JP6406158B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、ターボ過給機付きのエンジンを制御する制御装置に関する。

ターボ過給機付きのエンジンとして、特許文献１には、排気通路の一部が２つの独立した通路に分割され、それら２つの通路のうち一方の通路に、流路面積を変化させることにより排気の流速を調節する流路調節部（排気カット弁）が設けられた構成を有するエンジンが開示されている。このエンジンでは、排気の流量が少ないエンジンの運転状態では、流速調節部を閉じることにより排気の流速を高めて所要の過給効果を確保し、排気の流量が多いエンジンの運転状態では、流速調節部を開いて両方の通路から排気をタービンに供給することにより排圧の上昇によるエンジンの出力低下を防止するようにしている。

特開２００３−３２８７６５号公報

ところで、排気通路におけるタービンの下流側に設けられた、排気中の有害成分を浄化する触媒コンバータは、その浄化機能を十分に発揮させるのにその内部に保持した触媒を活性状態にしなければならず、触媒の温度が低いときには、活性温度にまで触媒の温度を高める必要がある。そのためには、できるだけ多くの排気を排気通路に流してその排気熱により触媒を速やかに昇温させることが望ましい。

しかし、特許文献１では、排気通路を流れる排気の流量が少ない状況において、流速調節部を閉じるため、排気通路における流路抵抗が高まって流速調節部よりも上流側での排圧が上昇し、その分だけ排気がエンジン本体から排気通路に排出され難くなる。そうなると、ただでさえ排気量が少ない運転状態にあるのに触媒コンバータへ流れる排気が抑制されることになるため、エンジンの冷間始動時などの触媒温度を速やかに上昇させることが要望される場面において、排気熱による触媒コンバータ内の触媒の昇温が遅れてしまう。

本開示の技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、流速調節部を備えたエンジンにおいて、触媒コンバータ内の触媒を活性温度にまで早期に昇温させることにある。

上記の目的を達成するために、本開示の技術では、エンジン本体から排気通路への排気の排出を阻害せず且つ触媒コンバータに至るまでの排気熱の損失を少なくするように排気流路の状態を制御するようにした。

具体的には、本開示の技術は、エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、排気通路におけるタービンの下流側に設けられた触媒コンバータと、排気通路に流通する排気を、タービンをバイパスして触媒コンバータの上流側に流すためのバイパス通路と、バイパス通路に流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブと、排気通路におけるタービンの上流側で当該排気通路の流路面積を変化させることにより排気の流速を調節する流速調節部と、を備えたエンジンを制御する制御装置を対象とする。このエンジンの制御装置は、触媒コンバータ内の触媒が未活性のときに前記触媒を活性温度まで昇温させる昇温処理を実行する昇温制御部を備える。昇温制御部は、触媒の活性化の要否を所定の条件が成立したか否かによって判定し、触媒の活性化が必要であると判定したときに、昇温処理を実行する前と比べて、排気通路の流路面積を大きくするように流速調節部を制御し、且つバイパス通路に流通する排気の流量を多くするようにウェイストゲートバルブを制御する。

この構成によると、触媒コンバータ内の触媒を昇温させるのに排気通路の流路面積を大きくするように流速調節部を制御するので、排気通路における流路抵抗が低くなり、流速調節部よりも上流側で排圧の上昇が生じない。これにより、エンジン本体から排気通路への排気の排出を促進させることができる。さらに、流速調節部により排気通路の流路面積を大きくするのと併せてバイパス通路に流通する排気の流量を多くするようにウェイストゲートバルブを制御するので、エンジン本体から排気通路に排出された排気のうちタービンを経由せずに触媒コンバータに流入する量が増大する。これにより、タービンに奪われる排気熱の量、つまりは触媒コンバータに至るまでの排気熱の損失を少なくし、排気通路における触媒コンバータの上流側で排気温度が低下するのを抑制できる。こうした流速調節部及びウェイストゲートバルブの動作制御によれば、触媒コンバータ内の触媒になるべく多くの排気熱を与えることができ、触媒の温度を活性温度にまで速やかに上昇させることができる。

昇温制御部は、エンジンに要求される出力トルクが所定の大きさ未満であるか否かを判定し、当該出力トルクが所定の大きさ未満であると判定され、且つ所定の条件が成立したときに、昇温処理を実行する。

触媒の昇温処理を実行すると、タービンを経由する排気の流量が少なくなるため、タービンに作用する動圧が低下し、ターボ過給機の駆動力が小さくなり過給圧が低下する。特に、昇温処理において排気の全量をバイパス通路に流すようにウェイストゲートバルブを制御する場合には、排気に伴う動圧がタービンに作用せず、ターボ過給機が作動しなくなる。したがって、昇温制御部による触媒の昇温処理には、過給圧の損失が伴うことがある。

しかし、エンジンに要求される出力トルクが所定の大きさ未満であるとき、すなわち出力トルクが比較的低いときには、その出力トルクを実現するために必要とされる過給圧が小さい。上記の構成によると、このように必要される過給圧が小さいときに触媒の昇温処理を実行するので、当該昇温処理の実行に伴う過給圧の損失により運転性が損なわれるのを防止できる。

さらに、昇温制御部は、エンジンの運転状態がアイドル運転状態であるときに、前記エンジンに要求される出力トルクが所定の大きさ未満であると判定する。また、昇温制御部は、車速が所定の速度以下であるとき、例えば車速がゼロであるときに、エンジンに要求される出力トルクが所定の大きさ未満であると判定する。エンジンの運転状態がアイドル運転状態でない、又は、車速がゼロでないときには、昇温処理の実行を制限する。

エンジンがアイドル運転状態にあるときや車速がゼロであるときには、過給圧の要求が無い。上記の構成によると、このように過給圧の要求そのものが無いときに触媒の昇温処理を実行するので、当該昇温処理の実行に伴う過給圧の損失により運転性が損なわれるのをよりいっそう防止できる。

