JP6589212B2 - 過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラム - Google Patents

過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラムに関する。
ターボチャージャの仕事は、タービンが排気から受けるエネルギーに依存する。そのため、エンジンからの排気が少ない低回転域においては、ターボチャージャの効果が小さい。そこで、給気経路にターボチャージャと電動コンプレッサとを備えることで、排気が小さい場合にも過給を行うことができる過給システムが研究されている（特許文献１を参照）。
米国特許第６９２０７５６号明細書
上述の過給システムにおいて電動コンプレッサを作動させる場合、バルブを動作させて、空気が電動コンプレッサを通るように流路を切り替える。しかしながら、電動コンプレッサの回転数が小さいときに流路が切り替わると、電動コンプレッサが空気の流れを妨げて、給気圧力を低下させる可能性がある。
本発明の目的は、電動コンプレッサによって空気の流れが妨げられることを防ぐ過給システム、過給システムの制御装置、過給システムの制御方法、およびプログラムを提供することにある。
本発明の第１の態様によれば、過給システムの制御装置は、エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備える過給システムの制御装置であって、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第２取得部と、前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付ける指令受付部と、前記電動機を駆動信号に基づいて始動させる電動機制御部と、前記電動機制御部による前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える弁制御部とを備え、前記電動機制御部は、前記第２取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合、および前記指令受付部が前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始し、前記弁制御部は、前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替え、前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い。
本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係る過給システムの制御装置は、前記第１コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第１取得部をさらに備え、前記弁制御部が、前記電動機の始動より後であり、かつ前記第１取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えるものであってよい。
本発明の第５の態様によれば、第１から第４の何れかの態様に係る過給システムの制御装置は、前記タービンがノズルベーンを開閉可能に構成され、前記ノズルベーンの開閉を制御するタービン制御部をさらに備え、前記電動機制御部が、前記タービン制御部が前記ノズルベーンを閉じるときに、前記電動機を始動させるものであってよい。
本発明の第６の態様によれば、過給システムは、エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁と第１から第５の何れかの態様に係る制御装置とを備える。
本発明の第７の態様によれば、エンジンシステムは、エンジンと、第６の態様に係る過給システムとを備える。
本発明の第８の態様によれば、過給システムの制御方法は、エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備える過給システムの制御方法であって、前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと、前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得することと、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機の停止を開始することと、前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付けることと、前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始することと、前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替えることとを含み、前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い。
本発明の第９の態様によれば、プログラムは、エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備える過給システムの制御装置のコンピュータに、前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと、前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得することと、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機の停止を開始することと、前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付けることと、前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始することと、前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替えることとを実行させ、前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い
。
