内燃機関の吸気制御装置
【課題】排気タービン式過給機を搭載したエンジンにおいて、省スペース化及び低コスト化の要求を満たしながら、ターボラグを小さくできるようにする。
【解決手段】蓄圧タンク３７内に空気貯蔵量を増加させる活性炭を封入し、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側から蓄圧タンク３７へ空気を導入する導入通路３８と、この導入通路３８を開閉する開閉弁３９を設けると共に、蓄圧タンク３７から排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側へ空気を供給する供給通路４０と、この供給通路４０を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４１を設ける。そして、エンジン１１の急加速要求時に、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給する過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分を燃焼させて、排気タービン１８の回転速度を上昇させる。
【解決手段】蓄圧タンク３７内に空気貯蔵量を増加させる活性炭を封入し、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側から蓄圧タンク３７へ空気を導入する導入通路３８と、この導入通路３８を開閉する開閉弁３９を設けると共に、蓄圧タンク３７から排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側へ空気を供給する供給通路４０と、この供給通路４０を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４１を設ける。そして、エンジン１１の急加速要求時に、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給する過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分を燃焼させて、排気タービン１８の回転速度を上昇させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関においては、排気タービン式過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したものがある。この排気タービン式過給機は、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンと吸気通路に設けたコンプレッサとを連結し、排出ガスのエネルギで排気タービンを回転駆動することでコンプレッサを駆動して吸入空気を過給するようにしている。
【０００３】
このような排気タービン式過給機を搭載した内燃機関では、特に低回転速度領域からの加速要求時に、アクセルが踏み込まれてから排気タービンの回転速度（コンプレッサの回転速度）が上昇して吸入空気の過給圧が上昇するまでの時間が長くなる傾向があり、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１（特開２００９−２０３８５６号公報）に記載されているように、内燃機関の吸気通路に電動過給機を設けると共に蓄圧タンクを接続し、車両の減速走行時で且つ蓄圧タンク内の圧力が所定圧力以下のときに、電動過給機を駆動して吸気通路から蓄圧タンクへ空気を導入し、内燃機関の加速要求時に、蓄圧タンク内の空気を吸気通路へ供給するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０３８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の技術では、蓄圧タンクから吸気通路へ十分な空気を供給可能にするには、蓄圧タンクの容積をかなり大きくする必要があり、システムが大型化して省スペース化の要求を満たすことができないという欠点がある。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要があるため、低コスト化の要求を満たすことができない上に、消費電力が増加して燃費が悪化する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、省スペース化及び低コスト化の要求を満たしながら、ターボラグを小さくすることができる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、活性炭を封入した蓄圧タンクと、吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側から蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、蓄圧タンクから排気通路のうちの排気タービンよりも上流側（以下単に「排気タービン上流側」という）へ空気を供給するための供給通路と、導入通路を開閉する開閉弁と、供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、少なくとも流量調整弁を制御する制御手段とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この構成では、蓄圧タンクから排気タービン上流側（排気通路のうちの排気タービンよりも上流側）へ空気を供給することで、排気タービン上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービンの回転速度（コンプレッサの回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、活性炭を封入した蓄圧タンクを用いることで、蓄圧タンクの空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンクを小型化しながら蓄圧タンクから排気タービン上流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００１０】
この場合、請求項２のように、内燃機関の加速要求時に蓄圧タンクから排気タービン上流側へ空気を供給するように流量調整弁を制御する過給アシスト制御を実行するようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の加速要求時に、過給アシスト制御を実行して排気タービン上流側で後燃えを発生させて、排気タービンの回転速度を速やかに上昇させることができ、ターボラグを小さくすることができる。
【００１１】
ここで、内燃機関の回転速度が所定回転速度領域よりも低い場合には、排気温度が低いため、過給アシスト制御を実行しても、後燃えが発生し難く、排気タービンの回転速度を速やかに上昇させることが困難である。一方、内燃機関の回転速度が所定回転速度領域よりも高い場合には、過給アシスト制御を実行しなくても、排出ガスのエネルギが大きくて過給機が十分に機能するため、過給アシスト制御を実行する必要がない。
【００１２】
このような事情を考慮して、請求項３のように、内燃機関の加速要求時で且つ内燃機関の回転速度が所定回転速度領域のときに過給アシスト制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、過給アシスト制御が有効な所定回転速度領域のみで過給アシスト制御を実行するようにでき、蓄圧タンク内に蓄えた空気を無駄に使用することを防止して効率的に利用することができる。
【００１３】
また、請求項４のように、過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正するようにすると良い。このようにすれば、燃料噴射量の増量補正により排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分を増加させた状態で過給アシスト制御を実行することができ、後燃えを確実に発生させることができる。
【００１４】
