JP2009097380A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に排気熱回収処理を実行しつつも、アクセル操作量に対する機関出力の低下を抑制し、運転者に与える違和感を低減することのできる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関２０の電子制御装置１０は、機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ以上のときには排気が主排気通路４１を流れるように切り替えバルブ４３を制御する一方、機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ未満のときには排気が副排気通路４２に流れるように切り替えバルブ４３を制御し、排気熱回収装置１００を通じて排気の熱を回収する排気熱回収処理を実行する。電子制御装置１０は、排気熱回収処理の実行中はアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて算出されるスロットルバルブ３２の目標スロットル開度ＴＡｔを排気熱回収処理の停止中と比較して増大させる。
【選択図】図１

Description

この発明は排気と機関冷却水との間で熱交換を行い、排気熱を利用して内燃機関の早期暖機を図る排気熱回収装置を備えた内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の暖機を早期に完了させるべく、排気熱を利用して機関冷却水を昇温する排気熱回収装置を設けた内燃機関が知られている（例えば特許文献１）。こうした排気熱回収装置を備えた内燃機関にあっては、主排気通路から分岐して排気熱回収装置に排気を導く副排気通路と、主排気通路及び副排気通路における排気の流通状態を切り替える切り替えバルブとを設けている。そして、内燃機関が十分に温まっている通常運転時には排気が主排気通路を流れるように切り替えバルブを制御する一方、機関冷間時には排気が副排気通路に流れるように切り替えバルブを制御することにより排気熱回収装置を通じて排気の熱を回収する排気熱回収処理を実行する。

図５にこうした排気熱回収装置の断面構造を示す。同図５に示されるように、主排気通路４１から分岐する副排気通路４２には、排気熱回収装置１００が接続されている。また、主排気通路４１における副排気通路４２が分岐する部分よりも下流側の部位には、主排気通路４１を開閉することにより主排気通路４１及び副排気通路４２における排気の流通状態を切り替える切り替えバルブ４３が設けられている。

そして、排気熱回収装置１００には、その内部に機関冷却水が流入する液室１１０が設けられている。この液室１１０には、内燃機関の冷却水通路と接続された流入通路１３０が接続されており、図５に矢印で示されるようにこの流入通路１３０を通じて機関冷却水が流入するようになっている。尚、液室１１０に流入した機関冷却水は、図５に矢印で示されるように流出通路１４０を通じて内燃機関の冷却水通路に戻される。また、排気熱回収装置１００には、図５に示されるようにこの液室１１０内を通って上流側排気通路４２Ａと下流側排気通路４２Ｂとを接続する排気冷却通路１２０が複数設けられている。

これにより、上流側排気通路４２Ａを通じて排気熱回収装置１００に流入した排気は機関冷却水が流動する液室１１０内を延びる排気冷却通路１２０を通じて下流側排気通路４２Ｂに流入するようになる。これにより、液室１１０内を流れる機関冷却水と排気冷却通路１２０を流れる排気との間で熱交換が行われるようになり、排気の熱を利用して機関冷却水を昇温することができるようになる。尚、図５に示されるように細管からなる排気冷却通路１２０を複数設け、液室１１０内に晒される排気冷却通路１２０の表面積を大きくするほど、排気冷却通路１２０の壁面を介して行われる排気と機関冷却水との熱交換の効率を向上させることができるため、熱交換の効率を向上させる上では排気冷却通路１２０をより細くすることが望ましい。
特開２００６‐１０５４６４号公報

ところが、上記のような排気熱回収装置１００を備えた内燃機関にあっては、排気が排気熱回収装置１００の排気冷却通路１２０を通過する際の流路抵抗によって機関燃焼室から排気ポートを介して排気熱回収装置１００に至るまでの部分の内圧、すなわち内燃機関の背圧が上昇し、これによって吸入空気量が減少し機関出力が低下してしまうこととなる。

そのため、背圧の上昇による機関出力の低下を補って通常運転時と同等の出力を得るためには、通常運転時よりもアクセルペダルを大きく踏み込む必要がある。その結果、同一の機関出力を得るための通常運転時におけるアクセル操作量と、機関冷間時におけるアクセル操作量とが乖離してしまい、運転者が違和感を覚えるといった不都合が生じるおそれがある。

