(57)【要約】【課題】内燃機関に於ける高温作動媒体流路の任意の部位について、それが過熱気味となることを、内燃機関に要求される出力運転を妨げることなく、電動手段付き過給機を利用して防止する。【解決手段】電動手段付き過給機を有する内燃機関に於いて、所定の運転条件が成立したときフューエルカットを実行し、フューエルカットが実行されたとき前記過給機を前記電動手段により作動させ、作動媒体流路の冷却を要する部分の冷却を行なう。【選択図】　　図２
2004124865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動手段付き過給機と、所定の運転条件が成立したときフューエルカットを実行する第一の制御手段と、フューエルカットが実行されたとき前記過給機を前記電動手段により作動させる第二の制御手段とを有し、フューエルカット中に前記過給機を前記電動手段により作動させて作動媒体流路の冷却を要する部分の冷却を行なうことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記第二の制御手段は前記過給機を前記電動手段により作動させるとき吸気絞り弁を開放する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記第二の制御手段は前記作動媒体流路の所定部位の温度が所定のしきい値以上であるとき前記過給機の前記電動手段による作動を開始することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記第二の制御手段は該内燃機関の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に前記過給機の前記電動手段による作動を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
該内燃機関は車輌の内燃機関であり、前記第二の制御手段は該車輌の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に前記過給機の前記電動手段による作動を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関に係り、特に電動手段によっても駆動されるようになっている過給機を備えた内燃機関に係る。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−２７１６６３号公報
【特許文献２】
特開平１１−１８２２５６号公報
内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒は時として過熱気味となる恐れがある。この問題に対処して、電磁駆動式の吸・排気弁を備えた内燃機関に於いて、排気浄化触媒の温度が所定値を越えて上昇したとき、排気弁の開閉タイミングと揚程のいずれか一方または両方を変更して排気温度を低下させることが上記の特開２００１−２７１６６３に於いて提案されている。一方、内燃機関の運転がコンピュータを用いて電子制御されるようになったことに伴い、従来排気タービンにて圧縮機を駆動するのみであった過給機に電動手段を組み込み、過給を電気的に補正制御することが、例えば上記の特開平１１−１８２２５６に示されている如く知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、排気浄化触媒だけでなく、シリンダヘッドを含む内燃機関に於ける高温作動媒体流路の任意の部位について、それが過熱気味となることを防止することを、内燃機関に要求される出力運転を妨げることなく、電動手段付き過給機を有効に利用して達成することを課題としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するものとして、本発明は、電動手段付き過給機と、所定の運転条件が成立したときフューエルカットを実行する第一の制御手段と、フューエルカットが実行されたとき前記過給機を前記電動手段により作動させる第二の制御手段とを有し、フューエルカット中に前記過給機を前記電動手段により作動させて作動媒体流路の冷却を要する部分の冷却を行なうことを特徴とする内燃機関を提供するものである。
【０００５】
この場合、前記第二の制御手段は前記過給機を前記電動手段により作動させるとき吸気絞り弁を開放する制御を行うようになっていてよく、また前記第二の制御手段は作動媒体流路の所定部位の温度が所定のしきい値以上であるとき前記過給機の前記電動手段による作動を開始するようになっていてよい。
【０００６】