また、昇温制御部は、昇温処理の実行時に、エンジン本体の吸気ポートを開く期間とエンジン本体の排気ポートを開く期間とをオーバーラップさせることにより掃気を行うことが好ましい。

この構成によると、吸気ポートと排気ポートとの両方を開いたオーバーラップ期間中に吸気通路からエンジン本体の気筒内に流入した空気が排気通路へ吹き抜け、それによってエンジン本体の気筒内に残る既燃ガスが排気通路に押し出されると共に気筒内に充填される新気の量が増え、気筒内への新気の充填効率が高められる。このような掃気を流速調節部により流路面積を小さくしているときに実行する場合には、排気通路における流速調節部よりも上流側での排圧が高くなるため、掃気量が少なくなる。

これに対し、上記の構成によると、触媒の昇温処理の実行時、つまり流速調節部により流路面積を大きくしているときに掃気を行うので、掃気量の増加を図り排気の流量を増大させることができる。さらに、掃気作用により気筒内への新気の充填効率が高められるので、掃気を行った後のエンジン本体から排出される排気の流量も増大させることができる。それらによって、できるだけ多くの排気を排気通路に流して触媒コンバータ内の触媒に与える排気熱を増やすことができる。

本開示におけるエンジンの制御装置によれば、流速調節部を備えたエンジンにおいて、触媒コンバータ内の触媒を活性温度にまで早期に温度上昇させることができる。

エンジンの概略構成を示すブロック図である。 ＥＣＵの機能ブロック図である。 エンジンのトルクベース制御のフローチャート図である。 流速調節バルブの閉運転領域及び開運転領域を示す図である。 昇温制御部による触媒の昇温処理に関する制御のフローチャート図である。

以下に、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

〈エンジンの構成〉
図１に、エンジン１の概略構成のブロック図を示す。

エンジン１は、主に、図１に示すように、外部から導入された吸気（空気）が通過する吸気通路３と、この吸気通路３から供給された吸気と後述するインジェクタ５８から供給された燃料とを混合した混合気を燃焼させて車両の動力を発生するエンジン本体５と、このエンジン本体５内の燃焼により発生した排気を排出する排気通路７と、当該エンジン１全体を制御するＥＣＵ（Electric Control Unit）９とを備える。

吸気通路３には、上流側から順に、外部から空気が導入される際にその空気中に含まれるゴミ等の異物を取り除いて吸気を浄化するエアクリーナ１１と、通過する吸気を昇圧させる、ターボ過給機１３のコンプレッサ１５と、通過する吸気を冷却するインタークーラ１７と、吸気通路３内の流路面積を変化させてエンジン本体５への吸気の供給量を調節するスロットルバルブ１９と、エンジン本体５に供給する吸気を一時的に蓄えるサージタンク２１とが設けられている。

吸気通路３のうちサージタンク２１よりも下流側の部分は、詳しく図示しないが、後述するエンジン本体５の各気筒２９毎に分岐した複数の独立吸気通路で構成されている。これら複数の独立吸気通路は、吸気マニホールド２３により構成されている。本実施形態のサージタンク２１は、この吸気マニホールド２３に含まれている。

また、吸気通路３には、コンプレッサ１５によって過給された吸気の一部をコンプレッサ１５の上流側に還流するためのエアバイパス通路２５が設けられている。このエアバイパス通路２５には、当該エアバイパス通路２５を流れる吸気の流量を制御するエアバイパスバルブ２７が設けられている。このエアバイパスバルブ２７は、例えば、エアバイパス通路２５を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能な、いわゆるオンオフバルブである。

エンジン本体５は、いわゆる火花点火式直噴エンジンの本体であって、複数の気筒２９（図１では１つのみ示す）が直列に設けられたシリンダブロック３１と、このシリンダブロック３１上に配置されたシリンダヘッド３３とを備える。このエンジン本体５の各気筒２９内には、空気と燃料との混合気を燃焼させる燃焼室３５をシリンダヘッド３３との間に区画するピストン３７が往復動可能に嵌め入れられている。このピストン３７は、コネクティングロッド３９を介してクランクシャフト４１に連結されている。

クランクシャフト４１は、ピストン３７の往復運動を回転運動に変換してトルク（回転動力）として出力する。このクランクシャフト４１は、図示しない変速機を介して車輪と連結されている。変速機は、複数のギア段を有する多段変速機であり、運転者により操作されるシフトレバーと連繋されている。

シリンダヘッド３３には、各気筒２９毎に燃焼室３５の天井面にそれぞれ開口した吸気ポート４３及び排気ポート４５が形成されている。吸気ポート４３は、独立吸気通路から燃焼室３５に空気を導入する接続口である。この吸気ポート４３には、その燃焼室３５側の開口を開閉する吸気バルブ４７が設けられている。他方、排気ポート４５は、燃焼室３５での混合気の燃焼により生じた排気を排気通路７へ排出する接続口である。この排気ポート４５には、その燃焼室３５側の開口を開閉する排気バルブ４９が設けられている。

クランクシャフト４１には、シリンダヘッド３３の内部に軸支された吸気カムシャフト５１及び排気カムシャフト５３が、チェーンや伝動ベルトなどを含む図示しない動力伝達機構を介して連結されている。これら吸気カムシャフト５１及び排気カムシャフト５３は、クランクシャフト４１の回転に連動して回転し、それぞれ、吸気バルブ４７及び排気バルブ４９をクランクシャフト４１の回転に同期させて所定のタイミングで開閉作動させる。

