(57)【要約】【課題】内燃機関の運転状況に応じて過給機の応答性を最適にし、加速性能を向上させる技術を提供する。【解決手段】排気通路に設けられ排気で回転駆動されるタービンと、当該タービンが回転することにより回転し吸気過給を行うコンプレッサを有する過給機と、タービン上流の排気圧を調整する排気圧調整手段とを備えた過給機付内燃機関において、排気圧調整手段は、加速時にタービン上流の排気圧を最低にし、その後、吸気管圧力と大気圧の差分に応じて当該排気圧を調整する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられ排気で回転駆動されるタービンと、当該タービンが回転することにより回転し吸気過給を行うコンプレッサを有する過給機と、
前記タービン上流の排気圧を調整する排気圧調整手段と、
を備えた過給機付内燃機関の過給圧制御装置において、
前記排気圧調整手段は、加速時に前記タービン上流の排気圧を最低にし、その後、吸気管圧力と大気圧の差分に応じて当該排気圧を調整することを特徴とする過給機付内燃機関の過給圧制御装置。
【請求項２】
前記排気圧調整手段は、吸気管圧力と大気圧の差分が小さいほど前記タービン上流の排気圧を高くすることを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の過給圧制御装置。
【請求項３】
前記排気圧調整手段は、吸気管圧力と大気圧が等しい時に前記タービン上流の排気圧を最高にすることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機付内燃機関の過給圧制御装置。
【請求項４】
前記排気圧調整手段は、前記過給機に設けられた可変ノズルまたはウェストゲートバルブの開度を調整することにより前記タービン上流の排気圧を調整することを特徴とする請求項１、２または３に記載の過給機付内燃機関の過給圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付内燃機関の過給圧を制御して加速性能を向上させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機付内燃機関においては、低回転部分負荷等の運転領域から加速操作があった場合に、過給応答遅れ（所謂ターボラグ）が生じて加速性能が悪くなるという問題がある。
【０００３】
これに対して、特許文献１に記載の過給機付内燃機関においては、加速初期にタービン上流の排気圧を低下させ、加速後期には加速初期と比べて排気圧を上昇させるように、ウェストゲートバルブの開度等を制御する技術が提案されている。そしてこれにより、加速初期のターボラグを短縮して過給機の応答性を向上させるとともに、加速後期には、排気圧上昇により過給機の駆動エネルギを高め、過給による出力上昇の促進を図っている。
【特許文献１】特開２０００−２０５０５５号公報
【特許文献２】特開２００１−１７３４４８号公報
【特許文献３】特開平１０−２３１７３０号公報
【特許文献４】特公平７−４５８３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タービン上流の排気圧を低下させることは、タービンの仕事量が減少することであるから、加速初期に、過給圧が十分に高いにもかかわらずタービン上流の排気圧を低下させると、逆に過給機の応答性を悪化させてしまい加速性能が悪くなる。また、加速初期にタービン上流の排気圧を低下させた後の排気圧上昇タイミングが早ければ排気圧損が大きくなり、逆に加速性能が悪くなる。
【０００５】
このように、内燃機関の運転状況に応じてタービン上流の排気圧を調整しないと過給機の応答性が悪化する等、加速性能が悪くなるのであるが、上記した特許文献にはかかる点については詳述されていない。
【０００６】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の運転状況に応じて過給機の応答性を最適にし、加速性能を向上させる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明に係る過給機付内燃機関の過給圧制御装置にあっては、排気通路に設けられ排気で回転駆動されるタービンと、当該タービンが回転することにより回転し吸気過給を行うコンプレッサを有する過給機と、前記タービン上流の排気圧を調整する排気圧調整手段と、を備えた過給機付内燃機関において、前記排気圧調整手段は、加速時に前記タービン上流の排気圧を最低にし、その後、吸気管圧力と大気圧の差分に応じて当該排気圧を調整することを特徴とする。
