JP2008151073A - 内燃機関の気体供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】気体を蓄える蓄圧部が設けられ、吸気圧よりも高圧の気体が蓄圧部に蓄えられる際に、気体の蓄圧が効率良く行われることのできる内燃機関の気体供給装置を提供する。
【解決手段】圧縮された気体を蓄え、蓄えられた気体を内燃機関１に供給する内燃機関の気体供給装置であって、気体を蓄える蓄圧部１０と、内燃機関の筒内と蓄圧部とを連通し、筒内で圧縮された気体を蓄圧部に導入するための導入経路１１と、導入経路を開閉する導入経路開閉手段１４とを備え、筒内で圧縮された気体が蓄圧部に導入される際に、導入経路開閉手段が開かれるタイミングは、内燃機関の圧縮行程において、筒内の圧力が蓄圧部の内部の圧力と概ね等しくなるタイミングに設定される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の気体供給装置に関し、特に、圧縮された気体を蓄え、蓄えられた気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置に関する。

内燃機関の吸気行程において、出力の増加等を目的として、吸気圧よりも相対的に高圧の気体（例えば空気）が吸気管等に供給されることがある。上記のように高圧の気体が供給されるのは、例えば、過給機を備えた内燃機関において、過給遅れによる加速の遅れを抑制する場合である。この場合、例えば、高圧の気体が蓄圧部（タンク等）に蓄えられ、蓄えられた高圧の気体が吸気行程において蓄圧部から吸気管等に供給される。

特開２００５−６９１４３号公報 特開平７−１３９３５３号公報 特許第３３６５５３３号公報 実公平８−９３８１号公報

高圧の気体を蓄圧部に蓄え、蓄えられた気体を内燃機関に供給する装置について、従来十分な検討がなされていない。例えば、高圧の気体が蓄圧部に蓄えられる際に、蓄圧部への気体の蓄圧が効率良く行われることが望ましい。

また、蓄圧部に蓄えられた高圧の気体が内燃機関に供給される際に、所望の量の気体が精度良く供給されることが望ましい。

本発明の目的は、気体を蓄える蓄圧部が設けられ、吸気圧よりも高圧の気体が蓄圧部に蓄えられる際に、気体の蓄圧が効率良く行われることのできる内燃機関の気体供給装置を提供することである。

本発明の他の目的は、気体を蓄える蓄圧部が設けられ、吸気圧よりも高圧の気体が蓄圧部から内燃機関に供給される際に、所望の量の気体が精度良く供給されることができる内燃機関の気体供給装置を提供することである。

本発明の内燃機関の気体供給装置は、圧縮された気体を蓄え、蓄えられた前記気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置であって、前記気体を蓄える蓄圧部と、前記内燃機関の筒内と前記蓄圧部とを連通し、前記筒内で圧縮された前記気体を前記蓄圧部に導入するための導入経路と、前記導入経路を開閉する導入経路開閉手段とを備え、前記筒内で圧縮された前記気体が前記蓄圧部に導入される際に、前記導入経路開閉手段が開かれるタイミングは、前記内燃機関の圧縮行程において、前記筒内の圧力が前記蓄圧部の内部の圧力と概ね等しくなるタイミングに設定されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の気体供給装置において、前記蓄圧部に蓄えられた前記気体を前記内燃機関に供給するための供給経路と、前記供給経路を開閉する供給経路開閉手段とを備え、前記気体の供給量の指令値に基づいて、前記供給経路開閉手段の開度及び開弁期間の少なくともいずれか一方が設定されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の気体供給装置は、圧縮された気体を蓄え、蓄えられた前記気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置であって、前記気体を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部に蓄えられた前記気体を前記内燃機関に供給するための供給経路と、前記供給経路を開閉する供給経路開閉手段とを備え、前記気体の供給量の指令値に基づいて、前記供給経路開閉手段の開度及び開弁期間の少なくともいずれか一方が設定されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の気体供給装置において、前記気体の供給量の指令値は、前記蓄圧部に蓄えられた前記気体が前記内燃機関に供給される前における吸気圧、及び前記吸気圧の目標値に基づいて生成されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の気体供給装置によれば、気体を蓄える蓄圧部が設けられ、吸気圧よりも高圧の気体が蓄圧部に蓄えられる際に、気体の蓄圧が効率良く行われることができる。

以下、本発明の内燃機関の気体供給装置の一実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１から図９を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、圧縮された気体を蓄え、蓄えられた気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置に関する。

内燃機関の吸気行程において、出力の増加等を目的として、吸気圧よりも相対的に高圧の気体（例えば空気）が供給される場合に、蓄圧部に蓄えられた気体が供給される方法がある。蓄圧部に高圧の気体を蓄える手段として、筒内で圧縮された気体が蓄圧部に導入されることが検討されている。

