JP5964060B2

JP5964060B2 - 蓄圧システム及び蓄圧システムの制御方法

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Publication number: JP5964060B2
Application number: JP2012007734A
Authority: JP
Inventors: 正純川端; 森石井
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013147966A

Description

本発明は、全筒運転と減筒運転を切り替える内燃機関に備えられ、休止気筒から送られたガスをガス収集タンクに蓄積する蓄圧システム及びその制御方法に関する。

車両の内燃機関の燃費を向上する手段の一つとして、排気量のダウンサイジング化を行うとともに過給機によって過給圧を高める、高平均有効圧化が行われている。しかし、この方法では、車両の発進時や加速時に吸気量が確保できるまで要求されるトルクが得られにくく、加速性能が低下しやすいといった問題がある。

このような問題に対し、吸気弁及び排気弁とは別に過給弁を備えた内燃機関と過給装置とが提案されている（例えば、特許文献１参照）。過給弁が設けられた各気筒は、過給弁を介して、過給装置を構成する高圧空気タンクに接続されている。そして低負荷時には一部の気筒に対する燃料供給が停止され、その休止気筒のピストン吸気工程で吸気弁が開弁されることにより、気筒内に新気が蓄積される。また、休止気筒のピストン圧縮工程では、吸気弁及び排気弁を閉じた状態で過給弁が開弁されることにより、気筒内に蓄積された新気が、高圧空気タンクへ向けて排出される。

実開昭６１−１４０１４３号公報

しかし、上述した方法では、加速時等に稼動気筒に供給される新気量が増加するといった効果は得られるものの、充分なＥＧＲガスの供給は出来ず、気筒から排出される排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）濃度が増加してしまうといった問題を招来する。

本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＮＯｘ排出量を低減しつつ、加速性能を向上することができる蓄圧システム及び蓄圧システムの制御方法を提供することにある。

本発明の態様の一つは、全気筒運転と複数の気筒のうち一部の気筒を休止させる減筒運転とを切り替える内燃機関の蓄圧システムにおいて、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ機構と、減筒運転時に、休止気筒から、該休止気筒に備えられたガス収集バルブを介して、ＥＧＲガスと新気とが混合された混合ガスが送り出されるガス収集通路と、前記ガス収集通路を介して送り出された混合ガスを収集するガス収集タンクと、前記ガス収集タンク内の前記混合ガスを前記吸気通路に導くガス噴射通路と、前記ガス噴射通路を開閉するガス噴射バルブと、目標空気量から前記ＥＧＲガスを含まない吸入新気量を減算した差分が閾値以上である場合に、前記ガス噴射バルブを開弁する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記休止気筒に備えられた吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開閉タイミングを制御し、前記ガス収集タンクへのガス収集時、機関回転数が所定回転数以上である場合には、前記機関回転数が前記所定回転数未満である場合よりも、１サイクル当たりの前記吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開弁回数を少なくする。

本発明の態様の一つでは、減筒運転時に、ＥＧＲ機構によりＥＧＲガスを還流しつつ、休止気筒を利用して、ガス収集タンクにガスが収集される。このとき収集されるガスは、ＥＧＲガス及び新気を含む。また、その混合ガスは、加速や発進等で目標空気量と吸入新気量との差分に応じて、ガス噴射通路を通じて吸気通路に噴射される。このため、各気筒に供給される新気量を増加させて加速性能を向上しつつ、ＥＧＲガスの供給により燃焼温度を低下させることでＮＯｘ排出量を低減できる。また、上記態様では、機関回転数が高い場合には吸気バルブ及びガス収集バルブの開閉回数を少なくすることにより各バルブの作動時間を長くできる。従って、各バルブの作動速度を低下できるので、各バルブに加わる加速度を低下すると共に、各バルブを開閉作動させる動弁系に加わる荷重等、動弁系への負荷を軽減することができる。

本発明の態様の一つは、前記制御装置は、前記ガス収集タンクの内圧及び酸素濃度とに基づいて、前記ガス収集タンクから前記吸気通路に供給される新気量を算出し、外部から取り入れた新気量に加算して総吸入新気量を算出するとともに、前記総吸入新気量が目標空気量に達した際に、前記ガス噴射バルブを閉弁する。

本発明の態様の一つでは、ガス収集タンクから供給される新気量を算出することによって吸気通路に供給される吸入新気量を算出し、該吸入新気量が目標空気量に達した際に、ガス収集タンクからのガス供給が停止される。このため、新気の供給量を必要最小限とし、ＮＯｘ排出量を低減することができる。

本発明の態様の一つは、前記制御装置は、前記ガス収集タンクへのガス収集時、前記休止気筒に備えられた吸気バルブを開いて前記休止気筒に前記混合ガスを取り込む工程と、前記ガス収集バルブを開いて前記休止気筒から前記混合ガスを送り出す工程とを交互に連続して行う。

