内燃機関の過給補助方法及び内燃機関
【課題】ブレーキ作動用の圧力容器と兼用にした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、ガスの漏れを検出して蓄ガス容器に対して漏れの箇所を遮断してガスの漏れを停止できて、ブレーキ作動への影響を無くす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】ガス圧縮装置２５の作動時でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが上がらない第１状態と、ガス圧縮装置２５の非作動時でかつブレーキ非作動時に圧力Ｐｖが下がる第２状態と、過給補助を開始後の所定時間の間における吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉ、圧力Ｐｖの圧力低下率ΔＰｖ、圧力Ｐｖと圧力Ｐｉの圧力差ΔＰのいずれかの判定を用いて判定される第３状態のいずれかの状態で、圧縮ガス供給通路２６の緊急遮断弁５１と蓄ガス供給通路２８の緊急遮断弁５２を閉弁する。
【解決手段】ガス圧縮装置２５の作動時でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが上がらない第１状態と、ガス圧縮装置２５の非作動時でかつブレーキ非作動時に圧力Ｐｖが下がる第２状態と、過給補助を開始後の所定時間の間における吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉ、圧力Ｐｖの圧力低下率ΔＰｖ、圧力Ｐｖと圧力Ｐｉの圧力差ΔＰのいずれかの判定を用いて判定される第３状態のいずれかの状態で、圧縮ガス供給通路２６の緊急遮断弁５１と蓄ガス供給通路２８の緊急遮断弁５２を閉弁する。
【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】
また、一方で、近年、内燃機関を高出力化する際に、車両の内燃機関を従来の排気量の内燃機関から小排気量で且つ高出力化した内燃機関に載せ換える、いわゆるダウンサイジングの動きが大きな流れになっている。ところが、このダウンサイジングされた車両では、小排気量の内燃機関に伴う発進性の悪化も起こるので、この蓄ガス供給システムは、極めて有効な手段である。
【００１１】
しかしながら、この蓄ガス供給システムでは、過給補助のために排気ガスと空気との混合ガスを蓄圧するための圧力容器である蓄ガス容器が必要である。一方、４トン車以上の車両では、ブレーキ作動用空気を蓄圧するための圧力容器を装着している。ところが、この過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用空気の圧力容器を共用する場合には、圧力容器からエンジン本体までの過給補助用の経路の配管に亀裂やシール不良が発生して、圧力容器に蓄圧されたガスの漏れが発生すると、ブレーキ作動が不確実になるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
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、この蓄ガス容器からエンジン本体までの過給補助用の経路の配管に亀裂やシール不良が万一発生しても、蓄ガス容器から過給補助経路に連通する経路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える影響を無くす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】
【００１４】
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、過給補助用の前記蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に設けた緊急遮断弁と前記蓄ガス供給通路に設けた緊急遮断弁とを閉弁することを特徴とする方法である。
【００１５】
この方法は、ブレーキ作動用の圧力容器を蓄ガス容器として兼用して、内燃機関の吸気通路に過給補助を行う過給補助方法で、蓄ガス容器から過給補助のための通路の間で配管亀裂等による漏れが発生した場合に、それを検知して蓄ガス容器の前後に設けた緊急遮断弁で過給補助のための通路を遮断する方法である。
【００１６】
また、この第１時間と第２時間は、内燃機関の吸気系の容積と蓄ガス容器の容積によって異なるので、個々の内燃機関によって実験等で決められる値であり、例えば、第１時間は、０．２５秒に、第２時間は、０．３０秒に設定される。設定圧力、設定低下率、設定圧力差等も実験等によって決められる値である。
【００１７】
この方法によれば、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からのガスの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内のガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生しても、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００１８】
上記の内燃機関の過給補助方法において、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に設けた予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する方法を採用すると、ガス圧縮装置から蓄ガス容器までの圧縮ガス供給通路が緊急遮断弁によって遮断された場合でも、予備圧縮ガス供給通路により蓄ガス容器へガスを支障なく充填することができ、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を無くして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００１９】
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を備えた内燃機関において、過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、吸気マニホールド内の圧力を検出する第１圧力センサと前記蓄ガス容器内の圧力を検出する第２圧力センサを設けると共に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に第１緊急遮断弁を、前記蓄ガス供給通路に第２緊急遮断弁を設け、更に、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサで検出された前記圧力をもとに、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁の開閉を制御する制御装置を備えて、該制御装置が、前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁を閉弁する制御を行うように構成される。
【００２０】
この構成によれば、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からのガスの漏れを検知して緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内のガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００２１】
