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CN105422267A - 内燃机的控制装置 - Google Patents

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CN105422267A
CN105422267A CN201510577895.XA CN201510577895A CN105422267A CN 105422267 A CN105422267 A CN 105422267A CN 201510577895 A CN201510577895 A CN 201510577895A CN 105422267 A CN105422267 A CN 105422267A
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Abstract

本发明的目的在于：当为了在高转速高负荷区域对利用了废气能量的增压进行辅助而使电动机工作的情况下，谋求内燃机的油耗的降低。具有涡轮增压器(22)、电动增压器(24)和开闭废气旁通通路(44)的WGV(46)。在小于转矩边界值(TQ2)的单增压区域控制WGV开度，使得WGV开度随着发动机转矩的增加而减少。另外，在成为转矩边界值(TQ2)以上的双增压区域控制WGV开度，使得WGV开度随着发动机转矩的增加而增加，并且为了进行增压而使电动机(24b)工作。

Description

内燃机的控制装置
技术领域
本发明涉及一种对内燃机进行控制的内燃机的控制装置，该内燃机将电动机和由涡轮回收的废气能量作为动力源而执行吸入空气的增压，该涡轮配置在排气通路中。
背景技术
以往，例如在专利文献1中公开了一种内燃机的控制装置，该内燃机包括涡轮增压器、绕过涡轮增压器的涡轮的废气旁通通路、和开闭废气旁通通路的废气旁通阀。在该以往的控制装置中，对内燃机的要求转矩越高，将废气旁通阀的开度控制成越小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014-015846号公报
专利文献2：日本特开2010-249019号公报
专利文献3：日本特开2013-204534号公报
专利文献4：日本特开2009-191686号公报
发明内容
发明要解决的问题
公知一种具备涡轮增压器和电动增压器的内燃机。在该内燃机中，当为了在能够获得发动机最高输出的输出点附近的高转速高负荷区域辅助由涡轮增压器进行的增压，而想要使电动增压器工作来进行稳定运转的情况下，若采用专利文献1所述的那种废气旁通阀控制，则产生下述这样的问题。即，当单纯地在发动机转矩越高，而将废气旁通阀的开度控制成越小时，在使电动增压器进行了工作时，由于废气旁通阀的开度较小，所以担心涡轮上游的废气压力过度上升，使内燃机的油耗恶化。以上的问题在具有对涡轮增压器的压缩机的驱动进行辅助的电动机的电动辅助涡轮增压器中也是同样的。
本发明是为了解决上述那样的问题而做成的，目的在于提供一种能够为了在高转速高负荷区域对利用了废气能量的增压进行辅助而使电动机进行工作的情况下，谋求内燃机的油耗的降低的内燃机的控制装置。
用于解决问题的方案
本发明的内燃机的控制装置控制具有第1增压机构、第2增压机构、废气旁通通路和废气旁通阀的内燃机，上述第1增压机构将利用配置在内燃机的废气通路内的涡轮回收的废气能量作为动力源使吸入空气增压，上述第2增压机构将电动机作为动力源使吸入空气增压，上述废气旁通通路绕过上述涡轮，上述废气旁通阀开闭上述废气旁通通路，上述内燃机的控制装置具有第1控制机构和第2控制机构。第1控制机构在第1转矩指标值区域控制废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而减少，上述第1转矩指标值区域是与发动机转矩相关的转矩指标值小于第1边界值的区域，第2控制机构在第2转矩指标值区域中所含的增加区域控制废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而增加，并且在上述第2转矩指标值区域为了进行增压而使上述电动机工作，上述第2转矩指标值区域是上述转矩指标值为上述第1边界值以上的区域。
上述第2控制机构将整个上述第2转矩指标值区域作为上述增加区域，控制上述废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而增加。
上述第2转矩指标值区域包括上述转矩指标值为上述第1边界值以上且小于第2边界值的恒定区域、以及作为上述转矩指标值为上述第2边界值以上的转矩指标值区域的上述增加区域。上述第2控制机构在上述恒定区域控制上述废气旁通阀的开度，使得相对于发动机转矩的变化使该废气旁通阀的开度恒定或者实质上恒定地推移。上述第1边界值是比转矩指标值的上限值低的转矩指标值，在不伴有将上述电动机作为动力源的增压的非电动辅助增压模式下由规定的参数的制约确定上述转矩指标值的上述上限值。在上述恒定区域的上述废气旁通阀的开度比在转矩指标值为上述非电动辅助增压模式下的上述上限值时的上述废气旁通阀的开度大。
本发明的内燃机的控制装置还具有点火正时控制机构，该点火正时控制机构使在从上述第1边界值起到上述上限值为止的第3转矩指标值区域能利用伴有将上述电动机作为动力源的增压的电动辅助增压模式的情况下的点火正时，比在从上述第1边界值起到上述上限值为止的上述第3转矩指标值区域限制上述电动辅助增压模式的利用而使用上述非电动辅助增压模式的情况下的点火正时提前。
基于废气温度设定是上述增加区域的下限。
基于上述涡轮的上游的废气压力设定上述增加区域的下限。
基于上述内燃机的泵气损失设定上述增加区域的下限。
发动机转速越快，上述第1边界值越小。
发明效果
采用由本发明的内燃机的控制装置进行的控制，在第2增压机构辅助由第1增压机构进行的增压的第2转矩指标值区域内，包含将废气旁通阀的开度控制成使该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而增加的增压区域。因此，在第2转矩指标值区域内，能够利用将电动机作为动力源的增压抑制涡轮上游的废气压力的上升。由此，能够谋求内燃机的油耗的降低。
附图说明
图1是用于大概地说明本发明的实施方式1的内燃机的系统结构的图。
图2是用于利用与发动机运转区域的关系来说明在图1所示的系统中使用的发动机转矩的控制方法的图。
图3是用于对相对于本发明的实施方式1的比较例进行说明的图。
图4是表示发动机转矩的各区域内的WGV的开度、电动机的输出以及节气门开度的各控制特性的图。
图5是在本发明的实施方式1中执行的程序的流程图。
图6是表示在图5所示的程序中算出的各种映射的设定的图。
图7是表示在本发明的实施方式2中使用的WGV开度以及电动机输出的各控制特性的图。
图8是为了说明以油耗最佳化的观点设定转矩边界值TQ4的方法而使用的图。
图9是在本发明的实施方式2中执行的程序的流程图。
具体实施方式
实施方式1.
