JP2006316798A - 過給圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動機と共にこの電動機以外の過給圧変更手段も有するターボチャージャにおいて、電動機と他の過給圧変更手段との各制御を干渉させることなく過給圧を制御することによって、出力特性改善や燃費改善に寄与することのできる過給圧制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明の過給圧制御装置は、ターボチャージャ１１のタービン／コンプレッサ１１ａを回転させて過給圧を変更し得る電動機１１ｂと、この電動機１１ｂ付コンプレッサ１１ａ以外の過給圧変更手段と、電動機１１ｂの駆動による過給圧制御よりも過給圧変更手段による過給圧制御を優先して実行する過給圧制御手段１６とを備えたことを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ターボチャージャのタービンを電動機で駆動することができるようにした電動機付ターボチャージャを用いて過給圧を制御する過給圧制御装置に関する。

エンジン（内燃機関）の吸入空気量をターボチャージャで過給して、高出力（あるいは、低燃費）を得ようとする試みは以前から常用されている。ターボチャージャの改善が要望されている点の一つとして、低回転域の過給圧の立ち上がりが悪く、低回転域でのエンジン出力特性が良好でないというものがある。これは、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給するというターボチャージャの原理上、排気エネルギーの少ない低回転域で発生する現象であった。これを改善するために、ツインターボ化などが一般に行われているが、タービンに電動機（モータ）を組み込んで強制的にタービンを駆動して所望の過給圧を得ようとする試みもなされている。このような場合は、排気エネルギーを利用して電動機に回生発電を行わせることも可能である。このような電動機付ターボチャージャとしては、特開平８‐１８２３８２号公報に記載のようなものがある。
特開８‐１８２３８２号公報

上述した公報に記載されている電動機付ターボチャージャでは、目標過給圧と実過給圧とを比較して、電動機によって過給圧をどの程度変更させるかを決定している。しかし、過給圧を変更する手段が複数あるような場合には、モータによる過給圧変更制御と他の過給圧変更制御とが干渉してしまうおそれがあり、上述した公報に記載のターボチャージャはこの点に関する改善が必要であった。なお、他の過給圧変更制御としては、吸気側エアバイパスバルブ制御、ウェイストゲートバルブ制御、バリアブルノズルターボにおけるバリアブルノズル制御、Ａ／Ｒ可変機構のＡ／Ｒ可変制御などがある。

従って、本発明の目的は、ターボチャージャのコンプレッサを回転駆動させる電動機と共にこの電動機以外の過給圧変更手段も有する過給圧制御装置において、電動機と他の過給圧変更手段との各制御を干渉させることなく過給圧を制御することによって、出力特性改善や燃費改善に寄与することのできる過給圧制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の過給圧制御装置は、ターボチャージャのコンプレッサを回転させて過給圧を変更し得る電動機と、電動機付コンプレッサ以外の過給圧変更手段と、エンジン運転領域に応じて電動機及び過給圧変更手段による過給圧制御を行う過給圧制御手段とを備え、過給圧制御手段は、ベース目標過給圧に基づいて過給圧変更手段を制御し、ベース目標過給圧にかさ上げ分の過給圧を加えた目標過給圧に基づいて電動機を制御するように構成されており、エンジン運転領域が過給圧要求領域であって、かつ、特定運転領域内である場合には、過給圧変更手段による過給圧制御に加えて電動機の駆動による過給圧制御を行い、エンジン運転領域が過給圧要求領域であって、かつ、特定運転領域外である場合には、電動機の駆動を禁止して過給圧変更手段による過給圧制御を行うことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段が特定運転領域を含むエンジン運転領域を判定することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、急加速状態を特定運転領域と判定することを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、特定運転領域の判定をエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて行うことを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以下で、かつ、アクセル開度が所定開度以上である状態を特定運転領域と判定することを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５の何れか一項に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、目標過給圧と実過給圧との差が所定値以上である場合に電動機を駆動し、所定値より小さい場合には電動機の駆動を禁止するように構成されており、エンジン運転領域が特定運転領域外にある場合には、目標過給圧と実過給圧との差が所定値より小さくなるようにかさ上げ分の過給圧を負の値として設定することを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか一項に記載の過給圧制御装置において、過給圧変更手段がタービンノズル部の流量可変機構であることを特徴としている。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７の何れか一項に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、サージ回避処理が必要と判定されたときに、スロットルバルブの閉じ動作を遅らせると共に電動機を回生発電させることによってサージ回避を行うことを特徴としている。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、吸気管内圧力、スロットル開度及びアクセル開度が減少する場合に、サージ回避処理が必要と判定することを特徴としている。

