JP6128081B2

JP6128081B2 - 内燃機関システム

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Publication number: JP6128081B2
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Inventors: 裕樹平山
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Description

この発明は、ターボ過給機とともに電動コンプレッサを過給機として備える内燃機関システムに関する。

従来、例えば特許文献１には、ターボコンプレッサをそれぞれ有する２つのターボ過給機を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この従来の内燃機関では、２つのターボコンプレッサが吸気通路に直列に配置されている。各ターボコンプレッサには、ターボコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路および吸気バイパス弁が備えられている。

特開２００８−０７５５４９号公報特開２００５−２０１０９２号公報

ところで、２つのコンプレッサを備える内燃機関システムとして、電動コンプレッサとターボコンプレッサとをこの順に直列で備える構成が知られている。この構成では、双方のコンプレッサを利用した過給中に内燃機関の減速要求が出されたときに電動コンプレッサの作動が停止されると、次のような状況となる。すなわち、作動が停止された後の電動コンプレッサの回転速度の低下は、排気エネルギに基づく駆動力が供給され続けるターボコンプレッサのそれと比べて早い。その結果、電動コンプレッサの下流圧力、すなわち、ターボコンプレッサの入口圧力は急速に低下する一方で、ターボコンプレッサの出口圧力は低下しにくくなる。したがって、ターボコンプレッサの前後の圧力比が上がり易くなる。内燃機関の減速によってターボコンプレッサを通過する空気流量が減少する状況下において圧力比が高いままであると、ターボコンプレッサにサージが発生し易くなる。

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、電動コンプレッサとターボコンプレッサとをこの順に直列で備える構成において、双方のコンプレッサを利用した過給中に内燃機関の減速要求が出された場合にターボコンプレッサでのサージの発生を効果的に抑制できるようにした内燃機関システムを提供することを目的とする。

第１の発明は、内燃機関システムであって、
内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールを駆動する電動機とを含み、前記電動機により前記コンプレッサホイールを駆動することで吸入空気を過給する電動コンプレッサと、
前記ターボコンプレッサをバイパスする第１吸気バイパス通路と、
前記第１吸気バイパス通路を開閉する第１吸気バイパス弁と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記内燃機関の減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁を開く第１バイパス制御手段と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁が開弁動作を開始するのと同時もしくは開弁動作を開始した後に、前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動を停止する電動機制御手段と、
前記電動コンプレッサをバイパスする第２吸気バイパス通路と、
前記第２吸気バイパス通路を開閉する第２吸気バイパス弁と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に、前記第２吸気バイパス弁を開く第２バイパス制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いてから所定時間が経過した後に前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１の発明において、
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に前記ターボコンプレッサの出口圧力が所定の圧力閾値以下に低下した場合に、前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１の発明において、
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に前記ターボコンプレッサの回転速度が所定の回転速度閾値以下に低下した場合に、前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする。

第１の発明によれば、電動機によるコンプレッサホイールの駆動中に内燃機関の減速要求が出された場合に、第１吸気バイパス弁が開弁動作を開始するのと同時もしくは開弁動作を開始した後に、電動機によるコンプレッサホイールの駆動が停止される。これにより、第１吸気バイパス弁の開弁に先立って、電動コンプレッサの作動停止に起因してターボコンプレッサの入口圧力が低下してターボコンプレッサの前後の圧力比が上がるのを抑制することができる。このため、減速時にターボコンプレッサでのサージの発生を効果的に抑制することができる。また、電動コンプレッサでのサージの発生については、電動コンプレッサの作動を停止することによって回避される。また、本発明によれば、上記減速要求が出された場合に、ターボコンプレッサの入口圧力の上記低下が促進されないタイミングで第２吸気バイパス弁を開くことができる。