また前記電動手段による過給機の運転制御については、前記第二の制御手段は該内燃機関の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に前記過給機の前記電動手段による作動を行うようにされてよく、また該内燃機関が車輌の内燃機関であるときには、前記第二の制御手段は該車輌の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に前記過給機の前記電動手段による作動を行うようにされてよい。
【０００７】
【発明の作用及び効果】
電動手段付き過給機を備えた内燃機関が、更に所定の運転条件が成立したときフューエルカットを実行する第一の制御手段と、フューエルカットが実行されたとき前記過給機を前記電動手段により作動させる第二の制御手段とを有していれば、フューエルカットによる内燃機関の惰性回転中の期間を利用して、内燃機関に要求される出力運転を妨げることなく、過給機を電動手段により駆動し、シリンダヘッドや排気浄化触媒の如く作動媒体流路のうちの時として過熱気味となる部位を空気流により冷却することができる。
【０００８】
この場合、特に前記第二の制御手段が前記過給機を前記電動手段により作動させるとき吸気絞り弁を開放する制御を行うようになっていれば、過給機の電動手段による作動によって吸気系から燃焼室を経て排気系へ向かう空気の流れをより確実に且つ効果的に発生させ、かかる空気流によるシリンダヘッド部や排気浄化触媒に対する冷却効果を高めることができる。
【０００９】
また、前記第二の制御手段による制御の下に過給機が電動手段により作動され、シリンダヘッド部や排気浄化触媒の如き作動媒体流路の所定部位の冷却が行われるのは、それら所定部位の温度が所定のしきい値以上であるとき開始されるようになっていれば、過給機を電動手段により作動させることによるそれらの部位の冷却を、それが真に有効なときのみ行われるようにし、電動手段の作動に要する蓄電装置の電力消費を必要最小限度に抑えることができる。
【００１０】
また、シリンダヘッド部や排気浄化触媒の如き所定部位の冷却は、それら所定部位を過熱から保護する上で、その温度が所定のしきい値を越えたとき開始されるのが効果的であるが、それらの部位の温度は冷却が開始されると低下するので、どの程度まで冷却掃気を行なうか、即ち、冷却を何時止めるかについては考慮の余地がある。この点について、前記第二の制御手段が内燃機関の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に過給機の電動手段による作動を行うようになっていれば、該所定部位が冷却を開始させる温度まで上昇するに至った内燃機関の運転状態に基づいて適切な冷却掃気量だけ過給機の電動作動を行わせることができ、過給機電動作動量を最適値に制御することができる。かかる冷却掃気量の制御は、その一つの実施の形態として、作動時間として制御されてよい。
【００１１】
また、内燃機関が車輌の内燃機関であるとき、前記第二の制御手段が該車輌の運転状態を考慮に入れて定められた冷却掃気量だけフューエルカット中に過給機の電動手段による作動を行うようになっていれば、該所定部位が冷却を開始させる温度まで上昇するに至った車輌の運転状態に基づいて適切な冷却掃気量だけ過給機の電動作動を行わせることができ、このことによっても過給機電動作動量を最適値に制御することができる。かかる冷却掃気量の制御もまた、その一つの実施の形態として、作動時間として制御されてよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
添付の図１は本発明による回転電機付き過給機を備えた内燃機関の一つの実施の形態をその要部の構成について示す概略図である。図に於いて、１０は内燃機関のシリンダ室であり、１２は該シリンダ室内にて往復動するピストンであり、１４はピストンロッドである。シリンダ室１０の頂部には吸気ポート１６および排気ポート１８が設けられており、それぞれ電磁作動式の吸気弁２０および排気弁２２により開閉制御されるようになっている。２４は燃料噴射弁であり、２６は点火栓である。
【００１３】
排気ポート１８は排気管２８を経て過給機３０のタービン部の蝸牛状室３２に連結されている。蝸牛状室３２内へ導入された内燃機関の排気はタービンロータ３４の周りに吹きつけられ、その放射状ベーン３６の間を通ってタービン出口ポート３８へ流れる間にタービンロータに対し周方向の力を及ぼしてこれを回転駆動するようになっている。排気はこれより触媒コンバータ４０を経て大気へ排出される。
【００１４】
