(57)【要約】【課題】この発明は、ターボチャージャの応答性、燃費及び暖機性を両立することのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数気筒を有する内燃機関のうちの第１の気筒群の排気ガスをタービンの一方の入口に流入させる第１の排気通路と、前記内燃機関のうちの第２の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させ、且つ、前記第１の排気通路を流れる排気ガスよりも高温の排気ガスが流れる第２の排気通路と、前記第１の排気通路及び前記第２の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続する外部ＥＧＲ通路と、前記第１の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第１連通状態と、前記第２の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第２連通状態とを、選択的に切り替え可能な切替弁とを備える。暖機中は前記第２連通状態とし、暖機後は前記第１連通状態に切り替える。【選択図】図２
2012132337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
複数気筒を有する内燃機関のうちの第１の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第１の排気通路と、
前記内燃機関のうちの第２の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させ、且つ、前記第１の排気通路を流れる排気ガスよりも高温の排気ガスが流れる第２の排気通路と、
前記第１の排気通路及び前記第２の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ通路と、
前記第１の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第１連通状態と、前記第２の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第２連通状態とを、選択的に切り替え可能な切替弁と、
前記内燃機関が暖機中であるか否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関が暖機中であると判定された場合に、前記切替弁により前記第２連通状態とし、前記内燃機関が暖機中でないと判定された場合に、前記切替弁により前記第１連通状態とする連通状態切替手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１の排気通路を冷却する第１の冷却手段と、
前記第２の排気通路を前記第１の冷却手段よりも高温で冷却する第２の冷却手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第２の排気通路の表面積は、前記第１の排気通路の表面積よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に開示されるように、ツインエントリーターボチャージャを備えた内燃機関が知られている。特許文献１に開示されているツインエントリーターボチャージャを備えた内燃機関は、複数の気筒のうち第１気筒群からの第１排気をタービンに導く第１排気通路を備えている。また、複数の気筒のうち第２気筒群からの第２排気をタービンに導く第２排気通路を備えている。さらに、第１排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させる外部ＥＧＲ通路を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８７４３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のツインエントリーターボチャージャを備えた内燃機関では、ターボチャージャの応答性の観点から、第２排気を高温として脈動を大きくすることが要求される。また、第１排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に再循環させる場合において、燃費の観点から、第１排気を低温とすることが要求される。一方で、暖機性の観点からは、第１排気の温度は高いことが要求される。両方の要求は逆であるため、上記従来の内燃機関では、これらの要求の両立は難しい。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ツインエントリーターボチャージャを備えた内燃機関において、ターボチャージャの応答性、燃費及び暖機性を両立することのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
二つの入口を有するタービンを備えたターボチャージャと、
複数気筒を有する内燃機関のうちの第１の気筒群の排気ガスを前記タービンの一方の入口に流入させる第１の排気通路と、
前記内燃機関のうちの第２の気筒群の排気ガスを前記タービンの他方の入口に流入させ、且つ、前記第１の排気通路を流れる排気ガスよりも高温の排気ガスが流れる第２の排気通路と、
