(57)【要約】【課題】樹脂製の吸気マニホルドを採用しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じることを抑制することができる。【解決手段】内燃機関は、樹脂製の吸気マニホルド２７と、吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングの双方を可変するバルブタイミング可変機構４１，４２とを備える。電子制御装置６０は、機関運転状態に応じて各バルブタイミング可変機構４１，４２の駆動を制御する。また、排気行程にある第４気筒１１ｄに隣接する第３気筒１１ｃにおいて吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップが形成されるとき、排気行程にある第４気筒１１ｄから排出されるとともに当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが所定値Ｐｔｈ以上となるときに、排気マニホルド３７内の排気が排出されるようにウェイストゲートバルブ３４を強制的に全開駆動する。【選択図】図１
2013119811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製の吸気マニホルドと、吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングの少なくとも一方を可変するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、機関運転状態に応じて前記バルブタイミング可変機構の駆動を制御する制御装置において、
内燃機関には自身が開駆動されることにより排気マニホルド内の排気の排出を促進する排出促進機構が設けられ、
排気行程にある気筒に隣接する他の気筒において吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップが形成されるとき、前記排気行程にある気筒から排出されるとともに当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが所定値以上となるときに前記排出促進機構を開駆動する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
内燃機関には排気駆動式の過給機が設けられ、
前記排出促進機構は排気マニホルド内の排気をタービンホイールを迂回して排出するウェイストゲートバルブである
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定する一方、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
機関負荷率が１００％よりも小さい所定の負荷率以下のときであって、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、
当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには前記ウェイストゲートバルブの開度を全開にする
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
当該バルブオーバーラップの期間及び排気マニホルド内の圧力の少なくとも一方に基づき、前記排出促進機構を駆動する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の制御装置において、
排気マニホルドの支管のうち当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管内の圧力に基づき前記排出促進機構を駆動するものであり、
排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力に基づき、排気マニホルドの支管のうち当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管内の圧力を推定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、
排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力を機関負荷率に基づき推定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
当該バルブオーバーラップの期間が所定期間以上であるとき、及び排気マニホルドの圧力が所定圧力以上であるとき、の少なくも一方のときに前記排出促進機構を開駆動する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
当該バルブオーバーラップの期間が所定期間以上であるときに前記排出促進機構を開駆動するとともに、排気マニホルド内の圧力が高いほど前記所定期間を短く設定する
ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
排気マニホルド内の圧力が所定圧力以上であるときに前記排出促進機構を開駆動するとともに、当該バルブオーバーラップの期間が長いほど前記所定圧力を低く設定する
ことを特徴とする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、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１には、吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングの双方を可変するバルブタイミング可変機構を備える内燃機関の制御装置が開示されている。こうした制御装置は、機関運転状態に応じてバルブタイミング可変機構の駆動を制御することにより、吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングを当該機関運転状態に適したタイミングに変更する。
【０００３】
