(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を閉弁して、排気絞り弁上流側の排気通路から蓄圧容器へエネルギー回収を行うエネルギー回収装置において、エネルギー回収を行うとき、排気通路に設けられた排気絞り弁の閉弁開始から、より短時間の内に、該弁上流側の排気通路の圧力エネルギーを、蓄圧容器へ回収ができる程度にまで高める。【解決手段】本発明に係るエネルギー回収装置は、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているとき、内燃機関１０の排気通路２８の上流側端部を開閉する排気弁の開時期を、該排気弁の通常用開時期から、気筒１４内圧力が前記通常用開時期の時点での圧力よりも所定圧力以上高い時期にまでずらす排気弁開時期シフト手段を備える。【選択図】図１
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【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、該排気絞り弁上流側の排気通路に弁を介して連通可能な蓄圧容器と、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、該判定手段により肯定判定されたとき前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えたエネルギー回収装置において、
前記判定手段により肯定判定されたとき、前記内燃機関の排気通路の上流側端部を開閉する排気弁の開時期を、該排気弁の通常用開時期から、気筒内圧力が前記通常用開時期の時点での圧力よりも所定圧力以上高い時期にまでずらす排気弁開時期シフト手段を備えることを特徴とするエネルギー回収装置。
【請求項２】
前記排気弁開時期シフト手段は、前記排気弁の開時期を、前記通常用開時期よりも所定角度分、進角させ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。
【請求項３】
前記排気弁開時期シフト手段は、前記排気弁の開時期を、上死点と下死点前９０°との間の時期でかつ該排気弁とピストンとが相互接触しない時期にまで、進角させることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー回収装置。
【請求項４】
前記排気絞り弁制御手段は、燃料カット実行中に、前記排気絞り弁を閉弁制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか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を閉弁して、排気絞り弁上流側の排気通路から蓄圧容器へエネルギー回収を行うエネルギー回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蓄圧容器内の高い圧力エネルギーを用いて、種々の部材を作動させる、あるいはその作動を補助することが提案されている。例えば、過給機付き内燃機関における加速補助装置が特許文献１に開示されている。この装置には、タービンと排気ブレーキ用の排気シャッタとの間の排気通路から分岐して高圧タンクすなわち蓄圧容器に接続される排気回収通路が設けられていて、この排気回収通路には排気ブレーキ作用時に開となるワンウェイバルブが介装されている。そして、さらに、蓄圧容器と、タービンホイールに圧縮空気を吹出すためのノズルとを連絡する圧縮空気通路が備えられていて、そこには機関加速時に開となるバルブが介装されている。
【０００３】
【特許文献１】実開昭６１−５７１３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１の装置のように、排気通路に設けられた弁を閉弁することで該弁上流側の排気通路の圧力を高めて、該高められた圧力すなわち圧力エネルギーを弁を介して蓄圧容器に回収することは可能である。しかしながら、排気通路に設けられた上記排気シャッタのような弁を閉弁することで、該弁上流側の排気通路から圧力エネルギーを蓄圧容器に回収する場合、排気通路に設けられたそのような弁を長い間、閉弁し続けることには問題がある。車両の走行状態を運転者等の満足のいくものにしたり、適切にそこに搭載された内燃機関を作動させたりする必要があるからである。それ故、上記のようにエネルギー回収を行うとき、排気通路に設けられた弁の閉弁開始から、より短時間の内に、該弁上流側の排気通路の圧力エネルギーを、蓄圧容器に回収ができる程度にまで高めることが望まれる。
【０００５】
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、エネルギー回収を行うとき、排気通路に設けられた弁の閉弁開始からより短時間の内に、該弁上流側の排気通路の圧力エネルギーを、蓄圧容器に回収ができる程度にまで高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、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、該排気絞り弁上流側の排気通路に弁を介して連通可能な蓄圧容器と、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段と、該判定手段により肯定判定されたとき前記排気絞り弁を閉弁制御する排気絞り弁制御手段とを備えたエネルギー回収装置において、前記判定手段により肯定判定されたとき、前記内燃機関の排気通路の上流側端部を開閉する排気弁の開時期を、該排気弁の通常用開時期から、気筒内圧力が前記通常用開時期の時点での圧力よりも所定圧力以上高い時期にまでずらす排気弁開時期シフト手段を備えることを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているとして判定手段により肯定判定されたとき、排気絞り弁制御手段により排気絞り弁が閉弁制御されることに加えて、排気弁開時期シフト手段によって、内燃機関の排気通路の上流側端部を開閉する排気弁の開時期が、該排気弁の通常用開時期から、気筒内圧力が前記通常用開時期の時点での圧力よりも所定圧力以上高い時期にまでずらされる。