(57)【要約】【課題】自動車エンジンや産業用エンジン等の内燃機関のエアコンプレッサを効率よく最適な制御で作動させて、エンジンの燃費性能を向上させることができる内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムを提供する。【解決手段】内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、該実燃料噴射量が、増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定し、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定し、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、これらの３つのエンジン状態とエアタンク１５内の圧力Ｐｔの状態との組み合わせによって、エアコンプレッサ１０による圧縮空気の発生と発生停止を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアコンプレッサで圧縮された圧縮空気を貯めるエアタンク内の圧力が、予め設定した上限値以上ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生しないで、前記エアタンク内の圧力が予め設定した下限値以下ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生して前記エアタンクに貯める内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、
内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、
該実燃料噴射量が、増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定し、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定し、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、
これらの３つのエンジン状態と前記エアタンク内の圧力の状態との組み合わせによって、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生停止を制御することを特徴とする内燃機関のエアコンプレッサの制御方法。
【請求項２】
前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、前記実燃料噴射量がゼロのときで、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記実燃料噴射量がゼロでないとき、又は、エンジン回転数が前記予め設定された範囲の外にあるときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しないことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法。
【請求項３】
前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合を算出し、該増加割合が予め設定された判定用の増加割合以下でゼロよりも大きく、かつ、前記エアタンク内の圧力が予め設定された第１圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記増加割合が前記判定用の増加割合よりも大きいか、又は、前記エアタンク内の圧力が前記第１圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しないことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法。
【請求項４】
前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にあり、かつ、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合がゼロの場合に、前記エアタンク内の圧力が、前記第１圧力値よりも大きい予め設定された第２圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記エアタンク内の圧力が前記第２圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法。
【請求項５】
エアコンプレッサで昇圧及び圧縮された圧縮空気を貯めるエアタンク内の圧力が、予め設定した上限値以上ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生しないで、前記エアタンク内の圧力が予め設定した下限値以下ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生して前記エアタンクに貯める制御を行う制御装置を備えた内燃機関のエアシステムにおいて、
前記制御装置が、内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、該実燃料噴射が、増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定し、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定し、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、
これらの３つのエンジン状態と前記エアタンク内の圧力の状態との組み合わせによって、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生停止を制御することを特徴とする内燃機関のエアシステム
【請求項６】
