JP6137473B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャによる過給圧を調整するウエストゲートバルブを備えるエンジンの制御装置に関する。

従来、ターボチャージャ等の過給機を備えたエンジンには、過給機のタービンをバイパスさせる排気バイパス通路が設けられ、この排気バイパス通路には排気バイパス通路を開閉させるウエストゲートバルブが設けられている。このウエストゲートバルブの開閉により過給圧の過度の上昇を抑制し、過給圧の安定性を図ると共に、エンジンや過給機自体の破損を抑制している。

また近年は、エンジンの運転状態に応じてウエストゲートバルブの開閉動作を積極的に制御することが行われるようになってきている。例えば、吸気路（吸気ポート）に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁（ポート噴射弁）と、燃焼室内へ燃料を噴射する第２の燃料噴射弁（筒内噴射弁）とを有するターボチャージャ付きエンジンにおいて、エンジンの運転状態に応じて、これら筒内噴射弁及びポート噴射弁を制御すると共に、ウエストゲートバルブ（排気バイパス弁）を適宜開閉させるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に係る発明では、例えば、過給を併用する均質リーン運転から、過給をしない成層燃焼に移行する場合に、排気バイパス弁を吸気バイパス弁と共に開弁させる技術が開示されている。

特開２００５−２１４０６３号公報

ところで、エンジンの運転状態が、例えば、低負荷運転領域等にあり空気流量が少ない状況で、第２の燃料噴射弁から燃焼室内に燃料が直接噴射（直噴）されると、燃料と吸気との混合が不十分となる。このため、燃焼効率が悪化し、それに伴って燃費が低下したり、排ガスに悪影響を及ぼしたりする虞がある。また、ピストンの頂面やシリンダーの内壁等に燃料が付着し、それに伴って、エンジンオイルの希釈化（オイルダイリューション）や、カーボンが生成されてしまうといった問題が生じる虞もある。

このため、上述のような第１の燃料噴射弁（ポート噴射弁）と第２の燃料噴射弁（筒内噴射弁）とを有するターボチャージャ付きエンジンでは、エンジンの運転状態に応じて、これら第１及び第２の燃料噴射弁の噴射比率或いは噴射量を変更することで、燃焼安定性等の向上を図っている。

しかしながら、エンジンの運転状態に応じて第１及び第２の燃料噴射弁の噴射比率を適宜変更することで、エンジンの燃焼安定性等の向上を図ることはできるが十分とは言えず、さらなる向上が求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃焼安定性を向上することができると共に、燃費の向上を図ることができるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、エンジンの吸気路に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、エンジンの燃焼室に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、エンジンの吸気を過給する過給機と、過給機のタービンをバイパスさせる排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブと、を有するエンジンの制御装置であって、エンジンの運転状態に応じて前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に応じて、前記ウエストゲートバルブの開閉状態を変化させるバルブ制御手段と、を具備し、前記燃料噴射制御手段は、エンジン負荷又は回転数の増大に応じて前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を増加させ、該バルブ制御手段は、前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の増加に伴って、前記ウエストゲートバルブの開閉状態を開弁方向、閉弁方向、開弁方向の順に変化させ、さらに前記燃料噴射制御手段は、エンジンの運転領域に応じて前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を変更し、前記バルブ制御手段は、前記第１の燃料噴射弁の噴射量が多い第１の運転領域では、前記ウエストゲートバルブを開弁状態とすることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第２の態様は、第１の態様のエンジンの制御装置において、前記バルブ制御手段は、前記第２の燃料噴射弁の噴射量が多い第２の運転領域では、前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とすると共に、当該第２の運転領域内における前記第２の燃料噴射弁の噴射比率又は噴射量の増加に応じた所定のタイミングで前記ウエストゲートバルブを開弁状態とすることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第３の態様は、第１又は２の態様のエンジンの制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、前記第１の運転領域では前記第１の燃料噴射弁のみから燃料を噴射させ、前記バルブ制御手段は、前記燃料噴射制御手段が前記第２の燃料噴射弁から燃料を噴射させる時点で、前記ウエストゲートバルブが閉弁状態となるようにすることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様のエンジンの制御装置において、前記燃料噴射制御手段は、エンジンの負荷又は回転数の増加に伴って前記第２の燃料噴射弁の噴射比率又は噴射量を徐々に増加させることを特徴とするエンジンの制御装置にある。

