JP4218374B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気効率を高める過給機として、排気流の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機が多用されている（例えば、特許文献１参照）。この過給機は、排気の流動力によってタービンホイールを回転させるとともに、同タービンホイールと一体回転するコンプレッサホイールの回転に伴い吸気を圧縮して、内燃機関の燃焼室へと強制的に送り込む。このように、排気駆動式の過給機は、排気の持つエネルギを利用した過給を通じて吸気効率を高め、内燃機関の出力を向上させる。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−５４９２６号公報（第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばディーゼル機関において大量の未燃成分が排出されるような運転状況下のもとで、上記過給機を作動させると、そのタービンホイールに未燃成分が付着することがある。これは、例えば、付着した未燃成分によってタービンホイールの摺動部における摺動抵抗を増大させ、或いは、タービンホイールとハウジングとの隙間を狭くする等して、タービンホイールの円滑な回転を妨げ、過給機の性能低下を招くおそれがある。
【０００５】
こうした不都合に対処すべく、運転状況に応じて過給機への排気供給を停止、或いはその排気の量を制限する、といった方法も考えられる。しかしながら、この場合には、タービンホイールへの未燃成分の付着は抑制されるが、過給性能が低下するために、それに伴う機関出力の低下が避けきれない。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、過給機への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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。
先ず、請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路から供給される排気の流動力を駆動源として吸気を過給する排気駆動式の過給機を備える内燃機関の制御装置であって、前記過給機による過給を補助する過給補助手段と、機関運転状態に応じて前記過給機への排気供給量を制限する制限手段と、該制限手段による排気供給量の制限状態に応じて前記過給補助手段による過給状態を制御する制御手段と、を備えることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成では、大量の未燃成分が排出される機関運転状態であるときに、過給機への排気供給量を低減させ、同過給機への未燃成分の付着を抑制し、その付着に伴う過給性能の低下を抑制することができる。しかも、このときの過給性能の低下分を過給補助手段によって補うことで、その低下を極力抑制することができる。従って、過給機への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることができるようになる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記制限手段は前記過給機への排気の供給を停止することをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、未燃成分を含む排気が過給機に供給されるのを回避して同過給機への未燃成分の付着を好適に抑制することができる。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその運転モードとして通常燃焼運転モードと同通常燃焼運転モード時よりも低い燃焼温度をもって機関燃焼を行う低温燃焼運転モードとを選択可能であり、前記制限手段は前記低温燃焼運転モードが選択されているときに前記排気供給量の制限を行うことをその要旨とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は機関回転速度が低く且つ機関負荷が小さいときに前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されることをその要旨とする。
【００１２】
更に、請求項５記載の発明は、請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備え、前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されているときには同排気再循環装置による排気の再循環量を増大させることをその要旨とする。
【００１３】
例えばディーゼル機関にあって、煤は、燃料中の未燃成分（ＨＣ）が様々な化学反応を経て生成されるが、燃焼温度がある温度（煤生成温度）よりも低温であれば、そうした化学反応が進行しにくく、煤の生成が抑制されることが知られている。そこで、そうした煤の生成を抑制するべく、燃焼室内における燃焼温度を低下させる運転モード（低温燃焼運転モード）を備える内燃機関が提案されている。一般に、こうした低温燃焼運転モードは、内燃機関が低回転低負荷領域で運転されているときに行われ、併せて排気再循環装置により多量の排気が再循環される。
【００１４】
こうした低温燃焼運転モードを選択することで、排気中に含まれる煤の量が低減されるが、その反面、ＨＣの排出量が増大する。そして、排気駆動式の過給機にあっては、そのタービンホイール等に多くのＨＣが付着するおそれがある。付着したＨＣは、排気温度が十分に高ければ排気熱で焼失されてしまうものの、低温燃焼運転モードでの運転中のような排気温度が比較的低い状況では、焼失されずに粘性の高い物質（デポジット）に変質してしまう。こうして生成されたデポジットの付着は、過給機の動作不良を招く可能性が高い。
【００１５】
これに対し、上記構成によれば、こうした低温燃焼運転モードの実行に際して、ＨＣの過給機への付着を抑制することができ、同過給機の性能低下を好適に抑制することができる。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその排気通路にあって前記過給機を迂回して排気を流すバイパス通路と同バイパス通路を流れる排気バイパス量を調節する調節弁とを有し、前記制限手段は前記調節弁の開度を調節することにより、前記排気供給量を制限することをその要旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、バイパス通路に流す排気バイパス量の分だけ、過給機への排気供給量を低減させることができる。なお、全ての排気をこのバイパス通路に流すことで、過給機への排気供給を停止することもできる。そして、その一方では、排気バイパス量に応じて過給補助手段による過給状態を制御することにより、過給機への排気供給量の制限状態に見合ったかたちで過給補助手段による過給状態を制御することができる。
【００１８】
また、請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記過給補助手段は排気の流動力以外をその駆動源とする補助過給機であり、前記制御手段は同補助過給機の駆動を前記排気供給量の制限状態に応じて制御することをその要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、未燃成分の付着に起因する性能低下を招くことのない補助過給機を新たに設け、その補助過給機の駆動を制御することで、排気駆動式の過給機の性能低下分を補うことができる。
【００２０】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記補助過給機は吸気を圧縮して前記内燃機関の吸気通路に供給する電動コンプレッサであることをその要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、電動コンプレッサに供給する電力を調節するといった手法をもって、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。しかも、上記補助過給機として機関出力軸により駆動される過給機を用いる場合等のように機関運転状態によって制約されることなく、その過給状態を任意に制御することができる。
【００２２】
また、請求項９記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記過給補助手段は前記内燃機関の排気以外をその駆動源として前記過給機のコンプレッサホイールを強制回転させる強制回転手段であり、前記制御手段は同強制回転手段を前記排気供給量の制限状態に応じて制御することをその要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、未燃成分の付着に起因する性能低下を招くことのない強制回転手段を新たに設けるとともに、同強制回転手段の制御を通じて過給機のコンプレッサホイールを強制回転させることで、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。