上記の内燃機関において、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に予備圧縮ガス供給通路を設け、前記制御装置が、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する制御を行うように構成すると、ガス圧縮装置から蓄ガス容器までの圧縮ガス供給通路が緊急遮断弁によって遮断された場合でも、予備圧縮ガス供給通路により蓄ガス容器へガスを支障なく充填することができ、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を無くして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
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、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、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からの前記ガスの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内の前記ガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００２３】
また、さらに、予備圧縮ガス供給通路を用いるようにすると、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転ができる。
【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】図１及び図２の蓄ガス容器の周辺の拡大図である。
【図４】０．２５秒間で１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍまで加速したときの蓄ガス容器内の圧力と吸気マニホールド内の圧力と両者の圧力差の時系列を示す図である。
【図５】０．２５秒間で１０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍまで急加速したときの蓄ガス容器内の圧力と吸気マニホールド内の圧力と両者の圧力差の時系列を示す図である。
【図６】図４と図５の圧力差をまとめて示す図である。
【図７】図４と図５の圧力差の変化率をまとめて示す図である。
【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】
【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。
【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。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。また、図１に示すように、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。
【００３１】
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。なお、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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する。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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
また、図１及び図３に示すように、過給補助用の蓄ガス容器２７とエンジン１を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７との間の圧縮ガス供給通路２６に第１緊急遮断弁５１を設け、蓄ガス供給通路２８に第２緊急遮断弁５２を設ける。これらの第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁５２はできるだけ蓄ガス容器２７に近く設けることが好ましい。
【００３６】
また、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７とを連通する圧縮ガス供給通路２６と並行に予備圧縮ガス供給通路５３を設ける。これにより、ガス圧縮装置２５から蓄ガス容器２７に排気ガス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を圧送する配管を主配管の圧縮ガス供給通路２６と副配管の予備圧縮ガス供給通路５３の２系列とする。更に、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉを検出する第１圧力センサ５４と蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖを検出する第２圧力センサ５５を設ける。
【００３７】
そして、エンジン１の運転の全般及び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）と呼ばれる制御装置４０を設け、図８に示すように、この制御装置４０で吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉや蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖ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と共に、第１圧力センサ５４で検出された圧力である吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉと第２圧力センサ５５で検出された圧力である蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖをもとに、第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁５２の開閉を制御するように構成する。
【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。
【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。
【００４１】
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。
【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Ｐｖ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、本発明におけるガスの漏れ検出方法と漏れ対処方法について説明する。このガスの漏れ検出方法と漏れ対処方法は、上記の第１の実施の形態のエンジン１と第２の実施の形態のエンジン１Ａにおける制御方法であり、制御装置４０によって実施される。
【００４５】
