JP6413661B2

JP6413661B2 - 内燃機関の吸気バイパス制御方法及び内燃機関の吸気バイパス制御システム

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Publication number: JP6413661B2
Application number: JP2014225904A
Authority: JP
Inventors: 裕也成瀬
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-11-06
Filing date: 2014-11-06
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2034-11-06
Also published as: JP2016089738A

Description

本発明は、過給機を有する内燃機関の吸気バイパス制御方法及び過給機を有する内燃機関の吸気バイパス制御システムに関する。

例えば特許文献１には、排気駆動過給機のコンプレッサの吸入側通路と吐出側通路とをバイパスする吸気バイパス通路を設け、吸気バイパス通路内を開閉制御する吸気バイパス弁を備えた排気駆動過給機付きエンジンが開示されている。特許文献１に記載の発明では、スロットル開度（アクセルペダル踏込み量）が小さくて吸気管の圧力もタービン回転速度も低い状態であって吸気バイパス弁が閉じている状態からスロットル開度が高い増加率で踏み込まれた場合（急加速要求が発生した場合）、加速の初期の期間では吸気バイパス弁を一時的に開いてタービン負荷を低減してタービン回転数を短時間に立ち上がらせている。そしてタービン回転数が立ち上がった後、吸気バイパス弁を閉じて過給を行い、ターボラグによるエンジン出力の立ち上がりの遅れを低減している。

特開平６−３２３１４９号公報

過給機を備えた内燃機関を搭載した車両において、アクセルペダルを踏み込んで加速要求を行った場合、加速の初期では、過給機による過給が徐々に働いて吸気が過給されるが、加速要求の期間が比較的長い場合、特に加速の後期において（過給機保護のため過給機の回転数は一定回転数に保たれる）、内燃機関の回転数も大きく上昇して内燃機関の吸入量が増加していくので、吸気の過給状態が徐々に低下していく（図３参照）。また似た形態として多段過給機を備えた内燃機関を搭載した車両においてアクセルペダルを踏み込んで加速要求を行った場合、加速の初期では高圧側過給機と低圧側過給機の両方を作動させて過給するが、加速要求の期間が比較的長い場合、高圧側過給機の作動範囲を超えてくるため過回転保護をする必要がある。この形態の場合、図３の例に示す時間・圧力比特性は、高圧側過給機の特性を示している。図３の例に示す時間・圧力比特性は、横軸を時間、縦軸を圧力比（過給機の吐出側通路内の圧力／過給機の吸入側通路内の圧力）とした特性を示しており、時間ｔａにてアクセルペダルを踏込んで踏込み状態を維持（加速要求を維持）した状態を示している。図３の例に示すように、アクセルペダルを踏み込んだ時間ｔａから時間ｔｃまでの間では、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」であるので、吸気の過給が有効に働いていることがわかる。しかし、図３に示すように、時間の経過に伴って、吸気の過給状態が徐々に低下し、時間ｔｃよりも後では、「過給機の吐出側通路内の圧力＜過給機の吸入側通路内の圧力」となり、この場合は過給機が吸気抵抗となってしまっているので、過給機をバイパスするほうがよい。従って、「過給機の吐出側通路内の圧力＝過給機の吸入側通路内の圧力」となった時間ｔｃのタイミングにて、閉じていた吸気バイパス弁を開いて「過給機の吐出側通路内の圧力＝過給機の吸入側通路内の圧力」とすることが好ましい。

しかし、特許文献１には、加速要求の期間が比較的長い場合、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」の状態から、やがて「過給機の吐出側通路内の圧力＜過給機の吸入側通路内の圧力」の状態になる点も、図３における時間ｔｃにて吸気バイパス弁を閉状態から開状態に制御することが好ましい点も、記載されていない。

