JP5115630B2 - 内燃機関用蓄圧システム - Google Patents

Description

本発明は、排気通路からガスを導入可能であるとともに排気通路にガスを供給可能に設けられ、かつ内部に加圧されたガスを溜めることが可能な蓄圧容器を備えた内燃機関用蓄圧システムに関する。

排気通路にエンジンブレーキを効かせるための排気シャッターが設けられた過給機付きディーゼルエンジンが知られている。このようなエンジンに適用される過給圧制御装置において、排気シャッターと排気バルブとの間の排気通路と連結される圧力容器を備え、排気シャッターを閉じて排気圧が上昇したときにその排気圧を圧力容器に貯えて過給機のタービンを加速させる必要がある場合に圧力容器から排気圧を噴射させ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。

実開平１−１０２４３７号公報 国際公開第２００５／０８５６１１号パンフレット 特開２００７−３１５１９４号公報

特許文献１の装置では、蓄圧容器に加圧されたガスを溜める際に排気シャッターを閉じて排気圧を上昇させるが、このときに排気圧が上昇し過ぎると排気バルブのステム部とシリンダヘッドとの間など排気系のシール部からガスが外部に漏れるおそれがある。また、このように排気圧が上昇し過ぎるとエンジンブレーキが過剰に生じ、エンジンの回転数が急に低下して車両が急減速されるおそれがある。

そこで、本発明は、蓄圧容器に加圧されたガスを溜めているときに排気圧が過度に高くなることを防止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。

本発明の内燃機関用蓄圧システムは、排気通路に前記排気通路を閉じる全閉位置と前記排気通路を開ける全開位置とに切り替え可能な排気遮断弁が設けられた内燃機関に適用され、前記排気遮断弁より上流側の排気通路からガスを導入可能であるとともに前記排気遮断弁より上流側の排気通路にガスを供給可能に設けられ、かつ内部に加圧されたガスを溜めることが可能な蓄圧容器を備え、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を高めて前記蓄圧容器に加圧されたガスを溜める内燃機関用蓄圧システムにおいて、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力又は前記蓄圧容器内の圧力を取得する圧力取得手段と、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、前記蓄圧容器にガスを溜めているときに前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力が所定の排気圧上限値以下に制限されるように前記圧力取得手段が取得した圧力に基づいて前記圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記蓄圧容器にガスを溜めるとき、まず前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を前記排気圧上限値まで高め、その後前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力が前記排気圧上限値を上限とする所定の圧力範囲内で変化するように前記圧力調整手段の動作を制御し、前記蓄圧容器には、所定の目標圧力に達するまでガスが溜められ、前記所定の圧力範囲の下限値には、前記排気圧上限値より小さく、かつ前記目標圧力以上の値が設定されている。

本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧容器にガスを溜めているときの排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力（以下、排気圧と称することがある。）が所定の排気圧上限値以下に制限されるので、蓄圧容器に加圧されたガスを溜めているときに排気圧が過度に高くなることを防止できる。そのため、内燃機関に応じて排気圧上限値を適切に設定することにより、排気系のシール部からのガス漏れ及びエンジンの回転数の急低下をそれぞれ確実に防止することができる。

また、本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、まず排気圧が排気圧上限値まで高められるので、排気圧を速やかに上昇させることができる。そのため、蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

さらに、本発明の内燃機関用蓄圧システムによれば、蓄圧容器にガスを溜めているときは排気圧が目標圧力未満になることを防止できる。そのため、蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記制御手段は、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を調整する場合にこの圧力の単位時間あたりの変化量が所定の許容値以下になるように前記圧力調整手段の動作を制御してもよい。排気遮断弁の閉弁時に排気圧が急に変化するとエンジンブレーキの効きが急に変化し、これにより内燃機関の回転数の急な変化などが生じるおそれがある。この形態では、単位時間当たりの排気圧の変化量が許容値以下に抑えられるので、許容値を適切に設定することにより、排気圧の急な変化を防止することができる。そのため、エンジンブレーキの効きの急な変化を抑制し、内燃機関の回転数の急な変化などを抑制することができる。

