(57)【要約】【課題】内燃機関の吸排気装置において、排気干渉を抑制しつつ、スカベンジング効果を十分に活用する。【解決手段】吸排気装置１は、オーバーラップ期間の取り得る最大期間内の所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰに基づいて、オーバーラップ期間を設定している。これによれば、実際にオーバーラップ期間が設定される上死点付近の所定期間ΔＴａでの吸気ポートの圧力と排気ポートの圧力との比較により、オーバーラップ期間を設定するため、スカベンジング効果を十分に活用し、排気干渉の影響を抑えることが可能なオーバーラップ期間の設定をすることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）から排気される排気ガスによりタービン（２７）を回転させるとともに、このタービン（２７）の回転トルクによりコンプレッサ（２８）を回転駆動することで、吸入空気を前記内燃機関（２）へ圧送するターボチャージャ（５）と、
前記内燃機関の吸気ポート（１７）を開閉する吸気バルブ（６）と、
前記内燃機関の排気ポート（１８）を開閉する排気バルブ（７）と、
前記吸気バルブ（６）及び前記排気バルブ（７）の少なくとも一方の開閉時期を変更して、前記吸気バルブ（６）の開弁期間と前記排気バルブ（７）の開弁期間とが重なるオーバーラップ期間を可変する可変動弁機構（８）と、
前記可変動弁機構の作動を制御する制御装置（９）とを備える内燃機関の吸排気装置であって、
前記吸気ポート（１７）の圧力を吸気ポート圧Ｐ１とし、前記排気ポート（１８）の圧力を排気ポート圧Ｐ２とすると、
前記制御装置（９）は、
前記オーバーラップ期間のとり得る最大期間内であって上死点をまたぐ所定期間ΔＴａにおける、前記吸気ポート圧Ｐ１から前記排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰを算出するポート差圧算出部（４０）と、
前記ポート差圧ΔＰが所定値以上か否かを判定するポート差圧判定部（４１）と、
前記内燃機関（２）の加速要求があった際、前記ポート差圧判定部（４１）によって前記ポート差圧ΔＰが前記所定値未満であると判断された場合には、前記オーバーラップ期間を第１設定値に設定し、その後、前記ポート差圧ΔＰが前記所定値以上になったと判断されたら、前記オーバーラップ期間を第１設定値よりも大きい第２設定値に設定するオーバーラップ期間設定部（４２）と
を有することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記第１設定値とは、前記オーバーラップ期間の取り得る最小期間であることを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記制御装置（９）は、
前記吸気ポート（１７）へ導入される吸入空気量もしくは前記吸気ポート圧Ｐ１と、前記排気ポート圧Ｐ２とを把握するとともに、前記吸入空気量もしくは前記吸気ポート圧Ｐ１と、前記排気ポート圧Ｐ２との関係から、前記第２設定値を算出する第２設定値算出部（５０）とを有することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記ターボチャージャ（５）は、前記タービン（２７）を迂回して排気ガスを前記タービン（２７）の上流側から前記タービン（２７）の下流側へ流す迂回路（３０）を開閉するウエストゲートバルブ（３１）を有し、
前記ポート差圧算出部（４０）は、前記吸気ポート（１７）へ導入される吸入空気量もしくはインマニ圧と、エンジン回転数と、前記ウエストゲートバルブ（３１）の開度とを把握するとともに、前記吸入空気量もしくは前記インマニ圧と、前記エンジン回転数と、前記ウエストゲートバルブ（３１）の開度との関係から、前記ポート差圧ΔＰを算出することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記ターボチャージャ（５）は、前記タービン（２７）の容量を変更する容量変更機構（５２）を有する可変容量型ターボチャージャであり、
内燃機関の吸排気装置は、
過給圧を検出する過給圧検出手段（３５）と、
前記容量変更機構（５２）の駆動を制御する容量制御手段（６０）とを備え、
前記容量制御手段（６０）は、
前記内燃機関（２）の加速要求があった際、前記タービンの容量を所定容量値に制御し、その後、前記オーバーラップ量が前記第２設定値とされた場合で、且つ、前記過給圧検出手段（３５）により検出された過給圧と目標過給圧との差が所定差圧以内になった場合に、前記タービンの容量を前記所定容量値よりも大きくさせるよう前記容量変更機構（５２）の駆動を制御することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項６】
請求項５に記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記ターボチャージャ（５）は、前記タービン（２７）を迂回して排気ガスを前記タービン（２７）の上流側から前記タービン（２７）の下流側へ流す迂回路（３０）を開閉するウエストゲートバルブ（３１）を有し、
