(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンのパティキュレートフィルタの熱劣化又は耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、その信頼性を高めることができる手段を提供する。【解決手段】ディーゼルエンジンＥは、電動過給機２１と、高圧ＥＧＲ通路３７と高圧ＥＧＲ制御弁３９とを備えた高圧ＥＧＲ装置３６と、低圧ＥＧＲ通路４２と低圧ＥＧＲ制御弁４４とを備えた低圧ＥＧＲ装置４１と、パティキュレートフィルタ３１とを備えている。コントロールユニットＣは、パティキュレートフィルタ３１の温度が予め設定された基準温度よりも低い状態において、パティキュレートフィルタ３１の下流側温度と上流側の温度の差が、予め設定された温度差を超えるときには、高圧ＥＧＲ弁３９を開弁させるとともに電動過給機２１を駆動させてパティキュレートフィルタ３１を冷却し、その信頼性を高めるようになっている。【選択図】図１
2009209721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路と吸気通路とに接続され、上記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、
上記排気通路に配設されたパティキュレートフィルタとを備えていて、
上記吸気通路及び上記排気通路の少なくとも一方にそれぞれ電動過給機が配設されているエンジンの過給装置であって、
排気ガスの流れ方向にみて上記パティキュレートフィルタの上流側部位及び下流側部位の温度又は該温度に関連するパラメータを検出する温度検出手段と、
上記パティキュレートフィルタの温度が予め設定された温度よりも低い状態において、上記下流側部位の温度が上記上流側部位の温度よりも予め設定された温度差以上高いときには、上記ＥＧＲ弁を開弁させるとともに上記電動過給機を駆動させる制御手段とを備えていることを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】
上記温度検出手段は、エンジンが高回転・高負荷運転状態から減速されたときには、上記下流側部位の温度が上記上流側部位の温度よりも上記温度差以上高くなると推定す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】
上記制御手段は、エンジン停止前に上記パティキュレートフィルタの再生が行われていたときには、エンジン停止後も上記電動過給機を駆動させ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４】
上記吸気通路及び上記排気通路にそれぞれ電動過給機が配設されていることを特徴とする、請求項３に記載のエンジンの過給装置。
【請求項５】
上記ＥＧＲ通路は、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタより上流側の部分と上記吸気通路とに接続されるとともに第１のＥＧＲ弁が配設されている第１のＥＧＲ通路と、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタより下流側の部分と上記吸気通路とに接続されるとともに第２のＥＧＲ弁が配設されている第２のＥＧＲ通路とで構成され、
上記制御手段は、上記電動過給機の駆動時に、上記第１のＥＧＲ弁を開弁させるとともに、上記第２のＥＧＲ弁を閉弁させ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、排気ガスの一部を吸気通路に還流させるＥＧＲ装置と、排気ガス中の煤（パティキュレート）等を捕集するパティキュレートフィルタと、電動過給機とが設けられ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好であるので、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、かつ、耐久性及び信頼性が高いので、自動車用エンジンとして広く用いられている。しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガスには、大気汚染物質である煤（パティキュレート）ないしはスモーク等が含まれている。
【０００３】
このため、一般に、ディーゼルエンジンの排気通路には、排気ガス中に含まれる煤を捕集するパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設けられている。そして、煤の捕集量が所定の程度に達したときには、例えば排気行程で燃料噴射を行うなどして排気ガスを高温化して煤を燃焼させ、パティキュレートフィルタを再生するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００６−２４２０９８号公報（段落［００２５］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの運転時にはパティキュレートフィルタは高温の排気ガスにさらされ、またパティキュレートフィルタの再生時にはその温度がかなり高くなるので、例えばセラミックからなる担体の熱劣化等に起因してパティキュレートフィルタの耐久性が低下するといった問題がある。そこで、例えば特許文献１に開示された従来のディーゼルエンジンでは、パティキュレートフィルタが過昇温するおそれがあるときには、電動ターボチャージャの過給圧を高めるとともにＥＧＲ弁を全開にして吸気通路内の空気を排気通路に導入し、排気流量を増加させてパティキュレートフィルタの過昇温を防止するようにしている。
