるトルク（本発明における「トルク指標値の上限値」に相当）は、排気温度等の上記所定のパラメータによる制約下でシングル過給モードを利用して発揮し得るエンジントルクの上限値として、実験等によって求めることができるものである。

ここで、ツイン過給モードを利用する（すなわち、電動アシストを行う）ことにより得られる基本的な効果について説明する。上記のように、ポンプロスの増大により、シングル過給モードでのトルク限界付近のトルク領域でシングル過給モードが使用されると、燃費が悪くなるといえる。これに対し、高回転高負荷領域において電動アシストを行うことにより、シングル過給モードであればターボ過給機２２が担うべき過給の一部を電動過給機２４が担うようにすることができる。これにより、ターボ過給機２２の負担を減らすことができるので、シングル過給モードでのエンジントルクと同一エンジントルクをＷＧＶ開度をより開いた状態で実現することができるので、排気圧力の上昇に起因するポンプロスの増大を抑制することができる。また、排気圧力の上昇に起因する排気温度の上昇を抑制することができる。このため、高回転高負荷領域を利用するときに、電動アシストを利用して燃費向上を図ることができる。しかしながら、電動アシストの利用による燃費向上効果を有効に引き出すためには、以下に説明するように、電動アシストを行う際のＷＧＶ開度の設定が重要となる。

（比較例の説明）
ここで、ツイン過給領域を使用する場合のＷＧＶ開度および電動機出力の単純な制御手法としては、以下に図３を参照して説明する比較例が考えられる。すなわち、高トルク領域において電動アシストを行う場合には、この比較例に示すように、シングル過給領域においてエンジントルクが高いほどＷＧＶ開度を小さくするようにし、かつ、ＷＧＶ開度がシングル過給モードでのトルク限界に対応する最小開度に到達するときのエンジントルクであるＴＱ３以上のトルク領域にてＷＧＶ開度を上記最小開度にて一定としつつ電動アシストを行うことが考えられる。

既述したように、シングル過給モードでのトルク限界付近のトルク領域は、燃費が元々良くない領域であるといえ、そして、電動アシストを行ってターボ過給機２２の負担を減らすことは基本的に燃費向上を図るうえで有効である。しかしながら、図３に示す比較例のように、シングル過給モードでのトルク限界に到達してから電動アシストを行うという制御手法が用いられていると、ツイン過給領域ではＷＧＶ開度が一定の下でエンジントルクの増大に伴って電動機出力が増やされることになる。その結果、タービン２２ｂに流入する排気の流量の増加によってタービン上流での排気圧力（排気マニホールド圧力）が過剰に大きくなってしまう。このことはポンプロスの増大に繋がるので、電動アシストによる燃費向上効果を効果的に引き出せなくなってしまう。また、排気温度の上昇を抑制できなくなってしまう。

（実施の形態１における特徴的なエンジントルクの制御手法）
本実施形態のシステムは、ツイン過給領域でのＷＧＶ４６の開度および電動過給機２４の出力の制御手法に特徴を有している。図４は、エンジントルクの各領域におけるＷＧＶ４６の開度、電動機２４ｂの出力、およびスロットル開度のそれぞれの制御特性を表した図である。図４は、ツイン過給モードを利用する高エンジン回転速度領域における同一エンジン回転速度（一例として、図２中に示すＮＥ１）条件での設定を示している。

より具体的には、図４（Ａ）は、定常状態におけるエンジントルクとＷＧＶ開度との関係を示し、図４（Ｂ）は、定常状態におけるエンジントルクと電動機出力との関係を示している。図４において、トルク境界値ＴＱ１よりも低いトルク領域は上述したＷＧＶ全開領域に対応している。図４（Ｃ）に示すように、ＷＧＶ全開領域では、ＷＧＶ開度が開度制御範囲上の最大開度（全開開度）で一定とされた状態で、エンジントルクが高いほどスロットル開度が大きくなるように制御される。スロットル開度は、エンジントルクがトルク境界値ＴＱ１となるときに全開開度となる。

トルク境界値ＴＱ１以上であってトルク境界値ＴＱ２未満のトルク領域は上述したシングル過給領域に対応している。シングル過給領域では、スロットル開度は全開開度に維持される。ＷＧＶ開度は、トルク境界値ＴＱ２を上限として、エンジントルクの増加に伴って小さくなるように制御される。また、シングル過給領域では、電動機出力はゼロとされている（すなわち、電動機２４ｂへの通電は行われない）。

トルク境界値ＴＱ２以上となるトルク領域は上述したツイン過給領域に対応している。ツイン過給領域でも、スロットル開度は全開開度に維持される。トルク境界値ＴＱ２では電動機出力がＰ１に設定される。Ｐ１は、トルク境界値ＴＱ２が得られる吸入空気量の下でコンプレッサ２４ａの存在が吸気抵抗とならないようにするために必要とされるコンプレッサ回転速度を発揮するために必要とされる電動機出力である。付け加えると、Ｐ１よりも電動機出力が高められると、コンプレッサ２４ａが外部への仕事を行う（すなわち、過給を開始する）ことになる。

