内燃機関の制御方法および内燃機関
【課題】燃焼状態の遷移時に安定した排ガス性能を得ることができ、また、トルクの変動や騒音の発生を抑制できる内燃機関の制御方法および内燃機関を提供する。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の吸気マニホールド３と排気マニホールド４との間に電動アシストターボ５を設け、予混合燃焼から拡散燃焼への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように電動アシストターボ５を作動して過給し、拡散燃焼から予混合燃焼への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように電動アシストターボ５で空気流を抑制する制御を行うようにした。
【解決手段】ディーゼルエンジン１の吸気マニホールド３と排気マニホールド４との間に電動アシストターボ５を設け、予混合燃焼から拡散燃焼への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように電動アシストターボ５を作動して過給し、拡散燃焼から予混合燃焼への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように電動アシストターボ５で空気流を抑制する制御を行うようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関に関し、更に詳しくは、燃焼形態の遷移時において安定した排ガス性能を得ることができ、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる内燃機関の制御方法および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、熱効率が良く、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量が少ないので地球温暖化や石油枯渇問題の観点から有利であるが、窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を排出する問題を有している。ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘとＰＭとは、一方が低減すると他方が増加するというトレードオフの関係にあり、双方の排出を如何にして低減するかが重要な課題となっている。
【０００３】
このような課題に対処する方法として、予混合圧縮着火法が注目されている。予混合圧縮着火燃焼法は、気筒内に供給された燃料と空気とを着火までに充分に混合し、その希薄予混合気を圧縮自着火させる燃焼法であり、均一な混合気を燃焼させることから煤の発生を抑制でき、また、希薄な混合気であることから燃焼温度が低くＮＯｘの排出量を低減できる。このような予混合圧縮着火法においては、負荷が高くなるとノッキングを引き起こす等の理由から、高負荷領域（高出力領域）では、普通のディーゼルエンジンと同様に、圧縮上死点付近で燃料を噴射して拡散燃焼させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、予混合圧縮着火法を採用した場合、予混合圧縮着火燃焼と、拡散燃焼との燃焼モード間の遷移過程において、燃焼状態が不安定になる場合があり、その結果、過渡的に排気ガス性能が低下する、トルクが変動する、大きな騒音が発生する等の不具合が生じる、という問題がある。すなわち、予混合圧縮着火からの過渡時に吸入空気流量が少ない状態で拡散燃焼を行うとスモークの排出やトルクの変動の問題が生じる。一方、予混合圧縮着火燃焼への過渡時に吸入空気流量が多い状態で予混合圧縮着火燃焼を行うとＮＯｘの排出や燃焼音の問題が生じる。
【０００５】
なお、排気ターボ過給機と電動過給機とを備えるディーゼルエンジンにおいて、予混合圧縮燃焼領域から拡散燃焼領域に移行する際に、要求空気が不足しない状況下でも、電動過給機を駆動させることにより、予混合燃焼時に供給され吸気系に残留しているＥＧＲガスを迅速に排出して新気（吸入空気）の供給量を増加させて、エンジンの運転状態を速やかに拡散燃焼形態へ移行させるディーゼルエンジンの過給装置の構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００９−１９１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、燃焼形態の遷移時において安定した排ガス性能を得ることができ、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる内燃機関の制御方法および内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関の制御方法であって、気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼ステップと、前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼ステップとを含み、前記予混合燃焼ステップから前記通常燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように前記電動過給機を作動して過給し、前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う。
【０００９】
また、上記の内燃機関の制御方法において、前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う際に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する制御を行う。
【００１０】
