JP6194757B2 - 内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法 - Google Patents

Description

本発明は、蓄圧容器に蓄圧した混合気で過給補助する内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法に関し、より詳細には、寒冷地においても、混合気中の水分の凍結による作動不良を防止して確実に過給補助でき、加速を要求する追い越し時等で十分に加速できない状態を回避できる内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法に関する。

ターボ式過給機を備えた内燃機関を搭載した車両では、内燃機関の負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上がるのが遅れるターボラグのために、過給量が不足し、この対策としてＥＧＲ量を減少するので、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量を確保する事ができず、また、空気不足による煤が発生するので１サイクル当たりの燃料噴射量が抑えられるというスモークリミットの問題がある。

このターボ式過給システムの問題により、ＥＧＲ量の制限によりＮＯｘが増加し、供給燃料量の抑制により発進や追い越し時に必要な加速性能が得られなくなるため、この問題の解決が近年の内燃機関のダウンサイジングの動向に関連して最も重要な課題となっている。

このターボラグの問題を回避するために、内燃機関のクランク軸の動力でコンプレッサを駆動する機械式過給機が用いられる場合もあるが、エンジン回転速度が決まると、１サイクル当たりの要求燃料噴射量にかかわらず一定量の空気が過給されることになるため、燃料噴射量が少ない時にはコンプレッサ−が無駄な駆動仕事をすることになる。また、機械式過給機に容積型過給装置が使用されるために駆動仕事が大きい。そのため、一般に、この機械式過給システムでは燃費が悪化する。

そこで、ターボ式過給機におけるターボラグによる空気量とＥＧＲガス量の不足によるＮＯｘ増加と加速性能の低下や、機械式過給機による燃費悪化の対策として、車両の発進時や加速時等の内燃機関の過渡運転状態に、蓄圧容器内に加圧された空気と排気ガスの混合気を内燃機関の吸気通路内に放出する蓄圧式の過給補助システムが採用される場合がある。このシステムでは、過給圧を上げることができると共に吸入空気量とＥＧＲ量の両方を確保できるので、空気量の増加により燃料噴射量も増やす事ができて加速性能を向上することができ、また、ＮＯｘや煤の排出も抑える事ができる。

この蓄圧式の過給補助システムとしては、例えば、蓄ガス容器に溜め込んだガスを過給補助に用いる内燃機関において、吸気マニフォ−ルド内の圧力やコンプレッサ−出口の圧力等を検出して、蓄圧されたガスを過給に用いる過給補助の制御をスモークリミットにかかる直前に開始することで、過給補助に用いる蓄ガス容器内のガスの消費量を少なくする内燃機関の過給補助方法及び内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この蓄圧式の過給補助システムでは、蓄圧した混合気を急速に内燃機関の吸気通路に送り込むため、蓄圧容器内の混合気は断熱膨張するため、蓄圧容器内の混合気の温度は低下する。コンプレッサ等から蓄圧容器への混合気の蓄圧と、蓄圧容器からエンジンへの混合気の放出を煩雑に繰り返す場合には、コンプレッサ等から出た混合気の温度は高いために、混合気の断熱膨張による温度低下は問題にならない。

しかしながら、寒冷地において、蓄圧容器内に蓄圧した混合気が外気によって冷やされて温度低下していると、車両の発進時等、この蓄圧システムの初回の使用時等に、蓄圧容器からの混合気の放出で、混合気が断熱膨張する時に、温度低下により凝縮した水分が氷結したり、弁機構や配管が凍結したりして、この蓄圧式の過給補助システムが作動しない恐れがある。

また、ターボ過給システムと蓄圧式の過給補助システムを併用する内燃機関で、蓄圧容器から内燃機関の吸気通路への混合気供給用の配管を、ターボ式過給機のサージングを防止するために、ターボ過給システムのコンプレッサより上流側に接続した場合には、内燃機関の始動後、機関が暖まるまでの間に、蓄圧容器から圧送される混合気中の水分で生じる氷粒が、コンプレッサ翼に高速で衝突したり、翼表面を削ったりする等の損傷を与える可能性がある。