したがって、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているが故に排気絞り弁が閉弁制御されたとき、排気弁が開くことで、気筒内の高い圧力すなわち高い圧力エネルギーが排気通路に向けて解放される。つまり、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているとき、排気弁の開時期を通常用開時期からそのようにずらすことで、排気通路に、より高い圧力エネルギーを供給することができる。したがって、本発明によれば、エネルギー回収を行うとき、排気通路に設けられた弁である排気絞り弁の閉弁開始からより短時間の内に、該排気絞り弁上流側の排気通路の圧力エネルギーを、蓄圧容器に回収ができる程度にまで高めることが可能になる。
【０００８】
好ましくは、前記排気弁開時期シフト手段は、前記排気弁の開時期を、前記通常用開時期よりも所定角度分、進角させるとよい。さらにより好ましくは、前記排気弁開時期シフト手段は、前記排気弁の開時期を、上死点と下死点前９０°との間の時期でかつ該排気弁とピストンとが相互接触しない時期にまで、進角させるとよい。こうすることで、排気弁の開弁時において、気筒内には、かなり高い圧力エネルギーが存在し得る。
【０００９】
なお、前記排気絞り弁制御手段は、燃料カット実行中に、前記排気絞り弁を閉弁制御するとよい。こうすることで、排気絞り弁の閉弁により車両の走行性が損なわれることをかなり回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
実施形態が適用された車両の内燃機関システムの概略構成を図１に示す。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内燃機関、すなわちディーゼル機関である。
【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、さら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サージタンク１９や吸気管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弁２６が、吸気通路１６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、さら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、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ３４が排気通路２８の途中に設けられている。
【００１４】
上記吸気弁および上記排気弁の駆動機構である動弁機構は、図示しないが、吸気弁および排気弁を、コンロッドを介してピストンが連結されているクランクシャフトの回転に同期して、個別に任意の開度およびタイミングで制御することが可能な機構である。具体的には、動弁機構は、吸気弁と排気弁とにそれぞれ個別に設けられたソレノイドを含んでいる。そして、動弁機構は、吸気弁と排気弁とが同時に開くバルブオーバーラップを実現可能である。なお、このような構成に代えて、動弁機構として、例えば単一の弁に適用される複数種類のカムを油圧によって切り替えることによってバルブタイミングおよびカムプロフィールを任意に変更できる可変バルブタイミング機構（VVT; Variable Valve Timing mechanism）を用いることもできる。
【００１５】
さらに、排気通路２８を流れる排気ガスの一部を吸気通路１６に導くために排気ガス還流（ＥＧＲ）装置３６が設けられている。ＥＧＲ装置３６は、排気通路２８と吸気通路１６とをつなぐＥＧＲ通路３８を区画形成するＥＧＲ管４０と、ＥＧＲ通路３８の連通状態調節用のＥＧＲ弁４２と、還流される排気ガス（ＥＧＲガス）冷却用のＥＧＲクーラ４４とを有している。ここでは、ＥＧＲ管４０上流側の一端は排気マニフォルド３０に接続され、その下流側の他端は吸気マニフォルド１８に接続されている。ＥＧＲ弁４２はＥＧＲクーラ４４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４６により調節される。ここではＥＧＲ弁４２はポペット式弁である。
【００１６】
さらに、排気通路２８に設けられて排気ガスにより回転駆動されるタービンホイール４８を含むタービン５０が排気管３２に設けられている。これに対応して、タービンホイール４８に回転軸５２を介して同軸で連結され、タービンホイール４８の回転力で回転するようにしたコンプレッサホイール５４を含むコンプレッサ５６が吸気管２０の途中に設けられている。すなわち、内燃機関１０は、排気エネルギーを取り出すタービン５０と、タービン５０により取り出された排気エネルギーによって内燃機関１０に過給するコンプレッサ５６とを有するターボ過給機５８が設けられた、ターボ過給機付き内燃機関である。そして、コンプレッサ５６により圧縮された空気を冷却すべく、インタークーラ６０がコンプレッサ５６下流側に設けられている。
【００１７】