本発明の態様の一つでは、混合ガスを休止気筒に取り込む工程と、休止気筒から混合ガスを送り出す工程とを連続して繰り返すため、ガス収集タンクに、混合ガスを速やかに収集することができる。

本発明の態様の一つは、全気筒運転と複数の気筒のうち一部の気筒を休止させる減筒運転とを切り替える内燃機関の蓄圧システムの制御方法において、減筒運転時に、休止気筒から、該休止気筒に備えられたガス収集バルブを介して、排気の一部が還流されたＥＧＲガスと新気とが混合された混合ガスをガス収集タンクに収集し、目標空気量から前記ＥＧＲガスを含まない吸入新気量を減算した差分が閾値以上である場合に、前記ガス収集タンク内の前記混合ガスを内燃機関の吸気通路に供給するとともに、前記ガス収集タンクへのガス収集時、機関回転数が所定回転数以上である場合には、前記機関回転数が前記所定回転数未満である場合よりも、１サイクル当たりの前記休止気筒の吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開弁回数を少なくする。

本発明の態様の一つでは、減筒運転時に、ＥＧＲ機構によりＥＧＲガスを還流しつつ、休止気筒を利用して、ガス収集タンクにガスが収集される。このとき収集されるガスは、ＥＧＲガス及び新気を含む。また、その混合ガスは、加速や発進等で目標空気量と吸入新気量との差分に応じて吸気通路に噴射される。このため、各気筒に供給される新気量を増加させて加速性能を向上しつつ、ＥＧＲガスの供給により燃焼温度を低下させることでＮＯｘ排出量を低減できる。また、上記態様では、機関回転数が高い場合には吸気バルブ及びガス収集バルブの開閉回数を少なくすることにより各バルブの作動時間を長くできる。従って、各バルブの作動速度を低下できるので、各バルブに加わる加速度を低下すると共に、各バルブを開閉作動させる動弁系に加わる荷重等、動弁系への負荷を軽減することができる。

本発明に係る蓄圧システムを具体化した一実施形態における内燃機関全体を示す概略図。同蓄圧システムによるガス収集モードにおけるフローチャート。同ガス収集モードにおけるバルブタイミングを示す図。同ガス収集モードにおけるバルブタイミングを示す図。同蓄圧システムによるガス噴射処理におけるフローチャート。同蓄圧システムによるガス噴射処理におけるフローチャート。変形例の休止気筒バルブのタイミングチャート。

以下、本発明の蓄圧システムを具体化した一実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。本実施形態では、蓄圧システムが搭載された内燃機関を、低排気量化が図られた直列４気筒内燃機関に具体化して説明する。

図１に示すように、内燃機関の第１気筒１１〜第３気筒１３は、可変動弁系によって駆動される２つの吸気バルブ１５と２つの排気バルブ１６と、図示しないピストンとをそれぞれ備えている。第４気筒１４は、減筒運転の際に、燃料噴射が停止される休止気筒として機能し、蓄圧システム１０の一部を構成する。この第４気筒１４は、ピストンを備えるとともに、２つの吸気バルブ１５及び１つの排気バルブ１６の他に、ガス収集バルブ１７をさらに備える。

第４気筒１４の燃焼室は、吸気バルブ１５を介して、吸気通路を構成するインテークマニホールド１９に連通するとともに、排気バルブ１６を介してエキゾーストマニホールド１８に連通する。

また、第４気筒１４の燃焼室は、ガス収集バルブ１７を介して、蓄圧システム１０を構成するガス収集タンク２０に接続されている。ガス収集タンク２０及びガス収集バルブ１７は、内側にガス収集通路を有するガス収集管２１によって連通されている。

第４気筒１４の燃料供給が停止された際に、ピストンが上昇し、且つガス収集バルブ１７が開弁された場合には、ガス収集管２１を通じて、燃焼室から送り出されたガスがガス収集タンク２０に収集される。このガス収集管２１の途中には、ガス収集タンク２０側から燃焼室へのガスの逆流を防止する逆止弁２２が配設されている。

また、ガス収集タンク２０とインテークマニホールド１９との間には、ガス噴射通路を有するガス噴射管２３が設けられている。ガス噴射管２３は、ガス収集タンク２０内に蓄積されたガスを、インテークマニホールド１９に圧送する。ガス噴射管２３の途中には、ガス噴射管２３を閉路及び開路するガス噴射バルブ２４が配設されている。ガス噴射バルブ２４は、電子制御装置５０によって開閉制御される。

