内燃機関の制御装置
【課題】本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特定気筒の排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる内燃機関において、ＥＧＲ率、過給圧、タービンへの排気ガス供給量などを機関状態に応じて柔軟に調節することを目的とする。
【解決手段】タービン駆動気筒群（＃１〜＃３）の排気ポートとターボチャージャ１６のタービン１８の入口とを接続するタービン上流通路（排気マニホールド２２）と、還流ガス生成気筒（＃４）の排気ポートと吸気マニホールド１２との間を接続する排気還流通路３４と、排気還流弁３６と、排気還流通路３４とタービン上流通路との間を連通する上流連通路３８と、上流連通路開閉弁４０と、排気還流通路３４とタービン１８の下流側の排気通路２４との間を連通する下流連通路４２と、下流連通路開閉弁４４と、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の各々の開閉を制御する制御手段とを備える。
【解決手段】タービン駆動気筒群（＃１〜＃３）の排気ポートとターボチャージャ１６のタービン１８の入口とを接続するタービン上流通路（排気マニホールド２２）と、還流ガス生成気筒（＃４）の排気ポートと吸気マニホールド１２との間を接続する排気還流通路３４と、排気還流弁３６と、排気還流通路３４とタービン上流通路との間を連通する上流連通路３８と、上流連通路開閉弁４０と、排気還流通路３４とタービン１８の下流側の排気通路２４との間を連通する下流連通路４２と、下流連通路開閉弁４４と、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の各々の開閉を制御する制御手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特表２００３−５０６６１９号公報には、特定の気筒から排出される排気ガスの全量を全気筒の吸気に還流させ、上記特定気筒以外の他の気筒の排気ガスをターボチャージャのタービンに流入させるように構成された多気筒内燃機関が開示されている。このような内燃機関では、各気筒の排気ガス量が同じであるとした場合には、還流排気ガスを生成する気筒の数と全気筒数との比によって、還流する排気ガスの割合（ＥＧＲ率）が決定されるので、機関運転状態にかかわらず、その所定のＥＧＲ率を正確に実現することができる。
【０００３】
上記のような内燃機関においても、ＥＧＲ率を、上記所定のＥＧＲ率とは異なる値に制御すべき状況がある。上記公報に開示された技術では、そのような場合、還流排気ガス生成気筒の燃料噴射量を他の気筒とは異なる値にすることにより、還流排気ガス生成気筒の排気ガス量を調整し、もってＥＧＲ率を可変とするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６６１９号公報
【特許文献２】特許３４６２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料噴射量の調節のみで排気ガス量を変化させることのできる範囲は限られている。このため、上記従来の技術では、ＥＧＲ率を調節可能な範囲が狭い。よって、機関運転状態から要求されるような値にＥＧＲ率を制御することが困難な場合がある。また、還流排気ガス生成気筒と他の気筒とで燃料噴射量を異ならせると、還流排気ガス生成気筒の発生トルクが他の気筒の発生トルクと同じにならないため、大きなトルク変動が出易い。
【０００６】
更に、上記従来の技術では、ターボチャージャのタービンに流入する排気ガスの量が、常に、一気筒分だけ少なくなる。このため、加速時のターボチャージャの回転上昇が遅くなり、加速レスポンスが劣る。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、特定気筒の排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる内燃機関において、ＥＧＲ率、過給圧、タービンへの排気ガス供給量などを機関状態に応じて柔軟に調節することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ターボチャージャを有する多気筒内燃機関を制御する装置であって、
前記内燃機関は、排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる還流ガス生成気筒と、排気ガスの全量を前記ターボチャージャのタービンに供給することのできるタービン駆動気筒群とを含み、
前記タービン駆動気筒群の排気ポートと前記タービンの入口とを接続するタービン上流通路と、
前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群に吸入空気を分配する吸気マニホールドと、
前記還流ガス生成気筒の排気ポートと、前記吸気マニホールドまたはその上流側の吸気通路との間を接続し、排気ガスを前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群の吸気側に送る排気還流通路と、
前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させる全開状態と、前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させない全閉状態とに切り替え可能な排気還流弁と、
前記排気還流通路と、前記タービン上流通路との間を連通する上流連通路と、
前記上流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記上流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な上流連通路開閉弁と、
前記排気還流通路と、前記タービンの下流側の排気通路との間を連通する下流連通路と、
前記下流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記下流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な下流連通路開閉弁と、
前記排気還流弁、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第１モードを実行する手段を含み、
前記第１モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記吸気側に流入するとともに、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第２モードを実行する手段を含み、
前記第２モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入するとともに、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態または中間開度とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第３モードを実行する手段を含み、
前記第３モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入することにより、該流入した排気ガスと、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量とを合わせた量の排気ガスが前記吸気側に流入することを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全閉状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第４モードを実行する手段を含み、
前記第４モードの実行中は、前記排気還流通路に流入した前記還流ガス生成気筒の排気ガスのうち、一部は前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入し、残部は前記上流連通路および前記タービン上流通路を通って前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第５モードを実行する手段を含み、
