JP4697134B2 - 内燃機関の気体供給装置 - Google Patents

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）が筒内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、蓄圧部（例えばタンク）に蓄えられた高圧の気体が吸気行程において供給されることがある。

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、気体の通路が開閉手段により開閉されることがある。この場合に、上記開閉手段に十分な耐久性を持たせることが検討されている。

吸気圧よりも高圧の気体を蓄える蓄圧部と、蓄圧部に蓄えられる気体の流れを開閉する開閉手段とを備える内燃機関の気体供給装置において、開閉手段の耐久性を向上させることができることが望まれている。

本発明の目的は、吸気圧よりも高圧の気体を蓄える蓄圧部と、蓄圧部に蓄えられる気体の流れを開閉する開閉手段とを備える内燃機関の気体供給装置において、開閉手段の耐久性を向上させることが可能な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、内燃機関に気体を供給する内燃機関の気体供給装置であって、前記内燃機関の筒内で圧縮された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させる蓄圧通路と、前記蓄圧通路を開閉する第１の開閉手段と、前記第１の開閉手段の設置位置よりも前記蓄圧部側において前記蓄圧通路を開閉する第２の開閉手段とを備え、前記内燃機関の吸気行程において、前記第２の開閉手段により前記蓄圧通路が閉じられると共に、前記第１の開閉手段が開かれる制御が行わ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、前記第１の開閉手段の温度を検出または推定する温度検出推定手段を備え、前記制御は、前記温度検出推定手段により検出または推定された前記第１の開閉手段の温度に基づいて行わ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、内燃機関に気体を供給する内燃機関の気体供給装置であって、前記内燃機関の筒内で圧縮された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させる蓄圧通路と、前記蓄圧通路に設けられ前記蓄圧通路を開閉する第１の開閉手段と、前記第１の開閉手段の温度を検出または推定する温度検出推定手段とを備え、前記温度検出推定手段により検出または推定された前記第１の開閉手段の温度に基づいて、前記第１の開閉手段が開かれる制御が行わ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、前記第１の開閉手段の開度が中間開度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、前記第１の開閉手段が開かれる時期は前記内燃機関の吸気行程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、前記第１の開閉手段は、前記内燃機関の筒内における吸気管の開口部の近傍に設けら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、吸気圧よりも高圧の気体を蓄える蓄圧部と、蓄圧部に蓄えられる気体の流れを開閉する開閉手段とを備える内燃機関の気体供給装置において、開閉手段の耐久性を向上させることができる。

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７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１６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１６において、符号１００は、内燃機関を示す。内燃機関１００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１００の筒内とは、第１通路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（第１の開閉手段）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に気体が蓄えられることができる。

筒内で圧縮された気体は高温となっている。蓄圧時には、筒内から第１通路１１１へ向かう高温の気体が蓄圧制御弁１１４に沿って流れるので、蓄圧制御弁１１４は加熱されて温度が上昇する。蓄圧制御弁１１４の温度が上昇しすぎることは好ましくない。

そこで、本実施形態では、蓄圧制御弁１１４の温度が予め定められた所定温度よりも高くなった場合には、蓄圧制御弁１１４の冷却制御が行われる。本実施形態では、吸気行程において、筒内へ供給される吸気により蓄圧制御弁１１４が冷却される。蓄圧部１１０に蓄えられた圧縮空気が筒内に流出しないように第１通路１１１が遮断された上で、吸気行程において蓄圧制御弁１１４が開かれる。相対的に低温の吸気に触れることで、蓄圧制御弁１１４が冷却される。

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、エンジン（内燃機関）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１には、排気弁９が閉じた状態が示されている。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。

次に、筒内で圧縮された空気を蓄えると共に、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。車両には、筒内で圧縮された空気を蓄える蓄圧タンク１０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と燃焼室５との接続部１９は、シリンダヘッド３における吸気管６の開口部１６の近傍に設けられている。第１通路１１には、冷却器（熱交換器）１２が設けられている。また、第１通路１１には、遮断弁（第２の開閉手段）１３が設けられている。遮断弁１３により、第１通路１１が開閉される。

第１通路１１と燃焼室５との接続部１９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。蓄圧制御弁１４は、開弁される際に傘部１４ａがピストン４へ向けて駆動される。

