内燃機関用蓄圧システム
【課題】蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制可能な内燃機関用蓄圧システムを提供する。
【解決手段】加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関１に設けられたターボ過給機７のタービン７ｂに供給可能な蓄圧タンク２１と、蓄圧タンク２１内に接続されたガス通路２２を開閉可能な流量制御弁２３とを備えた内燃機関用蓄圧システム２０において、蓄圧タンク２１内の温度が所定の判定温度Ｔ１以下、又は蓄圧タンク内２１の圧力が所定の判定圧力Ｐ１以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に蓄圧タンク２１内の圧力が低下するように流量制御弁２３を開弁させる。
【解決手段】加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関１に設けられたターボ過給機７のタービン７ｂに供給可能な蓄圧タンク２１と、蓄圧タンク２１内に接続されたガス通路２２を開閉可能な流量制御弁２３とを備えた内燃機関用蓄圧システム２０において、蓄圧タンク２１内の温度が所定の判定温度Ｔ１以下、又は蓄圧タンク内２１の圧力が所定の判定圧力Ｐ１以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に蓄圧タンク２１内の圧力が低下するように流量制御弁２３を開弁させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧されたガスを溜めることが可能であり、かつそのガスを所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクを備えた内燃機関用蓄圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備えた内燃機関に設けられるエネルギ回収装置において、排気通路と接続された蓄圧タンクに圧力が高められた排気を溜めてその蓄圧タンクに圧力エネルギを蓄え、過給圧を上昇させたり過給機の応答性を向上させる場合に蓄圧タンクに蓄えた圧力エネルギを過給機のタービンに供給するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５１９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０２６号公報
【特許文献３】特開２００７−７７９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように排気や空気などには水分が含まれている。そのため、特許文献１の装置のようにこのような水分を含むガスを加圧して溜めるとそのガスに含まれていた水分が凝縮、すなわち液化して凝縮水となり蓄圧タンク内に残るおそれがある。この凝縮水は、蓄圧タンク内の温度が低いほど、また蓄圧タンク内の圧力が高いほど発生し易い。そして、このように凝縮水が蓄圧タンク内に残留するとその分ガスを溜めるための容積が減少するので、蓄圧タンク内に溜めることが可能なガス量が減少し、蓄圧タンクに蓄えることが可能なエネルギ量が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制可能な内燃機関用蓄圧システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関用蓄圧システムは、加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関に設定された所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えた内燃機関用蓄圧システムにおいて、前記蓄圧タンク内の温度が所定の判定温度以下、又は前記蓄圧タンク内の圧力が所定の判定圧力以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する制御手段を備えている（請求項１）。
【０００７】
周知のようにガス中の水蒸気は、温度が低いほど、また圧力が高いほど凝縮し易くなる。そして、単位体積当たりのガス中に存在することが可能な水蒸気の量、すなわち飽和水蒸気量は、ガスの温度が同じであればガスの圧力が低いほど多くなる。そのため、ガスの圧力を低下させることにより、ガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できる。本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧タンク内の温度が判定温度以下、又は蓄圧タンク内の圧力が判定圧力以上の場合、蓄圧タンク内の圧力を低下させるので、蓄圧タンク内にてガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できる。そのため、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【０００８】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関が停止した場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御してもよい（請求項２）。内燃機関の停止時は内燃機関からの熱の放出が無くなるため、その周囲の温度が低下し、これにより蓄圧タンクの温度も低下する予測できる。そこで、このように場合には蓄圧タンク内の圧力を低下させる。これにより、蓄圧タンク内にてガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【０００９】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンクに接続され、前記蓄圧タンクから前記所定の供給先にガスを供給するためのガス供給経路の一部となるガス通路と、前記ガス通路を全開する全開位置と前記供給通路を全閉する全閉位置との間で開度を調整可能な流量制御弁と、をさらに備え、前記圧力調整手段は、前記流量制御弁であり、前記制御手段は、前記流量制御弁を開弁させることにより前記蓄圧タンク内の圧力を低下させてもよい（請求項３）。このように流量制御弁を開けて蓄圧タンク内のガスを排出させることにより、蓄圧タンク内の圧力を低下させることができる。
【００１０】
この形態において、前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の圧力が前記所定の判定圧力より小さい値が設定される閉弁圧力以下になった場合、前記流量制御弁を前記全閉位置に切り替えてもよい（請求項４）。このように蓄圧タンク内の圧力が閉弁圧力以下になった場合は流量制御弁を全閉させることにより、外部から蓄圧タンク内に水分を多く含むガスが流入することを防止できる。
【００１１】
蓄圧タンク内の圧力が閉弁圧力以下になった場合に流量制御弁を全閉位置に切り替える本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンク内の温度に基づいて前記閉弁圧力を設定する閉弁圧力設定手段をさらに備えていてもよい（請求項５）。また、この形態において、前記閉弁圧力設定手段は、前記蓄圧タンク内の温度が低いほど前記閉弁圧力を低くしてもよい（請求項６）。このように閉弁圧力を蓄圧タンク内の温度に応じて適宜に設定することにより、蓄圧タンク内の圧力を無駄に低下させることなく蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００１２】
蓄圧タンクからガス供給経路を介して所定の供給先にガスを供給する本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記蓄圧タンクには、前記ガス供給経路を介して加圧されたガスが溜められ、前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の温度が所定の下限温度以下の場合、前記蓄圧タンク内へのガスの導入が禁止されるように前記流量制御弁を前記全閉位置に保持してもよい（請求項７）。この場合、ガス中の水分が凝縮し易い状態の蓄圧タンク内に水分を含んだガスが導入されることを防止できるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００１３】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンクを加熱する加熱手段をさらに備えていてもよい（請求項８）。この場合、加熱手段によって蓄圧タンクを加熱し、これにより蓄圧タンク内の温度を上昇させることができる。そのため、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００１４】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記蓄圧タンク内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられていてもよい（請求項９）。