前記ポート差圧算出部（４０）は、前記吸気ポート（１７）へ導入される吸入空気量もしくはインマニ圧と、エンジン回転数と、前記ウエストゲートバルブ（３１）の開度と、前記タービンの容量とを把握するとともに、把握した前記吸入空気量もしくは前記インマニ圧と、前記エンジン回転数と、前記ウエストゲートバルブ（３１）の開度と、前記タービンの容量との関係から、前記ポート差圧ΔＰを算出することを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の内燃機関の吸排気装置において、
前記所定容量値とは、タービン出力が最大になる容量であることを特徴とする内燃機関の吸排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャを備える内燃機関の吸排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関から排気される排気ガスのエネルギーによりタービンを回転させ、その回転トルクによりコンプレッサーを回転駆動することで、吸入空気を内燃機関へ圧送するターボチャージャーを備える内燃機関の吸排気装置が周知である。
【０００３】
ところで、ターボチャージャーでは、いわゆるターボラグの発生が課題視されている。ターボラグとは、例えば、乗員によるアクセルの踏み込みから、ターボチャージャーによる吸入空気の圧送が本格的に始まるまでの時間差として考えることができ、吸入空気の圧送が本格的に始まるまでは、内燃機関から期待するほどのトルクや出力を得ることができない。
【０００４】
このターボラグを低減する方法として、吸気ポートから吸入空気が排気ポートへ抜ける筒内掃気、いわゆるスカベンジング効果を促進させる方法がある。
この従来技術として、内燃機関の加速要求があった後、インマニ圧がエキマニ圧よりも大きくなったら、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが重なるオーバーラップ期間を増大させることにより、スカベンジング効果を促進させようとする技術が特許文献１に記載されている。
【０００５】
ところで、スカベンジング効果を得るためは、オーバーラップを実施する予定の期間中に吸気ポート圧が排気ポート圧よりも大きくなっている必要があり、吸気ポート圧と排気ポート圧との差圧が大きい程、スカベンジング効果が大きくなる。
【０００６】
これに対して、特許文献１の技術では、インマニ圧とエキマニ圧を比較している。しかし、インマニ圧及びエキマニ圧は全気筒の平均値で算出されることが多く、その場合は実際の吸気ポート圧及び排気ポート圧とは異なるため、吸気ポート圧が排気ポート圧よりも大きくなっているにも関わらず、インマニ圧がエキマニ圧よりも小さく検出される場合もある。
また、特許文献１の技術では、どの期間におけるインマニ圧とエキマニ圧を比較しているのかが不明である。１サイクル全期間での平均値で比較している可能性もある。
【０００７】
このため、特許文献１の技術では、実際には、オーバーラップを実施する予定の期間中に吸気ポート圧が排気ポート圧よりも大きくなっているにもかかわらず、インマニ圧＜エキマニ圧と判断されて、オーバーラップ期間増大制御（スカベンジング効果促進制御）が行われない場合が生じてしまう。
【０００８】
また、特許文献１の技術では、加速要求があった後にインマニ圧がエキマニ圧よりも大きくなるまでの期間については、加速要求があった時点でのオーバーラップ期間から加速に伴って徐々にオーバーラップ期間を増加させていくものと考えられる。
しかしながら、この手法では、吸気ポート圧が排気ポート圧よりも小さい状態でオーバーラップ期間が徐々に増加していくため、気筒間の排気干渉が発生する虞がある。排気干渉が生じると、吸気ポートへ導入される吸入空気量が低減し、加速性が悪化してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−２０１０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の吸排気装置において、排気干渉を抑制しつつ、スカベンジング効果を十分に活用することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の内燃機関の吸排気装置は、以下に説明する、ターボチャージャ、吸気バルブ、排気バルブ、可変動弁機構、および制御装置を備える。
【００１２】
ターボチャージャは、内燃機関から排気される排気ガスによりタービンを回転させるとともに、このタービンの回転トルクによりコンプレッサを回転駆動することで、吸入空気を内燃機関へ圧送する。
吸気バルブは、内燃機関の吸気ポートを開閉する。
排気バルブは、内燃機関の排気ポートを開閉する。
可変動弁機構は、吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方の開閉時期を変更して、吸気バルブの開弁期間と排気バルブの開弁期間とが重なるオーバーラップ期間を可変する。
