JP6209943B2 - 内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧容器に蓄圧した混合気で過給補助する蓄圧過給システムを使用する内燃機関で、オーバーブーストを防止して、内燃機関の最大燃焼圧力を許容最大燃焼圧力以下に維持しつつ、内燃機関の過渡運転時に必要な吸入空気量とＥＧＲガス量を確保することができる内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法に関する。

内燃機関に搭載されるタ−ボ式過給機はエンジンの排気ガスのエネルギ−を利用してタ−ビンを作動させ、タ−ビンの軸に直結したコンプレッサ−翼を駆動することで吸気を圧縮してエンジンの負荷に応じた過給気をシリンダ内に供給している。

しかしながら、このターボ式過給機においては、内燃機関の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がるのが遅れるターボラグのために、必要な過給量が不足し、この対策としてＥＧＲ量を減少するので、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量を確保する事ができず、また、空気不足による煤が発生するので１サイクル当たりの燃料噴射量が抑えられるというスモークリミットの問題がある。このターボ式過給システムのターボラグに起因する問題により、ＥＧＲガス量が制限されＮＯｘが増加し、供給燃料量の抑制により発進や追い越し時に必要な加速性能が得られなくなるため、この問題の解決が近年の内燃機関のダウンサイジングの動向に関連して最も重要な課題となっている。

また、このターボラグの問題を回避するために、内燃機関のクランク軸の動力でコンプレッサを駆動する機械式過給機が用いられる場合もあるが、エンジン回転速度が決まると、１サイクル当たりの要求燃料噴射量にかかわらず一定量の空気が過給されることになるため、燃料噴射量が少ない時にはコンプレッサ−が無駄な駆動仕事をすることになる。また、機械式過給機に容積型過給装置が使用されるために駆動仕事が大きい。そのため、一般に、この機械式過給システムでは燃費が悪化する。

そこで、ターボ式過給機におけるターボラグによる空気量とＥＧＲガス量の不足によるＮＯｘ増加と加速性能の低下や、機械式過給機による燃費悪化の対策として、車両の発進時や加速時等の内燃機関の過渡運転状態に、蓄圧容器内に加圧された空気と排気ガスの混合気を吸気通路内に放出する蓄圧過給システムが採用される場合がある。このシステムでは、過給圧をあげることができると共に吸入空気量とＥＧＲ量の両方を確保できるので、空気量の増加により燃料噴射量も増やす事ができて加速性能を向上することができ、また、ＮＯｘや煤の排出も抑える事ができる。

この蓄圧過給システムとしては、例えば、蓄ガス容器に溜め込んだガスを過給補助に用いる内燃機関において、吸気マニフォ−ルド内の圧力やコンプレッサ−出口の圧力等を検出して、蓄圧されたガスを過給に用いる過給補助の制御をスモークリミットにかかる直前に開始することで、過給補助に用いる蓄ガス容器内のガスの消費量を少なくする内燃機関の過給補助方法及び内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

一般に、蓄圧過給システムでは、空気と排気ガスの混合気を蓄圧する蓄圧容器内の内圧を一定にしても、蓄圧容器から混合気を放出する初期ほど、蓄圧容器の内圧は高く、混合気を消費するにつれて、蓄圧容器の内圧は下がっていく。そのため、蓄圧容器の容積により、過給圧と過給量の変化が異なってくるため、エンジンの最大燃焼圧力（Ｐｍａｘ）が大きく異なる。特に、単位時間当たりの空気量が少なくて済む低回転速度領域の場合には、蓄圧過給システムの作動開始時には蓄圧容器の内圧が高いので、過給圧が上がり、オーバーブーストとなり、エンジンの最大燃焼圧力が増加するという問題がある。

この最大燃焼圧力を抑えるために、蓄圧容器の内圧を低くしたり、蓄圧容器の容積を小さくすると、エンジン回転速度の中・高回転速度領域で、蓄圧容器に貯蔵した混合気の量が不足したり、一回の空気のチャージで実施できる過給補助の回数が減ったりして、エンジンの過渡運転状態で必要とされる空気量を得ることができないという問題が生じる。そのため、低圧でも大容量の蓄圧容器が必要になる。

