(57)【要約】【課題】ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、運転状況にかかわらずレスポンスの良い過給性能を得る。【解決手段】吸気通路４及び排気通路５と、排気通路５内を流れる排気により吸気を過給する過給器１０と、排気通路５の過給機１０の上流側に設けられ酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置８と、酸素吸蔵触媒装置８における酸素吸蔵量を把握する酸素吸蔵量算出手段２１と、酸素吸蔵量算出手段２１によって把握された酸素吸蔵量に基づいて酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替える運転切替制御手段２２とを備えるエンジンの制御装置とした。運転切替制御手段２２は、低回転時に酸素吸蔵量が所定値以下である場合は運転状況に応じてリーン運転に移行させて酸素吸蔵量を増大させ、加速時に酸素吸蔵量が所定値を超える場合には加速要求に応じて燃料を増量させ吸蔵された酸素を消費するリッチ運転に移行させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に通じる吸気通路と、
燃焼室から引き出される排気通路と、
前記排気通路内を流れる排気により吸気を過給する過給器と、
前記排気通路の前記過給機の上流側に設けられ酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置と、
前記酸素吸蔵触媒装置における酸素吸蔵量を把握する酸素吸蔵量算出手段と、
前記酸素吸蔵量算出手段によって把握された酸素吸蔵量に基づいて前記酸素吸蔵触媒装置の酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替える運転切替制御手段と、
を備えるエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記運転切替制御手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転時或いは前記吸気通路内の吸気圧力が所定の低圧力領域である時に前記酸素吸蔵量算出手段によって把握された酸素吸蔵量が所定値以下である場合は運転状況に応じてリーン運転に移行させて酸素吸蔵量を増大させ、加速時に前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合には加速要求に応じて燃料を増量させ前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転に移行させる
請求項１に記載のエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量は、前記酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量よりも大きく設定される
請求項２に記載のエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記加速要求の際の前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素の消費量は、アクセルの踏み込み量、前記酸素吸蔵量、又は、排気ガス温度の上昇予測量をもとに、その上限が設定される
請求項２又は３に記載のエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記運転切替制御手段は、前記酸素の消費量に基づいて前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量制御を終了し、前記酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量へ移行する
請求項４に記載のエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ターボチャージャを備えたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室から排出される排気の圧力を利用して、燃焼室に導入される吸気を過給することにより、廃棄エネルギを回収しつつ、燃焼室内に導入される空気の量を増大させるターボチャージャを備えた過給機型エンジンが広く利用されている。
【０００３】
この種の過給器型エンジンでは、同じ排気量の自然吸気型エンジンに比べて出力を増大させ、良好な加速性能を得ることができるという利点がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２４４６３９号公報