この発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は排気熱回収装置を備えた内燃機関において、効率的に排気熱回収処理を実行しつつも、アクセル操作量に対する機関出力の低下を抑制し、運転者に与える違和感を低減することのできる内燃機関の制御装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、主排気通路から分岐する副排気通路と、同副排気通路に設けられて排気と機関冷却水との熱交換により機関冷却水を昇温する排気熱回収装置と、前記主排気通路及び前記副排気通路における排気の流通状態を切り替える切り替えバルブと、内燃機関の吸入空気量を調量する吸入空気量調量機構と、アクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量と実際の操作量とが一致するように同吸入空気量調量機構を制御して機関出力を制御する機関出力制御手段とを備え、機関冷却水温が所定温度以上のときには排気が前記主排気通路を流れるように前記切り替えバルブを制御する一方、機関冷却水温が所定温度未満のときには排気が前記副排気通路に流れるように前記切り替えバルブを制御することにより前記排気熱回収装置を通じて排気の熱を回収する排気熱回収処理を実行する内燃機関の制御装置において、前記機関出力制御手段は、前記排気熱回収処理の実行中は前記アクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量を前記排気熱回収処理の停止中と比較して増大させることをその要旨とする。

上記構成では、排気熱回収処理の実行中は、吸入空気量調量機構の目標操作量を同排気熱回収処理の停止中と比較して増大させるようにしている。尚、吸入空気量調量機構は、その操作量が大きいときほど吸入空気量が多くなるように内燃機関の吸入空気量を調量するものである。そのため、上記のように目標操作量を排気熱回収処理の停止中と比較して増大させることにより、排気熱回収処理の実行に伴って内燃機関の背圧が上昇することに起因する吸入空気量の減少が抑制されるようになる。その結果、効率的に排気熱回収処理を実行しつつも、アクセル操作量に対する機関出力の低下を抑制し、運転者に与える違和感を低減することができるようになる。

尚、上記所定温度は、内燃機関の暖機が完了し、燃料の霧化が十分に促進される状態になったときの機関冷却水温の値に基づいて設定される。したがって、請求項１に記載の発明では、機関冷間時に排気熱回収処理を実行し、同排気熱回収処理の実行中に吸入空気量調量機構の目標操作量を排気熱回収処理の停止中と比較して増大させることとなる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関出力制御手段は、増大させた目標操作量が前記吸入空気量調量機構の操作量の上限値よりも大きいときには、吸入空気量調量機構の目標操作量をその上限値に設定するとともに、前記切り替えバルブを制御して前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量を減少させることにより機関出力を増大させることをその要旨とする。

排気熱回収処理が停止されている通常運転時にあっては、アクセル操作量が大きくなるほど吸入空気量調量機構の目標操作量が大きな値に設定され、アクセル操作量がその上限に到達したときに吸入空気量調量機構の操作量がその上限値となる。しかしながら、排気熱回収処理が実行される機関冷間時にあっては、吸入空気量調量機構の目標操作量を排気熱回収処理の停止中と比較して増大させるようにしているため、アクセル操作量が上限に到達する前に吸入空気量調量機構の操作量が上限値に到達し、それ以上アクセル操作量を増大させても機関出力を増大させることができなくなってしまう。この点、上記請求項２に記載の発明では、吸入空気量調量機構の目標操作量がその上限値よりも大きいときには、吸入空気量調量機構の操作量をその上限値に設定するとともに、切り替えバルブを制御して主排気通路から副排気通路に流入する排気の量を減少させるようにしている。このようにスロットル開度が上限値に到達したあとに更にアクセル操作量が増大されて高い機関出力が要求される高負荷運転時に主排気通路から副排気通路に流入する排気の量を減少させることにより、背圧の上昇を抑制して機関出力を増大させることができるようになる。これにより、排気熱回収装置にできるだけ多くの排気を流通させて排気熱を効率的に回収しつつ、高負荷運転時には機関出力を増大させることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、前記切り替えバルブはその開度に応じて前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量を調節する調量機能を有するものであり、前記機関出力制御手段は、増大させた後の目標操作量が前記吸入空気量調量機構の操作量の上限値よりも大きいときには、アクセル操作量が大きいときほど、前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量が少なくなるように前記切り替えバルブの開度を制御することをその要旨とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関出力制御手段は、アクセル操作量がその上限に到達したときに前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量が最小になるように前記切り替えバルブの開度を制御することをその要旨とする。

具体的には、請求項３に記載の発明によるようにアクセル操作量が大きいときほど、主排気通路から副排気通路に流入する排気の量が少なくなるように切り替えバルブの開度を制御することが望ましい。このように切り替えバルブを制御すれば、アクセル操作量がその上限に到達する前に吸入空気量調量機構の操作量が上限値に到達した場合であっても、アクセル操作量に対応して機関出力を制御することができるようになる。

