JP6322618B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機による駆動補助が可能な過給機を備え、燃料が燃焼室内に直接噴射される内燃機関の制御装置に関し、特に内燃機関の吸気弁及び／または排気弁の作動位相を変更する弁作動位相可変機構を備える内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、弁作動可変機構及び電動機付き過給機を備える内燃機関の制御装置が示されている。電動機を作動させて過給を行うと、吸気圧と排気圧の差圧（＝吸気圧−排気圧）が増加するため、燃焼室に流入する燃料及び吸気が、燃焼に寄与することなくそのまま排気通路へ排出される量（吹き流れ量）が増加する傾向がある。この吹き流れ量を低減すべく、上記制御装置では、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重複するオーバラップ期間を、電動機作動時（過給機の駆動補助が行われるとき）は、電動機非作動時より短縮する制御が行われる。これによって、吹き流れ量が過度に増加することが防止される。

特開２００７−２３８３７号公報

特許文献１に示される内燃機関は、燃料が吸気ポート内に噴射されるポート噴射型の内燃機関であるため、オーバラップ期間における吹き流れ量の増大によって燃費の悪化や排気特性の悪化が顕著となる。これに対し、燃料が燃焼室内に直接噴射される直噴型の内燃機関では燃料の噴射時期を吸気行程後半から圧縮行程に設定することが可能であり、またオーバラップ期間において燃焼後の残留ガスの掃気を促進することで機関出力を高めて燃費を向上させる効果が得られる。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、電動機付き過給機及び弁作動位相可変機構を備える直噴型の内燃機関における過給状態及びオーバラップ期間を適切に制御し、機関出力を高めて燃費を向上させるとともに、過給機の応答性を改善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請求項１に記載の発明は、燃料が燃焼室内に直接噴射される内燃機関（１）の制御装置であって、前記機関の排気通路（１０）に設けられたタービン（１２１）と、前記タービンにより回転駆動され、前記機関の吸気を加圧するコンプレッサ（１２３）と、該コンプレッサを駆動可能に設けられた電動機（１２４）とを有する過給機（１２）と、前記機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の作動位相を変更可能な弁作動位相可変機構（２０）と、前記タービン（１２１）をバイパスするバイパス通路（１１）に設けられたウエストゲート弁（１４）とを備える内燃機関の制御装置において、前記電動機（１２４）による前記コンプレッサ（１２３）の駆動補助を行うときに、前記ウエストゲート弁の開度（ＷＧＯ）を増加させるとともに、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するオーバラップ期間（ＴＣＡＯＶＬ）を増加させ、前記電動機（１２４）による駆動補助の開始後に前記機関の吸気圧（ＰＢ）が目標過給圧（ＰＯＢＪ）に達した時点から、前記電動機（１２４）の出力を漸減させる電動機出力漸減制御と、前記ウエストゲート弁（１４）の開度を漸減させるウエストゲート弁開度漸減制御とを並行して実行することを特徴とする。
ここで「オーバラップ期間を増加させる」とは、電動機によるコンプレッサの駆動補助を開始する時点のオーバラップ期間が「０」より大きい状態から増加させる場合と、オーバラップ期間が「０」以下の値である状態から増加させる場合とを含むものとする。