前記制御装置が、前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、
前記実燃料噴射量がゼロのときで、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記実燃料噴射量がゼロでないとき、又は、エンジン回転数が前記予め設定された範囲の外にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行い、
前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合を算出し、該増加割合が予め設定された判定用の増加割合以下でゼロよりも大きく、かつ、前記エアタンク内の圧力が予め設定された第１圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記増加割合が前記判定用の増加割合よりも大きいか、又は、前記エアタンク内の圧力が前記第１圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行い、
前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合がゼロの場合に、前記エアタンク内の圧力が、前記第１圧力値よりも大きい予め設定された第２圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記エアタンク内の圧力が前記第２圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のエアシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムに関し、より詳細には、自動車エンジンや産業用エンジン等の内燃機関のエアコンプレッサにおいて効率が良く且つ最適となる制御をして、エンジンの燃費性能を向上させることができる内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関を使用している中型から大型の車両には、エアコンプレッサで確保した高圧力の圧縮空気を使用して駆動させるシステムが数多く使用されており、このシステムの内で、特に、ブレーキシステム等の制動装置に関連するシステムでは重要な役割を果たしている。これらの中型から大型の内燃機関を動力源としている中型から大型の車両（トラック、産業機械等）では大きな制動力が必要であり、その駆動力として圧縮空気を使用している。また、この圧縮空気は、ブレーキシステム以外にもエアホーン、エアサスペンション等の車両に装備されている様々なシステムの制御及び駆動力として非常に多く使用されている。
【０００３】
また、最近では、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）システムなどの後処理システムでも圧縮空気を利用している。例えば、内燃機関のうちの、特に投入燃料に対して過剰な空気を必要とするディーゼルエンジンに対して、この高圧の圧縮空気を、車両の発進時とか、排気ガス規制に関する走行試験におけるエンジン過渡排ガスモード中の厳しい加速時等の、供給空気量が不足してエンジンの酸素濃度が低下する過渡期に供給することで、排ガス性能や燃費性能等のエンジン性能を向上させている。この燃費性能の向上は最近地球温暖化で注目されているＣＯ2削減に寄与するものである。
【０００４】
この圧縮空気を得る方法としては、内燃機関の出力軸からギヤやベルト等により取り出した駆動力により、エアコンプレッサを作動させて空気を圧縮する方法が一般的である。この圧縮された高圧の空気を一つまたは複数の大きなエアタンクに溜めて、必要時に必要な所に供給して使用する。この種のエアシステムのエアコンプレッサの制御構成部品としては、メインタンク、サブタンク、各圧力センサ、リレー、コントローラー、ガバナ（調速機）等がある。
【０００５】
この方法でピストン式のエアコンプレッサを使用する場合は、エアコンプレッサは、ベルトやギヤ等により内燃機関の出力軸と連動して常時動いている。このピストン式エアコンプレッサの作動操作（ＯＮ−ＯＦＦ操作）は、ガバナ（調速機）を介して送られる圧縮空気等の制御により、エアコンプレッサのピストンの上部に設けられたリリーフバルブを開閉制御することにより、圧縮空気の圧力が適切な圧力になるように制御している。基本的には、エアタンクに取り付けられた低圧スイッチ（ＬＯＷ−プレッシャースイッチ）の信号により、リリーフバルブを閉じて圧縮空気の発生を開始し、同じくエアタンクに取り付けられたリミットスイッチ（高圧スイッチ：ＨＩ−プレッシャースイッチ）の信号により、リリーフバルブを開いてエアコンプレッサにおける圧縮空気の発生を停止する。
【０００６】
このリリーフバルブを開にすることで、エアコンプレッサのピストンが圧縮方向に移動しても、ピストンで押される空気がリリーフバルブから逃れるので、圧縮空気が発生せず、内燃機関の出力軸に負荷が加わるのを回避できる。
【０００７】
しかしながら、この圧縮空気を利用するシステムの増加に伴って、圧縮空気の大量供給のためにエアコンプレッサが大型化する傾向にあり、そのため、内燃機関本体の仕事量が増加し、結果として燃費性能を悪化させるという問題が発生している。また、中型や大型の車両のみならず、小型の車両にもこれらのエアシステムが採用されてきており、圧縮空気の供給に起因して燃費性能が悪化してきている。また、排ガス処理で使用する圧縮空気を製造するときに内燃機関に負荷をかけるため、内燃機関本体の燃費を悪化させることになり、その結果、全体としては内燃機関の燃費性能に対して十分な改善効果を得られていないという問題がある。
【０００８】
これに関連して、エアコンプレッサのアンロード弁とエアタンクを接続する管に大気解放を可能とする切換弁を設けると共に、この切換弁の操作により、車両又は進路の状況に応じて、エアコンプレッサのアンロード弁を制御し、エアタンク内の圧力不足を未然に防止し、燃費を向上するエアコンプレッサの制御装置が提案され、エアタンク内の圧力変化が所定の割合で減少している時、エンジンブレーキ又は補助ブレーキの作動時、下り坂の時に、エアコンプレッサを作動させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