【０００８】
前記排気圧調整手段は、前記過給機に設けられた可変ノズルまたはウェストゲートバルブの開度を調整することにより前記タービン上流の排気圧を調整するものであることを例示することができる。
【０００９】
加速時にタービン上流の排気圧を最低にし、その後、当該排気圧を高めていく場合においては、以下の点に留意する必要がある。すなわち、当該排気圧を高めるタイミングが早
ければ排気圧損が生じ過給機の応答性が悪化する場合があり、逆に当該排気圧を高めるタイミングが遅ければその分排気のエネルギを過給機の仕事に有効に使えなくなり過給機の応答性が悪化する。
【００１０】
それゆえ、本発明に係る過給機付内燃機関のように、加速時にタービン上流の排気圧を最低にし、その後、吸気管圧力と大気圧の差分に応じて当該排気圧を調整することにより、加速時に内燃機関の運転状況（吸気管圧力）に応じてタービン上流の排気圧を調整することができるので、過給機の応答性を最適にすることができ、加速性能を向上させることができる。
【００１１】
吸気管圧力と大気圧の差分に応じてタービン上流の排気圧を調整するにあたって、前記排気圧調整手段は、吸気管圧力と大気圧の差分が小さいほど前記タービン上流の排気圧を高くすることが好適であり、吸気管圧力と大気圧が等しい時に前記タービン上流の排気圧を最高にすることが好適である。
【００１２】
このようにすることで、加速時に、内燃機関の運転状況（吸気管圧力）に応じて、精度よく過給機の応答性を最適にすることができ、加速性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明に係る過給機付内燃機関の過給圧制御装置によれば、内燃機関の運転状況に応じて過給機の応答性を最適にすることができ、加速性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための最良の形態を以下の実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。内燃機関１は、４つの気筒を有する４サイクル・ガソリン機関であり、そのシリンダヘッドの吸気ポート（図示省略）には、吸気通路２が接続されており、この吸気通路２はエアクリーナ３に接続されている。
【００１６】
そして、吸気通路２における前記エアクリーナ３より下流の部位には、過給機４のコンプレッサハウジング４ａが設けられている。この過給機４は、気筒内から排出される排気の熱エネルギを駆動源として作動する遠心過給機であり、タービンハウジング４ｂには、コンプレッサと連結されたタービンが回転自在に内装されており、そのタービンが排気の圧力を受けて回転するようになっている。
【００１７】
コンプレッサハウジング４ａより下流の吸気通路２には、インタークーラ５が取り付けられている。更にインタークーラ５より下流の吸気通路２には、電気的に制御され、吸気通路２内を流通する吸気の流量を調節する電子制御スロットル（以下、「スロットル」という。）６が設けられており、このスロットル６にはスロットル用アクチュエータ６ａが取り付けられている。スロットル６の下流には、吸入空気の脈動を平滑化するためにサージタンク７が設けられている。
【００１８】
そして、インタークーラ５より下流であってスロットル６の上流の吸気通路２には、当該部位の圧力に対応した電気信号を出力する過給圧センサ８が取り付けられている。また
、スロットル６より下流であっての吸気ポートより上流の吸気通路２には、当該部位の圧力（吸気管圧力）に対応した電気信号を出力する吸気管圧力センサ９が取り付けられている。
【００１９】
また、内燃機関１の排気ポート（図示省略）には、排気通路１０が接続されており、当該排気通路１０は、４本の枝管が一本の集合管に合流するよう形成された排気枝管１１、前記集合管と過給機４のタービンハウジング４ｂを介して接続されている排気管１２等により形成されている。そして、この排気管１２には、触媒１３が備えられており、その下流にて図示しないマフラーと接続されている。
【００２０】