この構成によれば、電動機によるコンプレッサの駆動補助を行うときに、ウエストゲート弁の開度を増加させるとともに、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間が重複するオーバラップ期間を増加させる制御が行われる。ウエストゲート弁の開度を増加させることによって、機関の要求負荷が高いときに排気圧の増加を最小限とし、充填効率を向上させるとともに点火時期を最適点火時期に近づける設定とすることができる。またオーバラップ期間を増加させることによって、燃焼室内の残留ガスの掃気を促進し、新気量を増加させるとともにノッキングを回避しつつ点火時期を進角させることが可能となる。その結果、機関出力を高めて燃費を向上させるとともに、過給機の応答性を改善することができる。また、電動機による駆動補助の開始後に吸気圧が目標過給圧に達した時点から、電動機の出力を漸減させる電動機出力漸減制御と、ウエストゲート弁の開度を漸減させるウエストゲート弁開度漸減制御とが並行して実行されるので、十分な過給圧（目標過給圧）が得られたのちは、電動機による駆動補助を伴う過給から通常の排気エネルギによる過給へ移行することにより、電動機を駆動するため電力を低減することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記電動機（１２４）による駆動補助は、前記機関の回転数が比較的低くかつ前記機関の吸気圧が目標過給圧（ＰＯＢＪ）より低い運転状態で実行されることを特徴とする。
機関回転数が比較的低くかつ吸気圧が目標過給圧より低い運転状態で電動機による駆動補助を行うことにより、吸気圧の上昇を早めて過給機の応答性改善効果及び掃気促進効果を得ることができる。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を模式的に示す図である。 図１に示す内燃機関の制御系の構成を示すブロック図である。 図１に弁作動位相可変機構による弁作動位相の可変範囲を説明するために、吸気弁及び排気弁のリフトカーブを示す図である。 スロットル弁の開度を全開としたときの機関回転数（ＮＥ）と、吸気圧（ＰＢ）及び排気圧（ＰＥＸ）との関係を示す図である。 モータアシスト過給制御の概要を説明するためのタイムチャートである。 吸気圧（ＰＢ）から排気圧（ＰＥＸ）を減算した差圧（ＤＰ）と、オーバラップ期間（ＴＣＡＯＶＬ）との関係を示す図である。 吸気弁及び排気弁の弁作動位相（ＣＡＩＮ，ＣＡＥＸ）の算出に使用するマップを示す図である。 要求トルク（ＴＲＱＤ）に対応する機関出力制御を行った場合の出力トルク（ＴＲＱＥ）の推移を示す図である。 モータアシストを行うことにより、吸気圧が排気圧より高くなって掃気効果が得られる期間が増加する点を説明するためのタイムチャートである。 モータアシスト過給制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関の構成を模式的に示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、４つの気筒６を有し、気筒６の燃焼室内に燃料を直接噴射する直噴エンジンであり、各気筒６には燃料噴射弁７、点火プラグ８、及び吸気弁及び排気弁（図示せず）が設けられている。

エンジン１は、吸気通路２、排気通路１０、ターボチャージャ（過給機）１２、及び弁作動位相可変機構２０を備えている。吸気通路２は、サージタンク４に接続され、サージタンク４は吸気マニホールド５を介して各気筒６の燃焼室に接続されている。吸気通路２には、加圧された空気を冷却するためのインタークーラ３及びスロットル弁１３が設けられ、スロットル弁１３は、スロットルアクチュエータ１３ａによって駆動可能に構成されている。サージタンク４には、吸気圧ＰＢを検出する吸気圧センサ２１が設けられ、吸気通路２には吸入空気流量ＧＡＩＲを検出する吸入空気流量センサ２２が設けられている。

ターボチャージャ１２は、排気通路９に設けられ、排気の運動エネルギにより回転駆動されるタービン１２１と、シャフト１２２を介してタービン１２１に連結されたコンプレッサ１２３と、シャフト１２２を回転駆動可能に設けられたモータ（電動機）１２４とを備えている。コンプレッサ１２３は、吸気通路２に設けられ、エンジン１に吸入される空気の加圧（圧縮）を行う。モータ１２４を駆動することによって、タービン１２１によるコンプレッサ１２３の駆動をアシストする駆動アシスト（駆動補助）が行われる。
弁作動位相可変機構２０は、各気筒６の吸気弁及び排気弁の作動位相を変更する機構である。

エンジン１の各気筒６の燃焼室は排気マニホールド９を介して排気通路１０に接続されている。排気通路１０には、タービン１２１をバイパスするバイパス通路１１が接続されており、バイパス通路１１には、バイパス通路１１を通過する排気の流量を制御するウエストゲート弁１４が設けられている。

