JP3714495B2 - 内燃機関制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機と排気浄化用の触媒とを備えた内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディーゼルエンジンから排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒は、図４に示すように所定の活性温度範囲（例えば２００から４００℃）においてのみＮＯｘ浄化率が高いことが一般的に知られている。従って、ＮＯｘ排出量を低減するには、触媒温度を活性温度範囲内に維持することが効果的である。しかし、実際には、エンジンの運転状態により排気温度が大きく変化して、触媒温度が活性温度範囲から外れることがあり、安定したＮＯｘ浄化性能が得られない。
【０００３】
そこで、ターボ過給機を備えたエンジンでは、特開平７−１８９７２０号公報に示すように、ターボ過給機の上流側の吸気通路とターボ過給機の下流側の排気通路とをバイパス通路で連通させ、このバイパス通路の途中に、過給圧によって開閉する通路開閉弁を設け、過給圧が所定値以上になったときに、上記通路開閉弁を開放させて過給気の一部を排気通路側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒を冷却するようにしている。しかし、過給気の一部を排気通路へバイパスさせると、エンジン出力が低下してドライバビリティが悪化するため、上記特開平７−１８９７２０号公報では、過給気の一部をバイパスさせることに伴って生じるエンジン出力低下を、ターボ過給機に過給圧を増幅させる補助機を設置することにより解決しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報の構成では、バイパス通路の通路開閉弁を過給圧によって開閉するため、触媒温度が高くても、過給圧が低いと、通路開閉弁が開放されず、触媒を冷却することができない。それ故に、上記公報の構成では、エンジン負荷が小さい場合でも、触媒温度（排気温度）が高いときには、エンジンの出力で補助機を駆動して過給圧を高める必要があり、そのために燃費が悪化してしまう。しかも、エンジン負荷が大きい場合には、過給圧が高くなるので、触媒温度が適温でも、過給圧によって通路開閉弁が開放されてしまい、触媒温度が適温以下に低下して、排気浄化能力が低下してしまう。更に、補助機を設けることで、装置全体が大型化し、コンパクト化、低コスト化の要求を満たすことができない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃費向上、コンパクト化、低コスト化を実現しながら、排気浄化性能とドライバビリティとを両立させることができる内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる吸気バイパス通路を設けると共に、この吸気バイパス通路にバイパス空気量制御弁を設ける。そして、内燃機関に供給する吸入空気の酸素量（以下「供給酸素量」という）を供給酸素量推定手段により推定すると共に、内燃機関に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（以下「目標酸素量」という）を目標酸素量算出手段により算出する。その上で、触媒温度判定手段で判定した触媒温度と目標触媒温度との差及び前記供給酸素量と前記目標酸素量との差に基づいて前記バイパス空気量制御弁の開度を制御手段によって制御する。ここで、「開度を制御する」とは、モータ等で弁開度を制御する場合のほか、電磁弁のＯＮ・ＯＦＦデューティの制御により弁を開閉する時間的な度合を制御する場合も含む。
【０００７】
この場合、供給酸素量と目標酸素量との差が少なくなるほど、内燃機関に供給する燃料の燃焼状態が良好となり、ドライバビリティ向上、エミッション低減につながる。また、触媒温度と目標触媒温度との差が少なければ、触媒温度が所定の活性温度範囲内に収まり、ＮＯｘ浄化率が高くなる。このような特性を考慮して、本発明のように、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁の開度を制御すれば、ドライバビリティ（内燃機関の出力）を確保しながら、過給気のバイパス量（触媒冷却効果）を調整して排気浄化性能を確保することができる。しかも、本発明では、過給圧とは関係なく、バイパス空気量制御弁の開度を制御手段によって制御できるので、従来のように内燃機関の出力で補助機を駆動して過給圧を高める必要がなくなり、燃費を向上できると共に、補助機が不要になる分、コンパクト化、低コスト化を実現することができる。
【０００８】
更に、請求項１に係る発明は、過給機としてターボ過給機を用い、ターボ過給機の排気タービンの上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路を設けると共に、該排気バイパス通路にバイパス排気量制御弁を設けた構成としている。この場合には、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁及びバイパス排気量制御弁の開度を総合的に制御すれば良い。このようにすれば、排気バイパス通路を流れる排気ガスのバイパス量を制御することで、排気タービンを通過する排気ガスの量を制御して、排気タービンの回転数（過給圧）を制御することができ、制御特性を向上できる。
【０００９】
この場合、請求項３では、触媒温度が目標触媒温度以下の場合、つまり触媒の冷却が不要な場合には、バイパス空気量制御弁を全閉することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、バイパス排気量制御弁の開度を制御することで、排気タービンの回転数（過給圧）を制御して、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように制御し、内燃機関の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００１０】
一方、触媒温度が目標触媒温度より高い場合、つまり触媒の冷却が必要な場合には、供給酸素量を目標酸素量に合わせるようにバイパス空気量制御弁及びバイパス排気量制御弁の開度を制御する。具体的には、触媒温度が前記目標触媒温度より高い場合には、前記供給酸素量が前記目標酸素量と一致すると仮定して前記触媒温度を前記目標触媒温度に合わせるように前記バイパス空気量制御弁の開度を算出した後、この算出した前記バイパス空気量制御弁の開度にて前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように前記バイパス排気量制御弁の開度を算出し、算出したバイパス排気量制御弁の開度が０（＝全閉）よりも大きい場合には、前記バイパス空気量制御弁の開度及び前記バイパス排気量制御弁の開度をそれぞれ前記算出した開度に調整する（請求項１）。また、算出したバイパス排気量制御弁の開度が０以下の場合には、バイパス排気量制御弁を全閉して前記バイパス空気量制御弁の開度を制御することで、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように制御するようにすると良い（請求項２）。これにより、内燃機関の出力を確保した上で、ターボ過給機の過給能力に余力がある範囲内でバイパス空気量制御弁の開度を前記触媒温度と目標触媒温度との差に応じて制御し、過給気の一部を排気通路側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒を冷却して、排気浄化能力を高める。この場合、排気通路側への過給気のバイパス（触媒の冷却）は、ターボ過給機の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、内燃機関への過給気が供給不足になることはなく、内燃機関の出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはない。
【００１１】
また、請求項４では、過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる第１の吸気バイパス通路と、前記過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも下流側の排気通路とをバイパスさせる第２の吸気バイパス通路とを設け、これら両吸気バイパス通路に設けた第１及び第２の各バイパス空気量制御弁を、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいて制御手段により総合的に制御する。このようにすれば、第１及び第２の各バイパス空気量制御弁を制御することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパス量の制御と過給圧の制御とを同時に行うことが可能となり、排気浄化性能とドライバビリティとを両立させることができる。
【００１２】