上記態様のうち少なくとも１つの態様によれば、開閉弁は、電動機の始動より後に開状態から閉状態に切り替わる。これにより、給気流路を流通する空気が第１コンプレッサを経由するときには、第１コンプレッサが既に回転しているため、給気圧力の低下を防ぐことができる。
第１の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 第１の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るターボコントローラによる電動コンプレッサの制御動作を示すフローチャートである。 過給制御信号に含まれる目標過給量と、過給システムによる過給量との関係を示すグラフである。 電動コンプレッサの回転数の経時変化を示すグラフである。 電動機のトルクとバイパスバルブの開度との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 第２の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。 第２の実施形態に係るターボコントローラによる電動コンプレッサの制御動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 第３の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。 実施形態に係るエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
〈第１の実施形態〉
以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
図１は、第１の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
エンジンシステム１は、エンジン１１とスロットルバルブ１２とエンジンコントローラ１３と過給システム１４とインタークーラ１５とを備える。
エンジン１１の例としては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンが挙げられる。
スロットルバルブ１２は、エンジン１１に供給される吸気の流量を制御する弁である。エンジンコントローラ１３は、回転数および負荷を含むエンジン制御信号に基づいて、エンジン１１の燃料噴射量の調整、スロットルバルブ１２の開度の調整、およびその他の制御を実行する。エンジンコントローラ１３は、過給制御信号を過給システム１４に出力する。過給制御信号は、エンジン１１の回転数、燃料噴射量、排気量、および目標過給量を含む信号である。
過給システム１４は、エンジン１１の吸気の密度を高め、高い燃焼エネルギーを得るためのシステムである。
インタークーラ１５は、過給システム１４により圧縮された吸気を冷却する。
第１の実施形態に係る過給システム１４は、吸気流路１４１と、排気流路１４２と、電動コンプレッサ１４３と、バッテリ１４４と、ターボチャージャ１４５と、バイパスバルブ１４６（開閉弁）と、第１圧力センサ１４７と、第２圧力センサ１４８と、ターボコントローラ１４９とを備える。
吸気流路１４１は、エンジン１１への吸気を流通させる配管である。吸気流路１４１は、ターボチャージャ１４５と電動コンプレッサ１４３とを経由する主吸気流路１４１１と、電動コンプレッサ１４３を経由せずにターボチャージャ１４５を経由するバイパス流路１４１２とを有する。
排気流路１４２は、エンジン１１からの排気を流通させる配管である。
電動コンプレッサ１４３は、バッテリ１４４から供給される電気によりエンジン１１の吸気を圧縮する装置である。電動コンプレッサ１４３は、コンプレッサ１４３１（第１コンプレッサ）と電動機１４３２とを備える。コンプレッサ１４３１は、吸気流路１４１の主吸気流路１４１１に設けられる。コンプレッサ１４３１は回転することにより、吸気を圧縮する。電動機１４３２は、バッテリ１４４から電気の供給を受けて駆動する。電動機１４３２とコンプレッサ１４３１とは共通の軸で回転する。従って、電動機１４３２は、コンプレッサ１４３１を駆動させる。
ターボチャージャ１４５は、エンジン１１の排気によりエンジン１１の吸気を圧縮する装置である。ターボチャージャ１４５は、コンプレッサ１４５１（第２コンプレッサ）とタービン１４５２とを備える。コンプレッサ１４５１は、エンジン１１の吸気流路１４１に設けられる。コンプレッサ１４５１は回転することにより、吸気を圧縮する。タービン１４５２は、エンジン１１の排気流路１４２に設けられる。タービン１４５２は、コンプレッサ１４５１と共通の軸で回転する。したがって、タービン１４５２は、排気により回転されることで、コンプレッサ１４５１を駆動させる。
バイパスバルブ１４６は、吸気流路１４１のうちバイパス流路１４１２に設けられる。バイパスバルブ１４６が開状態となることで、電動コンプレッサ１４３を経由する吸気の流量が減少する。バイパスバルブ１４６が閉状態となることで、電動コンプレッサ１４３を経由する吸気の流量が増加する。電動コンプレッサ１４３が動作していないときのバイパスバルブ１４６の開度は１００％である。
第１圧力センサ１４７は、電動コンプレッサ１４３（コンプレッサ１４３１）の出口圧力を計測する。
第２圧力センサ１４８は、ターボチャージャ１４５（コンプレッサ１４５１）の出口圧力を計測する。
ターボコントローラ１４９は、エンジンコントローラ１３から入力される過給制御信号に基づいて、電動コンプレッサ１４３およびバイパスバルブ１４６を制御する。ターボコントローラ１４９は、過給システムの制御装置の一例である。
図２は、第１の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
ターボコントローラ１４９は、信号受信部４０１、補助要否判定部４０２、第１取得部４０３、第２取得部４０４、電動機制御部４０５、弁制御部４０６を備える。
信号受信部４０１は、エンジンコントローラ１３から過給制御信号を受信する。
補助要否判定部４０２は、信号受信部４０１が受信した過給制御信号に基づいて、電動コンプレッサ１４３による過給の補助が必要であるか否かを判定する。
第１取得部４０３は、第１圧力センサ１４７から電動コンプレッサ１４３の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
