JP2011122532A - 過給機付きエンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気を過給する過給機２０と、過給された吸気を冷却するインタークーラ１２とを備えたエンジン１において、過給圧の高くなる中、高回転域(Ｉ)で異常燃焼を抑制するとともに、過給圧の不足しがちな低回転域(II)でエンジン出力を確保する。
【解決手段】所期の過給効果が期待できる中、高回転域(Ｉ)では、過給により吸気の充填効率を高めつつ、インタークーラ１２により冷却して吸気温度の上昇を抑え、さらにミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させることで、異常燃焼を抑制しながら十分な高出力を得る。そうして異常燃焼を抑制できることから、過給エンジン１であっても従来までのように幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がない。よって、あまり過給効果を期待できない低回転域(II)においてはミラーサイクル化を行わず、相対的に高めの有効圧縮比とすることで、エンジン出力を確保する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、過給機付きエンジンの制御装置に関し、特に気体燃料を用いる場合に好適な有効圧縮比の可変制御に係る。

近年、原油価格の上昇傾向や地球環境への関心の高まりとともに、種々の代替燃料を用いたエンジンに注目が集まっており、その中でも排気のクリーンな水素エンジンには多大な期待が寄せられている。水素はエンジンの燃料として見ると、ガソリンに比べて遙かに燃焼速度が高いことから、所謂ノッキングは発生し難い一方で、着火性は高いので過早なタイミングで自己着火し易い。

また、水素は常温では気体であるため、空気と共に気筒へ充填する際の効率が低くなり易く、ガソリンに比べてエネルギ密度が低いこともあって、出力の確保は容易ではない。この点、エンジン出力の向上のために気筒への吸気を過給して充填効率を高めることは従来より広く行われており、例えば特許文献１にはＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の気体燃料を使用するエンジンにおいて、排気ターボ過給機を利用することが記載されている。

特開２００５−１４００４０号公報

ところで一般的に排気ターボ過給機を備えたエンジンでは、ノッキング等の異常燃焼を防止するために気筒の幾何学的な圧縮比を非過給のものに比べて低めに設定することが多く、これによる効率の低下が懸念されるとともに、十分な過給効果が得られない低回転域ではむしろ出力が低くなるという不具合がある。

また、排気ターボ過給機はエンジンの中、高回転域で過給圧が高くなり過ぎないよう、所定の上限値（最高過給圧）になるとウエストゲート弁が開かれて、排気の流れをバイパスさせるようになっており、そうなると排気エネルギの利用効率が低下してしまう。

斯かる諸点に鑑みて本発明の目的は、過給圧の不足しがちな低回転域でエンジン出力を確保するとともに、過給圧の高くなる中、高回転域では異常燃焼を抑制しつつ、過給圧の上限を高めて排気エネルギの利用効率を向上させることにある。

前記の目的を達成するために本発明に係る制御装置では、公知のミラーサイクル化等の手法によって気筒の有効圧縮比を変更するようにしたものであり、具体的に請求項１の発明では、吸気を過給する過給機と、過給された吸気を冷却するインタークーラとを備えたエンジンの制御装置を対象として、エンジン回転数が設定回転数以上の中、高回転域では、該設定回転数未満のときよりも気筒の有効圧縮比が低くなるように制御する、有効圧縮比制御手段を備えている。

尚、気筒の有効圧縮比を変更するための手法は種々、知られているが、慣用されているのは吸気ポートの閉じ時期を変更することである。この明細書ではそれ以外にも、気筒の圧縮行程で一旦、閉じた吸気ポートを再び開いたり、或いは排気ポートを開いたり、さらには別途、設けた専用のポートを開いて、これらのポートが開かれている期間の圧縮ストロークをデッドストロークとするような手法を便宜上、ミラーサイクル化と呼ぶ。

前記の構成により、エンジン回転数が設定回転数以上で、所期の過給効果が期待できる中、高回転域においては、過給機により圧縮された吸気がインタークーラで冷却された後に気筒へ充填されることで、吸気温度の上昇を抑制しつつ充填効率を十分に高くすることができる。その上で前記のミラーサイクル化の手法により気筒の有効圧縮比を低下させれば、圧縮上死点近傍における気筒内温度の上昇を抑えて、異常燃焼を抑制することができる。

そうして吸気の充填効率を高めつつ異常燃焼を抑制できることから、その分、過給圧の上限は高めに設定することが可能になって、効率良く排気エネルギを回収できるとともに、過給とミラーサイクルとの相乗効果で吸気損失が非常に少なくなり、燃費の低減が図られる。尚、吸気損失の低減という観点から特に好ましいのは、エンジンが複数の気筒を有するものである場合に前記有効圧縮比制御手段として、圧縮行程にあるいずれかの気筒を吸気行程にある他の気筒に連通する構成とすることである（請求項４）。

また、そうして有効圧縮比の低下によって異常燃焼を抑制できることから、過給エンジンであっても従来までのように気筒の幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がなくなり、十分な過給効果が得られない低回転域においてもエンジン出力を確保し易い。