タービンロータ３４はロータ軸４２により支持されており、ロータ軸４２は図には示されていないに軸受により過給機の枠体より支持されている。ロータ軸４２の他端には圧縮機インペラ４４が担持されている。圧縮機インペラ４４はタービンロータ３４により駆動されるときエアクリーナ４６を経て吸気管４８内に吸引された空気を圧縮機吸入ポート５０より吸い込み、半径方向に付勢して圧縮機の蝸牛状室５２へ送り込むことにより圧縮し、加圧された吸気として吸気管５４を経て吸気ポート１６へ送り込む。吸気管５４には途中にインタークーラ５６および吸気絞り弁５８が設けられている。６０は排気ガス再循環通路であり、排気ガス再循環制御弁６２の制御の下に排気管２８の途中から排気の一部を抽出し、これを吸気管５４の途中に導入するようになっている。
【００１５】
過給機３０のロータ軸４２にはこの実施の形態では電動発電機として構成された回転電機６４の回転子６６が装着されており、その回りに配置された固定子６８と共働して、ロータ軸４２を電動駆動する電動機としても、またロータ軸４２がタービンロータ３４により駆動されることにより電力を発生する発電機としても作動し得るようになっている。
【００１６】
７０はマイクロコンピュータを組み込んだ電子制御装置（ＥＣＵ）であり、図には示されていない各種センサより機関回転速度、アクセルペダル踏み込み量、車速、その他の機関の運転制御に必要な一連の信号Ｓを与えられると共に、吸気圧センサ７２より圧縮機出口の吸気圧に関する信号、機関温度センサ７４より機関温度、特に機関のシリンダヘッド部の温度に関する信号、触媒温度センサ７６より排気浄化触媒の温度に関する信号を与えられ、内燃機関の全体的運転を制御すると共に、本発明に係る燃料噴射弁２４を閉じてのフューエルカットと、それに関連する回転電機６４の電動作動制御を行うようになっている。
【００１７】
図２は、図１に示す内燃機関の本発明による過給機電動作動に関する制御態様を車輌用内燃機関の場合に於ける一つの実施の形態について示すフローチャートである。かかるフローチャートによる制御は、内燃機関の運転開始と同時に開始され、数十ミリセカンドの如き所定のサイクルにて繰り返される。
【００１８】
制御が開始されると、先ずステップ１にてフューエルカットが開始されたか否かが判断される。フューエルカットを行なうか否かは、電子制御装置７０により上述のアクセルペダル踏み込み量、車速、その他の機関の運転制御に関する情報に基づいて決定される。どのようなときにフューエルカットを行なうかについては、種々の考え方があるが、この技術の分野に於いては周知であるので、その詳細は省略する。答がノーである間、制御はエンドに至り、１サイクルの制御は終了する。フューエルカットが開始され、ステップ１の答がノーからイエスに転じると、制御はステップ２へ進む。
【００１９】
ステップ２に於いては、内燃機関の回転数Ｎｅが所定のしきい値Ｎｅａ以下であるか否かが判断される。答がノーである間、即ち、内燃機関がある程度以上の高速回転状態であるときには、シリンダ内への空気の流れを制限して機関の回転に抵抗を与えるエンジンブレーキを優先させ、本発明による過給機電動作動によるシリンダヘッド部や排気浄化触媒の冷却は不要ないし不適当と判断され、制御はそのままエンドへ向かい、１サイクルの制御は終了する。答がイエスのときには制御はステップ３へ進む。
【００２０】
ステップ３に於いては車速Ｖｓが所定のしきい値Ｖｓａ以上であるか否かが判断される。答がノーのとき、制御はそのままエンドに至り、１サイクルの制御は終了する。即ち、フューエルカット状態であり、機関回転数が所定のしきい値以下であっても、ある程度以上の車速で車輌が走行していないときには、本発明による過給機電動作動による機関あるいは排気浄化触媒等の冷却は行われない。答がイエスのときには制御はステップ４へ進む。
【００２１】
ステップ４に於いては、図１に示す機関の実施の形態でみて、機関温度センサ７４により検出された機関温度Ｔｃ１が所定のしきい値Ｔｍ１以上であるか否かが判断される。このしきい値Ｔｍ１は、機関温度センサ７４により検出された温度がこれを越えるときにはシリンダヘッド部が過熱気味であり、その温度を下げることが望まれるような温度である。答がイエスであれば、制御はそのままステップ５へ進む。答がノーであれば、制御はステップ６へ進む。
【００２２】
ステップ６に於いては、同じく図１に示す機関の実施の形態でみて、排気浄化触媒温度センサ７６により検出された排気浄化触媒の温度Ｔｃ２が所定でしきい値Ｔｍ２以上であるか否かが判断される。このしきい値Ｔｍ２は、排気浄化触媒温度センサ７６により検出された温度がこれを越えるときには排気浄化触媒が過熱気味であり、その温度を下げることが望まれるような温度である。答がイエスであれば、制御はステップ５へ進み、答がノーであれば、制御はエンドに至り１回の制御サイクルはこれにて終了する。
