(57)【要約】【課題】過給機よりも下流側の排気通路に配置された触媒等の調温対象の温度調整状態に応じて過給機が回収する排気エネルギ量を変化させても内燃機関の出力を安定させることが可能な過給機付内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機９と、前記過給機が排気から回収するエネルギ量を調整する回収エネルギ量調整手段２１とを備えた内燃機関１に適用され、前記過給機よりも下流側の排気通路４に配置された調温対象１６の温度調整状態に応じて回収エネルギ量が調整されるように前記回収エネルギ量調整手段の動作を制御する動作制御手段１９と、前記動作制御手段による前記温度調整状態に応じた回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の変化を補償するように該内燃機関の出力を調整する出力調整手段１９とを制御装置に設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、前記過給機が排気から回収するエネルギ量を調整する回収エネルギ量調整手段とを備えた内燃機関に適用され、
前記過給機よりも下流側の排気通路に配置された調温対象の温度調整状態に応じて回収エネルギ量が調整されるように前記回収エネルギ量調整手段の動作を制御する動作制御手段と、
前記動作制御手段による前記温度調整状態に応じた回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の変化を補償するように該内燃機関の出力を調整する出力調整手段と、
を備えたことを特徴とする過給機付内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記出力調整手段は、前記内燃機関の回転数を変更することによって前記内燃機関の出力を調整することを特徴とする請求項１に記載の過給機付内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記調温対象として所定の温度以上に加熱されることによって機能が再生される排気浄化手段が設けられ、前記動作制御手段は前記排気浄化手段の機能を再生する場合に回収エネルギ量を減少させ、前記出力調整手段は前記動作制御手段が前記排気浄化手段の機能再生時に実行する回収エネルギ量を減少させる調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の低下を補償するように該内燃機関の出力を上昇させることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記調温対象の温度を取得する温度取得手段を備え、前記動作制御手段は前記温度取得手段が取得した温度に基づいて回収エネルギ量を調整し、前記出力調整手段は前記動作制御手段による前記温度取得手段が取得した温度に基づく回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の変化を補償するように該内燃機関の出力を調整することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関には、前記過給機よりも上流側の排気通路と前記過給機よりも下流側且つ前記調温対象よりも上流側の排気通路とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を通過する排気の流量を制御するバイパス弁とが設けられ、前記動作制御手段は、前記回収エネルギ量調整手段として前記バイパス弁の動作を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付内燃機関の制御装置
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気通路に排気ターボ過給機の排気タービンと触媒とが設けられるとともに、排気タービンをバイパスさせて排気を触媒へ導くバイパス通路とそのバイパス通路の排気流量を制御するバイパス弁とを備えた内燃機関において、触媒暖機時に一部の気筒の排気をバイパス通路から触媒へ導入し、触媒の早期活性化を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する技術として特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１４８３３９号公報
【特許文献２】
特開平６−２９４３１８号公報
【特許文献３】
特開平２−２８６８１７号公報
【特許文献４】
特開２００１−１０７７２２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機を備えた内燃機関では、バイパス弁を操作して過給機へ導入する排気の流量を変更した場合、この流量の変更によって過給機が回収する排気エネルギ量が変化して吸気の過給圧も変化する。過給圧の変化は内燃機関のトルクに影響を与え、内燃機関の出力を変化させる。
【０００５】
