(57)【要約】【課題】ＣＯ２吸放出材によるＣＯ２の吸放出の影響を抑制し、内燃機関の燃焼状態を適正に維持できる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】第１の状態で排気通路４のＣＯ２を吸収し、第２の状態で排気通路のＣＯ２を放出するＣＯ２吸放出手段７が設けられた内燃機関１に適用され、前記ＣＯ２吸放出手段のＣＯ２吸放出量を推定するＣＯ２吸放出量推定手段１８と、前記ＣＯ２吸放出量に基づいて前記内燃機関の排気の圧力変動を推定する圧力変動推定手段１８と、前記内燃機関へ供給する新気量を調整する新気量調整手段５、６ｂ、１０、１１と、前記圧力変動推定手段が推定した圧力変動に伴って見込まれる前記内燃機関の新気量の変化を相殺するように前記新気量調整手段の動作を制御する動作制御手段１８とを制御装置に備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の状態で排気通路のＣＯ２を吸収し、第２の状態で排気通路のＣＯ２を放出するＣＯ２吸放出手段が設けられた内燃機関に適用され、
前記ＣＯ２吸放出手段のＣＯ２吸放出量を推定するＣＯ２吸放出量推定手段と、前記ＣＯ２吸放出量に基づいて前記内燃機関の排気の圧力変動を推定する圧力変動推定手段と、前記内燃機関へ供給する新気量を調整する新気量調整手段と、前記圧力変動推定手段が推定した圧力変動に伴って見込まれる前記内燃機関の新気量の変化を相殺するように前記新気量調整手段の動作を制御する動作制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記新気量調整手段は、前記内燃機関の排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路のＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁と、ターボチャージャーの過給効果を変更する過給効果変更手段と、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくともいずれか一方の動弁特性を任意に変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の新気量を調整する絞り弁とのうち少なくともいずれか一つであ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ＣＯ２吸放出手段の温度を取得する温度取得手段を備え、前記ＣＯ２吸放出量推定手段は、前記ＣＯ２吸放出量を前記温度取得手段が取得した温度の履歴に基づいて補正す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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気中のＣＯ２を吸放出するＣＯ２吸放出材を備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃焼器の排気管にＣＯ２吸放出材と排ガス浄化触媒とを配置し、ＣＯ２吸放出材により排気ガス中のＣＯ２を吸収して排ガス浄化触媒に導入されるＣＯ２の分圧を低下させ、これにより排ガス浄化触媒におけるＣＯの酸化反応を促進させる技術が知られている（特許文献１参照）。また、その他に関連する技術として特許文献２、３及び非特許文献１が存在する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２６２６３１号公報
【特許文献２】
特開平４−２５２８４９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１７８８４２号公報
【非特許文献１】
東芝レビューＶｏｌ．５６、Ｎｏ．８（２００１）ｐ．１１−１４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
排気エミッションを低減させるために排気の一部を吸気へ循環させるＥＧＲ装置を備えた内燃機関においてＣＯ２吸放出材を設けて排気中のＣＯ２を吸放出させた場合、ＣＯ２の吸放出によって排気圧が変動するので、ＥＧＲ量が変化する可能性がある。例えば、ＣＯ２が放出された場合、排気圧が上昇するのでＥＧＲ量が増加する。このＥＧＲ量の増加は新気（外部から内燃機関へ吸入される燃焼前の空気）の吸入を阻害するので、新気量が減少する。一方、ＣＯ２が吸収された場合は、排気圧が低下するのでＥＧＲ量が減少し、新気量が増加する。このようにＣＯ２の吸放出によってＥＧＲ量及び新気量が変化するため、内燃機関の燃焼状態を適正に維持できないおそれがある。