頻繁にこのシステムを作動させる場合には、コンプレッサ等により圧縮及び加圧された混合気の温度は比較的高くなるため、長時間かけて冷却されない限り、弁機構や配管の凍結の問題は少ないと思われるが、このシステムの使用頻度が少なく、蓄圧容器内に蓄圧した混合気が冷却されてしまう場合や、蓄圧システムの作動開始後の数サイクル目あたりでは、連続的な断熱膨張に伴う温度低下で弁機構や配管の凍結の可能性が懸念される。

特開２０１２−２５１４８９号公報

本発明は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、蓄圧容器に蓄圧した混合気で過給補助する過給補助システムを使用する内燃機関において、寒冷地においても、混合気中の水分の凍結による作動不良を防止して確実に過給補助でき、加速を要求する追い越し時等で十分に加速できない状態を回避できる内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法を提供することである。

上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助システムは、内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助システムにおいて、前記蓄圧容器に、前記混合気の温度を検出する温度検出装置と、容器内圧力を検出する圧力検出装置と、前記混合気を温める加熱装置とを設けると共に、過給補助を制御する制御装置を設け、該制御装置が、前記温度検出装置で検出した測定温度と、前記圧力検出装置で検出した測定容器内圧力を基に、前記蓄圧容器内の圧力が予め設定した放出下限圧力まで低下したときにおける、混合気の放出後温度を算出して、この算出された放出後温度が予め設定された加熱開始閾値以下の場合は、前記加熱装置を作動させて、過給補助する前記混合気を加熱する制御を行うように構成される。

この構成によれば、蓄圧容器に蓄圧された混合気を蓄圧容器内又は配管内で加熱開始閾値以上に維持することで、寒冷地においても、蓄圧容器内及び蓄圧容器の下流側に設けた制御弁等の弁機構や配管内における混合気中の水分の凍結を防止することができるため、確実に過給補助することができる。従って、追い越し時等で加速が要求されたときに、過給補助できずに適正な加速ができなくなることを回避できる。

また、蓄圧容器から圧送される混合気をターボ式過給機のコンプレッサ手前に送り込む配管を採用した場合でも、内燃機関の始動後、機関が暖まるまでの間に、蓄圧容器から圧送される混合気中の水分で生じる氷粒によるコンプレッサ翼等の損傷を防止できる。なお、この放出下限圧力は、実験などによって予め設定されるが、例えば、大気圧に設定される。

上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記制御装置が、前記測定温度をＴｉｍ、前記測定容器内圧力をＰｉｍ、前記放出下限圧力をＰｏｕｔ、混合気の比熱比をγとしたときに、前記放出後温度Ｔｏｕｔを、下記の（１）式で算出する制御を行うように構成される。

この構成によれば、断熱膨張の場合の温度変化の式により、容易に放出後温度Ｔを算定でき、放出後温度と予め設定された加熱開始閾値との比較を容易に行うことができる。

また、上記の内燃機関の過給補助システムにおいて、前記温度検出装置、前記圧力検出装置、前記加熱装置を備えた前記蓄圧容器を複数設けると共に、前記制御装置が、前記放出後温度を前記蓄圧容器毎に算出し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器があるか否かを判定し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がある場合には、この蓄圧容器から順に使用し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器に設けた前記加熱装置を作動させて、蓄圧された前記混合気を昇温する制御を行うと共に、前記放出後温度が高い蓄圧容器から順に使用する制御を行うように構成されると、蓄圧容器内及び蓄圧容器の下流側に設けた制御弁等の弁機構や配管内における混合気中の水分の凍結を防止しながら、過給補助が可能な範囲をより拡大してより確実に過給補助することができる。

そして、上記の目的を達成するための本発明の内燃機関の過給補助方法は、内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助方法において、前記蓄圧容器に設けた温度検出装置で検出した測定温度と、前記蓄圧容器に設けた圧力検出装置で検出した測定容器内圧力を基に、前記蓄圧容器内の圧力が予め設定した放出下限圧力まで低下したときにおける、混合気の放出後温度を算出して、この算出された放出後温度が予め設定された加熱開始閾値以下の場合は、過給補助する前記混合気を加熱することを特徴とする方法である。

