(57)【要約】【課題】  ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制し且つ触媒通過後の排気を好適に浄化させ得る。【解決手段】  排気浄化装置は、内燃機関（２００）の吸気系に相互に直列に配置され且つ夫々過給可能に構成されてなる、モータ（４００）により駆動される吸気過給器（２１７）を含む複数の吸気過給器と、内燃機関の排気系から分岐し、該排気系を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気系に循環させるＥＧＲ通路（３０２）と、ＥＧＲ通路又は排気系に設けられ、ＥＧＲガスを過給可能なＥＧＲ過給器（３０７）とを備える。ＥＧＲ過給器は、モータにより駆動される吸気過給器（２１７）と一軸配置されると共に、この吸気過給器とＥＧＲ過給器との間に設けられ、この吸気過給器とＥＧＲ過給器とを結合又は分離する係合手段（４０２）を備える。【選択図】図１
2010096161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系に相互に直列に配置され且つ夫々過給可能に構成されると共に、少なくとも一つがモータにより駆動される複数の吸気過給器と、
前記内燃機関の排気系から分岐し、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循環させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路又は前記排気系に設けられ、前記ＥＧＲガスを過給可能なＥＧＲ過給器と
を備えることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ過給器は、前記モータにより駆動される吸気過給器と一軸配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記ＥＧＲ過給器と、前記ＥＧＲ過給器と一軸配置される吸気過給器との間に設けられ、前記ＥＧＲ過給器と前記ＥＧＲ過給器と一軸配置される吸気過給器とを結合又は分離する係合手段を備える
ことを特徴とする請求項２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】
また、ＥＧＲバルブとスーパーチャージャとを構成する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
尚、ＨＰＬ−ＥＧＲ流路を切り替えるものを備えるＥＧＲ装置も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
更には、エキマニ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で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】
更には、エキマニが分割され、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】
尚、ＥＧＲ量が不足する場合、機械式過給機にてＥＧＲ過給を行う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るスモーク排出量の増加が生じ易い。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た触媒では、その温度上昇が妨げられ、そもそも排気の浄化効率自体が低下してしまう。即ち、従来の技術には、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。
【００１１】
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且つ触媒通過後の排気を好適に浄化させ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】
【００１２】
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、内燃機関の吸気系に相互に直列に配置され且つ夫々過給可能に構成されると共に、少なくとも一つがモータにより駆動される複数の吸気過給器と、前記内燃機関の排気系から分岐し、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循環させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路又は前記排気系に設けられ、前記ＥＧＲガスを過給可能なＥＧＲ過給器とを備える。
【００１３】
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。
【００１４】
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なうような場合と較べて、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（端的には排気圧）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。
【００１５】
また、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（フロントパイプやリアパイプ等といった、気筒配列上生じる各種の形態を含む）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循環させるＥＧＲ通路を更に備えている。
