(57)【要約】【課題】車両発進時に、エンジン回転数の低下を防止するために燃料噴射量を増量したときに、ＮＯｘ、煤等の発生量の増加を抑制することを可能にする手段を提供する。【解決手段】過給装置として排気ターボ過給機１９と電動過給機２１とを備えているディーゼルエンジンＥは、予混燃焼領域では燃料噴射時期を圧縮上死点よりも早めるとともにＥＧＲガスを大量に供給して燃料を予混合燃焼させる。他方、拡散燃焼領域では、燃料噴射時期を圧縮上死点付近として燃料を拡散燃焼させる。エンジンＥにおいては、車両発進時にエンジン回転数が低下したときには、電動過給機２１が作動させられ、吸気弁１の閉弁タイミングが遅角させられ、かつ、燃料噴射時期が進角させられ、燃料の予混燃焼が行われる。これにより、車両発進時に燃料噴射量を増量した場合でも、ＮＯｘ、煤等の発生量の増加を抑制することができる。【選択図】図１
2009209809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ターボ過給機と、
上記排気ターボ過給機のコンプレッサより上流側の吸気通路と、上記排気ターボ過給機のタービンより下流側の排気通路とを接続し、該排気通路内の排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路に配設され、排気ガスの還流状態を調整するＥＧＲ弁と、
上記ＥＧＲ通路と上記吸気通路との接続部より上流側の吸気通路に配設され、該吸気通路内の空気の流量を制御する吸気制御弁と、
上記吸気通路に配設された電動過給機と、
上記電動過給機の作動を制御する電動過給機制御手段と、
車両発進時にエンジン回転数が予め設定された基準値以下に低下したときに、エンジンへの燃料噴射量を増量する燃料増量手段と、
エンジンの運転状態が予め設定された予混燃焼領域に入っているときに、上記吸気制御弁及び上記ＥＧＲ弁を排気ガスが還流するように制御するとともに燃料噴射時期を進角させて予混燃焼を行わせる予混燃焼制御手段とを備えているエンジンの過給装置であって、
上記電動過給機制御手段は、車両発進時にエンジン回転数が上記基準値以下に低下したときに上記電動過給機を作動させるように構成され、
上記予混燃焼制御手段は、車両発進時にエンジン回転数が上記基準値以下に低下したときに予混燃焼を行わせるように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】
吸気弁の開閉時期を制御する吸気弁制御手段を備えていて、
上記吸気弁制御手段は、車両発進時に吸気弁の閉弁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、請求項１に記載のエンジンの過給装置。
【請求項３】
上記電動過給機制御手段は、車両発進時にクラッチ操作の開始が検出された時点で上記電動過給機を通常作動回転数よりも低い回転数で予め作動させ、クラッチ操作開始後においてエンジン回転数が上記基準値以下に低下したときに上記電動過給機を通常作動回転数で作動させるように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機と電動過給機とを備えたエンジンの過給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、熱効率が高く燃費性能が良いので、地球温暖化の一因である二酸化炭素の排出量を少なくすることができ、また耐久性及び信頼性が高いので、自動車用のエンジンとして広く用いられている。一方、ディーゼルエンジンの排気ガスには、ＮＯｘ（窒素酸化物）、煤等の大気汚染物質が含まれているので、近年、これらの大気汚染物質を大幅に低減することが求められている。なお、ＮＯｘの発生量は、燃焼室内における燃料の燃焼温度が高いときに多くなる。
【０００３】
そこで、低出力領域では燃焼室に比較的大量のＥＧＲガスを導入するともに、燃料噴射時期を圧縮上死点よりも早め、燃料を比較的低温で予混燃焼させることにより（以下、この領域を「予混燃焼領域」という。）、ＮＯｘ及び煤の発生量を低減するようにしたディーゼルエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、このように予混燃焼を行うディーゼルエンジンにおいても、上記低出力領域以外の領域（高出力領域）では、普通のディーゼルエンジンと同様に、燃料を圧縮上死点付近で噴射して拡散燃焼させるようにしている（以下、この領域を「拡散燃焼領域」という。）。
