(57)【要約】【課題】排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】電動機付きのターボ過給機と、タービンをバイパスする排気バイパス通路を開閉可能なウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）と、を備える内燃機関において、排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度を下回る場合に暖機制御を実行する。暖機制御では、ＥＣＵは、ＷＧＶを閉弁状態に制御するとともに、タービンの出口圧力Ｐ６が入口圧力Ｐ４以上となるように電動機を制御する。【選択図】図１
2016089626.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に配置されたタービンにより回収される排気エネルギを動力源として吸入空気を過給する機能と、前記タービンを電動機により回転させる機能と、を兼ね備えた電動機付き過給機と、
前記排気通路に設けられ、前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉可能なウエストゲートバルブと、
前記排気通路における前記タービンの入口圧力および出口圧力を検出する圧力検出手段と、
前記排気通路における前記タービンの下流側に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度を下回る場合に、前記ウエストゲートバルブを閉弁するとともに、前記出口圧力が前記入口圧力以上になるように前記電動機を回転させる制御手段と、
を備え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】
従来、例えば特開２００９−２５７３０１号公報には、電動モータによりタービンを強制的に回転させることのできる過給機付きエンジンにおいて、排気通路に配置された排気ガス浄化触媒を暖機するためのシステムが開示されている。このシステムでは、エンジンが始動された場合に、ウエストゲート弁を開状態にするとともに、電動モータによりタービンを強制的に回転させることが行われる。これにより、排気ガス浄化触媒の暖機が必要な場合に、タービンによるエネルギ損失が少なくなるように調整されるので、触媒の暖機エネルギが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２５７３０１号公報
【特許文献２】特開２００７−２７８２５２号公報
【特許文献３】特開２００９−２８７４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来の技術では、排気ガス浄化触媒を暖機する場合にウエストゲート弁が開状態にされる。このため、この間の電動モータの動作は、排気の逆流を防止するために、タービンの出口圧力が入口圧力よりも大きくならない範囲の回転速度にすることが求められる。この場合、タービン仕事を０にすることはできず、排気温度が低下する。このように、上記従来の技術では、排気浄化触媒を暖機する場合の排気エネルギの利用に関して、未だ改善の余地を残すものであった。
【０００５】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、排気浄化触媒の暖機効率を向上させて暖機に要する時間を短縮することが可能な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、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたタービンにより回収される排気エネルギを動力源として吸入空気を過給する機能と、前記タービンを電動機により回転させる機能と、を兼ね備えた電動機付き過給機と、
前記排気通路に設けられ、前記タービンをバイパスする排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路を開閉可能なウエストゲートバルブと、
前記排気通路における前記タービンの入口圧力および出口圧力を検出する圧力検出手段と、
前記排気通路における前記タービンの下流側に配置された排気浄化触媒と、
前記排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度を下回る場合に、前記ウエストゲートバルブを閉弁するとともに、前記出口圧力が前記入口圧力よりも大きくなるように前記電動機を回転させる制御手段と、
を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
第１の発明によれば、排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度を下回る場合に、ウエストゲートバルブを閉弁するとともに、出口圧力が入口圧力以上となるように電動機が駆動される。これにより、タービンにより回収される排気エネルギが減少されるとともにタービンから排気される排気の圧力が高まるので、タービン下流にある排気浄化触媒に流入する排気の温度が有効に高められる。このため、本発明によれば、排気浄化触媒の暖機効率を向上させて暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図２】実施の形態２でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【図３】実施の形態３でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図１を参照して説明する。
【００１０】
［実施の形態１の構成］
本実施の形態の制御装置は内燃機関を備えている。内燃機関の各気筒には、吸気通路および排気通路が連通している。吸気通路には、吸入空気を過給するために、ターボ過給機のコンプレッサが配置されている。ターボ過給機は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービンを排気通路に備えている。コンプレッサは、連結軸を介してタービンと一体的に連結されており、タービンに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。
【００１１】