前記第５モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記排気還流通路から前記上流連通路を通って前記タービン上流通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第６モードを実行する手段を含み、
前記第６モードの実行中は、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量から、前記下流連通路を通過した排気ガスの分を差し引いた量の排気ガスが前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全開状態とする第７モードを実行する手段を含み、
前記第７モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの大部分が、前記タービンを通過することなく、前記上流連通路、前記排気還流通路および前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、特定気筒（還流ガス生成気筒）の排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる内燃機関において、ＥＧＲ率、過給圧、タービンへの排気ガス供給量などを機関状態に応じて柔軟に調節することができる。このため、ＥＧＲ率を所定割合にする場合だけでなく、あらゆる機関状態に対して最適な制御が可能となる。また、簡単な構造で、上記効果を達成することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、還流ガス生成気筒の排気ガスの全量を吸気側に流入させることができるので、還流する排気ガスの割合を一定に保つことができる。すなわち、エンジン回転数やエンジン負荷にかかわらず、ＥＧＲ率を所定割合に正確且つ確実に維持することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、ＥＧＲを実行しつつ、必要に応じて、過給圧や背圧を低減することが可能となる。
【００１９】
第４の発明によれば、上記所定割合を超えるＥＧＲ率での運転が可能となる。
【００２０】
第５の発明によれば、上記所定割合未満のＥＧＲ率での運転が可能となる。
【００２１】
第６の発明によれば、タービンに流入する排気ガス量を増大させることができるので、加速時のレスポンスの向上、出力の向上が図れる。
【００２２】
第７の発明によれば、タービンに大量の排気ガス量を流入させつつ、必要に応じて、過給圧や背圧を低減することが可能となる。
【００２３】
第８の発明によれば、タービンの下流側の排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を最大限に高くすることができる。このため、排気浄化触媒を早期に暖機することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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２】第１モードを説明するための図である。
【図３】第２モードを説明するための図である。
【図４】第３モードを説明するための図である。
【図５】第４モードを説明するための図である。
【図６】第５モードを説明するための図である。
【図７】第６モードを説明するための図である。
【図８】第７モードを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００２６】
実施の形態１．
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に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関１０（以下、単に「エンジン１０」と称する）を備えている。本実施形態のエンジン１０は、＃１〜＃４の四つの気筒を有する直列４気筒型のものである。エンジン１０の各気筒には、燃料インジェクタ、点火プラグ、吸気弁、排気弁等がそれぞれ設けられている。各気筒の吸気ポートは、吸気マニホールド１２に接続されている。吸気マニホールド１２には、吸気通路１４が接続されている。
【００２７】
エンジン１０は、ターボチャージャ１６を備えている。ターボチャージャ１６は、排気ガスのエネルギによって回転するタービン１８と、このタービン１８によって駆動されるコンプレッサ２０とを有している。＃１、＃２および＃３気筒の排気ポートは、排気マニホールド２２に接続されている。排気マニホールド２２は、タービン１８の入口に接続されている。タービン１８の下流側の排気通路２４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２６が設置されている。コンプレッサ２０は、吸気通路１４の途中に配置されている。吸気通路１４の入口には、エアクリーナ２８が設置されている。コンプレッサ２０と、吸気マニホールド１２との間の吸気通路１４には、コンプレッサ２０で圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ３０と、吸入空気量を制御するためのスロットル弁３２とが設置されている。スロットル弁３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１２により分配されて、＃１〜＃４の各気筒に流入する。
【００２８】
＃４気筒の排気ポートは、排気還流通路３４の一端と接続されている。排気還流通路３４の他端は、吸気マニホールド１２に接続されている。排気還流通路３４と吸気マニホールド１２との接続部には、排気還流弁３６が設置されている。排気還流通路３４と排気マニホールド２２との間には、両者を連通する上流連通路３８が設けられている。上流連通路３８の途中または端部には、上流連通路開閉弁４０が設置されている。また、排気還流通路３４と、タービン１８の下流側の排気通路２４との間には、両者を連通する下流連通路４２が設けられている。下流連通路４２の途中または端部には、下流連通路開閉弁４４が設置されている。なお、排気還流通路３４の上記他端は、排気マニホールド２２とスロットル弁３２との間の吸気通路１４に接続されていてもよい。
【００２９】
本実施形態のシステムは、更に、以下に述べる各センサを含むセンサ系統と、エンジン１０に対して設けられた各アクチュエータの作動を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。空燃比センサ４６は、排気浄化触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を検出する。クランク角センサ５２は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５２の出力に基いてエンジン回転数およびクランク角を検出することができる。エアフローメータ５４は、吸気通路１４に吸入される新気量を検出する。吸気温センサ５６は、吸入空気の温度を検出する。過給圧センサ５８は、コンプレッサ２０の出口側の圧力（過給圧）を検出する。アクセル開度センサ６０は、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。車速センサ６２は、車両の速度を検出する。
【００３０】
また、センサ系統には、上記の他にも、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットル弁３２、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０、下流連通路開閉弁４４のほか、燃料インジェクタ、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、センサ系統によりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ５２の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローメータ５４により吸入空気量を検出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、燃料インジェクタおよび点火プラグを駆動する。
【００３２】
