JP6962241B2 - 過給エンジン - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーにより駆動される電動過給機と排気エネルギーにより駆動されるターボ過給機とを備えた過給エンジンに関する。

上記のような過給エンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。具体的に、特許文献１の過給エンジンは、吸気通路に設けられた第１コンプレッサと当該第１コンプレッサを回転駆動するモータとを含む電動過給機と、吸気通路に設けられた第２コンプレッサと当該第２コンプレッサに連結された状態で排気通路に設けられたタービンとを含むターボ過給機と、タービンよりも下流側の排気通路と第１コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、タービンよりも上流側の排気通路と第１コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを連通する第２ＥＧＲ通路とを備えている。

また、特許文献１では、エンジンの加速要求時に電動過給機（モータ）が駆動されて加速アシストが行われる一方、加速要求時以外、つまり定常運転時または減速運転時には、電動過給機が停止されるようになっている。

特開２００８−１０６６３６号公報

上記特許文献１のように、加速要求時に電動過給機を駆動するようにした場合には、加速要求を受けて速やかにエンジンの出力を高めることができ、加速レスポンスを向上させることができる。特に、ターボ過給機による過給が期待できない低負荷域では、加速要求があってから実際にターボ過給機による過給圧が高まるまでに要する時間（いわゆるターボラグ）が長くなり易いが、上記のように加速要求時に電動過給機を駆動する特許文献１によれば、ターボラグによる過給圧不足を電動過給機によって補うことができ、エンジン出力を迅速に高めることができる。したがって、上記特許文献１の技術は、特に低負荷域からの加速時における加速レスポンスを向上できると考えられる。

しかしながら、上記特許文献１では、加速要求を受けて電動過給機を駆動した後、どのようなタイミングで電動過給機を停止するのかについて、特に言及されていない。ターボラグを過ぎた後（ターボ過給機による過給圧が実質的に高まった後）も電動過給機が継続的に駆動されると、排気圧が過度に上昇してポンピングロスが増大する等により、燃費性能が悪化するおそれがある。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、加速時のポンピングロスを低減しつつ加速レスポンスを向上させることが可能な過給エンジンを提供することを目的とする。

前記課題を解決するためのものとして、本発明の過給エンジンは、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、前記吸気通路に設けられた第１コンプレッサと当該第１コンプレッサを回転駆動する過給用モータとを含む電動過給機と、前記第１コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた第２コンプレッサと当該第２コンプレッサに連結された状態で前記排気通路に設けられたタービンとを含むターボ過給機と、前記タービンよりも下流側の排気通路と前記第２コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、前記タービンよりも上流側の排気通路と前記第１コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを連通する第２ＥＧＲ通路と、前記第１ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、当該第１ＥＧＲ通路を通じた排気ガスの還流である低圧ＥＧＲの量を調整する第１ＥＧＲ弁と、前記第２ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、当該第２ＥＧＲ通路を通じた排気ガスの還流である高圧ＥＧＲの量を調整する第２ＥＧＲ弁と、アクセル開度を検出する検出部と、前記検出部によるアクセル開度の検出値を含む各種情報に基づいて、前記過給用モータ、第１ＥＧＲ弁および第２ＥＧＲ弁を制御する制御部とを備え、前記制御部は、所定の低負荷域でエンジンが運転されている場合に、前記低圧ＥＧＲが実行されかつ前記高圧ＥＧＲが停止されるように、前記第１ＥＧＲ弁を開くとともに前記第２ＥＧＲ弁を閉じ、前記低負荷域から前記ターボ過給機による過給が必要な高負荷側の領域へと移行する加速要求が前記アクセル開度の検出値に基づき確認された場合に、前記第１ＥＧＲ弁を開きかつ前記第２ＥＧＲ弁を閉じた状態で前記過給用モータを駆動し、その後、前記アクセル開度の増大率が所定の閾値未満になったときに、前記過給用モータを停止するとともに、前記第２ＥＧＲ弁を開いて前記高圧ＥＧＲを開始する、ことを特徴とするものである（請求項１）。

本発明によれば、加速要求に応じてまず電動過給機（過給用モータ）が駆動されるので、迅速に過給圧を高めて吸気量を増大させることができる。これにより、ターボ過給機による過給圧の高まりを待つことなく、加速要求に見合った十分なエンジン出力の上昇が見込めるので、加速レスポンスを向上させることができる。一方、電動過給機による過給圧の高まりに伴い、気筒での燃焼熱量が増大するとともに、ターボ過給機のタービンに付与される駆動力も増大する。特に、アクセル開度の増大率が閾値未満になった時点では、タービンでの冷却損失も十分に低下しており、ターボ過給機（第２コンプレッサ）単独での過給能力が十分に高まっていると考えられる。これに対し、本発明では、アクセル開度の増大率が閾値未満になった時点で電動過給機が停止されるので、過給圧が無用に高まるのを回避できる上に、電動過給機で消費される電力を抑制することができる。さらに、前記電動過給機の停止と併せて、第２ＥＧＲ弁が開かれて高圧ＥＧＲが開始されるので、タービンに導入される前の排気ガスの一部を、電動過給機の停止により圧力が適正に抑えられた吸気通路に支障なく還流できるとともに、タービンの上流側の排気圧力が過剰に高まるのを防止することができる。これにより、加速時のポンピングロスを低減することができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

好ましくは、前記制御部は、前記加速要求が確認されてから前記アクセル開度の増大率が前記閾値未満になるまでの間、前記第１ＥＧＲ弁の開度をゼロより大きい範囲で低下させる（請求項２）。

この構成によれば、電動過給機による過給が行われている間、低圧ＥＧＲの割合（つまり気筒内に導入される全ガス量のうち低圧ＥＧＲガスが占める割合）が無用に増大するのを防止することができ、燃焼を安定化させることができる。すなわち、加速要求に応じて電動過給機が駆動されると、第１コンプレッサの吸込み作用により吸気通路の負圧化が進むので、仮に第１ＥＧＲ弁の開度を一定にした場合には、低圧ＥＧＲの割合が急増して燃焼が不安定になるおそれがある。これに対し、電動過給機の駆動に併せて第１ＥＧＲ弁の開度を低下させるようにした前記構成によれば、電動過給機による過給中も低圧ＥＧＲの割合をほぼ一定に維持することができ、燃焼を安定化させることができる。

前記構成において、より好ましくは、前記制御部は、前記アクセル開度の増大率の前記閾値未満への低下を受けて前記高圧ＥＧＲを開始した後、当該高圧ＥＧＲの割合が漸減しかつ前記低圧ＥＧＲの割合が漸増するように、前記第１ＥＧＲ弁および第２ＥＧＲ弁の開度を制御する（請求項３）。