この場合、請求項５では、触媒温度が目標触媒温度より低い場合（触媒の冷却が不要な場合）には、第１のバイパス空気量制御弁を閉鎖することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御することで、排気通路の触媒下流側への過給気のバイパス量を制御して過給圧を制御し、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように制御して、内燃機関の燃焼効率を向上させ、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００１３】
一方、触媒温度が目標触媒温度より高い場合には、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように第１及び第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御して、内燃機関の出力を確保した上で、過給機の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度と目標触媒温度との差に応じて第１のバイパス空気量制御弁の開度を制御し、過給気の一部を排気通路の触媒上流側にバイパスさせることで、触媒上流側の排気温度を低下させて触媒を冷却する。この場合、触媒上流側への過給気のバイパス（触媒の冷却）は、過給機の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、内燃機関への過給気が供給不足になることはなく、内燃機関の出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはない。
【００１４】
また、請求項６では、前記供給酸素量推定手段は、吸気圧を検出する吸気圧センサ、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、吸気系への排気ガスの還流量を検出する排気還流量センサ、前記内燃機関に吸入される酸素量を検出する酸素センサのうちの少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて供給酸素量を推定する。ここで、吸気圧センサや吸入空気量センサは、内燃機関の制御のために車両に搭載されている既存のセンサを用いれば良く、コスト的な負担が少なくて済む。更に、吸気圧センサと吸入空気量センサのいずれか一方の検出値と排気還流量センサの検出値とを組み合わせて供給酸素量を推定するようにしても良い。このようにすれば、吸気系へ還流する排気ガス中の酸素を考慮した正確な供給酸素量を推定することができる。また、酸素センサを用いれば、供給酸素量を直接検出することができる。
【００１５】
また、請求項７では、前記目標酸素量算出手段は、前記過給機の過給圧限界値に相当する最大酸素量以下の範囲内で前記目標酸素量を内燃機関の運転状態に基づいて算出する。これにより、内燃機関が過負荷状態にならないように目標酸素量を設定でき、内燃機関の耐久性を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御系全体の概略構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１１の吸気通路１２にはターボ過給機１３が設置されている。このターボ過給機１３は、排気通路１４内を流れる排気ガスの運動エネルギによって回転駆動される排気タービン１５を駆動源としている。そして、排気タービン１５よりも下流側の排気通路１４には排気浄化用の触媒１７が設置されている。
【００１７】
更に、ターボ過給機１３よりも下流側の吸気通路１２と触媒１７よりも上流側の排気通路１４とをバイパスさせる吸気バイパス通路１８が設けられ、この吸気バイパス通路１８には、開度調節可能なバイパス空気量制御弁１９が設けられている。このバイパス空気量制御弁１９の開度調整は、ステップモータ等のモータ（図示せず）で行えば良い。或は、バイパス空気量制御弁１９を電磁弁で構成する場合には、電磁弁のソレノイドコイルへの通電をデューティ制御することで、弁を開閉する時間的な度合を制御して弁を通過する空気量を制御すれば良い。このような電磁弁のデューティ制御により弁を開閉する時間的な度合を制御する場合も、特許請求の範囲でいう「バイパス空気量制御弁の開度を制御する」の概念に含まれる。また、吸気バイパス通路１８の入口１８ａよりも下流側の吸気通路１２には、吸気圧を検出する吸気圧センサ２０が設置されている。
【００１８】
一方、排気通路１４には、排気タービン１５の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路２１（ウェイストゲート）が設けられ、この排気バイパス通路２１には開度調節可能なバイパス排気量制御弁２２が設けられている。このバイパス排気量制御弁２２の開度調整も、前記バイパス空気量制御弁１９の開度調整と同じく、モータ（図示せず）、又は電磁弁のデューティ制御で行えば良い。また、触媒１７の上流側端面の近傍には、排気温度を検出する排気温度センサ２３が設置され、この排気温度センサ２３で検出した排気温度から触媒１７の温度が判定される。従って、本実施形態では、排気温度センサ２３を特許請求の範囲でいう触媒温度判定手段として用いる。
【００１９】
尚、アクセル２４には、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ２５が設けられ、ディーゼルエンジン１１には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２６が設けられている。
【００２０】
これらアクセル開度センサ２５、エンジン回転数センサ２６、排気温度センサ２３、吸気圧センサ２０等、エンジン制御に関する各種情報を検出するセンサの出力信号は、エンジン制御用の電子制御回路（以下「ＥＣＵ」という）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、上記各種センサ情報に基づいて燃料噴射装置（図示せず）の動作を制御すると共に、図２及び図３に示す過給制御プログラムを実行することで、触媒温度と目標触媒温度との差及び後述する供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁１９とバイパス排気量制御弁２２の開度を制御する制御手段として機能する。
【００２１】
以下、図２及び図３の過給制御プログラムの処理の流れを説明する。本プログラムは、所定時間毎（例えば１秒毎）又は所定クランク角毎に割り込み処理にて起動される。本プログラムが起動されると、まずステップＳ１０１で、エンジン回転数センサ２６、アクセル開度センサ２５、吸気圧センサ２０、排気温度センサ２３から出力されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃ、吸気圧Ｐｑ及び排気温度Ｔを読み込む。そして、次のステップＳ１０２で、読み込んだエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃとに応じて、目標とするエンジン出力を確保するのに必要な目標吸気圧Ｐ1 を予め設定されたマップデータより算出する。この際、目標吸気圧Ｐ1 は、ディーゼルエンジン１１が過負荷状態にならないようにターボ過給機１３の過給圧限界値以下の範囲内で設定される。
【００２２】
そして、目標吸気圧Ｐ1 の算出後、ステップＳ１０３で、排気温度Ｔと目標触媒温度Ｔ1 とを比較し、触媒１７の温度状態（活性状態）を判定する。この場合、触媒１７は主として排気ガスの熱で温度上昇し、触媒温度は排気温度Ｔとほぼ等しいと推定できるため、本実施形態では、触媒温度の代用データとして排気温度Ｔを用いる。また、目標触媒温度Ｔ1 は、触媒１７のＮＯｘ浄化率が最大となる触媒温度Ｔmax （図４参照）に設定されている。
【００２３】
上記ステップＳ１０３で、排気温度Ｔ（＝触媒温度）が目標触媒温度Ｔ1 以下と判定された場合には、触媒１７の冷却は不要である。この場合には、ステップＳ１０４に進み、バイパス空気量制御弁１９を全閉と仮定して、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス排気量制御弁２２の開度を算出する。この後、ステップＳ１０５で、バイパス空気量制御弁１９の全閉信号を出力してバイパス空気量制御弁１９を全閉し、排気通路１４の触媒１７上流側への過給気のバイパスを遮断して、排気温度の低下を防ぎ、触媒１７の温度上昇を促進する。更に、このステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出したバイパス排気量制御弁２２の開度信号を出力し、バイパス排気量制御弁２２の開度を調整して、ターボ過給機１３の排気タービン１５をバイパスさせる排気ガス量を調整する。これにより、排気タービン１５を通過する排気ガス量を調整して、排気タービン１５の回転数を調整し、ターボ過給機１３の過給圧を吸気圧Ｐｑが目標吸気圧Ｐ1 となるように調整し、ディーゼルエンジン１１の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００２４】