更に、ＥＣＵ５０は、センサ系統により検出されたエンジン運転情報と、所定のＥＧＲ率マップとに基づいて、目標ＥＧＲ率を算出し、その目標ＥＧＲ率が実現されるように、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の各々の開閉や開度を制御する。その際、ＥＣＵ５０は、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の制御モードとして、後述する第１〜第７モードを選択的に実行可能になっている。以下、図２乃至図８を参照して、各制御モードについて、順次説明する。なお、図２乃至図８の中では、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の開閉状態を次のようにして表す。白地は、全開状態を表す。黒い塗り潰しは、全閉状態を表す。網掛けは、全開状態と全閉状態との間にある開度（以下、「中間開度」と称する）を表す。全開状態では、排気ガスの流通が許容される。全閉状態では、排気ガスの流通が遮断される。中間開度においては、その開度に応じて、排気ガスの通過量が制限される。
【００３３】
（第１モード）
図２は、第１モードを説明するための図である。図２に示すように、第１モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第１モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、排気還流通路３４を通って吸気マニホールド１２に送られ、＃１〜＃４気筒の吸気側に還流する。一方、＃１〜＃３気筒の排気ガスは、その全量がタービン１８に供給される。このような第１モードでは、全４気筒のうち、一つの気筒（＃４気筒）の排気ガスの全量が排気還流ガスとなる。このため、各気筒の排気ガス量が等しいとした場合、ＥＧＲ率は、正確に２５％（１／４）となる。従って、第１モードによれば、エンジン回転数やエンジン負荷にかかわらず、ＥＧＲ率を所定割合（本実施形態では２５％）に正確且つ確実に維持することができる。
【００３４】
（第２モード）
図３は、第２モードを説明するための図である。図３に示すように、第２モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第２モードの実行中は、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が、上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入する。また、排気還流通路３４の排気ガスの一部が、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。この場合、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が、タービン１８を通過することなく、上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。従って、過給圧を低下させる必要のある場合（例えば、ノッキングを防止する場合）や、＃１〜＃３気筒の背圧（以下、単に「背圧」と称する）を低下させる必要のある場合（例えば、燃費を改善する場合）には、この第２モードとすることにより、過給圧や背圧を低下させることができる。
【００３５】
また、第２モードでは、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、上流連通路３８を通る排気ガス量と下流連通路４２を通る排気ガス量との比率を制御することができる。上流連通路３８を通る排気ガス量と下流連通路４２を通る排気ガス量とが等しくなるように制御した場合には、ＥＧＲ率を２５％に維持することができる。一方、ＥＧＲ率を２５％未満に制御する必要のある場合には、下流連通路４２を通る排気ガス量が上流連通路３８を通る排気ガス量がより少なくなるように制御することにより、２５％未満のＥＧＲ率を実現することができる。また、２５％を超えるＥＧＲ率に制御する必要のある場合には、下流連通路４２を通る排気ガス量が上流連通路３８を通る排気ガス量がより少なくなるように制御することにより、２５％を超えるＥＧＲ率を実現することができる。
【００３６】
（第３モード）
図４は、第３モードを説明するための図である。図４に示すように、第３モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態または中間開度とし、下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第３モードの実行中は、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入する。従って、排気還流量は、＃４気筒の排気ガスの全量と、排気マニホールド２２から上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入した排気ガス量との合計になる。このため、２５％を超えるＥＧＲ率となる。目標ＥＧＲ率が２５％を超える場合には、この第３モードとし、上流連通路開閉弁４０の開度を制御することにより、目標ＥＧＲ率を実現することができる。
【００３７】
（第４モード）
図５は、第４モードを説明するための図である。図５に示すように、第４モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０を全閉状態とし、下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第４モードの実行中は、排気還流通路３４の排気ガスの一部が下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。このため、排気還流量は、＃４気筒の排気ガスの全量から、下流連通路４２を通過した排気ガス量を差し引いた量となる。従って、この場合は、２５％を下回るＥＧＲ率となる。目標ＥＧＲ率が２５％を下回る場合には、この第４モードとし、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、目標ＥＧＲ率を実現することができる。
【００３８】
（第５モード）
図６は、第５モードを説明するための図である。図６に示すように、第５モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態とし、下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第５モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、排気還流通路３４から上流連通路３８を通って排気マニホールド２２に流入する。従って、ＥＧＲ率は０％となり、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの全量がタービン１８に供給される。このため、ターボチャージャ１６の回転数を迅速に上昇させることができる。加速時など、大出力の要求される場合には、この第５モードに制御される。これにより、加速時のレスポンスの向上、出力の向上が図れる。
【００３９】
（第６モード）
図７は、第６モードを説明するための図である。図７に示すように、第６モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態とし、下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第６モードの実行中は、排気還流通路３４の排気ガス、つまり＃４気筒の排気ガスのうち、一部は、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。そして、＃４気筒の排気ガスのうち、上記一部を除いた残部は、上流連通路３８を通って排気マニホールド２２に流入し、＃１〜＃３の気筒の排気ガスと合流して、タービン１８に供給される。この場合、タービン１８に供給される排気ガスの量は、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの全量から、下流連通路開閉弁４４を通過した排気ガスの分を差し引いた量になる。この第６モードでは、下流連通路開閉弁４４は、一般的なターボチャージャのウェイストゲート弁と同様の機能を果たす。すなわち、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、タービン１８を通らずにタービン１８の下流側の排気通路２４に流れる排気ガスの量を制御することができる。過給圧を低減する必要のある場合には、この第６モードとし、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、過給圧が目標値となるように制御することができる。