【特許文献２】特開２０１３−１８９９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ターボチャージャを備えたエンジンでは、ターボチャージャによる過給を開始するためには、燃焼室から排出される排気の圧力が、充分に高まっている必要がある。このため、運転状況によっては、ターボチャージャによる吸気の過給を、すぐには期待できない場合がある。例えば、エンジンの低回転時（アイドル時を含む）には、排気通路に流れる排気の流量が少ないため、吸気を過給するのに充分な排気圧を得ることができない。
【０００６】
このため、吸気に過給を行うためには、燃焼室への吸入空気量の増加を行い、その後の排気流量の増加を待つ必要がある。この排気流量の増加には、ある程度の時間を要するので、瞬時の過給には対応できない。
【０００７】
また、排気流量を増大させるため燃料供給量を増大させて、意図的に排気通路内に未燃燃料を供給するようにし、排気流量を増やす手法も考えられる。しかし、この手法では、排気通路内で燃焼できない燃料の存在により、逆に、排気ガスの温度を低下させてしまうという問題も起こり得る。排気ガスの温度が低下すると、排気流量の増加は期待できない。
【０００８】
そこで、この発明の課題は、ターボチャージャを備えたエンジンにおいて、運転状況にかかわらずレスポンスの良い過給性能を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、この発明は、燃焼室に通じる吸気通路と、燃焼室から引き出される排気通路と、前記排気通路内を流れる排気により吸気を過給する過給器と、前記排気通路の前記過給機の上流側に設けられ酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置と、前記酸素吸蔵触媒装置における酸素吸蔵量を把握する酸素吸蔵量算出手段と、前記酸素吸蔵量算出手段によって把握された酸素吸蔵量に基づいて前記酸素吸蔵触媒装置の酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替える運転切替制御手段と、を備えるエンジンの制御装置を採用した。
【００１０】
前記運転切替制御手段は、前記エンジンの回転数が所定の低回転時或いは前記吸気通路内の吸気圧力が所定の低圧力領域である時に前記酸素吸蔵量算出手段によって把握された酸素吸蔵量が所定値以下である場合は運転状況に応じてリーン運転に移行させて酸素吸蔵量を増大させ、加速時に前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合には加速要求に応じて燃料を増量させ前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転に移行させる構成を採用することができる。
【００１１】
ここで、前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量は、前記酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量よりも大きく設定される構成を採用することができる。
【００１２】
また、加速要求の際の前記酸素吸蔵触媒装置に吸蔵された酸素の消費量は、アクセルの踏み込み量、前記酸素吸蔵量、又は、排気ガス温度の上昇予測量をもとに、その上限が設定される構成を採用することができる。
【００１３】
ここで、前記運転切替制御手段は、前記酸素の消費量に基づいて前記酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量制御を終了し、前記酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量へ移行する構成を採用することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、排気通路の過給機の上流側に酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置を設け、その酸素吸蔵量に基づいて、酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替える運転切替制御手段を備えたので、低回転時の排気流量が少ない場合にも、吸蔵された酸素を燃焼に用いるリッチ運転に切り替えることにより、レスポンスの良い過給性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明のエンジンの制御を示すグラフ図である。
【図２】この発明の一実施形態を示すエンジンの模式図である。
【図３】この発明のエンジンの制御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】
【００１６】
この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図２は、この発明のエンジン１の模式図である。
【００１７】
この実施形態のエンジン１は、自動車用の４サイクルガソリンエンジンである。エンジン１のシリンダ内にはピストンが収容され、シリンダの内壁面、及び、ピストンの上面等により燃焼室が形成されている。
【００１８】