なお、図３に示す特性上において、時間ｔｃのタイミングの検出が適切でなく、時間ｔｂにて吸気バイパス弁を閉状態から開状態とした場合は、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」であるので、過給機の吐出側通路から吸入側通路へと吸気の一部が逆流してエンジン出力にもたつきや減速ショック等が発生する可能性があるので好ましくない。また、図３に示す特性上において、時間ｔｃのタイミングの検出が適切でなく、時間ｔｄにて吸気バイパス弁を閉状態から開状態とした場合は、時間ｔｃから時間ｔｄの間、「過給機の吐出側通路内の圧力＜吸入側通路内の圧力」の状態であるので、この期間は過給機が吸気抵抗となりエンジン出力が低減されてしまう点と、吸気バイパス弁を閉状態から開状態としたときにエンジン出力のショック等が発生する可能性があるので好ましくない。加速要求の期間が比較的長い場合に、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」の状態から「過給機の吐出側通路内の圧力＜過給機の吸入側通路内の圧力」の状態になる時間ｔｃ（図３参照）のタイミングを適切に検出するには、過給機の吐出側通路内に第１圧力センサを設け、過給機の吸入側通路内に第２圧力センサを設ければよいが、これでは２つの圧力センサを必要としてしまう。

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、センサの増加を抑制し、より少ないセンサにて、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」の状態から「過給機の吐出側通路内の圧力＜過給機の吸入側通路内の圧力」の状態になるタイミングをより精度よく検出することができる、内燃機関の吸気バイパス制御方法及び内燃機関の吸気バイパス制御システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の吸気バイパス制御方法及び内燃機関の吸気バイパス制御システムは次の手段をとる。まず、本発明の第１の発明は、内燃機関への吸気を過給する過給機と、前記吸気を前記過給機へと導く過給機吸入通路と、前記過給機から吐出した前記吸気を前記内燃機関へと導く過給機吐出通路と、前記過給機をバイパスして前記過給機吸入通路と前記過給機吐出通路とを連通する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の開度を調整する吸気バイパス弁と、前記吸気バイパス弁を制御する制御手段と、前記過給機の回転数である過給機回転数に応じた、前記吸気の流量である吸気流量と、過給機吐出通路内の吸気の圧力に関する情報と、の関係を示す吸気流量・圧力特性が記憶された記憶手段と、を有する内燃機関の吸気バイパス制御方法である。そして、前記制御手段を用いて、前記吸気バイパス弁の閉状態からの前記内燃機関の加速時において、前記過給機回転数と前記吸気流量と前記吸気流量・圧力特性とに基づいて、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力のどちらの圧力も検出することなく、前記吸気流量・圧力特性と前記過給機回転数に応じて決まる流量閾値に対して、前記吸気流量が前記流量閾値未満から前記流量閾値以上に切り替わることにて判定し、判定した前記切り替わりタイミングの近傍にて、前記バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える。

この第１の発明では、過給機吸入通路内の圧力及び過給機吐出通路内の圧力の検出を必要としない。また、吸気流量を検出する吸気流量検出手段は、通常の内燃機関では当然のように設けられているので、新たに吸気流量検出手段を設ける必要が無く、新たに設ける検出手段は、過給機回転数を検出する検出手段のみでよい。また、例えば制御手段から回転数が制御される電動モータにて駆動される過給機の場合は、過給機回転数を検出する検出手段も必要としない。従って、センサの増加を抑制し、より少ないセンサにて、内燃機関の吸気バイパス制御方法を実現することができる。また、過給機回転数と吸気流量と吸気流量・圧力特性とに基づいて（過給機回転数と吸気流量と圧力の間には、所定の関係が成立している）、過給機吸入通路内の圧力よりも過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、過給機吸入通路内の圧力よりも過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを判定することで、切り替わりタイミングを、より精度よく検出することができる。

次に、本発明の第２の発明は、内燃機関への吸気を過給する過給機と、前記吸気を前記過給機へと導く過給機吸入通路と、前記過給機から吐出した前記吸気を前記内燃機関へと導く過給機吐出通路と、前記過給機をバイパスして前記過給機吸入通路と前記過給機吐出通路とを連通する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路の開度を調整する吸気バイパス弁と、前記吸気バイパス弁を制御する制御手段と、前記過給機の回転数を検出可能な過給機回転数検出手段と、前記吸気の流量を検出可能な吸気流量検出手段と、前記過給機の回転数である過給機回転数に応じた、前記吸気の流量である吸気流量と、過給機吐出通路内の吸気の圧力に関する情報と、の関係を示す吸気流量・圧力特性が記憶された記憶手段と、を有する内燃機関の吸気バイパス制御システムである。そして、前記制御手段は、前記吸気バイパス弁の閉状態からの前記内燃機関の加速時において、前記過給機回転数検出手段を用いて検出した前記過給機回転数と、前記吸気流量検出手段を用いて検出した前記吸気流量と、前記記憶手段に記憶されている前記吸気流量・圧力特性と、に基づいて、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力のどちらの圧力も検出することなく、前記吸気流量・圧力特性と前記過給機回転数に応じて決まる流量閾値に対して、前記吸気流量が前記流量閾値未満から前記流量閾値以上に切り替わることにて判定し、判定した前記切り替わりタイミングの近傍にて、前記バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える。