【０００５】
しかしながら、パティキュレートフィルタの熱劣化ないしは耐久性の低下は、上記過昇温のみに起因して生じるわけではないので、従来のディーゼルエンジンでは、パティキュレートフィルタの熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することが困難であるといった問題がある。
【０００６】
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のパティキュレートフィルタの熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタの信頼性を高めることができ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】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明に係る過給装置を備えたエンジンは、ＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）と、ＥＧＲ弁（排気ガス還流弁）と、パティキュレートフィルタ（煤捕集フィルタ）とを備えている。ＥＧＲ通路は、排気通路と吸気通路とに接続され、排気通路内の排気ガスの一部を吸気通路に還流させる。ＥＧＲ弁は、ＥＧＲ通路に配設され、排気ガスの還流状態を調整（制御）する。パティキュレートフィルタは、排気通路に配設され、排気ガス中の煤（パティキュレート）を除去する。吸気通路、排気通路又は両通路には、それぞれ電動過給機が配設されている。さらに、このエンジンの過給装置は、温度検出手段と制御手段とを備えている。温度検出手段は、排気ガスの流れ方向にみて、パティキュレートフィルタの上流側部位（以下「フィルタ上流側部位」という。）及び下流側部位（以下「フィルタ下流側部位」という。）の温度又は該温度に関連するパラメータを検出する。制御手段は、パティキュレートフィルタの温度が予め設定された温度よりも低い状態において、フィルタ下流側部位の温度がフィルタ上流側部位の温度よりも予め設定された温度差（以下「基準温度差」という。）以上高いときには、ＥＧＲ弁を開弁させるとともに電動過給機を駆動させる。
【０００８】
本発明の第１の変形例においては、温度検出手段は、エンジンが高回転・高負荷運転状態から減速されたときには、フィルタ下流側部位の温度がフィルタ上流側部位の温度よりも基準温度差以上高くなるものと推定又は予測（判定）する。
【０００９】
本発明の第２の変形例においては、制御手段は、エンジン停止前に（電動過給機が駆動されている状態で）パティキュレートフィルタの再生が行われていたときには、エンジン停止後にも電動過給機を駆動させる。
【００１０】
本発明の第３の変形例においては、吸気通路及び排気通路にそれぞれ電動過給機が配設されている。
【００１１】
本発明の第４の変形例においては、ＥＧＲ通路は、第１のＥＧＲ通路と第２のＥＧＲ通路とで構成されている。第１のＥＧＲ通路は、排気通路のパティキュレートフィルタより上流側の部分と吸気通路とに接続され、該第１のＥＧＲ通路には第１のＥＧＲ弁が配設されている。また、第２のＥＧＲ通路は、排気通路のパティキュレートフィルタより下流側の部分と吸気通路とに接続され、該第２のＥＧＲ通路には第２のＥＧＲ弁が配設されている。そして、制御手段は、電動過給機の駆動時に、第１のＥＧＲ弁を開弁させるとともに、第２のＥＧＲ弁を閉弁させる。
【発明の効果】
【００１２】
パティキュレートフィルタを備えたディーゼルエンジンが高回転・高負荷状態にあるときには、排気ガス温度が上昇し、このためパティキュレートフィルタに捕集されている煤が局所的ないしは部分的に自己炭化（ないしは自己着火）する。その結果、パティキュレートフィルタの温度が上昇し、パティキュレートフィルタが熱劣化し又は耐久性が低下する。この場合、パティキュレートフィルタ全体の温度はパティキュレートフィルタ再生時に比べて低いものの、自己炭化により、フィルタ上流側部位とフィルタ下流側部位とでは温度差が発生する。
【００１３】
そこで、本発明に係るエンジンの過給装置では、フィルタ下流側部位の温度がフィルタ上流側部位の温度よりも基準温度差以上高いときには、ＥＧＲ弁を開弁させるとともに電動過給機を駆動させるようにしている。これにより、吸気通路内の低温の空気が、エンジン本体を迂回しＥＧＲ通路を通って排気通路に導入され、排気ガス温度が低下し、パティキュレートフィルタが冷却され、自己炭化が停止される。したがって、パティキュレートフィルタの熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタの信頼性を維持することができ、又は高めることができる。
【００１４】
前記のとおり、高回転・高負荷状態では、煤が自己炭化しパティキュレートフィルタの温度が上昇するが、この状態でエンジンが減速されると、排気ガス流量の減少に起因してパティキュレートフィルタの温度が上昇する。しかしながら、本発明の第１の変形例では、エンジンが高回転・高負荷運転状態から減速されたときには、フィルタ下流側部位の温度がフィルタ上流側部位の温度よりも基準温度差以上高くなると推定又は予測（判断）し、ＥＧＲ弁を開弁させるとともに電動過給機を駆動するようにしているので、パティキュレートフィルタの温度上昇を迅速に防止又は抑制することができる。したがって、パティキュレートフィルタの熱劣化ないしは耐久性の低下をより有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタの信頼性を一層高めることができる。