蓄圧タンク１０と吸気管６とは、第２通路１７によって連通されている。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、それぞれの計測結果が車両制御部２０に入力される。遮断弁１３、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に蓄えられる場合（以下、蓄圧時とする）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。この場合、遮断弁１３は開いた状態とされる。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、圧縮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、筒内で圧縮された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に密度の高い圧縮空気が蓄えられる。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、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、圧縮空気がエンジン１に供給されて、過給遅れによる出力の増加の遅れが抑制される。

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、遮断弁１３が開いた状態とされると共に、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、冷却器１２、及び遮断弁１３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、蓄圧制御弁１４の温度が高温となり、強度が低下する可能性がある。

図２において符号Ｙ１で示すように、蓄圧時には、筒内で圧縮されて高温となった空気が蓄圧制御弁１４に沿って流れる。これにより、蓄圧制御弁１４が加熱されるので、蓄圧制御弁１４の温度が上昇する。蓄圧制御弁１４に熱が蓄積して、蓄圧制御弁１４の温度が高温となり過ぎた場合には、強度が低下するなどの問題が生じる可能性がある。

そこで、本実施形態では、蓄圧制御弁１４の冷却が行われる。図５は、蓄圧制御弁１４が冷却される際の様子を示す図である。蓄圧制御弁１４の温度が予め定められた所定温度よりも高い場合には、吸気行程において、吸気により蓄圧制御弁１４が冷却される。この場合、吸気行程において、蓄圧タンク１０内の圧縮空気が筒内へ流出しないように遮断弁１３が閉じた状態とされると共に蓄圧制御弁１４が開かれる。吸気行程において吸気弁７が開かれると、符号Ｙ４で示すように、筒内に吸気が流入する。本実施形態では、筒内に流入する吸気の温度が上昇してしまう前に吸気が蓄圧制御弁１４に到達するように、蓄圧制御弁１４は、シリンダヘッド３における吸気管６の開口部１６の近傍に設けられている。吸気管６の開口部１６から蓄圧制御弁１４までの距離が短いので、筒内に流入する吸気は、筒内に流入してから短時間で蓄圧制御弁１４に到達する。蓄圧制御弁１４が筒内に流入して間もない低温の吸気に触れることで、蓄圧制御弁１４が良好に冷却される。

吸気行程において蓄圧制御弁１４が閉じた状態（図３参照）とされても、蓄圧制御弁１４が吸気に触れることで吸気により冷却される効果は期待できるが、本実施形態では、特に、吸気行程において蓄圧制御弁１４が開かれるので、蓄圧制御弁１４と吸気との接触面積が大きくなる。このため、蓄圧制御弁１４が低温の吸気により十分に冷却されることができる。また、蓄圧制御弁１４が開かれることにより、蓄圧制御弁１４の傘部１４ａにおける上面（シリンダヘッド３に対向する面）１４ｂは、吸気管６の開口部１６よりも下方に位置する状態となる。このため、吸気管６の開口部１６から筒内に流入する吸気は、蓄圧制御弁１４の傘部１４ａにおける上面１４ｂに向けて流れる。さらに、蓄圧制御弁１４の軸部１４ｃへ向けても吸気が流れる。このように、蓄圧制御弁１４が開かれることにより、蓄圧制御弁１４の傘部１４ａ全体、及び軸部１４ｃも冷却されるので、蓄圧制御弁１４の温度上昇が十分に抑制される。

図６は、蓄圧制御弁１４の冷却制御が行われた場合の蓄圧制御弁１４の温度の時間的推移を示す図である。図６において、符号１０１は、蓄圧制御弁１４の温度を示す。符号Ｋ１で示す矢印は、蓄圧制御弁１４の冷却制御が行われる期間を示す。本実施形態では、蓄圧制御弁１４の温度１０１が予め定められた所定温度Ｔ１よりも高くなると、蓄圧制御弁１４の冷却制御が開始される。蓄圧制御弁１４の温度１０１が予め定められた第２の所定温度Ｔ２よりも低くなると、蓄圧制御弁１４の冷却制御が終了される。なお、上記第２の所定温度Ｔ２は、上記所定温度Ｔ１よりも小さな値に設定されている。

図７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、蓄圧制御弁１４の温度が上記所定温度Ｔ１よりも高いか否かが判定される。蓄圧制御弁１４の温度は、例えば、蓄圧制御弁１４に設けられた図示しない温度センサにより検出される。

ステップＳ１０の判定の結果、蓄圧制御弁１４の温度が上記所定温度Ｔ１よりも高いと判定された（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、蓄圧制御弁１４の温度が上記所定温度Ｔ１よりも高い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の冷却制御が行われる。上記において図５を参照して説明したように、冷却制御においては、遮断弁１３が閉じた状態とされると共に、蓄圧制御弁１４が吸気行程において開かれる。