【特許文献１】特開２００１−８２２３３号公報（段落［００５７］、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、一般に、車両の発進時にはエンジン回転数が低下してエンジンの回転安定性が一時的に損なわれることがあり、とくにマニュアルトランスミッション車ではこのような場合、クラッチの接続時にエンジンストール（エンスト）を起こすおそれがある。これに対して、車両の発進時においてエンジン回転数が所定値以下に低下したときには、燃料噴射量を増量することによりエンジン回転数を上昇させ、エンジンの回転安定性を高めるといった対応が考えられる。しかしながら、車両の発進時に、このように燃料噴射量を増量すると、車両の発進時におけるＮＯｘ、煤等の大気汚染物質の発生量が増加し、エミッション性能が低下するといった問題が生じる。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、ディーゼルエンジンを搭載した車両の発進時に、エンジン回転数の低下を防止するために燃料噴射量を増量したときに、ＮＯｘ、煤等の大気汚染物質の発生量の増加を有効に防止又は抑制することを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの過給装置は、（ａ）排気ターボ過給機と、（ｂ）排気ターボ過給機のコンプレッサより上流側の吸気通路と、排気ターボ過給機のタービンより下流側の排気通路とを接続し、排気通路内の排気ガスの一部を吸気通路に（ＥＧＲガスとして）還流させるＥＧＲ通路と、（ｃ）ＥＧＲ通路に配設され、排気ガスの還流状態を調整（又は制御）するＥＧＲ弁と、（ｄ）ＥＧＲ通路と吸気通路との接続部より上流側の吸気通路に配設され、吸気通路内の空気の流量（又は圧力）を制御する吸気制御弁と、（ｅ）吸気通路に配設された電動過給機と、（ｆ）電動過給機の作動を制御する電動過給機制御手段と、（ｇ）車両発進時にエンジン回転数が予め設定された基準値（以下「燃料増量回転数」という。）以下に低下したときに、エンジンへの燃料噴射量を増量する燃料増量手段と、（ｈ）エンジンの運転状態が予め設定された予混燃焼領域に入っているときに、吸気制御弁及びＥＧＲ弁を排気ガスが（予混燃焼が可能な程度に）還流するように制御するとともに燃料噴射時期を進角させて予混燃焼を行わせる予混燃焼制御手段とを備えている。
【０００７】
このエンジンの過給装置においては、電動過給機制御手段は、車両発進時にエンジン回転数が燃料増量回転数以下に低下したときに電動過給機を作動させるようになっている。また、予混燃焼制御手段は、車両発進時にエンジン回転数が燃料増量回転数以下に低下したときに予混燃焼を行わせるようになっている。
【０００８】
本発明に係るエンジンの過給装置において、吸気弁の開閉時期を制御する吸気弁制御手段が設けられている場合、この吸気弁制御手段は、車両発進時に吸気弁の閉弁時期を遅角させるようになっているのが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るエンジンの過給装置において、電動過給機制御手段は、車両発進時にクラッチ操作の開始が検出された時点で電動過給機を通常作動回転数よりも低い回転数で予め作動させ、クラッチ操作開始後においてエンジン回転数が燃料増量回転数以下に低下したときに電動過給機を通常作動回転数で作動させるようになっているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るエンジンの過給装置によれば、車両発進時に予混燃焼が行われるので、燃料の燃焼温度を低くすることができ、燃料噴射量が増量されてもＮＯｘ及び煤の発生量の増加を防止又は抑制することができる。さらに、車両発進時に電動過給機が作動させられるので、予混燃焼における新気とＥＧＲガスの混合性ないしはミキシング性が向上する。これにより、良好な応答性でもって新気とＥＧＲガスの混合物を燃焼室に供給することができる。このため、車両発進時において適切かつ確実に予混燃焼を行うことができ、エミッション性能を高めることができる。
【００１１】
本発明に係るエンジンの過給装置において、車両発進時に吸気弁の閉弁時期を遅角させるようになっている場合は、有効圧縮比を低下させることができ、予混燃焼において燃料が自己着火するまでの期間を長くすることができる。このため、燃料と空気ないしはＥＧＲガスとのミキシング期間を十分に確保することができ、車両発進時に予混燃焼をより確実かつ適切に行うことができ、エミッション性能をより有効に高めることができる。
【００１２】
本発明に係るエンジンの過給装置において、クラッチ操作の開始が検出された時点で電動過給機を低い回転数で予め作動させる場合は、車両発進時に電動過給機を作動させて過給を行う際の電動過給機の作動遅れを抑制ないしは短縮することができ、車両発進時における予混燃焼をさらに確実かつ適切に行うことができ、エミッション性能を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態（本発明を実施するための最良の形態）を具体的に説明する。図１は、本発明に係る過給装置を備えた直噴式のディーゼルエンジンＥ（以下、略して「エンジンＥ」という。）のシステム構成を示している。このエンジンＥでは、予混燃焼領域では、比較的大量のＥＧＲガスを吸気系に導入するとともに燃料を圧縮上死点よりも前に噴射して予混燃焼を行わせることにより、燃費性能を良好に維持しつつ、ＮＯｘ、煤（スモーク）等の大気汚染物質の排出量を低減するようにしている。他方、拡散燃焼領域では、燃料を圧縮上死点付近で噴射して拡散燃焼を行わせることにより、エンジン出力を十分に高めるようにしている。なお、エンジンＥは多気筒（例えば、４気筒、６気筒…）エンジンであるが、図１では１つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。