この場合、ディーゼルエンジン１１に供給する吸入空気の酸素量（供給酸素量）は、吸気圧Ｐｑから推定できるため、供給酸素量の代用データとして吸気圧Ｐｑを用いる。従って、本実施形態では、吸気圧Ｐｑを検出する吸気圧センサ２０が特許請求の範囲でいう供給酸素量推定手段として用いられる。そして、ディーゼルエンジン１１に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（目標酸素量）の代用データとしてステップＳ１０２で算出する目標吸気圧Ｐ1 を用いる。従って、本実施形態では、目標吸気圧Ｐ1 を算出するステップＳ１０２の処理が特許請求の範囲でいう目標酸素量算出手段としての役割を果たしている。
【００２５】
一方、前述したステップＳ１０３で、排気温度Ｔ（＝触媒温度）が目標触媒温度Ｔ1 より高いと判定された場合には、触媒１７の冷却が必要となる。この場合には、図３のステップＳ１０６に進み、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 と仮定して排気温度Ｔ＝目標触媒温度Ｔ1 となるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を算出する。この後、ステップＳ１０７に進み、上記ステップＳ１０６で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度で、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス排気量制御弁２２の開度を算出する。
【００２６】
この後、ステップＳ１０８で、バイパス排気量制御弁２２の開度が０（＝全閉）よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、ステップＳ１０９に進んで、ステップＳ１０６で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度信号と、ステップＳ１０７で算出したバイパス排気量制御弁２２の開度信号とを出力し、両制御弁１９，２２の開度を調整する。これにより、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるように過給圧を制御して、必要なエンジン出力を確保すると共に、排気温度Ｔ（＝触媒温度）を目標触媒温度Ｔ1 に一致させるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を制御して、過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせて排気ガスと混合させることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、触媒温度を目標触媒温度Ｔ1 まで速やかに低下させる。
【００２７】
一方、前述したステップＳ１０８で、バイパス排気量制御弁２２の開度が０（＝全閉）以下と判定された場合には、ステップＳ１１０に進み、バイパス排気量制御弁２２を全閉と仮定して、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を算出する。この後、ステップＳ１１１で、上記ステップＳ１１０で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度信号とバイパス排気量制御弁２２の全閉信号を出力し、バイパス排気量制御弁２２を全閉して、バイパス空気量制御弁１９の開度調整により吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるように過給圧を制御して、必要なエンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、触媒温度を低下させる。
【００２８】
以上説明した過給制御によれば、触媒温度（排気温度Ｔ）が目標触媒温度Ｔ1 以下の場合、つまり触媒１７の冷却が不要な場合には、バイパス空気量制御弁１９を全閉することで、排気通路１４側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、バイパス排気量制御弁２２の開度を制御することで、排気タービン１５の回転数（過給圧）を制御して吸気圧Ｐｑ（供給酸素量）を目標吸気圧Ｐ1 （目標酸素量）に合わせるように制御し、ディーゼルエンジン１１の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００２９】
一方、触媒温度（排気温度Ｔ）が目標触媒温度Ｔ1 より高い場合、つまり触媒１７の冷却が必要な場合には、吸気圧Ｐｑ（供給酸素量）を目標吸気圧Ｐ1 （目標酸素量）に合わせるようにバイパス空気量制御弁１９及びバイパス排気量制御弁２２の開度を制御して、ディーゼルエンジン１１の出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度（排気温度Ｔ）と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じてバイパス空気量制御弁１９の開度を制御し、過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、排気浄化能力を高める。
【００３０】
以上説明した過給制御の挙動を図５に示すタイムチャートに従って説明する。図５のタイムチャートは、市街地走行時に頻繁に生じる加速→定速走行→減速の走行パターンの例である。アイドル運転中の時刻ｔ0 では、触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 よりも低いため、バイパス空気量制御弁１９が全閉されて、触媒１７の冷却は行われない。また、アイドル運転中は、ディーゼルエンジン１１の出力は最低で良いため、バイパス排気量制御弁２２が全開され、排気タービン１５を通過する排気ガスの量が最少となって、ターボ過給機１３の仕事量（過給圧）が最低となる。
【００３１】
その後、時刻ｔ1 で加速を開始すると、エンジン出力を大きくする必要があるため、バイパス排気量制御弁２２が全閉され、ターボ過給機１３の仕事量が増大されて過給圧が高められる。この加速開始とほぼ同時に、排気温度が上昇するが、触媒１７には熱容量があるため、触媒温度の上昇が排気温度の上昇よりも遅れる。従って、加速時間（ｔ1 −ｔ2 ）が比較的短ければ、その加速中は、触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 よりも低いため、触媒１７の冷却は必要ない。この場合には、加速中（ｔ1 −ｔ2 ）は、バイパス空気量制御弁１９が引き続き全閉状態に維持され、排気通路１４側への過給気のバイパスが遮断されて過給気が全て過給圧を高めるのに使用され、エンジン出力が効果的に高められ、良好な加速性が確保される。
【００３２】
その後、時刻ｔ2 で加速を終了して定速走行に移行すると、エンジン出力は加速時よりも少なくて済むため、バイパス排気量制御弁２２が開放されてターボ過給機１３の仕事量（過給圧）が加速時よりも低下する。
【００３３】
このとき、触媒温度は、定速走行に移行しても、暫く上昇し続け、時刻ｔ3 で触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 を越える。このようになると、触媒１７の冷却が必要となるため、バイパス空気量制御弁１９が触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じた開度まで開放され、過給気の一部が排気通路１４側にバイパスされて、触媒１７が冷却される。このようにして、過給気の一部を触媒１７の冷却に用いると、ディーゼルエンジン１１に供給する過給気が減少するため、それを補うように、バイパス排気量制御弁２２の開度が絞られ、ターボ過給機１３の仕事量が増大されて、定速走行を維持するために必要なエンジン出力が確保される。
【００３４】
触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 に達してからは、エンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度を目標触媒温度Ｔ1 に一致させるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を制御し、排気浄化能力を高める。
【００３５】
