JP4244979B2 - 内燃機関の過給圧制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の過給圧を制御する装置に関する。

点火時期の遅角または燃料噴射時期の遅角等により排気温度すなわち排気のエネルギを増大させてターボチャージャの応答性を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特公平７−１０１０１１号公報 特開２００３−３８７１号公報

ここで、点火時期の遅角または噴射時期の遅角等により、排気の熱エネルギを増加させると、その分内燃機関で発生するトルクが減少する。すなわち、吸入空気量が同じであると仮定した場合、排気の熱エネルギを増加させたほうが増加させないときよりも正味トルクが減少する。これは、点火時期の遅角等により排気の熱エネルギを増加させた場合に、次サイクル以降の過給圧は上昇するが、現時点でのサイクルでは発生トルクが減少するためである。そして、排気のエネルギの増加により過給圧の応答性を高めても、発生トルクの低下による機関回転数の応答性の低下のほうが大きいとドライバビリティが悪化してしまう。

また、急加速時等ではショックの低減等を抑制するために点火時期を遅角させて発生トルクを低下させることがある。この場合、排気のエネルギを増加させる手段として点火時期の遅角等を行っても効果は小さい。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の過給圧制御装置において、過給圧をより速やかに上昇させることができる技術を提供することを目的とする。

上記課題を達成するために本発明による内燃機関の過給圧制御装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の過給圧制御装置は、
内燃機関の排気によりタービンが回転駆動されるターボチャージャと、
ＥＧＲ装置と、
を備え、
過給時にＥＧＲを行う、又は過給時のＥＧＲ量を過給されていないときと比較して増加させることを特徴とする。

ここで、ＥＧＲを行うことにより、現サイクルの気筒内で発生した温度の高い排気の一部を次回以降のサイクルで気筒内に取り込むことができる。すなわち、現サイクルで発生したエネルギの一部を次回以降のサイクルで用いることができる。これにより、次回以降のサイクルではエネルギの総量が増加する。そのため、排気のエネルギを増加させるための点火時期の遅角の度合いを小さくすることができるので、機関発生トルクの低下を抑制することができる。このようにして、機関発生トルクの低下を抑制しつつ排気のエネルギを増加させることができるので、過給圧上昇の応答性を高めてドライバビリティの悪化を抑制することができる。

本発明においては、吸気弁および／または排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構をさらに備え、

過給時に行うＥＧＲは、吸気弁および／または排気弁の開閉時期を制御することにより行う内部ＥＧＲであってもよい。

内部ＥＧＲは、既燃ガスを排気通路または吸気通路に一旦流し込み、その後同じ通路を逆流させて気筒内に導入させたり、気筒内に残留する既燃ガスを多くしたりすることにより行われる。たとえば、吸気通路に吹き返した既燃ガスを気筒内に再吸入したり、排気通路に排出された既燃ガスを逆流させて気筒内に吸入したり、気筒内から排出される既燃ガスの量を減少させて気筒内に残留する既燃ガスの量を増加させたりして内部ＥＧＲが行われる。この内部ＥＧＲは、例えば可変動弁機構が排気弁の開閉特性を変更することにより行うことができる。この可変動弁機構は、排気弁の開弁時期、閉弁時期、リフト量、作用角を調整することにより、内燃機関の気筒内に吸入される新気量、ＥＧＲ量、残留ガス量（内部ＥＧＲ量）、ポンプ損失等を調整し、内燃機関の運転状態を変更する。例えば、気筒内若しくは排気通路の圧力よりも吸気通路の圧力が低い場合に、吸気弁の開弁時期を進角させて吸気弁と排気弁とが同時に開弁しているバルブオーバラップを大きくすると、吸気通路側に吹き返す既燃ガスの量が増加する。そして、吸気通路に吹き返した既燃ガスは次の吸気行程で気筒内に吸入される。そのため、次サイクルにおける気筒内の既燃ガスが多くなる。また、排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも早くすると、吸気通路側に吹き返す既燃ガスの量が増加し、この既燃ガスは吸気行程で気筒内に吸入される。そのため、気筒内に残留する既燃ガスが多くなる。さらに、排気弁の閉弁時期を排気上死点よりも遅くすると、排気通路に一旦排出された既燃ガスが吸気行程で気筒内に逆流する。そのため、気筒内に残留する既燃ガスが多くなる。このようにして、内部ＥＧＲ量を増加させることができる。そして、内部ＥＧＲガスの温度はＥＧＲ通路を介して行う外部ＥＧＲガスの温度よりも高いので、気筒内における内部ＥＧＲガスの割合を増加させることにより、気筒内のエネルギを上昇させることができる。

