(57)【要約】【課題】簡易な構成で窒素リッチガス又は酸素リッチガスを燃焼室に供給する。【解決手段】本発明は、酸素を選択的に透過させる酸素透過膜３１３によって区切られた第１蓄圧室３１１と第２蓄圧室３１２とを有する蓄圧器３１と、蓄圧器３１の第１蓄圧室３１１と内燃機関２の燃焼室２１３とを連通する連通路３２と、連通路３２を開閉する開閉弁３３と、第１蓄圧室３１１のガスの蓄積状態に応じて開閉弁３３の開閉を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010138869.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素を選択的に透過させる酸素透過膜によって区切られた第１蓄圧室と第２蓄圧室とを有する蓄圧器と、
前記蓄圧器の第１蓄圧室と内燃機関の燃焼室とを連通する連通路と、
前記連通路を開閉する開閉弁と、
前記第１蓄圧室のガスの蓄積状態に応じて前記開閉弁の開閉を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【請求項２】
前記第1蓄圧室内のガスの蓄積状態は、前記第1蓄圧室内ガスの圧力又は酸素濃度の値である
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
圧縮行程又は膨張行程で前記開閉弁を開いて、前記燃焼室から前記第１蓄圧室に空気を送り込む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項４】
燃料カット運転中の圧縮行程又は膨張行程で前記開閉弁を開く
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の運転状態が高負荷であり、前記第１蓄圧室の圧力が大気圧よりも高い所定圧力より高く、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に酸素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より高いときに、吸気弁開時期から点火時期までの間に前記開閉弁を開いて酸素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態が高負荷であり、前記第１蓄圧室の圧力が排圧より高く、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に窒素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より低いときに、排気弁開期間中に前記開閉弁を開いて窒素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の運転状態が低負荷であり、前記第１蓄圧室の圧力が大気圧より高く、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に窒素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より低いときに、吸気弁開期間中に前記開閉弁を開いて窒素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項８】
前記内燃機関の運転状態が中負荷であり、前記第１蓄圧室の圧力が大気圧よりも高い所定圧力より高く、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に酸素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より高いときに、吸気弁開時期から点火時期までの間に前記開閉弁を開いて酸素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項９】
前記内燃機関の始動時において、前記第１蓄圧室の圧力が大気圧よりも高い所定圧力より高く、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に酸素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より高いときに、吸気弁開時期から点火時期までの間に前記開閉弁を開いて酸素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から８までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１０】
排気弁が開いている気筒を検出する排気弁開気筒検出手段を備え、
前記内燃機関の停止動作時において、前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に窒素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度より低いときに、前記排気弁が開いている気筒の前記開閉弁を開いて窒素リッチガスを前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１から９までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１１】
前記蓄圧器の第２蓄圧室と連通して酸素を蓄える酸素蓄圧器と、
前記蓄圧器の第２蓄圧室と前記酸素蓄圧器とを連通する第１通路と、
前記藍１通路に設けられ、前記酸素蓄圧器から前記蓄圧器の第２蓄圧室への酸素の流入を制限する逆止弁と、
前記酸素蓄圧器と前記内燃機関の吸気通路とを連通する第２通路と、
前記第２通路を開閉する第２通路開閉弁と、
を備え、
前記制御手段は、前記酸素蓄圧室の圧力及び前記内燃機関の運転状態に応じて前記第２通路開閉弁を開いて、前記酸素蓄圧器に蓄えた酸素を前記燃焼室に供給する、
ことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか一つに記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１２】
前記酸素蓄圧器の圧力が大気圧より高いときに、吸気弁開期間中に前記第２通路開閉弁を開いて酸素を前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【請求項１３】