【００１４】
図１に示すように、エンジンＥにおいては、吸気弁１が開かれたときに、吸気ポート２から燃焼室３内に燃料燃焼用の空気が吸入される（以下、この空気を「吸入空気」という。）。そして、燃焼室３内の吸入空気はピストン４によって圧縮され、高温・高圧状態となる。そして、圧縮行程上死点より前（予混燃焼時）又は圧縮行程上死点付近（拡散燃焼時）で、燃料噴射弁５から燃焼室３内に燃料（軽油等）が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。燃焼により生じたガスすなわち排気ガスは、排気弁６が開かれたときに排気ポート７に排出される。なお、図示していないが、燃料は、燃料タンクからコモンレールを介して高圧で燃料噴射弁５に供給される。
【００１５】
これらの一連の動作が繰り返され、ピストン４はシリンダ８内でシリンダ軸方向に往復運動を繰り返す。このピストン４の往復運動は、コネクチングロッド９、クランクアーム（図示せず）、クランクピン（図示せず）等を備えたリンク機構により、クランクシャフト１０の回転運動（トルク）に変換される。クランクシャフト１０の回転運動は、エンジン出力として取り出され、図示していないが、エンジンＥを搭載している車両を駆動するとともに、オルタネータやエアコンなどの補機を駆動する。エンジンＥは、始動時には、エンジンスタータ１１によって駆動（クランキング）される。なお、図示していないが、クランクシャフト１０の駆動力は、変速機、ファイナルギヤ等を介して駆動輪に伝達される。
【００１６】
エンジンＥにおいては、吸気弁１は吸気弁開閉カム機構１２によって所定のタイミングで開閉される。吸気弁開閉カム機構１２に対して、電磁式の吸気弁カム制御装置１３が設けられている。この吸気弁カム制御装置１３は、コントロールユニットＣからの制御信号に従って、吸気弁開閉カム機構１２を介して、吸気弁１の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。他方、排気弁６は排気弁開閉カム機構１４によって所定のタイミングで開閉される。排気弁開閉カム機構１４に対して、電磁式の排気弁カム制御装置１５が設けられている。この排気弁カム制御装置１５は、コントロールユニットＣからの制御信号に従って、排気弁開閉カム機構１４を介して、排気弁６の開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる。
【００１７】
エンジンＥにおいて、吸気弁開閉カム機構１２及び排気弁開閉カム機構１４は、それぞれ、開閉タイミングの進角・遅角にかかわらず開弁期間が一定であり、開弁タイミングと閉弁タイミングとが同一量だけ進角又は遅角するタイプのものである。しかしながら、開弁タイミングと閉弁タイミングとが個別に進角又は遅角する（すなわち、開弁期間が可変である）タイプの吸気弁開閉カム機構１２及び排気弁開閉カム機構１４を用いてもよい。なお、いずれのタイプの吸気弁開閉カム機構１２及び排気弁開閉カム機構１４についても、その構造は当業者にはよく知られているので、その詳しい説明は省略する。
【００１８】
エンジンＥの各気筒の燃焼室３に吸入空気を供給する吸気系（吸気システム）には、全気筒に共通な単一の共通吸気通路１６が設けられている。共通吸気通路１６の先端（上流端）は大気に開放され、その先端部近傍には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入空気中のダスト等を除去するエアクリーナ（図示せず）とエアフローセンサ１７（図３参照）とが設けられている。
【００１９】
さらに、共通吸気通路１６には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、コントロールユニットＣによって弁開度（すなわち、共通吸気通路１６の流路断面積）が制御される電磁式の吸気制御弁１８と、排気ターボ過給機１９のコンプレッサ１９ａと、空冷式のインタークーラ２０とが設けられている。ここで、吸気制御弁１８は、共通吸気通路１６内を流れる吸入空気の流れを絞って、その流量ないしは圧力を制御する。コンプレッサ１９ａ（排気ターボ過給機１９）は、吸入空気を加圧・圧縮してエンジンＥを過給する。また、インタークーラ２０は、加圧・圧縮により温度が上昇した吸入空気を冷却する。
【００２０】
共通吸気通路１６は、インタークーラ２０の下流側で第１分岐吸気通路１６ａと第２分岐吸気通路１６ｂとに分岐し、分岐部よりやや下流で両分岐吸気通路１６ａ、１６ｂは集合して再び単一の共通吸気通路１６となっている。そして、第１分岐吸気通路１６ａには、電気モータによって回転駆動される電動過給機２１が設けられている。なお、電動過給機２１の具体的な構成は、後で説明する（図２参照）。他方、第２分岐吸気通路１６ｂには、該第２分岐吸気通路１６ｂを開閉する逆止弁２２が設けられている。ここで、逆止弁２２は、電動過給機２１が駆動されているときには第２分岐吸気通路１６ｂを閉じ、電動過給機２１が停止されているときには第２分岐通路１６ｂを開く。
【００２１】
