(57)【要約】【課題】車両の加速時に、燃費性能と加速性能を両立させる。【解決手段】過給機付エンジンは、エンジン本体１０と、気筒３０ａ内へと燃料を供給する第１インジェクタ３８と、電動式過給機１８と、高圧ＥＧＲ通路８０と、高圧ＥＧＲ通路８０へと燃料を供給する第２インジェクタ８１と、第２インジェクタ８１から供給された燃料を改質する改質触媒８２と、車両の加速時に、改質触媒８２によって改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給するとともに、混合気の空燃比Ａ／Ｆが１５よりも大きくなるように、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内へと供給される吸気量を調整する制御部（ＰＣＭ１００）と、を備えている。【選択図】図８
2019090378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジン本体と、
上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、
上記エンジン本体の気筒内へ、ガソリン、ナフサ及びエタノールの少なくとも１つを含んだ燃料を供給する第１燃料供給部と、
上記吸気通路に設けられかつ、排気エネルギーを利用せずに過給をする過給機と、
上記排気通路と上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路へと燃料を供給する第２燃料供給部と、
上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記第２燃料供給部から供給された燃料を改質する改質触媒と、
加速要求信号を受けて上記第１燃料供給部による燃料の供給量を増やす上記車両の加速時に、上記第１及び第２燃料供給部と上記過給機へと制御信号を出力することで、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給するとともに、該気筒内に形成される混合気の空燃比Ａ／Ｆ、又は、上記気筒内の全ガス重量Ｇと該気筒内に供給される燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが１５よりも大きくなるように、上記過給機によって上記気筒内へと供給される吸気量を調整することにより上記Ａ／Ｆ又はＧ／Ｆを調整する制御部と、を備えている過給機付エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記過給機は、上記吸気通路に設けられたコンプレッサを電動モータによって回転駆動することにより過給を行う電動式過給機である過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記車両の加速時に、上記電動モータが最高トルクよりも低いトルクとなるように、及び／又は、上記コンプレッサが限界回転数よりも低い回転数となるように、上記電動式過給機を作動させる過給機付エンジン。
【請求項４】
請求項１に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記過給機は、上記エンジン本体のクランクシャフトから伝達された動力を受けて作動する機械式過給機である過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記ＥＧＲ通路は、排気浄化触媒よりも上流の上記排気通路と、上記過給機よりも下流の上記吸気通路とを連通している過給機付エンジン。
【請求項６】
請求項５に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記ＥＧＲ通路における上記改質触媒の下流には、ガスの冷却機能を有するＥＧＲクーラが設けられている過給機付エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記車両の加速時であってかつ、上記エンジン本体が温間状態にあるときに、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する過給機付エンジン。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記車両の加速時に、上記気筒内に形成される混合気の空燃比Ａ／Ｆ、又は、上記気筒内の全ガス重量Ｇと該気筒内に供給される燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが２５以上になるように、上記過給機によって上記気筒内へと供給される吸気量を調整する過給機付エンジン。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
排気浄化触媒よりも下流の上記排気通路と、上記過給機よりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる第２ＥＧＲ通路と、
上記第２ＥＧＲ通路へと燃料を供給する第３燃料供給部と、
上記第２ＥＧＲ通路に設けられ、上記第３燃料供給部から供給された燃料を改質する第２改質触媒と、をさらに備え、
上記制御部は、上記車両の加速時に、上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度が所定未満の場合には、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する一方、上記排気温度が所定以上の場合には、上記第２改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する過給機付エンジン。
【請求項１０】
請求項９に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記排気通路における上記排気浄化触媒の下流には、パティキュレートフィルタが設けられ、
上記第２ＥＧＲ通路と上記排気通路との連通部は、上記パティキュレートフィルタよりも下流の部位とされ、
上記制御部は、上記車両の加速時に、
上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度、及び、上記パティキュレートフィルタよりも下流の排気温度が双方とも所定温度未満の場合には、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する一方、
上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度が所定温度以上で且つ、上記パティキュレートフィルタよりも下流の排気温度が所定温度未満の場合には、上記第２改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、過給機付エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、過給機付エンジンの一例が開示されている。具体的に、この特許文献１に開示されたエンジンは、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機（排気ターボ過給機）と、排気エネルギーを利用せずに過給する電動式過給機（電動過給機）とを備えたディーゼルエンジンとして構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２２２００７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの燃費性能を高めるための方策として、いわゆるリーンバーンエンジンが提案されている。リーンバーンエンジンでは、スロットルバルブの開度を全開付近に保つことにより、ポンプ損失を低減することができる。
【０００５】
しかし、一般的なリーンバーンエンジンは、混合気の着火性という点で改善の余地があり、車両の加速時のようにエンジン負荷が急激に上昇するときに、安定したリーン燃焼を実現するのが困難であった。そのため、これまでは、リーン燃焼を安定させることができるのは、加速後の定常運転に限定されていた。
【０００６】
またそもそも、車両の加速時には、エンジン負荷の上昇に応じて燃料の供給量も急激に増大する。そうすると、リーン側に設定された空燃比を実現するべく、燃料の供給量に追従させるように、空気の導入量を速やかに増やす必要がある。ターボ過給機のように排気エネルギーを利用する過給機は、ターボラグ等の事情から、空気の応答性において難がある。
【０００７】
こうした事情から、これまでの構成では、仮にリーン燃焼を実現できたとしても、空気の導入量が少ない低負荷域に限られたものとなり、また、エンジンの加速性能を確保する上でも改善の余地があった。
