JPWO2008075593A1 - 内燃機関の過給制御システム - Google Patents

Abstract

この発明は、VN等の機構と、アシスト力を発生する電動機とを併用する過給制御システムに関し電動機によるアシストを停止させる際に過給機の円滑な動作を維持することを目的とする。低回転領域で加速要求が生じたら、過給機の状態が目標状態に達するまで（時刻t1）、VNをオープン制御しつつ（図２（Ｄ））、十分なアシスト力が生ずるように電動機をフィードバック制御する（図２（Ａ）及び図２（Ｂ））。時刻t1に、電動機の制御をオープン制御に、VNの制御をフィードバック制御に、それぞれ切り換える。時刻t2まで、目標状態を維持するうえで必要な補完トルクが発生するように、電動機のオープン制御を継続する。時刻t2以後はVNのフィードバック制御のみで目標状態を維持する。

Description

この発明は、内燃機関の過給制御システムに係り、特に、電動アシスト機能を備え、車載用内燃機関の過給状態を制御するシステムとして好適な過給制御システムに関する。

従来、日本特開２００３−２３９７５５号公報に開示されるように、電動アシスト機能を備えた内燃機関の過給機（ターボチャージャ）が知られている。上記従来の過給機は、更に、タービンを流れる排気ガスの流速を変化させる可動ノズル（VN）を備えている。

ターボチャージャを備える内燃機関においては、低回転領域において、所謂ターボラグの問題が生ずる。上記従来の過給機によれば、低回転領域において、過給機の回転を電動機でアシストすることにより、ターボラグの発生を抑制することができる。また、この過給機によれば、低回転領域において、VNを閉じることによってもターボラグの発生を抑制することが可能である。

上記従来の過給機を備えるシステムは、具体的には、内燃機関の加速要求が生じた際に、目標過給圧に対して実過給圧が十分に低い間は、電動機によるアシストを併用しつつVNをフィードバック制御することで過給を行う。その後、実過給圧が目標過給圧に近づくと、電動機によるアシストを停止して、VNのフィードバック制御だけで目標過給圧の実現を図る。このような動作によれば、電動機による消費電力を抑制しつつ、効果的にターボラグを抑制することができる。

日本特開２００３−２３９７５５号公報 日本特開平５−２８０３６５号公報 日本特開平５−２８０３６３号公報

しかしながら、上述した従来のシステムでは、実過給圧が目標過給圧に近づいた時点で、電動機によるアシスト力が突然消滅する事態が生ずる。電動機によるアシスト力が突然消滅すれば、過給機の回転が一時的に落ち込み、その落ち込みを解消するべくVN開度は、過度にフィードバック制御される。このため、上記従来のシステムでは、電動機によるアシストが消滅する直後において、過給圧の落ち込み、並びにVN開度のハンチングが生じ易い。

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、過給機の回転に変換される排気エネルギの比率を変化させるVN等の機構と、アシスト力を発生する電動機とを併用するシステムにおいて、電動機によるアシストを停止させる際に過給機の円滑な動作を維持することのできる内燃機関の過給制御システム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、内燃機関の過給制御システムであって、
内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、
前記過給機の回転をアシストする電動機と、
過給機の回転に変換される排気エネルギの比率を変化させる駆動比率可変機構と、
前記過給機の状態値が、目標過給状態に対応する目標値またはその近傍値にまで上昇してくる切換時点まで、前記駆動比率可変機構を既定パターンで制御しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記電動機を制御するアシスト制御手段と、
前記切換時点の後、所定期間に渡って、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御しつつ、前記目標過給状態を実現するのに必要な補完トルクの発生、又は、前記過給機の回転数の維持を目標として前記電動機を制御する補完制御手段と、
排気エネルギが、前記電動機によるアシストなしに前記目標過給状態を実現するのに足る値に達した後に、前記電動機への電力供給を停止しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御する非アシスト制御手段と、
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、
前記状態値を検知する状態値検知手段を備え、
前記アシスト制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記電動機をフィードバック制御する手段を含み、
前記補完制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記駆動比率可変機構をフィードバック制御する手段と、前記補完トルクを発生させるものとして予め定められたパターンで前記電動機を制御する手段とを含み、
前記非アシスト制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記駆動比率可変機構をフィードバック制御する手段を含むことを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記補完制御手段は、前記電動機が発するアシスト力が、前記所定期間の終了時点でゼロになるように、前記電動機に対する指令を予め定められたパターンで減少させる手段を含むことを特徴とする。

また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
前記切換時点及び前記所定期間の少なくとも一方を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定するアシスト変数設定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
前記駆動比率可変機構の制御が、前記既定パターンによる制御から、前記目標過給状態の実現を目標とした制御に切り替わる際の制御変数初期値を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定する制御変数初期値設定手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
前記切換時点におけるガス量が判定値を超えている場合、或いは前記切換時点における過給圧の上昇速度が判定値を超えている場合に、当該切換時点の直後に、前記補完制御手段による制御を禁止して、前記非アシスト制御手段による制御を開始させる制御内容切換手段と、
を備えることを特徴とする。

また、第７の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
前記切換時点は、内燃機関を流れるガス量、或いは過給圧の上昇速度が最小要求量を超える状況が形成された時点で判定され、
前記最小要求量は、前記補完制御手段による制御の終了時点に、前記電動機によるアシストなしに前記目標過給状態を実現するのに足る排気エネルギを発生させるために、前記切換時点において確保されている必要のある前記ガス量又は前記上昇速度の最小値であることを特徴とする。

また、第８の発明は、内燃機関の過給制御システムであって、
内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、
前記過給機の回転をアシストする電動機と、
過給機の回転に変換される排気エネルギの比率を変化させる駆動比率可変機構と、
前記過給機の状態値が、目標過給状態に対応する目標値またはその近傍値にまで上昇してくる切換時点まで、前記駆動比率可変機構を既定パターンで制御しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記電動機を制御するアシスト制御手段と、
前記切換時点の後に、前記電動機への電力供給を停止しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御する非アシスト制御手段と、
内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
前記駆動比率可変機構の制御が、前記既定パターンによる制御から、前記目標過給状態の実現を目標とした制御に切り替わる際の制御変数初期値を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定する制御変数初期値設定手段と、
を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、切換時点までは、目標過給状態の実現を目標として電動機が制御される。この際、駆動比率可変機構は既定パターンで制御され、両者の制御の結果として目標過給状態の実現が図られる。切換時点に達した後、所定期間は、駆動比率可変機構が目標過給状態の実現を目標として制御され、かつ、電動機が、補完トルクの発生、又は、過給機の回転数の維持を目標として制御される。この際、排気エネルギが不十分であっても、電動機がトルクを補完するため過給機の回転に落ち込みは生じない。排気エネルギが十分に立ち上がると、電動機への電力供給が停止され、駆動比率可変機構の制御のみで目標過給状態の実現が図られる。この段階では、駆動比率可変機構の状態変化に対して過給機の回転数が感度良く応答するため、電動機のアシストが停止されても、過給機の円滑な動作が損なわれることがない。