また、軽量化を図る等の目的から樹脂製の吸気マニホルドが採用される内燃機関が周知である。また、近年、内燃機関の車両への搭載性を向上させる目的から、排気マニホルドの支管が短くされる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２８５８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、バルブタイミング可変機構、及び樹脂製の吸気マニホルドを併せ備える内燃機関では、吸気マニホルドの剛性が低いことから、所定の機関運転状態において吸気マニホルドから異音が生じるおそれがあることが発明者によって発見された。すなわち、排気行程にある気筒に隣接するとともに吸気行程にある他の気筒において、吸気バルブ及び排気バルブが共に開弁している状態であるバルブオーバーラップが形成されるといった状況が生じる。このとき、排気マニホルドの支管が短い場合には、当該排気行程にある気筒から排気マニホルドに排出された排気が、当該吸気行程にある他の気筒のバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド内へ逆流するようになる。その結果、こうして逆流する排気によって吸気マニホルドの内壁が加振されて異音が生じるようになる。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、樹脂製の吸気マニホルドを採用しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じることを抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、樹脂製の吸気マニホルドと、吸気バルブの開閉タイミング及び排気バルブの開閉タイミングの少なくとも一方を可変するバルブタイミング可変機構とを備える内燃機関に適用されて、機関運転状態に応じて前記バルブタイミング可変機構の駆動を制御する制御装置において、内燃機関には自身が開駆動されることにより排気マニホルド内の排気の排出を促進する排出促進機構が設けられ、排気行程にある気筒に隣接する他の気筒において吸気バルブ及び排気バルブのバルブオーバーラップが形成されるとき、前記排気行程にある気筒から排出されるとともに当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが所定値以上となるときに前記排出促進機構を開駆動することをその要旨としている。
【０００８】
同構成によれば、排気行程にある気筒から排出された排気が同気筒に隣接するとともに吸気行程にある他の気筒のバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する状況において、吸気マニホルドの内壁に衝突する排気の圧力の大きさが所定値以上となるときには、排出促進機構が開駆動されることによって排気マニホルド内の排気の排出が促進されるようになる。このため、バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド内へ逆流する排気が低減されるようになり、逆流する排気によって吸気マニホルドの内壁が加振されることが抑制されるようになる。したがって、樹脂製の吸気マニホルドを採用しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じることを抑制することができるようになる。
【０００９】
ちなみに、上記所定値は、吸気マニホルドから異音が生じ始める排気の圧力の値或いはそれよりも小さい値に設定されることが望ましい。
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、内燃機関には排気駆動式の過給機が設けられ、前記排出促進機構は排気マニホルド内の排気をタービンホイールを迂回して排出するウェイストゲートバルブであることをその要旨としている。
【００１０】
排気駆動式の過給機が設けられる内燃機関の場合、排気マニホルドの下流にタービンホイールが設けられているため、タービンホイールが排気の流路抵抗となり、排気マニホルドから下流側へ排気が排出されにくくなる。そのため、バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド内へ排気が一層逆流しやすくなる。
【００１１】
上記構成によれば、排出促進機構としてのウェイストゲートバルブが開駆動されることを通じて排気マニホルド内の排気がタービンホイールを迂回して排出されるようになる。このため、排気駆動式の過給機の構成部品であるウェイストゲートバルブを通じて排気マニホルド内の排気をタービンホイールを通過させることなく排出することができる。すなわち、排出促進機構を別途設けなくとも済む。したがって、内燃機関の構成が複雑なものとなることを回避することができるようになる。
【００１２】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定する一方、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定することをその要旨としている。
【００１３】
同構成によれば、ウェイストゲートバルブの開度は基本的には機関運転状態、例えば機関回転速度や機関負荷率に基づき設定される。ただし、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値以上となるときには、ウェイストゲートバルブの開度が機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定されるようになる。したがって、ウェイストゲートバルブを機関運転状態に応じた適切な開度に設定しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じる状況においてはウェイストゲートバルブを更に開弁することによって当該異音の発生を的確に抑制することができるようになる。
【００１４】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、機関負荷率が１００％よりも小さい所定の負荷率以下のときであって、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定することをその要旨としている。
【００１５】
排気駆動式の過給機を備える内燃機関では、過給が行なわれることによって機関負荷率が１００％を上回る領域においても運転が行なわれる。ここで、機関負荷率が１００％を上回る領域においてはウェイストゲートバルブの開度を機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側に設定すると、排気マニホルド内の排気がタービンホイールを通過しなくなることでタービンホイールの駆動力が低下するようになる。その結果、過給が好適に行なわれなくなり、内燃機関の出力低下を招くといった新たな問題が生じる。
【００１６】
