内燃機関の過給補助方法及び内燃機関
【課題】蓄ガス容器に溜め込んだガスを過給補助に用いる内燃機関において、蓄ガス容器の蓄圧されたガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判定して、過給補助を効率よく制御することができる内燃機関の過給補助方法及び内燃機関を提供する。
【解決手段】蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣの放出量Ｗｔから、吸気マニホールド１１ａと吸気マニホールド１１ａから流路切替装置３０までの吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出し、このガスＣの供給量Ｗｅと燃料供給量Ｑｉｎとから算出した空気過剰率λｃが予め設定された終了限界空気過剰率λ２以下になったときは、過給補助の経過時間Ｔｉが予め設定された終了時間Ｔｓを経過する前であっても、過給補助を終了する。
【解決手段】蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣの放出量Ｗｔから、吸気マニホールド１１ａと吸気マニホールド１１ａから流路切替装置３０までの吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出し、このガスＣの供給量Ｗｅと燃料供給量Ｑｉｎとから算出した空気過剰率λｃが予め設定された終了限界空気過剰率λ２以下になったときは、過給補助の経過時間Ｔｉが予め設定された終了時間Ｔｓを経過する前であっても、過給補助を終了する。
【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過給補助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９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１０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量を達成することができず、図１１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１２及び図１３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１４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、この蓄ガス供給システムはエンジンの加速性能を向上させるために極めて有効な手段であるが、エンジンのシリンダ内に供給される吸気の供給量と蓄ガス容器からのガスの供給量の両方を計測できないという問題がある。
【００１１】
つまり、蓄ガス容器から放出されるガスは、エンジンのシリンダ内に吸入されるだけでなく、吸気マニホールドの内圧（過給圧）を高めるためにも使用され、蓄ガス容器から放出されるガスの全量がシリンダ内に供給される量とはならない。
【００１２】
このシリンダ内に吸入されるガスの供給量及び吸気の供給量を正しく計測できないと、排気ガスの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量（質量単位）を精度よく推定できなくなるという問題や、また、シリンダ内に供給する燃料供給量を最適に制御して空気過剰率λを一定値に保つ制御ができなくなるという問題等が生じる。
【００１３】
特に、蓄ガス供給システムを備えた内燃機関では、通常の吸気ラインと蓄ガス容器に接続する過給補助ラインとを切り替える際に、例えば、従来技術で配置されている吸気量センサ（ＭＡＦセンサ：マスエアフローセンサ）を流路切替装置の上流側の吸気通路（通常ライン上）に設けていると、蓄ガス容器からガスを供給する過給補助作動時には、蓄圧されたガスの放出量を計測できない。一方、吸気量センサを流路切替装置の下流側の吸気通路に設置した場合には、蓄ガス容器から吸気マニホールド側に放出されるガスの放出量は測定できるが、このガスの放出量にはシリンダ内に供給される分と吸気マニホールドの内圧を上げるために吸気マニホールドの内部に蓄積されるガスの通路内蓄積量を含むため、シリンダ内に吸入される供給量を正確に測定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
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における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、蓄ガス容器のガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判定して、過給補助を効率よく制御することができる内燃機関の過給補助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】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助方法は、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、該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する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、吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了することを特徴とする方法である。
【００１７】
この方法によれば、過渡状態のときのシリンダ内に供給されるガスの供給量を精度よく把握して、過給補助停止の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からのガスによる過給補助システムにおける過給補助方法を最適化できる。
【００１８】
つまり、エンジンのシリンダ内に供給される、過給補助の場合の蓄圧されたガスの供給量と通常制御の場合の吸気の供給量を精度よく把握でき、排気ガスの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量を精度よく推定できる。また、シリンダ内に供給する燃料供給量を最適に制御して空気過剰率を一定値に保つ制御ができるようになる。
【００１９】
上記の内燃機関の過給補助方法において、前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始すると、過給補助開始の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００２０】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関の過給補助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、該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する蓄ガス供給通路と、前記ＥＧＲ通路の備えたＥＧＲ弁と前記流路切替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、吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了する制御をするように構成される。