【００２４】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記強制回転手段は前記コンプレッサホイールの回転軸に連結される電動機であることをその要旨とする。
【００２５】
上記構成によれば、電動機に供給する電力を調節するといった手法をもって、コンプレッサホイールの回転速度を任意に高めることができ、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。しかも、例えばコンプレッサホイールの回転軸を機関出力軸に連結して強制回転させる構成等のように、その過給状態が機関運転状態によって制約されることがなく、状況に見合った柔軟な過給を行うことができるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に搭載されるディーゼル機関の制御装置に具体化した一実施の形態について説明する。
【００２７】
ここでは先ず、図１を参照して、本実施の形態が適用される内燃機関、及びその周辺機器の構成を各別に説明する。
＜内燃機関の基本構成＞
はじめに、本実施の形態にかかる内燃機関１０の基本構成について説明する。
【００２８】
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、その上流側から順に、エアークリーナ１４、吸気絞り弁１６が設けられている。内燃機関１０の排気通路１８には、排気を浄化するための触媒コンバータ２０が設けられている。
【００２９】
＜排気再循環装置＞
次に、内燃機関１０に搭載される排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）２２について説明する。
【００３０】
ＥＧＲ装置２２は、吸入空気に排気の一部を混入させることで燃焼室２４内の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘや煤の発生量を低減させるための装置である。ＥＧＲ装置２２は吸気通路１２と排気通路１８とを連通するＥＧＲ通路２６、同ＥＧＲ通路２６に設けられたＥＧＲ弁２８、ＥＧＲクーラ３０により構成されている。そして、ＥＧＲ弁２８の開度が調整されて、排気通路１８から吸気通路１２に導入される排気の量（ＥＧＲ量）が調整される。ＥＧＲクーラ３０はＥＧＲ通路２６内を流れる排気の温度を低下させ、排気の混入により吸入空気の温度が上昇するのを抑制する。
【００３１】
＜過給機＞
次に、内燃機関１０に搭載される過給機３２の概略構成について説明する。
内燃機関１０には、前述した排気駆動式の過給機３２が設けられている。この過給機３２のタービンホイール３４は排気通路１８における触媒コンバータ２０よりも上流側に、またコンプレッサホイール３６は吸気通路１２におけるエアークリーナ１４と吸気絞り弁１６との間にそれぞれ配設されている。そして、タービンホイール３４に排気が吹き付けられて同タービンホイール３４が回転すると、これに伴いコンプレッサホイール３６が回転して、吸気通路１２内の空気が強制的に燃焼室２４に送り込まれる。
【００３２】
また、この過給機３２としては、可変ノズルベーン式の過給機が採用されている。すなわち、過給機３２は、そのタービンホイール３４に吹き付けられる排気の流速を調整するための複数のノズルベーン３８を備えている。これらノズルベーン３８は、タービンホイール３４の周りを囲むようにその軸線を中心として等角度を置いて配設されている。そして、それらノズルベーン３８は、アクチュエータ４０によって互いに同期した状態で開閉駆動されて、隣り合うノズルベーン３８の間隔が可変制御される。これにより、タービンホイール３４に吹き付けられる排気の流速が調整されて、タービンホイール３４の回転速度が調整され、ひいては燃焼室２４に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。
【００３３】
本実施の形態では、基本的に、アクセルペダル（図示略）の踏込量（以下、アクセル踏込量ＡＣＣ）、及び内燃機関１０の回転速度（以下、機関回転速度ＮＥ）に基づいて目標過給圧ＴＰが算出される。そして、この目標過給圧ＴＰと実際の過給圧Ｐとの偏差に基づいてノズルベーン３８の開度が制御され、過給圧Ｐがフィードバック制御される。
【００３４】
なお、吸気通路１２にあってコンプレッサホイール３６よりも下流側には、上記過給によって上昇した吸入空気の温度を低下させるためのインタークーラ４２が設けられている。
【００３５】
＜電子制御装置並びに各種センサ類＞
次に、内燃機関１０に設けられる各種センサ類、及び電子制御装置４４について説明する。
【００３６】
内燃機関１０には、機関運転状態を検出するための各種センサ類が設けられている。例えば、吸気絞り弁１６の下流側における吸気の圧力（過給圧Ｐ）を検出するための過給圧センサ４６や、機関回転速度ＮＥを検出するための回転速度センサ４８、アクセル踏込量ＡＣＣを検出するためのアクセルセンサ５０等が設けられている。
【００３７】
また、本実施の形態にかかる装置は、例えばマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置４４を備えている。この電子制御装置４４は、各種センサ類の検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて、吸気絞り弁１６や、ＥＧＲ弁２８、アクチュエータ４０等を制御する。
【００３８】
＜内燃機関の運転モード＞
ところで、煤は、燃料中の炭化水素（ＨＣ）が様々な化学反応を経て生成されるが、燃焼温度がある温度（煤生成温度）よりも低温であれば、そうした化学反応が進行しにくく、煤の生成が抑制されることが知られている。この点をふまえ、本実施の形態にかかる内燃機関１０では、通常の燃焼状態での運転モード（通常燃焼運転モード）に加えて、煤の生成を抑制するべく、燃焼室２４内における燃焼温度を低下させる運転モード（低温燃焼運転モード）が設定されている。なお、低温燃焼運転モードは内燃機関１０の低負荷運転時に選択される運転モードであり、具体的には、機関回転速度ＮＥが低く、且つ機関負荷が小さいときに選択される。
【００３９】
こうした低温燃焼運転モードが選択されると、排気中に含まれる煤の量が低減されるが、その反面、ＨＣの排出量が増大する。そして、上記過給機３２にあっては、そのタービンホイール３４やノズルベーン３８に多くのＨＣが付着するおそれがある。付着したＨＣは、排気温度が十分に高ければ排気熱で焼失されてしまうものの、低温燃焼運転モードでの運転中のように排気温度が比較的低い状況では、焼失されずに極めて粘性の高い物質（デポジット）に変質してしまう。そして、このデポジットがタービンホイール３４やノズルベーン３８等に付着すると、その動作不良の原因になる。
【００４０】
そこで、本実施の形態の装置では、運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されているときに、タービンホイール３４への排気の供給を停止することでＨＣの付着を抑制し、上記動作不良の回避を図るようにしている。そして、そのための構成として、排気通路１８にバイパス通路５２及び排気切換弁５４が設けられている。
【００４１】
＜バイパス通路並び排気切換弁＞
以下、それらバイパス通路５２及び排気切換弁５４について説明する。
排気通路１８には、タービンホイール３４の上流側と下流側とを、同タービンホイール３４を迂回するように繋ぐバイパス通路５２が設けられている。このバイパス通路５２を通じて、タービンホイール３４を迂回して排気を流すことが可能である。また、このバイパス通路５２には、同バイパス通路５２の開放及び閉塞を切換える排気切換弁５４が設けられている。排気切換弁５４の開弁、及び閉弁を切換えることで、バイパス通路５２における排気の流通の許容、及び禁止が切換えられる。本実施の形態では、この排気切換弁５４が、バイパス通路５２を流れる排気バイパス量を調節する調節弁として機能する。
【００４２】
本実施の形態の装置では、低温燃焼運転モードの選択時に、上記排気切換弁５４が開弁されるとともに、過給機３２のノズルベーン３８が閉弁される。これにより、タービンホイール３４への排気の供給が停止され、全ての排気がバイパス通路５２を流れるようになる。
【００４３】
なお、バイパス通路５２の途中には、同バイパス通路５２内に燃料を噴射する噴射ノズル５６が設けられている。この噴射ノズル５６から供給される燃料は、排気とともに触媒コンバータ２０に到達し、同触媒コンバータ２０で燃焼する。これにより、排気温度が低くなる低温燃焼運転モードの選択時において、触媒コンバータ２０の温度が上昇され、その排気浄化性能が維持される。噴射ノズル５６の作動は、電子制御装置４４によって制御される。
【００４４】
このように、タービンホイール３４への排気の供給を停止することで、タービンホイール３４等の動作不良の回避を図ることが可能になるが、その反面、このとき過給機３２による過給作用が得られなくなるばかりか、コンプレッサホイール３６が吸気通路１２内における吸気の流れを妨げるようになる。そこで、本実施の形態では、低温燃焼運転モードの選択時に、適正な機関制御のために必要な吸気量を確保するための構成として、電動コンプレッサ５８が設けられている。本実施の形態では、この電動コンプレッサ５８が過給機による過給を補助する過給補助手段及び補助過給機として機能する。