首先，参照图1～图6说明本发明的实施方式1。
实施方式1的硬件结构
图1是用于大概地说明本发明的实施方式1的系统结构的图。图1所示的内燃机10具有内燃机主体12。内燃机10是火花点火式发动机(作为一例是汽油发动机)，搭载在车辆中，作为车辆的动力源。进气通路14以及废气通路16与内燃机主体12的各缸相连通。
在进气通路14的入口附近设置有空气滤清器18，在空气滤清器18设置有空气流量计20，该空气流量计20输出与在进气通路14中流动的空气的流量相对应的信号。在比空气滤清器18靠下游侧的进气通路14内配置有涡轮增压器22的压缩机22a，以使吸入空气增压。涡轮增压器22的利用废气的废气能量进行工作的涡轮22b配置于废气通路16。压缩机22a借助连结轴22c与涡轮22b连结成一体，利用输入到涡轮22b的废气的废气能量驱动压缩机22a旋转。
在比空气滤清器18靠下游侧且比压缩机22a靠上游侧的进气通路14内配置有电动增压器24的压缩机24a。压缩机24a由电动机24b驱动。电动机24b与蓄电池26相连接，蓄电池26的电力用作电动机24b的驱动电力。更详细而言，利用交流发电机28发出的电力经由蓄电池26或直接地供给到电动机24b中。采用电动增压器24，通过利用电动机24b驱动压缩机24a，能使吸入空气增压。另外，具有绕过压缩机24a的进气旁通通路30和开闭进气旁通通路30的进气旁通阀32。作为进气旁通阀32，例如可以使用蝶式的电动阀。
在比压缩机22a靠下游侧的进气通路14内配置有中间冷却器34，该中间冷却器34用于将利用压缩机22a或者利用压缩机22a和压缩机24a两方压缩了的吸入空气冷却。在比中间冷却器34靠下游侧的进气通路14内配置有开闭进气通路14的电子控制式的节气门36。比节气门36靠下游侧的进气通路14构成为进气岐管38，吸入空气经由进气岐管38被分配到各缸内。在进气岐管38安装有检测进气压力(更详细而言是进气岐管压力)的进气压力传感器40。
来自各缸的废气由废气通路16的排气歧管42收集而排出到下游侧。绕过涡轮22b的废气旁通通路44与废气通路16相连接。在废气旁通通路44中配置有废气旁通阀(WGV)46来作为开闭废气旁通通路44的旁通阀。WGV46作为一例是电动式的，构成为能在规定的开度控制范围内调整成任意的开度。通过改变WGV46的开度，能够调整在涡轮22b内通过的废气的流量而调整压缩机22a的驱动力。另外，在比涡轮22b靠下游侧的废气通路16内配置有用于净化废气的催化器48。
此外，本实施方式的系统具有ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元)50。ECU50至少包括输入输出接口、存储器和运算处理装置(CPU)。为了从安装在内燃机10或安装在搭载有该内燃机10的车辆中的各种传感器中读入传感器信号，并且对内燃机10所具有的各种促动器输出操作信号，而设置输入输出接口。供ECU50读入信号的传感器除了包括上述的空气流量计20及进气压力传感器40，还包括用于取得曲轴的旋转位置及发动机转速的曲轴转角传感器52等的用于取得发动机运转状态的各种传感器。在上述传感器中也包含检测蓄电池26的充电状态(SOC)的SOC传感器54以及将搭载内燃机10的车辆的加速踏板的踏下量(油门开度)检测出来的油门开度传感器56。在ECU50发出操作信号的促动器中除了包含上述的电动机24b、交流发电机28、进气旁通阀32、节气门36以及WGV46，还包含用于对各缸的燃烧室内供给燃料的燃料喷射阀58、以及用于将各燃烧室内的混合气体点燃的点火装置60等的用于控制发动机运转的各种促动器。在存储器中存储用于控制内燃机10的各种的控制程序以及映射等。CPU从存储器中读出并执行控制程序等，基于读入的传感器信号生成各种促动器的操作信号。
实施方式1中的发动机转矩的控制方法
与运转区域相对应的发动机转矩的控制方法的不同
图2是用于以与发动机运转区域的关系来说明在图1所示的系统中使用的发动机转矩的控制方法的图。在本实施方式中，当内燃机10处于稳定状态的稳定运转时，使用根据图2所示的关系的发动机转矩控制。稳定状态是相对于时间的经过，发动机转速及发动机转矩恒定地推移的状态。但是，也可以在发动机转速及发动机转矩随着时间的经过而发生变化的过渡状态下，进行根据上述关系的发动机转矩控制。
WGV全开区域
如图2所示，在低负荷(低发动机转矩)侧的运转区域，在以开度控制范围内的最大开度(全开开度)打开了WGV46的状态下，利用节气门36的开度调整来控制吸入空气量，结果控制发动机转矩。在该运转区域(以下称为“WGV全开区域”)，由于空气流量增加，所以除了由涡轮增压器22进行若干的增压的局部的高发动机转速区域以外，不进行吸入空气的增压。另一方面，在WGV全开区域，进行吸入空气的增压。在该情况下，依据发动机运转区域选择单增压模式及双增压模式中的任一种。
单增压区域
在比WGV全开区域靠高负荷侧(高发动机转矩侧)的区域，设定有利用单增压模式的单增压区域。单增压模式是只利用涡轮增压器22的增压模式。在单增压模式下，向电动机24b的通电停止，且使进气旁通阀32全开。结果，避免电动增压器24的压缩机24a成为进气阻力，并且利用废气能量将被涡轮增压器22增压了的进气供给到各缸的燃烧室内。在进行单增压模式的单增压区域，在将节气门36保持成全开的状态下，通过WGV46的开度控制来控制增压压力，结果使吸入空气量发生变化而控制发动机转矩。
在图2中用实线表示的曲线C1是表示WGV全开区域与单增压区域的边界的曲线，换言之，是将在WGV全开区域内使节气门开度为全开的状态下实现最大的发动机转矩(相当于后述的转矩边界值TQ1)的发动机工作点相连而获得的曲线。
双增压区域