このように、高圧ＥＧＲの開始後に、当該高圧ＥＧＲの割合を漸減させかつ低圧ＥＧＲの割合を漸増させるようにした場合には、多くの高圧ＥＧＲガスが継続導入されることで吸気温度が無用に上昇するのを防止することができる。これにより、吸気の密度低下による出力低下を防止できるとともに、ターボ過給機による過給圧の高まりと吸気温度の上昇とが重なることによる不具合、例えば異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大等を防止することができる。

前記エンジンは、軽油を主成分とする燃料を前記気筒に噴射する燃料噴射弁を備えたディーゼルエンジンとすることができる。この場合、好ましくは、前記排気通路における前記タービンよりも下流側の部位に、排気ガス浄化用の触媒が設けられ、前記第１ＥＧＲ通路の一端は、前記排気通路における前記触媒よりも下流側の部位に接続され、前記低負荷域での運転時、前記制御部は、前記燃料噴射弁から前記気筒に噴射された燃料が予混合圧縮着火燃焼するように、噴射の終了から遅れて燃料が着火するような所定のタイミングで前記燃料噴射弁に燃料を噴射させる（請求項４）。

このように、低負荷域での運転時に燃料を予混合圧縮着火燃焼させるようにした場合には、燃焼に伴うＮＯｘやスート（煤）の発生量を効果的に抑制することができる。すなわち、低負荷域での運転中は、前述のとおり低圧ＥＧＲのみが行われる（高圧ＥＧＲは停止される）ので、気筒に還流される排気ガスは、全て、触媒を通過した後の排気ガス、つまりＮＯｘ、ＨＣ、Ｈ_２Ｏ、およびスート等の不純物が取り除かれた排気ガスとなる。この排気ガス（低圧ＥＧＲガス）は、高圧ＥＧＲにより還流される排気ガス、つまり触媒を通過していないために多くの不純物を含む高圧ＥＧＲガスと比べて、比重が軽く空気（新気）と混じり易いという性質を有する。前記構成では、このような性質の低圧ＥＧＲガスが気筒に還流され、かつ燃料噴射弁から早めのタイミングで燃料が噴射されるので、空気、ＥＧＲガス、および燃料噴霧の三者が比較的均一に混じり合った混合気、つまり予混合圧縮着火燃焼に適した混合気をつくり出すことができ、当該混合気を十分な着火遅れ時間の後に自着火、燃焼させることができる。そして、このような予混合圧縮着火燃焼の実現により、燃料の空気利用率を高めて燃焼温度を低下させることができ、ＮＯｘやスートの発生量の少ないクリーンな燃焼を実現することができる。

以上説明したように、本発明の過給エンジンによれば、加速時のポンピングロスを低減しつつ加速レスポンスを向上させることができる。

本発明の一実施形態にかかる過給ディーゼルエンジンを概略的に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。 エンジンの運転領域に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。 エンジンの各運転領域で採用される燃料の噴射パターンの一例を示す図である。 第１運転領域で行われる制御により実現される吸気の流れを説明するための図である。 第２運転領域で行われる制御により実現される吸気の流れを説明するための図である。 エンジンの運転中の具体的な制御手順を示すフローチャートである。 図７のステップＳ６の制御（加速制御）の詳細を示すサブルーチンである。 図８の加速制御が開始される前後における各種状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートである。

（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかる過給エンジンを概略的に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、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に送り出す過給装置６０と、排気通路５０の下流部を流通する比較的低圧の排気ガスを吸気通路３０に還流する低圧ＥＧＲ装置８０と、排気通路５０の上流部を流通する比較的高圧の排気ガスを吸気通路３０に還流する高圧ＥＧＲ装置９０とを備えている。

エンジン本体１は、列状に並ぶ複数の気筒２（図１にはそのうちの１つのみが示される）を有する直列多気筒型のものであり、当該複数の気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、各気筒２を上から閉塞するようにシリンダブロック３の上面に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２にそれぞれ往復動可能に挿入された複数のピストン５とを有している。なお、各気筒２の構造は同一であるため、以下では基本的に１つの気筒２のみに着目して説明を進める。

ピストン５の上方には燃焼室６が画成されている。この燃焼室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。そして、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。

ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸７が設けられている。クランク軸７は、ピストン５とコネクティングロッド８を介して連結され、ピストン５の往復運動（上下運動）に応じて中心軸回りに回転駆動される。

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、１４以上２０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）を検出する水温センサＳＮ２が設けられている。

シリンダヘッド４には、燃焼室６に開口する吸気ポート９および排気ポート１０と、吸気ポート９を開閉する吸気弁１１と、排気ポート１０を開閉する排気弁１２と、吸気弁１１および排気弁１２をクランク軸７の回転に連動して開閉駆動する動弁機構１３，１４とが設けられている。

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。なお、図示を省略するが、ピストン５の冠面には、燃料噴射弁１５から噴射された燃料を受け入れるための凹部（キャビティ）が形成されている。

吸気通路３０は、吸気中の異物を除去するエアクリーナ３１と、エアクリーナ３１からエンジン本体１に向けて延びる上流側吸気通路３２と、上流側吸気通路３２の下流端部が接続された所定容量の容器部３３と、容器部３３からエンジン本体１に向けて延びる下流側吸気通路３４と、下流側吸気通路３４の下流端部が接続された所定容量のサージタンク３５と、容器部３３とサージタンク３５とを互いに連通するバイパス通路３６と、サージタンク３５と複数の気筒２の各吸気ポート９とを互いに連通する複数の独立吸気通路３７（図１にはそのうちの１つのみが示される）とを有している。なお、吸気通路３０における下流（上流）とは、吸気通路３０を流通する吸気の流れ方向の下流（上流）のことであり、エンジン本体１に近い方が下流、エンジン本体１から遠い方が上流となる。

容器部３３の内部には、過給装置６０により圧縮された吸気を冷却するためのインタークーラ３８が設けられている。インタークーラ３８は、容器部３３の内部を吸気の流れ方向に二分するように設けられている。すなわち、容器部３３の内部には、インタークーラ３８によって隔てられた２つの部屋３３ａ，３３ｂが形成されている。以下では、インタークーラ３８の上流側の部屋３３ａを上流室、インタークーラ３８の下流側の部屋３３ｂを下流室と称する。