【０００５】
そこで、本発明は、ＣＯ２吸放出材によるＣＯ２の吸放出の影響を抑制し、内燃機関の燃焼状態を適正に維持できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関の制御装置は、第１の状態で排気通路のＣＯ２を吸収し、第２の状態で排気通路のＣＯ２を放出するＣＯ２吸放出手段が設けられた内燃機関に適用され、前記ＣＯ２吸放出手段のＣＯ２吸放出量を推定するＣＯ２吸放出量推定手段と、前記ＣＯ２吸放出量に基づいて前記内燃機関の排気の圧力変動を推定する圧力変動推定手段と、前記内燃機関へ供給する新気量を調整する新気量調整手段と、前記圧力変動推定手段が推定した圧力変動に伴って見込まれる前記内燃機関の新気量の変化を相殺するように前記新気量調整手段の動作を制御する動作制御手段とを備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
排気通路のＣＯ２を吸放出するＣＯ２吸放出手段が設けられた内燃機関においてＣＯ２吸放出手段からＣＯ２が放出された場合、このＣＯ２によって排気圧が上昇して燃焼室からの排気の排出に対する抵抗が大きくなり、燃焼室内に残留する排気ガス量（内部ＥＧＲ量）が増加する。そのため、燃焼室内に流入する新気量が減少する。一方、ＣＯ２が吸収された場合は排気圧が低下するので、それに伴い燃焼室内の圧力も低下する。これにより、新気がより多く流入する。
【０００８】
本発明の制御装置によれば、ＣＯ２の吸放出により新気量が適正量から変化しようとすると、その変化を抑えるように動作制御手段が新気量を調整するので、内燃機関に適正な新気量が供給される。従って、内燃機関の燃焼状態を適正に維持することができる。
【０００９】
本発明において、「相殺」の概念は、ＣＯ２の吸放出によって見込まれる新気量の変化を完全に打ち消す場合に限らず、新気量の変化を部分的に又は不完全に打ち消す等、新気の変化量を減少させる場合も含む。
【００１０】
本発明の内燃機関の制御装置において、前記新気量調整手段は、前記内燃機関の排気の一部を吸気通路に戻すＥＧＲ通路のＥＧＲ量を調整するＥＧＲ弁と、ターボチャージャーの過給効果を変更する過給効果変更手段と、前記内燃機関の吸気弁及び排気弁のうち少なくともいずれか一方の動弁特性を任意に変更可能な可変動弁機構と、前記内燃機関の新気量を調整する絞り弁とのうち少なくともいずれか一つであってもよい（請求項２）。ＣＯ２の吸放出により排気圧が変動すると、ＥＧＲ量、内部ＥＧＲ量及びターボチャージャーのタービン前後の排気の圧力差が変化する。ＥＧＲ量の変化による新気量への影響は、ＥＧＲ弁又は絞り弁によるＥＧＲ量の調整により抑えることができる。内部ＥＧＲ量の変化による新気量への影響は、吸気弁及び排気弁の動弁特性（開閉タイミング、作用角、リフト量等）を調整することにより抑えることができる。例えば、内部ＥＧＲ量が増加する場合は、燃焼室に新気が吸入され難くなるので、吸気弁の開弁時期を早くして新気の吸入を促進させる。また、吸気弁と排気弁とを開弁させるオーバーラップ時間を大きくすることで、吸気（吸気通路から流入するＥＧＲされた排気と新気）の流入により燃焼室内に残留する排気の排出も促進される。タービン前後の圧力差の変化は過給圧に影響を与え、新気量を変化させる。そこで、過給効果を変更して過給圧の変化を抑えることで、新気量を適正に調整することができる。
【００１１】
本発明の内燃機関の制御装置は、前記ＣＯ２吸放出手段の温度を取得する温度取得手段を備え、前記ＣＯ２吸放出量推定手段は、前記ＣＯ２吸放出量を前記温度取得手段が取得した温度の履歴に基づいて補正してもよい（請求項３）。ＣＯ２吸放出手段は、温度履歴によって吸放出性能が変化する。従って、ＣＯ２の吸放出量をＣＯ２吸放出手段の温度履歴に基づいて補正することで、より正確な吸放出量を推定することができる。これにより、内燃機関の燃焼状態をより安定に維持することができる。
【００１２】