従来の一般的なディーゼルエンジンのように、触媒１７の冷却（過給気のバイパス）を行わない場合には、図５に点線で示すように、定速走行中に触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 を大きく越えて、触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差が大きくなり、ＮＯｘ浄化率が低下してＮＯｘ排出量が多くなる。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、エンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じてバイパス空気量制御弁１９の開度を制御して、触媒１７を冷却する過給気のバイパス量を調整するので、ＮＯｘ浄化率が高い触媒温度に維持できて、ＮＯｘ排出量を効果的に低減できる。しかも、排気通路１４側への過給気のバイパス（触媒１７の冷却）は、ターボ過給機１４の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、ディーゼルエンジン１１への過給気が供給不足になることはなく、エンジン出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはなく、排気浄化能力とドライバビリティとを両立できる。
【００３７】
尚、ターボ過給機１３の下流側の吸気通路１２にインタークーラ（過給気を冷却する熱交換器）を設けて、過給効率を高めるようにしても良い。この場合には、吸気バイパス通路１８の入口１８ａをインタークーラよりも下流側に設けることが好ましい。このようにすれば、インタークーラにより冷却された過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、触媒１７の冷却効果をより高めることができる。
【００３９】
一方、図６に示す本発明の第２の実施形態では、ターボ過給機１３よりも下流側の吸気通路１２と触媒１７よりも上流側の排気通路１４とをバイパスさせる第１の吸気バイパス通路３１が設けられ、この第１の吸気バイパス通路３１の出口側には、開度調節可能な第１のバイパス空気量制御弁３２が設けられている。更に、第１のバイパス空気量制御弁３２よりも上流側の第１の吸気バイパス通路３１と触媒１７よりも下流側の排気通路１４とをバイパスさせる第２の吸気バイパス通路３３が設けられ、この第２の吸気バイパス通路３３には、開度調節可能な第２のバイパス空気量制御弁３４が設けられている。前記第１の実施形態で設けた排気バイパス通路２１とバイパス排気量制御弁２２は廃止されている。これ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００４０】
以上のように構成した第２の実施形態では、第１の吸気バイパス通路３１と第１のバイパス空気量制御弁３２が、第１の実施形態における吸気バイパス通路１８とバイパス空気量制御弁１９と全く同じ役割を果たす。また、第２の吸気バイパス通路３３と第２のバイパス空気量制御弁３４は、触媒１７の下流側にバイパスさせる過給気の量を調整することで、ディーゼルエンジン１１に供給する過給圧を調整するものであり、第１の実施形態における排気バイパス通路２１とバイパス排気量制御弁２２とほぼ同じ役割を果たす。従って、第１のバイパス空気量制御弁３２と第２のバイパス空気量制御弁３４の制御は、第１の実施形態におけるバイパス空気量制御弁１９とバイパス排気量制御弁２２の制御と同一であり、図２及び図３に示す過給制御プログラムにおいて、「バイパス空気量制御弁１９」を「第１のバイパス空気量制御弁３２」と読み替え、「バイパス排気量制御弁２２」を「第２のバイパス空気量制御弁３４」と読み替えて制御すれば良い。
【００４１】
以上説明した第２の実施形態では、第１の実施形態と同じ効果が得られる上に、排気バイパス通路２１（ウェイストゲート）を廃止しても、第２のバイパス空気量制御弁３４の開度調整によってディーゼルエンジン１１への過負荷を防止することができて、エンジンルーム内のスペースが問題でウェーストゲートを設置できない場合に有効である。
【００４２】
尚、第２の実施形態では、第２の吸気バイパス通路３３を第１の吸気バイパス通路３１の途中から分岐させた構成としたが、これら両吸気バイパス通路３１，３３を完全に独立させた構成としても良い。
【００４３】
また、上記各実施形態では、ディーゼルエンジン１１に供給する吸入空気の酸素量（供給酸素量）を吸気圧Ｐｑから推定できる点に着目し、供給酸素量の代用データとして吸気圧Ｐｑを用いるようにした。つまり、吸気圧Ｐｑを検出する吸気圧センサ２０を供給酸素量推定手段として用いるようにしたが、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、吸気系への排気ガスの還流量を検出する排気還流量センサ、ディーゼルエンジン１１に吸入される酸素量を検出する酸素センサのうちの少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて供給酸素量を推定するようにしても良い。
【００４４】
この場合、吸気圧センサ２０や吸入空気量センサは、ディーゼルエンジン１１の制御のために車両に搭載されている既存のセンサを用いれば良く、コスト的な負担が少なくて済む。更に、吸気圧センサと吸入空気量センサのいずれか一方の検出値と排気還流量センサの検出値とを組み合わせて供給酸素量を推定するようにしても良い。このようにすれば、吸気系へ還流する排気ガス中の酸素を考慮した正確な供給酸素量を推定することができ、制御精度を向上できる。また、酸素センサを用いれば、供給酸素量を直接検出することができて、制御精度を向上できる。
【００４５】
また、上記各実施形態では、触媒温度判定手段として排気温度センサ２３を用い、触媒温度の代用データとして排気温度Ｔを用いるようにしたが、触媒温度を直接検出する触媒温度センサを触媒温度判定手段として設けるようにしても良い。その他、本発明は、ガソリンエンジンに適用して実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成を示す図
【図２】過給制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】過給制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す図
【図５】過給制御の挙動を示すタイムチャート
【図６】本発明の第２の実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成を示す図
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１２…吸気通路、１３…ターボ過給機（過給機）、１４…排気通路、１５…排気タービン、１７…触媒、１８…吸気バイパス通路、１９…バイパス空気量制御弁、２０…吸気圧センサ（供給酸素量推定手段）、２１…排気バイパス通路、２２…バイパス排気量制御弁、２３…排気温度センサ（触媒温度判定手段）、２５…アクセル開度センサ、２６…エンジン回転数センサ、２７…ＥＣＵ（制御手段，目標酸素量算出手段）、３１…第１の吸気バイパス通路、３２…第１のバイパス空気量制御弁、３３…第２の吸気バイパス通路、３４…第２のバイパス空気量制御弁。
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機と排気浄化用の触媒とを備えた内燃機関制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、ディーゼルエンジンから排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒は、図４に示すように所定の活性温度範囲（例えば２００から４００℃）においてのみＮＯｘ浄化率が高いことが一般的に知られている。従って、ＮＯｘ排出量を低減するには、触媒温度を活性温度範囲内に維持することが効果的である。しかし、実際には、エンジンの運転状態により排気温度が大きく変化して、触媒温度が活性温度範囲から外れることがあり、安定したＮＯｘ浄化性能が得られない。
【０００３】
そこで、ターボ過給機を備えたエンジンでは、特開平７−１８９７２０号公報に示すように、ターボ過給機の上流側の吸気通路とターボ過給機の下流側の排気通路とをバイパス通路で連通させ、このバイパス通路の途中に、過給圧によって開閉する通路開閉弁を設け、過給圧が所定値以上になったときに、上記通路開閉弁を開放させて過給気の一部を排気通路側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒を冷却するようにしている。しかし、過給気の一部を排気通路へバイパスさせると、エンジン出力が低下してドライバビリティが悪化するため、上記特開平７−１８９７２０号公報では、過給気の一部をバイパスさせることに伴って生じるエンジン出力低下を、ターボ過給機に過給圧を増幅させる補助機を設置することにより解決しようとしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記公報の構成では、バイパス通路の通路開閉弁を過給圧によって開閉するため、触媒温度が高くても、過給圧が低いと、通路開閉弁が開放されず、触媒を冷却することができない。それ故に、上記公報の構成では、エンジン負荷が小さい場合でも、触媒温度（排気温度）が高いときには、エンジンの出力で補助機を駆動して過給圧を高める必要があり、そのために燃費が悪化してしまう。しかも、エンジン負荷が大きい場合には、過給圧が高くなるので、触媒温度が適温でも、過給圧によって通路開閉弁が開放されてしまい、触媒温度が適温以下に低下して、排気浄化能力が低下してしまう。