位于比单增压区域靠高转速高负荷侧的区域设定为利用双增压模式的双增压区域。双增压模式是在将节气门36保持成全开的状态下一起利用涡轮增压器22和电动增压器24的增压模式，在双增压模式下，在使进气旁通阀32基本全闭的状态下进行向电动机24b的通电。结果，被导入到进气通路14内的进气在依次被电动增压器24及涡轮增压器22增压后被供给到各缸的燃烧室内。由此，能够利用电动增压器24辅助由涡轮增压器22进行的增压。以下，将利用了电动增压器24的由涡轮增压器22进行的增压辅助简称为“电动辅助”。
在图2中用实线表示的曲线C2是将在利用单增压模式或双增压模式的状态下发挥最大的发动机转矩的发动机工作点相连而获得的曲线。另外，在该图中用虚线表示的曲线C3是表示单增压区域与双增压区域的边界的曲线，在图2中相当于转矩边界值TQ2(参照图4)的轨迹。
双增压模式的优点
当在关闭WGV46的状态下在高转速高负荷区域使用单增压模式时，增压压力以及在涡轮上游的废气压力升高，结果从缸内排出的废气的温度(以下简称为“废气温度”)升高，并且泵气损失增大。并且，当因泵气损失的增大而在单增压模式下的转矩极限附近的转矩区域使用单增压模式时，如后述的图3的(A)所示，油耗变差。另外，根据由废气温度、涡轮上游的废气压力或泵气损失(本发明中的“相当于规定的参数”)产生的制约来设定单增压模式下的转矩极限。见后述，在本实施方式中，作为一例，单增压模式下的转矩极限根据废气温度来设定。能够通过实验等求得在该单增压模式下成为极限的转矩(相当于本发明中的“转矩指标值的上限值”)，来作为能在由废气温度等上述规定的参数产生的制约下利用单增压模式发挥的发动机转矩的上限值。
这里，对通过利用双增压模式(即，进行电动辅助)获得的基本的效果进行说明。如上所述，可以说当因泵气损失的增大而在单增压模式下的转矩极限附近的转矩区域内使用单增压模式时，燃费变差。对此，通过在高转速高负荷区域进行电动辅助，只要是单增压模式，则能使电动增压器24承担应由涡轮增压器22承担的增压的一部分。由此，能够减轻涡轮增压器22的负担，所以能在进一步打开WGV的开度的状态下实现与单增压模式下的发动机转矩相同的发动机转矩，所以能对起因于废气压力的上升的泵气损失的增大进行抑制。另外，能对起因于废气压力的上升的废气温度的上升进行抑制。因此，在利用高转速高负荷区域时，能够利用电动辅助谋求油耗的降低。但是，为了有效地调动由电动辅助的利用得到的燃费降低效果，如以下说明的那样，进行电动辅助时的WGV开度的设定是重要的。
比较例的说明
这里，作为使用双增压区域的情况下的WGV开度及电动机输出的单纯的控制方法，可以考虑以下参照图3说明的比较例。即，考虑当在高转矩区域内进行电动辅助的情况下，如该比较例所示，在单增压区域内，发动机转矩越高，越减小WGV开度，且在WGV开度达到与单增压模式下的转矩极限相对应的最小开度时的发动机转矩即TQ3以上的转矩区域使WGV开度恒定为上述最小开度，并且进行电动辅助。
如上所述，可以说单增压模式下的转矩极限附近的转矩区域是油耗本来就不佳的区域，并且进行电动辅助来减轻涡轮增压器22的负担，基本上在谋求燃费的降低的方面是有效的。但是，如图3所示的比较例所示，当使用在达到单增压模式下的转矩极限后进行电动辅助的控制方法时，在双增压区域中，在WGV开度恒定的条件下，随着发动机转矩的增大而增大电动机输出。结果，流入到涡轮22b的废气的流量的增加使涡轮上游的废气压力(排气歧管压力)过度变大。这关系到泵气损失的增大，所以不再能有效地调动由电动辅助获得的油耗降低效果。另外，不再能够抑制废气温度的上升。
实施方式1中的特征性的发动机转矩控制方法
本实施方式的系统在双增压区域的WGV46的开度及电动增压器24的输出的控制方法上具有特征。图4是表示发动机转矩的各区域内的WGV的开度、电动机24b的输出以及节气门开度的各自的控制特性的图。图4表示利用双增压模式的高发动机转速区域内的相同的发动机转速(作为一例，是图2中表示的NE1)条件下的设定。
更详细而言，图4的(A)表示稳定状态下的发动机转矩与WGV开度的关系，图4的(B)表示稳定状态下的发动机转矩与电动机输出的关系。在图4中，比转矩边界值TQ1低的转矩区域与上述的WGV全开区域相对应。如图4的(C)所示，在WGV全开区域，在使WGV开度恒定为开度控制范围上的最大开度(全开开度)的状态下，发动机转矩越高，将节气门开度控制为越大。在发动机转矩成为转矩边界值TQ1时，节气门开度成为全开开度。
转矩边界值TQ1以上且小于转矩边界值TQ2的转矩区域与上述的单增压区域相对应。在单增压区域，将节气门开度维持成全开开度。以转矩边界值TQ2为上限，随着发动机转矩的增加，将WGV开度控制成减小。另外，在单增压区域，使电动机输出为零(即，不进行向电动机24b的通电)。
成为转矩边界值TQ2以上的转矩区域与上述的双增压区域相对应。在双增压区域，也将节气门开度维持成全开开度。在转矩边界值TQ2处，电动机输出设定为P1。P1是为了发挥如下的压缩机转速而所需的电动机输出，即，为了在能获得转矩边界值TQ2的吸入空气量下防止压缩机24a的存在成为进气阻力而所需的压缩机转速。补充说明的话，当使电动机输出比P1高时，压缩机24a进行向外部的做功(即，开始进行增压)。
在双增压区域，当超过转矩边界值TQ2时，将电动机输出提高为比P1高，由此施加利用了电动增压器24的增压。将电动机输出控制成能在根据图4的(A)所示的特性的WGV开度的控制下发挥与图4的横轴的发动机转矩相符的发动机转矩。详细而言，控制成发动机转矩越高，电动机输出就越大。另一方面，将转矩边界值TQ2处的开度即WGV1作为最小值，随着发动机转矩的增加，将WGV开度控制成增大。另外，在图4的(A)所示的WGV46的控制特性中，转矩边界值TQ2以上的转矩区域(双增压区域)相当于本发明中的“增加区域”。
