JP2009036021A - 内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動初期においてより良好なエミッションを得ることのできる内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法を提供する。
【解決手段】排気通路に触媒を有する対象エンジン（内燃機関）の運転状態について、同対象エンジンが、低排気量域にあることを示す所定の低排気量域運転モードによる運転中であるか否かを判断するプログラム（ステップＳ１１）と、このプログラムにより対象エンジンが低排気量域運転モードによる運転中である旨判断された場合に、排気流以外の動力により、詳しくはターボチャージャのタービンとコンプレッサとを接続する回転軸に取り付けられた電動式モータにより、タービンを駆動して、対象エンジンの排気通路のうち、タービンよりも排気上流側の圧力を高めるプログラム（ステップＳ１３〜Ｓ１６）と、を備える構成とする。さらにモータ駆動中に、触媒の暖機を促進するディザ制御を行うようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の吸排気系にそれぞれ設けられたコンプレッサとタービンとにより構成されるターボチャージャを対象にして、その駆動を制御する内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法に関する。

従来、エンジン（特に内燃機関）の排気動力を用いて吸入空気を過給する過給機としてターボチャージャが知られている。一般的にターボチャージャは、吸気管に設けられたコンプレッサと排気管に設けられたタービンとを有し、これらコンプレッサとタービンとは回転軸にて連結されている。そして、排気管を流れる排気によってタービンが回転すると、その回転力が回転軸を介してコンプレッサに伝達され、吸気管内を流れる吸入空気量がコンプレッサにより圧縮されて過給が行われる。

また近年では、ターボチャージャの回転軸に電動式のモータ（電動機）を取り付け、このモータによりターボチャージャの回転をアシスト（助勢）するようにした電動ターボチャージャが開発されている。この場合、モータにターボチャージャの回転をアシストさせることで、ターボチャージャによる過給が強められ、同ターボチャージャの過給効果を向上させることができる。なおこの際、アシスト量（モータの駆動量）は、例えば内燃機関の運転状態に基づいて決定する。

このような電動ターボチャージャでは、モータを駆動することでターボチャージャ（詳しくはその回転軸）を回転させることできるため、例えばエンジン始動前などにおいても、上記ターボチャージャによる過給を行うことが容易になる。そこで従来、このエンジン始動前におけるターボチャージャによる過給を利用して、エンジンの始動性を向上させる技術が提案されている。例えば特許文献１では、エンジンの始動に先立ち、モータにターボチャージャの回転をアシストさせることで、吸入空気を加熱するとともに、その加熱によりエンジンの各部位を暖機して、エンジンの始動性を向上させている。

また一般に、排気浄化用触媒（特に三元触媒）の上流側及び下流側には、空燃比（＝空気の重量／燃料の重量）を検出するための酸素濃度センサ、例えば酸素濃度及び未燃ガス濃度により出力を変化させる空燃比センサ（Ａ／Ｆセンサ）、あるいは大気中と排気中との酸素濃度差により出力を変化させる酸素センサ（Ｏ2センサ）などを設置し、こうした酸素濃度センサの出力に基づいて空燃比をフィードバック制御することで、触媒の排気浄化効率を高めるようにした車両の排気浄化システムがある。
特開２００４−１５０３９２号公報

ところで通常、上記排気浄化システムに用いられる排気浄化用触媒は、その温度が活性温度に達している（活性化している）場合に排気中の有害物質を効率よく浄化することができるようになっている。そして通常、エンジンの暖機に伴い、触媒は活性温度まで加熱される。このため、エンジンの冷間始動時で触媒温度が活性温度に達していない場合には、その触媒を早期に活性化させるべく、触媒の暖機を促進する所定の制御（触媒暖機制御）、例えばリッチ空燃比（理論空燃比よりもリッチ側の空燃比）とリーン空燃比（理論空燃比よりもリーン側の空燃比）と、が交互に繰り返されるように、触媒よりも排気上流側の空燃比を制御するディザ制御を実行することで、エンジンの冷間始動時におけるエミッションの悪化を抑制している。しかしながら、ターボチャージャ等の過給機を備えるエンジンでは、その過給機において熱損失が発生することなどに起因して、触媒を早期に暖機させることが困難になる。このため、エンジンの冷間始動時においては、上記触媒暖機制御を実行しても、その制御を開始してから触媒温度が上記活性温度に達するまでには時間がかかってしまい、その間のエミッションについては十分なものが得られないことが懸念されるようになる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、エンジン始動初期においてより良好なエミッションを得ることのできる内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及び、その作用効果について記載する。

まず請求項１〜５に記載の発明は、内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャを備えるエンジンシステムに適用される内燃機関の過給機制御装置に係るものである。

請求項１に記載の発明では、前記内燃機関のクランキング時に前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明では、前記内燃機関のクランキングに先立ち、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする。

請求項３に記載の発明では、前記内燃機関のクランキング後に所定条件が成立したタイミングで前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明では、前記内燃機関の運転状態について、同機関が、低排気量域にあることを示す所定の低排気量域運転モードによる運転中であるか否かを判断する運転モード判断手段と、前記運転モード判断手段により前記内燃機関が低排気量域運転モードによる運転中である旨判断された場合に、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段と、を備えることを特徴とする。

請求項５に記載の発明では、前記内燃機関が停止中であるか否かを判断する機関停止判断手段と、前記内燃機関の始動前動作に係る所定の操作（一乃至複数の操作、例えばイグニッションキー操作や、ドア施錠の解除、ドア開動作など）がなされたか否かを判断する始動前動作判断手段と、前記機関停止判断手段により前記内燃機関が停止中である旨判断され、且つ、前記始動前動作判断手段により始動前動作に係る所定の操作がなされた旨判断された場合に、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段と、を備えることを特徴とする。

発明者は、上記エンジンシステムについて、内燃機関の低排気量域（例えばエンジン回転速度「２０００rpm」以下の領域）においてはタービンの駆動量が大きくなるほど内燃機関の排気通路のタービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係（図２参照）を見出し、上記請求項１〜５に記載の装置を発明した。発明者の実験等によれば、タービンの駆動量が大きくなるほどそのタービンの駆動により排気上流側への逆流が生じることで、排気通路におけるタービンよりも排気上流側の圧力がより高くなる。そこで、上記請求項１〜５に記載の装置では、内燃機関が低排気量域にある蓋然性の高い場合（例えばエンジン停止時やエンジン低回転速度域など）に、排気流以外の動力によりタービンを駆動して、内燃機関の排気通路におけるタービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えるように構成している。こうすることで、エンジン始動前やエンジン始動初期において、タービンよりも排気上流側の圧力を高めることが可能になる。これにより、排気圧力と共に排気温度が高まり、触媒の暖機が促進されるようになる。また、高められたタービン排気上流側の圧力により、シリンダから排出される排気が押し戻されることで、活性前の触媒に到達する排気量が少なくなる。このため、上記請求項１〜５に記載の装置によれば、エンジン始動初期において、より良好なエミッションを得ることができるようになる。

特にエンジン始動初期においては、前回のエンジン運転停止から今回のエンジン運転開始までの間に燃料噴射弁の燃料漏れなどによりシリンダ内に未燃燃料が残されており、この未燃燃料に起因して、排気が汚れている可能性が高い。このため、良好なエミッションを得る上では、少なくとも触媒が活性するまでは、触媒に到達する排気量が少ないことが好ましい。この点、上記請求項１〜５に記載の装置によれば、そうしたエンジン始動初期にあっても、より良好なエミッションを得ることができるようになる。

請求項６に記載の発明では、上記請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置において、前記圧力可変手段が、前記ターボチャージャのタービンとコンプレッサとを接続する回転軸に取り付けられた電動式モータの駆動量を制御することにより前記タービン排気上流側の圧力を高めるものであることを特徴とする。このような電動式モータを制御することで、タービン排気上流側の圧力を、より容易且つ的確に制御することが可能になる。

またこの場合、前記圧力可変手段についてはこれを、請求項７に記載の発明のように、前記電動式モータの駆動量について目標値を設定するとともに、同モータの駆動量を初期値からその目標値まで段階的に上昇させることで、前記タービン排気上流側の圧力を段階的に高めるものとすることが有効である。