【００１５】
電動過給機が駆動されている状態でパティキュレートフィルタの再生が行われているときにエンジン及び電動過給機が停止すると、エンジン停止後に、煤の燃焼ないしは自己炭化によりパティキュレートフィルタの温度が上昇する。しかしながら、本発明の第２の変形例では、エンジン停止前にパティキュレートフィルタの再生が行われていたときには、エンジン停止後にも電動過給機が駆動されるので、エンジン停止後におけるパティキュレートフィルタの温度上昇を防止ないしは抑制することができ、パティキュレートフィルタの信頼性を一層高めることができる。
【００１６】
本発明の第３の変形例によれば、吸気通路及び排気通路にそれぞれ電動過給機が配設されているので、エンジン停止時でも排気通路の掃気を行うことができる。
【００１７】
本発明の第４の変形例によれば、電動過給機の駆動時には第１のＥＧＲ弁が開弁される一方、第２のＥＧＲ弁が閉弁されるので、第２のＥＧＲ通路を介して高温のガスが吸気通路に還流され、吸気温度が上昇するといった不具合を回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。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。
【００１９】
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（以下、この空気を「吸入空気」という。）、こ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、基本的には、圧縮行程上死点より前（パイロット噴射）と圧縮行程上死点付近（メイン噴射）とで、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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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２参照）とが設けられている。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、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。
【００２３】
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（図示せず）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。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。
【００２４】
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。なお、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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、スモーク）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。
【００２８】
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、あるいは、煤の捕集率が設定値を超えたときに排気ガスを高温化することにより燃焼させられ、除去される。具体的には、このエンジンＥでは、膨張行程で燃料噴射（ポスト噴射）を行い、この燃料を排気ガス浄化触媒３０中の酸化触媒により酸化・燃焼させ、これにより発生する熱で排気ガスを高温にし、この高温の排気ガスでパティキュレートフィルタ３１に捕集された煤を燃焼させて除去するようにしている。
【００２９】
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。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。なお、エンジンＥにおいては、排気ガスの流れ方向にみて、排気開閉弁３５より下流側の共通排気通路２６に、排気ガスを下流側に吸引する排気側電動過給機６０を設けてもよい。
【００３０】
また、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のタービン上流の比較的高圧かつ高温の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に還流させる高圧ＥＧＲ装置３６が設けられている。この高圧ＥＧＲ装置３６には、ＥＧＲガスの流路となる高圧ＥＧＲ通路３７（第１のＥＧＲ通路）が設けられている。ここで、ＥＧＲガスの流れ方向にみて高圧ＥＧＲ通路３７の上流端は、排気ガスの流れ方向にみてタービン１９ｂより上流側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高圧ＥＧＲ通路３７の下流端はサージタンク２３に接続されている。
【００３１】
そして、高圧ＥＧＲ通路３７には、ＥＧＲガスの流れ方向にみて上流側から順に、高温（例えば、６００〜８００℃）のＥＧＲガスを冷却する水冷式の高圧ＥＧＲクーラ３８と、ＥＧＲガスの供給量ないしは排気ガスの還流状態を調整又は制御する高圧ＥＧＲ制御弁３９（第１のＥＧＲ弁）とが配設されている。