図１３は、筒内で圧縮された気体が蓄圧部に蓄えられる装置の一例を示す。図１３において、符号２００は、内燃機関を示す。内燃機関２００が搭載された車両には、筒内で圧縮された気体を蓄えるための蓄圧部１１０が設けられている。蓄圧部１１０と内燃機関２００の筒内とは、第１通路（導入経路）１１１により連通されている。第１通路１１１と筒内との接続部には、蓄圧制御弁（導入経路開閉手段）１１４が設けられている。

筒内で圧縮された気体が蓄圧部１１０に蓄えられる際（以下、蓄圧時とする）には、圧縮行程において蓄圧制御弁１１４が開かれる。これにより、符号Ｙ１００に示すように、筒内の高圧の気体が、第１通路１１１を経て蓄圧部１１０に導入される。蓄圧部１１０への気体の蓄圧は、例えばアクセルが閉じられた場合などに行われる。これにより、運転者が大きな駆動力を必要としていないときに、圧縮行程で加圧された圧力を有効に利用して蓄圧部１１０に気体が蓄えられることができる。

蓄圧時には、筒内から気体が取り出されることにより、筒内で気体が圧縮される際に消費されたエネルギーの一部がロスとなる。このため、内燃機関２００の効率が低下して出力が減少する。筒内の気体が蓄圧部１１０に取り出される際に、適切なタイミングで行われないとエネルギーのロスが大きくなり、内燃機関２００の効率及び出力が大きく低下してしまう。そこで、本実施形態では、蓄圧時のエネルギーのロスを低減させる制御が行われる。

具体的には、蓄圧時に蓄圧制御弁１１４が開かれるタイミングは、蓄圧部１１０内と筒内とが概ね同じ圧力となるタイミングに設定される。これにより、以下に説明するように、蓄圧時のエネルギーのロスが低減される。

図１は、第１実施形態に係る装置の概略構成図を示す。図１において、符号１は、内燃機関（エンジン）を示す。エンジン１は、シリンダブロック２を有する。シリンダブロック２には、シリンダブロック２の内部を往復動可能なピストン４が設けられている。ピストン４の上方には、燃焼室５が形成されている。シリンダブロック２には、エンジン１の冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ２７が設けられている。

シリンダブロック２の上方には、シリンダヘッド３が設けられている。シリンダヘッド３には、吸気管６が接続されている。吸気管６と燃焼室５との接続部には、吸気弁７が設けられている。図１には、吸気弁７が閉じた状態が示されている。吸気管６には、吸気圧センサ２２及び吸気温センサ２５が設けられている。吸気圧センサ２２により、吸気管６内の圧力が検出される。吸気温センサ２５により、吸気の温度が検出される。

シリンダヘッド３には、排気管８が接続されている。排気管８と燃焼室５との接続部には、排気弁９が設けられている。図１には、排気弁９が閉じた状態が示されている。シリンダヘッド３には、筒内の圧力を検出する筒内圧センサ２６が設けられている。図示しないアクセルの近傍には、アクセルポジションセンサ２１が設けられている。アクセルポジションセンサ２１により、アクセルの開度が検出される。エンジン１には、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ２８が設けられている。

次に、筒内で圧縮された空気（気体）を蓄えると共に、蓄えられた圧縮空気を筒内及び吸気管６に供給する内燃機関の気体供給装置について説明する。符号１０は、圧縮空気を蓄える蓄圧タンクを示す。蓄圧タンク１０には、蓄圧タンク１０内の圧力を検出するタンク内圧センサ２９、及び蓄圧タンク１０内の温度を検出するタンク内温度センサ３０が設けられている。

蓄圧タンク１０と燃焼室５とは、第１通路１１を介して連通されている。第１通路１１には、冷却器（熱交換器）１２が設けられている。第１通路１１と燃焼室５との接続部には、蓄圧制御弁１４が設けられている。蓄圧制御弁１４が開閉されることにより、第１通路１１と燃焼室５とが連通した状態及び連通していない状態が切替えられる。図１には、蓄圧制御弁１４が開かれて第１通路１１と燃焼室５とが連通した状態が示されている。

蓄圧タンク１０と吸気管６とは、第２通路１７を介して連通されている。吸気管６と第２通路１７との接続部には、三方弁１８が設けられている。三方弁１８により、第２通路１７と吸気管６とが連通した状態及び連通していない状態の切り替えが行われる。

エンジン１が搭載された車両（図示せず）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。アクセルポジションセンサ２１、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２５、筒内圧センサ２６、冷却水温度センサ２７、エンジン回転数センサ２８、タンク内圧センサ２９、及びタンク内温度センサ３０は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの計測結果が車両制御部２０に入力される。蓄圧制御弁１４及び三方弁１８は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの動作が車両制御部２０により制御される。

