JP4853387B2

JP4853387B2 - 制御装置及び制御方法

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Publication number: JP4853387B2
Application number: JP2007149027A
Authority: JP
Inventors: 雅志小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-06-05
Also published as: JP2008303725A

Description

本発明は、例えば電動発電機を備える電動ターボチャージャー付の内燃機関を制御する制御装置及び制御方法に関する。

一般に車両の排気量は固定されているので、所定空燃比において、シリンダ内に送り込まれる吸入空気量に対して燃焼可能な燃料量も概ね固定される。ここで、送り込まれる吸入空気量を圧縮（すなわち、「過給」）できれば、それに応じて燃焼可能な燃料量も増量でき、当該車両の出力能力を向上可能である。

このような過給の要請に応えるため、吸入空気を過給する技術が提案されている。具体的には、コンプレッサとタービンとからなるターボチャージャーを備えるエンジンが提案されている。特に、特許文献１から特許文献４に開示されているように、ターボチャージャーの回転軸に電動発電機を取り付けたターボチャージャーも提案されている。このようなターボチャージャーでは、タービンの回転力を利用して発電を行うと共に、該発電により得られた電力を用いて電動発電機を駆動することで強制的にコンプレッサを回転させることができる。これにより、所望の過給圧を得ることができる。

特開平５−２４００５８号公報特開平５−３３６６８号公報特開２００４−１６９６７３号公報特開２００３−３２２０３８号公報

ここで、通常の内燃機関の運転サイクル(より具体的には、バルブの開閉タイミング）は、燃焼室内での効率的な燃焼を行うことを目的として設定されている。このため、排気エネルギーを利用した電動発電機での効率的な発電という観点から見れば、通常の内燃機関の運転サイクル(より具体的には、バルブの開閉タイミング）では、排気エネルギーの非効率的な利用を行っている場合がある。例えば、燃焼室内への燃料の噴射や爆発を伴わない車両の減速時には、本来であれば電動発電機での発電に利用したい排気エネルギーが、エンジンブレーキに利用されている場合がある。このように、現状の内燃機関では、排気エネルギーを利用した電動発電機での発電を効率的に行うことができないという技術的な問題点を有している。

本発明は、例えば上述した問題点に鑑みてなされたものであり、例えば電動発電機を備える電動ターボチャージャー付の内燃機関を備えた車両を制御する際において、排気エネルギーをより有効に利用して発電することを可能とならしめる制御装置及び制御方法を提供することを課題とする。

（内燃機関の制御装置）
上記課題を解決するために、本発明の制御装置は、内燃機関に付随して設置されるターボチャージャーと、前記内燃機関の燃焼室からの排気ガスによる前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に、前記ターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機とを備える内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関を備える車両が減速状態にあるか否かを判定する判定手段と、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室からの排気を行うように排気バルブの開閉状態を制御するバルブ制御手段とを備える。

本発明の制御装置によれば、車両が減速状態にある場合には、吸気を行った後に、本来であれば燃焼室内において圧縮工程が行われる期間に排気が行われる。言い換えれば、車両が減速状態にある場合には、車両が減速状態にない場合と比較して、吸気バルブが閉じてから排気バルブが開くまでの期間が短くされている。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることが少なくなる又は殆どなくなる。

仮に、通常の内燃機関の運転サイクル（例えば、４サイクルの運転サイクル）であれば、圧縮工程と膨張工程においては、燃焼室内が閉じた空間になるため、吸排気の流れが妨げられてしまう。これでは、排気エネルギーがエンジンブレーキ等に利用されてしまうため、電動発電機における発電効率を増加させることができない。しかるに本発明によれば、吸排気の流れが妨げられることが少なくなる又は殆どなくなるため、燃焼室からの排気ガスを効率的にタービンに噴きつけることができる。このため、排気エネルギーを、ターボチャージャーのタービンを回転させるために利用することができる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

尚、本発明における「減速状態の判定」は、単に車両の速度が減少しているか否かだけを考慮して行われる判定ではなく、燃焼室内への燃料の供給量やブレーキ操作の有無等を考慮して総合的に行われる判定である。具体的には、後述の如く、燃焼室内への燃料の供給量がなく、且つブレーキが踏まれている場合に、車両が減速状態にあると判定されることが好ましい。