第１分岐吸気通路１６ａと第２分岐吸気通路１６ｂとの集合部より下流側において、共通吸気通路１６の下流端は、吸入空気の脈動を減衰させてその流れを安定させるサージタンク２３に接続されている。サージタンク２３には、各気筒の燃焼室３に個別に吸入空気を供給する複数の独立吸気通路２４が接続され、これらの独立吸気通路２４の下流端は、それぞれ対応する気筒の吸気ポート２に接続されている。また、サージタンク２３には、吸入空気の圧力を検出する吸気圧センサ２５が設けられている。
【００２２】
また、エンジンＥには、各燃焼室３から排出された排気ガスを大気中に排出する排気系（排気システム）が設けられ、この排気系には、各気筒に共通な単一の共通排気通路２６が設けられている。ただし、排気ガスの流れ方向にみて、上流端近傍部（排気マニホールド）では、排気系は気筒毎に分岐して、対応する気筒の排気ポート７に接続されている。そして、共通排気通路２６には、排気ガスによって駆動される排気ターボ過給機１９のタービン１９ｂが設けられている。
【００２３】
排気ターボ過給機１９は、可動式の多数のフラップ２７によりタービン１９ｂへの排気ガスの通路断面積を変化させることができる可変ターボ過給機（ＶＧＴ）である。これらのフラップ２７は、フラップアクチュエータ２８によって制御される。そして、コントロールユニットＣは、フラップアクチュエータ２８とフラップ２７とを介して、排気ガスの通路断面積を変化させ、タービン１９ｂ（排気ターボ過給機１９）の過給圧を制御する。
【００２４】
さらに、共通排気通路２６には、排気の流れ方向にみてタービン１９ｂより下流側に、酸化触媒を含み排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒３０（ＤＯＣ）と、煤（パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ３１（ＤＰＦ）とが設けられている。排気ガス浄化触媒３０及びパティキュレートフィルタ３１は、耐熱性を有する１つのケーシング３２内に収容されている。パティキュレートフィルタ３１に捕集された煤は、適宜に、例えばパティキュレートフィルタ３１の前後の差圧が設定値を超えたときに、排気ガス浄化触媒３１が高温化する運転状態にして、例えば膨張行程で燃料噴射を行って燃焼させることにより除去される。
【００２５】
排気ガスの流れ方向にみて、パティキュレートフィルタ３１のやや上流側とやや下流側とには、それぞれ、第１温度センサ３３と第２温度センサ３４とが設けられている。さらに、共通排気通路２６には、パティキュレートフィルタ３１ないしは第２温度センサ３４より下流側に、該共通排気通路２６を開閉する排気開閉弁３５が設けられている。なお、排気開閉弁３５の弁開度（すなわち、共通排気通路２６の通路断面積）は、コントロールユニットＣによって制御される。
【００２６】
さらに、エンジンＥには、燃料の燃焼に起因するＮＯｘの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路２６のパティキュレートフィルタ下流（タービン下流）の比較的低圧かつ比較的低温（タービン１９ｂ上流の排気ガスに比べて）の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置４１が設けられている。このＥＧＲ装置４１には、ＥＧＲガスの流路となるＥＧＲ通路４２が設けられている。ここで、ＥＧＲガスの流れ方向にみてＥＧＲ通路４２の上流端は、パティキュレートフィルタ３１と排気開閉弁３５との間の部位で共通排気通路２６に接続されている。他方、ＥＧＲガスの流れ方向にみてＥＧＲ通路４２の下流端は、吸気制御弁１８とコンプレッサ１９ａとの間の部位で共通吸気通路１６に接続されている。
【００２７】
そして、ＥＧＲ通路４２には、ＥＧＲガスの流れ方向にみて上流側から順に、ＥＧＲガスを冷却する空冷式のＥＧＲクーラ４３と、排気ガスの還流状態ないしは還流量すなわちＥＧＲガスの供給量を調整又は制御するＥＧＲ制御弁４４（ＥＧＲ弁）とが設けられている。なお、共通排気通路２６のタービン１９ｂ上流の比較的高圧かつ比較的高温の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１９ａ下流の吸気系（例えば、サージタンク２３）に還流させるもう１つのＥＧＲ装置を設けてもよい。
【００２８】
次に、図２を参照しつつ、電動過給機２１の具体的な構成を説明する。図２に示すように、電動過給機２１は、吸入口４６から矢印Ａ１で示す方向に吸入した吸入空気を加圧して、吐出口４７から矢印Ａ２で示す方向に吐出する回転式のコンプレッサ部４８と、コンプレッサ部４８と一体形成され該コンプレッサ部４８を回転駆動する電動式のモータ部４９とを備えている。そして、図示していないが、モータ部４９内には電圧制御部が設けられている。この電圧制御部は、バッテリ（図示せず）からモータ部４９に供給される電力を昇圧する。すなわち、バッテリ電圧はほぼ１２Ｖであるが、モータ部４９を１２Ｖで駆動するのは非効率的であるので、この電動過給機２１では、１２Ｖのバッテリ電圧を電圧制御部で２４Ｖに昇圧することにより電流値を増幅させて効率を高めるようにしている。
【００２９】
