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JP7354875B2 - supercharged engine - Google Patents

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JP7354875B2
JP7354875B2 JP2020029227A JP2020029227A JP7354875B2 JP 7354875 B2 JP7354875 B2 JP 7354875B2 JP 2020029227 A JP2020029227 A JP 2020029227A JP 2020029227 A JP2020029227 A JP 2020029227A JP 7354875 B2 JP7354875 B2 JP 7354875B2
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exhaust
egr
passage
purification device
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弘樹 宮脇
直之 山形
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Mazda Motor Corp
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Description

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

特許文献1には、過給機付きエンジンが記載されている。このエンジンの排気通路には、排気ターボ過給機のタービンが設けられている。また、排気通路における、タービンよりも上流には、酸化触媒とDPFとが配設されている。エンジンの吸気通路には、排気ターボ過給機のコンプレッサが設けられている。 Patent Document 1 describes a supercharged engine. A turbine of an exhaust turbo supercharger is provided in the exhaust passage of this engine. Further, an oxidation catalyst and a DPF are disposed upstream of the turbine in the exhaust passage. A compressor for an exhaust turbo supercharger is provided in the intake passage of the engine.

特開2013-189900号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-189900

特許文献1に記載された過給機付きエンジンは、酸化触媒が、タービンよりもエンジンに近い位置に設けられている。このため、酸化触媒の温度は高くなる。この構成は、排気の浄化性能の向上に有利である。 In the supercharged engine described in Patent Document 1, the oxidation catalyst is provided at a position closer to the engine than the turbine. Therefore, the temperature of the oxidation catalyst increases. This configuration is advantageous in improving exhaust gas purification performance.

一方、タービンは、酸化触媒及びDPFよりも下流に設けられているため、タービン上流の容積が大きい。タービン上流の容積が大きいと、アクセル開度の増加を伴う運転者の加速要求に対し、排気ターボ過給機の過給レスポンスが低下する。 On the other hand, since the turbine is provided downstream of the oxidation catalyst and the DPF, the volume upstream of the turbine is large. If the volume upstream of the turbine is large, the supercharging response of the exhaust turbo supercharger to a driver's acceleration request accompanied by an increase in the accelerator opening decreases.

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンにおいて、排気の浄化性能の向上と、過給レスポンスの向上とを両立させる。 The technology disclosed herein achieves both improved exhaust purification performance and improved supercharging response in a supercharged engine.

ここに開示する技術は、過給機付きエンジンに関する。この過給機付きエンジンは、
エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットは、アクセル開度の増加に伴う車両加速時に、前記エンジンへの主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させる。
The technology disclosed herein relates to a supercharged engine. This supercharged engine is
A fuel injection valve that supplies fuel to the engine;
an exhaust purification device that is provided in an exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas discharged from the engine;
a turbine of an exhaust turbo supercharger provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust passage;
A control unit that outputs a control signal to a controlled object,
The control unit causes the fuel injection valve to perform fuel injection during an exhaust stroke after main injection to the engine when the vehicle accelerates due to an increase in accelerator opening.

この構成によると、排気浄化装置は、排気通路において排気ターボ過給機のタービンよりも上流に設けられている。排気浄化装置はエンジンに近いため、排気浄化装置の温度が高く保たれる。 According to this configuration, the exhaust purification device is provided upstream of the turbine of the exhaust turbo supercharger in the exhaust passage. Since the exhaust purification device is close to the engine, the temperature of the exhaust purification device is kept high.

特に、燃費性能の向上を目的としてエンジンの熱効率を高めると、排気の温度は低下する。排気の温度が低いと排気浄化装置の温度は低くなりがちになる。前記の構成は、エンジンと排気浄化装置との間に、熱容量の大きいタービンが介在しないため、排気の温度が低い場合でも、排気浄化装置の温度を高くできる。排気浄化装置が活性温度に維持されることにより、排気浄化装置は、排気を浄化できる。エンジンの燃費性能の向上と共に、エンジンの排出ガス性能が良好になる。 In particular, when the thermal efficiency of an engine is increased for the purpose of improving fuel efficiency, the temperature of the exhaust gas decreases. When the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the exhaust purification device tends to be low. In the above configuration, since a turbine with a large heat capacity is not interposed between the engine and the exhaust gas purification device, the temperature of the exhaust gas purification device can be increased even when the temperature of the exhaust gas is low. By maintaining the exhaust gas purification device at the activation temperature, the exhaust gas purification device can purify exhaust gas. In addition to improving the fuel efficiency of the engine, the exhaust gas performance of the engine also improves.

排気ターボ過給機のタービンは、排気浄化装置よりも下流に設けられているため、運転者が車両の加速を要求した際の、排気ターボ過給機の過給レスポンスは低い。これに対し、前記のエンジンの制御ユニットは、アクセル開度の増加に伴う車両加速時に、エンジンへの主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を燃料噴射弁に実行させる。排気行程中に噴射された燃料は、未燃焼、又は、ほぼ未燃焼のままでエンジンから排出されて排気浄化装置に供給される。排気浄化装置において燃料が反応し、反応熱が生じる。その反応熱によって、タービンへ供給される排気エネルギが増加する。その結果、この構成のエンジンは、タービン上流の容積が大きいものの、車両加速時に、排気ターボ過給機の過給レスポンスが向上する。 Since the turbine of the exhaust turbo supercharger is provided downstream of the exhaust purification device, the supercharging response of the exhaust turbo supercharger is low when the driver requests acceleration of the vehicle. On the other hand, the engine control unit described above causes the fuel injection valve to perform fuel injection during the exhaust stroke after the main injection to the engine when the vehicle is accelerated due to an increase in the accelerator opening. The fuel injected during the exhaust stroke is discharged from the engine in an unburned or almost unburned state and is supplied to the exhaust gas purification device. Fuel reacts in the exhaust gas purification device and reaction heat is generated. The heat of reaction increases the exhaust energy supplied to the turbine. As a result, although the engine with this configuration has a large volume upstream of the turbine, the supercharging response of the exhaust turbo supercharger improves when the vehicle accelerates.

よって、このエンジンは、排気の浄化性能の向上と、過給レスポンスの向上とが両立する。 Therefore, this engine achieves both improved exhaust purification performance and improved supercharging response.

前記過給機付きエンジンは、
前記エンジンの吸気通路に設けられかつ、前記エンジンに供給する吸気を過給する前記排気ターボ過給機のコンプレッサと、
前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流に設けられた電動過給機と、を備え、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記電動過給機を駆動させる、としてもよい。
The supercharged engine includes:
a compressor for the exhaust turbo supercharger that is provided in the intake passage of the engine and supercharges intake air supplied to the engine;
an electric supercharger provided downstream of the compressor in the intake passage,
The control unit may drive the electric supercharger when the vehicle accelerates.

