JP2010121596A - Exhaust emission control system - Google Patents

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Atsushi Hayashi
篤史 林
Takashi Yamamoto
崇 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To hold a catalyst device at a proper temperature state while restraining exhaust of NOx and smoke. <P>SOLUTION: The exhaust emission control system is equipped with: a plurality of air intake superchargers which is arranged in series and includes a motor-driven supercharger (217) capable of supercharging intake air in a positively rotating state corresponding to one rotative direction of a motor (400); EGR passages (301, 302, 311, 312) capable of feeding an EGR gas to an air intake system; an EGR supercharger (307) which is arranged on the same shaft as the motor-driven supercharger and is capable of supercharging or exhausting the EGR gas depending on the positively rotating state or a negatively rotating state, respectively; a blocking means (403) capable of blocking the supply of driving force for accelerating the negative rotation of the motor-driven supercharger, a discriminating means (100) for discriminating whether the catalyst device (500) is in a prescribed OT state or not, and a control means (100) for controlling the motor so that the EGR supercharger becomes the negative rotating state when it has been discriminated that the catalyst device is in the OT state. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気を浄化可能な排気浄化装置の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of an exhaust purification device capable of purifying exhaust discharged from an internal combustion engine.

この種の装置として、EGRガスを昇圧して吸気通路に還流するEGRガスコンプレッサを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された過給式エンジンのEGR装置(以下、「従来の技術」と称する)によれば、EGRガスコンプレッサと排気通路タービンとがクラッチを介して継脱自在に連結されるため、気筒への吸気量を十分に確保することによりスモークの発生や燃料消費の悪化を防止しながら、効率良くEGRを行うことが可能となり、エンジンの全運転領域で排気ガス中のNOxの排出量を低減することが可能になるとされている。   As this type of apparatus, an apparatus including an EGR gas compressor that pressurizes EGR gas and recirculates it to an intake passage has been proposed (see, for example, Patent Document 1). According to the supercharged engine EGR device disclosed in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “prior art”), the EGR gas compressor and the exhaust passage turbine are detachably connected via a clutch. By ensuring a sufficient amount of intake air into the cylinder, it is possible to perform EGR efficiently while preventing the occurrence of smoke and deterioration of fuel consumption, and the amount of NOx emissions in the exhaust gas in the entire operating range of the engine It is supposed that it becomes possible to reduce.

尚、EGR手段とスーパーチャージャとを有する構成において還流排気ガスが該スーパーチャージャへ侵入することを防止する技術も提案されている(例えば、特許文献2参照)。   A technique for preventing the recirculated exhaust gas from entering the supercharger in a configuration having the EGR means and the supercharger has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).

また、排気浄化用触媒が必要とする燃料添加が実行された場合に、流路切り替え手段によりEGRクーラをバイパスするバイパスラインを選択することによってEGRクーラの冷却性能の低下を防止するものも提案されている(例えば、特許文献3参照)。   In addition, when the fuel addition required by the exhaust gas purification catalyst is executed, there is also proposed one that prevents the cooling performance of the EGR cooler from being lowered by selecting a bypass line that bypasses the EGR cooler by the flow path switching means. (For example, refer to Patent Document 3).

また、排気マニホールドとコンプレッサ吸入口の上流側とをEGR通路で接続することにより排気ガス及び吸気の逆流を防ぐ技術も開示されている(例えば、特許文献4参照)。   Also disclosed is a technique for preventing the backflow of exhaust gas and intake air by connecting the exhaust manifold and the upstream side of the compressor intake port through an EGR passage (see, for example, Patent Document 4).

更に、エキゾーストマニホールドを分割し、その一部にEGR通路を形成する技術も提案されている(例えば、特許文献5参照)。   Further, a technique has been proposed in which the exhaust manifold is divided and an EGR passage is formed in a part of the exhaust manifold (for example, see Patent Document 5).

更には、実際の還流排気量が目標還流排気量よりも少ない場合に駆動される機械式過給機を設けた排気還流装置も提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   Furthermore, an exhaust gas recirculation device provided with a mechanical supercharger that is driven when the actual recirculation exhaust amount is smaller than the target recirculation exhaust amount has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

特開平11−62715号公報JP-A-11-62715 特開平8−319873号公報JP-A-8-319873 特開2006−233947号公報JP 2006-233947 A 特開2004−245117号公報JP 2004-245117 A 特開平9−151805号公報JP-A-9-151805 実開平5−1843号公報Japanese Utility Model Publication No. 5-1843

上記従来の技術によれば、大量EGRによりNOx排出量の低減が図られるものの、その背反として、吸入空気量が低下することによりスモーク排出量が増加し易い。一方、そのような問題に対処すべく、新気量の確保を目的として、複数の過給器を相互に直列に配置することが周知である。   According to the above conventional technique, although the NOx emission amount can be reduced by the large amount of EGR, the smoke emission amount is likely to increase due to the decrease in the intake air amount. On the other hand, in order to deal with such a problem, it is well known that a plurality of superchargers are arranged in series with each other for the purpose of securing a new air amount.

ところが、複数の吸気過給器を相互に直列に配置する場合、排気域では同時に複数のタービンが仕事をするために、単一の過給器を採用する場合と較べて排気温度の低下を招く。このため、これら過給器の下流側に配置され得る触媒装置では、その温度上昇が妨げられ、排気の浄化効率自体が低下してしまう。   However, when a plurality of intake superchargers are arranged in series with each other, a plurality of turbines work at the same time in the exhaust region, which causes a decrease in exhaust temperature compared to the case where a single supercharger is employed. . For this reason, in the catalyst device that can be arranged on the downstream side of these superchargers, the temperature rise is hindered, and the exhaust purification efficiency itself decreases.

一方、触媒装置は、係る低温領域に限らず、高温領域においても排気の浄化効率に影響を与え得る。例えば、触媒装置において、PM(Particulate Matter:粒子状物質)の再生(即ち、酸化燃焼)或いはHC又はCO等の酸化等、各種排気浄化に係るプロセスが過度に進行した場合、触媒装置の温度が急激に上昇することがある。このような触媒装置の過剰昇温(即ち、OT(Over Temperature))は、触媒装置に熱負荷によるダメージを与え、場合によっては触媒装置の熔損を招来しかねない。このような熱負荷によるダメージは、結局触媒装置における排気の浄化効率を低下させる。このように、従来の技術には、触媒装置を適切な温度状態に維持することが困難であることに起因して、NOx及びスモークの排出量の低減を排気の浄化に十分に貢献させ難いという技術的な問題点がある。   On the other hand, the catalytic device is not limited to such a low temperature region, but can affect the exhaust purification efficiency even in a high temperature region. For example, in the catalyst device, when the process related to various exhaust purifications such as regeneration of PM (Particulate Matter) (that is, oxidation combustion) or oxidation of HC or CO proceeds excessively, the temperature of the catalyst device is increased. May rise rapidly. Such excessive temperature rise (that is, OT (Over Temperature)) of the catalyst device may cause damage to the catalyst device due to a heat load and may cause the catalyst device to be melted in some cases. Damage caused by such a heat load eventually reduces the purification efficiency of exhaust gas in the catalyst device. As described above, it is difficult for the conventional technology to sufficiently contribute to the purification of exhaust gas by reducing NOx and smoke emission due to the difficulty of maintaining the catalyst device at an appropriate temperature state. There are technical problems.

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、NOx及びスモークの排出を抑制しつつ触媒装置を適切な温度状態に維持し得る排気浄化装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an exhaust emission control device capable of maintaining the catalyst device at an appropriate temperature state while suppressing the emission of NOx and smoke.

上述した課題を解決するため、本発明に係る排気浄化装置は、排気系に触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置であって、モータから供給される駆動力により回転駆動され、該モータの一回転方向に対応する正回転状態において吸入空気を過給可能に構成されたモータ駆動過給器を含む、前記内燃機関の吸気系に相互に直列に配置された複数の吸気過給器と、前記触媒装置の上流側において前記排気系から分岐し、該排気系を流れる排気の一部をEGRガスとして前記吸気系に供給可能なEGR通路と、前記モータから供給される駆動力により回転駆動され、前記EGR通路又は前記触媒装置の上流側における前記排気系において前記モータ駆動過給器と一軸配置されると共に、前記モータの前記一回転方向に対応する正回転状態及び逆回転状態において前記EGRガスを夫々過給及び排気可能なEGR過給器と、前記モータ駆動過給器と前記モータとの間に設けられ、前記モータから前記モータ駆動過給器への前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な遮断手段と、前記触媒装置が所定のOT状態にあるか否かを判別する判別手段と、前記触媒装置が前記OT状態にある旨が判別された場合に、前記EGR過給器が前記逆回転状態となるように前記モータを制御する制御手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problems, an exhaust emission control device according to the present invention is an exhaust emission control device for an internal combustion engine having a catalyst device in an exhaust system, and is rotationally driven by a driving force supplied from a motor. A plurality of intake superchargers disposed in series with each other in the intake system of the internal combustion engine, including a motor-driven supercharger configured to be able to supercharge intake air in a positive rotation state corresponding to the rotation direction; An EGR passage that branches from the exhaust system upstream of the catalyst device and that can supply a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system to the intake system as EGR gas, and is driven to rotate by a driving force supplied from the motor; The motor-driven supercharger is uniaxially arranged in the exhaust system upstream of the EGR passage or the catalyst device, and the forward rotation state and the reverse rotation corresponding to the one rotation direction of the motor The EGR supercharger is capable of supercharging and exhausting the EGR gas in a state, and is provided between the motor-driven supercharger and the motor, and the motor-driven supercharger from the motor to the motor-driven supercharger is provided. A shut-off means capable of shutting off transmission of driving force for encouraging reverse rotation of the feeder; a discriminating means for judging whether or not the catalyst device is in a predetermined OT state; and that the catalyst device is in the OT state. And control means for controlling the motor so that the EGR supercharger is in the reverse rotation state when it is determined.

本発明に係る内燃機関は、一又は複数の気筒を有し、当該気筒の各々における燃焼室において、例えばガソリン、軽油或いは各種アルコール等の燃料が、或いは当該燃料と吸入空気との混合体である混合気が燃焼した際に発生する力を、例えばピストン、コネクティングロッド及びクランクシャフト等の機械的な伝達経路を経る等して、動力として取り出すことが可能に構成された機関を包括する概念であり、例えば2サイクル或いは4サイクルレシプロエンジン等を意味する。   The internal combustion engine according to the present invention has one or a plurality of cylinders, and in each of the cylinders, a fuel such as gasoline, light oil or various alcohols, or a mixture of the fuel and intake air. It is a concept that encompasses an engine that can extract the force generated when the air-fuel mixture burns, for example, through mechanical transmission paths such as pistons, connecting rods, and crankshafts. For example, it means a 2-cycle or 4-cycle reciprocating engine.

本発明に係る排気浄化装置によれば、各々が相互に直列に配置された複数の吸気過給器によって、例えば吸気通路や吸気マニホールド等を含み得る吸気系を介して内燃機関に新気が供給される。このため、例えば単一の吸気過給器により過給を行う場合と較べて、比較的高い過給圧を得ることが可能である。尚、本発明に係る「吸気過給器」とは、外界から吸入される空気たる吸入空気の圧力を大気圧以上に高めた状態で供給する(即ち、過給する)ことが可能な装置であって、例えば、好適な一形態として、少なくとも一部が排気エネルギ(端的な一形態としては排気圧)を利用した(即ち、排気圧に応じたタービンの回転駆動力の少なくとも一部をコンプレッサの回転駆動力として利用した)、所謂ターボチャージャー等として構成され得る。   According to the exhaust emission control device of the present invention, fresh air is supplied to the internal combustion engine through an intake system that can include, for example, an intake passage and an intake manifold, by a plurality of intake air superchargers that are arranged in series with each other. Is done. For this reason, it is possible to obtain a relatively high supercharging pressure as compared with, for example, a case where supercharging is performed by a single intake supercharger. The “intake supercharger” according to the present invention is a device that can supply (that is, supercharge) in a state where the pressure of the intake air, which is the air sucked from the outside, is increased to an atmospheric pressure or higher. Thus, for example, as a preferred form, at least a part uses exhaust energy (exhaust pressure as a simple form) (that is, at least a part of the rotational driving force of the turbine corresponding to the exhaust pressure is used for the compressor). It may be configured as a so-called turbocharger or the like used as a rotational driving force).

一方、燃焼室から排出され排気系を介して外界に導かれる排気は、排気系に適宜の設置態様を伴って設置される各種の触媒装置における各種排気浄化プロセスにより浄化される。この触媒装置は、好適には触媒活性温度以上の温度領域において好適な排気浄化効果を発揮し得るが、その昇温には専ら排気の熱エネルギが利用される。即ち、燃焼室から排出される高温の排気が触媒装置を通過する過程で生じる熱交換等により、この排気の熱エネルギが触媒装置に供給され、触媒装置の昇温が促されるといった構図である。   On the other hand, the exhaust gas discharged from the combustion chamber and guided to the outside through the exhaust system is purified by various exhaust purification processes in various catalyst devices installed in the exhaust system with appropriate installation modes. Although this catalyst device can preferably exhibit a suitable exhaust purification effect in a temperature range equal to or higher than the catalyst activation temperature, the thermal energy of the exhaust is exclusively used for the temperature rise. That is, the composition is such that the heat energy of the exhaust gas is supplied to the catalyst device by heat exchange or the like generated in the process in which the high-temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber passes through the catalyst device, and the temperature of the catalyst device is promoted.

ところが、排気浄化装置を構成する複数の吸気過給器の各々が、排気圧によりタービンを駆動する所謂ターボチャージャー等として構成される場合、吸気過給器の数量に応じて排気圧は低下する。従って、好適にはこれら複数のタービンの下流側に位置する触媒装置(一部のタービンに対し上流側に位置していてもよいが、その場合、タービンが十分に駆動され難くなり、過給器本来の過給動作に支障をきたす可能性がある)では、排気圧の低下に伴い単位時間当たりに供給される熱負荷が減少して、その昇温が阻害されることとなる。その結果、排気の浄化効率が低下して、例え燃焼室から排出される排気(所謂、エンジン出ガス)のスモーク量或いはNOx量が低減され得るとしたところで、触媒装置下流側のガス(所謂、触媒出ガス)の浄化が必ずしも好適に進行しない、といった問題が生じ得る。   However, when each of the plurality of intake superchargers constituting the exhaust purification device is configured as a so-called turbocharger or the like that drives a turbine by exhaust pressure, the exhaust pressure decreases according to the number of intake superchargers. Therefore, it is preferable that the catalyst device is located downstream of the plurality of turbines (which may be located upstream of some turbines, but in that case, the turbine becomes difficult to drive sufficiently, and the supercharger In the case where there is a possibility of hindering the original supercharging operation), the heat load supplied per unit time is reduced with the decrease in the exhaust pressure, and the temperature rise is hindered. As a result, the purification efficiency of the exhaust gas decreases, and the amount of smoke or NOx in the exhaust gas (so-called engine output gas) discharged from the combustion chamber can be reduced. There may be a problem that the purification of the catalyst output gas) does not always proceed properly.

