JP2009228651A - エンジン用給気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加速時における黒煙の発生を防止すると共に出力応答性を改善するようにしたエンジン用給気装置を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ弁２２を介してエンジン１の排気の一部を吸気側に還流しているときに、エンジン１の加速状態が所定加速状態であると判定すると、各気筒に対応して設けられた空気制御弁３２を制御することにより、メインエアタンク４４から供給された圧縮空気を、空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内に直接供給する。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジン用給気装置に関し、特にＥＧＲ装置を備えたエンジンに空気を供給するのための給気装置に関する。

従来より、エンジンの吸気通路と排気通路とを連通するＥＧＲ通路を設け、エンジンの排気の一部をＥＧＲ通路を介して吸気側に還流することにより、燃焼室内の燃焼温度を低下させると共にエンジンの空気過剰率を低下させてエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出を抑制するようにしたＥＧＲ装置が用いられている。
このようなＥＧＲ装置においては、エンジンの排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路に、排気還流量を調整するためのＥＧＲ弁が設けられており、例えば以下のようにして制御が行われる。

即ち、予め実験等によってエンジンの様々な運転状態に応じた最適なＥＧＲ率が求められており、そのようなＥＧＲ率を得るためのＥＧＲ弁の開度が予め定められて記憶されている。そして、実際のエンジンの運転状態に応じて最適なＥＧＲ率となるよう、記憶されている開度にＥＧＲ弁が制御される。
このようなＥＧＲ装置の制御は、例えば特許文献１などに開示されている。特許文献１のＥＧＲ装置では、上述したＥＧＲ弁の制御を行う際に、エンジンの運転状態に応じて求められたＥＧＲ率を得るための目標吸入空気量を定め、実際の吸入空気量が目標吸入空気量に等しくなるようにＥＧＲ弁の開度を補正することにより、最適なＥＧＲ率が精度よく得られるようにしている。また、特許文献１のＥＧＲ装置では、エンジンの急加速時にこのようなＥＧＲ弁の制御を行って、過給器の応答遅れによる吸入空気量増大の遅れに対処するためにＥＧＲ弁が全閉されると、このときに排気中のＮＯｘが増大することから、エンジンの急加速時には一時的にＥＧＲ弁を開方向に制御することにより、ＮＯｘの増大を防止するようにしている。
特開２００７−２４７５４０号公報

ところが、上述のようにしてＥＧＲ弁を制御しているときにエンジンが加速状態に移行すると、この加速状態に対応して十分な量の新気が得られるようにするため、ＥＧＲ率を低下させて空気過剰率を増大させるべくＥＧＲ弁の開度を減少させる方向にＥＧＲ弁の制御が行われる。ところが、ＥＧＲ弁には応答遅れがあるため、この応答遅れに起因して、エンジンの加速時に必要とされる空気過剰率を確保することができなくなる場合がある。特に、エンジンが低速・低負荷状態で運転しているときには、ＥＧＲ弁の開度を大きくして大量の排気が吸気側に還流されているので、この状態から急加速が行われると、しばらくの間はＥＧＲ弁の応答遅れによって引き続き大量の排気が還流されることになり、新気の量が大幅に不足することになる。この結果、エンジンの加速に必要な出力を迅速に得ることができないばかりか、加速時に必要な空気過剰率に対して空気過剰率が一時的に大きく低下することにより黒煙が発生するという問題が生じる。

また、特許文献１のＥＧＲ装置のように、エンジンの加速時に一時的に排気還流量を増大させると、ＮＯｘの排出量は抑制することができるものの、空気過剰率が改善されないため、黒煙の発生を防止することはできない。
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加速時における黒煙の発生を防止すると共に出力応答性を改善するようにしたエンジン用給気装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のエンジン用給気装置は、エンジンの排気の一部を上記エンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、圧縮空気を蓄積するメインエアタンクと、上記エンジンの吸気通路を介した吸気とは別に、上記メインエアタンク内に蓄積された圧縮空気を上記エンジンの吸気ポート内に供給する空気供給手段と、上記エンジンの運転状態に応じて上記ＥＧＲ装置を制御し、上記ＥＧＲ装置により上記エンジンの排気の一部を吸気側に還流しているときに、上記エンジンの加速状態が所定加速状態であると判定すると、上記空気供給手段を制御して上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給する制御手段とを備えることを特徴とする（請求項１）。

このように構成されたエンジン用給気装置によれば、制御手段がエンジンの運転状態に応じてＥＧＲ装置を制御する。そして、ＥＧＲ装置により排気の一部を吸気側に還流しているときに、エンジンの加速状態が所定加速状態であると判定すると、制御手段は空気供給手段を制御し、メインエアタンクに蓄積されていた圧縮空気を空気供給手段からエンジンの吸気ポート内に供給する。

また、上記エンジン用給気装置において、上記制御手段は、上記ＥＧＲ装置により上記エンジンの排気の一部を吸気側に還流しているときに、上記エンジンの加速状態が上記所定加速状態であると判定すると、上記ＥＧＲ装置による排気の還流量が上記エンジンの加速状態に対応した還流量となるように上記ＥＧＲ装置を制御し、このときに生じる上記吸気通路を介した上記エンジンの新気吸入量の不足分に対応して上記空気供給手段を制御することにより、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給することを特徴とする（請求項２）。