本発明においては、吸気の圧力が所定値よりも低い場合には、過給時のＥＧＲを禁止することができる。

吸気の圧力とは気筒内に吸入される空気の圧力であり、吸気通路にスロットルが備えられていればそれよりも下流の圧力である。この吸気の圧力が例えばスロットルよりも上流の圧力または大気圧よりも低い場合には、タービン回転数の上昇値に対する過給圧の上昇値が小さいので、排気エネルギを増加したとしても過給圧上昇の応答性を高める効果は小さい。また、吸気の圧力が低い場合には内燃機関が低負荷で運転されていることが多く、この場合内部ＥＧＲガスの温度が低いので、内部ＥＧＲを行ったとしても次回以降のサイクルでのエネルギの増加は小さい。一方、ＥＧＲを禁止することにより機関発生トルクを増加することができるので、機関回転数を増加させて吸入空気量を増加させることができる。これにより過給圧上昇の応答性を向上させることができる。なお、前記「所定値」とは、内部ＥＧＲを行ってもその効果が乏しいときの吸気圧力の上限値であり、例えばスロットルよりも上流の圧力または大気圧である。

本発明においては、機関発生トルクが所定範囲内で且つ内部ＥＧＲガス量が最多となるように吸気弁の開弁時期を調整することができる。

吸気弁の開弁時期を進角すると吸気通路に流れ込む既燃ガス量が多くなるので、内部ＥＧＲガス量が増加する。これにより、次回以降のサイクルに加えられるエネルギが増加する。しかし、吸気弁の開弁時期を過剰に進角すると、現時点サイクルにおける発生トルクの低下により過給圧の応答性が低下し、この低下が次回以降の過給圧の応答性の上昇を上
回るようになる。これに対し、吸気弁の開弁時期の進角量を制限すれば発生トルクの低下を抑制することができ、さらにこの範囲内で内部ＥＧＲガス量を最多とすることにより過給圧上昇の応答性の向上を図ることができる。なお、「所定範囲」とは、次回以降のサイクルにおいて排気のエネルギの増加による過給圧の上昇が機関発生トルクの減少による過給圧の低下を上回ることができる範囲とすることができる。すなわち、この範囲内であれば、吸気弁の開弁時期を進角させて現サイクルの機関発生トルクが低下しても、次回以降の機関発生トルクの低下を抑制することができる。さらに、排気弁の開弁時期の遅角を組み合わせることにより、機関発生トルクを増大させることができる。

本発明においては、過給時にＥＧＲガス量を増加させているときには点火時期の進角を行わないことができる。

ＥＧＲガス量が増加すると気筒内の燃焼が緩慢となるため、従来では点火時期を進角させて機関発生トルクを増加させていた。また、ＥＧＲガス量が増加すると気筒内の温度が上昇するためノッキングが発生しやすくなる。そしてノッキングが発生する場合には点火時期を遅角させていた。一方、ノッキングが発生するおそれのない場合に点火時期の進角を禁止すると機関発生トルクが減少する分排気温度を上昇させることができる。これにより、排気エネルギが増加するためターボチャージャの応答性を改善することができる。

また、本発明による内燃機関の過給圧制御装置は、
吸気弁および／または排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構と、
排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
を備え、
排気の温度が所定温度以上となる運転領域では、吸気弁の開弁時期の進角制御を禁止し、且つ排気弁の開弁時期を所定量遅角させることを特徴としてもよい。