内燃機関の低排気量域（例えばエンジン回転速度「２０００rpm」以下の領域）においては、排気流から得られるタービン回転力が小さいため、モータへの負荷が大きく、急に高い駆動力でモータを回転させるとモータが故障するおそれがある。この点、上記構成では、モータの駆動量を初期値から目標値まで段階的に上昇させるようにしている。これにより、モータの駆動量（過給アシスト量）が徐々に大きくなるようになり、モータの負担を軽減することができ、ひいてはモータ故障等の可能性を低くすることが可能になる。

請求項８に記載の発明では、上記請求項６又は７に記載の装置において、前記圧力可変手段が、前記内燃機関の冷却水温（液温）に基づいて、前記電動式モータの駆動量に係る目標値を設定するものであることを特徴とする。

こうした構成であれば、内燃機関の暖機状態（ひいては触媒の暖機状態）に合わせ、前記電動式モータの駆動量に係る目標値として適切な値を設定することが可能になる。

請求項９に記載の発明では、上記請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置において、前記エンジンシステムは、前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記触媒の暖機（ひいては活性化）を促進する所定の触媒暖機処理を行う触媒暖機促進手段を備えるものであることを特徴とする。

こうした構成であれば、触媒暖機前において、シリンダから排出される排気を的確に押し戻すことが可能になり、ひいては触媒暖機前に触媒に到達する排気量をより確実に少なくすることが可能になる。

また、上記請求項９に記載の装置に関しては、例えば請求項１０に記載の発明のように、
・前記内燃機関が、シリンダ内において所定の点火方式で燃料着火のための点火を行う火花点火式エンジンであり、前記触媒暖機処理が、前記内燃機関の点火時期を遅角させるものである構成。
あるいは請求項１１に記載の発明のように、
・前記触媒暖機処理が、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるリッチ空燃比と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるリーン空燃比と、が交互に繰り返されるように、前記触媒よりも排気上流側の空燃比を制御するものである構成。
等々の構成とすることが有効である。これらの構成であれば、触媒を好適に暖機することができる。

例えば内燃機関での燃料の後燃え量は、シリンダから排出される排気の圧力及び温度が大きいほど多くなる。また、後燃え量が多いほど触媒の暖機が促進される。この点、上記請求項１０に記載の装置では、点火時期を遅角させることで、後燃え量を増大させることができる。しかもこの際、前記圧力可変手段により排気圧力と共に排気温度が高められることで、後燃え量はより多くなる。該装置では、こうして触媒の早期暖機が図られるようになる。

一方、上記請求項１１に記載の装置では、例えば燃料噴射制御により、リッチ空燃比／リーン空燃比を交互に繰り返す。このように、強制的にリッチ側とリーン側とに交互に振らせる制御は、一般にディザ制御と称される。こうしたディザ制御において、燃料噴射量をリッチ側に振らせた場合には、排気中の一酸化炭素（ＣＯ）の濃度を濃くすることができる。他方、燃料噴射量をリッチ側に振らせた場合には、排気中の酸素（Ｏ2）の濃度を濃くすることができる。その結果、触媒（特に三元触媒）上で、一酸化炭素と酸素とを酸化反応させて反応熱を発生させることができ、触媒の早期暖機が図られるようになる。またこの際、前記圧力可変手段により排気圧力と共に排気温度が高められることで、ディザ制御による早期暖機効果はより大きなものとなる。なお、こうしたディザ制御を行う場合には、後燃えの環境を整えてから開始することが重要になる。例えば排気圧力及び排気温度が低い状態でディザ制御を開始した場合には、後燃えが起こらず、無駄な燃料を噴射することにもなりかねない。したがって、ディザ制御を開始する前に前記圧力可変手段によりタービン排気上流側の圧力を高めて、それら圧力及び温度が十分上昇したことを確認してからディザ制御を開始することが望ましい。こうすることで、効率的にディザ制御の効果を得ることができるようになる。

請求項１２に記載の装置では、上記請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置において、前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記タービンの単位駆動量あたりの前記コンプレッサによる過給量である過給効率を低減する過給効率低減手段を備えることを特徴とする。

発明者の実験等により、吸気通路における過給量（ひいては排気量）が大きくなると、上述の関係、すなわちタービンの駆動量が大きくなるほど内燃機関の排気通路のタービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係が、必ずしも成立しなくなることが確認されている。この点、上記請求項１２に記載の装置では、過給効率低減手段により過給効率を低減することで、過給量が抑えられるようになる。こうして上述の関係がより成立し易い環境を作ることができる。

請求項１３に記載の装置では、上記請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置において、前記吸気通路には、前記コンプレッサの吸気上流側と吸気下流側とを連通させるバイパス通路が設けられており、該バイパス通路の所定部位には、開度に応じてその所定部位の吸気流通面積を可変とするバイパスバルブが設けられており、前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記バイパスバルブの開度を前記吸気流通面積がより大きくなる側へ変更するバルブ開度変更手段を備える、ことを特徴とする。

エンジン始動初期などの吸入空気量の少ない状態において過給量（ひいてはコンプレッサ及びタービンの回転量）を大きくすると、コンプレッサにてサージの発生するおそれがある。この点、上記請求項１３に記載の装置では、前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中にバイパスバルブを開くようにしている。こうすることで、上記圧力可変の実行中においてコンプレッサは空回りの状態となり、サージが発生しなくなる。また、タービンの回転力（回転量）を増加させることができるため、タービン排気上流側の排気圧力を上昇させることができる。

また通常、バルブ開度変更手段によりバイパスバルブを開くことで、過給量が抑えられるようになる。したがってこの場合も、上述の関係がより成立し易い環境になる効果を期待できる。

請求項１４に記載の装置では、上記請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置において、前記内燃機関の排気通路における前記タービンよりも排気上流側の所定部位の圧力又はその圧力と相関するパラメータ（例えば温度）を監視しつつ、前記圧力可変手段により前記タービン排気上流側の圧力を高めることで、前記監視される圧力又は相関パラメータを所定の目標値に制御する手段を備えることを特徴とする。こうした構成であれば、排気圧力をより精密に所望の値に制御することが可能になる。

また発明者は、上記各装置を実現するために用いて有益な装置として、請求項１５に記載の装置、すなわち内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャを備えるエンジンシステムに適用され、前記内燃機関の低排気量域においては前記タービンの駆動量が大きくなるほど前記内燃機関の排気通路の前記タービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係（例えばマップや数式等として保持）に基づき、前記内燃機関の低排気量域における前記タービンの駆動量を決定する手段を備える装置を発明した。こうした構成であれば、前記タービン駆動量の制御を通じて、タービン排気上流側の排気圧力を適当な値に制御することが可能になる。

一方、内燃機関の排気圧力制御方法としては、請求項１６に記載の発明のように、内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャを備えるエンジンシステムに適用され、前記内燃機関の低排気量域においては前記タービンの駆動量が大きくなるほど前記内燃機関の排気通路の前記タービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係に基づき、前記内燃機関の排気通路における前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める方法が有効である。こうした方法によれば、上述の装置による効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果を得ることができる。

（第１の実施形態）
以下、図１〜図６を参照して、本発明に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法を具体化した第１の実施形態について説明する。なお、本実施形態の装置及び方法は、例えば４輪自動車用のエンジンシステムに適用され、特にエンジン始動初期におけるエミッションを改善するために用いられるものである。

はじめに、図１を参照して、本実施形態のエンジンシステムの概略構成を説明する。この図１は同システムの概要を示す構成図であり、図中の信号線は配線レイアウトに相当する。