第２取得部４０４は、第２圧力センサ１４８からターボチャージャ１４５の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
電動機制御部４０５は、信号受信部４０１が受信した過給制御信号と第２取得部４０４が取得したセンサ信号とに基づいて、電動機１４３２の回転数を制御する。
弁制御部４０６は、第１取得部４０３が取得したセンサ信号に基づいて、バイパスバルブ１４６の開度を制御する。
図３は、第１の実施形態に係るターボコントローラによる電動コンプレッサの制御動作を示すフローチャートである。
ターボコントローラ１４９の信号受信部４０１がエンジンコントローラ１３から過給制御信号を受信すると、補助要否判定部４０２は、過給制御信号に含まれるエンジン１１の排気量と目標過給量とに基づいて、電動コンプレッサ１４３による補助が必要か否かを判定する（ステップＳ１）。例えば、補助要否判定部４０２は、排気量に基づいてターボチャージャ１４５による過給量を予測し、予測された過給量が目標過給量未満である場合に、電動コンプレッサ１４３による補助が必要であると判定する。補助要否判定部４０２が、電動コンプレッサ１４３による補助が不要であると判定した場合（ステップＳ１：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９は、電動コンプレッサ１４３を駆動させずに処理を終了する。
他方、補助要否判定部４０２が、電動コンプレッサ１４３による補助が必要であると判定した場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、電動機制御部４０５は、バッテリ１４４から電動機１４３２へ電気の供給を開始する。これにより、電動機１４３２は始動する（ステップＳ２）。電動機１４３２の回転数は、始動後、徐々に増加して目標回転数に至る。つまり、始動直後における電動機１４３２の回転数は目標回転数に至っていない。
第１取得部４０３は、第１圧力センサ１４７から電動コンプレッサ１４３の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ３）。弁制御部４０６は、第１取得部４０３が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第１圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。第１圧力閾値は、電動コンプレッサ１４３の回転数が一定数を超え、電動コンプレッサ１４３によって主吸気流路１４１１に十分な流量の空気が流通するときの、電動コンプレッサ１４３の出口圧力に相当する。第１圧力閾値は、予めの実験またはシミュレーションにより決定された値である。電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値以下である場合（ステップＳ４：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９はステップＳ３に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
他方、電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値を超える場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６を閉じる（ステップＳ５）。つまり、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を０％に変更する。したがって、吸気はバイパス流路１４１２を経由せず、主吸気流路１４１１を経由してターボチャージャ１４５へ流入する。これにより電動コンプレッサ１４３は、過給の補助を開始する。このように、弁制御部４０６は、電動機制御部４０５による電動機１４３２の始動より後に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。
電動コンプレッサ１４３が吸気の圧縮の補助を開始すると、第２取得部４０４は、第２圧力センサ１４８からターボチャージャ１４５の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ６）。電動機制御部４０５は、第２取得部４０４が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第２圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ７）。第２圧力閾値は、ターボチャージャ１４５の回転数が一定数を超え、電動コンプレッサ１４３による過給の補助が不要となるときの、ターボチャージャ１４５の出口圧力に相当する。第２圧力閾値は、予めの実験またはシミュレーションにより決定された値である。ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値以下である場合（ステップＳ７：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９はステップＳ５に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
他方、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値を超える場合（ステップＳ７：ＹＥＳ）、電動機制御部４０５は、電動機１４３２の回転数を一定数減少させる（ステップＳ８）。弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を一定量増加させる（ステップＳ９）。このとき、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を、電動機１４３２の目標回転数に対する回転数の減少分に応じた開度だけ増加させる。例えば、電動機制御部４０５が、ステップＳ２の制御における電動機１４３２の目標回転数に対して、回転数を５％減少させた場合、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を５％増加させる。電動機制御部４０５は、電動機１４３２が停止したか否かを判定する（ステップＳ１０）。電動機１４３２が停止していない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９は、処理をステップＳ８に戻し、電動機１４３２の回転数を減少させ、バイパスバルブ１４６の開度を増加させる。これにより、電動機１４３２の回転が停止した時、バイパスバルブ１４６の開度は１００％となる。電動機１４３２が停止した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、ターボコントローラ１４９は、電動コンプレッサ１４３の制御動作を終了する。