第２〜第４の発明によれば、第２吸気バイパス弁の開弁に伴うターボコンプレッサの入口圧力の上記低下の促進をより確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関システムの構成を概略的に説明するための図である。内燃機関システムで用いられる２つの過給モード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。減速サージを説明するために用いるコンプレッサマップである。本発明の実施の形態１における減速時のサージ抑制制御を説明するためのタイムチャートである。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。本発明の実施の形態１の減速時のサージ抑制制御の変形例を説明するためのタイムチャートである。本発明の実施の形態２に係る内燃機関システムの構成を概略的に説明するための図である。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。本発明の実施の形態３に係る内燃機関システムの構成を概略的に説明するための図である。本発明の実施の形態３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５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の内燃機関システムのハードウェア構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関システム１０の構成を概略的に説明するための図である。図１に示す内燃機関システム１０は、内燃機関本体１２を備えている。内燃機関システム１０は、圧縮着火式エンジン（一例として、ディーゼルエンジン）のシステムであり、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２０のターボコンプレッサ２０ａが配置されている。ターボコンプレッサ２０ａとしては、遠心式または軸流式のコンプレッサが用いられる。ターボ過給機２０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン２０ｂを排気通路１６に備えている。ターボコンプレッサ２０ａは、連結軸２０ｃを介してタービン２０ｂと一体的に連結されており、タービン２０ｂ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。また、ターボコンプレッサ２０ａをバイパスする第１吸気バイパス通路２２と、第１吸気バイパス通路２２を開閉する第１吸気バイパス弁２４とが備えられている。第１吸気バイパス弁２４としては、例えば、電磁弁を用いることができる。なお、第１吸気バイパス通路２２の上流側端部は、図１では後述の第２吸気バイパス通路２８の下流側端部よりも下流に設けられているが、このような構成に限らず、第２吸気バイパス通路２８の上流側端部よりも上流に設けられていてもよい。

エアクリーナ１８よりも下流側であってターボコンプレッサ２０ａ（より具体的には、第１吸気バイパス通路２２の上流側端部）よりも上流側の吸気通路１４には、電動コンプレッサ２６のコンプレッサホイール２６ａが配置されている。コンプレッサホイール２６ａは、電動機２６ｂによって駆動される。電動機２６ｂには、図示省略する電源から電力が供給される。電動コンプレッサ２６も遠心式または軸流式である。電動コンプレッサ２６によれば、電動機２６ｂによりコンプレッサホイール２６ａ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、コンプレッサホイール２６ａをバイパスする第２吸気バイパス通路２８と、第２吸気バイパス通路２８を開閉する第２吸気バイパス弁３０とが備えられている。第２吸気バイパス弁３０としては、例えば、電磁弁を用いることができる。

ターボコンプレッサ２０ａよりも下流側の吸気通路１４には、ターボコンプレッサ２０ａ、もしくはターボコンプレッサ２０ａと電動コンプレッサ２６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３２が配置されている。インタークーラ３２よりも下流側の吸気通路１４には、当該吸気通路１４を開閉する電子制御式のスロットル弁３４が配置されている。スロットル弁３４よりも下流側の吸気通路１４は、吸気マニホールド３６として構成されており、吸入空気は、吸気マニホールド３６を介して各気筒に分配される。

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３８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２０ｂをバイパスする排気バイパス通路４０が接続されている。排気バイパス通路４０には、排気バイパス通路４０を開閉するバイパス弁として、ウェイストゲートバルブ４２が配置されている。

内燃機関本体１２の各気筒には、燃料を筒内に直接噴射する燃料噴射弁４４が設置されている。各気筒の燃料噴射弁４４には、コモンレール４６を介して、燃料ポンプ４８によって加圧された高圧の燃料が供給される。

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、内燃機関システム１０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、内燃機関システム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、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、内燃機関システム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５４も含まれる。ＥＣＵ５０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した第１吸気バイパス弁２４、電動機２６ｂ、第２吸気バイパス弁３０、スロットル弁３４、ウェイストゲートバルブ４２、燃料噴射弁４４および燃料ポンプ４８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、内燃機関システム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。

［過給モード］
図２は、内燃機関システム１０で用いられる２つの過給モード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。内燃機関システム１０では、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。

シングル過給モードは、ターボ過給機２０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２６ｂへの通電が停止され、かつ、第２吸気バイパス弁３０が全開とされる。その結果、コンプレッサホイール２６ａ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コンプレッサ２０ａ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。