エンジン１は、各シリンダの燃焼室内に吸気を送り込む吸気通路４、燃焼室から引き出された排気通路５、吸気通路４の燃焼室への接続部である吸気ポートに又は燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置等を備えている。
【００１９】
図面では、この発明に直接関係する部材、手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、四つのシリンダを有するエンジンを示しているが、エンジンの気筒数は任意であり、単気筒、二気筒、三気筒、あるいは、それ以上の多気筒であってもよい。
【００２０】
各シリンダの吸気通路４の燃焼室への開口部である吸気弁孔は、吸気バルブによって開閉される。また、燃焼室から引き出された排気通路５の燃焼室への開口部である排気弁孔は、排気バルブによって開閉される。
【００２１】
吸気通路４には、燃焼室へ通じる吸気ポート（インマニ）２から上流側に向かって、吸気通路４の流路面積を調節する吸気スロットル弁６、吸気通路４を流れる吸気を冷却する吸気冷却装置（インタークーラ）７、過給機１０を構成するターボチャージャのコンプレッサ１０ａ、エアクリーナ等が設けられる。吸気スロットル弁６は、バタフライ弁形式の弁体の動作により、吸気通路４の流路の断面積を増減させて、吸気通路４への空気（新気）の導入量を調整する。
【００２２】
排気通路５には、燃焼室から引き出された排気ポート（エキマニ）３から下流側に向かって、酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置８、過給機１０を構成するターボチャージャのタービン１０ｂ、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）等の有害物を除去する触媒等を備えた排気浄化装置、マフラ等が設けられる。
【００２３】
また、エンジン１には、クランクシャフトの回転角速度や回転角加速度を検出することにより、エンジンの回転数を検出する回転センサを備えている。この実施形態では、回転センサとして、クランクシャフトの端部に取り付けられたタイミングロータの回転を読み取るクランク角センサを採用しているが、エンジンの駆動力伝達経路の途中や、エンジンの回転によって駆動される補機類等、あるいは、その他の場所に設けられる周知の回転センサを用いてもよい。
【００２４】
これらの吸気バルブや排気バルブ、燃料噴射装置、吸気スロットル弁６、その他エンジンの動作に必要な機器は、それぞれケーブルを通じて、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）２０に備えられた制御手段によって制御される。また、エンジンやその周囲に設けられるセンサ類からの必要な情報は、電子制御ユニット２０が取得する。電子制御ユニット２０は、これらのセンサ類からの情報により、エンジン１の回転数とエンジン負荷の情報を得ることができる。
【００２５】
また、吸気通路４には、燃焼室に導入される吸気圧力を検知する吸気圧力検知手段１２が設けられている。吸気圧力検知手段１２として、例えば、圧量センサ等を採用することができ、燃焼室へ導入される直前の位置で吸気圧力（過給圧）を検知することができる。
【００２６】
過給機１０は、排気通路５に設けられたタービン１０ｂが、排気通路５を通じて排出される排気ガスにより回転し、タ−ビン１０ｂの回転が連結材１０ｃを介して吸気通路４に設けられたコンプレッサ１０ａに伝達される。コンプレッサ１０ａの回転により、エアクリーナから取り込まれた空気を圧縮して、その空気を吸気通路４を通じてエンジン１の燃焼室に過給状態で供給する。図中の符号１１は、ウェイストゲートバルブである。過給を抑えたい場合には、ウェイストゲートバルブを開放する。
【００２７】
酸素吸蔵触媒装置８は、排気通路５内に設けられ、所定の温度条件等で排気通路５内の排気に触れることにより、その排気中の酸素を取り込む機能、すなわち、排気中の酸素を吸蔵する機能を有する。また、その周囲での燃料の燃焼時には、燃料の燃焼に用いることができるように、取り込まれた酸素を所定の温度条件等で放出する機能を有する。
【００２８】
酸素吸蔵触媒装置８は、Ｏｘｙｇｅｎ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｃａｐａｃｉｔｙと呼ばれ、その内部に酸素吸蔵素材を有する。酸素吸蔵素材としては、例えば、セリウム（Ｃｅ）を含む酸化物等を用いた構成が挙げられる。
【００２９】
なお、酸素吸蔵触媒装置８が行う酸素の「吸蔵」とは、酸素が酸素吸蔵素材の中に化学反応により完全に取り込まれる一般的な「吸蔵」のほかに、酸素が酸素吸蔵素材の表面に化学吸着（化学反応ではない）する「吸着」を含む概念である。酸素吸蔵触媒装置８には、酸素の吸着機能を有するものも含まれる。
【００３０】
