JP2021134687A - 過給機付きエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】走行風による空冷が困難な条件下でも、排気ガスの高温化を抑制しながら、フィルタの再生を短時間で行える過給機付きエンジンを提供する。【解決手段】ターボ過給機４、電動過給機５、フィルタを含む後処理装置６ｂを有する排気浄化装置６等を備える。吸気通路３１にコンプレッサ４１と電動過給機５とが配置され、排気通路３２に排気浄化装置６とタービン４２とが配置されている。ＥＧＲ通路７１は、ショートカット通路７２を有している。制御ユニットは、アイドリング状態でフィルタの再生処理を実行する場合、電動過給機５を駆動し、ショートカット通路７２を通じて排気浄化装置６よりも下流で排気ガスに新気を合流させる。【選択図】図８

Description

開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。

ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）では、フィルタに堆積したＰＭ（粒子状物質）を高温の排気ガスで燃焼して再生させる処理が定期的に実行される。

それに対し、近年では、エンジン性能の向上等により、燃焼に用いられる燃料の減少が著しい。燃料の減少によって燃費は向上するが、燃焼熱は小さくなるため、排気ガスの温度が低下する。その結果、再生温度が不安定になり、ＤＰＦの連続した再生を維持するのが難しくなっている。

そのような問題を解決するために、ＤＰＦおよびＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）を、ターボチャージャーのタービンよりも排気通路の上流側に配置して、ＤＰＦの温度を高めるようにした排気ガス浄化装置が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の排気ガス浄化装置にはまた、ＥＧＲバルブおよびＥＧＲクーラを備えたＥＧＲ管が、排気通路と吸気通路との間に設けられていて、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation、排気再循環）が実行可能となっている。

具体的には、排気マニホールドと吸気マニホールドとの間を接続する高圧ＥＧＲ管と、排気通路の下流側の部位とターボチャージャーのコンプレッサよりも吸気通路の上流側の部位との間を接続する低圧ＥＧＲ管とが設けられている。

特許文献２には、ディーゼルエンジンがアイドリング状態のときにＤＰＦの再生を行うための技術が開示されている。

すなわち、ＤＰＦの再生時は排気ガスが高温になる。一方、アイドリング状態では、走行風による空冷ができない。そのため、アイドリング状態では、排気管やその周辺が高温になり過ぎるという問題がある。それに対し、特許文献２の排気ガス浄化装置では、エンジンの回転数を制御して、排気ガスの高温化を抑制しながらＤＰＦの再生を行っている。

特開２０１３−１８９９００号公報 特開２０１２−０４７０７８号公報

特許文献１の排気ガス浄化装置では、高圧ＥＧＲ管によって排気ガスを環流する場合、ＤＰＦを通らないので、ＰＭは除去されない。そのため、煤が、高圧ＥＧＲ管に入り込んで堆積していく。従って、ＥＧＲバルブ、ＥＧＲクーラ等の性能が悪化する。

特許文献２の排気ガス浄化装置のように、排気ガスの高温化を抑制しながらＤＰＦの再生を行う方法では、再生温度が低くなる。そのため、再生時間が長くなることは避けられない。

そこで開示する技術の主たる目的は、アイドリング状態のような、走行風による空冷が困難な条件下でも、排気ガスの高温化を抑制しながらフィルタの再生を短時間で行える、過給機付きエンジンを提供することにある。

開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。すなわち、前記エンジンは、燃焼が行われる燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置と、前記燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、コンプレッサおよびタービンを有し、排気ガスで駆動するターボ過給機と、電気で駆動する電動過給機と、酸化触媒を含む前処理装置、および粒子状物質を捕集するフィルタを含む後処理装置を有する排気浄化装置と、前記排気通路を流れる排気ガスを前記吸気通路に環流させるＥＧＲ通路と、前記燃料供給装置および前記電動過給機を制御する制御ユニットと、を備えた車両のエンジンである。

前記吸気通路には、その上流側から下流側に向かって、順次、前記コンプレッサと前記電動過給機とが配置されている。前記排気通路には、その上流側から下流側に向かって、順次、前記排気浄化装置と前記タービンとが配置されている。前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサと前記電動過給機との間の部位と、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位とに接続されるとともに、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ、および、前記ＥＧＲクーラよりも上流側の部位から分岐して前記吸気通路における前記電動過給機よりも下流側の部位に接続されるショートカット通路を有している。

前記制御ユニットは、前記フィルタに堆積した粒子状物質が設定量以上になった時には、排気行程で前記燃焼室に燃料を供給するように前記燃料供給装置を制御することにより、前記フィルタを再生させる再生処理を実行する。そして、アイドリング状態または所定速度以下で前記車両が低速走行している状態で、前記再生処理を実行する場合には、前記電動過給機を駆動して、新気を、前記ショートカット通路を通じて前記排気通路に供給することにより、前記排気浄化装置よりも下流で排気ガスに新気を合流させる合流処理を実行する。

すなわち、この過給機付きエンジンによれば、排気ガスの流動でタービンを駆動してコンプレッサで過給するターボ過給機に加えて、コンプレッサよりも下流側の吸気通路に、電気で駆動する電動過給機が配置されている。従って、エンジンが停止していて、ターボ過給機が駆動できない状態でも、電動過給機で過給できる。電動過給機であれば、駆動にタイムラグがあるターボ過給機と異なり、レスポンスよく駆動できる。また、ターボ過給機が駆動している状態でも、電動過給機を駆動することによって過給を増やすことができる。従って、このエンジンは過給レスポンスに優れる。

そして、タービンよりも上流側の排気通路には、排気浄化装置が配置されているので、タービンを含めた、その下流側の排気通路には、浄化されたクリーンな排気ガスが流れる。前処理装置は例えばＤＯＣであり、後処理装置は例えばＤＰＦである。すなわち、排気浄化装置により、排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ）を効果的に除去できる。従って、タービンや排気通路の劣化を抑制できる。

更に、ＥＧＲ通路の排気側の端部は、排気通路における排気浄化装置とタービンとの間の部位に接続されている。従って、クリーンな排気ガスが環流されるので、ＥＧＲクーラ等の性能の悪化も抑制できる。

エンジンが低回転で運転している時は、排気圧が低い。従って、その時には、低圧の排
気ガスが環流されるので、いわゆる低圧ＥＧＲを実現できる。また、電動過給機の駆動によって排気圧の調整もできる。特に、低回転かつ高負荷での運転時は、排気ガスは環流し難いが、電動過給機を駆動することで、必要な環流量を確保できる。

一方、エンジンが高回転で運転している時は、過給しているタービンおよびコンプレッサの間の、高圧で圧力差の小さい領域で、排気ガスの環流が行われる。従って、いわゆる高圧ＥＧＲが実現でき、ポンプ損失を低減できる。

これらの結果、簡単な構造でありながら、エンジンの運転領域の全域において良好なＥＧＲの実行が可能になる。

加えて、ＥＧＲ通路には、ＥＧＲクーラよりも上流側から分岐して、電動過給機よりも下流側の吸気通路に接続されたショートカット通路が設けられている。従って、ＥＧＲ通路とは異なり、ショートカット通路を利用することで、電動過給機を経由することなく、最短距離で、燃焼室に排気ガスを導入できる。それにより、ショートカット通路を通じて、迅速に高温の排気ガスを燃焼室に導入できる。着火温度が低下した場合に、ショートカット通路を利用することでレスポンスよく着火性を改善できる。

更に、このエンジンでは、フィルタに堆積したＰＭが設定量以上になった時には、いわゆるポスト噴射により、フィルタを再生させる再生処理が実行される。すなわち、排気行程で燃焼室に燃料を供給する。そうすることで発生する未燃成分が、前処理装置の酸化触媒で酸化される。その反応熱で排気ガスを高温にし、後処理装置のフィルタに堆積したＰＭを燃焼させて除去する。それにより、フィルタが再生されて後処理装置の機能が回復する。

