JP2010025018A - 蓄圧装置及び内燃機関の過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄圧容器内への水分の残留を抑制し、蓄圧容器内に貯留可能なガス量の低下を抑制することが可能な内燃機関の過給装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の排気通路４に設けられたタービン６ｂを有するターボ過給機６と、加圧されたガスを貯留し、そのガスをタービン６ｂより上流の排気通路４に供給可能なように設けられた蓄圧タンク２１とを備え、蓄圧タンク２１内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材２７が設けられた内燃機関の過給装置において、蓄圧タンク２１は、吸着材２７が収容されてガスが貯留されるガス貯留室２２と、ガス貯留室２２とは区分されて設けられて内燃機関１の排気にて吸着材２７が加熱されるように内燃機関１の排気が導入される加熱室２４とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加圧されたガスを貯留する蓄圧容器を備えた蓄圧装置及び内燃機関の過給装置に関する。

エンジンの排気ポートから排出される排気ガスによってタービンを回転させ、これによりコンプレッサを回転駆動してエンジンの過給を行うターボチャージャに適用され、ポンプから吐出された圧縮空気を蓄圧して保持可能なリザーバタンクと、このリザーバタンク内の圧縮空気を排気ポートとタービンの間に供給する弁機構とを備えたターボチャージャの加速装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、天然ガスなどの複数の成分を含有するガスを貯蔵するガス貯蔵タンクにおいて、ガスを吸着する吸着材をタンク本体内に充填した吸着材部を備え、その吸着材部は細孔径が異なる複数の吸着材層を有しているガス貯蔵タンクが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６２−２７６２２１号公報 特開２００３−２８３９７号公報

特許文献１の装置のように空気などのガスを加圧して貯留するとそのガスに含まれていた水分が蓄圧容器内に溜まることが知られている。このように水分が蓄圧容器内に溜まるとその分ガスを貯留するための容積が減少するため、蓄圧容器内に貯留することが可能なガス量が減少する。また、特許文献２の装置においてはガスを吸着させるべく吸着材としてゼオライト、活性炭、及びシリカの少なくとも１つが蓄圧容器内に充填されているが、このような吸着材はガスの吸着時にガスに含まれている水分も吸着する。水分はガスよりも吸着材から放出され難いので、ガスの吸着及び放出を繰り返し行わせるうちに吸着材に徐々に水分が蓄積され、これにより吸着材に吸着されるガスの量が減少するおそれがある。そのため、この場合も蓄圧容器に貯留することが可能なガスの量が減少する。

そこで、本発明は、蓄圧容器内への水分の残留を抑制し、蓄圧容器内に貯留可能なガス量の低下を抑制することが可能な蓄圧装置及び内燃機関の過給装置を提供することを目的とする。

本発明の蓄圧装置は、加圧されたガスを貯留する蓄圧容器を備え、前記蓄圧容器内にはガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられている蓄圧装置において、前記吸着材を加熱する加熱手段を備えている（請求項１）。

本発明の蓄圧装置によれば、吸着材を加熱できるので、吸着材に吸着されている水分を気化させ、これにより吸着材から水分を除去することができる。気化した水分はガスとともに蓄圧容器から排出されるので、蓄圧容器内への水分の残留を抑制し、蓄圧容器内に貯留可能なガス量の低下を抑制することができる。

本発明の蓄圧装置の一形態において、前記蓄圧装置は、内燃機関に設けられ、前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、前記加熱室に導入される排気の流量を調整する排気流量調整手段と、を備え、前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気流量調整手段であってもよい（請求項２）。この場合、内燃機関の排気で吸着材を加熱できるので、他に加熱源を設ける必要がない。そのため、装置を小型化したり装置コストを低減したりすることができる。

本発明の蓄圧装置の一形態において、前記吸着材は、粉体又は粒状体であり、前記吸着材を攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、をさらに備えていてもよい（請求項３）。この場合、吸着材を加熱しつつ攪拌することができるので、吸着材からの水分の気化を促進させることができる。そのため、蓄圧容器内への水分の残留をさらに抑制することができる。

本発明の内燃機関の過給装置は、内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、加圧されたガスを貯留し、そのガスを前記タービンより上流の排気通路に供給可能なように設けられた蓄圧容器と、を備え、前記蓄圧容器内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられた内燃機関の過給装置において、前記吸着材を加熱する加熱手段を備えている（請求項４）。

本発明の内燃機関の過給装置によれば、上述した蓄圧装置と同様に吸着材を加熱できるので、吸着材から水分を除去することができる。そして、気化した水分をガスとともに蓄圧容器から排出させることにより、蓄圧容器内への水分の残留を抑制し、蓄圧容器内に貯留可能なガス量の低下を抑制することができる。

本発明の内燃機関の過給装置の一形態において、前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、前記加熱室に導入される排気の流量を調整する排気流量調整手段と、を備え、前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気流量調整手段であってもよい（請求項５）。この場合、他に加熱源を設ける必要がないので、装置を小型化したり装置コストを低減したりすることができる。