また、上記の内燃機関の過給補助方法において、前記測定温度をＴｉｍ、前記測定容器内圧力をＰｉｍ、前記放出下限圧力をＰｏｕｔ、混合気の比熱比をγとしたときに、断熱膨張と仮定すれば前記放出後温度Ｔｏｕｔを、下記の（１）式で算出する。

更に、上記の内燃機関の過給補助方法において、前記温度検出装置、前記圧力検出装置、加熱装置を備えた前記蓄圧容器を複数設けると共に、前記放出後温度を前記蓄圧容器毎に算出し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器があるか否かを判定し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がある場合には、この蓄圧容器から順に使用し、前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器に設けた前記加熱装置を作動させて、蓄圧された前記混合気を昇温する制御を行うと共に、前記放出後温度が高い蓄圧容器から順に使用する。

これらの方法によれば、上記の内燃機関の過給補助システムと同様の効果をそれぞれ奏することができる。

本発明の内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法によれば、蓄圧容器に蓄圧された混合気を蓄圧容器内又は配管内で加熱開始閾値以上に維持することで、寒冷地においても、蓄圧容器内及び蓄圧容器の下流側に設けた制御弁等の弁機構や配管内における混合気中の水分の凍結を防止することができるため、確実に過給補助することができる。従って、追い越し時等で加速が要求されたときに、過給補助できずに適正な加速ができなくなることを回避できる。また、下流側にターボ式過給機を設けた場合であってもコンプレッサの損傷も防止することができる。

本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示す図である。 本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助方法の制御フローの一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の内燃機関の過給補助システム及び内燃機関の過給補助方法について、図面を参照しながら説明する。なお、図１は、蓄圧容器２１を１つ設けた場合の第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システムの構成を示し、図２は、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを複数（図では３つ）設けた場合の第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａの構成を示す。

また、図１及び図２では、ターボ式過給機１３を備えている蓄圧式の過給補助システムとターボ式過給システムを併用して両方を装備したエンジンを示しているが、本発明の適用対象は、ターボ式過給システムを備えていない蓄圧式の過給補助システムのみを装備したエンジンであってもよい。

図１に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１は、エンジン（内燃機関）１０の排気ガスＧの一部と空気Ａの混合気Ｍを加圧して蓄圧容器２１に蓄圧し、エンジン１０の過渡運転状態のときに、蓄圧容器２１に蓄圧した混合気Ｍをエンジン１０の吸気通路１１に放出して過給補助するシステムであり、エンジン（内燃機関）１０に備えられる。図１の構成では、このエンジン１０には、ターボ式過給機１３が設けられ、コンプレッサ１３ａが吸気通路１１に、タービン１３ｂが排気通路１２にそれぞれ設けられている。

この第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１では、エンジン１０の排気通路１２を通過する排気ガスＧの一部と空気（新気）Ａの混合である混合気Ｍを、コンプレッサ（圧縮装置）２０で加圧して蓄圧容器２１に蓄圧する。このコンプレッサ２０の機能をターボ式過給機１３のコンプレッサ１３ａ（蓄圧容器の内圧が低い場合のみ、初期の急速蓄圧用として低圧用のコンプレッサ−として使用可能）や容積型の機械式のコンプレッサ（図示しない）や電動式のコンプレッサ（図示しない）等で行ってもよい。

この蓄圧容器２１には、混合気Ｍの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１と、混合気Ｍの温度を検出する温度センサ（温度検出装置）３２と、混合気Ｍの蓄圧容器２１内の圧力である容器内圧力Ｐｉを検出する容器内圧センサ（圧力検出装置）３３を設け、更に、この蓄圧容器２１に蓄圧された混合気Ｍを加熱するヒータ（加熱装置）２６を設けて構成する。このヒータ２６は混合気供給用通路２２に設けてもよく、蓄圧容器２１と混合気供給用通路２２の両方に設けてもよい。