更に、補助機を設けることで、装置全体が大型化し、コンパクト化、低コスト化の要求を満たすことができない。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、燃費向上、コンパクト化、低コスト化を実現しながら、排気浄化性能とドライバビリティとを両立させることができる内燃機関制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の内燃機関制御装置は、過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる吸気バイパス通路を設けると共に、この吸気バイパス通路にバイパス空気量制御弁を設ける。そして、内燃機関に供給する吸入空気の酸素量（以下「供給酸素量」という）を供給酸素量推定手段により推定すると共に、内燃機関に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（以下「目標酸素量」という）を目標酸素量算出手段により算出する。その上で、触媒温度判定手段で判定した触媒温度と目標触媒温度との差及び前記供給酸素量と前記目標酸素量との差に基づいて前記バイパス空気量制御弁の開度を制御手段によって制御する。ここで、「開度を制御する」とは、モータ等で弁開度を制御する場合のほか、電磁弁のＯＮ・ＯＦＦデューティの制御により弁を開閉する時間的な度合を制御する場合も含む。
【０００７】
この場合、供給酸素量と目標酸素量との差が少なくなるほど、内燃機関に供給する燃料の燃焼状態が良好となり、ドライバビリティ向上、エミッション低減につながる。また、触媒温度と目標触媒温度との差が少なければ、触媒温度が所定の活性温度範囲内に収まり、ＮＯｘ浄化率が高くなる。このような特性を考慮して、本発明のように、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁の開度を制御すれば、ドライバビリティ（内燃機関の出力）を確保しながら、過給気のバイパス量（触媒冷却効果）を調整して排気浄化性能を確保することができる。しかも、本発明では、過給圧とは関係なく、バイパス空気量制御弁の開度を制御手段によって制御できるので、従来のように内燃機関の出力で補助機を駆動して過給圧を高める必要がなくなり、燃費を向上できると共に、補助機が不要になる分、コンパクト化、低コスト化を実現することができる。
【０００８】
更に、請求項１に係る発明は、過給機としてターボ過給機を用い、ターボ過給機の排気タービンの上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路を設けると共に、該排気バイパス通路にバイパス排気量制御弁を設けた構成としている。この場合には、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁及びバイパス排気量制御弁の開度を総合的に制御すれば良い。このようにすれば、排気バイパス通路を流れる排気ガスのバイパス量を制御することで、排気タービンを通過する排気ガスの量を制御して、排気タービンの回転数（過給圧）を制御することができ、制御特性を向上できる。
【０００９】
この場合、請求項３では、触媒温度が目標触媒温度以下の場合、つまり触媒の冷却が不要な場合には、バイパス空気量制御弁を全閉することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、バイパス排気量制御弁の開度を制御することで、排気タービンの回転数（過給圧）を制御して、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように制御し、内燃機関の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００１０】
一方、触媒温度が目標触媒温度より高い場合、つまり触媒の冷却が必要な場合には、供給酸素量を目標酸素量に合わせるようにバイパス空気量制御弁及びバイパス排気量制御弁の開度を制御する。具体的には、触媒温度が前記目標触媒温度より高い場合には、前記供給酸素量が前記目標酸素量と一致すると仮定して前記触媒温度を前記目標触媒温度に合わせるように前記バイパス空気量制御弁の開度を算出した後、この算出した前記バイパス空気量制御弁の開度にて前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように前記バイパス排気量制御弁の開度を算出し、算出したバイパス排気量制御弁の開度が０（＝全閉）よりも大きい場合には、前記バイパス空気量制御弁の開度及び前記バイパス排気量制御弁の開度をそれぞれ前記算出した開度に調整する（請求項１）。また、算出したバイパス排気量制御弁の開度が０以下の場合には、バイパス排気量制御弁を全閉して前記バイパス空気量制御弁の開度を制御することで、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように制御するようにすると良い（請求項２）。これにより、内燃機関の出力を確保した上で、ターボ過給機の過給能力に余力がある範囲内でバイパス空気量制御弁の開度を前記触媒温度と目標触媒温度との差に応じて制御し、過給気の一部を排気通路側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒を冷却して、排気浄化能力を高める。この場合、排気通路側への過給気のバイパス（触媒の冷却）は、ターボ過給機の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、内燃機関への過給気が供給不足になることはなく、内燃機関の出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはない。
【００１１】
また、請求項４では、過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる第１の吸気バイパス通路と、前記過給機よりも下流側の吸気通路と触媒よりも下流側の排気通路とをバイパスさせる第２の吸気バイパス通路とを設け、これら両吸気バイパス通路に設けた第１及び第２の各バイパス空気量制御弁を、触媒温度と目標触媒温度との差及び供給酸素量と目標酸素量との差に基づいて制御手段により総合的に制御する。このようにすれば、第１及び第２の各バイパス空気量制御弁を制御することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパス量の制御と過給圧の制御とを同時に行うことが可能となり、排気浄化性能とドライバビリティとを両立させることができる。
【００１２】
この場合、請求項５では、触媒温度が目標触媒温度より低い場合（触媒の冷却が不要な場合）には、第１のバイパス空気量制御弁を閉鎖することで、排気通路の触媒上流側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御することで、排気通路の触媒下流側への過給気のバイパス量を制御して過給圧を制御し、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように制御して、内燃機関の燃焼効率を向上させ、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００１３】
一方、触媒温度が目標触媒温度より高い場合には、供給酸素量を目標酸素量に合わせるように第１及び第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御して、内燃機関の出力を確保した上で、過給機の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度と目標触媒温度との差に応じて第１のバイパス空気量制御弁の開度を制御し、過給気の一部を排気通路の触媒上流側にバイパスさせることで、触媒上流側の排気温度を低下させて触媒を冷却する。この場合、触媒上流側への過給気のバイパス（触媒の冷却）は、過給機の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、内燃機関への過給気が供給不足になることはなく、内燃機関の出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはない。
【００１４】
また、請求項６では、前記供給酸素量推定手段は、吸気圧を検出する吸気圧センサ、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、吸気系への排気ガスの還流量を検出する排気還流量センサ、前記内燃機関に吸入される酸素量を検出する酸素センサのうちの少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて供給酸素量を推定する。ここで、吸気圧センサや吸入空気量センサは、内燃機関の制御のために車両に搭載されている既存のセンサを用いれば良く、コスト的な負担が少なくて済む。更に、吸気圧センサと吸入空気量センサのいずれか一方の検出値と排気還流量センサの検出値とを組み合わせて供給酸素量を推定するようにしても良い。このようにすれば、吸気系へ還流する排気ガス中の酸素を考慮した正確な供給酸素量を推定することができる。また、酸素センサを用いれば、供給酸素量を直接検出することができる。
