WO2017154082A1 - エンジンシステム、エンジンシステムの制御装置、エンジンシステムの制御方法、およびプログラム - Google Patents

エンジンシステム、エンジンシステムの制御装置、エンジンシステムの制御方法、およびプログラム Download PDF

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良洋 林
秉一 安
若井　雄二
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Definitions

  • the present invention relates to an engine system, an engine system control device, an engine system control method, and a program.
  • the turbocharger's work depends on the energy the turbine receives from the exhaust. Therefore, the effect of the turbocharger is small in a low rotation range where there is little exhaust from the engine. Therefore, an engine system that can perform supercharging even when the exhaust gas is small has been studied by providing a turbocharger and an electric compressor in the air supply path (see Patent Document 1).
  • a throttle valve is provided in an engine system in order to control the engine load.
  • the throttle valve is a valve that adjusts the inflow amount of engine intake air.
  • the engine system includes a supercharging system, the number of parts increases, and the cost of the engine system increases.
  • An object of the present invention is to provide an engine system, an engine system control device, an engine system control method, and a program that can reduce the number of parts in an engine system including a turbocharger and an electric compressor.
  • a control device for an engine system is provided in an intake passage through which an engine and intake air supplied to the engine circulate and is driven to compress the intake air.
  • 1 compressor an electric motor that drives the first compressor, a second compressor that is provided in the intake passage independently of the first compressor, and compresses the intake air, and exhaust from the engine circulates
  • a turbine that is provided in an exhaust passage and is driven by the exhaust to drive the second compressor; a bypass passage that is connected to the intake passage and bypasses the first compressor; and the bypass passage
  • an opening / closing valve that opens and closes the engine, and determines whether a required load required for the engine exceeds a load threshold value
  • a load determination unit an electric motor control unit that starts the electric motor when the required load exceeds the load threshold; and an opening degree of the on-off valve when the required load is equal to or less than the load threshold.
  • a valve control unit that switches the open / close valve from an open state to a closed state when the electric motor is started.
  • the valve control unit closes the on-off valve from an open state after the motor is started by the motor control unit. It may be one that switches to a state.
  • control device for the engine system further includes a first acquisition unit that acquires a physical quantity related to the rotation of the first compressor, and the valve control unit includes: The open / close valve may be switched from an open state to a closed state after the start of the electric motor and when the physical quantity acquired by the first acquisition unit exceeds a predetermined threshold.
  • the engine system control device further includes a second acquisition unit that acquires a physical quantity related to rotation of the second compressor, An electric motor control unit stops the electric motor when the physical quantity acquired by the second acquisition unit exceeds a predetermined threshold, and the valve control unit opens and closes the opening / closing at a speed according to the rotation speed of the electric motor.
  • the valve may be switched from a closed state to an open state.
  • an engine system includes an engine, a first compressor that is provided in an intake passage through which intake air supplied to the engine flows and that compresses the intake air when driven.
  • An electric motor that drives the first compressor; a second compressor that is provided in the intake passage independently of the first compressor and compresses the intake air; and an exhaust passage through which exhaust from the engine flows
  • a turbine that drives the second compressor by being rotated by the exhaust, a bypass channel that is connected to the intake channel and bypasses the first compressor, and opens and closes the bypass channel
  • a control method for an engine system comprising: an engine; and an intake passage through which intake air supplied to the engine circulates and being driven to compress the intake air.
  • a turbine that is provided in an exhaust passage and is driven by the exhaust to drive the second compressor; a bypass passage that is connected to the intake passage and bypasses the first compressor; and the bypass passage
  • a control method for an engine system comprising an on-off valve that opens and closes an engine, and determines whether or not a required load required for the engine exceeds a load threshold value And starting the motor when the required load exceeds the load threshold, and when the required load is less than or equal to the load threshold, the opening / closing valve opening is monotonous with respect to the required load. And switching the open / close valve from an open state to a closed state when the electric motor is started.
  • a program is provided in an intake passage through which an intake air supplied to the engine circulates and is driven, and a first compressor that compresses the intake air by being driven;
  • An electric motor for driving the first compressor, a second compressor for compressing the intake air, which is provided independently of the first compressor, and an exhaust passage through which exhaust from the engine flows.
  • a turbine that is provided and rotated by the exhaust to drive the second compressor; a bypass passage that is connected to the intake passage and bypasses the first compressor; and an open / close that opens and closes the bypass passage Determining whether a required load required for the engine exceeds a load threshold in a computer of a control device of an engine system comprising a valve; When the required load exceeds the load threshold, the motor is started, and when the required load is less than or equal to the load threshold, the opening degree of the on-off valve increases monotonously with respect to the required load. And when the electric motor starts, switching the open / close valve from the open state to the closed state is executed.
  • the control device adjusts the intake air amount of the engine by controlling the opening degree of the on-off valve that opens and closes the bypass flow path when the required load is equal to or less than the load threshold. be able to. Thereby, the engine system can adjust the inflow amount of the intake air of the engine without providing the throttle valve.
