JP6245221B2

JP6245221B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP6245221B2
Application number: JP2015111551A
Authority: JP
Inventors: 大史大八木; 祐介高巣
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2017-12-13
Anticipated expiration: 2035-06-01
Also published as: DE102016106963B4; US10267216B2; DE102016106963A1; US20160348578A1; JP2016223380A

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に電動過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば特開２００４−１６９６２９号公報には、電動機を用いた過給アシストに関する技術が開示されている。この技術では、電動機への通電初期には最大通電量を供給通電量として決定することとしている。これにより、過給圧の立ち上がりの応答性が向上する。

特開２００４−１６９６２９号公報特開２００６−９７５６５号公報特許第４８１１２９０号公報特開２００７−７１１３８号公報

しかしながら、電動過給機を駆動するためには、膨大な電力の消費が伴う。特に、電動過給機の回転速度を上昇させるときの電力消費が大きい。このため、蓄電装置の能力によっては、回転速度の上昇時に発生する電力降下によって、安定した電力供給が困難となるおそれがある。この対策として、電力消費を抑えることが望まれるが、単に電力消費を低下させると過給応答性が低下するおそれがある。このように、従来の技術では、電動過給機の電力消費の抑制と過給応答性の向上とを両立することが困難であり改善が望まれていた。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、電動過給機を備えた内燃機関において、電力消費の抑制と過給応答性の向上とを両立す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。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、
排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気通路に設けられた電動過給機と、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関へのトルク増大要求を受けて前記電動過給機の回転速度を第１上昇率で上昇させる前記制御装置において、
前記制御装置は、前記電動過給機の回転速度の上昇過程において、当該回転速度が所定の切替回転速度に到達した場合に前記回転速度の上昇率を第１上昇率から前記第１上昇率よりも小さい第２上昇率へと変化させるように構成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の機関回転速度、前記機関回転速度の第１上昇率、及び目標過給圧と実過給圧との過給圧差のうち、少なくとも何れかに基づいて前記切替回転速度を設定するとともに、前記内燃機関の機関回転速度、前記機関回転速度の第１上昇率、及び目標過給圧と実過給圧との過給圧差のうち、少なくとも何れかに基づいて前記第２上昇率を設定するように構成されていることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記制御装置は、前記機関回転速度が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記制御装置は、前記機関回転速度が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記機関回転速度の第１上昇率が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記機関回転速度の第１上昇率が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記過給圧差が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、
前記制御装置は、前記過給圧差が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴としている。

第８の発明は、第１乃至第７の何れか１つの発明において、
前記内燃機関の蓄電装置の電圧を測定する電圧測定装置を備え、
前記制御装置は、前記電圧測定装置により測定される電圧値を用いて前記電動過給機の回転速度の上昇過程における電圧降下率を計算し、前記電圧降下率から推定される将来の電圧が所定の最低電圧より小さくならないように前記切替回転速度及び前記第２上昇率を設定するように構成されていることを特徴としている。

第１の発明によれば、電動過給機の回転速度の上昇過程において、回転速度が所定の切替回転速度に到達した場合に回転速度の上昇率が第１上昇率から第１上昇率よりも小さい第２上昇率に変化するように制御される。この際、切替回転速度及び第２上昇率は、それぞれ機関回転速度、機関回転速度の変化率、及び目標過給圧と実過給圧との過給圧差のうちの少なくとも何れかに基づいて設定される。電動過給機の回転速度の上昇率が大きいほど電力消費量は増大する。また一方において、ターボ過給機のコンプレッサの回転速度が上昇するほど、電動過給機の回転速度が上昇することによる過給圧の上昇効果は限定的なものとなる。さらに、電動過給機に求められるアシスト量は、機関回転速度、機関回転速度の変化率又は過給圧差によって変化する。本発明によれば、機関回転速度、機関回転速度の上昇率及び過給圧差のうちの少なくとも何れかを用いることにより、電動過給機に求められるアシスト量に応じた切替回転速度及び第２上昇率が設定されるので、電力消費の抑制と過給応答性の向上とを両立させることが可能となる。

第２の発明によれば、機関回転速度が大きいほど切替回転速度が大きい値に設定される。電動過給機は、機関回転速度が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、機関回転速度が大きいほど第１上昇率の期間が長期化するため、電動過給機によるアシストを有効に増やすことができる。

第３の発明によれば、機関回転速度が大きいほど第２上昇率が大きい値に設定される。電動過給機は、機関回転速度が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、電動過給機が切替回転速度に到達した後の電動過給機によるアシストを有効に増やすことができる。