【００１５】
また、請求項７では、前記目標酸素量算出手段は、前記過給機の過給圧限界値に相当する最大酸素量以下の範囲内で前記目標酸素量を内燃機関の運転状態に基づいて算出する。これにより、内燃機関が過負荷状態にならないように目標酸素量を設定でき、内燃機関の耐久性を向上できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施形態を図１乃至図５に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン制御系全体の概略構成を説明する。内燃機関であるディーゼルエンジン１１の吸気通路１２にはターボ過給機１３が設置されている。このターボ過給機１３は、排気通路１４内を流れる排気ガスの運動エネルギによって回転駆動される排気タービン１５を駆動源としている。そして、排気タービン１５よりも下流側の排気通路１４には排気浄化用の触媒１７が設置されている。
【００１７】
更に、ターボ過給機１３よりも下流側の吸気通路１２と触媒１７よりも上流側の排気通路１４とをバイパスさせる吸気バイパス通路１８が設けられ、この吸気バイパス通路１８には、開度調節可能なバイパス空気量制御弁１９が設けられている。このバイパス空気量制御弁１９の開度調整は、ステップモータ等のモータ（図示せず）で行えば良い。或は、バイパス空気量制御弁１９を電磁弁で構成する場合には、電磁弁のソレノイドコイルへの通電をデューティ制御することで、弁を開閉する時間的な度合を制御して弁を通過する空気量を制御すれば良い。このような電磁弁のデューティ制御により弁を開閉する時間的な度合を制御する場合も、特許請求の範囲でいう「バイパス空気量制御弁の開度を制御する」の概念に含まれる。また、吸気バイパス通路１８の入口１８ａよりも下流側の吸気通路１２には、吸気圧を検出する吸気圧センサ２０が設置されている。
【００１８】
一方、排気通路１４には、排気タービン１５の上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路２１（ウェイストゲート）が設けられ、この排気バイパス通路２１には開度調節可能なバイパス排気量制御弁２２が設けられている。このバイパス排気量制御弁２２の開度調整も、前記バイパス空気量制御弁１９の開度調整と同じく、モータ（図示せず）、又は電磁弁のデューティ制御で行えば良い。また、触媒１７の上流側端面の近傍には、排気温度を検出する排気温度センサ２３が設置され、この排気温度センサ２３で検出した排気温度から触媒１７の温度が判定される。従って、本実施形態では、排気温度センサ２３を特許請求の範囲でいう触媒温度判定手段として用いる。
【００１９】
尚、アクセル２４には、アクセル開度（アクセル操作量）を検出するアクセル開度センサ２５が設けられ、ディーゼルエンジン１１には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ２６が設けられている。
【００２０】
これらアクセル開度センサ２５、エンジン回転数センサ２６、排気温度センサ２３、吸気圧センサ２０等、エンジン制御に関する各種情報を検出するセンサの出力信号は、エンジン制御用の電子制御回路（以下「ＥＣＵ」という）２７に入力される。このＥＣＵ２７は、マイクロコンピュータを主体として構成され、上記各種センサ情報に基づいて燃料噴射装置（図示せず）の動作を制御すると共に、図２及び図３に示す過給制御プログラムを実行することで、触媒温度と目標触媒温度との差及び後述する供給酸素量と目標酸素量との差に基づいてバイパス空気量制御弁１９とバイパス排気量制御弁２２の開度を制御する制御手段として機能する。
【００２１】
以下、図２及び図３の過給制御プログラムの処理の流れを説明する。本プログラムは、所定時間毎（例えば１秒毎）又は所定クランク角毎に割り込み処理にて起動される。本プログラムが起動されると、まずステップＳ１０１で、エンジン回転数センサ２６、アクセル開度センサ２５、吸気圧センサ２０、排気温度センサ２３から出力されるエンジン回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃ、吸気圧Ｐｑ及び排気温度Ｔを読み込む。そして、次のステップＳ１０２で、読み込んだエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度Ａｃとに応じて、目標とするエンジン出力を確保するのに必要な目標吸気圧Ｐ1 を予め設定されたマップデータより算出する。この際、目標吸気圧Ｐ1 は、ディーゼルエンジン１１が過負荷状態にならないようにターボ過給機１３の過給圧限界値以下の範囲内で設定される。
【００２２】
そして、目標吸気圧Ｐ1 の算出後、ステップＳ１０３で、排気温度Ｔと目標触媒温度Ｔ1 とを比較し、触媒１７の温度状態（活性状態）を判定する。この場合、触媒１７は主として排気ガスの熱で温度上昇し、触媒温度は排気温度Ｔとほぼ等しいと推定できるため、本実施形態では、触媒温度の代用データとして排気温度Ｔを用いる。また、目標触媒温度Ｔ1 は、触媒１７のＮＯｘ浄化率が最大となる触媒温度Ｔmax （図４参照）に設定されている。
【００２３】
上記ステップＳ１０３で、排気温度Ｔ（＝触媒温度）が目標触媒温度Ｔ1 以下と判定された場合には、触媒１７の冷却は不要である。この場合には、ステップＳ１０４に進み、バイパス空気量制御弁１９を全閉と仮定して、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス排気量制御弁２２の開度を算出する。この後、ステップＳ１０５で、バイパス空気量制御弁１９の全閉信号を出力してバイパス空気量制御弁１９を全閉し、排気通路１４の触媒１７上流側への過給気のバイパスを遮断して、排気温度の低下を防ぎ、触媒１７の温度上昇を促進する。更に、このステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で算出したバイパス排気量制御弁２２の開度信号を出力し、バイパス排気量制御弁２２の開度を調整して、ターボ過給機１３の排気タービン１５をバイパスさせる排気ガス量を調整する。これにより、排気タービン１５を通過する排気ガス量を調整して、排気タービン１５の回転数を調整し、ターボ過給機１３の過給圧を吸気圧Ｐｑが目標吸気圧Ｐ1 となるように調整し、ディーゼルエンジン１１の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００２４】
この場合、ディーゼルエンジン１１に供給する吸入空気の酸素量（供給酸素量）は、吸気圧Ｐｑから推定できるため、供給酸素量の代用データとして吸気圧Ｐｑを用いる。従って、本実施形態では、吸気圧Ｐｑを検出する吸気圧センサ２０が特許請求の範囲でいう供給酸素量推定手段として用いられる。そして、ディーゼルエンジン１１に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（目標酸素量）の代用データとしてステップＳ１０２で算出する目標吸気圧Ｐ1 を用いる。従って、本実施形態では、目標吸気圧Ｐ1 を算出するステップＳ１０２の処理が特許請求の範囲でいう目標酸素量算出手段としての役割を果たしている。
【００２５】
一方、前述したステップＳ１０３で、排気温度Ｔ（＝触媒温度）が目標触媒温度Ｔ1 より高いと判定された場合には、触媒１７の冷却が必要となる。この場合には、図３のステップＳ１０６に進み、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 と仮定して排気温度Ｔ＝目標触媒温度Ｔ1 となるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を算出する。この後、ステップＳ１０７に進み、上記ステップＳ１０６で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度で、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス排気量制御弁２２の開度を算出する。
【００２６】
この後、ステップＳ１０８で、バイパス排気量制御弁２２の開度が０（＝全閉）よりも大きいか否かを判定し、大きい場合には、ステップＳ１０９に進んで、ステップＳ１０６で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度信号と、ステップＳ１０７で算出したバイパス排気量制御弁２２の開度信号とを出力し、両制御弁１９，２２の開度を調整する。これにより、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるように過給圧を制御して、必要なエンジン出力を確保すると共に、排気温度Ｔ（＝触媒温度）を目標触媒温度Ｔ1 に一致させるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を制御して、過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせて排気ガスと混合させることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、触媒温度を目標触媒温度Ｔ1 まで速やかに低下させる。