また、これと併せて上記請求項４に記載の発明によるように、アクセル操作量が上限に到達したときに主排気通路から副排気通路に流入する排気の量が最小になるように切り替えバルブの開度を制御することにより、アクセル全開時には通常走行時と同等の吸入空気量を確保することができるようになる。そしてこの結果、排気熱回収装置の流路抵抗による背圧の上昇を抑制し、通常運転時と同等の機関出力を得ることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記機関出力制御手段は、同一のアクセル操作量に対する機関出力が前記排気熱回収処理の実行中と停止中とにおいて等しくなるようにアクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量を増大させることをその要旨とする。

具体的には、請求項５に記載の発明によるように同一のアクセル操作量に対する機関出力が排気熱回収処理の停止中の機関出力と等しくなるようにアクセル操作量に基づいて算出される吸入空気量調量機構の目標操作量を増大させることが望ましい。こうした構成を採用することにより、アクセル操作に対する機関出力の変化が通常運転時と機関冷間時とで異なることにより生じる違和感を最小限に抑えることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量調量機構は、吸気通路に設けられるスロットルバルブであることをその要旨とする。

また、請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、前記吸入空気量調量機構は、内燃機関の吸気バルブの最大リフト量を変更することにより吸入空気量を調量する最大リフト量変更機構であることをその要旨とする。

吸入空気量を調量する吸入空気量調量機構として、具体的には上記請求項６に記載のスロットルバルブの他、請求項７に記載の発明のように、吸気バルブの最大リフト量を変更することにより、吸入空気量を調量するものを採用することができる。

以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を、排気熱を利用して機関冷却水を昇温する排気熱回収装置を備える車載内燃機関の制御装置に具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１は本実施形態にかかる内燃機関の制御装置、及びその制御対象としての内燃機関の概略構成を示す模式図である。図１の左側に示されるように内燃機関２０の吸気通路３０には、電動モータ３１によって駆動され内燃機関２０の吸入空気量ＧＡを調量するスロットルバルブ３２が設けられている。尚、スロットルバルブ３２は、その操作量、すなわちスロットル開度ＴＡが大きいときほど内燃機関２０の吸入空気量ＧＡが多くなるように吸入空気量ＧＡを調量するものである。

一方、図１の右側に示されるように内燃機関２０の排気通路４０は、その一部が主排気通路４１と副排気通路４２とに分岐しており、副排気通路４２には排気熱回収装置１００が設けられている。尚、この排気熱回収装置１００は、従来の排気熱回収装置１００と同様に機関冷却水が供給される液室１１０と、この液室１１０内を通る複数の排気冷却通路１２０とを備えており、排気冷却通路１２０内を流動する排気と液室１１０内の機関冷却水との熱交換により機関冷却水を昇温する。

また、内燃機関２０には、図示しないシリンダを取り囲むように機関冷却水が循環するウォータジャケット５０が形成されている。このウォータジャケット５０には、図１の下方に示されるようにラジエータ５３を備えた冷却水通路５１が接続されている。冷却水通路５１には、ウォータポンプ５２が設けられており、機関運転時にウォータポンプ５２が駆動されることにより機関冷却水が冷却水通路５１内を循環する。尚、冷却水通路５１には、ラジエータ５３を迂回して機関冷却水を循環させるバイパス通路５４と機関冷却水の温度に応じてその循環経路を切り替えるサーモスタットバルブ５５とが設けられている。このサーモスタットバルブ５５は、機関冷間時にはバイパス通路５４を通じて機関冷却水を循環させるように循環経路を切り替える。一方、暖機完了後には、バイパス通路５４を通じた機関冷却水の循環を禁止し、ラジエータ５３を通じて機関冷却水を循環させる。これにより、機関冷間時にはラジエータ５３を通じた機関冷却水の循環が停止され、機関温度が速やかに上昇する一方、暖機完了後にはラジエータ５３を通じて機関冷却水が循環され、機関冷却水温ＴＨＷが機関運転に適切な温度域に保持される。

また、冷却水通路５１には、機関冷却水の一部を排気熱回収装置１００に導入する流入通路１３０と、排気熱回収装置１００から流出する機関冷却水を冷却水通路５１に戻す流出通路１４０とが接続されている。これにより、冷却水通路５１を流動する機関冷却水の一部は、図１に矢印で示されるように排気熱回収装置１００における液室１１０を通じて循環する。そして、液室１１０を通じて循環する機関冷却水は、排気冷却通路１２０内を流れる排気との熱交換により昇温される。これにより、排気熱を利用して機関冷却水を速やかに昇温させ、内燃機関２０の早期暖機を図ることができる。

また、図１に示されるように主排気通路４１における副排気通路４２と分岐する部分よりも下流側の部位には、主排気通路４１を流れる排気の流量を調量する切り替えバルブ４３が設けられている。この切り替えバルブ４３の開度ＶＡを制御することにより、主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を調量し、排気熱回収装置１００を通じて行われる熱交換の量を調節することができる。