【０００８】
本願発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、混合気の着火性を向上させるような構成と、上記特許文献１に記載された電動式過給機のように、排気エネルギーを利用しない過給機とに着目し、ここに開示する技術の完成に至った。
【０００９】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の加速時に、燃費性能と加速性能を両立させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ここに開示する技術は、過給機付エンジンにおいて、車両の加速時に、改質触媒によって改質された燃料を気筒内へと導入するとともに、排気エネルギーを利用せずに過給をする過給機によって吸気量を調整することで、リーン燃焼を実現することを特徴とする。
【００１１】
具体的に、ここに開示する過給機付エンジンは、車両に搭載されたエンジン本体と、上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、上記エンジン本体の気筒内へ、ガソリン、ナフサ及びエタノールの少なくとも１つを含んだ燃料を供給する第１燃料供給部と、上記吸気通路に設けられかつ、排気エネルギーを利用せずに過給をする過給機と、上記排気通路と上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路へと燃料を供給する第２燃料供給部と、上記ＥＧＲ通路に設けられ、上記第２燃料供給部から供給された燃料を改質する改質触媒と、加速要求信号を受けて上記第１燃料供給部による燃料の供給量を増やす上記車両の加速時に、上記第１及び第２燃料供給部と上記過給機へと制御信号を出力することで、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給するとともに、該気筒内に形成される混合気の空燃比Ａ／Ｆ、又は、上記気筒内の全ガス重量Ｇと該気筒内に供給される燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが１５よりも大きくなるように、上記過給機によって上記気筒内へと供給される吸気量を調整することにより上記Ａ／Ｆ又はＧ／Ｆを調整する制御部と、を備えている。
【００１２】
ここで、上記過給機には、いわゆる電動式過給機や機械式過給機が含まれる。
【００１３】
また、上記改質触媒は、第２燃料供給部から供給された燃料を改質することで水素を生成する、としてもよい。
【００１４】
上記の構成によると、車両の加速時に、制御部は、改質触媒によって改質された燃料を気筒内へと供給する。これにより、混合気の着火性を高めることができるから、安定したリーン燃焼を実現することが可能となる。
【００１５】
また、上記の構成では、制御部は、改質された燃料の供給と併せて、過給機によって気筒内へと供給される吸気量を調整する。これにより、吸気量（空気の導入量）を応答良く増やすことができ、加速時であっても吸気量を要求リーン状態に維持することが可能となる。そのことで、リーン燃焼を維持した加速が可能となる。
【００１６】
このように、改質触媒による燃料の改質と、過給機による吸気量の調整とが相俟って、安定的でかつ応答性に優れたリーン燃焼を実現することができるとともに、リーン燃焼を実行可能な運転領域を高負荷側へと拡大することもできる。
【００１７】
こうして、車両の加速時に、加速性能を維持したまま、燃費性能を改善することができ、特に、所定負荷域での加速時における燃費性能を改善することが可能となる。
【００１８】
また、上記過給機は、上記吸気通路に設けられたコンプレッサを電動モータによって回転駆動することにより過給を行う電動式過給機である、としてもよい。
【００１９】
この構成によると、応答性に優れた過給を実現することができる。
【００２０】
また、上記制御部は、上記車両の加速時に、上記電動モータが最高トルクよりも低いトルクとなるように、及び／又は、上記コンプレッサが限界回転数よりも低い回転数となるように、上記電動式過給機を作動させる、としてもよい。
【００２１】
電動式過給機を上記のようなパーシャル状態で作動させると、信頼性という観点からは、その電動式過給機を長時間にわたって作動させたり、常時作動させたりすることが可能となる。この場合、電動モータの起電力（起動毎の起電力）の発生が抑制されるため、消費電力を低く抑えることが可能となる。それと同時に、コンプレッサ前後の吸気圧力の比率を示す圧力比を所定範囲内に保つことができるため、コンプレッサが高効率で仕事をする領域を使い続けることができる。特に、ターボ過給機と電動式過給機との両方を備えた過給機付エンジンにおいて、電動式過給機を補助的に作動させることによって、電力消費を少なくすることができる。
【００２２】
また、上記過給機は、上記エンジン本体のクランクシャフトから伝達された動力を受けて作動する機械式過給機である、としてもよい。
【００２３】
この構成によると、応答性に優れた過給を実現することができる。
【００２４】
また、上記ＥＧＲ通路は、排気浄化触媒よりも上流の上記排気通路と、上記過給機よりも下流の上記吸気通路とを連通している、としてもよい。
【００２５】
この構成によると、ＥＧＲ通路（ここでは、「高圧ＥＧＲ通路」と仮称する）は、排気通路において排気浄化触媒よりも上流に接続されるから、例えば、その排気浄化触媒よりも下流に接続される別のＥＧＲ通路（ここでは、「低圧ＥＧＲ通路」と仮称する）と比較したときに、改質された燃料（例えば水素）を、気筒内へと速やかに供給することができる。
【００２６】
また、上記ＥＧＲ通路における上記改質触媒の下流には、ガスの冷却機能を有するＥＧＲクーラが設けられている、としてもよい。
【００２７】
この構成によると、筒内温度が高くなり過ぎることを防止することができる。
【００２８】
また、上記制御部は、上記車両の加速時であってかつ、上記エンジン本体が温間状態にあるときに、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する、としてもよい。
【００２９】
上記の構成によると、エンジン本体が温間状態にあるときには、総じて排気ガス温度も高くなるため、改質触媒による燃料改質も進行する。リーン燃焼が行われるとき、つまり燃焼温度が低いときでも有効となる。
【００３０】
また、上記制御部は、上記車両の加速時に、上記気筒内に形成される混合気の空燃比Ａ／Ｆ、又は、上記気筒内の全ガス重量Ｇと該気筒内に供給される燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが２５以上になるように、上記過給機によって上記気筒内へと供給される吸気量を調整する、としてもよい。
【００３１】
Ａ／ＦやＧ／Ｆを２５以上にするには、気筒内へ多量の空気を供給することが求められる。上記の構成は、そうした状況下において取り分け有効となる。
【００３２】
また、上記過給機付エンジンは、排気浄化触媒よりも下流の上記排気通路と、上記過給機よりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる第２ＥＧＲ通路と、上記第２ＥＧＲ通路へと燃料を供給する第３燃料供給部と、上記第２ＥＧＲ通路に設けられ、上記第３燃料供給部から供給された燃料を改質する第２改質触媒と、をさらに備え、上記制御部は、上記車両の加速時に、上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度が所定温度未満の場合には、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する一方、上記排気温度が所定温度以上の場合には、上記第２改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する、としてもよい。
【００３３】
この構成によると、第２ＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路）は、排気通路において排気浄化触媒よりも下流に接続されるから、例えば、上記ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路）と比較したとき、第２ＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路）を介して還流されるＥＧＲガスは、相対的に低温となる。
【００３４】