そこで、本発明の排気浄化装置は、複数の吸気過給器の少なくとも一部としてモータ駆動過給器を備える構成となっている。本発明に係る「モータ駆動過給器」とは、例えば車載用バッテリ等の蓄電手段を電力供給源とするモータから、例えばモータ出力軸等の回転軸及び当該回転軸と直接的に、間接的に又は物理的、機械的、電気的若しくは磁気的な各種の条件が満たされた場合に限定的に連結される回転軸等を適宜介する等して供給される駆動力により回転駆動され、当該モータの一回転方向に対応する正回転状態(尚、この場合の「正回転」とは、モータ駆動過給器の一回転方向を意味するに過ぎない)において吸入空気を過給可能に構成された装置であり、好適な一形態としては、例えば回転軸の正回転により入り口側のガスを圧縮して出口側へ導くコンプレッサ等の流体圧縮手段である。   Therefore, the exhaust emission control device of the present invention is configured to include a motor-driven supercharger as at least a part of the plurality of intake air superchargers. The “motor-driven supercharger” according to the present invention refers to, for example, a rotation shaft such as a motor output shaft and the rotation shaft directly or indirectly from a motor that uses power storage means such as a vehicle-mounted battery. Or a motor driven by a driving force supplied as appropriate through a rotating shaft or the like that is connected in a limited manner when various physical, mechanical, electrical, or magnetic conditions are satisfied. The intake air can be supercharged in a normal rotation state corresponding to one rotation direction (in this case, “normal rotation” only means one rotation direction of the motor-driven supercharger). The apparatus is preferably a fluid compression means such as a compressor that compresses the gas on the inlet side by forward rotation of the rotating shaft and guides the gas to the outlet side.

このモータ駆動過給器が吸入空気の過給を行うにあたっては、排気圧の低下が生じることはないから、本発明に係る排気浄化装置においては、複数の吸気過給器により望ましい過給効果を得るに際して、触媒装置に供給される熱負荷の低下を抑制することが可能となる。従って、複数の吸気過給器全てを排気駆動する場合と較べて明らかに触媒装置の昇温が促進され、触媒装置での排気浄化効率の低下が抑制される。   When the motor-driven supercharger performs supercharging of the intake air, the exhaust pressure does not decrease. Therefore, in the exhaust gas purification apparatus according to the present invention, a desirable supercharging effect is achieved by a plurality of intake superchargers. In obtaining, it is possible to suppress a decrease in the thermal load supplied to the catalyst device. Therefore, the temperature rise of the catalyst device is obviously promoted as compared with the case where all of the plurality of intake superchargers are driven to exhaust, and the reduction of exhaust purification efficiency in the catalyst device is suppressed.

一方、本発明に係る排気浄化装置は、例えば排気ポート、排気マニホールド及び排気通路等を含み得る内燃機関の排気系から分岐し、当該排気系を流れる排気の一部をEGRガスとして吸気系に供給可能なEGR通路を更に備えている。例えば、このEGR通路は、内燃機関の吸気系に、直接若しくは間接的に、又はEGRバルブ等、EGRガスの流量(以下、適宜「EGR量」等と略称する)を制御可能な弁装置等の状態に応じて限定的に連通する構成となっており、EGR通路に導かれる、上記排気系に排出される排気の一部が、不活性のCOを比較的大量に含むEGRガスとして吸気系に還流される構成となっている。当該EGRガスが、吸気系に供給される吸入空気と混合され気筒内に吸入される吸気を形成することによって、例えばNOx等の発生が少なくとも幾らかなり抑制される。 On the other hand, the exhaust gas purification apparatus according to the present invention branches from an exhaust system of an internal combustion engine that may include, for example, an exhaust port, an exhaust manifold, an exhaust passage, and the like, and supplies a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system to the intake system as EGR gas. A possible EGR passage is further provided. For example, the EGR passage is directly or indirectly connected to the intake system of the internal combustion engine, or an EGR valve or the like such as a valve device that can control the flow rate of EGR gas (hereinafter simply referred to as “EGR amount” or the like). The exhaust system is configured to communicate in a limited manner depending on the state, and a part of the exhaust gas led to the EGR passage and discharged to the exhaust system is an intake system as EGR gas containing a relatively large amount of inert CO 2. It is configured to be refluxed. The EGR gas is mixed with the intake air supplied to the intake system to form intake air that is sucked into the cylinder, so that, for example, the generation of NOx or the like is suppressed at least somewhat.

ところが、先述したように複数の吸気過給器により比較的高い過給圧が実現され得る点に鑑みれば、EGR通路と排気系との分岐位置(例えば、エキマニの一部)における排気圧(所謂、エンジン背圧である)と、EGR通路と吸気系との合流位置(例えば、インマニの一部)における吸気圧との圧力偏差は小さくなり易い。このため、この圧力偏差を利用してEGRガスを吸気系に押し込む構成では、場合によっては十分なEGRガスを吸気系に還流させ難いといった事態が生じ得る。   However, in view of the fact that a relatively high supercharging pressure can be realized by a plurality of intake superchargers as described above, the exhaust pressure (so-called so-called part of the exhaust manifold) between the EGR passage and the exhaust system (so-called exhaust manifold). , The engine back pressure), and the pressure deviation between the EGR passage and the intake pressure at the merging position of the intake system (for example, a part of the intake manifold) tends to be small. For this reason, in the configuration in which the EGR gas is pushed into the intake system using this pressure deviation, there may be a case where it is difficult to recirculate sufficient EGR gas to the intake system.

そこで、このEGR通路或いは内燃機関の排気系には、EGR過給器が備わっている。このEGR過給器は、モータから、例えば先述したモータ出力軸等の回転軸及び当該回転軸と直接的に、間接的に又は物理的、機械的、電気的若しくは磁気的な各種の条件が満たされた場合に限定的に連結される回転軸等を適宜介する等して供給される駆動力により回転駆動され、当該モータにおける、上述した一回転方向に対応する正回転状態(尚、この場合の「正回転」とは、EGR過給器の一回転方向を意味するに過ぎない)においてEGRガスを過給することが可能に構成された装置であり、好適な一形態としては、例えば回転軸の正回転により入り口側ガスを圧縮して出口側へ導くコンプレッサ等の流体圧縮手段である。このEGR過給器によりEGRガスが過給されることによって、上記圧力偏差が比較的小さいとしても、実践上十分な量のEGRガスを吸気系に供給することが可能となり得る。従って、このように複数の吸気過給器とEGR過給器とを有する本発明に係る排気浄化装置の構成によれば、スモーク及びNOx各々の発生量を同時に低減し得る。   Therefore, an EGR supercharger is provided in the EGR passage or the exhaust system of the internal combustion engine. The EGR supercharger satisfies various conditions, such as a rotating shaft such as the motor output shaft described above, and the rotating shaft directly, indirectly, or physically, mechanically, electrically or magnetically. In this case, the motor is rotationally driven by a driving force supplied through an appropriately connected rotating shaft or the like, and the motor is in a normal rotation state corresponding to the one rotation direction described above (in this case, "Normal rotation" means an apparatus configured to be able to supercharge EGR gas in only one rotation direction of the EGR supercharger). It is a fluid compression means such as a compressor that compresses the inlet side gas and forwards it to the outlet side by forward rotation. By supercharging EGR gas by the EGR supercharger, even if the pressure deviation is relatively small, it is possible to supply a practically sufficient amount of EGR gas to the intake system. Therefore, according to the configuration of the exhaust gas purification apparatus according to the present invention having the plurality of intake air superchargers and the EGR supercharger in this way, the generation amounts of smoke and NOx can be simultaneously reduced.

また、本発明に係る排気浄化装置において、EGR過給器は、先述したモータ駆動過給器と一軸配置されている。ここで、「一軸配置」とは、実質的にその回転軸が共有されることを意味する。従って、EGR過給器とモータ駆動過給器とは、モータの回転に伴って同期回転可能或いは一体回転可能であるが、「実質的に」とあるように、EGR過給器、モータ駆動過給器及びモータ相互間の厳密な連結態様については何ら限定されない趣旨である。例えば、モータ出力軸が両者の回転軸を兼用していてもよいし、モータ出力軸が一方の回転軸を兼用し且つ他方の回転軸と各種の態様の下に(直接的、間接的又は限定的の別を問わない)連結されていてもよいし、或いは両者が個々に回転軸を有し且つ夫々モータ出力軸に各種の態様の下に連結されていてもよい。いずれにせよ、係る一軸配置により、EGR過給器とモータ駆動過給器とを車両に搭載するに際して良好な搭載性が担保される。また、モータ駆動過給器の駆動力源としてのモータを効率良く使用することも可能となる。   Moreover, in the exhaust emission control device according to the present invention, the EGR supercharger is uniaxially arranged with the motor-driven supercharger described above. Here, “uniaxial arrangement” means that the rotation axis is substantially shared. Therefore, the EGR supercharger and the motor-driven supercharger can be rotated synchronously or integrally with the rotation of the motor, but the EGR supercharger and the motor-driven supercharger can be “substantially”. The strict connection between the feeder and the motor is not limited in any way. For example, the motor output shaft may be used as both rotary shafts, or the motor output shaft may be used as one rotary shaft and under various modes (directly, indirectly or limited). May be connected to each other), or both of them may individually have a rotating shaft and may be connected to the motor output shaft under various modes. In any case, this uniaxial arrangement ensures good mountability when the EGR supercharger and the motor-driven supercharger are mounted on the vehicle. It is also possible to efficiently use a motor as a driving force source for the motor-driven supercharger.

尚、この際、モータとEGR過給器との間には、例えば電磁クラッチ、機械クラッチ或いは流体クラッチ等の各種係合手段が介装され、モータとEGR過給器とが選択的に連結し得る構成とされていてもよい。この場合、EGRガスの過給を伴うことなく吸入空気の過給のみを行うことも可能となるため、比較的大量の新気を必要とする領域や、排気駆動型の吸気過給器が十分に稼動しない低回転領域等において効果的である。   At this time, various engaging means such as an electromagnetic clutch, a mechanical clutch or a fluid clutch are interposed between the motor and the EGR supercharger, and the motor and the EGR supercharger are selectively connected. It may be configured to obtain. In this case, it is possible to perform only supercharging of intake air without supercharging of EGR gas. Therefore, an area that requires a relatively large amount of fresh air or an exhaust drive type intake supercharger is sufficient. This is effective in a low rotation area where the motor does not operate normally.

ところで、触媒装置における排気の浄化を好適に行わしめるためには、上述した熱負荷の確保だけでは不十分である。例えば、触媒装置がDPF(Diesel Particulate Filter)等、各種PMを捕捉可能なフィルタを有する場合、排気浄化の一プロセスとして所謂PM再生が行われ得るが、このPM再生の進行過程を精細に制御することは一般的に言えば困難な部類に属する。このため、触媒装置においてPM再生が過度に進行する等した結果、触媒装置の過剰昇温、所謂触媒OTが発生することがある。触媒OTは、触媒装置の熱劣化や触媒装置の熔損等を招き得るため、確実に防止する或いは迅速に回避する必要がある。即ち、排気の浄化効率を好適に維持するためには、触媒装置を好適な温度範囲に維持するための措置が必要となる。   By the way, in order to suitably purify the exhaust gas in the catalyst device, it is not sufficient to ensure the heat load described above. For example, when the catalyst device has a filter that can capture various PMs, such as DPF (Diesel Particulate Filter), so-called PM regeneration can be performed as a process of exhaust purification, but the progress of this PM regeneration is precisely controlled. In general, it belongs to a difficult category. For this reason, excessive regeneration of the catalyst device, so-called catalyst OT, may occur as a result of excessive PM regeneration in the catalyst device. Since the catalyst OT can cause thermal deterioration of the catalyst device, melting of the catalyst device, and the like, it is necessary to prevent or quickly avoid the catalyst device. That is, in order to suitably maintain the exhaust purification efficiency, a measure for maintaining the catalyst device in a suitable temperature range is required.

ここで、本発明においてEGR過給器を駆動するモータは、例えば実質的に回転方向が一義的に規定される排気駆動型のガスタービン等と異なり、正逆いずれの回転方向に回転することも可能である。EGR過給器は、既に述べたように正回転状態においてEGRガスの過給作用を呈するから、逆回転状態(尚、「逆回転」とは、上述した正回転と逆の回転方向であることを意味するに過ぎない)においては逆に、EGR通路内のガスを排気系へ導く作用を呈する。この際、EGR通路内には、高温の排気に限らず、例えばスロットルの開弁及びEGRバルブの開弁等を介することにより吸気系から比較的低温の空気を導くことも容易にして可能であるから、このようにEGR過給器を逆回転状態で稼動させることにより、燃焼プロセスを経ない比較的低温の空気を言わば二次空気として触媒装置の冷却に使用することが可能となる。   Here, in the present invention, the motor that drives the EGR supercharger may rotate in either the forward or reverse rotational direction, unlike an exhaust drive type gas turbine or the like in which the rotational direction is substantially uniquely defined. Is possible. Since the EGR supercharger exhibits the supercharging action of the EGR gas in the normal rotation state as described above, the reverse rotation state (“reverse rotation” is a rotation direction opposite to the normal rotation described above. On the contrary, it has the effect of guiding the gas in the EGR passage to the exhaust system. At this time, it is possible to easily introduce relatively low-temperature air into the EGR passage from the intake system through not only high-temperature exhaust but also, for example, opening the throttle and opening the EGR valve. Thus, by operating the EGR supercharger in the reverse rotation state in this way, relatively low-temperature air that does not undergo the combustion process can be used as secondary air for cooling the catalyst device.