この切り替えバルブ４３は、ダイアフラム型の負圧アクチュエータ４５によって駆動される。図１に示されるように負圧アクチュエータ４５には、図示しないサージタンク等の負圧源に接続された負圧供給通路４４が接続されている。負圧供給通路４４には負圧調整バルブ４６が設けられており、この負圧調整バルブ４６を開閉制御することにより負圧アクチュエータ４５が駆動される。そして、図示しないリンク機構を介して負圧アクチュエータ４５の駆動力が切り替えバルブ４３に伝達され、その開度ＶＡが制御される。

こうした切り替えバルブ４３の開度制御は、内燃機関２０を統括的に制御する電子制御装置１０によって行われる。電子制御装置１０には、運転者のアクセル操作量ＡＣＣＰを検出するアクセルポジションセンサ６０、ウォータジャケット５０内を流動する機関冷却水の温度である機関冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ６１、スロットルバルブ３２の開度であるスロットル開度ＴＡを検出するスロットル開度センサ６２、切り替えバルブ４３の開度ＶＡを検出する切り替えバルブ開度センサ６３等が接続されている。電子制御装置１０は、これら各種センサから入力される信号を読み込み、各種演算処理を実行して内燃機関２０を統括的に制御する。

例えば、機関出力制御手段としてアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて目標スロットル開度ＴＡｔを算出し、実際のスロットル開度ＴＡがこの目標スロットル開度ＴＡｔと一致するように電動モータ３１を駆動する。こうしてアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいてスロットル開度ＴＡを制御することにより吸入空気量ＧＡを調量し、機関出力を制御する。

また、機関冷却水温ＴＨＷに基づいて内燃機関２０の暖機が完了したか否かを判定し、その判定結果に基づいて切り替えバルブ４３の開度ＶＡを制御する。一般に、排気熱回収装置１００を備えた内燃機関にあっては、暖機完了後の通常運転時には排気が主排気通路４１を流れるように切り替えバルブ４３を全開状態に制御する一方、機関冷間時には排気が副排気通路４２に流れるように切り替えバルブ４３を全閉状態に制御することにより排気熱回収装置１００を通じて排気の熱を回収する排気熱回収処理を実行する。

これにより、排気熱回収処理の実行に伴い排気熱回収装置１００に流入した排気は、液室１１０内を延びる排気冷却通路１２０を通じて流れるようになる。その結果、液室１１０内を流れる機関冷却水と排気冷却通路１２０を流れる排気との間で熱交換が行われるようになり、排気の熱を利用して機関冷却水を昇温し、内燃機関２０の暖機を早期に完了させることができるようになる。

ところが、排気熱回収処理の実行中には排気熱回収装置１００の流路抵抗によって内燃機関２０の燃焼室から排気ポートを介して排気熱回収装置１００に至るまでの部分の内圧、すなわち内燃機関２０の背圧が上昇し、これによって吸入空気量ＧＡが減少し機関出力が低下してしまうこととなる。

そのため、背圧の上昇による機関出力の低下を補って通常運転時と同等の出力を得るためには、通常運転時よりもアクセルペダルを大きく踏み込む必要がある。その結果、同一の機関出力を得るための通常運転時におけるアクセル操作量ＡＣＣＰと、機関冷間時におけるアクセル操作量ＡＣＣＰとが乖離してしまい、運転者が違和感を覚えるといった不都合が生じるおそれがある。

そこで、本実施形態の内燃機関２０では、こうした通常運転時とのアクセル操作量ＡＣＣＰの乖離を抑制すべく、排気熱回収処理の実行に伴いアクセル操作量ＡＣＣＰに対するスロットル開度ＴＡを増大させるとともに、切り替えバルブ４３の開度ＶＡを制御する出力制御を行うようにしている。

以下、図２を参照して本実施形態にかかる内燃機関２０の出力制御について説明する。尚、図２はこの出力制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャートである。
この処理は、機関運転中に所定の周期で電子制御装置１０によって繰り返し実行される。図２に示されるようにこの処理が開始されると、電子制御装置１０はまずステップＳ１００においてアクセル操作量ＡＣＣＰ、及び機関冷却水温ＴＨＷを読み込む。

そして、ステップＳ２００において、機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ未満であるか否かを判定する。尚、所定温度ＴＨＷｓｔは、内燃機関２０の暖機が完了し、燃料の霧化が十分に促進される状態になるときの機関冷却水温ＴＨＷの値に基づいて設定されている。すなわち機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ以上であることに基づいて内燃機関２０の暖機が完了している旨が判定される。