そして、混合気供給用通路２２には、蓄圧容器２１から吸気通路１１に放出する混合気Ｍの放出圧力Ｐｏｔを調整する圧力調整装置２３と、混合気Ｍの放出の有無の制御を行う制御弁２４を設ける。また、逆止弁２５をコンプレッサ２０と蓄圧容器２１との間の混合気供給用通路２２に設けて、蓄圧容器２１から混合気Ｍが逆流するのを防止する。

なお、圧力調整装置２３を、二次側設定圧力である出口側の圧力を変更できる圧力調整弁（レギュレータ）、あるいは、混合気の通過面積を変化させることができる通過面積変更装置（ガス通過面積可変弁）で構成すると、簡単な装置で圧力調整できるようになる。また、制御弁２４は、放出のオンオフを行う開閉弁でもよいが、混合気Ｍの流量も制御できる弁で構成するとよりきめ細かい過給制御を行うことができるようになるのでより好ましい。

また、蓄圧容器２１への混合気Ｍの蓄圧に際しては、蓄圧容器２１に設けた酸素濃度センサ３１の検出値等を用いて、ＥＧＲ時に適正なＥＧＲ率でＥＧＲができるように、混合気Ｍの酸素濃度を把握しておくことと、混合気Ｍの酸素濃度がＥＧＲ制御に適した濃度になるように、蓄圧容器２１内の混合気Ｍにおける排気ガスＧの分量と空気Ａの分量を予め設定した適切な割合になるように蓄圧しておく。また、容器内圧センサ３３で検出される測定容器内圧力Ｐｉｍに応じて、過給補助が可能な蓄圧下限圧力Ｐｉｎｃ以下にならないように適宜混合気Ｍを蓄圧する。なお、この蓄圧下限圧力Ｐｉｎｃは実験などにより予め設定されるが、例えば、大気圧に設定される。

この蓄圧容器２１に蓄圧した混合気Ｍは、車両の発進時や加速時等のエンジン１０の過渡運転状態のときに、蓄圧容器２１より混合気供給用通路２２を経由してエンジン１０の吸気通路１１に放出して過給補助するのに用いられる。

また、それと共に、過給補助時に、エンジン１０の運転状態に応じて混合気Ｍの放出圧力Ｐｏｔを圧力調整装置２３で調整する制御と、制御弁２４の制御とヒータ２６の制御を行う制御装置４１を備えて構成される。この制御装置４１は、通常は、エンジン１０の全般の制御やエンジン１０を搭載した車両の全般の制御を行う全体システム制御装置４０に組み込まれて構成される。

そして、この内燃機関の過給補助システム１では、蓄圧容器２１内に加圧された空気Ａと排気ガスＧの混合気Ｍを、車両の発進時や追い越しの加速時に、エンジン１０の吸気通路１１内に放出することで加速性能の向上と、ＮＯｘや煤の排出の抑制を図ることができるが、初期の蓄圧容器２１内の混合気Ｍの温度Ｔｉ１、蓄圧容器２１内の混合気Ｍの質量Ｇｍとして、この蓄圧式の過給補助システム１が作動して、混合気ＭがΔＧｍだけ蓄圧容器２１から放出された場合には、蓄圧容器２１の容積は一定であるので、この時に蓄圧容器２１内の混合気Ｍの温度は断熱変化と仮定すれば次の式（２）で示すように、ΔＴだけ下がる。

従って、初期の温度Ｔｉ１が低い状態から作動させると、最悪の場合には、弁機構２３、２４や混合気供給用配管２２が凍結し、作動不良を起こすことになり、過給補助ができない状態になる可能性が生じる。また、図１に示すように、蓄圧容器２１からの混合気供給用配管２２をターボ式過給機１３のコンプレッサ１３ａの手前に接続する場合には、氷結した水分がコンプレッサ翼に高速で衝突したり、翼表面を削る等の損傷を与えたりする可能性が考えられる。