【００１６】
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（即ち、循環量であり、以下、適宜「ＥＧＲガス量」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気と幾らかなり混合されることによって、例えばＮＯｘ等の発生が少なくとも幾らかなり抑制される。
【００１７】
ところで、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。
【００１８】
そこで、このＥＧＲ通路或いは内燃機関の排気系には、ＥＧＲガスを過給することが可能なＥＧＲ過給器が備わっている。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。別の観点から言えば、ＥＧＲ過給器を利用して大量のＥＧＲガスを吸気系に還流しようとした場合、新気量が不足して燃焼状態の悪化によるスモークの発生等が助長されかねないが、複数の吸気過給器を備えることにより、十分な新気量が確保され得る。即ち、このように複数の吸気過給器とＥＧＲ過給器とを有する構成によれば、スモーク及びＮＯｘを同時に抑制し得る。
【００１９】
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触媒装置により浄化される。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を触媒装置に供給し、触媒装置の昇温を促すといった構図である。
【００２０】
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、折角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量が低減されているにもかかわらず、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、といった新規な問題が発生することとなる。
【００２１】
ここで、本発明の排気浄化装置において複数の吸気過給器のうち少なくとも一の吸気過給器は、例えば、吸入空気の圧縮を行い得るコンプレッサ等が、例えば車載用バッテリ等の然るべき電力資源を電力供給元とするモータで駆動され、その駆動に際し、排気圧の低下を生じないで済む構成となっている。
【００２２】
このため、本発明に係る排気浄化装置によれば、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、排気圧の低下を幾らかなり抑制することが可能となり、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。即ち、ＮＯｘ及びスモークの排出を抑制し且つ触媒通過後の排気を好適に浄化させることが可能となるのである。
【００２３】
尚、このように少なくとも一の吸気過給器がモータ駆動される点に鑑みれば、本発明に係る排気浄化装置において、目標過給圧や車両の運転条件等によっては、このモータ駆動される吸気過給器を選択的に停止させる等の措置が講じられてもよい。また、このように吸気過給器の一部を停止させる場合に、停止させた吸気過給器により圧力損失が生じないように、複数の吸気過給器を繋ぐ吸気通路の一部として或いはそれとは独立して、モータ駆動される吸気過給器をバイパスするバイパス通路が構築されていてもよい。この際、当該吸気通路やバイパス通路には適宜、吸気切り替え弁などの切り替え手段が備わっていてもよい。
【００２４】
本発明に係る排気浄化装置の一の態様では、前記ＥＧＲ過給器は、前記モータにより駆動される吸気過給器と一軸配置されてもよい。
【００２５】
本発明に係る「一軸配置」とは、回転軸が共有又は共用されることを意味する。
【００２６】
この態様によれば、モータ駆動される吸気過給器とＥＧＲ過給器とが一軸配置されることにより、設置スペースの簡素化を図ることが可能となる。この際、一軸配置の実践的態様の如何によっては、モータ駆動される吸気過給器を駆動する（即ち、モータを回転駆動する）のに伴い、ＥＧＲ過給器もまた駆動されることになるが、実践上、ＥＧＲガスの過給のみが必要となる事態が生じ難い（即ち、ディーゼルエンジン等の場合に新気量不足によるスモークの発生が顕在化する）点に鑑みれば、少なくとも排気の浄化効率向上を図る上での動作上の支障はない。
【００２７】
尚、この態様では、前記ＥＧＲ過給器と、前記ＥＧＲ過給器と一軸配置される吸気過給器との間に設けられ、前記ＥＧＲ過給器と前記ＥＧＲ過給器と一軸配置される吸気過給器とを結合又は分離する係合手段を備えていてもよい。
【００２８】
ここで述べられる「係合手段」とは、入力軸と出力軸とを結合及び分離させることが可能な手段を包括する概念であって、例えば、これらの結合に電磁力を使用する（例えば、電磁アクチュエータから供給される駆動力を使用する）電磁クラッチであってもよいし、機械クラッチ、或いは流体クラッチ等であってもよい趣旨である。
【００２９】