实施方式1的控制方法的优点和详细做法
与上述比较例不同，采用图4所示的本实施方式的控制特性，将双增压区域设定成WGV开度的“增加区域”，发动机转矩越高，越使WGV开度与WGV1相比进一步打开。由此，能对起因于与发动机转矩的增大相应发生的电动机输出的增加的废气压力的上升进行抑制。因此，能够利用电动辅助降低油耗。另外，能够抑制废气温度的上升。
接下来，图4的(A)所示的WGV开度的控制特性中的拐点(能获得单增压区域与双增压区域的转矩边界值TQ2的发动机工作点)，在图2所示的发动机运转区域上如曲线C3所示，与发动机转速相应地变化。如图2所示，在转矩边界值TQ2与发动机转速的关系上，设定成发动机转速越高，转矩边界值TQ2就越低。更详细而言，在本实施方式中，当在单增压区域内发动机转矩越高而越减小WGV开度时，将转矩边界值TQ2设定成获得废气温度达到规定的上限温度的WGV开度(WGV1)时的发动机转矩。发动机转速越高，废气温度达到上限温度的发动机转矩越低。因而，当以这种由废气温度产生的制约的观点设定转矩边界值TQ2时，如上述的倾向那样，发动机转速越高，转矩边界值TQ2越低。采用这种设定，能够考虑废气温度地适当设定转矩边界值TQ2。另外，采用这种设定，在利用单增压模式时，由于持续利用单增压模式，直到以废气温度的观点成为极限的发动机转矩(TQ2)为止，所以能使利用电动增压器24的转矩区域缩窄。由此，能够抑制电动增压器24的消耗电力。
接下来，说明双增压区域内的WGV开度的打开方式的优选的设定例。将本实施方式的图4的(A)中的双增压区域内的WGV开度设定成以废气温度维持上述的上限温度的形态，随着发动机转矩的增大而打开。当采用使WGV开度以比进行了这种考虑的图4的(A)所示的设定平缓的倾斜度进行变化的设定时，废气温度超过上限温度。相反，当采用使WGV开度比图4的(A)所示的设定陡的倾斜度进行变化的设定时，供给到涡轮22b的废气能量减少，所以导致电动增压器24的消耗电力增加。由此，采用图4的(A)所示的WGV开度的设定，能使废气温度不超过上限温度，并且能够抑制电动增压器24的消耗电力的增加。
实施方式1中的具体的处理
图5是表示为了控制发动机转矩而由ECU50执行的程序的流程图。图6是表示在图5所示的程序中算出的各种映射的设定的图。另外，内燃机10在处于稳定状态的稳定运转过程中起动，每隔规定的控制周期反复执行本程序。
在图5所示的程序中，ECU50首先在步骤100中基于由油门开度传感器56检测的油门开度，计算当下的要求发动机转矩。接着，ECU50进入步骤102，使用曲轴转角传感器52计量当下的发动机转速。
接着，ECU50进入步骤104，计算在当下的稳定运转下的目标进气岐管压力(若是增压时，则相当于目标增压压力)。ECU50所存储的目标进气岐管压力映射根据要求发动机转矩与发动机转速的关系设定了目标进气岐管压力，如图6的(A)所示，设定成要求发动机转矩越高，目标进气岐管压力就越高，且发动机转速越高，目标进气岐管压力就越高。ECU50参照这种映射取得与在步骤100及步骤102中取得的要求发动机转矩和发动机转速相对应的目标进气岐管压力。
接着，ECU50进入步骤106，基于在步骤100及步骤102中取得的要求发动机转矩和发动机转速，计算当下的稳定运转下的目标节气门开度。详细而言，ECU50将决定了发动机转速与转矩边界值TQ1的关系(参照图2中的曲线C1)的映射(省略图示)存储起来，参照这种映射算出与当下的发动机转速相对应的转矩边界值TQ1。当要求发动机转矩为转矩边界值TQ1以上时，ECU50设定全开开度来作为目标节气门开度。另一方面，当要求发动机转矩小于转矩边界值TQ1时，根据决定了要求发动机转矩及发动机转速与目标节气门开度的关系的映射(省略图示)，算出目标节气门开度来作为小于全开开度的值。
接着，ECU50进入步骤108，计算当下的稳定运转下的目标WGV开度。ECU50所存储的目标WGV开度映射根据目标进气岐管压力与发动机转速的关系设定了目标WGV开度，以图6的(B)所示的那样的倾向将目标WGV开度设定成从全开开度(开度控制范围上的最大开度)到全闭开度(开度控制范围上的最小开度)的范围内的值。这里，进气岐管压力与发动机转矩成比例关系。因此，图6的(B)所示的那样的映射的设定是与上述的图4的(A)所示的WGV46的控制特性相关的。
更详细而言，在图6的(B)中标注阴影来表示的区域与图2所示的WGV全开区域相对应。在图6的(B)的映射中用虚线表示的曲线C4相当于图4的(A)所示的拐点(即，能获得转矩边界值TQ2的工作点)的轨迹。未标注有阴影的区域中的相对于曲线C4而言处于低目标进气岐管压力侧的区域与单增压区域相对应。相对于曲线C4而言处于高目标进气岐管压力侧的区域与双增压区域相对应，在该区域，目标进气岐管压力或发动机转速越高，将目标WGV开度设定成越大(成为打开侧的值)。另外，在图6的(B)中，作为一例，表示的是图2中所示的发动机转速NE1下的发动机转矩与目标进气岐管压力的关系。
将WGV开度控制成参照以上说明的图6的(B)的映射获得的目标WGV开度，相当于根据图4的(A)所示的控制特性控制WGV46。ECU50参照这种映射取得与在步骤104及步骤102中取得的目标进气岐管压力和发动机转速相对应的目标WGV开度。
