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JP6287979B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、ターボ過給機のターボコンプレッサの上流に電動コンプレッサを備える内燃機関を制御する装置として好適な内燃機関の制御装置に関する。
特許文献1には、吸気通路に電動過給機を備える内燃機関の制御装置が開示されている。この制御装置は、内燃機関の運転領域が中負荷領域であるときに、電動過給機を利用して吸気の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ回生を行う。このエネルギ回生は、スロットル弁を全開としつつ、回生による発電電力を吸入空気流量が目標吸入空気流量となるように制御することによって行われる。
特開2006−105075号公報 特開2012−067614号公報 特開平11−324688号公報
電動過給機の電動コンプレッサよりも下流側の吸気通路にターボ過給機のターボコンプレッサを備える内燃機関が知られている。電動過給機を利用して回生を行っているときには、電動コンプレッサは吸気通路中の絞りとして機能する。このため、回生を行っているときには、電動コンプレッサの下流かつターボコンプレッサの上流の吸気圧力が負圧になる。回生時にこの吸気圧力が大きく負圧化すると、ターボコンプレッサの出口の吸気圧力も低下する。その結果、ターボコンプレッサの背面側に位置するオイルシール部からオイルが漏れる可能性がある。
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、電動コンプレッサの下流にターボコンプレッサを備える内燃機関において、ターボ過給機からのオイル漏れを抑制しつつ電動過給機を利用する回生を行えるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒に吸入される吸気が流れる吸気通路と、前記気筒からの排気が流れる排気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記気筒に吸入される空気の吸入空気流量を調整する吸入空気流量調整手段と、前記排気通路に配置されたタービンと、前記吸気通路に配置されたターボコンプレッサと、前記タービンと前記ターボコンプレッサとを連結する連結軸と、前記ターボコンプレッサのインペラの背面側の部位において前記連結軸上に設けられたオイルシール部と、を有するターボ過給機と、前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置された電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの駆動源であるとともに回生が行われる場合には発電機として機能するモータジェネレータと、を有する電動過給機と、前記電動コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路と、前記電動コンプレッサよりも下流側であって前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパス弁と、を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置である。前記制御装置は、吸入空気流量、前記吸気バイパス弁の開度および前記モータジェネレータの発電負荷を制御することで、前記電動過給機による回生処理を実行する回生処理部を含む。前記回生処理部は、前記回生処理の実行時に、前記内燃機関の要求吸入空気流量と、前記ターボ過給機の回転速度と、前記ターボコンプレッサの出口の吸気圧力である第1吸気圧力の圧力値であって前記オイルシール部から前記ターボコンプレッサ側へのオイル漏れが生じない条件を満たす第1特定圧力値と、に基づいて、前記吸気バイパス弁の開度と前記モータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方を設定する。
前記内燃機関は、前記電動コンプレッサの下流かつ前記ターボコンプレッサの上流の吸気圧力である第2吸気圧力を取得する第2吸気圧力取得手段をさらに備えるものであってもよい。そして、前記回生処理部は、前記第1特定圧力値と、前記内燃機関の吸入空気流量と、前記ターボ過給機の回転速度とに基づいて前記第2吸気圧力の圧力値であって前記オイル漏れが生じない条件を満たす第2特定圧力値を算出し、算出した前記第2特定圧力値を前記第2吸気圧力が下回らないように、前記要求吸入空気流量と前記第2吸気圧力とに基づいて前記吸気バイパス弁の開度と前記モータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方を設定するものであってもよい。
前記回生処理部は、前記発電負荷を所定の制御範囲内の最大値とし、かつ前記吸気バイパス弁を全閉とした状態で前記第2吸気圧力が前記第2特定圧力値になるときの第1吸入空気流量よりも前記要求吸入空気流量が多い場合に、前記要求吸入空気流量が前記第1吸入空気流量よりも少ない場合と比べて前記吸気バイパス弁の開度を大きくし、もしくは前記発電負荷を低くするものであってもよい。
前記回生処理部は、前記要求吸入空気流量が前記第1吸入空気流量よりも多い場合には、前記要求吸入空気流量が多いほど、前記吸気バイパス弁の開度を大きくするものであってもよい。
前記回生処理部は、前記発電負荷を前記制御範囲内の最大値とし、かつ前記吸気バイパス弁を全開とした状態で前記第2吸気圧力が前記第2特定圧力値になるときの第2吸入空気流量よりも前記要求吸入空気流量が多い場合には、前記要求吸入空気流量が多いほど前記発電負荷を低くするものであってもよい。
本発明の制御によれば、電動過給機による回生処理の実行時に、内燃機関の要求吸入空気流量と、ターボ過給機の回転速度と、ターボコンプレッサの出口の吸気圧力である第1吸気圧力の圧力値であってオイルシール部からターボコンプレッサ側へのオイル漏れが生じない条件を満たす第1特定圧力値と、に基づいて、吸気バイパス弁の開度とモータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方が設定される。このように、本発明によれば、上記第1特定圧力値を考慮して、吸気バイパス弁の開度とモータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方が設定されるので、電動コンプレッサの下流にターボコンプレッサを備える内燃機関において電動過給機を利用する回生を行う場合に、ターボ過給機からのオイル漏れの抑制を図ることができる。
本発明の実施の形態1のシステムの構成を説明するための図である。 ターボ過給機のオイルシール構造を説明するための図である。 電動過給機を利用するエネルギ回生の実施の有無を判断するために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。 回生可能領域の一例を表した図である。 回生を実施するために、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。 吸気圧P3とターボ回転速度Ntとの関係を表した図である。 ターボコンプレッサの圧力比(P3/P2)と、ターボコンプレッサを通過する空気流量との関係を表したコンプレッサマップである。 吸気圧P2および電動コンプレッサを通過する空気の流量(=吸入空気流量Ga)に対する回生デューティ比および吸気バイパス弁の開度のそれぞれの関係を表した図である。 回生デューティ比および吸気バイパス弁の操作ならびにこれに対応するスロットル弁の操作と、吸気圧P2および吸気マニホールド圧Pbの変化との関係を表した図である。 回生を実施するために、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。 制御対象を吸気バイパス弁の開度とする例において、回生を実施するために実行されるルーチンのフローチャートである。 制御対象を回生デューティ比(発電負荷)とする例において、回生を実施するために実行されるルーチンのフローチャートである。
実施の形態1.
