JP2008274833A - エンジンの過給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動過給機による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】ＥＧＲ通路６０と、ＥＧＲ弁６１と、加速時にＥＧＲ弁６１を閉弁するＥＧＲ弁制御手段と、加速時に電気駆動される電動過給機１８と、電動過給機１８より下流側に配設された吸気制御弁２５とを備えたエンジンの過給装置において、電動過給機１８と吸気制御弁２５との間の吸気通路とＥＧＲ弁６１より吸気ポート３側のＥＧＲ通路６０とを連通させる連通路８０と、連通路を開閉する連通弁８１と、加速時に連通弁８１を開弁させるとともに吸気制御弁２５の開度を低減し、電動過給機１８で過給された吸気を連通路８０を介して吸気ポート３に導く吸気バイパス制御を実行する吸気バイパス制御手段とを備えるように構成する。
【選択図】図１１

Description

本発明はエンジンの過給装置に関し、特にＥＧＲ（排気再循環）を行うように構成されているとともに電動過給機を備え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、電動過給機といえども瞬時に過給圧を高めるものではなく、ある程度の遅れが生じることは避け難い。一般的に、電動過給機の下流側の吸気通路容積が大きいほど過給圧の上昇遅れは大きくなる。

ところで、一般的に吸気通路上にはサージタンクと呼ばれる大容積部（空気溜り）が設けられる。サージタンクの容積が大きいほど吸気脈動や吸気干渉を防ぐ効果が大きい。しかしながら、電動過給機は通常、サージタンクの上流側に設けられるので、サージタンクの容積が大きいほど電動過給機による吸気圧の上昇遅れが大となる、すなわち過給圧の上昇遅れ抑制効果が目減りしてしまう虞がある。

このように、電動過給機による過給は、排気ターボ過給機に比べれば速い過給圧の上昇を得ることができるが、さらに改善の余地を残すものであった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電動過給機による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課題としている。

上記課題を解決するための請求項１に係る発明は、エンジンの排気通路と各気筒の吸気ポート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、所定の運転領域において定常運転時には上記ＥＧＲ弁を開弁制御するとともに加速時には該ＥＧＲ弁を閉弁するＥＧＲ弁制御手段と、少なくとも加速時に電気駆動される電動過給機と、上記電動過給機より下流側に配設され、エンジンの吸気量を調節可能な吸気制御弁とを備えたエンジンの過給装置において、上記電動過給機と上記吸気制御弁との間の吸気通路と上記ＥＧＲ弁より上記吸気ポート側の上記ＥＧＲ通路とを連通させる連通路と、上記連通路を開閉する連通弁と、上記ＥＧＲ弁が閉弁される加速時に、上記連通弁を開弁させるとともに上記吸気制御弁の開度を低減し、上記電動過給機で過給された吸気の少なくとも一部を上記連通路を介して上記吸気ポートに導く吸気バイパス制御を実行する吸気バイパス制御手段と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、排気ターボ過給機を備え、上記吸気バイパス制御手段は、上記吸気バイパス制御を開始した後、上記排気ターボ過給機による過給圧が所定値以上に上昇したことを以って上記吸気バイパス制御を停止す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、上記吸気ポートは、スワールポートとタンジェンシャルポートとから構成されるとともに、上記タンジェンシャルポートには該タンジェンシャルポートを通る吸気流量を調節するスワールコントロール弁が設けられており、上記スワールコントロール弁の開度を調節するスワールコントロール弁制御手段を備え、上記ＥＧＲ通路は上記タンジェンシャルポートの上記スワールコントロール弁より下流側に接続されており、上記スワールコントロール弁制御手段は、上記吸気バイパス制御の実行中、上記スワールコントロール弁を閉弁す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、電動過給機による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、電動過給機と吸気制御弁との間の吸気通路とＥＧＲ弁より吸気ポート側のＥＧＲ通路とを連通させる連通路と、その連通路を開閉する連通弁とが設けられている。この構成によれば、ＥＧＲ弁を開き、かつ連通弁を閉じた場合には、ＥＧＲ通路は従来の一般的なＥＧＲ通路と同様の作用、すなわち排気ガスを排気通路から吸気ポートへ還流させる作用を有する。

一方、ＥＧＲ弁を閉じ、かつ連通弁を開いた場合には、ＥＧＲ通路の一部（ＥＧＲ弁よりも吸気ポート側）は、連通路とともに、電動過給機で過給された吸気の少なくとも一部を、吸気制御弁より下流側の吸気通路をバイパスして上記吸気ポートに導く吸気バイパス通路を形成する。

