(57)【要約】【課題】冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下を防止する。【解決手段】過給機付エンジンは、エンジン本体１０と、電動式過給機１８と、ターボ過給機５６と、高圧ＥＧＲ通路８０と、排気通路６０においてタービン５６ｂを迂回するように排気ガスを導くウエストゲートバルブ６５と、排気通路６０に配設された酸化触媒６１と、エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるときに、高圧ＥＧＲ弁８２とウエストゲートバルブを開きかつ、電動式過給機によって過給圧を上昇させるように電動式過給機へ制御信号を出力する制御部（ＰＣＭ１００）と、を備えている。【選択図】図１
2019105190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジン本体と、
上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、
上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、
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に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、
上記タービンよりも上流の上記排気通路と上記電動式過給機よりも下流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
上記排気通路に設けられ、上記タービンを迂回するように排気ガスの少なくとも一部を導くタービンバイパス手段と、
上記排気通路における上記タービンよりも下流に配設された触媒と、
上記エンジン本体に取り付けられたセンサからの検知信号に基づいて、上記エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるか否かを判断する制御部と、を備え、
上記制御部は、上記エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるときに、上記ＥＧＲ通路を開きかつ、上記タービンバイパス手段を介して上記タービンを迂回するように排気ガスを導くとともに、上記電動式過給機によって過給圧を上昇させるよう上記電動式過給機に制御信号を出力する触媒暖機制御を実行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、
上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる第２ＥＧＲ通路を備え、
上記制御部は、上記触媒暖機制御を実行した後に、上記触媒が所定温度以上まで昇温されたと判断したときには、上記第２ＥＧＲ通路を開く過給機付エンジン。
【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、
上記制御部は、上記車両が停車状態から発進するときに、上記触媒暖機制御を実行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項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体をアイドルストップ状態にするアイドルストップ手段を備え、
上記制御部は、上記アイドルストップ手段によってアイドルストップ状態にされた上記エンジン本体の自動再始動時に、上記触媒暖機制御を実行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項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させる過給機付エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンである過給機付エンジン。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記エンジン本体が冷間状態かつエンジン回転数が所定回転数を下回るときには、上記低負荷域の範囲外であっても、上記触媒暖機制御を実行する過給機付エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、過給機付エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、過給機付エンジンの一例が開示されている。具体的に、この特許文献１に開示されたエンジンは、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、排気エネルギーを利用せずに過給する電動式過給機とを備えたディーゼルエンジンとして構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１８０７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ディーゼルエンジンにおいては、燃焼速度及び燃焼温度を低くすることによってＲａｗＮＯｘの生成を抑制するために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させている。
【０００５】
そこで、特許文献１に記載されたディーゼルエンジンは、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムとを備えている。高圧ＥＧＲシステムは、ターボ過給機のタービンよりも上流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路を有している。低圧ＥＧＲシステムは、ターボ過給機のタービンよりも下流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとを有している。
【０００６】
こうしたディーゼルエンジンが部分負荷領域において定常状態で運転しているときは、低圧ＥＧＲシステム及び高圧ＥＧＲシステムのそれぞれによってＥＧＲガスを吸気通路に還流させると共に、ターボ過給機を介して過給圧を上昇させることによって、燃料量に応じた量の新気を気筒内に導入する。このことにより、混合気の当量比及び燃焼室内の温度をそれぞれ適切に調整することができて、ＲａｗＮＯｘの生成、及び、スート（煤）の発生が抑制される。
【０００７】
また、エンジンのエミッションを管理する上では、ＲａｗＮＯｘの生成ばかりでなく、未燃の燃料に起因したＨＣ（炭化水素）の生成にも注意を払う必要がある。そこで、一般的なディーゼルエンジンでは、酸化触媒（いわゆるＤＯＣ）によって排気ガス中のＨＣを酸化させて浄化するようになっている。
【０００８】
ところで、エンジンが冷間状態にあるときには、酸化触媒の早期活性化が求められる。しかし、停車状態からの発進直後など、エンジンが冷間状態かつ低負荷域にあるときには、排気ガスが少量かつ低温となり、酸化触媒を早期に暖機できない可能性がある。このことは、ＨＣの浄化性能を確保するには好ましくない。
【０００９】