この点、上記構成によれば、機関負荷率が１００％よりも小さい所定の負荷率以下のときであって、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値以上となるときに、ウェイストゲートバルブの開度が機関運転状態に基づき設定される開度よりも開き側に設定されるようになる。このため、機関負荷率が上記所定の負荷率以下のときには、ウェイストゲートバルブの開度が機関運転状態に基づき設定される開度よりも開き側とされることで、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じることが抑制されるようになる。また、機関負荷率が上記所定の負荷率よりも高いときには、ウェイストゲートバルブの開度が機関運転状態に基づき設定される開度とされることで、内燃機関の出力低下の発生が的確に抑制されるようになる。
【００１７】
（５）請求項５に記載の発明は、請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の制御装置において、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが前記所定値以上となるときには前記ウェイストゲートバルブの開度を全開にすることをその要旨としている。
【００１８】
同構成によれば、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値以上となるときにはウェイストゲートバルブの開度が全開にされるため、ウェイストゲートバルブを通じて排気マニホルド内の排気の多くがタービンホイールを迂回して排出されるようになる。このため、吸気マニホルド内へ逆流する排気が一層低減されるようになり、逆流する排気によって吸気マニホルドの内壁が加振されることが的確に抑制されるようになる。したがって、排気の逆流に起因して吸気マニホルドから異音が生じることを的確に抑制することができるようになる。
【００１９】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該バルブオーバーラップの期間及び排気マニホルドの圧力の少なくとも一方に基づき、前記排出促進機構を駆動することをその要旨としている。
【００２０】
バルブオーバーラップの期間が長いほど、また排気マニホルドの圧力が高いほど、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気が増大し、吸気マニホルドに逆流する排気の圧力が増大することとなる。
【００２１】
上記構成によれば、当該バルブオーバーラップの期間及び排気マニホルドの圧力の少なくとも一方に基づき、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルドに逆流する排気の圧力の大きさが把握される。そして、その結果に基づき、排出促進機構が駆動される。したがって、吸気マニホルドに逆流する排気の圧力を直接検出することなく、同排気の圧力が上記所定値以上となるときには排出促進機構を開駆動することができるようになる。
【００２２】
（７）請求項６に記載の発明は、請求項７に記載の発明によるように、排気マニホルドの支管のうち当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管内の圧力に基づき前記排出促進機構を駆動するものであり、排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力に基づき、排気マニホルドの支管のうち当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管内の圧力を推定するといった態様をもって具体化することができる。すなわち、当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力と、同支管から当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管までの圧力の伝達のし易さを示す指標である圧力伝達率とから、当該バルブオーバーラップが形成される気筒に接続される支管内の圧力を把握することができる。
【００２３】
（８）請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の制御装置において、排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力を機関負荷率に基づき推定することをその要旨としている。
【００２４】
排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される気筒内の圧力は、機関負荷率に基づき把握することができる。したがって、上記構成によれば、排気マニホルドの支管のうち当該排気行程にある気筒に接続される支管内の圧力を直接検出することなく、同支管内の圧力を好適に推定することができるようになる。
【００２５】
ちなみに、当該排気行程にある気筒での機関負荷率、当該気筒の排気量、排気マニホルドの支管の断面積から上記支管内の圧力を推定することができる。
（９）請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の発明は、請求項９に記載の発明によるように、当該バルブオーバーラップの期間が所定期間以上であるとき、及び排気マニホルドの圧力が所定圧力以上であるとき、の少なくも一方のときに前記排出促進機構を開駆動するといった態様をもって具体化することができる。
【００２６】
（１０）請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の発明は、請求項１０に記載の発明によるように、請求項６〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、当該バルブオーバーラップの期間が所定期間以上であるときに前記排出促進機構を開駆動するとともに、排気マニホルド内の圧力が高いほど前記所定期間を短く設定するといった態様をもって具体化することができる。
【００２７】
（１１）請求項１１に記載の発明は、請求項６〜請求項９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、排気マニホルド内の圧力が所定圧力以上であるときに前記排出促進機構を開駆動するとともに、当該バルブオーバーラップの期間が長いほど前記所定圧力を低く設定するといった態様をもって具体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の制御装置について、内燃機関及び電子制御装置の概略構成を示す概略図。
【図２】クランク角と内燃機関の各行程との関係を気筒毎に示す表。
【図３】クランク角と吸気バルブ及び排気バルブのバルブリフト量との関係の一例を示すグラフ。
【図４】同実施形態におけるウェイストゲートバルブ開度設定ルーチンの実行手順を示すフローチャート。