本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記内燃機関が、前記排気遮断弁より上流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、を備え、前記圧力調整手段は、前記ＥＧＲ弁であってもよい。ＥＧＲ弁を開弁することにより、排気遮断弁より上流側の排気通路のガスを吸気通路に排出することができるので、排気圧を調整することができる。

この形態において、前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記ＥＧＲ弁を漸次閉じ側に制御してもよい。このようにＥＧＲ弁を制御することにより、蓄圧容器にガスを溜めているときに排気圧が低下し難くなる。そのため、蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態において、前記排気遮断弁は、前記全閉位置と前記全開位置との間で開度を変更可能であり、前記圧力調整手段は、前記排気遮断弁であってもよい。排気遮断弁を開弁することにより、排気遮断弁より上流側の排気通路のガスを排気遮断弁より下流側に排出できるので、排気圧を調整することができる。

この形態において、前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記排気遮断弁を漸次閉じ側に制御してもよい。この場合、蓄圧容器にガスを溜めているときに排気圧が低下し難くなるので、蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記排気遮断弁より上流側の排気通路と前記排気遮断弁より下流側の排気通路とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、をさらに備え、前記圧力調整手段は、前記バイパス弁であってもよい。この場合、バイパス弁を開弁することにより、排気遮断弁より上流側の排気通路のガスを排気遮断弁より下流側に排出できるので、排気圧を調整することができる。

この形態において、前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記バイパス弁を漸次閉じ側に制御してもよい。この場合、蓄圧容器にガスを溜めているときに排気圧が低下し難くなるので、蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

本発明の内燃機関用蓄圧システムの一形態においては、前記内燃機関が車両に搭載されるとともに、前記内燃機関の出力軸には前記内燃機関と前記車両の駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられて互いに大きさの異なる複数の変速比に切り替え可能な変速装置が接続され、前記制御手段は、前記車両の速度が高いほど、又は前記変速装置における変速比が小さいほど前記排気圧上限値を高く設定する上限値設定手段を備えていてもよい。車両を同じ速度で走行させる場合、変速装置の変速比が小さいほど内燃機関に要求されるトルクが大きくなり、内燃機関の回転数が低くなる。そのため、変速装置の変速比が小さいほどシリンダから排気通路に排出されるガスの量が少なく排気圧が小さいと推定できる。従って、変速装置の変速比が小さいほど排気遮断弁を全閉に切り替えたときのエンジンブレーキの効きが弱くなり、また車両が減速する際の減速度が小さくなる。すなわち、変速比が小さい場合は、変速比が大きい場合と比較して排気圧上限値を高くしても内燃機関の回転数が急に低下し難くなる。そのため、変速装置の変速比が小さいほど排気圧上限値を高く設定できる。一般に車両の速度が高いほど変速装置の変速比は小さいものに切り替えられる。そのため、車両の速度が高いほど排気圧上限値を高く設定できる。そして、このように排気圧上限値を設定することにより、内燃機関の回転数が急に低下して車両が急に減速されることを防止しつつ蓄圧容器に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

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１のＥＣＵが実行する蓄圧制御ルーチンを示すフローチャート。 図１のＥＣＵが実行する排気圧制御ルーチンを示すフローチャート。 エンジンの回転数及び吸入空気量とＥＧＲ弁の開度との関係の一例を示す図。 図２の蓄圧制御ルーチンを実行して蓄圧タンクに蓄圧を行っているときのアクセル開度、ＥＧＲ弁の開度、排気圧、及びタンク圧の時間変化の一例を示す図。 排気圧制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。 変速装置のギヤ段と排気圧上限値との関係の一例を示す図。 本発明の蓄圧システムの変形例を示す図。 本発明の実施形態に対する参考例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、吸気を濾過するためのエアクリーナ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を閉じる全閉位置と排気通路５を開け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。

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から吸気通路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。ＥＧＲクーラ１２は、ＥＧＲ弁１３よりも排気通路５側に設けられている。ＥＧＲクーラ１２には、ＥＧＲ通路１１の排気の圧力（以下、排気圧と称することがある。）Ｐｅに対応する信号を出力する圧力取得手段としての排気圧センサ１４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１５がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１５は、インジェクタ１５に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１６に接続されている。