次に、ステップＳ３０において、蓄圧制御弁１４の温度が上記第２の所定温度Ｔ２よりも低いか否かが判定される。

ステップＳ３０の判定の結果、蓄圧制御弁１４の温度が上記第２の所定温度Ｔ２よりも低いと判定された（ステップＳ３０肯定）場合には、本制御フローがリセットされ、蓄圧制御弁１４の冷却制御が終了される。一方、ステップＳ３０の判定の結果、蓄圧制御弁１４の温度が上記第２の所定温度Ｔ２よりも低いと判定されなかった（ステップＳ３０否定）場合には、ステップＳ３０が繰り返される。

本実施形態によれば、蓄圧制御弁１４の冷却が必要な（ステップＳ１０肯定、ステップＳ３０否定）場合に、吸気行程において蓄圧制御弁１４が開かれて、吸気により蓄圧制御弁１４が冷却される（ステップＳ２０）。これにより、蓄圧制御弁１４が高温となり過ぎて蓄圧制御弁１４の強度が低下するなどの問題の発生が抑制される。

なお、本実施形態では、蓄圧制御弁１４の温度が上記所定温度Ｔ１よりも高温となった（ステップＳ１０肯定）場合に蓄圧制御弁１４の冷却制御が行われた（ステップＳ２０）が、これに代えて、蓄圧制御弁１４の温度によらず冷却制御が行われることができる。この場合、例えば、吸気行程ごとに蓄圧制御弁１４の冷却が行われる。蓄圧制御弁１４が継続的に冷却されることにより、蓄圧制御弁１４の温度が必要以上に上昇することが十分に抑制される。

（第２実施形態）
図８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、蓄圧制御弁１４の冷却が必要な場合に、吸気により蓄圧制御弁１４が冷却された。これに加えて、本実施形態では、蓄圧タンク１０に蓄えられた圧縮空気により蓄圧制御弁（図８の符号２４参照）が冷却される。蓄圧制御弁２４の冷却が必要な場合に、吸気行程において蓄圧制御弁２４が開かれる。これにより、蓄圧タンク１０から流出して筒内に供給される圧縮空気により蓄圧制御弁２４が冷却される。

図８は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。上記第１実施形態（図１）の蓄圧制御弁１４に代えて、蓄圧制御弁２４が設けられている。本実施形態の蓄圧制御弁２４は、全閉と全開との間の中間開度に制御されることが可能である。上記第１実施形態の車両制御部２０に代えて、車両制御部３０が設けられている。また、本実施形態では、上記第１実施形態と異なり、遮断弁１３は設けられていない。

図９は、蓄圧制御弁２４が冷却される際の様子を示す図である。図９に示すように、蓄圧制御弁２４の冷却が必要な場合には、蓄圧制御弁２４が開かれる。これにより、符号Ｙ５に示すように圧縮空気が筒内に流入する。

筒内に流入する圧縮空気は、蓄圧時及び供給時に冷却器１２を通過して冷却されている。このため、圧縮空気は筒内に流入する時点で蓄圧制御弁２４に比べて十分に低温となっている。よって、蓄圧制御弁２４に沿って圧縮空気が流れる際に、圧縮空気により蓄圧制御弁２４が冷却される。

また、蓄圧タンク１０から流出した圧縮空気は、相対的に低圧の筒内に流入する際に、膨張する。それに伴って圧縮空気の温度が低下する。このように膨張して温度が低下した圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って流れるので、蓄圧制御弁２４の冷却が効果的に行われる。

蓄圧制御弁２４が開かれる時期は、エンジン１の吸気行程に設定される。これにより、蓄圧制御弁２４は、筒内に供給される圧縮空気により冷却されるのみならず、相対的に低温の吸気に触れることでさらに冷却される。

本実施形態では、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる際に、蓄圧制御弁２４は、中間開度に制御される。これは、以下に説明するように、蓄圧制御弁２４を冷却するための圧縮空気の消費量を抑制するためである。

図１０及び図１１は、蓄圧制御弁２４が冷却される際の蓄圧制御弁２４付近の拡大図である。図１０は、蓄圧制御弁２４が全開に制御された場合の様子を示す図である。図１１は、蓄圧制御弁２４が中間開度に制御された場合の様子を示す図である。

