内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関
【課題】蓄ガス容器に溜め込んだ蓄圧されたガスを過給補助に用いる内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵された前記ガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関を提供する。
【解決手段】蓄ガス容器２７内の酸素濃度Ｃｏを調整する制御において、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏの計測で、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定して、この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内の酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。
【解決手段】蓄ガス容器２７内の酸素濃度Ｃｏを調整する制御において、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏの計測で、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定して、この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内の酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過渡状態のときに、蓄ガス容器に蓄圧されたガスを、シリンダ内に供給してＥＧＲ率を高めることができる内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１１に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１２に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。
【０００３】
これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００４】
つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００５】
しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。
【０００６】
従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図１３に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には煤が増加しない領域内に燃料の投入量が抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図１４及び図１５に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。
【０００７】
一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。
【０００８】
この対策として、近年では、図１６に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの組成を、排気ガスと空気の混合比を基にして調整している場合には、この混合比を一定にする制御はできても、排気ガスの酸素濃度がエンジンの運転状態によって変化する可能性があり、ガスの酸素濃度を一定に保てるとは限らない。
【００１１】
特に、蓄ガス容器に導入する排気ガスを排気通路から導入するときに、エンジンの負荷状態によって排気ガス中の酸素濃度が低い場合や、酸素濃度が高い場合が発生する。従って、蓄ガス容器内のガスを排気ガスと空気の混合比一定で制御した場合には、ガスの酸素濃度がばらつくために、煤とＮＯｘ等の排気性能にばらつきが発生する可能性がある。
【００１２】
これを防止するためには、蓄ガス容器の内部の酸素濃度を測定して、排気ガスと空気との混合比を制御することが、排気性能のばらつきを抑えるために有効であると考えられる。この蓄ガス容器の内部の酸素濃度を測定するために、酸素濃度計を用いることが考えられるが、酸素濃度計は圧力依存性が高く、蓄ガス容器内の圧力による影響を補正する必要があり、測定精度が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−２１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに前記ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡状態のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の蓄ガス方法は、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路を備えた内燃機関の過給補助方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いることを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計で測定するために、測定する蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの一部を、このガスを加圧するガス圧縮装置の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計でこのガスの酸素濃度を測定する。これにより、酸素濃度計の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を精度よく測定することができる。
【００１７】
従って、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
また、上記の内燃機関の蓄ガス方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧すると、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００１９】
あるいは、上記の内燃機関の蓄ガス方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧すると、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００２０】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関の蓄ガス方法を実施できる内燃機関であり、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路と、前記蓄ガス容器に排気ガスまたは空気を蓄圧するための装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いる制御を行うように構成される。 この構成によれば、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計で測定するために、測定する蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの一部を、このガスを加圧するガス圧縮装置の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計でこのガスの酸素濃度を測定する。これにより、酸素濃度計の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を精度よく測定することができる。
【００２１】
従って、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧する制御を行うように構成する。この構成により、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００２３】
あるいは、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧する制御を行うように構成する。この構成により、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度と圧力を所定の範囲内の酸素濃度と所定の範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関によれば、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに前記ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡状態のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度を適切な濃度範囲に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図３】蓄ガス容器内の酸素濃度測定に関係する構成を示す図である。
【図４】蓄ガス容器内の酸素濃度測定に関係する他の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の蓄ガス方法の制御フローの一例を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の蓄ガス方法の制御フローの一例を示す図である。
【図７】蓄ガス方法と過給補助方法と絡めた制御方法の制御フローの一例を示す図である。
【図８】蓄ガス用のガス圧縮装置の駆動を説明するための図である。
【図９】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を吸気ラインが連通された状態で示す図である。
【図１０】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を蓄ガス供給ラインが連通された状態で示す図である。
【図１１】従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１２】従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１３】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１４】全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。
【図１５】過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。
【図１６】先行技術の内燃機関の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１１と吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３を有して構成される。この吸気マニホールド１１ａと吸気通路１２とで吸気系通路を形成し、排気マニホールド１１ｂと排気通路１３とで排気系通路を形成する。
【００２８】
