JP2021134670A - 過給機付きエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】過給機付きエンジンの暖機を促進する。【解決手段】過給機付きエンジン２は、燃料噴射弁（インジェクタ２１）と、排気浄化装置６と、排気浄化装置の下流に設けられた、排気ターボ過給機４のタービン４２と、排気通路における排気浄化装置とタービンとの間の部位と吸気通路とを互いに接続するＥＧＲ通路（第１ＥＧＲ通路７１）と、水冷式のＥＧＲクーラ７５と、を有するＥＧＲシステム７と、エンジンとラジエータとの間で冷却水が循環する循環回路８と、制御対象に制御信号を出力する制御ユニット（ＥＣＵ１００）と、を備える。ＥＧＲクーラは、循環回路に接続されかつ、冷却水と排気との間で熱交換させる。制御ユニットは、エンジンの冷間時に、エンジンの暖機制御として、排気行程中の燃料噴射を燃料噴射弁に実行させると共に、ＥＧＲシステムにＥＧＲガスの還流を実行させる。【選択図】図１

Description

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。

特許文献１には、過給機付きエンジンが記載されている。このエンジンの排気通路には、排気ターボ過給機のタービンが設けられている。また、排気通路における、タービンよりも上流には、酸化触媒とＤＰＦとが配設されている。エンジンの吸気通路には、排気ターボ過給機のコンプレッサが設けられている。

特開２０１３−１８９９００号公報

特許文献１に記載された過給機付きエンジンは、酸化触媒が、タービンよりもエンジンに近い位置に設けられている。このため、酸化触媒の温度を高くできる。例えばエンジンの始動時に、酸化触媒を早期に活性化できる。

しかしながら、特許文献１に記載された過給機付きエンジンは、エンジンを速やかに暖機するための構成を有していない。

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンの暖機を促進する。

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。この過給機付きエンジンは、
エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられかつ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラと、を有しかつ、排気の一部をＥＧＲガスとして、前記吸気通路に還流するＥＧＲシステムと、
前記エンジンと、冷却水を放熱させるラジエータとの間で冷却水が循環する循環回路と、
制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、を備え、
前記ＥＧＲクーラは、前記循環回路に接続されかつ、冷却水と排気との間で熱交換させ、
前記制御ユニットは、前記エンジンの温度が所定温度よりも低い冷間時に、前記エンジンの暖機制御として、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させると共に、前記ＥＧＲシステムにＥＧＲガスの還流を実行させる。

この構成によると、排気浄化装置は、排気通路において排気ターボ過給機のタービンよりも上流に設けられている。排気浄化装置はエンジンに近いため、例えばエンジンを始動させた後に、排気浄化装置の温度は速やかに上昇する。排気浄化装置は早期に活性化する。排気浄化装置の早期の活性化は、エンジンの排出ガス性能の向上に有利である。

エンジンには、ＥＧＲシステムが設けられている。ＥＧＲシステムは、ＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラを有している。ＥＧＲシステムは、冷却したＥＧＲガスを、吸気通路に供給できる。

ＥＧＲクーラは、エンジンの冷却水の循環回路に接続されている。ＥＧＲクーラは、エンジンの冷却水と排気との間で熱交換させる。エンジンの暖機中は冷却水の温度が低い。エンジンの暖機中にＥＧＲシステムがＥＧＲガスの還流を行うと、排気の熱をエンジンの冷却水に与えることができ、エンジンの冷却水の温度上昇が促進される。

制御ユニットは、前記エンジンの温度が所定温度よりも低い冷間時に、エンジンの暖機制御を実行する。暖機制御時に、制御ユニットは、排気行程中の燃料噴射を燃料噴射弁に実行させる。排気行程中に噴射された燃料は、未燃焼、又は、ほぼ未燃焼のままで排気浄化装置に供給される。排気浄化装置において燃料が反応し、反応熱が発生する。その反応熱によって排気の温度が上昇する。

制御ユニットは、暖機制御時に、ＥＧＲシステムにＥＧＲ通路を通じたＥＧＲガスの還流を実行させる。排気浄化装置から排出された高温の排気が、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路を通じて吸気通路へ還流される。前述したようにＥＧＲクーラにおいて、高温のＥＧＲガスから冷却水へ熱が供給される。冷却水の温度が速やかに上昇するから、冷却水がエンジンの中を循環することによりエンジンの暖機が促進されて、暖機制御が速やかに完了する。この構成は、エンジンが冷間状態である時間が短いため、エンジンの燃費性能を向上させる。

前記制御ユニットは、前記排気浄化装置が活性温度に到達した後、前記暖機制御を実行する、としてもよい。

排気浄化装置が活性温度に到達した後に、燃料噴射弁が、排気行程中の燃料噴射を実行する。活性化した排気浄化装置において燃料が反応して、反応熱を発生させることができる。

前記制御ユニットは、前記暖機制御の間は、前記循環回路において、前記ラジエータをバイパスして前記エンジンと前記ＥＧＲクーラとの間で冷却水を循環させる、としてもよい。