[実施の形態1のシステムの構成]
図1は、本発明の実施の形態1のシステムの構成を説明するための図である。図1に示す内燃機関10は、内燃機関本体12を備えている。内燃機関10は、火花点火式エンジン(一例として、ガソリンエンジン)であり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。内燃機関本体12の各気筒には、吸気通路14および排気通路16が連通している。
吸気通路14の入口付近には、エアクリーナ18が設けられている。エアクリーナ18には、吸気通路14を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ20が設けられている。エアクリーナ18よりも下流側の吸気通路14には、吸入空気を過給するために、ターボ過給機22のコンプレッサ22a(以下、「ターボコンプレッサ22a」と称する)が配置されている。ターボ過給機22は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン22bを排気通路16に備えている。ターボコンプレッサ22aは、連結軸22cを介してタービン22bと一体的に連結されており、タービン22bに入力される排気エネルギによって回転駆動される。また、ターボ過給機22は、ターボコンプレッサ22aの回転速度(以下、「ターボ回転速度」とも称する)Ntを検出するためのターボ回転速度センサ22dを備えている。
ターボコンプレッサ22aよりも上流側の吸気通路14には、電動過給機24のコンプレッサ24a(以下、「電動コンプレッサ24a」と称する)が配置されている。電動コンプレッサ24aは、モータジェネレータ(MG)24bを駆動源として利用する。MG24bは、電動機としての機能と発電機としての機能とを併せ持っており、インバータ26を介してバッテリ28との間で電力のやり取りを行うものである。MG24bは、一例として、3相交流を利用する永久磁石同期型のモータジェネレータ(より具体的には、一例として、永久磁石を有するロータ(界磁として機能)と回転磁界を形成する3相コイルが巻き付けられたステータ(電機子として機能)とを備えるモータジェネレータ)であるものとする。しかしながら、本発明の対象となるモータジェネレータの構成は、特に上記に限定されるものではない。
より具体的には、インバータ26は、MG24bを電動機として機能させる場合には、バッテリ(直流電源)28からの直流電流を3相の交流電流に変換してMG24bに供給する。この場合には、MG24bが発生させる駆動力によって電動コンプレッサ24aが回転駆動される。バッテリ28に蓄えられる電力は、基本的には、内燃機関10の動力を利用してオルタネータ30によって発電される。
また、インバータ26は、回転しているMG24bに発電負荷をかけることにより、MG24bを発電機として機能させ、電動過給機24を利用して吸気の運動エネルギを電気エネルギに変換するエネルギ回生を行うことができる。MG24bに発電負荷をかけることは、吸気の流れによってもたらされている電動コンプレッサ24aの回転に制動力を付与することに相当する。発電負荷を増やすと、電動コンプレッサ24aの回転に対する制動力(回生制動力)が増えるとともに、発電電力が増える。インバータ26による発電負荷の大きさの調整は、MG24bの電機子電流を調整することによって行うことができる。より具体的には、電機子電流を大きくするにつれて発電負荷を大きくすることができ、その結果として、回生による発電電力(単に、「回生電力」とも称する)を大きくすることができる。なお、上述のMG24bの構成とは異なり、例えば、界磁電流を調整可能に構成されたモータジェネレータであれば、界磁電流を調整することによって発電負荷を調整することができる。
バッテリ28に蓄えられる電力には、上記の回生電力も含まれる。また、MG24bには、MG24bの回転軸24cの回転速度(すなわち、電動コンプレッサ回転速度)Necを検出するための電動コンプレッサ回転速度センサ24dを備えている。さらに、本実施形態のシステムは、バッテリ28の充電率(SOC:State Of Charge)を検出するためのSOCセンサ32を備えている。
吸気通路14には、電動コンプレッサ24aをバイパスする吸気バイパス通路34が接続されている。より具体的には、吸気バイパス通路34は、電動コンプレッサ24aよりも上流側の吸気通路14と、電動コンプレッサ24aよりも下流側であってターボコンプレッサ22aよりも上流側の吸気通路14とを接続するように構成されている。吸気バイパス通路34には、吸気バイパス通路34を開閉する吸気バイパス弁36が配置されている。
より具体的には、吸気バイパス弁36の開度は、最小開度から最大開度までの所定の開度制御範囲内で制御される。本実施形態では、一例として、最小開度は全閉開度(0%)であり、最大開度は全開開度(100%)であるものとする。本実施形態の構成の吸気バイパス弁36によれば、吸気バイパス弁36の開度が全閉開度であると、吸入空気の全量が吸気バイパス通路34を介さずに吸気通路14を通って電動コンプレッサ24aに向かう。一方、吸気バイパス弁36の開度が大きくなるにつれ、吸気バイパス通路34を通ることで電動コンプレッサ24aを迂回する吸入空気の流量が多くなる。そして、吸気バイパス弁36の開度が全開開度であると、電動コンプレッサ24aに向かう吸気通路14とともに、最大の開度で開放された吸気バイパス通路34が確保された状態となる。
ターボコンプレッサ22aよりも下流側の吸気通路14には、ターボコンプレッサ22a、もしくはターボコンプレッサ22aと電動コンプレッサ24aの双方によって圧縮された吸入空気を冷却するためのインタークーラ38が配置されている。インタークーラ38よりも下流側の吸気通路14には、吸気通路14を開閉することによって吸入空気流量Gaを制御する電子制御式のスロットル弁40が配置されている。スロットル弁40よりも下流側の吸気通路14は、吸気マニホールド14aとして構成されており、吸気は、吸気マニホールド14aを介して各気筒に分配される。
電動コンプレッサ24aよりも下流側の吸気通路14には、後述の吸気圧P2を検出するための吸気圧力センサ42が取り付けられている。吸気マニホールド14aには、吸気圧力(より具体的には、吸気マニホールド圧)Pbを検出する吸気圧力センサ44が取り付けられている。
排気通路16は、タービン22bをバイパスする排気バイパス通路46を備えている。排気バイパス通路46には、排気バイパス通路46を開閉する排気バイパス弁として、電子制御式のウェイストゲート弁(WGV)48が配置されている。WGV48の開度を変更してタービン22bを通過する排気の流量を調整することにより、タービン22bが回収する排気エネルギの量を調整することができ、その結果として、ターボコンプレッサ22aの駆動力を調整することができる。
さらに、本実施形態のシステムは、内燃機関10を制御する制御装置として、電子制御ユニット(ECU)50とともに、下記の各種アクチュエータを駆動するための駆動回路(インバータ26以外は図示省略)などを備えている。ECU50は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置(CPU)とを備え、図1に示すシステム全体の制御を行うものである。入出力インターフェースは、内燃機関10もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関10が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。メモリには、内燃機関10を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。CPUは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。
ECU50が信号を取り込むセンサには、上述したエアフローメータ20、ターボ回転速度センサ22d、電動コンプレッサ回転速度センサ24d、SCOセンサ32ならびに吸気圧力センサ42および44に加え、クランク軸の回転位置およびエンジン回転速度Neを取得するためのクランク角センサ52等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。上記センサには、内燃機関10を搭載する車両のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するためのアクセルポジションセンサ54も含まれる。
