JP2018131924A - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動過給機付きの内燃機関における燃費性能の向上を図る。
【解決手段】コントロールユニットが電動過給機の応答性が低下していると判定すると、コントロールユニットが空燃比を電動過給機の応答性が低下していない場合に比べてリッチにするとともに（ステップＳ３）、コントロールユニットが電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて目標ＥＧＲ率を増加させる（ステップＳ４）。電動過給機の応答性が低下している場合には、空燃比をリッチにすることで、過給時における空気量の変動を抑制し、電動過給機の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制できる。また、電動過給機の応答性が低下していない場合には、電動過給機の応答速度の速さ利用して、空気量を急激に変動させる過給特性により得られる燃費向上効果を得られる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、排気ターボ過給機と電動過給機を備え、所定のリーン運転条件が成立すると空燃比を理論空燃比よりもリーンに制御する過給機付きエンジンが開示されている。

この特許文献１においては、排気ターボ過給機の過給能力が低下した場合に、電動過給機で過給能力低下分を補填している。

特許第４６００２６６号公報

しかしながら、この特許文献１においては、故障等により電動過給機の過給能力が低下した場合に、トルク段差が埋められなくなり、排気性能が悪化して、空燃比をリーン化することができなくなる虞がある。

本発明は、電動過給機を含む２つの過給機を有する内燃機関の制御方法であって、応答性判定部が電動過給機の応答性が低下していると判定すると、空燃比制御部が空燃比を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べてリッチにすることを特徴としている。

本発明によれば、電動過給機の応答性が低下している場合には、空燃比制御部によって空燃比をリッチにすることで、過給時における空気量の変動（トルク段差）を抑制し、電動過給機の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。そして、電動過給機の応答性が低下していない場合には、電動過給機の応答速度の速さ利用して、空気量を急激に変動させる過給特性により得られる燃費向上効果を得ることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の概略を示す説明図。 内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。 通常時に空気過剰率λの算出に使用するマップの概略を示す説明図。 電動過給機の応答性低下時に空気過剰率λの算出に使用するマップの概略を示す説明図。 通常時にＥＧＲ率の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 電動過給機の応答性低下時にＥＧＲ率の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 電動過給機の応答性低下時のバッテリＳＯＣ等の変化を示すタイミングチャート。 通常時に吸気弁閉時期の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 電動過給機の応答性低下時に吸気弁閉時期の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 通常時にバルブオーバーラップ量の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 電動過給機の応答性低下時にバルブオーバーラップ量の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 第２実施例において、電動過給機の応答性低下時に空気過剰率λの算出に使用するマップの概略を示す説明図。 第２実施例において、電動過給機の応答性低下時にＥＧＲ率の算出に使用するマップの概略を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の制御装置の概略の他の例を示す説明図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る内燃機関１の制御装置の概略を示す説明図である。

内燃機関１は、例えば火花点火式ガソリン機関であって、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものである。この内燃機関１は、例えば筒内直噴型の構成であり、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）と点火プラグ２が気筒毎に設けられている。上記燃料噴射弁の噴射時期や噴射量、点火プラグ２の点火時期はコントロールユニット３からの制御信号によって制御されている。つまり、内燃機関１はコントロールユニット３を有するものである。

内燃機関１には、吸気通路４と排気通路５とが接続されている。

吸気通路４には、吸入空気量を検出するエアフローメータ６と、吸入空気量を制御する電動のスロットル弁７と、が設けられている。スロットル弁７は、電動モータ等のアクチュエータを具備したものであり、コントロールユニット３からの制御信号によって、その開度が制御されている。スロットル弁７の開度は、スロットル開度センサ８によって検出される。スロットル開度センサ８の検出信号は、コントロールユニット３に入力されている。エアフローメータ６は、スロットル弁７の上流側に設けられている。

排気通路５には、三元触媒等の排気触媒９が設けられている。

また、この内燃機関１は、第２の過給機としてのターボ過給機１０と、第１の過給機としての電動過給機１１と、を有している。

ターボ過給機１０は、吸気通路４に設けられたコンプレッサ１２と、排気通路５に設けられた排気タービンとしてのタービン１３と、を有している。コンプレッサ１２とタービン１３は、同軸上に配置され、一体となって回転する。コンプレッサ１２は、スロットル弁７の上流側に位置するとともに、エアフローメータ６よりも下流側に位置している。タービン１３は、排気触媒９よりも上流側に位置している。