本実施形態では、筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられ、必要なときに蓄えられた圧縮空気が吸気行程において吸気管６及び筒内の少なくともいずれか一方に供給される。

図２は、筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられる蓄圧時の様子を示す図である。蓄圧時には、例えば、エンジン１の圧縮行程において蓄圧制御弁１４が開かれる。これにより、ピストン４の上昇により圧縮された筒内の空気が、符号Ｙ１に示す矢印のように、燃焼室５から第１通路１１に流入する。第１通路１１に流入した圧縮空気は、冷却器１２を通過して蓄圧タンク１０に流入する。

筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０へ導入されると、空気が圧縮される際に消費されたエネルギーの一部がロスとなる。その結果、エンジン１の効率が低下して出力が減少する。本実施形態では、蓄圧に伴うエンジン１の出力減少により運転性が低下することを抑制するために、運転性に与える影響が比較的少ない条件下において、蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われる。より具体的には、蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧は、車両の減速時や、シフトチェンジ時など、アクセルが閉じられている場合に行われる。

蓄圧タンク１０に蓄えられた圧縮空気は、必要とされる場合に、エンジン１に供給される。圧縮空気が供給されるのは、エンジン１の吸気量（吸気圧）を増加する必要が生じた場合等である。例えば、エンジン１が過給機（図示せず）を備える場合に、過給遅れが生じた際には、過給遅れによる出力の増加の遅れを抑制するために、圧縮空気がエンジン１に供給される。

図３及び図４は、圧縮空気がエンジン１（筒内）に供給される際（以下、供給時とする）の様子を示した図である。圧縮空気が筒内に供給される経路は２つある。第１の経路は、図３において符号Ｙ２に示すように、第２通路１７から吸気管６を経て筒内に供給される経路である。この場合、三方弁１８が制御されて第２通路１７と吸気管６とが連通した状態とされる。これにより、圧縮空気は、符号Ｙ２で示すように、蓄圧タンク１０から第２通路１７、三方弁１８、及び吸気管６を経て筒内に供給される。

第２の経路は、図４おいて符号Ｙ３に示すように、圧縮空気が吸気管６を経ずに筒内に直接供給される経路である。この場合、例えば吸気行程において、蓄圧制御弁１４が開かれる。これにより、圧縮空気は、符号Ｙ３で示すように、蓄圧タンク１０から第１通路１１及び冷却器１２を経て筒内に供給される。

上記のように蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧、及び蓄圧タンク１０から筒内への圧縮空気の供給が行われる内燃機関の気体供給装置において、以下に説明するように、蓄圧時に蓄圧制御弁１４が開かれるタイミングが適切でない場合には、エンジン１の効率が大きく低下することがある。

図５から図８は、圧縮行程から排気行程へかけての筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図（Ｐ−Ｖ線図）である。図５は、蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われない場合の筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図である。図６は、本実施形態の蓄圧制御が行われた場合の筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図である。図７は、蓄圧時に蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが遅すぎた場合の筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図である。図８は、蓄圧時に蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが早すぎた場合の筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図である。

なお、上記のように本実施形態ではアクセルＯＦＦ時に蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われる。このため、図５から図８には、アクセルが閉じられて燃料の供給が停止されている（筒内で燃焼が行われない）場合のＰ−Ｖ線図が示されている。

図５において、符号１００は、筒内容積Ｖに対応する筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ１は、圧縮行程を示す。符号Ｋ２は、膨張行程を示す。符号Ｎ１は、ピストン４の上死点を示す。圧縮行程Ｋ１において、筒内容積Ｖが減少するのに伴い、筒内圧Ｐcylの値１００が上昇する。上死点Ｎ１において、符号Ｙ１に示すように圧縮行程Ｋ１から膨張行程Ｋ２へ移行する。膨張行程Ｋ２では、筒内容積Ｖが増加するのに伴い、筒内圧Ｐcylの値１００が低下していく。

筒内から蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われない場合には、圧縮行程Ｋ１から膨張行程Ｋ２にかけて、筒内から外部への空気の出入りが生じない。また、燃料の供給が停止されており、燃焼によるガスの発生に伴う圧力変化も生じない。このため、図５に示すように、圧縮行程Ｋ１と膨張行程Ｋ２とで、同じ筒内容積Ｖに対する筒内圧Ｐcylの値１００は概ね同じとなる。即ち、圧縮行程Ｋ１における筒内圧Ｐcylの値１００の軌跡と膨張行程Ｋ２における筒内圧Ｐcylの値１００の軌跡とは、概ね同じ曲線を描く。