この形態においては、前記排気通路の一部を形成する排気マニホールドと前記加熱室とを連通する導入通路と、前記加熱室と前記タービンより下流の排気通路とを連通する排出通路と、前記ガス貯留室の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出される温度が予め設定した上限温度以下に調整されるように前記排気流量調整手段の動作を制御する流量制御手段と、をさらに備えていてもよい（請求項６）。この場合、吸着材の温度を上限温度以下に維持できるので、上限温度を適正に設定することにより吸着材が熱で劣化することを防止できる。

本発明の内燃機関の過給装置の一形態において、前記排気通路には、前記排気通路を流れる排気の流量を調整可能な排気絞り弁が設けられ、前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、を備え、前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気絞り弁であり、前記排気絞り弁より上流の排気通路と前記加熱室とを連通する導入通路と、前記排気絞り弁より下流の排気通路と前記加熱室とを連通する排出通路と、前記ガス貯留室の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出される温度が予め設定した上限温度以下に調整されるように前記排気絞り弁の開度を制御する流量制御手段と、をさらに備えていてもよい（請求項７）。この場合、排気絞り弁にて導入通路の圧力と排出通路の圧力との差を調整し、これにより加熱室に導入される排気の流量を調整できるので、加熱室に導入する排気の流量を調整するための弁を他に設ける必要がない。また、この場合も上述した形態と同様に吸着材の温度を上限温度以下に維持できるので、上限温度を適正に設定することにより吸着材が熱で劣化することを防止できる。

本発明の内燃機関の過給装置の一形態においては、前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路へのガスの供給及びその停止を制御可能なガス制御弁手段と、所定の過給補助条件が成立した場合に前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給されるように前記ガス制御弁手段を制御する過給制御手段と、前記所定の過給補助条件が成立し、前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給されているときの前記内燃機関の過給圧に基づいて前記吸着材の加熱の要否を判定する判定手段と、前記判定手段により前記吸着材の加熱が必要と判定された場合に前記吸着材が加熱されるように前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を備えていてもよい（請求項８）。水分が残留して蓄圧容器に貯留されるガスの量が減少すると所定の過給補助条件が成立してそのガスを供給した際に内燃機関の過給圧が上昇し難くなる。そこで、内燃機関の過給圧に基づいて吸着材の加熱の要否を判定し、加熱が必要な場合には加熱手段にて吸着材を加熱する。これにより吸着材の無駄な加熱を防止できる。

この形態において、前記判定手段は、前記所定の過給補助条件が成立し、前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給され始めた時点から所定時間経過した後の前記内燃機関の過給圧が予め設定した所定判定値未満の場合に前記吸着材の加熱が必要と判定してもよい（請求項９）。上述したように蓄圧容器内に水分が残留すると蓄圧容器内のガスを供給しても内燃機関の過給圧が上昇し難くなる。そのため、所定判定値を適正に設定することにより、内燃機関の過給圧に基づいて吸着材の加熱の要否を判定することができる。

本発明の内燃機関の過給装置の一形態において、前記吸着材は、粉体又は粒状体であり、前記吸着材を攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、をさらに備えていてもよい（請求項１０）。この場合、吸着材を加熱しつつ攪拌できるので、吸着材からの水分の気化を促進させることができる。

この形態においては、前記駆動手段として、前記攪拌部材と一体に回転するとともに前記蓄圧容器内におけるガスの流れにて回転駆動される羽根車が設けられていてもよい（請求項１１）。この場合、モータなど攪拌部材を駆動するための駆動源を設ける必要がないため、装置を小型化したり装置コストを低減したりすることができる。

以上に説明したように、本発明によれば、吸着材を加熱できるので、吸着材に吸着されている水分を気化させ、これにより吸着材から水分を除去することができる。そして、気化した水分をガスとともに蓄圧容器から排出させることにより、蓄圧容器内への水分の残留を抑制し、蓄圧容器内に貯留可能なガス量の低下を抑制することができる。

図１は、本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関を示している。図１の内燃機関（以下、エンジンと称することがある。）１は、車両に走行用動力源として搭載されるディーゼルエンジンであり、複数（図１では４つ）のシリンダ２と、各シリンダ２にそれぞれ接続される吸気通路３及び排気通路４とを備えている。吸気通路３には、吸気を濾過するエアクリーナ５と、ターボ過給機６のコンプレッサ６ａと、吸気を冷却するためのインタークーラ７と、吸入空気量を調整するためのスロットル弁８とが設けられている。排気通路４には、ターボ過給機６のタービン６ｂと、排気を浄化するための触媒コンバータ９と、排気通路４を流れる排気の流量を調整可能なように排気通路４を全閉する全閉位置と排気通路４を全開する全開位置との間で開度を調整可能な排気絞り弁としての排気遮断弁１０とが設けられている。

