内燃機関及び吸気温度制御装置
【課題】過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制すること。
【解決手段】内燃機関１は、気筒内燃焼空間Ｂへ加圧した空気Ａを送り込む過給機２１を備える。また、過給機２１が備える圧縮機２２の出口側と圧縮機２２の入口側とは、吸気バイパス通路１２Ｂにより接続される。吸気バイパス通路１２Ｂには、吸気バイパス弁２０が設けられる。吸気バイパス弁２０は、内燃機関１に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、過給機２１の圧縮機２２から送られる空気Ａを、圧縮機２２の入口側へ戻す。
【解決手段】内燃機関１は、気筒内燃焼空間Ｂへ加圧した空気Ａを送り込む過給機２１を備える。また、過給機２１が備える圧縮機２２の出口側と圧縮機２２の入口側とは、吸気バイパス通路１２Ｂにより接続される。吸気バイパス通路１２Ｂには、吸気バイパス弁２０が設けられる。吸気バイパス弁２０は、内燃機関１に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、過給機２１の圧縮機２２から送られる空気Ａを、圧縮機２２の入口側へ戻す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備える内燃機関及び吸気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような内燃機関の性能向上を図るため、過給機により大気圧よりも高い圧力の空気を内燃機関に供給して出力を向上させる技術が用いられている。特許文献１には、圧縮機の出口側と入口側とを接続する吸気バイパス通路を通過する空気の量を推定し、推定された空気の量に基づいてスロットル弁の開度を調整することにより、気筒内へ流入する空気の量の段差を抑制して、トルク変動を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９９２３号公報、００１０〜００１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外気、すなわち内燃機関へ供給される空気の温度が極低温になった場合には、燃料の霧化状態が不十分となり、燃焼悪化を招くおそれがある。特に、過給機を備える内燃機関は、熱交換器によって、圧縮して昇温した空気と外気とを熱交換させることにより、圧縮した空気を冷却してから内燃機関へ供給する。このため、過給機を備える内燃機関では、外気の温度が極低温になった場合、圧縮された空気の過冷却によって、燃料の霧化が不十分になることに起因する燃焼悪化を招くおそれがある。特許文献１に開示された技術では、内燃機関へ供給される空気の温度については考慮されておらず、改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられるとともに、前記内燃機関に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ前記燃焼空間へ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、前記過給機が備える圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す吸気バイパス弁と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記過給機は、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されるタービン羽根車を備えるタービンと、前記タービン羽根車に連結されて前記空気を加圧する圧縮機羽根車を備える圧縮機とを含んで構成されることが好ましい。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さい場合には、前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比を、前記吸気バイパス弁が前記圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さい場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整されるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることが好ましい。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上である場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全開にされるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることが好ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る吸気温度制御装置は、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されて、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられる吸気バイパス弁と、を備える内燃機関において、前記燃焼空間へ供給する前記空気の温度を調整するものであり、前記内燃機関に要求される要求トルク値と所定の要求トルク閾値とを比較し、また、前記燃焼空間へ導入される空気の温度と、予め定めた前記燃焼空間へ導入される空気の温度の目標値とを比較する制御条件判定部と、前記要求トルク値が前記要求トルク閾値以下、かつ前記パラメータが前記目標値以下である場合には、前記吸気バイパス弁を開く吸気温度制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記制御条件判定部が、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さいと判定した場合、前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比が、前記吸気バイパス弁を開く前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整する出力制御部を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さいと判定した場合には、前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整するとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上であると判定した場合には、前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全開にするとともに、前記弁開閉時期変更手段により前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、本発明は、排ガスの導入通路を２本備え、排気干渉の少ない気筒の排ガス通路を組み合わせて、それぞれの導入通路へ接続する、いわゆるツインエントリー式の過給機と、吸気弁又は排気弁のうち少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる機構と、を備える内燃機関に対して好適である。
【００１７】
本実施形態は、過給機を備える内燃機関において、内燃機関に要求される要求トルク値が所定の閾値以下、かつ燃焼空間へ導入される空気の温度に関するパラメータが所定の閾値以下である場合には、過給機が備える圧縮機から送られる空気の一部を圧縮機の入口側へ戻す点に特徴がある。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。本実施形態に係る内燃機関１は、ピストン３が気筒２内を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。ピストン３は、気筒２内の燃焼空間（気筒内燃焼空間）Ｂ内の混合気が燃焼する際の燃焼圧力により気筒２内を往復運動する。ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド５を介してクランクシャフト６へ伝達され、クランクシャフト６で回転運動に変換されて出力として取り出される。
【００１９】
内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂには、内燃機関１のシリンダヘッド４内に形成される吸気ポート１３が接続される。気筒内燃焼空間Ｂに吸気ポート１３が接続される部分が吸気口１３Ｈであり、吸気口１３Ｈは気筒内燃焼空間Ｂに開口する。気筒内燃焼空間Ｂの吸気口１３Ｈには吸気弁７Ｖが設けられている。吸気弁７Ｖは、吸気側動弁装置７によって動作して、吸気口１３Ｈを開閉する。吸気側動弁装置７は、吸気弁開閉時期変更機構（ＶＶＴｉ）７Ａを備えており、吸気弁７Ｖの開弁時期や閉弁時期を変更できる。
【００２０】
また、内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂには、内燃機関１のシリンダヘッド４内に形成される排気ポート１４が接続される。気筒内燃焼空間Ｂに排気ポート１４が接続される部分が排気口１４Ｈであり、排気口１４Ｈは気筒内燃焼空間Ｂに開口する。気筒内燃焼空間Ｂの排気口１４Ｈには排気弁８Ｖが設けられている。排気弁８Ｖは、排気側動弁装置８によって動作して、排気口１４Ｈを開閉する。排気側動弁装置８は、排気弁開閉時期変更機構（ＶＶＴｅ）８Ａを備えており、排気弁８Ｖの開弁時期や閉弁時期を変更できる。
【００２１】
吸気弁開閉時期変更機構７Ａや排気弁開閉時期変更機構８Ａは、油圧で動作する形式でもよいし、電動機で動作するものでもよい。なお、本実施形態に係る内燃機関１は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと、排気弁開閉時期変更機構８Ａとのうち少なくとも一方を備えていればよい。
【００２２】
吸気ポート１３には、内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ燃焼に供する空気Ａを導入するための吸気通路１２が接続されている。吸気弁７Ｖが開くと、気筒内燃焼空間Ｂには、吸気通路１２及び吸気ポート１３を通って、燃焼に供する空気Ａが導入される。気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａは、内燃機関１の外部の大気、すなわち外気であり、吸気ポート１３に接続される吸気通路１２の入口に設けられるエアークリーナ１１によって外気中の塵が取り除かれてから、気筒内燃焼空間Ｂへ外気が導入される。
【００２３】
本実施形態に係る内燃機関１は、気筒内燃焼空間Ｂへ直接燃料を供給する直噴燃料噴射弁９ＤＩと、吸気ポート１３内へ燃料を供給するポート噴射弁９とを備える。内燃機関１は、直噴燃料噴射弁９ＤＩと、ポート噴射弁９とのうち少なくとも一方を用いて燃料が供給される。直噴燃料噴射弁９ＤＩの燃料噴射割合と、ポート噴射弁９の燃料噴射割合とは、内燃機関１の運転条件に応じて適宜変更される。なお、本実施形態においては、直噴燃料噴射弁９ＤＩ及びポート噴射弁９の両方を備える必要はなく、直噴燃料噴射弁９ＤＩと、ポート噴射弁９とのうち少なくとも一方を備えていればよい。
【００２４】
直噴燃料噴射弁９ＤＩは、燃料分配管９ＤＰから燃料が供給される。内燃機関１が複数の気筒２を備える場合、直噴燃料噴射弁９ＤＩはそれぞれの気筒２に設けられる。そして、複数の直噴燃料噴射弁９ＤＩが燃料分配管９ＤＰに取り付けられて、燃料分配管９ＤＰからそれぞれの直噴燃料噴射弁９ＤＩへ燃料が供給される。直噴燃料噴射弁９ＤＩから気筒内燃焼空間Ｂへ導入された燃料は、吸気ポート１３から気筒内燃焼空間Ｂへ導入された空気Ａと混合気を形成する。一方、ポート噴射弁９は、吸気ポート１３内へ燃料を供給する。この燃料が、吸気ポート１３内の空気Ａと混合気を形成してから気筒内燃焼空間Ｂへ流入する。
【００２５】
気筒内燃焼空間Ｂ内の混合気は、点火手段である点火プラグ１０からの放電により着火し、燃焼する。そして、混合気が燃焼した後における燃焼ガスの圧力によってピストン３が往復運動する。排気弁８Ｖが開くと、気筒内燃焼空間Ｂ内の燃焼ガスは、排ガスＥｘとして気筒内燃焼空間Ｂから排気ポート１４へ排出される。排気ポート１４へ排出された排ガスＥｘは、排ガス通路１５を通って過給機２１のタービン２３へ供給される。
【００２６】
本実施形態に係る内燃機関１は、過給機２１を備えている。過給機２１は、内燃機関１の排ガスＥｘによって駆動される、いわゆるターボチャージャーであり、圧縮機２２と、タービン２３とを含んで構成される。タービン２３にはタービン羽根車２３Ｉが備えられ、圧縮機２２には圧縮機羽根車２２Ｉが備えられる。タービン羽根車２３Ｉは、内燃機関１の排ガス通路１５に設けられており、内燃機関１の排ガスＥｘにより駆動される。また、圧縮機羽根車２２Ｉは、内燃機関１の吸気通路１２に設けられており、吸気通路１２から圧縮機２２へ導入される空気Ａを圧縮する。
【００２７】
タービン羽根車２３Ｉと圧縮機羽根車２２Ｉとは連結軸２４で連結されており、タービン羽根車２３Ｉが回転すると圧縮機羽根車２２Ｉが回転する。このような構成により、内燃機関１の排ガスＥｘによってタービン羽根車２３Ｉが回転すると、これにともなって圧縮機羽根車２２Ｉが回転し、空気Ａを加圧して内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入する。
【００２８】
過給機２１は、必要に応じて空気Ａを圧縮して内燃機関１へ供給する。排気ポート１４へ排出された排ガスＥｘは、排ガス通路１５を通って、過給機２１のタービン２３へ導かれる。ここで、排ガス通路１５は、過給機２１のタービン２３に接続されて、タービン２３へ排ガスＥｘを導く主排ガス通路１５Ａと、タービン２３の入口と出口とを接続して、タービン２３をバイパスさせて排ガスＥｘを流すタービンバイパス通路１５Ｂとに分岐する。タービンバイパス通路１５Ｂには、タービンバイパス弁２５が設けられている。タービンバイパス弁２５は、主排ガス通路１５Ａを通ってタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量を調整する。
【００２９】
すなわち、タービンバイパス弁２５が開くとタービンバイパス通路１５Ｂを通過する排ガスＥｘの流量が増加し、相対的に主排ガス通路１５Ａを通過してタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量が減少する。一方、タービンバイパス弁２５を閉じるとタービンバイパス通路１５Ｂを通過する排ガスＥｘの流量が減少し、相対的に主排ガス通路１５Ａを通過してタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量が増加する。これによって、タービン２３が備えるタービン羽根車２３Ｉの回転数を調整して、圧縮機２２で加圧する空気Ａの圧力を調整する。すなわち、内燃機関１に対する過給圧力を調整する。
【００３０】
タービンバイパス弁２５は、過給圧力調整用アクチュエータ２６により開閉される。過給圧力調整用アクチュエータ２６の動作は、アクチュエータ制御手段２７によって制御される。アクチュエータ制御手段２７は、例えばソレノイドバルブが用いられ、ソレノイドバルブの開弁時期と閉弁時期との比を制御することによって過給圧力調整用アクチュエータ２６の動作を制御して、タービンバイパス弁２５の開度を調整する。これによって、内燃機関１に対する過給圧力を調整する。
【００３１】
タービン２３を駆動した後の排ガスＥｘや、タービンバイパス通路１５Ｂを通過した排ガスＥｘは、タービン下流側排ガス通路１６を通って排ガス浄化触媒１７へ導かれる。排ガス浄化触媒１７では、排ガスＥｘに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）が浄化される。排ガス浄化触媒１７で浄化された後の排ガスは、消音装置を通って大気中に排気される。
【００３２】
過給機２１を構成する圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２とは、吸気バイパス通路１２Ｂで接続される。吸気バイパス通路１２Ｂは、圧縮機２２の出口側と圧縮機２２の入口側とを接続する通路であり、圧縮機２２で加圧された空気Ａの一部を、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻すための通路である。すなわち、吸気バイパス通路１２Ｂは、圧縮機２２で加圧された空気Ａの一部を、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ還流させる、吸気還流通路として機能する。
【００３３】
また、吸気バイパス通路１２Ｂには、吸気バイパス弁（ＡＢＶ：Air Bypass Valve）２０が設けられる。吸気バイパス弁２０が開弁すると、圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２とが連通する。そして、吸気バイパス弁２０が閉弁すると、圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２との連通が遮断される。吸気バイパス弁２０は、その開度を調整することにより、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻す空気Ａの量を調整できる。このように、吸気バイパス弁２０は、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻す空気Ａの量を調整する、空気戻し量調整手段としても機能する。本実施形態において、吸気バイパス弁２０は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって開弁動作及び閉弁動作が制御される。これによって、本実施形態に係る吸気温度制御を実行する。吸気バイパス弁２０には、例えば電磁弁を用いる。
【００３４】
また、吸気バイパス弁２０は、例えば、アクセル４５Ｐをオンした状態から急激にオフしてスロットル弁１９が急激に閉じられ、スロットル弁１９で空気Ａがせき止められたときに開く。そして、吸気バイパス弁２０は、圧縮機２２の出口側における吸気通路１２と圧縮機２２の入口側における吸気通路１２とを吸気バイパス通路１２Ｂによって連通させる。これによって、圧縮機２２で加圧された空気Ａは、吸気バイパス通路１２Ｂを通って圧縮機２２の入口側へ逃げるので、スロットル弁１９でせき止められた空気Ａが圧縮機２２へ逆流することによる過給機２１の耐久性低下を抑制する。
【００３５】
過給機２１の圧縮機２２で加圧された空気Ａは、加圧されることにより昇温するので、吸気冷却手段である吸気クーラー１８で冷却された後、スロットル弁１９を通って吸気ポート１３へ導かれる。吸気クーラー１８は、過給機２１の圧縮機２２と内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けられる。吸気クーラー１８は熱交換器であり、過給機２１の圧縮機２２で圧縮され、密度及び温度が上昇した空気Ａを外気と熱交換させることによって冷却する。
【００３６】
吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間には、気筒内燃焼空間Ｂに供給する空気の量を調整する吸入空気量調整手段として、スロットル弁１９が設けられる。スロットル弁１９は、空気Ａが通過する通路の断面積を変更する弁体１９Ｖと、弁体１９Ｖを開閉するステッピングモータ等のアクチュエータ１９Ａと、弁体１９Ｖの開度を検出するスロットル開度センサ１９Ｃとを含んで構成される。
【００３７】
