JP4631598B2

JP4631598B2 - 過給圧制御装置

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Publication number: JP4631598B2
Application number: JP2005238894A
Authority: JP
Inventors: 裕彦太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2011-02-16
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Also published as: EP1917426A1; JP2007051619A; CN101243246B; KR20080026659A; KR100962160B1; WO2007020524A1; DE602006020737D1; CN101243246A; EP1917426B1

Description

本発明は、電動機付き過給機と可変ノズル機構とを有する内燃機関の過給圧制御装置に関する。

電動機による過給圧制御と、可変ノズル機構（以下「ＶＮ機構」という。）による過給圧制御とを実行可能な内燃機関が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１によれば、電動機による過給圧制御よりも、ＶＮ機構による過給圧制御が優先して行われる。これにより、両方の過給圧制御が干渉することを防止することができる。

特開２００３−２３９７５５号公報

ＶＮ機構による過給圧制御を優先すると、過給圧が目標過給圧よりも低い場合には、その差分に応じてＶＮ開度が閉じ側に変更される。これにより、排気マニホールドの圧力（以下「エキマニ圧」という。）が上昇するため、ターボ回転数を上昇させることができ、過給圧を上昇させることができる。

しかしながら、ＶＮ開度を変更してから、過給圧が上昇するまでには、時間的な遅れが生じる。この過給圧の追従遅れの間に、ＶＮ開度が更に変更されてしまう事態が生じ得る。その結果、ＶＮ開度がハンチングしてしまい、このＶＮ開度のハンチングに起因して過給圧もハンチングしてしまう。
さらに、ＶＮ開度のハンチングに起因して、エキマニ圧もハンチングしてしまう。その結果、ＥＧＲ量が変動するため、十分な燃焼安定性が得られない可能性がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エキマニ圧の変動を抑制するとともに、過給圧制御を精度良く行うことを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給圧制御装置であって、吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動可能な電動機と、排気通路に設けられたタービンとを有する過給機と、
前記過給機により過給された空気の過給圧を実過給圧として検出する過給圧検出手段と、
機関回転数及び負荷に応じて目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、
前記タービンに吹き付けられる排気ガスの流速を変更可能な可変ノズル機構と、
機関回転数及び負荷に応じて前記可変ノズル機構の開度を算出する開度算出手段と、
前記開度算出手段により算出された開度を前記実過給圧と前記目標過給圧との差に応じて補正する開度補正手段と、
前記電動機と、前記可変ノズル機構とにより、過給圧の制御を実行する過給圧制御手段と、を備え、
前記過給圧制御手段は、
前記実過給圧と前記目標過給圧との差の絶対値が、基準値より大きい場合には、前記開度補正手段による開度の補正を禁止すると共に、前記電動機による過給圧制御を行い、
該絶対値が該基準値より小さい場合には、前記可変ノズル機構の開度を、前記開度補正手段により補正された開度に制御す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、前記過給圧制御手段は、前記目標過給圧に対して前記過給圧がオーバーシュートした場合には、前記電動機を所定時間だけ回生動作させるものであることを特徴とする。

また、第３の発明は、第１又は２の発明において、前記過給圧制御手段は、前記目標過給圧に対して前記過給圧がアンダーシュートした場合には、前記電動機を所定時間だけ作動させるものであることを特徴とする。

第１の発明によれば、電動機によって目標過給圧に対して過給圧を近づけた後で、可変ノズル機構によって過給圧が制御される。これにより、可変ノズル機構の制御量を少なくすることができるため、過給圧制御を精度良く行うことができる。また、エキマニ圧の変動を抑制することができるため、ＥＧＲの変動を抑制することができ、十分な燃焼安定性を得ることができる。

第１の発明によれば、過給圧と目標過給圧との乖離が小さい場合に、補正された開度だけ可変ノズル機構を作動させるため、過給圧制御のための開度制御量を少なくすることができる。よって、可変ノズル機構の開度のハンチングを抑制することができる。

第２の発明によれば、電動機の回生動作により、コンプレッサの回転数を下げることができるため、過給圧のオーバーシュート量を抑えることができる。

第３の発明によれば、電動機の作動により、コンプレッサの回転数を上げることができるため、過給圧のアンダーシュート量を抑えることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態１のシステムは、電動機付き過給機（モータアシストターボチャージャ）を有するディーゼルエンジンである。

本実施の形態１のシステムは、複数の気筒２ａを有するエンジン本体２を備えている。エンジン本体２には冷却水温センサ４が設けられている。図１に示すシステムにおいて、エンジン本体２は、４つの気筒２ａに対応して、４つのインジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２ａ内に直接噴射するように構成されている。複数のインジェクタ６は、共通のコモンレール８に接続されている。コモンレール８は、サプライポンプ１０を介して燃料タンク１２に連通している。サプライポンプ１０は、燃料タンク１２から汲み上げた燃料を所定の圧力まで圧縮し、この圧縮された燃料をコモンレール８に供給するように構成されている。

エンジン本体２には、吸気マニホールド１４が接続されている。吸気マニホールド１４には、過給圧センサ１６が設けられている。過給圧センサ１６は、後述するコンプレッサ２６ａによって過給された空気の圧力（以下「実過給圧」という。）PIMを測定するように構成されている。吸気マニホールド１４には吸気通路１８が接続されている。吸気マニホールド１４と吸気通路１８との接続部近傍には、吸気温度センサ２０が設けられている。吸気温度センサ２０は、過給された空気の温度を測定するように構成されている。吸気通路１８における吸気温度センサ２０の上流には、吸気絞り弁２２が設けられている。さらに、吸気絞り弁２２の上流には、インタークーラ２４が設けられている。インタークーラ２４は、過給された空気を冷却するように構成されている。