第２の発明によれば、切換時点までは、過給機の状態値が目標値と一致するように電動機がフィードバック制御される。この際、駆動比率可変機構は既定パターンで制御されるため、双方の制御の干渉を避けることができる。また、切換時点の後、所定期間は、過給機の状態値が目標値と一致するように駆動比率可変機構がフィードバック制御される。この時点では、電動機が予め定められたパターンで制御されるため、やはり双方の制御の干渉は避けることができる。排気エネルギが十分に立ち上がった後は、電動機の制御が停止されるため、双方の制御の干渉は生じない。このため、本発明によれば、過給機の円滑な動作を損なうことなく、制御の切り換えを進めることができる。

第３の発明によれば、切換時点の後に、所定期間に渡って、電動機が発するアシスト力、つまり、補完トルクをゼロにまで減少させることができる。排気エネルギは、切換時点の後、時間の経過に伴って増大する。その結果、電動機が発生するべき補完トルクは徐々に小さくなる。本発明によれば、電動機によるアシスト力をスムーズに減少させることにより、目標の過給状態で過給機を円滑に動作させつつ、制御の切り換えを進めることができる。

第４の発明によれば、切換時点及び所定期間の少なくとも一方を、ガス量および過給圧の上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定することができる。ガス量および過給圧の上昇速度は、排気エネルギの大きさと相関を有しており、ガス量が多いほど、或いは、過給圧の上昇速度が速いほど、電動機によるアシストを早期に消滅させ得る、つまり、切換時点を速く設定し得る、或いは所定期間を短く設定し得ると判断できる。本発明によれば、その傾向に従って切換時点および所定期間の少なくとも一方を設定することにより、電動機による電力消費量を削減することができる。

第５の発明によれば、駆動比率可変機構の制御を既定パターンによる制御から、目標過給状態の実現を目標とした制御に切り換える際の制御変数初期値を、ガス量および過給圧の上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定することができる。ガス量および過給圧の上昇速度は、排気エネルギの大きさと相関を有しており、ガス量が多いほど、或いは、過給圧の上昇速度が速いほど、目標の過給状態を実現するのに必要な排気エネルギが小さいと判断できる。本発明によれば、その傾向に従って駆動比率可変機構の制御変数初期値を設定することができるため、制御の切り換え直後から、排気エネルギを過不足なく過給機の駆動力として利用することができる。

第６の発明によれば、切換時点において、ガス量が判定値を超えている、或いは過給圧の上昇速度が判定値を超えていると判断される場合は、電動機に補完トルクを発生させる期間を省略して、切換時点の直後に電動機によるアシストを停止させることができる。このような状況下では、切換時点の段階で十分に排気エネルギが立ち上がっているため、電動機のアシストを即座に停止させても、以後、駆動比率可変機構を適切に制御することで、目標の過給状態を実現することができる。本発明によれば、そのような状況下で無駄な電力消費が生ずるのを有効に防ぐことができる。

第７の発明によれば、ガス量、又は過給圧の上昇速度が最小要求量に達した段階で切換時点の到来が判定される。切換時点の到来が、その段階で判定されると、電動機によるアシストを必要最小限に抑えつつ、排気エネルギだけで目標過給状態を実現する状態を速やかに作り出すことができる。このため、本発明によれば、消費電力を十分に抑えながら、内燃機関に対して優れた応答性を付与することができる。

第８の発明によれば、切換時点までは、目標過給状態の実現を目標として電動機が制御される。この際、駆動比率可変機構は既定パターンで制御され、両者の制御の結果として目標過給状態の実現が図られる。切換時点に達した後、電動機への電力供給が停止され、駆動比率可変機構の制御のみで目標過給状態の実現が図られる。排気エネルギが十分に立ち上がった段階で切換時点の到来が判定される場合は、この段階で、駆動比率可変機構の状態変化に対して過給機の回転数が感度良く応答するため、電動機のアシストが停止されても、過給機の円滑な動作が損なわれることがない。また、本発明によれば、切換時点の前後で、駆動比率可変機構の制御が、既定パターンによる制御から目標過給状態の実現を目標とした制御に切り換えられる際の制御変数初期値が、ガス量および過給圧の上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定される。ガス量および過給圧の上昇速度は、排気エネルギの大きさと相関を有しており、ガス量が多いほど、或いは、過給圧の上昇速度が速いほど、目標の過給状態を実現するのに必要な排気エネルギが小さいと判断できる。本発明によれば、その傾向に従って駆動比率可変機構の制御変数初期値を設定することができるため、制御の切り換え直後から、排気エネルギを過不足なく過給機の駆動力として利用することができる。

本発明の実施の形態１の構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行される特徴的な動作の内容を説明するためのタイミングチャートである。 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４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５において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関
２２ 過給機
２８ 電動機
３８ 可動弁（VN）
５０ ECU（Electronic Control Unit）
Nt 過給機回転数
Nt0 目標回転数

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の構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０には、吸気通路１２と排気通路１４が連通している。吸気通路１２には、電子制御式のスロットル弁１６が配置されている。スロットル弁１６の開度は、スロットル開度センサ１８により検知することができる。また、吸気通路１２には、その内部の圧力を検知するための圧力センサ１９が配置されている。

スロットル弁１６の上流側には、インタークーラ２０を介して、過給機（ターボチャージャ）２２のコンプレッサ２４が連通している。コンプレッサ２４の上流側は、エアフィルタ２６を介して大気に連通している。

過給機２２は、上述したコンプレッサ２４と共に、電動機２８及びタービン３０を備えている。コンプレッサ２４、電動機２８及びタービン３０は、一体化された回転軸を有している。このため、コンプレッサ２４には、電動機２８及びタービン３０のそれぞれから、駆動力を与えることができる。

電動機２８には、コントローラ３２が接続されている。電動機２８は、過給機２２の実回転数Ntに応じた信号を発生する機能を有しており、その信号をコントローラ３２に供給する。コントローラ３２には、バッテリ３４から電力が供給されている。コントローラ３２は、外部から与えられる指令を受けて、実回転数Ntが、その指令に応じた値に近づくように電動機２８に供給する電力をフィードバック制御する。

タービン３０は、その上流側において内燃機関１０の排気ポートに連通していると共に、その下流側において、排気浄化触媒３６に連通している。タービン３０は、排気ガスのエネルギを過給機２２の回転に変換するための機構である。タービン３０の内部には、排気ガスの流路面積を変化させるための可動弁（VN）３８が組み込まれている。VN３８は、外部からの指令を受けて開度を変化させることができる。VN開度が小さいほど、排気ガスの流路が絞られることから、過給機２２の回転に変換される排気エネルギの比率が高くなる。このため、過給機２２は、VN３８が閉じられるほど、高回転領域で作動し易い状態となる。

内燃機関１０には、機関回転数Neを検知するための回転数センサ４０が組み込まれている。回転数センサ４０の出力は、スロットル開度センサ１８や圧力センサ１９の出力と共に、ECU（Electronic Control Unit)５０に供給されている。ECU５０は、本実施形態のシステムを制御するためのユニットである。ECU５０は、コントローラ３２と同様に、電動機２８の機能を利用して過給機の実回転数Ntを検知することができる。このため、ECU５０は、電動機２８及びVN３８のそれぞれを対象として、実回転数Ntを目標回転数Nt0に一致させるためのフィードバック制御を実行することができる。

