(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室へ通じる吸気通路に配置されるスロットルバルブと、
前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側に配置され前記燃焼室への吸気を過給する電動式コンプレッサを備えた電動式過給機と、
前記吸気通路における前記電動式コンプレッサの上流側と下流側とを接続する吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパスバルブと、
前記燃焼室から引き出された排気通路に配置される排気浄化部と、
前記排気通路の前記排気浄化部の上流側と前記吸気通路の前記吸気バイパスバルブの下流側とを接続する排気還流通路及びその排気環流通路を開閉する排気還流バルブを備えた排気ガス再循環装置と、
前記排気浄化部の温度が所定温度未満である場合に、前記電動式コンプレッサを駆動して前記排気還流バルブを開放することで前記排気環流通路を通じて吸気を前記排気通路へ導入して前記排気通路内で燃料を燃焼させる排気浄化部制御手段と、
を備え、
前記排気浄化部制御手段は、前記排気浄化部の温度が前記所定温度未満である場合に前記スロットルバルブを閉動作するエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側で且つ前記電動式過給機よりも下流側に配置され前記燃焼室へ導入される吸気を過給する機械式コンプレッサと前記排気通路に配置される排気タービンとを備えた機械式過給機と、
前記排気通路における前記排気タービンの上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブと、
を備え、
前記排気還流通路は、前記排気通路の前記排気タービンの下流側と前記吸気通路の前記機械式コンプレッサの上流側とを接続する
請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記排気浄化部制御手段は、前記排気浄化部の温度が前記所定温度未満である場合に前記排気バイパスバルブを開動作する
請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記排気浄化部制御手段は前記所定温度と前記排気浄化部の温度差に応じて前記電動式コンプレッサの出力を決定する決定部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電動機で吸気を過給する電動式過給機と、排気ガスのエネルギをタービンで回収して吸気を過給する機械式過給機を備えるエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気ガスのエネルギを利用して、燃焼室に導入される吸気を過給する機械式過給機を備えたエンジンが広く採用されている。
【０００３】
この種の機械式過給機はターボチャージャとも呼ばれ、エンジンの吸気通路の途中にコンプレッサを配置し、排気通路の途中に排気タービンを配置し、排気通路を流れる排気ガスで排気タービンを回転させることによりコンプレッサを作動させ、燃焼室への吸入空気量を増大させて、エンジンのトルクの向上を図っている。
【０００４】
また、近年は、排気ガスのエネルギを利用した過給機以外にも、コンプレッサを電動機で駆動するようにした電動式過給機が種々提案されている。電動式過給機は、エンジンの運転状態によらず、電力を供給することで任意に過給が出来るという利点がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、排気ガスのエネルギを利用する機械式過給機は、排気ガスの一部を分流させることにより、排気タービンへの流入量を調節するウェイストゲートバルブが採用される。タービンを通過する排気ガスの量をウェイストゲートバルブで調整することで、吸気の過給圧を制御することができる（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
従来のウェイストゲートバルブは、過給圧を動力源とした空圧式アクチュエータにより制御されていたが、近年は、電動機で開閉制御するようにした電制式ウェイストゲートバルブも採用されている。ウェイストゲートバルブを電制式とすることで、過給圧が低い場合でも駆動でき、より緻密な制御が可能となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６３６７４号公報
【特許文献２】特開２００８−９５５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、エンジンの冷態時における始動後は、排気通路に配置された触媒等の排気浄化部を早期に昇温させる制御を行うことが一般的である。
【０００９】
