(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられるタービン、並びに前記タービンのタービンホイールを迂回するポート及び同ポートを開閉するバルブを有するウェイストゲート機構を備える排気タービン過給機と、前記タービンの排気下流側に設けられる排気浄化触媒と、を備える内燃機関に適用され、前記バルブの開度を制御する内燃機関の制御装置において、
機関運転中に機関運転状態に基づき前記バルブの開度が、全閉開度から、前記バルブの開度を開き側に変化させた際に前記ポートを介して流れる排気の流量が増大しなくなるバルブの開度の最小値である最小開度までの範囲内の開度に設定され、
機関運転状態に基づき設定される前記バルブの開度が前記最小開度とされるときには前記バルブの開度を前記最小開度以上において変動させる、内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
前記バルブの開度を変動させる際、当該開度を所定期間毎に変更する、内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
内燃機関は車両の駆動源として同車両に搭載され、
車両が高速定常走行中であるときには前記バルブの開度を前記最小開度以上において変動させる、内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
前記排気通路は、前記タービンと前記排気浄化触媒とを接続する、屈曲した接続部を有しており、
前記ポートは前記タービンホイールの回転軸線を挟んで前記排気浄化触媒とは反対側に位置するとともに前記タービンの出口部と並んで設けられ、
前記バルブは前記ポートを挟んで前記回転軸線とは反対側の箇所を支点として排気下流側に開くフラップ式のバルブである、内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気タービン過給機を搭載した内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気タービン過給機（以下、過給機）を搭載した内燃機関が周知である（例えば特許文献１参照）。過給機はタービン及び同タービンによって駆動されるコンプレッサを備えている。タービンは、排気通路に設けられるタービンハウジングと同タービンハウジングに囲繞されるタービンホイールとによって構成されている。【０００３】
また、過給機にはタービンホイールを迂回して排気を排出するためのウェイストゲート機構が設けられている。ウェイストゲート機構は、タービンホイールを迂回するウェイストゲートポート及び同ウェイストゲートポートを開閉するウェイストゲートバルブとを有している。例えばタービンホイールに導入される排気の圧力が所定の大きさ以上となったときに、ウェイストゲートバルブを開弁することによりウェイストゲートポートを通じて排気を排出させる。すると、タービンホイールに過大な排気の圧力が作用することが回避されて、過給圧が過度に上昇することが抑制される。【０００４】
また、内燃機関では、排気通路に設けられるタービンの排気下流側に排気を浄化するための多孔質状の排気浄化触媒が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７―２４７５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、内燃機関ではＭｎ等の金属を含む燃料が用いられる場合がある。この場合、排気に上記金属が含まれるようになるため、排気浄化触媒に金属が堆積することとなる。ところが、こうして堆積した金属は処理することが難しいため、排気浄化触媒に目詰まりを生じさせることとなる。また、排気系のレイアウトの都合により、排気浄化触媒の入口部における特定の部位に排気が当たりやすいことから、上述した目詰まりが局所的に生じることとなる。そのため、排気浄化触媒の機能が早期に低下するおそれがある。【０００７】
本発明の目的は、排気浄化触媒に局所的な目詰まりが発生することを的確に抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に従う内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられるタービン、並びに前記タービンのタービンホイールを迂回するポート及び同ポートを開閉するバルブを有するウェイストゲート機構を備える排気タービン過給機と、前記タービンの排気下流側に設けられる排気浄化触媒と、を備える内燃機関に適用され、前記バルブの開度を制御する。機関運転中に前記バルブの開度を、前記バルブの開度を開き側に変化させた際に前記ポートを介して流れる排気の流量が増大しなくなるバルブの開度の最小値である最小開度以上において変動させる。【０００９】
同構成によれば、機関運転中にウェイストゲートバルブの開度が上記最小開度以上において変動されるようになるため、ポートを通じて排出される排気の流れ方向が変化するとともに固定化されなくなる。このため、排気浄化触媒の入口部に対して局所的に排気が当たり続けることが抑制され、同入口部のより広い範囲に対して排気が当たるようになる。これにより、排気浄化触媒における局所的な目詰まりの発生が抑制されるようになる。またこのとき、ウェイストゲートバルブの開度を変動させてもこれに伴ってポートを介して流れる排気の流量が変化することはない。従って、排気浄化触媒に局所的な目詰まりが発生することを的確に抑制することができるようになる。【００１０】