こうすることで、暖機制御中は、ラジエータにおいて冷却水の放熱が行われないから、排気の熱によって昇温した冷却水により、エンジンの暖機を促進できる。エンジンの暖機制御が速やかに完了できる。

前記過給機付きエンジンは、
前記エンジンの吸気通路に設けられかつ、前記エンジンに供給する吸気を過給する、前記排気ターボ過給機のコンプレッサと、
前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流に設けられかつ、前記エンジンの運転状態が所定の領域内にある場合に駆動する電動過給機と、を備え、
前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサと前記電動過給機との間の部位と、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位とを互いに接続する、としてもよい。

電動過給機が駆動している場合、電動過給機の下流の圧力は高いが、電動過給機の上流の圧力は相対的に低い。ＥＧＲ通路は、電動過給機の上流に接続されている。ＥＧＲシステムは、電動過給機が駆動している場合に、吸気通路における電動過給機の上流にＥＧＲガスを供給できる。

前記排気浄化装置は、排気中の有害物質を反応させる触媒装置と、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、を含んでいる、としてもよい。

触媒装置は、燃料を反応させて反応熱を発生させることができる。また、ＥＧＲシステムは、フィルタ装置を通過した排気であって、粒子状物質を含まないクリーンな排気を、ＥＧＲガスとして吸気通路に供給できる。

以上説明したように、前記の過給機付きエンジンは、暖機が促進される。

図１は、エンジンシステムの構成を例示する概略図である。 図２は、エンジンの制御構成を例示するブロック図である。 図３は、エンジンの運転領域を例示するマップである。 図４は、電動式過給機のコンプレッサの特性を例示する図である。 図５は、エンジンのｐ−ｖ線図の例である。 図６は、ＥＣＵによるエンジン制御を例示するフローチャートである。 図７は、エンジンの始動時における各パラメータの変化を例示するタイムチャートである。

以下、過給機付きエンジンの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態に係るエンジンシステム１を示す。このエンジンシステム１は、車両に搭載される。エンジンシステム１のエンジン２は、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。エンジン２は、図示は省略するが、複数の気筒を有している。各気筒は、エンジン２の燃焼室を形成する。燃焼室内に供給された燃料は、圧縮自着火により燃焼する。

（エンジンシステムの構成）
エンジン２には、燃料噴射弁、つまりインジェクタ２１が取り付けられている。インジェクタ２１は、エンジン２に燃料を供給する。より詳細に、インジェクタ２１は、気筒毎に設けられ、気筒内に燃料を直接噴射する。インジェクタ２１は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号を受ける。インジェクタ２１は、エンジン２の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン２の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に噴射する。

エンジン２には、吸気通路３１が接続されている。吸気通路３１は、各気筒に吸気を供給する。吸気は、空気、又は、空気及びＥＧＲガスを含む。エンジン２にはまた、排気通路３２が接続されている。排気通路３２は、各気筒からの排気を排出する。

吸気通路３１には、上流側から下流側へ向かって順に、排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１と、電動過給機５と、インタークーラ４３とが配設されている。コンプレッサ４１は、吸気を昇圧する。電動過給機５も、吸気を昇圧する。インタークーラ４３は、昇圧された吸気を冷却する。インタークーラ４３は、例えば水冷式の熱交換器である。インタークーラ４３は、図示は省略するが、例えばエンジン２の冷却水の循環回路８に接続されている。

電動過給機５は、吸気通路３１内に設けられたコンプレッサホイール５１と、このコンプレッサホイール５１を駆動する電動モータ５２とを有している。電動モータ５２が運転すると、コンプレッサホイール５１が回転し、コンプレッサホイール５１は、吸気通路３１を流れる吸気を昇圧する。電動過給機５は、排気エネルギを利用しない過給機である。電動モータ５２は、車両に搭載されたバッテリ５５からの電力供給を受ける。バッテリ５５には、例えばオルタネータ（図示省略）によって発電された電力が蓄積される。

ここで電動過給機５の容量は、排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１の容量よりも小に設定されている。電動過給機５は、後述するように、エンジン２が低回転領域の高負荷状態で運転している場合に駆動し、それ以外の場合には駆動しない。大容量の排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１と、小容量の電動過給機５とを直列に設け、排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１のみの駆動、電動過給機５のみの駆動、及び、排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１と電動過給機５の両方の駆動を切り替えることにより、このエンジン２は、広い運転領域に亘って、吸気を過給できる。

吸気通路３１には、コンプレッサホイール５１をバイパスするバイパス通路５３が設けられている。バイパス通路５３の上流端は、吸気通路３１におけるコンプレッサ４１とコンプレッサホイール５１との間に接続されている。バイパス通路５３の下流端は、吸気通路３１におけるコンプレッサホイール５１とインタークーラ４３との間に接続されている。バイパス通路５３には、バイパス弁５４が設けられている。バイパス弁５４は、バイパス通路５３を流れる吸気量を調整する。電動過給機５が駆動している間、バイパス弁５４は閉弁する。電動過給機５が駆動していない間、バイパス弁５４は開弁する。