吸気通路１２には、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、排気通路１３には、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒等で形成されるＮＯｘ浄化触媒１６が設けられている。
【００２９】
また、タービン１４ｂの上流側の排気通路１３からＥＧＲ通路１７が分岐され、コンプレッサ１４ａの上流側の吸気通路１２にＥＧＲ合流部１８で合流している。このＥＧＲ通路１７には上流側から、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１９とＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ弁２１が設けられている。
【００３０】
更に、ＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２が設けられている。この排気ガス導入通路２２にはＥＧＲクーラ２３と三方弁２４が設けられ、この排気ガス導入通路２２は機械式の容積型過給機（往復動式が望ましい）等で形成されるガス圧縮装置２５に接続されている。このガス圧縮装置２５は、圧縮ガス供給通路２６により圧力容器等で形成される蓄ガス容器２７に接続されている。また、この蓄ガス容器２７は蓄ガス供給通路２８により吸気通路１２と接続されている。この排気ガス導入通路２２と圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８で蓄圧ガス系通路を形成する。
【００３１】
図８に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、排気ガス導入通路２２からの排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。なお、蓄ガス供給通路２８には、調圧弁２９が配置され、流路切替装置３０に供給されるガスＣの圧力を調整する。このとき、三方弁２４で、排気ガスＧの一部Ｇｐの量と空気Ａａの量を調整して、蓄ガス容器２７で貯蔵されるガスＣにおける酸素濃度を略一定に保つことが好ましく、これにより、ＥＧＲを行うときの制御を単純化することができる。
【００３２】
そして、上記の機器類の制御を行うために、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジン１の運転の全般を制御する制御装置４０を設け、この制御装置４０で蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｍやエンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度Ａｃ等を検出して、その結果に基づいて電磁クラッチ３４や三方弁２４を制御して、蓄ガス容器２７内のガスＣの量（圧力）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。
【００３３】
そして、図３に示すように、この蓄ガス容器２７の内部の最大圧を調整する電磁開閉弁２７ａを蓄ガス容器２７に設ける。更に、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの酸素濃度を測定するために、蓄ガス容器２７に連通する酸素濃度測定通路５１を設けて、この酸素濃度測定通路５１には、上流側から、すなわち、蓄ガス容器２７側から電磁開閉弁５２と酸素濃度計５３を設ける。この酸素濃度測定通路は５１は、ガス圧縮装置２５の上流側の排気ガス導入通路２２に連通させて、酸素濃度を測定した後のガスＣをガス圧縮装置２５の入口側に戻すように構成してもよく、図４に示すように、大気開放として酸素濃度を測定した後のガスＣを大気中に放出するように構成してもよい。また、蓄ガス容器２７には、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの温度を計測するための温度計５４と圧力計５５を設ける。
【００３４】
つまり、エンジン１は、排気ガスＧの一部Ｇｅをシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路１７と、エンジン１の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮するガス圧縮装置２５と、このガス圧縮装置２５で圧縮されたガスＣを貯蓄する蓄ガス容器２７と、この蓄ガス容器２７と吸気通路１２を接続する蓄ガス供給通路２８を備えて構成される。
【００３５】
そして、吸気通路１２と蓄ガス供給通路２８は流路切替装置３０を介して接続される。また、流路切替装置３０は吸気通路１２の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路２８側と吸気通路１２の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。
【００３６】
この流路切替装置３０は、図９及び図１０に示すような三方切替弁で構成することができる。また、図示しないが、吸気系通路１２に設けた吸気弁と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁で構成することもできる。つまり、流路切替装置３０を用いずに、吸気通路１２を吸気弁（吸気スロットル）等で閉塞する方式の場合には、吸気弁(図示しない）の上流にＥＧＲ合流部１８を設けて、ＥＧＲガスＧｅをＥＧＲ弁２１と吸気弁(図示しない)とで２段構えで遮断する。
【００３７】
図９及び図１０に示す流路切替装置３０では、駆動用ガスＡｐを入れてピストンの背面の空気Ａｅを抜くことで、高速駆動用のシリンダ３０ａのロッド３０ｂを移動させることにより、シャッター部３０ｃを移動させて、図９に示すように、蓄ガス供給通路２８側を閉じて、吸気通路１２の上流側１２ａと下流側１２ｂを連通させ、また、図１０に示すように、吸気通路１２の上流側１２ａ側を閉じて、蓄ガス供給通路２８と吸気通路１２の下流側１２ｂを連通させる。
【００３８】
次に、本発明に係る第２の実施の形態のエンジン（内燃機関）１Ａについて説明する。図２に示すように、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ＥＧＲ通路１７がＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐し、このＥＧＲ通路１７から排気ガス導入通路２２が分岐している点が、ＥＧＲ通路１７がターボ式過給機１４のタービン１４ｂの上流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２がＮＯｘ浄化触媒１５の下流側の排気通路１３から分岐している第１の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
つまり、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過する前の排気ガスＧの一部となっているのに対して、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過した後の排気ガスＧの一部となっている。言い換えれば、第１の実施の形態のエンジン１では、高圧ＥＧＲ方式が採用されており、第２の実施の形態のエンジン１Ａでは低圧ＥＧＲ方式が採用されている。
【００４０】
次に、エンジン（内燃機関）１、１Ａの制御装置４０で行う、内燃機関の蓄ガス方法について説明する。この内燃機関の蓄ガス方法は、上記の構成のエンジン１、１Ａで実施できる方法である。先ず、内燃機関の過給補助方法について説明する。この内燃機関の過給補助方法は、エンジン１、１Ａの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮して貯蓄する。
【００４１】
それと共に、過給補助方法では、エンジン１、１Ａの過渡運転でないときには、エンジン１、１Ａの排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に再循環し、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。つまり、エンジン１、１Ａの運転状態が過渡状態であるときには、ＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅと、吸気通路１２からの新気Ａとを流路切替装置３０で遮断して、ガスＣのみを吸気通路１２に供給する。
【００４２】
また、この内燃機関の過給補助方法において、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及びガスＣの供給を、図９と図１０で示すような三方切替弁で構成した流路切替装置３０で行うか、あるいは、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及びガスＣの供給を、吸気通路（吸気系通路）１２に設けた吸気弁（図示しない）と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁（図示しない）で行う。
【００４３】
これらの制御においては制御装置４０で、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）、エンジン燃料量（燃料噴射量）Ｑ、蓄ガス容器２７の内部の圧力Ｐｍ等の検出値等に基づいて、調圧弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替装置３０を制御する。
【００４４】
次に、第１の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法について、図５に例示するフローチャートに基づいて説明する。この第１の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法は、制御装置４０によって例えば、図５に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図５の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ１１〜ステップＳ１２、又は、ステップＳ１１〜ステップＳ１５、又は、ステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００４５】
図５の制御フローが呼ばれると、ステップＳ１１で、圧力計５５で測定した、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの圧力である測定圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１より高いか否かを判定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１より高い（Ｐｍ＞Ｐ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１２にて電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁してガスＣを放出し、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力を下げて、蓄ガス容器２７に更に排気ガスＧ又は空気Ａａを蓄圧できるようにする。この放出時間Ｔｄｂの値は実験で設定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１以下（Ｐｍ≦Ｐ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３〜ステップＳ１７で、空気Ａａ又は排気ガスＧの一部Ｇｐを蓄ガス容器２７内に蓄圧する。