本発明の制御装置における一の態様は、前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つ前記ピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記排気バルブを開く。

この態様によれば、このようなタイミングで排気バルブを開くことで、吸排気の流れが妨げられることが少なくなる又は殆どなくなるため、上述の如く排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

本発明の制御装置における他の態様は、前記燃焼室内の圧力である筒内圧と、排気圧とを検出する検出手段を更に備え、前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記排気圧未満である場合に、前記燃焼室からの排気を行わないように前記排気バルブを制御し、(ii)前記筒内圧が前記排気圧以上である場合に、前記燃焼室からの排気を行うように前記排気バルブの開閉状態を制御する。

この態様によれば、筒内圧と排気圧（例えば、排気マニホールド内の圧力）とを比較して、排気バルブの開閉状態が制御される。具体的には、燃焼室から排気系への排気の流れができるように（言い換えれば、排気系から燃焼室への排気の逆流が起こらないように）、排気バルブの開閉状態を制御している。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

上述の如く筒内圧と排気圧とを検出する検出手段を備える制御装置の態様では、前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記排気圧未満である場合に、前記排気バルブを閉じ、(ii)前記筒内圧が前記排気圧以上である場合に、前記排気バルブを開くように構成してもよい。

このように構成すれば、燃焼室から排気系への排気の流れができるように（言い換えれば、排気系から燃焼室への排気の逆流が起こらないように）、排気バルブの開閉状態が制御される。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

本発明の制御装置における他の態様は、前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室からの排気を行った後であって且つ前記ピストンが上死点から下死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室への吸気を行うように吸気バルブの開閉状態を制御する。

この態様によれば、バルブ制御手段は、排気バルブの開閉状態を制御することに加えて、吸気バルブの開閉状態をも制御する。言い換えれば、上述した排気バルブの開閉状態の制御に合わせて、吸排気の流れが妨げられることがなくなるように吸気バルブの開閉状態をも制御する。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

上述の如く吸気バルブの開閉状態を制御する制御装置の態様では、前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室からの排気を行った後であって且つ前記ピストンが上死点から下死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記吸気バルブを開くように構成してもよい。

このように構成すれば、このようなタイミングで吸気バルブを開くことで、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなるため、上述の如く排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

上述の如く吸気バルブの開閉状態を制御する制御装置の態様では、前記燃焼室内の圧力である筒内圧と、吸気圧とを検出する検出手段を更に備え、前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記吸気圧以上である場合に、前記燃焼室への吸気を行わないように前記吸気バルブの開閉状態を制御し、(ii)前記筒内圧が前記吸気圧未満である場合に、前記燃焼室への吸気を行うように前記吸気バルブの開閉状態を制御するように構成してもよい。

このように構成すれば、筒内圧と吸気圧（例えば、吸気マニホールド内の圧力）とを比較して、吸気バルブの開閉状態が制御される。具体的には、吸気系から燃焼室への吸気の流れができるように（言い換えれば、燃焼室から吸気系への吸気の逆流が起こらないように）、吸気バルブの開閉状態を制御している。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

上述の如く筒内圧と吸気圧とを検出する検出手段を備える制御装置の態様では、前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記吸気圧以上である場合に、前記吸気バルブを閉じ、(ii)前記筒内圧が前記吸気圧未満である場合に、前記吸気バルブを開くように構成してもよい。

このように構成すれば、吸気系から燃焼室への吸気の流れができるように（言い換えれば、燃焼室から吸気系への吸気の逆流が起こらないように）、排気バルブの開閉状態が制御される。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

本発明の制御装置における他の態様は、前記内燃機関の運転サイクルは、４サイクルであって、前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記内燃機関の運転サイクルを２サイクルに変更するように吸気バルブ及び排気バルブの夫々の開閉状態を制御する。