特開２０１２−２５１４８９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄圧容器に蓄圧した空気と排気ガスの混合気を過給補助に用いる内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法において、内燃機関の過渡運転時に関して、低速からの発進及び加速時では、オーバーブーストを防止して内燃機関の最大燃焼圧力を許容最大燃焼圧力以下に維持しつつ、無駄な混合気の消費を抑えることができ、また、中速以上の加速時では、必要な吸入空気量とＥＧＲガス量を確保できる内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法を提供することである。

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システムは、内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助システムにおいて、前記蓄圧容器を複数並列に設け、各蓄圧容器から前記吸気通路への前記混合気の放出を制御する制御弁をそれぞれの蓄圧容器毎に設けると共に、前記複数の蓄圧容器のうちの第１の蓄圧容器を低回転速度領域用の蓄圧容器とし、この第１の蓄圧容器以外の蓄圧容器を中・高回転速度領域用の蓄圧容器とし、前記低回転速度領域用の第１の蓄圧容器の容積を前記中・高回転速度領域用の蓄圧容器の容積よりも小さく形成し、かつ、前記低回転速度領域用の第１の蓄圧容器の容器内圧力を前記中・高回転速度領域用の蓄圧容器の容器内圧力よりも低い状態に設定し、過給補助時に、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記複数の蓄圧容器のうちから前記混合気を放出する蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助するように前記制御弁の制御を行う制御装置を備えて構成すると共に、前記制御装置が、過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が低回転速度領域にあるときは、前記第１の蓄圧容器の前記制御弁を開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助し、過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が中・高回転速度領域にあるときは、前記中・高回転速度領域用の一つの蓄圧容器の前記制御弁を開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助すると共に、必要とされる混合気の放出量に応じて、前記中・高回転速度領域用の別の蓄圧容器の前記制御弁も開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助する制御を行うように構成される。

この構成によれば、内燃機関の運転状態、例えば、エンジン回転速度と燃料噴射量（又は、負荷）に応じて決まる、内燃機関の過渡運転状態で要求される単位時間当たりの要求空気量の大小に対応して、蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助するので、その過渡運転状態で必要とされる混合気の放出量を必要かつ十分な量で過給補助することができる。

これにより、単位時間当たりの要求空気量が少ない低回転速度領域では、無駄な空気消費量を抑えることで蓄圧容器全体の混合気の消費量を抑制することができると共に、エンジンの最大燃焼圧力の異常な増加を抑制でき、また、単位時間当たりの要求空気量が多い中・高回転速度領域では、内燃機関での燃焼に必要な単位時間あたりの要求空気量を確保することができる。

また、この場合は、第１の蓄圧容器を低速運転領域用とし、第２の蓄圧容器を中・高速運転領域用にして区別して使用するので、放出圧力もそれぞれの過給状態に適した圧力に設定するのが好ましく、これにより、その時の過渡運転状態により適した過給補助が可能となる。

また、上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記制御装置が、前記内燃機関のエンジン回転速度と燃料噴射量とをベースとして、予め設定された目標過給圧を示す過給圧算定用マップを備え、過給補助時に、実エンジン回転速度と実燃料噴射量から、前記過給圧算定用マップを用いて目標過給圧を算出し、この算出された目標過給圧に実過給圧がなるように、前記蓄圧容器を一つ又は複数選択して混合気を過給補助する制御を行うように構成すると、比較的簡単な制御で、その時の過渡運転状態に適した過給補助をすることができる。

そして、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と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助方法において、過給補助時に、前記内燃機関の運転状態に応じて、複数の並列の前記蓄圧容器のうちから前記混合気を放出する蓄圧容器を一つ又は複数選択して前記混合気の過給補助を行うと共に、過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が低回転速度領域にあるときは、前記複数の蓄圧容器のうちから低回転速度領域用の第１の蓄圧容器を選択してこの第１の蓄圧容器から前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助し、過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が中・高回転速度領域にあるときは、前記第１の蓄圧容器よりも容積が大きくかつ容器内圧力が高く設定されている中・高回転速度領域用の一つの蓄圧容器から前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助すると共に、必要とされる混合気の放出量に応じて、前記中・高回転速度領域用の別の蓄圧容器からも前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助することを特徴とする方法である。

更に、上記の内燃機関の過給補助方法において、過給補助時に、実エンジン回転速度と実燃料噴射量から、前記内燃機関のエンジン回転速度と燃料噴射量とをベースとして予め設定された目標過給圧を示す過給圧算定用マップを用いて目標過給圧を算出し、この算出された目標過給圧に実過給圧がなるように、前記蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助する。