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、蓄圧容器としての蓄圧タンク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は、ガス通路２２にてＥＧＲ通路１１と接続されている。この図に示したようにガス通路２２は、ＥＧＲ弁１３より排気通路５側のＥＧＲ通路１１と蓄圧タンク２１とを接続している。ガス通路２２には、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もある。）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もある。）との間で開度を調整可能である。流量制御弁２３よりも蓄圧タンク２１側のガス通路２２には、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２４が設けられている。

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等の周辺機器を有し、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１５などの動作をそれぞれ制御することによりエンジン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、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、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、吸入空気量に対応する信号を出力するエアフローメータ３３、及び車両の速度に対応する信号を出力する車速センサ３４等が接続される。また、ＥＣＵ３０には、排気圧センサ１４及び圧力センサ２４も接続されている。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。

ＥＣＵ３０は、車両の走行状態及びエンジン１の運転状態に応じて蓄圧システム２０を制御する。例えば、ＥＣＵ３０はターボ過給機７の動作をアシストする必要がある場合、蓄圧タンク２１に溜められているガスがタービン７ｂに供給されるように蓄圧システム２０を制御する。具体的には、ＥＣＵ３０はまずＥＧＲ弁１３を全閉にし、その後流量制御弁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。

また、ＥＣＵ３０は、このようにターボ過給機７の動作をアシストするために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が溜められるように蓄圧システム２０を制御する。この際、ＥＣＵ３０はタンク圧が予め設定した目標圧力に到達するまで蓄圧タンク２１内にガスを溜める。なお、目標圧力としては、例えばこの圧力のガスを排気通路５に供給することによってタービン７ｂを十分に加速させることが可能な圧力が設定される。図２は、蓄圧タンク２１に加圧されたガスを溜めるべくＥＣＵ３０がエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する蓄圧制御ルーチンを示している。

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。車両の走行状態としては、例えば車両の速度が取得される。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、排気圧Ｐｅ、吸入空気量、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、所定の蓄圧条件が成立しているか否か判断する。蓄圧条件は、例えばエンジン１に対して燃料カット制御が実行されており、かつタンク圧がターボ過給機７の動作をアシストすることが可能な圧力以下の場合に成立したと判断される。蓄圧条件が不成立と判断した場合はステップＳ１３〜Ｓ１７をスキップしてステップＳ１８に進む。

一方、蓄圧条件が成立していると判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧タンク２１に加圧されたガスを溜めている最中、すなわち蓄圧中であることを示す蓄圧フラグがオンの状態か否か判断する。蓄圧フラグがオンの状態であると判断した場合はステップＳ１４及びＳ１５をスキップしてステップＳ１６に進む。一方、蓄圧フラグがオフであると判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧タンク２１に加圧したガスを溜めるための蓄圧開始制御を実行する。この蓄圧開始制御においてＥＣＵ３０は、まず排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３をそれぞれ全閉に切り替える。その後、ＥＣＵ３０は流量制御弁２３を全開に切り替える。これにより、排気遮断弁１０よりも上流側の排気通路５のガスを加圧して蓄圧タンク２１に溜めることができる。なお、蓄圧条件が成立している場合は燃料カット制御が実行中であるため、シリンダ２から排気通路５には空気が排出される。そのため、蓄圧タンク２１に溜められるガスは殆ど空気である。続くステップＳ１５においてＥＣＵ３０は、蓄圧フラグをオンの状態に切り替える。

次のステップＳ１６においてＥＣＵ３０は、排気圧制御を実行する。蓄圧タンク２１への蓄圧時は、排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３をそれぞれ全閉にするので、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５内の圧力が上昇する。この際、圧力が上昇し過ぎると、例えば排気遮断弁１０より上流側の排気通路５に設けられているシール部からガスが外部に漏れたり、過剰なエンジンブレーキによりエンジン１の回転数が急に低下したりするおそれがある。そこで、ＥＣＵ３０はこのようなガス漏れ及びエンジン回転数の急低下を防止するためにＥＧＲ弁１３の開度を調整して排気遮断弁１０より上流側の排気通路５内の圧力を調整する。なお、排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３が全閉の場合は、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５内の圧力はＥＧＲ通路１１の圧力と同じになる。そこで、以降では蓄圧タンク２１への蓄圧時における排気遮断弁１０より上流側の排気通路５内の圧力を排気圧Ｐｅと称することがある。