更に、請求項５のように、蓄圧タンク内の圧力を検出するタンク内圧センサと、排気タービン上流側の排気圧力を検出する排気圧センサと、蓄圧タンクから排気タービン上流側へ供給する空気の目標流量（以下「目標アシスト流量」という）を算出する目標アシスト流量算出手段とを備え、過給アシスト制御の際に、蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、目標アシスト流量とに基づいて、流量調整弁の開度を設定するようにしても良い。蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、流量調整弁の開度に応じて、蓄圧タンクから排気タービン上流側へ供給する空気の流量が変化するため、蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、目標アシスト流量とを用いれば、目標アシスト流量を実現するのに必要な流量調整弁の開度を精度良く設定することができる。
【００１５】
また、請求項６のように、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、活性炭を封入した蓄圧タンクと、吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側から蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、蓄圧タンクから吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側へ空気を供給するための供給通路と、導入通路を開閉する開閉弁と、供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、少なくとも流量調整弁を制御する制御手段とを備えた構成としても良い。
【００１６】
この構成では、蓄圧タンクからコンプレッサ下流側（吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側）へ空気を供給することで、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、活性炭を封入した蓄圧タンクを用いることで、蓄圧タンクの空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンクを小型化しながら蓄圧タンクからコンプレッサ下流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の実施例１における過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は蓄圧タンクの空気貯蔵量を説明する図である。
【図３】図３は蓄圧タンクの空気供給時間を説明する図である。
【図４】図４は過給アシスト制御が有効な回転速度領域を説明する図である。
【図５】図５は過給アシスト制御の実行条件を説明するタイムチャートである。
【図６】図６は過給アシスト制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は過給アシスト制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図８】図８は蓄圧タンクの蓄圧と開放を繰り返したときの活性炭の温度変化を示すタイムチャートである。
【図９】図９は実施例２の過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を図１乃至図８に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて過給機付きエンジン制御システムの構成を概略的に説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。
【００２０】
このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。この過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。
【００２１】
吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラ２０と、スロットルバルブ２３の上流側圧力（過給圧）を検出する過給圧センサ２１が設けられている。この過給圧センサ２１の下流側に、モータ２２によって開度調節されるスロットルバルブ２３と、このスロットルバルブ２３の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ２４とが設けられている。
【００２２】
更に、スロットルバルブ２３の下流側には、サージタンク２５が設けられ、このサージタンク２５には、スロットルバルブ２３の下流側圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。また、サージタンク２５には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２７が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２９が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２９の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２３】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３０や、ノッキングを検出するノックセンサ３１が取り付けられている。また、クランク軸３２の外周側には、クランク軸３２が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３３が取り付けられ、このクランク角センサ３３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２４】
更に、アクセルセンサ３４によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出され、ブレーキスイッチ３５によってブレーキ操作が検出されると共に、車速センサ３６によって車速が検出される。
【００２５】
また、本実施例１では、吸気管１２と排気管１５との間に、空気を蓄える蓄圧タンク３７が設けられ、この蓄圧タンク３７内には、空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させるための活性炭が封入されている。吸気管１２と蓄圧タンク３７との間には、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばインタークーラ２０の下流側）から蓄圧タンク３７へ空気を導入するための導入通路３８が接続され、この導入通路３８には、導入通路３８を開閉する開閉弁３９が設けられている。この開閉弁３９は、例えば、常閉型の電磁弁で構成されている。尚、開閉弁３９として、蓄圧タンク３７から吸気管１２へ空気が逆流することを阻止する逆止弁を用いるようにしても良い。
【００２６】
一方、蓄圧タンク３７と排気管１５との間には、蓄圧タンク３７から排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側（以下単に「排気タービン１８上流側」という）へ空気を供給するための供給通路４０が接続され、この供給通路４０には、供給通路４０を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４１が設けられている。この流量調整弁４１は、例えば、開度を調整可能な常閉型の電磁弁で構成されている。
【００２７】
また、蓄圧タンク３７には、蓄圧タンク３７内の圧力を検出するタンク内圧センサ４２が設けられ、排気管１５には、排気タービン１８上流側（排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側）の排気圧力を検出する排気圧センサ４３が設けられている。
【００２８】
上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）４４に入力される。このＥＣＵ４４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００２９】
また、ＥＣＵ４４は、所定の運転状態（例えば開閉弁３９を開弁してもドライバビリティ等に悪影響を及ぼさないような運転状態）で且つスロットルバルブ２３の上流側圧力（過給圧）と蓄圧タンク３７内の圧力との差が所定値以上のときに、開閉弁３９を開弁して、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばインタークーラ２０の下流側）から蓄圧タンク３７へ空気を導入する。