ECU50が操作信号を出すアクチュエータには、上述したMG24b、吸気バイパス弁36、スロットル弁40およびWGV48に加え、各気筒に燃料を供給するための燃料噴射弁、および、各気筒内の混合気に点火するための点火装置等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータ(図示省略)が含まれる。
図2は、ターボ過給機22のオイルシール構造を説明するための図であり、ターボコンプレッサ22a周りの構成を表している。図2に示すように、ターボコンプレッサ22aのインペラ22a1の背面側の連結軸22c上には、オイルシール部22eが備えられている。ターボ過給機22の内部には、連結軸22cの軸受(図示省略)が設けられている。オイルシール部22eは、この軸受に供給されるオイルがターボコンプレッサ22aのハウジング22a2側に流れ出ることを防止するために備えられている。
ここで、図1および図2を参照して、吸気通路14の各部(ターボコンプレッサ22aの内部吸気通路を含む)の圧力を以下のように称する。吸気圧P1は、電動コンプレッサ24aの入口圧(エアクリーナ18の下流圧)である。吸気圧P2は、電動コンプレッサ24aの下流かつターボコンプレッサ22aの上流の吸気圧である。すなわち、吸気圧P2は、電動コンプレッサ24aの出口圧およびターボコンプレッサ22aの入口圧に相当する。吸気圧P3は、ターボコンプレッサ22aの出口圧(より具体的には、ハウジング22a2を出たところの吸気圧)である。吸気圧Pbは、上述のように吸気マニホールド圧である。また、図2に示すように、吸気圧Psは、ターボコンプレッサ22aの背面近傍であって連結軸22cの近傍の吸気圧であり、基本的には吸気圧P3に等しい。ただし、後述のように吸気圧Psは吸気圧P3よりも低圧となることもある。P0は、ターボ内部圧(より具体的には、オイルシール部22eに対してターボ過給機22の内側の部位の圧力)であり、ほぼ大気圧である。
[前提とするエンジントルク制御]
内燃機関10のエンジントルク制御では、アクセル開度に応じて要求トルクが算出され、算出された要求トルクが得られるようにエンジントルクが制御される。具体的には、要求トルクが算出されると、要求トルクを実現するために必要な吸入空気流量Gaが要求吸入空気流量GaRとして算出される。
内燃機関10の場合には、吸入空気流量Gaは、スロットル弁40もしくはWGV48を用いて調整することができる。本実施形態では、ポンピングロスの低減による燃費向上などを目的として、WGV48の制御として、一例として、いわゆるノーマルオープン制御が実施される。具体的には、エンジントルクとエンジン回転速度Neとで規定されるエンジン運転領域内の低負荷側の運転領域では、WGV48の開度を所定の開度制御範囲内の最大開度(以下、「全開開度」とも称する)にて開いた状態で、スロットル弁40の開度調整によって要求吸入空気流量GaRが得られるように吸入空気流量Gaが調整される。
一方、WGV48を全開開度とした状態でスロットル弁40が全開開度に到達するときの流量よりも多くの吸入空気流量Gaを必要とする運転領域では、スロットル弁40を全開開度に維持した状態で、要求吸入空気流量GaRを実現するために必要とされる要求吸気圧(要求吸気マニホールド圧)PbRが得られるようにWGV48の開度が調整される。これにより、この運転領域での吸入空気流量Gaが要求吸入空気流量GaRとなるように調整される。なお、要求吸気マニホールド圧PbRは、要求吸入空気流量GaRとエンジン回転速度Neとに基づいて算出することができる。
また、本実施形態の内燃機関10は、上述したように電動コンプレッサ24aを備えている。このため、必要に応じて電動コンプレッサ24aを稼働させることによっても、ターボコンプレッサ22aによる過給をアシストすることを含めて吸入空気流量Gaを調整することができる。過給を行うために電動コンプレッサ24aを稼働させる場合には、吸気バイパス弁36が閉じられる。
[実施の形態1の制御]
(電動コンプレッサを利用するエネルギ回生に関する課題)
過給のための作動が行われていない状態で電動コンプレッサ24aが吸気の流れを受けると、電動コンプレッサ24aは吸気から駆動力を受けて回転する。このため、このように電動コンプレッサ24aが作動していない状態において吸気バイパス弁36を閉じつつスロットル弁40が開かれた場合には、吸入空気流量Gaが増えるとともに、流量が増加することで吸気による駆動力が増えることに起因して電動コンプレッサ24a(MG24b)の回転速度Necが上昇することになる。
一方、上記のように吸気の流れによって回転駆動されているMG24bに対して発電負荷を与えてエネルギ回生を行うようにすると、電動コンプレッサ24aの回転が制限されることで電動コンプレッサ24aが吸気通路14中の絞りとして機能する。その結果、電動コンプレッサ24aが吸気の圧力損失を生じさせる。このことは、吸入空気流量Gaを減少させる要因となる。したがって、スロットル弁40を開くことによる吸入空気流量Gaの増加分に相当する流量だけ吸入空気流量Gaが減少するようにMG24bに発電負荷を与えることで、吸入空気流量Gaの変化(すなわち、エンジントルクの変化)を抑制しつつ回生を行えるようになる。上述のように、電動コンプレッサ24aに供給されるバッテリ28の電力は、基本的には、内燃機関10の動力を利用してオルタネータ30によって発電されるものである。このため、電動過給機24を利用する回生により得られた電力をバッテリ28に蓄えるようにすれば、オルタネータ30による発電を減らすことができる。このことは、内燃機関10の燃費向上に繋がる。
ここで、回生電力を最大限に高めるためには、スロットル弁40を全開として電動コンプレッサ24aに供給される吸入空気の流量を最大限に増やすことが望ましいといえる。しかしながら、本実施形態の内燃機関10のように電動コンプレッサ24aの下流にターボコンプレッサ22aを備える構成において回生を行う場合には、特別な配慮なしに常にスロットル弁40を全開にすると(つまり、スロットル弁40をできる限り開くようにすると)次のような問題がある。すなわち、スロットル弁40の操作に対応してMG24bの発電負荷が増やされることになるので、電動コンプレッサ24aの下流かつターボコンプレッサ22aの上流の吸気圧である吸気圧P2が大きく負圧化することがある。吸気圧P2が大きく負圧化すると、吸気圧P3も低下する。その結果、ターボ過給機22の連結軸22cの近傍の吸気圧である吸気圧Psが、ほぼ大気圧であるターボ内部圧P0よりも低くなり、オイルシール部22eからオイルが漏れる可能性がある。
(実施の形態1で行われるエネルギ回生の手法の概要)
本実施形態では、ターボ過給機22のオイルシール部22eからのオイル漏れを抑制しつつ、電動過給機24を利用するエネルギ回生を行えるようにするために、次のような手法によってエネルギ回生を行うようにした。
ここでは、オイルシール部22eからのオイル漏れ防止に関する限界(最低)の吸気圧P2として、限界圧P2Lが用いられる。限界圧P2Lは、オイルシール部22eからターボコンプレッサ22a側へのオイル漏れが生じない条件を満たす吸気圧P2の最小値である。オイル漏れは、吸気圧Psがターボ内部圧P0未満となることで発生する。したがって、吸気圧P2が限界圧P2L以上であれば、吸気圧Psがターボ内部圧P0以上であるという条件を満たすといえる。
本実施形態では、エネルギ回生を行う場合には、内燃機関10の要求吸入空気流量GaRと限界圧P2Lとに基づいて、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように、MG24bの発電負荷と吸気バイパス弁36の開度とが制御される。
より具体的には、吸気バイパス弁36を全閉としつつ、所定の制御範囲内の最大値となるようにMG24bの発電負荷を制御するという態様で行われるエネルギ回生の動作を、ここでは「最大回生動作」と称する。エネルギ回生を行う要求(以下、「回生実行要求」と称する)が出された際に、現在の要求吸入空気流量GaRの下で最大回生動作を行ったとしたときに吸気圧P2が限界圧P2L以上となる条件を満たす場合(後述の図8中の領域Aに該当する場合に相当)であれば、最大回生動作が実行される。そして、これに対応して、スロットル弁40は、吸気マニホールド圧Pbが要求吸入空気流量GaRに対応する要求吸気マニホールド圧PbRに近づくように開かれる。
