(57)【要約】【課題】排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制する。【解決手段】噴射制御手段（ＰＣＭ１００）は、電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、前段燃焼のピークが、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、圧縮上死点よりも前に前段燃焼のピークを発生させることなく、圧縮上死点よりも後に、メイン燃焼が発生するように、上記前段噴射における燃料噴射量を、第１燃料噴射制御時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、前段噴射及びメイン噴射を行う第２燃料噴射制御を実行する。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、
上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射を実行するとともに、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、上記メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼が発生するように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、上記前段噴射及び上記メイン噴射を行う第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とす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、
上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御において、圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼が発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするとともに、上記メイン噴射の燃料噴射開始時期を上記圧縮上死点よりも後にすべく、上記第１燃料噴射制御時の上記メイン噴射の燃料噴射開始時期に対して遅角させるように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記第１燃料噴射制御を実行する一方、上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記噴射制御手段は、上記第１燃料噴射制御では、上記前段噴射を複数回行うように構成され、
さらに、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御では、上記前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御における上記前段噴射の回数よりも少なくすることで、上記第２燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流側に配設されたコンプレッサとを有し、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機をさらに備え、
上記電動式過給機は、パーシャル状態で作動するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１つに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンであることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項７】
気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、
上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼が、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射を実行するとともに、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、上記メイン噴射を実行する一方、
上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射によるメイン燃焼が発生するように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記非排気式過給機による過給を行わないときの上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、上記前段噴射及び上記メイン噴射を行うように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付エンジンに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機を備える過給機付エンジンが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ターボ過給機に加えて、吸気通路に電動式過給機が設けられ、吸気温度に応じて上記電動式過給機によって過給される吸気の過給圧の大きさが決定されて、該決定された過給圧になるように上記電動式過給機が制御されるとともに、吸気温度が低いときには、上記過給圧が、吸気温度が高いときに比して相対的に高くなるように決定される過給機付エンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の過給機付エンジンでは、ターボ過給機による過給圧が不足したときに、電動式過給機によって不足分の過給圧を補うことで、圧縮端温度を適切に確保して、気筒内での燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにしている。
【０００６】
ここで、電動式過給機は、電動モータに、車両に搭載されたバッテリからの電力が供給されるところ、バッテリに蓄積された電力が不足したときには、電動式過給機が正常に作動しないことがある。また、電動式過給機に限らず、排気エネルギーを利用しない過給機は、故障してしまうことがある。このときには、電動式過給機等による過給は行えなくなるため、新気量が不足することでスート（煤）が発生して、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。よって、電動式過給機等による過給が行えないときであっても、燃費やエミッションの悪化を出来る限り抑えるという観点からは、改良の余地がある。
【０００７】
また、電動式過給機等が正常に作動できる場合であっても、電動式過給機等による過給と燃料の噴射形態とを適切に組み合わせることで、さらなる燃費及びエミッションの向上が期待できる。よって、電動式過給機等による過給が行えるときに、燃費やエミッションを向上させるという観点からも、改良の余地がある。
【０００８】
本発明は斯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、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、当該過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、排気流量が少ない運転領域にあるときおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射を実行するとともに、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、上記メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼が発生するように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、上記前段噴射及び上記メイン噴射を行う第２燃料噴射制御を実行するように構成されている、ものとした。
【００１０】
一般に、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときには、気筒内の温度が低いため、気筒内における燃料の着火性及び燃焼性が低い。このため、電動式過給機によって気筒内に新気を導入することで、適切な圧縮端温度を確保して、気筒内における燃料の着火性及び燃焼性を向上させることが望ましい。しかしながら、電動式過給機が正常に作動できない場合の燃費及びエミッションの悪化の問題が残る。
【００１１】
上記の構成によると、電動式過給機が正常に作動できない可能性がある場合であっても、上記第１燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させて、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるようになる。メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができることで、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、燃費を向上させることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、電動式過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【００１２】
また、電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給を行うだけでなく、上記第２燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後にメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御の前段噴射の燃料噴射量よりも少なくする。
【００１３】
電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御の前段噴射の燃料噴射量よりも少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。そして、上記第２燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程でメイン燃焼が発生させれば、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、電動式過給機によって気筒内に新気を出来る限り多く導入することでスート（煤）の発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００１４】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【００１５】
また、仮に、電動式過給機による過給を行う場合に、上記圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させるように前段噴射を行うと、メイン噴射によるメイン燃焼と同等の燃焼が圧縮行程中に発生するおそれがある。圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、ピストンの進行方向とは逆方向の力が該ピストンに入力されるため、ピストンの動作を鈍くしてしまう。また、圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、燃焼温度が以上に高くなって大量のＮＯｘが発生するおそれがある。これに対して、上記第２燃料噴射制御では、圧縮行程中に前段噴射が発生することは無いため、ピストンの動作を鈍くしてしまうことがなく、ＮＯｘの発生も防止することができる。このような観点からも、電動式過給機が正常に作動できるときには、上記第２燃料噴射制御を実行することが好ましい。
【００１６】
上記過給機付エンジンの一実施形態では、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御において、圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼が発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするとともに、上記メイン噴射の燃料噴射開始時期が上記圧縮上死点よりも後にすべく、上記第１燃料噴射制御時の上記メイン噴射の燃料噴射開始時期に対して遅角させるように構成されている。
【００１７】
この構成によると、メイン燃焼を圧縮上死点よりも後に確実に発生させることができるため、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。よって、エミッションをより向上させることができる。
【００１８】
また、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることを効果的に防止することができ、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。したがって、燃費及びエミッションを向上させるとともに、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【００１９】
上記過給機付エンジンにおいて、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記第１燃料噴射制御を実行する一方、上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記第２燃料噴射制御を実行するように構成されている、ことが好ましい。
【００２０】
すなわち、エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときには、筒内温度が上昇しにくく、燃料の着火性及び燃焼性が低くなりやすい。このため、燃料噴射の形態を調整したり、電動式過給機による過給圧を上昇させたりすることによって、燃料の着火性及び燃焼性を向上させる必要がある。よって、アイドル運転状態において、電動式過給機が正常に実行可能であるか否かに応じて、上記第１燃料噴射制御及び上記第２燃料噴射制御を実行するようにすれば、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制するという効果をより適切に発揮することができる。
【００２１】
上記過給機付エンジンにおいて、上記噴射制御手段は、上記第１燃料噴射制御では、上記前段噴射を複数回行うように構成され、さらに、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御では、上記前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御における上記前段噴射の回数よりも少なくすることで、上記第２燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするように構成されている、ことが好ましい。
【００２２】
この構成によると、上記第１燃料噴射制御では、前段噴射を複数回行うようにすることで、圧縮上死点よりも前に、気筒内での空気と燃料とのミキシング性を高くすることができる。これにより、前段燃焼を安定させることができ、該前段燃焼を利用したメイン燃焼も安定させることができる。この結果、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できないときであっても、燃費及びエミッションの悪化をより効果的に抑えることができる。
【００２３】
また、上記第２燃料噴射制御では、前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御に対して減らせばよいため、制御自体を単純化することもできる。
【００２４】
上記過給機付エンジンにおいて、上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流側に配設されたコンプレッサとを有し、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機をさらに備え、上記電動式過給機は、パーシャル状態で作動するように構成されている、ことが望ましい。
【００２５】
この構成によると、メインの過給をターボ過給機で行うことによって、電動式過給機は、該ターボ過給機による過給の不足分を補うだけでよくなる。このため、電動式過給機は、パーシャル状態で作動するようにしたとしても、十分な過給圧を得ることが可能になる。この結果、電動式過給機を作動させるための電力の消費を抑えることができ、延いては燃費を向上させることができる。
【００２６】
尚、「電動式過給機をパーシャル状態で作動させる」とは、電動式過給機の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、電動式過給機が作動する、及び／又は、電動式過給機のコンプレッサホイールが限界回転数よりも低い回転数となるように、電動式過給機が作動することを意味するとしてもよい。電動式過給機をパーシャル状態で作動させると、電動モータの消費電力が低くなると共に、コンプレッサホイールの効率が高くなる。そして、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。
【００２７】
上記過給機付エンジンの他の実施形態では、上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンである。
【００２８】
すなわち、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低いディーゼルエンジンにおいては、高圧縮比のエンジンと比較して、圧縮端温度を確保しにくい。これに対して、本発明では、電動式過給機が正常に作動できないときには、前段燃焼によって、予め筒内温度を上昇させておくことで、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。一方で、電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低いディーゼルエンジンにおいて、メイン燃焼を安定して発生させることができる。この結果、上記第１燃料噴射制御では、圧縮上死点付近で安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、上記第１燃料噴射制御時の燃費の向上を図ることができる。また、幾何学的圧縮比が比較的低いことと相まって、メイン燃焼の燃焼温度が過剰に高くなることを抑制することができ、ＮＯｘの発生が抑えられるため、エミッションを一層向上させることができる。
【００２９】
本発明の別の態様では、気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼が、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射を実行するとともに、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、上記メイン噴射を実行する一方、上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射によるメイン燃焼が発生するように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記非排気式過給機による過給を行わないときの上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、上記前段噴射及び上記メイン噴射を行うように構成されている。