さらに、排気通路２８の途中には、排気絞り弁６２が設けられている。排気絞り弁６２は、ここではタービン５０下流側、且つ、触媒コンバータ３４上流側に設けられているが、排気通路２８の他の箇所に設けられてもよい。本実施形態では排気絞り弁６２はバタフライ式弁であり、電動モータであるアクチュエータ６４により駆動される。排気絞り弁６２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６２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。なお、排気絞り弁６２は、閉弁時に、排気通路２８を完全に閉塞するような構成を有する弁であってもよい。
【００１８】
排気通路２８の内、排気弁と排気絞り弁６２との間の排気通路（弁間通路）Ｊには、第１管部材６６により区画形成された回収管路６８が連通されている。この回収管路６８により排気通路２８と蓄圧容器７０内とは連通可能にされている。蓄圧容器７０は、加圧されたガスを貯留することができる容器である。蓄圧容器７０は、弁間通路Ｊであればいずれの箇所に回収管路６８を介して連通可能にされてもよいが、ここでは排気マニフォルド３０に第１管部材６６を介して接続されている。回収管路６８の径は排気通路２８の径に比べて小さい。蓄圧容器７０内と排気通路２８との連通状態の調節用に、回収管路６８に回収弁としての逆止弁７２が設けられている。なお、逆止弁７２が開弁することで回収管路６８を介して蓄圧容器７０内と排気通路２８とは連通し、他方、逆止弁７２が閉弁することで回収管路６８を介しての蓄圧容器７０内と排気通路２８との連通は遮断される。
【００１９】
また、排気通路２８の内、タービンホイール４８上流側の排気通路Ｋには、第２管部材７４により区画形成された放出管路７６が連通されている。この放出管路７６により、タービンホイール４８上流側の排気通路Ｋと蓄圧容器７０内とは連通可能にされている。なお、図示しないが、放出管路７６の下流側端部にはノズルが設けられていて、該ノズルはタービンホイール４８に向けられている。放出管路７６の径は排気通路２８の径に比べて小さい。放出管路７６には放出弁としての制御弁７８が設けられている。制御弁７８が開弁することで蓄圧容器７０内と排気通路２８とは放出管路７６を介して連通し、他方、制御弁７８が閉弁することで放出管路７６を介しての蓄圧容器７０内と排気通路２８との連通は遮断される。なお、制御弁７８はアクチュエータ８０により開閉される。
【００２０】
なお、後述するように排気通路２８の圧力すなわち圧力エネルギーは、回収管路６８を介しての排気ガスの移動を通じて排気通路２８から蓄圧容器７０内に回収される。他方、蓄圧容器７０内に蓄えられた圧力エネルギーは、放出管路７６を介してのガスの移動を通じて、蓄圧容器７０内から排気通路２８に放出されて利用に供される。
【００２１】
そして、ここでは、蓄圧容器７０内に回収された排気ガスすなわちそれが有する圧力エネルギーは、加速要求があったときに、特に加速初期に、放出管路７６を介して、排気通路２８の内、タービンホイール４８上流側の排気通路Ｋへ放出される。放出された圧力はターボ過給機５８のタービン５０のタービンホイール４８の回転駆動に用いられる。これにより、ターボ過給機５８の応答性向上が図られる。
【００２２】
さらに、内燃機関１０は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）８２に、各種値を算出（検出あるいは推定）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８４が吸気管２０に備えられている。また、エアフローメーター８４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８６が、そしてインタークーラ６０下流側にも温度を検出するための吸気温度センサ８８が備えられている。また、吸気圧すなわち過給圧を検出するための圧力センサ９０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９２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９４が備えられている。また、スロットル弁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９６も備えられている。さらに、ＥＧＲ弁４２の開度（ＥＧＲ開度）を検出するため、ここではそのリフト量を検出するためのバルブリフトセンサ９８も備えられている。また、ピストンが往復動する、シリンダブロック（あるいはその近傍）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のクランク回転信号つまりクランク角を検出するためのクランクポジションセンサ１００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１００は機関回転数（機関回転速度）を検出するための機関回転数センサとしても利用される。さらに、弁間通路Ｊの排気ガスすなわち燃焼ガスや空気である流体の圧力を検出するための圧力センサ１０２が備えられている。また、蓄圧容器７０内の圧力を検出するための圧力センサ１０４も備えられている。さらに、内燃機関１０の冷却水温を検出するための温度センサ１０６が備えられている。
【００２３】
ＥＣＵ８２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内燃機関１０の運転ないし作動がなされるように、ＥＣＵ８２は出力インタフェースから電気的に作動信号（駆動信号）を出力する。こうして、燃料噴射弁１２の作動、スロットル弁２６、ＥＧＲ弁４２、排気絞り弁６２および制御弁７８の各開度、吸排気弁の各々の作動などが制御される。ただし、ＥＣＵ８２は、スロットル弁２６、ＥＧＲ弁４２、排気絞り弁６２、制御弁７８の各開度を制御するため、各アクチュエータ２４、４６、６４、８０に作動信号を出力する。なお、吸排気弁の各々の作動を制御するために、各々に対する動弁機構のアクチュエータに作動信号が出力される。