排気温度が相対的に低いとき、高圧ＥＧＲ通路に設けられた改質触媒は、低圧ＥＧＲ通路に設けられた第２改質触媒よりも活性状態にあるため、前者の改質触媒は、その改質機能をより有効に発揮する。そのため、このときには、改質触媒によって改質された燃料を、高圧ＥＧＲ通路を介して気筒内へと供給する。これにより、低圧ＥＧＲ通路に設けた第２改質触媒を用いるときと比較して、改質された燃料を応答良く気筒内へ供給することができる。
【００３５】
対して、排気温度が相対的に高いときには、改質触媒が過度に高温となり、その改質機能が十分に発揮されない可能性がある（つまり、いわゆる改質域を抜ける可能性がある）。一方、低圧ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスは相対的に低温であり、第２改質触媒もまた、改質触媒よりも低温となる。よって、このときには、第２改質触媒によって改質された燃料を、低圧ＥＧＲ通路を介して気筒内へと供給する。こうすることで、排気温度が相対的に高い場合であっても、改質された燃料を、気筒内へ供給することができる。このことは、リーン燃焼を実行可能な運転領域を拡大する上で有効である。
【００３６】
さらに、上記排気通路における上記排気浄化触媒の下流には、パティキュレートフィルタが設けられ、上記第２ＥＧＲ通路と上記排気通路との連通部は、上記パティキュレートフィルタよりも下流の部位とされ、上記制御部は、上記車両の加速時に、上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度、及び、上記パティキュレートフィルタよりも下流の排気温度が双方とも所定温度未満の場合には、上記改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する一方、上記排気浄化触媒よりも上流の排気温度が所定温度以上で且つ、上記パティキュレートフィルタよりも下流の排気温度が所定温度未満の場合には、上記第２改質触媒によって改質された燃料を上記気筒内へと供給する、としてもよい。
【００３７】
この構成によると、ＥＧＲ通路（高圧ＥＧＲ通路）の改質触媒が過度に高温となり、その改質機能が十分に発揮されない可能性があるときで、しかも第２ＥＧＲ通路（低圧ＥＧＲ通路）の第２改質触媒が十分に改質機能を発揮すると想定される場合（ただし、パティキュレートフィルタが活性状態にあって、パティキュレートフィルタ下流の排気温度が過度に昇温し、第２改質触媒が過度に高温となるケースを除いた場合）に限って、第２改質触媒により改質された燃料を気筒内へと供給することで、リーン燃焼を実行可能な運転領域を拡大することが可能となる。
【発明の効果】
【００３８】
以上説明したように、ここに開示する技術は、車両の加速時に、燃費性能と加速性能を両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、過給機付エンジンの気筒内を示す断面図である。
【図３】図３は、過給機付エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】図４は、電動式過給機の作動状態を示すマップである。
【図５】図５の上図は、電動式過給機のコンプレッサの特性を示す性能曲線グラフであり、図５の下図は、電動式過給機の電動モータの特性を示す図である。
【図６】図６は、過給機付エンジンの運転領域を示すマップである。
【図７】図７は、改質触媒および電動式過給機が無い比較例と、改質触媒および電動式過給機を備えた実施例との各々でリーン燃焼を行ったときの空燃比の推移を比較して示す図である。
【図８】図８は、ＰＣＭによって実行される処理を示すフローチャートである。
【図９】図９は、第２の実施形態に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図１０】図１０は、過給機付エンジンの運転領域を示す図６対応図である。
【図１１】図１１は、ＰＣＭによって実行される処理を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、第３の実施形態に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
《第１の実施形態》
以下、本発明を実施するための第１の形態（以下、単に「実施形態」又は「第１の実施形態」という）について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明は例示である。
【００４１】
図１は、第１の実施形態に係る過給機付エンジン（以下、単に「エンジン」という）１を示す概略図である。また、図２は、エンジン１の気筒３０ａ内を示す断面図であり、図３は、エンジン１の制御系を示すブロック図である。
【００４２】
（エンジンの全体構成）
このエンジン１は、車両に搭載されるとともに、ガソリン、ナフサ及びエタノールの少なくとも一方を含んだ燃料から動力を得る４ストローク式の内燃機関であって、図１に示すように、電動式過給機１８を備えた過給機付エンジンとされている。
【００４３】
エンジン１の出力軸であるクランクシャフトは、不図示の変速機を介して駆動輪に連結されている。エンジン１が運転することにより、その出力が駆動輪に伝達されて車両が推進する。
【００４４】
このエンジン１は、主に、気筒３０ａを有するエンジン本体１０と、このエンジン本体１０に接続される吸気通路５０及び排気通路６０と、吸気通路５０に設けられる電動式過給機１８と、から構成されている。
【００４５】
具体的に、エンジン本体１０は、複数の気筒３０ａ（図２において１つのみを図示している）が設けられたシリンダブロック３０と、このシリンダブロック３０上に配設されたシリンダヘッド３１と、シリンダブロック３０の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン３９とを有している。エンジン本体１０は、前述の車両に搭載されている。
【００４６】
シリンダブロック３０の各気筒３０ａ内には、ピストン３２（図２参照）が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン３２と、シリンダブロック３０と、シリンダヘッド３１とによって燃焼室３３（図２参照）が区画されている。
【００４７】
ピストン３２の頂面には、図２に拡大して示すようなキャビティ３２ａが形成されている。キャビティ３２ａは、ピストン３２が圧縮上死点付近に位置するときには、後述の第１インジェクタ３８に相対する。
【００４８】
また、ピストン３２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されている。なお、燃焼室３３の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３２ａの形状、ピストン３２の頂面形状、及び、燃焼室３３の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００４９】
図２に示すように、シリンダヘッド３１には、気筒３０ａ毎に、吸気ポート３４及び排気ポート３５が形成されているとともに、これら吸気ポート３４及び排気ポート３５には、燃焼室３３側の開口を開閉する吸気弁３６及び排気弁３７がそれぞれ配設されている。
【００５０】
各吸気弁３６は吸気側カム４０によって開閉され、各排気弁３７は排気側カム４１によって開閉される。吸気側カム４０及び排気側カム４１は、上記クランクシャフトの回転と連動してそれぞれ回転駆動される。図示は省略するが、吸気弁３６及び排気弁３７のそれぞれの開閉タイミングや開閉期間を調整するために、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。
【００５１】
シリンダヘッド３１には、気筒３０ａ毎に、気筒３０ａ内に燃料を直接噴射する第１インジェクタ３８と、燃焼室３３内に形成された混合気に対して点火をする点火プラグ４２とが設けられている。
【００５２】
図２に示すように、第１インジェクタ３８は、その噴口が燃焼室３３の天井面の中央部分から、その燃焼室３３内に臨むように配設されている。第１インジェクタ３８は、エンジン１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１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室３３内に直接噴射する。第１インジェクタ３８は、「第１燃料供給部」の例示である。
【００５３】
また、前述のように、第１インジェクタ３８から供給される燃料は、ガソリン、ナフサ及びエタノールの少なくとも１つを含む。すなわち、ガソリンのみを使用してもよいし、ナフサのみを使用してもよいし、エタノールのみを使用してもよいし、ガソリンとナフサとの混合燃料や、エタノールと他の燃料との混合燃料を使用してもよい。
【００５４】
