JP2007239672A - ターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気脈動を利用して加速過渡応答性の向上を図る。
【解決手段】 複数の＃１〜＃４気筒とターボ過給機１０のタービン１２Ａ，１２Ｂとを接続する排気通路７Ａ，７Ｂを２系統に分割し、両排気通路７Ａ，７Ｂを互いに接続するバイパス通路１４にバイパス弁１５を設ける。制御部８は、アクセル開度の変化率ΔＡＰＯが所定の判定値Ａよりも高い加速過渡状態と判定した場合、バイパス弁１５を強制的に閉とする。それ以外の運転領域では機関回転数と要求トルクとに基づいてバイパス弁１５の開閉を切り換える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御に関する。

内燃機関に搭載されるターボ過給機は、周知のように、排気エネルギーでタービンを回し、そのタービンがコンプレッサを駆動することにより、吸入空気を過給する。このようなターボ過給機の一つとして、いわゆるツインスクロールターボのように、複数の気筒とタービンとを接続する排気通路を２系統に分割形成して、排気脈動を利用して低速でのタービン回転を向上させるものが知られている。また、特許文献１に記載の従来例では、２系統の排気通路をバイパス通路により連通し、このバイパス通路にバイパス弁を設けている。そして、高速高負荷域を除く大半の領域で、吸排気損失を低減して燃費向上を図るためにバイパス弁を閉じている。
特開平１０−３０４４６号公報

上記従来例では、機関回転数及び機関負荷に基づいてバイパス弁の開閉を切り換えているものの、急加速時のような加速過渡状態については考慮されていない。このような加速過渡状態で、仮にバイパス弁を開く設定となっていると、排気脈動を利用したトルク向上効果が得られず、十分な加速応答性を得ることができないおそれがある。

また、比較的低い回転・負荷域から過給が行われる小型・小排気量の内燃機関では、機関運転領域の大半の領域で、バイパス弁を閉じると逆に燃費性能が低下するために、上記従来例のように高速高負荷域を除く大半の領域でバイパス弁を閉じる設定では、燃費性能の低下を招くおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、複数の気筒とターボ過給機のタービンとを接続する排気通路が２系統に分割され、かつ、両排気通路を互いに接続するバイパス通路を開閉するバイパス弁と、このバイパス弁の開閉を制御する制御部と、を有するターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置であって、上記制御部は、機関要求負荷の変化の度合いが所定の判定値よりも大きい加速過渡状態と判定した場合に、バイパス弁を閉とすることを特徴としている。

本発明によれば、運転者による機関要求負荷の変化の度合いが大きい加速過渡状態では、機関要求負荷及び機関回転数からなる運転領域にかかわらず、バイパス弁を強制的に閉とすることによって、排気脈動を有効に利用して、加速過渡応答性を向上することができる。

以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施例を適用した直列４気筒内燃機関のシステム構成を示している。内燃機関１には４つの＃１〜＃４気筒が気筒列方向に沿って直列に配置されている。これらの気筒へ新気を供給する吸気通路３には、上流側より順に、ターボ過給機１０、具体的にはそのコンプレッサ１１と、吸気を冷却するインタークーラ４と、吸気量を調整する電制のスロットル（弁）５と、が設けられている。スロットル５は、運転者によるアクセルペダル６の操作とは独立して開度を調整可能な電制のものである。

ターボ過給機１０は、排気エネルギで排気タービン１２（１２Ａ，１２Ｂ）を回してコンプレッサ１１を駆動して吸入空気を過給するもので、この例では２つのタービン１２Ａ，１２Ｂがコンプレッサ１１と同軸上に連結される。排気タービン１２と＃１〜＃４気筒とを接続する排気通路７は２系統に分割形成されており、具体的には、燃焼順序（＃１，＃４，＃２，＃３）に対応して、＃１，＃４気筒と一方の第１タービン１２Ａとを接続する第１排気通路７Ａと、残りの＃２，＃３気筒と他方の第２タービン１２Ｂとを接続する第２排気通路７Ｂと、により構成される。

そして、排気タービン１２Ａ，１２Ｂの入口近傍の集合部で両排気通路７Ａ，７Ｂを連通するバイパス通路１４に、このバイパス通路１４を開閉するバイパス弁１５が設けられている。制御部（エンジン・コントロール・モジュール：ＥＣＭ）８は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、運転者により操作されるアクセルペダル６の開度ＡＰＯを検出するアクセル開度センサ９やクランク角センサ（図示せず）等の各種センサ類によりアクセル開度ＡＰＯや機関回転数Ｎｅ等に基づいて、バイパス弁１５やスロットル５に制御信号を出力し、その動作を制御する。