ツイン過給領域では、トルク境界値ＴＱ２を超えると電動機出力がＰ１よりも高められ、これにより、電動過給機２４を利用した過給が加わる。電動機出力は、図４（Ａ）に示す特性に従うＷＧＶ開度の制御の下で図４の横軸のエンジントルクに合致したエンジントルクを発揮できるように制御される。具体的には、電動機出力は、エンジントルクが高いほど大きくなるように制御される。一方、ＷＧＶ開度は、トルク境界値ＴＱ２での開度であるＷＧＶ１を最小値として、エンジントルクの増加に伴って大きくなるように制御される。なお、図４（Ａ）に示すＷＧＶ４６の制御特性では、トルク境界値ＴＱ２以上のトルク領域（ツイン過給領域）は、本発明における「増加領域」に相当している。

（実施の形態１の制御手法の利点と詳細）
上記比較例とは異なり、図４に示す本実施形態の制御特性によれば、ツイン過給領域はＷＧＶ開度に関して「増加領域」とされ、エンジントルクが高いほどＷＧＶ開度がＷＧＶ１と比べてより開かれるようになっている。これにより、エンジントルクの増大に伴う電動機出力の増加に起因する排気圧力の上昇を抑制することができる。このため、電動アシストを利用して燃費を向上させることができる。また、排気温度の上昇を抑制することができる。

次に、図４（Ａ）に示すＷＧＶ開度の制御特性における変曲点（シングル過給領域とツイン過給領域とのトルク境界値ＴＱ２が得られるエンジン動作点）は、図２に示すエンジン運転領域上において曲線Ｃ３で示すように、エンジン回転速度に応じて変化するものである。図２に示すように、トルク境界値ＴＱ２は、エンジン回転速度との関係では、エンジン回転速度が高いほど低くなるように設定されている。より具体的に説明すると、本実施形態では、トルク境界値ＴＱ２は、シングル過給領域においてエンジントルクが高いほどＷＧＶ開度を小さくしていった際に、排気温度が所定の上限温度に達するＷＧＶ開度（ＷＧＶ１）が得られるときのエンジントルクとして設定されている。排気温度が上限温度に達するエンジントルクは、エンジン回転速度が高いほど低くなる。したがって、このような排気温度による制約の観点でトルク境界値ＴＱ２を設定するときには、上述の傾向のように、トルク境界値ＴＱ２はエンジン回転速度が高いほど低くなる。このような設定によれば、排気温度を考慮して、トルク境界値ＴＱ２を適切に設定することができる。また、このような設定によれば、シングル過給モードの利用時に排気温度の観点で限界となるエンジントルク（ＴＱ２）までシングル過給モードの利用を継続しているので、電動過給機２４を利用するトルク領域を狭くすることができる。これにより、電動過給機２４の消費電力を抑制することができる。

次に、ツイン過給領域におけるＷＧＶ開度の開き方の好ましい設定例について説明する。本実施形態の図４（Ａ）におけるツイン過給領域でのＷＧＶ開度は、排気温度が上記の上限温度を維持する態様で、エンジントルクの増大に伴って開くように設定されている。このような配慮がなされた図４（Ａ）に示す設定よりも緩やかな傾きでＷＧＶ開度が変化する設定が用いられると、排気温度が上限温度を超えてしまう。逆に、図４（Ａ）に示す設定よりも急な傾きでＷＧＶ開度が変化する設定が用いられると、タービン２２ｂに供給される排気エネルギが少なくなるため、電動過給機２４の消費電力の増加を招いてしまう。以上のことから、図４（Ａ）に示すＷＧＶ開度の設定によれば、排気温度が上限温度を超えないようにしつつ、電動過給機２４の消費電力の増加を抑制することができる。