なお、このエンジン１に使用可能なナフサは、軽質ナフサ、重質ナフサ、及び、ホールレンジナフサを含む。また、ナフサに原油あるいは重油を少量混入させた変成ナフサを使用してもよい。
【００５５】
また、点火プラグ４２は、その先端が燃焼室３３の天井面から、燃焼室３３内に臨むように配設されている。点火プラグ４２は、燃焼室３３の中に形成された混合気に対して点火をすることにより、混合気を燃焼させる。つまり、このエンジン１は、火花点火式エンジンとして構成されている。
【００５６】
図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には吸気通路５０が接続されている。吸気通路５０は、各気筒３０ａの吸気ポート３４に連通しており、その吸気ポート３４を介して各気筒３０ａへと吸気を供給するようになっている。この吸気通路５０には、前述の電動式過給機１８が設けられている。
【００５７】
一方、エンジン本体１０の他側面には排気通路６０が接続されている。排気通路６０は、各気筒３０ａの排気ポート３５に連通しており、その排気ポート３５を介して各気筒３０ａから既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出するようになっている。
【００５８】
吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ５４が配設されている。一方、吸気通路５０における下流端近傍には、サージタンク５１が配設されている。このサージタンク５１よりも下流側の吸気通路５０は、気筒３０ａ毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒３０ａの吸気ポート３４にそれぞれ接続されている。
【００５９】
吸気通路５０におけるエアクリーナ５４とサージタンク５１との間には、上流側から下流側へ向かって順に、電動式過給機１８と、スロットル弁５５と、熱交換器としての水冷式のインタークーラ５７とが配設されている。インタークーラ５７は、例えば吸気マニホールド内に設けられる。
【００６０】
吸気通路５０には、電動式過給機１８をバイパスする吸気側バイパス通路５３が設けられている。吸気側バイパス通路５３の上流端は、吸気通路５０における電動式過給機１８の上流に接続されている。対して、吸気側バイパス通路５３の下流端は、吸気通路５０における電動式過給機１８の下流に接続されている。
【００６１】
吸気側バイパス通路５３には、この吸気側バイパス通路５３を流れる空気量を調整するための吸気側バイパス弁５８が配設されている。吸気側バイパス弁５８の開度を調整することによって、電動式過給機１８で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路５３を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。
【００６２】
電動式過給機１８は、吸気通路５０内に設けられたコンプレッサホイール１８ａと、このコンプレッサホイール１８ａを回転駆動する電動モータ１８ｂとから構成されている。電動モータ１８ｂを駆動することによって、コンプレッサホイール１８ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。つまり、電動式過給機１８は、排気エネルギーを利用しない過給機である。電動式過給機１８は、排気エネルギーを利用せずに過給をする「過給機」の例示であり、コンプレッサホイール１８ａは、「コンプレッサ」の例示である。
【００６３】
電動式過給機１８の過給圧能力（つまり、電動式過給機１８による過給圧）は、電動モータ１８ｂの駆動力を変更することで変更される。詳しくは後述するが、電動式過給機１８は、エンジン１の運転中はパーシャル状態で作動されるようになっている。
【００６４】
電動モータ１８ｂは、上記車両に搭載されたバッテリ１９に蓄積された電力によって駆動される。電動モータ１８ｂの駆動力の大きさは、該電動モータ１８ｂに供給される電力の大きさによって変更される。バッテリ１９には、例えば、車両に搭載されたオルタネータ（図示省略）によって発電された電力が蓄積される。バッテリ１９は、例えば４８Ｖバッテリとしてもよい。電動モータ１８ｂは、４８Ｖ電流が供給されて駆動してもよい。
【００６５】
上記インタークーラ５７は、水冷式であって、ラジエータ９０に対して、供給経路９１及びリターン経路９２を介して接続されている。供給経路９１には、ウォータポンプ９３が接続されている。ウォータポンプ９３によって、供給経路９１に吐出された冷媒としての冷却水は、供給経路９１、インタークーラ５７、リターン経路９２及びラジエータ９０を通って、再びウォータポンプ９３に戻り、再度、供給経路９１に吐出されて、インタークーラ５７へ供給される。そして、冷却水がインタークーラ５７を通過するときに、該冷却水と吸気との間で熱交換されて、吸気が冷却される。吸気を冷却した分だけ温度が上昇した冷却水は、ラジエータ９０において熱交換されて冷却される。なお、この構成例（特に、第１の実施形態）において、インタークーラ５７は必須ではない。
【００６６】
上記排気通路６０の上流側部分は、排気マニホールドによって構成されている。排気マニホールドは、気筒３０ａ毎に分岐して排気ポート３５の外側端に接続された複数の独立排気通路と、それら独立排気通路が集合する集合部と、を有している。
【００６７】
排気通路６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、三元触媒６１と、ガソリンパティキュレートフィルタ（以下、ＧＰＦという）６２と、が配設されている。ＧＰＦ６２は、「パティキュレートフィルタ」の例示である。
【００６８】
三元触媒６１は、所定温度以上で活性化することにより、排気ガス中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の酸化還元反応を促進するようになっている。また、ＧＰＦ６２は、排気ガス中に含まれるスートな等の微粒子を捕集するものである。なお、三元触媒６１は、「排気浄化触媒」の例示である。
【００６９】
吸気通路５０と排気通路６０の間には、高圧ＥＧＲ通路８０が設けられている。高圧ＥＧＲ通路８０は、排気通路６０と吸気通路５０とを連通し、排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能とされている。高圧ＥＧＲ通路８０は、「ＥＧＲ通路」の例示である。
【００７０】
具体的に、高圧ＥＧＲ通路８０の上流端は、排気通路６０における上記排気マニホールドと三元触媒６１との間の部分（つまり、三元触媒６１よりも上流側の部分）に接続されている。一方、高圧ＥＧＲ通路８０の下流端は、吸気通路５０におけるインタークーラ５７とサージタンク５１との間の部分（つまり、電動式過給機１８よりも下流側の部分）に接続されている。
【００７１】
さらに、高圧ＥＧＲ通路８０には、上流側（排気通路６０に接続された一端側）から順に、高圧ＥＧＲ通路８０内へ燃料を供給する第２インジェクタ８１と、この第２インジェクタ８１から供給された燃料を改質する改質触媒８２と、ガスの冷却機能を有する高圧ＥＧＲクーラ８３と、この高圧ＥＧＲ通路８０を通って吸気通路５０へと還流される排気ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという）の流量を調整する高圧ＥＧＲ弁８４と、が設けられている。以下、第２インジェクタ８１、改質触媒８２、高圧ＥＧＲクーラ８３及び高圧ＥＧＲ弁８４によって構成されるシステムを、高圧ＥＧＲシステム８と呼称する。
【００７２】
第２インジェクタ８１は、その噴口が高圧ＥＧＲ通路８０内に臨むように配設されている。第２インジェクタ８１は、後述のリーン燃焼が行われるときに、エンジン１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１の運転状態に応じた量の燃料を、高圧ＥＧＲ通路８０内に直接噴射する。第２インジェクタ８１は、「第２燃料供給部」の例示である。
【００７３】
改質触媒８２は、所定温度以上で活性化するようになっており、燃料の化学反応を促進する。改質触媒８２によって促進される化学反応により、燃料から水素が生成される。
【００７４】
高圧ＥＧＲクーラ８３は、高圧ＥＧＲガスを適温に調整するべく、この高圧ＥＧＲクーラ８３を通過するガスを冷却するように構成されている。
【００７５】
高圧ＥＧＲ弁８４は、バタフライ式の電磁バルブとされており、その開度調整を通じて、高圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【００７６】