吸気カムシャフト５１には、当該吸気カムシャフト５１の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な電磁式の位相可変機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing、以下「吸気ＶＶＴ」と称する）５５が設けられている。この吸気ＶＶＴ５５は、吸気カムシャフト５１の位相を進角側に変更することによって吸気バルブ４７の開閉時期を早め、吸気カムシャフト５１の位相を遅角側に変更することによって吸気バルブ４７の開閉時期を遅らせることができる。

他方、排気カムシャフト５３には、当該排気カムシャフト５３の位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な液圧式の位相可変機構（以下「排気ＶＶＴ」と称する）５７が設けられている。この排気ＶＶＴ５７は、排気カムシャフト５３の位相を進角側に変更することによって排気バルブ４９の開閉時期を早め、排気カムシャフト５３の位相を遅角側に変更することによって排気バルブ４９の開閉時期を遅らせることができる。

シリンダヘッド３３にはさらに、各気筒２９毎に、燃焼室３５に向けて燃料（例えばガソリン）を噴射するインジェクタ５８が設けられている。このインジェクタ５８は、ＥＣＵ９からの制御信号により、ピストン３７の往復運動によって燃焼室３５内の空気を圧縮する圧縮行程の上死点付近で燃料を噴射する。

また、シリンダブロック３１には、各気筒２９毎に、燃焼室３５内において吸気ポート４３から吸い込んだ空気とインジェクタ５８から供給された燃料との混合気に点火する点火プラグ５９が設けられている。この点火プラグ５９は、ＥＣＵ９からの制御信号により所定のタイミングで火花を発生し、その火花によって混合気を爆発燃焼させる。

排気通路７には、上流側から順に、当該排気通路７に流通する排気の流速を調節する流速調節機構６０と、通過する排気によって回転させられ、その回転動作によってコンプレッサ１５を回転させる、ターボ過給機１３のタービン６１と、排気に含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）等の有害な大気汚染物質を浄化する排気浄化装置６３とが設けられている。

この排気通路７の上流側の部分は、詳しくは図示しないが、各気筒２９毎に分岐して各気筒２９の排気ポート４５にそれぞれ接続された複数の独立排気通路と、これら複数の独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールド６５によって構成されている。流速調節機構６０は、この排気マニホールド６５に設けられている。

流速調節機構６０は、低速用通路６７と、低速用通路６７よりも流路面積が小さい高速用通路６９とに排気通路７が分割された通路分割部７１を有している。低速用通路６７には、流速調節部としての電磁式の流速調節バルブ７３が設けられている。流速調節バルブ７３は、低速用通路６７を完全に閉じる閉状態と完全に開く開状態とに切り換え可能なオンオフバルブである。流速調節バルブ７３は、その開閉動作によって排気通路７の流路面積を変化させ、それにより排気通路７における通路分割部７１で排気の流速を大小２段階に切り換えることができる。

すなわち、流速調節バルブ７３の開状態では、排気が低速用通路６７と高速用通路６９との両方に流れるため、通路分割部７１を流れる排気の流速は相対的に低速となる。他方、流速調節バルブ７３の閉状態では、排気が高速用通路６９のみに流れることとなるので、流速調節バルブ７３が開状態のときよりも排気の流路面積が小さくなる分だけ通路分割部７１を流れる排気の流速は相対的に高速となる。

排気浄化装置６３は、エンジン本体５寄りに設けられた上流側触媒コンバータ７５と、この上流側触媒コンバータ７５よりも排気通路７の排出口側に設けられた下流側触媒コンバータ７７とを併用してなる。これら上流側触媒コンバータ７５及び下流側触媒コンバータ７７は、詳しくは図示しないが、筒状のケーシング内に、例えばＮＯｘ触媒や三元触媒や酸化触媒などの、大気汚染物質を浄化可能な排気浄化用の触媒７５ａ，７７ａが担持された担体を収容して構成されている。これら上流側触媒コンバータ７５内及び下流側触媒コンバータ７７内の触媒７５ａ，７７ａの排気浄化性能は、当該触媒７５ａ，７７ａが所定の活性温度以上であるときに活性状態となって良好に発揮される。

さらに、排気通路７には、流速調節バルブ７３によって流速が低速又は高速とされた排気を、タービン６１をバイパスして流すための排気バイパス通路７９が設けられている。この排気バイパス通路７９には、当該排気バイパス通路７９を流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブ（以下「ＷＧバルブ」と称する」）８１が設けられている。このＷＧバルブ８１は、排気バイパス通路７９の開度を全閉状態（開度０％）と全開状態（開度１００％）との間で連続的又は多段階に変化させることが可能となっている。

このＷＧバルブ８１の開度が０％（全閉）であるときには、流速調節バルブ７３によって流速が調節された排気の全量がタービン６１へと流れ、それ以外の開度であるときには、その開度に応じて排気バイパス通路７９に流れる排気の流量、換言するとタービン６１へ流れる排気の流量が変化する。すなわち、ＷＧバルブ８１の開度が大きいほど、排気バイパス通路７９に流れる排気の流量が多くなり、タービン６１へ流れる排気の流量が小さくなる。

また、排気通路７には、排気の一部を吸気通路３に還流する排気再循環（Exhaust Gas Recirculation、以下「ＥＧＲ」と称する）通路８３が設けられている。ＥＧＲ通路８３の一端は、流速調節機構６０の上流側の排気通路７に接続され、ＥＧＲ通路８３の他端はスロットルバルブ１９の下流側の吸気通路３に接続されている。このＥＧＲ通路８３には、還流させる排気を連脚するＥＧＲクーラ８５と、ＥＧＲ通路８３を流通する排気の流量を制御するＥＧＲバルブ８７とが設けられている。