これらの方法によれば、上記の内燃機関の過給補助システムと同様の効果をそれぞれ奏することができる。

本発明の内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法によれば、内燃機関の運転状態、例えば、エンジン回転速度と燃料噴射量（又は、負荷）に応じて決まる、内燃機関の過渡運転状態で要求される単位時間当たりの要求空気量の大小に対応して、蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助するので、その過渡運転状態で必要とされる混合気の放出量を必要かつ十分な量で過給補助することができる。

これにより、単位時間当たりの要求空気量が少ない低回転速度領域では、無駄な空気消費量を抑えることで混合気の消費量を抑制することができると共に、エンジンの最大燃焼圧力の異常な増加を抑制でき、また、単位時間当たりの要求空気量が多い中・高回転速度領域では、内燃機関での燃焼に必要な単位時間あたりの要求空気量を確保することができる。

従って、低回転速度領域で無駄に混合気を使いすぎて中・高回転速度領域で混合気が不足する現象を抑制して、必要十分な過給補助をして必要なエンジン性能を維持した上で、同時に、エンジンの最大燃焼圧力の異常な増加を抑制でき、最大燃焼圧力が許容最大燃焼圧力を超えることを防止できる。

本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示す図である。 参考形態の内燃機関の過給補助方法の制御フローの一例を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法の制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法について、図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム１は、エンジン（内燃機関）１０に備えられる。なお、図１では、ターボ式過給機は特に示していないが、本発明の適用対象は、蓄圧過給システムのみを装備したエンジンであっても、蓄圧過給システムとターボ式過給システムを併用して両方を装備したエンジンであってもよい。

この内燃機関の過給補助システム１では、エンジン１０の排気通路（図示しない）を通過する排気ガスの一部と空気（新気）の混合である混合気Ｍを、容積型の機械式のコンプレッサや電動式のコンプレッサ等のコンプレッサ（圧縮装置）２０で加圧して複数（図１では３つ）の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃに蓄圧する。

このコンプレッサ２０はエンジン１０の吸気通路１１と排気通路にそれぞれ制御弁（図示しない）を介して接続され、空気と排気ガスの一部を吸引して、圧縮及び加圧する。この加圧された混合気Ｍは、混合気供給用通路２２の分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃの逆止弁の機能と二次側の調圧機能を持つ調圧弁（レギュレータ）２３ａ、２３ｂ、２３ｃをそれぞれ経由して、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃに入り、蓄圧される。なお、調圧弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃに関しては、逆止弁を別途設ける場合は、逆止弁の機能を有さないレギュレータを用いてもよい。

この蓄圧された混合気Ｍは、放出されると、混合気供給用通路２２の分岐通路の制御弁（逆止弁付電磁弁）２４ａ、２４ｂ、２４ｃをそれぞれ経由して、分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃから混合気供給用通路２２に入り、吸気通路１１に供給され、エンジン１０の各気筒に入る。

この蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃには、混合気Ｍの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃを検出する容器内圧センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃを設ける。

そして、この蓄圧に際しては、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃに設けた酸素濃度センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃの検出値等を用いて、ＥＧＲ時に適正なＥＧＲ率（酸素濃度）でＥＧＲができるように、混合気Ｍの酸素濃度を把握しておくことと、混合気Ｍの酸素濃度がＥＧＲ制御に適した濃度になるように、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内の混合気Ｍにおける排気ガスの分量と空気の分量を予め設定した適切な割合になるように蓄圧しておく。また、容器内圧センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃで検出される容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃが過給補助が可能な下限圧力Ｐｏｄ以下にならないように適宜混合気Ｍを蓄圧する。

この蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃに蓄圧した混合気Ｍは、車両の発進時や加速時等のエンジン１０の過渡運転状態のときに、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃから分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃと混合気供給用通路２２を経由してエンジン１０の吸気通路１１に放出して過給補助するのに用いられる。

この蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃは、同じ圧力設定にしてもよいが、エンジン１０の過渡運転状態における運転状態の低回転速度領域Ｒ１や中・高回転速度領域Ｒ２に合わせて、放出圧力Ｐｏがそれぞれに対応した最適な圧力値になるように設定するとよりきめ細かい制御ができるようになる。例えば、低回転速度領域Ｒ１用では、オーバーブーストにならないように比較的低い圧力に設定し、中・高回転速度領域Ｒ２用では、混合気Ｍの放出量が不足しないように比較的高い圧力に設定する。この場合は、図１には示していないが、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃを予め設定した放出圧力Ｐｏａ、Ｐｏｂ、Ｐｏｃにするためのレギュレータ（圧力調整装置）を設けてもよく、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの内圧の上限を決める戻し弁や逃し弁の設定圧力をそれぞれに対応させて変化してもよい。

また、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの容積Ｖｍａ、Ｖｍｂ、Ｖｍｃも同じ容積で形成してもよいが、エンジン１０の過渡運転状態における運転状態の低回転速度領域Ｒ１や中・高回転速度領域Ｒ２に合わせて、混合気Ｍの放出量がそれぞれに対応した最適な放出量になるように設定するとよりきめ細かい制御ができるようになる。例えば、低回転速度領域Ｒ１用では、無駄な過給補助をしないように比較的小さい容器容積とし、中・高回転速度領域Ｒ２用では、混合気Ｍの放出量が不足しないように比較的大きい容器容量とする。

また、それと共に、過給補助時に、制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃの制御を行う制御装置４１を備えて構成される。この制御装置４１は、コンプレッサ２０のオンオフ操作もするが、通常は、エンジン１０の全般の制御やエンジン１０を搭載した車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。

この制御装置４１は、過給補助時に、エンジン１０の運転状態に応じて、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから混合気Ｍを放出する蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助するように制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃの制御を行うように構成される。

この制御装置４１は、参考形態では、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａを選択してこの蓄圧容器２１ａの制御弁２４ａを開いて混合気Ｍを過給補助し、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）を選択してこの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）の制御弁２４ａ（または２４ｂ）を開いて混合気Ｍを過給補助すると共に、必要とされる混合気Ｍの放出量に応じて、別の蓄圧容器２１ｂ（または２１ｃ）の制御弁２４ｂ（または２４ｃ）も開いて混合気Ｍを過給補助する制御を行うように構成される。

この構成により、単位時間当たりの要求空気量が少ない低回転速度領域Ｒ１では、無駄な空気消費量を抑えることで蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ全体の混合気Ｍの消費量を抑制することができると共に、エンジン１０の最大燃焼圧力Ｐｍａｘの異常な増加を抑制でき、また、単位時間当たりの要求空気量が多い中・高回転速度領域Ｒ２では、エンジン１０での燃焼に必要な単位時間あたりの要求空気量を確保することができる。

つまり、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、すなわち、車両の発進又は低速からの加速時等の場合においては、エンジン１０での燃焼に必要な単位時間あたりの要求空気量が少ないため、混合気Ｍを吸気通路１１に放出する蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの個数を１つに絞って容積（容量）を小さくして過給補助することで、混合気Ｍの放出に伴って蓄圧容器２１ａの圧力低下を早めることができるため、必要な単位時間当たりの要求空気量を確保しつつ、必要以上の混合気Ｍの消費を抑えることができる。また、混合気Ｍの放出圧力Ｐｏａを早期に低下させるため、オーバーブーストを回避してエンジン１０の最大燃焼圧力Ｐｍａｘが許容最大燃焼圧力Ｐｍｃを超えることを防止することができる。

また、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にある場合は、予め計算により、又は、過給補助中に測定した実過給圧Ｐｉｍ若しくは空気過剰率λ等から混合気Ｍの放出量が十分であるか否かを判定し、燃料噴射量ｑが少なく要求される空気量が少ないなどで、一つの蓄圧容器２１ａ（又は２１ｂ）からの過給補助で十分である場合には、一つの蓄圧容器２１ａのみから過給補助して蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ全体の混合気Ｍの消費量を抑制する。

また、燃料噴射量ｑが多く要求される空気量が多いなどで、一つの蓄圧容器２１ａ（又は２１ｂ）からの過給補助では必要とされる混合気Ｍの放出量に不足すると判断した場合には、一つの蓄圧容器２１ａ（又は２１ｂ）のみでなく、別の蓄圧容器２１ｂ（又は２１ｃ）からも過給補助するので、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ（または２１ｂ、２１ｃ）の合計の容積を増やすことで圧力の低下を遅らせることができ、必要空気量を賄える時間を延ばして、必要な単位時間当たりの要求空気量と過渡運転状態の全体での要求空気量を確保することができる。