一方、ツイン過給モードは、ターボ過給機２０とともに電動コンプレッサ２６を利用する過給モードである。ツイン過給モードでは、第２吸気バイパス弁３０が基本的に全閉にされた状態で電動機２６ｂ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コンプレッサ２６およびターボコンプレッサ２０ａ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、電動コンプレッサ２６を利用してターボ過給機２０による過給をアシストすることができる。

図２に示すように、ツイン過給モードは、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おいて使用される。シングル過給モードは、ツイン過給モードが使用される運転領域以外で過給が行われる場合の過給モードに相当する。

［減速サージ］
図３は、減速サージを説明するために用いるコンプレッサマップである。図３の縦軸はコンプレッサの前後の圧力比（出口圧力／入口圧力）であり、その横軸はコンプレッサの通過空気流量である。このようなコンプレッサマップの特性は、ターボコンプレッサ２０ａおよび電動コンプレッサ２６のどちらにも共通するものである。図３において、サージラインよりも低空気流量側の領域は、サージが発生するサージ領域に該当する。

基本的には、減速時には、第１吸気バイパス弁２４を開弁してターボコンプレッサ２０ａの下流圧力を第１吸気バイパス通路２２を介して上流側に逃がすことにより、ターボコンプレッサ２０ａのサージ回避を図ることができる。ここで、電動コンプレッサ２６とターボコンプレッサ２０ａとをこの順に直列に備える内燃機関システム１０において、ツイン過給モード中に内燃機関の減速要求が出されたときに電動コンプレッサ２６の作動を停止するために電動機２６ｂへの通電が停止されると、次のような状況となる。

すなわち、作動が停止された後の電動コンプレッサ２６の回転速度の低下は、排気エネルギに基づく駆動力が供給され続けるターボコンプレッサ２０ａのそれと比べて早い。その結果、電動コンプレッサ２６の下流圧力、すなわち、ターボコンプレッサ２０ａの入口圧力は急速に低下する一方で、ターボコンプレッサ２０ａの出口圧力は低下しにくくなる。したがって、第１吸気バイパス弁２４の開弁に先立って電動コンプレッサ２６の作動が停止されると、ターボコンプレッサ２０ａの前後の圧力比が上がり易くなる。内燃機関の減速によってターボコンプレッサ２０ａを通過する空気流量が減少する状況下において圧力比が高いままであると、ターボコンプレッサ２０ａの作動点がコンプレッサマップ上において低空気流量側に移動することとなる。その結果、図３に示す一例のように作動点の移動量が大きい場合には、コンプレッサの作動点がサージ領域に進入し、サージが発生してしまう。

なお、上記のような態様で減速時に発生するサージ（減速サージ）に関して、以下の点を補足する。１点目として、内燃機関システム１０では、アクセルペダルがオフとされることで運転者からの内燃機関の減速要求を検知した場合には、運転者に対して減速感を与えるためにスロットル弁３４を閉じる制御が行われることがある。このようなスロットル制御が前提として行われている場合には、減速時にターボコンプレッサ２０ａを通過する空気流量が急激に減少し易くなる。したがって、このような場合には、減速サージがより顕著に発生し易くなる。ただし、このようなスロットル制御を伴わない場合であっても、減速時に燃料噴射がカットされたり、もしくは燃料噴射量が減らされたりすると、エンジン回転速度の低下に伴う空気流量の減少が発生する。このため、上記の減速サージの課題は程度の差はあっても生じ得る。２点目として、本実施形態では、減速要求があった場合には、電動コンプレッサ２６の作動を停止するために電動機２６ｂへの通電をオフとしている。電動コンプレッサ２６の作動を停止するためには、上記のように電動機２６ｂへの通電を単に停止するもの以外に、次のような手法がある。すなわち、電動コンプレッサ２６の回転速度を速やかにゼロに低下させるために、通電オフ後に惰性で回転している電動機２６ｂに生じる逆起電力を利用して、電動機２６ｂの回転、すなわち、コンプレッサホイール２６ａの回転に制動力を与える手法がある。このような手法が用いられていた場合には、電動コンプレッサ２６の作動停止に伴うターボコンプレッサ２０ａの入口圧力の低下がより顕著となるので、減速サージがより発生し易くなる。

