(57)【要約】【課題】負圧を充填する際に燃費が悪化するのを防ぐとともに、加速アシスト時において、触媒床温が異常上昇するのを防ぐことが可能な内燃期間の制御装置を提供する。【解決手段】上記の内燃機関の制御装置は、ターボ過給機を備えた内燃機関に適用される。内燃機関の制御装置は、負圧タンクと、第１の制御弁と、第２の制御弁と、を備える。負圧タンクは、吸気通路と第１の通路を介して接続されるとともに、排気通路におけるタービンの下流側と第２の通路を介して接続される。第１の制御弁は、第１の通路に設けられ、第２の制御弁は、第２の通路に設けられる。制御手段は、内燃機関の運転状態に基づいて、第１の制御弁と第２の制御弁とを制御する。この装置によれば、負圧を負圧タンク内に充填する際において、燃費の悪化を防ぐことができるとともに、加速アシスト時には、触媒床温を異常上昇させることなく、過給効果を向上させることができる。【選択図】図１
2009191646.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の吸気通路と第１の通路を介して接続されるとともに、前記内燃機関の排気通路における前記ターボ過給機のタービンの下流側と第２の通路を介して接続される負圧タンクと、
前記第１の通路に設けられた第１の制御弁と、
前記第２の通路に設けられた第２の制御弁と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記排気通路における前記第２の通路との接続位置よりも下流側に設けられた第３の制御弁を備え、
前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ターボ過給機の駆動をアシストする必要があると判定した場合には、前記第２の制御弁を開くとともに、前記第１及び第３の制御弁を閉じる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記負圧タンク内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には、前記第１の制御弁を開くとともに、前記第２の制御弁を閉じる請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、内燃機関の運転状態がＥＧＲガスを燃焼室内に導入しても燃焼が成立する範囲にあると判定した場合には、前記第１の制御弁を開くとともに、前記第２の制御弁を閉じる請求項３に記載の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、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の加速性能を向上させるために、ターボ過給機の駆動をアシストする技術が知られている。例えば、特許文献１には、コンプレッサを通過した吸気を蓄圧タンクに蓄圧させ、蓄圧された蓄圧エアをターボ過給機のタービン上流側の排気通路へ供給する技術が記載されている。特許文献２には、負圧制御弁を備え、加速アシスト時には、当該負圧制御弁を用いてタービン下流の圧力を低下させる技術が記載されている。特許文献３には、コンプレッサの上流と下流とを接続し、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）を行う際に、コンプレッサ下流側の吸気をその上流側に戻すことで、吸気通路内の負圧を低下させてＥＧＲ率の向上を図る技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−７７９０６号公報
【特許文献２】特開平８−１７７５０６号公報
【特許文献３】特開２００４−３２９８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、大量の酸素を含んだガスが触媒上流に導入される恐れがある。この大量の酸素を含んだガスが触媒上流に導入されると、触媒床温が異常に上昇してしまい、溶損してしまう可能性がある。また、吸気を蓄圧タンクに蓄圧する際に、吸気の蓄圧のためだけに別途エネルギーを消費する必要があるため、燃費が悪化してしまう恐れがある。特許文献２に記載の技術では、負圧制御弁はバキュームポンプと接続されているため、当該バキュームポンプを駆動することによりエネルギーを消費する。従って、特許文献２に記載の技術においても、負圧を充填するためだけに別途エネルギーを消費する必要があるため、燃費が悪化してしまう恐れがある。特許文献３においても、上述の点について、なんら検討がされていない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、負圧を充填する際に燃費が悪化するのを防ぐとともに、加速アシスト時において、触媒床温が異常上昇するのを防ぐことが可能な内燃期間の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、ターボ過給機を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の吸気通路と第１の通路を介して接続されるとともに、前記内燃機関の排気通路における前記ターボ過給機のタービンの下流側と第２の通路を介して接続される負圧タンクと、前記第１の通路に設けられた第１の制御弁と、前記第２の通路に設けられた第２の制御弁と、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを制御する制御手段と、を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、ターボ過給機を備えた内燃機関に適用される。前記内燃機関の制御装置は、負圧タンクと、第１の制御弁と、第２の制御弁と、を備える。前記負圧タンクは、前記内燃機関の吸気通路と第１の通路を介して接続されるとともに、前記内燃機関の排気通路における前記ターボ過給機のタービンの下流側と第２の通路を介して接続される。