ステップＳ２００において、機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ以上である旨判定された場合（ステップＳ２００：ＮＯ）には、内燃機関２０の暖機が完了している旨を判定し、ステップＳ３００へと進む。そして、通常運転用マップを参照して目標スロットル開度ＴＡｔを算出する。この通常運転用マップは、アクセル操作量ＡＣＣＰが大きくなるほど、目標スロットル開度ＴＡｔが大きくなるように、例えば、アクセル操作量ＡＣＣＰに比例して目標スロットル開度ＴＡｔが大きくなるように設定されている。

ステップＳ３００において、目標スロットル開度ＴＡｔを算出すると、ステップＳ５００へと進み、切り替えバルブ４３を全開状態に保持するとともに、目標スロットル開度ＴＡｔに基づいてスロットル開度ＴＡを制御する。具体的には、上述したようにスロットル開度ＴＡが目標スロットル開度ＴＡｔと一致するように電動モータ３１を駆動してスロットル開度ＴＡを調整する。こうして機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ以上であるときには排気熱回収処理を実行せずにアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいてスロットル開度ＴＡを調整し、この処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ２００において、機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ未満である旨判定された場合（ステップＳ２００：ＹＥＳ）には、内燃機関２０の暖機が未だに完了していない旨を判定し、ステップＳ３１０へと進む。そして、冷間運転用マップを参照して目標スロットル開度ＴＡｔを算出する。この冷間運転用マップにあっては、同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する目標スロットル開度ＴＡｔの値が通常運転用マップよりも大きく設定されている。より具体的には、排気熱回収処理の実行中に排気熱回収装置１００の流路抵抗により内燃機関２０の背圧が増大した場合であっても、同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する機関出力が排気熱回収処理の停止中の機関出力と等しくなるように通常運転用マップよりも増大された目標スロットル開度ＴＡｔが設定されている。尚、通常運転用マップによって算出される目標スロットル開度ＴＡｔに対する冷間運転用マップにおける目標スロットル開度ＴＡｔの増大量は、予め行う実験等の結果に基づいて設定される。

ステップＳ３１０において目標スロットル開度ＴＡｔを算出すると、ステップＳ４１０へと進み、目標スロットル開度ＴＡｔがスロットル開度ＴＡの上限値である最大スロットル開度ＴＡｍａｘ未満であるか否かを判定する。

ステップＳ４１０において、目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ未満である旨判定された場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）には、ステップＳ５１０へと進む。そして、切り替えバルブ４３を全閉状態に保持して排気熱回収処理を実行するとともに、ステップＳ３１０において算出した目標スロットル開度ＴＡｔに基づいてスロットル開度ＴＡを調整する。こうしてスロットル開度ＴＡを調整すると、この処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ４１０において、目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上である旨判定された場合（ステップＳ４１０：ＮＯ）には、ステップＳ４２０へと進み、予め電子制御装置１０に記憶された演算マップを参照して切り替えバルブ４３の目標開度ＶＡｔを算出する。

この演算マップは、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて切り替えバルブ４３の目標開度ＶＡｔを算出するものである。この演算マップにあっては、ステップＳ３１０において算出される目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘと等しくなるアクセル操作量Ａ１のときに、目標開度ＶＡｔがその下限値である「０」（全閉状態）に設定される。そしてアクセル操作量ＡＣＣＰが更に大きくなるほどその値が大きくなるとともに、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達したときに目標開度ＶＡｔがその上限値、すなわち最大開度ＶＡｍａｘになるようにアクセル操作量ＡＣＣＰに比例して目標開度ＶＡｔが増大するように設定されている。

こうしてステップＳ４２０において、切り替えバルブ４３の目標開度ＶＡｔが算出されると、ステップＳ５２０へと進み、算出された目標開度ＶＡｔに基づいて切り替えバルブ４３の開度ＶＡを調整しつつ、排気熱回収処理を実行するとともに、最大スロットル開度ＴＡｍａｘに基づいてスロットル開度ＴＡを制御し、スロットルバルブ３２を全開状態に保持する。このようにして排気熱回収処理を実行しつつ、切り替えバルブ４３の開度ＶＡを調整すると、この処理を一旦終了する。

このような出力制御を通じて本実施形態の電子制御装置１０は、機関冷却水温ＴＨＷ及びアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいてスロットル開度ＴＡ及び切り替えバルブ４３の開度ＶＡを調整し、内燃機関２０の出力を制御する。

以下、このような出力制御を実行した場合の作用について図３を参照して説明する。尚、図３は本実施形態の出力制御にかかるアクセル操作量ＡＣＣＰと、スロットル開度ＴＡ及び切り替えバルブ４３の開度ＶＡとの関係を示すグラフである。

