(57)【要約】【課題】連通管上の排気の流れを制御することにより、各気筒群の燃焼状態を良好にする。【解決手段】内燃機関の制御装置は、例えばＶ型内燃機関など複数の気筒群を備える内燃機関に適用される。各気筒群には個別排気通路が接続され、各個別排気通路にはそれぞれ触媒が設けられる。個別排気通路は触媒の下流で合流して共通排気通路を構成するとともに、触媒の上流位置において制御弁を有する連通管により接続されている。また、一方の気筒群側にはターボチャージャが設けられ、他方の気筒群の排気通路には触媒の下流に排気制御弁が設けられる。この構成において、制御手段は、排気制御弁の排気流量が内燃機関の全排気流量の約１／２となったときに連通管の制御弁を閉じる。これにより、連通管の開閉が行われた場合でも、安定な燃焼が維持される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の気筒群を備える内燃機関の制御装置であって、
前記第１及び第２の気筒群にそれぞれ接続された第１及び第２の個別排気通路と、
前記第１及び第２の個別排気通路を接続してなる共通排気通路と、
前記第１及び第２の個別排気通路上にそれぞれ設けられた第１及び第２の触媒と、
前記第１の個別排気通路に設けられたターボチャージャーと、
前記第１及び第２の触媒の上流位置において前記第１及び第２の個別排気通路を連通する連通管と、
前記第２の触媒の下流位置において前記第２の個別排気通路上に配置された排気制御弁と、
前記連通管上に設けられた連通管制御弁と、
前記第１及び第２の気筒群の燃焼状態を制御するとともに、前記第１及び第２の気筒群の燃焼状態に応じて前記連通管制御弁及び前記排気制御弁の開閉を制御する制御手段と、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】
前記制御手段は、前記排気制御弁における排気流量が、前記内燃機関全体の排気流量の略１／２となったときに、前記連通管制御弁を閉じることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記連通管制御弁を閉じた後は、前記排気制御弁を略全開とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記排気制御弁を略全開とするときには、前記第２の気筒群をバルブオーバーラップ量が減少するように制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排気制御弁を略全開とするときには、前記第２の気筒群の燃焼制御に使用する点火時期、燃料噴射時期及び燃料増量のマップを切り換えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定範囲にあるときは、前記排気制御弁の排気流量が前記内燃機関全体の排気流量の略１／２となるように前記排気制御弁を制御することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項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、複数の気筒群を有し、一方の気筒群にターボチャージャを有する内燃機関において、各気筒群の燃焼状態を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＶ型内燃機関など、複数の気筒群を有する内燃機関において、気筒群の排気通路間に連通管を備えるとともに、一方の気筒群のみにターボチャージャを備え、他方の気筒群の排気通路に排気制御弁を備えたものが特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特公平１−２７２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の排気浄化装置では、各気筒群の燃焼状態によっては、複数の気筒群からの排気が連通管内で合流して反応、干渉などを生じる可能性がある。また、ターボチャージャを備えない側の気筒群では、必要以上に背圧が高くなることで、燃焼が悪くなることがある。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、連通管上の排気の流れを制御することにより、各気筒群の燃焼状態を良好にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、第１及び第２の気筒群を備える内燃機関の制御装置は、前記第１及び第２の気筒群にそれぞれ接続された第１及び第２の個別排気通路と、前記第１及び第２の個別排気通路を接続してなる共通排気通路と、前記第１及び第２の個別排気通路上にそれぞれ設けられた第１及び第２の触媒と、前記第１の個別排気通路に設けられたターボチャージャーと、前記第１及び第２の触媒の上流位置において前記第１及び第２の個別排気通路を連通する連通管と、前記第２の触媒の下流位置において前記第２の個別排気通路上に配置された排気制御弁と、前記連通管上に設けられた連通管制御弁と、前記第１及び第２の気筒群の燃焼状態を制御するとともに、前記第１及び第２の気筒群の燃焼状態に応じて前記連通管制御弁及び前記排気制御弁の開閉を制御する制御手段と、を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、例えばＶ型内燃機関など複数の気筒群を備える内燃機関に適用される。