【００２３】
ステップ５に於いては、電子制御装置７０により、それに入力された外気温や内燃機関および車輌の運転状態に関する適宜の情報に基づいて、シリンダヘッド部や排気浄化触媒の冷却のために過給機の電動作動により掃気を行うべき過給冷却掃気量が計算される。かかる過給冷却掃気量は、一つの実施の形態として、或る基本量に図３および図４に示す如き機関回転数に基づくアシスト係数αと車速に基づくアシスト係数βとを掛け合わせた値とされてよい。そうして計算された過給冷却掃気量は、この実施の形態では過給機の運転時間に変換され、それに基づいてステップ７にてタイマがセットされる。
【００２４】
これより制御はステップ８へ進み、タイマにてセットされた時間が経過した（タイムアウト）か否かが判断される。答がノーであれば、制御はステップ９へ進み、フューエルカットが継続中であるか否かが判断される。答がイエスであれば、制御はステップ１０へ進み、吸気絞り弁５８、吸気弁２０、および排気弁２２を開放し、過給機３０を回転電機６４にて電動作動させる制御が開始される。
【００２５】
尚、吸気絞り弁５８、吸気弁２０、および排気弁２２の開放制御は、内燃機関に於けるこれらの弁の開閉制御の態様の如何によっては、本発明による過給冷却掃気のための制御の一環として必ずしも必須ではない。即ち、吸気絞り弁５８については、もしこれがフューエルカットに関連して開かれ、或はフューエルカット時には吸気の流れに応じて自由に開くように開放されるようになっていれば、フューエルカット制御に含まれるので、本発明の実施ために改めて吸気絞り弁５８を開く制御は不要である。また吸気弁２０および排気弁２２の開放については、これもまたフューエルカット制御に含まれるのであれば、本発明の実施ために改めて行なわれなくてもよく、また吸気弁および排気弁は本発明による過給冷却掃気の実施のために必ず開放されなければならないものではなく、通常通り機関の回転サイクルに伴って開閉するようになっていてもよい。ただ、図１に示す実施の形態の如く吸気弁および排気弁が電磁作動式のものである場合には、電子制御装置７０の制御により容易に開放されるので、実施の形態としてそれが行われるようになっているものである。
【００２６】
制御はこれよりステップ８の前に戻り、タイマにてセットされた時間が経過してタイマがタイムアウトするか、或はその前にフューエルカットが中止されるまでステップ１０へ進み、開始された吸気絞り弁５８、吸気弁２０、および排気弁２２の開放および過給機３０の回転電機６４による電動作動が続けられる。
【００２７】
こうして過給機の電動作動による掃気が続けられるうちに、タイマがタイムアウトしてステップ８の答がイエスに転ずるか、或はタイマがタイマアウトする前にフューエルカットが中止されてステップ９の答がノーに転ずると、制御はステップ１１へ進み、吸気絞り弁５８、吸気弁２０、および排気弁２２の開放が解除され、また過給機の本発明による掃気のための電動作動も解除される。
【００２８】
以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機付き過給機を備えた内燃機関の一つの実施の形態をその要部の構成について示す概略図。
【図２】図１に示す内燃機関の本発明による過給機電動作動に関する制御態様を車輌用内燃機関の場合に於ける一つの実施の形態について示すフローチャート。
【図３】過給冷却掃気量の計算に於ける一つの係数の例を示すグラフ。
【図４】過給冷却掃気量の計算に於ける他の一つの係数の例を示すグラフ。
【符号の説明】
１０…シリンダ室、１２…ピストン、１４…ピストンロッド、１６…吸気ポート、１８…排気ポート、２０…吸気弁、２２…排気弁、２４…燃料噴射弁、２６…点火栓、２８…排気管、３０…過給機、３２…タービン部の蝸牛状室、３４…タービンロータ、３６…放射状ベーン、３８…タービン出口ポート、４０…触媒コンバータ、４２…ロータ軸、４４…圧縮機インペラ、４６…エアクリーナ、４８…吸気管、５０…圧縮機吸入ポート、５２…圧縮機の蝸牛状室、５４…吸気管、５６…インタークーラ、５８…吸気絞り弁、６０…排気ガス再循環通路、６２…排気ガス再循環制御弁、６４…回転電機、６６…回転子、６８…固定子、７０…電子制御装置、７２…吸気圧センサ、７４…機関温度センサ、７６…触媒温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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