【００３２】
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）の比較的低圧の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に還流させる低圧ＥＧＲ装置４１が設けられている。この低圧ＥＧＲ装置４１には、ＥＧＲガスの流路となる低圧ＥＧＲ通路４２（第２のＥＧＲ通路）が設けられている。ここで、ＥＧＲガスの流れ方向にみて低圧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低圧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。そして、低圧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低圧ＥＧＲクーラ４３と、ＥＧＲガスの供給量を制御する低圧ＥＧＲ制御弁４４（第２のＥＧＲ弁）とが設けられている。
【００３３】
図２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及び排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサ濃度（リニアＯ２センサ）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。なお、コントロールユニットＣには、イグニッションスイッチ５７のオン・オフ信号も入力される。
【００３４】
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「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。
【００３５】
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、吸気開閉弁１７、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、高圧ＥＧＲ制御弁３９、低圧ＥＧＲ制御弁４４、排気側電動過給機６０等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射制御、ＥＧＲ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。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願発明の要旨とするところでもないので、その詳しい説明は省略する。
【００３６】
さらに、コントロールユニットＣは、パティキュレートフィルタ３１の好ましくない温度上昇、すなわちパティキュレートフィルタ３１の耐久性を低下させる温度上昇を防止又は抑制して該パティキュレートフィルタ３１の信頼性を維持し又は高めるために、電動過給機２１と高圧ＥＧＲ制御弁３９と低圧ＥＧＲ制御弁４４とを制御する（以下、本発明に係るこの制御を便宜的に「電動過給機制御」という。）。なお、以下では、第１〜第３の３種の電動過給機制御を説明する。
【００３７】
（第１の電動過給機制御）
以下、図３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、第１の電動過給機制御の制御手順を具体的に説明する。図３に示すように、第１の電動過給機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。そして、ステップＳ２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と、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とに基づいて、エンジンＥの目標トルクが算出される。
【００３８】
続いて、ステップＳ３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が加速中で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が加速中であるときには、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。
【００３９】
ステップＳ３でエンジンＥが加速中であると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ４で、電動過給機２１が駆動（オン）される一方、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。電動過給機２１の駆動量は、該加速状態におけるターボラグを補償してエンジンＥの目標トルクに対応するエンジン出力が迅速に得られるように好ましく設定される。なお、電動過給機２１の駆動量を、エンジンＥの加速状態にかかわらず最大駆動量に設定してもよい。この後、ステップＳ６が実行される。
【００４０】
他方、ステップＳ３でエンジンＥが加速中でないと判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ５で、電動過給機２１が停止（オフ）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Ｓ６が実行される。
【００４１】