【００２７】
一方、前述したステップＳ１０８で、バイパス排気量制御弁２２の開度が０（＝全閉）以下と判定された場合には、ステップＳ１１０に進み、バイパス排気量制御弁２２を全閉と仮定して、吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を算出する。この後、ステップＳ１１１で、上記ステップＳ１１０で算出したバイパス空気量制御弁１９の開度信号とバイパス排気量制御弁２２の全閉信号を出力し、バイパス排気量制御弁２２を全閉して、バイパス空気量制御弁１９の開度調整により吸気圧Ｐｑ＝目標吸気圧Ｐ1 となるように過給圧を制御して、必要なエンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、触媒温度を低下させる。
【００２８】
以上説明した過給制御によれば、触媒温度（排気温度Ｔ）が目標触媒温度Ｔ1 以下の場合、つまり触媒１７の冷却が不要な場合には、バイパス空気量制御弁１９を全閉することで、排気通路１４側への過給気のバイパスを遮断して、過給気による触媒の冷却を停止し、触媒温度の上昇を促進して排気浄化能力を高める。これと共に、バイパス排気量制御弁２２の開度を制御することで、排気タービン１５の回転数（過給圧）を制御して吸気圧Ｐｑ（供給酸素量）を目標吸気圧Ｐ1 （目標酸素量）に合わせるように制御し、ディーゼルエンジン１１の燃焼効率を向上させて、燃費とドライバビリティを向上させる。
【００２９】
一方、触媒温度（排気温度Ｔ）が目標触媒温度Ｔ1 より高い場合、つまり触媒１７の冷却が必要な場合には、吸気圧Ｐｑ（供給酸素量）を目標吸気圧Ｐ1 （目標酸素量）に合わせるようにバイパス空気量制御弁１９及びバイパス排気量制御弁２２の開度を制御して、ディーゼルエンジン１１の出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度（排気温度Ｔ）と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じてバイパス空気量制御弁１９の開度を制御し、過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、排気温度を低下させて触媒１７を冷却し、排気浄化能力を高める。
【００３０】
以上説明した過給制御の挙動を図５に示すタイムチャートに従って説明する。図５のタイムチャートは、市街地走行時に頻繁に生じる加速→定速走行→減速の走行パターンの例である。アイドル運転中の時刻ｔ0 では、触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 よりも低いため、バイパス空気量制御弁１９が全閉されて、触媒１７の冷却は行われない。また、アイドル運転中は、ディーゼルエンジン１１の出力は最低で良いため、バイパス排気量制御弁２２が全開され、排気タービン１５を通過する排気ガスの量が最少となって、ターボ過給機１３の仕事量（過給圧）が最低となる。
【００３１】
その後、時刻ｔ1 で加速を開始すると、エンジン出力を大きくする必要があるため、バイパス排気量制御弁２２が全閉され、ターボ過給機１３の仕事量が増大されて過給圧が高められる。この加速開始とほぼ同時に、排気温度が上昇するが、触媒１７には熱容量があるため、触媒温度の上昇が排気温度の上昇よりも遅れる。従って、加速時間（ｔ1 −ｔ2 ）が比較的短ければ、その加速中は、触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 よりも低いため、触媒１７の冷却は必要ない。この場合には、加速中（ｔ1 −ｔ2 ）は、バイパス空気量制御弁１９が引き続き全閉状態に維持され、排気通路１４側への過給気のバイパスが遮断されて過給気が全て過給圧を高めるのに使用され、エンジン出力が効果的に高められ、良好な加速性が確保される。
【００３２】
その後、時刻ｔ2 で加速を終了して定速走行に移行すると、エンジン出力は加速時よりも少なくて済むため、バイパス排気量制御弁２２が開放されてターボ過給機１３の仕事量（過給圧）が加速時よりも低下する。
【００３３】
このとき、触媒温度は、定速走行に移行しても、暫く上昇し続け、時刻ｔ3 で触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 を越える。このようになると、触媒１７の冷却が必要となるため、バイパス空気量制御弁１９が触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じた開度まで開放され、過給気の一部が排気通路１４側にバイパスされて、触媒１７が冷却される。このようにして、過給気の一部を触媒１７の冷却に用いると、ディーゼルエンジン１１に供給する過給気が減少するため、それを補うように、バイパス排気量制御弁２２の開度が絞られ、ターボ過給機１３の仕事量が増大されて、定速走行を維持するために必要なエンジン出力が確保される。
【００３４】
触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 に達してからは、エンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度を目標触媒温度Ｔ1 に一致させるようにバイパス空気量制御弁１９の開度を制御し、排気浄化能力を高める。
【００３５】
従来の一般的なディーゼルエンジンのように、触媒１７の冷却（過給気のバイパス）を行わない場合には、図５に点線で示すように、定速走行中に触媒温度が目標触媒温度Ｔ1 を大きく越えて、触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差が大きくなり、ＮＯｘ浄化率が低下してＮＯｘ排出量が多くなる。
【００３６】
これに対し、本実施形態では、エンジン出力を確保した上で、ターボ過給機１３の過給能力に余力がある範囲内で触媒温度と目標触媒温度Ｔ1 との差に応じてバイパス空気量制御弁１９の開度を制御して、触媒１７を冷却する過給気のバイパス量を調整するので、ＮＯｘ浄化率が高い触媒温度に維持できて、ＮＯｘ排出量を効果的に低減できる。しかも、排気通路１４側への過給気のバイパス（触媒１７の冷却）は、ターボ過給機１４の過給能力に余力がある範囲内で行われるので、ディーゼルエンジン１１への過給気が供給不足になることはなく、エンジン出力が確保されて、ドライバビリティが低下することはなく、排気浄化能力とドライバビリティとを両立できる。
【００３７】
尚、ターボ過給機１３の下流側の吸気通路１２にインタークーラ（過給気を冷却する熱交換器）を設けて、過給効率を高めるようにしても良い。この場合には、吸気バイパス通路１８の入口１８ａをインタークーラよりも下流側に設けることが好ましい。このようにすれば、インタークーラにより冷却された過給気の一部を排気通路１４側にバイパスさせることで、触媒１７の冷却効果をより高めることができる。
【００３９】
一方、図６に示す本発明の第２の実施形態では、ターボ過給機１３よりも下流側の吸気通路１２と触媒１７よりも上流側の排気通路１４とをバイパスさせる第１の吸気バイパス通路３１が設けられ、この第１の吸気バイパス通路３１の出口側には、開度調節可能な第１のバイパス空気量制御弁３２が設けられている。更に、第１のバイパス空気量制御弁３２よりも上流側の第１の吸気バイパス通路３１と触媒１７よりも下流側の排気通路１４とをバイパスさせる第２の吸気バイパス通路３３が設けられ、この第２の吸気バイパス通路３３には、開度調節可能な第２のバイパス空気量制御弁３４が設けられている。前記第１の実施形態で設けた排気バイパス通路２１とバイパス排気量制御弁２２は廃止されている。これ以外の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００４０】
以上のように構成した第２の実施形態では、第１の吸気バイパス通路３１と第１のバイパス空気量制御弁３２が、第１の実施形態における吸気バイパス通路１８とバイパス空気量制御弁１９と全く同じ役割を果たす。また、第２の吸気バイパス通路３３と第２のバイパス空気量制御弁３４は、触媒１７の下流側にバイパスさせる過給気の量を調整することで、ディーゼルエンジン１１に供給する過給圧を調整するものであり、第１の実施形態における排気バイパス通路２１とバイパス排気量制御弁２２とほぼ同じ役割を果たす。従って、第１のバイパス空気量制御弁３２と第２のバイパス空気量制御弁３４の制御は、第１の実施形態におけるバイパス空気量制御弁１９とバイパス排気量制御弁２２の制御と同一であり、図２及び図３に示す過給制御プログラムにおいて、「バイパス空気量制御弁１９」を「第１のバイパス空気量制御弁３２」と読み替え、「バイパス排気量制御弁２２」を「第２のバイパス空気量制御弁３４」と読み替えて制御すれば良い。
【００４１】
