JP2000274289A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両減速状態における燃料供給停止時のエン
ジンブレーキ効果を高めながら、燃料供給再開時のトル
クショックを抑制することができる内燃機関を提供す
る。 【解決手段】 吸入空気量調整手段６により内燃機関１
の吸気通路２の開口面積を変更して燃焼室内への吸入空
気量を調整し、可変ターボチャージャ７のタービン９に
排気ガスを導入する排気通路３に設けられた可変部材１
０の開度を変更して吸気通路２の過給圧を調整する。ま
た、車両減速時の所定条件下で内燃機関１の燃焼室内へ
の燃料供給を停止する。制御手段１５は、車両減速時に
燃料供給停止手段が作動したときに高過給圧側になるよ
うに可変部材１０の開度を変更し、減速状態から復帰す
べく燃料供給停止手段が作動から非作動に移行したとき
に低過給圧側になるよう可変部材１０の開度を変更し、
減速時のエンジンブレーキ効果を高めながら燃料供給再
開時のトルクショックを抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、過給圧を変更可能
な可変ターボチャージャを搭載した内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスのエネルギで駆動さ
れる排気タービンに流入する排気ガス量を可変部材によ
り調整することで、吸気通路のコンプレッサの回転を制
御し、吸入空気の過給圧を可変とする可変ターボチャー
ジャを搭載した内燃機関が知られている。

【０００３】この種の内燃機関では、過給圧を運転状態
に応じて可変とすることができるため、例えば、車両減
速時にはエンジンブレーキを効率よく効かせることが可
能である。例えば、その一例として実公平３−２０５１
１号公報に開示されている。この技術は、可変ターボチ
ャージャを備えたディーゼルエンジンにおいて、車両減
速時に燃料供給停止がなされた場合、タービンのノズル
開口面積を狭めるようにノズル調整手段（可変部材）を
制御するようにしたものである。ノズル開口面積を絞る
ことにより、排気通路の圧力（排圧）が増大してエンジ
ンブレーキ効果を高めることができるというものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に開示されている技術は、燃料供給停止からの復帰後
も過給圧を高過給圧状態に維持しているため、例えば、
吸気通路に燃焼室内へ流入する吸入空気量を調整可能な
スロットル弁を備えた内燃機関では、燃料供給停止中に
スロットル弁上流側が高過給圧状態となっているため、
スロットル弁の開動作により燃料供給が再開（燃料供給
停止から復帰）したとき、多量の吸入空気が急激に燃焼
室内に流入し、それに応じて燃料が供給されるため、出
力が変動して大きなトルクショックが生じてしまうとい
う問題がある。

【０００５】このため、本発明では、車両減速状態にお
ける燃料供給停止時のエンジンブレーキ効果を高めなが
ら、燃料供給再開時のトルクショックを抑制することが
できる内燃機関を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、吸入空気量調整手段により内燃機関の
吸気通路の開口面積を変更して燃焼室内への吸入空気量
を調整し、可変ターボチャージャによりタービンに排気
ガスを導入する通路に設けられた可変部材の開度を変更
して前記吸気通路に供給する吸入空気の過給圧を調整す
る。また、車両減速時の所定条件下で燃料供給停止手段
により内燃機関の燃焼室内への燃料供給を停止する。制
御手段は、車両減速時において前記燃料供給停止手段が
作動したときに前記過給圧が高過給圧側になるように前
記可変部材の開度を変更する。これにより、エンジンの
排圧が高くなり、エンジンブレーキ効果を高めることが
できる。制御装置は、前記燃料供給停止手段が作動から
非作動に移行したときに、前記過給圧が低過給圧側にな
るよう前記可変部材の開度を変更する。これにより、可
変ターボチャージャのタービン回転数が低くなり、吸気
通路の過給圧が低下し、燃焼室内への吸入空気量の急激
な増大が抑えられてトルクショックが抑えられる。即
ち、減速時のエンジンブレーキ効果を高めながら、燃料
供給再開時のトルクショックを抑制することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施例を例示的に詳しく説明する。図１は、本発明
に係る可変ターボチャージャを備えた内燃機関の概略構
成を示すブロック図である。図１に示すように内燃機関
（以下「エンジン本体」という）１は、希薄燃焼エンジ
ン例えば、筒内噴射型のガソリンエンジンで、吸気通路
２には、吸入空気量情報としての吸入空気量を計測する
エアフローセンサ５、吸入空気を過給する可変ターボチ
ャージャ（以下単に「ターボチャージャ」という）７の
コンプレッサ８、ステップモータにより駆動されてエン
ジン１に供給する吸入空気量を制御する吸入空気量調整
手段としての電子スロットルバルブ（以下単に「スロッ
トル弁」という）６が設けられており、排気通路３に
は、コンプレッサ８と同軸に結合されて排気ガスにより
回転駆動されるタービン９が設けられている。