ステップＳ６では、パティキュレートフィルタ３１の温度（以下「ＤＰＦ温度」という。）が予め設定された温度α（以下「上限温度α」という。）以上であるか否かが判定される。上限温度αは、ＤＰＦ温度が該上限温度α以上になるとパティキュレートフィルタ３１に熱劣化又は耐久性の低下が生じるおそれのある温度、例えば４００〜６００℃の範囲内の適当な温度（例えば、４５０℃、５００℃、５５０℃等）に設定される。
【００４２】
ステップＳ６でＤＰＦ温度が上限温度α以上であると判定されたときは（ＹＥＳ）、順にステップＳ７〜Ｓ９が実行される。すなわち、まずステップＳ７で、電動過給機２１が駆動（オン）される。なお、エンジンＥが加速中であり、すでにステップＳ４で電動過給機２１が駆動されている場合は、駆動状態が維持されるだけである。次に、ステップＳ８で高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、続いてステップＳ９で低圧ＥＧＲ制御弁４４が閉弁され、この後ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００４３】
この場合、電動過給機２１によって加圧された比較的高圧の吸入空気の一部が、順に、電動過給機２１より下流側の共通吸気通路１６と、サージタンク２３と、高圧ＥＧＲ通路３７とを介して、エンジン本体（燃焼室３）を迂回して、共通排気通路２６に流入する。これにより、排気ガス（吸入空気を含んでいる）の温度が低下し、この排気ガスによってパティキュレートフィルタ３１が冷却される。すなわち、パティキュレートフィルタ３１が掃気される。その結果、ＤＰＦ温度は上限温度α未満となるので、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタ３１の信頼性を維持することができ又は高めることができる。ここで、低圧ＥＧＲ制御弁４４を閉弁させるのは、低圧ＥＧＲ通路４２を介して高温のガスが共通吸気通路１６に還流し吸気温度が上昇するといった不具合を回避するためである。
【００４４】
他方、前記のステップＳ６でＤＰＦ温度が上限温度α未満であると判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ１０で、第２温度センサ３４によって検出されたパティキュレートフィルタ３１の下流の排気ガス温度（以下「ＤＰＦ後温度」という。）と第１温度センサ３３によって検出されたパティキュレートフィルタ３１の上流の排気ガス温度（以下「ＤＰＦ前温度」という。）の差（以下「ＤＰＦ温度差」という。）、すなわち「ＤＰＦ後温度−ＤＰＦ前温度」が基準温度差βを超えているか否かが判定される。基準温度差βは、パティキュレートフィルタ３１に捕集されている煤が局所的に自己炭化ないしは自己着火した場合に生じる排気ガスの温度上昇に対応するように好ましく設定される。なお、基準温度差βを０としてもよい。すなわち、ステップＳ１０で、ＤＰＦ後温度がＤＰＦ前温度より高いか否かを判定するようにしてもよい。
【００４５】
ステップＳ１０で、ＤＰＦ温度差が基準温度差βを超えていると判定されたときは（ＹＥＳ）、順に、前記のステップＳ７〜Ｓ９が実行され、電動過給機２１が駆動（オン）され、高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、低圧ＥＧＲ制御弁４４が閉弁され、この後ステップＳ１に復帰する（リターン）。ＤＰＦ温度差が基準温度差βを超えているときは、パティキュレートフィルタ３１に捕集されている煤が局所的に自己炭化ないしは自己着火していることになるので、吸入空気を、エンジン本体（燃焼室３）を迂回して、共通排気通路２６に流入させ、パティキュレートフィルタ３１を掃気して冷却し、自己炭化ないしは自己着火を停止させるようにしている。これにより、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタ３１の信頼性を維持することができ、又は高めることができる。
【００４６】
他方、ステップＳ１０で、ＤＰＦ温度差が基準温度差β以下であると判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ１１で、エンジンＥが冷間状態であるか否か、すなわちエンジン水温が予め設定された基準値（例えば、６０℃又は７０°）以下であるか否かが判定される。このエンジンＥでは、冷間時には吸気温度を高めるために高圧ＥＧＲ装置３６により比較的高温の排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路１６に還流させ、温間時（非冷間時）には吸気温度を高める必要がないので低圧ＥＧＲ装置４１により比較的低温の排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気通路１６に還流させるようにしている。
【００４７】
かくして、ステップＳ１１でエンジンＥが冷間状態であると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ８で高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、続いてステップＳ９で低圧ＥＧＲ制御弁４４が閉弁され、この後ステップＳ１に復帰する（リターン）。この場合、高圧ＥＧＲ装置３６により比較的高温の排気ガス（ＥＧＲガス）が吸気通路１６に還流させられる。他方、ステップＳ１１でエンジンＥが冷間状態でないと判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ１２で高圧ＥＧＲ制御弁３９が閉弁され、続いてステップＳ１３で低圧ＥＧＲ制御弁４４が開弁され、この後ステップＳ１に復帰する（リターン）。この場合、低圧ＥＧＲ装置４１により比較的低温の排気ガス（ＥＧＲガス）が共通吸気通路１６に還流させられる。