この第２の発明では、第１の発明と同様、センサの増加を抑制し、より少ないセンサにて、内燃機関の吸気バイパス制御システムを実現することができる。また、第１の発明と同様、過給機吸入通路内の圧力よりも過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、過給機吸入通路内の圧力よりも過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを、より精度よく検出することができる。

内燃機関の吸気バイパス制御システムの全体構成を説明する図である。制御手段の処理手順の例を説明するフローチャートである。横軸を時間、縦軸を圧力比（過給機の吐出側通路内の圧力／過給機の吸入側通路内の圧力）とした場合において、加速を開始してからの時間の経過と圧力比の変化を説明する図である。横軸を吸気流量、縦軸を圧力比（過給機の吐出側通路内の圧力／過給機の吸入側通路内の圧力）とした場合において、各過給機回転数における吸気流量と圧力比の関係を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。以下、内燃機関としてディーゼルエンジンを搭載した車両を例として説明する。なお、図１の例では、第１過給機２１と第２過給機２２との２つの過給機を有する内燃機関の吸気バイパス制御システム１の例を示している。

●［内燃機関の吸気バイパス制御システム１の全体構成（図１）］
図１に示すように、内燃機関の吸気バイパス制御システム１は、内燃機関４０、吸気流量検出手段７１、アクセル踏込み量検出手段７２、インジェクタ８１、符号１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにて示す各吸気通路、吸気マニホルド１３、排気マニホルド３３、符号３２Ａ、３２Ｃ、３１Ａ、３１Ｃにて示す各排気通路、第１過給機２１、第２過給機２２、制御手段６０等を有している。なお、内燃機関の吸気バイパス制御システム１は、図１の例に示す構成に限定されるものではない。

吸気流量検出手段７１は、例えば内燃機関４０が吸入する空気の流量（体積や重量等）を検出する流量センサであり、吸気流量に応じた検出信号を制御手段６０に出力する。

アクセル踏込み量検出手段７２は、例えばアクセルペダルの角度を検出する角度センサであり、運転者によるアクセルペダルの踏込み量に応じた検出信号を制御手段６０に出力する。

インジェクタ８１は、制御手段６０からの駆動信号に基づいて、内燃機関４０の各シリンダ内に燃料を噴射する。例えば制御手段６０は、アクセルペダルの踏込み量等に応じた燃料量を算出し、所定のタイミングにてインジェクタ８１から燃料を噴射する。

各吸気通路は、第１過給機吸入通路１１Ａ、第１過給機吐出通路１１Ｃ、第１吸気バイパス通路１１Ｂ、第２過給機吸入通路１２Ａ、第２過給機吐出通路１２Ｃ、第２吸気バイパス通路１２Ｂ、にて構成されている。

第１過給機吸入通路１１Ａは、吸気流量検出手段７１からの吸気を第１コンプレッサ２１Ｃ（第１過給機）へと導く通路である。また、第１過給機吐出通路１１Ｃは、第１コンプレッサ２１Ｃ（第１過給機）にて過給された吸気が吐出される通路であり、第２コンプレッサ２２Ｃ（第２過給機）へと吸気を導く第２過給機吸入通路１２Ａに接続されている。また、第１吸気バイパス通路１１Ｂは、第１コンプレッサ２１Ｃ（第１過給機）をバイパスして第１過給機吸入通路１１Ａと第１過給機吐出通路１１Ｃとを連通するように接続されている。また、第１吸気バイパス通路１１Ｂ内には、第１吸気バイパス通路１１Ｂの開度を調整する第１吸気バイパス弁５１が設けられている。例えば第１吸気バイパス弁５１は、制御手段６０からの制御信号に基づいて第１吸気バイパス通路１１Ｂを開状態または閉状態にする。