【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、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とを備えている。吸気通路３には新気量を調整するための絞り弁５が設けられており、排気通路４にはターボチャージャー６のタービン６ａと、タービン６ａに流入する排気の流速を変化させて過給効果を変更する過給効果変更手段としての可変ノズル６ｂと、ＣＯ２吸放出手段としてのＣＯ２吸放出材７と、ＣＯ２吸放出材７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８とが設けられている。排気通路４は排気の一部を吸気通路３に戻すためＥＧＲ通路９によって吸気通路３と接続されている。ＥＧＲ通路９には、ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁１０が設けられている。
【００１３】
内燃機関１は可変動弁機構１１を備えている。可変動弁機構１１は、通路３、４を燃焼室２に対してそれぞれ開閉するための吸気弁１２及び排気弁１３と、駆動源としての電動モータ１４、１５と、各電動モータ１４、１５の回転運動を弁１２、１３に伝達するカム装置１６、１７とを備えている。このように吸気弁１２及び排気弁１３の動作を電動モータ１４、１５により制御することで、内燃機関１の運転状態とは独立して任意に弁１２、１３を開閉させることができる。また、電動モータ１４、１５の回転を制御することにより、吸気弁１２及び排気弁１３の動弁特性を自由に変更できる。
【００１４】
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）１８により制御される。ＥＣＵ１８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。ＥＣＵ１８は、例えばドライバ１９を介して可変動弁機構１１の動作を制御し、吸気弁１２及び排気弁１３を開閉させて、内燃機関１に吸気、圧縮、膨張、排気の各動作を行わせている。ＥＣＵ１８は、可変動弁機構１１の他にも、絞り弁５の開度、可変ノズル６ｂの開度、ＥＧＲ弁１０の開度等を制御する。
【００１５】
ＣＯ２吸放出材７は、例えばリチウムジルコネート（Ｌｉ２ＺｒＯ３）等のリチウムの複合酸化物を主体として構成され、第１の温度範囲（例えば４００℃〜５８０℃）でＣＯ２を吸収し、第２の温度範囲（例えば６００℃〜７００℃）でＣＯ２を放出する特性を備えた公知のものである。
【００１６】
ＣＯ２吸放出材７からＣＯ２が吸放出された場合、ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲ量が変化する。そこで、ＥＣＵ１８は図２に示した制御ルーチンを所定の周期で繰り返し実行することにより、ＥＧＲ弁１０の開度を制御してＥＧＲ量を調整する。
【００１７】
図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１８はまずステップＳ１１でＣＯ２吸放出材７の温度がＣＯ２を吸収する第１の温度範囲にあるか否かを判断する。第１の温度範囲ではないと判断した場合はステップＳ１２に進み、ＣＯ２吸放出材７の温度がＣＯ２を放出する第２の温度範囲にあるか否かを判断する。第２の温度範囲ではないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。ステップＳ１１で第１の温度範囲であると判断した場合及びステップＳ１２で第２の温度範囲であると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ１８はＣＯ２吸放出材７から吸放出が見込まれるＣＯ２吸放出量を算出する。ＣＯ２吸放出量は、ＣＯ２吸放出材７の温度、ＣＯ２吸放出材７が設けられている場所の排気圧、ＣＯ２吸放出材７に導入される排気のＣＯ２分圧等に基づいて算出される。次のステップＳ１４においてＥＣＵ１８は排気圧の変動量を算出する。排気圧の変動量は、算出したＣＯ２吸放出量、燃焼室２から排出される排気量等に基づいて算出される。続くステップＳ１５においてＥＣＵ１８は、算出した排気圧の変動量と吸気通路３の圧力とに基づいてＥＧＲ量の目標値からの変化量（ＥＧＲガス変化量）を算出する。ステップＳ１６では、算出したＥＧＲガス変化量を相殺するためのＥＧＲ弁１０の補正操作量を算出する。補正操作量は例えば、ＥＧＲガス変化量とＥＧＲ弁１０の補正操作量との対応関係を予め実験により求めてマップとしてＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておき、そのマップを参照することで求めることができる。次のステップＳ１７においてＥＣＵ１８は、補正動作をＥＧＲ弁１０のアクチュエータ１０ａに指示し、その後今回の制御ルーチンを終了する。
【００１８】