【００４６】
ステップＳ１３では、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの酸素濃度Ｃｏを測定する。この蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを計測するための酸素濃度測定方法では、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いたガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定する。この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。
【００４７】
つまり、電磁開閉弁２７ａを閉弁したまま、蓄ガス容器２７の酸素濃度測定通路５１の電磁開閉弁５２を予め設定した開放時間Ｔｄａの間だけ開弁し、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを短時間、ガス圧縮装置２５の入口側上流に導入（図３の構成）、又は大気中に（図４の構成）開放することで、測定する蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを略大気圧とし、この略大気圧になったガスＣの一部Ｃｐの酸素濃度Ｃｏを酸素濃度計５３で測定し、この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。この開放時間Ｔｄａの値は、実験で酸素濃度計５３の応答性を考慮して決定するが、極力短い時間とすることが好ましい。
【００４８】
次のステップＳ１４で、酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低いか否かの判定（下限判定）を行う。このステップＳ１４の判定で、酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１以上（Ｃｏｍ≧Ｃｂ１）の場合には（ＮＯ）、ステップＳ１６に行き、酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低い（Ｃｏｍ＜Ｃｂ１）場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に行き、空気Ａａを蓄圧する。
【００４９】
ステップＳ１５の空気Ａａの蓄圧では、三方弁２４を空気Ａａ側とガス圧縮装置２５側が連通するように切り替えると共に、ガス圧縮装置２５を駆動して、予め設定した供給時間Ｔｓｅの間空気Ａａを蓄ガス容器２７に供給する。この供給時間Ｔｓｅの値は実験などで設定する。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５０】
ステップＳ１６では、酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いか否かの判定を行う。このステップＳ１６の判定で、酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高い（Ｃｏｍ＞Ｃｃ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、排気ガスＧを蓄圧し、酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１以下（Ｃｏｍ≦Ｃｃ１）場合には（ＮＯ）、そのまま、ステップＳ１１に戻る。
【００５１】
ステップＳ１７の排気ガスＧの蓄圧、厳密には、排気ガスＧの一部Ｇｐの蓄圧では、三方弁２４を排気ガスＧの一部Ｇｐ側とガス圧縮装置２５側が連通するように切り替えると共に、ガス圧縮装置２５を駆動して、予め設定した供給時間Ｔｓｅの間排気ガスＧの一部Ｇｐを蓄ガス容器２７に供給する。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５２】
このステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返すことで、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを目標とする範囲内（Ｃｂ１≦Ｃｏ≦Ｃｃ１）に維持する。そして、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。
【００５３】
次に、第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法について、図６に例示するフローチャートに基づいて説明する。この第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法は、制御装置４０によって例えば、図６に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図６の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ２１〜ステップＳ２２、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ２８、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ３０を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００５４】
図６の制御フローが呼ばれると、ステップＳ２１で、第１の実施の形態の蓄ガス方法の図５のステップＳ１１と同様に、圧力計５５で測定した、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの圧力である測定圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１より高いか否かを判定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１より高い（Ｐｍ＞Ｐ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２２にて電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁してガスＣを放出し、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力を下げて、蓄ガス容器２７に更に排気ガスＧ又は空気Ａａを蓄圧できるようにする。この放出時間Ｔｄｂの値は実験で設定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１以下（Ｐｍ≦Ｐ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ２３〜ステップＳ３０で、空気Ａａ又は排気ガスＧを蓄ガス容器２７内に蓄圧する。
【００５５】
ステップＳ２３では、蓄ガス容器２７の内部の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏを測定する。この蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを計測するための酸素濃度測定方法は、第１の実施の形態の酸素濃度測定方法と同じであり、ステップＳ１３と同じである。
【００５６】
次のステップＳ２４で、第１の判定を行う。この第１の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低いときで、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２以下であるか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｄ１より低い（Ｃｏｍ≧Ｃｂ１）ときで、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２以下である（Ｐｍ≦Ｐ２）場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕があるとして、ガスＣを放出することなく、ステップＳ２８で空気Ａａを蓄圧する。このステップＳ２８の空気Ａａの蓄圧は、第１の実施の形態の蓄ガス方法のステップＳ１５と同じである。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２５に行く。
【００５７】
ステップＳ２５では、第２の判定を行う。この第２の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低い予め設定した第２下限酸素濃度Ｃｂ２より低いとき、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２より大きいか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第２下限酸素濃度Ｃｂ２より低い（Ｃｏｍ＜Ｃｂ２）とき、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より大きい（Ｐｍ＞Ｐ２）場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕が無いとして、ステップＳ２９で、電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁して蓄圧されたガスＣを放出してから、ステップＳ２８に行き、空気Ａａを蓄圧する。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２６に行く。
【００５８】
ステップＳ２６では、第３の判定を行う。この第３の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いときで、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２以下であるか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いときで、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２以下である場合には、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕があるとして、蓄圧されたガスＣを放出することなく、ステップＳ３０で排気ガスＧを蓄圧する。このステップＳ３０の排気ガスＧの蓄圧は、第１の実施の形態の蓄ガス方法のステップＳ１７と同じである。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２７に行く。
【００５９】