インタークーラ２４の上流には、電動機付きターボチャージャ（以下「ＭＡＴ」という。）２６のコンプレッサ２６ａが設けられている。ＭＡＴ２６のタービン２６ｂは、後述する排気通路４０に設けられている。図示しないが、コンプレッサ２６ａのインペラ（回転翼）は、連結軸を介してタービン２６ｂのインペラ（回転翼）と連結されている。これにより、タービン２６ｂのインペラが排気エネルギにより回転駆動されると、コンプレッサ２６ａのインペラが回転駆動される。
コンプレッサ２６ａとタービン２６ｂの間には、電動機２６ｃである交流モータが設けられている。電動機２６ｃは、モータコントローラ２８に接続されている。モータコントローラ２８は、図示しないバッテリに蓄えられた電力を電動機２６ｃに供給するように構成されている。電動機２６ｃの駆動軸は、上記連結軸を兼ねている。よって、コンプレッサ２６ａのインペラは、電動機２６ｃにより強制的に回転駆動可能に構成されている。
また、電動機２６ｃは、回生動作可能に構成されている。モータコントローラ２８は、この電動機２６ｃの回生動作により発電された電力をバッテリに充電することができる。

コンプレッサ２６ａの上流にはエアフロメータ３０が設けられている。エアフロメータ３０は、大気中から吸気通路１８内に吸入される空気の量（吸入空気量）を測定するように構成されている。エアフロメータ３０の上流にはエアクリーナ３２が設けられている。さらに、エアクリーナ３２の上流は、大気に開放されている。

コンプレッサ２６ａとエアフロメータ３０との間には、吸気バイパス通路３４の一端が接続されている。吸気バイパス通路３４の他端は、コンプレッサ２６ａとインタークーラ２４の間に接続されている。すなわち、コンプレッサ２６ａの上流側と下流側とが吸気バイパス通路３４によってバイパスされている。吸気通路１８と吸気バイパス通路３４の他端との接続部には、吸気バイパス弁３６が設けられている。この吸気バイパス弁３６が開弁されると、ＭＡＴ２６により過給された空気の一部が吸気バイパス通路３４を通ってコンプレッサ２６ａの吸気側に戻される。これにより、コンプレッサ２６ａの圧力を低減することができ、ターボサージを回避することができる。

また、エンジン本体２には、上記吸気マニホールド１４と対向するように排気マニホールド３８が接続されている。排気マニホールド３８には排気通路４０が接続されている。上述したように、排気通路４０には、ＭＡＴ２６のタービン２６ｂが設けられている。タービン２６ｂのインペラは、排気通路４０を流通する排気ガスのエネルギによって回転駆動されるように構成されている。

タービン２６ｂのインペラの近傍には、可変ノズル機構（以下「ＶＮ機構」ともいう。）４１としての可動式ノズルが設けられている。該可動式ノズルの開度、つまり、ＶＮ機構４１の開度（以下「ＶＮ開度」という。）を制御することにより、タービン２６ｂのインペラに吹き付けられる排気ガスの流速を制御することができる。具体的には、ＶＮ開度を閉じ側にすることで、タービン２６ｂのインペラに吹き付けられる排気ガスの流速を早めることができ、ＶＮ開度を開き側にすることで、該流速を遅くすることができる。タービン２６ｂの下流には、排気ガスを浄化するための触媒４２が設けられている。

排気マニホールド３８にはＥＧＲ通路４４の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４４の他端は、吸気マニホールド１４と吸気通路１８との接続部近傍に接続されている。吸気通路１８とＥＧＲ通路４４の他端との接続部近傍には、ＥＧＲバルブ４６が設けられている。ＥＧＲ通路４４の途中には、ＥＧＲ通路４４を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ４８が設けられている。このＥＧＲバルブ４６が開弁されると、排気ガスの一部がＥＧＲ通路４４及びＥＧＲクーラ４８を通って吸気通路１８に戻される。排気マニホールド３８の圧力（以下「エキマニ圧」という。）と、吸気マニホールド１４の圧力（以下「インマニ圧」という。）との差圧により、排気ガスの一部が各気筒２ａに供給される。排気ガスは空気に比べて酸素量が少ないため、ＮＯｘの生成量を低減することができる。

本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）６０を備えている。
ＥＣＵ６０の入力側には、冷却水温センサ４、過給圧センサ１６、吸気温度センサ２０、エアフロメータ３０、クランク角センサ５２、アクセル開度センサ５４等が接続されている。クランク角センサ５２は、各気筒２ａのピストンが接続されたクランク軸（図示せず）の回転角度を検出するように構成されている。アクセル開度センサ５４は、車両運転者により操作されたアクセル開度（「アクセル踏込量」ともいう。）ACCPを検出するように構成されている。
また、ＥＣＵ６０の出力側には、インジェクタ６、ポンプ１０、モータコントローラ２８、吸気バイパス弁３６、ＶＮ機構４１、ＥＧＲバルブ４６等が接続されている。
ＥＣＵ６０は、クランク角センサ５２の出力に基づいて、機関回転数NEを算出する。
ＥＣＵ６０は、電動機２６ｃへの供給電力を算出する。更に、ＥＣＵ６０は、モータコントローラ２８に対し、算出した電力を電動機２６ｃに供給するように指示する。

