(57)【要約】【課題】過給機を備え、バルブオーバーラップ量を調整可能な内燃機関において、加速時に発生する吹き抜け現象を効果的に抑制できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】エンジン１の吸気系統４０に過給する過給機１０と、エンジン１の回転数を検出するクランク角センサ６２と、バルブオーバーラップ量を調整可能である可変バルブタイミング機構１００と、過給機１０による過給圧を検出する吸気圧センサ６１とを備える制御装置である。当該制御装置のエンジンＥＣＵ７０は、クランク角センサ６２の検出結果に基づきバルブオーバーラップ量を検出し、クランク角センサ６２の検出結果に基づきエンジン１の加速状態を検出する。該エンジンＥＣＵ７０は、エンジン１の加速状態を検出した時に、バルブオーバーラップ量が所定量以上であり、かつ、吸気圧センサ６１により検出された過給圧が所定圧以上である場合、過給圧を低下させる。【選択図】図１
2011169291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に過給する過給機と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を調整可能である可変バルブタイミング機構と、
前記運転状態検出手段で検出された運転状態に基づき前記バルブオーバーラップ量を検出するバルブオーバーラップ量検出手段と、
前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段と、
前記運転状態検出手段により前記内燃機関が加速状態であると検出された時に、前記バルブオーバーラップ量検出手段で検出されたバルブオーバーラップ量が所定量以上であり、かつ、前記過給圧検出手段によって検出された前記過給圧が所定圧以上である場合、前記過給圧を低下させる過給圧低下手段と、
を備える内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記運転状態検出手段は、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段であり、
前記過給圧低下手段は、前記回転数検出手段で検出された回転数が所定値以上である場合に、前記過給圧を低下させる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記過給機をバイパスするバイパス流路に設けられたウエィストゲートバルブを備え、
前記過給圧低下手段は、前記ウエィストゲートバルブを開くことにより、前記過給圧を低下させる請求項１又は請求項２に記載の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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気バルブと排気バルブとが共に開状態となるバルブオーバーラップの量（以下、バルブオーバーラップ量という）を変更可能な可変バルブタイミング機構と、吸気系に過給する過給機とを備える内燃機関の制御装置として、減速時にバルブオーバーラップ量を減少させる際に応答遅れが生じた場合に、ウエィストゲートバルブを開くことにより、排気圧を低下させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
当該制御装置によれば、減速時のバルブオーバーラップ期間に排気圧力が吸気圧力よりも高くなることにより発生する吹き返し現象を抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２３９６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、加速時のバルブオーバーラップ期間に吸気圧力が排気圧力よりも高くなることにより、吹き抜け現象が発生する。この吹き抜け現象は、加速時にバルブオーバーラップ量を減少させることにより抑制できるが、加速時にバルブオーバーラップ量を減少させる際の応答遅れが生じた場合には、吹き抜け現象を抑制する効果が低くなる。さらに、過給機を備える内燃機関においては、吹き抜け現象を抑制する効果がより一層低くなる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、過給機を備え、バルブオーバーラップ量を調整可能な内燃機関において、加速時に発生する吹き抜け現象を効果的に抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するため、内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系に過給する過給機と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記内燃機関の吸気バルブと排気バルブとのバルブオーバーラップ量を調整可能である可変バルブタイミング機構と、前記運転状態検出手段で検出された運転状態に基づき前記バルブオーバーラップ量を検出するバルブオーバーラップ量検出手段と、前記過給機による過給圧を検出する過給圧検出手段と、前記運転状態検出手段により前記内燃機関が加速状態であると検出された時に、前記バルブオーバーラップ量検出手段で検出されたバルブオーバーラップ量が所定量以上であり、かつ、前記過給圧検出手段によって検出された前記過給圧が所定圧以上である場合、前記過給圧を低下させる過給圧低下手段と、を備える。