吸入空気量調整手段として機能するスロットル弁１９の弁開度、すなわち弁体１９Ｖの開度は、機関ＥＣＵ５０がアクチュエータ１９Ａによって弁体１９Ｖの開度を調整することにより制御される。例えば、機関ＥＣＵ５０は、アクセル４５Ｐの開度に応じてアクチュエータ１９Ａを動作させ、弁体１９Ｖをアクセル４５Ｐの開度に対応した開度とする。スロットル開度センサ１９Ｃが検出した弁体１９Ｖの開度は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、アクチュエータ１９Ａのフィードバック制御や、内燃機関１の運転制御に用いられる。
【００３８】
圧縮機２２の入口側における吸気通路１２には、内燃機関１へ供給される空気Ａの流量を計測するための吸入空気量検出手段としてエアフローセンサ４０が設けられる。吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間における吸気通路１２には、内燃機関１へ供給される空気Ａの温度を計測する吸気温度計測手段である吸気温度センサ４１と、吸気クーラー１８とスロットル弁１９との間における吸気通路１２内の空気Ａの圧力を計測するスロットル入口側吸気圧力計測手段であるスロットル入口側吸気圧力センサ４２とが設けられる。また、スロットル弁１９と気筒内燃焼空間Ｂとの間における吸気通路１２には、スロットル弁１９の出口側における吸気通路１２内の空気Ａの圧力を計測するスロットル出口側吸気圧力計測手段として、スロットル出口側吸気圧力計測センサ４３が設けられる。
【００３９】
本実施形態では、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けた吸気温度センサ４１で計測した空気Ａの温度を、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度、すなわち吸気温度として用い、本実施形態に係る吸気温度制御に用いる。このように、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間で気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度を計測することにより、外気温度のばらつきや吸気クーラー１８による冷却の影響を考慮した空気Ａの温度を計測できる。これによって、吸気温度に対する外乱の影響を低減できるので、吸気温度制御の精度が向上する。
【００４０】
また、本実施形態では、吸気通路１２内における空気Ａの温度を吸気温度センサ４１で計測するが、吸気通路１２内における空気Ａの圧力と、吸気通路１２内における空気Ａの流量とに基づいて、吸気通路１２内における空気Ａの温度を推定してもよい。空気Ａの温度が高くなると密度は小さくなり、空気Ａの温度が低くなると密度は大きくなる。このため、吸気通路１２内における空気Ａの圧力が同じであっても、吸気通路１２内における空気Ａの温度が低くなると、吸気通路１２内における空気Ａの流量は増加する。この関係を利用して、吸気通路１２内における空気Ａの温度を推定できる。このようにすれば、吸気温度センサ４１を省略できるので、内燃機関１の製造コストを低減できる。
【００４１】
クランクシャフト６の近傍には、クランクシャフト６の回転角度を検出するクランク角度検出手段としてクランク角度センサ４４が設けられる。また、アクセル４５Ｐには、アクセル４５Ｐの開度を検出するためのアクセル開度検出手段としてアクセル開度センサ４５が設けられる。
【００４２】
エアフローセンサ４０、吸気温度センサ４１、スロットル入口側吸気圧力センサ４２、スロットル出口側吸気圧力計測センサ４３、アクセル開度センサ４５は、機関ＥＣＵ５０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５２に接続されており、これらが計測等した情報は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０は、前記情報に基づき、内燃機関１の運転を制御する。
【００４３】
機関ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ４０や吸気温度センサ４１等のセンサ類からの入力信号や、吸気バイパス弁２０やスロットル弁１９等の制御対象に対する出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）５２と、処理部５０ｐと、燃料噴射量マップや本実施形態に係る吸気温度制御を実行するために用いるデータマップ等を格納する記憶部５３とを有する。処理部５０ｐは、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。また、記憶部５３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。
【００４４】
処理部５０ｐは、制御条件判定部５４と、制御量演算部５５と、吸気温度制御部５６と、出力制御部５７とを含んでいる。これらが本実施形態に係る吸気温度制御を実行する。このように、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る吸気温度制御を実行する手段を含んで構成されているので、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る吸気温度制御装置として機能する。
【００４５】
図２は、本実施形態に係る内燃機関が備える過給機の構成を示す模式図である。本実施形態の内燃機関１は、４個の気筒を直列に配置した直列４気筒の内燃機関であり、第１気筒２−１、第３気筒２−３、第４気筒２−４、第２気筒２−２の順に点火され、混合気が燃焼する。本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、いわゆるツインエントリー形式の過給機であり、内燃機関１が排出する排ガスＥｘを２本の通路からタービン２３へ導入し、図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給する。
【００４６】
過給機２１のタービン２３は、内燃機関１の第１気筒２−１の排ガス通路と第４気筒２−４の排ガス通路とを集合させた第１排ガス通路１５−１と、第２気筒２−２の排ガス通路と第３気筒２−３の排ガス通路とを集合させた第２排ガス通路１５−２とから、排ガスＥｘが導入される。タービン２３内は、複数の排ガス通路が設けられている。本実施形態では、タービン２３内に、タービン内第１排ガス通路２３ｐ１及びタービン内第２排ガス通路２３ｐ２の２本の排ガス通路が設けられている。そして、第１排ガス通路１５−１がタービン内第１排ガス通路２３ｐ１に接続され、第２排ガス通路１５−２がタービン内第２排ガス通路２３ｐ２に接続される。
【００４７】
このような構成により、内燃機関１の第１気筒２−１及び第４気筒２−４から排出された排ガスＥｘは、第１排ガス通路１５−１及びタービン内第１排ガス通路２３ｐ１を通って図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給される。そして、内燃機関１の第２気筒２−２及び第３気筒２−３から排出された排ガスＥｘは、第２排ガス通路１５−２及びタービン内第２排ガス通路２３ｐ２を通って図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給される。
【００４８】
本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、内燃機関１の第１気筒２−１及び第４気筒２−４から排出された排ガスＥｘを集合させ、また、内燃機関１の第２気筒２−２及び第３気筒２−３から排出された排ガスＥｘを集合させてからタービン２３へ導入する。すなわち、内燃機関１が備える４個の気筒の点火順序を考慮して、内燃機関１の気筒から排出される排ガスＥｘの干渉が小さくなるように内燃機関１の気筒から排出される排ガスＥｘを集合させ、タービン２３に設けられるタービン内第１排ガス通路２３ｐ１とタービン内第２排ガス通路２３ｐ２とへ導く。これによって、本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、第１気筒２−１から第４気筒２−４の排ガスを集合させてタービンへ導く形式（シングルエントリー形式）と比較して、気筒間における排気干渉を小さくできるので、各気筒の排ガス出口における排ガスの圧力（背圧）が低下する。
【００４９】
その結果、図１に示す内燃機関１の吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なるとき（排気行程と吸気行程との間）には、吸気ポート１３から気筒内燃焼空間Ｂに開口する吸気口１３Ｈを通って気筒内燃焼空間Ｂへ流入した空気Ａが、気筒内燃焼空間Ｂに開口する排気口１４Ｈを通って排気ポート１４へ吹き抜ける、空気の吹き抜けが起こりやすい。そして、空気の吹き抜けによって、タービン羽根車２３Ｉを回転させる力が強くなるので、過給圧力が上昇する。これによって、本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、同じ内燃機関１の回転数（機関回転数）であれば、シングルエントリー形式の過給機と比較して高い過給圧力を得て、より大きいトルクを内燃機関１から取り出すことができる。特に、背圧の影響が小さい低機関回転数側において、吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なる量の大きさに比例して、過給圧力を増加させ、内燃機関１のトルクを増加させる効果は大きい。
【００５０】
なお、ツインエントリー形式の過給機を用いる場合、本実施形態に適用できる内燃機関の気筒数及び配列は直列４気筒に限られるものではなく、排ガス通路の取り回しによって、気筒間における排ガスの干渉が小さくできるように構成してツインエントリー形式の過給機が備える各排ガス通路へ、内燃機関の排ガスを導入すればよい。例えば、直列６気筒の内燃機関で、点火順序を考慮して３気筒ずつ排ガスを集合させて２本の排ガス通路とし、集合させた後の２本の排ガス通路から、ツインエントリー形式の過給機が備える各排ガス通路へ排ガスを導入する。
【００５１】
上述したように、図１に示す本実施形態に係る内燃機関１は、過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａを吸気クーラー１８によって冷却してから気筒内燃焼空間Ｂへ供給する。吸気クーラー１８は、過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａを外気によって冷却するので、外気の温度（以下、外気温度という）が低い場合（例えば、氷点下２０℃〜３０℃）、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度（吸気温度という）が低下し過ぎてしまい、燃焼が悪化することがある。その結果、内燃機関１のトルク変動や回転変動が発生し、ドライバビリティの低下やエミッションの悪化を招くことがある。
【００５２】
本実施形態では、外気温度が低い場合における燃焼悪化を抑制するため、吸気温度に基づいて吸気バイパス弁２０の開度を調整することにより、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度低下を抑制する。過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａは温度及び密度が上昇するので、吸気バイパス弁２０を開いて、圧縮機２２によって加圧した空気Ａの一部を圧縮機２２の入口側へ還流させ、再度圧縮機２２で加圧することにより空気Ａの温度を逐次上昇させる。
【００５３】
さらに、吸気バイパス弁２０の開度を調整することでは吸気温度の低下を十分に抑制できない場合には、スロットル弁１９の開度と、吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なる量（以下、バルブオーバーラップ量という）とを調整することにより、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度低下を抑制する。次に、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を説明する。本実施形態に係る吸気温度制御は、図１に示す機関ＥＣＵ５０を吸気温度制御装置として機能させることによって実現できる。
【００５４】
図３は、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。図４は、要求トルク閾値を記述したマップを示す模式図である。本実施形態に係る吸気温度制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える制御条件判定部５４は、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍと、予め定めた所定の要求トルク閾値Ｔｍｃとを比較する。
【００５５】
要求トルク閾値Ｔｍｃは、図４に示す要求トルク閾値マップ３８に記述されている。要求トルク閾値マップ３８は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。要求トルク閾値Ｔｍｃは、図１に示す吸気バイパス弁２０を全開（ＡＢＶ：全開）とし、スロットル弁１９の開度（ＯＰｔ）をＷＯＴ（Wide Open Throttle）としたときに内燃機関１が発生するトルクである。スロットル弁１９の開度をＷＯＴとするということは、スロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏと、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉとの比（スロットル弁圧力比）Ｐｏ／Ｐｉが１に近い状態（例えば０．９９以上）になる。
【００５６】
ステップＳ１０１において、制御条件判定部５４は、クランク角度センサ４４から取得した信号に基づいて機関回転数Ｎｅを求めて要求トルク閾値マップ３８に与え、対応する要求トルク閾値Ｔｍｃを取得して、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍと比較する。なお、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍは、図１に示すアクセル４５Ｐの開度や内燃機関が搭載される車両の速度等に基づいて機関ＥＣＵ５０が設定する。
【００５７】
ステップＳ１０１においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍが要求トルク閾値Ｔｍｃよりも大きいと判定した場合、内燃機関１に対して過給が必要になると判断できる。この場合、図１に示す吸気バイパス弁２０を開くことはできないので、本実施形態に係る吸気温度制御を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０１においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍが要求トルク閾値Ｔｍｃ以下であると判定した場合、ステップＳ１０２へ進み、図１に示す内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度に関するパラメータと、予め定めた前記パラメータの目標値とが比較される。本実施形態において、図１に示す内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度に関するパラメータとして内燃機関１の吸気温度θｉを用い、前記パラメータの目標値として吸気温度の目標値（吸気温度目標値）θｉｍを用いる。
【００５９】
ステップＳ１０２において、制御条件判定部５４は、現時点における内燃機関１の吸気温度θｉと、所定の吸気温度目標値θｉｍとを比較する。吸気温度目標値θｉｍは、例えば、内燃機関１を運転するにあたって、燃焼悪化が許容できる最低の温度とする。燃焼悪化が許容できるか否かは、例えば、燃焼悪化に起因する内燃機関１のトルク変動や回転変動が許容できるか否かで判定し、吸気温度目標値θｉｍを予め設定する。
【００６０】
なお、燃焼悪化は、吸気温度θｉの他、内燃機関１に対する燃料供給量によっても影響を受けるので、吸気温度目標値θｉｍは、前記燃料供給量に応じて変更してもよい。例えば、前記燃料供給量が増加するにしたがって、同じ吸気温度であっても燃料は霧化しにくくなる。このため、前記燃料供給量が増加するにしたがって、吸気温度目標値θｉｍを高くしてもよい。これによって、本実施形態に係る吸気温度制御において、より確実に燃焼悪化を抑制できる。
【００６１】
ステップＳ１０２においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、現時点における吸気温度θｉが吸気温度目標値θｉｍよりも高いと判定した場合、吸気温度θｉが低いことに起因する燃焼悪化は許容範囲であると判定できる。この場合、本実施形態に係る吸気温度制御を終了する。
【００６２】
ステップＳ１０２においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、現時点における吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍ以下であると判定した場合、吸気温度θｉが低いことに起因して、許容できない燃焼悪化が発生すると判定できる。この場合、ステップＳ１０３へ進み、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える制御量演算部５５は、吸気温度目標値θｉｍと現時点における吸気温度θｉとの差分（吸気温度差分）Δθｉ（＝θｉｍ−θｉ）を求める。
【００６３】
図５、図６は、本実施形態に係る吸気温度制御において、内燃機関のトルク増加が見込める程度の空気の吹き抜けが発生しているか否かを判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。図７は、バルブオーバーラップ量を説明するための概念図である。図７は、図１に示す内燃機関１のクランク角度ＣＡに対する吸気弁７Ｖの弁開度ＶＬｉと、排気弁８Ｖの弁開度ＶＬｅとを示している。バルブオーバーラップは、吸気弁７Ｖと排気弁８Ｖとの両方が開弁している期間であり、図７に示すように、排気弁８Ｖの閉弁時期ＣＡｃと吸気弁７Ｖの開弁時期ＣＡｓとの差分で表すことができる。
【００６４】
ステップＳ１０３において、吸気温度差分Δθｉを求めたら、ステップＳ１０４において、制御条件判定部５４は、現時点におけるスロットル弁１９の開度（スロットル開度という）ＯＰｔと所定のスロットル開度判定値ＯＰｔｃとを比較し、また、現時点におけるバルブオーバーラップ量ＯＬと所定のバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃとを比較する。これによって、図１に示す内燃機関１の吸気口１３Ｈから排気口１４Ｈへ向かう空気Ａの吹き抜けが所定量以上発生することにより、内燃機関１のトルクの増加が見込めるか否かを判定する。すなわち、所定量以上の空気Ａの吹き抜けは、この吹き抜けによって内燃機関１のトルクの増加が見込める程度の吹き抜けである。
【００６５】
本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、いわゆるツインエントリー形式の過給機であり、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係により、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する。ステップＳ１０４では、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとによって、図１に示す内燃機関１の吸気口１３Ｈから排気口１４Ｈへ向かう空気Ａの吹き抜けが所定量以上発生することによって、内燃機関１のトルクが増加する領域を判定する。この領域であれば、吸気温度θｉを上昇させるために吸気バイパス弁２０を開くことにより内燃機関１のトルクが低下した分を、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとを調整することによって補正できる。また、図１に示す過給機２１を構成する圧縮機２２の出口温度を上昇させることもできるので、吸気温度θｉを上昇させることができる。
