JP4677979B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に過給機を備えた内燃機関において過給を促進させる内燃機関の制御装置に関する。

過給機（例えばターボチャージャー）を備えた内燃機関において、過給機の過給遅れが生じることがある。排気ガスのエネルギーを利用して吸気を加圧する過給機においては、排気ガスのエネルギーがある程度大きくないと過給の効果があらわれない。このため、過給遅れを抑制するためには排気ガスのエネルギーを早期に増加させることが有効である。

排気ガスのエネルギーを増加させて過給遅れを抑制するために、吸気経路に外部から追加的に空気を供給するなどの方法により吸気量を補助的に増加させることが考えられる。この場合、短時間のうちに吸気量を増加させるほど、排気ガスのエネルギーを早期に増加させることができる。しかしながら、吸気量が急速に増加された場合には、内燃機関の出力が急に増加する。このため、出力トルクの変動による衝撃が大きくなり、駆動力を伝達する装置に対する負荷が大きくなる等の問題が生じるので好ましくない。

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

過給機を備えた内燃機関において過給を促進させることが要求される場合に、内燃機関の出力が大きく変動することを抑制しつつ排気ガスのエネルギーの増加を促進できることが望まれている。

本発明の目的は、過給機を備えた内燃機関において過給を促進させることが要求される場合に、内燃機関の出力が大きく変動することを抑制しつつ排気ガスのエネルギーの増加を促進させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することである。

本発明の内燃機関の制御装置は、前記内燃機関の筒内に前記筒内よりも相対的に高圧の気体を供給する気体供給手段を備え、前記内燃機関の膨張行程及び排気行程の少なくともいずれか一方において、前記気体供給手段により、前記筒内に前記気体が供給されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記気体供給手段は、前記気体を蓄える蓄圧部と、前記筒内と前記蓄圧部とを連通させる蓄圧通路とを有し、前記蓄圧部に蓄えられる前記気体は、前記筒内で圧縮された前記気体であることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記気体供給手段により前記筒内に前記気体が供給される場合には、前記気体が供給されない場合に比べて、前記内燃機関の吸気行程で前記筒内に導入される吸気に対する燃料の噴射量が予め増量され、前記気体供給手段により前記筒内に供給された前記気体により、前記燃料の燃焼が行われることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記気体供給手段により前記筒内に前記気体が供給される場合には、前記膨張行程及び前記排気行程の少なくともいずれか一方において前記筒内に燃料が噴射され、前記気体供給手段により前記筒内に供給された前記気体により、前記燃料の燃焼が行われることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記気体供給手段は、前記気体を冷却する冷却器と、前記冷却器を通過した前記気体及び前記冷却器を通過していない前記気体のいずれか一方を選択的に前記筒内に供給する供給気体切替え手段とを備え、前記内燃機関の運転状況に基づいて前記供給気体切替え手段が制御されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の運転状況とは、前記筒内の温度状態であることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、更に、前記内燃機関の吸気行程において、前記気体供給手段により前記内燃機関に前記気体が供給されることを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置であって、前記気体供給手段は、前記気体を蓄える蓄圧部と、前記蓄圧部と吸気経路とを連通させる供給通路と、前記供給通路を開閉する供給通路開閉手段と、前記蓄圧部と前記筒内とを連通させる蓄圧通路と、前記蓄圧通路を開閉する蓄圧通路開閉手段とを有し、前記膨張行程及び前記排気行程の少なくともいずれか一方、及び前記吸気行程において前記蓄圧通路開閉手段を開いて前記筒内に前記気体を供給し、前記蓄圧通路開閉手段に要求される開閉周期が予め定められた所定の開閉周期よりも短い場合には、前記吸気行程において、前記蓄圧通路開閉手段に代えて前記供給通路開閉手段を開いて前記吸気経路に前記気体を供給することを特徴とする。

本発明の内燃機関の制御装置によれば、過給機を備えた内燃機関において過給を促進させることが要求される場合に、排気ガスのエネルギーの増加が促進される。

以下、本発明の内燃機関の制御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５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、過給機を備えた内燃機関において過給を促進させる内燃機関の制御装置に関する。