第４の発明によれば、機関回転速度の第１上昇率が大きいほど切替回転速度が大きい値に設定される。電動過給機は、機関回転速度の変化率が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、機関回転速度が大きいほど第１上昇率の期間が長期化するため、電動過給機によるアシストを有効に増やすことができる。

第５の発明によれば、機関回転速度の第１上昇率が大きいほど第２上昇率が大きい値に設定される。電動過給機は、機関回転速度の変化率が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、電動過給機が切替回転速度に到達した後の電動過給機によるアシストを有効に増やすことができる。

第６の発明によれば、過給圧差が大きいほど切替回転速度が大きい値に設定される。電動過給機は、過給圧差が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、過給圧差が大きいほど第１上昇率の期間が長期化するため、電動過給機の回転速度を速やかに高回転まで高めてアシスト量を有効に増やすことができる。

第７の発明によれば、過給圧差が大きいほど切替回転速度が大きい値に設定される。電動過給機は、過給圧差が大きいほど多くのアシストが必要となる。このため、本発明によれば、電動過給機が切替回転速度に到達した後の電動過給機によるアシストを有効に増やすことができる。

第８の発明によれば、電動過給機の回転速度の上昇過程において、蓄電装置の電圧降下率から推定される将来の電圧が所定の最低電圧より小さくならないように切替回転速度及び第２上昇率が設定される。このため、本発明によれば、蓄電装置やケーブル等の経年劣化が生じている場合等であっても、電動過給機の回転速度の上昇過程において最低限必要な電圧を確保することができる。

本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。電動過給アシストの実行中における各種状態量の変化を示すタイムチャートである。電動過給アシストの実行中における電動コンプレッサの回転速度の時間変化を示す図である。切替回転速度を決定するためのマップの一例を示す図である。回転速度の第２上昇率“Nteup2”を決定するためのマップの一例を示す図である。電動過給アシストの実行過程において、電動コンプレッサの回転速度の上昇率を途中で小さくした場合と一定に維持した場合の各種状態量の変化を比較した図である。本発明の実施の形態１のＥＣＵにより実行される電動過給アシスト制御のためのルーチンを示すフローチャートである。切替回転速度を決定するためのマップの他の例を示す図である。回転速度の第２上昇率“Nteup2”を決定するためのマップの他の例を示す図である。本発明の実施の形態２のＥＣＵにより実行される電動過給アシスト制御のためのルーチンを示すフローチャートである。電動過給アシストの実行過程において、電圧降下率を用いて電動コンプレッサの回転速度の上昇率を変化させた場合と電圧降下率を用いずに電動コンプレッサの回転速度の上昇率を変化させた場合の各種状態量の変化を比較した図である。

本発明の実施の形態について図を参照して説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１の制御装置が適用されるエンジンシステムの構成を示す図である。本実施の形態に係る内燃機関は、ターボ過給機付きのディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と称する）である。エンジン本体２にはインテークマニホールド４とエキゾーストマニホールド６が取り付けられている。インテークマニホールド４には大気中から取り込まれた新気が流れる吸気通路１０が接続されている。また、エキゾーストマニホールド６にはエンジン本体２から出た排気ガスを大気中に放出するための排気通路１２が接続されている。

吸気通路１０の入口には、エアクリーナ１４が設けられている。エアクリーナ１４よりも吸気下流側の吸気通路１０には、電動過給機１６のコンプレッサ１６ａ（以下、電動コンプレッサ１６ａと称する）が配置されている。電動コンプレッサ１６ａは、電動機１６ｂによって駆動される。電動機１６ｂには、蓄電装置４０から電力が供給される。吸気通路１０には、電動コンプレッサ１６ａをバイパスする吸気バイパス通路１８が接続されている。吸気バイパス通路１８には、当該吸気バイパス通路１８を開閉する吸気バイパスバルブ２０が配置されている。電動コンプレッサ１６ａを駆動する場合、吸気バイパスバルブ２０は閉じられる。

電動コンプレッサ１６ａよりも吸気下流側の吸気通路１０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（以下、ターボコンプレッサ２２ａと称する）が配置されている。ターボ過給機２２は、タービン２２ｂを排気通路１２に備えている。ターボコンプレッサ２２ａは、連結軸を介してタービン２２ｂと一体的に連結され、タービン２２ｂへ流れる排気によって駆動される。タービン２２ｂには、排気の通路面積を変化させる可変ノズルベーン（図示省略）が備えられている。可変ノズルベーンの開度を変更することにより、タービン２２ｂへ流れる排気の流速を調整してターボコンプレッサ２２ａの駆動力を調整することができる。

