JP2016011632A

JP2016011632A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2016011632A
Application number: JP2014133540A
Authority: JP
Inventors: 茂桜木; Shigeru Sakuragi; 加藤　学; Manabu Kato; 加藤　　学; 正男大山; Masao Oyama; 森川　雅司; Masashi Morikawa; 雅司森川; 山澤　慎一; Shinichi Yamazawa; 慎一山澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-30
Filing date: 2014-06-30
Publication date: 2016-01-21

Abstract

【課題】触媒の暖機を促進させる。
【解決手段】内燃機関１は、吸気通路２に配置されたコンプレッサ４と排気通路３に配置されたタービン５とを同軸上に備えたターボ過給機７を有している。ターボ過給機７は、タービン５を駆動可能な電動モータ６を有している。排気通路３には、タービン５の下流側に排気浄化用の触媒８が配置されるとともに、タービン５を迂回してタービン５の上流側と下流側とを接続するバイパス通路９が接続されている。ＥＣＭ１１は、内燃機関１の始動時に触媒８の温度が所定温度以下の場合、バイパス通路９に配置されたウエストゲート１０を全開状態にするとともに、電動モータ６によりタービン５を過給時とは逆方向に回転させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、過給機のタービンを回転駆動可能な電動モータを有する内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１には、排気通路に配置された過給機のタービンを駆動可能な電動モータと、排気通路にタービンを迂回するよう接続されたバイパス通路と、バイパス通路に配置され、タービンに流れ込む排気流量を調整可能なウエストゲート弁と、を有する構成が開示されている。

この特許文献１は、タービンの下流に配置された排気浄化用触媒の暖機時に、電動モータに逆トルク（過給機のコンプレッサの吸気量を増加させる方向とは逆方向のトルク）を発生させ、上記タービンが回転し難くなるようにして、上記タービンの上流に排気ガスを滞留させて排気ガスの温度を上昇させている。そのため特許文献１では、上記排気通路を流れる排気ガスの温度が短時間に上昇し、上記タービンの下流に配置された排気浄化用触媒の早期活性化が可能となっている。

特許第５１７７４０１号公報

しかしながら、このような特許文献１においては、タービンの上流側で排気ガスの温度を上昇させたとしても、この温度上昇した排気ガスがタービンを通過してタービン下流側へ流れ出る際に当該タービンで熱を奪われ（放熱）てしまい、排気浄化用触媒の暖機が遅れてしまう虞がある。

そこで、本発明の内燃機関の制御装置は、内燃機関始動時に、ターボ過給機のタービンを迂回するバイパス通路に配置されたウエストゲートを開状態にするとともに、タービンを駆動可能な電動モータにより、当該タービンを過給時とは逆方向に回転させることを特徴としている。

これによって、タービンの下流側にある排気の一部がタービンの逆回転によりタービンの上流側に押し戻され、タービン上流側の排気ガスの圧力及び温度が上昇する。

本発明によれば、タービン上流側の排気ガスの圧力及び温度の上昇に伴い、バイパス通路を介してタービン上流側と連通している触媒内の排気ガスの圧力及び温度も上昇させることができるので、排気通路に配置された触媒の暖機を促進させることが可能となる。

本発明が適用される内燃機関の全体構成を示すシステム図。触媒の暖機を促進する際の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明が適用される内燃機関１の全体構成を示すシステム図である。

内燃機関１には、駆動源として自動車等の車両に搭載されるものであって、吸気通路２と排気通路３が接続されている。

この内燃機関１は、吸気通路２に配置されたコンプレッサ４と排気通路３に配置されたタービン５とを同軸上に備えたターボ過給機７を有している。このターボ過給機７は、タービン５を駆動可能な電動モータ６を有している。電動モータ６は、過給圧を増大させる方向にタービン５を回転駆動することや、あるいはその逆方向にタービン５を回転駆動することが可能となっている。

排気通路３には、タービン５の下流側に排気浄化用の触媒８が配置されるとともに、タービン５を迂回してタービン５の上流側と下流側とを接続するバイパス通路９が接続されている。タービン５の下流側で排気通路３に接続されるバイパス通路９の下流側端は、触媒８よりも上流側に位置している。排気通路３から分岐するバイパス通路９の上流側端部には、図示せぬアクチュエータによって開閉駆動されるウエストゲート１０が配置されている。ウエストゲート１０の全開時におけるウエストゲート開口面積は、排気が流入するタービン５の入口部分の通路断面積よりも大きくなるよう設定されている。そのため、ウエストゲート１０の全開時には、ウエストゲート１０側の通気抵抗が相対的に低くなる。ここで、ウエストゲート開口面積は、ウエストゲート１０によって開閉される部分の通路断面積であり、ウエストゲート１０が全開位置にある場合に最大となり、ウエストゲート１０が全閉位置にある場合にゼロとなる。

ＥＣＭ１１には、タービン５の出口側の排気温度を検出する排気温度センサ１２、タービン５の出口側の排気圧力を検出する圧力センサ１３、触媒８の温度を検出する触媒温度センサ１４、タービン５の回転数を検出するタービン回転数センサ１５、運転者により操作されるアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１６等、各種センサ類からの検出信号が入力される。