図１は、本実施形態の主要部の構成を示すブロック図である。本実施形態では、過給機３０を備えた内燃機関において、筒内に相対的に高圧な空気（気体）を供給する気体供給手段（気体供給手段）が設けられる。過給機３０の過給遅れが生じた（または生じる）場合には、気体供給手段により、膨張行程において筒内に空気が供給される。これにより、過給機３０に送られる排気ガスのエネルギーが増加し、過給機３０の回転数が上昇することで過給遅れが抑制される。

図２は、第１実施形態に係る装置の概略構成図を示す。図２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（吸気経路）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２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。

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２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１６が設けられている。

エンジン１は、過給機（ターボチャージャー）３０を備える。ターボチャージャー３０は、タービン３０ａ及びコンプレッサー３０ｂを有する。タービン３０ａは、排気管８に設けられている。コンプレッサー３０ｂは、吸気管６に設けられている。排気管８を流れる排気ガスのエネルギーによりタービン３０ａが回転される。コンプレッサー３０ｂはタービン３０ａにより駆動されて回転し、吸気管８を流れる吸気を加圧する。

次に、筒内で圧縮された気体（圧縮空気）を蓄圧すると共に、蓄えられた圧縮空気を筒内に供給する蓄圧システム（気体供給手段）について説明する。符号１０は、圧縮空気を蓄圧する蓄圧タンク（蓄圧部）を示す。蓄圧タンク１０と燃焼室５とは、第１通路（蓄圧通路）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、蓄圧弁（蓄圧通路開閉手段）１４が設けられている。図２には、蓄圧弁１４が開いた状態が示されている。

第１通路１１には、通路内圧センサ１５が設けられている。通路内圧センサ１５により、第１通路１１内の圧力が検出される。蓄圧タンク１０と第１通路１１とは連通されているので、タンク内圧センサ１５の検出結果は蓄圧タンク１０内に蓄えられている空気の圧力として用いられることができる。

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。蓄圧弁１４は、車両制御部２０に接続されており、車両制御部２０により制御される。車両には、図示しないアクセルの開度を検出するアクセルポジションセンサ２１が設けられている。通路内圧センサ１５、筒内圧センサ１６、アクセルポジションセンサ２１、及び吸気圧センサ２２は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの測定結果が車両制御部２０に入力される。

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筒内に供給される。

図３は、圧縮された空気が蓄圧タンク１０に蓄えられる際（以下、蓄圧時とする）の動作を示す図である。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。

冷却器１２が設けられることで、圧縮空気が蓄圧タンク１０に効率的に蓄えられる。筒内で圧縮された空気は高温であるが、冷却器１２を通過する際に冷却される。このため、蓄圧タンク１０に流入する段階では、空気の温度は筒内から流出するときに比べて十分に低下している。その結果、筒内の空気が冷却されずにそのまま蓄圧タンク１０に導かれる場合に比べて、蓄圧タンク１０に密度の高い空気が蓄えられる。これにより、冷却器１２が設けられた場合には、蓄圧タンク１０の容量が同じであっても、蓄えられる空気の量（質量）が増加する。

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筒内に供給される。図４は、圧縮空気が筒内に供給される際（以下、供給時とする）の動作を示した図である。供給時には、蓄圧弁１４が開かれる。蓄圧弁１４の開弁は、蓄圧タンク１０内の圧力が筒内の圧力よりも相対的に高圧の状態で行われる。これにより、符号Ｙ２に示す矢印のように、圧縮空気は第１通路１１から燃焼室５へ供給される。

本実施形態では、ターボチャージャー３０による過給遅れが生じた（または生じる）と判断された場合に、蓄圧タンク１０から筒内に圧縮空気が供給される。圧縮空気が供給される時期は、エンジン１の膨張行程に設定される。筒内に圧縮空気が供給されることにより、筒内のガスの量及びガスの圧力が増加する。このため、排気行程において筒内から排気管８に排出される排気ガスの量及び速度、即ち排気ガスのエネルギーが増加する。

上記のように排気ガスのエネルギーが増加することにより、ターボチャージャー３０による過給が促進されて、過給遅れが抑制される。また、筒内に圧縮空気が供給されて筒内圧が上昇することにより、エンジン１の出力が増加させられることができる。これにより、車両の加速が促進される。

