JP2009103055A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関及び過給機の過熱防止、及び、内燃機関の出力低下の抑制の両立を実現することを可能とする。
【解決手段】内燃機関の制御装置（１）は、気筒を含む本体部、気筒の排気系にタービンを有すると共に気筒の吸気系にて過給を行う過給機（１３）、燃料を含む混合気を気筒へ供給する供給手段（７）、本体部を冷却する第１冷却系（１１０等）、並びに共通の冷却源により排気系若しくは過給機を冷却する第２冷却系（１２０等）を備え、本体部の第1温度を測定する第１温度測定手段（２０）と、排気系又は過給機の第２温度を測定する第２温度測定手段（３０）と、測定された第１温度が、本体部が過熱状態にあることを示す第１閾値（Ｋ１）を超える場合、過給圧を低減するように過給機を制御し、測定された第２温度が前記第１閾値より小さい値である第２閾値（Ｋ２）を超える場合、供給される混合気の空燃比を、第２温度を低減させる側に変化させるように、供給手段を制御する制御手段（１０）とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、排気系にタービンを有する過給機を備え、気筒を含む本体部を冷却するのと共通のラジエータ等の冷却源により、過給機又は排気系が冷却される内燃機関を制御する内燃機関の制御装置に関する。

この種の内燃機関の制御装置として、特許文献１等には、過給機（所謂、ターボチャージャー）を冷却する冷却水循環システムを備え、冷却水の温度が、所定値より上昇した場合、内燃機関の出力を低下させる制御装置が開示されている。

特開平１−１７７４１８号公報 実開平３−１２７０３３号公報 特許２６５４８０７号公報

しかしながら、上述した特許文献１等によれば、測定された排気系又は過給機の温度が、閾値より高くなることを契機として、排気系又は過給機の温度を低減するための各種の制御が行われる。このため、過熱した排気系を迅速に冷却するには不十分であり、例えば登坂路などにおいて、内燃機関及び過給機の過熱に起因して、ひいては、内燃機関の出力を低下させる可能性があるという技術的な問題点が生じる。

そこで本発明は、例えば上記の問題点に鑑みなされたものであり、内燃機関及び過給機の過熱防止、及び、内燃機関の出力低下の抑制の両立を実現することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、気筒を含む本体部、該気筒の排気系にタービンを有すると共に前記気筒の吸気系にて過給を行う過給機、燃料を含む混合気を前記気筒へ供給する供給手段、前記本体部を冷却する第１冷却系、並びに該第１冷却系と共通の冷却源により前記排気系若しくは前記過給機を冷却する第２冷却系を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、前記本体部の第１温度を測定する第１温度測定手段と、前記排気系又は前記過給機の第２温度を測定する第２温度測定手段と、前記測定された第１温度が、前記本体部が過熱状態にあることを示す第１閾値を超える場合、過給圧を低減するように前記過給機を制御し、前記測定された第２温度が前記第１閾値より小さい値である第２閾値を超える場合、前記供給される混合気の空燃比を、前記第２温度を低減させる側に変化させるように、前記供給手段を制御する制御手段とを備える。

本発明に係る冷却系とは、例えば水等の所定種類の冷却媒体を介して、熱エネルギーを外界へ放出させるエネルギーシステムを意味する。具体的には、例えば水等の所定種類の冷却媒体が循環されることで、熱エネルギーの流れが生じ、例えばラジエーターなどの冷却源において、熱エネルギーが大気などの外界へ放出される。また、本発明に係る「共通の冷却源」とは、例えばラジエーター等の冷却源が共通であれば足り、冷却水等の冷却媒体が共通である或いは共用される必要はない。但し、冷却媒体までも共通或いは共用であってもよい。

本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、第１冷却手段により本体部が冷却され且つ第２冷却手段により排気系若しくは過給機が冷却される内燃機関に対して、次のように動作する。即ち、例えばシリンダ外壁に取り付けられた温度センサなどを含んでなる第１温度測定手段によって、本体部の第１温度（即ち、機関温度）が測定される。これと並行して、例えば排気管に取り付けられた温度センサなどを含んでなる第２温度測定手段によって、排気系又は前記過給機の第２温度が測定される。ここで第1及び第２温度測定手段は、温度を直接測定する或いは計測するものの他、温度と所定の関係を有する他の一又は複数のパラメータから計算により測定或いは演算する、即ち間接的に測定するものであってもよい。