このガスの漏れ検出方法では、ガス圧縮装置２５の作動時（電磁クラッチ３４がＯＮ）でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが上がらない第１状態と、ガス圧縮装置２５の非作動時でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが下がる第２状態と、ガスＣを用いて過給補助を行っているときの蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの低下が大きい第３状態のいずれかである場合に、蓄ガス容器２７の周辺の配管、すなわち、圧縮ガス供給通路２６や蓄ガス供給通路２８等に重大な漏れが発生しているとする。
【００４６】
この漏れが発生しているとの判定を受けて、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７との間の圧縮ガス供給通路２６に設けた第１緊急遮断弁５１と蓄ガス供給通路２８に設けた第２緊急遮断弁５２とを閉弁する。それと共に、予備圧縮ガス供給通路５３を用いてガス圧縮装置２５からのガスＣを蓄ガス容器２７に供給するように切り替える。この切り替えにより、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖをブレーキ作動に必要な圧力に維持できるので、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転を継続して行うことができる。
【００４７】
この第３の状態であるか否かに関しては、過給補助を開始してから予め設定した第１時間ｔ１（例えば、０．２５秒）と第２時間ｔ２（例えば、０．３０秒）の間において、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが予め設定した設定圧力Ｐｉｃ以下となるか、蓄ガス容器２７の圧力Ｐｖの低下率ΔＰｖが予め設定した設定低下率ΔＰｖｃ以上となるか、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの圧力差（ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉ）が予め設定した設定圧力差ΔＰｃ以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した場合に第３状態にあると判定する。
【００４８】
この第３の状態であるか否かの判定方法は、次の知見に基づいている。図４に、エンジンを２．５秒間で１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍに加速した場合の蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホール１１ａ内の圧力Ｐｉと両者の差ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉを示す。また、図５に、エンジンを２．５秒間で１０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍに加速した場合の蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホール１１ａ内の圧力Ｐｉと両者の圧力差ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉを示す。また、図６に、圧力差ΔＰをまとめて示し、図７に圧力差ΔＰの変化率をまとめて示す。
【００４９】
この図４及び図５から分かるように、両加速条件での蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの値は異なるが、図６に示すように、両者の圧力差ΔＰにおける違いは比較的少ない。また、両者の圧力差ΔＰが一定値に達するまでの時間に関しても、加速条件の違いによる差は少ないことが分かる。またエンジンの加速条件が違っても、図７に示すように、加速開始後の０．２５秒程度で略変化率が一定となる。
【００５０】
この略一定となる時間ｔ１はエンジンの吸気系の容積と圧力容器の容積によって異なるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２は個々のエンジンによって実験で決める値となる。本例では、実験に用いたエンジンでの値を例にすると、第１時間ｔ１は、０．２５秒に、第２時間ｔ２は０．３０秒になる。
【００５１】
従って、エンジンは間欠的に吸気を行っているので、定常的な漏れが発生した場合には吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが下がるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが低下し、実験により決定する設定圧力Ｐｃ以下となる。
【００５２】
また、漏れが発生した場合は、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの低下率ΔＰｖが大きくなるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの圧力低下率ΔＰｖが実験により決定する設定圧力低下率ΔＰｖｃ以上となる。
【００５３】
また、漏れが発生した場合は、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが上昇し難くなるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの圧力差ΔＰ（＝Ｐｖ−Ｐｉ）が実験により決定する設定圧力差ΔＰｃ以上となる。
【００５４】
従って、過給補助システムのガス圧縮装置２５からの圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａのいずれかに重大な漏れが発生した場合には、上記の圧力Ｐｉの判定、圧力低下率ΔＰｖの判定、圧力差ΔＰの判定のいずれかまたは幾つかの組み合わせで判定することができることになる。この組み合わせとしては、「ＯＲ」によるものと、「ＡＮＤ」によるものと、その組み合わせによるものが考えられるが、実験などにより、より適切なものを適宜選択すればよい。
【００５５】
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、精度良く、蓄ガス容器２７の周囲の圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａの配管からのガスＣの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁段５２を閉弁することで蓄ガス容器２７内のガスＣの漏出を迅速に防止することができる。
【００５６】
その結果、この蓄ガス容器２７から吸気通路１２までの過給補助用の圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａの配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００５７】
また、さらに、予備圧縮ガス供給通路５３を用いることで、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転ができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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、万一、蓄ガス供給システムと吸気系通路の配管に亀裂やシール不良が発生した場合にも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００５９】
