(57)【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、
内燃機関の運転状態が過渡状態であると判定したときに、前記畜ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行うと共に、手動操作により、過給補助起動スイッチがＯＮされたときにおいても、前記畜ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行い、
さらに、過給補助操作を終了した後に、前記過給補助起動スイッチをＯＦＦに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】
排気ガスの一部の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が通常運転時に行い、空気の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が制動状態であるときにのみ行う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、
ＥＧＲ弁と吸気弁と前記流路切替装置を制御する制御装置と手動の過給補助起動スイッチを備えて、
該制御装置が、
内燃機関の運転状態が過渡状態であると判定したときに、前記蓄ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行うと共に、手動操作により、過給補助起動スイッチがＯＮされたときにおいても、前記蓄ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行う制御をして、
さらに、前記制御装置は、過給補助操作を終了した後に、前記過給補助起動スイッチをＯＦＦにする制御をすることを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
前記制御装置が、排気ガスの一部の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が通常運転時に行い、空気の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が制動状態であるときにのみ行う制御をすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関。
【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蓄圧ガスをシリンダ内に供給してＥＧＲ率を高めることができる内燃機関の過給補助方法及び内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図９に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１０に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。
【０００３】
これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００４】
つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。
【０００５】
しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。
【０００６】
従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図１１に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には煤が増加しない領域内に燃料の投入量が抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図１２及び図１３に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。
【０００７】
一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。
【０００８】
この対策として、近年では、図１４に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００９】
この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。
【００１０】
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、発進性の改良と燃費低減には有効であるが、定常走行状態から追い越しのために加速する場合に、例えば、対向車の登場により緊急に衝突の危険を防止するために高速から更に急激に加速が必要となる場合に、過給補助の制御が難しく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蓄圧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、制御装置が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができて、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行う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、内燃機関の運転状態が過渡状態であると判定したときに、前記畜ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行うと共に、手動操作により、過給補助起動スイッチがＯＮされたときにおいても、前記畜ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行い、さらに、過給補助操作を終了した後に、前記過給補助起動スイッチをＯＦＦにすることを特徴とする方法である。
