(57)【要約】【課題】ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制しつつ触媒装置を適切な温度状態に維持する。【解決手段】排気浄化装置は、モータ（４００）の一回転方向に対応する正回転状態において吸入空気を過給可能に構成されたモータ駆動過給器（２１７）を含む、相互に直列に配置された複数の吸気過給器と、ＥＧＲガスを吸気系に供給可能なＥＧＲ通路（３０１、３０２、３１１、３１２）と、モータ駆動過給器と一軸配置され、正回転状態及び逆回転状態によりＥＧＲガスを夫々過給及び排気可能なＥＧＲ過給器（３０７）と、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の供給を遮断可能な遮断手段（４０３）と、触媒装置（５００）が所定のＯＴ状態にあるか否かを判別する判別手段（１００）と、触媒装置がＯＴ状態にある旨が判別された場合に、ＥＧＲ過給器が逆回転状態となるようにモータを制御する制御手段（１００）とを具備する。【選択図】図１
2010121596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気系に触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
モータから供給される駆動力により回転駆動され、該モータの一回転方向に対応する正回転状態において吸入空気を過給可能に構成されたモータ駆動過給器を含む、前記内燃機関の吸気系に相互に直列に配置された複数の吸気過給器と、
前記触媒装置の上流側において前記排気系から分岐し、該排気系を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気系に供給可能なＥＧＲ通路と、
前記モータから供給される駆動力により回転駆動され、前記ＥＧＲ通路又は前記触媒装置の上流側における前記排気系において前記モータ駆動過給器と一軸配置されると共に、前記モータの前記一回転方向に対応する正回転状態及び逆回転状態において前記ＥＧＲガスを夫々過給及び排気可能なＥＧＲ過給器と、
前記モータ駆動過給器と前記モータとの間に設けられ、前記モータから前記モータ駆動過給器への前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な遮断手段と、
前記触媒装置が所定のＯＴ状態にあるか否かを判別する判別手段と、
前記触媒装置が前記ＯＴ状態にある旨が判別された場合に、前記ＥＧＲ過給器が前記逆回転状態となるように前記モータを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記遮断手段は、前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、前記モータ駆動過給器の正回転を促す駆動力に変換する変換手段を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化可能な排気浄化装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、ＥＧＲガスを昇圧して吸気通路に還流するＥＧＲガスコンプレッサを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された過給式エンジンのＥＧＲ装置（以下、「従来の技術」と称する）によれば、ＥＧＲガスコンプレッサと排気通路タービンとがクラッチを介して継脱自在に連結されるため、気筒への吸気量を十分に確保することによりスモークの発生や燃料消費の悪化を防止しながら、効率良くＥＧＲを行うことが可能となり、エンジンの全運転領域で排気ガス中のＮＯｘの排出量を低減することが可能になるとされている。
【０００３】
尚、ＥＧＲ手段とスーパーチャージャとを有する構成において還流排気ガスが該スーパーチャージャへ侵入することを防止する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、排気浄化用触媒が必要とする燃料添加が実行された場合に、流路切り替え手段によりＥＧＲクーラをバイパスするバイパスラインを選択することによってＥＧＲクーラの冷却性能の低下を防止するものも提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
また、排気マニホールドとコンプレッサ吸入口の上流側とをＥＧＲ通路で接続することにより排気ガス及び吸気の逆流を防ぐ技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００６】
更に、エキゾーストマニホールドを分割し、その一部にＥＧＲ通路を形成する技術も提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００７】
更には、実際の還流排気量が目標還流排気量よりも少ない場合に駆動される機械式過給機を設けた排気還流装置も提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−６２７１５号公報
【特許文献２】特開平８−３１９８７３号公報
【特許文献３】特開２００６−２３３９４７号公報
【特許文献４】特開２００４−２４５１１７号公報
【特許文献５】特開平９−１５１８０５号公報
【非特許文献１】実開平５−１８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来の技術によれば、大量ＥＧＲによりＮＯｘ排出量の低減が図られるものの、その背反として、吸入空気量が低下することによりスモーク排出量が増加し易い。一方、そのような問題に対処すべく、新気量の確保を目的として、複数の過給器を相互に直列に配置することが周知である。
【００１０】
ところが、複数の吸気過給器を相互に直列に配置する場合、排気域では同時に複数のタービンが仕事をするために、単一の過給器を採用する場合と較べて排気温度の低下を招く。このため、これら過給器の下流側に配置され得る触媒装置では、その温度上昇が妨げられ、排気の浄化効率自体が低下してしまう。
【００１１】
一方、触媒装置は、係る低温領域に限らず、高温領域においても排気の浄化効率に影響を与え得る。例えば、触媒装置において、ＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）の再生（即ち、酸化燃焼）或いはＨＣ又はＣＯ等の酸化等、各種排気浄化に係るプロセスが過度に進行した場合、触媒装置の温度が急激に上昇することがある。このような触媒装置の過剰昇温（即ち、ＯＴ（Over Temperature））は、触媒装置に熱負荷によるダメージを与え、場合によっては触媒装置の熔損を招来しかねない。このような熱負荷によるダメージは、結局触媒装置における排気の浄化効率を低下させる。このように、従来の技術には、触媒装置を適切な温度状態に維持することが困難であることに起因して、ＮＯｘ及びスモークの排出量の低減を排気の浄化に十分に貢献させ難いという技術的な問題点がある。
【００１２】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制しつつ触媒装置を適切な温度状態に維持し得る排気浄化装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る排気浄化装置は、排気系に触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置であって、モータから供給される駆動力により回転駆動され、該モータの一回転方向に対応する正回転状態において吸入空気を過給可能に構成されたモータ駆動過給器を含む、前記内燃機関の吸気系に相互に直列に配置された複数の吸気過給器と、前記触媒装置の上流側において前記排気系から分岐し、該排気系を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして前記吸気系に供給可能なＥＧＲ通路と、前記モータから供給される駆動力により回転駆動され、前記ＥＧＲ通路又は前記触媒装置の上流側における前記排気系において前記モータ駆動過給器と一軸配置されると共に、前記モータの前記一回転方向に対応する正回転状態及び逆回転状態において前記ＥＧＲガスを夫々過給及び排気可能なＥＧＲ過給器と、前記モータ駆動過給器と前記モータとの間に設けられ、前記モータから前記モータ駆動過給器への前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な遮断手段と、前記触媒装置が所定のＯＴ状態にあるか否かを判別する判別手段と、前記触媒装置が前記ＯＴ状態にある旨が判別された場合に、前記ＥＧＲ過給器が前記逆回転状態となるように前記モータを制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る内燃機関は、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料が、或いは当該燃料と吸入空気との混合体である混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランクシャフト等の機械的な伝達経路を経る等して、動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば２サイクル或いは４サイクルレシプロエンジン等を意味する。