  • 1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to a first embodiment. It is a schematic block diagram which shows the software structure of the engine controller which concerns on 1st Embodiment. It is a flowchart which shows the control operation of the supercharging system by the engine controller which concerns on 1st Embodiment. It is a schematic block diagram which shows the modification of the engine system which concerns on embodiment. It is a schematic block diagram which shows the structure of the computer which concerns on at least 1 embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine system according to the first embodiment.
  • the engine system 1 includes an engine 11, an engine controller 13, a supercharging system 14, and an intercooler 15.
  • the engine system 1 according to the first embodiment does not include a throttle valve that controls the flow rate of intake air supplied to the engine 11.
  • Examples of the engine 11 include a gasoline engine and a diesel engine.
  • the engine controller 13 performs adjustment of the fuel injection amount of the engine 11, control of the supercharging system 14, and other controls based on the engine control signal including the rotation speed and the required load.
  • the required load is a load required for the engine.
  • the engine controller 13 is an example of a control device for an engine system.
  • the supercharging system 14 is a system for increasing the intake air density of the engine 11 and obtaining high combustion energy.
  • the intercooler 15 cools the intake air compressed by the supercharging system 14.
  • the supercharging system 14 includes an intake passage 141, an exhaust passage 142, an electric compressor 143, a battery 144, a turbocharger 145, a bypass valve 146 (an on-off valve), a first A pressure sensor 147 and a second pressure sensor 148 are provided.
  • the intake passage 141 is a pipe that distributes intake air to the engine 11.
  • the intake passage 141 includes a main intake passage 1411 that passes through the turbocharger 145 and the electric compressor 143, and a bypass passage 1412 that passes through the turbocharger 145 without passing through the electric compressor 143.
  • the exhaust passage 142 is a pipe through which exhaust from the engine 11 is circulated.
  • the electric compressor 143 is a device that compresses the intake air of the engine 11 by electricity supplied from the battery 144.
  • the electric compressor 143 includes a compressor 1431 (first compressor) and an electric motor 1432.
  • the compressor 1431 is provided in the main intake passage 1411 of the intake passage 141.
  • the compressor 1431 rotates to compress the intake air.
  • the electric motor 1432 is driven by being supplied with electricity from the battery 144.
  • the electric motor 1432 and the compressor 1431 rotate on a common shaft. Therefore, the electric motor 1432 drives the compressor 1431.
  • the turbocharger 145 is a device that compresses intake air of the engine 11 by exhaust of the engine 11.
  • the turbocharger 145 includes a compressor 1451 (second compressor) and a turbine 1452.
  • the compressor 1451 is provided in the intake passage 141 of the engine 11.
  • the compressor 1451 compresses intake air by rotating.
  • the turbine 1452 is provided in the exhaust passage 142 of the engine 11.
  • the turbine 1452 rotates on a common shaft with the compressor 1451. Therefore, the turbine 1452 is driven by the exhaust to drive the compressor 1451.
  • the bypass valve 146 is provided in the bypass flow path 1412 in the intake flow path 141. By opening the bypass valve 146, the flow rate of the intake air passing through the electric compressor 143 decreases. When the bypass valve 146 is closed, the flow rate of the intake air passing through the electric compressor 143 increases.
  • the first pressure sensor 147 measures the outlet pressure of the electric compressor 143 (compressor 1431).
  • the second pressure sensor 148 measures the outlet pressure of the turbocharger 145 (compressor 1451).
  • FIG. 2 is a schematic block diagram illustrating a software configuration of the engine controller according to the first embodiment.
  • the engine controller 13 includes a signal reception unit 301, an engine control unit 302, a load determination unit 303, a first acquisition unit 304, a second acquisition unit 305, an electric motor control unit 306, and a valve control unit 307.
  • the signal receiving unit 301 receives an engine control signal.
  • the engine control unit 302 controls the fuel injection amount and fuel injection timing of the engine 11 based on the engine control signal received by the signal receiving unit 301.
  • the load determination unit 303 determines whether the required load included in the engine control signal received by the signal reception unit 301 exceeds the load threshold value.
  • the load threshold for example, the maximum load that can be output by natural intake of the engine 11 can be used.
  • the first acquisition unit 304 acquires a sensor signal indicating the outlet pressure of the electric compressor 143 from the first pressure sensor 147.
  • the second acquisition unit 305 acquires a sensor signal indicating the outlet pressure of the turbocharger 145 from the second pressure sensor 148.
  • the electric motor control unit 306 controls the rotation speed of the electric motor 1432 based on the determination result of the load determination unit 303 and the sensor signal acquired by the second acquisition unit 305.
  • the valve control unit 307 controls the opening degree of the bypass valve 146 based on the determination result of the load determination unit 303 and the sensor signal acquired by the first acquisition unit 304.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a control operation of the supercharging system by the engine controller according to the first embodiment.
  • the engine control unit 302 controls the fuel injection amount and the fuel injection timing of the engine 11 based on the engine control signal (step S1). .
  • the load determination unit 303 determines whether the required load of the engine 11 included in the engine control signal exceeds the load threshold (step S2).
