(57)【要約】【課題】エンジンの冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させる。【解決手段】電動式過給機制御手段（ＰＣＭ１００）は、エンジン１の冷間状態が推定又は検出され、かつ、加速要求が推定又は検出されたときには、電動式過給機１８による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機１８を作動させるように構成されており、噴射制御手段（ＰＣＭ１００）は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記加速要求が推定又は検出されたときには、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼制御を実行するように構成されている。【選択図】図１０
2019105191.tif 000002
【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、該排気通路に配設されたタービンと該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と、上記吸気通路における上記コンプレッサよりも下流側に設けられ、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、車両に搭載され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、
上記車両の加速要求の有無を推定又は検出する手段と、
上記エンジンが冷間状態にあるか否かを推定又は検出する手段と、
上記電動式過給機の作動を制御する電動式過給機制御手段と、
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、
上記電動式過給機制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記電動式過給機による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機を作動させるように構成されており、
上記噴射制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記加速要求が推定又は検出されたときには、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼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、上記加速要求が推定又は検出されていないときには、圧縮上死点よりも前に前段燃焼が発生するように、該圧縮上死点よりも前に少なくとも１回燃料噴射を行う前段噴射と、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、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べく上記燃料噴射弁を制御するように構成されており、
さらに上記噴射制御手段は、上記リタード燃焼制御では、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼及び上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼を共に上記圧縮上死点よりも後にすべく、当該前段噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期を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、
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を更に備え、
上記電動式過給機制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記エンジン回転速度検出手段により検出される検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記電動式過給機による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機を作動させるように構成されており、
上記噴射制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記リタード燃焼制御を実行するよう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のいずれかに記載の過給機付エンジンにおいて、
上記吸気通路における上記電動式過給機よりも下流側の部分と上記排気通路における上記タービンよりも上流側の部分とを連通し、上記排気通路を流れる排気ガスの一部を上記吸気通路に還流可能なＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路内に設けられ、上記ＥＧＲ通路を通って上記吸気通路に還流される排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを更に備え、
上記ＥＧＲ弁は、上記冷間状態が推定又は検出されたときに開く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、
上記電動式過給機制御手段は、加速後期では、加速開始時に比べて、上記電動式過給機による過給圧を低くすべく該電動式過給機を作動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、
上記電動式過給機制御手段は、上記加速要求の有無にかかわらず上記電動式過給機をパーシャル状態で作動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。
【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。
【０００４】
また、特許文献２には、大型のターボ過給機と小型のターボ過給機との２つのターボ過給機を備えたディーゼルエンジンが開示されている。