例えば触媒の温度が過剰に高くなると、触媒の劣化が進行したり触媒での排気の浄化性能が低下したりする。また、例えばターボチャージャの温度が過剰に高くなると該ターボチャージャが毀損するおそれがある。そのため、例えばターボチャージャおよび／または排気浄化触媒の温度がある程度高くなる場合には、排気温度をそれ以上上昇させることができなくなるので、内部ＥＧＲを増加させることが困難となる。これに対し、排気弁の開弁時期を遅角させると、既燃ガスのエネルギのうちピストンを押し下げるエネルギが大きくなるので、機関発生トルクが増加する。また、吸気弁の開弁時期を遅角させると吸気弁と排気弁とが共に開弁している期間が長くなる。排気温度が高い場合には過給圧も高くなっているので、オーバラップ期間には吸気通路から排気通路へと空気が吹きぬける。これにより排気脈動のタイミングを変化させて吸気弁と排気弁とが共に開弁状態となっているときの背圧を低下させることができる。その結果、排気行程終了付近の排気の速度を上昇させることができるので、タービンに動圧エネルギを与えることができ、過給圧上昇の応答性を高めることができる。また、吸気弁の開弁時期の進角を行わないことにより、内部ＥＧＲの増加を抑制することができるので、排気温度の上昇を抑制することができる。なお、「所定温度」とは、内燃機関の排気通路に備えられた部材または内燃機関を構成する部材の性能が低下し得る温度若しくは部材が毀損する温度の下限値である。

本発明によれば、ＥＧＲを行うことにより現サイクルのエネルギの一部を次回以降のサイクルで使用することができるので、過給圧をより速やかに上昇させることができる。

以下、本発明に係る内燃機関の過給圧制御装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。

図１は、本実施例に係る内燃機関の過給圧制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ガソリンエンジンである。

内燃機関１には、吸気管３および排気管４が接続されている。この吸気管３の途中には、排気のエネルギを駆動源として作動するターボチャージャ５のコンプレッサハウジング５ａが設けられている。コンプレッサハウジング５ａ内にはコンプレッサ５ｃが格納されている。また、コンプレッサハウジング５ａよりも下流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量を調節する吸気スロットル６が設けられている。この吸気スロットル６は、電動アクチュエータにより開閉される。コンプレッサハウジング５ａよりも上流の吸気管３には、該吸気管３内を流通する吸気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ７が設けられている。このエアフローメータ７により、内燃機関１の吸入空気量が測定される。

一方、排気管４の途中には、前記ターボチャージャ５のタービンハウジング５ｂが設けられている。また、タービンハウジング５ｂよりも下流の排気管４には、排気浄化触媒８が設けられている。タービンハウジング５ｂ内には排気のエネルギで回転する排気タービン５ｄが格納されている。

また、本実施例に係る内燃機関１は可変動弁機構５０を備えている。各気筒２には吸気弁５１が２つ備えられおり、各吸気弁５１の開閉動作は吸気側カム５２によって行われる。この吸気側カム５２は吸気側カムシャフト５３に取り付けられ、更に吸気側カムシャフト５３の端部には吸気側プーリ５４が設けられている。更に、吸気側カムシャフト５３と吸気側プーリ５４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「吸気側ＶＶＴ」という）５５が設けられている。この吸気側ＶＶＴ５５は、ＥＣＵ１０からの指令に従って吸気側カムシャフト５３と吸気側プーリ５４との相対的な回転位相を制御する。

そして、吸気側カムシャフト５３の回転駆動は、クランクシャフトの駆動力によって行われる。そして、クランクシャフトの駆動力によって吸気側カムシャフト５３が回転駆動され、さらには吸気側カム５２が回転されて、以て吸気弁５１の開閉動作が行われる。そして、本実施例では、可変動弁機構５０により吸気弁５１の開閉時期を吸気上死点よりも進角または遅角して、気筒２内の既燃ガスの量が変更される。本実施例では、このようにして気筒２内に残留する既燃ガスを内部ＥＧＲガスと称している。

また、各気筒２には排気弁６１が２つ備えられおり、各排気弁６１の開閉動作は排気側カム６２によって行われる。この排気側カム６２は排気側カムシャフト６３に取り付けられ、更に排気側カムシャフト６３の端部には排気側プーリ６４が設けられている。更に、排気側カムシャフト６３と排気側プーリ６４との相対的な回転位相を変更可能とする可変回転位相機構（以下、「排気側ＶＶＴ」という）６５が設けられている。この排気側ＶＶＴ６５は、ＥＣＵ１０からの指令に従って排気側カムシャフト６３と排気側プーリ６４との相対的な回転位相を制御する。

