(57)【要約】【課題】内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記排気通路の内、前記該排気絞り弁よりも上流側に連通される蓄圧容器とを備えるエネルギー回収装置において、蓄圧容器内の圧力低下を防止する。【解決手段】本発明のエネルギー回収装置は、排気通路２８に設けられた排気絞り弁５６と、前記排気通路２８の内、前記該排気絞り弁５６よりも上流側に連通される蓄圧容器６４とを備え、更に、前記排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、前記蓄圧容器６４の内部を加熱するように構成されている。具体的には、排気通路２８の一部を形成する管部材３２が、蓄圧容器６４を貫通して設けられる。【選択図】図１
2008169814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記排気通路の内、前記該排気絞り弁よりも上流側に連通される蓄圧容器とを備えるエネルギー回収装置において、
前記排気通路を流れる排気ガスの熱を用いて、前記蓄圧容器の内部を加熱するように構成したことを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項２】
前記排気通路を形成する管部材が、前記蓄圧容器を貫通して設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、排気通路の内、排気絞り弁よりも上流側に連通される蓄圧容器とを備えるエネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内燃機関の排気通路に排気絞り弁が配置され、且つ、該排気絞り弁よりも上流側の排気通路の部分にチェック弁を介して連通するように高圧ガスタンクが設置された装置が開示されている。この装置は、その排気絞り弁の開度を絞ることで、排気絞り弁上流側の排気ガスの圧力を高め、高められた圧力を有する排気ガスをチェック弁を介して高圧ガスタンクに回収して蓄圧保持するように構成されている。
【０００３】
他方、特許文献２には、吸入空気量とＥＧＲ量とをそれぞれ目標値に制御する機構を備えた予混合圧縮自着火内燃機関が開示されている。この内燃機関は、ＥＧＲ弁を有するＥＧＲ通路に加えて、更に排気通路と吸気通路とを連通する第２の排気還流通路を備えている。この第２の排気還流通路には排気ガスの一部を蓄圧する蓄圧タンクが設けられ、またこの蓄圧タンクの上流側に排気ガスの一部を蓄圧タンクに流通させる切り替え弁、および、その蓄圧タンクの下流側に蓄圧タンクに蓄圧されている排気ガスを吸気通路に供給する流量調整弁が設けられている。そして、その切り替え弁は、排気ガスの一部を蓄圧タンクに流通させるように、ＥＧＲ弁が閉弁状態のときなどに切り替えられる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１４７２１７号公報
【特許文献２】特開２００５−６９１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の装置では、排気ガスが高圧ガスタンクに回収されて蓄圧保持されるが、時間が経過するにつれて蓄圧ガスタンク内の温度が低下すると、その圧力は低下する。同様に、上記特許文献２に記載の内燃機関でも、蓄圧タンクに回収された排気ガスの圧力は、その排気ガスの温度が低下することより、低下する。これでは、回収された圧力（圧力エネルギー）が有効に活用されないことになり、好ましくない。
【０００６】
そこで、本発明はかかる点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、蓄圧容器内の圧力低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のエネルギー回収装置は、内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁と、前記排気通路の内、前記該排気絞り弁よりも上流側に連通される蓄圧容器とを備えるエネルギー回収装置において、前記排気通路を流れる排気ガスの熱を用いて、前記蓄圧容器の内部を加熱するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、排気通路を流れる排気ガスの熱を用いて蓄圧容器の内部が加熱されるので、蓄圧容器内の温度低下を防止できる。したがって、蓄圧容器内の圧力低下を防止することが可能になる。
【０００９】
具体的にいうと、前前記排気通路を形成する管部材が、前記蓄圧容器を貫通して設けられていると良い。こうすることで、排気通路を流れる排気ガスの熱を、管部材を介して、蓄圧容器の内部に適切に伝達することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
実施形態のエネルギー回収装置が適用された車両のエンジンシステムの概念を図１に示す。本実施形態におけるエンジン（内燃機関）１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１２から圧縮状態にある燃焼室内に直接噴射することにより自然着火させる型式のエンジン、すなわちディーゼルエンジンである。
【００１２】
気筒１４の燃焼室に臨むと共に吸気通路１６の一部を区画形成する吸気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、吸気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、吸気通路１６の一部を区画形成する吸気マニフォルド１８が接続され、更にその上流側には同じく吸気通路１６の一部を区画形成する吸気管２０が接続されている。吸気管２０の上流端側には、吸気通路１６に導かれる空気中の塵埃などを除去するべくエアクリーナ２２が設けられている。また、スロットルアクチュエータ２４によって開度が調整されるスロットルバルブ２６が、吸気管２０の途中に設けられている。
【００１３】