そこで、酸化触媒を可能な限り早期に暖機するべく、ウエストゲートバルブやＶＧＴなど、いわゆるタービンバイパス手段を用いることにより、ターボ過給機のタービンをバイパスするように排気ガスを導くことが考えられる。
【００１０】
しかし、このような構成とした場合、タービンをバイパスした排気ガスの流量に応じて、ターボ過給機のコンプレッサによる仕事量が低下してしまい、気筒内への新気の供給が不十分となる可能性がある。さらに、排気ガスにタービンをバイパスさせてしまうと、排気通路内の排気圧も低下することから、排気側と吸気側との差圧が小さくなり、高圧ＥＧＲシステムによるＥＧＲガスの還流も不十分となる可能性がある。ＲａｗＨＣの生成を抑制するためには、圧縮端温度を十分に確保することが要求される。そうした要求を満たすためには、新気やＥＧＲガス等を気筒内へ適切に供給することが求められる。
【００１１】
ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、過給機付エンジンにおいて、冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
ここに開示する技術は、過給付エンジンにおいて、少なくとも冷間状態かつ低負荷域にあるときに、電動式過給機を介して過給圧を上昇させつつ、タービンバイパス手段を作動させることを特徴とする。
【００１３】
具体的に、ここに開示する過給機付エンジンは、車両に搭載されたエンジン本体と、上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、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に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、上記タービンよりも上流の上記排気通路と上記電動式過給機よりも下流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、上記排気通路に設けられ、上記タービンを迂回するように排気ガスの少なくとも一部を導くタービンバイパス手段と、上記排気通路における上記タービンよりも下流に配設された触媒と、上記エンジン本体に取り付けられたセンサからの検知信号に基づいて、上記エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるか否かを判断する制御部と、を備え、上記制御部は、上記エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるときに、上記ＥＧＲ通路を開きかつ、上記タービンバイパス手段を介して上記タービンを迂回するように排気ガスを導くとともに、上記電動式過給機を介して過給圧を上昇させるよう上記電動式過給機に制御信号を出力する触媒暖機制御を実行する。
【００１４】
この構成によると、エンジン本体が冷間状態かつ所定の低負荷域にあるとき、制御部は、ＥＧＲ通路を開きかつ、タービンバイパス手段を介してタービンを迂回するように排気ガスの少なくとも一部を流通させる。排気ガスにタービンを迂回させることで、触媒へと十分な熱量を与えることが可能となるから、触媒を可能な限り速やかに昇温させることができる。そのことで、触媒を早期に活性化させて、ひいてはＨＣの浄化性能を確保することが可能となる。
【００１５】
また、上記の構成では、ＥＧＲ通路は、排気通路においてターボ過給機のタービンよりも上流に接続されるから、ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスは比較的高温となる。よって、冷間状態であっても、最低限の筒内温度を確保することができる。このことは、未燃燃料の発生を抑制し、ひいてはＲａｗＨＣの生成を抑制する上で有効である。
【００１６】
また、上記の構成では、タービンバイパス手段によって触媒の活性化を図るとき、電動式過給機は、過給圧を上昇させるように動作する。排気ガスがタービンをバイパスする分、コンプレッサによる仕事量が低下するものの、その低下分を電動式過給機によって補うことができる。これにより、ターボ過給機では過給圧が上がらなくても、気筒内に導入する新気量を増やすことができる。そのことで、気筒内では空気密度が増大することになるから、気筒内のガスの比熱比が上がり、圧縮端温度が上昇する。これにより、未燃燃料を抑制し、ＲａｗＨＣの生成を抑制することも可能となる。また、新気量を増やした分だけ混合気の当量比が低くなって、スートの発生を抑制することもできる。
【００１７】
また、電動式過給機の作動に伴って生じる新気の流動により、ターボ過給機のコンプレッサを回転させることができる。コンプレッサの回転に連動してタービンも回転することになるため、排気通路においてタービンが抵抗にならない。タービンが抵抗にならない分、触媒へと十分な熱量を与えることが可能となるから、触媒を早期に活性化させる上で有利になる。さらに、タービンが回転することで排気圧が低減されるから、電動式過給機による掃気の効果も上昇し、ひいてはポンプ損失を低減することも可能となる。
【００１８】
このように、冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下が防止される。
【００１９】
また、上記過給機付エンジンは、上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させる第２ＥＧＲ通路を備え、上記制御部は、上記触媒暖機制御を実行した後に、上記触媒が所定温度以上まで昇温されたと判断したときには、上記第２ＥＧＲ通路を開く、としてもよい。
【００２０】
第２ＥＧＲ通路は、排気通路においてターボ過給機のタービンよりも下流に接続されるから、第２ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスの温度は、上記ＥＧＲ通路を介して還流されるＥＧＲガスの温度よりも低い。したがって、筒内温度が高くなり過ぎることを防止しながら、ＥＧＲガス量を増やすことによって気筒内のガスの比熱を増大することができる。そのことで、燃焼速度及び燃焼温度を低く抑えることが可能になって、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される。また、触媒が所定温度以上まで昇温された後に第２ＥＧＲ通路を開くことで、触媒の暖機時にはＨＣの浄化性能を確保する一方で、暖機完了後にはＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。
【００２１】
また、上記制御部は、上記車両が停車状態から発進するときに、上記触媒暖機制御を実行する、としてもよい。
【００２２】
一般に、停車状態から発進するときの加速初期には、エンジン本体は、冷間状態にある。このため、その発進時に上記触媒暖機制御を実行するようにすれば、エミッション性能の低下を適切に防止することができる。
【００２３】
また、上記過給機付エンジンは、上記エンジン本体をアイドルストップ状態にするアイドルストップ手段を備え、上記制御部は、上記アイドルストップ手段によってアイドルストップ状態にされた上記エンジン本体の自動再始動時に、上記触媒暖機制御を実行する、としてもよい。
【００２４】