接着，ECU50进入步骤110，计算当下的稳定运转下的目标电动机输出。ECU50所存储的目标电动机输出映射根据目标进气岐管压力与发动机转速的关系决定了目标电动机输出，在与图2所示的双增压区域相对应的区域，以图6的(C)所示的那样的倾向设定目标电动机输出。在该映射中标注有“0％输出”的线不是电动机24b的消耗电力为零的线，而是相当于压缩机24a在外部做的功从零转为正的线。另外，对于目标WGV开度映射，根据与上述的理由相同的理由，目标电动机映射与图4的(B)所示的电动机输出的控制特性相关。更详细而言，在该映射中标注有“0％输出”的线通过能获得转矩边界值TQ2的工作点。因而，将电动机输出控制为成为参照该映射获得的目标电动机输出，相当于根据图4的(B)所示的控制特性控制电动机输出。ECU50参照这种映射取得与在步骤104及步骤102中取得的目标进气岐管压力和发动机转速相对应的目标电动机输出。
接着，ECU50进入步骤112，为了获得利用步骤106～步骤110的处理算出的目标节气门开度、目标WGV开度以及目标电动机输出，而控制节气门36、WGV46以及电动机24b。采用以上说明的图5所示的程序，能在稳定运转下，将节气门开度、WGV开度以及电动机输出维持成各自的目标值附近的值。
另外，在上述的实施方式1中，成为单增压模式下的极限的发动机转矩即TQ2是单增压区域与双增压区域的边界(转矩边界值)。但是，成为上述边界的发动机转矩也可以是低于TQ2的发动机转矩(例如后述的TQ4)。
另外，在上述的实施方式1中，涡轮增压器22相当于本发明中的“第1增压机构”，电动增压器24相当于本发明中的“第2增压机构”，转矩边界值TQ2相当于本发明中的“第1边界值”，单增压区域相当于本发明中的“第1转矩指标值区域”，双增压区域相当于本发明中的“第2转矩指标值区域”以及“增加区域”。另外，通过由ECU50执行步骤112的处理，实现本发明中的“第1控制机构”以及“第2控制机构”。
实施方式2.
接下来，参照图7～图9说明本发明的实施方式2。本实施方式与实施方式1的不同之处在于：在上述的内燃机10中，采用图7所示的控制特性来代替图4所示的控制特性。另外，在本实施方式中，在利用图8所示的转矩边界值TQ4的设定的关系的基础上，在双增压区域利用交流发电机28进行发电，并且将发出的电力直接供给到电动增压器24中。
实施方式2中的发动机转矩的控制方法
图7是表示在本发明的实施方式2中使用的WGV开度以及电动机输出的各自的控制特性的图。另外，图7中的实线是能利用双增压模式的情况，该图中的虚线是在超过了转矩边界值TQ4后也利用单增压模式的情况。但是，在例外的情况下，即，在产生了电动辅助的利用受到限制的状况(见后述)的情况下，有时在本来包含在双增压区域内的转矩边界值TQ4～TQ2的转矩区域内使用单增压模式。另外，在图7所示的控制特性中，单增压模式下的转矩极限与实施方式1同样由废气温度的制约来决定。
实施方式2中的特征性的发动机转矩控制方法
不仅是在实施方式1中参照图3已述的理由(泵气损失的增大)，还包括在单增压模式下的发动机转矩的极限附近因如下这样的理由如图7的(E)中虚线所示使油耗变差。即，在单增压模式下的转矩极限附近，涡轮上游的废气压力较高，因此残留在缸内的气体量增多，发动机循环的初始温度升高。结果，容易发生爆燃。因此，如图7的(D)中的虚线所示，为了抑制爆燃的发生，需要使点火正时比最佳点火正时大幅滞后。
那么，在本实施方式中，考虑到上述2个使油耗升高的主要原因，为了在单增压模式下的转矩极限附近进一步降低油耗，以如下方式设定WGV开度以及电动机输出的各自的控制特性。即，如图7的(B)所示，电动机输出的控制特性是低于单增压模式下的极限转矩即TQ2的发动机转矩TQ4为单增压区域与双增压区域的边界(转矩边界值)。电动机输出是能在图7的(A)所示的WGV开度的控制特性下发挥与图7的横轴的发动机转矩相符的发动机转矩那样的值，控制成发动机转矩越高，电动机输出就越大。
并且，如图7的(A)所示，WGV开度的控制特性在比转矩边界值TQ4靠高转矩的那侧具有相对于发动机转矩的变化使WGV开度恒定推移的“恒定区域(TQ4～TQ5)”。如图7的(C)所示，在使WGV开度恒定且增大了电动机输出时，成为该“恒定区域”的上限的发动机转矩(转矩边界值)TQ5相当于废气温度达到上限温度时的发动机转矩值。另外，上述“恒定区域”不限定于WGV开度相对于发动机转矩的变化而开度严密地恒定推移的区域，也可以是相对于发动机转矩的变化使WGV开度实际上恒定推移的区域。
比转矩边界值TQ5靠高转矩侧的区域如图7的(A)所示，被设定为WGV开度随着发动机转矩的增加而增大的“增加区域”。更详细而言，该区域内的WGV开度的打开方式基于与比实施方式1的图4的(A)所示的控制特性中的转矩边界值TQ2靠高转矩侧的“增加区域”内的打开方式相同的理念。即，选择为了将废气温度维持成上限温度而所需的WGV开度，且选择为了在该WGV开度下发挥与图7的横轴的发动机转矩相符的发动机转矩而所需的电动机输出。
点火正时控制
采用图7所示的控制特性，在双增压区域中的转矩边界值TQ4～TQ2的转矩区域内，使用比与低于单增压模式下的极限转矩的转矩边界值TQ4相对应的WGV开度大的WGV开度，进行电动辅助。由此，与使用单增压模式时相比，能够抑制涡轮上游的废气压力的上升而减少泵气损失。通过抑制废气压力的上升，使残留在缸内的气体量燃烧，所以缸内温度下降。结果，不易发生爆燃。因此，采用根据图7所示的控制特性的双增压模式，能避免抑制爆燃发生的观点上的点火正时的滞后，或者至少减少该滞后量。因而，在转矩区域(TQ4～TQ2)，如图7的(D)所示，与单增压模式相比，能使点火正时提前。
那么，在本实施方式中，在能在转矩边界值TQ4～TQ2的转矩区域内利用电动辅助的情况下，与电动辅助的利用受到限制的情况(即，需要利用单增压模式的情况)相比，使该转矩区域内的各发动机转矩的点火正时提前。
TQ4的设定方法