  • the electric motor control unit 306 starts supplying electricity from the battery 144 to the electric motor 1432.
  • the electric motor 1432 starts (step S3).
  • the rotation speed of the electric motor 1432 gradually increases after starting to reach the target rotation speed. That is, the rotational speed of the electric motor 1432 immediately after starting does not reach the target rotational speed.
  • the first acquisition unit 304 acquires a sensor signal indicating the outlet pressure of the electric compressor 143 from the first pressure sensor 147 (step S4).
  • the valve control unit 307 determines whether or not the outlet pressure indicated by the sensor signal acquired by the first acquisition unit 304 has exceeded the first pressure threshold (step S5).
  • the first pressure threshold corresponds to the outlet pressure of the electric compressor 143 when the rotation speed of the electric compressor 143 exceeds a certain number and a sufficient flow rate of air flows through the main intake passage 1411 by the electric compressor 143.
  • the first pressure threshold is a value determined by a previous experiment or simulation.
  • step S6 when the outlet pressure of the electric compressor 143 exceeds the first pressure threshold (step S5: YES), the valve control unit 307 closes the bypass valve 146 (step S6). That is, the valve control unit 307 changes the opening degree of the bypass valve 146 to 0%. Therefore, the intake air does not pass through the bypass passage 1412 but flows into the turbocharger 145 through the main intake passage 1411. As a result, the electric compressor 143 starts supercharging assistance. As described above, the valve control unit 307 switches the bypass valve 146 from the open state to the closed state after the motor 1432 is started by the motor control unit 306.
  • the second acquisition unit 305 acquires a sensor signal indicating the outlet pressure of the turbocharger 145 from the second pressure sensor 148 (step S7).
  • the electric motor control unit 306 determines whether or not the outlet pressure indicated by the sensor signal acquired by the second acquisition unit 305 exceeds the second pressure threshold (step S8).
  • the second pressure threshold corresponds to the outlet pressure of the turbocharger 145 when the rotation speed of the turbocharger 145 exceeds a certain number and supercharging assistance by the electric compressor 143 becomes unnecessary.
  • the second pressure threshold is a value determined by a previous experiment or simulation.
  • step S8 when the outlet pressure of the turbocharger 145 exceeds the second pressure threshold value (step S8: YES), the motor control unit 306 decreases the rotational speed of the motor 1432 by a certain number (step S9). Further, the valve control unit 307 increases the opening degree of the bypass valve 146 by a certain amount (step S10). At this time, the valve control unit 307 increases the opening degree of the bypass valve 146 by the opening degree corresponding to the decrease in the rotational speed with respect to the target rotational speed of the electric motor 1432.
  • step S11 determines whether or not the electric motor 1432 has stopped (step S11).
  • step S11: NO the engine controller 13 returns the process to step S9, decreases the rotational speed of the electric motor 1432, and increases the opening degree of the bypass valve 146.
  • step S11: YES the engine controller 13 ends the control operation of the electric compressor 143.
  • the valve control unit 307 controls the opening degree of the bypass valve 146 to an opening degree corresponding to the required load (step S12). For example, the valve control unit 307 changes the opening of the bypass valve 146 to an opening corresponding to the ratio of the required load with respect to the load threshold. That is, the valve control unit 307 performs control so that the opening degree of the bypass valve 146 increases monotonously with respect to the required load. As a result, the flow rate of the intake air flowing through the intake flow path 141 increases monotonously with respect to the required load. By this control, the engine controller 13 can cause the bypass valve 146 to realize a function equivalent to that of the conventional throttle valve.
  • the valve control unit 307 performs control so that the opening degree of the bypass valve 146 increases monotonously with respect to the required load when the required load is equal to or less than the load threshold. .
  • the engine system 1 can adjust the flow rate of the intake air at the partial load without providing a throttle valve.
  • the electric compressor 143 When the required load is less than or equal to the load threshold value, the electric compressor 143 is not driven because the engine 11 needs to reduce the air flow rate. On the other hand, when the required load exceeds the load threshold, the engine 11 needs to increase the air flow rate, so that the intake flow rate is not limited by the conventional throttle valve. As described above, since the timing at which the intake flow rate should be limited and the timing at which the electric compressor 143 should be driven do not overlap, the restriction of the intake flow rate and the flow path change to the electric compressor 143 can be consolidated in the bypass valve 146. .
  • the engine controller 13 can limit the flow rate of the intake air regardless of the throttle valve. Thereby, the engine controller 13 can reduce a pumping loss compared with the case where the intake air flow rate is adjusted by a throttle valve.
  • the valve control unit 307 switches the bypass valve 146 from the open state to the closed state after the motor 1432 is started by the motor control unit 306. Thereby, the valve control unit 307 can prevent the supply air pressure from decreasing immediately after the start of the electric motor 1432.
  • the valve control unit 307 switches the bypass valve 146 from the open state to the closed state when the outlet pressure of the electric compressor 143 exceeds the first pressure threshold. Accordingly, the valve control unit 307 can close the bypass valve 146 after the rotational speed of the electric motor 1432 has surely reached a certain value.