ターボコンプレッサ２２ａよりも下流側の吸気通路１０には、ターボコンプレッサ２２ａ、もしくはターボコンプレッサ２２ａと電動コンプレッサ１６ａの双方によって圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ２４が配置されている。インタークーラ２４よりも下流側の吸気通路１０には、吸気通路１０を開閉する電子制御式のスロットル２６が配置されている。スロットル２６を通過した吸入空気は、インテークマニホールド４を介して各気筒に分配される。

各気筒からの排気は、排気通路１２のエキゾーストマニホールド６によって集められてタービン２２ｂへ送られる。排気通路１２においてタービン２２ｂの下流には排気ガスを浄化するための触媒装置２８ａ，２８ｂが設けられている。

本実施の形態に係るエンジンシステムはＥＣＵ（Electronic Control Unit）３０を備えている。ＥＣＵ３０は、エンジンシステムの全体を総合制御する制御装置であって、本発明に係る制御装置はＥＣＵ３０の一つの機能として具現化されている。

ＥＣＵ３０は、エンジンシステムが備えるセンサの信号を取り込み処理する。センサはエンジンシステムの各所に取り付けられている。電動過給機１６には、電動コンプレッサ１６ａの回転速度“Nte”を検出する回転速度センサ３２が取り付けられている。インテークマニホールド４には、ターボコンプレッサ２２ａ、もしくはターボコンプレッサ２２ａと電動コンプレッサ１６ａの双方によって圧縮された空気の圧力“pim”（以下、「過給圧」と称する）を計測するための圧力センサ３４が取り付けられている。さらに、機関回転速度“Ne”を検出する回転速度センサ３６や、アクセルペダルの開度に応じた信号“accp”を出力するアクセル開度センサ３８、蓄電装置４０の電圧値を測定するための電圧計４２なども取り付けられている。ＥＣＵ３０は、取り込んだ各センサの信号を処理して所定の制御プログラムにしたがって各アクチュエータを操作する。ＥＣＵ３０によって操作されるアクチュエータには、電動過給機１６、吸気バイパスバルブ２０、スロットル２６、インジェクタ（図示省略）などが含まれている。なお、ＥＣＵ３０に接続されるアクチュエータやセンサは図中に示す以外にも多数存在するが、本明細書においてはその説明は省略する。

［実施の形態１の動作］
ＥＣＵ３０により実行されるエンジン制御には過給圧制御が含まれる。本実施の形態の過給圧制御では、圧力センサ３４によって計測された実過給圧が目標過給圧となるように、タービン２２ｂに備えられた可変ノズルベーンの開度が決定される。また、本実施の形態の過給圧制御では、過給初期のターボラグ抑制を目的として、電動過給機１６の電動コンプレッサ１６ａによる電動過給アシスト制御が行われる。電動過給アシスト制御では、より詳しくは、アクセル開度“accp”が所定開度よりも大きく、且つ実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”が所定値よりも大きい場合に、吸気バイパスバルブ２０が全閉された状態で電動機１６ｂへの通電が行われる。その結果、吸気通路１０に導入された吸気が電動コンプレッサ１６ａ及びターボコンプレッサ２２ａ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。

ここで、電動過給機１６の電動コンプレッサ１６ａの回転速度が上昇している期間は、電力消費量が時間の経過とともに増大する。図２は、電動過給アシスト制御の実行中における各種状態量の変化を示すタイムチャートである。なお、図２において、（Ａ）は電動コンプレッサの回転速度の時間変化を、（Ｂ）は電動過給機の出口圧力の時間変化を、（Ｃ）は過給圧の時間変化を、（Ｄ）は電力消費量の時間変化を、そして（Ｅ）は蓄電装置の電圧の時間変化を、それぞれ示している。この図に示すように、電動コンプレッサ１６ａの回転速度が上昇している期間は電力消費量が時間とともに増大し、これにより蓄電装置４０に電圧降下が発生する。特に、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率が大きいほど電力消費量の増大割合も大きくなる。このため、電力消費量の増大によって蓄電装置４０の電圧が下限よりも低下してしまうと、電動コンプレッサ１６ａ等の電動機器の動作に不具合が発生するおそれがある。

また、電動過給機１６の出口圧力は、電動コンプレッサ１６ａによる過給の影響を直接的に受ける。このため、図２中の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、例えば電動コンプレッサ１６ａの回転速度が一定の上昇率で上昇している場合、その間の電動過給機１６の出口圧力は一定の上昇率で上昇する。