【００４０】
（第７モード）
図８は、第７モードを説明するための図である。図８に示すように、第７モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を全開状態とする。この第７モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。また、排気マニホールド２２から上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８をバイパスする経路を通過する抵抗は、タービン１８を通過する抵抗よりも小さい。このため、＃１〜＃３気筒の排気ガスの大部分は、タービン１８を通過することなく、上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。従って、この第７モードでは、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの大部分を、タービン１８を通すことなく、直接に排気浄化触媒２６に流入させることができる。冷間始動時など、排気浄化触媒２６の暖機が必要な場合には、この第７モードとすることにより、排気ガスがタービン１８に対して行う仕事量が最小限となるので、排気浄化触媒２６に流入する排気ガスの温度を最大限に高くすることができる。このため、排気浄化触媒２６を早期に暖機することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン１０の状態に応じて第１〜第７モードを選択的に実行することにより、ＥＧＲ率、過給圧、背圧、タービン１８へ供給される排気ガス量、触媒暖機状態などを柔軟に調節することが可能となる。このため、ＥＧＲ率を所定割合にする場合（第１モード）だけでなく、あらゆるエンジン状態に対して最適な制御が可能となる。
【００４２】
上述した実施の形態１においては、＃４気筒が前記第１の発明における「還流ガス生成気筒」に、＃１〜＃３気筒が前記第１の発明における「タービン駆動気筒群」に、排気マニホールド２２が前記第１の発明における「タービン上流通路」に、それぞれ相当している。
【００４３】
なお、本発明は、直列４気筒エンジンに限らず、例えば、直列３気筒、直列６気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒など、各種の多気筒エンジンに適用可能である。また、還流ガス生成気筒の数が一つである構成に限らず、二つ以上としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 内燃機関
１２ 吸気マニホールド
１４ 吸気通路
１６ ターボチャージャ
１８ タービン
２０ コンプレッサ
２２ 排気マニホールド
２４ 排気通路
２６ 排気浄化触媒
３４ 排気還流通路
３６ 排気還流弁
３８ 上流連通路
４０ 上流連通路開閉弁
４２ 下流連通路
４４ 下流連通路開閉弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特表２００３−５０６６１９号公報には、特定の気筒から排出される排気ガスの全量を全気筒の吸気に還流させ、上記特定気筒以外の他の気筒の排気ガスをターボチャージャのタービンに流入させるように構成された多気筒内燃機関が開示されている。このような内燃機関では、各気筒の排気ガス量が同じであるとした場合には、還流排気ガスを生成する気筒の数と全気筒数との比によって、還流する排気ガスの割合（ＥＧＲ率）が決定されるので、機関運転状態にかかわらず、その所定のＥＧＲ率を正確に実現することができる。
【０００３】
上記のような内燃機関においても、ＥＧＲ率を、上記所定のＥＧＲ率とは異なる値に制御すべき状況がある。上記公報に開示された技術では、そのような場合、還流排気ガス生成気筒の燃料噴射量を他の気筒とは異なる値にすることにより、還流排気ガス生成気筒の排気ガス量を調整し、もってＥＧＲ率を可変とするようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５０６６１９号公報
【特許文献２】特許３４６２４４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料噴射量の調節のみで排気ガス量を変化させることのできる範囲は限られている。このため、上記従来の技術では、ＥＧＲ率を調節可能な範囲が狭い。よって、機関運転状態から要求されるような値にＥＧＲ率を制御することが困難な場合がある。また、還流排気ガス生成気筒と他の気筒とで燃料噴射量を異ならせると、還流排気ガス生成気筒の発生トルクが他の気筒の発生トルクと同じにならないため、大きなトルク変動が出易い。
【０００６】
更に、上記従来の技術では、ターボチャージャのタービンに流入する排気ガスの量が、常に、一気筒分だけ少なくなる。このため、加速時のターボチャージャの回転上昇が遅くなり、加速レスポンスが劣る。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、特定気筒の排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる内燃機関において、ＥＧＲ率、過給圧、タービンへの排気ガス供給量などを機関状態に応じて柔軟に調節することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、ターボチャージャを有する多気筒内燃機関を制御する装置であって、
前記内燃機関は、排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる還流ガス生成気筒と、排気ガスの全量を前記ターボチャージャのタービンに供給することのできるタービン駆動気筒群とを含み、
前記タービン駆動気筒群の排気ポートと前記タービンの入口とを接続するタービン上流通路と、
前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群に吸入空気を分配する吸気マニホールドと、
前記還流ガス生成気筒の排気ポートと、前記吸気マニホールドまたはその上流側の吸気通路との間を接続し、排気ガスを前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群の吸気側に送る排気還流通路と、
前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させる全開状態と、前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させない全閉状態とに切り替え可能な排気還流弁と、
前記排気還流通路と、前記タービン上流通路との間を連通する上流連通路と、
前記上流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記上流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な上流連通路開閉弁と、
前記排気還流通路と、前記タービンの下流側の排気通路との間を連通する下流連通路と、
前記下流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記下流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な下流連通路開閉弁と、
前記排気還流弁、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第１モードを実行する手段を含み、
前記第１モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記吸気側に流入するとともに、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第２モードを実行する手段を含み、