各気筒群には個別排気通路が接続され、各個別排気通路にはそれぞれ触媒が設けられる。また、個別排気通路は触媒の下流で合流して共通排気通路を構成するとともに、触媒の上流位置において制御弁を有する連通管により接続されている。また、一方の気筒群側にはターボチャージャが設けられ、他方の気筒群の排気通路には触媒の下流に排気制御弁が設けられる。この構成において、制御手段は、各気筒群の燃焼状態を制御するとともに、その燃焼状態に応じて、連通管の制御弁及び排気制御弁の開閉を制御し、各気筒の排気通路の排気流量を調整する。これにより、連通管の開閉が行われた場合でも、安定な燃焼が維持される。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記制御手段は、前記排気制御弁における排気流量が、前記内燃機関全体の排気流量の略１／２となったときに、前記連通管制御弁を閉じる。この態様では、前記排気制御弁における排気流量が、前記内燃機関全体の排気流量の略１／２となったとき、即ち、２つの気筒群の排気流量が同等になり、連通管に排気の流れが無くなったときに連通管制御弁が閉じられる。よって、連通管を閉じることにより背圧の変化やターボチャージャ回転数の変化などが生じることが防止され、安定な燃焼が継続される。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記連通管制御弁を閉じた後は、前記排気制御弁を略全開とする。この態様では、排気制御弁を全開にすることにより、ターボチャージャを有しない気筒群側の背圧を十分に低下させ、筒内残留ガスを低減することができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記排気制御弁を略全開とするときには、前記第２の気筒群をバルブオーバーラップ量が減少するように制御する。この態様では、排気制御弁を全開としてターボチャージャを有しない気筒群の背圧を低下させたときに、新気の吹き抜け量が過大とならないように、オーバーラップ量を減少させる。
【００１１】
好適な例では、前記制御手段は、前記排気制御弁を略全開とするときには、前記第２の気筒群の燃焼制御に使用する点火時期、燃料噴射時期及び燃料増量のマップを切り換える。これにより、２つの気筒群間で背圧、ＶＶＴ設定値などの制御値が異なる場合でも、それぞれ適切な燃焼状態を維持することができる。
【００１２】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記内燃機関の回転数が所定範囲にあるときは、前記排気制御弁の排気流量が前記内燃機関全体の排気流量の略１／２となるように前記排気制御弁を制御する。この態様では、機関の回転数が所定範囲にあるときには、排気制御弁を制御して、当該排気制御弁の排気流量が機関の全排気流量の１／２となるようにする。これにより、回転数や過給圧などが時々刻々と変化する状態においても、排気制御弁の流量が全排気流量の１／２となる状態を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
（装置構成）
図１は、本発明の実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示す。なお、図１において、実線の矢印は吸排気の流れを示し、破線の矢印は信号の入出力を示す。また、以下の説明では、左右の構成要素を区別する場合には参照符号に添え字「Ｌ」又は「Ｒ」を付し、左右の構成要素を区別しない場合には添え字を省略する。
【００１５】
内燃機関１は、左右のバンク（気筒群）２にそれぞれ３つずつの気筒（シリンダ）３が設けられたＶ型６気筒のエンジンとして構成されている。具体的に、左バンク２Ｌは３つの気筒３Ｌを備え、右バンク２Ｒは３つの気筒３Ｒを備える。
【００１６】
各気筒３に吸気を導くための吸気通路４には、スロットルバルブ１１、エアフローメータ１２、図示しないエアクリーナなどが設けられている。スロットルバルブ１１は、ＥＣＵ２０からの制御信号ＣＳ１に基づいてスロットル開度が制御され、吸気通路４に流れる吸気の流量を制御する。エアフローメータ１２は、スロットルバルブ１１の下流における吸気流量を検出し、その流量に対応する信号ＣＳ３をＥＣＵ２０へ供給する。
