内燃機関の制御装置
【課題】補助手段を作動させる際に、燃焼状態が悪化するのを防ぐことが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、ターボ過給機と、ターボ過給機のタービンにガスを供給することによりタービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に好適に適用される。内燃機関の制御装置は、制御手段を備えており、制御手段は、加速開始時から所定時間経過するまで、補助手段によりタービンに供給されるガスの量を所定ガス量未満にする。ここで、所定ガス量とは、例えば、前記補助手段によるアシストによって失火しない程度の量に設定される。このようにすることで補助手段によるアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室へ逆流することによる内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室における燃焼状態が悪化するのを防ぐことができる。
【解決手段】内燃機関の制御装置は、ターボ過給機と、ターボ過給機のタービンにガスを供給することによりタービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に好適に適用される。内燃機関の制御装置は、制御手段を備えており、制御手段は、加速開始時から所定時間経過するまで、補助手段によりタービンに供給されるガスの量を所定ガス量未満にする。ここで、所定ガス量とは、例えば、前記補助手段によるアシストによって失火しない程度の量に設定される。このようにすることで補助手段によるアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室へ逆流することによる内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室における燃焼状態が悪化するのを防ぐことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の加速性能を向上させるために、ターボ過給機の駆動をアシストする技術が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮空気をタービンに向かって噴出することによりタービンの回転駆動力を補助する補助手段を備えた内燃機関において、運転者の加速要求の有無に応じて、当該補助手段を作動させる技術が記載されている。特許文献２には、タービンに供給される補助空気の流量を調整する調整手段を備えた内燃機関において、タービン回転数が第１目標回転数のＮ倍（０＜Ｎ＜１）である初期目標回転数になるまで、補助空気の流量が最大流量となるように調整手段を制御し、タービン回転数が第１目標回転数を越えた後、タービン回転数が第２目標回転数となるように調整手段を制御する技術が記載されている。特許文献３には、タンク圧が所定圧以上であると判定された場合には、タンク圧が所定圧以下になるまで補助空気をタービンへ供給するように制御し、タンク圧が所定圧以上でないと判定された場合には、補助空気を一定時間タービンへ供給するように制御する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５０２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７５号公報
【特許文献３】特開２００８−２２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、補助手段を作動させる際に、背圧が上昇することにより排気ガスが燃焼室に逆流して内部ＥＧＲが増加し、燃焼状態が悪化する場合がある。この点について、特許文献３においても何ら検討されていない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、補助手段を作動させる際に、燃焼状態が悪化して失火するのを防ぐことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置は、加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする制御手段を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に好適に適用される。ここで、補助手段とは、例えばエアアシスト装置である。内燃機関の制御装置は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御手段を備えている。制御手段は、加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする。ここで、所定ガス量とは、例えば、前記補助手段によるアシストによって失火しない程度の量に設定される。このようにすることで、前記補助手段によるアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室へ逆流することによる内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室における燃焼状態の悪化を抑え、失火を防ぐことができる。
【０００８】
上記の内燃機関の好適な実施例は、前記制御手段は、前記所定時間だけ前記補助手段によるアシストを禁止する。
【０００９】
上記の内燃機関の好適な実施例は、前記所定時間は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との間のバルブオーバラップ量が所定量以下となるまでの時間である。ここで、所定量とは、前記補助手段によりアシストが行われた場合において、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量となるように設定される。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、前記バルブオーバラップ量を増加させる。ここで、所定圧力とは、吸気通路より燃焼室に導入された吸気が燃焼されずに排気通路へ吹き抜けるスカベンジ効果が生じるときの過給圧と背圧との差である。前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、スカベンジ効果により、排気ガスの燃焼室への逆流を防ぐことができる。このときに、前記バルブオーバラップ量を増加させることにより、スカベンジ効果によりタービンの回転駆動力をアシストすることができ、出力トルクの向上を図ることができる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記補助手段によるアシストを行う際において、前記内燃機関の点火時期を進角側に補正する。このようにすることで、燃焼室における燃焼状態の悪化を確実に抑えることができ、失火を防ぐことができる。
【００１２】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記内燃機関は、排気通路において前記タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブを備え、前記制御手段は、加速開始時から前記ウエストゲートバルブを閉じ側に制御する。このようにすることで、アシストに対するタービンのレスポンスを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［全体構成］
図１は、本発明の内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。図１では、実線矢印がガス（吸気及び排気）の流れを示し、破線矢印が信号の流れを示している。
【００１５】
内燃機関（エンジン）は、自動車などの車両に走行用動力源として搭載され、主に、複数の気筒１０と、各気筒１０にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４と、吸気通路３及び排気通路４に設けられたターボ過給機５とを備えている。ターボ過給機５は、吸気通路３に設けられたコンプレッサ５ａと、排気通路４に設けられたタービン５ｂと、を有し、これらが一体回転するように構成されている。
【００１６】
吸気通路（吸気管）３には、エアクリーナ９と、エアフローメータ（ＡＦＭ）４１と、エアバイパス弁３１と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、インタークーラ６と、スロットルバルブ３２と、吸気（空気）を貯蔵可能なサージタンク７と、が設けられている。ＡＦＭ４１は、外部から吸入された吸気の量（吸入空気量）を検出して、検出された吸入空気量に対応する検出信号Ｓ４１をＥＣＵ５０へ送信する。エアバイパス弁３１は、吸気通路３におけるコンプレッサ５ａの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路３ａに設けられている。エアバイパス弁３１は、バイパス通路３ａを通過する吸気を調整するためのものでありＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。スロットルバルブ３２は、吸気通路３における吸入空気量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。