図５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において、排気ガスのエネルギーを増加させるか否かが判定される。排気ガスのエネルギーを増加させると判定されるのは、過給遅れが生じた（または生じる）と判定された場合である。過給遅れが生じた（または生じる）か否かの判定は、例えば、アクセルポジションセンサ２１により検出されたアクセルの開度及び吸気圧センサ２２により検出された吸気管６内の圧力に基づいて行われる。この場合、アクセルの開度に対して、吸気管６内の圧力が予め定められた所定の圧力よりも低い場合には過給遅れが生じた（または生じる）と判定される。

ステップＳ１０において排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、ステップＳ２０へ移行する。なお、ステップＳ１０において排気ガスのエネルギーを増加させないと判定された（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、蓄圧タンク１０内の空気が、膨張行程における筒内に供給される。蓄圧弁１４が開かれた際に筒内の圧力が蓄圧タンク１０内の圧力よりも高圧の場合には、筒内から蓄圧タンク１０にガスが逆流してしまい、筒内に圧縮空気を供給することができない。このようにガスが逆流することを防ぐために、蓄圧弁１４が開弁される時期は、膨張行程において筒内圧Ｐcylが蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と概ね等しい圧力となる時期に設定される。

ここで、筒内圧Ｐcylは、筒内圧センサ１６により検出された結果、または計算により求められた値が用いられることができる。筒内圧Ｐcylが計算により求められる場合、例えば、クランク角、吸気管６内の圧力、吸気温度、ＥＧＲ率、及び冷却水温度等に基づいて求められることができる。筒内圧Ｐcylが計算により求められる場合には、蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と筒内圧Ｐcylとが概ね等しくなるときのクランク角が予測され、上記クランク角において蓄圧弁１４が開弁される。

本実施形態によれば、過給遅れが生じた（または生じる）と判定された（ステップＳ１０肯定）場合に、膨張行程において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給される（ステップＳ２０）。これにより、排気ガスのエネルギーの増加が促進されるので、過給遅れが改善される。

本実施形態では膨張行程において筒内に空気が供給されて排気ガスのエネルギーが増加される。このため、吸気量が増加されて排気ガスのエネルギーが増加される場合のようなエンジン１の出力の急増が生じにくい。過給遅れを抑制するために吸気量が増加される場合に、短時間のうちに吸気量が増加された場合には、エンジン１の出力の変動が大きくなってしまう。これに対して、膨張行程において筒内に空気が供給される場合には、供給された空気はエンジン１の出力を大きく変化させることなく排気管８に排出される。このため、エンジン１の出力の急増による衝撃の発生等を伴うことなく、排気ガスのエネルギーが短時間のうちに増加して過給遅れが抑制されることが可能である。

なお、ステップＳ２０において、膨張行程で蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されたが、これに代えて、またはこれに加えて、排気行程において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されることができる。

（第２実施形態）
図６及び図７を参照して第２実施形態について説明する。本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、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が膨張行程において筒内に供給されて排気ガスのエネルギーが増加された。第２実施形態では、これに加えて、膨張行程において追加的に燃料の燃焼（以下、追加燃焼とする）が行われる。より具体的には、燃料の噴射量が、通常の燃焼（吸気行程において供給された吸気による燃焼）において燃焼可能な量よりも増量される。これにより、通常の燃焼の後に筒内に未燃燃料が存在する状態とされる。その上で、膨張行程における通常の燃焼の後で、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が筒内に供給される。これにより、未燃燃料と供給された空気による追加燃焼が行われる。追加燃焼で発生するエネルギーにより、排気ガスのエネルギーが増加される。本実施形態の機械的な構成は、上記第１実施形態と同様である。

図６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Ｓ１１０において、排気ガスのエネルギーを増加させるか否かが判定される。ステップＳ１１０における判定方法は、上記第１実施形態（図５のステップＳ１０）と同様であることができる。