これに対して、過給圧は、電動コンプレッサ１６ａによる過給の影響に加えてターボコンプレッサ２２ａによる過給の影響も受けることとなる。すなわち、電動過給アシストが実行されると、応答性のよい電動コンプレッサ１６ａによって電動過給機１６の出口圧力（つまりターボコンプレッサ２２ａの入口圧力）が即座に高められる。これにより、ターボコンプレッサ２２ａへ流入する空気量が増大するので、図２中の（Ｃ）に示すように過給初期の過給圧上昇率が高められる。但し、電動コンプレッサ１６ａは過給応答性に優れるものの、その過給能力はターボコンプレッサ２２ａに比べて遥かに小さい。このため、ターボコンプレッサ２２ａの回転速度が上昇して過給圧が上昇すると、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇による過給圧上昇の効果は限定的となる。なお、過給圧が目標過給圧に急峻に近づくと、オーバーシュートの抑制のために可変ノズルベーンの開度が大きくされる。図２中の（Ｃ）に示す例では、電動過給アシストによって過給圧が急峻に上昇しているため、過給圧の上昇過程の途中で可変ノズルベーンの開度が大きくされて、その後の過給圧の上昇率が小さくなっている。

このように、ターボコンプレッサ２２ａの回転速度が小さい過給初期は電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇が過給圧上昇に大きく寄与するが、ターボコンプレッサ２２ａの回転速度が上昇して過給圧が目標過給圧に近づくにつれてその影響は限定的となる。特に、可変ノズルベーンの開度が大きくされると過給圧の上昇が制限されるため、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇による過給効果は、さらに限定的なものとなる。

一方において、電力消費量は電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率に依存して増大し続ける。このため、電動過給アシストの効果が限定的な期間であれば、回転速度の上昇率を多少低下させたとしても過給圧の上昇に与える影響は小さく、むしろこのような期間は積極的に回転速度の上昇率を低下させて電力消費を抑制した方が好ましい。

そこで、本実施の形態のエンジンシステムでは、電動過給機１６による電動過給アシストが実行中において、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を途中から低下させるうように制御することとする。図３は、電動過給アシスト制御の実行中における電動コンプレッサの回転速度の時間変化を示す図である。この図に示すように、電動過給アシストの実行中における電動コンプレッサ１６ａの回転速度は、先ず回転速度上昇率が所定の第１上昇率“Nteup1”に設定され、その後電動コンプレッサ１６ａの回転速度“Nte”が所定の切替回転速度“Ntec”に到達した時点から当該回転速度上昇率が第１上昇率“Nteup1”よりも小さい所定の第２上昇率“Nteup2”に設定される。

なお、回転速度の第１上昇率“Nteup1”は、ターボラグを抑制するために極力大きな上昇率に設定されることが好ましい。また、回転速度の第２上昇率“Nteup2”及び切替回転速度“Ntec”は、電動過給アシスト制御が開始されたときの運転条件を用いた以下の方法によって設定される。

切替回転速度“Ntec”は、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップによって特定される。図４は、切替回転速度を決定するためのマップの一例を示す図である。図４に示すマップでは、機関回転速度“Ne”が大きいほど切替回転速度“Ntec”が大きな値になるように設定されている。機関回転速度が大きいほど目標過給圧が大きな値となるため、その分電動過給アシストによる過給量も多く必要となる。切替回転速度“Ntec”が大きな値に設定されるほど、高い回転速度まで回転速度上昇率が第１上昇率“Nteup1”に維持されることとなるため、電動過給アシストによる過給量を増やして過給応答性を向上させることができる。

また、過給レスポンスを向上の観点からは、過給圧差“Δpim”が大きいほど電動過給アシストによる過給量が多くなることが望ましい。そこで、このマップでは、過給圧差“Δpim”が大きいほど切替回転速度“Ntec”が大きな値に設定されている。これにより、高い回転速度まで回転速度上昇率が第１上昇率“Nteup1”に維持されることとなるため、速やかに電動過給アシストによる過給量を増やして過給応答性を向上させることができる。

さらに、機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が大きいほど目標過給圧が急峻に上昇するため目標過給圧への追従性が低下する。そこで、このマップでは、機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が大きいほど切替回転速度“Ntec”が大きな値に設定されている。これにより、目標過給圧への追従性が低いほど電動過給アシストによる過給量を増やすことができるので、過給応答性を向上させることができる。