（実施の形態１における具体的な処理）
図５は、エンジントルクを制御するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図６は、図５に示すルーチンにおいて算出される各種マップの設定を表した図である。なお、本ルーチンは、内燃機関１０が定常状態にある定常運転中に起動され、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、ステップ１００において、アクセル開度センサ５６により検出されるアクセル開度に基づいて、現在の要求エンジントルクを計算する。次いで、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２に進み、クランク角センサ５２を用いて現在のエンジン回転速度を計測する。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４に進み、現在の定常運転下での目標吸気マニホールド圧力（過給時であれば目標過給圧に相当）を計算する。ＥＣＵ５０が記憶する目標吸気マニホールド圧力マップは、要求エンジントルクとエンジン回転速度との関係で目標吸気マニホールド圧力を定めたものであり、図６（Ａ）に示すように、要求エンジントルクが高いほど目標吸気マニホールド圧力が高くなり、かつ、エンジン回転速度が高いほど目標吸気マニホールド圧力が高くなるように設定されている。ＥＣＵ５０は、このようなマップを参照して、ステップ１００および１０２にて取得された要求エンジントルクとエンジン回転速度とに対応する目標吸気マニホールド圧力を取得する。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１０６に進み、現在の定常運転下での目標スロットル開度を、ステップ１００および１０２にて取得した要求エンジントルクとエンジン回転速度とに基づいて計算する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転速度とトルク境界値ＴＱ１との関係（図２中の曲線Ｃ１参照）を定めたマップ（図示省略）を記憶しており、そのようなマップを参照して、現在のエンジン回転速度に対応するトルク境界値ＴＱ１を算出する。ＥＣＵ５０は、要求エンジントルクがトルク境界値ＴＱ１以上であるときは、目標スロットル開度として全開開度を設定する。一方、要求エンジントルクがトルク境界値ＴＱ１未満であるときは、要求エンジントルクおよびエンジン回転速度と目標スロットル開度との関係を定めたマップ（図示省略）に従って目標スロットル開度を全開開度未満の値として算出する。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１０８に進み、現在の定常運転下での目標ＷＧＶ開度を計算する。ＥＣＵ５０が記憶する目標ＷＧＶ開度マップは、目標吸気マニホールド圧力とエンジン回転速度との関係で目標ＷＧＶ開度を定めたものであり、図６（Ｂ）に示すような傾向で目標ＷＧＶ開度が全開開度（開度制御範囲上の最大開度）から全閉開度（開度制御範囲上の最小開度）までの範囲内の値で設定されている。ここで、吸気マニホールド圧力とエンジントルクとは比例関係にある。このため、図６（Ｂ）に示すマップの設定は、上述した図４（Ａ）に示すＷＧＶ４６の制御特性と相関のとれたものとなる。

より具体的には、図６（Ｂ）中にハッチングを付して示す領域は、図２に示すＷＧＶ全開領域と対応している。図６（Ｂ）のマップにおいて破線で示す曲線Ｃ４は、図４（Ａ）に示す変曲点（すなわち、トルク境界値ＴＱ２が得られる動作点）の軌跡に相当する。ハッチングを付していない領域のうち、曲線Ｃ４に対して低目標吸気マニホールド圧力側の領域は、シングル過給領域に対応している。曲線Ｃ４に対して高目標吸気マニホールド圧力側の領域は、ツイン過給領域に対応しており、この領域では、目標吸気マニホールド圧もしくはエンジン回転速度が高いほど目標ＷＧＶ開度が大きくなる（開き側の値となる）ように設定されている。また、図６（Ｂ）においては、一例として、図２中に示すエンジン回転速度ＮＥ１におけるエンジントルクと目標吸気マニホールド圧力との関係を示している。

以上説明した図６（Ｂ）のマップを参照して得られる目標ＷＧＶ開度となるようにＷＧＶ開度を制御することは、図４（Ａ）に示す制御特性に従ってＷＧＶ４６を制御することに相当する。ＥＣＵ５０は、このようなマップを参照して、ステップ１０４および１０２にて取得された目標吸気マニホールド圧力とエンジン回転速度とに対応する目標ＷＧＶ開度を取得する。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１１０に進み、現在の定常運転下での目標電動機出力を計算する。ＥＣＵ５０が記憶する目標電動機出力マップは、目標吸気マニホールド圧力とエンジン回転速度との関係で目標電動機出力を定めたものであり、図２に示すツイン過給領域に対応する領域において図６（Ｃ）に示すような傾向で目標電動機出力が設定されている。このマップ中に「０％出力」と付されたラインは、電動機２４ｂの消費電力がゼロとなるラインではなく、コンプレッサ２４ａが外部に行う仕事がゼロから正に転じるラインに相当する。また、目標ＷＧＶ開度マップに対して上述したのと同じ理由により、目標電動機マップは、図４（Ｂ）に示す電動機出力の制御特性と相関のとれたものとなる。より具体的には、このマップにおいて「０％出力」と付されたラインは、トルク境界値ＴＱ２が得られる動作点を通ることになる。したがって、このマップを参照して得られる目標電動機出力となるように電動機出力を制御することは、図４（Ｂ）に示す制御特性に従って電動機出力を制御することに相当する。ＥＣＵ５０は、このようなマップを参照して、ステップ１０４および１０２にて取得された目標吸気マニホールド圧力とエンジン回転速度とに対応する目標電動機出力を取得する。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１１２に進み、ステップ１０６〜１１０の処理により算出した目標スロットル開度、目標ＷＧＶ開度および目標電動機出力が得られるように、スロットルバルブ３６、ＷＧＶ４６および電動機２４ｂを制御する。以上説明した図５に示すルーチンによれば、定常運転下において、スロットル開度、ＷＧＶ開度および電動機出力をそれぞれの目標値近傍の値で維持することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、シングル過給モードでの限界となるエンジントルクであるＴＱ２をシングル過給領域とツイン過給領域との境界（トルク境界値）としている。しかしながら、上記境界となるエンジントルクは、ＴＱ２よりも低いエンジントルク（例えば、後述のＴＱ４）であってもよい。