前記第２モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入するとともに、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする。
【００１１】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態または中間開度とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第３モードを実行する手段を含み、
前記第３モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入することにより、該流入した排気ガスと、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量とを合わせた量の排気ガスが前記吸気側に流入することを特徴とする。
【００１２】
また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全閉状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第４モードを実行する手段を含み、
前記第４モードの実行中は、前記排気還流通路に流入した前記還流ガス生成気筒の排気ガスのうち、一部は前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入し、残部は前記上流連通路および前記タービン上流通路を通って前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１３】
また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第５モードを実行する手段を含み、
前記第５モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記排気還流通路から前記上流連通路を通って前記タービン上流通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１４】
また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第６モードを実行する手段を含み、
前記第６モードの実行中は、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量から、前記下流連通路を通過した排気ガスの分を差し引いた量の排気ガスが前記タービンに供給されることを特徴とする。
【００１５】
また、第８の発明は、第１乃至第７の発明の何れかにおいて、
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全開状態とする第７モードを実行する手段を含み、
前記第７モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの大部分が、前記タービンを通過することなく、前記上流連通路、前記排気還流通路および前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
第１の発明によれば、特定気筒（還流ガス生成気筒）の排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる内燃機関において、ＥＧＲ率、過給圧、タービンへの排気ガス供給量などを機関状態に応じて柔軟に調節することができる。このため、ＥＧＲ率を所定割合にする場合だけでなく、あらゆる機関状態に対して最適な制御が可能となる。また、簡単な構造で、上記効果を達成することができる。
【００１７】
第２の発明によれば、還流ガス生成気筒の排気ガスの全量を吸気側に流入させることができるので、還流する排気ガスの割合を一定に保つことができる。すなわち、エンジン回転数やエンジン負荷にかかわらず、ＥＧＲ率を所定割合に正確且つ確実に維持することができる。
【００１８】
第３の発明によれば、ＥＧＲを実行しつつ、必要に応じて、過給圧や背圧を低減することが可能となる。
【００１９】
第４の発明によれば、上記所定割合を超えるＥＧＲ率での運転が可能となる。
【００２０】
第５の発明によれば、上記所定割合未満のＥＧＲ率での運転が可能となる。
【００２１】
第６の発明によれば、タービンに流入する排気ガス量を増大させることができるので、加速時のレスポンスの向上、出力の向上が図れる。
【００２２】
第７の発明によれば、タービンに大量の排気ガス量を流入させつつ、必要に応じて、過給圧や背圧を低減することが可能となる。
【００２３】
第８の発明によれば、タービンの下流側の排気浄化触媒に流入する排気ガスの温度を最大限に高くすることができる。このため、排気浄化触媒を早期に暖機することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】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２】第１モードを説明するための図である。
【図３】第２モードを説明するための図である。
【図４】第３モードを説明するための図である。
【図５】第４モードを説明するための図である。
【図６】第５モードを説明するための図である。
【図７】第６モードを説明するための図である。
【図８】第７モードを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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。
【００２６】
実施の形態１．
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に示すように、本実施形態のシステムは、車両等に搭載される内燃機関１０（以下、単に「エンジン１０」と称する）を備えている。本実施形態のエンジン１０は、＃１〜＃４の四つの気筒を有する直列４気筒型のものである。エンジン１０の各気筒には、燃料インジェクタ、点火プラグ、吸気弁、排気弁等がそれぞれ設けられている。各気筒の吸気ポートは、吸気マニホールド１２に接続されている。吸気マニホールド１２には、吸気通路１４が接続されている。
【００２７】
エンジン１０は、ターボチャージャ１６を備えている。ターボチャージャ１６は、排気ガスのエネルギによって回転するタービン１８と、このタービン１８によって駆動されるコンプレッサ２０とを有している。＃１、＃２および＃３気筒の排気ポートは、排気マニホールド２２に接続されている。排気マニホールド２２は、タービン１８の入口に接続されている。タービン１８の下流側の排気通路２４には、排気ガスを浄化する排気浄化触媒２６が設置されている。コンプレッサ２０は、吸気通路１４の途中に配置されている。吸気通路１４の入口には、エアクリーナ２８が設置されている。コンプレッサ２０と、吸気マニホールド１２との間の吸気通路１４には、コンプレッサ２０で圧縮された吸入空気を冷却するインタークーラ３０と、吸入空気量を制御するためのスロットル弁３２とが設置されている。スロットル弁３２を通過した吸入空気は、吸気マニホールド１２により分配されて、＃１〜＃４の各気筒に流入する。
【００２８】
＃４気筒の排気ポートは、排気還流通路３４の一端と接続されている。排気還流通路３４の他端は、吸気マニホールド１２に接続されている。排気還流通路３４と吸気マニホールド１２との接続部には、排気還流弁３６が設置されている。排気還流通路３４と排気マニホールド２２との間には、両者を連通する上流連通路３８が設けられている。上流連通路３８の途中または端部には、上流連通路開閉弁４０が設置されている。また、排気還流通路３４と、タービン１８の下流側の排気通路２４との間には、両者を連通する下流連通路４２が設けられている。下流連通路４２の途中または端部には、下流連通路開閉弁４４が設置されている。なお、排気還流通路３４の上記他端は、排気マニホールド２２とスロットル弁３２との間の吸気通路１４に接続されていてもよい。
【００２９】