【０００５】
この特許文献２に記載のディーゼルエンジンでは、比較的低い幾何学的圧縮比での燃焼を実現するために、圧縮上死点よりも前に燃料噴射（前段噴射）を行った後、圧縮上死点又は圧縮上死点よりも後にも燃料噴射（メイン噴射）を行う燃料噴射制御をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７１０号公報
【特許文献２】特開２０１２−３１８４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ディーゼルエンジンなどの圧縮着火を行うエンジンでは、特許文献２のように、圧縮上死点よりも前に燃料噴射を行うようにすると、メイン噴射よりも前に気筒内に予め火種を形成しておくことができ、メイン噴射での着火性及び燃焼性の向上が可能となる。
【０００８】
一方で、エンジンの冷間時、すなわち筒内温度が低いときには、エンジンの温間時と比較すると、燃料の燃焼によって発生する排気ガスの温度が低く、ターボ過給機を作動させる排気エネルギーが低くなる。このため、ターボ過給機の回転数、すなわちターボ過給機による過給圧が上昇しにくく新気量が不足する。この結果、一般に燃料噴射量が多くなる、車両の加速時には、増加された燃料噴射量に対応するだけの量の新気を気筒内に導入できなくなって、スート（煤）が発生してしまう。つまり、特許文献２のような燃料噴射制御では、エンジンの冷間時における加速時にエミッションが悪化するおそれがある。
【０００９】
特許文献１に記載の電動式過給機を用いれば、過給圧を上昇させて、新気量を増加させることができるため、スートの抑制については期待できる。しかし、前段噴射による前段燃焼が圧縮上死点よりも前、すなわち圧縮行程中に発生するような、燃料制御を実行するものに対して、単純に新気量を増加させると、車両の加速時に大量の新気が気筒内に導入されて、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、新気量が増加した状態で、圧縮行程中に燃焼が発生することで、ＮＯｘが大量に発生するおそれがある。つまり、単に電動式過給機を備えているだけでは、エンジンの冷間時におけるエミッションは改善されない。よって、電動式過給機を利用して、エンジンの冷間時におけるエミッションを改善させるという観点からは改良の余地がある。
【００１０】
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、エンジンの冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、該排気通路に配設されたタービンと該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と、上記吸気通路における上記コンプレッサよりも下流側に設けられ、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、車両に搭載される過給機付エンジンを対象にして、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、上記車両の加速要求の有無を推定又は検出する手段と、上記エンジンが冷間状態にあるか否かを推定又は検出する手段と、上記電動式過給機の作動を制御する電動式過給機制御手段と、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、上記電動式過給機制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記電動式過給機による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機を作動させるように構成されており、上記噴射制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記加速要求が推定又は検出されたときには、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼制御を実行するように構成されている、ものとした。
【００１２】
この構成によると、電動式過給機が設けられているため、ターボ過給機によって過給圧を上昇させにくい状態であるエンジンの冷間時において、ターボ過給機のみでは不足する分の過給圧を電動式過給機によって補うことができる。これにより、冷間状態が推定又は検出され、かつ、加速要求が推定又は検出されたときには、電動式過給機によって過給圧を上昇させて新気量を増加させることで、燃料の着火性及び燃焼性を向上させることができる。
【００１３】
さらに、冷間状態が推定又は検出され、かつ、加速要求が推定又は検出されたときには、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始直前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼制御を実行する。本発明のように、電動式過給機により新気量を増加させれば、増加させた新気によって圧縮端温度を適切な温度にすることができ、上記リタード燃焼制御を実行したときに、燃料の燃焼（熱発生）を圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも後にすることができる。つまり、電動式過給機による新気量の調整と上記リタード燃焼制御とを組み合わせることによって、圧縮上死点よりも前に燃料の燃焼が発生してしまうのを防止することができる。この結果、エンジンの冷間時における車両の加速時において、圧縮上死点よりも後に、燃料を適切に燃焼させることができる。これにより、増加された燃料に対応するだけの新気が気筒内に導入された状態で燃料が燃焼されるためスートの発生が抑制される。また、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料を燃焼させることにより、燃焼温度を高くなるのを抑えることができ、ＮＯｘの発生を抑制することもできる。よって、エンジンの冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させることができる。