［実施の形態１の特徴］
既述した従来の装置によれば、電動機による過給圧制御よりもＶＮ機構による過給圧制御を優先させることで、過給圧制御の干渉を防止している。
図２は、ＶＮ機構のみによる過給圧制御を示すタイミングチャートである。より具体的には、図２（Ａ）は、実際の過給圧（以下「実過給圧」という。）PIMの変化を示す図であり、図２（Ｂ）はＶＮ開度の変化を示す図である。なお、図２（Ａ）において、目標過給圧PIMTRGを併せて示している。

時刻ｔ１０において、車両運転者のアクセル操作により、目標過給圧PIMTRGが高い圧力値に変更される。変更後の目標過給圧PIMTRGに実過給圧PIMを追従させるために、ＶＮ開度が閉じ側に変更される。ここで、ＶＮ開度は、機関回転数NEと機関負荷とに応じて算出されるベース開度と、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差分に応じて算出されるフィードバック開度とを合計した値である。このフィードバック開度は、ベース開度に比して、ＶＮ開度に対する寄与が大きい補正項である。ＶＮ開度が閉じ側にされると、タービンの回転数が上昇するため、コンプレッサの回転数（以下「ターボ回転数」という。）が上昇する。その結果、実過給圧PIMが上昇する。

しかし、通常、過給圧センサは吸気マニホールドに設けられている。よって、コンプレッサから過給圧センサまでは配管長さ分のボリュームがある。このため、ターボ回転数が上昇してから実過給圧PIMが上昇するまでに応答遅れが生じる。この応答遅れの間も、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差分に応じたフィードバック開度が算出され、ＶＮ開度が更に閉じ側へ変更される。その結果、ＶＮ開度が過度に閉じ側に制御されることとなる。

時刻ｔ１１において実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに達すると、ＶＮ開度が開き側へ変更される。しかし、ＶＮ開度が開き側に変更されても、実過給圧PIMはすぐには低下せず、時刻ｔ１２までは実過給圧PIMが上昇し続ける。よって、図２（Ａ）に示すように、目標過給圧PIMTRGに対して実過給圧PIMが大きくオーバーシュートしてしまう。
また、この場合も、ＶＮ開度を開き側に変更してから、ターボ回転数が低下し、実過給圧PIMが低下するまでに、応答遅れが生じる。このため、ＶＮ開度が過度に開き側に制御されることとなる。

その後、時刻ｔ１３において再び実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに達すると、ＶＮ開度が閉じ側へ変更される。しかし、ＶＮ開度が閉じ側にされても、実過給圧PIMはすぐには上昇せず、時刻ｔ１４までは過給圧が下降し続ける。よって、図２（Ａ）に示すように、目標過給圧PIMTRGに対して過給圧PIMが大きくアンダーシュートしてしまう。

このように、電動機による過給圧制御よりもＶＮ機構による過給圧制御を優先させると、図２（Ｂ）に示すように、ＶＮ開度がハンチングしてしまう。その結果、図２（Ａ）に示すように、実過給圧PIMTRGが大きくハンチングしてしまう。従って、ＶＮ機構による過給圧制御を優先させると、目標過給圧PIMTRGへの実過給圧PIMの収束性が悪化する。

さらに、このようなＶＮ開度のハンチングが生じると、エキマニ圧もハンチングしてしまう。よって、ＥＧＲ弁の開度制御を別途行わなければ、ＥＧＲ量もハンチングしてしまう。特に、ＶＮ開度が過度に閉じられることによりエキマニ圧が上昇すると、エキマニ圧とインマニ圧との差圧が大きくなり、ＥＧＲ量が増加する。このため、既燃ガスに対する新鮮なガスの割合が低くなる。その結果、十分な燃焼安定性が得られなくなり、失火等が起こりうる。

これに対して、本実施の形態１では、実過給圧PIMと目標過給圧PIMTRGとの乖離が大きい場合には、ＶＮ機構４１による過給圧制御よりも電動機２６ｃによる過給圧制御を優先して行う。すなわち、該乖離が大きい場合には、電動機２６ｃを作動させるが、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差分に応じたフィードバック開度VNFBを算出しない。よって、ＶＮ開度VNFINは、機関回転数NE及び機関負荷に応じて算出されるベース開度VNBASEのみとなる。
そして、実過給圧PIMと目標過給圧PIMTRGとの乖離が小さい場合には、電動機２６ｃによる過給圧制御よりもＶＮ機構４１による過給圧制御を優先して行う。すなわち、フィードバック開度VNFBを算出し、このフィードバック開度VNFBとベース開度VNBASEの合計を、ＶＮ開度VNFINとする。

図３は、本実施の形態１において、過給圧制御を示すタイミングチャートである。より具体的には、図３（Ａ）は、実過給圧PIMの変化を示す図であり、図３（Ｂ）は、ＶＮ開度VNFINの変化を示す図である。図３（Ｃ）は、ＭＡＴの作動状態を示す図であり、図３（Ｄ）は、ＶＮ機構４１のフィードバック制御（すなわち、フィードバック開度VNFBの算出）の有無を示す図である。なお、図３（Ａ）において、目標過給圧PIMTRGを併せて示している。また、図３（Ｂ）において、定常運転時のベース開度を併せて示している。最終的に、この定常運転時の開度に、ＶＮ開度を収束させることになる。