【００４８】
このエンジンＥにおいては、パティキュレートフィルタ３１を掃気するために電動過給機２１を駆動するときには、これにあわせて排気側電動過給機６０を駆動し、又は、排気側電動過給機６０のみを駆動し、排気ガスを下流側に吸引して吸入空気を共通排気通路２６に導入するようにしてもよい。なお、この点は、後で説明する第２又は第３の電動過給機制御についても同様である。
【００４９】
（第２の電動過給機制御）
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、第２の電動過給機制御の制御手順を具体的に説明する。ただし、図４に示す第２の電動過給機制御は、図１に示す第１の電動過給機制御とは、ステップＳ１０に代えてステップＳ２０を設けた点で相違するだけであり、その他のステップは同一である。そこで、説明の重複を避けるため、以下では、主として第１の電動過給機制御と異なる点を説明する。
【００５０】
図４に示すように、第２の電動過給機制御では、ステップＳ６でＤＰＦ温度が上限温度α未満であると判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ２０で、エンジンＥの運転状態が図６中のスモーク燃焼領域、すなわち高回転・高負荷領域に入っているとき（高回転・高負荷運転状態）にエンジンＥの減速が開始され、該減速開始後予め設定された期間（所定期間）を経過していないか否かが判定される。
【００５１】
前記のとおり、高回転・高負荷状態では、煤が自己炭化しパティキュレートフィルタ３１の温度が上昇するが、この状態でエンジンＥが減速されると、排気ガス流量の減少に起因してパティキュレートフィルタ３１の温度が上昇する。すなわち、図６中のスモーク吸着領域（低回転・低負荷領域）では、パティキュレートフィルタ３１に煤が吸着されるが、この場合、パティキュレートフィルタ３１内では熱は発生しないので、外部への放熱により、ＤＰＦ後温度はＤＰＦ前温度よりも低くなる。
【００５２】
しかし、エンジンＥの運転状態がスモーク燃焼領域に入ると、ＤＰＦ温度が６００℃を超え、パティキュレートフィルタ３１内で自己炭化ないしは自己再生が始まり、熱が発生する。このため、ＤＰＦ後温度はＤＰＦ前温度よりも高くなる。つまり、エンジンＥが高回転・高負荷状態にあるときには、パティキュレートフィルタ３１は、その再生時とほぼ同様の状態となる。この状態からエンジンＥが減速され、急激に回転数が低下すると（例えば、アイドル状態）、排気ガスの流量が急激に減少し、ＤＰＦ温度が過上昇し、パティキュレートフィルタ３１に熱劣化又は耐久性の低下が生じるおそれがある。
【００５３】
そこで、第２の電動過給機制御では、ステップＳ２０でエンジンＥが高回転・高負荷運転状態から減速された後所定期間内であると判定されたときは（ＹＥＳ）、順にステップＳ７〜Ｓ９を実行し、パティキュレートフィルタ３１内の高温の排気ガスを掃気し、パティキュレートフィルタ３１の冷却を促進するようにしている。この場合、吸入空気は、エンジン本体（燃焼室３）を迂回して、共通排気通路２６に流入し、パティキュレートフィルタ３１が冷却され、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下が防止又は抑制される。その他の点については、第１の電動過給機制御と同様である。
【００５４】
（第３の電動過給機制御）
以下、図５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第３の電動過給機制御の制御手順を具体的に説明する。図５に示すように、第３の電動過給機制御が開始されると（スタート）、まずステップＳ２１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。さらに、イグニッションスイッチ５７のオン・オフ信号も入力される。続いて、ステップＳ２２で、イグニッションスイッチ５７がオフであるか否かが判定される。
【００５５】
ステップＳ２２でイグニッションスイッチ５７がオフであると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ２３で、イグニッションスイッチ５６がオフされる前ないしはオフされたときにパティキュレートフィルタ３１が再生されていたか否かが判定される。前記のとおり、このエンジンＥでは、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、あるいは煤の捕集率が設定値を超えたときに、膨張行程で燃料噴射（ポスト噴射）を行って排気ガスを高温化することにより、パティキュレートフィルタ３１に捕集された煤を燃焼させてパティキュレートフィルタ３１を再生するようにしているが、以下このパティキュレートフィルタ３１の再生に係る燃料噴射制御の制御手法を説明する。
【００５６】
図７に示すように、エンジンＥにおいては、燃料噴射弁５の燃料噴射は、基本的には、メイン噴射と、パイロット噴射と、ポスト噴射とに分けて行われる。ここで、メイン噴射は、圧縮上死点付近、すなわち噴射された燃料の自己着火が可能なタイミングで、主としてエンジンＥの動力を生成するために行われる。パイロット噴射は、圧縮行程において圧縮上死点よりもやや前のタイミングで（例えば、クランク角で上死点前２０〜３０°）、主として、メイン噴射により噴射された燃料の急激な燃焼を抑制して、ＮＯｘの発生を抑制するとともに燃焼音を低減するために行われる。また、ポスト噴射は、膨張行程で（例えば、クランク角で上死点後４０〜１００°）、パティキュレートフィルタ３１の再生時に排気ガスの温度を高めるために行われる。