【００２１】
この構成によれば、過渡状態のときのシリンダ内に供給される蓄圧されたガスの供給量を精度よく把握して、過給補助停止の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００２２】
上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始する制御をするように構成すると、過給補助開始の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る内燃機関の過給補助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、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスを吸気通路に供給する際に、時々刻々、この蓄圧されたガスの放出量と共に、吸気マニホールドの内部のガスの温度と圧力とから吸気マニホールド等の内部に蓄積されるガスの通路内蓄積量を算出し、蓄ガス容器から供給されるガスの供給量から通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給されるガスの供給量を算出して、蓄ガス容器の蓄圧されたガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判断して過給補助を効率よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】流路切替装置を吸気マニホール直前に装着した構成を示す図１の部分拡大図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法のフローの一例を示す図である。
【図５】図４のステップＳ３０の詳細を示す図である。
【図６】蓄ガス用のガス圧縮機の駆動を説明するための図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１２】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１３】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１４】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】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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の下流側の吸気通路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。
【００２９】
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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
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Ｐｔ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。
【００３２】
なお、図１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調整弁２７ａを、蓄ガス容器２７に設けて、ガス圧縮装置２５を駆動している時には、常に仕事が発生するように調整弁２７ａを調整する。また、図１では、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７に設けているが、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７とガス圧縮装置２５の間の圧縮ガス供給通路２６に設けてもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。図１に示すように、この流路切替装置３０をＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に配置し、図３に示すように、吸気マニホールド１１ａの直前に設ける。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。この流路切替装置３０は、図７及び図８に示すような三方切替弁で構成することができる。
【００３５】
図７及び図８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、駆動用高速シリンダ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７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８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。
【００３６】
そして、本発明においては、図３に示すように、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを測定するために、吸気マニホールド１１ａに温度センサ４１と圧力センサ４２を配置すると共に、図７及び図８に示すように、流路切替装置３０に、蓄ガス容器２７からのガスＣの流量を測定するための流量測定部４３を設ける。
【００３７】
この流量測定部４３は、流量測定用のラバルノズル４３ａと、このラバルノズル４３ａの入口側の圧力ＰＨを測定するための第１圧力測定管４３ｂとそのセンサ（図示しない）を配設し、このラバルノズル４３ａの最も狭い部分の圧力ＰＬを測定するための第２圧力測定管４３ｃとそのセンサ（図示しない）を配設する。更に、上流側の吸気通路１２ａには、吸気量センサ４４が設けられ、蓄ガス供給通路２８には、ガスＣの温度を計測する温度センサ４５がそれぞれ設けられる。これらのセンサ４１〜４５等の出力は制御装置４０に入力する。
【００３８】
そして、制御装置４０では、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを供給する際に、時々刻々、このガスＣの流量Ｗｔを流量測定部３４で計測すると共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを温度センサ４１と圧力センサ４２で測定して、吸気マニホールド１１ａと流路切替装置３０から吸気マニホールド１１ａまでの通路内（以下、「吸気マニホールド側通路内」という）に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅと蓄ガス容器２７からのガスＣの放出量Ｗｔを把握して、蓄ガス容器２７のガスＣを用いる過給補助を的確に制御する。
【００３９】
シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅは、計測されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算したもの（Ｗｅ＝Ｗｔ−Ｗｍ）となる。また、過給補助を行わない場合の吸気量は吸気量センサ４４で測定される。吸気の酸素濃度はＥＧＲ弁２１の弁開度などからＥＧＲ率が算出され、燃料噴射量Ｑｉｎなどから算出することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、上記の構成のエンジン１、１Ａで実施できる方法である。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を圧縮して貯蓄する。