また、第２上昇率“Nteup2”は、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップによって特定される。図５は、第２上昇率“Nteup2”を決定するためのマップの一例を示す図である。図５に示すマップでは、機関回転速度“Ne”が大きいほど第２上昇率“Nteup2”が大きな値になるように設定されている。機関回転速度が大きいほど目標過給圧が大きな値となるため、その分電動過給アシストによる過給量も多く必要となる。回転速度の第２上昇率“Nteup2”が大きな値に設定されるほど、切替回転速度“Ntec”に到達後の電動過給アシストによる過給量が増大することとなるため、過給応答性をさらに向上させることができる。

また、過給応答性の向上の観点からは、過給圧差“Δpim”が大きいほど電動過給アシストによる過給量が多くなることが望ましい。そこで、このマップでは、過給圧差“Δpim”が大きいほど第２上昇率“Nteup2”が大きな値に設定される。これにより、切替回転速度“Ntec”に到達後の電動過給アシストによる過給量を増やして過給応答性をさらに向上させることができる。

さらに、機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が大きいほど目標過給圧が急峻に上昇するため目標過給圧への追従性が低下する。そこで、このマップでは、機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が大きいほど第２上昇率“Nteup2”が大きな値に設定される。これにより、目標過給圧への追従性が低いほど電動過給アシストによる過給量を増やすことができるので、過給応答性を向上させることができる。

図６は、電動過給アシストの実行過程において、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を途中で小さくした場合と一定に維持した場合の各種状態量の変化を比較した図である。なお、この図における（Ａ）から（Ｅ）の状態量は図２に示す（Ａ）から（Ｅ）の状態量と同様である。また、この図では、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を途中で小さくした場合を実線で記載し、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を一定に維持した場合を破線で記載している。

図６に示すように、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を途中で小さくすると、当該上昇率が一定の場合と比べて、電力消費量の上昇率及び電圧降下量を小さくすることができる。また、この間、ターボコンプレッサ２２ａによる過給の影響が大きいため、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を小さくしたとしても、過給圧に与える影響は相対的に小さい。このように、本実施の形態の電動過給アシストによれば、過給圧の上昇に対して電動過給アシストの影響が限定的な期間において、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を低下させることができるため、過給応答性の向上と電力消費抑制との両立を図ることができる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、上述した電動過給アシストにおける具体的処理についてフローチャートを用いて詳細に説明する。図７は、本発明の実施の形態１のＥＣＵ３０により実行される電動過給アシスト制御のためのルーチンを示すフローチャートである。

図７に示すルーチンのステップＳ１０では、アクセル開度センサ３８の信号から計測されたアクセル開度“accp”が、判定アクセル開度“Ac”よりも大きいか否かが判定される。判定アクセル開度“Ac”は、電動過給機１６を利用した電動過給アシストを必要とするトルク増大要求が出されたことを判定するための閾値であって、予め設定された値が読み込まれる。その結果、accp＞Acの成立が認められない場合には、電動過給機１６を利用した電動過給アシストを行わなくても過給応答性を確保可能と判断されて、次のステップＳ１２に移行し、電動過給アシストフラグがＯＦＦとされる。電動過給アシストフラグがＯＦＦとされると、具体的には、電動機１６ｂへの通電が切断されるとともに吸気バイパスバルブ２０が全開にされる。ステップＳ１２の処理が実行されると、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップＳ１０において、accp＞Acの成立が認められた場合には、電動過給機１６を利用した電動過給アシストを行わないと過給応答性を確保できない可能性があると判断されて、次のステップＳ１４に移行し、過給圧差“Δpim”が判定過給圧差“Pc”よりも大きいか否かが判定される。判定過給圧差“Pc”は、電動過給アシストが必要なトルク増大要求に対応する過給差として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、Δpim＞Pcの成立が認められない場合には、電動過給機１６を利用した電動過給アシストを行わなくても過給応答性を確保可能と判断されて、上記ステップＳ１２に移行し、電動過給アシストフラグがＯＦＦとされて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップＳ１４において、Δpim＞Pcの成立が認められた場合には、電動過給機１６を利用した電動過給アシスト制御が必要と判断されて、次のステップＳ１６に移行し、電動過給アシストフラグがＯＮとされる。電動過給アシストフラグがＯＮとされると、次のステップＳ１８に移行し、吸気バイパスバルブ２０が全閉された状態で電動過給機１６が駆動される。ここでは、具体的には、現在設定されている回転速度上昇率“dNte/dt”を実現するように電動機１６ｂへの通電が行なわれる。なお、回転速度上昇率“dNte/dt”の初期値は、後述する第１上昇率“Nteup1”に設定されている。