上述のような作用効果は一般的なガソリンエンジンにおいても得られるが、燃料としてガソリンよりも燃焼速度の高い例えば水素のような気体燃料を用いれば、所謂ノッキングの起きる心配がなくなり、より好ましい（請求項２）。一方で水素は着火性が高く、点火前の過早着火はむしろ起こり易いから、気筒壁面からの熱の授受が大きくなる比較的低回転の状態で過給圧があまり高くなるのは好ましくない。

そこで、エンジン全負荷で過給圧が高くなり、所定の上限値に達してウエストゲート弁（過給圧制限手段）が開くようなエンジン回転数（所謂インターセプト回転数）に対して、前記設定回転数は低回転側に設定するのがよく、こうすれば、過給圧が上限に達する前に上述の如く有効圧縮比を低下させることができる。

但し、そうすると設定回転数からインターセプト回転数までの回転域においてエンジンの最大トルクが落ち込み、不自然なトルク特性になる虞れがある。これは、過給圧がエンジン回転数の上昇に連れて徐々に高くなるのに対して、気筒の有効圧縮比が設定回転数を境に急に低下すると、過給圧の高いインターセプト回転数までの範囲で充填効率が低下してしまうからである。

そこで好ましいのは、前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において、前記のように気筒の有効圧縮比が低下することによるエンジントルクの低下を補うように、トルクの増大補正を行うことである（請求項３）。

具体的には、前記設定回転数を境に一気に有効圧縮比を変化させるのではなく、該設定回転数からインターセプト回転数までのエンジン回転数の上昇に応じて、徐々に過給圧が高くなるのに対応するよう徐々に有効圧縮比を低下させるようにすればよい（請求項５）。こうすればエンジントルクの落ち込みは生じない。

より好ましいのは、前記のエンジン回転数の上昇に応じてエンジントルクが徐々に増大するように、有効圧縮比をより緩やかに低下させることであり（請求項６）、こうすれば、より自然なトルク特性が得られる。

さらに、前記ウエストゲート弁のような過給圧制限手段が、過給圧の上限値（最高過給圧）を変更調整可能なものである場合には、前記設定回転数未満のときの過給圧の上限値を該設定回転数以上のときよりも低くするとともに、該設定回転数からインターセプト回転数までのエンジン回転数の上昇に応じて徐々に高くなるように調整するのがよい（請求項７）。こうすれば、異常燃焼の起きることをより確実に阻止できる。

また、空燃比を少なくとも前記インターセプト回転数未満のときに理論空燃比よりも大きくなるように制御するエンジンの場合、前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において前記空燃比を燃料リッチ側に補正することによって、トルクを増大補正することもできる（請求項８）。

その場合に好ましいのは、前記設定回転数での空燃比のリッチ化補正量を最大とし、そこからインターセプト回転数まで徐々に補正量を減少させることであり（請求項９）、こうすれば前記請求項６の発明と同じく自然なトルク特性が得られる。

さらにまた、エンジンからの出力経路に動力を付加するように電動機が設けられている場合には、エンジンの前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において、前記電動機を作動させることによってトルクを増大補正することも可能である（請求項１０）。

以上、説明したように本発明に係る過給機付きエンジンの制御装置によると、所期の過給効果が期待できる中、高回転域では過給により吸気の充填効率を高めつつ、インタークーラにより冷却して吸気温度の上昇を抑え、さらに気筒の有効圧縮比を低下させることにより、異常燃焼を抑制しながら十分な高出力を得ることができる。

そうして異常燃焼を抑制できることから、過給エンジンであっても従来までのように気筒の幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がなくなり、過給効果の期待できない低回転域においてもエンジン出力を確保することができる。

また、所謂インターセプト回転数よりも低回転側の設定回転数において有効圧縮比を低下させるようにすれば、水素のような気体燃料を用いた場合でも過早着火を抑制できるし、その場合に設定回転数からインターセプト回転数までの回転域においてトルクの増大補正を行えば、エンジントルクの落ち込みも解消できる。

本発明の実施形態１に係るエンジン制御装置を模式的に示す説明図である。 連通ポートによるミラーサイクル化についての説明図である。 水素運転時における連通制御弁の制御と、これによる過給圧及びエンジントルクの変化とを示すイメージ図である。 過給及びミラーサイクル化による吸気温度、圧縮端温度の変化を示すグラフ図である。 連通制御弁の制御手順を示すフローチャート図であり、同図(b)には開度目標値のテーブルの一例を示す。 最高過給圧を調整するようにした変形例１に係る図５相当図である。 空燃比のリッチ化によりトルク補正を行う変形例２に係る図５相当図である。 エンジン制御装置をハイブリッド自動車に搭載した実施形態２に係る駆動系の概略構成明図である。 電動機によりトルクアシストを行う制御フローを示した図５相当図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るエンジン制御装置の概略構成を示し、図の例ではエンジン１は自動車等の車両に搭載され、燃料としての性状が互いに異なる水素燃料（気体燃料）及びガソリンを切換えて使用可能なものである。