【００４５】
＜電動コンプレッサ＞
以下、この電動コンプレッサ５８、及びその周辺構造について説明する。
吸気通路１２は、コンプレッサホイール３６よりも上流側において二股に分かれており、それら分岐した通路６０，６２はそれぞれエアークリーナ１４に接続されている。そして、その一方の通路６０には電動コンプレッサ５８が設けられており、他方の通路６２の途中には同通路６２の開放及び閉塞を切換える吸気切換弁６４が設けられている。
【００４６】
電動コンプレッサ５８は、駆動源としての電動機６６を内蔵しており、同電動機６６の回転速度の上昇に伴って空気の吐出量が増大するものである。電動機６６には、その回転速度を制御するべく、バッテリ（図示略）からの供給電力を調節するコントローラ６８が接続されている。
【００４７】
そして、低温燃焼運転モードの選択時には、電動コンプレッサ５８が駆動されて、吸気通路１２内の吸気が過給される。また、このとき吸気切換弁６４が閉弁され、電動コンプレッサ５８によって過給された吸気が上記通路６２、エアークリーナ１４を経て外部に漏れ出すことが防止される。
【００４８】
なお、この電動コンプレッサ５８は、低温燃焼運転モードの選択時の他にも、例えば自動車の発進に際して、いわゆるターボラグが生じるとき等、過給機３２による十分な過給作用が得られないときに、同過給機３２による過給を補助するべく駆動される。電動コンプレッサ５８は、機関回転速度ＮＥが低い運転領域における過給機３２の過給作用の補助を目的として設けられるものであり、全運転領域において作動可能なものと比べて、小型のものが採用される。これにより、電動コンプレッサ５８の設置スペースの低減や、同電動コンプレッサ５８の搭載に伴うバッテリ容量の増大についての抑制等も図られている。
【００４９】
＜過給機及び電動コンプレッサによる過給態様＞
本実施の形態にあって吸気を過給する際には、「電動コンプレッサのみによる過給」、「過給機及び電動コンプレッサによる過給」、「過給機のみによる過給」といった過給態様が選択され、実行される。
【００５０】
これら各過給態様が実行される機関運転領域をそれぞれ図２に示す。同図において、実線は内燃機関１０の全負荷運転時における過給圧Ｐと機関回転速度ＮＥとの関係を示し、一点鎖線は運転モードが切り替えられる目標過給圧ＴＰと機関回転速度ＮＥとの関係を示している。また、同図において、二点鎖線は、電動コンプレッサ５８の作動／非作動が切り替えられる過給圧Ｐ（後述する所定値α）と機関回転速度ＮＥとの関係を示している。
【００５１】
そして、図２にあって、領域Ａでは電動コンプレッサ５８のみによる過給が行われ、領域Ｂでは過給機３２及び電動コンプレッサ５８による過給が行われ、領域Ｃでは過給機３２のみによる過給が行われる。なお、図２において領域Ａは低温燃焼運転モードが選択される領域であり、領域Ａ及び領域Ｂは電動コンプレッサ５８の運転が可能な領域であって、同図２から明らかなように、低温燃焼運転モードが選択される領域は、電動コンプレッサ５８の運転が可能な領域に含まれる領域として設定されている。
【００５２】
＜本制御装置による処理＞
以下、そうした過給態様を切り替える処理の処理手順について説明する。
図３は、同切り替え処理に使用する低温燃焼フラグの操作手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４４により実行される。
【００５３】
図３に示されるように、この処理では先ず、アクセル踏込量ＡＣＣ及び機関回転速度ＮＥが読み込まれる（ステップＳ１０）。
次に、図４に例示するＡマップを参照し、それらアクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとに基づいて、現在の機関運転領域が低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。このＡマップは電子制御装置４４に記憶されており、アクセル踏込量ＡＣＣが大きい、或いは機関回転速度ＮＥが高い運転領域では通常燃焼運転モードを選択し、アクセル踏込量ＡＣＣが小さく、且つ機関回転速度ＮＥが低い運転領域では低温燃焼運転モードを選択するように設定されている。
【００５４】
そして、低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域であるときには（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、低温燃焼フラグが「オン」操作された後（ステップＳ１４）、本処理は一旦終了される。このとき、運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されて、多量のＥＧＲガスが燃焼室２４内に導入されるようにＥＧＲ弁２８の開度が制御される。
【００５５】
一方、低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域ではない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、低温燃焼フラグが「オフ」操作された後（ステップＳ１６）、本処理は一旦終了される。このとき、運転モードとして通常燃焼運転モードが選択され、ＥＧＲ弁２８の開度制御が行われる。
【００５６】
次に、図５のフローチャートに示す処理手順により、上記切り替え処理が実行される。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４４により実行される。
【００５７】
この処理では先ず、上記低温燃焼フラグが「オン」操作されているか否かが判断される（ステップＳ２０）。
そして、低温燃焼フラグが「オン」操作されている場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、低温燃焼運転モードが選択されているとして、ノズルベーン３８、排気切換弁５４、電動コンプレッサ５８、及び吸気切換弁６４がそれぞれ以下のように操作される（ステップＳ２２）。
・ノズルベーン３８が閉弁される。
・排気切換弁５４が開弁される。
・電動コンプレッサ５８が駆動される。
・吸気切換弁６４が閉弁される。
【００５８】
すなわち、このときタービンホイール３４への排気供給が停止されるとともに、電動コンプレッサ５８によって吸気通路１２内の吸気が過給される。なお、本実施の形態では、このステップＳ２２の処理が、機関運転状態に応じて過給機への排気供給量を制限する制限手段、及び排気供給量の制限状態に応じて過給状態を制御する制御手段として機能する。
【００５９】
一方、低温燃焼フラグが「オフ」操作されている場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、このとき通常燃焼運転モードが選択されているとして、ノズルベーン３８が開弁されるとともに、排気切換弁５４が閉弁される（ステップＳ２４）。すなわち、このときタービンホイール３４への排気供給が許容される。
【００６０】
このように、低温燃焼フラグの操作状態に応じて、各種の制御弁や、電動コンプレッサ５８が適宜操作された後、過給圧Ｐが読み込まれるとともに（ステップＳ２６）、同過給圧Ｐが所定値α以上であるか否かが判断される（ステップＳ２８）。なお、所定値αは、機関回転速度ＮＥに基づき算出される値である。
【００６１】
そして、過給圧Ｐが所定値α以上である場合には（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、このとき電動コンプレッサ５８による過給が必要でないとして、吸気切換弁６４が開弁されるとともに、電動コンプレッサ５８の駆動が停止された後（ステップＳ３０）、本処理は一旦終了される。
【００６２】
一方、過給圧Ｐが所定値α未満である場合には（ステップＳ２８：ＮＯ）、未だ電動コンプレッサ５８によって過給機３２の過給作用を補助する必要があるとして、吸気切換弁６４の開弁操作や、電動コンプレッサ５８の駆動停止を行なわず（ステップＳ３０の処理をジャンプして）、本処理は一旦終了される。
【００６３】
＜本実施の形態にかかる切り替え処理の処理態様＞
以下、こうした切り替え処理の処理態様について説明する。
図６に同処理の処理態様の一例を示す。
【００６４】
図６において、その時刻ｔ１以前では、アクセルペダルが踏み込まれており（同図［ａ］）、機関回転速度ＮＥが高い速度に（同図［ｂ］）、また過給圧Ｐが高い圧力になっている（同図［ｆ］）。そして、このとき低温燃焼フラグが「オフ」操作されて（同図［ｃ］）、通常燃焼運転モードが選択されている。また、電動コンプレッサ５８の駆動が停止されるとともに（同図［ｄ］）、ノズルベーン３８が開弁され（同図［ｅ］）、過給機３２のみによる過給が行われている。
【００６５】
さて、こうした時刻ｔ１において、アクセルペダルの踏み込みが解除されて、アクセル踏込量ＡＣＣが「０」になると（同図［ａ］）、その後において機関回転速度ＮＥが低下する（同図［ｂ］）。
【００６６】
そして、時刻ｔ２において、それらアクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとにより定まる機関運転領域が低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域になると、低温燃焼フラグが「オン」操作され（同図［ｃ］）、その後において低温燃焼運転モードでの機関運転が実行されるようになる。