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】
【００６０】
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
５１ 第１緊急遮断弁
５２ 第２緊急遮断弁
５３ 予備圧縮ガス供給通路
５４ 第１圧力センサ
５５ 第２圧力センサ
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
Ｐｉ 吸気マニホールド内の圧力
Ｐｉｃ 設定圧力
Ｐｖ 蓄ガス容器内の圧力
ｔ１ 第１時間
ｔ２ 第２時間
ΔＰ 圧力差
ΔＰｃ 設定圧力差
ΔＰｖ 蓄ガス容器の圧力の低下率
ΔＰｖｃ 設定低下率
【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】
また、一方で、近年、内燃機関を高出力化する際に、車両の内燃機関を従来の排気量の内燃機関から小排気量で且つ高出力化した内燃機関に載せ換える、いわゆるダウンサイジングの動きが大きな流れになっている。ところが、このダウンサイジングされた車両では、小排気量の内燃機関に伴う発進性の悪化も起こるので、この蓄ガス供給システムは、極めて有効な手段である。
【００１１】
しかしながら、この蓄ガス供給システムでは、過給補助のために排気ガスと空気との混合ガスを蓄圧するための圧力容器である蓄ガス容器が必要である。一方、４トン車以上の車両では、ブレーキ作動用空気を蓄圧するための圧力容器を装着している。ところが、この過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用空気の圧力容器を共用する場合には、圧力容器からエンジン本体までの過給補助用の経路の配管に亀裂やシール不良が発生して、圧力容器に蓄圧されたガスの漏れが発生すると、ブレーキ作動が不確実になるという問題が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【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】
【００１３】
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、この蓄ガス容器からエンジン本体までの過給補助用の経路の配管に亀裂やシール不良が万一発生しても、蓄ガス容器から過給補助経路に連通する経路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える影響を無くす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】
【００１４】
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、過給補助用の前記蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に設けた緊急遮断弁と前記蓄ガス供給通路に設けた緊急遮断弁とを閉弁することを特徴とする方法である。
【００１５】
この方法は、ブレーキ作動用の圧力容器を蓄ガス容器として兼用して、内燃機関の吸気通路に過給補助を行う過給補助方法で、蓄ガス容器から過給補助のための通路の間で配管亀裂等による漏れが発生した場合に、それを検知して蓄ガス容器の前後に設けた緊急遮断弁で過給補助のための通路を遮断する方法である。
【００１６】
また、この第１時間と第２時間は、内燃機関の吸気系の容積と蓄ガス容器の容積によって異なるので、個々の内燃機関によって実験等で決められる値であり、例えば、第１時間は、０．２５秒に、第２時間は、０．３０秒に設定される。設定圧力、設定低下率、設定圧力差等も実験等によって決められる値である。
【００１７】
この方法によれば、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からのガスの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内のガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生しても、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００１８】
上記の内燃機関の過給補助方法において、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に設けた予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する方法を採用すると、ガス圧縮装置から蓄ガス容器までの圧縮ガス供給通路が緊急遮断弁によって遮断された場合でも、予備圧縮ガス供給通路により蓄ガス容器へガスを支障なく充填することができ、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を無くして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００１９】
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を備えた内燃機関において、過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、吸気マニホールド内の圧力を検出する第１圧力センサと前記蓄ガス容器内の圧力を検出する第２圧力センサを設けると共に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に第１緊急遮断弁を、前記蓄ガス供給通路に第２緊急遮断弁を設け、更に、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサで検出された前記圧力をもとに、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁の開閉を制御する制御装置を備えて、該制御装置が、前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁を閉弁する制御を行うように構成される。
【００２０】
この構成によれば、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からのガスの漏れを検知して緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内のガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００２１】
上記の内燃機関において、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に予備圧縮ガス供給通路を設け、前記制御装置が、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する制御を行うように構成すると、ガス圧縮装置から蓄ガス容器までの圧縮ガス供給通路が緊急遮断弁によって遮断された場合でも、予備圧縮ガス供給通路により蓄ガス容器へガスを支障なく充填することができ、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を無くして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【発明の効果】