従って、フィルタの再生時には、排気ガスが高温になるので、アイドリング状態または車両が低速走行している状態など、走行風による空冷が実質的にできない状態でＤＰＦの再生を行うと、排気管やその周辺に熱害が発生するおそれがある。それに対し、このエンジンでは、そのような場合に、電動過給機が駆動される。新気（車外から取り入れられる空気）を、ショートカット通路を通じて排気通路に供給することにより、排気浄化装置よりも下流で、排気ガスに新気を合流させる合流処理が実行される。

すなわち、アイドリング状態など、ターボ過給機では過給できない状態でも、電動過給機であれば過給できる。そして、電動過給機で、十分な量の新気を導入し、再生処理を実行しながら、その新気の一部をショートカット通路に分流させる。それにより、その一部の新気は、エンジンおよび排気浄化装置をバイパスし、排気浄化装置よりも下流側で、再生処理で高温になった排気ガスに合流する。

その結果、合流した排気ガスの温度が下がるので、排気管等の熱害を効果的に防止できる。再生温度は維持できるので、排気ガスの高温化を抑制しながら、フィルタの再生を短時間で行える。

前記エンジンはまた、前記制御ユニットが、排気ガスの温度が所定の設定値を超えたか否かを判定し、排気ガスの温度が前記設定値を超えた場合に前記合流処理を実行し、排気ガスの温度が前記設定値を超えない場合には前記合流処理を実行しない、としてもよい。

合流処理では、電動過給機を駆動するので、電力を消費する。一方、アイドリング状態などでフィルタを再生する時でも、排気ガスの温度が過度に高くなければ、低下させなくてもよい。それに対し、このエンジンでは、排気ガスの温度が、所定の設定値を超えた場合に合流処理を実行する。従って、合流処理を効率的に実行できる。電力消費が抑制され
る。

前記エンジンはまた、前記吸気通路が、前記コンプレッサよりも下流側に、吸気を冷却するインタークーラを有し、前記ショートカット通路における吸気側の端部が、前記インタークーラよりも下流側の部位に接続されている、としてもよい。

この場合、吸気通路にインタークーラが追加されたことで、再生処理および合流処理の実行時に、新気の冷却が可能になる。従って、新気を冷却することで、合流した排気ガスの温度を更に下げることができる。新気の温度を調節できるので、安定したフィルタの再生が行える。

前記エンジンはまた、前記吸気通路に、前記電動過給機を迂回するバイパス通路が設けられ、前記電動過給機の駆動時に、前記バイパス通路が閉じられる、としてもよい。

電動過給機が駆動していない時に、吸気が電動過給機を流れると、強い流動抵抗を受ける。それにより、吸気行程で燃焼室が負圧になり易い。ポンプ損失が増加して、燃費が悪化する。それに対し、このエンジンは、バイパス通路を通じて吸気を導入できる。従って、そのような不具合を防止できる。一方、電動過給機の駆動時には、バイパス通路が閉じられるので、電動過給機で効率よく過給できる。

前記エンジンはまた、前記制御ユニットは、前記車両が一時停止した場合に、前記燃焼室への燃料の供給を停止するように前記燃料供給装置を制御して、前記エンジンを停止させるアイドリングストップを更に実行し、前記再生処理が実行されている時に前記車両が一時停止した場合には、前記アイドリングストップの実行を禁止して、前記合流処理を実行する、としてもよい。

車両が一時停止した場合に、アイドリング状態でエンジンの運転を維持するのではなく、燃料の供給を停止してエンジンを停止させる制御、いわゆるアイドリングストップが広く行われている。このエンジンは、アイドリングストップを実行する車両のエンジンである。その車両が、再生処理の実行中に一時停止した場合には、アイドリングストップによって燃料の供給が停止される結果、再生処理が中断される。高温の排気ガスの排出は無くなるが、フィルタの再生が遅れる。

それに対し、このエンジンでは、合流処理の実行により、排気ガスの高温化を防ぎながら短時間でフィルタを再生できる。そのため、再生処理が実行されている時に車両が一時停止した場合には、アイドリングストップの実行を禁止して、合流処理を実行する。従って、アイドリングストップを実行する車両においても、排気ガスの高温化を抑制しながらフィルタの再生を短時間で行える。

開示する技術を適用した過給機付きエンジンによれば、アイドリング状態のような、走行風による空冷が困難な条件下でも、排気ガスの高温化を抑制しながら排気浄化装置のフィルタの再生を短時間で行える。

エンジンシステムの構成を例示する概略図である。 エンジンの制御構成を例示するブロック図である。 エンジンの運転領域を例示するマップである。 エンジンの通常運転時における燃焼制御を例示するフローチャートである。 ＥＧＲ復帰処理での制御を例示するフローチャートである。 ＥＧＲ復帰処理での状態を例示する図である。 再生処理及び合流処理での制御を例示するフローチャートである。 合流処理での状態を例示する図である。 アイドリングストップ実行時における再生処理での制御を例示するフローチャートである。

以下、過給機付きエンジンの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、実施形態に係るエンジンシステム１（広義のエンジン）を示す。このエンジンシステム１は、車両に搭載される。エンジンシステム１のエンジン２は、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。エンジン２は、図示は省略するが、複数の気筒を有している。各気筒は、燃焼が行われる燃焼室２ａを形成する。燃焼室２ａに供給された燃料は、圧縮自着火により燃焼する。

＜エンジンシステムの構成＞
エンジン２には、燃料噴射弁、つまりインジェクタ２１が取り付けられている。インジェクタ２１は、エンジン２に燃料を供給する。より詳細に、インジェクタ２１は、気筒毎に設けられ、気筒内に燃料を直接噴射する。インジェクタ２１は、後述するＥＣＵ１００からの制御信号を受ける。インジェクタ２１は、エンジン２の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン２の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室２ａ内に噴射する。

エンジン２には、吸気通路３１が接続されている。吸気通路３１は、各気筒に吸気を供給する。燃焼室２ａ内に供給される吸気は、空気と、排気ガスであるＥＧＲガスとを含む。エンジン２にはまた、排気通路３２が接続されている。排気通路３２は、各気筒から排出される排気ガスが流れる。

（吸気通路）
吸気通路３１には、上流側から下流側へ向かって順に、ターボ過給機４のコンプレッサ４１と、電動過給機５と、インタークーラ４３とが配設されている。コンプレッサ４１は、吸気を昇圧する。電動過給機５も、吸気を昇圧する。インタークーラ４３は、過給された吸気を冷却する。インタークーラ４３は、例えば水冷式の熱交換器である。インタークーラ４３は、例えばエンジン２の冷却水で熱交換を行う。

電動過給機５は、吸気通路３１内に設けられたコンプレッサホイール５１と、このコンプレッサホイール５１を駆動する電動モータ５２とを有している。電動モータ５２が運転すると、コンプレッサホイール５１が回転し、コンプレッサホイール５１は、吸気通路３１を流れる吸気を昇圧する。電動過給機５は、排気エネルギーを利用しない過給機である。電動モータ５２は、車両に搭載されたバッテリ５５からの電力供給を受ける。バッテリ５５には、例えばオルタネータ（図示省略）によって発電された電力が蓄積される。

ここで電動過給機５の容量は、ターボ過給機４のコンプレッサ４１の容量よりも小に設定されている。電動過給機５は、後述するように、エンジン２が低回転領域の高負荷状態で運転している場合に駆動し、それ以外の場合には駆動しない。大容量のターボ過給機４のコンプレッサ４１と、小容量の電動過給機５とを直列に設け、ターボ過給機４のコンプレッサ４１のみの駆動、電動過給機５のみの駆動、及び、ターボ過給機４のコンプレッサ４１と電動過給機５の両方の駆動を切り替えることにより、このエンジン２は、広い運転領域に亘って、吸気を過給できる。