排気通路４と吸気通路３とは、ＥＧＲ通路１１にて接続されている。図１に示したようにＥＧＲ通路１１は、排気通路４の一部を形成する排気マニホールド４ａと吸気通路３の一部を形成する吸気マニホールド３ａとを接続している。ＥＧＲ通路１１には、排気通路４から排気通路３に導かれる排気（以下、ＥＧＲガスと称することがある。）を冷却するためのＥＧＲクーラ１２、及びＥＧＲガスの流量を調整するためのＥＧＲ弁１３が設けられている。各シリンダ２には、シリンダ２内に燃料を噴射するためのインジェクタ１４がそれぞれ設けられている。各インジェクタ１４は、インジェクタ１４に供給される高圧の燃料が蓄えられるコモンレール１５に接続されている。

図１に示したようにエンジン１は、ターボ過給機６の動作をアシストするための蓄圧装置２０を備えている。蓄圧装置２０は、加圧したガスを貯留する蓄圧容器としての蓄圧タンク２１を備えている。なお、蓄圧タンク２１には、ガスとして空気及び排気が貯留される。図２は、蓄圧タンク２１の内部を拡大して示している。図２に示したように蓄圧タンク２１は、ガスが貯留されるガス貯留室２２を形成する内殻２３と、内殻２３との間に加熱室２４となる隙間が形成されるように内殻２３の外側を全面に亘って覆う外殻２５とを備えている。すなわち、蓄圧タンク２１は二重容器構造を有している。内殻２３は、加圧されたガスを溜めることが可能な圧力容器として構成されている。また、内殻２３は、ガス貯留室２２と加熱室２４との間でガスが移動しないようにガス貯留室２２と加熱室２４とを区分している。ガス貯留室２２内には仕切り部材２６が設けられ、ガス貯留室２２は仕切り部材２６によって吸着材２７が充填される充填室２８と、ボトムスペース２９とに区切られている。仕切り部材２６には、吸着材２７の移動は阻止し、かつガスは適切に流通可能な程度の孔（不図示）が全面に亘って設けられている。そのため、充填室２８とボトムスペース２９とは連通している。吸着材２７は、ガスを吸着可能、かつ吸着したガスを放出可能な物質であればよく、例えば粉体の活性炭が用いられる。この他、吸着材２７としては例えばゼオライト、アルミナ、カーボンモレキュラーシーブなどが用いられる。なお、吸着材２７は、単一の物質に限定されず、これらの物質が混合されたものでもよい。図１に示したように蓄圧タンク２１には、ガス貯留室２２内の温度（以下、タンク内温度と称することがある。）に対応する信号を出力する温度検出手段として温度センサ３０、ガス貯留室２２内の圧力（以下、タンク圧と称することがある。）に対応する信号を出力する圧力センサ３１が設けられている。

ガス貯留室２２には、ガス貯留室２２と外部とを連通させるためのガス出入口２２ａが設けられている。図２に示したようにこのガス出入口２２ａは蓄圧タンク２１の下方側に設けられている。そして、蓄圧タンク２１はこのガス出入口２２ａが下側になるように車両に取り付けられる。より具体的には、蓄圧タンク２１はガス出入口２２ａが鉛直下方を向くように車両に取り付けられる。ガス出入口２２ａにはガス通路３２が接続されている。そして、図１に示したようにガス貯留室２２は、これらガス出入口２２ａ及びガス通路３２を介してＥＧＲ通路１１と接続されている。ガス通路３２は、一端がＥＧＲ弁１３よりも排気通路４寄りのＥＧＲ通路１１に接続され、他端がガス出入口２２ａと接続されている。ガス通路３２には、ガス通路３２を流れるガスの流量を制御するガス制御弁手段としての流量制御弁３３が設けられている。加熱室２４には、加熱室２４に排気を導入するための排気導入部２４ａと、加熱室２４から排気を排出するための排気排出部２４ｂとが設けられている。図２に示したように排気導入部２４ａは充填室２８側に設けられ、排気排出部２４ｂはボトムスペース２９側に設けられている。図１に示したように排気導入部２４ａには、排気遮断弁１０より上流、かつ触媒コンバータ９より下流の排気通路４と加熱室２４とを連通する排気導入通路３４が接続されている。そして、排気導入通路３４には、排気導入通路３４を流通する排気の流量を調整することが可能な排気流量調整手段としてのタンク加熱弁３５が設けられている。また、図１に示したように排気排出部２４ｂには、排気遮断弁１０より下流の排気通路４と加熱室２４とを連通する排気排出通路３６が接続されている。