ECU５０による電動機３８のフィードバック制御は、具体的には、以下の処理により実現される。
１．過給機２２の実回転数Ntを検知する。
２．検知した実回転数Ntに基づいて、実回転数Ntを目標回転数Nt0に近づけるための指令を設定する。
３．設定した指令をコントローラ３２に供給する。

また、ECU５０によるVN３８のフィードバック制御は、具体的には、以下の処理により実現される。
１．過給機２２の実回転数Ntを検知する。
２．検知した実回転数Ntと目標回転数Nt0との差に基づいて、比例・積分・微分制御（PID制御）の手法によりVN３８に与えるべき開度変化量を設定する（この点は、後により詳しく説明する）。
３．設定した開度変化量が生ずるようにVN３８を駆動する。

本実施形態において、ECU５０は、電動機２８及びVN３８のそれぞれを、オープン制御することもできる。すなわち、ECU５０は、コントローラ３２に対する指令、並びにVN３８に対する指令を、過給機２２の実回転数Ntに関わりなく設定することもできる。

コントローラ３２は、ECU５０がフィードバック制御を実行しているかオープン制御を実行しているかに関わらず、常に、実回転数NtをECU５０からの指令に一致させるべく、電動機２８に対する電力をフィードバック制御する（この制御は、ECU５０の処理周期に対して１００倍程度の速さで実行される）。以下、ECU５０によるフィードバック制御と、コントローラ３２によるフィードバック制御との混同を避けるために、「フィードバック制御」及び「オープン制御」は、何れもECU５０の制御内容を指すものとして使用する。換言すると、コントローラ３２がフィードバック制御を実行していても、ECU５０がオープン制御を行っている場合には、「電動機２８がオープン制御されている」と説明することとする。

［実施の形態１の特徴］
過給機２２は、排気エネルギを利用してコンプレッサ２４を駆動することで吸入空気の過給を実現する。低回転領域では、排気エネルギが少ないことから、加速要求の発生後、過給圧が立ち上がるまでに遅延が生じ易い。本実施形態のシステムでは、このような状況下で電動機２８によるアシストを行うことにより、過給の応答性を高めることができる。

また、本実施形態のシステムでは、低回転領域でVN開度を小さくすることにより、小さな排気エネルギで大きな過給圧を発生させるのに適した状況を作り出すことができる。他方、高回転領域では、VN開度を大きくすることで、過給機の回転数Ntが不必要に上昇するのを避けることが可能である。このため、本実施形態のシステムによれば、電動機２８及びVN３８を適切に制御することにより、内燃機関１０の全運転領域において、良好な応答性を確保することが可能である。

より具体的には、本実施形態のシステムは、排気エネルギが十分に小さい低回転領域で加速の要求が生じた場合に、先ず、VN３８を所定の開度に固定し、過給機２２の実回転数Ntが目標回転数Nt0に達するように、電動機２８によるアシスト力を制御する。排気エネルギが十分に小さい領域では、VN開度を如何に小さくしても、実回転数Ntを目標回転数Nt0まで即座に上昇させることは困難である。本実施形態のシステムによれば、このような状況下で、電動機２８によるアシストを利用することにより、優れた立ち上がりを実現することができる。

過給機２２の回転数Ntが上昇すると、過給圧が上昇し、内燃機関１０を流れるガス量が増加する。このため、電動機２８によるアシストが開始されると、その後、タービン３０に供給される排気エネルギは急速に増大する。排気エネルギがある程度大きくなれば、電動機２８によるアシストなしに、VN３８の開度制御のみにより目標回転数Nt0が実現し得る状態になる。この状態に至ると、本実施形態のシステムは、電動機２８への給電を停止して、目標回転数Nt0を維持するためのVN３８の制御を開始する。

電動機２８の作動には電力消費が伴う。このため、排気エネルギのみで目標回転数Nt0が維持できる状況下では、電動機２８によるアシストを停止することが望ましい。本実施形態のシステムによれば、その要求に応えることができ、不要な電力消費を発生させることなく、内燃機関１０に対して、優れた応答性を付与することが可能である。

ところで、上記の動作を実現するにあたっては、排気エネルギが増大する過程において、電動機２８によるアシスト力を消滅させる必要がある。しかしながら、アシスト力が消滅すれば、その消滅分だけ過給機２２に加わる駆動トルクは低下する。この駆動トルクの低下は、過給機２２の回転数Ntを一時的に低下させる原因となり、更には、その後のVN制御のハンチングを誘発する原因ともなる。

VN開度の変化に対する過給機回転数Ntの応答性は、排気エネルギが増大するに連れて良好となる。このため、排気エネルギが十分に大きくなるのを待って電動機２２のアシスト力を消滅させることとすれば、駆動トルクの低下分を、VN３８の開度制御により瞬時に補って、過給機回転数Ntの落ち込みを実質的に生じさせないことも可能である。しかしながら、このような設定の下では、電動機２８によるアシスト期間が必然的に長期化し、システムの電力消費量が増大し易い。従って、排気エネルギが十分に大きくなるのを待って電動機２２のアシストを停止する手法は、本実施形態において用いる手法として、必ずしも最適なものではない。

図２は、本実施形態において実行される特徴的な動作の内容を説明するためのタイミングチャートである。図２に示す動作によれば、電動機２８によるアシストが開始された後に、できるだけ早期にそのアシスト力を消滅させながら、その消滅に伴う過給機回転数Ntの落ち込みを阻止することが可能である。図２において、時刻t0は、低回転領域で加速要求が発生した時刻を表している。本実施形態のシステムでは、このような加速要求が生ずると、先ず、ECU５０による電動機２８のフィードバック制御と、VN３８のオープン制御が開始される。

図２（Ａ）中に実線で示す波形は、過給機回転数Nt（つまり、電動機２８の回転数Nm）を示す。また、図２（Ａ）中に破線で示す波形は、コントローラ３２に対してECU５０から与えられる指令（目標回転数Nt0）を示す。これらの波形が示すように、時刻t0の後、ECU５０は、過給機回転数Ntに対して十分に大きな目標回転数Nt0をコントローラ３２に指令する。より具体的には、ECU５０は、電動機２８からフィードバックされる実回転数Nmに基づいて、電動機２８に最大トルクを発生させるための目標回転数Nt0を設定し、その目標回転数Nt0をコントローラ３２に供給する。

図２（Ｂ）は、電動機２８が発するアシスト力を模式的に表した波形である。時刻t0の後、コントローラ３２に対して上述したような目標回転数Nt0が与えられると、コントローラ３２は、電動機２８に対して、許容される最大限の電力を供給する。その結果、電動機２８は、時刻t0の後、最大トルクを発生するように作動する。電動機２８がこのようなアシスト力を発生することにより、過給機回転数Ntは、図２（Ａ）に示すように、時刻t0の後、速やかな立ち上がりを示す。

図２（Ｃ）は、時刻t0後における排気エネルギの変化を模式的に示している。過給機２２の回転数Ntが上昇すれば、過給圧が上昇し、ガス量は増加する。ガス量が増えれば排気エネルギも増大する。このため、時刻t0の後、排気エネルギは、図２（Ｃ）に示すように時間の経過と共に増大する。

図２（Ｄ）は、VN３８の開度を示す。図２（Ｄ）に示すように、VN３８は、時刻t0の時点で所定の開度に固定され、以後、時刻t1までその開度を維持するようにオープン制御される。