しかしながら、従来の技術では、バイパス弁の操作時における内燃機関の出力変化について考慮されていないので、この内燃機関の出力変化によりドライバビリティが損なわれる等の問題が生じる。
【０００６】
また、触媒に限らず、例えば粒子状物質を捕捉するためのパティキュレートフィルタや空燃比の検出等に用いる酸素濃度センサに関しても好ましい温度域が存在し、これらの温度を制御するために過給機が回収する排気エネルギ量を操作すれば同様の問題が生じる。
【０００７】
そこで、本発明は、過給機よりも下流側の排気通路に配置された触媒等の調温対象の温度調整状態に応じて過給機が回収する排気エネルギ量を変化させつつ、内燃機関の出力を安定させることが可能な過給機付内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の制御装置は、排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機と、前記過給機が排気から回収するエネルギ量を調整する回収エネルギ量調整手段とを備えた内燃機関に適用され、前記過給機よりも下流側の排気通路に配置された調温対象の温度調整状態に応じて回収エネルギ量が調整されるように前記回収エネルギ量調整手段の動作を制御する動作制御手段と、前記動作制御手段による前記温度調整状態に応じた回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の変化を補償するように該内燃機関の出力を調整する出力調整手段とを備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００９】
本発明の制御装置によれば、過給機の回収エネルギ量調整により内燃機関の出力が変化しようとすると、その調整に合わせて出力調整手段が出力を調整して変化を抑えるので、内燃機関の出力を安定させることができる。
【００１０】
本発明において、調温対象は、所定の温度域で機能を発揮する酸素濃度センサや触媒、また加熱により機能が再生されるパティキュレートフィルタや吸蔵還元型ＮＯｘ触媒等、排気通路に配置されて温度の調整が必要な各種の手段を含む。回収エネルギ調整手段としては、過給機の排気タービンへ流入する排気をバイパスさせるバイパス通路及びこのバイパス通路を通過する排気の流量を調整するバイパス弁、排気ターボ過給機の排気流入口の断面積を変更して排気タービンに導入する排気の流速を変化させる可変ノズル、過給機の回転軸と接続されて内燃機関の運転状態に応じて電動機又は発電機として機能し、排気タービンが回収した排気エネルギにより発電するモータ等、過給機の排気タービンへ導入する排気の流量又は流速を変化させて回収エネルギ量を調整可能な手段と過給機の回転軸にかかる負荷を変更可能な手段とを含めた各種の手段が適用できる。
【００１１】
本発明において、「補償」の概念は、回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる内燃機関の出力の変化を打ち消す方向に出力を変化させることを意味し、出力変化を完全に相殺すること、及び出力の変化量を減少させることの両方を含む。
【００１２】
本発明の制御装置において、前記出力調整手段は、前記内燃機関の回転数を変更することによって前記内燃機関の出力を調整してもよい（請求項２）。内燃機関の出力は、内燃機関のトルク及び回転数のいずれを変更しても調整できる。出力は内燃機関に供給する燃料量又は吸気量を変更して調整してもよいし、可変動弁機構を有する内燃機関の場合はバルブの作用角を変更して調整してもよい。また、内燃機関の出力軸が変速機と接続されている場合は、変速機の変速比を調整することで内燃機関の回転数を変更することができる。
【００１３】
例えば調温対象を加熱する場合、過給機の回収エネルギ量を減少させて過給機よりも下流側の調温対象に高温の排気を送る。この場合、回収エネルギ量の減少により吸気の過給圧が低下して内燃機関のトルクが低下するので、回転数を高回転側に移行させることにより出力の低下を補償できる。内燃機関の回転数が高回転側に移行すれば、気筒内における燃焼ガスの滞留時間が短くなるとともに後燃え傾向となり、排気損失が増加して排気温度が上昇する。従って、この排気温度の上昇により調温対象の加熱を促進することができる。
【００１４】
一方、調温対象を冷却する場合は、加熱する場合と反対に過給機の回収エネルギ量を増加させることになり、この場合には内燃機関のトルクが増加する。このトルクの増加を補償するために回転数を低回転側に移行させると排気損失が減少し、排気温度が低下する。従って、調温対象の冷却を促進することができる。
【００１５】
本発明の制御装置において、前記調温対象として所定の温度以上に加熱されることによって機能が再生される排気浄化手段が設けられ、前記動作制御手段は前記排気浄化手段の機能を再生する場合に回収エネルギ量を減少させ、前記出力調整手段は前記動作制御手段が前記排気浄化手段の機能再生時に実行する回収エネルギ量を減少させる調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の低下を補償するように該内燃機関の出力を上昇させてもよい（請求項３）。このように排気浄化手段を加熱する場合に発生する内燃機関の出力の低下を出力調整手段によって補償するので、内燃機関の出力を安定させることができる。