インタークーラ３８は、図外のウォーターポンプから導入される冷却水との熱交換により吸気を冷却する水冷式の熱交換器である。過給装置６０により圧縮されて昇温した吸気は、このインタークーラ３８内を流通する冷却水との熱交換により冷却される。なお、インタークーラ３８に導入される冷却水は、エンジンの冷却水が循環する冷却水回路とは独立した回路を介して導入される。また、インタークーラ用の冷却水回路にはラジエータが設けられており、このラジエータからの放熱により冷却水の温度が外気温と同等に維持されるようになっている。

図１および図２に示すように、下流側吸気通路３４は、容器部３３の下流室３３ｂとサージタンク３５とを互いに連通するように設けられている。この下流側吸気通路３４の途中部には、開閉可能なスロットル弁４２が設けられている。

バイパス通路３６は、容器部３３の上流室３３ａとサージタンク３５とを互いに連通するように設けられている。言い換えると、バイパス通路３６は、上流室３３ａから分岐して下流側吸気通路３４と並列に延び、かつサージタンク３５において下流側吸気通路３４と合流するように設けられている。このバイパス通路３６の途中部には、開閉可能なバイパス弁４３が設けられている。

上流側吸気通路３２は、その下流端の近傍が第１通路部３２ａと第２通路部３２ｂとに分岐するように形成されている。第１通路部３２ａは後述する電動過給機６１に通じる通路であり、第２通路部３２ｂは電動過給機６１をバイパスする通路である。これら第１通路部３２ａおよび第２通路部３２ｂは、それぞれの下流端部が容器部３３の上流室３３ａに連通している。第２通路部３２ｂには、開閉可能な切替弁４１が設けられている。

上流側吸気通路３２の上流部であって後述する第１ＥＧＲ通路８１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。また、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。

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つのみが示される）と、各独立排気通路５１が集合した排気集合部５２と、排気集合部５２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。なお、排気通路５０における下流（上流）とは、排気通路５０を流通する排気ガスの流れ方向の下流（上流）のことであり、エンジン本体１から遠い方が下流、エンジン本体１に近い方が上流となる。

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には、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、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。

過給装置６０は、直列に配置された２つの過給機６１，６２を有している。過給機６１は、電気エネルギーにより駆動される過給機（以下、電動過給機６１という）であり、過給機６２は、排気ガスのエネルギーにより駆動される過給機（以下、ターボ過給機６２という）である。

電動過給機６１は、電力の供給を受けて作動する過給用モータ７２と、過給用モータ７２により回転駆動されることで吸気を圧縮する第１コンプレッサ７１とを有している。第１コンプレッサ７１は、上流側吸気通路３２の第１通路部３２ａに配置されている。言い換えると、第１コンプレッサ７１は、上流側吸気通路３２におけるターボ過給機６２（後述する第２コンプレッサ７４）と容器部３３との間に配置されている。電動過給機６１の第１コンプレッサ７１により圧縮された吸気は、第１通路部３２ａの下流端を通じて容器部３３の上流室３３ａに吐出される。

ターボ過給機６２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タービン７３と、吸気通路３０を流通する吸気を圧縮する第２コンプレッサ７４と、タービン７３と第２コンプレッサ７４とを連結する連結軸７５とを有している。第２コンプレッサ７４は、上流側吸気通路３２における電動過給機６１（第１コンプレッサ７１）よりも上流側の部分に配置され、タービン７３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７３をバイパスするためのバイパス通路７６が設けられており、このバイパス通路７６には開閉可能なウェストゲート弁７７が設けられている。

低圧ＥＧＲ装置８０は、ターボ過給機６２のタービン７３および触媒コンバータ５５（触媒５５ａ）を通過した後の低圧の排気ガスを吸気通路３０に還流する低圧ＥＧＲを行うためのものであり、排気通路５０と吸気通路３０とを接続する第１ＥＧＲ通路８１と、第１ＥＧＲ通路８１に設けられた第１ＥＧＲクーラ８２および第１ＥＧＲ弁８３とを有している。

第１ＥＧＲ通路８１は、共通排気通路５３における触媒コンバータ５５よりも下流側の部分と、上流側吸気通路３２におけるターボ過給機６２のコンプレッサ７４よりも上流側の部分とを互いに連通している。第１ＥＧＲクーラ８２は、第１ＥＧＲ通路８１を通じて共通排気通路５３から上流側吸気通路３２に還流される排気ガス（低圧ＥＧＲガス）を冷却する熱交換器である。第１ＥＧＲ弁８３は、上流側吸気通路３２に還流される低圧ＥＧＲガスの流量を調整するための開閉弁である。

高圧ＥＧＲ装置９０は、ターボ過給機６２のタービン７３に流入する前の高圧の排気ガスを吸気通路３０に還流する高圧ＥＧＲを行うためのものであり、排気通路５０と吸気通路３０とを接続する第２ＥＧＲ通路９１と、第２ＥＧＲ通路９１に設けられた第２ＥＧＲクーラ９２および第２ＥＧＲ弁９３とを有している。

第２ＥＧＲ通路９１は、共通排気通路５３におけるタービン７３よりも上流側の部分と吸気通路３０のサージタンク３５とを互いに連通している。第２ＥＧＲクーラ９２は、第２ＥＧＲ通路９１を通じて共通排気通路５３からサージタンク３５に還流される排気ガス（高圧ＥＧＲガス）を冷却する熱交換器である。第２ＥＧＲ弁９３は、サージタンク３５に還流される高圧ＥＧＲガスの流量を調整するための開閉弁である。

（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。なお、ＰＣＭ１００は、請求項にいう「制御部」の一例に該当する。

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、上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、および吸気圧センサ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、例えばクランク角、エンジン回転速度、エンジン水温、吸気流量、および吸気圧（過給圧）等の情報が、それぞれＰＣＭ１００に逐次入力される。

また、車両には、当該車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサＳＮ５と、車両を運転するドライバーにより操作される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センサＳＮ６とが設けられており、これら車速センサＳＮ５およびアクセルセンサＳＮ６による検出情報もＰＣＭ１００に逐次入力される。なお、アクセルセンサＳＮ６は、請求項にいう「検出部」の一例に該当する。

ＰＣＭ１００は、上記各センサＳＮ１〜ＳＮ６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、切替弁４１、スロットル弁４２、バイパス弁４３、過給用モータ７２、ウェストゲート弁７７、第１ＥＧＲ弁８３、および第２ＥＧＲ弁９３と電気的に接続されており、上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。

例えば、ＰＣＭ５０は、アクセルセンサＳＮ６により検出されるアクセル開度および車速センサＳＮ５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、気筒２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気筒２に噴射されるように燃料噴射弁１５を制御する。