前記内燃機関の始動時において、前記酸素蓄圧器の圧力が大気圧より高いときに、吸気弁開期間中に前記第２通路開閉弁を開いて酸素を前記燃焼室に供給する
ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載の内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関の吸気制御装置として、過給機で圧縮した空気を蓄圧室に供給し、酸素透過膜を用いて窒素リッチガス及び酸素リッチガスとし、窒素酸化物（ＮＯｘ）やスモークの低減を図るものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−０９８９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の内燃機関の吸気制御装置では、過給機と蓄圧室の他に窒素を供給するための減圧弁と開閉弁、酸素を供給する場合には、さらに酸素を供給するための減圧弁と開閉弁を必要であり、構成が複雑になるという問題点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の問題点に着目してなされたものであり、簡易な構成で窒素リッチガス及び酸素リッチガスを筒内に供給することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、酸素を選択的に透過させる酸素透過膜（３１３）によって区切られた第１蓄圧室（３１１）と第２蓄圧室（３１２）とを有する蓄圧器（３１）と、前記蓄圧器（３１）の第１蓄圧室（３１１）と内燃機関（２）の燃焼室（２１３）内とを連通する連通路（３２）と、前記連通路（３２）を開閉する開閉弁（３３）と、前記第１蓄圧室のガスの蓄積状態に応じて前記開閉弁の開閉を制御する制御手段（Ｓ３，Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１１，Ｓ１３，Ｓ１４，Ｓ２１，Ｓ２３）と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、第１蓄圧室内のガスの蓄積状態に応じて開閉弁の開閉を制御するので、窒素リッチガスと酸素リッチガスのいずれのリッチガスを燃焼室に供給することができる。そのため、燃焼室内の圧縮空気を蓄圧器に送り込めるので圧縮機が不要となるとともに、蓄圧室内のガスを燃焼室内に供給するためだけに設けられる開閉弁も必要ない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面等を参照して本発明の実施形態について説明する。
【０００９】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による吸気制御装置１のシステム概略図である。
【００１０】
吸気制御装置１は、エンジン２と、蓄圧装置３と、コントローラ４と、を備える。
【００１１】
エンジン２は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、を備える。
【００１２】
シリンダブロック２１には、複数のシリンダ２１１が形成される。シリンダ２１１には、ピストン２１２が摺動自在に設けられる。これらシリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２１２とによって、ペントルーフ形の燃焼室２１３が形成される。
【００１３】
シリンダヘッド２２は、吸気ポート２２１と、排気ポート２２２と、吸気弁２２３と、排気弁２２４と、点火栓２２５と、を備える。
【００１４】
吸気ポート２２１は、燃焼室２１３に空気を導入するための流路であり、一端が燃焼室２１３の一方の傾斜面に開口する。
【００１５】
排気ポート２２２は、燃焼室２１３で発生した排ガスを排出するための流路であり、燃焼室２１３の他方の傾斜面に開口する。
【００１６】
吸気弁２２３は、ピストン２１２の上下動に応じて吸気ポート２２１の開口を開閉する。
【００１７】
排気弁２２４は、ピストン２１２の上下動に応じて排気ポート２２２の開口を開閉する。
【００１８】
点火栓２２５は、燃焼室２１３の頂壁中心に設けられ、燃料噴射弁から噴射された燃料と吸気との混合気を着火する。
【００１９】
蓄圧装置３は、蓄圧器３１と、連通路３２と、電磁弁３３と、を備える。
【００２０】
蓄圧器３１は、第１蓄圧室３１１と、第２蓄圧室３１２と、酸素透過膜３１３と、圧力センサ３１４と、酸素濃度センサ３１５と、を備える。
【００２１】
第１蓄圧室３１１は、連通路３２を介して筒内から送られてきた空気を所定圧に保持して蓄える。
【００２２】
酸素透過膜３１３は、ポリイミドやポリカーボネートなどの高分子材料からなり、第１蓄圧室３１１と第２蓄圧室３１２との間に設けられ、酸素を選択的に透過させる。第１蓄圧室３１１へ送られてきた空気中の酸素は、第１蓄圧室と第２蓄圧室との圧力が同等となるまで酸素透過膜３１３を透過して第２蓄圧室へ移動する。
【００２３】
第２蓄圧室３１２は、酸素透過膜３１３を介して第１蓄圧室３１１から透過してきた酸素を所定圧に保持して蓄える。
【００２４】
圧力センサ３１４は、第１蓄圧室３１１のガスの圧力を検出する。
【００２５】
酸素濃度センサ３１５は、第１蓄圧室３１１のガスの酸素濃度を検出する。酸素濃度は、第１蓄圧室３１１（内）のガスの酸素の割合に変換することができる。大気と比較して、酸素の割合が高ければ酸素リッチガス、低ければ窒素リッチガスとみなされる。
【００２６】
連通路３２は、各シリンダ２１１の燃焼室２１３と第１蓄圧室３１１とを連通する。
【００２７】
電磁弁３３は、連通路３２を開閉する。
【００２８】
コントローラ４は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ４には、排気カムシャフトポジションを検出するフェーズセンサ４１などのエンジン２の運転状態を検出する種々のセンサ類からの信号が入力される。
【００２９】
コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の内部のガスの蓄積状態（第1蓄圧室内ガスの圧力または酸素濃度の値）、およびエンジンの運転状態に応じて電磁弁３３の開閉を制御する。具体的には、コントローラ４は、燃料カット運転をしているときの圧縮行程中に電磁弁３３を開いて、第１蓄圧室３１１に空気を送り込む。燃料カット運転とは、燃料噴射を停止する運転のことをいい、減速時などの所定の運転状態になったときに実施される。第１蓄圧室３１１に送られてきた空気中の酸素は、第２蓄圧室３１２の圧力が第１蓄圧室３１１と略同等となるまで酸素透過膜３１３を透過して第２蓄圧室３１２に移動する。このように、第１蓄圧室３１１に送られてきた空気中の酸素のみが第２蓄圧室３１２へ移動するので、第１蓄圧室３１１には相対的にガス中の窒素濃度が高い窒素リッチガスが蓄えられ、第２蓄圧室３１２には酸素が蓄えられる。
【００３０】
第１蓄圧室３１１に窒素リッチガスが蓄えられた状態になると、コントローラ４は、所定の条件を満たしたときに電磁弁３３を開いて、窒素リッチガスを燃焼室２１３に供給する。窒素リッチガスが燃焼室２１３に供給されて第１蓄圧室３１１の圧力が第２蓄圧室３１２の圧力よりも低くなると、今度は逆に第２蓄圧室３１２に蓄えられた酸素が酸素透過膜３１３を透過して第１蓄圧室３１１へ移動する。その結果、第１蓄圧室３１１には相対的にガス中の酸素濃度が高い酸素リッチガスが蓄えられる。
【００３１】
以下では、このようにして第１蓄圧室３１１に窒素リッチガス又は酸素リッチガスを蓄え、さらに蓄えた窒素リッチガス又は酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給する電磁弁開閉制御について詳しく説明する。
【００３２】
コントローラ４は、始動停止時及び燃料カット運転時を除いて、図２の運転マップを参照して運転モードを選択し、運転モードに応じた電磁弁開閉制御を実施して燃焼室２１３に窒素リッチガス又は酸素リッチガスを供給する。
【００３３】
図２に示すように、コントローラ４は、エンジン２が低回転低負荷の領域Ｐで運転しているときは、運転モードＡを選択する。エンジン２が低回転中負荷の領域Ｑで運転しているときは、運転モードＢを選択する。エンジン２が高負荷の領域Ｒで運転しているときは、運転モードＣを選択する。それ以外の領域Ｓで運転しているときは、運転モードＤを選択する。
【００３４】
図３は、コントローラ４が実行する電磁弁開閉制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンをエンジン２の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
【００３５】
ステップＳ１において、コントローラ４は、運転マップ上のエンジン２の運転点、第１蓄圧室３１１の圧力及び第１蓄圧室３１１の酸素濃度を読み込む。
【００３６】
ステップＳ２において、コントローラ４は、エンジン始動時か否かを判定する。コントローラ４は、エンジン始動時であればステップＳ３に処理を移行し、エンジン始動時でなければステップＳ４に処理を移行する。
【００３７】
ステップＳ３において、コントローラ４は、エンジン始動時における電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図４を参照して後述する。
【００３８】
ステップＳ４において、コントローラ４は、燃料カット運転中か否かを判定する。コントローラ４は、燃料カット運転中であればステップＳ５に処理を移行し、燃料カット運転中でなければステップＳ６に処理を移行する。
【００３９】
ステップＳ５において、コントローラ４は、燃料カット運転中における電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図５を参照して後述する。
【００４０】
ステップＳ６において、コントローラ４は、エンジン停止動作時か否か判定する。ここでエンジン停止動作時とは、キーオフしてからエンジン２が停止するまでの間をいう。コントローラ４は、エンジン停止動作時であればステップＳ７に処理を移行し、エンジン停止動作時でなければステップＳ８に処理を移行する。
【００４１】
ステップＳ７において、コントローラ４は、エンジン停止動作時における電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図６を参照して後述する。
【００４２】
ステップＳ８において、コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域Ｐにあるか否かを判定する。コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域ＰにあればステップＳ９に処理を移行し、領域ＰになければステップＳ１０に処理を移行する。
【００４３】
ステップＳ９において、コントローラ４は、運転モードＡのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図７を参照して後述する。
【００４４】
ステップＳ１０において、コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域Ｑにあるか否かを判定する。コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域ＱにあればステップＳ１１に処理を移行し、領域ＱになければステップＳ１２に処理を移行する。
【００４５】
ステップＳ１１において、コントローラ４は、運転モードＢのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図９を参照して後述する。
【００４６】
ステップＳ１２において、コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域Ｒにあるか否かを判定する。コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域ＲにあればステップＳ１３に処理を移行し、領域ＱになければステップＳ１４に処理を移行する。
【００４７】
ステップＳ１３において、コントローラ４は、運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図１１を参照して後述する。
【００４８】
ステップＳ１４において、コントローラ４は、運転モードＤのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図１３を参照して後述する。
【００４９】