第２過給機吸入通路１２Ａは、第１過給機吐出通路１１Ｃからの吸気を第２コンプレッサ２２Ｃ（第２過給機）へと導く通路である。また、第２過給機吐出通路１２Ｃは、第２コンプレッサ２２Ｃ（第２過給機）にて過給された吸気が吐出される通路であり、内燃機関４０へと吸気を導く吸気マニホルド１３に接続されている。また、第２吸気バイパス通路１２Ｂは、第２コンプレッサ２２Ｃ（第２過給機）をバイパスして第２過給機吸入通路１２Ａと第２過給機吐出通路１２Ｃとを連通するように接続されている。また、第２吸気バイパス通路１２Ｂ内には、第２吸気バイパス通路１２Ｂの開度を調整する第２吸気バイパス弁５２が設けられている。例えば第２吸気バイパス弁５２は、制御手段６０からの制御信号に基づいて第２吸気バイパス通路１２Ｂを開状態または閉状態にする。また、吸気マニホルド１３は、第２過給機吐出通路１２Ｃからの吸気を内燃機関４０の各シリンダに分配する。なお、第２吸気バイパス弁５２は必須であるが、第１吸気バイパス弁５１は省略してもよい。

各排気通路は、第２タービン吸入通路３２Ａ、第２タービン吐出通路３２Ｃ、第１タービン吸入通路３１Ａ、第１タービン吐出通路３１Ｃ、にて構成されている。

第２タービン吸入通路３２Ａは、内燃機関４０の各シリンダからの排気であって排気マニホルド３３からの排気を第２タービン２２Ｔへと導く通路である。また、第２タービン吐出通路３２Ｃは、第２タービン２２Ｔを通った排気が吐出される通路であり、第１タービン２１Ｔへと排気を導く第１タービン吸入通路３１Ａに接続されている。また第１タービン吸入通路３１Ａは、第２タービン吐出通路３２Ｃからの排気を第１タービン２１Ｔへと導く通路である。また、第１タービン吐出通路３１Ｃは、第１タービン２１Ｔを通った排気が吐出される通路である。

第１過給機２１は、第１コンプレッサ２１Ｃ、第１タービン２１Ｔ、第１シャフト２１Ｊにて構成された、いわゆるターボチャージャである。第１シャフト２１Ｊの一方端に取り付けられた第１タービン２１Ｔは、排気エネルギーによって回転駆動され、第１シャフト２１Ｊの他方端に取り付けられた第１コンプレッサ２１Ｃを回転駆動する。同様に、第２過給機２２は、第２コンプレッサ２２Ｃ、第２タービン２２Ｔ、第２シャフト２２Ｊにて構成された、いわゆるターボチャージャである。第２シャフト２２Ｊの一方端に取り付けられた第２タービン２２Ｔは、排気エネルギーによって回転駆動され、第２シャフト２２Ｊの他方端に取り付けられた第２コンプレッサ２２Ｃを回転駆動する。また、第１過給機回転数検出手段２１Ｓは、第１過給機２１の第１シャフト２１Ｊの回転数に応じた検出信号を制御手段６０に出力し、第２過給機回転数検出手段２２Ｓは、第２過給機２２の第２シャフト２２Ｊの回転数に応じた検出信号を制御手段６０に出力する。例えば第２過給機２２は、内燃機関４０の回転数が低回転領域及び中回転領域である場合に主に使用され、第１過給機２１は、内燃機関４０の回転数が低回転領域、中回転領域、高回転領域と、全域にわたって使用される。