時刻ｔ０において、車両運転者のアクセル操作により、目標過給圧PIMTRGが高い圧力値に変更される。ここで、変更された目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差分が基準値α以上であるため、すなわち、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMの乖離が大きいため、モータコントローラ２８から電動機２６ｃへの通電が行われる。電動機２６ｃへの通電は、差分“PIMTRG-PIM”が基準値αになる時刻ｔ１まで行われる。これにより、コンプレッサ２６ａのインペラが強制的に回転駆動されるため、ターボ回転数が上昇し、実過給圧PIMが上昇する。この時刻ｔ０からｔ１において、図３（Ｄ）に示すように、ＶＮ機構４１のフィードバック開度VNFBは算出されない。すなわち、差分“PIMTRG-PIM”に応じたＶＮ開度VNFINの制御は行われない。このため、ＶＮ開度VNFINは、フィードバック開度VNFBに比して、寄与が小さいベース開度VNBASEのみとなる。よって、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０からｔ１において、ＶＮ開度VNFINは、緩やかに開き側から閉じ側に変更される。かかるＶＮ開度VNFINの小さい変化によっては、エキマニ圧はほとんど上昇しない。従って、エキマニ圧を上昇させることなく、実過給圧PIMを上昇させることができる。

そして、時刻ｔ１において目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMの差分がαになると、電動機２６ｃへの通電を停止する。これと同時に、図３（Ｄ）に示すように、ＶＮ機構４１のフィードバック開度VNFBを算出する。よって、ＶＮ開度VNFINは、ベース開度VNBASEとフィードバック開度VNFBとの合計となる。ここで、時刻ｔ０からｔ１まで電動機２６ｃを作動させたため、実過給圧PIMは目標過給圧PIMTRGの近くまで上昇している。よって、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMの差分に応じて算出されるフィードバック開度VNFBは、図２に示す場合（すなわち、電動機を駆動させない場合）に比べて小さい。

次に、時刻ｔ２において実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに達すると、ＶＮ開度VNFINのうちフィードバック開度VNFBを固定したままで、電動機２６ｃを回生動作させる。電動機２６ｃの回生動作は、時刻ｔ２から所定時間経過後の時刻ｔ３まで実行される。この時刻ｔ２からｔ３において、機関回転数NE及び機関負荷の上昇に伴い、閉じ側のベース開度VNBASEが算出される。このため、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２からｔ３において、ＶＮ開度VNFINは若干閉じ側に変更される。電動機２６ｃの回生動作によりターボ回転数を低下させることができるため、目標過給圧PIMTRGに対する過給圧PIMのオーバーシュート量を抑えることができる。

時刻ｔ３からｔ４において、フィードバック開度VNFBが再び算出され、ＶＮ機構４１により実過給圧PIMが低下せしめられる。このＶＮ機構４１による過給圧制御に先立って、時刻ｔ２からｔ３においてＭＡＴ２６の回生動作が実行されているため、ＶＮ開度VNFINは過度に開き側にされない。

時刻ｔ４において再び実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに達すると、ＶＮ開度VNFINのうちフィードバック開度VNFBを固定したままで、電動機２６ｃを作動させる。電動機２６ｃの作動は、時刻ｔ４から所定時間経過後の時刻ｔ５まで実行される。この時刻ｔ４からｔ５においても、機関回転数NE及び機関負荷の上昇に伴い、閉じ側のベース開度VNBASEが算出される。このため、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４からｔ５において、ＶＮ開度VNFINは若干閉じ側に変更される。電動機２６ｃの作動によりターボ回転数を上昇させることができるため、目標過給圧PIMTRGに対する過給圧PIMのアンダーシュートを抑えることができる。

時刻ｔ５からｔ６において、フィードバック開度VNFBが再び算出され、ＶＮ機構４１により実過給圧PIMが上昇せしめられる。このＶＮ機構４１による過給圧制御に先立って、時刻ｔ４からｔ５においてＭＡＴ２６の作動が実行されているため、ＶＮ開度VNFINは過度に閉じ側にされない。

さらに、時刻ｔ６において実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに達すると、ＶＮ開度VNFINのうちフィードバック開度VNFBを固定したままで、所定時間だけ電動機２６ｃを回生動作させる。時刻ｔ２からｔ３と同様に、オーバーシュート量を抑えることができる。

このように、本実施の形態１では、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が大きい場合には、電動機２６ｃを作動させることで実過給圧PIMを目標過給圧PIMTRGの近くまで上昇させ、その後、ＶＮ機構４１のフィードバック制御（フィードバック開度VNFBの追加）により実過給圧PIMを上昇させる。これにより、ＶＮ開度VNFINが過度に絞り側に制御されることを防止できる。よって、ＶＮ開度VNFINのハンチングを防止することができる。また、エキマニ圧のハンチングを防止することができるため、ＥＧＲ量のハンチングを防止することができる。よって、図５に示すＥＧＲ利用（ＥＧＲＯＮ）時、すなわち、低回転・低負荷時においても、安定したＥＧＲ量を確保することができるため、十分な燃焼安定性を得ることができる。
さらに、実過給圧PIMがオーバーシュートすると同時に電動機２６ｃを回生動作させ、実過給圧PIMがアンダーシュートすると同時に電動機２６ｃを作動させる。これにより、実過給圧PIMのオーバーシュート量及びアンダーシュート量を抑えることができる。
従って、目標過給圧PIMTRGに対する実過給圧PIMの収束性を向上させることができる。

なお、時刻ｔ０からｔ１において電動機２６ｃに対して供給される電力量は一定であってもよく、時間の経過とともに電力量を徐々に減少させてもよい。

［実施の形態１における具体的処理］
図４は、本実施の形態１において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
図４に示すフローによれば、先ず、機関回転数NE(rpm)、アクセル開度ACCP(%)、実過給圧PIM(kPa)を取り込む（ステップ１００）。