時刻t0において加速要求が生じた直後は、排気エネルギが小さく、VN開度を最小としても、電動機３８のアシストなしに目標回転数Nt0を実現することはできない。この段階で、過給機回転数Ntを目標回転数Nt0まで上昇させる手法としては、例えば、電動機２８及びVN３８の双方を、実回転数Ntと目標回転数Nt0との差に基づいてフィードバック制御することが考えられる。しかしながら、このような手法を用いた場合、電動機２８のフィードバック制御と、VN３８のフィードバック制御とが互いに干渉し合い、過給機２２の回転数Ntが円滑に上昇しない事態が生じ得る。

これに対して、時刻t0の後に、VN３８をオープン制御しつつ電動機２８をフィードバック制御すれば、２つの制御の干渉を避けながら、過給機回転数Ntを速やかに上昇させることが可能である。このため、本実施形態のシステムによれば、低回転領域で加速要求が生じた場合に、その直後から、過給機回転数Ntを円滑に立ち上げることが可能である。

図２に示す時刻t1は、目標過給機回転数Nt0を維持するためのアシスト力が、電動機２８の最大トルクとほぼ同じになる程度に、排気エネルギが増大してくるタイミングを示す。本実施形態では、便宜上、過給機回転数Ntが目標回転数Nt0の近傍に到達した時点で、そのタイミングが到来したと判断することとしている（図２（Ａ）参照）。また、図２に示す時刻t2は、電動機２８によるアシスト力なしに、目標過給機回転数Nt0が維持できる程度に排気エネルギが増大してくるタイミングを示している。本実施形態では、便宜上、時刻t1の後、所定時間が経過した時点で、そのタイミングが到来するものとしている。

本実施形態のシステムは、図２（Ｂ）に示すように、時刻t1の後、時刻t2にかけて、電動機２８のアシスト力を最大トルクからゼロになるまで徐々に減少させる。この動作を実現するために、ECU５０は、図２（Ａ）に示すように、時刻t1から時刻t2にかけて、電動機２８のオープン制御を行う。

具体的には、ECU５０は、時刻t1から時刻t2にかけて、コントローラ３２に供給する指令（目標回転数Nt0）を、既定の初期値から、最終的に収束させるべき目標回転数Nt0まで徐々に減少させる。図２（Ｃ）に示すように、排気エネルギは、時刻t1の後も、時刻t2にかけて上昇を続ける（時刻t1後の過給圧の上昇による）。特に、本実施形態のシステムでは、時刻t1が、内燃機関を流れるガス量（或いは過給圧の上昇速度）が「最小要求量」を超える状況下で判定されるように条件設定がなされている。ここで、上記の「最小要求量」とは、電動機２８のオープン制御が終了する時点で、電動機２８によるアシストなしに目標過給回転数Nt0を維持するのに足る排気エネルギが発生しているために、そのオープン制御の開始時に確保されている必要のあるガス量（又は過給圧の上昇速度）の最小値である。このような条件設定がなされていることから、排気エネルギは、時刻t2の時点で、電動機２８によるアシストなしに目標過給機回転数Nt0（最終的に収束させる回転数）を維持し得る値にまで到達する。

換言すると、時刻t1から時刻t2の直前までは、VN３８を如何に制御しても、排気エネルギだけでは、最終的に実現するべき目標回転数Nt0を実現することができない。時刻t1において、オープン制御の初期値としてコントローラ３２に与えられる指令は、その時点の排気エネルギによって確保できる駆動力と、最終的な目標回転数Nt0を実現するために必要な駆動力との差を電動機２８に補完させるための値である。同様に、時刻t1の後、時刻t2まで、時々刻々ECU５０からコントローラ３２に与えられる指令は、最終的な目標回転数Nt0を実現するために必要な補完トルクを電動機２８に発生させるための値とされている。

ECU５０は、時刻t1から時刻t2にかけて出力するべき指令のパターンを、予め記憶している。過給機回転数Ntが目標過給機回転数Nt0に達すると、以後、ECU５０は、そのパターンに従ってコントローラ３２に供給する指令を変化させる。その結果、図２（Ｂ）に示すように、電動機２８が発生するアシスト力は、時刻t1の後、排気エネルギのみでは不足するトルクを適正に補いながら減少し、時刻t2において消滅する。

図２（Ｄ）に示すように、ECU５０は、時刻t1からVN３８のフィードバック制御を開始する。つまり、本実施形態のシステムでは、時刻t1〜時刻t2にかけて、補完トルクを発生させるための電動機２８のオープン制御と、過給機回転数Ntを目標回転数Nt0に一致させるためのVN３８のフィードバック制御とが同時に実行される。

上述した通り、VN３８のフィードバック制御は、PID制御の手法で行われる。具体的には、ECU５０は、時刻t0において電動機２８によるアシストが開始されると、その後、過給機回転数Ntと、最終的に実現するべき目標回転数Nt0との差ΔNtについて比例項(P項）、積分項（I項）及び微分項（D項）を算出し始める。更に、ECU５０は、それらP項、I項、D項を加算することによりフィードバック制御量を求める。時刻t1においては、その時点で算出されていたフィードバック制御量に基づいて、フィードバック制御を開始するにあたってのVN３８の初期開度が決定される。また、時刻t1以後は、時々刻々算出されるフィードバック制御量に基づいて、VN開度が制御される。

時刻t1〜時刻t2の段階では、VN３８のフィードバック制御だけで、つまり、排気エネルギだけで目標回転数Nt0を実現することは困難である。これに対して、上記の処理によれば、その不足分を電動機２８の補完トルクで補うことができる。このため、上記の処理によれば、必要最小限の電力消費で、目標回転数Nt0を維持することが可能である。更に、上記の処理によれば、電動機２８の制御がオープン制御であるため、時刻t1以前と同様に、電動機２８の制御とVN３８の制御とが干渉するのを避けることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、この段階においても、過給機２８の円滑な動作を維持することができる。

上述した通り、排気エネルギは、時刻t2の時点で、電動機２８によるアシストなしに目標回転数Nt0を維持し得る値にまで増大する。このため、ECU５０は、時刻t2において、電動機２８への通電を停止し、それ以後、VN３８のフィードバック制御のみを継続する。このような制御によれば、無駄な電力消費を伴うことなく、過給機２２を所望の過給状態に維持することが可能である。以上説明した通り、図２に示す動作によれば、電動機２８によるアシスト力を可能な限り早期に消滅させながら、過給機２２を所望の状態で円滑に作動させることができる。

［実施の形態１における具体的処理］
図３は、上記の動作を実現するためにECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転状態を把握するために必要な各種入力信号の処理が行われる（ステップ１００）。具体的には、スロットル開度TAの変化速度ΔTAの演算、機関回転数Neや機関負荷KLの検出、過給機回転数Ntの検出等が実行される。

次に、電動機２８によるアシストの開始或いは継続条件が成立しているか否かが判別される（ステップ１０２）。ECU５０は、アクセル開度の変化やスロットル開度に変化に基づいて、運転者による加速要求を検知することができる。また、機関回転数Neや、過給機回転数Ntに基づいて、所望の加速要求を実現するために電動機２８によるアシストが必要であるかを判断することができる。ECU５０は、アクセル開度や機関回転数Neをパラメータとして、アシストの必要性を定めたマップを記憶している。本ステップ１０２では、そのマップに従って上記の判別がなされる。図２に示した例によれば、時刻t0以後、時刻t2までの間、アシストの開始又は継続条件が成立しているとの判断がなされる。