【００１４】
また、新気量を増加させてリタード燃焼制御を実行することで、燃料が燃焼して発生する排気ガスの流量が多くなるとともに、該排気ガスの温度が高くなって、排気エネルギーが高くなる。これにより、タービンの回転数を迅速に上昇させて、ターボ過給機による過給圧を迅速に上昇させることができる。この結果、エンジンの冷間時における、加速性を向上させることができるようになる。
【００１５】
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、上記加速要求が推定又は検出されていないときには、圧縮上死点よりも前に前段燃焼が発生するように、該圧縮上死点よりも前に少なくとも１回燃料噴射を行う前段噴射と、上記圧縮上死点又は上記圧縮上死点よりも前に、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べく上記燃料噴射弁を制御するように構成されており、さらに上記噴射制御手段は、上記リタード燃焼制御では、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼及び上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼を共に上記圧縮上死点よりも後にすべく、当該前段噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期を遅角させるように構成されている。
【００１６】
この構成によると、エンジンの冷間時における車両の加速時において、スート及びＮＯｘの発生を抑制して、エミッションを向上させるという効果をより適切に得ることができる。
【００１７】
すなわち、冷間状態が推定又は検出されかつ加速要求が推定又は検出されたときには、電動式過給機による過給によって気筒内に導入される新気量が増加するため、前段噴射による前段燃焼が圧縮上死点よりも前に発生してしまうおそれがある。そこで、上記前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼及び上記メイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼を共に上記圧縮上死点よりも後にすべく、当該前段噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期を遅角させる。これにより、圧縮上死点よりも前に前段燃焼が発生してしまうことが防止されて、圧縮上死点よりも後に、燃料を適切に燃焼させることができる。この結果、スート及びＮＯｘの発生が抑制されて、エミッションを向上させることができる。
【００１８】
また、加速要求が推定又は検出されていないときに、圧縮上死点よりも前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後に、前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射を実行することによって、加速要求のない定常走行時におけるエミッションの向上も図ることができる。すなわち、圧縮上死点よりも前に前段噴射を行うことにより、圧縮行程中に、燃料と筒内ガスとは、燃料噴霧のペネトレーションによりミキシングが促進される。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、前段燃焼が可能となり、メイン噴射よりも前に気筒内の温度を上昇させることができる。この結果、メイン噴射における着火性が向上されて、着火遅れによる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。また、ＮＶＨ性能の向上にも寄与することができる。
【００１９】
上記過給機付エンジンにおいて、エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を更に備え、上記電動式過給機制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記エンジン回転速度検出手段により検出される検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記電動式過給機による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機を作動させるように構成されており、上記噴射制御手段は、上記冷間状態が推定又は検出され、かつ、上記検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、上記加速要求が推定又は検出されたときには、上記リタード燃焼制御を実行するよう構成されている、ことが好ましい。
【００２０】
すなわち、エンジン回転速度が低いときには、ターボ過給機のタービンに与えられる排気エネルギーが低い。このため、エンジンの冷間時でかつエンジン回転速度が低いときに加速すると、筒内温度が低くかつ新気量が不足するため、大量のスートやＮＯｘが発生してエミッションが悪化する。そこで、冷間状態が推定又は検出され、かつ、エンジン回転速度検出手段により検出された検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、加速要求が推定又は検出されたときに、電動式過給機によって過給圧を上昇させるようにすることで、気筒内の圧縮端温度を確保して、気筒内での燃料の着火性及び燃焼性が向上させることで、スートやＮＯｘの発生を抑制してエミッションを向上させるという効果を一層効果的に得ることができる。
【００２１】