次に、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、機関回転数NEとアクセル開度ACCPとに応じた燃料噴射量QFIN(mm3/st)を算出する（ステップ１０２）。該マップにおいて、機関回転数NEとアクセル開度ACCPが大きいほど、すなわち、機関負荷が大きいほど、燃料噴射量QFINが多くなるように設定されている。

次に、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、機関回転数NEと燃料噴射量QFINとに応じた目標過給圧PIMTRG(kPa)を算出する（ステップ１０４）。燃料噴射量QFINは、機関負荷TQに対して比例関係を有する。よって、このステップ１０４では、機関回転数NEと機関負荷TQとに応じた目標過給圧PIMTRGが算出される。

次に、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差（以下「差分“PIMTRG-PIM”」という。）が、基準値αよりも大きいか否かを判別する（ステップ１０６）。このステップ１０６では、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が大きいか否かが判別される。

ステップ１０６で差分“PIMTRG-PIM”が基準値αよりも大きいと判別された場合には、ステップ１０８の処理を実行する。ステップ１０８では、電動機２６ｃへの電力供給を実行する（ＭＡＴ作動ＯＮ）。例えば、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ０においてＭＡＴ２６への通電が実行される。これにより、図３（Ａ）に示すように、実過給圧PIMが上昇する。
ここで、ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンで、機関回転数NE及び機関負荷に応じてベース開度VNBASEを算出している。ＭＡＴ作動ＯＮ時には、ＶＮ機構４１のＶＮ開度VNFINはベース開度VNBASEのみからなり、後述のフィードバック開度VNFBは加えられない。このため、図３（Ｂ）に示すように、時刻ｔ０からｔ１までのＭＡＴ作動時は、ＶＮ開度VNFINは緩やかに閉じ側に制御される。

その後、差分“PIMTRG-PIM”が基準値αであるか否かを判別する（ステップ１１０）。このステップ１１０では、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さくなったか否かが判別される。ステップ１１０で差分“PIMTRG-PIM”が基準値αであると判別された場合には、ステップ１１２において、電動機２６ｃへの電力供給が停止される（ＭＡＴ作動ＯＦＦ）。例えば、図３（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、差分“PIMTRG-PIM”がαになると、図３（Ｃ）に示すように、ＭＡＴ２６への通電が停止される。

さらに、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、差分“PIMTRG-PIM”と機関回転数NEとに応じたフィードバック開度VNFBを算出する（ステップ１１４）。該マップにおいて、差分“PIMTRG-PIM”が大きいほど、フィードバック開度VNFBが閉じ側になるように設定されている。続いて、ＶＮ機構４１をＶＮ開度VNFINに制御する（ステップ１１６）。ここで、ＶＮ開度VNFINは、上述した別ルーチンで算出されるベース開度VNFBと、上記ステップ１１４で算出されたフィードバック開度VNFBとの合計である。このように、差分“PIMTRG-PIM”が０より大きくα以下になると、例えば、図３（Ｄ）に示すように、ＶＮ機構４１のフィードバック制御が実行される。すなわち、ＶＮ開度VNFINに補正項としてのフィードバック開度VNFBが加えられる。その後、本ルーチンを一旦終了する。

次に、本ルーチンが再び起動されると、上記ステップ１０６で“ＮＯ”と判別され、つまり、差分“PIMTRG-PIM”がα以下であると判別され、ステップ１１８の処理を実行する。ステップ１１８では、差分“PIMTRG-PIM”が０より大きくα以下であるか否かを判別する。すなわち、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さいか否かが判別される。
ステップ１１８で差分“PIMTRG-PIM”が０より大きくα以下であると判別された場合、つまり、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さいと判別された場合には、ステップ１２０の処理を実行する。ステップ１２０では、前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも大きかったか否か、つまり、前回も目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低かったか否かを判別する。このステップ１２０で前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも大きかったと判別された場合、つまり、前回も目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低かったと判別された場合には、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。このように、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が少し低い間は、ＶＮ開度VNFINにフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを上昇させる。例えば、図３（Ｃ），（Ｄ）に示すように、時刻ｔ１からｔ２の間は、ＭＡＴ２６が停止され、ＶＮ機構４１のフィードバック制御が実行されている。

その後、実過給圧PIMが上昇して、差分“PIMTRG-PIM”が０以下になると、つまり、実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRG以上になると、上記ステップ１１８で“ＮＯ”と判定され、ステップ１２２の処理を実行する。ステップ１２２では、前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも大きかったか否か、つまり、前回は目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が低く、目標過給圧PIMTRGに対して過給圧PIMがオーバーシュートしたか否かを判別する。このステップ１２２で前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも大きかったと判別された場合、つまり、目標過給圧PIMTRGに対して実過給圧PIMがオーバーシュートしたと判別された場合には、ステップ１２４の処理を実行する。ステップ１２４では、電動機２６ｃに逆負荷を与えて、ＭＡＴ２６を回生動作させる（ＭＡＴ回生ＯＮ）。その後、ステップ１２６で所定時間が経過したと判別されると、ステップ１２８でＭＡＴ２６の回生動作を停止する（ＭＡＴ回生ＯＦＦ）。例えば、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２からｔ３においてＭＡＴ２６の回生動作が行われる。この回生動作によりターボ回転数を抑えることができるため、実過給圧PIMのオーバーシュート量を抑えることができる。

ＭＡＴ２６の回生動作停止後、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。例えば、図３（Ｂ），（Ｄ）に示すように、時刻ｔ３からｔ４において、ＶＮ開度VNFINに開き側のフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを下降せしめる。