蓄圧タンク２１には、吸着材２７を攪拌するための攪拌装置３７が設けられている。攪拌装置３７は、充填室２８内に配置されて吸着材２７を攪拌する攪拌部材としての攪拌翼３８と、攪拌翼３８を回転駆動する駆動手段としての攪拌モータ３９とを備えている。攪拌翼３８は、回転軸３８ａと、軸線回りに回転軸３８ａと一体に回転する翼３８ｂとを備えている。回転軸３８ａの一端は、仕切り部材２６に回転自在に支持されている。一方、回転軸３８ａの他端は外殻２５の外側に突出しており、その他端にはカップリング４０を介して攪拌モータ３９の駆動軸３９ａが連結されている。なお、回転軸３８ａが内殻２３及び外殻２５を貫通する部分には、ガス貯留室２２と加熱室２４と外部とがそれぞれ分離されるように、すなわちこれらの間でガスの流通が阻止されるようにシール部材４１が設けられている。

流量制御弁３３、タンク加熱弁３５、及び攪拌モータ３９の動作は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）５０にてそれぞれ制御される。ＥＣＵ５０は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺機器を含んだコンピュータとして構成され、エンジン１に設けられた各種センサからの出力信号に基づいてスロットル弁８、排気遮断弁１０、ＥＧＲ弁１３、及びインジェクタ１４などの動作をそれぞれ制御し、これによりエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。ＥＣＵ５０は、例えばエンジン１の回転数が予め設定した所定の燃料カット回転数以上であり、かつアクセル開度が０％すなわちアクセルペダルが踏まれていない場合、各シリンダ２への燃料供給が停止されるように各インジェクタ１４の動作を制御する。以下、この制御を燃料カット制御と称することがある。また、ＥＣＵ５０は、エンジン１の運転状態に応じて適正な量のＥＧＲガスが吸気通路３に導入されるようにＥＧＲ弁１３の開度を調整する。以下、ＥＧＲ弁１３のこの制御を通常制御と称することがある。この他、ＥＣＵ５０はエンジン１の運転状態に応じて排気遮断弁１０の開度を調整する。このような制御を行う際に参照するセンサとしてＥＣＵ３０には、例えばエンジン１のクランク軸の回転速度（回転数）に対応する信号を出力するクランク角センサ５１、アクセル開度に対応する信号を出力するアクセル開度センサ５２、及びインタークーラ７より下流の吸気通路３の圧力（以下、過給圧と称することがある。）に対応する信号を出力する吸気圧センサ５３等が接続される。また、ＥＣＵ５０には、温度センサ３０及び圧力センサ３１が接続される。なお、これらの他にもＥＣＵ５０には種々のセンサが接続されているがそれらの図示は省略した。

図３は、ＥＣＵ５０が蓄圧タンク２１内のガスにてターボ過給機６の動作をアシストするためにエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する過給補助制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、ＥＣＵ５０が実行する他の制御ルーチンと並行に実行される。この制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ５０は本発明の過給制御手段として機能する。

図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態を取得する。車両の走行状態としては、例えばアクセル開度等が所得される。エンジン１の運転状態としては、例えばエンジン１の回転数、過給圧、タンク内温度、及びタンク圧等が取得される。次のステップＳ１２においてＥＣＵ５０は、タンク圧が予め設定した所定の上限圧以下か否か判断する。この所定の上限圧は、蓄圧タンク２１に貯留されているガスの圧力がこの上限圧以上であればターボ過給機６の動作をアシストすることが可能な圧力が設定される。所定の上限圧としては、例えば３００ｋＰａが設定される。タンク圧が所定の上限圧以下と判断した場合はステップＳ１３に進み、ＥＣＵ５０は蓄圧タンク２１内にガスを充填する必要があることを示す充填要求フラグをオンに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。なお、充填要求フラグの値は、ＥＣＵ５０が実行する他のルーチンにおいてもこのフラグを使用可能なように、すなわちフラグのリセットが防止されるようにＥＣＵ５０のＲＡＭに記憶される。ただし、ＥＣＵ５０の起動時においては、充填要求フラグの値がＯＦＦに切り替えられてリセットされる。

一方、タンク圧が所定の上限圧より高いと判断した場合はステップＳ１４に進み、ＥＣＵ５０はターボ過給機６の動作をアシストすべき過給補助条件が成立したか否か判断する。過給補助条件は、例えばエンジン１の回転数が予め設定した所定の補助要求回転数（例えば、３０００ｒｐｍ）以下であり、かつエンジン１に対して加速が要求されている場合に成立したと判断される。なお、エンジン１に対して加速が要求されているか否かは、例えばアクセル開度の単位時間当たりの変化量に基づいて判定する周知の方法で判定すればよいため、詳細な説明は省略する。過給補助条件が不成立と判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。

一方、過給補助条件が成立したと判断した場合はステップＳ１５に進み、ＥＣＵ５０は蓄圧タンク２１内のガスにてターボ過給機６の動作がアシストすべく過給補助制御を実行する。過給補助制御においてＥＣＵ５０は、まずＥＧＲ弁１３を全閉に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１から排出されたガスが吸気通路３に導入されることを防止することができる。その後、ＥＣＵ５０は流量制御弁３３を開弁する。これにより蓄圧タンク２１から排出されたガスがＥＧＲ通路１１を介してタービン６ｂより上流の排気通路４に供給されるので、このガスによりタービン６ｂの回転をアシストすることができる。