なお、第１タービン２１Ｔ及び第１過給機回転数検出手段２１Ｓの代わりに、制御手段６０から回転数が制御される第１電動モータ４１を取り付けて第１コンプレッサ２１Ｃを回転駆動するようにしてもよい。この場合、制御手段６０は、第１電動モータ４１の回転数を制御するので、第１過給機回転数検出手段２１Ｓを用いなくても第１電動モータ４１の回転数を認識することができる。つまり、制御手段６０による第１電動モータ４１の回転数の制御が、第１過給機回転数検出手段２１Ｓの代用となる。同様に、第２タービン２２Ｔ及び第２過給機回転数検出手段２２Ｓの代わりに、制御手段６０から回転数が制御される第２電動モータ４２を取り付けて第２コンプレッサ２２Ｃを回転駆動するようにしてもよい。この場合、制御手段６０は、第２電動モータ４２の回転数を制御するので、第２過給機回転数検出手段２２Ｓを用いなくても第２電動モータ４２の回転数を認識することができる。つまり、制御手段６０による第２電動モータ４２の回転数の制御が、第２過給機回転数検出手段２２Ｓの代用となる。また、第１過給機と第２過給機の組合せは、（第１タービンを備えた第１過給機、第２タービンを備えた第２過給機）、（第１タービンを備えた第１過給機、第２電動モータを備えた第２過給機）、（第１電動モータを備えた第１過給機、第２タービンを備えた第２過給機）、（第１電動モータを備えた第１過給機、第２電動モータを備えた第２過給機）の組合せがあり、どの組合せとしてもよい。

制御手段６０は、ＣＰＵ等を備えた制御装置であり、吸気流量検出手段７１やアクセル踏込み量検出手段７２や第１過給機回転数検出手段２１Ｓや第２過給機回転数検出手段２２Ｓ等からの検出信号を取り込み、インジェクタ８１や第１吸気バイパス弁５１や第２吸気バイパス弁５２等に制御信号を出力する。また制御手段６０は記憶手段を有しており、記憶手段には、後述する処理手順を実行するためのプログラムや、後述する吸気流量・圧力特性等が記憶されている。

上記の構成の内燃機関の吸気バイパス制御システム１を搭載した車両の場合、例えば第２吸気バイパス弁５２が閉状態である場合に、運転者が、２０［％］程度のアクセルペダルの踏込み量から、１００［％］（全開）まで踏込むような加速要求を行った場合、時間の経過に対する圧力比（第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力／第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力）は、図３の例に示す特性となる。図３の例では、時間ｔａにてアクセルペダルが踏込まれて加速の要求が発生した後、時間ｔａ〜時間ｔｃまでの期間では「第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力＞第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力」の状態であり、時間ｔｃのタイミングでは「第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力＝第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力」の状態であり、時間ｔｃよりも後では「第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力＜第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力」の状態であることを示している。前述したように、時間ｔｃのタイミングを精度よく検出し、当該時間ｔｃのタイミングにて第２吸気バイパス弁５２を閉状態から開状態へと切り替えることで、切り替えのショック等が低減され、適切なエンジン出力を得ることができる。以下、第２過給機２２を例として、第２過給機吸入通路１２Ａ及び第２過給機吐出通路１２Ｃのどちらにも圧力センサを設けることなく、より適切に時間ｔｃのタイミングを検出する、本実施の形態の処理手順について説明する。

●［制御手段６０の処理手順（図２〜図４）］
図２のフローチャートに示す処理は、制御手段６０にて、例えば所定時間（例えば数１０［ｍｓ］）毎に起動され、制御手段６０は、当該処理が起動されるとステップＳ１０に進む。なお、図２に示す処理の説明として、第２過給機２２の第２吸気バイパス弁５２を制御する処理を例として説明する。

ステップＳ１０にて制御手段６０は、現在、内燃機関（または車両）が定常運転中であるか否かを判定し、定常運転中である場合（Ｙｅｓ）はステップＳＡ０に進み、定常運転中でない場合（Ｎｏ）はステップＳ２０に進む。例えば制御手段６０は、車両の走行速度の変化量やアクセルペダルの踏込み量の変化量が所定範囲内である状態が所定時間継続した場合に、定常運転中であると判定する。

ステップＳ２０に進んだ場合、制御手段６０は、現在、内燃機関（または車両）が加速中であるか否かを判定し、加速中である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ３０に進み、加速中でない場合（Ｎｏ）はステップＳＢ０に進む。例えば制御手段６０は、アクセル踏込み量検出手段７２にて検出したアクセルペダルの踏込み量が所定［％］以上の場合や、吸気流量検出手段７１にて検出した吸気の流量の増加割合が所定割合以上の場合や、内燃機関のクランクシャフトの回転数の増加割合が所定割合以上の場合や、車両の速度の増加割合が所定割合以上の場合や、インジェクタ８１からの噴射量の増加割合が所定割合以上の場合等にて、加速中であるか否かを判定する。なお、内燃機関（または車両）が加速中であるか否かの判定方法は、特に限定しない。