【００６７】
このとき同時に、電動コンプレッサ５８の駆動が開始されるとともに（同図［ｄ］）、ノズルベーン３８が閉弁される（同図［ｅ］）。従って、このときタービンホイール３４への排気供給が停止されて、低温燃焼運転モードでの機関運転に伴って発生する多量のＨＣがタービンホイール３４等に付着することが回避される。しかも、このとき電動コンプレッサ５８によって吸気が過給されるために、内燃機関１０の運転に必要な吸気量は確保される。
【００６８】
そして、その後の時刻ｔ３において、アクセルペダルが踏み込まれると（同図［ａ］）、その後において機関回転速度ＮＥが上昇する（同図［ｂ］）。なお、このとき電動コンプレッサ５８による過給作用により、過給圧Ｐも上昇する（同図［ｆ］）。
【００６９】
そして、その後の時刻ｔ４において、アクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとにより定まる機関運転領域が通常燃焼運転モードに対応する運転領域に移行すると、低温燃焼フラグが「オフ」操作され（同図［ｃ］）、その後において通常燃焼運転モードでの機関運転が実行される。
【００７０】
このとき同時に、ノズルベーン３８が開弁されるとともに（同図［ｅ］）、排気切換弁５４が閉弁されて、タービンホイール３４への排気供給が許容される。これにより、その後において過給機３２による過給作用が得られるようになる。しかしながら、このとき過給機３２による過給作用のみでは、所望の過給圧を得ることができないとして、その不足分を補うために、電動コンプレッサ５８の駆動は継続される（同図［ｄ］）。
【００７１】
そして、その後の時刻ｔ５において、過給圧Ｐが所定値αに達すると、過給機３２のみによって十分な過給作用が得られるようになったとして、電動コンプレッサ５８の駆動が停止される（同図［ｄ］）。
【００７２】
＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
【００７３】
（１）低温燃焼運転モードの選択時に、タービンホイール３４への排気供給を停止するとともに、電動コンプレッサ５８により吸気を過給するようにした。これにより、低温燃焼運転モードでの運転に伴って排出される大量のＨＣがタービンホイール３４に付着することを回避して、その付着に伴う過給機３２の性能低下を抑制することができる。しかも、このときＨＣの付着に起因する性能低下を招くことのない電動コンプレッサ５８の駆動を通じて、過給機３２の過給性能低下分を補うことで、その性能低下を極力抑制することができる。従って、過給機３２への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることができるようになる。
【００７４】
（２）内燃機関１０の排気通路１８にタービンホイール３４を迂回して排気を流すバイパス通路５２と、同バイパス通路５２における排気の流通及び同流通の禁止を切換える排気切換弁５４とを設け、同排気切換弁５４を開弁して、タービンホイール３４への排気供給量を制限するようにした。これにより、バイパス通路５２を流れる排気の量（排気バイパス量）の分だけ、タービンホイール３４への排気供給量を低減させることができる。そして、その一方では、排気バイパス量に応じて電動コンプレッサ５８による過給状態を制御することにより、過給機３２への排気供給量の制限状態に見合ったかたちで電動コンプレッサ５８による過給状態を制御することができる。
【００７５】
（３）また、電動コンプレッサ５８に供給する電力を調節するといった手法をもって、タービンホイール３４への排気供給の停止時に、その停止に伴う過給機３２の性能低下分を好適に補うことができる。また、電動コンプレッサ５８に代えて機関出力軸により駆動される過給機を用いる場合等のように機関運転状態に制約されることなく、その過給状態を任意に制御することもできる。
【００７６】
＜他の実施の形態＞
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態では、可変ノズルベーン式の過給機３２を備える内燃機関１０に、本発明を適用した場合を説明したが、可変ノズルベーン式以外のタイプの過給機を備える内燃機関にも本発明は適用可能である。
【００７７】
・上記実施の形態では、電動コンプレッサ５８から吐出される吸気を吸気通路１２におけるコンプレッサホイール３６の上流側に供給するようにしたが、同吸気をコンプレッサホイール３６の下流側に供給するようにしてもよい。
【００７８】
・上記実施の形態において、電動コンプレッサ５８に代えて、機関出力軸により駆動されるコンプレッサを用いることも可能である。
・上記実施の形態において、過給機３２及び電動コンプレッサ５８に代えて、電動機を内蔵した過給機を用い、同電動機によってコンプレッサホイール３６を強制回転させるようにしてもよい。この構成における電動機が、排気の流動力以外をその駆動源としてコンプレッサホイールを強制回転させる強制回転手段として機能する。
【００７９】
・また、これに代えて、コンプレッサホイール３６の回転軸を機関出力軸に連結可能な構成とし、低温燃焼運転モードの選択時に同回転軸と機関出力軸とを連結して、コンプレッサホイール３６を強制回転させるといった構成を採用することもできる。
【００８０】
・上記実施の形態において、低温燃焼運転モードが選択されていることを判断するための判断として、ＥＧＲ量が多いこと、といった条件を採用することもできる。この条件によっても、ＥＧＲ量が多いことをもって低温燃焼運転モードが選択されていることを判断することはできる。要は、低温燃焼運転モードが選択されていることを的確に判断することの可能な条件であれば、上記条件は適宜変更可能である。
【００８１】
・上記実施の形態では、低温燃焼運転モードの選択時にタービンホイール３４への排気供給を停止するようにした。その他にも、その付着によるタービンホイール３４の動作不良が懸念される、例えば煤等の未燃成分が大量に発生する機関運転状態が存在するのであれば、その運転状態であることを条件に、タービンホイール３４への排気供給を停止するようにしてもよい。
【００８２】
・また、タービンホイール３４への排気供給を停止する構成に限らず、排気供給量を制限するといった構成を採用することも可能である。こうした構成によっても、タービンホイール３４への排気供給量を低減させることができ、その分だけ未燃成分の付着を抑制して、その付着に伴う過給機３２の性能低下を抑制することはできる。しかも、これに伴う過給機３２の過給性能の低下分を電動コンプレッサ５８等によって補うことで、吸気についての過給度合いを維持することもできる。
【００８３】
・本発明は、ディーゼル機関以外の内燃機関にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】各過給態様の実行領域を示すグラフ。
【図３】低温燃焼フラグを操作する際の処理手順を示すフローチャート。
【図４】低温燃焼フラグの操作態様の決定に用いるマップを示す略図。
【図５】切り替え処理の処理手順を示すフローチャート。
【図６】同切り替え処理の処理態様の一例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…エアークリーナ、１６…吸気絞り弁、１８…排気通路、２０…触媒コンバータ、２２…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２４…燃焼室、２６…ＥＧＲ通路、２８…ＥＧＲ弁、３０…ＥＧＲクーラ、３２…過給機、３４…タービンホイール、３６…コンプレッサホイール、３８…ノズルベーン、４０…アクチュエータ、４２…インタークーラ、４４…電子制御装置、４６…過給圧センサ、４８…回転速度センサ、５０…アクセルセンサ、５２…バイパス通路、５４…排気切換弁、５６…噴射ノズル、５８…電動コンプレッサ、６０…通路、６２…通路、６４…吸気切換弁、６６…電動機、６８…モータコントローラ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気効率を高める過給機として、排気流の流勢を利用して過給を行う排気駆動式の過給機が多用されている（例えば、特許文献１参照）。この過給機は、排気の流動力によってタービンホイールを回転させるとともに、同タービンホイールと一体回転するコンプレッサホイールの回転に伴い吸気を圧縮して、内燃機関の燃焼室へと強制的に送り込む。このように、排気駆動式の過給機は、排気の持つエネルギを利用した過給を通じて吸気効率を高め、内燃機関の出力を向上させる。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−５４９２６号公報（第２図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えばディーゼル機関において大量の未燃成分が排出されるような運転状況下のもとで、上記過給機を作動させると、そのタービンホイールに未燃成分が付着することがある。これは、例えば、付着した未燃成分によってタービンホイールの摺動部における摺動抵抗を増大させ、或いは、タービンホイールとハウジングとの隙間を狭くする等して、タービンホイールの円滑な回転を妨げ、過給機の性能低下を招くおそれがある。