上記検出エンジン回転速度が上記所定速度よりも低いときにリタード燃焼制御を実行する過給機付エンジンにおいて、上記吸気通路における上記電動式過給機よりも下流側の部分と上記排気通路における上記タービンよりも上流側の部分とを連通し、上記排気通路を流れる排気ガスの一部を上記吸気通路に還流可能なＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路内に設けられ、上記ＥＧＲ通路を通って上記吸気通路に還流される排気ガスの流量を調整するＥＧＲ弁とを更に備え、上記ＥＧＲ弁は、上記冷間状態が推定又は検出されたときに開く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、ＥＧＲ通路が設けられ、上記冷間状態が推定又は検出されたときには、ＥＧＲ弁が開くため、高温の排気ガスを気筒内に導入することができる。つまり、エンジンの冷間時において、気筒内での圧縮端温度を適切に確保することができ、気筒内での燃料の着火性を向上させることができる。
【００２３】
一方で、エンジンの冷間時における加速時においては、タービン側に排気エネルギーを与える必要があるが、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に排気ガスを還流させると、タービン与えられる排気エネルギーが一層減少するおそれがある。この点に対して、本発明では、冷間状態が推定又は検出され、かつ、検出エンジン回転速度が所定速度よりも低いときにおいて、加速要求が推定又は検出されたときには、電動式過給機による過給圧を上昇させる。これにより、吸気通路内の圧力が上昇され、排気通路と吸気通路との差圧が小さくなるため、ＥＧＲ通路を介して吸気通路に還流される排気ガスの流量が減少する。この結果、タービンに向かう排気ガスの流量を増加させることができるため、加速時において、タービンの回転数を上昇させやすくすることができる。このことにより、エンジンの冷間時における車両の加速時において、加速性を向上させることができるようになる。
【００２４】
このとき、ＥＧＲ量が減少することで、圧縮端温度の低下が懸念される。しかしながら、電動式過給機により新気量を増加させることによって、圧縮端温度の低下については防止することができる。また、増加させる新気量は調整可能であるため、圧縮端温度を適切な温度に維持することができ、燃焼温度が必要以上に上昇してしまうことを防止することができる。これにより、ＮＯｘを減少させることができ、エミッションを適切に向上させることができる。
【００２５】
上記過給機付エンジンにおいて、上記電動式過給機制御手段は、加速後期では、加速開始時に比べて、上記電動式過給機による過給圧を低くすべく該電動式過給機を作動させるように構成されている、ことが好ましい。
【００２６】
上述したように、電動式過給機による過給を利用するによって、ターボ過給機による過給圧を迅速に上昇させることができる。このため、加速後期においては、電動式過給機による過給圧を低くしたとしても、ターボ過給機による過給よって適切な量の新気を気筒内に導入することができる。これにより、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る。
【００２７】
上記過給機付エンジンにおいて、上記電動式過給機制御手段は、上記加速要求の推定又は検出の有無にかかわらず上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させるように構成されている、ことが好ましい。
【００２８】
一般に、電動式過給機を停止状態から駆動させる際には大きな電力が必要となる。このため、加速要求信号を受けた車両の加速時に電動式過給機を駆動し、加速要求信号を受けていない車両の定常走行時に電動式過給機を停止するよりも、加速時及び定常走行時にかかわらず、電動式過給機をパーシャル状態で作動させるようにすれば、電動式過給機による過給圧を上昇させる際の電力消費を抑えることができる。
【００２９】
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。
【発明の効果】
【００３０】
以上説明したように、本発明によると、冷間状態が推定又は検出され、かつ、加速要求が推定又は検出されたときには、電動式過給機による過給圧を上昇させるとともに、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼制御を実行することによって、エンジンの冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明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】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】リタード燃焼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】圧縮端温度に寄与する新気量と高圧ＥＧＲ量との関係を示す概略図である。
【図９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３３】
図１は、本実施形態に係るエンジン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。このエンジン本体１０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３８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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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５０は、気筒３０ａ毎に分岐する独立吸気通路５２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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
本実施形態では、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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、及び、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検出センサＳＷ８からの検出信号が入力される。