電動過給機１１は、吸気通路４に設けられたコンプレッサ部１４と、車載のバッテリ２５からの電力でコンプレッサ部１４を駆動する電動モータ１５と、を有している。なお、バッテリ２５は、電動モータ１５の駆動専用に用いられるものである。コンプレッサ部１４は、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２よりも下流側に位置している。つまり、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２と電動過給機１１とは、吸気通路４において、電動過給機１１が相対的に下流側となるよう直列に配置されている。また、電動過給機１１は、コントロールユニット３からの制御信号によって、回転速度を含めて駆動制御されている。

つまり、電動過給機１１は、後述する過給圧センサ３７で検出される過給圧が、運転状態に応じて設定される目標過給圧となるようにコントロールユニット３によって制御される。また、電動過給機１１の電動モータ１５は、後述するモータ回転数センサ５１で検出されるモータ回転数が、運転状態に応じて設定される目標回転数となるようコントロールユニット３によって制御される。

なお、電動過給機１１のコンプレッサ部１４は、図１においてターボ過給機１０のコンプレッサ１２と同様に遠心形コンプレッサとして図示されているが、ルーツブロアやスクリュー式コンプレッサなど任意の形式のコンプレッサを利用可能である。

また、第２の過給機は、ターボ過給機１０に限定されるものではなく、例えば内燃機関１によって駆動される機械式過給機（スーパーチャージャ）や第１の過給機と同様の電動過給機であってもよい。また、電動過給機１１の電動モータ１５は、車両が内燃機関と当該車両の駆動用モータとを有するようないわゆるハイブリッド車両であれば、この駆動用モータのバッテリを電源としてもよい。

内燃機関１は、可変動弁機構として、吸気弁１６のバルブタイミング（開閉時期）を変更可能な吸気側可変動弁機構１７と、排気弁１８のバルブタイミング（開閉時期）を変更可能な排気側可変動弁機構１９と、を有している。吸気側可変動弁機構１７及び排気側可変動弁機構１９は、コントロールユニット３からの制御信号によって制御される。つまり、コントロールユニット３は、吸気側可変動弁機構１７のバルブタイミングを制御する吸気側可変動弁機構制御部に相当するものである。また、コントロールユニット３は、排気側可変動弁機構１９のバルブタイミングを制御する排気側可変動弁機構制御部に相当するものである。そして、コントロールユニット３によって、吸気弁１６と排気弁１８の双方が開弁している期間であるバルブオーバーラップ量（バルブオーバーラップ）を可変制御（調整）することが可能となっている。

吸気側可変動弁機構１７及び排気側可変動弁機構１９は、機関弁（吸気弁または排気弁）の開時期及び閉時期を個々に独立して変更できる形式のものでも、開時期及び閉時期が同時に遅進する形式のものでもよい。本実施例では、吸気側カムシャフト２０及び排気側カムシャフト２１のクランクシャフト２２に対する位相を遅進させる後者の形式のものが用いられている。

吸気弁１６のバルブタイミングは、吸気側カムシャフトポジションセンサ２３によって検出される。吸気側カムシャフトポジションセンサ２３は、吸気側カムシャフト２０のクランクシャフト２２に対する位相を検出するものである。

排気弁１８のバルブタイミングは、排気側カムシャフトポジションセンサ２４によって検出される。排気側カムシャフトポジションセンサ２４は、排気側カムシャフト２１のクランクシャフト２２に対する位相を検出するものである。

吸気通路４には、第１バイパス通路３０と、第２バイパス通路３１と、インタークーラ３２が設けられている。

第１バイパス通路３０は、コンプレッサ１２を迂回して、コンプレッサ１２の上流側と下流側とを連通するように形成されている。

第１バイパス通路３０には、電動のリサーキュレーション弁３３が設けられている。リサーキュレーション弁３３は、通常は閉じられているが、スロットル弁が閉じられてコンプレッサ１２の下流側が高圧になった場合等に開かれる。リサーキュレーション弁３３が開くことにより、第１バイパス通路３０を介してコンプレッサ１２の下流側の高圧な吸気をコンプレッサ１２の上流側に戻せるようになっている。リサーキュレーション弁３３は、コントロールユニット３からの制御信号によって開閉制御されている。なお、リサーキュレーション弁３３としては、コントロールユニット３により開閉制御されるものではなく、コンプレッサ１２下流側の圧力が所定圧力以上となったときのみ開弁するようないわゆる逆止弁を用いることも可能である。