【００１７】
各気筒３には、燃料噴射弁１３が設けられている。燃料噴射弁１３は、ＥＣＵ２０からの制御信号ＣＳ２に基づいて、燃料噴射量が制御される。なお、燃料噴射弁１３は、ポート噴射型であっても、筒内噴射型であってもよい。
【００１８】
左バンク２Ｌにはターボチャージャー２２が設けられている。これに伴い、吸気通路４はスロットルバルブ１１の下流でターボチャージャー２２のコンプレッサ２２ａを介して通路４ｂに接続され、通路４ｂはインタークーラー１８に接続されている。一方、右バンク２Ｒにはターボチャージャーは設けられていない。インタークーラー１８は、吸気マニホールド５に接続されている。
【００１９】
右バンク２Ｒの排気マニホールド６Ｒは排気通路７Ｒに接続されている。左バンク２Ｌの排気マニホールド６Ｌはターボチャージャー２２のタービン２２ｂに接続されるとともに、連通管１７を通じて右バンク２Ｒの排気通路７Ｒに接続されている。連通管１７上には連通管制御弁２７が設けられている。連通管制御弁２７は、ＥＣＵ２０から供給される制御信号ＣＳ６により、その開閉が実行される。
【００２０】
排気通路７Ｌにはスタート触媒１５Ｌが設けられ、排気通路７Ｒにはスタート触媒１５Ｒが設けられている。排気通路７Ｌと７Ｒは、各スタート触媒１５Ｌ、１５Ｒの下流において合流し、共通排気通路８に接続されている。共通排気通路８には、アンダーフロア（ＵＦ）触媒１６が設けられている。なお、スタート触媒１５及びＵＦ触媒１６の種類は特に限定されるものではないが、好適な例では、スタート触媒１５として三元触媒を、ＵＦ触媒１６としてＮＯｘ吸蔵還元触媒を使用することができる。
【００２１】
さらに、ターボチャージャ２２が設けられていない方のバンク２Ｒの排気通路７Ｒ上には、スタート触媒１５Ｒの下流に排気制御弁２５Ｒが設けられている。排気制御弁２５Ｒは、連通管制御弁２７とともに動作して、各排気通路７Ｌ、７Ｒを流れる排気の流量を制御する役割を有する。排気制御弁２５Ｒへは、ＥＣＵ２０から制御信号ＣＳ５が供給され、弁の開閉及び開度が制御される。
【００２２】
ＥＣＵ２０は、内燃機関１の各部を制御する。特にＥＣＵ２０は、本発明における制御手段として機能し、バンク２Ｌ、２Ｒ毎に独立に燃焼状態を制御する。また、ＥＣＵ２０は、制御信号ＣＳ５、ＣＳ６を排気制御弁２５Ｒ及び連通管制御弁２７にそれぞれ供給することにより、排気の流れを制御する。
【００２３】
なお、排気通路７Ｒ、７Ｌは本発明における個別排気通路に相当する。また、スタート触媒１５は本発明における第１及び第２の触媒に相当する。
【００２４】
（排気制御）
次に、本実施形態による排気制御について説明する。本実施例では、ＥＣＵ２０がターボチャージャ２２を有する左バンク２Ｌと、ターボチャージャを有しない右バンク２Ｒの燃焼を制御する際、左右のバンクの燃焼状態に応じて、連通管制御弁２７及び排気制御弁２５Ｒの開閉を制御して各排気通路７の排気流量を制御する。より具体的には、排気制御弁２５Ｒの排気流量が内燃機関１全体の排気流量の略１／２となったときに、連通管制御弁２７を閉じる。
【００２５】
本実施例による基本的な制御のタイミングチャートを図２に示す。上記の構成を有する内燃機関１では、所定回転数以下の低回転時には、ターボチャージャ２２を有効利用して過給を行う。具体的には、低回転時には、連通管制御弁２７を開とするとともに、排気制御弁２５Ｒを閉とする。これにより、右バンク２Ｒ側の排気通路７Ｒへの排気の流れは遮断され、内燃機関１はターボチャージャ２２を有する左バンク２Ｌのみで運転する状態となる。このとき、図２に示すように、排気流量としてはターボチャージャ２２を通過する排気割合が１００％、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が０％となる。
【００２６】
その後、回転数の上昇に伴ってターボチャージャ２２による過給が行われ、ターボチャージャ２２の過給圧が上昇する。そして、内燃機関１が所定回転数に達すると（時刻ｔ０）、ＥＣＵ２０は排気制御弁２５Ｒを徐々に開いてゆく。これにより、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が徐々に増加する。なお、この排気制御弁２５Ｒはターボチャージャ２２に対するウエストゲートの役割を有している。
【００２７】
そして、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が内燃機関全体の排気流量の約５０％に達したとき（図２の破線Ｘ０の領域を参照）、言い換えればターボチャージャ２２を通過する排気割合と排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合とがそれぞれ約５０％となったとき、ＥＣＵ２０は連通管制御弁２７を閉じる（時刻ｔ１）。これにより、その後は、ターボチャージャ２２を有する左バンク２Ｌと、排気制御弁２５Ｒを有する右バンク２Ｒには、それぞれ約５０％ずつの排気が流れることになる。