【０００５】
こうした不都合に対処すべく、運転状況に応じて過給機への排気供給を停止、或いはその排気の量を制限する、といった方法も考えられる。しかしながら、この場合には、タービンホイールへの未燃成分の付着は抑制されるが、過給性能が低下するために、それに伴う機関出力の低下が避けきれない。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、過給機への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることのできる過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
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。
先ず、請求項１記載の発明は、内燃機関の排気通路から供給される排気の流動力を駆動源として吸気を過給する排気駆動式の過給機を備える内燃機関の制御装置であって、前記過給機による過給を補助する過給補助手段と、機関運転状態に応じて前記過給機への排気供給量を制限する制限手段と、該制限手段による排気供給量の制限状態に応じて前記過給補助手段による過給状態を制御する制御手段と、を備えることをその要旨とする。
【０００８】
上記構成では、大量の未燃成分が排出される機関運転状態であるときに、過給機への排気供給量を低減させ、同過給機への未燃成分の付着を抑制し、その付着に伴う過給性能の低下を抑制することができる。しかも、このときの過給性能の低下分を過給補助手段によって補うことで、その低下を極力抑制することができる。従って、過給機への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることができるようになる。
【０００９】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記制限手段は前記過給機への排気の供給を停止することをその要旨とする。
【００１０】
上記構成によれば、未燃成分を含む排気が過給機に供給されるのを回避して同過給機への未燃成分の付着を好適に抑制することができる。
また、請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその運転モードとして通常燃焼運転モードと同通常燃焼運転モード時よりも低い燃焼温度をもって機関燃焼を行う低温燃焼運転モードとを選択可能であり、前記制限手段は前記低温燃焼運転モードが選択されているときに前記排気供給量の制限を行うことをその要旨とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関は機関回転速度が低く且つ機関負荷が小さいときに前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されることをその要旨とする。
【００１２】
更に、請求項５記載の発明は、請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備え、前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されているときには同排気再循環装置による排気の再循環量を増大させることをその要旨とする。
【００１３】
例えばディーゼル機関にあって、煤は、燃料中の未燃成分（ＨＣ）が様々な化学反応を経て生成されるが、燃焼温度がある温度（煤生成温度）よりも低温であれば、そうした化学反応が進行しにくく、煤の生成が抑制されることが知られている。そこで、そうした煤の生成を抑制するべく、燃焼室内における燃焼温度を低下させる運転モード（低温燃焼運転モード）を備える内燃機関が提案されている。一般に、こうした低温燃焼運転モードは、内燃機関が低回転低負荷領域で運転されているときに行われ、併せて排気再循環装置により多量の排気が再循環される。
【００１４】
こうした低温燃焼運転モードを選択することで、排気中に含まれる煤の量が低減されるが、その反面、ＨＣの排出量が増大する。そして、排気駆動式の過給機にあっては、そのタービンホイール等に多くのＨＣが付着するおそれがある。付着したＨＣは、排気温度が十分に高ければ排気熱で焼失されてしまうものの、低温燃焼運転モードでの運転中のような排気温度が比較的低い状況では、焼失されずに粘性の高い物質（デポジット）に変質してしまう。こうして生成されたデポジットの付着は、過給機の動作不良を招く可能性が高い。
【００１５】
これに対し、上記構成によれば、こうした低温燃焼運転モードの実行に際して、ＨＣの過給機への付着を抑制することができ、同過給機の性能低下を好適に抑制することができる。
【００１６】
また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記内燃機関はその排気通路にあって前記過給機を迂回して排気を流すバイパス通路と同バイパス通路を流れる排気バイパス量を調節する調節弁とを有し、前記制限手段は前記調節弁の開度を調節することにより、前記排気供給量を制限することをその要旨とする。
【００１７】
上記構成によれば、バイパス通路に流す排気バイパス量の分だけ、過給機への排気供給量を低減させることができる。なお、全ての排気をこのバイパス通路に流すことで、過給機への排気供給を停止することもできる。そして、その一方では、排気バイパス量に応じて過給補助手段による過給状態を制御することにより、過給機への排気供給量の制限状態に見合ったかたちで過給補助手段による過給状態を制御することができる。
【００１８】
また、請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記過給補助手段は排気の流動力以外をその駆動源とする補助過給機であり、前記制御手段は同補助過給機の駆動を前記排気供給量の制限状態に応じて制御することをその要旨とする。
【００１９】
上記構成によれば、未燃成分の付着に起因する性能低下を招くことのない補助過給機を新たに設け、その補助過給機の駆動を制御することで、排気駆動式の過給機の性能低下分を補うことができる。
【００２０】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記補助過給機は吸気を圧縮して前記内燃機関の吸気通路に供給する電動コンプレッサであることをその要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、電動コンプレッサに供給する電力を調節するといった手法をもって、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。しかも、上記補助過給機として機関出力軸により駆動される過給機を用いる場合等のように機関運転状態によって制約されることなく、その過給状態を任意に制御することができる。
【００２２】
また、請求項９記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記過給補助手段は前記内燃機関の排気以外をその駆動源として前記過給機のコンプレッサホイールを強制回転させる強制回転手段であり、前記制御手段は同強制回転手段を前記排気供給量の制限状態に応じて制御することをその要旨とする。
【００２３】
上記構成によれば、未燃成分の付着に起因する性能低下を招くことのない強制回転手段を新たに設けるとともに、同強制回転手段の制御を通じて過給機のコンプレッサホイールを強制回転させることで、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。
【００２４】
また、請求項１０記載の発明は、請求項９記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、前記強制回転手段は前記コンプレッサホイールの回転軸に連結される電動機であることをその要旨とする。
【００２５】
上記構成によれば、電動機に供給する電力を調節するといった手法をもって、コンプレッサホイールの回転速度を任意に高めることができ、排気駆動式の過給機の性能低下分を好適に補うことができる。しかも、例えばコンプレッサホイールの回転軸を機関出力軸に連結して強制回転させる構成等のように、その過給状態が機関運転状態によって制約されることがなく、状況に見合った柔軟な過給を行うことができるようになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車に搭載されるディーゼル機関の制御装置に具体化した一実施の形態について説明する。
【００２７】
ここでは先ず、図１を参照して、本実施の形態が適用される内燃機関、及びその周辺機器の構成を各別に説明する。
＜内燃機関の基本構成＞
はじめに、本実施の形態にかかる内燃機関１０の基本構成について説明する。
【００２８】
図１に示すように、内燃機関１０の吸気通路１２には、その上流側から順に、エアークリーナ１４、吸気絞り弁１６が設けられている。内燃機関１０の排気通路１８には、排気を浄化するための触媒コンバータ２０が設けられている。
【００２９】
＜排気再循環装置＞