この場合、前記バルブの開度を変動させる際、当該開度を所定期間毎に変更するといった態様が好ましい。【００１１】
同構成によれば、排気浄化触媒の入口部において排気の当たる部位が所定期間毎に移り変わるようになる。このため、バルブの開度を変動させる制御構成を容易なものとすることができるようになる。この場合、バルブの開度を段階的に変更することが望ましい。【００１２】
また、機関運転状態に基づき前記バルブの開度を制御する一方、機関運転状態に基づき設定される前記バルブの開度が前記最小開度以上とされるときには前記バルブの開度を前記最小開度以上において変動させるといった態様が好ましい。【００１３】
同構成によれば、機関運転状態に基づきウェイストゲートバルブの開度が制御されることで過給圧の制御が好適に行なわれるようになる。しかも上記構成によれば、機関運転状態に基づき設定されるウェイストゲートバルブの開度が上記最小開度以上とされるときにウェイストゲートバルブの開度が同最小開度以上において変動されるようになる。このため、過給圧の制御に支障を来すことなく、排気浄化触媒における局所的な目詰まりの発生を的確に抑制することができるようになる。【００１４】
この場合、内燃機関は車両の駆動源として同車両に搭載され、車両が高速定常走行中であるときには前記バルブの開度を前記最小開度以上において変動させるといった態様が好ましい。【００１５】
車載内燃機関にあっては特に車両の高速定常走行中に、排気に含まれるＭｎ等の金属が排気浄化触媒に堆積しやすい。またこのとき、ウェイストゲートバルブの開度が上記最小開度以上に設定される。これらのことから、上記構成によれば、Ｍｎ等の金属が排気浄化触媒において局所的に堆積することが的確に抑制されるようになる。【００１６】
また、前記排気通路は、前記タービンと前記排気浄化触媒とを接続する、屈曲した接続部を有しており、前記ポートは前記タービンホイールの回転軸線を挟んで前記排気浄化触媒とは反対側に位置するとともに前記タービンの出口部と並んで設けられ、前記バルブは前記ポートを挟んで前記回転軸線とは反対側の箇所を支点として排気下流側に開くフラップ式のバルブであるといった態様が好ましい。【００１７】
排気系のレイアウトの都合により、タービンと排気浄化触媒とを接続する排気通路の接続部が屈曲している内燃機関がある。上記構成によれば、ウェイストゲート機構のポートがタービンホイールの回転軸線を挟んで排気浄化触媒とは反対側に位置するとともにタービンの出口部と並んで設けられている。また、バルブが上記ポートを挟んで上記回転軸線とは反対側の箇所を支点として排気下流側に開くフラップ式のバルブである。このため、バルブを開弁させることで排気浄化触媒に対して排気が直接当たることで、排気浄化触媒の暖機が促進されるようになる。またこうした構成を備える内燃機関に対して本発明を適用すれば、排気浄化触媒の入口部のより広い範囲に対して排気が当たるようになり、排気浄化触媒における局所的な目詰まりの発生が抑制されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について、タービンを中心とした排気通路の断面構造を示す断面図。
【図２】同実施形態におけるウェイストゲートバルブの開度とウェイストゲートポートを介して流れる排気の流量との関係の一例を示すグラフ。
【図３】同実施形態におけるウェイストゲートバルブの開度制御の実行手順を示すフローチャート。
【図４】同実施形態の作用を説明するための図であって、タービンを中心とした排気通路の断面構造を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図１〜図４を参照して、本発明を車載内燃機関の制御装置として具体化した一実施形態について説明する。
【００２０】
図１に、本実施形態の内燃機関におけるタービンを中心とした排気通路の断面構造を示す。
【００２１】
図１に示すように、内燃機関は車両の駆動源であり、同内燃機関の排気通路２には上流側から順に、タービン１２、接続部４、及び触媒コンバータ４０が設けられている。
【００２２】
タービン１２はタービンハウジング１４と同タービンハウジング１４により囲繞されるタービンホイール１６とを備えている。タービンホイール１６の回転軸線Ｔは図中左右方向に沿って延びている。尚、タービンホイール１６にはコンプレッサホイールが軸連結されており、タービンホイール１６の回転駆動に伴いコンプレッサホイールが回転駆動されるようになっている。
【００２３】
タービンハウジング１４の入口部１７は排気マニホルドに連結されている。
【００２４】
接続部４はタービンハウジング１４の出口部１８に連結されるとともに途中で屈曲して図中下方に延びている。また接続部４は触媒コンバータ４０に連結されている。
【００２５】
触媒コンバータ４０の内部には排気を浄化する多孔質状の排気浄化触媒４１が設けられている。
【００２６】