また、上記の内燃機関の制御方法において、前記目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて前記予混合燃焼ステップまたは前記通常燃焼ステップのいずれの燃焼ステップに移行するかを判定した後、その各々の燃焼ステップでの目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて前記電動過給機を制御する。
【００１１】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関であって、気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼状態から前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように、前記電動過給機を作動して過給し、前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う制御部を有するものである。
【００１２】
また、上記の内燃機関において、前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う場合に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する蓄電池を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関によれば、燃焼状態の遷移時に電動過給機により吸入空気流量を制御することにより、安定した排ガス性能を得ることができ、また、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の一例の構成図である。
【図２】図１の内燃機関の制御方法のフロー図である。
【図３】図１の内燃機関の制御方法を用いた場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図である。
【図４】電動アシストターボを用いない従来の場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図である。
【図５】図１の内燃機関の制御方法を用いた場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図である。
【図６】電動アシストターボを用いない従来の場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の実施の形態の内燃機関の一例を示す。本実施の形態の内燃機関は、例えば、トラックのような自動車に搭載される直列４気筒のコモンレール式のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１として構成される。なお、図中の矢印Ａは吸入空気の流れ、矢印Ｇは排気ガスの流れ、矢印ＥＧはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスの流れ、矢印Ａｃは冷却空気の流れをそれぞれ示している。
【００１７】
エンジン１を構成するエンジン本体（内燃機関本体）２には、例えば４個のシリンダ（気筒）２ａが配置されている。各シリンダ２ａの入口は吸気マニホールド３に接続され、また、各シリンダ２ａの出口は排気マニホールド４に接続されている。この吸気マニホールド３と排気マニホールド４との間には、電動アシストターボ（電動過給機）５が介在されている。
【００１８】
電動アシストターボ５は、従来のターボチャージャに電動モータＭを備えた電動ターボ過給機であり、タービン５ａと、コンプレッサ（圧縮機）５ｂと、電動モータＭとを備えている。
【００１９】
タービン５ａおよびコンプレッサ５ｂは回転軸を同一として一体的に接続されている。タービン５ａの入口には排気マニホールド４が接続され、コンプレッサ５ｂの出口には空冷式のインタークーラ６および吸気スロットルバルブ７を順に介して吸気マニホールド３が接続されている。そして、エンジン本体２のシリンダ２ａから排出された排気ガスの力によりタービン５ａが回転駆動すると、その駆動力にコンプレッサ５ｂが連動することによりエアクリーナ（図示せず）側から供給された吸入空気を圧縮してエンジン本体２のシリンダ２ａ内に過給された高密度の空気を送り込むようになっている。
【００２０】
電動モータＭは、タービン５ａとコンプレッサ５ｂとの中間に双方の回転軸に接続された状態で設置されている。また、電動モータＭは、ドライバユニット８および変圧ユニット９を介してバッテリ（蓄電池）１０に電気的に接続されているとともに、ドライバユニット８を通じて電子制御ユニット（制御部、Engine Control Unite：以下、ＥＣＵと略す）１１に電気的に接続されており、ＥＣＵ１１からの制御信号によりターボ回転数が変化し吸入空気のブースト圧が制御される構成になっている。
【００２１】
ここで、電動モータＭを発電機としても作動するように構成し、エンジン１の低速回転（高負荷運転）領域において電動モータＭにかかる制動エネルギーを、電動モータＭの発電機能により電気エネルギーに変換して回収しバッテリ１０に蓄電するようにしても良い。この場合、電動モータＭの回転により生じた交流電流（電気エネルギー）をインバータ（図示せず）により直流電流に変換しバッテリ１０に蓄電する。
【００２２】
なお、図１中の符号１５はラジエータ、１６はラジエータ１５に接続されたウォータジャケット、１７はクーリングファン、１８ａはＥＧＲクーラ、１８ｂはＥＧＲクーラバイパス通路、１８ｃはＥＧＲバルブをそれぞれ示している。
【００２３】
次に、本実施の形態のエンジン１の制御方法について図２を参照しながら説明する。なお、ここでは、シリンダ２ａ内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する燃焼を予混合燃焼という。また、シリンダ２ａ内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する燃焼を拡散燃焼（通常燃焼）という。
【００２４】