吸気通路３１には、コンプレッサホイール５１をバイパスするバイパス通路５３が設け
られている。バイパス通路５３の上流端は、吸気通路３１におけるコンプレッサ４１とコンプレッサホイール５１との間の部位に接続されている。バイパス通路５３の下流端は、吸気通路３１におけるコンプレッサホイール５１とインタークーラ４３との間の部位に接続されている。バイパス通路５３には、バイパス弁５４が設けられている。バイパス弁５４は、バイパス通路５３を流れる吸気量を調整する。電動過給機５が駆動している間、バイパス弁５４は閉じられる。電動過給機５が駆動していない間、バイパス弁５４は開かれる。

電動過給機５が駆動していない時に、吸気がコンプレッサホイール５１を流れると、強い流動抵抗を受ける。それにより、吸気行程で燃焼室２ａが負圧になり易くなる。ポンプ損失が増加して燃費の悪化を招く。バイパス通路５３が通じれば、そのような不具合を防止できる。一方、電動過給機５の駆動時に、バイパス通路５３を閉じれば、電動過給機５で効率よく過給できる。

（排気通路）
排気通路３２には、上流側から下流側へ向かって順に、排気浄化装置６と、ターボ過給機４のタービン４２とが配設されている。

排気浄化装置６は、前処理装置６ａ及び後処理装置６ｂを有している。前処理装置６ａは、後処理装置６ｂの上流側に隣接して配置されている。このエンジンシステム１の場合、前処理装置６ａは、いわゆる「ＤＯＣ」であり、酸化触媒を含む。後処理装置６ｂは、いわゆる「ＤＰＦ」であり、フィルタを含む。

ＤＯＣは、排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（ＨＣ）を酸化し、二酸化炭素及び水を生成する反応を促す。また、ＤＰＦは、排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質（ＰＭ）を捕集する。排気浄化装置６についは別途後述する。

このエンジンシステム１は、排気中のＮＯｘを浄化する触媒を備えていない。但し、ここに開示する技術は、ＮＯｘを浄化する触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。

ターボ過給機４のタービン４２は、排気のエネルギーによって回転する。図示を省略する連結シャフトは、タービン４２とコンプレッサ４１とを互いに連結する。排気通路３２においてタービン４２が回転すると、吸気通路３１においてコンプレッサ４１が回転し、吸気を昇圧する。

ターボ過給機４は、詳細な図示は省略するが、可変容量式のターボ過給機４である。タービンケース内には、可動ベーンが配設されている。可動ベーンの開度を調整することによって、ターボ過給機４の容量が変わる。

（ＥＧＲシステム）
エンジンシステム１はまた、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システム７を備えている。ＥＧＲシステム７は、エンジン２から排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流する。ＥＧＲシステム７は、第１ＥＧＲ通路７１（ＥＧＲ通路）と、第２ＥＧＲ通路７２（ショートカット通路）とを有している。

第１ＥＧＲ通路７１は、吸気通路３１におけるコンプレッサ４１と電動過給機５との間の部位と、排気通路３２における排気浄化装置６とタービン４２との間の部位とを互いに接続している。第１ＥＧＲ通路７１には、第１ＥＧＲ弁７３（ＥＧＲバルブ）が設けられている。第１ＥＧＲ弁７３は、例えば電磁式の開度調整弁である。第１ＥＧＲ弁７３は、
第１ＥＧＲ通路７１を通って吸気通路３１に還流されるＥＧＲガスの流量を調整する。

第１ＥＧＲ通路７１にはまた、ＥＧＲクーラ７５が設けられている。ＥＧＲクーラ７５は、図１の構成例においては、ＥＧＲガスの流れる方向を基準にして、第１ＥＧＲ弁７３の上流に設けられている。ＥＧＲクーラ７５は、第１ＥＧＲ通路７１を流れるＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲクーラ７５は、例えば水冷式の熱交換器である。

第２ＥＧＲ通路７２は、第１ＥＧＲ通路７１の途中から分岐している。より詳細に、第２ＥＧＲ通路７２は、第１ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲクーラ７５の上流部から、分岐している。第２ＥＧＲ通路７２はまた、吸気通路３１における電動過給機５の下流に接続されている。より詳細に、第２ＥＧＲ通路７２は、吸気通路３１におけるインタークーラ４３とエンジン２との間の部位に接続されている。

第２ＥＧＲ通路７２には、第２ＥＧＲ弁７４（ショートカットバルブ）が設けられている。第２ＥＧＲ弁７４は、例えば電磁式の開度調整弁である。第２ＥＧＲ弁７４は、第２ＥＧＲ通路７２を通って吸気通路３１に還流されるＥＧＲガスの流量を調整する。

（制御ユニット）
図２は、エンジンシステム１の制御構成を例示するブロック図である。エンジンシステム１は、エンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵという）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、カウンタタイマ群１０３、インターフェース１０４及びこれらのユニットを接続するバス１０５を有するマイクロプロセッサで構成されている。ＥＣＵ１００は、エンジン２を制御する。ＥＣＵ１００は、制御ユニットの一例である。

ＥＣＵ１００は、吸気温度センサＳＷ１、過給圧センサＳＷ２、排気温度センサＳＷ３、クランク角センサＳＷ４、アクセル開度センサＳＷ５、車速センサＳＷ６、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７、及び、触媒温度センサＳＷ８からの信号を受ける。

吸気温度センサＳＷ１は、吸気通路３１の上流側に設けられかつ、エンジンシステム１に取り込む空気（外気）の温度に対応する信号を出力する。過給圧センサＳＷ２は、吸気通路３１に設けられかつ、過給圧に対応する信号を出力する。排気温度センサＳＷ３は、排気通路３２に設けられかつ、排気温度に対応する信号を出力する。クランク角センサＳＷ４は、エンジン２に取り付けられかつ、エンジン２のクランクシャフトの回転角に対応する信号を出力する。アクセル開度センサＳＷ５は、アクセルペダル（図示省略）に連結されかつ、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応する信号を出力する。車速センサＳＷ６は、例えば図示省略の車軸に設けられかつ、車両の車速に対応する信号を出力する。ＤＰＦ差圧センサＳＷ７は、排気浄化装置６に取り付けられかつ、ＤＰＦの入口圧と出口圧との圧力差に対応する信号を出力する。触媒温度センサＳＷ８は、排気浄化装置６に取り付けられかつ、ＤＯＣの温度に対応する信号を出力する。

ＥＣＵ１００は、車速センサＳＷ６の信号に基づいて車両の速度を判断する。ＥＣＵ１００はまた、吸気温度センサＳＷ１、過給圧センサＳＷ２などの信号に基づいて吸気の状態を判断し、燃焼制御を行う。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサＳＷ４の信号に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいてエンジン負荷を算出する。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無、及び、その加速要求の度合いを判定する。

ＥＣＵ１００はまた、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７の信号に基づいて、ＤＰＦの再生の要否を判定する。ＥＣＵ１００は、ＤＰＦの再生が必要と判断すれば、排気温度センサＳＷ３などの信号に基づいて、ＤＰＦを再生する制御を行う。ＥＣＵ１００はまた、触媒温度センサＳＷ８の信号に基づいて、ＤＯＣの機能を判断する。なお、これらセンサは一例である。ＥＣＵ１００は、これら以外のセンサからの信号も受け得る。

ＥＣＵ１００は、入力された信号に基づいてエンジン２の運転状態を判断し、判断した運転状態に対応するよう、インジェクタ２１、電動モータ５２、バイパス弁５４、ベーンアクチュエータ４４、第１ＥＧＲ弁７３、第２ＥＧＲ弁７４、エレキサーモスタット弁８５へ制御信号を出力する。尚、ベーンアクチュエータ４４は、ターボ過給機４の可動ベーンを動かすアクチュエータである。

エンジン２の燃焼室２ａ内には、エンジン２の運転状態に応じた量の空気及びＥＧＲガスが導入されると共に、燃料が供給される。燃焼室２ａ内に供給された燃料は、適切なタイミングで圧縮自己着火により燃焼する。

ここで、このエンジン２は、熱効率が向上するよう、空気が過剰な状態で燃料を燃焼させる。また、ＥＧＲガスを燃焼室２ａに導入することにより、燃焼室２ａ内の空気量の調整も行われる。エンジンシステム１を搭載した車両は、燃費性能が高い。