また、この実施形態ではエンジン１は所謂ヴァンケル・ロータリエンジンであり、図１に模式的に示すように、トロコイド内周面を有する繭状のロータハウジング２とサイドハウジング３とに囲まれたロータ収容室Ｒには概略三角形状のロータ４が収容されていて、その外周側に３つの作動室（気筒）が形成されている。尚、図の例ではエンジン１は、２つのロータハウジング２を３つのサイドハウジング３の間に挟み込むようにして一体化し、その間に形成される２つのロータ収容室Ｒにそれぞれロータ４を収容した２ロータタイプのものであり、図には２つのロータ収容室Ｒを展開した状態で示している。

図示のようにそれぞれのロータ収容室Ｒにおいてロータ４は、サイドハウジング３を貫通するエキセントリックシャフト５に対し遊星回転運動をするように支持されている。すなわち、ロータ４は、その外周の３つの頂部にそれぞれ配設されたシール部が各々ロータハウジング２のトロコイド内周面に摺接しつつ、エキセントリックシャフト５の偏心輪の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト５の軸心の周りを図の時計回りに公転する。

そうしてロータ４が１回転（公転）する間に、ロータ４の各頂部間にそれぞれ形成された３つの作動室は各々周方向に、即ち該ロータ４の周りに図の時計回りに移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の４つの行程からなる燃焼サイクルを行い、これにより発生する回転力がロータ４を介してエキセントリックシャフト５から出力される。

詳しくは、図の左側に示すフロント側のロータ４の周りでは、図２の上段に示すようにエキセントリックシャフト５の回転角（以下、エキセン角と略称する）で１０８０°、即ち３回転の間にロータ４が１回転（公転）し、３回の燃焼サイクルが行われる。また、同図の下段に示すようにリヤ側のロータ４の周りでも、エキセントリックシャフト５が３回転する間（図ではエキセン角で１８０〜１２６０°）にロータ４が１回転し、３回の燃焼サイクルが行われる。

すなわち、フロント側、リヤ側の２つのロータ４，４の位相が相互に１８０度ずれているため、この実施形態のような２ロータタイプのロータリエンジンでは、エキセントリックシャフト５の１回転につき２回の爆発が等間隔（エキセン角で１８０°間隔）で行われることになる。図１に戻って左側のフロント側ロータ４の周りでは、右上側の作動室が圧縮行程に、また、右下側の作動室が膨張行程にあり、左側の狭い作動室は、圧縮行程から吸気行程に移行する途中、即ち吸気上死点（吸ＴＤＣ）の直前にある。

同様に、図の右側に位置するリヤ側ロータ４の周りでは、左上側の作動室が吸気行程にあり、左下側の作動室が排気行程にあり、右端の狭い作動室は圧縮上死点（圧ＴＤＣ）の直前にある。そして、その圧縮上死点近傍の作動室において混合気に点火するように、各ロータ収容室Ｒにはロータハウジング２の短軸近傍に２つの点火プラグ６，６が並んで設けられている。

一方でロータハウジング２の長軸近傍には、図外の水素燃料タンクから供給される水素燃料を吸気から圧縮行程にかけて作動室に噴射するように水素燃料用の噴射弁７（以下、水素噴射弁）が設けられている。また、各ロータ収容室Ｒには、吸気行程にある作動室に臨んで開口するように吸気ポート８が、また、排気行程にある作動室に臨んで開口するように排気ポート９が、それぞれサイドハウジング３に形成されている。

そうしてサイドハウジング３に形成された吸気ポート８の上流端は、吸気通路１０に連通している。図の例では吸気通路１０の下流側が２つに分岐して、それぞれ吸気ポート８に連通する一方、上流側では一つに合流しており、そこには後述のタービン１７により駆動されるコンプレッサ１１と、このコンプレッサ１１により圧縮された吸気を冷却するインタークーラ１２とが、上流側から順に配設されている。尚、コンプレッサ１１の上流側にはエアクリーナやエアフローセンサも配設されている。

また、前記のように吸気通路１０が分岐する直前には、ステッピングモータ等のアクチュエータにより駆動されるスロットル弁１３が配設されており、これにより吸気の流れを絞ってその流量を調節することができる。さらに、分岐した後の吸気通路１０の下流端から吸気ポート８にかけて各ロータ収容室Ｒ毎に、図外のガソリン燃料タンクから供給されるガソリンを噴射するためのガソリン噴射弁１４が配設されている。

一方、吸気ポート８と同じくサイドハウジング３に形成された排気ポート９の下流端は、排気通路１５に連通している。この排気通路１５のうち、各ロータ収容室Ｒ毎の分岐通路は排気マニホルドとして構成され、その集合部の下流側には、排気流を受けて回転されるタービン１７と、このタービン１７をバイパスする通路１８と、ウエストゲート弁１９とを備えた排気ターボ過給機２０が配設されている。

