JP2008151005A

JP2008151005A - エネルギー回収装置

Info

Publication number: JP2008151005A
Application number: JP2006338763A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ito; 泰志伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-07-03

Abstract

【課題】蓄圧容器内と排気通路とを連通する連通路に設けられた開閉弁への燃焼生成物の付着を防止する。
【解決手段】本発明のエネルギー回収装置は、内燃機関１０の排気通路２８に設けられた排気絞り弁５６と、該排気絞り弁５６上流側の前記排気通路２８の部分と蓄圧容器６４とを連通する連通路６２と、該連通路６２に設けられた開閉弁６６と、該開閉弁６６よりも排気通路２８側の前記連通路６２の部分に設けられたフィルタ７２とを備える。前記排気絞り弁５６の閉弁により、前記排気絞り弁５６よりも上流側の前記排気通路２８の部分の圧力エネルギーが高められ、この圧力エネルギーが蓄圧タンク６４へ回収される。圧力エネルギーの回収に際して連通路６２に導かれる流体は、開閉弁６６に至る前に、フィルタ７２を通過する。したがって、その流体に含まれる燃焼生成物が開閉弁６６に至ることは防止される。
【選択図】図１

Description

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じ、該排気絞り弁よりも上流側の圧力エネルギーを蓄圧容器に回収するエネルギー回収装置に関する。

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。

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。

特開２００２−１４７２１７号公報特開２００５−６９１４３号公報

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（蓄圧容器）にチェック弁という弁を介して回収されるので、その弁に排気ガス中の粒子状物質（ＰＭ）などの燃焼生成物が付着する可能性は高い。同様に、上記特許文献２に記載の内燃機関の切り替え弁にも、燃焼生成物が付着する可能性は高い。それ故、それら弁にデポジットが生成し、それら弁の開閉動作に動作不良が生じる可能性がある。これは、排気ガスなどの流体の圧力エネルギーを蓄圧容器へ的確に回収する点から好ましくない。

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、蓄圧容器内と排気通路とを連通する連通路に設けられた弁（開閉弁）へのＰＭなどの燃焼生成物の付着を防止することにある。

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を閉じ、該排気絞り弁よりも上流側の圧力エネルギーを蓄圧容器に回収するエネルギー回収装置において、前記排気絞り弁よりも上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とを連通する連通路に設けられた開閉弁よりも前記排気通路側に、フィルタが設けられていることを特徴とする。

上記構成によれば、前記排気絞り弁よりも上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とを連通する連通路に設けられた開閉弁よりも前記排気通路側にフィルタが設けられているので、燃焼生成物を含む排気ガスなどの流体が連通路に導かれても、それら燃焼生成物が開閉弁に至ることは防止される。したがって、排気通路と蓄圧容器内とを連通する連通路に設けられた開閉弁への燃焼生成物の付着を防止することが可能になる。

ただし、前記フィルタは、前記連通路における他の部分よりも断面積の大きな拡大部に設けられていると良い。このようにすることで、フィルタ周囲の連通路断面積が他の部分よりも大きくなるので、フィルタを介しても流体を円滑に流すことが可能になる。

上記エネルギー回収装置には、前記フィルタの再生時期に、前記蓄圧容器から前記フィルタへ流体を流すべく、前記開閉弁を開弁制御する開弁制御手段が更に備えられているのが好ましい。この開弁制御手段を備えることで、フィルタの再生時期に開閉弁が開弁されて、蓄圧容器内の流体が前記フィルタへ至ることになる。したがって、燃焼生成物がフィルタに付着していた場合、それらは流体により除去されることになる。そして前記開弁制御手段が備えられている場合、前記流体を前記フィルタに向けて分散させる部材が更に設けられていると良い。この部材を設けることで、フィルタに適切に流体を至らせることが可能になる。

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。

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。

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。

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、排気ガス浄化触媒が充填された触媒コンバータ３４が排気管３２の途中に設けられている。

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、触媒コンバータ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。

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通路４６の径は、排気通路２８の径に比べて小さい。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。