【００３０】
この蓄圧タンク３７には活性炭が封入されているため、図２に示すように、蓄圧タンク３７は、活性炭が封入されていない場合に比べて、空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）が約３倍に増加する。更に、図３に示すように、蓄圧タンク３７は、活性炭が封入されていない場合に比べて、流量調整弁４１を全開状態（開度１００％）にしたときの空気供給時間（排気タービン１８上流側へ供給する空気の流量が０に低下するまでの時間）が約３倍の長さになる。
【００３１】
更に、ＥＣＵ４４は、後述する図６の過給アシスト制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の急加速要求時に、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。燃料噴射量を増量補正することで、排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を増加させることができ、この状態で、過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービン１８の回転速度（コンプレッサ１９の回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。
【００３２】
ここで、図４に示すように、エンジン回転速度が所定回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）よりも低い場合には、排気温度が低いため、過給アシスト制御を実行しても、後燃えが発生し難く、排気タービン１８の回転速度を速やかに上昇させることが困難である。一方、エンジン回転速度が所定回転速度（例えば２５００ｒｐｍ）よりも高い場合には、過給アシスト制御を実行しなくても、排出ガスのエネルギが十分に大きくなって過給機１７が十分に機能するため、過給アシスト制御を実行する必要がない。従って、過給アシスト制御は、所定回転速度領域（例えば１２００〜２５００ｒｐｍの領域）で有効となる。
【００３３】
このような事情を考慮して、本実施例１では、図５に示すように、エンジン１１の急加速要求時（例えばアクセル開度が所定値以上のとき）で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）のときに過給アシスト制御を実行するようにしている。
【００３４】
以下、ＥＣＵ４４が実行する図６の過給アシスト制御ルーチンの処理内容を説明する。
図６に示す過給アシスト制御ルーチンは、ＥＣＵ４４の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、車速センサ３６で検出した車速、アクセルセンサ３４で検出したアクセル開度（アクセル操作量）、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量、クランク角センサ３３で検出したエンジン回転速度等を読み込む。
【００３５】
この後、ステップ１０２に進み、エンジン１１の急加速要求時であるか否かを、例えば、アクセル開度が所定値（例えば９０％）以上であるか否かによって判定する。尚、アクセル開度が所定値以上で且つアクセル開度の所定時間当りの増加量が所定値以上であるか否かによって、エンジン１１の急加速要求時であるか否かを判定するようにしても良い。
【００３６】
このステップ１０２で、急加速要求時であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン回転速度が所定回転速度領域であるか否かを判定する。ここで、所定回転速度領域は、過給アシスト制御が有効な回転速度領域であり、例えば１２００〜２５００ｒｐｍの領域に設定されている。
【００３７】
上記ステップ１０２で急加速要求時であると判定され、且つ、上記ステップ１０３でエンジン回転速度が所定回転速度領域であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、タンク内圧センサ４２で検出した蓄圧タンク３７内の圧力と、排気圧センサ４３で検出した排気タービン１８上流側の排気圧力を読み込んだ後、ステップ１０５に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰを算出する。
【００３８】
この後、ステップ１０６に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰが所定値（例えば２０ｋＰａ）以上であるか否かを判定し、差圧ΔＰが所定値以上であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、過給アシスト制御により供給される空気を混合した後の排出ガスの空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量Ｇａと燃料増量比Ｚ（％）とを用いて、次式により目標アシスト流量ΔＧａ（蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ供給する空気の目標流量）を求める。
ΔＧａ＝Ｇａ×Ｚ／１００
【００３９】
この後、ステップ１０８に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、目標アシスト流量ΔＧａとに応じた流量調整弁４１の目標開度をマップ又は数式等により算出することで、目標アシスト流量ΔＧａを実現するのに必要な流量調整弁４１の目標開度を設定する。
【００４０】
蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、流量調整弁４１の開度に応じて、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ供給する空気の流量が変化するため、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、目標アシスト流量ΔＧａとを用いれば、目標アシスト流量ΔＧａを実現するのに必要な流量調整弁４１の目標開度を精度良く設定することができる。このステップ１０８の処理が特許請求の範囲でいう目標アシスト流量算出手段としての役割を果たす。
【００４１】
ここで、流量調整弁４１の目標開度のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成された空気流量特性（差圧ΔＰと流量調整弁４１の開度と空気流量との関係）に基づいて設定され、ＥＣＵ４４のＲＯＭに記憶されている。
【００４２】
この後、ステップ１０９に進み、燃料増量比Ｚとなるように燃料噴射量を増量補正すると共に、流量調整弁４１の開度を目標開度に制御することで蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。
【００４３】
その後、上記ステップ１０２で急加速要求時ではないと判定された場合、又は、上記ステップ１０３でエンジン回転速度が所定回転速度領域ではないと判定された場合、又は、上記ステップ１０６で蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰが所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ１１０に進み、燃料噴射量の増量補正を停止すると共に、流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。尚、過給アシスト制御の実行中にブレーキスイッチ３５でブレーキ操作が検出された場合には、その時点で割り込み処理により流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。
【００４４】