【図５】同実施形態におけるウェイストゲートバルブの開度設定用のマップであって、機関回転速度及び機関負荷率とウェイストゲートバルブの開度との関係を規定したマップ。
【図６】１気筒分の排気量を排気マニホルドの第４支管の断面積で除した値と排気マニホルドの第４支管内の圧力との関係を、異なる機関負荷率毎に示すグラフ。
【図７】同実施形態におけるウェイストゲートバルブの開度を設定するためのマップであって、排気マニホルドの第３支管内の圧力及び第３気筒のバルブオーバーラップ期間とウェイストゲートバルブの開度との関係を規定したマップ。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係る内燃機関の制御装置を、排気駆動式の過給機を搭載した直列４気筒式ガソリンエンジン（以下、内燃機関と略称する）として具体化した一実施形態について説明する。
【００３０】
内燃機関の機関本体はシリンダブロック及びシリンダヘッドを備えており、４つの気筒１１ａ〜１１ｄが直列にて形成されている。
内燃機関には各気筒１１ａ〜１１ｄに空気を導入するための吸気通路２及び各気筒１１ａ〜１１ｄにおいて燃焼により生じた排気を排出するための排気通路３が接続されている。
【００３１】
吸気通路２の途中には、コンプレッサハウジング２１が設けられており、コンプレッサハウジング２１の内部にはインペラ２２が回転可能に収容されている。また、吸気通路２にはインペラ２２の上流側と下流側とを接続してインペラ２２を迂回するエアバイパス通路２３が設けられている。このエアバイパス通路２３には同通路を開閉するエアバイパスバルブ２４が設けられている。エアバイパスバルブ２４は電子制御装置６０により駆動制御される。これらコンプレッサハウジング２１、インペラ２２、エアバイパス通路２３、エアバイパスバルブ２４によってコンプレッサ５１が構成される。
【００３２】
吸気通路２においてコンプレッサハウジング２１の下流側にはコンプレッサ５１により圧縮された空気を冷却するインタークーラ２５が設けられている。また、インタークーラ２５の下流側には空気を調量するスロットルバルブ２６が設けられている。また、スロットルバルブ２６の下流側には樹脂製の吸気マニホルド２７が設けられている。
【００３３】
吸気マニホルド２７は集合管２８、及びこの集合管２８から分岐するとともに各気筒１１ａ〜１１ｄの各吸気ポートにそれぞれ接続される４つの支管２９ａ〜２９ｄを有している。
【００３４】
排気通路３には鋼製の排気マニホルド３７が設けられている。排気マニホルド３７は、各気筒１１ａ〜１１ｄの排気ポートにそれぞれ接続される４つの支管３９ａ〜３９ｄ、及びこれら支管３９ａ〜３９ｄが集合する集合管３８を有している。
【００３５】
排気通路３において排気マニホルド３７の下流側にはタービンハウジング３１が設けられており、タービンハウジング３１の内部にはタービンホイール３２が回転可能に収容されている。タービンホイール３２はインペラ２２に軸連結されている。また、排気通路３にはタービンホイール３２の上流側と下流側とを接続してタービンホイール３２を迂回するウェイストゲート通路３３が設けられている。このウェイストゲート通路３３には同通路を開閉するウェイストゲートバルブ３４が設けられている。ウェイストゲートバルブ３４は電子制御装置６０により駆動制御される。これらタービンハウジング３１、タービンホイール３２、ウェイストゲート通路３３、及びウェイストゲートバルブ３４によってタービン５２が構成されている。
【００３６】
上述したコンプレッサ５１とタービン５２とによって排気駆動式の過給機５が構成される。
また、内燃機関には、吸気バルブの開閉タイミングを可変する吸気側バルブタイミング可変機構４１と、排気バルブの開閉タイミングを可変する排気側バルブタイミング可変機構４２とが設けられている。これらバルブタイミング可変機構４１，４２は電子制御装置６０により駆動制御される。
【００３７】
また、内燃機関には各気筒１１ａ〜１１ｄに燃料を噴射供給するための燃料噴射装置や各気筒１１ａ〜１１ｄの燃焼室において混合気に対して点火を行なうための点火装置が設けられている。燃料噴射装置及び点火装置は電子制御装置６０により駆動制御される。
【００３８】
こうした内燃機関の各種制御は電子制御装置６０により行なわれる。電子制御装置６０は、各種制御に係る演算処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、各種制御用のプログラムやデータが記憶された読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、演算処理の結果等を一時的に記憶するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等を備えて構成されている。そして、電子制御装置６０は、各種センサの検出信号を読み込み、各種演算処理を実行し、その結果に基づいて内燃機関を統括的に制御する。
【００３９】
各種センサとしては、機関回転速度ＮＥを検出する機関回転速度センサ６１、吸入空気量ＧＡを検出する吸入空気量センサ６２、アクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルセンサ６３、及び過給圧Ｐを検出する過給圧センサ６４が設けられている。また、排気の空燃比ＡＦを検出する空燃比センサ６５、及びスロットルバルブ２６の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットルセンサ６６等が設けられている。そして、これらの各種センサは電子制御装置６０に電気的に接続されている。
【００４０】
電子制御装置６０は、各種センサの検出信号から把握される機関運転状態に応じて燃料噴射装置及び点火装置をそれぞれ制御することにより、図２に示す順番、すなわち第１気筒１１ａ、第３気筒１１ｃ、第４気筒１１ｄ、第２気筒１１ｂの順で燃料噴射及び点火を行なう。
【００４１】
また、電子制御装置６０は、機関運転状態に応じて各バルブタイミング可変機構４１，４２の駆動を制御する。こうした駆動制御により、吸気バルブ及び排気バルブのバルブタイミングが当該機関運転状態に適したタイミングにそれぞれ変更される。またこの際、例えば図３に示すように、吸気バルブ及び排気バルブが共に開弁している期間であるバルブオーバーラップ期間ＶＯＲが機関運転状態に適した期間に変更される。
【００４２】
また、電子制御装置６０は機関運転状態に応じてエアバイパスバルブ２４やウェイストゲートバルブ３４の開度を制御する。