ここで、第１の実施形態に係る過給システム１４の効果について具体例を用いて説明する。
図４は、過給制御信号に含まれる目標過給量と、過給システムによる過給量との関係を示すグラフである。図４において、ラインＬ１は、目標過給量を示す。ラインＬ２は、過給システム１４の過給量を示す。
図５は、電動コンプレッサの回転数の経時変化を示すグラフである。図５において、ラインＬ３は、電動コンプレッサ１４３の回転数を示す。
図６は、電動機のトルクとバイパスバルブの開度との関係を示すグラフである。図６において、ラインＬ４は、電動機１４３２のトルクを示す。ラインＬ５は、バイパスバルブ１４６の開度を示す。
図４、図５、図６を参照すると、ターボコントローラ１４９は、時刻ｔ０に過給量を増加させる過給制御信号を受信している。電動機１４３２のトルクは、時刻ｔ１に一定値に達している。過給システム１４による過給量は、時刻ｔ２に目標過給量に達している。
ターボコントローラ１４９は、時刻ｔ０に、電動コンプレッサ１４３による補助が必要であると判定し、電動機１４３２を始動させる。図６に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１の間、電動機１４３２のトルクおよび回転数が徐々に増加する。時刻ｔ１に達したとき、電動コンプレッサ１４３の出口圧力は第１圧力閾値を超える。ターボコントローラ１４９は、時刻ｔ１に、バイパスバルブ１４６を閉じる。これにより、電動コンプレッサ１４３による過給の補助が開始されるため、図４に示すように過給システム１４の過給量が増加する。時刻ｔ２に、過給システム１４による過給量は目標過給量に達する。このとき、ターボチャージャ１４５の出口圧力は第２圧力閾値を超える。ターボコントローラ１４９は、時刻ｔ２に、図５に示すように電動機１４３２の回転数を徐々に減少させ、バイパスバルブ１４６の開度を徐々に増加させる。これにより、ターボコントローラ１４９は、図４に示すように、過給システム１４の過給量が目標過給量となるように制御することができる。
このように、第１の実施形態によれば、弁制御部４０６は、電動機制御部４０５による電動機１４３２の始動より後に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。これにより、弁制御部４０６は、電動機１４３２の始動の直後に給気圧力が低下することを防ぐことができる。特に、第１の実施形態によれば、弁制御部４０６は、電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値を超えた場合に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。これにより、弁制御部４０６は、電動機１４３２の回転数が確実に一定値に達してからバイパスバルブ１４６を閉じることができる。
第１の実施形態によれば、ターボコントローラ１４９は、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２の圧力閾値を超えた場合に、電動機１４３２の速度を徐々に低下させ、電動機１４３２の回転数に応じた速度で、バイパスバルブ１４６を閉状態から開状態に切り替える。このように電動機１４３２の速度およびバイパスバルブ１４６の開度を徐々に変化させることで、電動コンプレッサ１４３の減速による抵抗の影響を小さくすることができる。つまり、第１の実施形態に係るターボコントローラ１４９によれば、過給システム１４の過給量が急に低下することを防ぐことができる。
〈第２の実施形態〉
図７は、第２の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
第２の実施形態に係るエンジンシステム１は、第１の実施形態とバッテリ１４４およびターボコントローラ１４９の動作が異なる。第２の実施形態に係るバッテリ１４４は、残り容量が所定の容量閾値以下になったときに、ターボコントローラ１４９に電動機１４３２の停止を要求する割り込み指令を出力する。
図８は、第２の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
第２の実施形態に係るターボコントローラ１４９は、第１の実施形態に係る構成に加え、さらに指令受付部４０７を備える。指令受付部４０７は、バッテリ１４４から電動機１４３２の停止を要求する割り込み指令の入力を受け付ける。
第２の実施形態に係る電動機制御部４０５は、信号受信部４０１が受信した過給制御信号と第２取得部４０４が取得したセンサ信号と指令受付部４０７が受け付けた割り込み指令とに基づいて、電動機１４３２の回転数を制御する。第２の実施形態に係る弁制御部４０６は、第１取得部４０３が取得したセンサ信号と指令受付部４０７が受け付けた割り込み指令とに基づいて、バイパスバルブ１４６の開度を制御する。
図９は、第２の実施形態に係るターボコントローラによる電動コンプレッサの制御動作を示すフローチャートである。
ターボコントローラ１４９の信号受信部４０１がエンジンコントローラ１３から過給制御信号を受信すると、補助要否判定部４０２は、過給制御信号に含まれるエンジン１１の排気量と目標過給量とに基づいて、電動コンプレッサ１４３による補助が必要か否かを判定する（ステップＳ１０１）。補助要否判定部４０２が、電動コンプレッサ１４３による補助が不要であると判定した場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９は、電動コンプレッサ１４３を駆動させずに処理を終了する。