前記ウエストゲート弁１９としては、周知の如くばね力と過給圧とのバランスで開閉され、過給圧が予め設定した上限値（所謂最高過給圧）になるとバイパス通路１８を開放して、排気の流れをバイパスさせるようにしたものを用いればよい。このウエストゲート弁１９が、過給圧が所定の上限値以下になるように排気ターボ過給機２０の作動を制限する過給圧制限手段である。

さらに、この実施形態のエンジン１では固有の構造として、２つのロータ収容室Ｒの中間のサイドハウジング３（インターミディエイトハウジングともいう）に、両者を連通するように連通ポート２１が形成されている。図１に示すように連通ポート２１は、吸気ポート８よりもロータ４の回転方向前側（リーディング側）寄りに開口しており、そのロータ４の回転に伴い吸気行程においては吸気ポート８よりも遅角側で開かれ且つ圧縮行程において、より遅角側で閉じられる。

また、連通ポート２１にはこれを開閉可能な蝶弁からなる連通制御弁２２が設けられており、この連通制御弁２２が開くと、フロント側、リヤ側のいずれか一方のロータ収容室Ｒにおいて圧縮行程にある作動室が、他方のロータ収容室Ｒにおいて吸気行程にある作動室に連通され、図では左側の圧縮行程の作動室から吸気の一部が押し出されて、図では右側の吸気行程の作動室へと送られるようになっている。

すなわち、図２を参照して上述したように２つのロータ４，４の位相は相互に１８０度ずれているから、フロント側（若しくはリヤ側）の３つの作動室のいずれかが圧縮行程の後半にあるときには、これに対応してリヤ側（若しくはフロント側）のいずれかの作動室が吸気行程の前半にあって、同図に矢印で示すように、その吸気行程の作動室に圧縮行程の作動室から吸気が送り込まれるのである。

このことは、連通制御弁２２が閉じるまでの圧縮ストロークが、デッドストロークになって有効圧縮比が低下するということであり、レシプロエンジンにおいて慣用されているように、吸気弁の閉じる時期を遅角させるのと同様に所謂ミラーサイクル化がなされ、これに併せてスロットル弁１３の開度を大きめにすれば、吸気損失を軽減することができる。しかも、前記のように圧縮行程の作動室から吸気行程の作動室に吸気が供給されることによっても、吸気損失が低減される。

−エンジン制御の概要−
以上の如き構成のエンジン１において点火プラグ６、水素及びガソリンの各噴射弁７，１４、スロットル弁１３、連通制御弁２２等は、パワートレインコントロールモジュール２５（以下、ＰＣＭ２５と呼ぶ）によって制御される。すなわち、図１の(b)に模式的に示すように、ＰＣＭ２５には少なくとも、吸気通路１０のエアフローセンサ２６や吸気圧センサ２７からの信号と、エキセン角を検出する回転センサ２８からの信号とが入力される他、車両の乗員によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセル開度センサ２９からの信号と、乗員によって操作される燃料選択スイッチ（燃料選択ＳＷ）３０からの信号とが入力される。

そして、それらの信号に基づいてＰＣＭ２５は、エンジン１に要求されるトルクを演算し、この要求トルクが得られるようにスロットル弁１３の開度を制御して、各作動室への吸気充填量を調整するとともに、これに対して適切な空燃比となるようにいずれかの噴射弁７，１４による燃料の噴射量を制御し、さらに各作動室毎に適切な時期（点火時期）に点火プラグ６へ通電する。

加えて、この実施形態でＰＣＭ２５は、前記要求トルクとエンジン回転数とに基づいて連通制御弁２２を開いたり、閉じたりすることによって、前記のように作動室の有効圧縮比を変化させる（ミラーサイクル化）とともに、これによるエンジントルクの変化を相殺するようにスロットル開度を補正するようにしている。

例えば水素燃料による運転時には、図３に示すように設定回転数Ｎｅ１以上で所期の過給効果を期待できる運転域(Ｉ)において連通制御弁２２を開き、ミラーサイクル化するとともに、スロットル弁１３の開度は相対的に大きめにする。このような中、高回転域では、排気ターボ過給機２０のタービン１７の回転数が高くなり、過給圧が所定以上に高くなるので、ミラーサイクル化しても吸気の充填効率は十分に高くなる。

しかも、そうして排気ターボ過給機２０のタービン１７により圧縮された吸気が、インタークーラ２１で冷却された後に作動室に充填されるようになるので、その温度の上昇幅が小さくなり、さらにミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させれば、異常燃焼を効果的に抑制しながら十分な高出力を得ることができる。特に水素燃料の場合はガソリンに比べて燃焼速度が高く、ノッキングの起きる心配もない。

図４には、前記のように吸気を過給（外部圧縮）し且つ冷却するとともに、ミラーサイクル化したときの吸気温度上昇のシミュレーション結果を示す。ミラーサイクル化に伴う充填効率の低下を相殺すべく同図(a)に示すように過給圧を高めると、インタークーラで冷却していても吸気温度はやや高くなるものの（図(b)）有効圧縮比が低下しているため、圧縮上死点近傍での作動室の温度（圧縮端温度）は図(c)のように大幅に低下し（図例では約１５℃低下）、異常燃焼は効果的に抑制される。