ステップＳ１１０において排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ１１０肯定）場合には、ステップＳ１２０へ移行する。なお、ステップＳ１１０において排気ガスのエネルギーを増加させないと判定された（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、吸気行程において筒内に導入される吸気に対する燃料の噴射において、燃料の噴射量が増量される。燃料の噴射量は、例えば、吸気行程において筒内に導入される吸気量に対して理論空燃比となる量よりも大きな値に設定される。これにより、通常の燃焼の後で、筒内に燃焼しきれなかった未燃燃料が存在する状態となる。

次にステップＳ１３０において、蓄圧タンク１０内の空気が、膨張行程における筒内に供給される。筒内に供給された空気に含まれる酸素と未燃燃料とが反応して追加燃焼が行われる。筒内に空気が供給される時期については、上記第１実施形態（図５のステップＳ２０）と同様であることができる。

なお、ステップＳ１３０において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給される際に、供給が開始される時期が膨張行程において早い時期であるほど、追加燃焼が早く始まる。この場合、追加燃焼が早く始まるほど、追加燃焼により発生するエネルギーのうちの多くがエンジン１の出力に変換されてしまい、排気ガスのエネルギーが低下することとなる。このため、エンジン１の出力の急激な増加を抑制しつつ排気ガスのエネルギーを増加させるためには、筒内圧Ｐcylが蓄圧タンク１０内の圧力Ｐ１と概ね等しい圧力となる時期よりも遅い時期に蓄圧弁１４が開かれることができる。この場合、例えば、蓄圧弁１４が開かれる時期が膨張行程の後半に設定されることができる。

本実施形態によれば、排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ１１０肯定）場合に、燃料の噴射量が増量され（ステップＳ１２０）、膨張行程において筒内に空気が供給される（ステップＳ１３０）ことで、追加燃焼が行われる。これにより、追加燃焼により発生するエネルギーで排気ガスのエネルギーが増加される。

本実施形態では、追加燃焼される未燃燃料は予め筒内で高温となっているため、膨張行程で筒内に空気が供給された場合に着火が容易に行われることができる。

なお、ステップＳ１３０において、膨張行程で蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されたが、これに代えて、またはこれに加えて、排気行程において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されることができる。

（第２実施形態の変形例）
第２実施形態では、追加燃焼を行うために、通常の燃焼が行われる際の燃料噴射量が増量されたが、本変形例では、これに代えて、追加燃焼のための燃料が膨張行程において筒内に噴射される。

上記第２実施形態のように通常の燃焼の前に予め多くの燃料を噴射しておいた場合、筒内の温度が高くなる運転状態においては、未燃燃料からすすが多く発生することがある。すすに変化した未燃燃料は燃焼しにくいため、膨張行程において蓄圧タンク１０から空気が筒内に供給されても追加燃焼において未燃燃料（すす）の燃焼が十分に行われない可能性がある。これに対して、本変形例では膨張行程において新たに追加燃焼のための燃料が噴射されるため、上記の問題は生じにくい。

図７は、本変形例の動作を示すフローチャートである。排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ２１０肯定）場合に、ステップＳ２２０において、膨張行程及び排気行程のうち少なくともいずれか一方において筒内に燃料が噴射される。燃料が噴射されるタイミングは、例えば、通常の燃焼の終了後のタイミング（後噴射）に設定される。その他の動作については上記第２実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図８及び図９を参照して第３実施形態について説明する。第３実施形態については上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記各実施形態では、蓄圧タンク１０内の空気は第１通路１１を経て筒内に供給される構成とされた。本実施形態では、さらに蓄圧タンク１０と吸気管６とを連通させる供給通路（後述する第２通路１７）が設けられ、蓄圧タンク１０内の空気は筒内及び吸気管６のいずれにも供給されることが可能な構成とされている。

上記各実施形態では膨張行程において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されたが、本実施形態では、さらに、吸気行程において蓄圧タンク１０内の空気がエンジン１に供給される。上記のように膨張行程に加えて吸気行程において蓄圧タンク１０内の空気がエンジン１に供給されるのは、例えば、特に加速力が必要とされる場合である。吸気行程において蓄圧タンク１０内の空気がエンジン１に供給されることで、吸気量が増え、エンジン１の出力が増加する。なお、吸気行程において蓄圧タンク１０から供給される空気の供給量は、エンジン１の出力トルクの変動による衝撃が大きくならない程度に制限される。