このような２つの測定が続けられる中、測定された第２温度が第２閾値を超える場合、例えばコントローラである制御手段による制御下で、例えばポート噴射方式又は筒内噴射方式の燃料供給装置や吸入空気供給装置などを含んでなる供給手段によって、供給される混合気の空燃比は、第２温度を低減させる側に変化させられる。ここに、本発明に係る第２閾値とは、内燃機関の本体部が過熱状態にあることを示す第１閾値より小さい値を意味する。このように測定された第２温度が第２閾値を超える場合、制御手段の制御下で、例えば、目標とすべき目標空燃比が第２温度を低減させるように設定され、供給手段によって、この目標空燃比を実現するための供給量だけの燃料が供給されることで、供給される混合気の空燃比は、第２温度を低減させる側に変化させられる。

本発明に係る「第２閾値を超える場合」は、第２閾値以上となる場合又は第２閾値より大きくなる場合のいずれでもよい。また、過給機は、排気系にタービンを有し（更に、典型的には、吸気系にコンプレッサを有し）、過給機を冷却することは、排気系を冷却することに繋がる。尚、この第２温度を低減させる動作として、第２温度が第２閾値を超える場合、制御手段の制御下で、排気系の温度を低減するための各種の制御、即ち、排気系（又は排気系にタービンを有する過給機）から熱エネルギーを放出するための各種の制御が行われてもよい。

仮に、第１閾値と第２閾値とを区別することなく、測定された排気系又は過給機の第２温度が、共通の閾値より高くなることを契機として、排気系の第２温度を低減するための各種の制御が行われる場合、過熱した排気系を迅速に冷却するには不十分であり、例えば登坂路において、排気系を冷却するのと共通の冷却源にて本体部が冷却される内燃機関の出力を、低下させる可能性があるという技術的な問題点が生じる。これは、次の理由によって、排気系の温度が、内燃機関の機関温度（即ち、シリンダ部等の本体部の温度）よりも高い状態にある頻度が多いためである。即ち、内燃機関における気筒を含む本体部（即ち、シリンダ部等）では、燃焼行程に加えて、燃焼ガスより温度の低い吸気ガスを吸気する吸気行程が行われるため、熱エネルギーの取得に加えて、熱エネルギーの放出が行われる。他方で、排気系では、主として、燃焼ガスから熱エネルギーが取得される一方である。よって、特に、一般的な過給機より容量の小さい特別な過給機を搭載した車両においては、例えば、車速が一般走行時と比較して遅い、機関回転数が例えば数百ｒｐｍなどの一般走行時と比較して小さい運転領域、所謂、低速域においては、ラジエータに送風される風速や風量も小さくなる。このため、本体部を冷却する冷却水の温度の上昇、これによる内燃機関の出力の低下、更にこれによる車両の走行不良が発生してしまい、容量の小さい特別な過給機の商品性を顕著に低下させてしまう。

これに対して、本発明によれば、測定された排気系の第２温度が、内燃機関が過熱状態にあることを示す第１閾値より小さい値である第２閾値より高くなる場合、制御手段の制御下で、供給される混合気の空燃比は、第２温度を低減させる側に変化させられる。或いは、これに付随して、排気系の第２温度を低減するための各種の制御が行われる。これらにより、内燃機関の機関温度（即ち、第１温度）よりも高い状態にある頻度が多い排気系において、排気系の第２温度を低減するための各種の制御を、内燃機関と比較して、より多い頻度で行うことができる。

この結果、排気系を冷却する第２冷却系を介して伝達される熱エネルギーが冷却源に伝達される度合い又は量を、時間経過に伴って分散させ、単位時間当たりに伝達される熱エネルギー量を減少させ、冷却源において放出することが必要な単位時間当たりの熱エネルギー量を減少させることができる。言い換えると、冷却源における熱エネルギーの冷却負荷において、第２冷却系によって伝達される熱エネルギーを放出する割合を低減させることができる。これにより、この第１冷却系及び第２冷却系によって共有される冷却源は、第１冷却系を介して伝達される熱エネルギーを、単位時間当たり、より多量に放出することができる。言い換えると、冷却源における熱エネルギーの冷却負荷において、第１冷却系によって伝達される熱エネルギーを放出する割合を増加させることができる。