【００３０】
この構成でも、上記非排気式過給機の作動の有無に応じて燃料の噴射形態を変更することによって、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、前段燃焼によって、予め筒内温度を上昇させておくことで、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。一方で、上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記非排気式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低い、圧縮着火式のエンジン本体において、メイン燃焼を安定して発生させることができる。この結果、メイン燃焼の燃焼温度が過剰に高くなることを抑制することができ、ＮＯｘの発生が抑えられるため、エミッションを向上させることができる。また、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、エンジン本体の仕事量を大きくすることで燃費を向上させることができる一方、上記非排気式過給機による過給を行うときには、前段噴射における燃料噴射量を少なくすることで燃費を向上させることができる。
【００３１】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、当該過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によると、排気エネルギーを利用しない過給機による過給を行わないときには、第１燃料噴射制御を実行して、前段燃焼によって、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるため、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。一方で排気エネルギーを利用しない過給機による過給を行うときには、当該過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、第２燃料噴射制御によって、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼を発生させて、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００３３】
よって、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図２】過給機付エンジンの気筒内を示す断面図である。
【図３】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】電動式過給機の作動形態を示すマップである。
【図５】電動式過給機のコンプレッサ及び電動モータの特性を示す性能曲線グラフである。
【図６】予混合燃焼制御時の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。
【図７】リタード制御の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。
【図８】当量比及び気筒内での燃焼温度と、スート及びＮＯｘの発生との関係を示すマップである。
【図９】ＰＣＭによる燃料噴射制御の処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態２に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図１１】実施形態２の過給機付エンジンの制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本実施形態１に係るエンジン１を示す。このエンジン１のエンジン本体１０は、車両に搭載されるとともに、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って、複数の気筒３０ａ（図２において１つのみ図示している）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。このエンジン１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。ピストン３２の頂面には、図２に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ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、後述するインジェクタ６７に相対する。また、ピストン３２は、シリンダブロック３０内において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。尚、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。
【００３７】
図２に示すように、シリンダヘッド３１には、気筒２０ａ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。
【００３８】
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の、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。
【００３９】
シリンダヘッド３１にはまた、気筒３０ａ毎に、気筒３０ａ内に燃料を直接噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３８が取り付けられている。インジェクタ３８は、図２に示すように、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。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。
【００４０】
図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には、各気筒３０ａの吸気ポート３４に連通する様に吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０の他側面には、各気筒３０ａからの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。詳しくは後述するが、吸気通路５０及び排気通路６０には、吸気の過給を行うターボ過給機５６が設けられている。
【００４１】
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における下流側近傍には、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３０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。
【００４２】
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、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａと、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。スロットル弁５５は基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。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。
【００４３】
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は、その上流端が、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと電動式過給機１８との間に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における電動式過給機１８とスロットル弁５５との間に接続されている。吸気側バイパス通路５３には、吸気側バイパス通路５３へ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。この吸気側バイパス弁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。
【００４４】
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の作動中はパーシャル状態で作動されるようになっている。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。インタークーラ５７で温度が上昇した冷却水は、ラジエータ９０で例えば大気と熱交換されて冷却される。
【００４７】
上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒３０ａ毎に分岐して排気ポート３７の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００４８】
この排気通路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、ターボ過給機５６のタービン５６ｂと、酸化触媒６１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ６２（以下、ＤＰＦ６２という）と、排気シャッター弁６４とが配設されている。
【００４９】
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行動されると、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。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６３ａ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。
【００５０】
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。
【００５１】
酸化触媒６１は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成される反応を促すものである。また、ＤＰＦ６２は、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート（煤）等の微粒子を捕集するものである。
【００５２】
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、後述する低圧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。
【００５３】
このエンジン１は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていない。但し、本発明は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。
【００５４】
本実施形態１では、吸気通路５０と排気通路６０とに接続され、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能な低圧ＥＧＲ通路７０及び高圧ＥＧＲ通路８０が設けられている。
【００５５】
高圧ＥＧＲ通路８０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）と、排気通路６０における上記排気マニホールドとターボ過給機５６のタービン５６ｂとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも上流側の部分）とに接続されている。高圧ＥＧＲ通路８０内には、該高圧ＥＧＲ通路８０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという）の流量を調整する電磁式の高圧ＥＧＲ弁８２が設けられている。該高圧ＥＧＲ弁８２は、その開度を調整することによって、高圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【００５６】
一方で、低圧ＥＧＲ通路７０は、吸気通路５０におけるエアクリーナ５４とターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａよりも上流側の部分）と、排気通路６０におけるＤＰＦ６２と排気シャッター弁６４との間の部分とに接続されている。低圧ＥＧＲ通路７０には、該低圧ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという）を冷却するＥＧＲクーラ７１と、低圧ＥＧＲガスの流量を調整する電磁式の低圧ＥＧＲ弁７２とが設けられている。該低圧ＥＧＲ弁７２は、高圧ＥＧＲ弁８２と同様に、その開度を調整することによって、低圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【００５７】
上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すように、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、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。ＰＣＭ１００には、図３に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、ターボ過給機５６による過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸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、車両の車速を検出する車速センサＳＷ７、ターボ過給機５６のタービン５６ｂの回転数を検出するタービン回転数センサＳＷ８、バッテリ１９の残存容量を検出するバッテリ残量センサＳＷ９、及び、電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの回転数を検出する電動式過給機回転数センサＳＷ１０からの検出信号が入力される。
【００５８】
ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン１のエンジン回転速度及びエンジン回転数を算出し、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。
【００５９】
ＰＣＭ１００は、入力された検出信号に基づいて、インジェクタ３８、電動モータ１８ｂ、各種の弁５５，５８，６３ａ，６４，６５，７２，８２のアクチュエータへ制御信号を出力する。つまり、ＰＣＭ１００は、インジェクタ３８による燃料噴射を制御する噴射制御手段を構成する。
【００６０】
また、ＰＣＭ１００は、バッテリ残量センサＳＷ９によって検出されたバッテリ残量に基づいて、上記車両に搭載された各電装部品に供給する電力を決定する。電力の供給は、優先順位が予め定められており、上記車両の操作や安全性に関する部品（例えば、電動パワーステアリング等）は優先順位が高く設定されている。電動式過給機１８を駆動する電動モータ１８ｂは、上記車両の操作や安全性に関する部品と比べると、優先順位が低く設定されており、バッテリ残量が少ない場合には、電動モータ１８ｂに供給される電力が低めに設定されたり、電動モータ１８ｂに電力が供給されなくなったりすることがあり得る。詳しくは後述するが、ＰＣＭ１００は、電動モータ１８ｂに供給される電力が低めに設定されたときに、電動式過給機１８が正常に作動できないと推定することがある。
【００６１】
さらに、ＰＣＭ１００は、電動式過給機回転数センサＳＷ１０の検出結果から電動式過給機１８が故障しているか否か判定する。詳しくは、ＰＣＭ１００には、電動モータ１８ｂに供給する電力と電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの回転数との関係を表すマップ又は関係式が予め格納されており、ＰＣＭ１００は、電動モータ１８ｂに供給した電力から算出されるコンプレッサホイール１８ａの回転数と、電動式過給機回転数センサＳＷ１０によって検出されるコンプレッサホイール１８ａの実回転数とを比較して、電動式過給機１８が故障しているか否かを判定する。例えば、ＰＣＭ１００は、上記マップ又は上記関係式を用いて、電動モータ１８ｂに供給された電力から算出されたコンプレッサホイール１８ａの回転数に対して、コンプレッサホイール１９ａの実回転数がかなり少ない場合には、電動式過給機１８が故障していると判定する。このようにして、ＰＣＭ１００は電動式過給機１８が正常に作動できないことを検出することが可能である。
【００６２】
尚、ここで言う、「電動式過給機１８が正常に作動できない」状態とは、電動式過給機１８によって、ターボ過給機５６の過給不足を十分に補うことができない状態のことをいう。
【００６３】
こうして、上記エンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１６以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによってエミッション性能の向上及び燃焼効率の向上を図るようにしている。このエンジン１では、ターボ過給機５６及び電動過給機１８による新気量の調整によって、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
【００６４】
（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。本実施形態では、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、図４に示すように、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。
【００６５】
また、本実施形態では、水温が８０℃以上になるか、又はターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａの圧力比が１．２以上になるようなエンジン回転速度の領域においては、電動式過給機１８をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパスバルブ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、水温が８０℃以上になるか又は上記圧力比が１．２以上になるエンジン回転の領域において、電動式過給機１８の回転を止めることなく、ターボ過給機５６によってのみ過給を行うようにすることができる。
【００６６】
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によって過給圧を上昇させる際に、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。すなわち、電動モータ１８ｂを停止させないことで、電動モータ１８ｂの軸とベアリングの金属接触による境界潤滑条件を下回る事を回避でき、低温状態でモータ軸の摩耗を防止することができる。また、エンジン水温に応じて、電動式過給機１８の回転数を変更することによって、後述するように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる際に、速やかに過給圧を上昇させることができるようになる一方で、電力消費をできるだけ少なくすることが可能になる。