【００６６】
本実施形態においては、図６に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎを用いて、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域を判定する。図６に示すように、吹き抜け領域判定マップ３０は、機関回転数Ｎｅ１、Ｎｅ２、・・・Ｎｅｎ毎に用意される吹き抜け領域判定マップ３０＿１、３０＿２、・・・３０＿ｎで構成されて、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納される。
【００６７】
図５に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎには、機関回転数ＮｅがＮｅｎのとき、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域が記述されている。図５に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎの点線Ｔｃ１、Ｔｃ２、・・・Ｔｃ７、Ｔｃ８は、等トルク線であり、Ｔｃ１＜Ｔｃ２＜・・・＜Ｔｃ７＜Ｔｃ８である。吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎの実線Ｆ（ＯＰｔｃ、ＯＬｃ）は、吹き抜け領域（吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎのハッチング部分）の境界であり、実線Ｆ上の（ＯＰｔｃ、ＯＬｃ）が、スロットル開度判定値ＯＰｔｃ、及びバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃである。
【００６８】
吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎから、現時点におけるスロットル開度ＯＰｔがスロットル開度判定値ＯＰｔｃ以上、かつ現時点におけるバルブオーバーラップ量ＯＬがバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃ以上である場合、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域であると判定できる。ステップＳ１０４においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、ＯＰｔ≧ＯＰｔｃ、かつＯＬ≧ＯＬｃであると判定した場合、ステップＳ１０５に進む。
【００６９】
図８は、吸気温度と、吸気バイパス弁の開度との関係を記述した吸気バイパス弁開度マップを示す模式図である。ステップＳ１０５において、制御条件判定部５４は、ステップＳ１０３で求めた吸気温度差分Δθｉと、所定の吸気温度差分閾値Δθｉｃとを比較する。図８の吸気バイパス弁開度マップ３１に示すように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが大きくなるにしたがって、吸気温度θｉは高くなる。そして、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが最大値ＯＰａｍになると、そのときの吸気温度よりも吸気温度θｉは高くならない。
【００７０】
吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが０のときの吸気温度をθｉ１、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが最大値ＯＰａｍのときの吸気温度をθｉ２とすると、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによる吸気温度の上昇幅の最大値（最大上昇吸気温度）Δθｉｕｍは、（θｉ２−θｉ１）である。すなわち、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによっては、吸気温度θｉを最大上昇吸気温度Δθｉｕｍよりも上昇させることはできない。本実施形態において、所定の吸気温度差分閾値Δθｉｃは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによって吸気温度θｉを上昇させることが可能な最大値に設定する。すなわち、吸気温度差分閾値Δθｉｃは、最大上昇吸気温度Δθｉｕｍに設定される。
【００７１】
ステップＳ１０５においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４がΔθｉ≧Δθｉｃであると判定した場合、吸気バイパス弁２０の開度を調整しても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまで上昇させることはできない。この場合、ステップＳ１０６に進み、図１に示す機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を全開にして、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、図１に示す内燃機関１のスロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５によって求められた値に調整する。これにより、吸気温度θｉの上昇不足分を補い、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍとする。次に、スロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを求める手法について説明する。
【００７２】
図９は、スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定するための制御量設定マップを示す模式図である。図１０−１〜図１０−４は、スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。スロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを設定する場合、図９に示す制御量設定マップ３２を用いる。
【００７３】
制御量設定マップ３２の実線は、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合において、図１に示す過給機２１が備える圧縮機２２の出口温度（圧縮機出口温度）θｉ＿ｃが等しくなるバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔの条件を示す等圧縮機出口温度線である。また、制御量設定マップ３２の点線は、図１に示す内燃機関１のトルクが等しくなるバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔの条件を示す等トルク線である。等圧縮機出口温度線を示すθｉ＿ｃ１、θｉ＿ｃ２、θｉ＿ｃ３は、それぞれ圧縮機出口温度を表しており、θｉ＿ｃ１＜θｉ＿ｃ２＜θｉ＿ｃ３である。なお、等圧縮機出口温度線は、同じ温度であっても吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度によってバルブオーバーラップ量ＯＬとの切片及びスロットル開度ＯＰｔとの切片が異なる。
【００７４】
等トルク線を示すＴｍ＿ａ、Ｔｍ＿ｂは、図１に示す内燃機関１に対する要求トルク値であり、両者ともにステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍに等しい。すなわち、Ｔｍ＿ａ＝Ｔｍ＿ｂ＝Ｔｍである。ここで、等トルク線Ｔｍ＿ａは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開の場合であり、Ｔｍ＿ｂは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開に至らない場合である。したがって、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開の場合には、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開に至らないときと同じトルクを内燃機関１に発生させるために必要なバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔは異なる。また、要求トルク値Ｔｍによっても、等トルク線は異なる。
【００７５】
制御量設定マップ３２に示すように、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合には、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することによって、圧縮機出口温度θｉ＿ｃを変更できる。本実施形態では、ステップＳ１０６で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合には、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することによって圧縮機出口温度θｉ＿ｃを上昇させる。そして、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによって得られる最大上昇吸気温度Δθｉｕｍを超える圧縮機出口温度θｉ＿ｃとすることにより、Δθｉ≧Δθｉｃである場合であっても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまで上昇させる。このとき、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できるように、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整する。
【００７６】
例えば、圧縮機出口温度θｉ＿ｃを図９の制御量設定マップ３２に示すθｉ＿ｃ３とすれば、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを達成できる場合、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを、θｉ＿ｃ３の等圧縮機出口温度線とＴｍ＿ａの等トルク線との交点Ｍ（ＯＰｔ１、ＯＬ１）におけるバルブオーバーラップ量ＯＬ１及びスロットル開度ＯＰｔ１に調整する。これによって、圧縮機出口温度をθｉ＿ｃに上昇させてステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを実現でき、かつステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できる。
【００７７】
制御量設定マップ３２において、図１に示す内燃機関１のトルクが一定となるバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係は、式（１）によって表すことができる。また、制御量設定マップ３２において、圧縮機出口温度θｉ＿ｃが一定となるバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係は、式（２）によって表すことができる。
ＯＬ＝Ｋ１×ＯＰｔ＋Ｋ２＋Ｋ３・・（１）
ＯＬ＝ＫＡ×ＯＰｔ＋ＫＢ＋Ｋ３・・（２）
【００７８】
ここで、Ｋ１、Ｋ２は、図１に示す内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率（あるいは負荷）ＫＬとに基づいて設定される係数である。Ｋ３、ＫＢは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａに基づいて設定される係数である。ＫＡは、内燃機関１のガス流量Ｑｇに基づいて設定される係数である。内燃機関１のガス流量Ｑｇは、内燃機関１の吸入空気量であり、図１に示すエアフローセンサ４０で検出できる。
【００７９】
係数Ｋ１は図１０−１に示す係数設定マップ３３に、係数Ｋ２は図１０−２に示す係数設定マップ３４に、係数Ｋ３及び係数ＫＢは図１０−３に示す係数設定マップ３５に、係数ＫＡは図１０−４に示す係数設定マップ３６に記述される。これらの係数設定マップ３３〜係数設定マップ３６は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。図１０−１、図１０−２に示すように、係数Ｋ１、係数Ｋ２は、負荷率ＫＬの増加とともに大きくなり、機関回転数Ｎｅの増加とともに小さくなるように設定される。図１０−３に示すように、係数Ｋ３、係数ＫＢは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が増加するとともに大きくなるように設定される。図１０−４に示すように、係数ＫＡは、ガス流量Ｑｇの増加とともに大きくなるように設定される。
【００８０】
ステップＳ１０７においてバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔを求めるにあたり、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５は、図１に示す内燃機関１の機関回転数Ｎｅ、負荷率ＫＬ、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａ及びガス流量Ｑｇを求める。機関回転数Ｎｅは、図１に示すクランク角度センサ４４の検出値に基づいて求めることができ、負荷率ＫＬは図１に示すエアフローセンサ４０によって検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａは、例えば、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０に対する開度の指令値を用いることができる。そして、制御量演算部５５は、得られた機関回転数Ｎｅ、負荷率ＫＬ、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａ及びガス流量Ｑｇを、図１０−１〜図１０−４に示す係数設定マップ３３〜３６に与え、対応する係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを取得する。
【００８１】
係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢが得られたら、制御量演算部５５は、式（１）、式（２）に係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを与え、式（１）、式（２）を連立させて解くことにより、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを得る。このようにして得られたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを実現でき、かつステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できる。
【００８２】
ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと排気弁開閉時期変更機構８Ａとの少なくとも一方を調整し、またスロットル弁１９の開度を調整して、制御量演算部５５が求めたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを実現する。これによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍ及びステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍが実現される。
【００８３】
このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによるトルクの低下を補うことができるので、ドライバビリティの悪化をさらに抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が最大であっても吸気温度を上昇させることができるので、燃焼悪化をより効果的に抑制できる。
【００８４】
次に、ステップＳ１０５に戻って説明する。ステップＳ１０５においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４がΔθｉ＜Δθｉｃであると判定した場合、吸気バイパス弁２０の開度を調整することによって、現在の吸気温度θｉをステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍまで上昇させることができる。この場合、ステップＳ１０８に進み、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を所定の大きさに調整する。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整するにあたっては、制御量演算部５５は、図８に示す吸気バイパス弁開度マップ３１へ吸気温度目標値θｉｍを与え、対応する吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａを得る。なお、吸気バイパス弁開度マップ３１は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。吸気温度制御部５６は、制御量演算部５５が取得した吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａとなるように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する。これによって、吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍとなる。次に、ステップＳ１０７へ進む。
【００８５】
ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、図１に示す内燃機関１のスロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５によって求められた値に調整する。これによって、ステップＳ１０８において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが調整されたことによる内燃機関１のトルク変化分を補正する。
【００８６】
制御量演算部５５は、図９に示す制御量設定マップ３２において、ステップＳ１０２での吸気温度目標値θｉｍに対応する等圧縮機出口温度線を選択し、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍに対応する等トルク線との交点を求める。この手法は上述した通りであり、制御量演算部５５は、内燃機関１の運転条件に対応して求められる係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを式（１）、式（２）へ与え、両者を連立させて解くことにより、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを得る。ここで、係数Ｋ３、係数ＫＢは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａの関数であるため、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが変更されたことによる式（１）、式（２）の変化は、係数Ｋ３、係数ＫＢにより反映される。
