JP2019178639A - 圧縮着火式エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンが冷機状態にあるときに燃費性能を良好にできるエンジンの制御装置を提供する。【解決手段】吸気通路３０に電動過給機７０を設け、電動過給機７０をバイパスするバイパス通路３２ｃを設け、バイパス通路３２ｃにバイパス弁３２１を設け、電動過給機７０よりも下流側の吸気通路３０に吸気絞り弁３４１を設ける。そして、冷機時で、且つ、エンジン負荷およびエンジン回転数が低いときに、電動過給機７０を駆動するとともに、エンジン負荷に対応する量の吸気が気筒２に導入され且つ電動過給機７０で過給された吸気の一部がバイパス通路３２ｃを通じて電動過給機７０に戻される吸気循環流が形成されるように前記吸気絞り弁３４１と前記バイパス弁３２１とを制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、気筒と、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備え、空気と燃料との混合気が前記気筒内で圧縮着火燃焼するように構成された圧縮着火式エンジンを制御する装置に関する。

従来、エンジンの分野では、吸気を過給するための過給機を設けることが行われている。

例えば、特許文献１には、電気エネルギーにより駆動される電動過給機を設けるエンジンが開示されている。また、特許文献１には、気筒に導入される吸気の温度が低いときに電動過給機によって吸気を過給する構成が開示されている。この構成によれば、電動過給機による過給によって吸気の圧力が高められることで圧縮端温度・圧力を高めることができ、吸気の温度が低いときにも燃料と空気の混合気の着火性を良好にすることができる。

特開２０１０−１８０７１０号公報

しかしながら、特許文献１の前記の構成では、気筒内の圧力が増大される結果ポンピングロスが大きくなってしまい、混合気の着火性が良好になることに伴う燃費性能の向上効果を充分に得られないという問題がある。

特に、エンジンが冷機状態すなわちエンジン本体（ピストンやピストンが嵌装されるシリンダの温度が低い状態）にあり、エンジン負荷およびエンジン回転数が低いときには混合気の着火性が非常に悪いため、これを補うように吸気を過給すると燃費性能が著しく悪化してしまう。

本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、エンジンが冷機状態にあるときに燃費性能を良好にできるエンジンの制御装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、気筒を含むエンジン本体と、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備え、空気と燃料との混合気が前記気筒内で圧縮着火燃焼するように構成された圧縮着火式エンジンを制御する装置であって、前記吸気通路に設けられて電気エネルギーにより駆動される電動過給機と、前記吸気通路に接続されて、前記電動過給機をバイパスするバイパス通路と、前記バイパス通路に設けられた開閉可能なバイパス弁と、前記吸気通路のうち前記バイパス通路の下流端が接続される部分よりも下流側に設けられて当該吸気通路を開閉する吸気絞り弁と、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、前記エンジン本体の温度を検出する温度検出部と、前記電動過給機、前記バイパス弁および前記吸気絞り弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記温度検出部による検出温度に基づいてエンジンが冷機状態にあることが確認されるとともに、前記運転状態検出部による検出結果に基づいてエンジン負荷が所定の基準負荷未満且つエンジン回転数が所定の基準回転数未満であることが確認されたとき、前記電動過給機を駆動するとともに、エンジン負荷に対応する量の吸気が前記気筒に導入され且つ前記電動過給機で過給された吸気の一部が前記バイパス通路を通じて前記電動過給機に戻される吸気循環流が形成されるように前記吸気絞り弁と前記バイパス弁とを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置を提供する。

この構成によれば、エンジンが冷機状態にあり、エンジン負荷が基準負荷未満且つエンジン回転数が基準回転数未満という特定条件下で、エンジン負荷に対応する量の吸気が前記気筒に導入されつつ、前記の吸気循環流の形成によって電動過給機により吸気が繰り返し圧縮される。そのため、前記特定条件下において、気筒内の圧力の上昇ひいてはポンピングロスの増大を抑制しながら吸気の温度を高めて混合気の着火性ひいては燃費性能を高めることができる。

さらに、吸気の温度が高くなると、気筒内（燃焼室内）のガス温度が高くなり、このガスからの受熱によりピストンと気筒の内周面（いわゆるシリンダライナー）との間の潤滑油の温度が高くなって、この潤滑油の粘度が低くなる。この潤滑油の粘度の低下は、ピストンと気筒の内周面との間のシール性を高めて混合気の圧縮端温度を高くする。