また、ＰＣＭ１００は、上記エンジン回転速度／負荷等に基づいて目標過給圧を設定するとともに、吸気圧センサＳＮ４により検出される吸気圧（過給圧）がこの目標過給圧に一致するように、ウェストゲート弁７７の開度や過給用モータ７２の回転等を制御する。

（３）運転条件に応じた制御
図３は、エンジンの運転領域に応じた制御の相違を説明するためのマップ図である。本図に示される運転マップには、燃焼形態が相違する３つの運転領域Ａ１〜Ａ３が規定されている。各運転領域Ａ１〜Ａ３をそれぞれ第１運転領域Ａ１、第２運転領域Ａ２、第３運転領域Ａ３とすると、第１運転領域Ａ１は、エンジン負荷が基準負荷Ｙよりも低くかつエンジン回転速度が基準速度Ｚよりも低い低速かつ低負荷の領域であり、第２運転領域Ａ２は、第１運転領域Ａ１よりも回転速度または負荷のいずれかが高い高速または高負荷の領域であり、第３運転領域Ａ３は、回転速度および負荷が共に最も低いアイドリング運転の領域である。なお、第１運転領域Ａ１は、請求項にいう「低負荷域」の一例に該当し、第２運転領域Ａ２における基準負荷Ｙよりも高負荷側の部分は、請求項にいう「ターボ過給機による過給が必要な高負荷側の領域」の一例に該当する。以下、各運転領域に適用される燃焼形態等について順に説明する。

（３−１）第１運転領域
低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１では、燃焼室６に噴射された燃料をその噴射の終了から遅れて着火させる予混合圧縮着火燃焼（以下、単に予混合燃焼ともいう）が行われる。この予混合燃焼のための制御として、第１運転領域Ａ１では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

燃料噴射弁１５は、目標の着火時期よりも前に燃料噴射が終了するようなタイミングで燃焼室６に燃料を噴射する。例えば、図４（ａ）に示すように、燃料噴射弁１５は、圧縮行程の後半に複数回に分けて燃料を噴射する。噴射された燃料は、噴射終了から着火までの期間である着火遅れの期間中、燃焼室６内の空気と混合されて、その状態で自着火、燃焼する（予混合燃焼）。図４（ａ）には、当該燃焼による熱発生の波形を燃料の噴射パルスと併せて図示しており、この熱発生の波形は、いずれの噴射パルスとも重複していない。このことは、燃料の噴射終了から遅れて燃料が着火する予混合燃焼が行われていることを表している。なお、圧縮行程の後半とは、圧縮行程を前半と後半に２分した場合の後半、つまりＢＴＤＣ（圧縮上死点前）９０°ＣＡ〜０°ＣＡの期間を意味する。

第１ＥＧＲ弁８３は開弁され、第２ＥＧＲ弁９３は全閉とされる。すなわち、第１ＥＧＲ弁８３が開弁されることにより、第１ＥＧＲ通路８１を介した排気ガスの還流、つまりタービン７３および触媒コンバータ５５（触媒５５ａ）を通過した後の低圧の排気ガスを第１ＥＧＲ通路８１を通じて吸気通路３０に還流する低圧ＥＧＲが行われる。一方、第２ＥＧＲ弁９３は全閉とされるので、第２ＥＧＲ通路９１を介した排気ガスの還流、つまりタービン７３に流入する前の高圧の排気ガスを第２ＥＧＲ通路９１を通じて吸気通路３０に還流する高圧ＥＧＲは停止される。

ウェストゲート弁７７は全閉とされる。これにより、エンジン本体１から排出された排気ガスは、その全量がターボ過給機６２のタービン７３を通過する。ただし、第１運転領域Ａ１のような低速かつ低負荷の運転領域では、排気ガスのエネルギーがかなり低いため、タービン７３に付与される駆動力は、多くの場合、ターボ過給機６２（第２コンプレッサ７４）が実質的な過給仕事をする程度には高くならない。ターボ過給機６２は、少なくとも、上流側吸気通路３２における第２コンプレッサ７４よりも上流側の部分をやや負圧化する程度の仕事をする。このようなターボ過給機６２による負圧化が、第１ＥＧＲ弁８３が開いた状態でなされることにより、上記第１ＥＧＲ通路８１を通じた排気ガスの還流（低圧ＥＧＲ）が実現される。

電動過給機６１は、ターボ過給機６２による過給圧が不足する条件下で駆動され、それ以外の条件下で停止される。電動過給機６１の駆動時は、図５に示すように、過給用モータ７２がＯＮ状態（電力供給を受けて回転する状態）とされることにより、第１コンプレッサ７１が高速で回転駆動され、この第１コンプレッサ７１によって吸気が過給される。一方、電動過給機６１の停止時には、過給用モータ７２がＯＦＦ状態（電力供給がカットされた状態）とされて、第１コンプレッサ７１の回転が停止される。なお、電動過給機６１を駆動または停止する条件の詳細については後述する。

バイパス弁４３およびスロットル弁４２の各開度は、予混合燃焼に適した吸気温度が得られるように調整される。すなわち、図５に示すように、インタークーラ３８をバイパスする（バイパス通路３６を通過する）矢印Ｖ１のルートを通ってエンジン本体１に導入される吸気と、インタークーラ３８および下流側吸気通路３４を通過する矢印Ｖ２のルートを通ってエンジン本体１に導入される吸気とが適切な割合で混合されることにより、その混合後の吸気の温度が予混合燃焼に適した温度となるように、バイパス弁４３およびスロットル弁４２の各開度が調整される。インタークーラ３８をバイパスする吸気と通過する吸気との混合割合は、エンジン水温やエンジンの負荷／回転速度等に基づいて調整される。特に、エンジン水温およびエンジン負荷の双方が低い条件では、吸気の全量がインタークーラ３８をバイパスするように、バイパス弁４３のみが開弁される（スロットル弁４２は全閉とされる）場合もある。これは、吸気の温度を高めて着火性を確保するためである。

（３−２）第２運転領域
高速または高負荷の第２運転領域Ａ２では、予混合燃焼ではなく拡散燃焼が行われる。この拡散燃焼のための制御として、第２運転領域Ａ２では、ＰＣＭ１００によってエンジンの各部が次のように制御される。

燃料噴射弁１５は、目標の着火時期の前後に亘るようなタイミングで（言い換えると着火後も燃料噴射が継続されるようなタイミングで）燃料を噴射する。例えば、図４（ｂ）に示すように、圧縮上死点よりも早いタイミングで少量の燃料を噴射するプレ噴射と、圧縮上死点を跨ぐかもしくは圧縮上死点よりも遅れたタイミングで比較的多量の燃料を噴射するメイン噴射とが実行される。なお、図４（ｂ）ではプレ噴射の回数を２回としているが、このプレ噴射の回数は回転速度／負荷に応じて可変とされ、２回から１回に減らされる場合もある。さらに、プレ噴射が行われず、一連のメイン噴射のみによって全ての燃料が噴射される場合もある。