【００８７】
このようにして得られたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔによって、ステップＳ１０８において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが調整されたことによる内燃機関１のトルク変化分を補正して、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現する。ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと排気弁開閉時期変更機構８Ａとの少なくとも一方を調整し、またスロットル弁１９の開度を調整して、制御量演算部５５が求めたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを実現する。これによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍ及びステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍが実現される。
【００８８】
このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによるトルクの低下を補うことができるので、ドライバビリティの悪化をさらに抑制できる。
【００８９】
次に、ステップＳ１０４に戻って説明する。ステップＳ１０４においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、ＯＰｔ＜ＯＰｔｃ、又はＯＬ＜ＯＬｃであると判定した場合、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域ではないと判定できる。この場合、ステップＳ１０９に進む。
【００９０】
ステップＳ１０９において、吸気バイパス弁２０の開度を調整することによって、現在の吸気温度θｉを上昇させる。この場合、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を所定の大きさに調整する。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整するにあたっては、制御量演算部５５は、図８に示す吸気バイパス弁開度マップ３１へ吸気温度目標値θｉｍを与え、対応する吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａを得る。吸気温度制御部５６は、制御量演算部５５が取得した吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａとなるように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する。これによって、吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍとなる。このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。ステップＳ１０９で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整したら、ステップＳ１１０へ進む。
【００９１】
図１０−５は、スロットル弁を通過する空気の流量と、スロットル弁圧力比との関係を示す概念図である。スロットル弁圧力比ηｐは、上述したように、図１に示すスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏと、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉとの比である。スロットル弁圧力比ηｐ（＝Ｐｏ／Ｐｉ）が１に近づくにしたがって、図１に示すスロットル弁１９を通過する空気Ａの流量（スロットル流量）Ｑｔが小さくなる。
【００９２】
吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整すると、過給機２１による過給圧力が変化する。これによって、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが変化するので、スロットル開度が一定であれば、スロットル弁圧力比ηｐが変化し、その結果スロットル流量Ｑｔも変化する。例えば、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くと、過給機２１による過給圧力が低下することによりスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが低下する結果、スロットル弁圧力比ηｐが１に近くなり、その結果スロットル流量Ｑｔが低下する。また、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を閉じると、過給機２１による過給圧力が上昇することによりスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが上昇する結果、スロットル弁圧力比ηｐが０に近づき、その結果スロットル流量Ｑｔが増加する。
【００９３】
このように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整すると、図１に示す内燃機関１の出力（トルク）が変化するので、本実施形態では、ステップＳ１０９において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する前のスロットル弁圧力比ηｐ＿ｂと、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整した後のスロットル弁圧力比ηｐ＿ａとが同じ大きさになるように、スロットル弁１９の開度を調整する。すなわち、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開いて、過給機２１の圧縮機２２から送られる空気Ａを圧縮機２２の入口側へ戻す前後において、スロットル弁圧力比ηｐが一定になるようにスロットル弁１９の開度を調整する。
【００９４】
本実施形態では、目標とするスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力（目標吸気管圧力）Ｐｏ＿ｍを式（３）によって求め、得られた目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとなるようにスロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。ここで、Ｐｉ＿ｎは、現時点におけるスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力である。
Ｐｏ＿ｍ＝ηｐ＿ｂ×Ｐｉ＿ｎ・・（３）
【００９５】
ステップＳ１１０において、制御量演算部５５は、ステップＳ１０９で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する前に、予め記憶部５３に格納しておいたηｐ＿ｂ、及び図１に示すスロットル入口側吸気圧力センサ４２から取得したＰｉ＿ｎを式（３）に与え、目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍを求める。そして、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える出力制御部５７は、図１に示すスロットル出口側吸気圧力計測センサ４３によって取得した圧力、すなわち、スロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏが、制御量演算部５５が求めた目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとなるように、スロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。すなわち、出力制御部５７は、目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏとの偏差が０になるように、スロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。これによって、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整することに起因する、図１に示す内燃機関１の出力（トルク）変化を抑制できるので、ドライバビリティの低下を抑制できる。
【００９６】
ここで、Δθｉ≧Δθｉｃである場合には、吸気バイパス弁２０の開度を全開にしても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまでは上昇させることはできないが、図８に示すθｉ２までは上昇させることができる。この場合、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を全開にするとともに、制御量演算部５５及び出力制御部５７は、上記手法によってスロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。
【００９７】
本実施形態では、吸気温度θｉの低下により燃料の霧化が不十分となることに起因する内燃機関１の燃焼悪化を判定する尺度として、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度（吸気温度）に関するパラメータを用いる。上記説明では、吸気温度に関するパラメータとして、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けた吸気温度センサ４１で計測した空気Ａの温度、すなわち吸気温度θｉそのものを用いた。これによって、吸気温度θｉに起因する燃焼変動を抽出できる。
【００９８】
なお、本実施形態では、吸気温度に関するパラメータは吸気温度θｉに限定されるものではなく、内燃機関１の回転変動を吸気温度に関するパラメータとして用いてもよい。この場合、内燃機関１の回転変動と吸気温度との関係を予め求めておくことにより、内燃機関１の回転変動から吸気温度θｉを推定し、上述した吸気温度制御の手順における吸気温度θｉとしてもよい。また、内燃機関１の回転変動が所定の回転変動閾値に収まるように、吸気バイパス弁２０の開度やバルブオーバーラップ量やスロットル開度を調整してもよい。
【００９９】
また、気筒内燃焼空間Ｂ内における燃焼圧力や燃焼イオン電流値も、気筒内燃焼空間Ｂにおける燃焼の状態と相関が高い。このため、燃焼圧力や燃焼イオン電流値を吸気温度に関するパラメータとしてもよい。この場合、燃焼圧力や燃焼イオン電流値と吸気温度との関係を予め求めておくことにより、内燃機関１の燃焼圧力や燃焼イオン電流値から吸気温度θｉを推定し、上述した吸気温度制御の手順における吸気温度θｉとしてもよい。また、内燃機関１の燃焼圧力や燃焼イオン電流値が所定の閾値に収まるように、吸気バイパス弁２０の開度やバルブオーバーラップ量やスロットル開度を調整してもよい。
【０１００】
以上、本実施形態では、過給機を備える内燃機関において、内燃機関に対する要求トルク値が所定の閾値以下、かつ内燃機関の燃焼空間へ導入される空気の温度に関するパラメータが所定の閾値以下である場合には、過給機が備える圧縮機から送られる空気の一部を圧縮機の入口側へ戻す。これによって、圧縮機で加圧され、温度と密度とが上昇した空気の一部を圧縮機の入口側へ還流させて、再び圧縮機で加圧させるので、内燃機関の燃焼空間へ供給される空気の温度を逐次上昇させることができる。その結果、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び吸気温度制御装置は、過給機を備える内燃機関に有用であり、特に、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関が備える過給機の構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】要求トルク閾値を記述したマップを示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る吸気温度制御において、吸気口から排気口への吹き抜けによりトルク増加が見込める領域を判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る吸気温度制御において、吸気口から排気口への吹き抜けによりトルク増加が見込める領域を判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。
【図７】バルブオーバーラップ量を説明するための概念図である。
【図８】吸気温度と、吸気バイパス弁の開度との関係を記述した吸気バイパス弁開度マップを示す模式図である。
【図９】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定するための制御量設定マップを示す模式図である。
【図１０−１】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−２】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−３】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−４】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−５】スロットル弁を通過する空気の流量と、スロットル弁圧力比との関係を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ シリンダヘッド
５ コネクティングロッド
６ クランクシャフト
７ 吸気側動弁装置
７Ａ 吸気弁開閉時期変更機構
７Ｖ 吸気弁
８ 排気側動弁装置
８Ａ 排気弁開閉時期変更機構
８Ｖ 排気弁
９ ポート噴射弁
９ＤＩ 直噴燃料噴射弁
１２ 吸気通路
１２Ｂ 吸気バイパス通路
１３ 吸気ポート
１３Ｈ 吸気口
１４ 排気ポート
１４Ｈ 排気口
１５ 排ガス通路
１６ タービン下流側排ガス通路
１７ 排ガス浄化触媒
１８ 吸気クーラー
１９ スロットル弁
２０ 吸気バイパス弁
２１ 過給機
２２ 圧縮機
２３ タービン
２４ 連結軸
２５ タービンバイパス弁
２６ 過給圧力調整用アクチュエータ
２７ アクチュエータ制御手段
３０、３０＿１、３０＿２、３０＿３、３０＿ｎ 吹き抜け領域判定マップ
３１ 吸気バイパス弁開度マップ
３２ 制御量設定マップ
３３、３４、３５、３６ 係数設定マップ
３８ 要求トルク閾値マップ
４０ エアフローセンサ
４１ 吸気温度センサ
４２ スロットル入口側吸気圧力センサ
４３ スロットル出口側吸気圧力計測センサ
４４ クランク角度センサ
４５ アクセル開度センサ
５０ 機関ＥＣＵ
５０ｐ 処理部
５３ 記憶部
５４ 制御条件判定部
５５ 制御量演算部
５６ 吸気温度制御部
５７ 出力制御部
Ａ 空気
Ｂ 気筒内燃焼空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機を備える内燃機関及び吸気温度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような内燃機関の性能向上を図るため、過給機により大気圧よりも高い圧力の空気を内燃機関に供給して出力を向上させる技術が用いられている。特許文献１には、圧縮機の出口側と入口側とを接続する吸気バイパス通路を通過する空気の量を推定し、推定された空気の量に基づいてスロットル弁の開度を調整することにより、気筒内へ流入する空気の量の段差を抑制して、トルク変動を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９９９２３号公報、００１０〜００１２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、外気、すなわち内燃機関へ供給される空気の温度が極低温になった場合には、燃料の霧化状態が不十分となり、燃焼悪化を招くおそれがある。特に、過給機を備える内燃機関は、熱交換器によって、圧縮して昇温した空気と外気とを熱交換させることにより、圧縮した空気を冷却してから内燃機関へ供給する。このため、過給機を備える内燃機関では、外気の温度が極低温になった場合、圧縮された空気の過冷却によって、燃料の霧化が不十分になることに起因する燃焼悪化を招くおそれがある。特許文献１に開示された技術では、内燃機関へ供給される空気の温度については考慮されておらず、改善の余地がある。
【０００５】
そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられるとともに、前記内燃機関に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ前記燃焼空間へ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、前記過給機が備える圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す吸気バイパス弁と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記過給機は、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されるタービン羽根車を備えるタービンと、前記タービン羽根車に連結されて前記空気を加圧する圧縮機羽根車を備える圧縮機とを含んで構成されることが好ましい。
【０００８】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さい場合には、前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比を、前記吸気バイパス弁が前記圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【０００９】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さい場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整されるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることが好ましい。
【００１０】
本発明の望ましい態様としては、前記内燃機関において、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上である場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全開にされるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることが好ましい。