一般に、エンジン本体の自動再始動時には、排気ガスが相対的に低温となる。このため、エンジン本体の自動再始動時に、上記触媒暖機制御を実行するようにすれば、エミッション性能の低下を適切に防止することができる。
【００２５】
また、上記制御部は、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させる、としてもよい。ここで、「電動式過給機をパーシャル状態で作動させる」とは、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、電動式過給機を作動させる、及び／又は、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、電動式過給機を作動させ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ともに、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】
また、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、としてもよい。
【００２７】
幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンは、圧縮端温度が低くなりやすい。特に、タービンバイパス手段によって排気ガスにタービンをバイパスさせた場合、排気圧が低下することから、ＥＧＲ通路によるＥＧＲガスの還流量が減少し、圧縮開始前の気筒内の温度が低下する可能性がある。このこともまた、圧縮端温度の低下を招く一因となる。
【００２８】
しかし、上述のようにＥＧＲガスの還流量が減少した分、電動式過給機によって気筒内の新気量を増やすと、気筒内のガスの比熱比が上がるため、圧縮開始前の気筒内の温度が低くても、圧縮端温度は高くなる。従って、前記の構成の過給機付エンジンは、低圧縮比のディーゼルエンジンにおいて、混合気の着火性を確保する上で有利である。
【００２９】
またそもそも、ディーゼルエンジンは、一般的なガソリンエンジンよりも熱効率に優れる。しかし、熱効率に優れる分、排気温度は低温となるから、上記のような、触媒の暖機の遅れがより一層問題となる。よって、上記触媒暖機制御は、そうしたディーゼルエンジンにおいて、取り分け有効となる。
【００３０】
また、上記制御部は、上記エンジン本体が冷間状態かつエンジン回転数が所定回転数を下回るときには、上記低負荷域の範囲外であっても、上記触媒暖機制御を実行する、としてもよい。
【００３１】
一般に、エンジン回転数が遅いときには、速いときと比較して、燃焼室からのガスの漏れ（特に、ピストンリングを介したガスの漏れ）が相対的に多量となる。そのため、エンジン回転数が遅いときには、燃焼室におけるガスの圧力が低下してしまい、圧縮端温度の低下を招く一因となる。このことは、ＲａｗＨＣの生成を抑制する上で不都合となる。
【００３２】
対して、上記の構成によれば、制御部は、エンジン本体が冷間状態かつエンジン回転数が所定回転数を下回るときに、上述の触媒暖機制御を実行する。触媒暖機制御を実行することで、生成されたＲａｗＨＣを効果的に浄化することが可能となる。
【発明の効果】
【００３３】
以上説明したように、ここに開示する技術は、冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図１は、過給機付エンジンを示す概略図である。
【図２】図２は、過給機付エンジンの気筒内を示す断面図である。
【図３】図３は、過給機付エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】図４は、電動式過給機の作動状態を示すマップである。
【図５】図５の上図は、電動式過給機のコンプレッサの特定を示す性能曲線グラフであり、図５の下図は、電動式過給機の電動モータの特性を示す図である。
【図６】図６は、ディーゼルエンジンのφ−Ｔマップである。
【図７】図７は、触媒暖機制御を実行しない比較例と、触媒暖機制御を実行する実施例とで、気筒内の新気量に対する空気密度の割合と、気筒内のガス組成の違いとをそれぞれ比較して示す図である。
【図８】図８は、拡散燃焼モードにおける燃料の噴射形態と、それに伴う熱発生率の履歴とを例示する概略図である。
【図９】図９は、リタード燃焼モードにおける燃料の噴射形態と、それに伴う熱発生率の履歴とを例示する概略図である。
【図１０】図１０は、ＰＣＭによるエンジン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】
【００３５】
以下、過給機付エンジン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。図１は、実施形態に係る過給機付エンジン（以下、単に「エンジン」という）１を示す。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る。
【００３６】
（エンジンの概略構成）
具体的に、エンジン本体１０は、複数の気筒３０ａ（図２において１つのみを図示している）が設けられたシリンダブロック３０と、このシリンダブロック３０上に配設されたシリンダヘッド３１と、シリンダブロック３０の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン３９とを有している。
【００３７】
シリンダブロック３０の各気筒３０ａ内には、ピストン３２（図２参照）が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン３２と、シリンダブロック３０と、シリンダヘッド３１とによって燃焼室３３（図２参照）が区画されている。
【００３８】
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、後述のインジェクタ３８に相対する。
【００３９】
また、ピストン３２は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されている。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。
【００４０】
図２に示すように、シリンダヘッド３１には、気筒３０ａ毎に、吸気ポート３４及び排気ポート３５が形成されているとともに、これら吸気ポート３４及び排気ポート３５には、燃焼室３３側の開口を開閉する吸気弁３６及び排気弁３７がそれぞれ配設されている。
【００４１】
各吸気弁３６は吸気側カム４０によって開閉され、各排気弁３７は排気側カム４１によって開閉される。吸気側カム４０及び排気側カム４１は、上記クランクシャフトの回転と連動してそれぞれ回転駆動される。図示は省略するが、吸気弁３６及び排気弁３７のそれぞれの開閉タイミングや開閉期間を調整するために、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。
【００４２】
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（つまり、燃料供給部）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。