次に、内燃機関１０に搭載される排気再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という）２２について説明する。
【００３０】
ＥＧＲ装置２２は、吸入空気に排気の一部を混入させることで燃焼室２４内の燃焼温度を低下させて、ＮＯｘや煤の発生量を低減させるための装置である。ＥＧＲ装置２２は吸気通路１２と排気通路１８とを連通するＥＧＲ通路２６、同ＥＧＲ通路２６に設けられたＥＧＲ弁２８、ＥＧＲクーラ３０により構成されている。そして、ＥＧＲ弁２８の開度が調整されて、排気通路１８から吸気通路１２に導入される排気の量（ＥＧＲ量）が調整される。ＥＧＲクーラ３０はＥＧＲ通路２６内を流れる排気の温度を低下させ、排気の混入により吸入空気の温度が上昇するのを抑制する。
【００３１】
＜過給機＞
次に、内燃機関１０に搭載される過給機３２の概略構成について説明する。
内燃機関１０には、前述した排気駆動式の過給機３２が設けられている。この過給機３２のタービンホイール３４は排気通路１８における触媒コンバータ２０よりも上流側に、またコンプレッサホイール３６は吸気通路１２におけるエアークリーナ１４と吸気絞り弁１６との間にそれぞれ配設されている。そして、タービンホイール３４に排気が吹き付けられて同タービンホイール３４が回転すると、これに伴いコンプレッサホイール３６が回転して、吸気通路１２内の空気が強制的に燃焼室２４に送り込まれる。
【００３２】
また、この過給機３２としては、可変ノズルベーン式の過給機が採用されている。すなわち、過給機３２は、そのタービンホイール３４に吹き付けられる排気の流速を調整するための複数のノズルベーン３８を備えている。これらノズルベーン３８は、タービンホイール３４の周りを囲むようにその軸線を中心として等角度を置いて配設されている。そして、それらノズルベーン３８は、アクチュエータ４０によって互いに同期した状態で開閉駆動されて、隣り合うノズルベーン３８の間隔が可変制御される。これにより、タービンホイール３４に吹き付けられる排気の流速が調整されて、タービンホイール３４の回転速度が調整され、ひいては燃焼室２４に強制的に送り込まれる空気の量が調整される。
【００３３】
本実施の形態では、基本的に、アクセルペダル（図示略）の踏込量（以下、アクセル踏込量ＡＣＣ）、及び内燃機関１０の回転速度（以下、機関回転速度ＮＥ）に基づいて目標過給圧ＴＰが算出される。そして、この目標過給圧ＴＰと実際の過給圧Ｐとの偏差に基づいてノズルベーン３８の開度が制御され、過給圧Ｐがフィードバック制御される。
【００３４】
なお、吸気通路１２にあってコンプレッサホイール３６よりも下流側には、上記過給によって上昇した吸入空気の温度を低下させるためのインタークーラ４２が設けられている。
【００３５】
＜電子制御装置並びに各種センサ類＞
次に、内燃機関１０に設けられる各種センサ類、及び電子制御装置４４について説明する。
【００３６】
内燃機関１０には、機関運転状態を検出するための各種センサ類が設けられている。例えば、吸気絞り弁１６の下流側における吸気の圧力（過給圧Ｐ）を検出するための過給圧センサ４６や、機関回転速度ＮＥを検出するための回転速度センサ４８、アクセル踏込量ＡＣＣを検出するためのアクセルセンサ５０等が設けられている。
【００３７】
また、本実施の形態にかかる装置は、例えばマイクロコンピュータ等からなる電子制御装置４４を備えている。この電子制御装置４４は、各種センサ類の検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて、吸気絞り弁１６や、ＥＧＲ弁２８、アクチュエータ４０等を制御する。
【００３８】
＜内燃機関の運転モード＞
ところで、煤は、燃料中の炭化水素（ＨＣ）が様々な化学反応を経て生成されるが、燃焼温度がある温度（煤生成温度）よりも低温であれば、そうした化学反応が進行しにくく、煤の生成が抑制されることが知られている。この点をふまえ、本実施の形態にかかる内燃機関１０では、通常の燃焼状態での運転モード（通常燃焼運転モード）に加えて、煤の生成を抑制するべく、燃焼室２４内における燃焼温度を低下させる運転モード（低温燃焼運転モード）が設定されている。なお、低温燃焼運転モードは内燃機関１０の低負荷運転時に選択される運転モードであり、具体的には、機関回転速度ＮＥが低く、且つ機関負荷が小さいときに選択される。
【００３９】
こうした低温燃焼運転モードが選択されると、排気中に含まれる煤の量が低減されるが、その反面、ＨＣの排出量が増大する。そして、上記過給機３２にあっては、そのタービンホイール３４やノズルベーン３８に多くのＨＣが付着するおそれがある。付着したＨＣは、排気温度が十分に高ければ排気熱で焼失されてしまうものの、低温燃焼運転モードでの運転中のように排気温度が比較的低い状況では、焼失されずに極めて粘性の高い物質（デポジット）に変質してしまう。そして、このデポジットがタービンホイール３４やノズルベーン３８等に付着すると、その動作不良の原因になる。
【００４０】
そこで、本実施の形態の装置では、運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されているときに、タービンホイール３４への排気の供給を停止することでＨＣの付着を抑制し、上記動作不良の回避を図るようにしている。そして、そのための構成として、排気通路１８にバイパス通路５２及び排気切換弁５４が設けられている。
【００４１】
＜バイパス通路並び排気切換弁＞
以下、それらバイパス通路５２及び排気切換弁５４について説明する。
排気通路１８には、タービンホイール３４の上流側と下流側とを、同タービンホイール３４を迂回するように繋ぐバイパス通路５２が設けられている。このバイパス通路５２を通じて、タービンホイール３４を迂回して排気を流すことが可能である。また、このバイパス通路５２には、同バイパス通路５２の開放及び閉塞を切換える排気切換弁５４が設けられている。排気切換弁５４の開弁、及び閉弁を切換えることで、バイパス通路５２における排気の流通の許容、及び禁止が切換えられる。本実施の形態では、この排気切換弁５４が、バイパス通路５２を流れる排気バイパス量を調節する調節弁として機能する。
【００４２】
本実施の形態の装置では、低温燃焼運転モードの選択時に、上記排気切換弁５４が開弁されるとともに、過給機３２のノズルベーン３８が閉弁される。これにより、タービンホイール３４への排気の供給が停止され、全ての排気がバイパス通路５２を流れるようになる。
【００４３】
なお、バイパス通路５２の途中には、同バイパス通路５２内に燃料を噴射する噴射ノズル５６が設けられている。この噴射ノズル５６から供給される燃料は、排気とともに触媒コンバータ２０に到達し、同触媒コンバータ２０で燃焼する。これにより、排気温度が低くなる低温燃焼運転モードの選択時において、触媒コンバータ２０の温度が上昇され、その排気浄化性能が維持される。噴射ノズル５６の作動は、電子制御装置４４によって制御される。
【００４４】
このように、タービンホイール３４への排気の供給を停止することで、タービンホイール３４等の動作不良の回避を図ることが可能になるが、その反面、このとき過給機３２による過給作用が得られなくなるばかりか、コンプレッサホイール３６が吸気通路１２内における吸気の流れを妨げるようになる。そこで、本実施の形態では、低温燃焼運転モードの選択時に、適正な機関制御のために必要な吸気量を確保するための構成として、電動コンプレッサ５８が設けられている。本実施の形態では、この電動コンプレッサ５８が過給機による過給を補助する過給補助手段及び補助過給機として機能する。
【００４５】
＜電動コンプレッサ＞
以下、この電動コンプレッサ５８、及びその周辺構造について説明する。
吸気通路１２は、コンプレッサホイール３６よりも上流側において二股に分かれており、それら分岐した通路６０，６２はそれぞれエアークリーナ１４に接続されている。そして、その一方の通路６０には電動コンプレッサ５８が設けられており、他方の通路６２の途中には同通路６２の開放及び閉塞を切換える吸気切換弁６４が設けられている。
【００４６】
電動コンプレッサ５８は、駆動源としての電動機６６を内蔵しており、同電動機６６の回転速度の上昇に伴って空気の吐出量が増大するものである。電動機６６には、その回転速度を制御するべく、バッテリ（図示略）からの供給電力を調節するコントローラ６８が接続されている。
【００４７】
そして、低温燃焼運転モードの選択時には、電動コンプレッサ５８が駆動されて、吸気通路１２内の吸気が過給される。また、このとき吸気切換弁６４が閉弁され、電動コンプレッサ５８によって過給された吸気が上記通路６２、エアークリーナ１４を経て外部に漏れ出すことが防止される。
【００４８】
なお、この電動コンプレッサ５８は、低温燃焼運転モードの選択時の他にも、例えば自動車の発進に際して、いわゆるターボラグが生じるとき等、過給機３２による十分な過給作用が得られないときに、同過給機３２による過給を補助するべく駆動される。電動コンプレッサ５８は、機関回転速度ＮＥが低い運転領域における過給機３２の過給作用の補助を目的として設けられるものであり、全運転領域において作動可能なものと比べて、小型のものが採用される。これにより、電動コンプレッサ５８の設置スペースの低減や、同電動コンプレッサ５８の搭載に伴うバッテリ容量の増大についての抑制等も図られている。