従って、温度を上昇させる原因が異なる２つの熱源である内燃機関の本体部と、排気系とに夫々対応して、過熱状態であることを示す閾値を２つ設定し、内燃機関の機関温度よりも高い状態にある頻度が多い排気系において、相対的に小さい値である第２閾値によって、優先的に、より迅速に応答する。これにより、排気系の温度を低減するための各種の制御がより多頻度で行われるので、冷却源の総合的な冷却能力において、内燃機関及び排気系における熱エネルギーをより効率的に放出することが可能である。

このように第２温度を低減させるように設定された目標空燃比を実現するための燃料の噴射は、燃料の噴射停止、過給機の回転数の減少又は点火時期の遅角などと比較して、内燃機関の出力低下への影響が顕著に小さい。これにより、内燃機関の出力低下への影響を最小限にしつつ、排気系の温度を低減させることが可能である。このことは、上述したように、第２閾値を第１閾値より小さく値に設定して、排気系の第２温度を低減させるための空燃比の変化を、より頻繁に行うことが可能であるので、内燃機関の出力低下を殆ど又は完全に無くすことができるので大変好ましい。

他方で、本発明では、制御手段の制御下で、測定された内燃機関の本体部の第１温度（即ち、内燃機関の機関温度）が、本体部が過熱状態にあることを示す第１閾値を超える場合、過給圧を低減するように過給機が制御される。ここに、本発明に係る「第１閾値を超える場合」とは、第１閾値以上となる場合又は第１閾値より大きくなる場合のいずれでもよい。この場合、排気系の第２温度は、内燃機関の本体部よりも温度が高くなっていると推定されるので、内燃機関、排気系及び過給機の過熱防止を最優先して、過給圧の低減に加えて、過給機の回転数の低下、燃料の噴射量の低減、及び燃料の点火時期の遅角化などが行われることが好ましい。この結果、内燃機関の過熱により迅速に応答して、内燃機関、排気系及び過給機の過熱防止をより的確に行うことができる。従って、内燃機関及び過給機の耐久性を向上させることができる。

以上の結果、内燃機関及び過給機（所謂、ターボチャージャー）の温度の過上昇を適切に防止することができると共に、内燃機関の出力低下を殆ど又は完全に無くすことができる。即ち、内燃機関及び過給機の過熱防止と、内燃機関の出力低下の抑制との両立を実現することができる。従って、内燃機関の適正な運転を確保すると共に過給機のみならず内燃機関全体の耐久性を向上させることができる。

本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記供給手段は、前記混合気の一部として前記燃料を供給すると共に前記燃料の供給量を前記混合気の他の一部としての空気の吸入量に対して変化させることができる燃料供給手段と、前記吸入量を前記供給量に対して変化させることができる空気供給手段とのうち少なくとも一方を含み、前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記供給量を前記吸入量に対して増減させるように、前記少なくとも一方を制御する。

この態様によれば、制御手段の制御下で、例えばポート噴射装置や筒内噴射装置などを含んでなる燃料供給手段による燃料の供給量の変化に加えて又は代えて、例えば空気吸入弁などを含んでなる空気供給手段による空気の吸入量の変化によって、供給される混合気の空燃比を、第２温度を低減させる側に高精度且つ的確に変化させることが可能である。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記内燃機関の回転数が所定回転数より小さい低回転域では、前記混合気中の前記燃料を増量するように、前記供給手段を制御する。

この態様によれば、空燃比を、理論空燃比と比較してリッチ側へ変更できるので、排気系の温度を低減させつつ、内燃機関の出力低下を抑制することができる。ここに、本発明に係る内燃機関の所定回転数とは、内燃機関の回転数と内燃機関の出力トルクと過給機の容量との相関関係を規定する所定関係式や所定マップや所定テーブルに基づいて、実験的、理論的、経験的、シミュレーション等によって、燃料を増量する所望のタイミングが得られるように個別具体的に規定することが可能である。