続くステップＳ１６おいてＥＣＵ５０は、過給補助制御を開始してから経過した時間を計測するためのタイマをリセットした後、そのタイマのカウントを開始する。次のステップＳ１７においてＥＣＵ５０は、過給補助制御を開始してから予め設定した所定時間が経過したか否か判断する。この所定時間は、吸着材２７に水分が蓄積されているか否か判断するために設定される。周知のように吸着材２７である活性炭はガスを吸着するとともにそのガスに含まれる水分も吸着する。そして、水分はガスよりも活性炭から放出され難いため、活性炭へのガスの吸着及び放出を繰り返し行うと活性炭に水分が蓄積され、ガスの吸着量が減少する。図４は、過給補助制御の実行時における過給圧の時間変化の一例を示している。なお、図４の線Ｌ１が吸着材２７に水分が殆ど蓄積されていない場合の過給圧の時間変化の一例を示し、図４の線Ｌ２が吸着材２７に水分が蓄積され、吸着材２７のガス吸着性能が低下した場合の過給圧の時間変化の一例を示している。図４に示したように吸着材２７に水分が蓄積されると過給補助制御の開始後しばらくは吸着材２７に水分が殆ど蓄積されていない場合と同様に過給圧が上昇するが、その後過給圧が上昇し難くなる。そのため、例えば図４の時刻Ｔにおける過給圧が図４の判定圧Ｐ以下の場合は、吸着材２７に水分が蓄積されていると判断できる。そこで、所定時間としては、過給補助制御の開始時点から図４の時刻Ｔまでの間の時間が設定される。

過給補助制御を開始してから所定時間経過していないと判断した場合はステップＳ１８に進み、ＥＣＵ５０は過給補助停止条件が成立したか否か判断する。過給補助停止条件は、例えばエンジン１の回転数が補助要求回転数より高くなった場合、エンジン１に対する加速の要求が解除された場合、又はターボ過給機６の動作をアシストするには不十分な圧力である所定の下限値以下にタンク圧が低下した場合などに成立したと判断される。過給補助停止条件が不成立と判断した場合はステップＳ１７に処理を戻し、過給補助制御を開始してから所定時間が経過するか、又は過給補助停止条件が成立するまでステップＳ１７、Ｓ１８の処理が繰り返し実行される。ステップＳ１８で過給補助停止条件が成立したと判断した場合は、ステップＳ１９〜Ｓ２１をスキップしてステップＳ２２に進む。

一方、過給補助制御を開始してから所定時間が経過したと判断した場合はステップＳ１９に進み、ＥＣＵ５０は過給圧が予め設定した判定圧Ｐ未満か否か判断する。なお、この判定圧Ｐは上述した図４の判定圧Ｐである。過給圧が判定圧Ｐ以上と判断した場合はステップＳ２０をスキップしてステップＳ２１に進む。一方、過給圧が判定圧Ｐ未満と判断した場合はステップＳ２０に進み、ＥＣＵ５０は吸着材２７に水分が蓄積されて吸着材２７の吸着性能が低下していることを示す吸着性能低下フラグをＯＮに切り替える。なお、吸着性能低下フラグの値は、ＥＣＵ５０が実行する他のルーチンにおいてもこのフラグを使用可能なように、すなわちフラグのリセットが防止されるようにＥＣＵ５０のＲＡＭに記憶される。ただし、ＥＣＵ５０の起動時においては、吸着性能低下フラグの値がＯＦＦに切り替えられてリセットされる。このようにステップＳ１７、Ｓ１９、及びＳ２０の処理を実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明の判定手段として機能する。

次のステップＳ２１においてＥＣＵ５０は過給補助停止条件が成立したか否か判断する。なお、この処理は上述したステップＳ１８と同じ処理でよいため、説明は省略する。このステップＳ２１は、過給補助停止条件が成立するまで繰り返し実行される。過給補助停止条件が成立したと判断した場合はステップＳ２２に進み、ＥＣＵ５０は過給補助制御を終了する。具体的に説明するとＥＣＵ５０は、まず流量制御弁３３を全閉に切り替える。次にＥＧＲ弁１３の制御を通常制御に戻す。これにより蓄圧タンク２１からタービン６ｂへのガスの供給が停止されるので、過給補助制御が終了する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

このようにターボ過給機６の動作をアシストするためには、蓄圧タンク２１にガスを充填する必要がある。そこで、ＥＣＵ５０は蓄圧タンク２１にガスを充填すべく図５の充填制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する。なお、図５の制御ルーチンにおいて図３の制御ルーチンと同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。