電動アシストの開始条件及び継続条件が何れも不成立であると判別された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。他方、それらの条件の成立が判別された場合は、次に、現在の運転状態に対応する目標過給機回転数Nt0が決定される（ステップ１０４）。目標過給機回転数Nt0は、運転者がどのような運転状態を要求しているかに応じて決定されるべきパラメータである。運転者の要求する運転状態は、例えば、アクセル開度、機関回転数Ne、目標スロットル開度などに基づいて推定することが可能である。従って、目標過給機回転数Nt0は、それらのパラメータに基づいて決定することが可能である。ECU５０は、それらのパラメータとの関係で目標過給機回転数Nt0を定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップを参照することで目標過給機回転数Nt0が決定される。

図２を参照して説明した通り、ECU５０は、電動機２８によるアシストの必要性を検知した後、過給機回転数Ntが最終的な目標回転数Nt0に近づくまでは、電動機２８に最大トルクを発生させるべく、過給機回転数Ntに比して十分に大きな目標回転数Nt0を設定する。上記ステップ１０４では、より具体的には、上記のマップを参照して、このような条件が満たされるように、目標回転数Nt0が設定される。

次に、VN３８の開度が既定値に固定されるように、VN３８のオープン制御が開始される（ステップ１０６）。ECU５０は、電動機２８によるアシストが開始された直後に、VN３８を固定しておく開度を記憶している。ここでは、その開度が実現されるようにVN３８に対して指令が発せられる。

次に、電動機２８によるアシストを開始又は継続させるための処理が実行される（ステップ１０８）。具体的には、上記ステップ１０４において設定された目標回転数Nt0がコントローラ３２に供給される。その結果、電動機２８によるアシストが開始される。

図３に示すルーチンでは、次に、電動機２８によるアシストを停止させる条件、厳密には、フィードバック制御による最大トルクでのアシストを停止させるべき条件が成立したかが判断される（ステップ１１０）。ECU５０は、上述した通り、最終的に実現するべき目標回転数Nt0を維持するためのアシスト力が、電動機２８の最大トルクとほぼ同じになる程度に、排気エネルギが増大した際に上記条件の成立を判断する。本実施形態のシステムでは、過給機２２の実回転数Ntが、最終的に実現するべき目標回転数Nt0に達した時点で、その条件の成立を認めることができる。このため、本ステップ１１０では、具体的には、実回転数Ntが、最終的な目標回転数Nt0に達したか否かが判断される。

上記ステップ１１０の条件が成立していないと判断された場合は、そのまま今回の処理サイクルが終了される。この場合、以後、最大トルクによるアシストが継続される。一方、上記ステップ１１０の条件成立が認められた場合は、アシスト量を徐々に減少させるための電動機２８のオープン制御と、VN３８のフィードバック制御との開始が指令される（ステップ１１２）。

ECU５０は、オープン制御の開始後にコントローラ３２に供給する指令を決定する規則を記憶している。この規則によると、コントローラ３２に対する指令は、上記ステップ１１０の条件が初めて成立した時点では（図２における時刻t1）、電動機２８に最大トルクを発生させる値とされる。以後、その指令は、時間の経過と共に徐々に縮小され、所定時間が経過した時点で、最終的に実現するべき目標回転数Nt0とされる。この際、実回転数Ntは最終的な目標回転数Nt0に制御されているため、上記所定時間が経過した時点で、電動機２８のアシスト力はゼロとなる。

ECU５０は、また、上記ステップ１１２の処理を受けて、VN３８のフィードバック制御を開始する。具体的には、実回転数Ntと目標回転数Nt0との差を検知し、その差が消滅するようにVN開度を調整する制御を開始する。このフィードバック制御が、電動機２８のオープン制御と共に実行されることにより、過給機２２の実回転数Ntは、最終的に実現するべき目標回転数Nt0に、精度良く制御される。

上記ステップ１１０の条件が成立した後、電動機２８のオープン制御を継続するべき所定時間が経過すると（つまり、そのアシスト力がゼロとなる時点が到来すると）、ECU５０は、電動機２８によるアシスト停止させる（ステップ１１４）。具体的には、コントローラ３２に対して、電動機３２に対する電力供給を禁止する旨の指令を発する。この処理が実行されることにより、以後、本実施形態のシステムでは、VN３８のフィードバック制御のみで、目標回転数Nt0の維持が図られる。

以上説明した通り、図３に示すルーチンによれば、低回転領域で加速要求が生じた場合に、排気エネルギが立ち上がる前に、必要最小限のアシストを電動機２８によって行うことができる。また、このルーチンによれば、排気エネルギの立ち上がりに合わせて電動機２８に補完トルクを発生させ、排気エネルギが十分に立ち上がった時点で電動機２８によるアシストを完全に停止させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、電動機２８による電力消費を十分に抑制しつつ、低回転領域における過給機２２の応答性を十分に改善することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、過給機２２の状態を、過給機回転数Ntと目標回転数Nt0で制御することとしているが、その制御の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、過給機２２の状態は、実過給圧と、目標過給圧とにより制御することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、低回転領域で加速要求が生じた場合に、コントローラ３２に供給する目標過給機回転数Nt0を、十分に大きな値に固定することとしているが（図２（Ａ））、この段階における制御の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、この段階では、過給機回転数Ntが早期に目標過給機回転数Nt0に近づくように、電動機２８に大きなトルクを発生させることができればよく、この要求が満たされる限り、どのように電動機２８を制御することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、コントローラ３２に対する指令を変化させることにより電動機２８を制御することとしているが、その制御の手法はこれに限定されるものではない。すなわち、ECU５０が、電動機２８に対する供給電力を直接制御するものであってもよい。この場合、図２に示す時刻t0〜時刻t1にかけて、NtがNt0に近づくように電動機２８への供給電力をフィードバック制御し、時刻t1〜時刻t2にかけてその供給電力を徐々に減少させ、時刻t2において供給電力をゼロとすることにより、上述した実施の形態１の場合と同様の動作を実現することが可能である。

また、上述した実施の形態１においては、過給機２２の実回転数Ntが最終的な目標回転数Nt0に一致した後、常に、電動機２８のオープン制御を挟んで電動機２８によるアシストを完全に停止させることとしているが、電動機２８の制御手法は、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、内燃機関１０の運転状態によっては、過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に達した時点で、内燃機関１０を流れるガス量が十分に多量となっていることがある。排気エネルギは、ガス量が多いほど大きくなるため、このような状況下では、NtがNt0に達した時点で、既にVN３８のフィードバック制御だけで目標過給機回転数Nt0が十分に維持できる事態も生じ得る。このため、実過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に達した時点でガス量を検出し、そのガス量が十分に多量であれば、電動機２８のオープン制御を省略して、即座に電動機２８によるアシストを停止させることとしてもよい。

