(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサを回転させ得る電動機を有するターボチャージャを備えた車両用内燃機関の制御装置において、
前記電動機を作動させて該内燃機関を暖機する電動機暖機モードを実行する電動機制御手段と、
前記内燃機関を始動させる以前に搭乗者が前記車両に対して行う所定操作を検出する始動前操作検出手段とを有し、
前記内燃機関の吸気通路上に備えられたスロットルバルブは、前記電動機暖機モード時に所定の開度まで開かれる電子制御バルブであり、
前記電動機制御手段は、前記始動前操作検出手段が前記所定操作を検出した場合に電動機暖機モードを実行することを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記電動機暖機モード時には、前記内燃機関の排気通路から吸気通路にかけて前記内燃機関の排気ガスを還流させるためのＥＧＲ通路を用いて前記排気通路を暖機することを特徴とする請求項１に記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記始動前操作検出手段が検出する所定操作が、車両への搭乗動作に起因する操作であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記始動前操作検出手段が検出する所定操作が、車両に対する暖機開始指示であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記始動前操作検出手段が検出する所定操作が、搭乗後始動前における車両各種装備の操作であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用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、コンプレッサを回転させ得る電動機を有するターボチャージャを備えた内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン（内燃機関）の吸入空気量をターボチャージャで過給して、高出力（あるいは、低燃費）を得ようとする試みは以前から常用されている。ターボチャージャの改善が要望されている点の一つとして、低回転域の過給圧の立ち上がりが悪く、低回転域でのエンジン出力特性が良好でないというものがある。これは、排気エネルギーを利用するターボチャージャの原理上、排気エネルギーの少ない低回転域で発生する現象であった。
【０００３】
これを改善するために、ツインターボ化などが一般に行われているが、タービン／コンプレッサに電動機（モータ）を組み込んで強制的にタービンを駆動して所望の過給圧を得ようとする試みもなされている。このようなターボチャージャでは、排気エネルギーを利用して電動機に回生発電を行わせることも可能である。電動機付ターボチャージャとしては、特開平6-280723号公報に記載のようなものがある。
【０００４】
上述した公報に記載の電動機付ターボチャージャは、出力向上以外に始動性を向上させるということも目的としている。上記公報に記載のエンジンにおいては、エンジン始動時のイグニッションキーの操作と同時に電動機でターボチャージャを駆動させて過給を行い、これによって始動性を向上させることができるとされている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この手法では、イグニッションキーの操作から実際にエンジンが始動するまではごく短時間である。このため、始動性を向上させつつ圧縮比を下げるという観点からは有用かもしれないが、過給圧上昇に伴う温度上昇を利用して暖機性を向上させるという点からは、十分な効果を得ることができないことが危惧される。
【０００６】
従って、本発明の目的は、コンプレッサを電動機で駆動することのできるターボチャージャを備えた内燃機関において、始動性を向上させ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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の内燃機関の制御装置は、コンプレッサを回転させ得る電動機を有するターボチャージャを備えた車両用内燃機関の制御装置において、電動機を作動させて該内燃機関を暖機する電動機暖機モードを実行する電動機制御手段と、内燃機関を始動させる以前に搭乗者が車両に対して行う所定操作を検出する始動前操作検出手段とを有し、内燃機関の吸気通路上に備えられたスロットルバルブは、電動機暖機モード時に所定の開度まで開かれる電子制御バルブであり、電動機制御手段は、始動前操作検出手段が所定操作を検出した場合に電動機暖機モードを実行することを特徴としている。
