JP2009215914A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過給機付きの内燃機関の制御装置に関し、排気タービンに通じる排気通路に発生する負圧の上昇を抑制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】ＮＡ流し要求があるか否かを判定する（ステップ１００）。Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求があるか否かを判定する（ステップ１０２）。エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内か否かを判定する（ステップ１０４）。エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内である場合に、Ｗ／Ｇバルブを開弁する（ステップ１０６）。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に係り、特に、過給機付きの内燃機関の制御装置に関する。

従来、例えば、特開平１０−８９１０６号公報に開示されるように、排気タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、排気タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えた装置（独立排気エンジン）が知られている。この装置によれば、運転状態に応じて、第１排気弁と第２排気弁とを独立して開閉することで、排気ガスを排気タービンに導くタイミングや排気ガス量を制御することができる。このため、排気ポンピングロスの低減や過給による出力向上等を有効に達成することができる。

特開平１０−８９１０６号公報 特開平５−２６３６７１号公報

ところで、上述したような独立排気エンジンにおいては、例えば、第１排気弁を開弁し第２排気弁を閉弁することにより、排気タービンをバイパスして排気ガスを流すこと（以下、「ＮＡ流し」と称する）ができる。内燃機関の冷間時においてＮＡ流しを行うと、排気温度の低下を抑制することができるので、触媒暖機性能を効果的に高めることができる。

しかしながら、ＮＡ流しの実行中は、第１排気通路における第１排気弁側は密閉された状態になっている。このため、内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサが吸入空気により回転すると、排気タービンが回転して第１排気通路内に負圧が発生してしまう。したがって、この負圧が大きくなる運転領域においては、排気タービン軸や第１排気弁のステム部からオイルが吸出されてしまうおそれがあった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、排気タービンに通じる排気通路に発生する負圧の上昇を抑制することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサとが連結された過給機と、
前記内燃機関から前記タービンへ通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記内燃機関から前記タービンの下流へ通じる第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気弁を閉弁し、且つ前記第２排気弁を開弁することにより、排気ガスを前記タービンの下流に導くためのＮＡ流し手段と、
前記ＮＡ流し手段の実行中に、前記第１排気通路内にガスを供給するガス供給手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定する判定手段を更に備え、
前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記第１排気通路内にガスを供給することを特徴とする。

第３の発明は、第２の発明において、
前記判定手段は、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することを特徴とする。

第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記第１排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスするウェイストゲート通路と、
前記ウェイストゲート通路に配置されたウェイストゲートバルブと、を更に備え、
前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記ウェイストゲートバルブを開弁することを特徴とする。

第５の発明は、第２乃至第４の何れか１つの発明において、
前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記第１排気弁を開弁する開弁手段を含むことを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記開弁手段は、前記第１排気弁を排気上死点付近で微量リフトさせることを特徴とする。

第７の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の排気通路に配置されたタービンと前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサとが連結された過給機と、
前記内燃機関から前記タービンへ通じる第１排気通路と、
前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記内燃機関から前記タービンの下流へ通じる第２排気通路と、
前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第１排気弁を閉弁し、且つ前記第２排気弁を開弁することにより、排気ガスを前記タービンの下流に導くためのＮＡ流し手段と、
前記ＮＡ流し手段の実行中に、前記タービンの回転を抑制する回転抑制手段と、
を備えることを特徴とする。

第８の発明は、第７の発明において、
前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定する判定手段を更に備え、
前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記タービンの回転を抑制することを特徴とする。

第９の発明は、第８の発明において、
前記判定手段は、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することを特徴とする。

第１０の発明は、第８または第９の発明において、
前記吸気通路から分岐して、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
吸気の流入先を前記吸気通路と前記バイパス通路との間で切り替える切替手段と、を更に備え、
前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、吸気の流入先が前記バイパス通路となるように、前記切替手段を制御することを特徴とする。

第１１の発明は、第８乃至第１０の何れか１つの発明において、
前記過給機は電動機を有し、前記タービンの回転を利用して発電を行う発電モードと、前記タービンの回転をアシストするアシストモードと、を選択可能であり、
前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記電動機を発電モードに設定することを特徴とする。

内燃機関に対する出力要求や触媒の暖機要求により、第１排気弁を閉弁した状態で内燃機関を駆動するＮＡ流しが行われる場合がある。かかる場合においては、コンプレッサが吸入空気で回転することによりタービンが回転し、第１排気通路内に負圧が発生するおそれがある。第１の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内にガスが供給される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に発生する負圧の上昇が抑制されるので、タービン軸等からオイルが吸い出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