【００１５】
本発明に係る排気浄化装置によれば、各々が相互に直列に配置された複数の吸気過給器によって、例えば吸気通路や吸気マニホールド等を含み得る吸気系を介して内燃機関に新気が供給される。このため、例えば単一の吸気過給器により過給を行う場合と較べて、比較的高い過給圧を得ることが可能である。尚、本発明に係る「吸気過給器」とは、外界から吸入される空気たる吸入空気の圧力を大気圧以上に高めた状態で供給する（即ち、過給する）ことが可能な装置であって、例えば、好適な一形態として、少なくとも一部が排気エネルギ（端的な一形態としては排気圧）を利用した（即ち、排気圧に応じたタービンの回転駆動力の少なくとも一部をコンプレッサの回転駆動力として利用した）、所謂ターボチャージャー等として構成され得る。
【００１６】
一方、燃焼室から排出され排気系を介して外界に導かれる排気は、排気系に適宜の設置態様を伴って設置される各種の触媒装置における各種排気浄化プロセスにより浄化される。この触媒装置は、好適には触媒活性温度以上の温度領域において好適な排気浄化効果を発揮し得るが、その昇温には専ら排気の熱エネルギが利用される。即ち、燃焼室から排出される高温の排気が触媒装置を通過する過程で生じる熱交換等により、この排気の熱エネルギが触媒装置に供給され、触媒装置の昇温が促されるといった構図である。
【００１７】
ところが、排気浄化装置を構成する複数の吸気過給器の各々が、排気圧によりタービンを駆動する所謂ターボチャージャー等として構成される場合、吸気過給器の数量に応じて排気圧は低下する。従って、好適にはこれら複数のタービンの下流側に位置する触媒装置（一部のタービンに対し上流側に位置していてもよいが、その場合、タービンが十分に駆動され難くなり、過給器本来の過給動作に支障をきたす可能性がある）では、排気圧の低下に伴い単位時間当たりに供給される熱負荷が減少して、その昇温が阻害されることとなる。その結果、排気の浄化効率が低下して、例え燃焼室から排出される排気（所謂、エンジン出ガス）のスモーク量或いはＮＯｘ量が低減され得るとしたところで、触媒装置下流側のガス（所謂、触媒出ガス）の浄化が必ずしも好適に進行しない、といった問題が生じ得る。
【００１８】
そこで、本発明の排気浄化装置は、複数の吸気過給器の少なくとも一部としてモータ駆動過給器を備える構成となっている。本発明に係る「モータ駆動過給器」とは、例えば車載用バッテリ等の蓄電手段を電力供給源とするモータから、例えばモータ出力軸等の回転軸及び当該回転軸と直接的に、間接的に又は物理的、機械的、電気的若しくは磁気的な各種の条件が満たされた場合に限定的に連結される回転軸等を適宜介する等して供給される駆動力により回転駆動され、当該モータの一回転方向に対応する正回転状態（尚、この場合の「正回転」とは、モータ駆動過給器の一回転方向を意味するに過ぎない）において吸入空気を過給可能に構成された装置であり、好適な一形態としては、例えば回転軸の正回転により入り口側のガスを圧縮して出口側へ導くコンプレッサ等の流体圧縮手段である。
【００１９】
このモータ駆動過給器が吸入空気の過給を行うにあたっては、排気圧の低下が生じることはないから、本発明に係る排気浄化装置においては、複数の吸気過給器により望ましい過給効果を得るに際して、触媒装置に供給される熱負荷の低下を抑制することが可能となる。従って、複数の吸気過給器全てを排気駆動する場合と較べて明らかに触媒装置の昇温が促進され、触媒装置での排気浄化効率の低下が抑制される。
【００２０】
一方、本発明に係る排気浄化装置は、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気通路等を含み得る内燃機関の排気系から分岐し、当該排気系を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に供給可能なＥＧＲ通路を更に備えている。例えば、このＥＧＲ通路は、内燃機関の吸気系に、直接若しくは間接的に、又はＥＧＲバルブ等、ＥＧＲガスの流量（以下、適宜「ＥＧＲ量」等と略称する）を制御可能な弁装置等の状態に応じて限定的に連通する構成となっており、ＥＧＲ通路に導かれる、上記排気系に排出される排気の一部が、不活性のＣＯ２を比較的大量に含むＥＧＲガスとして吸気系に還流される構成となっている。当該ＥＧＲガスが、吸気系に供給される吸入空気と混合され気筒内に吸入される吸気を形成することによって、例えばＮＯｘ等の発生が少なくとも幾らかなり抑制される。
【００２１】
ところが、先述したように複数の吸気過給器により比較的高い過給圧が実現され得る点に鑑みれば、ＥＧＲ通路と排気系との分岐位置（例えば、エキマニの一部）における排気圧（所謂、エンジン背圧である）と、ＥＧＲ通路と吸気系との合流位置（例えば、インマニの一部）における吸気圧との圧力偏差は小さくなり易い。このため、この圧力偏差を利用してＥＧＲガスを吸気系に押し込む構成では、場合によっては十分なＥＧＲガスを吸気系に還流させ難いといった事態が生じ得る。
【００２２】
そこで、このＥＧＲ通路或いは内燃機関の排気系には、ＥＧＲ過給器が備わっている。このＥＧＲ過給器は、モータから、例えば先述したモータ出力軸等の回転軸及び当該回転軸と直接的に、間接的に又は物理的、機械的、電気的若しくは磁気的な各種の条件が満たされた場合に限定的に連結される回転軸等を適宜介する等して供給される駆動力により回転駆動され、当該モータにおける、上述した一回転方向に対応する正回転状態（尚、この場合の「正回転」とは、ＥＧＲ過給器の一回転方向を意味するに過ぎない）においてＥＧＲガスを過給することが可能に構成された装置であり、好適な一形態としては、例えば回転軸の正回転により入り口側ガスを圧縮して出口側へ導くコンプレッサ等の流体圧縮手段である。このＥＧＲ過給器によりＥＧＲガスが過給されることによって、上記圧力偏差が比較的小さいとしても、実践上十分な量のＥＧＲガスを吸気系に供給することが可能となり得る。従って、このように複数の吸気過給器とＥＧＲ過給器とを有する本発明に係る排気浄化装置の構成によれば、スモーク及びＮＯｘ各々の発生量を同時に低減し得る。
【００２３】
また、本発明に係る排気浄化装置において、ＥＧＲ過給器は、先述したモータ駆動過給器と一軸配置されている。ここで、「一軸配置」とは、実質的にその回転軸が共有されることを意味する。従って、ＥＧＲ過給器とモータ駆動過給器とは、モータの回転に伴って同期回転可能或いは一体回転可能であるが、「実質的に」とあるように、ＥＧＲ過給器、モータ駆動過給器及びモータ相互間の厳密な連結態様については何ら限定されない趣旨である。例えば、モータ出力軸が両者の回転軸を兼用していてもよいし、モータ出力軸が一方の回転軸を兼用し且つ他方の回転軸と各種の態様の下に（直接的、間接的又は限定的の別を問わない）連結されていてもよいし、或いは両者が個々に回転軸を有し且つ夫々モータ出力軸に各種の態様の下に連結されていてもよい。いずれにせよ、係る一軸配置により、ＥＧＲ過給器とモータ駆動過給器とを車両に搭載するに際して良好な搭載性が担保される。また、モータ駆動過給器の駆動力源としてのモータを効率良く使用することも可能となる。
【００２４】
尚、この際、モータとＥＧＲ過給器との間には、例えば電磁クラッチ、機械クラッチ或いは流体クラッチ等の各種係合手段が介装され、モータとＥＧＲ過給器とが選択的に連結し得る構成とされていてもよい。この場合、ＥＧＲガスの過給を伴うことなく吸入空気の過給のみを行うことも可能となるため、比較的大量の新気を必要とする領域や、排気駆動型の吸気過給器が十分に稼動しない低回転領域等において効果的である。
【００２５】
ところで、触媒装置における排気の浄化を好適に行わしめるためには、上述した熱負荷の確保だけでは不十分である。例えば、触媒装置がＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等、各種ＰＭを捕捉可能なフィルタを有する場合、排気浄化の一プロセスとして所謂ＰＭ再生が行われ得るが、このＰＭ再生の進行過程を精細に制御することは一般的に言えば困難な部類に属する。このため、触媒装置においてＰＭ再生が過度に進行する等した結果、触媒装置の過剰昇温、所謂触媒ＯＴが発生することがある。触媒ＯＴは、触媒装置の熱劣化や触媒装置の熔損等を招き得るため、確実に防止する或いは迅速に回避する必要がある。即ち、排気の浄化効率を好適に維持するためには、触媒装置を好適な温度範囲に維持するための措置が必要となる。