【００６７】
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。
【００６８】
電動式過給機１８は、ターボ過給機５６を補助すると共に、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。
【００６９】
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。上述したように、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。
【００７０】
尚、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を停止させるようにしてもよい。
【００７１】
（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、これに対応する燃料の噴射量や噴射開始時期等をインジェクタ３８の作動制御によって実現するものである。要求駆動力は、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転速度が速くなるほど、大きくなるように設定され、該要求駆動力に基づいて燃料噴射量が設定される。燃料噴射量は、要求駆動力が高くなるほど大きくなるように設定される。
【００７２】
ここで、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、気筒３０ａ内の温度が低いため、気筒３０ａ内における燃料の着火性及び燃焼性が低い。ターボ過給機５６による過給によって、ある程度の新気を供給させることができるものの、気筒３０ａ内の温度が低ければ、ターボ過給機５６のタービン５６ｂに与えられる排気エネルギーも低くなるため、過給不足が生じることがある。このため、本実施形態１では、ターボ過給機５６に加えて、電動式過給機１８により過給することによってターボ過給機５６の過給不足を補い、気筒３０ａ内に出来る限り多くの新気を導入することで、圧縮端温度を確保して、燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにしている。
【００７３】
しかしながら、上述したように、電動式過給機１８が故障している場合には、電動式過給機１８が正常に作動できない。また、バッテリ１９の残量が少なくなって、ターボ過給機５６の過給不足を電動式過給機１８による過給で十分に補うことができるような電力が、電動モータ１８ｂに供給できなくなった場合にも、電動式過給機１８が正常に作動できない状態になる。このときには、新気量が不足することでスート（煤）が発生して、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。
【００７４】
そこで、本実施形態１では、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないときには、燃料の噴射形態を工夫することで、電動式過給機１８が正常に作動できないときであっても、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【００７５】
具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するようにしている。そして、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、図６に示すように、圧縮上死点（ＴＤＣ）前の圧縮行程中において２回の前段噴射を実行し、圧縮上死点付近で、前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射を１回実行し、さらにメイン噴射の後、プレ噴射と同等の燃料噴射量でアフタ噴射を１回実行する。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。
【００７６】
この予混合燃焼制御で実行される２回の前段噴射のうち、相対的に噴射時期の早い１回目の燃料噴射はパイロット噴射であり、２回目の燃料噴射はプレ噴射である。圧縮上死点よりも前にパイロット噴射及びプレ噴射を行うことにより、気筒内ガスと燃料とのミキシング性が高くなって、圧縮行程中に混合気の化学反応が進行する。これにより、筒内温度が比較的低くても燃焼が可能となって、図６の熱発生履歴に示すように、圧縮上死点前に、前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が発生する。つまり、この予混合燃焼制御は、前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御に相当する。
【００７７】
上記予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で、安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン１の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、電動式過給機１８が正常に作動できない場合であっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【００７８】
また、アフタ噴射を行うことによって、スート（煤）の発生をさらに抑制することもできる。このことについて、図８に示すφ−Ｔマップを参照しながら説明する。
【００７９】
図８に示すφ−Ｔマップは、燃焼温度（Ｔ）と、混合気の当量比（φ）とからなる平面において、未燃成分であるＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域を示すマップである。燃焼温度が高いとＮＯｘの領域に入ってしまうと共に、当量比が高いとスートの領域に入ってしまう。また、燃焼温度が低すぎると、ＣＯ／ＨＣの領域に入ってしまう。エンジン１は、新気量、高圧ＥＧＲ量、及び、低圧ＥＧＲ量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等を調整することにより、φ−Ｔマップにおける、ＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域に入らないような燃焼を実現する。
【００８０】
図６の熱発生履歴に示すように、アフタ噴射を行うことにより、気筒３０ａ内の温度が次第に低下する燃焼後期において、気筒３０ａ内の温度低下を抑制し、該気筒３０ａの温度を高い温度のままに維持することができる。つまり、図８のφ−Ｔマップにおいて、スートの発生領域に入るのを防止することができる。このように、気筒３０ａ内の温度を高温状態に維持することにより、燃焼後期にスートの酸化を促進される。これにより、スートの発生が抑制される。
【００８１】
以上のように、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときに、上記予混合燃焼制御を実行することで、電動式過給機１８が正常に作動できないときであっても、燃費の悪化を抑制することができるとともに、ＮＯｘ及びスートの発生を抑制してエミッションの悪化を抑制することができる。
【００８２】
一方で、本実施形態１では、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、電動式過給機１８による過給をするとともに、燃料の噴射形態を上記予混合燃焼制御とは別の噴射形態とすることで、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【００８３】
具体的には、電動式過給機１８が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、図７に示すように、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。さらに、図７に示すように、メイン噴射を２回に分けて行う。以下、この噴射形態をリタード燃焼制御という。尚、２回のメイン噴射の燃料噴射量の合計値は、リタード燃焼制御での前段噴射（プレ噴射）よりも多い。尚、ここで示す燃料の噴射形態は一例であって、上記リタード燃焼制御時のプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期及び燃料の噴射量は、上記車両の要求駆動力に基づいて適宜変更される。
【００８４】
パイロット噴射を停止させかつプレ噴射を遅角させると、気筒内ガスと燃料とのミキシング性自体は低下するため、図７に示すように、圧縮上死点前では、前段燃焼は発生しなくなる。つまり、前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることはできなくなる。しかし、電動式過給機１８によって過給を行うことで、吸気密度を高くして、気筒３０ａ内に出来る限り多くの新気を導入することによって、圧縮端温度を確保することができ、気筒３０ａ内での燃料の着火性及び燃焼性については向上させることができる。このため、図７に示すように、前段燃焼及びメイン燃焼を圧縮上死点よりも後に発生させることができる。つまり、このリタード燃焼制御は、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後に、メイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御（第１燃料噴射制御）時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、前段噴射及びメイン噴射を行う第２燃料噴射制御に相当する。
【００８５】
上記リタード燃焼制御によって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときにも、圧縮比が低い状態で、安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、また、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内に新気を出来る限り多く導入することで、スートの発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。一方で、上記リタード燃焼制御では、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料噴射しているために、エンジン１の仕事量自体は減少する。しかしながら、パイロット噴射を停止して、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００８６】
尚、仮に、電動式過給機１８による過給によって新気量を増加させた状態で、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させるように前段噴射を行うと、メイン燃焼と同等の燃焼が圧縮行程中に発生するおそれがある。圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、ピストンの進行方向とは逆方向の力が該ピストンに入力されるため、ピストン３２の動作を鈍くしてしまう。また、圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、燃焼温度が異常に高くなって大量のＮＯｘが発生するおそれがある。これに対して、上記リタード燃焼制御では、前段燃焼及びメイン燃焼はいずれも圧縮上死点よりも後に発生するため、ピストン３２の動きを鈍くするようなことはなく、ＮＯｘの発生も防止することができる。このような観点からも、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、上記リタード燃焼制御を実行することが好ましい。
【００８７】
したがって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないときには、上記予混合燃焼制御を実行する一方、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、上記リタード燃焼制御を実行することにより、電動式過給機１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【００８８】
また、上記リタード燃焼制御では、メイン噴射の燃料噴射開始時期を、上記予混合燃焼制御に対して遅角させているため、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることが効果的に防止することがされ、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。
【００８９】
さらに、メイン噴射を２回に分けて行うことで、熱発生の急上昇をより効果的に抑制することができ、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。また、熱発生の急上昇が抑えられることで、燃焼騒音についても抑えることができる。
【００９０】
したがって、上記リタード燃焼制御によって、燃費及びエミッションを向上させることができるだけでなく、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【００９１】
上記のような、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かに基づいて、燃料の噴射態様を切り替える制御は、特に、エンジン１がアイドル運転状態であるときに行うことが好ましい。すなわち、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときには、特に筒内温度が上昇しにくく、燃料の着火性及び燃焼性が低くなりやすい。このため、燃料の噴射形態を調整したり、電動式過給機１８による過給圧を上昇させたりすることによって、燃料の着火性及び燃焼性を向上させる必要がある。よって、アイドル運転状態において、電動式過給機が正常に実行可能であるか否かに応じて、上記予混合燃焼制御及び上記リタード燃焼制御を実行するようにすれば、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かにかかわらず、燃費及びエミッションを向上させるという効果をより適切に発揮することができる。
【００９２】
尚、ここで言う「アイドル運転状態」とは、アクセル開度センサＳＷ６により検出されるアクセル開度がゼロ、つまりアクセルペダルの踏込みがなく、且つクランク角センサによって検出される、エンジン本体１０の回転数が所定のアイドル回転数以下となっている状態である。よって、エンジン１の運転状態については、アクセル開度とエンジン本体１０の回転数に基づいて判定される。
【００９３】
また、低圧ＥＧＲ通路７０及び高圧ＥＧＲ通路８０による排気ガスの還流量も、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かに応じて変更される。例えば、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、主に高圧ＥＧＲ通路８０を介して高圧ＥＧＲガスが還流されるが、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、電動式過給機１８が正常に作動できないときと比べて高圧ＥＧＲガスの流量が減少されるようになっている。
【００９４】
次に、ＰＣＭ１００によるエンジン１の燃料噴射制御の処理動作を、図９のフローチャートに基づいて説明する。尚、図９に示すフローチャートは、エンジン本体１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときのフローチャートである。
【００９５】
最初のステップＳ１０１で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ１０２で、エンジン１がアイドル運転状態であるか否かを判定する。エンジン１がアイドル運転状態であるか否かは、上述したように、アクセル開度とエンジン本体１０の回転数に基づいて判定される。上記ステップＳ１０２の判定がＮＯのときには、ステップＳ１１２に進む一方、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１０３に進む。
【００９６】
次のステップＳ１０３では、エンジン１の要求駆動力（アクセル開度等に基づくに駆動力）を算出する。尚、ここでは、エンジン１はアイドル運転状態にあるため、要求駆動力としては、比較的小さな駆動力が算出される。
【００９７】
上記ステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０３で算出された要求駆動力に応じて、要求過給圧を算出する。この要求過給圧は、適切な圧縮端温度を確保できるだけの吸気（新気）を気筒３０ａ内に導入するために必要な過給圧である。
【００９８】
続くステップＳ１０５では、要求過給圧とターボ過給機５６による過給圧との差圧を算出し、その後のステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された差圧に基づいて、電動式過給機１８よって補うべき過給圧を算出する。
【００９９】
次のステップＳ１０７では、電動式過給機１８が正常に作動可能か否かを判定する。電動式過給機１８が正常に作動可能か否かは、例えば、バッテリ残量に基づいて電動モータ１８ｂに供給される電力量によって、上記ステップＳ１０５で算出された過給圧を十分に確保可能であるか否かや、電動式過給機１８自体が故障しているか否かに基づいて判定される。上記ステップＳ１０３の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１１２に進む一方、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１０８に進む。
【０１００】
上記ステップＳ１０８では、上記リタード燃焼制御を実行すべきと判定し、ステップＳ１０９に進んで、燃料の噴射量及び噴射開始時期を決定する。尚、ここでいう噴射開始時期とは、リタード燃焼制御における噴射開始時期である。
【０１０１】
次のステップＳ１１０では、電動式過給機１８による過給圧が、ステップＳ１０５で算出した過給圧となるように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる。
【０１０２】
続くステップＳ１１１では、上記ステップＳ１０９で設定した噴射量及び噴射開始時期で燃料を噴射する。ステップＳ１１１の後はリターンする。
【０１０３】
一方で、ステップＳ１０２及びＳ１０７の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１２では、上記予混合燃焼制御を実行すべきと判定して、次のステップＳ１１３で、燃料の噴射量及び噴射開始時期を決定する。尚、ここでいう噴射開始時期とは、予混合燃焼制御における噴射開始時期である。
【０１０４】
そして、ステップＳ１１４において、上記ステップＳ１１３で設定した噴射量及び噴射開始時期で燃料を噴射する。ステップＳ１１４の後はリターンする。
【０１０５】
したがって、本実施形態１では、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、前段噴射（パイロット噴射及びプレ噴射）で噴射された燃料の燃焼である前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する予混合燃焼制御を実行する一方、電動式過給機１８が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後に、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼であるメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして（パイロット噴射を停止させて）、前段噴射及びメイン噴射を行うリタード燃焼制御を実行するように構成されている。