また、タービンハウジング１４にはタービンホイール１６を迂回して排気を排出するウェイストゲート機構２０が内蔵されている。具体的には、タービンハウジング１４の内部にはタービンホイール１６を迂回する通路であるウェイストゲートポート２２が形成されている。ウェイストゲートポート２２はタービンホイール１６の回転軸線Ｔよりも図中上方に形成されている。すなわち、ウェイストゲートポート２２は、タービンホイール１６の回転軸線Ｔを挟んで排気浄化触媒４１とは反対側に位置するとともに、タービンホイール１６の回転軸線Ｔ上に位置するタービン１２の出口部１８と、同回転軸線Ｔと直交する方向に並んで設けられている。また、タービンハウジング１４の内部にはウェイストゲートポート２２を開閉する電動式のウェイストゲートバルブ２４が設けられている。このウェイストゲートバルブ２４はウェイストゲートポート２２を挟んで回転軸線Ｔとは反対側の箇所を支点として排気下流側に開くフラップ式のバルブである。こうした構造のウェイストゲート機構２０によれば、ウェイストゲートバルブ２４を開弁させることで排気浄化触媒４１に対して排気が直接当たることで、排気浄化触媒４１の暖機が促進されるようになっている。
【００２７】
これらウェイストゲートポート２２及びウェイストゲートバルブ２４によってウェイストゲート機構２０が構成されている。また、上記タービン１２及びウェイストゲート機構２０によって排気タービン過給機（以下、過給機１０）が構成されている。
【００２８】
ウェイストゲートバルブ２４の開度制御を含む内燃機関の各種制御は電子制御装置５０により実行される。制御部として機能する電子制御装置５０は、各種制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置５０は、各種センサの検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて機関を統括的に制御する。
【００２９】
各種センサとしては、機関回転速度を検出する機関回転速度センサ、アクセルペダルの操作量を検出するアクセル操作量センサ、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、車両の走行速度を検出する車速センサ、過給圧を検出する過給圧センサ、冷却水の温度を検出する冷却水温センサ等がある。
【００３０】
電子制御装置５０は各種センサから出力される信号に基づき各種の演算を実行するとともに、それら演算結果に基づき内燃機関の各種制御を実行する。
【００３１】
図２にウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡとウェイストゲートポート２２を介して流れる排気の流量との関係の一例を示す。
【００３２】
ウェイストゲートバルブ２４の物理的な開度ＷＡの最大値は第３所定開度Ｗ３とされている。図２に示すように、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが大きくなると、これに伴ってウェイストゲートポート２２を介して流れる排気の流量が増大するようになる。ただし、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第３所定開度Ｗ３よりも閉じ側の第１所定開度Ｗ１以上では同開度ＷＡを増大してもウェイストゲートポート２２を介して流れる排気の流量は概ね増大しなくなる。
【００３３】
本実施形態では、こうした傾向を考慮して、ウェイストゲートバルブ２４の開度制御において、基本的には、機関運転状態に基づきウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを全閉開度（ＷＡ＝０）から第１所定開度Ｗ１までの範囲内の開度に設定する。
【００３４】
例えば過給圧が低い状態においてアクセル操作量が増大するときには、ウェイストゲートバルブ２４を全閉とする。これにより、タービンホイール１６に対して積極的に排気の圧力が作用するようになり、コンプレッサホイールの回転速度が上昇するようになる。その結果、過給圧が上昇し、機関出力が増大するようになる。
【００３５】
また車両が高速定常走行中であるときには、既に過給圧が高いことからウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１とする。これにより、ウェイストゲートポート２２を通じて積極的に排気を排出させるようにすることでタービンホイール１６に過大な排気の圧力が作用することを回避し、過給圧が過度に上昇することを回避するようにしている。
【００３６】
ここで、本実施形態では、車両が高速定常走行中であるときにはウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにしている。これにより、過給圧の制御に支障を来すことなく、排気浄化触媒４１における局所的な目詰まりの発生を的確に抑制するようにしている。
【００３７】
次に、図３を参照して、ウェイストゲートバルブ２４の開度制御について説明する。図３は、本実施形態におけるウェイストゲートバルブ２４の開度制御の実行手順を示すフローチャートである。尚、このフローチャートに示される一連の処理は機関運転中において電子制御装置５０によって所定期間毎に繰り返し実行される。
【００３８】
図３に示すように、この一連の処理では、まず、車両が高速定常走行中であるか否かを判断する（ステップＳ１）。具体的には、車速センサから出力される信号に基づき車速が所定速度（例えば１００ｋｍ）以上であり且つ同車速の変化速度が所定値以下である場合には車両が高速定常走行中であると判断する。その結果、車両が高速定常走行中ではない場合（ステップＳ１：「ＮＯ」）には、次に、ステップＳ３に進み、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを機関運転状態に基づき設定される開度にして（０≦ＷＡ＜Ｗ１）、この一連の処理を一旦終了する。