この構成によると、吸気通路には、排気ターボ過給機のコンプレッサに加えて、電動過給機が設けられている。制御ユニットは、車両加速時に、電動過給機を駆動させる。これにより、エンジンの過給レスポンスは向上する。 According to this configuration, the intake passage is provided with an electric supercharger in addition to the compressor of the exhaust turbo supercharger. The control unit drives the electric supercharger when the vehicle accelerates. This improves the engine's supercharging response.

ここで、電動過給機は、吸気通路における排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流に設けられている。コンプレッサと電動過給機とは、直列配置である。電動過給機のコンプレッサの容量は、排気ターボ過給機のコンプレッサの容量よりも小にしてもよい。こうすることで、電動過給機は、エンジンの運転状態が所定の低回転領域内にある場合に、吸気を効率的に過給できる。電動過給機よりも上流の、排気ターボ過給機のコンプレッサは、エンジンの運転状態が所定の低回転領域内にある場合に、実質的に、非駆動となる。排気ターボ過給機のコンプレッサは、エンジンの運転状態が低回転領域以外の高回転領域にある場合に、吸気を効率的に過給できる。二つの過給機の組み合わせは、エンジンの広い運転領域に亘って、吸気の過給を可能にする。 Here, the electric supercharger is provided downstream of the compressor of the exhaust turbo supercharger in the intake passage. The compressor and electric supercharger are arranged in series. The capacity of the compressor of the electric supercharger may be smaller than the capacity of the compressor of the exhaust turbocharger. By doing so, the electric supercharger can efficiently supercharge intake air when the operating state of the engine is within a predetermined low rotation range. The compressor of the exhaust turbo supercharger, which is upstream of the electric supercharger, is substantially not driven when the operating state of the engine is within a predetermined low rotation range. The compressor of the exhaust turbo supercharger can efficiently supercharge intake air when the operating state of the engine is in a high rotation range other than a low rotation range. The combination of two superchargers allows supercharging of the intake air over a wide operating range of the engine.

前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記電動過給機を駆動させると共に、前記電動過給機の駆動のみでは前記アクセル開度に応じた要求加速度が不足する場合に、前記燃料噴射弁に、前記排気行程中の燃料噴射を実行させる、としてもよい。 The control unit drives the electric supercharger when the vehicle accelerates, and when driving the electric supercharger alone is insufficient to provide a required acceleration according to the accelerator opening, the control unit causes the fuel injection valve to: Fuel injection may be performed during the exhaust stroke.

こうすることで、電動過給機の駆動によって過給レスポンスの向上を図ることができると共に、電動過給機の駆動と排気行程中の燃料噴射との組み合わせにより、エンジンの要求トルクを達成できる。 In this way, the supercharging response can be improved by driving the electric supercharger, and the required torque of the engine can be achieved by the combination of driving the electric supercharger and fuel injection during the exhaust stroke.

前記制御ユニットは、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記排気行程中の燃料噴射を禁止する、としてもよい。 The control unit may prohibit fuel injection during the exhaust stroke when the temperature of the exhaust purification device exceeds a constraint temperature.

排気浄化装置において発生する反応熱によって、排気浄化装置の温度が制約温度を超えてしまうと、排気浄化装置の信頼性が低下する。排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合に、制御ユニットが排気行程中の燃料噴射を禁止することにより、排気浄化装置の信頼性が確保される。 When the temperature of the exhaust gas purification device exceeds the constraint temperature due to reaction heat generated in the exhaust gas purification device, the reliability of the exhaust gas purification device decreases. When the temperature of the exhaust gas purification device exceeds the constraint temperature, the control unit prohibits fuel injection during the exhaust stroke, thereby ensuring reliability of the exhaust gas purification device.

ここに開示する技術において、
前記過給機付きエンジンは、
前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するEGR通路と、前記EGR通路に設けられかつ、前記EGR通路を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラと、を有しかつ、排気の一部をEGRガスとして、前記吸気通路に還流するEGRシステムを備え、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させた場合であって、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記EGRシステムに、前記EGRガスの還流を実行させる。
In the technology disclosed here,
The supercharged engine includes:
an EGR passage that connects a portion of the exhaust passage between the exhaust purification device and the turbine and an intake passage of the engine; and an EGR passage that is provided in the EGR passage and cools EGR gas flowing through the EGR passage. an EGR cooler, and an EGR system that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage as EGR gas,
The control unit controls the EGR system when the fuel injection valve executes fuel injection during the exhaust stroke when the vehicle accelerates, and when the temperature of the exhaust purification device exceeds a constraint temperature. , causing the EGR gas to be refluxed.

EGR通路を通じてEGRガスを還流させると、エンジンの燃焼室内の酸素濃度が低下することにより、燃焼温度が下がる。また、EGRクーラがEGRガスを冷却することにより、燃焼温度をさらに下げることができる。その結果、排気温度が下がる。 When EGR gas is recirculated through the EGR passage, the oxygen concentration in the combustion chamber of the engine decreases, thereby lowering the combustion temperature. Furthermore, the combustion temperature can be further lowered by the EGR cooler cooling the EGR gas. As a result, the exhaust temperature decreases.

排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合に、エンジンからの排気の温度を下げると、排気浄化装置の温度が過剰に高くなることが抑制される。 When the temperature of the exhaust gas purification device exceeds the constraint temperature, lowering the temperature of the exhaust gas from the engine prevents the temperature of the exhaust gas purification device from becoming excessively high.

ここに開示する別の技術において、
前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するEGR通路と、前記EGR通路に設けられかつ、前記EGR通路を流れるEGRガスを冷却する液冷式のEGRクーラと、を有しかつ、排気の一部をEGRガスとして、前記吸気通路に還流するEGRシステムを備え、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記EGRシステムに、前記EGRガスの還流を実行させ、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させた場合であって、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記EGRシステムに、前記EGRクーラへの冷却液の供給量を増大させる。
In another technique disclosed herein,
an EGR passage that connects a portion of the exhaust passage between the exhaust purification device and the turbine and an intake passage of the engine; and an EGR passage that is provided in the EGR passage and cools EGR gas flowing through the EGR passage. A liquid-cooled EGR cooler, and an EGR system that recirculates a part of the exhaust gas to the intake passage as EGR gas,
The control unit causes the EGR system to recirculate the EGR gas when the vehicle accelerates,
The control unit controls the EGR system when the fuel injection valve executes fuel injection during the exhaust stroke when the vehicle accelerates, and when the temperature of the exhaust purification device exceeds a constraint temperature. , increasing the amount of coolant supplied to the EGR cooler .