吸気側カムシャフト５３および排気側カムシャフト６３の回転駆動は、クランクシャフトの駆動力によって行われる。そして、クランクシャフトの駆動力によって吸気側カムシャフト５３および排気側カムシャフト６３が回転駆動され、さらには吸気側カム５２および排気側カム６２が回転されて、以て吸気弁５１および排気弁６１の開閉動作が行われる。そして、本実施例では、可変動弁機構５０により吸気弁５１および排気弁６１の開閉時期を進角または遅角して、気筒２内の既燃ガスの量が変更される。本実施例では、このようにして気筒２内に残留する既燃ガスを内部ＥＧＲガスと称している。

以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。また、ＥＣＵ１０には、運転者がアクセルペダル１１を踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し機関負荷を検出可能なアクセル開度センサ１２、機関回転数を検出するクランクポジションセンサ１３、吸気スロットル６よりも下流の吸気管３内の圧力に応じた信号を出力する下流側吸気圧センサ１４、吸気スロットル６よりも上流の吸気管３内の圧力に応じた信号を出力する上流側吸気圧センサ１５の他、各種センサが電気配線を介して接続され、これら各種センサの出力信号がＥＣＵ１０に入力されるようになっている。一方、ＥＣＵ１０には、吸気スロットル６、吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。

そして、ＥＣＵ１０は内部ＥＧＲガス量を調整する。内部ＥＧＲガスの量は、吸気側ＶＶＴ５５を制御することにより調整することができる。吸気弁５１の開く時期を排気上死点よりも早くすると排気行程中に吸気弁５１が開かれることになる。そして、吸気管３の圧力が排気管４の圧力よりも低ければピストンの上昇と共に気筒２内の既燃ガスが吸気管３に逆流する。この逆流した既燃ガスは直後の吸気行程に再度気筒２内に流入する。すなわち、吸気弁５１の閉じる時期を排気上死点よりも早くするほど、内部ＥＧＲガス量を増加させることができる。

ここで図２は、本実施例に係る機関回転数と機関発生トルクとの関係を示した図である。また、図３は、本実施例に係る過給圧、機関発生トルク、吸気側ＶＶＴの制御値、および排気側ＶＶＴの制御値と、従来の制御に係るこれらの値との推移を示したタイムチャートである。

図２で、「等スロットル上流圧曲線」とは、吸気スロットル６よりも上流側と下流側との吸気管３内の圧力が等しくなっているときの機関発生トルクを機関回転数毎に表した線である。「ＯＴ限界線」とは、ターボチャージャ５または排気浄化触媒８が過熱するおそれのある機関発生トルクの最低値を機関回転数毎に表した線である。「過渡軌跡」とは、本実施例による加速時の内燃機関１の運転状態の変化を示している。「ＮＡトルク」は、過給が行われていないとしたときの機関発生トルクを機関回転数毎に現している。

図２中「等スロットル上流圧曲線」よりも機関発生トルクが小さい運転領域を「通常制御領域」と示している。この「通常制御領域」では機関回転数毎に機関発生トルクが最も大きくなるように吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５が制御される。すなわち、「通常制御領域」で示される運転領域では、排気のエネルギを積極的に増加させるための吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５の制御は行われない。

これは、吸気スロットル６よりも下流側の圧力が上流側の圧力以下の場合には、排気タービン５ｄの回転数の上昇量ΔＴＣＲに対する過給圧の上昇量ΔＰｍの値（ΔＰｍ／ΔＴＣＲ）が小さいため、排気のエネルギが増加しても過給圧はあまり高くならないことによる。また、このような状態では内部ＥＧＲの温度も低いので、この点においても過給圧の応答性は高くならない。このような運転状態では、排気のエネルギを増加させるよりも機関回転数を上昇させたほうが機関発生トルクを速やかに増加させることができる。そのため、過給圧または排気タービン５ｄの回転数が所定値（等スロットル上流圧曲線）以下の場合には上記吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５の制御は行わない。そして、機関発生トルクが最も大きくなるように吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５を制御する。なお、「通常制御領域」の制御が開始される時点を図３では（２）の記号で示している。

また、図２中「等スロットル上流圧曲線」と「ＯＴ限界線」とで囲まれる運転領域を「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」と示しており、この運転領域では吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５により内部ＥＧＲが増加される。