しかしながら、このエアコンプレッサの制御装置では、実際の燃料の噴射量を元にすることなく、車両又は進路の状況に応じてエアコンプレッサの作動と停止を制御しているため、十分な燃費改善にはなっていないという問題がある。
【００１０】
また、エアコンプレッサからの圧縮空気を、車両の減速時を除く走行時はメインエアタンクに供給し、車両の減速時にはサブエアタンクに供給して、車両の減速時に、常に満タンに近い状態のメインエアタンクではなく、圧縮空気の供給時間が相対的に短く満タンになり難いサブエアタンクに供給することで、車両減速時のエアコンプレッサの作動停止を回避して、車両の減速時にエアコンプレッサを非作動とすることなく継続して作動させることにより、エンジンに負荷をかけてブレーキの吸収馬力の不足分を補うことができるエアコンプレッサの制御装置が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１１】
しかしながら、これらのエアコンプレッサの制御方法では、車両減速時とはいうものの、実際には燃料が噴射されている場合もあり、エアコンプレッサの作動により内燃機関の出力軸に負荷が加わると、この負荷の増加に反応して燃料噴射量が増加されて、制動エネルギーを回収する際に燃料が消費される場合があるという問題がある。
【００１２】
内燃機関の運転状態は、図５の横軸を経過時間、縦軸をエンジン回転数とし、内燃機関を仮に実線のように運転した場合には、エンジン加速状態Ａ、エンジン定常状態Ｂ、エンジン減速状態Ｃの３つの状態になる。これらのエンジン状態の検出は、従来技術では、エンジン回転数やアクセルペダルの開度等で行われており、特に、従来技術では、エンジン減速状態は、エンジン減速時、又は、車両の減速時とされ、その検出方法はアクセルペダル開度等がゼロの状態を用いた方法が主流となっている。
【００１３】
しかしながら、これらの検出方法でエンジン減速状態であるとされても、厳密には、まだ燃料が内燃機関のシリンダ内へ噴射されている場合もあり、その状態でエアコンプレッサを作動させても、この作動によりエンジン負荷が増加し、このエンジン負荷の増加に対して燃料噴射量を増加する制御が行われる場合もあるので、内燃機関の燃費を有効に向上させることは難しい。
【００１４】
従って、エンジン減速状態においては、内燃機関が回転して且つ燃料が全く噴射されていない状態を正確に把握して、エアコンプレッサを確実に作動させること、つまり、一滴の燃料も消費せずに様々なアイテムに使用する高圧の空気を供給することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２７６５９１号公報
【特許文献２】特開２００９−５６９５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
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、自動車エンジンや産業用エンジン等の内燃機関のエアコンプレッサを効率よく最適な制御で作動させて、内燃機関の燃費性能を向上させることができる内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法は、エアコンプレッサで圧縮された圧縮空気を貯めるエアタンク内の圧力が、予め設定した上限値以上ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生しないで、前記エアタンク内の圧力が予め設定した下限値以下ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生して前記エアタンクに貯める内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、該実燃料噴射量が、増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定し、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定し、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、これらの３つのエンジン状態と前記エアタンク内の圧力の状態との組み合わせによって、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生停止を制御する方法である。
【００１８】
この方法によれば、エンジン加速状態、エンジン定常状態、エンジン減速状態の３つのエンジン状態を実燃料噴射量から正確に把握し、且つ、そのエンジン状態毎にエアタンク内の圧力に応じてエアコンプレッサの制御を最適化するので、エアコンプレッサ作動に伴う内燃機関の燃費の悪化を抑制でき、燃費を向上できる。
【００１９】
上記の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、前記実燃料噴射量がゼロのときで、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記実燃料噴射量がゼロでないとき、又は、エンジン回転数が前記予め設定された範囲の外にあるときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない方法とすると、エアタンク内の圧力が下限値と上限値の間にある場合には、求めた実燃料噴射量により、内燃機関が予め設定した回転数以上で回転して且つ燃料が全く噴射されていない状態を正確に把握し、この減速状態では、実噴射燃料量がゼロの場合のみ、エアコンプレッサを作動させることで、一滴の燃料を消費することなく、高圧の圧縮空気を貯めることができるようになる。
【００２０】