一方で、前記設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域(II)においては、連通制御弁２２を閉じて本来の圧縮比、即ち中、高回転域(Ｉ)に比べて高い有効圧縮比となるようにする。上述したように中、高回転域(Ｉ)では過給、吸気冷却及びミラーサイクルの組合せによって異常燃焼を抑制できることから、この実施形態のエンジン１では、従来一般的な過給エンジンのように幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がなく、あまり過給効果の得られない状態であってもエンジントルクを確保し易い。

ところで前記の設定回転数Ｎｅ１は、図３に示すように所謂インターセプト回転数Ｎｅ２、即ちエンジン全負荷で過給圧が最高過給圧に達してウエストゲート弁１９が開く回転数に比べて、低回転側に設定している。これは、過給圧があまり高くなる前に前記のようにミラーサイクル化して、圧縮端温度を低下させるためであり、こうすることで、着火性の高い水素燃料であっても過早着火を防止することができる。

しかしながら、そうして設定した回転数Ｎｅ１を境に連通制御弁２２を開いたり閉じたりすると、ここからインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において、図３に破線で示すようにエンジントルクが落ち込み、不自然なトルク特性になる虞れがある。すなわち、まず、上述の如くミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させるようにした場合、これに伴い吸気の充填効率も低下することから排気エネルギが減少し、同じエンジン回転数Ｎｅであれば過給圧は低くなってしまう（図３の破線を参照）。

そのため、前記のように設定回転数Ｎｅ１を境に有効圧縮比を切り替えるようにすると、この設定回転数Ｎｅ１未満では相対的に高い過給圧（図３の実線）が、当該設定回転数Ｎｅ１を境に破線のように大きく落ち込んでしまい、そこからインターセプト回転数Ｎｅ２までの間に大きな落差が生じることになる。つまり、過給圧がエンジン回転数Ｎｅの上昇に連れて徐々に高くなるのに対して、有効圧縮比が設定回転数Ｎｅ１を境に急に低下することが、前記トルクの落ち込みを生じる原因である。

そこで、この実施形態では、前記設定回転数Ｎｅ１を境に一気に連通制御弁２２を開閉するのではなく、設定回転数Ｎｅ１を越えた辺りでは極く僅かに連通制御弁２２を開き、そこからインターセプト回転数Ｎｅ２までのエンジン回転数Ｎｅの上昇に連れて徐々に過給圧が高くなるのに対応するよう、漸進的に連通制御弁２２を開くようにしたものである。こうすれば、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２まで徐々に有効圧縮比が低下するようになって、不自然なトルクの落ち込みが解消される（図３の実線）。

−水素燃焼時の有効圧縮比の制御−
以下に、ＰＣＭ２５による連通制御弁２２の制御の具体的な手順を、図５のフローチャートを参照しながら説明する。まず、スタート後のステップＳＡ１では、エアフローセンサ２６、吸気圧センサ２７、回転センサ２８、アクセル開度センサ２９、及び燃料切換えスイッチ３０等からの信号を入力して、吸気量、過給圧、エンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度、現在、選択されている燃料等の情報を読み込む。

続いてステップＳＡ２において水素燃料が選択されているかどうか判定し、ＮＯでガソリンが選択されているのであれば、詳細は省略するガソリン使用時の制御ルーチンへ進む。一方、水素燃料が選択されているＹＥＳであれば、ステップＳＡ３に進んで今度は全負荷域にあるかどうか判定する。全負荷域ではスロットル弁１３が概ね全開になっていて、さらに開いてもエンジントルクは殆ど変化しない。

そして全負荷域であれば（ＹＥＳ）ステップＳＡ４に進み、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ１以上かどうか判定する。この判定がＮＯで設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域にあれば、ステップＳＡ５に進んで連通制御弁２２が全閉かどうか確認し、全閉でなければ（ＮＯ）ステップＳＡ６で全閉にした後に、リターンする。つまり、過給効果を期待できない設定回転数Ｎｅ１未満の低回転域ではミラーサイクル化は行わず、作動室を本来の幾何学的な圧縮比で作動させることで、エンジントルクを確保する。

一方、設定回転数Ｎｅ１以上の中、高回転域にあれば（ＹＥＳ）ステップＳＡ７に進み、今度はインターセプト回転数Ｎｅ２以上かどうか判定する。この判定がＹＥＳであればステップＳＡ８にて連通制御弁２２を全開にして、リターンする。インターセプト回転数Ｎｅ２以上では過給圧が最高過給圧に維持され、過給効果が高くなるので、ミラーサイクル化しても十分に高い出力が得られ、しかも、有効圧縮比の低下によって異常燃焼が効果的に抑制される。