【００１６】
本発明の制御装置において、前記調温対象の温度を取得する温度取得手段を備え、前記動作制御手段は前記温度取得手段が取得した温度に基づいて回収エネルギ量を調整し、前記出力調整手段は前記動作制御手段による前記温度取得手段が取得した温度に基づく回収エネルギ量の調整に伴って見込まれる前記内燃機関の出力の変化を補償するように該内燃機関の出力を調整してもよい（請求項４）。このように温度取得手段が取得した温度に基づいて回収エネルギ量を調整することで、過熱や過冷却を防止して調温対象を適正な温度範囲内に維持できる。
【００１７】
本発明の制御装置において、前記内燃機関には、前記過給機よりも上流側の排気通路と前記過給機よりも下流側且つ前記調温対象よりも上流側の排気通路とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を通過する排気の流量を制御するバイパス弁とが設けられ、前記動作制御手段は、前記回収エネルギ量調整手段として前記バイパス弁の動作を制御してもよい（請求項５）。このようにバイパス通路を設けてバイパス弁で流量を調整することにより、過給機へ導入する排気の流量を変化させて回収エネルギ量を調整することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の制御装置が適用される内燃機関の要部を示す。内燃機関１は自動車の走行用動力源として使用される４サイクル火花点火式ガソリンエンジンとして構成されている。周知のように内燃機関１は、燃焼室２に吸気を取り込むための吸気通路３と、燃焼室２からの排気を所定の排気位置まで導くための排気通路４と、これらの通路３、４を燃焼室２に対して開閉するための吸気バルブ５及び排気バルブ６と、燃焼室２内に導かれた燃料混合気に着火するための点火プラグ７とを備えている。吸気通路３には、吸気濾過用のエアフィルタ８、排気エネルギを利用して吸気を過給する過給機９のコンプレッサ９ａ、過給圧が所定の圧力を超えた場合にコンプレッサ９ａの上流側と下流側の吸気通路３を接続させる過給圧制御弁１０、吸気を冷却するインタークーラ１１、吸気量調整用のスロットルバルブ１２、スロットルバルブ１２と並列に配置され、スロットルバルブ１２をバイパスさせる吸気量を調整するアイドルスピードコントロール弁１３、吸気の脈動を抑えるサージタンク１４、燃料混合気をつくるために吸気へ燃料を供給するインジェクタ１５が設けられている。排気通路４には、過給機９のタービン９ｂ、排気浄化手段としての触媒１６、触媒１６の温度に対応した信号を出力する温度取得手段としての温度センサ１７、排気の空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ１８が設けられている。
【００１９】
内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１９により制御される。ＥＣＵ１９は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ１９は、例えば、内燃機関１の運転状態に基づいて燃料噴射量を演算するとともに、その演算された量の燃料が所定のタイミングで供給されるようにインジェクタ１５の動作を制御する。
【００２０】
排気通路４には、タービン９ｂよりも上流側の排気通路４とタービン９ｂよりも下流側且つ触媒１６よりも上流側の排気通路４とを接続するバイパス通路２０と、バイパス通路２０を通過する排気の流量を制御するバイパス弁としてのウェイストゲートバルブ２１とが設けられている。ウェイストゲートバルブ２１は、弁体２１ａと、内部に導入された吸気の圧力によって弁体２１ａを駆動するアクチュエータ２１ｂとにより構成されている。アクチュエータ２１ｂとコンプレッサ９ａの上流側及び下流側の吸気通路３とは、吸気排出通路２１ｃ及び吸気導入通路２１ｄによって接続されている。吸引排出通路２１ｃには、アクチュエータ２１ｂとコンプレッサ９ａの上流側の吸気通路３とを接続、遮断してアクチュエータ２１ｂ内に導入された吸気の圧力を調整する圧力調整弁２１ｅが設けられている。
【００２１】
アクチュエータ２１ｂは、アクチュエータ２１ｂ内に導入された吸気の圧力に応じて弁体２１ａを動作させている。例えば、導入された吸気の圧力が高い場合は弁体２１ａを開けて排気をバイパス通路２０に導入し、タービン９ｂの出力を抑える。一方、導入された吸気の圧力が低い場合は、弁体２１ａを閉じて排気を全てタービン９ｂに流入させ、タービン９ｂの出力を増加させる。このように動作することにより、ウェイストゲートバルブ２１は、回収エネルギ量調整手段として機能する。
【００２２】