図６は、本実施形態の蓄圧制御が行われた場合の筒内容積Ｖと筒内圧Ｐcylとの対応関係を示す図である。図６において、符号Ｋ３は、筒内から蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われる前（以下、蓄圧前とする）の圧縮行程を示す。符号１０１は、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ３ａは、筒内から蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が行われている間（蓄圧時）の圧縮行程を示す。符号１０２は、蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａにおける筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ４は、膨張行程を示す。符号１０３は、膨張行程における筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｎ３は、上死点を示す。符号Ｐ１は、蓄圧タンク１０内の圧力を示す。

本実施形態では、蓄圧を開始する際の蓄圧制御弁１４の開弁タイミングは、エンジン１の効率の低下を抑制するタイミングに設定される。具体的には、図６に示すように、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３において筒内圧Ｐcylの値１０１が蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と概ね等しくなるＮ２点（以下、等圧点とする）において蓄圧制御弁１４が開かれる。これにより、後述するように、等圧点Ｎ２よりも遅いまたは早いタイミングで蓄圧制御弁１４が開弁される場合に比べてエンジン１の効率の低下が抑制される。

等圧点Ｎ２において蓄圧制御弁１４が開かれると、図２に示すように、ピストン４の上昇により圧縮された筒内の空気が符号Ｙ１で示すように蓄圧タンク１０へ向けて流出し始める。筒内の空気が蓄圧タンク１０へ流出することで、ピストン４の上昇量に対する筒内圧Ｐcylの値１０２の上昇割合が小さくなる。即ち、蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａでは、筒内圧Ｐcylの値１０２の上昇速度は、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値１０１の上昇速度に比べて低下する。蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａの終了する上死点Ｎ３において、蓄圧制御弁１４が閉じられる。

空気が蓄圧タンク１０へ流出することにより、蓄圧制御弁１４が開かれる等圧点Ｎ２に比べて、蓄圧制御弁１４が閉じられる上死点Ｎ３における筒内の空気量が減少する。このため、同じ筒内容積Ｖで比較すると、膨張行程Ｋ４における筒内圧Ｐcylの値１０３は、圧縮行程（Ｋ３、Ｋ３ａ）における筒内圧Ｐcylの値（１０１、１０２）に比べて小さな値となる。筒内が低圧となる分だけ、膨張行程Ｋ４において、膨張側へ運動しようとするピストン４に対する抵抗力が高まり、エンジン１の負荷が増加する。膨張行程Ｋ４における筒内圧Ｐcylの値１０３、及び圧縮行程（Ｋ３、Ｋ３ａ）における筒内圧Ｐcylの値（１０１、１０２）で囲まれる領域Ａ１（の面積）は、蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧によりロスする仕事（以下、蓄圧時仕事量とする）を示している。蓄圧時仕事量Ａ１に相当する仕事の分だけエンジン１の負荷が増加するため、エンジン１の効率が減少し、出力が低下する。

次に、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが、等圧点Ｎ２よりも遅いタイミングに設定された場合におけるエンジン１の効率の低下について説明する。

図７は、上記のように蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが等圧点Ｎ２よりも遅いタイミングに設定された場合のＰ−Ｖ線図を示す。図７において、符号Ｎ４は、蓄圧制御弁１４が開かれるタイミングを示す。符号Ｋ５は、蓄圧前の圧縮行程を示す。符号１０４は、蓄圧前の圧縮行程Ｋ５における筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ５ａは、蓄圧時の圧縮行程を示す。符号１０５は、蓄圧時の圧縮行程Ｋ５ａにおける筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ６は、膨張行程を示す。符号１０６は、膨張行程Ｋ６における筒内圧Ｐcylの値を示す。また、符号１０２は、本実施形態において等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれた場合の蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａ（図６参照）における筒内圧Ｐcylの値を示す。

図７に示すように、蓄圧制御弁１４が開かれるＮ４点が、等圧点Ｎ２よりも遅いタイミングに設定されている。このため、蓄圧制御弁１４が開かれるＮ４点において、蓄圧前の圧縮行程Ｋ５における筒内圧Ｐcylの値１０４は、蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１よりも大きな値Ｐ３まで上昇している。この場合、蓄圧前の圧縮行程Ｋ５における筒内圧Ｐcylの値１０４を必要以上に高めてしまうこととなる。その結果、以下に説明するように、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合の蓄圧時仕事量Ａ１に比べて、余分に仕事をすることになる。

符号１０４ａは、蓄圧前の圧縮行程Ｋ５における筒内圧Ｐcylの値１０４において、等圧点Ｎ２を過ぎてから蓄圧制御弁１４が開かれるＮ４点までの区間における値（以下、等圧点経過後の筒内圧Ｐcylの値とする）を示す。等圧点経過後の筒内圧Ｐcylの値１０４ａ、及び蓄圧時の圧縮行程Ｋ５ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０５は、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれた場合の蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０２に比べて大きな値で推移する。このため、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合に比べて、以下に説明する量だけ蓄圧によりロスする仕事が増加する。