そして、モータ部４９には、該モータ部４９及び電圧制御部を冷却水で冷却するための冷却水ジャケット５０が設けられている。すなわち、電動過給機２１は水冷式である。このように、電圧制御部を内蔵しているモータ部４９を冷却水によって冷却するようにしているので、モータ部４９ないしは電圧制御部を効果的に冷却することができ、その耐久性ないしは信頼性を高めることができる。なお、電動過給機２１は、冷却フィンにより放熱する空冷式の電動過給機であってもよい。
【００３０】
図３に示すように、エンジンＥには、その運転状態に関する各種情報を収集するために種々のセンサが設けられている。すなわち、前記のエアフローセンサ１７、吸気圧センサ２５、第１温度センサ３３及び第２温度センサ３４のほかに、さらに、クランクシャフト１０の回転数（エンジン回転数）を検出するエンジン回転数センサ５１、クランク角を検出するクランク角センサ５２、エンジンＥの冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ５３、アクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５４、吸入空気の温度を検出する吸気温センサ５５及びクラッチペダル（図示せず）の操作ないしは踏み込み動作の有無を検出するクラッチセンサ５６が設けられている。これらの各センサの検出信号は、エンジンＥ等の制御情報としてコントロールユニットＣに入力される。
【００３１】
コントロールユニットＣは、課題を解決するための手段の欄に記載された「電動過給機制御手段」、「燃料増量手段」、「予混燃焼制御手段」及び「吸気弁制御手段」を含むエンジンＥないしはその付属機器の総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットＣは、制御信号の入出力を行う入出力部（インターフェース）、デー夕や制御情報等を記憶する記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、各種演算処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタ等を備えたコンピュータである。
【００３２】
そして、コントロールユニットＣは、前記各センサによって検出された各種データに基づいて、燃料噴射弁５、吸気弁カム制御装置１３、排気弁カム制御装置１５、吸気制御弁１８、電動過給機２１、逆止弁２２、フラップアクチュエータ２８、排気開閉弁３５、ＥＧＲ制御弁４４等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射量制御、過給圧制御、パティキュレートフィルタ３１の再生制御等の普通のエンジン制御を行うようになっている。さらに、コントロールユニットＣは、電動過給機２１の駆動制御と、ＥＧＲ制御と、吸気弁１の閉弁タイミング制御と、燃料噴射時期の変更制御とを含む本発明に係るエンジン制御（以下便宜的に「電動過給機制御」という。）を行うようになっている。しかしながら、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないので、その説明を省略する。
【００３３】
以下、図４に示すフローチャートを参照しつつ、コントロールユニットＣによって実行される、本発明に係る電動過給機制御の制御手順を具体的に説明する。なお、本実施の形態では、エンジンＥを搭載している車両はマニュアルトランスミッション車であるが、本発明がオートマチックトランスミッション車に搭載されたエンジンにも適用することができるのはもちろんである。図４に示すように、この電動過給機制御において、制御が開始されると（スタート）、まずステップＳ１で、各センサ１７、２５、３３、３４、５１〜５６によって検出された物性値ないしは検出値に対応する各種信号が読み込まれる。
【００３４】
次に、ステップＳ２で、エンジン水温センサ５３によって検出されたエンジン水温に基づいて、エンジンＥが温間状態（例えば、エンジン水温が６０℃以上又は７０℃以上）であるか否かが判定される。エンジンＥが温間状態であると判定された場合は（ＹＥＳ）、さらにステップＳ３で、クラッチセンサ５６の検出値に基づいて、クラッチ操作があったか否か、すなわちクラッチペダルが踏み込まれたか否かが判定される。クラッチ操作があったと判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ４で、アクセル開度センサ５４によって検出されたアクセル開度又はその時間に対する変化率に基づいて、車両発進時であるか否かが判定される。例えば、変速段が第１速（ロー）であるときに、アクセルペダルが全閉状態から開かれたときには、車両発進時であると判定される。
【００３５】
そして、ステップＳ４で、車両発進時であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ５〜Ｓ１１が実行される。つまり、ステップＳ２〜Ｓ４において、エンジンＥが温間状態であり、クラッチ操作があり、かつ車両発進時であると判定された場合にのみ、ステップＳ５〜Ｓ１１が実行され、車両発進時用の電動過給機制御が行われる。その他の場合は（ステップＳ２〜Ｓ４のいずれか１つがＮＯ）、ステップＳ１２〜Ｓ１７が実行され、通常時（車両発進時以外）用の電動過給機制御が行われる。