ステップＳ２７では、第４の判定を行う。この第４の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高い予め設定した第２上限酸素濃度Ｃｃ２より高く、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より高いか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第２上限酸素濃度Ｃｃ２より高く、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より高い場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕が無いとして、ステップＳ３１で、電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁して蓄圧されたガスＣを放出してから、ステップＳ３０に行き、排気ガスＧを蓄圧する。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２１に戻る。
【００６０】
このステップＳ２１〜ステップＳ２２、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ２８、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ３０を繰り返すことで、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを目標とする範囲内（Ｃｂ１≦Ｃｏ≦Ｃｃ１）に維持する。そして、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。
【００６１】
次に、上記の第１及び第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法と過給補助方法を絡めた制御について、図７に例示するフローチャートに基づいて説明する。この制御は、蓄ガス容器２７からエンジン１、１Ａのシリンダ内に蓄圧されたガスＣを供給する（過給補助する）過給補助と蓄ガスとの関係に関するものである。
【００６２】
この制御は、制御装置４０によって例えば、図７に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図７の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ４１〜ステップＳ４３、又は、ステップＳ４１〜ステップＳ４４を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００６３】
図７の制御フローが呼ばれると、ステップＳ４１で、過給補助を実施したか否かを判定する。過給補助をしていない場合は（ＮＯ）、次のステップＳ４２で、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの状態の判定をする。この判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが目標とする予め設定した酸素濃度の範囲内（Ｃｄ１≦Ｃｏｍ≦Ｃｃ１）に収まり、つまり、目標とする設定濃度Ｃｔに対し、ΔＣの幅内に収まっており（Ｃｄ１＝Ｃｔ−ΔＣ，Ｃｃ１＝Ｃｔ＋ΔＣ）、同時に、蓄ガス容器２７のガスＣの内圧Ｐｍが目標とする設定圧力Ｐｔに対し、ΔＰの範囲内に収まっているか否かを判定する。このΔＣはエンジンの性能の酸素濃度に対する感度より決定し、ΔＰは、例えば、過給補助の継続時間（例えば、１秒）を経過した後の蓄ガス容器２７のガスＣの内圧Ｐｍと補機類等を動かすのに必要な最小圧力とから決定する。
【００６４】
このステップＳ４２の判定で、ガスＣの酸素濃度と圧力が設定範囲内にあれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４３に行き、蓄ガスのための制御を行わずに所定の時間（ステップＳ４１の過給補助の判定のインターバルに関係する時間）の間そのまま経過する。ガスＣの酸素濃度Ｃｏｍと圧力Ｐｍのいずれかが設定範囲内に無ければ、ステップＳ４４に行き、蓄ガスのための制御を行う。この蓄ガスのための制御としては、図５の制御又は図６の制御を用いることができる。
【００６５】
また、ステップＳ４１の判定で、過給補助を実施していれば（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣがエンジン１、１Ａのシリンダ内に供給された後に、ステップＳ４４に行き、蓄ガスのための制御を行う。
【００６６】
このステップＳ４１〜ステップＳ４３、又は、ステップＳ４１〜ステップＳ４４を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。この図７の制御により、蓄圧されたガスＣを用いた過給補助を実施したか否かを判定して、蓄ガスのための制御を実施するか否かを判定することができる。
【００６７】
上記の内燃機関の蓄ガス方法及びエンジン（内燃機関）１、１Ａによれば、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計５３で測定するために、測定する蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを、ガス圧縮装置２５の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計５３でこのガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定する。これにより、酸素濃度計５３の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを精度よく測定することができる。
【００６８】
従って、蓄ガス容器２７に貯蔵されたガスＣの酸素濃度Ｃｏを精度よく測定し、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器２７からエンジン１、１Ａのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器２７内に蓄えられた適正な酸素濃度ＣｏのガスＣを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００６９】
また、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏと圧力Ｐｍを予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関は、蓄ガスを用いる過給補助を行う内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができるので、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に蓄圧されたガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド（吸気系通路）
１１ｂ 排気マニホールド（排気系通路）
１２ 吸気通路（吸気系通路）
１３ 排気通路（排気系通路）
１４ ターボ式過給機
１７ ＥＧＲ通路
２１ ＥＧＲ弁
２２ 排気ガス導入通路
２５ ガス圧縮装置
２６ 圧縮ガス供給通路
２７ 蓄ガス容器
２７ａ 電磁開閉弁
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 流路切替装置
３１ 車両の車軸
３４ 電磁クラッチ
３５ 吸気弁（吸気スロットル）
４０ 制御装置
５１ 酸素濃度測定通路
５２ 電磁開閉弁
５３ 酸素濃度計
５４ 温度計
５５ 圧力計
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ａｃ アクセル開度
Ｃ ガス
Ｃｂ１ 第１下限酸素濃度
Ｃｂ２ 第２下限酸素濃度
Ｃｃ１ 第１上限酸素濃度
Ｃｃ２ 第２上限酸素濃度
Ｃｏ ガスの酸素濃度
Ｃｏａ 大気圧に近い状態に導いたガスの酸素濃度
Ｃｏｍ 蓄ガス容器内の酸素濃度の測定値
Ｃｐ 蓄ガス容器内のガスの一部
Ｃｔ 目標設定酸素濃度
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｐ 吸気圧
Ｐ１ 第１上限圧力
Ｐ２ 第２上限圧力
Ｐｍ 蓄ガス容器の内圧（測定圧力）
Ｐｔ 設定圧力
Ｔｄａ 開放時間
Ｔｄｂ 放出時間
Ｔｓｅ 供給時間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の過渡状態のときに、蓄ガス容器に蓄圧されたガスを、シリンダ内に供給してＥＧＲ率を高めることができる内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１１に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１２に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。
【０００３】
これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００４】
つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００５】
しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。
【０００６】
従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図１３に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には煤が増加しない領域内に燃料の投入量が抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図１４及び図１５に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。
【０００７】
一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。
【０００８】
この対策として、近年では、図１６に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
しかしながら、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの組成を、排気ガスと空気の混合比を基にして調整している場合には、この混合比を一定にする制御はできても、排気ガスの酸素濃度がエンジンの運転状態によって変化する可能性があり、ガスの酸素濃度を一定に保てるとは限らない。
【００１１】
特に、蓄ガス容器に導入する排気ガスを排気通路から導入するときに、エンジンの負荷状態によって排気ガス中の酸素濃度が低い場合や、酸素濃度が高い場合が発生する。従って、蓄ガス容器内のガスを排気ガスと空気の混合比一定で制御した場合には、ガスの酸素濃度がばらつくために、煤とＮＯｘ等の排気性能にばらつきが発生する可能性がある。
【００１２】