図１０において、符号Ａ１及び符号Ａ２は、蓄圧制御弁２４が冷却される際の圧縮空気の流れを示す。符号Ａ１は、符号Ａ２に比べて蓄圧制御弁２４の近くを流れる圧縮空気の流れを示す。

圧縮空気が筒内に流入する場合に、圧縮空気が蓄圧制御弁２４の近くを流れるほど、蓄圧制御弁２４から多くの熱を奪う。反対に、圧縮空気が蓄圧制御弁２４から離れた位置を流れるほど、蓄圧制御弁２４から奪う熱量が小さくなる。即ち、符号Ａ２で示す圧縮空気の流れは、符号Ａ１で示す圧縮空気の流れに比べて、蓄圧制御弁２４から奪う熱量が小さい。

蓄圧制御弁２４を冷却するための圧縮空気の消費量を抑制するためには、符号Ａ２で示すような蓄圧制御弁２４から奪う熱量が小さい圧縮空気の流れの量を抑制することが有効である。このため、本実施形態では、図１１に示すように、蓄圧制御弁２４の冷却時において、蓄圧制御弁２４の開度が中間開度に制御される。

図１１において、符号Ａ３は、蓄圧制御弁２４の近くを流れる圧縮空気の流れを示す。符号Ａ４は、蓄圧制御弁２４から離れた位置を流れる圧縮空気の流れを示す。蓄圧制御弁２４が中間開度とされることにより、蓄圧制御弁２４から離れた位置を流れる圧縮空気の流れＡ４の量は、全開とされた場合（図１０の符号Ａ２）に比べて少なくなる。このため、筒内に流入する圧縮空気全体のうちで、蓄圧制御弁２４の近くを流れる圧縮空気の流れＡ３の割合が高まる。その結果、蓄圧制御弁２４を冷却するのに必要な圧縮空気の量が低減される。

図１２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では、蓄圧制御弁２４の温度が予め定められた第３の所定温度Ｔ３よりも高いか否かが判定される。蓄圧制御弁２４の温度は、例えば、蓄圧制御弁２４に設けられた図示しない温度センサにより検出される。なお、上記第３の所定温度Ｔ３の値は、上記第１実施形態における上記所定温度Ｔ１と同じ値とされることができる。

ステップＳ１１０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度が上記第３の所定温度Ｔ３よりも高いと判定された（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、蓄圧制御弁２４の温度が上記第３の所定温度Ｔ３よりも高いと判定されなかった（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、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる。上記のように、吸気行程において、蓄圧制御弁２４は中間開度に制御される。蓄圧制御弁２４の開度は、例えば、実験の結果に基づいて設定される。この場合、例えば、蓄圧制御弁２４の温度を同じだけ低下させるのに必要とされる圧縮空気の量が最も少なくなるように、蓄圧制御弁２４の開度が設定される。

次に、ステップＳ１３０において、蓄圧制御弁２４の温度が予め定められた第４の所定温度Ｔ４よりも低いか否かが判定される。なお、上記第４の所定温度Ｔ４の値は、上記第１実施形態における上記第２の所定温度Ｔ２と同じ値とされることができる。

ステップＳ１３０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度が上記第４の所定温度Ｔ４よりも低いと判定された（ステップＳ１３０肯定）場合には、本制御フローがリセットされ、蓄圧制御弁２４の冷却制御が終了される。一方、ステップＳ１３０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度が上記第４の所定温度Ｔ４よりも低いと判定されなかった（ステップＳ１３０否定）場合には、ステップＳ１３０が繰り返される。

なお、本実施形態では、ステップＳ１２０において、蓄圧制御弁２４の開弁が吸気行程に行われたが、蓄圧制御弁２４の開弁の時期は、これには限定されない。エンジン１の吸気行程以外の他の行程において蓄圧制御弁２４が開かれて、圧縮空気により蓄圧制御弁２４が冷却されることができる。本実施形態で蓄圧制御弁２４の開弁の時期が吸気行程に設定されるのは、以下の理由による。

第１に、吸気行程では一般に他の行程に比べて筒内の温度が低いので、蓄圧制御弁２４が開弁された場合の冷却効果が高い。第２に、吸気行程において筒内に流入する吸気が蓄圧制御弁２４に向けて流れる構成とされることで、吸気による冷却効果が高められることができる。第３に、吸気行程以外の行程において圧縮空気が筒内に供給される場合には、エンジン１の損失となる場合がある。例えば、圧縮行程や排気行程で圧縮空気が筒内に供給された場合には、ピストン４の上昇過程において圧縮空気が流入して筒内圧を上昇させてしまう。この場合、ピストン４の上昇に対して抵抗が増加することとなり、エンジン１の損失となるので好ましくない。