機関冷却水温ＴＨＷが所定温度ＴＨＷｓｔ以上であり、暖機が完了している通常運転時には、図３の中段に破線で示されるように切り替えバルブ４３の開度ＶＡが最大開度ＶＡｍａｘに設定され、切り替えバルブ４３が全開状態に保持される。これにより、排気熱回収処理が停止され、内燃機関２０の排気は主排気通路４１を流れるようになる。このとき、目標スロットル開度ＴＡｔは、通常運転用マップを参照して設定されるため、内燃機関２０のスロットル開度ＴＡは、図３の上段に破線で示されるようにアクセル操作量ＡＣＣＰに比例して増大し、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達したときに最大スロットル開度ＴＡｍａｘとなる。これにより、図３の下段に破線で示されるように吸入空気量ＧＡもアクセル操作量ＡＣＣＰに比例して増大し、機関出力がアクセル操作量ＡＣＣＰに比例して変化するようになる。

一方、機関冷間時には切り替えバルブ４３が閉弁され、排気熱回収処理が実行される。ここで、上述したように従来の内燃機関にあっては、図３の中段に一点鎖線で示されるように排気熱回収処理の実行中には切り替えバルブ４３を全閉状態に保持し、通常運転時と同様にスロットル開度ＴＡを制御する（図３の上段における一点鎖線）。その結果、排気熱回収装置１００の流路抵抗により内燃機関２０の背圧が増大し、図３の下段に一点鎖線で示されるように同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する吸入空気量ＧＡが通常運転時よりも低下してしまい、機関出力が低下することとなる。

これに対して、本実施形態の内燃機関２０にあっては、冷間運転用のマップを参照して目標スロットル開度ＴＡｔを算出し、図３の上段に実線で示されるようにアクセル操作量ＡＣＣＰに対するスロットル開度ＴＡを通常運転時のスロットル開度ＴＡよりも増大させるようにしている。これにより、図３の中段に実線で示されるように切り替えバルブ４３を閉弁状態に保持して排気熱回収処理を実行し、排気熱回収装置１００の流路抵抗によって内燃機関２０の背圧が上昇した場合であっても、吸入空気量ＧＡの低下を抑制することができる（図３の下段における実線）。

また、本実施形態の出力制御にあっては、排気熱回収処理実行中の目標スロットル開度ＴＡｔを通常運転時の目標スロットル開度ＴＡｔよりも増大させているため、図３の上段に実線で示されるようにアクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達する前に、スロットル開度ＴＡが最大スロットル開度ＴＡｍａｘに到達する。そこで、目標スロットル開度ＴＡｔの値が最大スロットル開度ＴＡｍａｘと等しくなるアクセル操作量Ａ１よりもアクセル操作量ＡＣＣＰが大きいときには、スロットルバルブ３２を全開状態に保持しつつ、アクセル操作量ＡＣＣＰの増大に併せて切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させるようにしている。これにより、アクセル操作量ＡＣＣＰの増大に併せて主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させることにより排気熱回収装置１００の流路抵抗に起因する内燃機関２０の背圧を低減させ、図３の下段に実線で示されるように吸入空気量ＧＡを増大させることができる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）上記構成では、排気熱回収処理の実行中は、目標スロットル開度ＴＡｔを排気熱回収処理の停止中と比較して増大させるようにしている。そのため、排気熱回収処理の実行に伴って内燃機関２０の背圧が上昇することに起因する吸入空気量ＧＡの減少が抑制されるようになる。その結果、効率的に排気熱回収処理を実行しつつも、アクセル操作量ＡＣＣＰに対する機関出力の低下を抑制し、運転者に与える違和感を低減することができるようになる。

（２）排気熱回収処理が停止されている通常運転時にあっては、アクセル操作量ＡＣＣＰが大きくなるほど目標スロットル開度ＴＡｔが大きな値に設定され、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達したときにスロットル開度ＴＡがその上限値となる。しかしながら、排気熱回収処理が実行される機関冷間時にあっては、目標スロットル開度ＴＡｔを排気熱回収処理の停止中と比較して増大させるようにしているため、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達する前にスロットル開度ＴＡが最大スロットル開度ＴＡｍａｘに到達し、それ以上アクセル操作量ＡＣＣＰを増大させても機関出力を増大させることができなくなってしまう。この点、本実施形態の出力制御にあっては、冷間運転用マップを参照して算出される目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘよりも大きいときには、目標スロットル開度ＴＡｔをその上限値である最大スロットル開度ＴＡｍａｘに設定するとともに、切り替えバルブ４３を制御して主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させるようにしている。このようにスロットル開度ＴＡが最大スロットル開度ＴＡｍａｘに到達したあとに更にアクセル操作量ＡＣＣＰが増大されて高い機関出力が要求される高負荷運転時に主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させることにより、背圧の上昇を抑制して機関出力を増大させることができるようになる。これにより、排気熱回収装置１００にできるだけ多くの排気を流通させて排気熱を効率的に回収しつつ、高負荷運転時には機関出力を増大させることができるようになる。