燃料噴射弁１５から噴射された燃料は、メイン噴射が終了する前に、言い換えるとメイン噴射の開始からごく短時間が過ぎた時点で、自着火、燃焼する（拡散燃焼）。図４（ｂ）には、当該燃焼による熱発生の波形を噴射パルスと併せて図示しており、この熱発生の波形は、メイン噴射の噴射パルスと重なっている。このことは、メイン噴射の途中で燃料が着火する拡散燃焼が行われていることを表している。

第２運転領域Ａ２では、エンジン回転速度または負荷が高く、排気ガスのエネルギーが高いので、タービン７３に十分な駆動力が付与されて、ターボ過給機６２（第２コンプレッサ７４）による過給能力が高められる。このため、電動過給機６１による過給は不要である。すなわち、電動過給機６１による過給を停止するべく、図６に示すように、過給用モータ７２がＯＦＦ状態とされ、また切替弁４１が開かれる。

ウェストゲート弁７７は、ターボ過給機６２による過給圧が上限を超える条件下で開かれ、それ以外の条件下で全閉とされる。

スロットル弁４２は開弁され、バイパス弁４３は全閉とされる。これにより、同じく図６に示すように、吸気は専ら、インタークーラ３８を通過するルートを通ってエンジン本体１に導入される（矢印Ｘ２参照）。これは、ターボ過給機６２により圧縮された吸気をインタークーラ３８により冷却して吸気の密度低下を防止するためである。

（３−３）第３運転領域
アイドリングの運転領域である第３運転領域Ａ３でも、第２運転領域Ａ２と同様に拡散燃焼が行われる。第２運転領域Ａ２に比べて燃料の噴射量が大幅に少なくされる以外は基本的に第２運転領域Ａ２と同様の制御となるので、その詳細な説明は省略する。

（４）具体的な制御手順
次に、エンジンの運転中にＰＣＭ１００により行われる具体的な制御手順、特に第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２に移行する加速時の制御手順について、図７および図８のフローチャートを参照しつつ説明する。このフローチャートに示す制御がスタートすると、ＰＣＭ１００は、まずステップＳ１において、エンジンの現運転ポイントが図３に示した第１運転領域Ａ１に含まれるか否かを判定する。すなわち、ＰＣＭ１００は、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、アクセルセンサＳＮ６の検出値（アクセル開度）や車速センサＳＮ５の検出値（車速）等から特定されるエンジン負荷（要求トルク）とに基づいて、現時点のエンジンの運転ポイントを図３のマップ上で特定し、当該マップ中の第１運転領域Ａ１に現運転ポイントが含まれるか否かを判定する。

上記ステップＳ１でＮＯと判定されて現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれていないこと、つまり、高速または高負荷の領域である第２運転領域Ａ２か、またはアイドリング運転の領域である第３運転領域Ａ３でエンジンが運転されていることが確認された場合、ＰＣＭ１００は、ステップＳ７に移行して、これら第２運転領域Ａ２または第３運転領域Ａ３に対応した制御を実行する。第２・第３運転領域Ａ２，Ａ３では、予混合燃焼ではなく拡散燃焼が行われる点が第１運転領域Ａ１と大きく異なるが、その制御の概要は先の（３−２）および（３−３）で既に説明したとおりであるため、ここではその説明を省略する。

一方、上記ステップＳ１でＹＥＳと判定されて現運転ポイントが第１運転領域Ａ１に含まれることが確認された場合、ＰＣＭ１００は、ステップＳ２に移行して、第１ＥＧＲ弁８３を開くとともに、第２ＥＧＲ弁９３を全閉にする。これにより、第１ＥＧＲ通路８１を通じた排気ガスの還流（低圧ＥＧＲ）が実現される一方、第２ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流（高圧ＥＧＲ）が停止される。低圧ＥＧＲの実行中、ＰＣＭ１００は、エンジンの運転状態に応じた適切な量の低圧ＥＧＲガスが還流されるように、第１ＥＧＲ弁８３の開度を調整する。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ３に移行して、ウェストゲート弁７７を全閉にする。これにより、エンジン本体１から排出された排気ガスは、その全量がターボ過給機６２のタービン７３に導入されることになる。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ４に移行して、電動過給機６１を状況に応じ駆動または停止する。

具体的に、ＰＣＭ１００は、第１運転領域Ａ１内での加速要求が確認された場合、つまりエンジンの運転ポイントが第１運転領域Ａ１内で低負荷側から高負荷側に移行するようなアクセル開度の増大が検出された場合に、過給用モータ７２を駆動して電動過給機６１（第１コンプレッサ７１）に過給を行わせる。これにより、加速に伴い吸気の所要量が増大するのに対応して、電動過給機６１により速やかに吸気量を増大させることができ、第１運転領域Ａ１内での加速時においても適切な予混合燃焼を行わせることができる。なお、電動過給機６１が駆動されるとき、切替弁４１は全閉とされる（図５参照）。これは、電動過給機６１により過給されて上流室３３ａに吐出された吸気が第２通路部３２ｂを通じて上流側に逆流するのを防止するためである。

一方、上記のような加速時以外、つまり第１運転領域Ａ１内でエンジンがほぼ定常運転されているときは、電動過給機６１による過給は不要である。このため、ＰＣＭ１００は、過給用モータ７２を停止させるとともに、切替弁４１を開弁させる（図６参照）。なお、加速時以外において、過給用モータ７２を最小限の出力で駆動して第１コンプレッサ７１を低速で回転させるようにしてもよい（以下、この状態を待機状態という）。電動過給機６１が待機状態とされても、第１コンプレッサ７１は実質的な過給仕事をしないが、待機状態としておけば、過給用モータ７２がＯＮとＯＦＦとの間で頻繁に切り替わるのを防止することができる。特に、エンジンと車輪との間に設けられた変速機のギヤ段が所定の低ギヤ段（例えば最高段数の半分以下のギヤ段）であるときは、比較的頻繁に加速と減速が繰り返される可能性が高いので、このような低ギヤ段が選択されているときに限って、電動過給機６１を待機状態とすることが考えられる。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ５に移行して、第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２へと運転ポイントが移行するような加速要求があるか否かを判定する。具体的に、ステップＳ５では、アクセルセンサＳＮ６により検出される現在のアクセル開度とその増大率とに基づいて、例えば図３の矢印Ｗで示すように、第１運転領域Ａ１からターボ過給機６２による過給が必要な第２運転領域Ａ２（より詳しくは当該第２運転領域Ａ２のうち基準負荷Ｙよりも高負荷側の部分）へと運転ポイントが移行するか否かを予測し、この予測が成立した場合にＹＥＳと判定する。第２運転領域Ａ２への移行が予測される（つまりステップＳ５の判定がＹＥＳになる）可能性は、現在の運転ポイントが第１運転領域Ａ１内の高負荷側に位置するほど高くなり、かつ、アクセル開度の増大率が高いほど高くなる。