上述した低回転域での制御を行う態様では、前記制御手段は、前記低回転域では、前記空燃比を、前記燃料の燃焼により前記気筒内で得られる燃焼圧を最大とする出力空燃比に近付けるべく前記燃料を増量するように、前記供給手段を制御するように構成してよい。

ここに、本発明に係る出力空燃比とは、燃料が有するエネルギーのうち燃焼圧として外部へ出力される割合を最大とさせることが可能な所定の空燃比を意味する。この出力空燃比に基づいて燃料を燃焼させることで、理論空燃比と比較して、排気ガスに含まれる熱エネルギーを低減させることが可能である。

このように構成すれば、空燃比を出力空燃比に変化させ、空燃比をリーン側へ変更する場合と比べて、排気系の温度を低減させつつ、内燃機関の出力低下を抑制することができる。特に、一般的な過給機より容量の小さい特別な過給機において、例えば、機関回転数が例えば数百ｒｐｍ（revolution per minutes）などの所定回転数より小さい運転領域、所謂、低速域において、内燃機関の出力低下を抑制できるので、内燃機関及び過給機の過熱防止と、内燃機関の出力低下の抑制との両立を実現する観点において好ましい。

本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記内燃機関の回転数が所定回転数より小さくない非低回転域では、前記混合気中の前記燃料を減量するように、前記供給手段を制御する。

この態様によれば、空燃比を、理論空燃比と比較してリーン側へ変更できるので、燃焼に起因して発生する熱エネルギーを低減させ、排気ガスに含まれる熱エネルギーを低減させることが可能である。

上述した非低回転域での制御を行う態様では、前記制御手段は、前記非低回転域では、前記空燃比を、理論空燃比と比較して前記混合気中の空気の割合が大きいリーンとすべく前記燃料を減量するように、前記供給手段を制御する。

このように構成すれば、空燃比をリーン空燃比に変化させ、空燃比をリッチ側へ変更する場合と比べて、排気系の温度を低減させつつ、内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。特に、例えば、機関回転数が例えば数千から数万ｒｐｍなどの所定値より大きい運転領域、所謂、中速域から高速域では、排気ガスが有する過給機を回転させる排気エネルギーや熱エネルギーは、内燃機関の出力を維持するために十分である。このため、排気ガスが有する排気エネルギーや熱エネルギーを、リーン空燃比に対応させて減少させても、内燃機関の出力低下への影響が顕著に小さい。更に、リッチ側に空燃比を変化させる場合と比較して、排気系の温度を低減させつつ、燃費の低下を効果的に防止することが可能である。特に、上述した低速域における目標空燃比の制御と共に実行されることで、燃費の低下をより効果的に抑制することが可能である。

本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための最良の形態から明らかにされる。

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。

（１） 基本構成
続いて、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置の基本構成について説明する。

（１−１） 吸気系及び排気系
先ず、図１を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、吸気系及び排気系に着目した基本構成について説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、吸気系及び排気系に着目した基本構成を概念的に示したブロック図である。尚、図１において、実線の矢印は吸排気の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。

内燃機関の制御装置１は、内燃機関（エンジン）５と、エンジン５に接続された吸気通路２及び排気通路６と、ＥＣＵ１０と、アクセル開度センサ１１とを備える。本実施形態では、エンジン５は理論空燃比（以下、「λ１」とも記す。）で運転するガソリン高過給エンジンであるとする。

アクセル開度センサ１１は、図示しないアクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度を検出し、検出信号Ｓ１１をＥＣＵ１０へ供給する。

吸気通路２には、エアフローメータ３と、スロットル弁４とが設けられている。エアフローメータ３は、吸気通路に流れる吸入空気量Ｑを測定し、吸入空気量Ｑを示す検出信号Ｓ３をＥＣＵ１０に供給する。スロットル弁４は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ４によりアクセル開度などに応じて開閉され、エンジン５へ供給される吸入空気量Ｑを制御する。