図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態を取得する。続くステップＳ３１においてＥＣＵ５０は、充填要求フラグがＯＮか否か判断する。充填要求フラグがＯＦＦであると判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、充填要求フラグがＯＮであると判断した場合はステップＳ３２に進み、ＥＣＵ５０は所定の充填条件が成立しているか否か判断する。充填条件は、例えばエンジン１に対して燃料カット制御が実行されており、かつ排気マニホールド４ａの圧力がタンク圧より高い場合に成立したと判断される。なお、排気マニホールド４ａの圧力は、排気マニホールド４ａや排気通路４に圧力センサを設けて検出してもよいし、エンジン１の回転数及びエンジン１の吸入空気量に基づいて推定してもよい。充填条件が不成立と判断した場合はステップＳ３３、Ｓ１２、及びＳ３４をスキップしてステップＳ３５に進む。

一方、充填条件が成立していると判断した場合はステップＳ３３に進み、ＥＣＵ５０は蓄圧タンク２１にガスを充填する充填制御を実行する。具体的に説明すると、まずＥＣＵ５０はＥＧＲ弁１３を全閉に切り替える。その後、ＥＣＵ５０は流量制御弁３３を全開に切り替える。これにより、蓄圧タンク２１内にＥＧＲ通路１１及びガス通路３２を介して排気通路４のガスを充填することができる。なお、充填条件が成立している場合は燃料カット制御の実行中であるため、シリンダ２から排気通路４にはほぼ空気が排出される。そのため、蓄圧タンク２１に殆ど空気のガスを充填することができる。

次のステップＳ１２においてＥＣＵ５０は、タンク圧が所定の上限圧以下か否か判断する。タンク圧が所定の上限圧以下であると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、タンク圧が所定の上限圧より高いと判断した場合はステップＳ３４に進み、ＥＣＵ５０は充填要求フラグをＯＦＦに切り替える。続くステップＳ３５においてＥＣＵ５０は、充填制御を終了する。具体的に説明すると、ＥＣＵ５０はまず流量調整弁３３を全閉に切り替える。その後、ＥＧＲ弁１３の制御を通常制御に戻す。これにより蓄圧タンク２１内へのガスの充填が停止されるので、充填制御が終了する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

上述したように吸着材２７に水分が蓄積されると吸着材２７に吸着されるガスの量が減少するので、過給補助制御を実行時に過給圧が上昇し難くなる。そこで、ＥＣＵ５０は、吸着材２７から水分を除去すべく図６の吸着性能回復制御ルーチンをエンジン１の運転中に所定の周期で繰り返し実行する。なお、図６の制御ルーチンにおいて図３の制御ルーチンと同一の処理には同一の参照符号を付して説明を省略する。この図６の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ５０が本発明の加熱制御手段として機能する。

図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ５０は、まずステップＳ１１で車両の走行状態及びエンジン１の運転状態を取得する。続くステップＳ４０においてＥＣＵ５０は、吸着性能低下フラグがＯＮか否か判断する。吸着性能低下フラグがＯＦＦであると判断した場合はステップＳ４１に進み、ＥＣＵ５０は攪拌モータ３９を停止する。なお、既に攪拌モータ３９が停止していた場合は、その状態を維持する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。一方、吸着性能低下フラグがＯＮであると判断した場合はステップＳ４２に進み、ＥＣＵ５０はタンク圧が予め設定した許容圧以下か否か判断する。この許容圧は、タンク内圧が上昇し過ぎてシール部材４１の隙間などから外部にガスが漏れないように設定されていればよく、例えば図３のステップＳ１２で判定に使用した所定の上限圧が設定される。タンク圧が許容圧以下であると判断した場合はステップＳ４３に進み、ＥＣＵ５０はタンク内温度が予め設定した上限温度以下か否か判断する。上限温度には、水の沸点以上かつ熱による吸着材２７の劣化を防止可能な温度が設定され、例えば２５０°Ｃが設定される

タンク内温度が上限温度以下であると判断した場合はステップＳ４４に進み、ＥＣＵ５０はタンク加熱弁３５を全開に切り替える。続くステップＳ４５においてＥＣＵ５０は、排気遮断弁１０より上流の排気通路４の圧力と排気遮断弁１０より下流の排気通路４の圧力との間に差（以下、圧力差と称することがある。）が生じるように排気遮断弁１０の開度を変更する排気遮断弁１０の絞り制御を実行する。この絞り制御においては、例えば排気遮断弁１０の開度が予め設定した所定開度、例えば全開位置と全閉位置の中間の位置などに変更される。このように圧力差を生じさせることにより、排気導入通路３４を介して排気通路４から加熱室２４に排気を導入することができるので、この排気によって吸着材２７を加熱することができる。そのため、吸着材２７に吸着されている水分を気化させ、吸着材２７から水分を除去することができる。このように吸着材２７を加熱することにより、加熱室２４及び排気遮断弁１０が本発明の加熱手段として機能する。加熱室２４に導入された排気は、排気排出通路３６を介して排気通路４に戻される。なお、加熱室２４に導入される排気の流量は圧力差と相関関係を有している。そこで、この絞り制御においてＥＣＵ５０は、タンク内温度が上限温度以下に維持されるように排気遮断弁１０の開度を制御してもよい。このように排気遮断弁１０の開度を制御することにより、ＥＣＵ５０が本発明の流量制御手段として機能する。