圧力調整弁２１ｅは、開閉動作することによりアクチュエータ２１ｂ内の吸気の圧力を制御することができる。例えば、圧力調整弁２１ｅが開状態の場合はアクチュエータ２１ｂ内に導入された吸気を吸気通路３に戻し、アクチュエータ２１ｂ内の吸気の圧力を低下させる。一方、圧力調整弁２１ｅが閉状態の場合はアクチュエータ２１ｂと吸気通路３とを遮断してアクチュエータ２１ｂ内の吸気の圧力を上昇させる。
【００２３】
圧力調整弁２１ｅの動作はＥＣＵ１９により制御される。図２は、ＥＣＵ１９が圧力調整弁２１ｅを制御するために実行するウェイストゲートバルブ制御ルーチンを示すフローチャートである。ＥＣＵ１９は、図２のルーチンを実行することにより動作制御手段として機能する。また、図２のルーチンにおいてＥＣＵ１９は圧力調整弁２１ｅの動作に応じて、例えば図示していない変速機を低速ギヤ側へ制御し、内燃機関１の回転数を変更する。この制御によりＥＣＵ１９は、出力調整手段として機能する。図２のルーチンは、内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。
【００２４】
図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１９はまずステップＳ１１で触媒１６の再生条件が成立しているか否かを判断する。例えば、触媒１６として吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を利用した場合、硫黄分（Ｓ）によって触媒１６が被毒されるので、触媒１６を加熱して機能を再生させる。この再生を実行する条件は、インジェクタ１５が供給した燃料量から触媒１６に流入したＳの量を推算して判断する。そして、推算値の累積が所定値を超えた場合に再生条件が成立していると判断される。なお、推算値の累積は機能再生処理が実行されるとリセットされる。
【００２５】
再生条件が成立していると判断した場合はステップＳ１２に進み、弁体２１ａが開いているか否かを判別するためのバイパスフラグが、開いていることを示すオンの状態であるか否かを判断する。バイパスフラグがオンの状態であると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。このバイパスフラグにより、弁体２１ａの動作を制御する他の制御ルーチンに対して弁体２１ａの状態を示すことができる。
【００２６】
バイパスフラグがオンの状態ではないと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ１９は圧力調整弁２１ｅの動作を制御して弁体２１ａを開く。次のステップＳ１４においてＥＣＵ１９は、弁体２１ａを開いたことにより見込まれる内燃機関１の出力の低下を補償するように変速機を低速ギヤ側へ変更し、内燃機関１の回転数を増加させる。続くステップＳ１５においてバイパスフラグをオンの状態にし、その後今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
ステップＳ１１で再生条件が成立していないと判断した場合は、ステップＳ１６に進みバイパスフラグがオフの状態であるか否かを判断する。バイパスフラグがオフの状態であると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、バイパスフラグがオフの状態ではないと判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ１９は圧力調整弁２１ｅの動作を制御して弁体２１ａを閉じる。次のステップＳ１８では、ＥＣＵ１９は、弁体２１ａを閉じたことにより見込まれる内燃機関１の出力の上昇を補償するように変速機を高速ギヤ側へ変更し、内燃機関１の回転数を減少させる。続くステップＳ１９においてバイパスフラグをオフの状態にし、その後今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
図３に、図２の制御ルーチンにおいて弁体２１ａを操作した場合にＥＣＵ１９が行う内燃機関１の出力調整の一例を示す。図３は、内燃機関１のトルクと回転数とをパラメータにした出力及び排気温度の変化の一例を示している。図３中のＰ１〜Ｐ３はトルクと回転数を変化させた場合の等出力ラインを、Ｔ１〜Ｔ３はトルクと回転数を変化させた場合の等排気温度ラインをそれぞれ示している。
【００２９】
図２の制御ルーチンにおいて弁体２１ａを開いた場合は、内燃機関１の回転数を増加させて出力を補償する。例えば、弁体２１ａを開く前、内燃機関１が図３のＡ点のトルク及び回転数（運転状態）で運転されていた場合、図２のステップＳ１３において弁体２１ａが開けられたことにより内燃機関１のトルクが低下し、この低下に伴って内燃機関１は図３のＡ’点の運転状態に移行することが見込まれる。運転状態がＰ１側に移行するので、内燃機関１の出力は低下する。ＥＣＵ１９は、ステップＳ１４においてこの出力の低下を補償するために内燃機関１の回転数を増加させ、運転状態を図３のＢ点に移行させる。この回転数の増加により、内燃機関１の運転状態はＡ点と同じ等出力ラインＰ２上に戻され、出力の低下が抑えられる。また、図３から明らかなように、回転数の増加に伴い排気温度も上昇する。