このように構成されたエンジン用給気装置によれば、ＥＧＲ装置により排気の一部を吸気側に還流しているときに、エンジン加速状態が所定加速状態であると判定すると、制御手段はＥＧＲ装置による排気の還流量がエンジンの加速状態に対応した還流量となるようにＥＧＲ装置を制御する。このような制御を行うことにより、ＥＧＲ装置による排気の還流量が加速前よりも減少する方向に制御されると、ＥＧＲ装置の応答遅れに起因して、吸気通路を介したエンジンの吸入空気量はエンジンの加速状態に対応した量まで増大するのに時間を要する。そこで制御手段は、このときに生じる吸気通路を介したエンジンの新気吸入量の不足分に対応して空気供給手段を制御することにより、空気供給手段から吸気ポート内に圧縮空気を供給する。

また、上記エンジン用給気装置において、上記制御手段は、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給しているときに、上記エンジンの回転数が増大するほど上記吸気ポート内への単位時間あたりの上記圧縮空気の供給量が増大するように上記空気供給手段を制御することを特徴とする（請求項３）。
或いは、上記エンジン用給気装置において、上記制御手段は、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給しているときに、上記エンジンの負荷が増大するほど上記吸気ポート内への単位時間あたりの上記圧縮空気の供給量が増大するように上記空気供給手段を制御することを特徴とする（請求項４）。

このように構成されたエンジン用給気装置によれば、エンジンの加速状態が所定加速状態であって、空気供給手段から吸気ポート内へ圧縮空気を供給する際、エンジンの回転数が増大するほど、或いはエンジンの負荷が増大するほど、吸気ポート内への圧縮空気の単位時間あたりの供給量を増大させる。
また、上記エンジン用給気装置において、上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定加速状態ではないと判定した場合に、上記空気供給手段から上記吸気ポート内への上記圧縮空気の供給を中止することを特徴とする（請求項５）。

このように構成されたエンジン用給気装置によれば、エンジンの運転状態が所定加速状態ではないと判定した場合には、制御手段が空気供給手段から吸気ポート内への圧縮空気の供給を中止する。
また、上記エンジン用給気装置において、上記メインエアタンクは上記エンジンとは離隔して設けられ、上記空気供給手段は、上記エンジンに装着され、空気供給管を介して上記メインエアタンクから圧縮空気が供給されるサブエアタンクと、上記吸気ポート内に空気噴射口を有する空気噴射ノズルと、上記サブエアタンクと上記空気噴射ノズルとの間に介装され、上記サブエアタンクから上記空気噴射ノズルを介して上記吸気ポート内に供給される圧縮空気の量を調整する空気制御弁とを備え、上記制御手段は、上記空気制御弁を制御することにより、上記空気噴射ノズルから上記吸気ポート内への圧縮空気の供給を行うことを特徴とする（請求項６）。

このように構成されたエンジン用給気装置によれば、エンジンから離隔して設けられたメインエアタンクに蓄積されている圧縮空気は、空気供給管を介し、エンジンに装着されているサブエアタンクに供給される。エンジンの加速状態が所定加速状態であって、吸気ポート内に圧縮空気を供給する場合には、制御手段が空気制御弁を制御することにより、サブエアタンク内の圧縮空気が空気噴射ノズルを介して吸気ポート内に供給される。

また、上記エンジン用給気装置において、上記空気供給手段は、上記空気供給管に介装されて上記メインエアタンクから上記サブエアタンクへの空気の流動を許容すると共に、上記サブエアタンクから上記メインエアタンクへの空気の流動を遮断する逆止弁を備えることを特徴とする（請求項７）。
このように構成されたエンジン用給気装置によれば、空気供給管に介装された逆止弁により、メインエアタンクからサブエアタンクへの空気の流動が許容されると共に、サブエアタンクからメインエアタンクへの空気の流動が遮断される。

本発明のエンジン用給気装置によれば、ＥＧＲ装置により排気の一部を吸気側に還流しているときに、エンジンの加速状態が所定加速状態となった場合、メインエアタンクに蓄積されていた圧縮空気が空気供給手段からエンジンの吸気ポート内に直接供給される。この結果、ＥＧＲ装置の応答遅れによって吸気通路を介した吸入空気量が不足しても、吸気通路を介した吸気とは別に、空気供給手段から吸気ポート内へ圧縮空気を供給することにより、空気過剰率の低下に伴う黒煙の発生及びエンジンの出力不足を良好に防止することが可能となる。特に、圧縮空気の供給は吸気ポート内に直接行われるので、高い応答性を持って黒煙の発生及び出力の低下を防止することができる。

また、請求項２のエンジン用給気装置によれば、ＥＧＲ装置により排気の一部を吸気側に還流しているときに、エンジンの加速状態が所定加速状態であると判定すると、制御手段はＥＧＲ装置による排気の還流量がエンジンの加速状態に対応した還流量となるようにＥＧＲ装置を制御する。そして、ＥＧＲ装置による排気の還流量が加速前よりも減少する方向に制御されると、ＥＧＲ装置の応答遅れに起因して吸気通路を介したエンジンの吸入空気量はエンジンの加速状態に対応した量まで増大するのに時間を要するが、このときに生じる吸気通路を介した新気吸入量の不足分に対応して制御手段が空気供給手段を制御することにより、空気供給手段から吸気ポート内に直接的に圧縮空気が供給されるので、空気過剰率の低下に伴う黒煙の発生及び出力不足を速迅速かつ精度よく防止することが可能となる。