【００２８】
なお、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が全排気流量の５０％になったか否かの判断は、例えばＥＣＵ２０が吸入空気量、ターボチャージャ回転数などに基づく推定により行うことができる。即ち、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が全排気流量の５０％になった際の吸入空気量、ターボチャージャ回転数、その他の制御値を予め求めておき、各バンクの制御値がその値になったときに、排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が全排気流量の５０％になったと判断すればよい。なお、左右の排気通路に設けられた圧力センサその他のセンサがある場合には、それらの出力を利用することとしても構わない。
【００２９】
排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合が内燃機関全体の排気流量の約５０％に達したとき、即ちターボチャージャ２２及び排気制御弁２５Ｒを通過する排気割合がそれぞれ約５０％となったときには、左右のバンク２の排気系の排気流量は同等となっており、左右のバンク２からの排気は連通管１７をほとんど流れない状態となっている。本実施形態では、この状態で連通管制御弁２７を閉じるので、連通管制御弁２７を閉じることによる背圧の変化やターボチャージャの回転数変化などの不具合を防止することができる。この点、仮に連通管に排気の流れがある状態で連通管制御弁２７を閉じると、ターボチャージャ２２への流入ガス量が変化し、ターボチャージャ２２の回転数（過給圧）及び背圧が変化してしまう。これにより、気筒内の残留ガス量が変化し、燃焼が不安定となる。この点、本実施形態では、連通管１７内の排気の流れが無い状態で連通管制御弁２７を閉じるので、上記のような不具合は生じない。よって、連通管排気弁２７を閉じる際に安定した燃焼を継続することができ、内燃機関１の出力の急激、瞬時的な変化などを防止することができる。
【００３０】
上記の制御においては、連通管制御弁２７を閉じた後に排気制御弁２５Ｒを全開とすることが好ましい。この場合のタイミングチャートを図３に示す。なお、図３において、回転数、過給圧、ターボチャージャ通過排気割合、排気制御弁通過排気割合、連通管制御弁などのグラフは図２のものと同様である。
【００３１】
図３において、時刻ｔ１で連通管制御弁２７を閉じた後、ＥＣＵ２０は排気制御弁２５Ｒを徐々に開いていき、時刻ｔ２には排気制御弁２５Ｒの開度を１００％とする（破線部Ｘ１を参照）。これにより、ターボチャージャ２２を有する左バンクの背圧を維持したまま、右バンクの背圧を低下させることができる。
【００３２】
上記の制御においては、連通管制御弁２７を閉じることによりターボチャージャ２２の過給圧調整の目的による排気制御弁２５Ｒの調整は不要となる。一方、排気制御弁２５Ｒを開くことにより、ターボチャージャを有しない右バンク２Ｒの背圧は低下し、気筒３Ｒ内の残留ガスは排気通路７Ｒへ流れ易くなり、筒内残留ガスの低減を図ることができる。特に、排気制御弁２５Ｒを全開として右バンク２Ｒの背圧を十分に低下させ、過給圧＞背圧の条件が成立すれば、右バンク２Ｒにおいては新気の排気系への吹き抜けを生じさせることができ、筒内の残留ガスをゼロにすることができる。これにより、燃焼特性が改善され、燃費、出力が向上するとともに、排気温度の低下に伴う燃料増量の抑制が可能となる。
【００３３】
さらに、上記の制御においては、連通管制御弁２７を閉じた後、排気制御弁２５Ｒの操作に同期して右バンク２Ｒのバルブオーバーラップ量を減少させることが好ましい。具体的には、図３において、破線部Ｘ２に示すように、左バンクのバルブオーバーラップ量を維持したまま、右バンクのバルブオーバーラップ量を減少させる。
【００３４】
これは、背圧の低下に伴い右バンク２Ｒ側の新気の吹き抜け量が過大とならないようにするためである。仮にバルブオーバーラップ量が大きいと、新気の吹き抜け量が過大になり、ターボチャージャ２２による過給圧が低下してしまう。また、新気の吹き抜け量が過大になると、新気中の酸素と、燃料中の未燃成分のＨＣ、ＣＯとが排気系で反応してしまい、排気温度及び触媒温度が上昇して触媒を劣化させる原因となる。また、左右バンクの排気流量に大きな差ができると燃焼制御が不安定となる。そこで、新気の吹き抜け量を適正にするために、右バンクのバルブオーバーラップ量を減少させることが好ましい。具体的には新気の吹き抜け量がゼロとなるか、若しくは筒内の残留ガスの排出に十分な程度となるようにＶＶＴを制御し、バルブオーバーラップ量を調整する。
【００３５】
