WO2014208361A1 - エンジンの制御装置 - Google Patents

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Abstract

エンジンの運転状態に応じて、エンジンの吸気路に燃料を噴射する第1の燃料噴射弁及びエンジンの燃焼室に燃料を噴射する第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、第1の燃料噴射弁及び第2の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量に応じて、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、を備え、燃料噴射制御手段が、エンジン負荷又は回転数の増大に応じて第2の燃料噴射弁から噴射される燃料噴射量を増加させ、バルブ制御手段が、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、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る。

Description

エンジンの制御装置
 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)とを有する過給機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)とを有する過給機付きエンジンでは、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量または噴射比率を変更することで、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量または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3の態様は、第2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4の態様は、第2又は3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5の態様は、第1~4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濃度を検出するO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の開度(例えば、開弁高さ)を比較的大きくした状態をいい、例えば、全開の開度に対して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の開度の設定範囲の最大値を示すものであり、例えば、開度を開弁高さで表す場合、ウエストゲートバルブ37が物理的に0から10mmの開弁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33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の開度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の開度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等のエンジンにも、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センサ
 42 リニア空燃比センサ(LAFS)
 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 (5)

  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。
  3.  請求項2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。
  4.  請求項2又は3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。
  5.  請求項1~4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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