また、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、電動機暖機モード時には、内燃機関の排気通路から吸気通路にかけて内燃機関の排気ガスを還流させるためのＥＧＲ通路を用いて排気通路を暖機することを特徴としている。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、始動前操作検出手段が検出する所定操作が、車両への搭乗動作に起因する操作であることを特徴としている。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、始動前操作検出手段が検出する所定操作が、車両に対する暖機開始指示であることを特徴としている。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置において、始動前操作検出手段が検出する所定操作が、搭乗後始動前における車両各種装備の操作であることを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の内燃機関の制御装置の一実施形態について以下に説明する。本実施形態の制御装置を有するエンジン（内燃機関）１を図１に示す。
【００１２】
本実施形態で説明するエンジン１は、多気筒エンジンであるが、ここではそのうちの一気筒のみが断面図として図１に示されている。エンジン１は、インジェクタ２によってシリンダ３内のピストン４の上面に燃料を噴射するタイプのリーンバーンエンジンである。エンジン１は、吸気通路５を介してシリンダ３内に吸入した空気をピストン４によって圧縮し、ピストン４の上面に形成された窪みの内部に燃料を噴射して濃い混合気を点火プラグ７近傍に集め、これに点火プラグ７で着火させて燃焼させる。シリンダ３の内部と吸気通路５との間は、吸気バルブ８によって開閉される。燃焼後の排気ガスは排気通路６に排気される。シリンダ３の内部と排気通路６との間は、排気バルブ９によって開閉される。
【００１３】
吸気通路５上には、上流側からエアクリーナ１０、ターボユニット１１、インタークーラー１２、スロットルバルブ１３などが配置されている。ターボユニット１１は、吸気通路５と排気通路６との間に配され、過給を行うものである。本実施形態のターボユニット１１においては、タービン側インペラーとコンプレッサ側インペラーとが回転軸で連結されている（以下、この部分を単にタービン／コンプレッサ１１ａと言うこととする）。また、本実施形態のターボユニット１１には、タービン／コンプレッサ１１ａの回転軸が出力軸となるように電動機１１ｂが組み込まれている。電動機１１ｂは、発電機としても機能し得る。
【００１４】
ターボユニット１１は、排気エネルギーによってのみ過給を行う通常の過給機としても機能し得るが、電動機１１ｂによってタービン／コンプレッサ１１ａを強制的に駆動することでさらなる過給を行うこともできる。また、排気エネルギーを利用して、タービン／コンプレッサ１１ａを介して電動機１１ｂを回転させることで回生発電させ、発電された電力を回収することもできる。電動機１１ｂは、タービン／コンプレッサ１１ａの回転軸に固定されたロータと、その周囲に配置されたステータとを主たる構成部分として有している。
【００１５】
吸気通路５上のターボユニット１１の下流側には、インタークーラー１２やスロットルバルブ１３が配されている。本実施形態のスロットルバルブ１３は、いわゆる電子制御式スロットルバルブである。アクセルペダル１４の操作量をアクセルポジショニングセンサ１５で検出し、この検出結果と他の情報量とに基づいて後述するメインＥＣＵ１６がスロットルバルブ１３の開度を決定する。スロットルバルブ１３は、これに付随して配設されたスロットルモータ１７によって開閉され、その開度はスロットルポジショニングセンサ１８によって検出される。スロットルバルブ１３の下流側には、吸気通路５内の圧力（過給圧・吸気圧）を検出する圧力センサ１９が配設されている。
【００１６】