前記第１の制御弁は、前記第１の通路に設けられ、前記第２の制御弁は、前記第２の通路に設けられる。前記制御手段は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記第１の制御弁と前記第２の制御弁とを制御する。この内燃機関の制御装置によれば、負圧を充填する際において、前記負圧タンク内に負圧を充填させるためだけにエネルギーを消費する必要がなくなるので、燃費の悪化を防ぐことができる。また、加速アシスト時には、触媒床温を異常上昇させることなく、排気の流速を速めることができ、過給効果を向上させることができる。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記排気通路における前記第２の通路との接続位置よりも下流側に設けられた第３の制御弁を備え、前記制御手段は、前記内燃機関の運転状態に基づいて、前記ターボ過給機の駆動をアシストする必要があると判定した場合、即ち、加速アシスト時にあると判定した場合には、前記第２の制御弁を開くとともに、前記第１及び第３の制御弁を閉じる。このようにすることで、触媒床温を異常上昇させることなく、排気の流速を速めることができ、過給効果を向上させることができる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記負圧タンク内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には、前記第１の制御弁を開くとともに、前記第２の制御弁を閉じる。このようにすることで、前記負圧タンク内に負圧を充填することができる。また、これによれば、ピストンの下降を利用して前記負圧タンク内に負圧を充填するため、負圧を充填させるためだけに別途エネルギーを消費する必要がなくなり、燃費の悪化を防ぐことができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、内燃機関の運転状態がＥＧＲガスを燃焼室内に導入しても燃焼が成立する範囲にあると判定した場合には、前記第１の制御弁を開くとともに、前記第２の制御弁を閉じる。このようにすることで、ＥＧＲガスを内燃機関の燃焼室内に導入することができるとともに、前記負圧タンクに負圧を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１２】
［全体構成］
図１は、本発明の内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。図１では、実線矢印がガス（吸気及び排気）の流れを示し、破線矢印が信号の流れを示している。
【００１３】
内燃機関（エンジン）は、自動車などの車両に走行用動力源として搭載され、主に、複数の気筒１０と、各気筒１０にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４と、吸気通路３及び排気通路４に設けられたターボ過給機５とを備えている。ターボ過給機５は、吸気通路３に設けられたコンプレッサ５ａと、排気通路４に設けられたタービン５ｂと、を有し、これらが一体回転するように構成されている。
【００１４】
吸気通路（吸気管）３には、エアクリーナ９と、エアフローメータ（ＡＦＭ）４１と、エアバイパス弁３１と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、インタークーラ６と、スロットルバルブ３２と、吸気を貯蔵可能なサージタンク７と、が設けられている。ＡＦＭ４１は、外部から吸入された吸気の量（吸気量）を検出して、検出された吸気量に対応する検出信号Ｓ４１をＥＣＵ５０へ送信する。エアバイパス弁３１は、具体的には、吸気通路３におけるコンプレッサ５ａの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路３ａに設けられている。エアバイパス弁３１は、バイパス通路３ａを通過する吸気量を調整するためのものでありＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。例えば、スロットルバルブ３２が急に閉じられた場合には、吸気通路３における吸気の圧力（吸気管圧力）が急激に上昇するのを防ぐため、ＥＣＵ５０は、エアバイパス弁３１を開いて、コンプレッサ５ａにより圧縮された吸気をバイパス通路３ａより逃がす。スロットルバルブ３２は、吸気通路３における吸気量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。
【００１５】
また、吸気通路３には、吸気温度センサ４２と、吸気圧センサ４３、４４と、が設けられている。吸気温度センサ４２は、吸気通路３における吸気の温度（吸気温度）を検出して、検出された吸気温度に対応する検出信号Ｓ４２をＥＣＵ５０へ送信する。吸気圧センサ４３、４４は、吸気通路３における吸気の圧力（吸気管圧力）を検出して、検出された吸気管圧力に対応する検出信号Ｓ４３、Ｓ４４をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１６】