前述したように、EGR通路を通じてEGRガスを還流させると、エンジンの燃焼室内の酸素濃度が低下することにより、燃焼温度が下がる。また、EGRクーラがEGRガスを冷却することにより、燃焼温度をさらに下げることができる。さらに、液冷式のEGRクーラへの冷却液の供給量を増大させると、吸気通路へ還流するEGRガスの温度がさらに下がる。その結果、エンジンからの排気の温度が下がる。 As described above, when EGR gas is recirculated through the EGR passage, the oxygen concentration in the combustion chamber of the engine decreases, thereby lowering the combustion temperature. Furthermore, the combustion temperature can be further lowered by the EGR cooler cooling the EGR gas. Furthermore, when the amount of coolant supplied to the liquid-cooled EGR cooler is increased, the temperature of the EGR gas flowing back into the intake passage is further reduced. As a result, the temperature of the exhaust gas from the engine decreases.

排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合に、エンジンからの排気の温度を下げると、排気浄化装置の温度が過剰に高くなることが抑制される。 When the temperature of the exhaust gas purification device exceeds the constraint temperature, lowering the temperature of the exhaust gas from the engine prevents the temperature of the exhaust gas purification device from becoming excessively high.

ここに開示するさらに別の技術において、
前記排気浄化装置は、排気中の有害物質を反応させる触媒装置と、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、を含み、
前記制御ユニットは、前記フィルタ装置の粒子状物質の堆積量が多いと、排気行程中の噴射量を減らし、前記粒子状物質の堆積量が少ないと、排気行程中の噴射量を増やす。
In yet another technique disclosed herein,
The exhaust purification device includes a catalyst device that reacts harmful substances in the exhaust gas, and a filter device that collects particulate matter in the exhaust gas,
The control unit reduces the amount of injection during the exhaust stroke when the amount of particulate matter deposited in the filter device is large, and increases the amount of injection during the exhaust stroke when the amount of deposited particulate matter is small.

フィルタ装置の粒子状物質の堆積量が多いと、排気浄化装置において燃料を反応させた場合に、排気浄化装置の温度が上昇しやすい。制御ユニットが、排気行程中の噴射量を減らすことにより、排気浄化装置の温度が過剰に上昇することを抑制できる。 If the amount of particulate matter deposited in the filter device is large, the temperature of the exhaust gas purification device tends to rise when fuel is reacted in the exhaust gas purification device. By reducing the injection amount during the exhaust stroke, the control unit can suppress the temperature of the exhaust gas purification device from rising excessively.

フィルタ装置の粒子状物質の堆積量が少ない場合、制御ユニットが、排気行程中の噴射量を増やす。排気浄化装置の温度が過剰に高くなることを抑制しつつ、タービンへ供給される排気エネルギが増加する。車両加速時に、排気ターボ過給機の過給レスポンスが向上する。 If the amount of particulate matter deposited on the filter device is low, the control unit increases the injection amount during the exhaust stroke. Exhaust energy supplied to the turbine is increased while suppressing the temperature of the exhaust purification device from becoming excessively high. The turbocharging response of the exhaust turbo supercharger improves when the vehicle accelerates.

以上説明したように、前記の過給機付きエンジンは、排気の浄化性能の向上と、過給レスポンスの向上とが両立する。 As explained above, the supercharged engine achieves both improved exhaust purification performance and improved supercharging response.

図1は、エンジンシステムの構成を例示する概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the configuration of an engine system. 図2は、エンジンの制御構成を例示するブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating the control configuration of the engine. 図3は、エンジンの運転領域を例示するマップである。FIG. 3 is a map illustrating the operating range of the engine. 図4は、電動式過給機のコンプレッサの特性を例示する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating characteristics of a compressor of an electric supercharger. 図5は、エンジンのp-v線図の例である。FIG. 5 is an example of a pv diagram of an engine. 図6は、ECUによるエンジン制御を例示するフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart illustrating engine control by the ECU. 図7は、アクセル開度増加率と、過給手段の選択モードとの関係を例示する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between the accelerator opening increase rate and the selection mode of the supercharging means. 図8は、ECUによるエンジン制御の変形例を例示するフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart illustrating a modification of engine control by the ECU. 図9は、ECUによるエンジン制御の変形例を例示するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating a modification of engine control by the ECU. 図10は、ECUによるエンジン制御の変形例を例示するフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart illustrating a modification of engine control by the ECU.

以下、過給機付きエンジンの実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、実施形態に係るエンジンシステム1を示す。このエンジンシステム1は、車両に搭載される。エンジンシステム1のエンジン2は、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。エンジン2は、図示は省略するが、複数の気筒を有している。各気筒は、エンジン2の燃焼室を形成する。燃焼室内に供給された燃料は、圧縮自着火により燃焼する。 Hereinafter, embodiments of a supercharged engine will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows an engine system 1 according to an embodiment. This engine system 1 is mounted on a vehicle. The engine 2 of the engine system 1 is a diesel engine supplied with fuel containing light oil as a main component. Although not shown, the engine 2 has a plurality of cylinders. Each cylinder forms a combustion chamber of the engine 2. The fuel supplied into the combustion chamber is combusted by compression self-ignition.

(エンジンシステムの構成)
エンジン2には、燃料噴射弁、つまりインジェクタ21が取り付けられている。インジェクタ21は、エンジン2に燃料を供給する。より詳細に、インジェクタ21は、気筒毎に設けられ、気筒内に燃料を直接噴射する。インジェクタ21は、後述するECU100からの制御信号を受ける。インジェクタ21は、エンジン2の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン2の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室内に噴射する。
(Engine system configuration)
A fuel injection valve, that is, an injector 21 is attached to the engine 2. Injector 21 supplies fuel to engine 2 . More specifically, the injector 21 is provided for each cylinder and directly injects fuel into the cylinder. Injector 21 receives a control signal from ECU 100, which will be described later. The injector 21 injects fuel into the combustion chamber at an injection timing set according to the operating state of the engine 2 and in an amount corresponding to the operating state of the engine 2.

エンジン2には、吸気通路31が接続されている。吸気通路31は、各気筒に吸気を供給する。吸気は、空気、又は、空気及びEGRガスを含む。エンジン2にはまた、排気通路32が接続されている。排気通路32は、各気筒からの排気を排出する。 An intake passage 31 is connected to the engine 2 . The intake passage 31 supplies intake air to each cylinder. Intake air includes air or air and EGR gas. An exhaust passage 32 is also connected to the engine 2. The exhaust passage 32 discharges exhaust gas from each cylinder.