一方、エンジン２の熱効率が高いため、燃焼室２ａから排出される排気の温度は低い。排気の温度が低いと、ＤＯＣの活性化には不利になる。従来のエンジンにおいては、ターボ過給機４のタービンの下流に排気浄化装置を設けることが一般的である。この構成はタービンの熱容量が大きいため、排気浄化装置の温度が、より一層上がりにくくなるという問題がある。

これに対し、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６を、ターボ過給機４のタービン４２の上流に設けている。エンジン２と排気浄化装置６との間にタービンが存在しないため、排気浄化装置６は、排気によって温度が高まりやすくかつ、エンジン２の運転中は、高温に保たれる。このエンジンシステム１は、排気の温度が低くても、エンジン２の運転中にＤＯＣの活性状態が維持できるから、排出ガス性能が向上する。

（電動過給機５の制御）
次に、ＥＣＵ１００によるエンジン２の制御について説明をする。図３は、エンジン２の運転領域を例示している。運転領域は、エンジン回転数と、トルク（つまり、エンジン負荷）とによって規定される。

図３は、電動過給機５の運転に関するマップ３０１である。ＥＣＵ１００は、エンジン２の全運転領域のうち、第２領域において、電動過給機５を駆動し、第２領域以外の第１領域において、電動過給機５を駆動しない。

第２領域は、低回転領域における高負荷領域に相当する。ここで、低回転領域は、エンジン２の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と高回転領域とに二等分した場合の、低回転領域に相当する。または、低回転領域は、エンジン２の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と中回転領域と高回転領域とに三等分した場合の、低回転領域に相当する。高負荷領域は、エンジン２の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と高負荷領域とに二等分した場合の、高負荷領域に相当する。または、高負荷領域は、エンジン２の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と中負荷領域と高負荷領域とに三等分した場合の、高負荷領域に相当する。

第２領域において、電動過給機５が駆動している場合、ＥＣＵ１００は、バイパス弁５４を閉じる。吸気は、電動過給機５のコンプレッサホイール５１を通過してエンジン２へ流れる。電動過給機５の運転中、コンプレッサホイール５１は、吸気を過給する。

第１領域において電動過給機５の停止している場合、ＥＣＵ１００は、バイパス弁５４を開く。吸気は、電動過給機５のコンプレッサホイール５１を通過せずに、エンジン２へ流れる。電動過給機５の停止中に、エンジン２のポンプ損失の増大が抑制される。

上述したように、電動過給機５のコンプレッサホイール５１は、ターボ過給機４のコンプレッサ４１よりも容量が小さい。電動過給機５は、エンジン２の低回転領域において、高効率に運転できる。電動過給機５は、第２領域において、吸気を効率的に過給できる。

ターボ過給機４のコンプレッサ４１は、容量が大きいため、エンジン２の運転状態が第２領域にある場合は、実質的に吸気を過給しない。コンプレッサ４１は、エンジン２の回転数が高い場合に吸気を過給する。コンプレッサ４１は、エンジン２の運転状態が第１領域にある場合に駆動し、吸気を過給する。なお、第１領域と第２領域との境界付近においては、コンプレッサ４１が吸気を昇圧しかつ、電動過給機５が吸気をさらに昇圧する場合がある。

次に、電動過給機５を駆動させる車両の運転シーンについて説明する。図３の実線の矢印及び破線の矢印は、運転者がアクセルペダルを踏み込んで車両の加速を要求した場合の、エンジン２の運転状態の変化を例示している。ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ５の信号に基づいて、図３に白丸で示す運転状態から、エンジン２の負荷を高める。これにより、エンジン２の運転状態は第１状態から第２状態へと移行する。ＥＣＵ１００は、電動過給機５を運転する。その後、ＥＣＵ１００は、エンジン２の回転数を高める。エンジン２の運転状態が第２状態から第１状態へと移行すると、ＥＣＵ１００は、電動過給機５の運転を終了する。

上述したように、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６を、ターボ過給機４のタービン４２よりも上流に設けている。運転者が車両の加速を要求した場合に、タービン４２よりも上流の容量が大きいため、ターボ過給機４は過給レスポンスが低下する。

しかしながら、エンジンシステム１は、電動過給機５を備えており、車両の加速が要求された場合に、ＥＣＵ１００は、電動過給機５を駆動できる。その結果、エンジン２の過給レスポンスが向上する。

従って、このエンジンシステム１は、排気浄化装置６をタービン４２よりも上流に配置することに依る排気の浄化性能の向上と、電動過給機５が加速要求時に駆動をすることに依る過給レスポンスの向上と、を両立できる。

電動過給機５は、エンジン２の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両が加速過渡にある時、及び、エンジン２が低回転領域内において高負荷運転をしている時、の両方において駆動する。

上述したように、電動過給機５は、車両の加速過渡時における過給レスポンスを向上することができる。電動過給機５はまた、エンジン２が低回転高負荷運転をしているときに、吸気を十分に過給できるから、エンジン２のトルク向上、及び、排出ガス性能の向上に有利である。

なお、電動過給機５は、エンジン２の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両
が加速過渡にある時、又は、エンジン２が低回転領域内において高負荷運転をしている時、のいずれか一方において駆動してもよい。

（エンジン運転時でのＥＧＲシステムの制御）
ＥＣＵ１００は、エンジン２の全運転領域において、ＥＧＲガスを吸気通路３１に還流させる。つまり、ＥＣＵ１００は、第１ＥＧＲ弁７３、及び／又は、第２ＥＧＲ弁７４を開弁する。エンジン２が全負荷（フルスロットル）で運転している場合に、ＥＧＲガスを吸気通路３１に還流することにより、燃焼室２ａ内の酸素濃度が低下して、燃焼温度が下がる。燃焼温度が下がると、ＮＯｘの生成を抑制できる。電動過給機５は、エンジン２が低回転かつ全負荷で運転している場合、つまり、エンジン２が第２領域で運転している場合に、大量の空気とＥＧＲガスとを、燃焼室２ａ内に導入することを可能にする。電動過給機５は、エンジン２の排出ガス性能を向上させる。

ＥＣＵ１００は、図３に示すように、エンジン２の運転状態が第２領域にある場合、換言すると、電動過給機５を運転している場合に、第１ＥＧＲ弁７３を開弁し、第２ＥＧＲ弁７４を閉弁する。エンジン２の運転状態に応じた量のＥＧＲガスが、吸気通路３１へ還流する。低回転の領域ではターボ過給機４が実質的に駆動していないので、その影響を受けることなく電動過給機５を駆動する第２領域では、電動過給機５の効率を高めることができる。

また、第１ＥＧＲ通路７１には、ＥＧＲクーラ７５が介設している。ＥＧＲクーラ７５は、ＥＧＲガスを冷却する。エンジン２の負荷が高い場合に、ＥＧＲシステム７は、冷却したＥＧＲガスを吸気通路３１に還流できる。ＥＧＲガスが導入される燃焼室２ａ内の温度が、過剰に高くなることが抑制される。エンジン２において異常燃焼の発生が抑制される。

エンジン２の運転状態が第１領域内にある場合、ＥＣＵ１００は、更に、第２ＥＧＲ弁７４を開弁する。エンジン２の回転数が高くなれば排気の流量が増大するため、エンジン２の排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなる。第２ＥＧＲ通路７２を通じて、ＥＧＲガスが吸気通路３１に還流する。

ここで、第２ＥＧＲ通路７２は、ＥＧＲクーラ７５をバイパスしている。また、第２ＥＧＲ通路７２は、吸気通路３１において、インタークーラ４３とエンジン２との間の部位に接続されている。第２ＥＧＲ通路７２を通じてＥＧＲガスを還流する場合は、第１ＥＧＲ通路７１を通じてＥＧＲガスを還流する場合と比べて、短い通路長でＥＧＲガスを還流できる。これらの要因により、ＥＧＲシステム７は、第２ＥＧＲ通路７２を通じて、比較的温度の高いＥＧＲガスを、吸気通路３１に還流できる。