他方、気筒１４の燃焼室に臨むと共に排気通路２８の一部を区画形成する排気ポートは、シリンダヘッドに形成されていて、排気弁によって開閉される。シリンダヘッドには、排気通路２８の一部を区画形成する排気マニフォルド３０が接続され、更にその下流側には同じく排気通路２８の一部を区画形成する排気管３２が接続されている。なお、排気ガス浄化用に、触媒３４が排気管３２の途中に設けられている。
【００１４】
ここで、吸気弁および排気弁を駆動する動弁機構（不図示）について簡単に説明する。シリンダヘッドには、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトが回転可能に平行に支持されている。吸気カムシャフトには吸気カムが設けられ、また排気カムシャフトには排気カムが設けられている。他方、ピストンが往復動するシリンダブロックには、連接棒を介してピストンが連結されているクランクシャフトが回転可能に支持されている。吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトには、クランクシャフトにより駆動されるタイミングチェーンにより動力が伝達される。これにより、吸気カムシャフトおよび排気カムシャフトは、クランクシャフトの回転に同期して回転することが可能である。上記吸気弁および上記排気弁の各々は、対応するバルブスプリングにより、常時、閉弁する方向に付勢されている。吸気弁は、吸気カムシャフトが回転すると吸気カムにより開閉駆動され、他方、排気弁は、排気カムシャフトが回転すると排気カムにより開閉駆動される。
【００１５】
さらに、排気ガスにより回転駆動されるタービンホイールを含むタービン３６が排気管３２の途中に設けられている。ただし、タービン３６は、触媒３４よりも上流側に配置されている。これに対応して、タービンホイールに同軸で連結され、タービンホイールの回転力で回転するようにしたコンプレッサホイールを含むコンプレッサ３８が吸気管２０の途中に設けられている。すなわち、エンジン１０には、排気エネルギーを取り出すタービン３６と、タービン３６により取り出された排気エネルギーによってエンジン１０に過給するコンプレッサ３８とを有する過給器４０が設けられている。そして、コンプレッサ３８により圧縮された空気を冷却するべく、インタークーラ４２がコンプレッサ３８よりも下流側の吸気管２０の部分に設けられている。
【００１６】
エンジン１０には、排気通路２８を流れる排気ガスの一部を吸気通路１６に導く排気ガス還流（ＥＧＲ）システム４４が設けられている。ＥＧＲシステム４４は、排気通路２８と吸気通路１６とをつなぐＥＧＲ通路４６を区画形成するＥＧＲ管４８と、ＥＧＲ通路４６の開度調節用のＥＧＲ弁５０と、還流される排気ガス冷却用のＥＧＲクーラ５２とを有している。ここでは、ＥＧＲ管４８の上流側の一端は排気マニフォルド３０に接続され、その下流側の他端が吸気マニフォルド１８に接続されている。ＥＧＲ弁５０はＥＧＲクーラ５２よりも下流側に設けられていて、その開度はアクチュエータ５４により調節される。なお、ここではＥＧＲ弁５０はポペット式バルブである。
【００１７】
さらに、排気通路２８の途中には、排気絞り弁５６が設けられている。本実施形態では排気絞り弁５６はバタフライ式バルブである。排気絞り弁５６は、その閉弁時には排気通路２８を流れる排気ガス、すなわち燃焼ガスや空気である流体を効果的にせき止め、そのような流体の排気絞り弁５６よりも下流側への流れを概ね遮断する遮断弁として機能する。排気絞り弁５６は、アクチュエータ５８により開閉作動される。
【００１８】
排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側には、連通管６０により区画形成された連通路６２が連通されている。その連通路６２により、排気通路２８と蓄圧容器である蓄圧タンク６４内とは連通可能にされている。蓄圧タンク６４は、排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側であればいずれの場所に連通されても良いが、本実施形態の蓄圧タンク６４は、排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側であって、タービン３６よりも上流側に連通されている。蓄圧タンク６４内と排気通路２８との連通状態の調節用に、連通路６２に流量制御弁６６が設けられている。ただし、流量制御弁６６はアクチュエータ６８により開閉作動される。なお、ここでは流量制御弁６６はポペット式バルブである。
【００１９】
なお、後述するように排気通路２８の圧力（圧力エネルギー）は、流体の移動を伴いつつ、連通路６２を介して排気通路２８から蓄圧タンク６４内に回収される。他方、蓄圧タンク６４内に蓄えられた圧力エネルギーを有する流体は、連通路６２を介して、蓄圧タンク６４内から排気通路２８に放出されて利用に供される。すなわち、本実施形態では、蓄圧タンク６４内へのエネルギー回収およびそこからのエネルギー利用は、同じ連通路６２を介して行われる。なお、本実施形態では、蓄圧タンク６４内に回収された流体、すなわちその流体の有するエネルギーは、加速要求があったときに、特にその初期に連通路６２を介して排気通路２８へ解放される。解放された流体すなわちエネルギーは過給器４０のタービン３６の駆動に用いられる。これにより、過給器４０の応答性向上が図られる。
【００２０】
排気通路２８は、上述の如く、排気マニフォルド３０や排気管３２などにより区画形成されている。なお、ここでは排気マニフォルド３０や排気管３２などの排気通路２８を区画形成する部材を総称して管部材という。管部材の内の排気管３２と、蓄圧タンク６４とは、互いに隣接するように位置付けられている。より具体的には、その排気管３２は蓄圧タンク６４を貫通して設けられている。このようなそれらの配置は、それらの間での熱交換を促すべく採用されている。したがって、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、蓄圧タンク６４の内部を直接的に加熱することが可能である。排気通路２８が貫通して設けられた蓄圧タンク６４の一部断面模式図を図２に示す。
【００２１】