上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２へと移行する加速要求が確認された場合、ＰＣＭ１００は、この加速要求に対応するための制御であるステップＳ６の制御を実行する。

図８は、上記ステップＳ６の制御（加速制御）の詳細を示すサブルーチンである。このサブルーチンに示す制御がスタートすると、ＰＣＭ１００は、まずステップＳ１０において、切替弁４１を全閉にし、この切替弁４１によって第２通路部３２ｂを遮断する。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１１に移行して、過給用モータ７２を駆動して電動過給機６１（第１コンプレッサ７１）に過給を行わせる。なお、上記ステップＳ４で説明したとおり、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されているとき、つまりステップＳ１１に移行する前の時点において、電動過給機６１は駆動されている場合もあれば停止されている場合もある。ステップＳ１１の直前に電動過給機６１が停止されていた場合、ＰＣＭ１００は、過給用モータ７２に新たに電力を供給して、電動過給機６１をＯＦＦ状態からＯＮ状態に切り替える。一方、ステップＳ１１の直前に電動過給機６１が駆動されているかまたは待機状態とされていた場合、ＰＣＭ１００は、過給用モータ７２への供給電力を増大させ、電動過給機６１による過給能力（圧力比）を高める。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１２に移行して、第１ＥＧＲ弁８３の開度を低下させる。すなわち、ＰＣＭ１００は、第１ＥＧＲ弁８３の開度を、上記ステップＳ５で加速要求が確認される直前の開度よりも小さくかつゼロより大きい所定開度まで低下させる。このときの開度の低下率は、迅速に立ち上がる電動過給機６１の過給圧と連動するような比較的大きな低下率とされる。

上記ステップＳ１１，Ｓ１２の制御を開始した後、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１３に移行し、アクセルセンサＳＮ６による検出値に基づいて、アクセル開度の増大率が予め定められた閾値Ｘ未満に低下したか否かを判定する。なお、ここでの判定は、ドライバーがアクセルペダルの踏み増しをほぼ完了したことを確認するために行われる。このため、上記閾値Ｘは、比較的小さい値（例えばゼロに近い値）に設定される。

上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定されてアクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満に低下したことが確認された場合、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１４に移行して、過給用モータ７２への電力供給をカットすることにより、電動過給機６１による過給を停止させる。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１５に移行して、切替弁４１を開弁させる。これにより、上流側吸気通路３２を流通する吸気は、主に電動過給機６１（第１コンプレッサ７１）をバイパスする第２通路部３２ｂを通って容器部３３の上流室３３ａに導入されるようになる。

次いで、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１６に移行して、第２ＥＧＲ弁９３を開弁する。これにより、第２ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流、つまり高圧ＥＧＲが開始される。

また、ＰＣＭ１００は、ステップ１７において、第１ＥＧＲ弁８３の開度を徐々に増大させる。すなわち、上記ステップＳ１２により一旦低下した第１ＥＧＲ弁８３の開度を再び増大方向に制御する。これにより、第１ＥＧＲ通路８１を通じて還流される低圧ＥＧＲガスの割合が徐々に増大するとともに、第２ＥＧＲ通路９１を通じて還流される高圧ＥＧＲガスの割合が徐々に低下する。

なお、以上の説明の中では特に触れなかったが、加速によって第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２へと移行するのに伴って、燃料噴射弁１５による燃料の噴射量および噴射タイミングは、第１運転領域Ａ１に対応した予混合燃焼用の噴射量／タイミング（例えば図４（ａ）参照）から、第２運転領域Ａ２に対応した拡散燃焼用の噴射量／タイミング（例えば図４（ｂ）参照）へと切り替えられる。また、スロットル弁４２およびバイパス弁４３は、予混合燃焼が行われる第１運転領域Ａ１に対応したモード、つまり予混合燃焼に適した吸気温度を得るために各弁の開度を調整する調温モードから、ターボ過給機６２による過給圧が高まる第２運転領域Ａ２に対応したモード、つまりターボ過給機６２により過給された吸気が全てインタークーラ３８に導入されるようにスロットル弁４２のみを開く（バイパス弁４３は全閉とする）モードへと切り替えられる。

図９は、図８に示した加速制御が開始される前後における各種状態量の時間変化の一例を示すタイムチャートである。このタイムチャートでは、第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２へと移行する加速要求があった時点をｔ１としている。すなわち、時点ｔ１よりも前において、エンジンは第１運転領域Ａ１で運転されており、この状態でアクセルペダルが比較的強めに踏み込まれることにより（図９（ａ）参照）、上記のような加速要求があったことが時点ｔ１で認識されたものとする。

上記時点ｔ１での加速要求（第１運転領域Ａ１から第２運転領域Ａ２へと移行する加速要求）に応じて、電動過給機６１が駆動されるとともに（図９（ｃ）参照）、低圧ＥＧＲ用の第１ＥＧＲ弁８３の開度が低減される（図９（ｄ）参照）。

図９の例では、時点ｔ１よりも前において電動過給機６１は停止されているかまたは待機状態にあるものとする。このように停止または待機状態にある電動過給機６１が時点ｔ１で駆動されて、過給用モータ７２に電力が供給されることにより、電動過給機６１（第１コンプレッサ７１）による過給仕事（圧力比）は急速に立ち上がる（図９（ｃ）参照）。また、これに応じて、エンジン本体１に導入される吸気の圧力（過給圧）も、時点ｔ１以降において比較的速いスピードで上昇し始める（図９（ｆ）の実線参照）。

図９（ｆ）では、仮に電動過給機６１を駆動しなかった場合の過給圧を破線で示している。この破線との比較から明らかなように、時点ｔ１からの過給圧の立ち上がりは、電動過給機６１の駆動によって急峻化されている。このことから、時点ｔ１以降の過給圧の立ち上がりが電動過給機６１によって効果的にアシストされていることが分かる。