このガス収集タンク２０には、内圧センサ２５、酸素センサ２６、温度センサ２７が設けられている。内圧センサ２５は、ガス収集タンク２０内の圧力を測定し、タンク内圧Ｐｔを電子制御装置５０に出力する。酸素センサ２６は、ガス収集タンク２０内の酸素濃度を検出し、タンク内酸素濃度ＤＯＴを電子制御装置５０に出力する。温度センサ２７は、ガス収集タンク２０内のガス温度を測定し、タンク内ガス温度Ｔｔを電子制御装置５０に出力する。

また、内燃機関には、過給機３０が備えられている。内燃機関の吸気通路３１にはコンプレッサ３２が接続され、エキゾーストマニホールド１８よりも下流の排気通路３３には、タービン３４が設けられている。排気通路３３を通過する排気によってタービン３４が回転駆動され、タービン３４に従動するコンプレッサ３２によって、吸気通路３１内の吸気が圧縮される。

吸気通路３１の上流側には、外部から取り入れた吸入空気量を計測するエアフローセンサ３５が設けられている。エアフローセンサ３５により計測された吸入空気量Ｇｊａは、電子制御装置５０に出力される。

また、吸気通路３１のうち、インテークマニホールド１９よりも上流側にはインタークーラー３６が設けられている。さらに、吸気通路３１のうち、インタークーラー３６よりも下流には、過給機３０によるブースト圧を検出するブースト圧センサ３７が設けられている。ブースト圧センサ３７により計測されたブースト圧Ｐｂは、電子制御装置５０に出力される。

また、内燃機関には、吸気通路３１に排気の一部であるＥＧＲガスを還流するＥＧＲ機構３８が設けられている。ＥＧＲ機構３８は、エキゾーストマニホールド１８及び吸気通路３１とを接続するＥＧＲ配管３９と、ＥＧＲ配管３９の途中に配設されたＥＧＲバルブ４０と、ＥＧＲクーラー４１とを備える。ＥＧＲバルブ４０は、電子制御装置５０によって開閉される。ＥＧＲバルブ４０が開弁されると、ＥＧＲ配管３９を介して、排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流される。

次に、蓄圧システム１０の動作について説明する。蓄圧システム１０は、ガス収集タンク２０にガスを収集するガス収集制御と、目標空気量と吸入新気量との差分に応じてガス収集タンク２０からのガス噴射を行うガス噴射制御とを行う。

まず、ガス収集制御について、図２に示すフローチャートに従って説明する。電子制御装置５０は、クランクポジションセンサ４２（図１参照）から、機関回転数Ｎｅを読み込む（ステップＳ１−１）。

また、電子制御装置５０は、自身が内蔵するメモリ等に格納された停止判定閾値Ｎ１を読み出す（ステップＳ１−２）。停止判定閾値Ｎ１は、エンジンが停止しているか否かを判断する基準である。

そして電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅが停止判定閾値Ｎ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ１−３）。機関回転数Ｎｅが停止判定閾値Ｎ１以上であると判断すると（ステップＳ１−３においてＹＥＳ）、ステップＳ１−５に進む。一方、機関回転数Ｎｅが停止判定閾値Ｎ１未満であると判断すると（ステップＳ１−３においてＮＯ）、エンジンを通常の状態に戻し（ステップＳ１−４）、その後ステップＳ１−１に戻る。これは次回の始動に備えて、再始動を容易にするためである。

ステップＳ１−５では、電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅを再度読み込むとともに、燃料噴射量Ｑｆｉｎを読み込む。そして、読み込んだ機関回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｑｆｉｎに基づき、減筒運転により燃費が向上する運転領域であるか否か等に応じて、減筒運転を実行するか否かを判断する（ステップＳ１−６）。例えば、減筒運転時は、トルクを残りの稼動気筒のみによって出力する必要があるため、機関回転数Ｎｅが予め設定された範囲内であって、且つ燃料噴射量Ｑｆｉｎが予め設定された上限値未満である場合に、減筒運転を実行すると判断する。

減筒運転を実行しないと判断した場合には（ステップＳ１−６においてＮＯ）、全気筒運転を行うとともに（ステップＳ１−４）、ステップＳ１−１に戻り、機関回転数Ｎｅと停止判定閾値Ｎ１との比較を繰り返す（ステップＳ１−１〜Ｓ１−３）。一方、電子制御装置５０が、減筒運転を実行すると判断すると（ステップＳ１−６においてＹＥＳ）、休止気筒として機能可能である第４気筒１４の燃料噴射を停止する（ステップＳ１−７）。

こうして減筒運転が実行されると、電子制御装置５０は、内圧センサ２５から、タンク内圧Ｐｔを読み込む（ステップＳ１−８）。また、ガス収集タンク２０の容量等に基づいた蓄圧上限値ＰＴＳを、自身が内蔵するメモリ等から読み出す（ステップＳ１−９）。そして、タンク内圧Ｐｔが、蓄圧上限値ＰＴＳ未満であるか否かを判断する（ステップＳ１−１０）。