【００４３】
それと共に、過給補助方法では、エンジン１、１Ａの運転状態が過渡状態でないときには、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が過渡状態であるときには、ガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する過給補助を行う。つまり、エンジン１、１Ａ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、ＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に供給する。
【００４４】
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７と図８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。
【００４５】
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の内部のガスＣの圧力Ｐｔ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。
【００４６】
この過給補助方法では、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを供給する際に、時々刻々、このガスＣの放出量Ｗｔを計測すると共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを測定して、吸気マニホールド側通路内の容積Ｖ（＝吸気マニホールド１１ａの容積Ｖａ＋流路切替装置３０から吸気マニホールド１１ａまでの通路容積Ｖｂ）に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅと蓄ガス容器２７から供給されるガスＣの放出量Ｗｔを把握して、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いる過給補助を的確に制御する。
【００４７】
このシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅは、計測されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算したもの（Ｗｅ＝Ｗｔ−Ｗｍ）となるが、このシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅの算出について、図４に示す制御フローを参照しながら説明する。
【００４８】
この図４の制御フローは、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出する必要があると判断された場合に上位の制御フローから呼ばれて実施され、実施後には、上位の制御フローに戻るものとして示してある。
【００４９】
この図４の制御フローが上位の制御フローから呼ばれて、スタートとすると、ステップＳ１１で、第１群のデータを入力する。この第１群の入力データとしては、ラバルノズル４３ａを設けた流量測定部４３で計測される、蓄ガス容器２７から放出されるガスＣの温度Ｔｔ、第１圧力測定管４３ｂの圧力ＰＨ、第２圧力測定管４３ｃの圧力ＰＬがある。
【００５０】
次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で、入力したデータＴｔ、ＰＨ、ＰＬから、ラバルノズル４３ａの形状に対応した計算式を用いて、ラバルノズル４３ａを通過するガスＣの量、すなわち、蓄ガス容器２７から放出されるガスＣの放出量Ｗｔを算出する。
【００５１】
次のステップＳ１３で、第２群のデータを入力する。この第２群の入力データとしては、吸気マニホールド１１ａに設けた温度センサ４１と圧力センサ４２で計測される、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍ、ガスＣの圧力Ｐｍがある。 次のステップＳ１４では、ステップＳ１３で、入力したデータＴｍ、Ｐｍと、吸気マニホールド側通路内の容積Ｖｐを用いて、吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出する。
【００５２】
次のステップＳ１５で、蓄圧されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出し、リターンする。
【００５３】
次に、過給補助方法について、図５に示す制御フローを参照しながら説明する。この図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Ｓ２１〜ステップＳ２７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】
この図５の制御フローは、スタートすると、ステップＳ２１で、通常の吸気通路１２が連通している状態での運転を所定の時間（ステップＳ２２の空気過剰率λｃの判定のインターバルに関係する予め設定された時間）の間行う。更に、通常ラインの吸気通路１２に設けた吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）４４で吸気量ＭＡＦｃを測定し、また、エンジン１、１Ａのシリンダ内への燃料供給量Ｑｉｎを測定する。これらの測定値ＭＡＦｃ、Ｑｉｎから空気過剰率λｃを算出する。
【００５５】
ステップＳ２２で、算出された空気過剰率λｃが、過給補助を開始するための判定値である開始限界空気過剰率λ１以下であるか否かを判定する。この判定で、空気過剰率λｃが、開始限界空気過剰率λ１より大きい（λｃ＞λ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ２１に戻り、開始限界空気過剰率λ１以下（λｃ≦λ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２３に行く。この開始限界空気過剰率λ１は実験により設定される。
【００５６】
ステップＳ２３では、流路切替装置３０を図８に示すよう切り替えて、吸気通路１２を遮断し、蓄ガス供給通路２８を吸気通路１２の下流側に連通させて、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いての過給補助を開始する。それと共に、過給補助の経過時間Ｔｉを計測するタイマーをスタートさせる。
【００５７】
次のステップＳ２４では、図４の「シリンダ内へのガスの供給量の算出の制御フロー」を呼び、シリンダ内へのガスＣの供給量Ｗｅを算出する。また、エンジン１、１Ａのシリンダ内に投入される燃料供給量Ｑｉｎを測定し、空気過剰率λｃを算出する。
【００５８】
次のステップＳ２５で、算出された空気過剰率λｃが、過給補助を停止するための判定値である終了限界空気過剰率λ２より小さいか否かを判定する。この判定で算出された空気過剰率λｃが終了限界空気過剰率λ２以上（λｃ≧λ２）のときには（ＮＯ）、ステップＳ２６に行き、過給補助の経過時間Ｔｉが過給補助設定時間Ｔｓを経過したか否かを判定し、経過していない（Ｔｉ＜Ｔｓ）場合は（ＮＯ）は、過給補助を継続するとして、ステップＳ２４に戻る。経過している（Ｔｉ≧Ｔｓ）場合は（ＹＥＳ）は、過給補助を停止するとして、ステップＳ２７に行く。