この態様によれば、上述した態様での吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態の制御を、比較的容易に実現することができる。つまり、車両が減速状態にない場合には、内燃機関の運転サイクルを４サイクルに設定しつつ、車両が減速状態にある場合には、内燃機関の運転サイクルを２サイクル（具体的には、例えば、吸気工程と排気工程とを繰り返す運転サイクル）に設定される。このため、燃焼室内において、吸排気の流れが妨げられることがより一層少なくなる又は殆どなくなる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機における発電効率を増加させることができる。

本発明の制御装置における他の態様は、前記判定手段は、アクセルペダルがオフ状態にある場合に前記車両が減速状態にあると判定する。

この態様によれば、車両が減速状態にあるか否かを比較的容易に且つ好適に判定することができる。

本発明の制御装置における他の態様は、前記判定手段は、前記燃焼室内への燃料の供給がカットされている場合に前記車両が減速状態にあると判定する。

（内燃機関の制御方法）
上記課題を解決するために、本発明の制御方法は、内燃機関に付随して設置されるターボチャージャーと、前記内燃機関の燃焼室からの排気ガスによる前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に、前記ターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機とを備える内燃機関の制御方法であって、前記内燃機関を備える車両が減速状態にあるか否かを判定する判定工程と、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室からの排気を行うように排気バルブの開閉状態を制御するバルブ制御工程とを備える。

本発明の制御方法によれば、上述した本発明の制御装置が享受することができる各種効果と同様の効果を享受することができる。

尚、上述した本発明の制御装置における各種態様に対応して、本発明の制御方法に係る実施形態も各種態様をとることができる。

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よう。

以下、図面に基づいて、発明を実施するための最良の形態として本発明の一実施形態について詳細に説明する。

（１）構成
初めに、図１を参照して、本発明の制御装置の実施形態を備える車両について説明する。ここに、図１は、本実施形態に係る制御装置を備える車両の基本的な構成を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係る車両１は、エンジン２００、吸気管２０６、排気管２１０、電動発電機５４を備えるターボ過給機５０、直流電源５４１、インバータ５４２、電動発電機制御器５４３、サイクル運転判定回路５４３及びＥＣＵ１００を備える。これらは夫々、以下のように構成されている。

エンジン２００は、車両１の動力源であり、噴射される燃料と吸入される空気から形成される混合気をシリンダ内部の燃焼室２５６（図４及び図５参照）において燃焼させる。この時の爆発力に応じたピストン２５７（図４及び図５参照）の往復運動が回転運動に変換され、この回転運動によって車両１が駆動される。尚、エンジン２００には、燃焼室２５６内の圧力である筒内圧Ｐｃを検出する筒内圧センサ２１１及び燃焼室２５６内へ噴射される燃料の量である燃料噴射量指令値Ｍｅｔを検出する燃料噴射量センサ２１４が備え付けられている。

吸気管２０６は、当該車両１の外部からエンジン２００へと吸入される空気の通路である。吸気管２０６の管路には、吸入空気の圧力である吸気圧Ｐｉを検出する吸気圧センサ２１２及び後述するターボ過給機５０の一部であるコンプレッサ５１等が備わる。そのほか、吸気管２０６の管路には、コンプレッサ５１の下流側に、コンプレッサ５１による過給で圧力上昇に伴って上昇した吸入空気の温度を下げて充填効率を向上させる空冷式インタークーラー(不図示）、吸入空気量を調節するスロットルバルブ（不図示）が配されている。

排気管２１０は、エンジン２００と外気とを連通しており、シリンダ内部で燃焼した排気ガスを排気可能に構成されている。排気管２１０の管路には、排気ガスの圧力である排気圧Ｐｅを検出する排気圧センサ２１３、不図示の空燃比センサ、触媒及び後述するターボ過給機５０の一部であるタービン５２等が備わる。

ターボ過給機５０は、吸入空気を過給することで希薄燃焼範囲を高負荷側へ拡大可能である。このターボ過給機５０は、排気管２１０の管路に備わるタービン５２、吸気管２０６の管路に備わるコンプレッサ５１、両者を機械的に繋ぐ回転軸である動力伝達部５３及び動力伝達部５３を出力軸とする電動発電機５４を含んで構成される。