これにより、エンジン減速時又は車両の減速時の判定にアクセルペダル開度等がゼロの状態を用いているために、内燃機関のシリンダ内へまだ燃料が噴射されている場合でもエアコンプレッサを作動させている従来技術に比べて、より有効な内燃機関の燃費向上を図ることができる。
【００２１】
上記の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合を算出し、該増加割合が予め設定された判定用の増加割合以下でゼロよりも大きく、かつ、前記エアタンク内の圧力が予め設定された第１圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記増加割合が前記判定用の増加割合よりも大きいか、又は、前記エアタンク内の圧力が前記第１圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない方法とすると、更に、次のような効果を得ることができる。
【００２２】
この方法によれば、内燃機関の加速には緩やかな加速と激しい加速があるが、緩やかな加速よりも激しい加速の方が燃料消費は多いので、基本的に、この燃料消費の大きい激しい加速時ではエアコンプレッサにおける圧縮空気の発生を停止させる。つまり、エアコンプレッサを作動させると燃費を悪化させるような激しい加速状態であるか否かを正確に判定し、実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合が大きくなる激しいエンジン加速状態では、エアコンプレッサで圧縮空気を発生させない制御を行う。
【００２３】
この制御によって、燃料消費量が非常に多い激しいエンジン加速状態ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生することを停止することで、燃費性能を更に改善できて、非常に効率の良いエアコンプレッサ制御方法となる。この判定用の増加割合は、予め行われる内燃機関の性能試験等から設定することができる。
【００２４】
また、エンジン加速状態では、エアタンク内の圧力が予め設定された第１圧力値以下のときだけ、エアコンプレッサで圧縮空気を発生させるようにして、エンジン加速状態におけるエアコンプレッサによる圧縮空気の発生を少なくして、この圧縮空気の発生に伴う燃料消費量の増加をできるだけ抑制する。この第１圧力値は、予め行われる内燃機関の性能試験等から設定することができる。
【００２５】
上記の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にあり、かつ、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合がゼロの場合に、前記エアタンク内の圧力が、前記第１圧力値よりも大きい予め設定された第２圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記エアタンク内の圧力が前記第２圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない方法とすると、次のような効果を得ることができる。
【００２６】
この方法によれば、できるだけ、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生を、エンジン減速状態ではエアタンク内の圧力の広い範囲（下限値と上限値の間）で行って、減速時のエネルギー回収で圧縮空気を発生させるようにし、エンジン定常状態ではエアタンク内の圧力の中程度の範囲（下限値と第２圧力値の間）で行って、圧縮空気を発生するようにし、更に、エンジン加速状態ではエアタンク内の圧力の狭い範囲（下限値と第１圧力値の間）で行って、圧縮空気を発生するようにすることができるので、より内燃機関の燃費性能を向上させることができる。なお、この第２圧力値は、予め行われる内燃機関の性能試験等から設定することができる。
【００２７】
また、上記の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法において、内燃機関の出力軸とエアコンプレッサの駆動軸との間にクラッチを設けて、エアコンプレッサで圧縮空気を発生する場合にはクラッチを接続し、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない場合にはクラッチを断絶するように構成すると、圧縮空気を発生しない場合に、エアコンプレッサ側のフリクションが内燃機関の出力軸側に影響を及ぼさなくなるので、更に燃費改善効果を高めることができる。このクラッチには、電気的又はその他の動力によりＯＮ−ＯＦＦする装置（クラッチ）を使用することができる。
【００２８】
また、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関のエアシステムは、エアコンプレッサで昇圧及び圧縮された圧縮空気を貯めるエアタンク内の圧力が、予め設定した上限値以上ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生しないで、前記エアタンク内の圧力が予め設定した下限値以下ではエアコンプレッサで圧縮空気を発生して前記エアタンクに貯める制御を行う制御装置を備えた内燃機関のエアシステムにおいて、前記制御装置が、内燃機関のシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、該実燃料噴射が、増加しているときにはエンジン加速状態にあると判定し、一定であるときにはエンジン定常状態にあると判定し、減少またはゼロであるときはエンジン減速状態にあると判定すると共に、これらの３つのエンジン状態と前記エアタンク内の圧力の状態との組み合わせによって、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生停止を制御するように構成される。
【００２９】