また、排気枝管１１と排気管１２とは、バイパス通路１４を介して連通され、このバイパス通路１４には、排気枝管１１側の開口端を開閉するウェストゲートバルブ（以下、「ＷＧＶ」という。）１５が取り付けられている。ＷＧＶ１５は、ソレノイドスイッチや電気モータ等からなるＷＧＶ用アクチュエータ１５ａにより開閉駆動される。
【００２１】
そして、ＷＧＶ用アクチュエータ１５ａによりＷＧＶ１４の開度（以下、「ＷＧＶ開度」という。）が大きくされると、排気枝管１１を流れる排気の一部がバイパス通路１４を介して排気管１２へ流れるため、タービンハウジング４ｂに流入する排気の圧力（タービン上流の排気圧）が低下し、タービンに印加される排気圧が低下する。この結果、タービンからコンプレッサへ伝達される回転エネルギも減少する。
【００２２】
一方、ＷＧＶ用アクチュエータ１５ａによりＷＧＶ開度が小さくされると、排気枝管１１を流れる排気はバイパス通路１４へ流れないため、タービン上流の排気圧が高くなり、タービンに印加される排気の圧力が高くなる。この結果、タービンからコンプレッサへ伝達される回転エネルギも上昇する。
【００２３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１６が併設されている。このＥＣＵ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭなどからなる算術論理演算回路である。
【００２４】
ＥＣＵ１６には、上述した過給圧センサ８、吸気管圧力センサ９に加え、内燃機関１を搭載した車両の室内に取り付けられたアクセルポジションセンサ、クランクポジションセンサ等の各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ１６に入力されるようになっている。
【００２５】
一方、ＥＣＵ１６には、スロットル用アクチュエータ６ａ、ＷＧＶ用アクチュエータ１５ａ等が電気配線を介して接続され、ＥＣＵ１６が、スロットル用アクチュエータ６ａ、ＷＧＶ用アクチュエータ１５ａ等を制御することが可能になっている。
【００２６】
例えば、ＥＣＵ１６は、一定時間毎に実行すべき基本ルーチンにおいて、各種センサの出力信号の入力、機関回転数の演算、燃料噴射量の演算、燃料噴射時期の演算などを実行する。基本ルーチンにおいてＥＣＵ１６が入力した各種信号やＥＣＵ１６が演算して得られた各種制御値は、ＥＣＵ１６のＲＡＭに一時的に記憶される。
【００２７】
更に、ＥＣＵ１６は、各種のセンサやスイッチからの信号の入力、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理において、ＲＡＭから各種制御値を読み出し、それら制御値に従って、ＷＧＶ開度等を制御する。
【００２８】
このＷＧＶ開度制御においては、低速・高負荷となる運転領域では、燃料噴射量に対して吸入空気量が相対的に不足しがちであるため、吸入空気量を増大すべく、ＷＧＶ開度を小さくするように制御し、タービン上流の排気圧を高め、過給機の仕事量を増やして過給圧を高めている。また、吸入空気量が十分な高速領域や燃料噴射量の少ない低負荷領域では、タービン上流の排気圧を下げて排気圧損を小さくしてポンピングロスを低減すべく、逆にＷＧＶ開度を大きくするように制御する。
【００２９】
また、加速要求があった場合には、過給機の応答性を良くし、加速性能を良くする必要があることから、内燃機関の運転状況に応じてＷＧＶ開度を制御する加速時ＷＧＶ開度制御を実行する。
【００３０】
この加速時ＷＧＶ開度制御は、加速要求が有り、かつその時点の過給圧が所定圧より低い場合に実行するものであり、加速初期に一度ＷＧＶを全開させてタービン上流の排気圧を最低にし、その後大気圧と吸気管圧力の差分に応じてＷＧＶ開度を調整するものである。
【００３１】
なお、前記所定圧は、過給圧が当該所定圧以上であればすでに過給機４が十分な仕事をしており、この加速時ＷＧＶ開度制御を実行するまでもなく所望の加速性能を発揮できることを示す値であり、予め実験等により導き出し設定された値である。
【００３２】
このように、加速要求が有っても過給圧が前記所定圧以上である場合に、加速時ＷＧＶ開度制御を実行しないのは、過給圧が十分に高いにもかかわらずＷＧＶを全開にしてタービン上流の排気圧を低下させると、逆に過給機の応答性を悪化させてしまい加速性能が悪くなるからである。
【００３３】