前記第１の排気通路及び前記第２の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続し、排気ガスの一部を前記吸気通路に還流させる外部ＥＧＲ通路と、
前記第１の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第１連通状態と、前記第２の排気通路と前記外部ＥＧＲ通路とを連通させる第２連通状態とを、選択的に切り替え可能な切替弁と、
前記内燃機関が暖機中であるか否かを判定する暖機判定手段と、
前記内燃機関が暖機中であると判定された場合に、前記切替弁により前記第２連通状態とし、前記内燃機関が暖機中でないと判定された場合に、前記切替弁により前記第１連通状態とする連通状態切替手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記第１の排気通路を冷却する第１の冷却手段と、
前記第２の排気通路を前記第１の冷却手段よりも高温で冷却する第２の冷却手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記第２の排気通路の表面積は、前記第１の排気通路の表面積よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１の発明によれば、暖機中において、第２の排気通路と外部ＥＧＲ通路とを連通状態とすることができる。そのため、暖機の促進を図ることができる。また、暖機後において、第１の排気通路と外部ＥＧＲ通路とを連通状態とすることができる。そのため、ターボチャージャの応答性と燃費の向上を図ることができる。このため、本発明によれば、ターボチャージャの応答性、燃費及び暖機性を両立することができる。
【００１０】
第２の発明によれば、第２の排気通路を第１の冷却手段よりも高温で冷却する第２の冷却手段を備えることにより、第２の排気通路流れる排気ガスを、第１の排気通路を流れる排気ガスよりも高温にすることができる。
【００１１】
第３の発明によれば、第２の排気通路の表面積は、第１の排気通路の表面積よりも小さいため、第２の排気通路流れる排気ガスを、第１の排気通路を流れる排気ガスよりも高温にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態のシステム構成を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態において、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】シリンダヘッド内に形成される排気ポート１６の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００１４】
実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載され、その動力源とされる４サイクルエンジンである。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明では、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
【００１５】
内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２と排気通路１４とが接続されている。本説明において、排気通路１４は、内燃機関１０のシリンダヘッド内に形成された各気筒の排気ポート１６と、第１排気マニホールド１８と、第２排気マニホールド２０を含む概念である。第１排気マニホールド１８は、第１気筒（＃１）及び第４気筒（＃４）の各排気ポート１６に接続されている。第２排気マニホールド２０は、第２気筒（＃２）及び第３気筒（＃３）の各排気ポート１６に接続されている。以下の説明において、第１気筒（＃１）及び第４気筒（＃４）を第１気筒群と、第２気筒（＃２）及び第３気筒（＃３）を第２気筒群という。
【００１６】
また、内燃機関１０は、排気ガスのエネルギーによって過給を行うターボチャージャ２４を備えている。ターボチャージャ２４は、排気ガスのエネルギーによって回転するタービン２４ａと、このタービン２４ａに駆動されて回転するコンプレッサ２４ｂとを有している。タービン２４ａは、排気通路１４の途中に配置されており、コンプレッサ２４ｂは、吸気通路１２の途中に配置されている。タービン２４ａの下流の排気通路１４には、排気ガス中の有害成分を浄化する触媒２６が設けられている。触媒２６には、例えば三元触媒が用いられる。
【００１７】
タービン２４ａは、２つの排気ガスの導入口２８、３０を備えている。第１排気マニホールド１８の下流部は合流して導入口２８に接続されている。第２排気マニホールド２０の下流部は合流して導入口３０に接続されている。このように、ツインエントリーターボチャージャが構成されている。
【００１８】
また、吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ（図示省略）が設けられている。また、エアクリーナの下流近傍には、吸入空気量を検出するためのエアフローメータ３２が設けられている。エアフローメータ３２の下流には、コンプレッサ２４ｂが設けられている。コンプレッサ２４ｂの下流には、水冷式のインタークーラ（図示省略）が設けられている。エアクリーナを通って吸入された新気は、ターボチャージャ２４のコンプレッサ２４ｂで圧縮された後、インタークーラで冷却される。