ステップＳＡ０の処理は、定常運転時に第２吸気バイパス弁を開状態または閉状態に制御する既存の処理であるので、詳細については説明を省略する。また、ステップＳＢ０の処理は、減速運転時に第２吸気バイパス弁を開状態または閉状態に制御する既存の処理であるので、詳細については説明を省略する。

ステップＳ３０に進んだ場合、制御手段６０は、第２過給機が作動中であるか否かを判定し、第２過給機が作動中である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ４０に進み、第２過給機が作動中でない場合（Ｎｏ）は処理を終了する。例えば、第２過給機２２が第２タービン２２Ｔ及び第２過給機回転数検出手段２２Ｓ（図１参照）を備えている場合は、第２過給機回転数検出手段２２Ｓにて検出した回転数が所定回転数以上である場合に第２過給機が作動中であると判定し、第２過給機２２が第２タービン２２Ｔ及び第２過給機回転数検出手段２２Ｓの代わりに第２電動モータ４２（図１参照）を備えている場合は、第２電動モータ４２が作動中である場合に第２過給機が作動中であると判定する。なお、処理を終了した場合、第２吸気バイパス弁は、現在の状態が維持される。

ステップＳ４０に進んだ場合、制御手段６０は、吸気流量、過給機回転数を検出してステップＳ５０に進む。例えば制御手段６０は、吸気流量検出手段７１からの検出信号に基づいて吸気流量を検出し、第２過給機が第２タービン及び第２過給機回転数検出手段を備えている場合は第２過給機回転数検出手段からの検出信号に基づいて第２過給機（第２コンプレッサ）の回転数を検出し、第２過給機が第２電動モータを備えている場合は回転数を制御している第２電動モータの回転数から第２コンプレッサの回転数を知る。

ステップＳ５０にて制御手段６０は、検出した第２過給機の回転数と、記憶手段に記憶されている吸気流量・圧力特性から、圧力比＝１．０となる流量閾値Ｑｎを算出してステップＳ６０に進む。例えば、第２過給機用の吸気流量・圧力特性は、図４の例に示すグラフであり、横軸は吸気流量であり、縦軸は圧力比（第２過給機吐出通路内の圧力／第２過給機吸入通路内の圧力）である。そして第２過給機用の吸気流量・圧力特性は、第２過給機の回転数Ｎｎに応じた、吸気流量と、第２過給機吐出通路内の吸気の圧力に関する情報（この場合、上記の圧力比）と、の関係を示している。例えば図４の例では、第２過給機の回転数がＮ１［ｒｐｍ］である場合、圧力比＝１．０となる流量閾値はＱ１であり、第２過給機の回転数がＮ２［ｒｐｍ］である場合、圧力比＝１．０となる流量閾値はＱ２である。また、第２過給機の回転数がＮ１［ｒｐｍ］からＮ２［ｒｐｍ］の間にある場合は、Ｎ１［ｒｐｍ］における流量閾値Ｑ１とＮ２［ｒｐｍ］における流量閾値Ｑ２とを間を補間して求めることができる。

ステップＳ６０にて制御手段６０は、ステップＳ４０にて検出した吸気流量が、ステップＳ５０にて求めた流量閾値以上であるか否かを判定し、吸気流量が流量閾値以上である場合（Ｙｅｓ）はステップＳ７０に進み、吸気流量が流量閾値未満である場合（Ｎｏ）は処理を終了する。処理を終了した場合、第２吸気バイパス弁は、現在の状態が維持される。図４において吸気流量が流量閾値と一致しているときは、図３における時間ｔｃのタイミング（切り替わりタイミングに相当）である。また、図４において吸気流量が流量閾値よりも小さいときは、図３における時間ｔａ〜時間ｔｃの間のタイミングである。また、図４において吸気流量が流量閾値より大きいときは、図３における時間ｔｃより後のタイミングである。従って、吸気流量が吸気閾値よりも小さな状態から、吸気流量が徐々に増加していき、吸気流量が吸気閾値と一致したタイミングが、図３における時間ｔｃのタイミング（切り替わりタイミングの近傍のタイミング）であると判定し、当該時間ｔｃのタイミング（切り替わりタイミングの近傍のタイミング）にてステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０に進んだ場合、制御手段６０は、第２吸気バイパス弁を開状態に制御して処理を終了する。このように、（第２吸気バイパス弁の閉状態からの）内燃機関の加速時において、第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力及び第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力を検出することなく、第２過給機の回転数と吸気流量と（第２過給機用の）吸気流量・圧力特性とに基づいて、第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力よりも第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力のほうが高い状態から、第２過給機吸入通路１２Ａ内の圧力よりも第２過給機吐出通路１２Ｃ内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミング（時間ｔｃのタイミング）を判定し、判定した切り替わりタイミングの近傍にて、第２吸気バイパス弁５２を閉状態から開状態へと切り替える。