これに対し、前記設定回転数Ｎｅ１以上で且つインターセプト回転数Ｎｅ２未満の回転域にあれば、前記ステップＳＡ７にてＮＯと判定してステップＳＡ９に進み、連通制御弁２２の開度をエンジン回転数Ｎｅに応じて制御して、しかる後にリターンする。この際、連通制御弁２２の目標開度は予め設定してあるテーブルから読み込む。図(b)に一例を示すように、前記のテーブルには、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までのエンジン回転数Ｎｅの上昇に連れて、連通制御弁２２の開度が漸進的に増大するように設定されている。

つまり、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域においては、エンジン回転数Ｎｅの上昇に対応するよう徐々に連通制御弁２２を開くようにしており、これにより有効圧縮比が徐々に低下するようになって、前記の図３に実線で示すようにエンジントルクを維持することができる。

尚、前記のテーブルに設定する連通制御弁２２の目標開度を、エンジン回転数Ｎｅの上昇に対してより緩やかに、より漸進的に増大するように設定し、有効圧縮比がより緩やかに低下するようにすれば、図３に仮想線で示すように設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２まで、よりスムーズに過給圧を変化させることができ、より自然なトルク特性が得られる。

前記フローのステップＳＡ７〜ＳＡ９により、エンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ１以上の中、高回転域(Ｉ)において、該設定回転数Ｎｅ１未満のときよりも有効圧縮比が低くなるよう、連通制御弁２２を開いてミラーサイクル化する有効圧縮比制御手段２５ａが構成されている。

特に同ステップＳＡ９の手順は、連通制御弁２２の開度をエンジン回転数Ｎｅに応じて設定することにより、前記設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において、有効圧縮比の低下によるエンジントルクの低下を補うように補正を行うトルク補正手段２５ｂに対応している。

それら有効圧縮比制御手段２５ａ及びトルク補正手段２５ｂは、前記図５の制御プログラムをＰＣＭ２５のＣＰＵが実行することによって実現されるものであり、この意味で、ＰＣＭ２５がソフトウエアプログラムの形態で各手段を備えていると言える。

したがって、この実施形態に係る過給機付きエンジンの制御装置によると、水素燃料による運転時にエンジン回転数Ｎｅが設定回転数Ｎｅ１以上になって、所期の過給効果が期待できる運転域(Ｉ)において、過給された吸気をインタークーラ１２により冷却して作動室に充填することにより、吸気温度の上昇を抑制しつつ充填効率を十分に高くすることができ、さらにミラーサイクル化によって有効圧縮比を低下させることで異常燃焼を抑制しながら、十分な高出力を得ることができる。

そうして吸気の充填効率を高めつつ異常燃焼を抑制できることから、その分、高めに最高過給圧を設定でき、排気エネルギの利用効率が高くなるとともに、過給とミラーサイクルとの相乗効果で吸気損失が非常に少なくなり、燃費の低減が図られる。特にこの実施形態では、フロント側及びリヤ側のロータ収容室Ｒ同士を連通するポート２１を設けて、これにより圧縮行程にある作動室から吸気の一部を吸気行程にある作動室へ送り込むようにしており、このことによっても吸気損失の低減が図られる。

また、そうして有効圧縮比を低下させて異常燃焼を抑制できることから、過給エンジンであっても従来までのように幾何学的な圧縮比を低めに設定する必要がなく、十分な過給効果が得られない低回転域(II)においてもエンジン出力を確保することができる。

さらに、この実施形態では前記のように連通ポート２１を開閉する設定回転数Ｎｅ１をインターセプト回転数Ｎｅ２よりも低回転側に設定しており、これにより、最高過給圧に達する前に有効圧縮比を低下させて（ミラーサイクル化）、水素燃料の使用時に懸念される過早着火を防止することができる。

その上さらに前記の設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域においてはエンジン回転数Ｎｅの上昇に連れて、連通制御弁２２の開度を漸進的に増大させるようにしており、このことで落ち込みのない自然なトルク特性が得られる。

−変形例−
図６は、上述した実施形態１の変形例に係る連通制御弁２２の制御手順を示し、この変形例１では、ウエストゲート弁１９が最高過給圧を変更調整可能なものである場合に、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において、エンジン回転数Ｎｅの上昇に応じて最高過給圧が徐々に高くなるように調整するようにしている。

すなわち、同図に示すフローのステップＳＢ１〜ＳＢ６は各々ＳＡ１〜ＳＡ６と同じであり、ステップＳＢ７では設定回転数Ｎｅ１未満のときの最高過給圧を該設定回転数Ｎｅ１以上のときの最高過給圧(Ｐ２)よりも低い値(Ｐ１)に設定する。また、ステップＳＢ８，ＳＢ９は各々ＳＡ７，ＳＡ８と同じであり、ステップＳＢ１０では最高過給圧を、前記の最高過給圧(Ｐ１)よりも高い値(Ｐ２)に設定する。