また、回生実行要求が出された際に、現在の要求吸入空気流量GaRの下で最大回生動作を行ったとしたときに吸気圧P2が限界圧P2L以上となる条件を満たさないときには、吸気バイパス弁36を開くことによって上記条件を満たす場合(後述の領域Bに該当する場合に相当)であれば、上記条件を満たすように吸気バイパス弁36が開かれる。一方、吸気バイパス弁36の開度を全開開度(100%開度)にしたとしても上記条件を満たせない場合(後述の領域Cに該当する場合に相当)には、吸気バイパス弁36を全開としつつ、上記条件を満たすように発電負荷が上記制御範囲内で減らされる。そして、これらの場合のうちの何れにおいても、吸気バイパス弁36の開度もしくは発電負荷の制御に対応して、スロットル弁40は、吸気マニホールド圧Pbが要求吸入空気流量GaRに対応する要求吸気マニホールド圧PbRに近づくように開かれる。
ここで、本実施形態においては、MG24bの発電負荷の上記制御範囲内の最大値は、次のような位置づけの値とされている。すなわち、ここでいう最大値は、回生を行うために現在(回生開始直前)の要求吸入空気流量GaRの下で吸気バイパス弁36の開度を全閉開度(0%開度)としつつスロットル弁40の開度を全開開度としたとする場合に想定される電動コンプレッサ24aの回転速度Necの上昇分を打ち消すために必要な回生制動力を与えることのできる発電負荷に相当する。一方、上記制御範囲内の発電負荷の最小値は、本実施形態ではゼロとしている。したがって、最小値が使用される場合には、MG24bには発電負荷が何ら付与されない。
また、本実施形態では、発電負荷の大きさを示す指標値として、回生デューティ比(%)が用いられる。回生デューティ比として100%を使用することは、上記最大値の発電負荷をMG24bに付与することに相当する。回生デューティ比として0%を使用することは、上記最小値を使用すること、すなわち、回生を行わないことに相当する。このように、回生デューティ比を0%から100%の間で変化させることは、発電負荷の大きさを上記制御範囲内で変化させることに相当し、さらに言い換えると、回生による電動コンプレッサ24aの回転の制動力のレベルを0レベルから最高レベルの間で変化させることに相当する。
(実施の形態1における具体的処理)
図3は、電動過給機24を利用するエネルギ回生の実施の有無を判断するためにECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。図3に示すルーチンでは、ECU50は、まず、回生実行要求があるか否かを判定する(ステップ100)。回生実行要求があるか否かは、ここでは、SOCセンサ32により検出されるバッテリ28の充電率(SOC)が所定の判定値以下であるか否かに基づいて判断される。
ステップ100において回生実行要求があると判定した場合には、ECU50は、現在の内燃機関10の運転領域が回生可能領域であるか否かを判定する(ステップ102)。図4は、回生可能領域の一例を表した図である。図4では、エンジン負荷率(筒内空気充填率)KLとエンジン回転速度Neとの関係でエンジン運転領域を表している。本実施形態のエネルギ回生を開始するためには、現在のエンジン運転領域がスロットル弁40の開度調整によって吸入空気流量Gaを制御している運転領域であること、つまり、スロットル弁40を開く余裕がある運転領域であることが必要である。また、エンジン負荷率KLおよびエンジン回転速度Neが低い運転領域では、吸入空気流量Gaが少ないために回生効率が低くなる。したがって、本実施形態で一例として用いる回生可能領域は、これらの要件などを考慮して図4に示すように設定されている。
ステップ102において現在のエンジン運転領域が回生可能領域にあると判定した場合には、ECU50は、電動過給機24を利用する回生を実施する(ステップ104)。具体的には、ECU50は、以下に説明する図5に示すルーチンの処理を実行する。一方、ステップ100において回生実行要求がないと判定した場合、もしくはステップ102において現在のエンジン運転領域が回生可能領域内にないと判定した場合には、ECU50は、回生を実施しない。
図5は、実施の形態1において、回生を実施するためにECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。図5に示すルーチンでは、ECU50は、まず、限界圧P3Lを算出する(ステップ200)。限界圧P3Lは、オイルシール部22eからのオイル漏れ防止に関する限界(最低)の吸気圧P3(ターボコンプレッサ22aの出口圧)である。したがって、吸気圧P3が限界圧P3L以上であれば、吸気圧Psがターボ内部圧P0以上であるという条件を満たすといえる。
限界圧P3Lは、限界圧PsLとターボ回転速度Ntとに基づいて、以下のように算出することができる。限界圧PsLは、吸気圧Ps(連結軸22cの近傍の吸気圧力)がターボ内部圧P0以上であるという条件を満たす吸気圧Psの最小値と位置付けられる値であり、ターボ内部圧(≒大気圧)P0に所定の余裕代αを加えた値として設定されている。ここでは、ターボ内部圧P0を予め求めた定数として扱うものとする。その結果、限界圧PsLも定数となる。
図6は、限界圧P3Lとターボ回転速度Ntとの関係を表した図である。ターボコンプレッサ22aの背面近傍であって連結軸22cの近傍の部位における空気の密度は、ターボ回転速度Ntが高いほど遠心力が大きくなることに起因して低くなる。このため、ターボコンプレッサ22aが回転していると、上記部位の圧力である吸気圧Psは、吸気圧Psに対応する上記部位よりもターボコンプレッサ22aの径方向外側の部位の圧力である吸気圧P3よりも低くなる。そして、吸気圧Psに対する吸気圧P3の差は、ターボ回転速度Ntが高いほど大きくなる。したがって、図6に示すように、限界圧P3Lは、ターボ回転速度Ntが高いほど高くなる。なお、ターボ回転速度Ntがゼロであるときは、吸気圧P3と吸気圧Psとの間に差は生じない。このため、このときの限界圧P3Lは、限界圧PsLと等しくなる。
そこで、ECU50には、ターボ回転速度Ntがゼロであるときの限界圧P3Lを限界圧PsLとしつつ、ターボ回転速度Ntが高いほど限界圧P3Lが高くなるという特性(図6参照)でターボ回転速度Ntと限界圧P3Lとの関係を定めたマップが記憶されている。本ステップ200では、そのようなマップを参照して、ターボ回転速度センサ22dにより検出される現在のターボ回転速度Ntに基づいて、限界圧P3Lが算出される。なお、ターボ回転速度Ntは、センサを利用する手法に限らず、例えば、ターボ回転速度Ntに関係するパラメータ(例えば、吸入空気流量GaおよびWGV開度など)に基づく推定手法を利用して取得されるようになっていてもよい。
次に、ECU50は、オイル漏れが生じない条件を満たす限界圧P2Lを算出する(ステップ202)。図7は、ターボコンプレッサ22aの圧力比(P3/P2)と、ターボコンプレッサ22aを通過する空気流量との関係を表したコンプレッサマップである。図7に示すようなターボコンプレッサ22aのコンプレッサマップによれば、吸気圧P3とターボ回転速度Ntと空気流量(=吸入空気流量Ga)とが分かれば、吸気圧P2を算出することができる。そこで、本ステップ202では、限界圧P2Lは、コンプレッサマップを用いて、ステップ200にて算出した限界圧P3Lと、現在のターボ回転速度Ntと、現在の吸入空気流量Gaとから算出される。
次に、ECU50は、要求吸入空気流量GaRに基づいて、回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度(閉じ量)とを算出する(ステップ204)。ECU50は、この算出のために図8に示す関係を有するマップを参照する。図8は、吸気圧P2および電動コンプレッサ24aを通過する空気の流量(=吸入空気流量Ga)に対する回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度のそれぞれの関係を表している。このような関係は、電動コンプレッサ24aおよびMG24bの各仕様に応じて一意に定まるものである。また、本実施形態の上述のWGV48の制御(ノーマルオープン制御)の下では回生可能領域でのWGV開度は全開開度とされるため、図8に示す関係は、WGV開度が全開開度であるときの関係を示している。なお、図8においては、説明の便宜上、限界圧P2Lを吸入空気流量Gaによらずに一定で表しているが、限界圧P2Lはステップ202に関して説明したように、吸入空気流量Gaに応じて変化し得る。