これを防止するためには、蓄ガス容器の内部の酸素濃度を測定して、排気ガスと空気との混合比を制御することが、排気性能のばらつきを抑えるために有効であると考えられる。この蓄ガス容器の内部の酸素濃度を測定するために、酸素濃度計を用いることが考えられるが、酸素濃度計は圧力依存性が高く、蓄ガス容器内の圧力による影響を補正する必要があり、測定精度が悪いという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０１１−２１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに前記ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡状態のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の蓄ガス方法は、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路を備えた内燃機関の過給補助方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いることを特徴とする方法である。
【００１６】
この方法によれば、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計で測定するために、測定する蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの一部を、このガスを加圧するガス圧縮装置の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計でこのガスの酸素濃度を測定する。これにより、酸素濃度計の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を精度よく測定することができる。
【００１７】
従って、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００１８】
また、上記の内燃機関の蓄ガス方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧すると、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００１９】
あるいは、上記の内燃機関の蓄ガス方法において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧すると、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００２０】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関の蓄ガス方法を実施できる内燃機関であり、内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路と、前記蓄ガス容器に排気ガスまたは空気を蓄圧するための装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いる制御を行うように構成される。 この構成によれば、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計で測定するために、測定する蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの一部を、このガスを加圧するガス圧縮装置の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計でこのガスの酸素濃度を測定する。これにより、酸素濃度計の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を精度よく測定することができる。
【００２１】
従って、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００２２】
上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧する制御を行うように構成する。この構成により、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度と圧力を予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【００２３】
あるいは、上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧する制御を行うように構成する。この構成により、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度と圧力を所定の範囲内の酸素濃度と所定の範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に係る内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関によれば、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに前記ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡状態のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内の蓄圧されたガスの酸素濃度を適切な濃度範囲に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。
【図３】蓄ガス容器内の酸素濃度測定に関係する構成を示す図である。
【図４】蓄ガス容器内の酸素濃度測定に関係する他の構成を示す図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の蓄ガス方法の制御フローの一例を示す図である。
【図６】本発明に係る第２の実施の形態の蓄ガス方法の制御フローの一例を示す図である。
【図７】蓄ガス方法と過給補助方法と絡めた制御方法の制御フローの一例を示す図である。
【図８】蓄ガス用のガス圧縮装置の駆動を説明するための図である。
【図９】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を吸気ラインが連通された状態で示す図である。
【図１０】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を蓄ガス供給ラインが連通された状態で示す図である。
【図１１】従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１２】従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１３】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１４】全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。
【図１５】過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。
【図１６】先行技術の内燃機関の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関について、図面を参照しながら説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、エンジン本体１１と吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３を有して構成される。この吸気マニホールド１１ａと吸気通路１２とで吸気系通路を形成し、排気マニホールド１１ｂと排気通路１３とで排気系通路を形成する。
【００２８】
吸気通路１２には、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、排気通路１３には、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒等で形成されるＮＯｘ浄化触媒１６が設けられている。
【００２９】
また、タービン１４ｂの上流側の排気通路１３からＥＧＲ通路１７が分岐され、コンプレッサ１４ａの上流側の吸気通路１２にＥＧＲ合流部１８で合流している。このＥＧＲ通路１７には上流側から、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１９とＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ弁２１が設けられている。
【００３０】
更に、ＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２が設けられている。この排気ガス導入通路２２にはＥＧＲクーラ２３と三方弁２４が設けられ、この排気ガス導入通路２２は機械式の容積型過給機（往復動式が望ましい）等で形成されるガス圧縮装置２５に接続されている。このガス圧縮装置２５は、圧縮ガス供給通路２６により圧力容器等で形成される蓄ガス容器２７に接続されている。また、この蓄ガス容器２７は蓄ガス供給通路２８により吸気通路１２と接続されている。この排気ガス導入通路２２と圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８で蓄圧ガス系通路を形成する。
【００３１】
図８に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、排気ガス導入通路２２からの排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。なお、蓄ガス供給通路２８には、調圧弁２９が配置され、流路切替装置３０に供給されるガスＣの圧力を調整する。このとき、三方弁２４で、排気ガスＧの一部Ｇｐの量と空気Ａａの量を調整して、蓄ガス容器２７で貯蔵されるガスＣにおける酸素濃度を略一定に保つことが好ましく、これにより、ＥＧＲを行うときの制御を単純化することができる。
【００３２】
そして、上記の機器類の制御を行うために、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジン１の運転の全般を制御する制御装置４０を設け、この制御装置４０で蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｍやエンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度Ａｃ等を検出して、その結果に基づいて電磁クラッチ３４や三方弁２４を制御して、蓄ガス容器２７内のガスＣの量（圧力）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。
【００３３】
そして、図３に示すように、この蓄ガス容器２７の内部の最大圧を調整する電磁開閉弁２７ａを蓄ガス容器２７に設ける。更に、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの酸素濃度を測定するために、蓄ガス容器２７に連通する酸素濃度測定通路５１を設けて、この酸素濃度測定通路５１には、上流側から、すなわち、蓄ガス容器２７側から電磁開閉弁５２と酸素濃度計５３を設ける。この酸素濃度測定通路は５１は、ガス圧縮装置２５の上流側の排気ガス導入通路２２に連通させて、酸素濃度を測定した後のガスＣをガス圧縮装置２５の入口側に戻すように構成してもよく、図４に示すように、大気開放として酸素濃度を測定した後のガスＣを大気中に放出するように構成してもよい。また、蓄ガス容器２７には、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの温度を計測するための温度計５４と圧力計５５を設ける。