ここで電動発電機５４は、電気的に過給をアシストする機構である。電動発電機５４は、直流電源５４１によって供給される直流電力を交流電力へと変換するインバータ５４２及び電動発電機制御器５４３に電気的に接続されている。

電動発電機制御器５４３は、目標過給圧が得られるようにインバータ５４２に対して通電パターンを出力する。この通電パターンに従って電動発電機５４は作動する。尚、目標過給圧は、具体的にはエンジン回転数及びアクセル開度に基づいて、実験などによって予め作成されたマップより求められるとよい。

また、電動発電機５４は、エンジン２００より排気される排気ガスが噴き付けられるタービン５２の回転により出力軸が回転されることで発電を行う。係る動作により発電された電力は、直流電源５４１に蓄電される。このため、電動発電機５４は、自身が発電した電力を利用して、コンプレッサ５１を回転させることができる。

ＥＣＵ１００は、電子制御ユニット、中央処理装置(Central Processing Unit：ＣＰＵ）、制御プログラムを格納した読み出し専用メモリ(Read Only Memory：ＲＯＭ）及び各種データや各種マップを格納する随時書き込み読み出しメモリ(Random Access Memory：ＲＡＭ）等を中心とした論理演算回路として構成されている。ＥＣＵは、車両１に備え付けられた各種センサからの出力や各種演算回路からの演算結果に基づいて、車両１の動作を制御する。本実施形態では特に、ＥＣＵ１００は、後に詳述するように、エンジン２００が備える吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２（図４及び図５参照）の開閉制御を行う。係る動作については、図２から図５を参照して、後に詳述する。

サイクル運転判定回路５４３は、後に詳述するように、ブレーキが踏まれているか否かを示すブレーキ信号Ｂｋ及び燃料噴射量指令値Ｍｅｔの夫々に基づいて、車両１が減速状態にあるか否かを判定する。係る判定動作については、図２から図５を参照して、後に詳述する。

（２）動作
続いて、図２を参照して、本実施形態に係る制御装置を備える車両１の動作について説明する。ここに、図２は、本実施形態に係る制御装置を備える車両１の動作の流れを概念的に示すフローチャートである。尚、以下の説明では、エンジン１００が４サイクルエンジンである場合の動作例について説明する。

図２に示すように、初めに、サイクル運転判定回路５４３の動作により、ブレーキ信号Ｂｋ及び燃料噴射量指令値Ｍｅｔが取得される（ステップＳ１００）。

続いて、サイクル運転判定回路５４３の動作により、ステップＳ１００において取得されたブレーキ信号Ｂｋに基づいて、ブレーキが使用されているか否かが判定される（ステップＳ２００）。

ステップＳ２００における判定の結果、ブレーキが使用されていないと判定された場合には（ステップＳ２００：Ｎｏ）、サイクル運転判定回路５４３は、車両１が減速状態にないと判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ出力する。その後、ＥＣＵ１００は、エンジン１００の運転サイクルを通常用エンジンサイクルに設定して、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する（ステップＳ５００）。尚、本実施形態における「通常用エンジンサイクル」は、吸気工程、圧縮工程、膨張・爆発工程及び排気工程からなる「４サイクル」が一例として挙げられる。

ここで、図３を参照して、通常用エンジンサイクルで吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する態様について説明する。ここに、図３は、通常用エンジンサイクルで吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する場合の、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を示すエンジン２００の断面図である。

図３（ａ）に示すように、ピストン２５７が上死点から下死点に向かう期間は、まず吸気バルブ２５１が開かれる。その結果、吸気管２０６を介して吸入空気が燃焼室２５６内に吸気される。つまり、吸気工程が実行される。

続いて、図３（ｂ）に示すように、ピストン２５７が下死点に到達してから再度上死点に向かう期間は、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の双方が閉じられる。その結果、燃焼室２５６内に吸気された吸入空気（より具体的には、吸入空気と燃料とが混合してなる混合気）は圧縮される。つまり、圧縮工程が実行される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、ピストン２５７が上死点に到達してから再度下死点に向かう期間は、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の双方が閉じられると共に、不図示の点火プラグにより、燃焼室２５６内において圧縮された混合気が燃焼する共に膨張する。その結果、ピストン２５７が上死点から下死点に押し下げられる。つまり、爆発・膨張工程が実行される。

