JP2019105196A - Engine with supercharger - Google Patents

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Abstract

To improve acceleration feeling while preventing degradation of emission performance in acceleration.SOLUTION: An engine with a supercharger includes an engine main body 10, an electrically-driven supercharger 18, a turbo-supercharger 56, an EGR passage for communicating an exhaust passage 60 at a downstream side with respect to a turbine 56b of the turbo-supercharger and an intake passage 50 at an upstream side with respect to a compressor 56a of the turbo-supercharger, a parameter calculation portion calculating a magnitude of increase of a rotating speed per a unit time of the engine main body in acceleration of a vehicle on the basis of a detection signal of a sensor mounted on the engine main body, and a control portion (PCM100) for opening the EGR passage in accelerating a vehicle having the increase of the rotating speed calculated by the parameter calculation portion larger than a prescribed value, and outputs a control signal to the electrically-driven supercharger to increase a supercharging pressure of the electrically-driven supercharger.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

ここに開示する技術は、過給機付エンジンに関する。   The technology disclosed herein relates to a supercharged engine.

排気通路に配設されたタービンと吸気通路に配設されたコンプレッサとを有するターボ過給機を備える過給機付エンジンが知られている。   A supercharged engine is known that includes a turbocharger having a turbine disposed in an exhaust passage and a compressor disposed in an intake passage.

また、例えば特許文献１には、ターボ過給機に加えて、吸気通路に電動式過給機が設けられた過給機付のディーゼルエンジンが開示されている。   Further, for example, Patent Document 1 discloses a supercharged diesel engine in which an electric supercharger is provided in an intake passage in addition to a turbocharger.

特開２０１０−１８０７１０号公報JP, 2010-180710, A

ディーゼルエンジンにおいては、燃焼速度及び燃焼温度を低くしてＲａｗＮＯｘの生成を抑制するために、排気ガスの一部を吸気通路に還流させている。特許文献１に記載されたディーゼルエンジンは、高圧ＥＧＲシステムと低圧ＥＧＲシステムとを備えている。高圧ＥＧＲシステムは、ターボ過給機のタービンよりも上流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも下流の吸気通路とを連通する高圧ＥＧＲ通路を有している。低圧ＥＧＲシステムは、ターボ過給機のタービンよりも下流の排気通路とターボ過給機のコンプレッサよりも上流の吸気通路とを連通する低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラとを有する低圧ＥＧＲシステムを有している。エンジン温間時の、部分負荷領域においてエンジンが定常状態で運転しているときは、低圧ＥＧＲシステム及び／又は高圧ＥＧＲシステムによってＥＧＲガスを吸気通路に還流させると共に、ターボ過給機の過給圧によって、燃料量に応じた量の新気を気筒内に導入する。このことにより、混合気の当量比及び燃焼室内の温度をそれぞれ適切に調整することができて、ＲａｗＮＯｘの生成、及び、スート（煤）の発生が抑制される。   In a diesel engine, a part of exhaust gas is recirculated to the intake passage in order to lower the combustion rate and the combustion temperature to suppress the generation of RawNOx. The diesel engine described in Patent Document 1 includes a high pressure EGR system and a low pressure EGR system. The high pressure EGR system has a high pressure EGR passage communicating the exhaust passage upstream of the turbine of the turbocharger with the intake passage downstream of the compressor of the turbocharger. The low pressure EGR system comprises a low pressure EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbocharger turbine with the intake passage upstream of the compressor of the turbocharger, and an EGR for cooling the exhaust gas flowing through the low pressure EGR passage. It has a low pressure EGR system with a cooler. When the engine is operating in a steady state in a partial load region during engine warm-up, EGR gas is recirculated to the intake passage by a low pressure EGR system and / or a high pressure EGR system, and the turbocharger supercharging pressure Introduces fresh air into the cylinder according to the amount of fuel. As a result, the equivalence ratio of the air-fuel mixture and the temperature in the combustion chamber can be appropriately adjusted, and the generation of RawNOx and the generation of soot (soot) can be suppressed.

ところが、部分負荷領域において車両の運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、燃料量が増加することに対応して気筒内に導入する新気量を増やそうとしても、排気エネルギーが比較的低いため、ターボ過給機の過給圧が上がりにくく、気筒内に導入する新気量が不足してしまう。新気量の不足は、スートの発生を招いてしまう。スートの発生を回避するために、新気量が増えることを待って燃料量を増やすと、加速フィーリングが低下してしまう。   However, when the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal to request acceleration in the partial load region, exhaust energy may be increased in order to increase the amount of fresh air introduced into the cylinder in response to the increase in fuel amount. Is relatively low, the boost pressure of the turbocharger is difficult to increase, and the amount of fresh air introduced into the cylinder is insufficient. Lack of fresh air will lead to the occurrence of soot. If the amount of fuel is increased after waiting for the amount of fresh air to avoid the occurrence of soot, the acceleration feeling is reduced.

特に変速機が低速段のときには、車両の加速時に、エンジンの、単位時間当たりの回転数上昇（Δｒｐｍ／Δｔ）が、高速段のときよりも大幅に高くなる。Δｒｐｍ／Δｔが高くなるとエンジンの冷却損失が増えるため、ターボ過給機のタービンに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。その結果、ターボ過給機の過給圧は、ますます上がりにくくなって、加速フィーリングがさらに低下してしまう。   In particular, when the transmission is in the low gear, the engine speed increase per unit time (Δrpm / Δt) is much higher than that in the high gear during acceleration of the vehicle. As the Δrpm / Δt increases, the cooling loss of the engine increases, which makes it difficult to increase the exhaust energy supplied to the turbine of the turbocharger. As a result, the supercharging pressure of the turbocharger becomes more difficult to rise, and the acceleration feeling is further reduced.

ここに開示する技術は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させる。   The technology disclosed herein improves acceleration feeling while preventing deterioration of emission performance at the time of acceleration.

ここに開示する技術は、過給機付エンジンにおいて、少なくとも車両の加速時に、電動式過給機を利用して、混合気の当量比を能動的に調整することを特徴とする。   The technology disclosed herein is characterized in that in the supercharged engine, at least at the time of acceleration of the vehicle, the equivalence ratio of the air-fuel mixture is actively adjusted using the electric supercharger.

具体的に、ここに開示する過給機付エンジンは、車両に搭載されたエンジン本体と、上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、上記エンジン本体に取り付けられたセンサの検知信号に基づいて、上記車両の加速時における上記エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさを算出するパラメータ算出部と、加速要求信号を受けて上記車両を加速させる時に、上記パラメータ算出部が算出した上記回転数上昇が所定よりも大きいときには、上記ＥＧＲ通路を開くと共に、上記電動式過給機の過給圧が上昇するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する制御部と、を備えている。   Specifically, the supercharged engine disclosed herein is provided in an engine main body mounted on a vehicle, an intake passage and an exhaust passage connected to the engine main body, and the intake passage, and is overheated by an electric motor. An electric supercharger for feeding, a turbine disposed in the exhaust passage, and a compressor disposed upstream of the electrically driven turbocharger in the intake passage, using exhaust energy A supercharger turbocharger, an EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbine with the intake passage upstream of the compressor, and recirculating a portion of the exhaust gas to the intake passage; Parameter calculation for calculating the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body at the time of acceleration of the vehicle based on the detection signal of a sensor attached to the engine body And, when the acceleration request signal is received to accelerate the vehicle, the EGR passage is opened when the rotation speed increase calculated by the parameter calculation unit is larger than a predetermined value, and the charge of the electric turbocharger is increased. And a control unit that outputs a control signal to the electric supercharger to increase the pressure.

この構成によると、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きいと、電動式過給機は、過給圧が上昇するように動作する。ここで、電動式過給機は、停止した状態から駆動することによって過給圧を上昇させてもよいし、駆動している状態において、過給圧を上昇させてもよい。エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きいと、エンジン本体の冷却損失が大きくなって、ターボ過給機のタービンに供給される排気エネルギーが上がりにくくなる。その結果、ターボ過給機による過給圧は上がりにくくなる。上記の構成では、ターボ過給機による過給圧が上がりにくい状況において、電動式過給機により過給圧を上げることによって、気筒内に導入される新気を速やかに増やすことができる。   According to this configuration, at the time of acceleration of the vehicle, the electric supercharger operates such that the supercharging pressure increases if the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is larger than a predetermined value. Here, the electric supercharger may increase the supercharging pressure by driving from a stopped state, or may increase the supercharging pressure in a driving state. If the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is larger than a predetermined value, the cooling loss of the engine body becomes large, and the exhaust energy supplied to the turbine of the turbocharger becomes difficult to rise. As a result, the supercharging pressure by the turbocharger becomes difficult to rise. In the above configuration, it is possible to quickly increase the amount of fresh air introduced into the cylinder by raising the supercharging pressure by the electric supercharger in a situation where the supercharging pressure by the turbocharger is difficult to increase.

また、上記の構成では、電動式過給機により過給圧を上げるときに、吸気通路において電動式過給機よりも上流に接続されたＥＧＲ通路を開いている。電動式過給機の作動によって、ＥＧＲ通路を介してＥＧＲガスが吸気通路に吸い出されるから、新気量の増量と共に、気筒内に導入されるＥＧＲガス量も増やすことができる。   Further, in the above configuration, when the charging pressure is increased by the electric supercharger, the EGR passage connected upstream of the electric supercharger is opened in the intake passage. Since the EGR gas is sucked into the intake passage through the EGR passage by the operation of the electric supercharger, the amount of EGR gas introduced into the cylinder can also be increased along with the increase of the fresh air amount.

車両の加速時に、気筒内に導入される新気及びＥＧＲガスの両方が速やかに増えるから、ＲａｗＮＯｘ及びスートの発生を防止しながら、エンジン本体のＰｍａｘを速やかに高めて、加速フィーリングを向上させることができる。   Since both fresh air and EGR gas introduced into the cylinders increase rapidly when the vehicle accelerates, Pmax of the engine main body can be rapidly increased to improve the acceleration feeling while preventing the generation of RawNOx and soot. be able to.

上記制御部は、加速後期には、加速開始時よりも上記電動式過給機の過給圧が低下するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する、としてもよい。   The control unit may output a control signal to the electric supercharger so that the supercharging pressure of the electric supercharger is lower than that at the start of acceleration at the late stage of acceleration.

前述したように、加速開始時に電動式過給機によって過給圧を速やかに高めると、エンジン本体のＰｍａｘが速やかに高まるから、排気エネルギーが上がる。それにより、ターボ過給機による過給圧が上昇する。加速後期においては、ターボ過給機によって目標過給圧を満たすことができるようになるから、電動式過給機の過給圧を低下させることにより、消費電力を少なくすることができる。ここで、電動式過給機は、停止することにより過給圧を低下させてもよいし、過給圧を低下させた状態で駆動を継続してもよい。   As described above, when the boost pressure is rapidly increased by the electric supercharger at the start of acceleration, Pmax of the engine main body is rapidly increased, so the exhaust energy is increased. Thereby, the supercharging pressure by the turbocharger is increased. At the late stage of acceleration, the target supercharging pressure can be satisfied by the turbocharger, so power consumption can be reduced by reducing the supercharging pressure of the electric supercharger. Here, the electric supercharger may lower the supercharging pressure by stopping, or may continue driving in a state where the supercharging pressure is reduced.