このようにＥＧＲ弁と連通弁との開閉によって、ＥＧＲ通路を通常の排気ガス還流通路として用いたり、上記吸気バイパス通路として用いたりすることができる。その使い分けは、ＥＧＲが定常運転時に行われ、加速時には停止される（ＥＧＲ弁が閉じられる）ことにより適正に実現可能である。つまり、ＥＧＲ通路を、通常の排気ガス還流通路として用いる要求（定常運転時）と吸気バイパス通路として用いる要求（加速時）とが同時に発生することがないので、相互に干渉することなく要求に応じた使い分けができるのである。

加速時に吸気バイパス制御を行うと、例えば吸気制御弁より下流側にサージタンクのような大容積部があっても、それをバイパスして吸気することが可能となるので、その大容積部の影響を可及的に抑制し、過給圧の上昇応答性を高めることができる。

なお、電動過給機で過給された吸気のうち、全てを吸気バイパス通路に導いても良いし、一部を導いても良い。その調節は吸気制御弁の開度調整によって可能である。従って、予め最も効果的な（過給応答性が良く、かつ他の弊害が少ない）吸気制御弁の開度を設定しておき、好適なバイパス流量となるようにすれば良い。

請求項２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。

本発明の構成によれば、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値以上に上昇するまで電動過給機を作動させるとともに吸気バイパス制御を実行する。従って、ターボラグに相当する期間、吸気バイパス制御を伴った電動過給機による過給効果が得られ、過給圧上昇遅れを一層顕著に抑制することができる。

請求項３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。

本発明の構成にあるスワールポート及びタンジェンシャルポートは、周知の吸気ポート形態である。１気筒当り２つ（又はそれ以上）の吸気バルブを備える場合、少なくとも１つの吸気ポートをスワールポートとし、他をタンジェンシャルポートとするような構成が可能となる。スワールポートからの吸気はタンジェンシャルポートからの吸気よりも気筒内でスワール（横旋回渦）を起こし易いという特徴がある。

また本発明のように、タンジェンシャルポートに該タンジェンシャルポートを通る吸気流量を調節するスワールコントロール弁を設ける構成も周知である。スワールコントロール弁を絞るとタンジェンシャルポートを通る吸気流量が低減するので、相対的にスワールポートを通る吸気流量割合が増大する。それによって、スワールの生成が促進される。これは、比較的低負荷運転状態において混合気のミキシングを促進するのに有利である。一方、高負荷運転領域では、スワールコントロール弁の開度を増大させ、全体の吸気流量を増大させるのが良い。

本発明の構成によれば、ＥＧＲ通路がタンジェンシャルポートのスワールコントロール弁より下流側に接続されている。そしてスワールコントロール弁制御手段は、吸気バイパス制御の実行中、スワールコントロール弁を閉弁する。このようにすると、吸気バイパス制御において電動過給機で過給された吸気が連通路およびＥＧＲ通路を介してタンジェンシャルポートに導かれる。このとき、スワールコントロール弁が閉弁されているので、吸気はスワールコントロール弁より上流側に逆流することなく、適正に吸気バルブ側（気筒側）に導かれる。従って、効率の良い吸気バイパスを行うことができるのである。

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。また図２は、そのエンジンの吸排気系について詳細に示す部分構成図（平面図）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。図１に示すように、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。

図２に示すように、吸気ポート３は分岐しており（吸気２バルブ）、一方がスワールポート３ａ、他方がタンジェンシャルポート３ｂとなっている。これらのポート形状は周知なので詳細な説明は省略するが、スワールポート３ａを通る吸気の方が、タンジェンシャルポート３ｂを通る吸気よりも気筒２内に強いスワール（横旋回流）を生成させる。

またタンジェンシャルポート３ｂには、これを通る吸気量を調節するスワールコントロール弁３ｃが設けられている。スワールコントロール弁３ｃは、エンジン制御ユニット（以下ＥＣＵと略称する）１００のスワールコントロール弁制御部（以下ＳＣＶ制御部と略称する）１０３（図３参照）の制御によって開度調節される。

図１に戻って説明を続ける。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、各気筒２の吸気ポート３に接続される気筒別の吸気マニホールド２６を有するサージタンク１２と、その上流の共通吸気通路１３とを備えている。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よりも下流側には、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３参照）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。

ＥＢバイパス通路２１のさらに下流側のサージタンク１２の入口付近に、吸気流量を調節可能な吸気制御弁２５が設けられている。吸気制御弁２５には、電磁ソレノイドで駆動されるアクチュエータ２５ａが設けられており、これがＥＣＵ１００の吸気制御弁制御部１０６（図３参照）によって駆動されるように構成されている。