図９（ｄ）に示すように、時点ｔ１よりも前（第１運転領域Ａ１での運転時）において、第１ＥＧＲ弁８３の開度は比較的高い値Ｄ１に設定されている。これは、第１運転領域Ａ１で適切な予混合燃焼を行わせるために十分な低圧ＥＧＲガスを気筒２に導入する必要があるからである。その後、時点ｔ１での加速要求を受けて、第１ＥＧＲ弁８３の開度はＤ１から比較的急激に低減されている。ただし、第１ＥＧＲ弁８３は全閉（開度ゼロ）まで閉じられることはない。つまり、第１ＥＧＲ弁８３の加速中の最低開度Ｄ２はゼロより大きい値に設定される。これにより、加速中であっても低圧ＥＧＲガスの導入は継続して行われる。

時点ｔ１から少し経過した時点ｔ２において、アクセルペダルの踏み増しがほぼ完了し、アクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満になったものとする。この時点ｔ２で、電動過給機６１が停止されるとともに（図９（ｃ）参照）、それまで全閉とされていた第２ＥＧＲ弁９３が開かれる（図９（ｅ）参照）。一方、第１ＥＧＲ弁８３は、時点ｔ２において駆動方向が閉方向から開方向に反転され、時点ｔ２以降は開度が漸増するように制御される（図９（ｄ）参照）。

第２ＥＧＲ弁９３の開弁によって、第１ＥＧＲ通路８１を通じた排気ガスの還流（低圧ＥＧＲ）と併せて、第２ＥＧＲ通路９１を通じた排気ガスの還流（高圧ＥＧＲ）が行われるようになる。第２ＥＧＲ弁９３の開度は、時点ｔ２から比較的短時間で開度Ｄ３まで増大されるが、この開度Ｄ３は、時点ｔ２での第１ＥＧＲ弁８３の開度Ｄ２以下の値に設定される。なお、図９では省略しているが、時点ｔ２からある程度の時間が経過して第２運転領域Ａ２での定常運転に近い状態になると、第２ＥＧＲ弁９３が全閉とされて高圧ＥＧＲが停止され、低圧ＥＧＲのみが行われるようになる。

図９（ｆ）に示すように、時点ｔ２で電動過給機６１が停止されて以降も、過給圧は上昇し続ける。これは、時点ｔ２以降はターボ過給機６２の過給能力が高まるからである。すなわち、タービン７３に導入される排気ガスのエネルギーが増大するとともに、タービン７３での冷却損失が減少することで、ターボ過給機６２（第２コンプレッサ７４）の過給能力が高まり、ターボ過給機６２単独でも高い過給圧が確保されるようになる。

（５）作用効果等
以上説明したとおり、当実施形態では、エンジンが低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１で運転されている場合に、第１ＥＧＲ弁８３が開かれかつ第２ＥＧＲ弁９３が閉じられることにより低圧ＥＧＲのみが実行され（高圧ＥＧＲは停止され）、この第１運転領域Ａ１からその高負荷側の第２運転領域Ａ２へと移行する加速要求が確認された場合に、第１ＥＧＲ弁を開きかつ第２ＥＧＲ弁を閉じた状態で電動過給機６１（過給用モータ７２）が駆動され、その後、アクセル開度の増大率が所定の閾値Ｘ未満になった時点で、電動過給機６１が停止されるとともに、第２ＥＧＲ弁９３が開弁されて高圧ＥＧＲが開始される。このような構成によれば、加速時のポンピングロスを低減しつつ加速レスポンスを向上できるという利点がある。

すなわち、上記実施形態では、加速要求に応じてまず電動過給機６１（過給用モータ７２）が駆動されるので（図９の時点ｔ１）、迅速に過給圧を高めて吸気量を増大させることができる。これにより、ターボ過給機６２による過給圧の高まりを待つことなく、加速要求に見合った十分なエンジン出力の上昇が見込めるので、加速レスポンスを向上させることができる。一方、電動過給機６１による過給圧の高まりに伴い、気筒２での燃焼熱量が増大するとともに、ターボ過給機６２のタービン７３に付与される駆動力も増大する。特に、アクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満になった時点（図９の時点ｔ２）では、タービン７３での冷却損失も十分に低下しており、ターボ過給機６２（第２コンプレッサ７４）単独での過給能力が十分に高まっていると考えられる。これに対し、上記実施形態では、アクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満になった時点で電動過給機６１が停止されるので、過給圧が無用に高まるのを回避でき、また、電動過給機６１で消費される電力を抑制することができる。さらに、上記電動過給機６１の停止と併せて、第２ＥＧＲ弁９３が開かれて高圧ＥＧＲが開始されるので、タービン７３に導入される前の排気ガスの一部を、電動過給機６１の停止により圧力が適正に抑えられた吸気通路３０に支障なく還流できるとともに、タービン７３の上流側の排気圧力が過剰に高まるのを防止することができる。これにより、加速時のポンピングロスを低減することができ、エンジンの燃費性能を向上させることができる。

また、上記実施形態では、上記加速要求が確認されてからアクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満になるまでの間（時点ｔ１〜ｔ２の間）、第１ＥＧＲ弁８３の開度がゼロより大きい範囲で低下させられるので、電動過給機６１による過給が行われている間、低圧ＥＧＲの割合（つまり気筒２内に導入される全ガス量のうち低圧ＥＧＲガスが占める割合）が無用に増大するのを防止することができ、燃焼を安定化させることができる。すなわち、加速要求に応じて電動過給機６１が駆動されると、第１コンプレッサ７１の吸込み作用により上流側吸気通路３２が大幅に負圧化するので、仮に第１ＥＧＲ弁８３の開度を一定にした場合には、低圧ＥＧＲの割合が急増して燃焼が不安定になるおそれがある。これに対し、電動過給機６１の駆動に併せて第１ＥＧＲ弁８３の開度を低下させるようにした上記実施形態によれば、電動過給機６１による過給中も低圧ＥＧＲの割合をほぼ一定に維持することができ、燃焼を安定化させることができる。

また、上記実施形態では、アクセル開度の増大率の閾値Ｘ未満への低下に応じて高圧ＥＧＲが開始される（第２ＥＧＲ弁９３が開弁される）が、その後は、低圧ＥＧＲの割合が漸増する（結果として高圧ＥＧＲの割合が漸減する）ように、第１ＥＧＲ弁８３の開度が徐々に増大させられるので、多くの高圧ＥＧＲガスが継続導入されることで吸気温度が無用に上昇するのを防止することができる。これにより、吸気の密度低下による出力低下を防止できるとともに、ターボ過給機６２による過給圧の高まりと吸気温度の上昇とが重なることによる不具合、例えば異常燃焼の発生や燃焼騒音の増大等を防止することができる。