図４は、エンジン始動時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００５０】
ステップＳ３１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、本処理で電磁弁３３を開く期間（吸気弁開時期ＩＶＯから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間）の筒内圧（以下「第１基準圧力」という）よりも高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が第１基準圧力よりも高ければステップＳ３２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が第１基準圧力よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００５１】
ステップＳ３２において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に酸素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に酸素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度（以下「第１基準濃度」という）よりも高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも高ければステップＳ３３に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００５２】
ステップＳ３３において、コントローラ４は、吸気弁開時期ＩＶＯから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００５３】
このように、エンジン始動時において、吸気弁開時期ＩＶＯから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いて酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給することで、吸気中の酸素濃度を高くできる。したがって、エンジン２の始動性を向上させることができるとともに、エンジン２の暖機を早めることができる。
【００５４】
図５は、燃料カット運転時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００５５】
ステップＳ５１において、コントローラ４は、圧縮行程又は膨張行程中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００５６】
このように、燃料カット運転時において、圧縮行程中の所定の期間に電磁弁３３を開くことで、圧縮空気を第１蓄圧室３１１に送り込むことができる。
【００５７】
図６は、エンジン停止動作時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００５８】
ステップＳ７１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に窒素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には前記第１蓄圧室の酸素濃度が前記第１蓄圧室に窒素リッチガスが蓄えられていると判定できる所定濃度（以下「第２基準濃度」という）よりも低いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低ければステップＳ７２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも高ければ今回の処理を終了する。
【００５９】
ステップＳ７２において、コントローラ４は、排気弁２２４が開いている気筒の電磁弁３３を開く。コントローラ４は、フェーズセンサ４１の検出信号に基づいて、排気弁が開いている気筒を検出する。
【００６０】
このように、エンジン停止動作時において、排気弁２２４が開いている気筒の電磁弁３３を開いて燃焼室２１３に窒素リッチガスを供給し、第１蓄圧室３１１の圧力を低下させることで、第２蓄圧室３１２に蓄えられた酸素を第１蓄圧室３１１に移動させることができる。これにより、次回のエンジン始動時に、第１蓄圧室３１１に酸素リッチガスを蓄えておくことができる。
【００６１】
図７は、運転モードＡのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００６２】
ステップＳ９１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、本処理で電磁弁３３を開く期間（吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの期間中、すなわち吸気弁開期間中の所定の期間）の筒内圧よりも高いか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧より高いか否かを判定する。これは、吸気弁開期間中は筒内圧力が大気圧以下となっているため、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧以上であれば燃焼室２１３にガスを供給することができるからである。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも高ければステップＳ９２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００６３】
ステップＳ９２において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に窒素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低ければステップＳ９３に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも高ければ今回の処理を終了する。
【００６４】