【００１５】
この方法によれば、制御装置が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができるので、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行うことができるようになる。
【００１６】
上記の内燃機関の過給補助方法において、排気ガスの一部の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が通常運転時に行い、空気の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が制動状態であるときにのみ行う方法を採用すると、空気の蓄ガス容器への充填を制動状態のときに行うので、制動エネルギーを回生して充填を行うことができ、燃費を向上させることができる。
【００１７】
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、ＥＧＲ弁と吸気弁と前記流路切替装置を制御する制御装置と手動の過給補助起動スイッチを備えて、該制御装置が、内燃機関の運転状態が過渡状態であると判定したときに、前記蓄ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行うと共に、手動操作により、過給補助起動スイッチがＯＮされたときにおいても、前記蓄ガス容器からの蓄圧ガスを用いて過給補助を行う制御をして、さらに、前記制御装置は、過給補助操作を終了した後に、前記過給補助起動スイッチをＯＦＦにする制御をするように構成される。
【００１８】
この構成によれば、制御装置が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができるので、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行うことができるようになる。
【００１９】
上記の内燃機関において、前記制御装置が、排気ガスの一部の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が通常運転時に行い、空気の前記蓄ガス容器への蓄圧は内燃機関の運転状態が制動状態であるときにのみ行う制御をするように構成すると、空気の蓄ガス容器への充填を制動状態のときに行うので、制動エネルギーを回生して充填を行うことができ、燃費を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
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蓄圧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、制御装置が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができて、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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】本発明に係る実施の形態の過給補助方法の制御の一例を示す図である。
【図４】図３のステップＳ２０の蓄ガス制御の詳細を示す図である。
【図５】図３のステップＳ３０の過給補助制御の詳細を示す図である。
【図６】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７】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を吸気ラインが連通された状態で示す図である。
【図８】三方切替弁で構成された流路切替装置の構造を蓄ガス供給ラインが連通された状態で示す図である。
【図９】従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１０】従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。
【図１１】車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。
【図１２】全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。
【図１３】過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。
【図１４】先行技術の内燃機関の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
吸気通路１２には、上流側から順にエアマスフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５２と吸気弁（インテークスロットル）５１とターボ式過給機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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