また、エンジンの加速時におけるエンジン回転数の増大に伴い、エンジンに必要とされる新気吸入量が増大するが、請求項３のエンジン用給気装置によれば、エンジンの加速状態が所定加速状態であって空気供給手段から吸気ポート内へ圧縮空気を供給する際、エンジン回転数が増大するほど吸気ポート内への圧縮空気の単位時間あたりの供給量を増大させるので、加速時におけるエンジン回転数の増大に対応し、吸気ポート内への圧縮空気の供給によって新気吸入量の不足分を精度よく補うことが可能となる。

また、エンジンの加速時におけるエンジン負荷の増大に伴い、エンジンに必要とされる新気吸入量が増大するが、請求項４のエンジン用給気装置によれば、エンジンの加速状態が所定加速状態であって空気供給手段から吸気ポート内へ圧縮空気を供給する際、エンジン負荷が増大するほど、吸気ポート内への圧縮空気の単位時間あたりの供給量を増大させるので、加速時におけるエンジン負荷の増大に対応し、吸気ポート内への圧縮空気の供給によって新気吸入量の不足分を精度よく補うことが可能となる。

また、請求項５のエンジン用給気装置によれば、エンジンの運転状態が上記加速状態にない場合には、空気供給手段から吸気ポート内への圧縮空気の供給が中止されるので、ＥＧＲ装置により排気の一部を吸気側に還流していてエンジンの加速状態が所定加速状態となったときに、メインエアタンク内の圧縮空気を集中的に無駄なく使用することが可能となる。従って、例えばエンジンで駆動されるエアポンプなどのようにエンジン出力の一部を駆動エネルギとして消費するようなエアポンプを用いてメインエアタンクに圧縮空気を補充するようにした場合には、エアポンプの仕事量を減らし、エンジンの燃費を改善することが可能となる。

また、請求項６のエンジン用給気装置によれば、がエンジンから離隔して設けられたメインエアタンクから、エンジンに装着されているサブエアタンクに圧縮空気が供給され蓄積された状態で、サブエアタンク内の圧縮空気が吸気ポート内に供給される。この結果、メインエアタンクからの圧縮空気の供給遅れによる影響を受けることなく、迅速に必要な量の圧縮空気を吸気ポート内に供給することが可能となる。

また、請求項７のエンジン用給気装置によれば、万一エンジンの吸気ポート内の圧力がメインエアタンク内の圧縮空気の圧力を上回るようなことがあったとしても、空気供給管に介装された逆止弁により、サブエアタンクからメインエアタンクへの空気の逆流を防止することができる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態に係るエンジン用給気装置について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジン用給気装置が適用された直列６気筒のディーゼルエンジン（以下エンジンという）１を備えるエンジンシステムの全体構成図を示しており、図１に基づき本発明の実施形態に係るエンジン用給気装置の構成を説明する。
エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に燃料が噴射される。

吸気管（吸気通路）６にはターボチャージャ８が装備されており、図示しないエアクリーナから吸入された吸気は、吸気管６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入する。コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１０及び吸気制御弁１２を介して吸気マニホールド１４に導入された後、各気筒に分配される。なお、吸気管６のコンプレッサ８ａより上流側には、エンジン１に吸入される空気、即ち新気の量を検出するための吸気量センサ１６が設けられている。

一方、エンジン１の各気筒から排気が排出される排気ポート（図示せず）は、排気マニホールド１８を介して排気管２０に接続されている。排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４との間には、ＥＧＲ弁２２及びＥＧＲクーラ２４を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２６が設けられており、ＥＧＲ弁２２の開度を変更することにより排気マニホールド１８から吸気マニホールド１４への排気還流量を調整可能となっている。従って、本実施形態では、ＥＧＲ弁２２及びＥＧＲ通路２６が本発明のＥＧＲ装置に対応するものとなる。

排気管２０は、ターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後、排気絞り弁２８を介して排気後処理装置３０に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排気を受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気後処理装置３０は、エンジン１から排出される排気中のパティキュレートやＮＯｘを排気中から除去して排気を浄化する機能を有している。この排気後処理装置３０は、現在一般的に用いられている排気後処理装置と同様の機能を有するものであり、ここでは詳細な説明を省略する。

エンジン１の各気筒には、各気筒に圧縮空気を供給するための空気制御弁３２が気筒毎に設けられている。６つの気筒のうち第１気筒群３４の各気筒に対応して１つずつ設けられた空気制御弁３２のそれぞれには、第１サブエアタンク３６内に蓄えられた圧縮空気が供給されるようになっている。また、第２気筒群３８の各気筒に対応して１つずつ設けられた空気制御弁３２のそれぞれには、第２サブエアタンク４０内に蓄えられた圧縮空気が供給されるようになっている。

これら第１サブエアタンク３６及び第２サブエアタンク４０には、エンジン１から離隔して設けられたメインエアタンク４４から共通の空気供給管４２を介して圧縮空気が供給される。第１サブエアタンク３６及び第２サブエアタンク４０のそれぞれに向けて分岐する前の空気供給管４２には、メインエアタンク４４側から第１サブエアタンク３６側及び第２サブエアタンク４０側への空気の流動を許容すると共に、第１サブエアタンク３６側及び第２サブエアタンク４０側からメインエアタンク４４側への空気の流動を遮断する逆止弁４６が介装されている。なお、メインエアタンク４４には、エンジン１の動力を受けて駆動されるエアポンプ４８によって所定圧力範囲内に調整された圧縮空気が供給され、蓄積されるようになっている。