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、図では簡略化されているが、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。

次に、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が設けられ、ＥＣＵ１００のＥＧＲ制御部１０２（図３参照）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−ＧＥＲクーラ５２が設けられている。

ＨＰ−ＥＧＲ通路６０は、共通排気管３３のタービンホイール４１よりも上流側と吸気ポート３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。

一般的なＨＰ−ＥＧＲ通路６０として、排気ガスを各気筒分岐前（共通吸気通路１３やサージタンク１２）に還流させる形態と、各気筒分岐後（吸気マニホールド２６や吸気ポート３）に還流させる形態とが知られているが、本実施形態では後者の形態をとる。すなわち図２に示すように、ＨＰ−ＥＧＲ通路６０には還流された排気ガス（ＥＧＲガス）の集合部であるＥＧＲポート６３が設けられ、ここから気筒別ＥＧＲ通路６４が分岐している。気筒別ＥＧＲ通路６４は、各タンジェンシャルポート３ｂのスワールコントロール弁３ｃより下流側に接続されている。

ＨＰ−ＥＧＲ通路６０のＥＧＲポート６３よりも上流側（排気側）にはＨＰ−ＥＧＲ弁６１が設けられ、ＥＣＵ１００のＥＧＲ制御部１０２（図３参照）により開閉制御されるようになっている。またＨＰ−ＥＧＲ弁６１のさらに上流側にはＨＰ−ＧＥＲクーラ６２が設けられている。

さらに、電動過給機１８と吸気制御弁２５との間の吸気通路２２と、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１とＥＧＲポート６３との間のＨＰ−ＥＧＲ通路６０とを連通させる連通路８０が設けられている。連通路８０には連通弁８１が設けられ、ＥＣＵ１００の連通弁制御部１０５（図３参照）により開閉制御されるようになっている。

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に堆積したパティキュレートマター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３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スワールコントロール弁３ｃ、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、吸気制御弁２５、排気シャッター弁３７、ＬＰ−ＥＧＲ弁５１、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１および連通弁８１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３に示すように機能的に、燃焼制御部１０１、ＥＧＲ制御部１０２、スワールコントロール弁（ＳＣＶ）制御部１０３、電動過給機制御部１０４、連通弁制御部１０５および吸気制御弁制御部１０６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４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４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４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ＧＥＲ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５及び図６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ＧＥＲが行われる。ＥＧＲガスはＨＰ−ＧＥＲ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ＧＥＲを指す。図７及び図８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ＧＥＲが行われる。ＥＧＲガスはＬＰ−ＧＥＲ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９及び図１０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３に戻って説明を続ける。ＳＣＶ制御部１０３は、図２に示すスワールコントロール弁３ｃの開度調節を行う。具体的には、比較的低負荷運転領域においては低開度とする。こうすると、タンジェンシャルポート３ｂを通る吸気流量が低減するので、相対的にスワールポート３ａを通る吸気流量割合が増大する。それによって、スワールの生成が促進され、より良好な混合気のミキシングが行われる。一方、高負荷運転領域では、ＳＣＶ制御部１０３はスワールコントロール弁３ｃの開度を増大させる。これにより、全体の吸気流量が増大され、大きな燃焼エネルギーを得ることができる。

上述の図６（非ＥＧＲ領域Ａ）ではスワールコントロール弁３ｃを開いた状態、図８及び図１０（ＥＧＲ領域Ｂ）ではスワールコントロール弁３ｃを閉じた状態を示しているが、ＥＧＲ領域Ｂにおいても負荷に応じて適宜スワールコントロール弁３ｃを開いても良い。その場合図８（ＨＰ−ＥＧＲ領域Ｂ２）では、タンジェンシャルポート３ｂ内で新気とＥＧＲガスとが合流する。

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、連通路８０を備えた構造と後述する吸気バイパス制御とによって、通常の電動過給機１８の使用形態に比べてさらに高い応答性を実現している。

連通弁制御部１０５は、連通弁８１の開閉を制御する。連通弁制御部１０５は、通常制御においては連通弁８１を閉弁する（図５〜図１０参照）。一方、後述する吸気バイパス制御においては連通弁８１を開弁し、連通路８０を介して吸気通路２２とＨＰ−ＥＧＲ通路６０とを連通させる（図１１、図１２参照）。

吸気制御弁制御部１０６は、吸気制御弁２５の開度を調節する。吸気制御弁制御部１０６は、通常制御においては吸気制御弁２５を開弁し、後述する吸気バイパス制御においては吸気制御弁２５を適宜絞ってサージタンク１２に入る吸気流量を調節する。