また、図１に示すエンジン１には、各種のセンサが設けられている。

具体的には、吸気通路３においては、エアクリーナ１１の下流側の吸気通路３、詳しくはエアクリーナ１１とコンプレッサ１５との間の吸気通路３に、吸気流量を検出するエアフローセンサ８９が設けられている。このエアフローセンサ８９は、吸気通路３の吸入口寄りの部分の吸気温度を検出する温度センサを内蔵している。コンプレッサ１５とスロットルバルブ１９との間の吸気通路３には、ターボ過給機１３により圧縮された吸気の圧力、つまり過給圧を検出する圧力センサ９１が設けられている。

さらに、スロットルバルブ１９には、当該スロットルバルブ１９の開度を検出するスロットル開度センサ９３が設けられている。また、スロットルバルブ１９の下流側の吸気通路３、詳しくはサージタンク２１には、当該サージタンク２１内の圧力であるインマニ圧を検出する圧力センサ９５が設けられている。この圧力センサ９５には、サージタンク２１内の温度であるインマニ温を検出する温度センサが内蔵されている。

エンジン本体５においては、クランクシャフト４１の回転角度を検出するクランク角センサ９７と、吸気カムシャフト５１のカム角度を検出する吸気カム角度センサ９９と、排気カムシャフト５３のカム角度を検出する排気カム角度センサ１０１とが設けられている。

排気通路７においては、ＷＧバルブ８１に、当該ＷＧバルブ８１の開度であるＷＧ開度を検出するＷＧ開度センサ１０３が設けられている。ＥＧＲバルブ８７には、当該ＥＧＲバルブ８７の開度を検出するＥＧＲ開度センサ１０５が設けられている。さらに、タービン６１の下流側の排気通路７には、燃焼室３５内の空燃比をフィードバック制御するために排気中の酸素濃度を検出するフロントＯ_２センサ１０７及びリアＯ_２センサ１０９が設けられている。

フロントＯ_２センサ１０７は、排気中の酸素濃度に対し出力値がリニアに変化する出力特性を示すリニア空燃比センサ（ＬＡＦＳ：Linear A/F Sensor）であり、タービン６１と上流側触媒コンバータ７５との間に配置されている。他方、リアＯ_２センサ１０９は、ストイキ（理論空燃比）に相当する酸素濃度を境に出力値が急激に変化する特性を示す、いわゆるラムダセンサであり、上流側触媒コンバータ７５と下流側触媒コンバータ７７との間に配置されている。

その他、エンジン１は、車両の速度を検出する車速センサ１１１や、アクセルペダル装置に対するペダルの踏込み量に応じたアクセル開度を検出するアクセルセンサ１１３、変速機に現在設定されているギア段の位置（シフトポジション）を検出するシフトポジションセンサ１１５等を備える。

エアフローセンサ８９は、検出した吸気流量に対応する検出信号Ｓ８９ａと、内蔵する温度センサにより検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ８９ｂとをＥＣＵ９に供給する。圧力センサ９１は、検出した吸気温度に対応する検出信号Ｓ９１をＥＣＵ９に供給する。スロットル開度センサ９３は、検出したスロットルバルブ１９の開度に対応する検出信号Ｓ９３をＥＣＵ９に供給する。圧力センサ９５は、検出したインマニ圧に対応する検出信号Ｓ９５ａと、内蔵する温度センサにより検出したインマニ温に対応する検出信号Ｓ９５ｂとをＥＣＵ９に供給する。クランク角センサ９７は、検出したクランクシャフト４１の回転角度に対応する検出信号Ｓ９７をＥＣＵ９に供給する。吸気カム角度センサ９９及び排気カム角度センサ１０１は、それぞれ検出したカム角度に対応する検出信号Ｓ９９，Ｓ１０１をＥＣＵ９に供給する。

ＷＧ開度センサ１０３は、検出したＷＧバルブ８１の開度に対応する検出信号Ｓ１０３をＥＣＵ９に供給する。ＥＧＲ開度センサ１０５は、検出したＥＧＲバルブ８７の開度に対応する検出信号Ｓ１０５をＥＣＵ９に供給する。フロントＯ_２センサ１０７及びリアＯ_２センサ１０９は、それぞれ検出した排気中の酸素濃度に対応する検出信号Ｓ１０７，Ｓ１０９をＥＣＵ９に供給する。車速センサ１１１は、検出した車速に対応する検出信号をＥＣＵ９に供給する。アクセルセンサ１１３は、検出したアクセル開度に対応する検出信号をＥＣＵ９に供給する。シフトポジションセンサ１１５は、検出したギア段の位置に対応する検出信号をＥＣＵ９に供給する。

ＥＣＵ９は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵ上で実行される各種のプログラム（ＯＳ（Operating System）などの基本制御プログラムや、ＯＳ上で起動され特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）や各種のデータを格納するためのＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）の如き内部メモリとを備えるコンピュータにより構成される。ＥＣＵ９は、上述した各種センサから供給された検出信号に基づいて、種々の制御や処理を行う。

図２に、ＥＣＵ９の機能ブロック図を示す。

ＥＣＵ９は、機能的には、流速調節バルブ７３の開閉動作により通路分割部７１の下流側の排気通路７における排気の流速を制御する流速制御部１１７と、エンジン本体５で発生させる出力トルクの大きさを制御するトルク制御部１１９と、上流側触媒コンバータ７５内及び下流側触媒コンバータ７７内の触媒７５ａ，７７ａを昇温させる昇温処理を実行する昇温制御部１２１とを有する。なお、ＥＣＵ９は、制御装置の一例である。

〈排気の流速制御〉
流速制御部１１７は、エンジン本体５の運転状態に応じて流速調節バルブ７３を開状態又は閉状態に切り換える。この流速調節バルブ７３の開閉切り換え動作について、以下に、図３を参照しながら説明する。図３は、流速調節バルブ７３の閉運転領域及び開運転領域を示す図である。