請求項１０に記載の発明は、請求項８又は９に記載の過給圧制御装置において、過給圧制御手段は、サージ回避処理が必要と判定されたときに急減速操作が伴う場合には、ターボチャージャのコンプレッサ下流側の圧力を開放することによるサージ回避処理を行うことを特徴としている。

本発明に係る過給圧制御装置によれば、電動機による過給圧制御と電動機以外の過給圧変更手段による過給圧制御の干渉を防止し、より安定した過給圧制御を実現することができる。

エンジンの低回転域における過給要求時には、過給圧の不足を補って過給圧の立ち上がり向上させることができ、エンジンへの過給の高応答化を達成できる。

エンジンの低回転域を除く運転領域での過給要求時には、電動機を駆動するための電力消費を抑制してエネルギ効率を向上できる。

本発明の過給圧制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の過給圧制御装置を有するエンジン１を図１に示す。本実施形態で説明するエンジン１は筒内噴射型のガソリンエンジンであるが、吸気通路上に燃料を噴射するタイプのガソリンエンジンや、ディーゼルエンジンに対して適用することも可能である。

なお、「過給圧」の語は大気圧に対しての差圧を示すものを指す語として用いられる場合がある。一方で、「過給圧」の語は吸気管内の絶対圧力を指す語として用いられる場合もある。以下、両者を明確に分けて説明する必要がある場合は、その指すところが明確となるような説明を行う。例えば、吸気管内圧力を検出する圧力センサの出力に基づいて過給圧制御を行う場合、この圧力センサが大気圧に対する差圧を検出するセンサであれば過給圧制御は大気圧に対する差としての過給圧に基づいて制御されることが容易であるし、圧力センサが絶対圧力を検出するセンサであれば過給圧制御は絶対圧力としての吸気圧に基づいて制御されるのが容易である。

本実施形態で説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。エンジン１は、インジェクタ２によってシリンダ３内のピストン４の上面に燃料を噴射するタイプのエンジンである。このエンジン１は、成層燃焼が可能であり、いわゆるリーンバーンエンジンである。後述するターボチャージャによってより多くの吸入空気を過給してリーンバーンを行うことによって、高出力化だけでなく低燃費化をも実現し得るものである。

エンジン１は、吸気通路５を介してシリンダ３内に吸入した空気をピストン４によって圧縮し、ピストン４の上面に形成された窪みの内部に燃料を噴射して濃い混合気を点火プラグ７近傍に集め、これに点火プラグ７で着火させて燃焼させる。シリンダ３の内部と吸気通路５との間は、吸気バルブ８によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路６に排気される。シリンダ３の内部と排気通路６との間は、排気バルブ９によって開閉される。吸気通路５上には、上流側からエアクリーナ１０、ターボユニット１１、インタークーラー１２、スロットルバルブ１３などが配置されている。

エアクリーナ１０は、吸入空気中のゴミや塵などを取り除くフィルタである。ターボユニット１１は、吸気通路５と排気通路６との間に配され、過給を行うものである。本実施形態のターボユニット１１においては、タービン側インペラーとコンプレッサ側インペラーとが回転軸で連結されている（以下、この部分を単にタービン／コンプレッサ１１ａと言うこととする）。また、本実施形態のターボチャージャは、タービン／コンプレッサ１１ａの回転軸が出力軸となるように電動機１１ｂが組み込まれている電動機付ターボチャージャである。電動機１１ｂは、交流モータであり、発電機としても機能し得る。ターボユニット１１は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、電動機１１ｂによってタービン／コンプレッサ１１ａを強制的に駆動することでさらなる過給を行うこともできる。