上記制御部は、上記加速要求信号の有無にかかわらず、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させるように構成されている、としてもよい。   The control unit may be configured to operate the electric supercharger in a partial state regardless of the presence or absence of the acceleration request signal.

一般に、電動式過給機を停止状態から駆動させる際には大きな電力が必要となる。このため、加速要求信号を受けた車両の加速時に電動式過給機を駆動し、加速要求信号を受けていない車両の定常走行時に電動式過給機を停止するよりも、加速時及び定常走行時にかかわらず、電動式過給機をパーシャル状態で作動させるようにすれば、電動式過給機による過給圧を上昇させる際の電力消費を抑えることができる。   In general, a large amount of power is required to drive the electric turbocharger from a stopped state. For this reason, the electric supercharger is driven at the time of acceleration of the vehicle receiving the acceleration request signal, and at the time of acceleration and steady traveling rather than stopping the electric turbocharger at steady traveling of the vehicle not receiving the acceleration request signal Regardless of time, by operating the electric supercharger in the partial state, it is possible to suppress power consumption when raising the supercharging pressure by the electric supercharger.

尚、「電動式過給機をパーシャル状態で作動させる」とは、電動式過給機の電動モータが最高トルクよりも低いトルクとなるように、電動式過給機が作動する、及び／又は、電動式過給機のコンプレッサホイールが限界回転数よりも低い回転数となるように、電動式過給機が作動することを意味するとしてもよい。電動式過給機をパーシャル状態で作動させると、電動モータの消費電力が低くなると共に、コンプレッサホイールの効率が高くなる。そして、ターボ過給機と電動式過給機との両方を備えた過給機付エンジンにおいて、電動式過給機を補助的に作動させることによって、電力消費を少なくすることができる。   "Operating the electric supercharger in partial state" means that the electric supercharger operates so that the electric motor of the electric supercharger has a torque lower than the maximum torque, and / or It may mean that the electric supercharger operates so that the compressor wheel of the electric supercharger has a rotational speed lower than the limit rotational speed. When the electric supercharger is operated in the partial state, the power consumption of the electric motor decreases and the efficiency of the compressor wheel increases. Then, in the supercharged engine provided with both the turbocharger and the electric supercharger, the power consumption can be reduced by operating the electric supercharger auxiliary.

上記制御部は、上記加速要求信号を受ける前に、上記エンジン本体に接続された変速機が低速段のときには、高速段のときよりも高回転で上記電動式過給機を作動させる、としてもよい。   When the transmission connected to the engine body is in the low gear stage before the acceleration request signal is received, the control unit operates the electric supercharger at a higher rotation speed than in the high gear stage. Good.

変速機が低速段のときには、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きくなりやすい。逆に、変速機が高速段のときには、車両の加速時に、エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさが所定よりも大きくなりにくい。   When the transmission is in the low speed stage, the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body tends to be larger than a predetermined level when the vehicle accelerates. On the other hand, when the transmission is in the high gear, when the vehicle accelerates, the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body is unlikely to be greater than a predetermined value.

そのため、加速要求信号を受ける前に、変速機が低速段のときに電動式過給機を予め高い回転数で作動させると、車両の加速時には、電動式過給機による過給圧を速やかに高めることができ、エミッション性能の低下を抑制しながら、加速フィーリングを向上させることができる。逆に、加速要求信号を受ける前に、変速機が高速段のときには、車両の加速時のエンジンの冷却損失が低く、ターボ過給機による過給圧が速やかに高まる可能性が高いため、電動式過給機による過給圧を高める必要性が低い。そこで、電動式過給機を予め低い回転数で作動させることにより、電力消費を少なくすることができる。   Therefore, when the electric supercharger is operated at a high rotational speed in advance when the transmission is in the low gear stage before receiving the acceleration request signal, the supercharging pressure by the electric supercharger can be swiftly when the vehicle is accelerating. The acceleration feeling can be improved while suppressing the deterioration of the emission performance. On the contrary, when the transmission is in the high gear before receiving the acceleration request signal, the cooling loss of the engine at the time of acceleration of the vehicle is low, and the supercharging pressure by the turbocharger is likely to increase rapidly. There is little need to increase the supercharging pressure by the supercharger. Therefore, power consumption can be reduced by operating the electric supercharger at a low rotational speed in advance.

上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンである、としてもよい。幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンは、圧縮端温度が低くなりやすい。前述したように、車両の加速時に、電動式過給機による過給圧を高めることによって気筒内の新気量の割合を増やすと、気筒内のガスの比熱比が上がって、圧縮開始前の気筒内の温度が低くても、圧縮端温度は高くなる。従って、前記の構成の過給機付エンジンは、低圧縮比のディーゼルエンジンにおいて、混合気の着火性を確保する上で有利である。   The engine body may be a diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less. A diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less tends to have a low compression end temperature. As described above, when the ratio of fresh air in the cylinder is increased by increasing the supercharging pressure by the electric turbocharger at the time of acceleration of the vehicle, the specific heat ratio of the gas in the cylinder is increased, and the pressure before the start of compression is increased. Even if the temperature in the cylinder is low, the compression end temperature is high. Therefore, the supercharged engine of the above configuration is advantageous in securing the ignitability of the mixture in a low compression ratio diesel engine.

以上説明したように、ここに開示する技術は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させることができる。   As described above, the technology disclosed herein can improve the acceleration feeling while preventing the decrease in emission performance at the time of acceleration.

図１は、過給機付エンジンを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing a supercharged engine. 図２は、過給機付エンジンの気筒内を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing the inside of the cylinder of the supercharged engine. 図３は、過給機付エンジンの制御系を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing a control system of the supercharged engine. 図４は、電動式過給機の作動形態を示すマップである。FIG. 4 is a map showing an operation mode of the electric supercharger. 図５の上図は、電動式過給機のコンプレッサの特性を示す性能曲線グラフであり、図５の下図は、電動式過給機の電動モータの特性を示す図である。The upper drawing of FIG. 5 is a performance curve graph showing the characteristics of the compressor of the electric supercharger, and the lower drawing of FIG. 5 is a graph showing the characteristics of the electric motor of the electric supercharger. 図６は、ディーゼルエンジンのφ−Ｔマップである。FIG. 6 is a φ-T map of a diesel engine. 図７は、車両の加速時の、Ｐｍａｘの変化を例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating changes in Pmax when the vehicle accelerates. 図８は、電動式過給機による過給領域と、ターボ過給機による過給が有効な領域とを例示する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a supercharging region by the electric supercharger and a region in which supercharging by the turbocharger is effective. 図９は、予混合燃焼制御時の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing an example of a fuel injection mode at the time of premixed combustion control and an example of a history of heat release rates associated therewith. 図１０は、リタード制御の燃料の噴射形態の一例と、それに伴う熱発生率の履歴の一例を示す概略図である。FIG. 10 is a schematic view showing an example of a fuel injection mode of retard control and an example of the history of heat release rate associated therewith. 図１１は、ＰＣＭによるエンジン制御の処理動作を示すフローチャートである。FIG. 11 is a flowchart showing processing operation of engine control by the PCM.

以下、過給機付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１を示す。このエンジン１のエンジン本体１０は、車両に搭載されるとともに、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って、複数の気筒３０ａ（図２において１つのみ図示している）が設けられたシリンダブロック３０と、このシリンダブロック３０上に配設されたシリンダヘッド３１と、シリンダブロック３０の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン３９とを有している。このエンジン１の各気筒３０ａ内には、ピストン３２（図２参照）が往復摺動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン３２と、シリンダブロック３０と、シリンダヘッド３１とによって燃焼室３３（図２参照）が区画されている。ピストン３２の頂面には、図２に拡大して示すように、ディーゼルエンジンでのリエントラント型のようなキャビティ３２ａが形成されている。キャビティ３２ａは、ピストン３２が圧縮上死点付近に位置するときには、後述するインジェクタ３８に相対する。また、ピストン３２は、シリンダブロック３０内においてコンロッドを介してクランクシャフトと連結されている。尚、燃焼室３３の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばキャビティ３２ａの形状、ピストン３２の頂面形状、及び、燃焼室３３の天井部の形状等は、適宜変更することが可能である。   Hereinafter, embodiments of a supercharged engine will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an engine 1 according to the embodiment. An engine body 10 of the engine 1 is a diesel engine mounted on a vehicle and supplied with fuel mainly composed of light oil, and has a plurality of cylinders 30a (only one is shown in FIG. 2) A cylinder block 30 provided, a cylinder head 31 disposed on the cylinder block 30, and an oil pan 39 disposed below the cylinder block 30 and storing lubricating oil are provided. A piston 32 (see FIG. 2) is inserted in each cylinder 30a of the engine 1 so as to be reciprocatively slidable, and the combustion chamber 33 (the cylinder 32, the cylinder block 30, and the cylinder head 31) See Figure 2). On the top surface of the piston 32, as shown enlarged in FIG. 2, a cavity 32a like a reentrant type in a diesel engine is formed. The cavity 32 a faces the injector 38 described later when the piston 32 is located near the compression top dead center. The piston 32 is also connected to the crankshaft in the cylinder block 30 via a connecting rod. The shape of the combustion chamber 33 is not limited to the illustrated shape. For example, the shape of the cavity 32a, the top surface shape of the piston 32, the shape of the ceiling of the combustion chamber 33, and the like can be changed as appropriate.

図２に示すように、シリンダヘッド３１には、気筒３０ａ毎に、吸気ポート３４及び排気ポート３５が形成されているとともに、これら吸気ポート３４及び排気ポート３５には、燃焼室３３側の開口を開閉する吸気弁３６及び排気弁３７がそれぞれ配設されている。   As shown in FIG. 2, an intake port 34 and an exhaust port 35 are formed in each cylinder 30 a in the cylinder head 31, and the intake port 34 and the exhaust port 35 have openings at the combustion chamber 33 side. The intake valve 36 and the exhaust valve 37 which open and close are each arrange | positioned.

各吸気弁３６は吸気側カム４０によって開閉され，各排気弁３７は排気側カム４１によって開閉される。吸気側カム４０及び排気側カム４１は、上記クランクシャフトの回転と連動してそれぞれ回転駆動される。図示は省略するが、吸気弁３６及び排気弁３７のそれぞれの開閉タイミングや開閉期間を調整するための、例えば油圧作動式の弁可変機構が設けられている。   Each intake valve 36 is opened and closed by an intake side cam 40, and each exhaust valve 37 is opened and closed by an exhaust side cam 41. The intake side cam 40 and the exhaust side cam 41 are rotationally driven in conjunction with the rotation of the crankshaft. Although not shown, for example, a hydraulically operated valve variable mechanism is provided to adjust the open / close timing and open / close period of each of the intake valve 36 and the exhaust valve 37.

シリンダヘッド３１にはまた、気筒３０ａ毎に、気筒３０ａ内に燃料を直接噴射するインジェクタ３８が取り付けられている。インジェクタ３８は、図２に示すように、その噴口が燃焼室３３の天井面の中央部分から、その燃焼室３３内に臨むように配設されている。インジェクタ３８は、エンジン１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１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室３３内に直接噴射する。   Further, an injector 38 for directly injecting fuel into the cylinder 30a is attached to the cylinder head 31 for each cylinder 30a. As shown in FIG. 2, the injector 38 is disposed such that its injection hole faces the inside of the combustion chamber 33 from the central portion of the ceiling surface of the combustion chamber 33. The injector 38 directly injects, into the combustion chamber 33, fuel of an amount according to the operating condition of the engine 1 at an injection timing set according to the operating condition of the engine 1.