第２の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、第１排気通路内にガスが供給される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に負圧が許容範囲以上に上昇してタービン軸等からオイルが吸い出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

第３の発明によれば、内燃機関の回転数および負荷に基づいて、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を越えるか否かが判定される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に圧力センサ等を設けることなく、内燃機関の運転状態に基づいて、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することができる。

第４の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定されると、ウェイストゲートバルブが開弁される。ウェイストゲートバルブが開弁されると、ウェイストゲート通路を介して排気ガスが第１排気通路内に流入する。このため、本発明によれば、第１排気通路内の負圧が許容範囲以上に上昇する事態を効果的に抑制することができる。

第５の発明によれば、ＮＡ流し要求時に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定されると、第１排気弁が開弁される。第１排気弁が開弁されると、排気ガスが第１排気通路内に排出される。このため、本発明によれば、第１排気通路内の負圧が許容範囲以上に上昇する事態を効果的に抑制することができる。

第６の発明によれば、ＮＡ流し要求時に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定されると、第１排気弁が排気上死点付近で微量にリフトされる。このため、本発明によれば、微量の排気ガスが第１排気通路内に排出されるので、第１排気通路内における負圧上昇の抑制とＮＡ流し手段の実行との両立を図ることができる。

内燃機関に対する出力要求や触媒の暖機要求により、第１排気弁を閉弁した状態で内燃機関を駆動するＮＡ流しが行われる場合がある。かかる場合においては、コンプレッサが吸入空気で回転することによりタービンが回転し、第１排気通路内に負圧が発生するおそれがある。第７の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、タービンの回転が抑制される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に発生する負圧の上昇が抑制されるので、タービン軸等からオイルが吸い出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

第８の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、タービンの回転が抑制される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に負圧が許容範囲以上に上昇してタービン軸等からオイルが吸い出されてしまう事態を効果的に抑制することができる。

第９の発明によれば、内燃機関の回転数および負荷に基づいて、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を越えるか否かが判定される。このため、本発明によれば、第１排気通路内に圧力センサ等を設けることなく、内燃機関の運転状態に基づいて、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することができる。

第１０の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定されると、切替手段が制御されて吸気通路の連通先がバイパス通路に切り替えられる。バイパス通路が連通すると、吸入空気はコンプレッサをバイパスして流通する。このため、本発明によれば、タービンの回転を抑制することができるので、第１排気通路内の負圧が許容範囲以上に上昇する事態を効果的に抑制することができる。

第１１の発明によれば、ＮＡ流しの実行中に、第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えると判定されると、電動機付き過給機の電動機において、タービンの回転を利用して発電が行われる。このため、本発明によれば、タービンの回転エネルギが電気エネルギに変換されることにより、当該タービンの回転が抑制されるので、第１排気通路内の負圧が上昇する事態を効果的に抑制するとともに、電気エネルギの回収により燃費の向上を図ることができる。

以下、図面に基づいてこの発明の幾つかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかるシステムの構造を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、過給機（ターボチャージャ）を有する独立排気エンジンシステムとして構成されている。

図１に示すとおり、本実施の形態のシステムは内燃機関（エンジン）１０を備えている。エンジン１０は複数の気筒１２を有する多気筒エンジンとして構成されている。各気筒１２の吸気ポートには吸気弁１４が設けられている。吸気ポートは吸気マニホールドを介して吸気通路１６に接続されている。吸気通路１６の最上流には、エアクリーナ１８が設けられている。吸気通路１６におけるエアクリーナ１８の下流には、過給機２０のコンプレッサ２０１が設けられている。コンプレッサ２０１は、連結軸２０３を介してタービン２０２と連結されている。タービン２０２は、後述する第１排気通路３２に設けられている。このタービン２０２が排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることにより、コンプレッサ２０１が駆動され、吸気が過給される仕組みになっている。吸気通路１６におけるコンプレッサ２０１の下流には、過給された吸気を冷却するためのインタークーラ２２が配置されている。

各気筒１２の排気ポートには、第１排気弁３０１と第２排気弁３０２とが配置されている。第１排気弁３０１および第２排気弁３０２には、これらの排気弁の開弁特性（開閉時期およびリフト量）を独立して変更可能な可変動弁機構３０が配置されている。可変動弁機構３０としては、公知の電磁駆動弁機構や、機械式或いは油圧式の可変動弁機構を用いることができる。