上記の処理手順は、第２過給機用の吸気流量・圧力特性と、第２過給機の回転数から流量閾値を求めて第２吸気バイパス弁を制御したが、上記の処理手順と同様の手順にて、第１過給機用の吸気流量・圧力特性と、第１過給機の回転数から流量閾値を求めて第１吸気バイパス弁を制御することもできる。

本実施の形態にて説明した、内燃機関の吸気バイパス制御システム１、及び内燃機関の吸気バイパス制御方法は、過給機吸入通路内の圧力の検出も、過給機吐出通路内の圧力の検出も不要であり、過給機吸入通路に圧力センサを設ける必要が無く、過給機吐出通路に圧力センサを設ける必要も無い。また、吸気流量検出手段７１は、新たに追加する必要が無く、既に設けられている吸気流量検出手段を流用することができる。また、タービンを備えた過給機の場合は過給機回転数検出手段を必要とするが、１台の過給機に対して２個の圧力センサを設ける必要が無く１個の過給機回転数検出手段を設ければよいので、センサの増加を抑制し、より少ないセンサにて、内燃機関の吸気バイパス制御システム、及び内燃機関の吸気バイパス制御方法を実現できる。さらに、電動モータを備えた過給機の場合は、過給機回転数検出手段を省略することができるので、さらに少ないセンサにて、内燃機関の吸気バイパス制御システム、及び内燃機関の吸気バイパス制御方法を実現できる。また、過給機の回転数と、吸気流量・圧力特性と、吸気流量とから、「過給機の吐出側通路内の圧力＞過給機の吸入側通路内の圧力」の状態から「過給機の吐出側通路内の圧力＜過給機の吸入側通路内の圧力」の状態になるタイミングを適切に検出することができる。

本発明の内燃機関の吸気バイパス制御システム１、及び内燃機関の吸気バイパス制御方法は、本実施の形態で説明した構造、構成、外観、形状、処理手順等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。

また本実施の形態の説明では、第１過給機２１と第２過給機２２とを直列に配置した、いわゆるシーケンシャルターボを備えた内燃機関を例として説明したが、第１過給機２１または第２過給機２２の一方を備えた内燃機関に適用することもできる。

また第１過給機２１、第２過給機２２としては、排気エネルギーを利用したターボチャージャに限定されず、電動モータを用いた過給機や、エンジンの回転動力を利用した過給機等、内燃機関への吸気を過給する種々の過給機を使用することができる。

また本実施の形態の説明では、第１吸気バイパス弁及び第２吸気バイパス弁は、開状態または閉状態の２通りの状態に制御される弁の例で説明したが、開状態と閉状態の間の任意の開度に調整可能な弁を用いてもよい。

また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。また、以上（≧）、以下（≦）、より大きい（＞）、未満（＜）等は、等号を含んでも含まなくてもよい。

１内燃機関の吸気バイパス制御システム
１１Ａ第１過給機吸入通路
１１Ｂ第１吸気バイパス通路
１１Ｃ第１過給機吐出通路
１２Ａ第２過給機吸入通路
１２Ｂ第２吸気バイパス通路
１２Ｃ第２過給機吐出通路
１３吸気マニホルド
２１第１過給機
２１Ｃ第１コンプレッサ
２１Ｊ第１シャフト
２１Ｓ第１過給機回転数検出手段
２１Ｔ第１タービン
２２第２過給機
２２Ｃ第２コンプレッサ
２２Ｊ第２シャフト
２２Ｓ第２過給機回転数検出手段
２２Ｔ第２タービン
４０内燃機関
４１第１電動モータ
４２第２電動モータ
５１第１吸気バイパス弁
５２第２吸気バイパス弁
６０制御手段
７１吸気流量検出手段
７２アクセル踏込み量検出手段