図１に示すように、エンジン本体１０の一側面には、各気筒３０ａの吸気ポート３４に連通する様に吸気通路５０が接続されている。一方、エンジン本体１０の他側面には、各気筒３０ａからの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路６０が接続されている。詳しくは後述するが、吸気通路５０及び排気通路６０には、吸気の過給を行うターボ過給機５６が設けられている。   As shown in FIG. 1, an intake passage 50 is connected to one side surface of the engine body 10 so as to communicate with the intake port 34 of each cylinder 30 a. On the other hand, an exhaust passage 60 for discharging burned gas (that is, exhaust gas) from each cylinder 30a is connected to the other side surface of the engine body 10. Although described later in detail, the intake passage 50 and the exhaust passage 60 are provided with a turbocharger 56 for performing supercharging of intake air.

吸気通路５０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ５４が配設されている。一方、吸気通路５０における下流側近傍には、サージタンク５１が配設されている。このサージタンク５１よりも下流側の吸気通路５０は、気筒３０ａ毎に分岐する独立吸気通路とされ、これら各独立吸気通路の下流端が各気筒３０ａの吸気ポート３４にそれぞれ接続されている。   An air cleaner 54 for filtering intake air is disposed at the upstream end of the intake passage 50. On the other hand, a surge tank 51 is disposed in the vicinity of the downstream side of the intake passage 50. The intake passage 50 downstream of the surge tank 51 is an independent intake passage branched for each cylinder 30a, and the downstream end of each independent intake passage is connected to the intake port 34 of each cylinder 30a.

吸気通路５０におけるエアクリーナ５４とサージタンク５１との間には、上流側から下流側へ向かって順に、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａと、電動式過給機１８と、スロットル弁５５と、熱交換器としての水冷式のインタークーラ５７とが配設されている。スロットル弁５５は基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。インタークーラ５７は、例えば吸気マニホールド内に設けられる。   Between the air cleaner 54 and the surge tank 51 in the intake passage 50, in order from the upstream side to the downstream side, the compressor 56a of the turbocharger 56, the electric turbocharger 18, the throttle valve 55, and heat. A water-cooled intercooler 57 as an exchanger is disposed. The throttle valve 55 is basically fully opened, but is fully closed so that no shock occurs when the engine 1 is stopped. The intercooler 57 is provided, for example, in an intake manifold.

吸気通路５０には、電動式過給機１８をバイパスする吸気側バイパス通路５３が設けられている。吸気側バイパス通路５３は、その上流端が、吸気通路５０におけるコンプレッサ５６ａと電動式過給機１８との間に接続される一方、下流端が、吸気通路５０における電動式過給機１８とスロットル弁５５との間に接続されている。吸気側バイパス通路５３には、吸気側バイパス通路５３へ流れる空気量を調整するための吸気側バイパス弁５８が配設されている。この吸気側バイパス弁５８の開度を調整することによって、電動式過給機１８で過給される吸気量と、吸気側バイパス通路５３を通る吸気量との割合を段階的に又は連続的に変更することができるようになる。   The intake passage 50 is provided with an intake side bypass passage 53 that bypasses the electric supercharger 18. The intake side bypass passage 53 has its upstream end connected between the compressor 56 a in the intake passage 50 and the electric supercharger 18, while the downstream end thereof has the electric supercharger 18 and the throttle in the intake passage 50. It is connected between the valve 55. An intake side bypass valve 58 for adjusting the amount of air flowing to the intake side bypass passage 53 is disposed in the intake side bypass passage 53. By adjusting the opening degree of the intake side bypass valve 58, the ratio between the intake amount supercharged by the electric supercharger 18 and the intake amount passing through the intake side bypass passage 53 is stepwise or continuously. You will be able to change it.

電動式過給機１８は、吸気通路５０内に設けられたコンプレッサホイール１８ａと、このコンプレッサホイール１８ａを駆動する電動モータ１８ｂとから構成されている。電動モータ１８ｂを駆動することによって、コンプレッサホイール１８ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。つまり、電動式過給機１８は、排気エネルギーを利用しない過給機である。電動式過給機１８の過給圧能力（つまり、電動式過給機１８による過給圧）は、電動モータ１８ｂの駆動力を変更することで変更される。詳しくは後述するが、電動式過給機１８は、エンジン１の作動中はパーシャル状態で作動されるようになっている。   The electric supercharger 18 includes a compressor wheel 18a provided in the intake passage 50 and an electric motor 18b for driving the compressor wheel 18a. By driving the electric motor 18b, the compressor wheel 18a is rotationally driven to perform intake supercharging. That is, the electric supercharger 18 is a supercharger that does not use exhaust energy. The supercharging pressure capacity of the electric supercharger 18 (that is, the supercharging pressure by the electric supercharger 18) is changed by changing the driving force of the electric motor 18b. Although the details will be described later, the electric supercharger 18 is operated in a partial state while the engine 1 is in operation.

電動モータ１８ｂは、上記車両に搭載されたバッテリ１９に蓄積された電力によって駆動される。電動モータ１８ｂの駆動力の大きさは、該電動モータ１８ｂに供給される電力の大きさによって変更される。バッテリ１９には、例えば、車両に搭載されたオルタネータ（図示省略）によって発電された電力が蓄積される。バッテリ１９は、例えば４８Ｖバッテリとしてもよい。電動モータ１８ｂは、４８Ｖ電流が供給されて駆動してもよい。   The electric motor 18b is driven by the power stored in the battery 19 mounted on the vehicle. The magnitude of the driving force of the electric motor 18b is changed according to the magnitude of the power supplied to the electric motor 18b. In the battery 19, for example, power generated by an alternator (not shown) mounted on a vehicle is accumulated. The battery 19 may be, for example, a 48V battery. The electric motor 18 b may be driven by being supplied with a 48 V current.

上記インタークーラ５７は、水冷式であって、ラジエータ９０に対して、供給経路９１及びリターン経路９２を介して接続されている。供給経路９１には、ウォータポンプ９３が接続されている。ウォータポンプ９３によって、供給経路９１に吐出された冷媒としての冷却水は、供給経路９１、インタークーラ５７、リターン経路９２及びラジエータ９０を通って、再びウォータポンプ９３に戻り、再度供給経路９１に吐出されて、インタークーラ５７へ供給される。そして、冷却水がインタークーラ５７を通過するときに、該冷却水と吸気との間で熱交換されて、吸気が冷却される。インタークーラ５７で温度が上昇した冷却水は、ラジエータ９０で例えば大気と熱交換されて冷却される。   The intercooler 57 is water-cooled, and is connected to the radiator 90 via a supply path 91 and a return path 92. A water pump 93 is connected to the supply path 91. Cooling water as a refrigerant discharged to the supply passage 91 by the water pump 93 passes through the supply passage 91, the intercooler 57, the return passage 92, and the radiator 90, returns to the water pump 93 again, and is discharged to the supply passage 91 again. And supplied to the intercooler 57. Then, when the cooling water passes through the intercooler 57, heat is exchanged between the cooling water and the intake air to cool the intake air. The cooling water whose temperature has risen by the intercooler 57 is cooled by heat exchange with, for example, the atmosphere by the radiator 90.

上記排気通路６０の上流側の部分は、気筒３０ａ毎に分岐して排気ポート３５の外側端に接続された独立排気通路と該各独立排気通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。   The upstream side portion of the exhaust passage 60 is constituted by an exhaust manifold having independent exhaust passages branched for each cylinder 30a and connected to the outer end of the exhaust port 35 and a collective portion where the independent exhaust passages are gathered. ing.

この排気通路６０における上記排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、ターボ過給機５６のタービン５６ｂと、酸化触媒６１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ６２（以下、ＤＰＦ６２という）と、排気シャッター弁６４とが配設されている。   A turbine 56b of a turbocharger 56, an oxidation catalyst 61, a diesel particulate filter 62 (hereinafter referred to as a DPF 62), and an exhaust shutter are disposed downstream of the exhaust manifold in the exhaust passage 60 sequentially from the upstream side. A valve 64 is provided.

ターボ過給機５６は、排気ガスのエネルギー（つまり、排気エネルギー）を受けて回転駆動されるものである。具体的には、ターボ過給機５６のタービン５６ｂが排気エネルギーを受けて回転駆動されると、連結シャフト５６ｃを介してコンプレッサ５６ａが回転駆動されて、吸気の過給が行われる。排気通路６０には、ターボ過給機５６をバイパスするための排気側バイパス通路６３が設けられている。この排気側バイパス通路６３には、該排気側バイパス通路６３へ流れる排気ガスの流量を調整するためのウエストゲートバルブ６５が配設されている。ターボ過給機５６はタービンケース（図示省略）内に収容されている。   The turbocharger 56 is rotationally driven by receiving energy of exhaust gas (ie, exhaust energy). Specifically, when the turbine 56b of the turbocharger 56 receives exhaust energy and is rotationally driven, the compressor 56a is rotationally driven via the connection shaft 56c to perform intake supercharging. The exhaust passage 60 is provided with an exhaust side bypass passage 63 for bypassing the turbocharger 56. The exhaust side bypass passage 63 is provided with a waste gate valve 65 for adjusting the flow rate of the exhaust gas flowing to the exhaust side bypass passage 63. The turbocharger 56 is housed in a turbine case (not shown).

ターボ過給機５６は、タービンケース内に可動ベーンが配設された可変容量式のターボ過給機としてもよい。可動ベーンの開度を調整することによって、タービン５６ｂを実質的にバイパスして排気ガスを流すことができるのであれば、排気側バイパス通路６３及びウエストゲートバルブ６５を省略することもできる。   The turbocharger 56 may be a variable displacement turbocharger in which movable vanes are disposed in a turbine case. If it is possible to flow the exhaust gas substantially bypassing the turbine 56b by adjusting the opening degree of the movable vane, the exhaust side bypass passage 63 and the waste gate valve 65 can be omitted.

酸化触媒６１は、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ２及びＨ２Ｏが生成される反応を促すものである。また、ＤＰＦ６２は、エンジン１の排気ガス中に含まれるスート等の微粒子を捕集するものである。 The oxidation catalyst 61 promotes a reaction in which CO and HC in the exhaust gas are oxidized to generate CO 2 and H 2 O. Further, the DPF 62 collects particulates such as soot contained in the exhaust gas of the engine 1.

排気シャッター弁６４は、その開度を調整することで、排気通路６０内の排気圧を調整することが可能な弁である。この排気シャッター弁６４は、例えば、後述する低圧ＥＧＲ通路７０によって、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流させる際に、排気通路６０内の排気圧を高めるために利用される場合がある。   The exhaust shutter valve 64 is a valve capable of adjusting the exhaust pressure in the exhaust passage 60 by adjusting the opening degree thereof. The exhaust shutter valve 64 is used, for example, to increase the exhaust pressure in the exhaust passage 60 when the exhaust gas flowing through the exhaust passage 60 is recirculated to the intake passage 50 by the low pressure EGR passage 70 described later. May be

このエンジン１は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えていない。但し、ここに開示する技術は、ＮＯｘを浄化するための触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。   The engine 1 does not have a catalyst for purifying NOx. However, the technology disclosed herein does not exclude application to an engine equipped with a catalyst for purifying NOx.