排気通路３２には、上流側から下流側へ向かって順に、排気浄化装置６と、排気ターボ過給機４のタービン４２とが配設されている。

排気浄化装置６は、触媒装置としての酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst: ＤＯＣ）と、フィルタ装置としてのＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）とを含んでいる。詳細な図示は省略するが、排気浄化装置６において、ＤＯＣは、ＤＰＦの上流に配置されている。

ＤＯＣは、排気中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏを生成する反応を促す。また、ＤＰＦ６２は、エンジン２の排気中に含まれるスート等の粒子状物質を捕集する。

このエンジンシステム１は、排気中のＮＯｘを浄化する触媒を備えていない。但し、ここに開示する技術は、ＮＯｘを浄化する触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。

排気ターボ過給機４のタービン４２は、排気のエネルギによって回転する。図示を省略する連結シャフトは、タービン４２とコンプレッサ４１とを互いに連結する。排気通路３２においてタービン４２が回転すると、吸気通路３１においてコンプレッサ４１が回転し、吸気を昇圧する。

排気ターボ過給機４は、詳細な図示は省略するが、可変容量式のターボ過給機である。タービンケース内には、可動ベーンが配設されている。可動ベーンの開度を調整することによって、排気ターボ過給機４における通路面積が変わる。

エンジンシステム１はまた、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム７を備えている。ＥＧＲシステム７は、排気の一部を、ＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流する。ＥＧＲシステム７は、第１ＥＧＲ通路７１と、第２ＥＧＲ通路７２とを有している。

第１ＥＧＲ通路７１は、吸気通路３１におけるコンプレッサ４１と電動過給機５との間の部位と、排気通路３２における排気浄化装置６とタービン４２との間の部位とを互いに接続している。第１ＥＧＲ通路７１には、第１ＥＧＲ弁７３が設けられている。第１ＥＧＲ弁７３は、例えば電磁式の開度調整弁である。第１ＥＧＲ弁７３は、第１ＥＧＲ通路７１を通って吸気通路３１に還流されるＥＧＲガスの流量を調整する。

第１ＥＧＲ通路７１にはまた、ＥＧＲクーラ７５が設けられている。ＥＧＲクーラ７５は、図１の構成例においては、ＥＧＲガスの流れる方向を基準にして、第１ＥＧＲ弁７３の上流に設けられている。ＥＧＲクーラ７５は、第１ＥＧＲ通路７１を流れるＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ７５は、例えば水冷式の熱交換器である。ＥＧＲクーラ７５は、冷却水の循環回路８に接続されている。ＥＧＲクーラ７５は、ＥＧＲガスと冷却水との間で熱交換させる。尚、循環回路８の構成は後述する。

第２ＥＧＲ通路７２は、第１ＥＧＲ通路７１の途中から分岐している。より詳細に、第２ＥＧＲ通路７２は、第１ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７５の上流部から、分岐している。第２ＥＧＲ通路７２はまた、吸気通路３１における電動過給機５の下流に接続されている。より詳細に、第２ＥＧＲ通路７２は、吸気通路３１におけるインタークーラ４３とエンジン２との間の部位に接続されている。

第２ＥＧＲ通路７２には、第２ＥＧＲ弁７４が設けられている。第２ＥＧＲ弁７４は、例えば電磁式の開度調整弁である。第２ＥＧＲ弁７４は、第２ＥＧＲ通路７２を通って吸気通路３１に還流されるＥＧＲガスの流量を調整する。

エンジンシステム１は、冷却水の循環回路８を有している。図１における破線は、循環回路８を構成する冷却水の流路を示している。循環回路８は、ラジエータ８１と、ウォーターポンプ８２と、エレキサーモスタット弁８５とを含んでいる。

循環回路８は、メイン流路８３を有している。メイン流路８３は、エンジン２からラジエータ８１、エレキサーモスタット弁８５、及び、ウォーターポンプ８２を通って、エンジン２に戻る通路である。ウォーターポンプ８２は、循環回路８において、冷却水を循環させる。ウォーターポンプ８２は、例えばエンジン２によって駆動される。ラジエータ８１は、エンジン２において受熱した冷却水を放熱させる。エレキサーモスタット弁８５は、メイン流路８３を開閉する。エレキサーモスタット弁８５は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号に基づいて、開弁及び閉弁を電磁的に切り替える。

循環回路８はまた、サブ流路８４を有している。サブ流路８４は、ラジエータ８１及びエレキサーモスタット弁８５をバイパスするように設けられている。ＥＧＲクーラ７５は、サブ流路８４に設けられている。サブ流路８４を流れる冷却水は、エンジン２からＥＧＲクーラ７５及びウォーターポンプ８２を通って、エンジン２に戻る。サブ流路８４を流れる冷却水は、ラジエータ８１を通らない。

図２は、エンジンシステム１の制御構成を例示するブロック図である。エンジンシステム１は、エンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵという）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、カウンタタイマ群１０３、インターフェース１０４及びこれらのユニットを接続するバス１０５を有するマイクロプロセッサで構成されている。ＥＣＵ１００は、エンジン２を制御する。ＥＣＵ１００は、制御ユニットの一例である。