図8中の各曲線が示すように、回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度の設定が同一であるときには、吸気圧P2は吸入空気流量Gaが多いほど低くなっていく。これらの曲線は、図8には、回生デューティ比が100%であって吸気バイパス弁36の開度が20%刻みで変更された設定と、吸気バイパス弁36の開度が全開開度(100%開度)であって回生デューティ比が20%刻みで変更された設定とを表している。特に、曲線C1は、回生デューティ比が100%であって吸気バイパス弁36の開度が全閉開度(0%開度)である設定に対応している。この設定が用いられているときに、発電負荷が最も高くなり、かつ、吸入空気の全量が電動コンプレッサ24aに向かうことになる。このため、この設定において、吸入空気流量Gaの増加に対する吸気圧P2の低下の度合いが最も大きくなる。
現在の要求吸入空気流量GaRが、曲線C1で表された設定の下で吸気圧P2が限界圧P2Lよりも低くなる流量であるにもかかわらず、この設定を用いることとすると、オイル漏れが生じてしまう。このため、図8に示す関係を参照して回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度とを設定するときに、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回る場合には、回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度の設定が次のように制限される。
回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度は、図8中に太線で示す設定に従って、要求吸入空気流量GaRに応じた値に決定される。図8中の領域Aは、要求吸入空気流量GaRがGa1以下となる空気流量領域である。空気流量Ga1は、曲線C1の設定(回生デューティ比が100%であって吸気バイパス弁36の開度が全閉開度である設定)の下で吸気圧P2が限界圧P2Lになるときの空気流量である。本ステップ204では、要求吸入空気流量GaRが領域A内の値である場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回ることがないため、回生デューティ比が100%として算出されるとともに、吸気バイパス弁36の開度が全閉開度として算出される。
図8中の曲線C2は、回生デューティ比が100%であって吸気バイパス弁36の開度が全開開度(100%開度)である設定に対応している。また、空気流量Ga2は、曲線C2の設定の下で吸気圧P2が限界圧P2Lになるときの空気流量である。図8中の領域Bは、要求吸入空気流量GaRがGa1よりも多くかつGa2以下となる空気流量領域である。本ステップ204では、要求吸入空気流量GaRが領域B内の値である場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないようにするために、回生デューティ比は要求吸入空気流量GaRに関係なく100%として算出されるとともに、吸気バイパス弁36の開度は要求吸入空気流量GaRが多いほど大きい開度として算出される。
図8中の曲線C3は、回生デューティ比が0%であって吸気バイパス弁36の開度が全開開度(100%開度)である設定、すなわち、回生が行われない設定に対応している。また、空気流量Ga3は、曲線C3の設定の下で吸気圧P2が限界圧P2Lになるときの空気流量である。図8中の領域Cは、要求吸入空気流量GaRがGa2よりも多くかつGa3以下となる空気流量領域である。本ステップ204では、要求吸入空気流量GaRが領域C内の値である場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないようにするために、吸気バイパス弁36の開度は要求吸入空気流量GaRに関係なく全開開度(0%開度)として算出されるとともに、回生デューティ比は要求吸入空気流量GaRが多いほど低い値として算出される。なお、この例では、吸入空気流量Gaが領域Cの境界である空気流量Ga3よりも多い場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回ることを回避するために回生は実行されないものとする。
次に、ECU50は、スロットル弁40の要求スロットル開度TARを算出する(ステップ206)。図9は、回生デューティ比および吸気バイパス弁36の操作ならびにこれに対応するスロットル弁40の操作と、吸気圧P2および吸気マニホールド圧Pbの変化との関係を表した図である。なお、図9中の運転状態S1〜S3の間では要求吸気マニホールド圧PbRは変化していないものとする。図9中の運転状態S1は、回生を行っていない状態を示している。運転状態S2は、エンジン運転状態が運転状態S1にあるときに、回生のために回生デューティ比が0からある値に増やされ、かつ、吸気バイパス弁36が閉じられたと仮定したときに得られる運転状態に相当する。運転状態S2では、電動コンプレッサ24aが絞りとなるため、運転状態S1と比べて吸気圧P2が低下し、これに伴い、吸気マニホールド圧Pbも差分ΔPbだけ低下する。運転状態S3は、エンジン運転状態が運転状態S2にあるときに、差分ΔPbを解消させられる開度でスロットル弁40が開かれたと仮定したときに得られる運転状態に相当する。
本ステップ206の処理における要求スロットル開度TARの算出は、ステップ204にて算出された回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度で回生を行ったとした場合に想定される差分ΔPb(図9参照)を解消するために必要とされるスロットル弁40の開度を算出することに相当する。ECU50は、要求吸気マニホールド圧PbR、回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度に基づいて要求スロットル開度TARを予め定めたマップ(図示省略)を記憶している。本ステップ206では、そのようなマップを参照して要求スロットル開度TARが算出される。
次に、ECU50は、回生処理を実行する(ステップ208)。具体的には、ここでいう回生処理には、ステップ204にて算出された回生デューティ比が得られるようにインバータ26を制御することだけでなく、回生に関連する処理である次の処理も含まれる。すなわち、ここでいう回生処理には、ステップ204にて算出された開度となるように吸気バイパス弁36を制御すること、および、ステップ206にて算出された要求スロットル開度TARとなるようにスロットル弁40を制御することが含まれる。
次に、ECU50は、吸気圧力センサ42により検出される実吸気圧P2が限界圧P2L以上であるか否かを判定する(ステップ210)。その結果、本判定が成立する場合には、ECU50は今回の処理サイクルを終了する。なお、実吸気圧P2の取得手法は、吸気圧力センサ42による検出に限らず、例えば、吸入空気流量Ga、回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度などの実吸気圧P2に関係する各種パラメータに基づく推定を利用したものであってもよい。
一方、実吸気圧P2が限界圧P2L未満である場合には、ECU50は、実吸気圧P2が限界圧P2L以上となる条件を満たすようにするための吸気バイパス弁36の開度調整もしくは回生デューティ比の調整を実行する(ステップ212)。具体的には、現在の吸気バイパス弁36の開度が全開開度でない場合には、吸気バイパス弁36の開度が所定量だけ開かれる。一方、現在の吸気バイパス弁36の開度が全開開度である場合には、回生デューティ比が所定量だけ減らされる。また、ステップ212では、吸気バイパス弁36の開度もしくは回生デューティ比の調整に対応して、吸入空気流量Gaの変化が生じないようにスロットル弁40の開度が調整される。ステップ212の処理は、ステップ210の判定が成立するまで繰り返し実行される。
以上説明した図3および図5に示すルーチンによれば、電動過給機24を利用するエネルギ回生を行う場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように、回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度とが制御される。これにより、ターボ過給機22の連結軸22cの近傍の圧力である吸気圧Psがターボ内部圧P0未満に低下しないようにすることができる。このため、ターボコンプレッサ22aの上流に電動コンプレッサ24aを備える電動過給機24を利用するエネルギ回生を行う場合に、オイルシール部22eからターボコンプレッサ22a側へのオイル漏れを抑制できるようになる。