第２バイパス通路３１は、コンプレッサ部１４を迂回して、コンプレッサ部１４の上流側と下流側とを連通するように形成されている。

第２バイパス通路３１には、電動のバイパス弁３４が設けられている。バイパス弁３４は、電動過給機１１による過給時には閉じられ、電動過給機１１による過給を行わない場合に開かれる。そのため、電動過給機１１の停止時には、主として第２バイパス通路３１を介して吸気が下流側に流れることになる。バイパス弁３４は、コントロールユニット３からの制御信号によって開閉制御されている。なお、第１、第２バイパス通路３０、３１は、省略することも可能である。

インタークーラ３２は、スロットル弁７の下流側に位置し、コンプレッサ１２や電動過給機１１により圧縮（加圧）された吸気を冷却する。

排気通路５には、タービン１３を迂回してタービン１３の上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路３５が設けられている。排気バイパス通路３５の下流側端は、排気触媒９よりも上流側の位置で排気通路５に接続されている。

排気バイパス通路３５には、電動のウエストゲート弁３６が設けられている。ウエストゲート弁３６は、コントロールユニット３からの制御信号により開閉制御され、タービン１３に導かれる排気ガス量を調整するものである。例えば、ウエストゲート弁３６は、過給圧検出部としての過給圧センサ３７の検出信号に基づいて、過給圧が目標過給圧となるようにコントロールユニット３によって制御される。

過給圧センサ３７は、インタークーラ３２より下流側の吸気通路４、例えばコレクタ部に配置され、当該位置における吸気圧力を検出している。つまり、ターボ過給機１０や電動過給機１１により過給が行われている際に過給圧センサ３７で検出される吸気圧力が過給圧に相当する。なお、吸気通路４は、上記コレクタ部よりも下流側では、吸気マニホールドとして気筒毎に分岐している。

内燃機関１は、排気還流（ＥＧＲ）が実施可能なものであって、排気通路５から分岐して吸気通路４に接続されたＥＧＲ通路４０を有している。ＥＧＲ通路４０は、その一端が排気触媒９の下流側で排気通路５に接続され、その他端がエアフローメータ６の下流側となりコンプレッサ１２の上流側となる位置で吸気通路４に接続されている。換言すると、ＥＧＲ通路４０の他端は、２つある過給機のうち吸気通路４において上流側に位置する過給機の上流側となる位置で吸気通路４に接続されている。

ＥＧＲ通路４０には、ＥＧＲ通路４０内のＥＧＲガス流量を変更可能な電動のＥＧＲ弁４１と、ＥＧＲガスを冷却可能なＥＧＲクーラ４２と、が設けられている。ＥＧＲ弁４１は、その開閉動作がコントロールユニット３からの制御信号によって制御される。つまり、コントロールユニット３は、ＥＧＲ弁４１の弁開度を変更してＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御部に相当するものである。

コントロールユニット３には、上述したセンサ類の検出信号のほか、内燃機関１の機関回転数（エンジン回転数）及びクランク角位置を検出するクランク角センサ４５、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル開度（ＡＰＯ）を検出するアクセル開度センサ４６、排気通路５に設けられて排気圧を検出する排気圧検出部としての排気圧センサ４７、ターボ過給機１０及び電動過給機１１の下流側でスロットル弁７よりも上流側に位置する吸気通路４内の酸素濃度を検知する酸素濃度センサ４８、排気通路５に設けられたＡ／Ｆセンサ４９及び酸素センサ５０、モータ回転数センサ５１、モータ温度センサ５２、モータ電流センサ５３、バッテリ２５の電圧を検出するバッテリ電圧センサ５４等からの検出信号が入力されている。

コントロールユニット３は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。

そして、コントロールユニット３は、上述した各種センサ類等から入力される信号等に基づいて、燃料噴射弁（図示せず）、点火プラグ２、吸気側可変動弁機構１７、排気側可変動弁機構１９、ＥＧＲ弁４１等へ制御信号を出力して、燃料噴射量、点火時期、機関回転数、空燃比、吸気弁１６のバルブタイミング、排気弁１８のバルブタイミング、ＥＧＲ率等を統括的に制御する。