【０００８】ターボチャージャ７は、タービン９に導入
する排気ガスエネルギを調節する可変部材としての可変
ノズルベーン（以下単に「ベーン」という）１０が設け
られている。このベーン１０は、ベーン調整アクチュエ
ータとしての電子制御アクチュエータ例えば、ステッパ
モータ１１により駆動される。エンジン本体１の高速運
転領域ではベーン１０を開放して大量の排気エネルギを
利用してタービン９を高回転させ、低速運転領域ではベ
ーン１０を絞り少ない排気エネルギでもタービン９を高
回転させる。これにより、ターボチャージャ７は、エン
ジン本体１の広い運転領域で低燃費、高トルクというタ
ーボ効果を発揮する。

【０００９】制御手段としての電子制御装置（ＥＣＵ）
１５は、エンジン本体１の総合的な制御を行うもので、
入力側にはエアフローセンサ５の他に、スロットル開度
（アクセル開度）を検出するアクセルポジションセン
サ、エンジン本体１の回転数を検出するエンジン回転セ
ンサ、ターボチャージャ７による過給圧を検出する過給
圧センサ、車速センサ、エンジン冷却水の温度を検出す
る温度センサ（何れも図示せず）等が接続されており、
出力側には、スロットル弁６を制御するための電子スロ
ットル制御ユニット１６、ターボチャージャ７のステッ
パモータ１１の他に、点火プラグ、燃料噴射弁（何れも
図示せず）等が接続されている。

【００１０】電子制御装置１５は、前記各センサから入
力される信号に基づいて、点火時期、燃料噴射モード
（後述する）、燃料噴射時間（燃料噴射量）等を決定し
て点火プラグと燃料噴射弁を制御すると共に、ターボチ
ャージャ７のベーン開度を決定して、ステッパモータ１
１を駆動制御する。また、電子制御装置１５は、電子ス
ロットル制御ユニット１６に出力して内燃機関１に最適
な吸入空気量が供給されるようにスロットル弁６のスロ
ットル開度を決定する。

【００１１】以下に作用を説明する。まず、筒内噴射型
エンジンに特有の燃料噴射制御の概要を説明する。エン
ジン本体１は、燃焼室内に直接燃料を噴射する作動原理
上、任意に燃料噴射時期を設定することができ、例え
ば、本実施形態のエンジンでは、低負荷運転域において
圧縮行程で燃料噴射を行う（後期噴射モード）ことによ
り、点火プラグの周囲にストイキオ（理論空燃比）近傍
の混合気を形成した上で、全体として空燃比が４０程度
の極めてリーンな空燃比での燃焼（層状燃焼）を実行
し、中・高負荷運転域においては吸気行程で燃料噴射を
行う（前記噴射モード）ことにより燃焼室内に均一な混
合気を形成し、空燃比が１２〜２３程度と広範な空燃比
での燃焼（均一燃焼）を実行している。

【００１２】具体的には、燃料噴射モードや目標空燃比
は、アクセルポジションセンサにより検出されたスロッ
トル開度等から求めた目標平均有効圧、エンジン回転
数、吸入空気量等の各種センサ情報に基づいて決定して
いる。例えば、目標平均有効圧とエンジン回転数が共に
低い低負荷・低回転域では、燃費節約とエミッション低
減を目的として、後期噴射モードを選択すると共にエン
ジンの要求に合ったリーン側の目標空燃比を設定する。
そして、その目標空燃比から決定した燃料噴射時期に基
づいて燃料噴射制御ルーチンに従って燃料噴射弁を制御
して燃料噴射を実行する。電子制御装置１５は、以上の
エンジン制御を実行しつつ、ターボチャージャ７のター
ビン９のベーン開度制御を実行する。