【０００８】
上記内燃機関の制御装置において、前記運転状態検出手段は、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段であってもよく、前記過給圧低下手段は、前記回転数検出手段で検出された回転数が所定値以上である場合に、前記過給圧を低下させてもよい。
上記内燃機関の制御装置において、前記過給機をバイパスするバイパス流路に設けられたウエィストゲートバルブを備えてもよく、前記過給圧低下手段は、前記ウエィストゲートバルブを開くことにより、前記過給圧を低下させてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
上記内燃機関の制御装置によれば、過給機を備え、バルブオーバーラップ量を調整可能な内燃機関において、加速時に発生する吹き抜け現象を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る制御装置を適用した過給機付内燃機関の概略構成図である。
【図２】エンジンＥＣＵの構成を示すブロック図である。
【図３】エンジンＥＣＵによる加速時の過給圧制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】吹き抜け現象が発生し得る機関運転状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る制御装置を適用した過給機付内燃機関の概略構成図である。この図に示すように、過給機付内燃機関としてのエンジン１は、過給機１０と、可変バルブタイミング機構１００とを備える。過給機１０は、排気系統５０に配されたタービン１２と吸気系統４０に配されたコンプレッサ１４とを備え、排気エネルギにより駆動される排気ターボ過給機である。可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１００は、吸気側に配された吸気側可変バルブタイミング機構（吸気側ＶＶＴ）１０１と、排気側に配された排気側可変バルブタイミング機構（排気側ＶＶＴ）１０２とを備えており、吸気バルブと排気バルブとの開閉時期を可変とする。なお、吸気側ＶＶＴ１０１と排気側ＶＶＴ１０２とは、機械式や電動式、あるいは油圧式のアクチュエータにより駆動される。
【００１２】
エンジン１は、シリンダブロック部２０と、シリンダブロック部２０の上に固定されるシリンダヘッド部３０と、シリンダブロック部２０に燃料と空気とからなる混合気を供給するための吸気系統４０と、シリンダブロック部２０からの排ガスを外部に放出するための排気系統５０とを備えている。
シリンダブロック部２０は、シリンダ２１、ピストン２２、コンロッド２３及びクランク軸２４を備えている。ピストン２２はシリンダ２１内を往復動し、ピストン２２の往復動がコンロッド２３を介してクランク軸２４に伝達され、これにより同クランク軸２４が回転するようになっている。シリンダ２１、ピストン２２のヘッド及びシリンダヘッド部３０は、燃焼室（気筒）２５を形成している。
【００１３】
シリンダヘッド部３０は、燃焼室２５に連通した一対の吸気ポート３１、各吸気ポート３１を開閉する一対の吸気バルブ３２、燃焼室２５に連通した一対の排気ポート３３、各排気ポート３３を開閉する一対の排気バルブ３４、点火プラグ３７、点火プラグ３７に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを有するイグナイタ３８及び燃料を吸気ポート３１内に噴射するインジェクタ３９を備えている。
【００１４】
吸気系統４０は、吸気ポート３１に連通したインテークマニホールド４１、インテークマニホールド４１の一部を構成するサージタンク４２、吸気ポート３１とインテークマニホールド４１とサージタンク４２とともに吸気通路を形成する吸気ダクト４３、吸気ダクト４３とインテークマニホールド４１とに連通された過給機１０のコンプレッサ１４、インテークマニホールド４１内に配されたスロットルバルブ４６を備えている。
【００１５】
排気系統５０は、排気ポート３３に連通し該排気ポート３３とともに排気通路を形成するエキゾーストマニホールドを有する排気管５１と、排気管５１内に配設された過給機のタービン１２、触媒５２と、タービン１２をバイパスする流路であるウエイストゲート５３と、ウエイストゲート５３の開口面積を調整するウエィストゲートバルブ５４とを備えている。
【００１６】
過給機１０は、排気系５０に配されたタービン１２と、吸気系４０に配されタービン１２の出力により回転するコンプレッサ１４とを備えている。ウエィストゲートバルブ５４によりウエイストゲート５３の開口面積が減少されて排気圧力が上昇することにより、タービン１２の出力が増加されて過給機１０による過給圧が上昇する。一方、ウエィストゲートバルブ５４によりウエイストゲート５３の開口面積が増加されて排気圧力が低下することにより、タービン１２の出力が低下されて過給機１０による過給圧が低下する。
【００１７】
スロットルバルブ４６は、インテークマニホールド４１に回転可能に支持され、アクセル操作に連動して又はスロットルバルブアクチュエータから駆動されることによって開度が調整されるようになっている。これにより、スロットルバルブ４６は、インテークマニホールド４１の開口面積を可変とするようになっている。