【００２４】
なお、ここでは、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているか否かを判定する判定手段は、アクセル開度センサ９４と、圧力センサ１０４と、ＥＣＵ８２の一部とを含んで構成される。また、排気絞り弁制御手段は、排気絞り弁６２駆動用のアクチュエータ６４と、ＥＣＵ８２の一部とを含んで構成される。また、排気弁開時期シフト手段は、ＥＣＵ８２の一部を含んで構成される。
【００２５】
内燃機関１０では、吸排気弁の各々は、通常、機関運転状態に基づいて予め定められたデータにしたがって作動される。その一例としての、吸排気弁各々の開弁期間、開閉時期が、図２のバルブタイミングダイヤグラムに概念的に表されている。図２では、吸気弁の開弁を表す矢印に符号「ＩＶ」を付し、排気弁の開弁を表す矢印に符号「ＥＶ」を付す。図２によれば、吸気弁は、概ね、ピストンが上死点（ＴＤＣ）付近にあるときに開き、そしてそれが下死点（ＢＤＣ）を過ぎてから閉じるように、制御される。これに対して、排気弁は、概ね、ピストンが下死点に至る少し前、例えばピストンが下死点にあるときに相当するクランク角よりもクランク角が３０°〜４５°前であるとき（下死点前３０°〜４５°）に開き、そしてピストンが上死点付近にあるときに閉じるように、制御される。図２には、バルブオーバーラップが生じるそれら吸排気弁の開閉時期が表されているが、バルブオーバーラップは生じなくてもよい。通常、内燃機関１０ではこのように吸排気弁は作動するように制御されるが、後述するようにエネルギー回収すなわち圧力回収を行うときには排気弁は特定の開閉時期（回収用開閉時期）で開閉するように作動される。回収用開閉時期すなわち回収用開時期および回収用閉時期については後述する。なお、回収用開閉時期、回収用開時期、回収用閉時期に対して、排気弁の通常時の開閉時期、開時期、閉時期を通常用開閉時期、通常用開時期、通常用閉時期と称する。
【００２６】
内燃機関１０では、エアフローメーター８４からの出力信号に基づいて算出される吸入空気量、クランクポジションセンサ１００からの出力信号に基づいて算出される機関回転数など、すなわち機関負荷および機関回転数で表される機関運転状態に基づいて、通常は、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】
ただし、内燃機関１０では、クランクポジションセンサ１００からの出力信号に基づいて算出される機関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９４からの出力信号に基づいて算出されるアクセル開度が０％、すなわちアクセルペダル９２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。すなわち、車両の走行中に機関回転数が予め設定された所定回転数領域にあり且つアクセル開度全閉状態にあるときに、燃料カットが行われる。ただし、このような燃料カット状態が続いて、機関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９２が踏まれてアクセル開度が開き側に大きくなって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状態のとき、上記スロットル弁２６が閉じ側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、後述するようにエネルギー回収を行うときには、強制的にスロットル弁２６は開状態になるように制御される。なお、スロットル弁２６は内燃機関１０の始動時は全開に制御され、他方、内燃機関１０の停止時は全閉に制御される。そして、通常走行時には、機関状態および冷却水温などに応じて、スロットル弁２６の開度は適切な開度になるように制御される。
【００２９】
また、上記各種センサ類からの出力信号に基づいて定まる内燃機関１０の機関運転状態に基づいてＥＧＲ弁４２の開度は制御される。ここでは、機関運転状態の属する領域が高負荷側にあるほどＥＧＲ量が減少するように構築された、予め実験により定められたデータがＲＯＭに記憶されている。ただし、後述するエネルギー回収に際しては、ＥＧＲ弁４２も、機関運転状態にかかわらず、強制的に閉弁するように制御される。また、アクセルペダル９２が踏まれて内燃機関１０すなわち車両が加速される過渡期には、ＥＧＲ弁４２が一旦閉弁するように、機関運転状態に基づいて導出されたＥＧＲ開度は補正される。
【００３０】
ところで、通常走行時、排気絞り弁６２は全開の開状態に保持制御されているので、排気通路２８を流れる排気ガスは触媒コンバータ３４を通過して外気に放出される。これに対して、圧力回収を行うための所定条件が満たされたとき、排気絞り弁６２は閉状態になるように制御され、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すなわち蓄圧容器７０へのガス充填が行われる。
【００３１】
以下、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８ｍｓ毎に繰り返されるものである。なお、以下の記載から明らかになるように、蓄圧容器７０内に回収される排気ガスは概ね空気である。
【００３２】
ただし、以下で図３に基づいて説明される制御は、燃料カット実行中に、排気通路２８の排気絞り弁６２を閉弁制御して、排気絞り弁６２上流側の弁間通路Ｊの圧力が蓄圧容器７０内の圧力を超えたときに逆止弁７２が開弁することで、弁間通路Ｊから蓄圧容器７０へ排気ガスすなわちこの排気ガスの有する圧力エネルギーを回収することを具体化した例である。