なお、上述した実施の形態１においては、ターボ過給機２２が本発明における「第１過給手段」に、電動過給機２４が本発明における「第２過給手段」に、トルク境界値ＴＱ２が本発明における「第１境界値」に、シングル過給領域が本発明における「第１のトルク指標値領域」に、ツイン過給領域が本発明における「第２のトルク指標値領域」および「増加領域」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０がステップ１１２の処理を実行することにより本発明における「第１の制御手段」および「第２の制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７から図９を新たに参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態は、上述した内燃機関１０において、図４に示す制御特性に代えて図７に示す制御特性が用いられるという点において、実施の形態１と相違している。また、本実施形態では、図８に示すトルク境界値ＴＱ４の設定を利用する関係上、ツイン過給領域ではオルタネータ２８にて発電を行いながら、発電された電力が電動過給機２４に直接的に供給されるようになっているものとする。

［実施の形態２におけるエンジントルクの制御手法］
図７は、本発明の実施の形態２において用いられるＷＧＶ開度および電動機出力のそれぞれの制御特性を表した図である。なお、図７中の実線は、ツイン過給モードを利用可能な場合のものであり、同図中の破線は、トルク境界値ＴＱ４を超えた後にもシングル過給モードを利用する場合のものである。ただし、例外的な場合、すなわち、電動アシストの利用が制限される状況（後述）が生じた場合には、本来的にはツイン過給領域に含まれるトルク境界値ＴＱ４からＴＱ２のトルク領域においてシングル過給モードが使われることがある。また、図７に示す制御特性では、シングル過給モードでのトルク限界は、実施の形態１と同様に排気温度の制約で決められている。

（実施の形態２における特徴的なエンジントルクの制御手法）
実施の形態１において図３を参照して既述した理由（ポンプロスの増大）だけでなく、シングル過給モードでのエンジントルクの限界付近では、次のような理由も含めて図７（Ｅ）中に破線で示すように燃費が悪くなる。すなわち、シングル過給モードでのトルク限界付近では、タービン上流での排気圧力が高いために筒内に残留するガス量が多くなり、エンジンサイクルの初期温度が高くなる。その結果、ノックが発生し易くなる。このため、図７（Ｄ）中の破線が示すように、ノック発生の抑制のために点火時期を最適点火時期よりも大きく遅角することが必要とされる。

そこで、本実施形態では、上記２つの燃費悪化要因を考慮して、シングル過給モードでのトルク限界付近での更なる燃費向上のために、ＷＧＶ開度および電動機出力のそれぞれの制御特性が次のように設定されている。すなわち、図７（Ｂ）に示すように、電動機出力の制御特性は、シングル過給モードでの限界トルクであるＴＱ２よりも低いエンジントルクＴＱ４が、シングル過給領域とツイン過給領域との境界（トルク境界値）とされている。電動機出力は、図７（Ａ）に示すＷＧＶ開度の制御特性の下で図７の横軸のエンジントルクに合致したエンジントルクを発揮できるような値で、エンジントルクが高いほど大きくなるように制御される。

そして、図７（Ａ）に示すように、ＷＧＶ開度の制御特性は、トルク境界値ＴＱ４よりも高トルク側に、エンジントルクの変化に対してＷＧＶ開度が一定で推移する「一定領域（ＴＱ４〜ＴＱ５）」を備えている。この「一定領域」の上限となるエンジントルク（トルク境界値）ＴＱ５は、図７（Ｃ）に示すように、ＷＧＶ開度を一定としつつ電動機出力を増やしていった際に排気温度が上限温度に到達するときのエンジントルク値に相当する。なお、上記「一定領域」は、エンジントルクの変化に対してＷＧＶ開度が厳密に一定で推移する領域に限らず、エンジントルクの変化に対してＷＧＶ開度が実質的に一定で推移する領域であってもよい。

トルク境界値ＴＱ５よりも高トルク側の領域は、図７（Ａ）に示すように、エンジントルクの増加に伴ってＷＧＶ開度が増加する「増加領域」として設定されている。より具体的には、この領域でのＷＧＶ開度の開き方は、実施の形態１の図４（Ａ）に示す制御特性でのトルク境界値ＴＱ２よりも高トルク側の「増加領域」での開き方と同じ考えに基づくものである。すなわち、排気温度を上限温度で維持するために必要なＷＧＶ開度が選択され、かつ、そのＷＧＶ開度の下で図７の横軸のエンジントルクに合致したエンジントルクを発揮するために必要な電動機出力が選択される。

（点火時期制御）
図７に示す制御特性によれば、ツイン過給領域のうちのトルク境界値ＴＱ４からＴＱ２までのトルク領域においては、シングル過給モードでの限界トルクよりも低いトルク境界値ＴＱ４に対応するＷＧＶ開度よりも大きなＷＧＶ開度を使用して電動アシストが行われる。これにより、シングル過給モードの使用時と比べて、タービン上流での排気圧力の上昇を抑制してポンプロスを低減することができる。排気圧力の上昇抑制により、筒内に残留するガス量が燃焼するので、筒内温度が低下する。その結果、ノックが発生しにくくなる。このため、図７に示す制御特性に従うツイン過給モードによれば、ノック発生の抑制の観点での点火時期の遅角を回避し、もしくはその遅角量を少なくとも減らすことができる。したがって、トルク領域（ＴＱ４〜ＴＱ２）において、図７（Ｄ）に示すようにシングル過給モードと比べて点火時期を進角できるようになる。