一方、このシステムは、吸気圧センサ６１、クランク角センサ６２、カム角センサ６３、アクセル開度センサ６４、及びエンジンＥＣＵ７０を備えている。
【００１８】
吸気圧センサ６１は、スロットルバルブ４６より下流側における吸入空気の圧力、即ちサージタンク４２内の圧力（以下、インマニ圧という）Pimを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。
クランク角センサ６２は、クランク軸２４の位相角（以下、クランク角という）Craを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。カム角センサ６３は、カムの位相角（以下、カム角という）Cmaを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。アクセル開度センサ６４は、運転者によって操作されるアクセルペダル６５の操作量（以下、アクセル開度という）Accを検出して検出信号をエンジンＥＣＵ７０へ出力する。
【００１９】
エンジンＥＣＵ７０は、上述の各種のセンサからの信号を入力しつつ、内蔵するマイクロコンピュータにより、所定の演算処理を行って、インジェクタ３９等の燃料噴射系統、点火プラグ３７（点火系統）、及び、過給機１０や可変バルブタイミング機構１００等の吸気系統へ駆動信号を出力する。
図２は、エンジンＥＣＵ７０の構成を示す機能ブロック図である。この図に示すように、エンジンＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７１、メモリ７２、入出力ポート（Ｉ．Ｏ）７３等を備えている。入出力ポート７３は、各種センサからの電気的信号をデジタル演算処理用の信号に変換する。
【００２０】
入出力ポート７３には、入力信号として、吸気圧センサ６１により検出されるインマニ圧Pimに応じた信号と、クランク角センサ６２により検出されるクランク角Craに応じた信号と、カム角センサ６３により検出されるカム角Cmaに応じた信号と、アクセル開度センサ６４により検出されるアクセル開度Accに応じた信号とが供給される。
メモリ７２は、後述する加速時の過給圧制御を実行するための制御プログラムを格納している。該制御プログラムには、吸気バルブ３２及び排気バルブ３４の位相と回転数Neとの関係、及び、バルブオーバーラップ量Vorと回転数Neとの関係を示すマップ等が含まれる。また、メモリ７２には、加速時の過給圧制御を実行する際に取得された各種データが一時的に格納される。
【００２１】
ＣＰＵ７１は、クランク角センサ６２により検出されたクランク角Craに基づいてエンジン１の回転数Neを算出する。また、ＣＰＵ７１は、カム角センサ６３により検出されたカム角Cmaに基づいて吸気バルブ３２と排気バルブ３４とが共に開弁状態となるバルブオーバーラップ量Vorを算出する。
そして、ＣＰＵ７１は、機関運転状態に対応した目標バルブオーバーラップ量を、回転数Neと体積効率Ve（エンジン負荷）と吸気バルブ３２及び排気バルブ３４のカムの位相との関係を示すマップに基づいて算出し、算出した目標バルブオーバーラップ量が得られるように、吸気側可変バルブタイミング機構１０１と排気側可変バルブタイミング機構１０２とのアクチュエータに駆動信号を出力する。また、ＣＰＵ７１は、加速時の過給圧制御をメモリ７２に格納された制御プログラムに基づいて実行する。
【００２２】
ここで、加速時には、過給機１０が作動されてインマニ圧Pimが上昇することから、バルブオーバーラップ量Vorが大きくなればなるほど、未燃焼ガスの吹き抜けが多くなる。そこで、ＣＰＵ７１は、加速時にバルブオーバーラップ量Vorが減少されるように、吸気バルブ３２及び排気バルブ３４のカムの位相と回転数Neとの関係を示すマップに基づいて、吸気側可変バルブタイミング機構１０１と排気側可変バルブタイミング機構１０２とに駆動信号を出力する。
【００２３】
また、ＣＰＵ７１は、メモリ７２に記憶された制御プログラムに基づいて、ウエィストゲートバルブ５４のアクチュエータに駆動信号を出力する。ここで、ウエィストゲートバルブ５４は、加速時には原則的に閉じているが、後述するように必要に応じて開放される。
図３は、車両の加速時の過給圧制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示すように、まず、ステップ１００において、ＣＰＵ７１は、クランク角センサ６２により検出されたクランク角Craに基づいてエンジン１の回転数Neを算出する。次に、ステップ１０１において、ＣＰＵ７１は、回転数Neが増加しているか否か、即ち、エンジン１が加速状態にあるか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１０２へ移行する一方、判定が否定された場合には処理ルーチンを終了する。
【００２４】
次に、ステップ１０２において、ＣＰＵ７１は、算出した回転数Neが閾値（例えば、２０００rpm）以上であるか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１０３へ移行する一方、判定が否定された場合には処理ルーチンを終了する。