【００３３】
内燃機関１０が起動されると、まずＥＣＵ８２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」ということは、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされていることを表す。これに対してそれが「０」ということは、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされていないことを表す。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判定される。なお、本実施形態において、エネルギー回収を行う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、燃料カット実行中であること、および、蓄圧容器７０内の圧力が所定圧以下であることの２つが満たされることである。
【００３４】
ステップＳ３０１で否定判定されると、次ぐステップＳ３０３で、燃料カット（実行）中か否かが判定される。ここでは、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、内燃機関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において否定判定されて、該ルーチンは終了する。
【００３５】
上記ステップＳ３０３で燃料カット中として肯定判定されると、次ぐステップＳ３０５で、蓄圧容器７０内の圧力（図３中の「容器内圧」）が、蓄圧容器７０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に記憶されている上限圧以下か否かが判定される。蓄圧容器７０内に十分な量の圧力すなわち圧力エネルギーが蓄えられているときに、さらにエネルギー回収が行われることを防ぐためである。蓄圧容器７０内の圧力は圧力センサ１０４からの出力信号に基づいて算出される。なお、このステップＳ３０５で否定判定されると、該ルーチンは終了する。ただし、ここでは、上限圧として、ゲージ圧で４００ｋＰａという値が設定されている。
【００３６】
ステップＳ３０５で肯定判定されると、次ぐステップＳ３０７で、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているとして、上記回収フラグが「１」にされる。これにより、内燃機関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、排気絞り弁６２が閉弁するように、アクチュエータ６４に作動信号が出力される（排気絞り弁６２が閉弁制御される）。こうして当該ルーチンは終了する。
【００３７】
なお、このように回収フラグが「１」にされるとき（実質的に回収フラグが「１」の間は）、ＥＧＲ弁４２が閉弁し、且つ、スロットル弁２６が開弁するように、各アクチュエータ４６、２４に作動信号が出力される。これにより、ここではＥＧＲ弁４２は全閉の閉状態になり、スロットル弁２６は全開の開状態になる。これは、弁間通路Ｊの圧力をより適切に高めるためである。なお、このとき、ＥＧＲ弁４２は、弁間通路Ｊの圧力に応じた速度で閉側に駆動され得る。
【００３８】
次のルーチンのステップＳ３０１では回収フラグが「１」であるので肯定判定される。
ステップＳ３０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ３１１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。ここで肯定判定されると次ぐステップＳ３１３で、上記ステップＳ３０５と同様に蓄圧容器７０内の圧力が上記上限圧以下か否かが判定される。なお、ステップＳ３１１およびステップＳ３１３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、エネルギー回収を行うため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。
【００３９】
さてステップＳ３１１やステップＳ３１３での判定が行われるときには、排気絞り弁６２が閉弁制御されているので、時間の経過につれて、排気絞り弁６２上流側の排気通路の圧力（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ると、すなわち、弁間通路Ｊの圧力が蓄圧容器７０内の圧力よりも高くなると、逆止弁７２が開弁して、弁間通路Ｊは蓄圧容器７０内に連通することになる。これにより、弁間通路Ｊの高められた圧力エネルギーは、回収管路６８を介した排気ガスの移動を伴いつつ、蓄圧容器７０内に回収される。こうしたエネルギー回収は、上記ステップＳ３１１あるいはステップＳ３１３で否定判定されない限りは概ね続けて行われる。
【００４０】
他方、このように排気絞り弁６２が閉弁制御されたとき、すなわちエネルギー回収を行うための所定条件が満たされているとして回収フラグが「１」にされたとき、排気弁の閉弁時期が通常用開閉時期から回収用開閉時期に変更・設定される。排気弁の回収用開閉時期は、エネルギー回収を行うための所定条件が満たされているときに、弁間通路Ｊの圧力を効率よく高めることを可能にするように定められている。特に、排気弁の回収用開時期は、該排気弁の通常時の開時期である通常用開時期を、これから、気筒１４内圧力（筒内圧）がその通常用開時期の時点での圧力よりも所定圧力以上高い時期にまでずらしたものであり、予め実験により定められている。なお、この所定圧力は、「０」より大きな任意の圧力であり得る。具体的には、排気弁の回収用開時期は、その通常用開時期よりも所定角度分、進角させた時期に設定されている。なお、この所定角度は、例えば、４５°から９０°の間の任意の角度である。本実施形態での排気弁の回収用開閉時期の代表例を、図４のバルブタイミングダイヤグラムに示す。