以上説明した本実施例１の過給アシスト制御の実行例を図７のタイムチャートを用いて説明する。図７に示すように、まず、アイドル運転状態から運転者がアクセルを踏み込んだ時点ｔ1 で、アクセル開度が増加し始める。この後、アクセル開度が所定値（例えば９０％）以上で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）に入った時点ｔ2 で、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。その後、エンジン回転速度が所定回転速度領域を通り過ぎた時点ｔ3 で、燃料噴射量の増量補正を停止すると共に、流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。
【００４５】
このように、エンジン１１の急加速要求時（例えばアクセル開度が所定値以上のとき）に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービン１８の回転速度（コンプレッサ１９の回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。
【００４６】
しかも、活性炭を封入した蓄圧タンク３７を用いることで、蓄圧タンク３７の空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンク３７を小型化しながら蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００４７】
図８に示すように、本発明者は、吸気管１２から蓄圧タンク３７への空気の導入（蓄圧）と、蓄圧タンク３７から排気管１５への空気の供給（開放）を所定周期で繰り返し、そのときの蓄圧タンク３７内の活性炭の温度を測定する試験を行った。その結果、蓄圧タンク３７の蓄圧と開放を比較的短い周期で繰り返しても、蓄圧タンク３７内の活性炭の温度変化が２〜３℃程度であり、蓄圧タンク３７の蓄圧性能（活性炭の吸着性能）に影響を及ぼすような温度上昇がないことが確認された。
【００４８】
また、本実施例１では、エンジン１１の急加速要求時で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）のときに過給アシスト制御を実行するようにしたので、過給アシスト制御が有効な所定回転速度領域のみで過給アシスト制御を実行するようにでき、蓄圧タンク３７内に蓄えた空気を無駄に使用することを防止して効率的に利用することができる。
【００４９】
更に、本実施例１では、過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正するようにしたので、燃料噴射量の増量補正により排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分を増加させた状態で過給アシスト制御を実行することができ、後燃えを確実に発生させることができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、図９を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００５１】
本実施例２では、図９に示すように、前記実施例１と同じように、吸気管１２と蓄圧タンク３７との間に導入通路３８が接続され、この導入通路３８に開閉弁３９が設けられているが、蓄圧タンク３７と吸気管１２との間には、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばスロットルバルブ２３の下流側）へ空気を供給するための供給通路４５が接続され、この供給通路４５には、供給通路４５を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４６が設けられている。
【００５２】
そして、ＥＣＵ４４は、図示しない過給アシスト制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の急加速要求時に、蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側（吸気管１２のうちのスロットルバルブ２３よりも下流側）へ空気を供給するように流量調整弁４６を制御する過給アシスト制御を実行する。
【００５３】
以上説明した本実施例２では、エンジン１１の急加速要求時に、蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側へ空気を供給するように流量調整弁４６を制御する過給アシスト制御を実行することで、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、前記実施例１と同じように、活性炭を封入した蓄圧タンク３７を用いることで、蓄圧タンク３７の空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンク３７を小型化しながら蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００５４】
尚、上記実施例２では、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのスロットルバルブ２３の下流側へ空気を供給するように供給通路４５を接続するようにしたが、これに限定されず、例えば、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側でスロットルバルブ２３の上流側へ空気を供給するように供給通路４５を接続するようにしても良い。
【００５５】
その他、本発明は、図１及び図９に示すような筒内噴射式エンジンに限定されず、吸気ポート噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００５６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１５…排気管（排気通路）、１７…過給機、１８…排気タービン、１９…コンプレッサ、２３…スロットルバルブ、２８…燃料噴射弁、２９…点火プラグ、３３…クランク角センサ、３７…蓄圧タンク、３８…導入通路、３９…開閉弁、４０…供給通路、４１…流量調整弁、４２…タンク内圧センサ、４３…排気圧センサ、４４…ＥＣＵ（制御手段，目標アシスト流量算出手段）、４５…供給通路、４６…流量調整弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関においては、排気タービン式過給機（いわゆるターボチャージャ）を搭載したものがある。この排気タービン式過給機は、内燃機関の排気通路に設けた排気タービンと吸気通路に設けたコンプレッサとを連結し、排出ガスのエネルギで排気タービンを回転駆動することでコンプレッサを駆動して吸入空気を過給するようにしている。
【０００３】
このような排気タービン式過給機を搭載した内燃機関では、特に低回転速度領域からの加速要求時に、アクセルが踏み込まれてから排気タービンの回転速度（コンプレッサの回転速度）が上昇して吸入空気の過給圧が上昇するまでの時間が長くなる傾向があり、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）が大きくなるという欠点がある。
【０００４】
そこで、例えば、特許文献１（特開２００９−２０３８５６号公報）に記載されているように、内燃機関の吸気通路に電動過給機を設けると共に蓄圧タンクを接続し、車両の減速走行時で且つ蓄圧タンク内の圧力が所定圧力以下のときに、電動過給機を駆動して吸気通路から蓄圧タンクへ空気を導入し、内燃機関の加速要求時に、蓄圧タンク内の空気を吸気通路へ供給するようにしたものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０３８５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１の技術では、蓄圧タンクから吸気通路へ十分な空気を供給可能にするには、蓄圧タンクの容積をかなり大きくする必要があり、システムが大型化して省スペース化の要求を満たすことができないという欠点がある。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要があるため、低コスト化の要求を満たすことができない上に、消費電力が増加して燃費が悪化する可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、省スペース化及び低コスト化の要求を満たしながら、ターボラグを小さくすることができる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、活性炭を封入した蓄圧タンクと、吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側から蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、蓄圧タンクから排気通路のうちの排気タービンよりも上流側（以下単に「排気タービン上流側」という）へ空気を供給するための供給通路と、導入通路を開閉する開閉弁と、供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、少なくとも流量調整弁を制御する制御手段とを備えた構成としたものである。