つまり、エンジン回転数が低く、エンジンが冷機状態にあって潤滑油の粘度が高いときは、潤滑油のピストンに対する追従性は比較的悪い。従って、このときには、ピストンと気筒の内周面との間の状態が境界潤滑状態に陥りやすく、気筒の内周面をピストンが摺動する過程で両者（詳細には気筒の内周面とピストンリング）が直接接触し易くなって潤滑油（油膜）を介してのピストンと気筒の内周面との間のシール性は低く抑えられる。これに対して、この構成によれば、吸気の温度が高めることで、潤滑油の粘度を低くして潤滑油の追従性を良好にすることができ、潤滑油（油膜）によるピピストンと気筒の内周面との間のシール性を高めることができる。すなわち、ピストンリングと気筒の内周面との間の隙間から気筒外に漏出する吸気の量を少なくして圧縮端温度を高くすることができ、これによっても、混合気の着火性を高めることができる。

従って、この構成によれば、前記の特定条件下における燃費性能をより確実に高めることができる。

前記構成において、前記制御部は、エンジンが冷機状態にあるとともにエンジン負荷が前記基準負荷未満且つエンジン回転数が前記基準回転数未満であるという特定条件下でエンジンが運転されているとき、前記バイパス弁の開度を、前記吸気絞り弁の開度よりも開き側で且つ全開よりも閉じ側の開度にする、のが好ましい（請求項２）。

バイパス通路を逆流して電動過給機により繰り返し過給されて昇温される吸気の量を確保できるとともに、この逆流する吸気が低開度のバイパス弁の周囲の隙間を通過する際の抵抗から生じる熱エネルギーにより吸気の温度をさらに上昇させることができる。従って、効率よく吸気の温度を高くして、混合気の着火性ひいては燃費性能をより一層高めることができる。

前記エンジンは、例えば、軽油を主成分とする燃料を圧縮着火燃焼させるディーゼルエンジンである（請求項３）。

この構成によれば、効果的に混合気の着火性ひいては燃費性能を高めることができる。

前記構成において、前記気筒の幾何学的圧縮比は、１３以上且つ１６以下に設定されているのが好ましい（請求項４）。

幾何学的圧縮比が１３以上且つ１６以下と比較的低いディーゼルエンジンでは、特に前記の特定条件下において圧縮端温度が低く抑えられて混合気の着火性が悪くなりやすい。従って、このようなエンジンに前記構成が適用されれば、効果的に混合気の着火性ひいては燃費性能を高めることができる。

前記構成において、前記気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路に設けられたタービンと、前記吸気通路に設けられて前記タービンにより回転駆動されるコンプレッサとを含むターボ過給機を備えるのが好ましい（請求項５）。

この構成によれば、エンジン負荷およびエンジン回転数が比較的高いときにおいて、ターボ過給機によって吸気を過給し、これにより、気筒内の圧力ひいてはピストンリングをシリンダの内周面に押し付ける力を高めることができる。従って、エンジン負荷およびエンジン回転数が比較的高い条件下においても、気筒から外部への吸気の漏出を抑制して燃費性能を良好にできるとともに、この条件下において電動過給機の駆動力を小さく抑えることができる。

以上説明したように、本発明によれば、エンジンが冷機状態にあり且つエンジン負荷が低いときに混合気の着火性を確保しつつ燃費性能を良好にできる。

本発明のエンジンの制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。 エンジンの制御系統を示すブロック図である。 エンジンの運転マップを示した図である。 冷機時と温間時との筒内圧波形を比較して示した図である。 エンジン本体の部分拡大断面図である。 冷機時且つ低速低負荷領域での制御の流れを示したフローチャートである。 吸気循環流を説明するため図である。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明のエンジンの制御装置が適用されたエンジンの好ましい実施形態を示すシステム図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのディーゼルエンジンであり、軽油を主成分とする燃料を圧縮着火燃焼させる。エンジンは、エンジン本体１と、エンジン本体１に導入される吸気が流通する吸気通路３０と、エンジン本体１から排出された排気ガスが流通する排気通路５０と、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮しつつエンジン本体１に送り出すターボ過給機６０及び電動過給機７０と、排気通路５０を流通する排気ガスの一部を吸気通路３０に還流する高圧ＥＧＲ装置８０Ａ及び低圧ＥＧＲ装置８０Ｂとを備えている。