続いて、図３（ｄ）に示すように、ピストン２５７が下死点に到達してから再度上死点に向かう期間は、排気バルブ２５２が開かれる。その結果、排気管２１０を介して燃焼室２５６内の排気ガスが排気される。つまり、排気工程が実行される。その後は、図３（ａ）に示す吸気工程が再度実行され、以後同様の動作が繰り返される。

再び図２に示すように、ステップＳ２００における判定の結果、ブレーキが使用されていると判定された場合には（ステップＳ２００：Ｙｅｓ）、続いて、サイクル運転判定回路５４３の動作により、ステップＳ１００において取得された燃料噴射量指令値Ｍｅｔが０であるか（或いは、０以下であるか）否かが判定される（ステップＳ３００）。

ステップＳ３００における判定の結果、燃料噴射量指令値Ｍｅｔが０でない（或いは、０より大きい）と判定された場合には（ステップＳ３００：Ｎｏ）、サイクル運転判定回路５４３は、車両１が減速状態にないと判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ出力する。その後、ＥＣＵ１００は、エンジン１００の運転サイクルを通常用エンジンサイクルに設定して、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する（ステップＳ５００）。

他方、ステップＳ３００における判定の結果、燃料噴射量指令値Ｍｅｔが０である（或いは、０以下である）と判定された場合には（ステップＳ３００：Ｙｅｓ）、サイクル運転判定回路５４３は、車両１が減速状態にあると判定し、その判定結果をＥＣＵ１００へ出力する。その後、ＥＣＵ１００は、エンジン１００の運転サイクルを発電用エンジンサイクルに設定して、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する（ステップＳ４００）。

続いて、図４及び図５を参照して、図２のステップＳ４００における発電用エンジンサイクルについて説明する。ここに、図４は、図２のステップＳ４００における発電用エンジンサイクルで吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する場合の動作の流れを概念的に示すフローチャートであり、図５は、図２のステップＳ４００における発電用エンジンサイクルで吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する場合の吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を示すエンジン２００の断面図である。尚、以下の説明では、ピストン２５７が上死点から下死点に向かっている状態を初期状態として説明を進める。

図４に示すように、まず、ＥＣＵ１００の制御の下に、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の夫々が閉じられる（ステップＳ４０１）。従って、燃焼室２５６内では、図５（ａ）に示すように、いわば膨張工程のような工程が実行されている。

この状態で、ＥＣＵ１００の動作により、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４０２）。

ステップＳ４０２における判定の結果、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ４０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００の制御の下に、吸気バルブ２５１が開かれる（ステップＳ４０３）。ここで、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きいため、燃焼室２５６内には吸入空気が吸気される。従って、燃焼室２５６内では、図５（ｂ）に示すように、いわば吸気工程のような工程が実行されている。

その後、ＥＣＵ１００の動作により、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ４０５）。

ステップＳ４０５における判定の結果、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも小さいと判定された場合には（ステップＳ４０５：Ｙｅｓ）、吸気バルブ２５１が開かれ続けるとすれば、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流が生じてしまう。従って、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流を防ぐために、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも小さいと判定された場合には、吸気バルブ２５１が閉じられる（ステップＳ４０７）。

他方、ステップＳ４０５における判定の結果、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも小さくないと判定された場合には（ステップＳ４０５：Ｎｏ）、ステップＳ４０３へ戻り、吸気バルブ２５１は開かれ続ける。但し、ピストン２５７の移動の方向が下死点から上死点に向かう方向に遷移した場合には、ステップＳ４０７に進むことが好ましい。

他方、ステップＳ４０２における判定の結果、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きくないと判定された場合には（ステップＳ４０２：Ｎｏ）、仮に吸気バルブ２５１が開かれるとすれば、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流が生じてしまう。従って、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流を防ぐために、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きくないと判定された場合には、吸気バルブ２５１は開かれない。