吸気通路31には、上流側から下流側へ向かって順に、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41と、電動過給機5と、インタークーラ43とが配設されている。コンプレッサ41は、吸気を昇圧する。電動過給機5も、吸気を昇圧する。インタークーラ43は、昇圧された吸気を冷却する。インタークーラ43は、例えば水冷式の熱交換器である。インタークーラ43は、図示は省略するが、例えばエンジン2の冷却水の循環回路8に接続されている。 In the intake passage 31, a compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4, an electric supercharger 5, and an intercooler 43 are arranged in order from the upstream side to the downstream side. Compressor 41 boosts the pressure of intake air. The electric supercharger 5 also boosts the pressure of intake air. The intercooler 43 cools the pressurized intake air. The intercooler 43 is, for example, a water-cooled heat exchanger. Although not shown, the intercooler 43 is connected to, for example, the cooling water circulation circuit 8 of the engine 2.

電動過給機5は、吸気通路31内に設けられたコンプレッサホイール51と、このコンプレッサホイール51を駆動する電動モータ52とを有している。電動モータ52が運転すると、コンプレッサホイール51が回転し、コンプレッサホイール51は、吸気通路31を流れる吸気を昇圧する。電動過給機5は、排気エネルギを利用しない過給機である。電動モータ52は、車両に搭載されたバッテリ55からの電力供給を受ける。バッテリ55には、例えばオルタネータ(図示省略)によって発電された電力が蓄積される。 The electric supercharger 5 includes a compressor wheel 51 provided in the intake passage 31 and an electric motor 52 that drives the compressor wheel 51. When the electric motor 52 operates, the compressor wheel 51 rotates, and the compressor wheel 51 boosts the pressure of intake air flowing through the intake passage 31. The electric supercharger 5 is a supercharger that does not utilize exhaust energy. The electric motor 52 receives power from a battery 55 mounted on the vehicle. The battery 55 stores electric power generated by, for example, an alternator (not shown).

ここで電動過給機5の容量は、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41の容量よりも小に設定されている。電動過給機5は、後述するように、エンジン2が低回転領域の高負荷状態で運転している場合に駆動し、それ以外の場合には駆動しない。大容量の排気ターボ過給機4のコンプレッサ41と、小容量の電動過給機5とを直列に設け、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41のみの駆動、電動過給機5のみの駆動、及び、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41と電動過給機5の両方の駆動を切り替えることにより、このエンジン2は、広い運転領域に亘って、吸気を過給できる。 Here, the capacity of the electric supercharger 5 is set smaller than the capacity of the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4. As will be described later, the electric supercharger 5 is driven when the engine 2 is operating in a high load state in a low rotation range, and is not driven in other cases. The compressor 41 of the large-capacity exhaust turbo supercharger 4 and the small-capacity electric supercharger 5 are provided in series, and only the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4 is driven, and only the electric supercharger 5 is driven. By switching the drive of both the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4 and the electric supercharger 5, this engine 2 can supercharge intake air over a wide operating range.

吸気通路31には、コンプレッサホイール51をバイパスするバイパス通路53が設けられている。バイパス通路53の上流端は、吸気通路31におけるコンプレッサ41とコンプレッサホイール51との間に接続されている。バイパス通路53の下流端は、吸気通路31におけるコンプレッサホイール51とインタークーラ43との間に接続されている。バイパス通路53には、バイパス弁54が設けられている。バイパス弁54は、バイパス通路53を流れる吸気量を調整する。電動過給機5が駆動している間、バイパス弁54は閉弁する。電動過給機5が駆動していない間、バイパス弁54は開弁する。 A bypass passage 53 that bypasses the compressor wheel 51 is provided in the intake passage 31 . An upstream end of the bypass passage 53 is connected between the compressor 41 and the compressor wheel 51 in the intake passage 31 . A downstream end of the bypass passage 53 is connected between the compressor wheel 51 and the intercooler 43 in the intake passage 31 . A bypass valve 54 is provided in the bypass passage 53. Bypass valve 54 adjusts the amount of intake air flowing through bypass passage 53. While the electric supercharger 5 is driving, the bypass valve 54 is closed. The bypass valve 54 is open while the electric supercharger 5 is not being driven.

排気通路32には、上流側から下流側へ向かって順に、排気浄化装置6と、排気ターボ過給機4のタービン42とが配設されている。 In the exhaust passage 32, an exhaust purification device 6 and a turbine 42 of the exhaust turbo supercharger 4 are arranged in order from the upstream side to the downstream side.

排気浄化装置6は、触媒装置としての酸化触媒(Diesel Oxidation Catalyst: DOC)と、フィルタ装置としてのDPF(Diesel Particulate Filter)とを含んでいる。詳細な図示は省略するが、排気浄化装置6において、DOCは、DPFの上流に配置されている。 The exhaust purification device 6 includes an oxidation catalyst (DOC) as a catalyst device and a DPF (Diesel Particulate Filter) as a filter device. Although detailed illustration is omitted, in the exhaust gas purification device 6, the DOC is arranged upstream of the DPF.

DOCは、排気中のCO及びHCが酸化されてCO及びHOを生成する反応を促す。また、DPF62は、エンジン2の排気中に含まれるスート等の粒子状物質を捕集する。 DOC promotes a reaction in which CO and HC in the exhaust gas are oxidized to produce CO 2 and H 2 O. Further, the DPF 62 collects particulate matter such as soot contained in the exhaust gas of the engine 2.

このエンジンシステム1は、排気中のNOxを浄化する触媒を備えていない。但し、ここに開示する技術は、NOxを浄化する触媒を備えたエンジンに適用することを排除しない。 This engine system 1 does not include a catalyst for purifying NOx in exhaust gas. However, the technology disclosed herein does not exclude application to an engine equipped with a catalyst that purifies NOx.

排気ターボ過給機4のタービン42は、排気のエネルギによって回転する。図示を省略する連結シャフトは、タービン42とコンプレッサ41とを互いに連結する。排気通路32においてタービン42が回転すると、吸気通路31においてコンプレッサ41が回転し、吸気を昇圧する。 The turbine 42 of the exhaust turbocharger 4 is rotated by the energy of the exhaust gas. A connection shaft (not shown) connects the turbine 42 and the compressor 41 to each other. When the turbine 42 rotates in the exhaust passage 32, the compressor 41 rotates in the intake passage 31, increasing the pressure of intake air.