蓄圧タンク６４内の空間は、外壁７０と、排気管３２の一部でもある略円筒状の内壁７２とにより区画形成されている。内壁７２は、蓄圧タンク６４内の流体と、排気通路２８を流れる排気ガスとの間の熱交換を促すべく、表面積が大きくなるように、波状あるいは蛇腹形状にされた波状部７４を備えている。蓄圧タンク６４内に位置付けられた排気管３２の一部、すなわち内壁７２がこのような構造を有するので、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を蓄圧タンク６４内の空間に取り込まれた流体に的確に伝達することができる。すなわち、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、蓄圧タンク６４の内部を加熱することができる。これにより、蓄圧タンク６４内の流体の圧力は上昇し得る。なお、波状部７４は、内壁７２に生じる内部熱応力を緩和する役目も担う。
【００２２】
蓄圧タンク６４内の圧力を解放可能にするリリーフ弁７６が設けられている。より具体的には、このリリーフ弁７６は、リリーフ管７８により区画形成されたリリーフ通路８０に設けられている。ただし、リリーフ通路８０の流路断面積は、蓄圧タンク６４内からの圧力解放を確実に且つ迅速に行うことが出来る程度の大きさを有するように設計されている。リリーフ通路８０は、蓄圧タンク６４内と、排気通路２８の内、触媒３４よりも上流側であって、且つ、排気絞り弁５６よりも下流側とを連通する。なお、リリーフ弁７６は、ここではポペット式バルブであり、アクチュエータ８２により開閉作動される。
【００２３】
なお、蓄圧タンク６４内の圧力が所定の上限圧を超えるようになると、自動で開弁して、その圧力を所定の上限圧以下に抑制する安全弁８４が設けられている（図２参照）。安全弁８４は、蓄圧タンク６４の内部に位置付けられた排気通路２８の部分と蓄圧タンク６４内の空間との間、すなわち上記内壁７２に設けられている。それ故、安全弁８４は、その開弁時に、蓄圧タンク６４内の圧力を直接排気通路２８に解放する。安全弁８４は、通常は、ばね８６の付勢力により閉じられている。なお、上記所定の上限圧は、蓄圧タンク６４に許容される圧力であるばかりでなく、排気弁（不図示）の設定開弁圧力を超えない圧力である。したがって、安全弁８４から解放される圧力で排気弁が自動的に開弁することはない。
【００２４】
エンジン１０は、電子制御装置（ＥＣＵ）８８に、各種値を検出するための信号を電気的に出力する各種センサ類を備えている。ここで、その内のいくつかを具体的に述べる。吸入空気量を検出するためのエアフローメーター９０が吸気管２０に備えられている。また、エアフローメーター９０近傍に吸入空気の温度を検出するための吸気温度センサ９２が、そしてインタークーラ４２下流側にも温度を検出するための吸気温度センサ９４が備えられている。また、過給圧を検出するための圧力センサ９６が吸気管２０の途中に設けられている。また運転者によって操作されるアクセルペダル９８の踏み込み量に対応する位置、すなわちアクセル開度を検出するためのアクセル開度センサ１００が備えられている。また、スロットルバルブ２６の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ１０２も備えられている。また、クランクシャフトのクランク回転信号を検出するためのクランクポジションセンサ１０４が取り付けられている。ここでは、このクランクポジションセンサ１０４はエンジン回転数（エンジン回転速度）を検出するためのエンジン回転数センサとしても利用される。更に、排気絞り弁５６よりも上流側の流体の圧力を検出するための圧力センサ１０６が備えられている。また、蓄圧タンク６４内の圧力を検出するための圧力センサ１０８も備えられている。更に、エンジン１０の冷却水温を検出するための温度センサ１１０が備えられている。
【００２５】
ＥＣＵ８８は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むマイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェースには、前記各種センサ類が電気的に接続されている。これら各種センサ類からの出力信号（検出信号）に基づき、予め設定されたプログラムにしたがって円滑なエンジン１０の運転がなされるように、ＥＣＵ８８は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力して、燃料噴射弁１２、スロットルバルブ２６、ＥＧＲ弁５０、排気絞り弁５６、流量制御弁６６、リリーフ弁７６などの作動を制御する。ただし、ＥＣＵ８８は、スロットルバルブ２６、ＥＧＲ弁５０、排気絞り弁５６、流量制御弁６６、リリーフ弁７６の作動を制御するため、各アクチュエータ２４、５４、５８、６８、８２に作動信号を出力する。なお、本実施形態のＥＣＵ８８は、時間を計測し、その計測した時間を累積的に記憶保存するためのタイマ手段を内蔵する。
【００２６】
エンジン１０では、アクセル開度センサ１００からの出力信号に基づいて求められるアクセル開度や、クランクポジションセンサ１０４からの出力信号に基づいて求められるエンジン回転数など、すなわちエンジン負荷およびエンジン回転数で表される運転状態に基づいて燃料噴射量（燃料量）、燃料噴射時期が設定される。そして、それら燃料噴射量、燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が行われる。
【００２７】
なお、エンジン１０では、クランクポジションセンサ１０４による出力信号に基づいて導かれるエンジン回転数が所定回転数（燃料カット回転数）以上であり、且つアクセル開度センサ１００による出力信号に基づいて導かれるアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダル９８が踏まれていないときに、燃料噴射弁１２からの燃料噴射が停止（燃料カット）されるように設定されている。ただし、このような燃料カットの状態が続いて、エンジン回転数が低下して別の所定回転数（燃料カット復帰回転数）に達すると、燃料噴射は再開される。また、燃料カットが行われているときに、アクセルペダル９８が踏まれてアクセル開度が０％を超えるようになった場合にも、燃料噴射は再開される。なお、燃料カットが行われているときは、概ね減速時に対応する。