【０００９】
この構成では、蓄圧タンクから排気タービン上流側（排気通路のうちの排気タービンよりも上流側）へ空気を供給することで、排気タービン上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービンの回転速度（コンプレッサの回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、活性炭を封入した蓄圧タンクを用いることで、蓄圧タンクの空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンクを小型化しながら蓄圧タンクから排気タービン上流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００１０】
この場合、請求項２のように、内燃機関の加速要求時に蓄圧タンクから排気タービン上流側へ空気を供給するように流量調整弁を制御する過給アシスト制御を実行するようにすると良い。このようにすれば、内燃機関の加速要求時に、過給アシスト制御を実行して排気タービン上流側で後燃えを発生させて、排気タービンの回転速度を速やかに上昇させることができ、ターボラグを小さくすることができる。
【００１１】
ここで、内燃機関の回転速度が所定回転速度領域よりも低い場合には、排気温度が低いため、過給アシスト制御を実行しても、後燃えが発生し難く、排気タービンの回転速度を速やかに上昇させることが困難である。一方、内燃機関の回転速度が所定回転速度領域よりも高い場合には、過給アシスト制御を実行しなくても、排出ガスのエネルギが大きくて過給機が十分に機能するため、過給アシスト制御を実行する必要がない。
【００１２】
このような事情を考慮して、請求項３のように、内燃機関の加速要求時で且つ内燃機関の回転速度が所定回転速度領域のときに過給アシスト制御を実行するようにしても良い。このようにすれば、過給アシスト制御が有効な所定回転速度領域のみで過給アシスト制御を実行するようにでき、蓄圧タンク内に蓄えた空気を無駄に使用することを防止して効率的に利用することができる。
【００１３】
また、請求項４のように、過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正するようにすると良い。このようにすれば、燃料噴射量の増量補正により排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分を増加させた状態で過給アシスト制御を実行することができ、後燃えを確実に発生させることができる。
【００１４】
更に、請求項５のように、蓄圧タンク内の圧力を検出するタンク内圧センサと、排気タービン上流側の排気圧力を検出する排気圧センサと、蓄圧タンクから排気タービン上流側へ供給する空気の目標流量（以下「目標アシスト流量」という）を算出する目標アシスト流量算出手段とを備え、過給アシスト制御の際に、蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、目標アシスト流量とに基づいて、流量調整弁の開度を設定するようにしても良い。蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、流量調整弁の開度に応じて、蓄圧タンクから排気タービン上流側へ供給する空気の流量が変化するため、蓄圧タンク内の圧力と排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、目標アシスト流量とを用いれば、目標アシスト流量を実現するのに必要な流量調整弁の開度を精度良く設定することができる。
【００１５】
また、請求項６のように、内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、活性炭を封入した蓄圧タンクと、吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側から蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、蓄圧タンクから吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側へ空気を供給するための供給通路と、導入通路を開閉する開閉弁と、供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、少なくとも流量調整弁を制御する制御手段とを備えた構成としても良い。
【００１６】
この構成では、蓄圧タンクからコンプレッサ下流側（吸気通路のうちのコンプレッサよりも下流側）へ空気を供給することで、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、活性炭を封入した蓄圧タンクを用いることで、蓄圧タンクの空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンクを小型化しながら蓄圧タンクからコンプレッサ下流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は本発明の実施例１における過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【図２】図２は蓄圧タンクの空気貯蔵量を説明する図である。
【図３】図３は蓄圧タンクの空気供給時間を説明する図である。
【図４】図４は過給アシスト制御が有効な回転速度領域を説明する図である。
【図５】図５は過給アシスト制御の実行条件を説明するタイムチャートである。
【図６】図６は過給アシスト制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】図７は過給アシスト制御の実行例を示すタイムチャートである。
【図８】図８は蓄圧タンクの蓄圧と開放を繰り返したときの活性炭の温度変化を示すタイムチャートである。
【図９】図９は実施例２の過給機付きエンジン制御システムの概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。
【実施例１】
【００１９】
本発明の実施例１を図１乃至図８に基づいて説明する。
まず、図１に基づいて過給機付きエンジン制御システムの構成を概略的に説明する。
内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２（吸気通路）の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。一方、エンジン１１の排気管１５（排気通路）には、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒１６が設置されている。
【００２０】
このエンジン１１には、吸入空気を過給する排気タービン駆動式の過給機１７が搭載されている。この過給機１７は、排気管１５のうちの触媒１６の上流側に排気タービン１８が配置され、吸気管１２のうちのエアフローメータ１４の下流側にコンプレッサ１９が配置されている。この過給機１７は、排気タービン１８とコンプレッサ１９とが一体的に回転するように連結され、排出ガスの運動エネルギで排気タービン１８を回転駆動することでコンプレッサ１９を回転駆動して吸入空気を過給するようになっている。
【００２１】
吸気管１２のうちのコンプレッサ１９の下流側には、吸入空気を冷却するインタークーラ２０と、スロットルバルブ２３の上流側圧力（過給圧）を検出する過給圧センサ２１が設けられている。この過給圧センサ２１の下流側に、モータ２２によって開度調節されるスロットルバルブ２３と、このスロットルバルブ２３の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ２４とが設けられている。