他方、補助要否判定部４０２が、電動コンプレッサ１４３による補助が必要であると判定した場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、電動機制御部４０５は、バッテリ１４４から電動機１４３２へ電気の供給を開始する。これにより、電動機１４３２は始動する（ステップＳ１０２）。第１取得部４０３は、第１圧力センサ１４７から電動コンプレッサ１４３の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ１０３）。弁制御部４０６は、第１取得部４０３が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第１圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０４）。電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値以下である場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９はステップＳ１０３に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
他方、電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値を超える場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６を閉じる（ステップＳ１０５）。電動コンプレッサ１４３が吸気の圧縮の補助を開始すると、第２取得部４０４は、第２圧力センサ１４８からターボチャージャ１４５の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ１０６）。電動機制御部４０５は、第２取得部４０４が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第２圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１０７）。ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値以下である場合（ステップＳ１０７：ＮＯ）、指令受付部４０７は、バッテリ１４４から割り込み指令を受け付けたか否かを判定する（ステップＳ１０８）。バッテリ１４４から割り込み指令を受け付けていない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９はステップＳ１０５に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
他方、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値を超える場合（ステップＳ１０７：ＹＥＳ）、電動機制御部４０５は、電動機１４３２の回転数を第１の変化率に従って減少させる（ステップＳ１０９）。弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を第１の変化率に従って増加させる（ステップＳ１１０）。例えば、第１の変化率が５％である場合、電動機制御部４０５は、ステップＳ１０２の制御における電動機１４３２の目標回転数に対して、回転数を５％減少させ、弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を５％増加させる。第１の変化率は、電動コンプレッサ１４３の減速による抵抗の影響が充分に小さくなる変化率である。電動機制御部４０５は、電動機１４３２が停止したか否かを判定する（ステップＳ１１１）。電動機１４３２が停止していない場合（ステップＳ１１１：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９は、処理をステップＳ１０９に戻し、電動機１４３２の回転数を減少させ、バイパスバルブ１４６の開度を増加させる。電動機１４３２が停止した場合（ステップＳ１１１：ＹＥＳ）、ターボコントローラ１４９は、電動コンプレッサ１４３の制御動作を終了する。
他方、バッテリ１４４から割り込み指令を受け付けた場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、電動機制御部４０５は、電動機１４３２の回転数を第２の変化率に従って減少させる（ステップＳ１１２）。弁制御部４０６は、バイパスバルブ１４６の開度を第２の変化率に従って増加させる（ステップＳ１１３）。第２の変化率は、第１の変化率より大きい変化率である。電動機制御部４０５は、電動機１４３２が停止したか否かを判定する（ステップＳ１１４）。電動機１４３２が停止していない場合（ステップＳ１１４：ＮＯ）、ターボコントローラ１４９は、処理をステップＳ１１２に戻し、電動機１４３２の回転数を減少させ、バイパスバルブ１４６の開度を増加させる。電動機１４３２が停止した場合（ステップＳ１１４：ＹＥＳ）、ターボコントローラ１４９は、電動コンプレッサ１４３の制御動作を終了する。
つまり、ステップＳ１１２からステップＳ１１４の繰り返し処理により電動機１４３２が停止するまでの時間は、ステップＳ１０９からステップＳ１１１の繰り返し処理により電動機１４３２が停止するまでの時間より短い。これにより、第２の実施形態によれば、ターボコントローラ１４９は、バッテリ１４４からの割り込み指令を受け付けた場合に速やかに電動コンプレッサ１４３を停止させ、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２の圧力閾値を超えた場合に、徐々に電動コンプレッサ１４３を低下させる。これにより、第２の実施形態に係るターボコントローラ１４９は、エアコンの使用などによりバッテリ１４４の残り容量が少なくなった場合に、バッテリ１４４の容量の低下を速やかに防ぐことができる。他方、第２の実施形態に係るターボコントローラ１４９は、バッテリ１４４の残り容量に余裕がある場合には、過給システム１４の過給量が急に低下することを防ぐことができる。
