JP2008280923A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ターボ過給機のターボラグを短縮し、過給圧の上昇応答性を高めることができるエンジンの過給装置を提供する。
【解決手段】コンプレッサホイール４３とタービンホイール４１とを備える排気ターボ過給機４０と、電動過給機１８と、排気通路のタービンホイール４１より上流側と吸気通路１０とを接続するＥＧＲ通路６２と、ＥＧＲ弁６１と、所定の低負荷運転領域においてＥＧＲ弁６１を開弁制御し、それより高負荷運転領域においてＥＧＲ弁６１を閉弁するＥＧＲ弁制御手段１０２とを備えたエンジンの過給装置において、ＥＧＲ弁６１が閉弁される高負荷運転領域における所定以上の加速時、電動過給機１８を作動させるとともにＥＧＲ弁６１を開き、吸気の一部をＥＧＲ通路６０を経由して排気通路３３に導く燃焼室バイパス制御を実行する燃焼室バイパス制御手段１００を備えるように構成する。
【選択図】図７

Description

本発明はエンジンの過給装置に関し、特に排気ターボ過給機と電動過給機とを備えるとともにＥＧＲ（排気再循環）を行うように構成されているエンジンの過給装置に関する。

エンジントルクの増大を図る手段として、吸気圧力を増大させる過給装置が知られている。例えば排気ターボ過給機が良く知られている。これは、排気通路に設けられたタービンホイールと吸気通路に設けられたコンプレッサホイールとをシャフトで連結したものであり、排気ガスでタービンホイールを回転させることによりコンプレッサホイールを回転させ、吸気圧を上昇させるものである。

この排気ターボ過給機は、効率良く高い過給圧が得られる反面、いわゆるターボラグと呼ばれる現象がしばしば問題となる。ターボラグとは、排気ガスの流速が高まってタービンホイールの回転数が上昇するまでは充分な過給が行われないため、運転者の操作（アクセル踏込み）に対して実際に過給圧が上昇するまでの間に遅れが生じる現象である。

そこで、より加速応答性の高い過給機として、近年、電動過給機が注目されている。電動過給機はバッテリ等から供給される電力によってインペラ等をモータ駆動するので、過給が必要と判定されたら（運転者がアクセルを踏込んだら）直ちに駆動させることができる。従って、上記過給圧の上昇遅れを抑制することができる。

また、排気ターボ過給機と電動過給機の長所を生かすため、これらを併設するものも知られている。例えば特許文献１には、排気ターボ過給機と電動過給機とを併設し、加速要求が検出されたとき、排気ターボ過給機による過給圧が所定圧に上昇するまで電動過給機を作動させるものが開示されている。これによれば、上記ターボラグに相当する期間、電動過給機で過給することによって過給圧の上昇遅れを補完的に抑制することができる。
特開２００６−１０５０３４号公報

しかしながら、一般的に電動過給機よりも排気ターボ過給機の方が過給効果が高いので、上記ターボラグの問題をより根本的かつ効果的に解決するには、ターボラグ自体を短縮するのが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、排気ターボ過給機のターボラグを短縮し、過給圧の上昇応答性を高めることができるエンジンの過給装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサホイールと排気通路に設けられたタービンホイールとを備える排気ターボ過給機と、電気駆動される電動過給機と、上記排気通路の上記タービンホイールより上流側と上記吸気通路の上記電動過給機より下流側とを接続して排気ガスの一部を還流するＥＧＲ通路と、上記ＥＧＲ通路に配設され、排気ガス還流状態を調整可能なＥＧＲ弁と、所定の低負荷運転領域において上記ＥＧＲ弁を開弁制御するとともにそれより高負荷運転領域において該ＥＧＲ弁を閉弁するＥＧＲ弁制御手段とを備えたエンジンの過給装置において、上記ＥＧＲ弁が閉弁される上記高負荷運転領域における所定以上の加速時、上記電動過給機を作動させるとともに上記ＥＧＲ弁を開き、吸気の一部を上記ＥＧＲ通路を経由して上記排気通路に導く燃焼室バイパス制御を実行する燃焼室バイパス制御手段を備えることを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンの過給装置において、上記吸気通路には、上流側から順に、上記コンプレッサホイール、吸気を冷却するインタークーラ及び上記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に係る発明は、請求項１または２記載のエンジンの過給装置において、上記燃焼室バイパス制御手段は、上記電動過給機による過給圧が排気圧よりも高くなったときに上記燃焼室バイパス制御を開始することを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項３記載のエンジンの過給装置において、上記燃焼室バイパス制御手段は、上記燃焼室バイパス制御を、上記排気ターボ過給機の加速初期段階の所定期間実行することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの過給装置において、第１ＥＧＲ通路および第１ＥＧＲ弁として上記ＥＧＲ通路および上記ＥＧＲ弁を備え、さらに、上記排気通路の上記タービンホイールより下流側と上記吸気通路の上記コンプレッサホイールより上流側とを接続して排気ガスの一部を還流する第２ＥＧＲ通路と、上記第２ＥＧＲ通路に配設され、排気ガス還流状態を調整可能な第２ＥＧＲ弁とを備えることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、以下説明するように、排気ターボ過給機のターボラグを短縮し、過給圧の上昇応答性を高めることができる。