本実施形態では、吸気通路５０と排気通路６０とに接続され、排気通路６０を流れる排気ガスの一部を吸気通路５０に還流可能な高圧ＥＧＲ通路８０及び低圧ＥＧＲ通路７０が設けられている。   In the present embodiment, a high pressure EGR passage 80 and a low pressure EGR passage 70 which are connected to the intake passage 50 and the exhaust passage 60 and can return part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 60 to the intake passage 50 are provided.

高圧ＥＧＲ通路８０は、吸気通路５０におけるインタークーラ５７とサージタンク５１との間の部分（つまり、電動式過給機１８よりも下流側の部分）と、排気通路６０における上記排気マニホールドとターボ過給機５６のタービン５６ｂとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも上流側の部分）とに接続されている。高圧ＥＧＲ通路８０内には、該高圧ＥＧＲ通路８０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、高圧ＥＧＲガスという）の流量を調整する電磁式の高圧ＥＧＲ弁８２が設けられている。該高圧ＥＧＲ弁８２は、その開度を調整することによって、高圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。以下、高圧ＥＧＲ通路８０を含むシステムを、高圧ＥＧＲシステム８と呼ぶ。   The high pressure EGR passage 80 is a portion of the intake passage 50 between the intercooler 57 and the surge tank 51 (that is, a portion on the downstream side of the electric supercharger 18), the exhaust manifold 60 and the turbo exhaust passage 60. It is connected to a portion between the feeder 56 and the turbine 56 b (that is, a portion on the upstream side of the turbine 56 b of the turbocharger 56). In the high pressure EGR passage 80, an electromagnetic high pressure EGR valve 82 for adjusting the flow rate of exhaust gas (hereinafter referred to as high pressure EGR gas) returned to the intake passage 50 through the high pressure EGR passage 80 is provided. . The high pressure EGR valve 82 is configured to adjust the flow rate of the high pressure EGR gas by adjusting its opening degree. Hereinafter, a system including the high pressure EGR passage 80 will be referred to as a high pressure EGR system 8.

一方で、低圧ＥＧＲ通路７０は、吸気通路５０におけるエアクリーナ５４とターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａとの間の部分（つまり、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａよりも上流側の部分）と、排気通路６０におけるＤＰＦ６２と排気シャッター弁６４との間の部分（つまり、ターボ過給機５６のタービン５６ｂよりも下流側の部分）とに接続されている。低圧ＥＧＲ通路７０には、該低圧ＥＧＲ通路７０を通って吸気通路５０に還流される排気ガス（以下、低圧ＥＧＲガスという）を冷却するＥＧＲクーラ７１と、低圧ＥＧＲガスの流量を調整する電磁式の低圧ＥＧＲ弁７２とが設けられている。該低圧ＥＧＲ弁７２は、高圧ＥＧＲ弁８２と同様に、その開度を調整することによって、低圧ＥＧＲガスの流量を調整するように構成されている。以下、低圧ＥＧＲ通路７０を含むシステムを、低圧ＥＧＲシステム７と呼ぶ。   On the other hand, the low pressure EGR passage 70 is a portion of the intake passage 50 between the air cleaner 54 and the compressor 56 a of the turbocharger 56 (that is, a portion on the upstream side of the compressor 56 a of the turbocharger 56) The passage 60 is connected to a portion between the DPF 62 and the exhaust shutter valve 64 (that is, a portion on the downstream side of the turbine 56 b of the turbocharger 56). In the low pressure EGR passage 70, an EGR cooler 71 for cooling exhaust gas (hereinafter referred to as low pressure EGR gas) returned to the intake passage 50 through the low pressure EGR passage 70, and an electromagnetic type for adjusting the flow rate of low pressure EGR gas And a low pressure EGR valve 72 are provided. Like the high pressure EGR valve 82, the low pressure EGR valve 72 is configured to adjust the flow rate of the low pressure EGR gas by adjusting its opening degree. Hereinafter, a system including the low pressure EGR passage 70 will be referred to as a low pressure EGR system 7.

上述のように構成されたエンジン１は、図３に示すように、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１００によって制御される。ＰＣＭ１００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。ＰＣＭ１００は、制御部の一例である。ＰＣＭ１００には、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、過給圧を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、排気温度を検出する排気温度センサＳＷ４、上記クランクシャフトの回転角を検出するクランク角センサＳＷ５、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ６、車両の車速を検出する車速センサＳＷ７、及び、ターボ過給機５６のタービン５６ｂの回転数を検出するタービン回転数センサＳＷ８からの検出信号が入力される。   The engine 1 configured as described above is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as "PCM") 100 as shown in FIG. The PCM 100 is composed of a microprocessor having a CPU 101, a memory 102, a counter timer group 103, an interface 104, and a bus 105 connecting these units. The PCM 100 is an example of a control unit. The PCM 100 includes a water temperature sensor SW1 for detecting a temperature of engine cooling water, a boost pressure sensor SW2 for detecting a boost pressure, an intake temperature sensor SW3 for detecting an intake air temperature, an exhaust temperature sensor SW4 for detecting an exhaust temperature, A crank angle sensor SW5 for detecting a rotational angle of a crankshaft, an accelerator opening sensor SW6 for detecting an accelerator opening corresponding to an operation amount of an accelerator pedal (not shown) of the vehicle, a vehicle speed sensor SW7 for detecting a vehicle speed of the vehicle, A detection signal from a turbine rotational speed sensor SW8 that detects the rotational speed of the turbine 56b of the turbocharger 56 is input.

ＰＣＭ１００は、クランク角センサＳＷ５の検出結果からエンジン１のエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサＳＷ６の検出結果からエンジン負荷を算出する。また、ＰＣＭ１００は、水温センサＳＷ１の検出温度が所定温度Ｔｃよりも低いときに、気筒３０ａ内の温度が低い、エンジン１の冷間状態であると判定し、アクセル開度センサＳＷ４で検出されたアクセル開度に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無を判定する。   The PCM 100 calculates the engine speed of the engine 1 from the detection result of the crank angle sensor SW5, and calculates the engine load from the detection result of the accelerator opening sensor SW6. Further, when the temperature detected by the water temperature sensor SW1 is lower than the predetermined temperature Tc, the PCM 100 determines that the temperature in the cylinder 30a is low and the engine 1 is in a cold state, and is detected by the accelerator opening sensor SW4. Based on the accelerator opening degree, it is determined whether the driver of the vehicle has an acceleration request.

ＰＣＭ１００は、入力された検出信号に基づいて、インジェクタ３８、電動モータ１８ｂ、各種の弁５５，５８，６４，６５，７２，８２のアクチュエータへ制御信号を出力する。ＰＣＭ１００は、また吸気弁３６及び排気弁３７の弁可変機構にも制御信号を出力する。   The PCM 100 outputs control signals to the actuators of the injector 38, the electric motor 18b, and the various valves 55, 58, 64, 65, 72, 82 based on the input detection signal. The PCM 100 also outputs a control signal to the variable valve mechanism of the intake valve 36 and the exhaust valve 37.

ＰＣＭ１００にはまた、図示は省略するが、エンジン本体１０のクランク軸に連結されると共に、エンジン本体１０の出力を変速する、自動又は手動の変速機１０６が、電気的に接続されている。変速機１０６は、変速段に関する信号をＰＣＭ１００に出力する。   The PCM 100 is also electrically connected to an automatic or manual transmission 106 which is connected to the crankshaft of the engine body 10 and shifts the output of the engine body 10, although not shown. The transmission 106 outputs a signal related to the gear to the PCM 100.

上記エンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１６以下とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによってエミッション性能の向上及び燃焼効率の向上を図るようにしている。このエンジン１では、ターボ過給機５６及び電動式過給機１８による新気量の調整と、低圧ＥＧＲガス及び高圧ＥＧＲガスの調整と、によって、幾何学的圧縮比の低圧縮比化を補っている。   The engine 1 is configured to have a relatively low compression ratio with a geometric compression ratio of 12 or more and 16 or less, thereby improving emission performance and combustion efficiency. . In this engine 1, the reduction of the geometric compression ratio is compensated by the adjustment of the amount of fresh air by the turbocharger 56 and the electric turbocharger 18 and the adjustment of the low pressure EGR gas and the high pressure EGR gas. ing.

（電動式過給機の制御の概要）
次に、ＰＣＭ１００による電動式過給機１８の制御について説明する。図４には、電動式過給機１８の制御の態様を示す。ＰＣＭ１００は、基本的には、エンジン本体１０の運転中は電動式過給機１８を常時回転させるようにしているが、変速機１０６の変速段と、クランク角センサＳＷ５によって検出されるエンジン１の回転数とに基づいて、電動式過給機１８の回転数（すなわち過給圧）を制御している。具体的には、変速段が一速ないしエンジン低回転の領域が、電動式過給機１８の回転数が最も高く、そこから、変速段が高くなるに連れて又はエンジン高回転となるに連れて、回転数を減少させるように制御する。 (Outline of Control of Electric Turbocharger)
Next, control of the electric supercharger 18 by the PCM 100 will be described. FIG. 4 shows an aspect of control of the electric supercharger 18. The PCM 100 basically keeps the electric supercharger 18 constantly rotating while the engine body 10 is in operation, but the speed of the transmission 106 and the engine 1 detected by the crank angle sensor SW 5 Based on the rotational speed, the rotational speed (i.e., supercharging pressure) of the electric supercharger 18 is controlled. Specifically, in the region where the gear position is the first gear or engine low rotation, the rotational speed of the electric supercharger 18 is the highest, and from there, the gear position becomes higher or the engine rotation becomes higher. Control to reduce the number of revolutions.

また、本実施形態では、変速機１０６の変速段が高速段になるか、又は、エンジン回転数がｒ１を超えることによって、ターボ過給機５６のコンプレッサ５６ａの圧力比が１．２以上になるような領域においては、電動式過給機１８をアイドル回転状態にするとともに、吸気側バイパス弁５８を全開にして、該電動式過給機１８による過給が、実質的に行われないようにする。「高速段」は、変速機１０６の最高変速段を二等分したときの高速側の変速段としてもよい。このようにすれば、変速機１０６が高速段になるか又は上記圧力比が１．２以上になるエンジン回転の領域において、電動式過給機１８の回転を止めることなく、ターボ過給機５６によってのみ過給を行うようにすることができる。   Further, in the present embodiment, the pressure ratio of the compressor 56a of the turbocharger 56 becomes 1.2 or more when the gear position of the transmission 106 becomes a high speed or when the engine speed exceeds r1. In such an area, the electric supercharger 18 is put into an idle rotation state and the intake side bypass valve 58 is fully opened so that supercharging by the electric supercharger 18 is not substantially performed. Do. The “high gear” may be a gear on the high speed side when the highest gear of the transmission 106 is divided into two. In this way, the turbo supercharger 56 is stopped without stopping the rotation of the electric supercharger 18 in the region of the engine rotation where the transmission 106 is in the high speed stage or the pressure ratio is 1.2 or more. It is possible to supercharge only by

例えば前進６速の変速機１０６においては、１速、２速及び３速を低速段、４速、５速及び６速を高速段としてもよい。図４においては、エンジンの回転数が低いときにおいて、変速段が１速であれば、電動式過給機１８は高回転数で回転し、変速段が２速であれば、電動式過給機１８は中回転数で回転し、変速段が３速であれば、電動式過給機１８は低回転数で回転するとし、変速段が４速、５速、６速であれば、電動式過給機１８はアイドル回転状態にするとしてもよい。   For example, in the transmission 106 with six forward gears, the first, second and third gears may be low, four, five and six may be high. In FIG. 4, when the number of revolutions of the engine is low, if the gear is first gear, the electric supercharger 18 rotates at a high number of revolutions, and if the gear is second gear, the electrically driven supercharger is The machine 18 rotates at a medium rotation speed, and if the gear is third gear, the electric supercharger 18 is rotated at a low rotation number, and if the gear has four, five or six gears, the motor is electrically The supercharger 18 may be in idle rotation.