例えば、特許文献２に記載の技術では、排気浄化部の温度が所定温度に満たない場合に、ウェイストゲートバルブを開状態に設定して排気ガスを排気タービンを経由しないルートへ導くことにより、排気ガスの熱が機械式過給機のタービンに奪われることを抑制し、早期の排気浄化部の昇温を図っている。
【００１０】
しかし、エンジンの暖機中等、排気浄化部の温度が所定温度に達するまでは、排気ガスに含まれる有害な物質を除去する性能がやや劣るという問題がある。このため、排気浄化部の昇温をさらに早く行いたいという要請がある。
【００１１】
そこで、この発明の課題は、排気通路に配置される排気浄化部の昇温を促進することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の課題を解決するために、この発明は、燃焼室へ通じる吸気通路に配置されるスロットルバルブと、前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側に配置され前記燃焼室への吸気を過給する電動式コンプレッサを備えた電動式過給機と、前記吸気通路における前記電動式コンプレッサの上流側と下流側とを接続する吸気バイパス通路を開閉する吸気バイパスバルブと、前記燃焼室から引き出された排気通路に配置される排気浄化部と、前記排気通路の前記排気浄化部の上流側と前記吸気通路の前記吸気バイパスバルブの下流側とを接続する排気還流通路及びその排気環流通路を開閉する排気還流バルブを備えた排気ガス再循環装置と、前記排気浄化部の温度が所定温度未満である場合に、前記電動式コンプレッサを駆動して前記排気還流バルブを開放することで前記排気環流通路を通じて吸気を前記排気通路へ導入して前記排気通路内で燃料を燃焼させる排気浄化部制御手段とを備えるエンジンの制御装置を採用した。
【００１３】
また、前記排気浄化部制御手段は、前記排気浄化部の温度が所定温度未満である場合に前記スロットルバルブを閉動作する構成を採用することができる。
【００１４】
これらの各構成において、前記吸気通路の前記スロットルバルブよりも上流側で且つ前記電動式過給機よりも下流側に配置され前記燃焼室へ導入される吸気を過給する機械式コンプレッサと前記排気通路に配置される排気タービンとを備えた機械式過給機と、前記排気通路における前記排気タービンの上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路を開閉する排気バイパスバルブとを備え、前記排気還流通路は、前記排気通路の前記排気タービンの下流側と前記吸気通路の前記機械式コンプレッサの上流側とを接続する構成を採用することができる。
【００１５】
このとき、前記排気浄化部制御手段は、前記排気浄化部の温度が所定温度未満である場合に前記排気バイパスバルブを開動作する構成を採用することができる。
【００１６】
また、前記排気浄化部制御手段は前記所定温度と前記排気浄化部の温度差に応じて前記電動式コンプレッサの出力を決定する決定部を備える構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、排気浄化部の昇温制御が必要な際に、排気ガス再循環装置の排気環流通路を通じて吸気通路から排気通路へ吸気を導入することにより、排気通路内での燃料の燃焼を促進して排気ガスの温度を上昇させ、排気通路の排気浄化部の昇温を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施形態を示すエンジンの制御装置の模式図である。
【図２】この発明のエンジンの制御を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、この発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、この実施形態のエンジンの制御装置Ｅを概念的に示す模式図である。
【００２０】
この実施形態のエンジン１は自動車用４サイクルガソリンエンジンである。エンジン１の構成は、図１に示すように、内部に燃焼室を有する気筒２内に吸気を送り込む吸気ポート３、その吸気ポート３に通じる吸気通路４、排気ポート１３から引き出された排気通路１４、吸気ポート３又は燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置等を備えている。吸気ポート３及び排気ポート１３は、それぞれバルブによって開閉される。
【００２１】
この実施形態では４つの気筒を備えた４気筒エンジンを想定しているが、気筒の数に関わらずこの発明を適用可能である。
【００２２】
燃焼室へ通じる吸気通路４には、燃焼室への接続部である吸気ポート３から上流側に向かって、吸気ポート３への流路面積を調節するスロットルバルブ５、吸気通路４を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置（インタークーラ）６、機械式過給機（ターボチャージャ）１０の機械式コンプレッサ１１が、さらに上流側の吸気通路４には、流路面積を調節する第二スロットルバルブ７、エアクリーナ（図示せず）等が設けられる。