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。

排気絞り弁５６よりも上流側の排気通路２８の部分に連通管６０により区画形成された連通路６２が接続され、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内とは連通している。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接続されても良いが、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よりも上流側の部分に接続されている。連通路６２の径は排気通路２８の径に比べて小さい。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に開閉弁６６が設けられている。なお、開閉弁６６が開弁されることで蓄圧タンク６４内と排気通路２８とは連通し、他方、開閉弁６６が閉弁されることで蓄圧タンク６４内と排気通路２８との連通は遮断され、蓄圧タンク６４は密閉状態になる。ただし、開閉弁６６はアクチュエータ６８により開閉作動される。なお、ここでは開閉弁６６はポペット式バルブである。

連通路６２には、連通路６２の他の部分よりも流路断面積の大きな拡大部７０が設けられている。拡大部７０周囲の拡大模式図を図２に示す。拡大部７０は、本実施形態では連通路６２の端部、より詳しくは排気通路２８側の端部に設けられている。本実施形態の拡大部７０は略円筒形状を有し、その径は連通路６２のその他の部分の径よりも大きくなっている。それ故、本実施形態の拡大部７０を拡径部と称することもできる。

拡大部７０にはフィルタ７２が設けられている。このフィルタ７２を連通路６２を流れる流体が必ず通過するように、フィルタ７２は拡大部７０に配置されている。ここではフィルタ７２は拡大部７０の端部、より詳しくは排気通路２８に接するように拡大部７０に設けられている。それ故、フィルタ７２は排気通路２８を流れる排気ガスにより十分に加熱される。更に、同拡大部７０において、フィルタ７２よりも下流側である蓄圧タンク６４側に分散部材７４が設けられている。なお、本実施形態の拡大部７０は、図２に示すように、全周に亘って径方向内側に張り出した段部７６を有していて、この段部７６に分散部材７４およびフィルタ７２が順に重なるように配置されている。

フィルタ７２は、後述するエネルギー回収により排気通路２８から蓄圧タンク６４内に流れる流体から燃焼生成物を取り除くために設けられている。すなわち、フィルタ７２により、フィルタ７２より蓄圧タンク６４側への燃焼生成物の移動は妨げられる。ここでいう燃焼生成物には、排気ガス中のすすなど炭素微粒子からなる粒子状物質（ＰＭ）、未燃ＨＣといった炭化水素微粒子、窒素酸化物（ＮＯｘ）、水蒸気（水）が含まれる。本実施形態において、フィルタ７２で積極的に除かれるのが望まれる燃焼生成物は主にＰＭである。フィルタ７２はそれらＰＭを取り除く、すなわち捕集する機能を有するような大きさおよび形状の孔７２ａを複数有するセラミック多孔質体から構成されている。したがって、排気通路２８の流体中にＰＭが含まれていても、その流体が開閉弁６６や蓄圧タンク６４に至る前に、その流体中のＰＭはフィルタ７２により捕集されて除かれる。ただし、フィルタ７２には、捕集したＰＭの除去を促すために触媒が担持されている。なお、フィルタ７２に担持される触媒として、本実施形態では白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの酸化触媒が用いられている。この酸化触媒は、排気ガスから受ける熱で、有効に機能する温度にまで加熱される。

他方、上述の如く、分散部材７４がフィルタ７２の下流側に配置されている。分散部材７４は複数の孔７４ａを有している。分散部材７４は、蓄圧タンク６４からの流体をフィルタ７２に向けて分散させるべく設けられている。それ故、分散部材７４の複数の孔７４ａは、蓄圧タンク６４から解放されてフィルタ７２に向けて連通路６２を流れる流体をフィルタ７２の中央ばかりでなくその周辺部にも及ぼすように分散させるべく、換言するとフィルタ７２の全範囲に向けて満遍なく適切に方向付けるべく、形作られている。

なお、後述するように排気通路２８の圧力エネルギーは、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圧力エネルギーの放出利用は、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高い圧力エネルギーは、加速要求が求められたときに、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圧力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。