まず、目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値を参照することで、燃焼ステップが予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程（第１移行過程）か否かを判定する（図２の行程１００）。
【００２５】
判定の結果、予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程である場合は、計測器により測定された吸入空気流量（実ＭＡＦ（Mass Air Flow））値と、予め設定された目標の空気流量値（ターゲットＭＡＦ）とを比較する（図２の行程１０１）。
【００２６】
この時、測定された吸入空気流量値が目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように電動アシストターボ５をオン（アシスト）して過給し、シリンダ２ａ内の新気（吸入空気）量を増やす（図２の行程１０２）。
【００２７】
一方、第１移行過程１００で、予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程でないと判定された場合は、目標の空気流量の変化量の検出値を参照することで拡散燃焼ステップから予混合燃焼ステップへの移行過程（第２移行過程）か否かを判定する（図２の行程１０３）。
【００２８】
判定の結果、拡散燃焼ステップから予混合燃焼ステップへの移行過程であると判定された場合は、計測器により測定された吸入空気流量（実ＭＡＦ）値と、予め設定された目標の空気流量値（ターゲットＭＡＦ）とを比較する（図２の行程１０４）。
【００２９】
この時、測定された吸入空気流量値が目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように電動アシストターボ５をオフ（ブレーキ）することで空気流を抑制し、シリンダ２ａ内の新気量を減らす（図２の行程１０５）。
【００３０】
また、この時、電動アシストターボ５の電動モータＭに発電機としての機能を持たせておくことで、電動モータＭを通じて電気エネルギーを回収し、バッテリ１０に蓄電するようにしても良い（回生）。
【００３１】
このような電動アシストターボ５の制御は、目標の空気流量値の変化量および目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて行う。すなわち、目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて予混合燃焼ステップまたは拡散燃焼ステップのいずれの燃焼ステップへの移行過程かを判定した後、その各々の燃焼ステップで予め設定された目標の空気流量値と、測定した空気流量値との偏差を用いて上記のように電動アシストターボ５を制御する。
【００３２】
次に、本実施の形態のエンジン１の制御方法の効果について図３〜図６を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、本実施の形態のエンジン１の制御方法を用いた場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量（ＭＡＦ）、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図を示している。また、図４は、電動アシストターボを用いない従来の場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図を比較のため示している。なお、図３の符号Ｐは電動アシストターボ５の作動点を示し、図３および図４の符号Ｅ１は従来の場合のスモークの濃度ピーク値を示している。
【００３４】
本実施の形態のエンジン１の制御では、図３に示すように、予混合燃焼から拡散燃焼への移行過程において、上記のように電動アシストターボ５を作動することにより、吸入空気量を目標とする吸入吸気量（ターゲットＭＡＦ）までに速やかに増やすことができる。このため、スモークの排出量を低減でき、安定した排ガス性能を得ることができる。また、トルクの変動を抑えることができる。しかも、過渡応答性を向上させることができる。
【００３５】
これに対して電動アシストターボ５による制御方法を用い無い従来技術の場合、図４に示すように、空気量が燃料噴射時期に一時的に減少することにより、スモークが発生し、また、破線で示すように、トルクも大幅に変動している。
【００３６】
次に、図５は、本実施の形態のエンジン１の制御方法を用いた場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量（ＭＡＦ）、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図を示している。また、図６は、電動アシストターボを用いない従来の場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図を比較のため示している。なお、図５および図６の符号Ｅ２は従来の場合のＮＯｘおよびＣＮＬの濃度ピーク値を示している。
【００３７】
本実施の形態のエンジン１の制御では、図５に示すように、拡散燃焼から予混合燃焼への移行過程において、上記のように電動アシストターボ５により過給を抑制することにより、吸入空気量を目標とする吸入吸気量（ターゲットMAF）に速やかに減らすことができる。このため、ＮＯｘおよびＣＮＬの排出量を低減でき、安定した排ガス性能を得ることができる。また、騒音を抑えることができる。また、トルクの変動も抑えることができる。しかも、過渡応答性を向上させることができる。
【００３８】
これに対して電動アシストターボ５による制御方法を用い無い従来技術の場合、図６に示すように、空気量が燃料噴射時期に一時的に過大になることにより、ＮＯｘおよびＣＮＬが発生し、また、破線で示すように、トルクも大幅に変動している。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関は、燃焼状態の遷移時に電動過給機により吸入空気流量を制御することにより、安定した排ガス性能を得ることができ、また、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができるので、自動車等の内燃機関の制御方法および内燃機関に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関本体）