【００４３】
図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には吸気通路５０が接続されている。吸気通路５０は、各気筒３０ａの吸気ポート３４に連通しており、その吸気ポート３４を介して各気筒３０ａへと吸気を供給するようになっている。
【００４４】
一方、エンジン本体１０の他側面には排気通路６０が接続されている。排気通路６０は、各気筒３０ａの排気ポート３５に連通しており、その排気ポート３５を介して各気筒３０ａから既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出するようになっている。
【００４５】
詳しくは後述するが、吸気通路５０及び排気通路６０には、吸気の過給を行う電動式過給機１８とターボ過給機５６とが設けられている。
【００４６】
吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ５４が配設されている。一方、吸気通路５０における下流端近傍には、サージタンク５１が配設されている。このサージタンク５１よりも下流側の吸気通路５０は、気筒３０ａ毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒３０ａの吸気ポート３４にそれぞれ接続されている。
【００４７】
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。
【００４８】
吸気通路５０には、電動式過給機１８をバイパスする吸気側バイパス通路５３が設けられている。吸気側バイパス通路５３の上流端は、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと電動式過給機１８との間に接続されている。対して、吸気側バイパス通路５３の下流端は、吸気通路５０における電動式過給機１８とスロットル弁５５との間に接続されている。
【００４９】
吸気側バイパス通路５３には、この吸気側バイパス通路５３を流れる空気量を調整するための吸気側バイパス弁５８が配設されている。吸気側バイパス弁５８の開度を調整することによって、電動式過給機１８で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路５３を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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３５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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。ウエストゲートバルブ６５は、タービン５６ｂを迂回するように排気ガスの少なくとも一部を流通させる「タービンバイパス手段」を例示している。
【００５７】
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。その場合、可動ベーンが「タービンバイパス手段」となる。
【００５８】
酸化触媒６１は、いわゆるディーゼル酸化触媒（Diesel Oxidation Catalyst：ＤＯＣ）であって、所定温度以上で活性化することにより、排気ガス中のＣＯ及びＨＣの酸化反応を促すように構成されている。酸化触媒６１は、上述のように、排気通路６０におけるタービン５６ｂの下流に配設されている。酸化触媒６１は「触媒」の例示である。
【００５９】
また、ＤＰＦ６２は、排気通路６０における酸化触媒６１の下流に配設されており、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート等の微粒子を捕集するように構成されている。
【００６０】
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。
【００６１】
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、ここに開示する技術は、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。
【００６２】
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に還流可能な高圧ＥＧＲ通路８０及び低圧ＥＧＲ通路７０が設けられている。
【００６３】
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。この高圧ＥＧＲ弁８２は、その開度を変更することによって、高圧ＥＧＲガスの流量を調整するよう構成されている。なお、高圧ＥＧＲ通路８０は、「ＥＧＲ通路」の例示である。
【００６４】
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。この低圧ＥＧＲ弁７２は、高圧ＥＧＲ弁８２と同様に、その開度を変更することによって、低圧ＥＧＲガスの流量を調整するよう構成されている。なお、低圧ＥＧＲ通路７０は、「第２ＥＧＲ通路」の例示である。
【００６５】
以下、高圧ＥＧＲ通路８０と高圧ＥＧＲ弁８２から成るシステムを高圧ＥＧＲシステム８と呼称する一方、低圧ＥＧＲ通路７０、ＥＧＲクーラ７１及び低圧ＥＧＲ弁７２から成るシステムを低圧ＥＧＲシステム７と呼称する。
【００６６】
なお、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及び電動式過給機１８による新気量の調整と、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの調整と、によって、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。
【００６７】
（エンジンの制御系の構成）
上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すパワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１００によって制御される。ＰＣＭ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、カウンタタイマ群１０３、インターフェース１０４及びこれらのユニットを接続するバス１０５を有するマイクロプロセッサで構成されている。なお、ＰＣＭ１００は「制御部」の例示である。
【００６８】
ＰＣＭ１００には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、排気温度を検出する排気温度センサＳＷ４、上記クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサＳＷ５、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ６、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センサＳＷ８からの検出信号が入力される。
【００６９】