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る吸気温度制御装置は、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されて、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられる吸気バイパス弁と、を備える内燃機関において、前記燃焼空間へ供給する前記空気の温度を調整するものであり、前記内燃機関に要求される要求トルク値と所定の要求トルク閾値とを比較し、また、前記燃焼空間へ導入される空気の温度と、予め定めた前記燃焼空間へ導入される空気の温度の目標値とを比較する制御条件判定部と、前記要求トルク値が前記要求トルク閾値以下、かつ前記パラメータが前記目標値以下である場合には、前記吸気バイパス弁を開く吸気温度制御部と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記制御条件判定部が、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さいと判定した場合、前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比が、前記吸気バイパス弁を開く前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整する出力制御部を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さいと判定した場合には、前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整するとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【００１４】
本発明の望ましい態様としては、前記吸気温度制御装置において、前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上であると判定した場合には、前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全開にするとともに、前記弁開閉時期変更手段により前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。また、本発明は、排ガスの導入通路を２本備え、排気干渉の少ない気筒の排ガス通路を組み合わせて、それぞれの導入通路へ接続する、いわゆるツインエントリー式の過給機と、吸気弁又は排気弁のうち少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる機構と、を備える内燃機関に対して好適である。
【００１７】
本実施形態は、過給機を備える内燃機関において、内燃機関に要求される要求トルク値が所定の閾値以下、かつ燃焼空間へ導入される空気の温度に関するパラメータが所定の閾値以下である場合には、過給機が備える圧縮機から送られる空気の一部を圧縮機の入口側へ戻す点に特徴がある。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。本実施形態に係る内燃機関１は、ピストン３が気筒２内を往復運動する、いわゆるレシプロ式の内燃機関である。ピストン３は、気筒２内の燃焼空間（気筒内燃焼空間）Ｂ内の混合気が燃焼する際の燃焼圧力により気筒２内を往復運動する。ピストン３の往復運動は、コネクティングロッド５を介してクランクシャフト６へ伝達され、クランクシャフト６で回転運動に変換されて出力として取り出される。
【００１９】
内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂには、内燃機関１のシリンダヘッド４内に形成される吸気ポート１３が接続される。気筒内燃焼空間Ｂに吸気ポート１３が接続される部分が吸気口１３Ｈであり、吸気口１３Ｈは気筒内燃焼空間Ｂに開口する。気筒内燃焼空間Ｂの吸気口１３Ｈには吸気弁７Ｖが設けられている。吸気弁７Ｖは、吸気側動弁装置７によって動作して、吸気口１３Ｈを開閉する。吸気側動弁装置７は、吸気弁開閉時期変更機構（ＶＶＴｉ）７Ａを備えており、吸気弁７Ｖの開弁時期や閉弁時期を変更できる。
【００２０】
また、内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂには、内燃機関１のシリンダヘッド４内に形成される排気ポート１４が接続される。気筒内燃焼空間Ｂに排気ポート１４が接続される部分が排気口１４Ｈであり、排気口１４Ｈは気筒内燃焼空間Ｂに開口する。気筒内燃焼空間Ｂの排気口１４Ｈには排気弁８Ｖが設けられている。排気弁８Ｖは、排気側動弁装置８によって動作して、排気口１４Ｈを開閉する。排気側動弁装置８は、排気弁開閉時期変更機構（ＶＶＴｅ）８Ａを備えており、排気弁８Ｖの開弁時期や閉弁時期を変更できる。
【００２１】
吸気弁開閉時期変更機構７Ａや排気弁開閉時期変更機構８Ａは、油圧で動作する形式でもよいし、電動機で動作するものでもよい。なお、本実施形態に係る内燃機関１は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと、排気弁開閉時期変更機構８Ａとのうち少なくとも一方を備えていればよい。
【００２２】
吸気ポート１３には、内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ燃焼に供する空気Ａを導入するための吸気通路１２が接続されている。吸気弁７Ｖが開くと、気筒内燃焼空間Ｂには、吸気通路１２及び吸気ポート１３を通って、燃焼に供する空気Ａが導入される。気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａは、内燃機関１の外部の大気、すなわち外気であり、吸気ポート１３に接続される吸気通路１２の入口に設けられるエアークリーナ１１によって外気中の塵が取り除かれてから、気筒内燃焼空間Ｂへ外気が導入される。
【００２３】
本実施形態に係る内燃機関１は、気筒内燃焼空間Ｂへ直接燃料を供給する直噴燃料噴射弁９ＤＩと、吸気ポート１３内へ燃料を供給するポート噴射弁９とを備える。内燃機関１は、直噴燃料噴射弁９ＤＩと、ポート噴射弁９とのうち少なくとも一方を用いて燃料が供給される。直噴燃料噴射弁９ＤＩの燃料噴射割合と、ポート噴射弁９の燃料噴射割合とは、内燃機関１の運転条件に応じて適宜変更される。なお、本実施形態においては、直噴燃料噴射弁９ＤＩ及びポート噴射弁９の両方を備える必要はなく、直噴燃料噴射弁９ＤＩと、ポート噴射弁９とのうち少なくとも一方を備えていればよい。
【００２４】
直噴燃料噴射弁９ＤＩは、燃料分配管９ＤＰから燃料が供給される。内燃機関１が複数の気筒２を備える場合、直噴燃料噴射弁９ＤＩはそれぞれの気筒２に設けられる。そして、複数の直噴燃料噴射弁９ＤＩが燃料分配管９ＤＰに取り付けられて、燃料分配管９ＤＰからそれぞれの直噴燃料噴射弁９ＤＩへ燃料が供給される。直噴燃料噴射弁９ＤＩから気筒内燃焼空間Ｂへ導入された燃料は、吸気ポート１３から気筒内燃焼空間Ｂへ導入された空気Ａと混合気を形成する。一方、ポート噴射弁９は、吸気ポート１３内へ燃料を供給する。この燃料が、吸気ポート１３内の空気Ａと混合気を形成してから気筒内燃焼空間Ｂへ流入する。
【００２５】
気筒内燃焼空間Ｂ内の混合気は、点火手段である点火プラグ１０からの放電により着火し、燃焼する。そして、混合気が燃焼した後における燃焼ガスの圧力によってピストン３が往復運動する。排気弁８Ｖが開くと、気筒内燃焼空間Ｂ内の燃焼ガスは、排ガスＥｘとして気筒内燃焼空間Ｂから排気ポート１４へ排出される。排気ポート１４へ排出された排ガスＥｘは、排ガス通路１５を通って過給機２１のタービン２３へ供給される。
【００２６】
本実施形態に係る内燃機関１は、過給機２１を備えている。過給機２１は、内燃機関１の排ガスＥｘによって駆動される、いわゆるターボチャージャーであり、圧縮機２２と、タービン２３とを含んで構成される。タービン２３にはタービン羽根車２３Ｉが備えられ、圧縮機２２には圧縮機羽根車２２Ｉが備えられる。タービン羽根車２３Ｉは、内燃機関１の排ガス通路１５に設けられており、内燃機関１の排ガスＥｘにより駆動される。また、圧縮機羽根車２２Ｉは、内燃機関１の吸気通路１２に設けられており、吸気通路１２から圧縮機２２へ導入される空気Ａを圧縮する。
【００２７】
タービン羽根車２３Ｉと圧縮機羽根車２２Ｉとは連結軸２４で連結されており、タービン羽根車２３Ｉが回転すると圧縮機羽根車２２Ｉが回転する。このような構成により、内燃機関１の排ガスＥｘによってタービン羽根車２３Ｉが回転すると、これにともなって圧縮機羽根車２２Ｉが回転し、空気Ａを加圧して内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入する。
【００２８】
過給機２１は、必要に応じて空気Ａを圧縮して内燃機関１へ供給する。排気ポート１４へ排出された排ガスＥｘは、排ガス通路１５を通って、過給機２１のタービン２３へ導かれる。ここで、排ガス通路１５は、過給機２１のタービン２３に接続されて、タービン２３へ排ガスＥｘを導く主排ガス通路１５Ａと、タービン２３の入口と出口とを接続して、タービン２３をバイパスさせて排ガスＥｘを流すタービンバイパス通路１５Ｂとに分岐する。タービンバイパス通路１５Ｂには、タービンバイパス弁２５が設けられている。タービンバイパス弁２５は、主排ガス通路１５Ａを通ってタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量を調整する。
【００２９】
すなわち、タービンバイパス弁２５が開くとタービンバイパス通路１５Ｂを通過する排ガスＥｘの流量が増加し、相対的に主排ガス通路１５Ａを通過してタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量が減少する。一方、タービンバイパス弁２５を閉じるとタービンバイパス通路１５Ｂを通過する排ガスＥｘの流量が減少し、相対的に主排ガス通路１５Ａを通過してタービン２３へ流入する排ガスＥｘの流量が増加する。これによって、タービン２３が備えるタービン羽根車２３Ｉの回転数を調整して、圧縮機２２で加圧する空気Ａの圧力を調整する。すなわち、内燃機関１に対する過給圧力を調整する。
【００３０】
タービンバイパス弁２５は、過給圧力調整用アクチュエータ２６により開閉される。過給圧力調整用アクチュエータ２６の動作は、アクチュエータ制御手段２７によって制御される。アクチュエータ制御手段２７は、例えばソレノイドバルブが用いられ、ソレノイドバルブの開弁時期と閉弁時期との比を制御することによって過給圧力調整用アクチュエータ２６の動作を制御して、タービンバイパス弁２５の開度を調整する。これによって、内燃機関１に対する過給圧力を調整する。
【００３１】
タービン２３を駆動した後の排ガスＥｘや、タービンバイパス通路１５Ｂを通過した排ガスＥｘは、タービン下流側排ガス通路１６を通って排ガス浄化触媒１７へ導かれる。排ガス浄化触媒１７では、排ガスＥｘに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）が浄化される。排ガス浄化触媒１７で浄化された後の排ガスは、消音装置を通って大気中に排気される。
【００３２】
過給機２１を構成する圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２とは、吸気バイパス通路１２Ｂで接続される。吸気バイパス通路１２Ｂは、圧縮機２２の出口側と圧縮機２２の入口側とを接続する通路であり、圧縮機２２で加圧された空気Ａの一部を、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻すための通路である。すなわち、吸気バイパス通路１２Ｂは、圧縮機２２で加圧された空気Ａの一部を、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ還流させる、吸気還流通路として機能する。
【００３３】
また、吸気バイパス通路１２Ｂには、吸気バイパス弁（ＡＢＶ：Air Bypass Valve）２０が設けられる。吸気バイパス弁２０が開弁すると、圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２とが連通する。そして、吸気バイパス弁２０が閉弁すると、圧縮機２２の入口に接続される吸気通路１２と、圧縮機２２の出口に接続される吸気通路１２との連通が遮断される。吸気バイパス弁２０は、その開度を調整することにより、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻す空気Ａの量を調整できる。このように、吸気バイパス弁２０は、圧縮機２２の出口側から圧縮機２２の入口側へ戻す空気Ａの量を調整する、空気戻し量調整手段としても機能する。本実施形態において、吸気バイパス弁２０は、機関ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０によって開弁動作及び閉弁動作が制御される。これによって、本実施形態に係る吸気温度制御を実行する。吸気バイパス弁２０には、例えば電磁弁を用いる。
【００３４】
また、吸気バイパス弁２０は、例えば、アクセル４５Ｐをオンした状態から急激にオフしてスロットル弁１９が急激に閉じられ、スロットル弁１９で空気Ａがせき止められたときに開く。そして、吸気バイパス弁２０は、圧縮機２２の出口側における吸気通路１２と圧縮機２２の入口側における吸気通路１２とを吸気バイパス通路１２Ｂによって連通させる。これによって、圧縮機２２で加圧された空気Ａは、吸気バイパス通路１２Ｂを通って圧縮機２２の入口側へ逃げるので、スロットル弁１９でせき止められた空気Ａが圧縮機２２へ逆流することによる過給機２１の耐久性低下を抑制する。
【００３５】
過給機２１の圧縮機２２で加圧された空気Ａは、加圧されることにより昇温するので、吸気冷却手段である吸気クーラー１８で冷却された後、スロットル弁１９を通って吸気ポート１３へ導かれる。吸気クーラー１８は、過給機２１の圧縮機２２と内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けられる。吸気クーラー１８は熱交換器であり、過給機２１の圧縮機２２で圧縮され、密度及び温度が上昇した空気Ａを外気と熱交換させることによって冷却する。
【００３６】
吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間には、気筒内燃焼空間Ｂに供給する空気の量を調整する吸入空気量調整手段として、スロットル弁１９が設けられる。スロットル弁１９は、空気Ａが通過する通路の断面積を変更する弁体１９Ｖと、弁体１９Ｖを開閉するステッピングモータ等のアクチュエータ１９Ａと、弁体１９Ｖの開度を検出するスロットル開度センサ１９Ｃとを含んで構成される。
【００３７】
吸入空気量調整手段として機能するスロットル弁１９の弁開度、すなわち弁体１９Ｖの開度は、機関ＥＣＵ５０がアクチュエータ１９Ａによって弁体１９Ｖの開度を調整することにより制御される。例えば、機関ＥＣＵ５０は、アクセル４５Ｐの開度に応じてアクチュエータ１９Ａを動作させ、弁体１９Ｖをアクセル４５Ｐの開度に対応した開度とする。スロットル開度センサ１９Ｃが検出した弁体１９Ｖの開度は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれ、アクチュエータ１９Ａのフィードバック制御や、内燃機関１の運転制御に用いられる。
【００３８】
圧縮機２２の入口側における吸気通路１２には、内燃機関１へ供給される空気Ａの流量を計測するための吸入空気量検出手段としてエアフローセンサ４０が設けられる。吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間における吸気通路１２には、内燃機関１へ供給される空気Ａの温度を計測する吸気温度計測手段である吸気温度センサ４１と、吸気クーラー１８とスロットル弁１９との間における吸気通路１２内の空気Ａの圧力を計測するスロットル入口側吸気圧力計測手段であるスロットル入口側吸気圧力センサ４２とが設けられる。また、スロットル弁１９と気筒内燃焼空間Ｂとの間における吸気通路１２には、スロットル弁１９の出口側における吸気通路１２内の空気Ａの圧力を計測するスロットル出口側吸気圧力計測手段として、スロットル出口側吸気圧力計測センサ４３が設けられる。
【００３９】
本実施形態では、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けた吸気温度センサ４１で計測した空気Ａの温度を、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度、すなわち吸気温度として用い、本実施形態に係る吸気温度制御に用いる。このように、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間で気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度を計測することにより、外気温度のばらつきや吸気クーラー１８による冷却の影響を考慮した空気Ａの温度を計測できる。これによって、吸気温度に対する外乱の影響を低減できるので、吸気温度制御の精度が向上する。
【００４０】
また、本実施形態では、吸気通路１２内における空気Ａの温度を吸気温度センサ４１で計測するが、吸気通路１２内における空気Ａの圧力と、吸気通路１２内における空気Ａの流量とに基づいて、吸気通路１２内における空気Ａの温度を推定してもよい。空気Ａの温度が高くなると密度は小さくなり、空気Ａの温度が低くなると密度は大きくなる。このため、吸気通路１２内における空気Ａの圧力が同じであっても、吸気通路１２内における空気Ａの温度が低くなると、吸気通路１２内における空気Ａの流量は増加する。この関係を利用して、吸気通路１２内における空気Ａの温度を推定できる。このようにすれば、吸気温度センサ４１を省略できるので、内燃機関１の製造コストを低減できる。
【００４１】
クランクシャフト６の近傍には、クランクシャフト６の回転角度を検出するクランク角度検出手段としてクランク角度センサ４４が設けられる。また、アクセル４５Ｐには、アクセル４５Ｐの開度を検出するためのアクセル開度検出手段としてアクセル開度センサ４５が設けられる。
【００４２】
エアフローセンサ４０、吸気温度センサ４１、スロットル入口側吸気圧力センサ４２、スロットル出口側吸気圧力計測センサ４３、アクセル開度センサ４５は、機関ＥＣＵ５０の入出力ポート（Ｉ／Ｏ）５２に接続されており、これらが計測等した情報は、機関ＥＣＵ５０に取り込まれる。機関ＥＣＵ５０は、前記情報に基づき、内燃機関１の運転を制御する。
【００４３】
機関ＥＣＵ５０は、エアフローセンサ４０や吸気温度センサ４１等のセンサ類からの入力信号や、吸気バイパス弁２０やスロットル弁１９等の制御対象に対する出力信号の入出力を行う入出力部（Ｉ／Ｏ）５２と、処理部５０ｐと、燃料噴射量マップや本実施形態に係る吸気温度制御を実行するために用いるデータマップ等を格納する記憶部５３とを有する。処理部５０ｐは、例えば、メモリ及びＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）により構成されている。また、記憶部５３は、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような読み出しのみが可能なメモリ、あるいはＲＡＭ（Random Access Memory）のような読み書きが可能なメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成できる。
【００４４】
処理部５０ｐは、制御条件判定部５４と、制御量演算部５５と、吸気温度制御部５６と、出力制御部５７とを含んでいる。これらが本実施形態に係る吸気温度制御を実行する。このように、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る吸気温度制御を実行する手段を含んで構成されているので、機関ＥＣＵ５０は、本実施形態に係る吸気温度制御装置として機能する。
【００４５】
図２は、本実施形態に係る内燃機関が備える過給機の構成を示す模式図である。本実施形態の内燃機関１は、４個の気筒を直列に配置した直列４気筒の内燃機関であり、第１気筒２−１、第３気筒２−３、第４気筒２−４、第２気筒２−２の順に点火され、混合気が燃焼する。本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、いわゆるツインエントリー形式の過給機であり、内燃機関１が排出する排ガスＥｘを２本の通路からタービン２３へ導入し、図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給する。