吸気行程において蓄圧タンク１０内の圧縮空気がエンジン１に供給される場合に、通常は筒内に供給される。これにより、吸気管６に圧縮空気が供給される場合に比べて、速やかに吸気量が増加する。エンジン回転数が高速な場合など、蓄圧弁１４に要求される開閉速度（周期）が蓄圧弁１４の開閉速度の能力を上回る場合には、膨張行程と吸気行程の両方において蓄圧弁１４の開閉を行うことが困難となる。この場合、吸気行程における蓄圧タンク１０内の空気の供給は筒内に代えて吸気管６に行われる。

図８は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。上記実施形態の装置（図２）に加えて、蓄圧タンク１０内と吸気管６内とを連通させる第２通路１７が設けられている。第２通路１７と吸気管６との接続部には、三方弁（供給通路開閉手段）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。第２通路１７と吸気管６とが連通された場合には、蓄圧タンク１０内の空気は符号Ｙ３に示すように吸気管６に流入し、エンジン１に供給される。上記実施形態における車両制御部２０に代えて、車両制御部４０が設けられている。三方弁１８は、車両制御部４０に接続されており、車両制御部４０により制御される。

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Ｓ３１０において、排気ガスのエネルギーを増加させるか否かが判定される。ステップＳ３１０の判定の結果、排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ３１０肯定）場合には、ステップＳ３２０へ移行する。一方、排気ガスのエネルギーを増加させないと判定された（ステップＳ３１０否定）場合には、ステップＳ３１０が繰り返される。

ステップＳ３２０では、蓄圧弁１４をエンジン１の１回のサイクルにおいて吸気行程と膨張行程とで連続して開閉させることが可能であるか否かが判定される。上記判定は、例えば、エンジン回転数が予め定められた所定回転数以上であるか否かに基づいて行われることができる。この場合、エンジン回転数が上記所定回転数よりも小さな値である場合に、蓄圧弁１４を連続して開閉させることが可能であると判定される。

ステップＳ３２０の判定の結果、蓄圧弁１４を連続して開閉可能であると判定された（ステップＳ３２０肯定）場合には、ステップＳ３３０へ移行する。

ステップＳ３３０では、吸気行程及び膨張行程のそれぞれにおいて、蓄圧弁１４が開かれて蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給される。

一方、ステップＳ３２０の判定の結果、蓄圧弁１４を連続して開閉可能であると判定されなかった（ステップＳ３２０否定）場合には、ステップＳ３４０へ移行する。

ステップＳ３４０では、蓄圧タンク１０内の空気は、吸気行程において吸気管６に供給されると共に、膨張行程において筒内に供給される。

本実施形態によれば、蓄圧弁１４を吸気行程と膨張行程とで連続して開閉可能であると判定された（ステップＳ３２０肯定）場合に、吸気行程及び膨張行程のそれぞれにおいて、蓄圧弁１４が開かれて蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給される（ステップＳ３３０）。一方、蓄圧弁１４を連続して開閉可能であると判定されなかった（ステップＳ３２０否定）場合には、蓄圧タンク１０内の空気は、吸気行程において吸気管６に供給されると共に、膨張行程において筒内に供給される（ステップＳ３４０）。

これにより、エンジン回転数が高回転である場合など、蓄圧弁１４を吸気行程と膨張行程とで連続して開閉することが困難な場合であっても、エンジン１の吸気量を増加させて出力の増加を促進させることが可能となる。

なお、ステップＳ３３０及びＳ３４０において、膨張行程で蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されたが、これに代えて、またはこれに加えて、排気行程において蓄圧タンク１０内の空気が筒内に供給されることができる。

（第４実施形態）
図１０から図１６を参照して第４実施形態について説明する。第４実施形態については、上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。

上記第２実施形態においては、膨張行程において蓄圧タンク１０内の圧縮空気が筒内に供給されて追加燃焼が行われた。この場合、冷却器１２により冷却された空気が筒内に供給されるので、運転状況によっては筒内の温度が低くなり過ぎて追加燃焼が困難となる可能性がある。

そこで、第４実施形態では、蓄圧タンク１０を含む蓄圧システムに蓄えられた圧縮空気のうちで、相対的に低温の空気及び相対的に高温の空気から選択的にいずれか一方の空気が筒内に供給されることが可能な構成とされる。