このような構成においては、例えば、ＥＧＲ過給器を動作させる必要がある場合（例えば、吸気系と排気系との圧力偏差が小さい場合）において、モータ駆動される吸気過給器とＥＧＲ過給器とを結合させ、ＥＧＲ過給器によるＥＧＲガスの過給を実現すると共に、例えばＥＧＲ過給器を動作させる必要がない場合（例えば、吸気系と排気系との圧力偏差が十分に大きい場合や、ＥＧＲガスの導入が不要な場合）等においてこれらを切り離し、当該吸気過給器を駆動するにあたっての動力損失をＥＧＲ過給器のフリクションの分だけ軽減することが可能となる。即ち、電力資源を有効に利用することが可能となり、特に電力資源が内燃機関の動力を利用して生成される場合には、燃料消費率の低減にも効果的である。
【００３０】
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】
【００３１】
＜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。
【００３２】
＜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。
【００３３】
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、ＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）１００、エンジン２００、ＥＧＲ装置３００及びモータ４００を備える。
【００３４】
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、後述する排気浄化制御を実行することが可能に構成されている。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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通路２１３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。
【００４５】
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。
【００４６】
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（High Pressure：高圧）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、前記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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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回転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り、ロータを貫通する出力軸たるモータ軸４０１の一端部が、先に述べたＨＰ側コンプレッサ２１７の回転軸に接続されている。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。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。
【００５０】
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。
【００５１】
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及びインマニ圧力センサ２２４が設置されている。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
尚、排気通路２０８には、不図示のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）を含む触媒システムが設置されている。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、この触媒システムにおいて、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は、この酸化触媒により一旦酸化力の良好なＮＯ２に酸化され、ＤＰＦにおけるＰＭの再生が促される構成となっている。また、この触媒システムには、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。
【００５５】
また、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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及びＥＧＲコンプレッサ３０７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。
【００５９】
ＥＧＲ導入通路３０１は、排気マニホールド２０７とＥＧＲ通路３０２とを連通させる管状部材であり、ＥＧＲ通路３０２と共に、本発明に係る「ＥＧＲ通路」の一例を構成する。
【００６０】
ＥＧＲ通路３０２は、本発明に係る「ＥＧＲ通路」の一例であり、一端部がＥＧＲコンプレッサハウジング３０６を介して先述のＥＧＲ導入通路３０１に接続され、その内部において排気マニホールド２０７に連通する中空且つ金属製の管状部材である。ＥＧＲ通路３０２の他端部は、吸気マニホールド２０３との接続部位近傍において吸気通路２１３に接続されている。即ち、エンジン２００においては、ＥＧＲ通路３０２によって、排気マニホールド２０７と吸気マニホールド２０３とが連通可能となっている。
【００６１】