制御装置は、可変動弁機構の作動を制御する。
【００１３】
そして、制御装置は、以下に説明するポート差圧算出部、ポート差圧判定部、およびオーバーラップ期間設定部を有する。
【００１４】
ポート差圧算出部は、オーバーラップ期間のとり得る最大期間内であって上死点をまたぐ所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰを算出する。
ポート差圧判定部は、ポート差圧ΔＰが所定値以上か否かを判定する。
オーバーラップ期間設定部は、内燃機関の加速要求があった際、ポート差圧判定部によってポート差圧ΔＰが所定値未満であると判断された場合には、オーバーラップ期間を第１設定値に設定し、その後、ポート差圧ΔＰが所定値以上になったと判断されたら、オーバーラップ期間を第１設定値よりも大きい第２設定値に設定する。
【００１５】
本発明では、オーバーラップ期間の取り得る最大期間内の所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰに基づいて、オーバーラップ期間を設定している。従って、インマニ圧とエキマニ圧との比較ではなく、吸気ポートの圧力と排気ポートの圧力との比較により、オーバーラップ期間を設定するため、スカベンジング効果を十分に活用できる。
【００１６】
また、本発明では、加速要求直後で、ポート差圧ΔＰが所定値よりも小さい期間（排気ポート圧Ｐ２が吸気ポート圧Ｐ１より大きい期間も含む）では、排気干渉が懸念されるため、排気干渉を抑制するため、オーバーラップ期間を小さめ（第１設定値）に設定する。そして、ポート差圧ΔＰが十分に大きくなってきたら、排気干渉ではなくスカベンジング効果を得られるようになるため、オーバーラップ期間を大きめ（第２設定値）に設定する。これによって、排気干渉を抑制しつつ、スカベンジング効果を十分に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】内燃機関の吸排気装置の構成図である（実施例１）。
【図２】オーバーラップ期間のとり得る最大期間、最小期間、及び所定期間ΔＴａを説明する図である（実施例１）。
【図３】吸気ポート圧の算出に用いるマップの一例である（実施例１）。
【図４】排気ポート圧の算出に用いるマップの一例である（実施例１）。
【図５】制御装置による可変動弁機構の制御フローである（実施例１）。
【図６】内燃機関の出力トルク、吸入空気量、ポート差圧ΔＰ、オーバーラップ期間の時間推移を示すタイムチャートである（実施例１）。
【図７】所定期間ΔＴａにおけるポート差圧の平均値で判断することの技術的意義を説明するための説明図である（実施例１）。
【図８】内燃機関の吸排気装置の構成図である（実施例２）。
【図９】第２設定値の算出に用いるマップの一例である（実施例２）。
【図１０】制御装置による可変動弁機構の制御フローである（実施例２）。
【図１１】内燃機関の出力トルク、吸入空気量、ポート差圧ΔＰ、オーバーラップ期間の時間推移を示すタイムチャートである（実施例２）。
【図１２】内燃機関の吸排気装置の構成図である（実施例３）。
【図１３】制御装置による可変動弁機構及び容量変更機構の制御フローである（実施例３）。
【図１４】内燃機関の出力トルク、吸入空気量、ポート差圧ΔＰ、オーバーラップ期間、タービン容量の時間推移を示すタイムチャートである（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
〔実施例１〕
〔実施例１の構成〕
実施例１を図１〜図７に基づいて説明する。
吸排気装置１は、内燃機関２に吸入空気を吸入させるとともに内燃機関２から排気ガスを排出させるものである。
吸排気装置１は、以下に説明する吸気路３、排気路４、ターボチャージャ５、吸気バルブ６、排気バルブ７、可変動弁機構８、および制御装置９を備える。
【００２０】
吸気路３は、新気の吸入口１３からエアクリーナ１４、スロットル弁１５、インテークマニホールド１６等を経て内燃機関２に吸入空気を導く流路である。本実施例の内燃機関は４気筒型であり、各気筒の吸気ポート１７へ吸気が導かれている。
【００２１】
排気路４は、内燃機関２の各気筒の排気ポート１８から触媒２０およびマフラ２１を経て排気口２２に排気ガスを導く流路である。
【００２２】
ターボチャージャ５は、排気ガスの熱エネルギーや運動エネルギーを回転軸２６の回転エネルギーへ変換するタービン２７と、回転軸２６から伝わる回転トルクにより吸入空気を圧縮して内燃機関２に送り込むコンプレッサ２８とを有し、排気ガスのエネルギーを利用してタービン２７の羽根車を高速回転させ、その回転トルクでコンプレッサ２８の羽根車を回転駆動することにより吸入空気を圧縮して内燃機関２に送り込む。
【００２３】
なお、コンプレッサ２８により圧縮された吸入空気は、インタークーラ２９により冷却されてからスロットル弁１５を経て内燃機関２に吸入される。
【００２４】
また、ターボチャージャ５は、タービン２７を迂回して排気ガスをタービン２７の上流側からタービン２７の下流側へ流す迂回路３０を開閉するウエストゲートバルブ３１を有している。