かかる本発明では、エンジンの運転状態の変化（エンジンの負荷又は回転数の増加）に伴ってウエストゲートバルブを開弁方向、閉弁方向、開弁方向の順で変化させるようにしたので、吸気量がエンジンの運転状態に応じて適切に調整される。したがって、筒内流動が最適化され燃焼安定性を向上することができると共に、ノッキングの発生を抑制することができ、さらには燃費の向上を図ることもできる。

本発明の一実施形態に係る制御装置を備えるエンジンの概略図である。 本発明の一実施形態に係る燃料噴射制御を特定するマップの一例である。 本発明の一実施形態に係るウエストゲートバルブの開閉制御を特定するマップの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウエストゲートバルブの開閉制御を特定するマップの他の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウエストゲートバルブの制御方法を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

まずは本発明の一実施形態に係るエンジン１０の全体構成について説明する。図１に示すように、エンジン１０を構成するエンジン本体１１は、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１３とを有し、シリンダブロック１３内には、ピストン１４が収容されている。ピストン１４は、コンロッド１５を介してクランクシャフト１６に接続されている。このピストン１４とシリンダヘッド１２及びシリンダブロック１３とで燃焼室１７が形成されている。

シリンダヘッド１２には吸気ポート１８が形成され、吸気ポート１８には吸気マニホールド１９を含む吸気管（吸気路）２０が接続されている。吸気管２０には、吸気圧を検出する吸気圧センサ（ＭＡＰセンサ）２１及び吸気の温度を検出する吸気温センサ２２が設けられている。また吸気ポート１８内には吸気弁２３が設けられ、この吸気弁２３によって吸気ポート１８が開閉されるようになっている。すなわち吸気弁２３は、エンジン回転に応じて回転する吸気カムシャフト２４の吸気カム２４ａに倣って作動して燃焼室１７と吸気ポート１８との連通・遮断を行うように構成されている。さらにシリンダヘッド１２には排気ポート２５が形成され、排気ポート２５内には、排気マニホールド２６を含む排気管（排気路）２７が接続されている。排気ポート２５には排気弁２８が設けられており、排気弁２８は、吸気ポート１８における吸気弁２３と同様に、排気カムシャフト２９の排気カム２９ａに倣って作動して燃焼室１７と排気ポート２５との連通・遮断を行うように構成されている。

またエンジン本体１１には、吸気管（吸気路）２０内、例えば、吸気ポート１８付近に、燃料を噴射する第１の燃料噴射弁（吸気路噴射弁）３０が設けられていると共に、各気筒の燃焼室１７内に燃料を直接噴射する第２の燃料噴射弁（筒内噴射弁）３１が設けられている。図示は省略するが、これら第１の燃料噴射弁３０には、図示しない燃料タンク内に設置される低圧サプライポンプから低圧デリバリーパイプを経由して燃料が供給され、第２の燃料噴射弁３１には、この低圧サプライポンプから供給された燃料をさらに高圧にする高圧サプライポンプから高圧デリバリーパイプを経由して燃料が供給される。高圧デリバリーパイプには、低圧サプライポンプから供給された燃料が高圧サプライポンプにて所定圧まで加圧された状態で供給される。さらにシリンダヘッド１２には気筒毎に点火プラグ３２が取り付けられている。

また吸気管２０及び排気管２７の途中には、過給機であるターボチャージャ３３が設けられている。ターボチャージャ３３は、タービン３３ａと、コンプレッサ３３ｂとを有し、これらタービン３３ａとコンプレッサ３３ｂとはタービン軸３３ｃによって連結されている。ターボチャージャ３３内に排気ガスが流れ込むと、排気ガスの流れによってタービン３３ａが回転し、このタービン３３ａの回転に伴ってコンプレッサ３３ｂが回転する。そしてコンプレッサ３３ｂの回転によって加圧された空気（吸気）が、吸気管２０に送り出されて、各吸気ポート１８に供給される。なおターボチャージャ３３は、比較的小型のものである。