頻繁に、この内燃機関の過給補助システム１を作動させる場合には、コンプレッサ２０により圧縮された混合気Ｍの温度Ｔｉは比較的高いため、長時間かけて冷却されない限り、弁機構２３、２４や混合気供給用配管２２の凍結の問題は少ないと思われるが、内燃機関の過給補助システム１の使用頻度が少なく、蓄圧容器２１内に蓄圧した混合気Ｍが冷却される場合や、内燃機関の過給補助システム１の作動開始の数サイクル目あたりでは、弁機構２３、２４や混合気供給用配管２２の凍結の可能性が懸念される。

そこで、本発明においては、制御装置４１は、温度センサ３２で検出した測定温度Ｔｉｍと、容器内圧センサ３３で検出した測定容器内圧力Ｐｉｍを基に、容器内圧力Ｐｉが予め設定した放出下限圧力Ｐｏｕｔまで低下したときにおける、混合気Ｍの放出後温度Ｔｏｕｔを算出して、この算出された放出後温度Ｔｏｕｔが予め設定された加熱開始閾値Ｔｏｃ以下の場合は、ヒータ２６を作動させて、蓄圧容器２１に蓄圧された混合気Ｍを加熱する制御を行うように構成される。この放出後温度Ｔｏｕｔは、混合気Ｍの比熱比をγとして、下記の（１）式で算出する。この放出下限圧力Ｐｏｕｔは、実験などによって予め設定されるが、例えば、大気圧に設定される。

この断熱膨張の場合の温度変化の式により、容易に放出後温度Ｔｏｕｔを算定でき、放出後温度Ｔｏｕｔと予め設定された加熱開始閾値Ｔｏｃとの比較を容易に行うことができる。

なお、この放出下限圧力Ｐｏｕｔは、予め一定の圧力値に設定しておいてもよいが、大気温度や加速時のアクセル開度に応じて要求される要求トルクＱとその時のエンジン１０の運転状態、例えば、エンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量ｑ等に基づいて予め実験などによって設定された放出下限圧力用マップＭｐを用いて、その都度算出して設定するようにしてもよい。

次に、この第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１における内燃機関の過給補助方法について図３の制御フローを参照しながら説明する。この図３の制御フローは、エンジン１０が始動され、大気温度が予め設定した温度以下で寒冷地であることを確認し、更に、蓄圧容器２１に設けた温度センサ３２で検出した測定温度Ｔｉｍが予め設定した温度以下の場合であると判断されると、内燃機関の過給補助システム１における過給補助が必要なときに備えて、上級の制御フローから呼ばれて、スタートする。

スタートすると、ステップＳ１１で、蓄圧容器２１に設けた温度センサ３２で検出した測定温度Ｔｉｍと、蓄圧容器２１に設けた容器内圧力センサ３３で検出した測定容器内圧力Ｐｉｍを入力する。次のステップＳ１２で、この測定温度Ｔｉｍと、測定容器内圧力Ｐｉｍを基に、蓄圧容器２１内の圧力Ｐｉが予め設定した放出下限圧力Ｐｏｕｔまで低下したときにおける、混合気Ｍの放出後温度Ｔｏｕｔを（１）式を用いて算出する。

次のステップＳ１３で、算出された放出後温度Ｔｏｕｔが予め設定された加熱開始閾値Ｔｏｃ以下であるか否かを判定する。この判定で放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃ以下である場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１４に行き、ヒータ２６を作動して蓄圧容器２１内の混合気Ｍを加熱し昇温する。この加熱制御を予め設定された制御時間の間行ってからステップＳ１１に戻る。

一方、このステップＳ１３で、算出された放出後温度Ｔｏｕｔが予め設定された加熱開始閾値Ｔｏｃより高い場合には（ＮＯ）、混合気Ｍを加熱して昇温する必要はないとして、ステップＳ１５に行き、ヒータ２６を非作動にして、リターンに行き、上級の制御フローに戻る。なお、制御フローの途中でエンジン１０の運転が停止された時には、割り込みが発生し、リターンして上級の制御フローに戻り、図３の制御フローは上級の制御フローの終了と共に終了する。