更に、上記の変形例において、電動機２８のオープン制御を実行するか否かを判断するパラメータは、過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に一致した時点でのガス量に限られるものではない。すなわち、排気エネルギの大小は、内燃機関１０を流れるガス量の他、過給機２２の後段に生じている過給圧の上昇速度ΔPimによっても判断することができる。このため、電動機２８のオープン制御を実行するか否かは、上記のガス量に代えて、過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に一致した時点での過給圧の上昇速度ΔPimに基づいて判断することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、VN３８が前記第１の発明における「駆動比率可変機構」に、図２に示す時刻t1が前記第１の発明における「切換時点」に、過給機回転数Ntが前記第１の発明における「状態値」に、それぞれ相当している。また、ここでは、ECU５０が、ステップ１０４〜１０８の処理を実行して図２に示す時刻t0〜時刻t1に示す動作を実現することにより前記第１の発明における「アシスト制御手段」が実現されている。更に、ここでは、ECU５０が、ステップ１１２の処理を実行することで図２に示す時刻t1〜時刻t2に示す動作を実現することにより前記第１の発明における「補完制御手段」が、ステップ１１４の処理の後、VN３８のフィードバック制御を継続することにより前記第１の発明における「非アシスト制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、電動機２８が過給機回転数Ntに応じた信号を発することにより前記第２の発明における「状態値検知手段」が実現されている。また、ECU５０が、上記ステップ１０８において、過給機回転数Ntを目標回転数Nt0に近づけるようにコントローラ２３に対して指令を発することにより前記第２の発明における「電動機をフィードバック制御する手段」が実現されている。更に、ECU５０が、上記ステップ１１２の後、VN３８をフィードバック制御し、かつ、電動機２８をオープン制御することにより前記第２の発明における「前記状態値が前記目標値と一致するように前記駆動比率可変機構をフィードバック制御する手段」及び「前記補完トルクを発生させるものとして予め定められたパターンで前記電動機を制御する手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ECU５０が、上記ステップ１１２の後、電動機２８の発生する補完トルクが徐々に小さくなるようにコントローラ３２に対する指令を減少させることにより前記第３の発明における「前記電動機に対する指令を予め定められたパターンで減少させる手段」が実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図４を参照して本発明の実施の形態２について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU５０に、後述する図４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。但し、本実施形態において、ECU５０は、圧力センサ１９の出力や、回転数センサ４０の出力に基づいて、内燃機関１０を流れるガス量（吸入空気量Ga）を算出することができるものとする。

上述した実施の１のシステムでは、補完トルクを発生させるために電動機２８をオープン制御する期間（図２における時刻t1〜時刻t2の期間）が、常に一定の時間とされる。しかしながら、目標過給機回転数Ntを維持するために電動機２８に補完トルクを発生させる必要がある期間は、内燃機関１０の運転状態に応じて変化する。より具体的には、その期間は、排気エネルギの立ち上がりが速い場合には通常時に比して短縮される。

排気エネルギは、内燃機関１０を流れるガス量が多いほど多量となる。このため、電動機２８に補完トルクを発生させる期間は、内燃機関１０を流れるガス量が多量であるほど短くすることができる。そこで、本実施形態では、電動機２８によるアシストを停止させるにあたって、内燃機関１０の吸入空気量Gaが多量であるほど、電動機２８をオープン制御する期間を短縮することとした。

［実施の形態２における具体的処理］
図４は、上記の機能を実現するためのルーチンのフローチャートである。図４に示すルーチンは、ステップ１１０とステップ１１２との間にステップ１２０が挿入されている点を除いて、図３に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通するステップについては、供給する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図４に示すルーチンでは、ステップ１１０においてアシスト停止条件の成立が認められた場合に、吸入空気量Gaに基づいて、電動アシストの停止タイミング、より具体的には、電動機２８による補完トルクをゼロとするタイミングが算出される（ステップ１２０）。過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に達した後（図２中、時刻t1参照）、電動機２８によるアシストなしにその目標回転数Nt0が維持できる程度に排気エネルギが上昇してくるまでの時間Tは、吸入空気量Gaが多いほど短くなる。ECU５０は、上記の時間Tを吸入空気量Gaとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って、補完トルクを消滅させるタイミングが決定される。

本実施形態において、ECU５０は、ステップ１１２の処理が実行された後、上記ステップ１２０において決定されたタイミングにおいて補完トルクがゼロとなるように、コントローラ３２に供給する指令を徐々に減少させる。このため、上記の処理によれば、排気エネルギの立ち上がり速度に応じて、過不足のない適切な期間だけ電動機２８に補完トルクを発生させることができる。従って、本実施形態のシステムによれば、上述した実施の形態１の場合と同様の応答性を過給機２２に与えつつ、電動機２８による消費電力を更に少なくすることができる。

ところで、上述した実施の形態２では、電動機２８によるアシストの開始後における吸入空気量Gaの多少に応じて、電動機２８に補完トルクを発生させる期間を変化させることとしているが、変化の対象は、これに限定されるものではない。すなわち、吸入空気量Gaの多少に応じて、電動機２８のフィードバック制御を停止する時期（図２における時刻t1）を変化させることとしてもよい。

また、上述した実施の形態２では、吸入空気量Gaの多少に関わらず、常に同じ手法でVN３８のフィードバック制御を開始することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、VN３８のフィードバック制御には、吸入空気量Gaの多少を反映させることとしてもよい。より具体的には、フィードバック制御の開始時におけるVN３８の初期開度を、吸入空気量Gaが多いほど大きくすることとしてもよい。このような処理によれば、VN３８のフィードバック制御の開始前後における過給機回転数Ntの変動を、より小さく抑えることができる。

また、上述した実施の形態２では、吸入空気量Gaの多少に関わらず、常に、電動機２８のフィードバック制御の終了に続けて、電動機２８のオープン制御を実施することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電動機２８のフィードバック制御を終了する時点で、吸入空気量Gaが十分に大きな値に上昇している場合には、電動機２８のオープン制御を省略して、即座に、VN３８のフィードバック制御だけで目標回転数Nt0の実現を図る状態に移行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、ECU５０が、圧力センサ１９及び回転数センサ４０の出力に基づいて吸入空気量Gaを算出することにより前記第４乃至第６の発明における「ガス量検出手段」が実現されている。また、ここでは、ECU５０がステップ１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「アシスト変数設定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、VN３８のフィードバック制御を開始する際の初期開度が前記第５の発明における「制御変数初期値」に相当している。また、ECU５０に、吸入空気量Ga又は過給圧の上昇速度に基づいてその初期開度を設定させることにより前記第５の発明における「制御変数初期値設定手段」を実現することができる。

また、上述した実施の形態２においては、電動機２８のフィードバック制御を終了するタイミングにおいて、吸入空気量Gaが判定値を超えていた場合に、ECU５０に、電動機２８のオープン制御を省略させることにより前記第６の発明における「制御内容切換手段」を実現することができる。

また、上述した実施の形態２においては、ECU５０に、ステップ１０４〜１０８の処理を実行させることにより前記第８の発明における「アシスト制御手段」を、ステップ１１０の条件成立後に即座に電動アシストを停止させ、かつ、VN３８のフィードバック制御を開始させることにより前記第８の発明における「非アシスト制御手段」を、それぞれ実現することができる。更に、VN３８のフィードバック制御を開始する際に、ECU５０に、吸入空気量Gaに基づいて初期開度を設定させることにより前記第８の発明における「制御変数初期値設定手段」を実現することができる。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図５を参照して本発明の実施の形態３について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU５０に、後述する図５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。但し、本実施形態において、ECU５０は、圧力センサ１９の出力に基づいて、過給圧の変化速度ΔPimを検知できるものとする。