【０１０６】
上記の構成により、電動式過給機１８による過給を行わないときには、第１燃料噴射制御を実行して、前段燃焼によって、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるため、エンジン本体１０の仕事量を大きくすることができ、燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。一方で、電動式過給機１８による過給を行うときには、当該電動式過給機１８による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒３０ａ内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、第２燃料噴射制御によって、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼を発生させて、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。したがって、電動式過給機１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【０１０７】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０８】
図１は、本実施形態２に係るエンジン２０１を示す。このエンジン２０１の構成は、基本的には、上記実施形態１のエンジン１と同様であるが、電動式過給機１８の代わりに、排気エネルギーを利用しない過給機として、機械式スーパーチャージャ２１８が設けられている点で実施形態１とは異なる。
【０１０９】
機械式スーパーチャージャ２１８は、エンジン本体１０におけるクランクシャフトの回転と連動して回転する過給機である。機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａと、上記クランクシャフトの出力軸との間には、第１ベルト２１９を介して上記クランクシャフトの出力軸と連結されたプーリ２２０と，該プーリ２２０の駆動軸状に設けられた電磁クラッチ２２１と、該電磁クラッチ２２１の出力側と機械式スーパーチャージャ２１８の駆動軸とを連結する第２ベルト２２２とが設けられている。つまり、機械式スーパーチャージャ２１８は、電磁クラッチ２１８を介して上記クランクシャフトの出力軸と連結されている。尚、機械式スーパーチャージャ２１８の駆動軸と電磁クラッチ２２１の出力側とを１つのベルトで連結することができる場合には、第２ベルト２２２は省略することができる。
【０１１０】
電磁クラッチ２２１は、上記クランクシャフトの回転を機械式スーパーチャージャ２１８に伝達する伝達状態と、上記クランクシャフトと機械式スーパーチャージャ２１８との連結を切り離して、上記クランクシャフトの回転が機械式スーパーチャージャ２１８に伝達されないようにする遮断状態とをとることができる。電磁クラッチ２２１が上記伝達状態をとるか又は上記遮断状態をとるかは、図１１に示すように、運転状態に応じて、ＰＣＭ１００が電磁クラッチ２２１に出力信号を送ることによって選択される。
【０１１１】
本実施形態２において、機械式スーパーチャージャ２１８は、実施形態１における電動式過給機１８と同様に、ターボ過給機５６の過給不足を補うために利用される。このため、基本的には、電磁クラッチ２２１は、排気流量が少なくかつ排気温度が低くなって（つまり、排気エネルギーが小さくなって）、ターボ過給機５６による過給不足が生じ易い運転領域、すなわち、エンジン本体１０が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときに、上記伝達状態にされる。逆に、エンジン本体１０が、エンジン回転速度が高速でかつエンジン負荷が高負荷である運転領域にあるときには、排気エネギーが大きくなって、ターボ過給機５６による過給不足が生じにくいため、上記遮断状態とされる。
【０１１２】
図１０に示すように、吸気通路５０には、機械式スーパーチャージャ２１８をバイパスする吸気側バイパス通路２５３が設けられている。この吸気側バイパス通路２５３は、その上流端が、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと機械式スーパーチャージャ２１８との間に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における機械式スーパーチャージャ２１８とスロットル弁５５との間に接続されている。吸気側バイパス通路２５３には、吸気側バイパス通路２５３へ流れる吸気量を調整するための吸気側バイパス弁２５８が配設されている。この吸気側バイパス弁２５８の開度を調整することによって、機械式スーパーチャージャ２１８で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路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。
【０１１３】
図１１に示すように、エンジン２０１には、機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａの回転数を検出するスーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９が設けられている。ＰＣＭ１００は、スーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９の検出結果から機械式スーパーチャージャ２１８が故障しているか否か判定する。詳しくは、ＰＣＭ１００には、エンジン本体１の上記クランクシャフトの回転数と機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａの回転数との関係を表すマップ又は関係式が予め格納されており、ＰＣＭ１００は、上記クランクシャフトの回転数から算出されるコンプレッサホイール２１８ａの回転数と、スーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９によって検出されるコンプレッサホイール２１８ａの実回転数とを比較して、機械式スーパーチャージャ２１８が故障しているか否かを判定する。例えば、ＰＣＭ１００は、上記マップ又は上記関係式を用いて、上記クランクシャフトの回転数から算出されるコンプレッサホイール２１８ａの回転数に対して、コンプレッサホイール２１８ａの実回転数がかなり少ない場合には、機械式スーパーチャージャ２１８が故障していると判定する。このようにして、ＰＣＭ１００は、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に稼働できないことを検出することが可能である。尚、ＰＣＭ１００は、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に稼働できないときには、電磁クラッチ２２１を上記遮断状態にして、機械式スーパーチャージャ２１８による過給を行わないようにすることで、故障した機械式スーパーチャージャ２１８によってエンジン１の効率が低下してしまうことを防止するようになっている。
【０１１４】
ここで、本実施形態２でも、エンジン２０１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、ターボ過給機５６に加えて、機械式スーパーチャージャ２１８により過給することによってターボ過給機５６の過給不足を補い、気筒内に出来る限り多くの新気を導入して、燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにすることができる。
【０１１５】
しかしながら、上述したように、例えば、機械式スーパーチャージャ２１８が故障している場合には、機械式スーパーチャージャ２１８は行わないようにするため、機械式スーパーチャージャ２１８による過給は行えない。このときには、機械式スーパーチャージャ２１８による過給は行えなくなるため、新気量が不足することでスート（煤）が発生しやすくなって、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。
【０１１６】
そこで、本実施形態２でも、上記実施形態１と同様に、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、燃料の噴射形態を工夫することで、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときときであっても、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【０１１７】
具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するようにしている。特に、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、上記実施形態１と同様に、上記予混合燃焼制御を実行する。
【０１１８】
上記実施形態１で述べたように、この予混合燃焼制御では、前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する。そして、この予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン１の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇、すなわち燃焼期間が極端に短くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときであっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【０１１９】
一方で、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をするときには、上記実施形態１と同様に上記リタード燃焼制御を実行する。すなわち、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後に、メイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、前段噴射及びメイン噴射を行う。
【０１２０】
具体的には、上記実施形態１と同様に、上記予混合燃焼制御の噴射形態から、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。さらに、図７に示すように、メイン噴射を２回に分けて行う。
【０１２１】
上記リタード燃焼制御によって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときにも、圧縮比が低い状態で、安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、機械式スーパーチャージャ２１８によって出来る限り多くの新気を気筒内に導入することでスートの発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。一方で、上記リタード燃焼制御では、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料噴射しているために、エンジン２０１の仕事量自体は減少する。しかしながら、パイロット噴射を停止して、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【０１２２】
したがって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、上記予混合燃焼制御を実行する一方、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をするときには、上記リタード燃焼制御を実行することにより、排気エネルギーを利用しない過給機として、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いたとしても、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【０１２３】
また、上記リタード燃焼制御では、メイン噴射の燃料噴射開始時期を、上記予混合燃焼制御に対して遅角させているため、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることが効果的に防止され、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。
【０１２４】
さらに、メイン噴射を２回に分けて行うことで、熱発生の急上昇をより効果的に抑制することができ、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。また、熱発生の急上昇が抑えられることで、燃焼騒音についても抑えることができる。
【０１２５】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機として、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いたとしても、上記リタード燃焼制御によって、燃費及びエミッションを向上させることができるだけでなく、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【０１２６】
尚、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いる際の、ＰＣＭ１００によるエンジン２０１の燃料噴射制御の処理動作は、図９のフローチャートにおける、「電動式過給機」を「機械式スーパーチャージャ」に読み替えるとともに、ステップＳ１０７を機械式スーパーチャージャによる過給を行うか否かの判定に読み替えたものであり、その他のステップは実質的に同じであるため、詳細な説明は省略する。
【０１２７】
（その他の実施形態）
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。
【０１２８】
例えば、上述の実施形態１では、バッテリ残量が不足しているときや電動式過給機１８の故障しているときを、電動式過給機１８が正常に作動できないときと判定していたが、これに限らず、電動式過給機１８が正常に作動できないときとしては、他にも種々の状態を採用することができる。例えば、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなった場合に、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させて、電動モータ１８ｂの温度が低下した後、再び電動式過給機１８を作動させるような制御を行う場合には、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させている期間は、電動式過給機１８が正常に作動できないため、当該制御によって、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させている期間は、電動式過給機１８が正常に作動できないときであると判定するようにしてもよい。尚、上述の実施形態１では、電動式過給機１８はパーシャル状態で作動されるため、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなることは基本的にはない。しかし、他の実施形態として、例えば、ターボ過給機５６が故障した際に、電動式過給機１８のみで要求過給圧を満たすべく、該電動式過給機１８を作動させるような制御を行うようにしている場合には、電動式過給機１８のタービンホイール１８ａを限界回転数程度で回転させることがあるため、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなって、これにより、電動式過給機１８が正常に作動できなくなることが起こり得る。
【０１２９】
また、例えば、燃費を優先するＥＣＯモードを、車両の運転者が任意に選択できるようにした場合であって、該ＥＣＯモード中は電動式過給機１８による過給圧を低く設定する、という制御を実行できるようにしている場合には、ターボ過給機５６の過給不足を電動式過給機１８によって十分に補うことができなくなることがある。このため、ＥＣＯモード中は、電動式過給機１８が正常に作動できないときであると判定するようにしてもよい。
【０１３０】
また、上述の実施形態では、エンジン１（２０１）が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときに、排気エネルギーを利用しない過給機（電動式過給機１８、機械式スーパーチャージャ２１８）が正常に作動できるか否かに応じて、燃料の噴射形態を変更するようにしていたが、これに限らず、アイドル運転状態に関する判定は省略してもよい。つまり、図９に示すフローチャートにおけるステップＳ１０２の判定を省略してもよい。
【０１３１】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本発明は、気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく過給が可能な過給機を備える過給機付エンジンとして有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１      エンジン
１０    エンジン本体
１８    電動式過給機（非排気式過給機）
１８ｂ  電動モータ
３０ａ  気筒
３２    ピストン
３８    インジェクタ（燃料噴射弁）
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
１００  ＰＣＭ（電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段、噴射制御手段）
２１８  機械式スーパーチャージャ（非排気式過給機）
【図１】
2019105192.tif 000003
【図２】
2019105192.tif 000004
【図３】
2019105192.tif 000005
【図４】
2019105192.tif 000006
【図５】
2019105192.tif 000007
【図６】
2019105192.tif 000008
【図７】
2019105192.tif 000009
【図８】
2019105192.tif 000010
【図９】
2019105192.tif 000011
【図１０】
2019105192.tif 000012
【図１１】
2019105192.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成30年10月3日(2018.10.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付エンジンに関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機を備える過給機付エンジンが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ターボ過給機に加えて、吸気通路に電動式過給機が設けられ、吸気温度に応じて上記電動式過給機によって過給される吸気の過給圧の大きさが決定されて、該決定された過給圧になるように上記電動式過給機が制御されるとともに、吸気温度が低いときには、上記過給圧が、吸気温度が高いときに比して相対的に高くなるように決定される過給機付エンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の過給機付エンジンでは、ターボ過給機による過給圧が不足したときに、電動式過給機によって不足分の過給圧を補うことで、圧縮端温度を適切に確保して、気筒内での燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにしている。