コンプレッサ３３ｂの下流側の吸気管２０には、インタークーラ３４が設けられ、インタークーラ３４の下流側にはスロットルバルブ３５が設けられている。またターボチャージャ３３を挟んだ排気管２７の上流側と下流側とは排気バイパス通路３６によって接続されている。つまり排気バイパス通路３６は、ターボチャージャ３３のタービン３３ａをバイパスさせる通路である。そして、この排気バイパス通路３６には、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３７が設けられている。ウエストゲートバルブ３７は、弁体と弁体を駆動させる電動のアクチュエータとを備えており、弁体の開度によって排気バイパス通路３６を流れる排ガス量を調整できるようになっている。つまりウエストゲートバルブ３７は、弁体の開度を調整することで、ターボチャージャ３３の過給圧を調整できるように構成されている。

またターボチャージャ３３を挟んだ吸気管２０の上流側と下流側とは吸気バイパス通路３８によって接続されている。つまり吸気バイパス通路３８は、ターボチャージャ３３のコンプレッサ３３ｂをバイパスさせる通路である。そして、この吸気バイパス通路３８には、吸気バイパス通路３８を開閉する吸気バイパスバルブ３９が設けられている。吸気バイパスバルブ３９の構成は、特に限定されないが、本実施形態では、ウエストゲートバルブ３７と同様に、弁体とアクチュエータとを備えた構成となっている。

ターボチャージャ３３の下流側の排気管２７には、排ガス浄化用触媒である三元触媒４０が介装されている。三元触媒４０の出口側には、触媒通過後の排ガスのＯ_２濃度を検出するＯ_２センサ４１が設けられており、三元触媒４０の入口側には、触媒通過前の排ガスの空燃比（排気空燃比）を検出するリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ）４２が設けられている。

またエンジン１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０を備えており、ＥＣＵ５０には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が備えられている。そして、このＥＣＵ５０が、各種センサ類からの情報に基づいて、エンジン１０の総合的な制御を行っている。本実施形態に係るエンジンの制御装置は、このようなＥＣＵ５０によって構成され、以下に説明するように、ウエストゲートバルブ３７の開閉動作を適宜制御する。

以下、本実施形態に係るエンジンの制御装置によるウエストゲートバルブの開閉動作の制御について説明する。

ＥＣＵ５０は、運転状態検出手段５１と、燃料噴射制御手段５２と、バルブ制御手段５３とを備えている。運転状態検出手段５１は、例えば、スロットルポジションセンサ４４、クランク角センサ４５等の各種センサ類からの情報に基づいてエンジン１０の運転状態を検出する。

燃料噴射制御手段５２は、エンジン１０の運転状態に応じて、つまり運転状態検出手段５１の検出結果に応じて、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射量を適宜制御する。本実施形態では、燃料噴射制御手段５２は、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射量を適宜制御すると共に、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１から噴射される燃料の噴射比率を適宜変更する。具体的には、燃料噴射制御手段５２は、図２に示すような運転領域のマップを参照して、エンジン１０の現在の運転状態が何れの噴射領域（運転領域）にあるかによって、第１の燃料噴射弁３０と第２の燃料噴射弁３１との噴射量又は噴射比率を決定している。

本実施形態では、燃料噴射制御手段５２は、エンジン１０の運転状態に応じて、第１の燃料噴射弁３０のみから燃料を噴射させる制御（以下、「ＭＰＩ噴射制御」という）と、所定の噴射比率で第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１のそれぞれから燃料を噴射させる制御（以下、「ＭＰＩ＋ＤＩ噴射制御」という）とを実行する。例えば、図２に示すように、エンジン１０の運転領域は、エンジン１０の回転数Ｎｅと負荷とに基づいて設定されており、本実施形態では、低回転低負荷側の運転領域である第１の噴射領域Ａと、高回転高負荷側の運転領域である第２の噴射領域Ｂとの２つの領域が設定されている。そして燃料噴射制御手段５２は、エンジン１０の運転状態が第１の噴射領域Ａであれば「ＭＰＩ噴射制御」を実行し、第２の噴射領域Ｂであれば「ＭＰＩ＋ＤＩ噴射制御」を実行する。

第１の噴射領域ＡにおいてＭＰＩ噴射制御を実行するのは、第一に、吸気ポンプロスを抑えるためである。気筒内に燃料を直接噴射（ＤＩ噴射）すると、吸気冷却効果により体積効率が増大するために、低負荷ではスロットルバルブで吸気量をさらに絞る必要があり、これが吸気ポンプロスの増大となる。一方、ポート噴射（ＭＰＩ噴射）では吸気冷却効果が小さく、吸気ポンプロスの増大はない。