エンジン２の負荷が低い場合は、燃焼室２ａ内の温度が低くなりがちで、燃料の着火性が低下しやすい。エンジン２が第１領域において低負荷又は軽負荷で運転している場合に、ＥＧＲシステム７が、第２ＥＧＲ通路７２を介して、温度の高いＥＧＲガスを吸気通路３１に還流することにより、燃焼室２ａ内の温度を高めて、燃料の着火性を向上できる。このことは、エンジン２の燃焼安定性を高める。

また、図３にハッチングを付して示すように、第１領域においてエンジン２が高回転かつ全負荷で運転している場合、ＥＧＲシステム７は、ターボ過給機４の過給によって高圧になっている領域内でＥＧＲガスが環流される。そのため、燃焼室２ａの下流側の排気圧と上流側の吸気圧との差圧が小さくなって、エンジン２のポンプ損失が低減する。

また、エンジン２が高回転全負荷領域内において運転している場合、コンプレッサ４１
を通過する空気の流量は多い。コンプレッサ４１を通過する空気の流量が多い状態で、仮にＥＧＲガスを吸気通路３１におけるコンプレッサ４１の上流に導入しようとしても、コンプレッサ４１の通過が増えすぎてコンプレッサ４１の効率低下を招く。これに対し、エンジンシステム１は、コンプレッサ４１の下流よりも下流の吸気通路３１にＥＧＲガスを導入する。これにより、エンジンシステム１は、コンプレッサ４１の効率が低下しないという利点も得られる。

ＥＧＲシステム７のＥＧＲ通路は、第１ＥＧＲ通路７１と、第１ＥＧＲ通路７１から分岐した第２ＥＧＲ通路７２とによって構成されている。従来のエンジンシステムは、高圧ＥＧＲ通路と低圧ＥＧＲ通路との二つの経路を有していた。これに対し、このエンジンシステム１のＥＧＲ通路は、一つの経路によって構成されている。エンジンシステム１の構成が簡略化するという利点がある。

また、第１ＥＧＲ通路７１は、排気通路３２における排気浄化装置６の下流に接続されている。ＥＧＲシステム７は、クリーンな排気ガスを、ＥＧＲガスとして吸気通路３１に還流できる。

上述したように、このエンジンシステム１では、エンジン２の運転領域の全域でＥＧＲを行う。そして、安定した燃焼を実現するため、燃焼室２ａでの燃焼状態に応じて、第２ＥＧＲ通路７２を通じて、吸気通路３１に高温のＥＧＲガスを環流させる処理（ＨＯＴ−ＥＧＲ）と、第１ＥＧＲ通路７１を通じて、ＥＧＲクーラ７５で冷却したＥＧＲガスを環流させる処理（ＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲ）とが、個別に、または併用して実行される。

第２ＥＧＲ通路７２は、第１ＥＧＲ通路７１よりも、エンジン２までの経路長が短く、かつ、通路容積も小さい。第２ＥＧＲ通路７２は、排気浄化装置６の下流側の排気通路３２から、最短の距離かつ最小の通路容積で、吸気通路３１にＥＧＲガスが環流できる。

従って、第２ＥＧＲ通路７２を通じてＥＧＲガスを環流することにより、迅速に高温のＥＧＲガスを燃焼室２ａに導入できる（ＨＯＴ−ＥＧＲ）。

対して、第１ＥＧＲ通路７１は、第２ＥＧＲ通路７２よりも、エンジン２までの経路長が長く、かつ、通路容積も大きい。しかも、ＥＧＲクーラ７５が配置されている。従って、第１ＥＧＲ通路７１を通じてＥＧＲガスを環流することにより、低温のＥＧＲガスを燃焼室２ａに導入できる（ＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲ）。

このエンジンシステム１では、これらＨＯＴ−ＥＧＲ及びＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲが、簡素な経路構造からなる１つのＥＧＲシステム７で実現できる。そして、これらを併用することにより、要求される温度及び量のＥＧＲガスを、レスポンスよく環流できる。その結果、エンジン２の広範囲な運転領域で適切なＥＧＲが実行できる。それにより、このエンジンシステム１では、エンジン２の運転領域の全域でＥＧＲを行うことが可能となっており、ＳＣＲ（選択式還元触媒）などの高価な装置を組み込まなくても、ＮＯｘを効果的に除去できる。

そして、燃焼室２ａの中で混合気が着火する時の温度（着火温度）が適温であれば、安定した燃焼を実現できる。しかし、リーン燃焼を行うこのエンジン２では、燃焼熱が少ないため、着火温度が低下し易い傾向がある。例えば、エンジン２が十分に暖まっていない冷間時や、温間時でもエンジン２が所定負荷以下の低負荷で運転している状態などでは、着火温度が低下して燃焼が不安定になる場合がある。なお、ここでいう所定負荷とは、例えば、エンジン２の全運転領域を負荷方向に２等分した場合での低負荷側の領域、エンジン２の全運転領域を負荷方向に３等分した場合での最も低負荷側の領域などが相当する。
所定負荷は、エンジン２の仕様に応じて定まる。

それに対し、このエンジンシステム１では、第２ＥＧＲ通路７２を通じてＥＧＲガスを環流することにより、迅速に高温のＥＧＲガスを燃焼室２ａに導入できる（ＨＯＴ−ＥＧＲ）。ＨＯＴ−ＥＧＲの実行によって燃焼室２ａの温度が高まるので、レスポンスよく着火性を改善できる。

また逆に、高回転全負荷領域などでは、着火温度が上昇して異常燃焼が発生する場合もあり得る。そのような場合、このエンジンシステム１では、第１ＥＧＲ通路７１を通じて、ＥＧＲクーラ７５で冷却したＥＧＲガスを環流させることができる（ＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲ）。ＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲの実行によって燃焼室２ａの温度が低下するので、異常燃焼も改善できる。

図４に、ＥＣＵ１００による、エンジン２の通常運転時におけるＥＧＲシステム７の制御例を示す。燃焼室２ａでの燃焼が安定している場合には（ステップＳ１）、ＥＣＵ１００は、ＨＯＴ−ＥＧＲ及びＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲを併用し、エンジン２の運転状態に応じて、要求される温度及び量のＥＧＲガスが環流されるように、第１ＥＧＲ弁７３及び第２ＥＧＲ弁７４の各々の開度を調整する（ステップＳ２）。

そして、エンジン２が所定負荷以下の低負荷で運転している時などに、失火が頻発するなどして燃焼が不安定になると、ＥＣＵ１００は、着火温度が低下したと判定し（ステップＳ３でＹｅｓ）、ステップＳ４，Ｓ５に示すように、第２ＥＧＲ弁７４を開く（実質的に全開の状態、以下同様）とともに、第１ＥＧＲ弁７３を閉じる（実質的に全閉の状態、以下同様）。それにより、ＥＧＲガスは、実質的に第２ＥＧＲ通路７２のみを通じて環流されることとなり、ＨＯＴ−ＥＧＲのみが実行される。その結果、高温のＥＧＲガスが迅速に燃焼室２ａに導入されるので、レスポンスよく着火性が改善されて燃焼状態が安定化する。

また、エンジン２が高回転全負荷領域などで運転している時に、異常騒音が頻発するなどして燃焼が不安定になると、ＥＣＵ１００は、着火温度が上昇したと判定し（ステップＳ３でＮｏ）、第１ＥＧＲ弁７３を開くとともに、第２ＥＧＲ弁７４を閉じる（ステップＳ６，Ｓ７）。それにより、ＥＧＲガスは、実質的に第１ＥＧＲ通路７１のみを通じて環流されることとなり、ＥＧＲクーラ７５で環流するＥＧＲガスを冷却するＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲのみが実行される。その結果、低温のＥＧＲガスが燃焼室２ａに導入されるので、着火性が改善されて燃焼状態が安定化する。