気筒１０の燃焼室１０ａには、吸気通路３と排気通路４とが接続されているとともに、燃焼室１０ａ内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１１と、燃焼室１０ａ内において燃料に点火する点火プラグ１２と、が設けられている。燃料噴射弁１１と点火プラグ１２とは、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。また、気筒１０には、吸気弁１３と排気弁１４とが設けられている。吸気弁１３は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。排気弁１４は、開閉することによって、排気通路４と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。吸気弁１３が開くことにより、吸気通路３より燃焼室１０ａ内へ吸気が導入される。燃焼室１０ａ内へ導入された吸気は、燃料噴射弁１１より噴射された燃料と混合した後、点火プラグ１２が点火することにより燃焼される。燃焼により発生した排気は、排気弁１４が開くことにより排気通路４へ排出される。燃焼室１０ａ内で燃料と吸気とが燃焼されると、ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が発生する。ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が、コンロッド１６を介してクランク軸１７に伝達され、クランク軸１７が回転する。ここで、クランク軸１７近傍には、クランク角センサ４５が設けられている。クランク角センサ４５は、クランク軸１７の回転角（クランク角）を検出して、検出されたクランク角に対応する検出信号Ｓ４５をＥＣＵ５０へ送信する。また、気筒１０の側面には、水温センサ４８が取り付けられており、気筒１０のウォータジャケット（不図示）における冷却水の水温を検出して、検出された水温に対応する検出信号Ｓ４８をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１７】
排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂと、ウエストゲートバルブ３６と、触媒８と、が設けられている。ウエストゲートバルブ３６は、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路４ａに設けられている。ウエストゲートバルブ３６は、バイパス通路４ａを通過する排気量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。触媒８は、例えば三元触媒であり、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、などを浄化する機能を有する。なお、触媒８の代わりに、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと触媒とを組み合わせた排気浄化装置を用いるとしてもよい。
【００１８】
また、排気通路４には、空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）４７が設けられている。Ａ／Ｆセンサ４７は、排気通路４における排気の空燃比を検出して、検出された空燃比に対応する検出信号Ｓ４７をＥＣＵ５０へ送信する。Ａ／Ｆセンサ４７は、具体的には、酸素濃度センサである。酸素濃度センサは、その出力電圧の温度依存性が大きいため、酸素濃度の検出精度を良好に維持するには素子温度を適温（活性温度）に保つ必要がある。そのため、酸素濃度センサにはヒータが取り付けられている。ＥＣＵ５０は、このヒータの発熱により素子温度を活性温度（例えば約７００℃以上）に保つようにヒータへの通電を制御している。
【００１９】
本実施形態に係る内燃機関では、さらに、吸気通路３及び排気通路４の両方と接続された負圧タンク２２が設けられている。負圧タンク２２には、圧力センサ４６が設けられている。圧力センサ４６は、負圧タンク２２内の圧力を検出して、検出された圧力に対応する検出信号Ｓ４６をＥＣＵ５０に送信する。負圧タンク２２は、第１の通路２１を介して吸気通路３と接続されている。吸気通路３における第１の通路２１との接続位置は、吸気圧センサ４４の下流側に設けられる。従って、吸気圧センサ４４は、吸気通路３における第１の通路２１との接続位置よりも上流側の圧力を検出することとなる。また、負圧タンク２２は、第２の通路２３を介して、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側と接続されている。排気通路４における第２の通路２３との接続位置は、Ａ／Ｆセンサ４７よりも上流側に設けられている。従って、Ａ／Ｆセンサ４７は、排気通路４における第２の通路２３との接続位置よりも下流側の空燃比を検出することとなる。
【００２０】
第１の通路２１には、制御弁３３が設けられており、第２の通路２３には、制御弁３４が設けられている。制御弁３３は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ３３によって制御され、制御弁３４は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ３４によって制御される。また、排気通路４における第２の通路２３との接続位置よりも下流側には、制御弁３５が設けられている。制御弁３５は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ３５によって制御される。なお、制御弁３３は、本発明における第１の制御弁として機能し、制御弁３４は、本発明における第２の制御弁として機能し、制御弁３５は、本発明における第３の制御弁として機能する。
【００２１】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、各種センサからの検出信号Ｓ４１〜Ｓ４７に基づいて内燃機関の運転状態を検出し、検出された運転状態に基づいて内燃機関の制御を行う。具体的には、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ５０は、検出されたエンジンの運転状態に基づいて、制御弁３３、３４、３５の制御を行う。従って、ＥＣＵ５０は、本発明における制御手段として機能する。
【００２２】
［内燃機関の制御方法］
本実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、負圧タンク２２に負圧を充填した後、ターボ過給機の駆動をアシストする加速アシスト時において、負圧タンク２２に充填された負圧を、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入することとする。