本実施形態のシステムは、更に、以下に述べる各センサを含むセンサ系統と、エンジン１０に対して設けられた各アクチュエータの作動を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)５０とを備えている。空燃比センサ４６は、排気浄化触媒２６に流入する排気ガスの空燃比を検出する。クランク角センサ５２は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力する。ＥＣＵ５０は、クランク角センサ５２の出力に基いてエンジン回転数およびクランク角を検出することができる。エアフローメータ５４は、吸気通路１４に吸入される新気量を検出する。吸気温センサ５６は、吸入空気の温度を検出する。過給圧センサ５８は、コンプレッサ２０の出口側の圧力（過給圧）を検出する。アクセル開度センサ６０は、車両の運転者によるアクセルペダルの操作量（アクセル開度）を検出する。車速センサ６２は、車両の速度を検出する。
【００３０】
また、センサ系統には、上記の他にも、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばエンジン冷却水の温度を検出する水温センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ５０の入力側に接続されている。また、ＥＣＵ５０の出力側には、上述したスロットル弁３２、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０、下流連通路開閉弁４４のほか、燃料インジェクタ、点火プラグ等を含む各種のアクチュエータが接続されている。
【００３１】
ＥＣＵ５０は、センサ系統によりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基いて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ５２の出力に基いてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローメータ５４により吸入空気量を検出する。また、吸入空気量、エンジン回転数等に基いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期、点火時期等を決定した後に、燃料インジェクタおよび点火プラグを駆動する。
【００３２】
更に、ＥＣＵ５０は、センサ系統により検出されたエンジン運転情報と、所定のＥＧＲ率マップとに基づいて、目標ＥＧＲ率を算出し、その目標ＥＧＲ率が実現されるように、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の各々の開閉や開度を制御する。その際、ＥＣＵ５０は、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の制御モードとして、後述する第１〜第７モードを選択的に実行可能になっている。以下、図２乃至図８を参照して、各制御モードについて、順次説明する。なお、図２乃至図８の中では、排気還流弁３６、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の開閉状態を次のようにして表す。白地は、全開状態を表す。黒い塗り潰しは、全閉状態を表す。網掛けは、全開状態と全閉状態との間にある開度（以下、「中間開度」と称する）を表す。全開状態では、排気ガスの流通が許容される。全閉状態では、排気ガスの流通が遮断される。中間開度においては、その開度に応じて、排気ガスの通過量が制限される。
【００３３】
（第１モード）
図２は、第１モードを説明するための図である。図２に示すように、第１モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第１モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、排気還流通路３４を通って吸気マニホールド１２に送られ、＃１〜＃４気筒の吸気側に還流する。一方、＃１〜＃３気筒の排気ガスは、その全量がタービン１８に供給される。このような第１モードでは、全４気筒のうち、一つの気筒（＃４気筒）の排気ガスの全量が排気還流ガスとなる。このため、各気筒の排気ガス量が等しいとした場合、ＥＧＲ率は、正確に２５％（１／４）となる。従って、第１モードによれば、エンジン回転数やエンジン負荷にかかわらず、ＥＧＲ率を所定割合（本実施形態では２５％）に正確且つ確実に維持することができる。
【００３４】
（第２モード）
図３は、第２モードを説明するための図である。図３に示すように、第２モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第２モードの実行中は、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が、上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入する。また、排気還流通路３４の排気ガスの一部が、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。この場合、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が、タービン１８を通過することなく、上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。従って、過給圧を低下させる必要のある場合（例えば、ノッキングを防止する場合）や、＃１〜＃３気筒の背圧（以下、単に「背圧」と称する）を低下させる必要のある場合（例えば、燃費を改善する場合）には、この第２モードとすることにより、過給圧や背圧を低下させることができる。
【００３５】
また、第２モードでは、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、上流連通路３８を通る排気ガス量と下流連通路４２を通る排気ガス量との比率を制御することができる。上流連通路３８を通る排気ガス量と下流連通路４２を通る排気ガス量とが等しくなるように制御した場合には、ＥＧＲ率を２５％に維持することができる。一方、ＥＧＲ率を２５％未満に制御する必要のある場合には、下流連通路４２を通る排気ガス量が上流連通路３８を通る排気ガス量がより少なくなるように制御することにより、２５％未満のＥＧＲ率を実現することができる。また、２５％を超えるＥＧＲ率に制御する必要のある場合には、下流連通路４２を通る排気ガス量が上流連通路３８を通る排気ガス量がより少なくなるように制御することにより、２５％を超えるＥＧＲ率を実現することができる。
【００３６】
（第３モード）
図４は、第３モードを説明するための図である。図４に示すように、第３モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態または中間開度とし、下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第３モードの実行中は、排気マニホールド２２内にある＃１〜＃３気筒の排気ガスの一部が上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入する。従って、排気還流量は、＃４気筒の排気ガスの全量と、排気マニホールド２２から上流連通路３８を通って排気還流通路３４に流入した排気ガス量との合計になる。このため、２５％を超えるＥＧＲ率となる。目標ＥＧＲ率が２５％を超える場合には、この第３モードとし、上流連通路開閉弁４０の開度を制御することにより、目標ＥＧＲ率を実現することができる。
【００３７】
（第４モード）
図５は、第４モードを説明するための図である。図５に示すように、第４モードでは、排気還流弁３６を全開状態とし、上流連通路開閉弁４０を全閉状態とし、下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第４モードの実行中は、排気還流通路３４の排気ガスの一部が下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。このため、排気還流量は、＃４気筒の排気ガスの全量から、下流連通路４２を通過した排気ガス量を差し引いた量となる。従って、この場合は、２５％を下回るＥＧＲ率となる。目標ＥＧＲ率が２５％を下回る場合には、この第４モードとし、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、目標ＥＧＲ率を実現することができる。
【００３８】
（第５モード）