また、本発明に係る実施の形態では、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂでその容積を変えて構成する。ここでは、第１の蓄積容器２１ａの容積よりも第２の蓄積容器２１ｂの容積を大きくして形成する。それと共に、制御装置４１は、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから第１の蓄圧容器２１ａを選択してこの第１の蓄圧容器２１ａの制御弁２４ａを開いて混合気Ｍを過給補助し、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあるときは、第１の蓄圧容器２１ａよりも容積が大きい第２の蓄圧容器２１ｂの制御弁２４ｂを開いて混合気Ｍを過給補助すると共に、必要とされる混合気Ｍの放出量に応じて、第２の蓄圧容器２１ｂとは異なる追加の蓄圧容器２１ｃの制御弁２４ｃも開いて混合気Ｍを過給補助する制御を行うように構成される。

この場合は、参考形態のように、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ（または２１ｂ、２１ｃ）で混合器Ｍを放出する容積を増して混合気Ｍを過給補助する代わりに、容積の大きい第２の蓄圧容器２１ｂで混合気Ｍを過給補助するが、参考形態と同様な効果を奏することができる。

この場合は、第１の蓄圧容器２１ａを低回転速度領域Ｒ１用とし、第２の蓄圧容器２１ｂを中・高回転速度領域Ｒ２用にして区別して使用するので、放出圧力Ｐｏａ、Ｐｏｂ、Ｐｏｃもそれぞれの過給状態に適した圧力に設定するのが好ましく、これにより、その時の過渡運転状態により適した過給補助が可能となる。

また、上記の本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム１において、制御装置４１は、エンジン１０のエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量ｑとをベースとして、予め設定された目標過給圧Ｐｉｔを示す過給圧算定用マップＭ１を備え、過給補助時に、実エンジン回転速度Ｎｅｍと実燃料噴射量ｑｍから、過給圧算定用マップＭ１を用いて目標過給圧Ｐｉｔを算出し、この算出された目標過給圧ｐｉｔに実過給圧Ｐｉｍがなるように、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つ又は複数を選択して混合気Ｍを過給補助する制御を行うように構成する。これにより、比較的簡単な制御で、その時の過渡運転状態に適した過給補助をすることができる。

また、容器内圧センサ３２ａ、３２ｂ、３２ｃで計測された各蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内の容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃが予め設定された下限値Ｐｉｄ以下の場合には、その蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ、２１ｃ）の調圧弁２３ａ（または、２３ｂ、２３ｃ）を開いて、制御弁２４ａ（または、２４ｂ、２４ｃ）を閉じて、必要に応じてコンプレッサ２０を作動させて、混合気Ｍをその蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ、２１ｃ）に蓄圧する。

次に、上記の参考形態の内燃機関の過給補助システム１における参考形態の内燃機関の過給補助方法について、図２の制御フローを参照しながら説明する。図２の制御フローは、エンジン１０を備える車両の発進時や加速時等の過渡運転状態のときに、すなわち、エンジン１０の過渡運転状態のときに、上級の制御フローから呼ばれてスタートし、制御フローの制御を実施しては、上級の制御フローに戻り、また、上級の制御フローから呼ばれて、エンジン１０の過渡状態中は繰り返し実施されるものとして示してある。

そして、エンジン１０を搭載した車両が過渡運転状態から定常運転状態に移行したときに、すなわち、エンジン１０が過渡運転状態から定常運転状態に移行したときにリターンに行って上級の制御フローに戻る制御フローとして示してある。なお、制御の途中でエンジン１０が停止するときには、割り込みが生じてリターンに行って上級の制御フローに戻り、そして、エンジン１０が運転停止すると、この上級の制御フローの終了と共に終了する。

この図２の制御フローが上級の制御フローから呼ばれてスタートすると、ステップＳ１１にて、エンジン１０の運転状態が過渡運転状態であるか否かを判定する。この判定は、エンジン１０が発生しているトルクがアクセル開度から算定される要求トルクを満たしているか否か等で判定する。このステップＳ１１の判定で過渡運転状態でない場合（ＮＯ）にはリターンに行って上級の制御フローに戻り、次の過渡運転状態で呼ばれるのを待つ。