次のステップＳ４６においてＥＣＵ５０は、攪拌モータ３９を起動する。これにより充填室２８内の吸着材２７を攪拌翼３８で攪拌することができる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

タンク圧が許容圧より高いと判断した場合、又はタンク内温度が上限温度より高いと判断した場合はステップＳ４７に進み、ＥＣＵ５０はタンク加熱弁３５を全閉に切り替える。これにより加熱室２５への排気の導入を停止することができる。続くステップＳ４８においてＥＣＵ５０は、排気遮断弁１０を全開位置に切り替える。そして、ステップＳ４９においてＥＣＵ５０は、攪拌モータ３９を停止する。次のステップＳ５０においてＥＣＵ５０は、吸着性能低下フラグをオフに切り替える。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明の過給装置によれば、吸着材２７に水分が蓄積されていると判断した場合、吸着材２７を加熱して吸着材２７から水分を除去するので、吸着材２７に吸着されるガスの量の低減を抑制できる。なお、吸着材２７から除去された水分は、ボトムスペース２９に液体として溜まるため、次に過給補助制御を実行した際にガスとともに蓄圧タンク２１から排出される。そのため、蓄圧タンク２１内への水分の残留を抑制し、蓄圧タンク２１に貯留可能なガス量の低下を抑制することができる。また、吸着材２７の加熱時は、攪拌装置３７によって吸着材２７を攪拌するので、吸着材２７からの水分の気化を促進させ、速やかに吸着材２７から水分を除去することができる。

図７は、本発明の過給装置に設けられる蓄圧タンク２１の変形例を示している。なお、図７において上述した形態と共通の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図７に示した変形例においては、攪拌モータ３９の代わりとして攪拌翼３８と一体に回転するとともに蓄圧タンク２１内におけるガスの流れによって回転駆動される羽根車６０が回転軸３８ａに設けられている点が異なる。この変形例の蓄圧タンク２１では、過給補助制御の実行時や蓄圧タンク２１へのガスの充填時などに蓄圧タンク２１内に流入するガスや蓄圧タンク２１か流出するガスで攪拌翼３８を回転駆動することができる。そのため、装置を小型化したりエネルギの無駄な消費を防止できる。なお、この変形例の蓄圧タンク２１においては、攪拌翼３８を駆動可能な時期が過給補助制御の実行時や蓄圧タンク２１へのガスの充填時などガス貯留室２２内においてガスが流動している時期に限定されるので、吸着材２７の加熱もこの時期に合わせて行われる。例えば、過給補助制御の実行時にタンク加熱弁３５を全開に切り替えるとともに排気遮断弁１０の絞り制御を実行する。このようにタンク加熱弁３５及び排気遮断弁１０の動作を制御することにより、攪拌翼３８で吸着材２７を攪拌しつつ吸着材２７を加熱することができる。

排気導入通路３４及び排気排出通路３６の接続位置は上述した図１の位置に限定されない。例えば、排気導入通路３４は、一端が排気マニホールド４ａに接続され、他端が排気導入部２４ａに接続されていてもよい。また、排気排出通路３６は、一端がタービン６ｂより下流かつ触媒コンバータ９より上流の排気通路４に接続され、他端が排気排出部２４ｂに接続されていてもよい。この場合、タンク加熱弁３５を開弁することにより排気マニホールド４ａの排気を加熱室２４に導入できるので、吸着材２７を速やかに加熱することができる。また、加熱室２４から排出された排気は触媒コンバータ９の上流に戻されるので、排気エミッションの悪化を防止できる。この場合、加熱室２４に導入される排気の流量はタンク加熱弁３５にて調整される。ＥＣＵ５０は、例えばタンク内温度が上限温度以下に維持されるようにタンク加熱弁３５の開度を調整する。これにより、熱による吸着材２７の劣化を防止することができる。この場合においては、加熱室２４及びタンク加熱弁３５が本発明の加熱手段として機能する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明の過給装置はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。蓄圧タンクに主に貯留されるガスは空気に限定されず、排気を貯留してもよい。また、蓄圧タンクに貯留されているガスの供給先はターボ過給機のタービンに限定されない。蓄圧タンクのガスは、車両に設けられて加圧されたガスを使用する種々の機器に供給してよい。

吸着材の加熱方法は、上述した形態の方法に限定されない。例えば、充填室内を貫通するように複数の管を設け、これら複数の管に排気を通すことにより吸着材と排気とを熱交換させて吸着材を加熱してもよい。また、蓄圧タンクの外面に電気ヒータなど温度を調整可能なヒータを設け、このヒータで吸着材を加熱してもよい。この場合、ヒータが本発明の加熱手段に相当する。