電子制御ユニット２０は、酸素吸蔵触媒装置８における酸素吸蔵量を把握する酸素吸蔵量算出手段２１を備える。酸素吸蔵量算出手段２１は、排気通路５を通過する排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、酸素吸蔵触媒装置８における酸素吸蔵量を演算により算出することができる。排気中の空燃比やその温度に基づき、マップを用いてこれらの酸素吸蔵量を求めることもできる。また、酸素を消費した際も、排気中の空燃比やその温度、経過時間等の情報に基づき、その消費量を算出し、残存の酸素吸蔵量を把握することができる。
【００３１】
また、電子制御ユニット２０は、酸素吸蔵量算出手段２１によって把握された酸素吸蔵量に基づいて、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、酸素吸蔵触媒装置８に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替える運転切替制御手段２２を備える。
【００３２】
運転切替制御手段２２は、エンジンの低回転時に、酸素吸蔵量算出手段２１によって把握された酸素吸蔵量が所定値以下である場合は、運転状況に応じてリーン運転に移行させて酸素吸蔵量を増大させる制御を行う。リーン運転への移行は、燃料を減量してもよい運転状況であると判断された場合に限られる。アクセルが踏み込まれた状態、すなわち、高回転時や加速時等には、リーン運転への移行は行われない。
【００３３】
また、運転切替制御手段２２は、加速時には、酸素吸蔵量が所定値を超える場合には、加速要求に応じて燃料を増量させ酸素吸蔵触媒装置８に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転に移行させる制御を行う。
【００３４】
ここで、酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量は、酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量よりも大きく設定されている。
【００３５】
また、加速要求の際の酸素吸蔵触媒装置８に吸蔵された酸素の消費量は、アクセルの踏み込み量、酸素吸蔵量、又は、排気ガス温度の上昇予測量をもとに、その上限が設定される。
【００３６】
以下、このエンジンの制御方法及びその流れについて、図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００３７】
いま、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量が充分な場合と、充分でない場合の二つの運転状況を想定する。酸素吸蔵量が充分でない場合とは、酸素吸蔵量が予め決められた基準値以下の場合とする。このとき、酸素吸蔵触媒装置８が吸蔵できる最大の酸素量（飽和酸素吸蔵量）を求めておき、それに対する実際の吸蔵量の比率で、酸素吸蔵量が充分かどうかを管理してもよい。
【００３８】
まず、ステップＳ１において、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量を増加させるために、燃料をΔＱ２だけ減量した、又は、燃料を完全にカットしたリーン運転への切替えが可能かどうかを判定する。リーン運転の形態としては、ほかに酸素を増やす制御を行ってもよい。リーン運転が可能な場合は、ステップＳ２へ移行する。リーン運転が不可能な場合は、ステップＳ３へ移行する。
【００３９】
ステップＳ２では、実際にリーン運転への切り替えが行われる。このリーン運転は、図１に示す領域Ｂ（リーン運転が可能な領域）に相当し、アクセル操作量（踏み込み量）、吸気圧力（インマニ圧）がそれぞれ低いレベルで推移している領域である。この領域Ｂでは、図中の領域Ｃ（リーン運転で酸素を溜める領域）に示すように、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量が徐々に増加していく。エンジンの低回転時であるので、燃焼に用いられず残った酸素が、排気通路５へ送り込まれるからである。
【００４０】
ステップＳ３では、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量が充分であるかどうかが判定される。酸素吸蔵量が充分である場合は、ステップＳ４へ移行する。酸素吸蔵量が充分でない場合は、ステップＳ１へ戻る。
【００４１】
ステップＳ４では、加速要求があるかどうかが判断される。具体的には、スロットル開度変化量、すなわち、加速要求前のスロットル開度と加速要求後のスロットル開度の差が予め決められた所定値以上の場合に、加速要求があったものと判定される。スロットル開度変化量の情報に代えて、例えば、アクセルの踏み込み量の情報を用いて、加速要求の判定をしてもよい。加速要求があると判定された場合は、ステップＳ５へ移行する。加速要求がないと判定された場合は、ステップＳ１へ戻る。
【００４２】
ステップＳ５では、加速要求に対応して、酸素吸蔵触媒装置８に吸蔵された酸素を消費するリッチ運転に切り替える準備を行う。具体的には、加速要求前と比較して、燃料をどの程度増量するかが決定される。
【００４３】