２ａ シリンダ（気筒）
５ 電動アシストターボ（電動過給機）
５ａ タービン
５ｂ コンプレッサ（圧縮機）
８ ドライバユニット
９ 変圧ユニット
１０ バッテリ（蓄電池）
１１ ＥＣＵ（制御部）
Ｍ 電動モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御方法および内燃機関に関し、更に詳しくは、燃焼形態の遷移時において安定した排ガス性能を得ることができ、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる内燃機関の制御方法および内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、熱効率が良く、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量が少ないので地球温暖化や石油枯渇問題の観点から有利であるが、窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を排出する問題を有している。ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘとＰＭとは、一方が低減すると他方が増加するというトレードオフの関係にあり、双方の排出を如何にして低減するかが重要な課題となっている。
【０００３】
このような課題に対処する方法として、予混合圧縮着火法が注目されている。予混合圧縮着火燃焼法は、気筒内に供給された燃料と空気とを着火までに充分に混合し、その希薄予混合気を圧縮自着火させる燃焼法であり、均一な混合気を燃焼させることから煤の発生を抑制でき、また、希薄な混合気であることから燃焼温度が低くＮＯｘの排出量を低減できる。このような予混合圧縮着火法においては、負荷が高くなるとノッキングを引き起こす等の理由から、高負荷領域（高出力領域）では、普通のディーゼルエンジンと同様に、圧縮上死点付近で燃料を噴射して拡散燃焼させるようにしている。
【０００４】
しかしながら、予混合圧縮着火法を採用した場合、予混合圧縮着火燃焼と、拡散燃焼との燃焼モード間の遷移過程において、燃焼状態が不安定になる場合があり、その結果、過渡的に排気ガス性能が低下する、トルクが変動する、大きな騒音が発生する等の不具合が生じる、という問題がある。すなわち、予混合圧縮着火からの過渡時に吸入空気流量が少ない状態で拡散燃焼を行うとスモークの排出やトルクの変動の問題が生じる。一方、予混合圧縮着火燃焼への過渡時に吸入空気流量が多い状態で予混合圧縮着火燃焼を行うとＮＯｘの排出や燃焼音の問題が生じる。
【０００５】
なお、排気ターボ過給機と電動過給機とを備えるディーゼルエンジンにおいて、予混合圧縮燃焼領域から拡散燃焼領域に移行する際に、要求空気が不足しない状況下でも、電動過給機を駆動させることにより、予混合燃焼時に供給され吸気系に残留しているＥＧＲガスを迅速に排出して新気（吸入空気）の供給量を増加させて、エンジンの運転状態を速やかに拡散燃焼形態へ移行させるディーゼルエンジンの過給装置の構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２００９−１９１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、燃焼形態の遷移時において安定した排ガス性能を得ることができ、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる内燃機関の制御方法および内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の制御方法は、コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関の制御方法であって、気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼ステップと、前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼ステップとを含み、前記予混合燃焼ステップから前記通常燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように前記電動過給機を作動して過給し、前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う。
【０００９】
また、上記の内燃機関の制御方法において、前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う際に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する制御を行う。
【００１０】
また、上記の内燃機関の制御方法において、前記目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて前記予混合燃焼ステップまたは前記通常燃焼ステップのいずれの燃焼ステップに移行するかを判定した後、その各々の燃焼ステップでの目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて前記電動過給機を制御する。
【００１１】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関は、コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関であって、気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼状態から前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように、前記電動過給機を作動して過給し、前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う制御部を有するものである。