【００２３】
まず、負圧タンク２２に負圧を充填する方法について述べる。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気量が比較的少ない状態で、制御弁３３を開くとともに制御弁３４を閉じることとする。このとき、負圧タンク２２は、吸気通路３と接続されるとともに、排気通路４とは遮断されることとなる。そして、吸気弁１３が開かれ、ピストン１５が下降することにより、気筒１０内と吸気通路３とにおける圧力が減圧され負圧となり、吸気通路３と接続されている負圧タンク２２にも負圧が導入され、充填される。この方法によれば、ピストンの下降を利用して前記負圧タンク内に負圧を充填するため、バキュームポンプ等を駆動させて負圧タンクに負圧を充填する方法（特許文献２参照）と比較して、バキュームポンプ等を設ける必要がなくなる。即ち、本実施形態の制御方法によれば、負圧タンクに負圧を充填するためにのみ別途エネルギーを消費する必要がなくなるので、燃費の悪化を防ぐことができる。この負圧タンク２２に負圧を充填する時期としては、後で詳しく述べるが、例えば、クランキング時、フェールカット時、などが挙げられる。
【００２４】
次に、加速アシスト時において、負圧タンク２２に充填された負圧を排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入する方法について述べる。具体的には、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２に負圧が充填されている状態で、制御弁３３、３５を閉じるとともに制御弁３４を開くこととする。このとき、負圧タンク２２は、吸気通路３と遮断されるとともに、排気通路４とは接続されることとなる。制御弁３３が閉じられるとともに制御弁３４が開くことにより、負圧タンク２２に充填された負圧は、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入される。また、制御弁３５を閉じることにより、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入された負圧が、触媒８を通過して外部へ逃げるのを防ぐことができる。このように、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に負圧を導入することにより、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側との圧力比を小さくすることができる。このことについて、図２を用いて説明することとする。
【００２５】
図２は、流量係数（タービン５ｂを通過する排気の流速）と圧力比（排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側との圧力比）との関係を示すグラフである。図２において、白丸から黒丸への矢印で示すように、圧力比を減少させると、タービン５ｂを通過する排気の流速が上昇することが分かる。また、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側の圧力を上げた場合と比較して、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側の圧力を下げる方が、圧力比をより減少させ易く、タービン５ｂを通過する排気の流速を大きく上昇させることができる。
【００２６】
つまり、加速アシスト時において、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に負圧を導入することにより、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側との圧力比を効果的に小さくすることができ、タービン５ｂを通過する排気の流速を大きく上昇させて、過給効果を向上させることができる。また、この方法によれば、排気通路におけるタービンの上流側にコンプレッサを通過した吸気を供給する方法（特許文献１参照）と比較して、大量の酸素が排気に混入することがないので、触媒８の床温が異常上昇することにより触媒８が溶損してしまうのを防ぐことができる。
【００２７】
なお、加速アシスト時になると、負圧タンク２２より第２の通路２３を介して、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に負圧が導入されるため、第２の通路２３には排気が吸引される。このため、排気通路４における第２の通路との接続位置よりも下流側にあるＡ／Ｆセンサ４７に接触する排気量は減少して、排気からヒータに伝達される熱量も減少する。従って、加速アシスト時では、酸素濃度センサたるＡ／Ｆセンサ４７は冷却されて、空燃比の検出性能が低下する恐れがある。そこで、本発明の内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ５０は、加速アシスト時において、Ａ／Ｆセンサ４７のヒータ出力を増加させるか、または、空燃比制御のためのマップ、具体的には、空燃比と制御量とのマップを、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側の負圧による排気の吸引量に応じて変化させることとする。このようにすることで、Ａ／Ｆセンサ４７を通過する排気量が比較的小さい場合であっても、空燃比の検出性能を保持することができ、空燃比に適合した制御量を求めることができる。
【００２８】
（内燃機関の制御処理）
次に、本実施形態に係る内燃機関の具体的な制御処理について、図３、４に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。なお、図５は、図３、４のフローチャート中の各制御モードにおける各制御弁の動作を示す表である。
【００２９】
まず、ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理について説明する。ステップＳ１０１〜ステップＳ１０６の処理は、クランキング中におけるＥＣＵ５０による制御処理を示している。