第１排気弁３０１の排気ポートは、過給機２０におけるタービン２０２に通じる第１排気通路３２に連通している。また、第２排気弁３０２の排気ポートは、タービン２０２を通らない第２排気通路３４に連通している。第２排気通路３４は、第１排気通路３２における過給機２０の下流側と合流している。合流点の下流の排気通路３６には、始動時触媒（以下、「Ｓ／Ｃ触媒」とも称する）３８が配置されている。Ｓ／Ｃ触媒３８は三元触媒であって、排気ガス中の有害成分であるＣＯ、ＨＣ（炭化水素）、およびＮＯ_Ｘを、理論空燃比近傍で同時に除去するものである。

第１排気通路３２におけるタービン２０２の上流側と、第２排気通路３４における第１排気通路３２との合流点の上流側との間には、これらの通路を連通させるためのウェイストゲート通路（以下、「Ｗ／Ｇ通路」と称する）４０が接続されている。また、Ｗ／Ｇ通路４０の途中には、当該Ｗ／Ｇ通路４０の開度を調整するためのウェイストゲートバルブ（以下、「Ｗ／Ｇバルブ」と称する）４２が配置されている。

本実施の形態のエンジン１０には、その制御装置として、ＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０が備えられている。ＥＣＵ５０の出力部には、上述したＷ／Ｇバルブ４２や可変動弁機構３０等の種々の機器が接続されている。また、ＥＣＵ５０の入力部には、エンジン１０の運転状態を検知するための種々のセンサ類が接続されている。ＥＣＵ５０は、各センサの出力に基づいて、所定の制御プログラムに従って各機器を駆動する。

［実施の形態１の動作］
次に、図１および図２を参照して、本実施の形態の動作について説明する。図１に示すとおり、本実施の形態のエンジン１０は、独立排気エンジンとしての構成を有している。そこで、本実施の形態のエンジン１０によれば、例えば、冷間始動時に第１排気弁３０１を閉弁（停止）するとともに、第２排気弁３０２を開弁することにより、タービン２０２をバイパスして排気ガスを触媒３８に流すＮＡ流しを実行することができる。これにより、排気熱容量を自然吸気エンジンと同等のレベルにすることができるので、触媒３８の暖機性能を向上させることができる。尚、ＮＡ流しの実行は、エンジン１０の冷間時に限らず、例えば、過給を必要としない低負荷・低回転の運転領域においても行われる。これにより、かかる運転領域における排気抵抗を効果的に低減させることができる。

一方、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機完了後や、過給を必要とする高負荷・高回転の運転領域では、第１排気弁３０１を開弁するとともに、第２排気弁３０２を閉弁（停止）することにより、排気ガスの全量をタービン２０２に導くことができる。これにより、過給圧を高めることができるため、ターボレスポンスを効果的に向上させることができる。以下、このバルブ開弁特性を「ターボ流し」と称する。

ここで、上述したとおり、過給機２０は、コンプレッサ２０１とタービン２０２とが連結軸２０３により連結されることにより構成されている。このため、ＮＡ流し時においては、第１排気弁３０１が閉弁されているにもかかわらず、コンプレッサ２０１が吸気を受けて回転することにより、タービン２０２が回転駆動し、第１排気通路３２内に負圧が発生してしまう。エンジン１０の運転状態によっては、この負圧が許容範囲を超えて上昇してしまう場合があり、かかる場合には、タービン２０２の連結軸２０３からのオイルの吸出しや、第１排気弁のステム部からのオイルの吸出しを引き起こすおそれがある。

そこで、本実施の形態１においては、ＮＡ流し時に第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えると判断される場合には、Ｗ／Ｇバルブ４２を開弁することとする。Ｗ／Ｇバルブ４２を開弁すると、第２排気通路３４からＷ／Ｇ通路４０を介して第１排気通路３２へ排気ガスが流入する。これにより、第１排気通路内に発生する負圧の上昇が抑制されるので、オイルの吸出し等を効果的に抑制することができる。