ステップＳ９３において、コントローラ４は、吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの期間中、すなわち吸気弁開期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００６５】
図８は、運転モードＡのときの電磁弁３３の開時期の一例を示した図である。図８において、実線は電磁弁開期間、破線が吸気弁開期間、一点鎖線が排気弁開期間である。
【００６６】
電磁弁３３の開期間は、燃焼室２１３の酸素濃度がエンジン負荷によって決まる燃料量に対して理論空燃比となるように、エンジン２の運転状態、第１蓄圧室３１１の圧力及び酸素濃度に応じて予め実験等で定めたマップを参照して設定される。
【００６７】
図９は、運転モードＢのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００６８】
ステップＳ１１１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、本処理で電磁弁３３を開く期間（吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間）の筒内圧（以下「第２基準圧力」という）よりも高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が第２基準圧力よりも高ければステップＳ１１２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が第２基準圧力よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００６９】
ステップＳ１１２において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に窒素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低ければ判定してステップＳ１１３に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも高ければ今回の処理を終了する。
【００７０】
ステップＳ１１３において、コントローラ４は、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００７１】
図１０は、運転モードＢのときの電磁弁３３の開時期の一例を示した図である。図１０において、実線は電磁弁開期間、破線が吸気弁開期間、一点鎖線が排気弁開期間である。
【００７２】
電磁弁３３の開期間は、第１蓄圧室３１１の圧力と筒内圧とを考慮して予め実験等で定めたマップを参照して設定される。第１蓄圧室３１１の圧力が高いときほど電磁弁３３の開期間を長く設定することができる。
【００７３】
図１１は、運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００７４】
ステップＳ１３１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、本処理で酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給するために電磁弁３３を開く期間（吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間）の筒内圧よりも高いか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の圧力が第２基準圧力より高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が第２基準圧力よりも高ければステップＳ１３２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が第２基準圧力よりも低ければステップＳ１３４に処理を移行する。
【００７５】
ステップＳ１３２において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に酸素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも高ければステップＳ１３３に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低ければステップＳ１３４に処理を移行する。
【００７６】
ステップＳ１３３において、コントローラ４は、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００７７】
ステップＳ１３４において、コントローラ４は、本処理で窒素リッチガスを燃焼室２１３に供給するために電磁弁３３を開く期間（排気弁開時期ＥＶＯから排気弁閉時期ＥＶＣまでの期間中の所定の期間）の筒内圧よりも高いか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の圧力が排圧より高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が排圧よりも高ければステップＳ１３５に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が排圧よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００７８】
ステップＳ１３５において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１に窒素リッチガスが蓄えられているか否かを判定する。具体的には、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低ければステップＳ７６に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第１基準濃度よりも低ければ今回の処理を終了する。
【００７９】
ステップＳ１３６において、コントローラ４は、排気弁開時期ＥＶＯから排気弁閉時期ＥＶＣまでの期間中、すなわち排気弁開期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００８０】
図１２は、運転モードＣのときの電磁弁３３の開時期の一例を示した図である。図１２において、実線は電磁弁開期間、破線が吸気弁開期間、一点鎖線が排気弁開期間である。