また、上記の内燃機関のエアシステムにおいて、前記制御装置が、前記エアタンク内の圧力が前記下限値と前記上限値の間にある場合に、前記実燃料噴射量がゼロのときで、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記実燃料噴射量がゼロでないとき、又は、エンジン回転数が前記予め設定された範囲の外にあるときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行い、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合を算出し、該増加割合が予め設定された判定用の増加割合以下でゼロよりも大きく、かつ、前記エアタンク内の圧力が予め設定された第１圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記増加割合が前記判定用の増加割合よりも大きいか、又は、前記エアタンク内の圧力が前記第１圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行い、前記実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合がゼロの場合に、前記エアタンク内の圧力が、前記第１圧力値よりも大きい予め設定された第２圧力値以下のときに、エアコンプレッサで圧縮空気を発生し、前記エアタンク内の圧力が前記第２圧力値よりも大きいときには、エアコンプレッサで圧縮空気を発生しない制御を行うように構成される。
【００３０】
これらの構成の内燃機関のエアシステムによれば、上記の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法を実施でき、同様の作用効果を奏することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係る内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムによれば、実燃料噴射量に基づいて３つのエンジン状態を正確に把握し、且つ、そのエンジン状態毎にエアタンク内の圧力状態に従って、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生の停止の制御を最適化させることができるので、内燃機関の燃費性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施の形態の内燃機関のエアシステムの構成を示した図である。
【図２】内燃機関のエアコンプレッサの制御フローの一例を示した図である。
【図３】エンジン減速状態におけるエアコンプレッサの基本作動マップの一例を示した図である。
【図４】エンジン状態とエアタンク内の圧力とエアコンプレッサの作動範囲との関係を示した図である。
【図５】経過時間とエンジン回転数の関係とエンジン状態との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及び内燃機関のエアシステムについて、図面を参照しながら説明する。ここでは、内燃機関が車両搭載のディーゼルエンジンである場合について説明しているが、本発明は、車両搭載のディーゼルエンジンのみならず、車両搭載のその他のエンジンや産業用のエンジンや発電用のエンジン等の内燃機関全般において適用できる。
【００３４】
図１に示すエンジン（内燃機関）では、エンジン本体２は、エンジンの一般的な制御を集中的にコントロールしているＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）と呼ばれる制御装置２０で、制御されている。この制御装置２０は、一般的な内燃機関のエンジンで使用されているものであり、図１の構成では、エアコンプレッサ１０の作動を効率良く制御するため、このエンジン制御を行っている制御装置２０で、より正確なエンジンの状態を示す実燃料噴射量とエンジン回転数とを使用して制御することで、従来技術よりその燃費の改善の効果を高める。
【００３５】
エンジン本体２には、エンジンの制御用に様々なセンサを取り付けて制御に使用している。図１の構成では、エンジン回転数センサ２１と、エンジンの燃料噴射指示に従って燃料を噴射する燃料噴射ノズルで実燃料噴射量を計測している実燃料噴射量センサ２２を備えている。
【００３６】
エンジン回転センサ２１はエンジン本体２に取り付けてあり、エンジン回転数の情報を制御装置２０に正確に伝えている。燃料噴射ノズルは、エンジン内筒に燃料を噴射する装置であり、制御装置２０より燃料指示値を与えられて作動する。また、実燃料噴射量センサ２２により実際の燃料噴射量を制御装置２０にフィードバックしている。
【００３７】
このエンジンでは、これらのセンサ２１、２２によって計測されたデータをもとに、例えば、横軸にエンジン回転数（ｒｐｍ）、縦軸に燃料噴射量（ｍｍ3／ｓｔ）とするような、様々な基本エンジンマップを所有し、エンジン運転中におけるこれらの各センサ２１、２２の検出値をこの基本エンジンマップと比較して、この基本エンジンマップから得られる各種の制御量を算出し、この制御量に基づいてエンジンに備えられた各アクチュエータを作動させることで、例えば、ＥＧＲやターボＶＧＴ、噴射タイミング等を制御して、最適なエンジン状態になるように制御している。
【００３８】
図１に、本発明の実施の形態の内燃機関のエアシステム１の構成を示す。この内燃機関のエアシステム１は、エアコンプレッサ１０と、エアクリーナ１１と、エアクリーナ１１とエアコンプレッサ１０を接続するエア吸引用配管１２と、エア吸引用配管１２の間に設けられたガバナ（調速機）１３と、このガバナ１３の切換を制御するリレー（継電器）１４と、エアタンク１５と、エアコンプレッサ１０とエアタンク１５を接続するエア貯蔵用配管１６と、このエア貯蔵用配管１６に設けられたチェックバルブ（逆止弁）１７と、エアタンク１５に設けられた圧力リリーフバルブ（圧力調整弁）１８と、エンジン本体２の出力軸３に連結された動力伝達機構１９と、動力伝達機構１９に設けられた電磁式クラッチ１９ａを備えて構成される。