单增压区域与双增压区域的边界处的转矩边界值TQ4例如能够利用以下参照图8说明的方法来设定。转矩边界值TQ4的设定方法本身并不一定限定于下述的方法，转矩边界值TQ4例如也可以是使图7所示的控制特性结果成为那样地是在使用单增压模式时燃料消耗量最低的附近的发动机转矩值。以下说明的设定方法与本实施方式的系统同样，是在采用直接利用由交流发电机28发出的电力而进行电动辅助的结构的情况下，在谋求油耗的降低的方面有效的方法。
图8是为了说明以油耗最佳化的观点设定转矩边界值TQ4的方法而使用的图。图8所示的关系假想了在稳定运转时需要进行增压的高转速高负荷侧的发动机运转区域。
首先，图8的(A)表示在假设为了使燃料产生发动机转矩而使用且为了产生被电动增压器24消耗的电力而不使用的条件下的燃料消耗量与电动机24b的消耗电力的关系。为了进行电动辅助，例如在WGV全开区域使用充到蓄电池26中的电力时，或者使用从车辆的外部供给到蓄电池26中的电力时，属于这种条件。
在图8的(A)所示的条件下，电动机24b的消耗电力越大，燃料消耗量越少。其理由如下述。即，当使涡轮增压器22做增压用的功时，涡轮上游的废气压力上升，这关系到泵气损失的增大。对此，若使电动增压器24负担涡轮增压器22所负担的功，则能够通过减小涡轮增压器22的功来减少泵气损失。因此，电动机24b的消耗电力越大(即，电动增压器24所负担的功量越多)，燃料消耗量越少。
另一方面，图8的(B)是将利用交流发电机28发出的电力不经由蓄电池26而直接供给到电动机24b进行了电动辅助的情况。图8的(B)中的实线和图8的(A)中的实线表示发动机转矩以及发动机转速相同的条件下的情况。在图8的(B)中的实线的情况下，与图8的(A)的情况不同，燃料消耗量并非随着消耗电力的增加而一律减少，而是存在燃料消耗量成为最小的点。当在消耗电力变得比该最小点大的区域进行电动辅助时，发出电动辅助所需的电力所需要的燃料的消耗的增加以抵消由电动辅助获得的燃料消耗的抑制效果的方式起作用，所以燃料消耗量增加。
如图8的(B)中实线所示的波形那样存在燃料消耗量的最小点的波形，并不是利用在增压区域内的任意工作点均能获得的，而是利用获得低于图8的(B)中表示的直线L的波形的工作点获得的。更详细而言，图8的(B)中用虚线表示的波形利用发动机转矩低于该图中用实线表示的波形的工作点获得。在该工作点，即使进行了电动辅助，也不能获得减少燃料消耗量的优点，所以在与燃料消赀量的关系上，不进行电动辅助是不理想的。当在高发动机转速区域需要进行增压的情况下，随着发动机转矩增高，波形从图8的(B)中的虚线朝向实线持续变化。在该变化的过程中获得低于直线L的波形。因而，在将获得该种波形的发动机转矩设为转矩边界值TQ4，利用该TQ4以上的发动机转矩进行电动辅助时，考虑电动机24b的消耗电力，也能以燃料消耗量减少的形态进行电动辅助。
由此可知，在直接利用由交流发电机28发出的电力进行电动辅助的结构的情况下，在谋求燃料消耗量的减少的观点上，理想的是使能获得低于直线L的波形的发动机转矩为转矩边界值TQ4。另外，当发动机转速变化时，以这种观点决定的转矩边界值TQ4发生变化，更详细而言，发动机转速越高，该转矩边界值TQ4越低。因此，作为相对于发动机转速的变化的倾向，转矩边界值TQ4与在实施方式1中使用的转矩边界值TQ2相同。事先求出具有这种特性的转矩边界值TQ4而以与发动机转速的关系形成映射，从而能在发动机运转区域内特别规定相当于在降低油耗的观点上理想的是进行电动辅助的发动机转矩的下限的转矩边界值TQ4。
另外，在如图8的(B)中的实线的波形那样，燃料消耗量存在最小点的情况下，能获得该最小点的消耗电力的值(油耗最小电力值)因发动机转矩以及发动机转速的变化而变化。图7的(B)所示的电动机输出(消耗电力)的波形相当于在相同的发动机转速下将与各发动机转矩相对应的油耗最小电力值相连而获得的波形。即，在图7的(B)所示的电动机输出的控制特性上反映出以上参照图8说明的思想。
实施方式2的控制方法的优点
如上所述，在图7的(A)的控制特性中，在比转矩边界值TQ4高转矩的那侧设置有“恒定区域”，在“恒定区域”，WGV开度以与低于单增压模式下的极限转矩的发动机转矩相对应的WGV开度(即，大于与极限转矩相对应的WGV开度的WGV开度)恒定地推移。此外，作为接着“恒定区域”的转矩区域，设置有发动机转矩越高，WGV开度越大的“增加区域”。并且，在图7的(B)所示的控制特性中的比转矩边界值TQ4靠高转矩的那侧，进行电动辅助。
采用图7所示的控制特性的设定，与利用单增压模式直到单增压模式的转矩极限为止的情况相比，能够抑制涡轮上游的废气压力的上升而降低泵气损失，所以能够进一步降低油耗。更详细而言，在单增压模式下的转矩极限附近，泵气损失增大，所以当使用单增压模式时，燃料消耗量增加。另一方面，在比单增压模式下的极限转矩低转矩的那侧，如图7的(E)中虚线所示地存在燃料消耗量减少的转矩区域。因而，当在存在于比单增压模式下的极限转矩低转矩的那侧的低燃费区域内设定转矩边界值TQ4时，能够降低油耗。并且，加上在图8所示的油耗最佳化方面考虑到的转矩边界值TQ4的设定，能够更加有效地获得这种油耗的降低效果。
另外，在图7的(A)所示的WGV开度的控制特性中，与图4的(A)所示的控制特性不同，设置有“恒定区域”。通过这样使WGV开度恒定，与控制WGV开度和电动机输出两者的情况相比，能够避免控制的复杂化。另外，将设定有恒定区域的那样的高转矩区域内的WGV开度设定成超过恒定或者实际上恒定的范围，并且即使是比WGV开度变化与单增压区域内的发动机转矩变化的比例平缓的减少率也是发动机转矩越高而WGV开度就越小的这种做法，导致泵气损失增加。因此，出于降低油耗的观点，较佳的也是将该转矩区域设定成“恒定区域”。此外，在使用双增压模式时废气温度达到上限温度的转矩边界值TQ5以上的转矩区域在WGV开度的设定上成为“增加区域”，因此能够抑制废气温度超过上限温度而上升。