【００４１】
図４（ａ）のグラフの矢印が排気弁の回収用開閉時期に基づくその開弁を表し、図４（ｂ）のグラフの矢印が排気弁の通常用開閉時期に基づくその開弁を表す。なお、図４（ｂ）に表された排気弁の開弁期間やその時期は、図２に表された排気弁のそれらと同じである。エネルギー回収を行うように排気絞り弁６２が閉弁制御されたとき、排気弁の開時期が通常時よりも早められるすなわち進角させられる。ここでは、排気弁の開時期は、上死点と下死点前９０°との間の時期でかつ該排気弁とピストンとが相互接触しない時期（バルブスタンプが生じない時期）にまで、進角させられている。したがって、排気弁が開弁したときに、気筒１４内の未だ十分に高い圧力が排気通路２８へ放たれる。なお、上死点と下死点前９０°との間の時期とは、クランク角が、ピストンが上死点にあるときに相当するクランク角と、ピストンが下死点にあるときに相当するクランク角よりも９０°前のクランク角との間の角度である時期に対応する。
【００４２】
図５に、排気行程前およびその間の任意の気筒１４内の圧力（図５では筒内圧）の変化例が表されている。横軸には、当該任意の気筒１４に関してのクランク角がとられている。ただし、図５の横軸では、圧縮行程終了時付近であってピストンが上死点にあるときに相当するクランク角が０°と定められている。図５中、圧縮行程を符号「ＣＰ」で示し、通常時の燃焼膨張行程および排気行程を符号「Ｃ１」、「Ｅ１」で示すのに対して、エネルギー回収時の膨張行程および排気行程を符号「Ｃ２」、「Ｅ２」で示す。なお、エネルギー回収時の膨張行程Ｃ２では、上記説明から明らかなように、気筒１４内で燃焼は生じない。ただし、図５では、通常時の排気弁のリフトカーブが曲線ｎＥＶで表され、エネルギー回収を行うときのそのリフトカーブが曲線ｒＥＶで表されている。
【００４３】
通常、排気弁はピストンが下死点（図５ではクランク角１８０°）近くに位置するクランク角「ｅ１」で開弁するので、曲線αで示すように、排気弁の開弁に起因した大きな変動を伴わずに筒内圧は変化する。すなわち、通常は、筒内圧が十分に下がって圧力Ｂに至ってから、排気弁が開いて、気筒１４内が排気通路２８に連通するので、気筒１４内圧力は排気弁の開弁前後で大きく変動しない。これに対して、エネルギー回収を行うとき、ここでは上死点後４５°から６０°（図５ではクランク角４５°から６０°）であるクランク角「ｅ２」で排気弁は開弁するので、この開弁に起因した大きな変動を伴いつつ（曲線βを辿りつつ）、筒内圧は変化する。すなわち、エネルギー回収を行うときには、筒内圧が圧力Ｂよりも高い圧力Ａのときに、排気弁が開いて、気筒１４内が排気通路２８に連通するので、そのときの筒内圧の一部が直ぐに抜けて、筒内圧は圧力Ｃになり、それが圧力Ｂにまで徐々に変化する。したがって、エネルギー回収を行うときは、通常のときに比べて、少なくとも圧力Ｃと圧力Ｂとの差分である圧力差ΔＰの影響により、排気通路２８特に弁間通路Ｊに向けて気筒１４内から放たれる圧力が大きくなる。
【００４４】
排気絞り弁６２を閉弁したときであって、かつ、このように排気弁を回収用開閉時期に開閉させたときの弁間通路Ｊの圧力変化と、同様に排気絞り弁６２を閉弁したときであるが排気弁を通常用開閉時期に開閉させたときの弁間通路Ｊの圧力変化とを、重ねて図６に示す。図６には、排気弁の開閉時期が通常用開閉時期であるときの弁間通路Ｊの圧力変化が曲線γ１で示され、他方、それが回収用開閉時期であるときの弁間通路Ｊの圧力変化が曲線γ２で示される。図６から明らかなように、排気絞り弁６２が閉弁されていることもあるので、排気弁の開弁により気筒１４内の圧力が排気通路に解放されることで、排気弁の開閉時期にかかわらずある程度の圧力脈動が弁間通路Ｊで生じる。特に、回収用開閉時期に排気弁を開閉したときの方が、そうでない時期に排気弁を開閉したときよりも、より高い気筒１４内圧力が弁間通路Ｊに解放されるので、弁間通路Ｊでの脈動波の振幅は大きくなる。この振幅の増大に伴って、圧力曲線γ１の平均圧ａ１よりも、圧力曲線γ２の平均圧ａ２の方が大きくなる。このように、エネルギー回収を行うときに排気弁を回収用開閉時期に開閉する方が、そうでないときよりも、弁間通路Ｊで強い圧力脈動波を生じさせることができるので、より高い圧力すなわち圧力エネルギーを迅速に弁間通路Ｊに生み出すことが可能になる。したがって、エネルギー回収の所定条件が満たされてから、蓄圧容器７０内に実際にエネルギー回収を行うことを始めるまでの時間を短縮できる。これにより、蓄圧容器７０に高い圧力エネルギーを迅速に回収することが可能になり、蓄圧容器７０へのエネルギー回収効率を高めることができる。なお、排気弁の回収用閉時期と、通常用閉時期とは同じでもよい。
【００４５】
上記のように圧力回収すなわちエネルギー回収が行われているときに、上記ステップＳ３１１あるいは上記ステップＳ３１３で否定判定されるに至ると、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判定されると次ぐステップＳ３１５で、排気絞り弁６２が開弁するようにアクチュエータ６４へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ３１７で回収フラグが「０」にされる。この結果、内燃機関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。こうして、排気弁が通常用開閉時期に開閉されるようになると共に、ＥＧＲ弁４２やスロットル弁２６は機関運転状態に基づいて制御されるようになる。