【００２２】
更に、スロットルバルブ２３の下流側には、サージタンク２５が設けられ、このサージタンク２５には、スロットルバルブ２３の下流側圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ２６が設けられている。また、サージタンク２５には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２７が設けられ、エンジン１１の各気筒には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁２８が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２９が取り付けられ、各気筒の点火プラグ２９の火花放電によって筒内の混合気に着火される。
【００２３】
また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ３０や、ノッキングを検出するノックセンサ３１が取り付けられている。また、クランク軸３２の外周側には、クランク軸３２が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ３３が取り付けられ、このクランク角センサ３３の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。
【００２４】
更に、アクセルセンサ３４によってアクセル操作量（アクセルペダルの踏込量）が検出され、ブレーキスイッチ３５によってブレーキ操作が検出されると共に、車速センサ３６によって車速が検出される。
【００２５】
また、本実施例１では、吸気管１２と排気管１５との間に、空気を蓄える蓄圧タンク３７が設けられ、この蓄圧タンク３７内には、空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させるための活性炭が封入されている。吸気管１２と蓄圧タンク３７との間には、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばインタークーラ２０の下流側）から蓄圧タンク３７へ空気を導入するための導入通路３８が接続され、この導入通路３８には、導入通路３８を開閉する開閉弁３９が設けられている。この開閉弁３９は、例えば、常閉型の電磁弁で構成されている。尚、開閉弁３９として、蓄圧タンク３７から吸気管１２へ空気が逆流することを阻止する逆止弁を用いるようにしても良い。
【００２６】
一方、蓄圧タンク３７と排気管１５との間には、蓄圧タンク３７から排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側（以下単に「排気タービン１８上流側」という）へ空気を供給するための供給通路４０が接続され、この供給通路４０には、供給通路４０を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４１が設けられている。この流量調整弁４１は、例えば、開度を調整可能な常閉型の電磁弁で構成されている。
【００２７】
また、蓄圧タンク３７には、蓄圧タンク３７内の圧力を検出するタンク内圧センサ４２が設けられ、排気管１５には、排気タービン１８上流側（排気管１５のうちの排気タービン１８よりも上流側）の排気圧力を検出する排気圧センサ４３が設けられている。
【００２８】
上述した各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）４４に入力される。このＥＣＵ４４は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。
【００２９】
また、ＥＣＵ４４は、所定の運転状態（例えば開閉弁３９を開弁してもドライバビリティ等に悪影響を及ぼさないような運転状態）で且つスロットルバルブ２３の上流側圧力（過給圧）と蓄圧タンク３７内の圧力との差が所定値以上のときに、開閉弁３９を開弁して、吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばインタークーラ２０の下流側）から蓄圧タンク３７へ空気を導入する。
【００３０】
この蓄圧タンク３７には活性炭が封入されているため、図２に示すように、蓄圧タンク３７は、活性炭が封入されていない場合に比べて、空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）が約３倍に増加する。更に、図３に示すように、蓄圧タンク３７は、活性炭が封入されていない場合に比べて、流量調整弁４１を全開状態（開度１００％）にしたときの空気供給時間（排気タービン１８上流側へ供給する空気の流量が０に低下するまでの時間）が約３倍の長さになる。
【００３１】
更に、ＥＣＵ４４は、後述する図６の過給アシスト制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の急加速要求時に、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。燃料噴射量を増量補正することで、排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を増加させることができ、この状態で、過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービン１８の回転速度（コンプレッサ１９の回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。
【００３２】
ここで、図４に示すように、エンジン回転速度が所定回転速度（例えば１２００ｒｐｍ）よりも低い場合には、排気温度が低いため、過給アシスト制御を実行しても、後燃えが発生し難く、排気タービン１８の回転速度を速やかに上昇させることが困難である。一方、エンジン回転速度が所定回転速度（例えば２５００ｒｐｍ）よりも高い場合には、過給アシスト制御を実行しなくても、排出ガスのエネルギが十分に大きくなって過給機１７が十分に機能するため、過給アシスト制御を実行する必要がない。従って、過給アシスト制御は、所定回転速度領域（例えば１２００〜２５００ｒｐｍの領域）で有効となる。
【００３３】
このような事情を考慮して、本実施例１では、図５に示すように、エンジン１１の急加速要求時（例えばアクセル開度が所定値以上のとき）で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）のときに過給アシスト制御を実行するようにしている。
【００３４】
以下、ＥＣＵ４４が実行する図６の過給アシスト制御ルーチンの処理内容を説明する。
図６に示す過給アシスト制御ルーチンは、ＥＣＵ４４の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、車速センサ３６で検出した車速、アクセルセンサ３４で検出したアクセル開度（アクセル操作量）、エアフローメータ１４で検出した吸入空気量、クランク角センサ３３で検出したエンジン回転速度等を読み込む。
【００３５】
この後、ステップ１０２に進み、エンジン１１の急加速要求時であるか否かを、例えば、アクセル開度が所定値（例えば９０％）以上であるか否かによって判定する。尚、アクセル開度が所定値以上で且つアクセル開度の所定時間当りの増加量が所定値以上であるか否かによって、エンジン１１の急加速要求時であるか否かを判定するようにしても良い。
【００３６】
このステップ１０２で、急加速要求時であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、エンジン回転速度が所定回転速度領域であるか否かを判定する。ここで、所定回転速度領域は、過給アシスト制御が有効な回転速度領域であり、例えば１２００〜２５００ｒｐｍの領域に設定されている。
【００３７】
上記ステップ１０２で急加速要求時であると判定され、且つ、上記ステップ１０３でエンジン回転速度が所定回転速度領域であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、タンク内圧センサ４２で検出した蓄圧タンク３７内の圧力と、排気圧センサ４３で検出した排気タービン１８上流側の排気圧力を読み込んだ後、ステップ１０５に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰを算出する。