此外，在本实施方式中，在能在转矩边界值TQ4～TQ2的转矩区域内利用电动辅助的情况下，与电动辅助的利用受到限制的情况(即，需要利用单增压模式的情况)相比，使该转矩区域内的各发动机转矩的点火正时提前。利用这种点火正时的提前的作用能够更加有效地降低上述转矩区域内的油耗。另外，利用点火正时的提前，与不进行该提前的情况相比，能够提高所产生的发动机转矩，因此能够减少为了实现相同的发动机转矩而需要的电动机输出。
实施方式2中的具体的处理
在将图6所示的目标WGV开度映射以及目标电动机输出映射替换成反映了图7所示的稳定特性的映射的基础上，使ECU50执行与图5所示的程序相同的处理，从而能够实现用于在稳定运转时利用图7所示的控制特性控制发动机转矩的ECU50的控制。
图9是表示为了实现TQ4～TQ2的转矩区域内的上述的点火正时控制而由ECU50执行的程序的流程图。另外，每隔规定的控制周期反复执行本程序。
在图9所示的程序中，ECU50首先在步骤200中判定当下的要求转矩是否出于TQ4～TQ2的转矩区域内。结果，在本判定成立的情况下，ECU50进入步骤202，判定是否能够使用电动增压器24。例如由于利用SOC传感器54检测的蓄电池26的蓄电量低于规定等级，所以产生了优先由除了电动增压器24以外的设备使用由交流发电机28发出的电力的需要的情况，属于电动增压器24的利用受到限制的情况。另外，电动增压器24的利用有时也因电动机24b的温度的观点上的制约而受到限制。在电动增压器24的利用受到限制而选择了单增压模式的情况下，通过应用图7中用虚线表示的波形，使该情况下的发动机转矩的上限值即TQ2属于本发明中的“转矩指标值的上限值”。另外，在使用双增压模式时的恒定区域内采用的开度变得比在转矩边界值TQ4以上的转矩区域内选择了单增压模式的情况下的WGV开度大。
当在步骤202中判定为不可使用电动增压器24的情况下，即，在例外地需要使用单增压模式的情况下，ECU50进入步骤204。在步骤204中，为了进行点火正时控制而使用滞后映射。这里所说的滞后映射是考虑在单增压模式下在TQ4～TQ2的转矩区域内抑制爆燃的发生，并且以要求发动机转矩与发动机转速的关系决定了基本点火正时的映射。
另一方面，当在步骤202中判定为能够使用电动增压器24的情况下，即，在按照当初的设计使用双增压模式的情况下，ECU50进入步骤206。在步骤206中，为了进行点火正时控制而使用提前映射。这里所说的提前映射是考虑在双增压模式下在TQ4～TQ2的转矩区域内抑制爆燃的发生，并且以要求发动机转矩与发动机转速的关系决定基本点火正时的映射。如上所述，采用根据图7所示的控制特性的双增压模式，能够避免在抑制爆燃发生的观点上的点火正时的滞后，或者至少能够减少该滞后量。因此，关于在担心爆燃的发生的高负荷高转速区域内的相同的发动机工作点，在提前映射中决定的基本点火正时被设定成比在滞后映射中决定的基本点火正时提前的值。
另外，本实施方式中的点火正时控制以基于基本点火正时的控制为基础，伴有一般的最佳点火正时控制的执行，上述基本点火正时是按照根据能否使用电动增压器24来选择的滞后映射或提前映射的点火正时。该最佳点火正时控制是指，使用用于检测爆燃的爆燃传感器(省略图示)等将点火正时修正为不使爆燃的发生频度以及爆燃强度超过基准值，并且使点火正时尽量接近最佳点火正时的控制。
另外，在上述的实施方式2中，将低于在使用单增压模式时根据废气温度的制约决定的极限转矩的发动机转矩即TQ4，作为单增压区域与双增压区域的边界(转矩边界值)。但是，相当于本发明中的“第1边界值”的该边界也可以根据除了废气温度以外的规定的参数的制约来决定，详细而言，例如也可以是涡轮上游的废气压力或内燃机的泵气损失。
另外，在上述的实施方式2中，转矩边界值TQ4相当于本发明中的“第1边界值”，转矩边界值TQ5相当于本发明中的“第2边界值”，单增压模式相当于本发明中的“非电动辅助增压模式”，双增压模式相当于本发明中的“电动辅助增压模式”。另外，ECU50在步骤200以及步骤202的判定均成立的情况下，执行步骤206的处理，从而实现本发明中的“点火正时控制机构”。
另外，在实施方式1中，将与WGV开度相关的“增加区域”的下限(在实施方式1的情况下也相当于单增压区域与双增压区域的边界)以废气温度的观点设定成转矩边界值TQ2，另一方面，在实施方式2中，设定成在使用双增压模式时废气温度达到上限温度的发动机转矩即转矩边界值TQ5。这样，均基于废气温度设定了成为“增加区域”的下限的发动机转矩。但是，本发明中的“增加区域”的下限不限定于基于废气温度进行设定，例如也可以基于涡轮上游的废气压力或内燃机的泵气损失进行设定。更详细而言，在实施方式1的情况下，也可以代替转矩边界值TQ2，将考虑了涡轮上游的废气压力或泵气损失的观点上的制约而求得的转矩边界值TQ2'设定为“增加区域”的下限。在实施方式2的情况下，也可以代替转矩边界值TQ5，将考虑了涡轮上游的废气压力或泵气损失的观点上的制约而求得的转矩边界值TQ5'设定为“增加区域”的下限。
另外，在实施方式1以及实施方式2中，说明了使用“发动机转矩”本身作为本发明中的“内燃机的转矩指标值”的例子。但是，该转矩指标值只要与发动机转矩相关即可，除了发动机转矩以外，例如也可以是进气压力、发动机负荷率或吸入空气量。
另外，在实施方式1以及实施方式2中，以如下的内燃机10为例进行了说明，即，以在比压缩机22a靠上游侧的进气通路14内串联地具有压缩机24a的方式具有涡轮增压器22和电动增压器24的内燃机10。但是，在成为本发明的对象的内燃机中，除了上述方式以外，也可以在进气通路内并联具有涡轮增压器的压缩机和电动增压器的压缩机，或者也可以在比涡轮增压器的压缩机靠下游侧的进气通路内具有电动增压器的压缩机。另外，相对于涡轮增压器独立设置的电动增压器也可以是电动辅助涡轮增压器。