エンジン本体１は、複数の気筒２が図１の紙面と直交する方向に直列に配置された直列多気筒エンジンである。本実施形態では、エンジン本体１には４つの気筒２が設けられている。図１では、複数の気筒２のうちの１つのみを示している。エンジン本体１は、シリンダブロック３、シリンダヘッド４及びピストン５を備える。ピストン５の冠面には、下方（シリンダヘッド４から離間する方向）に凹むキャビティ６ａが形成されている。シリンダブロック３は、前述の４つの気筒２を形成するシリンダライナー３ａを有する。シリンダヘッド４は、シリンダブロック３の上面に取り付けられ、気筒２の上部開口を塞いでいる。ピストン５は、各気筒２に往復摺動可能に収容されており、コネクティングロッド８を介してクランク軸７と連結されている。ピストン５の往復運動に応じて、クランク軸７はその中心軸回りに回転する。

ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６には、後述する燃料噴射弁１５からの噴射により、軽油を主成分とする燃料が供給される。燃焼室６内において、供給された燃料が圧縮着火により燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動する。気筒２の幾何学的圧縮比、つまりピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が下死点にあるときの燃焼室の容積との比は、１３以上且つ１６以下に設定されている。

シリンダブロック３には、クランク軸７の角度（クランク角）およびクランク軸７の回転速度（エンジン回転速度）を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、シリンダヘッド４には、エンジン本体１（シリンダブロック３およびシリンダヘッド４）の内部を流通する冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサＳＮ２が設けられている。

なお、水温センサＳＮ２は、請求項にいう「温度検出部」の一例に該当し、当該水温センサＳＮ２により検出されるエンジン水温は、請求項にいう「エンジン本体の温度」の一例に該当する。

シリンダヘッド４には、燃焼室６と連通する吸気ポート９及び排気ポート１０が形成されている。シリンダヘッド４の底面は燃焼室６の天井面を形成している。この天井面には、吸気ポート９の下流端である吸気側開口と、排気ポート１０の上流端である排気側開口とが形成されている。シリンダヘッド４には、前記吸気側開口を開閉する吸気バルブ１１と、前記排気側開口を開閉する排気バルブ１２とが組み付けられている。また、シリンダヘッド４には、吸気バルブ１１、排気バルブ１２を各々駆動する吸気側動弁機構１３、排気側動弁機構１４が配設されている。

シリンダヘッド４には、さらに、燃焼室６に燃料（軽油）を噴射する燃料噴射弁１５が設けられている。燃料噴射弁１５は、例えば、燃焼室６の天井面中央から放射状に燃料を噴射する多噴孔型の噴射弁である。

吸気通路３０は、単管状の吸気管３２と、吸気管３２に吸気流の上流側から順に設けられた、エアクリーナ３１、インタークーラ４１、サージタンク３５を備えている。エアクリーナ３１は、吸気中の異物を除去する。インタークーラ４１は、水冷式の熱交換器であり、当該インタークーラ４１を通過する吸気を冷却する。

吸気管３２は、その途中部が二股に分岐するように形成されている。すなわち、吸気管３２は、単管状の主通路部３２ａと、主通路部３２ａの途中部から分岐して下流側において再び主通路部３２ａに合流するバイパス通路３２ｃとを有している。第主通路３２ａは、後述する電動過給機７０（電動モータ７０Ｍ）に通じる通路である。バイパス通路３２ｃは、電動過給機７０をバイパスする通路である。バイパス通路３２ｃには、当該バイパス通路３２ｃを開閉可能なバイパス弁３２１が設けられている。主通路部３２ａの、バイパス通路３２ｃの下流端の接続部分よりも下流側の部分には、当該主通路３２ａを開閉可能なスロットル弁（吸気絞り弁）３４１が設けられている。

排気通路５０は、複数の気筒２の各排気ポート１０から延びる複数の独立排気通路５１（図１にはそのうちの１つのみが示されている）と、各独立排気通路５１が集合した排気集合部から下流側に延びる単管状の共通排気通路５３とを有している。共通排気通路５３には、排気ガスを浄化するための触媒５５ａを内蔵した触媒コンバータ５５が設けられている。触媒５５ａは、例えば、排気ガス中のＣＯおよびＨＣを酸化して無害化する酸化触媒、尿素を用いて排気ガス中のＮＯｘを還元して無害化するＮＯｘ触媒、および排気ガス中のスート（煤）を捕集するＤＰＦ（ディーゼル・パティキュレート・フィルタ）が含まれる。なお、図示は省略したが、触媒５５ａの上流側には、共通排気通路５３ひいては触媒５５ａに尿素を供給する尿素インジェクタが設けられている。