よって、第２インジェクタ８１から噴射された燃料は、高圧ＥＧＲガスの流動にしたがって改質触媒８２へと導かれる。改質触媒８２へ導かれた燃料は、化学反応を通じて水素を生成する。そうして生成された水素は、高圧ＥＧＲガスの流動にしたがって、高圧ＥＧＲクーラ８３及び高圧ＥＧＲ弁８４を順番に通過して、吸気通路５０へ還流されるようになっている。吸気通路５０へ還流された水素は、高圧ＥＧＲガスや新気とともに、燃焼室３３へと導かれる。こうして、混合気に水素を添加することができる。水素が添加された混合気は、水素が添加されていない混合気と比較して、着火性に優れる。
【００７７】
なお、上記エンジン１は、その幾何学的圧縮比を１４以上とした、比較的高圧縮比となるように構成されており、これによって混合気を十分に燃焼させるようにしている。このエンジン１では、電動式過給機１８による新気量の調整と、混合気への水素の添加と、幾何学的圧縮比の高圧縮比化によって、車両加速時におけるリーン燃焼を実現している。
【００７８】
（エンジンの制御系の構成）
上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すパワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１００によって制御される。ＰＣＭ１００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。なお、ＰＣＭ１００は「制御部」の例示である。
【００７９】
ＰＣＭ１００には、様々なセンサの検出信号が入力される。例えば、ＰＣＭ１００には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、排気温度を検出する排気温度センサＳＷ４、上記クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサＳＷ５、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ６、及び車両の車速を検出する車速センサＳＷ７が入力される。
【００８０】
ＰＣＭ１００は、これらのセンサＳＷ１〜ＳＷ７の検出信号に基づいて種々の演算を行うことにより、エンジン１や車両の状態を判定するとともに、その判定を受けて生成された制御信号によってエンジン１の運転を制御する。
【００８１】
例えば、ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン回転数を推定するとともに、アクセル開度センサＳＷ６の検出結果からエンジン負荷を算出する。
【００８２】
また、ＰＣＭ１００は、水温センサＳＷ１の検出温度が所定温度Ｔｃよりも低いときには、気筒３０ａ内の温度が低く、エンジン１が冷間状態にあると判定するようになっている。
【００８３】
ＰＣＭ１００は、そうした判定結果に基づいて制御信号を生成し、第１インジェクタ３８、電動モータ１８ｂ、点火プラグ４２、第２インジェクタ８１、各種の弁５５，５８，８４，点火プラグ４２のアクチュエータへ制御信号を出力する。ＰＣＭ１００はまた、吸気弁３６及び排気弁３７の弁可変機構にも制御信号を出力する。
【００８４】
（電動式過給機の制御の概要）
次に、ＰＣＭ１００による電動式過給機１８の制御について説明する。図４には、電動式過給機１８の制御の態様を示す。ＰＣＭ１００は、基本的には、エンジン本体１０の運転中は電動式過給機１８を常時回転させるようにしているが、水温センサＳＷ１によって検出されるエンジン冷却水の温度と、クランク角センサＳＷ５によって検出されるエンジン１の回転速度とに基づいて、電動式過給機１８の回転数（すなわち過給圧）を制御している。具体的には、低水温ないしエンジン低速の領域が最も回転数が高く、そこから、高水温又はエンジン高速となるに連れて、回転数を減少させるように制御する。
【００８５】
また、本実施形態では、水温が８０℃以上になるような領域においては、電動式過給機１８をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパス弁５８を全開にして、該電動式過給機１８による過給が、実質的に行われないようにする。このようにすれば、電動式過給機１８の回転を止めることなく、過給を実質的に停止することができる。
【００８６】
上記のように、電動式過給機１８を常時回転させることによって、後述するように、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内へと供給される吸気量を調整する際に、電動式過給機１８を一時的に停止させて、必要な場面で駆動させるようなオン−オフの制御を行うよりも、電動式過給機１８（厳密には、電動式過給機１８を作動させるための電動モータ１８ｂ）を効率的に作動させることができる。
【００８７】
図５には、電動式過給機１８の特性を表す性能曲線を示している。図５の上図は電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの特性を示す性能曲線グラフであり、縦軸は電動式過給機１８の圧力比（つまり、下流側の圧力に対する上流側の圧力の比）、横軸は吐出流量である。図５の上図において、曲線ＬＬは回転限界ライン、直線ＳＬはサージライン、直線ＣＬはチョークラインを表している。これらのラインで囲まれた領域が電動式過給機１８の運転可能領域である。この領域の中央側に位置するほど電動式過給機１８の運転効率が高くなる。
【００８８】
電動式過給機１８は、気筒３０ａ内に導入する新気量の調整を目的として使用するため、図５の上図にメッシュで示すような、回転限界ラインから離れた領域内において、エンジン冷却水の水温とエンジン回転数とに応じて、適切な回転数でもって作動される。つまり、電動式過給機１８は限界回転数から大きく離れたパーシャル状態で運転される。
【００８９】
図５の下図は、電動式過給機１８の電動モータ１８ｂの特性を例示しており、縦軸は電動モータ１８ｂのトルク、横軸は電動モータ１８ｂの回転数である。図５の下図の一点鎖線は、等消費電力となる線を示しており、図の右上になるほど消費電力が高く、左下になるほど消費電力が低い。電動式過給機１８は、図５の上図におけるメッシュで示す領域内において作動されるが、このとき電動モータ１８ｂは、図５の下図におけるメッシュで示す領域内において作動する。電動モータ１８ｂの消費電力は比較的低くかつ、電動モータ１８ｂの効率は比較的高い。電動モータ１８ｂが最高トルクよりも低いトルクで作動している状態を、電動式過給機１８のパーシャル状態で運転していると呼んでもよい。前述したように、電動式過給機１８は、エンジン本体１０の運転中は常時回転しているものの、電動式過給機１８をパーシャル状態で運転することによって、消費電力を少なくすることが可能である。
【００９０】
なお、図４に示すアイドル回転領域においては、電動式過給機１８を停止してもよい。
【００９１】
（エンジンの燃焼制御）
上記ＰＣＭ１００によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて要求駆動力を決定し、これに対応する燃焼状態が実現するように、気筒３０ａ内に導入する新気量、高圧ＥＧＲガス量を調整するとともに、燃料の噴射量や噴射時期等を第１インジェクタ３８の作動制御によって実現するものである。
【００９２】
特に、気筒３０ａ内に導入される新気量や燃料の噴射量は、理論空燃比をベースとして決定されるようになっている。すなわち、混合気は、基本的にはストイキで燃焼する。
【００９３】
（車両加速時のエンジン制御）
ところで、エンジン１の燃費性能を高めるための方策として、上記のようなストイキ燃焼ではなく、いわゆるリーン燃焼が提案されている。リーン燃焼を実行するとき、気筒３０ａ内に形成される混合気の空燃比Ａ／Ｆ、又は、気筒３０ａ内の全ガス重量Ｇと該気筒３０ａ内に供給される燃料の重量Ｆとの関係Ｇ／Ｆが１５よりも大きくなるように調整される。すなわち、ストイキ燃焼と比較して、相対的に多量のガスを導入することになるため、スロットル弁５５の開度は、全開付近に保たれる。これにより、エンジン１のポンプ損失を低減することができる。
【００９４】
しかし、一般に、リーン燃焼は、混合気の着火性という点で改善の余地があり、車両の加速時のようにエンジン負荷が急激に上昇するときに、安定したリーン燃焼を実現するのが困難であった。そのため、従来は、リーン燃焼を安定させることができるのは、加速後の定常運転に限定されていた。
【００９５】
またそもそも、車両の加速時には、エンジン負荷の上昇に応じて燃料の供給量も急激に増大する。そうすると、リーン側に設定された空燃比を実現するべく、燃料の供給量に追従させるように、空気の導入量を速やかに増やす必要がある。ターボ過給機のように排気エネルギーを利用する過給機は、ターボラグ等の事情から、空気の応答性において難がある。