【００４６】
過給機２１のタービン２３は、内燃機関１の第１気筒２−１の排ガス通路と第４気筒２−４の排ガス通路とを集合させた第１排ガス通路１５−１と、第２気筒２−２の排ガス通路と第３気筒２−３の排ガス通路とを集合させた第２排ガス通路１５−２とから、排ガスＥｘが導入される。タービン２３内は、複数の排ガス通路が設けられている。本実施形態では、タービン２３内に、タービン内第１排ガス通路２３ｐ１及びタービン内第２排ガス通路２３ｐ２の２本の排ガス通路が設けられている。そして、第１排ガス通路１５−１がタービン内第１排ガス通路２３ｐ１に接続され、第２排ガス通路１５−２がタービン内第２排ガス通路２３ｐ２に接続される。
【００４７】
このような構成により、内燃機関１の第１気筒２−１及び第４気筒２−４から排出された排ガスＥｘは、第１排ガス通路１５−１及びタービン内第１排ガス通路２３ｐ１を通って図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給される。そして、内燃機関１の第２気筒２−２及び第３気筒２−３から排出された排ガスＥｘは、第２排ガス通路１５−２及びタービン内第２排ガス通路２３ｐ２を通って図１に示すタービン羽根車２３Ｉへ供給される。
【００４８】
本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、内燃機関１の第１気筒２−１及び第４気筒２−４から排出された排ガスＥｘを集合させ、また、内燃機関１の第２気筒２−２及び第３気筒２−３から排出された排ガスＥｘを集合させてからタービン２３へ導入する。すなわち、内燃機関１が備える４個の気筒の点火順序を考慮して、内燃機関１の気筒から排出される排ガスＥｘの干渉が小さくなるように内燃機関１の気筒から排出される排ガスＥｘを集合させ、タービン２３に設けられるタービン内第１排ガス通路２３ｐ１とタービン内第２排ガス通路２３ｐ２とへ導く。これによって、本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、第１気筒２−１から第４気筒２−４の排ガスを集合させてタービンへ導く形式（シングルエントリー形式）と比較して、気筒間における排気干渉を小さくできるので、各気筒の排ガス出口における排ガスの圧力（背圧）が低下する。
【００４９】
その結果、図１に示す内燃機関１の吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なるとき（排気行程と吸気行程との間）には、吸気ポート１３から気筒内燃焼空間Ｂに開口する吸気口１３Ｈを通って気筒内燃焼空間Ｂへ流入した空気Ａが、気筒内燃焼空間Ｂに開口する排気口１４Ｈを通って排気ポート１４へ吹き抜ける、空気の吹き抜けが起こりやすい。そして、空気の吹き抜けによって、タービン羽根車２３Ｉを回転させる力が強くなるので、過給圧力が上昇する。これによって、本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、同じ内燃機関１の回転数（機関回転数）であれば、シングルエントリー形式の過給機と比較して高い過給圧力を得て、より大きいトルクを内燃機関１から取り出すことができる。特に、背圧の影響が小さい低機関回転数側において、吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なる量の大きさに比例して、過給圧力を増加させ、内燃機関１のトルクを増加させる効果は大きい。
【００５０】
なお、ツインエントリー形式の過給機を用いる場合、本実施形態に適用できる内燃機関の気筒数及び配列は直列４気筒に限られるものではなく、排ガス通路の取り回しによって、気筒間における排ガスの干渉が小さくできるように構成してツインエントリー形式の過給機が備える各排ガス通路へ、内燃機関の排ガスを導入すればよい。例えば、直列６気筒の内燃機関で、点火順序を考慮して３気筒ずつ排ガスを集合させて２本の排ガス通路とし、集合させた後の２本の排ガス通路から、ツインエントリー形式の過給機が備える各排ガス通路へ排ガスを導入する。
【００５１】
上述したように、図１に示す本実施形態に係る内燃機関１は、過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａを吸気クーラー１８によって冷却してから気筒内燃焼空間Ｂへ供給する。吸気クーラー１８は、過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａを外気によって冷却するので、外気の温度（以下、外気温度という）が低い場合（例えば、氷点下２０℃〜３０℃）、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度（吸気温度という）が低下し過ぎてしまい、燃焼が悪化することがある。その結果、内燃機関１のトルク変動や回転変動が発生し、ドライバビリティの低下やエミッションの悪化を招くことがある。
【００５２】
本実施形態では、外気温度が低い場合における燃焼悪化を抑制するため、吸気温度に基づいて吸気バイパス弁２０の開度を調整することにより、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度低下を抑制する。過給機２１の圧縮機２２で加圧した空気Ａは温度及び密度が上昇するので、吸気バイパス弁２０を開いて、圧縮機２２によって加圧した空気Ａの一部を圧縮機２２の入口側へ還流させ、再度圧縮機２２で加圧することにより空気Ａの温度を逐次上昇させる。
【００５３】
さらに、吸気バイパス弁２０の開度を調整することでは吸気温度の低下を十分に抑制できない場合には、スロットル弁１９の開度と、吸気弁７Ｖの開弁時期と排気弁８Ｖの開弁時期とが重なる量（以下、バルブオーバーラップ量という）とを調整することにより、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度低下を抑制する。次に、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を説明する。本実施形態に係る吸気温度制御は、図１に示す機関ＥＣＵ５０を吸気温度制御装置として機能させることによって実現できる。
【００５４】
図３は、本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。図４は、要求トルク閾値を記述したマップを示す模式図である。本実施形態に係る吸気温度制御を実行するにあたり、ステップＳ１０１において、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える制御条件判定部５４は、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍと、予め定めた所定の要求トルク閾値Ｔｍｃとを比較する。
【００５５】
要求トルク閾値Ｔｍｃは、図４に示す要求トルク閾値マップ３８に記述されている。要求トルク閾値マップ３８は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。要求トルク閾値Ｔｍｃは、図１に示す吸気バイパス弁２０を全開（ＡＢＶ：全開）とし、スロットル弁１９の開度（ＯＰｔ）をＷＯＴ（Wide Open Throttle）としたときに内燃機関１が発生するトルクである。スロットル弁１９の開度をＷＯＴとするということは、スロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏと、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉとの比（スロットル弁圧力比）Ｐｏ／Ｐｉが１に近い状態（例えば０．９９以上）になる。
【００５６】
ステップＳ１０１において、制御条件判定部５４は、クランク角度センサ４４から取得した信号に基づいて機関回転数Ｎｅを求めて要求トルク閾値マップ３８に与え、対応する要求トルク閾値Ｔｍｃを取得して、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍと比較する。なお、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍは、図１に示すアクセル４５Ｐの開度や内燃機関が搭載される車両の速度等に基づいて機関ＥＣＵ５０が設定する。
【００５７】
ステップＳ１０１においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍが要求トルク閾値Ｔｍｃよりも大きいと判定した場合、内燃機関１に対して過給が必要になると判断できる。この場合、図１に示す吸気バイパス弁２０を開くことはできないので、本実施形態に係る吸気温度制御を終了する。
【００５８】
ステップＳ１０１においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、内燃機関１に対する要求トルク値Ｔｍが要求トルク閾値Ｔｍｃ以下であると判定した場合、ステップＳ１０２へ進み、図１に示す内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度に関するパラメータと、予め定めた前記パラメータの目標値とが比較される。本実施形態において、図１に示す内燃機関１の気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度に関するパラメータとして内燃機関１の吸気温度θｉを用い、前記パラメータの目標値として吸気温度の目標値（吸気温度目標値）θｉｍを用いる。
【００５９】
ステップＳ１０２において、制御条件判定部５４は、現時点における内燃機関１の吸気温度θｉと、所定の吸気温度目標値θｉｍとを比較する。吸気温度目標値θｉｍは、例えば、内燃機関１を運転するにあたって、燃焼悪化が許容できる最低の温度とする。燃焼悪化が許容できるか否かは、例えば、燃焼悪化に起因する内燃機関１のトルク変動や回転変動が許容できるか否かで判定し、吸気温度目標値θｉｍを予め設定する。
【００６０】
なお、燃焼悪化は、吸気温度θｉの他、内燃機関１に対する燃料供給量によっても影響を受けるので、吸気温度目標値θｉｍは、前記燃料供給量に応じて変更してもよい。例えば、前記燃料供給量が増加するにしたがって、同じ吸気温度であっても燃料は霧化しにくくなる。このため、前記燃料供給量が増加するにしたがって、吸気温度目標値θｉｍを高くしてもよい。これによって、本実施形態に係る吸気温度制御において、より確実に燃焼悪化を抑制できる。
【００６１】
ステップＳ１０２においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、現時点における吸気温度θｉが吸気温度目標値θｉｍよりも高いと判定した場合、吸気温度θｉが低いことに起因する燃焼悪化は許容範囲であると判定できる。この場合、本実施形態に係る吸気温度制御を終了する。
【００６２】
ステップＳ１０２においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、現時点における吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍ以下であると判定した場合、吸気温度θｉが低いことに起因して、許容できない燃焼悪化が発生すると判定できる。この場合、ステップＳ１０３へ進み、機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える制御量演算部５５は、吸気温度目標値θｉｍと現時点における吸気温度θｉとの差分（吸気温度差分）Δθｉ（＝θｉｍ−θｉ）を求める。
【００６３】
図５、図６は、本実施形態に係る吸気温度制御において、内燃機関のトルク増加が見込める程度の空気の吹き抜けが発生しているか否かを判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。図７は、バルブオーバーラップ量を説明するための概念図である。図７は、図１に示す内燃機関１のクランク角度ＣＡに対する吸気弁７Ｖの弁開度ＶＬｉと、排気弁８Ｖの弁開度ＶＬｅとを示している。バルブオーバーラップは、吸気弁７Ｖと排気弁８Ｖとの両方が開弁している期間であり、図７に示すように、排気弁８Ｖの閉弁時期ＣＡｃと吸気弁７Ｖの開弁時期ＣＡｓとの差分で表すことができる。
【００６４】
ステップＳ１０３において、吸気温度差分Δθｉを求めたら、ステップＳ１０４において、制御条件判定部５４は、現時点におけるスロットル弁１９の開度（スロットル開度という）ＯＰｔと所定のスロットル開度判定値ＯＰｔｃとを比較し、また、現時点におけるバルブオーバーラップ量ＯＬと所定のバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃとを比較する。これによって、図１に示す内燃機関１の吸気口１３Ｈから排気口１４Ｈへ向かう空気Ａの吹き抜けが所定量以上発生することにより、内燃機関１のトルクの増加が見込めるか否かを判定する。すなわち、所定量以上の空気Ａの吹き抜けは、この吹き抜けによって内燃機関１のトルクの増加が見込める程度の吹き抜けである。
【００６５】
本実施形態に係る内燃機関１が備える過給機２１は、いわゆるツインエントリー形式の過給機であり、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係により、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する。ステップＳ１０４では、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとによって、図１に示す内燃機関１の吸気口１３Ｈから排気口１４Ｈへ向かう空気Ａの吹き抜けが所定量以上発生することによって、内燃機関１のトルクが増加する領域を判定する。この領域であれば、吸気温度θｉを上昇させるために吸気バイパス弁２０を開くことにより内燃機関１のトルクが低下した分を、バルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとを調整することによって補正できる。また、図１に示す過給機２１を構成する圧縮機２２の出口温度を上昇させることもできるので、吸気温度θｉを上昇させることができる。
【００６６】
本実施形態においては、図６に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎを用いて、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域を判定する。図６に示すように、吹き抜け領域判定マップ３０は、機関回転数Ｎｅ１、Ｎｅ２、・・・Ｎｅｎ毎に用意される吹き抜け領域判定マップ３０＿１、３０＿２、・・・３０＿ｎで構成されて、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納される。
【００６７】
図５に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎには、機関回転数ＮｅがＮｅｎのとき、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域が記述されている。図５に示す吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎの点線Ｔｃ１、Ｔｃ２、・・・Ｔｃ７、Ｔｃ８は、等トルク線であり、Ｔｃ１＜Ｔｃ２＜・・・＜Ｔｃ７＜Ｔｃ８である。吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎの実線Ｆ（ＯＰｔｃ、ＯＬｃ）は、吹き抜け領域（吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎのハッチング部分）の境界であり、実線Ｆ上の（ＯＰｔｃ、ＯＬｃ）が、スロットル開度判定値ＯＰｔｃ、及びバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃである。
【００６８】
吹き抜け領域判定マップ３０＿ｎから、現時点におけるスロットル開度ＯＰｔがスロットル開度判定値ＯＰｔｃ以上、かつ現時点におけるバルブオーバーラップ量ＯＬがバルブオーバーラップ量閾値ＯＬｃ以上である場合、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域であると判定できる。ステップＳ１０４においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、ＯＰｔ≧ＯＰｔｃ、かつＯＬ≧ＯＬｃであると判定した場合、ステップＳ１０５に進む。
【００６９】
図８は、吸気温度と、吸気バイパス弁の開度との関係を記述した吸気バイパス弁開度マップを示す模式図である。ステップＳ１０５において、制御条件判定部５４は、ステップＳ１０３で求めた吸気温度差分Δθｉと、所定の吸気温度差分閾値Δθｉｃとを比較する。図８の吸気バイパス弁開度マップ３１に示すように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが大きくなるにしたがって、吸気温度θｉは高くなる。そして、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが最大値ＯＰａｍになると、そのときの吸気温度よりも吸気温度θｉは高くならない。
【００７０】
吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが０のときの吸気温度をθｉ１、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが最大値ＯＰａｍのときの吸気温度をθｉ２とすると、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによる吸気温度の上昇幅の最大値（最大上昇吸気温度）Δθｉｕｍは、（θｉ２−θｉ１）である。すなわち、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによっては、吸気温度θｉを最大上昇吸気温度Δθｉｕｍよりも上昇させることはできない。本実施形態において、所定の吸気温度差分閾値Δθｉｃは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによって吸気温度θｉを上昇させることが可能な最大値に設定する。すなわち、吸気温度差分閾値Δθｉｃは、最大上昇吸気温度Δθｉｕｍに設定される。
【００７１】
ステップＳ１０５においてＹｅｓと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４がΔθｉ≧Δθｉｃであると判定した場合、吸気バイパス弁２０の開度を調整しても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまで上昇させることはできない。この場合、ステップＳ１０６に進み、図１に示す機関ＥＣＵ５０のＣＰＵ５０ｐが備える吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を全開にして、ステップＳ１０７に進む。ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、図１に示す内燃機関１のスロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５によって求められた値に調整する。これにより、吸気温度θｉの上昇不足分を補い、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍとする。次に、スロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを求める手法について説明する。
【００７２】