排気ターボ過給機4は、詳細な図示は省略するが、可変容量式のターボ過給機である。タービンケース内には、可動ベーンが配設されている。可動ベーンの開度を調整することによって、排気ターボ過給機4における通路面積が変わる。 Although detailed illustration is omitted, the exhaust turbo supercharger 4 is a variable capacity turbo supercharger. A movable vane is disposed within the turbine case. By adjusting the opening degree of the movable vane, the passage area in the exhaust turbo supercharger 4 changes.

エンジンシステム1はまた、EGR(Exhaust Gas Recirculation)システム7を備えている。EGRシステム7は、排気の一部を、EGRガスとして吸気通路31に還流する。EGRシステム7は、第1EGR通路71と、第2EGR通路72とを有している。 The engine system 1 also includes an EGR (Exhaust Gas Recirculation) system 7. The EGR system 7 recirculates a portion of the exhaust gas to the intake passage 31 as EGR gas. The EGR system 7 has a first EGR passage 71 and a second EGR passage 72.

第1EGR通路71は、吸気通路31におけるコンプレッサ41と電動過給機5との間の部位と、排気通路32における排気浄化装置6とタービン42との間の部位とを互いに接続している。第1EGR通路71には、第1EGR弁73が設けられている。第1EGR弁73は、例えば電磁式の開度調整弁である。第1EGR弁73は、第1EGR通路71を通って吸気通路31に還流されるEGRガスの流量を調整する。 The first EGR passage 71 connects a portion of the intake passage 31 between the compressor 41 and the electric supercharger 5 and a portion of the exhaust passage 32 between the exhaust purification device 6 and the turbine 42. A first EGR valve 73 is provided in the first EGR passage 71 . The first EGR valve 73 is, for example, an electromagnetic opening adjustment valve. The first EGR valve 73 adjusts the flow rate of EGR gas that passes through the first EGR passage 71 and is returned to the intake passage 31.

第1EGR通路71にはまた、EGRクーラ75が設けられている。EGRクーラ75は、図1の構成例においては、EGRガスの流れる方向を基準にして、第1EGR弁73の上流に設けられている。EGRクーラ75は、第1EGR通路71を流れるEGRガスを冷却する。EGRクーラ75は、例えば水冷式の熱交換器である。EGRクーラ75は、冷却水の循環回路8に接続されている。EGRクーラ75は、EGRガスと冷却水との間で熱交換させる。尚、循環回路8の構成は後述する。 The first EGR passage 71 is also provided with an EGR cooler 75. In the configuration example shown in FIG. 1, the EGR cooler 75 is provided upstream of the first EGR valve 73 with respect to the direction in which EGR gas flows. The EGR cooler 75 cools EGR gas flowing through the first EGR passage 71. The EGR cooler 75 is, for example, a water-cooled heat exchanger. The EGR cooler 75 is connected to the cooling water circulation circuit 8. The EGR cooler 75 exchanges heat between EGR gas and cooling water. Note that the configuration of the circulation circuit 8 will be described later.

第2EGR通路72は、第1EGR通路71の途中から分岐している。より詳細に、第2EGR通路72は、第1EGR通路71におけるEGRクーラ75の上流部から、分岐している。第2EGR通路72はまた、吸気通路31における電動過給機5の下流に接続されている。より詳細に、第2EGR通路72は、吸気通路31におけるインタークーラ43とエンジン2との間の部位に接続されている。 The second EGR passage 72 branches off from the middle of the first EGR passage 71. More specifically, the second EGR passage 72 branches from the first EGR passage 71 upstream of the EGR cooler 75. The second EGR passage 72 is also connected downstream of the electric supercharger 5 in the intake passage 31 . More specifically, the second EGR passage 72 is connected to a portion of the intake passage 31 between the intercooler 43 and the engine 2.

第2EGR通路72には、第2EGR弁74が設けられている。第2EGR弁74は、例えば電磁式の開度調整弁である。第2EGR弁74は、第2EGR通路72を通って吸気通路31に還流されるEGRガスの流量を調整する。 A second EGR valve 74 is provided in the second EGR passage 72 . The second EGR valve 74 is, for example, an electromagnetic opening adjustment valve. The second EGR valve 74 adjusts the flow rate of EGR gas that passes through the second EGR passage 72 and is returned to the intake passage 31.

エンジンシステム1は、冷却水の循環回路8を有している。図1における破線は、循環回路8を構成する冷却水の流路を示している。循環回路8は、ラジエータ81と、ウォーターポンプ82と、エレキサーモスタット弁85とを含んでいる。 The engine system 1 has a cooling water circulation circuit 8. A broken line in FIG. 1 indicates a cooling water flow path that constitutes the circulation circuit 8. Circulation circuit 8 includes a radiator 81, a water pump 82, and an electric thermostatic valve 85.

循環回路8は、メイン流路83を有している。メイン流路83は、エンジン2からラジエータ81、エレキサーモスタット弁85、及び、ウォーターポンプ82を通って、エンジン2に戻る通路である。ウォーターポンプ82は、循環回路8において、冷却水を循環させる。ウォーターポンプ82は、例えばエンジン2によって駆動される。ラジエータ81は、エンジン2において受熱した冷却水を放熱させる。エレキサーモスタット弁85は、メイン流路83を開閉する。エレキサーモスタット弁85は、後述するECU100からの制御信号に基づいて、開弁及び閉弁を電磁的に切り替える。 The circulation circuit 8 has a main flow path 83. The main flow path 83 is a path that returns from the engine 2 to the engine 2 through the radiator 81, the electric thermostatic valve 85, and the water pump 82. The water pump 82 circulates cooling water in the circulation circuit 8 . The water pump 82 is driven by the engine 2, for example. The radiator 81 radiates heat from the cooling water received in the engine 2. The electric thermostatic valve 85 opens and closes the main flow path 83. The electric thermostatic valve 85 electromagnetically switches between opening and closing based on a control signal from the ECU 100, which will be described later.

循環回路8はまた、サブ流路84を有している。サブ流路84は、ラジエータ81及びエレキサーモスタット弁85をバイパスするように設けられている。EGRクーラ75は、サブ流路84に設けられている。サブ流路84を流れる冷却水は、エンジン2からEGRクーラ75及びウォーターポンプ82を通って、エンジン2に戻る。サブ流路84を流れる冷却水は、ラジエータ81を通らない。 The circulation circuit 8 also has a sub-channel 84 . The sub flow path 84 is provided so as to bypass the radiator 81 and the electrothermostat valve 85. The EGR cooler 75 is provided in the sub flow path 84. The cooling water flowing through the sub-flow path 84 returns to the engine 2 from the engine 2 through the EGR cooler 75 and the water pump 82. The cooling water flowing through the sub-channel 84 does not pass through the radiator 81.