【００９６】
またそもそも、車両の加速時には、エンジン負荷の上昇に応じて燃料の供給量も急激に増大する。そうすると、リーン側に設定されたＡ／Ｆ、又は、Ｇ／Ｆを実現するべく、燃料の供給量に追従させるように、ガスの導入量を速やかに増やす必要がある。ターボ過給機のように排気エネルギーを利用する過給機は、ターボラグ等を考慮すると、空気の応答性という点で難がある。
【００９７】
そのため、仮にリーン燃焼を実現できたとしても、図６の上図に示すリーン領域Ａのように、空気の導入量が少ない低負荷域に限られたものとなり、また、エンジンの加速性能を確保する上でも改善の余地があった。
【００９８】
対して、このエンジン１は、混合気の着火性を高めることができる改質触媒８２と、排気エネルギーを利用しない電動式過給機１８を備えた構成とされていて、改質触媒８２と電動式過給機１８を組み合わせた制御を実行することで、車両加速時であっても、安定性に優れたリーン燃焼を実現するに至った。
【００９９】
すなわち、ＰＣＭ１００は、加速要求信号を受けて第１インジェクタ３８による燃料の供給量を増やす車両の加速時に、第１及び第２インジェクタ３８，８１と、電動式過給機１８とに制御信号を出力することで、改質触媒８２によって改質された燃料（この構成例では水素）を気筒３０ａ内へと供給するとともに、該気筒３０ａ内に形成される混合気のＡ／Ｆ、又は、Ｇ／Ｆが１５よりも大きくなるように、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内へと供給される吸気量を調整する。この構成例では、混合気のＡ／Ｆ又はＧ／Ｆが、２５以上となるように調整される。
【０１００】
このように、車両の加速時に、改質触媒８２によって改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給することで、混合気の着火性を高めることができる。そのことで、安定したリーン燃焼を実現することが可能となる。
【０１０１】
また、ＰＣＭ１００は、改質された燃料の供給と併せて、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内へと供給される吸気量を調整する。吸気量（空気の導入量）を応答良く増やすことができ、加速時であっても吸気量を要求リーン状態に維持することが可能となる。これにより、リーン燃焼を維持した加速が可能となる。
【０１０２】
このように、改質触媒８２による燃料の改質と、電動式過給機１８による吸気量の調整とが相俟って、安定的でかつ応答性に優れたリーン燃焼を実現することができるとともに、図６の下図に示すリーン領域Ａ’のように、リーン燃焼を実行可能な運転領域を高負荷側へと拡大することもできる。
【０１０３】
こうして、車両の加速時に、燃費性能を維持したまま、燃費性能を改善することができ、特に、所定負荷域での加速時における燃費性能を改善することが可能となる。
【０１０４】
また、排気温度が高く、改質触媒８２が過度に高温となる場合には、改質触媒８２の改質機能が十分に発揮されない可能性がある。
【０１０５】
そこで、ＰＣＭ１００は、排気温度が所定温度Ｔ１以上と判断される場合には、車両の加速時であっても、第２インジェクタ８１による燃料の供給を停止する。排気温度Ｔ１は、例えば改質触媒８２の活性温度に応じて設定される。これにより、第２インジェクタ８１から必要以上の燃料が供給されない構成とし、燃費性能を向上させることができる。
【０１０６】
また、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１０の運転状態が上記リーン領域Ａ’の範囲外にあるとき、又は、このリーン領域Ａ’の範囲内であったとしても、上記のように排気温度が所定温度Ｔ１以上の場合には、車両の加速時であっても、第２インジェクタ８１による燃料の供給を停止する。この場合、ＰＣＭ１００は、混合気をストイキで燃焼する。なお、第２インジェクタ８１による燃料供給を停止する場合であっても、高圧ＥＧＲ通路８０を介してＥＧＲガスのみを供給することは可能である。この場合、エンジン本体１０の運転状態に応じて、適宜、目標ＥＧＲ率を決定すればよい。
【０１０７】
例えば図７は、改質触媒８２及び電動式過給機１８が無い比較例と、改質触媒８２および電動式過給機１８を備えた実施例との各々でリーン燃焼を行ったときの空燃比の推移を示す図である。
【０１０８】
具体的に、図７の上図は、エンジン負荷の推移を表している。一方、図７の下図は、上図に示すエンジン負荷に対応した空燃比の推移を表している。比較例と実施例とで、エンジン負荷の推移を同じである。具体的に、図７に示すエンジンは、時間ｔ０からｔ１にかけて過渡加速をした後、時間ｔ１からｔ２にかけて負荷Ｐ１で運転する。その後、時間ｔ２からｔ３にかけて減速域を経た後、時間ｔ３からｔ４にかけて、上記の負荷Ｐ１よりも低い所定負荷Ｐ２で運転する。
【０１０９】
図７の下図に示すように、比較例に係る構成では、時間ｔ０からｔ１にかけての過渡加速時には、安定したトルクを発生させるべく、リッチな混合気を燃焼させる。その後、時間ｔ１からｔ２にかけて一定の負荷で運転する。このとき、混合気の空燃比は、加速時よりもリーン側に推移するものの、ストイキでの燃焼となる。そして、負荷がＰ２からＰ１まで低下した後にリーン燃焼を実行することになる。つまり、比較例では、時間ｔ０からｔ３にかけてはリッチまたはストイキでの燃焼を行う一方、時間ｔ４以降の低負荷時に、ようやくリーン燃焼を実行することが可能となる。
【０１１０】
対して、実施例においては、上述のように、加速時に、改質触媒８２による燃料の改質と、電動式過給機１８による過給圧の上昇とを実行する。具体的に、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８によって多量の空気を気筒３０ａ内へ導入させつつ、水素が添加された混合気に対して点火プラグ４２で点火をする。
【０１１１】
これにより、負荷が急峻に上昇する過渡加速時において、リーン燃焼を実現することができる。また、中負荷側の定常負荷であっても、リーン燃焼を安定させることができる。そのため、実施例では、過渡加速時や中負荷域であっても、時間ｔ０からｔ４にかけての全域で、リーン燃焼を実現することが可能となる。
【０１１２】
なお、混合気の燃焼形態としては、上記のように、水素が添加された混合気に対して点火プラグ４２で点火をすることにより、混合気全体を燃焼（火花点火燃焼）させるように構成されている。
【０１１３】
次に、ＰＣＭ１００によるエンジン制御の処理動作を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、図１０に示すフローチャートは、エンジン本体１０が温間状態にあるときのフローチャートである。
【０１１４】
最初のステップＳ１０１で、ＰＣＭ１００は、各種センサからの信号を読み込み、エンジン１の運転状態を判定する。次のステップＳ１０２で、ＰＣＭ１００は、図４に例示するマップに従って、電動式過給機１８を、アイドル回転状態にするか否かを判定する。ステップＳ１０２の判定がＮＯのときには、制御プロセスはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８を駆動する。ＰＣＭ１００は、エンジン１の水温と、エンジン回転数とに応じて、電動式過給機１８の回転数を、高回転数、中回転数、又は、低回転数とする。
【０１１５】
ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、制御プロセスは、ステップＳ１０３をスキップしてステップＳ１０４に進む。この場合、電動式過給機１８は、アイドル回転状態になる。
【０１１６】
ステップＳ１０４でＰＣＭ１００は、運転者の加速要求があったか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、運転者の加速要求の有無を、アクセル開度センサＳＷ６の検出値に基づいて判定する。加速要求があったときには、制御プロセスはステップＳ１０５に進み、加速要求がないときには、制御プロセスはステップＳ１１２に進む。
【０１１７】
ステップＳ１０５でＰＣＭ１００は、エンジン１の要求駆動力（アクセル開度等に基づく駆動力）を算出する。そして、ステップＳ１０６では、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現するための、目標吸気量、目標ＥＧＲ率、目標過給圧、第１インジェクタ３８からの燃料噴射量（目標値）、及び第１インジェクタ３８から燃料を噴射する時期（目標時期）等の制御量を決定する。これらの制御量は、気筒３０ａ内にストイキ（λ＝１）の混合気が形成されるように決定される。