【００５９】
また、ステップＳ２５の判定で空気過剰率λｃが終了限界空気過剰率λ２より小さい（λｃ＜λ２）ときには（ＹＥＳ）、ステップＳ２７に行く。このステップＳ２７では、過給補助を停止し、過給補助の経過時間Ｔｉのタイマーをリセット（Ｔｉ＝０）して、ステップＳ２１に戻り、吸気通路１２の上流側と下流側が連通し、蓄ガス供給通路２８が遮断された通常ラインの状態でエンジン１、１Ａが運転される。
【００６０】
ステップＳ２１〜Ｓ２７を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａが運転停止されると、割り込みが生じて、リターンし、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの終了と共に、図５の制御フローも終了する。
【００６１】
上記の内燃機関の過給補助方法及びエンジン（内燃機関）１、１Ａによれば、エンジン１、１Ａを搭載した車両の急加速時や発進時等のエンジン１、１Ａの過渡運転時において、ターボ式過給機１４のターボラグに起因する加速性能の低下を最小限に防止し、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図ることができるガスＣによる過給補助において、過給補助停止の条件、及び過給補助開始の条件を、ガスＣの供給量Ｗｅと燃料供給量Ｑｉｎとの関係である空気過剰率λｃで設定することができるので、蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００６２】
つまり、エンジン１、１Ａのシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出して、排気ガスＧの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量を精度よく推定できる。また、シリンダ内に供給する燃料供給量Ｑｉｎを最適に制御して空気過剰率λｃを一定値に保つ制御ができるようになる。
【００６３】
蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣを吸気通路１２に供給する際に、時々刻々、このガスＣの放出量Ｗｔと共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍとから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、蓄ガス容器２７から供給されるガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出して、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いる過給補助の終了時期を的確に判断して過給補助を効率よく制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の内燃機関の過給補助方法及び内燃機関は、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、蓄ガス容器の蓄圧されたガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判定して、過給補助を効率よく制御することができる。
【００６５】
従って、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、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関の過給補助方法及び内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
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）
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
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 流路切替装置
４０ 制御装置
４１ 吸気マニホールドに設けた温度センサ
４２ 吸気マニホールドに設けた圧力センサ
４３ 流量測定部
４３ａ ラバルノズル
４３ｂ 第１圧力測定管
４３ｃ 第２圧力測定管
４４ 吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）
４５ 蓄ガス供給通路に設けた温度センサ
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ｃ ガス
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
ＭＡＦｃ 吸気量
ＰＨ 第１圧力測定管の圧力
ＰＬ 第２圧力測定管の圧力
Ｐｍ 吸気マニホールドの内部のガスの圧力
Ｑｉｎ 燃料供給量
Ｑｔ 供給目標燃料量
Ｔｉ 過給補助の継続時間
Ｔｍ 吸気マニホールドの内部のガスの温度
Ｔｓ 過給補助設定時間
Ｔｔ 蓄ガス容器から放出されるガスの温度
Ｗｔ 蓄ガス容器からのガスの流量
Ｗｍ 吸気マニホールド等の内部に蓄積されるガスの量
Ｗｅ シリンダ内に供給されるガスの量
Ｖ 吸気マニホールド側の容積Ｖ
λｃ 空気過剰率
λ１ 開始限界空気過剰率
λ２ 終了限界空気過剰率
【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過給補助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９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１０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量を達成することができず、図１１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１２及び図１３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１４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、この蓄ガス供給システムはエンジンの加速性能を向上させるために極めて有効な手段であるが、エンジンのシリンダ内に供給される吸気の供給量と蓄ガス容器からのガスの供給量の両方を計測できないという問題がある。
【００１１】
つまり、蓄ガス容器から放出されるガスは、エンジンのシリンダ内に吸入されるだけでなく、吸気マニホールドの内圧（過給圧）を高めるためにも使用され、蓄ガス容器から放出されるガスの全量がシリンダ内に供給される量とはならない。
【００１２】
このシリンダ内に吸入されるガスの供給量及び吸気の供給量を正しく計測できないと、排気ガスの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量（質量単位）を精度よく推定できなくなるという問題や、また、シリンダ内に供給する燃料供給量を最適に制御して空気過剰率λを一定値に保つ制御ができなくなるという問題等が生じる。
【００１３】