另外，在实施方式1以及实施方式2中，以具有涡轮增压器22和电动增压器24的内燃机10为例进行了说明。但是，也可以利用1个电动辅助涡轮增压器来代替上述形态实现本发明中的“第1增压机构”以及“第2增压机构”。更详细而言，作为这里所说的电动辅助涡轮增压器，例如具有如下结构，并通过使电动机工作而能够驱动压缩机的涡轮增压器属于该种电动辅助涡轮增压器，即，具有配置在废气通路内的涡轮、配置在进气通路内的压缩机、以及配置在涡轮与压缩机之间的电动机的结构(即，连结涡轮和压缩机的连结轴作为电动机的转子发挥功能的结构)。并且，在只具有电动辅助涡轮增压器的内燃机的情况下，也利用基于与图4的(B)或图7的(B)所示的控制特性相同的思想的控制特性，对电动辅助涡轮增压器所具有的电动机进行控制，并且利用基于与图4的(A)或图7的(A)所示的控制特性相同的思想的控制特性控制废气旁通阀即可。
另外，在实施方式1以及实施方式2中，说明了将作为火花点火式发动机的汽油发动机视作对象的控制，但本发明的控制除了上述的点火正时的控制以外，也可以应用在柴油发动机等的压缩起燃式发动机中。
附图标记说明
10、内燃机；12、内燃机主体；14、进气通路；16、废气通路；18、空气滤清器；20、空气流量计；22、涡轮增压器；22a、涡轮增压器的压缩机；22b、涡轮增压器的涡轮；22c、涡轮增压器的连结轴；24、电动增压器；24a、电动增压器的压缩机；24b、电动增压器的电动机；26、蓄电池；28、交流发电机；30、进气旁通通路；32、进气旁通阀；34、中间冷却器；36、节气门；38、进气岐管；40、进气压力传感器；42、排气歧管；44、废气旁通通路；46、废气旁通阀(WGV)；48、催化器；50、ECU(ElectronicControlUnit)；52、曲轴转角传感器；54、SOC传感器；56、油门开度传感器；58、燃料喷射阀；60、点火装置。

Claims (8)

1.一种内燃机的控制装置，该控制装置控制具有第1增压机构、第2增压机构、废气旁通通路和废气旁通阀的内燃机，所述第1增压机构将利用配置在所述内燃机的废气通路内的涡轮回收的废气能量作为动力源使吸入空气增压，所述第2增压机构将电动机作为动力源使吸入空气增压，所述废气旁通通路绕过所述涡轮，所述废气旁通阀开闭所述废气旁通通路，其特征在于，
所述内燃机的控制装置具有第1控制机构和第2控制机构，
所述第1控制机构在第1转矩指标值区域控制所述废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而减少，所述第1转矩指标值区域是与发动机转矩相关的转矩指标值小于第1边界值的区域，
所述第2控制机构在第2转矩指标值区域中所含的增加区域控制所述废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而增加，并且在所述第2转矩指标值区域为了进行增压而使所述电动机工作，所述第2转矩指标值区域是所述转矩指标值为所述第1边界值以上的区域。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第2控制机构将整个所述第2转矩指标值区域作为所述增加区域，控制所述废气旁通阀的开度，使得该废气旁通阀的开度随着发动机转矩的增加而增加。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述第2转矩指标值区域包括所述转矩指标值为所述第1边界值以上且小于第2边界值的恒定区域、以及作为所述转矩指标值为所述第2边界值以上的转矩指标值区域的所述增加区域，
所述第2控制机构在所述恒定区域控制所述废气旁通阀的开度，使得相对于发动机转矩的变化使该废气旁通阀的开度恒定或者实质上恒定地推移，
所述第1边界值是比转矩指标值的上限值低的转矩指标值，在不伴有将所述电动机作为动力源的增压的非电动辅助增压模式下由规定的参数的制约确定所述转矩指标值的所述上限值，
在所述恒定区域的所述废气旁通阀的开度比在转矩指标值为所述非电动辅助增压模式下的所述上限值时的所述废气旁通阀的开度大。
4.根据权利要求3所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述内燃机的控制装置还具有点火正时控制机构，该点火正时控制机构使在从所述第1边界值起到所述上限值为止的第3转矩指标值区域能利用伴有将所述电动机作为动力源的增压的电动辅助增压模式的情况下的点火正时，比在从所述第1边界值起到所述上限值为止的所述第3转矩指标值区域限制所述电动辅助增压模式的利用而使用所述非电动辅助增压模式的情况下的点火正时提前。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
基于废气温度设定所述增加区域的下限。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
基于所述涡轮的上游的废气压力设定所述增加区域的下限。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
基于所述内燃机的泵气损失设定所述增加区域的下限。
8.根据权利要求1～7中任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
发动机转速越快，所述第1边界值越小。
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