排気圧センサ４７は、タービン１３よりも下流側で、排気触媒９よりも上流側となる位置の排気圧を検出する。

Ａ／Ｆセンサ４９は、排気空燃比に応じたほぼリニアな出力特性を有するいわゆる広域型空燃比センサである。Ａ／Ｆセンサ４９は排気触媒９の上流側に位置している。

酸素センサ５０は、理論空燃比付近の狭い範囲で出力電圧がＯＮ／ＯＦＦ（リッチ、リーン）的に変化して、空燃比のリッチ、リーンのみを検知するセンサである。酸素センサ５０は排気触媒９の下流側に位置している。

モータ回転数センサ５１は、電動モータ１５の回転数を検出するモータ回転数検出部に相当するものである。

モータ温度センサ５２は、電動モータ１５の温度を検出するモータ温度検出部に相当するものである。

モータ電流センサ５３は、バッテリ２５から電動モータ１５に供給される電流値を検出するものであって、モータ電流検出部に相当するものである。

コントロールユニット３は、アクセル開度センサ４６の検出値を用いて、内燃機関１の要求負荷（エンジン負荷）が算出する。また、コントロールユニット３は、酸素濃度センサ４８の検出値からＥＧＲ率を推定し、ＥＧＲ弁４１の開度が目標値となるようにフィードバック制御している。

なお、酸素濃度センサ４８は省略可能であり、その場合には、排気触媒９の前後に設けられるＡ／Ｆセンサ４９や酸素センサ５０の検出信号等を用いてＥＧＲ弁４１の開度が目標値となるようにフィードバック制御してもよい。

コントロールユニット３は、検出される空燃比が目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御している。つまり、コントロールユニット３は空燃比制御部に相当するものである。

また、コントロールユニット３は、モータ温度センサ５２からの入力信号に基づいて電動モータ１５の温度上昇速度を算出している。つまり、コントロールユニット３は温度上昇速度検出部に相当するものである。

コントロールユニット３は、モータ電流センサ５３やバッテリ電圧センサ５４の検出値等を用いてバッテリ２５の充電量（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）を算出している。つまり、コントロールユニット３はバッテリ充電量検出部に相当する。

過給を行う運転状態において、内燃機関の燃費性能を向上させるには、例えば、空燃比をリーン化にして過給することで熱効率が向上させることが考えられる。

空燃比が急激にリーン化するような空燃比の切り替え時には、空気量を急激に変動させる過給特性が必要である。そのため、過給機として電動の過給機を用いる場合がある。しかしながら、電動の過給機に供給される電力の低下や、電動の過給機の故障等により、電動の過給機の応答性が低下すると、空気量を急激に変動させる過給特性を実現できなくなり、燃費性能が改善されない虞がある。

例えば、２つある過給機がターボ過給機と電動の過給機の場合、電動の過給機の応答性が低下していないような状況でもターボ過給機の応答速度に合わせて空燃比を設定することが考えられる。しかしながら、電動の過給機は、所期の応答速度が得られるよう状態において、ターボ過給機に比べて応答速度が速い。電動の過給機の所期の応答速度とは、供給される電力に低下がなく、故障等も発生していない状態での応答速度である。

そのため、ターボ過給機の応答速度にあわせて空燃比を設定してしまうと、電動の過給機の応答性が低下していない状態においては、空気量を急激に変動させる過給特性により得られる燃費向上効果が得られなくなる。

そこで、本実施例では、後述する応答性判定部であるコントロールユニット３が電動過給機１１の応答性が低下していると判定すると、空燃比制御部であるコントロールユニット３が空燃比を電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べてリッチにするよう制御する。換言すると、コントロールユニット３が電動過給機１１の応答性の低下を検出すると、コントロールユニット３が空燃比を同一運転点で電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べてリッチになるように制御する。

つまり、電動過給機１１が所期の応答速度を得られる状態であることを前提に空燃比を設定しておき、電動過給機１１が所期の応答速度を得られない状態になると、空燃比制御部であるコントロールユニット３は、空燃比が相対的にリッチになるように制御する。

これによって、電動過給機１１の応答性が低下している場合には、コントロールユニット３によって空燃比がリッチになるよう制御されるので、過給時における空気量の変動（トルク段差）を抑制し、電動過給機の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。そして、電動過給機１１の応答性が低下していない場合には、電動過給機１１の応答速度の速さ利用して、空気量を急激に変動させる過給特性により得られる燃費向上効果を得ることができる。