また、上記実施形態では、低速かつ低負荷の第１運転領域Ａ１での運転時に、燃料が予混合燃焼するような比較的早めのタイミングで燃料噴射弁１５から燃料が噴射されるので、燃焼に伴うＮＯｘやスート（煤）の発生量を効果的に抑制することができる。

すなわち、第１運転領域Ａ１での運転中は、上述のとおり低圧ＥＧＲのみが行われる（高圧ＥＧＲは停止される）ので、気筒２に還流される排気ガスは、全て、触媒コンバータ５５を通過した後の排気ガス、つまりＮＯｘ、ＨＣ、Ｈ_２Ｏ、およびスート等の不純物が取り除かれた排気ガスとなる。この排気ガス（低圧ＥＧＲガス）は、高圧ＥＧＲにより還流される排気ガス、つまり触媒コンバータ５５を通過していないために多くの不純物を含む高圧ＥＧＲガスと比べて、比重が軽く空気（新気）と混じり易いという性質を有する。上記実施形態では、このような性質の低圧ＥＧＲガスが気筒２に還流され、かつ燃料噴射弁１５から早めのタイミングで燃料が噴射されるので、空気、ＥＧＲガス、および燃料噴霧の三者が比較的均一に混じり合った混合気、つまり予混合燃焼に適した混合気をつくり出すことができ、当該混合気を十分な着火遅れ時間の後に自着火、燃焼させることができる。そして、このような予混合燃焼の実現により、燃料の空気利用率を高めて燃焼温度を低下させることができ、ＮＯｘやスートの発生量の少ないクリーンな燃焼を実現することができる。

なお、上記実施形態では、アクセル開度の増大率が閾値Ｘ未満になった図９の時点ｔ２において、電動過給機６１を停止させかつ第２ＥＧＲ弁９３を開弁するようにしたが、電動過給機６１の停止から第２ＥＧＲ弁９３の開弁までの間に多少の時間差を設けてもよい。

また、上記実施形態では、エンジンが第１運転領域Ａ１で運転されているときに、燃料噴射弁１５から噴射された全ての燃料が予混合燃焼するように、目標の着火時期よりも前に全ての燃料が噴射終了するようなタイミングで燃料を噴射したが、１サイクル中に噴射すべき燃料の大部分を予混合燃焼させることができればよく、必ずしも全ての燃料を目標の着火時期よりも前に噴射する必要はない。例えば、目標の着火時期よりも前に大部分の燃料を噴射して予混合燃焼させた上で、当該予混合燃焼の途中で（着火開始後に）少量の燃料を追加で噴射するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、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れず、例えばガソリンを主成分とする燃料を予混合圧縮着火させる圧縮着火式のガソリンエンジンに本発明を適用してもよい。

１ エンジン本体
２ 気筒
１５ 燃料噴射弁
３０ 吸気通路
５０ 排気通路
５５ａ 触媒
６１ 電動過給機
６２ ターボ過給機
７１ 第１コンプレッサ
７２ 過給用モータ
７３ タービン
７４ 第２コンプレッサ
８１ 第１ＥＧＲ通路
８３ 第１ＥＧＲ弁
９１ 第２ＥＧＲ通路
９３ 第２ＥＧＲ弁
１００ ＰＣＭ（制御部）
Ａ１ 第１運転領域（低負荷域）
ＳＮ６ アクセルセンサ（検出部）

Claims (4)

1. 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、
   前記吸気通路に設けられた第１コンプレッサと当該第１コンプレッサを回転駆動する過給用モータとを含む電動過給機と、
   前記第１コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられた第２コンプレッサと当該第２コンプレッサに連結された状態で前記排気通路に設けられたタービンとを含むターボ過給機と、
   前記タービンよりも下流側の排気通路と前記第２コンプレッサよりも上流側の吸気通路とを連通する第１ＥＧＲ通路と、
   前記タービンよりも上流側の排気通路と前記第１コンプレッサよりも下流側の吸気通路とを連通する第２ＥＧＲ通路と、
   前記第１ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、当該第１ＥＧＲ通路を通じた排気ガスの還流である低圧ＥＧＲの量を調整する第１ＥＧＲ弁と、
   前記第２ＥＧＲ通路に開閉可能に設けられ、当該第２ＥＧＲ通路を通じた排気ガスの還流である高圧ＥＧＲの量を調整する第２ＥＧＲ弁と、
   アクセル開度を検出する検出部と、
   前記検出部によるアクセル開度の検出値を含む各種情報に基づいて、前記過給用モータ、第１ＥＧＲ弁および第２ＥＧＲ弁を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   所定の低負荷域でエンジンが運転されている場合に、前記低圧ＥＧＲが実行されかつ前記高圧ＥＧＲが停止されるように、前記第１ＥＧＲ弁を開くとともに前記第２ＥＧＲ弁を閉じ、
   前記低負荷域から前記ターボ過給機による過給が必要な高負荷側の領域へと移行する加速要求が前記アクセル開度の検出値に基づき確認された場合に、前記第１ＥＧＲ弁を開きかつ前記第２ＥＧＲ弁を閉じた状態で前記過給用モータを駆動し、その後、前記アクセル開度の増大率が所定の閾値未満になったときに、前記過給用モータを停止するとともに、前記第２ＥＧＲ弁を開いて前記高圧ＥＧＲを開始する、ことを特徴とする過給エンジン。
2. 請求項１に記載の過給エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記加速要求が確認されてから前記アクセル開度の増大率が前記閾値未満になるまでの間、前記第１ＥＧＲ弁の開度をゼロより大きい範囲で低下させる、ことを特徴とする過給エンジン。
3. 請求項２に記載の過給エンジンにおいて、
   前記制御部は、前記アクセル開度の増大率の前記閾値未満への低下を受けて前記高圧ＥＧＲを開始した後、当該高圧ＥＧＲの割合が漸減しかつ前記低圧ＥＧＲの割合が漸増するように、前記第１ＥＧＲ弁および第２ＥＧＲ弁の開度を制御する、ことを特徴とする過給エンジン。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の過給エンジンにおいて、
   前記エンジンは、軽油を主成分とする燃料を前記気筒に噴射する燃料噴射弁を備えたディーゼルエンジンであり、
   前記排気通路における前記タービンよりも下流側の部位に、排気ガス浄化用の触媒が設けられ、
   前記第１ＥＧＲ通路の一端は、前記排気通路における前記触媒よりも下流側の部位に接続され、
   前記低負荷域での運転時、前記制御部は、前記燃料噴射弁から前記気筒に噴射された燃料が予混合圧縮着火燃焼するように、噴射の終了から遅れて燃料が着火するような所定のタイミングで前記燃料噴射弁に燃料を噴射させる、ことを特徴とする過給エンジン。

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