ターボ過給機６０は、排気の圧力を動力源として吸気を過給する装置であって、タービン６１及びコンプレッサ６２を含む。タービン６１は、排気通路５０を流通する排気ガスにより回転駆動される。コンプレッサ６２は、タービン６１と連動して回転し、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する。コンプレッサ６２は、上流側吸気通路３２における電動過給機７０よりも上流側の部分に配置されている。タービン６１は、共通排気通路５３における触媒コンバータ５５よりも上流側の部分に配置されている。排気通路５０には、タービン６１をバイパスするためのバイパス通路６３が設けられている。このバイパス通路６３には、当該バイパス通路６３を開閉可能なウェストゲート弁６４が設けられている。

電動過給機７０は、電気エネルギーを動力源として吸気を過給する装置であって、電力の供給を受けて回転駆動力を発生する電動モータ７１Ｍと、電動モータ７１Ｍによって回転駆動されるコンプレッサ７２Ｃとを含む。コンプレッサ７２Ｃは、吸気管３２を流通する吸気を過給する。コンプレッサ７２Ｃは、吸気通路３０において、ターボ過給機６０のコンプレッサ６２よりも下流側に配置されている。

高圧ＥＧＲ装置８０Ａ及び低圧ＥＧＲ装置８０Ｂは、排気通路５０から排気を取り出し、吸気通路３０へ取り出された排気を還流させる装置である。高圧ＥＧＲ装置８０Ａは、ターボ過給機６０のタービン６１よりも上流側を流れる排気ガスの一部を、電動過給機７０のコンプレッサ７２Ｃよりも下流側の吸気通路３０に還流する。低圧ＥＧＲ装置８０Ｂは、触媒コンバータ５５よりも下流側を流れる排気ガスの一部を、コンプレッサ６２よりも上流側の吸気通路３０に還流する。

高圧ＥＧＲ装置８０Ａは、高圧ＥＧＲ通路８１、高圧ＥＧＲクーラ８２及び高圧ＥＧＲ弁８３を含む。高圧ＥＧＲ通路８１は、排気通路５０のタービン６１よりも上流側の部分と、吸気通路３０のスロットル弁３４１及びバイパス弁３２１よりも下流側の部分（サージタンク３５）とを連通している。高圧ＥＧＲクーラ８２は、高圧ＥＧＲ通路８１を通過するＥＧＲガスを冷却する。高圧ＥＧＲ弁８３は、高圧ＥＧＲ通路８１を開閉する。電動過給機７０は、高圧ＥＧＲ通路８１を通して還流させる高圧ＥＧＲガスの増加に伴い、コンプレッサ６２を通過する排気量が減少することによるターボ過給機６０の過給能力の低下を補完する役目を果たす。

低圧ＥＧＲ装置８０Ｂは、低圧ＥＧＲ通路８４、チャンバ８７、低圧ＥＧＲクーラ８５及び低圧ＥＧＲ弁８６を含む。低圧ＥＧＲ通路８４は、排気通路５０の触媒コンバータ５５よりも下流側の部分と、吸気通路３０のコンプレッサ６２よりも上流側の部分とを連通している。この配置により、低圧ＥＧＲ通路８４を通過するＥＧＲガスには、ＨＣ、ＣＯ、スート、ＮＯｘが微小量しか含有されていない。チャンバ８７は、内側に所定の空間を備える箱状部材である。チャンバ８７は、低圧ＥＧＲ通路８４よりも流路面積が大きくなるように構成されている。これに伴い、チャンバ８７に流入したＥＧＲガスは減圧され、ＥＧＲガスから水の一部が除去される。つまり、排気ガスには燃焼により生成した水が含まれており、チャンバ８７内においてこの水の一部がＥＧＲ通路８４を通過するＥＧＲガスから除去される。低圧ＥＧＲクーラ８５は、低圧ＥＧＲ通路８４を通過するＥＧＲガスを冷却する。低圧ＥＧＲ弁８６は、低圧ＥＧＲ通路８４を開閉する。