このような吸着材には凝縮水も吸着される。そして、凝縮水が吸着されるとその分吸着材に吸着されるガスの量が減少する。本発明を適用することにより、凝縮水の発生を抑制できるので、吸着材に凝縮水が吸着されることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧タンク内の温度が判定温度以下、又は蓄圧タンク内の圧力が判定圧力以上の場合、蓄圧タンク内の圧力を低下させるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一形態に係る蓄圧システムが組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）のシリンダ２を有する機関本体３と、各シリンダ２にそれぞれ接続される吸気通路４及び排気通路５とを備えている。吸気通路４には、吸気を濾過するエアクリーナ６と、ターボ過給機７のコンプレッサ７ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ８とが設けられている。排気通路５には、ターボ過給機７のタービン７ｂと、排気を浄化するための触媒コンバータ９と、排気通路５を全閉する全閉位置と排気通路５を全開する全開位置とに切り替え可能な排気遮断弁１０とが設けられている。
【００１７】
排気通路５と吸気通路４とは、ＥＧＲ通路１１にて接続されている。図１に示したようにＥＧＲ通路１１は、排気通路５の一部を形成する排気マニホールド５ａと吸気通路４の一部を形成する吸気マニホールド４ａとを接続している。ＥＧＲ通路１１には、排気通路５から排気通路４に導かれる排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を冷却するためのＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁１３が設けられている。各シリンダ２には、シリンダ２内に燃料を噴射するためのインジェクタ１４がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１４は、インジェクタ１４に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１５に接続されている。
【００１８】
図１に示したようにエンジン１は、ターボ過給機７の動作をアシストするための蓄圧システム２０を備えている。蓄圧システム２０は、蓄圧タンク２１を備えている。蓄圧タンク２１は、加圧されたガスを溜めることが可能な圧力容器として構成されている。蓄圧タンク２１には、ガスとして空気又は排気の少なくともいずれか一方が貯留される。蓄圧タンク２１の内部には、吸着材２１ａが収容されている。吸着材２１ａは、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な物質であればよく、例えば活性炭が用いられる。この他、吸着材２１ａとしては例えばゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブなどが用いられる。なお、吸着材２１ａは、単一の物質に限定されず、これらの物質が混合されたものでもよい。蓄圧タンク２１内には、ガスとともに吸着材２１ａが外部に排出されることを防止する不図示の仕切り板が設けられている。
【００１９】
蓄圧タンク２１は、ガス通路２２にてＥＧＲ通路１１と接続されている。ガス通路２２には、圧力調整手段としての流量制御弁２３が設けられている。流量制御弁２３は、蓄圧タンク２１の内部とＥＧＲ通路１１とが接続されるようにガス通路２２を全開する接続位置（以下、全開位置と称することがある。）と蓄圧タンク２１の内部とＥＧＲ通路１１との接続が遮断されるようにガス通路２２を全閉する遮断位置（以下、全閉位置と称することがある。）との間で開度を調整可能であり、ガス通路２２を流れるガスの流量を制御することができる。蓄圧タンク２１には、その内部の温度（以下、タンク内温度と称することがある。）に対応する信号を出力する温度センサ２４と、蓄圧タンク２１の内部の圧力（以下、タンク圧と称することがある。）に対応する信号を出力する圧力センサ２５とが設けられている。
【００２０】
流量制御弁２３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいて排気遮断弁１０、ＥＧＲ弁１３、及びインジェクタ１４などの動作をそれぞれ制御し、これによりエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、例えばエンジン１の回転数が予め設定した所定の燃料カット回転数以上であり、かつアクセル開度が０％すなわちアクセルペダルが踏まれていない場合、各シリンダ２への燃料供給が停止されるように各インジェクタ１５の動作を制御する。以下、この制御を燃料カット制御と称することがある。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて適正な量のＥＧＲガスが吸気通路４に導入されるようにＥＧＲ弁１３の開度を調整する。この他、ＥＣＵ３０はエンジン１の運転状態に応じて排気遮断弁１０の開度を調整する。このような制御を行う際に参照するセンサとしてＥＣＵ３０には、例えばエンジン１のクランク軸の回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ３１及びアクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３２等が接続される。また、ＥＣＵ３０には、温度センサ２４及び圧力センサ２５も接続される。なお、これらの他にもＥＣＵ３０には種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、燃料カット制御が実行されているときに蓄圧タンク２１内に加圧されたガスを溜め、ターボ過給機７の動作をアシストする必要がある場合にそのガスがタービン７ｂに供給されるように蓄圧システム２０を制御する。具体的に説明すると、蓄圧タンク２１内に加圧されたガスを溜める場合、まずＥＣＵ３０は排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３をそれぞれ全閉にする。次に、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開位置に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１内にＥＧＲ通路１１及びガス通路２２を介して排気通路５のガスを充填することができる。なお、燃料カット制御の実行中、シリンダ２から排気通路５には空気が排出されるので、蓄圧タンク２１には主に空気が充填される。その後、ＥＣＵ３０は、タンク圧が予め設定した充填圧力Ｐｆに達すると流量制御弁２３を全閉位置に切り替える。これにより蓄圧タンク２１内に充填圧力Ｐｆまで加圧されたガスを溜めることができる。充填圧力Ｐｆには、ターボ７の動作をアシストすることが可能な圧力が設定される。なお、流量制御弁２３が全閉位置に切り替えられた後、排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３の制御はエンジン１の運転状態に応じてこれらの弁の開度が制御される通常制御に切り替えられる。
【００２２】
ターボ過給機７の動作をアシストする必要がある場合、ＥＣＵ３０はまずＥＧＲ弁１３を全閉にする。次に、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開位置に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１内のガスをガス通路２２、ＥＧＲ通路１１、及び排気マニホールド５ａを介してタービン７ｂに供給することができる。そのため、ターボ過給機７の動作をこのガスでアシストすることができる。その後、ＥＣＵ３０は、タンク圧が予め設定した供給終了圧力に達すると流量制御弁２３を全閉位置に切り替える。また、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁１４の制御をエンジン１の運転状態に応じて開度を制御する通常制御に切り替える。なお、このように蓄圧タンク２１内のガスをタービン７ｂに供給するため、タービン７ｂが本発明の所定の供給先に相当する。また、ガス通路２２、ＥＧＲ通路１１、及び排気マニホールド５ａが本発明のガス供給経路に相当する。
【００２３】
周知のように空気や排気には水分が含まれている。そして、この水分はガスの温度が低いほど、またガスの圧力が高いほど凝縮し易くなる。蓄圧タンク２１内で水分が凝縮すると蓄圧タンク２１内に凝縮水が残留し、蓄圧タンク２１内に充填可能なガスの量が減少する。そこで、ＥＣＵ３０は、蓄圧タンク２１内において水分が凝縮することを抑制すべく図２に示したタンク圧制御ルーチンをエンジン１の運転状態に拘わりなく所定の周期で繰り返し実行する。
【００２４】