図２は、エンジン１の制御を行う制御系の構成を示すブロック図であり、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３０には、上述した吸気圧センサ２１及び吸入空気流量センサ２２の他、エンジン１の回転数ＮＥを検出するエンジン回転数センサ２３、エンジン１により駆動される車両のアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（以下「アクセルペダル操作量」という）ＡＰを検出するアクセルセンサ２４、エンジン冷却水温ＴＷを検出する冷却水温センサ２５、及び図示しない他のセンサが接続されており、これらのセンサの検出信号がＥＣＵ３０に供給される。

ＥＣＵ３０の出力側には、燃料噴射弁７、点火プラグ８、モータ１２４、ウエストゲート弁１４、スロットルアクチュエータ１３ａ、弁作動位相可変機構２０に設けられた吸気弁用アクチュエータ２０１及び排気弁用アクチュエータ２０２が接続されている。吸気弁用アクチュエータ２０１を駆動することによって、吸気弁作動位相ＣＡＩＮが変更され、排気弁用アクチュエータ２０２を駆動することによって、排気弁作動位相ＣＡＥＸが変更される。

ＥＣＵ３０は、各種センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する等の機能を有する入力回路、中央演算処理ユニット（以下「ＣＰＵ」という）、ＣＰＵで実行される各種演算プログラム及び演算結果等を記憶する記憶回路、モータ１２４などに駆動信号を供給する出力回路を備えている。

ＥＣＵ３０は、エンジン運転状態（主としてエンジン回転数ＮＥ及び要求トルクＴＲＱＤ）に応じて、燃料噴射弁７による燃料噴射制御、点火プラグ８による点火制御、モータ１２４によるターボチャージャ１２の駆動アシスト制御、ウエストゲート弁１４によるタービン駆動制御、スロットル弁１３による吸入空気量制御、吸気弁用アクチュエータ２０１及び排気弁用アクチュエータ２０２による弁作動位相制御を行う。要求トルクＴＲＱＤは、主としてアクセルペダル操作量ＡＰに応じて算出され、アクセルペダル操作量ＡＰが増加するほど増加するように算出される。

図３は、弁作動位相可変機構２０による弁作動位相の可変範囲を説明するためのリフトカーブを示し、横軸はクランク角度ＣＡである（「０」は吸気行程開始上死点に対応する）。破線Ｌ１及びＬ３がそれぞれ排気弁及び吸気弁の最進角作動位相に対応し、実線Ｌ２及びＬ４がそれぞれ排気弁及び吸気弁の最遅角作動位相に対応する。本実施形態では、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とが重複するオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが重要な制御パラメータとなるため、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯ及び排気弁閉弁時期ＣＡＥＣを用いてオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬの可変範囲を説明する。

本実施形態の弁作動位相可変機構２０では、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯの最進角位相ＣＡＩＯＭＩＮは、ＡＴＤＣ（吸気行程開始上死点後）−４０度程度（すなわち上死点前４０度程度）で、最遅角位相ＣＡＩＯＭＡＸは、ＡＴＤＣ４０度程度であり、排気弁閉弁時期ＣＡＥＣの最進角位相ＣＡＥＣＭＩＮは、ＡＴＤＣ−２０度程度で、最遅角位相ＣＡＥＣＭＡＸは、ＡＴＤＣ３０度程度である。したがって、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを、（ＣＡＥＣ−ＣＡＩＯ）として定義すると、最小値は０より小さい値となり、最大値ＴＣＡＯＶＬＭＡＸは（ＣＡＥＣＭＡＸ−ＣＡＩＯＭＩＮ：７０度程度）である。
なお、図３では、リフト量ＬＦＴが基準リフト量ＬＦＴ０より大きい状態を開弁状態として、開閉弁時期を示している。