図２は、このような本実施例の制御の流れの一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１では、過給領域であるか否かを判定する。例えば、内燃機関１のエンジン負荷が予め設定された所定値以上の場合に、過給を実施する過給領域と判定する。ステップＳ１で過給領域と判定されるとステップＳ２へ進む。過給領域ではない場合は、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２では、電動過給機１１の応答性が低下しているか否かを判定し、低下していると判定した場合はステップＳ３へ進み、低下していないと判定した場合は今回のルーチンを終了する。つまり、ステップＳ２は、電動過給機１１の応答性の低下を判別する応答性判定部である。

電動過給機１１の応答性が低下しているか否かの判定は、例えば、バッテリ２５の充電量、過給圧センサ３７の検出値、電動モータ１５のモータ回転数、電動モータ１５の温度、電動モータ１５の温度の上昇速度、電動モータ１５に供給される電流値、電動モータ１５に供給される電流値の所定の時間当たりの平均値である平均電流値等から判別可能である。つまり、コントロールユニット３が応答性判定部に相当する。

平均電流値は、モータ電流センサ５３の検出値に基づいて、コントロールユニット３で算出される。つまり、コントロールユニット３は、平均電流値算出部に相当する。

本実施例では、検出されたバッテリ２５の充電量（バッテリＳＯＣ）が所定値Ａ（ＳＯＣクライテリアＡ）以下の場合、検出された過給圧が目標過給圧に対して所定値Ｂ以上乖離した場合、検出されたモータ回転数が電動モータ１５の目標回転数に対して所定値Ｃ以上乖離した場合、検出された電動モータ１５の温度が所定値Ｄ以上になった場合、検出された電動モータ１５の温度上昇速度が所定値Ｅ以上になった場合、検出された電流値が所定値Ｆ以上になった場合、または算出された平均電流値が所定値Ｇ以上になった場合、電動過給機１１の応答性が低下していると判定している。つまり、上述した７つの判定条件うちの１つが成立した場合に、電動過給機１１の応答性が低下していると判定している。

なお、上述した所定値Ａ〜Ｇは、例えば、予め実機による実験等から求められて設定（コントロールユニット３に記憶）されるものである。

ステップＳ３では、電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べて目標空燃比をリッチにする。

本実施例において、通常時、すなわち電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、図３に示すように、空気過剰率λが制御される。空気過剰率λは実際の空燃比を理論空燃比で除した値であり、空気過剰率λの値が大きくなるほど空燃比はリーンとなる。そして、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、図４に示すように、空気過剰率が制御される。

図３は、コントロールユニット３に記憶された通常時における空気過剰率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて空気過剰率λが割り付けられている。

図４は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時における空気過剰率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて空気過剰率λが割り付けられている。

つまり、電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３が目標空燃比を電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べてリッチになるよう制御する。

詳述すると、コントロールユニット３が電動過給機１１の応答性が低下していると判定すると、コントロールユニット３が空燃比をエンジン回転数またはエンジン負荷が低いほどエンジン回転数またはエンジン負荷の変化に対する空燃比の変化が小さくなるよう制御する。

これによって、電動過給機１１の応答性が低下している場合には、低回転域または低負荷域ほど過給時における空気量の変動（トルク段差）を抑制することができる。

つまり、電動過給機１１の応答性が低下している場合、低回転域または低負荷域では、過給時における空気量の変動（トルク段差）を抑制し、高回転域または高負荷域では、空燃比のリッチ化が抑制される。高回転域または高負荷域では、電動過給機１１以外の過給機（例えばターボ過給機）であっても過給応答が十分に速くなる。そのため、電動過給機１１の応答性の低下による燃費性能及び内燃機関１のトルクレスポンス性能（出力応答性能）の悪化を抑制することができる。

ステップＳ４では、電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べて目標ＥＧＲ率を増加させる。

本実施例において、通常時、すなわち電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、図５に示すように、ＥＧＲ率が制御される。そして、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、図６に示すように、ＥＧＲ率が制御される。

つまり、電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３が目標ＥＧＲ率を電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べて増加させる。

詳述すると、電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３がＥＧＲ率をエンジン回転数またはエンジン負荷が低いほどエンジン回転数またはエンジン負荷の変化に対してＥＧＲ率の変化が小さくなるよう制御する。