【００３４】
つまり、エンジン１は、排気ガスＧの一部Ｇｅをシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路１７と、エンジン１の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮するガス圧縮装置２５と、このガス圧縮装置２５で圧縮されたガスＣを貯蓄する蓄ガス容器２７と、この蓄ガス容器２７と吸気通路１２を接続する蓄ガス供給通路２８を備えて構成される。
【００３５】
そして、吸気通路１２と蓄ガス供給通路２８は流路切替装置３０を介して接続される。また、流路切替装置３０は吸気通路１２の下流側の通路側を開放したまま、蓄ガス供給通路２８側と吸気通路１２の上流側の通路側とを切り替えるように構成される。
【００３６】
この流路切替装置３０は、図９及び図１０に示すような三方切替弁で構成することができる。また、図示しないが、吸気系通路１２に設けた吸気弁と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁で構成することもできる。つまり、流路切替装置３０を用いずに、吸気通路１２を吸気弁（吸気スロットル）等で閉塞する方式の場合には、吸気弁(図示しない）の上流にＥＧＲ合流部１８を設けて、ＥＧＲガスＧｅをＥＧＲ弁２１と吸気弁(図示しない)とで２段構えで遮断する。
【００３７】
図９及び図１０に示す流路切替装置３０では、駆動用ガスＡｐを入れてピストンの背面の空気Ａｅを抜くことで、高速駆動用のシリンダ３０ａのロッド３０ｂを移動させることにより、シャッター部３０ｃを移動させて、図９に示すように、蓄ガス供給通路２８側を閉じて、吸気通路１２の上流側１２ａと下流側１２ｂを連通させ、また、図１０に示すように、吸気通路１２の上流側１２ａ側を閉じて、蓄ガス供給通路２８と吸気通路１２の下流側１２ｂを連通させる。
【００３８】
次に、本発明に係る第２の実施の形態のエンジン（内燃機関）１Ａについて説明する。図２に示すように、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ＥＧＲ通路１７がＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐し、このＥＧＲ通路１７から排気ガス導入通路２２が分岐している点が、ＥＧＲ通路１７がターボ式過給機１４のタービン１４ｂの上流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２がＮＯｘ浄化触媒１５の下流側の排気通路１３から分岐している第１の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。
【００３９】
つまり、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過する前の排気ガスＧの一部となっているのに対して、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過した後の排気ガスＧの一部となっている。言い換えれば、第１の実施の形態のエンジン１では、高圧ＥＧＲ方式が採用されており、第２の実施の形態のエンジン１Ａでは低圧ＥＧＲ方式が採用されている。
【００４０】
次に、エンジン（内燃機関）１、１Ａの制御装置４０で行う、内燃機関の蓄ガス方法について説明する。この内燃機関の蓄ガス方法は、上記の構成のエンジン１、１Ａで実施できる方法である。先ず、内燃機関の過給補助方法について説明する。この内燃機関の過給補助方法は、エンジン１、１Ａの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮して貯蓄する。
【００４１】
それと共に、過給補助方法では、エンジン１、１Ａの過渡運転でないときには、エンジン１、１Ａの排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に再循環し、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。つまり、エンジン１、１Ａの運転状態が過渡状態であるときには、ＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅと、吸気通路１２からの新気Ａとを流路切替装置３０で遮断して、ガスＣのみを吸気通路１２に供給する。
【００４２】
また、この内燃機関の過給補助方法において、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及びガスＣの供給を、図９と図１０で示すような三方切替弁で構成した流路切替装置３０で行うか、あるいは、ＥＧＲガスＧｅと新気Ａとの遮断、及びガスＣの供給を、吸気通路（吸気系通路）１２に設けた吸気弁（図示しない）と、蓄ガス供給通路２８に設けた開閉弁（図示しない）で行う。
【００４３】
これらの制御においては制御装置４０で、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）、エンジン燃料量（燃料噴射量）Ｑ、蓄ガス容器２７の内部の圧力Ｐｍ等の検出値等に基づいて、調圧弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替装置３０を制御する。
【００４４】
次に、第１の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法について、図５に例示するフローチャートに基づいて説明する。この第１の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法は、制御装置４０によって例えば、図５に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図５の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ１１〜ステップＳ１２、又は、ステップＳ１１〜ステップＳ１５、又は、ステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００４５】
図５の制御フローが呼ばれると、ステップＳ１１で、圧力計５５で測定した、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの圧力である測定圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１より高いか否かを判定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１より高い（Ｐｍ＞Ｐ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１２にて電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁してガスＣを放出し、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力を下げて、蓄ガス容器２７に更に排気ガスＧ又は空気Ａａを蓄圧できるようにする。この放出時間Ｔｄｂの値は実験で設定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１以下（Ｐｍ≦Ｐ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ１３〜ステップＳ１７で、空気Ａａ又は排気ガスＧの一部Ｇｐを蓄ガス容器２７内に蓄圧する。
【００４６】
ステップＳ１３では、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの酸素濃度Ｃｏを測定する。この蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを計測するための酸素濃度測定方法では、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いたガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定する。この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。
【００４７】
つまり、電磁開閉弁２７ａを閉弁したまま、蓄ガス容器２７の酸素濃度測定通路５１の電磁開閉弁５２を予め設定した開放時間Ｔｄａの間だけ開弁し、蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを短時間、ガス圧縮装置２５の入口側上流に導入（図３の構成）、又は大気中に（図４の構成）開放することで、測定する蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを略大気圧とし、この略大気圧になったガスＣの一部Ｃｐの酸素濃度Ｃｏを酸素濃度計５３で測定し、この測定値Ｃｏａを蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏの測定値Ｃｏｍとする。この開放時間Ｔｄａの値は、実験で酸素濃度計５３の応答性を考慮して決定するが、極力短い時間とすることが好ましい。
【００４８】
次のステップＳ１４で、酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低いか否かの判定（下限判定）を行う。このステップＳ１４の判定で、酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１以上（Ｃｏｍ≧Ｃｂ１）の場合には（ＮＯ）、ステップＳ１６に行き、酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低い（Ｃｏｍ＜Ｃｂ１）場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１５に行き、空気Ａａを蓄圧する。
【００４９】
ステップＳ１５の空気Ａａの蓄圧では、三方弁２４を空気Ａａ側とガス圧縮装置２５側が連通するように切り替えると共に、ガス圧縮装置２５を駆動して、予め設定した供給時間Ｔｓｅの間空気Ａａを蓄ガス容器２７に供給する。この供給時間Ｔｓｅの値は実験などで設定する。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５０】
ステップＳ１６では、酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いか否かの判定を行う。このステップＳ１６の判定で、酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高い（Ｃｏｍ＞Ｃｃ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、排気ガスＧを蓄圧し、酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１以下（Ｃｏｍ≦Ｃｃ１）場合には（ＮＯ）、そのまま、ステップＳ１１に戻る。
【００５１】