【０００６】
ここで、電動式過給機は、電動モータに、車両に搭載されたバッテリからの電力が供給されるところ、バッテリに蓄積された電力が不足したときには、電動式過給機が正常に作動しないことがある。また、電動式過給機に限らず、排気エネルギーを利用しない過給機は、故障してしまうことがある。このときには、電動式過給機等による過給は行えなくなるため、新気量が不足することでスート（煤）が発生して、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。よって、電動式過給機等による過給が行えないときであっても、燃費やエミッションの悪化を出来る限り抑えるという観点からは、改良の余地がある。
【０００７】
また、電動式過給機等が正常に作動できる場合であっても、電動式過給機等による過給と燃料の噴射形態とを適切に組み合わせることで、さらなる燃費及びエミッションの向上が期待できる。よって、電動式過給機等による過給が行えるときに、燃費やエミッションを向上させるという観点からも、改良の余地がある。
【０００８】
本発明は斯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、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、当該過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されている、ものとした。
【００１０】
一般に、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときには、気筒内の温度が低いため、気筒内における燃料の着火性及び燃焼性が低い。このため、電動式過給機によって気筒内に新気を導入することで、適切な圧縮端温度を確保して、気筒内における燃料の着火性及び燃焼性を向上させることが望ましい。しかしながら、電動式過給機が正常に作動できない場合の燃費及びエミッションの悪化の問題が残る。
【００１１】
上記の構成によると、電動式過給機が正常に作動できない可能性がある場合であっても、上記第１燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させて、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるようになる。メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができることで、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、燃費を向上させることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、電動式過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【００１２】
また、電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給を行うだけでなく、上記第２燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、上記圧縮上死点よりも後にメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御の前段噴射の燃料噴射量よりも少なくする。
【００１３】
電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御の前段噴射の燃料噴射量よりも少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。そして、上記第２燃料噴射制御により、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程でメイン燃焼が発生させれば、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、電動式過給機によって気筒内に新気を出来る限り多く導入することでスート（煤）の発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００１４】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【００１５】
また、仮に、電動式過給機による過給を行う場合に、上記圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させるように前段噴射を行うと、メイン噴射によるメイン燃焼と同等の燃焼が圧縮行程中に発生するおそれがある。圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、ピストンの進行方向とは逆方向の力が該ピストンに入力されるため、ピストンの動作を鈍くしてしまう。また、圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、燃焼温度が以上に高くなって大量のＮＯｘが発生するおそれがある。これに対して、上記第２燃料噴射制御では、圧縮行程中に前段噴射が発生することは無いため、ピストンの動作を鈍くしてしまうことがなく、ＮＯｘの発生も防止することができる。このような観点からも、電動式過給機が正常に作動できるときには、上記第２燃料噴射制御を実行することが好ましい。
【００１６】
さらに、エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときには、筒内温度が上昇しにくく、燃料の着火性及び燃焼性が低くなりやすい。このため、燃料噴射の形態を調整したり、電動式過給機による過給圧を上昇させたりすることによって、燃料の着火性及び燃焼性を向上させる必要がある。よって、アイドル運転状態において、電動式過給機が正常に実行可能であるか否かに応じて、上記第１燃料噴射制御及び上記第２燃料噴射制御を実行するようにすれば、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制するという効果をより適切に発揮することができる。
【００１７】
上記過給機付エンジンの一実施形態では、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御において、圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼が発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするとともに、上記メイン噴射の燃料噴射開始時期が上記圧縮上死点よりも後にすべく、上記第１燃料噴射制御時の上記メイン噴射の燃料噴射開始時期に対して遅角させるように構成されている。
【００１８】
この構成によると、メイン燃焼を圧縮上死点よりも後に確実に発生させることができるため、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。よって、エミッションをより向上させることができる。
【００１９】
また、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることを効果的に防止することができ、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。したがって、燃費及びエミッションを向上させるとともに、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【００２０】
上記過給機付エンジンにおいて、上記噴射制御手段は、上記第１燃料噴射制御では、上記前段噴射を複数回行うように構成され、さらに、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御では、上記前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御における上記前段噴射の回数よりも少なくすることで、上記第２燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするように構成されている、ことが好ましい。
【００２１】
この構成によると、上記第１燃料噴射制御では、前段噴射を複数回行うようにすることで、圧縮上死点よりも前に、気筒内での空気と燃料とのミキシング性を高くすることができる。これにより、前段燃焼を安定させることができ、該前段燃焼を利用したメイン燃焼も安定させることができる。この結果、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できないときであっても、燃費及びエミッションの悪化をより効果的に抑えることができる。
【００２２】
また、上記第２燃料噴射制御では、前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御に対して減らせばよいため、制御自体を単純化することもできる。
【００２３】
本発明の別の態様では、気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されており、上記過給機付エンジンにおいて、上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流側に配設されたコンプレッサとを有し、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機をさらに備え、上記電動式過給機は、パーシャル状態で作動するように構成されている、ことが望ましい。
【００２４】
この構成によると、メインの過給をターボ過給機で行うことによって、電動式過給機は、該ターボ過給機による過給の不足分を補うだけでよくなる。このため、電動式過給機は、パーシャル状態で作動するようにしたとしても、十分な過給圧を得ることが可能になる。この結果、電動式過給機を作動させるための電力の消費を抑えることができ、延いては燃費を向上させることができる。
【００２５】
尚、「電動式過給機をパーシャル状態で作動させる」とは、電動式過給機の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、電動式過給機が作動する、及び／又は、電動式過給機のコンプレッサホイールが限界回転数よりも低い回転数となるように、電動式過給機が作動することを意味するとしてもよい。電動式過給機をパーシャル状態で作動させると、電動モータの消費電力が低くなると共に、コンプレッサホイールの効率が高くなる。そして、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。
【００２６】
上記過給機付エンジンの他の実施形態では、上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンである。
【００２７】
すなわち、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低いディーゼルエンジンにおいては、高圧縮比のエンジンと比較して、圧縮端温度を確保しにくい。これに対して、本発明では、電動式過給機が正常に作動できないときには、前段燃焼によって、予め筒内温度を上昇させておくことで、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。一方で、電動式過給機が正常に作動できるときには、電動式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低いディーゼルエンジンにおいて、メイン燃焼を安定して発生させることができる。この結果、上記第１燃料噴射制御では、圧縮上死点付近で安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、上記第１燃料噴射制御時の燃費の向上を図ることができる。また、幾何学的圧縮比が比較的低いことと相まって、メイン燃焼の燃焼温度が過剰に高くなることを抑制することができ、ＮＯｘの発生が抑えられるため、エミッションを一層向上させることができる。
【００２８】
本発明の更に別の態様では、気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する一方、上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されている。
【００２９】
この構成でも、上記非排気式過給機の作動の有無に応じて燃料の噴射形態を変更することによって、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、前段燃焼によって、予め筒内温度を上昇させておくことで、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。一方で、上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記非排気式過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、幾何学的圧縮比が１６以下と圧縮比が比較的低い、圧縮着火式のエンジン本体において、メイン燃焼を安定して発生させることができる。この結果、メイン燃焼の燃焼温度が過剰に高くなることを抑制することができ、ＮＯｘの発生が抑えられるため、エミッションを向上させることができる。また、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、エンジン本体の仕事量を大きくすることで燃費を向上させることができる一方、上記非排気式過給機による過給を行うときには、前段噴射における燃料噴射量を少なくすることで燃費を向上させることができる。
【００３０】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機を備えた過給機付エンジンにおいて、当該過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本発明によると、排気エネルギーを利用しない過給機による過給を行わないときには、第１燃料噴射制御を実行して、前段燃焼によって、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるため、エンジン本体の仕事量を大きくすることができ、燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。一方で排気エネルギーを利用しない過給機による過給を行うときには、当該過給機による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、第２燃料噴射制御によって、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼を発生させて、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００３２】
よって、排気エネルギーを利用しない過給機が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションが悪化することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図２】過給機付エンジンの気筒内を示す断面図である。
【図３】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】電動式過給機の作動形態を示すマップである。
【図５】電動式過給機のコンプレッサ及び電動モータの特性を示す性能曲線グラフである。
【図６】予混合燃焼制御時の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。
【図７】リタード制御の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。
【図８】当量比及び気筒内での燃焼温度と、スート及びＮＯｘの発生との関係を示すマップである。
【図９】ＰＣＭによる燃料噴射制御の処理動作を示すフローチャートである。
【図１０】実施形態２に係る過給機付エンジンを示す概略図である。
【図１１】実施形態２の過給機付エンジンの制御系を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３５】
図１は、本実施形態１に係るエンジン１を示す。このエンジン１のエンジン本体１０は、車両に搭載されるとともに、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って、複数の気筒３０ａ（図２において１つのみ図示している）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。このエンジン１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。ピストン３２の頂面には、図２に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ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、後述するインジェクタ６７に相対する。また、ピストン３２は、シリンダブロック３０内において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。尚、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。
【００３６】
図２に示すように、シリンダヘッド３１には、気筒２０ａ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。
【００３７】
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の、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。
【００３８】
シリンダヘッド３１にはまた、気筒３０ａ毎に、気筒３０ａ内に燃料を直接噴射するインジェクタ（燃料噴射弁）３８が取り付けられている。インジェクタ３８は、図２に示すように、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。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。
【００３９】
図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には、各気筒３０ａの吸気ポート３４に連通する様に吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０の他側面には、各気筒３０ａからの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。詳しくは後述するが、吸気通路５０及び排気通路６０には、吸気の過給を行うターボ過給機５６が設けられている。
【００４０】