ステップＳ１１の判定で過渡運転状態である場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１２に行き、実エンジン回転速度Ｎｅｍと、実燃料噴射量ｑｍと、実過給圧Ｐｉｍのデータを入力する。この実エンジン回転速度Ｎｅｍにはエンジン１０のエンジン回転速度センサ３３で検出された値を使用し、実燃料噴射量ｑｍにはシリンダ内燃料噴射制御の指令値や燃料流量センサ（図示しない）で検出された値を使用できる。また、実過給圧Ｐｉｍは、過給圧センサ３４で検出された値を使用できる。

また、入力した３つの入力値（Ｎｅｍ、ｑｍ、Ｐｉｍ）の内、実エンジン回転数Ｎｅｍと実噴射燃料量ｑｍとから、過給圧算定用マップＭ１を参照して目標過給圧Ｐｉｔを算出する。

次のステップＳ１３で、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるのか、中・高回転速度領域Ｒ２にあるのかを判定する。この判定で、実エンジン回転速度Ｎｅｍが予め実験などにより設定した領域判定回転速度Ｎｅｃ以下であればエンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあると判定し（ＹＥＳ）、実エンジン回転速度Ｎｅｍが領域判定回転速度Ｎｅｃより大きければエンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあると判定する（ＮＯ）。

ステップＳ１３で、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にある場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、予め選定してある第１の蓄圧容器２１ａの容器内圧力Ｐｉａが下限放出圧力Ｐｏｄ以上であるか否かをチェックして、以上であれば、第１の蓄圧容器２１ａの制御弁２４ａを開いて過給補助する。

なお、第１の蓄圧容器２１ａの容器内圧力Ｐｉａが下限放出圧力Ｐｏｄより低い場合は、予め選定してある第２の蓄圧容器２１ｂの容器内圧力Ｐｉｂが下限放出圧力Ｐｏｄ以上であるか否かをチェックして、以上であれば、第２の蓄圧容器２１ｂの制御弁２４ｂを開いて過給補助する。なお、第２の蓄圧容器２１ｂの容器内圧力Ｐｉｂもが下限放出圧力Ｐｏｄより低い場合は、順次他の蓄圧容器２１ｃの容器内圧力Ｐｉｃをチェックして、下限放出圧力Ｐｏｄより高い蓄圧容器２１ｃの制御弁２４ｃを開いて過給補助し、ステップＳ１８に行く。

なお、この低回転速度領域Ｒ１においては、目標過給圧Ｐｉｔが、気筒（シリンダ）内の最大燃焼圧力Ｐｍａｘが許容最大燃焼圧力Ｐｍｃを超えず、かつ、燃料噴射量ｑに見合った最小の過給圧Ｐｍｉｎに設定される。この最小の過給圧Ｐｍｉｎに対応した放出圧力Ｐｏａで過給補助する。

ステップＳ１３で、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にある場合は（ＮＯ）、ステップＳ１５に行き、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）を選択してこの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）の制御弁２４ａ（または２４ｂ）を開いて混合気Ｍを過給補助する。

次のステップＳ１６で、必要とされる混合気Ｍの放出量に対して、一つの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）からの過給補助だけでは、混合気Ｍが不足する否かを判定する。この判定は、予め計算により、又は、過給補助中に測定した実過給圧Ｐｉｍ若しくは空気過剰率λ等から混合気Ｍの放出量が不足であるか否かを判定し、燃料噴射量ｑが少なく要求される空気量が少ないなどで、一つの蓄圧容器２１ａ（又は２１ｂ）からの過給補助で十分で不足しない場合には（ＮＯ）、そのままで過給補助し、ステップＳ１８に行く。

一方、燃料噴射量ｑが多く要求される空気量が多いなどで、一つの蓄圧容器２１ａ（又は２１ｂ）からの過給補助では必要とされる混合気Ｍの放出量に不足する場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１７に行き、別の蓄圧容器２１ｂ（又は２１ｃ）からも過給補助し、ステップＳ１６に戻る。そして、ステップＳ１６で混合気Ｍの放出量が足りるようになるまで、過給補助に使用する蓄圧容器２１ｃの数を増加する。そして、混合気Ｍの放出量が足りるようになると、ステップＳ１８に行く。