Claims

内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記吸気を前記過給機へと導く過給機吸入通路と、
前記過給機から吐出した前記吸気を前記内燃機関へと導く過給機吐出通路と、
前記過給機をバイパスして前記過給機吸入通路と前記過給機吐出通路とを連通する吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路の開度を調整する吸気バイパス弁と、
前記吸気バイパス弁を制御する制御手段と、
前記過給機の回転数を検出可能な過給機回転数検出手段と、
前記吸気の流量を検出可能な吸気流量検出手段と、
前記過給機の回転数である過給機回転数に応じた、前記吸気の流量である吸気流量と、過給機吐出通路内の吸気の圧力に関する情報と、の関係を示す吸気流量・圧力特性が記憶された記憶手段と、を有する内燃機関の吸気バイパス制御方法であって、
前記制御手段を用いて、
前記吸気バイパス弁の閉状態からの前記内燃機関の加速時において、前記過給機回転数と前記吸気流量と前記吸気流量・圧力特性とに基づいて、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力のどちらの圧力も検出することなく、前記吸気流量・圧力特性と前記過給機回転数に応じて決まる流量閾値に対して、前記吸気流量が前記流量閾値未満から前記流量閾値以上に切り替わることにて判定し、
判定した前記切り替わりタイミングの近傍にて、前記吸気バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える際、
前記過給機回転数検出手段を用いて検出した前記過給機回転数と、前記記憶手段に記憶された前記吸気流量・圧力特性とから、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力とが等しくなるときの吸気流量を前記流量閾値として算出し、
前記吸気流量検出手段を用いて検出した前記吸気流量が、算出された前記流量閾値以上であるか否かを判定し、前記吸気流量が前記流量閾値以上である場合に前記吸気バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える、
内燃機関の吸気バイパス制御方法。
内燃機関への吸気を過給する過給機と、
前記吸気を前記過給機へと導く過給機吸入通路と、
前記過給機から吐出した前記吸気を前記内燃機関へと導く過給機吐出通路と、
前記過給機をバイパスして前記過給機吸入通路と前記過給機吐出通路とを連通する吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路の開度を調整する吸気バイパス弁と、
前記吸気バイパス弁を制御する制御手段と、
前記過給機の回転数を検出可能な過給機回転数検出手段と、
前記吸気の流量を検出可能な吸気流量検出手段と、
前記過給機の回転数である過給機回転数に応じた、前記吸気の流量である吸気流量と、過給機吐出通路内の吸気の圧力に関する情報と、の関係を示す吸気流量・圧力特性が記憶された記憶手段と、を有する内燃機関の吸気バイパス制御システムであって、
前記制御手段は、
前記吸気バイパス弁の閉状態からの前記内燃機関の加速時において、前記過給機回転数検出手段を用いて検出した前記過給機回転数と、前記吸気流量検出手段を用いて検出した前記吸気流量と、前記記憶手段に記憶されている前記吸気流量・圧力特性と、に基づいて、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが高い状態から、前記過給機吸入通路内の圧力よりも前記過給機吐出通路内の圧力のほうが低い状態へと切り替わる切り替わりタイミングを、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力のどちらの圧力も検出することなく、前記吸気流量・圧力特性と前記過給機回転数に応じて決まる流量閾値に対して、前記吸気流量が前記流量閾値未満から前記流量閾値以上に切り替わることにて判定し、
判定した前記切り替わりタイミングの近傍にて、前記吸気バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える際、
前記過給機回転数検出手段を用いて検出した前記過給機回転数と、前記記憶手段に記憶された前記吸気流量・圧力特性とから、前記過給機吸入通路内の圧力と前記過給機吐出通路内の圧力とが等しくなるときの吸気流量を前記流量閾値として算出し、
前記吸気流量検出手段を用いて検出した前記吸気流量が、算出された前記流量閾値以上であるか否かを判定し、前記吸気流量が前記流量閾値以上である場合に前記吸気バイパス弁を閉状態から開状態へと切り替える、
内燃機関の吸気バイパス制御システム。