【００３９】
一方、ステップＳ１において車両が高速定常走行中である場合（ステップＳ１：「ＹＥＳ」）には、次に、ステップＳ２に進み、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１以上において変動させて、この一連の処理を一旦終了する。ここでは、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを、上記第１所定開度Ｗ１と第２所定開度Ｗ２との間で所定期間（例えば１秒）毎に段階的に変更するようにしている（Ｗ１≦ＷＡ≦Ｗ２）。具体的には、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１から所定期間が経過する毎に所定の変化量ΔＷ分だけ徐々に増大する。そして、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第２所定開度Ｗ２となると、同第２所定開度Ｗ２から所定期間が経過する毎に所定の変化量ΔＷ分だけ徐々に低減する。
【００４０】
次に、図４を参照して、本実施形態の作用について説明する。尚、図４において第１所定開度Ｗ１のときのウェイストゲートバルブ２４の位置及び当該位置におけるウェイストゲートバルブ２４を介して流れる排気の方向を実線にて示す。また、図４において第２所定開度Ｗ２のときのウェイストゲートバルブ２４の位置及び当該位置におけるウェイストゲートバルブ２４を介して流れる排気の方向を二点鎖線にて示す。
【００４１】
機関運転状態に基づきウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが制御されることで過給圧の制御が好適に行なわれるようになる。
【００４２】
ここで、車両の高速定常走行中には排気に含まれるＭｎ等の金属が排気浄化触媒４１に堆積しやすい。このとき、本実施形態によれば、図４に示すように、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが上記第１所定開度Ｗ１以上において変動されるようになるため、ウェイストゲートポート２２を通じて排出される排気の流れ方向が変化するとともに固定化されなくなる。このため、排気浄化触媒４１の入口部４２に対して局所的に排気が当たり続けることが抑制され、同入口部４２のより広い範囲に対して排気が当たるようになる。これにより、Ｍｎ等の金属が排気浄化触媒４１において局所的に堆積することが抑制されるようになり、排気浄化触媒４１における局所的な目詰まりの発生が抑制されるようになる。またこのとき、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを変動させてもこれに伴ってウェイストゲートポート２２を介して流れる排気の流量が変化することはない。
【００４３】
尚、本実施形態における第１所定開度Ｗ１が本発明に係る最小開度に相当する。
【００４４】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
【００４５】
（１）ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを開き側に変化させた際にウェイストゲートポート２２を介して流れる排気の流量が増大しなくなる同ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡの最小値を第１所定開度Ｗ１とする。電子制御装置５０は機関運転状態に基づきウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを制御する一方、車両が高速定常走行中であるときにはウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを上記第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにした。こうした構成によれば、過給圧の制御に支障を来すことなく、排気浄化触媒４１における局所的な目詰まりの発生を的確に抑制することができるようになる。
【００４６】
（２）ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを変動させる際、当該開度ＷＡを所定期間毎に段階的に変更するようにした。こうした構成によれば、排気浄化触媒４１の入口部４２において排気の当たる部位が所定期間毎に段階的に移り変わるようになる。このため、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを変動させる制御構成を容易なものとすることができるようになる。
【００４７】
（３）排気通路２においてタービン１２と排気浄化触媒４１とを接続する接続部４は屈曲している。また、ウェイストゲートポート２２はタービンホイール１６の回転軸線Ｔを挟んで排気浄化触媒４１とは反対側に位置するとともにタービン１２の出口部１８と並んで設けられるものとした。ウェイストゲートバルブ２４はウェイストゲートポート２２を挟んで回転軸線Ｔとは反対側の箇所を支点として排気下流側に開くフラップ式のバルブである。こうした構成によれば、排気浄化触媒４１の暖機が促進されるようになる。また、排気浄化触媒４１に局所的な目詰まりが発生することを的確に抑制することができるようになる。