ところで、前述したように、樹脂製の吸気マニホルド２７は剛性が低いことから、所定の機関運転状態において吸気マニホルド２７から異音が生じるおそれがある。すなわち、本実施形態では、排気マニホルド３７の各支管３９ａ〜３９ｄが比較的短くされている。このため、例えば第４気筒１１ｄが排気行程にあり、第３気筒１１ｃが吸入行程にあるとき、第３気筒１１ｃにおいてバルブオーバーラップが形成されるといった状況が生じると、第４気筒１１ｄから排気マニホルド３７に排出された排気が、第３気筒１１ｃのバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７内へ逆流するようになる。その結果、こうして逆流する排気によって吸気マニホルド２７の内壁２８ａが加振されて異音が生じるようになる。
【００４３】
しかも、排気マニホルド３７の下流にタービンホイール３２が設けられているため、タービンホイール３２が排気の流路抵抗となり、排気マニホルド３７から下流側へ排気が排出されにくくなる。そのため、バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７内へ排気が一層逆流しやすくなる。
【００４４】
そこで、こうした不都合の発生を抑制するために、電子制御装置６０を通じて、以下の状況において、ウェイストゲートバルブ３４を強制的に全開にして排気マニホルド３７内の排気を下流側に排出するようにしている。すなわち、第４気筒１１ｄが排気行程にあり、これに隣接する第３気筒１１ｃにおいてバルブオーバーラップが形成されるとき、第４気筒１１ｄから排出されるとともに当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが所定値Ｐｔｈ以上となるときに、ウェイストゲートバルブ３４を全開にするようにしている。ここで、所定値Ｐｔｈは、吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の指標であって、吸気マニホルド２７から異音が生じ始めるときの当該排気の圧力の値よりも小さい値とされている。
【００４５】
ただし、本実施形態では、吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力を直接検出するのではなく、以下に説明する推定態様により、当該排気の圧力が上記所定値Ｐｔｈ以上となる状況であるか否かを把握して、ウェイストゲートバルブ３４を全開駆動するか否かを判断するようにしている。
【００４６】
すなわち、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲが長いほど、また当該バルブオーバーラップが形成される第３気筒１１ｃに接続される第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３が高いほど、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気が増大し、吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力が増大することとなる。
【００４７】
また、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４と、同第４支管３９ｄから第３支管３９ｃまでの圧力の伝達のし易さの指標である圧力伝達率とから、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を把握することができる。
【００４８】
更に、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４は、機関負荷率ＫＬに基づき把握することができる。具体的には、機関負荷率ＫＬ、１気筒分の排気量Ｖｓ、第４支管３９ｄの断面積Ｓ＃４から上記第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を推定することができる。
【００４９】
これらのことから、本実施形態では、機関負荷率ＫＬと、１気筒分の排気量Ｖｓと、第４支管３９ｄの断面積Ｓ＃４とから第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を推定し、同圧力Ｐ＃４と圧力伝達率とから第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を推定する。そして、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲ及び第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３の双方に基づき当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値Ｐｔｈ以上となる状況であるか否かを把握するようにしている。
【００５０】
次に、図４のフローチャートを参照して、ウェイストゲートバルブ３４の開度を強制的に全開に設定する処理を含むウェイストゲートバルブ開度設定ルーチンの実行手順について説明する。尚、このフローチャートに示される一連の処理は電子制御装置６０を通じて所定期間毎に繰り返し実行される。
【００５１】
この一連の処理では、まず、そのときの機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬを読み込む（ステップＳ１）。ここで、機関負荷率ＫＬは、内燃機関の負荷を表す指標の１つであり、内燃機関の１回転当たりの最大吸入空気量に対する実際の１回転当たりの吸入空気量（ＧＡ／ＮＥ）の割合（％）である。そして、次に、機関回転速度ＮＥが所定の範囲内（１６００ｒｐｍ≦ＮＥ≦２０００ｒｐｍ）にあり、且つ機関負荷率ＫＬが所定の範囲内（６０％≦ＫＬ≦８０％）にあるか否かを判断する（ステップＳ２）。
【００５２】
ここで、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬが上記各所定の範囲内にない場合（ステップＳ２：「ＮＯ」）には、次に、図５に示す第１マップＭＡＰ１を参照して、機関回転速度ＮＥと機関負荷率ＫＬとに基づきウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを設定する（ステップＳ３）。
【００５３】
具体的には、図５に示すように、機関回転速度ＮＥが略２０００ｒｐｍ以上であって、且つ機関負荷率ＫＬが略５０％〜１００％の領域にあるときに、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖが全開とされる。また、機関回転速度ＮＥが略１６００ｒｐｍ以上であって、且つ機関負荷率ＫＬが１５０％以上の領域にあるときに、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖが全閉とされる。また、上記各領域の間の領域では、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖは機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに応じて段階的に変更される。