その後、実過給圧PIMが下降して、差分“PIMTRG-PIM”が０より大きくα以下になると、つまり、目標過給圧PIMTRGよりも過給圧PIMが低くなると、上記ステップ１１８で“ＹＥＳ”と判定され、ステップ１２０の処理を実行する。前回の差分“PIMTRG-PIM”は０より小さかったため、ステップ１２０では“ＮＯ”と判別される。つまり、目標過給圧PIMTRGに対して実過給圧PIMがアンダーシュートしたと判別される。この場合、ステップ１３０の処理を実行する。ステップ１３０では、電動機２６ｃへの電力供給を実行する（ＭＡＴ作動ＯＮ）。その後、ステップ１３２で所定時間が経過したと判別されると、ステップ１３４で電動機２６ｃへの電力供給が停止される（ＭＡＴ作動ＯＦＦ）。例えば、図３（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４からｔ５においてＭＡＴ２６が作動される。このＭＡＴ２６の作動によりターボ回転数を上昇させることができるため、実過給圧PIMのアンダーシュート量を抑えることができる。

ＭＡＴ２６の作動停止後、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。例えば、図３（Ｂ），（Ｄ）に示すように、時刻ｔ５からｔ６において、ＶＮ開度VNFINに閉じ側のフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを上昇せしめる。

以上説明したように、図３に示すルーチンによれば、差分“PIMTRG-PIM”がαよりも大きい場合には、フィードバック開度VNFBを算出せずにＭＡＴ２６を作動させることで実過給圧PIMを上昇させる。そして、差分“PIMTRG-PIM”が０より大きくα以下である場合には、ＭＡＴ２６を作動させずにフィードバック開度VNFBをＶＮ開度VNFINに加えることで実過給圧PINを上昇させる。これにより、ＶＮ開度VNFINの制御量を少なくすることができるため、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができる。よって、実過給圧を目標過給圧PIMTRGに早期に収束させることができる。
また、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができるため、インマニ圧のハンチングを抑制することができる。これにより、ＥＧＲ量のハンチングを防止することができ、十分な燃焼安定性を確保することができる。
さらに、実過給圧PIMがオーバーシュートすると同時にＭＡＴ２６を回生動作させる。また、実過給圧PIMがアンダーシュートすると同時にＭＡＴ２６を作動させる。これにより、目標過給圧PIMTRGに対する実過給圧PIMのオーバーシュート量及びアンダーシュート量を少なくすることができるため、更に、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができ、実過給圧を目標過給圧PIMTRGに早期に収束させることができる。

尚、本実施の形態１においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１０８，１１６の処理を実行することにより第１の発明における「過給圧制御手段」が、ステップ１１４の処理を実行することにより第２の発明における「開度補正手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ６０が、ステップ１２４の処理を実行することにより第３の発明における「過給圧制御手段」が、ステップ１３０の処理を実行することにより第４の発明における「過給圧制御手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態２のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ６０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。

［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、目標過給圧PIMTRGが実過給圧PIMよりも高い値に変更されたときの過給圧制御について説明した。
本実施の形態２では、目標過給圧PIMTRGが実過給圧PIMよりも高い値に変更されたときの過給圧制御について説明する。本実施の形態２においても、実過給圧PIMと目標過給圧PIMTRGとの乖離が大きい場合には、ＶＮ機構４１による過給圧制御よりも電動機２６ｃによる過給圧制御を優先して行う。該乖離が大きい場合には、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差分に応じたフィードバック開度VNFBを算出せずに、電動機２６ｃを回生動作させる。この回生動作により、ターボ回転数を下げることができ、実過給圧PIMを下げることができる。このとき、ＶＮ開度VNFINは、機関回転数NE及び機関負荷に応じて算出されるベース開度VNBASEのみとなる。よって、ＶＮ開度VNFINは、実施の形態１の時刻ｔ０からｔ１と異なり、緩やかに開き側に変更される。
その後、実過給圧PIMが下降して、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMの差分が−αになると、電動機２６ｃの回生動作を停止する。これと同時に、ＶＮ機構４１のフィードバック開度VNFBを算出する。よって、ＶＮ開度VNFINは、ベース開度VNBASEとフィードバック開度VNFBとの合計となる。ここで、上記回生動作を予め行っているため、実過給圧PIMは目標過給圧PIMTRGの近くまで下降している。よって、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMの差分に応じて算出されるフィードバック開度VNFBを小さくすることができる。すなわち、ＶＮ開度VNFINが過度に開き側に制御されない。
その後、ＶＮ機構４１の制御により更に実過給圧PIMが低下し、実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに対してアンダーシュートすると、上記実施の形態１と同様に、所定時間だけ電動機２６ｃを作動させる。これにより、目標過給圧PIMTRGに対する過給圧PIMのアンダーシュート量を抑えることができる。
さらに、ＶＮ機構４１の制御により実過給圧PIMが上昇し、実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGに対してオーバーシュートすると、上記実施の形態１と同様に、所定時間だけ電動機２６ｃを回生動作させる。これにより、目標過給圧PIMTRGに対する過給圧PIMのオーバーシュート量を抑えることができる。