本実施の形態のターボ過給機は、連結軸に電動機が連結された電動機付きターボ過給機として構成されている。このようなターボ過給機によれば、タービンにより回収される排気エネルギを動力源として吸入空気を過給することに加えて、タービンを電動機により強制的に回転させて吸入空気を過給することもできる。
【００１２】
各気筒からの排気ガスは排気通路に排出される。排気通路には、タービンをバイパスする排気バイパス通路が接続されている。排気バイパス通路には、排気バイパス通路を開閉するバイパスバルブとして、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）が配置されている。ＷＧＶは、また、タービンよりも下流側の排気通路には、排気ガスを浄化するための排気浄化触媒が配置されている。
【００１３】
また、排気通路には、タービン上流側の排気圧力（以下、「入口圧力Ｐ４」と称する）、及びタービン下流側の排気圧力（以下、「出口圧力Ｐ６」と称する）を検出するための圧力検出手段としての圧力センサがそれぞれ設けられている。
【００１４】
さらに、本実施形態のシステムは、制御手段としてのＥＣＵ(Electronic Control Unit)を備えている。ＥＣＵは、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備えている。入出力インターフェースは、内燃機関もしくはこれを搭載する車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、内燃機関が備える各種アクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられている。ＥＣＵが信号を取り込むセンサには、上述した圧力センサに加え、クランク軸の回転位置およびエンジン回転速度を取得するためのクランク角センサ等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが含まれる。ＥＣＵが操作信号を出すアクチュエータには、上述した電動機およびＷＧＶに加え、各気筒の燃焼室内に燃料を供給するための燃料噴射弁、および各燃焼室内の混合気に点火するための点火装置等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが含まれる。メモリには、内燃機関を制御するための各種の制御プログラムおよびマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラム等をメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。
【００１５】
［実施の形態１の動作］
本実施の形態の制御装置は、排気浄化触媒の暖機を行う際の制御に特徴を有している。より詳しくは、ＥＣＵは、排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度に達していない場合に、暖機制御を実行する。暖機制御では、ＥＣＵは、ＷＧＶを閉弁するとともに、電動機の駆動力によって強制的にタービンを回転させる。なお、この間ＥＣＵは、出口圧力Ｐ６が入口圧力Ｐ４以上となるように、電動機の回転速度を制御する。
【００１６】
出口圧力Ｐ６≧入口圧力Ｐ４となる状態下では、タービンは仕事をしない。また、この間ＷＧＶが閉状態に制御されているため、排気ガスが逆流することもない。つまり、本実施の形態の暖機制御によれば、タービンに仕事をさせずに出口圧力Ｐ６が高められる。これにより、排気エネルギの利用効率を向上させるとともに排気圧力を増大させることができるので、排気浄化触媒の暖機効率を向上させて暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【００１７】
次に、本実施の形態の制御装置において排気浄化触媒を暖機する際に実行される制御の具体的処理について説明する。図１は、実施の形態１でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。このルーチンでは、先ず、排気浄化触媒の床温が目標値以上か否かが判定される（ステップＳ２）。目標値は、排気浄化触媒の暖機完了を判定するための閾値として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、床温≧目標値の条件が成立していると判定された場合には、排気浄化触媒は既に暖機が完了しており暖機制御を行う必要がないと判断されて、次のステップに移行し、通常運転が行われる（ステップＳ４）。
【００１８】
一方、上記ステップＳ２において、床温≧目標値の条件が成立していないと判定された場合には、排気浄化触媒は未だ暖機が完了していないと判断されて、次のステップに移行し、ＷＧＶが閉弁されるとともに、電動機によってタービンが回転駆動される（ステップＳ６）。次に、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６が検出されて、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６の成立が判定される（ステップＳ８）。その結果、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６の成立が認められない場合には、タービンの回転速度が増加するように電動機の電流値が制御される（ステップＳ１０）。ステップＳ１０の処理が実行されると、再び上記ステップＳ８に移行する。つまり、このルーチンでは、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６の成立が認められるまで、ステップＳ８及びステップＳ１０の処理が繰り返し実行される。
【００１９】
上記ステップＳ８において、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６の成立が認められた場合には、上記ステップＳ２に移行する。そして、床温が目標値以上となるまでステップＳ２からステップＳ１０の処理が繰り返し実行される。
【００２０】
以上説明したとおり、本実施の形態１の制御装置によれば、排気浄化触媒の床温が目標値よりも低い場合に、タービンでの排気エネルギの消費を抑えることができるので、排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２１】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２について図２を参照して説明する。
【００２２】
［実施の形態２の構成］