【００４６】
ところで、一般的なターボ過給機において、機関回転数が低回転域に属するときには、排気ガスの流量が少ないためにターボ過給機の回転が低いので、アクセルペダル９２を踏み込んでから吸入空気の過給効果が現れるまでに時間的な遅れすなわちタイムラグがある。そこで、アクセルペダル９２が踏み込まれて車両が加速される過渡期に、速やかに過給圧を高めるべく、蓄圧容器７０内の圧力エネルギーが利用される。蓄圧容器７０に回収された圧力エネルギーの利用に関して図７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７のフローチャートは、およそ８ｍｓ毎に繰り返されるものである。
【００４７】
まず、ＥＣＵ８２は、ステップＳ７０１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判定される。なお、ステップＳ７０１で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００４８】
ステップＳ７０１で肯定判定されると、次ぐステップＳ７０３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、ターボ過給器５８の作動をアシストする必要があることを表し、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ことを表す。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判定される。
【００４９】
ステップＳ７０３で否定判定されると、次ぐステップＳ７０５では、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。機関回転数が所定回転数より高いときには、過給器５８の作動に関してアシストの必要がないので、機関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Ｓ７０５で否定判定されて、当該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ７０５で機関回転数が所定回転数以下であるとして肯定判定されると、ステップＳ７０７へ進む。例えば、ステップＳ７０５の判定での所定回転数は３０００ｒｐｍである。
【００５０】
ステップＳ７０７では、加速か否かすなわち加速要求の有無が判定される。加速か否かの判定は、加速開始時期を検出することに等しく、アクセル開度に基づいて行われる。アクセル開度が所定値以上であり、且つ、アクセル開度が大きくなる方へ変化したときであって単位所定時間におけるその変化量すなわちその開き速度（アクセル開度開き速度）が所定速度を超えたときに、ＥＣＵ８２は加速、すなわち加速要求有りと判断する。より具体的には、ＥＣＵ８２は、アクセル開度センサ９４からの出力信号に基づいてアクセル開度を求め、そのアクセル開度が例えば２０％開度以上であり、且つ、それのアクセル開度開き速度が、予め設定されてＲＯＭに記憶されている基準速度である上記所定速度を超えたとき、加速と判断する。ステップＳ７０７で肯定判定されると、次いでステップＳ７０９での判定がなされる。なお、ステップＳ７０７で否定判定されると、当該ルーチンは終了する。なお、加速要求有りとして肯定判定されるようになるとステップＳ７０９へ進むが、他方、このときにはＥＧＲ弁４２が閉弁するように、アクチュエータ４６へ作動信号が出力される。
【００５１】
ステップＳ７０９では、蓄圧容器７０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、ターボ過給機５８の作動アシストを行うのにここで最低限必要とされる圧力のことであり、予め実験により求められてＲＯＭに記憶されている。具体的には、この所定圧は、ゲージ圧で２００ｋＰａであり得る。なお、この所定圧は、タービンホイール４８上流側の排気通路Ｋ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よい。そして、ステップＳ７０９で否定判定されると、該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ７０９で肯定判定されると、次ぐステップＳ７１１でアシストフラグが「１」にされ、次ぐステップＳ７１３で制御弁７８が開弁するように、アクチュエータ８０へ作動信号が出力される（制御弁７８が開弁制御される）。このようにして、ターボ過給機５８の作動アシストが開始される。
【００５２】
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Ｓ７０１およびステップＳ７０３でそれぞれ肯定判定される。次ぐステップＳ７１５では、上記ステップＳ７０５と同様に、機関回転数が所定回転数以下か否かが判定される。
【００５３】
そして、ステップＳ７１５で肯定判定されると、次ぐステップＳ７１７で、供給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制御弁７８が開かれたときからの経過時間である。ここではＥＣＵ８２は、内蔵するタイマ手段で、ステップＳ７１１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、判定基準となる供給時間は、予め実験により求められて設定された所定時間であり、ここでは変数ではなく固定値とされ、数秒間に設定されて予めＲＯＭに記憶されている。ただし、ステップＳ７１７での判定に用いられる供給時間は可変とされてもよく、加速要求があったときの機関運転状態や、タービンホイール４８上流側の排気通路Ｋの圧力などに基づいて定められ得る。