同図１に示されるように、このシステムは、エンジン１０を制御対象とするものであり、各種のセンサ出力に基づき、電子制御ユニットとしてのエンジンＥＣＵ７０及びモータＥＣＵ６０等により、ターボチャージャ５０の本体に取り付けられたアシスト電動機（アシストモータ）５３ａをはじめとする各種アクチュエータを制御するように構成されている。なお、このシステムの制御対象とするエンジン（図中のエンジン１０）としては、４輪自動車（例えばＡＴ車）に搭載される多気筒（例えば直列４気筒）エンジンを想定している。ただし、この図１においては、説明の便宜上、１つのシリンダ（図中のシリンダ２０）のみを図示している。このエンジン１０は、燃料燃焼によるエネルギーを回転運動に変換して出力軸を回転させる４ストローク（４×ピストン行程）のレシプロ式吸気ポート噴射エンジン（内燃機関）である。すなわちこのエンジン１０では、吸排気弁２１，２２のカム軸（図示略）に設けられた気筒判別センサ（電磁ピックアップ）にてその時の対象シリンダが逐次判別され、例えば図中のシリンダ２０をシリンダ＃１とする４つのシリンダ＃１〜＃４について、それぞれ吸入・圧縮・燃焼・排気の４行程による１燃焼サイクルが「７２０°ＣＡ」周期で、詳しくは例えば各シリンダ間で「１８０°ＣＡ」ずらして、シリンダ＃１，＃３，＃４，＃２の順に逐次実行される。これら４つのシリンダ＃１〜＃４の構成は基本的には同様の構成となっているため、ここでは１つのシリンダ２０に注目して、当該システムについての説明を行う。

ここで制御対象とされるエンジン１０は、火花点火式のエンジンであり、基本的には、シリンダヘッド及びシリンダブロックによりシリンダ（気筒）２０が形成されて構成されている。シリンダブロックには、冷却水がエンジン１０内を循環するための冷却水路（ウォータージャケット）と、同水路内の冷却水の温度（冷却水温）を検出する水温センサ２０ｂとが設けられており、その冷却水によりエンジン１０が冷却されている。また、シリンダ２０内には、ピストン２０ａが収容され、そのピストン２０ａの往復動により、エンジン１０の出力軸（４つのシリンダに共通の出力軸）であるクランク軸（図示略）が回転するようになっている。なお、クランク軸の外周側には、所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）クランク角信号を出力するクランク角センサ２６（例えば電磁ピックアップ）が配設され、同クランク軸（エンジン出力軸）の回転角度位置や回転速度（エンジン回転速度）等が検出可能とされている。

シリンダヘッドには、燃焼室２３に開口する吸気ポート（吸気口）と排気ポート（排気口）とが例えば１つのシリンダに対して２つずつ（計４ポート）形成されている。そして、これら吸気ポート及び排気ポートが、それぞれ図示しないカム（詳しくはクランク軸と連動するカム軸に取り付けられたカム）によって駆動される吸気弁（吸気バルブ）２１と排気弁（排気バルブ）２２とにより開閉されるようになっている。さらに、これら各ポートを通じてシリンダ２０内の燃焼室２３と車外（外気）とを連通可能にすべく、吸気ポートには、各シリンダに外気（新気）を吸入するための吸気管３０（吸気マニホールドも含む）が接続され、排気ポートには、各シリンダから燃焼ガス（排気）を排出するための排気管４０（排気マニホールドも含む）が接続されている。

エンジン１０の吸気系を構成する吸気管３０（吸気通路）には、吸気管３０最上流部のエアクリーナ（図示略）を通じて吸入される空気量（新気量）を検出するために、その新気の流量（新気量）を電気信号として検出するエアフロメータ３１ａ（例えばホットワイヤ式エアフロメータ）が設けられている。また、このエアフロメータ３１ａの近傍には、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ３１ｂが設けられている。さらに、これらエアフロメータ３１ａ及び吸気温センサ３１ｂよりも下流側には、過給用の吸気コンプレッサ５１（詳しくは後述）と、吸気冷却用のインタクーラ３３と、ＤＣモータ等のアクチュエータによって電子的に開度調節される電子制御式のスロットル弁３４（吸気絞り弁）と、このスロットル弁３４の開度（スロットル弁開度）や動き（開度変動）を検出するためのスロットル開度センサ３４ａとが設けられている。またここで、吸気管３０には、コンプレッサ５１の吸気上流側と吸気下流側とを連通させるバイパス通路３２が設けられている。また、このバイパス通路３２の中途（所定部位）には、開度（弁開度）に応じてその配設部位（所定部位）の吸気流通面積（ひいては空気流量）を可変とする例えばダイアフラム式（その他、電動式等でも可）のＡＢＶ３２ａ（バイパスバルブ）が設けられている。なお、このＡＢＶ３２ａの開度は、エンジンＥＣＵ７０により所望の値に制御されるようになっている。

また、スロットル弁３４の下流側には、吸気脈動や吸気干渉を防ぐ等の目的で吸気管３０の通路面積が拡大（拡径）されたサージタンク３０ａが設けられ、このサージタンク３０ａには吸気管圧力を検出するための吸気管圧力センサ３５が設けられている。

こうした吸気管３０は、サージタンク３０ａの下流側で、エンジン１０の各シリンダに空気を導入するように分岐している。そして、この吸気管３０の分岐路には、各シリンダの吸気ポート近傍にて燃料を噴射供給する電磁駆動式（又はピエゾ駆動式等）のインジェクタ３７（燃料噴射弁）が、シリンダごとに取り付けられている。エンジン１０では、これらシリンダごとに設けられた各インジェクタにより、吸気通路、特に各シリンダの吸気ポートに対して、燃料（ガソリン）が噴射供給（ポート噴射）されるようになっている。そして、このインジェクタ３７により噴射された燃料（厳密には吸入空気との混合気）に対して点火を行うことでその燃料を燃焼させるようにしている。そのために、エンジン１０の各シリンダのシリンダヘッドには、それぞれ点火コイル等からなる点火装置（図示略）を備えた点火プラグ２５が取り付けられている。すなわち、このエンジン１０において点火を行う際には、ＥＣＵ７０により、上記点火プラグ２５に対して、所望の点火時期で高電圧が印加される。そして、この高電圧の印加により、各点火プラグ２５の対向電極間に火花放電が発生し、この発生した火花放電によって、燃焼室２３内に導入された混合気が着火し、吸気と燃料との反応に基づき燃料が燃焼する。

一方、エンジン１０の排気系を構成する排気管４０には、ターボチャージャ５０の一部として排気流により回転する排気タービン５２（詳しくは後述）が設けられている。ここでは、排気管４０のうち、このタービン５２よりも排気上流側の部分を排気管４０ａ、同タービン５２よりも排気下流側の部分を排気管４０ｂと呼ぶ。

排気管４０ａには、上記シリンダ２０から排出された排気を検出対象として、時々の排気中酸素濃度（ひいては空燃比）に応じた電気信号（詳しくは空燃比に応じてリニアに変化する電気信号）を出力する酸素濃度センサ、いわゆるＡ／Ｆセンサ４１が設けられている。一方、排気管４０ｂには、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒４２が排気浄化装置として設けられ、この触媒４２の下流側には、大気中と排気中との酸素濃度差によりリッチ／リーンに応じて２値的に出力を変化させる酸素濃度センサ、いわゆるＯ2センサ４３が設けられている。本実施形態では、これらＡ／Ｆセンサ４１及びＯ2センサ４３のセンサ出力に基づいて、空燃比フィードバック制御を実行するようにしている。

次に、上記吸気コンプレッサ５１及び排気タービン５２を有して構成されるターボチャージャについて説明する。

すなわち、吸気管３０と排気管４０との間には、電動アシスト式のターボチャージャ（電動ターボチャージャ）５０が配設されている。このターボチャージャ５０は、吸気管３０に設けられた吸気コンプレッサ５１と、排気管４０の中途に設けられた排気タービン５２とを有し、これらコンプレッサ５１及びタービン５２がシャフト５３（回転軸）にて連結されている。また、このシャフト５３には、同ターボチャージャ５０の駆動をアシスト（助勢）する電動式のアシストモータ５３ａが設けられており、図示しないバッテリから電力が供給されている。シャフト５３は、これらターボチャージャ５０とアシストモータ５３ａとの共通の出力軸に相当する。また、アシストモータ５３ａには、モータの温度を検出するために、温度センサ５３ｂが設けられている。こうした構成に基づき、このターボチャージャ５０では、排気管４０を流れる排気とアシストモータ５３ａの駆動（アシスト）とによって排気タービン５２を回転させる。そして、その回転力がシャフト５３を介して吸気コンプレッサ５１に伝達され、この吸気コンプレッサ５１により、吸気管３０内を流れる空気が圧縮されて過給が行われることになる。なおこの時、過給された空気が上記インタクーラ３３によって冷却されることにより、吸入空気の充填効率が高められることになる。