本発明の構成によれば、高負荷運転領域にあって本来閉弁されているＥＧＲ弁が、その状態からの加速時に実行される燃焼室バイパス制御において開弁される。それによって電動過給機によって過給された吸気の一部が、燃焼室をバイパスし、ＥＧＲ通路を経由して直接排気通路に導かれる。

排気通路に導かれた過給気は、排気ターボ過給機のタービンホイールを強力に駆動する。これによって排気ターボ過給機による速やかな吸気圧の上昇がなされる。

ここで、従来の制御（ＥＧＲ弁が開弁されない）と比較すると、従来の制御では、電動過給機で過給された吸気が一旦燃焼室内に導かれ、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を経た後に排気されて排気ターボ過給機のタービンホイールを駆動する。これに対して本発明の燃焼室バイパス制御では、ＥＧＲ弁を開いて吸気の一部を直接排気通路に導き、排気ターボ過給機のタービンホイールを駆動する。つまり上記燃焼室内での各行程を省略してより直接的にタービンホイールを駆動するので、吸気圧の上昇応答性が高められ、ターボラグが短縮されるのである。

請求項２の発明によれば、排気ターボ過給機のコンプレッサホイールで圧縮され、温度上昇した過給気がインタークーラにより冷却されて密度が上昇する。それをさらに電動過給機で過給するので、排気ターボ過給機による過給状態からの過給効率を高めることができる。

請求項３の発明によれば、過給圧が排気圧よりも高くなったときに燃焼室バイパス制御が開始される、すなわちＥＧＲ弁が開弁されるので、排気側から吸気側への排気ガスの逆流を抑制することができる。また、その程度に充分過給された状態でＥＧＲ弁が開弁されるので、吸気の一部がＥＧＲ通路に導かれることによる吸気流量低下の影響も抑制することができる。

請求項４の発明によれば、以下説明するように、燃焼室バイパス制御におけるＥＧＲ弁の開弁期間を、最も効果的かつ弊害の少ない適正期間とすることができる。

燃焼室バイパス制御の効果が最も高いのが、加速初期段階である。加速初期段階においては慣性によってタービンホイールが加速され難い状態となっている。そこでその時期に燃焼室バイパス制御によって強力にタービンホイールを駆動することにより、その加速を容易化することができる。しかしある程度加速されて勢い付いた後は、タービンホイールが加速され易くなるので、燃焼室バイパス制御を行うことの有利性が低下して行く（排気ガスのみによる駆動で充分になって行く）。

一方、燃焼室バイパス制御を長時間行うと、吸気の一部が排気側に流れ、燃焼室に流入する吸気流量が低下する懸念が増大する。

以上の効果と弊害とのバランスを考慮すると、燃焼室バイパス制御は、本発明の構成のように、排気ターボ過給機の加速初期段階の所定期間実行するのが好適である。この所定期間は、タービンホイールの初期加速を加勢しつつ、吸気流量低下を可及的に抑制することのできる期間とするのが望ましく、予め実験等によって策定し、設定しておけば良い。この所定期間は、具体的には０．１〜０．５ｓ程度が好適であり、より望ましくは０．３ｓ程度が好適である。

請求項５の発明によれば、以下説明するように、請求項１の発明の効果をより顕著に奏することができる。

第１ＥＧＲ通路を用いるＥＧＲは、タービンホイールを駆動する前の比較的高圧の排気ガスを還流する一般的なＥＧＲである。以下このＥＧＲを高圧ＥＧＲという。これに対して第２ＥＧＲ通路を用いるＥＧＲは、タービンホイールを駆動した後の比較的低圧の排気ガスを還流するＥＧＲである。以下このＥＧＲを低圧ＥＧＲという。

通常のＥＧＲ（高圧ＥＧＲ）を行う場合、高負荷高回転になるに従って吸気圧力が増大するので、第１ＥＧＲ弁を開いても排気ガスが還流し難くなってくる。特に排気ターボ過給機による過給効果が高くなるに従い、その現象が顕著となる。これに対して低圧ＥＧＲでは、排気ターボ過給機のコンプレッサホイールより上流側（過給前の吸気）に排気を還流させるので、高圧ＥＧＲではＥＧＲガスの還流が難しいような高負荷運転領域でも適正に排気を還流させることができる。つまり低圧ＥＧＲを行うことにより、高圧ＥＧＲでは実行困難な比較的高負荷高回転領域にまでＥＧＲ領域を拡大することができる。

そして、低圧ＥＧＲを行う運転領域からの加速時に本発明の燃焼室バイパスを行うことにより、次のような効果が得られる。

低圧ＥＧＲでは、電動過給機で過給する段階で、既に吸気中に多くのＥＧＲガスが含まれている。そのような状態で加速要求があったとき、従来制御のように単に電動過給機を作動させても、燃焼室内に導かれる過給気中には多くのＥＧＲガスが含まれることとなる。そのような状態で供給燃料を増やしてもあまりトルクの増大に結びつかない。特にディーゼルエンジンの場合、却ってスモークが増大するという弊害が懸念される。