第４に、吸気行程以外の行程において圧縮空気が筒内に供給された場合には、排気管８に設けられた触媒（図示せず）の温度が必要以上に低下することがある。例えば、排気行程において圧縮空気が筒内に供給された場合には、排気ガスの温度が低下する。この場合、触媒の温度が必要以上に低下して、排気ガス中の有害物質を浄化する能力が低下する可能性があるので好ましくない。

本実施形態によれば、蓄圧制御弁２４の冷却が必要な（ステップＳ１１０肯定、ステップＳ１３０否定）場合に、吸気行程において蓄圧制御弁２４が開かれることで、圧縮空気による蓄圧制御弁２４の冷却が行われる（ステップＳ１２０）。筒内の温度が低い吸気行程において蓄圧制御弁２４が開かれることで、高い冷却効果が得られる。

（第３実施形態）
図１３から図１５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、蓄圧制御弁（例えば図８の符号２４）の温度が検出され、検出された温度に基づいて蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われた。本実施形態では、これに代えて、蓄圧制御弁２４の温度が推定され、推定された温度に基づいて蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる。これにより、蓄圧制御弁２４に温度センサを設けることなく、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われることができる。

図１３は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。第２実施形態の装置（図８）に加えて、吸気管６には吸気温センサ２５が設けられている。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、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。

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。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。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が設けられている。

上記第２実施形態の車両制御部３０に代えて、車両制御部４０が設けられている。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、及びタンク内圧センサ２９は、車両制御部４０に接続されており、それぞれの測定結果が車両制御部４０に入力される。本実施形態の温度検出推定手段は、車両制御部４０、吸気圧センサ２２、吸気温センサ２５、エンジン回転数センサ２８、冷却水温度センサ２７、筒内圧センサ２６、及びタンク内圧センサ２９を含む。

図１４は、本実施形態の蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われた場合の蓄圧制御弁２４の温度の時間的推移を示す図である。本実施形態では、蓄圧制御弁２４の温度を推定するにあたり、蓄圧制御弁２４の動作が４つのモードに分類されている。それぞれのモードごとに蓄圧制御弁２４の温度変化量が計算されて、現在の蓄圧制御弁２４の温度が推定される。

第１のモードは、閉弁モードＭ１である。閉弁モードＭ１においては、エンジン１の１回のサイクルの間、蓄圧制御弁２４は閉じたままとされる。

第２のモードは、蓄圧モードＭ２である。蓄圧モードＭ２においては、筒内で圧縮された空気を蓄圧タンク１０に導くために、蓄圧制御弁２４が圧縮行程において開かれる。高温の圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って流れるため、蓄圧制御弁２４の温度が上昇する。

第３のモードは、供給モードＭ３である。供給モードＭ３においては、蓄圧タンク１０に蓄えられた圧縮空気がエンジン１に供給される。蓄圧タンク１０から圧縮空気が供給される場合に、上記第１実施形態において図３及び図４を参照して説明したように、供給経路は２つある。第１の経路は、図３に符号Ｙ２で示すように、圧縮空気が吸気管６を経て筒内に供給される経路である。第２の経路は、図４に符号Ｙ３で示すように、吸気管６を経ずに直接筒内に圧縮空気が供給される経路である。第２の経路で圧縮空気が供給される場合には、圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って流れる際に、蓄圧制御弁２４が冷却される。

蓄圧制御弁２４の温度上昇を抑制する観点からは、第２の経路で圧縮空気が供給される方が有利である。本実施形態では、蓄圧制御弁２４の温度が高温である場合には、第２の経路で圧縮空気がエンジン１に供給される。

第４のモードは、冷却モードＭ４である。冷却モードＭ４においては、蓄圧制御弁２４の冷却が必要な場合に、吸気行程において蓄圧制御弁２４が開かれて、圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って流される。圧縮空気により蓄圧制御弁２４が冷却される。

ここで、図１４を参照して、各モードにおける温度変化量について説明する。図１４において、符号１００は蓄圧制御弁２４の温度を示す。符号Ｔ５は、第５の所定温度を示す。蓄圧制御弁２４の温度１００が第５の所定温度Ｔ５よりも高くなった場合には、蓄圧制御弁２４の冷却制御が開始される。