【００１９】
インタークーラの下流には、電子制御式のスロットルバルブ３４が設けられている。スロットルバルブ３４を通過した新気は、吸気通路１２の下流部に形成された吸気マニホールド３６に流入される。吸気マニホールド３６に流入された新気は、各気筒内に分配されて流入される。吸気マニホールド３６には、その内圧を検出するための吸気管圧センサ３８が設けられている。
【００２０】
また、本実施形態のシステムは、排気ガスの一部を吸気通路１２に還流させるための外部ＥＧＲ通路４０を備えている。外部ＥＧＲ通路４０の下流端は、吸気マニホールド３６に接続されている。外部ＥＧＲ通路４０の途中には、電子制御式のＥＧＲバルブ４２、水冷式のＥＧＲクーラ４４及びＥＧＲ触媒（図示省略）が設けられている。外部ＥＧＲ通路４０の上流端は、第１排気マニホールド１８及び第２排気マニホールド２０にそれぞれ接続されている。
【００２１】
外部ＥＧＲ通路４０の上流端近傍には、第１排気マニホールド１８が外部ＥＧＲ通路４０に連通する第１連通状態と、第２排気マニホールド２０が外部ＥＧＲ通路４０に連通する第２連通状態とを、選択的に切り替えるための電子制御式の切替バルブ４６が設けられている。
【００２２】
本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０の入力部には、上述したエアフローメータ３２、吸気管圧センサ３８の他、クランク角度を検出するためのクランク角センサ５２、エンジン冷却水の水温を検出するための水温センサ５４等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。
【００２３】
また、ＥＣＵ５０の出力部には、上述したスロットルバルブ３４、ＥＧＲバルブ４２、切替バルブ４６の他、燃料を筒内に供給するためのインジェクタ、筒内に供給された燃料を点火するための点火プラグ等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。ＥＣＵ５０は、上述した各種センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを作動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。
【００２４】
次に、本実施形態のシステムにおける排気冷却系について説明する。本実施形態のシステムは、第１気筒群（＃１、＃４）と第２気筒群（＃２、＃３）とで異なる２系統の排気冷却系を備えている。第１気筒群の排気ポート１６には、その周辺（例えばシリンダヘッド）に水冷式のインタークーラの冷却水が流れる冷却水路が形成されている。一方、第２気筒群の排気ポート１６は、その周辺（例えばシリンダヘッド）にエンジン冷却水が流れる冷却水路が形成されている。
【００２５】
インタークーラの冷却水は、エンジン冷却水よりも低温であり、第１気筒群の排気ポート１６を流れる排気ガスは低水温で冷却され、第２気筒群の排気ポート１６を流れる排気ガスはより高水温で冷却される。そのため、第１排気マニホールド１８を流れる排気ガスは、第２排気マニホールド２０を流れる排気ガスに比べて低温となる。外部ＥＧＲ通路４０を介して排気ガスの一部を吸気通路１２に還流させる本実施形態のシステムでは、暖機中は、ＥＧＲクーラ４４へ多量の熱を渡して、暖機を促進させることが望ましい。一方、暖機後は、燃費向上の観点から、なるべく低温のＥＧＲガスを導入するほうが吸気温度を低下できるため望ましい。
【００２６】
［実施の形態１における制御］
そこで、本実施形態のシステムでは、暖機中は排気温度が高い第２排気マニホールド２０と外部ＥＧＲ通路４０ガスとを連通させ、暖機後は排気温度が低い第１排気マニホールド１８と外部ＥＧＲ通路４０とを連通させることとした。
【００２７】
（制御ルーチン）
図２は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。この制御ルーチンは、機関始動から暖機完了までの間、所定時間毎に実行される。
【００２８】
図２に示すルーチンでは、まず、ステップＳ１００において、ＥＣＵ５０は、運転領域がＥＧＲ導入領域であるか否かを判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数と負荷とＥＧＲバルブ４２の開度との関係を定めた関係マップを予め記憶している。ＥＣＵ５０は、この関係マップからエンジン回転数と負荷とに対応したＥＧＲバルブ４２の開度を取得する。ＥＧＲバルブ４２の開度が０より大きい場合にはＥＧＲ導入領域であると判定される。エンジン回転数は、クランク角センサ５２の検出値から算出される。負荷は、例えば、エアフローメータ３２により検出される吸入空気量と、吸気管圧センサ３８により検出される吸気管内圧とに基づいて算出される。
【００２９】
ステップＳ１００において、運転領域がＥＧＲ導入領域でないと判定される場合には、その後、本ルーチンの処理は終了される。一方、ステップＳ１００において、運転領域がＥＧＲ導入領域であると判定される場合には、次に、ＥＣＵ５０は、暖機中であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。機関始動後、エンジン冷却水の水温が適温（例えば、約８０℃）以下である場合には、暖機中であると判定される。エンジン冷却水の水温は、水温センサ５４により検出される。