より具体的には、冷却器を通過した圧縮空気（以下、低温空気Ａ_Cとする）及び冷却器を通過していない圧縮空気（以下、高温空気Ａ_Hとする）のいずれか一方を筒内に導くことが可能な供給気体切替え手段（後述する供給気体切替え弁）が第１通路１１に設けられる。筒内が比較的低温となる運転状況の場合には、高温空気Ａ_Hが筒内に供給され、それ以外の場合には低温空気Ａ_Cが筒内に供給される。

図１０は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。上記第３実施形態の装置（図８）に加えて、第１通路１１と第２通路１７とを連通させる第３通路２４が設けられている。第１通路１１と第３通路２４との接続部には、供給気体切替え弁（三方弁）２３が設けられている。後述するように、供給気体切替え弁２３により、筒内に低温空気Ａ_C及び高温空気Ａ_Hのいずれが供給されるかが切替えられる。

上記第３実施形態では、第１通路１１に冷却器１２が設けられていたが、これに代えて、本実施形態では第２通路１７に冷却器２５が設けられている。冷却器２５は、第２通路１７における第３通路２４との接続部１７ａよりも蓄圧タンク１０側に設けられている。

第３実施形態の車両制御部４０に代えて、車両制御部５０が設けられている。供給気体切替え弁２３は、車両制御部５０に接続されており、車両制御部５０により制御される。

供給気体切替え弁２３により、第１通路１１と第３通路２４との連通状態が２つの状態に切替えられる。第１の状態は、図１１に示すように、第１通路１１における供給気体切替え弁２３の設置位置よりも蓄圧タンク１０側の部分１１ａと、供給気体切替え弁２３の設置位置よりも筒内側の部分１１ｂとが連通されると共に、第１通路１１と第３通路２４とが連通されていない状態である。

第２の状態は、図１２に示すように、第１通路１１における筒内側の部分１１ｂと第３通路２４とが連通されるとともに、第１通路１１における蓄圧タンク１０側の部分１１ａが筒内側の部分１１ｂ及び第３通路２４のいずれにも連通されていない状態である。

蓄圧タンク１０への蓄圧時には、供給気体切替え弁２３は、図１１に示すように第１の状態（第１通路１１における蓄圧タンク１０側の部分１１ａと筒内側の部分１１ｂとが連通され、第１通路１１と第３通路２４とが連通されていない状態）とされる。この状態において蓄圧弁１４が開かれると、筒内で圧縮された空気は図１０に符号Ｙ４で示す矢印のように第１通路１１を経て蓄圧タンク１０に流入する。

上記各実施形態（図３、図８）では、蓄圧時に、圧縮された空気は冷却器１２を通過してから蓄圧タンク１０に流入していた。このため、蓄圧タンク１０に流入する段階では、空気の温度は筒内から流出するときに比べて十分に低下している。

一方、本実施形態（図１０）では、圧縮された空気は冷却器２５を通過せずに蓄圧タンク１０に流入する。このため、冷却されていない比較的高温の空気が蓄圧タンク１０に蓄えられる。また、第１通路１１における蓄圧タンク１０側の部分１１ａにも比較的高温の空気が存在する状態となる。

次に、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が筒内に供給される際の動作について説明する。図１３は、高温空気Ａ_Hが筒内に供給される場合の様子を示す図である。図１４は、低温空気Ａ_Cが筒内に供給される場合の様子を示す図である。

筒内温度が比較的低温となる運転状況において、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が追加燃焼のために筒内に供給される場合には、高温空気Ａ_Hが供給される。具体的には、供給気体切替え弁２３は、図１１に示すように第１の状態（第１通路１１における蓄圧タンク１０側の部分１１ａと筒内側の部分１１ｂとが連通され、第１通路１１と第３通路２４とが連通されていない状態）とされる。

この場合、蓄圧弁１４が開かれると、図１３に符号Ｙ５で示すように、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が第１通路１１における蓄圧タンク側の部分１１ａから供給気体切替え弁２３を介して筒内側の部分１１ｂへ流れて筒内に供給される。このため、冷却器２５を通過していない圧縮空気（高温空気Ａ_H）が筒内に供給される。