【００３６】
以下、ステップＳ５〜Ｓ１１における車両発進時用の電動過給機制御を説明する。この場合、まずステップＳ５で電動過給機２１が、通常の作動回転数（例えば、５００００〜７００００ｒｐｍ）よりも低い、予め設定された回転数（例えば、１０００〜２０００ｒｐｍ）で予回転（作動）させられる。このように、電動過給機２１を予回転させるのは、後で説明するステップＳ９で電動過給機２１を通常の作動回転数で作動させる際に、電動過給機２１の作動遅れを抑制ないしは短縮して、車両発進時における予混燃焼を確実かつ適切に行わせるためである。
【００３７】
次に、ステップＳ６で、エンジン回転数センサ５１によって検出されたエンジン回転数が、予め設定された燃料増量回転数α以下であるか否かが判定される。この燃料増量回転数αは、エンジン回転数がこれ以下に低下するとエンジンＥの回転安定性が損なわれるような回転数、すなわちマニュアルトランスミッション車ではエンジンストールが生じるおそれがある回転数に設定される。具体的には、燃料増量回転数αは、アイドル回転数よりやや低いエンジン回転数、例えば３５０〜４００ｒｐｍに設定される。ここで、エンジン回転数が燃料増量回転数αを超えていると判定された場合は（ＮＯ）、燃料の増量によりエンジン回転数を上昇させる必要がないので、以下のステップＳ７〜Ｓ１１をスキップして、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００３８】
他方、ステップＳ６で、エンジン回転数が燃料増量回転数α以下であると判定された場合は（ＹＥＳ）、エンジンＥの回転安定性を回復させ又はエンジンストールの発生を防止するために、ステップＳ７で燃料噴射量が増量される。続いて、ステップＳ８で、吸気制御弁１８の開度を調節することにより空気過剰率λの制御が行われる一方、ＥＧＲ制御弁４４が全開される。これにより、吸入空気の流量及び排気ガスの還流量（ＥＧＲガス供給量）が予混燃焼に適した状態となる。なお、この車両発進時の予混燃焼には、後で説明するステップＳ１３における通常時の予混燃焼の制御手法を応用することができる。
【００３９】
次に、ステップＳ９で、電動過給機２１が通常の作動回転数（例えば、５００００〜７００００ｒｐｍ）で作動させられる。このように、車両発進時に電動過給機２１が作動させられるので、燃料噴射量の増量に対する吸入空気の供給の遅れを抑制ないしは短縮して良好な応答性でもって吸入空気とＥＧＲガス（排気ガス）の混合気体（以下「排気混合吸入空気」という。）を燃焼室３に供給することができ、また、吸入空気とＥＧＲガスの混合性ないしはミキシング性を向上させることができる。これにより、後で説明するステップＳ１１における予混燃焼を適切かる確実に行うことができる。
【００４０】
この後、ステップＳ１０で、吸気圧センサ２５によって検出された吸気圧力（吸入空気の圧力）が、所定の設定圧力β以上であるか否か、すなわち電動過給機２１による過給が適切に行われているか否かが判定される。この設定圧力βは、吸気圧力がこれ以上になると、車両発進時における予混燃焼に適した吸気圧力となるような圧力（例えば、１００〜１２０ｋＰａ）に設定される。ここで、吸気圧力が設定圧力β未満であると判定された場合は（ＮＯ）、まだ吸気圧力が予混燃焼を行うのに適した圧力に達していないので、ステップＳ１１をスキップしてステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００４１】
他方、ステップＳ１０で吸気圧力が設定圧力β以上であると判定された場合は（ＹＥＳ）、すでに吸気圧力が予混燃焼を行うのに適した圧力となっているので、ステップＳ１１で吸気弁１の閉弁時期が所定の角度（例えば、クランク角で２０〜４０°）だけ遅角されるとともに、燃料噴射時期が所定の角度（例えば、クランク角で６０〜７０°）だけ進角され、予混燃焼が行われる。ここで、吸気弁１の閉弁時期を遅角させるのは、有効圧縮比を低下させ、予混燃焼において燃料が自己着火するまでの期間を長くし、燃料を圧縮上死点付近で着火させて、適切な予混燃焼を行わせるためである。これにより、燃料と空気ないしはＥＧＲガスとのミキシング期間を十分に確保することができ、車両発進時に予混燃焼を確実かつ適切に行うことができ、エミッション性能を有効に高めることができる。
【００４２】
以下、ステップＳ１２〜Ｓ１７における通常時用（車両発進時以外）の電動過給機制御の制御手順を説明する。前記のステップＳ２でエンジンＥが温間状態であると判定され（ＹＥＳ）、かつ、ステップＳ３でクラッチ操作がなかったと判定され（ＮＯ）又はステップＳ４で車両発進時でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ１２でエンジンの運転状態が予混燃焼領域に入っているか否かが判定される。そして、予混燃焼領域に入っていると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１３で予混燃焼が行われる一方、予混燃焼領域に入っていないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ１４で拡散燃焼が行われる。なお、前記のステップＳ２でエンジンＥが温間状態でないと判定された場合（ＮＯ）、すなわち冷間状態であると判定された場合は、適切かつ確実に予混燃焼を行うことは困難であるので、エンジンＥの運転状態にかかわらず、ステップＳ１４で拡散燃焼が行われる。