図３は、ＥＣＵ３０が蓄圧タンク２１への蓄圧時に排気圧Ｐｅを調整するために実行する排気圧制御ルーチンを示している。すなわち、図２のステップＳ１６では図３に示した制御ルーチンが実行される。なお、図３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。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の制御手段として機能する。

図３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。次のステップＳ２１においてＥＣＵ３０は、排気圧Ｐｅが所定の排気圧上限値Ｐｍａｘ以上か否か判断する。この排気圧上限値Ｐｍａｘは、蓄圧タンク２１への蓄圧中に上述したようなガス漏れ及びエンジン回転数の急低下を防止するために設定される閾値である。排気圧上限値Ｐｍａｘは、例えば排気遮断弁１０より上流側の排気通路５に設けられているシール部から外部にガスが漏れ始める圧力値及びエンジンブレーキによる車両の急な減速を防止可能な圧力値などに基づいて設定され、このような圧力値より低い値が設定される。また、この排気圧上限値Ｐｍａｘには、蓄圧タンク２１の目標圧力より高い値が設定される。

排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘ以上と判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ３０はＥＧＲ弁１３の開度を設定する。ＥＧＲ弁１３の開度は、例えば図４に一例を示したマップを参照して設定される。図４は、エンジン１の回転数及び吸入空気量とＥＧＲ弁１３の開度との関係の一例を示している。シリンダ２から排気通路５に排出されるガスの量はエンジン１の運転状態に応じて変化し、エンジン１の回転数が高いほど、また吸入空気量が多いほどそのガスの量は多くなる。そのため、排気圧Ｐｅを低下させるためには、エンジン１の回転数が高いほど、また吸入空気量が多いほど、ＥＧＲ弁１３をより大きく開ける必要がある。そこで、ＥＧＲ弁１３の開度は、エンジン１の回転数が高いほど、また吸入空気量が多いほど大きい値が設定される。なお、図４に示した関係は、予め実験などにより求めてＥＣＵ３０のＲＡＭに記憶させておけばよい。続くステップＳ２３においてＥＣＵ３０は、設定した開度までＥＧＲ弁１３を開ける。その後、今回の制御ルーチンを終了する。ＥＧＲ弁１３を開ける際、ＥＣＵ３０は排気圧Ｐｅが急に低下しないようにＥＧＲ弁１３の開度を制御する。具体的には、単位時間あたりの圧力の変化量が予め設定した所定の許容値以下になるようにＥＧＲ弁１３を開弁させる。ＥＧＲ弁１３の開度を変化させたときに排気圧Ｐｅが単位時間あたりに変化する変化量は、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５の容積等に影響される。そこで、所定の許容値は、例えばこの排気遮断弁１０より上流側の排気通路５の容積に応じて適宜に設定すればよい。

一方、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘ未満と判断した場合はステップＳ２４に進み、ＥＣＵ３０は排気圧Ｐｅが所定の排気圧下限値Ｐｍｉｎ以下か否か判断する。蓄圧タンク２１に目標圧力までガスを溜めるためには、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５内の圧力（排気圧Ｐｅ）をその目標圧力以上に高める必要がある。排気圧下限値Ｐｍｉｎは、蓄圧タンク２１に目標圧力までガスを溜めるために必要な圧力の下限値である。排気圧下限値Ｐｍｉｎには、例えばその目標圧力が設定される。排気圧Ｐｅが排気圧下限値Ｐｍｉｎより高いと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、排気圧Ｐｅが排気圧下限値Ｐｍｉｎ以下と判断した場合はステップＳ２５に進み、ＥＣＵ３０はＥＧＲ弁１３を全閉にする。なお、既にＥＧＲ弁１３が全閉であった場合は、ＥＧＲ弁１３はその状態に維持される。その後、今回の制御ルーチンを終了する。このようにＥＧＲ弁１３の開度を制御して排気圧Ｐｅを調整することにより、ＥＧＲ弁１３が本発明の圧力調整手段として機能する。