第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうか否かの判断は、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内であるか否かで判断することができる。図２は、ＮＧ領域を特定するためにＥＣＵ５０が記憶しているマップである。図２のマップは、エンジン負荷とエンジン回転数を軸とする多次元マップであり、エンジン１０の運転領域のうち低負荷・低回転領側の領域は、ＮＡ流しが行われる領域（以下、「ＮＡ流し領域」と称する）に設定され、高負荷・高回転側の領域は、ターボ流しが行われる領域（以下、「ターボ流し領域」と称する）に設定されている。尚、図２のマップにおいて、ＮＡ流し領域とターボ流し領域との境界は、ＮＡ流し運転がターボ流し運転よりも効率がよい限界負荷を意味している。

上述したとおり、ＮＡ流しを実行すると、第１排気通路３２内に負圧が発生する。この負圧は、エンジン回転数が高いほど大きくなり、また、エンジン負荷が高いほど大きくなる。このため、ＮＡ流し領域には、図２に示すマップに鎖線で示すように、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲の限界となる境界が存在する。したがって、エンジン１０の運転ポイントが、当該鎖線の外側（高負荷・高回転側）のＮＡ流し領域（以下、「ＮＧ領域」と称する）内となった場合に、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えると判断することができる。

［実施の形態１における具体的処理］
次に、図３を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図３は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図３に示すルーチンでは、先ず、ＮＡ流し要求があるか否かが判定される（ステップ１００）。ここでは、具体的には、エンジン１０の冷間始動時か否か、或いはエンジン１０の運転領域が所定のＮＡ流し領域か否かが判定される。その結果、ＮＡ流し要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ１００において、ＮＡ流し要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要があると判断されて、次のステップに移行し、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求があるか否かが判定される（ステップ１０２）。ここでは、具体的には、Ｓ／Ｃ触媒３８に配置された温度センサの検出信号に基づいて、Ｓ／Ｃ触媒３８の活性発現のための暖機要否が判定される。尚、Ｓ／Ｃ触媒３８の温度は、温度センサで検出する方法に限らず、吸入空気量、排気ガスの積算空気量、空燃比等のエンジン１０の運転状態を示す制御信号に基づいて推定することとしてもよい。

上記ステップ１０２において、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行してもＳ／Ｃ触媒３８が失活するおそれがないと判断されて、次のステップに移行し、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内か否かが判定される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、先ず、エンジン１０のエンジン回転数とエンジン負荷とが各種センサの出力信号に基づいて算出される。次に、これらのエンジン回転数とエンジン負荷とから規定される運転ポイントが、図２に示すマップのＮＧ領域内となるか否かが判定される。

上記ステップ１０４において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内であると判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断されて、次のステップに移行し、Ｗ／Ｇバルブ４２が開弁される（ステップ１０６）。これにより、排気ガスが第２排気通路３４からＷ／Ｇ通路４０を介して第１排気通路３２へ流入する。

一方、上記ステップ１０２において、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行するとＳ／Ｃ触媒３８の暖機の妨げになると判断されて、次のステップに移行し、Ｗ／Ｇバルブ４２が閉弁される（ステップ１０８）。これにより、第２排気通路３４から第１排気通路３２への排気ガスの流入が制限されるので、タービン２０２に排気熱が奪われてＳ／Ｃ触媒３８の暖機の妨げになる事態が回避される。

また、上記ステップ１０４において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内でないと判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲内であると判断されて、上記ステップ１０８に移行し、Ｗ／Ｇバルブ４２が閉弁される。

以上説明したとおり、本実施の形態によれば、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、Ｗ／Ｇバルブ４２が開弁されるので、当該負圧が許容範囲を超えて上昇する事態を効果的に抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求がある場合には、Ｗ／Ｇバルブ４２が閉弁されるので、タービン２０２に排気熱が奪われてＳ／Ｃ触媒３８の暖機が長期化する事態を効果的に回避することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内か否かを判定することにより、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することとしている。しかしながら、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かの判定はこれに限らず、例えば、第１排気通路内の圧力を直接検出、或いは運転状態から推定し、当該圧力と所定の負圧値とを比較することにより判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、第１排気通路３２と第２排気通路３４との間を連通させるようにＷ／Ｇ通路４０が接続されているが、当該Ｗ／Ｇ通路４０の配置はこれに限られない。すなわち、第１排気通路３４とタービン２０２の下流側の排気通路とが連通するように接続されているのであれば、例えば、第１排気通路３４と排気通路３６とを連通させるように接続されていてもよい。