【００２６】
ここで、本発明においてＥＧＲ過給器を駆動するモータは、例えば実質的に回転方向が一義的に規定される排気駆動型のガスタービン等と異なり、正逆いずれの回転方向に回転することも可能である。ＥＧＲ過給器は、既に述べたように正回転状態においてＥＧＲガスの過給作用を呈するから、逆回転状態（尚、「逆回転」とは、上述した正回転と逆の回転方向であることを意味するに過ぎない）においては逆に、ＥＧＲ通路内のガスを排気系へ導く作用を呈する。この際、ＥＧＲ通路内には、高温の排気に限らず、例えばスロットルの開弁及びＥＧＲバルブの開弁等を介することにより吸気系から比較的低温の空気を導くことも容易にして可能であるから、このようにＥＧＲ過給器を逆回転状態で稼動させることにより、燃焼プロセスを経ない比較的低温の空気を言わば二次空気として触媒装置の冷却に使用することが可能となる。
【００２７】
一方、モータの一回転方向にＥＧＲ過給器の正回転状態が対応し、モータの逆回転方向にＥＧＲ過給器の逆回転状態が対応している点に鑑みれば、ＥＧＲ過給器と一軸配置されるモータ駆動過給器においても同様の作用が生じ得る。即ち、モータの一回転方向にモータ駆動過給器の正回転状態が対応しているのであるから、モータの逆回転方向には、モータ駆動過給器の逆回転状態が対応することになる。即ち、モータ駆動過給器は、逆回転状態において、吸入空気を吸気系から排出する作用を呈する。このような吸入空気の逆流は、気筒内に吸入される新気量の大幅な減少を招くため、スモークの発生限界に律束された燃料噴射量の減少を招き、車両の動力性能に影響を与える。また、折角ＥＧＲ過給器を逆回転状態で駆動しても、吸気系においてこの種の吸入空気の逆流が生じてしまえば、吸気系から低温の吸入空気を導くことが難しくなる。
【００２８】
従って、モータ駆動過給器と一軸配置されたＥＧＲ過給器により触媒装置の冷却を図る旨の技術思想においては、モータ駆動過給器が逆回転状態に陥らないための措置を講じる必要が生じ得る。そこで、本発明に係る排気浄化装置には、モータからモータ駆動過給器への、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な、例えばワンウェイクラッチ等の遮断手段が備わっている。この遮断手段の作用により、少なくとも吸入空気の逆流を伴うことなくＥＧＲ過給器を逆回転状態で作動させることによる触媒装置の冷却が実現される。
【００２９】
ここで特に、この種の触媒装置の冷却を何らの指針に基づくことなく実行することは、ＥＧＲ過給器の本来の動作たるべきＥＧＲガスの過給の要求頻度に鑑みても得策ではない。その点、本発明に係る排気浄化装置は、以下の如くにして触媒装置の冷却が効率的に実行される構成となっている。即ち、本発明に係る排気浄化装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る判別手段により、触媒装置がＯＴ状態にあるか否かが判別される。
【００３０】
ここで、「ＯＴ状態」とは、触媒装置が過剰昇温している状態、及び近未来的に過剰昇温による過度な熱負荷に晒される旨の予測、推定又は断定が可能な状態等を含み、触媒装置が冷却を必要としている状態を包括する状態である。触媒装置が係るＯＴ状態にあるか否かの判別は、例えば、触媒装置又は触媒装置近傍の排気系の温度、内燃機関の運転条件（例えば、高回転高負荷の運転条件が続いた場合等には排気温度が高くなり、触媒温度も高くなって触媒ＯＴが生じ易い）、或いは触媒装置におけるＰＭの捕捉状態（例えば、捕捉量が多ければ、それだけＰＭの連鎖的な再生が生じ易く触媒装置の昇温が進行し易い）等に基づいて少なくとも実践上不足のない範囲で実行可能である。
【００３１】
一方、係る判別手段により触媒装置がＯＴ状態にある旨の判別がなされた場合、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段により、例えば各種のスイッチング回路、ＰＷＭ制御回路或いはインバータ回路等を適宜に含み得る然るべき駆動系或いは駆動部材の制御等を介して、ＥＧＲ過給器が上述した逆回転状態となるようにモータが制御される。即ち、モータが上述した一回転方向とは逆の回転方向へ回転駆動される。その結果、触媒装置にＥＧＲ通路から冷却用のガスが供給され、触媒装置が冷却されることとなって、触媒装置のＯＴを効率的に且つ確実に防止することが可能となる。即ち、本発明に係る排気浄化装置によれば、ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制しつつ、触媒装置を適切な温度状態に維持することが可能となるのである。
【００３２】
本発明に係る排気浄化装置の一の態様では、前記遮断手段は、前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、前記モータ駆動過給器の正回転を促す駆動力に変換する変換手段を含む。
【００３３】
この態様によれば、遮断手段は、好適な一形態として例えばリバースギア又はバックギア等の形態を採り得る変換手段を含んで構成され、或いは係る変換手段として構成され、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、正回転を促す駆動力に変換することによって、モータからモータ駆動過給器への、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達が遮断される構成となっている。
【００３４】
モータ駆動過給器に対し、このような正回転を促す駆動力が伝達された結果、モータ駆動過給器が正回転状態となった場合、上述したように、モータ駆動過給器による吸入空気の過給作用が生じる。このため、一方で吸気系に吸入空気を積極的に供給しつつ、他方でその積極的に供給された吸入空気の少なくとも一部を触媒装置の冷却に使用することが可能となる。本態様によれば、このように、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力が正回転を促す駆動力に変換され、言わば、よりアクティブにその伝達が遮断されるため、触媒装置の温度をより好適に制御することが可能となり実践上極めて有益である。
【００３５】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
＜発明の実施形態＞
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
【００３７】
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３８】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００、エンジン２００、ＥＧＲ装置３００、モータ４００、及び触媒装置５００を備える。
【００３９】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するＯＴ回避制御を実行することが可能に構成されている。ＥＣＵ１００は、本発明に係る「判別手段」及び「制御手段」の一例である。
【００４０】
エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる熱エネルギが、不図示のピストンの往復運動を生じさせ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。
【００４１】
尚、本実施形態に係るエンジン２００は、気筒２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。
【００４２】
気筒２０２内における混合気の燃焼に際し、外部から吸入された空気たる吸入空気は、各気筒について共通に設置された吸気マニホールド２０３に導かれた後、各気筒について独立に設けられた吸気ポート（不図示）に導かれ、吸気ポートと気筒内部とを連通可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時に気筒２０２内に吸入される。気筒２０２内には、筒内直噴型のインジェクタ２０４から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各気筒内部で、気筒内に吸入されたガス（以下、「吸気」と略称する）と混合され、上述した混合気となる。
【００４３】