一方、ターボユニット１１の下流側には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２３が取り付けられている。そして、排気通路６（ターボユニット１１の上流側）から吸気通路５（圧力センサ１９の下流側に形成されたサージタンク部）にかけて排気ガスを還流させるためのＥＧＲ通路２４が配設されている。ＥＧＲ通路２４上には、排気ガス還流量を調節するＥＧＲバルブ２５が取り付けられている。また、エンジン１のクランクシャフト近傍には、エンジン回転数を検出する回転数センサ２６が取り付けられている。
【００１７】
上述したセンサ類やアクチュエータ類はメインＥＣＵ１６に接続されており、その検出結果がメインＥＣＵ１６に送出され、あるいは、メインＥＣＵ１６からの信号に基づいて制御されている。メインＥＣＵ１６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなる電子制御ユニットである。なお、メインＥＣＵ１６には、上述した以外にも、吸気バルブ８の開閉タイミングを制御する可変バルブタイミング機構２０や、電動機１１ｂと接続されたコントローラ２１、バッテリ２２、上述したＥＧＲバルブ２５なども接続されている。コントローラ２１は、電動機１１ｂの駆動を制御するだけでなく、電動機１１ｂが回生発電した電力の電圧変換を行うインバータとしての機能も有している。回生発電による電力は、コントローラ２１によって電圧変換された後にバッテリ２２に充電される。
【００１８】
さらに、メインＥＣＵ１６には、外部と通信を行うことのできる通信インターフェース２７も接続されている。本実施形態の通信インターフェース２７は、携帯電話２８と通信を行うことができ、エンジン１は携帯電話によって遠隔操作（後述する暖機実行や、エンジン始動）可能となっている。また、キーレスエントリーユニット用の送受信機３０やセキュリティシステムのコントロールユニット３１と電波通信する電波送受信部２９もメインＥＣＵ１６に接続されている。本実施形態ではキーレスエントリーの送受信機３０はキーのツマミ部に一体化されている。キーのツマミ部に配されたボタンを押すことで、車両の解錠施錠を行うことができる。また、コントロールユニット３１のボタンを押すことで、セキュリティシステムのセット・解除を行うことができる。本実施形態においては、セキュリティシステムの機能はメインＥＣＵ１６内に統合されている。
【００１９】
また、メインＥＣＵ１６には、搭乗者のシートベルト装着の有無を検出するシートベルトセンサ３２が接続されている。シートベルトセンサ３２は、シートベルトアンカーに内蔵されており、本実施形態では運転席についてのみを検出を行うこととしている。また、メインＥＣＵ１６には、搭乗者がシートに座っているか否かを検出する着座センサ３３も接続されている。着座センサ３３は、シート座面内部に内蔵されており、本実施形態では運転席についてのみ検出を行うこととしている。また、メインＥＣＵ１６には、車両の振動を検出する振動センサ３４も接続されている。振動センサ３４は、セキュリティシステムがアクティブなときに車両に加わる振動を検出するものである。また、メインＥＣＵ１６には、車両外部（内部でも良い）からの音声による指示を得るために、マイク３５も接続されている。
【００２０】
さらに、メインＥＣＵ１６には、ドア関連の装備を集中的に統括するドアＥＣＵ３６も接続されている。ドアＥＣＵ３６は、ドアロック機構やパワーウインド機構などの制御を統括している。このドアＥＣＵ３６には、ドアが開かれたこと（あるいは、正常に閉められていないこと）を検出するドア開閉センサ３７や、ドアロックを駆動させるドアロックアクチュエータ３８や、このドアロックがどの位置にあるか（ロック状態かアンロック状態か）を検出するドアロックポジションセンサ３９が接続されている。
【００２１】
また、メインＥＣＵ１６には、クラッチペダルが踏まれているか否かを検出するクラッチペダルセンサ４１、ブレーキペダル４２が踏まれているか否かを検出するブレーキペダルセンサ４３も接続されている。
【００２２】
本実施形態の内燃機関の制御装置によれば、通常の走行時に電動機１１ｂを駆動して過給をアシストして更なる出力向上や燃費向上を実現する以外に、エンジン１の始動前に電動機１１ｂを用いて過給することによって早期暖機や始動性向上を実現することができる。過給を行うことによって、吸入空気の圧力が上昇し、圧力上昇に伴って吸入空気の温度が上昇する（条件にもよるが数十度の上昇が可能）。また、吸入空気の温度が上昇すれば着火性が良くなるので始動性も向上する。エンジン１の始動前にターボチャージャ１１の電動機１１ｂを用いて過給して暖機を行うことを、電動機暖機モードを実行すると言う。