この「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」に入った直後は吸気管３の圧力よりも排気管４の圧力のほうが高い。そして、この運転領域では、まず吸気側ＶＶＴ５５により吸気弁５１の開弁時期をＭＢＴ点（機関発生トルクが最も大きくなる時期）からずらしてオーバラップを大きくさせることにより内部ＥＧＲを増加させている。これにより、現サイクルの排気のエネルギの一部を次サイクルにおいて用いることができるので、現サイクルにおける発生トルクは低下するものの、次サイクルにおけるエネルギの総量が増加する。そのため、排気のエネルギを増加させるために行う点火時期の遅角の度合いを小さくことができるので、発生トルクの低下を抑制することができる。このときの吸気弁５１の開弁時期の進角量は内部ＥＧＲガス量が最多となるように決定される。

また、このとき同時に排気側ＶＶＴ６５により排気弁６１の開弁時期を進角させてもよい。これにより、背圧を上昇させることができるので、内部ＥＧＲガス量をより多くすることが可能となる。この排気弁６１の開弁時期の進角は、吸気弁５１とのオーバラップの期間を一定に保ったまま行う。

さらに、吸気弁５１の閉弁時期を独立して制御可能なシステムの場合には、吸気弁５１の閉弁時期を吸気下死点近傍とすることにより、吸入空気量を最大とすることができる。これにより、機関発生トルクをより増加させることができる。なお、「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」であって吸気管３の圧力よりも排気管４の圧力のほうが高いときの制御が行われている期間を図３では（１）の記号で示している。

さらに、「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」であって吸気管３の圧力が排気管４の圧力以上の高い場合には、発生トルクの低下の割合がＭＢＴ時に対して所定範囲内で且つ排気タービン５ｄの回転数（若しくは過給圧）が最高になるように吸気弁５１の開弁時期が進角される。ここでは、気筒内に吸入される空気量が最大となるように吸気弁５１の開弁時期が制御される。

ここで、吸気弁５１の開弁時期を過剰に進角させるとオーバラップ期間が過剰に長くなり圧縮行程終了時の温度が高くなる。これによりノッキングが発生するおそれがあるので、点火時期が遅角される。そのため、機関発生トルクが低下する。しかし、点火時期の遅角により機関発生トルクを多少犠牲にしても、吸気弁５１の開弁時期を進角させることにより、吸気管３から排気管４への空気の吹き抜けが起こる。これにより、吸入空気量が増加するので機関発生トルクを増加させることができる。すなわち、ＭＢＴ時に対しての発生トルクの低下の割合が所定範囲内であれば、機関発生トルク低下よりも次サイクル以降における過給圧上昇による機関発生トルクの上昇のほうが大きくなるため、次サイクル以降では機関発生トルクを上昇させることができる。

また、このとき同時に排気側ＶＶＴ６５により排気弁６１の開弁時期を遅角させる。これにより、膨張行程時に既燃ガスがピストンを押し下げる時間が長くなるので、機関発生トルクを上昇させることができる。

さらに、吸気弁５１の閉弁時期を独立して制御可能なシステムの場合には、吸気弁５１の閉弁時期を吸気下死点近傍とすることにより、吸入空気量を最大とすることができる。
これにより、機関発生トルクをより増加させることができる。なお、「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」であって吸気管３の圧力が排気管４の圧力以上のときの制御が行われている期間を図３では（３）の記号で示している。

ここで、従来では内部ＥＧＲの増加により燃焼が緩慢となるので、これによる機関発生トルクの低下を補うために点火時期を進角させていた。一方、本実施例では、ノッキングが発生するおそれのない領域（以下、ノック領域以外という。）では、点火時期の進角を実施しないようにして排気の温度をさらに上昇させる。一方、ノッキングが発生するおそれのある領域（以下、ノック領域という。）では、ノッキングが発生しないように点火時期の遅角補正を行う。なお、このような制御が行われている運転状態を図３では（４）の記号で示している。

そして、図２中「ＯＴ限界線」よりも機関発生トルクが大きな運転領域を「排気側ＶＶＴ制御領域」と示しており、この運転領域では排気側ＶＶＴ６５により排気弁６１の開弁時期が遅角等される。