  • the engine controller 13 when the outlet pressure of the turbocharger 145 exceeds the second pressure threshold, gradually decreases the speed of the electric motor 1432 and responds to the rotational speed of the electric motor 1432.
  • the bypass valve 146 is switched from the closed state to the open state at a determined speed.
  • the influence of the resistance due to the deceleration of the electric compressor 143 can be reduced. That is, according to the engine controller 13 according to the first embodiment, it is possible to prevent the supercharging amount of the supercharging system 14 from rapidly decreasing.
  • the valve control unit 307 controls the opening degree of the bypass valve 146 based on the outlet pressure of the electric compressor 143, but is not limited thereto.
  • the valve control unit 307 may control the opening degree of the bypass valve 146 based on the rotation speed, torque, or other physical quantity related to the rotation of the electric compressor 143.
  • the valve control unit 307 may control the opening degree of the bypass valve 146 based on the elapsed time from the start of the electric motor 1432. For example, the valve control unit 307 may close the bypass valve 146 when 0.1 second has elapsed since the motor control unit 306 started the motor 1432.
  • the motor control unit 306 controls the rotation speed of the motor 1432 based on the outlet pressure of the turbocharger 145, but is not limited thereto.
  • the electric motor control unit 306 may control the rotational speed of the electric motor 1432 based on the rotational speed and torque of the turbocharger 145 or other physical quantities related to the rotation of the turbocharger 145.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a modification of the engine system according to the embodiment.
  • the electric compressor 143 is provided in the front stage of the turbocharger 145, but is not limited thereto.
  • the engine controller 13 can achieve the same effect as the above-described embodiment.
  • the engine controller 13 controls the engine 11 and the supercharging system 14, but is not limited thereto.
  • a turbo controller that controls the supercharging system 14 may be provided separately from the engine controller 13. In this case, when the required load is less than the load threshold, the engine controller 13 outputs an opening degree command for the bypass valve 146 to the turbo controller.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram illustrating a configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • the computer 900 includes a CPU 901, a main memory 902, a storage 903, and an interface 904.
  • the engine controller 13 described above is mounted on the computer 900.
  • the operation of each processing unit described above is stored in the storage 903 in the form of a program.
  • the CPU 901 reads a program from the storage 903, expands it in the main memory 902, and executes the above processing according to the program.
  • the storage 903 is an example of a tangible medium that is not temporary.
  • Other examples of the tangible medium that is not temporary include a magnetic disk, a magneto-optical disk, an optical disk, and a semiconductor memory connected via the interface 904.
  • this program is distributed to the computer 900 via a communication line, the computer 900 that has received the distribution may develop the program in the main memory 902 and execute the above processing.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above. Further, the program may be a so-called difference file (difference program) that realizes the above-described function in combination with another program already stored in the storage 903.