また、低圧ＥＧＲであって且つインタークーラによる冷却がなされるとはいえ、ＥＧＲガスの温度は新気に比べて高温である。従って、そのような高温のＥＧＲガスを過給して燃焼室に導いても、効果的なトルクアップに結びつき難い。

そこで本発明の燃焼室バイパス制御によれば、そのようなＥＧＲガスの一部を燃焼室をバイパスさせて直接排気通路に導くことにより、吸気通路中のＥＧＲガスの掃気が促進される（そのときには低圧ＥＧＲを停止させるのが望ましい）。従って、速やかに多くの新気を燃焼室内に導くことができるので、上記スモーク増大等の懸念を抑制しつつ供給燃料を増大させることができ、また低温の吸気（新気）による燃焼を行わせることができ、効果的なトルクアップを図ることができる。

このように、低圧ＥＧＲを行う運転領域からの加速時に本発明の燃焼室バイパス制御を行うことにより、上記排気ターボ過給機の初期加速促進効果に加え、吸気通路の掃気促進による効果的なトルクアップをも図ることができ、その相乗効果によって一層加速応答性を高めることができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る装置を備えたエンジンの全体構成図である。本実施形態のエンジンはディーゼルエンジンである。エンジン本体１には複数の気筒２が設けられている。各気筒２には、燃焼室２ａが形成されている。各燃焼室２ａには、吸気ポート３及び排気ポート４が開口し、これらのポートに吸気弁５および排気弁６が設けられている。さらに各燃焼室２ａに対して燃料噴射弁７（燃料噴射機構を含む）が装備されている。エンジン本体１には、各気筒２に新気を供給する吸気通路１０と、各気筒２からの排気ガスを導出する排気通路３０とが接続されている。

吸気通路１０は、大容量部であるサージタンク１２と、サージタンク１２から各気筒２の吸気ポート３毎に分岐する吸気マニホールド１１が形成されている。またサージタンク１２の上流側には共通吸気通路１３が形成されている。共通吸気通路１３の上流側には、エアクリーナ１４が設けられている。共通吸気通路１３のエアクリーナ１４とサージタンク１２との間には、インタークーラ１６が配置されている。

共通吸気通路１３のインタークーラ１６とサージタンク１２との間に、電動過給機１８が設けられている。電動過給機１８は、モータ１８ａにより直接駆動されるインペラ等で構成されている。また、共通吸気通路１３から電動過給機１８をバイスパスしてサージタンク１２の上流側に連通する電動過給機バイパス通路（以下ＥＢバイパス通路と略称する）２１が設けられている。電動過給バイパス通路２１には電動過給機バイパス弁（以下ＥＢバイパス弁と略称する）２３が設けられている。ＥＢバイパス弁２３には、電磁ソレノイドで駆動されるアクチュエータ２３ａが設けられており、これがＥＣＵ１００の電動過給機制御部１０４（図２参照）によって駆動されるように構成されている。なお、これとは別に、吸気圧で自動的に閉塞するダイアフラム式のアクチュエータを採用してもよい。

次に、排気通路３０は、各気筒２の排気ポート４に接続される気筒別の排気通路３１を有する排気マニホールド３２と、その下流の共通排気管３３と、共通排気管３３の下流に接続された排気浄化装置３４とを備えている。

排気浄化装置３４は、触媒機能を有し、かつディーゼルスモークの排気微粒子（ＰＭ）を捕集するためのものであり、具体的には酸化触媒３５と、この酸化触媒の下流側に配置されたディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）３６とによって構成されている。

吸気通路１０と排気通路３０との間には、排気ターボ過給機４０が設けられている。

排気ターボ過給機４０は、排気ガスのエネルギーで駆動されて回転するタービンホイール４１と、このタービンホイール４１にシャフト４２を介して連結されたコンプレッサホイール４３とを備え、タービンホイール４１の回転に連動したコンプレッサホイール４３の回転により吸気を過給するようになっている。排気ターボ過給機４０のタービンホイール４１は共通排気管３３に介設されている。またコンプレッサホイール４３は、共通吸気通路１３の上流に介設されている。そして、上記インタークーラ１６がコンプレッサホイール４３に過給された空気を冷却するように構成されている。

また、吸気通路１０と排気通路３０の間には、低圧用（ＬＰ−）ＥＧＲ通路５０と、高圧用（ＨＰ−）ＥＧＲ通路６０とが設けられている。

ＬＰ−ＥＧＲ通路５０（第２ＥＧＲ通路）は、共通排気管３３の排気浄化装置３４よりも下流側と共通吸気通路１３のコンプレッサホイール４３よりも上流側との間を連通し、排気ターボ過給機４０のタービンホイール４１を駆動した後の比較的圧力の低い排気ガスの一部を吸気通路１０に還流するものである。ＬＰ−ＥＧＲ通路５０にはＬＰ−ＥＧＲ弁５１（第２ＥＧＲ弁）が設けられ、ＥＣＵ１００のＥＧＲ制御部１０２（図２参照）により開閉制御されるようになっている。またＬＰ−ＥＧＲ弁５１の上流側（排気側）にはＬＰ−ＥＧＲクーラ５２が設けられている。