【００３９】
エアコンプレッサ１０は、ピストン式の圧縮機、又はその他の圧縮機でもよい。図１の構成では、エアコンプレッサ１０をルーツブロワで形成し、ガバナ１３で圧縮空気の発生及び発生停止を行う。このエアコンプレッサ１０は、エンジンの出力軸３からギヤ又はベルト等の動力伝達機構１９により伝達された駆動力により作動し、新空気をエアクリーナ１１から導入している。
【００４０】
このエアコンプレッサ１０が発生した圧縮空気は、エアタンク１５内に貯蔵され、必要な時に必要な箇所へ配給される。このエアタンク１５のリリーフバルブ１８は、気温の上昇などによりエアタンク１５内の圧力が設定圧力（上限値）Ｐｕ以上になった場合は、機械的に開弁して、エアタンク１５内を減圧し、常に設定圧力Ｐｕを超えないようにエアタンク１５内の圧力Ｐｔを調整している。このエアタンク１５にはエアタンク圧力センサ２３を配設し、このエアタンク圧力センサ２３の検出値を用いて、エアコンプレッサ１０の作動を高精度で制御し、エンジン燃費性能を向上させる。
【００４１】
エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生するときには、制御装置２０の作動信号を受けリレー１８が作動し、エアタンク１５からガバナ１３へのエアを遮断すると、ガバナ１３のリークバルブが閉じて、エアコンプレッサ１０のピストンが圧縮動作をしたときに、エアコンプレッサ１０のピストンの往復動作によって高圧の圧縮空気が発生し、この圧縮空気がチェックバルブ１７を通過してエアタンク１５に貯蔵される。なお、エアコンプレッサ１０がピストン式の圧縮機で形成される場合には、ピストンの上部に設けられたバルブが、ガバナ１３のリークバルブの替わりとなる。
【００４２】
このチェックバルブ１７は、逆止弁の作動を行い、エアコンプレッサ１０で圧縮された圧縮空気の圧力がエアタンク１５内の圧力Ｐｔよりも高圧であるときだけ、圧縮空気をエアタンク１５側へ流し、それ以外の状態ではエアタンク１５からエアコンプレッサ１０へ圧縮空気が逆流するのを防いでいる。
【００４３】
また、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生しない場合で、エアタンク１５の圧力Ｐｔが十分なとき等では、制御装置２０とリレー１４の信号によってエアタンク１５からの圧縮空気の駆動力をガバナ１３が得ることで、ガバナ１３の内部のリークバルブが開き、エアコンプレッサ１０のピストンが往復運動しても、空気が外部へ漏出されて圧縮空気を発生しない。この空気が外部に漏出することで、ピストンの圧縮仕事を無くし、エアコンプレッサ１０の非作動時のフリクションを低減している。
【００４４】
このエアコンプレッサ１０では、動力伝達機構１９に電磁式クラッチ１９ａを設けていない場合には、動力伝達機構１９でエンジンの出力軸３と連結されているため、空気を圧縮するためのピストンはガバナ１３の作動にかかわらず、常時上下運動していることになる。この場合のエアコンプレッサ１０は、ピストンの作動により圧縮空気を発生させていない非作動の状態でも、ピストンを駆動させるためのクランクシャフトが回転しているので、フリクションが発生している。このフリクションがエンジンの出力軸３の負荷となるので、エンジンの燃費が悪化する。
【００４５】
これに対して、図１に示すように、制御装置（ＥＣＵ）２０よりの電気信号でＯＮ−ＯＦＦする電磁式クラッチ１９ａを設けて、エアコンプレッサ１０の作動ではＯＮし、作動の停止ではＯＦＦにする制御を行うことで、このフリクションがエンジンの出力軸側に伝達されることを防止できる。
【００４６】
次に、上記のエアシステム１の制御方法について、図２の内燃機関のエアコンプレッサの制御フローを参照しながら説明する。この図２の制御フローは、エンジンの運転開始と共に、上級の制御フローから呼ばれては、スタートして、ステップＳ１１〜ステップＳ１８又はステップＳ１９を実施して上級フローにリターンし、エンジンの運転終了まで、繰り返し上級フローから呼ばれてはリターンするものとして示されている。なお、エアコンプレッサ１０のＯＮ−ＯＦＦ作動は、電気的に作動する電磁クラッチ１９ａを使用して説明しているが、その他の機械的に作動するクラッチにおいても作動とその効果は同じである。
【００４７】
図２の制御フローがスタートすると、ステップＳ１１で、エアタンク１５内の圧力Ｐｔを、エアタンク圧力センサ２３で検出する。この圧力Ｐｔが予め設定した上限値Ｐｕ以上であれば、ステップＳ１８に行き、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生しない操作（ガバナ１３のリークバルブの開弁、又は、電磁式クラッチ１９ａの断絶）をしてリターンする。また、この圧力Ｐｔが予め設定した下限値Ｐｌ以下であれば、ステップＳ１９に行き、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生して、エアタンク１５に貯める操作（ガバナ１３のリークバルブの閉弁、且つ、電磁式クラッチ１９ａの接続）をしてリターンする。リターン後は再度上級フローに呼ばれてスタートする。
【００４８】
ステップＳ１１で、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが、下限値Ｐｌと上限値Ｐｕの間にある場合は、ステップＳ１２に行く。ステップＳ１２では、エンジン回転数センサ２１の検出値であるエンジン回転数を入力すると共に、実燃料噴射量センサ２２の検出値である実燃料噴射量を入力する。
【００４９】
次のステップＳ１３では、単位経過時間当たりに実燃料噴射量の増減割合を計算し、ある閾値によりエンジン状態を「加速」、「定常」、「減速」の３つの状態に判定する。このエンジン状態を、エンジン回転数に拠らずに、エンジンのシリンダ内に噴射される実燃料噴射量が増加しているときには、エンジン加速状態にあると判定してステップＳ１４に行き、実燃料噴射量が一定であればエンジン定常状態にあると判定してステップＳ１６に行き、実燃料噴射量が減少またはゼロであるときは、エンジン減速状態にあると判定してステップＳ１７に行く。