エンジン２００において、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して高圧ポンプ（不図示）に圧送される構成となっている。高圧ポンプは、コモンレール２０５に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。
【００４４】
コモンレール２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０５には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したインジェクタ２０４は、気筒２０２毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ２０６を介してコモンレール２０５に接続されている。
【００４５】
ここで、インジェクタ２０４の構成について補足すると、インジェクタ２０４は、ＥＣＵ１００から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル（いずれも不図示）とを備える。当該電磁弁は、コモンレール２０５の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。
【００４６】
一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向（噴孔を閉じる方向）に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する（噴孔を開く）ことにより、コモンレール２０５より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。
【００４７】
尚、燃料は、個々の気筒２０２において、インジェクタ２０４を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための少量のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。
【００４８】
上述した混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ（不図示）の開弁時に排気ポート（不図示）を介して排気マニホールド２０７に導かれる構成となっている。この排気マニホールド２０７は、排気通路２０８に連通しており、排気の大部分は、この排気通路２０８に導かれる構成となっている。
【００４９】
一方、排気通路２０８には、ＬＰ（Low Pressure：低圧）側タービンハウジング２０９に収容される形でＬＰ側タービン２１０が設置されている。ＬＰ側タービン２１０は、排気通路２０８に導かれた排気の圧力により所定の回転軸を中心として回転可能に構成されている。このＬＰ側タービン２１０の回転軸は、ＬＰ側コンプレッサハウジング２１１に収容される形で吸気通路２１３に設置されたＬＰ側コンプレッサ２１２と共有されており、ＬＰ側タービン２１０が排圧により回転すると、ＬＰ側コンプレッサ２１２も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。尚、吸気通路２１３は、吸気マニホールド２０３と共に本発明に係る「吸気系」の一例を構成している。ＬＰ側コンプレッサ２１２は、図示せぬクリーナを介して外界から吸気通路２１３に導かれた吸入空気を、その回転に伴う圧力により吸気マニホールド２０３に圧送する（即ち、過給する）ことが可能に構成された、本発明に係る「吸気過給器」の一例である。
【００５０】
尚、ＬＰ側タービン２１０には、ノズルベーンの開度に応じてＬＰ側タービン２１０を駆動する排気圧を調整可能なＶＮ（Variable Nozzle：可変ノズル）２１４が設けられている。
【００５１】
一方、吸気通路２１３においてＬＰ側コンプレッサ２１２の下流側の分岐位置から分岐するＨＰ（High Pressure：高圧）側吸気通路２１５（尚、ＨＰ側吸気通路２１５もまた、本発明に係る「吸気系」の一例である）には、ＨＰ側コンプレッサハウジング２１６に収容される形でＨＰ側コンプレッサ２１７が設置されている。ＨＰ側コンプレッサ２１７は、ＨＰ側吸気通路２１５に導かれた吸入空気（即ち、ＬＰ側コンプレッサ２１２により過給された吸入空気）を更に過給することが可能に構成された、本発明に係る「吸気過給器」の他の一例であり、ＬＰ側コンプレッサ２１２と相互に直列に配置されている。尚、ＨＰ側コンプレッサ２１７により過給された吸入空気は、ＨＰ側吸気通路２１５の一部であるＨＰ側コンプレッサ出口部２１８を介し、分岐位置下流側において再び吸気通路２１３に戻される構成となっている。このように、本実施形態に係るエンジン２００では、ＬＰ側コンプレッサ２１２とＨＰ側コンプレッサ２１７とにより、所謂２段過給がなされ得る構成となっている。
【００５２】
ＨＰ側コンプレッサ出口部２１８と、ＬＰ側コンプレッサ２１２の出口であるＬＰ側コンプレッサ出口部２１９（吸気通路２１３の一部であって、前述した分岐位置よりも下流側に設定される）とは、吸気切替弁２２０を介して接続されている。吸気切替弁２２０は、開度が全開開度と全閉開度の間で二値的に可変な弁体を備え、当該開度に応じて吸入空気の供給経路を切り替えることが可能に構成された、電磁開閉弁である。吸気切替弁２２０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度は、然るべき駆動系を介してＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００５３】
補足すると、この吸気切替弁２２０により、ＬＰ側コンプレッサ出口部２１９とＨＰ側コンプレッサ出口部２１８との連通が遮断された状態（即ち、全閉開度に相当する状態）においては、ＬＰ側コンプレッサ２１２により過給された吸入空気は、その全量がＨＰ側コンプレッサ２１７に供給される。また、この吸気切替弁２２０により、ＬＰ側コンプレッサ出口部２１９とＨＰ側コンプレッサ出口部２１８とが連通せしめられた状態（即ち、全開開度に相当する状態）においては、後述するようにＨＰ側コンプレッサ２１７が停止されることにより、ＬＰ側コンプレッサ２１２により過給された吸入空気は、ＨＰ側コンプレッサ２１７に殆ど供給されることなく（即ち、より流路抵抗の低いＬＰ側コンプレッサ出口部２１９を通過して）下流側の吸気マニホールド２０３へ供給される。尚、吸気切替弁２２０は、その開度が連続的に可変な構造を有していてもよい。
【００５４】
モータ４００は、不図示のバッテリから供給される電力により正回転方向及び逆回転方向に夫々駆動可能に構成されてなる、本発明に係る「モータ」の一例たるＤＣブラシレスモータである。モータ４００のロータを貫通するモータ出力軸たるモータ軸４０１の一端部は、先に述べたＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に後述するワンウェイクラッチ４０３及びリバースギア４０４を介して接続されている。このため、モータ軸４０１の回転速度に応じて、ＨＰ側コンプレッサ２１７の回転速度も変化し、ＨＰ側コンプレッサ２１７の過給圧が変化する。即ち、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、本発明に係る「モータ駆動過給器」の一例である。
【００５５】
モータ４００は、不図示の駆動系がＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動状態がＥＣＵ１００により制御される構成となっている。即ち、ＨＰ側コンプレッサ２１７の過給状態は、ＥＣＵ１００により適宜調整可能となっている。尚、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、モータ４００が正方向（即ち、本発明に係る「モータの一回転方向」の一例）へ回転した場合に正回転状態となり吸入空気の過給を行ない得るように設置されている。即ち、ＨＰ側コンプレッサ２１７の正回転状態は、モータ４００の正回転状態に対応している。
【００５６】
吸気通路２１３には、吸入空気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ２２１が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ２２１は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ２２２から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ２２１を境にした吸気通路２１３の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。尚、エンジン２００は、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸入空気量制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２２１は、エンジン２００の動作期間において、基本的に全開位置（図示するディーゼルスロットルバルブ２２１の位置が全開位置に相当する）に制御される。尚、吸気通路２１３には、過給された吸入空気を冷却することが可能なインタークーラ（図示「Ｉ／Ｃ」）２２３が設置されている。