この場合、ＥＣＵ１００の動作により、筒内圧Ｐｃが上昇している否かが判定される（ステップＳ４０６）。

ステップＳ４０６の判定の結果、筒内圧Ｐｃが上昇していると判定された場合には（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、ピストン２５７の移動の方向が下死点から上死点に向かう方向に遷移したと考えられる。従って、この場合は、ステップＳ４０７へ進む。

他方、ステップＳ４０６の判定の結果、筒内圧Ｐｃが上昇していないと判定された場合には（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、ピストン２５７の移動の方向は、依然として上死点から下死点に向かう方向であると考えられる。従って、この場合は、ステップＳ４０１へ戻り、ステップＳ４０１以降の動作を繰り返す。つまり、膨張工程を継続することにより筒内圧Ｐｃを下げ、吸気圧Ｐｉが筒内圧Ｐｃよりも大きくなる状態へと遷移させる。

続いて、ＥＣＵ１００の制御の下に、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の夫々が閉じられる（ステップＳ４０７）。従って、燃焼室２５６内では、図５（ｃ）に示すように、いわば圧縮工程のような工程が実行されている。

この状態で、ＥＣＵ１００の動作により、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ４０８）。

ステップＳ４０８における判定の結果、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さいと判定された場合には（ステップＳ４０８：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１００の制御の下に、排気バルブ２５２が開かれる（ステップＳ４０９）。ここで、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さいため、燃焼室２５６から排気ガスが排気される。従って、燃焼室２５６内では、図５（ｄ）に示すように、いわば排気工程のような工程が実行されている。

その後、ＥＣＵ１００の動作により、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも大きいか否かが判定される（ステップＳ４１０）。

ステップＳ４１０における判定の結果、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも大きいと判定された場合には（ステップＳ４１０：Ｙｅｓ）、排気バルブ２５２が開かれ続けるとすれば、排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流が生じてしまう。従って、排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流を防ぐために、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも大きいと判定された場合には、排気バルブ２５２が閉じられる。つまり、ステップＳ４０１へ戻り、ステップＳ４０１以降の動作が繰り返される。

他方、ステップＳ４１０における判定の結果、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも大きくないと判定された場合には（ステップＳ４１０：Ｎｏ）、ステップＳ４０９へ戻り、排気バルブ２５２は開かれ続ける。但し、ピストン２５７の移動の方向が上死点から下死点に向かう方向に遷移した場合には、ステップＳ４０１に進むことが好ましい。

他方、ステップＳ４０８における判定の結果、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さくないと判定された場合には（ステップＳ４０８：Ｎｏ）、仮に排気バルブ２５２が開かれるとすれば、排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流が生じてしまう。従って、排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流を防ぐために、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さくないと判定された場合には、排気バルブ２５２は開かれない。

この場合、ＥＣＵ１００の動作により、筒内圧Ｐｃが減少している否かが判定される（ステップＳ４１１）。

ステップＳ４１１の判定の結果、筒内圧Ｐｃが減少していると判定された場合には（ステップＳ４１１：Ｙｅｓ）、ピストン２５７の移動の方向が上死点から下死点に向かう方向に遷移したと考えられる。従って、この場合は、ステップＳ４０１へ進む。

他方、ステップＳ４１１の判定の結果、筒内圧Ｐｃが減少していないと判定された場合には（ステップＳ４０６：Ｙｅｓ）、ピストン２５７の移動の方向は、依然として下死点から上死点に向かう方向であると考えられる。従って、この場合は、ステップＳ４０７へ戻り、ステップＳ４０７以降の動作を繰り返す。つまり、圧縮工程を継続することにより筒内圧Ｐｃを増加させ、排気圧Ｐｅが筒内圧Ｐｃよりも小さくなる状態へと遷移させる。

尚、ステップＳ４０１からステップＳ４０６の動作は、ピストン２５７が上死点から下死点に向かっている場合の動作である。他方で、以下に説明するステップＳ４０７からステップＳ４１１の動作は、ピストン２５７が下死点から上死点に向かっている場合の動作である。ステップＳ４０１からステップＳ４１１の動作が１サイクルに相当し、車両１が減速状態にあると判定されている限りは、係る動作が繰り返される。