図５は、コントロールユニット３に記憶された通常時におけるＥＧＲ率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じてＥＧＲ率が割り付けられている。

図６は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時におけるＥＧＲ率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じてＥＧＲ率が割り付けられている。

これによって、電動過給機１１の応答性低下により空燃比をリッチにした際の燃費悪化を抑制することができる。この場合には、応答性が低下している電動過給機１１ではない方の過給機で過給が行われる範囲でＥＧＲ率を増加させればよい。

また、電動過給機１１の応答性が低下している場合、低回転域または低負荷域では、過給時におけるＥＧＲ率の変動が抑制される。そのため、内燃機関１のトルクレスポンス性能（出力応答性能）と排気性能を成立させながら、電動過給機１１の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。

図７は、電動過給機１１の応答性低下時のバッテリＳＯＣ等の変化を示すタイミングチャートである。

時刻ｔにおいて、バッテリ２５の充電量（バッテリＳＯＣ）が所定値Ａ（ＳＯＣクライテリアＡ）以下となり、電動過給機１１の応答性が低下していると判定される。そのため、時刻ｔのタイミングから空燃比をリッチ側に変更する。これにより、電動過給機１１の使用頻度が低下し、バッテリ２５の充電量の低下が抑制される。図７中の破線は、時刻ｔ１のタイミングで空燃比をリッチ側に変更することなく電動過給機１１をそのまま使い続けた場合のバッテリ２５の充電量の変化を示している。

また、時刻ｔのタイミングから吸気弁１６の閉時期（ＩＶＣ）を相対的に遅角するとともに、吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）を相対的に拡大する。

本実施例において、通常時、すなわち電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、図８に示すように、吸気弁１６の閉時期が制御される。そして、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、図９に示すように、吸気弁１６の閉時期が制御される。

図８は、コントロールユニット３に記憶された通常時における吸気弁閉時期算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて吸気弁１６の閉時期が割り付けられている。

図９は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時における吸気弁閉時期算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて吸気弁１６の閉時期が割り付けられている。

電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３が吸気弁閉時期を電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べて遅角させる。詳述すると、電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３は、吸気弁閉時期をエンジン回転数またはエンジン負荷が低くなるほど大きく遅角するように制御する。

これにより電動過給機１１の応答性低下により空燃比をリッチにした際の燃費悪化を抑制することができる。

また、エンジン回転数またはエンジン負荷が低いほどエンジン回転数またはエンジン負荷の変化に対する空燃比の変化が小さくなるよう制御することで燃費性能が相対的に悪化することになる。

そこで、この燃費性能悪化の影響が大きい低回転域または低負荷域ほど、吸気弁閉時期を大きく遅角させることで、排気性能及び内燃機関１のトルクレスポンス性能（出力応答性能）を成立させながら、電動過給機１１の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。

さらに、本実施例において、通常時、すなわち電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、図１０に示すように、吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）が制御される。そして、電動過給機１１の応答性が低下している場合には、図１１に示すように、吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（Ｏ／Ｌ）が制御される。

図１０は、コントロールユニット３に記憶された通常時におけるバルブオーバーラップ量算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じてバルブオーバーラップ量が割り付けられている。

図１１は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時におけるバルブオーバーラップ量算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じてバルブオーバーラップ量が割り付けられている。

電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３が排気弁１８のバルブタイミングを電動過給機１１の応答性が低下していない場合に比べて吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（バルブオーバーラップ量）が拡大するように制御する。詳述すると、電動過給機１１の応答性が低下すると、コントロールユニット３は、排気弁１８のバルブタイミングをエンジン回転数またはエンジン負荷が低くなるほど吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（バルブオーバーラップ量）が大きく拡大するように制御する。

これにより電動過給機１１の応答性低下により空燃比をリッチにした際の燃費悪化を抑制することができる。

また、燃費性能悪化の影響が大きい低回転域または低負荷域ほど吸気弁１６と排気弁１８とのバルブオーバーラップ（バルブオーバーラップ量）が大きく拡大するようにすることで、排気性能及び内燃機関１のトルクレスポンス性能（出力応答性能）を成立させながら、電動過給機１１の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。