【００１７】
また、吸気通路３には、吸気温度センサ４２と、吸気圧センサ４３と、が設けられている。吸気温度センサ４２は、吸気通路３における吸気の温度（吸気温度）を検出して、検出された吸気温度に対応する検出信号Ｓ４２をＥＣＵ５０へ送信する。吸気圧センサ４３は、吸気通路３における吸気の圧力（吸気管圧力）を検出して、検出された吸気管圧力に対応する検出信号Ｓ４３をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１８】
気筒１０の燃焼室１０ａには、吸気通路３と排気通路４とが接続されているとともに、燃焼室１０ａ内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１１と、燃焼室１０ａ内において燃料に点火する点火プラグ１２と、が設けられている。燃料噴射弁１１と点火プラグ１２とは、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。例えば、点火プラグ１２は、ＥＣＵ５０からの検出信号Ｓ１２によって制御される。また、気筒１０には、吸気弁１３と排気弁１４とが設けられている。吸気弁１３は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。排気弁１４は、開閉することによって、排気通路４と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。吸気弁１３が開くことにより、吸気通路３より燃焼室１０ａ内へ吸気が導入される。燃焼室１０ａ内へ導入された吸気は、燃料噴射弁１１より噴射された燃料と混合した後、点火プラグ１２が点火することにより燃焼される。燃焼により発生した排気（排気ガス）は、排気弁１４が開くことにより排気通路４へ排出される。燃焼室１０ａ内で燃料と吸気とが燃焼されると、ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が発生する。ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が、コンロッド１６を介してクランク軸１７に伝達され、クランク軸１７が回転する。ここで、クランク軸１７近傍には、クランク角センサ４５が設けられている。クランク角センサ４５は、クランク軸１７の回転角（クランク角）を検出して、検出されたクランク角に対応する検出信号Ｓ４５をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１９】
ここで、吸気弁１３には、当該吸気弁１３のバルブタイミングを変化させることが可能な可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１３ａが設けられている。可変バルブタイミング機構１３ａが制御されることにより、吸気弁１３と排気弁１４との間のバルブオーバラップ量が制御される。可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１３ａは、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１３ａによって制御される。なお、可変バルブタイミング機構１３ａは、吸気弁１３のみに取り付けられるのには限られず、加えて、排気弁１４にも取り付けられるとしてもよい。
【００２０】
排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂと、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６と、触媒８と、エアアシスト装置２１と、が設けられている。ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６は、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路４ａに設けられている。ウエストゲートバルブ３６は、バイパス通路４ａを通過する排気ガス量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ３６によって制御される。触媒８は、例えば三元触媒であり、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、などを浄化する機能を有する。なお、触媒８の代わりに、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと触媒とを組み合わせた排気浄化装置を用いるとしてもよい。
【００２１】
エアアシスト装置２１は、エア通路２３と、エアタンク２２と、制御弁２４と、より構成される。エアタンク２２は、例えば吸気通路４より吸気（空気）を取り入れて蓄積するタンクである。エア通路２３は、エアタンク２２と、タービン５ｂの上流側の排気通路４と、を接続している。エア通路２３の排気通路４側の先端には、タービン５ｂに向けられたノズル２５が取り付けられている。エアアシスト装置２１は、エアタンク２２内の圧縮空気を、エア通路２３を通過させ、排気通路４内においてタービン５ｂに向けて噴射することにより、タービン５ｂの回転駆動力のアシスト（エアアシスト）を行う。エア通路２３には、制御弁２４が設けられている。制御弁２４は、圧縮空気の流量を調節するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ２４によって制御される。また、エアタンク２２には、圧力センサ４４が設けられている。圧力センサ４４は、エアタンク２２内の圧縮空気の圧力（以下、「アシスト圧」と称する）を検出して、検出されたアシスト圧に対応する検出信号Ｓ４４をＥＣＵ５０へ送信する。
【００２２】
なお、エアアシスト装置２１は、圧縮空気をタービン５ｂに向けて噴射する装置には限られない。空気を蓄積する代わりに、エアアシスト装置２１は、例えばタービン５ｂの下流側の排気通路４より排気ガスをエアタンク２２に取り入れて蓄積し、エアタンク２２内に蓄積された排気ガスをタービン５ｂへ向けて噴射するとしても良い。
【００２３】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、アクセル開度センサや各種センサからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を検出し、検出された運転状態に基づいて内燃機関の制御を行う。具体的には、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサからの検出信号に基づいて、運転者からの加速要求があるか否かを判定し、運転者からの加速要求があると判定した場合には、各種センサからの検出信号Ｓ４１〜４５に基づいて、制御弁２４、ウエストゲートバルブ３６、可変タイミング機構１３ａ、点火プラグ１２の制御を行う。従って、ＥＣＵ５０は、本発明における制御手段として機能する。
【００２４】
［内燃機関の制御方法］
本実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止することとし、加速開始時から所定時間経過後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストを実行することとする。以下、図２を用いて具体的に述べる。
【００２５】
図２は、エンジンの各パラメータについて時間に対する変化を示すグラフである。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は各パラメータの値を示している。図２において、実線のグラフは、本実施形態に係る内燃機関の制御方法における各パラメータのグラフを示し、破線のグラフは、一般的な内燃機関の制御方法における各パラメータのグラフを示している。また、実線で示す背圧のグラフとの区別を明確にするために、過給圧のグラフを一点鎖線で示している。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きく、即ち、運転者からの加速要求があり、かつ、当該要求空気量が、ターボ過給を行わないとした場合における吸入空気量よりも大きくなっている場合には、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定する。図２に示す例では、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ１において、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定している。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定してから所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとし、所定時間経過後に、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くこととする。