本実施形態では、図３に示すように、エンジン本体５の回転数が所定回転数Ｎ１（例えば２０００ｒｐｍ）よりも大きい運転領域である開運転領域では、流速調節バルブ７３を開状態にし、所定回転数Ｎ１以下の運転領域である閉運転領域では、流速調節バルブ７３を閉状態にする。エンジン本体５の回転数は、クランク角センサ９７により検出されたクランクシャフト４１の回転角度に基づいて算出される。

すなわち、流速調節バルブ７３の基本制御としては、排気の流量が少ない閉運転領域（Ｎ１以下の低回転領域）では、高速用通路６９のみからタービン６１に排気を供給することにより、高速用通路６９での排気の流速を速くしてターボ過給機１３による所要の過給効果を確保し、排気の流量が多い開運転領域（Ｎ１よりも大きな高回転領域）では、低速用通路６７及び高速用通路６９の両方からタービン６１に排気を供給することにより、排圧の上昇によるエンジン本体５の出力低下を防止するようになっている。

〈エンジンの出力トルク制御〉
トルク制御部１１９は、エンジン１に要求される出力トルクの大きさを基準として、スロットルバルブ１９やＷＧバルブ８１の開度を制御する、いわゆるトルクベース制御を実行する。トルクベース制御では、エンジン１の運転状態に基づいてエンジン５に要求される出力トルクの目標値（以下「目標トルク」と称する）を演算し、この目標トルクが得られるようにエンジン１を制御する。

このトルク制御部１１９によるトルクベース制御について、以下に、図４を参照しながら説明する。図４は、トルクベース制御のフローチャート図である。

トルクベース制御では、図４に示すように、まず、ステップＳＴ００１において、トルク制御部１１９がエンジン１の運転状態を検知する。具体的には、エアフローセンサ８９により検出される吸気流量や、クランク角センサ９７の検出値に基づいて算出されるエンジン本体５の回転数、車速センサ１１１により検出される車速、アクセルセンサ１１３により検出されるアクセル開度、シフトポジションセンサ１１５により検出されるギア段の位置などをエンジン１の運転状態として取得する。

次に行われるステップＳＴ００２では、トルク制御部１１９が、検知された運転状態（アクセル開度、ギア段、車速）に基づき、アクセルペダルの踏込み量に応じた加速度の目標値（以下「目標加速度」と称する）を設定する。この目標加速度は、ＥＣＵ９の内部メモリに予め記憶しておいた、アクセル開度及び車速とそれらに応じた加速度とが変速段毎に関連付けて規定された加速度マップから取得される。

続くステップＳＴ００３では、トルク制御部１１９が、設定された目標加速度を達成するために必要となる目標トルクを設定する。この目標トルクは、車速センサ１１１により検出される現在の車速などに基づいて設定される。

次いで行われるステップＳＴ００４では、トルク制御部１１９が、設定された目標トルクを実現するのに必要となるエンジン本体５の気筒２９内への空気の充填効率の目標値（以下「目標充填効率」と称する）を算出する。この目標充填効率の算出方法について特に限定されないが、例えば、目標トルク及びエンジン本体５の回転数と、図示平均有効圧力の目標値（以下「目標図示平均有効圧力」と称する）とに基づいて算出される。目標図示平均有効圧力は、目標トルクと、トルク損失となる機械抵抗及びポンプ損失（ポンピングロス）とに基づいて算出される。

このステップＳＴ００４の後には、ステップＳＴ００５〜ＳＴ００８とステップＳＴ００９〜ＳＴ０１１とが並行して行われる。

ステップＳＴ００５では、トルク制御部１１９が、算出された目標充填効率を実現するために必要となる吸気マニホールド２３内の空気量の目標値（以下「目標インマニ空気量」と称する）を算出する。この目標インマニ空気量の算出方法については特に限定されないが、例えば、圧力センサ９５により検出されるインマニ温と、インマニ圧の目標値（以下「目標インマニ圧」と称する）と、吸気バルブ４７の開閉時期とに基づいて算出される。目標インマニ圧は、ＥＣＵ９の内部メモリに予め記憶しておいた、目標インマニ空気量及びインマニ温とそれらに応じた目標インマニ圧との関係を規定した吸気特性マップに基づいて設定される。吸気バルブ４７の開閉時期は、同じくＥＣＵ９の内部メモリに予め記憶しておいた、エンジン本体５の回転数及びエンジン負荷とそれらに応じた吸気バルブ４７の開閉時期とが関連付けて規定されたＶＶＴマップに基づいて設定される。

ステップＳＴ００６では、トルク制御部１１９が、目標インマニ空気量を実現するのに必要となるスロットルバルブ１９を通過する吸気流量の目標値（以下「目標スロットル通過流量」と称する）を算出する。この目標スロットル通過流量の算出方法については特に限定されないが、例えば、これまでのステップＳＴ００４，ＳＴ００５で算出した目標空気充填量及び目標インマニ空気量と、現在の吸気マニホールド２３内の空気量（以下「実インマニ空気量」と称する）とに基づいて算出される。実インマニ空気量は、圧力センサ９５により検出されるインマニ圧及びインマニ温に基づいて算出される。なお、この実インマニ空気量は、吸気マニホールド２３に流入する空気量と吸気マニホールド２３からエンジン本体５の気筒２９内へ流出する空気量との収支を計算する公知の方法により算出してもよい。

続くステップＳＴ００７では、トルク制御部１１９が、算出された目標スロットル通過流量を実現するために必要となるスロットルバルブ１９の開度の目標値（以下「目標スロットル開度」と称する）を算出する。この目標スロットル開度は、目標スロットル通過流量と、圧力センサ９１により検出されたスロットルバルブ１９下流側の圧力と、圧力センサ９５により検出されたスロットルバルブ１９上流側の圧力とに基づいて算出される。