エンジン５にはターボチャージャ１３が設けられている。このターボチャージャ１３は、可変ノズル（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ：ＶＮ）機構を備える。可変ノズル機能とは、タービンの上流側に設けられたノズルベーンの開度を制御することにより排気ガスの流量を制御して過給量を調整する機構である。ノズルベーンの開度はＥＣＵ１０から供給される信号により制御される。また、ターボチャージャ１３には、ターボ回転数、即ちタービン１３ｔの回転数を検出する回転数センサを設けてよい。この回転数センサから出力される回転数検出信号は、ＥＣＵ１０に供給されてよい。尚、本発明における過給機は、ターボチャージャ１３により構成される。

吸気通路２にはターボチャージャ１３のコンプレッサ１３ｃが設けられ、コンプレッサ１３ｃの下流にはコンプレッサ１３ｃから出力される吸気を冷却するインタークーラ１６が設けられている。尚、インタークーラ１６とエンジン５との間には、図示しないサージタンクを設けてよい。また、吸気通路２には、外部から取得された空気（吸気）を浄化するエアクリーナを設けてよい。

排気通路６にはターボチャージャ１３のタービン１３ｔが設けられている。また、タービン１３ｔの下流には排気を浄化する触媒１５が設けられている。

エンジン５には、燃料噴射弁７、点火装置８、クランク角センサ９及びノックセンサ１２が設けられている。燃料噴射弁７は、ＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ７に応じて燃料を噴射し、点火装置８はＥＣＵ１０から供給される制御信号Ｓ８により指示される点火時期で気筒内に封入された混合気に点火する。クランク角センサ９はクランクシャフトの回転を検出することにより、エンジン回転数ＮＥなどを示す検出信号Ｓ９をＥＣＵ１０へ供給する。

ノックセンサ１２は、エンジン５におけるノッキングの発生を検出し、検出信号Ｓ１２をＥＣＵ１０へ供給する。ＥＣＵ１０は、検出信号Ｓ１２に基づいて、ノッキングの有無を判定する。例えばＥＣＵ１０は、ノックセンサ１２から出力される検出信号のレベルを所定レベルと比較し、所定レベル以上となった数が所定数を超えたときにノッキングが発生していると判定する。なお、ノッキングの判定については、上記以外の既知の手法を適用してもかまわない。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ及びＲＡＭを備え、内燃機関の制御装置１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。なお、上記の構成において、本発明に係る「制御手段」はＥＣＵ１０により構成され、本発明に係る「供給手段」は、燃料噴射弁７及びスロットル弁４により構成される。

このエンジン５の運転状態は、ＥＣＵ１０の制御下で、上述した燃料噴射弁７、図示しない燃料ポンプから燃料噴射弁７へ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレールの圧力調整弁といった各種の装置が操作されて、制御される。詳細には、後述されるＥＣＵ１０の制御下で、燃料噴射弁７は、エンジン５に吸入される空気と燃料噴射弁７から添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリッチ側又はリーン側になるように燃料を噴射する。

（１−２） 冷却系
次に、図２を参照して、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、冷却系に着目した基本構成について説明する。ここに、図２は、本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、冷却系に着目した基本構成を概念的に示したブロック図である。尚、図２において、実線の矢印は例えば水等の冷却媒体の流れを示し、破線の矢印は信号の流れを示す。また、上述した図１において、説明した構成要素と同一の要素には、同一の符号番号を夫々付し、それらの説明は適宜省略する。

図２に示されるように、本実施形態に係る内燃機関の制御装置は、冷却系に着目すると、更に、次の構成要素を備えて構成されている。即ち、水温センサー２０、水温センサー３０、ラジエータ４０、電動ファン５０、ウォータジャケット１１０、水路１１１、水路１１２、タービンハウジング１２０、水路１２１、及び、水路１２２を備えて構成されている。尚、本発明に係る「第１冷却系」の一具体例が、ウォータジャケット１１０、このウォータジャケット１１０からラジエータ４０へ冷却水を循環させる水路１１１、並びに、ラジエータ４０からウォータジャケット１１０へ冷却水を循環させる水路１１２によって構成されている。また、本発明に係る「第２冷却系」の一具体例が、タービンハウジング１２０、ウォータジャケット１１０、このタービンハウジング１２０からラジエータ４０へ冷却水を循環させる水路１２１、並びに、ラジエータ４０からタービンハウジング１２０へ冷却水を循環させる水路１２２によって構成されている。