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定してから、可変バルブタイミング機構１３ａを制御して、吸気弁１３と排気弁１４との間のバルブオーバラップ量を減少させるとともに、当該バルブオーバラップ量が所定量以下となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとする。図２の例でいうと、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとする。ここで、所定量ＯＶ１は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出された値である。また、図２の例では、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となったときに、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くとしているが、これに限られるものではない。代わりに、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が最小量ＯＶ２となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとし、バルブオーバラップ量が最小量ＯＶ２となったときに、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くとしても良い。
【００２８】
なお、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ１において、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３６を閉じることとする。例えば、触媒８の触媒温度を上昇させる必要がある場合には、ウエストゲートバルブ３６が開かれていることがある。このような場合であっても、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３６を閉じて、排気通路４における排気ガス、及び、エアアシスト装置２１より噴射された圧縮空気、を全てタービン５ｂに通過させる。このようにすることで、タービン５ｂのレスポンスを向上させることができる。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下になったときに（時刻Ｔ２）、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開き、タービン５ｂに圧縮空気を噴射して、タービン５ｂの回転駆動力のアシストを行う。時刻Ｔ２では、エアアシスト装置２１よりタービン５ｂに圧縮空気が噴射されることにより、排気通路４における背圧は上昇するものの、バルブオーバラップ量は減少しているので、破線で示すバルブオーバラップ量を減少させない場合と比較して、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流は抑えられ、内部ＥＧＲの増加は抑えられる。つまり、バルブオーバラップ量を予め減少させておくことにより、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた際に内部ＥＧＲが増加するのを抑えることができ、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑え、失火を防ぐことができる。
【００３０】
しかし、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を所定量ＯＶ１以下とすることにより、エアアシスト装置２１の制御弁２４が開かれた際において、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流をある程度抑えることはできるものの、背圧の方が過給圧よりも大きくなっているので、排気ガスの逆流を完全に抑えることは難しい。一般的な内燃機関の制御方法では、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、破線で示すように、点火時期を一定の割合で遅角させるとしているが、この場合には、排気ガスの逆流により内部ＥＧＲが増加した状態で点火時期を遅角させることとなるので、燃焼室１０ａにおける燃焼状態は悪化して失火し、図２に示すように、エンジンの出力トルクの落ち込みが発生する可能性がある。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ２において、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、過給圧と背圧との大小関係が逆転して、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなる時刻Ｔ３までは、つまり、排気ガスの燃焼室１０ａへ逆流が完全に抑えられるまでは、実線で示すように、点火時期を進角側へ補正することとする。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、時刻Ｔ３まで、バルブオーバラップ量を最小量ＯＶ２となるように制御するとともに、一般的な内燃機関の制御方法と比較して、点火時期を進角側へ補正する、即ち、図２の例でいうと、点火時期の遅角量を減少させる。このようにすることで、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を確実に抑えることができ、失火を防ぐことができる。
【００３２】
つまり、本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となるまでエアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとすることにより、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能なレベルにまで内部ＥＧＲ量を減少させ、その後、点火時期の補正を行うことで失火を防いでいる。言い換えると、所定量ＯＶ１は、エアアシスト装置２１によりアシストが行われた場合において、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量となるように設定される。
【００３３】
時刻Ｔ３において、過給圧と背圧との大小関係が逆転して、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなったとき、吸気通路３より燃焼室１０ａに導入された吸気が燃焼されずに排気通路４へ吹き抜ける、いわゆるスカベンジ効果が生じる。このとき、スカベンジ効果により、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流は完全に抑えられるので、バルブオーバラップ量を増加させても失火する心配がなくなり、ＥＣＵ２０は、バルブオーバラップ量を最小量ＯＶ２より増加させることが可能となる。そこで、ＥＣＵ２０は、時刻Ｔ３より、バルブオーバラップ量を、タービン５ｂのレスポンスが最適となるバルブオーバラップ量ＯＶＭとなるまで（時刻Ｔ４）、次第に増加させることとする。このようにすることで、スカベンジ効果によりタービン５ｂの回転駆動力をアシストすることができ、エンジンの出力トルクの向上を図ることができる。
【００３４】
（制御処理）
次に、本実施形態に係る内燃機関の具体的な制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、アクセル開度などに基づいて、要求空気量を算出する。続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きいか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、ＡＦＭ４１からの検出信号に基づいて、実際の吸入空気量を算出することができる。