次に本発明の第２実施例について説明する。この第２実施例は、上述した第１実施例と略同一構成となっているが、応答性判定部であるコントロールユニット３が電動過給機１１の応答性が低下していると判定すると、空燃比制御部であるコントロールユニット３が空燃比を理論空燃比になるよう制御するとともに、ＥＧＲ率制御部であるコントロールユニット３がＥＧＲ率をエンジン回転数またはエンジン負荷が高くなるほど大きくなるよう制御する。

つまり、この第２実施例において、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、コントロールユニット３が、図１２に示すように、空気過剰率λを制御する。すなわち、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、コントロールユニット３が運転状態に関わらずλ＝１、つまり空燃比を理論空燃比となるように制御する。なお、この第２実施例において、電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、第１実施例と同様で、図３に示すように、空気過剰率λが制御される。

図１２は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時における第２実施例の空気過剰率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じて空気過剰率λが割り付けられている。

そして、この第２実施例において、電動過給機１１の応答性が低下している状態では、コントロールユニット３が、図１３に示すように、ＥＧＲ率を制御する。なお、この第２実施例において、電動過給機１１の応答性が低下していない状態では、第１実施例と同様、コントロールユニット３が、図５に示すように、ＥＧＲ率を制御する。

図１３は、コントロールユニット３に記憶された電動過給機の応答性低下時における第２実施例のＥＧＲ率算出マップであって、エンジン負荷とエンジン回転数に応じてＥＧＲ率が割り付けられている。

このような第２実施例においても、上述した第１実施例と略同様の作用効果を得ることができる。

すなわち、電動過給機１１の応答性が低下している場合には、コントロールユニット３によって、空燃比がリッチになるよう制御されるので、過給時における空気量の変動（トルク段差）を抑制し、電動過給機の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。そして、電動過給機１１の応答性が低下していない場合には、電動過給機１１の応答速度の速さ利用して、空気量を急激に変動させる過給特性により得られる燃費向上効果を得ることができる。

また、コントロールユニット３がＥＧＲ率をエンジン回転数またはエンジン負荷が高くなるほど大きくなるよう制御するので、内燃機関１のトルクレスポンス性能（出力応答性能）と排気性能を成立させながら、電動過給機１１の応答性の低下による燃費性能の悪化を抑制することができる。

また、本発明は上述した第１、第２実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形、変更等を含むものである。

上述した各実施例では、過給圧センサ３７が吸気通路４の上記コレクタ部に配置されているが、過給圧センサ３７を２つある過給機のうち下流側に位置する過給機である電動過給機１１の出口付近に配置してもよい。つまり、２つある過給機のうち下流側に位置する過給機の出口圧を過給圧として、上述した各種制御に用いることも可能である。

また、本発明は、外部ＥＧＲを導入しない内燃機関に対しても適用可能である。

さらに、本発明は、図１４に示すように、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２と電動過給機１１のコンプレッサ部１４とが、吸気通路４上に並列に配置された内燃機関にも適用可能である。図１４は、上述した図１とは、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２と電動過給機１１のコンプレッサ部１４との吸気通路４に対する配置関係が異なる以外は、同一構成となっている。図１４においては、上述した図１と同一の構成要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１４においては、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２を迂回する第２吸気通路６１に電動過給機１１が配置されている。第２吸気通路６１は、ＥＧＲ通路４０と吸気通路４との合流位置よりも下流側で、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２よりも上流側となる位置で、吸気通路４から分岐している。そして、第２吸気通路６１は、ターボ過給機１０のコンプレッサ１２よりも下流側で、スロットル弁７よりも上流側となる位置で、吸気通路４に合流している。

また、上述した各実施例は、内燃機関１の制御方法及び制御装置に関するものである。

１…内燃機関
３…コントロールユニット（空燃比制御部、応答性判定部）
４…吸気通路
５…排気通路
１０…ターボ過給機
１１…電動過給機
１２…コンプレッサ
１３…タービン
１４…コンプレッサ部
１５…電動モータ
１７…吸気側可変動弁機構
１９…排気側可変動弁機構
４１…ＥＧＲ弁
４９…Ａ／Ｆセンサ
５０…酸素センサ
５１…モータ回転数センサ（モータ回転数検出部）
５２…モータ温度センサ（モータ温度検出部）
５３…モータ電流センサ（モータ電流検出部）

Claims (18)