図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、アクセル開度、タンク内温度、及びタンク圧等が取得される。続くステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、タンク内温度が所定の判定温度Ｔ１以下か否か判断する。判定温度Ｔ１には、加圧された空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる温度、例えば４０°Ｃが設定される。なお、この温度はガスの圧力に応じて変化するので、蓄圧タンク２１内に溜めるべきガスの圧力に応じて適宜変更してよい。
【００２５】
タンク内温度が判定温度Ｔ１より高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が所定の判定圧力Ｐ１以上か否か判断する。所定の判定圧力Ｐ１には、空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる圧力、例えば絶対圧で５００ｋＰａが設定される。なお、この圧力には充填圧力Ｐｆより高い値が設定される。そのため、判定圧力Ｐ１は、充填圧力Ｐｆに応じて適宜変更してよい。タンク圧が判定圧力Ｐ１未満と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はエンジン１が停止しているか否か判断する。エンジン１が停止しているか否かは、例えばエンジン１の回転数に基づいて判断し、例えば回転数が０の場合にエンジン１が停止していると判断する。エンジン１が運転中と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はタンク内温度が所定の下限温度ＴＬ以下か否か判断する。下限温度ＴＬには、空気や排気に含まれる水分が凝縮しやすい温度であり、かつ判定温度Ｔ１以下の温度が設定され、例えば２０°Ｃが設定される。
【００２６】
タンク内温度が下限温度ＴＬ以下と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧タンク２１に加圧された空気や排気を溜めることを禁止する蓄圧禁止フラグをオンに切り替える。この蓄圧禁止フラグは、ＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶され、このタンク圧制御ルーチンと並行に実行されている蓄圧タンク２１に加圧された空気や排気を溜めるためのルーチンにて参照される。そして、蓄圧禁止フラグがオンの場合は、蓄圧タンク２１への空気や排気の充填が禁止される。一方、タンク内温度が下限温度ＴＬより高いと判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧禁止フラグをオフに切り替える。ステップＳ１６又はＳ１７で蓄圧禁止フラグをセットした後はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全閉にする。既に流量制御弁２３が全閉であった場合は、その状態を維持する。なお、この制御ルーチンと並行に実行されてターボ過給機７の動作をアシストすべく流量制御弁２３の動作を制御するルーチンにおいて流量制御弁２３が開弁中、すなわちターボ過給機７の動作をアシスト中の場合は、そのルーチンによる開弁制御が優先される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
一方、タンク内温度が判定温度Ｔ１以下と判断した場合、タンク圧が所定の判定圧力Ｐ１以上と判断した場合、又はエンジン１が停止していると判断した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が所定の閉弁圧力Ｐ２以下か否か判断する。閉弁圧力Ｐ２は、流量制御弁２３を閉弁する時期を設定するための圧力であり、例えば大気圧が設定される。タンク圧が閉弁圧力Ｐ２より高いと判断した場合はステップＳ１８の処理を実行した後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が閉弁圧力Ｐ２以下と判断した場合はステップＳ２０に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開にする。なお、既に流量制御弁２３が全開であった場合は、その状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
上述したようにタンク内温度が低いほど、またタンク圧が高いほど空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる。また、エンジン１が停止している場合はエンジン１から熱が発生しないので、その周囲の温度が低下する。これにより蓄圧タンク２１の温度も低下し始めるので、蓄圧タンク２１内で凝縮水が発生し易くなる。図２の制御ルーチンでは、タンク内温度が判定温度Ｔ１以下、タンク圧が判定圧力Ｐ１以上、又はエンジン１が停止している場合は、タンク圧が閉弁圧力Ｐ２、すなわち大気圧まで下げられる。図３は、圧力が異なるガスにおけるガスの温度とガス１ｍ３当たりに存在できる水蒸気の量、すなわち飽和水蒸気量との関係の一例を示している。図３に示したように同じ温度においても圧力を下げることにより飽和水蒸気量を増加させることができる。具体的に説明すると、温度Ｔａのときにガスの圧力を圧力Ｐｒ１から圧力Ｐｒ２に下げることにより、飽和水蒸気量を水蒸気量Ａ分増加させることができる。すなわち、より多くの水蒸気をガス中に存在させることができる。そのため、図２の制御ルーチンを実行してタンク圧を閉弁圧力Ｐ２まで低下させることにより、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。このように図２の制御ルーチンを実行してタンク内温度が判定温度Ｔ１以下、又はタンク圧が判定圧力Ｐ１以上の場合にタンク圧を低下させることにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２９】
また、図２の制御ルーチンでは、タンク内温度が下限温度ＴＬ以下の場合には蓄圧タンク２１への空気や排気の充填を禁止するので、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００３０】
図４は、タンク圧制御ルーチンの変形例を示している。なお、図４において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、ステップＳ１２まで図２の制御ルーチンと同様に処理を進める。ステップＳ１２でタンク内温度が判定温度Ｔ１より高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、以降は図２と同様に処理を進める。一方、ステップＳ１２でタンク内温度が判定温度Ｔ１以下と判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ３０はタンク内温度が所定の再減圧温度Ｔ２以下か否か判断する。再減圧温度Ｔ２には、判定温度Ｔ１より低い温度、例えば２０°Ｃが設定される。タンク内温度が再減圧温度Ｔ２以下と判断した場合はステップＳ１９に進み、以降は図２と同様に処理を進める。
【００３１】
一方、タンク内温度が再減圧温度Ｔ２より高いと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が中間圧力Ｐ３以下か否か判断する。中間圧力Ｐ３は、閉弁圧力Ｐ２より高く、かつ充填圧力Ｐｆより低い値、例えば絶対圧で３００ｋＰａが設定される。タンク圧が中間圧力Ｐ３より高いと判断した場合はステップＳ２０に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が中間圧力Ｐ３以下と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全閉にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３２】
図４の制御ルーチンにおいては、タンク内温度が判定温度Ｔ１より高い場合は流量制御弁２３が全閉に維持されるので、タンク圧が充填圧力Ｐｆに維持される。タンク内温度が判定温度Ｔ１以下かつ再減圧温度Ｔ２より高い場合は、タンク圧が中間圧力Ｐ３以下に調整される。そして、タンク内温度が再減圧温度Ｔ２以下になるとタンク圧が閉弁圧力Ｐ２に調整される。このようにタンク内温度に応じてタンク圧を徐々に低下させることにより、タンク圧の無駄な低下を防止しつつ蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００３３】