図２は、エンジン１のシリンダヘッド部分のうち、１つの気筒に対応する吸気ポート及びその周辺の構成を示す上下方向の概略断面図である。図２に示される構成は第１気筒群３４の気筒の１つを代表的に示すものであるが、第１気筒群３４及び第２気筒群３８の各気筒はいずれも同様の構成を有している。
図２に示されるように、エンジン１のシリンダヘッド５０の側面部分には、一端が燃焼室５２に開口する吸気ポート５４の他端が開口しており、このシリンダヘッド５０の側面部分における吸気ポート５４の開口を覆うように断面コ字状の吸気マニホールド１４が取り付けられている。吸気ポート５４の燃焼室５２側開口は図示しない動弁機構によって駆動される吸気バルブ５６により開閉され、吸気管６から吸気マニホールド１４に供給された吸気が、吸気バルブ５６の開弁によって燃焼室５２内に導入されるようになっている。

吸気マニホールド１４の上部には、空気制御弁３２を間に挟んで第１サブエアタンク３６が取り付けられている。空気制御弁３２の下部に突設された空気噴射ノズル５８は、吸気マニホールド１４の上部壁を貫通して吸気ポート５４内まで延設され、吸気ポート５４内に空気噴射口５８ａを有している。第１サブエアタンク３６内と空気噴射ノズル５８とは空気制御弁３２を介して連通可能であって、空気制御弁３２を開弁することによって、第１サブエアタンク３６内の圧縮空気が空気噴射ノズル５８の空気噴射口５８ａから吸気ポート５４内に供給されるようになっている。

このように本実施形態では、空気制御弁３２、第１サブエアタンク３６、第２サブエアタンク４０、空気供給管４２及び空気噴射ノズル５８が本発明の空気供給手段を構成している。なお、空気噴射ノズル５８を介した吸気ポート５４内への圧縮空気の供給については、後に詳しく説明する。
エンジン１には、エンジン１の運転制御をはじめとして、エンジン１に関わる総合的な制御を行うための制御装置としてＥＣＵ６０が設けられている。このＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、メモリ、タイマカウンタなどから構成され、エンジン１についての様々な制御量の演算を行うと共に、その制御量に基づき各種デバイスの制御を行っている。

ＥＣＵ６０の入力側には、各種制御に必要な情報を収集するため、上述した吸気量センサ１６のほか、メインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力を検出する空気圧センサ６２、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサ６４、及びアクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ６６などの各種センサ類が接続されている。一方、ＥＣＵ６０の出力側には、演算した制御量に基づき制御が行われる各気筒のインジェクタ４、吸気制御弁１２、ＥＧＲ弁２２、排気絞り弁２８、空気制御弁３２及びエアポンプ４８などの各種デバイス類が接続されている。

エンジン１の運転制御の１つとして、ＥＣＵ６０はエンジン１の各気筒への燃料供給量の演算、及び演算した燃料供給量に基づくインジェクタ４からの燃料供給制御を行う。エンジン１の運転に必要な燃料供給量（主噴射量）は、クランク角センサ６４の検出信号から求めたエンジン回転数とアクセル開度センサ６６によって検出されたアクセルペダルの踏込量とに基づき、予め記憶しているマップから読み出して決定する。各気筒に供給される燃料の量は、インジェクタ４の開弁時間によって調整され、決定された燃料量に対応した駆動時間で各インジェクタ４が開弁駆動され、各気筒に主噴射が行われることにより、エンジン１の運転に必要な燃料量が供給される。

また、ＥＣＵ６０はメインエアタンク４４に装着された空気圧センサ６２によって検出されたメインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力に基づき、メインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力が適正な圧力範囲内となるようにエアポンプ４８の作動を制御する。
更に、ＥＣＵ６０はエンジン１の運転状態に応じてＥＧＲ通路２６に設けられたＥＧＲ弁２２の開度を調整し、排気マニホールド１８から吸気マニホールド１４に還流される排気の量を制御することにより、エンジン１の空気過剰率を目標空気過剰率に制御する。

この目標空気過剰率は、エンジン１の各燃焼室における燃焼状態を悪化させることなくＮＯｘの発生を抑制可能な空気過剰率として、予め実験等によってエンジン１の様々な運転状態に対応して求められ、エンジン１の回転数や主噴射による燃料噴射量、即ちエンジン負荷をパラメータとして目標空気過剰率マップに記憶されているものである。また、ＥＣＵ６０は、エンジン１の空気過剰率を目標空気過剰率とするために必要なＥＧＲ弁２２の開度を目標開度としてＥＧＲ弁目標開度マップに記憶している。

ＥＣＵ６０は、そのときのエンジン１の回転数及び主噴射による燃料噴射量に基づき、目標空気過剰率マップから対応する目標空気過剰率を読み出し、更にこの目標空気過剰率を得るためのＥＧＲ弁２２の目標開度を目標開度マップから読み出す。そして、この目標開度に基づきＥＣＵ６０がＥＧＲ弁２２の開度を制御することにより、エンジン１の排気の一部がＥＧＲ弁２２を介して吸気マニホールド１４に還流され、各気筒に供給される。