【００２８】
そして、このように燃料カットをする運転状態のとき、上記スロットルバルブ２６が閉弁状態に制御されるように、予め上記プラグラムは設定されている。ただし、後述するエネルギー回収のときには、強制的にスロットルバルブ２６は開弁状態になるように開弁制御される。本明細書において、運転状態に基づいて制御されるスロットルバルブ２６の開度を以下「通常開度」と、これに対してエネルギー回収に際してその通常開度に優先して強制的に開弁制御されるスロットルバルブ２６の開度を以下「回収開度」と称する。なお、スロットルバルブ２６はエンジン１０の始動時は全開に制御され、他方エンジン１０の停止時は全閉に制御される。そして、通常走行時には、エンジン状態および冷却水温などに応じて、スロットルバルブ２６の開度は適切な開度に制御される。
【００２９】
また、上記各種センサ類からの出力信号に基づくエンジン１０の運転状態に基づいてＥＧＲ弁５０の開閉作動は制御される。ここでは、高負荷領域（全負荷領域を含む。）がＥＧＲ弁５０が全閉状態に閉弁される領域（ＥＧＲ外領域）として定められ、それ以外の低・中負荷領域がＥＧＲ弁５０が開弁される領域（ＥＧＲ領域）として定められている。なお、後述するエネルギー回収に際しては、ＥＧＲ弁５０も、運転状態にかかわらず、強制的に所定の開度に制御される。
【００３０】
ところで、通常走行時、排気絞り弁５６は全開状態に維持制御されるので、排気通路２８を流れる排気ガスは触媒３４を通過して外気に放出される。これに対して、エネルギー回収の所定条件が満たされたとき、排気絞り弁５６は閉弁状態に制御され、排気通路２８を流れる流体は概ねせき止められる。そして、このようにしてせき止めた流体を有効に活用してエネルギー回収が行われる。以下、そのエネルギー回収について、図３のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図３のフローチャートは、およそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００３１】
まずＥＣＵ８８は、ステップＳ３０１において、回収フラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かを判定する。ここで、回収フラグが「１」であるということは、上記エネルギー回収が行われる所定条件が満たされていることを表し、これに対してそれが「０」であるということは、エネルギー回収が行われる所定条件が満たされていないことを表すと定義する。初期状態では同回収フラグはリセットされているためここでは否定される。なお、本実施形態において、エネルギー回収のための所定条件が満たされるとは、以下の記載から明らかなように、燃料カット中であること、および、蓄圧タンク６４内に余裕があること（蓄圧タンク６４内の圧力が所定圧以下であること）の両者が満たされることである。
【００３２】
ステップＳ３０１で否定されると、次ぐステップＳ３０３で、燃料カット中か否かが判定される。具体的には、燃料カット中か否かは、燃料噴射量が「０」とされているか否かで判定される。なお、通常走行時には、概して、エンジン１０により所定出力を生み出すべく、「０」より大きな燃料噴射量が上述の如く導かれて燃料噴射が行われている。それ故、そのようなときには、ステップＳ３０３において否定されて、該ルーチンは終了する。
【００３３】
他方、ステップＳ３０３で肯定されると、次ぐステップＳ３０５で、蓄圧タンク６４内の圧力（図３中の「タンク内圧」）が、蓄圧タンク６４に許容される圧力であって、所定圧である予め決められてＲＯＭに記憶されているタンク上限圧以下か否かが判定される。蓄圧タンク６４内に十分な量の圧力エネルギーすなわち流体が蓄えられているときに、更にエネルギー回収が行われることを防ぐためである。ただし、上記の如く、排気通路２８を流れる排気ガスからの熱で蓄圧タンク６４内に取り込まれた流体は加熱されるので、蓄圧タンク６４内の流体の圧力がこの加熱により上昇することを含めて、上記タンク上限圧は規定されている。このタンク上限圧は、前記所定の上限圧よりも低い圧力である。例えば、タンク上限圧はゲージ圧で４００ｋＰａである。なお、このステップＳ３０５で否定されると、該ルーチンは終了する。
【００３４】
そして、蓄圧タンク６４内の圧力がタンク上限圧以下であるとしてステップＳ３０５で肯定されると、次ぐステップＳ３０７で、エネルギー回収を行うべく、上記回収フラグが「１」にされる。これにより、エンジン１０の通常の上記制御よりも、エネルギー回収用の制御が優先して行われることになる。そして、ステップＳ３０９に至ると、ＥＧＲ弁５０、流量制御弁６６、リリーフ弁７６が閉弁するように、作動手段である各アクチュエータ５４、６８、８２に作動信号が出力される。ＥＧＲ弁５０は通常、上記の如く運転状態に基づいて制御されるが、ステップＳ３０７に至って以降のエネルギー回収に際しては排気絞り弁５６よりも上流側にある流体の圧力をより確実に高めるべく、運転状態にかかわらず閉弁状態に保持制御される。なお、流量制御弁６６およびリリーフ弁７６は基本的には閉弁されているので、流量制御弁６６およびリリーフ弁７６は閉弁状態に保たれる。
【００３５】
次ぐステップＳ３１１では、排気絞り弁５６が閉弁されるように、アクチュエータ５８に作動信号が出力される。また、排気絞り弁５６の閉弁制御と並行して、スロットルバルブ２６の開度が回収開度になるようにスロットルアクチュエータ２４に作動信号が出力される。本実施形態における回収開度は全開の開度である。こうして当該ルーチンは終了する。
【００３６】
次のルーチンのステップＳ３０１では回収フラグが「１」であるので肯定される。ステップＳ３０１で肯定されると、次ぐステップＳ３１３で、上記ステップＳ３０３と同様に燃料カット中か否かが判定される。ここで肯定されると次ぐステップＳ３１５で、上記ステップＳ３０５と同様に蓄圧タンク６４内の圧力が上記タンク上限圧以下か否かが判定される。なお、ステップＳ３１３およびステップＳ３１５での判定が行われるのは、ステップＳ３０７で回収フラグが「１」にされた後、エネルギー回収の所定条件が満たされなくなったときに、エネルギー回収を終了する制御をするためである。