そこで、本実施形態では、トルク境界値ＴＱ４からＴＱ２のトルク領域において電動アシストを利用可能な場合には、電動アシストの利用が制限される場合（すなわち、シングル過給モードを利用する必要がある場合）と比べて、当該トルク領域における各エンジントルクでの点火時期を進角させることとした。

（ＴＱ４の設定手法）
シングル過給領域とツイン過給領域との境界におけるトルク境界値ＴＱ４は、例えば、以下に図８を参照して説明する手法によって設定することができる。トルク境界値ＴＱ４の設定手法自体は、必ずしも下記の手法に限られず、トルク境界値ＴＱ４は、例えば、図７に示す制御特性が結果的にそのようになっているように、シングル過給モードの使用時に燃料消費量が最低となる辺りのエンジントルク値であってもよい。以下に説明する設定手法は、本実施形態のシステムと同様に、オルタネータ２８によって発電された電力を直接的に利用して電動アシストを行う構成を採用している場合において燃費向上を図るうえで効果的な手法である。

図８は、燃費最適化の観点でトルク境界値ＴＱ４を設定する手法を説明するために用いる図である。図８に示す関係は、定常運転時に過給を必要とする高回転高負荷側のエンジン運転領域を想定したものである。

まず、図８（Ａ）は、燃料がエンジントルクを発生するために使用され、かつ、電動過給機２４で消費される電力を発生させるためには使用されないと仮定した条件での燃料消費量と電動機２４ｂの消費電力との関係を表したものである。このような条件としては、電動アシストのために、例えば、ＷＧＶ全開領域においてバッテリ２６に充電された電力が使用されるとき、または、車両の外部からバッテリ２６に供給された電力が使用されるときが該当する。

図８（Ａ）に示す条件では、燃料消費量は、電動機２４ｂの消費電力が大きいほど少なくなる。その理由は次の通りである。すなわち、ターボ過給機２２に過給のための仕事をさせると、タービン上流での排気圧力が上昇し、このことはポンプロスの増大に繋がる。これに対し、ターボ過給機２２が担う仕事を電動過給機２４に負担させることとすると、ターボ過給機２２の仕事の軽減によってポンプロスの低減を図ることができる。このため、電動機２４ｂの消費電力が大きいほど（すなわち、電動過給機２４が負担する仕事量が多いほど）燃料消費量が少なくなる。

一方、図８（Ｂ）は、オルタネータ２８によって発電された電力をバッテリ２６を介さずに直接的に電動機２４ｂに供給して電動アシストを行った場合のものである。図８（Ｂ）中の実線と図８（Ａ）中の実線とはエンジントルクおよびエンジン回転速度が同一となる条件でのものである。図８（Ｂ）中の実線の場合には、図８（Ａ）の場合とは異なり、消費電力の増加とともに一律に燃料消費量が少なくなるのではなく、燃料消費量が最小となる点が存在する。この最小点よりも消費電力が大きくなる領域で電動アシストを行うと、電動アシストに必要な電力の発電に要する燃料の消費増加が電動アシストによる燃料消費の抑制効果を打ち消すように作用するため、燃料消費量が増加してしまう。

図８（Ｂ）中に実線で示す波形のように燃料消費量の最小点が存在する波形は、過給領域内のどのような動作点であっても得られるものではなく、図８（Ｂ）中に示す直線Ｌを下回る波形が得られる動作点でのものである。より具体的には、図８（Ｂ）中に破線で示す波形は、同図中に実線で示す波形と比べてエンジントルクが低い動作点で得られるものである。この動作点では、電動アシストを行ったとしても燃料消費量を低減するメリットは得られないため、電動アシストを行わない方が燃料消費量との関係では好ましくなる。高エンジン回転速度領域において過給が必要とされる場合には、エンジントルクが高くなるにつれ、図８（Ｂ）中の破線から実線に向かって波形が変化していくことになる。その変化の過程で直線Ｌを下回る波形が得られるようになる。したがって、そのような波形が得られるエンジントルクをトルク境界値ＴＱ４とし、このＴＱ４以上のエンジントルクにて電動アシストを行うようにすれば、電動機２４ｂの消費電力を考慮しても燃料消費量が良くなる態様で電動アシストを行えるようになる。

以上のことから、オルタネータ２８によって発電された電力を直接的に利用して電動アシストを行う構成の場合には、直線Ｌを下回る波形が得られるエンジントルクをトルク境界値ＴＱ４とすることが燃料消費量の低減を図るという観点では好ましいことが分かる。また、このような観点で決定されるトルク境界値ＴＱ４は、エンジン回転速度が変化すると変化し、より具体的には、エンジン回転速度が高いほど低くなる。このため、エンジン回転速度に対する変化の傾向としては、トルク境界値ＴＱ４は実施の形態１で用いたトルク境界値ＴＱ２と同様になる。このような特性を有するトルク境界値ＴＱ４を事前に求めてエンジン回転速度との関係でマップ化しておくことにより、燃費向上の観点で電動アシストを行うことが好ましいエンジントルクの下限に相当するトルク境界値ＴＱ４をエンジン運転領域内で特定できるようになる。