【００２３】
ここでは、この電動機暖機実行モードをエンジン１の始動前に行うことによって、エンジン１の始動性を向上させる。以下、この暖機モードの実行制御について、図２に示すフローチャートに基づいて説明する。図２に示されるフローチャートの制御は、エンジン１が始動されていない場合に実行されており、この制御を一旦終えた後は、再度エンジン１が停止されるまで実行されない。
【００２４】
まず、エンジン１を始動させる以前に搭乗者が車両に対して行う所定操作を始動前操作検出手段によって検出する（ステップ２００）。検出する所定操作としてどのような操作を設定するかは種々考えられる。また、検出する所定操作によって、始動前操作検出手段の具体的機構も異なる。この所定操作としては、(1)車両への搭乗動作に起因する操作である場合、(2)車両に対する暖機開始指示である場合、(3)搭乗後始動前における車両各種装備の操作である場合等が挙げられる。これらのより具体的な事例については追って詳しく説明する。
【００２５】
上述した所定操作が検出されるまで繰り返しステップ２００が実行され、所定操作が検出された場合は、上述した電動機暖機モードを開始する際の基本条件（暖機モード開始条件）が成立しているか否かを判定する（ステップ２１０）。暖機モード開始条件としては、エンジン冷却液の温度が所定温未満であるか、外気温が所定温度未満であるかなどである。エンジン冷却液の温度に関して、所定温以上であれば暖機を行う必要がないと判断し得る最低温度を設定しておけば、この温度以上であることが検出される場合に暖機モード開始条件が成立していないとする。エンジン冷却液温度ではなく、エンジン本体の温度を検出することによって判断しても良い。外気温に関しても同様である。また、暖機モード開始条件として、電動機１１ｂが正常に機能することを条件の一つとして設定しても良い。
【００２６】
暖機モード開始条件が成立していない場合、即ち、ステップ２１０が否定される場合は、電動機暖機モードを行わずに終了する。一方、暖機モード開始条件が成立する場合、即ち、ステップ２１０が肯定される場合は、電動機１１ｂに電流を印可して過給を行わせて上述した暖機を行う（ステップ２２０）。ここでは、電動機暖機モードは所定時間継続され、所定時間経過後に自動的に終了される（ステップ２３０）。
【００２７】
次に、上述した所定操作及びこれを検出する始動前操作検出手段の具体例について説明する。まず、この所定操作が(1)車両への搭乗動作に起因する操作である場合について、いくつかの具体例を説明する。
【００２８】
まず、所定操作がドアロック解除操作である場合が挙げられる。搭乗者（運転者）が、キーレスエントリーの送受信機３０を用いてドアロックを解除する操作を行った場合には、電波送受信部２９を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。あるいは、ドアロックポジションセンサ３９によって、ドアロックが施錠状態から解錠状態に変わったことを検出しても良い。このドアロック解除操作（所定操作）を検出した場合に、電動機１１ｂを駆動させて暖機を行えば、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００２９】
また、ドアロック解除操作の検出は、キーレスエントリーの送受信機３０によるものだけでなく、キーをドアのキーシリンダーの挿入させて行う操作を検出して電動機１１ｂによる暖機を行うことも可能である。あるいは、車体に取り付けられたドアロック解除用のボタン（暗唱番号入力用のボタンなど）によってドアロックを解除する場合や、ドアノブを決められたパターンで操作することによってドアロックを解除するような場合も、これらの操作を検出して電動機１１ｂによる暖機を行うことが可能である。
【００３０】
次の例は、所定操作がセキュリティシステムの解除操作である場合が挙げられる。近年、車両内の装備の盗難や車両自体の盗難、車両へのいたずらなどに備えて、セキュリティシステムの装備率が高くなっている。セキュリティシステムは、搭乗者（運転者・所有者）が車両から離れるときにセットされ、車両に対する正当でない操作を監視し、このような正当でない操作を検出した場合には、ホーン吹鳴やランプ類の点滅で周囲にそれを知らせる。上述した振動センサ３４は、このような不当な操作を検出するためのセンサである。このため、搭乗者（運転者・所有者）が車両に搭乗する際には、セキュリティシステムは解除される。ここでは、この解除操作を上述した所定動作として検出する。