【００３７】
そして、ステップＳ３１５で肯定されると、次ぐステップＳ３１７で回収準備フラグが「０」であるか否かが判定される。ここで、回収準備フラグが「１」であるということは、蓄圧タンク６４内の圧力が効果的にエネルギー回収を行える圧力であることを表し、他方、それが「０」であるということは、蓄圧タンク６４内の圧力が効果的にエネルギー回収を行える圧力か否かの判定前、あるいはそのような圧力ではないことを表すと定義する。
【００３８】
ここで、回収準備フラグを用いた制御の切り分けに関して概略説明する。蓄圧タンク６４内は、排気通路２８を流れる排気ガスにより加熱されているので、蓄圧タンク６４内に蓄えられた流体の体積は増し、その圧力は高くなり得る。蓄圧タンク６４内の流体が膨張した状態では、新たに回収される圧力量は限られる。これは、エネルギー回収効率、すなわち蓄圧効率の低下をもたらすので、エネルギー回収を効果的に行うことは難しい。そこで、エネルギー回収開始時の蓄圧タンク６４内の圧力がエネルギー回収を効果的に行えないような圧力であるときには、エネルギー回収開始時に、エネルギー回収を効果的に行える圧力にまで蓄圧タンク６４内を減圧する。このような蓄圧タンク６４内の減圧を行うか否かの制御の切り分けを行うために、ここで回収準備フラグが用いられる。
【００３９】
なお、蓄圧タンク６４内の圧力が、上記タンク上限圧よりも低い圧力であるタンク下限圧以下の圧力であり、且つ、そのタンク下限圧よりも低い圧力である所定リリーフ圧以上の圧力であるとき、そのような蓄圧タンク６４内の減圧が行われる。つまり、エネルギー回収開始時に、蓄圧タンク６４内の圧力がタンク下限圧以下、且つ、所定リリーフ圧以上のとき、蓄圧タンク６４内に効果的にエネルギー回収を行うことができるか否か疑わしい。それ故、このようなときには、エネルギー回収開始時に、蓄圧タンク６４内の圧力を、エネルギー回収をより効果的に行える圧力である、所定リリーフ圧を下回る圧力にまで減圧させる。この制御に関して、図３のフローチャートに戻ってさらに説明する。
【００４０】
初期状態では回収準備フラグはリセットされているので、ステップＳ３１７で肯定される。ステップＳ３１７で肯定されると、次ぐステップＳ３１９で、蓄圧タンク６４内の圧力が、予めＲＯＭに記憶されているタンク下限圧以下か否かが判定される。ここで、肯定されると、次ぐステップＳ３２１で、蓄圧タンク６４内の圧力が予めＲＯＭに記憶されている所定リリーフ圧以上か否かが判定される。ステップＳ３２１で肯定されると、蓄圧タンク６４内の圧力を所定リリーフ圧を下回る圧力にまで減圧するべく、ステップＳ３２３でリリーフ弁７６が開弁制御される。具体的には、リリーフ弁７６が開弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力される。これにより、蓄圧タンク６４内の減圧が開始される。
【００４１】
このような蓄圧タンク６４内の減圧は、上記の如く、蓄圧タンク６４内の圧力が上記所定リリーフ圧を下回るまで行われる。以後のルーチンのステップＳ３２１で、蓄圧タンク６４内の圧力が上記所定リリーフ圧以上でないとして否定されるようになると、ステップＳ３２５で回収準備フラグが「１」にされる。そして次ぐステップＳ３２７でリリーフ弁７６が閉弁するように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力される。こうして該ルーチンは終了する。このようにして、回収フラグが「１」にされたときであって、蓄圧タンク６４内の圧力が、上記タンク下限圧以下の圧力であり、且つ、上記所定リリーフ圧以上の圧力であるときには、それは所定リリーフ圧を下回る圧力にまで減圧されるので、蓄圧タンク６４へのエネルギー回収を効果的に行うことが可能になる。
【００４２】
他方、エネルギー回収開始時に、蓄圧タンク６４内の圧力が上記タンク下限圧よりも高いときには、既に蓄圧タンク６４内に有用な量のエネルギーが回収されているので、蓄圧タンク６４内の圧力を上記の如く解放して減圧することはエネルギー回収を促進することにならない。それ故、このような場合には、上記の如く蓄圧タンク６４内を減圧させることなく、そのままエネルギー回収が行われる。すなわち、蓄圧タンク６４内の圧力がタンク下限圧よりも高いときには上記ステップＳ３１９で否定されて、上記ステップＳ３２５で回収準備フラグが「１」にされ、次ぐステップＳ３２７でリリーフ弁７６の閉弁制御が行われる。
【００４３】
エネルギー回収の上記所定条件が満たされている状態（回収フラグが「１」にされている状態）で、回収準備フラグが「１」にされると、以後のルーチンのステップＳ３１７で否定される。そして、次ぐステップＳ３２９で、蓄圧タンク６４内の圧力が、排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側の圧力（図３中の「排気通路圧力」）以下か否かが判定される。このとき既に、ＥＧＲ弁５０、排気絞り弁５６、流量制御弁６６が閉弁されているので、時間の経過につれて、排気絞り弁５６によってせき止められた流体の圧力エネルギーは高くなる。そして、その圧力エネルギーが回収可能な程度にまで高まっているかを調べるために、ステップＳ３２９での判定が行われる。ここで、否定されると、ステップＳ３３１で、流量制御弁６６が閉弁するように、アクチュエータ６８へ作動信号が出力される。他方、肯定されると、ステップＳ３３３で、流量制御弁６６が開弁するように、アクチュエータ６８へ作動信号が出力される。これにより、排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側の高められた圧力エネルギーが連通路６２を介して、蓄圧タンク６４内に回収されることになる。
【００４４】
高い圧力（圧力エネルギー）、換言すると高い圧力エネルギーを有する流体（ここでは主に空気）が回収されることで、蓄圧タンク６４内の圧力は増す。こうしたエネルギー回収は、上記ステップＳ３１３あるいはステップＳ３１５で否定されない限りは概ね続けて行われる。
