WO2013168247A1 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

　この発明は、過給機付き内燃機関において、アイドルストップ後の再始動時における高い加速性を確保す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を目的とする。　内燃機関の排気通路に設けられた過給機のタービンと、前記タービンの上流と下流の前記排気通路を接続して前記タービンを迂回するバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた任意に開閉制御可能なウェイストゲートバルブとを備える。また、所定のアイドルストップ条件が成立する場合に、前記内燃機関を自動停止させる。前記内燃機関を自動停止させる場合に、前記ウェイストゲートバルブを閉じる。

Description

過給機付き内燃機関の制御装置

　この発明は、過給機付き内燃機関の制御装置に関する。

　従来、例えば特許文献１（日本特開２０１１－１７９３３６号公報）に開示されるように、ウェイストゲートバルブを備えた過給機付き内燃機関が知られている。本公報のウェイストゲートバルブは、制御室（ダイヤフラム室）に過給圧が導入されるダイヤフラム式のアクチュエータによって駆動する。また、アクチュエータの制御室に過給圧を導くための過給圧導入経路と、過給圧導入経路に設けた第１の開閉バルブと、制御室にスロットルバルブ下流の吸気負圧を導くための吸気負圧導入経路と、吸気負圧導入経路に設けた第２の開閉バルブを備える。さらに、スロットルバルブが閉じられる状況下（減速時）で第１の開閉バルブを閉じる制御と共に、第２の開閉バルブを開く制御により、ウェイストゲートバルブを閉弁させる。

　また、例えば特許文献２（日本特開２００９－１９７７３８号公報）に開示されるように、アイドル時にエンジンを自動停止するエンジン制御システム（アイドルストップシステム）が知られている。
　尚、出願人は、本発明に関連するものとして、上記の文献を含めて、以下に記載する文献を認識している。

日本特開２０１１－１７９３３６号公報 日本特開２００９－１９７７３８号公報 日本特開２００８－１８０１７６号公報

　特許文献１の構成によれば、減速からの加速において加速レスポンスが改善される。しかしながら、アイドルストップ制御が実行される場合には、アイドルストップにより吸気管負圧が無くなり（大気圧になる）ウェイストゲートバルブが開いてしまうため、再始動時の加速レスポンス改善に貢献できない。

　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、過給機付き内燃機関においてアイドルストップ制御が実行される場合であっても、アイドルストップ後の再始動時において高い加速性を確保す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を目的とする。

　第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関の制御装置であって、
　内燃機関の排気通路に設けられた過給機のタービンと、
　前記タービンの上流と下流の前記排気通路を接続して前記タービンを迂回するバイパス通路と、
　前記バイパス通路に設けられた任意に開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
　所定のアイドルストップ条件が成立する場合に、前記内燃機関を自動停止させるアイドルストップ制御手段と、
　前記アイドルストップ制御手段により前記内燃機関を自動停止させる場合に、前記ウェイストゲートバルブを閉じるウェイストゲートバルブ閉弁制御手段と、を備えることを特徴とする。

　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記アイドルストップ制御手段により前記内燃機関を自動停止させた後、機関始動スイッチがオン状態からオフ状態に移行した場合に、前記ウェイストゲートバルブを開くウェイストゲートバルブ開弁制御手段、を更に備えることを特徴とする。

　第１の発明によれば、所定のアイドルストップ条件が成立する場合に内燃機関が自動停止するとともに、ウェイストゲートバルブが閉じられる。そのため、本発明によれば、その後の再始動の際に高い加速性を確保することができる。なお、第１の発明において「ウェイストゲートバルブを閉じる」とは、ウェイストゲートバルブの開度を０とする（つまり、ウェイストゲートバルブを全閉とする）ことのみならず、ウェイストゲートバルブの開度をその時の開度よりも小さくすることも意味する。

　第２の発明によれば、内燃機関が自動停止した後、機関始動スイッチがオフ状態になった場合に、ウェイストゲートバルブが開かれる。そのため、本発明によれば、長時間内燃機関が停止する場合に懸念されるウェイストゲートバルブの固着を防ぐことができる。加えて、次の始動後のウェイストゲートバルブの開き遅れによる触媒暖機遅れを防ぐことができる。なお、第２の発明において「ウェイストゲートバルブを開く」とは、ウェイストゲートバルブの開度を最大とする（つまり、ウェイストゲートバルブを全開とする）ことのみならず、ウェイストゲートバルブの開度をその時の開度よりも大きくすることをも意味する。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおける特徴的制御について説明するための図である。 本発明の実施の形態１のシステムにおいてＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。