【００５４】
ステップＳ７１７で供給時間が経過していないとして肯定判定されると、次ぐステップＳ７１９で、上記ステップＳ７０９と同様に、蓄圧容器７０内の圧力が上記所定圧以上か否かが判定される。そして、ここで肯定判定されると、当該ルーチンは終了する。
【００５５】
上記ステップＳ７１５から上記ステップＳ７１９のいずれかで否定判定されることで、ターボ過給器５８の作動アシストを終了するための制御が行われる。ステップＳ７１５からステップＳ７１９のいずれかで否定判定されると、ステップＳ７２１で制御弁７８が閉弁するように、アクチュエータ８０へ作動信号が出力される。そして、次ぐステップＳ７２３でアシストフラグが「０」にされる。これにより、該ルーチンは終了する。
【００５６】
ただし、一旦、ターボ過給機５８の作動アシストが開始された後、それを終了するか否かの判定には、上記ステップＳ７１５からステップＳ７１９の判定の他、さらに、加速（要求）が継続されているか否かの判定が加えられてもよい。加速が継続されていないときには、もはやターボ過給機５８の作動アシストを行う必要はないからである。具体的には、アクセル開度が加速要求有りと判定されたときのアクセル開度から所定量分閉じ側に変化したり、あるいはアクセル開度開き速度が負になってその大きさが所定量以上になったりしたとき、加速が継続されていないとして、作動アシストを終了するための上記制御（ステップＳ７２１およびステップＳ７２３）が行われ得る。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、蓄圧容器７０に回収されるのは燃料カット時の排気ガスであったが、蓄圧容器に蓄えられるのは、このようなガスに限定されない。燃料カット実行中以外のときに排気通路から排気ガスが蓄圧容器に回収されて蓄えられてもよい。ただし、この場合、排気弁の回収用開閉時期は、車両に徒に減速度を生じさせないように設定され得る。
【００５８】
また、上記実施形態では、加速するときに、タービンホイール上流側の排気通路に蓄圧容器内の圧力エネルギーが供給されたが、このような圧力エネルギーの利用は加速するときに限られない。要求過給量が増加するときであれば、それは行われ得る。要求過給量が増加するときには、加速するとき、および、車両が上り坂に面して負荷が上昇した場合などの内燃機関への要求負荷が増加するときが含まれる。
【００５９】
なお、上記実施形態では、蓄圧容器内の圧力エネルギーを、ターボ過給器の作動アシストに用いることとした。しかしながら、これは蓄圧容器内の圧力エネルギーすなわちガスの用途を制限するものではなく、それは種々の他の用途に用いられ得る。
【００６０】
また、上記逆止弁７２はアクチュエータによって作動される制御弁で代替され得る。制御弁で代替される場合、エネルギー回収を行うとき、弁間通路Ｊの圧力が蓄圧容器７０内の圧力以上になったときにＥＣＵ８２からの制御信号によりその制御弁は開弁制御される。さらに、排気通路２８と蓄圧容器７０とをつなぐ回収管路６８と放出管路７６とはまとめられてもよい。この場合には、まとめられた通路に、１つの制御弁が設けられ、この制御弁は、エネルギー回収を行うとき、弁間通路Ｊの圧力が蓄圧容器７０内の圧力以上になったときに開弁制御される。
【００６１】
また、上記実施形態では、排気絞り弁６２はバタフライ式弁であったが、それ以外の形式の弁であってもよい。排気絞り弁６２は、例えば、ポペット式弁、シャッタ式弁であり得る。なお、排気絞り弁６２として、排気ブレーキ用に設けられた弁が用いられてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、蓄圧容器７０を１つ設けることにしたが、それは複数個設けられてもよい。そして蓄圧容器７０を２つ以上複数個設ける場合には、それら蓄圧容器７８は車両に分散して配置され得る。
【００６３】
なお、上記実施形態では、本発明をディーゼル機関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機関、筒内噴射形式のガソリン機関等の各種の内燃機関に適用可能である。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）等でもよい。また、本発明が適用される内燃機関の気筒数などはいくつであってもよい。
【００６４】
なお、上記実施形態およびその変形例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】
【００６５】
【図１】実施形態が適用された内燃機関システムの概念図である。
【図２】通常時の吸排気弁の開弁期間およびその時期を表したバルブタイミングダイヤグラムである。
【図３】実施形態のエネルギー回収用の制御フローチャートである。
【図４】（ａ）はエネルギー回収を行うときの排気弁の開弁期間およびその開閉時期を表したグラフであり、（ｂ）は通常時の排気弁のそれらを表したグラフである。
【図５】筒内圧の変化と、排気弁の開時期との関係を概念的に表したグラフである。
【図６】エネルギー回収を行うときの、弁間通路の圧力変化を概念的に表したグラフである。
【図７】実施形態のエネルギー放出用の制御フローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１０  内燃機関
４８  タービンホイール
５０  タービン
５８  ターボ過給機
６２  排気絞り弁
７０  蓄圧容器
７２  逆止弁
７８  制御弁
【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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