こうしたシステムの中で、電子制御ユニットとして主体的にエンジン制御を行う部分がエンジンＥＣＵ７０（エンジン制御用ＥＣＵ）である。このＥＣＵ７０は、上記各種センサの検出信号に基づいてエンジン１０の運転状態やユーザの要求を把握し、それに応じて上記スロットル弁３４やインジェクタ３７等の各種アクチュエータを操作することにより、その時々の状況に応じた最適な態様で上記エンジン１０に係る各種の制御を行っている。例えばエンジン１０の定常運転時には、上記各センサの検出信号に基づいて、各種の燃焼条件（例えば点火時期や、燃料噴射量、吸入空気量、ひいては空燃比等）を算出するとともに、各種アクチュエータを操作することで、上記各シリンダ内（燃焼室）での燃料燃焼を通じて生成される図示トルク（生成トルク）、ひいては実際に出力軸（クランク軸）へ出力される軸トルク（出力トルク）を制御する。また、上記Ａ／Ｆセンサ４１及びＯ2センサ４３のセンサ出力に基づき、例えば各シリンダ内での燃焼に供される燃料や空気を供給するインジェクタ３７の噴射時間やスロットル弁３４の開度などを可変制御することで、上記触媒４２周辺の排気中の空燃比を理論空燃比に近づける（望ましくは一致させる）制御、いわゆる空燃比フィードバック制御を実行する。基本的には、空燃比リーン（＞理論空燃比）の場合には燃料噴射量を増量制御する一方、空燃比リッチ（＜理論空燃比）の場合には燃料噴射量を減量制御することで、その空燃比が理論空燃比近傍の所定範囲内に維持されるようになっている。ただし、エンジン１０の冷間始動時で触媒４２の温度が活性温度に達していない場合には、その触媒４２を早期に活性化させるべく、触媒４２の暖機を促進する所定の制御（触媒暖機制御）、詳しくは燃料噴射制御を通じて、リッチ空燃比（理論空燃比よりもリッチ側の空燃比）とリーン空燃比（理論空燃比よりもリーン側の空燃比）と、が交互に繰り返されるように、触媒４２よりも排気上流側の空燃比を制御するディザ制御を実行することで、エンジン１０の冷間始動時におけるエミッションの悪化を抑制している。

また、モータＥＣＵ６０は、例えば電圧「１２Ｖ」で電力供給を行う図示しない車載バッテリから電力の供給を受け、エンジンＥＣＵ７０から随時取得する要求アシスト量や、逐次検出されるターボチャージャ５０の回転速度等に基づいて、アシストモータ５３ａ（詳しくは同モータ５３ａの励磁コイル）に対する通電を制御している。なお、要求アシスト量は、時々のエンジン運転状態に応じて必要とされるアシストモータ５３ａの駆動量に相当するものであり、例えばエンジン１０の運転状態（例えばエンジン回転速度や、アクセル操作量、要求エンジントルク等）に基づき、エンジンＥＣＵ７０にて算出される。また、ターボチャージャ５０の回転速度は、シャフト５３の回転速度に相当するものであり、例えばコンプレッサ５１に対して配設された回転速度検出センサ（図示略）からのピックアップ信号（シャフト５３の回転速度信号）に基づき、モータＥＣＵ６０にて算出される。

これらＥＣＵ６０，７０は、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置として機能するものであり、それぞれ周知のマイクロコンピュータ（図示略）を備えて構成されている。このマイクロコンピュータは、基本的には、各種の演算を行うＣＰＵ（基本処理装置）、その演算途中のデータや演算結果等を一時的に記憶するメインメモリとしてのＲＡＭ（Random Access Memory）、プログラムメモリとしてのＲＯＭ（読み出し専用記憶装置）、データ保存用メモリとしてのＥＥＰＲＯＭ（電気的に書換可能な不揮発性メモリ）やバックアップＲＡＭ（ＥＣＵの主電源停止後も車載バッテリ等のバックアップ電源により常時給電されているメモリ）、さらにはＡ／Ｄ変換器やクロック発生回路等の信号処理装置、外部との間で信号を入出力するための入出力ポート等といった各種の演算装置、記憶装置、信号処理装置、通信装置、及び電源回路等によって構成されている。そして、ＲＯＭには、当該過給機制御（特にアシストモータ５３ａの制御）に係るプログラムを含めたエンジン制御に係る各種のプログラムや制御マップ等が、またデータ保存用メモリ（例えばＥＥＰＲＯＭ）には、エンジン１０の設計データをはじめとする各種の制御データ等が、それぞれ予め格納されている。

以上、本実施形態に係るエンジンシステム（車両制御システム）の構成について説明した。次に、図２〜図６を参照しつつ、このシステムの動作について説明する。

先の特許文献１に記載のシステムと同様、このシステムにおいても、エンジン１０を始動する際に、触媒４２を含めたエンジン各部位の暖機を行うようにしている。ただし本実施形態では、エンジン１０が低排気量域にあることを示す所定の低排気量域運転モード、詳しくは始動運転モードによる運転中である場合に、発明者が実験等により発見した関係、すなわち図２に示すような関係に基づき、エンジン１０の始動に際してアシストモータ５３ａを駆動して、排気管４０ａ（排気通路４０のうち、タービン５２よりも排気上流側の部分）の圧力を高めるようにしている。

図２は、発明者の実験結果、詳しくは同実験等により発見された、アシストモータ５３ａの駆動量（アシスト動力）と排気管４０ａの圧力変化量との関係を示すグラフである。

同図２に示されるように、発明者の実験では、アシスト動力が所定値（この例では約「２００（Ｗ）」）を超える領域においては、アシスト動力が大きくなるにつれて、タービン５２入口（タービン上流側近傍）の圧力も大きくなった。発明者は、この現象を、タービン５２の駆動量が大きくなることで同タービン５２から排気上流側への逆流が生じることによるものである、と推察している。すなわち、この逆流により、排気管４０ａの圧力が高められる、と考えられる。

図３〜図５は、本実施形態の上記ＥＣＵ６０，７０により実行される触媒暖機制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、これら各図の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ６０，７０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。また、これら各図の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ６０，７０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図３〜図５に示されるように、いずれの図に示す一連の処理においても、最初のステップでは実行条件の成否を判断する。すなわち、図３の処理では、エンジン１０が始動運転モードによる運転中であり、且つフラグＦ１に「０」が設定されていること、図４の処理では、フラグＦ１に「１」が、フラグＦ２に「０」がそれぞれ設定されていること、図５の処理では、フラグＦ２に「１」が設定されていること、がそれぞれ実行条件に相当し、この条件が成立するまで繰り返しその実行条件の成否判断を実行し、この条件が成立したことに基づいて次のステップに進む。なお、本実施形態では、これらフラグＦ１，Ｆ２の初期値がそれぞれ「０」に設定されている。したがってはじめは、エンジン１０の運転モードが始動運転モードになったことに基づき、図３の処理だけが進行することになる。以下、図３の処理について説明する。

同図３に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ１１，Ｓ１２で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ１３へ移行する。

詳しくは、エンジン１０の始動は、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）のオン／オフ動作に基づいて行われる。ＩＧＳＷは、点火スイッチと始動スイッチを兼ね、運転者のキー操作によりオン／オフ駆動されるものである。すなわち、運転者がイグニッションキーをキーシリンダに差し込んで回すと、１段目でステアリングロックが解除され、２段目でラジオなどのアクセサリー類、３段目で点火装置に電流が流れ、もう１段回すとスタータモータ（図示略）がクランク軸（エンジン１０の出力軸）を回転させ（クランキングし）、エンジン１０を始動する。

ステップＳ１１では、例えばスタータモータがＯＮしたことと、クランク軸の回転速度（エンジン回転速度）が「５００rpm」以上になったことと、の両方が同時に成立したか否かを判断する。そして、これらの条件が同時に成立した旨判断された場合にのみ、エンジン１０が始動運転モードによる運転中である旨判断する。