図６に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、排気ガス導入通路２２からの排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。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で貯蔵される蓄圧ガス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、電磁弁２９が配置され、流路切替装置３０への蓄圧ガスＣの供給を制御する。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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７及び図８に示すような三方切替弁で構成することができる。
【００３１】
図７及び図８に示す流路切替装置３０では、駆動用ガスＡｐを入れてピストンの背面の空気Ａｅを抜くことで、駆動用高速シリンダ３０ａのロッド３０ｂを移動させることにより、シャッター部３０ｃを移動させて、図７に示すように、蓄ガス供給通路２８側を閉じて、吸気通路１２の上流側１２ａと下流側１２ｂを連通させ、また、図８に示すように、吸気通路１２の上流側１２ａ側を閉じて、蓄ガス供給通路２８と吸気通路１２の下流側１２ｂを連通させる。
【００３２】
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６に示すように、この制御装置４０で吸気マニホールド１１ａ内の圧力や蓄ガス容器２７内の圧力Ｐ０やエンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度α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内の蓄圧ガスＣの量（圧力Ｐ０）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。
【００３３】
更に、手動の過給補助起動スイッチ（図示しない）をこのエンジン１を搭載した車両の運転席に設けて、ドライバーが、急加速時などで、更に、過給補助が必要であると判断したときに、ドライバーがこの過給補助起動スイッチをＯＮにすると、制御装置４０により過渡状態の判定に関係なく、過給補助を行うように構成する。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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等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。
【００３７】
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、蓄圧ガス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、蓄圧ガスＣのみを吸気通路１２に供給する。
【００３８】
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、及び蓄圧ガスＣの供給を、図７と図８で示すような三方切替弁で構成した流路切替装置３０で行う。
【００３９】
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Ｐ０等の検出値等に基づいて、電磁弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替装置３０を制御する。
【００４０】
次に、本発明における過給補助方法について説明する。この過給補助方法は、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。
【００４１】
この過給補助方法は、図３に例示するような制御フローに沿って行われる。この図３の制御フローでは、エンジンがスタートすると、図３の制御フローが上位の制御フローから呼ばれてスタートする。最初のステップＳ１１で蓄ガス容器２７内の蓄ガス圧力Ｐ０を測定し、次のステップＳ１２で蓄ガス圧力Ｐ０の判定をする。
【００４２】
この判定で、蓄ガス圧力Ｐ０と目標ガス圧力Ｐｔとを比較し、蓄ガス圧力Ｐ０が目標ガス圧力Ｐｔより低い（Ｐ０＜Ｐｔ）場合には（ＮＯ）、蓄ガス圧力Ｐ０を目標ガス圧力Ｐｔにする必要があるとして、ステップＳ２０の蓄ガス制御に行き、排気ガスＧの一部Ｇｐまたは空気Ａａを充填する。また、この判定で、蓄ガス圧力Ｐ０が目標ガス圧力Ｐｔ以上（Ｐ０≧Ｐｔ）の場合には（ＹＥＳ）、蓄圧ガスＣによる過給補助の条件が整っているとして、ステップＳ３０の過給補助制御に行き、蓄圧ガスＣによる過給補助を行う。
【００４３】
ステップＳ２０又はステップＳ３０を終了するとステップＳ１１に戻り、ステップＳ１１〜Ｓ２０又はステップＳ１１〜Ｓ３０を繰り返し、エンジンの停止と共に割り込みが生じてリターンに行き、上級の制御フローに戻り、上級の制御フローの終了とともにこの図３の制御フローも終了する。
【００４４】