第二に、燃焼安定性を良好に保つためである。第１の噴射領域Ａに含まれる極低負荷領域ではエンジン１０が吸い込む空気量が少ないので、実圧縮比は小さくなり、燃焼が安定しにくい。このような領域では、内部ＥＧＲを加えて着火前の混合気温度が高くすることで、燃焼安定とポンプロス低減の両立を図ることができるが、気筒内に燃料を直接噴射（ＤＩ噴射）すると吸気冷却効果により燃焼安定性が低下してしまう。一方、ポート噴射（ＭＰＩ噴射）では混合気温度を低下させず、燃焼安定性を良好に保つことができる。

なお、この第１の噴射領域Ａでは後述の通りウエストゲートバルブ３７を開弁状態としているため、排気抵抗が少なく、排気抵抗による内部ＥＧＲは発生し難い。しかし、ウエストゲートバルブ３７が開弁状態で排気ガス量も少なく、タービン３３ａが回転しないため過給圧もかからない状態にあり、この第１の噴射領域Ａでは吸気管２０内の圧力は負圧になる。一方、排気管２７内は大気圧もしくは正圧になる。このため、バルブオーバラップ量を増やすと、正圧の排気管２７から気筒内を経由して負圧の吸気管２０に向けて排気ガスが逆流する。即ちバルブオーバラップ量で制御することで内部ＥＧＲの量を制御することができる。

第１の噴射領域ＡにおいてＭＰＩ噴射制御を実行するのは、第三に、未燃燃料成分の排出量を低減するためである。低負荷領域である第１の噴射領域Ａは、吸気量が少ないため、筒内流動も小さく、直噴（ＤＩ噴射）による混合気形成が不十分となり易く、未燃燃料成分の排出が増える。一方、ポート噴射（ＭＰＩ噴射）では、吸気弁２３の開弁時の吸気管２０への排気吹き返しや、吸入時にバルブの狭い隙間を通過することでも混合や気化が進むため、未燃燃料は低減できる。

第四に、エンジン１０の効率を高めるためである。直噴（ＤＩ噴射）のためには高い燃料圧力が必要なため、燃料ポンプの駆動仕事が生じる。このため、直噴の燃料供給分が増えると燃料ポンプ駆動の仕事が増えてしまう。一方、ポート噴射（ＭＰＩ噴射）ではその仕事は不要となり、エンジン１０の効率を高めることがきる。

図２に戻り、第２の噴射領域Ｂ内には、低回転低負荷側から複数の領域（例えば、Ｂ１からＢ３）が設定されている。そして、燃料噴射制御手段５２は、エンジン１０の運転状態が高回転高負荷側の噴射領域にあるほど、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率が高くなるように、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１を適宜制御する。すなわち図２に示すマップの例では、エンジン１０の運転状態が領域Ｂ３である場合に、燃料噴射制御手段５２は、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率が最も高くなるように、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１を適宜制御する。なお本実施形態では、第２の噴射領域Ｂの各領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３における第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率は一定であるが、例えば、各領域Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３のそれぞれにおいて、高回転高負荷側ほど第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率を増大させるようにしてもよい。

バルブ制御手段５３は、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１からの噴射量に応じて、排気バイパス通路３６に設けられたウエストゲートバルブ３７の開閉動作を制御する。本実施形態では、バルブ制御手段５３は、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の上昇に伴って、ウエストゲートバルブ３７の開閉状態を制御する。具体的には、バルブ制御手段５３は、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の上昇に伴って、ウエストゲートバルブ３７の開閉状態を開弁方向、閉弁方向、開弁方向の順で変化させる。

例えば、第１の燃料噴射弁３０の噴射量又は噴射比率が第２の燃料噴射弁３１よりも大きい場合には、バルブ制御手段５３は、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする（開弁方向に制御する）。また第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率が第１の燃料噴射弁３０よりも大きい場合には、ウエストゲートバルブ３７を閉弁状態とする（閉弁方向に制御する）と共に、同領域内での第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の増加に応じた所定のタイミングでウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする（開弁方向に制御する）。このようにウエストゲートバルブ３７の開閉状態（開度）を調整することで、ターボチャージャ３３による過給圧を適切に制御している。