そしてＥＣＵ１００は、上記ＥＧＲ制御部１０２、ＳＣＶ制御部１０３、電動過給機制御部１０４、連通弁制御部１０５および吸気制御弁制御部１０６を適宜協働させて吸気バイパス制御を実行する吸気バイパス制御手段となっている。

吸気バイパス制御は、ＥＧＲ領域Ｂにおいて、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１（及びＬＰ−ＥＧＲ弁５１）が閉弁される加速時に、連通弁８１を開弁させるとともに吸気制御弁２５の開度を低減し、電動過給機１８で過給された吸気の少なくとも一部を連通路８０、ＨＰ−ＥＧＲ通路６０及び気筒別ＥＧＲ通路６４を介して吸気ポート３（のタンジェンシャルポート３ｂ）に導く制御である。またＳＣＶ制御部１０３は、通常制御においてスワールコントロール弁３ｃを開弁させるような運転状態であっても、吸気バイパス制御の実行中はスワールコントロール弁３ｃを閉弁する。

図１１及び図１２に、この吸気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。これらの図に示すように、過給された吸気の少なくとも一部が、連通路８０〜ＨＰ−ＥＧＲ通路６０〜ＥＧＲポート６３〜気筒別ＥＧＲ通路６４〜吸気ポート３という通路（以下吸気バイパス通路８５という）を通って吸気ポート３に導かれている。吸気バイパス通路８５はサージタンク１２をバイパスする通路であるとも言える。サージタンク１２は、その大容積によって吸気脈動や吸気干渉を抑制する作用がある一方、過給圧の上昇速度をも抑制してしまうという望ましくない面がある。そこで、吸気バイパス通路８５によってこれをバイパスすることにより、加速時の過給圧の上昇応答性を一層高めることができる。

なお、吸気バイパス通路８５の一部はＨＰ−ＥＧＲ通路６０と共通部を有する。従って高圧ＥＧＲと吸気バイパス制御との干渉について考慮する必要があるが、その点は問題ない。吸気バイパス制御は、ＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉じられる加速時、つまり高圧ＥＧＲの非実行中に行われるからである。つまり高圧ＥＧＲと吸気バイパス制御とが同時に実行されることがないので、相互の干渉は生じない。

換言すれば、本実施形態では、非使用時のＨＰ−ＥＧＲ通路６０の一部を利用して吸気バイパス通路８５を形成しており、別途専用の吸気バイパス通路を設ける場合よりも簡単な構造を実現していると言える。

サージタンク１２を通る吸気量と吸気バイパス通路８５を通る吸気量との配分は、吸気制御弁２５の開度を調節することによって調整することができる。吸気制御弁２５を全閉にすれば全てを吸気バイパス通路８５に導くことも可能である。予め実験等によって、最も過給圧の上昇応答性が高く、他の弊害の少ない吸気制御弁２５の開度が策定され、設定されている。

また図１２に示すように、吸気バイパス制御ではスワールコントロール弁３ｃが閉じられるので、過給された吸気はスワールコントロール弁３ｃより上流側に逆流することなく、適正に吸気バルブ側（気筒２側）に導かれる。従って、効率の良い吸気バイパスを行うことができる。

なお、吸気バイパス制御は、排気ターボ過給機４０による過給圧が所定値以上に上昇したことを以って停止される。それ以降は排気ターボ過給機４０による強力な過給が行われるからである。またそのような過給圧の所定値が設定されている。この過給圧の所定値は、具体的にはターボラグが終了する時点に相当する過給圧（効果的な過給が開始する過給圧）であって、予め実験等によって策定、設定されている値である。

図１３は、ＥＧＲ及び吸気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）。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Ｓ５）、ＥＢバイパス弁２３が開弁される（ステップＳ６）。

続いて、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）。ステップＳ１１でＹＥＳの場合さらに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Ｓ１３）。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Ｓ１３でＹＥＳと判定される。換言すれば、ステップＳ１３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Ｓ１３でＮＯの場合、通常のＥＧＲが行われる。すなわち、連通弁８１が閉弁され（ステップＳ１４）、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、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ＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉弁される。

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、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ＬＰ−ＥＧＲ弁５１が閉弁される。

遡って、ステップＳ１１でＮＯの場合、つまり非ＥＧＲ領域Ａであった場合、ＥＧＲは実行されない。すなわち、連通弁８１が閉じられる（ステップＳ３１）とともにＬＰ−ＥＧＲ弁５１及びＨＰ−ＥＧＲ弁６１も閉じられる（ステップＳ３２、Ｓ３３）。