ステップＳ２０の蓄ガス制御では、図４に示すように、最初のステップＳ２１で、排気ガスＧの一部Ｇｐを充填する暫定目標圧力（絶対圧、以下同様）Ｐｍｅを算出する。蓄ガス容器２７の蓄ガス圧力（容器内残圧）Ｐ０を目標ガス圧力Ｐｔ（＝Ｐ０＋ΔＰ）とするとこの暫定目標圧力Ｐｍｅは「Ｐ０＋Ｃｇｔ×（Ｐｔ−Ｐ０）＝Ｐ０＋（Ｐｔ−Ｐ０）×（Ｐｔｇ／Ｐｔ）」で算出される。
【００４５】
つまり、蓄ガス容器２７内に供給するガスＣにおける排気ガスＧｐの比率をＣｇとすると、排気ガスＧｐの目標分圧Ｐｔｇは「Ｐｔ×Ｃｇｔ」となり、追加充填分の分圧ΔＰｇは「ΔＰ×Ｃｇｔ」となる。また、空気Ａａの目標分圧Ｐｔａは「Ｐｔ×Ｃｇａ＝Ｐｔ×（１−Ｃｇｔ）」となり、追加充填分の分圧ΔＰａは「ΔＰ×（１−Ｃｇｔ）」となる。これらの排気ガスＧｐの分圧ΔＰｇと空気Ａａの分圧ΔＰａの比「Ｃｇ／（１−Ｃｇ）」は、蓄ガス圧力Ｐ０が変化しても変わらないので、暫定目標圧力Ｐｍｅは「Ｐ０＋Ｃｇｔ×ΔＰ＝Ｐ０＋Ｃｇｔ×（Ｐｔ−Ｐ０）＝Ｐ０＋（Ｐｔ−Ｐ０）×（Ｐｔｇ／Ｐｔ）」で算出されることになる。
【００４６】
従って、排気ガスＧｐの充填は、蓄ガス圧力Ｐ０が暫定目標圧力Ｐｍｅとなるまで、言い換えれば、Ｃｇｔ×ΔＰ／Ｐｔの分の排気ガスＧｐを追加充填する。その上で空気ＡａをＰｔになるまで、言い換えれば、（１−Ｃｇｔ）×ΔＰ／Ｐｔの分の空気Ａａを追加充填すればよい。
【００４７】
次のステップＳ２２では、三方弁２４を排気ガスＧの一部Ｇｐがガス圧縮装置２５に供給されるように切り換えて、電磁クラッチ３４をＯＮにして、予め設定された時間（ステップＳ２３の蓄ガス圧力の判定のインターバルに関係する時間）の間、排気ガスＧｐを蓄ガス容器２７に蓄圧する。
【００４８】
次のステップＳ２３では、蓄ガス圧力Ｐ０が暫定目標圧力Ｐｍｅになったか否かを判定し、蓄ガス圧力Ｐ０が暫定目標圧力Ｐｍｅになっていなかったら（Ｐ０＜Ｐｍｅ）（ＮＯ）、ステップＳ２２に戻り、蓄ガス圧力Ｐ０が暫定目標圧力Ｐｍｅになったら（ＰＯ≧Ｐｍｅ）（ＹＥＳ）、ステップＳ２４に行き、電磁クラッチ３４をＯＦＦにして、排気ガスＧｐの蓄圧を終了し、次のステップＳ２５に行く。つまり、蓄ガス圧力Ｐ０が暫定目標圧力Ｐｍｅになるまで排気ガスＧｐの蓄圧を行う。
【００４９】
次のステップＳ２５では、エンジンの運転状態が制動状態にあるか否かを判定し、エンジンが制動状態にない場合には（ＮＯ）、ステップＳ２６で、電磁クラッチ３４をＯＦＦにして、所定の時間（ステップＳ２５のエンジンの運転状態のインターバルに関係する時間）を経過した後、ステップＳ２５に戻る。なお、エンジンの運転状態が制動状態にない場合は、車軸と電磁クラッチ間の車軸とガス圧縮装置の間のギヤ比の変速比を負荷運転時にガス圧縮装置２５の回転速度を制御するための変速比に制御する。
【００５０】
このエンジンの運転状態が制動状態にあるとは、エンジンがブレーキ作動状態にあることであり、フットブレーキ、排気ブレーキ、エンジンブレーキ、その他の補助ブレーキのいずれかの作動状態になっていることを意味する。制御としては、車両側の駆動軸３１の回転速度を測定し、この回転速度の低下率が予め設定された設定回転速度低下率以下のときに制動状態にあると判定する。あるいは、フットブレーキ、排気ブレーキ、エンジンブレーキ、その他の補助ブレーキの作動をモニターし、いずれかが作動状態にあるときに制動状態にあると判定する。
【００５１】
ステップＳ２５で、エンジンの運転状態が制動状態にある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２７に行き、車軸と電磁クラッチ間の車軸とガス圧縮装置の間の変速比をガス圧縮装置２５の回転速度が予め設定された設定回転数になるように制御して、三方弁２４を空気Ａａがガス圧縮装置２５に供給されるように切り換えて、電磁クラッチ３４をＯＮにして、予め設定された時間（ステップＳ２８の蓄ガス圧力の判定のインターバルに関係する時間）の間、空気Ａａを蓄ガス容器２７に蓄圧する。
【００５２】
つまり、空気Ａａの蓄圧は、エンジンの運転状態が制動状態にある時に限定する。これにより、空気Ａａの充填は制動エネルギーを回生して行うことになるので、燃費効果が期待できる。
【００５３】
次のステップＳ２８では、蓄ガス圧力Ｐ０が最終目標圧力Ｐｔになったか否かを判定し、蓄ガス圧力Ｐ０が最終目標圧力Ｐｔになっていなかったら（Ｐ０＜Ｐｔ）（ＮＯ）、ステップＳ２５に戻り、蓄ガス圧力Ｐ０が最終目標圧力Ｐｔになったら（ＰＯ≧Ｐｔ）（ＹＥＳ）、ステップＳ２９に行き、電磁クラッチ３４をＯＦＦにして、空気Ａａの蓄圧を終了する。つまり、蓄ガス圧力Ｐ０が最終目標圧力Ｐｔになるまで空気Ａａの蓄圧を行う。
【００５４】
ステップＳ３０の過給補助制御では、図５に示すように、最初のステップＳ３１で、過給補助用の手動の過給補助起動スイッチがＯＮか否かを判定する。この手動の過給補助起動スイッチがＯＮであれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３３に行き、強制的に蓄圧ガスＣを用いた過給補助を行う。
【００５５】
ステップＳ３１の判定で、この手動の過給補助起動スイッチがＯＮでなければ（ＮＯ）、ステップＳ３２に行き、エンジンの運転状態が発進時や急加速時等の過渡状態か否かを判定する。この判定は、例えば、アクセル開度αを読み込んで、このアクセル開度αの速度を用いて行い、アクセルの踏み込み速度（ｄα／ｄｔ）が予め設定した設定速度αｖｃを超えた場合を過渡状態と判定する。
【００５６】