【００５７】
また、吸気通路２１３には、インマニ圧力センサ２２４が設置されている。インマニ圧力センサ２２４は、吸気マニホールド２０３における吸気の圧力たるインマニ圧Ｐｂ（エンジン２００全体としての過給圧と実質的に等価である）を検出することが可能に構成されたセンサである。インマニ圧力センサ２２４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたインマニ圧Ｐｂは、ＥＣＵ１００により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。
【００５８】
また、排気マニホールド２０７には、エキマニ圧力センサ２２５が設置されている。エキマニ圧力センサ２２５は、排気マニホールド２０７における排気の圧力たるエキマニ圧Ｐ４（所謂エンジン背圧である）を検出することが可能に構成されたセンサである。エキマニ圧力センサ２２５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたエキマニ圧Ｐ４は、ＥＣＵ１００により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。
【００５９】
尚、排気通路２０８の下流側には、不図示のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を含む触媒装置５００が設置されている。このＤＰＦは、エンジン２００から排出されるＰＭを捕集可能且つ浄化可能に構成された、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタであり、担体表面に形成された無数の細孔部にＰＭを捕捉すると共に、所定の再生処理において、捕捉したＰＭを酸化燃焼させることにより排気の浄化を可能としている。補足すると、この触媒装置５００において、このＤＰＦの前段には、酸化触媒が設置されており、排気中のＮＯ、ＣＯ及びＨＣは、この酸化触媒により酸化され、ＤＰＦにおいてＰＭの再生を促す構成となっている。また、触媒装置５００は、例えばＮＳＲ（Nox Strage Reduction：ＮＯｘ吸蔵還元）触媒等、他の触媒装置を備えていてもよい。
【００６０】
気筒２０２を収容するシリンダブロック２０１における、気筒２０２の外周部位には、ＬＬＣ等の冷却水を循環供給するためのウォータジャケット（不図示）が設けられており、気筒２０２を含むエンジン２００全体を冷却可能に構成されている。
【００６１】
また、エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００には、図示する以外にも、エンジン２００の、或いはエンジン２００が搭載される車両の運転条件を規定する各種の指標値が、各指標値について設置された各種のセンサ（不図示）を介して電気的に入力される構成となっている。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の機関回転速度ＮＥをＮＥセンサから、またアクセルペダルの開度（即ち、アクセル開度）をアクセルポジションセンサから取得することが可能に構成されている。
【００６２】
尚、本実施形態において、エンジン２００はディーゼルエンジンとして構成されるが、本発明に係る内燃機関は、ガソリン或いはアルコールを燃料とするエンジンにも同様に適用可能である。更には、気筒配列も多種多様であってよい。
【００６３】
次に、ＥＧＲ装置３００について説明する。ＥＧＲ装置３００は、ＥＧＲ導入通路３０１、ＥＧＲ通路３０２、ＥＧＲクーラ３０３、ＥＧＲクーラバイパス弁３０４、ＥＧＲバルブ３０５、ＥＧＲコンプレッサハウジング３０６、ＥＧＲコンプレッサ３０７、第１切替弁３０８、第２切替弁３０９、ＥＧＲコンプレッサ出口圧力センサ３１０、第１通路３１１及び第２通路３１２を備え、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールド２０３に循環させることが可能に構成されている。
【００６４】
ＥＧＲ導入通路３０１は、排気通路２０８と第１通路３１１とを連通させる管状部材であり、ＬＰ側タービンハウジング２０９よりも上流側において排気通路２０８から分岐する構成となっている。また、ＥＧＲ導入通路３０１における排気通路２０８と反対側の端部は、ＥＧＲコンプレッサハウジング３０６に接続されており、ＥＧＲ導入通路３０１は、その内部においてＥＧＲコンプレッサハウジング３０６と連通する構成となっている。
【００６５】
第１通路３１１は、一端部がＥＧＲコンプレッサハウジング３０６に接続され、他端部がＥＧＲ通路３０２に接続された、中空且つ金属製の管状部材である。尚、第１通路３１１とＥＧＲ通路３０２とは相互に一体に形成されていてもよいし、溶接されていてもよいし、或いは然るべき連結部材（例えば、フランジ、ガスケット或いはカプラ等）により気密を保って連結されていてもよい。
【００６６】
ＥＧＲ通路３０２は、一端部が第１通路３１１に接続され、他端部が吸気マニホールド２０３の上流側にある接続位置において吸気通路２１３に接続されてなる、ＥＧＲ導入通路３０１、第１通路３１１及び第２通路３１２と共に本発明に係る「ＥＧＲ通路」の一例を構成する中空且つ金属製の管状部材である。
【００６７】
ＥＧＲクーラ３０３は、ＥＧＲ通路３０２に設けられたＥＧＲガスの冷却装置である。ＥＧＲクーラ３０３は、外周部にエンジン２００の冷却水配管が張り巡らされた構成を有し、ＥＧＲ通路３０２に導かれＥＧＲクーラ３０３を通過するＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気通路２１３側）へ導かれる構成となっている。ＥＧＲクーラ３０３には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ（いずれも不図示）が接続されており、冷却水は、当該インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、当該アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。
【００６８】
ＥＧＲ通路３０２には、ＥＧＲクーラ３０３の上流側及び下流側を連通させるバイパス通路（符合省略）が形成されている。ＥＧＲガスが、このバイパス通路に導かれた場合、ＥＧＲガスは、このバイパス通路によりバイパスされるＥＧＲ通路３０２の被バイパス区間に設置されたＥＧＲクーラ３０３を通過することなく吸気系に還流する構成となっている。
【００６９】
ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、ＥＧＲ通路３０２において、ＥＧＲクーラ３０３の上流側（即ち、排気マニホールド側）端部付近に設置され（尚、このような構成は一例であり、下流側端部近傍であってもよい）、弁体の位置制御により、ＥＧＲ通路３０２におけるＥＧＲガスの供給経路を二値的に切り替えることが可能な弁装置である。ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その弁体位置は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００７０】
より具体的には、ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、その弁体の位置が、上述した被バイパス区間へのＥＧＲガスの流入を遮断してＥＧＲガスをバイパス通路のみへ導くバイパス側弁体位置と、それとは逆にバイパス通路へのＥＧＲガスの流入を遮断して、被バイパス区間のみにＥＧＲガスを導くクーラ側弁体位置との間で二値的に且つ選択的に切り替えられる構成となっている。
【００７１】
尚、バイパス通路及びＥＧＲクーラバイパス弁３０４の構成は、ここで述べる形態に限定されない。例えば、ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、単数又は複数の弁体の開閉状態の段階的又は連続的な制御により、ＥＧＲクーラ３０３をバイパスするＥＧＲガスの量を段階的又は連続的に変化させ得るように構成されていてもよい。
【００７２】