一方、モータの一回転方向にEGR過給器の正回転状態が対応し、モータの逆回転方向にEGR過給器の逆回転状態が対応している点に鑑みれば、EGR過給器と一軸配置されるモータ駆動過給器においても同様の作用が生じ得る。即ち、モータの一回転方向にモータ駆動過給器の正回転状態が対応しているのであるから、モータの逆回転方向には、モータ駆動過給器の逆回転状態が対応することになる。即ち、モータ駆動過給器は、逆回転状態において、吸入空気を吸気系から排出する作用を呈する。このような吸入空気の逆流は、気筒内に吸入される新気量の大幅な減少を招くため、スモークの発生限界に律束された燃料噴射量の減少を招き、車両の動力性能に影響を与える。また、折角EGR過給器を逆回転状態で駆動しても、吸気系においてこの種の吸入空気の逆流が生じてしまえば、吸気系から低温の吸入空気を導くことが難しくなる。   On the other hand, in view of the fact that the EGR supercharger corresponds to the one rotation direction of the motor and the reverse rotation state of the EGR supercharger corresponds to the reverse rotation direction of the motor, the EGR supercharger is uniaxial. Similar effects can occur in the motor-driven supercharger that is arranged. That is, since the normal rotation state of the motor-driven supercharger corresponds to one rotation direction of the motor, the reverse rotation state of the motor-driven supercharger corresponds to the reverse rotation direction of the motor. That is, the motor-driven supercharger exhibits an action of discharging the intake air from the intake system in the reverse rotation state. Such a reverse flow of the intake air causes a significant decrease in the amount of fresh air sucked into the cylinder, which in turn causes a decrease in the fuel injection amount that is regulated by the smoke generation limit and affects the power performance of the vehicle. give. Even if the folding EGR supercharger is driven in the reverse rotation state, if this type of intake air backflow occurs in the intake system, it is difficult to guide the low-temperature intake air from the intake system.

従って、モータ駆動過給器と一軸配置されたEGR過給器により触媒装置の冷却を図る旨の技術思想においては、モータ駆動過給器が逆回転状態に陥らないための措置を講じる必要が生じ得る。そこで、本発明に係る排気浄化装置には、モータからモータ駆動過給器への、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な、例えばワンウェイクラッチ等の遮断手段が備わっている。この遮断手段の作用により、少なくとも吸入空気の逆流を伴うことなくEGR過給器を逆回転状態で作動させることによる触媒装置の冷却が実現される。   Therefore, it is necessary to take measures to prevent the motor-driven supercharger from going into the reverse rotation state in the technical idea that the catalyst device is cooled by the EGR supercharger arranged in a single axis with the motor-driven supercharger. obtain. Therefore, the exhaust emission control device according to the present invention is provided with a shut-off means such as a one-way clutch that can cut off the transmission of the driving force that promotes reverse rotation of the motor-driven supercharger from the motor to the motor-driven supercharger. ing. By this action of the shut-off means, cooling of the catalyst device is realized by operating the EGR supercharger in the reverse rotation state at least without backflow of the intake air.

ここで特に、この種の触媒装置の冷却を何らの指針に基づくことなく実行することは、EGR過給器の本来の動作たるべきEGRガスの過給の要求頻度に鑑みても得策ではない。その点、本発明に係る排気浄化装置は、以下の如くにして触媒装置の冷却が効率的に実行される構成となっている。即ち、本発明に係る排気浄化装置によれば、その動作時には、例えばECU(Electronic Control Unit:電子制御ユニット)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る判別手段により、触媒装置がOT状態にあるか否かが判別される。   In particular, it is not a good idea to perform cooling of this type of catalyst device without any guideline in view of the required frequency of supercharging of EGR gas that should be the original operation of the EGR supercharger. In that respect, the exhaust emission control device according to the present invention is configured to efficiently cool the catalyst device as follows. That is, according to the exhaust emission control device of the present invention, during its operation, for example, discrimination that can take the form of various processing units such as an ECU (Electronic Control Unit), various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, etc. The means determines whether or not the catalyst device is in the OT state.

ここで、「OT状態」とは、触媒装置が過剰昇温している状態、及び近未来的に過剰昇温による過度な熱負荷に晒される旨の予測、推定又は断定が可能な状態等を含み、触媒装置が冷却を必要としている状態を包括する状態である。触媒装置が係るOT状態にあるか否かの判別は、例えば、触媒装置又は触媒装置近傍の排気系の温度、内燃機関の運転条件(例えば、高回転高負荷の運転条件が続いた場合等には排気温度が高くなり、触媒温度も高くなって触媒OTが生じ易い)、或いは触媒装置におけるPMの捕捉状態(例えば、捕捉量が多ければ、それだけPMの連鎖的な再生が生じ易く触媒装置の昇温が進行し易い)等に基づいて少なくとも実践上不足のない範囲で実行可能である。   Here, the “OT state” means a state in which the catalyst device is excessively heated, a state in which it is possible to predict, estimate or determine that the catalyst device will be exposed to an excessive heat load due to excessive temperature increase in the near future. Including the state in which the catalyst device requires cooling. Whether or not the catalyst device is in the OT state is determined, for example, when the temperature of the exhaust system in the vicinity of the catalyst device or the catalyst device, the operating condition of the internal combustion engine (for example, when the operating condition of high rotation and high load continues) The exhaust temperature becomes high, the catalyst temperature also becomes high and the catalyst OT is likely to occur), or the trap state of PM in the catalyst device (for example, if the trap amount is large, the PM chain is likely to be regenerated more easily). It is possible to carry out at least within a practical range based on the fact that the temperature rise is easy to proceed).

一方、係る判別手段により触媒装置がOT状態にある旨の判別がなされた場合、例えばECU等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段により、例えば各種のスイッチング回路、PWM制御回路或いはインバータ回路等を適宜に含み得る然るべき駆動系或いは駆動部材の制御等を介して、EGR過給器が上述した逆回転状態となるようにモータが制御される。即ち、モータが上述した一回転方向とは逆の回転方向へ回転駆動される。その結果、触媒装置にEGR通路から冷却用のガスが供給され、触媒装置が冷却されることとなって、触媒装置のOTを効率的に且つ確実に防止することが可能となる。即ち、本発明に係る排気浄化装置によれば、NOx及びスモークの排出を抑制しつつ、触媒装置を適切な温度状態に維持することが可能となるのである。   On the other hand, when it is determined by the determining means that the catalyst device is in the OT state, the control means that can take the form of various processing units such as an ECU, various controllers or various computer systems such as a microcomputer device, for example, The motor is controlled so that the EGR supercharger is in the above-described reverse rotation state through an appropriate drive system or drive member control that can appropriately include a switching circuit, a PWM control circuit, an inverter circuit, and the like. In other words, the motor is driven to rotate in the direction of rotation opposite to the one direction of rotation described above. As a result, the cooling gas is supplied from the EGR passage to the catalyst device, and the catalyst device is cooled, so that the OT of the catalyst device can be prevented efficiently and reliably. That is, according to the exhaust emission control device of the present invention, it is possible to maintain the catalyst device at an appropriate temperature state while suppressing NOx and smoke emission.

本発明に係る排気浄化装置の一の態様では、前記遮断手段は、前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、前記モータ駆動過給器の正回転を促す駆動力に変換する変換手段を含む。   In one aspect of the exhaust emission control device according to the present invention, the shut-off means converts the driving force that promotes reverse rotation of the motor-driven supercharger into driving force that promotes forward rotation of the motor-driven supercharger. Including means.

この態様によれば、遮断手段は、好適な一形態として例えばリバースギア又はバックギア等の形態を採り得る変換手段を含んで構成され、或いは係る変換手段として構成され、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、正回転を促す駆動力に変換することによって、モータからモータ駆動過給器への、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達が遮断される構成となっている。   According to this aspect, the shut-off means includes a conversion means that can take the form of, for example, a reverse gear or a back gear as a suitable form, or is configured as such conversion means, and is the reverse of the motor-driven supercharger. By converting the driving force that encourages rotation into the driving force that encourages forward rotation, transmission of the driving force that encourages reverse rotation of the motor-driven supercharger from the motor to the motor-driven supercharger is cut off. ing.

モータ駆動過給器に対し、このような正回転を促す駆動力が伝達された結果、モータ駆動過給器が正回転状態となった場合、上述したように、モータ駆動過給器による吸入空気の過給作用が生じる。このため、一方で吸気系に吸入空気を積極的に供給しつつ、他方でその積極的に供給された吸入空気の少なくとも一部を触媒装置の冷却に使用することが可能となる。本態様によれば、このように、モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力が正回転を促す駆動力に変換され、言わば、よりアクティブにその伝達が遮断されるため、触媒装置の温度をより好適に制御することが可能となり実践上極めて有益である。   As described above, when the motor-driven supercharger enters the normal rotation state as a result of the transmission of the driving force for promoting the normal rotation to the motor-driven supercharger, as described above, the intake air from the motor-driven supercharger Supercharging action occurs. For this reason, on the one hand, the intake air is actively supplied to the intake system, and on the other hand, at least a part of the actively supplied intake air can be used for cooling the catalyst device. According to this aspect, the driving force that promotes the reverse rotation of the motor-driven supercharger is thus converted into the driving force that promotes the forward rotation, that is, the transmission is more actively interrupted. Can be controlled more appropriately, which is extremely useful in practice.

本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。   Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.

<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の好適な各種実施形態について説明する。
<Embodiment of the Invention>
Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステム10の構成について説明する。ここに、図1は、エンジンシステム10の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
<Configuration of Embodiment>
First, the configuration of an engine system 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic configuration diagram conceptually showing the configuration of the engine system 10.

図1において、エンジンシステム10は、図示せぬ車両に搭載され、ECU100、エンジン200、EGR装置300、モータ400、及び触媒装置500を備える。   In FIG. 1, an engine system 10 is mounted on a vehicle (not shown), and includes an ECU 100, an engine 200, an EGR device 300, a motor 400, and a catalyst device 500.

ECU100は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等を備え、エンジン200の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ECU100は、ROMに格納される制御プログラムに従って、後述するOT回避制御を実行することが可能に構成されている。ECU100は、本発明に係る「判別手段」及び「制御手段」の一例である。   The ECU 100 is an electronic control unit that includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like and is configured to be able to control the entire operation of the engine 200. The ECU 100 is configured to execute OT avoidance control, which will be described later, according to a control program stored in the ROM. The ECU 100 is an example of a “discriminating unit” and “control unit” according to the present invention.

エンジン200は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列4気筒ディーゼルエンジンである。エンジン200の概略について説明すると、エンジン200は、シリンダブロック201に4本の気筒202が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる熱エネルギが、不図示のピストンの往復運動を生じさせ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト(いずれも不図示)の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン200の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。   The engine 200 is an in-line four-cylinder diesel engine that is an example of an “internal combustion engine” according to the present invention that uses light oil as fuel. The outline of the engine 200 will be described. The engine 200 has a configuration in which four cylinders 202 are arranged in parallel in a cylinder block 201. The thermal energy generated when the air-fuel mixture containing fuel is compressed and ignited in each cylinder causes a reciprocating motion of a piston (not shown), and is connected to the piston via a connecting rod (both (Not shown). Below, the principal part structure of the engine 200 is demonstrated with a part of the operation | movement.

尚、本実施形態に係るエンジン200は、気筒202が図1において紙面と垂直な方向に4本並列してなる直列4気筒ディーゼルエンジンであるが、個々の気筒202の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒202についてのみ説明することとする。   The engine 200 according to this embodiment is an in-line four-cylinder diesel engine in which four cylinders 202 are arranged in parallel in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1, but the configuration of the individual cylinders 202 is equal to each other. Here, only one cylinder 202 will be described.

気筒202内における混合気の燃焼に際し、外部から吸入された空気たる吸入空気は、各気筒について共通に設置された吸気マニホールド203に導かれた後、各気筒について独立に設けられた吸気ポート(不図示)に導かれ、吸気ポートと気筒内部とを連通可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時に気筒202内に吸入される。気筒202内には、筒内直噴型のインジェクタ204から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各気筒内部で、気筒内に吸入されたガス(以下、「吸気」と略称する)と混合され、上述した混合気となる。   Upon combustion of the air-fuel mixture in the cylinder 202, the intake air as the air sucked from the outside is guided to the intake manifold 203 that is installed in common for each cylinder, and then the intake port (not connected) provided independently for each cylinder. The intake port is drawn into the cylinder 202 when the intake valve (not shown) configured to allow communication between the intake port and the inside of the cylinder is opened. In the cylinder 202, light oil as fuel is injected from an in-cylinder direct injection injector 204, and the injected fuel is a gas (hereinafter referred to as “intake air”) that is sucked into the cylinder inside each cylinder. Is abbreviated as “)” to obtain the above-mentioned air-fuel mixture.

エンジン200において、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して高圧ポンプ(不図示)に圧送される構成となっている。高圧ポンプは、コモンレール205に対し、燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。   In engine 200, fuel is stored in a fuel tank (not shown). The fuel stored in the fuel tank is pumped out of the fuel tank by the action of a feed pump (not shown) and is pumped to a high pressure pump (not shown) through a low pressure pipe (not shown). The high pressure pump is configured to be able to supply fuel to the common rail 205. The high-pressure pump can take various known modes, and the details thereof will be omitted here.

コモンレール205は、ECU100と電気的に接続され、上流側(即ち、高圧ポンプ側)から供給される高圧燃料をECU100により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール205には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したインジェクタ204は、気筒202毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ206を介してコモンレール205に接続されている。   The common rail 205 is electrically connected to the ECU 100, and is configured to store high pressure fuel supplied from the upstream side (that is, the high pressure pump side) up to a target rail pressure set by the ECU 100. It is. The common rail 205 is provided with a rail pressure sensor capable of detecting the rail pressure and a pressure limiter for limiting the amount of fuel accumulated so that the rail pressure does not exceed the upper limit value. The illustration is omitted. The injector 204 described above is mounted for each cylinder 202, and each is connected to the common rail 205 via the high-pressure delivery 206.

ここで、インジェクタ204の構成について補足すると、インジェクタ204は、ECU100から供給される指令に基づいて作動する電磁弁と、この電磁弁への通電時に燃料を噴射するノズル(いずれも不図示)とを備える。当該電磁弁は、コモンレール205の高圧燃料が印加される圧力室と、当該圧力室に接続された低圧側の低圧通路との間の連通状態を制御することが可能に構成されており、通電時に当該加圧室と低圧通路とを連通させると共に、通電停止時に当該加圧室と低圧通路とを相互に遮断する。   Here, to supplement the configuration of the injector 204, the injector 204 includes an electromagnetic valve that operates based on a command supplied from the ECU 100, and a nozzle (both not shown) that injects fuel when the solenoid valve is energized. Prepare. The solenoid valve is configured to be able to control the communication state between the pressure chamber to which the high-pressure fuel of the common rail 205 is applied and the low-pressure side low-pressure passage connected to the pressure chamber. The pressurizing chamber and the low pressure passage are communicated with each other, and the pressurizing chamber and the low pressure passage are shut off from each other when energization is stopped.