符号Ａ２は、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれた場合の蓄圧時の圧縮行程Ｋ３ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０２、等圧点経過後の筒内圧Ｐcylの値１０４ａ、及び蓄圧時の圧縮行程Ｋ５ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０５で囲まれる領域（以下、仕事量の増分とする）を示す。仕事量の増分Ａ２だけ、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれた場合の蓄圧時仕事量Ａ１に比べてロスする仕事量が増加する。

一方、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが、等圧点Ｎ２よりも早いタイミングに設定された場合にも、蓄圧に要する仕事が増加する。

図８は、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが、等圧点Ｎ２よりも早いタイミングに設定された場合のＰ−Ｖ線図を示す。図８において、符号Ｋ７は、蓄圧前の圧縮行程を示す。符号１０７は、蓄圧前の圧縮行程Ｋ７における筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ７ａは、蓄圧時の圧縮行程を示す。符号１０８は、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｋ８は、膨張行程を示す。符号１０９は、膨張行程Ｋ８における筒内圧Ｐcylの値を示す。符号Ｎ５は、蓄圧制御弁１４が開かれるタイミングを示す。符号１０１は、本実施形態で等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合の、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値（図６参照）を示す。

図８に示すように、蓄圧制御弁１４が開かれるＮ５点が、等圧点Ｎ２よりも早いタイミングに設定されている。このため、蓄圧制御弁１４が開かれるＮ５点における筒内圧Ｐcylの値Ｐ４は、蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１よりも小さな値である。この場合、蓄圧制御弁１４が開かれると、図４に符号Ｙ３で示すように、相対的に高圧の蓄圧タンク１０内の圧縮空気が筒内に流れ込んでしまう。蓄圧タンク１０から筒内への圧縮空気の流入は、蓄圧タンク１０内の圧力と蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０８とが等しくなるＮ６点まで続く。

これにより、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０８は、符号１０８ａに示すように、蓄圧制御弁１４が開かれてすぐのＮ６点において、蓄圧制御弁１４の開弁前の蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１に近い値まで上昇してしまう。その後、ピストン４の上昇により、等圧点Ｎ２へ向けて筒内容積Ｖが減少していく。Ｎ６点から等圧点Ｎ２までの間は、ピストン４が上昇しても圧力の増加にはほとんど寄与せず、蓄圧タンク１０から筒内に流入した空気を押し戻すだけとなる。よって、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧１０８はほとんど上昇しないままで、筒内容積Ｖが減少する。

等圧点Ｎ２において、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧１０８及び蓄圧タンク１０内の圧力は共に、符号Ｐ１で示す圧力となる。その後、上死点Ｎ７へ向けて、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０８は徐々に上昇する。

図８よりわかるように、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０８は、蓄圧制御弁１４が開かれるＮ５点から等圧点Ｎ２までの区間において、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合の、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値１０１に比べて大きな値で推移する。蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおいて、筒内圧Ｐcylの値１０８が高圧となる分、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合に比べて、ピストン４のなす仕事量が増加する。その結果、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合に比べて、以下に説明する量だけ蓄圧によりロスする仕事が増加する。

図８において、符号Ａ３は、蓄圧時の圧縮行程Ｋ７ａにおける筒内圧Ｐcylの値１０８、及び等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれる場合の、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値１０１で囲まれる領域（仕事量の増分）を示す。仕事量の増分Ａ３だけ、等圧点Ｎ２で蓄圧制御弁１４が開かれた場合の蓄圧時仕事量Ａ１に比べてロスする仕事量が増加する。

本実施形態では、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングは、蓄圧前の圧縮行程Ｋ３における筒内圧Ｐcylの値１０３（図６参照）が蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と概ね等しくなる等圧点Ｎ２に設定される。これにより、前述したように、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが等圧点Ｎ２よりも早い、または遅いタイミングに設定される場合に比べて、蓄圧に伴いロスする仕事が低減される。

図９は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０では、蓄圧タンク１０に筒内の圧縮空気の蓄圧を行うか否かが判定される。ステップＳ１０の判定が行われる際には、例えば、アクセルポジションセンサ２１による検出結果が参照される。この場合、例えばアクセルがＯＦＦにされている場合に蓄圧を行うと判定されることができる。

ステップＳ１０の判定の結果、蓄圧を行うと判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、ステップＳ２０へ移行する。一方、ステップＳ１０の判定の結果、蓄圧を行うと判定されなかった（ステップＳ１０否定）場合には、ステップＳ１０が繰り返される。