図2は、エンジンシステム1の制御構成を例示するブロック図である。エンジンシステム1は、エンジン・コントロール・ユニット(以下、ECUという)100を備えている。ECU100は、CPU101、メモリ102、カウンタタイマ群103、インターフェース104及びこれらのユニットを接続するバス105を有するマイクロプロセッサで構成されている。ECU100は、エンジン2を制御する。ECU100は、制御ユニットの一例である。 FIG. 2 is a block diagram illustrating a control configuration of the engine system 1. As shown in FIG. The engine system 1 includes an engine control unit (hereinafter referred to as ECU) 100. The ECU 100 includes a microprocessor having a CPU 101, a memory 102, a counter timer group 103, an interface 104, and a bus 105 connecting these units. ECU 100 controls engine 2 . ECU 100 is an example of a control unit.

ECU100は、水温センサSW1、過給圧センサSW2、排気温度センサSW3、クランク角センサSW4、アクセル開度センサSW5、車速センサSW6、DPF差圧センサSW7、及び、触媒温度センサSW8からの信号を受ける。 The ECU 100 receives signals from a water temperature sensor SW1, a boost pressure sensor SW2, an exhaust temperature sensor SW3, a crank angle sensor SW4, an accelerator opening sensor SW5, a vehicle speed sensor SW6, a DPF differential pressure sensor SW7, and a catalyst temperature sensor SW8. .

水温センサSW1は、循環回路8に設けられかつ、エンジン2の冷却水の温度に対応する信号を出力する。過給圧センサSW2は、吸気通路31に設けられかつ、過給圧に対応する信号を出力する。排気温度センサSW3は、排気通路32に設けられかつ、排気温度に対応する信号を出力する。クランク角センサSW4は、エンジン2に取り付けられかつ、エンジン2のクランクシャフトの回転角に対応する信号を出力する。アクセル開度センサSW5は、アクセルペダル(図示省略)に連結されかつ、運転者によるアクセルペダルの操作量に対応する信号を出力する。車速センサSW6は、例えば図示省略の車軸に設けられかつ、車両の車速に対応する信号を出力する。DPF差圧センサSW7は、排気浄化装置6に取り付けられかつ、DPFの入口圧と出口圧との圧力差に対応する信号を出力する。触媒温度センサSW8は、排気浄化装置6に取り付けられかつ、DOCの温度に対応する信号を出力する。 The water temperature sensor SW1 is provided in the circulation circuit 8 and outputs a signal corresponding to the temperature of the cooling water of the engine 2. The boost pressure sensor SW2 is provided in the intake passage 31 and outputs a signal corresponding to the boost pressure. The exhaust temperature sensor SW3 is provided in the exhaust passage 32 and outputs a signal corresponding to the exhaust temperature. Crank angle sensor SW4 is attached to engine 2 and outputs a signal corresponding to the rotation angle of the crankshaft of engine 2. The accelerator opening sensor SW5 is connected to an accelerator pedal (not shown) and outputs a signal corresponding to the amount of operation of the accelerator pedal by the driver. Vehicle speed sensor SW6 is provided, for example, on an axle (not shown), and outputs a signal corresponding to the vehicle speed of the vehicle. The DPF differential pressure sensor SW7 is attached to the exhaust purification device 6 and outputs a signal corresponding to the pressure difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the DPF. Catalyst temperature sensor SW8 is attached to exhaust purification device 6 and outputs a signal corresponding to the temperature of DOC.

ECU100は、クランク角センサSW4の信号に基づいてエンジン回転数を算出し、アクセル開度センサSW5の信号に基づいてエンジン負荷を算出する。また、ECU100は、水温センサSW1の信号に基づいて、エンジン2の冷間状態及び温間状態を判断する。ECU100は、アクセル開度センサSW5の信号に基づいて、車両の運転者の加速要求の有無、及び、その加速要求の度合いを判定する。 ECU 100 calculates the engine rotation speed based on the signal from crank angle sensor SW4, and calculates the engine load based on the signal from accelerator opening sensor SW5. Further, the ECU 100 determines whether the engine 2 is in a cold state or a warm state based on a signal from the water temperature sensor SW1. ECU 100 determines whether the driver of the vehicle has requested acceleration and the degree of the acceleration request based on the signal from accelerator opening sensor SW5.

ECU100はまた、DPF差圧センサSW7の信号に基づいて、DPFの再生の要否を判定する。DPFの再生は、DPFに堆積した粒子状物質を燃焼させることである。ECU100は、DPFの再生が必要と判断すれば、DPFの再生制御を行う。 The ECU 100 also determines whether or not DPF regeneration is necessary based on the signal from the DPF differential pressure sensor SW7. Regeneration of the DPF involves burning particulate matter that has accumulated on the DPF. If the ECU 100 determines that DPF regeneration is necessary, it performs DPF regeneration control.

ECU100は、入力された信号に基づいてエンジン2の運転状態を判断し、判断した運転状態に対応するよう、インジェクタ21、電動モータ52、バイパス弁54、ベーンアクチュエータ44、第1EGR弁73、第2EGR弁74、エレキサーモスタット弁85へ制御信号を出力する。尚、ベーンアクチュエータ44は、排気ターボ過給機4の可動ベーンを動かすアクチュエータである。 The ECU 100 determines the operating state of the engine 2 based on the input signal, and controls the injector 21, electric motor 52, bypass valve 54, vane actuator 44, first EGR valve 73, and second EGR valve to correspond to the determined operating state. A control signal is output to the valve 74 and the electric thermostat valve 85. Note that the vane actuator 44 is an actuator that moves a movable vane of the exhaust turbo supercharger 4.

エンジン2の燃焼室内には、エンジン2の運転状態に応じた量の空気及びEGRガスが導入されると共に、燃料が供給される。燃焼室内に供給された燃料は、適切なタイミングで圧縮自己着火により燃焼する。 Air and EGR gas are introduced into the combustion chamber of the engine 2 in an amount depending on the operating state of the engine 2, and fuel is also supplied. The fuel supplied into the combustion chamber is combusted by compression self-ignition at appropriate timing.

ここで、このエンジン2は、熱効率が向上するよう、空気が過剰な状態で燃料を燃焼させる。また、EGRガスを燃焼室に導入することにより、燃焼室内の空気量の調整も行われる。このエンジンシステム1を搭載した車両は、燃費性能が高い。 Here, this engine 2 burns fuel in a state with excess air so that thermal efficiency is improved. Furthermore, by introducing EGR gas into the combustion chamber, the amount of air within the combustion chamber is also adjusted. A vehicle equipped with this engine system 1 has high fuel efficiency.