また、図８（Ｂ）中の実線の波形のように燃料消費量に最小点が存在する場合において、当該最小点が得られる消費電力の値（燃費最小電力値）は、エンジントルクおよびエンジン回転速度が変化することで変化する。図７（Ｂ）に示す電動機出力（消費電力）の波形は、同一エンジン回転速度の下で、各エンジントルクに対応する燃費最小電力値を繋いで得られるものに相当する。すなわち、図７（Ｂ）に示す電動機出力の制御特性には、図８を参照して上述した思想が反映されている。

（実施の形態２の制御手法の利点）
以上説明したように、図７（Ａ）の制御特性には、トルク境界値ＴＱ４よりも高トルク側に、シングル過給モードでの限界トルクよりも低いエンジントルクに対応するＷＧＶ開度（すなわち、限界トルクに対応するＷＧＶ開度よりも大きなＷＧＶ開度）にてＷＧＶ開度が一定で推移する「一定領域」が設けられている。さらに、「一定領域」に続くトルク領域として、エンジントルクが高いほどＷＧＶ開度が大きくなる「増加領域」が設けられている。そして、図７（Ｂ）に示す制御特性におけるトルク境界値ＴＱ４よりも高トルク側では、電動アシストが行われるようになっている。

図７に示す制御特性の設定によれば、シングル過給モードのトルク限界までシングル過給モードを利用する場合と比べて、タービン上流での排気圧力の上昇を抑制してポンプロスの低減を図ることができるので、燃費をより向上させることができる。より具体的には、シングル過給モードでのトルク限界付近ではポンプロスが増大するため、シングル過給モードが使用されると燃料消費量が増加する。その一方で、シングル過給モードでの限界トルクよりも低トルク側には、図７（Ｅ）中に破線で示すように、燃料消費量が少なくなるトルク領域がある。したがって、シングル過給モードでの限界トルクよりも低トルク側に存在する低燃費領域内でトルク境界値ＴＱ４を設定すれば、燃費向上を図ることができるようになる。そして、そのような燃費向上の効果は、図８に示す燃費最適化に配慮したトルク境界値ＴＱ４の設定が加わることで、より有効に得られるようになる。

また、図７（Ａ）に示すＷＧＶ開度の制御特性では、図４（Ａ）に示す制御特性とは異なり、「一定領域」が設けられている。このようにＷＧＶ開度を一定とすることで、ＷＧＶ開度と電動機出力の双方を制御する場合と比べて、制御の複雑化を回避することができる。また、一定領域が設定されているような高トルク領域でのＷＧＶ開度を、一定もしくは実質的に一定の範囲を超えて、シングル過給領域におけるエンジントルクの変化に対するＷＧＶ開度の変化の割合よりは緩やかな減少率であってもエンジントルクが高いほどＷＧＶ開度が小さくなるように設定することは、ポンプロスの悪化を招くことになる。このため、燃費向上の観点からも、このトルク領域は「一定領域」とするのがよい。さらに、ツイン過給モードの使用時に排気温度が上限温度に到達するトルク境界値ＴＱ５以上のトルク領域がＷＧＶ開度の設定に関して「増加領域」となっているので、排気温度が上限温度を超えて上昇することを抑制することができる。

さらに、本実施形態では、トルク境界値ＴＱ４からＴＱ２のトルク領域において電動アシストを利用可能な場合には、電動アシストの利用が制限される場合（すなわち、シングル過給モードを利用する必要がある場合）と比べて、当該トルク領域における各エンジントルクでの点火時期が進角される。このような点火時期の進角の作用によって、上記トルク領域での燃費をより効果的に向上させられるようになる。また、点火時期の進角によって、当該進角を行わない場合と比べて、発生するエンジントルクを高めることができるので、同一のエンジントルクを実現するために必要とされる電動機出力を低減できるようになる。

（実施の形態２における具体的な処理）
定常運転時に図７に示す制御特性を利用してエンジントルクを制御するためのＥＣＵ５０の制御は、図６に示す目標ＷＧＶ開度マップおよび目標電動機出力マップを図７に示す定常特性が反映されたものに置き換えたうえで図５に示すルーチンと同様の処理をＥＣＵ５０に実行させることによって実現することができる。

図９は、ＴＱ４〜ＴＱ２のトルク領域における上述した点火時期制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行するルーチンを示すフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行されるものとする。

図９に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、ステップ２００において、現在の要求トルクがＴＱ４〜ＴＱ２のトルク領域内にあるか否かを判定する。その結果、本判定が成立する場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ２０２に進み、電動過給機２４が使用可能であるか否かを判定する。電動過給機２４の利用が制限される場合としては、例えば、ＳＯＣセンサ５４によって検出されたバッテリ２６の蓄電量が所定レベルよりも低いために、オルタネータ２８で発電した電力を電動過給機２４以外の機器にて使用することを優先する必要が生じた場合が該当する。また、電動過給機２４の利用は、電動機２４ｂの温度の観点での制約によって制限される場合もある。電動過給機２４の利用が制限されてシングル過給モードが選択された場合には、図７中に破線で示す波形が適用されることになり、この場合のエンジントルクの上限値であるＴＱ２が本発明における「トルク指標値の上限値」に該当する。また、ツイン過給モード使用時の一定領域で用いられるＷＧＶ開度は、トルク境界値ＴＱ４以上のトルク領域でシングル過給モードが選択された場合のＷＧＶ開度よりも大きくなる。