すなわち、排気路４には、ターボチャージャ５による吸入空気の圧送が過剰になったり、排気ガスの流速が音速に達して排気量がタービン２７で規制されたりする事態を回避するため、タービン２７を迂回する迂回路３０、および迂回路３０を開閉するウエストゲートバルブ３１が設けられている。
【００２５】
吸気バルブ６は、吸気ポート１７を開閉する周知のバルブである。
排気バルブ７は、排気ポート１８を開閉する周知のバルブである。
【００２６】
可変動弁機構８は、吸気バルブ６及び排気バルブ７の少なくとも一方の開閉時期を変更して、吸気バルブ６の開弁期間と排気バルブ７の開弁期間とが重なるオーバーラップ期間を可変する機構である。
本実施例の可変動弁機構８は、吸気バルブ６及び排気バルブ７の両方の開閉時期を変更可能なタイプである。
【００２７】
可変動弁機構８は、内燃機関２のクランク軸（図示せず）と吸気カム軸（図示せず）との相対回転位相、及びクランク軸（図示せず）と排気カム軸（図示せず）との相対回転位相変更するものであり、所定の基準位置に対して進角側及び遅角側への位相変更が可能になっている。つまり、吸気バルブ６の開閉時期及び排気バルブ７の開閉時期のそれぞれを進角及び遅角させることができる。
【００２８】
そして、吸気バルブ６の開閉時期及び排気バルブ７の開閉時期のそれぞれを進角及び遅角させることにより、吸気バルブ６の開弁期間と排気バルブ７の開弁期間とが重なるオーバーラップ期間を可変することができる。
【００２９】
図２に示すように、吸気バルブ６の開閉時期を最も進角させ、排気バルブ７の開閉時期を最も遅角させた状態で、オーバーラップ期間が最大Ｌｍａｘとなる。そして、吸気バルブ６の開閉時期を最も遅角させ、排気バルブ７の開閉時期を最も進角させた状態で、オーバーラップ期間が最小Ｌｍｉｎとなる。
すなわち、オーバーラップ期間の可変範囲は、ＬｍｉｎからＬｍａｘまでである。
なお、オーバーラップ期間は図２に示すように上死点（ＴＤＣ）を跨いでいる。
【００３０】
制御装置９は、制御処理、演算処理を行うＣＰＵ、各種プログラムや各種データを保存する記憶装置、入力回路、出力回路等の機能を含んで構成される周知構造のマイクロコンピュータを含むものであり、過給圧センサ３５やエンジン回転数センサ３６等の各種センサから入力される検出信号に応じて、スロットル弁１５、ウエストゲートバルブ３１、可変動弁機構８等の機器を制御する。
【００３１】
〔実施例１の特徴〕
本実施例の吸排気装置１では、制御装置９が、以下に説明するポート差圧算出部４０、ポート差圧判定部４１、及びオーバーラップ期間設定部４２を有する。
【００３２】
ポート差圧算出部４０は、内燃機関２の加速要求があった際に、オーバーラップ期間のとり得る最大期間内であって上死点（ＴＤＣ）を挟む所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰを算出する。
加速要求の一例としては、要求過給圧が実際の過給圧よりも高い場合に、実際の過給圧を要求過給圧に近づけるべく出力されるものである。要求過給圧は、アクセルの踏込量や内燃機関の状態で図示しないＥＣＵにより設定される。また、内燃機関２の状態とは、内燃機関２のクランク回転数や負荷、吸気空気圧等によって決定される。ただし、加速要求は上記に限定されるものではない。
【００３３】
オーバーラップ期間のとり得る最大期間とは、オーバーラップ期間の可変範囲の最大期間であって、上述のように、吸気バルブ６の開閉時期を最も進角させ、排気バルブ７の開閉時期を最も遅角させた状態でのオーバーラップ期間Ｌｍａｘである。図２に示すように、この期間内であって、上死点を挟む所定期間をΔＴａ（以下、圧力判定期間ΔＴａとも呼ぶ）としている。
【００３４】
圧力判定期間ΔＴａは上死点前α°から上死点後β°までの範囲であって、クランク角範囲で定められている。
ポート差圧算出部４０は、クランク角センサ４４からの出力信号を受けて、圧力判定期間ΔＴａにおける吸気ポート圧Ｐ１から排気ポート圧Ｐ２をひいた差圧を算出する。
【００３５】
そして、本実施例のポート差圧算出部４０は、ポート差圧ΔＰを、吸入空気量、エンジン回転数、およびウエストゲートバルブ３１の開度により算出する。
吸入空気量は、吸気ポート１７に導入される吸入空気の流量であって、インテークマニホールド１６に設けられたサージタンク１６ａ内の圧力（サージタンク圧）により算出される。なお、サージタンク圧はサージタンク圧センサ４５により検出される。
また、エンジン回転数はエンジン回転数センサ３６により検出される。
また、ウエストゲートバルブの開度はＷＧＶ開度センサ４６により検出される。
従って、ポート差圧算出部４０は、サージタンク圧センサ４５、エンジン回転数センサ３６、及びＷＧＶ開度センサ４６からの出力信号を受けて、ポート差圧ΔＰを算出している。
【００３６】
具体的には、ポート差圧算出部４０は、図３に示すような、吸気ポート圧Ｐ１と、吸入空気量、エンジン回転数、およびウエストゲートバルブ３１の開度との関係を示すマップを有しており、このマップによって、吸気ポート圧Ｐ１を推定する。