閉弁モードＭ１においては、蓄圧制御弁２４はシリンダヘッド３に接した状態である。シリンダヘッド３は冷却水等により冷却されているので蓄圧制御弁２４に比べて低温である。このため、蓄圧制御弁２４からシリンダヘッド３へと熱が伝わり、符号１００ａに示すように蓄圧制御弁２４の温度１００は低下する。

蓄圧モードＭ２（Ｍ２ａ、Ｍ２ｂ）において、蓄圧時に蓄圧制御弁２４が開かれると、筒内の高温の圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って蓄圧タンク１０へ向けて流れる。このため、蓄圧時には符号１００ｂに示すように蓄圧制御弁２４の温度１００が上昇する。

供給モードＭ３では、蓄圧タンク１０から圧縮空気が供給される。図１４に示す例では、蓄圧制御弁２４の温度１００が第５の所定温度Ｔ５付近の比較的高温の温度範囲で推移している。この場合、供給時には、蓄圧制御弁２４の温度１００を低下させるために、蓄圧制御弁２４が開かれて圧縮空気が筒内に直接供給される。供給時に蓄圧制御弁２４が開かれると、蓄圧タンク１０に蓄えられた圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って筒内に流入する。これにより、蓄圧制御弁２４が冷却される。それと共に、相対的に低温の吸気に触れることで蓄圧制御弁２４が冷却される。このため、供給時には、符号１００ｃに示すように蓄圧制御弁２４の温度１００が低下する。

冷却モードＭ４では、吸気行程において、蓄圧制御弁２４が開かれる。蓄圧制御弁２４の開度は、例えば上記第２実施形態と同様に全開と全閉との間の中間開度とされる。蓄圧タンク１０に蓄えられた圧縮空気が蓄圧制御弁２４に沿って筒内に流入することにより蓄圧制御弁２４が冷却される。また、供給モードＭ３と同様に吸気に触れることで蓄圧制御弁２４が冷却される。これにより、冷却時には符号１００ｄで示すように蓄圧制御弁２４の温度１００が低下する。

冷却モードＭ４に移行する（蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる）のは、上記の各実施形態と同様に蓄圧制御弁２４の温度１００が必要以上に上昇した場合である。蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高くなった場合には、冷却モードＭ４に移行して蓄圧制御弁２４の冷却制御が開始される。

例えば、図１４に符号Ｍ２ｂで示す蓄圧モードにおいて、時刻ｔ４に蓄圧制御弁２４の温度１００は上記第５の所定温度Ｔ５を超えている。蓄圧モードＭ２ｂが終了する時刻ｔ５において、蓄圧制御弁２４の温度１００は上記第５の所定温度Ｔ５を超えたままである。この場合、冷却モードＭ４へ移行する。冷却されることにより蓄圧制御弁２４の温度１００が予め定められた第６の所定温度Ｔ６よりも低くなった（時刻ｔ６）場合には、冷却モードＭ４から他のモードに移行して蓄圧制御弁２４の冷却制御が終了される。

なお、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高くなった場合であっても、筒内への圧縮空気の供給が必要とされる場合には、供給モードＭ３が優先される。これは、上記のように供給モードＭ３では蓄圧制御弁２４が冷却されるので、蓄圧制御弁２４の冷却制御を優先して行う必要がないからである。言い換えると、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高くなった状態で、筒内への圧縮空気の供給が行われず、蓄圧制御弁２４の温度１００が高いままである場合に、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる。

例えば、図１４に符号Ｍ２ａで示す蓄圧モードにおいて、蓄圧制御弁２４の温度１００は、時刻ｔ１に上記第５の所定温度Ｔ５を超え、蓄圧モードＭ２ａの終了する時刻ｔ２において上記第５の所定温度Ｔ５を超えたままである。このときに、供給モードＭ３で筒内への圧縮空気の供給が行われると、蓄圧制御弁２４の温度１００が低下する。

供給モードＭ３では、符号１００ｃで示すように、圧縮空気が筒内に供給されるごとに蓄圧制御弁２４の温度１００が低下し、時刻ｔ３において上記第６の所定温度Ｔ６よりも低くなる。このように供給モードＭ３において蓄圧制御弁２４は十分に冷却される。よって、その後に蓄圧タンク１０への圧縮空気の蓄圧が開始されたとしてもすぐに蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５を超えることが抑制される。