ステップ１０３では、ＣＰＵ７１は、カム角センサ６３により検出されたカム角Cmaに基づいてバルブオーバーラップ量Vorを算出する。次に、ステップ１０４において、ＣＰＵ７１は、算出されたバルブオーバーラップ量Vorが、算出された回転数Neに対応する値以上であるか否かを、メモリ７２に記憶されたマップを参照して判定する。ここで、エンジン１の加速時には、バルブオーバーラップ量Vorが減少されるが、本ステップでは、バルブオーバーラップ量Vorの減少の応答遅れが発生しているか否かが判定される。判定が肯定された場合にはステップ１０５へ移行する一方、判定が否定された場合には処理ルーチンを終了する。
【００２５】
ステップ１０５では、ＣＰＵ７１は、吸気圧センサ６１により検出されるインマニ圧Pimに応じた信号に基づいて、過給圧Pscを算出する。次に、ステップ１０６において、ＣＰＵ７１は、算出された過給圧Pscが、メモリ７２に記憶された閾値以上であるか否かを判定する。判定が肯定された場合にはステップ１０７へ移行する一方、判定が否定された場合には処理ルーチンを終了する。
【００２６】
ここで、回転数Neが低いほど過給圧Pscは低くなり、過給圧Pscが低いほど吹き抜けも少なくなる。即ち、回転数、過給圧が低域であれば、バルブオーバーラップ量Vorに関らず、吹き抜けの発生を許容範囲内に抑えることができる。そこで、吹き抜けの発生を許容範囲内に抑えることができる、予め求めた所定の過給圧を、過給圧Pscの閾値に設定している。
【００２７】
ステップ１０７では、ＣＰＵ７１は、ウエィストゲートバルブ５４のアクチュエータに駆動信号を出力し、ウエィストゲートバルブ５４を閉状態から開状態に変化させる。これにより、排気系統５０において排気圧力が低下することにより、タービン１２の出力が低下されて過給機１０による過給圧が低下する。以上で処理ルーチンを終了する。
図４は、吹き抜け現象が発生し得る機関運転状態を示す図である。この図に示すように、高速高負荷領域は、吹き抜け領域となる。
【００２８】
ここで、バルブオーバーラップ量Vorは、速度上昇とともに減少されることから、高速高負荷領域Cを経過して高速低負荷領域Aまで加速すると、吹き抜けが少なくなる。また、加速開始段階では、バルブオーバーラップ量Vorは大きいものの、過給圧Pscが上昇していないことから、高速高負荷領域Cに至る前の低速高負荷領域Bでは、吹き抜けが少なくなる。そして、低速高負荷領域Bを経過して高速高負荷領域Cまで加速すると、過給圧Pscが上昇していることから、バルブオーバーラップ量Vorの減少の応答遅れが生じた場合には、吹き抜けが多くなる。
【００２９】
そこで、本実施形態に係る過給圧制御では、過給圧Pscが所定値未満となる低速高負荷領域Bと、バルブオーバーラップ量Vorが所定値未満となる高速低負荷領域Aとでは、過給圧Pscを上昇させる一方、過給圧Pscが所定値以上となる高速高負荷領域Cでは、バルブオーバーラップ量Vorが所定値以上、即ちバルブオーバーラップ量Vorの減少の応答遅れが生じた場合に、過給圧Pscを低下させる。これにより、加速時における未燃焼ガスの吹き抜けを抑制でき、以って、吹き抜けに起因する、触媒の過昇温による触媒の性能低下や、未燃焼ガスの排出による排出スモークの増加等の諸問題の発生を抑制できる。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、本実施形態では、過給機１０の過給圧を吸気圧センサ６１により検出されるインマニ圧Pimに基づいて求めたが、回転数Neやアクセル開度等のパラメータに基づいて推定してもよい。また、過給機１０は電動過給機を用いてもよく、この場合、電動過給機のモータの回転速度を調整することにより過給圧を調整すればよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  エンジン
１０  過給機
１２  タービン
１４  コンプレッサ
２０  シリンダブロック部
２１  シリンダ
２２  ピストン
２３  コンロッド
２４  クランク軸
２５  燃焼室
３０  シリンダヘッド部
３１  吸気ポート
３２  吸気バルブ
３３  排気ポート
３４  排気バルブ
３７  点火プラグ
３８  イグナイタ
３９  インジェクタ
４０  吸気系統
４１  インテークマニホールド
４２  サージタンク
４３  吸気ダクト
４６  スロットルバルブ
５０  排気系統
５１  排気管
５２  触媒
５３  ウエイストゲート（バイパス流路）
５４  ウエィストゲートバルブ
６１  吸気圧センサ（過給圧検出手段）
６２  クランク角センサ（運転状態検出手段、回転数検出手段）
６３  カム角センサ
６４  アクセル開度センサ
６５  アクセルペダル
７０  エンジンＥＣＵ（運転状態検出手段、バルブオーバーラップ量検出手段、過給圧検出手段、過給圧低下手段、回転数検出手段）
７１  ＣＰＵ（運転状態検出手段、バルブオーバーラップ量検出手段、過給圧検出手段、過給圧低下手段、回転数検出手段）
７２  メモリ
７３  入出力ポート
１００  可変バルブタイミング機構
１０１  吸気側可変バルブタイミング機構
１０２  排気側可変バルブタイミング機構
【図１】
2011169291.tif 000003
【図２】
2011169291.tif 000004
【図３】
2011169291.tif 000005
【図４】
2011169291.tif 000006