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における下流側近傍には、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３０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。
【００４１】
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、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａと、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。スロットル弁５５は基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。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。
【００４２】
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は、その上流端が、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと電動式過給機１８との間に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における電動式過給機１８とスロットル弁５５との間に接続されている。吸気側バイパス通路５３には、吸気側バイパス通路５３へ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。この吸気側バイパス弁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。
【００４３】
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の作動中はパーシャル状態で作動されるようになっている。
【００４４】
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。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。
【００４５】
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。インタークーラ５７で温度が上昇した冷却水は、ラジエータ９０で例えば大気と熱交換されて冷却される。
【００４６】
上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒３０ａ毎に分岐して排気ポート３７の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００４７】
この排気通路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、ターボ過給機５６のタービン５６ｂと、酸化触媒６１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ６２（以下、ＤＰＦ６２という）と、排気シャッター弁６４とが配設されている。
【００４８】
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行動されると、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。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６３ａ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。
【００４９】
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。
【００５０】
酸化触媒６１は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成される反応を促すものである。また、ＤＰＦ６２は、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート（煤）等の微粒子を捕集するものである。
【００５１】
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、後述する低圧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。
【００５２】
このエンジン１は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていない。但し、本発明は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。
【００５３】
本実施形態１では、吸気通路５０と排気通路６０とに接続され、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能な低圧ＥＧＲ通路７０及び高圧ＥＧＲ通路８０が設けられている。
【００５４】
高圧ＥＧＲ通路８０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）と、排気通路６０における上記排気マニホールドとターボ過給機５６のタービン５６ｂとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも上流側の部分）とに接続されている。高圧ＥＧＲ通路８０内には、該高圧ＥＧＲ通路８０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという）の流量を調整する電磁式の高圧ＥＧＲ弁８２が設けられている。該高圧ＥＧＲ弁８２は、その開度を調整することによって、高圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【００５５】
一方で、低圧ＥＧＲ通路７０は、吸気通路５０におけるエアクリーナ５４とターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａよりも上流側の部分）と、排気通路６０におけるＤＰＦ６２と排気シャッター弁６４との間の部分とに接続されている。低圧ＥＧＲ通路７０には、該低圧ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという）を冷却するＥＧＲクーラ７１と、低圧ＥＧＲガスの流量を調整する電磁式の低圧ＥＧＲ弁７２とが設けられている。該低圧ＥＧＲ弁７２は、高圧ＥＧＲ弁８２と同様に、その開度を調整することによって、低圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。
【００５６】
上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すように、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、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。ＰＣＭ１００には、図３に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、ターボ過給機５６による過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸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、車両の車速を検出する車速センサＳＷ７、ターボ過給機５６のタービン５６ｂの回転数を検出するタービン回転数センサＳＷ８、バッテリ１９の残存容量を検出するバッテリ残量センサＳＷ９、及び、電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの回転数を検出する電動式過給機回転数センサＳＷ１０からの検出信号が入力される。
【００５７】
ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン１のエンジン回転速度及びエンジン回転数を算出し、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。
【００５８】
ＰＣＭ１００は、入力された検出信号に基づいて、インジェクタ３８、電動モータ１８ｂ、各種の弁５５，５８，６３ａ，６４，６５，７２，８２のアクチュエータへ制御信号を出力する。つまり、ＰＣＭ１００は、インジェクタ３８による燃料噴射を制御する噴射制御手段を構成する。
【００５９】
また、ＰＣＭ１００は、バッテリ残量センサＳＷ９によって検出されたバッテリ残量に基づいて、上記車両に搭載された各電装部品に供給する電力を決定する。電力の供給は、優先順位が予め定められており、上記車両の操作や安全性に関する部品（例えば、電動パワーステアリング等）は優先順位が高く設定されている。電動式過給機１８を駆動する電動モータ１８ｂは、上記車両の操作や安全性に関する部品と比べると、優先順位が低く設定されており、バッテリ残量が少ない場合には、電動モータ１８ｂに供給される電力が低めに設定されたり、電動モータ１８ｂに電力が供給されなくなったりすることがあり得る。詳しくは後述するが、ＰＣＭ１００は、電動モータ１８ｂに供給される電力が低めに設定されたときに、電動式過給機１８が正常に作動できないと推定することがある。
【００６０】
さらに、ＰＣＭ１００は、電動式過給機回転数センサＳＷ１０の検出結果から電動式過給機１８が故障しているか否か判定する。詳しくは、ＰＣＭ１００には、電動モータ１８ｂに供給する電力と電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの回転数との関係を表すマップ又は関係式が予め格納されており、ＰＣＭ１００は、電動モータ１８ｂに供給した電力から算出されるコンプレッサホイール１８ａの回転数と、電動式過給機回転数センサＳＷ１０によって検出されるコンプレッサホイール１８ａの実回転数とを比較して、電動式過給機１８が故障しているか否かを判定する。例えば、ＰＣＭ１００は、上記マップ又は上記関係式を用いて、電動モータ１８ｂに供給された電力から算出されたコンプレッサホイール１８ａの回転数に対して、コンプレッサホイール１９ａの実回転数がかなり少ない場合には、電動式過給機１８が故障していると判定する。このようにして、ＰＣＭ１００は電動式過給機１８が正常に作動できないことを検出することが可能である。
【００６１】
尚、ここで言う、「電動式過給機１８が正常に作動できない」状態とは、電動式過給機１８によって、ターボ過給機５６の過給不足を十分に補うことができない状態のことをいう。
【００６２】
こうして、上記エンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１６以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによってエミッション性能の向上及び燃焼効率の向上を図るようにしている。このエンジン１では、ターボ過給機５６及び電動過給機１８による新気量の調整によって、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
【００６３】
（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。本実施形態では、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、図４に示すように、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。
【００６４】
また、本実施形態では、水温が８０℃以上になるか、又はターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａの圧力比が１．２以上になるようなエンジン回転速度の領域においては、電動式過給機１８をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパスバルブ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、水温が８０℃以上になるか又は上記圧力比が１．２以上になるエンジン回転の領域において、電動式過給機１８の回転を止めることなく、ターボ過給機５６によってのみ過給を行うようにすることができる。
【００６５】
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によって過給圧を上昇させる際に、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。すなわち、電動モータ１８ｂを停止させないことで、電動モータ１８ｂの軸とベアリングの金属接触による境界潤滑条件を下回る事を回避でき、低温状態でモータ軸の摩耗を防止することができる。また、エンジン水温に応じて、電動式過給機１８の回転数を変更することによって、後述するように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる際に、速やかに過給圧を上昇させることができるようになる一方で、電力消費をできるだけ少なくすることが可能になる。
【００６６】
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。
【００６７】
電動式過給機１８は、ターボ過給機５６を補助すると共に、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。
【００６８】
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。上述したように、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。
【００６９】
尚、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を停止させるようにしてもよい。
【００７０】
（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、これに対応する燃料の噴射量や噴射開始時期等をインジェクタ３８の作動制御によって実現するものである。要求駆動力は、アクセル開度が大きいほど、またエンジン回転速度が速くなるほど、大きくなるように設定され、該要求駆動力に基づいて燃料噴射量が設定される。燃料噴射量は、要求駆動力が高くなるほど大きくなるように設定される。
【００７１】
ここで、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、気筒３０ａ内の温度が低いため、気筒３０ａ内における燃料の着火性及び燃焼性が低い。ターボ過給機５６による過給によって、ある程度の新気を供給させることができるものの、気筒３０ａ内の温度が低ければ、ターボ過給機５６のタービン５６ｂに与えられる排気エネルギーも低くなるため、過給不足が生じることがある。このため、本実施形態１では、ターボ過給機５６に加えて、電動式過給機１８により過給することによってターボ過給機５６の過給不足を補い、気筒３０ａ内に出来る限り多くの新気を導入することで、圧縮端温度を確保して、燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにしている。
【００７２】
しかしながら、上述したように、電動式過給機１８が故障している場合には、電動式過給機１８が正常に作動できない。また、バッテリ１９の残量が少なくなって、ターボ過給機５６の過給不足を電動式過給機１８による過給で十分に補うことができるような電力が、電動モータ１８ｂに供給できなくなった場合にも、電動式過給機１８が正常に作動できない状態になる。このときには、新気量が不足することでスート（煤）が発生して、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。
【００７３】
そこで、本実施形態１では、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないときには、燃料の噴射形態を工夫することで、電動式過給機１８が正常に作動できないときであっても、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【００７４】
具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するようにしている。そして、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、図６に示すように、圧縮上死点（ＴＤＣ）前の圧縮行程中において２回の前段噴射を実行し、圧縮上死点付近で、前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射を１回実行し、さらにメイン噴射の後、プレ噴射と同等の燃料噴射量でアフタ噴射を１回実行する。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。
【００７５】
この予混合燃焼制御で実行される２回の前段噴射のうち、相対的に噴射時期の早い１回目の燃料噴射はパイロット噴射であり、２回目の燃料噴射はプレ噴射である。圧縮上死点よりも前にパイロット噴射及びプレ噴射を行うことにより、気筒内ガスと燃料とのミキシング性が高くなって、圧縮行程中に混合気の化学反応が進行する。これにより、筒内温度が比較的低くても燃焼が可能となって、図６の熱発生履歴に示すように、圧縮上死点前に、前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が発生する。つまり、この予混合燃焼制御は、前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御に相当する。
【００７６】
上記予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で、安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン１の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、電動式過給機１８が正常に作動できない場合であっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【００７７】
また、アフタ噴射を行うことによって、スート（煤）の発生をさらに抑制することもできる。このことについて、図８に示すφ−Ｔマップを参照しながら説明する。
【００７８】
図８に示すφ−Ｔマップは、燃焼温度（Ｔ）と、混合気の当量比（φ）とからなる平面において、未燃成分であるＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域を示すマップである。燃焼温度が高いとＮＯｘの領域に入ってしまうと共に、当量比が高いとスートの領域に入ってしまう。また、燃焼温度が低すぎると、ＣＯ／ＨＣの領域に入ってしまう。エンジン１は、新気量、高圧ＥＧＲ量、及び、低圧ＥＧＲ量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等を調整することにより、φ−Ｔマップにおける、ＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域に入らないような燃焼を実現する。
【００７９】