【００１２】
また、上記の内燃機関において、前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う場合に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する蓄電池を有するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関によれば、燃焼状態の遷移時に電動過給機により吸入空気流量を制御することにより、安定した排ガス性能を得ることができ、また、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関の一例の構成図である。
【図２】図１の内燃機関の制御方法のフロー図である。
【図３】図１の内燃機関の制御方法を用いた場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図である。
【図４】電動アシストターボを用いない従来の場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図である。
【図５】図１の内燃機関の制御方法を用いた場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図である。
【図６】電動アシストターボを用いない従来の場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態の内燃機関について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の実施の形態の内燃機関の一例を示す。本実施の形態の内燃機関は、例えば、トラックのような自動車に搭載される直列４気筒のコモンレール式のディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１として構成される。なお、図中の矢印Ａは吸入空気の流れ、矢印Ｇは排気ガスの流れ、矢印ＥＧはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスの流れ、矢印Ａｃは冷却空気の流れをそれぞれ示している。
【００１７】
エンジン１を構成するエンジン本体（内燃機関本体）２には、例えば４個のシリンダ（気筒）２ａが配置されている。各シリンダ２ａの入口は吸気マニホールド３に接続され、また、各シリンダ２ａの出口は排気マニホールド４に接続されている。この吸気マニホールド３と排気マニホールド４との間には、電動アシストターボ（電動過給機）５が介在されている。
【００１８】
電動アシストターボ５は、従来のターボチャージャに電動モータＭを備えた電動ターボ過給機であり、タービン５ａと、コンプレッサ（圧縮機）５ｂと、電動モータＭとを備えている。
【００１９】
タービン５ａおよびコンプレッサ５ｂは回転軸を同一として一体的に接続されている。タービン５ａの入口には排気マニホールド４が接続され、コンプレッサ５ｂの出口には空冷式のインタークーラ６および吸気スロットルバルブ７を順に介して吸気マニホールド３が接続されている。そして、エンジン本体２のシリンダ２ａから排出された排気ガスの力によりタービン５ａが回転駆動すると、その駆動力にコンプレッサ５ｂが連動することによりエアクリーナ（図示せず）側から供給された吸入空気を圧縮してエンジン本体２のシリンダ２ａ内に過給された高密度の空気を送り込むようになっている。
【００２０】
電動モータＭは、タービン５ａとコンプレッサ５ｂとの中間に双方の回転軸に接続された状態で設置されている。また、電動モータＭは、ドライバユニット８および変圧ユニット９を介してバッテリ（蓄電池）１０に電気的に接続されているとともに、ドライバユニット８を通じて電子制御ユニット（制御部、Engine Control Unite：以下、ＥＣＵと略す）１１に電気的に接続されており、ＥＣＵ１１からの制御信号によりターボ回転数が変化し吸入空気のブースト圧が制御される構成になっている。
【００２１】
ここで、電動モータＭを発電機としても作動するように構成し、エンジン１の低速回転（高負荷運転）領域において電動モータＭにかかる制動エネルギーを、電動モータＭの発電機能により電気エネルギーに変換して回収しバッテリ１０に蓄電するようにしても良い。この場合、電動モータＭの回転により生じた交流電流（電気エネルギー）をインバータ（図示せず）により直流電流に変換しバッテリ１０に蓄電する。
【００２２】
なお、図１中の符号１５はラジエータ、１６はラジエータ１５に接続されたウォータジャケット、１７はクーリングファン、１８ａはＥＧＲクーラ、１８ｂはＥＧＲクーラバイパス通路、１８ｃはＥＧＲバルブをそれぞれ示している。
【００２３】
次に、本実施の形態のエンジン１の制御方法について図２を参照しながら説明する。なお、ここでは、シリンダ２ａ内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する燃焼を予混合燃焼という。また、シリンダ２ａ内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する燃焼を拡散燃焼（通常燃焼）という。
【００２４】
まず、目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値を参照することで、燃焼ステップが予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程（第１移行過程）か否かを判定する（図２の行程１００）。
【００２５】