［実施の形態１における特徴的な制御］
図４は、本発明の実施の形態１における減速時のサージ抑制制御を説明するためのタイムチャートである。本実施形態では、上述した減速サージの発生を抑制するために、電動コンプレッサ２６の作動中にアクセルペダルがオフとされた場合には、上述した態様で発生することが懸念されるターボコンプレッサ２０ａでの減速サージを回避するために、さらには、電動コンプレッサ２６での減速サージの発生を回避するために、以下に示す順序で各アクチュエータの動作を行うこととした。なお、本明細書における以下の説明では、第１吸気バイパス弁２４および第２吸気バイパス弁３０のそれぞれの開度を、全開開度と全閉開度との間で制御する例について説明を行っている。ここでいう全開開度および全閉開度とは、それぞれ、所定の開度制御範囲上の最大開度および最小開度のことであり、必ずしも弁の開度として１００％および０％であるとは限らない。また、本発明の制御に用いられる第１および第２吸気バイパス弁の開度は、本発明の効果が得られるように制御されるものであれば、全開開度および全閉開度に限られず、それぞれ任意の所定開度であってもよい。

すなわち、電動コンプレッサ２６の作動中に図４（Ａ）に示すようにアクセルペダルがオフ（全閉）とされた場合には、速やかに、図４（Ｂ）〜図４（Ｅ）に示すように、スロットル弁３４が所定開度となるように閉じられ、ウェイストゲートバルブ４２が全開とされ、電動機２６ｂへの通電が停止され、かつ、第１吸気バイパス弁２４が全開とされる。なお、スロットル弁３４の上記所定開度とは、減速時に減速感を得られるようにするための開度として事前に設定されたものである。

減速要求を受け、燃料噴射がカットされ、もしくは燃料噴射量が減らされる。スロットル弁３４の閉弁を伴って燃料噴射のカット等がなされることにより、排気ガスの流量が減少し、図４（Ｇ）に示すようにターボ回転速度（すなわち、ターボコンプレッサ２０ａの回転速度）が低下していく。また、電動機２６ｂへの通電を停止することで、図４（Ｈ）に示すように電動コンプレッサ２６の回転速度が低下していく。第２吸気バイパス弁３０は、第１吸気バイパス弁２４の開弁時点から所定時間が経過した後に全開とされる。なお、ウェイストゲートバルブ４２は、減速時にタービン２０ｂに流入する排気ガスの流量を減らしてターボコンプレッサ２０ａの回転速度をできるだけ速やかに低下させるために開かれる。これにより、減速時にウェイストゲートバルブ４２を開かない場合と比べてターボコンプレッサ２０ａの減速サージが発生しにくくすることができる。ただし、この場合のウェイストゲートバルブ４２の開弁動作の有無は、減速時におけるターボコンプレッサ２０ａの回転速度の低下の程度に影響を与えるものにすぎず、この開弁動作が行われない場合にも、図３を参照して上述した減速サージの課題は残される。

図５は、本発明の実施の形態１における減速時のサージ抑制制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御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５に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、まず、ステップ１００において、電動コンプレッサ２６が作動中であるか否かを判定する。エンジン運転領域がツイン過給モードを利用する高回転高負荷領域にあるときには、本ステップ１００の判定が成立することになる。

ステップ１００の判定が成立する場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０２に進み、アクセルペダルがオフとされたか否かを判定する。その結果、本ステップ１０２の判定が成立する場合、つまり、内燃機関の減速要求を検知した場合には、ＥＣＵ５０はステップ１０４に進む。ステップ１０４では、スロットル弁３４が閉じられ、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）が開かれ、電動機２６ｂへの通電を停止することによって電動コンプレッサ２６の作動が停止され、かつ、第１吸気バイパス弁２４が開かれる。

次に、ＥＣＵ５０は、ステップ１０６に進み、ステップ１０４の処理の実行開始時点から所定時間が経過したか否かを判定する。この所定時間は、第１吸気バイパス弁２４の開弁に伴うターボコンプレッサ２０ａの出口圧力の低下によって、減速サージが発生しないといえる作動領域にまでターボコンプレッサ２０ａの作動点が移行したか否かを判断するための値として予め設定されたものである。その結果、上記所定時間が経過したと判定した場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０８に進む。ステップ１０８では、第２吸気バイパス弁３０が開かれる。