このようなＥＧＲ弁２２の制御を行っているときに、アクセルペダルが踏み込まれてエンジン１が加速状態に移行すると、加速に必要な出力を確保するため、ＥＧＲ弁２２の開度はエンジン１の加速状態に対応して加速前の開度から減少方向に制御される。このときＥＧＲ弁２２には応答遅れが生じるため、ＥＧＲ弁２２の開度は直ちにそのときの加速状態に対応した目標開度とはならず、必要量以上の排気が吸気側に還流されてしまうことになる。この結果、実際の空気過剰率が目標空気過剰率より低下した状態がしばらく継続すると、その間に黒煙が発生したり、加速に必要な出力を確保できずに加速性が低下するといった問題が生じる可能性がある。そこでＥＣＵ６０は、エンジン１の加速状態が所定加速状態である場合とそうでない場合とで、ＥＧＲ弁２２の制御を切り換えると共に、所定加速状態となった場合には上述した空気制御弁３２を制御して空気噴射ノズル５８から各気筒に圧縮空気を供給するようにしている。

以下では、ＥＣＵ６０によるこのような空気制御弁３２及びＥＧＲ弁２２の制御について詳細に説明する。
図３は、ＥＣＵ６０が実行する空気制御弁３２及びＥＧＲ弁２２に対する制御のフローチャートであって、エンジン１の運転中に所定の制御周期で繰り返し実行されるようになっている。

制御が開始されると、ＥＣＵ６０はステップＳ１において、そのときにクランク角センサ６４の検出信号から求めたエンジン回転数と主噴射による燃料噴射量とに基づき、目標空気過剰率マップから対応する空気過剰率を読み出し、目標空気過剰率として設定する。そして次のステップＳ２においてＥＣＵ６０は、エンジン１の空気過剰率をステップＳ１で設定した目標空気過剰率とするためのＥＧＲ弁２２の開度を目標開度マップから読み出して目標開度として設定する。

更にステップＳ３に処理を進めると、ＥＣＵ６０はクランク角センサ６４の検出信号から求めたエンジン回転数に基づいてエンジン回転数の変化率を求め、この変化率が所定の加速判定基準値より大きいか否かを判定することによって、エンジン１の運転状態が所定加速状態であるか否かを判定する。即ちＥＣＵ６０は、エンジン回転数の変化率が加速判定基準値より大きい場合に、エンジン１の加速状態が所定加速状態であると判定し、エンジン回転数の変化率が加速判定基準値以下の場合にはエンジン１の運転状態が所定加速状態ではないと判定する。

ステップＳ３でエンジン１の運転状態が所定加速状態ではないと判定した場合、ＥＣＵ６０は処理をステップＳ４に進め、気筒毎に設けられている空気制御弁３２を全て全閉とし、更に処理をステップＳ５に進める。
ステップＳ５においてＥＣＵ６０は、吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１の吸入新気量、主噴射による燃料噴射量、及びそのときのＥＧＲ弁２２の開度に基づいて求めた実際の排気還流量から、エンジン１の実際の空気過剰率である実空気過剰率を演算する。

次にＥＣＵ６０はステップＳ６において、ステップＳ１で設定した目標空気過剰率とステップＳ５で演算して求めた実空気過剰率との偏差に応じ、ステップＳ２で設定したＥＧＲ弁２２の目標開度を補正する。即ち、目標空気過剰率に対して実空気過剰率の方が小さい場合には、ＥＧＲ弁２２を介して還流される排気の量が過多であるから、ＥＧＲ弁２２の目標開度が減少方向に補正される。一方、目標空気過剰率に対して実空気過剰率の方が大きい場合には、ＥＧＲ弁２２を介して還流される排気の量が過少であるから、ＥＧＲ弁２２の目標開度が増大方向に補正される。

次のステップＳ７では、ステップＳ６で補正された目標開度に基づき、ＥＣＵ６０がＥＧＲ弁２２を制御し、その制御周期における一連の制御を終了する。このようにしてＥＧＲ弁２２が制御されることにより、エンジン１の空気過剰率は、エンジン１の運転状態に対応し、各燃焼室における燃焼状態を悪化させることなくＮＯｘの発生を抑制可能な空気過剰率に調整され、エンジン１に良好な排気特性を得ることができる。

次の制御周期においても、制御がステップＳ１から実行され、上述のようにしてステップＳ３に処理が進むと、再びエンジン１の運転状態が所定加速状態であるか否かをＥＣＵ６０が判定する。従って、エンジン１の運転状態が所定加速状態とならない限り、上述したようなステップＳ１乃至Ｓ７による空気制御弁３２及びＥＧＲ弁２２の制御が制御周期毎に繰り返され、空気制御弁３２が全閉状態に維持されると共に、ＥＧＲ弁２２を介した排気還流が行われて、エンジン１の排気特性が良好に維持される。従って、この場合には空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内への圧縮空気の供給は行われない。

一方、ステップＳ３においてエンジン回転数の変化率が所定の加速判定基準値より大きくなり、エンジン１の加速状態が所定加速状態であると判定すると、ＥＣＵ６０は処理をステップＳ３からステップＳ８に進める。そして、ステップＳ８でＥＣＵ６０は、その制御周期においてステップＳ２で設定した目標開度にＥＧＲ弁２２を制御し、次のステップＳ９に処理を進める。