エンジン１０は、電子制御装置（ＥＣＵ）７８に、各種値を検出（導出あるいは推定）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８０が吸気管２０に備えられている。また、エアフローメーター８０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８２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８４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８６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８８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９０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９２も備えられている。更に、ＥＧＲ弁５０の開度を検出するための、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９４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を検出するためのクランクポジションセンサ９６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９６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よりも上流側の排気ガスあるいは空気である流体の圧力を検出するための圧力センサ９８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１００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１０２が備えられている。

ＥＣＵ７８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、ＥＣＵ７８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、開閉弁６６などの作動を制御する。ただし、ＥＣＵ７８は、スロットルバルブ２６、ＥＧＲ弁５０、排気絞り弁５６、開閉弁６６の作動を制御するため、各アクチュエータ２４、５４、５８、６８に作動信号を出力する。なお、本実施形態のＥＣＵ７８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。

エンジン１０では、アクセル開度センサ９０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９６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。

なお、エンジン１０では、クランクポジションセンサ９６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９０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８８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８８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。

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。

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が開かれる領域（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。

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を流れる排気ガスなどは触媒コンバータ３４を通過して外気に放出される。これに対して、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が閉弁状態に制御され、排気通路２８を流れる流体はせき止められる。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。以下にそのエネルギー回収について詳細に説明する。なお、ここでいう「エネルギー回収（回収）」とは、所定条件が満たされているときに、排気絞り弁５６を閉弁して、排気通路２８に至った流体をせき止めて、せき止めた流体の圧力エネルギーを高めて、圧力エネルギーの高まった流体（圧縮流体）の回収を通じて圧力エネルギーを回収することである。

以下に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。

エンジン１０が起動されると、まずＥＣＵ７８は、ステップＳ２０１において、再生フラグが「０」、すなわちＯＦＦであるか否かを判定する。なお、再生フラグについては後述する。初期状態では同再生フラグはリセットされているためここでは肯定される。

ステップＳ２０１で肯定されると、次ぐステップＳ２０３で、回収フラグが「１」、すなわちＯＮであるか否かが判定される。ここで、回収フラグが「１」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す。これに対してそれが「０」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。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。

ステップＳ２０３で否定されると、次ぐステップＳ２０５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Ｓ２０５において否定される。

ステップＳ２０５で否定されると、次ぐステップＳ２０７で、蓄圧タンク６４内の圧力（図２中の「タンク内圧」）が所定圧を超えているか否かが判定される。そして、蓄圧タンク６４内の圧力がこの所定圧以下である場合には否定されて、当該ルーチンは終了する。

他方、上記ステップＳ２０５で燃料カット中として肯定されると、次ぐステップＳ２０９で、蓄圧タンク６４内の圧力が、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に記憶されている上限値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。なお、このステップＳ２０９で否定されると、該ルーチンは終了する。

そして、蓄圧タンク６４内の圧力が上限値以下であるとして肯定されると、次ぐステップＳ２１１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Ｓ２１３に至ると、ＥＧＲ弁５０および開閉弁６６が閉弁されるように、作動手段である各アクチュエータ５４、６８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Ｓ２１１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よりも上流側の排気通路２８の部分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ＥＧＲ弁５０は閉弁状態に保持制御される。なお、開閉弁６６は基本的には閉弁されているので、開閉弁６６は閉弁状態に保たれることになる。

次ぐステップＳ２１５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。

次のルーチンでは、未だ再生フラグは「０」であるのでステップＳ２０１で肯定されて、ステップＳ２０３での判定がなされる。ステップＳ２０３では回収フラグが「１」であるので肯定される。

ステップＳ２０３で肯定されると、次ぐステップＳ２１７で、上記ステップＳ２０５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Ｓ２１９で、上記ステップＳ２０９と同様に蓄圧タンク６４内の圧力が上記上限値以下か否かが判定される。なお、ステップＳ２１７およびステップＳ２１９での判定が行われるのは、ステップＳ２１１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。

