(57)【要約】【課題】サージングを抑制できるようにした内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ５２は、フューエルカット処理時にスロットルバルブ１６の開口度の低減要求がある場合、過給圧Ｐｉｎを大気圧Ｐａｉｒで除算した圧力比Ｐｒを算出する。そしてＣＰＵ５２は、圧力比Ｐｒが閾値を超える場合、スロットルバルブ１６の開口度を低減する処理を待機させ、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを進角させるとともに、ＷＧＶ３４の開口度を拡大する。そしてＣＰＵ５２は、圧力比Ｐｒが閾値以下となることで、スロットルバルブ１６の開口度の低減要求に応じた制御を実行する。【選択図】図１
2019100216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設けられたタービンの回転トルクによって吸気通路に設けられたコンプレッサを回転させる過給機と、前記排気通路内の排気のうち前記タービンに吹き付ける流体の割合を調整する調整装置と、前記吸気通路のうちの前記タービンの下流に設けられたスロットルバルブと、吸気バルブの閉弁タイミングを変更するバルブ特性可変装置とを備える内燃機関を制御対象とし、
前記吸気通路のうちの前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の圧力である過給圧が大気圧を上回る度合いを定量化する定量化処理と、
前記スロットルバルブの開口度を低減する要求が生じるときに前記上回る度合いが閾値よりも大きい場合、前記開口度を低減する処理の実行を待機し、前記調整装置を操作して前記タービンに吹き付ける流体の割合を減少させるとともに前記バルブ特性可変装置を操作して前記吸気バルブの閉弁タイミングを下死点側に進角させる低減待機処理と、
前記スロットルバルブの開口度を低減する要求が生じるときに前記上回る度合いが閾値以下となる場合、前記スロットルバルブの開口度を低減する低減処理と、を実行す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、排気通路に設けられたタービンの回転トルクによって吸気通路に設けられたコンプレッサを回転させる過給機を備える内燃機関を制御対象とする内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば下記特許文献１には、過給機のタービンの下流側と上流側とを接続するリサーキュレーション通路と、リサーキュレーション通路の流路断面積を調整するリサーキュレーションバルブとを備えた内燃機関が記載されている。また、同文献には、内燃機関の要求トルクが減少すると、リサーキュレーションバルブの開弁を待ってスロットルバルブの開口度を減少させる制御装置が記載されている。これは、スロットルバルブを急激に閉弁させること起因したサージングの抑制を狙ったものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９７２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の技術では、サージングの抑制にとってリサーキュレーションバルブが必須となるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決すべく、内燃機関の制御装置は、排気通路に設けられたタービンの回転トルクによって吸気通路に設けられたコンプレッサを回転させる過給機と、前記排気通路内の排気のうち前記タービンに吹き付ける流体の割合を調整する調整装置と、前記吸気通路のうちの前記タービンの下流に設けられたスロットルバルブと、吸気バルブの閉弁タイミングを変更するバルブ特性可変装置とを備える内燃機関を制御対象とし、前記吸気通路のうちの前記コンプレッサと前記スロットルバルブとの間の圧力である過給圧が大気圧を上回る度合いを定量化する定量化処理と、前記スロットルバルブの開口度を低減する要求が生じるときに前記上回る度合いが閾値よりも大きい場合、前記開口度を低減する処理の実行を待機し、前記調整装置を操作して前記タービンに吹き付ける流体の割合を減少させるとともに前記バルブ特性可変装置を操作して前記吸気バルブの閉弁タイミングを下死点側に進角させる低減待機処理と、前記スロットルバルブの開口度を低減する要求が生じるときに前記上回る度合いが閾値以下となる場合、前記スロットルバルブの開口度を低減する。
【０００６】
上記構成では、スロットルバルブの開口度を低減する要求が生じるときに過給圧が大気圧を上回る度合いが閾値よりも大きい場合、開口度を低減することなく、まず、吸気バルブの閉弁タイミングを下死点側に進角させることにより、スロットルバルブの下流の空気を燃焼室内により多く充填し、ひいては排気通路へと排出させる空気量を増加させる。また、調整装置を操作してタービンに吹き付ける流体の割合を減少させることにより、排気通路のうちのタービンの上流側の圧力を低下させることができ、吸気通路から排気通路への空気の流出を促進させることができる。このため、過給圧を迅速に低下させることができ、ひいてはサージングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】一実施形態にかかる制御装置および内燃機関を示す図。