次のステップＳ２０では、切替回転速度“Ntec”が決定される。ここでは、より詳しくは、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が実測値として読み込まれ、当該実測値に対応する切替回転速度“Ntec”が、上述した機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップから決定される。

次のステップＳ２２では、第２上昇率“Nteup2”が決定される。ここでは、より詳しくは、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”が実測値として読み込まれ、当該実測値に対応する第２上昇率“Nteup2”が、上述した機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップから決定される。

次のステップＳ２４では、回転速度センサ３２によって計測された電動コンプレッサ１６ａの回転速度“Nte”が上記ステップＳ２０において決定された切替回転速度“Ntec”よりも大きいか否かが判定される。その結果、Nte＞Ntecの成立が認められない場合には、回転速度“Nte”が切替回転速度“Ntec”に達していないため、次のステップＳ２６に移行して、電動コンプレッサ１６ａの回転速度上昇率“dNte/dt”が第１上昇率“Nteup1”に設定される。第１上昇率“Nteup1”は、予め決定された値として、例えば回転速度の最大上昇率が用いられる。

一方、上記ステップＳ２４において、Nte＞Ntecの成立が認められた場合には、回転速度“Nte”が切替回転速度“Ntec”に到達しているため、次のステップＳ２８に移行して、電動コンプレッサ１６ａの回転速度上昇率“dNte/dt”が第２上昇率“Nteup2”に設定される。

以上説明したルーチンに従って電動過給アシスト制御を行うことにより、過給応答性を大きく損なうことなく消費電力を抑制することが可能となる。

ところで、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態１では、図４及び図５に示すマップを用いて、切替回転速度“Ntec” 及び第２上昇率“Nteup2”を設定することとした。しかしながら、これらの値の設定に使用可能なマップはこれに限らず、例えば以下に説明するマップでもよい。図８は、切替回転速度を決定するためのマップの他の例を示す図である。また、図９は、回転速度の第２上昇率“Nteup2”を決定するためのマップの他の例を示す図である。図８及び図９に示すマップは、機関回転速度が大きいほど過給応答性が求められることを反映させたマップである。図８及び図９に示すマップによれば、図４及び図５に示すマップよりも機関回転速度に対して、より大きな切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”となるように設定されるので、目標過給圧に対する過給圧応答性をさらに高めることができる。

また、上述の実施の形態１では、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップを用いて切替回転速度“Ntec”を設定することとした。しかしながら、切替回転速度“Ntec”を設定するために使用可能なマップはこれに限らず、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”のうちの少なくとも何れかと切替回転速度“Ntec”との関係が規定されたマップであればよい。また、第２上昇率“Nteup2”を設定するためのマップについても同様に、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”のうちの少なくとも何れかと第２上昇率“Nteup2”との関係が規定されたマップであればよい。

また、上述の実施の形態１では、電動コンプレッサ１６ａの回転速度“Nte”を回転速度センサ３２によって計測する構成としているが、電動機１６ｂ又はＥＣＵ３０に回転速度“Nte”の検出機能がついていてもよい。

また、上述した実施の形態１では、ターボ過給機付きのディーゼルエンジンに適用可能なシステムとして説明したが、本システムを火花点火式の内燃機関に適用してもよい。このことは、後述する実施の形態２においても同様である。

また、上述した実施の形態１では、電動過給機１６の電動コンプレッサ１６ａよりも吸気下流側の吸気通路１０にターボ過給機２２のターボコンプレッサ２２ａが配置された構成について説明した。しかしながら、電動過給機１６とターボ過給機２２の配置はこれに限られず、例えば、ターボ過給機２２のターボコンプレッサ２２ａの吸気下流側の吸気通路１０に電動過給機１６の電動コンプレッサ１６ａを配置する構成でもよいし、また、電動過給機１６とターボ過給機２２を吸気通路１０に並列に配置する構成でもよい。このことは、後述する実施の形態２においても同様である。

なお、上述した実施の形態１では、タービン２２ｂが上記第１の発明の「タービン」に相当し、ターボコンプレッサ２２ａが上記第１の発明の「コンプレッサ」に相当し、ターボ過給機２２が上記第１の発明の「ターボ過給機」に相当し、電動過給機１６が上記第１の発明の「電動過給機」に相当し、電動コンプレッサ１６ａの回転速度が上記第１の発明の「電動過給機の回転速度」に相当し、切替回転速度“Ntec”が上記第１の発明の「切替回転速度」に相当し、第１上昇率“Nteup1”が上記第１の発明の「第１上昇率」に相当し、第２上昇率“Nteup2”が上記第１の発明の「第２上昇率」に相当し、ＥＣＵ３０が上記第１の発明の「制御装置」に相当している。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本発明に係る実施の形態２は、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ３０に後述する図１０に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