ガス収集タンク２０にガスが充填され、タンク内圧Ｐｔが蓄圧上限値ＰＴＳに到達していると判断すると（ステップＳ１−１０においてＮＯ）、第４気筒１４を休止気筒とした通常減筒運転モードを行う（ステップＳ１−１１）。この際、ガス収集バルブ１７は閉状態に維持される。また、第４気筒１４の吸気バルブ１５及び排気バルブ１６は閉状態を維持してもよいし、開閉作動させてもよい。

一方、タンク内圧Ｐｔが蓄圧上限値ＰＴＳ未満であると判断すると（ステップＳ１−１０においてＹＥＳ）、電子制御装置５０は、ステップＳ１−１２〜ステップＳ１−１５においてエンジンが加速条件にあるか否かを判定する。

この加速条件にあるか否かの判定について具体的に説明する。まず電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅを再度読み込むとともに、アクセル開度センサ４３（図１参照）からアクセル開度Ａｃを読み込む（ステップＳ１−１２）。そして、機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃと、機関回転数及び燃料噴射量をパラメータとするマップ（図示略）とに基づき、目標空気量Ｇｍａを計算する（ステップＳ１−１３）。次に、目標空気量Ｇｍａをパラメータとするマップ（図示略）に基づき、加速判定閾値ΔＧ１を計算する。加速判定閾値ΔＧ１は、正の値であって、吸気通路３１を介した吸気量だけでは目標空気量Ｇｍａに到達し難く、応答性が低下するような場合の目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分を、予め実験等で求めた値としている。また、加速判定閾値ΔＧ１は目標空気量Ｇｍａによって変化するため、目標空気量Ｇｍａをパラメータとするマップによって、逐次算出する必要がある。該マップによれば、目標空気量Ｇｍａが増大すると、加速判定閾値ΔＧ１も増大する。

また、電子制御装置５０は、内蔵メモリ等に格納された総吸入新気量Ｇｓａを取得する（ステップＳ１−１４）。総吸入新気量Ｇｓａは、インテークマニホールド１９に供給される新気量の総和を示し、外部から吸気通路３１を介して取り込まれた新気量と、ガス収集タンク２０から供給される新気量とを加算した量である。ガス噴射前の時点では、総吸入新気量Ｇｓａには、エアフローセンサ３５が計測した吸入空気量Ｇｊａが格納されている。

総吸入新気量Ｇｓａを取得すると、電子制御装置５０は、その目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１未満であるか否かを判断する（ステップＳ１−１５）。

目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１未満と判断すると（ステップＳ１−１５においてＹＥＳ）、即ち加速条件でない場合は、休止気筒である第４気筒１４を利用したガス収集モードに遷移する（ステップＳ１−１６）
一方、目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１以上であると判断した場合（ステップＳ１−１５においてＮＯ）、即ち加速条件である場合は、第４気筒１４を休止気筒とした通常減筒運転モードを行う（ステップＳ１−１１）。

また、電子制御装置５０は、可変動弁系を介して第４気筒１４の吸気バルブ１５、排気バルブ１６及びガス収集バルブ１７を開閉する。
このガス収集モードにおける吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７の開閉タイミングについて説明する。電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅに応じて、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７の開閉時期を変更する。具体的には、電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅが所定回転数以上であるか否かを判断し、所定回転数以上、即ち高回転域である場合には、クランク角が０°〜７２０°の間に、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７を１回だけ開弁する。

詳述すると、図３に示すように、第４気筒１４の排気バルブ１６は、常に閉弁される。そして、クランク角が０°付近、即ち第４気筒１４のピストンが上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣへ向かって下降するとき、ガス収集バルブ１７は閉じたまま、吸気バルブ１５が開き始める。そして、クランク角がおよそ０°〜１８０°の間では、吸気バルブ１５は開状態に維持される。さらにクランク角が１８０°付近、即ちピストンが下死点ＢＤＣ付近に到達すると、吸気バルブ１５が閉じる。これにより、第４気筒１４の燃焼室に、インテークマニホールド１９から送り出されたＥＧＲガス及び新気からなる混合吸気が、混合ガスとして吸入される。

さらにクランク角１８０°付近では、ガス収集バルブ１７が開き始める。そして、クランク角がおよそ１８０°〜３６０°であって、ピストンが下死点ＢＤＣから上死点ＴＤＣに上昇する工程で、ガス収集バルブ１７は開状態を維持する。これにより、第４気筒１４の燃焼室に蓄積された混合ガスが、ガス収集バルブ１７及びガス収集管２１を介して、ガス収集タンク２０に送り出される。さらに、クランク角がおよそ３６０°〜５４０°、及び５４０°〜７２０°（０°）では、吸気バルブ１５、排気バルブ１６及びガス収集バルブ１７は閉弁される。