【図２】同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
【図３】同実施形態にかかる閾値の設定を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、内燃機関の制御装置にかかる一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示す内燃機関１０において、吸気通路１２から吸入された空気は、過給機１４のコンプレッサ１４ａ、スロットルバルブ１６および吸気バルブ１８を介して各気筒の燃焼室２０に流入する。燃焼室２０には、燃料を噴射する燃料噴射弁２２と、火花放電を生じさせる点火装置２４とが突出している。燃焼室２０において、空気と燃料との混合気は、燃焼に供され、燃焼に供された混合気は、排気バルブ２６の開弁に伴って、排気として、排気通路３０に排出される。排気通路３０のうちの過給機１４のタービン１４ｂの下流には、三元触媒３６が設けられている。なお、排気通路３０には、タービン１４ｂを迂回するバイパス通路３２が接続されており、バイパス通路３２には、その流路断面積を調整するウェストゲートバルブ（ＷＧＶ３４）が設けられている。なお、吸気カム軸４０とクランク軸４２との相対的な回転位相差は、クランク軸４２の動力を吸気カム軸４０に伝達させるバルブタイミング可変装置４４によって変更される。
【０００９】
制御装置５０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量（トルク、排気成分等）を制御するために、燃料噴射弁２２や点火装置２４、ウェストゲートバルブ（ＷＧＶ３４）、バルブタイミング可変装置４４等の内燃機関１０の操作部を操作する。この際、制御装置５０は、吸気カム軸４０の回転角度を検出する吸気側カム角センサ６２の出力信号Ｃａｉｎや、クランク角センサ６４の出力信号Ｓｃｒ、スロットルセンサ６６によって検出されるスロットルバルブ１６の開口度θを参照する。また、制御装置５０は、エアフローメータ６８によって検出される吸入空気量Ｇａや、過給圧センサ７０によって検出される過給圧Ｐｉｎ、大気圧センサ７２によって検出される大気圧Ｐａｉｒ、アクセルセンサ７４によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル操作量ＡＣＣＰ）を参照する。なお、過給圧Ｐｉｎは、吸気通路１２のうちのコンプレッサ１４ａとスロットルバルブ１６との間の圧力である。制御装置５０は、ＣＰＵ５２、ＲＯＭ５４、およびＲＡＭ５６を備えており、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２が実行することにより上記制御量の制御を実行する。
【００１０】
制御装置５０は、たとえば、アクセルペダルが解放されて且つ、クランク軸４２の回転速度ＮＥが所定範囲内にあることを条件に、燃料噴射弁２２からの燃料噴射を停止するフューエルカット処理を実行する。またたとえば、制御装置５０は、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを可変設定する。特に制御装置５０は、フューエルカット処理時には、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを最遅角位置に制御する。最遅角位置は、下死点よりも遅角側に位置する。また、制御装置５０は、回転速度ＮＥおよび負荷率ＫＬに基づき、ＷＧＶ３４の開口度を制御する。本実施形態において、制御装置５０は、負荷率ＫＬが規定値以下の軽負荷時において、吸入空気量Ｇａの応答性を確保する観点等から、ＷＧＶ３４の開口度を最大値よりもある程度小さい値に制御する。なお、回転速度ＮＥは、ＣＰＵ５２により、クランク角センサ６４の出力信号Ｓｃｒに基づき算出される。また、負荷率ＫＬは、基準流入空気量に対する、１気筒の１燃焼サイクル当たりの流入空気量の比であり、筒内充填空気量を定量化したものである。なお、基準流入空気量は、回転速度ＮＥに応じて可変設定してもよい。
【００１１】
図２に、制御装置５０が実行する処理の一部を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ５４に記憶されたプログラムをＣＰＵ５２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」を付与した数字によってステップ番号を表現する。
【００１２】
図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ５２は、まず、フューエルカット処理が実行されることと、スロットルバルブ１６に対する開口度の指令値θ＊が現在の開口度θよりも小さいこととの論理積が真であるか否かを判定する（Ｓ１０）。この処理は、フューエルカット処理に伴ってスロットルバルブ１６の開口度を低減する要求があるか否かを判定するための処理である。ＣＰＵ５２は、論理積が真であると判定する場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、過給圧Ｐｉｎを大気圧Ｐａｉｒで除算した圧力比Ｐｒを算出する（Ｓ１２）。そしてＣＰＵ５２は、圧力比Ｐｒが、閾値Ｐｓｒｇよりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４）。この処理は、仮にスロットルバルブ１６の開口度θを指令値θ＊に従って低減する場合にはサージングが生じるおそれがあるか否かを判定する処理である。