【００５０】
ステップＳ１４では、エンジン加速状態の場合について、加速度判定を行い、激しい加速状態であるか、緩やかな加速状態であるかを判定する。この加速度判定では、実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合を算出し、この増加割合が予め設定された判定用の増加割合以下でゼロよりも大きいか否かを判定する。この増加割合が判定用の増加割合よりも大きい時は、激しい加速状態である（ＹＥＳ）として、ステップＳ１８に行き、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生しない操作をしてリターンする。
【００５１】
これにより、燃料消費の大きい激しい加速状態ではエアコンプレッサ１０における圧縮空気の発生を停止させる。この制御によりエンジン燃費性能を更に改善できるので、非常に効率の良いエアコンプレッサ制御方法となる。この判定用の増加割合は、予め行われるエンジンの性能試験等から設定することができる。
【００５２】
また、ステップＳ１４で、実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合が予め設定された判定用の増加割合よりも大きい時は、激しい加速状態ではなく（ＮＯ)、緩やかな加速状態であるとして、ステップＳ１５に行き、エアタンク１５内の圧力Ｐｔをチェックする。
【００５３】
つまり、制御装置（ＥＣＵ）２０でエンジン制御システムから正確な燃料噴射状況を得て、今回噴射した１回の実燃料噴射量に対し、前回に噴射した実燃料噴射量の単位経過時間当たり（ｍｓ：ミリセカンド）の増加割合を常時算出し、エンジンの加速状態を判定識別する。その一方で、予め行われたエンジン過渡性能試験で得ている試験データから、緩やかな加速状態と激しい加速状態とを区分する増加割合の閾値、即ち、判定用の増加割合を予め求めて設定しておき、この判定用の増加割合をステップＳ１４の加速度判定で使用する。
【００５４】
このステップＳ１５では、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが予め設定された第１圧力値Ｐａ以下のときに（ＹＥＳ）、ステップＳ１９に行き、エアコンプレッサ１５で圧縮空気を発生して、エアタンク１５に貯める操作をしてリターンする。また、このステップＳ１５で、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが予め設定された第１圧力値Ｐａより大きいときに（ＮＯ）、ステップＳ１８に行き、エアコンプレッサ１５で圧縮空気を発生しない操作をしてリターンする。リターン後は再度上級フローに呼ばれてスタートする。
【００５５】
この制御により、エンジン加速状態では、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが予め設定された第１圧力値Ｐａ以下のときだけ、エアコンプレッサ１５で圧縮空気を発生させるようにして、エンジン加速状態におけるエアコンプレッサ１０による圧縮空気の発生を少なくして、この圧縮空気の発生に伴う燃料消費量の増加をできるだけ抑制する。この第１圧力値Ｐａは、予め行われるエンジンの性能試験等から設定することができる。
【００５６】
また、ステップＳ１６では、エンジン定常状態の場合について、即ち、実燃料噴射量が一定で、実燃料噴射量の単位経過時間当たりの増加割合がゼロの場合について、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが予め設定された第２圧力値Ｐｂ以下であるか否かを判定する。この第２圧力値Ｐ２は第１圧力値Ｐａよりも大きく設定される。この第２圧力値Ｐｂは、予め行われるエンジンの性能試験等から設定することができる。
【００５７】
ステップＳ１６でエアタンク１５内の圧力Ｐｔが第２圧力値Ｐｂ以上の場合には（ＹＥＳ）、Ｓ１９に行き、エアコンプレッサ１５で圧縮空気を発生して、エアタンク１５に貯める操作をしてリターンする。また、ステップＳ１６でエアタンク１５内の圧力Ｐｔが第２圧力値Ｐｂより小さい場合には（ＮＯ）、ステップＳ１８に行き、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生しない操作をしてリターンする。リターン後は再度上級フローに呼ばれてスタートする。
【００５８】
この制御によれば、できるだけ、エアコンプレッサ１０による圧縮空気の発生を、エンジン減速状態ではエアタンク１５内の圧力Ｐｔの広い範囲（下限値Ｐｌと上限値Ｐｕの間）Ｒｐｃで行って、減速時のエネルギー回収で圧縮空気を発生させるようにし、エンジン定常状態ではエアタンク１５内の圧力Ｐｔの中程度の範囲（下限値Ｐｌと第２圧力値Ｐｂの間）Ｒｐｂで行って、圧縮空気を発生するようにし、更に、エンジン加速状態ではエアタンク１５内の圧力Ｐｔの狭い範囲（下限値Ｐｌと第１圧力値Ｐａの間）Ｒｐａで行って、圧縮空気を発生するようにすることができるので、よりエンジンの燃費性能を向上させることができる。
【００５９】
また、ステップＳ１７では、エンジン減速状態の場合について、実燃料噴射量がゼロの時で、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にあるか否かを判定する。
【００６０】
つまり、エンジンで燃料が確実に噴射されていない状態を検出するために、エンジン回転数と実燃料噴射量から、予め作成されたエアコンプレッサ１０の基本作動マップ（減速時用マップ）を参照して、エンジンの運転状態が、エンジンが予め設定された回転数以上で、且つ、燃料が全く噴射されていない運転状態であるか否かを判定する。図３にこのエアコンプレッサの基本作動マップの一例を示す。この基本作動マップで「１」を入力して指示したエンジン減速領域のみでエアコンプレッサを積極的に作動させる。
【００６１】