なお、これらの過給補助で使用する蓄圧容器２１ａ，２１ｂ，２１ｃにおいても、容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃをチェックして、下限放出圧力Ｐｏｄより高い蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃだけを選択してそれらの制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃを開いて過給補助する。

ステップＳ１８では、過給圧センサ３４で検出した実過給圧Ｐｉｍが目標過給圧Ｐｉｔになるように、制御弁２４ａ（又は、２４ｂ、２４ｃ）で混合気Ｍの放出のオンオフ及び放出量を制御して過給補助する。この過給補助の制御を行い、予め設定した制御時間を経過した後、ステッププＳ１１に戻る。その後、ステップＳ１１〜ステップＳ１８を繰り返し実施し、ステップＳ１１の判定で過渡運転状態でないと判定されると（ＮＯ）、リターンに行き、上級の制御フローに戻る。また、制御の途中で、エンジン１０の運転が停止されたときには、割り込みが生じ、リターンに行って上級の制御フローに戻り、この上級の制御フローの終了と共に本制御フローを終了する。

この図２の制御フローに従った制御によれば、過給補助時に、エンジン１０の運転状態に応じて、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから混合気Ｍを放出する蓄圧容器２１ａを一つ又は複数選択して混合気Ｍの過給補助を行うことができる。

また、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａを選択してこの蓄圧容器２１ａから過給補助し、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）を選択してこの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）から過給補助すると共に、必要とされる混合気Ｍの放出量に応じて、別の蓄圧容器２１ｂ（または２１ｃ）からも過給補助することができる。

さらに、過給補助時に、実エンジン回転速度Ｎｅｍと実燃料噴射量ｑｍから、エンジン１０のエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量ｑとをベースとして予め設定された目標過給圧Ｐｉｔを示す過給圧算定用マップＭ１を用いて目標過給圧Ｐｉｔを算出し、この算出された目標過給圧Ｐｉｔに実過給圧Ｐｉｍがなるように、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一つ又は複数選択して過給補助することができる。

そして、上記の本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム１における本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法は、参考形態の内燃機関の過給補助方法の図２の制御フローのステップＳ１５を、図３の制御フローのようにＳ１５Ａに置き換えた制御フローで実施できる。このＳ１５Ａでは、第１の蓄圧容器２１ａより容積が大きく形成された第２の蓄圧容器２１ｂから過給補助される。その他は、参考形態の内燃機関の過給補助方法と同じである。

この図３の制御フローに従った制御によれば、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから第１の蓄圧容器２１ａを選択してこの第１の蓄圧容器２１ａから過給補助し、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあるときは、第１の蓄圧容器２１ａよりも容積が大きい第２の蓄圧容器２１ｂから過給補助すると共に、必要とされる混合気Ｍの放出量に応じて、第２の蓄圧容器２１ｂとは異なる追加の蓄圧容器２１ｃからも過給補助することができる。

本発明の内燃機関の過給補助システム１及び内燃機関の過給補助方法によれば、エンジン１０の運転状態、例えば、エンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量ｑ（又は、負荷Ｑ）に応じて決まる、エンジン１０の過渡運転状態で要求される単位時間当たりの要求空気量の大小に対応して、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一つ又は複数選択して過給補助するので、その過渡運転状態で必要とされる混合気Ｍの放出量を必要かつ十分な量で過給補助することができる。

これにより、単位時間当たりの要求空気量が少ない低回転速度領域Ｒ１では、無駄な空気消費量を抑えることで混合気Ｍの消費量を抑制することができると共に、エンジン１０の最大燃焼圧力Ｐｍａｘの異常な増加を抑制でき、また、単位時間当たりの要求空気量が多い中・高回転速度領域Ｒ２では、エンジン１０での燃焼に必要な単位時間あたりの要求空気量を確保することができる。

従って、低回転速度領域Ｒ１で無駄に混合気を使いすぎて中・高回転速度領域Ｒ２で混合気Ｍが不足する現象を抑制して、必要十分な過給補助をして必要なエンジン性能を維持した上で、同時に、エンジン１０の最大燃焼圧力Ｐｍａｘの異常な増加を抑制でき、最大燃焼圧力Ｐｍａｘが許容最大燃焼圧力Ｐｍｃを超えることを防止できる。