【００３８】
この後、ステップ１０６に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰが所定値（例えば２０ｋＰａ）以上であるか否かを判定し、差圧ΔＰが所定値以上であると判定された場合には、ステップ１０７に進み、過給アシスト制御により供給される空気を混合した後の排出ガスの空燃比が理論空燃比となるように、吸入空気量Ｇａと燃料増量比Ｚ（％）とを用いて、次式により目標アシスト流量ΔＧａ（蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ供給する空気の目標流量）を求める。
ΔＧａ＝Ｇａ×Ｚ／１００
【００３９】
この後、ステップ１０８に進み、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、目標アシスト流量ΔＧａとに応じた流量調整弁４１の目標開度をマップ又は数式等により算出することで、目標アシスト流量ΔＧａを実現するのに必要な流量調整弁４１の目標開度を設定する。
【００４０】
蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、流量調整弁４１の開度に応じて、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ供給する空気の流量が変化するため、蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰと、目標アシスト流量ΔＧａとを用いれば、目標アシスト流量ΔＧａを実現するのに必要な流量調整弁４１の目標開度を精度良く設定することができる。このステップ１０８の処理が特許請求の範囲でいう目標アシスト流量算出手段としての役割を果たす。
【００４１】
ここで、流量調整弁４１の目標開度のマップ又は数式等は、予め試験データや設計データ等に基づいて作成された空気流量特性（差圧ΔＰと流量調整弁４１の開度と空気流量との関係）に基づいて設定され、ＥＣＵ４４のＲＯＭに記憶されている。
【００４２】
この後、ステップ１０９に進み、燃料増量比Ｚとなるように燃料噴射量を増量補正すると共に、流量調整弁４１の開度を目標開度に制御することで蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。
【００４３】
その後、上記ステップ１０２で急加速要求時ではないと判定された場合、又は、上記ステップ１０３でエンジン回転速度が所定回転速度領域ではないと判定された場合、又は、上記ステップ１０６で蓄圧タンク３７内の圧力と排気タービン１８上流側の排気圧力との差圧ΔＰが所定値よりも小さいと判定された場合には、ステップ１１０に進み、燃料噴射量の増量補正を停止すると共に、流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。尚、過給アシスト制御の実行中にブレーキスイッチ３５でブレーキ操作が検出された場合には、その時点で割り込み処理により流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。
【００４４】
以上説明した本実施例１の過給アシスト制御の実行例を図７のタイムチャートを用いて説明する。図７に示すように、まず、アイドル運転状態から運転者がアクセルを踏み込んだ時点ｔ1 で、アクセル開度が増加し始める。この後、アクセル開度が所定値（例えば９０％）以上で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）に入った時点ｔ2 で、燃料噴射量を増量補正すると共に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行する。その後、エンジン回転速度が所定回転速度領域を通り過ぎた時点ｔ3 で、燃料噴射量の増量補正を停止すると共に、流量調整弁４１を閉弁して過給アシスト制御を停止する。
【００４５】
このように、エンジン１１の急加速要求時（例えばアクセル開度が所定値以上のとき）に、蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ空気を供給するように流量調整弁４１を制御する過給アシスト制御を実行することで、排気タービン１８上流側で排出ガス中の未燃成分（ＣＯ、ＨＣ等）を燃焼させる後燃えを発生させて排出ガスのエネルギを増加させることができ、これにより、排気タービン１８の回転速度（コンプレッサ１９の回転速度）を速やかに上昇させて吸入空気の過給圧を速やかに上昇させることができ、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。
【００４６】
しかも、活性炭を封入した蓄圧タンク３７を用いることで、蓄圧タンク３７の空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンク３７を小型化しながら蓄圧タンク３７から排気タービン１８上流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００４７】
図８に示すように、本発明者は、吸気管１２から蓄圧タンク３７への空気の導入（蓄圧）と、蓄圧タンク３７から排気管１５への空気の供給（開放）を所定周期で繰り返し、そのときの蓄圧タンク３７内の活性炭の温度を測定する試験を行った。その結果、蓄圧タンク３７の蓄圧と開放を比較的短い周期で繰り返しても、蓄圧タンク３７内の活性炭の温度変化が２〜３℃程度であり、蓄圧タンク３７の蓄圧性能（活性炭の吸着性能）に影響を及ぼすような温度上昇がないことが確認された。
【００４８】
また、本実施例１では、エンジン１１の急加速要求時で且つエンジン回転速度が所定回転速度領域（過給アシスト制御が有効な回転速度領域）のときに過給アシスト制御を実行するようにしたので、過給アシスト制御が有効な所定回転速度領域のみで過給アシスト制御を実行するようにでき、蓄圧タンク３７内に蓄えた空気を無駄に使用することを防止して効率的に利用することができる。
【００４９】
更に、本実施例１では、過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正するようにしたので、燃料噴射量の増量補正により排出ガスの空燃比をリッチにして排出ガス中の未燃成分を増加させた状態で過給アシスト制御を実行することができ、後燃えを確実に発生させることができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、図９を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。
【００５１】
本実施例２では、図９に示すように、前記実施例１と同じように、吸気管１２と蓄圧タンク３７との間に導入通路３８が接続され、この導入通路３８に開閉弁３９が設けられているが、蓄圧タンク３７と吸気管１２との間には、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側（例えばスロットルバルブ２３の下流側）へ空気を供給するための供給通路４５が接続され、この供給通路４５には、供給通路４５を流れる空気の流量を調整する流量調整弁４６が設けられている。
【００５２】
そして、ＥＣＵ４４は、図示しない過給アシスト制御ルーチンを実行することで、エンジン１１の急加速要求時に、蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側（吸気管１２のうちのスロットルバルブ２３よりも下流側）へ空気を供給するように流量調整弁４６を制御する過給アシスト制御を実行する。
【００５３】
以上説明した本実施例２では、エンジン１１の急加速要求時に、蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側へ空気を供給するように流量調整弁４６を制御する過給アシスト制御を実行することで、アクセルが踏み込まれてから実際に吸入空気が増加してトルクが増加するまでの時間遅れ（いわゆるターボラグ）を小さくすることができる。しかも、前記実施例１と同じように、活性炭を封入した蓄圧タンク３７を用いることで、蓄圧タンク３７の空気貯蔵量（貯蔵可能な空気量）を増加させることができるため、蓄圧タンク３７を小型化しながら蓄圧タンク３７からスロットルバルブ２３下流側へ十分な空気を供給することが可能となり、省スペース化の要求を満たすことができる。また、一般的な排気タービン式過給機に比べて高価な電動過給機を搭載する必要がないため、低コスト化の要求を満たすことができると共に、消費電力を低減して燃費を節減することができる。