ＨＰ−ＥＧＲ通路６０（第１ＥＧＲ通路）は、共通排気管３３のタービンホイール４１よりも上流側とサージタンク１２との間を連通し、排気ターボ過給機４０を駆動する前の比較的高温で圧力の高い排気ガスの一部を吸気通路１０に還流するものである。ＨＰ−ＥＧＲ通路６０にはＨＰ−ＥＧＲ弁６１（第１ＥＧＲ弁）が設けられ、ＥＣＵ１００のＥＧＲ制御部１０２（図２参照）により開閉制御されるようになっている。またＨＰ−ＥＧＲ弁６１の上流側（排気側）にはＨＰ−ＥＧＲクーラ６２が設けられている。

また、吸気通路１０のＬＰ−ＥＧＲ通路５０との接続部よりも上流側には、吸入空気量を調整するＬＰ吸気スロットル弁２４が設けられており、ステッピングモータ２４ａによって開閉駆動されるようになっている。一方、排気通路３０のＬＰ−ＥＧＲ通路５０との接続部より下流側には、排気シャッター弁３７が設けられており、アクチュエータ３７ａで開閉駆動されるように構成されている。各ステッピングモータ２４ａ、３７ａは、エンジン制御ユニット１００のＥＧＲ制御部１０２によってその開弁量が制御されるように構成されている。

上述のようなエンジンの運転状態を検出するために、エンジン本体１には、一対のクランク角センサＳＷ１が設けられている。クランク角センサＳＷ１は、一方から出力される検出信号に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出されるとともに、双方から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト８の回転方向および位相を検出するようになっている。

さらにエンジン本体１には、冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ２が設けられている。

また吸気通路１０においては、エアクリーナ１４を通過した直後の空気流量を検出するために、共通吸気通路１３のエアクリーナ１４とＬＰ吸気スロットル弁２４との間にエアフローメータＳＷ３が設けられている。さらにサージタンク１２には、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ４と吸気圧力を検出する吸気圧力センサＳＷ５とが周知の構成と同様に設けられている。さらに、共通吸気通路１３のコンプレッサホイール４３とインタークーラ１６との間には、排気ターボ過給圧を検出するための過給圧センサＳＷ６が設けられている。

他方、排気通路３０においては、空燃比を制御するための圧力センサＳＷ７が共通排気通路３３の排気浄化装置３４の上流側に配置されている。また、排気浄化装置３４の下流側には、当該排気浄化装置３４の活性度合いを検出するための圧力センサＳＷ８が配置されている。本実施形態では、排気浄化装置３４の前後の圧力差をこれら圧力センサＳＷ７およびＳＷ８の検出値に基づいて演算することにより、排気浄化装置３４に堆積したＰＭ等の堆積度合いを検出するようにしている。

また、エンジンには、アクセルペダル７０の踏み込み量を検出するアクセルセンサＳＷ９が設けられている。

さらにエンジンには、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００が設けられている。

図２は、本実施形態に係るエンジンの制御系ブロック図である。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマー群、インターフェース並びにこれらのユニットを接続するバス等を有するマイクロプロセッサで構成された制御ユニットである。

ＥＣＵ１００には入力要素として、上述した各センサＳＷ１〜ＳＷ９を含む各種のセンサやスイッチが接続されており、これらからの検出信号を受けることによって運転状態を判定できるようになっている。またＥＣＵ１００には、出力要素として、図略のコントローラやドライバと接続されており、これらのユニットを介して上述の燃料噴射弁７、電動過給機１８、ＥＢバイパス弁２３、ＬＰ吸気スロットル弁２４、排気シャッター弁３７、ＬＰ−ＥＧＲ弁５１およびＨＰ−ＥＧＲ弁６１が接続されている。

ＥＣＵ１００のメモリには、エンジン全体を制御するためのプログラムやデータが記憶されており、ＥＣＵ１００は、このプログラムを実行することによりエンジンの運転制御を統括的に制御する。

ＥＣＵ１００のプログラムやメモリは、図２に示すように機能的に、燃焼制御部１０１、ＥＧＲ制御部１０２および電動過給機制御部１０４を含む。

燃焼制御部１０１は、アクセル開度センサＳＷ９で検出されるアクセル開度（エンジン負荷）やクランク角センサＳＷ１で検出されるエンジン回転速度Ｎｅをはじめとする各検出信号に基き、運転状態に応じた燃料噴射量及び燃料噴射時期を設定し、燃料噴射弁７に燃料を噴射させる。

ＥＧＲ制御部１０２は、ＥＧＲに関する制御を実行する。本実施形態では、図３に示すＥＧＲマップに基いて所定の運転転領域でＥＧＲを行うように構成されている。図３では、横軸にエンジン回転速度Ｎｅ（ｒｐｍ）、縦軸にアクセル開度（％）を示す。図３を参照して、低〜中速かつ低〜中負荷の領域に、ＥＧＲを行うＥＧＲ領域Ｂが設定され、それよりも高速または高負荷領域はＥＧＲを行わない非ＥＧＲ領域Ａとされている。ＥＧＲ領域Ｂのうち、比較的高速高負荷側の領域に、低圧ＥＧＲを行うＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１が設定され、残余の領域に高圧ＥＧＲを行うＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２が設定されている。