また、排気エネルギーを利用して、タービン／コンプレッサ１１ａを介して電動機１１ｂを回転させることで回生発電させ、発電された電力を回収することもできる。図示されていないが、電動機１１ｂは、タービン／コンプレッサ１１ａの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。吸気通路５上のターボユニット１１の下流側には、ターボユニット１１による過給で圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式インタークーラ１２が配されている。インタークーラー１２によって吸入空気の温度を下げ、充填効率を向上させる。

インタークーラー１２の下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ１３が配されている。本実施形態のスロットルバルブ１３は、いわゆる電子制御式スロットルバルブであり、アクセルペダル１４の操作量をアクセルポジショニングセンサ１５で検出し、この検出結果と他の情報量とに基づいてＥＣＵ１６がスロットルバルブ１３の開度を決定するものである。スロットルバルブ１３は、これに付随して配設されたスロットルモータ１７によって開閉される。また、スロットルバルブ１３に付随して、その開度を検出するスロットルポジショニングセンサ１８も配設されている。

スロットルバルブ１３の下流側には、吸気通路５内の圧力（吸気圧）を検出する圧力センサ１９が配設されている。これらのセンサ１５，１８，１９はＥＣＵ１６に接続されており、その検出結果をＥＣＵ１６に送出している。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ１６には、上述したインジェクタ２、点火プラグ７や、電動機１１ｂ、等が接続されており、これらはＥＣＵ１６からの信号によって制御されている。ＥＣＵ１６には、このほかにも、吸気バルブ８の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構２０の油圧や、電動機１１ｂと接続されたコントローラ２１、バッテリ２２なども接続されている。

コントローラ２１は、電動機１１ｂの駆動を制御するだけでなく、電動機１１ｂが回生発電した電力の電圧変換を行うインバータとしての機能も有している。回生発電による電力は、コントローラ２１によって電圧変換された後にバッテリ２２に充電される。さらに、吸気通路５上には、ターボユニット１１（コンプレッサ）の上流側と下流側とをバイパスするバイパス路２７が設けられている。このバイパス路２７上には、その開閉を制御するエアバイパスバルブ２８が配設されている。本実施形態のエアバイパスバルブ２８は、ＥＣＵ１６からの信号によって電気的にその開閉が制御されるものであるが、コンプレッサ下流側圧力がコンプレッサ上流側圧力よりも所定圧力以上高くなった場合に開弁される機械的な一方向弁でもよい。

一方、排気通路６上には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２３がターボユニット１１の下流側に取り付けられている。そして、排気通路６（ターボユニット１１の上流部）から吸気通路５（圧力センサ１９の下流側に形成されたサージタンク部）にかけて排気ガスを還流させるためのＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)通路２４が配設されている。ＥＧＲ通路２４上には、排気ガス還流量を調節するＥＧＲバルブ２５が取り付けられている。ＥＧＲバルブ２５の開度制御も上述したＥＣＵ１６によって行われる。

また、エンジン１のクランクシャフト近傍には、エンジン回転数を検出する回転数センサ２６が取り付けられている。さらに、図示されていないが、本実施形態のターボユニット１１は、いわゆるバリアブルノズルターボでもある。バリアブルノズルターボとは、排気側のタービン／コンプレッサ１１ａの外方に位置するノズル部分に複数の可動ベーンを配置し、タービンノズルからタービン／コンプレッサ１１ａに向けて流れる排気流量を可変制御するものである。バリアブルノズルを制御することによって過給圧を変更できる。