【００４５】
エネルギー回収中に、ステップＳ３１３あるいはステップＳ３１５で否定されるに至ると、エネルギー回収を終了するための制御が行われる。それらのいずれかで否定されると次ぐステップＳ３３５で、ＥＧＲ弁５０の開弁、流量制御弁６６の閉弁、リリーフ弁７６の閉弁が行われるように、それらの作動用アクチュエータ５４、６８、８２へ作動信号が出力される。次ぐステップＳ３３７では、排気絞り弁５６が開弁するようにアクチュエータ５８へ作動信号が出力され、またスロットルバルブ２６が通常開度にされるようにアクチュエータ２４へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ３３９で回収フラグが「０」にされると共に、回収準備フラグが「０」にされる。この結果、エンジン１０はエネルギー回収を行わない通常の制御状態に復帰される。
【００４６】
なお、エネルギー回収の終了に際して、ステップＳ３３７で排気絞り弁５６が開弁される前に、ステップＳ３３５でＥＧＲ弁５０が強制的に開弁されるので、排気絞り弁５６よりも上流側の圧力が低減され、これにより排気絞り弁５６の開弁がより確実に行われることになる。ステップＳ３３５でのＥＧＲ弁５０の強制的な開弁は、ステップＳ３３９で回収フラグが「０」にされるまで継続され、回収フラグが「０」にされることで解除される。好ましくは、ＥＧＲ弁５０は、所定時間、例えば０．５秒、開弁状態に維持されるのが良い。
【００４７】
このようにして、蓄圧タンク６４内へのエネルギー回収の開始時に、蓄圧タンク６４内の圧力が上記タンク下限圧以下のとき、蓄圧タンク６４内の圧力は所定リリーフ圧まで減圧され、そしてエネルギー回収が行われる。したがって、エネルギー回収を効果的に行うことが出来る。また、上記の如く、エネルギー回収が燃料カットをする運転状態のときに行われて、そのときのエンジン１０の運動エネルギーに基づくエネルギーが回収されるので、車両のエネルギー効率を高めることが可能になる。
【００４８】
次に、本実施形態における、蓄圧タンク６４に回収されたエネルギーの利用について説明する。上記説明から明らかなように、蓄圧タンク６４内に蓄えられたエネルギーは、タービン３６に供給されるようにエンジンシステムが構成されている。蓄圧タンク６４内に回収されたエネルギーは、所望の過給圧を得るために用いられ、より詳しくは、過給器４０の応答性向上のために用いられる。具体的には、加速要求があったときに、ＥＣＵ８８は蓄圧タンク６４内を排気通路２８に開通させるべく、流量制御弁６６を開弁制御する。これにより、タービン３６のタービンホイールにエネルギーが供給される。なお、このような、回収されたエネルギーの利用は、排気絞り弁５６が開かれている状態のもとで行われる。
【００４９】
蓄圧タンク６４に回収されたエネルギーのこの利用について、図４のフローチャートにしたがって詳細に説明する。ただし、図４のフローチャートは、およそ２０ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００５０】
まず、ＥＣＵ８８は、ステップＳ４０１において、上記回収フラグが「０」、すなわちＯＦＦであるか否かを判定する。初期状態では同フラグはリセットされているためここでは肯定される。なお、ステップＳ４０１で否定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５１】
ステップＳ４０１で肯定されると、次ぐステップＳ４０３では、アシストフラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かが判定される。ここで、アシストフラグが「１」であるということは、過給器４０の作動をアシストする必要がある状態であることを表し、これに対してそれが「０」であるということは、そのような必要がない状態であることを表すと定義する。初期状態では同アシストフラグはリセットされているためここでは否定される。
【００５２】
ステップＳ４０３で否定されると、次ぐステップＳ４０５では、エンジン回転数が所定回転数以下か否かが判定される。エンジン回転数が十分に高いときには、過給器４０の作動に関してアシストの必要がない。それ故、エンジン回転数が上記所定回転数を越えているときにはステップＳ４０５で否定されて、当該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ４０５でエンジン回転数が所定回転数以下であるとして肯定されると、次ぐステップＳ４０７で、急加速が要求されたか否かが判定される。急加速が要求されたか否かは、アクセル開度の変化の程度（変化割合）に基づいて判定される。本実施形態では、アクセル開度が大きくなる方へ変化したときであって、所定時間におけるその変化幅が所定量を超えたときに、ＥＣＵ８８は急加速が要求されたと判断する。より具体的には、ＥＣＵ８８は、アクセル開度センサ１００からの出力信号に基づいてアクセル開度を求め、それの微少の所定時間に対する変化程度が、予め設定されてＲＯＭに記憶されている基準値、すなわち上記所定量を超えているときを、急加速と判断する。ステップＳ４０７で肯定されると、次いでステップＳ４０９での判定がなされる。なお、ステップＳ４０７で否定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５３】
ステップＳ４０７で肯定されると、次ぐステップＳ４０９で蓄圧タンク６４内の圧力が所定圧以上か否かが判定される。この所定圧とは、過給器４０の作動アシストを行うのに最低限必要とされる圧力であり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。なお、この所定圧は、排気通路２８の内、排気絞り弁５６よりも上流側の圧力に、例えば１００ｋＰａである余裕分の圧力を足した値であっても良い。そして、ステップＳ４０９で肯定されると、次ぐステップＳ４１１でアシストフラグが「１」にされ、次ぐステップＳ４１３で流量制御弁６６が開弁するように、アクチュエータ６８へ作動信号が出力される。このようにして、過給器４０の作動アシストが開始される。
【００５４】