【００３０】
ステップＳ１１０において、暖機中であると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、第２気筒群（＃２、＃３）からのＥＧＲガス取り出しを実行する（ステップＳ１２０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、第２排気マニホールド２０と外部ＥＧＲ通路４０とを連通状態とし、第１排気マニホールド１８と外部ＥＧＲ通路４０とを非連通状態とする切替制御信号を、切替バルブ４６に出力する。その後、本ルーチンの処理は終了される。
【００３１】
一方、ステップＳ１１０において、暖機中でないと判定される場合、すなわち、暖機後であると判定される場合には、ＥＣＵ５０は、第１気筒群（＃１、＃４）からのＥＧＲガス取り出しを実行する（ステップＳ１３０）。具体的には、ＥＣＵ５０は、第１排気マニホールド１８と外部ＥＧＲ通路４０とを連通状態とし、第２排気マニホールド２０と外部ＥＧＲ通路４０とを非連通状態とする切替制御信号を、切替バルブ４６に出力する。その後、本ルーチンの処理は終了される。
【００３２】
以上説明したように、図２に示すルーチンによれば、暖機中においては、第２排気マニホールド２０と外部ＥＧＲ通路４０とを連通状態とすることができる。そのため、暖機の促進を図ることができる。また、図２に示すルーチンによれば、暖機後においては、第１排気マニホールド１８と外部ＥＧＲ通路４０とを連通状態とすることができる。そのため、ターボチャージャの応答性と燃費の向上を図ることができる。このため、本実施形態のシステムによれば、ターボチャージャの応答性、燃費向上及び暖機促進の両立を実現することができる。
【００３３】
ところで、上述した実施の形態１のシステムにおいては、第１気筒群の排気ポート１６をインタークーラの冷却水で冷却し、第２気筒群の排気ポート１６をエンジン冷却水で冷却することにより、第２排気マニホールド２０を流れる排気ガスを、第１排気マニホールド１８を流れる排気ガスよりも高温にしている。しかし、そのための構成は、これに限定されるものではない。例えば、排気ポート１６を図３に示すような形状とすることとしてもよい。図３は、シリンダヘッド内に形成される排気ポート１６の形状を示す図である。図３に示す第１気筒群（＃１、＃４）の排気ポートはそれぞれ独立している。一方、第２気筒群（＃２、＃３）の排気ポート１６は、シリンダヘッド内部で合流している。排気ポート１６をシリンダヘッド内部で合流させることにより、排気ポート１６の表面積が低減される。そのため、第２気筒群の排気ポート１６は、第１排気群の排気ポート１６に比して表面積が小さく、流れる排気ガスへの冷却量も少ない。その結果、第２排気マニホールド２０を流れる排気ガスを、第１排気マニホールド１８を流れる排気ガスよりも高温とすることができる。
【００３４】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、排気ポート１６を冷却することにより、排気ガスを冷却することとしているが、しかし、排気ガスを冷却するための構成は、これに限定されるものではない。例えば、第１排気マニホールド１８をインタークーラの冷却水で冷却し、第２排気マニホールド２０をエンジン冷却水で冷却することとしてもよい。
【００３５】
また、上述した実施の形態１のシステムにおいては、ＥＧＲクーラ４４とインタークーラとは水路共有する冷却系であってもよい。
【００３６】
尚、上述した実施の形態１においては、ターボチャージャ２４が前記第１の発明における「ターボチャージャ」に、タービン２４ａが前記第１の発明における「タービン」に、第１排気マニホールド１８が前記第１の発明における「第１の排気通路」に、第２排気マニホールド２０が前記第１の発明における「第２の排気通路」に、吸気マニホールド３６が前記第１の発明における「吸気通路」に、外部ＥＧＲ通路４０が前記第１の発明における「外部ＥＧＲ通路」に、切替バルブ４６が前記第１の発明における「切替弁」に、それぞれ相当している。
【００３７】
また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１１０の処理を実行することにより前記第１の発明における「暖機判定手段」が、上記ステップＳ１２０、ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「連通状態切替手段」が、それぞれ実現されている。
【符号の説明】
【００３８】
１０  内燃機関
１２  吸気通路
１４  排気通路
１６  排気ポート
１８  第１排気マニホールド
２０  第２排気マニホールド
２４  ターボチャージャ
２４ａ  タービン
２４ｂ  コンプレッサ
２６  触媒
２８、３０  導入口
３２  エアフローメータ
３４  スロットルバルブ
３６  吸気マニホールド
３８  吸気管圧センサ
４０  外部ＥＧＲ通路
４２  ＥＧＲバルブ
４４  ＥＧＲクーラ
４６  切替バルブ
５０  ＥＣＵ（Electronic Control Unit）
５２  クランク角センサ
５４  水温センサ
【図１】
2012132337.tif 000003
【図２】
2012132337.tif 000004
【図３】
2012132337.tif 000005