バリアブルノズルを駆動するアクチュエータは、ＥＣＵ１６に接続されており、ＥＣＵ１６によって制御されている。このバリアブルノズル機構は電動機１１ｂ以外の過給圧変更手段として機能しており、ＥＣＵ１６が過給圧制御手段として機能している。電動機１１ｂ以外の過給圧制御手段となり得るものとしては、ここで説明したバリアブルノズル機構の他、タービン容量を可変制御する機構（Ａ／Ｒ可変機構）等が挙げられる。

さらに、図示されていないが、排気通路６上には、ターボユニット１１をバイパスする流路も設けられており、この流路上にウェイストゲートバルブが配されている。ウェイストゲートバルブは、過給圧が所定圧力以上となると開かれ、タービン／コンプレッサ１１ａへの排気流量を減じることによって過給圧を制御するものである。本実施形態のウェイストゲートバルブは吸気圧を利用して開閉する受動的なものであるが、ソレノイドバルブなどにしてＥＣＵ１６によって積極的にその開閉を制御しても良い。このような場合は、過給圧を積極的に制御する手段（過給圧制御手段）の一つとなり得る。

上述した電動機１１ｂを用いた過給圧制御の基本部分を説明する。図２に、制御の基本部分のフローチャートを示す。図２に示されるフローチャートの制御は、所定時間毎（例えば、32ms毎）に繰り返し実行されている。

まず、エンジン回転数が回転数センサ２６によって検出されると共に、エンジン負荷が吸入空気量（圧力センサ１９から推定）やスロットル開度（スロットルポジショニングセンサ１８によって検出）から推定される（ステップ２００）。次に、エンジン回転数とエンジン負荷とから、ベース目標過給圧Ｂが算出される（ステップ２０５）。ベース目標過給圧Ｂとは、定常運転時における所定エンジン回転数・所定エンジン負荷のときに予想される過給圧であり、予め実験などによって取得されてＥＣＵ１６内のＲＯＭ内にマップとして格納されている。上述した電動機１１ｂ以外の過給圧変更手段であるバリアブルノズルの制御は、このベース目標過給圧Ｂに基づいて行われる。

次に、回転数センサ２６によって検出されたエンジン回転数とアクセルポジショニングセンサ１５によって検出されるアクセル開度とに基づいて、電動機１１ｂによってかさ上げする分の過給圧Ｐを決定する（ステップ２１０）。エンジン回転数とアクセル開度とかさ上げ分の過給圧Ｐとの関係は、予め実験などを通じて決定されており、マップとしてＥＣＵ１６内のＲＯＭに格納されている。このマップを図３に示す。図３に示されるように、ここでは、エンジン回転数が所定回転数以下で、かつ、アクセル開度が所定開度以上である領域が特定運転領域として設定されており、エンジン１の状態がこの特定運転領域内で運転されているときにのみ、上述したかさ上げ過給圧Ｐが正の値として設定され、電動機１１ｂによるアシストが行われる。特定運転領域内でも、より低回転、より大きなアクセル開度となるほどかさ上げ過給圧Ｐが大きくなるようになされている。

エンジン１の状態が特定運転領域外の状態である場合には、上述したかさ上げ過給圧Ｐが０ではなく負の値として設定されることによって電動機１１ｂによるアシストが実質的に禁止されている。かさ上げ過給圧Ｐを負の値として設定することの意味は追って説明する。ステップ２１０の後、ベース目標過給圧Ｂに電動機１１ｂによるかさ上げ分の過給圧Ｐを加えたものを目標過給圧Ｔとして算出する（ステップ２１０）。次に、圧力センサ１９によって吸気管内圧力を実過給圧Ｃとして検出し（ステップ２２０）、上述した目標過給圧Ｔと検出した実過給圧Ｃとの差ΔＰを算出する（ステップ２２５）。