ＥＧＲバルブ３０５は、先に述べた吸気通路２１３との接続位置よりも上流側においてＥＧＲ通路３０２に設置され、弁体の開閉状態の制御によりＥＧＲガスの量（即ち、ＥＧＲ量）を変化させることが可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＧＲバルブ３０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動状態はＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。補足すると、ＥＧＲ通路３０２に導かれたＥＧＲガスは、先に述べたＥＧＲクーラバイパス弁３０４の弁体位置が、上述した二種類の弁体位置のいずれであるにせよ、最終的には、このＥＧＲバルブ３０５の開度（即ち、開弁の度合いであり、例えば、全開を１００（％）、全閉を０（％）等として規格化された数値として表され得る）に応じた量が吸気マニホールド２０３に供給される。
【００７３】
ＥＧＲコンプレッサ３０７は、ＥＧＲコンプレッサハウジング３０６に収容される形で設置された、本発明に係る「ＥＧＲ過給器」の一例たる過給器である。ＥＧＲコンプレッサ３０７は、ＥＧＲ導入通路３０１を介して導かれた排気の一部（即ちＥＧＲガス）を、その回転軸の回転速度に応じて下流側に接続された第１通路３１１に圧送することが可能であり、このＥＧＲガスの圧送によりＥＧＲガスが過給される構成となっている。ＥＧＲコンプレッサ３０７の回転軸は、先述したモータ軸４０１の他端部に、後述する電磁クラッチ４０２を介して連結されている。即ち、ＥＧＲコンプレッサ３０７は、新気過給用のＨＰ側コンプレッサ２１７と、その回転軸を実質的に共有しており、本発明に係る「一軸配置」の一例が実現されている。
【００７４】
ＥＧＲコンプレッサ３０７は、ＨＰ側コンプレッサ２１７と同様に、モータ４００が正回転した場合にＥＧＲガスの過給がなされるように、ＥＧＲコンプレッサハウジング３０６内部に収容されている。即ち、ＥＧＲコンプレッサ３０７の正回転状態は、モータ４００の正回転状態に対応している。
【００７５】
また、ＥＧＲコンプレッサ３０７は、正回転状態においてＥＧＲガスを過給し得るため、モータ４００が逆方向へ回転した逆回転状態にある場合には、逆にＥＧＲ通路３０２を介してガスを排気通路２０８に導くことができる。この際、ＥＧＲバルブ３０５及びディーゼルスロットルバルブ２２１が開弁していれば、吸気通路２１３から燃焼に供されない比較的低温の吸入空気を二次空気として排気通路２０８に直接供給することができる。
【００７６】
第２通路３１２は、一端部が排気マニホールド２０７に接続され、他端部が、ＥＧＲ通路３０２に接続されてなる、中空且つ金属製の管状部材である。第２通路３１２は、排気マニホールド２０７に滞留する排気を、ＥＧＲガスとして、先述のＥＧＲコンプレッサ３０７を経由することなく（即ち、バイパスして）ＥＧＲ通路３０２に供給可能である。尚、第２通路３１２とＥＧＲ通路３０２とは相互に一体に形成されていてもよいし、溶接されていてもよいし、或いは然るべき連結部材（例えば、フランジ、ガスケット或いはカプラ等）により気密を保って連結されていてもよい。
【００７７】
第１切替弁３０８は、全閉と全開との間で開閉状態を二値的に制御可能な弁体を備えた電磁開閉弁である。第１切替弁３０８は、第１通路３１１に設置されており、弁体の開閉状態に応じて第１通路３１１とＥＧＲ通路３０２との連通状態を二値的に変化させることが可能である。即ち、弁体が全開状態にある場合には、第１通路３１１とＥＧＲ通路３０２とは連通し、弁体が全閉状態にある場合には、第１通路３１１とＥＧＲ通路３０２との連通は遮断される。
【００７８】
第２切替弁３０９は、第１切替弁３０８と同様、全閉と全開との間で開閉状態を二値的に制御可能な弁体を備えた電磁開閉弁である。第２切替弁３０９は、第２通路３１２に設置されており、弁体の開閉状態に応じて第２通路３１２とＥＧＲ通路３０２との連通状態を二値的に変化させることが可能である。即ち、弁体が全開状態にある場合には、第２通路３１２とＥＧＲ通路３０２とは連通し、弁体が全閉状態にある場合には、第２通路３１２とＥＧＲ通路３０２との連通は遮断される。
【００７９】
従って、ＥＧＲガスは、第１切替弁３０８が開弁し且つ第２切替弁２０９が閉弁した状態において排気マニホールド２０７、ＥＧＲ導入通路３０１、ＥＧＲコンプレッサ３０７、第１通路３１１及びＥＧＲ通路３０２を経由して吸気マニホールド２０３に導かれ、第１切替弁３０８が閉弁し且つ第２切替弁２０９が開弁した状態において排気マニホールド２０７、第２通路３１２及びＥＧＲ通路３０２を経由して吸気マニホールド２０３に導かれる。これ以降は適宜、前者の経路（ＥＧＲコンプレッサ３０７を経由する経路）を第１経路、後者の経路（ＥＧＲコンプレッサ３０７をバイパスする経路）を第２経路と称することとする。
【００８０】
ＥＧＲコンプレッサ出口圧力センサ３１０は、第１通路３１１に設置され、第１通路３１１におけるＥＧＲガスの圧力たるＥＧＲコンプレッサ出口圧Ｐｅｇｒを検出することが可能に構成されたセンサである。ＥＧＲコンプレッサ出口圧力センサ３１０は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出されたＥＧＲコンプレッサ出口圧Ｐｅｇｒは、ＥＣＵ１００により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。尚、第２通路３１２におけるＥＧＲガスの圧力は、エキマニ圧力センサ２２５により検出されるエキマニ圧Ｐ４によって代替される。
【００８１】
一方、エンジンシステム１０は、電磁クラッチ４０２を備える。電磁クラッチ４０２は、相互に対向する金属製のクラッチ板（符号省略）を有し、不図示のソレノイド駆動装置に対する通電制御により電磁力を適宜に生じさせ、両クラッチ板を結合又は分離せしめる構造を有する、電磁駆動式のクラッチ装置である。電磁クラッチ４０２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、電磁クラッチ４０２の駆動状態（ここでは、ソレノイド駆動装置の通電状態）は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００８２】
ここで、モータ４００の回転軸たるモータ軸４０１の両端部には、夫々ＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸及びＥＧＲコンプレッサ３０７の回転軸が連結されている。上記クラッチ板は、このモータ軸４０１におけるＥＧＲコンプレッサ３０７の回転軸と対向する端部と、ＥＧＲコンプレッサ３０７の回転軸におけるモータ軸４０１と対向する端部とに夫々固定されている。従って、両クラッチ板が相互に結合した結合状態においては、モータ４００とＥＧＲコンプレッサ３０７とは、両軸体が結合された一体とみなし得る回転軸により一体回転或いは同期回転する。一方、両クラッチ板が相互に分離した分離状態においては、ＥＧＲコンプレッサ３０７は、その回転駆動力を失うこととなり、停止する。
【００８３】
また、エンジンシステム１０は、モータ軸４０１とＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸との間に、ワンウェイクラッチ４０３及びリバースギア４０４を備える。
【００８４】
ワンウェイクラッチ４０３は、外輪部と内輪部との間に多数のカムを配置してなる公知の一方向クラッチ装置であり、モータ４００の正回転時には、当該カムが外輪部と内輪部の間で突っ張ることによりモータ４００の駆動力がＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に伝達され、ＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸が先述した正回転方向へ回転駆動される構成となっている。一方、モータ４００の逆回転時には、当該カムが周方向に倒れることにより内輪部が極低トルクで空転するため、モータ４００の駆動力はＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に殆ど伝達されない。即ち、ワンウェイクラッチ４０３は、ＨＰ側コンプレッサ２１７を正回転方向のみへ回転させるように、モータ４００からの駆動力を伝達する、本発明に係る「遮断手段」の一例である。
【００８５】
リバースギア４０４は、ワンウェイクラッチ４０３よりもモータ４００側に設置され、モータ軸４０１の回転を、回転方向の反転を伴ってＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に伝達することが可能に構成された、本発明に係る「変換手段」の一例たる金属製の歯車装置である。リバースギア４０４によれば、モータ４００が逆回転状態にある場合にＨＰ側コンプレッサ２１７が正回転状態となるため、上述した二次空気の排気通路２０８への供給に際し、吸入空気の過給を行うことができる。