ターボチャージャ５または排気浄化触媒８が過熱するおそれのある運転領域（以下、ＯＴ領域という。）では、排気の温度を上昇させるとターボチャージャ５または排気浄化触媒８が過熱してしまうので、排気の温度を上昇させることが困難となる。そのため、排気側ＶＶＴ６５により排気弁６１の開弁時期を遅角させ且つオーバラップを大きくして、吸気管３から気筒２内に流入した空気をそのまま排気管４に排出させる。これにより、排気タービン５ｄに与える動圧エネルギを大きくすることができるので、過給圧上昇の応答性を高めることができる。また、排気側ＶＶＴ６５により排気弁６１の開弁時期を遅角させることにより、膨張行程時に既燃ガスがピストンを押し下げる時間が長くなるので、機関発生トルクを上昇させることができる。なお、「排気側ＶＶＴ制御領域」で制御が行われている期間を図３では（５）の記号で示している。

ここで、図３において実線は本実施例によるもの、破線は従来技術によるものを示している。従来では、ＭＢＴを目標として吸気側ＶＶＴ５５および排気側ＶＶＴ６５が制御されていた。図３中のＡで示される時間において運転者がアクセルペダル１１を踏み込んで加速要求がなされている。ＡからＢの間では吸気スロットル６よりも下流側の圧力が上流側の圧力以下の前記「通常運転制御領域」となる。このＡからＢの間では本実施例でも従来技術でも同じ制御が行われる。

また、図３中Ｂで示される時間において吸気スロットル６よりも上流側と下流側との吸気管３内の圧力が等しくなる。そして、このＢで示される時間から前記「吸・排気側ＶＶＴ制御領域」となる。従来技術では、この運転領域であってもＭＢＴ点を目標として吸・排気弁の開閉時期が制御されていた。そのため、図３では、従来技術によるものは吸気側ＶＶＴ５５による吸気弁５１の開閉時期を遅角させている。しかし、本実施例によるものは、ＭＢＴ点を目標とせずに吸気弁５１の開閉時期を進角させている。また、従来技術によるものは排気側ＶＶＴ６５による排気弁６１の開閉時期を徐々に進角させているが、本実施例によるものは一旦進角させた後は開閉時期を一定として吸気管３内により多くの既燃ガスが吹き返すようにしている。

そして、Ｃで示される時間において従来技術よりも本実施例に係る制御によるほうの過給圧が大きくなる。そして、Ｄで示される時間において前記「ＯＴ限界線」に達し、このＤで示される時間以降は「排気側ＶＶＴ制御領域」となる。

次に、本実施例による過給圧制御について説明する。図４は、本実施例による過給圧制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、ターボチャージャ５による過
給が必要な場合に所定時間毎に繰り返し実行される。

ステップＳ１０１では、過給圧制御前提条件が成立しているか否か判定される。過給圧制御前提条件とは、本実施例における過給圧制御が行われる前提となる条件であり、加速要求があった場合やフューエルカット後であるときに条件が成立しているとされる。また、定常運転時や緩加速時に過給圧制御を行うと燃費が悪化するおそれがあるため、このような場合には条件が成立していないとされる。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０２では、内燃機関１が所定の領域で運転されているか否か判定される。所定の領域とは、吸気スロットル６よりも下流の吸気管３内の圧力が吸気スロットル６よりも上流の吸気管３内の圧力以下の場合である。これらの圧力は、下流側吸気圧センサ１４および上流側吸気圧センサ１５により得ることができる。すなわち、本ステップでは、機関発生トルクが図２における「等スロットル上流圧曲線」よりも低い「通常制御領域」であるか否か判定される。ΔＰｍ／ΔＴＣＲが小さい場合には排気のエネルギの増加により排気タービン５ｄの回転数が上昇しても過給圧の上昇はほとんど望めない。

ここで、図５は、排気タービン５ｄの回転数ＴＣＲと過給圧Ｐｍとの関係を示した図である。ハッチングで示した部分では、ΔＰｍ／ΔＴＣＲが所定値以下となる。例えば排気タービン５ｄの回転数ＴＣＲが５００００ｒ．ｐ．ｍ．以下で過給圧Ｐｍが１４ｋＰａ以下の領域である。このハッチングで示した領域ではΔＰｍ／ΔＴＣＲが小さいため、排気エネルギの増加による過給圧の上昇は行わないようにしてもよい。すなわち、本ステップではタービン回転数が所定値以下の場合には「通常制御領域」と判定し、過給圧制御を行わないようにしてもよい。ステップＳ１０２で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０３へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０３では、排気エネルギの増加制御が行われる。詳細は後述する。