【００３７】
また、ポート差圧算出部４０は、図４に示すような、排気ポート圧Ｐ２と、吸入空気量、エンジン回転数、およびウエストゲートバルブ３１の開度との関係を示すマップを有しており、このマップによって、排気ポート圧Ｐ２を推定する。
そして、ポート差圧算出部４０は、推定した吸気ポート圧Ｐ１から推定した排気ポート圧Ｐ２を引いて、その値の圧力判定期間ΔＴａにおける平均値をポート差圧ΔＰとして算出する。
【００３８】
ポート差圧判定部４１は、ポート差圧算出部４０から出力されるポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上か否かを判定する。
所定値Ｘは、スカベンジング効果を得ることができると推測できる最低限の差圧値に設定している。
【００３９】
なお、ポート差圧算出部４０及びポート差圧判定部４１は、各気筒においてポート差圧ΔＰの算出及び判定を行うものであってもよいし、代表気筒においてポート差圧ΔＰの算出及び判定を行うものであってもよい。
【００４０】
オーバーラップ期間設定部４２は、内燃機関２の加速要求があった際、ポート差圧判定部４１によってポート差圧ΔＰが所定値Ｘ未満であると判断された場合に、オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１に設定し、その後、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上になったと判断されたら、オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１よりも大きい第２設定値Ｌ２に設定する。
【００４１】
本実施例での第１設定値Ｌ１は、期間Ｌｍｉｎであり、第２設定値Ｌ２は、期間Ｌｍａｘである。
【００４２】
なお、オーバーラップ期間設定部４２は、各気筒においてオーバーラップ期間設定を行うものであってもよいし、代表気筒においてオーバーラップ期間設定し、他の気筒全てにその設定値を適用するものであってもよい。
理想的には、加速要求があった際に、吸入工程を開始しようとしている気筒を代表気筒として、ポート差圧ΔＰの算出及び判定をし、その結果に基づいてオーバーラップ期間を設定して、次サイクル以降の全ての気筒に、その設定値を適用するのが好ましい。
【００４３】
以下、図５のフロー図及び図６のタイムチャートを用いて詳細に説明する。このフローの処理は、所定時間毎（例えば１００ミリ秒毎）に実施される。
加速要求があったら、ポート差圧算出部４０でポート差圧ΔＰを算出する（ステップＳ１〜Ｓ２参照）。
その後、ステップＳ３に進み、ポート差圧判定部４１でポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上か否かを判定する。なお、ポート差圧ΔＰは、吸気ポート圧が排気ポート圧よりも低い場合にはマイナスとなるため、所定値Ｘよりも小さいと判定される。
【００４４】
ステップＳ３での判定がＮＯ、つまり、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ未満である場合には、ステップＳ４に進み、オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１にするよう可変動弁機構８に制御指令を送り、処理を終了する。そして、所定時間後、フローが最初のステップＳ１から開始される。
【００４５】
加速要求があった時点でのオーバーラップ期間が既に第１設定値Ｌ１と同じであるならば可変動弁機構８はそのままそのオーバーラップ期間を維持する。しかし、加速要求があった時点でのオーバーラップ期間が第１設定値Ｌ１よりも大きい場合には、可変動弁機構８はオーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１まで低減させる。
【００４６】
オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１にした後、フローの開始に戻るため、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上になるまで、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４の処理がを繰り返される。
そして、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上となったら、ステップＳ５に進み、オーバーラップ期間を第２設定値Ｌ２にするよう可変動弁機構８に制御指令を送る。つまり、オーバーラップ期間を第２設定値Ｌ２に設定し処理を終了する。そして、所定時間後、フローが最初のステップＳ１から開始される。
【００４７】
なお、加速要求があった時点で、既に、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上である場合には、Ｓ４に進まず、はじめから、Ｓ５に進み、オーバーラップ期間を第２設定値Ｌ２に設定する。