【００８６】
但し、ここで、リバースギア４０４がモータ軸４０１に全く固定されている場合、モータ４００が正回転状態で駆動された場合に、ＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に対し、逆回転方向の回転が伝達されるため、ワンウェイクラッチ４０３の作用によりＨＰ側コンプレッサ２１７に対する駆動力の伝達が遮断されてしまう。
【００８７】
そこで、本実施形態において、リバースギア４０４は、不図示のギアボックスに不図示のフォワードギア及び各種係合装置と共に収容されている。このギアボックスは更に、モータ軸４０１とワンウェイクラッチ４０３との間に介装される構成となっており、モータ軸４０１とワンウェイクラッチ４０３とは、当該ギアボックス内に収容された係合装置の係合状態に応じて、常に、このリバースギア４０４とフォワードギアとのうち選択された一方を介して結合する構成となっている。この係合装置は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、上記係合状態の制御は、ＥＣＵ１００によりなされる構成となっている。係る構成において、ＥＣＵ１００は、モータ４００が逆回転状態にある場合には、リバースギア４０４を選択し、モータ４００が正回転状態にある場合には、フォワードギアを選択する。このため、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、モータ４００がいずれの方向へ回転するにせよ正回転状態となり、吸入空気の過給が実現される構成となっている。
【００８８】
尚、このリバースギア４０４の存在により、通常の動作の範囲内でＨＰ側コンプレッサ２１７が逆回転状態となる事態が生じ難い点に鑑みれば、必ずしもワンウェイクラッチ４０３は必要ないが、ワンウェイクラッチ４０３が備わることにより、モータ４００の回転方向及びギアボックス内のギアの選択態様によらず、ＨＰ側コンプレッサ２１７の逆回転が物理的に防止されるため、高い信頼性が担保されている。
【００８９】
＜実施形態の動作＞
エンジンシステム１０では、ＬＰ側コンプレッサ２１２及びＨＰ側コンプレッサ２１７を使用した吸入空気の二段過給が可能であり、比較的高い過給圧（インマニ圧Ｐｂと実質的に等価である）を実現可能である。このため、スモークの排出が好適に抑制されている。また、二段過給による高い動力性能（例えば、加速性能）が担保されている。一方、このように過給圧を高め得る点に鑑みれば、インマニ圧Ｐｂとエキマニ圧Ｐ４との偏差は、相対的に減少し易く、この圧力差を利用してＥＧＲガスを吸気マニホールド２０３に導くのみの構成では、十分なＥＧＲ量が確保され難い。その点、エンジンシステム１０にはＥＧＲコンプレッサ３０７が備わっており、ＥＧＲガスの過給が可能となっている。このため、過給圧の上昇に伴うＥＧＲ量の低下を回避することが出来、ＥＧＲ（ＥＧＲガスを吸気系に循環させることを指す）によるＮＯｘの低減も好適に図られる。即ち、エンジンシステム１０によれば、スモーク及びＮＯｘの排出量を同時に低減することが可能となる。
【００９０】
また、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、モータ４００からの駆動力の供給を受けて作動するモータ駆動型の過給器であり、その駆動に排気のエネルギを要しない。このため、吸入空気の過給を行う過給器が全て排気駆動型である場合と較べて排気温度の低下が抑制される構成となっている。即ち、エンジンシステム１０によれば、上記スモーク及びＮＯｘの排出量を低下させるに際して、触媒装置５００に供給される熱負荷が減少することはなく、触媒装置５００の温度上昇が促進される結果、排気の浄化効率自体が低下するといった問題が生じない。即ち、スモーク及びＮＯｘの排出量を低減しつつ排気の好適な浄化が実現される。
【００９１】
一方、このように触媒装置５００の昇温が好適に図られるだけでは、触媒装置５００が未燃状態の燃料（即ち、未燃ＨＣ）を排気通路２０８に添加して、或いは係る未燃ＨＣやＣＯの排出量を一時的に増加させる等して触媒装置５００におけるＰＭの強制再生が図られる場合等において、ＰＭの過度な連続再生が生じることによる触媒装置５００のＯＴが必ずしも防止されない。このような問題は、ＤＰＦのようなＰＭの捕捉再生手段を設ける場合に限らず、ＮＳＲ触媒等におけるＳ再生制御等において同様に生じ得る。
【００９２】
他方、ＥＧＲコンプレッサ３０７は、ＨＰ側コンプレッサ２１７と同様にモータ４００を駆動力源としている。モータ４００は、既に述べたように正逆いずれの回転方向へも回転可能であり、従って、ＥＧＲコンプレッサ３０７もまた正逆いずれの回転方向へも回転可能である。エンジンシステム１０では、この特性を利用して、ＥＣＵ１００により、ＯＴ回避制御が実行され、触媒装置５００のＯＴが好適に防止される構成となっている。ここで、図２を参照し、ＯＴ回避制御の詳細について説明する。ここに、図２は、ＯＴ回避制御のフローチャートである。
【００９３】
図２において、ＥＣＵ１００は、触媒装置５００がＯＴ状態にあるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。ここで、「ＯＴ状態」とは、無論、現時点で既にＯＴが生じている状態を含むものの、どちらかと言えば、この種のＯＴが生じる可能性が実践上看過し難い程度に高いと推定され得る状態を指す。ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０１において、触媒装置５００の内部又は近傍に設置されている温度センサ（不図示）などによって測定される触媒装置５００の温度（所謂、触媒床温）が、このようなＯＴ状態の定義に基づいて規定された基準値以上であるか否か（或いは超えているか否か）を判別する。尚、ここでは、触媒装置５００の温度が基準値以上である場合に触媒装置５００がＯＴ状態にある旨の判別がなされる構成としたが、触媒装置５００の温度の上昇速度が基準値以上である場合に触媒装置５００がＯＴ状態にある旨の判別がなされてもよい。或いは、触媒装置５００の温度に替えて或いは加えて、エンジンシステム１０の動作履歴（好適には、エンジン２００の回転状態及び負荷状態の履歴）等に基づいて、触媒装置５００におけるＰＭの堆積状態が推定され、係る判別の指標とされてもよい。
【００９４】
ステップＳ１０１において、触媒装置５００がＯＴ状態にないと判別された場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＯＴ回避制御を終了する。但し、ＯＴ回避制御は、所定のタイミングで繰り返し実行されるようにその実行状態が制御されており、然るべき時間経過を経て、処理は再びステップＳ１０１から繰り返される。一方、触媒装置５００がＯＴ状態にあると判別された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０２に移行させる。
【００９５】
ステップＳ１０２において、ＥＣＵ１００は、例えばＰＭ強制再生条件に該当している等の事情により、触媒装置５００に対しＰＭ再生のための未燃ＨＣ又はＣＯが供給中であるか否かを判別する（ステップＳ１０２）。触媒装置５００に対し未燃ＨＣ又はＣＯが供給されている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、係る未燃ＨＣ又はＣＯの供給を停止させ（ステップＳ１０３）、処理をステップＳ１０４に移行させる。一方、触媒装置５００に対し未燃気体ＨＣ又はＣＯが供給されていない場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０３をスキップして処理をステップＳ１０４に進ませる。
【００９６】
ステップＳ１０４において、ＥＣＵ１００はＯＴ回避処理を実行する。ＯＴ回避処理とは、触媒装置５００をＯＴから保護するために、エンジン２００、ＥＧＲ装置３００及びモータ４００等、エンジンシステム１０の各部の動作状態を制御する一連の処理プロセスを指す。
【００９７】
ＯＴ回避処理において、ＥＣＵ１００は先ず、モータ４００を逆回転状態で駆動する。この際、ＥＣＵ１００は、電磁クラッチ４０２への通電を開始することによってクラッチ板同士を結合させ、電磁クラッチ４０２を先述した結合状態に制御する。電磁クラッチ４０２を介してモータ４００からモータ４００の逆回転を伴う駆動力がＥＧＲコンプレッサ３０７に伝達されると、ＥＧＲコンプレッサ３０７が逆回転状態となる。従って、既に述べたように、ＥＧＲコンプレッサ３０７によりＥＧＲ通路３０２から排気通路２０８へガスの排出が行なわれる。
【００９８】