水温センサー２０は、エンジン５を冷却するためにウォータジャケット１１０の内部を循環する冷却水の水温を測定し、測定された水温を示す信号Ｓ２０を、ＥＣＵ１０に出力する。

水温センサー３０は、ターボチャージャ１３を冷却するためにタービンハウジング１２０の内部を循環する冷却水の水温を測定し、測定された水温を示す信号Ｓ３０を、ＥＣＵ１０に出力する。

ラジエータ４０に供給された冷却水は、電動ファン５０から送られる風によって、冷却される。

（２）機関温度及び排気系の温度に基づいた燃料噴射の制御方法
次に、図３から図６を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の制御装置に適用される、機関温度及び排気系の温度に基づいた燃料噴射の制御方法について説明する。

先ず、図３を参照して、本実施形態に係る、機関温度及び排気系の温度に基づいた燃料噴射の動作原理について説明する。ここに、図３は、本実施形態に係る、機関温度及び排気系の温度に基づいた燃料噴射の制御処理の流れを示したフローチャートである。尚、この燃料噴射の制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。図４は、本実施形態に係る、燃料の噴射量を、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報として規定した所定マップを示した模式図である。尚、図４中の円の大きさの大小関係は、燃料の噴射量の大小関係を示す。図５は、本実施形態に係る、ガソリン高過給エンジンの空燃比と排気温度との関係を示すグラフである。

図３に示されるように、ＥＣＵ１０の制御下で、水温センサー２０によって、機関温度Ｔｅｎｇが測定されると共に、水温センサー３０によって、排気系の温度Ｔｅｘが測定される（ステップＳ１０１）。詳細には、これらの測定された温度に関する情報が、ＥＣＵ１０が有するメモリ等の記憶手段に記憶される。

次に、ＥＣＵ１０の制御下で、測定された機関温度Ｔｅｎｇが、第１閾値Ｋ１より高いか否かが判定される（ステップＳ１０２）。ここに、本実施形態に係る第１閾値Ｋ１とは、内燃機関が加熱状態、所謂、オーバーヒートの状態であることを示す所定の温度である。この判定の結果、測定された機関温度Ｔｅｎｇが、第１閾値Ｋ１より高いと判定される場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０の制御下で、過給圧が低下するように各種のアクチュエータが駆動される。具体的には、上述した可変ノズル機能において、タービンの上流側に設けられたノズルベーンの開度を全開側に制御することにより排気ガスの流量を制御して過給圧が低下するように調整される。

他方、上述したステップＳ１０２の判定の結果、測定された機関温度Ｔｅｎｇが、第１閾値Ｋ１より高いと判定されない場合、言い換えると、低い又は等しいと判定される場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、更に、ＥＣＵ１０の制御下で、測定された排気系の温度Ｔｅｘが、第２閾値Ｋ２より高いか否かが判定される（ステップＳ１０４）。ここに、本実施形態に係る第２閾値Ｋ２とは、過給機を含む排気系が過熱状態、所謂、オーバーヒートの状態であることを示す所定の温度である。この判定の結果、測定された排気系の温度Ｔｅｘが、第２閾値Ｋ２より高いと判定される場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０の制御下で、クランク角センサ９から供給される検出信号Ｓ９によって、エンジン回転数ＮＥ、即ち、内燃機関の機関回転数が検出される（ステップＳ１０５）。

次に、ＥＣＵ１０の制御下で、エンジン回転数ＮＥが所定値Ｋより大きいか否かが判定される（ステップＳ１０６）。ここで、エンジン回転数ＮＥが所定値Ｋより大きい場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０の制御下で、空燃比が理想空燃比よりリーン側になるように燃料の噴射量が制御される（ステップＳ１０７）。具体的には、図４の「中〜高速域」における領域に示されるように、通常運転の際の燃料の噴射量と比較して、減少側に補正されつつ、燃料が噴射される。具体的には、例えば通常の燃料の噴射量に、１より小さい所定の補正係数を乗算した噴射量の燃料を噴射してよい。即ち、図４の「中〜高速域」における領域の点線の円は通常走行の際、燃料が噴射される噴射量を示し、実線の円は本実施形態に係る、補正された燃料の噴射量を示す。