＜燃料カット＞
このエンジンシステム１では、燃費を向上するため、減速時に、いわゆる「燃料カット」が行われる。すなわち、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサＳＷ５などの信号に基づいて、エンジン２が減速してエンジン２からの出力が不要と判定した時には、インジェクタ２１を制御することによって燃料の噴射を停止する処理（燃料カット処理）を実行する。

そして、燃料カット処理の実行中に、アクセルが踏み込まれるなどして、エンジン２の出力が要求された場合には、ＥＣＵ１００は、燃料の噴射を再開し、燃料カット処理から復帰させる。このとき、このエンジンシステム１では、ＥＧＲの実行の遅れが抑制できるように、燃料カットから復帰する時の制御が工夫されている。

＜燃料カットからの復帰制御＞
燃料カット中は、燃焼室２ａで燃焼は行われないが、エンジン２が回転しているため、
燃焼室２ａには新気が供給される。そのため、燃焼室２ａから排出される排気ガスは次第に空気へとシフトし、その温度も低下していく。その結果、排気通路３２中の排気ガスは空気に置換され、排気通路３２の温度も低下する。

それにより、エンジン２が燃料カットの運転状態から復帰する時には、直ちにＥＧＲを再開しても、高温のＥＧＲガスではなく、低温の空気が吸気通路３１に環流されることになる。従って、本来のＥＧＲの状態に戻るまでにはタイムラグがある。ＥＧＲの実行に遅れが生じる。

特に、このエンジンシステム１の場合、排気通路３２に第１ＥＧＲ通路７１が接続されている部位（排気導入部位）の上流側に、排気浄化装置６が配置されている。燃料カット処理の実行により、これら排気浄化装置６の内部の排気ガスも置換される。ＤＯＣを効率よく機能させるためには、ＤＯＣの酸化触媒を所定温度以上にして活性化させておく必要がある。そのため、燃料カットからの復帰時に、本来のＥＧＲの状態に戻すために置換が必要な空気量及び昇温に必要な熱量は、一般的なエンジンよりも多い。

更に、第１ＥＧＲ通路７１を用いたＥＧＲは、電動過給機５よりも上流側の吸気通路３１にＥＧＲガスを環流させるので、循環経路が長いうえに、その途中に多くの機器が配置されている。そのため、本来のＥＧＲへの復帰が大幅に遅れるおそれがある。それに対し、このエンジンシステム１では、燃料カットからの復帰時に、第２ＥＧＲ通路７２を通じて吸気通路３１にＥＧＲガスを環流する処理（ＥＧＲ復帰処理）が実行される。すなわち、ＨＯＴ−ＥＧＲが実行される。

ＨＯＴ−ＥＧＲであれば、最短の距離かつ最小の通路容積で、高温のＥＧＲガスを循環供給できる。従って、空気の置換量及び加熱量を最小限にできる。その結果、燃料カットからの復帰時に発生するＥＧＲの遅れを抑制でき、運転性能に優れたエンジンを実現できる。

図５に、ＥＣＵ１００が実行するＥＧＲ復帰処理の一例を示す。ＥＣＵ１００は、エンジンの運転が開始されると、図２に示した各種センサＳＷ１−ＳＷ８などの信号を読み込む（ステップＳ１０）。

そして、ＥＣＵ１００は、これら信号に基づいて、エンジン２に要求される回転数及びトルクを判定し、燃焼室２ａでそれに応じた燃焼が行われるように、インジェクタ２１、ＥＧＲシステム７などの各種装置を制御する。そうすることにより、ＥＣＵ１００は、エンジン２の運転（通常運転）を実行する（ステップＳ１１）。通常運転では、ＥＣＵ１００は、上述したように、安定した燃焼を実現するため、燃焼室２ａでの燃焼状態に応じて、ＨＯＴ−ＥＧＲ及びＣＯＯＬＥＤ−ＥＧＲの各々を個別に用いたり併用したりする。

そして、ＥＣＵ１００は、車速センサＳＷ６の信号に基づいて、エンジン２が減速を開始したことを判定する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ１００はまた、更にアクセル開度センサＳＷ５、クランク角センサＳＷ４などの信号に基づいて、エンジン２のトルクが不要と判定した場合には、燃料カット処理を開始する（ステップＳ１３）。すなわち、ＥＣＵ１００は、インジェクタ２１を制御し、燃料の噴射を停止する（燃料の噴射量をゼロにする）。

ＥＣＵ１００はまた、第１ＥＧＲ弁７３及び第２ＥＧＲ弁７４を閉じる（ステップＳ１４，Ｓ１５）。それにより、燃料カット中に、排気ガス（この場合では、ほとんどが空気）がＥＧＲシステム７に流れないようにする。それにより、ＥＧＲシステム７内の排気ガスが、低温の空気に置換されるのを防止できる。

そして、アクセルの踏み込みなどにより、燃料カット処理の実行中に、エンジン２のトルクが必要とＥＣＵ１００が判定した場合には、減速からの復帰、つまり燃料カット処理から、通常運転に復帰するための処理が開始される（ステップＳ１６）。

ＥＣＵ１００は、まず、インジェクタ２１を制御し、エンジン２の運転状態に応じて、燃料の噴射を再開する。それにより、燃焼室２ａでは燃焼が開始され、エンジン２は要求されたトルクを出力し始める。それに応じて、本来の排気ガス（つまり不活性ガスを多く含む高温のガス、空気で置換された排気ガスと区別するために、燃焼ガスともいう）が、排気通路３２に排出される。

このとき、排気導入部位よりも上流側の排気通路３２（図６に示す区画Ｂ）には、排気浄化装置６が配置されているので、通路容積は大幅に増加している。そのため、エンジン２から燃焼ガスが排出されるようになっても、区間Ｂの内部が、完全に燃焼ガスに置換されるまでには、ある程度、時間を要する。

そのため、直ぐにＥＧＲ復帰処理を実行すると、温度及び組成が不安定なＥＧＲガスが環流される。従って、適切な燃焼制御が行えない。また、このとき、酸化触媒の温度が不十分であると、ＤＯＣが適切に機能せずに、排気ガスの浄化が不完全になるおそれもある。

それに対し、このエンジンシステム１では、区画Ｂが燃焼ガスで満たされるまでは、ＥＧＲ復帰処理の実行を待機する。具体的には、ＥＣＵ１００は、例えば、触媒温度センサＳＷ８、排気温度センサＳＷ３などの信号に基づいて、区画Ｂが燃焼ガスで満たされたか否かを判定する（ステップＳ１８）。そうして、区画Ｂが燃焼ガスで満たされるまで、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ復帰処理を実行せずに待機する（ステップＳ１８でＮｏ）。

一方、区画Ｂが燃焼ガスで満たされたと判定した場合、ＥＣＵ１００は、ＥＧＲ復帰処理を実行する。すなわち、第２ＥＧＲ弁７４を開く（ステップＳ１９）。それにより、図６に矢印Ｙ１で示すように、組成が安定した高温のＥＧＲガスが最短距離で環流されて、迅速に燃焼室２ａに導入される。従って、ＥＧＲ復帰処理の実行により、レスポンスよく、適切な燃焼制御が安定して行える。それにより、ＤＯＣの機能を短時間で回復できる。

その後、ＥＣＵ１００は、所定のタイミングで、第１ＥＧＲ弁７３を開く（ステップＳ２０）。それにより、燃焼ガスは、第２ＥＧＲ通路７２と第１ＥＧＲ通路７１の双方に分かれて環流される。その結果、ＥＧＲシステム７の全域が燃焼ガスで満たされるとともに、吸気通路３１における上流側の排気導出部位から下流側の排気導出部位までの間の区間（図６に示す区画Ａ）にも、燃焼ガスが流れるようになる。

上述したように、このエンジンシステム１では、運転領域の全域でＥＧＲが行われており、着火温度が低下して燃焼が不安定になるような所定の状態を除けば、第１ＥＧＲ通路７１を通じたＥＧＲガスの環流が行われる。そのため、通常運転時の大部分は、区間Ａを流れる吸気中に排気ガスが含まれている。それに対し、燃料カット中は、この区間Ａを流れる吸気も低温の空気に置換される。そのため、直ちに通常運転に移行すると、吸気の組成及び温度の違いにより、円滑に通常運転に移行できないおそれがある。