（３）スロットル開度ＴＡがその上限値である最大スロットル開度ＴＡｍａｘに到達したあと、アクセル操作量ＡＣＣＰが更に大きくなるときほど主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量が少なくなるように切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させるようにしている。このように切り替えバルブ４３を制御すれば、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達する前にスロットル開度ＴＡが最大スロットル開度ＴＡｍａｘに到達する場合であっても、アクセル操作量ＡＣＣＰに対応して機関出力を制御することができるようになる。

（４）また、アクセル操作量ＡＣＣＰが上限に到達したときに切り替えバルブ４３の目標開度ＶＡｔが最大開度ＶＡｍａｘに設定し、主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量が最小になるように切り替えバルブ４３の開度ＶＡを制御するようにしている。これにより、アクセル全開時には通常走行時と同等の吸入空気量ＧＡを確保することができるようになる。そしてこの結果、排気熱回収装置１００の流路抵抗による背圧の上昇を抑制し、通常運転時と同等の機関出力を得ることができるようになる。

（５）機関冷間時には、冷間運転用マップを参照して目標スロットル開度ＴＡｔを算出し、同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する機関出力が排気熱回収処理の停止中の機関出力と等しくなるように目標スロットル開度ＴＡｔを増大させるようにしている。そのため、アクセル操作に対する機関出力の変化が通常運転時と機関冷間時とで異なることにより生じる違和感を最小限に抑えることができるようになる。

尚、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・切り替えバルブ４３として図１には主排気通路４１における副排気通路４２と分岐する部分よりも下流側の部位に設けられたバタフライバルブを図示したが、切り替えバルブの構成はこうしたバタフライバルブに限定されるものではない。例えば、切り替えバルブとして、図４に示されるように主排気通路４１から副排気通路４２が分岐する部位に排気の流通経路を切り替えるフラップバルブ１４３を設ける構成を採用することもできる。

・上記実施形態では、目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上になったときにはアクセル操作量ＡＣＣＰが大きいときほど主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量が少なくなるように切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させる構成を示した。これに対して、目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上であるときに切り替えバルブ４３を全開状態に保持する構成を採用することもできる。要するに目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上になる高負荷運転時に切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させる構成であれば、スロットルバルブ３２が全開状態に保持された状態であっても、アクセル操作に基づく高負荷運転要求時に機関出力を更に増大させることができるようになる。

・上記実施形態では、冷間運転用マップを参照して算出される目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上であるとき、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰがＡ１以上のときに切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させて主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させる構成を示した。これに対して冷間運転用マップを参照して算出される目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ未満であるとき、すなわちアクセル操作量ＡＣＣＰがＡ１未満のときから切り替えバルブ４３の開度ＶＡを増大させる構成を採用することもできる。すなわち、少なくとも冷間運転用マップを参照して算出される目標スロットル開度ＴＡｔが最大スロットル開度ＴＡｍａｘ以上であるときに切り替えバルブ４３を制御して主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させるものであれば、切り替えバルブ４３の開度ＶＡを制御することにより主排気通路４１から副排気通路４２に流入する排気の量を減少させ、背圧の上昇を抑制して機関出力を増大させることができるようになる。

・上記実施形態では、冷間運転用マップにおける目標スロットル開度ＴＡｔの増大量を予め行う実験等の結果に基づいて設定し、排気熱回収処理の実行中に内燃機関２０の背圧が増大した場合であっても、同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する機関出力が排気熱回収処理の停止中の機関出力と等しくなるようにした。このように排気熱回収処理の停止中の機関出力と排気熱回収処理実行中の機関出力が等しくなるように目標スロットル開度ＴＡｔを増大させる構成に限らず、アクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて算出される目標スロットル開度ＴＡｔを増大させるものであれば、吸入空気量ＧＡを増大させることができる。そして、これにより内燃機関２０の背圧による機関出力の低下を抑制することができ、同一のアクセル操作量ＡＣＣＰに対する通常運転時と機関冷間時との機関出力の乖離を低減することができる。

・上記実施形態では機関冷間時に目標スロットル開度ＴＡｔを算出するために参照する演算マップを冷間運転用マップに切り替えることにより、目標スロットル開度ＴＡｔを排気熱回収処理の停止中よりも増大させる構成を示したが、目標スロットル開度ＴＡｔの算出方法はこうした演算マップを参照する方法に限定されるものではない。例えば、排気熱回収処理実行中に目標スロットル開度ＴＡｔを増大させる方法として、排気熱回収処理の実行中にアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいて補正量を算出し、通常運転用マップによって算出される目標スロットル開度ＴＡｔを増大補正する方法を採用することもできる。