ＥＣＵ１００は、水温センサＳＷ１、過給圧センサＳＷ２、排気温度センサＳＷ３、クランク角センサＳＷ４、アクセル開度センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７、及び、触媒温度センサＳＷ８からの信号を受ける。

水温センサＳＷ１は、循環回路８に設けられかつ、エンジン２の冷却水の温度に対応する信号を出力する。過給圧センサＳＷ２は、吸気通路３１に設けられかつ、過給圧に対応する信号を出力する。排気温度センサＳＷ３は、排気通路３２に設けられかつ、排気温度に対応する信号を出力する。クランク角センサＳＷ４は、エンジン２に取り付けられかつ、エンジン２のクランクシャフトの回転角に対応する信号を出力する。アクセル開度センサＳＷ５は、アクセルペダル（図示省略）に連結されかつ、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応する信号を出力する。車速センサＳＷ６は、例えば図示省略の車軸に設けられかつ、車両の車速に対応する信号を出力する。ＤＰＦ差圧センサＳＷ７は、排気浄化装置６に取り付けられかつ、ＤＰＦの入口圧と出口圧との圧力差に対応する信号を出力する。触媒温度センサＳＷ８は、排気浄化装置６に取り付けられかつ、ＤＯＣの温度に対応する信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＷ４の信号に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいてエンジン負荷を算出する。また、ＥＣＵ１００は、水温センサＳＷ１の信号に基づいて、エンジン２の冷間状態及び温間状態を判断する。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無、及び、その加速要求の度合いを判定する。

ＥＣＵ１００はまた、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７の信号に基づいて、ＤＰＦの再生の要否を判定する。ＤＰＦの再生は、ＤＰＦに堆積した粒子状物質を燃焼させることである。ＥＣＵ１００は、ＤＰＦの再生が必要と判断すれば、ＤＰＦの再生制御を行う。

ＥＣＵ１００は、入力された信号に基づいてエンジン２の運転状態を判断し、判断した運転状態に対応するよう、インジェクタ２１、電動モータ５２、バイパス弁５４、ベーンアクチュエータ４４、第１ＥＧＲ弁７３、第２ＥＧＲ弁７４、エレキサーモスタット弁８５へ制御信号を出力する。尚、ベーンアクチュエータ４４は、排気ターボ過給機４の可動ベーンを動かすアクチュエータである。

エンジン２の燃焼室内には、エンジン２の運転状態に応じた量の空気及びＥＧＲガスが導入されると共に、燃料が供給される。燃焼室内に供給された燃料は、適切なタイミングで圧縮自己着火により燃焼する。

ここで、このエンジン２は、熱効率が向上するよう、空気が過剰な状態で燃料を燃焼させる。また、ＥＧＲガスを燃焼室に導入することにより、燃焼室内の空気量の調整も行われる。このエンジンシステム１を搭載した車両は、燃費性能が高い。

その一方で、エンジン２の熱効率が高いため、燃焼室から排出される排気の温度は低い。排気の温度が低いと、ＤＯＣの活性化には不利になる。従来のエンジンは、排気ターボ過給機のタービンの下流に排気浄化装置を設けることが一般的である。この従来構成はタービンの熱容量が大きいため、排気の温度が低いと、排気浄化装置の温度が、より一層上がりにくいという問題がある。

これに対し、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６を、排気ターボ過給機４のタービン４２の上流に設けている。エンジン２と排気浄化装置６との間にタービンが存在しないため、排気浄化装置６は、排気によって温度が上がりやすくかつ、エンジン２の運転中は、高温に保たれる。このエンジンシステム１は、排気の温度が低くても、エンジン２の運転中にＤＯＣの活性状態が維持できるから、排出ガス性能が向上する。

（ＥＣＵによる電動過給機の制御）
次に、ＥＣＵ１００によるエンジン２の制御について説明をする。図３は、エンジン２の運転領域を例示している。運転領域は、エンジン回転数と、トルク（つまり、エンジン負荷）とによって規定される。

図３は、電動過給機５の運転に関するマップ３０１である。ＥＣＵ１００は、エンジン２の全運転領域のうち、第２領域において、電動過給機５を駆動し、第２領域以外の第１領域において、電動過給機５を駆動しない。

第２領域は、低回転領域における高負荷領域に相当する。ここで、低回転領域は、エンジン２の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と高回転領域とに二等分した場合の、低回転領域に相当する。または、低回転領域は、エンジン２の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と中回転領域と高回転領域とに三等分した場合の、低回転領域に相当する。高負荷領域は、エンジン２の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と高負荷領域とに二等分した場合の、高負荷領域に相当する。または、高負荷領域は、エンジン２の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と中負荷領域と高負荷領域とに三等分した場合の、高負荷領域に相当する。

第２領域において電動過給機５が駆動している場合、ＥＣＵ１００は、バイパス弁５４を閉弁する。吸気は、電動過給機５のコンプレッサホイール５１を通過してエンジン２へ流れる。電動過給機５の運転中、コンプレッサホイール５１は、吸気を過給する。

第１領域において電動過給機５が停止している場合、ＥＣＵ１００は、バイパス弁５４を開弁する。吸気は、電動過給機５のコンプレッサホイール５１を通過せずに、エンジン２へ流れる。電動過給機５の停止中に、エンジン２のポンプ損失の増大が抑制される。