上流側吸気通路３２の上流部であって低圧ＥＧＲ通路８４の接続口とエアクリーナ３１との間の部分には、吸気通路３０を通じてエンジン本体１に導入される空気（新気）の流量を検出するエアフローセンサＳＮ３が設けられている。サージタンク３５には、その内部の吸気の圧力を検出する吸気圧センサＳＮ４が設けられている。

（２）制御系統
図２は、当実施形態のエンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示されるＰＣＭ１００は、エンジンを統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。

ＰＣＭ１００には各種センサによる検出情報が入力される。具体的に、ＰＣＭ１００は、前述したクランク角センサＳＮ１、水温センサＳＮ２、エアフローセンサＳＮ３、吸気圧センサＳＮ４と電気的に接続されており、これらのセンサによって検出された各種情報、具体的には、エンジン回転数、エンジン水温、吸気量、吸気圧（過給圧）等の情報が、それぞれＰＣＭ１００に逐次入力される。車両には、外気の温度（以下、外気温という）を検出するための外気温センサＳＮ５、車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ６、アクセルペダルの開度（以下、アクセル開度という）を検出するアクセル開度センサＳＮ７が設けられており、これらセンサＳＮ５〜ＳＮ７による検出情報もＰＣＭ１００に逐次入力される。

なお、クランク角センサＳＮ１、アクセル開度センサＳＮ７は、請求項にいう「運転状態検出部」の一例に該当し、これらセンサＳＮ１、ＳＮ７２によりエンジン負荷、エンジン回転数が検出される。

ＰＣＭ１００は、前記各センサＳＮ１〜ＳＮ７からの入力情報に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ１００は、燃料噴射弁１５、スロットル弁３４１、電動過給機７０（電動モータ７１Ｍ）、バイパス弁３２１、ウェストゲート弁６４、高圧ＥＧＲ弁８３、低圧ＥＧＲ弁８６等と電気的に接続されており、前記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。このようなＰＣＭ１００は、請求項にいう「制御部」に相当する。

例えば、ＰＣＭ１００は、アクセル開度センサＳＮ７により検出されるアクセル開度および車速センサＳＮ６により検出される車速等に基づいてエンジンの負荷（要求トルク）を算出し、算出した負荷と、クランク角センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度とに基づいて、燃焼室６に噴射すべき燃料の量（目標噴射量）を決定し、決定した目標噴射量に一致する量の燃料が燃焼室６に噴射されるように燃料噴射弁１５を制御する。

（３）冷機時の低速低負荷領域の制御
次に、本実施形態の特徴部分であるエンジンが冷機状態にあるとき（以下、冷機時という）の低速低負荷領域における制御について説明する。

ここでいう冷機状態とは、エンジン水温が基準温度未満でありエンジン本体の温度が所定の温度未満の状態をいう。基準温度は予め設定された温度であって、例えば、５０℃程度に設定されている。

低速低負荷領域とは、図３に示すように、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満、且つ、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１未満の領域Ａ１である。低速低負荷領域Ａ１は、排気ガスのエネルギーが小さいことでターボ過給機６０によって吸気が加圧されない領域に設定されている。例えば、基準回転数Ｎ１は、１２００ｒｐｍ程度に設定されている。また、基準負荷Ｔｑ１は、全負荷（アクセル開度を全開としたときのエンジン負荷）の２０％程度の負荷に設定されている。

（３−１）冷機時の低速低負荷領域の制御の概要
まず、冷機時に低速低負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに生じる問題点について説明する。

図４は、低速低負荷領域Ａ１の所定の運転ポイントでの筒内圧（燃焼室６内の圧力）の波形を、冷機時と、エンジンの暖機が完了した状態にあるとき（以下、温間時という）であってエンジン水温が基準温度以上のときとで比較して示した図である。図４の例は、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも所定クランク角前の時期から、圧縮上死点よりも所定のクランク角後の時期までの間に複数回に分けて燃料が噴射されたときの例である。図４の実線は冷機時の筒内圧波形であり、破線は温間時の筒内圧波形である。

図４の実線と破線との比較から明らかなように、低速低負荷領域Ａ１において、冷機時は温間時に比べて圧力上昇が抑えられる。そのため、冷機時で低速低負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときは、圧縮端圧力および圧縮端温度が低く抑えられることで燃焼が十分に行われず、ＨＣ、ＣＯ等の排出が増大するとともに燃費性能が悪化しやすいという問題がある。なお、低速低負荷領域Ａ１以外の領域では、ターボ過給機によって吸気が加圧されることで圧縮端圧力および圧縮端温度は確保される。