  • difference file difference program
  • the control device of the engine system when the required load is equal to or less than the load threshold, the intake flow path passing through the first compressor is blocked by the stopped first compressor. That is, when the required load is less than or equal to the load threshold, most of the intake air is supplied to the engine via the bypass flow path. Therefore, the control device according to at least one of the above aspects adjusts the intake air amount of the engine by controlling the opening degree of the on-off valve that opens and closes the bypass flow path when the required load is equal to or less than the load threshold. be able to. Thereby, the engine system can adjust the inflow amount of the intake air of the engine without providing the throttle valve.

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Abstract

制御装置は、エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定する。制御装置は、要求負荷が負荷閾値を超える場合に、電動機を始動させる。制御装置は、要求負荷が負荷閾値以下である場合に、開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御する。制御装置は、電動機が始動する場合に、開閉弁を開状態から閉状態に切り替える。

Description

エンジンシステム、エンジンシステムの制御装置、エンジンシステムの制御方法、およびプログラム
　本発明は、エンジンシステム、エンジンシステムの制御装置、エンジンシステムの制御方法、およびプログラムに関する。
　ターボチャージャの仕事は、タービンが排気から受けるエネルギーに依存する。そのため、エンジンからの排気が少ない低回転域においては、ターボチャージャの効果が小さい。そこで、給気経路にターボチャージャと電動コンプレッサとを備えることで、排気が小さい場合にも過給を行うことができるエンジンシステムが研究されている（特許文献１を参照）。
米国特許第６９２０７５６号明細書
　一般的に、エンジンの負荷を制御するために、エンジンシステムにはスロットルバルブが設けられる。スロットルバルブは、エンジンの吸気の流入量を調整する弁である。他方、エンジンシステムが過給システムを備えると部品数が多くなるため、エンジンシステムのコストが増大する。
　本発明の目的は、ターボチャージャと電動コンプレッサとを備えるエンジンシステムにおいて、部品数の削減を可能とするエンジンシステム、エンジンシステムの制御装置、エンジンシステムの制御方法、およびプログラムを提供することにある。
　本発明の第１の態様によれば、エンジンシステムの制御装置は、エンジンと、前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備えるエンジンシステムの制御装置であって、前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定する負荷判定部と、前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させる電動機制御部と、前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御し、前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える弁制御部とを備える。
　本発明の第２の態様によれば、第１の態様に係るエンジンシステムの制御装置は、前記弁制御部が、前記電動機制御部による前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えるものであってよい。
　本発明の第３の態様によれば、第２の態様に係るエンジンシステムの制御装置は、前記第１コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第１取得部をさらに備え、前記弁制御部が、前記電動機の始動より後であり、かつ前記第１取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えるものであってよい。
　本発明の第４の態様によれば、第１から第３の何れかの態様に係るエンジンシステムの制御装置は、前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第２取得部をさらに備え、前記電動機制御部が、前記第２取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機を停止させ、前記弁制御部が、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替える、ものであってよい。
　本発明の第５の態様によれば、エンジンシステムは、エンジンと、前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁と第１から第５の何れかの態様に係る制御装置とを備える。
　本発明の第７の態様によれば、エンジンシステムの制御方法は、エンジンと、前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備えるエンジンシステムの制御方法であって、前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定することと、前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させることと、前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御し、前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることとを含む。
　本発明の第８の態様によれば、プログラムは、エンジンと、前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、前記バイパス流路を開閉する開閉弁とを備えるエンジンシステムの制御装置のコンピュータに、前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定することと、前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させることと、前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御し、前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることとを実行させる。
　要求負荷が負荷閾値以下である場合、第１コンプレッサを経由する吸気流路は、停止している第１コンプレッサによって閉塞される。つまり、要求負荷が負荷閾値以下である場合、吸気のほとんどはバイパス流路を経由してエンジンに供給される。したがって、上記態様の少なくとも１つに係る制御装置は、要求負荷が負荷閾値以下である場合にバイパス流路を開閉する開閉弁の開度を制御することで、エンジンの吸気の流入量を調整することができる。これにより、エンジンシステムは、スロットルバルブを備えることなくエンジンの吸気の流入量を調整することができる。