前述したように、電動過給機５のコンプレッサホイール５１は、排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１よりも容量が小さい。電動過給機５は、エンジン２の低回転領域において、効率が高い。電動過給機５は、第２領域において、吸気を効率的に過給できる。

排気ターボ過給機４のコンプレッサ４１は、容量が大きいため、エンジン２の運転状態が第２領域にある場合は、実質的に吸気を過給しない。コンプレッサ４１は、エンジン２の回転数が高い場合に吸気を過給する。コンプレッサ４１は、エンジン２の運転状態が第１領域にある場合に駆動し、吸気を過給する。尚、第１領域と第２領域との境界付近においては、コンプレッサ４１が吸気を昇圧しかつ、電動過給機５が吸気をさらに昇圧する場合がある。

次に、電動過給機５を駆動させる車両の運転シーンについて説明する。図３の実線の矢印及び破線の矢印は、運転者がアクセルペダルを踏み込んで車両の加速を要求した場合の、エンジン２の運転状態の変化を例示している。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいて、図３に白丸で示す運転状態から、エンジン２の負荷を高める。これにより、エンジン２の運転状態は第１領域から第２領域へと移行する。ＥＣＵ１０は、電動過給機５を運転する。その後、ＥＣＵ１００は、エンジン２の回転数を高める。エンジン２の運転状態が第２領域から第１領域へと移行すると、ＥＣＵ１００は、電動過給機５の運転を終了する。

前述したように、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６を、排気ターボ過給機４のタービン４２よりも上流に設けている。運転者が車両の加速を要求した場合に、タービン４２よりも上流の容積が大きいため、排気ターボ過給機４は過給レスポンスが低い。

しかしながら、エンジンシステム１は、電動過給機５を備えており、車両の加速が要求された場合に、ＥＣＵ１００は、電動過給機５を駆動できる。その結果、エンジン２の過給レスポンスが向上する。

従って、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６をタービン４２よりも上流に配置することによる排気の浄化性能の向上と、電動過給機５が加速要求時に駆動をすることによる過給レスポンスの向上と、の両方が実現する。

電動過給機５は、エンジン２の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両が加速過渡にある時、及び、エンジン２が低回転領域内において高負荷運転をしている時、の両方において駆動する。

これにより、電動過給機５は、前述したように、車両の加速過渡時における過給レスポンスを向上することができる。電動過給機５はまた、エンジン２が低回転高負荷運転をしているときに、吸気を十分に過給できるから、空気及びＥＧＲガスが燃焼室内に十分に導入される。これは、エンジン２のトルク向上、及び、排出ガス性能の向上に有利である。

尚、電動過給機５は、エンジン２の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両が加速過渡にある時、又は、エンジン２が低回転領域内において高負荷運転をしている時、のいずれか一方において駆動してもよい。

（ＥＣＵによるＥＧＲシステムの制御）
ＥＣＵ１００は、エンジン２の全運転領域において、ＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させる。つまり、ＥＣＵ１００は、第１ＥＧＲ弁７３、及び／又は、第２ＥＧＲ弁７４を開弁する。エンジン２が全負荷（つまり、フルスロットル）で運転している場合に、ＥＧＲガスを吸気通路３１に還流することにより、燃焼室内の酸素濃度が低下して、燃焼温度が下がる。燃焼温度が下がると、ＮＯｘの生成を抑制できる。電動過給機５は、エンジン２が低回転かつ全負荷で運転している場合、つまり、エンジン２が第２領域で運転している場合に、大量の空気と大量のＥＧＲガスとを、燃焼室内に導入することを可能にする。電動過給機５は、エンジン２の排出ガス性能を向上させる。

電動過給機５が駆動している場合、吸気通路３１において、電動過給機５の上流は圧力が低く、電動過給機５の下流は圧力が高い。電動過給機５は、前述したようにエンジン２の低回転領域において駆動するため、電動過給機５が駆動している場合、エンジン２の排気側の圧力は比較的低い。そのため、第２ＥＧＲ通路７２を通じてＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させようとしても、吸気通路３１側の圧力が排気通路３２側の圧力よりも高くなるから、ＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させることができない。

これに対し、エンジンシステム１は、第１ＥＧＲ通路７１を有している。第１ＥＧＲ通路７１は、吸気通路３１において、コンプレッサ４１と電動過給機５との間の部位に接続されている。このため、電動過給機５が駆動している場合でも、ＥＧＲシステム７は、第１ＥＧＲ通路７１を介して、吸気通路３１にＥＧＲガスを還流させることができる。ＥＣＵ１００は、図３に示すように、エンジン２の運転状態が第２領域にある場合、換言すると、電動過給機５を運転している場合に、第１ＥＧＲ弁７３を開弁し、第２ＥＧＲ弁７４を閉弁する。エンジン２の運転状態に応じた量のＥＧＲガスが、吸気通路３１へ還流する。