一方、ノズルは、噴孔を開閉するニードルを内蔵し、圧力室の燃料圧力がニードルを閉弁方向(噴孔を閉じる方向)に付勢している。従って、電磁弁への通電により加圧室と低圧通路とが連通し、圧力室の燃料圧力が低下すると、ニードルがノズル内を上昇して開弁する(噴孔を開く)ことにより、コモンレール205より供給された高圧燃料を噴孔より噴射することが可能に構成される。また、電磁弁への通電停止により加圧室と低圧通路とが相互に遮断されて圧力室の燃料圧力が上昇すると、ニードルがノズル内を下降して閉弁することにより、噴射が終了する構成となっている。   On the other hand, the nozzle has a built-in needle for opening and closing the nozzle hole, and the fuel pressure in the pressure chamber urges the needle in the valve closing direction (direction in which the nozzle hole is closed). Accordingly, when the pressure chamber and the low-pressure passage are connected by energization of the electromagnetic valve and the fuel pressure in the pressure chamber decreases, the needle rises in the nozzle and opens (opens the nozzle hole), so that the common rail 205 is opened. The high-pressure fuel supplied more can be injected from the injection hole. In addition, when the energization of the solenoid valve is stopped, the pressurization chamber and the low pressure passage are cut off from each other and the fuel pressure in the pressure chamber rises, and the needle is lowered in the nozzle to close the valve, thereby terminating the injection. It has become.

尚、燃料は、個々の気筒202において、インジェクタ204を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための少量のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。   In addition, the fuel corresponding to the target injection amount is injected into each cylinder 202 via the injector 204, and a small amount of pilot injection for preventing a rapid temperature rise in the combustion chamber, and the target injection amount and the pilot injection amount. The main injection corresponding to the difference between and the main injection is divided and injected.

上述した混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ(不図示)の開弁時に排気ポート(不図示)を介して排気マニホールド207に導かれる構成となっている。この排気マニホールド207は、排気通路208に連通しており、排気の大部分は、この排気通路208に導かれる構成となっている。   The above-described air-fuel mixture burns by self-ignition in the compression process, and opens an exhaust valve (not shown) that opens and closes in conjunction with opening and closing of the intake valve as a burned gas or a partially unburned air-fuel mixture The structure is sometimes led to the exhaust manifold 207 via an exhaust port (not shown). The exhaust manifold 207 communicates with the exhaust passage 208, and most of the exhaust gas is guided to the exhaust passage 208.

一方、排気通路208には、LP(Low Pressure:低圧)側タービンハウジング209に収容される形でLP側タービン210が設置されている。LP側タービン210は、排気通路208に導かれた排気の圧力により所定の回転軸を中心として回転可能に構成されている。このLP側タービン210の回転軸は、LP側コンプレッサハウジング211に収容される形で吸気通路213に設置されたLP側コンプレッサ212と共有されており、LP側タービン210が排圧により回転すると、LP側コンプレッサ212も当該回転軸を中心として回転する構成となっている。尚、吸気通路213は、吸気マニホールド203と共に本発明に係る「吸気系」の一例を構成している。LP側コンプレッサ212は、図示せぬクリーナを介して外界から吸気通路213に導かれた吸入空気を、その回転に伴う圧力により吸気マニホールド203に圧送する(即ち、過給する)ことが可能に構成された、本発明に係る「吸気過給器」の一例である。   On the other hand, the LP side turbine 210 is installed in the exhaust passage 208 so as to be accommodated in an LP (Low Pressure) side turbine housing 209. The LP-side turbine 210 is configured to be rotatable about a predetermined rotation axis by the pressure of the exhaust led to the exhaust passage 208. The rotation axis of the LP-side turbine 210 is shared with the LP-side compressor 212 installed in the intake passage 213 so as to be accommodated in the LP-side compressor housing 211, and when the LP-side turbine 210 rotates due to exhaust pressure, The side compressor 212 is also configured to rotate about the rotation axis. The intake passage 213 and the intake manifold 203 constitute an example of the “intake system” according to the present invention. The LP-side compressor 212 is configured to be able to pump (i.e., supercharge) the intake air guided from the outside to the intake passage 213 via a cleaner (not shown) to the intake manifold 203 by the pressure accompanying the rotation. 1 is an example of an “intake supercharger” according to the present invention.

尚、LP側タービン210には、ノズルベーンの開度に応じてLP側タービン210を駆動する排気圧を調整可能なVN(Variable Nozzle:可変ノズル)214が設けられている。   The LP-side turbine 210 is provided with a VN (Variable Nozzle: variable nozzle) 214 capable of adjusting the exhaust pressure for driving the LP-side turbine 210 in accordance with the opening degree of the nozzle vane.

一方、吸気通路213においてLP側コンプレッサ212の下流側の分岐位置から分岐するHP(High Pressure:高圧)側吸気通路215(尚、HP側吸気通路215もまた、本発明に係る「吸気系」の一例である)には、HP側コンプレッサハウジング216に収容される形でHP側コンプレッサ217が設置されている。HP側コンプレッサ217は、HP側吸気通路215に導かれた吸入空気(即ち、LP側コンプレッサ212により過給された吸入空気)を更に過給することが可能に構成された、本発明に係る「吸気過給器」の他の一例であり、LP側コンプレッサ212と相互に直列に配置されている。尚、HP側コンプレッサ217により過給された吸入空気は、HP側吸気通路215の一部であるHP側コンプレッサ出口部218を介し、分岐位置下流側において再び吸気通路213に戻される構成となっている。このように、本実施形態に係るエンジン200では、LP側コンプレッサ212とHP側コンプレッサ217とにより、所謂2段過給がなされ得る構成となっている。   On the other hand, HP (High Pressure) side intake passage 215 (HP side intake passage 215 which branches from the downstream branch position of LP side compressor 212 in intake passage 213 is also an “intake system” according to the present invention. In one example, the HP-side compressor 217 is installed in a form housed in the HP-side compressor housing 216. The HP-side compressor 217 is configured to be capable of further supercharging the intake air guided to the HP-side intake passage 215 (that is, the intake air supercharged by the LP-side compressor 212) according to the present invention. This is another example of the “intake supercharger”, and is arranged in series with the LP-side compressor 212. The intake air supercharged by the HP-side compressor 217 is returned to the intake passage 213 again at the downstream side of the branch position via the HP-side compressor outlet 218 which is a part of the HP-side intake passage 215. Yes. As described above, the engine 200 according to the present embodiment has a configuration in which so-called two-stage supercharging can be performed by the LP-side compressor 212 and the HP-side compressor 217.

HP側コンプレッサ出口部218と、LP側コンプレッサ212の出口であるLP側コンプレッサ出口部219(吸気通路213の一部であって、前述した分岐位置よりも下流側に設定される)とは、吸気切替弁220を介して接続されている。吸気切替弁220は、開度が全開開度と全閉開度の間で二値的に可変な弁体を備え、当該開度に応じて吸入空気の供給経路を切り替えることが可能に構成された、電磁開閉弁である。吸気切替弁220は、ECU100と電気的に接続されており、その開度は、然るべき駆動系を介してECU100により上位に制御される構成となっている。   The HP-side compressor outlet 218 and the LP-side compressor outlet 219 that is the outlet of the LP-side compressor 212 (a part of the intake passage 213 and set downstream of the branch position described above) The switching valve 220 is connected. The intake air switching valve 220 includes a valve body whose opening is binary variable between a fully opened opening and a fully closed opening, and is configured to be able to switch the intake air supply path according to the opening. It is an electromagnetic on-off valve. The intake air switching valve 220 is electrically connected to the ECU 100, and the opening degree thereof is controlled by the ECU 100 via an appropriate drive system.

補足すると、この吸気切替弁220により、LP側コンプレッサ出口部219とHP側コンプレッサ出口部218との連通が遮断された状態(即ち、全閉開度に相当する状態)においては、LP側コンプレッサ212により過給された吸入空気は、その全量がHP側コンプレッサ217に供給される。また、この吸気切替弁220により、LP側コンプレッサ出口部219とHP側コンプレッサ出口部218とが連通せしめられた状態(即ち、全開開度に相当する状態)においては、後述するようにHP側コンプレッサ217が停止されることにより、LP側コンプレッサ212により過給された吸入空気は、HP側コンプレッサ217に殆ど供給されることなく(即ち、より流路抵抗の低いLP側コンプレッサ出口部219を通過して)下流側の吸気マニホールド203へ供給される。尚、吸気切替弁220は、その開度が連続的に可変な構造を有していてもよい。   Supplementally, when the communication between the LP-side compressor outlet 219 and the HP-side compressor outlet 218 is blocked by the intake air switching valve 220 (that is, a state corresponding to a fully closed opening), the LP-side compressor 212 The entire amount of the intake air supercharged by is supplied to the HP-side compressor 217. Further, in a state where the LP-side compressor outlet 219 and the HP-side compressor outlet 218 are communicated with each other by the intake air changeover valve 220 (that is, a state corresponding to the fully opened opening degree), the HP-side compressor will be described later. When 217 is stopped, the intake air supercharged by the LP-side compressor 212 is hardly supplied to the HP-side compressor 217 (that is, passes through the LP-side compressor outlet 219 having a lower flow path resistance). And) is supplied to the intake manifold 203 on the downstream side. The intake air switching valve 220 may have a structure whose opening degree is continuously variable.

モータ400は、不図示のバッテリから供給される電力により正回転方向及び逆回転方向に夫々駆動可能に構成されてなる、本発明に係る「モータ」の一例たるDCブラシレスモータである。モータ400のロータを貫通するモータ出力軸たるモータ軸401の一端部は、先に述べたHP側コンプレッサ217の回転軸に後述するワンウェイクラッチ403及びリバースギア404を介して接続されている。このため、モータ軸401の回転速度に応じて、HP側コンプレッサ217の回転速度も変化し、HP側コンプレッサ217の過給圧が変化する。即ち、HP側コンプレッサ217は、本発明に係る「モータ駆動過給器」の一例である。   The motor 400 is a DC brushless motor that is an example of a “motor” according to the present invention that is configured to be driven in the forward rotation direction and the reverse rotation direction by electric power supplied from a battery (not shown). One end of a motor shaft 401 that is a motor output shaft that passes through the rotor of the motor 400 is connected to the rotary shaft of the HP-side compressor 217 described above via a one-way clutch 403 and a reverse gear 404 described later. For this reason, according to the rotational speed of the motor shaft 401, the rotational speed of the HP side compressor 217 also changes, and the supercharging pressure of the HP side compressor 217 changes. That is, the HP side compressor 217 is an example of the “motor drive supercharger” according to the present invention.

モータ400は、不図示の駆動系がECU100と電気的に接続されており、その駆動状態がECU100により制御される構成となっている。即ち、HP側コンプレッサ217の過給状態は、ECU100により適宜調整可能となっている。尚、HP側コンプレッサ217は、モータ400が正方向(即ち、本発明に係る「モータの一回転方向」の一例)へ回転した場合に正回転状態となり吸入空気の過給を行ない得るように設置されている。即ち、HP側コンプレッサ217の正回転状態は、モータ400の正回転状態に対応している。   The motor 400 is configured such that a drive system (not shown) is electrically connected to the ECU 100 and the drive state is controlled by the ECU 100. That is, the supercharging state of the HP side compressor 217 can be adjusted as appropriate by the ECU 100. The HP-side compressor 217 is installed so that when the motor 400 rotates in the forward direction (that is, an example of “one direction of rotation of the motor” according to the present invention), the HP-side compressor 217 enters the forward rotation state and can supercharge intake air. Has been. That is, the normal rotation state of the HP-side compressor 217 corresponds to the normal rotation state of the motor 400.

吸気通路213には、吸入空気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ221が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ221は、ECU100と電気的に接続され且つECU100により上位に制御されるスロットルバルブモータ222から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ221を境にした吸気通路213の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。尚、エンジン200は、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御(吸入空気量制御)と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ221は、エンジン200の動作期間において、基本的に全開位置(図示するディーゼルスロットルバルブ221の位置が全開位置に相当する)に制御される。尚、吸気通路213には、過給された吸入空気を冷却することが可能なインタークーラ(図示「I/C」)223が設置されている。   A diesel throttle valve 221 capable of adjusting the amount of intake air is disposed in the intake passage 213. The diesel throttle valve 221 is a rotary valve that is electrically connected to the ECU 100 and is configured to be rotatable by a driving force supplied from a throttle valve motor 222 that is controlled by the ECU 100. The diesel throttle valve 221 serves as a boundary. The rotational position is continuously controlled from the fully closed position where the upstream portion and the downstream portion of the intake passage 213 are substantially blocked to the fully opened position where the intake passage 213 communicates almost entirely. Engine 200 is a diesel engine, and its output is controlled through injection amount increase / decrease control, unlike air-fuel ratio control (intake air amount control) in an engine using gasoline or the like as fuel. Therefore, the diesel throttle valve 221 is basically controlled to the fully open position (the position of the illustrated diesel throttle valve 221 corresponds to the fully open position) during the operation period of the engine 200. In the intake passage 213, an intercooler ("I / C" in the figure) 223 capable of cooling the supercharged intake air is installed.

また、吸気通路213には、インマニ圧力センサ224が設置されている。インマニ圧力センサ224は、吸気マニホールド203における吸気の圧力たるインマニ圧Pb(エンジン200全体としての過給圧と実質的に等価である)を検出することが可能に構成されたセンサである。インマニ圧力センサ224は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたインマニ圧Pbは、ECU100により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。   An intake manifold pressure sensor 224 is installed in the intake passage 213. The intake manifold pressure sensor 224 is a sensor configured to detect the intake manifold pressure Pb (substantially equivalent to the supercharging pressure of the engine 200 as a whole), which is the intake air pressure in the intake manifold 203. The intake manifold pressure sensor 224 is electrically connected to the ECU 100, and the detected intake manifold pressure Pb is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite timing.