【００２２】
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、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、精度良く、蓄ガス容器の周囲の配管からの前記ガスの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、緊急遮断弁を閉弁することで蓄ガス容器内の前記ガスの漏出を迅速に防止することができる。その結果、この蓄ガス容器から吸気通路までの過給補助用の圧縮ガス供給通路と蓄ガス供給通路の配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００２３】
また、さらに、予備圧縮ガス供給通路を用いるようにすると、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転ができる。
【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】図１及び図２の蓄ガス容器の周辺の拡大図である。
【図４】０．２５秒間で１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍまで加速したときの蓄ガス容器内の圧力と吸気マニホールド内の圧力と両者の圧力差の時系列を示す図である。
【図５】０．２５秒間で１０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍまで急加速したときの蓄ガス容器内の圧力と吸気マニホールド内の圧力と両者の圧力差の時系列を示す図である。
【図６】図４と図５の圧力差をまとめて示す図である。
【図７】図４と図５の圧力差の変化率をまとめて示す図である。
【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】
【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。
【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。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。また、図１に示すように、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。
【００３１】
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。なお、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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する。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。
【００３４】
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、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。
【００３５】
また、図１及び図３に示すように、過給補助用の蓄ガス容器２７とエンジン１を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７との間の圧縮ガス供給通路２６に第１緊急遮断弁５１を設け、蓄ガス供給通路２８に第２緊急遮断弁５２を設ける。これらの第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁５２はできるだけ蓄ガス容器２７に近く設けることが好ましい。
【００３６】
また、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７とを連通する圧縮ガス供給通路２６と並行に予備圧縮ガス供給通路５３を設ける。これにより、ガス圧縮装置２５から蓄ガス容器２７に排気ガス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を圧送する配管を主配管の圧縮ガス供給通路２６と副配管の予備圧縮ガス供給通路５３の２系列とする。更に、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉを検出する第１圧力センサ５４と蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖを検出する第２圧力センサ５５を設ける。
【００３７】
そして、エンジン１の運転の全般及び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）と呼ばれる制御装置４０を設け、図８に示すように、この制御装置４０で吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉや蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖ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と共に、第１圧力センサ５４で検出された圧力である吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉと第２圧力センサ５５で検出された圧力である蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖをもとに、第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁５２の開閉を制御するように構成する。
【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。
【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。
【００４１】
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。
【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Ｐｖ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、本発明におけるガスの漏れ検出方法と漏れ対処方法について説明する。このガスの漏れ検出方法と漏れ対処方法は、上記の第１の実施の形態のエンジン１と第２の実施の形態のエンジン１Ａにおける制御方法であり、制御装置４０によって実施される。
【００４５】
このガスの漏れ検出方法では、ガス圧縮装置２５の作動時（電磁クラッチ３４がＯＮ）でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが上がらない第１状態と、ガス圧縮装置２５の非作動時でかつブレーキ非作動時に蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖが下がる第２状態と、ガスＣを用いて過給補助を行っているときの蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの低下が大きい第３状態のいずれかである場合に、蓄ガス容器２７の周辺の配管、すなわち、圧縮ガス供給通路２６や蓄ガス供給通路２８等に重大な漏れが発生しているとする。