ステップＳ１７の排気ガスＧの蓄圧、厳密には、排気ガスＧの一部Ｇｐの蓄圧では、三方弁２４を排気ガスＧの一部Ｇｐ側とガス圧縮装置２５側が連通するように切り替えると共に、ガス圧縮装置２５を駆動して、予め設定した供給時間Ｔｓｅの間排気ガスＧの一部Ｇｐを蓄ガス容器２７に供給する。その後、ステップＳ１１に戻る。
【００５２】
このステップＳ１１〜ステップＳ１７を繰り返すことで、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを目標とする範囲内（Ｃｂ１≦Ｃｏ≦Ｃｃ１）に維持する。そして、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。
【００５３】
次に、第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法について、図６に例示するフローチャートに基づいて説明する。この第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法は、制御装置４０によって例えば、図６に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図６の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ２１〜ステップＳ２２、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ２８、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ３０を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００５４】
図６の制御フローが呼ばれると、ステップＳ２１で、第１の実施の形態の蓄ガス方法の図５のステップＳ１１と同様に、圧力計５５で測定した、蓄ガス容器２７の内部のガスＣの圧力である測定圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１より高いか否かを判定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１より高い（Ｐｍ＞Ｐ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２２にて電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁してガスＣを放出し、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力を下げて、蓄ガス容器２７に更に排気ガスＧ又は空気Ａａを蓄圧できるようにする。この放出時間Ｔｄｂの値は実験で設定する。測定圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１以下（Ｐｍ≦Ｐ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ２３〜ステップＳ３０で、空気Ａａ又は排気ガスＧを蓄ガス容器２７内に蓄圧する。
【００５５】
ステップＳ２３では、蓄ガス容器２７の内部の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏを測定する。この蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを計測するための酸素濃度測定方法は、第１の実施の形態の酸素濃度測定方法と同じであり、ステップＳ１３と同じである。
【００５６】
次のステップＳ２４で、第１の判定を行う。この第１の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低いときで、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが予め設定した第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２以下であるか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｄ１より低い（Ｃｏｍ≧Ｃｂ１）ときで、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２以下である（Ｐｍ≦Ｐ２）場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕があるとして、ガスＣを放出することなく、ステップＳ２８で空気Ａａを蓄圧する。このステップＳ２８の空気Ａａの蓄圧は、第１の実施の形態の蓄ガス方法のステップＳ１５と同じである。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２５に行く。
【００５７】
ステップＳ２５では、第２の判定を行う。この第２の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが第１下限酸素濃度Ｃｂ１より低い予め設定した第２下限酸素濃度Ｃｂ２より低いとき、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２より大きいか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第２下限酸素濃度Ｃｂ２より低い（Ｃｏｍ＜Ｃｂ２）とき、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より大きい（Ｐｍ＞Ｐ２）場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕が無いとして、ステップＳ２９で、電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁して蓄圧されたガスＣを放出してから、ステップＳ２８に行き、空気Ａａを蓄圧する。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２６に行く。
【００５８】
ステップＳ２６では、第３の判定を行う。この第３の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが予め設定した第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いときで、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第１上限圧力Ｐ１よりも低い予め設定した第２上限圧力Ｐ２以下であるか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高いときで、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２以下である場合には、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕があるとして、蓄圧されたガスＣを放出することなく、ステップＳ３０で排気ガスＧを蓄圧する。このステップＳ３０の排気ガスＧの蓄圧は、第１の実施の形態の蓄ガス方法のステップＳ１７と同じである。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２７に行く。
【００５９】
ステップＳ２７では、第４の判定を行う。この第４の判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが第１上限酸素濃度Ｃｃ１より高い予め設定した第２上限酸素濃度Ｃｃ２より高く、かつ、蓄ガス容器２７内のガスＣの圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より高いか否かを判定する。酸素濃度Ｃｏｍが第２上限酸素濃度Ｃｃ２より高く、かつ、圧力Ｐｍが第２上限圧力Ｐ２より高い場合には（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７に蓄ガスする余裕が無いとして、ステップＳ３１で、電磁開閉弁５２を閉弁したまま、電磁開閉弁２７ａを予め設定した放出時間Ｔｄｂの間、開弁して蓄圧されたガスＣを放出してから、ステップＳ３０に行き、排気ガスＧを蓄圧する。そうでない場合は（ＮＯ）ステップＳ２１に戻る。
【００６０】
このステップＳ２１〜ステップＳ２２、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ２８、又は、ステップＳ２１〜ステップＳ３０を繰り返すことで、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを目標とする範囲内（Ｃｂ１≦Ｃｏ≦Ｃｃ１）に維持する。そして、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。
【００６１】
次に、上記の第１及び第２の実施の形態の内燃機関の蓄ガス方法と過給補助方法を絡めた制御について、図７に例示するフローチャートに基づいて説明する。この制御は、蓄ガス容器２７からエンジン１、１Ａのシリンダ内に蓄圧されたガスＣを供給する（過給補助する）過給補助と蓄ガスとの関係に関するものである。
【００６２】
この制御は、制御装置４０によって例えば、図７に例示されるような制御フローによって実施されるものである。図７の制御フローは、エンジン１、１Ａの運転開始と共に、上位の制御フローから呼ばれて、スタートし、ステップＳ４１〜ステップＳ４３、又は、ステップＳ４１〜ステップＳ４４を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻って、この制御フローの実施が停止するものとして示してある。
【００６３】
図７の制御フローが呼ばれると、ステップＳ４１で、過給補助を実施したか否かを判定する。過給補助をしていない場合は（ＮＯ）、次のステップＳ４２で、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの状態の判定をする。この判定では、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏｍが目標とする予め設定した酸素濃度の範囲内（Ｃｄ１≦Ｃｏｍ≦Ｃｃ１）に収まり、つまり、目標とする設定濃度Ｃｔに対し、ΔＣの幅内に収まっており（Ｃｄ１＝Ｃｔ−ΔＣ，Ｃｃ１＝Ｃｔ＋ΔＣ）、同時に、蓄ガス容器２７のガスＣの内圧Ｐｍが目標とする設定圧力Ｐｔに対し、ΔＰの範囲内に収まっているか否かを判定する。このΔＣはエンジンの性能の酸素濃度に対する感度より決定し、ΔＰは、例えば、過給補助の継続時間（例えば、１秒）を経過した後の蓄ガス容器２７のガスＣの内圧Ｐｍと補機類等を動かすのに必要な最小圧力とから決定する。
【００６４】
このステップＳ４２の判定で、ガスＣの酸素濃度と圧力が設定範囲内にあれば（ＹＥＳ）、ステップＳ４３に行き、蓄ガスのための制御を行わずに所定の時間（ステップＳ４１の過給補助の判定のインターバルに関係する時間）の間そのまま経過する。ガスＣの酸素濃度Ｃｏｍと圧力Ｐｍのいずれかが設定範囲内に無ければ、ステップＳ４４に行き、蓄ガスのための制御を行う。この蓄ガスのための制御としては、図５の制御又は図６の制御を用いることができる。
【００６５】
また、ステップＳ４１の判定で、過給補助を実施していれば（ＹＥＳ）、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣがエンジン１、１Ａのシリンダ内に供給された後に、ステップＳ４４に行き、蓄ガスのための制御を行う。