続くステップＳ１３，Ｓ１４では、まずステップＳ１３で、アシストモータ５３ａの駆動電力（駆動量）の目標値である目標電力Ｐ０が設定されたか否かを判断し、この判断により目標電力Ｐ０がまだ設定されていない旨判断された場合には、続くステップＳ１４で、所定のパラメータ（例えば水温センサ２０ｂにより検出されるその時の冷却水温）に基づいて、目標電力Ｐ０の値を決定及び設定するとともに、その時のアシストモータ５３ａに実際に印加される電力である印加電力Ｐ１に対し、所定の初期値（例えば「０」）を設定する。他方、ステップＳ１３で目標電力Ｐ０が既に設定された旨判断された場合には、ステップＳ１４の処理は行わず（スキップして）、次のステップＳ１５に進む。すなわち、ステップＳ１４の処理は、エンジン始動直後において１回だけ行われて、それ以降は、エンジン１０が再始動されるまで行われない。

ステップＳ１５では、印加電力Ｐ１を所定量ΔＰ（ここでは固定値、ただしエンジン運転状態等の所定パラメータに応じた可変値でも可）だけ増加（増量）する（Ｐ１＝Ｐ１（前回値）＋ΔＰ）。また、続くステップＳ１６では、その時の印加電力Ｐ１の値が、ステップＳ１４で設定した目標電力Ｐ０以上の範囲にある（Ｐ１≧Ｐ０）か否かを判断する。こうして、上記ステップＳ１５で印加電力Ｐ１が増加され、目標電力Ｐ０以上になるまでは、繰り返し上記ステップＳ１５で印加電力Ｐ１が増加されるとともに、上記ステップＳ１６で印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０以上の範囲にない旨判断されることになる。この場合には、続くステップＳ１７２で、フラグＦ１に繰り返し「０」を設定する。本実施形態では、ステップＳ１５にてアシストモータ５３ａの駆動量を初期値から目標値（目標電力Ｐ０）まで段階的に上昇させることで、同モータ５３ａの駆動量（過給アシスト量）を徐々に大きくするようにしている。これにより、同モータ５３ａにかかる負担（特に軸やベアリングにかかる負担）が軽減されることになる。そしてこのように、上記ステップＳ１５で印加電力Ｐ１が段階的に増加（それに伴いタービン入口の圧力も徐々に増加）されていき、目標電力Ｐ０以上になった場合には、上記ステップＳ１６で印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０以上の範囲にある旨判断されるようになる。この場合には、続くステップＳ１７１で、フラグＦ１に「１」を設定する。これにより、図４の処理の実行条件が成立するとともに、図３の処理の実行条件（ステップＳ１２の条件）が成立しなくなる。

次に、図４の処理について説明する。なお、印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０に達する頃には、コンプレッサ５１及びタービン５２の回転速度も十分高くなっており、その回転速度がサージ領域に到達している可能性がある。このサージ領域では、コンプレッサ５１の仕事の効率が低下するだけでなく、サージの衝撃波などに起因してコンプレッサ５１が損傷することも懸念される。このため、図４の処理では、こうしたサージ領域を避けるべくＡＢＶ３２ａ（図１）を開いて、コンプレッサ５１の吸気上流側と吸気下流側とを連通させることにより、コンプレッサ５１を流れる空気の流速を上げるようにしている。

同図４に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ２１，Ｓ２２で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ２３へ移行する。

ステップＳ２３〜Ｓ２５では、まずステップＳ２３で、その時にＡＢＶ３２ａが開いているか否かを判断し、この判断によりＡＢＶ３２ａが開いていない旨判断された場合には、続くステップＳ２４でＡＢＶ３２ａを所定の開度に開くとともに、さらに続くステップＳ２５で、所定タイマ（ここではプログラム上に実現）の残り時間を示すパラメータ、すなわちタイマ残り時間Ｔｍ１に初期値int1を設定（セット）する。他方、ステップＳ２３でＡＢＶ３２ａが開いている旨判断された場合には、ステップＳ２４，Ｓ２５の処理は行わず（スキップして）、次のステップＳ２６に進む。

ステップＳ２６では、タイマ残り時間Ｔｍ１を「１」だけ減算（カウントダウン）する（Ｔｍ１＝Ｔｍ１（前回値）−１）。また、続くステップＳ２７では、その時のタイマ残り時間Ｔｍ１の値が、「０」以下の範囲にある（Ｔｍ１≦０）か否かを判断する。こうして、上記ステップＳ２６でタイマ残り時間Ｔｍ１が減算され、「０」以下になるまでは、繰り返し上記ステップＳ２６でタイマ残り時間Ｔｍ１が減算されるとともに、上記ステップＳ２７でタイマ残り時間Ｔｍ１が「０」以下の範囲にない旨判断されることになる。この場合には、続くステップＳ２８２で、フラグＦ２に繰り返し「０」を設定する。他方、ステップＳ２６でタイマ残り時間Ｔｍ１が減算され、「０」以下になった場合には、上記ステップＳ２７でタイマ残り時間Ｔｍ１が「０」以下の範囲にある旨判断されるようになる。この場合には、排気管４０ａの温度が十分高くなったとして、続くステップＳ２８１で、フラグＦ２に「１」を設定する。これにより、図５の処理の実行条件が成立するとともに、図４の処理の実行条件（ステップＳ２２の条件）が成立しなくなる。次に、図５の処理について説明する。

同図５に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ３１で、上述の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ３２へ移行する。

ステップＳ３２では、燃料噴射量の制御を通じて、各シリンダにおいて、それぞれリッチ空燃比とリーン空燃比とが交互に繰り返されるように、触媒４２よりも排気上流側の空燃比（例えばＡ／Ｆセンサ４１にて検出）を制御する（ディザ制御の実行）。また、続くステップＳ３３では、触媒４２の暖機が完了したか否かを判断する。こうして、このステップＳ３３で触媒４２の暖機が完了した旨判断されるまでは、継続的に上記ステップＳ３２のディザ制御が実行されることになる。

なお、ステップＳ３２では、各シリンダでディザ制御を行うようにしているが、これに限られず、例えばシリンダ（本実施形態では４つのシリンダ）を、リッチ運転（燃料噴射量をリッチ補正して運転）するリッチグループとリーン運転（燃料噴射量をリーン補正して運転）するリーングループとに分けて（例えば２つずつ）、触媒４２を暖機させるようにしてもよい。この場合も、各シリンダからの排気の集合部分でリッチな排気とリーンな排気との反応、ひいては発熱（ひいては排気温度の上昇）が生じることになる。

また、ステップＳ３３では、例えば水温センサ２０ｂによる冷却水温に基づき触媒４２の温度を推定し、さらに触媒４２に付与される熱量を積算することにより触媒４２の温度上昇量を推定する。具体的には、例えば燃料噴射量等の時々の投入熱源量を積算することにより、時々の発生熱量、ひいてはその積算値としての触媒温度上昇量を演算する。ただしこうした方法に限られず、その他、例えばディザ制御（ステップＳ３２）の実行時間、あるいは排気温度の実測値（センサ出力）に基づいて、触媒４２の暖機完了の有無を判断（例えば実行時間が所定時間を超えたら暖機完了である旨判断）するようにしてもよい。

そして、上記ステップＳ３３で触媒４２の暖機が完了した旨判断された場合には、続くステップＳ３４で、ディザ制御を停止するとともに、ＡＢＶ３２ａを閉じる。さらに続くステップＳ３５で、フラグＦ１，Ｆ２、目標電力Ｐ０、及び印加電力Ｐ１に対して、それぞれ「０」を設定する。これにより、アシストモータ５３ａが停止されることになる。

図６（ａ）〜（ｇ）は、それぞれ上記図３〜図５の処理が実行された場合の各制御パラメータ（（ａ）エンジン回転速度、（ｂ）モータ駆動動力（印加電力Ｐ１）、（ｃ）タービン５２の回転速度、（ｄ）タービン５２入口の圧力、（ｅ）タービン５２入口の温度、（ｆ）触媒４２入口の温度、（ｇ）排気中のＨＣ濃度）の推移を示すタイミングチャートである。ここでは、モータアシストのない（Ｐ１＝０）装置を比較例に用い、この比較例の動作態様を（ｂ）〜（ｇ）中に破線にて、また本実施形態の動作態様を（ａ）〜（ｇ）中に実線にてそれぞれ示して、両者を対比しつつ説明を行う。