また遡って、ステップＳ１３でＹＥＳの場合、つまりＥＧＲ領域Ｂであって所定値以上の加速度合である場合には、吸気バイパス制御が実行される。すなわち、連通弁８１が開かれる（ステップＳ２５）とともにスワールコントロール弁３ｃが閉じられ（ステップＳ２６）、吸気制御弁２５の開度が適宜低減される（ステップＳ２７）。そしてＬＰ−ＥＧＲ弁５１及びＨＰ−ＥＧＲ弁６１が閉じられる（ステップＳ３２、Ｓ３３）。

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。一般的なガソリンエンジンでは、サージタンク１２の入口付近にスロトッルバルブが設けられているから、そのスロットルバルブを上記吸気制御弁２５として用いれば良い。

上記実施形態では、吸気ポート３に接続される気筒別ＥＧＲ通路６４をタンジェンシャルポート３ｂに接続したが、これをスワールポート３ａに接続しても良い。また、吸気ポート３は、上記実施形態のような構成でなくても良く、タンジェンシャルポート３ｂを１つ（吸気１バルブ）又は２つ（吸気２バルブ）有し、スワールコントロール弁３ｃのない構成であっても良い。

ＥＧＲは高圧ＥＧＲのみの構成であっても良い。

上記実施形態では、排気ターボ過給機４０と電動過給機１８とを併設し、排気ターボ過給機４０を補完するような形態で電動過給機１８を用いている。しかし必ずしも排気ターボ過給機４０を併設する必要はなく、過給機として電動過給機１８のみを備えるものであっても良い。

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。 上記エンジンの吸排気系について詳細に示す部分構成図である。 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、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２に対応する図である。 上記ＥＧＲマップの、高圧用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、高圧用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２に対応する図である。 上記ＥＧＲマップの、低圧用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、低圧用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２に対応する図である。 上記エンジンの、吸気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、吸気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２に対応する図である。 上記エンジンの、ＥＧＲ及び吸気バイパス制御を中心とする概略フローチャートである。

符号の説明

１ エンジン本体
３ 吸気ポート
３ａ スワールポート
３ｂ タンジェンシャルポート
３ｃ スワールコントロール弁
１０ 吸気通路
１８ 電動過給機
２５ 吸気制御弁
３０ 排気通路
４０ 排気ターボ過給機
６０ 高圧用ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
６１ 高圧用ＥＧＲ弁（ＥＧＲ弁）
８０ 連通路
８１ 連通弁
１００ エンジン制御ユニット（吸気バイパス制御手段）
１０２ ＥＧＲ制御部（ＥＧＲ弁制御手段）
１０３ ＳＣＶ制御部（スワールコントロール弁制御手段）

Claims (3)

1. エンジンの排気通路と各気筒の吸気ポート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、
   所定の運転領域において定常運転時には上記ＥＧＲ弁を開弁制御するとともに加速時には該ＥＧＲ弁を閉弁するＥＧＲ弁制御手段と、
   少なくとも加速時に電気駆動される電動過給機と、
   上記電動過給機より下流側に配設され、エンジンの吸気量を調節可能な吸気制御弁とを備えたエンジンの過給装置において、
   上記電動過給機と上記吸気制御弁との間の吸気通路と上記ＥＧＲ弁より上記吸気ポート側の上記ＥＧＲ通路とを連通させる連通路と、
   上記連通路を開閉する連通弁と、
   上記ＥＧＲ弁が閉弁される加速時に、上記連通弁を開弁させるとともに上記吸気制御弁の開度を低減し、上記電動過給機で過給された吸気の少なくとも一部を上記連通路を介して上記吸気ポートに導く吸気バイパス制御を実行する吸気バイパス制御手段とを備えることを特徴とするエンジンの過給装置。
2. 排気ターボ過給機を備え、
   上記吸気バイパス制御手段は、上記吸気バイパス制御を開始した後、上記排気ターボ過給機による過給圧が所定値以上に上昇したことを以って上記吸気バイパス制御を停止す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. 上記吸気ポートは、スワールポートとタンジェンシャルポートとから構成されるとともに、上記タンジェンシャルポートには該タンジェンシャルポートを通る吸気流量を調節するスワールコントロール弁が設けられており、
   上記スワールコントロール弁の開度を調節するスワールコントロール弁制御手段を備え、
   上記ＥＧＲ通路は上記タンジェンシャルポートの上記スワールコントロール弁より下流側に接続されており、
   上記スワールコントロール弁制御手段は、上記吸気バイパス制御の実行中、上記スワールコントロール弁を閉弁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。

Images