そして、次回以降のルーチンでは、回収フラグが「０」であり、且つアシストフラグが「１」であるので、上記ステップＳ４０１およびステップＳ４０３で肯定される。次ぐステップＳ４１５で利用準備フラグが「０」であるか否かが判定される。この利用準備フラグは、後で説明される。初期状態では同利用準備フラグはリセットされているためここでは肯定される。
【００５５】
ステップＳ４１５で肯定されると、次ぐステップＳ４１７では、上記ステップＳ４０５と同様に、エンジン回転数が所定回転数以下か否かが判定される。そして、ここで肯定されると、次ぐステップＳ４１９で、所定時間が経過していないか否かが判定される。ここで、判定対象となる時間は流量制御弁６６が開かれたときからの経過時間である。本実施形態のＥＣＵ８８は内蔵するタイマ手段でステップＳ４１３に至ったときからの時間を計測し、この時間を経過時間と擬制して採用する。また、判定基準となる所定時間は０．５秒から１．５秒、特に好ましくは１．０秒に設定されて予めＲＯＭに記憶されている。ステップＳ４１９で所定時間が経過していないとして肯定されると、次ぐステップＳ４２１で、上記ステップＳ４０９と同様に、蓄圧タンク６４内の圧力が上記所定圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５６】
上記ステップＳ４１５から上記ステップＳ４２１のいずれかで否定されることで、過給器４０の作動アシストに対するエネルギー利用を終了するための制御が行われる。ステップＳ４１５からステップＳ４２１のいずれかで否定されると、ステップＳ４２３で流量制御弁６６が閉弁されるように、アクチュエータ６８へ作動信号が出力される。
【００５７】
このようにしてエネルギー利用が実質的に終了されると、ステップＳ４２３に次ぐステップＳ４２５で、蓄圧タンク６４内の圧力が上記エネルギー回収で説明したタンク下限圧を超えるか否かが判定される。ステップＳ４２５で肯定されると、次ぐステップＳ４２７でリリーフ弁７６が閉弁されるように、アクチュエータ８２へ作動信号が出力される。なお、ステップＳ４２５で肯定されたときには、リリーフ弁７６は閉弁状態にあるので、ステップＳ４２７での制御が行われてもリリーフ弁７６はその状態に保たれることになる。そして、次ぐステップＳ４２９でアシストフラグが「０」にされると共に、利用準備フラグが「０」にされる。すなわち、このときには利用準備フラグは「０」に維持される。
【００５８】
他方、ステップＳ４２５で蓄圧タンク６４内の圧力がタンク下限圧を越えていないとして否定されると、次ぐステップＳ４３１で蓄圧タンク６４内の圧力が上記所定リリーフ圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定されると、次ぐステップＳ４３３で利用準備フラグが「１」にされる。
【００５９】
ここで、利用準備フラグが「１」であるということは、次回のエネルギー回収の準備として蓄圧タンク６４内の減圧を行う必要があることを表し、他方、それが「０」であるということは、そのような減圧を行う必要がないことを表すと定義する。それ故、ステップＳ４３３で利用準備フラグが「１」にされると、次ぐステップＳ４３５で蓄圧タンク６４内を減圧するべく、リリーフ弁７６が開弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力される。
【００６０】
このようにして、エネルギー利用の終了時にリリーフ弁７６が開弁され、蓄圧タンク６４内の圧力は排気絞り弁５６よりも下流側に解放される。こうした圧力解放は、次回以降のステップＳ４３１で否定されるまで行われる。ステップＳ４３１で否定されるようになると、上記ステップＳ４２７でリリーフ弁７６が閉弁するようにアクチュエータ８２へ作動信号が出力される。次いで上記ステップＳ４２９でアシストフラグが「０」にされ、且つ、利用準備フラグが「０」にされる。
【００６１】
このようにして、エネルギー利用の終了時に、蓄圧タンク６４内の圧力が上記タンク下限圧以下のとき、蓄圧タンク６４内の圧力は所定リリーフ圧まで減圧されるので、次回のエネルギー回収のときに、より迅速にエネルギー回収を始めることが可能になる。これにより、エネルギー回収の機会を多くすることが可能になる。
【００６２】
本実施形態では、エネルギー回収を効果的に行うべく、エネルギー回収の開始時や、エネルギー利用の終了時に、蓄圧タンク６４内の圧力を所定リリーフ圧にまで減圧することにした。しかしながら、この蓄圧タンク６４内の減圧は、それらの内のいずれかのときにのみ行われるようにしても良い。好ましくは、エネルギー回収の開始時には、少なくともそのようにして蓄圧タンク６４内の減圧が行われる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態によれば、種々の効果が奏される。第１に、上記の如く、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、蓄圧タンク６４の内部を加熱するように構成したので、蓄圧タンク６４内に回収されたエネルギーが高い状態に維持される。あるいは、さらに、回収されたエネルギーは高められる。したがって、回収されたエネルギーの利用範囲を更に広げることが可能になる。また、このようにして回収された後にエネルギーの増幅が図られるので、回収されるエネルギーのレベルは低くても良い。したがって、エネルギー回収に必要とされる時間が短くなる。ひいては、これにより、エネルギー回収の機会を増やすことが可能になる。なお、このようにエネルギー回収時のエネルギーのレベルは低くても、それは後で高められ得るので、蓄圧タンク６４内の容積を小さくすることも可能である。
【００６４】
第２に、排気通路２８を流れる排気ガスの熱が蓄圧タンク６４内に伝達されるので、排気通路２８を流れる排気ガスの温度を低下させることが可能になる。したがって、排気音を低減するためのマフラをコンパクトにすることが可能になる。
【００６５】
第３に、上記の如く、エネルギー回収の開始時やエネルギー利用の終了時に、蓄圧タンク６４内の圧力が所定リリーフ圧にまで減圧され、エネルギー回収が行われるので、エネルギー回収を効果的に行うことが可能になる。すなわち、エネルギー回収による蓄圧タンク６４内へのエネルギー回収の効率、つまり蓄圧効率を高めることが可能になる。