そして、ステップＳＴ００８では、トルク制御部１１９が、スロットル開度センサ９３により検出されるスロットルバルブ１９の開度がステップＳＴ００７で算出した目標スロットル開度となるようにスロットルバルブ１９を駆動しその開度を調節すると共に、目標トルクに応じた点火時期となるように点火プラグ５９を制御し、目標トルクに応じた目標充填効率を実現するように吸気バルブ４７の開閉時期を制御し、目標充填効率に基づいて理論空燃比から定まる燃料噴射量が噴射されるようにインジェクタ５８を制御する。

また、ステップＳＴ００９では、トルク制御部１１９が、目標充填効率を実現するために必要となる、スロットルバルブ１９よりも上流側の圧力、つまり過給圧の目標値（以下「目標過給圧」と称する）を取得する。この目標過給圧は、ＥＣＵ９の内部メモリに予め記憶しておいた、エンジン本体５の回転数及び目標充填効率とそれらに応じた吸気バルブ４７の開閉時期とが関連付けて規定された過給圧マップに基づいて求められる。

続くステップＳＴ０１０では、トルク制御部１１９が、算出された目標過給圧を実現するのに必要となるＷＧバルブ８１の開度の目標値（以下「目標ＷＧ開度」と称する）を算出する。この目標ＷＧ開度は、現在の過給圧（以下「実過給圧」と称する）と目標過給圧とに基づいて算出される。実過給圧は、圧力センサ９１により検出される過給圧である。

そして、ステップＳＴ０１１では、トルク制御部１１９が、ＷＧ開度センサ１０３により検出されるＷＧバルブの開度がステップＳＴ０１０で算出された目標ＷＧ開度となるようにＷＧバルブ８１を駆動しその開度を調節する。こうして、上述したステップＳＴ００８及びステップＳＴ０１１を終えると、リターンする。

〈触媒の昇温処理〉
昇温制御部１２１は、触媒７５ａ，７７ａの昇温の要否を所定の昇温条件が成立したか否かによって判定し、触媒７５ａ，７７ａの昇温が必要であると判定したときに、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を実行する。本実施形態における所定の昇温条件は、エンジン１に要求される出力トルク（以下「要求出力トルク」と称する）が所定の大きさ未満であり、且つ排気流量が所定量以上であるという条件である。昇温制御部１２１は、このような昇温条件に基づき、過給圧の要求が無いときに必要に応じて触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を実行する。

この触媒７５ａ，７７ａの昇温処理について、以下に、図５を参照しながら詳しく説明する。図５は、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理に関する制御のフローチャート図である。

まず、ステップＳＴ１０１において、昇温制御部１２１は、要求出力トルクが所定の大きさ未満であるか否かを判定する。要求出力トルクが所定の大きさ未満であるか否かは、エンジン１の運転状態と車速とに基づいて判定される。具体的には、エンジン１の運転状態がアイドル運転状態であり、且つ車速がゼロ（０ｋｍ／ｈ）、つまり停車している場合には、要求出力トルクが所定の大きさ未満であると判定する。それ以外の場合、つまりエンジン１がアイドル運転状態でないか、又は車速がゼロ（０ｋｍ／ｈ）でない場合には、要求出力トルクが所定の大きさ以上であると判定する。

ここで言う「アイドル運転状態」とは、アクセルセンサ１１３により検出されるアクセル開度がゼロ、つまりアクセルペダルの踏込みがなく、且つエンジン本体５の回転数が所定のアイドル回転数以下となっている状態である。よって、エンジン１の運転状態については、アクセル開度とエンジン本体５の回転数に基づいて判定される。また、車速については、車速センサ１１１により検出される車速に基づいて判定される。

このステップＳＴ１０１において、エンジン１がアイドル運転状態でないか、又は車速がゼロ（０ｋｍ／ｈ）でないと判定された場合には、要求出力トルクに応じた過給圧の要求があるかも知れない。この場合には、ステップＳＴ１０２に進む。また、エンジン１がアイドル運転状態であり且つ車速がゼロ（０ｋｍ／ｈ）であると判定された場合には、要求出力トルクが無いため、過給圧の要求も無い。この場合には、ステップＳＴ１０５に進む。

ステップＳＴ１０２では、ＥＣＵ９は、エンジン１が減速運転中であるか否かを判定する。具体的には、アクセルセンサ１１３により検出されるアクセル開度がゼロである場合には、エンジン１は減速運転中であると判定し、そのアクセル開度がゼロでない場合には、エンジン１は減速運転中でないと判定する。このとき、エンジン１が減速運転中でない場合には、ステップＳＴ１０３に進む。他方、エンジン１が減速運転中である場合には、ステップＳＴ１０４に進む。

ステップＳＴ１０３では、トルク制御部１１９が、エンジン１の運転状態に応じて要求される目標トルクを実現するように、上述したトルクベース制御に従ってＷＧバルブ８１の開度を目標ＷＧ開度とするように制御する。しかる後、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理は必要ないとして昇温制御部１２１による制御を終了する。

ステップＳＴ１０４では、ＥＣＵ９が、ＷＧバルブ８１の開度を０％、つまり全閉状態とし、且つ流速調節バルブ７３も閉状態とする。こうすることで、減速運転状態においては、排気通路７の流路抵抗が高められて排圧が上昇し、それによりエンジン本体５の回転が妨げられてブレーキ作用をもたらす、いわゆる排気ブレーキによる制動効果を得ることができ、スムーズな減速が可能となる。しかる後、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理は必要ないとして昇温制御部１２１による制御を終了する。