なお「開弁状態」とは、必ずしもウエストゲートバルブ３７が全開の状態だけを意味するものではなく、多少閉じた状態であってもよい。言い換えれば、「開弁状態」とは、ウエストゲートバルブ３７の開弁高さを比較的大きくした状態、例えば、全開の開弁高さに対して５０％以上の開度範囲である状態をいう。また全開とはウエストゲートバルブ３７の開弁高さの設定範囲の最大値を示すものであり、ウエストゲートバルブ３７が物理的に０から１０ｍｍの開度高さで利用できるものであっても、実際に使用する開弁高さの設定範囲が０から８ｍｍであれば、全開とは８ｍｍの位置を示すものである。同様に「閉弁状態」も必ずしも全閉の状態だけを意味するものではなく、多少開いた状態であってもよい。

上述のように第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率は、運転領域マップ（図２参照）に基づいて決定されるが、これと同様に、ウエストゲートバルブ３７の開閉状態も所定の運転領域マップ（図３参照）に基づいて決定される。ウエストゲートバルブ３７の開閉動作を決定する運転領域マップは、噴射量又は噴射比率を決定するための運転領域マップ（図２）に基づいて設定され、図３に一例を示すように、低回転低負荷側の第１の運転領域Ｃと、高回転高負荷側の第２の運転領域Ｄとの２つの領域が設定されている。

第１の運転領域Ｃは、第１の燃料噴射弁３０の噴射量又は噴射比率が高い運転領域であり、本実施形態では、上述した第１の噴射領域Ａ及び第２の噴射領域Ｂの一部（例えば、領域Ｂ１）が含まれる。第２の運転領域Ｄは、第１の燃料噴射弁３０の噴射量又は噴射比率が低い（第２の燃料噴射弁３１の噴射比率が高い）運転領域であり、本実施形態では、第２の噴射領域Ｂの一部（領域Ｂ２，Ｂ３）が含まれる。

そして、バルブ制御手段５３は、このような運転領域マップ（図３）を参照し、運転状態検出手段５１による検出結果からエンジン１０の運転状態が第１の運転領域Ｃ、すなわち第１の噴射領域Ａ又は領域Ｂ１にあると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする。またバルブ制御手段５３、エンジン１０の運転状態が第２の運転領域Ｄに含まれる領域Ｂ２にあると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３７を閉弁状態とする。さらにバルブ制御手段５３は、エンジン１０の運転状態が第２の運転領域Ｄに含まれる領域Ｂ３にあると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする。

このように第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１の噴射比率に応じてウエストゲートバルブ３７の開閉状態を、開弁方向、閉弁方向、開弁方向の順で変化させるようにすることで、吸気と燃料とを良好に混合でき、燃焼安定性を向上することができると共に、ノッキングの発生を抑えることができ、さらには燃費の向上を図ることもできる。

例えば、第１の燃料噴射弁３０の噴射比率が高い低負荷低回転側の第１の運転領域Ｃでは、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とすることで、ターボチャージャ３３のタービン３３ａの駆動負荷を減らすと共にポンプロスを抑えるこができ、エンジン１０の出力や燃費の向上を図ることができる。

具体的には、本実施形態ではまず、第１の運転領域Ｃ（第１の噴射領域Ａ）はＭＰＩ噴射としてウエストゲートバルブ３７を開弁状態としている。これにより、上述の通り、吸気冷却効果によって発生するポンプ損失と、過給によって発生する吸気ポンプロスとの両方を抑えることができる。また、その後第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の増加に合わせて、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態から閉弁状態（閉弁方向）、開弁状態（開弁方向）と変化させている。これにより、ターボチャージャ３３による過給圧の過度な上昇を抑えながら、第２の燃料噴射弁３１から噴射される燃料が気化する際の気化熱で、燃焼室１７内を冷却し燃焼効率が向上するとともに、排気抵抗を減らすことによりポンピングロスを低減することで、燃費の向上が図られる。

また過給圧が過度に上昇することを抑制すれば、燃焼室１７内に流入する空気が過度に乱れることを防止でき、第２の燃料噴射弁３１から噴射された燃料を燃焼室１７内で吸気と良好に混合でき、燃焼安定性を向上するとともに燃料の燃え残りによるスモークの発生を抑制することができる。