但しこのＥＧＲマップは、定常運転（緩加速を含む）の場合に適用されるものであって、所定以上の加速時（例えばアクセル開度センサＳＷ９で検出されるアクセル踏込み量または踏込み速度が所定値以上のとき）にはＥＧＲ領域ＢであってもＥＧＲが停止される。

ＥＧＲ制御部１０２は、非ＥＧＲ領域ＡにおいてＥＧＲを停止するとき、具体的にはＬＰ−ＥＧＲ弁５１及びＨＰ−ＥＧＲ弁６１を閉弁させる。こうすることにより、ＬＰ−ＥＧＲ通路５０及びＨＰ−ＥＧＲ通路６０が閉じられるので排気ガスの還流がなされない。すなわちＥＧＲが停止される。このときＥＧＲ制御部１０２は、新気の吸入抵抗および排気抵抗を最小限とするためにＬＰ吸気スロットル弁２４及び排気シャッター弁３７を全開にする。図４に、この非ＥＧＲ領域Ａにおける代表的な吸気または排気の流れを矢印で示す。

またＥＧＲ制御部１０２は、ＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２において高圧ＥＧＲを行うとき、具体的にはＬＰ−ＥＧＲ弁５１を閉じるとともにＨＰ−ＥＧＲ弁６１を開く。こうすることにより、ＨＰ−ＥＧＲ通路６０を通って高圧のＥＧＲガスが吸気ポート３に還流される。すなわち高圧ＥＧＲが行われる。ＥＧＲガスはＨＰ−ＥＧＲクーラ６２によって冷却されて還流される。高圧ＥＧＲによって、吸気中の不活性成分が増大するため、燃焼温度が低減し、ＮＯｘの生成が抑制される。なお一般的に、通常のＥＧＲ（単にＥＧＲというとき）は、この高圧ＥＧＲを指す。図５に、このＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２における高圧ＥＧＲの代表的な吸気または排気の流れを矢印で示す。またＥＧＲガスの流れを破線で示す。

またＥＧＲ制御部１０２は、ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１において低圧ＥＧＲを行うとき、具体的にはＨＰ−ＥＧＲ弁６１を閉じるとともにＬＰ−ＥＧＲ弁５１を開く。こうすることにより、ＬＰ−ＥＧＲ通路５０を通って低圧のＥＧＲガスが共通吸気通路１３に還流される。すなわち低圧ＥＧＲが行われる。ＥＧＲガスはＬＰ−ＥＧＲクーラ５２によって冷却されて還流される。またＥＧＲ制御部１０２は、ＬＰ吸気スロットル弁２４及び排気シャッター弁３７の開度を適宜低減する。こうすることにより、排気通路３０を流れる排気ガスがＬＰ−ＥＧＲ通路５０に分流し易くなり、ＬＰ−ＥＧＲ通路５０を通ったＥＧＲガスが共通吸気通路１３に合流し易くなる。つまりＬＰ吸気スロットル弁２４及び排気シャッター弁３７の開度を調節することにより、ＬＰ−ＥＧＲ通路５０を通るＥＧＲガス量を調節することができる。図６に、このＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１における低圧ＥＧＲの代表的な吸気または排気の流れを矢印で示す。またＥＧＲガスの流れを破線で示す。

低圧ＥＧＲを行うことにより、以下説明するように、高圧ＥＧＲでは実行困難な比較的高負荷高回転領域にまでＥＧＲ領域Ｂを拡大することができる。高圧ＥＧＲでは、高負荷高回転になるに従って吸気圧力が増大するので、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１を開いても排気ガスが還流し難くなってくる。特に排気ターボ過給機４０による過給効果が高くなるに従い、その現象が顕著となる。これに対して低圧ＥＧＲでは、排気ターボ過給機４０のコンプレッサホイール４３より上流側（過給前の吸気）に排気を還流させるので、高圧ＥＧＲではＥＧＲガスの還流が難しいような運転領域（ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１）でも適正に排気を還流させることができる。つまりＥＧＲ領域を拡大することができる。

図２に戻って説明を続ける。電動過給機制御部１０４は、電動過給機１８の駆動を制御する。本実施形態では、電動過給機制御部１０４は加速時に電動過給機１８を駆動させる。また電動過給機制御部１０４は、電動過給機１８を駆動させないときにはＥＢバイパス通路２１のＥＢバイパス弁２３を開き、駆動させるときにはＥＢバイパス弁２３を閉じる。こうすることにより、電動過給機１８を駆動させないときには吸気をＥＢバイパス通路２１に導いて吸気抵抗を低減し、電動過給機１８を駆動させるときには確実に吸気を電動過給機１８のインペラ等に導くことができる。

電動過給機１８はモータ１８ａによる駆動なので応答性が良く、速やかに過給圧を高めることができる。従って、排気ターボ過給機４０でしばしば問題視されるターボラグを補完する過給を行うことができる。なお本実施形態では、後述する燃焼室バイパス制御によって、ターボラグを実質的に短縮することも実現している。