算出された差ΔＰが０より大きいか否かを判定し（ステップ２３０）、差ΔＰが０以下であれば、電動機１１ｂによるアシストの有無を示すアシストフラグFassistを０にして電動機１１ｂによる過給アシストを行わずに図２のフローチャートを一旦抜ける。ここで、上述したかさ上げ過給分Ｐが正の値であっても、差ΔＰが０以下であれば、電動機１１ｂによる過給は行われない。一方、ステップ２３０が肯定される場合、即ち、差ΔＰが０より大きい場合は、電動機１１ｂによる過給アシストを行うための指示値を差ΔＰに基づいて決定し、この指令値をコントローラ２１に対して出力する（ステップ２３５）。

差ΔＰとコントローラ２１に与える指令値との関係を図４に示す。図４に示されるように、コントローラ２１への指令値は電圧値によって行われる。差ΔＰが大きいほど、大きな電圧値がコントローラ２１に対して送出される。その電圧値の範囲は、ここでは０〜４．３Ｖの範囲である。４．３Ｖの電圧がコントローラ２１に送出されると、コントローラ２１は電動機１１ｂをフル駆動させて過給をフルアシストする。コントローラ２１への指示値の送出後、アシストフラグFassistが１にされ（ステップ２４０）、コントローラ２１が受け取った指示値に基づいて電動機１１ｂを制御される（ステップ２４５）。

本実施形態では、コントローラ２１は、与えられた指示値に基づいて決定される電流を電動機１１ｂに対して送出している。電動機１１ｂは、与えられる電流によって出力トルクを変化させるものであり、送出する電流をを介して制御されている。なお、本実施形態では指示値に基づく電流を電動機１１ｂに与えるだけで電動機１１ｂのフィードバック制御は行われていない。その後は図２のフローチャートの制御が繰り返し行われることで電動機１１ｂに与えられる電流値が変化していくこととなる。ただし、電動機１１ｂのフィードバック制御を行っても良く、例えば、タービン／コンプレッサ１１ａに回転数センサを設け、タービン回転数に基づいて電動機１１ｂに与える電流のフィードバック制御を行うなどしても良い。

このようにして電動機１１ｂで過給することによって、低回転域での過給圧の不足を補って過給圧の立ち上がりを向上させ、ターボユニットによる高出力あるいは高効率化を低回転域から高回転域まで得ることができるようになる。そして、ここでは、電動機１１ｂ以外の過給圧変更手段であるバリアブルノズル機構による過給圧制御が、電動機１１ｂによる過給圧制御よりも優先して行われることとなる。このため、二つの過給圧制御に優先順位が設定されているので、両方の過給圧制御が干渉してしまうことがなく、安定した過給圧制御を行うことができる。

さらに、ここでは、電動機１１ｂ以外の過給圧変更手段であるバリアブルノズル機構は、ベース目標過給圧Ｂに基づいて制御され、一方、電動機１１ｂはベース目標過給圧Ｂではなく、これにかさ上げ分の過給圧Ｐを加えた目標過給圧Ｔに基づいて制御される。このようにそれぞれの制御が異なる目標（制御マップ）を有している。このため、電動機１１ｂによるアシストが過剰になってしまっても、これとは独立しているもう一つの過給圧制御が働かなくなるようなことはなく、この点からも、両者の過給圧制御が干渉しにくくなっている。なお、本実施形態におけるバリアブルノズル機構による過給圧制御は、実過給圧Ｃとの関係からＰＩＤフィードバック制御等の公知の過給圧制御が行われている。

またさらに、ここでは、上述した特定運転領域外のときは電動機１１ｂによる過給圧制御が実質的に禁止されるので、不必要な電力消費を抑止し、エネルギー効率の良い運転を行うことができる。さらに、ここでは急加速状態を特定運転領域としており、具体的には、エンジン回転数が所定回転数以下で、かつ、アクセル開度が所定開度以上のときを急加速状態としている。