前記の問題について、本願発明者らは、ピストンリング２０１とシリンダライナー３ａとの間から燃焼室６の外部に漏出するガスに着目した。

図５は、エンジン本体１の部分拡大断面図である。図５に示すように、ピストン５には、シリンダライナー３ａとピストン５の外周面（いわゆるスカート部の外周面）との間の隙間を塞ぐためのピストンリング２０１がはめ込まれている。詳細には、ピストン５の外周面には径方向内側に凹むリング取付け部５ａが形成されており、このリング取付け部５ａ内にピストン５の全周にわたってピストンリング２０１がはめ込まれている。

ピストンリング２０１は、燃焼室６からリング取付け部５ａに入り込んだガスの圧力によってシリンダライナー３ａに押し付けられている。例えば、圧縮工程中、ピストン５が矢印Ｙ１に示すように上方（シリンダヘッド４に近づく方向）に移動しているとき、燃焼室６内のガスは矢印Ｙ２で示すようにリング取付け部５ａに入り込み、このガスの圧力によってピストンリング２０１はライナーに押し付けられる。

ここで、冷機時は、シリンダライナー３ａとピストン５との間に介在する潤滑油の温度が低くこの潤滑油の粘度が高い。そのため、冷機時で且つエンジン回転数が低いときは、シリンダライナー３ａとピストン５との間の潤滑状態が境界潤滑状態（これに近い状態）になり、潤滑油がピストンリング２０１とシリンダライナー３ａとの気密性を高めるシールとして充分に機能せず、燃焼室６内のガスがピストンリング２０１とシリンダライナー３ａとの間の隙間から外部に漏出する量が多くなる。また、エンジン負荷が低いときは、ターボ過給機６０による吸気の加圧効果が得られないため、燃焼室６に導入される吸気量および吸気圧は小さく、燃焼室６内のガス圧ひいてはピストンリング２０１をシリンダライナー３ａに押し付ける力は低く抑えられる。従って、冷機時の低速低負荷領域Ａ１では、燃焼室６内のガスが漏出する量が特に多くなり、圧縮端圧力および温度が低くなる。

そこで、本実施形態では、冷機時の低速低負荷領域Ａ１において、燃焼室６内のガスの漏出量を少なく抑えることで前記の問題を解決するようにした。以下では、この燃焼室６内のガスの漏出に伴う燃焼室６内のガス量の低下をもれ損失という。

前記のもれ損失を少なく抑えるため（つまり、燃焼室６内のガスの漏出量を少なく抑えるため）には、前記の潤滑油の温度を上げる方法と、ピストンリング２０１に作用する燃焼室６内のガス圧を高める方法とが考えられる。

しかし、燃焼室６内のガス圧を高めた場合は、ピストン５の圧縮仕事が増加してポンピングロスが増大するため、燃費性能を高める効果は小さい。これより、本実施形態では、前記の潤滑油の温度を上げることで漏れ損失を少なく抑える。

ここで、本願発明者らは、潤滑油の温度を上げるための構成について鋭意研究した結果、漏れ損失を抑えるためには、ピストンリングと接触している部分の潤滑油の温度を上げればよいこと、そして、この部分には、燃焼室６内のガスの熱が伝達されており、燃焼室６内の温度を高くすれば前記部分の潤滑油の温度を上げることができるということを突き止めた。また、図５の矢印Ｙ３に示すように、潤滑油にはピストン５（特にピストン冠面）からピストンリング２０１を介しても燃焼室６内の熱が伝えられており、燃焼室６内の温度が高くなるとこの経路に沿う熱伝達によっても潤滑油を温めることができる。

これより、本実施形態では、冷機時で、且つ、低速低負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに、燃焼室６内の温度を上げるための制御を実施する。

（３−２）冷機時の低速低負荷領域の制御の詳細
図６のフローチャートを用いて、冷機時で、且つ、低速低負荷領域Ａ１でエンジンが運転されているときに実施される制御の詳細を説明する。

まず、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１にて、エンジンの各種情報を読み込む。例えば、ＰＣＭ１００は、エンジン水温、エンジン回転数、アクセル開度等の情報を読み込む。