【００２３】
排気通路１４には、燃焼室への接続部である排気ポート１３から下流側に向かって、機械式過給機１０のタービン１２、排気中の未燃炭化水素（ＨＣ）等を除去する触媒等を備えた排気浄化部１５、消音器１６等が設けられる。この実施形態は、エンジン１としてガソリンエンジンを採用しているので、排気浄化部１５として三元触媒等が用いられるが、エンジン１がディーゼルエンジンの場合は、排気浄化部１５として酸化触媒やディーゼル微粒子フィルター等が用いられる。
【００２４】
機械式過給機１０は、図１に示すように、吸気通路４に配置され燃焼室へ導入される吸気を過給する機械式コンプレッサ１１と、排気通路１４に配置される排気タービン１２とで構成される。排気通路１４を流れる排気ガスによって排気タービン１２が回転すると、その回転が吸気通路４の機械式コンプレッサ１１に伝達される。機械式コンプレッサ１１の回転によって、吸気通路４内を流れる吸気に過給が行われる。
【００２５】
また、排気通路１４における排気タービン１２の上流側と下流側とを接続する排気バイパス通路４１と、その排気バイパス通路４１を開閉する排気バイパスバルブ４２とを備えた排気バイパス装置４０、いわゆるウェイストゲートバルブ装置が設けられている。排気バイパスバルブ４２を開放すれば、排気タービン１２側に流れている排気ガスの一部が排気バイパス通路４１側に分流され、排気タービン１２に加わる排気エネルギが低減される。
【００２６】
この実施形態では、排気バイパスバルブ４２は電動機で開閉制御される電制式ウェイストゲートバルブとなっている。
【００２７】
さらに、吸気通路４の途中には、電動式過給機３０が配置されている。電動式過給機３０は、吸気通路４に配置され燃焼室への吸気を過給する電動式コンプレッサ３２を備える。電力を供給することにより電動式コンプレッサ３２を駆動すると、吸気通路４内を流れる吸気に過給が行われる
【００２８】
また、吸気通路４には、電動式コンプレッサ３２の上流側と下流側とを接続する吸気バイパス通路３３と、その吸気バイパス通路３３を開閉する吸気バイパスバルブ３４が設けられている。
【００２９】
排気バイパスバルブ４２や電動式コンプレッサ３２の駆動電力は、バッテリ６０から供給されるようになっている。ここでは、排気バイパスバルブ４２や電動式コンプレッサ３２に電力を供給するバッテリ６０を、エンジン１の他の部分やこのエンジン１を搭載する車両全般に電力を供給するバッテリと共通としている。ただし、排気バイパスバルブ４２や電動式コンプレッサ３２の駆動電力を供給するバッテリは、エンジン１や車両全体に電力を供給するバッテリとは別に設けることもできる。
【００３０】
排気通路１４の排気タービン１２の下流側と、吸気通路４の機械式コンプレッサ１１と電動式過給機３０との中途部分は、排気ガス再循環装置２０を構成する排気還流通路２１によって連通している。この実施形態では、排気還流通路２１は、排気通路１４の排気タービン１２の下流側で且つ排気浄化部１５の上流側の部分と、吸気通路４の機械式コンプレッサ１１の上流側で且つ吸気バイパスバルブ３４の下流側の部分とを連通している。
【００３１】
排気還流通路２１を介して、燃焼室から排出される排気ガスの一部が、還流ガスとして、吸気通路４の機械式コンプレッサ１１の上流側で、電動式コンプレッサ３２及び吸気バイパスバルブ３４の下流側に還流する（図１の矢印Ｘ参照）。
【００３２】
このエンジンＥを搭載する車両は、エンジンを制御するための電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０を備える。
【００３３】
電子制御ユニット５０は、吸気ポート３又は燃焼室内に設けた燃料噴射装置（図示せず）による燃料噴射や、過給圧の制御、スロットルバルブ５の開度の制御、排気ガス再循環装置２０の制御、その他、エンジンの制御に必要な指令を行う。
【００３４】
電子制御ユニット５０は、電動式過給機３０と機械式過給機１０とを制御する過給制御手段５２、吸気バイパスバルブ３４を制御する吸気バイパス装置制御手段５３、排気バイパス装置４０の排気バイパスバルブ４２を制御する排気バイパス装置制御手段５４等を備える。過給制御手段５２は、電動式過給機３０と機械式過給機１０のそれぞれの過給を制御するとともに、それに必要な吸気バイパスバルブ３４や排気バイパスバルブ４２の動作を、吸気バイパス装置制御手段５３と排気バイパス装置制御手段５４に指令する。
【００３５】
また、排気ガス再循環装置２０による還流ガスの吸気通路４内への導入量は、電子制御ユニット５０が備える排気環流ガス制御手段５５によって制御される。排気環流ガス制御手段５５は、排気還流通路２１に設けられた排気還流バルブ２２の開度を制御することによって、吸気通路４内の圧力状態に応じた還流ガスの吸気通路４内への導入量を制御している。