この状況は、ターボチャージャ３３３として、エンジン１０の排気量に比較して小さいタービンを備えるものを採用した場合に、顕著に発生しやすくなる。

一般的に、ターボチャージャのタービンのサイズはエンジンの排気量に合わせて設定する。即ち、排気ポートを通過する排気ガス量に見合ったタービンのノズル径およびタービンの大きさを設定する。従って、このようなターボチャージャを採用する場合、二つの課題がある。一つ目は過給が開始されるまでの応答遅れであるターボラグである。二つ目はエンジンの冷態始動後に排ガスを良化するための触媒暖機の遅れである。すなわちエンジンの冷態始動後は触媒を早期に活性させるために暖機する必要があるが、触媒暖機のために燃料噴射時期をリタードさせて、触媒へ供給する熱量を増やしても、ターボチャージャのタービンにより熱が吸収されて暖機が遅れてしまう。

近年、上述のような課題を解決するため、エンジンの排気量に比較して小さいタービンを備えるターボチャージャを採用したものがある。これにより、エンジンが低回転であってもタービンが効率的に回転し、過給の立ち上がりが良好になりターボラグを縮小することができる。また排気量に比較して小さいタービンを用いることで、タービンの熱容量が小さくなり、触媒暖機時にタービンで損失する熱量を低減し、触媒の早期活性化を図ることができる。

しかしながら、このようなターボチャージャを搭載したエンジンでは、タービンサイズに対して、タービンを通過する排ガス量が多くなるため、エンジン１０の排気量に合わせてタービンサイズを設定したものに比べて排ガスを排出するための仕事が増し、効率が悪化するとともに、排圧増加により次行程に残る既燃ガス（内部ＥＧＲ）が増加してしまう。詳細には、このようなエンジンでは、過給の上昇に伴って吸気量が増えるため、従来のターボエンジンに比べて過給が早期に立ち上がり、排気ガス量も早期に増えてしまう。また、タービンを通過する排ガス量がタービンサイズに比較して過大になる領域が多く、この領域では、タービンの回転数が過回転になりタービンの効率が低下してしまう。このタービンの効率低下により、タービンに入りきれない排ガスが排気抵抗となる結果、内部ＥＧＲが増加してしまう。

また、タービンが過回転となると、同軸上に配置されたコンプレッサもサージしやすい状況となり、過給が不安定になる。つまりサージにより過給が安定しない領域が、従来のターボエンジンよりも増加する。さらに、過給の上昇とともに気筒内に供給される吸気の圧力が上昇し、ピストンで圧縮した後で点火前の筒内温度の上昇が大きくなり、ノックが発生しやすくなる。特に、排気量に比較して小さいタービンを備えるターボチャージャを採用するエンジンでは、ターボのレスポンス向上により従来のターボエンジンに比べより低回転でノックが発生しやすい状況となり、適正な点火時期が設定できない領域が増大する。

この問題を解消するために、第２の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量の増加に伴って発生する気化熱を利用し、気筒内の温度を下げてノックを回避することが考えられる。しかしながら、この場合、噴射量が多くなり燃費が悪化するのみならず、スモークの発生や上述の気筒内に付着する燃料量が増えるなど問題がある。

そこで、本発明では、上述の通り、負荷またはエンジン回転数の増加に伴って増加する第２の燃料噴射弁３１の噴射量または噴射比率の増加に応じてウエストゲートバルブ３７の開弁量を調整することとした。これにより、排圧や内部ＥＧＲ量を小さくし、ノックの発生しやすい状況を回避することができる。すなわち、負荷またはエンジン回転数の増加に伴って増加する第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率の増加以上に、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量または噴射比率を増加させずに、ノックの発生しやすい状況を回避することができる。さらには、適正な点火時期設定を可能とし、出力性能及び燃費の悪化を抑えることができる。特に、排気量に比較して小さいタービンサイズを備えるターボチャージャを採用したエンジンにおいては効果的である。