ＥＣＭ（エンジンコントロールモジュール）１１は、入力された各種センサ類からの検出信号に基づいて、内燃機関１の点火時期や空燃比等を制御するとともに、電動モータ６の回転やウエストゲート開口面積を制御している。詳述すると、ＥＣＭ１１は、上記アクチュエータを制御することで、ウエストゲート開口面積を制御する。

そして、ＥＣＭ１１は、内燃機関１の始動時に触媒８の温度が所定温度以下の場合、ウエストゲート１０を全開状態にするとともに、電動モータ６によりタービン５を過給時とは逆方向に回転させるタービン逆回転制御を行うことで、触媒８の暖機を促進させている。このタービン逆回転制御においては、例えば、タービン５の出口側の排気圧力または排気温度が所定値となるようにタービン５の回転数を上昇させる。

なお、ウエストゲート１０を全開状態として上記タービン逆回転制御を行っている際に、加速要求があった場合には、ウエストゲート１０を全閉状態とし、上記タービン逆回転制御を終了する。すなわち、加速要求があるとウエストゲート１０を全閉状態とし、タービン５の回転を過給時の回転方向となるように制御する。加速要求は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれることによって、加速要求有りと判定される。

これによって、タービン５の下流側にある排気の一部がタービン５の逆回転によりタービン５の上流側に押し戻され、タービン上流側の排気ガスの圧力及び温度が上昇する。そのため、タービン上流側の排気ガスの圧力及び温度の上昇に伴い、バイパス通路９を介してタービン上流側と連通している触媒８内の排気ガスの圧力及び温度も上昇させることができるので、排気通路３に配置された触媒８の暖機を促進させることが可能となる。本実施例においては、通常の過給機付きの内燃機関に比べ、始動時に、タービン下流側に位置する排気浄化用の触媒８の温度を高く（例えば、数十度以上高く）することができる。

また、加速要求があると、ウエストゲート１０を全閉状態としてタービン５の回転を過給時とは逆方向に回転させることを終了するので、車両の運転に支障のない範囲で、触媒８の暖機を促進させることができる。

なお、内燃機関１の始動前に、ウエストゲート１０を全開状態にするとともに、上記タービン逆回転制御を開始するようにすれば、始動時に触媒８の暖機を一層促進させることができる。

また、ウエストゲート１０は、内燃機関１の停止直後に全開状態にするようにしてもよい。このように、前もってウエストゲート１０を全開状態にしておけば、始動時の上記タービン逆回転制御の開始と同時に、応答性良く触媒８内の排気ガスの圧力及び温度を上昇させることができる。

そして、ウエストゲート１０の全開時には、ウエストゲート１０側の通気抵抗を相対的に低くすることができるので、始動時に、ウエストゲート１０を全開状態とし、上記タービン逆回転制御を実施した際に、バイパス通路９に流れ込む排気ガス量が増加し、触媒８の暖機を促進させることができる。

図２は、始動時に触媒８の暖機を促進する際の制御の流れを示すフローチャートである。

Ｓ１では、触媒８の暖機が必要か否かを判定する。触媒８の温度が所定温度以下の場合には、触媒８を暖機する必要があると判定してＳ２へ進み、そうでない場合にはＳ５へ進む。Ｓ２では、ウエストゲート１０を全開状態にする。Ｓ３では、電動モータ６によりタービン５を過給時とは逆方向に回転させる。Ｓ４では、車両の加速要求の有無を判定し、加速要求がある場合にはＳ５へ進み、加速要求がない場合は今回のルーチンを終了する。Ｓ５では、ウエストゲート１０を全閉状態にし、過給時の回転方向にタービン５を回転させる通常モード制御に移行する。

１…内燃機関
３…排気通路
４…コンプレッサ
５…タービン
６…電動モータ
７…ターボ過給機
８…触媒
９…バイパス通路
１０…ウエストゲート
１１…ＥＣＭ

Claims

排気通路に配置されたタービンと吸気通路に配置されたコンプレッサとを備えた過給機と、
上記タービンを迂回するバイパス通路と、
該バイパス通路を開閉するウエストゲートと、
上記タービンの下流側に配置された排気浄化用の触媒と、
上記タービンを駆動可能な電動モータと、を有し、
内燃機関始動時に、上記ウエストゲートを開状態にするとともに、上記電動モータにより上記タービンを過給時とは逆方向に回転させるタービン逆回転制御を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
上記タービン逆回転制御は、上記タービンの出口側の排気圧力または排気温度が所定値となるように回転数を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関始動前に、上記ウエストゲートを開状態にするとともに、上記タービン逆回転制御を開始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制御装置。
上記触媒が所定温度以下の場合に、上記ウエストゲートを開状態にするとともに、上記タービン逆回転制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関停止直後に、上記ウエストゲートを開状態にすることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
上記ウエストゲートの全開時におけるウエストゲート開口面積は、排気が流入する上記タービンの入口部分の通路断面積よりも大きく設定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
車両の加速要求を検出すると、上記ウエストゲートを閉じ、上記タービン逆回転制御を終了することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関始動時に、上記ウエストゲートを全開状態にすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。