この制御によれば、蓄圧容器２１に設けた温度センサ３２で検出した測定温度Ｔｉｍと、蓄圧容器２１に設けた容器内圧力センサ３３で検出した測定容器内圧力Ｐｉｍを基に、蓄圧容器２１内の圧力Ｐｉが予め設定した放出下限圧力Ｐｏｕｔまで低下したときにおける、混合気Ｍの放出後温度Ｔｏｕｔを算出して、この算出された放出後温度Ｔｏｕｔが予め設定された加熱開始閾値Ｔｏｃ以下の場合は、蓄圧容器２１に蓄圧された混合気Ｍを加熱することができる。

上記の構成の第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１及び第１の実施の形態の内燃機関の過給補助方法によれば、蓄圧容器２１に蓄圧された混合気Ｍを加熱開始閾値Ｔｏｃ以上に維持することで、寒冷地においても、蓄圧容器２１内及び蓄圧容器２１の下流側に設けた制御弁等の弁機構２３，２４や混合気供給用配管２２内における混合気Ｍ中の水分の凍結を防止することができるため、確実に過給補助することができる。従って、追い越し時等で加速が要求されたときに、過給補助できずに適正な加速ができなくなることを回避できる。

また、蓄圧容器２１から圧送される混合気Ｍをターボ式過給機１３のコンプレッサ１３ａ手前に送り込む混合気供給用配管２２を採用した場合でも、エンジン１０の始動後、機関が暖まるまでの間に、蓄圧容器２１から圧送される混合気Ｍ中の水分で生じる氷粒によるコンプレッサ翼等の損傷を防止できる。

次に、図２に示す、本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａ及び第２の実施の形態の内燃機関の過給補助方法について説明する。この内燃機関の過給補助システム１Ａは、第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１が有する蓄圧容器２１が一つであるのに対して、複数（図２では３つ）の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを備えて構成される。

この第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａでは、各蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれに、混合気Ｍの酸素濃度を検出する酸素濃度センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、混合気Ｍの温度を検出する温度センサ（温度検出装置）３２ａ、３２ｂ、３２ｃと、混合気Ｍの蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内のそれぞれの圧力である容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃを検出する容器内圧センサ（圧力検出装置）３３ａ、３３ｂ、３３ｃを設け、更に、この蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれに蓄圧された混合気Ｍを加熱するヒータ（加熱装置）２６ａ、２６ｂ、２６ｃを設けて構成する。このヒータ２６ａ、２６ｂ、２６ｃの代わりに、ヒータ（図示しない）を混合気供給用通路２２又は分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃに設けてもよく、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃと分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃと混合気供給用通路２２のいくつか又は全部の組み合わせで設けてもよい。

そして、コンプレッサ２０と蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃとの間の混合気供給用通路２２の分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃのそれぞれには、逆止弁の機能と二次側の調圧機能を持つ調圧弁（レギュレータ）２３ａ、２３ｂ、２３ｃを設けて、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃから混合気Ｍが逆流するのを防止すると共に、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内の容器内圧力Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃを調節しながら蓄圧する。なお、これらの調圧弁２３ａ、２３ｂ、２３ｃに関しては、逆止弁を別途設ける場合は、逆止弁の機能を有さないレギュレータを用いてもよい。

さらに、オンオフ機能、好ましくは流量調整機能を有する制御弁（逆止弁付電磁弁）２４ａ、２４ｂ、２４ｃを設け、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれから吸気通路１１に放出する混合気Ｍの放出、好ましくは放出量を制御する。この構成により、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのそれぞれに蓄圧された混合気Ｍは、放出されると、混合気供給用通路２２の分岐通路の制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃをそれぞれ経由して、分岐通路２２ａ、２２ｂ、２２ｃから混合気供給用通路２２に入り、吸気通路１１に供給され、エンジン１０の各気筒に入る。

この第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａでは、制御装置４１Ａは、制御弁２４ａ、２４ｂ、２４ｃの制御とヒータ２６ａ、２６ｂ、２６ｃのそれぞれを個別に制御するように構成される。