【００３０】
ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、本制御処理の初期化を行うか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、例えば内燃機関の始動時であるといった場合などには、本制御処理の初期化を行うものと判定して（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、例えば本制御処理の初期化を既に完了している場合などには、本制御処理の初期化を行わないものと判定して（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、ステップＳ１０３の処理へ進む。
【００３１】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、各制御弁３３、３４、３５の初期化を行う（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３４を閉じるとともに、制御弁３５を開くこととする。これにより、負圧タンク２２は、吸気通路３及び排気通路４と遮断される。
【００３２】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、例えばセルモータへの制御信号などに基づいて、クランキング中であるか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、クランキング中であると判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４の処理へ進み、クランキング中でないと判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０７の処理へ進む。
【００３３】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっているか否かについて判定する。この処理は、負圧タンク２２に負圧が導入されているか否かについて判定する処理である。ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、負圧タンク２２に負圧が充填されていないとして、ステップＳ１０５の処理へ進む。なお、この所定値は、予め実験などによって求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００３４】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ３２を閉じるとともに、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＡで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３５を開くとともに、制御弁３４を閉じることとする。これにより、クランキング中において、負圧タンク２２は、吸気通路３と接続されるとともに、排気通路４とは遮断されることとなり、ピストン１５の下降により、負圧タンク２２には負圧が導入され、充填される。
【００３５】
一方、ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていない、即ち、所定値未満になっていると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、既に、負圧タンク２２には負圧が充填されているとして、ステップＳ１０６の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３４を閉じるとともに、制御弁３５を開くこととする。これにより、負圧タンク２２は、吸気通路３及び排気通路４と遮断される。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００３６】
つまり、以上に述べたステップＳ１０１〜１０６の処理は、クランキング中において、負圧タンク２２に負圧が充填されているか否かを判定し、充填されていないと判定した場合には、負圧タンク２２に負圧を充填する処理である。
【００３７】
次に、ステップＳ１０７〜ステップＳ１１１の処理について説明する。ステップＳ１０７〜ステップＳ１１１の処理は、加速アシスト時におけるＥＣＵ５０による制御処理を示している。
【００３８】
ステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態、例えばアクセル開度などに基づいて、加速アシスト要求があるか否か、即ち、ターボ過給機の駆動をアシストする必要があるか否か、について判定する。ＥＣＵ５０は、加速アシスト要求があると判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８の処理へ進み、加速アシスト要求がないと判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１１２の処理へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、スロットルバルブ３２の開度に基づいて、吸気量を求めるとともに、吸気圧センサ４４からの検出信号に基づいて、吸気通路３における吸気管圧力（正確には、吸気通路３における第１の通路２１との接続位置よりも上流側の圧力）を求めることとする。ＥＣＵ５０は、吸気量が所定量よりも大きい、または、吸気管圧力が所定圧力よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、ステップＳ１１１の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３４を閉じるとともに、制御弁３５を開くこととする。このようにする理由は、吸気量が所定量よりも大きい、または、吸気管圧力が所定圧力よりも大きい場合には、負圧タンク２２より負圧を排気通路４に導入しなくても、通常の排気によりタービン５ｂの回転数を十分に上昇させることができ、加速性能を保持することができるからである。なお、上述の所定量及び所定圧力は、予め実験などによって求められ、ＥＣＵ５０のＲＯＭなどに記録されている。