さらに、ステップＳＢ１１はＳＡ９と同じであり、これに続くステップＳＢ１２では、エンジン回転数Ｎｅの上昇に応じて徐々に最高過給圧を高くしてゆく（Ｐ１→Ｐ２）。こうして最高過給圧を変更することで、この変形例によれば、吸気の充填効率が過大になることがなく、異常燃焼の起きることをより確実に阻止できる。

尚、前記のステップＳＢ８，ＳＢ９，ＳＢ１１が有効圧縮比制御手段２５ａに対応し、特にステップＳＢ１１が、トルク補正手段に対応している。また、ステップＳＢ７，ＳＢ１０，ＳＢ１２によって、設定回転数Ｎｅ１未満のときの最高過給圧が該設定回転数Ｎｅ１以上のときよりも低くなるとともに、該設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までのエンジン回転数Ｎｅの上昇に応じて徐々に高くなるようにウエストゲート弁１９を制御する、過給圧制御手段２５ｃが構成されている。

次に図７は、別の変形例（変形例２）に係る有効圧縮比の制御手順を示し、この変形例２では、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において、空燃比を燃料リッチ化させることにより、エンジントルクの落ち込みを防止するようにしている。すなわち、水素燃料での運転時は通常、空燃比を理論空燃比よりも大きくなるように、即ちリーン空燃比に制御しているので、これを燃料リッチ側に補正することによってトルクを増大させることができるのである。

具体的に、図示のフローのステップＳＣ１〜ＳＣ７は各々ＳＡ１〜ＳＡ７と同じであり、そのステップＳＣ７でＮＯと判定されたとき、即ち設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において空燃比をリッチ化補正（ＳＣ８）した後に、ステップＳＣ９に進んで連通制御弁２２を全開にする。

前記ステップＳＣ８における空燃比のリッチ化補正量は、一例を同図(b)に示すようなテーブルに設定されていて、この例では設定回転数Ｎｅ１でのリッチ化補正量が最大で、そこからインターセプト回転数Ｎｅ１まで徐々に減少するようになっている。このため、エンジントルクの増大補正量も設定回転数Ｎｅ１付近で最大になり、そこからインターセプト回転数Ｎｅ１まで徐々に減少するようになる。

尚、図７のフローにおいてはステップＳＣ９が有効圧縮比制御手段２５ａに対応する。また、ステップＳＣ８によって、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域において空燃比を燃料リッチ側に補正することにより、エンジントルクを増大補正するトルク補正手段２５ｂが構成されている。

（実施形態２）
図８、９には、本発明に係るエンジン制御装置をハイブリッド自動車に搭載した実施形態２を示す。尚、エンジン１等の構成は実施形態１やその変形例と同じであり、同一部材には同一の符号を付して、その説明は省略する。

まず、図８にはハイブリッド自動車Ｖの駆動系の構成を模式的に示す。この自動車Ｖは、エンジン１及びモータＭ（電動機）の双方で駆動輪Ｗを駆動可能な所謂シリーズ・パラレル・ハイブリッド自動車であり、その駆動輪Ｗは動力分配機構Ｐを介してエンジン１に連結されるとともに、電動モータＭからも駆動力を伝達されるようになっている。つまり、図示の駆動系においてモータＭは、エンジン１からの出力経路に動力を付加するように設けられている。

また、前記動力分配機構Ｐを介してエンジン１にはジェネレータＧ（発電機）が連結されており、少なくとも該ジェネレータＧからの発電電力を供給されて充電されるバッテリＢと、このバッテリＢの充放電電力の変換制御を行うインバータ・コンバータＩとが設けられている。モータＭは、前記ジェネレータＧ及びバッテリＢの少なくとも一方から電力の供給を受ける。インバータ・コンバータＩは、バッテリＢ、ジェネレータＧ及びモータＭの相互間で電力変換を行う。

前記の動力分配機構Ｐやインバータ・コンバータＩは、同図には示さないが、ＰＣＭ２５により制御される。ＰＣＭ２５は、駆動輪Ｗの駆動に必要な要求トルクがエンジントルクを上回っているときに、両者の差分の動力をモータＭの動力で賄えるように、インバータ・コンバータＩを制御してモータＭに電力を供給する一方、車両要求トルクがエンジントルクを下回っているときには、両者の差分の動力でもってジェネレータＧを駆動して、発電電力をバッテリＢに供給する。

そして、この実施形態２のエンジン制御装置は、上述した実施形態１やその変形例と同じく水素燃料による運転時に中、高回転域(Ｉ)において連通制御弁２２を開き、ミラーサイクル化するとともに、設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域においてモータＭの作動によりトルクの増大補正（トルクアシスト）を行うようにしている。

ＰＣＭ２５による具体的な制御の手順は図９のフローチャートに示されている。このフローのステップＳＤ１〜ＳＤ７は、図５に示す実施形態１のフローのステップＳＡ１〜ＳＡ７と同じであり、ステップＳＤ７でＮＯと判定されたとき、即ち設定回転数Ｎｅ１からインターセプト回転数Ｎｅ２までの回転域においては、エンジン回転数に応じてモータＭの駆動出力を増大させる、所謂トルクアシストを行ってから（ＳＤ８）、ステップＳＤ９に進んで連通制御弁２２を全開にする。