ここで、図４は、電動過給機５のコンプレッサホイール５１の特性を示す性能曲線４０１を例示している。図４の横軸は、コンプレッサホイール５１を通過するガスの流量であり、縦軸は、コンプレッサホイール５１の上流圧力と下流圧力との圧力比である。性能曲線４０１は、コンプレッサホイール５１の効率の等高線を示している。

前述したように、第１ＥＧＲ通路７１を介してＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させると、電動過給機５のコンプレッサホイール５１に流入するガスの量は、空気とＥＧＲガスとを足し合わせた量になる。ここで、図４の黒丸は、電動過給機５の上流にＥＧＲガスを還流しない場合のコンプレッサホイール５１の動作点を例示している。この場合、コンプレッサホイール５１には、空気のみが流入する。電動過給機５は、エンジン２の低回転領域で運転するため、コンプレッサホイール５１を通過する吸気の流量は少ない。この場合、コンプレッサホイール５１の効率は低い。これに対し、図４の白丸は、電動過給機５の上流にＥＧＲガスを還流した場合のコンプレッサホイール５１の動作点を例示している。コンプレッサホイール５１には、空気及びＥＧＲガスが流入する。つまり、コンプレッサホイール５１の通過流量には、ＥＧＲガスがプラスされる。コンプレッサホイール５１を通過する流量が多くなるため、コンプレッサホイール５１の効率は高まる。

従って、電動過給機５を駆動する第２領域において、第１ＥＧＲ通路７１を通じて電動過給機５の上流に、ＥＧＲガスを還流させることによって、電動過給機５の効率を高めることができる。

また、第１ＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲクーラ７５が介設している。ＥＧＲクーラ７５は、ＥＧＲガスを冷却する。エンジン２の負荷が高い場合に、ＥＧＲシステム７は、冷却したＥＧＲガスを吸気通路３１に還流できる。ＥＧＲガスが導入される燃焼室内の温度が、過剰に高くなることが抑制される。エンジン２において異常燃焼の発生が抑制される。

電動過給機５が駆動していない場合、つまり、エンジン２の運転状態が第１領域内にある場合、ＥＣＵ１００は、第２ＥＧＲ弁７４を開弁する。エンジン２の回転数が高くなれば排気の流量が増大するため、エンジン２の排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなる。第２ＥＧＲ通路７２を通じて、ＥＧＲガスが吸気通路３１に還流する。

ここで、第２ＥＧＲ通路７２は、ＥＧＲクーラ７５をバイパスしている。また、第２ＥＧＲ通路７２は、吸気通路３１において、インタークーラ４３とエンジン２との間の部位に接続されているため、ＥＧＲガスはインタークーラ４３によって冷却されない。さらに、第２ＥＧＲ通路７２を通じてＥＧＲガスを還流する場合は、第１ＥＧＲ通路７１を通じてＥＧＲガスを還流する場合と比べて、短い通路長でＥＧＲガスを還流できる。加えて、ＥＧＲシステム７は、ＥＧＲガスを、タービン４２よりも上流から抽出している。これらの要因により、ＥＧＲシステム７は、第２ＥＧＲ通路７２を通じて、比較的温度の高いＥＧＲガスを、エンジン２に導入できる。

エンジン２の負荷が低い場合は、燃焼室内の温度が低くなりがちで、燃料の着火性が低下しやすい。エンジン２が第１領域において低負荷又は軽負荷で運転している場合に、ＥＧＲシステム７が、第２ＥＧＲ通路７２を介して、温度の高いＥＧＲガスを吸気通路３１に還流することにより、燃焼室内の温度を高めて、燃料の着火性を向上できる。このことは、エンジン２の燃焼安定性を高める。

また、図３にハッチングを付して示すように、第１領域においてエンジン２が高回転かつ全負荷で運転している場合に、ＥＧＲシステム７が、第２ＥＧＲ通路７２を介してＥＧＲガスを吸気通路３１に還流すると、エンジン２のポンプ損失が低減する。図５は、エンジン２のｐ−ｖ線図５０１を例示している。ＥＧＲシステム７は、排気通路３２を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして抽出するため、エンジン２の排気圧が低下する。また、ＥＧＲシステム７は、ＥＧＲガスを吸気通路３１に導入するため、エンジン２の吸気圧が上昇する。エンジン２の排気圧が低下しかつ吸気圧が上昇することで、排気圧と吸気圧との差圧が小さくなるため、エンジン２のポンプ損失が低減する。

また、エンジン２が高回転全負荷領域内において運転している場合、コンプレッサ４１を通過する空気の流量は多い。コンプレッサ４１を通過する空気の流量が多い状態で、仮にＥＧＲガスを吸気通路３１におけるコンプレッサ４１の上流に導入しようとしても、コンプレッサ４１の通過が増えすぎてコンプレッサ４１の効率低下を招く。これに対し、前記のエンジンシステム１は、第２ＥＧＲ通路７２を通じて、吸気通路３１におけるコンプレッサ４１の下流にＥＧＲガスを導入する。これにより、エンジンシステム１は、コンプレッサ４１の効率が低下しないという利点も得られる。