一方、筒内温度が比較的低温となる運転状況以外の場合において、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気が追加燃焼のために筒内に供給される場合には、低温空気Ａ_Cが供給される。具体的には、供給気体切替え弁２３は、図１２に示すように、第２の状態（第１通路１１における筒内側の部分１１ｂと第３通路２４とが連通されるとともに、第１通路１１における蓄圧タンク１０側の部分１１ａが筒内側の部分１１ｂ及び第３通路２４のいずれにも連通されていない状態）とされる。

この場合、蓄圧弁１４が開かれると、図１４に符号Ｙ６で示すように、蓄圧タンク１０に蓄えられた空気は、第２通路１７、冷却器２５、第３通路２４、供給気体切替え弁２３、及び第１通路１１における筒内側の部分１１ｂを経て筒内に供給される。このため、冷却器２５を通過した圧縮空気（低温空気Ａ_C）が筒内に供給される。

図１５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Ｓ４１０において、排気ガスのエネルギーを増加させるか否かが判定される。ステップＳ４１０の判定の結果、排気ガスのエネルギーを増加させると判定された（ステップＳ４１０肯定）場合には、追加燃焼のための燃料が噴射された上でステップＳ４２０へ移行する。一方、排気ガスのエネルギーを増加させないと判定された（ステップＳ４１０否定）場合には、ステップＳ４１０が繰り返される。

ステップＳ４２０では、低温空気Ａ_Cが筒内に供給されたとしても追加燃焼において失火が生じる可能性が低い（失火に対して余裕がある）か否かが判定される。ここで、失火とは、追加燃焼において未燃燃料の燃焼が生じないこと、及び未燃燃料の燃焼が十分に行われないことを含む。失火に対して余裕があるか否かは、例えば、筒内の温度が比較的低温となる運転状況であるか否かに基づいて判定される。

筒内の温度が比較的低温となる運転状況であるか否かが判定される場合には、例えば、図１６に示すマップが参照される。図１６には、エンジン回転数及び燃料の噴射量の組合せと筒内温度との対応関係が示されている。図１６において、符号Ｒ１は、筒内温度が比較的低温となる運転状況の領域を示している。符号Ｒ２は、筒内温度が比較的低温となる運転状況以外の運転状況の領域を示している。上記マップは、例えば、実験の結果に基づいて設定される。

エンジン回転数及び燃料の噴射量の組合せに基づいて、現在の運転状況が図１６に符号Ｒ１で示す運転状況の領域に含まれていると判定された場合には、筒内温度が比較的低温であり、失火に対して余裕がないと判定される。一方、現在の運転状況が図１６に符号Ｒ２で示す運転状況の領域に含まれていると判定された場合には、失火に対して余裕があると判定される。

ステップＳ４２０の判定の結果、失火に対して余裕があると判定された（ステップＳ４２０肯定）場合には、ステップＳ４３０へ移行する。ステップＳ４３０では、膨張行程において、低温空気Ａ_Cが筒内に供給される。この場合、上記において図１４を参照して説明したように、蓄圧タンク１０から冷却器２５を通過した低温空気Ａ_Cが筒内に供給される。

一方、ステップＳ４２０の判定の結果、失火に対して余裕がないと判定された（ステップＳ４２０否定）場合には、ステップＳ４４０へ移行する。ステップＳ４４０では、膨張行程において、高温空気Ａ_Hが筒内に供給される。この場合、上記において図１３を参照して説明したように、蓄圧タンク１０に蓄えられた高温空気Ａ_Hは、冷却器２５を通過しないままで筒内に供給される。

本実施形態によれば、排気ガスのエネルギーを増加させる（ステップＳ４１０肯定）ために蓄圧タンク１０内に蓄えられた空気が筒内に供給される際に、失火に対して余裕があると判定された（ステップＳ４２０肯定）場合には低温空気Ａ_Cが筒内に供給される（ステップＳ４３０）。一方、失火に対して余裕がないと判定された（ステップＳ４２０否定）場合には、高温空気Ａ_Hが筒内に供給される（ステップＳ４４０）。これにより、筒内温度が比較的低温となり追加燃焼において失火が生じる可能性が高くなる運転状況においては、筒内に高温空気Ａ_Hが供給される。その結果、蓄圧タンク１０内に蓄えられた空気が筒内に供給されて追加燃焼が行われる際に、失火が生じることが抑制される。