また、排気マニホールド207には、エキマニ圧力センサ225が設置されている。エキマニ圧力センサ225は、排気マニホールド207における排気の圧力たるエキマニ圧P4(所謂エンジン背圧である)を検出することが可能に構成されたセンサである。エキマニ圧力センサ225は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたエキマニ圧P4は、ECU100により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。   Further, an exhaust manifold pressure sensor 225 is installed in the exhaust manifold 207. The exhaust manifold pressure sensor 225 is a sensor configured to be able to detect an exhaust manifold pressure P4 (so-called engine back pressure) as exhaust pressure in the exhaust manifold 207. The exhaust manifold pressure sensor 225 is electrically connected to the ECU 100, and the detected exhaust manifold pressure P4 is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite timing.

尚、排気通路208の下流側には、不図示のDPF(Diesel Particulate Filter)を含む触媒装置500が設置されている。このDPFは、エンジン200から排出されるPMを捕集可能且つ浄化可能に構成された、所謂セラミックウォールフロー型のフィルタであり、担体表面に形成された無数の細孔部にPMを捕捉すると共に、所定の再生処理において、捕捉したPMを酸化燃焼させることにより排気の浄化を可能としている。補足すると、この触媒装置500において、このDPFの前段には、酸化触媒が設置されており、排気中のNO、CO及びHCは、この酸化触媒により酸化され、DPFにおいてPMの再生を促す構成となっている。また、触媒装置500は、例えばNSR(Nox Strage Reduction:NOx吸蔵還元)触媒等、他の触媒装置を備えていてもよい。   A catalyst device 500 including a DPF (Diesel Particulate Filter) (not shown) is installed on the downstream side of the exhaust passage 208. This DPF is a so-called ceramic wall flow filter configured to collect and purify PM discharged from the engine 200, and captures PM in countless pores formed on the surface of the carrier. In a predetermined regeneration process, exhausted gas can be purified by oxidizing and burning captured PM. Supplementally, in this catalyst device 500, an oxidation catalyst is installed in front of this DPF, and NO, CO and HC in the exhaust are oxidized by this oxidation catalyst, and the regeneration of PM is promoted in the DPF. It has become. The catalyst device 500 may include other catalyst devices such as an NSR (Nox Strage Reduction) catalyst.

気筒202を収容するシリンダブロック201における、気筒202の外周部位には、LLC等の冷却水を循環供給するためのウォータジャケット(不図示)が設けられており、気筒202を含むエンジン200全体を冷却可能に構成されている。   A water jacket (not shown) for circulating and supplying cooling water such as LLC is provided on the outer peripheral portion of the cylinder 202 in the cylinder block 201 that accommodates the cylinder 202, and the entire engine 200 including the cylinder 202 is cooled. It is configured to be possible.

また、エンジンシステム10において、ECU100には、図示する以外にも、エンジン200の、或いはエンジン200が搭載される車両の運転条件を規定する各種の指標値が、各指標値について設置された各種のセンサ(不図示)を介して電気的に入力される構成となっている。例えば、ECU100は、エンジン200の機関回転速度NEをNEセンサから、またアクセルペダルの開度(即ち、アクセル開度)をアクセルポジションセンサから取得することが可能に構成されている。   In the engine system 10, the ECU 100 includes various index values that define the operating conditions of the engine 200 or the vehicle on which the engine 200 is mounted, in addition to the illustration. It is configured to be electrically input via a sensor (not shown). For example, the ECU 100 is configured to be able to acquire the engine rotational speed NE of the engine 200 from the NE sensor and the accelerator pedal opening (that is, the accelerator opening) from the accelerator position sensor.

尚、本実施形態において、エンジン200はディーゼルエンジンとして構成されるが、本発明に係る内燃機関は、ガソリン或いはアルコールを燃料とするエンジンにも同様に適用可能である。更には、気筒配列も多種多様であってよい。   In the present embodiment, the engine 200 is configured as a diesel engine, but the internal combustion engine according to the present invention can be similarly applied to an engine using gasoline or alcohol as fuel. Furthermore, the cylinder arrangement may be varied.

次に、EGR装置300について説明する。EGR装置300は、EGR導入通路301、EGR通路302、EGRクーラ303、EGRクーラバイパス弁304、EGRバルブ305、EGRコンプレッサハウジング306、EGRコンプレッサ307、第1切替弁308、第2切替弁309、EGRコンプレッサ出口圧力センサ310、第1通路311及び第2通路312を備え、排気の一部をEGRガスとして吸気マニホールド203に循環させることが可能に構成されている。   Next, the EGR device 300 will be described. The EGR device 300 includes an EGR introduction passage 301, an EGR passage 302, an EGR cooler 303, an EGR cooler bypass valve 304, an EGR valve 305, an EGR compressor housing 306, an EGR compressor 307, a first switching valve 308, a second switching valve 309, EGR. A compressor outlet pressure sensor 310, a first passage 311 and a second passage 312 are provided, and a part of the exhaust gas can be circulated to the intake manifold 203 as EGR gas.

EGR導入通路301は、排気通路208と第1通路311とを連通させる管状部材であり、LP側タービンハウジング209よりも上流側において排気通路208から分岐する構成となっている。また、EGR導入通路301における排気通路208と反対側の端部は、EGRコンプレッサハウジング306に接続されており、EGR導入通路301は、その内部においてEGRコンプレッサハウジング306と連通する構成となっている。   The EGR introduction passage 301 is a tubular member that allows the exhaust passage 208 and the first passage 311 to communicate with each other, and is configured to branch from the exhaust passage 208 upstream of the LP-side turbine housing 209. Further, an end portion of the EGR introduction passage 301 opposite to the exhaust passage 208 is connected to the EGR compressor housing 306, and the EGR introduction passage 301 is configured to communicate with the EGR compressor housing 306 therein.

第1通路311は、一端部がEGRコンプレッサハウジング306に接続され、他端部がEGR通路302に接続された、中空且つ金属製の管状部材である。尚、第1通路311とEGR通路302とは相互に一体に形成されていてもよいし、溶接されていてもよいし、或いは然るべき連結部材(例えば、フランジ、ガスケット或いはカプラ等)により気密を保って連結されていてもよい。   The first passage 311 is a hollow and metallic tubular member having one end connected to the EGR compressor housing 306 and the other end connected to the EGR passage 302. The first passage 311 and the EGR passage 302 may be formed integrally with each other, welded, or kept airtight by an appropriate connecting member (for example, a flange, a gasket, or a coupler). May be connected.

EGR通路302は、一端部が第1通路311に接続され、他端部が吸気マニホールド203の上流側にある接続位置において吸気通路213に接続されてなる、EGR導入通路301、第1通路311及び第2通路312と共に本発明に係る「EGR通路」の一例を構成する中空且つ金属製の管状部材である。   The EGR passage 302 has one end connected to the first passage 311 and the other end connected to the intake passage 213 at a connection position on the upstream side of the intake manifold 203, the EGR introduction passage 301, the first passage 311 and This is a hollow and metallic tubular member that constitutes an example of the “EGR passage” according to the present invention together with the second passage 312.

EGRクーラ303は、EGR通路302に設けられたEGRガスの冷却装置である。EGRクーラ303は、外周部にエンジン200の冷却水配管が張り巡らされた構成を有し、EGR通路302に導かれEGRクーラ303を通過するEGRガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側(即ち、吸気通路213側)へ導かれる構成となっている。EGRクーラ303には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ(いずれも不図示)が接続されており、冷却水は、当該インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、当該アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン200の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。   The EGR cooler 303 is an EGR gas cooling device provided in the EGR passage 302. The EGR cooler 303 has a configuration in which the cooling water piping of the engine 200 is stretched around the outer periphery, and the EGR gas that is guided to the EGR passage 302 and passes through the EGR cooler 303 is cooled by heat exchange with the cooling water. In this configuration, it is guided to the downstream side (that is, the intake passage 213 side). The EGR cooler 303 is connected to an inlet pipe and an outlet pipe (both not shown) each communicating with the water jacket described above, and the cooling water flows from the inlet pipe into the cooling water pipe, and the outlet It is discharged out of the cooling water pipe through the pipe. The discharged cooling water is returned to the cooling water circulation system of the engine 200, and is supplied again from the inlet pipe through a predetermined path.

EGR通路302には、EGRクーラ303の上流側及び下流側を連通させるバイパス通路(符合省略)が形成されている。EGRガスが、このバイパス通路に導かれた場合、EGRガスは、このバイパス通路によりバイパスされるEGR通路302の被バイパス区間に設置されたEGRクーラ303を通過することなく吸気系に還流する構成となっている。   In the EGR passage 302, a bypass passage (not shown) that connects the upstream side and the downstream side of the EGR cooler 303 is formed. When EGR gas is led to the bypass passage, the EGR gas returns to the intake system without passing through the EGR cooler 303 installed in the bypassed section of the EGR passage 302 bypassed by the bypass passage. It has become.

EGRクーラバイパス弁304は、EGR通路302において、EGRクーラ303の上流側(即ち、排気マニホールド側)端部付近に設置され(尚、このような構成は一例であり、下流側端部近傍であってもよい)、弁体の位置制御により、EGR通路302におけるEGRガスの供給経路を二値的に切り替えることが可能な弁装置である。EGRクーラバイパス弁304は、ECU100と電気的に接続されており、その弁体位置は、ECU100により上位に制御される構成となっている。   The EGR cooler bypass valve 304 is installed in the EGR passage 302 in the vicinity of the upstream end (that is, the exhaust manifold side) of the EGR cooler 303 (this configuration is merely an example, and the EGR cooler bypass valve 304 is in the vicinity of the downstream end. In other words, the valve device can switch the EGR gas supply path in the EGR passage 302 in a binary manner by controlling the position of the valve body. The EGR cooler bypass valve 304 is electrically connected to the ECU 100, and the valve body position is controlled by the ECU 100 to the upper level.

より具体的には、EGRクーラバイパス弁304は、その弁体の位置が、上述した被バイパス区間へのEGRガスの流入を遮断してEGRガスをバイパス通路のみへ導くバイパス側弁体位置と、それとは逆にバイパス通路へのEGRガスの流入を遮断して、被バイパス区間のみにEGRガスを導くクーラ側弁体位置との間で二値的に且つ選択的に切り替えられる構成となっている。   More specifically, the position of the EGR cooler bypass valve 304 is such that the position of the valve body shuts off the inflow of EGR gas into the bypassed section described above and guides the EGR gas only to the bypass passage, Contrary to this, the configuration is such that the inflow of EGR gas to the bypass passage is blocked and the valve position on the cooler side that guides the EGR gas only to the bypassed section can be switched in a binary and selective manner. .

尚、バイパス通路及びEGRクーラバイパス弁304の構成は、ここで述べる形態に限定されない。例えば、EGRクーラバイパス弁304は、単数又は複数の弁体の開閉状態の段階的又は連続的な制御により、EGRクーラ303をバイパスするEGRガスの量を段階的又は連続的に変化させ得るように構成されていてもよい。   The configuration of the bypass passage and the EGR cooler bypass valve 304 is not limited to the form described here. For example, the EGR cooler bypass valve 304 can change the amount of EGR gas that bypasses the EGR cooler 303 stepwise or continuously by stepwise or continuous control of the open / close state of one or more valve bodies. It may be configured.

EGRバルブ305は、先に述べた吸気通路213との接続位置よりも上流側においてEGR通路302に設置され、弁体の開閉状態の制御によりEGRガスの量(即ち、EGR量)を変化させることが可能に構成された電磁開閉弁である。EGRバルブ305は、ECU100と電気的に接続されており、その駆動状態はECU100により上位に制御される構成となっている。補足すると、EGR通路302に導かれたEGRガスは、先に述べたEGRクーラバイパス弁304の弁体位置が、上述した二種類の弁体位置のいずれであるにせよ、最終的には、このEGRバルブ305の開度(即ち、開弁の度合いであり、例えば、全開を100(%)、全閉を0(%)等として規格化された数値として表され得る)に応じた量が吸気マニホールド203に供給される。   The EGR valve 305 is installed in the EGR passage 302 upstream of the connection position with the intake passage 213 described above, and changes the amount of EGR gas (that is, the amount of EGR) by controlling the opening / closing state of the valve body. This is an electromagnetic on-off valve configured to be capable of. The EGR valve 305 is electrically connected to the ECU 100, and its driving state is controlled by the ECU 100 to the upper level. Supplementally, the EGR gas guided to the EGR passage 302 will eventually have this valve body position of the EGR cooler bypass valve 304 described above, regardless of which of the two types of valve body positions described above. An amount corresponding to the opening of the EGR valve 305 (that is, the degree of valve opening, which can be expressed as a numerical value standardized as 100 (%) for full opening, 0 (%) for full closing, etc.) It is supplied to the manifold 203.

EGRコンプレッサ307は、EGRコンプレッサハウジング306に収容される形で設置された、本発明に係る「EGR過給器」の一例たる過給器である。EGRコンプレッサ307は、EGR導入通路301を介して導かれた排気の一部(即ちEGRガス)を、その回転軸の回転速度に応じて下流側に接続された第1通路311に圧送することが可能であり、このEGRガスの圧送によりEGRガスが過給される構成となっている。EGRコンプレッサ307の回転軸は、先述したモータ軸401の他端部に、後述する電磁クラッチ402を介して連結されている。即ち、EGRコンプレッサ307は、新気過給用のHP側コンプレッサ217と、その回転軸を実質的に共有しており、本発明に係る「一軸配置」の一例が実現されている。   The EGR compressor 307 is a supercharger that is an example of an “EGR supercharger” according to the present invention that is installed in a form that is accommodated in the EGR compressor housing 306. The EGR compressor 307 pumps a part of the exhaust gas (that is, EGR gas) guided through the EGR introduction passage 301 to the first passage 311 connected to the downstream side according to the rotation speed of the rotation shaft. This is possible, and the EGR gas is supercharged by pumping the EGR gas. The rotating shaft of the EGR compressor 307 is connected to the other end portion of the motor shaft 401 described above via an electromagnetic clutch 402 described later. That is, the EGR compressor 307 substantially shares the rotation axis with the HP-side compressor 217 for fresh air supercharging, and an example of “one-shaft arrangement” according to the present invention is realized.

EGRコンプレッサ307は、HP側コンプレッサ217と同様に、モータ400が正回転した場合にEGRガスの過給がなされるように、EGRコンプレッサハウジング306内部に収容されている。即ち、EGRコンプレッサ307の正回転状態は、モータ400の正回転状態に対応している。   Similar to the HP-side compressor 217, the EGR compressor 307 is accommodated in the EGR compressor housing 306 so that EGR gas is supercharged when the motor 400 rotates forward. That is, the normal rotation state of the EGR compressor 307 corresponds to the normal rotation state of the motor 400.