従来のエンジンシステムは、高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路との二つの経路を有していた。これに対し、このエンジンシステム１のＥＧＲ通路は、第１ＥＧＲ通路７１と、第１ＥＧＲ通路７１から分岐した第２ＥＧＲ通路７２とによって構成されている。ＥＧＲシステム７は、一つの経路によって構成されている。この構成は、エンジンシステム１の構成が簡略化するという利点がある。

また、第１ＥＧＲ通路７１は、排気通路３２における排気浄化装置６の下流に接続されている。ＥＧＲシステム７は、排気浄化装置６が浄化したクリーンな排気を、ＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流できる。吸気系の構成部材が、例えば粒子状物質に汚染されることが抑制される。

（ＥＣＵによるエンジン始動時の制御）
次に、エンジン２を始動する場合の、ＥＣＵ１００によるエンジンシステム１の制御を説明する。図６は、ＥＣＵ１００が実行するエンジンシステム１の制御手順を示すフローチャートである。このエンジンシステム１は、触媒温度が活性温度に達した後、排気浄化装置６において燃料を反応させ、その際の反応熱を利用して、エンジン２の暖機を促進する。

図６のフローチャートは、運転者がエンジン２を始動させるとスタートする。ＥＣＵ１００は先ず、ステップＳ６１において、各種センサの信号を読み込む。続くステップＳ６２において、ＥＣＵ１００は冷間始動モードでエンジン２を運転する。この制御は、いわゆるＡＷＳ（Accelerated Warm-up System）を用いた制御である。ＥＣＵ１００は、排気損失が増えるようにエンジン２を制御することにより、ＤＯＣの温度を早期に上昇させてＤＯＣを活性化させる。

尚、このときに、ＥＣＵ１００は、第１ＥＧＲ弁７３を閉弁する。冷却したＥＧＲガスを還流しないことで、排気温度を高く維持できる。第２ＥＧＲ弁７４は開弁してもよいし、閉弁してもよい。

また、ステップＳ６２において、循環回路８のエレキサーモスタット弁８５は、閉弁している。冷却水はラジエータ８１を流れない。冷却水が放熱しないため、エンジン２の暖機に有利になる。

ステップＳ６３においてＥＣＵ１００は、触媒温度が、活性温度Ｔａを超えるか否かを判断する。ＥＣＵ１００は、触媒温度センサＳＷ８の信号に基づいて触媒温度を判断できる。ＥＣＵ１００のメモリ１０２は、活性温度Ｔａを記憶している。

触媒温度が活性温度Ｔａを超えていない場合、プロセスはステップＳ６２に戻り、触媒の昇温を継続する。触媒温度が活性温度Ｔａを超えた場合は、プロセスはステップＳ６４に進み、ＥＣＵ１００は、触媒の活性化制御を終了する。

ステップＳ６４において、ＥＣＵ１００は、第１ＥＧＲ弁７３を開弁する。これにより、ＥＧＲクーラ７５を通過したＥＧＲガスが、吸気通路３１に還流する。

ステップＳ６５においてＥＣＵ１００は、冷却水温度が、温間温度Ｔｃを下回っているか否かを判断する。温間温度Ｔｃは、エンジン２が冷間状態から温間状態へと移行したと判断する閾値である。メモリ１０２は、温間温度Ｔｃを記憶している。

ステップＳ６５の判定がＹＥＳの場合、プロセスはステップＳ６６に進む。ステップＳ６６においてＥＣＵ１００は、インジェクタ２１に、エンジン２への主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を実行させる。尚、インジェクタ２１は、圧縮上死点付近において主噴射を行う。排気行程中の燃料噴射は、主噴射の後に行う噴射であるため、以下においては、ポスト噴射と呼ぶ場合がある。

排気行程中に噴射された燃料は、未燃焼、又は、ほぼ未燃焼のままで排気浄化装置６に供給される。ＤＯＣが活性化しているため、燃料がＤＯＣにおいて反応し、反応熱が発生する。その反応熱によって、排気浄化装置６から排出される排気の温度が高くなる。

ステップＳ６４において第１ＥＧＲ弁が開弁しているため、排気浄化装置６から排出された排気の一部は、第１ＥＧＲ通路７１を介して吸気通路３１へ還流する。ここで、第１ＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲクーラ７５が介設している。排気の熱は、ＥＧＲクーラ７５において、冷却水へ伝達し、冷却水の温度が上がる。冷却水は、循環回路８のサブ流路８４において、エンジン２とＥＧＲクーラ７５との間で循環しているから、昇温した冷却水によってエンジン２の暖機が促進される。

ここで、エレキサーモスタット弁８５が閉弁しているため、昇温した冷却水がラジエータ８１において放熱しない。エンジン２の暖機の促進に有利になる。

ステップＳ６６の後、プロセスはステップＳ６３に戻る。冷却水の温度が温間温度Ｔｃを超えるまで、言い換えると、エンジン２の暖機が完了するまで、プロセスは、ステップＳ６３〜Ｓ６６を繰り返す。

ステップＳ６５において、冷却水の温度が温間温度Ｔｃを超えると、プロセスはステップＳ６７に進む。ステップＳ６７においてＥＣＵ１００は、排気行程のポスト噴射を停止し、続くステップＳ６８において、エレキサーモスタット弁８５を開弁する。循環回路８において、冷却水は、メイン流路８３及びサブ流路８４のそれぞれを流れる。エンジン２の暖機完了後は、ラジエータ８１において、冷却水が放熱する。

