(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、
前記タービン及び前記コンプレッサを回転させる電動機と、
前記内燃機関のクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサと、
前記クランク角センサの検出値に基づき、前記内燃機関の今回の爆発における所定クランク角間の所要時間と、前記内燃機関の前回の爆発における所定クランク角間の所要時間との差分で前記内燃機関の回転変動量を算出し、該回転変動量が基準閾値を超える場合、該回転変動量を低減すべく前記電動機を駆動させる駆動制御手段と、を備える
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記駆動制御手段は、
前記回転変動量が基準閾値を超えると、該回転変動量が該基準閾値以下になるまで前記電動機を駆動させる
ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記タービンよりも下流側の排気通路に設けられた低圧段タービン及び前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボチャージャをさらに備え、
前記ターボチャージャは高圧段ターボチャージャである
ことを特徴とする請求項１又は２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し、特に電動機付きターボチャージャを有する内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンという）においては、低温時や回転速度が低い低速回転時および低負荷運転時等に、燃焼室内に噴射された燃料の燃焼が不安定となり、エンジンに回転変動が生じることがある。この回転変動は、エンジンのサイクル間変動の増加や、各気筒間の燃料噴射量のばらつき等によって引き起こされることが知られている。例えば特許文献１には、エンジンの回転変動が基準値以上になると、各気筒の燃料噴射量を補正することで、回転変動を基準値以下に均一化する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４１６３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、回転変動は、各気筒間の燃料噴射量のばらつきのみにより引き起こされるものではなく、低温時や低速回転時および低負荷運転時などにエンジンの圧縮端温度（圧縮上死点における筒内温度）が低下することでも引き起こされる。
【０００５】
例えば、エンジンの圧縮端温度が低下した場合、燃焼室内の温度は燃料の着火限界に近くなるため、各気筒に適量の燃料を噴射しても燃料着火遅れにばらつきが生じてしまう。そして、燃料着火遅れにばらつきが生じると、サイクル間変動が大きくなり、エンジンの回転変動量も増加してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、その目的は、エンジンの運転領域全域で圧縮端温度を適正温度に維持することで、回転変動量の増加を効果的に抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関の排気通路に設けられたタービン及び該内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービン及び前記コンプレッサを回転させる電動機と、前記内燃機関の回転変動量を検出する回転変動量検出手段と、前記回転変動量検出手段により検出された回転変動量が基準閾値を超えると、該回転変動量を低減すべく前記電動機を駆動させる駆動制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、前記駆動制御手段は、前記回転変動量検出手段により検出された回転変動量が基準閾値を超えると、該回転変動量が該基準閾値以下になるまで前記電動機を駆動させるようにしてもよい。
【０００９】
また、前記タービンよりも下流側の排気通路に設けられた低圧段タービン及び前記コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサを有する低圧段ターボチャージャをさらに備え、前記ターボチャージャは高圧段ターボチャージャであってもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置によれば、エンジンの運転領域全域で圧縮端温度を適正温度に維持することで、回転変動量の増加を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置を示す模式的な全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置による制御内容を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１，２に基づいて、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１について説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、図１に示すように、ディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、エンジンという）２と、電動機付き高圧段ターボチャージャ（ターボチャージャ）２０と、電動機付き高圧段ターボチャージャ２０よりも大容量の低圧段ターボチャージャ３０と、クランク角センサ５０と、ＥＣＵ（駆動制御手段）６０とを備える。
【００１４】
エンジン２の気筒３には、図１に示すようにピストン４が摺動自在に挿入され、このピストン４の上方には燃焼室５が形成されている。また、ピストン４には、ピストン４の上下動に応じて回転するクランクシャフト６が設けられている。
【００１５】
エンジン２の気筒３には、図１に示すように燃焼室５の頂部に隣接して開口する吸気ポート７と排気ポート８とが設けられている。吸気ポート７には吸気バルブ２ａが設けられており、吸気バルブ２ａの開弁により電動機付き高圧段ターボチャージャ２０から送出される高圧吸気を燃焼室５内に導入する高圧吸気通路４０が接続されている。また、排気ポート８には排気バルブ２ｂが設けられており、排気バルブ２ｂの開弁によりエンジン２から排気を排出する第１排気通路４１が接続されている。