そこで、ＥＣＵ１００は、区間Ａを流れる吸気中の排気ガスが所定の濃度に達したか否かを判定する（ステップＳ２１）。なお、所定の濃度は実験等に基づいて予め設定されており、その濃度に達したか否かは、第１ＥＧＲ弁７３の開度、吸入した空気量などの、ＥＧＲに関する制御情報と、区間Ａの容積とに基づいて判定される。また、電動過給機５は
駆動していないので、ここでいう区間Ａは実質的にはバイパス通路５３が相当する。

そして、ＥＣＵ１００は、所定の濃度に達したと判定すると、通常運転に移行する（ステップＳ２２）。それにより、第１ＥＧＲ通路７１及び第２ＥＧＲ通路７２の双方から環流されることによって温度及び量が調整されたＥＧＲガスが、吸気に混合された状態で、燃焼室２ａに供給される。その結果、エンジン２は、燃料カットから復帰する時にも、通常運転に円滑に移行できるようになり、安定した燃焼を実現できる。

＜排気浄化装置＞
上述したように、排気浄化装置６は、酸化触媒を含むＤＯＣ及びフィルタを含むＤＰＦからなる前処理装置６ａ及び後処理装置６ｂを有している。

酸化触媒は、例えば白金などからなり、所定温度以上に保持することで活性化する。活性化した酸化触媒は、排気ガスに含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などを効率よく酸化して、無害な水、二酸化炭素などに変化させる。

フィルタは、多孔質な濾材であり、ＤＰＦに一体化されている（便宜上、フィルタを包括的にＤＰＦともいう）。排気ガスに含まれる煤などの粒子状物質（ＰＭ）は、フィルタに捕集される。従って、ＤＰＦを通過することで、排気ガスは、ＰＭを含まないクリーンな状態となる。なお、ＮＯｘは、リーン燃焼を、エンジン２の運転領域の全域で実行することにより、効果的に抑制されている。

一方、ＰＭの捕集によってＤＰＦにＰＭが堆積していく。ＰＭの堆積が進むと、ＤＰＦが目詰まりする。その結果、排気が適切に行えなくなる。そのため、排気浄化装置６では、ＤＰＦの目詰まりを解消して、その機能を回復させるために、間欠的に、ＤＰＦを再生させる処理（再生処理）が実行される。

具体的には、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７の信号に基づいて、常時、ＤＰＦの目詰まりの状態、換言すれば、ＤＰＦへのＰＭの堆積量を検知している。そして、その堆積量が所定の設定量以上になった時に、ＥＣＵ１００は再生処理を実行する。その設定量は、ＤＰＦの仕様に応じて、メモリ１０２に設定されている。

再生処理が開始されると、ＥＣＵ１００は、要求されたトルクを出力するために、吸気行程及び圧縮行程の両過程の間で行われる燃料噴射とは別に、排気行程で燃焼室２ａに燃料が供給されるように、インジェクタ２１を制御する（いわゆるポスト噴射）。それにより、ポスト噴射された燃料の未燃成分が、排気ガスに含まれた状態で燃焼室２ａから排出される。その排気ガスがＤＯＣに流入し、酸化触媒で未燃成分が酸化されて反応熱が発生する。その反応熱により、排気ガスは、煤が燃焼する温度（例えば６００℃）以上の高温になる。

その高温の排気ガスがＤＰＦに流入し、ＤＰＦに堆積したＰＭが燃焼する。ＥＣＵ１００がポスト噴射を継続することで、ＰＭは次第に除去されていく。そうして、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦの機能が回復して、ＤＰＦの差圧が所定値以下となると、ＤＰＦが再生されたと判定し、ポスト噴射を停止して、再生処理を終了する。

従って、再生処理の実行中は、過度に高温の排気ガスが排出される。そのため、走行風による空冷が実質的にできない状態、例えば、アイドリング状態や、交通渋滞などによって自動車が低速走行している状態で、ＤＰＦの再生を行うと、排気管やその周辺に配置されている機器に熱害が発生するおそれがある。また、そのような高温の排気ガスを車外に排出するのは好ましくない。

そこで、このエンジンシステム１では、走行風による空冷が困難な条件下でも、排気ガスの高温化を抑制しながら、ＤＰＦの再生を短時間で行えるように、構造及び制御が工夫されている（詳細は後述）。

＜アイドリングストップ＞
この車両は、車両が一時停止した場合にエンジン２を停止させる、いわゆる「アイドリングストップ」を実行する。アイドリングストップの実行により、燃費が向上する。

具体的には、ＥＣＵ１００は、車速センサＳＷ６、アクセル開度センサＳＷ５などの信号に基づいて、車両が一時停止したと判定した場合、インジェクタ２１を制御して、燃焼室２ａへの燃料の供給を停止する。車両が一時停止している間は、エンジン２の停止も継続される。そうして、アクセルが踏み込まれて、車両の走行が再開すると、ＥＣＵ１００は、要求されたトルクを出力できるように、インジェクタ２１を制御して、燃焼室２ａへの燃料の供給を再開する。それにより、アイドリング状態が減少し、燃費が向上する。

＜再生処理の工夫＞
上述したように、走行風による空冷が実質的にできない状態で再生処理を行うと、過度に高温の排気ガスが排出されるので、好ましくない。しかし、排気ガスが高温になり過ぎないように再生処理を行うと、再生温度が低くなる。その結果、再生処理の時間が長くなる。

そこで、このエンジンシステム１では、そのような状態で再生処理を実行する場合、走行風による冷却の代わりに、排気浄化装置６よりも下流で排気ガスに新気を合流させる処理（合流処理）を実行して、排気ガスの温度を低下させる。

具体的には、ＥＣＵ１００は、アイドリング状態、または、所定速度以下で車両が低速走行している状態で、再生処理を実行する場合には、電動過給機５を駆動して過給を行う。そして、新気を、第２ＥＧＲ通路７２を通じて排気通路３２に供給する。そうすることにより、排気浄化装置６よりも下流で、排気浄化装置６から排出される高温の排気ガスに、低温の新気を、合流させる。

その結果、合流した排気ガスの温度が下がるので、排気管等の熱害を効果的に防止できる。高温の排気ガスが、車外に排出されることも防止できる。しかも、ＤＰＦの再生温度は、従来通りに維持できるので、ＤＰＦの再生も短時間で行える。従って、このエンジンシステム１によれば、排気ガスの高温化を抑制しながら、ＤＰＦの再生を短時間で行える。

図７に、ＥＣＵ１００が実行する、そのような状態での再生処理及び合流処理の一例を示す。ＥＣＵ１００は、エンジン２の運転が開始されると、図２に示した各種センサＳＷ１−ＳＷ８などの信号を読み込む（ステップＳ３０）。

ＥＣＵ１００は、ＤＰＦ差圧センサＳＷ７の信号に基づいて、その後は常時、ＤＰＦの目詰まりの状態を検知する。その結果、ＤＰＦの再生が必要と判定すると、再生処理を実行する（ステップＳ３１でＹｅｓ）。

そして、ＥＣＵ１００は、車速センサＳＷ６の信号に基づいて、車両の速度が所定の速度Ｖｓ以下であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。所定の速度は、例えば、時速が１０ｋｍ以下、時速２０ｋｍ以下などの、走行風による冷却が実質的に利用できない低速である。所定の速度は、仕様に応じてメモリ１０２に設定される。

車両の速度が所定の速度Ｖｓより高い場合、走行風を利用して排気ガスを冷却できる。また、車両が移動しているので、車外に高温の排気ガスが排出されても支障は無い。従って、その場合、ＥＣＵ１００は、通常運転に適したＥＧＲシステム７の状態で、再生処理を実行する（ステップＳ３２でＮｏ）。