第２の実施形態では、ターボコントローラ１４９は、バッテリ１４４からの割り込み指令に基づいて電動コンプレッサ１４３の停止速度およびバイパスバルブ１４６の開速度を変化させるが、これに限られない。例えば、他の実施形態のターボコントローラ１４９は、バッテリ１４４からの割り込み指令に基づいて電動コンプレッサ１４３の始動速度およびバイパスバルブ１４６の閉速度を変化させてもよい。
〈第３の実施形態〉
図１０は、第３の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
第３の実施形態に係るエンジンシステム１は、第１の実施形態とタービン１４５２の構成およびターボコントローラ１４９の動作が異なる。第３の実施形態に係るタービン１４５２は、ＶＧＴ（Variable Geometry Turbo）である。つまり、第３の実施形態に係るタービン１４５２のノズルベーンは開閉可能に構成され、タービン１４５２に設けられた図示しないアクチュエータが駆動することで、ノズルベーンの開度が制御される。
図１１は、第３の実施形態に係るターボコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
第３の実施形態に係るターボコントローラ１４９は、第１の実施形態に係る構成に加え、さらにタービン制御部４０８を備える。タービン制御部４０８は、信号受信部４０１が受信した過給制御信号に基づいて、タービン１４５２のノズルベーンの開閉を制御する。
第３の実施形態に係る補助要否判定部４０２は、排気量に基づいて予測された過給量が目標過給量未満である場合に加え、タービン１４５２のノズルベーンを閉じる場合にも、電動コンプレッサ１４３による補助が必要であると判定する。つまり、第３の実施形態に係る電動機制御部４０５は、タービン制御部４０８がタービン１４５２のノズルベーンを閉じるときに、電動機１４３２を始動させる。
タービン１４５２のノズルベーンを閉じると、排気流路１４２における排気の流れが妨げられて排気圧力が増加するため、過給量が増加しやすくなる。他方、タービン１４５２のノズルベーンを閉じると吸気流量が減少するため、ノズルベーンを閉じた直後は、エンジン１１のトルクが下がる可能性がある。これに対し、第３の実施形態によれば、ターボコントローラ１４９は、ノズルベーンを閉じるとともに電動機１４３２を始動させるため、ターボチャージャ１４５の回転数増加速度を速め、かつ吸気流量を確保することができる。
〈他の実施形態〉
以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
例えば、上述の実施形態では、弁制御部４０６が、電動コンプレッサ１４３の出口圧力に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る弁制御部４０６は、電動コンプレッサ１４３の回転数、トルク、または電動コンプレッサ１４３の回転に関するその他の物理量に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御してもよい。他の実施形態においては、弁制御部４０６が、電動機１４３２の始動からの経過時間に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御してもよい。例えば、弁制御部４０６は、電動機制御部４０５が電動機１４３２を始動させてから０．１秒が経過したときに、バイパスバルブ１４６を閉じてもよい。
上述の実施形態では、電動機制御部４０５が、ターボチャージャ１４５の出口圧力に基づいて電動機１４３２の回転数を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る電動機制御部４０５は、ターボチャージャ１４５の回転数、トルク、またはターボチャージャ１４５の回転に関するその他の物理量に基づいて電動機１４３２の回転数を制御してもよい。
図１２は、実施形態に係るエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。
上述の実施形態では、図１、図７、図１０に示すように、電動コンプレッサ１４３がターボチャージャ１４５の前段に設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態において図１２に示すように、ターボチャージャ１４５が電動コンプレッサ１４３の前段に設けられていても、ターボコントローラ１４９は上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
上述の実施形態では、ターボコントローラ１４９とエンジンコントローラ１３とが別個に設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、エンジンコントローラ１３がターボコントローラ１４９の機能を含んでいてもよい。
〈コンピュータ構成〉
図１３は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、メインメモリ９０２、ストレージ９０３、インタフェース９０４を備える。
上述のターボコントローラ１４９は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムをストレージ９０３から読み出してメインメモリ９０２に展開し、そのプログラムに従って上記処理を実行する。
少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。プログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００がそのプログラムをメインメモリ９０２に展開し、上記処理を実行してもよい。
プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。プログラムは、前述した機能をストレージ９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
過給システムの制御装置によれば、開閉弁は、電動機の始動より後に開状態から閉状態に切り替わる。これにより、給気流路を流通する空気が第２コンプレッサを経由するときには、第２コンプレッサが既に回転しているため、制御装置は、過給システムの給気圧力の低下を防ぐことができる。
１ エンジンシステム
１１ エンジン
１４ 過給システム