上記のように、電動式過給機１８を常時回転させることによって、後述するように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる際に、電動式過給機１８を一時的に停止させて、必要な場面で駆動させるようなオン−オフの制御を行うよりも、電動式過給機１８（厳密には、電動式過給機１８を作動させるための電動モータ１８ｂ）を効率的に作動させることができる。また、変速機１０６の変速段に応じて、電動式過給機１８の回転数を変更することによって、後述するように、電動式過給機１８による過給圧を上昇させる際に、速やかに過給圧を上昇させることができるようになる一方で、電力消費をできるだけ少なくすることが可能になる。   As described above, when the supercharging pressure by the electric supercharger 18 is raised as described later by always rotating the electric supercharger 18, the electric supercharger 18 is temporarily stopped. The motorized supercharger 18 (strictly, the electric motor 18b for operating the motorized supercharger 18) is more efficient than performing on-off control to make it drive in a necessary scene. Can be activated. Also, by changing the rotational speed of the electric supercharger 18 according to the gear position of the transmission 106, when raising the supercharging pressure by the electric supercharger 18 as described later, it is possible to swiftly. While the boost pressure can be increased, it is possible to reduce power consumption as much as possible.

図５には、電動式過給機１８の特性を表す性能曲線を示している。図５の上図は電動式過給機１８のコンプレッサホイール１８ａの特性を示す性能曲線グラフであり、縦軸は電動式過給機１８の圧力比（つまり、下流側の圧力に対する上流側の圧力の比）、横軸は吐出流量である。図５の上図において、曲線ＬＬは回転限界ライン、直線ＳＬはサージライン、直線ＣＬはチョークラインを表している。これらのラインで囲まれた領域が電動式過給機１８の運転可能領域である。この領域の中央側に位置するほど電動式過給機１８の運転効率が高くなる。   FIG. 5 shows a performance curve that represents the characteristics of the electric supercharger 18. The upper part of FIG. 5 is a performance curve graph showing the characteristics of the compressor wheel 18a of the electric supercharger 18, the vertical axis is the pressure ratio of the electric supercharger 18 (ie, the upstream pressure with respect to the downstream pressure) Ratio), the horizontal axis is the discharge flow rate. In the upper diagram of FIG. 5, a curve LL represents a rotation limit line, a straight line SL represents a surge line, and a straight line CL represents a choke line. The area surrounded by these lines is the operable area of the electric turbocharger 18. The operating efficiency of the electric supercharger 18 becomes higher as it is located on the center side of this region.

電動式過給機１８は、ターボ過給機５６を補助すると共に、気筒３０ａ内に導入する新気量の調整を目的として使用するため、図５の上図にメッシュで示すような、回転限界ラインから離れた領域内において、エンジン冷却水の水温とエンジン回転数とに応じて、適切な回転数でもって作動される。つまり、電動式過給機１８は限界回転数から大きく離れたパーシャル状態で運転される。   The electric supercharger 18 assists the turbocharger 56 and is used for the purpose of adjusting the amount of fresh air introduced into the cylinder 30a, so the rotation limit as shown by the mesh in the upper diagram of FIG. Depending on the temperature of the engine coolant and the engine speed, the engine is operated at an appropriate speed in an area remote from the line. In other words, the electric supercharger 18 is operated in a partial state largely separated from the limit rotational speed.

図５の下図は、電動式過給機１８の電動モータ１８ｂの特性を例示しており、縦軸は電動モータ１８ｂのトルク、横軸は電動モータ１８ｂの回転数である。図５の下図の一点鎖線は、等消費電力となる線を示しており、図の右上になるほど消費電力が高く、左下になるほど消費電力が低い。電動式過給機１８は、図５の上図におけるメッシュで示す領域内において作動されるが、このとき電動モータ１８ｂは、図５の下図におけるメッシュで示す領域内において作動する。電動モータ１８ｂの消費電力は比較的低くかつ、電動モータ１８ｂの効率は比較的高い。電動モータ１８ｂが最高トルクよりも低いトルクで作動している状態を、電動式過給機１８のパーシャル状態で運転していると呼んでもよい。前述したように、電動式過給機１８は、エンジン本体１０の運転中は常時回転しているものの、電動式過給機１８をパーシャル状態で運転することによって、消費電力を少なくすることが可能である。   The lower part of FIG. 5 exemplifies the characteristics of the electric motor 18b of the electric turbocharger 18. The vertical axis represents the torque of the electric motor 18b, and the horizontal axis represents the number of rotations of the electric motor 18b. The one-dot chain line in the lower part of FIG. 5 indicates a line for equal power consumption, the higher the power consumption at the upper right of the figure and the lower the power consumption at the lower left. The electric supercharger 18 is operated in the area shown by the mesh in the upper view of FIG. 5, while the electric motor 18b is operated in the area shown by the mesh in the lower view of FIG. The power consumption of the electric motor 18b is relatively low, and the efficiency of the electric motor 18b is relatively high. A state in which the electric motor 18 b is operating at a torque lower than the maximum torque may be referred to as operating in a partial state of the electric supercharger 18. As described above, although the electric supercharger 18 is always rotating during operation of the engine body 10, the power consumption can be reduced by operating the electric supercharger 18 in the partial state. It is.

尚、図４に示すアイドル回転領域においては、電動式過給機１８を停止させるようにしてもよい。   In the idle rotation region shown in FIG. 4, the electric supercharger 18 may be stopped.

（エンジンの燃焼制御）
上記ＰＣＭ１００によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて要求駆動力を決定し、これに対応する燃焼状態が実現するように、気筒３０ａ内に導入する新気量、高圧ＥＧＲガス量、及び、低圧ＥＧＲガス量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ３８の作動制御によって実現するものである。 (Engine combustion control)
The basic control of the engine 1 by the PCM 100 mainly determines the required driving force based on the accelerator opening degree, and the amount of fresh air and high pressure introduced into the cylinder 30a so that the corresponding combustion state is realized. The EGR gas amount and the low pressure EGR gas amount are adjusted, and the injection amount of fuel, the injection timing, and the like are realized by controlling the operation of the injector 38.

図６は、エンジン１のφ−Ｔマップを例示している。φ−Ｔマップは、燃焼温度（Ｔ）と、混合気の当量比（φ）とからなる平面において、未燃成分であるＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域を示すマップである。燃焼温度が高いとＮＯｘの領域に入ってしまうと共に、当量比が高いとスートの領域に入ってしまう。また、燃焼温度が低すぎると、ＣＯ／ＨＣの領域に入ってしまう。エンジン１は、新気量、高圧ＥＧＲガス量、及び、低圧ＥＧＲガス量を調整すると共に、燃料の噴射量や噴射時期等を調整することにより、φ−Ｔマップにおける、ＣＯ／ＨＣ、スート及びＮＯｘが発生する領域に入らないような燃焼を実現する。   FIG. 6 illustrates the φ-T map of the engine 1. The φ-T map is a map showing a region in which unburned components CO / HC, soot and NOx are generated on a plane consisting of the combustion temperature (T) and the equivalence ratio (φ) of the air-fuel mixture. When the combustion temperature is high, it enters the region of NOx, and when the equivalence ratio is high, it enters the region of soot. In addition, if the combustion temperature is too low, it will enter the CO / HC region. The engine 1 adjusts the amount of fresh air, the amount of high pressure EGR gas, and the amount of low pressure EGR gas, and adjusts the injection amount of fuel, the injection timing, and the like to obtain CO / HC, soot and Achieve combustion that does not enter the area where NOx is generated.

具体的に、エンジン１は、部分負荷運転（つまり、全開負荷を除く負荷における運転）時には、ターボ過給機５６による過給圧によって、燃料供給量に対応する量の新気を気筒３０ａ内に導入することにより、混合気の当量比が高くなり過ぎないよう調整すると共に、気筒３０ａ内にＥＧＲガスを導入することにより、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎることを回避して、ＲａｗＮＯｘの発生を抑制する。気筒３０ａ内に導入するＥＧＲガスは、エンジン１の温間時には、主に、低温の低圧ＥＧＲガスであり、必要に応じて高温の高圧ＥＧＲガスを気筒３０ａ内に導入してもよい。   Specifically, during partial load operation (that is, operation at a load other than fully open load), the engine 1 charges the amount of fresh air corresponding to the fuel supply amount into the cylinder 30a by the supercharging pressure by the turbocharger 56. While introducing the EGR gas, the equivalence ratio of the air-fuel mixture is adjusted so as not to be too high, and by introducing the EGR gas into the cylinder 30a, the combustion speed and the combustion temperature are prevented from becoming too high, thereby generating RawNOx. Suppress. The EGR gas introduced into the cylinder 30a is mainly a low temperature low pressure EGR gas when the engine 1 is warm, and a high temperature high pressure EGR gas may be introduced into the cylinder 30a as necessary.

また、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制するために、エンジン１は、図９に例示するように、部分負荷運転時において、圧縮上死点（ＴＤＣ）よりも前に少なくとも１回の燃料噴射を行う前段噴射と、該前段噴射よりも後に、該前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射とを実行する。図９の噴射例では、圧縮上死点（ＴＤＣ）前の圧縮行程中において２回の前段噴射を実行し、圧縮上死点付近で、前段噴射よりも燃料噴射量の多いメイン噴射を１回実行し、さらにメイン噴射の後、プレ噴射と同等の燃料噴射量でアフタ噴射を１回実行している。以下、この噴射形態を予混合燃焼制御という。   Also, in order to suppress the generation of RawNOx, as illustrated in FIG. 9, the engine 1 performs pre-injection that performs at least one fuel injection before compression top dead center (TDC) during partial load operation, as illustrated in FIG. And, after the pre-stage injection, the main injection having a larger fuel injection amount than the pre-stage injection is executed. In the injection example of FIG. 9, two pre-injections are performed during the compression stroke before compression top dead center (TDC), and main injection with a larger fuel injection amount than the pre-injection is performed once near compression top dead center. After the main injection, the after injection is performed once with a fuel injection amount equivalent to that of the pre-injection. Hereinafter, this injection form is referred to as premixed combustion control.

この予混合燃焼制御で実行される２回の前段噴射のうち、相対的に噴射時期の早い１回目の燃料噴射はパイロット噴射であり、２回目の燃料噴射はプレ噴射である。圧縮上死点よりも前にパイロット噴射及びプレ噴射を行うことにより、空気と燃料とのミキシング性が高くなって、圧縮行程中に混合気の化学反応が進行する。これにより、筒内温度が比較的低くても燃焼が可能となって、図９の熱発生履歴に示すように、圧縮上死点前に、前段噴射で噴射された燃料による前段燃焼が発生する。   Of the two pre-injections performed in this premixed combustion control, the first fuel injection at a relatively early injection timing is pilot injection, and the second fuel injection is pre-injection. By performing the pilot injection and the pre-injection before the compression top dead center, the mixing property of the air and the fuel becomes high, and the chemical reaction of the mixture proceeds during the compression stroke. As a result, combustion becomes possible even if the in-cylinder temperature is relatively low, and as shown in the heat generation history of FIG. 9, pre-combustion by fuel injected by pre-injection occurs before compression top dead center .