特に、蓄ガス供給システムを備えた内燃機関では、通常の吸気ラインと蓄ガス容器に接続する過給補助ラインとを切り替える際に、例えば、従来技術で配置されている吸気量センサ（ＭＡＦセンサ：マスエアフローセンサ）を流路切替装置の上流側の吸気通路（通常ライン上）に設けていると、蓄ガス容器からガスを供給する過給補助作動時には、蓄圧されたガスの放出量を計測できない。一方、吸気量センサを流路切替装置の下流側の吸気通路に設置した場合には、蓄ガス容器から吸気マニホールド側に放出されるガスの放出量は測定できるが、このガスの放出量にはシリンダ内に供給される分と吸気マニホールドの内圧を上げるために吸気マニホールドの内部に蓄積されるガスの通路内蓄積量を含むため、シリンダ内に吸入される供給量を正確に測定することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【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】
【００１５】
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における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、蓄ガス容器のガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判定して、過給補助を効率よく制御することができる内燃機関の過給補助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】
【００１６】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助方法は、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、該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する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、吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了することを特徴とする方法である。
【００１７】
この方法によれば、過渡状態のときのシリンダ内に供給されるガスの供給量を精度よく把握して、過給補助停止の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からのガスによる過給補助システムにおける過給補助方法を最適化できる。
【００１８】
つまり、エンジンのシリンダ内に供給される、過給補助の場合の蓄圧されたガスの供給量と通常制御の場合の吸気の供給量を精度よく把握でき、排気ガスの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量を精度よく推定できる。また、シリンダ内に供給する燃料供給量を最適に制御して空気過剰率を一定値に保つ制御ができるようになる。
【００１９】
上記の内燃機関の過給補助方法において、前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始すると、過給補助開始の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００２０】
そして、上記の目的を達成するための内燃機関は、上記の内燃機関の過給補助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、該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する蓄ガス供給通路と、前記ＥＧＲ通路の備えたＥＧＲ弁と前記流路切替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、吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了する制御をするように構成される。
【００２１】
この構成によれば、過渡状態のときのシリンダ内に供給される蓄圧されたガスの供給量を精度よく把握して、過給補助停止の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００２２】
上記の内燃機関において、前記制御装置が、前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始する制御をするように構成すると、過給補助開始の条件を空気量と燃料供給量との関係である空気過剰率で設定することができるので、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る内燃機関の過給補助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、蓄ガス容器からの蓄圧されたガスを吸気通路に供給する際に、時々刻々、この蓄圧されたガスの放出量と共に、吸気マニホールドの内部のガスの温度と圧力とから吸気マニホールド等の内部に蓄積されるガスの通路内蓄積量を算出し、蓄ガス容器から供給されるガスの供給量から通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給されるガスの供給量を算出して、蓄ガス容器の蓄圧されたガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判断して過給補助を効率よく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【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】流路切替装置を吸気マニホール直前に装着した構成を示す図１の部分拡大図である。
【図４】本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法のフローの一例を示す図である。
【図５】図４のステップＳ３０の詳細を示す図である。
【図６】蓄ガス用のガス圧縮機の駆動を説明するための図である。
【図７】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８】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９】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１０】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１１】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１２】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１３】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１４】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】
【００２５】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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の下流側の吸気通路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。