また、上述した実施の形態１においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定し、許容範囲を超えると判定された場合にＷ／Ｇバルブ４２を開弁して排気ガスを当該第１排気通路３２内へ導入することとしているが、排気ガスを当該第１排気通路３２内へ導入する構成はこれに限らない。すなわち、例えば、上述した判定を行わずに、定期的にＷ／Ｇバルブ４２を開弁することにより、第１排気通路３２内に発生する負圧の上昇を抑制してもよいし、Ｗ／Ｇバルブ４２に替えて所定圧力で開弁される機械式の開閉弁を使用し、第１排気通路３２内の負圧に応じて自動的に開弁される構成としてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ＮＡ流し手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「判定手段」が実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の構成］
図４は、本発明の実施の形態２にかかるシステムの構造を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、エンジン１０の吸気通路１６に、コンプレッサ２０１をバイパス可能な通路を設けたことに特徴がある。より具体的には、エンジン１０の吸気通路１６には、コンプレッサ２０１の上流側と下流側とを連通させるようにバイパス通路６０が接続されている。またバイパス通路６０の上流側における吸気通路１６との接続部には、吸気の流れをコンプレッサ２０１に通じる吸気通路１６側と、コンプレッサ２０１をバイパスするバイパス通路６０側との間で切り替える切替弁６２が配置されている。

［実施の形態２の特徴］
次に、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述した実施の形態１においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、Ｗ／Ｇバルブ４２を開弁することとしている。つまり、実施の形態１においては、タービン２０２が回転駆動していても、第２排気通路３４からＷ／Ｇ通路４０を介して第１排気通路３２へ排気ガスを流通させることで、当該第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を抑制することとしている。

一方、第１排気通路３２が密閉されていても、すなわち、Ｗ／Ｇバルブ４２が閉弁されていても、ＮＡ流し時のタービン２０２の回転を抑制することができれば、当該第１排気通路３２内の負圧が増大する事態を抑制することができる。そこで、本実施の形態２においては、吸気がコンプレッサ２０１をバイパスして流通するように制御することで、タービン２０２の回転を抑制することとする。より具体的には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合、若しくは、エンジン１０の運転領域がＮＡ流し領域である場合に、切替弁６２をバイパス通路６０側が開弁されるように切り替えることとする。切替弁６２をバイパス通路６０側に切り替えると、コンプレッサ２０１の上流側の吸気通路１６からバイパス通路６０を介してコンプレッサ２０１の下流側の吸気通路１６へ吸気が流れる。これにより、吸気がコンプレッサ２０１をバイパスして流通するので、コンプレッサ２０１の回転が抑制される。このため、タービン２０２が駆動されて第１排気通路内に負圧が発生する事態を効果的に抑制することができる。

［実施の形態２における具体的処理］
次に、図５を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図５は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図５に示すルーチンでは、先ず、ＮＡ流し要求があるか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＡ流し要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２００において、ＮＡ流し要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要があると判断されて、次のステップに移行し、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内か否かが判定される（ステップ２０２）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１０４と同様の処理が実行される。

上記ステップ２０２において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内であると判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断されて、次のステップに移行し、切替弁６２が制御されて、バイパス通路６０側が連通するように切り替えられる（ステップ２０４）。これにより、吸気が吸気通路１６におけるコンプレッサ２０１の上流側からバイパス通路６０を介して吸気通路１６におけるコンプレッサ２０１の下流側へ流通する。

一方、上記ステップ２０２において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内でないと判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲内であると判断されて、次のステップに移行し、切替弁６２が制御されて、吸気通路１６側が連通するように切り替えられる（ステップ２０６）。これにより、吸気が吸気通路１６におけるコンプレッサ２０１へ流通する。

以上説明したとおり、本実施の形態によれば、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、吸気がコンプレッサ２０１をバイパスして流通される。これにより、コンプレッサ２０１が回転することによりタービン２０２が駆動されて、第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態２においては、エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内か否かを判定することにより、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することとしている。しかしながら、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かの判定はこれに限らず、例えば、第１排気通路内の圧力を直接検出、或いは運転状態から推定し、当該圧力と所定の負圧値とを比較することにより判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、吸気通路１６とバイパス通路６０の上流側との接続部に切替弁６２を配置し、当該切替弁６２を制御することにより、吸気経路からコンプレッサ２０１をバイパスさせることとしているが、コンプレッサ２０１をバイパスさせるための構成はこれに限られない。すなわち、吸気がコンプレッサ２０１をバイパスできるのであれば、例えば、バイパス通路に開閉弁等の開閉手段を備える構成でもよい。