その一方で、エンジン2の熱効率が高いため、燃焼室から排出される排気の温度は低い。排気の温度が低いと、DOCの活性化には不利になる。従来のエンジンは、排気ターボ過給機のタービンの下流に排気浄化装置を設けることが一般的である。この従来構成はタービンの熱容量が大きいため、排気の温度が低いと、排気浄化装置の温度が、より一層上がりにくいという問題がある。 On the other hand, since the thermal efficiency of the engine 2 is high, the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber is low. If the temperature of the exhaust gas is low, it is disadvantageous for activation of DOC. Conventional engines are generally provided with an exhaust purification device downstream of the turbine of the exhaust turbocharger. In this conventional configuration, since the heat capacity of the turbine is large, there is a problem in that when the temperature of the exhaust gas is low, the temperature of the exhaust gas purification device is even more difficult to rise.

これに対し、このエンジンシステム1は、排気浄化装置6を、排気ターボ過給機4のタービン42の上流に設けている。エンジン2と排気浄化装置6との間にタービンが存在しないため、排気浄化装置6は、排気によって温度が上がりやすくかつ、エンジン2の運転中は、高温に保たれる。このエンジンシステム1は、排気の温度が低くても、エンジン2の運転中にDOCの活性状態が維持できるから、排出ガス性能が向上する。 On the other hand, in this engine system 1, the exhaust purification device 6 is provided upstream of the turbine 42 of the exhaust turbo supercharger 4. Since there is no turbine between the engine 2 and the exhaust gas purification device 6, the temperature of the exhaust gas purification device 6 tends to rise due to exhaust gas, and the temperature of the exhaust gas purification device 6 is maintained at a high temperature while the engine 2 is operating. In this engine system 1, the DOC can be maintained in an active state during operation of the engine 2 even if the temperature of the exhaust gas is low, so that the exhaust gas performance is improved.

(ECUによる電動過給機の制御)
次に、ECU100によるエンジン2の制御について説明をする。図3は、エンジン2の運転領域を例示している。運転領域は、エンジン回転数と、トルク(つまり、エンジン負荷)とによって規定される。
(Control of electric supercharger by ECU)
Next, control of the engine 2 by the ECU 100 will be explained. FIG. 3 illustrates the operating range of the engine 2. The operating range is defined by engine speed and torque (that is, engine load).

図3は、電動過給機5の運転に関するマップ301である。ECU100は、エンジン2の全運転領域のうち、第2領域において、電動過給機5を駆動し、第2領域以外の第1領域において、電動過給機5を駆動しない。 FIG. 3 is a map 301 regarding the operation of the electric supercharger 5. ECU 100 drives electric supercharger 5 in a second region among all operating regions of engine 2, and does not drive electric supercharger 5 in a first region other than the second region.

第2領域は、低回転領域における高負荷領域に相当する。ここで、低回転領域は、エンジン2の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と高回転領域とに二等分した場合の、低回転領域に相当する。または、低回転領域は、エンジン2の全運転領域を、回転数方向に低回転領域と中回転領域と高回転領域とに三等分した場合の、低回転領域に相当する。高負荷領域は、エンジン2の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と高負荷領域とに二等分した場合の、高負荷領域に相当する。または、高負荷領域は、エンジン2の全運転領域を、負荷方向に低負荷領域と中負荷領域と高負荷領域とに三等分した場合の、高負荷領域に相当する。 The second region corresponds to a high load region in a low rotation region. Here, the low rotation region corresponds to a low rotation region when the entire operating region of the engine 2 is divided into two in the rotation speed direction into a low rotation region and a high rotation region. Alternatively, the low rotation region corresponds to a low rotation region when the entire operating region of the engine 2 is divided into three equal parts in the rotation speed direction into a low rotation region, a medium rotation region, and a high rotation region. The high load region corresponds to a high load region when the entire operating region of the engine 2 is divided into two in the load direction into a low load region and a high load region. Alternatively, the high load region corresponds to a high load region when the entire operating region of the engine 2 is divided into three equal parts in the load direction into a low load region, a medium load region, and a high load region.

第2領域において電動過給機5が駆動している場合、ECU100は、バイパス弁54を閉弁する。吸気は、電動過給機5のコンプレッサホイール51を通過してエンジン2へ流れる。電動過給機5の運転中、コンプレッサホイール51は、吸気を過給する。 When the electric supercharger 5 is operating in the second region, the ECU 100 closes the bypass valve 54. Intake air passes through the compressor wheel 51 of the electric supercharger 5 and flows to the engine 2. While the electric supercharger 5 is operating, the compressor wheel 51 supercharges intake air.

第1領域において電動過給機5が停止している場合、ECU100は、バイパス弁54を開弁する。吸気は、電動過給機5のコンプレッサホイール51を通過せずに、エンジン2へ流れる。電動過給機5の停止中に、エンジン2のポンプ損失の増大が抑制される。 When electric supercharger 5 is stopped in the first region, ECU 100 opens bypass valve 54 . Intake air flows to the engine 2 without passing through the compressor wheel 51 of the electric supercharger 5. While the electric supercharger 5 is stopped, an increase in pump loss of the engine 2 is suppressed.

前述したように、電動過給機5のコンプレッサホイール51は、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41よりも容量が小さい。電動過給機5は、エンジン2の低回転領域において、効率が高い。電動過給機5は、第2領域において、吸気を効率的に過給できる。 As described above, the compressor wheel 51 of the electric supercharger 5 has a smaller capacity than the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4. The electric supercharger 5 has high efficiency in the low rotation range of the engine 2. The electric supercharger 5 can efficiently supercharge intake air in the second region.

排気ターボ過給機4のコンプレッサ41は、容量が大きいため、エンジン2の運転状態が第2領域にある場合は、実質的に吸気を過給しない。コンプレッサ41は、エンジン2の回転数が高い場合に吸気を過給する。コンプレッサ41は、エンジン2の運転状態が第1領域にある場合に駆動し、吸気を過給する。尚、第1領域と第2領域との境界付近においては、コンプレッサ41が吸気を昇圧しかつ、電動過給機5が吸気をさらに昇圧する場合がある。 Since the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4 has a large capacity, it does not substantially supercharge intake air when the operating state of the engine 2 is in the second region. The compressor 41 supercharges intake air when the rotational speed of the engine 2 is high. The compressor 41 is driven when the operating state of the engine 2 is in the first region, and supercharges intake air. Note that near the boundary between the first region and the second region, the compressor 41 may increase the pressure of the intake air, and the electric supercharger 5 may further increase the pressure of the intake air.