また、図４及び図５における説明は、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の夫々が閉じられていると共にピストン２５７が上死点から下死点に向かっている状態を初期の状態として説明した。しかしながら、これ以外の状態が初期状態であっても、図４及び図５に示す発電用エンジンサイクルを実行することができることは言うまでもない。例えば、吸気バルブ２５１が開かれ且つ排気バルブ２５２が閉じられていると共にピストン２５７が上死点から下死点に向かっている状態を初期の状態とすれば、図４のステップＳ４０３から動作を開始すればよい。同様に、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の夫々が閉じられていると共にピストン２５７が下死点から上死点に向かっている状態を初期の状態とすれば、図４のステップＳ４０６から動作を開始すればよい。同様に、吸気バルブ２５１が閉じられ且つ排気バルブ２５２が開かれていると共にピストン２５７が下死点から上死点に向かっている状態を初期の状態とすれば、図４のステップＳ４０８から動作を開始すればよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、車両１が減速状態にある場合には、吸気を行った後に、本来であれば燃焼室２５６内において圧縮工程が行われる期間に排気が行われる。言い換えれば、車両１が減速状態にある場合には、車両１が減速状態にない場合と比較して、吸気バルブ２５１が閉じてから排気バルブ２５２が開くまでの期間が短くされている。

更に、本実施形態では、筒内圧Ｐｃ、吸気圧Ｐｉ及び排気圧Ｐｅを考慮しながら、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流及び排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流を防ぐように、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態が制御されている。このため、吸気管２０６から燃焼室２５６へ向かう空気の流れ、及び燃焼室２５６から排気管２１０へ向かう排気ガスの流れが好適に維持される。言い換えれば、燃焼室２５６から吸気管２０６への空気の逆流が防がれるがゆえに、燃焼室２５６内に空気を効率的に吸気することができると共に、排気管２１０から燃焼室２５６への排気ガスの逆流が防がれるがゆえに、吸気された空気である排気ガスの排気圧を低下させることなくタービン５２へ好適に吹き付けることができる。

仮に、通常用エンジンサイクル（例えば、４サイクルの運転サイクル）であれば、圧縮工程と膨張工程においては、燃焼室内が閉じた空間になるため、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、吸排気の流れが燃焼室２５６内に閉じ込められてしまう。これでは、排気エネルギーがエンジンブレーキ等に利用されてしまい、タービン５２を効率的に回転させるために利用されなくなってしまう。つまり、電動発電機５４における発電効率を増加させることができない。

しかるに本実施形態によれば、吸気管２０６から燃焼室２５６へ向かい且つ燃焼室２５６から排気管２１０へ向かう吸排気の流れが妨げられることが少なくなる又は殆どなくなるため、燃焼室２５６から排気される排気ガスを効率的にタービン５２に噴きつけることができる。このため、タービン５２を回転させるために、排気エネルギーを有効に利用することができる。これにより、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機５４における発電効率を増加させることができる。

尚、上述した説明では、筒内圧Ｐｃ、吸気圧Ｐｉ及び排気圧Ｐｅの大小判定を行いながら、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御する動作例について説明した。しかしながら、筒内圧Ｐｃ、吸気圧Ｐｉ及び排気圧Ｐｅの大小判定を行いながら、吸気バルブ２５１及び排気バルブ２５２の開閉状態を制御することに代えて、車両１が減速状態にあると判定された場合には、エンジン２００の運転サイクルを２サイクルに設定してもよい。具体的には、車両が減速状態にあると判定された場合には、吸気工程（図５（ｂ）参照）と排気工程（図５（ｄ）参照）と繰り返し行うように構成してもよい。このように構成しても、上述したように、吸気管２０６から燃焼室２５６へ向かい且つ燃焼室２５６から排気管２１０へ向かう吸排気の流れが妨げられることが少なくなる又は殆どなくなるため、排気エネルギーをより有効に利用して、電動発電機５４における発電効率を増加させることができる。