上記予混合燃焼制御による前段燃焼によって、圧縮端温度及び圧縮端圧力を高めることができる。これにより、メイン噴射開始時点における気筒内の温度及び圧力を最適にすることができ、メイン噴射における着火性及び燃焼性を向上させることができる。この結果、圧縮上死点付近で、安定してメイン燃焼を発生させることができるため、エンジン１の仕事量を大きくすることができ、ひいては燃費の向上を図ることができる。また、着火性が向上されることにより、スートの発生を抑制することができるとともに、メイン燃焼での熱発生の急上昇、すなわち燃焼期間が極端に短くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。   The compression end temperature and the compression end pressure can be increased by the pre-combustion by the above-described premixed combustion control. As a result, the temperature and pressure in the cylinder at the start of the main injection can be optimized, and the ignitability and combustibility in the main injection can be improved. As a result, since the main combustion can be stably generated near the compression top dead center, the amount of work of the engine 1 can be increased, and the fuel consumption can be improved. Further, the improvement of the ignitability makes it possible to suppress the generation of soot and to prevent the rapid increase of heat generation in the main combustion, that is, the extremely short combustion period, and the generation of NOx. Can be suppressed.

また、筒内圧力が低下する膨張行程期間内にアフタ噴射を行うことによって、スートを燃焼させることができ、燃焼室３３からのスートの排出を抑制することができる。   Further, by performing after injection within the expansion stroke period in which the in-cylinder pressure decreases, the soot can be burned, and the discharge of the soot from the combustion chamber 33 can be suppressed.

（車両加速時のエンジン制御）
ここで、エンジン１が部分負荷運転をしている状態で、車両の運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、燃料量が増加することに対応して気筒３０ａ内に導入する新気量を増やそうとしても、部分負荷運転時は排気エネルギーが比較的低いため、ターボ過給機５６の過給圧が上がりにくく、気筒３０ａ内に導入する新気量が不足してしまう。新気量の不足は、スートの発生を招いてしまうため、新気量が増えることを待って燃料量を増やすと、加速フィーリングが低下してしまう。 (Engine control during vehicle acceleration)
Here, when the driver of the vehicle depresses the accelerator pedal and issues an acceleration request while the engine 1 is in partial load operation, the engine 1 is introduced into the cylinder 30a in response to the increase in fuel amount. Even if the amount of fresh air is to be increased, the exhaust energy is relatively low at the time of partial load operation, so the supercharging pressure of the turbocharger 56 is difficult to increase, and the amount of fresh air introduced into the cylinder 30a is insufficient. The lack of fresh air will lead to the generation of soot, so if you wait for the fresh air to increase and then increase the fuel, the feeling of acceleration will deteriorate.

特に、エンジン１に接続されている変速機１０６が低速段であるときには、高速段であるときよりも、車両の加速時に、エンジン１の、単位時間当たりの回転数上昇（Δｒｐｍ／Δｔ）が、大幅に高くなる。Δｒｐｍ／Δｔが高くなるとエンジン１の冷却損失が増えるため、ターボ過給機５６のタービン５６ｂに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。その結果、その結果、ターボ過給機５６の過給圧は、ますます上がりにくくなる。図７は、車両の加速時におけるＰｍａｘの変化の一例を示しているが、図７に破線で例示するように、車両の加速時にターボ過給機５６のみによって過給圧を高めようとすると、Ｐｍａｘが上昇し難くなって、加速フィーリングが低下してしまう。   In particular, when the transmission 106 connected to the engine 1 is in the low speed stage, the increase in the number of revolutions per unit time (Δrpm / Δt) of the engine 1 is more during acceleration of the vehicle than during the high speed stage. It will be much higher. When the Δrpm / Δt becomes high, the cooling loss of the engine 1 increases, so the exhaust energy supplied to the turbine 56 b of the turbocharger 56 hardly increases. As a result, as a result, the boost pressure of the turbocharger 56 becomes harder to raise. FIG. 7 shows an example of the change in Pmax during acceleration of the vehicle, but if boost pressure is to be increased only by the turbocharger 56 during acceleration of the vehicle, as exemplified by the broken line in FIG. It becomes difficult to increase Pmax and the acceleration feeling is reduced.

ここで、エンジン１の単位時間当たりの回転数上昇（Δｒｐｍ／Δｔ）について説明をする。一速から六速までの変速段を有する前進六速の変速機１０６において、アクセルペダルの踏み込み量及び踏み込み速度を同じと仮定したときの、単位時間当たりの回転数上昇は、例えば次のような関係を有する場合がある。すなわち、Δｒｐｍ／Δｔは、一速のときが最も大きく、二速及び三速の順に小さくなる。また、Δｒｐｍ／Δｔは、四速のときは、三速のときに比べて大きく低下し、五速及び六速の順に小さくなる。この構成例では、車両の加速時におけるエンジン１のΔｒｐｍ／Δｔの値に関して、前進六速の変速機１０６の一速、二速、及び三速は、Δｒｐｍ／Δｔの値が比較的大きくなる低速段であり、四速、五速、及び六速は、Δｒｐｍ／Δｔの値が比較的小さくなる高速段である。   Here, the increase in the number of revolutions per unit time (Δ rpm / Δt) of the engine 1 will be described. In the forward six-speed transmission 106 having first to sixth speeds, assuming that the depression amount and depression speed of the accelerator pedal are the same, the number of revolutions per unit time increases, for example, as follows: It may have a relationship. That is, Δrpm / Δt is the largest at the first speed, and decreases in the order of the second speed and the third speed. Further, Δrpm / Δt is greatly reduced at the fourth speed as compared with the third speed, and becomes smaller in the order of the fifth speed and the sixth speed. In this configuration example, with respect to the value of Δrpm / Δt of the engine 1 at the time of acceleration of the vehicle, the first speed, second speed and third speed of the transmission 106 with six forward speeds are low speed where the value of Δrpm / Δt becomes relatively large. The fourth speed, the fifth speed, and the sixth speed are high speed stages in which the value of Δrpm / Δt is relatively small.

このエンジン１は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させるために、電動式過給機１８を利用する。具体的には、運転者がアクセルペダルを踏んで加速要求を行ったときに、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８の駆動が必要か否かを判断し、必要であると判断したときに、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高める。これにより、気筒３０ａ内に導入する新気量を増やすことができるから、燃料噴射量を増やすことができて、スートの発生を回避しながら、加速フィーリングを向上させることができる。   The engine 1 utilizes an electric supercharger 18 to improve acceleration feeling while preventing a decrease in emission performance at the time of acceleration. Specifically, when the driver depresses the accelerator pedal to request acceleration, the PCM 100 determines whether driving of the electric supercharger 18 is necessary, and when it is determined that it is necessary, The electric supercharger 18 is driven to increase the supercharging pressure. As a result, the amount of fresh air introduced into the cylinder 30a can be increased, so the amount of fuel injection can be increased, and the acceleration feeling can be improved while avoiding the occurrence of soot.

図８は、変速機１０６の一速から六速の各変速段について、車速とエンジン回転数との関係を例示する図である。同図に一点鎖線で囲む領域は、ターボ過給機５６によって過給圧が上昇し得る領域を示している。ターボ過給機５６は、変速機１０６が高速段であって、相対的に高車速のエンジン１の高回転時に有効である。   FIG. 8 is a diagram illustrating the relationship between the vehicle speed and the engine speed for each of the first to sixth gear positions of the transmission 106. As shown in FIG. An area surrounded by an alternate long and short dash line in the figure indicates an area where the turbocharger pressure can be increased by the turbocharger 56. The turbocharger 56 is effective when the transmission 106 is at a high speed and the engine 1 is rotating at a relatively high speed with a relatively high speed.

これに対し、電動式過給機１８は、図８に二点鎖線で囲む領域において作動させる。つまり、ターボ過給機５６が有効でない領域、つまり、変速機１０６が低速段であって、相対的に低車速のエンジン１の低回転時に、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高める。   On the other hand, the electric supercharger 18 is operated in a region surrounded by a two-dot chain line in FIG. That is, in a region where the turbocharger 56 is not effective, that is, when the transmission 106 is at a low speed stage and the engine 1 at a relatively low vehicle speed is low, the electric supercharger 18 is driven to boost the supercharging pressure. Raise.

車両の加速時に、気筒３０ａ内に導入する新気量だけを増やすと、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎて、ＲａｗＮＯｘの生成を招いてしまう。そのため、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めるときに、低圧ＥＧＲ弁７２を開けておく。電動式過給機１８の駆動に伴い、排気シャッター弁６４を閉じなくても、低圧ＥＧＲ通路７０を通じて低温の低圧ＥＧＲガスを吸気通路５０に吸い出すことが可能になる。その結果、新気と共に、気筒３０ａ内に導入するＥＧＲガス量が増えるから、燃焼速度及び燃焼温度が高くなることを防止して、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。また、排気シャッター弁６４を閉じないから、燃費の向上に有利になる。   If only the amount of fresh air introduced into the cylinder 30a is increased during acceleration of the vehicle, the combustion speed and the combustion temperature become too high, which results in the generation of RawNOx. Therefore, when the electric supercharger 18 is driven to increase the supercharging pressure, the low pressure EGR valve 72 is opened. With the driving of the electric supercharger 18, it becomes possible to suck low temperature low pressure EGR gas into the intake passage 50 through the low pressure EGR passage 70 without closing the exhaust shutter valve 64. As a result, the amount of EGR gas introduced into the cylinder 30a increases with fresh air, so that the combustion rate and the combustion temperature can be prevented from rising, and the generation of RawNOx can be suppressed. In addition, since the exhaust shutter valve 64 is not closed, it is advantageous for improving fuel consumption.

こうして、車両の加速時にエミッション性能の低下を防止しながら、図７に実線で示すように、Ｐｍａｘを速やかに高めることができ、加速フィーリングを向上させることができる。Ｐｍａｘが高まると、排気エネルギーが上がるから、ターボ過給機５６による過給圧が上昇する。Ｐｍａｘが高まった加速後期においては、ターボ過給機５６によって目標過給圧を満たすことができるようになるから、図７に例示するように、電動式過給機１８による過給圧を低下させる。電動式過給機１８を停止してもよいし、電動式過給機１８をアイドル回転状態にしてもよい。このことにより、電動式過給機１８の消費電力を少なくすることができる。電動式過給機１８の過給圧を低下させるタイミングは、適宜のタイミングに設定すればよい。例えばＰｍａｘの変化履歴に基づいて、電動式過給機１８の過給圧を低下させるタイミングを設定してもよい。   Thus, Pmax can be rapidly increased as shown by a solid line in FIG. 7 while acceleration performance of the vehicle is prevented, and acceleration feeling can be improved. When Pmax is increased, exhaust energy is increased, and hence the supercharging pressure by the turbocharger 56 is increased. At the later stage of acceleration in which Pmax is increased, the target turbocharger pressure can be satisfied by the turbocharger 56. Therefore, as illustrated in FIG. 7, the turbocharger pressure by the electric turbocharger 18 is reduced. . The electric supercharger 18 may be stopped, or the electric supercharger 18 may be in an idle rotation state. By this, the power consumption of the electric supercharger 18 can be reduced. The timing at which the supercharging pressure of the electric supercharger 18 is reduced may be set to an appropriate timing. For example, the timing at which the supercharging pressure of the electric supercharger 18 is reduced may be set based on the change history of Pmax.