１ 過給補助システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 吸気通路
２０ コンプレッサ（圧縮装置）
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 蓄圧容器
２２ 混合気供給用通路
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 調圧弁（圧力調整装置）
２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 制御弁
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 酸素濃度センサ
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 容器内圧センサ
３３ エンジン回転速度センサ
３４ 過給圧センサ
４０ 全体システム制御装置
４１ 制御装置
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｎｅｃ 領域判定回転速度
Ｎｅｍ 実エンジン回転速度
Ｍ 混合気
Ｍ１ 過給圧算定用マップ
Ｐｉｍ 実過給圧
Ｐｉｔ 目標過給圧
Ｐｍａｘ最大燃焼圧力
Ｐｍｃ 許容最大燃焼圧力
Ｐｏ 放出圧力
Ｐｏｄ 放出可能な下限圧力
Ｐｒ 残圧
ｑ 燃料噴射量
ｑｃ 算定される燃料噴射量
ｑｍ 実燃料噴射量
Ｒ１ 低回転速度領域
Ｒ２ 中・高回転速度領域

Claims (4)

1. 内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助システムにおいて、
   前記蓄圧容器を複数並列に設け、各蓄圧容器から前記吸気通路への前記混合気の放出を制御する制御弁をそれぞれの蓄圧容器毎に設けると共に、
   前記複数の蓄圧容器のうちの第１の蓄圧容器を低回転速度領域用の蓄圧容器とし、この第１の蓄圧容器以外の蓄圧容器を中・高回転速度領域用の蓄圧容器とし、前記低回転速度領域用の第１の蓄圧容器の容積を前記中・高回転速度領域用の蓄圧容器の容積よりも小さく形成し、かつ、前記低回転速度領域用の第１の蓄圧容器の容器内圧力を前記中・高回転速度領域用の蓄圧容器の容器内圧力よりも低い状態に設定し、
   過給補助時に、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記複数の蓄圧容器のうちから前記混合気を放出する蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助するように前記制御弁の制御を行う制御装置を備えて構成すると共に、
   前記制御装置が、
   過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が低回転速度領域にあるときは、前記第１の蓄圧容器の前記制御弁を開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助し、
   過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が中・高回転速度領域にあるときは、前記中・高回転速度領域用の一つの蓄圧容器の前記制御弁を開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助すると共に、必要とされる混合気の放出量に応じて、前記中・高回転速度領域用の別の蓄圧容器の前記制御弁も開いて混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助する制御を行うように構成されることを特徴とする内燃機関の過給補助システム。
2. 前記制御装置が、
   前記内燃機関のエンジン回転速度と燃料噴射量とをベースとして、予め設定された目標過給圧を示す過給圧算定用マップを備え、
   過給補助時に、実エンジン回転速度と実燃料噴射量から、前記過給圧算定用マップを用いて目標過給圧を算出し、この算出された目標過給圧に実過給圧がなるように、前記蓄圧容器を一つ又は複数選択して混合気を過給補助する制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給補助システム。
3. 内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助方法において、
   過給補助時に、前記内燃機関の運転状態に応じて、複数の並列の前記蓄圧容器のうちから前記混合気を放出する蓄圧容器を一つ又は複数選択して前記混合気の過給補助を行うと共に、
   過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が低回転速度領域にあるときは、前記複数の蓄圧容器のうちから低回転速度領域用の第１の蓄圧容器を選択してこの第１の蓄圧容器から前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助し、
   過給補助時において、前記内燃機関の運転状態が中・高回転速度領域にあるときは、前記第１の蓄圧容器よりも容積が大きくかつ容器内圧力が高く設定されている中・高回転速度領域用の一つの蓄圧容器から前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助すると共に、必要とされる混合気の放出量に応じて、前記中・高回転速度領域用の別の蓄圧容器からも前記混合気を前記吸気通路へ放出して過給補助することを特徴とする内燃機関の過給補助方法。
4. 過給補助時に、実エンジン回転速度と実燃料噴射量から、前記内燃機関のエンジン回転速度と燃料噴射量とをベースとして予め設定された目標過給圧を示す過給圧算定用マップを用いて目標過給圧を算出し、この算出された目標過給圧に実過給圧がなるように、前記蓄圧容器を一つ又は複数選択して過給補助することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給補助方法。

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