　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。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。

実施の形態１．
［実施の形態１のシステム構成］
　図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも記す。）１０を備えている。内燃機関１０は、車両等に搭載されその動力源とされる。図１に示す内燃機関１０は、直列４気筒型であるが、本発明において、気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。

　内燃機関１０には、空気を筒内に取り込むための吸気通路１２と、筒内から排気ガスを排出するための排気通路１４とが接続されている。吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が設けられている。エアクリーナ１６の下流には、吸気通路１２に吸入される空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。

　内燃機関１０は、排気ガスのエネルギによって過給を行うターボチャージャ２０を備えている。エアフローメータ１８の下流には、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２０ａが配置されている。ターボチャージャ２０は、コンプレッサ２０ａと一体的に連結され排気ガスのエネルギによって回転するタービン２０ｂを備えている。コンプレッサ２０ａは、タービン２０ｂに入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動される。

　コンプレッサ２０ａの下流には、コンプレッサ２０ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２の下流には、吸気通路１２を流れる空気量を調整するための電子制御式のスロットルバルブ２４が設けられている。吸気通路１２の下流端には、気筒内と吸気通路１２との間を開閉する吸気バルブ２６が設けられている。

　内燃機関１０の各気筒には、燃料を気筒内（燃焼室内）に直接噴射するインジェクタ２８、混合気に点火するための点火プラグ３０が設けられている。

　排気通路１４の上流端には、気筒内と排気通路１４との間を開閉する排気バルブ３２が設けられている。排気バルブ３２の下流には、排気ガスのエネルギによって回転するタービン２０ｂが配置されている。タービン２０ｂの下流には、排気ガス中の成分を浄化する触媒３４が設けられている。触媒３４として、例えば三元触媒が用いられる。

　タービン２０ｂの近傍には、タービン２０ｂよりも上流の排気通路１４と、タービン２０ｂから触媒３４までの間の排気通路１４とを接続してタービン２０ｂを迂回するバイパス通路３６が設けられている。バイパス通路３６には、電子制御式のウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ：Waste Gate Valve）３８が設けられている。ＷＧＶ３８は、モータや負圧ダイヤフラム等のアクチュエータにより運転状態によらず任意に開閉制御可能であり、これによりバイパス通路３６を強制的に連通、遮断することができる。

　本実施形態のシステムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０は、例えばＲＯＭ、ＲＡＭ等を含む記憶回路を備えた演算処理装置により構成されている。ＥＣＵ５０の入力側には、上述したエアフローメータ１８の他、クランク角及びクランク角速度を検出するためのクランク角センサ５２、車両のアクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ５４、内燃機関１０の点火系に通電を行うＯＮ位置と通電を行わないＯＦＦ位置とを有するイグニッションスイッチ５６等の内燃機関１０の運転状態を検出するための各種センサが接続されている。

　ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットルバルブ２４、インジェクタ２８、点火プラグ３０、ＷＧＶ３８等の内燃機関１０の運転状態を制御するための各種アクチュエータが接続されている。

　ＥＣＵ５０は、各種センサ出力に基づいて、所定のプログラムに従って各種アクチュエータを駆動させることにより、内燃機関１０の運転状態を制御する。例えば、クランク角センサ５２の出力に基づいてクランク角やエンジン回転数を算出し、エアフローメータ１８の出力に基づいて吸入空気量を算出する。また、吸入空気量、エンジン回転数、吸気圧力等に基づいてエンジンの負荷（負荷率）を算出する。吸入空気量、負荷等に基づいて燃料噴射量を算出する。クランク角に基づいて燃料噴射時期や点火時期を決定する。そして、これらの時期が到来したときに、インジェクタ２８、点火プラグ３０を駆動する。これにより、筒内で混合気を燃焼させ、内燃機関１０を運転することができる。

　また、ＥＣＵ５０は、所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、エンジン１０を自動停止するアイドルストップ制御を実行する。また、ＥＣＵ５０は、アイドルストップ制御によるエンジン停止中に所定のエンジン再始動条件が成立した場合に、エンジン１０を自動始動するエンジン再始動制御を実行する。このように、ＥＣＵ５０は、アイドルストップアンドスタート機能５８を備えている。以上のように、本実施形態のシステムは、ターボチャージャ２０、ＷＧＶ３８、アイドルストップアンドスタート機能５８を含むシステムである。