ステップＳ２０では、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングを設定するための準備が行われる。具体的には、タンク内圧センサ２９により検出された蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１が読み込まれる。また、前回のエンジン１のサイクルの圧縮行程において筒内圧センサ２６により検出された筒内圧Ｐcylが読み込まれる。この場合、例えば、予め定められた所定のクランク角度ごとに検出された筒内圧Ｐcylの推移が読み込まれることができる。次に、前回のサイクルにおける筒内圧Ｐcylに基づいて、次回のサイクルにおける筒内圧Ｐcylが予測される。

次に、ステップＳ３０では、ステップＳ２０で予測された次回のサイクルにおける筒内圧Ｐcylに基づいて、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが設定される。まず、ステップＳ２０で予測された次回のサイクルにおける筒内圧Ｐcylに基づいて、次回のサイクルの圧縮行程において、筒内圧Ｐcylが蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と概ね等しくなる時期が予測される。次に、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが、上記予測された時期に設定される。

以下に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、筒内で圧縮された空気を蓄圧タンク１０に蓄圧する（ステップＳ１０肯定）場合に、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングは、筒内圧Ｐcylと蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１が概ね等しくなるタイミングに設定される（ステップＳ３０）。これにより、蓄圧に伴う仕事のロスが低減されるので、エンジン１の効率の低下が抑制される。

なお、本実施形態では、蓄圧に伴う仕事のロスが最小となるように蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが設定されたが、これに代えて、車両において必要とされる減速度に応じて蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが調節されることができる。上記において図７及び図８を参照して説明したように、蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが等圧点Ｎ２よりも早い、または遅い場合には、蓄圧に伴う仕事のロスが大きくなる。この場合、エンジン１の効率が低下するので、エンジンブレーキが強く作用することとなる。これを利用して、車両において必要とされる減速度に応じて蓄圧制御弁１４の開弁タイミングが設定されることができる。

（第２実施形態）
図１０から図１２を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記第１実施形態では、筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられた。圧縮行程における筒内の圧力は、大気圧に比べて、著しく高圧となる。例えばディーゼルエンジンの場合、圧縮時の筒内は、４０気圧程度に達することがある。このため、筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられることで、蓄圧タンク１０内の空気の圧力は、吸気行程の吸気圧に比べて非常に高圧となる。

上記のように蓄圧タンク１０内の空気は吸気圧に比べて高圧であるため、吸気行程において蓄圧タンク１０内の空気がエンジン１に供給（以下、吸気アシストとする）されると、瞬時に吸気圧が上昇してしまう。このため、吸気圧の検出値に基づいて蓄圧タンク１０からの空気の供給を制御する方法では、吸気圧を検出するセンサ等の反応時間の遅れにより、以下に図１０を参照して説明するように、吸気圧が目標圧に対してオーバーシュートしてしまうことがある。

図１０は、蓄圧タンク１０内の空気が吸気管６に供給される場合（図３参照）に、吸気圧の検出値に基づいて蓄圧タンク１０からの空気の供給量が制御された場合の吸気圧の推移が示されている。図１０において、符号３００は、吸気管６内の吸気圧を示す。符号Ｐimtrgは、吸気圧３００の目標値を示す。符号ｔ１は、吸気アシストが開始される点を示す。

時刻ｔ１において吸気アシストが開始されると、吸気圧３００は急激に上昇する。吸気圧３００の上昇速度が大きいため、吸気圧センサ２２の反応時間の遅れが生じ、吸気圧３００が目標圧Ｐimtrgを満足したことが時刻ｔ２になって初めて認識される。このため、吸気圧３００は、符号３００ａで示すように、目標圧Ｐimtrgを大きく超えてしまうこととなる。

これに対して、本実施形態では、吸気アシストが行われる際に、吸気圧３００がオーバーシュートすることを抑制する制御が行われる。より具体的には、目標圧Ｐimtrg等に基づいて、必要とされる空気の供給量が予め吸気アシストの開始前に算出される。算出された空気の供給量の指令値に応じて、三方弁１８の開度及び開弁期間が設定される。設定された開度及び開弁期間に基づいて三方弁１８が制御される。

これにより、吸気圧３００を目標圧Ｐimtrgまで上昇させるのに必要な量だけ空気が蓄圧タンク１０から吸気管６に供給されるので、吸気圧３００がオーバーシュートすることが抑制される。

図１１は、本実施形態の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１１０において蓄圧タンク１０に蓄えられた空気を吸気管６に供給する（吸気アシストを行う）か否かが判定される。この場合、例えば、アクセルポジションセンサ２１により検出されるアクセル開度に対応する吸気の目標圧Ｐimtrgと、吸気圧センサ２２により検出される吸気圧３００との差に基づいて上記判定が行われる。