他方、上述したステップＳ１０６の判定の結果、エンジン回転数ＮＥが所定値Ｋより大きくない場合、即ち、小さい場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、ＥＣＵ１０の制御下で、空燃比が理想空燃比よりリッチ側になるように燃料の噴射量が制御される（ステップＳ１０８）。具体的には、図４の「低速域」における領域に示されるように、通常運転の際の燃料の噴射量と比較して、増加側に補正されつつ、燃料が噴射される。具体的には、例えば通常の燃料の噴射量に、１より大きい所定の補正係数を乗算した噴射量の燃料を噴射してよい。即ち、図４の「低速域」における点線の円は通常走行の際、燃料が噴射される噴射量を示し、実線の円は本実施形態に係る、補正された燃料の噴射量を示す。

ここで、図５を参照して、排気系の温度を低減するために、空燃比を理想空燃比よりリッチ側又はリーン側に変化させる制御について説明する。ここに、図５は、本実施形態に係る、排気系の温度と空燃比とにおける定量的又は定性的な関係を示したグラフである。

本実施形態では、空燃比を理想空燃比よりリッチ側又はリーン側に変化させる制御を行うことにより、排気ガスの温度や触媒床温（即ち、本発明に係る排気系の温度の一具体例）の上昇を抑制しつつ内燃機関の出力低下を抑制する。具体的には、図５に示されるように、エンジン５を理論空燃比で運転している状態を基準として、排気系の温度を所定温度Ｃだけ低下させるためには、空燃比を変化量Ａだけリッチ側に変化させる方法と、変化量Ｂだけリーン側に変化させる方法とがある。

空燃比をリッチ側へ変更する方法は、リーン側へ変更する方法と比べて、排気系の温度を低減させつつ、内燃機関の出力低下を抑制することができる。特に、一般的な過給機より容量の小さい特別な過給機において、例えば、機関回転数が例えば数百ｒｐｍ（revolution per minutes）などの所定値より小さい運転領域、所謂、低速域において、内燃機関の出力低下を抑制できるので、内燃機関及び過給機の過熱防止との両立を実現する観点において好ましい。ここで、所定のリッチ側の空燃比とは、ＭＢＴ位置が、エンジン５が理論空燃比状態で運転されているときのＭＢＴと同等又はそれより進角する空燃比であり、好ましくはエンジン５の出力空燃比とされる。ここで、空燃比を出力空燃比までリッチ状態とする理由は以下の通りである。空燃比が出力空燃比に満たない適度なリッチ状態となると、排気系の温度を低減させるのに不十分な可能性が生じる。そこで、理論空燃比状態で運転されているときのＭＢＴと同等又はそれより進角する出力空燃比程度まで空燃比がリッチ化される。具体的には、理論空燃比を１４．５、出力空燃比を１２．５とし、燃料の補正量の割合を１．０から１．１６（＝１４．５／１２．５）としてよい。

空燃比をリーン側へ変更する方法は、空燃比をリッチ側へ変更する場合と比べて、排気系の温度を低減させつつ、内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。ここに、本実施形態に係るリーン空燃比とは、理論空燃比と比較して、空気の割合の大きな所定の空燃比を意味する。このリーン空燃比に基づいて燃料を燃焼させることで、理論空燃比と比較して、燃焼に起因して発生する熱エネルギーを低減させ、排気ガスに含まれる熱エネルギーを低減させることが可能である。特に、例えば、機関回転数が例えば数千から数万ｒｐｍなどの所定値より大きい運転領域、所謂、中速域から高速域では、排気ガスが有する過給機を回転させる排気エネルギーや熱エネルギーは、内燃機関の出力を維持するために十分である。このため、排気ガスが有する排気エネルギーや熱エネルギーを、リーン空燃比に対応させて減少させても、内燃機関の出力低下への影響が顕著に小さい。更に、リッチ側に空燃比を変化させる場合と比較して、排気系の温度を低減させつつ、燃費の低下を効果的に防止することが可能である。特に、上述した低速域における目標空燃比の制御と共に実行されることで、燃費の低下をより効果的に抑制することが可能である。