この第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａでは、過給補助時に、エンジン１０の運転状態に応じて、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから混合気Ｍを放出する蓄圧容器２１ａを一つ又は複数選択して混合気Ｍの過給補助を行うように構成される。

また、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が低回転速度領域Ｒ１にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａを選択してこの蓄圧容器２１ａから過給補助し、過給補助時において、エンジン１０の運転状態が中・高回転速度領域Ｒ２にあるときは、複数の蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃのうちから一つの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）を選択してこの蓄圧容器２１ａ（または２１ｂ）から過給補助すると共に、必要とされる混合気Ｍの放出量に応じて、別の蓄圧容器２１ｂ（または２１ｃ）からも過給補助するように構成される。

さらに、過給補助時に、エンジン回転速度センサ３４で検出される実エンジン回転速度Ｎｅｍと実燃料噴射量ｑｍから、エンジン１０のエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量ｑとをベースとして予め設定された目標過給圧Ｐｉｔを示す過給圧算定用マップＭ１を用いて目標過給圧Ｐｉｔを算出し、この算出された目標過給圧Ｐｉｔに、過給圧センサ３５で検出される実過給圧である測定過給圧Ｐｉｍがなるように、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃを一つ又は複数選択して過給補助するように構成される。

そして、本発明においては、この制御装置４１Ａは、更に、第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１の制御装置４１の制御と同様の制御を行うように構成されると共に、放出後温度Ｔｏｕｔを蓄圧容器毎に算出し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）があるか否かを判定し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）がある場合には、この蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）から順に使用し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）に設けたヒータ２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）を作動させて、蓄圧された混合気Ｍを昇温する制御と、放出後温度Ｔｏｕｔが高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）から順に使用する制御を行うように構成される。

また、この第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａにおける内燃機関の過給補助方法は、放出後温度Ｔｏｕｔを蓄圧容器毎に算出し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）があるか否かを判定し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）がある場合には、この蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）から順に使用し、放出後温度Ｔｏｕｔが加熱開始閾値Ｔｏｃより高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）に設けたヒータ２６ａ（２６ｂ、２６ｃ）を作動させて、蓄圧された混合気Ｍを昇温する制御と、放出後温度Ｔｏｕｔが高い蓄圧容器２１ａ（２１ｂ、２１ｃ）から順に使用する方法である。

上記の構成の第２の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１Ａ及び第２の実施の形態の内燃機関の過給補助方法によれば、第１の実施の形態の内燃機関の過給補助システム１及び第１の実施の形態の内燃機関の過給補助方法と同様の効果を奏することができ、更に、蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃ内及び蓄圧容器２１ａ、２１ｂ、２１ｃの下流側に設けた制御弁等の弁機構２４ａ、２４ｂ、２４ｃや混合気供給用配管２２や分岐配管２２ａ、２２ｂ、２２ｃ内における混合気中の水分の凍結を防止しながら、過給補助が可能な範囲をより拡大してより確実に過給補助することができる。

１、１Ａ 過給補助システム
１０ エンジン（内燃機関）
１１ 吸気通路
１２ 排気通路
１３ ターボ式過給機
１３ａ コンプレッサ
１３ｂ タービン
２０ コンプレッサ（圧縮装置）
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 蓄圧容器
２２ 混合気供給用配管（混合気供給用通路）
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 分岐通路
２３ 圧力調整装置
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 調整圧弁
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ 制御弁
２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ ヒータ（加熱装置）
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 酸素濃度センサ
３２、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 温度センサ（温度検出装置）
３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ 容器内圧センサ（圧力検出装置）
３４ エンジン回転速度センサ
３５ 過給圧センサ
４０ 全体システム制御装置
４１、４１Ａ 制御装置
Ａ 空気（新気）
Ｇ 排気ガス
Ｇｍ 蓄圧容器内の混合気の質量
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｎｅｍ 実エンジン回転速度
Ｍ 混合気
Ｍｐ 放出下限圧力用マップ
Ｍ１ 過給圧算定用マップ
Ｐｉ、Ｐｉａ、Ｐｉｂ、Ｐｉｃ 容器内圧力
Ｐｉｎｃ 蓄圧下限圧力
Ｐｉｍ 測定容器内圧力
Ｐｉｔ 目標過給圧
Ｐｏｔ 放出圧力
Ｐｏｕｔ 放出下限圧力
ｑ 燃料噴射量
ｑｍ 実燃料噴射量
Ｑ 要求トルク
Ｒ１ 低回転速度領域
Ｒ２ 中・高回転速度領域
Ｔｉｍ 測定温度
Ｔｉ１ 初期の蓄圧容器内の混合気の温度
Ｔｏｃ 加熱開始閾値
Ｔｏｕｔ 放出後温度
γ 混合気の比熱比
ΔＧｍ 蓄圧容器から放出された混合気の質量