図４は、スロットル弁１３の開度を全開としたときのエンジン回転数ＮＥと、吸気圧ＰＢ及び排気圧ＰＥＸとの関係を示す図であり、実線Ｌ１１はモータ１２４による駆動アシスト（以下「モータアシスト」という）を行わない場合の排気圧ＰＥＸの推移を示し、破線Ｌ１２はモータアシストを行った場合の排気圧ＰＥＸの推移を示し、一点鎖線Ｌ１３は吸気圧ＰＢの推移を示す。この図から明らかなように、エンジン回転数ＮＥが境界回転数ＮＥＢより低い範囲では、モータアシストを行うことによって排気圧ＰＥＸを吸気圧ＰＢより低下させることが可能である。排気圧ＰＥＸを吸気圧ＰＢより低い状態では、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させることによって、気筒内の残留ガスの掃気を促進することができる。

そこで本実施形態では、エンジン回転数ＮＥが比較的低くかつ吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪより低い運転状態（以下「特定運転状態」という）で、モータアシストを実行しつつ、ウエストゲート弁１４の開度を最大として、排気圧ＰＥＸを低下させるとともに、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させるモータアシスト過給制御を実行する。目標過給圧ＰＯＢＪは、過給によって吸気圧ＰＢを高めるときの目標圧であり、要求トルクＴＲＱＤが高いほど高く設定されるので、上記特定運転状態は、主としてエンジン回転数ＮＥが比較的低い状態で、アクセルペダルが急激に踏み込まれてスロットル弁１３を全開に近い状態まで開弁する高負荷の運転状態に相当する。

図５は、本実施形態におけるモータアシスト過給制御の概要を説明するためのタイムチャートであり、同図（ａ）〜（ｄ）は、それぞれモータ１２４の出力トルクＴＲＱＭ、ウエストゲート弁１４の開度（以下「ＷＧ開度」という）ＷＧＯ、吸気圧ＰＢ及び排気圧ＰＥＸ、並びに吸気弁開弁時期ＣＡＩＯ及び排気弁閉弁時期ＣＡＥＣの推移を示す。なお、図５（ｂ）に示す破線は、ウエストゲート弁１４を通過する排気流量の推移を示す。また図５（ｄ）の縦軸は、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯ及び排気弁閉弁時期ＣＡＥＣが遅角するほど増加するように示されている。

時刻ｔ０において、モータアシスト過給制御が開始されると、モータ出力トルクＴＲＱＭが最大値ＴＭＡＸとなるようにモータ１２４が駆動されるとともに、ウエストゲート弁１４が開弁されて、ＷＧ開度ＷＧＯが最大開度ＶＯＭＡＸに設定される。図５（ｄ）における実線及び破線は、それぞれ吸気弁開弁時期ＣＡＩＯ及び排気弁閉弁時期ＣＡＥＣの推移を示し、モータアシスト過給制御開始直後は、モータアシスト過給制御開始直前の値に維持される。図５（ｄ）に示す例は、モータアシスト過給制御開始時のオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが「０」より小さい値の場合に対応する。

吸気圧ＰＢが排気圧ＰＥＸを超える時刻ｔ１近傍の時点から、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯが進角し、排気弁閉弁時期ＣＡＥＣが遅角するように、弁作動位相が変更され、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが増加する。図５（ｄ）は、時刻ｔ１から弁作動位相の変更が開始されるように示されているが、これは理想的な状態を示したもので、実際には弁作動位相の変更開始時点と時刻ｔ１とは必ずしも一致しない。

時刻ｔ２に吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪに達すると、モータ出力トルクＴＲＱＭ及びＷＧ開度ＷＧＯを漸減させる過渡制御が実行される。このとき、吸気弁及び排気弁の作動位相は、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯが徐々に遅角し、排気弁閉弁時期ＣＡＥＣが徐々に進角するように制御される。時刻ｔ３においてモータ出力トルクＴＲＱＭ及びＷＧ開度ＷＧＯがともに「０」となり、通常の過給制御に移行する。なお、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯの変更（進角，遅角）は、実際には吸気弁作動位相ＣＡＩＮの変更によって実行され、排気弁閉弁期ＣＡＥＣの変更は、実際には排気弁作動位相ＣＡＥＸの変更によって実行される。