ここで、酸素吸蔵量が所定値を超える場合の加速要求に応じて行う燃料の増量は、酸素吸蔵量が所定値以下の場合の加速要求に応じて行う燃料の増量よりも大きく設定されている。すなわち、吸蔵された酸素の消費を期待しない通常の加速要求時と、吸蔵された酸素の消費を前提とする特別な加速要求時との比較において、運転状況が互いに同じスロットル開度変化量、アクセル踏み込み量であっても、特別な加速要求時の燃料噴射量を、通常の加速要求時よりもΔＱ１だけ増量させる制御を行う。ΔＱ１は、１サイクル当たりの燃料の増量分を示す。
【００４４】
このリッチ運転は、図１に示す領域Ａ（タービンに仕事を増やしたい領域（リッチ化する領域））に相当し、アクセル踏み込み量の急激な変化に対応して、インマニ圧を急速に増大させて、レスポンスのよい過給を実現している。図中の破線で示すインマニ圧の推移は、通常の加速要求時を示し、太線で示すインマニ圧の推移は、特別な加速要求時を示している。通常の加速要求時と比較して、特別な加速要求時の吸気圧の上昇のレスポンスが向上している。
【００４５】
このΔＱ１の燃料の増量設定は、ステップＳ５でカウンタをセットすることにより、その増量制御が決定される。１カウンタ当たりの燃料噴射量が決められているので、設定するカウンタの数が増えれば燃料増量の度合いが増していく。一方、貯めていた酸素はエキマニ内に供給されて徐々に減少していく（領域Ｄ参照）。
【００４６】
ステップＳ６において、カウンタの数値がゼロでない限り、ステップＳ７，Ｓ８へ移行して対応する量の燃料噴射を行う。カウンタの数値がゼロになれば、ΔＱ１の増量燃料噴射を終了し、特別な加速要求に対応する制御を終了して通常の加速要求時に対応する制御へ移行する（ステップＳ９参照）。
【００４７】
なお、特別な加速要求時におけるΔＱ１の燃料の増量を、どの程度の量に設定するかについては、酸素吸蔵触媒装置８に吸蔵された酸素を、加速要求に対応してどの程度消費するか、排気通路５内の温度上昇をどの程度許容するか等に対応して決定される。
【００４８】
具体的には、ΔＱ１は、１サイクル当たりの燃料の増量分であるので、アクセルの踏み込み量に応じて、ΔＱ１を設定することができる。例えば、ΔＱ１が、アクセルの踏み込み量が増えるのに比例して増えていく設定としてもよい。ただし、酸素吸蔵量がゼロになれば、それ以上燃料を増量させても燃料は排気通路５内で燃焼できないので、酸素吸蔵量がゼロになればΔＱ１の設定を解除する。酸素吸蔵量が所定値に至った時に、ΔＱ１の設定を解除してもよい。
【００４９】
また、上記で求めたΔＱ１であっても、排気通路５内での燃料の燃焼により、排気の温度上昇が許容値を超える事態が予測される場合は、その温度上昇を許容値以下に抑えることができる範囲でΔＱ１を設定する。すなわち、燃料の増量に伴う排気ガス温度の上昇予測量をもとに、その上昇予測量が許容値を超えないように、ΔＱ１の上限が設定される。許容値は、排気通路５の各部部材の耐熱温度や、排気浄化装置における浄化性能確保の観点から決定される。
【００５０】
なお、特別な加速要求時において、加速要求の初期の過給の立ち上がりを確保すれば、その後の過給は安定するので、長時間に亘るΔＱ１の設定が必要な運転状況の発生は希であると考えられる。
【００５１】
加速要求が終了すれば、リーン運転により、図１に示す領域Ｂ（リーン運転が可能な領域）、領域Ｅ（リーン運転で酸素を溜める領域）に復帰する。これにより、酸素吸蔵触媒装置８の酸素吸蔵量は再び徐々に増加していき、次なる加速要求に備える。
【００５２】
このように、排気通路５の過給機１０の上流側に酸素吸蔵機能を有する酸素吸蔵触媒装置８を設け、その酸素吸蔵量に基づいて、酸素吸蔵量を増大させるリーン運転と、吸蔵された酸素を消費するリッチ運転とに切り替えるようにしたので、低回転時の排気流量が少ない場合にも、吸蔵された酸素を燃焼に用いるリッチ運転に切り替えることにより、レスポンスの良い過給性能を得ることができる。
【００５３】
上記の実施形態では、自動車用の４サイクルガソリンエンジンを例に、この発明の構成を説明したが、ターボチャージャを備えた自動車用のディーゼルエンジン、その他ターボチャージャを備えた各種のエンジンにおいても、この発明を適用できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  エンジン
２  インマニ
３  エキマニ
４  吸気通路
５  排気通路
６  吸気スロットル弁
７  吸気冷却装置（インタークーラ）
８  酸素吸蔵触媒装置
１０  過給機（ターボチャージャ）
１０ａ  コンプレッサ
１０ｂ  タービン
１１  ウェイストゲートバルブ
１２  吸気圧力検知手段
２０  電子制御ユニット(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ)
２１  酸素吸蔵量算出手段
２２  運転切替制御手段
【図１】
2017002744.tif 000003
【図２】
2017002744.tif 000004
【図３】
2017002744.tif 000005