上記各実施形態は、適宜組み合わせて行われることができる。

本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の主要部分を示すブロック図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第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制御装置の第１実施形態における蓄圧時の様子を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態における供給時の様子を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第１実施形態の動作を示すフローチャートである。 本発明の内燃機関の制御装置の第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制御装置の第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。 本発明の内燃機関の制御装置の第３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制御装置の第３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制御装置の第４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制御装置の第４実施形態における供給気体切替え弁の第１の状態を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第４実施形態における供給気体切替え弁の第２の状態を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第４実施形態における高温空気の供給時の状態を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第４実施形態における低温空気の供給時の状態を示す図である。 本発明の内燃機関の制御装置の第４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制御装置の第４実施形態における筒内温度を推定するためのマップを示す図である。

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
１１ａ 第１通路における蓄圧タンク側の部分
１１ｂ 第１通路における筒内側の部分
１２ 冷却器
１４ 蓄圧弁
１５ 通路内圧センサ
１６ 筒内圧センサ
１７ 第２通路
１７ａ 第２通路における第３通路との接続部
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
２３ 供給気体切替え弁
２４ 第３通路
２５ 冷却器
３０ ターボチャージャー
３０ａ タービン
３０ｂ コンプレッサー
４０ 車両制御部
５０ 車両制御部

Claims (8)

1. 過給機が設けられた内燃機関を制御する内燃機関の制御装置であって、
   前記内燃機関の筒内に前記筒内よりも相対的に高圧の気体を供給する気体供給手段を備え、
   前記内燃機関の膨張行程及び排気行程の少なくともいずれか一方において、前記気体供給手段により、前記筒内に前記気体が供給される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記気体供給手段は、前記気体を蓄える蓄圧部と、前記筒内と前記蓄圧部とを連通させる蓄圧通路とを有し、
   前記蓄圧部に蓄えられる前記気体は、前記筒内で圧縮された前記気体である
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記気体供給手段により前記筒内に前記気体が供給される場合には、前記気体が供給されない場合に比べて、前記内燃機関の吸気行程で前記筒内に導入される吸気に対する燃料の噴射量が予め増量され、
   前記気体供給手段により前記筒内に供給された前記気体により、前記燃料の燃焼が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記気体供給手段により前記筒内に前記気体が供給される場合には、前記膨張行程及び前記排気行程の少なくともいずれか一方において前記筒内に燃料が噴射され、
   前記気体供給手段により前記筒内に供給された前記気体により、前記燃料の燃焼が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項３または４に記載の内燃機関の制御装置において、
   前記気体供給手段は、前記気体を冷却する冷却器と、前記冷却器を通過した前記気体及び前記冷却器を通過していない前記気体のいずれか一方を選択的に前記筒内に供給する供給気体切替え手段とを備え、
   前記内燃機関の運転状況に基づいて前記供給気体切替え手段が制御される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項５記載の内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の運転状況とは、前記筒内の温度状態である
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の内燃機関の制御装置において、
   更に、前記内燃機関の吸気行程において、前記気体供給手段により前記内燃機関に前記気体が供給される
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７記載の内燃機関の制御装置において、
   前記気体供給手段は、前記気体を蓄える蓄圧部と、
   前記蓄圧部と吸気経路とを連通させる供給通路と、
   前記供給通路を開閉する供給通路開閉手段と、
   前記蓄圧部と前記筒内とを連通させる蓄圧通路と、
   前記蓄圧通路を開閉する蓄圧通路開閉手段とを有し、
   前記膨張行程及び前記排気行程の少なくともいずれか一方、及び前記吸気行程において前記蓄圧通路開閉手段を開いて前記筒内に前記気体を供給し、
   前記蓄圧通路開閉手段に要求される開閉周期が予め定められた所定の開閉周期よりも短い場合には、前記吸気行程において、前記蓄圧通路開閉手段に代えて前記供給通路開閉手段を開いて前記吸気経路に前記気体を供給する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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