第１の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。 第１の実施形態に係るエンジンコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。 第１の実施形態に係るエンジンコントローラによる過給システムの制御動作を示すフローチャートである。 実施形態に係るエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。 少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
〈第１の実施形態〉
　以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
　図１は、第１の実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
　エンジンシステム１は、エンジン１１とエンジンコントローラ１３と過給システム１４とインタークーラ１５とを備える。第１の実施形態に係るエンジンシステム１は、エンジン１１に供給される吸気の流量を制御するスロットルバルブを備えない。
　エンジン１１の例としては、ガソリンエンジンおよびディーゼルエンジンが挙げられる。
　エンジンコントローラ１３は、回転数および要求負荷を含むエンジン制御信号に基づいて、エンジン１１の燃料噴射量の調整、過給システム１４の制御、およびその他の制御を実行する。要求負荷は、エンジンに要求される負荷である。エンジンコントローラ１３は、エンジンシステムの制御装置の一例である。
　過給システム１４は、エンジン１１の吸気の密度を高め、高い燃焼エネルギーを得るためのシステムである。
　インタークーラ１５は、過給システム１４により圧縮された吸気を冷却する。
　第１の実施形態に係る過給システム１４は、吸気流路１４１と、排気流路１４２と、電動コンプレッサ１４３と、バッテリ１４４と、ターボチャージャ１４５と、バイパスバルブ１４６（開閉弁）と、第１圧力センサ１４７と、第２圧力センサ１４８とを備える。
　吸気流路１４１は、エンジン１１への吸気を流通させる配管である。吸気流路１４１は、ターボチャージャ１４５と電動コンプレッサ１４３とを経由する主吸気流路１４１１と、電動コンプレッサ１４３を経由せずにターボチャージャ１４５を経由するバイパス流路１４１２とを有する。
　排気流路１４２は、エンジン１１からの排気を流通させる配管である。
　電動コンプレッサ１４３は、バッテリ１４４から供給される電気によりエンジン１１の吸気を圧縮する装置である。電動コンプレッサ１４３は、コンプレッサ１４３１（第１コンプレッサ）と電動機１４３２とを備える。コンプレッサ１４３１は、吸気流路１４１の主吸気流路１４１１に設けられる。コンプレッサ１４３１は回転することにより、吸気を圧縮する。電動機１４３２は、バッテリ１４４から電気の供給を受けて駆動する。電動機１４３２とコンプレッサ１４３１とは共通の軸で回転する。従って、電動機１４３２は、コンプレッサ１４３１を駆動させる。
　ターボチャージャ１４５は、エンジン１１の排気によりエンジン１１の吸気を圧縮する装置である。ターボチャージャ１４５は、コンプレッサ１４５１（第２コンプレッサ）とタービン１４５２とを備える。コンプレッサ１４５１は、エンジン１１の吸気流路１４１に設けられる。コンプレッサ１４５１は回転することにより、吸気を圧縮する。タービン１４５２は、エンジン１１の排気流路１４２に設けられる。タービン１４５２は、コンプレッサ１４５１と共通の軸で回転する。したがって、タービン１４５２は、排気により回転されることで、コンプレッサ１４５１を駆動させる。
　バイパスバルブ１４６は、吸気流路１４１のうちバイパス流路１４１２に設けられる。バイパスバルブ１４６が開状態となることで、電動コンプレッサ１４３を経由する吸気の流量が減少する。バイパスバルブ１４６が閉状態となることで、電動コンプレッサ１４３を経由する吸気の流量が増加する。
　第１圧力センサ１４７は、電動コンプレッサ１４３（コンプレッサ１４３１）の出口圧力を計測する。
　第２圧力センサ１４８は、ターボチャージャ１４５（コンプレッサ１４５１）の出口圧力を計測する。
　図２は、第１の実施形態に係るエンジンコントローラのソフトウェア構成を示す概略ブロック図である。
　エンジンコントローラ１３は、信号受信部３０１、エンジン制御部３０２、負荷判定部３０３、第１取得部３０４、第２取得部３０５、電動機制御部３０６、弁制御部３０７を備える。
　信号受信部３０１は、エンジン制御信号を受信する。
　エンジン制御部３０２は、信号受信部３０１が受信したエンジン制御信号に基づいて、エンジン１１の燃料噴射量および燃料噴射タイミングを制御する。
　負荷判定部３０３は、信号受信部３０１が受信したエンジン制御信号に含まれる要求負荷が、負荷閾値を超えるか否かを判定する。負荷閾値としては、例えばエンジン１１の自然吸気により出力可能な最大の負荷を用いることができる。つまり、要求負荷が負荷閾値を超える場合、エンジン１１が要求負荷を出力するためには過給システム１４により吸気の密度を高める必要がある。
　第１取得部３０４は、第１圧力センサ１４７から電動コンプレッサ１４３の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
　第２取得部３０５は、第２圧力センサ１４８からターボチャージャ１４５の出口圧力を示すセンサ信号を取得する。
　電動機制御部３０６は、負荷判定部３０３の判定結果と第２取得部３０５が取得したセンサ信号とに基づいて、電動機１４３２の回転数を制御する。
　弁制御部３０７は、負荷判定部３０３の判定結果と第１取得部３０４が取得したセンサ信号とに基づいて、バイパスバルブ１４６の開度を制御する。
　図３は、第１の実施形態に係るエンジンコントローラによる過給システムの制御動作を示すフローチャートである。
　エンジンコントローラ１３の信号受信部３０１がエンジンコントローラ１３からエンジン制御信号を受信すると、エンジン制御部３０２は、エンジン制御信号に基づいて、エンジン１１の燃料噴射量および燃料噴射タイミングを制御する（ステップＳ１）。負荷判定部３０３は、エンジン制御信号に含まれるエンジン１１の要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ２）。要求負荷が負荷閾値を超える場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、電動機制御部３０６は、バッテリ１４４から電動機１４３２へ電気の供給を開始する。これにより、電動機１４３２は始動する（ステップＳ３）。なお、電動機１４３２の回転数は、始動後、徐々に増加して目標回転数に至る。つまり、始動直後における電動機１４３２の回転数は目標回転数に至っていない。
　第１取得部３０４は、第１圧力センサ１４７から電動コンプレッサ１４３の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ４）。弁制御部３０７は、第１取得部３０４が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第１圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ５）。第１圧力閾値は、電動コンプレッサ１４３の回転数が一定数を超え、電動コンプレッサ１４３によって主吸気流路１４１１に十分な流量の空気が流通するときの、電動コンプレッサ１４３の出口圧力に相当する。第１圧力閾値は、予めの実験またはシミュレーションにより決定された値である。電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値以下である場合（ステップＳ５：ＮＯ）、エンジンコントローラ１３はステップＳ４に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
　他方、電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値を超える場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６を閉じる（ステップＳ６）。つまり、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を０％に変更する。したがって、吸気はバイパス流路１４１２を経由せず、主吸気流路１４１１を経由してターボチャージャ１４５へ流入する。これにより電動コンプレッサ１４３は、過給の補助を開始する。このように、弁制御部３０７は、電動機制御部３０６による電動機１４３２の始動より後に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。