以上説明した第２の実施形態では、第１の実施形態と同じ効果が得られる上に、排気バイパス通路２１（ウェイストゲート）を廃止しても、第２のバイパス空気量制御弁３４の開度調整によってディーゼルエンジン１１への過負荷を防止することができて、エンジンルーム内のスペースが問題でウェーストゲートを設置できない場合に有効である。
【００４２】
尚、第２の実施形態では、第２の吸気バイパス通路３３を第１の吸気バイパス通路３１の途中から分岐させた構成としたが、これら両吸気バイパス通路３１，３３を完全に独立させた構成としても良い。
【００４３】
また、上記各実施形態では、ディーゼルエンジン１１に供給する吸入空気の酸素量（供給酸素量）を吸気圧Ｐｑから推定できる点に着目し、供給酸素量の代用データとして吸気圧Ｐｑを用いるようにした。つまり、吸気圧Ｐｑを検出する吸気圧センサ２０を供給酸素量推定手段として用いるようにしたが、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、吸気系への排気ガスの還流量を検出する排気還流量センサ、ディーゼルエンジン１１に吸入される酸素量を検出する酸素センサのうちの少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて供給酸素量を推定するようにしても良い。
【００４４】
この場合、吸気圧センサ２０や吸入空気量センサは、ディーゼルエンジン１１の制御のために車両に搭載されている既存のセンサを用いれば良く、コスト的な負担が少なくて済む。更に、吸気圧センサと吸入空気量センサのいずれか一方の検出値と排気還流量センサの検出値とを組み合わせて供給酸素量を推定するようにしても良い。このようにすれば、吸気系へ還流する排気ガス中の酸素を考慮した正確な供給酸素量を推定することができ、制御精度を向上できる。また、酸素センサを用いれば、供給酸素量を直接検出することができて、制御精度を向上できる。
【００４５】
また、上記各実施形態では、触媒温度判定手段として排気温度センサ２３を用い、触媒温度の代用データとして排気温度Ｔを用いるようにしたが、触媒温度を直接検出する触媒温度センサを触媒温度判定手段として設けるようにしても良い。その他、本発明は、ガソリンエンジンに適用して実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成を示す図
【図２】過給制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その１）
【図３】過給制御プログラムの処理の流れを示すフローチャート（その２）
【図４】触媒温度とＮＯｘ浄化率との関係を示す図
【図５】過給制御の挙動を示すタイムチャート
【図６】本発明の第２の実施形態におけるエンジン制御システム全体の概略構成を示す図
【符号の説明】
１１…ディーゼルエンジン（内燃機関）、１２…吸気通路、１３…ターボ過給機（過給機）、１４…排気通路、１５…排気タービン、１７…触媒、１８…吸気バイパス通路、１９…バイパス空気量制御弁、２０…吸気圧センサ（供給酸素量推定手段）、２１…排気バイパス通路、２２…バイパス排気量制御弁、２３…排気温度センサ（触媒温度判定手段）、２５…アクセル開度センサ、２６…エンジン回転数センサ、２７…ＥＣＵ（制御手段，目標酸素量算出手段）、３１…第１の吸気バイパス通路、３２…第１のバイパス空気量制御弁、３３…第２の吸気バイパス通路、３４…第２のバイパス空気量制御弁。
Claims (7)
- 吸気通路に設けられた過給機と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒とを備え、前記過給機として、排気エネルギで駆動される排気タービンを駆動源とするターボ過給機を用いた内燃機関制御装置において、
前記触媒の温度を判定する触媒温度判定手段と、
前記過給機よりも下流側の吸気通路と前記触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる吸気バイパス通路と、
前記吸気バイパス通路を通過する空気量を制御するバイパス空気量制御弁と、
前記排気通路に設けられ、前記排気タービンの上流側と下流側とをバイパスさせる排気バイパス通路と、
前記排気バイパス通路に設けられたバイパス排気量制御弁と、
内燃機関に供給する吸入空気の酸素量（以下「供給酸素量」という）を推定する供給酸素量推定手段と、
内燃機関に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（以下「目標酸素量」という）を算出する目標酸素量算出手段と、
前記触媒温度判定手段で判定した触媒温度と目標触媒温度との差及び前記酸素量推定手段で求めた供給酸素量と前記目標酸素量算出手段で求めた目標酸素量との差に基づいて前記バイパス空気量制御弁の開度及び前記バイパス排気量制御弁の開度を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記触媒温度が前記目標触媒温度より高い場合には、前記供給酸素量が前記目標酸素量と一致すると仮定して前記触媒温度を前記目標触媒温度に合わせるように前記バイパス空気量制御弁の開度を算出した後、この算出した前記バイパス空気量制御弁の開度にて前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように前記バイパス排気量制御弁の開度を算出し、算出した前記バイパス排気量制御弁の開度が０よりも大きい場合に前記バイパス空気量制御弁の開度及び前記バイパス排気量制御弁の開度をそれぞれ前記算出した開度に調整することを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記制御手段は、算出した前記バイパス排気量制御弁の開度が０以下の場合には、前記バイパス排気量制御弁を全閉して前記バイパス空気量制御弁の開度を制御することで、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関制御装置。
- 前記制御手段は、前記触媒温度が前記目標触媒温度以下の場合には、前記バイパス空気量制御弁を全閉して、前記バイパス排気量制御弁の開度を制御することで、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関制御装置。
- 吸気通路に設けられた過給機と、排気通路に設けられた排気浄化用の触媒とを備えた内燃機関制御装置において、
前記触媒の温度を判定する触媒温度判定手段と、
前記過給機よりも下流側の吸気通路と前記触媒よりも上流側の排気通路とをバイパスさせる第１の吸気バイパス通路と、
前記第１の吸気バイパス通路を通過する空気量を制御する第１のバイパス空気量制御弁と、
前記過給機よりも下流側の吸気通路と前記触媒よりも下流側の排気通路とをバイパスさせる第２の吸気バイパス通路と、
前記第２の吸気バイパス通路を通過する空気量を制御する第２のバイパス空気量制御弁と、
内燃機関に供給する吸入空気の酸素量（以下「供給酸素量」という）を推定する供給酸素量推定手段と、
内燃機関に供給する燃料を燃焼するのに必要な吸入空気の酸素量（以下「目標酸素量」という）を算出する目標酸素量算出手段と、
前記触媒温度判定手段で判定した触媒温度と目標触媒温度との差及び前記酸素量推定手段で求めた供給酸素量と前記目標酸素量算出手段で求めた目標酸素量との差に基づいて前記第１及び第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御する制御手段と
を備えていることを特徴とする内燃機関制御装置。 - 前記制御手段は、前記触媒温度が目標触媒温度より低い場合には、前記第１のバイパス空気量制御弁を閉鎖して、前記第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御することで、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように制御し、
前記触媒温度が目標触媒温度より高い場合には、前記供給酸素量を前記目標酸素量に合わせるように前記第１及び第２のバイパス空気量制御弁の開度を制御した上で前記過給機の過給能力に余力がある範囲内で前記触媒温度と目標触媒温度との差に応じて前記第１のバイパス空気量制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関制御装置。 - 前記供給酸素量推定手段は、吸気圧を検出する吸気圧センサ、吸入空気量を検出する吸入空気量センサ、吸気系への排気ガスの還流量を検出する排気還流量センサ、前記内燃機関に吸入される酸素量を検出する酸素センサのうちの少なくとも１つのセンサの出力信号に基づいて供給酸素量を推定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
- 前記目標酸素量算出手段は、前記過給機の過給圧限界値に相当する最大酸素量以下の範囲内で前記目標酸素量を内燃機関の運転状態に基づいて算出することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の内燃機関制御装置。
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