ステップＳ９においてＥＣＵ６０は、上述したステップＳ５と同様に、吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１の吸入新気量、主噴射による燃料噴射量、及びそのときのＥＧＲ弁２２の開度に基づいて求めた排気還流量から、エンジン１の実際の空気過剰率である実空気過剰率を演算する。
次にＥＣＵ６０はステップＳ１０で、その制御周期においてステップＳ１で設定した目標空気過剰率とステップＳ９で演算して求めた実空気過剰率との偏差に応じ、予め記憶している目標制御量マップから空気制御弁３２の制御量を読み出し、目標制御量として設定する。この目標制御量マップは、エンジン１の実空気過剰率を目標空気過剰率に等しくする上で必要となる空気制御弁３２の開度を設定するためのマップである。即ち、実験等により様々なエンジン１の運転状態においてエンジン１の実空気過剰率を目標空気過剰率に等しくする上で各気筒に供給する必要のある追加空気量を実際に得るための空気制御弁３２の制御量を求め、こうして求められた制御量が空気制御弁３２の目標制御量として、エンジン１の運転状態に対応して目標制御量マップに予め設定されている。なお、本実施形態では、空気制御弁３２は全開状態と全閉状態とを切り換えるタイプの制御弁であって、空気制御弁３２の制御量は空気制御弁３２の開弁時間を規定するものとして設定される。

エンジン１の加速時には、前述したようにＥＧＲ弁２２の応答遅れによって一時的に吸入新気量が不足し、実空気過剰率の方が目標空気過剰率より小さくなるが、目標制御量マップでは、実空気過剰率と目標空気過剰率との偏差が大きいほど空気制御弁３２から各気筒に供給される単位時間あたりの空気の量が増大するように空気制御弁３２の目標制御量が設定されている。従って、エンジン１の加速状態が所定加速状態となったときに生じる吸気管６を介した新気吸入量の不足分に対応した量の圧縮空気が空気制御弁３２から各気筒に供給されるようになっている。

また、エンジン１の加速時にはエンジン回転数の上昇、或いはエンジン負荷の増大に伴って、エンジン１に必要とされる空気量が増大することから、目標制御量マップでは、実空気過剰率と目標空気過剰率との偏差が同じとの条件で比較した場合に、エンジン回転数が上昇するほど、或いはエンジン負荷、即ち主噴射による燃料噴射量が増大するほど、空気制御弁３２から各気筒に供給される空気の量が増大するように空気制御弁３２の目標制御量が設定されている。

更に、メインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力変動による圧縮空気の供給量に対する影響を抑制するため、目標制御量マップでは、実空気過剰率と目標空気過剰率との偏差、エンジン回転数及びエンジン負荷がいずれも同一との条件で比較した場合に、空気圧センサ６２によって検出されたメインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力が高いほど、空気制御弁３２の開弁時間が短くなるように空気制御弁３２の目標制御量が設定されている。

ＥＣＵ６０は、このように設定されている目標制御量マップを用い、ステップＳ１０において実空気過剰率と目標空気過剰率との偏差、クランク角センサ６４の検出信号から求めたそのときのエンジン回転数、エンジン１の負荷に対応する主噴射による燃料噴射量、及び空気圧センサ６２によって検出されたメインエアタンク４４内の圧縮空気の圧力に基づき、空気制御弁３２の制御量を目標制御量マップから読み出して目標制御量として設定すると、次のステップＳ１１に処理を進める。

ステップＳ１１においてＥＣＵ６０は、クランク角センサ６４の検出信号に基づき、各気筒において吸気バルブ５６が開弁している期間内の所定タイミングにおいて、気筒毎に対応する空気制御弁３２を目標制御量に従って開弁させる。こうしてステップＳ１１の処理を行うと、ＥＣＵ６０はその制御周期を終了し、次の制御周期で再びステップＳ１から処理を開始する。従って、エンジン１の加速状態が所定加速状態であるとステップＳ３で判定し続ける限り、上述したようにして空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内に圧縮空気が供給される。

このようにして空気制御弁３２が目標制御量に従って開弁されることにより、空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内に圧縮空気が供給されるので、エンジン１の加速状態が所定加速状態となったときにＥＧＲ弁２２の応答遅れによって生じる吸気管６を介した新気吸入量の不足分が、空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内への圧縮空気の供給によって補われる。

なお、このとき空気供給管４２には逆止弁４６が介装されているので、万一吸気ポート５４内の圧力が、メインエアタンク４４から供給される圧縮空気の圧力より高くなったとしても、第１サブエアタンク３６及び第２サブエアタンク４０側からメインエアタンク４４側への空気の逆流を防止することができる。
図４は、このようにして空気制御弁３２及びＥＧＲ弁２２が制御されるときの、ＥＧＲ弁２２の開度変化及び実際の空気過剰率変化を模式的に示したタイムチャートである。

時刻ｔ１でエンジン１の運転状態が所定加速状態に移行したとすると、ＥＣＵ６０はＥＧＲ弁２２の目標開度をそれまでの開度Ｒ１からエンジン１の加速状態に対応した開度Ｒ２に変更する。しかしながら、ＥＧＲ弁２２の実際の開度が目標開度Ｒ２となるのはＥＧＲ弁２２の応答遅れにより時刻ｔ２となる。
また、エンジン１の目標空気過剰率は、時刻ｔ１においてエンジン１の運転状態が所定加速状態に移行すると直ちに、加速状態に移行する前の空気過剰率λ１から加速状態に対応した空気過剰率λ２へと変更される。しかしながら、上述したようにＥＧＲ弁２２の応答遅れにより、実際の空気過剰率は図４中に一点鎖線で示すように徐々に増大し、時刻ｔ２で目標空気過剰率λ２に達する。このため、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間は、吸気管６による吸気だけでは図４中に網がけで示す部分に相当する吸入新気量が不足することになる。