【００５４】
尚、上記実施例２では、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのスロットルバルブ２３の下流側へ空気を供給するように供給通路４５を接続するようにしたが、これに限定されず、例えば、蓄圧タンク３７から吸気管１２のうちのコンプレッサ１９よりも下流側でスロットルバルブ２３の上流側へ空気を供給するように供給通路４５を接続するようにしても良い。
【００５５】
その他、本発明は、図１及び図９に示すような筒内噴射式エンジンに限定されず、吸気ポート噴射式エンジンや、吸気ポート噴射用の燃料噴射弁と筒内噴射用の燃料噴射弁の両方を備えたデュアル噴射式のエンジンにも適用して実施できる。
【符号の説明】
【００５６】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管（吸気通路）、１５…排気管（排気通路）、１７…過給機、１８…排気タービン、１９…コンプレッサ、２３…スロットルバルブ、２８…燃料噴射弁、２９…点火プラグ、３３…クランク角センサ、３７…蓄圧タンク、３８…導入通路、３９…開閉弁、４０…供給通路、４１…流量調整弁、４２…タンク内圧センサ、４３…排気圧センサ、４４…ＥＣＵ（制御手段，目標アシスト流量算出手段）、４５…供給通路、４６…流量調整弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
活性炭を封入した蓄圧タンクと、
前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側から前記蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、
前記蓄圧タンクから前記排気通路のうちの前記排気タービンよりも上流側（以下単に「排気タービン上流側」という）へ空気を供給するための供給通路と、
前記導入通路を開閉する開閉弁と、
前記供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、
少なくとも前記流量調整弁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の吸気制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、内燃機関の加速要求時に前記蓄圧タンクから前記排気タービン上流側へ空気を供給するように前記流量調整弁を制御する過給アシスト制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、内燃機関の加速要求時で且つ内燃機関の回転速度が所定回転速度領域のときに前記過給アシスト制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記蓄圧タンク内の圧力を検出するタンク内圧センサと、
前記排気タービン上流側の排気圧力を検出する排気圧センサと、
前記蓄圧タンクから前記排気タービン上流側へ供給する空気の目標流量（以下「目標アシスト流量」という）を算出する目標アシスト流量算出手段とを備え、
前記制御手段は、前記過給アシスト制御の際に、前記蓄圧タンク内の圧力と前記排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、前記目標アシスト流量とに基づいて、前記流量調整弁の開度を設定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
活性炭を封入した蓄圧タンクと、
前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側から前記蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、
前記蓄圧タンクから前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側へ空気を供給するための供給通路と、
前記導入通路を開閉する開閉弁と、
前記供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、
少なくとも前記流量調整弁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の吸気制御装置。
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
活性炭を封入した蓄圧タンクと、
前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側から前記蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、
前記蓄圧タンクから前記排気通路のうちの前記排気タービンよりも上流側（以下単に「排気タービン上流側」という）へ空気を供給するための供給通路と、
前記導入通路を開閉する開閉弁と、
前記供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、
少なくとも前記流量調整弁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の吸気制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、内燃機関の加速要求時に前記蓄圧タンクから前記排気タービン上流側へ空気を供給するように前記流量調整弁を制御する過給アシスト制御を実行することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、内燃機関の加速要求時で且つ内燃機関の回転速度が所定回転速度領域のときに前記過給アシスト制御を実行することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記過給アシスト制御の際に、燃料噴射量を増量補正することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記蓄圧タンク内の圧力を検出するタンク内圧センサと、
前記排気タービン上流側の排気圧力を検出する排気圧センサと、
前記蓄圧タンクから前記排気タービン上流側へ供給する空気の目標流量（以下「目標アシスト流量」という）を算出する目標アシスト流量算出手段とを備え、
前記制御手段は、前記過給アシスト制御の際に、前記蓄圧タンク内の圧力と前記排気タービン上流側の排気圧力との差圧と、前記目標アシスト流量とに基づいて、前記流量調整弁の開度を設定することを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
内燃機関の排気通路に設けられた排気タービンで吸気通路に設けられたコンプレッサを駆動して吸入空気を過給する過給機を備えた内燃機関の吸気制御装置において、
活性炭を封入した蓄圧タンクと、
前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側から前記蓄圧タンクへ空気を導入するための導入通路と、
前記蓄圧タンクから前記吸気通路のうちの前記コンプレッサよりも下流側へ空気を供給するための供給通路と、
前記導入通路を開閉する開閉弁と、
前記供給通路を流れる空気の流量を調整する流量調整弁と、
少なくとも前記流量調整弁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の吸気制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１８４７３８（Ｐ２０１２−１８４７３８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９６５８（Ｐ２０１１−４９６５８）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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