そしてＥＣＵ１００は、上記ＥＧＲ制御部１０２および電動過給機制御部１０４を適宜協働させて燃焼室バイパス制御を実行する燃焼室バイパス制御手段となっている。

燃焼室バイパス制御は、少なくともＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉弁される運転領域（ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１または非ＥＧＲ領域Ａ）における所定以上の加速時、電動過給機１８を作動させるとともにＨＰ−ＥＧＲ弁６１を開き、吸気の一部をＨＰ−ＥＧＲ通路６０を経由して排気通路３０に導く制御である。

図７に、この燃焼室バイパス制御における吸気または排気の流れを矢印で示す。この図に示すように、過給された吸気の一部がＨＰ−ＥＧＲ通路６０を通って（燃焼室２ａをバイパスして）排気通路３０に導かれている。排気通路３０に導かれた過給気は、通常の排気ガスと合流して排気ターボ過給機４０のタービンホイール４１を強力に駆動する。これによって排気ターボ過給機４０による速やかな吸気圧の上昇がなされる。

この燃焼室バイパス制御を従来の制御（ＥＧＲ弁が開弁されない）と比較すると、従来の制御では、電動過給機１８で過給された吸気が一旦燃焼室２ａに導かれ、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程を経た後に排気通路３０に排気されてタービンホイール４１を駆動する。これに対して本実施形態の燃焼室バイパス制御では、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１を開いて吸気の一部を直接排気通路３０に導き、タービンホイール４１を駆動する。つまり燃焼室２ａ内での上記各行程を省略してより直接的にタービンホイール４１を駆動するので、吸気圧の上昇応答性が高められ、ターボラグが短縮される。

また本実施形態において、吸気通路１０には、上流側から順に、コンプレッサホイール４３、インタークーラ１６及び電動過給機１８が配設されている。この構成により、コンプレッサホイール４３で圧縮され、温度上昇した過給気がインタークーラ１６により冷却されて密度が上昇する。それをさらに電動過給機１８で過給するので、排気ターボ過給機４０による過給状態からの過給効率を高めることができる。

なお本実施形態において、ＥＣＵ１００は、電動過給機１８による過給圧が排気圧よりも高くなったときに燃焼室バイパス制御を開始する。従って燃焼室バイパス制御でＨＰ−ＥＧＲ弁６１を開弁したとき、排気ガスがＨＰ−ＥＧＲ通路６０を経由して吸気側に逆流することが抑制され、図７に示すように、過給気を吸気側からＨＰ−ＥＧＲ通路６０を経由して排気側に適正に導くことができる。

また、その程度に充分過給された状態でＨＰ−ＥＧＲ弁６１が開弁されるので、吸気の一部がＨＰ−ＥＧＲ通路６０に導かれることによる吸気流量低下の影響も抑制することができる。

さらに本実施形態において、ＥＣＵ１００は、燃焼室バイパス制御を、排気ターボ過給機４０の加速初期段階の所定期間実行するように構成されている。こうすることにより、以下説明するように、燃焼室バイパス制御におけるＥＧＲ弁の開弁期間を、最も効果的かつ弊害の少ない適正期間とすることができる。

燃焼室バイパス制御の効果が最も高いのが、加速初期段階である。加速初期段階においては慣性によってタービンホイール４１が加速され難い状態となっている。そこでその時期に燃焼室バイパス制御によって強力にタービンホイール４１を駆動することにより、その加速を容易化することができる。しかしある程度加速されて勢い付いた後はタービンホイール４１が加速され易くなるので、燃焼室バイパス制御を行うことの有利性が低下して行く（排気ガスのみによる駆動で充分になって行く）。

一方、燃焼室バイパス制御を長時間行うと、吸気の一部がＨＰ−ＥＧＲ通路６０を経由して排気側に流れ、燃焼室２ａに流入する吸気流量が低下する懸念が増大する。

以上の効果と弊害とのバランスを考慮して、本実施形態では、排気ターボ過給機の加速初期段階の所定期間、燃焼室バイパス制御を実行する。この所定期間は、タービンホイール４１の初期加速を加勢しつつ、吸気流量低下を可及的に抑制することのできる期間であって、予め実験等によって策定し、設定されている。具体的には０．１〜０．５ｓ程度、より望ましくは０．３ｓ程度に設定されている。但しその最適値は各種諸元や運転状態によって異なるので、適宜変動し得るものである。

さらに本実施形態において、ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１（低圧ＥＧＲ）からの加速時に燃焼室バイパス制御を行う場合には、以下説明するような付加的な効果をも奏する。

低圧ＥＧＲでは、電動過給機１８で過給する段階で、既に吸気中に多くのＥＧＲガスが含まれている。そのような状態で加速要求があったとき、従来制御のように単に電動過給機１８を作動させても、燃焼室２ａ内に導かれる過給気中には多くのＥＧＲガスが含まれることとなる。そのような状態で供給燃料（燃料噴射弁７の噴射量）を増やしても徒にスモークが増大するばかりで、あまりトルクの増大に結びつかない。

また、低圧ＥＧＲであって且つインタークーラ１６による冷却がなされるとはいえ、ＥＧＲガスの温度は新気に比べて高温である。従って、そのような高温のＥＧＲガスを過給して燃焼室２ａに導いても、効果的なトルクアップに結びつき難い。