・尚、上記実施形態では、内燃機関２０の吸入空気量ＧＡを調量する吸入空気量調量機構として吸気通路３０にスロットルバルブ３２を設け、スロットル開度ＴＡを調整することにより吸入空気量ＧＡを調量する構成を示した。これに対して、吸入空気量調量機構は適宜変更することができる。例えば、内燃機関２０の吸気バルブの最大リフト量を変更する最大リフト量変更機構を設け、スロットルバルブ３２に替えて、最大リフト量変更機構を通じて吸入空気量ＧＡを調量するものにこの発明を適用することもできる。

・また、本発明は、図５に示されるような構成の排気熱回収装置１００に限定されるものではない。すなわち、排気熱回収処理の実行に伴って排気熱回収装置の流路抵抗によって内燃機関２０の背圧が上昇するものであれば、本発明の出力制御を適用することにより背圧の上昇によるアクセル操作量ＡＣＣＰに対する機関出力の低下を抑制することができる。

この発明の一実施形態にかかる内燃機関の制御装置、及びその制御対象である内燃機関の概略構成を示す模式図。 同実施形態の内燃機関の出力制御にかかる一連の処理の流れを示すフローチャート。 同実施形態の内燃機関の出力制御にかかるアクセル操作量と、スロットル開度、切り替えバルブの開度、及び吸入空気量との関係を示すグラフ。 同実施形態の変更例としての切り替えバルブの構成を示す排気通路の断面図。 一般の排気熱回収装置の構成を示す断面図。

符号の説明

１０…電子制御装置、２０…内燃機関、３０…吸気通路、３１…電動モータ、３２…スロットルバルブ、４０…排気通路、４１…主排気通路、４２…副排気通路、４３…切り替えバルブ、４４…負圧供給通路、４５…負圧アクチュエータ、４６…負圧調整弁、５０…ウォータジャケット、５１…冷却水通路、５２…ウォータポンプ、５３…ラジエータ、５４…バイパス通路、５５…サーモスタットバルブ、６０…アクセルポジションセンサ、６１…水温センサ、６２…スロットル開度センサ、６３…切り替えバルブ開度センサ、１００…排気熱回収装置、１１０…液室、１２０…排気冷却通路、１３０…流入通路、１４０…流出通路。

Claims (7)

1. 主排気通路から分岐する副排気通路と、同副排気通路に設けられて排気と機関冷却水との熱交換により機関冷却水を昇温する排気熱回収装置と、前記主排気通路及び前記副排気通路における排気の流通状態を切り替える切り替えバルブと、内燃機関の吸入空気量を調量する吸入空気量調量機構と、アクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量と実際の操作量とが一致するように同吸入空気量調量機構を制御して機関出力を制御する機関出力制御手段とを備え、機関冷却水温が所定温度以上のときには排気が前記主排気通路を流れるように前記切り替えバルブを制御する一方、機関冷却水温が所定温度未満のときには排気が前記副排気通路に流れるように前記切り替えバルブを制御することにより前記排気熱回収装置を通じて排気の熱を回収する排気熱回収処理を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記機関出力制御手段は、前記排気熱回収処理の実行中は前記アクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量を前記排気熱回収処理の停止中と比較して増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記機関出力制御手段は、増大させた目標操作量が前記吸入空気量調量機構の操作量の上限値よりも大きいときには、吸入空気量調量機構の目標操作量をその上限値に設定するとともに、前記切り替えバルブを制御して前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量を減少させることにより機関出力を増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記切り替えバルブはその開度に応じて前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量を調節する調量機能を有するものであり、
   前記機関出力制御手段は、増大させた後の目標操作量が前記吸入空気量調量機構の操作量の上限値よりも大きいときには、アクセル操作量が大きいときほど、前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量が少なくなるように前記切り替えバルブの開度を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記機関出力制御手段は、アクセル操作量がその上限に到達したときに前記主排気通路から前記副排気通路に流入する排気の量が最小になるように前記切り替えバルブの開度を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記機関出力制御手段は、同一のアクセル操作量に対する機関出力が前記排気熱回収処理の実行中と停止中とにおいて等しくなるようにアクセル操作量に基づいて算出される前記吸入空気量調量機構の目標操作量を増大させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 前記吸入空気量調量機構は、吸気通路に設けられるスロットルバルブである
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記吸入空気量調量機構は、内燃機関の吸気バルブの最大リフト量を変更することにより吸入空気量を調量する最大リフト量変更機構である
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。

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