【００４９】
＜過給機及び電動コンプレッサによる過給態様＞
本実施の形態にあって吸気を過給する際には、「電動コンプレッサのみによる過給」、「過給機及び電動コンプレッサによる過給」、「過給機のみによる過給」といった過給態様が選択され、実行される。
【００５０】
これら各過給態様が実行される機関運転領域をそれぞれ図２に示す。同図において、実線は内燃機関１０の全負荷運転時における過給圧Ｐと機関回転速度ＮＥとの関係を示し、一点鎖線は運転モードが切り替えられる目標過給圧ＴＰと機関回転速度ＮＥとの関係を示している。また、同図において、二点鎖線は、電動コンプレッサ５８の作動／非作動が切り替えられる過給圧Ｐ（後述する所定値α）と機関回転速度ＮＥとの関係を示している。
【００５１】
そして、図２にあって、領域Ａでは電動コンプレッサ５８のみによる過給が行われ、領域Ｂでは過給機３２及び電動コンプレッサ５８による過給が行われ、領域Ｃでは過給機３２のみによる過給が行われる。なお、図２において領域Ａは低温燃焼運転モードが選択される領域であり、領域Ａ及び領域Ｂは電動コンプレッサ５８の運転が可能な領域であって、同図２から明らかなように、低温燃焼運転モードが選択される領域は、電動コンプレッサ５８の運転が可能な領域に含まれる領域として設定されている。
【００５２】
＜本制御装置による処理＞
以下、そうした過給態様を切り替える処理の処理手順について説明する。
図３は、同切り替え処理に使用する低温燃焼フラグの操作手順を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４４により実行される。
【００５３】
図３に示されるように、この処理では先ず、アクセル踏込量ＡＣＣ及び機関回転速度ＮＥが読み込まれる（ステップＳ１０）。
次に、図４に例示するＡマップを参照し、それらアクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとに基づいて、現在の機関運転領域が低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域であるか否かが判断される（ステップＳ１２）。このＡマップは電子制御装置４４に記憶されており、アクセル踏込量ＡＣＣが大きい、或いは機関回転速度ＮＥが高い運転領域では通常燃焼運転モードを選択し、アクセル踏込量ＡＣＣが小さく、且つ機関回転速度ＮＥが低い運転領域では低温燃焼運転モードを選択するように設定されている。
【００５４】
そして、低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域であるときには（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、低温燃焼フラグが「オン」操作された後（ステップＳ１４）、本処理は一旦終了される。このとき、運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されて、多量のＥＧＲガスが燃焼室２４内に導入されるようにＥＧＲ弁２８の開度が制御される。
【００５５】
一方、低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域ではない場合には（ステップＳ１２：ＮＯ）、低温燃焼フラグが「オフ」操作された後（ステップＳ１６）、本処理は一旦終了される。このとき、運転モードとして通常燃焼運転モードが選択され、ＥＧＲ弁２８の開度制御が行われる。
【００５６】
次に、図５のフローチャートに示す処理手順により、上記切り替え処理が実行される。このフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の処理として、電子制御装置４４により実行される。
【００５７】
この処理では先ず、上記低温燃焼フラグが「オン」操作されているか否かが判断される（ステップＳ２０）。
そして、低温燃焼フラグが「オン」操作されている場合には（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、低温燃焼運転モードが選択されているとして、ノズルベーン３８、排気切換弁５４、電動コンプレッサ５８、及び吸気切換弁６４がそれぞれ以下のように操作される（ステップＳ２２）。
・ノズルベーン３８が閉弁される。
・排気切換弁５４が開弁される。
・電動コンプレッサ５８が駆動される。
・吸気切換弁６４が閉弁される。
【００５８】
すなわち、このときタービンホイール３４への排気供給が停止されるとともに、電動コンプレッサ５８によって吸気通路１２内の吸気が過給される。なお、本実施の形態では、このステップＳ２２の処理が、機関運転状態に応じて過給機への排気供給量を制限する制限手段、及び排気供給量の制限状態に応じて過給状態を制御する制御手段として機能する。
【００５９】
一方、低温燃焼フラグが「オフ」操作されている場合には（ステップＳ２０：ＮＯ）、このとき通常燃焼運転モードが選択されているとして、ノズルベーン３８が開弁されるとともに、排気切換弁５４が閉弁される（ステップＳ２４）。すなわち、このときタービンホイール３４への排気供給が許容される。
【００６０】
このように、低温燃焼フラグの操作状態に応じて、各種の制御弁や、電動コンプレッサ５８が適宜操作された後、過給圧Ｐが読み込まれるとともに（ステップＳ２６）、同過給圧Ｐが所定値α以上であるか否かが判断される（ステップＳ２８）。なお、所定値αは、機関回転速度ＮＥに基づき算出される値である。
【００６１】
そして、過給圧Ｐが所定値α以上である場合には（ステップＳ２８：ＹＥＳ）、このとき電動コンプレッサ５８による過給が必要でないとして、吸気切換弁６４が開弁されるとともに、電動コンプレッサ５８の駆動が停止された後（ステップＳ３０）、本処理は一旦終了される。
【００６２】
一方、過給圧Ｐが所定値α未満である場合には（ステップＳ２８：ＮＯ）、未だ電動コンプレッサ５８によって過給機３２の過給作用を補助する必要があるとして、吸気切換弁６４の開弁操作や、電動コンプレッサ５８の駆動停止を行なわず（ステップＳ３０の処理をジャンプして）、本処理は一旦終了される。
【００６３】
＜本実施の形態にかかる切り替え処理の処理態様＞
以下、こうした切り替え処理の処理態様について説明する。
図６に同処理の処理態様の一例を示す。
【００６４】
図６において、その時刻ｔ１以前では、アクセルペダルが踏み込まれており（同図［ａ］）、機関回転速度ＮＥが高い速度に（同図［ｂ］）、また過給圧Ｐが高い圧力になっている（同図［ｆ］）。そして、このとき低温燃焼フラグが「オフ」操作されて（同図［ｃ］）、通常燃焼運転モードが選択されている。また、電動コンプレッサ５８の駆動が停止されるとともに（同図［ｄ］）、ノズルベーン３８が開弁され（同図［ｅ］）、過給機３２のみによる過給が行われている。
【００６５】
さて、こうした時刻ｔ１において、アクセルペダルの踏み込みが解除されて、アクセル踏込量ＡＣＣが「０」になると（同図［ａ］）、その後において機関回転速度ＮＥが低下する（同図［ｂ］）。
【００６６】
そして、時刻ｔ２において、それらアクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとにより定まる機関運転領域が低温燃焼運転モードを選択すべき運転領域になると、低温燃焼フラグが「オン」操作され（同図［ｃ］）、その後において低温燃焼運転モードでの機関運転が実行されるようになる。
【００６７】
このとき同時に、電動コンプレッサ５８の駆動が開始されるとともに（同図［ｄ］）、ノズルベーン３８が閉弁される（同図［ｅ］）。従って、このときタービンホイール３４への排気供給が停止されて、低温燃焼運転モードでの機関運転に伴って発生する多量のＨＣがタービンホイール３４等に付着することが回避される。しかも、このとき電動コンプレッサ５８によって吸気が過給されるために、内燃機関１０の運転に必要な吸気量は確保される。
【００６８】
そして、その後の時刻ｔ３において、アクセルペダルが踏み込まれると（同図［ａ］）、その後において機関回転速度ＮＥが上昇する（同図［ｂ］）。なお、このとき電動コンプレッサ５８による過給作用により、過給圧Ｐも上昇する（同図［ｆ］）。
【００６９】
そして、その後の時刻ｔ４において、アクセル踏込量ＡＣＣと機関回転速度ＮＥとにより定まる機関運転領域が通常燃焼運転モードに対応する運転領域に移行すると、低温燃焼フラグが「オフ」操作され（同図［ｃ］）、その後において通常燃焼運転モードでの機関運転が実行される。
【００７０】
このとき同時に、ノズルベーン３８が開弁されるとともに（同図［ｅ］）、排気切換弁５４が閉弁されて、タービンホイール３４への排気供給が許容される。これにより、その後において過給機３２による過給作用が得られるようになる。しかしながら、このとき過給機３２による過給作用のみでは、所望の過給圧を得ることができないとして、その不足分を補うために、電動コンプレッサ５８の駆動は継続される（同図［ｄ］）。
【００７１】
そして、その後の時刻ｔ５において、過給圧Ｐが所定値αに達すると、過給機３２のみによって十分な過給作用が得られるようになったとして、電動コンプレッサ５８の駆動が停止される（同図［ｄ］）。
【００７２】
＜本実施の形態の効果＞