そこで、上述したように、実際の空気過剰率と目標空気過剰率との偏差に応じた量の圧縮空気が空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート５４内に直接供給されるので、吸気管６を介した新気吸入量の不足分が補われ、エンジン１の運転状態が所定加速状態に移行すると直ちに空気過剰率を目標空気過剰率λ２まで増大させることが可能となる。この結果、空気過剰率の低下に伴う黒煙の発生を精度よく防止することが可能となると共に、加速性の低下を防止することが可能となる。

また、各気筒への圧縮空気の供給は、エンジン１の吸気マニホールド１４に装着されている第１サブエアタンク３６及び第２サブエアタンク４０から、空気噴射ノズル５８を介して各気筒の吸気ポート５４内に直接行われるので、メインタンク４４の位置にかかわらず、エンジン１の運転状態が所定加速状態に移行すると応答性よく必要な量の圧縮空気を各気筒に供給し、直ちに空気過剰率を目標空気過剰率λ２まで増大させることが可能となる。

更に、エンジン１の運転状態が所定加速状態となって空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート内５４に圧縮空気を供給する際、上述したようにエンジン１の回転数が増大するほど吸気ポート５４内への圧縮空気の単位時間あたりの供給量が増大するように空気制御弁３２が制御されるので、加速時におけるエンジン回転数の増大に対応して新気吸入量の不足分を適切に補うことができる。

また、エンジン１の運転状態が所定加速状態となって空気噴射ノズル５８から各気筒の吸気ポート内５４に圧縮空気を供給する際、上述したようにエンジン１の負荷が増大するほど吸気ポート５４内への圧縮空気の単位時間あたりの供給量が増大するように空気制御弁３２が制御されるので、加速時におけるエンジン負荷の増大に対応して新気吸入量の不足分を適切に補うことができる。

なお、図３のフローチャートによるＥＧＲ弁２２及び空気制御弁３２の制御において、エンジン１の運転状態が所定加速状態であることによって上述したような制御が行われているときに、エンジン回転数の変化率が加速判定基準値以下となり、ステップＳ３においてエンジン１の運転状態が所定加速状態ではないと判定すると、ＥＣＵ６０は処理をステップＳ３からステップＳ４に進めるようになる。この結果、ＥＣＵ６０はステップＳ４において各気筒の空気制御弁３２の全て全閉とし、空気噴射ノズル５８から吸気ポート内５４への圧縮空気の供給を停止した上で、前述したようにステップＳ５乃至Ｓ７の処理を行う。従って、空気噴射ノズル５８から吸気ポート内５４への圧縮空気の供給はエンジン１の加速状態が所定加速状態である場合に限られるので、メインエアタンク４４に圧縮空気の補充を行うエアポンプ４８の仕事量を減らし、エアポンプ４８を駆動するエンジン１の燃費を改善することが可能となる。

以上で本発明の一実施形態に係るエンジン用給気装置についての説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態ではエンジン１の気筒を第１気筒群３４と第２気筒群３８とに区分し、第１気筒群３４に対して第１サブエアタンク３６を設けると共に、第２気筒群３８に対して第２サブエアタンク４０を設けたが、全気筒に共通な単一のサブエアタンクを設けてもよいし、各気筒毎に独立してサブエアタンクを設けてもよい。即ち、サブエアタンクの数については必要に応じて種々変更が可能であり、これはメインエアタンクの数についても同様である。

また、上記実施形態において、逆止弁４６は第１サブエアタンク３６及び第２サブエアタンク４０に向けて分岐する前の空気供給管４２に介装したが、逆止弁４６の介装位置はこれに限定されるものではない。例えば、分岐後の空気供給管４２のそれぞれに介装するようにしてもよいし、空気制御弁３２のそれぞれに組み込むようにしてもよい。
また、上記実施形態において、空気制御弁３２は全開状態と全閉状態とを切り換えるタイプの制御弁を用い、空気制御弁３２の開弁時間を制御することにより空気噴射ノズル５８から吸気ポート内５４への圧縮空気の供給量を調整するようにしたが、空気制御弁３２の形式及び制御方法はこれに限定されるものではない。例えば、上記実施形態と同じタイプの空気制御弁３２を用い、デューティ制御によって空気噴射ノズル５８から吸気ポート内５４への圧縮空気の供給量を調整するようにしてもよい。或いは、全閉と全開との間で開度を連続的に変更可能な空気制御弁を用い、空気制御弁の開度を制御することにより、空気噴射ノズル５８から吸気ポート内５４への圧縮空気の供給量を調整するようにしてもよい。

更に、上記実施形態において、エアポンプ４８はエンジン１によって駆動するようにしたが、エアポンプの形式はこれに限定されるものではなく、例えば電動式のエアポンプを用いてもよい。
また、ＥＧＲ弁２２の制御方法は、上記実施形態で用いたものに限定されるものではなく、すでに知られている種々の方法を採用することが可能である。いずれの方法を用いたとしても、ＥＧＲ弁２２等のＥＧＲ装置を制御して排気還流量を調整する限りは、エンジン１の加速時におけるＥＧＲ装置の応答遅れに起因した空気過剰率の不足状態が発生するため、本発明を適用することによって同様の効果を得ることが可能となる。