ＰＣＭ１００は、これらのセンサＳＷ１〜ＳＷ８の検出信号に基づいて種々の演算を行うことにより、エンジン１や車両の状態を推定又は判定するとともに、その判定を受けて生成された制御信号によってエンジン１の運転を制御する。
【００７０】
例えば、ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン回転数を推定するとともに、アクセル開度センサＳＷ６の検出結果からエンジン負荷を算出する。
【００７１】
また、ＰＣＭ１００は、水温センサＳＷ１の検出温度が所定温度Ｔｃよりも低いときには、気筒３０ａ内の温度が低く、エンジン１が冷間状態にあると判定し、アクセル開度センサＳＷ６で検出されたアクセル開度に基づいて、エンジン本体１０が所定の低負荷域にあるか否かを判断する。ここで、所定の「低負荷域」とは、エンジン１の運転領域を負荷の高低に応じて、高負荷域と、中負荷域と、低負荷域とに分割したときの低負荷側の運転領域としてもよい。各領域の境界は、エンジン回転数に応じて変化する。この構成例では、低負荷域は、後述の部分負荷運転が行われる運転領域に含まれている。
【００７２】
ＰＣＭ１００は、そうした判定結果に基づいて制御信号を生成し、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。ＰＣＭ１００はまた、吸気弁３６及び排気弁３７の弁可変機構にも制御信号を出力する。
【００７３】
（電動式過給機の制御の概要）
次に、ＰＣＭ１００による電動式過給機１８の制御について説明する。図４には、電動式過給機１８の制御の態様を示す。ＰＣＭ１００は、基本的には、エンジン本体１０の運転中は電動式過給機１８を常時回転させるようにしているが、水温センサＳＷ１によって検出されるエンジン冷却水の温度と、クランク角センサＳＷ５によって検出されるエンジン１の回転速度とに基づいて、電動式過給機１８の回転数（すなわち過給圧）を制御している。具体的には、低水温ないしエンジン低速の領域が最も回転数が高く、そこから、高水温又はエンジン高速となるに連れて、回転数を減少させるように制御する。
【００７４】
また、本実施形態では、水温が８０℃以上になるか、又は、エンジン回転数がｒ１を超えることによって、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数の領域においては、電動式過給機１８をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパス弁５８を全開にして、該電動式過給機１８による過給が、実質的に行われないようにする。このようにすれば、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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
図５の下図は、電動式過給機１８の電動モータ１８ｂの特性を例示しており、縦軸は電動モータ１８ｂのトルク、横軸は電動モータ１８ｂの回転数である。図５の下図の一点鎖線は、等消費電力となる線を示しており、図の右上になるほど消費電力が高く、左下になるほど消費電力が低い。電動式過給機１８は、図５の上図におけるメッシュで示す領域内において作動されるが、このとき電動モータ１８ｂは、図５の下図におけるメッシュで示す領域内において作動する。電動モータ１８ｂの消費電力は比較的低くかつ、電動モータ１８ｂの効率は比較的高い。電動モータ１８ｂが最高トルクよりも低いトルクで作動している状態を、電動式過給機１８のパーシャル状態で運転していると呼んでもよい。前述したように、電動式過給機１８は、エンジン本体１０の運転中は常時回転しているものの、電動式過給機１８をパーシャル状態で運転することによって、消費電力を少なくすることが可能である。
【００７９】
なお、図４に示すアイドル回転領域においては、電動式過給機１８を停止してもよい。
【００８０】
（エンジンの燃焼制御）
上記ＰＣＭ１００によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて要求駆動力を決定し、これに対応する燃焼状態が実現するように、気筒３０ａ内に導入する新気量、高圧ＥＧＲガス量、及び、低圧ＥＧＲガス量を調整するとともに、燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ３８の作動制御によって実現するものである。
【００８１】
図６は、エンジン１のφ−Ｔマップを例示している。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ガス量、及び、低圧ＥＧＲガス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。
【００８２】
具体的に、エンジン１は、部分負荷運転（つまり、全開負荷を除く負荷における運転）時には、ターボ過給機５６を作動させることによって、燃料供給量に対応する量の新気を気筒３０ａ内に導入することにより、混合気の当量比が高くなり過ぎないよう調整すると共に、気筒３０ａ内にＥＧＲガスを導入することにより、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎることを回避して、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制する。気筒３０ａ内に導入するＥＧＲガスは、エンジン１の温間時には、主に、低温の低圧ＥＧＲガスであり、必要に応じて、高温の高圧ＥＧＲガスを気筒３０ａ内に導入してもよい。
【００８３】
また、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制するために、エンジン１は、図８に例示するように、部分負荷運転時において、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８の噴射例では、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回実行している。以下、このような噴射形態を拡散燃焼モードと呼称する。
【００８４】
この拡散燃焼モードで実行される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、空気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８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（つまり、圧縮着火による燃焼）が発生する。
【００８５】
上記拡散燃焼モードにおける前段燃焼によって、圧縮端温度及び圧縮端圧力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気筒内の温度及び圧力を最適にすることができ、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（つまり、前段燃焼を火種とした拡散燃焼）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。
【００８６】