ステップＳ１０４では、排気エネルギの増加制御を行わない従来の過給圧制御すなわち通常制御が行われる。

次に、排気エネルギの増加制御のフローについて説明する。図６は、本実施例による排気エネルギの増加制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、前記ステップＳ１０３において実行される。

ステップＳ２０１では、内燃機関１の運転領域がＯＴ領域であるか否か判定される。すなわち、排気の温度を上昇させることができる運転領域か否か判定される。判定は、機関回転数および機関負荷を図２に代入することにより行われる。ステップＳ２０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０２へ進む。

ステップＳ２０２では、吸気側ＶＶＴ５５により吸気弁５１の開弁時期を進角させる。これにより、排気行程の途中で吸気弁５１が開かれることになるため、既燃ガスの一部が吸気管３に逆流する。そして、次の吸気行程において吸気管３内の既燃ガスが気筒２内に吸入される。このようにして、本ステップでは内部ＥＧＲが増加される。その結果、圧縮行程終了時の気筒２内温度が上昇するので、排気のエネルギを増加させることができる。

また、図７は、排気タービン５ｄの回転数と機関発生トルクとの関係を示した図である。同じ記号のものは、排気弁６１の開閉時期が同じで吸気弁５１の開閉時期が異なっている。そして、吸気弁５１の開閉時期が進角されるほど、機関発生トルクが低下する。また、丸印において排気弁５１の開閉時期が一番早く、三角印に向かって排気弁５１の開閉時期が遅くなる。そして、吸気側ＶＶＴ５５の制御値は、図７中のハッチングで示すＭＢＴの範囲内で排気タービン５ｄの回転数が最高となるように選択される。これは、吸入空気量が最多となるように吸気側ＶＶＴ５５の制御値を得ることに等しい。すなわち、図７においては、Ｚで示される点の状態となるように吸気弁５１および排気弁６１の開閉時期が制御される。これにより、現サイクルの発生トルクは低下しても次サイクル以降で過給圧の応答性が高まるので、次サイクル以降では発生トルクの低下を打ち消すことができる。

ステップＳ２０３では、内燃機関１の運転領域がノック領域であるか否か判定される。

内燃機関１の負荷が中・高負荷の場合にはノッキングが発生するおそれがあるため、ノッキングの発生しないように点火時期の補正を行う。ここで、図８は、吸気弁５１の開弁時期と排気の温度との関係を示した図である。三角印は点火時期の補正を行う場合、丸印は点火時期の補正を行わない場合を示している。このように点火時期を補正することにより排気温度の上昇を抑制することができる。そして、ノッキングが発生するおそれのあるときには排気温度の上昇を抑制するように点火時期を補正することにより、ノッキングの発生を抑制することができる。なお、機関回転数および機関発生トルクに基づいてノック領域を予め実験等により求めてマップ化しておき、現時点での機関回転数および機関負荷を該マップに代入してノック領域であるか否か判定される。ステップＳ２０３で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０４へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。

ステップＳ２０４では、ノッキングが発生しないように点火時期の補正が行われる。これにより、燃焼温度を抑制しノッキングの発生を抑制することができる。

ステップＳ２０５では、点火時期の補正が行われないようにされる。ノッキングが発生するおそれがないため、点火時期をそのままとすることができ、これにより排気のエネルギをより増加させることができる。

ステップＳ２０６では、排気側ＶＶＴ６５による排気弁６１の開閉時期の変更制御および点火時期の補正が行われる。ＯＴ領域では、排気の温度を上昇させることによる過給圧の上昇は困難となる。そのため、排気の流速を高めることにより過給圧の上昇を図る。まず、排気側ＶＶＴ６５による排気弁６１の開閉時期の変更制御では、排気脈動が発生するタイミングを変えることによりバルブオーバラップ中の背圧を低下させる。ここで、図９は排気管４内の圧力（背圧）変化の推移を示した図である。横軸はクランクアングルである。実線は変更前、破線は変更後を示している。本実施例では４気筒の内燃機関１を用いているため、他の気筒からの排気により排気の圧力が変動する。このような排気脈動のタイミングをずらすことにより、バルブオーバラップ中の背圧を低下させることができる。そうすると、吸気管３から気筒２導入される空気がそのまま排気管４に吹き抜ける。これにより、排気行程終了付近に排気の流れを生じさせて、排気タービン５ｄに運動エネルギを与えることができるので、過給圧を速やかに上昇させることができる。