【００５４】
こうしてウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを設定すると、この一連の処理を一旦終了する。
一方、機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬが上記各所定の範囲内にある場合（ステップＳ２：「ＹＥＳ」）には、次に、そのときのバルブオーバーラップ期間ＶＯＲを読み込む（ステップＳ４）。そして、次に、第３マップＭＡＰ３を参照して、機関負荷率ＫＬと、第４気筒１１ｄの容積である１気筒分の排気量Ｖｓと、排気マニホルド３７の第４支管３９ｄの断面積Ｓ＃４とから第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を算出する（ステップＳ５）。ここで、１気筒分の排気量Ｖｓ及び第４支管３９ｄの断面積Ｓ＃４は内燃機関の形状によって決まる固定値である。このため、図６に示すように、１気筒分の排気量Ｖｓを同断面積Ｓ＃４で除した値が例えばＶ１／Ｓ１である場合には、機関負荷率ＫＬ（例えばＫＬ１〜ＫＬ３）のみに応じて第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４は変化する（例えばＰ１〜Ｐ３）。具体的には、機関負荷率ＫＬが大きくなるほど第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４は高くなる。
【００５５】
こうして第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を算出すると、次に、同圧力Ｐ＃４と、排気マニホルド３７の形状によって決まる圧力伝達率とに基づき、排気マニホルド３７の第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を算出する（ステップＳ６）。ここで、圧力伝達率は第４支管３９ｄ内から第３支管３９ｃ内への圧力の伝達のし易さを示す指標であり、内燃機関の形状によって決まる固定値である。このため、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４のみに応じて第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３は変化する。具体的には、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４が高くなるほど第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３は高くなる。
【００５６】
こうして第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を算出すると、次に、第２マップＭＡＰ２を参照して、排気マニホルド３７の第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３と、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲとに基づき、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを設定する（ステップＳ７）。
【００５７】
図７に示すように、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲが所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）よりも短い場合、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖは、先のステップＳ３の処理と同様にして第１マップＭＡＰ１を参照して機関回転速度ＮＥ及び機関負荷率ＫＬに基づき設定される。ここで、所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）は排気マニホルド３７の第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３に応じて可変設定される値であり、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３が「０」である場合には第１所定値ＶＯＲ１に設定され、同圧力Ｐ＃３が高くなるほど小さくされ、同圧力Ｐ＃３が所定値Ｐ４となると「０」に設定される。
【００５８】
一方、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲが上記所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）以上である場合には、第４気筒１１ｄから排出されるとともに第３気筒１１ｃのバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが所定値Ｐｔｈ以上となるとして、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖは強制的に全開とされる。
【００５９】
次に、本実施形態の作用について説明する。
排気行程にある第４気筒１１ｄから排出された排気が吸気行程にある第３気筒１１ｃのバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する状況において、吸気マニホルド２７の内壁２８ａに衝突する排気の圧力の大きさが所定値Ｐｔｈ以上となるときには、ウェイストゲートバルブ３４が強制的に全開駆動されるようになる。これにより、排気マニホルド３７内の排気の多くがタービンホイール３２を迂回して排出されるようになる。このため、バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７内へ逆流する排気が低減されるようになり、逆流する排気によって吸気マニホルド２７の内壁２８ａが加振されることが抑制されるようになる。
【００６０】
また、ウェイストゲートバルブ３４の開度は基本的には機関運転状態、具体的には機関回転速度ＮＥや機関負荷率ＫＬに基づき設定されるようになる。ただし、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値Ｐｔｈ以上となるときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖが機関運転状態に基づき設定される開度Ａｗｇｖよりも開弁側、具体的には全開に設定されるようになる。