【００８１】
図１３は、運転モードＤのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【００８２】
ステップＳ１４１からステップＳ１４３までの処理は、図１１を参照して説明したステップＳ１３４からステップＳ１３６までの処理と同じなので簡単に説明する。
【００８３】
ステップＳ１４１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が排圧より高いか否かを判定する。
【００８４】
ステップＳ１４２において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の酸素濃度が第２基準濃度よりも低いか否かを判定する。
【００８５】
ステップＳ１４３において、コントローラ４は、排気弁開時期ＥＶＯから排気弁閉時期ＥＶＣまでの期間中、すなわち排気弁開期間中の所定の期間に電磁弁３３を開く。
【００８６】
図１４は、運転モードＡの場合に電磁弁３３を開いたときと開かなかったときとの作動ガス成分を比較した図である。図１４（Ａ）が電磁弁３３を開いたときの作動ガス成分を示す図であり、図１４（Ｂ）が電磁弁３３を開かなかったときの作動ガス成分を示す図である。
【００８７】
図１４（Ａ）及び図１４（Ｂ）に示すように、運転モードＡのときは吸気弁開期間中に電磁弁３３が開かれるので、電磁弁３３を開いたときと開かなかったときとで燃焼室内の全吸気量は変わらない。しかしながら、電磁弁３３を開いたときは、吸気弁開期間中に燃焼室２１３に流入するはずだった空気の一部を吸気通路側に押し出しつつ、窒素リッチガスが燃焼室２１３に供給されることになる。そのため、図１４（Ａ）に示すように、電磁弁３３を開いたときは、電磁弁３３を開かなかったときと比べて吸気中の窒素濃度が増加し、酸素濃度が低下する。これにより、燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。
【００８８】
図１５は、運転モードＢの場合に電磁弁３３を開いたときと開かなかったときとの作動ガス成分を比較した図である。図１５（Ａ）が電磁弁３３を開いたときの作動ガス成分を示す図であり、図１５（Ｂ）が電磁弁３３を開かなかったときの作動ガス成分を示す図である。
【００８９】
運転モードＢのときは吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３が開かれて燃焼室２１３に窒素リッチガスが供給される。そのため、図１５（Ａ）に示すように、電磁弁３３を開かなかったときと比較して、電磁弁３３を開いたときの方が、供給された窒素リッチガス分だけ燃焼室２１３の吸気量が増加する。吸気弁開期間中に電磁弁３３は開かれないので、酸素量は電磁弁３３を開かなかった場合とほぼ同じとなる。
【００９０】
このように、吸気中の酸素量を減少させることなく吸気中の酸素濃度だけを減少させることで、要求トルクを満足させつつ燃焼温度を低下させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。
【００９１】
図１６は、運転モードＣの場合において、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いたときと開かなかったときとの作動ガス成分を比較した図である。図１６（Ａ）が電磁弁３３を開いたときの作動ガス成分を示す図であり、図１６（Ｂ）が電磁弁３３を開かなかったときの作動ガス成分を示す図である。
【００９２】
運転モードＣのときは吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの所定の期間中に電磁弁３３が開かれて燃焼室２１３に酸素リッチガスが供給される。そのため、電磁弁３３を開かなかったときと比較して、電磁弁３３を開いたときの方が、供給された酸素リッチガス分だけ燃焼室２１３の吸気量が増加する。
【００９３】
これにより、吸気中の酸素量に見合った燃料を供給することで高出力を得ることができる。なお、エンジン２がディーゼルエンジンであれば同一燃料量でのスモークを低減でき、吸気中の酸素濃度を上昇させない場合と同じスモークを許容するなら燃料量を増大できるので高出力を得ることができる。
【００９４】
以上説明した本実施形態によれば、エンジン始動時において所定の条件が満たされれば、吸気弁開時期ＩＶＯから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いて酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給することとした。これにより、吸気中の酸素濃度を高くできるのでエンジン２の始動性を向上させることができ、かつ、エンジン２の暖機を早めることができる。
【００９５】
また、エンジン停止動作時において所定の条件が満たされれば、排気弁２２４が開いている気筒の電磁弁３３を開いて燃焼室２１３に窒素リッチガスを供給することとした。そのため、第１蓄圧室３１１の圧力が低下するので、第２蓄圧室３１２に蓄えられた酸素を第１蓄圧室３１１に移動させることができる。これにより、次回のエンジン始動時に、第１蓄圧室３１１に酸素リッチガスを蓄えておくことができる。
【００９６】
また、運転モードＡのときに所定の条件が満たされれば、吸気弁開期間中に電磁弁３３を開いて窒素リッチガスを燃焼室２１３に供給することとした。そのため、吸気弁開期間中に燃焼室２１３に流入するはずだった空気の一部を吸気通路側に押し出しつつ、窒素リッチガスが燃焼室２１３に供給されることになる。
【００９７】
これにより、吸気中の窒素濃度が増加し、酸素濃度が低下するので、燃焼による窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。また、二酸化炭素（ＣＯ2）や水蒸気（Ｈ2Ｏ）などの三原子分子よりも比熱比の高い２原子分子の窒素（Ｎ2）を供給することで吸気中の酸素濃度を低下させているので、熱効率の低下を抑制することができる。
【００９８】