ステップ２０２において電動過給機２４の使用が不可であると判定した場合、すなわち、例外的にシングル過給モードを使用する必要がある場合には、ＥＣＵ５０はステップ２０４に進む。ステップ２０４では、遅角マップが点火時期制御のために使用される。ここでいう遅角マップとは、シングル過給モードの下でＴＱ４〜ＴＱ２のトルク領域にてノックの発生を抑制することを考慮しつつ、要求エンジントルクとエンジン回転速度との関係で基本点火時期を定めたマップである。

一方、ステップ２０２において電動過給機２４の使用が可能であると判定した場合、すなわち、当初の設計通りにツイン過給モードを使用する場合には、ＥＣＵ５０はステップ２０６に進む。ステップ２０６では、進角マップが点火時期制御のために使用される。ここでいう進角マップとは、ツイン過給モードの下でＴＱ４〜ＴＱ２のトルク領域にてノックの発生を抑制することを考慮しつつ、要求エンジントルクとエンジン回転速度との関係で基本点火時期を定めたマップである。上述のように、図７に示す制御特性に従うツイン過給モードによれば、ノック発生の抑制の観点での点火時期の遅角を回避し、もしくはその遅角量を少なくとも減らすことができる。このため、ノックの発生が懸念される高負荷高回転領域における同一エンジン動作点に関し、進角マップに定められている基本点火時期は、遅角マップに定められている基本点火時期よりも進角側の値に設定されている。

なお、本実施形態における点火時期制御は、電動過給機２４が使用可能か否かに応じて選択される遅角マップもしくは進角マップに従う基本点火時期に基づく制御をベースとして、一般的な最適点火時期制御の実行を伴うものである。この最適点火時期制御とは、ノックを検出するためのノックセンサ（図示省略）などを用いてノックの発生頻度およびノック強度が基準値を超えないように点火時期を補正しつつ、点火時期をできるだけ最適点火時期に近づけるという制御である。

ところで、上述した実施の形態２においては、シングル過給モードの使用時に排気温度の制約によって定まる限界トルクよりも低いエンジントルクであるＴＱ４を、シングル過給領域とツイン過給領域との境界（トルク境界値）としている。しかしながら、本発明における「第１境界値」に相当する当該境界は、排気温度以外の所定のパラメータの制約によって定めるものであってもよく、具体的には、例えば、タービン上流の排気圧力、もしくは、内燃機関のポンプロスであってもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、トルク境界値ＴＱ４が本発明における「第１境界値」に、トルク境界値ＴＱ５が本発明における「第２境界値」に、シングル過給モードが本発明における「非電動アシスト過給モード」に、ツイン過給モードが本発明における「電動アシスト過給モード」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０がステップ２００および２０２の判定がともに成立する場合にステップ２０６の処理を実行することにより本発明における「点火時期制御手段」が実現されている。

ところで、実施の形態１においては、ＷＧＶ開度に関する「増加領域」の下限（実施の形態１の場合には、シングル過給領域とツイン過給領域との境界にも相当）を排気温度の観点でトルク境界値ＴＱ２に設定し、一方、実施の形態２においては、ツイン過給モードの使用時に排気温度が上限温度に到達するエンジントルクであるトルク境界値ＴＱ５に設定している。このように、どちらも排気温度に基づいて「増加領域」の下限となるエンジントルクが設定されている。しかしながら、本発明における「増加領域」の下限は、排気温度に基づいて設定されるものに限らず、例えば、タービン上流の排気圧力、もしくは内燃機関のポンプロスに基づいて設定されるものであってもよい。より具体的には、実施の形態１の場合には、トルク境界値ＴＱ２に代え、タービン上流の排気圧力もしくはポンプロスの観点での制約を考慮して求めたトルク境界値ＴＱ２’が「増加領域」の下限として設定されていてもよい。実施の形態２の場合には、トルク境界値ＴＱ５に代え、タービン上流の排気圧力もしくはポンプロスの観点での制約を考慮して求めたトルク境界値ＴＱ５’が「増加領域」の下限として設定されていてもよい。

また、実施の形態１および２においては、本発明における「内燃機関のトルク指標値」として「エンジントルク」そのものを使用した例について説明を行った。しかしながら、このトルク指標値は、エンジントルクと相関のあるものであれば、エンジントルク以外に、例えば、吸気圧力、エンジン負荷率あるいは吸入空気量であってもよい。