また、ステップＳ１にて、加速要求がない場合には、本処理を終了する。この場合、制御装置９は通常の制御ロジックに応じて、吸気バルブ６または／および排気バルブ７の開閉時期を設定するとともに、同開閉時期で可変動弁機構８を制御する。
一方、ステップＳ４やステップＳ５が実行された場合、制御装置９は、吸気バルブ６または／および排気バルブ７の開閉時期の設定を行うための通常の制御ロジックを実行しない。もしくは、制御装置９は、吸気バルブ６または／および排気バルブ７の開閉時期の設定を行うための通常の制御ロジックに、第１所定値Ｌ１や第２所定値Ｌ２を含める。
【００４８】
〔実施例１の作用効果〕
実施例１の作用効果を図６及び図７を用いて説明する。
実施例１の吸排気装置１では、オーバーラップ期間の取り得る最大期間内の所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰに基づいて、オーバーラップ期間を設定している。
従って、インマニ圧とエキマニ圧との比較ではなく、実際にオーバーラップ期間が設定される上死点付近の所定期間ΔＴａでの吸気ポートの圧力と排気ポートの圧力との比較により、オーバーラップ期間を設定するため、スカベンジング効果を十分に活用でき、且つ、排気干渉の影響を抑えることができる。
【００４９】
図７は、あるオーバーラップ期間に設定した場合における排気ポート圧と吸気ポート圧の変化を示している。このとき、１サイクル全期間での平均値でみると排気ポート圧Ｐ２の平均値Ｐ２ａの方が吸気ポート圧Ｐ１の平均値Ｐ１ａよりも高い。
従って、この平均値Ｐ１ａ，Ｐ２ａでスカベンジング効果を得られる状態か否か（つまり、吸気ポート圧の方が排気ポート圧よりも高いか否か）を判断してしまうと、スカベンジング効果を得られないということになるため、オーバーラップ期間を増量する制御をしないという判断となる。
【００５０】
しかしながら、実際にオーバーラップ期間が設定される上死点付近の所定期間ΔＴａをみると、吸気ポート圧の方が排気ポート圧よりも高い領域が支配的であり、スカベンジング効果を得られると判断できる。
本実施例では、オーバーラップ期間の取り得る最大期間内の所定期間ΔＴａにおける、吸気ポート圧Ｐ１から排気ポートＰ２をひいた差圧の平均値であるポート差圧ΔＰに基づいて、オーバーラップ期間を設定するため、１サイクル全期間の平均値ではスカベンジング効果を得られないと判断されてしまった領域においても、スカベンジング効果を十分に活用できる。
【００５１】
本実施例によれば、加速要求直後で、ポート差圧ΔＰが所定値よりも小さい期間（排気ポート圧Ｐ２が吸気ポート圧Ｐ１より大きい期間も含む）では、オーバーラップ期間を小さめ（第１設定値Ｌ１）に設定する。これにより、排気干渉を抑制できる。特に、本実施例のように第１設定値Ｌ１をオーバーラップ期間の最小期間Ｌｍｉｎとすることにより、排気干渉の影響を最小に抑えることができる。
【００５２】
そして、ポート差圧ΔＰが十分に大きくなってきたら、排気干渉ではなくスカベンジング効果を得られるようになるため、オーバーラップ期間を大きめ（第２設定値Ｌ２）に設定する。これによって、スカベンジング効果を十分に活用することができる。
【００５３】
本実施例では、スカベンジング効果を十分に活用することができるため、図６に示すように、従来例と比較して、加速要求直後の内燃機関の出力トルク及び吸入空気量の増加速度が大きくなる。このため、ターボラグを低減できる。
【００５４】
また、本実施例では、ポート差圧ΔＰを、吸入空気量、エンジン回転数、およびウエストゲートバルブの開度により算出する。
吸気ポート１７及び排気ポート１８のそれぞれに圧力センサを設けることなく、従来の吸排気装置１にも設けられているセンサからの出力でポート差圧ΔＰを算出することができるため、コストを低減できる。
【００５５】
〔実施例２〕
〔実施例２の構成〕
実施例２を図８〜図１１を用いて説明する。なお、実施例２において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
実施例２の吸排気装置１の制御装置９は、以下に説明する第２設定値算出部５０を有する。
第２設定値算出部５０は、吸気ポート１７へ導入される吸入空気量もしくは吸気ポート圧Ｐ１と、排気ポート圧Ｐ２とを把握するとともに、吸入空気量もしくは吸気ポート圧Ｐ１と、排気ポート圧Ｐ２との関係から、第２設定値Ｌ２を算出する。
【００５６】
例えば、第２設定値算出部５０は、図９に示すような、第２設定値Ｌ２と吸気ポート圧Ｐ１及び排気ポート圧Ｐ２との関係を示すマップを有している。
そして、ポート差圧算出部４０で算出した吸気ポート圧Ｐ１、排気ポート圧Ｐ２の入力を受け、吸気ポート圧Ｐ１及び排気ポート圧Ｐ２に応じて第２設定値Ｌ２を算出する。
【００５７】
このマップでは、同じ排気ポート圧Ｐ２のときに、吸気ポート圧Ｐ１がある値までは第２設定値Ｌ２を徐々に増加させ、ある値を超えたら第２設定値Ｌ２を徐々に減少させている。
【００５８】
本実施例での制御装置９による制御フローでは、図１０に示すように、実施例１のフローにおけるステップＳ５の前に、第２設定値Ｌ２を算出するステップＳ５ａが追加される。