【００２９】
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。
【００３０】
図６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。
【００３１】
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Ｐｔ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。
【００３２】
なお、図１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調整弁２７ａを、蓄ガス容器２７に設けて、ガス圧縮装置２５を駆動している時には、常に仕事が発生するように調整弁２７ａを調整する。また、図１では、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７に設けているが、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７とガス圧縮装置２５の間の圧縮ガス供給通路２６に設けてもよい。
【００３３】
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。
【００３４】
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。図１に示すように、この流路切替装置３０をＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に配置し、図３に示すように、吸気マニホールド１１ａの直前に設ける。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。この流路切替装置３０は、図７及び図８に示すような三方切替弁で構成することができる。
【００３５】
図７及び図８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、駆動用高速シリンダ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７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８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。
【００３６】
そして、本発明においては、図３に示すように、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを測定するために、吸気マニホールド１１ａに温度センサ４１と圧力センサ４２を配置すると共に、図７及び図８に示すように、流路切替装置３０に、蓄ガス容器２７からのガスＣの流量を測定するための流量測定部４３を設ける。
【００３７】
この流量測定部４３は、流量測定用のラバルノズル４３ａと、このラバルノズル４３ａの入口側の圧力ＰＨを測定するための第１圧力測定管４３ｂとそのセンサ（図示しない）を配設し、このラバルノズル４３ａの最も狭い部分の圧力ＰＬを測定するための第２圧力測定管４３ｃとそのセンサ（図示しない）を配設する。更に、上流側の吸気通路１２ａには、吸気量センサ４４が設けられ、蓄ガス供給通路２８には、ガスＣの温度を計測する温度センサ４５がそれぞれ設けられる。これらのセンサ４１〜４５等の出力は制御装置４０に入力する。
【００３８】
そして、制御装置４０では、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを供給する際に、時々刻々、このガスＣの流量Ｗｔを流量測定部３４で計測すると共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを温度センサ４１と圧力センサ４２で測定して、吸気マニホールド１１ａと流路切替装置３０から吸気マニホールド１１ａまでの通路内（以下、「吸気マニホールド側通路内」という）に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅと蓄ガス容器２７からのガスＣの放出量Ｗｔを把握して、蓄ガス容器２７のガスＣを用いる過給補助を的確に制御する。
【００３９】
シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅは、計測されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算したもの（Ｗｅ＝Ｗｔ−Ｗｍ）となる。また、過給補助を行わない場合の吸気量は吸気量センサ４４で測定される。吸気の酸素濃度はＥＧＲ弁２１の弁開度などからＥＧＲ率が算出され、燃料噴射量Ｑｉｎなどから算出することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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、上記の構成のエンジン１、１Ａで実施できる方法である。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を圧縮して貯蓄する。
【００４３】
それと共に、過給補助方法では、エンジン１、１Ａの運転状態が過渡状態でないときには、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が過渡状態であるときには、ガスＣを一時的に吸気通路（吸気系通路）１２に供給する過給補助を行う。つまり、エンジン１、１Ａ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、ＥＧＲ通路１７と吸気通路１２との合流部であるＥＧＲ合流部１８よりも下流側に供給する。
【００４４】
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７と図８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。
【００４５】
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の内部のガスＣの圧力Ｐｔ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。
【００４６】
この過給補助方法では、蓄ガス容器２７から蓄圧されたガスＣを供給する際に、時々刻々、このガスＣの放出量Ｗｔを計測すると共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍを測定して、吸気マニホールド側通路内の容積Ｖ（＝吸気マニホールド１１ａの容積Ｖａ＋流路切替装置３０から吸気マニホールド１１ａまでの通路容積Ｖｂ）に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅと蓄ガス容器２７から供給されるガスＣの放出量Ｗｔを把握して、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いる過給補助を的確に制御する。
【００４７】
このシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅは、計測されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算したもの（Ｗｅ＝Ｗｔ−Ｗｍ）となるが、このシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅの算出について、図４に示す制御フローを参照しながら説明する。