図６は、吸気圧ＰＢから排気圧ＰＥＸを減算した差圧ＤＰ（＝ＰＢ−ＰＥＸ）と、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬとの理想的な関係を示す図であり、本実施形態では、差圧ＤＰが負の値であるときは、原則としてオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを「０」より小さい値とし、差圧ＤＰが増加するほどオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが増加する特性が得られるように、吸気弁作動位相ＣＡＩＮの算出マップ（以下「ＣＡＩＮマップ」という）及び排気弁作動位相ＣＡＥＸの算出マップ（以下「ＣＡＥＸマップ」の設定が行われる。

本実施形態では、図７に示すように、モータ出力トルクＴＲＱＭを最大とする（１００％）状態に対応する第１ＣＡＩＮマップ（同図（ａ））及び第１ＣＡＥＸマップ（同図（ｃ））と、モータアシストを行わない（０％）状態に対応する第２ＣＡＩＮマップ（同図（ｂ））及び第２ＣＡＥＸマップ（同図（ｄ））とが設けられている。各マップは、エンジン回転数ＮＥ及びエンジン１の推定出力トルクＴＲＱＨに応じて設定されている。推定出力トルクＴＲＱＨは、エンジン１の吸入空気流量ＧＡＩＲ及び点火時期ＩＧに応じて算出される。より具体的には、推定出力トルクＴＲＱＨは、吸入空気流量ＧＡＩＲが増加するほど増加するように算出され、点火時期ＩＧが最適点火時期（出力トルクが最大となる点火時期）から遅角されているときはその遅角量が増加するほど減少するように算出される。

第１及び第２ＣＡＩＮマップには、最遅角位相を基準とした進角量ＣＡＩＮ０〜ＣＡＩＮ５及びＣＡＩＮ０〜ＣＡＩＮ３ａが設定され、第１及び第２ＣＡＥＸマップには、最進角位相を基準とした遅角量ＣＡＥＸ０〜ＣＡＥＸ４及びＣＡＥＸ０〜ＣＡＥＸ３が設定されている。なお、ＣＡＩＮ０及びＣＡＥＸ０は、何れも基準位相に対応するものであり、「０」に設定される。またモータ出力トルクＴＲＱＭが０％と１００％の間にあるときは、その時点のモータ出力トルクＴＲＱＭに応じて補間演算を行うことによって、吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁作動位相ＣＡＥＸが算出される。

第１及び第２ＣＡＩＮマップの設定値は、以下のような関係を有する：
ＣＡＩＮ０＜ＣＡＩＮ１＜ＣＡＩＮ２＜ＣＡＩＮ３＜ＣＡＩＮ３ａ＜ＣＡＩＮ４＜ＣＡＩＮ５
すなわち、推定出力トルクＴＲＱＨが大きい高負荷領域では、第１ＣＡＩＮマップの設定値の方が第２ＣＡＩＮマップの設定値より大きく、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが増加するように設定されている。

また、第１及び第２ＣＡＥＸマップの設定値は、以下のような関係を有する：
ＣＡＥＸ０＜ＣＡＥＸ１＜ＣＡＥＸ２＜ＣＡＥＸ３＜ＣＡＥＸ４
すなわち、推定出力トルクＴＲＱＨが大きい高負荷領域では、第１ＣＡＥＸマップの設定値の方が第２ＣＡＥＸマップの設定値より大きく、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが増加するように設定されている。

図７に示すようなマップ設定によって、図５（ｄ）に示す特性に近い吸気弁開弁時期ＣＡＩＯの変化特性、及び排気弁閉弁期ＣＡＥＣの変化特性が実現されるとともに、図６に示す理想的な特性に近いオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬの変化特性が実現される。なお、図５（ｄ）において、時刻ｔ０からｔ１の間は、吸気弁開弁時期ＣＡＩＯ及び排気弁閉弁期ＣＡＥＣが維持されるのは、要求トルクＴＲＱＤの増加に伴う目標過給圧ＰＯＢＪの増加に対して、推定出力トルクＴＲＱＨの増加が遅れるためである。