【００１３】次に、図２に示すフローチャートを参照し
て車両減速時における可変ターボチャージャのベーン開
度変更制御の流れについて説明する。電子制御装置１５
は、各種センサ情報からエンジン本体１の運転状態を読
み込み（ステップＳ１）、運転状態が減速状態にあるか
否かを判別する（ステップＳ２）。ステップＳ２におい
て減速状態にないと判別されたときにはターボチャージ
ャ７のベーン開度をエンジン本体１の運転状態に応じ
て、具体的には、目標平均有効圧とエンジン回転数とで
予め定められたベーン開度に制御し（ステップＳ３）運
転状態にあった最適な過給圧を得ている。その後、フラ
グＡを０にして（ステップＳ４）当該制御ルーチンを終
了する。

【００１４】ステップＳ２において、減速状態にあると
判別された場合、ステップＳ５に進み、図示しない噴射
弁からの燃料噴射が停止されている状態（以下、「燃料
カット」という）であるか否かが判別される。尚、燃料
カットとは、電子制御装置１５においてスロットル開度
が全閉状態でエンジン回転数が所定の回転数の範囲にあ
るとき（カット回転数以下で、復帰回転数以上）燃料供
給が必要ない減速状態として判定し、噴射弁からの燃料
噴射を一時的に停止することである。ステップＳ５にお
いて燃料カットではないと判別されるとフラグＡが１か
否かが判別される（ステップＳ８）。このときフラグＡ
が０と判別されればステップＳ３に進み、電子制御装置
１５は、ターボチャージャ７のベーン開度を運転状態に
応じた開度に制御して当該制御ルーチンを終了する。

【００１５】電子制御装置１５は、ステップＳ５におい
て燃料カットされたと判別したときにはステッパモータ
１１を駆動してベーン１０を閉じ（ステップＳ６）、フ
ラグＡを１にして当該制御ルーチンを終了する。このよ
うに燃料カット中にベーン１０が閉じられると実質的に
は排気通路３の開口面積が狭められることになってエン
ジン本体１の排圧が高くなり、エンジンブレーキ効果が
得られる。ターボチャージャ７は、ベーン１０が閉側に
制御されることで排気通路３からタービン９に導入され
る排気ガスの流速が速くなり、これに伴いタービン９の
回転が高くなり、吸気通路２の過給圧が僅かに高くな
る。

【００１６】その後は、この車両減速状態において、ア
クセルペダルが踏み込まれてスロットル開度が全閉状態
から開状態に変化し、燃料カットが解除されたと判別さ
れると（ステップＳ５）、フラグＡが１であるか否かを
判別する（ステップＳ８）。このとき、前の運転状態が
燃料カット状態でありステップＳ７を経由しているため
フラグＡは１であり、ステップＳ８ではフラグＡが１で
あると判別し、電子制御装置１５は、ステッパモータ１
１を駆動してベーン１０を所定開度まで開き（ステップ
Ｓ９）その後、フラグＡを０にして当該制御ルーチンを
終了する。

【００１７】このため、ターボチャージャ７は、燃料カ
ット中に閉側に制御されているベーン１０を開くことで
排気通路３からタービン９に導入される排気ガスの流速
が遅くなり、これに伴いタービン９の回転が低くなり、
吸気通路２の過給圧が低下する。この結果、燃料カット
解除後のエンジン本体１の燃焼室に流入する吸入空気量
の急増が抑えられて急激なトルク変化が抑制される。

【００１８】次いで、本発明のベーン開度変更制御を図
３のタイムチャートに基づいて説明する。このタイムチ
ャートは、例えば、後期噴射モードでの定常運転状態か
ら運転者がアクセルを戻し、機関の運転状態が減速運転
状態となり噴射弁からの燃料供給が停止され（燃料カッ
ト状態）、その後運転者がアクセルを踏み込み燃料カッ
トが解除される流れを示したものである。