このように、本実施の形態２においては、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が大きい場合には、電動機２６ｃを回生動作させることで実過給圧PIMを目標過給圧PIMTRGの近くまで下降させ、その後、ＶＮ機構４１のフィードバック制御（フィードバック開度VNFBの追加）により実過給圧PIMを下降させる。これにより、ＶＮ開度VNFINが過度に開き側に制御されることを防止できる。よって、ＶＮ開度VNFINのハンチングを防止することができる。また、エキマニ圧のハンチングを防止することができるため、ＥＧＲ量のハンチングを防止することができる。よって、図５に示すＥＧＲ利用（ＥＧＲＯＮ）時、すなわち、低回転・低負荷時においても、安定したＥＧＲ量を確保することができるため、十分な燃焼安定性を得ることができる。
さらに、実過給圧PIMがアンダーシュートすると同時に電動機２６ｃを作動させ、実過給圧PIMがオーバーシュートすると同時に電動機２６ｃを回生動作させる。これにより、実過給圧PIMのアンダーシュート量及びオーバーシュート量を抑えることができる。
従って、目標過給圧PIMTRGに対する実過給圧PIMの収束性を向上させることができる。

［実施の形態２における具体的処理］
図６は、本実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
本ルーチンによれば、先ず、上記実施の形態１と同様に、ステップ１００，１０２，１０４の処理を実行する。

次に、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの差（以下「差分“PIMTRG-PIM”」という。）が、基準値−αよりも小さいか否かを判別する（ステップ１４０）。このステップ１０６では、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が大きいか否かが判別される。

ステップ１４０で差分“PIMTRG-PIM”が基準値−αよりも小さいと判別された場合には、ステップ１４２の処理を実行する。ステップ１４２では、電動機２６ｃに逆負荷を与えて、ＭＡＴ２６を回生動作させる（ＭＡＴ回生ＯＮ）。これにより、ターボ回転数を下げることができ、実過給圧PIMが下降する。
ここで、ＥＣＵ６０は、本ルーチンとは別のルーチンで、機関回転数NE及び機関負荷に応じてベース開度VNBASEを算出している。ＭＡＴ回生ＯＮ時には、ＶＮ機構４１のＶＮ開度VNFINはベース開度VNBASEのみからなり、後述のフィードバック開度VNFBは加えられない。このため、ＭＡＴ回生ＯＮ時は、ＶＮ開度VNFINは緩やかに開き側に制御される。

その後、差分“PIMTRG-PIM”が基準値−αであるか否かを判別する（ステップ１４４）。このステップ１４４では、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さくなったか否かが判別される。ステップ１４４で差分“PIMTRG-PIM”が基準値−αであると判別された場合には、ステップ１４６において、回生動作を停止する（ＭＡＴ回生ＯＦＦ）。

さらに、ＥＣＵ６０内に予め記憶されたマップを参照して、差分“PIMTRG-PIM”と機関回転数NEとに応じたフィードバック開度VNFBを算出する（ステップ１１４）。該マップにおいて、差分“PIMTRG-PIM”が小さいほど、フィードバック開度VNFBが開き側になるように設定されている。続いて、ＶＮ機構４１をＶＮ開度VNFINに制御する（ステップ１１６）。ここで、ＶＮ開度VNFINは、上述した別ルーチンで算出されるベース開度VNFBと、上記ステップ１１４で算出されたフィードバック開度VNFBとの合計である。このように、差分“PIMTRG-PIM”が−α以上になると、ＶＮ機構４１のフィードバック制御が実行される。すなわち、ＶＮ開度VNFINに補正項としてのフィードバック開度VNFBが加えられる。その後、本ルーチンを一旦終了する。

次に、本ルーチンが再び起動されると、上記ステップ１４０で“ＮＯ”と判別され、つまり、差分“PIMTRG-PIM”が−α以上であると判別され、ステップ１４８の処理を実行する。ステップ１４８では、差分“PIMTRG-PIM”が−α以上０以下であるか否かを判別する。すなわち、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さいか否かが判別される。
ステップ１４８で差分“PIMTRG-PIM”が−α以上０以下であると判別された場合、つまり、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高く、かつ、目標過給圧PIMTRGと実過給圧PIMとの乖離が小さいと判別された場合には、ステップ１５０の処理を実行する。ステップ１５０では、前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも小さかったか否か、つまり、前回も目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高かったか否かを判別する。このステップ１５０で前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも大きかったと判別された場合、つまり、前回も目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高かったと判別された場合には、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。このように、目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が少し高い間は、ＶＮ開度VNFINにフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを下降せしめる。

その後、実過給圧PIMが下降して、差分“PIMTRG-PIM”が０よりも小さくなると、つまり、実過給圧PIMが目標過給圧PIMTRGよりも低くなると、上記ステップ１４８で“ＮＯ”と判定され、ステップ１５２の処理を実行する。ステップ１５２では、前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも小さかったか否か、つまり、前回は目標過給圧PIMTRGよりも実過給圧PIMの方が高く、目標過給圧PIMTRGに対して過給圧PIMがアンダーシュートしたか否かを判別する。このステップ１５２で前回の差分“PIMTRG-PIM”が０よりも小さかったと判別された場合、つまり、目標過給圧PIMTRGに対して実過給圧PIMがアンダーシュートしたと判別された場合には、ステップ１５４の処理を実行する。ステップ１５４では、電動機２６ｃに電力を供給して、ＭＡＴ２６を作動させる（ＭＡＴ作動ＯＮ）。その後、ステップ１５６で所定時間が経過したと判別されると、ステップ１５８で電力供給を停止してＭＡＴ２６の作動を停止する（ＭＡＴ作動ＯＦＦ）。このＭＡＴ２６の作動によりターボ回転数を上昇させることができるため、実過給圧PIMのアンダーシュート量を抑えることができる。

ＭＡＴ２６の作動停止後、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。ここでは、ＶＮ開度VNFINに閉じ側のフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを上昇せしめる。