このため、図１１に示すように、ポート差圧ΔＰが所定値よりも大きくなった後、吸入空気量が増加して吸気ポート圧Ｐ１が上昇に伴って、第２設定値Ｌ２が変動する。つまり、オーバーラップ量が変更される。図９に示すマップに従うと、ある程度、吸気ポート圧Ｐ１が上昇すると第２設定値Ｌ２を低減することになる。
【００５９】
〔実施例２の作用効果〕
本実施例によれば、吸気ポート１７から吸入空気が排気ポート１８へ抜ける吸入空気量が過度にならないような制御が可能となる。
吸気ポート１７から吸入空気が排気ポート１８へ抜ける吸入空気量が過度になると、触媒２０に流入する排気ガスの空燃比がストイキを大きく外れてエミッションが悪化する恐れがある。
本実施例では、吸気ポート１７から吸入空気が排気ポート１８へ抜ける吸入空気量が過度にならないような制御が可能となるため、上述のエミッション悪化を防止できる。
なお、排気ポート圧Ｐ２が高いほど、排気ポート１８へ抜ける吸入空気量が過度になりにくいため、吸気ポート圧大での第２設定値Ｌ２の低減の必要性が低くなる。そこで、本実施例の図９に示すマップでは、排気ポート圧Ｐ２が高いほど、第２設定値を減少させはじめる吸気ポート圧Ｐ１が高くなっている。
【００６０】
〔実施例３〕
〔実施例３の構成〕
実施例３を図１２〜図１４を用いて説明する。なお、実施例３において上記実施例１と同一符号は、同一機能物を示すものである。
実施例３の吸排気装置１のターボチャージャ５は、タービン２７の容量を変更する容量変更機構５２を有する可変容量型ターボチャージャである。
【００６１】
タービン２７の容量（以下、タービン容量と呼ぶ）とは、上流と下流の圧力差をタービン駆動圧と呼ぶと、タービン駆動圧一定におけるタービン２７に流入する排気ガスの流量の大きさである。タービン容量が小さいほど、タービン出力（タービン２７の仕事量）が大きくなる。
【００６２】
容量変更機構５２には様々な態様があり、例えば、本実施例ではタービン２７の羽根車に当てるための排気ガスが流入するスクロール室を２つ有しており、２つのスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態と、１つのスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態とを可変容量バルブ５３によって切り替えることによってタービン容量を大及び小の２段階に変更する態様を採用している。
【００６３】
この場合、タービン駆動圧一定下において、両方のスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態の方が、一方のスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態よりもタービン２７に流入する排気ガスの流量が大きい。
すなわち、両方のスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態がタービン容量大の状態であり、一方のスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態がタービン容量小の状態である。
【００６４】
可変容量バルブ５３は、２つのスクロール室の内の一方への排気ガスの流入路を開閉するバルブであり、開弁時には２つのスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態（タービン容量大）となり、閉弁時には１つのスクロール室に流入する排気ガスを用いて羽根車を回す状態（タービン容量小）となる。
【００６５】
可変容量バルブ５３はウエストゲートバルブ３１とリンク機構５５により接続されており、１つのアクチュエータ５６により駆動される。このため、このアクチュエータ５６の位置情報を検出するセンサ５７の出力によって、ウエストゲートバルブ３１の開度及び可変容量バルブ５３の開閉状態を把握することができる。
【００６６】
そして、吸排気装置１は、容量変更機構５２の駆動を制御する容量制御装置を備える。
本実施例では、容量制御装置は、制御装置９内に設けられた容量制御部６０として設けられている。なお、容量制御装置を制御装置９と別に設けてもよい。
【００６７】
容量制御部６０は、内燃機関２の加速要求があった際、タービン２７の容量を第１所定容量値Ｖ１に制御し、その後、オーバーラップ量が第２設定値Ｌ２とされた場合で、且つ、過給圧センサ３５により検出された過給圧と目標過給圧との差が所定差圧以内になった場合に、第１所定容量値Ｖ１よりも大きい第２所定容量値Ｖ２にまで増加させるよう容量変更機構５２の駆動を制御する。
【００６８】
本実施例では、第１所定容量値Ｖ１は可変容量バルブ５３が閉弁しているときのタービン容量であり、第２所定容量値Ｖ１は可変容量バルブ５３が開弁しているときのタービン容量である。本実施例のターボチャージャ５では、第１所定容量値Ｖ１がタービン出力最大となるタービン容量である。
【００６９】
以下、図１３のフロー図及び図１７のタイムチャートを用いて詳細に説明する。