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。
【００６２】
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。このバイパス通路に導かれたＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ３０３を通過することなく吸気系に還流する。
【００６３】
ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、ＥＧＲ通路において、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、開度制御によりＥＧＲクーラ３０３を通過するＥＧＲガスの量を可変に制御することが可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度はＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００６４】
ＥＧＲクーラバイパス弁３０４は、弁体の開閉状態に応じて先述したバイパス通路の入り口の流路面積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クーラバイパス弁３０４は、弁体が全閉状態にある場合にＥＧＲガスを全てＥＧＲクーラ３０３側へ導き、弁体が全開状態又は開弁状態にある場合にＥＧＲガスの一部をバイパス通路へ導くことが可能に構成されている。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。
【００６５】
ＥＧＲバルブ３０５は、吸気通路２１３との合流部位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。
【００６６】
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、その回転軸が、先述したモータ軸４０１の他端部に連結されている。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。ＥＧＲコンプレッサ３０７は、ＥＧＲ導入通路３０１に導かれた排気を、モータ４００の回転に伴う圧力によりＥＧＲ通路３０２を介して上述した吸気マニホールド２０３へ圧送することが可能に構成されている。
【００６７】
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、本発明に係る「係合手段」の一例た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。
【００６８】
ここで特に、モータ４００の回転軸たるモータ軸４０１は、モータ４００を貫通するＨＰ側コンプレッサ２１７側の軸体と、ＥＧＲコンプレッサ３０７側の軸体とに分割された構成を有しており、上記クラッチ板は、両軸体における相互に対向する部分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状態においては、ＨＰ側コンプレッサ２１７とＥＧＲコンプレッサ３０７とは、両軸体が結合された一体の回転軸により一体に回転する。一方で、両クラッチ板が相互に分離した状態においては、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。即ち、この場合、ＨＰ側コンプレッサ２１７のみが駆動される。
【００６９】
＜実施形態の動作＞
エンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００により実行される排気浄化制御により、エンジン２００、ＥＧＲ装置３００、モータ４００及び電磁クラッチ４０２の動作状態が制御される。ここで、図２を参照し、本実施形態の動作について説明する。ここに、図２は、排気浄化制御のフローチャートである。
【００７０】
図２において、ＥＣＵ１００は、基本データとして、エンジン２００のエンジン回転数ＮＥ及び噴射量Ｑを取得する（ステップＳ１０１）。
【００７１】
エンジンシステム１０において、噴射量Ｑは、アクセル開度とエンジン回転数ＮＥとにより一義に決定される。ＥＣＵ１００のＲＯＭには、予めアクセル開度及びエンジン回転数ＮＥをパラメータとし、これら各パラメータの組み合わせに噴射量Ｑを対応付けてなる二次元マップが格納されており、ＥＣＵ１００は、アクセルポジションセンサにより検出されるアクセル開度とＮＥセンサにより検出されるエンジン回転数ＮＥとに応じて、一の噴射量Ｑを当該マップから選択的に取得することにより噴射量Ｑを決定する。この決定された噴射量Ｑは、上述したインジェクタ２０４の駆動制御に供される。このように、ＥＣＵ１００は、噴射量Ｑをエンジン２００の動作期間中一定の周期で繰り返し決定しており、ステップＳ１０１に係る処理においては、最新の噴射量Ｑが取得される。
【００７２】
エンジン回転数ＮＥ及び噴射量Ｑが取得されると、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の基本的な過給パターンを表す基本過給パターンを決定する（ステップＳ１０２）。ここで、図３を参照し、エンジン２００の基本過給パターンについて説明する。ここに、図３は、エンジン２００の基本過給パターンを決定するために使用される制御マップの模式図である。
【００７３】