以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
【００７３】
（１）低温燃焼運転モードの選択時に、タービンホイール３４への排気供給を停止するとともに、電動コンプレッサ５８により吸気を過給するようにした。これにより、低温燃焼運転モードでの運転に伴って排出される大量のＨＣがタービンホイール３４に付着することを回避して、その付着に伴う過給機３２の性能低下を抑制することができる。しかも、このときＨＣの付着に起因する性能低下を招くことのない電動コンプレッサ５８の駆動を通じて、過給機３２の過給性能低下分を補うことで、その性能低下を極力抑制することができる。従って、過給機３２への未燃成分の付着を抑制しつつ、過給性能の低下を極力抑えることができるようになる。
【００７４】
（２）内燃機関１０の排気通路１８にタービンホイール３４を迂回して排気を流すバイパス通路５２と、同バイパス通路５２における排気の流通及び同流通の禁止を切換える排気切換弁５４とを設け、同排気切換弁５４を開弁して、タービンホイール３４への排気供給量を制限するようにした。これにより、バイパス通路５２を流れる排気の量（排気バイパス量）の分だけ、タービンホイール３４への排気供給量を低減させることができる。そして、その一方では、排気バイパス量に応じて電動コンプレッサ５８による過給状態を制御することにより、過給機３２への排気供給量の制限状態に見合ったかたちで電動コンプレッサ５８による過給状態を制御することができる。
【００７５】
（３）また、電動コンプレッサ５８に供給する電力を調節するといった手法をもって、タービンホイール３４への排気供給の停止時に、その停止に伴う過給機３２の性能低下分を好適に補うことができる。また、電動コンプレッサ５８に代えて機関出力軸により駆動される過給機を用いる場合等のように機関運転状態に制約されることなく、その過給状態を任意に制御することもできる。
【００７６】
＜他の実施の形態＞
なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態では、可変ノズルベーン式の過給機３２を備える内燃機関１０に、本発明を適用した場合を説明したが、可変ノズルベーン式以外のタイプの過給機を備える内燃機関にも本発明は適用可能である。
【００７７】
・上記実施の形態では、電動コンプレッサ５８から吐出される吸気を吸気通路１２におけるコンプレッサホイール３６の上流側に供給するようにしたが、同吸気をコンプレッサホイール３６の下流側に供給するようにしてもよい。
【００７８】
・上記実施の形態において、電動コンプレッサ５８に代えて、機関出力軸により駆動されるコンプレッサを用いることも可能である。
・上記実施の形態において、過給機３２及び電動コンプレッサ５８に代えて、電動機を内蔵した過給機を用い、同電動機によってコンプレッサホイール３６を強制回転させるようにしてもよい。この構成における電動機が、排気の流動力以外をその駆動源としてコンプレッサホイールを強制回転させる強制回転手段として機能する。
【００７９】
・また、これに代えて、コンプレッサホイール３６の回転軸を機関出力軸に連結可能な構成とし、低温燃焼運転モードの選択時に同回転軸と機関出力軸とを連結して、コンプレッサホイール３６を強制回転させるといった構成を採用することもできる。
【００８０】
・上記実施の形態において、低温燃焼運転モードが選択されていることを判断するための判断として、ＥＧＲ量が多いこと、といった条件を採用することもできる。この条件によっても、ＥＧＲ量が多いことをもって低温燃焼運転モードが選択されていることを判断することはできる。要は、低温燃焼運転モードが選択されていることを的確に判断することの可能な条件であれば、上記条件は適宜変更可能である。
【００８１】
・上記実施の形態では、低温燃焼運転モードの選択時にタービンホイール３４への排気供給を停止するようにした。その他にも、その付着によるタービンホイール３４の動作不良が懸念される、例えば煤等の未燃成分が大量に発生する機関運転状態が存在するのであれば、その運転状態であることを条件に、タービンホイール３４への排気供給を停止するようにしてもよい。
【００８２】
・また、タービンホイール３４への排気供給を停止する構成に限らず、排気供給量を制限するといった構成を採用することも可能である。こうした構成によっても、タービンホイール３４への排気供給量を低減させることができ、その分だけ未燃成分の付着を抑制して、その付着に伴う過給機３２の性能低下を抑制することはできる。しかも、これに伴う過給機３２の過給性能の低下分を電動コンプレッサ５８等によって補うことで、吸気についての過給度合いを維持することもできる。
【００８３】
・本発明は、ディーゼル機関以外の内燃機関にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示すブロック図。
【図２】各過給態様の実行領域を示すグラフ。
【図３】低温燃焼フラグを操作する際の処理手順を示すフローチャート。
【図４】低温燃焼フラグの操作態様の決定に用いるマップを示す略図。
【図５】切り替え処理の処理手順を示すフローチャート。
【図６】同切り替え処理の処理態様の一例を示すタイミングチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１２…吸気通路、１４…エアークリーナ、１６…吸気絞り弁、１８…排気通路、２０…触媒コンバータ、２２…排気再循環装置（ＥＧＲ装置）、２４…燃焼室、２６…ＥＧＲ通路、２８…ＥＧＲ弁、３０…ＥＧＲクーラ、３２…過給機、３４…タービンホイール、３６…コンプレッサホイール、３８…ノズルベーン、４０…アクチュエータ、４２…インタークーラ、４４…電子制御装置、４６…過給圧センサ、４８…回転速度センサ、５０…アクセルセンサ、５２…バイパス通路、５４…排気切換弁、５６…噴射ノズル、５８…電動コンプレッサ、６０…通路、６２…通路、６４…吸気切換弁、６６…電動機、６８…モータコントローラ。
Claims (10)
- 内燃機関の排気通路から供給される排気の流動力を駆動源として吸気を過給する排気駆動式の過給機を備える内燃機関の制御装置であって、
前記過給機による過給を補助する過給補助手段と、
機関運転状態に応じて前記過給機への排気供給量を制限する制限手段と、
該制限手段による排気供給量の制限状態に応じて前記過給補助手段による過給状態を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記制限手段は前記過給機への排気の供給を停止する
請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関はその運転モードとして通常燃焼運転モードと同通常燃焼運転モード時よりも低い燃焼温度をもって機関燃焼を行う低温燃焼運転モードとを選択可能であり、前記制限手段は前記低温燃焼運転モードが選択されているときに前記排気供給量の制限を行う
請求項１または２記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関は機関回転速度が低く且つ機関負荷が小さいときに前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択される
請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関はその排気通路に排出された排気を吸気通路に再循環させる排気再循環装置を備え、前記運転モードとして低温燃焼運転モードが選択されているときには同排気再循環装置による排気の再循環量を増大させる
請求項３記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記内燃機関はその排気通路にあって前記過給機を迂回して排気を流すバイパス通路と同バイパス通路を流れる排気バイパス量を調節する調節弁とを有し、前記制限手段は前記調節弁の開度を調節することにより、前記排気供給量を制限する
請求項１〜５の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記過給補助手段は排気の流動力以外をその駆動源とする補助過給機であり、前記制御手段は同補助過給機の駆動を前記排気供給量の制限状態に応じて制御する
請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記補助過給機は吸気を圧縮して前記内燃機関の吸気通路に供給する電動コンプレッサである
請求項７記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記過給補助手段は前記内燃機関の排気以外をその駆動源として前記過給機のコンプレッサホイールを強制回転させる強制回転手段であり、前記制御手段は同強制回転手段を前記排気供給量の制限状態に応じて制御する
請求項１〜６の何れかに記載の過給機付き内燃機関の制御装置。 - 前記強制回転手段は前記コンプレッサホイールの回転軸に連結される電動機である
請求項９記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
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