１４１ 吸気流路
１４１１ 主吸気流路
１４１２ バイパス流路
１４２ 排気流路
１４３ 電動コンプレッサ
１４３１ コンプレッサ
１４３２ 電動機
１４４ バッテリ
１４５ ターボチャージャ
１４５１ コンプレッサ
１４５２ タービン
１４６ バイパスバルブ
１４７ 第１圧力センサ
１４８ 第２圧力センサ
１４９ ターボコントローラ
４０１ 信号受信部
４０２ 補助要否判定部
４０３ 第１取得部
４０４ 第２取得部
４０５ 電動機制御部
４０６ 弁制御部
４０７ 指令受付部
４０８ タービン制御部

Claims (7)

  1. エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    を備える過給システムの制御装置であって、
    前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第２取得部と、
    前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付ける指令受付部と、
    前記電動機を駆動信号に基づいて始動させる電動機制御部と、
    前記電動機制御部による前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える弁制御部と
    を備え、
    前記電動機制御部は、前記第２取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合、および前記指令受付部が前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始し、
    前記弁制御部は、前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替え、
    前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い
    過給システムの制御装置。
  2. 前記第１コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第１取得部をさらに備え、
    前記弁制御部が、前記電動機の始動より後であり、かつ前記第１取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える
    請求項１に記載の過給システムの制御装置。
  3. 前記タービンがノズルベーンを開閉可能に構成され、
    前記ノズルベーンの開閉を制御するタービン制御部をさらに備え、
    前記電動機制御部が、前記タービン制御部が前記ノズルベーンを閉じるときに、前記電動機を始動させる
    請求項１または請求項２に記載の過給システムの制御装置。
  4. エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置と
    を備える過給システム。
  5. エンジンと、
    請求項４に記載の過給システムと
    を備えるエンジンシステム。
  6. エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    を備える過給システムの制御方法であって、
    前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと、
    前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと、
    前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得することと、
    前記第２コンプレッサの回転に関する物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機の停止を開始することと、
    前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付けることと、
    前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始することと、
    前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替えることと
    を含み、
    前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い
    過給システムの制御方法。
  7. エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    前記エンジンからの排気が流通する排気系統に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    を備える過給システムの制御装置のコンピュータに、
    前記電動機を駆動信号に基づいて始動させることと
    前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと
    前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得することと、
    前記第２コンプレッサの回転に関する物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機の停止を開始することと、
    前記電動機を停止させる割り込み指令を受け付けることと、
    前記割り込み指令を受け付けた場合に、前記電動機の停止を開始することと、
    前記電動機の停止を開始した後に、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替えることと
    を実行させ、
    前記割り込み指令に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間が、前記物理量に基づいて前記電動機の停止を開始してから前記電動機が停止するまでの時間より短い
    プログラム。
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