また、運転モードＢのときに所定の条件が満たされれば、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いて窒素リッチガスを燃焼室２１３に供給することとした。そのため、供給された窒素リッチガス分だけ燃焼室２１３の吸気量が増加する。これにより、吸気中の酸素量を減少させることなく吸気中の酸素濃度だけが減少するので、要求トルクを満足させつつ燃焼温度を低下させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生を抑制することができる。
【００９９】
また、運転モードＣのときに所定の条件が満たされれば、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いて酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給することとした。これにより、吸気中の酸素量が増加するので、酸素量に見合った燃料を供給することで高出力を得ることができる。
【０１００】
さらに、運転モードＣ及び運転モードＤのときに所定の条件が満たされれば、排気弁開期間中の所定の期間に電磁弁３３を開いて窒素リッチガスを燃焼室２１３に供給することとした。これにより、燃焼室内の残留ガスを排気ポート２２２へと追い出すことができるので、掃気性能を高めることができる。
【０１０１】
蓄圧器３１の第１蓄圧室３１１への空気の供給は、燃料カット運転時において圧縮行程又は膨張行程中の所定の期間に電磁弁３３を開くことで行なうので、従来技術のように圧縮機を必要としない。尚、燃料カット運転時でなくても、例えば、点火前に電磁弁３３を開き、圧縮空気の一部を蓄圧器３１の第１蓄圧室３１１に供給することも可能である。
【０１０２】
このように、所定の条件、すなわち、第１蓄圧室３１１の圧力、酸素濃度及びエンジン２の運転状態に応じて電磁弁３３を開閉することで、第１蓄圧室に蓄えるリッチガスを窒素リッチガスにするか酸素リッチガスにするかを切り替えて燃焼室２１３に供給できる。したがって、窒素リッチガス及び酸素リッチガス用の開閉弁をそれぞれ設ける必要がなく、比較的簡易な構成で燃焼室２１３に窒素リッチガス又は酸素リッチガスを供給できる。
【０１０３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図１７から図２１を参照して説明する。本実施形態は、蓄圧装置３が第２蓄圧器３４を備える点で第１実施形態と相違する。以下、その相違点を中心に説明する。なお、以下に示す実施形態では前述した第１実施形態と同様の機能を果たす部分には、同一の符号を用いて重複する説明を適宜省略する。
【０１０４】
図１７は、本発明の第２実施形態による吸気制御装置１のシステム概略図である。
【０１０５】
蓄圧装置３は、第１蓄圧器３１と、第１連通路３２と、第１電磁弁３３と、第２蓄圧器３４と、第２連通路３５と、逆止弁３６と、第３連通路３７と、第２電磁弁３８と、第２蓄圧器用圧力センサ３９を備える。
【０１０６】
第２蓄圧器３４は、第１蓄圧器３１から流入してきた酸素を蓄える。
【０１０７】
第２連通路３５は、第１蓄圧器３１の第２蓄圧室３１２と第２蓄圧器３４とを連通する。
【０１０８】
逆止弁３６は、第２連通路３５に設けられ、第２蓄圧器３４から第１蓄圧器３１への酸素の逆流を抑制する。
【０１０９】
第３連通路３７は、第２蓄圧器３４と吸気通路とを連通する。
【０１１０】
第２電磁弁３８は、第３連通路３７を開閉する。
【０１１１】
第２蓄圧器用圧力センサ３９は、第２蓄圧器の圧力を検出する。
【０１１２】
蓄圧装置３を上記のような構成とすることで、第１蓄圧器３１から第２蓄圧器３４へと流入した酸素が第２蓄圧器３４に貯蔵される。第２蓄圧器３４に貯蔵された酸素は、第１蓄圧器３１内の圧力が低下しても、逆止弁３６によって第２蓄圧器３４に保持される。そのため、第１蓄圧器３１の圧力状態によらず、吸気通路を介して酸素を燃焼室２１３に供給することができる。
【０１１３】
コントローラ４は、始動停止時及び燃料カット運転時を除いて、図１８の運転マップを参照して、運転モードに応じた第１電磁弁３３及び第２電磁弁３８の開閉制御を実施して燃焼室２１３に窒素リッチガス又は酸素リッチガスを供給する。
【０１１４】
図１８に示すように、コントローラ４は、エンジン２が領域Ｒよりさらに高負荷の領域Ｔで運転しているときは、運転モードＥを選択する。本実施形態では、エンジン２が領域Ｒ及び領域Ｔで運転しているときの電磁弁開閉制御が第１実施形態と相違するので、以下ではその相違点を中心に説明する。
【０１１５】
図１９は、コントローラ４が実行する電磁弁開閉制御について説明するフローチャートである。コントローラ４は、本ルーチンをエンジン２の運転中に所定の演算周期（例えば１０ｍｓ）で実行する。
【０１１６】
ステップＳ２１において、コントローラ４は、運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図２０を参照して後述する。
【０１１７】
ステップＳ２２において、コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域Ｔにあるか否かを判定する。コントローラ４は、エンジン２の運転点が領域ＴにあればステップＳ２２に処理を移行し、領域ＴになければステップＳ１４に処理を移行する。
【０１１８】
ステップＳ２３において、コントローラ４は、運転モードＥのときの電磁弁開閉処理を実施する。具体的な内容については、図２１を参照して後述する。
【０１１９】
図２０は、運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【０１２０】
ステップＳ２１１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、大気圧より高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも高ければステップＳ２１２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも低ければステップＳ１３４に処理を移行する。
【０１２１】
ステップＳ２１２において、コントローラ４は、吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの期間中、すなわち吸気弁開期間中の所定の期間に第２電磁弁３８を開く。
【０１２２】
ステップＳ１３４からステップＳ１３６までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１２３】