そうして、ステップＳ６９においてＥＣＵ１００は、エンジン２の制御を、通常運転モードを移行し、始動制御が完了する。

図７は、エンジンの始動時における各パラメータの変化を例示するタイムチャートである。図７の横軸は時間であり、図７の左から右の方向に時間は進行する。時刻０は、運転者がエンジン２の始動させた時刻である。エンジン２の始動時に、第１ＥＧＲ弁７３は閉弁している（グラフ７０６参照）。また、エレキサーモスタット弁８５も閉弁している（グラフ７０５参照）。

前述したように、ＥＣＵ１００は、エンジン２の始動後に、触媒の温度上昇を促進する制御を行う。グラフ７０３に例示するように、ＤＯＣの温度は速やかに上昇する。図７の例では、時刻ｔ１において、ＤＯＣの温度が活性温度Ｔａに到達している。

ＤＯＣの温度が活性温度Ｔａに到達すれば、ＥＣＵ１００は、エンジン２の温度上昇を促進する制御を行う。前述したように、ＥＣＵ１０は、インジェクタ２１にポスト噴射を実行させる（グラフ７０４参照）。これにより、ＤＯＣの温度はさらに上昇する。時刻ｔ１以降のＤＯＣの温度上昇率は、時刻ｔ１前のＤＯＣの温度上昇率よりも高い。また、ＥＧＲガスの温度も高くなる（グラフ７０１参照）。

ＥＣＵ１００はまた、第１ＥＧＲ弁７３を開弁する（グラフ７０６参照）。これにより、高温のＥＧＲガスと冷却水とがＥＧＲクーラ７５において熱交換をするから、冷却水の温度上昇が促進される（グラフ７０２参照）。時刻ｔ１以降の冷却水の温度上昇率は、時刻ｔ１前の冷却水の温度上昇率よりも高い。

図７の例では、時刻ｔ２において、冷却水の温度が温間温度Ｔｃに到達している。つまり、時刻ｔ２でエンジン２の暖機が完了している。ＥＣＵ１００は、通常運転モードへ移行する。ＥＣＵ１００は、ポスト噴射を終了する。これにより、ＤＯＣの温度が下がり、ＥＧＲガスの温度も下がる（グラフ７０１、７０３参照）。尚、ＤＯＣは、活性温度以上を維持する。ＥＣＵ１００はまた、エレキサーモスタット弁８５を開弁する（グラフ７０５参照）。冷却水は温間温度Ｔｃを維持する（グラフ７０２参照）。

このエンジンシステム１は、エンジン２の始動の際に、触媒を活性化した後、エンジン２を速やかに暖機できる。エンジンシステム１は、排出ガス性能と共に、燃費性能が向上する。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えばここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することに限定されず、ガソリンや、ナフサを含む燃料を用いるエンジンに、適用することも可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１ エンジンシステム
１００ ＥＣＵ（制御ユニット）
２ エンジン
２１ インジェクタ（燃料噴射弁）
３１ 吸気通路
４ 排気ターボ過給機
４１ コンプレッサ
４２ タービン
５ 電動過給機
５３ バイパス通路
６ 排気浄化装置
７ ＥＧＲシステム
７１ 第１ＥＧＲ通路
７２ 第２ＥＧＲ通路
７５ ＥＧＲクーラ
８ 循環回路
８１ ラジエータ

Claims (5)

1. エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
   前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
   前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられかつ、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラと、を有しかつ、排気の一部をＥＧＲガスとして、前記吸気通路に還流するＥＧＲシステムと、
   前記エンジンと、冷却水を放熱させるラジエータとの間で冷却水が循環する循環回路と、
   制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、を備え、
   前記ＥＧＲクーラは、前記循環回路に接続されかつ、冷却水と排気との間で熱交換させ、
   前記制御ユニットは、前記エンジンの温度が所定温度よりも低い冷間時に、前記エンジンの暖機制御として、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させると共に、前記ＥＧＲシステムにＥＧＲガスの還流を実行させる
   過給機付きエンジン。
2. 請求項１に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記制御ユニットは、前記排気浄化装置が活性温度に到達した後、前記暖機制御を実行する
   過給機付きエンジン。
3. 請求項１又は２に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記制御ユニットは、前記暖機制御の間は、前記循環回路において、前記ラジエータをバイパスして前記エンジンと前記ＥＧＲクーラとの間で冷却水を循環させる
   過給機付きエンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記エンジンの吸気通路に設けられかつ、前記エンジンに供給する吸気を過給する、前記排気ターボ過給機のコンプレッサと、
   前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流に設けられかつ、前記エンジンの運転状態が所定の領域内にある場合に駆動する電動過給機と、を備え、
   前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサと前記電動過給機との間の部位と、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位とを互いに接続する
   過給機付きエンジン。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記排気浄化装置は、排気中の有害物質を反応させる触媒装置と、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、を含んでいる
   過給機付きエンジン。
   

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