図８は、エンジン１の要求トルクＴＲＱＤに対応するエンジン出力制御を行った場合の出力トルクＴＲＱＥの推移を示す図である。同図の破線Ｌ２１が要求トルクＴＲＱＤの推移を示し、実線Ｌ２２及び破線Ｌ２３が出力トルクＴＲＱＥの推移を示し、それぞれモータアシスト過給制御を実行した場合及びモータアシストを行わない通常の過給制御を実行した場合に対応する。図８に示すようにモータアシスト過給制御を実行することにより、エンジン出力トルクＴＲＱＥを要求トルクＴＲＱＤまで迅速に増加させることができ、ターボチャージャ１２の応答性改善効果が得られる。

図９は、モータアシスト過給制御を行うことにより、吸気圧が排気圧より高くなって掃気効果が得られる期間が増加する点を説明するためのタイムチャート（横軸はクランク角度ＣＡ）であり、同図（ａ）は吸気弁及び排気弁の作動位相を示し、同図（ｂ）は吸気圧ＰＢＳ及び排気圧ＰＥＸＳの推移を示す。ここで、吸気圧ＰＢＳ及び排気圧ＰＥＸＳは、単一気筒の吸気圧及び排気圧に相当するものである。

破線Ｌ３１，Ｌ３３，Ｌ４１，及びＬ５１がモータアシスト過給制御を行わない場合に対応し、実線Ｌ３２，Ｌ３４，Ｌ４２，及びＬ５２がモータアシスト過給制御を行う場合に対応する。

モータアシスト過給制御を行わない場合には、吸気圧ＰＢＳが排気圧ＰＥＸＳより高くなる高吸気圧期間はＴＣＡ１であり、掃気効果が得られるオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬは高吸気圧期間ＴＣＡ１以下に制限される。これに対しモータアシスト過給制御を行う場合には、吸気圧ＰＢＳが破線Ｌ５１に示す圧力値から実線Ｌ５２で示す圧力値まで上昇するため、高吸気圧期間はＴＣＡ２となり、掃気効果が得られるオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬは、高吸気圧期間ＴＣＡ２まで増加させることが可能となる。なお、排気圧ＰＥＸＳの推移が、破線Ｌ４１から実線Ｌ４２に変化するのは、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させるために、排気弁作動位相を遅角させることによるものである。

図１０は、上述したモータアシスト過給圧制御を説明するためのフローチャートである。ステップＳ１１では、要求トルクＴＲＱＤ及びエンジン回転数ＮＥに応じて目標過給圧ＰＯＢＪを算出する。ステップＳ１２では、エンジン回転数ＮＥが境界回転数ＮＥＢ（例えば３０００ｒｐｍ程度に設定される）より低いか否かを判別する。ステップＳ１２の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪより高いか否かを判別する（ステップＳ１３）。境界回転数ＮＥＢは、モータアシストを実行することによって、排気圧ＰＥＸを吸気圧ＰＢをより低下させることが可能なエンジン１の低回転状態を判定できるように設定される（図４参照）。

ステップＳ１２またはＳ１３の答が否定（ＮＯ）であって、エンジン回転数ＮＥが境界回転数ＮＥＢ以上であるとき、または吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪ以上であるときは、モータアシストオンフラグＦＭＡＳＴが「１」であるか否かを判別する（ステップＳ１８）。モータアシストオンフラグＦＭＡＳＴは、モータアシストを開始すると「１」に設定されるフラグである（ステップＳ１４参照）。ステップＳ１８の答が否定（ＮＯ）であるときは、モータアシストをオフとし（ステップＳ１９）、第２ＣＡＩＮマップを用いて吸気弁作動位相ＣＡＩＮを算出する（ステップＳ２０）とともに、第２ＣＡＥＸマップを用いて排気弁作動位相ＣＡＥＸを算出する（ステップＳ２１）。その後通常の過給圧制御を実行する（ステップＳ２５）。ステップＳ１８の答が肯定（ＹＥＳ）であって、ステップＳ１４実行後に、ステップＳ１２またはＳ１３の答が否定（ＮＯ）となったときは、ステップＳ２２に進み、図５を参照して説明した過渡制御を実行する。