図２に戻って蓄圧制御の説明を続ける。ステップＳ１６の排気圧制御が終了した後はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ３０はタンク圧が目標圧力以上か否か判断する。タンク圧が目標圧力未満と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が目標圧力以上と判断した場合、又はステップＳ１２が否定判断された場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ３０は蓄圧終了制御を実行する。この蓄圧終了制御においてＥＣＵ３０は、まず流量制御弁２３を全閉に切り替える。これにより蓄圧タンク２１への蓄圧が終了する。その後、ＥＣＵ３０は、排気遮断弁１０及びＥＧＲ弁１３をそれぞれ一旦全開にして排気圧Ｐｅを低下させた後、これらの弁の制御をエンジン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る。続くステップＳ１９においてＥＣＵ３０は、蓄圧フラグをオフの状態に切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図５は、図２の蓄圧制御ルーチンを実行して蓄圧タンク２１への蓄圧を行ったときのアクセル開度、ＥＧＲ弁１３の開度、排気圧Ｐｅ、及びタンク圧の時間変化の一例を示している。なお、図５の実線Ｌ１が排気圧Ｐｅの時間変化を示し、実線Ｌ２がタンク圧の時間変化を示している。この図に示したように時刻Ｔ０にアクセル開度が０％になって蓄圧条件が成立するとＥＧＲ弁１３が全閉にされる。これにより、排気圧Ｐｅが上昇し始める。そして、時刻Ｔ１において排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘに達するとＥＧＲ弁１３が開けられる。これにより排気圧Ｐｅが低下し始める。その後、時刻Ｔ２において排気圧Ｐｅが排気圧下限値Ｐｍｉｎまで低下するとＥＧＲ弁１３が全閉にされる。これにより排気圧Ｐｅが再度上昇し始める。時刻Ｔ３においてタンク圧が目標圧力に到達すると蓄圧終了制御が実行されてＥＧＲ弁１３が一旦全開にされ、その後ＥＧＲ弁１３の制御が通常制御に戻される。なお、図５では通常制御においてＥＧＲ弁１３が全閉に制御されている。このように図５では、時刻Ｔ１〜Ｔ３の期間Ｔｃにおいて排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘと排気圧下限値Ｐｍｉｎの間の圧力範囲に調整される。

このように本発明の蓄圧システム２０によれば、蓄圧タンク２１への蓄圧時に排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘ以下に制限されるので、排気圧Ｐｅが過度に高くなることを防止できる。そのため、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５に設けられているシール部からのガス漏れ、及びエンジン１の回転数の急低下などを確実に防止することができる。

また、蓄圧タンク２１に加圧されたガスを溜めるときは、まず排気圧Ｐｅを排気圧上限値Ｐｍａｘまで高めるので、蓄圧タンク２１に加圧されたガスを速やかに溜めることができる。そして、排気圧Ｐｅを排気圧上限値Ｐｍａｘまで高めた後は、図５に示したように排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘと排気圧下限値Ｐｍｉｎの間の圧力範囲内で変化するようにＥＧＲ弁１３の開度を調整するので、蓄圧タンク２１に加圧されたガスをさらに速やかに溜めることができる。

排気圧Ｐｅを調整する際は、単位時間あたりの排気圧Ｐｅの変化量が所定の許容値以下になるようにＥＧＲ弁１３の開度が制御されるので、排気圧Ｐｅが急に低下することを抑制できる。そのため、エンジン１の回転数の急な変化を抑制することができる。

なお、排気圧上限値Ｐｍａｘ及び排気圧下限値Ｐｍｉｎは、上述した値に限定されない。例えば、排気圧下限値Ｐｍｉｎは、蓄圧タンク２１の目標圧力より高い値が設定されてもよい。このように排気圧下限値Ｐｍｉｎを排気圧上限値Ｐｍａｘに近付けることにより、蓄圧タンク２１への蓄圧時に排気圧Ｐｅを排気圧上限値Ｐｍａｘの近傍の値に維持することができる。そのため、蓄圧タンク２１に加圧されたガスをさらに速やかに溜めることができる。