［実施の形態２の特徴］
上述した実施の形態１の制御装置では、電動過給アシスト制御において、電動コンプレッサ１６ａの回転速度が切替回転速度“Ntec”に到達した場合に、回転速度上昇率を第１上昇率“Nteup1”から第２上昇率“Nteup2”へ減少させることとしている。これにより、蓄電装置４０の電圧降下量を小さくすることができるので、蓄電装置４０の電圧が限界を超えて降下してしまうことを抑制することができる。

しかしながら、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率が同じであっても、蓄電装置４０の特性やケーブルの劣化等によって電力消費量が変化することもある。このため、機関回転速度“Ne”、実過給圧と目標過給圧との過給圧差“Δpim”及び機関回転速度の上昇率“dNe/dt”を用いた３次元マップを用いて設定された切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を用いたとしても、状況によっては電力消費量が想定よりも大きくなり蓄電装置４０の電圧が下限よりも低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態２の制御装置では、電動過給アシスト制御中の蓄電装置４０の実測電圧値から電圧降下率ΔＶを算出し、当該電圧変化率に基づいて、３次元マップを用いて設定された切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を補正することとしている。より詳しくは、例えば、電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率と電圧降下率ΔＶの推定値との関係をＥＣＵ３０に予め記憶しておき、３次元マップを用いて設定された第１上昇率“Nteup1”に対応する電圧降下率ΔＶの推定値を読み込む。そして、実測された電圧降下率ΔＶが当該推定値よりも大きい場合には将来の電圧値が所定の下限値よりも小さくなるおそれがあると判断して、３次元マップによって特定された切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を、より小さな値に補正する。このような制御によれば、電動過給アシスト制御中の電力消費量が想定よりも大きくなった場合であっても、蓄電装置４０の最低電圧を補償することができる。
［実施の形態２の具体的処理］
図１０は、本発明の実施の形態２のＥＣＵ３０により実行される電動過給アシスト制御のためのルーチンを示すフローチャートである。

図１０に示すルーチンのステップＳ３０からステップＳ４６の処理では、上述した図７に示すルーチンにおけるステップＳ１０からステップＳ２６の処理と同様の処理が実行される。ステップＳ４６の処理が行われると、次にステップＳ４８へ移行する。ステップＳ４８では、蓄電装置４０の実測電圧値に基づいて、電圧降下率ΔＶが算出される。

次のステップＳ５０では、電圧降下率ΔＶに基づいて、切替回転速度“Ntec”が補正され、また次のステップＳ５２では回転速度の第２上昇率“Nteup2”が補正される。これらのステップでは、具体的には、上記ステップＳ４６において設定された第１上昇率“Nteup1”に対応する電圧降下率ΔＶの推定値がマップから読み込まれる。そして、上記ステップＳ４８において算出された電圧降下率ΔＶが当該電圧降下率ΔＶの推定値よりも大きい場合に、上記ステップＳ４０及びＳ４２において３次元マップによって決定された切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”が、より小さな値に補正される。

このように、ステップＳ４４において、Nte＞Ntecの成立が認められない場合には、ステップＳ４６からステップＳ５２の処理が実行された後に本ルーチンは終了される。一方、ステップＳ４４において、Nte＞Ntecの成立が認められた場合には、次のステップＳ５４に移行する。ステップＳ５４では、上述したステップＳ２８と同様の処理が実行されて、本ルーチンは終了される。

以上説明したルーチンに従って電動過給アシスト制御を行うことにより、過度の電圧降下が起きた場合であっても、過給応答性を大きく損なうことなく蓄電装置の電圧が所定の下限値を超えないようにすることが可能となる。

図１１は、電動過給アシストの実行過程において、電圧降下率ΔＶを用いて電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を変化させた場合と電圧降下率ΔＶを用いずに電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を変化させた場合の各種状態量の変化を比較した図である。なお、この図における（Ａ）から（Ｅ）の状態量は図２に示す（Ａ）から（Ｅ）の状態量と同様である。また、この図では、電圧降下率ΔＶを用いて電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を変化させた場合の一例を実線で記載し、電圧降下率ΔＶを用いずに電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を変化させた場合の一例を破線で記載している。