図９は、スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定するための制御量設定マップを示す模式図である。図１０−１〜図１０−４は、スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。スロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを設定する場合、図９に示す制御量設定マップ３２を用いる。
【００７３】
制御量設定マップ３２の実線は、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合において、図１に示す過給機２１が備える圧縮機２２の出口温度（圧縮機出口温度）θｉ＿ｃが等しくなるバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔの条件を示す等圧縮機出口温度線である。また、制御量設定マップ３２の点線は、図１に示す内燃機関１のトルクが等しくなるバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔの条件を示す等トルク線である。等圧縮機出口温度線を示すθｉ＿ｃ１、θｉ＿ｃ２、θｉ＿ｃ３は、それぞれ圧縮機出口温度を表しており、θｉ＿ｃ１＜θｉ＿ｃ２＜θｉ＿ｃ３である。なお、等圧縮機出口温度線は、同じ温度であっても吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度によってバルブオーバーラップ量ＯＬとの切片及びスロットル開度ＯＰｔとの切片が異なる。
【００７４】
等トルク線を示すＴｍ＿ａ、Ｔｍ＿ｂは、図１に示す内燃機関１に対する要求トルク値であり、両者ともにステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍに等しい。すなわち、Ｔｍ＿ａ＝Ｔｍ＿ｂ＝Ｔｍである。ここで、等トルク線Ｔｍ＿ａは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開の場合であり、Ｔｍ＿ｂは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開に至らない場合である。したがって、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開の場合には、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が全開に至らないときと同じトルクを内燃機関１に発生させるために必要なバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔは異なる。また、要求トルク値Ｔｍによっても、等トルク線は異なる。
【００７５】
制御量設定マップ３２に示すように、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合には、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することによって、圧縮機出口温度θｉ＿ｃを変更できる。本実施形態では、ステップＳ１０６で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を全開とした場合には、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することによって圧縮機出口温度θｉ＿ｃを上昇させる。そして、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによって得られる最大上昇吸気温度Δθｉｕｍを超える圧縮機出口温度θｉ＿ｃとすることにより、Δθｉ≧Δθｉｃである場合であっても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまで上昇させる。このとき、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できるように、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整する。
【００７６】
例えば、圧縮機出口温度θｉ＿ｃを図９の制御量設定マップ３２に示すθｉ＿ｃ３とすれば、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを達成できる場合、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを、θｉ＿ｃ３の等圧縮機出口温度線とＴｍ＿ａの等トルク線との交点Ｍ（ＯＰｔ１、ＯＬ１）におけるバルブオーバーラップ量ＯＬ１及びスロットル開度ＯＰｔ１に調整する。これによって、圧縮機出口温度をθｉ＿ｃに上昇させてステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを実現でき、かつステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できる。
【００７７】
制御量設定マップ３２において、図１に示す内燃機関１のトルクが一定となるバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係は、式（１）によって表すことができる。また、制御量設定マップ３２において、圧縮機出口温度θｉ＿ｃが一定となるバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔとの関係は、式（２）によって表すことができる。
ＯＬ＝Ｋ１×ＯＰｔ＋Ｋ２＋Ｋ３・・（１）
ＯＬ＝ＫＡ×ＯＰｔ＋ＫＢ＋Ｋ３・・（２）
【００７８】
ここで、Ｋ１、Ｋ２は、図１に示す内燃機関１の機関回転数Ｎｅと負荷率（あるいは負荷）ＫＬとに基づいて設定される係数である。Ｋ３、ＫＢは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａに基づいて設定される係数である。ＫＡは、内燃機関１のガス流量Ｑｇに基づいて設定される係数である。内燃機関１のガス流量Ｑｇは、内燃機関１の吸入空気量であり、図１に示すエアフローセンサ４０で検出できる。
【００７９】
係数Ｋ１は図１０−１に示す係数設定マップ３３に、係数Ｋ２は図１０−２に示す係数設定マップ３４に、係数Ｋ３及び係数ＫＢは図１０−３に示す係数設定マップ３５に、係数ＫＡは図１０−４に示す係数設定マップ３６に記述される。これらの係数設定マップ３３〜係数設定マップ３６は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。図１０−１、図１０−２に示すように、係数Ｋ１、係数Ｋ２は、負荷率ＫＬの増加とともに大きくなり、機関回転数Ｎｅの増加とともに小さくなるように設定される。図１０−３に示すように、係数Ｋ３、係数ＫＢは、図１に示す吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が増加するとともに大きくなるように設定される。図１０−４に示すように、係数ＫＡは、ガス流量Ｑｇの増加とともに大きくなるように設定される。
【００８０】
ステップＳ１０７においてバルブオーバーラップ量ＯＬとスロットル開度ＯＰｔを求めるにあたり、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５は、図１に示す内燃機関１の機関回転数Ｎｅ、負荷率ＫＬ、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａ及びガス流量Ｑｇを求める。機関回転数Ｎｅは、図１に示すクランク角度センサ４４の検出値に基づいて求めることができ、負荷率ＫＬは図１に示すエアフローセンサ４０によって検出される吸入空気量に基づいて求めることができる。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａは、例えば、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０に対する開度の指令値を用いることができる。そして、制御量演算部５５は、得られた機関回転数Ｎｅ、負荷率ＫＬ、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａ及びガス流量Ｑｇを、図１０−１〜図１０−４に示す係数設定マップ３３〜３６に与え、対応する係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを取得する。
【００８１】
係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢが得られたら、制御量演算部５５は、式（１）、式（２）に係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを与え、式（１）、式（２）を連立させて解くことにより、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを得る。このようにして得られたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍを実現でき、かつステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現できる。
【００８２】
ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと排気弁開閉時期変更機構８Ａとの少なくとも一方を調整し、またスロットル弁１９の開度を調整して、制御量演算部５５が求めたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを実現する。これによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍ及びステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍが実現される。
【００８３】
このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによるトルクの低下を補うことができるので、ドライバビリティの悪化をさらに抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度が最大であっても吸気温度を上昇させることができるので、燃焼悪化をより効果的に抑制できる。
【００８４】
次に、ステップＳ１０５に戻って説明する。ステップＳ１０５においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４がΔθｉ＜Δθｉｃであると判定した場合、吸気バイパス弁２０の開度を調整することによって、現在の吸気温度θｉをステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍまで上昇させることができる。この場合、ステップＳ１０８に進み、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を所定の大きさに調整する。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整するにあたっては、制御量演算部５５は、図８に示す吸気バイパス弁開度マップ３１へ吸気温度目標値θｉｍを与え、対応する吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａを得る。なお、吸気バイパス弁開度マップ３１は、図１に示す機関ＥＣＵ５０の記憶部５３に格納されている。吸気温度制御部５６は、制御量演算部５５が取得した吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａとなるように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する。これによって、吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍとなる。次に、ステップＳ１０７へ進む。
【００８５】
ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、図１に示す内燃機関１のスロットル開度ＯＰｔ及びバルブオーバーラップ量ＯＬを、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える制御量演算部５５によって求められた値に調整する。これによって、ステップＳ１０８において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが調整されたことによる内燃機関１のトルク変化分を補正する。
【００８６】
制御量演算部５５は、図９に示す制御量設定マップ３２において、ステップＳ１０２での吸気温度目標値θｉｍに対応する等圧縮機出口温度線を選択し、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍに対応する等トルク線との交点を求める。この手法は上述した通りであり、制御量演算部５５は、内燃機関１の運転条件に対応して求められる係数Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、ＫＡ、ＫＢを式（１）、式（２）へ与え、両者を連立させて解くことにより、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを得る。ここで、係数Ｋ３、係数ＫＢは、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａの関数であるため、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが変更されたことによる式（１）、式（２）の変化は、係数Ｋ３、係数ＫＢにより反映される。
【００８７】
このようにして得られたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔによって、ステップＳ１０８において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａが調整されたことによる内燃機関１のトルク変化分を補正して、ステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍを実現する。ステップＳ１０７において、吸気温度制御部５６は、吸気弁開閉時期変更機構７Ａと排気弁開閉時期変更機構８Ａとの少なくとも一方を調整し、またスロットル弁１９の開度を調整して、制御量演算部５５が求めたバルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを実現する。これによって、ステップＳ１０２における吸気温度目標値θｉｍ及びステップＳ１０１における要求トルク値Ｔｍが実現される。
【００８８】
このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。また、バルブオーバーラップ量ＯＬ及びスロットル開度ＯＰｔを調整することにより、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くことによるトルクの低下を補うことができるので、ドライバビリティの悪化をさらに抑制できる。
【００８９】
次に、ステップＳ１０４に戻って説明する。ステップＳ１０４においてＮｏと判定された場合、すなわち、制御条件判定部５４が、ＯＰｔ＜ＯＰｔｃ、又はＯＬ＜ＯＬｃであると判定した場合、吸気弁７Ｖから排気弁８Ｖへの空気の吹き抜けによって内燃機関１のトルクが増加する領域ではないと判定できる。この場合、ステップＳ１０９に進む。
【００９０】
ステップＳ１０９において、吸気バイパス弁２０の開度を調整することによって、現在の吸気温度θｉを上昇させる。この場合、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を所定の大きさに調整する。吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整するにあたっては、制御量演算部５５は、図８に示す吸気バイパス弁開度マップ３１へ吸気温度目標値θｉｍを与え、対応する吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａを得る。吸気温度制御部５６は、制御量演算部５５が取得した吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度ＯＰａとなるように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する。これによって、吸気温度θｉは吸気温度目標値θｉｍとなる。このように制御することで、吸気温度が極低温である場合には、吸気温度を上昇させて燃焼悪化を抑制できるので、燃焼悪化に起因するドライバビリティの悪化やエミッションの悪化を抑制できる。ステップＳ１０９で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整したら、ステップＳ１１０へ進む。
【００９１】
図１０−５は、スロットル弁を通過する空気の流量と、スロットル弁圧力比との関係を示す概念図である。スロットル弁圧力比ηｐは、上述したように、図１に示すスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏと、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉとの比である。スロットル弁圧力比ηｐ（＝Ｐｏ／Ｐｉ）が１に近づくにしたがって、図１に示すスロットル弁１９を通過する空気Ａの流量（スロットル流量）Ｑｔが小さくなる。
【００９２】
吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整すると、過給機２１による過給圧力が変化する。これによって、スロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが変化するので、スロットル開度が一定であれば、スロットル弁圧力比ηｐが変化し、その結果スロットル流量Ｑｔも変化する。例えば、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開くと、過給機２１による過給圧力が低下することによりスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが低下する結果、スロットル弁圧力比ηｐが１に近くなり、その結果スロットル流量Ｑｔが低下する。また、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を閉じると、過給機２１による過給圧力が上昇することによりスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力Ｐｉが上昇する結果、スロットル弁圧力比ηｐが０に近づき、その結果スロットル流量Ｑｔが増加する。
【００９３】
このように、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整すると、図１に示す内燃機関１の出力（トルク）が変化するので、本実施形態では、ステップＳ１０９において吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する前のスロットル弁圧力比ηｐ＿ｂと、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整した後のスロットル弁圧力比ηｐ＿ａとが同じ大きさになるように、スロットル弁１９の開度を調整する。すなわち、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０を開いて、過給機２１の圧縮機２２から送られる空気Ａを圧縮機２２の入口側へ戻す前後において、スロットル弁圧力比ηｐが一定になるようにスロットル弁１９の開度を調整する。