【００１６】
電動機付き高圧段ターボチャージャ２０は、図１に示すように、高圧吸気通路４０の上流側に設けられた高圧段コンプレッサ２１と、第１排気通路４１の下流側に設けられた高圧段タービン２２とを有する。高圧段タービン２２の下流側には第２排気通路４２が設けられている。また、高圧段コンプレッサ２１と高圧段タービン２２とは回転軸２３で接続され、回転軸２３には電動機２４が取り付けられている。
【００１７】
電動機２４は、回転軸２３に設けられた図示しないロータと、ロータの周囲に配設された図示しないステータとを備え構成されている。また、電動機２４は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されており、ＥＣＵ６０から出力される制御信号に応じて駆動がコントロールされるように構成されている。
【００１８】
すなわち、本実施形態の電動機付き高圧段ターボチャージャ２０は、排気エネルギーのみで過給を行う通常の過給機としても機能し、電動機２４を駆動させてさらなる過給を行うこともでき、さらに、排気エネルギーで高圧段タービン２２を介して電動機２４を回転させることで回生発電を行うことも可能である。
【００１９】
低圧段ターボチャージャ３０は、図１に示すように、高圧段コンプレッサ２１に低圧吸気通路４３で接続された低圧段コンプレッサ３１と、第２排気通路４２の下流側に設けられた低圧段タービン３２とを有する。また、低圧段コンプレッサ３１と低圧段タービン３２とは、回転軸で接続されている。また、低圧段コンプレッサ３１の上流側には吸気通路４４を介してエアクリーナ１３が接続され、低圧段タービン３２の下流側には第３排気通路４５が接続されている。すなわち、低圧段ターボチャージャ３０は、エンジン２の排気エネルギーで低圧段タービン３２が駆動するとともに、同軸に設けられた低圧段コンプレッサ３１によりエアクリーナ１３を介して導入される吸気を圧縮して高圧段コンプレッサ２１に送出するように構成されている。
【００２０】
クランク角センサ５０は、クランクシャフト６の回転角度を検出するもので、クランクシャフト６に設けられた図示しないロータの歯数を読み取ってパルス信号としてＥＣＵ６０に出力する。このパルス信号をＥＣＵ６０に出力するため、クランク角センサ５０は、図１に示すように電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されている。
【００２１】
吸気温センサ５１は、エンジン２に導入される吸気の温度を検出するもので、図１に示すようにインタークーラ９よりも下流側の高圧吸気通路４０に設けられている。また、吸気温センサ５１は、電気配線を介してＥＣＵ６０に接続されている。すなわち、吸気温センサ５１は、高圧段コンプレッサ２１で圧縮されてインタークーラ９で冷却された吸気の温度を検出するとともに、検出した吸気温度をＥＣＵ６０に出力するように構成されている。
【００２２】
ＥＣＵ（電子制御ユニット）６０は、エンジン２の運転状態に応じて燃料噴射期間や燃料噴射量等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備え構成されている。この各種制御を行うために、ＥＣＵ６０には、クランク角センサ５０、アクセル開度センサ（不図示）、吸気温センサ５１等の各種センサの出力信号がＡ／Ｄ変換された後に入力される。
【００２３】
また、ＥＣＵ６０は、回転変動量算出部６１と、圧縮端温度判定部６２と、電動機駆動制御部６３とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ６０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。
【００２４】
回転変動量算出部６１は、クランク角センサ５０から出力されるパルス信号（検出値）に基づいて、エンジン２の回転変動量Ｒnを算出する。具体的には、この回転変動量Ｒnは、今回の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔnと、前回の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔn-1との差分（Ｒn＝Ｔn−Ｔn-1）で算出するように構成されている。なお、本実施形態の回転変動量算出部６１とクランク角センサ５０とは、本発明の回転変動量検出手段を構成する。
【００２５】
圧縮端温度判定部６２は、回転変動量算出部６１で算出された回転変動量Ｒnと基準閾値ＲMとを比較し、現在の圧縮端温度（上死点における筒内温度）がエンジン２の回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分か否かを判定する。具体的には、この圧縮端温度判定部６２は、回転変動量Ｒnが基準閾値ＲMよりも大きい場合（Ｒn＞ＲM）は、現在の圧縮端温度は回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分な温度（以下、適正温度ともいう）でないと判定する。一方、圧縮端温度判定部６２は、回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下の場合（Ｒn≦ＲM）は、現在の圧縮端温度は回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分な温度（適正温度）であると判定する。なお、本実施形態において、この基準閾値ＲMは、例えば回転変動が車両に伝わって発生する車両の振動等が、運転者に不快感を与えない範囲で設定される。
【００２６】
電動機駆動制御部６３は、圧縮端温度判定部６２により現在の圧縮端温度がエンジン２の回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分な温度でないと判定された場合に、電動機２４を駆動させて高圧段コンプレッサ２１を回転させることでエンジン２の過給度を上昇（吸気を圧縮昇温）させる。具体的には、この電動機駆動制御部６３には、回転変動量算出部６１により算出される回転変動量Ｒnが常時入力されている。そして、電動機駆動制御部６３は、回転変動量算出部６１で算出される回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下に収束するまで、電動機２４を駆動させる制御信号を出力するように構成されている。なお、電動機駆動制御部６３による電動機２４の駆動は、例えば予め実験等で作成した電動機２４の回転数と圧縮吸気の温度上昇との関係を示すマップを記憶しておき、係るマップに基づいて電動機２４の駆動を制御してもよい。