図５は、タンク圧制御ルーチンの他の変形例を示している。この変形例では、図２に示した制御ルーチンと比較してステップＳ１１とステップＳ１２との間にステップＳ３１の処理を追加した点が異なる。それ以外は、図２の制御ルーチンと同じであるため、図５において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。この変形例で追加したステップＳ３１では、タンク内温度に基づいて閉弁圧力Ｐ２が設定される。この際、閉弁圧力Ｐ２は、タンク内温度が低いほど低くなるように設定される。具体的には、例えば図６に示したマップに基づいて閉弁圧力Ｐ２を設定すればよい。図６は、タンク内温度と閉弁圧力Ｐ２との関係の一例を示している。なお、この図において温度Ｔ１、Ｔ２は、上述した図４の制御ルーチンにて示した判定温度Ｔ１、再減圧温度Ｔ２である。そのため、温度Ｔ１には例えば４０°Ｃが設定され、温度Ｔ２には例えば２０°Ｃが設定される。また、圧力Ｐｆは上述した充填圧力Ｐｆである。圧力Ｐｃは、タンク内温度が温度Ｔ１以下、かつ温度Ｔ２より高い場合に調整する圧力である。図６に示したように圧力Ｐｃには、充填圧力Ｐｆより低く、かつ大気圧より高い圧力が設定される。すなわち、上述した図４の制御ルーチンの中間圧力Ｐ３に相当する。そのため、この圧力Ｐｃには、例えば絶対圧で３００ｋＰａが設定される。閉弁圧力Ｐ２は、例えばこの図に示した関係を予め実験などにより求めてＥＣＵ３０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、このマップを参照して設定すればよい。なお、このステップＳ３１を実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の閉弁圧力設定手段として機能する。
【００３４】
図５に示した変形例では、タンク内温度が温度Ｔ１より高い場合は閉弁圧力Ｐ２として充填圧力Ｐｆが設定されるので、タンク圧が充填圧力Ｐｆに維持される。タンク内温度が温度Ｔ１以下かつ温度Ｔ２より高い場合は閉弁圧力Ｐ２として圧力Ｐｃが設定されるので、タンク圧がこの圧力Ｐｃ以下に調整される。そして、タンク内温度が温度Ｔ２以下の場合は閉弁圧力Ｐ２として大気圧が設定されるので、タンク圧が大気圧以下に調整される。このようにタンク内温度に応じてタンク圧を徐々に低下させることにより、この変形例においてもタンク圧の無駄な低下を防止しつつ蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００３５】
なお、図５に示した変形例では、閉弁圧力Ｐ２をタンク内温度に応じて３段階に変更したが、さらに細かく４段階以上に変更してもよい。また、タンク内温度が温度Ｔ２に以下になった場合はタンク内温度が低いほど閉弁圧力Ｐ２が低くなるようにタンク内温度に応じて閉弁圧力Ｐ２をリニアに変更してもよい。
【００３６】
図７は、本発明の蓄圧システムに設けられる蓄圧タンク２１の変形例を示している。この蓄圧タンク２１では、その外側を覆うようにエンジン１の冷却水を流通させる保温室４０が設けられる。保温室４０は、入口通路４１及び出口通路４２にてエンジン１の冷却水循環経路と接続されている。そして、この保温室４０には、エンジン１の冷却水循環経路からエンジン１を冷却し、かつラジエータに戻される前の冷却水が導入される。出口通路４２には、出口通路４２を流れる冷却水の温度に応じて冷却水の流量を調整するためのサーモスタット４３が設けられている。このサーモスタット４３は、保温室４０の冷却水の温度が所定の温度範囲、例えば４０〜５０°Ｃに制御されるように流量を調整する。
【００３７】
この変形例では、保温室４０に高温の冷却水を流すことにより、この冷却水で蓄圧タンク２１の温度の低下を抑制できる。これにより、タンク内温度が低下することを抑制できるので、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。なお、このように蓄圧タンク２１を保温することにより、保温室４０が本発明の加熱手段として機能する。
【００３８】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の蓄圧システムはディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。蓄圧タンクに主に貯留されるガスは空気に限定されず、排気を貯留してもよい。また、蓄圧タンクに貯留されているガスの供給先はターボ過給機のタービンに限定されない。蓄圧タンクのガスは、内燃機関に設けられて加圧されたガスを使用する種々の機器に供給してよい。
【００３９】
蓄圧タンクの圧力を調整する手段は流量制御弁に限定されない。例えば、ガス通路とは別に蓄圧タンクに内部のガスを外部に放出するための放出口を設け、この放出口の開閉を弁で制御することにより蓄圧タンクの圧力を調整してもよい。その他、蓄圧タンクの内部の温度の低下に応じて蓄圧タンク内のガスを外部に放出することが可能な種々の機構を用いてよい。
【００４０】
蓄圧タンクを加熱する加熱手段は、上述した形態で示したものに限定されない。例えば、上述した形態では保温室に高温の冷却水を流して蓄圧タンクを加熱したが、このように蓄圧タンクの外側に設けた保温室にエンジンの排気を流して蓄圧タンクを加熱してもよい。また、蓄圧タンクの外面に電気ヒータなど温度を調整可能なヒータを設け、このヒータで蓄圧タンクを加熱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一形態に係る蓄圧システムが組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】ＥＣＵが実行するタンク圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】圧力が異なるガスにおけるガスの温度とガス１ｍ３当たりに存在できる水蒸気の量との関係の一例を示す図。
【図４】タンク圧制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。
【図５】タンク圧制御ルーチンの他の変形例を示すフローチャート。
【図６】タンク内温度と閉弁圧力との関係の一例を示す図。
【図７】本発明の蓄圧システムに設けられる蓄圧タンクの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 内燃機関
７ｂ タービン（所定の供給先）
２０ 蓄圧システム
２１ 蓄圧タンク
２１ａ 吸着材
２２ ガス通路
２３ 流量制御弁（圧力調整手段）
３０ エンジンコントロールユニット（制御手段、開弁圧力設定手段）
４０ 保温室（加熱手段）
Ｔ１ 判定温度
ＴＬ 下限温度
Ｐ１ 判定圧力
Ｐ２ 閉弁圧力
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧されたガスを溜めることが可能であり、かつそのガスを所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクを備えた内燃機関用蓄圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機を備えた内燃機関に設けられるエネルギ回収装置において、排気通路と接続された蓄圧タンクに圧力が高められた排気を溜めてその蓄圧タンクに圧力エネルギを蓄え、過給圧を上昇させたり過給機の応答性を向上させる場合に蓄圧タンクに蓄えた圧力エネルギを過給機のタービンに供給するものが知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３１５１９４号公報
【特許文献２】特開２００６−１０５０２６号公報
【特許文献３】特開２００７−７７９０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
周知のように排気や空気などには水分が含まれている。そのため、特許文献１の装置のようにこのような水分を含むガスを加圧して溜めるとそのガスに含まれていた水分が凝縮、すなわち液化して凝縮水となり蓄圧タンク内に残るおそれがある。この凝縮水は、蓄圧タンク内の温度が低いほど、また蓄圧タンク内の圧力が高いほど発生し易い。そして、このように凝縮水が蓄圧タンク内に残留するとその分ガスを溜めるための容積が減少するので、蓄圧タンク内に溜めることが可能なガス量が減少し、蓄圧タンクに蓄えることが可能なエネルギ量が低下する。
【０００５】
そこで、本発明は、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制可能な内燃機関用蓄圧システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の内燃機関用蓄圧システムは、加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関に設定された所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えた内燃機関用蓄圧システムにおいて、前記蓄圧タンク内の温度が所定の判定温度以下、又は前記蓄圧タンク内の圧力が所定の判定圧力以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する制御手段を備えている（請求項１）。
【０００７】