また、EGRコンプレッサ307は、正回転状態においてEGRガスを過給し得るため、モータ400が逆方向へ回転した逆回転状態にある場合には、逆にEGR通路302を介してガスを排気通路208に導くことができる。この際、EGRバルブ305及びディーゼルスロットルバルブ221が開弁していれば、吸気通路213から燃焼に供されない比較的低温の吸入空気を二次空気として排気通路208に直接供給することができる。   Further, since the EGR compressor 307 can supercharge EGR gas in the forward rotation state, when the motor 400 is in the reverse rotation state rotated in the reverse direction, the gas is exhausted through the EGR passage 302 on the contrary. Can lead to. At this time, if the EGR valve 305 and the diesel throttle valve 221 are open, relatively low-temperature intake air that is not used for combustion can be directly supplied from the intake passage 213 to the exhaust passage 208 as secondary air.

第2通路312は、一端部が排気マニホールド207に接続され、他端部が、EGR通路302に接続されてなる、中空且つ金属製の管状部材である。第2通路312は、排気マニホールド207に滞留する排気を、EGRガスとして、先述のEGRコンプレッサ307を経由することなく(即ち、バイパスして)EGR通路302に供給可能である。尚、第2通路312とEGR通路302とは相互に一体に形成されていてもよいし、溶接されていてもよいし、或いは然るべき連結部材(例えば、フランジ、ガスケット或いはカプラ等)により気密を保って連結されていてもよい。   The second passage 312 is a hollow and metallic tubular member having one end connected to the exhaust manifold 207 and the other end connected to the EGR passage 302. The second passage 312 can supply the exhaust gas staying in the exhaust manifold 207 as EGR gas to the EGR passage 302 without passing through the EGR compressor 307 (that is, bypassing). The second passage 312 and the EGR passage 302 may be formed integrally with each other, welded, or kept airtight by an appropriate connecting member (for example, a flange, a gasket, or a coupler). May be connected.

第1切替弁308は、全閉と全開との間で開閉状態を二値的に制御可能な弁体を備えた電磁開閉弁である。第1切替弁308は、第1通路311に設置されており、弁体の開閉状態に応じて第1通路311とEGR通路302との連通状態を二値的に変化させることが可能である。即ち、弁体が全開状態にある場合には、第1通路311とEGR通路302とは連通し、弁体が全閉状態にある場合には、第1通路311とEGR通路302との連通は遮断される。   The first switching valve 308 is an electromagnetic on-off valve provided with a valve body that can binaryly control the open / close state between fully closed and fully open. The first switching valve 308 is installed in the first passage 311 and can change the communication state of the first passage 311 and the EGR passage 302 in a binary manner according to the open / close state of the valve element. That is, when the valve body is in the fully open state, the first passage 311 and the EGR passage 302 communicate with each other, and when the valve body is in the fully closed state, the communication between the first passage 311 and the EGR passage 302 is Blocked.

第2切替弁309は、第1切替弁308と同様、全閉と全開との間で開閉状態を二値的に制御可能な弁体を備えた電磁開閉弁である。第2切替弁309は、第2通路312に設置されており、弁体の開閉状態に応じて第2通路312とEGR通路302との連通状態を二値的に変化させることが可能である。即ち、弁体が全開状態にある場合には、第2通路312とEGR通路302とは連通し、弁体が全閉状態にある場合には、第2通路312とEGR通路302との連通は遮断される。   Similar to the first switching valve 308, the second switching valve 309 is an electromagnetic switching valve including a valve element that can binaryly control the open / close state between fully closed and fully opened. The second switching valve 309 is installed in the second passage 312 and can binaryly change the communication state between the second passage 312 and the EGR passage 302 according to the open / close state of the valve element. That is, when the valve body is in the fully open state, the second passage 312 and the EGR passage 302 communicate with each other, and when the valve body is in the fully closed state, the communication between the second passage 312 and the EGR passage 302 is Blocked.

従って、EGRガスは、第1切替弁308が開弁し且つ第2切替弁209が閉弁した状態において排気マニホールド207、EGR導入通路301、EGRコンプレッサ307、第1通路311及びEGR通路302を経由して吸気マニホールド203に導かれ、第1切替弁308が閉弁し且つ第2切替弁209が開弁した状態において排気マニホールド207、第2通路312及びEGR通路302を経由して吸気マニホールド203に導かれる。これ以降は適宜、前者の経路(EGRコンプレッサ307を経由する経路)を第1経路、後者の経路(EGRコンプレッサ307をバイパスする経路)を第2経路と称することとする。   Therefore, the EGR gas passes through the exhaust manifold 207, the EGR introduction passage 301, the EGR compressor 307, the first passage 311 and the EGR passage 302 in a state where the first switching valve 308 is opened and the second switching valve 209 is closed. The intake manifold 203 is guided to the intake manifold 203 via the exhaust manifold 207, the second passage 312 and the EGR passage 302 in a state where the first switching valve 308 is closed and the second switching valve 209 is opened. Led. Hereinafter, the former route (route passing through the EGR compressor 307) will be referred to as the first route, and the latter route (route bypassing the EGR compressor 307) will be referred to as the second route as appropriate.

EGRコンプレッサ出口圧力センサ310は、第1通路311に設置され、第1通路311におけるEGRガスの圧力たるEGRコンプレッサ出口圧Pegrを検出することが可能に構成されたセンサである。EGRコンプレッサ出口圧力センサ310は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたEGRコンプレッサ出口圧Pegrは、ECU100により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。尚、第2通路312におけるEGRガスの圧力は、エキマニ圧力センサ225により検出されるエキマニ圧P4によって代替される。   The EGR compressor outlet pressure sensor 310 is a sensor that is installed in the first passage 311 and configured to detect the EGR compressor outlet pressure Pegr, which is the pressure of EGR gas in the first passage 311. The EGR compressor outlet pressure sensor 310 is electrically connected to the ECU 100, and the detected EGR compressor outlet pressure Pegr is referred to by the ECU 100 at a constant or indefinite timing. The pressure of the EGR gas in the second passage 312 is replaced by the exhaust manifold pressure P4 detected by the exhaust manifold pressure sensor 225.

一方、エンジンシステム10は、電磁クラッチ402を備える。電磁クラッチ402は、相互に対向する金属製のクラッチ板(符号省略)を有し、不図示のソレノイド駆動装置に対する通電制御により電磁力を適宜に生じさせ、両クラッチ板を結合又は分離せしめる構造を有する、電磁駆動式のクラッチ装置である。電磁クラッチ402は、ECU100と電気的に接続されており、電磁クラッチ402の駆動状態(ここでは、ソレノイド駆動装置の通電状態)は、ECU100により上位に制御される構成となっている。   On the other hand, the engine system 10 includes an electromagnetic clutch 402. The electromagnetic clutch 402 has metal clutch plates (not shown) opposed to each other, and has a structure in which electromagnetic force is appropriately generated by energization control with respect to a solenoid driving device (not shown) to couple or separate both clutch plates. An electromagnetically driven clutch device. The electromagnetic clutch 402 is electrically connected to the ECU 100, and the driving state of the electromagnetic clutch 402 (here, the energization state of the solenoid driving device) is configured to be controlled by the ECU 100.

ここで、モータ400の回転軸たるモータ軸401の両端部には、夫々HP側コンプレッサ217の回転軸及びEGRコンプレッサ307の回転軸が連結されている。上記クラッチ板は、このモータ軸401におけるEGRコンプレッサ307の回転軸と対向する端部と、EGRコンプレッサ307の回転軸におけるモータ軸401と対向する端部とに夫々固定されている。従って、両クラッチ板が相互に結合した結合状態においては、モータ400とEGRコンプレッサ307とは、両軸体が結合された一体とみなし得る回転軸により一体回転或いは同期回転する。一方、両クラッチ板が相互に分離した分離状態においては、EGRコンプレッサ307は、その回転駆動力を失うこととなり、停止する。   Here, the rotating shaft of the HP side compressor 217 and the rotating shaft of the EGR compressor 307 are connected to both ends of the motor shaft 401 which is the rotating shaft of the motor 400. The clutch plate is fixed to an end portion of the motor shaft 401 facing the rotation shaft of the EGR compressor 307 and an end portion of the rotation shaft of the EGR compressor 307 facing the motor shaft 401. Therefore, in a coupled state in which both clutch plates are coupled to each other, the motor 400 and the EGR compressor 307 rotate integrally or synchronously with a rotation shaft that can be regarded as an integral body in which both shaft bodies are coupled. On the other hand, in the separated state where both clutch plates are separated from each other, the EGR compressor 307 loses its rotational driving force and stops.

また、エンジンシステム10は、モータ軸401とHP側コンプレッサ217の回転軸との間に、ワンウェイクラッチ403及びリバースギア404を備える。   The engine system 10 includes a one-way clutch 403 and a reverse gear 404 between the motor shaft 401 and the rotation shaft of the HP-side compressor 217.

ワンウェイクラッチ403は、外輪部と内輪部との間に多数のカムを配置してなる公知の一方向クラッチ装置であり、モータ400の正回転時には、当該カムが外輪部と内輪部の間で突っ張ることによりモータ400の駆動力がHP側コンプレッサ217の回転軸に伝達され、HP側コンプレッサ217の回転軸が先述した正回転方向へ回転駆動される構成となっている。一方、モータ400の逆回転時には、当該カムが周方向に倒れることにより内輪部が極低トルクで空転するため、モータ400の駆動力はHP側コンプレッサ217の回転軸に殆ど伝達されない。即ち、ワンウェイクラッチ403は、HP側コンプレッサ217を正回転方向のみへ回転させるように、モータ400からの駆動力を伝達する、本発明に係る「遮断手段」の一例である。   The one-way clutch 403 is a known one-way clutch device in which a large number of cams are arranged between an outer ring portion and an inner ring portion. When the motor 400 is rotated forward, the cam stretches between the outer ring portion and the inner ring portion. As a result, the driving force of the motor 400 is transmitted to the rotating shaft of the HP-side compressor 217, and the rotating shaft of the HP-side compressor 217 is rotationally driven in the positive rotation direction described above. On the other hand, when the motor 400 rotates in the reverse direction, the inner ring rotates idly with a very low torque due to the cam falling in the circumferential direction, so that the driving force of the motor 400 is hardly transmitted to the rotating shaft of the HP side compressor 217. That is, the one-way clutch 403 is an example of the “blocking means” according to the present invention that transmits the driving force from the motor 400 so as to rotate the HP-side compressor 217 only in the forward rotation direction.

リバースギア404は、ワンウェイクラッチ403よりもモータ400側に設置され、モータ軸401の回転を、回転方向の反転を伴ってHP側コンプレッサ217の回転軸に伝達することが可能に構成された、本発明に係る「変換手段」の一例たる金属製の歯車装置である。リバースギア404によれば、モータ400が逆回転状態にある場合にHP側コンプレッサ217が正回転状態となるため、上述した二次空気の排気通路208への供給に際し、吸入空気の過給を行うことができる。   The reverse gear 404 is installed closer to the motor 400 than the one-way clutch 403, and is configured to transmit the rotation of the motor shaft 401 to the rotation shaft of the HP-side compressor 217 with reversal of the rotation direction. It is a metal gear device as an example of the “conversion means” according to the invention. According to the reverse gear 404, when the motor 400 is in the reverse rotation state, the HP-side compressor 217 is in the normal rotation state, so that the intake air is supercharged when the secondary air is supplied to the exhaust passage 208 described above. be able to.

但し、ここで、リバースギア404がモータ軸401に全く固定されている場合、モータ400が正回転状態で駆動された場合に、HP側コンプレッサ217の回転軸に対し、逆回転方向の回転が伝達されるため、ワンウェイクラッチ403の作用によりHP側コンプレッサ217に対する駆動力の伝達が遮断されてしまう。   However, when the reverse gear 404 is completely fixed to the motor shaft 401, rotation in the reverse rotation direction is transmitted to the rotation shaft of the HP-side compressor 217 when the motor 400 is driven in the forward rotation state. Therefore, transmission of the driving force to the HP-side compressor 217 is interrupted by the action of the one-way clutch 403.

そこで、本実施形態において、リバースギア404は、不図示のギアボックスに不図示のフォワードギア及び各種係合装置と共に収容されている。このギアボックスは更に、モータ軸401とワンウェイクラッチ403との間に介装される構成となっており、モータ軸401とワンウェイクラッチ403とは、当該ギアボックス内に収容された係合装置の係合状態に応じて、常に、このリバースギア404とフォワードギアとのうち選択された一方を介して結合する構成となっている。この係合装置は、ECU100と電気的に接続されており、上記係合状態の制御は、ECU100によりなされる構成となっている。係る構成において、ECU100は、モータ400が逆回転状態にある場合には、リバースギア404を選択し、モータ400が正回転状態にある場合には、フォワードギアを選択する。このため、HP側コンプレッサ217は、モータ400がいずれの方向へ回転するにせよ正回転状態となり、吸入空気の過給が実現される構成となっている。   Therefore, in the present embodiment, the reverse gear 404 is accommodated in a gear box (not shown) together with a forward gear (not shown) and various engagement devices. The gear box is further configured to be interposed between the motor shaft 401 and the one-way clutch 403. The motor shaft 401 and the one-way clutch 403 are engaged with an engagement device housed in the gear box. In accordance with the combination state, the reverse gear 404 and the forward gear are always coupled via a selected one. The engagement device is electrically connected to the ECU 100, and the engagement state is controlled by the ECU 100. In such a configuration, the ECU 100 selects the reverse gear 404 when the motor 400 is in the reverse rotation state, and selects the forward gear when the motor 400 is in the normal rotation state. For this reason, the HP-side compressor 217 is configured to be in a normal rotation state regardless of which direction the motor 400 rotates, and the intake air can be supercharged.

尚、このリバースギア404の存在により、通常の動作の範囲内でHP側コンプレッサ217が逆回転状態となる事態が生じ難い点に鑑みれば、必ずしもワンウェイクラッチ403は必要ないが、ワンウェイクラッチ403が備わることにより、モータ400の回転方向及びギアボックス内のギアの選択態様によらず、HP側コンプレッサ217の逆回転が物理的に防止されるため、高い信頼性が担保されている。   In view of the fact that the presence of the reverse gear 404 makes it difficult for the HP-side compressor 217 to reversely rotate within the normal operating range, the one-way clutch 403 is not necessarily required, but the one-way clutch 403 is provided. As a result, regardless of the direction of rotation of the motor 400 and the mode of selection of the gear in the gear box, the reverse rotation of the HP-side compressor 217 is physically prevented, so that high reliability is ensured.