さらに、上記の制御においては、排気制御弁２５Ｒの操作に同期して、点火時期、燃料噴射時期、燃料増量値などの基本制御マップを切り換えることが好ましい。排気制御弁２５Ｒの開動作前後においては、各バンクの背圧、バルブオーバーラップ量を規定するＶＶＴ設定値などが異なるため、バンク毎に最適な制御値が異なってくる。そこで、連通管制御弁２７の閉操作及び排気制御弁２５Ｒの開操作の前後で異なる制御マップを使用する。
【００３６】
これを図４のタイミングチャートに模式的に示す。なお、図４において、回転数、過給圧、ターボチャージャ通過排気割合、排気制御弁通過排気割合、連通管制御弁、左バンクの背圧及びバルブオーバーラップ量などのグラフは図３のものと同様である。
【００３７】
図４において、ＥＣＵ２０は、連通管制御弁２７を閉じる時刻ｔ１までは制御マップとしてＭＡＰ−Ａを使用し、排気制御弁２５Ｒを開く時刻ｔ２以降は制御マップとしてＭＡＰ−Ｂを使用する。なお、時刻ｔ１とｔ２の間の制御マップの切り換え方法としては、両マップの値を補間して制御値を算出し、制御値を滑らかに変更する方法（矢印Ｘ３参照）と、時刻ｔ２において制御マップを瞬時に切り換える方法のいずれを採用してもよい。また、特に点火時期の制御マップに関しては、ノッキングなどを防止するために、切り換え前後の制御マップの制御値を比較して、安全側である遅角側の制御値を使用することとしてもよい。
【００３８】
図５に、以上説明した排気制御のフローチャートを示す。この制御は、ＥＣＵ２０が予め用意されたプログラムを実行することにより実現される。なお、この制御の開始時においては、内燃機関１は低回転状態にあり、連通管制御弁２７は開状態、排気制御弁は閉状態になっているものとする。
【００３９】
まず、ＥＣＵ２０は、運転者の負荷要求の増大（アクセル踏み込み量の増大など）に伴う回転数の上昇を監視し、回転数が所定値以上となったか否かを判定する（ステップＳ１）。回転数が所定以上となったとき（ステップＳ１；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は排気制御弁２５Ｒを徐々に開いていく（ステップＳ２）。そして、排気制御弁２５Ｒの排気流量が内燃機関１の全排気流量の１／２になった場合（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２０は連通管制御弁２７を閉じる（ステップＳ４）。また、ＥＣＵ２０は、排気制御弁２５Ｒを全開まで開いていくとともに（ステップＳ５）、右バンクのバルブオーバーラップ量を減少させる（ステップＳ６）。
【００４０】
［変形例］
上記の実施形態においては、排気制御弁２５Ｒの排気流量が内燃機関１の全排気流量の約１／２となる状態を判定することとしているが、内燃機関の回転数や過給圧などが時々刻々と変化する状況で上記の状態を判定することは困難が伴う場合もある。そのような場合には、一定の運転条件範囲、より具体的には内燃機関の所定回転数範囲では排気制御弁２５Ｒの排気流量が全排気流量の１／２となるように過給圧及び排気制御弁開度を制御することとしてもよい。具体的には、図６に例示するように、時刻ｔ４で内燃機関１の回転数が所定範囲内になったら、予め過給圧を低下させておき（破線Ｘ６参照）、排気制御弁２５Ｒの流量を全排気流量の１／２になるように制御する（破線Ｘ５参照）。これにより、過渡運転時においても、排気制御弁２５Ｒの流量が全流量の１／２の状態を確保した上で、連通管制御弁２７を閉じることができる。よって、連通管制御弁２７の閉操作時に過給圧の変化や背圧の急激な変化による燃焼特性の変化が発生することが防止でき、安定運転状態で連通管を閉じることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態による内燃機関の制御装置の概略構成を示す。
【図２】実施形態による排気制御のタイミングチャートである。
【図３】実施形態による排気制御のタイミングチャートである。
【図４】実施形態による排気制御のタイミングチャートである。
【図５】実施形態による排気制御のフローチャートである。
【図６】変形例による排気制御のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１  内燃機関（エンジン）
２Ｌ、２Ｒ  バンク（気筒群）
３Ｌ、３Ｒ  気筒
４  吸気通路
５  吸気マニホールド
６  排気マニホールド
７Ｌ、７Ｒ  排気通路
８  共通排気通路
１５Ｌ、１５Ｒ  スタート触媒
１６  ＵＦ触媒
【図１】
2008025527.tif 000003
【図２】
2008025527.tif 000004
【図３】
2008025527.tif 000005
【図４】
2008025527.tif 000006
【図５】
2008025527.tif 000007
【図６】
2008025527.tif 000008