周知のようにガス中の水蒸気は、温度が低いほど、また圧力が高いほど凝縮し易くなる。そして、単位体積当たりのガス中に存在することが可能な水蒸気の量、すなわち飽和水蒸気量は、ガスの温度が同じであればガスの圧力が低いほど多くなる。そのため、ガスの圧力を低下させることにより、ガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できる。本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧タンク内の温度が判定温度以下、又は蓄圧タンク内の圧力が判定圧力以上の場合、蓄圧タンク内の圧力を低下させるので、蓄圧タンク内にてガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できる。そのため、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【０００８】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記制御手段は、前記内燃機関が停止した場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御してもよい（請求項２）。内燃機関の停止時は内燃機関からの熱の放出が無くなるため、その周囲の温度が低下し、これにより蓄圧タンクの温度も低下する予測できる。そこで、このように場合には蓄圧タンク内の圧力を低下させる。これにより、蓄圧タンク内にてガス中の水蒸気が凝縮することを抑制できるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【０００９】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンクに接続され、前記蓄圧タンクから前記所定の供給先にガスを供給するためのガス供給経路の一部となるガス通路と、前記ガス通路を全開する全開位置と前記供給通路を全閉する全閉位置との間で開度を調整可能な流量制御弁と、をさらに備え、前記圧力調整手段は、前記流量制御弁であり、前記制御手段は、前記流量制御弁を開弁させることにより前記蓄圧タンク内の圧力を低下させてもよい（請求項３）。このように流量制御弁を開けて蓄圧タンク内のガスを排出させることにより、蓄圧タンク内の圧力を低下させることができる。
【００１０】
この形態において、前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の圧力が前記所定の判定圧力より小さい値が設定される閉弁圧力以下になった場合、前記流量制御弁を前記全閉位置に切り替えてもよい（請求項４）。このように蓄圧タンク内の圧力が閉弁圧力以下になった場合は流量制御弁を全閉させることにより、外部から蓄圧タンク内に水分を多く含むガスが流入することを防止できる。
【００１１】
蓄圧タンク内の圧力が閉弁圧力以下になった場合に流量制御弁を全閉位置に切り替える本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンク内の温度に基づいて前記閉弁圧力を設定する閉弁圧力設定手段をさらに備えていてもよい（請求項５）。また、この形態において、前記閉弁圧力設定手段は、前記蓄圧タンク内の温度が低いほど前記閉弁圧力を低くしてもよい（請求項６）。このように閉弁圧力を蓄圧タンク内の温度に応じて適宜に設定することにより、蓄圧タンク内の圧力を無駄に低下させることなく蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００１２】
蓄圧タンクからガス供給経路を介して所定の供給先にガスを供給する本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記蓄圧タンクには、前記ガス供給経路を介して加圧されたガスが溜められ、前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の温度が所定の下限温度以下の場合、前記蓄圧タンク内へのガスの導入が禁止されるように前記流量制御弁を前記全閉位置に保持してもよい（請求項７）。この場合、ガス中の水分が凝縮し易い状態の蓄圧タンク内に水分を含んだガスが導入されることを防止できるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００１３】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記蓄圧タンクを加熱する加熱手段をさらに備えていてもよい（請求項８）。この場合、加熱手段によって蓄圧タンクを加熱し、これにより蓄圧タンク内の温度を上昇させることができる。そのため、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００１４】
本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記蓄圧タンク内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられていてもよい（請求項９）。このような吸着材には凝縮水も吸着される。そして、凝縮水が吸着されるとその分吸着材に吸着されるガスの量が減少する。本発明を適用することにより、凝縮水の発生を抑制できるので、吸着材に凝縮水が吸着されることを抑制できる。
【発明の効果】
【００１５】
以上に説明したように、本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧タンク内の温度が判定温度以下、又は蓄圧タンク内の圧力が判定圧力以上の場合、蓄圧タンク内の圧力を低下させるので、蓄圧タンク内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は、本発明の一形態に係る蓄圧システムが組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）のシリンダ２を有する機関本体３と、各シリンダ２にそれぞれ接続される吸気通路４及び排気通路５とを備えている。吸気通路４には、吸気を濾過するエアクリーナ６と、ターボ過給機７のコンプレッサ７ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ８とが設けられている。排気通路５には、ターボ過給機７のタービン７ｂと、排気を浄化するための触媒コンバータ９と、排気通路５を全閉する全閉位置と排気通路５を全開する全開位置とに切り替え可能な排気遮断弁１０とが設けられている。
【００１７】
排気通路５と吸気通路４とは、ＥＧＲ通路１１にて接続されている。図１に示したようにＥＧＲ通路１１は、排気通路５の一部を形成する排気マニホールド５ａと吸気通路４の一部を形成する吸気マニホールド４ａとを接続している。ＥＧＲ通路１１には、排気通路５から排気通路４に導かれる排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を冷却するためのＥＧＲクーラ１２及びＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁１３が設けられている。各シリンダ２には、シリンダ２内に燃料を噴射するためのインジェクタ１４がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１４は、インジェクタ１４に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１５に接続されている。
【００１８】
図１に示したようにエンジン１は、ターボ過給機７の動作をアシストするための蓄圧システム２０を備えている。蓄圧システム２０は、蓄圧タンク２１を備えている。蓄圧タンク２１は、加圧されたガスを溜めることが可能な圧力容器として構成されている。蓄圧タンク２１には、ガスとして空気又は排気の少なくともいずれか一方が貯留される。蓄圧タンク２１の内部には、吸着材２１ａが収容されている。吸着材２１ａは、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な物質であればよく、例えば活性炭が用いられる。この他、吸着材２１ａとしては例えばゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブなどが用いられる。なお、吸着材２１ａは、単一の物質に限定されず、これらの物質が混合されたものでもよい。蓄圧タンク２１内には、ガスとともに吸着材２１ａが外部に排出されることを防止する不図示の仕切り板が設けられている。
【００１９】
蓄圧タンク２１は、ガス通路２２にてＥＧＲ通路１１と接続されている。ガス通路２２には、圧力調整手段としての流量制御弁２３が設けられている。流量制御弁２３は、蓄圧タンク２１の内部とＥＧＲ通路１１とが接続されるようにガス通路２２を全開する接続位置（以下、全開位置と称することがある。）と蓄圧タンク２１の内部とＥＧＲ通路１１との接続が遮断されるようにガス通路２２を全閉する遮断位置（以下、全閉位置と称することがある。）との間で開度を調整可能であり、ガス通路２２を流れるガスの流量を制御することができる。蓄圧タンク２１には、その内部の温度（以下、タンク内温度と称することがある。）に対応する信号を出力する温度センサ２４と、蓄圧タンク２１の内部の圧力（以下、タンク圧と称することがある。）に対応する信号を出力する圧力センサ２５とが設けられている。