【００４８】
この図４の制御フローは、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出する必要があると判断された場合に上位の制御フローから呼ばれて実施され、実施後には、上位の制御フローに戻るものとして示してある。
【００４９】
この図４の制御フローが上位の制御フローから呼ばれて、スタートとすると、ステップＳ１１で、第１群のデータを入力する。この第１群の入力データとしては、ラバルノズル４３ａを設けた流量測定部４３で計測される、蓄ガス容器２７から放出されるガスＣの温度Ｔｔ、第１圧力測定管４３ｂの圧力ＰＨ、第２圧力測定管４３ｃの圧力ＰＬがある。
【００５０】
次のステップＳ１２では、ステップＳ１１で、入力したデータＴｔ、ＰＨ、ＰＬから、ラバルノズル４３ａの形状に対応した計算式を用いて、ラバルノズル４３ａを通過するガスＣの量、すなわち、蓄ガス容器２７から放出されるガスＣの放出量Ｗｔを算出する。
【００５１】
次のステップＳ１３で、第２群のデータを入力する。この第２群の入力データとしては、吸気マニホールド１１ａに設けた温度センサ４１と圧力センサ４２で計測される、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍ、ガスＣの圧力Ｐｍがある。 次のステップＳ１４では、ステップＳ１３で、入力したデータＴｍ、Ｐｍと、吸気マニホールド側通路内の容積Ｖｐを用いて、吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出する。
【００５２】
次のステップＳ１５で、蓄圧されたガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出し、リターンする。
【００５３】
次に、過給補助方法について、図５に示す制御フローを参照しながら説明する。この図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Ｓ２１〜ステップＳ２７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】
この図５の制御フローは、スタートすると、ステップＳ２１で、通常の吸気通路１２が連通している状態での運転を所定の時間（ステップＳ２２の空気過剰率λｃの判定のインターバルに関係する予め設定された時間）の間行う。更に、通常ラインの吸気通路１２に設けた吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）４４で吸気量ＭＡＦｃを測定し、また、エンジン１、１Ａのシリンダ内への燃料供給量Ｑｉｎを測定する。これらの測定値ＭＡＦｃ、Ｑｉｎから空気過剰率λｃを算出する。
【００５５】
ステップＳ２２で、算出された空気過剰率λｃが、過給補助を開始するための判定値である開始限界空気過剰率λ１以下であるか否かを判定する。この判定で、空気過剰率λｃが、開始限界空気過剰率λ１より大きい（λｃ＞λ１）場合には（ＮＯ）、ステップＳ２１に戻り、開始限界空気過剰率λ１以下（λｃ≦λ１）の場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ２３に行く。この開始限界空気過剰率λ１は実験により設定される。
【００５６】
ステップＳ２３では、流路切替装置３０を図８に示すよう切り替えて、吸気通路１２を遮断し、蓄ガス供給通路２８を吸気通路１２の下流側に連通させて、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いての過給補助を開始する。それと共に、過給補助の経過時間Ｔｉを計測するタイマーをスタートさせる。
【００５７】
次のステップＳ２４では、図４の「シリンダ内へのガスの供給量の算出の制御フロー」を呼び、シリンダ内へのガスＣの供給量Ｗｅを算出する。また、エンジン１、１Ａのシリンダ内に投入される燃料供給量Ｑｉｎを測定し、空気過剰率λｃを算出する。
【００５８】
次のステップＳ２５で、算出された空気過剰率λｃが、過給補助を停止するための判定値である終了限界空気過剰率λ２より小さいか否かを判定する。この判定で算出された空気過剰率λｃが終了限界空気過剰率λ２以上（λｃ≧λ２）のときには（ＮＯ）、ステップＳ２６に行き、過給補助の経過時間Ｔｉが過給補助設定時間Ｔｓを経過したか否かを判定し、経過していない（Ｔｉ＜Ｔｓ）場合は（ＮＯ）は、過給補助を継続するとして、ステップＳ２４に戻る。経過している（Ｔｉ≧Ｔｓ）場合は（ＹＥＳ）は、過給補助を停止するとして、ステップＳ２７に行く。
【００５９】
また、ステップＳ２５の判定で空気過剰率λｃが終了限界空気過剰率λ２より小さい（λｃ＜λ２）ときには（ＹＥＳ）、ステップＳ２７に行く。このステップＳ２７では、過給補助を停止し、過給補助の経過時間Ｔｉのタイマーをリセット（Ｔｉ＝０）して、ステップＳ２１に戻り、吸気通路１２の上流側と下流側が連通し、蓄ガス供給通路２８が遮断された通常ラインの状態でエンジン１、１Ａが運転される。
【００６０】
ステップＳ２１〜Ｓ２７を繰り返し実施し、エンジン１、１Ａが運転停止されると、割り込みが生じて、リターンし、上位の制御フローに戻り、上位の制御フローの終了と共に、図５の制御フローも終了する。
【００６１】
上記の内燃機関の過給補助方法及びエンジン（内燃機関）１、１Ａによれば、エンジン１、１Ａを搭載した車両の急加速時や発進時等のエンジン１、１Ａの過渡運転時において、ターボ式過給機１４のターボラグに起因する加速性能の低下を最小限に防止し、排気ガスＧ中の粒子状物質（ＰＭ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図ることができるガスＣによる過給補助において、過給補助停止の条件、及び過給補助開始の条件を、ガスＣの供給量Ｗｅと燃料供給量Ｑｉｎとの関係である空気過剰率λｃで設定することができるので、蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣによる過給補助における過給補助方法を最適化できる。
【００６２】
つまり、エンジン１、１Ａのシリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出して、排気ガスＧの総量と、排出が規制されるＮＯｘやＨＣやＣＯ等の排出量を精度よく推定できる。また、シリンダ内に供給する燃料供給量Ｑｉｎを最適に制御して空気過剰率λｃを一定値に保つ制御ができるようになる。
【００６３】
蓄ガス容器２７からの蓄圧されたガスＣを吸気通路１２に供給する際に、時々刻々、このガスＣの放出量Ｗｔと共に、吸気マニホールド１１ａの内部のガスＣの温度Ｔｍと圧力Ｐｍとから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを算出し、蓄ガス容器２７から供給されるガスＣの放出量Ｗｔから吸気マニホールド側通路内に蓄積されるガスＣの通路内蓄積量Ｗｍを引き算して、シリンダ内に供給されるガスＣの供給量Ｗｅを算出して、蓄ガス容器２７の蓄圧されたガスＣを用いる過給補助の終了時期を的確に判断して過給補助を効率よく制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の内燃機関の過給補助方法及び内燃機関は、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、蓄ガス容器の蓄圧されたガスを用いる過給補助の終了時期を的確に判定して、過給補助を効率よく制御することができる。