【００５５】
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。つまり、クランク角センサＳＷ５はエンジン回転速度検出手段に相当する。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、気筒３０ａ内の温度が低い、エンジン１の冷間状態であると判定し、アクセル開度センサＳＷ４で検出されたアクセル開度に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無を判定する。つまり、水温センサＳＷ１は冷間状態検出手段に相当し、アクセル開度センサＳＷ４は加速要求検出手段に相当する。
【００５６】
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５５，５８，６４，６５，７２，８２のアクチュエータへ制御信号を出力する。つまり、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８の作動を制御する電動式過給機制御手段、及びインジェクタ３８による燃料噴射を制御する噴射制御手段を構成する。
【００５７】
こうして、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及び電動式過給機１８による新気量の調整によって、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの調整と、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
また、詳しくは後述するが、本実施形態では、電動式過給機１８は、エンジン１の冷間時でかつ車両の加速時に、電動式過給機１８による過給圧を上昇させるように（つまり回転数を上げるように）制御される。この場合でも、電動式過給機１８は、図５の両性能曲線に示すメッシュの領域から逸脱することがないように作動される。つまり、本実施形態では、電動式過給機１８は、後述する加速要求の有無にかかわらず、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。
【００６６】
（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、アクセル開度等に基づいて要求駆動力を算出し、この要求駆動力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とともに、該要求駆動力に基づいて、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を決定する。尚、詳しくは後述するが、本実施形態では、エンジン１が冷間状態であるときに、高圧ＥＧＲバルブ８２を開いて、高圧ＥＧＲ通路８０を介して排気ガスを吸気通路５０に還流させるようになっている。
【００６７】
図６には、定常走行時におけるエンジン１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している。尚、ここでいう定常走行とは、車速が略一定の状態での走行のことを意味する。
【００６８】
図６に示すように、定常走行時には、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。図６の噴射例では、圧縮上死点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回実行している。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。
【００６９】
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、圧縮行程中に、気筒内ガス（ＥＧＲ＋新気）と燃料とのミキシングが進行する。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、前段燃焼で噴射された燃料による前段燃焼が発生する。
【００７０】
この前段燃焼により、メイン噴射よりも前に、気筒３０ａ内の温度を上昇させることができる。このため、その後のメイン噴射における着火性及び燃焼性が向上される。メイン噴射における着火性及び燃焼性が向上されることにより、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。また、ＮＶＨ性能の向上にも寄与することができる。
【００７１】
また、アフタ噴射を行うことによって、スート（煤）の発生を抑制することもできる。このことについて、図９に示すφ−Ｔマップを参照しながら説明する。
【００７２】
図９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。
【００７３】
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９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。
【００７４】
以上のように、前段噴射、メイン噴射、及びアフタ噴射を行うことで、ＮＯｘ及びスートの発生が抑制されてエミッションを向上させることができるとともに、ＮＶＨ性能の向上にも寄与することができる。
【００７５】
ここで、エンジン１の冷間時、すなわち気筒３０ａ内の温度が低いときには、エンジンエンジン１の温間時と比較すると、燃料の燃焼によって発生する排気ガスの温度が低く、ターボ過給機５６を作動させる排気エネルギーが低くなる。このため、ターボ過給機５６の回転数、すなわちターボ過給機５６による過給圧が上昇しにくく新気量が不足する。特に、エンジン回転速度が上記所定速度よりも低いときには、排気エネルギーが一層低くなり、新気量の不足が顕著になる。
【００７６】
さらに、上述したように、本実実施形態では、エンジン１の冷間時には、高圧ＥＧＲ通路８０によって排気ガスが還流される。高圧ＥＧＲ通路８０は、排気通路６０におけるターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも上流側の部分に接続されているため、高圧ＥＧＲ通路８０によって排気ガスが還流されると、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がさらに低下してしまう。