図１１の破線に示すように、電圧降下率ΔＶを用いずに電動コンプレッサ１６ａの回転速度の上昇率を途中で小さく変化させると、電圧降下率ΔＶが急峻に降下した場合等に電圧降下量が大きくなり、所定の最低電圧を下回るおそれがある。これに対して、図１１に実線で示すように、電圧降下率ΔＶに基づいて切替回転速度及び回転速度上昇率を決定すると、電圧降下率ΔＶが急峻に降下した場合であっても、蓄電装置４０の電圧が所定の最低電圧を下回ることを効果的に抑制することが可能となる。

ところで、本発明は上述の実施の形態２に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、次のように変形して実施してもよい。

上述の実施の形態２では、電圧降下率ΔＶを用いて、３次元マップを用いて設定された切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を補正することとした。しかしながら、電圧降下率ΔＶを用いて切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を決定する方法は上記方法に限られない。すなわち、電動過給アシスト制御中に実測された電圧降下率ΔＶを切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”の決定に反映させて、電動過給アシスト制御中の蓄電装置４０の電圧が最低電圧より小さくならないようにするのであれば他の方法でもよい。例えば、実測された電圧降下率ΔＶから将来の蓄電装置４０の電圧を予測し、この予測値が最低電圧より小さくならないように切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”を決定すればよい。また、電圧降下率Δに基づく補正の対象についても切替回転速度“Ntec”及び第２上昇率“Nteup2”の両方に限らず、何れか一方を補正して蓄電装置４０の電圧が最低電圧を下回らないようにしてもよい。

なお、上述した実施の形態２では、タービン２２ｂが上記第１の発明の「タービン」に相当し、ターボコンプレッサ２２ａが上記第１の発明の「コンプレッサ」に相当し、ターボ過給機２２が上記第１の発明の「ターボ過給機」に相当し、電動過給機１６が上記第１の発明の「電動過給機」に相当し、電動コンプレッサ１６ａの回転速度が上記第１の発明の「電動過給機の回転速度」に相当し、切替回転速度“Ntec”が上記第１の発明の「切替回転速度」に相当し、第１上昇率“Nteup1”が上記第１の発明の「第１上昇率」に相当し、第２上昇率“Nteup2”が上記第１の発明の「第２上昇率」に相当し、ＥＣＵ３０が上記第１の発明の「制御装置」に相当している。

また、上述した実施の形態２では、電圧計４２が上記第８の発明の「電圧測定装置」に相当している。

２エンジン本体
４インテークマニホールド
６エキゾーストマニホールド
１０吸気通路
１２排気通路
１４エアクリーナ
１６電動過給機
１６ａ電動コンプレッサ
１６ｂ電動機
１８吸気バイパス通路
２０吸気バイパスバルブ
２２ターボ過給機
２２ａターボコンプレッサ
２２ｂタービン
２４インタークーラ
２６スロットル
２８ａ，２８ｂ触媒装置
３０ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
３２回転速度センサ
３４圧力センサ
３６回転速度センサ
３８アクセル開度センサ
４０蓄電装置
４２電圧計

Claims

排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサを有するターボ過給機と、前記吸気通路に設けられた電動過給機と、を備えた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関へのトルク増大要求を受けて前記電動過給機の回転速度を第１上昇率で上昇させる前記制御装置において、
前記制御装置は、前記電動過給機の回転速度の上昇過程において、当該回転速度が所定の切替回転速度に到達した場合に前記回転速度の上昇率を第１上昇率から前記第１上昇率よりも小さい第２上昇率へと変化させるように構成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の機関回転速度、前記機関回転速度の第１上昇率、及び目標過給圧と実過給圧との過給圧差のうち、少なくとも何れかに基づいて前記切替回転速度を設定するとともに、前記内燃機関の機関回転速度、前記機関回転速度の第１上昇率、及び目標過給圧と実過給圧との過給圧差のうち、少なくとも何れかに基づいて前記第２上昇率を設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記機関回転速度が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されてい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。
前記制御装置は、前記機関回転速度が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記機関回転速度の第１上昇率が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記機関回転速度の第１上昇率が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記過給圧差が大きいほど前記切替回転速度を大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記制御装置は、前記過給圧差が大きいほど前記第２上昇率を大きな値に設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
前記内燃機関の蓄電装置の電圧を測定する電圧測定装置を備え、
前記制御装置は、前記電圧測定装置により測定される電圧値を用いて前記電動過給機の回転速度の上昇過程における電圧降下率を計算し、前記電圧降下率から推定される将来の電圧が所定の最低電圧より小さくならないように前記切替回転速度及び前記第２上昇率を設定するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。