［実施の形態１における特徴的制御］
　図２は、本発明の実施の形態１のシステムにおける特徴的制御について説明するための図である。上述のターボチャージャ付きアイドルストップ車両において、所定のアイドルストップ条件（例えばアクセル開度が０、かつ、エンジン回転数が規定のアイドル回転数である等）が成立するとエンジン１０が自動停止される。図２の例では、時刻ｔ０においてアクセル開度（６０）が０となり、その後エンジン回転数（６２、６４）がアイドル回転数まで低下し、時刻ｔ１においてエンジンが自動停止される。このとき、ＷＧＶ３８が開き状態（６８）であると、ターボ回転数（７２）は大きく低下する。そのため、時刻ｔ２のエンジン再始動直後に加速する場合（信号待ちなどによる一時的な停車時のアイドルストップ後にエンジンを再始動させて加速する場合など）の加速性が悪化する（６４）。

　そこで、本実施形態のシステムでは、アイドルストップ制御によりエンジンを自動停止させる場合に、ＷＧＶ３８を閉じ状態（６６）に制御することとした。上述したように、ＷＧＶ３８は電子制御により強制的に開閉制御可能である。アイドルストップ時にＷＧＶ３８を閉じ状態とすることで、ターボ回転数（７０）の低下は、ＷＧＶ３８が開き状態（６８）である場合（７２）に比して緩やかになる。そのため、時刻ｔ２のエンジン再始動後に加速する場合において高い加速性が確保される（６２）。

　ただし、駐車など長時間エンジンを停止させる場合にまで、ＷＧＶ３８を閉じ状態にすると、その状態でのオイル状況、温度、時間によってＷＧＶ３８が固着あるいは動きが悪くなる可能性がある。そのような場合には、次のエンジン始動時のＷＧＶ３８開き遅れによる触媒暖機性の悪化が懸念される。

　そこで、本実施形態のシステムでは、まず、上述のように、アイドルストップ制御によりエンジン１０を自動停止する場合に、ＷＧＶ３８を閉じ状態に制御する。更に、エンジン１０の自動停止後に、ドライバの操作によりイグニッションスイッチ５６がＯＮ状態（ＩＧ－ＯＮ）からＯＦＦ状態（ＩＧ－ＯＦＦ）に移行した場合には、ＷＧＶ３８を開き状態に制御する。これにより、長時間エンジンが停止する場合に懸念されるＷＧＶ３８の固着を防ぐことができる。加えて、次の始動後のＷＧＶ３８の開き遅れによる触媒暖機遅れを防ぐことができる。

　図３は、上述の動作を実現するために、ＥＣＵ５０が実行する制御ルーチンのフローチャートである。なお、上述したアイドルストップアンドスタート機能５８は他の制御ルーチンにおいて実現されている。図３に示すルーチンでは、まず、エンジン停止中であるか否かが判定される（ステップＳ１００）。エンジン停止中である場合には、さらに、アイドルストップ制御によりエンジン１０が自動停止された「アイドルストップ状態」と、「ドライバの操作によるエンジン停止状態」のいずれであるかが判定される（ステップＳ１１０）。具体的には、イグニッションスイッチ５６がＯＮ状態（ＩＧ－ＯＮ）と、ＯＦＦ状態（ＩＧ－ＯＦＦ）のいずれであるかが判定される。

　ＯＮ状態である場合には、アイドルストップ状態であると判断できる。この場合、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３８を閉じ状態に制御する（ステップＳ１２０）。一方、ＯＦＦ状態である場合には、ドライバの操作によるエンジン停止状態であると判断できる。この場合には、ＥＣＵ５０は、ＷＧＶ３８を開き状態に制御する（ステップＳ１３０）。その後、本ルーチンの処理が終了される。

　以上説明したように、図３に示すルーチンによれば、アイドルストップ状態において、ＷＧＶ３８を閉じ状態に制御することができる。そのため、アイドルストップ状態からエンジン１０を再始動させる場合に、高い加速性を確保することができる。

　また、図３に示すルーチンによれば、ドライバの操作によるエンジン停止状態において、ＷＧＶ３８を開き状態に制御することができる。そのため、ＷＧＶ３８の固着を防ぐことができる。加えて、次の始動後のＷＧＶ３８の開き遅れによる触媒暖機遅れを防ぐことができる。

　このように、本実施形態のシステムによれば、アイドルストップ状態からの再始動時における加速レスポンスの維持と、ＩＧ－ＯＦＦ後におけるＷＧＶ３８の固着防止、触媒暖機遅れの防止を両立させることができる。