特に、空燃比をリーン側へ変更する方法は、リッチ側へ変更する方法と比べて、空燃比の変化量が少なくて済む点で有利である。即ち、空燃比をリーン側へ変化させた方が、少ない空燃比の変化量で排気系の温度を下げることができる。

再び、図３に戻って、上述したステップＳ１０４の判定の結果、測定された排気系の温度Ｔｅｘが、第２閾値Ｋ２より高いと判定されない場合、即ち、第２閾値Ｋ２より低いと判定される場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、内燃機関及び当該内燃機関の排気系において、過熱状態は発生していないので、ＥＣＵ１０の制御下で、通常の燃料の噴射制御が行われる（ステップＳ１０９）。

上述した実施形態では、内燃機関の負荷を示す値として吸入空気量を用いて制御を行っているが、その代わりに燃料噴射量を用いてもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はガソリンエンジンに限らず、ディーゼルガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、吸気系及び排気系に着目した基本構成を概念的に示したブロック図である。 本実施形態に係る内燃機関の制御装置における、冷却系に着目した基本構成を概念的に示したブロック図である。 本実施形態に係る、機関温度及び排気系の温度に基づいた燃料噴射の制御処理の流れを示したフローチャートである。 本実施形態に係る、燃料の噴射量を、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報として規定した所定マップを示した模式図である。 本実施形態に係る、ガソリン高過給エンジンの空燃比と排気温度との関係を示すグラフである。

符号の説明

３……エアフローメータ
４……スロットル弁
５……エンジン（内燃機関）
７……燃料噴射弁
８……点火装置
９……クランク角センサ
１０……ＥＣＵ
１２……ノックセンサ
１３……ターボチャージャ
１５……触媒
２０、３０……水温センサー
４０……ラジエータ
５０……電動ファン
１１０……ウォータジャケット
１２０……タービンハウジング
１１１、１１２、１２１及び１２２……水路

Claims (6)

1. 気筒を含む本体部、該気筒の排気系にタービンを有すると共に前記気筒の吸気系にて過給を行う過給機、燃料を含む混合気を前記気筒へ供給する供給手段、前記本体部を冷却する第１冷却系、並びに該第１冷却系と共通の冷却源により前記排気系若しくは前記過給機を冷却する第２冷却系を備える内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記本体部の第1温度を測定する第１温度測定手段と、
   前記排気系又は前記過給機の第２温度を測定する第２温度測定手段と、
   前記測定された第１温度が、前記本体部が過熱状態にあることを示す第１閾値を超える場合、過給圧を低減するように前記過給機を制御し、前記測定された第２温度が前記第１閾値より小さい値である第２閾値を超える場合、前記供給される混合気の空燃比を、前記第２温度を低減させる側に変化させるように、前記供給手段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。
2. 前記供給手段は、前記混合気の一部として前記燃料を供給すると共に前記燃料の供給量を前記混合気の他の一部としての空気の吸入量に対して変化させることができる燃料供給手段と、前記吸入量を前記供給量に対して変化させることができる空気供給手段とのうち少なくとも一方を含み、
   前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記供給量を前記吸入量に対して増減させるように、前記少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記内燃機関の回転数が所定回転数より小さい低回転域では、前記混合気中の前記燃料を増量するように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記制御手段は、前記低回転域では、前記空燃比を、前記燃料の燃焼により前記気筒内で得られる燃焼圧を最大とする出力空燃比に近付けるべく前記燃料を増量するように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記制御手段は、前記測定された第２温度が前記第２閾値を超える場合、前記内燃機関の回転数が所定回転数より小さくない非低回転域では、前記混合気中の前記燃料を減量するように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記制御手段は、前記非低回転域では、前記空燃比を、理論空燃比と比較して前記混合気中の空気の割合が大きいリーンとすべく前記燃料を減量するように、前記供給手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。

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