さてステップＳ２１９で肯定されると次ぐステップＳ２２１で、蓄圧タンク６４内の圧力が、排気絞り弁５６よりも上流側の排気通路２８の部分の圧力（図２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、開閉弁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ほど高まっているかを調べるために、ステップＳ２２１での判定が行われる。ステップＳ２２１で否定される場合には次ぐステップＳ２２３で、開閉弁６６が閉弁されるようにアクチュエータ６８に作動信号が出力される。これは、既に開閉弁６６が閉じられている場合には、開閉弁６６が閉じたままにされることを意味している。他方、ステップＳ２２１で肯定される場合には次ぐステップＳ２２５で、開閉弁６６が開弁されるようにアクチュエータ６８に作動信号が出力される。これにより、排気絞り弁５６よりも上流側の排気通路２８の部分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。上記の如く、連通路６２にフィルタ７２が設けられているので、連通路６２に導かれる流体にＰＭなどの燃焼生成物が含まれていても、それら燃焼生成物はフィルタ７２によって捕集されて、流体から除去される。したがって、燃焼生成物の除かれた流体が、開閉弁６６や蓄圧タンク６４に至ることになる。

高い圧力エネルギー、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Ｓ２１７あるいはステップＳ２１９で否定されない限りは概ね続けて行われる。

エネルギー回収中に、ステップＳ２１７あるいはステップＳ２１９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ようになる。それらのいずれかで否定されると次ぐステップＳ２２７で、ＥＧＲ弁５０の開弁および開閉弁６６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へ作動信号が出力される。次ぐステップＳ２２９では、排気絞り弁５６が開弁され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Ｓ２３１で回収フラグが「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。

なお、エネルギー回収の終了に際して、ステップＳ２２９で排気絞り弁５６が開弁される前に、ステップＳ２２７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の低減が図られ、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Ｓ２２７でのＥＧＲ弁５０の強制的な開弁は、ステップＳ２３１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。

上記したように、エネルギー回収に伴って、開閉弁６６を介して蓄圧タンク６４内に流れる流体は、開閉弁６６に至る前に、フィルタ７２を必ず通過する。したがって、開閉弁６６へＰＭなど燃焼生成物が至ることは防止されるので、開閉弁６６へのＰＭなどの付着は防止される。ひいては開閉弁６６におけるデポジット生成が防止される。なお、フィルタ７２に捕集されたＰＭは、フィルタ７２に担持された上記触媒によって概ね酸化除去（燃焼除去）される。

このようにフィルタ７２に捕集されたＰＭの除去は触媒反応によって行われる。さらに、本実施形態では、フィルタ７２に付着したＰＭの除去をより確実なものにするために、所定の時期に、蓄圧タンク６４に蓄えられた流体を解放して、フィルタ７２に向けて逆流させる。これを、ここではフィルタ７２の再生と称する。

フィルタ７２の再生を図る所定条件が満たされているとき、すなわちフィルタの再生時期には、上記再生フラグが「１」にされる。つまり、上記再生フラグとはフィルタ７２の再生を図る所定条件が満たされているか否かを示すフラグのことである。それ故、再生フラグが「１」ということはフィルタ７２の再生を図る所定条件が満たされていることを表し、これに対して再生フラグが「０」ということはフィルタ７２の再生を図る所定条件が満たされていないことを表す。

エネルギー回収が行われておらず（回収フラグが「０」）、エンジン１０が通常の制御状態にあるときであって、再生フラグが「０」であるときには、ステップＳ２０１で肯定され、ステップ２０３で否定される。そして、燃料カット中でないとして上記ステップＳ２０５で否定される場合には、次ぐ上記ステップＳ２０７で、蓄圧タンク６４内の圧力が所定圧を越えているか否かが判定される。例えば、この所定圧は、ゲージ圧で２００ｋＰａである。

ステップＳ２０７で肯定されると、次ぐステップＳ２３３で、第１経過時間が第１所定時間を越えているか否かが判定される。ここで第１経過時間とはエンジン１０の累積作動時間のことである。ここでは第１経過時間として、ＥＣＵ７８に内蔵されているタイマ手段で累積的に計測されている時間が用いられる。なお、初めの第１経過時間は、車両の総走行距離が「０」のときからの時間である。また第１所定時間とはフィルタ７２へのＰＭの付着量がエネルギー回収に悪影響を及ぼすことが危惧される量に達する時間あるいはそれより少ない時間であり、予め実験により求められて設定されている。それは本実施形態では５０時間に設定されている。ステップＳ２３３で否定されると、当該ルーチンは終了する。他方、ステップＳ２３３で肯定されると、次ぐステップＳ２３５で、再生フラグが「１」にされる。そして、次ぐステップＳ２３７で開閉弁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。なお、ステップＳ２３３で第１経過時間が第１所定時間を超えているとして肯定されると、タイマ手段はそれまで累積的に計測していた第１経過時間に対応する時間をリセットして「０」にする。