また、加速初期に一度ＷＧＶを全開にしてタービン上流の排気圧を低下させた後の排気圧上昇タイミングが早いと、排気圧損が大きくなり、逆に加速性能が悪くなるので、大気圧と吸気管圧力の差分に応じてＷＧＶ開度を制御する。これにより、内燃機関の運転状況に応じてＷＧＶ開度が制御されるので、過給機の応答性を最適にすることができ、加速性能を向上させることができる。
【００３４】
具体的に、図２に示すフローチャートを用いて加速時ＷＧＶ開度制御について説明する。この制御ルーチンは、予めＥＣＵ１６のＲＯＭに記憶されているルーチンであり、一定時間の経過、あるいはクランクポジションセンサからのパルス信号の入力などをトリガとした割り込み処理としてＥＣＵ１６が実行するルーチンである。
【００３５】
本ルーチンでは、ＥＣＵ１６は、先ず、ステップ（以下、単に「Ｓ」という。）１０１において、加速要求が有るか否かを判定する。これは、アクセルポジションセンサの検出値に基づいて算出されるアクセル開度およびクランクポジションセンサの検出値に基づいて算出される機関回転数などに応じて判定するものであり、例えば、アクセル開度が大きくなり、かつその変化率が所定値以上となったときに加速要求有り判定する。そして、本ステップで肯定判定された場合にはＳ１０２へ進み、否定判定された場合には、上述した加速時ＷＧＶ開度制御を実行する必要がないので、Ｓ１１０へ進み加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグをＯＦＦにして本ルーチンの実行を終了する。
【００３６】
Ｓ１０２においては、過給圧センサ８の検出値に基づいて算出された過給圧が前記所定圧より低いか否かを判定する。そして、本ステップで肯定判定された場合にはＳ１０３へ進み、否定判定された場合には、加速時ＷＧＶ開度制御を実行する必要がないので、Ｓ１１０へ進み加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグをＯＦＦにして本ルーチンの実行を終了する。
【００３７】
Ｓ１０３においては、加速時ＷＧＶ開度制御を実行することが可能であるか否かを判定する。加速時ＷＧＶ開度制御を実行してＷＧＶ開度を制御するよりも優先的にＷＧＶ開度を制御させる必要がある状況の時には、そちらを優先させて加速時ＷＧＶ開度制御を実行しないようにするために、本ステップにて判定するものである。
【００３８】
加速時ＷＧＶ開度制御を実行するよりも優先的にＷＧＶ開度を制御させる必要がある状況としては、以下の事項を例示することができる。（１）内燃機関始動時など触媒１３の温度が活性温度に達していない時には、排気のエネルギをできる限り触媒の温度を上昇させるために用いて、早期に活性させる必要があるので、ＷＧＶ開度を全開にする。（２）当該内燃機関を搭載した車両が雪路を走行している時には、急加速しないように、過給機の仕事量を減らす必要があるので、ＷＧＶ開度を全閉にしないようにする。
【００３９】
このような状況の時には、加速時ＷＧＶ開度制御実行不可として、本ステップで否定判定されてＳ１１０へ進み、加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグをＯＦＦにして本ルーチンの実行を終了する。一方、このような状況ではない場合には、本ステップで肯定判定されてＳ１０４へ進む。
【００４０】
Ｓ１０４においては、加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグがＯＮであるか否かを判定する。これは、言い換えれば加速時ＷＧＶ開度制御実行中であるか否かを判定するものである。そして、本ステップで否定判定された場合には、加速要求があったにもかかわらず未だ加速時ＷＧＶ開度制御が実行されていないことから、Ｓ１０８へ進む。
【００４１】
Ｓ１０８においては吸気管圧力センサ９の検出値に基づいて算出された吸気管圧力が大気圧より低いか否かを判定し、吸気管圧力が大気圧より低いと判定された場合にはＳ１０９へ進み、ＷＧＶ開度を全開にするようにＷＧＶ用アクチュエータ１５ａを制御する。
【００４２】
一方、吸気管圧力が大気圧以上と判定された場合には、すでに吸気管圧力が十分に高いため、それにもかかわらずＷＧＶを全開にしてタービン上流の排気圧を低下させると、逆に過給機の応答性を悪化させてしまい加速性能が悪くなる。それゆえ、かかる場合には、加速時ＷＧＶ開度制御を実行する必要がないので、Ｓ１１０へ進み加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグをＯＦＦにして本ルーチンの実行を終了する。