ステップＳ１３の答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、モータアシスト過給圧制御を実行する。ステップＳ１４では、モータアシストをオンとし、モータアシストオンフラグＦＭＡＳＴを「１」に設定する。このときモータ１２４は、出力トルクＴＲＱＭが最大値ＴＭＡＸとなるように駆動される。ステップＳ１５では、ウエストゲート弁１４を全開とする。すなわち、ウエストゲート弁１４が閉じているときは全開状態まで開弁し、すでに全開状態であるときはその状態を維持する。

ステップＳ１６では、第１ＣＡＩＮマップを用いて吸気弁作動位相ＣＡＩＮを算出する（ステップＳ１６）とともに、第１ＣＡＥＸマップを用いて排気弁作動位相ＣＡＥＸを算出する（ステップＳ１７）。図７を参照して説明したように、推定出力トルクＴＲＱＨが大きい高負荷領域では、第１ＣＡＩＮマップの設定値の方が第２ＣＡＩＮマップの設定値より大きく、かつ第１ＣＡＥＸマップの設定値の方が第２ＣＡＥＸマップの設定値より大きい。したがって、ステップＳ１６及びＳ１７によって算出される吸気弁作動位相ＣＡＩＮ及び排気弁作動位相ＣＡＥＸを適用することによって、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが増加する。ステップＳ１７実行後は、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１２〜Ｓ１７によるモータアシスト過給制御の実行中にステップＳ１２またはＳ１３の答が否定（ＮＯ）となると、ステップＳ１８を経由してステップＳ２２に進み、図５を参照して説明した過渡制御を実行する。すなわち、モータ出力トルクＴＲＱＭ及びＷＧ開度ＷＧＯを徐々に減少させる。また吸気弁作動位相ＣＡＩＮは、第１ＣＡＩＮマップの設定値と第２ＣＡＩＮマップの設定値の補間演算を行うことにより算出され、徐々に遅角される一方、排気弁作動位相ＣＡＥＸは、第１ＣＡＥＸマップの設定値と第２ＣＡＥＸマップの設定値の補間演算を行うことにより算出され、徐々に進角される。

ステップＳ２３では、モータ出力トルクＴＲＱＭが「０」であるか否かを判別し、その答が否定（ＮＯ）であるときは過渡制御を継続する。ステップＳ２３の答が肯定（ＹＥＳ）となると、モータアシストオンフラグＦＭＡＳＴを「０」に設定して（ステップＳ２４）、通常制御に移行する。

以上のように本実施形態では、モータ１２４によるコンプレッサ１２３の駆動アシストを行うモータアシスト過給制御を実行するときに、ウエストゲート弁１４の開度ＷＧＯを増加させるとともに、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間が重複するオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させる制御が行われる。ウエストゲート弁１４の開度ＷＧＯを増加させることによって、要求負荷ＴＲＱＤが高い、すなわち目標過給圧ＰＯＢＪが高いときに排気圧ＰＥＸの増加を最小限とし、充填効率を向上させるとともに点火時期を最適点火時期に近づける設定とすることができる。またオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させることによって、燃焼室内の残留ガスの掃気を促進し、新気量を増加させるとともにノッキングを回避しつつ点火時期を進角させることが可能となる。その結果、エンジン出力を高めて、燃費を向上させることができる。より具体的には、エンジン１の特定運転状態（ＮＥ＜ＮＥＢ，ＰＢ＜ＰＯＢＪ）でモータアシスト過給制御を行うことにより、顕著な掃気促進効果によるエンジン出力を高める効果及びターボチャージャ１２の応答性改善効果を得ることができる。