【００３６】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量以下となっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、運転者からの加速要求がないものとして、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止し（ステップＳ１１１）、ウエストゲートバルブ３６の通常制御を行う（ステップＳ１１２）。このとき、例えば、触媒８の触媒温度を上昇させる必要がある場合には、ＥＣＵ５０は、ウエストゲートバルブ３６を開き側に制御することにより、タービン５ｂを経由せずに触媒８に直接供給される排気ガス量を増加させる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００３７】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、運転者からの加速要求があるものとして、ステップＳ１０３の処理へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量よりも大きくなっているか否か、即ち、ターボ過給を行わないとした場合における吸入空気量よりも大きくなっているか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量以下となっていると判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、本制御処理をリターンし、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量よりも大きくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４の処理へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバラップ量、に基づいて、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあるか否かについて判定する。スカベンジ領域とは、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなるような運転領域である。つまり、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にある場合には、吸気通路３より燃焼室１０ａに導入された吸気が燃焼されずに排気通路４へ吹き抜けるスカベンジ効果が生じている。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバラップ量、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあるか否かについて判定する。
【００４０】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、エアアシスト装置２１によるエアアシストを許可するとともに（ステップＳ１２１）、エンジン回転数と要求空気量とに基づいて、タービン５ｂのレスポンスが最適となるように、バルブオーバラップ量を補正する（ステップＳ１２２）。具体的には、このときのバルブオーバラップ量の補正量は、エンジン回転数と要求空気量とに基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。上述のステップＳ１２１〜Ｓ１２２の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４における制御に相当する。このようにすることで、スカベンジ効果によりタービン５ｂの回転駆動力をアシストすることができ、出力トルクの向上を図ることができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にないと判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量よりも大きいか否かについて判定する。ここでいう失火オーバラップ量とは、エアアシスト装置２１によりエアアシストが行われることで背圧が大きくなった場合であっても、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量であり、図２の例でいうと、所定量ＯＶ１に相当する。具体的には、失火オーバラップ量は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。
【００４３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６の処理へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止し、続くステップＳ１０７、Ｓ１０８において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を失火オーバラップ量以下となるまで減少させるとともに、ウエストゲートバルブ３６を閉じ側に制御を行う。このステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２における制御に相当する。このようにすることで、後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室１０ａへ逆流するのを抑えることができ、内部ＥＧＲの増加を抑えることができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４５】
一方、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量以下であると判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１３１の処理へ進む。
【００４６】
ステップＳ１３１において、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを許可し、続くステップＳ１３２において、ＥＣＵ５０は、点火時期を補正する。図２の例でいうと、ＥＣＵ５０は、点火時期を進角側へ補正する。補正量は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。このとき、ステップＳ１３３、Ｓ１３４の処理において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を失火オーバラップ量以下に保持するとともに、ウエストゲートバルブ３６を閉じ側に制御を行う。このステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３における制御に相当する。このようにすることで、燃焼室１０ａにおける燃焼状態が悪化するのを確実に抑え、失火を防ぐことができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４７】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係る内燃機関の制御方法によれば、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行わないこととする。このようにすることで、後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた場合において、内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑えて、失火を防ぐことができる。
【００４８】
［変形例］
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御方法の変形例について述べる。
【００４９】
上述の実施形態では、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行わないとしているが、これはエアアシストを完全に行わないとすることに限られない。代わりに、ＥＣＵ５０は、制御弁２３を制御して、エアアシスト装置２１より噴射されるガス量が所定ガス量未満となるように制御するとしても良い。ここでいう所定ガス量は、予め実験などにより求められ、エアアシストを行うことにより失火しない程度の量に設定される。これによっても、所定時間経過後に、エアアシスト装置２１より噴射されるガス量が所定ガス量以上にされるエアアシストが行われた場合において、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑えて、失火を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す構成図である。
【図２】加速アシスト時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボ過給機
８ 触媒
１０ 気筒
５０ ＥＣＵ
２１ エアアシスト装置
３６ ウエストゲートバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボ過給機を備えた内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の加速性能を向上させるために、ターボ過給機の駆動をアシストする技術が知られている。例えば、特許文献１には、圧縮空気をタービンに向かって噴出することによりタービンの回転駆動力を補助する補助手段を備えた内燃機関において、運転者の加速要求の有無に応じて、当該補助手段を作動させる技術が記載されている。特許文献２には、タービンに供給される補助空気の流量を調整する調整手段を備えた内燃機関において、タービン回転数が第１目標回転数のＮ倍（０＜Ｎ＜１）である初期目標回転数になるまで、補助空気の流量が最大流量となるように調整手段を制御し、タービン回転数が第１目標回転数を越えた後、タービン回転数が第２目標回転数となるように調整手段を制御する技術が記載されている。特許文献３には、タンク圧が所定圧以上であると判定された場合には、タンク圧が所定圧以下になるまで補助空気をタービンへ供給するように制御し、タンク圧が所定圧以上でないと判定された場合には、補助空気を一定時間タービンへ供給するように制御する技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０５０２６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２７５号公報