Claims (6)

1. 内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助システムにおいて、
   前記蓄圧容器に、前記混合気の温度を検出する温度検出装置と、容器内圧力を検出する圧力検出装置と、前記混合気を温める加熱装置とを設けると共に、過給補助を制御する制御装置を設け、
   該制御装置が、
   前記温度検出装置で検出した測定温度と、前記圧力検出装置で検出した測定容器内圧力を基に、前記蓄圧容器内の圧力が予め設定した放出下限圧力まで低下したときにおける、混合気の放出後温度を算出して、この算出された放出後温度が予め設定された加熱開始閾値以下の場合は、前記加熱装置を作動させて、過給補助する前記混合気を加熱する制御を行うように構成されることを特徴とする内燃機関の過給補助システム。
2. 前記制御装置が、
   前記測定温度をＴｉｍ、前記測定容器内圧力をＰｉｍ、前記放出下限圧力をＰｏｕｔ、混合気の比熱比をγとしたときに、前記放出後温度Ｔｏｕｔを、下記の（１）式で算出する
   

   

   制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給補助システム。
3. 前記温度検出装置、前記圧力検出装置、前記加熱装置を備えた前記蓄圧容器を複数設けると共に、
   前記制御装置が、
   前記放出後温度を前記蓄圧容器毎に算出し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器があるか否かを判定し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がある場合には、この蓄圧容器から順に使用し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器に設けた前記加熱装置を作動させて、蓄圧された前記混合気を昇温する制御を行うと共に、前記放出後温度が高い蓄圧容器から順に使用する制御を行うように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の過給補助システム。
4. 内燃機関の排気ガスの一部と空気の混合気を加圧して蓄圧容器に蓄圧し、前記内燃機関の過渡運転状態のときに、前記蓄圧容器に蓄圧した前記混合気を前記内燃機関の吸気通路に放出して過給補助する内燃機関の過給補助方法において、
   前記蓄圧容器に設けた温度検出装置で検出した測定温度と、前記蓄圧容器に設けた圧力検出装置で検出した測定容器内圧力を基に、前記蓄圧容器内の圧力が予め設定した放出下限圧力まで低下したときにおける、混合気の放出後温度を算出して、この算出された放出後温度が予め設定された加熱開始閾値以下の場合は、過給補助する前記混合気を加熱することを特徴とする内燃機関の過給補助方法。
5. 前記測定温度をＴｉｍ、前記測定容器内圧力をＰｉｍ、前記放出下限圧力をＰｏｕｔ、混合気の比熱比をγとしたときに、前記放出後温度Ｔｏｕｔを、下記の（１）式で算出する
   

   

   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の過給補助方法。
6. 前記温度検出装置、前記圧力検出装置、加熱装置を備えた前記蓄圧容器を複数設けると共に、
   前記放出後温度を前記蓄圧容器毎に算出し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器があるか否かを判定し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がある場合には、この蓄圧容器から順に使用し、
   前記放出後温度が前記加熱開始閾値より高い蓄圧容器がない場合には、蓄圧容器に設けた前記加熱装置を作動させて、蓄圧された前記混合気を昇温する制御を行うと共に、前記放出後温度が高い蓄圧容器から順に使用することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の過給補助方法。

Images