【００６６】
第４に、上記の如く、安全弁８４が設けられていて、蓄圧タンク６４内の過度の圧力、すなわちその媒体としての流体は安全弁８４を介して触媒３４よりも上流側の排気通路２８に解放されるので、それは適切に浄化される。また、安全弁８４を介して蓄圧タンク６４の圧力は排気通路２８に解放されるので、その解放音（放出音）に対して運転者等により違和感が抱かれるのを防止できる。
【００６７】
以上、本発明に係るエネルギー回収装置を上記実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されない。エネルギー回収を上記実施形態では燃料カット中に行うことにしたが、これ以外のときに、例えば燃料噴射が行われる運転状態のときにエネルギー回収が行われることを本発明は排除しない。しかしながら、流量制御弁６６などの弁へのＰＭなど燃焼生成物の付着に伴うデポジット生成を防止するため、ひいてはデポジット生成によりそれら弁に動作不良が生じるのを防止するため、エネルギー回収は燃料カットをしているときに行われると良い。また、蓄圧タンク６４内へのエネルギー回収の効率を上げる点からも、エネルギー回収は燃料カットをしているときに行われると良い。これは、燃料カットをしているときにエネルギー回収に供される流体が概ね空気、すなわち温度の低い流体により構成されるからである。他方、エネルギー回収のために排気絞り弁５６が閉弁されるので、それに伴って車両には制動力が働く。このような制動力が燃料噴射が行われる運転状態のときに車両に及ぼされるのは好ましいとはいえないので、やはりエネルギー回収は燃料カットをしているときに行われるのが好ましい。
【００６８】
また、上記実施形態では、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、蓄圧タンク６４の内部を加熱するように、排気通路２８を形成する排気管３２を蓄圧タンク６４に貫通させた。しかしながら、本発明は、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を用いて、蓄圧タンク６４の内部を加熱するための、他の構成を許容する。例えば、蓄圧タンク６４の外壁に接して排気通路２８を設けても良い。あるいは、排気通路２８内に蓄圧タンク６４が位置するように、それらの位置関係が定められて構成されても良い。
【００６９】
さらに、上記実施形態では、蓄圧タンク６４内の流体と排気通路２８を流れる排気ガスとの間の熱交換を促すべく、蓄圧タンク６４内の内壁７２に波状部７４を設けた。しかしながら、波状部７４は、排気通路２８を流れる排気ガスの熱を蓄圧タンク６４内に伝達する、それ以外の熱交換手段（あるいは熱伝達手段）に置き換えられ得る。例えば、内壁７２に熱伝達用のフィンを複数設けるようにしても良い。
【００７０】
なお、蓄圧タンク６４内の減圧を図るために、リリーフ弁７６を開くことに加えて、流量制御弁６６を開いても良い。この場合には、リリーフ通路８０を介して蓄圧タンク６４内から解放される量が、連通路６２を介して蓄圧タンク６４内に導かれる量を上回るように、リリーフ弁７６や流量制御弁６６の開度が調節されたり、リリーフ通路８０や連通路６２の流路断面積が設計されていたりすると良い。
【００７１】
また、上記実施形態では、排気絞り弁５６はバタフライ式バルブであったが、それ以外の形式のバルブであっても良い。排気絞り弁５６は、例えば、ポペット式バルブ、シャッター式バルブであり得る。なお、排気絞り弁５６として、排気ブレーキ用に設けられたバルブが用いられても良い。
【００７２】
また、上記実施形態では、蓄圧タンク６４を１つ設けることにしたが、それは複数個設けられても良い。
【００７３】
なお、上記実施形態では、蓄圧タンク６４内に回収されたエネルギーを、過給器４０の作動アシストに用いることとした。しかしながら、これは回収されたエネルギーの用途を制限するものではなく、回収されたエネルギーは、種々の機能部品の作動アシストなどに用いられ得る。なお、排気通路２８と蓄圧タンク６４内とをつなぐエネルギー回収用の通路と、種々の機能部品と蓄圧タンク６４内とをつなぐエネルギー放出用の通路とは、分けられても良い。
【００７４】
なお、上記実施形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用して説明したが、これに限定されず、本発明は、ポート噴射型式のガソリンエンジン、筒内噴射形式のガソリンエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、軽油やガソリンに限らず、アルコール燃料、ＬＰＧ（液化天然ガス）等でも良い。また、本発明が適用されるエンジンの気筒数などはいくつであっても良い。
【００７５】
なお、上記実施形態では、本発明をある程度の具体性をもって説明したが、本発明については、特許請求の範囲に記載された発明の精神や範囲から離れることなしに、さまざまな改変や変更が可能であることは理解されなければならない。すなわち、本発明は特許請求の範囲およびその等価物の範囲および趣旨に含まれる修正および変更を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】実施形態のエネルギー回収装置が適用された車両のエンジンシステムの概念図である。
【図２】排気通路が貫通して設けられた蓄圧タンクの一部断面模式図である。
【図３】エネルギー回収用の制御フローチャートの一例である。
【図４】エネルギー利用用の制御フローチャートの一例である。
【符号の説明】
【００７７】
１０  エンジン
２８  排気通路
３２  排気管
５６  排気絞り弁
６４  蓄圧タンク
【図１】
2008169814.tif 000003
【図２】
2008169814.tif 000004
【図３】
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【図４】
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