このようにして、吸気弁５１の開閉時期、排気弁６１の開閉時期、および点火時期を制御することにより、排気のエネルギを増加させることができる。これにより過給圧上昇時の応答性を高めることができるので、ドライバビリティを向上させることができる。また、吸気スロットル６の下流側の圧力が上流側の圧力以下の場合には、内部ＥＧＲを禁止することにより機関発生トルクを増加することができるので、機関回転数を増加させて吸入空気量を増加させることができる。これにより過給圧上昇の応答性を向上させることができる。さらに、過給圧がある程度高くなった場合には、吸気弁５１の開弁時期の進角量を制限することにより発生トルクの低下を抑制することができ、過給圧上昇の応答性の向上を図ることができる。そして、同時に排気弁６１の開弁時期を遅角させることにより、既燃ガスによる機関発生トルクを増大させることができる。また、ノッキングが発生するおそれのないときに点火時期の進角を禁止することにより、機関発生トルクが減少する分排気温度が上昇するので、排気エネルギを増加させることができ、過給圧上昇の応答性を改善することができる。

実施例に係る内燃機関の過給圧制御装置を適用する内燃機関とその吸・排気系の概略構成を示す図である。 実施例に係る機関回転数と機関発生トルクとの関係を示した図である。 実施例に係る過給圧、機関発生トルク、吸気側ＶＶＴの制御値、および排気側ＶＶＴの制御値と、従来の制御に係るこれらの値との推移を示したタイムチャートである。 実施例による過給圧制御のフローを示したフローチャートである。 排気タービンの回転数ＴＣＲと過給圧Ｐｍとの関係を示した図である。 実施例による排気エネルギの増加制御のフローを示したフローチャートである。 排気タービンの回転数と機関発生トルクとの関係を示した図である。 吸気弁の開弁時期と排気の温度との関係を示した図である。 排気管内の圧力（背圧）変化の推移を示した図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ 気筒
３ 吸気管
４ 排気管
５ ターボチャージャ
５ａ コンプレッサハウジング
５ｂ タービンハウジング
５ｃ コンプレッサ
５ｄ 排気タービン
６ 吸気スロットル
７ エアフローメータ
８ 排気浄化触媒
１０ ＥＣＵ
１１ アクセルペダル
１２ アクセル開度センサ
１３ クランクポジションセンサ
１４ 下流側吸気圧センサ
１５ 上流側吸気圧センサ
５０ 可変動弁機構
５１ 吸気弁
５２ 吸気側カム
５３ 吸気側カムシャフト
５４ 吸気側プーリ
６１ 排気弁
６２ 排気側カム
６３ 排気側カムシャフト
６４ 排気側プーリ

Claims (6)

1. 内燃機関の排気によりタービンが回転駆動されるターボチャージャと、
   ＥＧＲ装置と、
   を備え、
   過給時のＥＧＲ量を過給されていないときと比較して増加させることを特徴とする内燃機関の過給圧制御装置。
2. 吸気弁および／または排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構をさらに備え、
   過給時に行うＥＧＲは、吸気弁および／または排気弁の開閉時期を制御することにより行う内部ＥＧＲであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
3. 吸気の圧力が所定値よりも低い場合には、過給時のＥＧＲを禁止することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
4. 機関発生トルクが所定範囲内で且つ内部ＥＧＲガス量が最多となるように吸気弁の開弁時期を調整することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給圧制御装置。
5. 過給時にＥＧＲガス量を増加させているときには点火時期の進角を行わないことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の内燃機関の過給圧制御装置。
6. 吸気弁および／または排気弁の開閉時期を変更する可変動弁機構と、
   排気の温度を検出する排気温度検出手段と、
   をさらに備え、
   排気の温度が所定温度以上となる運転領域では、吸気弁の開弁時期の進角制御を禁止し、且つ排気弁の開弁時期を所定量遅角させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給圧制御装置。

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