ステップＳ３２の判定で過渡状態であると判定されれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３３に行き、強制的に蓄圧ガスＣを用いた過給補助を行う。また、ステップＳ３２の判定で過渡状態でないと判定されれば（ＮＯ）、ステップＳ３０を終了する。
【００５７】
ステップＳ３３では、予め設定された設定時間（例えば、１秒程度）の間、過給補助を行い、その後は過給補助を停止する。この過給補助では、ＥＧＲ弁２１と吸気弁（インテークスロットル）５１を全閉に固定し、電磁弁２９を全開にする。また、流路切替装置３０を図７の吸気ラインの連通状態から図８の蓄ガス供給ラインの連通状態に切り換える。なお、この設定時間は、過給補助の状態を維持する時間であり、実験などにより最適な値に設定されるが、概ね１秒程度で十分である。
【００５８】
このとき、制御装置４０はＥＧＲ制御を行い、エアマスフローセンサ（ＭＡＦセンサ）５２で吸気量（ＭＡＦ）を測定し、目標の吸気量になるように、ＥＧＲ弁２１の弁開度を制御しようとする。この場合に、エアマスフローセンサ５２を図１及び図２に示すように、吸気弁５１の上流側に配置すると、エアマスフローセンサ５２は吸気弁５１が全閉であるので、吸気量をゼロと測定するのでＥＧＲ弁２１の操作量をゼロとするので、通常のＥＧＲ制御とこのステップＳ３３の制御とは干渉しない。
【００５９】
一方、エアマスフローセンサ５２を吸気弁５１の下流側に配置すると、エアマスフローセンサ５２は吸気弁５１が全閉であっても、流路切替装置３０からの蓄圧ガスＣの流量を測定するので、ゼロにはならない。そのため、通常のＥＧＲ制御では、ＥＧＲ弁２１を開弁制御しようとする。つまり、通常のＥＧＲ制御とこのステップＳ３３の制御とが干渉することになる。そのため、ＥＧＲ制御よりも、ステップＳ３３の過給補助におけるＥＧＲ弁２１、吸気弁５１の操作を優先し、ＥＧＲ弁２１と吸気弁５１を全閉に固定する。
【００６０】
そして、ステップＳ３３の過給補助が設定時間を過ぎるとステップＳ３４の過給補助の解除に行き、過給補助操作を終了し、ＥＧＲ弁２１と吸気弁５１の閉弁固定を解除し、通常のＥＧＲ制御と吸気制御に戻す。また、手動の過給補助起動スイッチをＯＦＦにする。
【００６１】
つまり、手動の過給補助起動スイッチがＯＮであればＯＦＦに切り換え、手動の過給補助起動スイッチがＯＦＦであればそのままとする。ステップＳ３０を終了する。
【００６２】
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蓄圧ガスＣによる過給補助において、制御装置４０が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスＣを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができて、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行うことができる。
【００６３】
さらに、排気ガスＧの一部Ｇｐの蓄ガス容器２７への蓄圧はエンジン１、１Ａの運転状態が通常運転時に行い、空気Ａａの蓄ガス容器２７への蓄圧はエンジン１、１Ａの運転状態が制動状態であるときにのみ行う方法を採用すると、空気Ａａの蓄ガス容器２７への充填を制動状態のときに行うので、制動エネルギーを回生して充填を行うことができ、燃費を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の内燃機関の過給補助方法及び内燃機関は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに蓄圧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、制御装置が過渡状態を判定して自動で行う蓄圧ガスを用いる過給補助に加えて、手動操作による過給補助を行うことができて、追い越し加速時などの急加速時においても十分な過給補助を行うことができる。
【００６５】
従って、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡状態のときに蓄圧ガスをシリンダ内に一時的に供給して、過渡状態のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関の過給補助方法及び内燃機関で利用できる。
【符号の説明】
【００６６】
１、１Ａ、１Ｘ，１Ｙ、１Ｚ  エンジン（内燃機関）
１１  エンジン本体
１１ａ  吸気マニホールド（吸気系通路）
１２  吸気通路（吸気系通路）
１３  排気通路（排気系通路）
１４  ターボ式過給機
１７  ＥＧＲ通路
２１  ＥＧＲ弁
２２  排気ガス導入通路
２５  ガス圧縮装置
２６  圧縮ガス供給通路
２７  蓄ガス容器
２８  蓄ガス供給通路
３０  流路切替装置
４０  制御装置
５１  吸気弁
５２  エアマスフローセンサ（ＭＡＦセンサ）
Ａ  新気
Ａａ  空気
Ｃ  蓄圧ガス（ガス）
Ｃｇ  排気ガスの比率
Ｇ  排気ガス
Ｇｅ  ＥＧＲガス
Ｇｐ  排気ガスの一部
Ｐ０  蓄ガス容器内の圧力
Ｐｍｅ  暫定目標圧力
Ｐｔ  最終目標圧力
Ｐｔａ  空気の目標分圧
Ｐｔｇ  排気ガスの目標分圧
ΔＰａ  空気の追加充填分の分圧
ΔＰｇ  排気ガスの追加充填分の分圧
α  アクセル開度
αｖｃ  設定速度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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