図３において、エンジン２００の基本過給パターンは、縦軸及び横軸に夫々噴射量Ｑ及びエンジン回転数ＮＥを表した場合に、図示ＨＰ境界線及びＬＰ境界線によって規定される。より具体的には、ＨＰ境界線よりも左側の領域は、ＬＰ側コンプレッサ２１２及びＨＰ側コンプレッサ２１７を共に使用して吸入空気を過給する（即ち、二段過給により比較的高い過給圧を実現し得る）と共に、ＨＰ側コンプレッサ２１７をほぼ全負荷状態で駆動する過給形態が規定されてなるＨＰ過給域（図示Ａの領域）であり、ＨＰ境界線の右側且つＬＰ境界線の左側の領域は、ＨＰ側コンプレッサ２１７の負荷状態を連続的に可変に制御することによって所望の過給圧を実現する切替域（図示Ｂの領域）であり、ＬＰ境界線の右側の領域は、モータ４００の駆動を停止させることによってＨＰ側コンプレッサ２１７を停止させ、ＬＰ側コンプレッサ２１２のみで吸入空気を過給する旨が規定されてなるＬＰ過給域（図示Ｃの領域）である。制御マップには、図３に例示する関係が、数値化された状態で、且つＥＣＵ１００により参照可能な状態で格納されている。
【００７４】
尚、ＥＧＲ装置３００を使用したＥＧＲの実施領域は、図示ＥＧＲ境界線（破線参照）によって規定される。より具体的には、ＥＧＲ境界線の下側の領域が、ＥＧＲを行うべき旨が規定されたＥＧＲ域であり、ＥＧＲ境界線の上側の領域が、ＥＧＲを行わない旨が規定された非ＥＧＲ域である。尚、図示ｆｕｌｌ境界線は、スモークの発生限界により規定される噴射量の上限値を表しており、燃料噴射量は、当該ｆｕｌｌ境界線の下側の領域で決定される。
【００７５】
尚、図３に概念を例示してなる制御マップは、あくまで基本的な過給パターンを決定するものであり、吸入空気の過給圧の目標値（目標過給圧）及びＥＧＲ量の目標値自体は、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に、又はシミュレーション等に基づいて、定常状態において、ドライバビリティに影響する動力性能を始め、エミッションとは異なる各種の要求性能を実践上問題が生じる程低下させることのない範囲で、ＮＯｘ及びＰＭの発生を可及的に高効率に抑制し得るように適合されている。
【００７６】
再び図２に戻り、基本過給パターンが決定されると、ＥＣＵ１００は、ＨＰ側コンプレッサ２１７による過給が必要であるか否か、即ち、基本過給パターンが、上述したＨＰ過給域又は切替域に相当するか否かを判別する（ステップＳ１０３）。ＨＰ側コンプレッサ２１７による過給が不要である場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、即ち、基本過給パターンが、上述したＬＰ過給域に相当する場合、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１１３に進ませる。一方で、ＨＰ側コンプレッサ２１７による過給が必要である場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をステップＳ１０４に進ませる。
【００７７】
ステップＳ１０４においては、先ず吸気切替弁２２０が閉弁される（ステップＳ１０４）。吸気切替弁２２０が閉弁されることによって、ＬＰ側コンプレッサ２１２を通過した吸入空気は、全てＨＰ側コンプレッサ２１７に流入することとなる。
【００７８】
吸気切替弁２２０が閉弁されると、目標過給圧に基づいてモータ４００の回転速度が決定され、決定された回転速度に従って、モータ４００が駆動される（ステップＳ１０５）。尚、この際、過給圧が目標過給圧に収束するようにインマニ圧力センサ２２４により検出されるインマニ圧Ｐｂ等を参照したフィードバック制御がなされてもよい。続いて、一時的に電磁クラッチ４０２が、先に述べたクラッチ板同士を結合させる通電状態に制御される（ステップＳ１０６）。その結果、ＨＰ側コンプレッサ２１７を使用した比較的高圧な吸入空気の過給と、ＥＧＲコンプレッサ３０７によるＥＧＲガスの過給とが開始される（ステップＳ１０７）。尚、この状態における「比較的高圧な吸入空気の過給」とは、先に述べたＨＰ過給域又は切替域に該当する過給を指す。
【００７９】
続いて、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの過給が必要であるか否かを判別する（ステップＳ１０８）。この際、ＥＣＵ１００は、エンジン回転数と噴射量とにより規定される領域が先に述べたＥＧＲ域に該当し、且つエキマニ圧力センサ２２５により検出される排気マニホールド２０７のエキマニ圧Ｐ４と、インマニ圧力センサ２２４により検出される吸気マニホールド２０３のインマニ圧Ｐｂとの偏差が、予め設定された基準値未満となるか否かを判別する。この基準値は、予め実験的に、それ未満の領域では圧力偏差が小さ過ぎることによりＥＧＲガスの供給が阻害される（ＥＧＲガスを吸気マニホールド２０３に押し込み難い）旨を規定し得る値として設定されている。
【００８０】
非ＥＧＲ域であるか、又はＥＧＲ域であってもエキマニ圧Ｐ４とインマニ圧Ｐｂとの偏差が基準値以上である場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの過給が不要であると判断して、処理をステップＳ１１１に進ませる。一方で、ＥＧＲ域であり且つエキマニ圧Ｐ４とインマニ圧Ｐｂとの偏差が基準値未満である場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲガスの過給が必要であると判断して処理をステップＳ１０９に進ませる。
【００８１】