ここで、車両の加速時に、前述した電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることに加えて、図１０に例示するように、燃料の噴射開始時期を、車両の加速前に比べて遅角させてもよい。   Here, at the time of acceleration of the vehicle, in addition to driving the electric supercharger 18 described above to increase the supercharging pressure, as illustrated in FIG. 10, the injection start timing of the fuel is before acceleration of the vehicle. It may be retarded in comparison.

具体的には、前段噴射におけるパイロット噴射を停止させかつアフタ噴射を停止させるとともに、プレ噴射及びメイン噴射の噴射時期を遅角させる。また、図１０の例では、メイン噴射を２回に分けて行う。以下、この噴射形態をリタード燃焼制御という。尚、２回のメイン噴射の燃料噴射量の合計値は、リタード燃焼制御での前段噴射（プレ噴射）よりも多い。尚、ここで示す燃料の噴射形態は一例であって、リタード燃焼制御時のプレ噴射及びメイン噴射の噴射時期及び燃料の噴射量は、車両の要求駆動力に基づいて適宜変更される。   Specifically, the pilot injection in the pre-stage injection is stopped and the after injection is stopped, and the injection timing of the pre-injection and the main injection is retarded. Further, in the example of FIG. 10, the main injection is performed twice. Hereinafter, this injection form is referred to as retarded combustion control. The total value of the fuel injection amounts of the two main injections is larger than that of the pre-injection (pre-injection) in the retarded combustion control. The fuel injection mode shown here is an example, and the injection timing of the pre-injection and the main injection at the time of retarded combustion control and the injection amount of the fuel are appropriately changed based on the required driving force of the vehicle.

パイロット噴射を停止させかつプレ噴射を遅角させると、空気と燃料とのミキシング性自体は低下するため、図１０の上図に示すように、圧縮上死点前に前段燃焼が発生しなくなる。電動式過給機１８によって過給を行うことで、吸気密度を高くして、気筒３０ａ内に出来る限り多くの新気を導入することによって、気筒３０ａ内のガスの比熱比が上がって、圧縮端温度は十分に高くなるから、圧縮上死点よりも後に、前段燃焼及びメイン燃焼が発生する。   When the pilot injection is stopped and the pre-injection is retarded, the mixing property of the air and the fuel is reduced, so that the pre-combustion does not occur before the compression top dead center as shown in the upper drawing of FIG. The specific heat ratio of the gas in the cylinder 30a is increased by increasing the intake density by introducing supercharge by the electric supercharger 18, and introducing as much fresh air as possible into the cylinder 30a. Since the end temperature is sufficiently high, pre-combustion and main combustion occur after compression top dead center.

上記リタード燃焼制御によって、圧縮比が低くても安定したメイン燃焼が可能となるため、燃焼温度が過剰に高くなることを防止することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、新気量が多くなれば、吸気温度が低下するため、これによっても燃焼温度の上昇を抑えて、ＮＯｘの発生を抑制することができる。リタード燃焼制御においては、燃焼後期においても、図９に示す予混合燃焼制御時よりも燃焼温度が高く、アフタ噴射を行わなくても、スートを燃焼させることができる。アフタ噴射を省略することによって、燃費性能の向上に有利になる。   By the above retarded combustion control, stable main combustion can be performed even if the compression ratio is low. Therefore, the combustion temperature can be prevented from becoming excessively high, and generation of NOx can be suppressed. Further, if the amount of fresh air increases, the intake air temperature decreases, so that the increase in the combustion temperature can also be suppressed, and the generation of NOx can be suppressed. In the retarded combustion control, the combustion temperature is higher than in the premixed combustion control shown in FIG. 9 even in the late stage of the combustion, and the soot can be burned without performing the after injection. By omitting the after injection, the fuel consumption performance is improved.

車両の加速時に、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼制御を行うことによって、Ｐｍａｘを、より速やかに高めることができる。そこで、車両の加速時には、Ｐｍａｘの変化履歴に基づいて、具体的には、Ｐｍａｘの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることに加えて、リタード燃焼制御を行うことによって、Ｐｍａｘを、より速やかに高める一方、Ｐｍａｘの立ち上がりの傾きが小さいときには、電動式過給機１８を駆動して過給圧を高めることを行う一方、リタード燃焼制御は行わないようにしてもよい。   In addition to driving the electric supercharger 18 to increase the supercharging pressure at the time of acceleration of the vehicle, Pmax can be raised more quickly by performing retarded combustion control. Therefore, during acceleration of the vehicle, based on the change history of Pmax, specifically, when the slope of the rising edge of Pmax is small, in addition to driving the electric supercharger 18 to increase the supercharging pressure, the retard By performing the combustion control, Pmax is increased more quickly, while when the slope of the rise of Pmax is small, the electric supercharger 18 is driven to increase the supercharging pressure, while the retarded combustion control is performed. You may not do this.

次に、ＰＣＭ１００によるエンジン制御の処理動作を、図１１のフローチャートに基づいて説明する。尚、図１１に示すフローチャートは、エンジン本体１０が、温間時でかつ、部分負荷領域において運転しているときのフローチャートである。   Next, processing operation of engine control by the PCM 100 will be described based on a flowchart of FIG. The flow chart shown in FIG. 11 is a flow chart when the engine body 10 is operating in the warm state and in the partial load region.

最初のステップＳ１０１で、ＰＣＭ１００は、各種センサからの信号を読み込みエンジン１の運転状態を判定する。次のステップＳ１０２で、ＰＣＭ１００は、図４に例示するマップに従って、電動式過給機１８を、アイドル回転状態にするか否かを判定する。ステップＳ１０２の判定がＮＯのときには、制御プロセスはステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、ＰＣＭ１００は、電動式過給機１８を駆動する。ＰＣＭ１００は、変速機１０６の変速段と、エンジン回転数とに応じて、電動式過給機１８の回転数を、高回転数、中回転数、又は、低回転数とする。   In the first step S101, the PCM 100 reads signals from various sensors to determine the operating state of the engine 1. In the next step S102, the PCM 100 determines, according to the map illustrated in FIG. 4, whether or not the electric supercharger 18 is in an idle rotation state. When the determination in step S102 is NO, the control process proceeds to step S103. In step S103, the PCM 100 drives the electric supercharger 18. The PCM 100 sets the rotation number of the electric supercharger 18 to a high rotation number, a middle rotation number, or a low rotation number according to the gear position of the transmission 106 and the engine rotation number.

ステップＳ１０２の判定がＹＥＳのときには、制御プロセスはステップＳ１０４に進む。電動式過給機１８は、アイドル回転状態になる。   When the determination in step S102 is YES, the control process proceeds to step S104. The electric supercharger 18 is in an idle rotation state.

ステップＳ１０４でＰＣＭ１００は、運転者の加速要求があったか否かを判定する。ＰＣＭ１００は、運転者の加速要求の有無を、アクセル開度センサＳＷ６の検出値に基づいて判定する。加速要求があったときには、制御プロセスはステップＳ１０５に進み、加速要求がないときには、制御プロセスはステップＳ１１４に進む。   In step S104, the PCM 100 determines whether the driver's acceleration request has been made. The PCM 100 determines the presence or absence of the driver's acceleration request based on the detection value of the accelerator opening sensor SW6. When an acceleration request is made, the control process proceeds to step S105, and when there is no acceleration request, the control process proceeds to step S114.

次のステップＳ１０５でＰＣＭ１００は、エンジン１の要求駆動力（アクセル開度等に基づくに駆動力）を算出する。ステップＳ１０６では、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現するための、燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定すし、ステップＳ１０７では、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現するための、目標ＥＧＲ率を算出し、ステップＳ１０８では、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現するための、目標過給圧を算出する。   In the next step S105, the PCM 100 calculates the required driving force (driving force based on the accelerator opening degree etc.) of the engine 1. In step S106, the PCM 100 determines the fuel injection amount and the fuel injection timing to realize the required driving force calculated in the above step S105, and in step S107, the PCM 100 performs the required drive calculated in the above step S105. A target EGR rate is calculated to realize the force, and in step S108, a target boost pressure to realize the required driving force calculated in step S105 is calculated.

続くステップＳ１０９では、ＰＣＭ１００は、エンジン１の、単位時間当たりの回転数上昇（Δｒｐｍ／Δｔ）を算出し、ステップＳ１１０では、ＰＣＭ１００は、目標過給圧と実過給圧との差を算出する。   In the following step S109, the PCM 100 calculates an increase in the number of revolutions per unit time (Δrpm / Δt) of the engine 1, and in the step S110, the PCM 100 calculates the difference between the target boost pressure and the actual boost pressure. .

そして、ステップＳ１１１において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０９において算出したΔｒｐｍ／Δｔと、ステップＳ１１０において算出した目標過給圧と実過給圧との差に基づいて、電動式過給機１８の駆動が必要か否かを判定する。具体的には、Δｒｐｍ／Δｔが所定よりも大きいときには、エンジン１の冷却損失が増えるため、車両の加速時に、ターボ過給機５６のタービン５６ｂに供給される排気エネルギーが増えにくくなる。そこで、制御プロセスは、ステップＳ１１３に進み、ＰＣＭ１００は、前述したように、電動式過給機１８を駆動することによって過給圧を高める。   Then, in step S111, the PCM 100 needs to drive the electric supercharger 18 based on the difference between the Δrpm / Δt calculated in step S109 and the target supercharging pressure and the actual supercharging pressure calculated in step S110. It is determined whether or not. Specifically, when Δrpm / Δt is larger than a predetermined value, the cooling loss of the engine 1 increases, and therefore, the exhaust energy supplied to the turbine 56 b of the turbocharger 56 hardly increases when the vehicle is accelerated. Therefore, the control process proceeds to step S113, and the PCM 100 raises the supercharging pressure by driving the electric supercharger 18, as described above.

一方、ステップＳ１１１において、ＰＣＭ１００が、電動式過給機１８の駆動が不要と判断したときには、制御プロセスは、ステップＳ１１３に進まずに、ステップＳ１１２に進む。   On the other hand, when the PCM 100 determines that the driving of the electric supercharger 18 is unnecessary in step S111, the control process proceeds to step S112 without proceeding to step S113.

ステップＳ１１２においてＰＣＭ１００は、ステップＳ１０７において算出した目標ＥＧＲ率を実現するように低圧ＥＧＲ弁７２及び高圧ＥＧＲ弁８２の開度を調整して、気筒３０ａ内のガス組成を所望の状態にした上で、ステップＳ１０６において決定した燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って、インジェクタ３８に燃料噴射を実行させる。   In step S112, the PCM 100 adjusts the opening degree of the low pressure EGR valve 72 and the high pressure EGR valve 82 so as to realize the target EGR rate calculated in step S107, and brings the gas composition in the cylinder 30a into a desired state. , And causes the injector 38 to execute fuel injection in accordance with the fuel injection amount and fuel injection timing determined in step S106.

制御プロセスはその後、ステップＳ１０１に戻る。車両の加速後期において、電動式過給機１８の駆動が不要になれば、ステップＳ１１１の判定がＮＯになって、電動式過給機１８による過給圧は低下する。   The control process then returns to step S101. If the drive of the electric supercharger 18 becomes unnecessary at the late stage of acceleration of the vehicle, the determination in step S111 becomes NO, and the supercharging pressure by the electric supercharger 18 is reduced.