図２１は、運転モードＥのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【０１２４】
ステップＳ２３１において、コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が、大気圧より高いか否かを判定する。コントローラ４は、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも高ければステップＳ２１２に処理を移行する。一方で、第１蓄圧室３１１の圧力が大気圧よりも低ければステップＳ１３１に処理を移行する。
【０１２５】
ステップＳ２３２において、コントローラ４は、吸気弁開時期ＩＶＯから吸気弁閉時期ＩＶＣまでの期間中、すなわち吸気弁開期間中の所定の期間に第２電磁弁３８を開く。
【０１２６】
ステップＳ１３１からステップＳ１３６までの処理は第１実施形態と同様なので、ここでは説明を省略する。
【０１２７】
以上説明した本実施形態によれば、エンジン２の運転点が高負荷の領域Ｔにある運転モードＥのときに所定の条件が満たされれば、吸気弁開期間中に第２電磁弁３８を開いて酸素を燃焼室２１３に供給する。さらに、吸気弁閉時期ＩＶＣから点火時期ＩＴまでの期間中の所定の期間に第１電磁弁３３を開いて酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給する。これにより、第１実施形態の効果に加えて、吸気中の酸素量を多くできるので、より高い負荷での運転ができる。
【０１２８】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１２９】
例えば、第２実施形態において、エンジン始動時に第２電磁弁３８を開いて酸素リッチガスを燃焼室２１３に供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３０】
【図１】第１実施形態による吸気制御装置のシステム概略図である。
【図２】第１実施形態による運転マップである。
【図３】第１実施形態による電磁弁開閉制御について説明するフローチャートである。
【図４】エンジン始動時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図５】燃料カット運転時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図６】エンジン停止動作時における電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図７】運転モードＡのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図８】運転モードＡのときの電磁弁の開時期の一例を示した図である。
【図９】運転モードＢのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図１０】運転モードＢのときの電磁弁の開時期の一例を示した図である。
【図１１】運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図１２】運転モードＣのときの電磁弁の開時期の一例を示した図である。
【図１３】運転モードＤのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図１４】運転モードＡの場合における作動ガス成分を比較した図である。
【図１５】運転モードＢの場合における作動ガス成分を比較した図である。
【図１６】運転モードＣの場合における作動ガス成分を比較した図である。
【図１７】第２実施形態による吸気制御装置のシステム概略図である。
【図１８】第２実施形態による運転マップである。
【図１９】第２実施形態による電磁弁開閉制御について説明するフローチャートである。
【図２０】第２実施形態による運転モードＣのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【図２１】運転モードＥのときの電磁弁開閉処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１３１】
２    エンジン（内燃機関）
４    コントローラ（制御手段）
３１    蓄圧器、第１蓄圧器
３２    連通路、第１連通路
３３    電磁弁（開閉弁）、第１電磁弁（開閉弁）
３４    第２蓄圧器（酸素蓄圧器）
３５    第２連通路（第１通路）
３６    逆止弁
３７    第３連通路（第２通路）
３８    第２電磁弁（第２通路開閉弁）
４１    フェーズセンサ（排気弁開気筒検出手段）
３１１    第１蓄圧室
３１２    第２蓄圧室
３１３    酸素透過膜
Ｓ３    制御手段
Ｓ５    制御手段
Ｓ７    制御手段
Ｓ９    制御手段
Ｓ１１    制御手段
Ｓ１３    制御手段
Ｓ１４    制御手段
Ｓ２１    制御手段
Ｓ２３    制御手段
【図１】
2010138869.tif 000003
【図２】
2010138869.tif 000004
【図３】
2010138869.tif 000005
【図４】
2010138869.tif 000006
【図５】
2010138869.tif 000007
【図６】
2010138869.tif 000008
【図７】
2010138869.tif 000009
【図８】
2010138869.tif 000010
【図９】
2010138869.tif 000011
【図１０】
2010138869.tif 000012
【図１１】
2010138869.tif 000013
【図１２】
2010138869.tif 000014
【図１３】
2010138869.tif 000015
【図１４】
2010138869.tif 000016
【図１５】
2010138869.tif 000017
【図１６】
2010138869.tif 000018
【図１７】
2010138869.tif 000019
【図１８】
2010138869.tif 000020
【図１９】
2010138869.tif 000021
【図２０】
2010138869.tif 000022
【図２１】
2010138869.tif 000023