また、上述した実施の形態２においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定し、許容範囲を超えると判定された場合に切替弁６２を制御することとしているが、当該切替弁６２の制御はこれに限らない。すなわち、例えば、上述した判定を行わずに、定期的に切替弁６２を切り替えることにより、タービン２０２の回転を抑制することとしてもよい。また、エンジン１０の運転領域がＮＡ流し領域である場合に、常にバイパス通路６０側が開弁されるように切替弁６２を制御し、タービン２０２の回転を抑制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態２においては、実施の形態１におけるＮＡ流し時の制御と組み合わせて実行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第７の発明における「ＮＡ流し手段」が、上記ステップ２０４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「回転抑制手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ２０２の処理を実行することにより、前記第８の発明における「判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、切替弁６２が前記第１０の発明における「切替手段」に相当している。

実施の形態３．
［実施の形態３の構成］
図６は、本発明の実施の形態３にかかるシステムの構造を説明するための図である。本実施の形態のシステムは、図１に示す過給機２０に替えて、電動機付き過給機（モータアシストターボチャージャ，以下、「ＭＡＴ」と称する）７０を設けたことに特徴がある。より具体的には、吸気通路１６には、ＭＡＴ７０のコンプレッサ７０１が設けられている。ＭＡＴ７０は、コンプレッサ７０１、タービン７０２、そして、コンプレッサ７０１とタービン７０２との間に配置される電動機７０４から構成されている。タービン７０２は、第１排気通路３２の途中に設けられている。コンプレッサ７０１とタービン７０２とは連結軸７０３によって一体に連結され、コンプレッサ７０１はタービン７０２が排気ガスから受ける排気エネルギによって回転駆動される。

また、連結軸７０３は電動機７０４のロータにもなっており、電動機７０４を作動させることで、コンプレッサ７０１を強制駆動することもできる。以下、このようなＭＡＴ７０の駆動モードを「アシストモード」と称する。また、電動機７０４は、コンプレッサ７０１の回転を受けて発電を行うこともできる。以下、このようなＭＡＴ７０の駆動モードを「発電モード」と称する。ＥＣＵ５０は、エンジン１０の運転状態に基づいて、アシストモードと発電モードとの間で切り替えを行う。

［実施の形態３の特徴］
次に、本実施の形態の特徴的動作について説明する。上述した実施の形態２においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、吸気がコンプレッサ２０１をバイパスして流通される。これにより、タービン２０２の回転が抑制されるので、第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態が効果的に抑制される。

本実施の形態３では、ＮＡ流し時のタービンの回転を抑制するために、ＭＡＴ７０を備えたエンジン１０において、ＭＡＴ７０の電動機７０４で発電を行うこととする。より具体的には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、ＭＡＴ７０の駆動モードを発電モードに切り替えることとする。発電モードでは、タービン７０２の回転エネルギが電動機７０４で電気エネルギに変換される。これにより、該タービン７０２の回転を抑制し、第１排気通路３２における負圧の上昇を効果的に抑制するとともに、タービン７０２の回転エネルギを回収して燃費の向上を図ることができる。

［実施の形態３における具体的処理］
次に、図７を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図７は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図７に示すルーチンでは、先ず、ＮＡ流し要求があるか否かが判定される（ステップ３００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＡ流し要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ３００において、ＮＡ流し要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要があると判断されて、次のステップに移行し、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内か否かが判定される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１０４と同様の処理が実行される。

上記ステップ３０２において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内であると判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断されて、次のステップに移行し、ＭＡＴ７０の駆動モードが発電モードに切り替えられる（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、電動機７０４がタービン７０２により回転駆動されて発電が行われる。

一方、上記ステップ３０２において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内でないと判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲内であると判断されて、次のステップに移行し、ＭＡＴの駆動モードがアシストモードに切り替えられる（ステップ３０６）。

以上説明したとおり、本実施の形態によれば、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、ＭＡＴ７０の駆動モードが発電モードに切り替えられて、電動機７０４における発電動作が行われる。これにより、タービン７０２の回転が抑制されるので、第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態３においては、エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内か否かを判定することにより、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することとしている。しかしながら、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かの判定はこれに限らず、例えば、第１排気通路内の圧力を直接検出、或いは運転状態から推定し、当該圧力と所定の負圧値とを比較することにより判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態３においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定し、許容範囲を超えると判定された場合にＭＡＴ７０の駆動モードが発電モードに切り替えることとしているが、当該ＭＡＴ７０の切替タイミングはこれに限らない。すなわち、例えば、上述した判定を行わずに、定期的にＭＡＴ７０の駆動モードが発電モードに切り替えることにより、タービン２０２の回転を抑制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態３においては、実施の形態１〜２におけるＮＡ流し時の制御と適宜組み合わせて実行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３００の処理を実行することにより、前記第７の発明における「ＮＡ流し手段」が、上記ステップ３０４の処理を実行することにより、前記第７の発明における「回転抑制手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第８の発明における「判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態３においては、ＭＡＴ７０が前記第１１の発明における「過給機」に相当している。