図６の熱発生履歴に示すように、アフタ噴射を行うことにより、気筒３０ａ内の温度が次第に低下する燃焼後期において、気筒３０ａ内の温度低下を抑制し、該気筒３０ａの温度を高い温度のままに維持することができる。つまり、図８のφ−Ｔマップにおいて、スートの発生領域に入るのを防止することができる。このように、気筒３０ａ内の温度を高温状態に維持することにより、燃焼後期にスートの酸化を促進される。これにより、スートの発生が抑制される。
【００８０】
以上のように、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときに、上記予混合燃焼制御を実行することで、電動式過給機１８が正常に作動できないときであっても、燃費の悪化を抑制することができるとともに、ＮＯｘ及びスートの発生を抑制してエミッションの悪化を抑制することができる。
【００８１】
一方で、本実施形態１では、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、電動式過給機１８による過給をするとともに、燃料の噴射形態を上記予混合燃焼制御とは別の噴射形態とすることで、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【００８２】
具体的には、電動式過給機１８が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、図７に示すように、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。さらに、図７に示すように、メイン噴射を２回に分けて行う。以下、この噴射形態をリタード燃焼制御という。尚、２回のメイン噴射の燃料噴射量の合計値は、リタード燃焼制御での前段噴射（プレ噴射）よりも多い。尚、ここで示す燃料の噴射形態は一例であって、上記リタード燃焼制御時のプレ噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期及び燃料の噴射量は、上記車両の要求駆動力に基づいて適宜変更される。
【００８３】
パイロット噴射を停止させかつプレ噴射を遅角させると、気筒内ガスと燃料とのミキシング性自体は低下するため、図７に示すように、圧縮上死点前では、前段燃焼は発生しなくなる。つまり、前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることはできなくなる。しかし、電動式過給機１８によって過給を行うことで、吸気密度を高くして、気筒３０ａ内に出来る限り多くの新気を導入することによって、圧縮端温度を確保することができ、気筒３０ａ内での燃料の着火性及び燃焼性については向上させることができる。このため、図７に示すように、前段燃焼及びメイン燃焼を圧縮上死点よりも後に発生させることができる。つまり、このリタード燃焼制御は、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御（第１燃料噴射制御）時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、前段噴射及びメイン噴射を行う第２燃料噴射制御に相当する。
【００８４】
上記リタード燃焼制御によって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときにも、圧縮比が低い状態で、安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、また、電動式過給機１８によって気筒３０ａ内に新気を出来る限り多く導入することで、スートの発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。一方で、上記リタード燃焼制御では、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料噴射しているために、エンジン１の仕事量自体は減少する。しかしながら、パイロット噴射を停止して、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【００８５】
尚、仮に、電動式過給機１８による過給によって新気量を増加させた状態で、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させるように前段噴射を行うと、メイン燃焼と同等の燃焼が圧縮行程中に発生するおそれがある。圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、ピストンの進行方向とは逆方向の力が該ピストンに入力されるため、ピストン３２の動作を鈍くしてしまう。また、圧縮行程中にメイン燃焼と同等の燃焼が発生すると、燃焼温度が異常に高くなって大量のＮＯｘが発生するおそれがある。これに対して、上記リタード燃焼制御では、前段燃焼及びメイン燃焼はいずれも圧縮上死点よりも後に発生するため、ピストン３２の動きを鈍くするようなことはなく、ＮＯｘの発生も防止することができる。このような観点からも、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、上記リタード燃焼制御を実行することが好ましい。
【００８６】
したがって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないときには、上記予混合燃焼制御を実行する一方、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、上記リタード燃焼制御を実行することにより、電動式過給機１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【００８７】
また、上記リタード燃焼制御では、メイン噴射の燃料噴射開始時期を、上記予混合燃焼制御に対して遅角させているため、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることが効果的に防止することがされ、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。
【００８８】
さらに、メイン噴射を２回に分けて行うことで、熱発生の急上昇をより効果的に抑制することができ、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。また、熱発生の急上昇が抑えられることで、燃焼騒音についても抑えることができる。
【００８９】
したがって、上記リタード燃焼制御によって、燃費及びエミッションを向上させることができるだけでなく、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【００９０】
上記のような、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かに基づいて、燃料の噴射態様を切り替える制御は、特に、エンジン１がアイドル運転状態であるときに行うことが好ましい。すなわち、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときには、特に筒内温度が上昇しにくく、燃料の着火性及び燃焼性が低くなりやすい。このため、燃料の噴射形態を調整したり、電動式過給機１８による過給圧を上昇させたりすることによって、燃料の着火性及び燃焼性を向上させる必要がある。よって、アイドル運転状態において、電動式過給機が正常に実行可能であるか否かに応じて、上記予混合燃焼制御及び上記リタード燃焼制御を実行するようにすれば、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かにかかわらず、燃費及びエミッションを向上させるという効果をより適切に発揮することができる。
【００９１】
尚、ここで言う「アイドル運転状態」とは、アクセル開度センサＳＷ６により検出されるアクセル開度がゼロ、つまりアクセルペダルの踏込みがなく、且つクランク角センサによって検出される、エンジン本体１０の回転数が所定のアイドル回転数以下となっている状態である。よって、エンジン１の運転状態については、アクセル開度とエンジン本体１０の回転数に基づいて判定される。
【００９２】
また、低圧ＥＧＲ通路７０及び高圧ＥＧＲ通路８０による排気ガスの還流量も、電動式過給機１８が正常に作動できるか否かに応じて変更される。例えば、エンジン１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、主に高圧ＥＧＲ通路８０を介して高圧ＥＧＲガスが還流されるが、電動式過給機１８が正常に作動できるときには、電動式過給機１８が正常に作動できないときと比べて高圧ＥＧＲガスの流量が減少されるようになっている。
【００９３】
次に、ＰＣＭ１００によるエンジン１の燃料噴射制御の処理動作を、図９のフローチャートに基づいて説明する。尚、図９に示すフローチャートは、エンジン本体１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときのフローチャートである。
【００９４】
最初のステップＳ１０１で、各種センサからの信号を読み込み、次のステップＳ１０２で、エンジン１がアイドル運転状態であるか否かを判定する。エンジン１がアイドル運転状態であるか否かは、上述したように、アクセル開度とエンジン本体１０の回転数に基づいて判定される。上記ステップＳ１０２の判定がＮＯのときには、ステップＳ１１２に進む一方、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１０３に進む。
【００９５】
次のステップＳ１０３では、エンジン１の要求駆動力（アクセル開度等に基づくに駆動力）を算出する。尚、ここでは、エンジン１はアイドル運転状態にあるため、要求駆動力としては、比較的小さな駆動力が算出される。
【００９６】
上記ステップＳ１０４では、上記ステップＳ１０３で算出された要求駆動力に応じて、要求過給圧を算出する。この要求過給圧は、適切な圧縮端温度を確保できるだけの吸気（新気）を気筒３０ａ内に導入するために必要な過給圧である。
【００９７】
続くステップＳ１０５では、要求過給圧とターボ過給機５６による過給圧との差圧を算出し、その後のステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で算出された差圧に基づいて、電動式過給機１８よって補うべき過給圧を算出する。
【００９８】
次のステップＳ１０７では、電動式過給機１８が正常に作動可能か否かを判定する。電動式過給機１８が正常に作動可能か否かは、例えば、バッテリ残量に基づいて電動モータ１８ｂに供給される電力量によって、上記ステップＳ１０５で算出された過給圧を十分に確保可能であるか否かや、電動式過給機１８自体が故障しているか否かに基づいて判定される。上記ステップＳ１０３の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１１２に進む一方、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１０８に進む。
【００９９】
上記ステップＳ１０８では、上記リタード燃焼制御を実行すべきと判定し、ステップＳ１０９に進んで、燃料の噴射量及び噴射開始時期を決定する。尚、ここでいう噴射開始時期とは、リタード燃焼制御における噴射開始時期である。
【０１００】
次のステップＳ１１０では、電動式過給機１８による過給圧が、ステップＳ１０５で算出した過給圧となるように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる。
【０１０１】
続くステップＳ１１１では、上記ステップＳ１０９で設定した噴射量及び噴射開始時期で燃料を噴射する。ステップＳ１１１の後はリターンする。
【０１０２】
一方で、ステップＳ１０２及びＳ１０７の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１２では、上記予混合燃焼制御を実行すべきと判定して、次のステップＳ１１３で、燃料の噴射量及び噴射開始時期を決定する。尚、ここでいう噴射開始時期とは、予混合燃焼制御における噴射開始時期である。
【０１０３】
そして、ステップＳ１１４において、上記ステップＳ１１３で設定した噴射量及び噴射開始時期で燃料を噴射する。ステップＳ１１４の後はリターンする。
【０１０４】
したがって、本実施形態１では、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときおいて、電動式過給機１８が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、前段噴射（パイロット噴射及びプレ噴射）で噴射された燃料の燃焼である前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する予混合燃焼制御を実行する一方、電動式過給機１８が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後に、メイン噴射で噴射された燃料の燃焼であるメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして（パイロット噴射を停止させて）、前段噴射及びメイン噴射を行うリタード燃焼制御を実行するように構成されている。
【０１０５】
上記の構成により、電動式過給機１８による過給を行わないときには、第１燃料噴射制御を実行して、前段燃焼によって、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。これにより、メイン燃焼を圧縮上死点付近で安定して発生させることができるため、エンジン本体１０の仕事量を大きくすることができ、燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、メイン燃焼での熱発生の急上昇を防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。一方で、電動式過給機１８による過給を行うときには、当該電動式過給機１８による過給によって、出来る限り多くの新気を気筒３０ａ内に導入することで、圧縮端温度を確保することができる。これにより、第２燃料噴射制御によって、前段噴射における燃料噴射量を少なくしたとしても、メイン噴射によって供給される燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼を発生させて、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。したがって、電動式過給機１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【０１０６】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
【０１０７】
図１は、本実施形態２に係るエンジン２０１を示す。このエンジン２０１の構成は、基本的には、上記実施形態１のエンジン１と同様であるが、電動式過給機１８の代わりに、排気エネルギーを利用しない過給機として、機械式スーパーチャージャ２１８が設けられている点で実施形態１とは異なる。
【０１０８】
機械式スーパーチャージャ２１８は、エンジン本体１０におけるクランクシャフトの回転と連動して回転する過給機である。機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａと、上記クランクシャフトの出力軸との間には、第１ベルト２１９を介して上記クランクシャフトの出力軸と連結されたプーリ２２０と，該プーリ２２０の駆動軸状に設けられた電磁クラッチ２２１と、該電磁クラッチ２２１の出力側と機械式スーパーチャージャ２１８の駆動軸とを連結する第２ベルト２２２とが設けられている。つまり、機械式スーパーチャージャ２１８は、電磁クラッチ２１８を介して上記クランクシャフトの出力軸と連結されている。尚、機械式スーパーチャージャ２１８の駆動軸と電磁クラッチ２２１の出力側とを１つのベルトで連結することができる場合には、第２ベルト２２２は省略することができる。
【０１０９】
電磁クラッチ２２１は、上記クランクシャフトの回転を機械式スーパーチャージャ２１８に伝達する伝達状態と、上記クランクシャフトと機械式スーパーチャージャ２１８との連結を切り離して、上記クランクシャフトの回転が機械式スーパーチャージャ２１８に伝達されないようにする遮断状態とをとることができる。電磁クラッチ２２１が上記伝達状態をとるか又は上記遮断状態をとるかは、図１１に示すように、運転状態に応じて、ＰＣＭ１００が電磁クラッチ２２１に出力信号を送ることによって選択される。
【０１１０】
本実施形態２において、機械式スーパーチャージャ２１８は、実施形態１における電動式過給機１８と同様に、ターボ過給機５６の過給不足を補うために利用される。このため、基本的には、電磁クラッチ２２１は、排気流量が少なくかつ排気温度が低くなって（つまり、排気エネルギーが小さくなって）、ターボ過給機５６による過給不足が生じ易い運転領域、すなわち、エンジン本体１０が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときに、上記伝達状態にされる。逆に、エンジン本体１０が、エンジン回転速度が高速でかつエンジン負荷が高負荷である運転領域にあるときには、排気エネギーが大きくなって、ターボ過給機５６による過給不足が生じにくいため、上記遮断状態とされる。
【０１１１】
図１０に示すように、吸気通路５０には、機械式スーパーチャージャ２１８をバイパスする吸気側バイパス通路２５３が設けられている。この吸気側バイパス通路２５３は、その上流端が、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと機械式スーパーチャージャ２１８との間に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における機械式スーパーチャージャ２１８とスロットル弁５５との間に接続されている。吸気側バイパス通路２５３には、吸気側バイパス通路２５３へ流れる吸気量を調整するための吸気側バイパス弁２５８が配設されている。この吸気側バイパス弁２５８の開度を調整することによって、機械式スーパーチャージャ２１８で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路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。
【０１１２】
図１１に示すように、エンジン２０１には、機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａの回転数を検出するスーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９が設けられている。ＰＣＭ１００は、スーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９の検出結果から機械式スーパーチャージャ２１８が故障しているか否か判定する。詳しくは、ＰＣＭ１００には、エンジン本体１の上記クランクシャフトの回転数と機械式スーパーチャージャ２１８のコンプレッサホイール２１８ａの回転数との関係を表すマップ又は関係式が予め格納されており、ＰＣＭ１００は、上記クランクシャフトの回転数から算出されるコンプレッサホイール２１８ａの回転数と、スーパーチャージャ回転数センサＳＷ２０９によって検出されるコンプレッサホイール２１８ａの実回転数とを比較して、機械式スーパーチャージャ２１８が故障しているか否かを判定する。例えば、ＰＣＭ１００は、上記マップ又は上記関係式を用いて、上記クランクシャフトの回転数から算出されるコンプレッサホイール２１８ａの回転数に対して、コンプレッサホイール２１８ａの実回転数がかなり少ない場合には、機械式スーパーチャージャ２１８が故障していると判定する。このようにして、ＰＣＭ１００は、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に稼働できないことを検出することが可能である。尚、ＰＣＭ１００は、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に稼働できないときには、電磁クラッチ２２１を上記遮断状態にして、機械式スーパーチャージャ２１８による過給を行わないようにすることで、故障した機械式スーパーチャージャ２１８によってエンジン１の効率が低下してしまうことを防止するようになっている。