【０１１８】
ステップＳ１０６から続くステップＳ１０７では、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１０の運転状態が、図６に示すリーン領域Ａ’の範囲内にあるか否かを判定する。リーン領域Ａ’の範囲内にあるときにはステップＳ１０８へと進む一方、リーン領域Ａ’の範囲内にあるときには、ステップＳ１１５へと進んでストイキ燃焼を実行する。
【０１１９】
ステップＳ１０８では、ＰＣＭ１００は、排気温度が上記所定温度Ｔ１未満にあるか否かを判定する。排気温度は、上記排気温度センサＳＷ４によって取得してもよいし、モデル演算によって推定してもよい。排気温度が所定温度Ｔ１未満にあるときにはステップＳ１０９へ進む一方、所定温度Ｔ１以上のときには、第２インジェクタ８１から噴射される燃料が十分に改質されないものと判断し、リーン燃焼を行うことなく、ステップＳ１１５へと進んでストイキ燃焼を実行する。
【０１２０】
ステップＳ１０９では、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０６で決定した制御量に基づいて、気筒３０ａ内にリーン混合気が形成されるような制御量を決定する。このとき、目標空燃比は、空気過剰率λの限界値（特に、リーン側の上限値）に基づいて決定される。この限界値は、エンジン本体１０の運転状態に基づいて決定される。例えば、エンジン１の負荷が高いときには、限界値をリッチ側に設定すればよい。詳細なフローは省略するが、空気過剰率λの限界値次第では、ステップＳ１１５へ進んでストイキ燃焼を行ってもよい。
【０１２１】
また、このステップＳ１０９では、第２インジェクタ８１からの燃料噴射量（目標値）も決定される。この燃料噴射量は、電動式過給機１８の目標過給圧や、目標空燃比等に基づき決定される。例えば、目標過給圧が大きいときには、気筒３０ａ内により多くの空気が導入されることになるから、目標空燃比を一定に保つためには、目標過給圧が小さいときよりも第２インジェクタ８１からの燃料噴射量を多くすればよい。同様に、目標空燃比が大きいときには、小さいときよりも第２インジェクタ８１からの燃料噴射量を少なくすればよい。また、目標ＥＧＲ率と、第２インジェクタ８１からの燃料噴射量とを相互に関連付けてもよい。
【０１２２】
そして、ステップＳ１０９から続くステップＳ１１０で、ＰＣＭ１００は、第２インジェクタ８１から燃料を噴射して、改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給する。そして、ステップＳ１１１で、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８を介して気筒３０ａ内へと供給される吸気量を調整する。そうして、ステップＳ１１２において、ＰＣＭ１００は、第１インジェクタ３８からの燃料噴射等を実行する。そうして、前述のリーン燃焼が実現される。
【０１２３】
制御プロセスはその後、ステップＳ１０１に戻る。車両の加速初期に電動式過給機１８の過給圧を上昇させたときでも、加速後期において電動式過給機１８の駆動が不要になれば、電動式過給機１８による過給圧は低下する。
【０１２４】
一方、加速要求がないため移行をしたステップＳ１１３において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０５と同様に、エンジン１の要求駆動力を算出し、続くステップＳ１１４において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０６と同様に、上記ステップＳ１１３で算出された要求駆動力を実現するべく、ストイキの混合気を燃焼させるための制御量を決定する。
【０１２５】
ステップＳ１１５において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１１４で決定された制御量に基づき、第１インジェクタ３８からの燃料噴射等を実行する。そうして、ストイキ燃焼が実現される。
【０１２６】
上述のように、本実施形態に係る構成とすることで、車両の加速時に、加速性能を維持したまま、燃費性能を改善することができ、特に、所定負荷域での加速時における燃費性能を改善することが可能となる。
【０１２７】
また、電動式過給機１８は、図５に示すようにパーシャル状態で作動するため、加速の度に、電動式過給機１８の電動モータ１８ｂに突入電力が供給されることを回避することができる。これにより、電動式過給機１８を作動させる際の電力消費を抑えることができると共に、電動式過給機１８の信頼性向上にも有利になる。
【０１２８】
また、図１に示すように、高圧ＥＧＲ通路８０は、排気通路６０において三元触媒６１よりも上流に接続されるから、例えば、その三元触媒６１よりも下流に接続される別の通路と比較したときに、改質された燃料を、気筒３０ａ内へと速やかに供給することができる。
【０１２９】
また、Ａ／ＦやＧ／Ｆを２５以上にするには、気筒３０ａ内へ多量の空気を供給することが求められる。電動式過給機１８を用いたエンジン１は、そうした状況下であっても、可能な限り速やかに空気を供給することができるという点で、取り分け有効となる。
【０１３０】
《第２の実施形態》
続いて、本発明を実施するための第２の形態（以下、単に「第２の実施形態」という）について、図面を参照しながら説明をする。第１の実施形態と同様に、以下の説明は例示に過ぎない。また、以下の説明において、前記第１の実施形態と共通する、又は、対応する構成要素については、同一の符号を用いる。
【０１３１】
図９は、第２の実施形態に係るエンジン１を示す概略図である。
【０１３２】
上記第１の実施形態との相違点に着目して説明をすると、この第２の実施形態に係るエンジン１は、電動式過給機１８に加えて、ターボ過給機５６を備えた構成とされている。
【０１３３】
ターボ過給機５６は、排気ガスのエネルギー（つまり、排気エネルギー）を受けて回転駆動されるものである。具体的には、ターボ過給機５６のタービン５６ｂが排気エネルギーを受けて回転駆動されると、連結シャフト５６ｃを介してコンプレッサ５６ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。
【０１３４】
詳しくは、ターボ過給機５６のタービン５６ｂは、排気通路６０における高圧ＥＧＲ通路８０の上流端と、三元触媒６１との間に配設されている。一方、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａは、吸気通路５０におけるエアクリーナ５４と、電動式過給機１８との間に配設されている。そして、タービン５６ｂとコンプレッサ５６ａとは、連結シャフト５６ｃを介して連結されている。
【０１３５】
また、排気通路６０には、ターボ過給機５６をバイパスするための排気側バイパス通路６３が設けられている。この排気側バイパス通路６３には、該排気側バイパス通路６３へ流れる排気ガスの流量を調整するためのウエストゲートバルブ６５が配設されている。ターボ過給機５６はタービンケース（図示省略）内に収容されている。
【０１３６】
ターボ過給機５６は、タービンケース内に可動ベーンが配設された可変容量式のターボ過給機としてもよい。可動ベーンの開度を調整することによって、タービン５６ｂを実質的にバイパスして排気ガスを流すことができるのであれば、排気側バイパス通路６３及びウエストゲートバルブ６５を省略することもできる。
【０１３７】
吸気通路５０と排気通路６０の間には、低圧ＥＧＲ通路７０が設けられている。低圧ＥＧＲ通路７０は、三元触媒６１よりも下流（この例では、三元触媒６１及びＧＰＦ６２の下流）の排気通路６０と、電動式過給機１８よりも上流（この例では、電動式過給機１８及びコンプレッサ５６ａの上流）の吸気通路５０とを連通し、排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能とされている。低圧ＥＧＲ通路７０は、「第２ＥＧＲ通路」の例示である。
【０１３８】
さらに、低圧ＥＧＲ通路７０には、上流側（排気通路６０に接続された一端側）から順に、低圧ＥＧＲ通路７０内へ燃料を供給する第３インジェクタ７１と、この第３インジェクタ７１から供給された燃料を改質する第２改質触媒７２と、ガスの冷却機能を有する低圧ＥＧＲクーラ７３と、この低圧ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路５０へと還流される排気ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという）の流量を調整する低圧ＥＧＲ弁７４と、が設けられている。第３インジェクタ７１、第２改質触媒７２、低圧ＥＧＲクーラ７３及び低圧ＥＧＲ弁７４は、低圧ＥＧＲシステム７を構成している。