【特許文献３】特開２００８−２２７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１及び２に記載の技術では、補助手段を作動させる際に、背圧が上昇することにより排気ガスが燃焼室に逆流して内部ＥＧＲが増加し、燃焼状態が悪化する場合がある。この点について、特許文献３においても何ら検討されていない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、補助手段を作動させる際に、燃焼状態が悪化して失火するのを防ぐことが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの観点では、ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置は、加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする制御手段を備える。
【０００７】
上記の内燃機関の制御装置は、ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に好適に適用される。ここで、補助手段とは、例えばエアアシスト装置である。内燃機関の制御装置は、例えばＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）などの制御手段を備えている。制御手段は、加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする。ここで、所定ガス量とは、例えば、前記補助手段によるアシストによって失火しない程度の量に設定される。このようにすることで、前記補助手段によるアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室へ逆流することによる内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室における燃焼状態の悪化を抑え、失火を防ぐことができる。
【０００８】
上記の内燃機関の好適な実施例は、前記制御手段は、前記所定時間だけ前記補助手段によるアシストを禁止する。
【０００９】
上記の内燃機関の好適な実施例は、前記所定時間は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との間のバルブオーバラップ量が所定量以下となるまでの時間である。ここで、所定量とは、前記補助手段によりアシストが行われた場合において、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量となるように設定される。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、前記バルブオーバラップ量を増加させる。ここで、所定圧力とは、吸気通路より燃焼室に導入された吸気が燃焼されずに排気通路へ吹き抜けるスカベンジ効果が生じるときの過給圧と背圧との差である。前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、スカベンジ効果により、排気ガスの燃焼室への逆流を防ぐことができる。このときに、前記バルブオーバラップ量を増加させることにより、スカベンジ効果によりタービンの回転駆動力をアシストすることができ、出力トルクの向上を図ることができる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記補助手段によるアシストを行う際において、前記内燃機関の点火時期を進角側に補正する。このようにすることで、燃焼室における燃焼状態の悪化を確実に抑えることができ、失火を防ぐことができる。
【００１２】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様は、前記内燃機関は、排気通路において前記タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブを備え、前記制御手段は、加速開始時から前記ウエストゲートバルブを閉じ側に制御する。このようにすることで、アシストに対するタービンのレスポンスを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
［全体構成］
図１は、本発明の内燃機関の制御装置を適用した内燃機関の構成を示す構成図である。図１では、実線矢印がガス（吸気及び排気）の流れを示し、破線矢印が信号の流れを示している。
【００１５】
内燃機関（エンジン）は、自動車などの車両に走行用動力源として搭載され、主に、複数の気筒１０と、各気筒１０にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４と、吸気通路３及び排気通路４に設けられたターボ過給機５とを備えている。ターボ過給機５は、吸気通路３に設けられたコンプレッサ５ａと、排気通路４に設けられたタービン５ｂと、を有し、これらが一体回転するように構成されている。
【００１６】
吸気通路（吸気管）３には、エアクリーナ９と、エアフローメータ（ＡＦＭ）４１と、エアバイパス弁３１と、ターボ過給機５のコンプレッサ５ａと、インタークーラ６と、スロットルバルブ３２と、吸気（空気）を貯蔵可能なサージタンク７と、が設けられている。ＡＦＭ４１は、外部から吸入された吸気の量（吸入空気量）を検出して、検出された吸入空気量に対応する検出信号Ｓ４１をＥＣＵ５０へ送信する。エアバイパス弁３１は、吸気通路３におけるコンプレッサ５ａの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路３ａに設けられている。エアバイパス弁３１は、バイパス通路３ａを通過する吸気を調整するためのものでありＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。スロットルバルブ３２は、吸気通路３における吸入空気量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。
【００１７】
また、吸気通路３には、吸気温度センサ４２と、吸気圧センサ４３と、が設けられている。吸気温度センサ４２は、吸気通路３における吸気の温度（吸気温度）を検出して、検出された吸気温度に対応する検出信号Ｓ４２をＥＣＵ５０へ送信する。吸気圧センサ４３は、吸気通路３における吸気の圧力（吸気管圧力）を検出して、検出された吸気管圧力に対応する検出信号Ｓ４３をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１８】
気筒１０の燃焼室１０ａには、吸気通路３と排気通路４とが接続されているとともに、燃焼室１０ａ内に燃料を噴射するための燃料噴射弁１１と、燃焼室１０ａ内において燃料に点火する点火プラグ１２と、が設けられている。燃料噴射弁１１と点火プラグ１２とは、ＥＣＵ５０からの制御信号によって制御される。例えば、点火プラグ１２は、ＥＣＵ５０からの検出信号Ｓ１２によって制御される。また、気筒１０には、吸気弁１３と排気弁１４とが設けられている。吸気弁１３は、開閉することによって、吸気通路３と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。排気弁１４は、開閉することによって、排気通路４と燃焼室１０ａとの導通／遮断を制御する。吸気弁１３が開くことにより、吸気通路３より燃焼室１０ａ内へ吸気が導入される。燃焼室１０ａ内へ導入された吸気は、燃料噴射弁１１より噴射された燃料と混合した後、点火プラグ１２が点火することにより燃焼される。燃焼により発生した排気（排気ガス）は、排気弁１４が開くことにより排気通路４へ排出される。燃焼室１０ａ内で燃料と吸気とが燃焼されると、ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が発生する。ピストン１５が下死点まで押し下げられる力が、コンロッド１６を介してクランク軸１７に伝達され、クランク軸１７が回転する。ここで、クランク軸１７近傍には、クランク角センサ４５が設けられている。クランク角センサ４５は、クランク軸１７の回転角（クランク角）を検出して、検出されたクランク角に対応する検出信号Ｓ４５をＥＣＵ５０へ送信する。
【００１９】