【００４０】
一方、ステップＳ１０８において、ＥＣＵ５０は、吸気量が所定量以下となっており、かつ、吸気管圧力が所定圧力以下となっていると判定した場合には（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０９の処理へ進み、負圧タンク２２内の圧力が所定値未満になっているか否かについて判定する。この処理は、負圧タンク２２に負圧が充填されているか否かについて判定する処理である。ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値よりも小さくなっている、即ち、負圧タンク２２内の圧力が所定値未満になっていると判定した場合には（ステップＳ１０９：Ｙｅｓ）、負圧タンク２２に負圧が充填されているとして、ステップＳ１１０の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値よりも小さくなっていない、即ち、所定値以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１０９：Ｎｏ）、負圧タンク２２には負圧が充填されていないとして、ステップＳ１１１の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４１】
ステップＳ１１０において、ＥＣＵ５０は、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＣで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３５を閉じるとともに、制御弁３４を開くこととする。これにより、負圧タンク２２は、吸気通路３と遮断されるとともに、排気通路４とは接続され、負圧タンク２２に充填された負圧は、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入される。このようにすることで、排気の流速を速めることができ、過給効果を向上させることができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４２】
つまり、以上に述べたステップＳ１０７〜１１１の処理は、負圧タンク２２より負圧を排気通路４に導入して加速アシストを行う処理である。ここで、図６、７のグラフを用いて、ステップＳ１０７〜１１１の処理を行ったときの時間に対する各パラメータの変化について説明する。図６は、ステップＳ１０７〜１１１の処理を行ったときの時間に対する各パラメータの変化を示すグラフである。図７も、図６のグラフと同様、ステップＳ１０７〜１１１の処理を行ったときの時間に対する各パラメータの変化を示すグラフであるが、図６では、加速アシストを行わなかったときのタンク内圧力（負圧タンク２２内の圧力）、吸気管圧力、ガス流量（排気量）を破線で示している。なお、ここで、排気量と吸気量とは一致しているものとする。
【００４３】
図６、７に示すグラフにおいて、アシスト要求を示すフラグが「あり」となるまでの間、各制御弁３３、３４、３５は制御モードＢで制御される。このとき、図６、７のグラフに示すように、タンク内圧力（負圧タンク２２内の圧力）は所定値よりも小さくなっている、即ち、負圧タンク２２には、負圧が充填されているとしている（即ち、ステップＳ１０９において「Ｙｅｓ」の場合である）。
【００４４】
アシスト要求を示すフラグが「あり」になると、各制御弁３３、３４、３５は制御モードＣで制御される。即ち、制御弁３３、３５は閉じられ、制御弁３４は開かれる。このとき、負圧タンク２２は、吸気通路３と遮断されるとともに、排気通路４とは接続されることとなる。これにより、負圧タンク２２に充填された負圧は、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入される。図７に示すように、負圧を排気通路４に導入する加速アシストを行った場合には、加速アシストを行わなかったときと比較して、時間の経過とともに、吸気管圧力は大きく上昇し、排気量も大きく上昇していることが分かる。即ち、過給効果が向上していることが分かる。
【００４５】
なお、図６に示すように、加速アシスト時において、ＥＣＵ５０は、Ａ／Ｆセンサ４７におけるヒータ通電量を増加させている。つまり、ヒータ出力を増加させている。このようにすることで、先に述べたように、Ａ／Ｆセンサ４７を通過する排気量が比較的小さい状態となっている場合であっても、空燃比の検出性能を保持することができる。
【００４６】
次に、図３、４のフローチャートに戻り、ステップＳ１１２〜ステップＳ１１５の処理について説明する。ステップＳ１１２〜ステップＳ１１５の処理は、フェールカット時における制御処理を示している。
【００４７】
先に述べたステップＳ１０７において、ＥＣＵ５０は、加速アシスト要求がないと判定した場合には（ステップＳ１０７：Ｎｏ）、ステップＳ１１２の処理へ進む。
【００４８】
ステップＳ１１２において、ＥＣＵ５０は、フェールカット（Ｆ／Ｃ）中か否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、フェールカット中でないと判定した場合には（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１６の処理へ進み、フェールカット中であると判定した場合には（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１３の処理へ進む。
【００４９】