更に、上記実施形態では、吸気量センサ１６によって検出されたエンジン１の吸入新気量、主噴射による燃料噴射量、及びそのときのＥＧＲ弁２２の開度に基づいて求めた排気還流量から、実際の空気過剰率を演算するようにしたが、空気過剰率の演算方法はこれに限定されるものではなく、既に知られている種々の方法を採用することが可能である。
また、上記実施形態では、エンジン回転数の変化率が加速判定基準値より大きいか否かにより、エンジン１の運転状態が所定加速状態であるか否かを判定するようにしたが、所定加速状態であるか否かの判定方法はこれに限定されるものではない。例えば、アクセルペダルの踏込量変化率、或いは主噴射による燃料噴射量等のエンジン負荷の変化率がそれぞれに対応する加速判定基準値より大きいか否かを判定することにより、エンジン１が所定の加速状態にあるか否かを判定するようにしてもよい。また、大量の排気還流が行われる所定の低速・低負荷運転からの加速時のみを所定加速状態であると判定するようにしてもよい。

更に、上記実施形態では、エンジン１の負荷として主噴射による燃料噴射量を用いるようにしたが、エンジン１の負荷はこれに限定されるものではなく、例えばアクセルペダルの踏込量を用いるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１として直列６気筒のディーゼルエンジンを用いたが、エンジン１の気筒数、形式などはこれに限定されるものではなく、ＥＧＲ装置を有したエンジンであれば本発明を適用することが可能である。

本発明の一実施形態に係るエンジン用給気装置が適用されたエンジンを有するエンジンシステムの全体構成図である。 図１のエンジンの吸気ポート及びその周辺の構成を示す概略断面図である。 図１のエンジンで実行される空気制御弁及びＥＧＲ弁に対する制御のフローチャートである。 図３のフローチャートに従って行われる制御におけるＥＧＲ弁開度の変化と空気過剰率の変化とを示すタイムチャートである。

符号の説明

１ エンジン
６ 吸気管（吸気通路）
２２ ＥＧＲ弁（ＥＧＲ装置）
２６ ＥＧＲ通路（ＥＧＲ装置）
３２ 空気制御弁（空気供給手段）
３６ 第１サブエアタンク（空気供給手段）
４０ 第２サブエアタンク（空気供給手段）
４２ 空気供給管（空気供給手段）
４４ メインエアタンク
４６ 逆止弁
５４ 吸気ポート
５８ 空気噴射ノズル（空気供給手段）
６０ ＥＣＵ（制御手段）

Claims (7)

1. エンジンの排気の一部を上記エンジンの吸気側に還流するＥＧＲ装置と、
   圧縮空気を蓄積するメインエアタンクと、
   上記エンジンの吸気通路を介した吸気とは別に、上記メインエアタンク内に蓄積された圧縮空気を上記エンジンの吸気ポート内に供給する空気供給手段と、
   上記エンジンの運転状態に応じて上記ＥＧＲ装置を制御し、上記ＥＧＲ装置により上記エンジンの排気の一部を吸気側に還流しているときに、上記エンジンの加速状態が所定加速状態であると判定すると、上記空気供給手段を制御して上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給する制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジン用給気装置。
2. 上記制御手段は、上記ＥＧＲ装置により上記エンジンの排気の一部を吸気側に還流しているときに、上記エンジンの加速状態が上記所定加速状態であると判定すると、上記ＥＧＲ装置による排気の還流量が上記エンジンの加速状態に対応した還流量となるように上記ＥＧＲ装置を制御し、このときに生じる上記吸気通路を介した上記エンジンの新気吸入量の不足分に対応して上記空気供給手段を制御することにより、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給気装置。
3. 上記制御手段は、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給しているときに、上記エンジンの回転数が増大するほど上記吸気ポート内への単位時間あたりの上記圧縮空気の供給量が増大するように上記空気供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給気装置。
4. 上記制御手段は、上記空気供給手段から上記吸気ポート内に上記圧縮空気を供給しているときに、上記エンジンの負荷が増大するほど上記吸気ポート内への単位時間あたりの上記圧縮空気の供給量が増大するように上記空気供給手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給気装置。
5. 上記制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記所定加速状態ではないと判定した場合に、上記空気供給手段から上記吸気ポート内への上記圧縮空気の供給を中止することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給気装置。
6. 上記メインエアタンクは上記エンジンとは離隔して設けられ、
   上記空気供給手段は、
   上記エンジンに装着され、空気供給管を介して上記メインエアタンクから圧縮空気が供給されるサブエアタンクと、
   上記吸気ポート内に空気噴射口を有する空気噴射ノズルと、
   上記サブエアタンクと上記空気噴射ノズルとの間に介装され、上記サブエアタンクから上記空気噴射ノズルを介して上記吸気ポート内に供給される圧縮空気の量を調整する空気制御弁と
   を備え、
   上記制御手段は、上記空気制御弁を制御することにより、上記空気噴射ノズルから上記吸気ポート内への圧縮空気の供給を行うことを特徴とする請求項１に記載のエンジン用給気装置。
7. 上記空気供給手段は、上記空気供給管に介装されて上記メインエアタンクから上記サブエアタンクへの空気の流動を許容すると共に、上記サブエアタンクから上記メインエアタンクへの空気の流動を遮断する逆止弁を備えることを特徴とする請求項６に記載のエンジン用給気装置。

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