【００６１】
ところで、排気駆動式の過給機５を備える内燃機関では、機関負荷率ＫＬが１００％を上回る領域においても運転が行なわれる。ここで、機関負荷率ＫＬが１００％を上回る領域においてはウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを機関運転状態に基づき設定される開度Ａｗｇｖよりも開弁側に設定すると、排気マニホルド３７内の排気がタービンホイール３２を通過しなくなることでタービンホイール３２の駆動力が低下するようになる。その結果、過給が好適に行なわれなくなり、内燃機関の出力低下を招くといった新たな問題が生じる。
【００６２】
この点、本実施形態によれば、機関負荷率ＫＬが１００％よりも小さい所定の負荷率ＫＬｔｈ２（８０％）以下のときであって、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値Ｐｔｈ以上となるときに、ウェイストゲートバルブ３４の開度が全開に設定されるようになる。このため、機関負荷率ＫＬが上記所定の負荷率ＫＬｔｈ２以下のときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖが全開とされることで、排気の逆流に起因して吸気マニホルド２７から異音が生じることが抑制されるようになる。また、機関負荷率ＫＬが上記所定の負荷率ＫＬｔｈ２よりも高いときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖが機関運転状態に基づき設定される開度Ａｗｇｖとされることで、内燃機関の出力低下の発生が的確に抑制されるようになる。
【００６３】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の制御装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）電子制御装置６０は、排気行程にある第４気筒１１ｄから排出されるとともに第３気筒１１ｃのバルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが所定値Ｐｔｈ以上となるときにウェイストゲートバルブ３４を強制的に全開駆動するようにした。こうした構成によれば、樹脂製の吸気マニホルド２７を採用しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルド２７から異音が生じることを抑制することができるようになる。また、排出促進機構を別途設けなくとも排気マニホルド３７内の排気をタービンホイール３２を通過させることなく排出することができることから、内燃機関の構成が複雑なものとなることを回避することができるようになる。
【００６４】
（２）ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを機関運転状態に基づき設定する一方、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値以上となるときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを機関運転状態に基づき設定される開度よりも開弁側、具体的には全開に設定するようにした。こうした構成によれば、ウェイストゲートバルブ３４を機関運転状態に応じた適切な開度に設定しつつ、排気の逆流に起因して吸気マニホルド２７から異音が生じる状況においてはウェイストゲートバルブ３４を全開することによって当該異音の発生を的確に抑制することができるようになる。
【００６５】
（３）機関負荷率ＫＬが１００％よりも小さい所定の負荷率ＫＬｔｈ２（本実施形態では８０％）以下のときであって、当該バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力の大きさが上記所定値Ｐｔｈ以上となるときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを全開に設定するようにした。こうした構成によれば、機関負荷率ＫＬが上記所定の負荷率ＫＬｔｈ２以下のときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度が全開とされることで、排気の逆流に起因して吸気マニホルド２７から異音が生じることが抑制されるようになる。また、機関負荷率ＫＬが上記所定の負荷率ＫＬｔｈ２よりも高いときには、ウェイストゲートバルブ３４の開度が機関運転状態に基づき設定される開度とされることで、内燃機関の出力低下の発生が的確に抑制されるようになる。
【００６６】
（４）当該バルブオーバーラップ期間ＶＯＲ及び当該バルブオーバーラップが形成される第３気筒１１ｃに接続される第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３の双方に基づき、ウェイストゲートバルブ３４を駆動するようにした。こうした構成によれば、したがって、吸気マニホルド２７に逆流する排気の圧力を直接検出することなく、同排気の圧力が上記所定値Ｐｔｈ以上となるか否かを好適に判断することができるようになる。
【００６７】
（５）排気マニホルド３７の支管３９ａ〜３９ｄのうち当該排気行程にある第４気筒１１ｄに接続される第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４に基づき、当該バルブオーバーラップが形成される第３気筒１１ｃに接続される第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を推定するようにした。すなわち、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４と、同第４支管３９ｄから第３支管３９ｃまでの圧力の伝達のし易さの指標である圧力伝達率とから、第３気筒１１ｃに接続される第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を把握することができる。
【００６８】
（６）排気マニホルド３７の支管３９ａ〜３９ｄのうち当該排気行程にある第４気筒１１ｄに接続される第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を機関負荷率ＫＬに基づき推定するようにした。こうした構成によれば、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を直接検出することなく、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を好適に推定することができるようになる。