また、筒内圧力が低下する膨張行程期間内にアフタ噴射を行うことによって、スートを燃焼させることができ、燃焼室３３からのスートの排出を抑制することができる。
【００８７】
（車両発進時のエンジン制御）
ここで、停車状態からの車両発進時など、エンジン本体１０が冷間状態かつ低負荷域にあるときには、排気ガスが相対的に低温となり、酸化触媒６１が十分に活性しない可能性がある。このことは、ＨＣの浄化性能という観点からは好ましくない。
【００８８】
そこで、酸化触媒６１を可能な限り早期に昇温させるべく、ウエストゲートバルブ６５を開くことによって、ターボ過給機５６のタービン５６ｂをバイパスするように排気ガスを導くことが考えられる。
【００８９】
しかし、このような構成とした場合、タービン５６ｂをバイパスした排気ガスの流量に応じて、ターボ過給機５６のコンプレッサａによる仕事量が低下してしまい、気筒３０ａ内への新気の供給が不十分となる可能性がある。さらに、排気ガスにタービン５６ｂをバイパスさせてしまうと、排気通路６０内の排気圧も低下することから、高圧ＥＧＲシステム８０によるＥＧＲガスの還流も不十分となる可能性がある。ＲａｗＨＣの生成を抑制するためには、新気やＥＧＲガス等を適切に供給することが求められる。
【００９０】
対して、このエンジン１は、エンジン本体１０が冷間状態かつ低負荷域にあるときには、電動式過給機１８を介して過給圧を上昇させつつ、ウエストゲートバルブ６５を開くことで排気ガスにタービン５６を迂回させる。
【００９１】
具体的に、停車状態から車両が発進するときを例に取り説明をすると、運転者がアクセルペダルを踏むことにより、車両の加速要求が発せられたときに、ＰＣＭ１００は、高圧ＥＧＲ弁８２とウエストゲートバルブ６５を開くとともに、電動式過給機１８を駆動して過給圧を上昇させる触媒暖機制御を実行する。
【００９２】
ウエストゲートバルブ６５を開くことで、排気ガスにタービン５６ｂを迂回させることができる。これにより、酸化触媒６１へと十分な熱量を与えることが可能となるから、酸化触媒６１を可能な限り速やかに昇温させることができる。そのことで、酸化触媒６１を掃気に活性化させて、ひいてはＨＣの浄化性能を確保することが可能となる。
【００９３】
また、図１に示すように、高圧ＥＧＲ通路８０が、吸気通路５０においてターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも上流に接続されるから、高圧ＥＧＲ通路８０を介して還流されるＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲ通路７０を介して還流されるＥＧＲガスよりも高温となる。よって、冷間状態であっても、最低限の筒内温度を確保することができる。このことは、ＲａｗＨＣの生成を抑制する上で有効である。
【００９４】
また、上述のように、ウエストゲートバルブ６５を開くことによって酸化触媒６１の活性化を図るとき、ＰＣＭ１００は、過給圧が上昇するように電動式過給機１８を動作させる。排気ガスがタービン５６ｂをバイパスする分、コンプレッサ５６ａによる仕事量が低下するものの、その低下分を電動式過給機１８によって補うことができる。これにより、ターボ過給機５６では過給圧が上がらなくても、気筒３０ａ内に導入する新気量を増やすことができる。そのことで、未燃の燃料を低減し、ＲａｗＨＣの生成を抑制することも可能となる。また、新気量を増やした分だけ混合気の当量比が低くなって、スートの発生を抑制することもできる。
【００９５】
また、電動式過給機１８の作動に伴って生じる新気の流動により、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａを回転させることができる。コンプレッサ５６ａ回転に連動してタービン５６ｂも回転することになるため、排気通路６０においてタービン５６ｂが抵抗にならない。タービン５６ｂが抵抗にならない分、例えばタービン５６ｂを通過する排気ガスによって酸化触媒６１へと十分な熱量を与えることが可能となるから、酸化触媒６１を早期に活性化させる上で有利になる。さらに、タービン５６ｂが回転することで排気圧が低減されるから、電動式過給機１８による掃気の効果も上昇し、ひいてはポンプ損失を低減することも可能となる。
【００９６】
このように、冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下が防止される。
【００９７】
例えば図７の上図は、車両発進時に電動式過給機１８を駆動せずにウエストゲートバルブ６５を開かないとき（触媒暖機制御を実行しない比較例）と、車両発進時に電動式過給機１８を作動させて且つウエストゲートバルブ６５を開くとき（触媒暖機制御を実行する実施例）とで、車両の発進直後における気筒３０ａ内の新気量に対する空気密度の割合を比較して示す図である。図７の上図において、縦軸は空気密度の割合の大きさを表している。
【００９８】
一方、図７の下図は、上記比較例と実施例とで、車両の発進直後における気筒３０ａ内のガス組成の違いを比較して示す図である。図７の下図において、縦軸は圧縮端温度を表しており、この下図において比較例と実施例のそれぞれで、圧縮端温度が同じになるように、気筒３０ａ内のガス組成を設定している。なお、図７の下図に示す「新気」及び「高圧ＥＧＲガス」を示す四角の面積は、気筒３０ａ内に充填された全ガスに対する、各ガス成分の比率（％）を表している。従って、図７の下図において、比較例として示す左側のガス組成における各ガス成分の面積と、実施例として示す右側のガス組成における各ガス成分の面積との大小関係は、各ガス成分の充填量の大小関係を示すとは限らない。
【００９９】
まず、電動式過給機１８を作動させずに、ウエストゲートバルブ６５も開かない比較例においては、車両の発進時に、高圧ＥＧＲ弁８２を開く。これにより、高圧ＥＧＲガスを気筒３０ａ内に導入している。
【０１００】
すなわち、上述のように、高圧ＥＧＲ通路８０を介して還流されるＥＧＲガスは、低圧ＥＧＲ通路７０を介して還流されるＥＧＲガスよりも高温となる。これにより、混合気の着火性を高め、ＲａｗＨＣの生成を抑制することができるものの、単に高圧ＥＧＲ通路８０を開くだけでは、酸化触媒６１の暖機が遅れる可能性がある。
【０１０１】
これに対し、実施例においては、車両発進時に触媒暖機制御を実行することにより、高圧ＥＧＲ弁８２とウエストゲートバルブ６５を両方とも開く。これにより、酸化触媒６１を早期に活性状態へと導くことが可能になる。ところが、ウエストゲートバルブ６５を開くと排気圧が低下するため、排気側と吸気側との差圧が小さくなり、高圧ＥＧＲガスの気筒３０ａ内への導入量が少なくなって、圧縮端温度が低下する可能性がある。
【０１０２】
しかし、この実施例においては、上述のように、ウエストゲートバルブ６５を開くときに、電動式過給機１８による過給圧を高める。これにより、気筒３０ａ内への新気の導入量を増やすことができる。また、図７の上図に示すように、高圧ＥＧＲガスの導入量が少なくなった分、気筒３０ａ内での混合気の温度が低下する。そのことと、電動式過給機１８によって新気の導入量を増やしたことが相俟って、気筒３０ａ内では、空気密度が増大することになる（図７の上図の矢印を参照）。そのことで、気筒３０ａ内のガスの比熱比が上がり、圧縮端温度が高まるから、未燃の燃料を低減し、ひいてはＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。