ステップＳ１１１３において、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっているか否かについて判定する。この処理は、負圧タンク２２に負圧が導入されているか否かについて判定する処理である。ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、負圧タンク２２に負圧が充填されていないとして、ステップＳ１１４の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていない、即ち、所定値未満になっていると判定した場合には（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、既に、負圧タンク２２に負圧が充填されているとして、ステップＳ１１５の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３４を閉じるとともに、制御弁３５を開くこととする。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５０】
ステップＳ１１４において、ＥＣＵ５０は、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＤで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３５を開くとともに、制御弁３４を閉じることとする。これにより、フェールカット中において、負圧タンク２２は、吸気通路３と接続されるとともに、排気通路４とは遮断されることとなり、ピストン１５の下降により、負圧タンク２２には負圧が導入され、充填される。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５１】
つまり、以上に述べたステップＳ１１２〜１１５の処理は、フェールカット中において、負圧タンク２２に負圧が充填されているか否かを判定し、充填されていないと判定した場合には、負圧タンク２２に負圧を充填する処理である。このようにフェールカット時に負圧タンクに負圧を充填する理由としては、フェールカット時においては、内燃機関が燃焼状態になく外部へ仕事をしていないため、負圧タンク２２に負圧を充填するのに好適であるからである。図８に、ステップＳ１１２〜１１５の処理を行ったときの時間に対する各パラメータの変化を示すグラフを示す。図８に示すように、フェールカットフラグが「実行」を示すと、即ち、フェールカットが行われていることを示すと、各制御弁３３、３４、３５が制御モードＤで制御される。即ち、制御弁３３、３５が開かれるともに、制御弁３４が閉じられる。これにより、負圧タンク２２に負圧が導入され、図８に示すように、タンク内圧力は所定値よりも低くなり、時間の経過とともに、負圧タンク２２内には負圧が充填される。
【００５２】
次に、図４のフローチャートに戻り、ステップＳ１１６〜ステップＳ１２０の処理について説明する。ステップＳ１１６〜ステップＳ１２０の処理は、燃焼室１０ａ内にＥＧＲガスを導入する時のＥＣＵ５０による制御処理を示している。
【００５３】
先に述べたステップＳ１１２において、ＥＣＵ５０は、フェールカット中でないと判定した場合には（ステップＳ１１２：Ｎｏ）、ステップＳ１１６の処理へ進む。
【００５４】
ステップＳ１１６において、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が所定範囲内にあるか否かについて判定する。具体的には、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを燃焼室１０ａ内に導入しても燃焼が成立する範囲にあるか否かについて判定する。図９は、エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示すグラフである。ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が、例えば、図９のハッチングされた領域にあるか否か、即ち、エンジン回転数が比較的低回転で、かつ、エンジントルクが比較的低トルクとなっている領域にあるか否かについて判定する。
【００５５】
ステップＳ１１６において、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が所定範囲内にないと判定した場合には（ステップＳ１１６：Ｎｏ）、ステップＳ１２０の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３４を閉じるとともに、制御弁３５を開くこととする。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５６】
一方、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が所定範囲内にあると判定した場合には（ステップＳ１１６：Ｙｅｓ）、即ち、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲを導入しても燃焼が成立する範囲にあると判定した場合には、ステップＳ１１７の処理へ進み、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっているか否かについて判定する。この処理は、負圧タンク２２に負圧が導入されているか否かについて判定する処理である。ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には（ステップＳ１１７：Ｙｅｓ）、負圧タンク２２に負圧が充填されていないとして、ステップＳ１１８の処理へ進む。一方、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていない、即ち、所定値未満になっていると判定した場合には（ステップＳ１１７：Ｎｏ）、既に、負圧タンク２２に負圧が充填されているとして、ステップＳ１２０の処理へ進み、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＢで制御する（図５参照）。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５７】