　本発明が適用されるエンジンは、上述の実施の形態のような筒内直噴エンジンには限定されない。ポート噴射式のエンジンにも本発明の適用は可能である。また、火花点火式のエンジンに限らず、圧縮自着火式のエンジンにも本発明を適用することができる。

　尚、上述した実施の形態１においては、ターボチャージャ２０が前記第１の発明における「過給機」に、タービン２０ｂが前記第１の発明における「タービン」に、バイパス通路３６が前記第１の発明における「バイパス通路」に、ＷＧＶ３８が前記第１の発明における「ウェイストゲートバルブ」に、アイドルストップアンドスタート機能５８が前記第１の発明における「アイドルストップ制御手段」に、それぞれ相当している。
　また、ここでは、ＥＣＵ５０が、上記ステップＳ１２０の処理を実行することにより前記第１の発明における「ウェイストゲートバルブ閉弁制御手段」が、上記ステップＳ１３０の処理を実行することにより前記第１の発明における「ウェイストゲートバルブ開弁制御手段」が、それぞれ実現されている。

　また、上述した実施の形態１のＷＧＶ３８に関し、「閉じ状態」とは「ＷＧＶ３８の開度が０である全閉状態」を意味するが、本発明はこれに制限されない。アイドルストップ制御によりエンジン１０を自動停止させる場合に、ＷＧＶ３８の開度がその時の開度よりも小さくなるようにＷＧＶ３８を制御してもよい。好ましくは、ＷＧＶ３８の開度が後の再始動時に十分な加速性を達成可能な開度にまで小さくなるようにＷＧＶ３８を制御してもよい。さらに、上述した実施の形態１のＷＧＶ３８に関し、「開き状態」とは「ＷＧＶ３８の開度が最大である全開状態」を意味するが、本発明はこれに制限されない。エンジン１０の自動停止後にイグニッションスイッチ５６がＯＮ状態からＯＦＦ状態に移行した場合に、ＷＧＶ３８の開度がその時の開度よりも大きくなるようにＷＧＶ３８を制御してもよい。好ましくは、ＷＧＶ３８の開度がエンジン１０の停止中のＷＧＶ３８の固着を防ぐことができ且つ次の始動時に十分な触媒暖機が達成可能な開度にまで大きくなるようにＷＧＶ３８を制御してもよい。
　また、上述した実施の形態１では、ドライバの操作によりイグニッションスイッチ５６がＯＮ状態からＯＦＦ状態に移行した場合にＷＧＶ３８を開き状態に制御している。しかし、本発明では、広くは、ドライバの操作により機関始動スイッチ（すなわち、内燃機関を始動させるスイッチ）がＯＮ状態からＯＦＦ状態に移行した場合にＷＧＶ３８を開き状態に制御してもよい。

１０　内燃機関（エンジン）
１２　吸気通路
１４　排気通路
１８　エアフローメータ
２０　ターボチャージャ
２０ａ　コンプレッサ
２０ｂ　タービン
２４　スロットルバルブ
２８　インジェクタ
３０　点火プラグ
３４　触媒
３６　バイパス通路
３８　ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
５０　ＥＣＵ
５２　クランク角センサ
５４　アクセル開度センサ
５６　イグニッションスイッチ
５８　アイドルストップアンドスタート機能
６０　アクセル開度の変化（本発明、比較対象）
６２　エンジン回転数の変化（本発明）
６４　エンジン回転数の変化（比較対象）
６６　ＷＧＶの制御状態（本発明）
６８　ＷＧＶの制御状態（比較対象）
７０　ターボ回転数の変化（本発明）
７２　ターボ回転数の変化（比較対象）

Claims (2)

1. 　内燃機関の排気通路に設けられた過給機のタービンと、
   　前記タービンの上流と下流の前記排気通路を接続して前記タービンを迂回するバイパス通路と、
   　前記バイパス通路に設けられた任意に開閉制御可能なウェイストゲートバルブと、
   　所定のアイドルストップ条件が成立する場合に、前記内燃機関を自動停止させるアイドルストップ制御手段と、
   　前記アイドルストップ制御手段により前記内燃機関を自動停止させる場合に、前記ウェイストゲートバルブを閉じるウェイストゲートバルブ閉弁制御手段と、
   　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。
2. 　前記アイドルストップ制御手段により前記内燃機関を自動停止させた後、機関始動スイッチがオン状態からオフ状態に移行した場合に、前記ウェイストゲートバルブを開くウェイストゲートバルブ開弁制御手段、
   　を更に備えることを特徴とする請求項１記載の過給機付き内燃機関の制御装置。

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