ステップＳ１０９では、既に結合状態にある電磁クラッチ４０２は、その結合状態を維持される。その結果、ＥＧＲコンプレッサ３０７は、モータ軸４０１の回転と共に回転駆動され、ＥＧＲガスの過給が開始される（ステップＳ１１０）。尚、このようにＥＧＲコンプレッサ３０７を稼動させるべき旨が確定した状態においては、ＥＧＲコンプレッサ３０７の回転駆動に要する負荷の分だけ、モータ４００に対する通電量が補正される。
【００８２】
ステップＳ１１１では、ステップＳ１０６において一時的に結合状態に制御された電磁クラッチ４０２への通電が停止されることにより電磁クラッチ４０２が、両クラッチ板が相互に分離してなる分離状態に制御される（ステップＳ１１１）。その結果、ＥＧＲコンプレッサ３０７は停止し、ＥＧＲガスの過給が停止される（ステップＳ１１２）。
【００８３】
一方、ステップＳ１０３において、ＨＰ側コンプレッサ２１７による過給が不要である旨が判別された場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、吸気切替弁２２０を開弁させる（ステップＳ１１３）。その結果、ＬＰ側コンプレッサ２１２を通過した吸入空気の一部は、ＨＰ側コンプレッサ２１７を経由することなく吸気マニホールド２０３へ供給される。続いて、ＥＣＵ１００は、電磁クラッチ４０２への通電を停止することによってクラッチ板同士を分離させ、電磁クラッチ４０２を分離状態に制御する（ステップＳ１１４）。更に、ＥＣＵ１００は、モータ４００の駆動を停止させる（ステップＳ１１５）。その結果、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、過給器として機能しなくなり、ＬＰ側コンプレッサ２１２を通過した吸入空気は、ほぼ全量がＨＰ側コンプレッサ２１７を通過することなく吸気マニホールド２０３へ供給される。即ち、ＬＰ側コンプレッサ２１２のみによる比較的過給圧が低い一段過給が実現される。
【００８４】
排気浄化制御は、このようにして行われる。尚、ステップＳ１１０、Ｓ１１２又はＳ１１５が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。
【００８５】
以上説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム１０の構成及び排気浄化制御によれば、ＬＰ側コンプレッサ２１２及びＨＰ側コンプレッサ２１７の二段過給によって高い過給圧を実現し得ると共に、その結果インマニ圧Ｐｂとエキマニ圧Ｐ４との偏差が小さくなり過ぎてＥＧＲガスの導入が阻害されるような状況（特に、ＨＰ過給域において顕著に生じ得る）においては、ＥＧＲコンプレッサ３０７によりＥＧＲガスの過給を行うことによりＥＧＲ量の不足を回避することが可能となる。従って、エンジン２００の燃焼室から排出されるエンジン出ガスのスモーク排出量及びＮＯｘ排出量を抑制することが可能となる。
【００８６】
ここで特に、ＨＰ側コンプレッサ２１７は、モータ４００により駆動される構成を有しており、その駆動に排気エネルギを要しない。即ち、エンジンシステム１０によれば、エンジン２００の排気圧が吸気系に備わる過給器の数量及び規模に応じて低下するといった、例えば、過給器を全て排気駆動型の過給器として構成した場合に顕著に生じ得る事態が回避されている。その結果、ＬＰ側タービン２１０の更に下流側に設置される各種の触媒装置の温度低下が抑制され、排気の浄化効率の低下が抑制される。このように本実施形態によれば、スモーク及びＮＯｘの排出量自体を抑制しつつ触媒通過後の排気を好適に浄化することが可能となるのである。
【００８７】
また、本実施形態においては特に、ＥＧＲコンプレッサ３０７とＨＰ側コンプレッサ２１７とがモータ軸４０１を共有する構成となっている。このため、エンジンシステム１０を車両に搭載するにあたっての搭載性が良好に担保されており、また高いメンテナンス性が実現されている。
【００８８】
一方、エンジンシステム１０においては、ＨＰ側コンプレッサ２１７とＥＧＲコンプレッサ３０７とを接続するモータ軸４０１に電磁クラッチ４０２が設置されており、この電磁クラッチ４０２が、結合状態及び分離状態に適宜制御されることによって、ＥＧＲコンプレッサ３０７をモータ４００から切り離すことが可能となっている。このため、ＥＧＲガスの過給を必要としないエンジン２００の動作領域においてＨＰ側コンプレッサ２１７による過給が必要とされる場合には、ＥＧＲコンプレッサ３０７のフリクションの分だけモータ４００の駆動電力を節減することが可能であり、電力資源の有効利用、最終的にはエンジン２００の燃費向上といった、実践上の高い利益が提供されるのである。
【００８９】
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】
【００９０】
【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により実行される排気浄化制御のフローチャートである。
【図３】エンジンの基本過給パターンを決定するために使用される制御マップの模式図である。
【符号の説明】
【００９１】
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、４００…モータ、４０１…モータ軸、４０２…電磁クラッチ
【図１】
2010096161.tif 000003
【図２】
2010096161.tif 000004
【図３】
2010096161.tif 000005