一方、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高くなった状態で、時刻ｔ２以降に筒内への圧縮空気の供給が行われないままであったとすると、蓄圧制御弁２４の温度１００はすぐには低下せず、上記第５の所定温度Ｔ５に近い温度で推移する。この場合に、蓄圧タンク１０へ圧縮空気を蓄えるための指令が生成されて蓄圧が開始されると、蓄圧タンク１０に十分に空気が蓄えられる前に蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５を超えてしまうこととなる。そこで、蓄圧制御弁２４が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高温のままで圧縮空気の供給が行われない場合には、冷却モードＭ４へ移行し、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる。

次に、各モードにおける蓄圧制御弁２４の温度変化量の計算方法について説明する。ここで、本実施形態の各モードにおける温度変化量とは、各モードが実行された場合のエンジン１の１回のサイクルにおける蓄圧制御弁２４の温度変化量である。

まず、蓄圧モードＭ２における温度変化量ΔＴ１について説明する。蓄圧モードＭ２における温度変化量ΔＴ１は、吸気圧Ｐｂ、吸気温Ｔｂ、エンジン回転数Ｎｅ、冷却水温Ｔｗ、及び燃料噴射量qfin等に基づいて算出される。蓄圧モードＭ２における温度変化量ΔＴ１は、例えば、上記各パラメータの組合せと蓄圧モードＭ２における温度変化量ΔＴ１との対応関係を定めたマップに基づいて決定されることができる。

供給モードＭ３における温度変化量ΔＴ２は、圧縮空気による冷却分ΔＴ２ａ及び吸気による冷却分ΔＴ２ｂの和として計算される。圧縮空気による冷却分ΔＴ２ａは、蓄圧制御弁２４の開弁時期及び開弁期間、筒内圧Ｐｃｙ、及びタンク内圧Ｐ１等に基づいて算出される。圧縮空気による冷却分ΔＴ２ａは、例えば、上記各パラメータの組合せと圧縮空気による冷却分ΔＴ２ａとの対応関係を定めたマップに基づいて決定されることができる。

吸気による冷却分ΔＴ２ｂは、吸気圧Ｐｂ、吸気温Ｔｂ、及び冷却水温Ｔｗ等に基づいて算出される。吸気による冷却分ΔＴ２ｂは、例えば、上記各パラメータの組合せと吸気による冷却分ΔＴ２ｂとの対応関係を定めたマップに基づいて決定されることができる。

冷却モードＭ４における温度変化量ΔＴ３は、供給モードＭ３における温度変化量ΔＴ２と同様の方法により求められることができる。

閉弁モードＭ１における温度変化量ΔＴ４は、冷却水温Ｔｗ及び燃料噴射量qfin等に基づいて算出される。閉弁モードＭ１における温度変化量ΔＴ４は、例えば、上記各パラメータの組合せと閉弁モードＭ１における温度変化量ΔＴ４との対応関係を定めたマップに基づいて決定されることができる。

上記各モードにおける温度変化量を算出する際に参照されるマップは、それぞれ実験の結果に基づいて設定されることができる。

所定の期間における蓄圧制御弁２４の温度変化量は、次に示す式により求められる。
弁温度の変化量 ＝ ΔＴ１×Ｎ１＋ΔＴ２×Ｎ２＋ΔＴ３×Ｎ３＋ΔＴ４×Ｎ４
ここで、Ｎ１は、蓄圧モードＭ２の期間におけるエンジン１のサイクル数、Ｎ２は、供給モードＭ３の期間におけるエンジン１のサイクル数、Ｎ３は、冷却モードＭ４の期間におけるエンジン１のサイクル数、Ｎ４は、閉弁モードＭ１の期間におけるエンジン１のサイクル数である。上記のように算出された弁温度の変化量に基づいて、現在の蓄圧制御弁２４の温度１００が算出される。

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Ｓ２１０では、蓄圧制御弁２４の温度１００が計算される。なお、蓄圧制御弁２４の温度１００は、ステップＳ２１０で計算された後も所定の時間間隔で継続的に求められ、値が更新される。ステップＳ２２０では、ステップＳ２１０で計算された蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高いか否かが判定される。なお、上記第５の所定温度Ｔ５の値は、上記第１実施形態における上記所定温度Ｔ１と同じ値とされることができる。

ステップＳ２２０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高いと判定された（ステップＳ２２０肯定）場合、ステップＳ２３０へ移行する。一方、ステップＳ２２０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第５の所定温度Ｔ５よりも高いと判定されなかった（ステップＳ２２０否定）場合には、ステップＳ２２０が繰り返される。