【００６６】
このステップＳ４１〜ステップＳ４３、又は、ステップＳ４１〜ステップＳ４４を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａの運転停止により、割り込みが発生して、フローの途中からリターンに行き、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの停止と共に、この制御フローも停止する。この図７の制御により、蓄圧されたガスＣを用いた過給補助を実施したか否かを判定して、蓄ガスのための制御を実施するか否かを判定することができる。
【００６７】
上記の内燃機関の蓄ガス方法及びエンジン（内燃機関）１、１Ａによれば、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを、測定時の圧力に大きな影響を受ける酸素濃度計５３で測定するために、測定する蓄ガス容器２７内のガスＣの一部Ｃｐを、ガス圧縮装置２５の入口側に戻して、又は、大気に開放して、略大気圧に減圧した状態にしてから、酸素濃度計５３でこのガスＣｐの酸素濃度Ｃｏａを測定する。これにより、酸素濃度計５３の圧力依存性を排除して、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを精度よく測定することができる。
【００６８】
従って、蓄ガス容器２７に貯蔵されたガスＣの酸素濃度Ｃｏを精度よく測定し、蓄ガス容器２７内のガスＣの酸素濃度Ｃｏを適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器２７からエンジン１、１Ａのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器２７内に蓄えられた適正な酸素濃度ＣｏのガスＣを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができる。
【００６９】
また、蓄ガス容器２７内の蓄圧されたガスＣの酸素濃度Ｃｏと圧力Ｐｍを予め設定した範囲内の酸素濃度と予め設定した範囲内の圧力に効率よく維持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関は、蓄ガスを用いる過給補助を行う内燃機関において、蓄ガス容器に貯蔵されたガスの酸素濃度を精度よく測定し、蓄ガス容器内のガスの酸素濃度を適切な濃度範囲内に維持でき、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内に過給補助を行うときに、蓄ガス容器内に蓄えられた適正な酸素濃度のガスを供給して、排気ガス性能のばらつきを抑えることができるので、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に蓄圧されたガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関の蓄ガス方法及び内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１Ａ、１Ｘ、１Ｙ、１Ｚ エンジン（内燃機関）
１１ エンジン本体
１１ａ 吸気マニホールド（吸気系通路）
１１ｂ 排気マニホールド（排気系通路）
１２ 吸気通路（吸気系通路）
１３ 排気通路（排気系通路）
１４ ターボ式過給機
１７ ＥＧＲ通路
２１ ＥＧＲ弁
２２ 排気ガス導入通路
２５ ガス圧縮装置
２６ 圧縮ガス供給通路
２７ 蓄ガス容器
２７ａ 電磁開閉弁
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 流路切替装置
３１ 車両の車軸
３４ 電磁クラッチ
３５ 吸気弁（吸気スロットル）
４０ 制御装置
５１ 酸素濃度測定通路
５２ 電磁開閉弁
５３ 酸素濃度計
５４ 温度計
５５ 圧力計
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ａｃ アクセル開度
Ｃ ガス
Ｃｂ１ 第１下限酸素濃度
Ｃｂ２ 第２下限酸素濃度
Ｃｃ１ 第１上限酸素濃度
Ｃｃ２ 第２上限酸素濃度
Ｃｏ ガスの酸素濃度
Ｃｏａ 大気圧に近い状態に導いたガスの酸素濃度
Ｃｏｍ 蓄ガス容器内の酸素濃度の測定値
Ｃｐ 蓄ガス容器内のガスの一部
Ｃｔ 目標設定酸素濃度
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｐ 吸気圧
Ｐ１ 第１上限圧力
Ｐ２ 第２上限圧力
Ｐｍ 蓄ガス容器の内圧（測定圧力）
Ｐｔ 設定圧力
Ｔｄａ 開放時間
Ｔｄｂ 放出時間
Ｔｓｅ 供給時間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路を備えた内燃機関の過給補助方法において、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いることを特徴とする内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項２】
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項３】
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項４】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路と、
前記蓄ガス容器に排気ガスまたは空気を蓄圧するための装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を酸素濃度計で測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いる制御を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧する制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置が、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、 前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧する制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関。
【請求項１】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路を備えた内燃機関の過給補助方法において、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いることを特徴とする内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項２】
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項３】
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の蓄ガス方法。
【請求項４】
内燃機関の排気ガスの一部をシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路と、
内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置と、
該ガス圧縮装置で圧縮された前記ガスを貯蓄する蓄ガス容器と、
該蓄ガス容器から前記ガスを吸気系通路に供給するための蓄ガス供給通路と、
前記蓄ガス容器に排気ガスまたは空気を蓄圧するための装置を制御する制御装置を備えた内燃機関において、
前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を調整する制御において、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の計測で、前記蓄ガス容器内の前記ガスの一部を大気圧に近い状態に導いて、大気圧に近い状態に導いた前記ガスの酸素濃度を酸素濃度計で測定して、この測定値を前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度の測定値とする酸素濃度測定方法を用いる制御を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
前記制御装置が、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときは空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときは排気ガスを蓄圧する制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置が、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が予め設定した第１上限圧力より高くなったときは、前記ガスを放出し、
排気ガス又は空気を前記蓄ガス容器内に蓄圧する際には、前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度を前記酸素濃度測定方法で測定しながら、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１下限酸素濃度より低いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく空気を蓄圧し、 前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１下限酸素濃度より低い予め設定した第２下限酸素濃度より低いとき、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力より大きいときは、前記ガスを放出して空気を蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が予め設定した第１上限酸素濃度より高いときで、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第１上限圧力よりも低い予め設定した第２上限圧力以下のときは、前記ガスを放出することなく排気ガスを蓄圧し、
前記蓄ガス容器内の前記ガスの酸素濃度が前記第１上限酸素濃度より高い予め設定した第２上限酸素濃度より高く、かつ、前記蓄ガス容器内の前記ガスの圧力が前記第２上限圧力より高いときは、前記ガスを放出して排気ガスを蓄圧する制御を行うことを特徴とする請求項４記載の内燃機関。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２５１４９０（Ｐ２０１２−２５１４９０Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２５０６５（Ｐ２０１１−１２５０６５）
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２０日（２０１２．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３日（２０１１．６．３）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]