【０１０３】
また、ＰＣＭ１００は、上記の触媒暖機制御を実行した後に、酸化触媒６１が所定温度以上まで昇温されたときには、低圧ＥＧＲ弁７２を介して低圧ＥＧＲ通路７０を開く。ここで、“所定温度”としては、例えば酸化触媒６１の活性温度付近に設定すればよい。また、この判定は、例えば排気温度センサＳＷ４によって検出された排気温度に基づいて、間接的に行ってもよい。
【０１０４】
低圧ＥＧＲ通路７０は、排気通路６０においてターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも下流に接続されるから、低圧ＥＧＲ通路７０を介して還流されるＥＧＲガスの温度は、高圧ＥＧＲ通路８０を介して還流されるＥＧＲガスの温度よりも低い。したがって、気筒３０ａ内の温度が高くなり過ぎることを防止しながら、ＥＧＲガス量を増やすことによって気筒３０ａ内のガスの比熱を増大することができる。そのことで、燃焼速度及び燃焼温度を低く抑えることが可能になって、ＲａｗＮＯｘの生成が抑制される。また、酸化触媒６１が所定温度以上まで昇温された後に低圧ＥＧＲ通路７０を開くことで、酸化触媒６１の暖機時にはＨＣの浄化性能を確保する一方で、暖機完了後にはＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。なお、暖機完了後にはウエストゲートバルブ６５を閉じてもよい。
【０１０５】
ここで、触媒暖機制御を実行するときには、図９に例示するように、燃料の噴射開始時期を、車両の定常運転時に比べて遅角させてもよい。
【０１０６】
具体的には、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開始時期を遅角させる。また、図９の例では、メイン噴射を２回に分けて行う。以下、このような噴射形態をリタード燃焼モードという。尚、２回のメイン噴射の燃料噴射量の合計値は、前段噴射（プレ噴射）での燃料噴射量よりも多い。尚、ここで示す燃料の噴射形態は一例であって、リタード燃焼モード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、車両の要求駆動力に基づいて適宜変更される。
【０１０７】
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、空気と燃料とのミキシング性自体は低下するため、図９の上図に示すように、圧縮上死点前に前段燃焼が発生しなくなる。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、気筒３０ａ内のガスの比熱比が上がって、圧縮端温度は十分に高くなるから、圧縮上死点よりも後に、前段燃焼及びメイン燃焼が発生する。
【０１０８】
上記リタード燃焼モードによって、圧縮比が低くても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、新気量が多くなれば、吸気温度が低下するため、これによっても燃焼温度の上昇を抑えて、ＮＯｘの発生を抑制することができる。リタード燃焼モードにおいては、燃焼後期においても、図８に示す拡散燃焼モード時よりも燃焼温度が高く、アフタ噴射を行わなくても、スートを燃焼させることができる。アフタ噴射を省略することによって、燃費性能の向上に有利になる。
【０１０９】
車両の発進時に、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼モードを行うことによって、Ｐｍａｘを、より速やかに高めることができる。そこで、車両の加速時には、Ｐｍａｘの変化履歴に基づいて、具体的には、Ｐｍａｘの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼モードを行うことによって、Ｐｍａｘを、より速やかに高める一方、Ｐｍａｘの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることを行う一方、リタード燃焼モードは行わないようにしてもよい。
【０１１０】
次に、ＰＣＭ１００によるエンジン制御の処理動作を、図１０のフローチャートに基づいて説明する。なお、図１０に示すフローチャートは、エンジン本体１０が冷間状態にあるときのフローチャートである。エンジン本体１０が冷間状態にあることの判定は、例えば水温センサＳＷ１からの検出信号に基づき行うことができる。あるいは、車速センサＳＷ７からの検出信号に基いて、エンジン本体１０が冷間状態にあることを間接的に推定してもよい。例えば、停車状態からの発進直後であることを車速の推移に基づき推定すれば、エンジン本体１０は、冷間状態にあるものと判断される。
【０１１１】
最初のステップＳ１０１で、ＰＣＭ１００は、各種センサからの信号を読み込み、エンジン１の運転状態を判定する。次のステップＳ１０２で、ＰＣＭ１００は、図４に例示するマップに従って電動式過給機１８を駆動する。ＰＣＭ１００は、エンジン１の水温と、エンジン回転数とに応じて、電動式過給機１８の回転数を、高回転数、中回転数、又は、低回転数とする。
【０１１２】
ステップＳ１０２から続くステップＳ１０３で、ＰＣＭ１００は、運転者の加速要求があったか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、運転者の加速要求の有無を、アクセル開度センサＳＷ６の検出値に基づいて判定する。加速要求があったときには、上述のリタード燃焼モードを行うべく、制御プロセスはステップＳ１０４に進み、加速要求がないときには、拡散燃焼モードを行うべく、制御プロセスはステップＳ１１２に進む。
【０１１３】
ステップＳ１０４でＰＣＭ１００は、エンジン１の要求駆動力（アクセル開度等に基づく駆動力）を算出する。ステップＳ１０５でＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０４で算出された要求駆動力とエンジン回転数に基づき、エンジン本体１０が低負荷域にあるか否かを判定する。低負荷域にあるときには、拡散燃焼モードに加えて上述の触媒暖機制御を行うべくステップＳ１０６へ進む一方、低負荷域にないときには、ステップＳ１１０へ進む。なお、エンジン本体１０が低負荷域にあるときであっても、上記のように、酸化触媒６１が所定温度以上まで昇温されているときには、ステップＳ１０６ではなく、ステップＳ１１０へと進むようになっている。
【０１１４】
ステップＳ１０６でＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現しつつ触媒暖機制御を実行するべく、燃料噴射量、燃料噴射時期、目標ＥＧＲ率及び目標過給圧等の目標値を決定し、各アクチュエータの制御量を決定する。
【０１１５】
ステップＳ１０６から続くステップＳ１０７で、ＰＣＭ１００は、タービンバイパス処理を実行する。このタービンバイパス処理は、触媒暖機制御を構成する一処理であり、ウエストゲートバルブ６５と高圧ＥＧＲ弁８２を開くように構成されている。
【０１１６】
ステップＳ１０７から続くステップＳ１０８で、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる。こうして、触媒暖機制御が実行される。