同図６に示されるように、図中のタイミングｔ０でエンジン１０が始動されると、本実施形態の装置では、（ｂ）に示されるように、アシストモータ５３ａの駆動を開始する。すなわち、図３のステップＳ１５にてアシストモータ５３ａの駆動量（印加電力Ｐ１）を初期値から目標値（目標電力Ｐ０）まで段階的に上昇させる。こうした処理に基づき、この例では、タイミングｔ１で、印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０になる。そしてこのモータ５３ａの駆動により、（ｄ）に示されるように、タービン５２入口の圧力が高められ、（ｅ）に示されるように、それに伴いタービン５２入口の温度が上昇し、（ｆ）に示されるように、触媒４２の早期活性が図られ、ひいては（ｇ）に示されるように、その活性化された触媒４２の浄化作用により、排気中のＨＣ濃度が、比較例の場合よりも低減されることになる。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法によれば、以下のような優れた効果が得られるようになる。

（１）内燃機関（エンジン１０）の排気通路に設けられたタービン５２が排気流によって駆動されることに基づき同タービン５２と連動するコンプレッサ５１により吸気通路（吸気管３０）にて過給を行うターボチャージャ５０を備えるエンジンシステムに本実施形態の装置及び方法を適用した。このうち、内燃機関の排気圧力制御方法として、エンジン１０の低排気量域においてはタービン５２の駆動量が大きくなるほど排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路のタービン５２よりも排気上流側）の圧力が高くなる、といった関係（図２参照）に基づき、排気管４０ａの圧力を高めるようにした。また、内燃機関の過給機制御装置として、エンジン１０のクランキング後に所定条件（図３のステップＳ１１の条件）が成立したタイミング（図６のタイミングｔ０）で排気流以外の動力によりタービン５２を駆動して、エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側（排気管４０ａ）の圧力を高めるプログラム（圧力可変手段、図３）を備える構成とした。より具体的には、エンジン１０の運転状態について、同エンジン１０が、低排気量域にあることを示す所定の低排気量域運転モードによる運転中であるか否かを判断するプログラム（運転モード判断手段、図３のステップＳ１１）と、このプログラムによりエンジン１０が低排気量域運転モードによる運転中である旨判断された場合に、排気流以外の動力によりタービン５２を駆動して、エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側（排気管４０ａ）の圧力を高めるプログラム（圧力可変手段、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６）と、を備える構成とした。

これら装置及び方法を適用したことで、エンジン始動初期において、タービン５２よりも排気上流側の圧力を高めることが可能になる。これにより、排気圧力と共に排気温度が高まり、触媒４２の暖機が促進されるようになる。また、高められたタービン５２排気上流側の圧力により、シリンダ２０から排出される排気が押し戻されることで、活性前の触媒４２に到達する排気量が少なくなる。このため、こうした構成とすることで、エンジン始動初期において、より良好なエミッションを得ることができるようになる。

（２）図３のステップＳ１３〜Ｓ１６においては、ターボチャージャ５０のタービン５２とコンプレッサ５１とを接続する回転軸（シャフト５３）に取り付けられた電動式モータ（アシストモータ５３ａ）の駆動量を制御することにより排気管４０ａ（タービン排気上流側）の圧力を高めるようにした。このような電動式モータを制御することで、排気管４０ａの圧力を、より容易且つ的確に制御することが可能になる。

（３）図３のステップＳ１３〜Ｓ１６においては、アシストモータ５３ａの駆動量について目標値（目標電力Ｐ０）を設定するとともに、同モータ５３ａの駆動量を初期値からその目標値まで段階的に上昇させることで、排気管４０ａ（タービン排気上流側）の圧力を段階的に高めるようにした。これにより、上記モータ５３ａの駆動量（過給アシスト量）が徐々に大きくなるようになり、同モータ５３ａの負担を軽減することができ、ひいては同モータ５３ａ故障等の可能性を低くすることが可能になる。

（４）図３のステップＳ１３〜Ｓ１６においては、エンジン１０の冷却水温（液温）に基づいて、電動式モータ（アシストモータ５３ａ）の駆動量に係る目標値（目標電力Ｐ０）を設定するようにした。こうした構成であれば、エンジン１０の暖機状態（ひいては触媒４２の暖機状態）に合わせ、アシストモータ５３ａの駆動量に係る目標値として適切な値を設定することが可能になる。

（５）エンジンシステムが、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動中に、触媒４２の暖機（ひいては活性化）を促進する所定の触媒暖機処理を行うプログラム（触媒暖機促進手段、図５）を備える構成とした。こうした構成であれば、触媒暖機前において、シリンダ２０から排出される排気を的確に押し戻すことが可能になり、ひいては触媒暖機前に触媒に到達する排気量をより確実に少なくすることが可能になる。

（６）触媒暖機処理についてはこれを、リッチ空燃比とリーン空燃比とが交互に繰り返されるように、触媒４２よりも排気上流側の空燃比を制御する（いわゆるディザ制御を行う）ものとした。こうした構成であれば、触媒４２を好適に暖機することができる。

（７）またこの際、図３の処理により排気圧力と共に排気温度が高められることで、ディザ制御による早期暖機効果はより大きなものとなる。

（８）さらに、ディザ制御を開始する前に図３の処理により排気管４０ａ（タービン排気上流側）の圧力を高めて、それら圧力及び温度が十分上昇したことを確認してからディザ制御を開始した。こうすることで、効率的にディザ制御の効果を得ることができるようになる。

（９）図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理中に、タービン５２の単位駆動量あたりのコンプレッサ５１による過給量である過給効率を低減するプログラム（過給効率低減手段）を備える構成とした。詳しくは、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動中に、バイパスバルブ（ＡＢＶ３２ａ）の開度を吸気流通面積がより大きくなる側へ変更するプログラム（バルブ開度変更手段、図４）を備える構成とした。こうすることで、上記モータ駆動中においてコンプレッサ５１は空回りの状態となり、サージが発生しなくなる。また、タービン５２の回転力（回転量）を増加させることができるため、排気管４０ａ（タービン排気上流側）の排気圧力を上昇させることができる。

（１０）また、ＡＢＶ３２ａを開くことで、過給量が抑えられ、シリンダ２０から排出される排気量が低排気量域に維持されるようになる。これにより、エンジンシステムの環境が、図２の関係のより成立し易い環境となり、ひいてはエンジン始動初期におけるエミッションをより良好なものとすることができるようになる。

（第２の実施形態）
次に、図７を参照して、先の図１に示したシステムに準ずる構成をもったエンジンシステムについて、本発明に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法を具体化した第２の実施形態について説明する。ただしここでは、第１の実施形態との相違点を中心に、本実施形態について説明する。

本実施形態の装置では、上記図３〜図５の処理に加えて、図７に示すような処理をさらに実行することで、エンジン始動前（停止中）動作に係る所定の操作（ここではイグニッションキー操作）がなされた場合に、先の図２に示したような関係に基づき、エンジン始動前（停止中）にアシストモータ５３ａを駆動して、排気管４０ａ（排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側の部分）の圧力を高めるようにしている。

図７は、本実施形態の上記ＥＣＵ６０，７０により実行される触媒暖機制御の処理手順を示すフローチャートである。なお、これら各図の一連の処理は、基本的には、ＥＣＵ６０，７０でＲＯＭに記憶されたプログラムが実行されることにより、所定クランク角ごとに又は所定時間周期で逐次実行される。また、これら各図の処理において用いられる各種パラメータの値は、例えばＥＣＵ６０，７０に搭載されたＲＡＭやＥＥＰＲＯＭ等の記憶装置に随時記憶され、必要に応じて随時更新される。

同図７に示すように、この一連の処理においては、まずステップＳ４１，Ｓ４２で、所定の実行条件の成否を判断し、この条件が成立したことに基づいてステップＳ４３へ移行する。

詳しくは、例えばステップＳ４１では、エンジン１０が停止中であるか否かを判断し、この判断によりエンジン１０が停止中である旨判断された場合に実行条件が成立しているとする。この判断は、例えばクランク軸の回転速度（エンジン回転速度）が「０rpm」であるか否かに基づいて行う（エンジン回転速度＝「０rpm」ならエンジン停止中）。