このように、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７は、クランク角が０°〜７２０°の範囲である１サイクル中に、１度だけ開き、ガス収集タンク２０に混合ガスを送り出す。このため、減筒運転時において機関回転数Ｎｅが比較的高い場合であっても、可変動弁系にかかる負荷を軽減することができる。

一方、機関回転数Ｎｅが上記所定回転数未満の場合、図４に示すように、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７は、クランク角が０°〜７２０°の範囲である１サイクル中に、２度開き、ガス収集タンク２０に混合ガスを送り出す。具体的には、排気バルブ１６は常に閉弁され、クランク角が０°付近でガス収集バルブ１７が閉じ、吸気バルブ１５が開き始める。クランク角がおよそ０°〜１８０°で吸気バルブ１５は開状態を維持する。また、クランク角１８０°付近で吸気バルブ１５が閉じ、ガス収集バルブ１７が開く。クランク角がおよそ１８０°〜３６０°でガス収集バルブ１７は開状態を維持する。そして、クランク角３６０°付近で、ガス収集バルブ１７が閉じ、吸気バルブ１５が開き始める。また、クランク角がおよそ３６０°〜７２０°では、クランク角がおよそ０°〜３６０°と同様に作動させる。このようにすると、機関回転数Ｎｅが低い場合でもガス収集タンク２０に混合ガスを速やかに収集できる。またこのように吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７を交互に連続して開く動作は、機関回転数Ｎｅが小さい場合のみ実行されるため、可変動弁系に大きな負荷をかけずにガスを収集することができる。

そして電子制御装置５０は、上述したガス収集モードを実行しつつ、減筒運転を継続するか否か（ステップＳ１−１〜ステップＳ１−６）、タンク内圧Ｐｔが蓄圧上限値ＰＴＳ未満であるか否か（ステップＳ１−７〜ステップＳ１−９）、目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が加速判定閾値ΔＧ１未満であるか否かといった判断を繰り返す。

そして電子制御装置５０は、ステップＳ１−３において機関回転数Ｎｅが停止判定閾値Ｎ１未満と判断したり（ステップＳ１−３においてＮＯ）、ステップＳ１−５において減筒運転を継続しないと判断すると（ステップＳ１−６においてＮＯ）、全気筒運転に切り替える（ステップＳ１−４）。そして、上述した各条件に基づき、減筒運転の開始を待機する。

また、ガス収集タンク２０に混合ガスが収集されて、電子制御装置５０が、タンク内圧Ｐｔが蓄圧上限値ＰＴＳに到達したと判断すると（ステップＳ１−１０においてＮＯ）、ガス収集モードを中止して、通常減筒運転モードによって減筒運転を行う（ステップＳ１−１１）。

次に、ガス噴射制御について図５及び図６に従って説明する。まず、電子制御装置５０は、ガス噴射バルブ２４を閉状態にした後（ステップＳ２−１）、クランクポジションセンサ４２から機関回転数Ｎｅを読み込むとともに（ステップＳ２−２）、上記した停止判定閾値Ｎ１を読み出す（ステップＳ２−３）。

さらに電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅが、上述した停止判定閾値Ｎ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２−４）。機関回転数Ｎｅがエンジン停止判定閾値Ｎ１未満である場合には（ステップＳ２−４においてＮＯ）、ステップＳ２−２に戻る。

一方、機関回転数Ｎｅがエンジン停止判定閾値Ｎ１以上であると判断すると（ステップＳ２−４においてＹＥＳ）、電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅを再度読み込むとともに、アクセル開度センサ４３（図１参照）からアクセル開度Ａｃを読み込む（ステップＳ２−５）。そして、機関回転数Ｎｅ及びアクセル開度Ａｃと、機関回転数及び燃料噴射量をパラメータとするマップ（図示略）とに基づき、目標空気量Ｇｍａを計算する（ステップＳ２−６）。次に、目標空気量Ｇｍａをパラメータとするマップ（図示略）に基づき、加速判定閾値ΔＧ１を計算する（ステップＳ２−７）。上述したように、加速判定閾値ΔＧ１は目標空気量Ｇｍａによって変化するため、ここでも目標空気量Ｇｍａをパラメータとするマップによって算出する必要がある。

また、電子制御装置５０は、内蔵メモリ等に格納された総吸入新気量Ｇｓａを取得する（ステップＳ２−８）。総吸入新気量Ｇｓａは、インテークマニホールド１９に供給される新気量の総和を示し、外部から吸気通路３１を介して取り込まれた新気量と、ガス収集タンク２０から供給される新気量とを加算した量である。ガス噴射前の時点では、総吸入新気量Ｇｓａには、エアフローセンサ３５が計測した吸入空気量Ｇｊａが格納されている。