開閉弁６６が開弁されると、蓄圧タンク６４内の高い圧力エネルギーを有する流体が連通路６２を介して排気通路２８へ至るようになる。この過程で、連通路６２に設けられたフィルタ７２にその流体は勢い良く当たり、フィルタ７２を通過する。特に、分散部材７４が連通路６２の内、フィルタ７２と蓄圧タンク６４との間に設けられていて、上記の如くそれには複数の孔７４ａが設けられているので、解放された流体はフィルタ７２の広範囲に向けて満遍なく適切に及ぼされることになる。したがって、第１経過時間が経過する過程でフィルタ７２に捕集され付着したＰＭが仮にあっても、それらは解放された流体により排気通路２８に吹き飛ばされて除去される。

このように流体の解放が行われてフィルタ７２の再生が図られているとき、上記再生フラグは「１」であるので、次回以降のルーチンのステップＳ２０１で否定されることになる。ステップＳ２０１で否定されると、次ぐステップＳ２３９で、第２経過時間が第２所定時間を超えるか否かが判定される。このステップＳ２３９での判定のため、第２経過時間に対応する時間の計測が、ステップＳ２３５で再生フラグが「１」にされるときタイマ手段により開始される。また第２所定時間とはフィルタ７２に付着したＰＭを適切に除去するのに必要な時間であり、それは予め実験により求められて設定されている。なお、本実施形態では第２所定時間は２秒に設定されている。そして、ステップＳ２３９で否定されると、当該ルーチンは終了され、流体の解放が継続される。

ステップＳ２３９で第２経過時間が第２所定時間を超えたとして肯定されるようになると、次ぐステップＳ２４１およびステップＳ２４３で流体の解放を終了させるための制御が行われることになる。なお、ステップＳ２３９で肯定されると、タイマ手段はそれまで累積的に計測していた第２経過時間に対応する時間をリセットして「０」にする。

ステップＳ２４１では開閉弁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。次ぐステップＳ２４３では再生フラグが「０」にされる。これにより蓄圧タンク６４内に蓄えられた流体を用いてのフィルタ７２の再生は終了する。なお、第１経過時間に対応する時間の計測が、ステップＳ２４３で再生フラグが「０」にされるときタイマ手段により開始される。

このように定期的にフィルタ７２の再生が図られるので、フィルタ７２にＰＭが付着し続け、デポジットが生成するのは防止される。すなわち、フィルタ７２の孔７２ａに目詰まりなどは生じず、フィルタ７２は十分にきれいな状態に保たれる。したがって、フィルタ７２を流体が通過するときのフィルタ抵抗を十分に低い状態に維持することが可能になる。このようにフィルタ７２によりＰＭなどの燃焼生成物は適切に除去可能になるので、本実施形態のように、エネルギー回収が燃料カット中に行われる場合であって、きれいな空気のみにより蓄圧タンク６４内に圧力エネルギーを形成させたいときにも、燃料カット開始直後からエネルギー回収を行うことが可能になる。これは、燃料カット開始後、排気絞り弁５６よりも上流側から完全に排気ガスが排除される前にエネルギー回収を回収することが出来ることを意味している。それ故、エネルギー回収に要する全時間の短縮が図られることになる。これにより、例えば、燃料カットをしている時間が短い場合でも、エネルギー回収を行うことが出来るようになるので、エネルギー回収の機会の増加がもたらされる。したがって、エネルギー回収装置の信頼性を向上させることが可能になる。

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ても良い。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ても、排気通路２８の排気ガスは連通路６２に設けられたフィルタ７２を通過して蓄圧タンク６４に至ることになるので、それらに含まれるＰＭなどが開閉弁６６や蓄圧タンク６４に至ることは防止される。したがって、開閉弁６６にＰＭなどが付着し、そこにデポジットが生成することは防止される。