本実施の形態の制御装置は、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を検出するための圧力センサが不要である点、及びタービンの回転速度を検出する為の回転速度センサを備えている点を除き、上述した実施の形態１の制御装置と同様の構成を有している。
【００２３】
［実施の形態２の動作］
本実施の形態の制御装置は、排気浄化触媒の暖機を行う際に、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を用いずに電動機の制御を行う点に特徴を有している。より詳しくは、ＥＣＵは、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６となるためのタービンの目標回転速度を予め記憶している。そして、ＥＣＵは、排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度に達していない場合に、ＷＧＶを閉弁するとともに、電動機の駆動力によってタービンを回転させる。この際、ＥＣＵは、回転速度センサによって検出されるタービン回転速度が、上記タービンの目標回転速度以上となるように、電動機の回転速度を制御する。これにより、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を検出するための圧力センサを備えていないシステムにおいても、排気ガス温度を有効に上昇させて排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２４】
次に、本実施の形態の制御装置において排気浄化触媒を暖機する際に実行される制御の具体的処理について説明する。図２は、実施の形態２でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。なお、このルーチンにおけるステップＳ１２、Ｓ１４及びＳ１６では、上記ステップＳ２、Ｓ４及びＳ６に示す処理を同様の処理を行うため、その説明を省略する。
【００２５】
ステップＳ１６の処理が実行されると、次に、タービンの回転速度が検出されて、この検出値が目標回転速度以上に達しているか否かが判定される（ステップＳ１８）。なお、目標回転速度は、上述したとおり、入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６となるためのタービンの回転速度であって、ＥＣＵに予め記憶されている値が読み込まれる。その結果、タービンの回転速度が目標回転速度に達していない場合には、タービンの回転速度が増加するように電動機の電流値が制御される（ステップＳ２０）。ステップＳ２０の処理が実行されると、再び上記ステップＳ１８に移行する。つまり、このルーチンでは、タービンの回転速度が目標回転速度に達するまで、ステップＳ１８及びステップＳ２０の処理が繰り返し実行される。そして、タービンの回転速度が目標回転速度以上に達したと認められた場合には、上記ステップＳ１２に移行する。
【００２６】
以上説明したとおり、本実施の形態２の制御装置によれば、排気浄化触媒の床温が目標値よりも低い場合に、タービンでの排気エネルギの消費を抑えることができるので、排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【００２７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３について図３を参照して説明する。
【００２８】
［実施の形態３の構成］
本実施の形態の制御装置は、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を検出するための圧力センサが不要である点を除き、上述した実施の形態１の制御装置と同様の構成を有している。
【００２９】
［実施の形態３の動作］
本実施の形態の制御装置は、排気浄化触媒の暖機を行う際に、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を用いずに電動機の制御を行う点に特徴を有している。より詳しくは、ＥＣＵは、電動機によってタービンを回転させて入口圧力Ｐ４≦出口圧力Ｐ６となるための電動機の目標電流値を予め記憶している。そして、ＥＣＵは、排気浄化触媒の床温が所定の暖機温度に達していない場合に、ＷＧＶを閉弁するとともに、電動機の駆動力によってタービンを回転させる。この際、ＥＣＵは、電動機の電流値が上記目標電流値以上となるように制御する。これにより、入口圧力Ｐ４及び出口圧力Ｐ６を検出するための圧力センサを備えていないシステムにおいても、排気ガス温度を有効に上昇させて排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【００３０】
次に、本実施の形態の制御装置において排気浄化触媒を暖機する際に実行される制御の具体的処理について説明する。図３は、実施の形態３でＥＣＵにより実行される制御のためのルーチンを示すフローチャートである。なお、このルーチンにおけるステップＳ２２、Ｓ２４及びＳ２６では、上記ステップＳ２、Ｓ４及びＳ６に示す処理を同様の処理を行うため、その説明を省略する。
【００３１】
ステップＳ２６の処理が実行されると、次に、電動機の電流値が目標電流値以上に達しているか否かが判定される（ステップＳ２８）。その結果、電動機の電流値が目標電流値に達していない場合には、タービンの回転速度を増加させるべく、電動機の電流値がさらに大きくされる（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の処理が実行されると、再び上記ステップＳ２８に移行する。つまり、このルーチンでは、電動機の電流値が目標電流値に達するまで、ステップＳ２８及びステップＳ３０の処理が繰り返し実行される。そして、電動機の電流値が目標電流値以上に達したと認められた場合には、上記ステップＳ２２に移行する。
【００３２】
以上説明したとおり、本実施の形態３の制御装置によれば、排気浄化触媒の床温が目標値よりも低い場合に、タービンでの排気エネルギの消費を抑えることができるので、排気浄化触媒の暖機に要する時間を短縮することが可能となる。
【図１】
2016089626.tif 000003
【図２】
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【図３】
2016089626.tif 000005