ステップＳ１１８において、ＥＣＵ５０は、吸気管圧力の目標値を求めることとする。具体的には、ＥＣＵ５０は、燃焼室１０ａ内に導入するＥＧＲガス量と吸気管圧力とのマップをＲＯＭなどに記録しておく。ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態に基づいて、燃焼室１０ａ内に導入するＥＧＲガス量を求め、当該マップに基づいて、求められたＥＧＲガス量に対応する吸気管圧力を目標値として求める。
【００５８】
ステップＳ１１９において、ＥＣＵ５０は、各制御弁３３、３４、３５を制御モードＥで制御する。即ち、ＥＣＵ５０は、制御弁３３、３５を開くとともに、制御弁３４を閉じることとする。なお、このとき、ＥＣＵ５０は、吸気圧センサ４４により検出された吸気管圧力がステップＳ１１８で求められた目標値となるように、制御弁３３の開度を制御する。このようにすることで、ピストン１５の下降により、負圧タンク２２には負圧が導入され充填されるとともに、第１の通路２１、負圧タンク２２、第２の通路２３、に存在するガス、即ち、加速アシスト時において吸引されたＥＧＲガスが、燃焼室１０ａ内に取り込まれる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００５９】
つまり、以上に述べたステップＳ１１６〜１２０の処理は、内燃機関の運転状態が、ＥＧＲガスを燃焼室１０ａ内に導入しても燃焼が成立する範囲にあると判定された場合において、負圧タンク２２に負圧が充填されているか否かを判定し、充填されていないと判定した場合には、負圧タンク２２に負圧を充填する処理である。この処理を行うことにより、負圧タンク２２に負圧を充填することができるとともに、ＥＧＲガスを燃焼室１０ａ内に導入することができる。図１０に、ステップＳ１１６〜１２０の処理を行ったときの時間に対する各パラメータの変化を示すグラフを示す。図１０に示すように、負圧充填実行許可フラグが「許可」を示した場合、即ち、内燃機関の運転状態がＥＧＲガスを燃焼室１０ａ内に導入しても燃焼が成立する範囲にあると判定された場合には、各制御弁３３、３４、３５が制御モードＥで制御される。即ち、制御弁３３、３５が開かれるとともに、制御弁３４が閉じられる。これにより、負圧タンク２２に負圧が導入され、図１０に示すように、タンク内圧力は所定値よりも低くなり、時間の経過とともに、負圧タンク２２内に負圧が充填される。
【００６０】
以上に述べた本実施形態の制御方法によれば、クランキング時、フェールカット時、などにおいて、ＥＣＵ５０は、負圧タンク２２内の圧力が所定値以上になっていると判定した場合には、制御弁３３を開くとともに制御弁３４を閉じることとする。このようにすることで、ピストン１５の下降により、負圧タンク２２内に負圧を充填することができる。この方法によれば、ピストンの下降を利用して前記負圧タンク内に負圧を充填するため、バキュームポンプ等を駆動させて負圧タンク２２に負圧を充填する方法と比較して、バキュームポンプ等を設ける必要がなくなる。即ち、本実施形態の制御方法によれば、負圧タンク２２内に負圧を充填させるためだけに別途エネルギーを消費する必要がなくなり、燃費が悪化するのを防ぐことができる。
【００６１】
また、本実施形態の制御方法によれば、加速アシスト時において、ＥＣＵ５０は、制御弁３３を閉じるとともに制御弁３４を開くこととする。これにより、負圧タンク２２に充填された負圧が、排気通路４におけるタービン５ｂの下流側に導入されることとなり、排気の流速を速めることができ、過給効果を向上させることができる。また、この方法によれば、排気通路におけるタービンの上流側にコンプレッサを通過した吸気を供給する方法と比較して、大量の酸素が排気に混入することがないので、触媒８の床温が異常上昇して触媒８が溶損してしまうのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す構成図である。
【図２】流量係数と圧力比との関係を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。
【図５】各制御モードにおける各制御弁の動作を示す表である。
【図６】加速アシスト時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【図７】加速アシスト時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【図８】フェールカット時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【図９】エンジン回転数とエンジントルクとの関係を示すグラフである。
【図１０】ＥＧＲガス導入時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６３】
３  吸気通路
４  排気通路
５  ターボ過給機
８  触媒
１０  気筒
２０  ＥＣＵ
２１  第１の通路
２２  負圧タンク
２３  第２の通路
３３、３４、３５  制御弁
４４、４６  吸気圧センサ
４７  Ａ／Ｆセンサ
【図１】
2009191646.tif 000003
【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】
2009191646.tif 000008
【図７】
2009191646.tif 000009
【図８】
2009191646.tif 000010
【図９】
2009191646.tif 000011
【図１０】
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