【００２０】
流量制御弁２３の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいて排気遮断弁１０、ＥＧＲ弁１３、及びインジェクタ１４などの動作をそれぞれ制御し、これによりエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ３０は、例えばエンジン１の回転数が予め設定した所定の燃料カット回転数以上であり、かつアクセル開度が０％すなわちアクセルペダルが踏まれていない場合、各シリンダ２への燃料供給が停止されるように各インジェクタ１５の動作を制御する。以下、この制御を燃料カット制御と称することがある。また、ＥＣＵ３０は、エンジン１の運転状態に応じて適正な量のＥＧＲガスが吸気通路４に導入されるようにＥＧＲ弁１３の開度を調整する。この他、ＥＣＵ３０はエンジン１の運転状態に応じて排気遮断弁１０の開度を調整する。このような制御を行う際に参照するセンサとしてＥＣＵ３０には、例えばエンジン１のクランク軸の回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ３１及びアクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３２等が接続される。また、ＥＣＵ３０には、温度センサ２４及び圧力センサ２５も接続される。なお、これらの他にもＥＣＵ３０には種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。
【００２１】
ＥＣＵ３０は、燃料カット制御が実行されているときに蓄圧タンク２１内に加圧されたガスを溜め、ターボ過給機７の動作をアシストする必要がある場合にそのガスがタービン７ｂに供給されるように蓄圧システム２０を制御する。具体的に説明すると、蓄圧タンク２１内に加圧されたガスを溜める場合、まずＥＣＵ３０は排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３をそれぞれ全閉にする。次に、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開位置に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１内にＥＧＲ通路１１及びガス通路２２を介して排気通路５のガスを充填することができる。なお、燃料カット制御の実行中、シリンダ２から排気通路５には空気が排出されるので、蓄圧タンク２１には主に空気が充填される。その後、ＥＣＵ３０は、タンク圧が予め設定した充填圧力Ｐｆに達すると流量制御弁２３を全閉位置に切り替える。これにより蓄圧タンク２１内に充填圧力Ｐｆまで加圧されたガスを溜めることができる。充填圧力Ｐｆには、ターボ７の動作をアシストすることが可能な圧力が設定される。なお、流量制御弁２３が全閉位置に切り替えられた後、排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３の制御はエンジン１の運転状態に応じてこれらの弁の開度が制御される通常制御に切り替えられる。
【００２２】
ターボ過給機７の動作をアシストする必要がある場合、ＥＣＵ３０はまずＥＧＲ弁１３を全閉にする。次に、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開位置に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１内のガスをガス通路２２、ＥＧＲ通路１１、及び排気マニホールド５ａを介してタービン７ｂに供給することができる。そのため、ターボ過給機７の動作をこのガスでアシストすることができる。その後、ＥＣＵ３０は、タンク圧が予め設定した供給終了圧力に達すると流量制御弁２３を全閉位置に切り替える。また、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁１４の制御をエンジン１の運転状態に応じて開度を制御する通常制御に切り替える。なお、このように蓄圧タンク２１内のガスをタービン７ｂに供給するため、タービン７ｂが本発明の所定の供給先に相当する。また、ガス通路２２、ＥＧＲ通路１１、及び排気マニホールド５ａが本発明のガス供給経路に相当する。
【００２３】
周知のように空気や排気には水分が含まれている。そして、この水分はガスの温度が低いほど、またガスの圧力が高いほど凝縮し易くなる。蓄圧タンク２１内で水分が凝縮すると蓄圧タンク２１内に凝縮水が残留し、蓄圧タンク２１内に充填可能なガスの量が減少する。そこで、ＥＣＵ３０は、蓄圧タンク２１内において水分が凝縮することを抑制すべく図２に示したタンク圧制御ルーチンをエンジン１の運転状態に拘わりなく所定の周期で繰り返し実行する。
【００２４】
図２の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態を取得する。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、アクセル開度、タンク内温度、及びタンク圧等が取得される。続くステップＳ１２においてＥＣＵ３０は、タンク内温度が所定の判定温度Ｔ１以下か否か判断する。判定温度Ｔ１には、加圧された空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる温度、例えば４０°Ｃが設定される。なお、この温度はガスの圧力に応じて変化するので、蓄圧タンク２１内に溜めるべきガスの圧力に応じて適宜変更してよい。
【００２５】
タンク内温度が判定温度Ｔ１より高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が所定の判定圧力Ｐ１以上か否か判断する。所定の判定圧力Ｐ１には、空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる圧力、例えば絶対圧で５００ｋＰａが設定される。なお、この圧力には充填圧力Ｐｆより高い値が設定される。そのため、判定圧力Ｐ１は、充填圧力Ｐｆに応じて適宜変更してよい。タンク圧が判定圧力Ｐ１未満と判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０はエンジン１が停止しているか否か判断する。エンジン１が停止しているか否かは、例えばエンジン１の回転数に基づいて判断し、例えば回転数が０の場合にエンジン１が停止していると判断する。エンジン１が運転中と判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ３０はタンク内温度が所定の下限温度ＴＬ以下か否か判断する。下限温度ＴＬには、空気や排気に含まれる水分が凝縮しやすい温度であり、かつ判定温度Ｔ１以下の温度が設定され、例えば２０°Ｃが設定される。
【００２６】
タンク内温度が下限温度ＴＬ以下と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧タンク２１に加圧された空気や排気を溜めることを禁止する蓄圧禁止フラグをオンに切り替える。この蓄圧禁止フラグは、ＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶され、このタンク圧制御ルーチンと並行に実行されている蓄圧タンク２１に加圧された空気や排気を溜めるためのルーチンにて参照される。そして、蓄圧禁止フラグがオンの場合は、蓄圧タンク２１への空気や排気の充填が禁止される。一方、タンク内温度が下限温度ＴＬより高いと判断した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧禁止フラグをオフに切り替える。ステップＳ１６又はＳ１７で蓄圧禁止フラグをセットした後はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全閉にする。既に流量制御弁２３が全閉であった場合は、その状態を維持する。なお、この制御ルーチンと並行に実行されてターボ過給機７の動作をアシストすべく流量制御弁２３の動作を制御するルーチンにおいて流量制御弁２３が開弁中、すなわちターボ過給機７の動作をアシスト中の場合は、そのルーチンによる開弁制御が優先される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２７】
一方、タンク内温度が判定温度Ｔ１以下と判断した場合、タンク圧が所定の判定圧力Ｐ１以上と判断した場合、又はエンジン１が停止していると判断した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が所定の閉弁圧力Ｐ２以下か否か判断する。閉弁圧力Ｐ２は、流量制御弁２３を閉弁する時期を設定するための圧力であり、例えば大気圧が設定される。タンク圧が閉弁圧力Ｐ２より高いと判断した場合はステップＳ１８の処理を実行した後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が閉弁圧力Ｐ２以下と判断した場合はステップＳ２０に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開にする。なお、既に流量制御弁２３が全開であった場合は、その状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００２８】