<実施形態の動作>
エンジンシステム10では、LP側コンプレッサ212及びHP側コンプレッサ217を使用した吸入空気の二段過給が可能であり、比較的高い過給圧(インマニ圧Pbと実質的に等価である)を実現可能である。このため、スモークの排出が好適に抑制されている。また、二段過給による高い動力性能(例えば、加速性能)が担保されている。一方、このように過給圧を高め得る点に鑑みれば、インマニ圧Pbとエキマニ圧P4との偏差は、相対的に減少し易く、この圧力差を利用してEGRガスを吸気マニホールド203に導くのみの構成では、十分なEGR量が確保され難い。その点、エンジンシステム10にはEGRコンプレッサ307が備わっており、EGRガスの過給が可能となっている。このため、過給圧の上昇に伴うEGR量の低下を回避することが出来、EGR(EGRガスを吸気系に循環させることを指す)によるNOxの低減も好適に図られる。即ち、エンジンシステム10によれば、スモーク及びNOxの排出量を同時に低減することが可能となる。
<Operation of Embodiment>
The engine system 10 can perform two-stage supercharging of intake air using the LP side compressor 212 and the HP side compressor 217, and can realize a relatively high supercharging pressure (substantially equivalent to the intake manifold pressure Pb). It is. For this reason, the discharge | emission of smoke is suppressed suitably. Moreover, high power performance (for example, acceleration performance) by two-stage supercharging is secured. On the other hand, in view of the fact that the supercharging pressure can be increased in this way, the deviation between the intake manifold pressure Pb and the exhaust manifold pressure P4 is relatively easy to reduce, and the EGR gas is guided to the intake manifold 203 using this pressure difference. With only the configuration, it is difficult to ensure a sufficient amount of EGR. In that respect, the engine system 10 is provided with an EGR compressor 307, which can supercharge EGR gas. For this reason, it is possible to avoid a decrease in the amount of EGR that accompanies an increase in the supercharging pressure, and it is also possible to suitably reduce NOx by EGR (which means that EGR gas is circulated through the intake system). That is, according to the engine system 10, it is possible to simultaneously reduce smoke and NOx emissions.

また、HP側コンプレッサ217は、モータ400からの駆動力の供給を受けて作動するモータ駆動型の過給器であり、その駆動に排気のエネルギを要しない。このため、吸入空気の過給を行う過給器が全て排気駆動型である場合と較べて排気温度の低下が抑制される構成となっている。即ち、エンジンシステム10によれば、上記スモーク及びNOxの排出量を低下させるに際して、触媒装置500に供給される熱負荷が減少することはなく、触媒装置500の温度上昇が促進される結果、排気の浄化効率自体が低下するといった問題が生じない。即ち、スモーク及びNOxの排出量を低減しつつ排気の好適な浄化が実現される。   The HP-side compressor 217 is a motor-driven supercharger that operates by receiving a driving force supplied from the motor 400, and does not require exhaust energy for driving. For this reason, it is the structure by which the fall of exhaust temperature is suppressed compared with the case where all the superchargers which supercharge intake air are exhaust drive type. That is, according to the engine system 10, when reducing the smoke and NOx emission, the thermal load supplied to the catalyst device 500 does not decrease, and the temperature rise of the catalyst device 500 is promoted. There is no problem that the purification efficiency itself is lowered. That is, it is possible to achieve a suitable purification of exhaust gas while reducing the smoke and NOx emission.

一方、このように触媒装置500の昇温が好適に図られるだけでは、触媒装置500が未燃状態の燃料(即ち、未燃HC)を排気通路208に添加して、或いは係る未燃HCやCOの排出量を一時的に増加させる等して触媒装置500におけるPMの強制再生が図られる場合等において、PMの過度な連続再生が生じることによる触媒装置500のOTが必ずしも防止されない。このような問題は、DPFのようなPMの捕捉再生手段を設ける場合に限らず、NSR触媒等におけるS再生制御等において同様に生じ得る。   On the other hand, if the temperature of the catalyst device 500 is suitably increased in this way, the catalyst device 500 adds unburned fuel (that is, unburned HC) to the exhaust passage 208, or such unburned HC or When the PM is forcedly regenerated in the catalyst device 500 by temporarily increasing the CO emission amount, etc., the OT of the catalyst device 500 due to excessive continuous regeneration of PM is not necessarily prevented. Such a problem is not limited to the case where a PM capture and regeneration unit such as a DPF is provided, but may similarly occur in S regeneration control or the like in an NSR catalyst or the like.

他方、EGRコンプレッサ307は、HP側コンプレッサ217と同様にモータ400を駆動力源としている。モータ400は、既に述べたように正逆いずれの回転方向へも回転可能であり、従って、EGRコンプレッサ307もまた正逆いずれの回転方向へも回転可能である。エンジンシステム10では、この特性を利用して、ECU100により、OT回避制御が実行され、触媒装置500のOTが好適に防止される構成となっている。ここで、図2を参照し、OT回避制御の詳細について説明する。ここに、図2は、OT回避制御のフローチャートである。   On the other hand, the EGR compressor 307 uses the motor 400 as a driving force source, similarly to the HP-side compressor 217. As described above, the motor 400 can rotate in either the forward or reverse rotation direction. Therefore, the EGR compressor 307 can also rotate in either the forward or reverse rotation direction. The engine system 10 is configured such that OT avoidance control is executed by the ECU 100 using this characteristic, and OT of the catalyst device 500 is suitably prevented. Here, the details of the OT avoidance control will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart of the OT avoidance control.

図2において、ECU100は、触媒装置500がOT状態にあるか否かを判別する(ステップS101)。ここで、「OT状態」とは、無論、現時点で既にOTが生じている状態を含むものの、どちらかと言えば、この種のOTが生じる可能性が実践上看過し難い程度に高いと推定され得る状態を指す。ECU100は、ステップS101において、触媒装置500の内部又は近傍に設置されている温度センサ(不図示)などによって測定される触媒装置500の温度(所謂、触媒床温)が、このようなOT状態の定義に基づいて規定された基準値以上であるか否か(或いは超えているか否か)を判別する。尚、ここでは、触媒装置500の温度が基準値以上である場合に触媒装置500がOT状態にある旨の判別がなされる構成としたが、触媒装置500の温度の上昇速度が基準値以上である場合に触媒装置500がOT状態にある旨の判別がなされてもよい。或いは、触媒装置500の温度に替えて或いは加えて、エンジンシステム10の動作履歴(好適には、エンジン200の回転状態及び負荷状態の履歴)等に基づいて、触媒装置500におけるPMの堆積状態が推定され、係る判別の指標とされてもよい。   In FIG. 2, the ECU 100 determines whether or not the catalyst device 500 is in the OT state (step S101). Here, the “OT state” includes, of course, a state in which OT has already occurred at present, but if anything, it is estimated that this type of OT is likely to occur so that it is difficult to overlook in practice. Refers to the state to obtain. In step S101, the ECU 100 determines that the temperature of the catalyst device 500 (so-called catalyst bed temperature) measured by a temperature sensor (not shown) installed in or near the catalyst device 500 is in such an OT state. It is determined whether or not (or exceeds) a reference value defined based on the definition. Here, it is configured that the determination that the catalyst device 500 is in the OT state is made when the temperature of the catalyst device 500 is equal to or higher than the reference value. However, the temperature increase rate of the catalyst device 500 is equal to or higher than the reference value. In some cases, it may be determined that the catalyst device 500 is in the OT state. Alternatively, instead of or in addition to the temperature of the catalyst device 500, the PM accumulation state in the catalyst device 500 is determined based on the operation history of the engine system 10 (preferably, the history of the rotation state and load state of the engine 200). It may be estimated and used as an index for such discrimination.

ステップS101において、触媒装置500がOT状態にないと判別された場合(ステップS101:NO)、ECU100は、OT回避制御を終了する。但し、OT回避制御は、所定のタイミングで繰り返し実行されるようにその実行状態が制御されており、然るべき時間経過を経て、処理は再びステップS101から繰り返される。一方、触媒装置500がOT状態にあると判別された場合(ステップS101:YES)、ECU100は、処理をステップS102に移行させる。   If it is determined in step S101 that the catalyst device 500 is not in the OT state (step S101: NO), the ECU 100 ends the OT avoidance control. However, the execution state of the OT avoidance control is controlled so as to be repeatedly executed at a predetermined timing, and the process is repeated again from step S101 after an appropriate time has elapsed. On the other hand, when it is determined that the catalyst device 500 is in the OT state (step S101: YES), the ECU 100 shifts the process to step S102.

ステップS102において、ECU100は、例えばPM強制再生条件に該当している等の事情により、触媒装置500に対しPM再生のための未燃HC又はCOが供給中であるか否かを判別する(ステップS102)。触媒装置500に対し未燃HC又はCOが供給されている場合(ステップS102:YES)、ECU100は、係る未燃HC又はCOの供給を停止させ(ステップS103)、処理をステップS104に移行させる。一方、触媒装置500に対し未燃気体HC又はCOが供給されていない場合(ステップS102:NO)、ECU100は、ステップS103をスキップして処理をステップS104に進ませる。   In step S102, the ECU 100 determines whether or not unburned HC or CO for PM regeneration is being supplied to the catalyst device 500 due to, for example, a situation that corresponds to a PM forced regeneration condition (step S102). S102). When unburned HC or CO is supplied to the catalyst device 500 (step S102: YES), the ECU 100 stops the supply of unburned HC or CO (step S103), and shifts the processing to step S104. On the other hand, when unburned gas HC or CO is not supplied to the catalyst device 500 (step S102: NO), the ECU 100 skips step S103 and advances the process to step S104.

ステップS104において、ECU100はOT回避処理を実行する。OT回避処理とは、触媒装置500をOTから保護するために、エンジン200、EGR装置300及びモータ400等、エンジンシステム10の各部の動作状態を制御する一連の処理プロセスを指す。   In step S104, the ECU 100 executes an OT avoidance process. The OT avoidance processing refers to a series of processing processes for controlling the operating state of each part of the engine system 10 such as the engine 200, the EGR device 300, and the motor 400 in order to protect the catalyst device 500 from OT.

OT回避処理において、ECU100は先ず、モータ400を逆回転状態で駆動する。この際、ECU100は、電磁クラッチ402への通電を開始することによってクラッチ板同士を結合させ、電磁クラッチ402を先述した結合状態に制御する。電磁クラッチ402を介してモータ400からモータ400の逆回転を伴う駆動力がEGRコンプレッサ307に伝達されると、EGRコンプレッサ307が逆回転状態となる。従って、既に述べたように、EGRコンプレッサ307によりEGR通路302から排気通路208へガスの排出が行なわれる。   In the OT avoidance process, the ECU 100 first drives the motor 400 in the reverse rotation state. At this time, the ECU 100 starts energization of the electromagnetic clutch 402 to connect the clutch plates to each other and controls the electromagnetic clutch 402 to the connected state described above. When the driving force accompanying the reverse rotation of the motor 400 is transmitted from the motor 400 to the EGR compressor 307 via the electromagnetic clutch 402, the EGR compressor 307 enters a reverse rotation state. Accordingly, as already described, gas is discharged from the EGR passage 302 to the exhaust passage 208 by the EGR compressor 307.

また、OT回避処理において、ECU100は更に、第1切替弁308を開弁させ、且つ第2切替弁309を閉弁させることにより、係るガスの排出経路として先述の第1経路を選択する。また、ECU100は、吸気切替弁220を開弁させ、EGRバルブ305及びディーゼルスロットルバルブ221を全開状態に制御する。その結果、吸気通路213からEGR通路302へ燃焼に供されない低温の吸入空気が二次空気として導かれ、第1通路311、EGR導入通路301及び排気通路208を順次介して触媒装置500へ供給される。その結果、比較的高温状態にある触媒装置500は、この二次空気により積極的に冷却され、OTの発生が防止される。   Further, in the OT avoidance process, the ECU 100 further opens the first switching valve 308 and closes the second switching valve 309, thereby selecting the first path described above as the gas discharge path. Further, the ECU 100 opens the intake air switching valve 220 and controls the EGR valve 305 and the diesel throttle valve 221 to be fully opened. As a result, low-temperature intake air that is not used for combustion is introduced from the intake passage 213 to the EGR passage 302 as secondary air, and is supplied to the catalyst device 500 through the first passage 311, the EGR introduction passage 301, and the exhaust passage 208 in order. The As a result, the catalytic device 500 in a relatively high temperature state is actively cooled by the secondary air, and the occurrence of OT is prevented.

尚、モータ400を逆回転させることにより二次空気を触媒装置500に供給し、触媒装置500の温度を低減することでOTを回避することが可能である点に鑑みれば、OT回避処理におけるモータ400の回転速度は、特に限定されない。例えば、モータ400の回転速度は、二次空気供給用に予め設定された固定値であってもよいし、その時点の触媒装置500の温度状態(ステップS101の実行に付随して特定可能である)等に応じて可変な値であってもよく、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、動力性能の低下を顕在化させない程度に迅速に二次空気を供給しつつ、且つモータ400の逆回転に伴う電力消費を可及的に抑制し得るように設定されていてもよい。   In view of the fact that by rotating the motor 400 in the reverse direction, secondary air is supplied to the catalytic device 500 and the temperature of the catalytic device 500 can be reduced, OT can be avoided. The rotational speed of 400 is not particularly limited. For example, the rotation speed of the motor 400 may be a fixed value set in advance for supplying secondary air, or the temperature state of the catalyst device 500 at that time (can be specified in association with the execution of step S101). ), Etc., and may be a variable value, and the secondary air is supplied quickly enough not to reveal a drop in power performance based on experiments, experience, theory, or simulation. However, it may be set so that power consumption accompanying reverse rotation of the motor 400 can be suppressed as much as possible.