前記ステップＳＤ８におけるトルクアシスト量は、一例を同図(b)に示すようなテーブルに設定されている。この例では設定回転数Ｎｅ１でのトルクアシスト量が最大になり、そこからインターセプト回転数Ｎｅ１まで徐々に減少するようになっており、これにより前記図３に実線で示したような自然なトルク特性が得られる。

前記図９のフローにおいてもステップＳＤ９が有効圧縮比制御手段２５ａに対応する。また、モータＭの作動によってトルクアシストを行うステップＳＤ８が、トルク補正手段２５ｂに対応する。

（他の実施形態）
本発明の構成は前記の実施形態１、２や変形例に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。すなわち、前記各実施形態等では、エンジン１の使用燃料としてガソリンと水素燃料とを切換え可能になっているが、これに限ったものではなく、例えば水素燃料の代わりに圧縮天然ガスを採用してもよいし、ガソリンの代わりに軽油を採用してもよい。また、水素燃料のみを使用するエンジンであってもよい。

また、エンジン１はロータリエンジンに限らず、レシプロエンジンであってもよい。この場合、ミラーサイクル化は周知の如く可変動弁機構によって行うことができる。

以上、説明したように本発明は、過給圧の高くなる中、高回転域で異常燃焼を抑制しつつ高いエンジン出力が得られるとともに、過給圧の不足しがちな低回転域でもエンジン出力を確保し易いもので、特に自動車用エンジンとして好適である。

１ ロータリエンジン（エンジン）
１１ コンプレッサ（過給機）
１２ インタークーラ
１９ ウエストゲート弁（過給圧制限手段）
２０ 排気ターボ過給機（過給機）
２１ 連通ポート（有効圧縮比制御手段）
２２ 連通制御弁（有効圧縮比制御手段）
２５ ＰＣＭ：パワートレインコントロールモジュール
２５ａ 有効圧縮比制御手段
２５ｂ トルク補正手段
２５ｃ 過給圧制御手段
Ｍ モータ（電動機）
Ｒ ロータ収容室

Claims (10)

1. 吸気を過給する過給機と、過給された吸気を冷却するインタークーラとを備えたエンジンの制御装置であって、
   気筒の有効圧縮比を、エンジン回転数が設定回転数以上の中、高回転域において該設定回転数未満のときよりも低くなるように制御する、有効圧縮比制御手段を備えることを特徴とする過給機付きエンジンの制御装置。
2. 燃料として、ガソリンよりも燃焼速度の高い気体燃料を用いる、請求項１に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
3. 吸気の過給圧が所定の上限値以下になるように前記過給機の作動を制限する過給圧制限手段を備え、
   前記設定回転数は、エンジン全負荷で過給圧が前記上限値に達するエンジン回転数であるインターセプト回転数よりも低回転側に設定され、
   前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において、気筒の有効圧縮比の低下によるエンジントルクの低下を補うように、トルク増大補正を行うトルク補正手段を備える、請求項１又は２のいずれかに記載の過給機付きエンジンの制御装置。
4. エンジンは複数の気筒を有するものであり、
   前記有効圧縮比制御手段は、前記複数の気筒のうち、圧縮行程にあるいずれかの気筒を吸気行程にある他の気筒に連通させるものである、請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付きエンジンの制御装置。
5. 前記トルク補正手段は、前記設定回転数からインターセプト回転数までのエンジン回転数の上昇に応じて有効圧縮比を徐々に低下させるものである、請求項３に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
6. 前記トルク補正手段は、前記設定回転数からインターセプト回転数までのエンジン回転数の上昇に応じてエンジンの最大トルクが徐々に増大するように、有効圧縮比を徐々に低下させるものである、請求項５に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
7. 前記過給圧制限手段は、過給圧の上限値を変更調整可能なものであり、
   前記設定回転数未満のときの過給圧の上限値が該設定回転数以上のときよりも低くなるとともに、該設定回転数からインターセプト回転数までのエンジン回転数の上昇に応じて徐々に高くなるように、前記過給圧制限手段を制御する過給圧制御手段をさらに備える、請求項６に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
8. エンジンの空燃比は、少なくとも前記インターセプト回転数未満のときに理論空燃比よりも大きくなるように制御され、
   前記トルク補正手段は、前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において前記空燃比を燃料リッチ側に補正するものである、請求項３に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
9. 前記トルク補正手段は、前記設定回転数での空燃比のリッチ化補正量を最大とし、そこからインターセプト回転数まで徐々に補正量を減少させるものである、請求項８に記載の過給機付きエンジンの制御装置。
10. エンジンからの出力経路に動力を付加するように電動機が設けられており、
    前記トルク補正手段は、前記設定回転数からインターセプト回転数までの回転域において前記電動機を作動させる、請求項３に記載の過給機付きエンジンの制御装置。

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