より具体的には、図8に示すように、回生デューティ比を100%としつつ、吸気バイパス弁36を全閉とした状態で吸気圧P2が限界圧P2Lとなるときの空気流量Ga1よりも要求吸入空気流量GaRが多い場合(すなわち、領域Bもしくは領域Cを使用する場合)には、要求吸入空気流量GaRが空気流量Ga1よりも少ない場合(すなわち、領域Aを使用する場合)と比べて、吸気バイパス弁36の開度が大きくされ、あるいは、吸気バイパス弁36の開度が大きくされるとともに回生デューティ比が小さくされる(すなわち、発電負荷が低くされる)。これにより、要求吸入空気流量GaRが多い状況下において回生を行うときに、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回ることを抑制することができる。
特に、要求吸入空気流量GaRが空気流量Ga1よりも多い場合(すなわち、領域Bを使用する場合)には、要求吸入空気流量GaRが多いほど、吸気バイパス弁36の開度が大きくされる。これにより、要求吸入空気流量GaRが多くなっても電動コンプレッサ24aに向かう吸入空気の流量が増加するのを抑制することができる。このように、このような吸気バイパス弁36の開度制御によれば、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように吸気バイパス弁36の開度を適切に設定することができる。
また、回生デューティ比を100%としつつ、吸気バイパス弁36を全開とした状態で吸気圧P2が限界圧P2Lとなるときの空気流量Ga2よりも要求吸入空気流量GaRが多い場合(すなわち、領域Cを使用する場合)には、要求吸入空気流量GaRが多いほど回生デューティ比が下げられる(すなわち、発電負荷が低くされる)。これにより、要求吸入空気流量GaRが多くなっても電動コンプレッサ24aでの吸気の圧力損失が増加するのを抑制することができる。このように、このような回生デューティ比の制御によれば、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように回生デューティ比を適切に設定することができる。
また、図5に示すルーチンによれば、限界圧P2Lを考慮しつつ要求吸入空気流量GaRに基づいて決定した回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度を用いて回生を行った場合において、実吸気圧P2が限界圧P2Lを下回るときには、実吸気圧P2が限界圧P2L以上となるように吸気バイパス弁36の開度もしくは回生デューティ比を修正するフィードバック制御も実行されるようになっている。内燃機関の個体差もしくは経時変化などの要因により、事前に定めた関係に従って回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度を制御するだけでは、実吸気圧P2が限界圧P2Lを確実に下回らないようにしつつ回生を行うことが難しい場合もあり得る。このため、上記のようなフィードバック制御を行うこと自体は必須ではないが、当該フィードバック制御を補助的に実行することにより、回生の実行中に実吸気圧P2が限界圧P2Lをより確実に下回らないようにすることが可能となる。
なお、上述した実施の形態1においては、スロットル弁40が本発明における「吸入空気流量調整手段」に、図3および図5に示すフローチャートに従う処理を実行するECU50が本発明における「回生処理部」に、吸気圧P3が本発明における「第1吸気圧力」に、吸気圧P2が本発明における「第2吸気圧力」に、吸気圧力センサ42が本発明における「第2吸気圧力取得手段」に、限界圧P3Lが本発明における「第1特定圧力値」に、限界圧P2Lが本発明における「第2特定圧力値」に、空気流量Ga1が本発明における「第1吸入空気流量」に、空気流量Ga2が本発明における「第2吸入空気流量」に、それぞれ相当している。
実施の形態2.
次に、図10を新たに参照して、本発明の実施の形態2について説明する。以下の説明では、実施の形態2のシステム構成の一例として、図1を参照して既述したシステム構成が用いられているものとする。
[実施の形態2の制御]
(実施の形態2で行われるエネルギ回生の手法の概要)
本実施形態では、回生実行要求がある場合には、当該回生を強化する回生強化要求があるか否かに基づいて回生処理が変更される。具体的には、回生強化要求を伴わない回生実行要求が出された場合の回生処理は、実施の形態1における図5に示すルーチンの処理によるものと同じである。一方、回生強化要求を伴う回生実行要求が出された場合には、次のような回生処理が実行される。
タービン22bが回収する排気エネルギの量は、WGV48を閉じることによって増やすことができる。タービン22bが回収する排気エネルギの量が増えると、タービン22bによるターボコンプレッサ22aの駆動力が増えるので、ターボコンプレッサ22aによる過給がより積極的に行われるようになる。このことは、吸入空気流量Gaの増加に繋がる。したがって、回生時には、WGV48を閉じ、かつ、WGV48を閉じることに伴う吸入空気流量Gaの増加分の解消に必要な大きさだけMG24bに付与する発電負荷を増やすようにすることで、回生電力を高めることができる。
そこで、本実施形態では、回生強化要求を伴う回生実行要求が出された場合には、WGV48を所定量だけ閉じ、かつ、WGV48を所定量だけ閉じることに起因して吸入空気流量Gaの増加が生じないようにMG24bに付与する発電負荷を増やすこととした。このような制御によって回生強化が行われると、回生のための発電負荷の制御範囲の最大値(換言すると、回生デューティ比が100%であるときの発電負荷)は、回生強化を伴わない場合の値と比べて大きくなる。
(実施の形態2における具体的処理)
本実施形態においても、電動過給機24を利用するエネルギ回生の実施の有無の判断については、上記図3に示すルーチンの処理が用いられるものとする。図10は、実施の形態2において、回生を実施するためにECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図10に示すルーチンでは、ECU50は、ステップ200において限界圧P3Lを算出した後に、今回の回生実行要求が回生強化要求を伴うものであるか否かを判定する(ステップ300)。回生強化要求があるか否かは、ここでは一例として、バッテリ28の充電率(SOC)が上記ステップ100の判定で用いられる判定値よりも小さな第2の判定値以下であるか否かに基づいて判断されるものとする。このような回生強化要求は、回生によって回収する電力を高める要求に相当する。
ステップ300において回生強化要求がないと判定した場合には、ECU50は、ステップ202に進む。すなわち、この場合には、実施の形態1における回生と同じ処理が実行される。一方、ステップ300において回生強化要求があると判定した場合には、ECU50は、回生強化用のWGV開度Xをメモリから読み出す(ステップ302)。上述のノーマルオープン制御が用いられていると、回生のためにスロットル弁40を開く余裕がある回生可能領域では、WGV48は全開開度とされている。本ルーチンで用いられるWGV開度Xは、回生強化のために全開開度に対して所定量だけ小さい開度(閉じ側の開度)として予め設定されたものである。なお、WGV開度Xは、固定値とされるものに限られず、回生強化要求の度合いに応じて(例えば、回生強化要求の度合いが高いほど小さくなるという態様で)変更されるようになっていてもよい。