実施の形態４．
［実施の形態４の特徴］
次に、図８を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成を用いて、ＥＣＵ５０に後述する図８に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、Ｗ／Ｇバルブ４２を開弁することとしている。つまり、実施の形態１においては、タービン２０２が回転駆動していても、第２排気通路３４からＷ／Ｇ通路４０を介して第１排気通路３２へ排気ガスを流通させることで、当該第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を抑制することとしている。

ここで、Ｗ／Ｇバルブ４２が閉弁されていても、他の部位から排気ガスが当該第１排気通路３２内に少量でも流入することができれば、当該第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を抑制することができる。そこで、本実施の形態４においては、第１排気弁３０１を微小リフトさせることで、当該第１排気通路３２内に少量の排気ガスを流入させることとする。より具体的には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、第１排気弁３０１を排気上死点付近で少しリフトさせる。これにより、第１排気通路３２内に少量の排気ガスを流入させることができるので、当該第１排気通路３２内における負圧の上昇を効果的に抑制することができる。

［実施の形態４における具体的処理］
次に、図８を参照して、本実施の形態において実行する処理の具体的内容について説明する。図８は、ＥＣＵ５０が実行するルーチンのフローチャートである。図８に示すルーチンでは、先ず、ＮＡ流し要求があるか否かが判定される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。その結果、ＮＡ流し要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要がないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ４００において、ＮＡ流し要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行する必要があると判断されて、次のステップに移行し、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求があるか否かが判定される（ステップ４０２）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１００と同様の処理が実行される。

上記ステップ４０２において、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求がないと判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行してもＳ／Ｃ触媒３８が失活するおそれがないと判断されて、次のステップに移行し、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内か否かが判定される（ステップ４０４）。ここでは、具体的には、図３に示すステップ１０４と同様の処理が実行される。

上記ステップ４０４において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内であると判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断されて、次のステップに移行し、第１排気弁３０１の開弁動作が実行される（ステップ４０６）。ここでは、具体的には、第１排気弁３０１が排気上死点付近で微小リフトされる。これにより、少量の排気ガスが第１排気通路３２内に流入する。

一方、上記ステップ４０２において、Ｓ／Ｃ触媒３８の暖機要求があると判定された場合には、当該ＮＡ流し時の制御を実行するとＳ／Ｃ触媒３８の暖機が長期化すると判断されて、次のステップに移行し、第１排気弁３０１の閉弁状態が維持される（ステップ４０８）。また、上記ステップ３０２において、エンジン１０の運転領域が所定のＮＧ領域内でないと判定された場合には、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲内であると判断されて、上記ステップ４０８に移行し、第１排気弁３０１の閉弁状態が維持される。

以上説明したとおり、本実施の形態によれば、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えてしまうと判断された場合に、第１排気弁３０１が少しリフトされるので、ＭＡＴ７０の駆動モードが発電モードに切り替えられて、電動機７０４における発電動作少量の排気ガスが第１排気通路３２内に流入する。これにより、第１排気通路３２内の負圧が上昇する事態を効果的に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態４においては、エンジン１０の運転ポイントが所定のＮＧ領域内か否かを判定することにより、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することとしている。しかしながら、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かの判定はこれに限らず、例えば、第１排気通路内の圧力を直接検出、或いは運転状態から推定し、当該圧力と所定の負圧値とを比較することにより判定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、第１排気弁３０１の開弁動作として、排気上死点付近で微小リフトさせることとしているが、開弁動作はこれに限られない。すなわち、少量の排気ガスを第１排気通路３２内に排出することができるのであれば、第１排気弁３０１常に微小リフトさせる方法に限らず、例えば、特定の気筒の第１排気弁３０１のみをリフトさせることとしてもよいし、また、サイクル毎に第１排気弁３０１をリフトさせることとしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、第１排気通路３２内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定し、許容範囲を超えると判定された場合に第１排気弁３０１の開弁動作を実行することとしているが、当該ＭＡＴ７０の第１排気弁３０１の開弁タイミングはこれに限らない。すなわち、例えば、上述した判定を行わずに、定期的に第１排気弁３０１を微小リフトさせることにより、第１排気通路３２内に発生する負圧の上昇を抑制することとしてもよい。