このように、図２の制御ルーチンを実行することによってＣＯ２の吸放出に伴って見込まれるＥＧＲガス変化量を相殺することができる。従って、燃焼室２へ新気量を適正に吸入させることができる。
【００１９】
ＣＯ２の吸放出による排気圧の変動は、ＥＧＲ量の他に過給圧及び内部ＥＧＲ率（内部ＥＧＲ量と燃焼室２に吸入される吸気量との割合）も変化させる。また、ＥＧＲ量の変化は、ＥＧＲ弁１０に限らず絞り弁５によっても相殺することができる。そこで、ＥＣＵ１８は図３〜５に示した制御ルーチンを実行することにより、可変ノズル６ｂ、可変動弁機構１１、絞り弁５の動作を制御して、ＣＯ２の吸放出に伴って見込まれる過給圧、内部ＥＧＲ率及びＥＧＲ量の変化を相殺する。図３〜５の制御ルーチンは、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。なお、図３〜５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。
【００２０】
ＥＣＵ１８は、図３の制御ルーチンを実行することによって可変ノズル６ｂの開度を調整し、過給圧の変化を相殺する。図３の制御ルーチンにおいて、ＣＯ２吸放出量を算出するまでは図２の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップＳ２１においてＥＣＵ１８は、算出したＣＯ２吸放出量、燃焼室２から排出される排気量、排気通路４の圧力等に基づいて、タービン６ａ前後の排気の圧力差の変化量を算出する。次のステップＳ２２では、算出した圧力差の変化量、吸気通路３の圧力等に基づいて過給圧の変化量を算出する。ステップＳ２３では、算出した過給圧の変化量を相殺するための可変ノズル６ｂの補正操作量を算出する。補正操作量は例えば、過給圧の変化量と可変ノズル６ｂの補正操作量との対応関係を予め実験により求めてマップとしてＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておき、そのマップを参照することで求めることができる。続くステップＳ２４においてＥＣＵ１８は、補正動作を可変ノズル６ｂのアクチュエータ６ｃに指示し、その後今回の制御ルーチンを終了する。
【００２１】
このように図３の制御ルーチンを実行することにより、過給圧の変化を相殺することができるので、燃焼室２へ新気を適正量送ることができる。
【００２２】
ＥＣＵ１８は、図４の制御ルーチンを実行することによって可変動弁機構１１の動作を制御し、内部ＥＧＲ率の変化を相殺する。図４の制御ルーチンにおいて、排気圧の変動量を算出するまでは図２の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップＳ３１においてＥＣＵ１８は、算出した排気圧の変動量に基づいて排気圧が変化した場合に燃焼室２から排気通路４へ排出される排気量を推定し、内部ＥＧＲ率の変化量を算出する。次のステップＳ３２では、ＥＣＵ１８は、算出した内部ＥＧＲ率の変化量を相殺するための吸気弁１２の補正操作量を算出する。補正操作量は例えば、内部ＥＧＲ率の変化量と吸気弁１２の補正操作量との対応関係を予め実験により求めてマップとしてＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておき、そのマップを参照することで求めることができる。続くステップＳ３３においてＥＣＵ１８は、吸気弁１２の補正動作を可変動弁機構１１に指示し、その後今回の制御ルーチンを終了する。
【００２３】
このように図４の制御ルーチンを実行することにより、内部ＥＧＲ率の変化を相殺することができる。なお、内部ＥＧＲ率の変化は、吸気弁１２に限らず排気弁１３の動作、又は吸気弁１２と排気弁１３との両方の動作を制御することでも相殺できる。
【００２４】
ＥＣＵ１８は、図５の制御ルーチンを実行することにより絞り弁５の開度を調整してＥＧＲガス変化量を相殺する。図５の制御ルーチンにおいて、ＣＯ２吸放出量を算出するまでは図２の制御ルーチンと同様の処理を行う。続くステップＳ４１において、ＥＣＵ１８は絞り弁５が絞り状態にあるか否かを判断する。絞り弁５の開度が大きい場合、絞り弁５の開度を調整してもＥＧＲ量が殆ど変化しない。そのため、絞り弁５が絞り状態にある場合のみ絞り弁５を操作してＥＧＲ量を調整する。絞り弁５が絞り状態にあるか否かは、例えば絞り弁５のアクチュエータ５ａから出力される弁開度に対応した信号から判断できる。絞り弁５が絞り状態にあると判断した場合、ステップＳ１４に進み排気圧変動量を算出する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ１８は、ＥＧＲガス変化量を算出する。