また、続くステップＳ４２では、イグニッションスイッチがＯＮされたか否か、換言すればイグニッションキー操作がなされた（キーが所定位置まで回されたか）か否かを判断し、この判断によりイグニッションスイッチがＯＮされた旨判断された場合に実行条件が成立しているとする。

これらの条件が両方とも成立している場合、すなわちエンジン１０が停止中であり、且つイグニッションスイッチがＯＮされた旨判断された場合には、ステップＳ４３へ移行する。そして、続くステップＳ４３，Ｓ４４では、先のステップＳ１３，Ｓ１４に準ずる処理を行う。ただし本実施形態では、目標電力Ｐ０の未設定時に行われるステップＳ４４にて、目標電力Ｐ０及び印加電力Ｐ１の設定に併せ、タイマの設定も行う。すなわち、タイマ残り時間Ｔｍ２に初期値int2を設定（セット）する。

ステップＳ４５では、タイマ残り時間Ｔｍ２を「１」だけ減算（カウントダウン）する（Ｔｍ２＝Ｔｍ２（前回値）−１）。また、続くステップＳ４６では、その時のタイマ残り時間Ｔｍ２の値が、「０」以下の範囲にある（Ｔｍ２≦０）か否かを判断する。こうして、上記ステップＳ４５でタイマ残り時間Ｔｍ２が減算され、「０」以下になるまでは、繰り返し上記ステップＳ４５でタイマ残り時間Ｔｍ２が減算されるとともに、上記ステップＳ４６でタイマ残り時間Ｔｍ２が「０」以下の範囲にない旨判断されることになる。この場合には、続くステップＳ４７で、印加電力Ｐ１を所定量ΔＰ（ここでは固定値、ただしエンジン運転状態等の所定パラメータに応じた可変値でも可）だけ増加（増量）する（Ｐ１＝Ｐ１（前回値）＋ΔＰ）。そして、続くステップＳ４８では、その時の印加電力Ｐ１の値が、ステップＳ４４で設定した目標電力Ｐ０以上の範囲にある（Ｐ１≧Ｐ０）か否かを判断する。

そして、上記ステップＳ４６でタイマ残り時間Ｔｍ２が「０」以下の範囲にない旨判断されている間は、上記ステップＳ４７で印加電力Ｐ１が増加され、目標電力Ｐ０以上になるまで、繰り返し上記ステップＳ４７で印加電力Ｐ１が増加されるとともに、上記ステップＳ４８で印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０以上の範囲にない旨判断されることになる。そして、こうして上記ステップＳ４７で印加電力Ｐ１が段階的に増加されていき、目標電力Ｐ０以上になった場合には、上記ステップＳ４８で印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０以上の範囲にある旨判断されるようになる。この場合には、続くステップＳ４９で、印加電力Ｐ１に目標電力Ｐ０が設定（Ｐ１＝Ｐ０）され続ける（印加電力Ｐ１が目標電力Ｐ０にホールドされる）ことにより、印加電力Ｐ１が、目標電力Ｐ０よりも大きくならないようにしている。

一方、上記ステップＳ４６でタイマ残り時間Ｔｍ２が「０」以下の範囲にある旨判断された場合には、続くステップＳ４６ａで、印加電力Ｐ１に「０」を設定する。こうして、長期にわたる継続的なモータ５３ａの駆動を回避することで、過剰な電力消費を避け、車載バッテリが電力不足にならないようにしている。そしてそれ以降、エンジン１０が始動されるなどして、先のステップＳ４１でエンジン１０が停止中ではない旨判断されるようになるまでは、上記ステップＳ４６ａで印加電力Ｐ１に「０」が設定され続ける（印加電力Ｐ１が「０」にホールドされる）ことになる。

このように本実施形態では、エンジン始動前にアシストモータ５３ａの駆動を開始することで、前述した触媒の暖機を促進する効果や、シリンダからの排気を押し戻す効果（前記（１）の効果参照）がそれぞれ高められている。そしてこれにより、より良好なエミッションを得ることができるようになる。また本実施形態でも前述した図３〜図５の処理が実行されており、エンジン１０が始動されるなどして、先のステップＳ４１でエンジン１０が停止中ではない（運転が開始された）旨判断された場合には、図３のステップＳ１１にてエンジン１０が始動運転モードによる運転中である旨判断され、前述した図３〜図５に係る各制御、すなわちモータ制御、ＡＢＶ制御、及び触媒暖機制御に関する各種の処理が実行されることになる。

以上説明したように、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法によれば、第１の実施形態による前記（１）〜（１０）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果に加え、さらに次のような効果も得られるようになる。

（１１）内燃機関（エンジン１０）のクランキングに先立ち、排気流以外の動力によりタービン５２を駆動して、排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側）の圧力を高めるプログラム（圧力可変手段）を備える構成とした。詳しくは、エンジン１０が停止中であるか否かを判断するプログラム（機関停止判断手段、図７のステップＳ４１）と、エンジン１０の始動前動作に係る所定の操作（イグニッションキー操作）がなされたか否かを判断するプログラム（始動前動作判断手段、図７のステップＳ４２）と、ステップＳ４１にてエンジン１０が停止中である旨判断され、且つ、ステップＳ４１にて所定のイグニッションキー操作がなされた旨判断された場合に、排気流以外の動力（アシストモータ５３ａ）によりタービン５２を駆動して、排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側）の圧力を高めるプログラム（圧力可変手段）と、を備える構成とした。こうすることで、エンジン始動前において、タービン５２よりも排気上流側の圧力を高めることが可能になる。これにより、より早期に触媒４２の暖機が促進されるようになる。また、予め高められた排気管４０ａ（タービン排気上流側）の圧力により、シリンダ２０から排出される排気が押し戻されることで、活性前の触媒４２に到達する排気量が少なくなり、より良好なエミッションを得ることができるようになる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第２の実施形態では、所定のイグニッションキー操作に基づいて、アシストモータ５３ａの駆動タイミングを決めるようにした。しかしこれに限られず、例えばドア施錠の解除、ドア開動作、運転席シートへの着座、運転席シートベルトの装着、又はクラッチペダルやブレーキペダルを踏む操作など、始動前に行われる任意の操作に基づいて、アシストモータ５３ａの駆動タイミングを決めるようにしてもよい。また、対象操作は１つに限られず、複数の操作が行われたことを条件にしてもよい。

・上記各実施形態（特に図４の処理）では、タイマ（タイマ残り時間Ｔｍ１）を使用して、所定時間の経過に基づいて、排気管４０ａの温度が十分高くなったか否かを判断するようにした。しかしこれに代えて、例えば排気管４０ａの温度を所定部位で実測（センシング）又は推定することにより、その実測値又は推定値に基づいて、上記排気管４０ａの温度が十分高くなったか否かを判断するようにしてもよい。

・上記各実施形態では、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動中に所定の触媒暖機処理（ディザ制御）を行うようにした。しかしこれに限られず、例えば図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動に先立ち（例えば図７のモータ駆動と共に）、所定の触媒暖機処理を行うようにしてもよい。この場合も、前記（６）の効果に準じた効果を得ることはできる。

・上記各実施形態では、触媒暖機処理としてディザ制御を行うようにした。しかしこれに限られず、触媒暖機処理として、エンジン１０の点火時期を遅角させるようにしてもよい。このように、燃焼サイクルごとの点火時期を遅角させることで、後燃え量を増大させることができる。しかもこの際、モータ駆動により排気圧力と共に排気温度が高められることで、後燃え量はより多くなる。こうしてこの場合も、上記触媒４２の早期暖機が図られるようになる。

・上記各実施形態では、図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動中にＡＢＶ３２ａを開くようにした。しかしこれに限られず、例えば図３のステップＳ１３〜Ｓ１６の処理によるモータ駆動に先立ち（例えば図７のモータ駆動と共に）、バイパスバルブ（ＡＢＶ３２ａ）の開度を吸気流通面積がより大きくなる側へ変更するようにしてもよい。この場合も、前記（９）の効果に準じた効果を得ることはできる。