上述した実施の形態２では、VN３８のフィードバック制御を開始するにあたり、初期開度を吸入空気量Gaに基づいて設定することとしている。より具体的には、吸入空気量Gaが比較的少ない状況下では、VN３８の初期開度が小さく設定される。また、吸入空気量Gaが比較的多い状況下では、その初期開度が比較的大きく設定される。吸入空気量Gaは、排気エネルギと相関を有する物理量である。このため、上記の設定手法によれば、フィードバック制御の開始時における排気エネルギのバラツキをVN３８の初期開度で吸収することができ、過給機２２の回転数変動を十分に小さく抑制することが可能である。

ところで、本実施形態のシステムにおいて、過給圧の上昇速度ΔPimは、吸入空気量Gaと同様に、排気エネルギに対して大きな相関を有している。上昇速度ΔPimは、吸入空気量Gaの代わりに、VN３８の初期開度を決めるための基礎パラメータとして用いることが可能である。そこで、本実施形態では、VN３８のフィードバック制御を開始するにあたって、初期開度を、過給圧の上昇速度ΔPimに基づいて設定することとした。

［実施の形態３における具体的処理］
図５は、本実施形態においてECU５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンは、ステップ１１０に続く処理が、ステップ１２０からステップ１３０に置き換えられている点を除いて図４に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通するステップについては、供給する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図５に示すルーチンでは、ステップ１１０においてアシスト停止条件の成立が認められた場合に、過給圧の上昇速度ΔPimに基づいて、電動機２８による補完トルクをゼロとするタイミングが算出される（ステップ１３０）。過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に達した後（図２中、時刻t1参照）、電動機２８によるアシストなしにその目標回転数Nt0が維持できる程度に排気エネルギが上昇してくるまでの時間Tは、上昇速度ΔPimが速いほど短時間となる。ECU５０は、上記の時間Tを上昇速度ΔPimとの関係で定めたマップを記憶している。ここでは、そのマップに従って、補完トルクを消滅させるタイミングが決定される。

以上の処理によれば、実施の形態２の場合と同様に、排気エネルギの立ち上がり速度に応じて、過不足のない適切な期間だけ電動機２８に補完トルクを発生させることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、上述した実施の形態２の場合と同様に、電動機２８による消費電力を十分に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態３では、電動機２８によるアシストの開始後における過給圧の上昇速度ΔPimに応じて、電動機２８に補完トルクを発生させる期間を変化させることとしているが、変化の対象は、これに限定されるものではない。すなわち、上昇速度ΔPimに応じて、電動機２８のフィードバック制御を停止する時期（図２における時刻t1）を変化させることとしてもよい。

また、上述した実施の形態３では、上昇速度ΔPimの高低に関わらず、常に同じ手法でVN３８のフィードバック制御を開始することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、VN３８のフィードバック制御には、上昇速度ΔPimを反映させることとしてもよい。より具体的には、フィードバック制御の開始時におけるVN３８の初期開度を、上昇速度ΔPimが高いほど大きくすることとしてもよい。このような処理によれば、VN３８のフィードバック制御の開始前後における過給機回転数Ntの変動を、より小さく抑えることができる。

また、上述した実施の形態３では、上昇速度ΔPimの高低に関わらず、常に、電動機２８のフィードバック制御の終了に続けて、電動機２８のオープン制御を実施することとしているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、電動機２８のフィードバック制御を終了する時点で、上昇速度ΔPimが十分に速い場合には、電動機２８のオープン制御を省略して、即座に、VN３８のフィードバック制御だけで目標回転数Nt0の実現を図る状態に移行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、ECU５０が、圧力センサ１９の出力に基づいて上昇速度ΔPimを算出することにより前記第４乃至第６の発明における「過給圧上昇速度検出手段」が実現されている。また、ここでは、ECU５０がステップ１３０の処理を実行することにより前記第４の発明における「アシスト変数設定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、VN３８のフィードバック制御を開始する際の初期開度が前記第５の発明における「制御変数初期値」に相当している。また、ECU５０に、吸入空気量Ga又は過給圧の上昇速度に基づいてその初期開度を設定させることにより前記第５の発明における「制御変数初期値設定手段」を実現することができる。

また、上述した実施の形態３においては、電動機２８のフィードバック制御を終了するタイミングにおいて、上昇速度ΔPimが判定値を超えていた場合に、ECU５０に、電動機２８のオープン制御を省略させることにより前記第６の発明における「制御内容切換手段」を実現することができる。

また、上述した実施の形態３においては、ECU５０に、ステップ１０４〜１０８の処理を実行させることにより前記第８の発明における「アシスト制御手段」を、ステップ１１０の条件成立後に即座に電動アシストを停止させ、かつ、VN３８のフィードバック制御を開始させることにより前記第８の発明における「非アシスト制御手段」を、それぞれ実現することができる。更に、VN３８のフィードバック制御を開始する際に、ECU５０に、上昇速度ΔPimに基づいて初期開度を設定させることにより前記第８の発明における「制御変数初期値設定手段」を実現することができる。

実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図６を参照して本発明の実施の形態４について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU５０に、後述する図６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。

上述した実施の形態１乃至３では、図２に示す時刻t1においてVN３８のフィードバック制御を開始するにあたり、VN３８の初期開度を、時刻t0〜時刻t1におけるPID制御の結果に基づいて設定することとしている。ここで、時刻t1におけるP項は、その時点で過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に対してどの程度離れているかを表す項である。また、I項は、過給機回転数Ntに生じている目標回転数Nt0からの定常的なずれの大きさを表す項である。VN３８の初期開度にこれらの項を反映させることは、時刻t1の後、電動機２８によるアシスト力が小さくなるとしても、適切であると考えられる。

一方、D項は、過給機回転数Ntがどのような速度で目標回転数Nt0に接近しているか（またはNt0から離れているか）を表している。例えば、時刻t1の直前に、電動アシストの効果によって過給機回転数Ntが目標回転数Nt0に急速に近づいていたとすれば、時刻t1におけるD項は、Ntのオーバーシュートを避けるため、VN３８の初期開度を大きくするための項となる。ところが、時刻t1以後は、電動機２８によるアシスト力が小さくなるため、VN３８の初期開度が大きくされると、過給機２２に対するトルクが不足して、過給機回転数Ntに落ち込みが生じやすくなる。

このように、D項は、電動機２８によるアシストが減少し始める時点においては、過給機回転数Ntのフィードバック制御を、却って低下させ易いという特性を有している。このため、本実施形態においては、VN３８のフィードバック制御を実行するにあたって、初期開度の決定には、D項を反映させないこととした。

［実施の形態４における具体的処理］
図６は、上記の機能を実現するためのルーチンのフローチャートである。図６に示すルーチンは、ステップ１１０とステップ１１２との間にステップ１４０が挿入されている点を除いて、図３（実施の形態１）に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通するステップについては、供給する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図６に示すルーチンでは、ステップ１１０においてアシスト停止条件の成立が認められた場合に、VN３８のフィードバック制御量の基礎項のうち、D項がリセットされる（ステップ１２０）。ECU５０は、実施の形態１の場合と同様に、電動アシストが開始された時点（図２における時刻t0）から、過給機２２の回転偏差ΔNtについてP項、I項及びD項を算出し始める。ここでは、それらの項のうちD項だけがリセット（ゼロ）とされ、P項及びI項は、算出値がそのまま保持される。