次に、ＰＣＭ１００は、ステップＳ２にて、冷機時で、且つ、低速低負荷領域Ａ１であるという特定条件下でエンジンが運転されているか否かを判定する。前記のように、ＰＣＭ１００は、エンジン水温が基準水温以下で、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満で、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１未満のときに、特定条件下でエンジンが運転されていると判定する。

ステップＳ２の判定がＮＯであって特定条件下でエンジンが運転されていないときは、そのまま処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであって特定条件下でエンジンが運転されているときは、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、ＰＣＭ１００は、吸気量の目標値を設定する。具体的には、ＰＣＭ１００は、エンジン負荷（要求されているエンジントルク）を、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて算出し、エンジン負荷とエンジン回転数とに基づいて吸気量の目標値を算出する。例えば、ＰＣＭ１００には、エンジン負荷とエンジン回転数とについて吸気量の目標値がマップで記憶されている。ＰＣＭ１００は、算出したエンジン負荷と、現在のエンジン回転数とに対応する値をこのマップから抽出する。

ステップＳ３の後は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ＰＣＭ１００は、スロットル弁３４１の開度を全開よりも閉じ側の開度にするとともに、バイパス弁３２１を開弁させる。また、電動過給機７０を駆動して、電動モータ７１Ｍの回転数をアイドル回転数よりも高い回転数にする。このアイドル回転数は、電動過給機７０のコンプレッサ７２Ｃによって実質的に過給がなされない程度の電力を電動モータ７１Mに供給したときの回転数である。

このように、バイパス弁３２１が開弁されてスロットル弁３４１の開度が閉じ側とされた状態で電動過給機７０が駆動されることで、吸気通路３０には、図７に示すように、電動過給機７０で圧縮された吸気の一部がバイパス通路３２ｃを逆流して再び電動過給機７０に導入されるような流れ、つまり吸気循環流が形成される（図7の矢印Ｘ１参照）。本実施形態では、吸気循環流が確実に形成されるように、バイパス弁６５の開度はスロットル弁３２の開度よりも大きい開度（開き側の開度）とされる。

また、ＰＣＭ１００は、前記の吸気循環流が形成されつつ、ステップＳ３で設定した吸気量の目標値が実現されるように（この目標値の吸気量が燃焼室６に導入されるように）、スロットル弁３４１の開度と、バイパス弁３２１の開度と、電動モータ７１Ｍの回転数とを、調整する。

ステップＳ４の後は処理を終了する（ステップＳ１に戻る）。

このように、本実施形態では、特定条件下でエンジンが運転されているとき、吸気循環流が形成され、吸気通路３０を通過する吸気の一部が繰り返し電動過給機５１のコンプレッサにより過給されて昇温される。一方、燃焼室６に導入される吸気の量ひいてはこの吸気の圧力は、エンジン負荷に対応した量であって温間時と同程度に維持される。

（４）作用等
以上のように、本実施形態では、冷間時であるとともに、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満且つエンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１未満であるという特定条件下において、電動過給機７０が駆動されるとともに、前記吸気循環流が形成されるようにスロットル弁３４１とバイパス弁３２１とが制御される。

そのため、前記の特定条件下において、エンジン負荷に対応する量の吸気を燃焼室６に導入しつつ、吸気循環流の形成によって電動過給機７０により吸気を繰り返し圧縮することができる。そのため、燃焼室６内の圧力の上昇ひいてはポンピングロスの増大を抑制しながら吸気の温度を高めて混合気の着火性ひいては燃費性能を高めることができる。さらに、潤滑油の温度を高くしてその粘度を低くすることができる。そのため、潤滑油を介して、ピストンリング２０１とシリンダライナー３ａとの密着性（シール性）を高めることができる。従って、ピストンリング２０１とシリンダライナー３ａとの間の隙間から燃焼室６外に漏出する吸気の量を少なくして圧縮端温度を高くすることができ、これによっても、混合気の着火性を高めて燃費性能を高めることができる。

特に、幾何学的圧縮比が１３以上且つ１６以下と比較的低いディーゼルエンジンでは、前記の特定条件下において圧縮端温度が低く抑えられて混合気の着火性が悪くなりやすい。これに対して、この構成によれば、効果的に混合気の着火性ひいては燃費性能を高めることができる。

また、本実施形態では、前記の特定条件下でエンジンが運転されているときに、バイパス弁３２１の開度が、スロットル弁３４１の開度よりも開き側で且つ全開よりも閉じ側の開度とされる。