【００６９】
尚、本発明に係る内燃機関の制御装置は、上記実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。  ・上記実施形態では、機関回転速度ＮＥが所定の範囲内（１６００ｒｐｍ≦ＮＥ≦２０００ｒｐｍ）にあり、且つ機関負荷率ＫＬが所定の範囲内（６０％≦ＫＬ≦８０％）にあることを、ウェイストゲートバルブ３４を全開駆動する前提条件とした。しかしながら、これら所定の範囲は本発明を具体化した一例に過ぎず、これら範囲を適宜変更することができる。
【００７０】
・上記実施形態では、機関負荷率ＫＬ、１気筒分の排気量Ｖｓ、及び排気マニホルド３７の第４支管３９ｄの断面積Ｓ＃４から第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を推定するようにした。これに代えて、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を圧力センサによって直接検出するようにしてもよい。この場合、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４を精度よく把握することができる。
【００７１】
・上記実施形態及びその変形例では、第４支管３９ｄ内の圧力Ｐ＃４と圧力伝達率とから第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を推定するようにした。これに代えて、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を圧力センサによって直接検出するようにしてもよい。この場合、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３を精度よく把握することができる。
【００７２】
・上記実施形態では、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲが所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）よりも短い場合にウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを機関運転状態（機関回転速度ＮＥ、機関負荷率ＫＬ）に基づき設定するようにした。また、バルブオーバーラップ期間ＶＯＲが所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）以上である場合にウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを強制的に全開とするようにした。そして、所定期間ＶＯＲｔｈ（Ｐ＃３）を第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３に応じて可変設定するようにした。これに代えて、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３が所定圧力Ｐ＃３ｔｈ（ＶＯＲ）よりも低い場合にウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを機関運転状態に基づき設定する一方、第３支管３９ｃ内の圧力Ｐ＃３が所定圧力Ｐ＃３ｔｈ（ＶＯＲ）以上である場合にウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを強制的に全開とするようにしてもよい。またこの場合、所定圧力Ｐ＃３ｔｈ（ＶＯＲ）をバルブオーバーラップ期間ＶＯＲに応じて可変設定すればよい。
【００７３】
・上記実施形態及びその変形例のように、ウェイストゲートバルブ３４を強制的に全開とすることが、排気マニホルド３７内のより多くの排気をタービンホイール３２を迂回して排出させ、バルブオーバーラップを通じて吸気マニホルド２７内へ逆流する排気を低減する上では望ましい。しかしながら、本発明はこのようにウェイストゲートバルブ３４を全開にするものに限られるものではなく、ウェイストゲートバルブ３４の開度Ａｗｇｖを少なくとも機関運転状態に基づき設定される開度Ａｗｇｖよりも開弁側に設定するものであればよい。この場合であっても、排気マニホルド３７内の排気の排出が促進されるようになる。
【００７４】
・上記実施形態及びその変形例では、第４気筒１１ｄが排気行程にあり、同気筒１１ｄに隣接する第３気筒１１ｃが吸気行程にある場合におけるウェイストゲートバルブ３４の開度設定ルーチンについて例示した。しかしながら、本発明にはこれに限られるものではなく、互いに隣接する２つの気筒のうちの１つの気筒が排気行程にあり、他の気筒においてバルブオーバーラップが形成されるときであれば、その他の気筒が排気行程にあるときに同様にして本発明を適用することができる。
【００７５】
・上記実施形態及びその変形例では、排出促進機構の一例としてウェイストゲートバルブ３４について例示した。しかしながら、本発明に係る排出促進機構はウェイストゲートバルブ３４に限られるものではない。要するに、自身が開駆動されることにより排気マニホルド内の排気の排出を促進する機構であればよい。
【符号の説明】
【００７６】
１…機関本体、２…吸気通路、３…排気通路、５…過給機、１１ａ〜１１ｄ…気筒、２１…コンプレッサハウジング、２２…インペラ、２３…エアバイパス通路、２４…エアバイパスバルブ、２５…インタークーラ、２６…スロットルバルブ、２７…吸気マニホルド、２８…集合管、２８ａ…内壁、２９ａ〜２９ｄ…支管、３１…タービンハウジング、３２…タービンホイール、３３…ウェイストゲート通路、３４…ウェイストゲートバルブ、３７…排気マニホルド、３８…集合管、３９ａ〜３９ｄ…支管、４１…吸気側バルブタイミング可変機構、４２…排気側バルブタイミング可変機構、５１…コンプレッサ、５２…タービン、６０…電子制御装置、６１…機関回転速度センサ、６２…吸入空気量センサ、６３…アクセル開度センサ、６４…過給圧センサ、６５…空燃比センサ、６６…スロットルセンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2013119811.tif 000007
【図６】
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【図７】
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