また、上述したように、ここでは、特定運転領域外のときはかさ上げ過給分Ｐを負の値として設定している。このようにすることで、算出される目標過給圧Ｔがより少なく算出されることとなり、その結果、差ΔＰもより小さく算出されることになる。電動機１１ｂによる過給圧制御を行うか否かは、差ΔＰの大きさに基づいて判定するので、差ΔＰがより小さく算出されるということは、電動機１１ｂによる過給圧制御が行われにくくなるということになる。差ΔＰは、小さめに算出される目標過給圧Ｔと実過給圧Ｃとの差であるので、電動機１１ｂによる過給圧制御の要否を判定する上で、実過給圧Ｃに対してある程度の変動幅を確保することになる。

このようにすると、外乱などに起因して実過給圧Ｃが変動しただけのような、電動機１１ｂによるアシストを始めたくないような場合に電動機１１ｂによる過給圧が行われにくくなり、過給圧制御を安定して行うことができる。例えば、外乱などで実過給圧Ｃが微小な増減を繰り返して変動するような場合に電動機１１ｂによる過給の開始停止が頻繁に繰り返されてしまうと過給圧制御がかえって荒れてしまう。即ち、電動機１１ｂによる不要な過給圧制御が行われてしまう。そこで、電動機１１ｂによる過給が必要ないと思われるとき（特定運転領域外）のときは、電動機１１ｂによる過給が開始されにくいようにしておくことによって過給圧制御の安定化を図っている。

さらに、電動機１１ｂを発電機として使用すれば、電気エネルギーを回収することも可能となる。電動機１１ｂから電力を回収している間は、電動機１１ｂがタービン／コンプレッサ１１ａの回転を抑止するものとなる。即ち、電動機１１ｂは、それ自身が電気エネルギーを消費してタービン／コンプレッサ１１ａの回転を高回転化させるだけでなく、回生発電を行ってタービン／コンプレッサ１１ａの回転を抑止することもでき、電動機１１ｂによるタービン／コンプレッサ１１ａの回転制御（過給圧制御）の制御幅は広い。なお、電動機１１ｂが回転駆動されておらず、かつ、回生発電も行っていない（バッテリ２２と接続されていない）状態では、タービン／コンプレッサ１１ａは排気エネルギーのみによって回転されることとなるが、この場合に電動機１１ｂがタービン／コンプレッサ１１ａの回転を抑止することはない（コギングトルクは無視できるほどに小さい）。

次に、上述した基本的な過給圧制御が行われている間に急減速操作が行われた際に実行される、回生発電を伴う過給圧制御について説明する。

従来のターボチャージャでは、減速時などにスロットルバルブが閉じられると、いわゆるサージが発生する場合があるが、従来は、上述したエアバイパスバルブ２８を開くことによってサージを回避していた。本実施形態では、電動機１１ｂに回生発電を行わせることでタービン／コンプレッサ１１ａの回転を抑止することによってサージを回避する。回生発電も行うので、サージ回避と共に電気エネルギーを回収することもできる。ここで説明する制御のフローチャートを図５に示す。

まず、圧力センサ１９によって検出される吸気管内圧力が高い側から低い側に変化したか否かを判定する（ステップ５００）。ステップ５００が肯定される場合は、次いで、スロットルポジショニングセンサ１８によって検出されるスロットル開度が大きい側から小さい側に変化したか否かを判定する（ステップ５０５）。ステップ５０５が肯定される場合は、次いで、アクセルポジショニングセンサ１５によって検出されるアクセル開度が大きい側から小さい側に変化したか否かを判定する（ステップ５１０）。ステップ５１０が肯定される場合、即ち、ステップ５００，ステップ５０５，ステップ５１０の条件が全て満たされる場合は、減速状態でサージが発生する可能性があり、サージ回避処理が必要であるとされる。

なお、ステップ５００〜５１０の何れかが否定される場合は、図５に示されるフローチャートを一旦抜ける。ステップ５００〜５１０の全てが肯定される場合にのみサージ回避処理が必要であると判定される。この場合は、そのときの減速状態が、通常の減速状態であるか急減速状態であるかを判定する（ステップ５１５）。ステップ５１５では、具体的には、閉じ側へのアクセル開度変化量が大きいか？あるいは、ブレーキペダルの踏み込み側への変化量が大きいか？等で判定される。ステップ５１５が否定される場合は、急減速状態ではないので、電動機１１ｂを回生発電させることによってタービン／コンプレッサ１１ａの回転を抑止してサージ回避を行う（ステップ５２０）。