【００４３】
Ｓ１０４において加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグがＯＮであると判定された場合には、Ｓ１０５へ進み、吸気管圧力センサ９の検出値に基づいて算出された吸気管圧力と大気圧の差を算出する。その後Ｓ１０６へ進み、Ｓ１０５にて算出した吸気管圧力と大気圧の差と、図３に示したマップに基づいてＷＧＶ開度を算出し、算出した開度になるようにＷＧＶ用アクチュエータ１５ａを制御する。
【００４４】
Ｓ１０７においては、加速時ＷＧＶ開度制御を実行中であることを示す加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグをＯＮにする。なお、当該フラグは、Ｓ１１０にてＯＦＦにされるまでＯＮにされたままとなる。
【００４５】
このような制御ルーチンを用いて制御することにより、加速要求が有り、かつ過給圧が所定圧より低く、かつ加速時ＷＧＶ開度制御実行可能な状況においては、吸気管圧力が大気圧より低いことを条件として、加速時ＷＧＶ開度制御が実行開始される。そして、一旦ＷＧＶ開度が全開にされて（Ｓ１０９）、タービン上流の排気圧が最低にされ、その後、吸気管圧力と大気圧の差分に応じてＷＧＶ開度が調整され（Ｓ１０６）、以てタービン上流の排気圧が調整される。これにより、内燃機関の運転状況（吸気管圧力）に応じてＷＧＶ開度が決定されてタービン上流の排気圧が調整されるので、過給機の応答性を最適にす
ることができる。
【００４６】
そして、加速時ＷＧＶ開度制御が実行されている場合においても、その後に、加速要求がなくなった場合（Ｓ１０１で否定判定された場合）、過給圧が所定圧以上となった場合（Ｓ１０２で否定判定された場合）、あるいは雪路走行時など加速時ＷＧＶ開度制御を実行すべきではない状況になった場合（Ｓ１０３で否定判定された場合）には、Ｓ１１０へ進み、加速時ＷＧＶ開度制御実行フラグがＯＦＦにされて当該制御が中止される。
【００４７】
なお、これまでは、ＷＧＶ開度制御について述べたが、過給機４が、可変ノズル（ＶＮ）式遠心過給機（可変ノズル式ターボチャージャ）である場合には、ノズルベーンの開度（以下、「ＶＮ開度」という。）を制御することにより、ＷＧＶ開度を制御するのと同様の効果を得ることができる。
【００４８】
このＶＮ式遠心過給機は、タービンハウジング４ｂに、当該タービンハウジング４ｂ内の排気通路（ノズル通路）の断面積を変化させるノズルベーンが内装されているものである。そして、このノズルベーンは、ＶＮ用アクチュエータによって開閉駆動されるようになっている。
【００４９】
ＶＮ用アクチュエータによりＶＮ開度が小さくされると、ノズル通路の断面積が縮小されるため、ノズル通路を流れる排気の流速及び圧力が高められ、以てタービン上流の排気圧が高められる。一方、ＶＮ開度が大きくされると、ノズル通路の断面積が拡大されるため、ノズル通路を流れる排気の流速及び圧力が低められ、以てタービン上流の排気圧が低められる。
【００５０】
従って、上述したようにＷＧＶ開度を制御するのと同様に、加速要求が有り、かつ過給圧が所定圧より低い場合に、加速初期に一度ＶＮ開度を全開にしてタービン上流の排気圧を最低にし、その後大気圧と吸気管圧力の差分に応じてＶＮ開度を調整するようにすることで、過給機の応答性を最適にすることができ、以て加速性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸排気系の概略構成を示す図である。
【図２】実施例に係る加速時ＷＧＶ開度制御のフローチャートである。
【図３】吸気管圧力と大気圧の差と、ＷＧＶ開度との相関関係を示すマップである。
【符号の説明】
【００５２】
１  内燃機関
２  吸気通路
３  エアクリーナ
４  過給機
５  インタークーラ
６  スロットル
７  サージタンク
８  過給圧センサ
９  吸気管圧力センサ
１０  排気通路
１１  排気枝管
１２  排気管
１３  触媒
１４  バイパス通路
１５  ウェストゲートバルブ（ＷＧＶ）
１６  ＥＣＵ
【図１】
2006132508.tif 000003
【図２】
2006132508.tif 000004
【図３】
2006132508.tif 000005