【００３０】
一方、図２の制御ルーチンにおいて弁体２１ａを閉じた場合は、内燃機関１の回転数を減少させて出力を補償する。例えば、弁体２１ａを閉じる前、内燃機関１が図３のＢ点の運転状態で運転されていた場合、図２のステップＳ１７において弁体２１ａが閉じられることにより内燃機関１のトルクが増加し、この増加に伴って内燃機関１は図３のＢ’点の運転状態に移行することが見込まれる。運転状態がＰ３側に移行するので、内燃機関１の出力は上昇する。ＥＣＵ１９は、ステップＳ１８においてこの出力の上昇を補償するために内燃機関１の回転数を減少させ、運転状態を図３のＡ点に移行させる。この回転数の減少により、内燃機関１の運転状態はＢ点と同じ等出力ラインＰ２上に戻され、出力の上昇が抑えられる。また、図３から明らかなように、回転数の減少に伴い排気温度も低下する。
【００３１】
このように、図２の制御ルーチンを実行することにより、弁体２１ａを操作して触媒１６の温度を調整しつつ弁体２１ａの操作に伴って見込まれる内燃機関１の出力の変化を抑えることができる。さらに、内燃機関１の回転数を変更して出力を調整するので、排気温度を変化させて触媒１６の温度を早期に調整することができる。
【００３２】
次に、ＥＣＵ１９を動作制御手段及び出力調整手段として機能させるための制御ルーチンの他の例を図４により説明する。このルーチンも内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図４において図２と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
図４の制御ルーチンでは、ステップＳ１１において再生条件が成立していると判断した場合に、ステップＳ２１に進み触媒１６の温度が高いか否かを判断する。温度が高いか否かは、例えば温度センサ１７が所得した温度が所定の温度よりも高いか否かによって判断することができる。触媒１６の温度が高くないと判断した場合はステップＳ１２以下に進み、図２と同様の処理を行う。一方、触媒１６の温度が高いと判断した場合及びステップＳ１１において再生条件が成立していないと判断した場合はステップＳ１６以下に進み、図２と同様の処理を行う。
【００３４】
このように、温度センサ１７が所得した温度に基づいて弁体２１ａの動作を制御することにより、触媒１６を適正な温度範囲に維持して過熱等による劣化を防止することができる。
【００３５】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、内燃機関はガソリンエンジンに限定されず、ディーゼルエンジンに本発明を適用することもできる。排気浄化手段も触媒に限定されることなく、パティキュレートフィルタ等加熱されることで機能を再生する各種の手段が適用できる。
【００３６】
本発明における変速機には、無段階変速機が好適に適用される。また、内燃機関の回転数は吸気量や燃料噴射量を変更しても調整することができる。従って、内燃機関の回転数を調整する手段は変速機に限定されず、例えばスロットルバルブやインジェクタを利用することもできる。
【００３７】
本発明の制御装置は、電動機及び発電機として機能するモータジェネレータと内燃機関とを動力源として搭載した、いわゆるハイブリッド車両にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、過給機の回収エネルギ量を変化させて調温対象の温度を調整する場合に発生する内燃機関のトルクの変化を内燃機関の出力を調整して補償するので、内燃機関の出力を安定に維持できる。また、内燃機関の回転数を変更して出力を調整するので、排気温度を変化させることができる。これにより、調温対象の温度をより短時間で調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御装置が適用される内燃機関の要部を示す図。
【図２】図１のＥＣＵが実行するウェイストゲートバルブ制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】内燃機関１の回転数とトルクとをパラメータにした出力及び排気温度の変化の一例を示す図。
【図４】図１のＥＣＵが実行する他のウェイストゲートバルブ制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  内燃機関
４  排気通路
９  過給機
１６  触媒（調温対象、排気浄化手段）
１７  温度センサ（温度取得手段）
１９  エンジンコントロールユニット（動作制御手段、出力調整手段）
２０  バイパス通路
２１  ウェイストゲートバルブ（回収エネルギ量調整手段、バイパス弁）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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