すなわち、電動過給機５は停止する（ステップＳ３３）。第２ＥＧＲ弁７４は閉じる（ステップＳ３４）。第１ＥＧＲ弁７３は開く（ステップＳ３５）。それにより、第２ＥＧＲ通路７２は実質的に遮断される。吸気通路３１は、第１ＥＧＲ通路７１を介して、排気通路３２と連通する。

一方、車両の速度が所定の速度Ｖｓ以下の場合は、ＥＣＵ１００は、排気温度センサＳＷ３の信号に基づいて、排気ガスの温度が所定の設定値Ｔｓを超えたか否かを判定する（ステップＳ３６）。設定値Ｔｓは、例えば、排気ガスが過度に高いとみなされる温度である。設定値Ｔｓは、仕様に応じて、メモリ１０２に設定される。

排気ガスの温度が所定の設定値Ｔｓを超えていると判定された場合、ＥＣＵ１００は、合流処理を実行する。すなわち、第１ＥＧＲ弁７３は閉じる（ステップＳ３７）。第２ＥＧＲ弁７４は開く（ステップＳ３８）。それにより、第１ＥＧＲ通路７１は実質的に遮断し、吸気通路３１を、第２ＥＧＲ通路７２を介して、排気通路３２に連通させる。そうして、電動過給機５を駆動して過給する（ステップＳ３９）。

そうすることにより、吸気通路３１に取り入れられる新気の一部は、図８に矢印線Ｙ２で示すように、エンジン２に導入されて燃焼に用いられる。新気の他の一部は、図８に矢印線Ｙ３で示すように、第２ＥＧＲ通路７２を通じて排気通路３２に供給される。その結果、排気浄化装置６よりも下流で、燃焼室２ａから排出される高温の排気ガスに、低温の新気が、合流する。

合流処理では、電動過給機５を駆動するため、電力を消費する。一方、排気ガスの温度が過度な高温に達していない場合には、必ずしも排気ガスの温度を低下させなくてもよい。従って、ＥＣＵ１００は、排気ガスの温度が所定の設定値Ｔｓ以下と判定した場合には、合流処理を実行しない（ステップＳ３６でＮｏ）。

すなわち、通常運転に適したＥＧＲシステム７の状態で、再生処理を実行する（ステップＳ３３，Ｓ３４，Ｓ３５）。その結果、合流処理を効率的に実行できる。電力消費が抑制される。

このような再生処理及び合流処理の実行により、ＤＰＦの機能は回復していく。その結果、ＥＣＵ１００は、ＤＰＦの再生は不要と判定すると、これら一例の処理を終了する（ステップＳ３１でＮｏ）。

＜アイドリングストップ時の対応＞
上述したように、この車両の場合、アイドリングストップが実行可能である。従って、車両が走行している時に、再生処理が開始され、その再生処理の実行中に一時停止した場合には、アイドリングストップによって燃料の供給が停止される。その場合、再生処理も中断される。再生処理が中断すると、高温の排気ガスは排出されないが、フィルタの再生が遅れる。

それに対し、このエンジンシステム１の場合、合流処理の実行により、排気ガスの高温化を防ぎながら、短時間でＤＰＦを再生できる。そのため、ＥＣＵ１００は、再生処理の
実行中に、車両が一時停止した場合、アイドリングストップの実行を禁止して、再生処理を継続する。そして、合流処理を実行する。

図９に、その制御の一例を示す。ＥＣＵ１００は、車速センサＳＷ６などの信号に基づいて、車両が一時停止し、アイドリングストップを実行する条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ４０）。その結果、アイドリングストップを実行する条件が成立したと、ＥＣＵ１００が判定した場合、ＤＰＦの再生、つまり再生処理が実行中か否かを判定する（ステップＳ４１）。

その結果、再生処理が実行中であると判定した場合、ＥＣＵ１００は、アイドリングストップを禁止して、再生処理を継続する（ステップＳ４２）。なお、この場合には、上述したように、ＥＣＵ１００は合流処理も実行する。従って、排気ガスの高温化を抑制しながら、短時間でＤＰＦを再生できる。

一方、ＤＰＦの再生処理が実行中でないと判定した場合、ＥＣＵ１００は、アイドリングストップを実行する（ステップＳ４３）。燃料の使用が抑制され、燃費が向上する。

このような制御を行うことで、アイドリングストップを実行する車両においても、排気ガスの高温化を抑制しながら、ＤＰＦの再生を短時間で行える。

なお、開示する技術にかかる過給機付きエンジンは、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態では、ディーゼルエンジンへの適用例を示したが、ガソリンエンジンにも適用可能である。

１ エンジンシステム
２ エンジン
２ａ 燃焼室
４ ターボ過給機
５ 電動過給機
６ 排気浄化装置
７ ＥＧＲシステム
２１ インジェクタ
３１ 吸気通路
３２ 排気通路
４３ インタークーラ
５３ バイパス通路
５４ バイパス弁
７１ 第１ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
７２ 第２ＥＧＲ通路（ショートカット通路）
７５ ＥＧＲクーラ
１００ ＥＣＵ（制御ユニット）

Claims (5)

1. 燃焼が行われる燃焼室に吸気を供給する吸気通路と、
   前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給装置と、
   前記燃焼室から排気ガスを排出する排気通路と、
   コンプレッサおよびタービンを有し、排気ガスで駆動するターボ過給機と、
   電気で駆動する電動過給機と、
   酸化触媒を含む前処理装置、および粒子状物質を捕集するフィルタを含む後処理装置を有する排気浄化装置と、
   前記排気通路を流れる排気ガスを前記吸気通路に環流させるＥＧＲ通路と、
   前記燃料供給装置および前記電動過給機を制御する制御ユニットと、
   を備えた車両のエンジンであって、
   前記吸気通路には、その上流側から下流側に向かって、順次、前記コンプレッサと前記電動過給機とが配置され、
   前記排気通路には、その上流側から下流側に向かって、順次、前記排気浄化装置と前記タービンとが配置され、
   前記ＥＧＲ通路は、前記吸気通路における前記コンプレッサと前記電動過給機との間の部位と、前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位とに接続されるとともに、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ、および、前記ＥＧＲクーラよりも上流側の部位から分岐して前記吸気通路における前記電動過給機よりも下流側の部位に接続されるショートカット通路を有し、
   前記制御ユニットは、
   前記フィルタに堆積した粒子状物質が設定量以上になった時には、排気行程で前記燃焼室に燃料を供給するように前記燃料供給装置を制御することにより、前記フィルタを再生させる再生処理を実行し、
   アイドリング状態または所定速度以下で前記車両が低速走行している状態で、前記再生処理を実行する場合には、前記電動過給機を駆動して、新気を、前記ショートカット通路を通じて前記排気通路に供給することにより、前記排気浄化装置よりも下流で排気ガスに新気を合流させる合流処理を実行する、過給機付きエンジン。
2. 請求項１に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記制御ユニットが、排気ガスの温度が所定の設定値を超えたか否かを判定し、排気ガスの温度が前記設定値を超えた場合に前記合流処理を実行し、排気ガスの温度が前記設定値を超えない場合には前記合流処理を実行しない、過給機付きエンジン。
3. 請求項１または２に記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記吸気通路が、前記コンプレッサよりも下流側に、吸気を冷却するインタークーラを有し、前記ショートカット通路における吸気側の端部が、前記インタークーラよりも下流側の部位に接続されている過給機付きエンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記吸気通路に、前記電動過給機を迂回するバイパス通路が設けられ、
   前記電動過給機の駆動時に、前記バイパス通路が閉じられる過給機付きエンジン。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の過給機付きエンジンにおいて、
   前記制御ユニットは、
   前記車両が一時停止した場合に、前記燃焼室への燃料の供給を停止するように前記燃料供給装置を制御して、前記エンジンを停止させるアイドリングストップを更に実行し、
   前記再生処理が実行されている時に前記車両が一時停止した場合には、前記アイドリングストップの実行を禁止して、前記合流処理を実行する、過給機付きエンジン。

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