【００３１】
本実施形態においては、セキュリティシステムの解除は、コントロールユニット３１を用いて行われる。搭乗者がセキュリティシステムを解除する操作を行った場合には、電波送受信部２９を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。このセキュリティシステム解除操作（所定操作）を検出した場合に電動機１１ｂを駆動させて暖機を行うようにしても、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。なお、セキュリティシステム解除操作は、携帯電話２８などを用いた通信によって行われても良い。この場合は、通信インターフェース２７を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。
【００３２】
次の例は、所定操作がドア開動作である場合が挙げられる。搭乗者（運転者）が、ドアを開く操作を行った場合には、ドア開閉センサ３７及びドアＥＣＵ３６を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。このドア開放操作（所定操作）を検出した場合に電動機１１ｂを駆動させて暖機を行うようにしても、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００３３】
次の例は、所定操作が運転席シートへの着座である場合が挙げられる。運転者がシートに着座した場合には、着座センサ３３を介してメインＥＣＵ１６がこのシートに座るという所定操作を検出する。このシート着座動作（所定操作）を検出した場合に電動機１１ｂを駆動させて暖機を行うようにしても、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００３４】
次の例は、所定操作が運転席シートベルトの装着操作である場合が挙げられる。運転者がシートベルトを装着した場合には、シートベルトセンサ３２を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。このシートベルト装着操作（所定操作）を検出した場合に電動機１１ｂを駆動させて暖機を行うようにしても、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００３５】
次に、この所定操作が(2)車両に対する暖機開始指示である場合について、いくつかの具体例を説明する。
【００３６】
まず、所定操作が、車両近傍から車両に対して音声で暖機開始指示操作である場合が挙げられる。搭乗者（運転者）が、車両近傍で予め決められた所定の言葉を発話することで、車両に対して暖機を行うようなシステムを構築しておく。車両側では、この発話をマイク３５を通してＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。この暖機開始指示操作（所定操作）を検出した場合に、電動機１１ｂを駆動させて暖機を行えば、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００３７】
あるいは、この暖機開始指示操作は、携帯電話２８などを用いた通信によって行われても良い。この場合は、通信インターフェース２７を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。また、さらに別の指示方法としては、上述したキーレスエントリーの送受信機３０やセキュリティシステムのコントロールユニット３１に暖機開始指示用のスイッチを設けても良い。搭乗後に操作するように、者室内にこのような暖機開始指示用のスイッチを設けても良い（エンジン開始以前に操作し得る状態でナビゲーションディスプレイの表示部に指示部を設けたり表示したりしても良い）。
【００３８】
次に、この所定操作が(3)搭乗後始動前における車両各種装備の操作である場合についての具体例を説明する。
【００３９】
所定操作がクラッチペダル４０やブレーキペダル４２を踏む操作である場合が挙げられる。エンジン１の始動前にこれらのペダル類が踏まれる可能性は高く、禁煙は車両始動時の誤操作を回避するために、予めこのようなペダル類を踏んでいなければエンジン１を始動できないような安全装置が組み込まれている場合もある。そこで、搭乗者（運転者）が、これらのペダル４０，４２を踏む操作を行った場合には、クラッチペダルセンサ４１やブレーキペダルセンサ４３を介してメインＥＣＵ１６がこの所定操作を検出する。このペダル操作（所定操作）を検出した場合に電動機１１ｂを駆動させて暖機を行うようにしても、イグニッションキーに連動させるよりは長い時間を確保でき、エンジン１が始動されるまでに十分な暖機を行うことが可能となる。