排気圧上限値Ｐｍａｘは、車両の走行状態又はエンジン１の運転状態に応じて変更してもよい。例えば、エンジン１の出力軸が接続されている変速装置の変速比に応じて排気圧上限値Ｐｍａｘを変更してもよい。周知のように変速装置は、エンジン１と駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられ、互いに大きさの異なる複数の変速比に切り替え可能である。そして、車両を同じ速度で走行させる場合、変速装置の変速比が小さいほど、すなわち高速ギヤにセットされているほど、エンジン１に要求されるトルクが大きくなり、エンジン１の回転数が低くなる。そのため、変速装置の変速比が小さいほどシリンダ２から排気通路５に排出されるガスの量が少なく排気圧Ｐｅが小さいと推定できる。従って、変速装置の変速比が小さいほど排気遮断弁１０を全閉に切り替えたときのエンジンブレーキの効きが弱くなり、また車両が減速する際の減速度が小さくなる。すなわち、高速ギヤにセットされて変速比が小さい場合は、低速ギヤにセットされて変速比が大きい場合と比較して排気圧上限値Ｐｍａｘを高くしてもエンジン１の回転数が急に低下し難く、車両が急に減速され難くなる。そこで、変速装置の変速比が小さいほど、言い換えると高速側のギヤに設定されているほど、排気圧上限値Ｐｍａｘを高く設定する。

このように変速装置の変速比に応じて排気圧上限値Ｐｍａｘを変更する排気圧制御ルーチンのフローチャートを図６に示す。なお、図６において図３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６の制御ルーチンでは、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態が取得される。この際、車両の走行状態として変速装置のギヤ段、すなわち変速比も取得される。次のステップＳ３１においてＥＣＵ３０は、取得したギヤ段に基づいて排気圧上限値Ｐｍａｘを設定する。この排気圧上限値Ｐｍａｘの設定は、例えば図７に一例を示したマップを参照して行えばよい。図７は、変速装置のギヤ段と排気圧上限値Ｐｍａｘとの関係の一例を示している。なお、図７に示した各圧力Ｐ０〜Ｐ４は、Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２＜Ｐ３＜Ｐ４の関係になるように設定されている。そのため、排気圧上限値Ｐｍａｘは、ギヤ段が高速側にあるほど大きい値が設定される。この関係は、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けばよい。このステップＳ３１を実行することにより、ＥＣＵ３０が本発明の上限値設定手段として機能する。排気圧上限値Ｐｍａｘを設定した後はステップＳ２１に進み、以降は図３と同様に処理が進められる。

図６の排気圧制御ルーチンによれば、変速装置のギヤ段が高速側であるほど排気圧上限値Ｐｍａｘの値を大きくするので、車両が急に減速されることを防止しつつ蓄圧タンク２１に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。なお、排気圧上限値Ｐｍａｘは、車両の速度に応じて設定されてもよい。一般に車両の速度が高い場合は、変速装置のギヤ段が高速側に切り替えられていると推定できる。そこで、車両の速度が高いほど排気圧上限値Ｐｍａｘの値を大きくしてもよい。この場合も車両が急に減速されることを防止しつつ蓄圧タンク２１に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。

本発明の蓄圧システム２０において蓄圧タンク２１への蓄圧時に排気圧Ｐｅを調整する弁は、ＥＧＲ弁１３に限定されない。例えば、排気遮断弁１０として排気通路５を全開する全開位置と排気通路５を全閉する全閉位置との間で開度を変更可能な弁を設け、この弁をＥＧＲ弁１３の代わりに制御して排気圧Ｐｅを調整してもよい。このような弁としては、例えばスライド方式の電磁排気遮断弁が設けられる。この場合、排気遮断弁１０は上述したＥＧＲ弁１３の制御方法と同じ方法で制御される。すなわち、排気遮断弁１０は、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘ以上になると開弁され、排気圧Ｐｅが排気圧下限値Ｐｍｉｎ以下になると全閉に制御される。また、この場合は、単位時間あたりの排気圧Ｐｅの変化量が所定の許容値以下になるように排気遮断弁１０が制御される。この場合、排気遮断弁１０が本発明の圧力調整手段として機能する。