総吸入新気量Ｇｓａを取得すると、電子制御装置５０は、その目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、上述した加速判定閾値ΔＧ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２−９）。

目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１未満と判断すると（ステップＳ２−９においてＮＯ）、図６に示すようにガス噴射バルブ２４を閉弁する（ステップＳ２−１９）。その結果、ガス噴射管２３が閉路され、ガス収集タンク２０から混合ガスは噴射されない。

一方、図５に示すように、目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１以上であると判断すると（ステップＳ２−９においてＹＥＳ）、図６に示すステップＳ２−１０に進む。ステップＳ２−１０では、電子制御装置５０は、ブースト圧センサ３７からブースト圧Ｐｂを読み込むとともに、内圧センサ２５からタンク内圧Ｐｔを読み込む。

さらに電子制御装置５０は、タンク内圧Ｐｔとブースト圧Ｐｂとの差圧が、差圧閾値ΔＰ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２−１１）。差圧閾値ΔＰ１は、インテークマニホールド１９から、ガス噴射管２３を介してガス収集タンク２０にガスが逆流しないような値に設定されている。タンク内圧Ｐｔとブースト圧Ｐｂとの差圧が、差圧閾値ΔＰ１未満であると判断すると（ステップＳ２−１１においてＮＯ）、ガス収集タンク２０からのガス噴射を行わないとして、ガス噴射バルブ２４を閉弁する（ステップＳ２−１９）。

一方、タンク内圧Ｐｔとブースト圧Ｐｂとの差圧が、差圧閾値ΔＰ１以上であると判断すると（ステップＳ２−１１においてＹＥＳ）、ＥＧＲバルブ４０を閉弁するとともに、ガス噴射バルブ２４を開弁する（ステップＳ２−１２）。その結果、ガス収集タンク２０から、ガス噴射管２３を介して、インテークマニホールド１９に対し混合ガスが噴射される。このため、内燃機関が低排気量化されていたとしても、外部から吸気通路３１を介して取り込んだ新気に加えて、新気を含む混合ガスが供給されるので、加速時等の応答性を向上できる。また、混合ガス中にはＥＧＲガスが含まれるので、加速時にＥＧＲガスが供給されないことによる、排気中のＮＯｘ濃度の著しい上昇を抑制することができる。

また、ガス収集タンク２０から混合ガスを噴射することにより、排気量が増大するのと同様の効果が得られるため、過給機３０のタービン３４の回転速度が速やかに増大する。従って、ブースト圧Ｐｂも速やかに上昇するため、応答性を高めることができる。

ところで、このようにガス収集タンク２０からガスを噴射することで、各気筒に供給される総吸入新気量Ｇｓａが変更される。従って、各気筒に噴射可能な燃料噴射量が変化するため、ガス収集タンク２０から混合ガスを噴射しつつ、総吸入新気量Ｇｓａを更新する。

具体的には、図６に示すように、電子制御装置５０は、温度センサ２７から、タンク内ガス温度Ｔｔを読み込む（ステップＳ２−１３）。そして、読み込んだタンク内ガス温度Ｔｔ、タンク内圧Ｐｔ、及び気体定数Ｒを用いて、下記の式１に基づいて、ガス収集タンク２０内のガス密度を示すタンク内ガス密度ρｔを算出する（ステップＳ２−１４）。

さらに、電子制御装置５０は、酸素センサ２６から、タンク内酸素濃度ＤＯＴを取得する（ステップＳ２−１５）。そして、予め設定されたガス噴射バルブ流量係数Ｃ、ガス噴射バルブ２４の通過面積である噴射バルブ通過面積Ａ等を用い、下記の式２に基づいて、ガス収集タンク２０から噴射された新気量を示す新気噴射量Ｇｆａを算出する（ステップＳ２−１６）。

また、エアフローセンサ３５の検出値に基づいた吸入空気量Ｇｊａを読み込む（ステップＳ２−１７）。そして、下記の式３のように吸入空気量Ｇｊａに新気噴射量Ｇｆａを加算して、総吸入新気量Ｇｓａを更新する（ステップＳ２−１８）。

このように総吸入新気量Ｇｓａを算出すると、ステップＳ２−１に戻る。

ステップＳ２−１〜ステップＳ２−３では、電子制御装置５０は、機関回転数Ｎｅが、エンジン停止判定閾値Ｎ１以上であるか否かを判断する。機関回転数Ｎｅが、エンジン停止判定閾値Ｎ１以上であると判断すると（ステップＳ２−４においてＹＥＳ）、目標空気量Ｇｍａを算出する（ステップＳ２−５〜ステップＳ２−６）。