一方、第２の燃料噴射弁３１の噴射比率が高い運転領域Ｄ（領域Ｂ２）では、エンジン負荷又は回転数が高まっているため、ウエストゲートバルブ３７を閉弁状態とすることで、ターボチャージャ３３の過給効果が高められる。これにより、筒内の空気量（流動量）も増加し、第２の燃料噴射弁３１から筒内に直接噴射された燃料も吸気と良好に混合され、ピストンの頂面やシリンダーの内壁等への燃料の付着も抑制することができ、オイルダイリューションやカーボンの生成を抑制することができる。

さらに高負荷高回転側の領域Ｂ３においてウエストゲートバルブ３７を開弁状態とすることで、いわゆるサージングの発生を抑制することができる。すなわち領域Ｂ３は、いわゆるサージングが発生する領域であるため、この領域においてウエストゲートバルブ３７を開弁状態とすることで、サージングの発生を抑制することができる。

なお本実施形態では、第１の運転領域Ｃに、第１の噴射領域Ａ及び第２の噴射領域Ｂの一部（例えば、領域Ｂ１）が含まれる例を示したが、例えば、図４に示すように、第１の運転領域Ｃが第１の噴射領域Ａと一致し、第２の運転領域Ｄが第２の噴射領域Ｂと一致していてもよい。つまり、ウエストゲートバルブ３７が開弁状態とされる第１の運転領域Ｃでは、第１の燃料噴射弁３０のみから燃料が噴射されるようにしてもよい。またこの場合、燃料噴射制御手段５２が第２の燃料噴射弁３１から燃料を噴射させる時点、すなわちエンジン１０の運転状態が第１の運転領域Ｃから第２の運転領域Ｄに切り替わる時点で、ウエストゲートバルブ３７が閉弁状態となっているようにすることが好ましい。

これにより、第２の運転領域Ｄにおけるターボチャージャ３３の過給効果をより高めることができる。第２の燃料噴射弁３１から筒内に燃料が噴射される第２の運転領域Ｄでは、エンジン負荷又は回転数が高まっており、ターボチャージャ３３による過給を実行するのに適した状態である。したがって、第２の運転領域Ｄに切り替わる時点で、既にウエストゲートバルブ３７を閉弁状態としておくことで、ターボチャージャ３３による過給効果を早期に高めることができる。

次に、図５のフローチャートを参照してウエストゲートバルブの開閉動作の制御の一例について説明する。

図５に示すように、まずステップＳ１で、エンジン１０の運転状態を検出する。具体的には、例えば、水温センサ４３、スロットルポジションセンサ４４、クランク角センサ４５等の各種センサ類からの情報に基づいてエンジン１０の運転状態を検出し、エンジン１０の回転数及び負荷を取得する。次いで、ステップＳ２で、エンジン１０の運転状態が、第１の運転領域Ｃにあるか否かを判定する。ここで、エンジン１０の運転状態が第１の運転領域Ｃにあると判定した場合には（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ステップＳ３に進み、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする。一方、エンジン１０の運転状態が第１の運転領域Ｃにはないと判定した場合には（ステップＳ２：Ｎｏ）、ステップＳ４に進み、エンジン１０の運転状態が第２の運転領域Ｄに含まれる領域Ｂ２にあるか否かをさらに判定する。そしてエンジン１０の運転状態が領域Ｂ２にあると判定した場合には（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ステップＳ５に進み、ウエストゲートバルブ３７を閉弁状態とする（閉弁方向に制御する）。ステップＳ４でエンジン１０の運転状態が領域Ｂ２にはないと判定した場合、すなわちエンジン１０の運転領域が領域Ｂ３にあると判定した場合には（ステップＳ４：Ｎｏ）、ステップＳ３に進み、ウエストゲートバルブ３７を開弁状態とする（開弁方向に制御する）。