【００４３】
図５は、エンジンＥの運転領域を、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータ（ないしは独立変数）とする２次元座標系であらわした図である。このエンジンＥでは、図５中に示された予混燃焼領域では、比較的大量のＥＧＲガスを吸気系に供給するとともに燃料を圧縮上死点より前（例えば、クランク角で圧縮上死点前６０〜７０°）に噴射して予混燃焼を行わせるようにしている。他方、図５中に示された拡散燃焼領域、すなわち予混合燃焼領域以外の領域では、燃料を圧縮上死点付近で噴射して拡散燃焼を行わせるようにしている。なお、図５中のＬは、全負荷状態を示している。
【００４４】
図６は、一般的なディーゼルエンジンにおいて、燃料の局所燃焼温度と局所等量比（空気過剰率の逆数）とをパラメータとする２次元座標系において、ＣＯ、ＨＣ、煤又はＮＯｘが比較的多く発生する領域を示した図である。図６から明らかなとおり、ＣＯ及びＨＣは主として低温・高等量比領域で発生し、煤は主として高温・高等量比領域で発生し、ＮＯｘは主として高温・低等量比領域で発生する。そして、ＣＯ及びＨＣが多く発生する領域並びに煤が多く発生する領域と、ＮＯｘが多く発生する領域との間には、ＣＯ、ＨＣ、煤及びＮＯｘの発生量がともに少ない間隙領域が存在する。
【００４５】
そこで、本発明に係るエンジンＥでは、予混燃焼を行わせるときには、燃料の燃焼状態がこの間隙領域内の領域Ｐに入るように、吸入空気量、燃料噴射量、ＥＧＲガスの供給量、燃料噴射時期等を調整ないしは制御するようにしている。具体的には、予混燃焼時には、比較的大量のＥＧＲガスを吸気系に供給し、燃料の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生を抑制するようにしている。また、ＥＧＲ装置４１により、比較的低温でありかつインタークーラ２０によって冷却されたＥＧＲガスを供給することにより、燃焼室３に供給される排気混合吸入空気の温度を低下させ、密度を高めて等量比を低下させ（空気過剰率を高め）、ＨＣ、ＣＯ及び煤の発生を抑制するようにしている。つまり、予混燃焼は、大量のＥＧＲと噴射タイミングの早期化により、火花点火エンジン（例えばガソリンエンジン）とほぼ同等に混合された燃料と空気とを低温で燃焼させ、主としてＮＯｘ及び煤の発生量を抑制するものである。
【００４６】
かくして、ステップＳ１３で予混燃焼が行われるときには、燃焼室３に供給される排気混合吸入空気の酸素濃度が目標酸素濃度となるように、吸気制御弁１８の開度とＥＧＲ制御弁４４の開度とが制御される。この制御は、およそ次のような手順で行われる。すなわち、例えば図７に示すような燃料噴射量と排気混合吸入空気（吸入空気とＥＧＲガスの混合気体）の酸素濃度とをパラメータとするマップを用いて、まずエンジン回転数（エンジン回転速度）及び燃料噴射量に基づいて、排気混合吸入空気の目標酸素濃度を設定する。そして、予め設定されたモデルに基づいて酸素濃度の予測を行う。そして、設定された目標酸素濃度と、予測された酸素濃度とに基づいて、酸素濃度が目標値となるように、吸気制御弁１８とＥＧＲ制御弁４４とをそれぞれ制御する。
【００４７】
さらに、例えば図８に示すような燃料噴射量と空気過剰率とをパラメータとするマップを用いて、エンジン回転数と燃料噴射量とに基づいて目標空気過剰率を設定し、続いて設定された目標空気過剰率となるように吸気制御弁１８とＥＧＲ制御弁４４と排気ターボ過給機１９（フラップアクチュエータ２８）を制御する。このように、吸気系に多量の排気ガスを還流させて（ＥＧＲガスを供給して）燃焼室３内における局所温度を低下させることにより、ＮＯｘの発生を抑制するとともに、燃焼室３に供給される排気混合吸入空気を冷却してその密度を高めることにより、高い空気過剰率を実現し、局所的に低温（Ｔ＜１５００°Ｋ）かつ過濃（φ＞１）な状態の発生を回避し、ＨＣ及びＣＯの発生を抑制するようにしている。そして、排気混合吸気空気の冷却とＥＧＲガスの供給とにより、必要な着火遅れを確保して煤の生成を抑制するとともに、空気過剰率を高く保つことにより、燃焼中期に生成した煤を、燃焼後期において酸化させて、煤の排出を防止するようにしている。
【００４８】
他方、ステップＳ１４で、拡散燃焼が行われるときには、吸気制御弁１８が全開される一方、ＥＧＲ制御弁４４が全閉される。すなわち、このようなエンジンＥの高出力領域では、エンジン出力を可及的に高めるために、吸気制御弁１８を全開にして吸入空気量を可及的に増やすとともに、酸素をほとんど含まないＥＧＲガスの供給を停止し、できるだけ多くの酸素を燃焼室３に供給するようにしている。そして、燃料噴射時期は圧縮上死点付近に設定し、燃料を拡散燃焼させることにより、エンジン出力を可及的に高めるようにしている。
【００４９】