ステップＳ２−８では、ステップＳ２−１８で更新して自身のメモリ等に記憶した総吸入新気量Ｇｓａを取得する。そして、目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１以上であるか否かを判断する（ステップＳ２−９）。

ガス収集タンク２０から混合ガスが供給されることにより、インテークマニホールド１９に供給される新気量が増加して、目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分が、加速判定閾値ΔＧ１未満になったと判断すると（ステップＳ２−９においてＮＯ）、ガス噴射バルブ２４が閉弁される（ステップＳ２−１９）。このため、各燃焼室へ過剰に酸素が供給されることによる、ＮＯｘ濃度の増大が抑制される。

また、ガス収集タンク２０から混合ガスが供給されることにより、タンク内圧Ｐｔが低下していく。ステップＳ２−１１で、電子制御装置５０が、タンク内圧Ｐｔとブースト圧Ｐｂとの差圧が、差圧閾値ΔＰ１未満であると判断すると（ステップＳ２−１１においてＮＯ）、ガス噴射バルブ２４を閉弁する（ステップＳ２−１９）。従って、インテークマニホールド１９側からガス収集タンク２０側への逆流が防止される。

以上説明したように、上記実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態によれば、減筒運転時に、ＥＧＲ機構３８によりＥＧＲガスを還流しつつ、休止気筒を利用して、ガス収集タンク２０にガスが収集される。このとき収集されるガスは、ＥＧＲガス及び新気を含む。また、収集された混合ガスは、加速や発進等で目標空気量が増大した際に、ガス噴射管２３を通じてインテークマニホールド１９に噴射される。このため、低排気量化された内燃機関であっても、加速時に各気筒に供給される新気量を速やかに増加させて加速性能を向上しつつ、ＥＧＲガスにより燃焼温度を低下させることでＮＯｘ排出量を低減できる。

（２）上記実施形態によれば、ガス収集タンク２０から供給される混合ガスに含まれる新気噴射量Ｇｆａを算出することによって、インテークマニホールド１９に供給される総吸入新気量Ｇｓａを算出し、総吸入新気量Ｇｓａが目標空気量Ｇｍａに達した際に、ガス収集タンク２０からのガス供給が停止される。このため、新気の供給量を必要最小限とし、ＮＯｘ排出量を低減することができる。

（３）上記実施形態によれば、機関回転数Ｎｅに応じて、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７の開閉タイミングを変更するようにした。即ち、機関回転数Ｎｅが大きい場合には、クランク角が０°〜７２０°の１サイクル中に、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７がそれぞれ１回開くようにした。また、機関回転数Ｎｅが小さい場合には、１サイクル中に、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７が交互に２度開くようにした。このため、機関回転数Ｎｅが大きい場合には、可変動弁系等に大きな負荷をかけずにガスを収集し、機関回転数Ｎｅが小さい場合には、ガス収集タンク２０にガスを速やかに収集することができる。

尚、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、ガス収集管２１に逆止弁２２を設けるようにしたが、ガス収集タンク２０からの逆流が少ないか、又はタンク内圧Ｐｔを所定圧以下に維持することができれば、逆止弁２２はなくてもよい。また、逆止弁２２に替えて、流量調整バルブを設け、この流量調整バルブによってタンク内圧Ｐｔを制御するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ガス収集タンク２０から送り出された混合ガスを、インテークマニホールド１９に供給するようにしたが、吸気通路３１のうち、インテークマニホールド１９よりも上流の位置に供給するようにしてもよい。

・上記実施形態では、ガス噴射管２３にガス噴射バルブ２４を設けるようにしたが、ガス収集タンク２０が、混合ガスの供給を制御するバルブを備えた構成にしてもよい。
・ガス噴射バルブ２４は、ガス噴射管２３を流れる混合ガスの流量を制御する流量制御弁として構成してもよい。

・上記実施形態では、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７を、バルブオーバーラップのないタイミングで開閉するようにしたが、ガス収集効率を上げるためにバルブオーバーラップを設けるようにしてもよい。

・上記実施形態では、ガス収集モードの際、クランク角がおよそ０°〜１８０°（稼動気筒の吸気工程）で吸気バルブ１５を開き、クランク角がおよそ１８０°〜３６０°（圧縮工程）でガス収集バルブ１７を開くようにしたが、これ以外のタイミングでもよい。例えば、図７に示すように、クランク角がおよそ５４０°〜７２０°でガス収集バルブ１７を開いた直後、クランク角がおよそ０°〜１８０°で吸気バルブ１５を開くようにしてもよい。