そこで本実施形態の燃焼室バイパス制御によれば、そのようなＥＧＲガスの一部を燃焼室２ａをバイパスさせて直接排気通路３０に導くことにより、吸気通路１０中のＥＧＲガスの掃気が促進される（そのときには低圧ＥＧＲを停止させるのが望ましい）。従って、速やかに多くの新気を燃焼室２ａに導くことができるので、上記スモークの増大を抑制しつつ供給燃料を増大させることができ、また低温の吸気（新気）による燃焼を行わせることができ、効果的なトルクアップを図ることができる。

このように、ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１からの加速時に燃焼室バイパス制御を行うことにより、上記排気ターボ過給機４０の初期加速促進効果に加え、吸気通路１０の掃気促進による効果的なトルクアップをも促進することができ、その相乗効果によって一層加速応答性を高めることができる。

図８及び図９は、ＥＧＲ及び燃焼室バイパス制御を中心とするＥＣＵ１００の概略フローチャートである。このフローチャートがスタートすると、まず各種センサ類からの検出信号が読込まれ（ステップＳ１）、所定以上の加速時であるか否かの判定がなされる（ステップＳ２）。ステップＳ２でＹＥＳであれば電動過給機１８が駆動されるとともに（ステップＳ３）、ＥＢバイパス弁２３が閉じられる（ステップＳ４）。

さらにここで、加速前（アクセル踏込み前）の運転領域が、ＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２であったか否かについての判定が行われる（ステップＳ５）。ステップＳ５でＹＥＳであればフラグＦＬＧに「０」が入力され（ステップＳ６）、ＮＯであればフラグＦＬＧに「１」が入力される（ステップＳ７）。その後ステップＳ１１に移行する。

一方、ステップＳ２でＮＯの場合、電動過給機１８が停止されるとともに（ステップＳ８）、ＥＢバイパス弁２３が開弁され（ステップＳ９）、ステップＳ１１に移行する。

ステップＳ１１では、加速後（アクセル踏込み後）の運転領域（加速時でない場合には現状の運転領域）がＥＧＲ領域Ｂであるか否かの判定が行われる。ステップＳ１１でＹＥＳの場合、さらに運転領域がＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１であるか否かの判定がなされる（ステップＳ１５）。ステップＳ１５でＹＥＳの場合、通常の低圧ＥＧＲが実行される。すなわち、ＬＰ−ＥＧＲ弁５１が目標ＥＧＲ量に応じて適宜開度に制御されるとともに（ステップＳ１６）、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉弁される（ステップＳ１７）。

一方、ステップＳ１５でＮＯの場合、つまりＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２であった場合、通常の高圧ＥＧＲが実行される。すなわち、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１が目標ＥＧＲ量に応じて適宜開度に制御されるとともに（ステップＳ２１）、ＬＰ−ＥＧＲ弁５１が閉弁される（ステップＳ２２）。

遡って、ステップＳ１１でＮＯの場合、つまり加速後（又は現状）の運転領域が非ＥＧＲ領域Ａであった場合、ＥＧＲは実行されない。すなわち、ＬＰ−ＥＧＲ弁５１及びＨＰ−ＥＧＲ弁６１が一旦閉じられる（ステップＳ２５）。

続いて加速度合が所定値以上であるか否かの判定がなされる（ステップＳ２６）。この判定はステップＳ２における判定よりも閾値の高い判定である。つまり、少なくともステップＳ２でＹＥＳと判定される最低限の加速度合以上の加速度合であるとき、ステップＳ２６でＹＥＳと判定される。換言すれば、ステップＳ２６でＹＥＳと判定されるときは、必ずステップＳ２でＹＥＳと判定され、電動過給機１８が駆動されている。

ステップＳ２６でＮＯの場合、リターンされて通常の非ＥＧＲ領域Ａでの運転が継続される。ステップＳ２６でＹＥＳの場合、さらにＦＬＧ＝１であるか否かの判定が行われる（ステップＳ２７）。ステップＳ２７でＮＯの場合、加速前がＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２領域であったことを意味するので、燃焼室バイパス制御は実行されず、リターンされて通常の非ＥＧＲ領域Ａでの運転が継続される。

一方、ステップＳ２７でＹＥＳの場合、加速前がＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２領域でなかった（ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１または非ＥＧＲ領域Ａであった）ことを意味するので、以下燃焼室バイパス制御に向けた制御が行われる。次のステップＳ３１で、電動過給機１８による過給圧が排気圧より高くなっているか否かが判定される。ここでＮＯであれば過給圧が上昇するまで待機し、ＹＥＳとなった時点で燃焼室バイパス制御が開始される。すなわちＨＰ−ＥＧＲ弁６１が開弁され（ステップＳ３２）、過給気の一部がＨＰ−ＥＧＲ通路６０を経由して（燃焼室２ａをバイパスして）直接排気通路３０に導かれ、通常の排気ガスと合流して排気ターボ過給機４０のタービンホイール４１を強力に駆動する。