本発明の一形態に係る過給装置が組み込まれた内燃機関を示す図。 図１の蓄圧タンクの内部を拡大して示す図。 ＥＣＵが実行する過給補助制御ルーチンを示すフローチャート。 過給補助制御の実行時における過給圧の時間変化の一例を示す図。 ＥＣＵが実行する充填制御ルーチンを示すフローチャート。 ＥＣＵが実行する吸着性能回復制御ルーチンを示すフローチャート。 本発明の過給装置に設けられる蓄圧タンクの変形例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
４ 排気通路
４ａ 排気マニホールド
６ ターボ過給機
６ｂ タービン
１０ 排気遮断弁（排気絞り弁、加熱手段）
２０ 蓄圧装置
２１ 蓄圧タンク（蓄圧容器）
２２ ガス貯留室
２４ 加熱室（加熱手段）
２７ 吸着材
３０ 温度センサ（温度検出手段）
３３ 流量制御弁（ガス制御弁手段）
３４ 排気導入通路
３５ タンク加熱弁（排気流量調整手段、加熱手段）
３６ 排気排出通路
３８ 攪拌翼（攪拌部材）
３９ 攪拌モータ（駆動手段）
５０ エンジンコントロールユニット（流量制御手段、過給制御手段、判定手段、加熱制御手段）
６０ 羽根車

Claims (11)

1. 加圧されたガスを貯留する蓄圧容器を備え、前記蓄圧容器内にはガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられている蓄圧装置において、
   前記吸着材を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする蓄圧装置。
2. 前記蓄圧装置は、内燃機関に設けられ、
   前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、前記加熱室に導入される排気の流量を調整する排気流量調整手段と、を備え、
   前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気流量調整手段である請求項１に記載の蓄圧装置。
3. 前記吸着材は、粉体又は粒状体であり、
   前記吸着材を攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、をさらに備えている請求項１又は２に記載の蓄圧装置。
4. 内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、加圧されたガスを貯留し、そのガスを前記タービンより上流の排気通路に供給可能なように設けられた蓄圧容器と、を備え、前記蓄圧容器内には、ガスを吸着可能かつ吸着したガスを放出可能な吸着材が設けられた内燃機関の過給装置において、
   前記吸着材を加熱する加熱手段を備えていることを特徴とする内燃機関の過給装置。
5. 前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、前記加熱室に導入される排気の流量を調整する排気流量調整手段と、を備え、
   前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気流量調整手段である請求項４に記載の内燃機関の過給装置。
6. 前記排気通路の一部を形成する排気マニホールドと前記加熱室とを連通する導入通路と、前記加熱室と前記タービンより下流の排気通路とを連通する排出通路と、前記ガス貯留室の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出される温度が予め設定した上限温度以下に調整されるように前記排気流量調整手段の動作を制御する流量制御手段と、をさらに備えている請求項５に記載の内燃機関の過給装置。
7. 前記排気通路には、前記排気通路を流れる排気の流量を調整可能な排気絞り弁が設けられ、
   前記蓄圧容器は、前記吸着材が収容されてガスが貯留されるガス貯留室と、前記ガス貯留室とは区分されて設けられて前記内燃機関の排気にて前記吸着材が加熱されるように前記内燃機関の排気が導入される加熱室と、を備え、
   前記加熱手段は、前記加熱室及び前記排気絞り弁であり、
   前記排気絞り弁より上流の排気通路と前記加熱室とを連通する導入通路と、前記排気絞り弁より下流の排気通路と前記加熱室とを連通する排出通路と、前記ガス貯留室の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段により検出される温度が予め設定した上限温度以下に調整されるように前記排気絞り弁の開度を制御する流量制御手段と、をさらに備えている請求項４に記載の内燃機関の過給装置。
8. 前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路へのガスの供給及びその停止を制御可能なガス制御弁手段と、所定の過給補助条件が成立した場合に前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給されるように前記ガス制御弁手段を制御する過給制御手段と、前記所定の過給補助条件が成立し、前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給されているときの前記内燃機関の過給圧に基づいて前記吸着材の加熱の要否を判定する判定手段と、前記判定手段により前記吸着材の加熱が必要と判定された場合に前記吸着材が加熱されるように前記加熱手段を制御する加熱制御手段と、を備えている請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の過給装置。
9. 前記判定手段は、前記所定の過給補助条件が成立し、前記蓄圧容器から前記タービンより上流の排気通路にガスが供給され始めた時点から所定時間経過した後の前記内燃機関の過給圧が予め設定した所定判定値未満の場合に前記吸着材の加熱が必要と判定する請求項８に記載の内燃機関の過給装置。
10. 前記吸着材は、粉体又は粒状体であり、
    前記吸着材を攪拌する攪拌部材と、前記攪拌部材を駆動する駆動手段と、をさらに備えている請求項４〜９のいずれか一項に記載の内燃機関の過給装置。
11. 前記駆動手段として、前記攪拌部材と一体に回転するとともに前記蓄圧容器内におけるガスの流れにて回転駆動される羽根車が設けられている請求項１０に記載の内燃機関の過給装置。

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