このように予混燃焼又は拡散燃焼を行った後、ステップＳ１５で、アクセル開度ないしはその増加速度に基づいて、エンジンＥ（ないしは車両）が加速状態にあるか否かが判定される。アクセルペダルが踏み込まれてエンジンＥが加速を開始したときには、アクセルペダルの踏み込み動作に対して、排気ターボ過給機１９による吸入空気の圧力の上昇（過給）の時間遅れ、いわゆるターボラグが生じ、吸入空気が不足する。そこで、このエンジンＥでは、エンジンＥが加速状態であるときは、電動過給機２１を駆動して吸入空気の圧力の上昇（過給）を助勢し、ターボラグの発生を防止ないしは抑制するようにしている。
【００５０】
ステップＳ１５でエンジンＥが加速状態であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ１６で、電動過給機２１が通常の作動回転数（例えば、５００００〜７００００ｒｐｍ）で作動させられる一方、逆止弁２２が閉弁される。この場合、吸入空気は電動過給機２１によって迅速に加圧され、ターボラグの発生が防止ないしは抑制される。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。他方、ステップＳ１５でエンジンＥが加速状態でないと判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ１７で、電動過給機２１が停止される一方、逆止弁２２が開弁される。この場合、吸入空気は電動過給機２１をバイパスして、第２分岐吸気通路１６ｂを経由して流れる。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００５１】
以上、本発明の実施の形態に係るエンジンＥによれば、車両発進時に予混燃焼が行われるので、燃料の燃焼温度を低くすることができ、燃料噴射量が増量されてもＮＯｘ及び煤の発生量の増加を有効に防止又は抑制することができ、エミッション性能を高めることができる。さらに、車両発進時に電動過給機２１が作動させられるので、予混燃焼における新気とＥＧＲガスの混合性ないしはミキシング性が向上する。これにより、良好な応答性でもって新気とＥＧＲガスの混合物を燃焼室に供給することができる。このため、車両発進時に適切に予混燃焼を行うことができ、エミッション性能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る過給装置を備えたディーゼルエンジンのシステム構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すエンジンの電動過給機の側面図である。
【図３】図１に示すエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。
【図４】図１に示すディーゼルエンジンの電動過給機制御の制御手順を示すフローチャートである。
【図５】図１に示すディーゼルエンジンの運転領域を、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとする２次元座標系であらわした図である。
【図６】燃料の局所燃焼温度と局所等量比とをパラメータとする、２次元座標系において、ＣＯ、ＨＣ、煤又はＮＯｘが比較的多く発生する領域を示した図である。
【図７】燃料噴射量と排気混合吸入空気の酸素濃度とをパラメータとする、目標酸素濃度を設定するためのマップを示す図である。
【図８】燃料噴射量と空気過剰率とをパラメータとする、目標空気過剰率を設定するためのマップを示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
Ｅ  ディーゼルエンジン、Ｃ  コントロールユニット、１  吸気弁、２  吸気ポート、３  燃焼室、４  ピストン、５  燃料噴射弁、６  排気弁、７  排気ポート、８  シリンダ、９  コネクチングロッド、１０  クランクシャフト、１１  エンジンスタータ、１２  吸気弁開閉カム機構、１３  吸気弁カム制御装置、１４  排気弁開閉カム機構、１５  排気弁カム制御装置、１６  共通吸気通路、１６ａ  第１分岐吸気通路、１６ｂ  第２分岐吸気通路、１７  エアフローセンサ、１８  吸気制御弁、１９  排気ターボ過給機、１９ａ  コンプレッサ、１９ｂ  タービン、２０  インタークーラ、２１  電動過給機、２２  逆止弁、２３  サージタンク、２４  独立吸気通路、２５  吸気圧センサ、２６  共通排気通路、２７  フラップ、２８  フラップアクチュエータ、３０  排気ガス浄化触媒、３１  パティキュレートフィルタ、３２  ケーシング、３３  第１温度センサ、３４  第２温度センサ、３５  排気開閉弁、４１  ＥＧＲ装置、４２  ＥＧＲ通路、４３  ＥＧＲクーラ、４４  ＥＧＲ制御弁、４６  吸入口、４７  吐出口、４８  コンプレッサ部、４９  モータ部、５０  冷却水ジャケット、５１  エンジン回転数センサ、５２  クランク角センサ、５３  エンジン水温センサ、５４  アクセル開度センサ、５５  吸気温センサ、５６  クラッチセンサ。
【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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