次のステップＳ４２においてＥＣＵ１８は、ＥＧＲガス変化量を相殺するための絞り弁５の補正操作量を算出する。補正操作量は例えば、ＥＧＲガス変化量と絞り弁５の補正操作量との対応関係を予め実験により求めてマップとしてＥＣＵ１８のＲＯＭに記憶しておき、そのマップを参照することで求めることができる。続くステップＳ４３では、絞り弁５によってＥＧＲ量を調整すべきか否かを判断する。絞り弁５を閉めると内燃機関１の燃料消費率が悪化する。そのため、絞り弁５の補正操作が開き側の補正である場合又はＥＧＲ弁１０の開度を操作してもＥＧＲ量が変化しない場合にのみ絞り弁５の開度を変更する。絞り弁５によって調整すべきであると判断した場合はステップＳ４４に進み、ＥＣＵ１８は絞り弁５の補正動作をアクチュエータ５ａに指示し、その後今回の制御ルーチンを終了する。ステップＳ４１で絞り弁５が絞り状態ではないと判断した場合及びステップＳ４３で絞り弁５によって調整すべきではないと判断した場合は、ステップＳ４５に進み図２のＥＧＲ弁補正制御ルーチンを実行する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２５】
このように、図５の制御ルーチンにより絞り弁５の動作を制御することでもＥＧＲ量の変化を相殺することができる。
【００２６】
本発明における図２〜５の制御ルーチンは各々個別に実行してもよいし、複数の制御ルーチンを組み合わせて実行してもよい。組み合わせて実行する場合には、優先順位に基づいて各制御ルーチンを順に実行してもよいし、複数の制御ルーチンを並列的に実行してもよい。このように図２〜５を実行することによりＥＣＵ１８は、ＣＯ２吸放出量推定手段、圧力変動推定手段及び動作制御手段として機能する。そして、図２〜５の制御ルーチンにより動作が制御されることで、ＥＧＲ弁１０、可変ノズル６ｂ、可変動弁機構１１、絞り弁５は新気量調整手段として機能する。
【００２７】
ＣＯ２吸放出材７は温度の履歴によってＣＯ２吸放出性能が変化するので、図２〜５のステップＳ１３の処理において、温度履歴に基づいてＣＯ２吸放出材７の性能の変化を推定し、ＣＯ２吸放出量を算出する場合に推定した性能変化による補正を加えてもよい。これにより、より正確なＣＯ２吸放出量を算出することができる。
【００２８】
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。内燃機関は、ピストンの往復動により出力を取り出すいわゆるピストンエンジンに限らず、ロータリーエンジン等でもよい。ＣＯ２吸放出材は単体で使用される場合に限らず、ＣＯ２吸放出材をパティキュレートフィルタや触媒等に担持させた場合にも本発明を適用することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＣＯ２吸放出手段からのＣＯ２の吸放出が燃焼室内に吸入される新気量に与える影響を抑え、内燃機関に適正な新気量を供給することができる。これにより、内燃機関の燃焼状態を適正に維持できるので、排気エミッションやドライバビリティの悪化を抑制することができる。
【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】ＥＧＲ弁の補正動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】可変ノズルの補正動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図４】吸気弁の補正動作制御ルーチンを示すフローチャート。
【図５】絞り弁の補正動作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
３  吸気通路
４  排気通路
５  絞り弁（新気量調整手段）
６  ターボチャージャー
６ｂ  可変ノズル（過給効果変更手段、新気量調整手段）
７  ＣＯ２吸放出材（ＣＯ２吸放出手段）
８  温度センサ（温度取得手段）
９  ＥＧＲ通路
１０  ＥＧＲ弁（新気量調整手段）
１１  可変動弁機構（新気量調整手段）
１２  吸気弁
１３  排気弁
１８  エンジンコントロールユニット（ＣＯ２吸放出量推定手段、圧力変動推定手段、動作制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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