なお、ステップ５２０では、電動機１１ｂの回生発電によるタービン／コンプレッサ１１ａの回転抑止と共に、スロットルバルブ１３の開度制御も行われている。本実施形態のスロットルバルブ１３は電子制御型なので、ＥＣＵ１６によってその開度を制御できる。ここでは、回生発電によってタービン／コンプレッサ１１ａの回転を急激に低回転化させると共に、スロットルバルブ１３を急閉させずに徐々に閉じるようにしている（ステップ５０５で閉じ側に移動しているスロットルバルブ１３を、急減速時にはさらに徐々に閉じる）。このようにすることによって、回生発電によって回収する電力をより多くすることができる。

なお、状況によっては、スロットルバルブ１３を閉じずに、回生発電によるタービン／コンプレッサ１１ａの回転抑止のみでサージ回避できる場合もあり得る。このような場合は、この減速状態から再加速するときに、電動機１１ｂを回生発電モードから回転駆動モードに移行するだけで良く、レスポンス良く直ぐに高出力を得ることができる。一方、ステップ５１５が肯定される場合は、急減速状態にあるので、電動機１１ｂの回生発電によるサージ回避では間に合わない可能性がある。この場合は、スロットルバルブ１３を運転者の意思通りの速さで閉じると共に、排気流をターボユニットをバイパスさせるサージ回避処理を行う。

ここでは、エアバイパスバルブ２８を開いたり（コンプレッサ下流の圧力が開放される）、ＥＧＲバルブ２５を開く（排気流を吸気側に還流）などして、サージ回避を行う。これらのサージ回避処理は、通常のターボチャージャシステムで行われるサージ回避処理である。このようにすることによって、急減速時以外は電動機１１ｂの回生発電の実行頻度がより多くなるようにし、より多くの電気エネルギーを回収することができるようにしている。

なお、コンプレッサ下流の圧力開放は、上述したエアバイパス路２７及びエアバイパスバルブ２８を用いて下流側圧力を上流側に戻すことで実現しても良いが、インテークリリーフバルブなどを用いて単純に大気開放させてもよい。ただし、大気開放させると異音を生じる可能性があるため、エアバイパス路２７やエアバイパスバルブ２８を用いる方が好ましい。また、ＥＧＲバルブ２５を開放してサージ回避を行う場合は、スロットルバルブ１３が開いている必要がある。また、このような急減速判定後のサージ回避処理時に、（エアバイパスバルブ２８の開放と同時に）電動機１１ｂによって回生発電させても良い。この場合、電動機１１ｂによる回生発電のサージ回避へ寄与度は低いが、省エネルギーには寄与する。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態における電動機以外の過給圧変更手段はバリアブルノズルであったが、バリアブルノズル以外の手段、例えば、Ａ／Ｒを可変制御する機構などであっても良い。また、過給圧制御手段は、単一の部品で構成されなければならないというものではなく、複数の部品（例えば、ＥＣＵ、アクチュエータ、センサ等）によって構成されて構わない。

また、上述した実施形態においては、タービン側インペラとコンプレッサ側インペラとが回転軸で一体化され、両者は必ず一体的に回転するものであった。しかし、例えば、回転軸の途中にクラッチが配されているような形態のタービン／コンプレッサを有するターボチャージャに対しても本発明は適用し得る。この場合、電動機による過給が行われる場合はコンプレッサ側の回転軸が電動機によって回転駆動される状態となっており、電動機による回生発電が行われる場合はタービン側の回転軸と電動機とが連結されている。あるいは、タービン回転駆動用の電動機とコンプレッサ回転駆動用の電動機とが併設される形態なども考えられる。