【００３６】
また、図１に示すように、吸気通路４には、燃料タンクで発生した蒸発燃料をキャニスタ等において一時的に蓄え、それをスロットルバルブ５の下流側に導入するパージ装置ａが設けられている。また、エンジン１の内部に漏出した未燃焼ガスを主成分とするブローバイガスを、吸気ポート３に還流させるブローバイガス還流装置ｂ、電動過給機３０の上流側に開口してクランクケース内の圧力を逃がすためのブリーザ装置ｅ等が設けられている。これらの装置も、電子制御ユニット５０が制御する。
【００３７】
さらに、吸気通路４には、エンジン１の制御に必要な情報を取得するセンサ装置として、スロットルバルブ５の下流側の圧力センサｃ、スロットルバルブ５の上流側の圧力センサｄ、吸気通路４内を流れる空気の量を検出するエアーフローセンサｆ等が設けられている。
【００３８】
排気通路１４には、エンジン１の制御に必要な情報を取得するセンサ装置として、排気ガスの温度を検出する排気温度センサｇが設けられている。
【００３９】
また、エンジン１には、シリンダブロック等を冷却する冷却水の温度を検出する水温センサｉ、エンジン１のクランクシャフトの回転速度を検出する回転速度センサｊが設けられている。また、このエンジン１を搭載する車両の車体（図示せず）には、アクセルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサｋ、車両の速度を検出する車速センサｌ等が設けられている。
【００４０】
これらの各種センサ類の情報は、ケーブルを通じて電子制御ユニット５０が取得できるようになっている。
【００４１】
電子制御ユニット５０は、通常の運転状態ではアクセル開度センサｋからの信号により、アクセルの踏み込み量に応じた開度となるようにスロットルバルブ５の開閉を制御する。
【００４２】
また、排気温度センサｇは、排気通路１４内の排気の温度を検出できるので、その情報に基づいて、電子制御ユニット５０が備える排気浄化部制御手段５１は、排気浄化部１５が排気を適正に浄化できる状態、すなわち、活性温度以上となっているかどうかを判別することができる。
【００４３】
エンジン１の冷態からの始動時等、排気浄化部１５が活性温度未満である場合には、排気浄化部制御手段５１は、排気浄化部１５の温度を上昇させるための昇温制御を行う。この昇温制御は、例えば、スロットルバルブ５の開閉による吸気量の増減、燃料噴射量、燃料噴射時期の制御、着火時期（点火時期）の制御等により行われる。
【００４４】
また、昇温制御として、排気浄化部制御手段５１は、排気還流バルブ２２を開放することによって、また、必要に応じて電動式コンプレッサ３２を駆動することによって、排気還流通路２１を通じて空気をいわゆる二次エアとして排気通路１４へ導入する（図１の矢印Ｙ参照）。これにより、燃焼室外の排気通路１４において、特に、排気ポート１３付近での燃料の燃焼を促進し、排気ガスの温度を上昇させ、排気浄化部１５の昇温制御を行うことができる。
【００４５】
すなわち、通常の環流ガスの流れ方向とは逆方向に、空気を吸気通路４から排気通路１４へ導入することにより、排気通路１４内での燃料の燃焼を促進し、排気ガスの温度を上昇させる制御である。このとき、燃焼室に導入される燃料の噴射量は、燃焼室内で燃焼する量よりも多く噴射されるので、その燃え残った燃料が排気通路１４内で燃焼する。
【００４６】
このとき、燃料噴射量を増量する等して空燃比をリッチ化し、可変バルブタイミング機構を備えている場合は、できる限り吸気バルブと排気バルブの両方が開弁している期間、すなわち、バルブオーバラップ期間を長く設定する。さらに、点火時期（着火時期）を遅角することによって、トルクを抑制するともに排気温度のさらなる上昇を図ることができる。
【００４７】
以下、このエンジン１の電動式過給機３０から機械式過給機１０への過渡制御を、図２のフローチャートに基づいて説明する。
【００４８】
まず、ステップ１において、排気浄化部１５の昇温制御が開始される。ステップＳ２において、水温センサｉによってシリンダブロック等を冷却する冷却水の温度が検出される。この冷却水の温度から排気浄化部１５の温度を推定する。なお、排気浄化部１５内の部材の温度を直接検出する排気浄化部温度センサを設けて、その排気浄化部温度センサによって検出された温度を用いてもよい。
【００４９】
ステップＳ３では、排気浄化部１５の昇温制御が必要かどうかが判別される。排気浄化部１５の温度が予め決められた所定温度以上であると推定される場合は、昇温制御は不要であるのでステップＳ９へ移行し、昇温制御を終了する。排気浄化部１５の温度が所定温度未満であると推定される場合は、排気浄化部１５の昇温制御が必要であるので、ステップＳ４へ移行する。
【００５０】
ここで、所定温度としては、排気浄化部１５の活性温度を採用しているが、温度推定の誤差や、冷却水温度の上昇と排気浄化部１５内の温度の上昇とのタイムラグ等を見込んで、その活性温度に近い別の温度を採用することもできる。