ステップＳ２３０では、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる。吸気行程において、蓄圧制御弁２４が開弁される。次に、ステップＳ２４０において、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第６の所定温度Ｔ６よりも低いか否かが判定される。なお、上記第６の所定温度Ｔ６の値は、上記第１実施形態における上記所定温度Ｔ２と同じ値とされることができる。

ステップＳ２４０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第６の所定温度Ｔ６よりも低いと判定された（ステップＳ２４０肯定）場合には、本制御フローがリセットされる。一方、ステップＳ２４０の判定の結果、蓄圧制御弁２４の温度１００が上記第６の所定温度Ｔ６よりも低いと判定されなかった（ステップＳ２４０否定）場合には、ステップＳ２４０が繰り返される。

本実施形態によれば、蓄圧制御弁２４の温度１００が計算により推定され（ステップＳ２１０）、推定された温度に基づいて蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われる（ステップＳ２２０〜Ｓ２４０）。これにより、蓄圧制御弁２４に温度センサを設けることなく、蓄圧制御弁２４の冷却制御が行われることが可能である。

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実施形態における吸気管への圧縮空気の供給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実施形態における筒内への圧縮空気の供給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実施形態における蓄圧制御弁の冷却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実施形態における蓄圧制御弁の温度の時間的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気体供給装置の第２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２実施形態における蓄圧制御弁の冷却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２実施形態において蓄圧制御弁が全開とされた場合の圧縮空気の流れを示す図である。 本発明の内燃機関の気体供給装置の第２実施形態において蓄圧制御弁が中間開度とされた場合の圧縮空気の流れを示す図である。 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気体供給装置の第３実施形態における蓄圧制御弁の温度の時間的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３実施形態の動作を示すフローチャートである。 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
１２ 冷却器
１３ 遮断弁
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
２４ 蓄圧制御弁
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 車両制御部
Ａ１ 蓄圧制御弁の近くを流れる圧縮空気の流れ
Ａ２ 蓄圧制御弁の遠くを流れる圧縮空気の流れ
Ａ３ 蓄圧制御弁の近くを流れる圧縮空気の流れ
Ａ４ 蓄圧制御弁の遠くを流れる圧縮空気の流れ
Ｋ１ 蓄圧制御弁の冷却制御が行われる期間
Ｙ１ 蓄圧時の圧縮空気の流れ
Ｙ２ 吸気管に供給される際の圧縮空気の流れ
Ｙ３ 筒内に直接供給される際の圧縮空気の流れ
Ｙ４ 蓄圧制御弁が冷却される際の吸気の流れ
Ｙ５ 蓄圧制御弁が冷却される際の圧縮空気の流れ

Claims (6)

1. 内燃機関に気体を供給する内燃機関の気体供給装置であって、
   前記内燃機関の筒内で圧縮された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させる蓄圧通路と、
   前記蓄圧通路を開閉する第１の開閉手段と、
   前記第１の開閉手段の設置位置よりも前記蓄圧部側において前記蓄圧通路を開閉する第２の開閉手段とを備え、
   前記内燃機関の吸気行程において、前記第２の開閉手段により前記蓄圧通路が閉じられると共に、前記第１の開閉手段が開かれる制御が行われる
   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、
   前記第１の開閉手段の温度を検出または推定する温度検出推定手段を備え、
   前記制御は、前記温度検出推定手段により検出または推定された前記第１の開閉手段の温度に基づいて行われる
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
3. 内燃機関に気体を供給する内燃機関の気体供給装置であって、
   前記内燃機関の筒内で圧縮された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させる蓄圧通路と、
   前記蓄圧通路に設けられ前記蓄圧通路を開閉する第１の開閉手段と、
   前記第１の開閉手段の温度を検出または推定する温度検出推定手段とを備え、
   前記温度検出推定手段により検出または推定された前記第１の開閉手段の温度に基づいて、前記第１の開閉手段が開かれる制御が行われる
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
4. 請求項３記載の内燃機関の気体供給装置において、
   前記第１の開閉手段の開度が中間開度に設定される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
5. 請求項３または４に記載の内燃機関の気体供給装置において、
   前記第１の開閉手段が開かれる時期は前記内燃機関の吸気行程に設定される
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。
6. 請求項１、２、５のいずれか１項に記載の内燃機関の気体供給装置において、
   前記第１の開閉手段は、前記内燃機関の筒内における吸気管の開口部の近傍に設けられる
   ことを特徴とする内燃機関の気体供給装置。

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