・上記各実施形態では、アシストモータ５３ａの駆動電力を目標値に制御することによって、排気管４０ａの排気圧力を制御するようにした。しかしこれに限られず、排気圧力を監視しながら、排気圧力が所望の値になるように、上記モータ５３ａの駆動電力を調整するようにしてもよい。例えば排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側）の所定部位に圧力センサ（ただし温度等の、圧力の相関パラメータを検出するセンサでも可）を設け、同圧力センサのセンサ出力としてその所定部位（センサ配設部位）の排気圧力を監視しつつ、アシストモータ５３ａにより排気管４０ａの圧力を高めることで、同圧力センサのセンサ出力を所定の目標値に制御（フィードバック制御）するプログラムを備える構成とすることも有効である。こうした構成であれば、排気圧力をより精密に所望の値に制御することが可能になる。

・上記各実施形態では、エンジン１０のクランキング後に所定条件（図３のステップＳ１１の条件）が成立したタイミングでアシストモータ５３ａによりタービン５２を駆動するプログラムを備える構成とした。しかしこれに限られず、例えばエンジン１０のクランキング時に（クランキングと同時に）、アシストモータ５３ａ（排気流以外の動力）によりタービン５２を駆動して、排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路におけるタービン５２よりも排気上流側）の圧力を高めるプログラム（圧力可変手段）を備える構成としてもよい。こうした構成であっても、前記（１）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果を得ることはできる。

・エンジン１０の低排気量域においてはタービン５２の駆動量が大きくなるほど排気管４０ａ（エンジン１０の排気通路のタービン５２よりも排気上流側）の圧力が高くなる、といった関係（図２参照）を、所定のマップや数式等として所定の記憶装置（例えばＥＥＰＲＯＭ）に格納するなどして、この関係に基づき、エンジン１０の低排気量域（エンジン１０始動初期）におけるタービン５２の駆動量を決定するプログラムを備える構成としてもよい。この場合も、前記（１）の効果に準じた効果を得ることはできる。

・制御対象とするエンジンの種類やシステム構成も、用途等に応じて適宜に変更可能である。例えば吸気通路に燃料を噴射して、シリンダ２０内において所定の点火方式でその燃料の着火のための点火を行う火花点火式の吸気通路噴射エンジンに限られず、筒内噴射（直噴）式のガソリンエンジンや、圧縮着火式のディーゼルエンジンについても、基本的には、本発明を適用することが可能である。

・上記各実施形態及び変形例では、各種のソフトウェア（プログラム）を用いることを想定したが、専用回路等のハードウェアで同様の機能を実現するようにしてもよい。

本発明に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法の第１の実施形態について、該装置及び方法の適用されたエンジンシステムの概略を示す構成図。 アシストモータの駆動量（アシスト動力）と排気通路におけるタービンよりも排気上流側の圧力との関係を示すグラフ。 本実施形態に係る触媒暖機制御のうち、特にモータ制御に関する処理の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態に係る触媒暖機制御のうち、特にＡＢＶ制御に関する処理の処理手順を示すフローチャート。 本実施形態に係る触媒暖機制御の処理手順を示すフローチャート。 （ａ）〜（ｇ）は、それぞれ本実施形態に係る触媒暖機制御が実行された場合の各制御パラメータの推移を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の過給機制御装置及び排気圧力制御方法の第２の実施形態について、該装置及び方法の適用されたエンジンシステムの概略を示す構成図。

符号の説明

１０…エンジン、２０…シリンダ（気筒）、２０ａ…ピストン、２５…点火プラグ、３２…バイパス通路、４０、４０ａ、４０ｂ…排気管、４２…触媒（三元触媒）、５０…ターボチャージャ（電動ターボチャージャ）、５１…吸気コンプレッサ、５２…排気タービン、５３…シャフト、５３ａ…アシスト電動機（アシストモータ）、６０…モータＥＣＵ、７０…エンジンＥＣＵ。

Claims (16)

1. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側にて排気を浄化する触媒と、を備えるエンジンシステムに適用され、
   前記内燃機関のクランキング時に前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
2. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側にて排気を浄化する触媒と、を備えるエンジンシステムに適用され、
   前記内燃機関のクランキングに先立ち、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
3. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側にて排気を浄化する触媒と、を備えるエンジンシステムに適用され、
   前記内燃機関のクランキング後に所定条件が成立したタイミングで前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側にて排気を浄化する触媒と、を備えるエンジンシステムに適用され、
   前記内燃機関の運転状態について、同機関が、低排気量域にあることを示す所定の低排気量域運転モードによる運転中であるか否かを判断する運転モード判断手段と、
   前記運転モード判断手段により前記内燃機関が低排気量域運転モードによる運転中である旨判断された場合に、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
5. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャと、前記タービンよりも排気下流側にて排気を浄化する触媒と、を備えるエンジンシステムに適用され、
   前記内燃機関が停止中であるか否かを判断する機関停止判断手段と、
   前記内燃機関の始動前動作に係る所定の操作がなされたか否かを判断する始動前動作判断手段と、
   前記機関停止判断手段により前記内燃機関が停止中である旨判断され、且つ、前記始動前動作判断手段により始動前動作に係る所定の操作がなされた旨判断された場合に、前記排気流以外の動力により前記タービンを駆動して、前記内燃機関の排気通路のうち、前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める圧力可変手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
6. 前記圧力可変手段は、前記ターボチャージャのタービンとコンプレッサとを接続する回転軸に取り付けられた電動式モータの駆動量を制御することにより前記タービン排気上流側の圧力を高めるものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
7. 前記圧力可変手段は、前記電動式モータの駆動量について目標値を設定するとともに、同モータの駆動量を初期値からその目標値まで段階的に上昇させることで、前記タービン排気上流側の圧力を段階的に高めるものである請求項６に記載の内燃機関の過給機制御装置。
8. 前記圧力可変手段は、前記内燃機関の冷却水温に基づいて、前記電動式モータの駆動量に係る目標値を設定するものである請求項６又は７に記載の内燃機関の過給機制御装置。
9. 前記エンジンシステムは、前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記触媒の暖機を促進する所定の触媒暖機処理を行う触媒暖機促進手段を備えるものである請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
10. 前記内燃機関は、シリンダ内において所定の点火方式で燃料着火のための点火を行う火花点火式エンジンであり、
    前記触媒暖機処理は、前記内燃機関の点火時期を遅角させるものである請求項９に記載の内燃機関の過給機制御装置。
11. 前記触媒暖機処理は、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比であるリッチ空燃比と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比であるリーン空燃比と、が交互に繰り返されるように、前記触媒よりも排気上流側の空燃比を制御するものである請求項９に記載の内燃機関の過給機制御装置。
12. 前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記タービンの単位駆動量あたりの前記コンプレッサによる過給量である過給効率を低減する過給効率低減手段を備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
13. 前記吸気通路には、前記コンプレッサの吸気上流側と吸気下流側とを連通させるバイパス通路が設けられており、
    該バイパス通路の所定部位には、開度に応じてその所定部位の吸気流通面積を可変とするバイパスバルブが設けられており、
    前記圧力可変手段による圧力可変の実行に先立ち又はその実行中に、前記バイパスバルブの開度を前記吸気流通面積がより大きくなる側へ変更するバルブ開度変更手段を備える請求項１〜１２のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
14. 前記内燃機関の排気通路における前記タービンよりも排気上流側の所定部位の圧力又はその圧力と相関するパラメータを監視しつつ、前記圧力可変手段により前記タービン排気上流側の圧力を高めることで、前記監視される圧力又は相関パラメータを所定の目標値に制御する手段を備える請求項１〜１３のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
15. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャを備えるエンジンシステムに適用され、
    前記内燃機関の低排気量域においては前記タービンの駆動量が大きくなるほど前記内燃機関の排気通路の前記タービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係に基づき、前記内燃機関の低排気量域における前記タービンの駆動量を決定する手段を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
16. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンが排気流によって駆動されることに基づき同タービンと連動するコンプレッサにより吸気通路にて過給を行うターボチャージャを備えるエンジンシステムに適用され、
    前記内燃機関の低排気量域においては前記タービンの駆動量が大きくなるほど前記内燃機関の排気通路の前記タービンよりも排気上流側の圧力が高くなる、といった関係に基づき、前記内燃機関の排気通路における前記タービンよりも排気上流側の圧力を高める内燃機関の排気圧力制御方法。

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