ここで、吸気弁１３には、当該吸気弁１３のバルブタイミングを変化させることが可能な可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１３ａが設けられている。可変バルブタイミング機構１３ａが制御されることにより、吸気弁１３と排気弁１４との間のバルブオーバラップ量が制御される。可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）１３ａは、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１３ａによって制御される。なお、可変バルブタイミング機構１３ａは、吸気弁１３のみに取り付けられるのには限られず、加えて、排気弁１４にも取り付けられるとしてもよい。
【００２０】
排気通路４には、ターボ過給機５のタービン５ｂと、ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６と、触媒８と、エアアシスト装置２１と、が設けられている。ウエストゲートバルブ（ＷＧＶ）３６は、排気通路４におけるタービン５ｂの上流側と下流側とを結ぶバイパス通路４ａに設けられている。ウエストゲートバルブ３６は、バイパス通路４ａを通過する排気ガス量を調整するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ３６によって制御される。触媒８は、例えば三元触媒であり、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物、などを浄化する機能を有する。なお、触媒８の代わりに、排気ガス中の粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタと触媒とを組み合わせた排気浄化装置を用いるとしてもよい。
【００２１】
エアアシスト装置２１は、エア通路２３と、エアタンク２２と、制御弁２４と、より構成される。エアタンク２２は、例えば吸気通路４より吸気（空気）を取り入れて蓄積するタンクである。エア通路２３は、エアタンク２２と、タービン５ｂの上流側の排気通路４と、を接続している。エア通路２３の排気通路４側の先端には、タービン５ｂに向けられたノズル２５が取り付けられている。エアアシスト装置２１は、エアタンク２２内の圧縮空気を、エア通路２３を通過させ、排気通路４内においてタービン５ｂに向けて噴射することにより、タービン５ｂの回転駆動力のアシスト（エアアシスト）を行う。エア通路２３には、制御弁２４が設けられている。制御弁２４は、圧縮空気の流量を調節するためのものであり、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ２４によって制御される。また、エアタンク２２には、圧力センサ４４が設けられている。圧力センサ４４は、エアタンク２２内の圧縮空気の圧力（以下、「アシスト圧」と称する）を検出して、検出されたアシスト圧に対応する検出信号Ｓ４４をＥＣＵ５０へ送信する。
【００２２】
なお、エアアシスト装置２１は、圧縮空気をタービン５ｂに向けて噴射する装置には限られない。空気を蓄積する代わりに、エアアシスト装置２１は、例えばタービン５ｂの下流側の排気通路４より排気ガスをエアタンク２２に取り入れて蓄積し、エアタンク２２内に蓄積された排気ガスをタービン５ｂへ向けて噴射するとしても良い。
【００２３】
ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インターフェイスなどを有し、アクセル開度センサや各種センサからの検出信号に基づいて内燃機関の運転状態を検出し、検出された運転状態に基づいて内燃機関の制御を行う。具体的には、本実施形態に係る内燃機関の制御装置では、ＥＣＵ５０は、アクセル開度センサからの検出信号に基づいて、運転者からの加速要求があるか否かを判定し、運転者からの加速要求があると判定した場合には、各種センサからの検出信号Ｓ４１〜４５に基づいて、制御弁２４、ウエストゲートバルブ３６、可変タイミング機構１３ａ、点火プラグ１２の制御を行う。従って、ＥＣＵ５０は、本発明における制御手段として機能する。
【００２４】
［内燃機関の制御方法］
本実施形態に係る内燃機関の制御方法について説明する。本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止することとし、加速開始時から所定時間経過後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストを実行することとする。以下、図２を用いて具体的に述べる。
【００２５】
図２は、エンジンの各パラメータについて時間に対する変化を示すグラフである。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は各パラメータの値を示している。図２において、実線のグラフは、本実施形態に係る内燃機関の制御方法における各パラメータのグラフを示し、破線のグラフは、一般的な内燃機関の制御方法における各パラメータのグラフを示している。また、実線で示す背圧のグラフとの区別を明確にするために、過給圧のグラフを一点鎖線で示している。
【００２６】
ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きく、即ち、運転者からの加速要求があり、かつ、当該要求空気量が、ターボ過給を行わないとした場合における吸入空気量よりも大きくなっている場合には、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定する。図２に示す例では、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ１において、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定している。
【００２７】
ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定してから所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとし、所定時間経過後に、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くこととする。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定してから、可変バルブタイミング機構１３ａを制御して、吸気弁１３と排気弁１４との間のバルブオーバラップ量を減少させるとともに、当該バルブオーバラップ量が所定量以下となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとする。図２の例でいうと、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとする。ここで、所定量ＯＶ１は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出された値である。また、図２の例では、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となったときに、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くとしているが、これに限られるものではない。代わりに、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が最小量ＯＶ２となるまで、エアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとし、バルブオーバラップ量が最小量ＯＶ２となったときに、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開くとしても良い。
【００２８】
なお、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ１において、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３６を閉じることとする。例えば、触媒８の触媒温度を上昇させる必要がある場合には、ウエストゲートバルブ３６が開かれていることがある。このような場合であっても、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行う必要があると判定した場合には、ウエストゲートバルブ３６を閉じて、排気通路４における排気ガス、及び、エアアシスト装置２１より噴射された圧縮空気、を全てタービン５ｂに通過させる。このようにすることで、タービン５ｂのレスポンスを向上させることができる。
【００２９】
ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下になったときに（時刻Ｔ２）、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開き、タービン５ｂに圧縮空気を噴射して、タービン５ｂの回転駆動力のアシストを行う。時刻Ｔ２では、エアアシスト装置２１よりタービン５ｂに圧縮空気が噴射されることにより、排気通路４における背圧は上昇するものの、バルブオーバラップ量は減少しているので、破線で示すバルブオーバラップ量を減少させない場合と比較して、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流は抑えられ、内部ＥＧＲの増加は抑えられる。つまり、バルブオーバラップ量を予め減少させておくことにより、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた際に内部ＥＧＲが増加するのを抑えることができ、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑え、失火を防ぐことができる。