また、モータアシストの開始後に吸気圧ＰＢＡが目標過給圧ＰＯＢＪに達したときに、モータ出力トルクＴＲＱＭを減少させるとともに、ウエストゲート弁の開度ＷＧＯを減少させる過渡制御が行われる。十分な過給圧（目標過給圧）が得られたのちは、モータ出力トルクＴＲＱＭを減少させて通常の排気エネルギによる過給に移行させることにより、モータ１２４を駆動するため電力を低減することができる。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、図１０に示す制御では、モータアシスト過給制御を実行する特定運転状態を、エンジン回転数ＮＥが境界回転数ＮＥＢより低くかつ吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪより低い状態としたが、より簡便には、アクセルペダル操作量ＡＰが比較的小さい値から急激に増加した時点から所定時間ＴＭＡＳＴＸが経過するまでを特定運転状態と判定して、モータアシスト過給制御を実行するようにしてもよい。所定時間ＴＭＡＳＴＸは、例えばスロットル弁開度が全閉に近い状態からスロットル弁全開運転へ移行した時点（モータアシスト過給制御開始時点）から、吸気圧ＰＢが目標過給圧ＰＯＢＪに確実に到達する時間に設定される。所定時間ＴＭＡＳＴＸを十分な過給圧が得られるように設定することで、モータ１２４による過度のアシストを回避して、消費電力を低減することができる。

また図５（ｄ）に示す例では、モータアシスト過給制御の開始時点におけるオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬは「０」より小さい値であり、その状態からオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させる動作例を示したが、モータアシスト過給制御の開始時点におけるオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬが「０」より大きい初期値である場合もあり、その場合にはその初期値からモータアシスト過給制御の実行中にオーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬを増加させる制御を行う。

また上述したモータアシスト過給制御では、制御開始時点からモータ出力トルクＴＲＱＭ及びＷＧ開度ＷＧＯを最大値となるようにしたが、必ずしも最大値とせずに、最大値より若干小さい値に設定するようにしてもよい。また、上述した実施形態では、弁作動位相可変機構２０は、吸気弁及び排気弁の作動位相を変更可能なものを使用したが、オーバラップ期間ＴＣＡＯＶＬの変更は、吸気弁または排気弁の何れか一方の作動位相を変更することによって行うことができるので、弁作動位相可変機構２０として吸気弁または排気弁の何れか一方の作動位相を変更可能なものを使用するようにしてもよい。また図１には４気筒のエンジンを示したが、本発明は気筒数に関わらず適用可能である。

１ 内燃機関
２ 吸気通路
１０ 排気通路
１１ バイパス通路
１２ ターボチャージャ（過給機）
１２１ タービン
１２３ コンプレッサ
１２４ モータ
１４ ウエストゲート弁
２０ 弁作動位相可変機構
２１ 吸気圧センサ
２２ 吸入空気流量センサ
２３ エンジン回転数センサ
２４ アクセルセンサ
３０ 電子制御ユニット

Claims (2)

1. 燃料が燃焼室内に直接噴射される内燃機関の制御装置であって、前記機関の排気通路に設けられたタービンと、前記タービンにより回転駆動され、前記機関の吸気を加圧するコンプレッサと、該コンプレッサを駆動可能に設けられた電動機とを有する過給機と、前記機関の吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の作動位相を変更可能な弁作動位相可変機構と、前記タービンをバイパスするバイパス通路に設けられたウエストゲート弁とを備える内燃機関の制御装置において、
   前記電動機による前記コンプレッサの駆動補助を行うときに、前記ウエストゲート弁の開度を増加させるとともに、前記吸気弁の開弁期間と前記排気弁の開弁期間とが重複するオーバラップ期間を増加させ、
   前記電動機による駆動補助の開始後に前記機関の吸気圧が目標過給圧に達した時点から、前記電動機の出力を漸減させる電動機出力漸減制御と、前記ウエストゲート弁の開度を漸減させるウエストゲート弁開度漸減制御とを並行して実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記電動機による駆動補助は、前記機関の回転数が比較的低くかつ前記機関の吸気圧が目標過給圧より低い運転状態で実行され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。

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