ステップＳＴ１０５は、排気流量に基づいて触媒７５ａ，７７ａの昇温の要否を判定するステップである。具体的には、このステップＳＴ１０５において、昇温制御部１２１は、排気流量が所定量以上、例えば１５ｇ／ｓ以上であるか否かを判定する。エンジン１の温度が低いときには、触媒７５ａ，７７ａの温度も低いため、触媒７５ａ，７７ａを昇温させる必要がある。ここで、エンジンの温度が低いと吸気密度が高いため、エンジン本体５の気筒２９内には比較的多量の空気が流入し、排気流量は多くなる。そのことから、排気流量が所定量以上であるときには触媒７５ａ，７７ａの温度が低く、触媒７５ａ，７７ａの昇温が必要であると判定している。排気流量は、エンジン本体５の気筒２９内への現在の空気の充填効率（以下「実充填効率」と称する）と、インジェクタ５８による燃料噴射量と、ＥＧＲ通路８３を流通する排気の流量（以下「外部ＥＧＲ量」と称する）とに基づいて算出される。

実充填効率は、エアフローセンサ８９により検出される吸気流量及び吸気温度に基づいて算出される。インジェクタ５８による燃料噴射量は、上述のトルクベース制御によって設定された目標噴射量に基づいて推定される。外部ＥＧＲ量は、ＥＧＲ開度センサ１０５により検出されるＥＧＲバルブ８７の開度と、ＥＧＲバルブ８７の上流側及び下流側の圧力とに基づいて算出される。ＥＧＲバルブ８７の上流側の圧力は、吸気流量やエンジン本体５の回転数などに基づいて算出される。ＥＧＲバルブ８７の下流側の圧力は、圧力センサ９５により検出されるインマニ圧に基づいて算出される。

なお、吸気行程中にも排気バルブ４９を開くように排気ＶＶＴ５７によって排気バルブ４９の開閉時期を調整することにより、排気行程で一旦排気ポート４５に排出された排気を吸気行程中に燃焼室３５に逆流させ既燃ガスを燃焼室３５に残留させる、いわゆる内部ＥＧＲを行う場合には、上記排気流量は、当該内部ＥＧＲによる排気の逆流量、つまり気筒２９内における既燃ガスの残留量を加味して算出される。

このステップＳＴ１０５において、排気流量が所定量（１５ｇ／ｓ）未満である場合には、触媒７５ａ，７７ａが活性状態であることが推定される。この場合には、ステップＳＴ１０４に進む。ステップＳＴ１０４では、上述した通り、ＷＧバルブ８１の開度を０％、つまり全閉状態とし、且つ流速調節バルブ７３も閉状態とする。これは、車速ゼロのアイドル運転状態から加速運転状態に移行した場合に、所要の過給圧を速やかに得てスムーズな加速を実現するためである。他方、排気流量が所定量（１５ｇ／ｓ）以上である場合には、触媒７５ａ，７７ａが未活性状態であると推定される。この場合には、ステップＳＴ１０６に進む。

ステップＳＴ１０６において、昇温制御部１２１は、ＷＧバルブ８１の開度を１００％、つまり全開状態とし、且つ流速調節バルブ７３も開状態とすることにより、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を実行する。流速調節バルブ７３を開状態とすると、排気通路７における流路抵抗が低くなり、流速調節バルブ７３よりも上流側で排圧の上昇が生じない。これにより、エンジン本体５から排気通路７への排気の排出を促進させることができる。また、ＷＧバルブ８１を全開状態とすると、エンジン本体５から排気通路７に排出された排気がタービン６１を経由せずに上流側触媒コンバータ７５及び下流側触媒コンバータ７７に流入する。これにより、排気熱がタービン６１に奪われるのを回避して上流側触媒コンバータ７５に至るまでの排気熱の損失を少なくし、排気通路７における上流側触媒コンバータ７５の上流側で排気温度が低下するのを抑制できる。

したがって、このような触媒７５ａ，７７ａの昇温処理によれば、上流側触媒コンバータ７５内及び下流側触媒コンバータ７７内の触媒７５ａ，７７ａになるべく多量の排気熱を与えることができ、触媒７５ａ，７７ａの温度を活性温度にまで速やかに上昇させることができる。また、本実施形態では、触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を、過給圧の要求が無いときに実行するので、当該昇温処理の実行に伴う過給圧の損失により運転性が損なわれるのを防止できる。

また、昇温制御部１２１は、上述した昇温処理の実行時に、排気行程の途中で吸気ポート４３を開くように、吸気ＶＶＴ５５によって吸気バルブ４７の開閉時期を調整するか、排気ＶＶＴ５７によって排気バルブ４９の開閉時期を調整するか、又はこれら両バルブ４７，４９の開閉時期を調整し、吸気ポート４３の開期間と排気ポート４５の開期間とをオーバーラップさせ、それによってエンジン本体５の気筒２９内に残る既燃ガスを掃気する。

このように触媒７５ａ，７７ａの昇温処理時、つまり流速調節バルブ７３で通路分割部７１での流路面積を大きくしているときに掃気を行うと、通路分割部７１よりも上流側での排圧の上昇を抑えて掃気量を増大させ、排気流量を増大させることができる。さらに、掃気作用によりエンジン本体５の気筒２９内への新気の充填効率が高められるので、掃気を行った後のエンジン本体５から排出される排気流量も増大させることができる。それらによって、上流側触媒コンバータ７５内及び下流側触媒コンバータ７７内の触媒７５ａ，７７ａに与える熱量を増やすことができ、その結果、当該触媒７５ａ，７７ａの昇温をよりいっそう促進させることができる。

このような触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を終えると、昇温制御部１２１による制御を終了する。上記の昇温制御部１２１による触媒７５ａ，７７ａの昇温処理を含む制御は、上述したトルクベース制御と並行して連続的に又は所定期間をあけて定期的に繰り返し実行される。