まず、ステップＳ１１で加速要求があったら、Ｓ１２に進み、容量制御部６０によってタービン容量を第１所定容量値Ｖ１に制御する。その後、ステップＳ１３に進み、ポート差圧算出部４０によってポート差圧ΔＰを算出する。
なお、ステップＳ１２とステップＳ１３の順番は逆であってもよい。
【００７０】
その後、ステップＳ１４に進み、ポート差圧判定部４１でポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上か否かを判定する。
【００７１】
ステップＳ１４での判定がＮＯ、つまり、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ未満である場合には、ステップＳ１５に進み、オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１にするよう可変動弁機構８に制御指令を送り、処理を終了する。そして、所定時間後、フローが最初のステップＳ１１から開始される。
【００７２】
オーバーラップ期間を第１設定値Ｌ１にした後、フローの開始に戻るため、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上になるまで、Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１５の処理が繰り返される。
そして、ポート差圧ΔＰが所定値Ｘ以上となったら、ステップＳ１６に進み、オーバーラップ期間を第２設定値Ｌ２にするよう可変動弁機構８に制御指令を送る。
【００７３】
そして、ステップＳ１７に進み、過給圧センサ３５により検出された過給圧と目標過給圧との差が所定差圧以内になったか否かを判定する。
この判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ１８に進み、タービン容量を第１所定容量値Ｖ１よりも大きい第２所定容量値Ｖ２にまで増加させる。
【００７４】
なお、本実施例のポート差圧算出部４０は、ポート差圧ΔＰを、吸入空気量、エンジン回転数、ウエストゲートバルブの開度、及びタービン容量により算出する。
なお、タービン容量は、可変容量バルブ５３の開閉状態により算出できる。ポート差圧算出部４０は、可変容量バルブ５３の開閉状態及びウエストゲートバルブの開度をアクチュエータ５６の位置情報を検出するセンサ５７の出力信号から把握する。
【００７５】
〔実施例３の作用効果〕
実施例３によれば、可変容量型のターボチャージャ５においても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。
【００７６】
可変容量型のターボチャージャ５において、加速要求があった場合に、タービン容量を小さくすることにより、タービン２７の上流側の圧力を高め、タービン回転数の上昇の早期化を図ることができる。
【００７７】
しかしながら、タービン容量を小さくすると排気干渉の影響が大きくなるという問題がある。
このため、タービン容量を制御する場合には、より精度よく、オーバーラップ期間の制御が必要となる。
従って、可変容量型のターボチャージャ５にとって、ポート差圧ΔＰを用いて行うオーバーラップ期間の制御を行うことは特に有効である。
【００７８】
また、本実施例では、過給圧センサ３５により検出された過給圧と目標過給圧との差が所定差圧以内になった場合にタービン容量を大きくする制御をしている。
これによれば、過給圧上昇速度を抑制してオーバーシュートを防止することができる。
【００７９】
〔変形例〕
実施例１〜３では、ポート差圧ΔＰを吸入空気量等から算出していたが、吸気ポート１７及び排気ポート１８のそれぞれに圧力センサを設けて、圧力センサの出力信号からポート差圧ΔＰを求めてもよい。
【００８０】
また、実施例１〜３において、ポート差圧ΔＰを算出するために吸入空気量を用いる代わりに、インマニ圧を用いてもよい。インマニ圧は、例えば、サージタンク圧であってもよいし、サージタンク下流で各気筒への分岐前の圧力であってもよい。
【００８１】
また、実施例２において、第２設定値Ｌ２を算出するために吸気ポート圧Ｐ１を用いる代わりに、吸気ポート１７に導入される吸入空気量を用いてもよい。
【００８２】
実施例３の容量変更機構５２は、実施例３に記載のものに限らず、例えば、タービン２７の羽根車に吹き付ける吸気の角度や面積を可変ノズルによって切り替えるもの（いわゆる可変ノズルターボ）等であってもよい。
【符号の説明】
【００８３】
１  吸排気装置、２  内燃機関、５  ターボチャージャ、６  吸気バルブ、７  排気バルブ、８  可変動弁機構、９  制御装置、１７  吸気ポート、１８  排気ポート、２７  タービン、２８  コンプレッサ、４０  ポート差圧算出部、４１  ポート差圧判定部、４２  オーバーラップ期間設定部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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