また、ＯＴ回避処理において、ＥＣＵ１００は更に、第１切替弁３０８を開弁させ、且つ第２切替弁３０９を閉弁させることにより、係るガスの排出経路として先述の第１経路を選択する。また、ＥＣＵ１００は、吸気切替弁２２０を開弁させ、ＥＧＲバルブ３０５及びディーゼルスロットルバルブ２２１を全開状態に制御する。その結果、吸気通路２１３からＥＧＲ通路３０２へ燃焼に供されない低温の吸入空気が二次空気として導かれ、第１通路３１１、ＥＧＲ導入通路３０１及び排気通路２０８を順次介して触媒装置５００へ供給される。その結果、比較的高温状態にある触媒装置５００は、この二次空気により積極的に冷却され、ＯＴの発生が防止される。
【００９９】
尚、モータ４００を逆回転させることにより二次空気を触媒装置５００に供給し、触媒装置５００の温度を低減することでＯＴを回避することが可能である点に鑑みれば、ＯＴ回避処理におけるモータ４００の回転速度は、特に限定されない。例えば、モータ４００の回転速度は、二次空気供給用に予め設定された固定値であってもよいし、その時点の触媒装置５００の温度状態（ステップＳ１０１の実行に付随して特定可能である）等に応じて可変な値であってもよく、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、動力性能の低下を顕在化させない程度に迅速に二次空気を供給しつつ、且つモータ４００の逆回転に伴う電力消費を可及的に抑制し得るように設定されていてもよい。
【０１００】
ここで、エンジンシステム１０においては、モータ軸４０１とＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸との間に、ワンウェイクラッチ４０３が設けられている。従って、ＯＴ回避処理においてモータ４００が逆回転状態で駆動されても、係るモータ４００の逆回転を伴う駆動力は、ＨＰ側コンプレッサ２１７に伝達されない。このため、ＨＰコンプレッサ２１７が逆回転状態に陥ることによりＥＧＲコンプレッサ３０７による二次空気の供給と同様の原理によって吸気通路２１３から折角過給した吸入空気が排出されるといった事態が生じることはない。即ち、上述したギアボックス内で、モータ軸４０１とワンウェイクラッチ４０３との間の動力伝達にフォワードギアが選択されていたとしても（即ち、この場合、モータ４００自体が逆回転状態にあり、フォワードギアにより回転方向が反転しないまま、逆回転方向の駆動力がワンウェイクラッチ４０３に入力される）、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、少なくとも触媒装置５００への二次空気の供給を阻害する方向には作用しない。
【０１０１】
一方、ＯＴ回避処理において、当該ギアボックス内の伝達ギアが、フォワードギアからリバースギア４０４に切り替えられてもよい。この場合、モータ４００の逆回転を伴う駆動力は、ワンウェイクラッチ４０３に対し、係るリバースギア４０４の作用により正回転方向の駆動力として伝達される。このため、ワンウェイクラッチ４０３により駆動力の伝達がなされ、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、モータ４００の駆動力により正回転状態で駆動される。即ち、この場合、二次空気の過給が行われることとなり、係る二次空気の過給がなされない場合と比較して多量の二次空気を触媒装置５００へ供給することが可能となる。その結果、触媒装置５００の冷却は、更に高効率に進行し得る。
【０１０２】
リバースギア４０４の選択可否は、ワンウェイクラッチ４０３の作用により少なくともＨＰ側コンプレッサ２１７の逆回転が回避されている点に鑑みれば、如何様に判断されてもよい。例えば、好適な一形態として、触媒装置５００がより高い熱負荷に晒されている場合にはリバースギア４０４を選択し、ＥＧＲコンプレッサ３０７による二次空気の供給のみで十分に触媒冷却効果が得られる程度の熱負荷であればフォワードギアからリバースギア４０４へのギア切り替えを行わずに、駆動エネルギの節減を図ってもよい。或いは、触媒装置５００の冷却を可及的に迅速に終了させる観点から、ＯＴ回避処理が実施されるにあたって常にリバースギア４０４が選択されてもよい。いずれにせよ、触媒装置５００に対する熱負荷のコントロールは、係る二次空気の供給により飛躍的に向上する。
【０１０３】
ステップＳ１０４によりＯＴ回避処理が開始されると、ＥＣＵ１００は、触媒装置５００の温度が基準値未満であるか否かを判別する（ステップＳ１０５）。ここで、ステップＳ１０５に係る基準値とは、ステップＳ１０１に係る基準値と同等であってもよいが、好適にはステップＳ１０１に係る基準値よりも低い値に設定される。好適な一形態として、係る基準値は、ＯＴ回避処理の実行終了後、触媒装置５００が暫時ＯＴ状態に陥らないと判断され得る程度に低く、且つ触媒活性が十分に担保される程度の値に設定される。ステップＳ１０５に係る基準値は、言わばＯＴ回避処理の終了条件を規定する値である。
【０１０４】
触媒装置５００の温度が基準値以上である場合（ステップＳ１０５：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０５で待機させ、ＯＴ回避処理を継続する。一方、触媒装置５００の温度が基準値未満である場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＯＴの発生が回避されたものと判断して、ＯＴ回避制御を終了する。
【０１０５】
以上の説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム１０によれば、ＯＴ回避制御により、触媒装置５００がＯＴ状態にある場合に、ＯＴ回避処理が実行され、ＥＧＲコンプレッサ３０７を逆回転状態で駆動することにより気筒内を通過する高温の排気よりも低温の二次空気を排気通路２０８に導くことによって、触媒装置５００の冷却を好適に行うことが可能となる。また、この際、モータ軸４０１とワンウェイクラッチ４０３との間に設けられたリバースギア４０４を適宜選択することにより、ＨＰ側コンプレッサ２１７を二次空気過給用の過給器として使用することも可能となり、触媒装置５００をより迅速に冷却することも可能である。
【０１０６】
即ち、本実施形態に係るエンジンシステム１０によれば、（１）ＬＰ側コンプレッサ２０７とＨＰ側コンプレッサ２１７とを利用した二段過給により高い過給圧を実現し、新気量の増量によるスモークの排出量を抑制し、且つＥＧＲコンプレッサ３０７により実現されるＥＧＲガスの過給によりＥＧＲ量を好適に確保することが可能となり、（２）ＨＰ側コンプレッサ２１７がモータ４００により駆動されるモータ駆動型過給器として構成されることによって排気温度の低下を抑制し、触媒装置５００の昇温を促進して、触媒下流側において排気を好適に浄化することが可能となり、（３）ＥＧＲコンプレッサ３０７がＨＰ側コンプレッサ２１７と一軸配置されることによりシステム構成の簡素化を実現した上で、（４）上述したワンウェイクラッチ４０３及びリバースギア４０４の作用によってＨＰ側コンプレッサ２１７の逆転を防止しつつ適量の二次空気を触媒装置５００へ供給することにより触媒装置５００を冷却することが可能となる。即ち、ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制しつつ触媒装置を適切な温度状態に維持することが可能となるのである。
【０１０７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気浄化装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行されるＯＴ回避制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０９】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０９…ＬＰ側タービンハウジング、２１０…ＬＰ側タービン、２１１…ＬＰ側コンプレッサハウジング、２１２…ＬＰ側コンプレッサ、２１６…ＨＰ側コンプレッサハウジング、２１７…ＨＰ側コンプレッサ、２２０…吸気切替弁、２２４…インマニ圧力センサ、２２５…エキマニ圧力センサ、３００…ＥＧＲ装置、３０１…ＥＧＲ導入通路、３０２…ＥＧＲ通路、３０３…ＥＧＲクーラ、３０４…ＥＧＲクーラバイパス弁、３０５…ＥＧＲバルブ、３０６…ＥＧＲコンプレッサハウジング、３０７…ＥＧＲコンプレッサ、３０８…第１切替弁、３０９…第２切替弁、３１０…ＥＧＲコンプレッサ出口圧力センサ、３１１…第１経路、３１２…第２経路、４００…モータ、４０１…モータ軸、４０２…電磁クラッチ、４０３…ワンウェイクラッチ、４０４…リバースギア、５００…触媒装置。
【図１】
2010121596.tif 000003
【図２】
2010121596.tif 000004