ステップＳ１７で実燃料噴射量がゼロの時で、かつ、エンジン回転数が予め設定された範囲の内にある場合には（ＹＥＳ）、即ち、図３に示す「エンジン減速状態におけるエアコンプレッサの基本作動マップ」で数値が「１」に該当する場合には、Ｓ１９に行き、エアコンプレッサ１５で圧縮空気を発生して、エアタンク１５に貯める操作をしてリターンする。また、ステップＳ１７で、実燃料噴射量がゼロないとき、又は、エンジン回転数が予め設定された範囲の外にある場合には（ＮＯ）、即ち、図３に示す「エンジン減速状態におけるエアコンプレッサの基本作動マップ」で数値が「０」に該当する場合には、ステップＳ１８に行き、エアコンプレッサ１０で圧縮空気を発生しない操作をしてリターンする。リターン後は再度上級フローに呼ばれてスタートする。
【００６２】
この制御により、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが下限値Ｐｌと上限値Ｐｕの間にある場合には、求めた実燃料噴射量により、エンジンが予め設定した回転数以上で回転して且つ燃料が全く噴射されていない状態を正確に把握し、この減速状態では、実噴射燃料量がゼロの場合のみ、エアコンプレッサ１０を作動させることで、一滴の燃料を消費することなく、高圧の圧縮空気を貯めることができるようにする。
【００６３】
これにより、エンジン減速時又は車両の減速時の判定にアクセルペダル開度等がゼロの状態を用いているために内燃機関のシリンダ内へまだ燃料が噴射されている場合でもエアコンプレッサを作動させている従来技術に比べて、より有効なエンジンの燃費向上を図ることができる。
【００６４】
上記の構成の内燃機関のエアコンプレッサの制御方法及びエアシステム１によれば、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが上限値Ｐｕ以上ではエアコンプレッサ１５の作動を停止し、エアタンク１５内の圧力Ｐｔが下限値Ｐｌ以下ではエアコンプレッサ１５の作動を行う。
【００６５】
更に、エンジン回転数に拠らずに、エンジンのシリンダ内に噴射される実燃料噴射量を求めて、実燃料噴射量が増加しているときには、エンジン加速状態にあると判定し、実燃料噴射量が一定であればエンジン定常状態にあると判定し、実燃料噴射量が減少またはゼロであるときは、エンジン減速状態にあると判定する。
【００６６】
このエンジン状態の検出を、従来技術と異なり、エンジン回転数に拠らず、実燃料噴射量を元に判定して制御することで、エンジンの燃費が少ない状態でエアコンプレッサ１０を作動させている。これにより、エアコンプレッサ１０を効率良く作動させることができ、エンジン燃費の向上を図ることができる。
【００６７】
そして、図４に示すように、エアコンプレッサ１０の作動状態を、上記の３つエンジン状態に対応させて、エアコンプレッサ１０を作動させるエアタンク１５内の圧力Ｐｔの圧力範囲を３つのパターンＲｐａ，Ｒｐｂ，Ｒｐｃにする。
【００６８】
第１圧力値をＰａ，第２圧力値をＰｂとし、「Ｐｕ＞Ｐｂ＞Ｐａ＞Ｐｌ」とすると、エンジン加速状態では、圧力範囲Ｒｐａは、Ｐｌ＜Ｐｔ≦Ｐａとなり、エンジン定常状態では、作動用の圧力範囲Ｒｐｂは、Ｐｌ＜Ｐｔ≦Ｐｂとなり、エンジン減速状態では、作動用の圧力範囲Ｒｐｃは、Ｐｌ＜Ｐｔ＜Ｐｕとなる。作動用の圧力範囲Ｒｐａが一番狭いのがエンジン加速状態、次に作動用の圧力範囲Ｒｐｂが広いのがエンジン定常状態、作動用の圧力範囲Ｒｐｃが一番広いのがエンジン減速状態となる。
【００６９】
更に、エンジン加速状態では、燃料消費の大きい加速状態ではエアコンプレッサの作動を停止させており、エンジン減速状態においては、エンジンが所定の回転数以上で回転していて、且つ、燃料が全く噴射されていない場合のみでエアコンプレッサ１０を作動させている。
【００７０】
これらの制御によって、実燃料噴射量に基づいて３つのエンジン状態を正確に把握し、且つ、そのエンジン状態毎にエアタンク１５内の圧力Ｐｔの状態に従って、エアコンプレッサ１０による圧縮空気の発生と発生の停止の制御を最適化させているので、つまり、エンジンの状態をエンジン加速状態、エンジン定常状態、エンジン減速状態の３つのパターンに分類し、且つ、エアコンプレッサ１０を作動させるためのエアタンク１５内の圧力Ｐｔの圧力範囲も３つの圧力範囲Ｒｐａ，Ｒｐｂ，Ｒｐｃに設定し、これらの３つのエンジン状態と３つの圧力範囲を組み合わせることにより、エアコンプレッサ１０の作動制御を最適化させているので、安全性を確保しつつ、非常に効率の良いエアコンプレッサ制御方法を実現できる。その結果、エンジンの燃費性能を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の内燃機関のエアコンプレッサ制御方法及び内燃機関のエアシステムは、実燃料噴射量に基づいて３つのエンジン状態を正確に把握し、且つ、そのエンジン状態毎にエアタンク内の圧力状態に従って、エアコンプレッサによる圧縮空気の発生と発生の停止の制御を最適化させて、エンジンの燃費性能を向上させることができるので、自動車に搭載する内燃機関や建設機械用や発電用の内燃機関等の広範囲の内燃機関において利用できる。
【符号の説明】
【００７２】
１  エアシステム
２  エンジン本体
３  出力軸
１０  エアコンプレッサ
１１  エアクリーナ
１３  ガバナ
１５  エアタンク
１８  圧力リリーフバルブ
１９  動力伝達機構
１９ａ  電磁式クラッチ
２０  制御装置（ＥＣＵ）
２１  エンジン回転数センサ
２２  実燃料噴射量センサ
２３  エアタンク圧力センサ
Ｒｐａ，Ｒｐｂ，Ｒｐｃ  作動用の圧力範囲
Ｐａ  第１圧力値
Ｐｂ  第２圧力値
Ｐｌ  下限値
Ｐｔ  エアタンク内の圧力
Ｐｕ  上限値
【図１】
2012001032.tif 000003
【図２】
2012001032.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012001032.tif 000006
【図５】
2012001032.tif 000007