この他、図８に示したように排気通路５に排気遮断弁１０をバイパスするバイパス通路４０と、そのバイパス通路４０を開閉するバイパス弁４１とを設け、このバイパス弁４１を制御して排気圧Ｐｅを調整してもよい。なお、図８は、排気遮断弁１０付近の排気通路５を拡大して示している。この場合、バイパス弁４１には、バイパス通路４０を全開する全開位置とバイパス通路４０を全閉する全閉位置との間で開度を調整可能な弁が設けられる。この場合も上述したＥＧＲ弁１３又は排気遮断弁１０と同様にバイパス弁４１は、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘ以上になると開弁され、排気圧Ｐｅが排気圧下限値Ｐｍｉｎ以下になると全閉になるように制御される。また、バイパス弁４１は、単位時間あたりの排気圧Ｐｅの変化量が所定の許容値以下になるように制御される。この場合、バイパス弁４１が本発明の圧力調整手段として機能する。

このように排気遮断弁１０又はバイパス弁４１で排気圧Ｐｅを制御する場合は、タービン７ｂの下流で圧力を低下させるので、タービン７ｂより上流側の排気の圧力が低下し難い。すなわち、タービン７ｂより上流側の排気通路５内の圧力を高めておくことができる。そのため、蓄圧タンク２１への蓄圧が終了した直後に車両の再加速が行われた場合などにタービン７ｂの回転を速やかに上昇させることができる。なお、排気圧Ｐｅの調整は、ＥＧＲ弁１３、排気遮断弁１０、及びバイパス弁４１の全ての弁を使用して行ってもよいし、これらの弁のうちのいずれか２つを組み合わせて行ってもよい。

ＥＧＲ弁１３の制御方法は、上述した制御方法に限定されない。例えば、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘに達した場合、ＥＧＲ弁１３を予め設定した固定開度に開弁させてもよい。この場合、図３のステップＳ２２の処理を省略することができる。また、この際にＥＧＲ弁１３を開弁状態に維持する期間は、予め設定した固定時間でもよい。この場合、ＥＧＲ弁１３はこの固定時間が経過すると全閉位置に切り替えられる。このようにＥＧＲ弁１３を制御しても蓄圧タンク２１への蓄圧時の排気圧Ｐｅを排気圧上限値Ｐｍａｘ以下に制限することができる。なお、排気遮断弁１０及びバイパス弁４１も同様の制御方法で制御してもよい。

また、排気圧Ｐｅを低下させているときのＥＧＲ弁１３の開度を排気圧Ｐｅに基づいてフィードバック制御してもよい。例えば、排気圧Ｐｅが低下するに従ってＥＧＲ弁１３が漸次閉められるようにＥＧＲ弁１３を制御してもよい。このようにＥＧＲ弁１３を徐々に閉じ側に制御することにより排気圧Ｐｅの低下を抑制できるので、蓄圧タンク２１に速やかに加圧されたガスを溜めることができる。なお、排気遮断弁１０及びバイパス弁４１も同様の制御方法で制御してもよい。

（参考例）
図９は、本発明の実施形態に対する参考例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。なお、図９において本発明と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。この図に示したように参考例では、ＥＧＲ通路１１に逃がし弁としてのチェック弁５０が設けられている点が異なり、それ以外は本発明と同じである。このチェック弁５０は、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘに達すると開弁してＥＧＲ通路１１内のガスを外部に排出するように構成されている。

参考例に係る蓄圧システムによれば、排気圧Ｐｅが排気圧上限値Ｐｍａｘに達するとチェック弁５０が開弁するので、排気遮断弁１０より上流側の排気通路５から外部にガスを排出することができる。これにより排気圧Ｐｅを低下させることができるので、蓄圧タンク２１に蓄圧を行っているときに排気圧Ｐｅが過度に高くなることを防止できる。なお、蓄圧タンク２１への蓄圧時はタンク圧が排気圧Ｐｅとほぼ同じになる。そのため、チェック弁５０はタンク圧が排気圧上限値Ｐｍａｘに達すると開弁するように構成されていてもよい。

本発明は、上述した各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。蓄圧タンクに主に溜められるガスは空気に限定されず、排気を溜めてもよい。