【０１１３】
ここで、本実施形態２でも、エンジン２０１が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、ターボ過給機５６に加えて、機械式スーパーチャージャ２１８により過給することによってターボ過給機５６の過給不足を補い、気筒内に出来る限り多くの新気を導入して、燃料の着火性及び燃焼性を向上させるようにすることができる。
【０１１４】
しかしながら、上述したように、例えば、機械式スーパーチャージャ２１８が故障している場合には、機械式スーパーチャージャ２１８は行わないようにするため、機械式スーパーチャージャ２１８による過給は行えない。このときには、機械式スーパーチャージャ２１８による過給は行えなくなるため、新気量が不足することでスート（煤）が発生しやすくなって、エミッションが悪化するおそれがある。また、未燃燃料の増加による燃費の悪化も懸念される。
【０１１５】
そこで、本実施形態２でも、上記実施形態１と同様に、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、燃料の噴射形態を工夫することで、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときときであっても、燃費及びエミッションを向上させるようにしている。
【０１１６】
具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときには、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するようにしている。特に、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、上記実施形態１と同様に、上記予混合燃焼制御を実行する。
【０１１７】
上記実施形態１で述べたように、この予混合燃焼制御では、前段燃焼が、圧縮上死点よりも前に発生するように、前段噴射を実行するとともに、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも前に、メイン噴射を実行する。そして、この予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における筒内温度を適切な温度にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン１の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇、すなわち燃焼期間が極端に短くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。よって、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときであっても、燃費及びエミッションを出来る限り良好な状態にすることができる。
【０１１８】
一方で、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をするときには、上記実施形態１と同様に上記リタード燃焼制御を実行する。すなわち、圧縮上死点よりも前に前段燃焼を発生させることなく、圧縮上死点よりも後にメイン燃焼が発生するように、前段噴射における燃料噴射量を、予混合燃焼制御時の前段噴射における燃料噴射量よりも少なくして、前段噴射及びメイン噴射を行う。
【０１１９】
具体的には、上記実施形態１と同様に、上記予混合燃焼制御の噴射形態から、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。さらに、図７に示すように、メイン噴射を２回に分けて行う。
【０１２０】
上記リタード燃焼制御によって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷であるときにも、圧縮比が低い状態で、安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、機械式スーパーチャージャ２１８によって出来る限り多くの新気を気筒内に導入することでスートの発生も抑制することができる。この結果、エミッションを向上させることができる。一方で、上記リタード燃焼制御では、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料噴射しているために、エンジン２０１の仕事量自体は減少する。しかしながら、パイロット噴射を停止して、前段噴射における燃料噴射量を少なくするため燃費は向上させることができる。
【０１２１】
したがって、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をしないときには、上記予混合燃焼制御を実行する一方、機械式スーパーチャージャ２１８による過給をするときには、上記リタード燃焼制御を実行することにより、排気エネルギーを利用しない過給機として、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いたとしても、機械式スーパーチャージャ２１８が正常に作動できなくなった場合であっても、燃費及びエミッションの悪化を抑制することができる。
【０１２２】
また、上記リタード燃焼制御では、メイン噴射の燃料噴射開始時期を、上記予混合燃焼制御に対して遅角させているため、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることが効果的に防止され、前段燃焼とメイン燃焼とが重なることによる燃焼騒音の増大を防止することができる。
【０１２３】
さらに、メイン噴射を２回に分けて行うことで、熱発生の急上昇をより効果的に抑制することができ、ＮＯｘの発生をより効果的に抑えることができる。また、熱発生の急上昇が抑えられることで、燃焼騒音についても抑えることができる。
【０１２４】
したがって、排気エネルギーを利用しない過給機として、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いたとしても、上記リタード燃焼制御によって、燃費及びエミッションを向上させることができるだけでなく、ＮＶＨ性能も向上させることができる。
【０１２５】
尚、電動式過給機の代わりに機械式スーパーチャージャ２１８を用いる際の、ＰＣＭ１００によるエンジン２０１の燃料噴射制御の処理動作は、図９のフローチャートにおける、「電動式過給機」を「機械式スーパーチャージャ」に読み替えるとともに、ステップＳ１０７を機械式スーパーチャージャによる過給を行うか否かの判定に読み替えたものであり、その他のステップは実質的に同じであるため、詳細な説明は省略する。
【０１２６】
（その他の実施形態）
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。
【０１２７】
例えば、上述の実施形態１では、バッテリ残量が不足しているときや電動式過給機１８の故障しているときを、電動式過給機１８が正常に作動できないときと判定していたが、これに限らず、電動式過給機１８が正常に作動できないときとしては、他にも種々の状態を採用することができる。例えば、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなった場合に、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させて、電動モータ１８ｂの温度が低下した後、再び電動式過給機１８を作動させるような制御を行う場合には、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させている期間は、電動式過給機１８が正常に作動できないため、当該制御によって、強制的に電動式過給機１８の作動を停止させている期間は、電動式過給機１８が正常に作動できないときであると判定するようにしてもよい。尚、上述の実施形態１では、電動式過給機１８はパーシャル状態で作動されるため、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなることは基本的にはない。しかし、他の実施形態として、例えば、ターボ過給機５６が故障した際に、電動式過給機１８のみで要求過給圧を満たすべく、該電動式過給機１８を作動させるような制御を行うようにしている場合には、電動式過給機１８のタービンホイール１８ａを限界回転数程度で回転させることがあるため、電動モータ１８ｂの温度が異常に高くなって、これにより、電動式過給機１８が正常に作動できなくなることが起こり得る。
【０１２８】
また、例えば、燃費を優先するＥＣＯモードを、車両の運転者が任意に選択できるようにした場合であって、該ＥＣＯモード中は電動式過給機１８による過給圧を低く設定する、という制御を実行できるようにしている場合には、ターボ過給機５６の過給不足を電動式過給機１８によって十分に補うことができなくなることがある。このため、ＥＣＯモード中は、電動式過給機１８が正常に作動できないときであると判定するようにしてもよい。
【０１２９】
また、上述の実施形態では、エンジン１（２０１）が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときに、排気エネルギーを利用しない過給機（電動式過給機１８、機械式スーパーチャージャ２１８）が正常に作動できるか否かに応じて、燃料の噴射形態を変更するようにしていたが、請求項４に係る発明の実施形態においては、アイドル運転状態に関する判定は省略してもよい。つまり、図９に示すフローチャートにおけるステップＳ１０２の判定を省略してもよい。
【０１３０】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく過給が可能な過給機を備える過給機付エンジンとして有用である。
【符号の説明】
【０１３２】
１      エンジン
１０    エンジン本体
１８    電動式過給機（非排気式過給機）
１８ｂ  電動モータ
３０ａ  気筒
３２    ピストン
３８    インジェクタ（燃料噴射弁）
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
１００  ＰＣＭ（電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段、噴射制御手段）
２１８  機械式スーパーチャージャ（非排気式過給機）
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、
上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とす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、
上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御において、圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼が発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするとともに、上記メイン噴射の燃料噴射開始時期を上記圧縮上死点よりも後にすべく、上記第１燃料噴射制御時の上記メイン噴射の燃料噴射開始時期に対して遅角させるように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記噴射制御手段は、上記第１燃料噴射制御では、上記前段噴射を複数回行うように構成され、
さらに、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御では、上記前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御における上記前段噴射の回数よりも少なくすることで、上記第２燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項４】
気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、
上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されており、
上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流側に配設されたコンプレッサとを有し、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機をさらに備え、
上記電動式過給機は、パーシャル状態で作動するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンであることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項６】
気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、
上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する一方、
上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月18日(2018.12.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
本発明の更に別の態様では、気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンを対象として、上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、
上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とす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、
上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御において、圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼が発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするとともに、上記メイン噴射の燃料噴射開始時期を上記圧縮上死点よりも後にすべく、上記第１燃料噴射制御時の上記メイン噴射の燃料噴射開始時期に対して遅角させるように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記噴射制御手段は、上記第１燃料噴射制御では、上記前段噴射を複数回行うように構成され、
さらに、上記噴射制御手段は、上記第２燃料噴射制御では、上記前段噴射の回数を、上記第１燃料噴射制御における上記前段噴射の回数よりも少なくすることで、上記第２燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なくするように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項４】
気筒内に設けられたピストンを有する圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、モータの駆動力によって駆動する電動式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段と、
上記電動式過給機が正常に作動できるか否かを推定又は検出する手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、
上記電動式過給機が正常に作動できないことが推定又は検出されたときには、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記電動式過給機が正常に作動できることが推定又は検出されたときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されており、
上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流側に配設されたコンプレッサとを有し、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機をさらに備え、
上記電動式過給機は、パーシャル状態で作動するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンであることを特徴とする過給機付エンジン。
【請求項６】
気筒内に設けられたピストンを有しかつ幾何学的圧縮比が１６以下である圧縮着火式のエンジン本体と、該エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、該吸気通路に設けられ、排気エネルギーを利用することなく駆動可能な非排気式過給機とを備える過給機付エンジンであって、
上記気筒内に供給する燃料を噴射するよう構成された燃料噴射弁と、
上記燃料噴射弁による燃料噴射を制御する噴射制御手段とを更に備え、
上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるときにおいて、圧縮上死点よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、噴射開始時期が上記前段噴射よりも後でかつ噴射終了時期が上記圧縮上死点よりも後でかつ上記前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行するように構成されており、
さらに、上記噴射制御手段は、上記エンジン本体が、エンジン回転速度が低速でかつエンジン負荷が低負荷である運転領域にあるとともに、アイドル運転状態であるときにおいて、
上記非排気式過給機による過給を行わないときには、上記前段噴射による前段燃焼の燃焼ピークが、上記圧縮上死点よりも前に発生するように、上記前段噴射の噴射開始時期及び噴射終了時期を上記圧縮上死点よりも前の圧縮行程に設定して、該前段噴射を実行するとともに、上記メイン噴射の噴射開始時期を上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に設定して、該メイン噴射を実行する第１燃料噴射制御を実行する一方、
上記非排気式過給機による過給を行うときには、上記圧縮上死点よりも前に上記前段燃焼の燃焼ピークが発生しないように、上記前段噴射における燃料噴射量を、上記第１燃料噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射量よりも少なく、かつ、上記前段噴射の噴射開始時期を、上記第１燃焼噴射制御時の上記前段噴射における燃料噴射開始時期よりも遅く設定して、該前段燃焼を実行するとともに、上記圧縮上死点よりも後に、上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼の燃焼ピークが発生するように、上記メイン噴射の噴射開始時期を設定して、該メイン噴射を実行する第２燃料噴射制御を実行するように構成されていることを特徴とする過給機付エンジン。