判定の結果、予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程である場合は、計測器により測定された吸入空気流量（実ＭＡＦ（Mass Air Flow））値と、予め設定された目標の空気流量値（ターゲットＭＡＦ）とを比較する（図２の行程１０１）。
【００２６】
この時、測定された吸入空気流量値が目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように電動アシストターボ５をオン（アシスト）して過給し、シリンダ２ａ内の新気（吸入空気）量を増やす（図２の行程１０２）。
【００２７】
一方、第１移行過程１００で、予混合燃焼ステップから拡散燃焼ステップへの移行過程でないと判定された場合は、目標の空気流量の変化量の検出値を参照することで拡散燃焼ステップから予混合燃焼ステップへの移行過程（第２移行過程）か否かを判定する（図２の行程１０３）。
【００２８】
判定の結果、拡散燃焼ステップから予混合燃焼ステップへの移行過程であると判定された場合は、計測器により測定された吸入空気流量（実ＭＡＦ）値と、予め設定された目標の空気流量値（ターゲットＭＡＦ）とを比較する（図２の行程１０４）。
【００２９】
この時、測定された吸入空気流量値が目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように電動アシストターボ５をオフ（ブレーキ）することで空気流を抑制し、シリンダ２ａ内の新気量を減らす（図２の行程１０５）。
【００３０】
また、この時、電動アシストターボ５の電動モータＭに発電機としての機能を持たせておくことで、電動モータＭを通じて電気エネルギーを回収し、バッテリ１０に蓄電するようにしても良い（回生）。
【００３１】
このような電動アシストターボ５の制御は、目標の空気流量値の変化量および目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて行う。すなわち、目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて予混合燃焼ステップまたは拡散燃焼ステップのいずれの燃焼ステップへの移行過程かを判定した後、その各々の燃焼ステップで予め設定された目標の空気流量値と、測定した空気流量値との偏差を用いて上記のように電動アシストターボ５を制御する。
【００３２】
次に、本実施の形態のエンジン１の制御方法の効果について図３〜図６を参照しながら説明する。
【００３３】
図３は、本実施の形態のエンジン１の制御方法を用いた場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量（ＭＡＦ）、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図を示している。また、図４は、電動アシストターボを用いない従来の場合において、予混合燃焼から拡散燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、スモークおよびトルクの波形図を比較のため示している。なお、図３の符号Ｐは電動アシストターボ５の作動点を示し、図３および図４の符号Ｅ１は従来の場合のスモークの濃度ピーク値を示している。
【００３４】
本実施の形態のエンジン１の制御では、図３に示すように、予混合燃焼から拡散燃焼への移行過程において、上記のように電動アシストターボ５を作動することにより、吸入空気量を目標とする吸入吸気量（ターゲットＭＡＦ）までに速やかに増やすことができる。このため、スモークの排出量を低減でき、安定した排ガス性能を得ることができる。また、トルクの変動を抑えることができる。しかも、過渡応答性を向上させることができる。
【００３５】
これに対して電動アシストターボ５による制御方法を用い無い従来技術の場合、図４に示すように、空気量が燃料噴射時期に一時的に減少することにより、スモークが発生し、また、破線で示すように、トルクも大幅に変動している。
【００３６】
次に、図５は、本実施の形態のエンジン１の制御方法を用いた場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量（ＭＡＦ）、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図を示している。また、図６は、電動アシストターボを用いない従来の場合において、拡散燃焼から予混合燃焼への移行時の吸入空気量、インジェクションタイミング、ＮＯｘ，ＣＮＬおよびトルクの波形図を比較のため示している。なお、図５および図６の符号Ｅ２は従来の場合のＮＯｘおよびＣＮＬの濃度ピーク値を示している。
【００３７】
本実施の形態のエンジン１の制御では、図５に示すように、拡散燃焼から予混合燃焼への移行過程において、上記のように電動アシストターボ５により過給を抑制することにより、吸入空気量を目標とする吸入吸気量（ターゲットMAF）に速やかに減らすことができる。このため、ＮＯｘおよびＣＮＬの排出量を低減でき、安定した排ガス性能を得ることができる。また、騒音を抑えることができる。また、トルクの変動も抑えることができる。しかも、過渡応答性を向上させることができる。
【００３８】
これに対して電動アシストターボ５による制御方法を用い無い従来技術の場合、図６に示すように、空気量が燃料噴射時期に一時的に過大になることにより、ＮＯｘおよびＣＮＬが発生し、また、破線で示すように、トルクも大幅に変動している。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の内燃機関の制御方法および内燃機関は、燃焼状態の遷移時に電動過給機により吸入空気流量を制御することにより、安定した排ガス性能を得ることができ、また、トルクの変動や騒音の発生を抑制することができるので、自動車等の内燃機関の制御方法および内燃機関に利用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１ ディーゼルエンジン（内燃機関）
２ エンジン本体（内燃機関本体）
２ａ シリンダ（気筒）
５ 電動アシストターボ（電動過給機）