本発明の過給圧制御装置を有するエンジンの構成を示す構成図である。 過給圧制御の基本制御を示すフローチャートである。 電動機による過給圧かさ上げ分を決定するためのマップである。 電動機のコントローラへの指示値を決定するためのマップである。 サージ回避制御を示すフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン、２…インジェクタ、３…シリンダ、４…ピストン、５…吸気通路、６…排気通路、７…点火プラグ、８…吸気バルブ、９…排気バルブ、１０…エアクリーナ、１１…ターボユニット、１１ａ…タービン、１１ｂ…電動機、１２…インタークーラー、１３…エアクリーナ、１３…スロットルバルブ、１４…アクセルペダル、１５…アクセルポジショニングセンサ、１６…ＥＣＵ、１７…スロットルモータ、１８…スロットルポジショニングセンサ、１９…圧力センサ、２０…可変バルブタイミング機構、２１…コントローラ、２２…バッテリ、２３…排気浄化触媒、２４…ＥＧＲ通路、２５…ＥＧＲバルブ、２６…回転数センサ。

Claims (10)

1. ターボチャージャのコンプレッサを回転させて過給圧を変更し得る電動機と、前記電動機付コンプレッサ以外の過給圧変更手段と、エンジン運転領域に応じて前記電動機及び前記過給圧変更手段による過給圧制御を行う過給圧制御手段とを備え、
   前記過給圧制御手段は、ベース目標過給圧に基づいて前記過給圧変更手段を制御し、前記ベース目標過給圧にかさ上げ分の過給圧を加えた目標過給圧に基づいて前記電動機を制御するように構成されており、
   エンジン運転領域が過給圧要求領域であって、かつ、特定運転領域内である場合には、前記過給圧変更手段による過給圧制御に加えて前記電動機の駆動による過給圧制御を行い、
   エンジン運転領域が過給圧要求領域であって、かつ、特定運転領域外である場合には、前記電動機の駆動を禁止して前記過給圧変更手段による過給圧制御を行うことを特徴とする過給圧制御装置。
2. 前記過給圧制御手段が前記特定運転領域を含むエンジン運転領域を判定することを特徴とする請求項１に記載の過給圧制御装置。
3. 前記過給圧制御手段は、急加速状態を前記特定運転領域と判定することを特徴とする請求項２に記載の過給圧制御装置。
4. 前記過給圧制御手段は、前記特定運転領域の判定をエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて行うことを特徴とする請求項２または３に記載の過給圧制御装置。
5. 前記過給圧制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以下で、かつ、アクセル開度が所定開度以上である状態を前記特定運転領域と判定することを特徴とする請求項４に記載の過給圧制御装置。
6. 前記過給圧制御手段は、前記目標過給圧と実過給圧との差が所定値以上である場合に前記電動機を駆動し、所定値より小さい場合には前記電動機の駆動を禁止するように構成されており、エンジン運転領域が特定運転領域外にある場合には、前記目標過給圧と実過給圧との差が所定値より小さくなるように前記かさ上げ分の過給圧を負の値として設定することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の過給圧制御装置。
7. 前記過給圧変更手段がタービンノズル部の流量可変機構であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の過給圧制御装置。
8. 前記過給圧制御手段は、サージ回避処理が必要と判定されたときに、スロットルバルブの閉じ動作を遅らせると共に前記電動機を回生発電させることによってサージ回避を行うことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の過給圧制御装置。
9. 前記過給圧制御手段は、吸気管内圧力、スロットル開度及びアクセル開度が減少する場合に、サージ回避処理が必要と判定することを特徴とする請求項８に記載の過給圧制御装置。
10. 前記過給圧制御手段は、サージ回避処理が必要と判定されたときに急減速操作が伴う場合には、ターボチャージャのコンプレッサ下流側の圧力を開放することによるサージ回避処理を行うことを特徴とする請求項８又は９に記載の過給圧制御装置。

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