次に、ECU５０は、ステップ１１２において、VN３８のフィードバック制御を開始する。この際、ECU５０は、上記の如く保持されたP項とI項とを用いてVN３８の初期開度を設定する。初期開度の設定後は、新たに算出されたP項、I項及びD項を用いたフィードバック制御を実行する。

以上の処理によれば、電動アシスト力が減少し始める時点で、D項がVN３８のフィードバック制度を低下させるのを防ぐことができる。また、電動アシスト力が低下し始めた後は、PID制御の手法により、制度良くVN３８をフィードバック制御することができる。このため、本実施形態のシステムによれば、実施の形態１乃至３のシステムに比して、VN３８のフィードバック制御の開始時における過給機２２の円滑性を高めることができる。

実施の形態５．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態５について説明する。本実施形態のシステムは、図１に示す構成において、ECU５０に、後述する図７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。

上述した実施の形態４のシステムは、VN３８のフィードバック制御を開始するにあたって、D項をリセットすることにより電動アシスト力の低減に伴う過給機回転数Ntの落ち込みを抑制することとしている。これに対して、本実施形態では、同様の効果を得るために、電動アシスト力の減少を見越して、VN３８のフィードバック制御を開始する際に（図２における時刻t1）、VN３８の開度を閉じ側に補正することとした。

減少前のアシスト力を前提として設定されたVN開度でフィードバック制御が開始され、かつ、その開始と同時に電動アシスト力が小さくなるとすれば、過給機回転数Ntには必然的に落ち込みが生ずる。これに対して、VN開度を閉じ側に補正してフィードバック制御を開始すれば、電動アシスト力の減少分をタービントルクの増加分で補うことができ、過給機回転数Ntの落ち込みを防ぐことができる。このため、本実施形態のシステムは、上述した通り、フィードバック制御の開始時にVN開度の補正を行うこととした。

［実施の形態５における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するためのルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンは、ステップ１１０とステップ１１２との間にステップ１５０が挿入されている点を除いて、図３（実施の形態１）に示すルーチンと同様である。以下、両者に共通するステップについては、供給する符号を付してその説明を省略又は簡略する。

図７に示すルーチンでは、ステップ１１０においてアシスト停止条件の成立が認められた場合に、VN３８のフィードバック制御量の基礎となるVNベースマップ値が閉じ側に補正される（ステップ１５０）。続いて、ステップ１１２において、電動機２８のオープン制御と共に、VN３８のフィードバック制御が開始される。

上記の処理によれば、電動機２８によるアシスト力が減少するのと同時に、VN３８の開度を閉じ側に補正することができる。その結果、この処理によれば、電動アシスト力の低減に起因する過給機回転数Ntの落ち込みを回避することができる。従って、本実施形態のシステムによっても、実施の形態４の場合と同様に、過給機２２の回転を円滑に立ち上げることができる。

ところで、上述した実施の形態５においては、実施の形態１乃至４の場合と同様に、VN３８のフィードバック制御を開始した後、電動機２８に補完トルクを発生させることとしているが、補完トルクの発生は省略することとしてもよい。すなわち、VN３８を閉じ側に補正することで目標過給機回転数Nt0が維持できる程度に排気エネルギが増大するまで電動機２８のフィードバック制御を継続して、その後、VN３８を閉じ側に補正してフィードバック制御を開始しつつ、電動機２８のアシストを即座に停止させることとしてもよい。

Claims (8)

1. 内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、
   前記過給機の回転をアシストする電動機と、
   過給機の回転に変換される排気エネルギの比率を変化させる駆動比率可変機構と、
   前記過給機の状態値が、目標過給状態に対応する目標値またはその近傍値にまで上昇してくる切換時点まで、前記駆動比率可変機構を既定パターンで制御しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記電動機を制御するアシスト制御手段と、
   前記切換時点の後、所定期間に渡って、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御しつつ、前記目標過給状態を実現するのに必要な補完トルクの発生、又は、前記過給機の回転数の維持を目標として前記電動機を制御する補完制御手段と、
   排気エネルギが、前記電動機によるアシストなしに前記目標過給状態を実現するのに足る値に達した後に、前記電動機への電力供給を停止しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御する非アシスト制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の過給制御システム。
2. 前記状態値を検知する状態値検知手段を備え、
   前記アシスト制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記電動機をフィードバック制御する手段を含み、
   前記補完制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記駆動比率可変機構をフィードバック制御する手段と、前記補完トルクを発生させるものとして予め定められたパターンで前記電動機を制御する手段とを含み、
   前記非アシスト制御手段は、前記状態値が前記目標値と一致するように前記駆動比率可変機構をフィードバック制御する手段を含むことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の過給制御システム。
3. 前記補完制御手段は、前記電動機が発するアシスト力が、前記所定期間の終了時点でゼロになるように、前記電動機に対する指令を予め定められたパターンで減少させる手段を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関の過給制御システム。
4. 内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
   前記切換時点及び前記所定期間の少なくとも一方を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定するアシスト変数設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の過給制御システム。
5. 内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
   前記駆動比率可変機構の制御が、前記既定パターンによる制御から、前記目標過給状態の実現を目標とした制御に切り替わる際の制御変数初期値を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定する制御変数初期値設定手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の過給制御システム。
6. 内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
   前記切換時点におけるガス量が判定値を超えている場合、或いは前記切換時点における過給圧の上昇速度が判定値を超えている場合に、当該切換時点の直後に、前記補完制御手段による制御を禁止して、前記非アシスト制御手段による制御を開始させる制御内容切換手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の過給制御システム。
7. 前記切換時点は、内燃機関を流れるガス量、或いは過給圧の上昇速度が最小要求量を超える状況が形成された時点で判定され、
   前記最小要求量は、前記補完制御手段による制御の終了時点に、前記電動機によるアシストなしに前記目標過給状態を実現するのに足る排気エネルギを発生させるために、前記切換時点において確保されている必要のある前記ガス量又は前記上昇速度の最小値であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の過給制御システム。
8. 内燃機関の排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、
   前記過給機の回転をアシストする電動機と、
   過給機の回転に変換される排気エネルギの比率を変化させる駆動比率可変機構と、
   前記過給機の状態値が、目標過給状態に対応する目標値またはその近傍値にまで上昇してくる切換時点まで、前記駆動比率可変機構を既定パターンで制御しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記電動機を制御するアシスト制御手段と、
   前記切換時点の後に、前記電動機への電力供給を停止しつつ、前記目標過給状態の実現を目標として前記駆動比率可変機構を制御する非アシスト制御手段と、
   内燃機関を流れるガス量を検出するガス量検出手段、及び前記過給機による過給圧の上昇速度を検出する過給圧上昇速度検出手段の少なくとも一方と、
   前記駆動比率可変機構の制御が、前記既定パターンによる制御から、前記目標過給状態の実現を目標とした制御に切り替わる際の制御変数初期値を、前記ガス量および前記上昇速度の少なくとも一方に基づいて設定する制御変数初期値設定手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の過給制御システム。

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