【００５７】
そして、コントロールユニットＣによる燃料噴射制御は、例えば次のように行われる。すなわち、まず、パティキュレートフィルタ３１の煤の捕集量が設定値（例えば、最大捕集量の７０％）未満のときは、パイロット噴射及びメイン噴射のみを行い、共通排気通路２６に未燃燃料を供給するためのポスト噴射は行わない。メイン噴射及びパイロット噴射の合計燃料噴射量は、基本的には、アクセル開度とエンジン回転数とによって設定され、この後冷却水温度や吸気温度等による補正が行われて最終的に決定される。そして、この最終的に決定された噴射量でもって、燃料噴射弁５から燃料が噴射される。なお、エンジンＥの運転状態によっては、パイロット噴射を行わず、メイン噴射のみを行ってもよい。
【００５８】
パティキュレートフィルタ３１の煤の捕集量が設定量以上になると、パティキュレートフィルタ３１を再生するために、ポスト噴射が行われる。なお、冷間時（例えば、エンジン水温が６０℃又は７０℃以下のとき）にはパティキュレートフィルタ３１の再生を行わないようにしてもよい。図７に示すように、ポスト噴射は、膨張行程（すなわち、燃焼室３での燃焼に関与しないタイミング）に実行され、ポスト噴射１からポスト噴射３までの３回に分けて行われる。
【００５９】
このポスト噴射により噴射された燃料は、燃焼室３内では燃焼せず、共通排気通路２６に供給され、排気ガス浄化触媒３０の酸化触媒により酸化されて燃焼する。そして、この燃料の燃焼により、パティキュレートフィルタ３１に導入される排気ガスの温度が十分に高くなり、パティキュレートフィルタ３１に補集されている煤が燃焼され、パティキュレートフィルタ３１が再生される。
【００６０】
ポスト噴射における燃料噴射量は、例えばアクセル開度とエンジン回転数とに基づいてオープン制御するようにしてもよく、また酸素濃度センサ５６により検出される排気ガス中の酸素濃度が目標酸素濃度となるようにフィードバック制御するようにしてもよい。また、このようなオープン制御とフィードバック制御とを第２温度センサ３４により検出される排気ガスの温度に応じて選択的に使い分けるようにしてもよい。例えば、第２温度センサ３４により検出される温度が所定温度以上のときフィードバック制御を選択するようにしてもよい。
【００６１】
前記のステップＳ２３で、イグニッションスイッチ５６がオフされる前ないしはオフ時にパティキュレートフィルタ３１が再生されていたと判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ２４で電動過給機２４が所定期間駆動（オン）され、続いてステップＳ２５で高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、パティキュレートフィルタ３１が掃気される。すなわち、吸入空気が、エンジン本体（燃焼室３）を迂回して、共通排気通路２６に流入し、パティキュレートフィルタ３１が掃気されて冷却され、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下が防止又は抑制される。
【００６２】
この場合、エンジンＥは停止されているので、パティキュレートフィルタ３１が掃気されない場合は、煤の燃焼ないしは自己炭化によりパティキュレートフィルタ３１の温度が上昇する。そこで、エンジンＥの停止後も、パティキュレートフィルタ３１の掃気を行うようにしている。なお、イグニッションスイッチ５７がオフされていないときに、アクシデントによりエンジンＥが停止した場合も、同様にパティキュレートフィルタ３１の掃気を行うのが好ましい。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００６３】
他方、ステップＳ２３で、イグニッションスイッチ５７がオフされる前ないしはオフ時にパティキュレートフィルタ３１が再生されていなかったと判定されたときは（ＮＯ）、パティキュレートフィルタ３１の掃気を行う必要がないので、ステップＳ２６で電動過給機２１が停止（オフ）され、続いてステップＳ２７で高圧ＥＧＲ制御弁３９が閉弁される。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００６４】
ところで、前記のステップＳ２２でイグニッションスイッチ５７がオフされていないと判定されたとき（ＮＯ）、すなわちオンされていると判定されたときは、ステップＳ２８でパティキュレートフィルタ３１が再生中であるか否かが判定される。ここで、パティキュレートフィルタ３１が再生中であると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ２９で高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、続いてステップＳ３０電動過給機２１が駆動（オン）され、パティキュレートフィルタ３１が掃気される。これにより、パティキュレートフィルタ３１の過昇温が防止され、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下が防止又は抑制される。なお、ステップＳ２８で、パティキュレートフィルタ３１の再生が終了したか否かを判定するようにしてもよい。この場合、パティキュレートフィルタ３１の再生後に該パティキュレートフィルタ３１を迅速に冷却することができる。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００６５】