【００７７】
上記予混合燃焼制御では、排気エネルギーが低く、新気量が少ない状態であっても、メイン噴射の前に十分な前段燃焼を発生させて、適切にメイン燃焼を実行することが可能となる。
【００７８】
しかしながら、車両の加速時には、燃料噴射量が定常走行時よりも多くなるため、増加した燃料に対応するだけの新気量が確保できなくなって、スートが発生してしまう。つまり、エンジン１の冷間時における加速時にはエミッションが悪化するおそれがある。
【００７９】
本実施形態のように、電動式過給機１８を備えていれば、該電動式過給機１８によって過給圧を上昇させて、新気量を増加させることができるため、スートの抑制が期待できる。しかし、図６に示すように、パイロット噴射及びプレ噴射による前段燃焼が圧縮上死点よりも前に発生するような燃料噴射制御を実行した状態で、単純に気筒３０ａ内に導入される新気量を増加させてしまうと、メイン燃焼と同等の燃焼が、圧縮上死点よりも前、すなわち圧縮行程中に発生してしまう。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３２の進行方向とは逆方向の力が該ピストン３２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、新気量が増加した状態で、圧縮行程中に燃焼が発生することで、ＮＯｘが大量に発生するおそれもある。つまり、単に電動式過給機１８を備えているだけでは、エンジン１の冷間時におけるエミッションは改善されない。
【００８０】
そこで、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、エンジン１の冷間状態が検出されかつ加速要求が検出されたとき、特に、エンジン１の冷間状態が検出されかつクランク角センサＳＷ５により検出される検出エンジン回転速度が所定速度Ｖｌよりも低いときにおいて、加速要求が検出されたときには、パイロット噴射及びアフタ噴射を停止させるとともに、加速開始後の燃料噴射開始時期を加速開始前の燃料噴射開始時期に対して遅角させるリタード燃焼制御を実行する。より具体的には、上記リタード燃焼制御では、前段噴射による前段燃焼及びメイン噴射によるメイン燃焼を共に圧縮上死点よりも後にすべく、当該前段噴射及びメイン噴射の燃料噴射開始時期を遅角させる。
【００８１】
図７には、上記リタード燃焼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している。上述したように、上記リタード燃焼制御時には、パイロット噴射及び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。また、図７に示すように、メイン噴射を２回に分けて行う。この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噴射時期及び燃料の噴射量は、加速要求時の要求駆動力に基づいて、前段噴射（プレ噴射）で噴射された燃料による前段燃焼及びメイン噴射で噴射された燃料によるメイン燃焼が共に圧縮上死点よりも後になる範囲で適宜変更される。
【００８２】
このとき、圧縮上死点よりも後に燃焼が発生するように燃料を適切に燃焼させるには、適切な圧縮端温度を確保して、気筒３０ａ内での燃料の着火性及び燃焼性を向上させておく必要がある。本実施形態では、電動式過給機１８による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機１８を作動させることによって、適切な圧縮端温度を確保して、気筒３０ａ内での燃料の着火性及び燃焼性を確保する。このことについて、図８を参照しながら説明する。
【００８３】
図８は、エンジン１の冷間時において、圧縮端温度に寄与する高圧ＥＧＲ量と新気量との関係について、上記予混合燃焼制御ものと上記リタード燃焼制御時のものとを示す。図８のグラフにおける縦軸は圧縮端温度を表している。エンジン１の冷間時において、上記予混同燃焼制御では、高圧ＥＧＲガスによって気筒３０ａの温度を保つために、圧縮端温度の確保に寄与する吸気全体のうち、５０％を高圧ＥＧＲガスとし、残り５０％を新気とする。エンジン１の冷間時であっても車両の加速時でなければ、燃料噴射量は比較的少量であるため、高圧ＥＧＲガスの流量を比較的多くしたとしても、噴射される燃料の量に対応する新気量を確保することができる。
【００８４】
これに対して、上記リタード燃焼制御時、すなわちエンジン１の冷間時でかつ車両の加速時には、比較的多量の燃料に対応するだけの新気量が必要であるため、新気量を増加させる必要がある。そこで、電動式過給機１８による過給圧を上昇させて新気量を増加させる。このとき、過給圧が上昇する分、吸気通路５０内の圧力が上昇するため、排気通路６０と吸気通路５０との差圧が低くなり、吸気通路５０内に導入される高圧ＥＧＲガスの流量が減少する。これにより、高圧ＥＧＲガスの流量が減少した分だけ吸気温度が下がるため、圧縮端温度を確保できないことも考えられる。しかしながら、高圧ＥＧＲガスの流量が減少して吸気温度が低下した分だけ空気密度が高くなるため、空気密度が高くなった分だけ、高圧ＥＧＲガスの流量の減少分よりも多くの新気を気筒３０ａ内に導入することが可能となる。この結果、図８に示すように、高圧ＥＧＲガスの流量が減少したとしても、電動式過給機１８により増加させた新気によって、圧縮端温度を一定に保つことができる。そして、吸気における新気の割合が増加することで、比較的多量の燃料に対応するだけの新気量が確保される。尚、本実施形態のように、高圧ＥＧＲ弁８２によって、吸気通路５０に還流させるＥＧＲガスの流量を調整可能である場合には、電動式過給機１８による過給圧を上昇させるだけでなく、高圧ＥＧＲ弁８２の開度を調整することによって、吸気における高圧ＥＧＲガスの割合と新気の割合とを調整するようにしてもよい。特に、後述するように、上述の制御を行うと、排気ガスの流量が多くなるとともに、該排気ガスの温度が高くなるため、排気通路６０と吸気通路５０との差圧が変動する。このため、高圧ＥＧＲ弁８２の開度を調整すれば、吸気における高圧ＥＧＲガスの割合と新気の割合とを、圧縮端温度を一定に保つ割合に設定しやすくなる。