図６は、第５モードを説明するための図である。図６に示すように、第５モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態とし、下流連通路開閉弁４４を全閉状態とする。この第５モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、排気還流通路３４から上流連通路３８を通って排気マニホールド２２に流入する。従って、ＥＧＲ率は０％となり、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの全量がタービン１８に供給される。このため、ターボチャージャ１６の回転数を迅速に上昇させることができる。加速時など、大出力の要求される場合には、この第５モードに制御される。これにより、加速時のレスポンスの向上、出力の向上が図れる。
【００３９】
（第６モード）
図７は、第６モードを説明するための図である。図７に示すように、第６モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０を全開状態とし、下流連通路開閉弁４４を中間開度とする。この第６モードの実行中は、排気還流通路３４の排気ガス、つまり＃４気筒の排気ガスのうち、一部は、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。そして、＃４気筒の排気ガスのうち、上記一部を除いた残部は、上流連通路３８を通って排気マニホールド２２に流入し、＃１〜＃３の気筒の排気ガスと合流して、タービン１８に供給される。この場合、タービン１８に供給される排気ガスの量は、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの全量から、下流連通路開閉弁４４を通過した排気ガスの分を差し引いた量になる。この第６モードでは、下流連通路開閉弁４４は、一般的なターボチャージャのウェイストゲート弁と同様の機能を果たす。すなわち、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、タービン１８を通らずにタービン１８の下流側の排気通路２４に流れる排気ガスの量を制御することができる。過給圧を低減する必要のある場合には、この第６モードとし、下流連通路開閉弁４４の開度を制御することにより、過給圧が目標値となるように制御することができる。
【００４０】
（第７モード）
図８は、第７モードを説明するための図である。図８に示すように、第７モードでは、排気還流弁３６を全閉状態とし、上流連通路開閉弁４０および下流連通路開閉弁４４を全開状態とする。この第７モードの実行中は、＃４気筒の排気ガスの全量が、下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。また、排気マニホールド２２から上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８をバイパスする経路を通過する抵抗は、タービン１８を通過する抵抗よりも小さい。このため、＃１〜＃３気筒の排気ガスの大部分は、タービン１８を通過することなく、上流連通路３８、排気還流通路３４および下流連通路４２を通ってタービン１８の下流側の排気通路２４に流入する。従って、この第７モードでは、＃１〜＃４の全気筒の排気ガスの大部分を、タービン１８を通すことなく、直接に排気浄化触媒２６に流入させることができる。冷間始動時など、排気浄化触媒２６の暖機が必要な場合には、この第７モードとすることにより、排気ガスがタービン１８に対して行う仕事量が最小限となるので、排気浄化触媒２６に流入する排気ガスの温度を最大限に高くすることができる。このため、排気浄化触媒２６を早期に暖機することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態によれば、エンジン１０の状態に応じて第１〜第７モードを選択的に実行することにより、ＥＧＲ率、過給圧、背圧、タービン１８へ供給される排気ガス量、触媒暖機状態などを柔軟に調節することが可能となる。このため、ＥＧＲ率を所定割合にする場合（第１モード）だけでなく、あらゆるエンジン状態に対して最適な制御が可能となる。
【００４２】
上述した実施の形態１においては、＃４気筒が前記第１の発明における「還流ガス生成気筒」に、＃１〜＃３気筒が前記第１の発明における「タービン駆動気筒群」に、排気マニホールド２２が前記第１の発明における「タービン上流通路」に、それぞれ相当している。
【００４３】
なお、本発明は、直列４気筒エンジンに限らず、例えば、直列３気筒、直列６気筒、Ｖ型６気筒、Ｖ型８気筒など、各種の多気筒エンジンに適用可能である。また、還流ガス生成気筒の数が一つである構成に限らず、二つ以上としてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０ 内燃機関
１２ 吸気マニホールド
１４ 吸気通路
１６ ターボチャージャ
１８ タービン
２０ コンプレッサ
２２ 排気マニホールド
２４ 排気通路
２６ 排気浄化触媒
３４ 排気還流通路
３６ 排気還流弁
３８ 上流連通路
４０ 上流連通路開閉弁
４２ 下流連通路
４４ 下流連通路開閉弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャを有する多気筒内燃機関を制御する装置であって、
前記内燃機関は、排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる還流ガス生成気筒と、排気ガスの全量を前記ターボチャージャのタービンに供給することのできるタービン駆動気筒群とを含み、
前記タービン駆動気筒群の排気ポートと前記タービンの入口とを接続するタービン上流通路と、
前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群に吸入空気を分配する吸気マニホールドと、
前記還流ガス生成気筒の排気ポートと、前記吸気マニホールドまたはその上流側の吸気通路との間を接続し、排気ガスを前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群の吸気側に送る排気還流通路と、
前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させる全開状態と、前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させない全閉状態とに切り替え可能な排気還流弁と、
前記排気還流通路と、前記タービン上流通路との間を連通する上流連通路と、
前記上流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記上流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な上流連通路開閉弁と、
前記排気還流通路と、前記タービンの下流側の排気通路との間を連通する下流連通路と、
前記下流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記下流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な下流連通路開閉弁と、
前記排気還流弁、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、
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、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第１モードを実行する手段を含み、
前記第１モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記吸気側に流入するとともに、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第２モードを実行する手段を含み、
前記第２モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入するとともに、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態または中間開度とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第３モードを実行する手段を含み、