【００９４】
本実施形態では、目標とするスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力（目標吸気管圧力）Ｐｏ＿ｍを式（３）によって求め、得られた目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとなるようにスロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。ここで、Ｐｉ＿ｎは、現時点におけるスロットル弁１９の入口側における空気Ａの圧力である。
Ｐｏ＿ｍ＝ηｐ＿ｂ×Ｐｉ＿ｎ・・（３）
【００９５】
ステップＳ１１０において、制御量演算部５５は、ステップＳ１０９で吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整する前に、予め記憶部５３に格納しておいたηｐ＿ｂ、及び図１に示すスロットル入口側吸気圧力センサ４２から取得したＰｉ＿ｎを式（３）に与え、目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍを求める。そして、図１に示す機関ＥＣＵ５０が備える出力制御部５７は、図１に示すスロットル出口側吸気圧力計測センサ４３によって取得した圧力、すなわち、スロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏが、制御量演算部５５が求めた目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとなるように、スロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。すなわち、出力制御部５７は、目標吸気管圧力Ｐｏ＿ｍとスロットル弁１９の出口側における空気Ａの圧力Ｐｏとの偏差が０になるように、スロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。これによって、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を調整することに起因する、図１に示す内燃機関１の出力（トルク）変化を抑制できるので、ドライバビリティの低下を抑制できる。
【００９６】
ここで、Δθｉ≧Δθｉｃである場合には、吸気バイパス弁２０の開度を全開にしても、現在の吸気温度θｉを吸気温度目標値θｉｍまでは上昇させることはできないが、図８に示すθｉ２までは上昇させることができる。この場合、吸気温度制御部５６は、吸気バイパス弁（ＡＢＶ）２０の開度を全開にするとともに、制御量演算部５５及び出力制御部５７は、上記手法によってスロットル弁１９の開度をフィードバック制御する。
【００９７】
本実施形態では、吸気温度θｉの低下により燃料の霧化が不十分となることに起因する内燃機関１の燃焼悪化を判定する尺度として、気筒内燃焼空間Ｂへ導入される空気Ａの温度（吸気温度）に関するパラメータを用いる。上記説明では、吸気温度に関するパラメータとして、吸気クーラー１８と気筒内燃焼空間Ｂとの間に設けた吸気温度センサ４１で計測した空気Ａの温度、すなわち吸気温度θｉそのものを用いた。これによって、吸気温度θｉに起因する燃焼変動を抽出できる。
【００９８】
なお、本実施形態では、吸気温度に関するパラメータは吸気温度θｉに限定されるものではなく、内燃機関１の回転変動を吸気温度に関するパラメータとして用いてもよい。この場合、内燃機関１の回転変動と吸気温度との関係を予め求めておくことにより、内燃機関１の回転変動から吸気温度θｉを推定し、上述した吸気温度制御の手順における吸気温度θｉとしてもよい。また、内燃機関１の回転変動が所定の回転変動閾値に収まるように、吸気バイパス弁２０の開度やバルブオーバーラップ量やスロットル開度を調整してもよい。
【００９９】
また、気筒内燃焼空間Ｂ内における燃焼圧力や燃焼イオン電流値も、気筒内燃焼空間Ｂにおける燃焼の状態と相関が高い。このため、燃焼圧力や燃焼イオン電流値を吸気温度に関するパラメータとしてもよい。この場合、燃焼圧力や燃焼イオン電流値と吸気温度との関係を予め求めておくことにより、内燃機関１の燃焼圧力や燃焼イオン電流値から吸気温度θｉを推定し、上述した吸気温度制御の手順における吸気温度θｉとしてもよい。また、内燃機関１の燃焼圧力や燃焼イオン電流値が所定の閾値に収まるように、吸気バイパス弁２０の開度やバルブオーバーラップ量やスロットル開度を調整してもよい。
【０１００】
以上、本実施形態では、過給機を備える内燃機関において、内燃機関に対する要求トルク値が所定の閾値以下、かつ内燃機関の燃焼空間へ導入される空気の温度に関するパラメータが所定の閾値以下である場合には、過給機が備える圧縮機から送られる空気の一部を圧縮機の入口側へ戻す。これによって、圧縮機で加圧され、温度と密度とが上昇した空気の一部を圧縮機の入口側へ還流させて、再び圧縮機で加圧させるので、内燃機関の燃焼空間へ供給される空気の温度を逐次上昇させることができる。その結果、過給機を備える内燃機関において、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関及び吸気温度制御装置は、過給機を備える内燃機関に有用であり、特に、外気温度が極低温になった場合の燃焼悪化を抑制することに適している。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の全体構成図である。
【図２】本実施形態に係る内燃機関が備える過給機の構成を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る吸気温度制御の手順を示すフローチャートである。
【図４】要求トルク閾値を記述したマップを示す模式図である。
【図５】本実施形態に係る吸気温度制御において、吸気口から排気口への吹き抜けによりトルク増加が見込める領域を判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。
【図６】本実施形態に係る吸気温度制御において、吸気口から排気口への吹き抜けによりトルク増加が見込める領域を判定するための吹き抜け領域判定マップを示す模式図である。
【図７】バルブオーバーラップ量を説明するための概念図である。
【図８】吸気温度と、吸気バイパス弁の開度との関係を記述した吸気バイパス弁開度マップを示す模式図である。
【図９】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定するための制御量設定マップを示す模式図である。
【図１０−１】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−２】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−３】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−４】スロットル開度及びバルブオーバーラップ量を設定する際に用いる係数が記述された係数設定マップを示す模式図である。
【図１０−５】スロットル弁を通過する空気の流量と、スロットル弁圧力比との関係を示す概念図である。
【符号の説明】
【０１０３】
１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ シリンダヘッド
５ コネクティングロッド
６ クランクシャフト
７ 吸気側動弁装置
７Ａ 吸気弁開閉時期変更機構
７Ｖ 吸気弁
８ 排気側動弁装置
８Ａ 排気弁開閉時期変更機構
８Ｖ 排気弁
９ ポート噴射弁
９ＤＩ 直噴燃料噴射弁
１２ 吸気通路
１２Ｂ 吸気バイパス通路
１３ 吸気ポート
１３Ｈ 吸気口
１４ 排気ポート
１４Ｈ 排気口
１５ 排ガス通路
１６ タービン下流側排ガス通路
１７ 排ガス浄化触媒
１８ 吸気クーラー
１９ スロットル弁
２０ 吸気バイパス弁
２１ 過給機
２２ 圧縮機
２３ タービン
２４ 連結軸
２５ タービンバイパス弁
２６ 過給圧力調整用アクチュエータ
２７ アクチュエータ制御手段
３０、３０＿１、３０＿２、３０＿３、３０＿ｎ 吹き抜け領域判定マップ
３１ 吸気バイパス弁開度マップ
３２ 制御量設定マップ
３３、３４、３５、３６ 係数設定マップ
３８ 要求トルク閾値マップ
４０ エアフローセンサ
４１ 吸気温度センサ
４２ スロットル入口側吸気圧力センサ
４３ スロットル出口側吸気圧力計測センサ
４４ クランク角度センサ
４５ アクセル開度センサ
５０ 機関ＥＣＵ
５０ｐ 処理部
５３ 記憶部
５４ 制御条件判定部
５５ 制御量演算部
５６ 吸気温度制御部
５７ 出力制御部
Ａ 空気
Ｂ 気筒内燃焼空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、
前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、
前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路に設けられるとともに、前記内燃機関に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ前記燃焼空間へ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、前記過給機が備える圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す吸気バイパス弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記過給機は、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されるタービン羽根車を備えるタービンと、前記タービン羽根車に連結されて前記空気を加圧する圧縮機羽根車を備える圧縮機とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さい場合には、前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比を、前記吸気バイパス弁が前記圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、
前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さい場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整されるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、
前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上である場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全開にされるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項６】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されて、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられる吸気バイパス弁と、を備える内燃機関において、前記燃焼空間へ供給する前記空気の温度を調整するものであり、
前記内燃機関に要求される要求トルク値と所定の要求トルク閾値とを比較し、また、前記燃焼空間へ導入される空気の温度と、予め定めた前記燃焼空間へ導入される空気の温度の目標値とを比較する制御条件判定部と、
前記要求トルク値が前記要求トルク閾値以下、かつ前記パラメータが前記目標値以下である場合には、前記吸気バイパス弁を開く吸気温度制御部と、
を含むことを特徴とする吸気温度制御装置。
【請求項７】
前記制御条件判定部が、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さいと判定した場合、
前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比が、前記吸気バイパス弁を開く前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整する出力制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、
前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さいと判定した場合には、
前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整するとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、
前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上であると判定した場合には、
前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全開にするとともに、前記弁開閉時期変更手段により前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【請求項１】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、
前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、
前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路に設けられるとともに、前記内燃機関に要求される要求トルク値が所定の要求トルク閾値以下、かつ前記燃焼空間へ導入される空気の温度が予め定めた目標値以下である場合には、前記過給機が備える圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す吸気バイパス弁と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記過給機は、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されるタービン羽根車を備えるタービンと、前記タービン羽根車に連結されて前記空気を加圧する圧縮機羽根車を備える圧縮機とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さい場合には、前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比を、前記吸気バイパス弁が前記圧縮機から送られる空気を前記圧縮機の入口側へ戻す前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、
前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さい場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整されるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備え、
前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上である場合には、前記吸気バイパス弁の開度が全開にされるとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期との重なる量が変更され、かつ前記燃焼空間へ供給する空気の量を調整するスロットル弁の開度が調整されることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項６】
燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼空間と、前記燃焼空間から排出される排ガスによって駆動されて、前記燃焼空間へ加圧した前記空気を送り込む過給機と、前記過給機が備える圧縮機の出口側と前記圧縮機の入口側とを接続する吸気バイパス通路と、前記吸気バイパス通路に設けられる吸気バイパス弁と、を備える内燃機関において、前記燃焼空間へ供給する前記空気の温度を調整するものであり、
前記内燃機関に要求される要求トルク値と所定の要求トルク閾値とを比較し、また、前記燃焼空間へ導入される空気の温度と、予め定めた前記燃焼空間へ導入される空気の温度の目標値とを比較する制御条件判定部と、
前記要求トルク値が前記要求トルク閾値以下、かつ前記パラメータが前記目標値以下である場合には、前記吸気バイパス弁を開く吸気温度制御部と、
を含むことを特徴とする吸気温度制御装置。
【請求項７】
前記制御条件判定部が、前記燃焼空間に開口する吸気口から前記燃焼空間に開口する排気口への前記空気の吹き抜け量が所定値よりも小さいと判定した場合、
前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の前記空気の入口側における圧力と、前記スロットル弁の前記空気の出口側における圧力との比が、前記吸気バイパス弁を開く前後において一定になるように、前記スロットル弁の開度を調整する出力制御部を備えることを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、
前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値よりも小さいと判定した場合には、
前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全閉よりも大きく全開よりも小さい範囲で調整するとともに、前記弁開閉時期変更手段によって前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関は、前記燃焼空間に開口する吸気口を開閉する吸気弁と前記燃焼空間に開口する排気口を開口する排気弁とのうち、少なくとも一方の開閉弁時期を調整できる弁開閉時期変更手段を備えており、
前記制御条件判定部が、前記吸気口から前記排気口への前記空気の吹き抜けが所定量以上発生し、かつ前記内燃機関へ供給される前記空気の実温度と、前記目標値との差分が所定の閾値以上であると判定した場合には、
前記吸気温度制御部は、前記吸気バイパス弁の開度を全開にするとともに、前記弁開閉時期変更手段により前記吸気弁が開弁している時期と前記排気弁が開弁している時期とが重なる量を変更し、かつ前記燃焼空間へ供給される空気の量を調整するスロットル弁の開度を調整することを特徴とする請求項６に記載の吸気温度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【図１０−４】
【図１０−５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０−１】
【図１０−２】
【図１０−３】
【図１０−４】
【図１０−５】
【公開番号】特開２００９−８５０１４（Ｐ２００９−８５０１４Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５１７９９（Ｐ２００７−２５１７９９）
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【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４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【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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