【００４０】
なお、エンジン１の始動前に暖機を行うが、複数ある全部のシリンダ３の内部を暖機できることが好ましいが、多気筒エンジンの場合に必ずしも全ての気筒について暖機を行わなくてはならないというものではない。エンジン１を停止するタイミングによっては、吸気バルブが閉じているシリンダ３がある場合もあるが、吸気バルブが開いているシリンダ３がある場合もある。また、その場合も、吸気通路だけを暖機することとなっても暖機の効果はある。さらに、本実施形態では、スロットルバルブ１３が電子制御バルブであるので、電動機暖機モード時には所定の開度まで開かれる。なお、スロットルバルブが開かれない場合でも、アイドル時を考慮して吸気通路内に吸気の流れは生じるので暖機の効果はある。
【００４１】
また、従来のエンジンでは、冷間始動直後に着火性を向上させるために噴射燃料量を増量したりしているが、このように暖機を行えば燃料増量が必要なくなり燃費向上も図れる。電動機暖機モードは、状況にもよるが一秒前後から数秒でも効果があり、それ以上の十数秒など実行しても良く、任意の期間設定すればよい。
【００４２】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態では、本発明の過給圧制御装置を直噴ガソリンエンジンに適用したが、直噴でないガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどに適用することも可能である。また、上述したＥＧＲ通路２４を用いて排気通路側を暖機することも可能である。
【００４３】
また、上述したステップ２００における判定に関して、(1)車両への搭乗動作に起因する操作、及び、(2)車両に対する暖機開始指示操作、の双方を検出した場合に所定操作が検出されたと判定するようにしても良い。このようにすれば、電動機１１ｂの不要な駆動を効果的に抑制することができる。あるいは、ステップ２００における判定に関して、(1)車両への搭乗動作に起因する操作、または、(2)車両に対する暖機開始指示操作、のいずれか一方を検出した場合に所定操作が検出されたと判定するようにしても良い。このようにすれば、より早いタイミングで電動機１１ｂによる暖機を開始することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明に記載の内燃機関の制御装置によれば、電動機制御手段によって、内燃機関の始動以前にターボチャージャのコンプレッサを電動機を駆動して過給し、過給によって温度の上昇した吸入空気によって内燃機関を暖機する。内燃機関の始動前に暖機を十分に行うことができ、始動性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の制御装置を有するエンジンの構成を示す構成図である。
【図２】本発明の内燃機関の制御装置による電動機暖機モード実行制御のフローチャートである。
【符号の説明】
１…エンジン、１１…ターボユニット、１１ａ…タービン／コンプレッサ、１１ｂ…電動機、１３…スロットルバルブ、１６…メインＥＣＵ（電動機制御手段）、１７…スロットルモータ、１８…スロットルポジショニングセンサ、１９…圧力センサ、２１…コントローラ（電動機制御手段）、２２…バッテリ、２３…排気浄化触媒、２４…ＥＧＲ通路、２５…ＥＧＲバルブ、２６…回転数センサ、２７…通信インターフェース（始動前操作検出手段）、２８…携帯電話、２９…電波送受信部（始動前操作検出手段）、３０…送受信機、３１…コントロールユニット、３２…シートベルトセンサ（始動前操作検出手段）、３３…着座センサ（始動前操作検出手段）、３４…振動センサ、３５…マイク（始動前操作検出手段）、３６…ドアＥＣＵ（始動前操作検出手段）、３７…ドア開閉センサ（始動前操作検出手段）、３８…ドアロックアクチュエータ、３９…ドアロックポジションセンサ（始動前操作検出手段）、４０…クラッチペダル、４１…クラッチペダルセンサ（始動前操作検出手段）、４２…ブレーキペダル、４３…ブレーキペダルセンサ（始動前操作検出手段）。
【図１】
0004003535.tif 000002
【図２】
0004003535.tif 000003