また、上述した実施の形態４においては、実施の形態１〜３におけるＮＡ流し時の制御と適宜組み合わせて実行することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ＮＡ流し手段」が、上記ステップ４０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「ガス供給手段」が、それぞれ実現されている。

尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ４０４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「判定手段」が実現されている。

また、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ４０６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「開弁手段」が実現されている。

本発明の実施形態１のシステムの概略構成を説明するための図である。 ＮＧ領域を特定するためにＥＣＵ５０が記憶しているマップを示す。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施形態２のシステムの概略構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施形態３のシステムの概略構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンのフローチャートである。 本発明の実施の形態４において実行されるルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 気筒
１４ 吸気弁
１６ 吸気通路
１８ エアクリーナ
２０ 過給機
２０１ コンプレッサ
２０２ タービン
２０３ 連結軸
２２ インタークーラ
３０ 可変動弁機構
３０１ 第１排気弁
３０２ 第２排気弁
３２ 第１排気通路
３４ 第２排気通路
３６ 排気通路
３８ Ｓ／Ｃ触媒
４０ ウェイストゲート（Ｗ／Ｇ）通路
４２ ウェイストゲート（Ｗ／Ｇ）バルブ
５０ ＥＣＵ(Electronic Control Unit)
６０ バイパス通路
６２ 切替弁
７０ 電動機付き過給機（ＭＡＴ）
７０１ コンプレッサ
７０２ タービン
７０３ 連結軸
７０４ 電動機

Claims (11)

1. 内燃機関の排気通路に配置されたタービンと前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサとが連結された過給機と、
   前記内燃機関から前記タービンへ通じる第１排気通路と、
   前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
   前記内燃機関から前記タービンの下流へ通じる第２排気通路と、
   前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
   前記第１排気弁を閉弁し、且つ前記第２排気弁を開弁することにより、排気ガスを前記タービンの下流に導くためのＮＡ流し手段と、
   前記ＮＡ流し手段の実行中に、前記第１排気通路内にガスを供給するガス供給手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定する判定手段を更に備え、
   前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記第１排気通路内にガスを供給することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記判定手段は、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記第１排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスするウェイストゲート通路と、
   前記ウェイストゲート通路に配置されたウェイストゲートバルブと、を更に備え、
   前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記ウェイストゲートバルブを開弁することを特徴とする請求項２または３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記ガス供給手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記第１排気弁を開弁する開弁手段を含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記開弁手段は、前記第１排気弁を排気上死点付近で微量リフトさせることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。
7. 内燃機関の排気通路に配置されたタービンと前記内燃機関の吸気通路に配置されたコンプレッサとが連結された過給機と、
   前記内燃機関から前記タービンへ通じる第１排気通路と、
   前記第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
   前記内燃機関から前記タービンの下流へ通じる第２排気通路と、
   前記第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
   前記第１排気弁を閉弁し、且つ前記第２排気弁を開弁することにより、排気ガスを前記タービンの下流に導くためのＮＡ流し手段と、
   前記ＮＡ流し手段の実行中に、前記タービンの回転を抑制する回転抑制手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定する判定手段を更に備え、
   前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記タービンの回転を抑制することを特徴とする請求項７記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記判定手段は、前記内燃機関の回転数および負荷に基づいて、前記第１排気通路内に発生する負圧が許容範囲を超えるか否かを判定することを特徴とする請求項８記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記吸気通路から分岐して、前記コンプレッサをバイパスするバイパス通路と、
    吸気の流入先を前記吸気通路と前記バイパス通路との間で切り替える切替手段と、を更に備え、
    前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、吸気の流入先が前記バイパス通路となるように、前記切替手段を制御することを特徴とする請求項８または９記載の制御装置。
11. 前記過給機は電動機を有し、前記タービンの回転を利用して発電を行う発電モードと、前記タービンの回転をアシストするアシストモードと、を選択可能であり、
    前記回転抑制手段は、前記判定手段により前記負圧が許容範囲を超えると判定された場合に、前記電動機を発電モードに設定することを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。

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