このように本実施形態では、第１の燃料噴射弁３０及び第２の燃料噴射弁３１の噴射量又は噴射比率に応じてウエストゲートバルブ３７の開閉動作を適宜制御するようにした。具体的には、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の上昇に伴って、ウエストゲートバルブ３７の開閉状態を、開弁状態、閉弁状態、開弁状態の順で変化させるようにした。これにより、筒内流動が最適化され吸気と燃料とを良好に混合でき、燃焼安定性を向上することができると共に、ノッキングの発生を抑えることができ、さらには燃費の向上を図ることもできる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、各運転領域内で、バルブ制御手段５３はウエストゲートバルブ３７の開度を略一定としているが、例えば、エンジン１０の運転状態が領域Ｂ３にある状態で（図３参照）、燃料噴射制御手段５２が第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率を徐々に増加させる場合、バルブ制御手段５３は、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の増加に伴って、ウエストゲートバルブ３７の開弁高さを徐々に大きくするようにしてもよい。また同様に、例えば、エンジン１０の運転状態が領域Ｂ１にある状態で（図３参照）、燃料噴射制御手段５２が第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率を徐々に増加させる場合、バルブ制御手段５３は、第２の燃料噴射弁３１からの噴射量又は噴射比率の増加に伴って、ウエストゲートバルブ３７の開弁高さを徐々に小さくするようにしてもよい。これにより、過給圧の急激な変化を抑制して、エンジン１０の燃焼安定性を向上することができる。

また上述の実施形態では、エンジンの構成のみを例示しているが、本願発明は、例えば、電気モータを備えるハイブリッド車両のエンジン等にも、勿論、適用することができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１２ シリンダヘッド
１３ シリンダブロック
１４ ピストン
１５ コンロッド
１６ クランクシャフト
１７ 燃焼室
１８ 吸気ポート
１９ 吸気マニホールド
２０ 吸気管
２１ 吸気圧センサ
２２ 吸気温センサ
２３ 吸気弁
２４ 吸気カムシャフト
２４ａ 吸気カム
２５ 排気ポート
２６ 排気マニホールド
２７ 排気管
２８ 排気弁
２９ 排気カムシャフト
２９ａ 排気カム
３０ 第１の燃料噴射弁
３１ 第２の燃料噴射弁
３２ 点火プラグ
３３ ターボチャージャ
３３ａ タービン
３３ｂ コンプレッサ
３３ｃ タービン軸
３４ インタークーラ
３５ スロットルバルブ
３６ 排気バイパス通路
３７ ウエストゲートバルブ
３８ 吸気バイパス通路
３９ 吸気バイパスバルブ
４０ 三元触媒
４１ Ｏ_２センサ
４２ リニア空燃比センサ
４３ 水温センサ
４４ スロットルポジションセンサ
４５ クランク角センサ
５０ ＥＣＵ
５１ 運転状態検出手段
５２ 燃料噴射制御手段
５３ バルブ制御手段

Claims (4)

1. エンジンの吸気路に燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と、
   エンジンの燃焼室に燃料を噴射する第２の燃料噴射弁と、
   エンジンの吸気を過給する過給機と、
   過給機のタービンをバイパスさせる排気バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブと、
   を有するエンジンの制御装置であって、
   エンジンの運転状態に応じて前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に応じて、前記ウエストゲートバルブの開閉状態を変化させるバルブ制御手段と、を具備し、
   前記燃料噴射制御手段は、エンジン負荷又は回転数の増大に応じて前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を増加させ、
   該バルブ制御手段は、前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量の増加に伴って、前記ウエストゲートバルブの開閉状態を開弁方向、閉弁方向、開弁方向の順で変化させ、
   さらに前記燃料噴射制御手段は、エンジンの運転領域に応じて前記第１の燃料噴射弁及び前記第２の燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射比率を変更し、
   前記バルブ制御手段は、前記第１の燃料噴射弁の噴射量が多い第１の運転領域では、前記ウエストゲートバルブを開弁状態とする
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの制御装置において、
   前記バルブ制御手段は、前記第２の燃料噴射弁の噴射量が多い第２の運転領域では、前記ウエストゲートバルブを閉弁状態とすると共に、当該第２の運転領域内における前記第２の燃料噴射弁の噴射比率又は噴射量の増加に応じた所定のタイミングで前記ウエストゲートバルブを開弁状態とする
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃料噴射制御手段は、前記第１の運転領域では前記第１の燃料噴射弁のみから燃料を噴射させ、
   前記バルブ制御手段は、前記燃料噴射制御手段が前記第２の燃料噴射弁から燃料を噴射させる時点で、前記ウエストゲートバルブが閉弁状態となるようにする
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載のエンジンの制御装置において、
   前記燃料噴射制御手段は、エンジンの負荷又は回転数の増加に伴って前記第２の燃料噴射弁の噴射比率又は噴射量を徐々に増加させる
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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