【００４６】
この漏れが発生しているとの判定を受けて、ガス圧縮装置２５と蓄ガス容器２７との間の圧縮ガス供給通路２６に設けた第１緊急遮断弁５１と蓄ガス供給通路２８に設けた第２緊急遮断弁５２とを閉弁する。それと共に、予備圧縮ガス供給通路５３を用いてガス圧縮装置２５からのガスＣを蓄ガス容器２７に供給するように切り替える。この切り替えにより、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖをブレーキ作動に必要な圧力に維持できるので、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転を継続して行うことができる。
【００４７】
この第３の状態であるか否かに関しては、過給補助を開始してから予め設定した第１時間ｔ１（例えば、０．２５秒）と第２時間ｔ２（例えば、０．３０秒）の間において、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが予め設定した設定圧力Ｐｉｃ以下となるか、蓄ガス容器２７の圧力Ｐｖの低下率ΔＰｖが予め設定した設定低下率ΔＰｖｃ以上となるか、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの圧力差（ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉ）が予め設定した設定圧力差ΔＰｃ以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した場合に第３状態にあると判定する。
【００４８】
この第３の状態であるか否かの判定方法は、次の知見に基づいている。図４に、エンジンを２．５秒間で１０００ｒｐｍから２５００ｒｐｍに加速した場合の蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホール１１ａ内の圧力Ｐｉと両者の差ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉを示す。また、図５に、エンジンを２．５秒間で１０００ｒｐｍから５０００ｒｐｍに加速した場合の蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホール１１ａ内の圧力Ｐｉと両者の圧力差ΔＰ＝Ｐｖ−Ｐｉを示す。また、図６に、圧力差ΔＰをまとめて示し、図７に圧力差ΔＰの変化率をまとめて示す。
【００４９】
この図４及び図５から分かるように、両加速条件での蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの値は異なるが、図６に示すように、両者の圧力差ΔＰにおける違いは比較的少ない。また、両者の圧力差ΔＰが一定値に達するまでの時間に関しても、加速条件の違いによる差は少ないことが分かる。またエンジンの加速条件が違っても、図７に示すように、加速開始後の０．２５秒程度で略変化率が一定となる。
【００５０】
この略一定となる時間ｔ１はエンジンの吸気系の容積と圧力容器の容積によって異なるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２は個々のエンジンによって実験で決める値となる。本例では、実験に用いたエンジンでの値を例にすると、第１時間ｔ１は、０．２５秒に、第２時間ｔ２は０．３０秒になる。
【００５１】
従って、エンジンは間欠的に吸気を行っているので、定常的な漏れが発生した場合には吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが下がるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが低下し、実験により決定する設定圧力Ｐｃ以下となる。
【００５２】
また、漏れが発生した場合は、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの低下率ΔＰｖが大きくなるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖの圧力低下率ΔＰｖが実験により決定する設定圧力低下率ΔＰｖｃ以上となる。
【００５３】
また、漏れが発生した場合は、吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉが上昇し難くなるので、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２の間で測定したときに、蓄ガス容器２７内の圧力Ｐｖと吸気マニホールド１１ａ内の圧力Ｐｉの圧力差ΔＰ（＝Ｐｖ−Ｐｉ）が実験により決定する設定圧力差ΔＰｃ以上となる。
【００５４】
従って、過給補助システムのガス圧縮装置２５からの圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａのいずれかに重大な漏れが発生した場合には、上記の圧力Ｐｉの判定、圧力低下率ΔＰｖの判定、圧力差ΔＰの判定のいずれかまたは幾つかの組み合わせで判定することができることになる。この組み合わせとしては、「ＯＲ」によるものと、「ＡＮＤ」によるものと、その組み合わせによるものが考えられるが、実験などにより、より適切なものを適宜選択すればよい。
【００５５】
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、精度良く、蓄ガス容器２７の周囲の圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａの配管からのガスＣの漏れを検知することができ、漏れを検出した場合に、第１緊急遮断弁５１と第２緊急遮断弁段５２を閉弁することで蓄ガス容器２７内のガスＣの漏出を迅速に防止することができる。
【００５６】
その結果、この蓄ガス容器２７から吸気通路１２までの過給補助用の圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２、１１ａの配管に亀裂やシール不良が万一発生した場合でも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００５７】
また、さらに、予備圧縮ガス供給通路５３を用いることで、過給補助システムの使用を緊急事態のために停止しても、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキの作動に支障をきたすことなく車両の運転ができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
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、万一、蓄ガス供給システムと吸気系通路の配管に亀裂やシール不良が発生した場合にも、これらの通路を遮断できて、過給補助用の蓄ガス容器とブレーキ作動用の圧力容器を兼用にした場合でも、ブレーキ作動に与える悪影響を少なくして支障なくブレーキ作動を行うことができる。
【００５９】
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】