また、実施の形態１および２においては、コンプレッサ２２ａよりも上流側の吸気通路１４にコンプレッサ２４ａを直列に備えるという態様でターボ過給機２２と電動過給機２４とを備える内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明の対象となる内燃機関では、上記態様以外に、ターボ過給機のコンプレッサと電動過給機のコンプレッサとを吸気通路に並列に備えられていてもよいし、あるいは、ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側の吸気通路に電動過給機のコンプレッサが備えられていてもよい。また、ターボ過給機とは別に備えられる電動過給機は、電動アシストターボ過給機であってもよい。

また、実施の形態１および２においては、ターボ過給機２２と電動過給機２４とを備える内燃機関１０を例に挙げて説明を行った。しかしながら、本発明における「第１過給手段」および「第２過給手段」は、上記の態様に代え、１つの電動アシストターボ過給機によって実現されるものであってもよい。より具体的には、ここでいう電動アシストターボ過給機としては、例えば、排気通路に配置されるタービンと、吸気通路に配置されるコンプレッサと、タービンとコンプレッサとの間に配置される電動機とを備える構成（すなわち、タービンとコンプレッサとを連結する連結軸が電動機のロータとして機能する構成）を備え、電動機を作動させることによりコンプレッサを駆動可能なターボ過給機が該当する。そして、電動アシストターボ過給機のみを備えた内燃機関の場合にも、図４（Ｂ）もしくは図７（Ｂ）に示すものと同じ思想に基づく制御特性を利用して、電動アシストターボ過給機が備える電動機を制御するとともに、図４（Ａ）もしくは図７（Ａ）に示すものと同じ思想に基づく制御特性を利用して、ウェイストゲートバルブを制御すればよい。

また、実施の形態１および２においては、火花点火式エンジンであるガソリンエンジンを対象とした制御について説明を行ったが、本発明の制御は、上述した点火時期の制御を除いて、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火式エンジンに適用してもよい。

１０ 内燃機関
１２ 内燃機関本体
１４ 吸気通路
１６ 排気通路
１８ エアクリーナ
２０ エアフローメータ
２２ ターボ過給機
２２ａ ターボ過給機のコンプレッサ
２２ｂ ターボ過給機のタービン
２２ｃ ターボ過給機の連結軸
２４ 電動過給機
２４ａ 電動過給機のコンプレッサ
２４ｂ 電動過給機の電動機
２６ バッテリ
２８ オルタネータ
３０ 吸気バイパス通路
３２ 吸気バイパスバルブ
３４ インタークーラ
３６ スロットルバルブ
３８ 吸気マニホールド
４０ 吸気圧力センサ
４２ 排気マニホールド
４４ 排気バイパス通路
４６ ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４８ 触媒
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２ クランク角センサ
５４ ＳＯＣセンサ
５６ アクセル開度センサ
５８ 燃料噴射弁
６０ 点火装置

Claims (8)

1. 内燃機関の排気通路に配置されるタービンにより回収される排気エネルギを動力源として吸入空気を過給する第１過給手段と、
   電動機を動力源として吸入空気を過給する第２過給手段と、
   前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
   前記排気バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
   を備える前記内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   エンジントルクと相関を有するトルク指標値が第１境界値未満となる第１のトルク指標値領域において、前記ウェイストゲートバルブの開度がエンジントルクの増加に伴って減少するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御する第１の制御手段と、
   前記トルク指標値が前記第１境界値以上となる第２のトルク指標値領域に含まれる増加領域において、エンジントルクの増加に伴って前記ウェイストゲートバルブの開度が増加するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御するとともに、前記第２のトルク指標値領域において、過給のために前記電動機を作動させる第２の制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第２の制御手段は、前記第２のトルク指標値領域の全体を前記増加領域として、エンジントルクの増加に伴って前記ウェイストゲートバルブの開度が増加するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御す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. 前記第２のトルク指標値領域は、前記トルク指標値が前記第１境界値以上であって第２境界値未満となる一定領域と、前記トルク指標値が前記第２境界値以上となるトルク指標値領域としての前記増加領域とを含み、
   前記第２の制御手段は、前記一定領域において、エンジントルクの変化に対して前記ウェイストゲートバルブの開度が一定もしくは実質的に一定で推移するように当該ウェイストゲートバルブの開度を制御し、
   前記第１境界値は、前記電動機を動力源とする過給を伴わない非電動アシスト過給モードの下で所定のパラメータの制約によって定まるトルク指標値の上限値よりも低いトルク指標値であり、
   前記一定領域での前記ウェイストゲートバルブの開度は、トルク指標値が前記非電動アシスト過給モードでの前記上限値であるときの前記ウェイストゲートバルブの開度よりも大きい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。
4. 前記第１境界値から前記上限値までの第３のトルク指標値領域において前記電動機を動力源とする過給を伴う電動アシスト過給モードを利用可能な場合の点火時期を、前記第１境界値から前記上限値までの前記第３のトルク指標値領域において前記電動アシスト過給モードの利用が制限されて前記非電動アシスト過給モードが使用される場合の点火時期よりも進角する点火時期制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記増加領域の下限は、排気温度に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記増加領域の下限は、前記タービンの上流の排気圧力に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記増加領域の下限は、前記内燃機関のポンプロスに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記第１境界値は、エンジン回転速度が高いほど小さいことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載の内燃機関の制御装置。

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