【００１３】
図３に示すように、ＣＰＵ５２は、閾値Ｐｓｒｇを吸入空気量Ｇａに応じて可変設定する。詳しくは、ＣＰＵ５２は、吸入空気量Ｇａが大きい場合に小さい場合よりも閾値Ｐｓｒｇを大きい値に設定する。これは、サージングが、コンプレッサ１４ａとスロットルバルブ１６との間の行き場がなくなったことによる空気の反射波によって発生するものであるため、スロットルバルブ１６を介して燃焼室２０側への空気の流量が多い場合には少ない場合よりも反射波が生じにくく、サージングが生じにくくなるためである。
【００１４】
図２に戻り、ＣＰＵ５２は、閾値Ｐｓｒｇよりも大きいと判定する場合（Ｓ１４：ＹＥＳ）、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを、フューエルカット処理時における本来のタイミングよりも進角させる指令を出すとともに、ＷＧＶ３４の開口度を大きくする指令を出す（Ｓ１６）。そしてＣＰＵ５２は、スロットルバルブ１６の開口度θの指令値θ＊に、現在の開口度θを代入する（Ｓ１８）。この処理は、スロットルバルブ１６の開口度θを低減する要求に応じることを待機する処理である。
【００１５】
なお、ＣＰＵ５２は、Ｓ１８の処理が完了する場合や、Ｓ１０，Ｓ１４の処理において否定判定する場合には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
【００１６】
ＣＰＵ５２は、アクセルペダルが解放されることを条件に、フューエルカット処理を実行し、その際、スロットルバルブ１６の開口度θの低減要求があって且つ圧力比Ｐｒが閾値Ｐｓｒｇよりも大きい場合、吸気バルブ１８の閉弁タイミングを、フューエルカット処理時における本来の指令値である最遅角位置よりも進角側（下死点側）に操作する。これにより、吸気通路１２から燃焼室２０に流入する空気量が増えることから、過給圧Ｐｉｎを低下させることができる。また、ＷＧＶ３４を、フューエルカット処理時の本来の開口度よりも拡大することにより、排気通路３０のうち過給機１４よりも上流の圧力が低下し、燃焼室２０から排気通路３０へと流入する空気量を増やすことができ、ひいては吸気通路１２から燃焼室２０に流入する空気量を増やすことができる。さらに、コンプレッサ１４ａの回転速度を低下させることができ、ひいては、過給圧Ｐｉｎを低下させることができる。このため、サージングが生じることを抑制できる。
【００１７】
そして、ＣＰＵ５２は、過給圧Ｐｉｎが低下して圧力比Ｐｒが閾値Ｐｓｒｇ以下となることにより、スロットルバルブ１６の開口度θを指令値θ＊へと低減することにより、回転速度ＮＥを低下させ、減速レスポンスを確保することもできる。
【００１８】
ちなみに、吸気バルブ１８の閉弁タイミングやＷＧＶ３４の開口度等は、排気成分を良好にする等、制御量の制御性を最適化する上で適合されたものであるため、これを変更することは一般には制御量の制御性を低下させ得る。しかし、Ｓ１６の処理がなされるのは、フューエルカット処理中であることから、これによって制御量の制御性が低下する事態とはなりにくい。
【００１９】
＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。調整装置は、バイパス通路３２およびＷＧＶ３４に対応し、バルブ特定可変装置は、バルブタイミング可変装置４４に対応する。定量化処理は、Ｓ１２の処理に対応し、低減待機処理は、Ｓ１６、Ｓ１８の処理に対応し、低減処理は、Ｓ１４の処理において否定判定する場合にＳ１８の処理を実行しないことに対応する。
【００２０】
＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
【００２１】
・上記実施形態では、タービンに吹き付ける流体の割合を調整する調整装置として、バイパス通路３２およびＷＧＶ３４を例示したがこれに限らない。たとえば、タービン１４ｂに、排気の受圧面積を可変とする可変ノズルを備えたものであってもよい。この場合、Ｓ１６の処理において、ＷＧＶ３４を開弁側に操作する代わりに、受圧面積を低減する処理をすればよい。
【００２２】
・上記実施形態では、過給圧Ｐｉｎが大気圧Ｐａｉｒを上回る度合いを圧力比Ｐｒによって定量化したが、これに限らず、たとえば過給圧Ｐｉｎから大気圧Ｐａｉｒを減算した値によって定量化してもよい。
【００２３】
・上記実施形態では、バルブ特性可変装置として、バルブタイミング可変装置４４を例示したが、これに限らず、たとえば吸気バルブ１８のリフト量を可変とする装置であってもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…過給機、１４ａ…コンプレッサ、１４ｂ…タービン、１６…スロットルバルブ、１８…吸気バルブ、２０…燃焼室、２２…燃料噴射弁、２４…点火装置、２６…排気バルブ、３０…排気通路、３２…バイパス通路、３４…ＷＧＶ、３６…三元触媒、４０…吸気カム軸、４２…クランク軸、４４…バルブタイミング可変装置、５０…制御装置、５２…ＣＰＵ、５４…ＲＯＭ、５６…ＲＡＭ、６２…吸気側カム角センサ、６４…クランク角センサ、６６…スロットルセンサ、６８…エアフローメータ、７０…過給圧センサ、７２…大気圧センサ、７４…アクセルセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2019100216.tif 000005