【００３０】
しかし、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を所定量ＯＶ１以下とすることにより、エアアシスト装置２１の制御弁２４が開かれた際において、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流をある程度抑えることはできるものの、背圧の方が過給圧よりも大きくなっているので、排気ガスの逆流を完全に抑えることは難しい。一般的な内燃機関の制御方法では、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、破線で示すように、点火時期を一定の割合で遅角させるとしているが、この場合には、排気ガスの逆流により内部ＥＧＲが増加した状態で点火時期を遅角させることとなるので、燃焼室１０ａにおける燃焼状態は悪化して失火し、図２に示すように、エンジンの出力トルクの落ち込みが発生する可能性がある。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、ＥＣＵ５０は、時刻Ｔ２において、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、過給圧と背圧との大小関係が逆転して、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなる時刻Ｔ３までは、つまり、排気ガスの燃焼室１０ａへ逆流が完全に抑えられるまでは、実線で示すように、点火時期を進角側へ補正することとする。具体的には、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１の制御弁２４を開いた後、時刻Ｔ３まで、バルブオーバラップ量を最小量ＯＶ２となるように制御するとともに、一般的な内燃機関の制御方法と比較して、点火時期を進角側へ補正する、即ち、図２の例でいうと、点火時期の遅角量を減少させる。このようにすることで、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を確実に抑えることができ、失火を防ぐことができる。
【００３２】
つまり、本実施形態に係る内燃機関の制御方法では、バルブオーバラップ量が所定量ＯＶ１以下となるまでエアアシスト装置２１の制御弁２４を閉じたままとすることにより、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能なレベルにまで内部ＥＧＲ量を減少させ、その後、点火時期の補正を行うことで失火を防いでいる。言い換えると、所定量ＯＶ１は、エアアシスト装置２１によりアシストが行われた場合において、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量となるように設定される。
【００３３】
時刻Ｔ３において、過給圧と背圧との大小関係が逆転して、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなったとき、吸気通路３より燃焼室１０ａに導入された吸気が燃焼されずに排気通路４へ吹き抜ける、いわゆるスカベンジ効果が生じる。このとき、スカベンジ効果により、排気ガスの燃焼室１０ａへの逆流は完全に抑えられるので、バルブオーバラップ量を増加させても失火する心配がなくなり、ＥＣＵ２０は、バルブオーバラップ量を最小量ＯＶ２より増加させることが可能となる。そこで、ＥＣＵ２０は、時刻Ｔ３より、バルブオーバラップ量を、タービン５ｂのレスポンスが最適となるバルブオーバラップ量ＯＶＭとなるまで（時刻Ｔ４）、次第に増加させることとする。このようにすることで、スカベンジ効果によりタービン５ｂの回転駆動力をアシストすることができ、エンジンの出力トルクの向上を図ることができる。
【００３４】
（制御処理）
次に、本実施形態に係る内燃機関の具体的な制御処理について、図３に示すフローチャートを用いて具体的に説明する。
【００３５】
まず、ステップＳ１０１において、ＥＣＵ５０は、アクセル開度などに基づいて、要求空気量を算出する。続くステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きいか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、ＡＦＭ４１からの検出信号に基づいて、実際の吸入空気量を算出することができる。
【００３６】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量以下となっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、運転者からの加速要求がないものとして、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止し（ステップＳ１１１）、ウエストゲートバルブ３６の通常制御を行う（ステップＳ１１２）。このとき、例えば、触媒８の触媒温度を上昇させる必要がある場合には、ＥＣＵ５０は、ウエストゲートバルブ３６を開き側に制御することにより、タービン５ｂを経由せずに触媒８に直接供給される排気ガス量を増加させる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００３７】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が実際の吸入空気量よりも大きくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、運転者からの加速要求があるものとして、ステップＳ１０３の処理へ進む。
【００３８】
ステップＳ１０３において、ＥＣＵ５０は、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量よりも大きくなっているか否か、即ち、ターボ過給を行わないとした場合における吸入空気量よりも大きくなっているか否かについて判定する。ＥＣＵ５０は、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量以下となっていると判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、本制御処理をリターンし、要求空気量が、ＮＡ状態での吸入空気量よりも大きくなっていると判定した場合には（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４の処理へ進む。
【００３９】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバラップ量、に基づいて、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあるか否かについて判定する。スカベンジ領域とは、過給圧が背圧よりも所定圧力以上大きくなるような運転領域である。つまり、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にある場合には、吸気通路３より燃焼室１０ａに導入された吸気が燃焼されずに排気通路４へ吹き抜けるスカベンジ効果が生じている。具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、エンジン負荷、バルブオーバラップ量、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあるか否かについて判定する。
【００４０】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にあると判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、エアアシスト装置２１によるエアアシストを許可するとともに（ステップＳ１２１）、エンジン回転数と要求空気量とに基づいて、タービン５ｂのレスポンスが最適となるように、バルブオーバラップ量を補正する（ステップＳ１２２）。具体的には、このときのバルブオーバラップ量の補正量は、エンジン回転数と要求空気量とに基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。上述のステップＳ１２１〜Ｓ１２２の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４における制御に相当する。このようにすることで、スカベンジ効果によりタービン５ｂの回転駆動力をアシストすることができ、出力トルクの向上を図ることができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４１】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ５０は、エンジンの運転状態がスカベンジ領域にないと判定した場合には（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０５の処理へ進む。