排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力は、排気遮断弁及びＥＧＲ弁を全閉にしてから経過した時間、エンジンの回転数、及びエンジンの吸入空気量等に基づいて推定してもよい。この場合はＥＣＵが本発明の圧力取得手段に相当する。また、蓄圧タンク内にガスを溜めているときは蓄圧タンク内の圧力と排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力とが相関する。そこで、蓄圧タンク内の圧力に対応する信号を出力する圧力センサの出力信号に基づいてＥＧＲ弁及び排気遮断弁などの動作を制御し、これにより排気圧を排気圧上限値以下に制限してもよい。この場合、圧力センサが本発明の圧力取得手段に相当する。この他、蓄圧タンクにガスを溜めているときの排気通路内の圧力と相関する種々の物理量に基づいて排気圧又はタンク圧を推定し、その推定した排気圧又はタンク圧に基づいてＥＧＲ弁及び排気遮断弁などの動作を制御してもよい。すなわち、蓄圧タンクへの蓄圧時におけるＥＧＲ弁及び排気遮断弁などの動作は、そのときの排気通路内の圧力と相関する種々の物理量に基づいて制御してもよい。

蓄圧タンクの内部には、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収容されていてもよい。このような吸着材としては、例えば活性炭、ゼオライト、アルミナ、又は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。

Claims (9)

1. 排気通路に前記排気通路を閉じる全閉位置と前記排気通路を開ける全開位置とに切り替え可能な排気遮断弁が設けられた内燃機関に適用され、前記排気遮断弁より上流側の排気通路からガスを導入可能であるとともに前記排気遮断弁より上流側の排気通路にガスを供給可能に設けられ、かつ内部に加圧されたガスを溜めることが可能な蓄圧容器を備え、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を高めて前記蓄圧容器に加圧されたガスを溜める内燃機関用蓄圧システムにおいて、
   前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力又は前記蓄圧容器内の圧力を取得する圧力取得手段と、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を調整可能な圧力調整手段と、前記蓄圧容器にガスを溜めているときに前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力が所定の排気圧上限値以下に制限されるように前記圧力取得手段が取得した圧力に基づいて前記圧力調整手段の動作を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記蓄圧容器にガスを溜めるとき、まず前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を前記排気圧上限値まで高め、その後前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力が前記排気圧上限値を上限とする所定の圧力範囲内で変化するように前記圧力調整手段の動作を制御し、
   前記蓄圧容器には、所定の目標圧力に達するまでガスが溜められ、
   前記所定の圧力範囲の下限値には、前記排気圧上限値より小さく、かつ前記目標圧力以上の値が設定されている内燃機関用蓄圧システム。
2. 前記制御手段は、前記排気遮断弁より上流側の排気通路内の圧力を調整する場合にこの圧力の単位時間あたりの変化量が所定の許容値以下になるように前記圧力調整手段の動作を制御する請求項１の内燃機関用蓄圧システム。
3. 前記内燃機関が、前記排気遮断弁より上流側の排気通路と前記内燃機関の吸気通路とを接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁と、を備え、
   前記圧力調整手段は、前記ＥＧＲ弁である請求項１又は２の内燃機関用蓄圧システム。
4. 前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記ＥＧＲ弁を漸次閉じ側に制御する請求項３の内燃機関用蓄圧システム。
5. 前記排気遮断弁は、前記全閉位置と前記全開位置との間で開度を変更可能であり、
   前記圧力調整手段は、前記排気遮断弁である請求項１又は２の内燃機関用蓄圧システム。
6. 前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記排気遮断弁を漸次閉じ側に制御する請求項５の内燃機関用蓄圧システム。
7. 前記排気遮断弁より上流側の排気通路と前記排気遮断弁より下流側の排気通路とを接続するバイパス通路と、前記バイパス通路を開閉するバイパス弁と、をさらに備え、
   前記圧力調整手段は、前記バイパス弁である請求項１又は２の内燃機関用蓄圧システム。
8. 前記制御手段は、前記圧力取得手段が取得した圧力が低下するに従って前記バイパス弁を漸次閉じ側に制御する請求項７の内燃機関用蓄圧システム。
9. 前記内燃機関が車両に搭載されるとともに、前記内燃機関の出力軸には前記内燃機関と前記車両の駆動輪との間の動力伝達経路中に設けられて互いに大きさの異なる複数の変速比に切り替え可能な変速装置が接続され、
   前記制御手段は、前記車両の速度が高いほど、又は前記変速装置における変速比が小さいほど前記排気圧上限値を高く設定する上限値設定手段を備えている請求項１〜８のいずれか一項の内燃機関用蓄圧システム。

Images