以上説明した減速時のサージ抑制制御によれば、電動機２６ｂによるコンプレッサホイール２６ａの駆動中（すなわち、電動コンプレッサ２６の作動中）に減速要求が出された場合には、第１吸気バイパス弁２４が開かれ、かつ、その開弁動作の開始と同時に、電動コンプレッサ２６の作動が停止される。言い換えると、この制御では、電動コンプレッサ２６の作動停止が第１吸気バイパス弁２４の開弁よりも早くならないように配慮がなされている。これにより、第１吸気バイパス弁２４の開弁に先立って、電動コンプレッサ２６の作動停止に起因してターボコンプレッサ２０ａの入口圧力が低下し、その結果としてターボコンプレッサ２０ａの前後の圧力比が上がるのを抑制することができる。このため、ターボコンプレッサ２０ａでの減速サージの発生を効果的に抑制することができる。また、電動コンプレッサ２６での減速サージの発生については、電動コンプレッサ２６の作動を停止することによって回避される。したがって、本制御によれば、ターボコンプレッサ２０ａと電動コンプレッサ２６の双方での減速サージの発生を効果的に抑制することができる。

また、内燃機関システム１０では、電動コンプレッサ２６の作動が停止されてシングル過給モードに戻る際には、コンプレッサホイール２６ａの存在による吸気抵抗の増加を回避するために、電動コンプレッサ２６側の第２吸気バイパス弁３０が開かれるようになっている。本実施形態の減速時のサージ抑制制御では、上記のように第２吸気バイパス弁３０が開かれるタイミングにも配慮がなされている。すなわち、第２吸気バイパス弁３０は、ターボコンプレッサ２０ａ側の第１吸気バイパス弁２４の開弁動作が開始してから所定時間が経過した後に開かれる。このような動作とは異なり、第２吸気バイパス弁３０が第１吸気バイパス弁２４の開弁動作の開始以前に開かれると、第２吸気バイパス通路２８を介してターボコンプレッサ２０ａの上流と電動コンプレッサ２６の上流とが連通することで、ターボコンプレッサ２０ａの入口圧力がより下がり易くなってしまう。このことは、ターボコンプレッサ２０ａに関する上述の減速サージの課題をより顕著に生じさせる結果となる。これに対し、本制御では、第２吸気バイパス弁３０が第１吸気バイパス弁２４よりも後で開かれるようになっているので、上記の問題を回避することができる。さらには、第１吸気バイパス弁２４が開弁してから上記所定時間の経過を待ったうえで第２吸気バイパス弁３０が開かれるようにしたことで、上記の問題をより確実に回避することができる。

図６は、本発明の実施の形態１の減速時のサージ抑制制御の変形例を説明するためのタイムチャートである。上述した実施の形態１においては、第１吸気バイパス弁２４の開弁と同時に電動コンプレッサ２６の作動を停止する例について説明を行った。しかしながら、電動コンプレッサ２６の作動を停止するタイミングは、第１吸気バイパス弁２４の開弁動作の開始よりも後であってもよく、図６（Ｄ）に示す一例では、開弁動作の完了後となっている。これにより、減速時に第１吸気バイパス弁２４の開弁によってターボコンプレッサ２０ａの前後の圧力比を下げたうえで、電動コンプレッサ２６の作動が停止されるようになるので、ターボコンプレッサ２０ａでの減速サージの発生をより確実に抑制することができる。なお、図６に示す例では、電動コンプレッサ２６での減速サージの抑制のために、電動コンプレッサ２６の作動停止タイミングの遅延に伴って、図６（Ｂ）に示すようにスロットル弁３４の閉弁タイミングを電動コンプレッサ２６の作動停止タイミングにまで遅延されている。

なお、ツイン過給モードを利用する高回転高負荷領域からの減速要求時は、ターボコンプレッサ２０ａは高い過給効果を発揮させている状態にあるので、電動コンプレッサ２６の作動停止に起因して減速サージがターボコンプレッサ２０ａに対して生じ易い状況であるといえる。ただし、電動コンプレッサ２６の使用態様としては、上記のような高回転高負荷領域での使用以外のもの、例えば、低回転低負荷領域の使用中に急加速が要求された時にターボ過給機２０をアシストするために電動コンプレッサ２６を作動させるものも含まれ得る。上述した本実施形態の減速時のサージ抑制制御の適用対象には、このような態様での電動コンプレッサ２６の作動中に内燃機関の減速要求が出された場合を含めてもよい。

なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０がステップ１００および１０２の判定がともに成立する状況下においてステップ１０４の処理を実行することにより前記第１の発明における「第１バイパス制御手段」および「電動機制御手段」が実現されている。
また、ＥＣＵ５０がステップ１０６の判定が成立する状況下においてステップ１０８を実行することにより前記第１および第２の発明における「第２バイパス制御手段」が実現されている。

実施の形態２．
次に、図７および図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。

［実施の形態２の内燃機関システムのハードウェア構成］
図７は、本発明の実施の形態２に係る内燃機関システム６０の構成を概略的に説明するための図である。本実施形態の内燃機関システム６０は、ターボコンプレッサ２０ａよりも下流側（かつインタークーラ３２よりも上流側）の吸気通路１４に、吸気圧力センサ６２を備えている点を除き、実施の形態１の内燃機関システム１０と同様に構成されているものとする。吸気圧力センサ６２は、上述したＥＣＵ５０に接続されている。

［実施の形態２における特徴的な制御］
図８は、本発明の実施の形態２における減速時のサージ抑制制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本実施形態のサージ抑制制御は、以下に説明する点が異なる点を除き、実施の形態１の制御と同様である。

図８に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４にて第１吸気バイパス弁２４を開いた後に、ステップ２００に進む。ステップ２００では、ＥＣＵ５０は、吸気圧力センサ６２によって検出されたターボコンプレッサ２０ａの出口圧力が所定の圧力閾値以下であるか否かを判定する。この圧力閾値は、減速サージが発生しないといえる作動領域にまでターボコンプレッサ２０ａの作動点が移行したと判断可能なレベルまでターボコンプレッサ２０ａの出口圧力が低下したか否かを判断するための値として予め設定されたものである。

その結果、出口圧力が上記圧力閾値以下となった場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０８に進み、第２吸気バイパス弁３０を開く。以上説明した減速時のサージ抑制制御によっても、実施の形態１の制御と同様の効果を奏することができる。なお、ターボコンプレッサ２０ａの出口圧力の取得は、吸気圧力センサ６２を利用した検出によるものに限られず、例えば、システムに既存の他のセンサの検出値等を利用した推定によるものであってもよい。

なお、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０がステップ２００の判定が成立する状況下においてステップ１０８を実行することにより前記第１および第３の発明における「第２バイパス制御手段」が実現されている。

実施の形態３．
次に、図９および図１０を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。

［実施の形態３の内燃機関システムのハードウェア構成］
図９は、本発明の実施の形態３に係る内燃機関システム７０の構成を概略的に説明するための図である。本実施形態の内燃機関システム７０は、ターボ回転速度（すなわち、ターボコンプレッサ２０ａの回転速度）を検出するターボ回転速度センサ７２を備えている点を除き、実施の形態１の内燃機関システム１０と同様に構成されているものとする。ターボ回転速度センサ７２は、上述したＥＣＵ５０に接続されている。

［実施の形態３における特徴的な制御］
図１０は、本発明の実施の形態３における減速時のサージ抑制制御を実現するためにＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンを示すフローチャートである。本実施形態のサージ抑制制御は、以下に説明する点が異なる点を除き、実施の形態１の制御と同様である。

図１０に示すルーチンでは、ＥＣＵ５０は、ステップ１０４にて第１吸気バイパス弁２４を開いた後に、ステップ３００に進む。ステップ３００では、ターボ回転速度センサ７２によって検出されたターボコンプレッサ２０ａの回転速度が所定の回転速度閾値以下であるか否かを判定する。この回転速度閾値は、減速サージが発生しないといえる作動領域にまでターボコンプレッサ２０ａの作動点が移行したと判断可能なレベルまでターボコンプレッサ２０ａの回転速度が低下したか否かを判断するための値として予め設定されたものである。