次に、ECU50は、回生強化要求がある場合の限界圧P2Lを算出する(ステップ304)。回生強化のためにWGV48が閉じられると、タービン22bが回収する排気エネルギの量が増えるため、吸気圧P3が上がり易くなる。したがって、限界圧P2Lは、WGV開度が小さい場合の方がWGV開度が大きい場合と比べて低くすることができる。ECU50は、WGV開度Xとエンジン運転条件(例えば、吸入空気流量とエンジン回転速度)との関係で限界圧P2Lを定めたマップ(図示省略)を記憶している。本ステップ304では、そのようなマップを参照して、WGV48が回生強化用のWGV開度Xとなるように閉じられた場合の限界圧P2Lが算出される。なお、限界圧P2Lは、マップではなく、周知のエンジンモデルを利用してWGV開度Xとエンジン運転条件とに基づいて推定されるものであってもよい。また、限界圧P2Lは、次のようなWGV48の実際の動作を伴って算出されるものであってもよい。すなわち、この手法では、WGV開度XとなるようにWGV開度48が閉じられ、WGV開度Xの下でのターボ回転速度Ntが計測されてECU50に記憶される。その後、WGV開度が元の開度に速やかに戻される。このように記憶されたターボ回転速度Ntによれば、WGV開度Xの下でのターボコンプレッサ22aのコンプレッサマップ上でのターボ回転速度ラインが分かるようになる。したがって、コンプレッサマップを用いて、得られたターボ回転速度ラインと、ステップ200にて算出された限界圧P3Lと、現在の吸入空気流量Gaとから限界圧P2Lを算出することができる。
次に、ECU50は、要求吸入空気流量GaRに基づいて、回生デューティ比と吸気バイパス弁36の開度(閉じ量)とを算出する(ステップ306)。ECU50は、この算出のために、図8に示す関係と類似する関係を有するマップを参照する。より具体的には、本ステップ306において参照するマップは、WGV開度Xを前提として設定されているという点において、全開開度を前提として設定されている図8に示す関係を有するマップと相違している。
次に、ECU50は、スロットル弁40の要求スロットル開度TAR’を算出する(ステップ308)。本ステップ308の処理における要求スロットル開度TAR’の算出は、ステップ306にて算出された回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度で回生を行ったとした場合に想定される差分ΔPbを解消するために必要とされるスロットル弁40の開度を算出することに相当する。ECU50は、回生強化を伴う場合の要求スロットル開度TAR’を算出するために、要求吸気マニホールド圧PbR、回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度に基づいて要求スロットル開度TAR’を予め定めたマップ(図示省略)を記憶している。本ステップ308では、そのようなマップを参照して、回生強化要求があるときの要求スロットル開度TAR’が算出される。
次に、ECU50は、回生強化要求があるときのための回生処理を実行する(ステップ310)。ここでいう回生処理には、具体的には、ステップ306にて算出された回生デューティ比が得られるようにインバータ26を制御すること、ステップ306にて算出された開度となるように吸気バイパス弁36を制御すること、および、ステップ308にて算出された要求スロットル開度TAR’となるようにスロットル弁40を制御することに加え、ステップ302にて読み出されたWGV開度XとなるようにWGV48を制御することが含まれる。ECU50は、ステップ310の処理を実行した後にはステップ210に進む。
以上説明した図10に示すルーチンによれば、回生強化要求を伴う回生実行要求が出された場合には、WGV48をWGV開度Xになるように閉じる処理を含む回生処理が実行される。この回生処理では、WGV48をWGV開度Xになるように閉じることに起因して吸入空気流量Gaの増加が生じないようにMG24bに付与する発電負荷が増やされる。そして、ステップ306の処理に従って限界圧P2Lを考慮して算出される回生デューティ比および吸気バイパス弁36の開度が用いられるので、この回生処理においても、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように配慮されている。このため、オイルシール部22eからターボコンプレッサ22a側へのオイル漏れを抑制しつつ、エネルギ回生により回収される電力を高めることが可能となる。
ところで、上述した実施の形態1および2においては、電動過給機24を利用するエネルギ回生を行う場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないように、吸気バイパス弁36の開度と回生デューティ比(MG24bの発電負荷)の双方を制御することとしている。しかしながら、本発明における回生は、以下に図11および図12を参照して説明するそれぞれの例のように、吸気バイパス弁の開度とモータジェネレータの発電負荷のうちの何れか一方のみを制御するものであってもよい。なお、図11および図12を参照する以下の例のそれぞれは、実施の形態1の図5に示すルーチンを基礎としているが、これに代え、実施の形態2の図10に示すルーチンを基礎としてもよい。
図11は、制御対象を吸気バイパス弁36の開度とする例において、回生を実施するためにECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。図11に示すルーチンでは、ECU50は、ステップ202において限界圧P2Lを算出した後に、要求吸入空気流量GaRに基づいて、吸気バイパス弁36の開度(閉じ量)を算出する(ステップ400)。ECU50は、この算出のために、図8に示す関係と類似する関係を有するマップを参照する。より具体的には、本ステップ400において参照するマップの設定は、図8に示す関係から領域Cを削除したものに相当する。なお、この例では、吸入空気流量Gaが領域Bの境界である空気流量Ga2よりも多い場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回ることを回避するために回生は実行されないものとする。
次に、ECU50は、要求吸気マニホールド圧PbRおよび吸気バイパス弁36の開度に基づいて要求スロットル開度TARを予め定めたマップ(図示省略)を参照して、要求スロットル開度TARを算出する(ステップ402)。次いで、ECU50は、ステップ400にて算出された開度となるように吸気バイパス弁36を制御し、かつ、ステップ402にて算出された要求スロットル開度TARとなるようにスロットル弁40を制御することにより、回生処理を実行する(ステップ404)。
また、図11に示すルーチンでは、ステップ210の判定が不成立となった場合には、ECU50は、吸気バイパス弁36の開度を所定量だけ開くとともに、この吸気バイパス弁36の開度の変更に伴って吸入空気流量Gaの変化が生じないようにスロットル弁40の開度を調整する(ステップ406)。
図12は、制御対象を回生デューティ比(MG24bに付与する発電負荷)とする例において、回生を実施するためにECU50が実行するルーチンを示すフローチャートである。図12に示すルーチンでは、ECU50は、ステップ202において限界圧P2Lを算出した後に、要求吸入空気流量GaRに基づいて、回生デューティ比を算出する(ステップ500)。ECU50は、この算出のために、図8に示す関係と類似する関係を有するマップを参照する。より具体的には、本ステップ500において参照するマップの設定は、図8に示す関係から領域Bを削除し、領域Aに続く領域として領域Cが備えられたものに相当する。なお、この例では、吸入空気流量Gaが領域Cの高吸入空気流量側の境界よりも多い場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回ることを回避するために回生は実行されないものとする。
次に、ECU50は、要求吸気マニホールド圧PbRおよび回生デューティ比に基づいて要求スロットル開度TARを予め定めたマップ(図示省略)を参照して、要求スロットル開度TARを算出する(ステップ502)。次いで、ECU50は、ステップ500にて算出された回生デューティ比が得られるようにインバータ26を制御し、かつ、ステップ402にて算出された要求スロットル開度TARとなるようにスロットル弁40を制御することにより、回生処理を実行する(ステップ504)。
また、図12に示すルーチンでは、ステップ210の判定が不成立となった場合には、ECU50は、回生デューティ比を所定量だけ下げるとともに、この回生デューティ比の変更に伴って吸入空気流量Gaの変化が生じないようにスロットル弁40の開度を調整する(ステップ506)。