【００８５】
上述のようにして新気量を増加させれば、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程中に気筒３０ａ内に供給された燃料を適切に燃焼させることができる。したがって、電動式過給機１８による新気量の調整によって、エンジン１の冷間時でかつ車両の加速時において、上記リタード燃焼制御が可能となる。これらの結果、増加された燃料に対応するだけの新気が気筒３０ａ内に導入された状態で燃料が燃焼されるためスートの発生が抑制される。また、圧縮上死点よりも後、すなわち膨張行程で燃料を燃焼させることにより、燃焼温度を高くなるのを抑えることができ、ＮＯｘの発生を抑制することもできる。すなわち、図９に示すφ−Ｔマップにおける、スート領域及びＮＯｘ領域のどちらにも入らない領域内での燃焼が可能になる。よって、エンジン１の冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させることができる。
【００８６】
また、電動式過給機１８による過給によって、燃料の着火性及び燃焼性を向上させた状態で該燃料が燃焼することで、発生する排気エネルギーを高くすることができる。これにより、タービン５６ｂの回転数を迅速に上昇させて、ターボ過給機１８による過給圧を迅速に上昇させることができる。この結果、エンジン１の冷間時における、加速性を向上させることができるようになる。
【００８７】
一方で、ターボ過給機１８による過給圧が上昇した場合、電動式過給機１８による過給圧を上昇させたままにすると、新気量が多くなりすぎて吸気抵抗が増加してしまい、ポンピングロスが大きくなるおそれがある。そのため、ＰＣＭ１００は、加速後期、具体的には、ターボ過給機５６による過給圧が、圧縮端温度を一定に保つだけの新気量を供給可能な過給圧になったときには、加速開始時と比べて、電動式過給機１８による過給圧を低くすべく該電動式過給機１８を作動させる。詳しくは、電動式過給機１８の駆動力を加速開始前と同程度、すなわち電動式過給機１８がアイドル回転をする程度にまで低下させる。これは、電動モータ１８ｂに供給する電力を低下させて、電動式過給機１８の駆動力を低下させることで行う。これにより、ポンピングロスを抑制することができる。尚、圧縮端温度については、吸気温度センサＳＷ３で検出される吸気温度、過給圧センサＳＷ２で検出される過給圧、クランク角センサＳＷ５で検出されるエンジン回転数等に基づいて推定することができる。
【００８８】
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１０のフローチャートに基づいて説明する。
【００８９】
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、水温センサＳＷ１の信号に基づき、冷却水温Ｔｗが上記所定温度Ｔｃよりも低いか否かを判定する。上記ステップＳ１０２の判定がＮＯのときには、ステップＳ１１６に進む一方、ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、気筒３０ａ内の温度が低い、エンジン１の冷間状態であると判定してステップＳ１０３に進む。
【００９０】
次のステップＳ１０３では、クランク角センサＳＷ５の信号に基づき、検出エンジン回転速度Ｖが上記所定速度Ｖｌよりも低いか否かを判定する。上記ステップＳ１０３の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１１６に進む一方、ステップＳ１０３の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１０４に進む。
【００９１】
上記ステップＳ１０４では、アクセル開度センサＳＷ６の信号に基づき、運転者からの加速要求が有るか否かを判定する、上記ステップＳ１０４の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１１６に進む一方、ステップＳ１０４の判定がＹＥＳのときには、次のステップＳ１０５において、上記リタード燃焼制御を実行すべきと判定し、ステップＳ１０６に進む。
【００９２】
上記ステップＳ１０６では、エンジン１の要求駆動力（運転者からの加速要求に対応する駆動力）を算出する
次のステップＳ１０７では、上記ステップ１０６で算出した要求駆動力に基づいて、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。
【００９３】
次のステップＳ１０８では、要求過給圧及び目標ＥＧＲ量を算出する。この要求過給圧及び目標ＥＧＲ量は、吸気温度センサＳＷ３等の検出結果から推定された加速直前の圧縮端温度を保つために必要な過給圧である。また、ここでいうＥＧＲ量とは高圧ＥＧＲガスの流量のことをいう。
【００９４】
続くステップＳ１０９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Ｓ１１０では、ステップＳ１０９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。
【００９５】
次のステップＳ１１１では、電動式過給機１８による過給圧が、ステップＳ１１０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。尚、ここで言う、「過給圧を上昇」とは、定常走行時における電動式過給機１８による過給圧よりも高くするという意味である。
【００９６】
続くステップＳ１１２では、上記ステップＳ１０７で設定した噴射量及び噴射タイミングで燃料を噴射する。
【００９７】
次のステップ１１３では、圧縮端温度が加速前と同等であるか否かについて判定する。この判定は、水温センサＳＷ１の検出結果から推定された圧縮端温度に基づいて行われる。上記ステップＳ１１３の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１０８に戻る一方、ステップＳ１１３の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１１４に進む。