前記第３モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入することにより、該流入した排気ガスと、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量とを合わせた量の排気ガスが前記吸気側に流入することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全閉状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第４モードを実行する手段を含み、
前記第４モードの実行中は、前記排気還流通路に流入した前記還流ガス生成気筒の排気ガスのうち、一部は前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入し、残部は前記上流連通路および前記タービン上流通路を通って前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第５モードを実行する手段を含み、
前記第５モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記排気還流通路から前記上流連通路を通って前記タービン上流通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第６モードを実行する手段を含み、
前記第６モードの実行中は、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量から、前記下流連通路を通過した排気ガスの分を差し引いた量の排気ガスが前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全開状態とする第７モードを実行する手段を含み、
前記第７モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの大部分が、前記タービンを通過することなく、前記上流連通路、前記排気還流通路および前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
ターボチャージャを有する多気筒内燃機関を制御する装置であって、
前記内燃機関は、排気ガスの全量を吸気系に還流させることのできる還流ガス生成気筒と、排気ガスの全量を前記ターボチャージャのタービンに供給することのできるタービン駆動気筒群とを含み、
前記タービン駆動気筒群の排気ポートと前記タービンの入口とを接続するタービン上流通路と、
前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群に吸入空気を分配する吸気マニホールドと、
前記還流ガス生成気筒の排気ポートと、前記吸気マニホールドまたはその上流側の吸気通路との間を接続し、排気ガスを前記還流ガス生成気筒および前記タービン駆動気筒群の吸気側に送る排気還流通路と、
前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させる全開状態と、前記排気還流通路の排気ガスを前記吸気側に流入させない全閉状態とに切り替え可能な排気還流弁と、
前記排気還流通路と、前記タービン上流通路との間を連通する上流連通路と、
前記上流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記上流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な上流連通路開閉弁と、
前記排気還流通路と、前記タービンの下流側の排気通路との間を連通する下流連通路と、
前記下流連通路に排気ガスを流す全開状態と、前記下流連通路に排気ガスを流さない全閉状態とに切り替え可能な下流連通路開閉弁と、
前記排気還流弁、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁の各々の開閉を制御する制御手段と、
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、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第１モードを実行する手段を含み、
前記第１モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記吸気側に流入するとともに、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第２モードを実行する手段を含み、
前記第２モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入するとともに、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態または中間開度とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第３モードを実行する手段を含み、
前記第３モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの一部が前記上流連通路を通って前記排気還流通路に流入することにより、該流入した排気ガスと、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量とを合わせた量の排気ガスが前記吸気側に流入することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全開状態とし、前記上流連通路開閉弁を全閉状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第４モードを実行する手段を含み、
前記第４モードの実行中は、前記排気還流通路に流入した前記還流ガス生成気筒の排気ガスのうち、一部は前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入し、残部は前記上流連通路および前記タービン上流通路を通って前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を全閉状態とする第５モードを実行する手段を含み、
前記第５モードの実行中は、前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記排気還流通路から前記上流連通路を通って前記タービン上流通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量が前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁を全開状態とし、前記下流連通路開閉弁を中間開度とする第６モードを実行する手段を含み、
前記第６モードの実行中は、前記排気還流通路の排気ガスの一部が前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することにより、前記タービン駆動気筒群および前記還流ガス生成気筒の排気ガスの全量から、前記下流連通路を通過した排気ガスの分を差し引いた量の排気ガスが前記タービンに供給されることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記制御手段は、前記排気還流弁を全閉状態とし、前記上流連通路開閉弁および前記下流連通路開閉弁を全開状態とする第７モードを実行する手段を含み、
前記第７モードの実行中は、前記タービン駆動気筒群の排気ガスの大部分が、前記タービンを通過することなく、前記上流連通路、前記排気還流通路および前記下流連通路を通って前記タービンの下流側の排気通路に流入することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０８５９６（Ｐ２０１１−２０８５９６Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７８５２２（Ｐ２０１０−７８５２２）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【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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