1. 電動過給機を含む２つの過給機と、
   空燃比を制御する空燃比制御部と、
   上記電動過給機の応答性の低下を判別可能な応答性判定部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
   上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記空燃比制御部が空燃比を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べてリッチにすることを特徴とする内燃機関の制御方法。
2. 上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記空燃比制御部が空燃比をエンジン回転数またはエンジン負荷が低いほどエンジン回転数またはエンジン負荷の変化に対する空燃比の変化が小さくなるよう制御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方法。
3. 排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ通路と、
   上記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
   上記ＥＧＲ弁の弁開度を変更してＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
   上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記ＥＧＲ率制御部がＥＧＲ率を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて増加させることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. 上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記ＥＧＲ率制御部がＥＧＲ率をエンジン回転数またはエンジン負荷が低いほどエンジン回転数またはエンジン負荷の変化に対してＥＧＲ率の変化が小さくなるよう制御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方法。
5. 吸気弁のバルブタイミングを変更可能な吸気側可変動弁機構と、
   上記吸気側可変動弁機構のバルブタイミングを制御する吸気側可変動弁機構制御部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
   上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記吸気側可変動弁機構制御部が吸気弁閉時期を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて遅角させることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
6. 上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記吸気側可変動弁機構制御部が吸気弁閉時期を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて、エンジン回転数またはエンジン負荷が低くなるほど大きく遅角させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御方法。
7. 排気弁のバルブタイミングを変更可能な排気側可変動弁機構と、
   上記排気側可変動弁機構のバルブタイミングを制御する排気側可変動弁機構制御部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
   上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記排気側可変動弁機構制御部が排気弁のバルブタイミングを上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが拡大するように制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
8. 上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記排気側可変動弁機構制御部が排気弁のバルブタイミングを上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べて、エンジン回転数またはエンジン負荷が低くなるほど吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップが大きく拡大するように制御することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御方法。
9. 上記電動過給機の電力を供給するバッテリの充電量を検出するバッテリ充電量検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
   上記応答性判定部は、上記バッテリ充電量検出部で検出したバッテリ充電量が所定値以下になると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
10. 過給圧を検出する過給圧検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記過給圧検出部で検出した過給圧が目標過給圧に対して所定値以上乖離すると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
11. 上記電動過給機を駆動する電動モータの回転数を検出するモータ回転数検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記モータ回転数検出部で検出したモータ回転数が上記電動モータの目標回転数に対して所定値以上乖離すると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
12. 上記電動過給機を駆動する電動モータの温度を検出するモータ温度検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記モータ温度検出部で検出した上記電動モータの温度が所定値以上になると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
13. 上記電動過給機を駆動する電動モータの温度上昇速度を検出する温度上昇速度検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記温度上昇速度検出部で検出した温度上昇速度が所定値以上になると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
14. 上記電動過給機を駆動する電動モータに供給する電流値を検出するモータ電流検出部を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記モータ電流検出部で検出した電流値が所定値以上になると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
15. 上記電動過給機を駆動する電動モータに供給する電流値を検出するモータ電流検出部と、
    上記モータ電流検出部で検出した電流値の所定時間当たりの平均電流値を算出する平均電流値算出部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部は、上記平均電流値が所定値以上になると上記電動過給機の応答性が低下していると判定することを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。
16. 電動過給機を含む２つの過給機と、
    空燃比を制御する空燃比制御部と、
    上記電動過給機の応答性の低下を判別可能な応答性判定部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記空燃比制御部が空燃比を理論空燃比に変更することを特徴とする内燃機関の制御方法。
17. 排気通路から排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ通路と
    上記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲ弁と、
    上記ＥＧＲ弁の弁開度を変更してＥＧＲ率を制御するＥＧＲ率制御部と、を有する内燃機関の制御方法であって、
    上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記ＥＧＲ率制御部がＥＧＲ率をエンジン回転数またはエンジン負荷が高くなるほど大きくなるよう制御することを特徴とする請求項１６に記載の内燃機関の制御方法。
18. 電動過給機を含む２つの過給機と、
    空燃比を制御する空燃比制御部と、
    上記電動過給機の応答性の低下を判別可能な応答性判定部と、を有する内燃機関の制御装置において、
    上記応答性判定部が上記電動過給機の応答性が低下していると判定すると、上記空燃比制御部が空燃比を上記電動過給機の応答性が低下していない場合に比べてリッチにすることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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