ステップＳ１１０の判定の結果、吸気アシストを行うと判定された（ステップＳ１１０肯定）場合には、ステップＳ１２０へ移行する。一方、ステップＳ１１０の判定の結果、吸気アシストを行わないと判定された（ステップＳ１１０否定）場合には、ステップＳ１１０が繰り返される。

ステップＳ１２０では、三方弁１８の開度及び開弁期間を設定するために必要な値が読み込まれる。具体的には、エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧３００の値Ｐim、吸気温度Ｔｂ、吸気の目標圧Ｐimtrg、蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１、蓄圧タンク１０内の温度Ｔ１がそれぞれ読み込まれる。

次に、ステップＳ１３０において、ステップＳ１２０で読み込まれた値に基づいて、空気の供給量が算出される。空気の供給量は、例えば、吸気圧３００の値Ｐim及び吸気の目標圧Ｐimtrgに基づいて算出される。次に、算出された吸気の供給量に応じて、ステップＳ１２０で読み込まれた値に基づいて三方弁１８の開弁期間及び開度が算出される。なお、三方弁１８の開弁期間及び開度が決定される際には、予め定められた三方弁１８の開弁期間及び開度の設定値を記憶したマップが参照されることができる。上記マップには、ステップＳ１２０で読み込まれた各パラメータの組合せに対応した三方弁１８の開弁期間及び開度が設定される。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。

ステップＳ１３０で設定された三方弁１８の開弁期間及び開度の指令値に基づいて、車両制御部２０により三方弁１８が制御される。これにより、吸気圧３００が吸気の目標圧Ｐimtrgに精度良く制御される。

蓄圧タンク１０内の空気が吸気管６に供給される場合には、上記において図１０を参照して説明したように、吸気圧３００は急激に上昇するため、吸気圧センサ２２の反応時間の遅れが生じる。この場合、吸気圧３００が正確に把握できないこととなる。このことから、吸気アシストが行われる間は、吸気圧３００の推定値に基づいて燃料の噴射制御が行われることが有効となる。

この場合、ステップＳ１３０で設定された三方弁１８の開弁期間、開度、及び吸気アシスト開始からの経過時間に基づいて、吸気圧３００が推定される。吸気圧３００の推定値に基づいて、筒内へ流入する吸気量が計算され、燃料の噴射量が決定される。なお、供給された高圧の空気が、三方弁１８を介して吸気管６へ流入してから筒内へ流入するまでには所定の時間（以下、遅れ時間とする）を要する。よって、吸気管６内の吸気圧３００の推定値に基づいて筒内に流入する吸気量が計算されたのでは、吸気量を過大に見積もることがある。

このため、吸気圧３００の推定値に加えて、遅れ時間に基づいて燃料の噴射量が決定されることが有効である。遅れ時間は、ステップＳ１２０において読み込まれた値に基づいて算出される。

本実施形態によれば、吸気アシストが行われる際に、目標圧Ｐimtrg等に基づいて必要とされる空気の供給量が予め算出され、算出された空気の供給量に応じて、三方弁１８の開度及び開弁期間が設定される。これにより、吸気圧３００を目標圧Ｐimtrgまで上昇させるのに必要な量だけ空気が蓄圧タンク１０から吸気管６に供給されるので、吸気圧３００がオーバーシュートすることが抑制される。

（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が吸気管６に供給されたが、これに代えて、本変形例では、蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給される（図４参照）。

図１２は、本変形例の動作を示すフローチャートである。まず、ステップＳ２１０において蓄圧タンク１０に蓄えられた空気を筒内に供給する（吸気アシストを行う）か否かが判定される。

ステップＳ２１０の判定の結果、吸気アシストを行うと判定された（ステップＳ２１０肯定）場合、ステップＳ２２０へ移行する。一方、ステップＳ２１０の判定の結果、吸気アシストを行わないと判定された（ステップＳ２１０否定）場合には、ステップＳ２１０が繰り返される。

ステップＳ２２０では、蓄圧制御弁１４の開度及び開弁期間を設定するために必要な値が読み込まれる。具体的には、エンジン回転数Ｎｅ、吸気圧Ｐim、筒内圧Ｐcyl、吸気の目標圧Ｐimtrg、蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１、蓄圧タンク内の温度Ｔ１がそれぞれ読み込まれる。

次に、ステップＳ２３０において、ステップＳ２２０で読み込まれた値に基づいて、蓄圧制御弁１４の開弁期間及び開度が算出される。なお、蓄圧制御弁１４の開弁期間及び開度が決定される際には、予め定められた蓄圧制御弁１４の開弁期間及び開度の設定値を記憶したマップが参照されることができる。上記マップには、ステップＳ２２０で読み込まれた各パラメータの組合せに対応した蓄圧制御弁１４の開弁期間及び開度が設定される。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。