上述したようにタンク内温度が低いほど、またタンク圧が高いほど空気や排気に含まれる水分が凝縮し易くなる。また、エンジン１が停止している場合はエンジン１から熱が発生しないので、その周囲の温度が低下する。これにより蓄圧タンク２１の温度も低下し始めるので、蓄圧タンク２１内で凝縮水が発生し易くなる。図２の制御ルーチンでは、タンク内温度が判定温度Ｔ１以下、タンク圧が判定圧力Ｐ１以上、又はエンジン１が停止している場合は、タンク圧が閉弁圧力Ｐ２、すなわち大気圧まで下げられる。図３は、圧力が異なるガスにおけるガスの温度とガス１ｍ３当たりに存在できる水蒸気の量、すなわち飽和水蒸気量との関係の一例を示している。図３に示したように同じ温度においても圧力を下げることにより飽和水蒸気量を増加させることができる。具体的に説明すると、温度Ｔａのときにガスの圧力を圧力Ｐｒ１から圧力Ｐｒ２に下げることにより、飽和水蒸気量を水蒸気量Ａ分増加させることができる。すなわち、より多くの水蒸気をガス中に存在させることができる。そのため、図２の制御ルーチンを実行してタンク圧を閉弁圧力Ｐ２まで低下させることにより、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。このように図２の制御ルーチンを実行してタンク内温度が判定温度Ｔ１以下、又はタンク圧が判定圧力Ｐ１以上の場合にタンク圧を低下させることにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。
【００２９】
また、図２の制御ルーチンでは、タンク内温度が下限温度ＴＬ以下の場合には蓄圧タンク２１への空気や排気の充填を禁止するので、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。
【００３０】
図４は、タンク圧制御ルーチンの変形例を示している。なお、図４において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。図４の制御ルーチンにおいてＥＣＵ３０は、ステップＳ１２まで図２の制御ルーチンと同様に処理を進める。ステップＳ１２でタンク内温度が判定温度Ｔ１より高いと判断した場合はステップＳ１３に進み、以降は図２と同様に処理を進める。一方、ステップＳ１２でタンク内温度が判定温度Ｔ１以下と判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ３０はタンク内温度が所定の再減圧温度Ｔ２以下か否か判断する。再減圧温度Ｔ２には、判定温度Ｔ１より低い温度、例えば２０°Ｃが設定される。タンク内温度が再減圧温度Ｔ２以下と判断した場合はステップＳ１９に進み、以降は図２と同様に処理を進める。
【００３１】
一方、タンク内温度が再減圧温度Ｔ２より高いと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が中間圧力Ｐ３以下か否か判断する。中間圧力Ｐ３は、閉弁圧力Ｐ２より高く、かつ充填圧力Ｐｆより低い値、例えば絶対圧で３００ｋＰａが設定される。タンク圧が中間圧力Ｐ３より高いと判断した場合はステップＳ２０に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が中間圧力Ｐ３以下と判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全閉にする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。
【００３２】
図４の制御ルーチンにおいては、タンク内温度が判定温度Ｔ１より高い場合は流量制御弁２３が全閉に維持されるので、タンク圧が充填圧力Ｐｆに維持される。タンク内温度が判定温度Ｔ１以下かつ再減圧温度Ｔ２より高い場合は、タンク圧が中間圧力Ｐ３以下に調整される。そして、タンク内温度が再減圧温度Ｔ２以下になるとタンク圧が閉弁圧力Ｐ２に調整される。このようにタンク内温度に応じてタンク圧を徐々に低下させることにより、タンク圧の無駄な低下を防止しつつ蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００３３】
図５は、タンク圧制御ルーチンの他の変形例を示している。この変形例では、図２に示した制御ルーチンと比較してステップＳ１１とステップＳ１２との間にステップＳ３１の処理を追加した点が異なる。それ以外は、図２の制御ルーチンと同じであるため、図５において図２と同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。この変形例で追加したステップＳ３１では、タンク内温度に基づいて閉弁圧力Ｐ２が設定される。この際、閉弁圧力Ｐ２は、タンク内温度が低いほど低くなるように設定される。具体的には、例えば図６に示したマップに基づいて閉弁圧力Ｐ２を設定すればよい。図６は、タンク内温度と閉弁圧力Ｐ２との関係の一例を示している。なお、この図において温度Ｔ１、Ｔ２は、上述した図４の制御ルーチンにて示した判定温度Ｔ１、再減圧温度Ｔ２である。そのため、温度Ｔ１には例えば４０°Ｃが設定され、温度Ｔ２には例えば２０°Ｃが設定される。また、圧力Ｐｆは上述した充填圧力Ｐｆである。圧力Ｐｃは、タンク内温度が温度Ｔ１以下、かつ温度Ｔ２より高い場合に調整する圧力である。図６に示したように圧力Ｐｃには、充填圧力Ｐｆより低く、かつ大気圧より高い圧力が設定される。すなわち、上述した図４の制御ルーチンの中間圧力Ｐ３に相当する。そのため、この圧力Ｐｃには、例えば絶対圧で３００ｋＰａが設定される。閉弁圧力Ｐ２は、例えばこの図に示した関係を予め実験などにより求めてＥＣＵ３０のＲＯＭにマップとして記憶させておき、このマップを参照して設定すればよい。なお、このステップＳ３１を実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の閉弁圧力設定手段として機能する。
【００３４】
図５に示した変形例では、タンク内温度が温度Ｔ１より高い場合は閉弁圧力Ｐ２として充填圧力Ｐｆが設定されるので、タンク圧が充填圧力Ｐｆに維持される。タンク内温度が温度Ｔ１以下かつ温度Ｔ２より高い場合は閉弁圧力Ｐ２として圧力Ｐｃが設定されるので、タンク圧がこの圧力Ｐｃ以下に調整される。そして、タンク内温度が温度Ｔ２以下の場合は閉弁圧力Ｐ２として大気圧が設定されるので、タンク圧が大気圧以下に調整される。このようにタンク内温度に応じてタンク圧を徐々に低下させることにより、この変形例においてもタンク圧の無駄な低下を防止しつつ蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することを抑制できる。
【００３５】
なお、図５に示した変形例では、閉弁圧力Ｐ２をタンク内温度に応じて３段階に変更したが、さらに細かく４段階以上に変更してもよい。また、タンク内温度が温度Ｔ２に以下になった場合はタンク内温度が低いほど閉弁圧力Ｐ２が低くなるようにタンク内温度に応じて閉弁圧力Ｐ２をリニアに変更してもよい。
【００３６】
図７は、本発明の蓄圧システムに設けられる蓄圧タンク２１の変形例を示している。この蓄圧タンク２１では、その外側を覆うようにエンジン１の冷却水を流通させる保温室４０が設けられる。保温室４０は、入口通路４１及び出口通路４２にてエンジン１の冷却水循環経路と接続されている。そして、この保温室４０には、エンジン１の冷却水循環経路からエンジン１を冷却し、かつラジエータに戻される前の冷却水が導入される。出口通路４２には、出口通路４２を流れる冷却水の温度に応じて冷却水の流量を調整するためのサーモスタット４３が設けられている。このサーモスタット４３は、保温室４０の冷却水の温度が所定の温度範囲、例えば４０〜５０°Ｃに制御されるように流量を調整する。
【００３７】
この変形例では、保温室４０に高温の冷却水を流すことにより、この冷却水で蓄圧タンク２１の温度の低下を抑制できる。これにより、タンク内温度が低下することを抑制できるので、蓄圧タンク２１内において凝縮水が発生することをさらに抑制できる。なお、このように蓄圧タンク２１を保温することにより、保温室４０が本発明の加熱手段として機能する。
【００３８】
本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の蓄圧システムはディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。蓄圧タンクに主に貯留されるガスは空気に限定されず、排気を貯留してもよい。また、蓄圧タンクに貯留されているガスの供給先はターボ過給機のタービンに限定されない。蓄圧タンクのガスは、内燃機関に設けられて加圧されたガスを使用する種々の機器に供給してよい。
【００３９】