【０１１７】
そして、続くステップＳ１０９で、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０６で決定された制御量に基づき、各アクチュエータへと制御信号を出力する。そうして、上述のリタード燃焼モードを実現するような燃料噴射を実行する。
【０１１８】
一方、ステップＳ１１０でＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０６と同様に、各アクチュエータの制御量を決定する。続くステップＳ１１１において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１１０で決定された目標過給圧と、センサの検出信号に基づく実過給圧との差に基づいて、電動式過給機１８の駆動が必要か否かを判定する。電動式過給機１８の駆動が必要なときには、制御プロセスは、ステップＳ１０８に進み、ＰＣＭ１００は、前述したように、電動式過給機１８に電力を供給することによって過給圧を高める。一方、このステップＳ１１１において、ＰＣＭ１００が、電動式過給機１８の駆動が不要と判断したときには、制御プロセスは、ステップＳ１０８に進まずに、ステップＳ１０９に進む。そうして、触媒暖機制御が実行されるときと同様に、リタード燃焼モードを実現するような燃料噴射を実行する。
【０１１９】
また、ステップＳ１１２でＰＣＭ１００は、ステップＳ１０４と同様に、エンジン１の要求駆動力を算出する。続くステップＳ１１３において、ＰＣＭ１００は、その要求駆動力に見合うように、各アクチュエータの制御量を決定する。そして、ステップＳ１１４でＰＣＭ１００は、各アクチュエータへと制御信号を出力することにより、上記拡散燃焼モードを実現するような燃料噴射を実行する。
【０１２０】
制御プロセスはその後、ステップＳ１０１に戻る。車両の加速初期に電動式過給機１８の過給圧を上昇させたときでも、加速後期において電動式過給機１８の駆動が不要になれば、電動式過給機１８による過給圧は低下する。
【０１２１】
上述のように、このエンジン１は、冷間状態かつ低負荷域におけるエミッション性能の低下を防止することができる。
【０１２２】
また、一般に、停車状態からの車両発進時には、エンジン１は冷間状態となる。このため、車両発進時に触媒暖機制御を実行することで、エミッション性能の低下を適切に防止することができる。
【０１２３】
また、電動式過給機１８の過給圧を上昇することによって、図７の下図に例示したように、気筒３０ａ内の新気量の割合を増やすと、気筒３０ａ内のガスの比熱比が上がって、圧縮開始前の気筒３０ａ内の温度が低くても、圧縮端温度は高くなる。従って、幾何学的圧縮比が１６以下に設定された低圧縮比のディーゼルエンジンにおいて、混合気の着火性を確保する上で有利になる。
【０１２４】
また、電動式過給機１８は、図５に示すようにパーシャル状態で作動するため、加速の度に、電動式過給機１８の電動モータ１８ｂに突入電力が供給されることを回避することができる。これにより、電動式過給機１８により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と共に、電動式過給機１８の信頼性向上にも有利になる。
【０１２５】
またそもそも、ディーゼルエンジンは、一般的なガソリンエンジンよりも熱効率に優れる。しかし、熱効率に優れる分、排気温度は低温となるから、上記のような、酸化触媒６１の暖機の遅れがより一層問題となる。よって、上記触媒暖機制御は、そうしたディーゼルエンジンにおいて、取り分け有効となる。
【０１２６】
《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】
例えばここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することに限定されず、ガソリンや、ナフサを含む燃料を用いるエンジンに、適用することも可能である。
【０１２８】
また、車両の発進時に限らず、例えばアイドルストップ状態からの自動再始動時に、上述の触媒暖機制御を行ってもよい。
【０１２９】
すなわち、エンジン１は、エンジン本体１０をアイドルストップ状態にするアイドルストップ手段１１０（図３にのみ図示）を備え、ＰＣＭ１００は、アイドルストップ手段１１１０によってアイドルストップ状態にされたエンジン本体１０の自動再始動時に、上記触媒暖機制御を実行するとしてもよい。
【０１３０】
一般に、エンジン本体１０の自動再始動時には、排気ガスが相対的に低温となる。このため、エンジン本体１０の自動再始動時に、上記のような触媒暖機制御を実行するようにすれば、エミッション性能の低下を適切に防止することができる。この場合、ＰＣＭ１００は、図１０のステップＳ１０６〜ステップＳ１０８に示す処理を順番に実行することになる。
【０１３１】
さらに、車両の発進時や自動再始動時に限らず、エンジン回転数が遅いときに、上述の触媒暖機制御を行ってもよい。
【０１３２】
すなわち、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１０が冷間状態かつエンジン回転数が所定回転数を下回るときには、上記低負荷域の範囲外であっても、上記触媒暖機制御を実行する、としてもよい。ここで、所定回転数としては、ピストンリングなど、燃焼室３３周辺の構成に応じて設計すればよい。
【０１３３】
一般に、エンジン回転数が遅いときには、速いときと比較して、燃焼室３３からのガスの漏れ（特に、ピストンリングを介したガスの漏れ）が相対的に多量となる。そのため、エンジン回転数が遅いときには、燃焼室３３におけるガスの圧力が低下してしまい、圧縮端音頭の低下を招く一因となる。このことは、ＲａｗＨＣの生成を抑制する上で不都合となる。
【０１３４】
対して、上記の構成によれば、ＰＣＭ１００は、エンジン本体１０が冷間状態かつエンジン回転数が所定回転数を下回るときに、上記のような触媒暖機制御を実行する。具体的に、ＰＣＭ１００は、図１０のステップＳ１０６〜ステップＳ１０８に示す処理を順番に実行する。これにより、生成されたＨＣを効果的に浄化することが可能となる。
【符号の説明】
【０１３５】
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
５０    吸気通路
５６    ターボ過給機
５６ａ  コンプレッサ
５６ｂ  タービン
６０    排気通路
６１    酸化触媒（触媒）
６５    ウエストゲートバルブ（タービンバイパス手段）
７０    低圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）
８０    高圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
１００  ＰＣＭ（制御部）
ＳＷ１  水温センサ（センサ）
ＳＷ６  アクセル開度センサ（センサ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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