【００４２】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量よりも大きいか否かについて判定する。ここでいう失火オーバラップ量とは、エアアシスト装置２１によりエアアシストが行われることで背圧が大きくなった場合であっても、点火時期の補正により失火を防ぐことが可能な内部ＥＧＲ量となるときのバルブオーバラップ量であり、図２の例でいうと、所定量ＯＶ１に相当する。具体的には、失火オーバラップ量は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。
【００４３】
ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量よりも大きいと判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０６の処理へ進む。
【００４４】
ステップＳ１０６において、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを禁止し、続くステップＳ１０７、Ｓ１０８において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を失火オーバラップ量以下となるまで減少させるとともに、ウエストゲートバルブ３６を閉じ側に制御を行う。このステップＳ１０６〜Ｓ１０８の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２における制御に相当する。このようにすることで、後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた場合において、排気ガスが燃焼室１０ａへ逆流するのを抑えることができ、内部ＥＧＲの増加を抑えることができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４５】
一方、ステップＳ１０５において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量が失火オーバラップ量以下であると判定した場合には（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、ステップＳ１３１の処理へ進む。
【００４６】
ステップＳ１３１において、ＥＣＵ５０は、エアアシスト装置２１によるエアアシストを許可し、続くステップＳ１３２において、ＥＣＵ５０は、点火時期を補正する。図２の例でいうと、ＥＣＵ５０は、点火時期を進角側へ補正する。補正量は、エンジン回転数、エンジン負荷、アシスト圧、に基づいて、予め実験などにより求められたマップを用いて算出される。このとき、ステップＳ１３３、Ｓ１３４の処理において、ＥＣＵ５０は、バルブオーバラップ量を失火オーバラップ量以下に保持するとともに、ウエストゲートバルブ３６を閉じ側に制御を行う。このステップＳ１３１〜Ｓ１３４の処理は、図２の例でいうと、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３における制御に相当する。このようにすることで、燃焼室１０ａにおける燃焼状態が悪化するのを確実に抑え、失火を防ぐことができる。この後、ＥＣＵ５０は、本制御処理をリターンする。
【００４７】
以上に述べたことから分かるように、本実施形態に係る内燃機関の制御方法によれば、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行わないこととする。このようにすることで、後に、エアアシスト装置２１によるエアアシストが行われた場合において、内部ＥＧＲの増加を抑えることができ、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑えて、失火を防ぐことができる。
【００４８】
［変形例］
次に、本実施形態に係る内燃機関の制御方法の変形例について述べる。
【００４９】
上述の実施形態では、ＥＣＵ５０は、加速開始時から所定時間経過するまでは、エアアシスト装置２１によるエアアシストを行わないとしているが、これはエアアシストを完全に行わないとすることに限られない。代わりに、ＥＣＵ５０は、制御弁２３を制御して、エアアシスト装置２１より噴射されるガス量が所定ガス量未満となるように制御するとしても良い。ここでいう所定ガス量は、予め実験などにより求められ、エアアシストを行うことにより失火しない程度の量に設定される。これによっても、所定時間経過後に、エアアシスト装置２１より噴射されるガス量が所定ガス量以上にされるエアアシストが行われた場合において、燃焼室１０ａにおける燃焼状態の悪化を抑えて、失火を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の構成を示す構成図である。
【図２】加速アシスト時における各パラメータの変化を示すグラフである。
【図３】本実施形態に係る内燃機関の制御処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ ターボ過給機
８ 触媒
１０ 気筒
５０ ＥＣＵ
２１ エアアシスト装置
３６ ウエストゲートバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定時間だけ前記補助手段によるアシストを禁止する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記所定時間は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との間のバルブオーバラップ量が所定量以下となるまでの時間である請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、前記バルブオーバラップ量を増加させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記補助手段によるアシストを行う際において、前記内燃機関の点火時期を進角側に補正する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、排気通路において前記タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブを備え、
前記制御手段は、加速開始時から前記ウエストゲートバルブを閉じ側に制御する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ターボ過給機と、前記ターボ過給機のタービンにガスを供給することにより前記タービンの回転駆動力のアシストを行う補助手段と、を備えた内燃機関に適用される内燃機関の制御装置であって、
加速開始時から所定時間経過するまで、前記補助手段により前記タービンに供給される前記ガスの量を所定ガス量未満にする制御手段を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記所定時間だけ前記補助手段によるアシストを禁止する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記所定時間は、前記内燃機関の吸気弁と排気弁との間のバルブオーバラップ量が所定量以下となるまでの時間である請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記内燃機関における過給圧と背圧との差が所定圧力以上となるときには、前記バルブオーバラップ量を増加させる請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記補助手段によるアシストを行う際において、前記内燃機関の点火時期を進角側に補正する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関は、排気通路において前記タービンの上流側と下流側とをバイパスするバイパス通路上に設けられたウエストゲートバルブを備え、
前記制御手段は、加速開始時から前記ウエストゲートバルブを閉じ側に制御する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−２９３５１６（Ｐ２００９−２９３５１６Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４７９１１（Ｐ２００８−１４７９１１）
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１７日（２００９．１２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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