【０１３９】
第３インジェクタ７１の構成は、その取付箇所を除いて、第２インジェクタ８１と実質的に同じである。第３インジェクタ７１は、「第３燃料供給部」の例示である。同様に、第２改質触媒７２の構成は、改質触媒８２の構成と実質的に同じである。
【０１４０】
また、低圧ＥＧＲクーラ７３は、低圧ＥＧＲガスを適温に調整するべく、この低圧ＥＧＲクーラ７３を通過するガスを冷却するように構成されている。そして、低圧ＥＧＲ弁７４は、電磁式のバタフライバルブとされており、その開度調整を通じて、低圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【０１４１】
また、排気通路６０における低圧ＥＧＲ通路７０の上流端の下流には、排気シャッター弁６４が設けられている。排気シャッター弁６４は、その開度を調整することで、排気通路６０内の排気圧を調整することが可能な弁である。この排気シャッター弁６４は、例えば低圧ＥＧＲ通路７０によって、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流させる際に、排気通路６０内の排気圧を高めるために利用される場合がある。
【０１４２】
このように、ターボ過給機５６と電動式過給機１８を併用することで、特にエンジン１の定常時に、電動式過給機１８を補助的に作動させることができる。そのことで、電力消費を少なくすることができる。
【０１４３】
また、ターボ過給機５６と電動式過給機１８を併用することで、より多量の空気を気筒３０ａへと供給することができる。このことは、目標空燃比をより高く設定する上で、取り分け有効となる。また、より多量の空気を気筒３０ａ内へと供給することで、図１０に示すリーン領域Ａ”のように、リーン燃焼を実行可能な運転領域を、より高負荷側へと拡大することも可能となる。
【０１４４】
ところで、排気温度が相対的に低いとき、高圧ＥＧＲ通路８０に設けられた改質触媒８２は、低圧ＥＧＲ通路７０に設けられた第２改質触媒７２よりも活性状態にあるため、前者の改質触媒８２は、その改質機能をより有効に発揮する。そのため、このときには、改質触媒８２によって改質された燃料を、高圧ＥＧＲ通路８０を介して気筒３０ａ内へと供給する。これにより、低圧ＥＧＲ通路７０に設けた第２改質触媒７２を用いるときと比較して、改質された燃料を応答良く気筒３０ａ内へ供給することができる。
【０１４５】
しかし、排気温度が相対的に高いとき（特に、前述の所定温度Ｔ１以上のとき）、改質触媒８２では十分な水素が生成されない可能性がある（いわゆる改質域を抜ける可能性がある）。一方、低圧ＥＧＲ通路７０を介して還流されるＥＧＲガスは、タービン５６ｂ又はウエストゲートバルブ６５と、三元触媒６１と、ＧＰＦ６２とを通過した後の排気ガスであるため、高圧ＥＧＲ通路８０を流れる排気ガスと比較して、相対的に低温となる。そのため、第２改質触媒７２もまた、改質触媒８２よりも低温となる。
【０１４６】
そこで、図１１に示すように、ＰＣＭ１００は、車両の加速時に、三元触媒６１よりも上流の排気温度が所定温度Ｔ１未満の場合には、改質触媒８２によって改質された燃料を、高圧ＥＧＲ通路８０を介して気筒３０ａ内へと供給する。一方、ＰＣＭ１００は、車両の加速時に上記排気温度が所定温度Ｔ１以上の場合には、第２改質触媒７２によって改質された燃料を、低圧ＥＧＲ通路７０を介して気筒３０ａ内へと供給する（図１１のステップＳ１１６〜ステップＳ１１７を参照）。
【０１４７】
こうすることで、排気温度が相対的に高い場合であっても、改質された燃料を、気筒３０ａ内へと供給することが可能になる。このことは、リーン燃焼を実行可能な運転領域を拡大する上で有効である。
【０１４８】
また、ＧＰＦ６２が三元触媒６１の下流に設けられていることと、低圧ＥＧＲ通路７０と排気通路６０との連通部がＧＰＦ６２よりも下流の部位とされていることに着目した制御を実行することもできる。
【０１４９】
つまり、ＰＣＭ１００は、車両の加速時に、三元触媒６１よりも上流の排気温度と、ＧＰＦ６２よりも下流の排気温度が双方とも所定温度Ｔ２（上記Ｔ１と同じとしてもよいし、異ならせてもよい）未満の場合には、改質触媒８２によって改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給する一方、三元触媒６１よりも上流の排気温度が所定温度Ｔ２以上で且つ、ＧＰＦ６２よりも下流の排気温度が所定温度Ｔ２未満の場合には、第２改質触媒７２によって改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給する、としてもよい。そして、ＰＣＭ１００は、三元触媒６１よりも上流の排気温度と、ＧＰＦ６２よりも下流の排気温度とが双方とも所定温度Ｔ２以上の場合には、燃料の改質を実行しない。
【０１５０】
すなわち、高圧ＥＧＲ通路８０の改質触媒８２が過度に高温となり、その改質機能が十分に発揮されない可能性があるときで、しかも低圧ＥＧＲ通路７０の第２改質触媒７２が十分に改質機能を発揮すると想定される場合（ただし、ＧＰＦ６２が活性状態にあって、ＧＰＦ６２下流の排気温度が過度に昇温し、第２改質触媒７２が過度に高温となるケースを除いた場合）に限って、第２改質触媒７２により改質された燃料を気筒３０ａ内へと供給することで、リーン燃焼を実行可能な運転領域を拡大することが可能となる。
【０１５１】
また、三元触媒６１の上流の排気温度と、ＧＰＦ６２の下流の排気温度とが双方とも所定温度Ｔ２以上の場合には、改質触媒８２と第２改質触媒７２とが双方とも過度に高温であると想定される。この場合、上記のように燃料改質を実行しないことになるが、このような運転状態は、主に、高負荷域にあると考えられるため、低〜中負荷域からの加速時とは異なり、燃料改質を行う必要性は低い。
【０１５２】
《第３の実施形態》
上記実施形態では、過給機の一例として電動式過給機１８を備えた構成について説明したが、この構成には限られない。例えば、過給機は、エンジン本体１０のクランクシャフトから伝達された動力を受けて作動する機械式過給機（いわゆるスーパ・チャージャ）としてもよい。
【０１５３】
図１２に、機械式過給機２１８を備えたエンジン１を示す。機械式過給機２１８は、駆動ベルト２１９を介してクランクシャフト４３に連結されており、このクランクシャフト４３から伝達された動力を受けて作動する。機械式過給機２１８のオン／オフは、不図示のクラッチを介して行われるようになっている。また、機械式過給機２１８を迂回するエアバイパス通路２５３には、エアバイパス弁２５８が設けられている。エアバイパス弁２５８の開度を調整することで、機械式過給機２１８で過給される吸気量と、エアバイパス通路２５３を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。
【０１５４】
機械式過給機２１８を備えたエンジン１は、エアバイパス弁２５８とクラッチの制御を通じて、電動式過給機１８を備えた場合と同様に、応答性に優れた過給を実現することができる。
【０１５５】
《他の実施形態》
また、ＰＣＭ１００が行う処理についても、例えば各ステップの順番を入れ替えたりするなど、適宜、変更することができる。さらに、ＰＣＭ１００は、目標空燃比を介した処理にかえて、Ｇ／Ｆの目標値を介した処理を行ってもよい。
【符号の説明】
【０１５６】
１      エンジン
１０    エンジン本体
１８    電動式過給機（過給機）
１８ａ  コンプレッサホール（コンプレッサ）
１８ｂ  電動モータ
３０ａ  気筒
３８    第１インジェクタ（第１燃料供給部）
５０    吸気通路
５６    ターボ過給機
５６ａ  コンプレッサ
５６ｂ  タービン
６０    排気通路
６１    三元触媒（排気浄化触媒）
６２    ＧＰＦ（パティキュレートフィルタ）
７０    低圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）
７１    第３インジェクタ（第３燃料供給部）
７２    第２改質触媒
８０    高圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
８１    第２インジェクタ（第２燃料供給部）
８２    改質触媒
８３    高圧ＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラ）
１００  ＰＣＭ（制御部）
２１８  機械式過給機（過給機）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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