【００１９】先ず、図３（ａ）、（ｂ）に示されるよう
に、所定スロットル開度で定常運転が行われており、そ
の後、運転者によりアクセルが戻され、図３のＡ地点で
スロットル開度が全閉状態に移行し、機関の運転状態
は、減速状態となる。このとき、図３（ｃ）に示される
ように、噴射弁からの燃料供給は停止されて燃料カット
（燃料量＝０）される。また、ベーン１０は、図３
（ｄ）に示されるように、閉側の所定位置に制御（図
中、閉）されることから実質的に排気通路３の開口面積
が狭められることになり、図３（ｄ）の如く排圧が高め
られる（図中、高）。このため、エンジンブレーキの効
きが高められる。なお、このとき、ベーン１０の閉側へ
の制御のため、排気ガスの流速は高められてタービン回
転が高まり、図３（ｆ）に示されるように過給圧は高く
なる（図中、高）。

【００２０】その後、図中Ｂ地点で運転者がアクセルを
踏み込み、スロットル開度が開側に制御されると（図３
（ａ））、噴射弁からの燃料供給は再開され（燃料カッ
ト解除）、図３（ｂ）に示されるように、運転モードは
燃料カット復帰モードに移行する。このとき、ベーン開
度は、燃料カット時のベーン開度に対し開側の所定開度
に制御される（図３（ｄ））ため、排圧は、低くなり
（図３（ｅ）の低）、これに伴い過給圧も低くなる（図
３（ｆ）の低）。従って、スロットル弁が開側に制御さ
れても、スロットル弁上流の過給圧を低下させるため、
燃焼室内に流入する吸入空気量が過給に伴い急増するこ
とを抑制することができ、燃料噴射が再開されても急激
なトルク変化を防止できる。

【００２１】このように本発明によれば、車両減速状態
における燃料供給停止（燃料カット）時のエンジンブレ
ーキ効果を高めながら、燃料供給再開（燃料カット解
除）時のトルクショックを抑制することが可能となる。
尚、本発明は、上記実施例における筒内噴射型ガソリン
エンジンに限定されるものではなく、通常のＭＰＩ（マ
ルチ・ポイント・インジェクション）やＳＰＩ（シング
ル・ポイント・インジェクション）タイプのエンジンに
適用してもよい。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、車両減速状態における
燃料供給停止時のエンジンブレーキ効果を高めながら、
燃料供給再開時のトルクショックを抑制することができ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可変ターボチャージャを備えた内
燃機関の概略構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示す内燃機関の可変ターボチャージャの
制御手順の一例を示すフローチャートである。

【図３】図１に示す内燃機関の減速時におけるタイムチ
ャートを示す図である。

【符号の説明】

１ エンジン本体（内燃機関） ２ 吸気通路 ３ 排気通路 ５ エアフローセンサ（吸入空気量情報） ６ スロットル弁（吸入空気量調整手段） ７ 可変ターボチャージャ １０ ベーン（可変部材） １１ ステッパモータ（電子制御アクチュエータ） １５ 電子制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１ Ｆ０２Ｄ 43/00 ３０１Ｋ Ｆターム(参考） 3G005 EA04 EA15 FA02 FA04 GA04 GB24 GC08 GD02 GD03 GE01 HA04 HA05 JA06 JA12 JA24 JA39 JB17 3G084 AA04 BA05 BA08 CA04 CA06 DA05 DA11 DA16 EB12 EC03 FA05 FA07 FA10 FA12 FA20 FA33 3G301 HA01 HA04 HA11 HA16 JA04 JA14 KA15 KA16 KA27 LA00 LA03 LB04 LC04 MA01 MA12 MA25 ND02 NE00 NE03 NE08 PA01Z PA11A PA16A PA16Z PE01Z PE08Z PF01Z PF03Z

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路に設けられ該吸気通
   路の開口面積を変更することで燃焼室内への吸入空気量
   を調整可能な吸入空気量調整手段と、 タービンに排気ガスを導入する通路に設けられた可変部
   材の開度を変更して過給圧を調整する可変ターボチャー
   ジャと、 車両減速時の所定条件下で内燃機関の燃焼室内への燃料
   供給を停止する燃料供給停止手段と、 前記燃料供給停止手段が作動したとき、前記過給圧が高
   過給圧側になるように前記可変部材の開度を変更し、前
   記燃料供給停止手段が作動から非作動に移行したとき、
   前記過給圧が低過給圧側になるよう前記可変部材の開度
   を変更する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機
   関。