【００５１】
ステップＳ４では、以下の行程で電動式過給機３０の電動式コンプレッサ３２を駆動するための準備として、電動式コンプレッサ３２の出力を決定する。出力の設定については、排気浄化部１５の温度と所定温度との温度差が大きいほど、電動式コンプレッサ３２の出力が大きくなるように、予め温度差と出力との関係が決められており、電子制御ユニット５０が備える決定部５６が、その出力を決定する。
【００５２】
ステップＳ５では、以下の行程で排気還流バルブ２２の開動作、スロットルバルブ５の閉動作、排気バイパスバルブ４２の開動作を行うための準備として、それぞれのバルブの開度を決定する。開度の設定については、排気浄化部１５の温度と所定温度との温度差が大きいほど、排気還流バルブ２２の開度は大きく、排気バイパスバルブ４２の開度は大きくなるように、予め温度差と開度との関係が決められている。スロットルバルブ５の開度の設定については、電動コンプレッサ３２の出力が大きくなるほど開度が小さくなるように、予め出力と開度の関係が決められている。
【００５３】
つづくステップＳ６では、排気還流バルブ２２を開放すると同時に電動過給機３０の電動コンプレッサ３２が駆動し、排気環流通路２１を通じて吸気（空気）を排気通路１４へ導入する。この吸気により排気通路１４内は、燃料の燃焼に必要な酸素が充分に存在する状態となる。このような状況下で、燃料噴射量の増量による空燃比のリッチ化、バルブオーバラップ期間の延長、点火時期の遅角等の制御を行うことにより、燃焼室内で燃焼しきれなかった燃料が、排気通路１４内で燃焼し、排気温度の上昇を図ることができる。
【００５４】
さらに、ステップＳ６では、排気還流バルブ２２を開放と同時に又は前後して、スロットルバルブ５を閉動作させる。スロットルバルブ５を閉動作することにより、吸気が吸気ポート３側へ向かいにくくなり、排気環流通路２１への吸気の導入がスムーズになる。
【００５５】
また、ステップＳ６では、排気還流バルブ２２を開放と同時に又は前後して、排気バイパスバルブ４２を開動作させる。排気バイパスバルブ４２を開動作することにより、排気ガスを排気タービン１２を経由しないルートへ導くことにより、排気ガスの熱が機械式過給機１０の排気タービン１２に奪われることを抑制し、早期の排気浄化部１５の昇温が図られる。
【００５６】
ここで、前述のように、排気ガスの温度を高めるためには、点火時期を遅角させることが望ましいが、点火時期を遅らせると、エンジン１を安定して回転させるために必要な出力が不足する。このため、運転状況によっては、電動コンプレッサ３２の出力増大により、吸気を増やすことで出力低下を補うことができる。
【００５７】
ステップＳ７において、水温センサｉによってシリンダブロック等を冷却する冷却水が検出される。ステップＳ８では、排気浄化部１５の温度が活性化温度に至って昇温が完了しているかどうか、すなわち、排気浄化部１５の昇温制御が引き続き必要かどうかが判別される。
【００５８】
排気浄化部１５の昇温が完了していなければ、ステップＳ４へ戻り、同様の制御を繰り返す。排気浄化部１５の昇温が完了していれば、ステップＳ９へ移行して昇温制御を終了し、排気還流バルブ２２の開度、スロットルバルブ５の開度、排気バイパスバルブ開度を通常制御での設定に戻し、電動コンプレッサ３２の駆動を停止する。
【００５９】
この実施形態では、排気バイパス装置４０、すなわち、ウェイストゲートバルブ装置を電制式とすることで、過給圧が低い場合でも駆動でき、より緻密な制御を可能としているが、ウェイストゲートバルブ装置は、空圧式アクチュエータにより制御してもよい。このとき、バキュームポンプを用いた負圧式とすることが望ましい。
【００６０】
この実施形態のエンジン１は自動車用４サイクルガソリンエンジンとしたが、この実施形態には限定されず、他の形式のガソリンエンジンの他、ディーゼルエンジンでもこの発明を適用できる。
【符号の説明】
【００６１】
１  エンジン
２  気筒
３  吸気ポート
４  吸気通路
５  スロットルバルブ
６  吸気冷却装置（インタークーラ）
７  第二スロットルバルブ
１０  機械式過給機
１１  機械式コンプレッサ
１２  排気タービン
１３  排気ポート
１４  排気通路
１５  排気浄化部
１６  消音器
２０  排気ガス再循環装置
２１  排気還流通路
２２  排気還流バルブ
３０  電動式過給機
３２  電動式コンプレッサ
３３  吸気バイパス通路
３４  吸気バイパスバルブ
４０  排気バイパス装置
４１  排気バイパス通路
４２  排気バイパスバルブ
５０  電子制御ユニット
５１  排気浄化部制御手段
５２  過給制御手段
５３  吸気バイパス装置制御手段
５４  排気バイパス装置制御手段
５５  排気環流ガス制御手段
６１  決定部
【図１】
0006613882.tif 000002
【図２】
0006613882.tif 000003