以上のように、本明細書で開示する技術の例示として上記実施形態を説明したが、本開示の技術範囲は、これに限定されない。本開示の技術は、上記実施形態の構成要素や処理プロセスに、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能であり、さらに色々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の技術範囲に属することは当業者に理解されるところである。また、添付図面及び詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく本開示の技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることを以て、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。

例えば、上記実施形態では、エンジン１の運転状態がアイドル運転状態であり且つ車速がゼロであるときに、要求出力トルクが所定の大きさ未満であると判定するとしたが、これに限らず、例えば、エンジン１がアイドル運転状態であってアクセルペダルを踏み込むことなく車両が動くクリープ現象により所定の速度以下の車速が出ているときにも、要求出力トルクが所定の大きさ未満であると判定するようにしてもよいし、その他の方法や手段によって要求出力トルクが過給圧の要求が無いか又は必要とされる過給圧が比較的小さな範囲にあることを判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、要求出力トルク及び排気流量に基づいて触媒７５ａ，７７ａの昇温の要否を判定するとしたが、これに限らず、上流側触媒コンバータ７５及び下流側触媒コンバータ７７のうち少なくとも一方の触媒コンバータに触媒の温度を検出する温度センサが設けられ、昇温制御部１２１は、その温度センサにより検出された触媒の温度が活性温度に達していないときに、触媒の昇温が必要であると判定し、昇温処理を実行するようになっていてもよい。

また、上記実施形態では、排気通路７を流通する排気の流速を調節する流速調節部としてオンオフタイプの流速調節バルブ７３を例に挙げて説明したが、これに限らず、流速調節部は、全閉状態と全開状態との間を連続的に又は多段階に変化させることが可能なバルブであってもよい。この場合には、上記実施形態と同様に通路分割部７１の低速用通路６７に当該バルブが設けられた構成であってもよいし、通路分割部７１に代えて単一の通路を有し、その通路に当該バルブが設けられた構成であってもよい。また、流速調整部は、バルブ以外にも排気通路７の管壁を絞ることにより当該排気通路７の流路面積を小さくするような機構であってもよい。要は、排気通路７におけるタービン６１の上流側で当該排気通路７の流路面積を変化させることにより、排気通路７を流通する排気の流速を調節するものであればよい。

以上説明したように、本開示の技術は、ターボ過給機付きのエンジンの制御装置について有用であり、特に、排気浄化用の触媒を活性温度にまで早期に温度上昇させることが要望されるエンジンの制御装置に適している。

１…エンジン、３…吸気通路、５…エンジン本体、７…排気通路、９…ＥＣＵ、
１１…エアクリーナ、１３…ターボ過給機、１５…コンプレッサ、
１７…インタークーラ、１９…スロットルバルブ、２１…サージタンク、
２３…吸気マニホールド、２５…エアバイパス通路、２７…エアバイパスバルブ、
２９…気筒、３１…シリンダブロック、３３…シリンダヘッド、３５…燃焼室、
３７…ピストン、３９…コネクティングロッド、４１…クランクシャフト、
４３…吸気ポート、４５…排気ポート、４７…吸気バルブ、４９…排気バルブ、
５１…吸気カムシャフト、５３…排気カムシャフト、５５…吸気ＶＶＴ、
５７…排気ＶＶＴ、５８…インジェクタ、５９…点火プラグ、６０…流速調節機構、
６１…タービン、６３…排気浄化装置、６５…排気マニホールド、６７…低速用通路、
６９…高速用通路、７１…通路分割部、７３…流速調節バルブ（流速調節部）、
７５…上流側触媒コンバータ、７５ａ…触媒、７７…下流側触媒コンバータ、
７７ａ…触媒、７９…排気バイパス通路、８１…ＷＧバルブ、８３…ＥＧＲ通路、
８５…ＥＧＲクーラ、８７…ＥＧＲバルブ、８９…エアフローセンサ、
９１…圧力センサ、９３…スロットル開度センサ、９５…圧力センサ、
９７…クランク角センサ、９９…吸気カム角度センサ、１０１…排気カム角度センサ、
１０３…ＷＧ開度センサ、１０５…ＥＧＲ開度センサ、１０７…フロントＯ_２センサ、
１０９…リアＯ_２センサ、１１１…車速センサ、１１３…アクセルセンサ、
１１５…シフトポジションセンサ、１１７…流速制御部、１１９…トルク制御部、
１２１…昇温制御部

Claims (2)

1. エンジン本体から排出された排気が流通する排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、
   前記排気通路における前記タービンの下流側に設けられた触媒コンバータと、
   前記排気通路に流通する排気を、前記タービンをバイパスして前記触媒コンバータの上流側に流すためのバイパス通路と、
   前記バイパス通路に流通する排気の流量を調節するウェイストゲートバルブと、
   前記排気通路における前記タービンの上流側で当該排気通路の流路面積を変化させることにより排気の流速を調節する流速調節部と、を備えたエンジンを制御する制御装置であって、
   前記触媒コンバータ内の触媒が未活性のときに前記触媒を活性温度まで昇温させる昇温処理を実行する昇温制御部を備え、
   前記昇温制御部は、
   前記触媒の活性化の要否を所定の条件が成立したか否かによって判定し、
   前記触媒の活性化が必要であると判定したときであって、前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態でありかつ、車速がゼロであるときに、前記昇温処理を実行する前と比べて、前記排気通路の流路面積を大きくするように前記流速調節部を制御し、且つ前記バイパス通路に流通する排気の流量を多くするように前記ウェイストゲートバルブを制御し、前記エンジンの運転状態がアイドル運転状態でない、又は、車速がゼロでないときには、前記昇温処理の実行を制限する
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載されたエンジンの制御装置において、
   前記昇温制御部は、前記昇温処理の実行時に、前記エンジン本体の吸気ポートを開く期間と前記エンジン本体の排気ポートを開く期間とをオーバーラップさせることにより掃気を行う
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。

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