また、上記実施形態では、フィルタ７２は連通路６２の排気通路２８側の端部に設けられたが、それは連通路６２の他の箇所に設けられても良い。ただし、フィルタ７２は、開閉弁６６へのＰＭなど燃焼生成物の付着を防止するため、開閉弁６６よりも排気通路２８側の連通路６２の部分に設けられるのが良い。また、フィルタ７２は、連通路６２に設けられるのであれば上記拡大部７０以外に設けられても良い。なお、フィルタ７２は金属製多孔質体から構成されても良い。

また、フィルタ７２に捕集されたり付着したりしたＰＭなどを除去するため、上記実施形態では、フィルタ７２に触媒を担持させ、且つ、蓄圧タンク６４内の流体を解放させることにした。しかしながら、それら触媒の使用や流体の解放の両者を用いて燃焼生成物の除去が行われる必要は必ずしもなく、それらの一方のみによりそれらの除去が行われても良い。それ故、フィルタ７２に、上記実施形態の如く触媒が担持される必要は必ずしもない。なお、フィルタ７２に担持される触媒は、上記触媒に限定されず、種々の他の触媒が適用され得る。また、上記実施形態では、蓄圧タンク６４から放出された流体をフィルタ７２に適切に及ぼすように分散部材７４が配置されたが、分散部材７４は配置されなくても良い。なお、分散部材７４はフィルタ７２に接して設けられる必要はなく、所定距離をおいて離して設けられても良い。

また、上記実施形態では、エンジン１０の累積作動時間である第１所定時間が第１経過時間を越えたときに、フィルタ７２の再生を図るべく蓄圧タンク６４内の流体を解放させたが、このようにフィルタ７２再生用の流体の解放がなされるフィルタの再生時期は異なる時期であっても良い。例えば、エネルギー回収の総累積時間が所定時間経過する毎に、フィルタ７２再生用の流体の解放がなされても良い。あるいは、エネルギー回収が行われる直前あるいはその直後毎に、フィルタ７２再生用の流体の解放がなされても良い。また、上記実施形態では、フィルタ７２再生用の流体の解放を連続的に第２所定時間行うことにしたが、第２所定時間の間に断続的に複数回流体の解放が行われても良い。この場合、解放された流体がパルス的にフィルタ７２に及ぼされることになり、優れたＰＭ除去作用が奏される。

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。また、ＥＧＲ弁５０や開閉弁６６は、ポペット式バルブ以外の形式のバルブであっても良く、バタフライ式バルブ、シャッター式バルブであり得る。

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。そして蓄圧タンク６４を２つ以上複数個設ける場合には、それら蓄圧タンク６４は車両に分散して配置され得る。

なお、上記実施形態では、蓄圧タンク６４内に回収された圧力エネルギーを、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、これは回収された圧力エネルギーの用途を制限するものではなく、回収された圧力エネルギーは、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。

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。

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。

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。排気通路と蓄圧タンクとを連通する連通路の拡大部周囲の拡大模式図である。制御フローチャートの一例である。

符号の説明

１０エンジン
２８排気通路
５６排気絞り弁
６２連通路
６４蓄圧タンク
７２フィルタ

Claims

内燃機関の排気通路に設けられた排気絞り弁を閉じ、該排気絞り弁よりも上流側の圧力エネルギーを蓄圧容器に回収するエネルギー回収装置において、
前記排気絞り弁よりも上流側の排気通路と前記蓄圧容器内とを連通する連通路に設けられた開閉弁よりも前記排気通路側に、フィルタが設けられていることを特徴とするエネルギー回収装置。
前記フィルタは、前記連通路における他の部分よりも断面積の大きな拡大部に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。
前記フィルタの再生時期に、前記蓄圧容器から前記フィルタへ流体を流すべく、前記開閉弁を開弁制御する開弁制御手段が更に備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエネルギー回収装置。
前記流体を前記フィルタに向けて分散させる部材が更に設けられていることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー回収装置。