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制御装置及びその方法も、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本実施形態に係る制御装置を備える車両の基本的な構成を示す模式図である。本実施形態に係る制御装置を備える車両の動作の流れを概念的に示すフローチャートである。通常用エンジンサイクルで吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を制御する場合の、吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を示すエンジンの断面図である。図３のステップＳ４００における発電用エンジンサイクルで吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を制御する場合の動作の流れを概念的に示すフローチャートである。図３のステップＳ４００における発電用エンジンサイクルで吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を制御する場合の吸気バルブ及び排気バルブの開閉状態を示すエンジンの断面図である。

符号の説明

１車両
１００ＥＣＵ
２００エンジン
２１１筒内圧センサ
２１２吸気圧センサ
２１３排気圧センサ
２１４燃料噴射量センサ
５１コンプレッサ
５２タービン
５４電動発電機
５４３サイクル運転判定回路

Claims

内燃機関に付随して設置されるターボチャージャーと、前記内燃機関の燃焼室からの排気ガスによる前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に、前記ターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機とを備える内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関を備える車両が減速状態にあるか否かを判定する判定手段と、
前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室からの排気を行うように排気バルブの開閉状態を制御するバルブ制御手段と
を備え、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧と、排気圧とを検出する検出手段を更に備え、
前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記排気圧未満である場合に、前記燃焼室からの排気を行わないように前記排気バルブを制御し、(ii)前記筒内圧が前記排気圧以上である場合に、前記燃焼室からの排気を行うように前記排気バルブの開閉状態を制御することを特徴とする制御装置。
前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つ前記ピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記排気バルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記排気圧未満である場合に、前記排気バルブを閉じ、(ii)前記筒内圧が前記排気圧以上である場合に、前記排気バルブを開くことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室からの排気を行った後であって且つ前記ピストンが上死点から下死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室への吸気を行うように吸気バルブの開閉状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室からの排気を行った後であって且つ前記ピストンが上死点から下死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記吸気バルブを開くことを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
前記検出手段は、吸気圧を更に検出し、
前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記吸気圧以上である場合に、前記燃焼室への吸気を行わないように前記吸気バルブの開閉状態を制御し、(ii)前記筒内圧が前記吸気圧未満である場合に、前記燃焼室への吸気を行うように前記吸気バルブの開閉状態を制御することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
前記バルブ制御手段は、(i)前記筒内圧が前記吸気圧以上である場合に、前記吸気バルブを閉じ、(ii)前記筒内圧が前記吸気圧未満である場合に、前記吸気バルブを開くことを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
前記内燃機関の運転サイクルは、４サイクルであって、
前記バルブ制御手段は、前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記内燃機関の運転サイクルを２サイクルに変更するように吸気バルブ及び排気バルブの夫々の開閉状態を制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記判定手段は、アクセルペダルがオフ状態にある場合に前記車両が減速状態にあると判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
前記判定手段は、前記燃焼室内への燃料の供給がカットされている場合に前記車両が減速状態にあると判定することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
内燃機関に付随して設置されるターボチャージャーと、前記内燃機関の燃焼室からの排気ガスによる前記ターボチャージャーのタービンの回転を利用して発電すると共に、前記ターボチャージャーのコンプレッサを回転させる電動発電機とを備える内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関を備える車両が減速状態にあるか否かを判定する判定工程と、
前記車両が減速状態にあると判定された場合には、前記燃焼室への吸気を行った後であって且つピストンが下死点から上死点に向かう工程の少なくとも一部において、前記燃焼室からの排気を行うように排気バルブの開閉状態を制御するバルブ制御工程と
を備え、
前記燃焼室内の圧力である筒内圧と、排気圧とを検出する検出工程を更に備え、
前記バルブ制御工程は、(i)前記筒内圧が前記排気圧未満である場合に、前記燃焼室からの排気を行わないように前記排気バルブを制御し、(ii)前記筒内圧が前記排気圧以上である場合に、前記燃焼室からの排気を行うように前記排気バルブの開閉状態を制御することを特徴とする制御方法。