ここで、エンジンシステム10においては、モータ軸401とHP側コンプレッサ217の回転軸との間に、ワンウェイクラッチ403が設けられている。従って、OT回避処理においてモータ400が逆回転状態で駆動されても、係るモータ400の逆回転を伴う駆動力は、HP側コンプレッサ217に伝達されない。このため、HPコンプレッサ217が逆回転状態に陥ることによりEGRコンプレッサ307による二次空気の供給と同様の原理によって吸気通路213から折角過給した吸入空気が排出されるといった事態が生じることはない。即ち、上述したギアボックス内で、モータ軸401とワンウェイクラッチ403との間の動力伝達にフォワードギアが選択されていたとしても(即ち、この場合、モータ400自体が逆回転状態にあり、フォワードギアにより回転方向が反転しないまま、逆回転方向の駆動力がワンウェイクラッチ403に入力される)、HP側コンプレッサ217は、少なくとも触媒装置500への二次空気の供給を阻害する方向には作用しない。   Here, in the engine system 10, a one-way clutch 403 is provided between the motor shaft 401 and the rotation shaft of the HP-side compressor 217. Therefore, even if the motor 400 is driven in the reverse rotation state in the OT avoidance process, the driving force accompanying the reverse rotation of the motor 400 is not transmitted to the HP side compressor 217. For this reason, when the HP compressor 217 falls into the reverse rotation state, there is no case where the intake air that is supercharged from the intake passage 213 is discharged by the same principle as the supply of the secondary air by the EGR compressor 307. That is, even if the forward gear is selected for power transmission between the motor shaft 401 and the one-way clutch 403 in the gear box described above (that is, in this case, the motor 400 itself is in the reverse rotation state, and the forward gear is Thus, the driving force in the reverse rotation direction is input to the one-way clutch 403 without reversing the rotation direction), and the HP-side compressor 217 does not act in a direction that inhibits at least the supply of secondary air to the catalyst device 500.

一方、OT回避処理において、当該ギアボックス内の伝達ギアが、フォワードギアからリバースギア404に切り替えられてもよい。この場合、モータ400の逆回転を伴う駆動力は、ワンウェイクラッチ403に対し、係るリバースギア404の作用により正回転方向の駆動力として伝達される。このため、ワンウェイクラッチ403により駆動力の伝達がなされ、HP側コンプレッサ217は、モータ400の駆動力により正回転状態で駆動される。即ち、この場合、二次空気の過給が行われることとなり、係る二次空気の過給がなされない場合と比較して多量の二次空気を触媒装置500へ供給することが可能となる。その結果、触媒装置500の冷却は、更に高効率に進行し得る。   On the other hand, in the OT avoidance process, the transmission gear in the gear box may be switched from the forward gear to the reverse gear 404. In this case, the driving force accompanying the reverse rotation of the motor 400 is transmitted to the one-way clutch 403 as a driving force in the forward rotation direction by the action of the reverse gear 404. For this reason, the driving force is transmitted by the one-way clutch 403, and the HP-side compressor 217 is driven in the normal rotation state by the driving force of the motor 400. That is, in this case, the secondary air is supercharged, and a larger amount of secondary air can be supplied to the catalyst device 500 than when the secondary air is not supercharged. As a result, the cooling of the catalyst device 500 can proceed with higher efficiency.

リバースギア404の選択可否は、ワンウェイクラッチ403の作用により少なくともHP側コンプレッサ217の逆回転が回避されている点に鑑みれば、如何様に判断されてもよい。例えば、好適な一形態として、触媒装置500がより高い熱負荷に晒されている場合にはリバースギア404を選択し、EGRコンプレッサ307による二次空気の供給のみで十分に触媒冷却効果が得られる程度の熱負荷であればフォワードギアからリバースギア404へのギア切り替えを行わずに、駆動エネルギの節減を図ってもよい。或いは、触媒装置500の冷却を可及的に迅速に終了させる観点から、OT回避処理が実施されるにあたって常にリバースギア404が選択されてもよい。いずれにせよ、触媒装置500に対する熱負荷のコントロールは、係る二次空気の供給により飛躍的に向上する。   Whether or not the reverse gear 404 can be selected may be determined in any way in view of at least the reverse rotation of the HP-side compressor 217 being avoided by the action of the one-way clutch 403. For example, as a preferred embodiment, when the catalyst device 500 is exposed to a higher heat load, the reverse gear 404 is selected, and a sufficient catalyst cooling effect can be obtained only by supplying secondary air by the EGR compressor 307. If the heat load is moderate, the drive energy may be saved without switching the gear from the forward gear to the reverse gear 404. Alternatively, from the viewpoint of ending the cooling of the catalyst device 500 as quickly as possible, the reverse gear 404 may always be selected when the OT avoidance process is performed. In any case, the control of the heat load on the catalyst device 500 is greatly improved by the supply of the secondary air.

ステップS104によりOT回避処理が開始されると、ECU100は、触媒装置500の温度が基準値未満であるか否かを判別する(ステップS105)。ここで、ステップS105に係る基準値とは、ステップS101に係る基準値と同等であってもよいが、好適にはステップS101に係る基準値よりも低い値に設定される。好適な一形態として、係る基準値は、OT回避処理の実行終了後、触媒装置500が暫時OT状態に陥らないと判断され得る程度に低く、且つ触媒活性が十分に担保される程度の値に設定される。ステップS105に係る基準値は、言わばOT回避処理の終了条件を規定する値である。   When the OT avoidance process is started in step S104, the ECU 100 determines whether or not the temperature of the catalyst device 500 is less than a reference value (step S105). Here, the reference value according to step S105 may be equal to the reference value according to step S101, but is preferably set to a value lower than the reference value according to step S101. As a preferred embodiment, the reference value is low enough to determine that the catalytic device 500 does not fall into the OT state for a while after the execution of the OT avoidance process, and to a value that ensures sufficient catalytic activity. Is set. The reference value according to step S105 is a value that defines the end condition of the OT avoidance process.

触媒装置500の温度が基準値以上である場合(ステップS105:NO)、ECU100は、処理をステップS105で待機させ、OT回避処理を継続する。一方、触媒装置500の温度が基準値未満である場合(ステップS105:YES)、ECU100は、OTの発生が回避されたものと判断して、OT回避制御を終了する。   If the temperature of the catalyst device 500 is equal to or higher than the reference value (step S105: NO), the ECU 100 waits for the process in step S105 and continues the OT avoidance process. On the other hand, when the temperature of the catalyst device 500 is lower than the reference value (step S105: YES), the ECU 100 determines that the occurrence of OT is avoided and ends the OT avoidance control.

以上の説明したように、本実施形態に係るエンジンシステム10によれば、OT回避制御により、触媒装置500がOT状態にある場合に、OT回避処理が実行され、EGRコンプレッサ307を逆回転状態で駆動することにより気筒内を通過する高温の排気よりも低温の二次空気を排気通路208に導くことによって、触媒装置500の冷却を好適に行うことが可能となる。また、この際、モータ軸401とワンウェイクラッチ403との間に設けられたリバースギア404を適宜選択することにより、HP側コンプレッサ217を二次空気過給用の過給器として使用することも可能となり、触媒装置500をより迅速に冷却することも可能である。   As described above, according to the engine system 10 according to the present embodiment, when the catalyst device 500 is in the OT state by the OT avoidance control, the OT avoidance process is executed and the EGR compressor 307 is rotated in the reverse rotation state. By driving the secondary air having a temperature lower than that of the high-temperature exhaust gas passing through the cylinder to the exhaust passage 208, the catalyst device 500 can be suitably cooled. At this time, by appropriately selecting a reverse gear 404 provided between the motor shaft 401 and the one-way clutch 403, the HP-side compressor 217 can be used as a supercharger for secondary air supercharging. Thus, the catalyst device 500 can be cooled more quickly.

即ち、本実施形態に係るエンジンシステム10によれば、(1)LP側コンプレッサ207とHP側コンプレッサ217とを利用した二段過給により高い過給圧を実現し、新気量の増量によるスモークの排出量を抑制し、且つEGRコンプレッサ307により実現されるEGRガスの過給によりEGR量を好適に確保することが可能となり、(2)HP側コンプレッサ217がモータ400により駆動されるモータ駆動型過給器として構成されることによって排気温度の低下を抑制し、触媒装置500の昇温を促進して、触媒下流側において排気を好適に浄化することが可能となり、(3)EGRコンプレッサ307がHP側コンプレッサ217と一軸配置されることによりシステム構成の簡素化を実現した上で、(4)上述したワンウェイクラッチ403及びリバースギア404の作用によってHP側コンプレッサ217の逆転を防止しつつ適量の二次空気を触媒装置500へ供給することにより触媒装置500を冷却することが可能となる。即ち、NOx及びスモークの排出を抑制しつつ触媒装置を適切な温度状態に維持することが可能となるのである。   That is, according to the engine system 10 according to the present embodiment, (1) high boost pressure is realized by two-stage supercharging using the LP side compressor 207 and the HP side compressor 217, and smoke is increased by increasing the amount of fresh air. The EGR amount can be suitably secured by supercharging the EGR gas realized by the EGR compressor 307, and (2) the motor drive type in which the HP compressor 217 is driven by the motor 400. By being configured as a supercharger, it is possible to suppress a decrease in the exhaust gas temperature, promote a temperature rise of the catalyst device 500, and purify the exhaust gas appropriately on the downstream side of the catalyst. (3) The EGR compressor 307 After realizing a simplified system configuration by being uniaxially arranged with the HP side compressor 217, (4) the one-way described above While preventing reverse rotation of the HP side compressor 217 by the action of the latch 403 and reverse gear 404 an appropriate amount of secondary air becomes possible to cool the catalytic converter 500 by feeding to the catalyst device 500. That is, it is possible to maintain the catalyst device at an appropriate temperature state while suppressing the discharge of NOx and smoke.

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う排気浄化装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the spirit or idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and an exhaust emission control device with such a change is also included. Moreover, it is included in the technical scope of the present invention.

本発明の実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram conceptually showing a configuration of an engine system according to an embodiment of the present invention. 図1のエンジンシステムにおいてECUにより実行されるOT回避制御のフローチャートである。2 is a flowchart of OT avoidance control executed by an ECU in the engine system of FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

10…エンジンシステム、100…ECU、200…エンジン、209…LP側タービンハウジング、210…LP側タービン、211…LP側コンプレッサハウジング、212…LP側コンプレッサ、216…HP側コンプレッサハウジング、217…HP側コンプレッサ、220…吸気切替弁、224…インマニ圧力センサ、225…エキマニ圧力センサ、300…EGR装置、301…EGR導入通路、302…EGR通路、303…EGRクーラ、304…EGRクーラバイパス弁、305…EGRバルブ、306…EGRコンプレッサハウジング、307…EGRコンプレッサ、308…第1切替弁、309…第2切替弁、310…EGRコンプレッサ出口圧力センサ、311…第1経路、312…第2経路、400…モータ、401…モータ軸、402…電磁クラッチ、403…ワンウェイクラッチ、404…リバースギア、500…触媒装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine system, 100 ... ECU, 200 ... Engine, 209 ... LP side turbine housing, 210 ... LP side turbine, 211 ... LP side compressor housing, 212 ... LP side compressor, 216 ... HP side compressor housing, 217 ... HP side Compressor, 220 ... intake switching valve, 224 ... intake manifold pressure sensor, 225 ... exhaust manifold pressure sensor, 300 ... EGR device, 301 ... EGR introduction passage, 302 ... EGR passage, 303 ... EGR cooler, 304 ... EGR cooler bypass valve, 305 ... EGR valve, 306 ... EGR compressor housing, 307 ... EGR compressor, 308 ... first switching valve, 309 ... second switching valve, 310 ... EGR compressor outlet pressure sensor, 311 ... first path, 312 ... second path, 400 ... Motor, 4 1 ... motor shaft, 402 ... electromagnetic clutch 403 ... one-way clutch, 404 ... reverse gear, 500 ... catalyzer.

Claims (2)

排気系に触媒装置を備える内燃機関の排気浄化装置であって、
モータから供給される駆動力により回転駆動され、該モータの一回転方向に対応する正回転状態において吸入空気を過給可能に構成されたモータ駆動過給器を含む、前記内燃機関の吸気系に相互に直列に配置された複数の吸気過給器と、
前記触媒装置の上流側において前記排気系から分岐し、該排気系を流れる排気の一部をEGRガスとして前記吸気系に供給可能なEGR通路と、
前記モータから供給される駆動力により回転駆動され、前記EGR通路又は前記触媒装置の上流側における前記排気系において前記モータ駆動過給器と一軸配置されると共に、前記モータの前記一回転方向に対応する正回転状態及び逆回転状態において前記EGRガスを夫々過給及び排気可能なEGR過給器と、
前記モータ駆動過給器と前記モータとの間に設けられ、前記モータから前記モータ駆動過給器への前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力の伝達を遮断可能な遮断手段と、
前記触媒装置が所定のOT状態にあるか否かを判別する判別手段と、
前記触媒装置が前記OT状態にある旨が判別された場合に、前記EGR過給器が前記逆回転状態となるように前記モータを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする排気浄化装置。
An exhaust gas purification device for an internal combustion engine comprising a catalyst device in an exhaust system,
The intake system of the internal combustion engine includes a motor-driven supercharger that is rotationally driven by a driving force supplied from a motor and configured to be able to supercharge intake air in a normal rotation state corresponding to one rotation direction of the motor. A plurality of intake superchargers arranged in series with each other;
An EGR passage branching from the exhaust system upstream of the catalyst device and capable of supplying a part of the exhaust gas flowing through the exhaust system as EGR gas to the intake system;
It is rotationally driven by the driving force supplied from the motor, and is uniaxially arranged with the motor drive supercharger in the exhaust system on the upstream side of the EGR passage or the catalyst device, and corresponds to the one rotation direction of the motor. An EGR supercharger capable of supercharging and exhausting the EGR gas in a normal rotation state and a reverse rotation state, respectively,
A shut-off means provided between the motor-driven supercharger and the motor, and capable of interrupting transmission of a driving force that promotes reverse rotation of the motor-driven supercharger from the motor to the motor-driven supercharger;
Discriminating means for discriminating whether or not the catalyst device is in a predetermined OT state;
And a control means for controlling the motor so that the EGR supercharger is in the reverse rotation state when it is determined that the catalyst device is in the OT state. .
前記遮断手段は、前記モータ駆動過給器の逆回転を促す駆動力を、前記モータ駆動過給器の正回転を促す駆動力に変換する変換手段を含む
ことを特徴とする請求項1に記載の排気浄化装置。
The said interruption | blocking means contains the conversion means which converts the driving force which encourages reverse rotation of the said motor drive supercharger into the drive force which encourages normal rotation of the said motor drive supercharger. Exhaust purification equipment.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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