蓄圧タンクの圧力を調整する手段は流量制御弁に限定されない。例えば、ガス通路とは別に蓄圧タンクに内部のガスを外部に放出するための放出口を設け、この放出口の開閉を弁で制御することにより蓄圧タンクの圧力を調整してもよい。その他、蓄圧タンクの内部の温度の低下に応じて蓄圧タンク内のガスを外部に放出することが可能な種々の機構を用いてよい。
【００４０】
蓄圧タンクを加熱する加熱手段は、上述した形態で示したものに限定されない。例えば、上述した形態では保温室に高温の冷却水を流して蓄圧タンクを加熱したが、このように蓄圧タンクの外側に設けた保温室にエンジンの排気を流して蓄圧タンクを加熱してもよい。また、蓄圧タンクの外面に電気ヒータなど温度を調整可能なヒータを設け、このヒータで蓄圧タンクを加熱してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一形態に係る蓄圧システムが組み込まれた内燃機関を示す図。
【図２】ＥＣＵが実行するタンク圧制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】圧力が異なるガスにおけるガスの温度とガス１ｍ３当たりに存在できる水蒸気の量との関係の一例を示す図。
【図４】タンク圧制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。
【図５】タンク圧制御ルーチンの他の変形例を示すフローチャート。
【図６】タンク内温度と閉弁圧力との関係の一例を示す図。
【図７】本発明の蓄圧システムに設けられる蓄圧タンクの変形例を示す図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 内燃機関
７ｂ タービン（所定の供給先）
２０ 蓄圧システム
２１ 蓄圧タンク
２１ａ 吸着材
２２ ガス通路
２３ 流量制御弁（圧力調整手段）
３０ エンジンコントロールユニット（制御手段、開弁圧力設定手段）
４０ 保温室（加熱手段）
Ｔ１ 判定温度
ＴＬ 下限温度
Ｐ１ 判定圧力
Ｐ２ 閉弁圧力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関に設定された所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えた内燃機関用蓄圧システムにおいて、
前記蓄圧タンク内の温度が所定の判定温度以下、又は前記蓄圧タンク内の圧力が所定の判定圧力以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関用蓄圧システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関が停止した場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する請求項１に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項３】
前記蓄圧タンクに接続され、前記蓄圧タンクから前記所定の供給先にガスを供給するためのガス供給経路の一部となるガス通路と、前記ガス通路を全開する全開位置と前記供給通路を全閉する全閉位置との間で開度を調整可能な流量制御弁と、をさらに備え、
前記圧力調整手段は、前記流量制御弁であり、
前記制御手段は、前記流量制御弁を開弁させることにより前記蓄圧タンク内の圧力を低下させる請求項１又は２に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の圧力が前記所定の判定圧力より小さい値が設定される閉弁圧力以下になった場合、前記流量制御弁を前記全閉位置に切り替える請求項３に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項５】
前記蓄圧タンク内の温度に基づいて前記閉弁圧力を設定する閉弁圧力設定手段をさらに備えている請求項４に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項６】
前記閉弁圧力設定手段は、前記蓄圧タンク内の温度が低いほど前記閉弁圧力を低くする請求項５に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項７】
前記蓄圧タンクには、前記ガス供給経路を介して加圧されたガスが溜められ、
前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の温度が所定の下限温度以下の場合、前記蓄圧タンク内へのガスの導入が禁止されるように前記流量制御弁を前記全閉位置に保持する請求項３〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項８】
前記蓄圧タンクを加熱する加熱手段をさらに備えている請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項９】
前記蓄圧タンク内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられている請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項１】
加圧されたガスを溜めることが可能、かつそのガスを内燃機関に設定された所定の供給先に供給可能な蓄圧タンクと、前記蓄圧タンク内の圧力を調整する圧力調整手段と、を備えた内燃機関用蓄圧システムにおいて、
前記蓄圧タンク内の温度が所定の判定温度以下、又は前記蓄圧タンク内の圧力が所定の判定圧力以上の少なくともいずれか一方の条件が満たされた場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する制御手段を備えていることを特徴とする内燃機関用蓄圧システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記内燃機関が停止した場合に前記蓄圧タンク内の圧力が低下するように前記圧力調整手段を制御する請求項１に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項３】
前記蓄圧タンクに接続され、前記蓄圧タンクから前記所定の供給先にガスを供給するためのガス供給経路の一部となるガス通路と、前記ガス通路を全開する全開位置と前記供給通路を全閉する全閉位置との間で開度を調整可能な流量制御弁と、をさらに備え、
前記圧力調整手段は、前記流量制御弁であり、
前記制御手段は、前記流量制御弁を開弁させることにより前記蓄圧タンク内の圧力を低下させる請求項１又は２に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項４】
前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の圧力が前記所定の判定圧力より小さい値が設定される閉弁圧力以下になった場合、前記流量制御弁を前記全閉位置に切り替える請求項３に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項５】
前記蓄圧タンク内の温度に基づいて前記閉弁圧力を設定する閉弁圧力設定手段をさらに備えている請求項４に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項６】
前記閉弁圧力設定手段は、前記蓄圧タンク内の温度が低いほど前記閉弁圧力を低くする請求項５に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項７】
前記蓄圧タンクには、前記ガス供給経路を介して加圧されたガスが溜められ、
前記制御手段は、前記蓄圧タンク内の温度が所定の下限温度以下の場合、前記蓄圧タンク内へのガスの導入が禁止されるように前記流量制御弁を前記全閉位置に保持する請求項３〜６のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項８】
前記蓄圧タンクを加熱する加熱手段をさらに備えている請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【請求項９】
前記蓄圧タンク内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられている請求項１〜８のいずれか一項に記載の内燃機関用蓄圧システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１３８８０１（Ｐ２０１０−１３８８０１Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１５８２２（Ｐ２００８−３１５８２２）
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１１日（２００８．１２．１１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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