その結果、ターボコンプレッサ２０ａの回転速度が上記回転速度閾値以下となった場合には、ＥＣＵ５０は、ステップ１０８に進み、第２吸気バイパス弁３０を開く。以上説明した減速時のサージ抑制制御によっても、実施の形態１の制御と同様の効果を奏することができる。なお、ターボコンプレッサ２０ａの回転速度の取得は、ターボ回転速度センサ７２を利用した検出によるものに限られず、例えば、システムに既存の他のセンサの検出値等を利用した推定によるものであってもよい。

なお、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０がステップ３００の判定が成立する状況下においてステップ１０８を実行することにより前記第１および第４の発明における「第２バイパス制御手段」が実現されている。

ところで、上述した実施の形態１〜３においては、圧縮着火式エンジンであるディーゼルエンジンを対象とした減速サージの抑制制御について説明を行ったが、本発明の制御は、スロットル弁を利用して吸入空気流量が調整されるガソリンエンジンなどの火花点火式エンジンに適用してもよい。

また、上述した実施の形態１〜３においては、アクセルペダルがオフとされることで「内燃機関の減速要求」があったとＥＣＵ５０が判断する例について説明を行った。アクセルペダルがオフとされることを契機として「内燃機関の減速要求」が出される状況としては、主には、運転者が車両を減速させたいときにアクセルペダルがオフされたときが該当する。これ以外に、手動式変速機を備える車両の加速時にギヤ段をより高いギヤ段に変更する際に一時的にアクセルペダルがオフとされたときも、「内燃機関の減速要求」が出される状況に該当する。ただし、「内燃機関の減速要求」は、必ずしもアクセルペダルがオフとされることを契機とするものに限られない。例えば、火花点火式エンジンと変速機との間に介在するクラッチを電子制御式とした車両では、車両の加速時にアクセルペダルは踏み込まれたままの状態で、ギヤ段をより高いギヤ段に変更するためにクラッチを解放したうえでスロットル弁を閉じる制御が行われることがある。この場合には、ＥＣＵによるスロットル弁を閉じる指令が「内燃機関の減速要求」に該当する。

１０、６０、７０内燃機関システム
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ターボ過給機
２０ａターボコンプレッサ
２０ｂタービン
２０ｃ連結軸
２２第１吸気バイパス通路
２４第１吸気バイパス弁
２６電動コンプレッサ
２６ａコンプレッサホイール
２６ｂ電動機
２８第２吸気バイパス通路
３０第２吸気バイパス弁
３２インタークーラ
３４スロットル弁
３６吸気マニホールド
３８排気マニホールド
４０排気バイパス通路
４２ウェイストゲートバルブ
４４燃料噴射弁
４６コモンレール
４８燃料ポンプ
５０ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
５２クランク角センサ
５４アクセル開度センサ
６２吸気圧力センサ
７２ターボ回転速度センサ

Claims

内燃機関の排気エネルギにより作動するタービンを排気通路に備え、前記タービンにより駆動されて吸入空気を過給するターボコンプレッサを吸気通路に備えるターボ過給機と、
前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置されたコンプレッサホイールと、前記コンプレッサホイールを駆動する電動機とを含み、前記電動機により前記コンプレッサホイールを駆動することで吸入空気を過給する電動コンプレッサと、
前記ターボコンプレッサをバイパスする第１吸気バイパス通路と、
前記第１吸気バイパス通路を開閉する第１吸気バイパス弁と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記内燃機関の減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁を開く第１バイパス制御手段と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁が開弁動作を開始するのと同時もしくは開弁動作を開始した後に、前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動を停止する電動機制御手段と、
前記電動コンプレッサをバイパスする第２吸気バイパス通路と、
前記第２吸気バイパス通路を開閉する第２吸気バイパス弁と、
前記電動機による前記コンプレッサホイールの駆動中に前記減速要求が出された場合に、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に、前記第２吸気バイパス弁を開く第２バイパス制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関システム。
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いてから所定時間が経過した後に前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に前記ターボコンプレッサの出口圧力が所定の圧力閾値以下に低下した場合に、前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
前記第２バイパス制御手段は、前記第１吸気バイパス弁を開いた後に前記ターボコンプレッサの回転速度が所定の回転速度閾値以下に低下した場合に、前記第２吸気バイパス弁を開くことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。