その後、実過給圧PIMが上昇して、差分“PIMTRG-PIM”が０より小さくなると、つまり、目標過給圧PIMTRGよりも過給圧PIMが高くなると、上記ステップ１４８で“ＹＥＳ”と判定され、ステップ１５０の処理を実行する。前回の差分“PIMTRG-PIM”は０より大きかったため、ステップ１５０では“ＮＯ”と判別される。つまり、目標過給圧PIMTRGに対して実過給圧PIMがオーバーシュートしたと判別される。この場合、ステップ１６０の処理を実行する。ステップ１６０では、電動機２６ｃに逆負荷を与えて、ＭＡＴ２６を回生動作させる（ＭＡＴ回生ＯＮ）。その後、ステップ１６２で所定時間が経過したと判別されると、ステップ１６４で電動機２６ｃの回生動作を停止する（ＭＡＴ回生ＯＦＦ）。このＭＡＴ２６の回生動作によりターボ回転数を下降させることができるため、実過給圧PIMのオーバーシュート量を抑えることができる。

ＭＡＴ２６の作動停止後、上記ステップ１１４，１１６の処理を実行する。ここでは、ＶＮ開度VNFINに開き側のフィードバック開度VNFBが加えられることにより、実過給圧PIMを下降せしめる。

以上説明したように、図６に示すルーチンによれば、差分“PIMTRG-PIM”が−αよりも小さい場合には、フィードバック開度VNFBを算出せずにＭＡＴ２６を回生動作させることで実過給圧PIMを下降せしめる。そして、差分“PIMTRG-PIM”が−α以上０以下である場合には、ＭＡＴ２６を停止させてフィードバック開度VNFBをＶＮ開度VNFINに加えることで実過給圧PINを下降せしめる。これにより、ＶＮ開度VNFINの制御量を少なくすることができるため、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができる。よって、実過給圧を目標過給圧PIMTRGに早期に収束させることができる。
また、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができるため、インマニ圧のハンチングを抑制することができる。これにより、ＥＧＲ量のハンチングを防止することができ、十分な燃焼安定性を確保することができる。
さらに、実過給圧PIMがアンダーシュートすると同時にＭＡＴ２６を作動させる。また、実過給圧PIMがオーバーシュートすると同時にＭＡＴ２６を回生動作させる。これにより、目標過給圧PIMTRGに対する実過給圧PIMのアンダーシュート量及びオーバーシュート量を少なくすることができるため、更に、ＶＮ開度VNFINのハンチングを抑制することができ、実過給圧を目標過給圧PIMTRGに早期に収束させることができる。

尚、本実施の形態２においては、ＥＣＵ６０が、ステップ１４２，１１６の処理を実行することにより第１の発明における「過給圧制御手段」が、ステップ１１４の処理を実行することにより第２の発明における「開度補正手段」が、それぞれ実現されている。また、ＥＣＵ６０が、ステップ１６０の処理を実行することにより第３の発明における「過給圧制御手段」が、ステップ１５４の処理を実行することにより第４の発明における「過給圧制御手段」が、それぞれ実現されている。

本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。ＶＮ機構のみによる過給圧制御を示す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、過給圧制御を示す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、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。ＥＧＲの利用範囲を示す図である。本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ６０が実行するルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

２エンジン本体
２ａ気筒
４冷却水温センサ
６インジェクタ
８コモンレール
１０サプライポンプ
１２燃料タンク
１４吸気マニホールド
１６過給圧センサ
１８吸気通路
２０吸気温度センサ
２２吸気絞り弁
２４インタークーラ
２６ＭＡＴ
２６ａコンプレッサ
２６ｂタービン
２６ｃ電動機
２８モータコントローラ
３０エアフロメータ
３２エアクリーナ
３４吸気バイパス通路
３６吸気バイパス弁
３８排気マニホールド
４０排気通路
４１ＶＮ機構
４２触媒
４４ＥＧＲ通路
４６ＥＧＲバルブ
４８ＥＧＲクーラ
５２クランク角センサ
５４アクセル開度センサ
６０ＥＣＵ

Claims

吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動可能な電動機と、排気通路に設けられたタービンとを有する過給機と、
前記過給機により過給された空気の過給圧を実過給圧として検出する過給圧検出手段と、
機関回転数及び負荷に応じて目標過給圧を算出する目標過給圧算出手段と、
前記タービンに吹き付けられる排気ガスの流速を変更可能な可変ノズル機構と、
機関回転数及び負荷に応じて前記可変ノズル機構の開度を算出する開度算出手段と、
前記開度算出手段により算出された開度を前記実過給圧と前記目標過給圧との差に応じて補正する開度補正手段と、
前記電動機と、前記可変ノズル機構とにより、過給圧の制御を実行する過給圧制御手段と、を備え、
前記過給圧制御手段は、
前記実過給圧と前記目標過給圧との差の絶対値が、基準値より大きい場合には、前記開度補正手段による開度の補正を禁止すると共に、前記電動機による過給圧制御を行い、
該絶対値が該基準値より小さい場合には、前記可変ノズル機構の開度を、前記開度補正手段により補正された開度に制御することを特徴とする過給圧制御装置。
請求項１に記載の過給圧制御装置において、
前記過給圧制御手段は、前記目標過給圧に対して前記過給圧がオーバーシュートした場合には、前記電動機を所定時間だけ回生動作させるものであることを特徴とする過給圧制御装置。
請求項１又は２に記載の過給圧制御装置において、
前記過給圧制御手段は、前記目標過給圧に対して前記過給圧がアンダーシュートした場合には、前記電動機を所定時間だけ作動させるものであることを特徴とする過給圧制御装置。