【００６５】
従って、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、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関の過給補助方法及び内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
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）
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
２８ 蓄ガス供給通路
３０ 流路切替装置
４０ 制御装置
４１ 吸気マニホールドに設けた温度センサ
４２ 吸気マニホールドに設けた圧力センサ
４３ 流量測定部
４３ａ ラバルノズル
４３ｂ 第１圧力測定管
４３ｃ 第２圧力測定管
４４ 吸気量センサ（ＭＡＦセンサ）
４５ 蓄ガス供給通路に設けた温度センサ
Ａ 新気
Ａａ 空気
Ｃ ガス
Ｇ 排気ガス
Ｇｅ ＥＧＲガス
Ｇｐ 排気ガスの一部
ＭＡＦｃ 吸気量
ＰＨ 第１圧力測定管の圧力
ＰＬ 第２圧力測定管の圧力
Ｐｍ 吸気マニホールドの内部のガスの圧力
Ｑｉｎ 燃料供給量
Ｑｔ 供給目標燃料量
Ｔｉ 過給補助の継続時間
Ｔｍ 吸気マニホールドの内部のガスの温度
Ｔｓ 過給補助設定時間
Ｔｔ 蓄ガス容器から放出されるガスの温度
Ｗｔ 蓄ガス容器からのガスの流量
Ｗｍ 吸気マニホールド等の内部に蓄積されるガスの量
Ｗｅ シリンダ内に供給されるガスの量
Ｖ 吸気マニホールド側の容積Ｖ
λｃ 空気過剰率
λ１ 開始限界空気過剰率
λ２ 終了限界空気過剰率
【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、
該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する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、
吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、
前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、
該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、
この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了することを特徴とする内燃機関の過給補助方法。
【請求項２】
前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の過給補助方法。
【請求項３】
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、
該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する蓄ガス供給通路と、
前記ＥＧＲ通路の備えたＥＧＲ弁と前記流路切替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、
吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、
前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、
該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、
この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了する制御をすることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、
前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始する制御をすることを特徴とする請求項３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、
該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する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、
吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、
前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、
該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、
この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了することを特徴とする内燃機関の過給補助方法。
【請求項２】
前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の過給補助方法。
【請求項３】
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、
該蓄ガス容器と吸気系通路を流路切替装置を介して接続する蓄ガス供給通路と、
前記ＥＧＲ通路の備えたＥＧＲ弁と前記流路切替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、
吸気マニホールドの内部の前記ガスの温度と圧力から、前記吸気マニホールドと前記吸気マニホールドから前記流路切替装置までの前記吸気系通路内に蓄積される前記ガスの通路内蓄積量を算出し、
前記流路切替装置を経由する前記蓄ガス容器からの前記ガスの放出量から、前記通路内蓄積量を引き算して、シリンダ内に供給される前記ガスの供給量を算出し、
該供給量と燃料供給量とから空気過剰率を算出して、
この算出された空気過剰率が予め設定された終了限界空気過剰率以下になったときは、過給補助の経過時間が予め設定された終了時間を経過する前であっても、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を終了する制御をすることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、
前記吸気通路に配設された吸気量センサで計測された吸気量とＥＧＲ量と、燃料供給量とから算出された空気過剰率が予め設定された開始限界過剰率以下になったときに、前記蓄ガス容器からの前記ガスを用いた過給補助を開始する制御をすることを特徴とする請求項３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】
【公開番号】特開２０１２−２５１４８４（Ｐ２０１２−２５１４８４Ａ）
【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２０１１−１２４８８４（Ｐ２０１１−１２４８８４）
【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 ]