・上記実施形態では、機関回転数Ｎｅに応じて、ガス収集モードにおける吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７のバルブタイミングを変更するようにしたが、タンク内圧Ｐｔ、又は目標空気量Ｇｍａと総吸入新気量Ｇｓａとの差分等に応じて、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７のバルブタイミングを変更するようにしてもよい。即ち、ガス収集タンク２０に、混合ガスを急速に貯める必要がある場合には、図４に示すようにクランク角０°〜７２０°で、吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７をそれぞれ交互に２回開くようにしてもよい。

・上記実施形態では、機関回転数Ｎｅに応じて、ガス収集モードにおける吸気バルブ１５及びガス収集バルブ１７のバルブタイミングを変更するようにしたが、充分なガス収集量を維持できる場合には、１サイクル中に開くバルブをそれぞれ１回のみ開くようにしてもよい。また、１サイクル中に開くバルブをそれぞれ交互に２回開くようにしてもよい。

・上記実施形態では、内燃機関は、４気筒としたが、多気筒エンジンであればよく、６気筒としてもよい。
・上記実施形態では、蓄圧システム１０が備えられる内燃機関は、低排気量化且つ過給機を備えた構成としたが、本発明の蓄圧システム１０は、このような構成以外の内燃機関に備えられてもよい。

・上記実施形態では、第４気筒１４を休止気筒としたが、これ以外の気筒を休止気筒としてもよい。また、第１気筒１１〜第４気筒１４のうち複数の気筒を休止気筒としてもよい。さらに、休止気筒を固定するようにしたが、第１気筒１１〜第４気筒１４のうち１つ又は複数が、順番に燃料供給停止されるようにしてもよい。この場合、休止気筒になり得る気筒の全てが、吸気バルブ１５、排気バルブ１６及びガス収集バルブ１７を備える構成とする。

１０…蓄圧システム、１５…吸気バルブ、１７…ガス収集バルブ、１９…吸気通路を構成するインテークマニホールド、２０…ガス収集タンク、２１…ガス収集通路を備えるガス収集管、２３…ガス噴射通路を備えたガス噴射管、２４…ガス噴射バルブ、３１…吸気通路、３８…ＥＧＲ機構、５０…電子制御装置。

Claims

全気筒運転と複数の気筒のうち一部の気筒を休止させる減筒運転とを切り替える内燃機関の蓄圧システムにおいて、
排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流するＥＧＲ機構と、
減筒運転時に、休止気筒から、該休止気筒に備えられたガス収集バルブを介して、ＥＧＲガスと新気とが混合された混合ガスが送り出されるガス収集通路と、
前記ガス収集通路を介して送り出された混合ガスを収集するガス収集タンクと、
前記ガス収集タンク内の前記混合ガスを前記吸気通路に導くガス噴射通路と、
前記ガス噴射通路を開閉するガス噴射バルブと、
目標空気量から前記ＥＧＲガスを含まない吸入新気量を減算した差分が閾値以上である場合に、前記ガス噴射バルブを開弁する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記休止気筒に備えられた吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開閉タイミングを制御し、前記ガス収集タンクへのガス収集時、機関回転数が所定回転数以上である場合には、前記機関回転数が前記所定回転数未満である場合よりも、１サイクル当たりの前記吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開弁回数を少なくすることを特徴とする蓄圧システム。
前記制御装置は、
前記ガス収集タンクの内圧及び酸素濃度とに基づいて、前記ガス収集タンクから前記吸気通路に供給される新気量を算出し、外部から取り入れた新気量に加算して総吸入新気量を算出するとともに、
前記総吸入新気量が目標空気量に達した際に、前記ガス噴射バルブを閉弁する請求項１に記載の蓄圧システム。
前記制御装置は、
前記ガス収集タンクへのガス収集時、前記休止気筒に備えられた吸気バルブを開いて前記休止気筒に前記混合ガスを取り込む工程と、前記ガス収集バルブを開いて前記休止気筒から前記混合ガスを送り出す工程とを交互に連続して行う請求項１又は２に記載の蓄圧システム。
全気筒運転と複数の気筒のうち一部の気筒を休止させる減筒運転とを切り替える内燃機関の蓄圧システムの制御方法において、
減筒運転時に、休止気筒から、該休止気筒に備えられたガス収集バルブを介して、排気の一部が還流されたＥＧＲガスと新気とが混合された混合ガスをガス収集タンクに収集し、
目標空気量から前記ＥＧＲガスを含まない吸入新気量を減算した差分が閾値以上である場合に、前記ガス収集タンク内の前記混合ガスを内燃機関の吸気通路に供給するとともに、
前記ガス収集タンクへのガス収集時、機関回転数が所定回転数以上である場合には、前記機関回転数が前記所定回転数未満である場合よりも、１サイクル当たりの前記休止気筒の吸気バルブ及び前記ガス収集バルブの開弁回数を少なくすることを特徴とする蓄圧システムの制御方法。