これにより、タービンホイール４１の加速初期段階における加速が促進され、ターボラグが短縮される。

またステップＳ３２では、タイマー値Ｔｍがリセットされるとともにカウントが開始される。そして、そのタイマー値Ｔｍが所定時間Ｔｍ１（例えばＴｍ１＝０．３ｓ）を超えた時点で（ステップＳ３３でＹＥＳ）、燃焼室バイパス制御が停止される。すなわちＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉弁される（ステップＳ３４）。

なお、タイマー値Ｔｍが所定時間Ｔｍ１となった時点で依然加速中であっても、燃焼室バイパス制御を停止して構わない。この時点で、タービンホイール４１の初期加速が充分行われており、以降は排気ガスのみによる駆動で充分な過給が可能となるからである。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記実施形態ではエンジンがディーゼルエンジンであるとしたが、ガソリンエンジンであっても良い。

ＥＧＲは高圧ＥＧＲのみの構成であっても良い。但し、上記実施形態のように低圧ＥＧＲを行う構成とした場合、その低圧ＥＧＲ状態（ＬＰ−ＥＧＲ領域Ｂ１）からの加速時に燃焼室バイパス制御を実行することにより、吸気通路１０の掃気が促進されてスモーク等の弊害を抑制しつつ速やかなエンジントルクの上昇を図ることができるので、ターボラグ短縮との相乗効果によって顕著な加速応答性向上効果が得られるという利点がある。

上記実施形態では燃焼室バイパス制御の実行期間を所定時間Ｔｍ１としたが、このＴｍ１は一定値でなくても良い。例えば加速前後の運転状態に応じて予め設定されマップ化されたデータから読込むようにしても良い。

本発明の一実施形態に係る装置を備えたエンジンの全体構成図である。 上記エンジンの制御系ブロック図である。 上記エンジンのＥＧＲマップである。 上記ＥＧＲマップの、非ＥＧＲ領域における代表的な吸気または排気の流れを示す、図１に対応する図である。 上記ＥＧＲマップの、高圧ＥＧＲ領域における代表的な吸気、排気またはＥＧＲガスの流れを示す、図１に対応する図である。 上記ＥＧＲマップの、低圧ＥＧＲ領域における代表的な吸気、排気またはＥＧＲガスの流れを示す、図１に対応する図である。 上記エンジンの、燃焼室バイパス制御における代表的な吸気または排気の流れを示す、図１に対応する図である。 上記エンジンの、ＥＧＲ及び燃焼室バイパス制御を中心とする概略フローチャート（前半）である。 図８のフローチャートの後半である。

符号の説明

１ エンジン本体
１０ 吸気通路
１６ インタークーラ
１８ 電動過給機
３０ 排気通路
４０ 排気ターボ過給機
４１ タービンホイール
４３ コンプレッサホイール
５０ 低圧ＥＧＲ通路（第２ＥＧＲ通路）
５１ 低圧ＥＧＲ弁（第２ＥＧＲ弁）
６０ 高圧ＥＧＲ通路（（第１）ＥＧＲ通路）
６１ 高圧ＥＧＲ弁（（第１）ＥＧＲ弁）
１００ エンジン制御ユニット（燃焼室バイパス制御手段）
１０２ ＥＧＲ制御部（ＥＧＲ弁制御手段）

Claims (5)

1. エンジンの吸気通路に設けられたコンプレッサホイールと排気通路に設けられたタービンホイールとを備える排気ターボ過給機と、
   電気駆動される電動過給機と、
   上記排気通路の上記タービンホイールより上流側と上記吸気通路の上記電動過給機より下流側とを接続して排気ガスの一部を還流するＥＧＲ通路と、
   上記ＥＧＲ通路に配設され、排気ガス還流状態を調整可能なＥＧＲ弁と、
   所定の低負荷運転領域において上記ＥＧＲ弁を開弁制御するとともにそれより高負荷運転領域において該ＥＧＲ弁を閉弁するＥＧＲ弁制御手段とを備えたエンジンの過給装置において、
   上記ＥＧＲ弁が閉弁される上記高負荷運転領域における所定以上の加速時、上記電動過給機を作動させるとともに上記ＥＧＲ弁を開き、吸気の一部を上記ＥＧＲ通路を経由して上記排気通路に導く燃焼室バイパス制御を実行する燃焼室バイパス制御手段を備えることを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 上記吸気通路には、上流側から順に、上記コンプレッサホイール、吸気を冷却するインタークーラ及び上記電動過給機が配設されていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの過給装置。
3. 上記燃焼室バイパス制御手段は、上記電動過給機による過給圧が排気圧よりも高くなったときに上記燃焼室バイパス制御を開始することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの過給装置。
4. 上記燃焼室バイパス制御手段は、上記燃焼室バイパス制御を、上記排気ターボ過給機の加速初期段階の所定期間実行することを特徴とする請求項３記載のエンジンの過給装置。
5. 第１ＥＧＲ通路および第１ＥＧＲ弁として上記ＥＧＲ通路および上記ＥＧＲ弁を備え、
   さらに、上記排気通路の上記タービンホイールより下流側と上記吸気通路の上記コンプレッサホイールより上流側とを接続して排気ガスの一部を還流する第２ＥＧＲ通路と、
   上記第２ＥＧＲ通路に配設され、排気ガス還流状態を調整可能な第２ＥＧＲ弁とを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエンジンの過給装置。

Images