図２は、上記制御部８による制御内容を説明するフローチャートであり、本ルーチンは例えば所定の短期間（例えば１０ｍｓ又は所定クランク角）毎に繰り返し実行される。ステップＳ１では、機関運転状態、具体的には機関回転数Ｎｅ、アクセル開度ＡＰＯに基づく機関要求負荷（トルク）等を読み込む。また、機関要求負荷の変化の度合いに対応するアクセル開度ＡＰＯの変化率ΔＡＰＯを求める。このΔＡＰＯは、例えば本ルーチンの前回値と今回値との差により求めることができる。

ステップＳ２では、この変化率ΔＡＰＯが所定の判定値Ａを超える加速過渡状態であるか否かを判定する。加速過渡状態（ΔＡＰＯ＞Ａ）と判定されると、ステップＳ３へ進み、機関要求トルクや機関回転数にかかわらず、バイパス弁１５を強制的に閉として、本ルーチンを終了する。一方、加速過渡状態でなければステップＳ４へ進み、予め設定・記憶される図３の制御マップを参照してバイパス弁１５が機関要求トルク及び機関回転数に応じて開閉される。

図３を参照して、バイパス弁１５を閉とした方が燃費が向上する低速低負荷域Ｒ１と、バイパス弁１５を閉とした方がトルク（最大トルク）が向上する中回転高負荷域Ｒ２と、を除く大半の領域Ｒ３で、バイパス弁１５が閉とされる。ここで、本実施例ではターボ過給機１０を用いることにより内燃機関の小型化・小排気量化、ひいては燃費向上を図るものであり、比較的低いトルク・回転域から過給が行われる。この関係で、上記従来例に比して、燃費性能が切り替わるラインＬ（図３参照）が低回転・低トルク側へシフトする形となり、大半の運転領域Ｒ３で「開」の設定となる。このために、中回転高負荷域Ｒ２では、バイパス弁１５を開とした方が燃費が良いものの、定常トルク（最大トルク）が向上することから、「閉」の設定としている。

このように本実施例によれば、機関要求負荷の変化の度合いに対応するアクセル開度変化率ΔＡＰＯが所定の判定値Ａよりも大きい加速過渡状態と判定した場合には、バイパス弁１５を強制的に閉としているため、図４の破線で示すようにバイパス弁１５を「開」とする場合に比して、排気脈動効果によってトルクが増大し、この結果、加速過渡状態での加速応答性を格段に向上することができる。

また、加速過渡状態を除き、機関要求トルク（負荷）と機関回転数とに基づいてバイパス弁１５を開閉制御しており、より具体的には、燃費性能が向上する低速低負荷域では、バイパス弁１５を閉とすることにより、ポンプロス（吸排気損失）を低減して燃費性能を向上することができる。しかも、中速高負荷域ではバイパス弁１５を閉とすることによって、掃気効果を活用して（最大）トルクを向上することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、タービンのスクロールを２分割して２系統の排気通路に接続した、いわゆるツインスクロールターボ過給機に本発明を適用することも可能である。

本発明の一実施例に係るターボ過給機を備えた内燃機関を簡略的に示す構成図。 上記実施例の制御の流れを示すフローチャート。 バイパス弁の切換に用いられる制御マップ。 本実施例に係る加速過渡状態でのバイパス弁の切換及びトルク特性を示すタイムチャート。

符号の説明

１…内燃機関
７Ａ，７Ｂ…排気通路
８…制御部
１０…ターボ過給機
１２Ａ，１２Ｂ…排気タービン

Claims (4)

1. 複数の気筒とターボ過給機のタービンとを接続する排気通路が２系統に分割され、かつ、両排気通路を互いに接続するバイパス通路を開閉するバイパス弁と、このバイパス弁の開閉を制御する制御部と、を有するターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置であって、
   上記制御部は、機関要求負荷の変化の度合いが所定の判定値よりも大きい加速過渡状態と判定した場合に、バイパス弁を閉とすることを特徴とするターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置。
2. 上記制御部は、上記加速過渡状態を除き、機関要求負荷と機関回転数とに基づいて、バイパス弁を開閉制御することを特徴とする請求項１に記載のターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置。
3. 上記制御部は、燃費が向上する低速低負荷域では、バイパス弁を閉とすることを特徴とする請求項２に記載のターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置。
4. 上記制御部は、機関トルクが向上する中速高負荷域では、バイパス弁を閉とすることを特徴とする請求項２又は３に記載のターボ過給機を備えた多気筒内燃機関の制御装置。
   

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