そのため、バイパス通路６３を逆流して電動過給機70により繰り返し過給されて昇温される吸気の量を多くすることができる。また、この逆流する吸気が低開度のバイパス弁３２１の周囲の隙間を通過する際の抵抗から生じる熱エネルギーにより吸気の温度をさらに上昇させることができる。従って、効率よく吸気の温度を高くして、混合気の着火性ひいては燃費性能をより一層高めることができる。

また、本実施形態では、エンジンが、軽油を主成分とする燃料を圧縮着火燃焼させるディーゼルエンジンであり、ピストン５の冠面にキャビティ６ａが形成されている。そのため、キャビティ６ａ内で主として混合気を燃焼させることができ、この燃焼エネルギーをより効率よくピストン５ひいてはピストンリングに伝えることができる。従って、前記隙間から燃焼室６の外部に漏えいする吸気の量をより確実に少なく抑えることができる。

また、本実施形態では、ターボ過給機６０が設けられている。そのため、エンジン負荷およびエンジン回転数が比較的高く排気のエネルギーが比較的高いときに、ターボ過給機６０によって吸気を過給し、これにより、気筒内の圧力ひいてはピストンリング２０１をシリンダライナーに押し付ける力を高めることができる。従って、エンジン負荷およびエンジン回転数が比較的高い条件下においても、気筒から外部への混合気の漏出を抑制して燃費性能を良好にできるとともに、この条件下において電動過給機の駆動力を小さく抑えることができる。

（５）変形例
前記実施形態では、軽油を主成分とする燃料を圧着着火させるディーゼルエンジンに本発明の制御装置を適用した例について説明したが、本発明を適用可能なエンジンはこれに限らず、例えばガソリンを主成分とする燃料と空気との混合気を圧縮着火燃焼させるガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

２ 気筒
３０ 吸気通路
３２Ｃ バイパス通路
５０ 排気通路
６０ ターボ過給機
７０ 電動過給機
１００ ＰＣＭ（制御部）
３２１ バイパス弁
３４１ スロットル弁（吸気絞り弁）
ＳＮ２ 水温センサ（温度検出部）

Claims (5)

1. 気筒を含むエンジン本体と、気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路とを備え、空気と燃料との混合気が前記気筒内で圧縮着火燃焼するように構成された圧縮着火式エンジンを制御する装置であって、
   前記吸気通路に設けられて電気エネルギーにより駆動される電動過給機と、
   前記吸気通路に接続されて、前記電動過給機をバイパスするバイパス通路と、
   前記バイパス通路に設けられた開閉可能なバイパス弁と、
   前記吸気通路のうち前記バイパス通路の下流端が接続される部分よりも下流側に設けられて当該吸気通路を開閉する吸気絞り弁と、
   エンジンの運転状態を検出する運転状態検出部と、
   前記エンジン本体の温度を検出する温度検出部と、
   前記電動過給機、前記バイパス弁および前記吸気絞り弁を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記温度検出部による検出温度に基づいてエンジンが冷機状態にあることが確認されるとともに、前記運転状態検出部による検出結果に基づいてエンジン負荷が所定の基準負荷未満且つエンジン回転数が所定の基準回転数未満であることが確認されたとき、前記電動過給機を駆動するとともに、エンジン負荷に対応する量の吸気が前記気筒に導入され且つ前記電動過給機で過給された吸気の一部が前記バイパス通路を通じて前記電動過給機に戻される吸気循環流が形成されるように前記吸気絞り弁と前記バイパス弁とを制御する、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
2. 請求項１に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記制御部は、エンジンが冷機状態にあるとともにエンジン負荷が前記基準負荷未満且つエンジン回転数が前記基準回転数未満であるという特定条件下でエンジンが運転されているとき、前記バイパス弁の開度を、前記吸気絞り弁の開度よりも開き側で且つ全開よりも閉じ側の開度にする、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記エンジンは、軽油を主成分とする燃料を圧縮着火燃焼させるディーゼルエンジンである、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
4. 請求項３に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記気筒の幾何学的圧縮比は、１３以上且つ１６以下に設定されている、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧縮着火式エンジンの制御装置において、
   前記気筒から排出された排気ガスが流通する排気通路に設けられたタービンと、前記吸気通路に設けられて前記タービンにより回転駆動されるコンプレッサとを含むターボ過給機を備える、ことを特徴とする圧縮着火式エンジンの制御装置。