　電動コンプレッサ１４３が吸気の圧縮の補助を開始すると、第２取得部３０５は、第２圧力センサ１４８からターボチャージャ１４５の出口圧力を示すセンサ信号を取得する（ステップＳ７）。電動機制御部３０６は、第２取得部３０５が取得したセンサ信号が示す出口圧力が、第２圧力閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ８）。第２圧力閾値は、ターボチャージャ１４５の回転数が一定数を超え、電動コンプレッサ１４３による過給の補助が不要となるときの、ターボチャージャ１４５の出口圧力に相当する。第２圧力閾値は、予めの実験またはシミュレーションにより決定された値である。ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値以下である場合（ステップＳ８：ＮＯ）、エンジンコントローラ１３はステップＳ６に処理を戻し、再度センサ信号を取得する。
　他方、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２圧力閾値を超える場合（ステップＳ８：ＹＥＳ）、電動機制御部３０６は、電動機１４３２の回転数を一定数減少させる（ステップＳ９）。また弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を一定量増加させる（ステップＳ１０）。このとき、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を、電動機１４３２の目標回転数に対する回転数の減少分に応じた開度だけ増加させる。例えば、電動機制御部３０６が、ステップＳ３の制御における電動機１４３２の目標回転数に対して、回転数を５％減少させた場合、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を５％増加させる。電動機制御部３０６は、電動機１４３２が停止したか否かを判定する（ステップＳ１１）。電動機１４３２が停止していない場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、エンジンコントローラ１３は、処理をステップＳ９に戻し、電動機１４３２の回転数を減少させ、バイパスバルブ１４６の開度を増加させる。これにより、電動機１４３２の回転が停止した時、バイパスバルブ１４６の開度は１００％となる。電動機１４３２が停止した場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、エンジンコントローラ１３は、電動コンプレッサ１４３の制御動作を終了する。
　また、ステップＳ２において要求負荷が負荷閾値以下である場合（ステップＳ２：ＮＯ）、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を、要求負荷に応じた開度に制御する（ステップＳ１２）。例えば、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度を、負荷閾値に対する要求負荷の割合に相当する開度に変更する。つまり、弁制御部３０７は、バイパスバルブ１４６の開度が、要求負荷に対して単調増加するように制御する。これにより、吸気流路１４１を流通する吸気の流量は、要求負荷に対して単調増加する。この制御により、エンジンコントローラ１３は、バイパスバルブ１４６に従来のスロットルバルブと同等の機能を実現させることができる。
　以上のように、第１の実施形態によれば、弁制御部３０７は、要求負荷が負荷閾値以下である場合に、バイパスバルブ１４６の開度が要求負荷に対して単調増加するように制御する。これにより、エンジンシステム１は、スロットルバルブを備えることなく、部分負荷時における吸気の流量を調整することができる。
　要求負荷が負荷閾値以下であるときは、エンジン１１は空気流量を減少させる必要があるため、電動コンプレッサ１４３は駆動されない。他方、要求負荷が負荷閾値を超えるときは、エンジン１１は空気流量を増加させる必要があるため、従来のスロットルバルブによる吸気流量の制限はなされない。このように、吸気流量を制限すべきタイミングと電動コンプレッサ１４３を駆動すべきタイミングとは重複しないため、吸気流量の制限と電動コンプレッサ１４３への流路変更を、バイパスバルブ１４６に集約させることができる。
　第１の実施形態によれば、エンジンコントローラ１３は、スロットルバルブによらずに吸気の流量を制限することができる。これにより、エンジンコントローラ１３は、スロットルバルブによって吸気流量を調整する場合と比較して、ポンピングロスを低減することができる。
　第１の実施形態によれば、弁制御部３０７は、電動機制御部３０６による電動機１４３２の始動より後に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。これにより、弁制御部３０７は、電動機１４３２の始動の直後に給気圧力が低下することを防ぐことができる。特に、第１の実施形態によれば、弁制御部３０７は、電動コンプレッサ１４３の出口圧力が第１圧力閾値を超えた場合に、バイパスバルブ１４６を開状態から閉状態に切り替える。これにより、弁制御部３０７は、電動機１４３２の回転数が確実に一定値に達してからバイパスバルブ１４６を閉じることができる。
　第１の実施形態によれば、エンジンコントローラ１３は、ターボチャージャ１４５の出口圧力が第２の圧力閾値を超えた場合に、電動機１４３２の速度を徐々に低下させ、また電動機１４３２の回転数に応じた速度で、バイパスバルブ１４６を閉状態から開状態に切り替える。このように電動機１４３２の速度およびバイパスバルブ１４６の開度を徐々に変化させることで、電動コンプレッサ１４３の減速による抵抗の影響を小さくすることができる。つまり、第１の実施形態に係るエンジンコントローラ１３によれば、過給システム１４の過給量が急に低下することを防ぐことができる。
〈他の実施形態〉
　以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、様々な設計変更等をすることが可能である。
　例えば、上述の実施形態では、弁制御部３０７が、電動コンプレッサ１４３の出口圧力に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る弁制御部３０７は、電動コンプレッサ１４３の回転数、トルク、または電動コンプレッサ１４３の回転に関するその他の物理量に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御してもよい。また、他の実施形態においては、弁制御部３０７が、電動機１４３２の始動からの経過時間に基づいてバイパスバルブ１４６の開度を制御してもよい。例えば、弁制御部３０７は、電動機制御部３０６が電動機１４３２を始動させてから０．１秒が経過したときに、バイパスバルブ１４６を閉じてもよい。
　上述の実施形態では、電動機制御部３０６が、ターボチャージャ１４５の出口圧力に基づいて電動機１４３２の回転数を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る電動機制御部３０６は、ターボチャージャ１４５の回転数、トルク、またはターボチャージャ１４５の回転に関するその他の物理量に基づいて電動機１４３２の回転数を制御してもよい。
　図４は、実施形態に係るエンジンシステムの変形例を示す概略構成図である。
　上述の実施形態では、図１に示すように、電動コンプレッサ１４３がターボチャージャ１４５の前段に設けられるが、これに限られない。例えば、他の実施形態において図４に示すように、ターボチャージャ１４５が電動コンプレッサ１４３の前段に設けられていても、エンジンコントローラ１３は上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。
　上述の実施形態では、エンジンコントローラ１３がエンジン１１および過給システム１４を制御するが、これに限られない。例えば、他の実施形態では、エンジンコントローラ１３と別個に過給システム１４を制御するターボコントローラを備えてもよい。この場合、エンジンコントローラ１３は、要求負荷が負荷閾値未満のとき、バイパスバルブ１４６の開度指令をターボコントローラに出力する。
〈コンピュータ構成〉
　図５は、少なくとも１つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
　コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、メインメモリ９０２、ストレージ９０３、インタフェース９０４を備える。
　上述のエンジンコントローラ１３は、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムをストレージ９０３から読み出してメインメモリ９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。
　なお、少なくとも１つの実施形態において、ストレージ９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムをメインメモリ９０２に展開し、上記処理を実行してもよい。
　また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、当該プログラムは、前述した機能をストレージ９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　エンジンシステムの制御装置によれば、要求負荷が負荷閾値以下である場合、第１コンプレッサを経由する吸気流路は、停止している第１コンプレッサによって閉塞される。つまり、要求負荷が負荷閾値以下である場合、吸気のほとんどはバイパス流路を経由してエンジンに供給される。したがって、上記態様の少なくとも１つに係る制御装置は、要求負荷が負荷閾値以下である場合にバイパス流路を開閉する開閉弁の開度を制御することで、エンジンの吸気の流入量を調整することができる。これにより、エンジンシステムは、スロットルバルブを備えることなくエンジンの吸気の流入量を調整することができる。
１　エンジンシステム
１１　エンジン
１３　エンジンコントローラ
１４　過給システム
１４１　吸気流路
１４１１　主吸気流路
１４１２　バイパス流路
１４２　排気流路
１４３　電動コンプレッサ
１４３１　コンプレッサ
１４３２　電動機
１４４　バッテリ
１４５　ターボチャージャ
１４５１　コンプレッサ
１４５２　タービン
１４６　バイパスバルブ
１４７　第１圧力センサ
１４８　第２圧力センサ
３０１　信号受信部
３０２　エンジン制御部
３０３　負荷判定部
３０４　第１取得部
３０５　第２取得部
３０６　電動機制御部
３０７　弁制御部

Claims (7)

  1. 　エンジンと、
    　前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    　前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    　前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    　前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    　前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    　を備えるエンジンシステムの制御装置であって、
    　前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定する負荷判定部と、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させる電動機制御部と、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御し、前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える弁制御部と
    　を備えるエンジンシステムの制御装置。
  2. 　前記弁制御部が、前記電動機制御部による前記電動機の始動より後に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える
    　請求項１に記載のエンジンシステムの制御装置。
  3. 　前記第１コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第１取得部をさらに備え、
    　前記弁制御部が、前記電動機の始動より後であり、かつ前記第１取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替える
    　請求項２に記載のエンジンシステムの制御装置。
  4. 　前記第２コンプレッサの回転に関する物理量を取得する第２取得部をさらに備え、
    　前記電動機制御部が、前記第２取得部が取得した前記物理量が所定の閾値を超えた場合に、前記電動機を停止させ、
    　前記弁制御部が、前記電動機の回転数に応じた速度で、前記開閉弁を閉状態から開状態に切り替える
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載のエンジンシステムの制御装置。
  5. 　エンジンと、
    　前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    　前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    　前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    　前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    　前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    　請求項１から請求項４の何れか１項に記載の制御装置と
    　を備えるエンジンシステム。
  6. 　エンジンと、
    　前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    　前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    　前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    　前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    　前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    　を備えるエンジンシステムの制御方法であって、
    　前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定することと、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させることと、
    　前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御することと
    　を含むエンジンシステムの制御方法。
  7. 　エンジンと、
    　前記エンジンに供給される吸気が流通する吸気流路に設けられて、駆動されることで前記吸気を圧縮する第１コンプレッサと、
    　前記第１コンプレッサを駆動させる電動機と、
    　前記第１コンプレッサとは独立して前記吸気流路に設けられて、前記吸気を圧縮する第２コンプレッサと、
    　前記エンジンからの排気が流通する排気流路に設けられて、該排気によって回転されることで前記第２コンプレッサを駆動させるタービンと、
    　前記吸気流路に接続されて前記第１コンプレッサを迂回するバイパス流路と、
    　前記バイパス流路を開閉する開閉弁と
    　を備えるエンジンシステムの制御装置のコンピュータに、
    　前記エンジンに要求される要求負荷が負荷閾値を超えるか否かを判定することと、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値を超える場合に、前記電動機を始動させることと、
    　前記電動機が始動する場合に、前記開閉弁を開状態から閉状態に切り替えることと、
    　前記要求負荷が前記負荷閾値以下である場合に、前記開閉弁の開度が前記要求負荷に対して単調増加するように制御することと
    　を実行させるためのプログラム。
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