また、上述した実施の形態1および2においては、電動過給機24を利用するエネルギ回生を行う場合には、吸気圧P2が限界圧P2Lを下回らないようにMG24bの発電負荷および吸気バイパス弁36の開度を設定することとしている。上述のように、限界圧P2Lは、限界P3Lに基づいて算出されるため、このように限界圧P2Lに基づいてMG24bの発電負荷等を設定することは、結果的には、吸気圧P3が限界圧P3Lを下回らないようにMG24bの発電負荷等を設定することに相当するといえる。しかしながら、本発明における回生実行時の吸気バイパス弁の開度とモータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方の制御は、これらの制御パラメータの制御目標値が図8に示すように吸気圧P2との関係で定められた上記の例に代え、吸気圧P3との関係で制御目標値を定めて実行されるものであってもよい。具体的には、例えば、要求吸入空気流量GaRと、ターボ回転速度Ntと、吸気圧P3との関係で吸気バイパス弁36の開度とMG24bの発電負荷のうちの少なくとも一方の制御目標値を定めたマップをECU50に記憶させておく。そのうえで、そのようなマップを参照することによって、要求吸入空気流量GaRとターボ回転速度Ntと吸気圧P3とに基づいて、吸気バイパス弁36の開度とMG24bの発電負荷のうちの少なくとも一方が設定され、吸気圧P3が限界圧P3Lを下回らないように、吸気バイパス弁36の開度とMG24bの発電負荷のうちの少なくとも一方が制御されるようになっていてもよい。ただし、本発明の制御に用いられる制御パラメータは、上述のように、吸気バイパス弁の開度およびモータジェネレータの発電負荷の少なくとも一方であり、当該制御パラメータの制御量の変更は、吸気圧P2に対して直接的に影響する。したがって、当該制御パラメータの制御は、実施の形態1および2のように吸気圧P3ではなく吸気圧P2と関連付けて実施される方が、より精度の高い吸気圧力の制御を実現できるようになる。
また、上述した実施の形態1および2、ならびに上述の変形例においては、オイルシール部22eからターボコンプレッサ22a側へのオイル漏れが生じない条件を満たす「第1特定圧力値」および「第2特定圧力値」として「限界圧P3L」および「限界圧P2L」をそれぞれ用いる例について説明を行った。しかしながら、本発明における「第1特定圧力値」は、上記条件を満たす圧力値であれば、当該条件を満たす第1吸気圧力の下限値に相当する限界圧P3Lに限らず、例えば、限界圧P3Lよりも高い任意の圧力値であってもよい。このことは、「第2特定圧力値」についても同様である。
また、回生強化を行う場合に用いられる機構であってタービンが回収する排気エネルギの量を調整する排気エネルギ調整機構には、ウェイストゲート以外にも、例えば、ターボ過給機に組み合わされる可変ノズル機構が該当する。可変ノズル機構を用いて回生強化を行う場合には、タービンが回収する排気エネルギの量を増やすために可変ノズルが閉じられることになる。
また、上述した実施の形態1等においては、回生の実施に伴う吸入空気流量Gaの変化(エンジントルクの変化)を抑制するための吸入空気流量の調整をスロットル弁40を用いて行うようにしている。しかしながら、このような吸入空気流量の調整に用いることのできる吸入空気流量調整手段には、スロットル弁だけでなく、例えば、吸気弁の開弁特性(作用角、リフト量、開き時期および閉じ時期のうちの少なくとも1つ)を変更可能とする可変動弁機構も含まれる。
10 内燃機関
14 吸気通路
16 排気通路
20 エアフローメータ
22 ターボ過給機
22a ターボコンプレッサ
22b タービン
22c 連結軸
22d ターボ回転速度センサ
22e オイルシール部
24 電動過給機
24a 電動コンプレッサ
24b モータジェネレータ(MG)
24d 電動コンプレッサ回転速度センサ
26 インバータ
28 バッテリ
30 オルタネータ
32 SOCセンサ
34 吸気バイパス通路
36 吸気バイパス弁
40 スロットル弁
42 吸気圧力センサ
44 吸気圧力センサ
46 排気バイパス通路
48 ウェイストゲートバルブ(WGV)
50 電子制御ユニット(ECU)
52 クランク角センサ
54 アクセルポジションセンサ

Claims (5)

  1. 気筒に吸入される吸気が流れる吸気通路と、
    前記気筒からの排気が流れる排気通路と、
    前記吸気通路に設けられ、前記気筒に吸入される空気の吸入空気流量を調整する吸入空気流量調整手段と、
    前記排気通路に配置されたタービンと、前記吸気通路に配置されたターボコンプレッサと、前記タービンと前記ターボコンプレッサとを連結する連結軸と、前記ターボコンプレッサのインペラの背面側の部位において前記連結軸上に設けられたオイルシール部と、を有するターボ過給機と、
    前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路に配置された電動コンプレッサと、前記電動コンプレッサの駆動源であるとともに回生が行われる場合には発電機として機能するモータジェネレータと、を有する電動過給機と、
    前記電動コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路と、前記電動コンプレッサよりも下流側であって前記ターボコンプレッサよりも上流側の前記吸気通路とを接続する吸気バイパス通路と、
    前記吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパス弁と、
    を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
    前記制御装置は、吸入空気流量、前記吸気バイパス弁の開度および前記モータジェネレータの発電負荷を制御することで、前記電動過給機による回生処理を実行する回生処理部を含み、
    前記回生処理部は、前記回生処理の実行時に、前記内燃機関の要求吸入空気流量と、前記ターボ過給機の回転速度と、前記ターボコンプレッサの出口の吸気圧力である第1吸気圧力の圧力値であって前記オイルシール部から前記ターボコンプレッサ側へのオイル漏れが生じない条件を満たす第1特定圧力値と、に基づいて、前記吸気バイパス弁の開度と前記モータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方を設定することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  2. 前記内燃機関は、前記電動コンプレッサの下流かつ前記ターボコンプレッサの上流の吸気圧力である第2吸気圧力を取得する第2吸気圧力取得手段をさらに備え、
    前記回生処理部は、前記第1特定圧力値と、前記内燃機関の吸入空気流量と、前記ターボ過給機の回転速度とに基づいて前記第2吸気圧力の圧力値であって前記オイル漏れが生じない条件を満たす第2特定圧力値を算出し、算出した前記第2特定圧力値を前記第2吸気圧力が下回らないように、前記要求吸入空気流量と前記第2吸気圧力とに基づいて前記吸気バイパス弁の開度と前記モータジェネレータの発電負荷のうちの少なくとも一方を設定す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。
  3. 前記回生処理部は、前記発電負荷を所定の制御範囲内の最大値とし、かつ前記吸気バイパス弁を全閉とした状態で前記第2吸気圧力が前記第2特定圧力値になるときの第1吸入空気流量よりも前記要求吸入空気流量が多い場合に、前記要求吸入空気流量が前記第1吸入空気流量よりも少ない場合と比べて前記吸気バイパス弁の開度を大きくし、もしくは前記発電負荷を低くすることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の制御装置。
  4. 前記回生処理部は、前記要求吸入空気流量が前記第1吸入空気流量よりも多い場合には、前記要求吸入空気流量が多いほど、前記吸気バイパス弁の開度を大きくすることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の制御装置。
  5. 前記回生処理部は、前記発電負荷を前記制御範囲内の最大値とし、かつ前記吸気バイパス弁を全開とした状態で前記第2吸気圧力が前記第2特定圧力値になるときの第2吸入空気流量よりも前記要求吸入空気流量が多い場合には、前記要求吸入空気流量が多いほど前記発電負荷を低くすることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御装置。
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