一方、加速要求がないため移行をしたステップＳ１１４において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０５と同様に、エンジン１の要求駆動力を算出し、続くステップＳ１１５において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０６と同様に、上記ステップＳ１１４で算出された要求駆動力を実現するための、燃料噴射量及び燃料噴射時期を決定する。   On the other hand, in step S114, where there is no acceleration request, the PCM 100 calculates the required driving force of the engine 1 as in step S105, and in the subsequent step S115, the PCM 100 performs step S114 in the same manner as step S106. The fuel injection amount and the fuel injection timing are determined in order to realize the required driving force calculated in the above.

ステップＳ１１６において、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１０７と同様に、上記ステップＳ１１４で算出された要求駆動力を実現するための、目標ＥＧＲ率を算出し、ステップＳ１１７では、ステップＳ１０８と同様に、ＰＣＭ１００は、上記ステップＳ１０５で算出された要求駆動力を実現するための、目標過給圧を算出する。   In step S116, the PCM 100 calculates a target EGR rate for realizing the required driving force calculated in step S114, as in step S107. In step S117, the PCM 100 calculates the target EGR rate as in step S108. A target boost pressure is calculated to realize the required driving force calculated in step S105.

そして、ステップＳ１１８で、ＰＣＭ１００は、ステップＳ１１６において算出した目標ＥＧＲ率を実現するように低圧ＥＧＲ弁７２及び高圧ＥＧＲ弁８２の開度を調整して、気筒３０ａ内のガス組成を所望の状態にした上で、ステップＳ１１５において決定した燃料噴射量及び燃料噴射時期に従って、インジェクタ３８に燃料噴射を実行させる。   Then, in step S118, the PCM 100 adjusts the opening degree of the low pressure EGR valve 72 and the high pressure EGR valve 82 so as to realize the target EGR rate calculated in step S116, and brings the gas composition in the cylinder 30a into a desired state. Then, the injector 38 is made to execute fuel injection according to the fuel injection amount and fuel injection timing determined in step S115.

したがって、ＰＣＭ１００は、車両の加速時に、エンジン１の単位時間当たりの回転数上昇（Δｒｐｍ／Δｔ）が高いときには、電動式過給機１８によって過給圧を高めるから、エンジン１の排気エネルギーの大小に関わらず、過給圧を速やかに高めることができる。その結果、気筒３０ａ内に導入される新気を速やかに増やすことができるから、スートの発生を抑制しながら、エンジン本体１０のＰｍａｘを速やかに高めて、加速フィーリングを向上させることができる。   Therefore, since the boost pressure of the PCM 100 is increased by the electric supercharger 18 when the engine speed increase per unit time (Δrpm / Δt) is high during acceleration of the vehicle, the magnitude of the exhaust energy of the engine 1 Regardless of the situation, the boost pressure can be increased quickly. As a result, since the fresh air introduced into the cylinder 30a can be rapidly increased, Pmax of the engine body 10 can be rapidly increased to suppress the occurrence of soot, and the acceleration feeling can be improved.

また、電動式過給機１８の駆動に伴い、低圧ＥＧＲ通路７０から低圧ＥＧＲガスを吸気通路５０に吸い出して、気筒３０ａ内に導入されるＥＧＲガスも増やすことができるから、燃焼速度及び燃焼温度が高くなり過ぎることを抑制して、ＲａｗＮＯｘの生成を抑制することができる。   In addition, since the low pressure EGR gas can be sucked from the low pressure EGR passage 70 to the intake passage 50 and the EGR gas introduced into the cylinder 30a can be increased with the driving of the electric supercharger 18, the combustion speed and the combustion temperature can be increased. Can be suppressed, and the generation of RawNOx can be suppressed.

よって、このエンジン１は、加速時におけるエミッション性能の低下を防止しながら、加速フィーリングを向上させることができる。   Therefore, the engine 1 can improve the acceleration feeling while preventing the decrease in the emission performance at the time of acceleration.

また、加速開始時に電動式過給機１８によって過給圧を速やかに高めて、エンジン本体１０のＰｍａｘを速やかに高めることにより、排気エネルギーが上がるから、ターボ過給機５６による過給圧も、速やかに上昇させることができる。加速後期において、ターボ過給機５６によって目標過給圧を満たすことができるようになれば、電動式過給機１８の過給圧を低下させることにより、エミッション性能の低下を防止すると共に、消費電力を少なくすることができる。   In addition, since the exhaust energy is increased by rapidly increasing the supercharging pressure by the electric supercharger 18 at the start of acceleration and swiftly increasing Pmax of the engine body 10, the supercharging pressure by the turbocharger 56 is also It can be raised quickly. If the target supercharging pressure can be satisfied by the turbocharger 56 in the late stage of acceleration, the supercharging pressure of the electric supercharger 18 is reduced to prevent the emission performance from being degraded and to reduce consumption. Power can be reduced.

また、電動式過給機１８は、加速要求の有無にかかわらず、図４及び図５に示すように、パーシャル状態で作動するため、電動式過給機１８により過給圧を上昇させる際の電力消費を抑えることができる。   In addition, since the electric supercharger 18 operates in the partial state as shown in FIGS. 4 and 5 regardless of the presence or absence of the acceleration request, the charge supercharger 18 raises the supercharging pressure by the electric supercharger 18. Power consumption can be reduced.

さらに、電動式過給機１８は、加速要求がないときに、図４に示すように、変速機の変速段が低いときには、変速段が高いときよりも高回転で作動する。車両の加速時に、エンジン本体のΔｒｐｍ／Δｔが大きくなりやすい変速段（一速、二速又は三速）においては、電動式過給機１８が、予め、相対的に高回転で作動しているため、過給圧を速やかに高めることができ、エミッション性能の低下を抑制しながら、加速フィーリングを向上させることができる。逆に、車両の加速時に、エンジン本体のΔｒｐｍ／Δｔが小さくなりやすい変速段（四速、五速又は六速）においては、ターボ過給機５６によって過給圧を速やかに高めることができる可能性が高いから、電動式過給機１８を、相対的に低い回転数で作動させる（例えばアイドル回転状態にする）ことにより、電力消費を少なくすることができる。   Furthermore, the electric supercharger 18 operates at a higher speed when the transmission gear position is low, as shown in FIG. 4 when there is no acceleration request, than when the transmission gear position is high. The electric supercharger 18 is previously operated at a relatively high rotation speed in a shift stage (first, second or third speed) in which Δrpm / Δt of the engine main body tends to increase during acceleration of the vehicle. Therefore, the supercharging pressure can be rapidly increased, and the acceleration feeling can be improved while suppressing the decrease in emission performance. On the other hand, at the shift speed (fourth, fifth or sixth speed) where the Δrpm / Δt of the engine itself tends to decrease during acceleration of the vehicle, the turbocharger 56 can rapidly increase the supercharging pressure. Because of the high performance, power consumption can be reduced by operating the electric turbocharger 18 at a relatively low rotational speed (for example, in an idle rotational state).

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be substituted without departing from the scope of the claims.

例えばここに開示する技術は、ディーゼルエンジンに適用することに限定されず、ガソリンや、ナフサを含む燃料を用いるエンジンに、適用することも可能である。   For example, the technology disclosed herein is not limited to the application to a diesel engine, but may be applied to an engine using fuel including gasoline and naphtha.

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。   The embodiments described above are merely illustrative and should not be construed as limiting the scope of the present invention. The scope of the present invention is defined by the claims, and all variations and modifications that fall within the equivalent scope of the claims fall within the scope of the present invention.

１ エンジン
１０ エンジン本体
１８ 電動式過給機
５０ 吸気通路
５６ ターボ過給機
５６ａ コンプレッサ
５６ｂ タービン
６０ 排気通路
７０ 低圧ＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）
１００ ＰＣＭ
１０６ 変速機
ＳＷ５ クランク角センサ（センサ） 1 Engine 10 Engine Body 18 Electric Turbocharger 50 Intake Passage 56 Turbocharger 56a Compressor 56b Turbine 60 Exhaust Passage 70 Low Pressure EGR Passage (EGR Passage)
100 PCM
106 Transmission SW5 Crank angle sensor (sensor)

Claims (5)

車両に搭載されたエンジン本体と、
上記エンジン本体に接続された吸気通路及び排気通路と、
上記吸気通路に設けられかつ、電動モータによって過給する電動式過給機と、
上記排気通路に配設されたタービンと上記吸気通路における上記電動式過給機よりも上流に配設されたコンプレッサとを有しかつ、排気エネルギーを利用して過給するターボ過給機と、
上記タービンよりも下流の上記排気通路と上記コンプレッサよりも上流の上記吸気通路とを連通し、排気ガスの一部を上記吸気通路に還流させるＥＧＲ通路と、
上記エンジン本体に取り付けられたセンサの検知信号に基づいて、上記車両の加速時における上記エンジン本体の単位時間当たりの回転数上昇の大きさを算出するパラメータ算出部と、
加速要求信号を受けて上記車両を加速させる時に、上記パラメータ算出部が算出した上記回転数上昇が所定よりも大きいときには、上記ＥＧＲ通路を開くと共に、上記電動式過給機の過給圧が上昇するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する制御部と、を備えている過給機付エンジン。 An engine body mounted on a vehicle,
An intake passage and an exhaust passage connected to the engine body;
An electric supercharger provided in the intake passage and supercharged by an electric motor;
A turbocharger having a turbine disposed in the exhaust passage and a compressor disposed upstream of the electric turbocharger in the intake passage, the turbocharger being supercharged using exhaust energy;
An EGR passage communicating the exhaust passage downstream of the turbine and the intake passage upstream of the compressor, and recirculating part of the exhaust gas to the intake passage;
A parameter calculation unit that calculates the magnitude of the increase in the number of revolutions per unit time of the engine body during acceleration of the vehicle based on a detection signal of a sensor attached to the engine body;
When the acceleration request signal is received and the vehicle is accelerated, the EGR passage is opened and the charging pressure of the electric supercharger is increased when the increase in the rotational speed calculated by the parameter calculation unit is larger than a predetermined value. An engine with a supercharger, comprising: a control unit that outputs a control signal to the electric supercharger. 請求項１に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、加速後期には、加速開始時よりも上記電動式過給機の過給圧が低下するよう上記電動式過給機に制御信号を出力する過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to claim 1,
The control unit outputs a control signal to the electric supercharger so that the supercharging pressure of the electric supercharger is lower than that at the start of acceleration at the late stage of acceleration. 請求項１又は２に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記加速要求信号の有無にかかわらず、上記電動式過給機をパーシャル状態で作動させるように構成されている過給機付エンジン。 The supercharged engine according to claim 1 or 2
An engine with a supercharger, wherein the control unit is configured to operate the electric supercharger in a partial state regardless of the presence or absence of the acceleration request signal. 請求項３に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記制御部は、上記加速要求信号を受ける前に、上記エンジン本体に接続された変速機が低速段のときには、高速段のときよりも高回転で上記電動式過給機を作動させる過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to claim 3,
The control unit operates the electric supercharger at a higher revolution when the transmission connected to the engine main body is in the low gear stage before receiving the acceleration request signal, than when the transmission gear is in the high gear stage. Engine. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の過給機付エンジンにおいて、
上記エンジン本体は、幾何学的圧縮比が１６以下のディーゼルエンジンである過給機付エンジン。 In the supercharged engine according to any one of claims 1 to 4,
The engine body is a supercharged engine, which is a diesel engine having a geometric compression ratio of 16 or less.
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