【００９８】
続くステップＳ１１４では、ターボ過給機５６による過給圧が要求過給圧になったか否かを判定する。上記ステップＳ１１４の判定がＮＯのときには、上記ステップＳ１０８に戻る一方、ステップＳ１１４の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ１１５に進む。
【００９９】
上記ステップＳ１１５では、電動式過給機１８による過給圧を低下させる。具体的には、電動式過給機１８にアイドル回転をさせる。ステップＳ１１５の後はリターンする。
【０１００】
一方で、ステップＳ１０２，Ｓ１０３及びＳ１０４の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１１６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Ｓ１１７で要求駆動力（現在の車速を保つための駆動力）を算出する。
【０１０１】
続くステップＳ１１８で、上記ステップＳ１１７で算出した要求駆動力に基づいて、燃料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。
【０１０２】
次のステップＳ１１９では、要求過給圧及び目標ＥＧＲ量を算出する。このとき、ターボ過給機５６だけでは上記要求過給圧に到達できない場合には、電動式過給機１８による過給も実行されることがある。
【０１０３】
その後のステップＳ１２０において、上記ステップＳ１１８で設定した噴射量及び噴射時期で燃料を噴射する。ステップＳ１２０の後はリターンする。
【０１０４】
したがって、本実施形態では、ＰＣＭ１００は、エンジン１の冷間状態が検出されかつ車両の加速要求が検出されたときには、電動式過給機１８による過給圧を上昇させるべく該電動式過給機１８を作動させるとともに、加速開始後の燃料噴射開始時期を圧縮上死点よりも後にすべく、当該燃料噴射開始時期を遅角させるリタード燃焼制御を実行する。これにより、エンジン１の冷間時における車両の加速時において、新気が十分に気筒３０ａ内に導入された状態で燃料が燃焼することでスートの発生が抑制される。さらに、気筒３０ａ内に導入される吸気の温度を低くした状態で、圧縮上死点よりも後に燃料が燃焼することで、燃焼温度を高くなるのを抑えることができるためＮＯｘの発生を抑制することもできる。よって、エンジン１の冷間時において、車両を加速させる際のエミッションを向上させることができる。
【０１０５】
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。
【０１０６】
例えば、上述の実施形態では、エンジン１の冷間状態を水温センサＳＷ１によって検出していたが、これに限らず、気筒３０ａ内の温度を検出する筒内温度センサを設けて、該筒内温度センサの検出結果からエンジン１の冷間状態を検出してもよい。また、これとは別に、エンジン１の冷間状態を推定するようにしてもよい。これは、例えば、吸気温度センサＳＷ３及び排気温度センサＳＷ４の検出結果から筒内温度を推定し、該推定温度が所定温度よりも小さいときに、エンジン１が冷間状態であると推定するようにすればよい。
【０１０７】
また、上述の実施形態ではアクセル開度センサＳＷ６の検出結果から加速要求を検出していたが、アクセル開度センサＳＷ６の検出結果から加速要求を推定するようにしてもよい。
【０１０８】
さらに、上述の実施形態では、エンジン１の冷間状態でかつ検出エンジン回転速度が所定速度Ｖｌよりも低いときにおいて、加速要求が検出（又は推定）されたときに、上記リタード燃焼制御を実行していたが、これに限らず、エンジン回転速度に関する判定は省略してもよい。つまり、図１０に示すフローチャートにおけるステップＳ１０３の判定を省略してもよい。
【０１０９】
また、上述の実施形態では、高圧及び低圧ＥＧＲ弁７２，８２は、その開度によって、ＥＧＲ量を調整可能なものであったが、これに限らず、全開及び全閉のみを切り替えるオン−オフ式のものであってもよい。
【０１１０】
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】
【０１１１】
本発明は、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と、吸気通路におけるコンプレッサよりも下流側に設けられ、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た過給機付エンジンとして有用である。
【符号の説明】
【０１１２】
１      エンジン
１０    エンジン本体
１８    電動式過給機
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
８０    高圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
８１    高圧ＥＧＲ弁（ＥＧＲ弁）
１００  ＰＣＭ（電動式過給機制御手段、噴射制御手段）
ＳＷ１  水温センサ（冷間状態を検出する手段）
ＳＷ３  吸気温度センサ（冷間状態を推定する手段）
ＳＷ４  排気温度センサ（冷間状態を推定する手段）
ＳＷ５  クランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）
ＳＷ６  アクセル開度センサ（加速要求を推定又は検出する手段）
【図１】
2019105191.tif 000003
【図２】
2019105191.tif 000004
【図３】
2019105191.tif 000005
【図４】
2019105191.tif 000006
【図５】
2019105191.tif 000007
【図６】
2019105191.tif 000008
【図７】
2019105191.tif 000009
【図８】
2019105191.tif 000010
【図９】
2019105191.tif 000011
【図１０】
2019105191.tif 000012