【００６０】
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
５１ 第１緊急遮断弁
５２ 第２緊急遮断弁
５３ 予備圧縮ガス供給通路
５４ 第１圧力センサ
５５ 第２圧力センサ
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
Ｐｉ 吸気マニホールド内の圧力
Ｐｉｃ 設定圧力
Ｐｖ 蓄ガス容器内の圧力
ｔ１ 第１時間
ｔ２ 第２時間
ΔＰ 圧力差
ΔＰｃ 設定圧力差
ΔＰｖ 蓄ガス容器の圧力の低下率
ΔＰｖｃ 設定低下率
【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、
過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、
前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、
前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、
過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、
前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に設けた緊急遮断弁と前記蓄ガス供給通路に設けた緊急遮断弁とを閉弁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】
前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に設けた予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給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を備えた内燃機関において、
過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、吸気マニホールド内の圧力を検出する第１圧力センサと前記蓄ガス容器内の圧力を検出する第２圧力センサを設けると共に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に第１緊急遮断弁を、前記蓄ガス供給通路に第２緊急遮断弁を設け、更に、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサで検出された前記圧力をもとに、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁の開閉を制御する制御装置を備えて、
該制御装置が、
前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、
前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、
過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、
前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁を閉弁する制御を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に予備圧縮ガス供給通路を設け、
前記制御装置が、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する制御を行う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、
過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、
前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、
前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、
過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、
前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に設けた緊急遮断弁と前記蓄ガス供給通路に設けた緊急遮断弁とを閉弁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】
前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に設けた予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給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を備えた内燃機関において、
過給補助用の前記蓄ガス容器と内燃機関を搭載した車両のブレーキ作動用の圧力容器とを兼用にし、吸気マニホールド内の圧力を検出する第１圧力センサと前記蓄ガス容器内の圧力を検出する第２圧力センサを設けると共に、前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器との間の圧縮ガス供給通路に第１緊急遮断弁を、前記蓄ガス供給通路に第２緊急遮断弁を設け、更に、前記第１圧力センサと前記第２圧力センサで検出された前記圧力をもとに、前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁の開閉を制御する制御装置を備えて、
該制御装置が、
前記ガス圧縮装置の作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が上がらない第１状態と、
前記ガス圧縮装置の非作動時でかつブレーキ非作動時に前記蓄ガス容器内の圧力が下がる第２状態と、
過給補助を開始してから予め設定した第１時間と第２時間の間において、吸気マニホールド内の圧力が予め設定した設定圧力以下となるか、前記蓄ガス容器の圧力の低下率が予め設定した設定低下率以上となるか、前記蓄ガス容器内の圧力と前記吸気マニホールド内の圧力の圧力差が予め設定した設定圧力差以上となるかのいずれか一つ又は幾つかの組み合わせが発生した第３状態のいずれかの状態となった場合に、
前記第１緊急遮断弁と前記第２緊急遮断弁を閉弁する制御を行うことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記ガス圧縮装置と前記蓄ガス容器とを連通する圧縮ガス供給通路と並行に予備圧縮ガス供給通路を設け、
前記制御装置が、前記緊急遮断弁の閉弁時に、前記予備圧縮ガス供給通路経由で前記ガスを前記ガス圧縮装置から前記蓄ガス容器に供給する制御を行う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２０１２−２５１５０４（Ｐ２０１２−２５１５０４Ａ）
【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２０１１−１２５６８６（Ｐ２０１１−１２５６８６）
【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）】
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