他方、ステップＳ２８でパティキュレートフィルタ３１が再生中でないと判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ３１で、第２温度センサ３４によって検出されたＤＰＦ後温度と第１温度センサ３３によって検出されたＤＰＦ前温度の差（ＤＰＦ後温度−ＤＰＦ前温度）、すなわちＤＰＦ温度差が基準温度差βを超えているか否かが判定される。基準温度差βは、第１の電動過給機制御における基準温度差βと同様である。なお、基準温度差βを０としてもよい。すなわち、ステップＳ３１で、ＤＰＦ後温度がＤＰＦ前温度より高いか否かを判定するようにしてもよい。
【００６６】
ステップＳ３１で、ＤＰＦ温度差が基準温度差βを超えていると判定されたときは（ＹＥＳ）、順に、前記のステップＳ２９〜Ｓ３０が実行され、高圧ＥＧＲ制御弁３９が開弁され、電動過給機２１が駆動（オン）され、パティキュレートフィルタ３１が掃気される。これにより、第１の電動過給機制御の場合と同様に、自己炭化ないしは自己着火を停止させることができ、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができる。
【００６７】
ステップＳ３１で、ＤＰＦ温度差が基準温度差β以下であると判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ３２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が加速中であるか否かが判定される。ここで、エンジンＥが加速中であると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ３３で、第１の電動過給機制御の場合と同様に、電動過給機２１が駆動（オン）される一方、逆止弁２２が閉弁され、ターボラグの発生が防止ないしは抑制される。他方、ステップＳ３２でエンジンＥが加速中でないと判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ３４で、第１の電動過給機制御の場合と同様に、電動過給機２１が停止（オフ）される一方、逆止弁２２が開弁される。
【００６８】
次に、ステップＳ３５で、エンジンＥの運転状態がＥＧＲ領域に入っているか否か、すなわち吸気系にＥＧＲガスを供給すべき運転状態であるか否かが判定される。ここで、エンジンＥの運転状態がＥＧＲ領域に入っていると判定されたときは（ＹＥＳ）、ステップＳ３６で、エンジンＥの運転状態に応じて高圧ＥＧＲ制御弁３９及び／又は低圧ＥＧＲ制御弁４４が開弁され、吸気系にＥＧＲガスが供給される。他方、ステップＳ３５でエンジンＥの運転状態がＥＧＲ領域に入っていないと判定されたときは（ＮＯ）、ステップＳ３７で高圧ＥＧＲ制御弁３９及び低圧ＥＧＲ制御弁４４が閉弁され、吸気系へのＥＧＲガスの供給が停止される。この後、ステップＳ１に復帰する（リターン）。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態に係るエンジンＥの過給装置によれば、パティキュレートフィルタ３１の熱劣化ないしは耐久性の低下を有効に防止又は抑制することができ、パティキュレートフィルタ３１の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【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に示すディーゼル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３】図１に示すディーゼルエンジンの第１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４】図１に示すディーゼルエンジンの第２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第３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６】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７】燃料噴射のタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
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  吸気開閉弁、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、３６  高圧ＥＧＲ装置、３７  高圧ＥＧＲ通路、３８  高圧ＥＧＲクーラ、３９  高圧ＥＧＲ制御弁、４１  低圧ＥＧＲ装置、４２  低圧ＥＧＲ通路、４３  低圧ＥＧＲクーラ、４４  低圧ＥＧＲ制御弁、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  酸素濃度センサ、５７  イグニッションスイッチ、６０  排気側電動過給機。
【図１】
2009209721.tif 000003
【図２】
2009209721.tif 000004
【図３】
2009209721.tif 000005
【図４】
2009209721.tif 000006
【図５】
2009209721.tif 000007
【図６】
2009209721.tif 000008
【図７】
2009209721.tif 000009