５ａ タービン
５ｂ コンプレッサ（圧縮機）
８ ドライバユニット
９ 変圧ユニット
１０ バッテリ（蓄電池）
１１ ＥＣＵ（制御部）
Ｍ 電動モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関の制御方法であって、
気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼ステップと、
前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼ステップとを含み、
前記予混合燃焼ステップから前記通常燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように前記電動過給機を作動して過給し、
前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う際に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する制御を行う請求項１記載の内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて前記予混合燃焼ステップまたは前記通常燃焼ステップのいずれの燃焼ステップに移行するかを判定した後、その各々の燃焼ステップでの目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて前記電動過給機を制御する請求項１または２記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関であって、
気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼状態から前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように、前記電動過給機を作動して過給し、
前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う制御部を有する内燃機関。
【請求項５】
前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う場合に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する蓄電池を有する請求項４記載の内燃機関。
【請求項１】
コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関の制御方法であって、
気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼ステップと、
前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼ステップとを含み、
前記予混合燃焼ステップから前記通常燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように前記電動過給機を作動して過給し、
前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う内燃機関の制御方法。
【請求項２】
前記通常燃焼ステップから前記予混合燃焼ステップへの移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う際に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する制御を行う請求項１記載の内燃機関の制御方法。
【請求項３】
前記目標の空気流量の変化量を検出し、その検出値に基づいて前記予混合燃焼ステップまたは前記通常燃焼ステップのいずれの燃焼ステップに移行するかを判定した後、その各々の燃焼ステップでの目標の空気流量値と測定した空気流量値との偏差を用いて前記電動過給機を制御する請求項１または２記載の内燃機関の制御方法。
【請求項４】
コンプレッサの回転を電動モータにより制御することが可能な電動過給機を備える内燃機関であって、
気筒内への燃料噴射が圧縮上死点の前に終了し、その噴射された燃料が予混合期間を経て圧縮上死点近傍で着火する予混合燃焼状態から前記気筒内に噴射された燃料がその噴射期間内に圧縮上死点近傍で着火する通常燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以下の場合には、吸入空気量が増加するように、前記電動過給機を作動して過給し、
前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、吸入空気流量が予め設定された目標の空気流量値以上の場合には、吸入空気量が低減するように、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う制御部を有する内燃機関。
【請求項５】
前記通常燃焼状態から前記予混合燃焼状態への移行過程において、前記電動過給機で空気流を抑制する制御を行う場合に、前記電動モータを通じて電気エネルギーを回収する蓄電池を有する請求項４記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１１２０３２（Ｐ２０１１−１１２０３２Ａ）
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７１７９３（Ｐ２００９−２７１７９３）
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月９日（２０１１．６．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月３０日（２００９．１１．３０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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