【００２７】
本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１は、以上のように構成されているので、例えば図２に示すフローに従って以下のような制御が行われる。
【００２８】
ステップ（以下、ステップを単にＳと記載する）１００では、回転変動量算出部６１により、クランク角センサ５０の検出値（パルス信号）に基づいて、エンジン２の回転変動量Ｒnが算出される。例えば、この回転変動量Ｒnは、今回の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔnと前回の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔn-1との差分（Ｒn＝Ｔn−Ｔn-1）で算出される。
【００２９】
Ｓ１１０では、圧縮端温度判定部６２により、Ｓ１００で算出された回転変動量Ｒnと基準閾値ＲMとが比較され、現在の圧縮端温度（上死点における筒内温度）がエンジン２の回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分か否かが判定される。回転変動量ＲNが基準閾値ＲMよりも大きい場合（Ｒn＞ＲM）は、現在の圧縮端温度は回転変動量ＲNを基準閾値ＲM以下に抑制するのに十分な温度でないと判定されてＳ１２０へと進む。一方、回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下の場合（Ｒn≦ＲM）は、現在の圧縮端温度は回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に維持するのに十分（適正温度）であると判定され、本制御はリターンされる。
【００３０】
Ｓ１２０では、電動機駆動制御部６３により、回転変動量算出部６１で算出される回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下に収束するまで電動機２４が駆動される。すなわち、高圧段コンプレッサ２１の回転によりエンジン２の過給度が上昇（吸気が圧縮昇温）し、圧縮端温度が最適温度になるまで電動機２４の駆動は継続される。
【００３１】
Ｓ１３０では、回転変動量算出部６１により、クランク角センサ５０の検出値（パルス信号）に基づいて、エンジン２の直近の回転変動量Ｒn+1が算出される。例えば、この回転変動量Ｒn+1は、直近の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔn+1と前回の爆発における所定クランク角間の所要時間Ｔnとの差分（Ｒn+1＝Ｔn+1−Ｔn）で算出される。
【００３２】
Ｓ１４０では、圧縮端温度判定部６２により、直近の回転変動量Ｒn+1と基準閾値ＲMとが比較される。直近の回転変動量Ｒn+1が基準閾値ＲMよりも大きい場合（Ｒn+1＞ＲM）は、電動機２４のさらなる駆動が必要と判定されてＳ１２０に戻される。一方、直近の回転変動量Ｒn+1が基準閾値ＲM以下の場合（Ｒn+1≦ＲM）は、電動機２４のさらなる駆動は不要と判定されて本制御はリターンされる。
【００３３】
以上のような構成により、本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置１によれば以下のような作用効果を奏する。
【００３４】
低温時や低速回転時および低負荷運転時などに圧縮端温度（上死点における筒内温度）が低下して、回転変動量ＲNが基準閾値ＲMよりも大きくなると、電動機２４が駆動され高圧段コンプレッサ２１が回転することでエンジン２の過給度は上昇（吸気は圧縮昇温）される。そして、電動機２４の駆動は、回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下になるまで、すなわち圧縮端温度が最適温度になるまで継続される。
【００３５】
したがって、低温時や低速回転時および低負荷運転時等を含め、エンジン２の運転領域全域で、電動機２４の駆動により圧縮端温度を適正温度に維持することができ、エンジン２の回転変動量Ｒnを基準閾値ＲM以下に効果的に抑制することができる。
【００３６】
また、回転変動量Ｒnが基準閾値ＲM以下に抑制されるので、運転者に不快感を与える車両の振動発生も効果的に抑止することができる。
【００３７】
また、圧縮端温度を適正温度に維持することができるので、燃焼室５内の燃焼を安定させることができ、排気中のＨＣやＣＯおよび白煙の発生など排気エミッションの悪化を効果的に防止することもできる。
【００３８】
なお、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、適宜変形して実施することが可能である。
【００３９】
例えば、上述の実施形態において、本発明は電動機付き高圧段ターボチャージャ２０と低圧段ターボチャージャ３０とを有する二段過給システムに適用されるものとして説明したが、電動機付きターボチャージャを一段のみ備える一段過給システムに適用してもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００４０】
また、電動機２４は、必ずしも高圧段ターボチャージャ２０に取り付けられる必要はなく、例えば低圧段ターボチャージャ３０に取り付けられてもよい。この場合も上述の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４１】
２  エンジン（内燃機関）
２０  電動機付き高圧段ターボチャージャ（ターボチャージャ）
２１  高圧段コンプレッサ（コンプレッサ）
２２  高圧段タービン（タービン）
２４  電動機
３０  低圧段ターボチャージャ
３１  低圧段コンプレッサ
３２  低圧段タービン
５０  クランク角センサ（回転変動量検出手段）
６０  ＥＣＵ（回転変動量検出手段、駆動制御手段）
【図１】
0005682231.tif 000002
【図２】
0005682231.tif 000003