（第３実施形態）
上記第２実施形態では、吸気アシストにおいて吸気圧３００を精度良く目標圧Ｐimtrgに制御するために、目標圧Ｐimtrgに基づいて必要とされる空気の供給量が算出され、算出された空気の供給量の指令値に応じて、三方弁１８（蓄圧制御弁１４）の開度及び開弁期間が設定される。上記第２実施形態では、筒内で圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられる場合について、上記吸気圧３００の制御方法が適用されたが、適用対象は、蓄圧タンク１０に蓄えられるのが筒内で圧縮された空気である場合には限られない。蓄圧タンク１０に吸気圧３００よりも高圧の空気が蓄えられる構成であれば、上記制御方法が適用されることができる。

例えば、車両に空気を圧縮するためのポンプが設けられ、上記ポンプで圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられる場合等においても、上記吸気圧３００の制御方法が適用されることができる。

本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態に係る装置の概略構成図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態における空気の蓄圧時の様子を示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態における空気の供給時の様子を示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態における空気の供給時の様子を示す他の図である。 蓄圧が行われない場合の筒内圧の変化を示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態において蓄圧が行われる場合の筒内圧の変化を示す図である。 蓄圧が開始されるタイミングが遅すぎる場合の筒内圧の変化を示す図である。 蓄圧が開始されるタイミングが早すぎる場合の筒内圧の変化を示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 気体が供給される際に吸気圧がオーバーシュートした場合の吸気圧の推移を示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第２実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第２実施形態の変形例の動作を示すフローチャートである。 内燃機関の筒内で圧縮された気体が蓄圧される装置の一例を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ 燃焼室
６ 吸気管
７ 吸気弁
８ 排気管
９ 排気弁
１０ 蓄圧タンク
１１ 第１通路
１４ 蓄圧制御弁
１７ 第２通路
１８ 三方弁
２０ 車両制御部
２１ アクセルポジションセンサ
２２ 吸気圧センサ
２５ 吸気温センサ
２６ 筒内圧センサ
２７ 冷却水温度センサ
２８ エンジン回転数センサ
２９ タンク内圧センサ
３０ タンク内温度センサ
１００、１０１、１０２、１０４、１０７、１０８ 圧縮行程の筒内圧
１０３、１０６、１０９ 膨張行程の筒内圧
３００ 吸気圧
Ａ１ 蓄圧時仕事量
Ａ２ 仕事量の増分
Ａ３ 仕事量の増分
Ｋ１、Ｋ３、Ｋ３ａ、Ｋ５、Ｋ５ａ、Ｋ７、Ｋ７ａ 圧縮行程
Ｋ２、Ｋ４、Ｋ６、Ｋ８ 膨張行程
Ｎ２ 等圧点
Ｎ４、Ｎ５ 蓄圧制御弁の開弁タイミング

Claims (4)

1. 圧縮された気体を蓄え、蓄えられた前記気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置であって、
   前記気体を蓄える蓄圧部と、
   前記内燃機関の筒内と前記蓄圧部とを連通し、前記筒内で圧縮された前記気体を前記蓄圧部に導入するための導入経路と、
   前記導入経路を開閉する導入経路開閉手段とを備え、
   前記筒内で圧縮された前記気体が前記蓄圧部に導入される際に、前記導入経路開閉手段が開かれるタイミングは、前記内燃機関の圧縮行程において、前記筒内の圧力が前記蓄圧部の内部の圧力と概ね等しくなるタイミングに設定される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の気体供給装置において、
   前記蓄圧部に蓄えられた前記気体を前記内燃機関に供給するための供給経路と、
   前記供給経路を開閉する供給経路開閉手段とを備え、
   前記気体の供給量の指令値に基づいて、前記供給経路開閉手段の開度及び開弁期間の少なくともいずれか一方が設定される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
3. 圧縮された気体を蓄え、蓄えられた前記気体を内燃機関に供給する内燃機関の気体供給装置であって、
   前記気体を蓄える蓄圧部と、
   前記蓄圧部に蓄えられた前記気体を前記内燃機関に供給するための供給経路と、
   前記供給経路を開閉する供給経路開閉手段とを備え、
   前記気体の供給量の指令値に基づいて、前記供給経路開閉手段の開度及び開弁期間の少なくともいずれか一方が設定される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
4. 請求項２または３に記載の内燃機関の気体供給装置において、
   前記気体の供給量の指令値は、前記蓄圧部に蓄えられた前記気体が前記内燃機関に供給される前における吸気圧、及び前記吸気圧の目標値に基づいて生成される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。

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