【００４８】
尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。
【００４９】
・上記実施形態では、図３のフローチャートのステップＳ２の処理において、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを所定期間毎に段階的に変更するようにした。これに代えて、排気流量を積算するとともに、その積算値が所定値に達する毎にウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを変更するようにしてもよい。
【００５０】
・上記実施形態では電動式のウェイストゲートバルブ２４について例示したが、ウェイストゲートバルブを油圧駆動式や負圧駆動式のバルブとすることもできる。
【００５１】
・上記実施形態では、屈曲した形状をなす接続部４を採用したが、内燃機関の排気系のレイアウトはこれに限られるものではなく、直線形状をなす接続部を採用するようにしてもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、ウェイストゲート機構２０がタービンハウジング１４に内蔵されるものについて例示した。これに代えて、ウェイストゲート機構をタービンハウジングの外部に設けるようにすることもできる。
【００５３】
・上記実施形態では、車両の高速定常走行中にウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、他の機関運転状態においてウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにしてもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを変動させる際、当該開度ＷＡを所定期間毎に変更するようにした。これに代えて、ウェイストゲートバルブの開度によって当該開度の継続時間を可変設定するようにしてもよい。この場合、排気浄化触媒の入口部の各部位に対して排気が均等に当たるように、ウェイストゲートバルブの開度と、当該開度の継続時間との関係を予め実験等を通じて設定することが望ましい。
【００５５】
また、ウェイストゲートバルブの開度を変動させる際、同開度を常に変化させるようにすることもできる。
【００５６】
・上記実施形態及びその変形例では、機関運転状態に基づき設定されるウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第１所定開度Ｗ１（最小開度）とされるときに、同ウェイストゲートバルブ２４の開度を第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにした。これに代えて、機関運転状態に基づき設定されるウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第１所定開度Ｗ１よりも僅かに閉じ側の開度とされるときに、同ウェイストゲートバルブ２４の開度を第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにすることもできる。この場合、過給圧の制御に多少は支障を来すことになるものの、排気浄化触媒４１における局所的な目詰まりの発生を的確に抑制することができるようになる。
【００５７】
・また、上記実施形態及びその変形例では、車両が高速定常走行中であるか否かに応じて、ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを第１所定開度Ｗ１以上において変動させるか否かを切り換えるようにしている（図３のフローチャートのステップＳ１参照）。これに代えて、車両が高速高負荷走行中であってもウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第１所定開度Ｗ１に設定されているときには同ウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡを同第１所定開度Ｗ１以上において変動させるようにしてもよい。この場合、例えば登坂において車両が牽引して走行しているときのように車速は低いものの、機関負荷が高い場合においてもウェイストゲートバルブ２４の開度ＷＡが第１所定開度Ｗ１以上において変動されるようになるため、排気浄化触媒４１における局所的な目詰まりの発生を的確に抑制することができるようになる。
【符号の説明】
【００５８】
２…排気通路、４…接続部、１０…過給機、１２…タービン、１４…タービンハウジング、１６…タービンホイール、１７…入口部、１８…出口部、２０…ウェイストゲート機構、２２…ウェイストゲートポート（ポート）、２４…ウェイストゲートバルブ（バルブ）、４０…触媒コンバータ、４１…排気浄化触媒、４２…入口部、５０…電子制御装置。
【図１】
0005858143.tif 000002
【図２】
0005858143.tif 000003
【図３】
0005858143.tif 000004
【図４】
0005858143.tif 000005