次に、電動過給機5を駆動させる車両の運転シーンについて説明する。図3の実線の矢印及び破線の矢印は、運転者がアクセルペダルを踏み込んで車両の加速を要求した場合の、エンジン2の運転状態の変化を例示している。ECU100は、アクセル開度センサSW5の信号に基づいて、図3に白丸で示す運転状態から、エンジン2の負荷を高める。これにより、エンジン2の運転状態は第1領域から第2領域へと移行する。ECU10は、電動過給機5を運転する。その後、ECU100は、エンジン2の回転数を高める。エンジン2の運転状態が第2領域から第1領域へと移行すると、ECU100は、電動過給機5の運転を終了する。 Next, a driving scene of a vehicle in which the electric supercharger 5 is driven will be described. The solid line arrow and the broken line arrow in FIG. 3 illustrate changes in the operating state of the engine 2 when the driver depresses the accelerator pedal to request acceleration of the vehicle. The ECU 100 increases the load on the engine 2 from the operating state indicated by the white circle in FIG. 3 based on the signal from the accelerator opening sensor SW5. As a result, the operating state of the engine 2 shifts from the first region to the second region. ECU 10 operates electric supercharger 5. After that, ECU 100 increases the rotation speed of engine 2. When the operating state of the engine 2 shifts from the second region to the first region, the ECU 100 ends the operation of the electric supercharger 5.

前述したように、このエンジンシステム1は、排気浄化装置6を、排気ターボ過給機4のタービン42よりも上流に設けている。運転者が車両の加速を要求した場合に、タービン42よりも上流の容積が大きいため、排気ターボ過給機4は過給レスポンスが低い。 As described above, in this engine system 1, the exhaust purification device 6 is provided upstream of the turbine 42 of the exhaust turbocharger 4. When the driver requests acceleration of the vehicle, the exhaust turbo supercharger 4 has a low supercharging response because the volume upstream of the turbine 42 is larger.

しかしながら、エンジンシステム1は、電動過給機5を備えており、車両の加速が要求された場合に、ECU100は、電動過給機5を駆動できる。その結果、エンジン2の過給レスポンスが向上する。 However, the engine system 1 includes an electric supercharger 5, and the ECU 100 can drive the electric supercharger 5 when acceleration of the vehicle is requested. As a result, the supercharging response of the engine 2 is improved.

従って、このエンジンシステム1は、排気浄化装置6をタービン42よりも上流に配置することによる排気の浄化性能の向上と、電動過給機5が加速要求時に駆動をすることによる過給レスポンスの向上と、の両方が実現する。 Therefore, this engine system 1 improves the exhaust purification performance by arranging the exhaust purification device 6 upstream of the turbine 42, and improves the supercharging response by driving the electric supercharger 5 when acceleration is requested. Both are realized.

電動過給機5は、エンジン2の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両が加速過渡にある時、及び、エンジン2が低回転領域内において高負荷運転をしている時、の両方において駆動する。 The electric supercharger 5 operates when the operating state of the engine 2 is in a low rotation region and the vehicle is in an acceleration transition, and when the engine 2 is operating under high load in the low rotation region. Drive in both.

これにより、電動過給機5は、前述したように、車両の加速過渡時における過給レスポンスを向上することができる。電動過給機5はまた、エンジン2が低回転高負荷運転をしているときに、吸気を十分に過給できるから、空気及びEGRガスが燃焼室内に十分に導入される。これは、エンジン2のトルク向上、及び、排出ガス性能の向上に有利である。 Thereby, the electric supercharger 5 can improve the supercharging response during the acceleration transition of the vehicle, as described above. The electric supercharger 5 can also sufficiently supercharge intake air when the engine 2 is operating at low rotation speeds and high loads, so that sufficient air and EGR gas are introduced into the combustion chamber. This is advantageous for improving the torque of the engine 2 and improving the exhaust gas performance.

尚、電動過給機5は、エンジン2の運転状態が低回転領域内にある場合でかつ、車両が加速過渡にある時、又は、エンジン2が低回転領域内において高負荷運転をしている時、のいずれか一方において駆動してもよい。 The electric supercharger 5 is used when the operating state of the engine 2 is within a low rotation range and the vehicle is in an acceleration transition, or when the engine 2 is operating under high load within the low rotation range. It may be driven at either time.

(ECUによるEGRシステムの制御)
ECU100は、エンジン2の全運転領域において、EGRガスを吸気通路31に還流させる。つまり、ECU100は、第1EGR弁73、及び/又は、第2EGR弁74を開弁する。エンジン2が全負荷(つまり、フルスロットル)で運転している場合に、EGRガスを吸気通路31に還流することにより、燃焼室内の酸素濃度が低下して、燃焼温度が下がる。燃焼温度が下がると、NOxの生成を抑制できる。電動過給機5は、エンジン2が低回転かつ全負荷で運転している場合、つまり、エンジン2が第2領域で運転している場合に、大量の空気と大量のEGRガスとを、燃焼室内に導入することを可能にする。電動過給機5は、エンジン2の排出ガス性能を向上させる。
(Control of EGR system by ECU)
ECU 100 recirculates EGR gas to intake passage 31 in all operating ranges of engine 2. That is, the ECU 100 opens the first EGR valve 73 and/or the second EGR valve 74. When the engine 2 is operating at full load (that is, full throttle), by circulating the EGR gas into the intake passage 31, the oxygen concentration in the combustion chamber decreases, and the combustion temperature decreases. When the combustion temperature is lowered, the generation of NOx can be suppressed. The electric supercharger 5 burns a large amount of air and a large amount of EGR gas when the engine 2 is operating at low rotation and full load, that is, when the engine 2 is operating in the second region. This makes it possible to introduce it indoors. The electric supercharger 5 improves the exhaust gas performance of the engine 2.

電動過給機5が駆動している場合、吸気通路31において、電動過給機5の上流は圧力が低く、電動過給機5の下流は圧力が高い。電動過給機5は、前述したようにエンジン2の低回転領域において駆動するため、電動過給機5が駆動している場合、エンジン2の排気側の圧力は比較的低い。そのため、第2EGR通路72を通じてEGRガスを吸気通路31に還流させようとしても、吸気通路31側の圧力が排気通路32側の圧力よりも高くなるから、EGRガスを吸気通路31に還流させることができない。 When the electric supercharger 5 is driving, in the intake passage 31, the pressure is low upstream of the electric supercharger 5, and the pressure downstream of the electric supercharger 5 is high. As described above, the electric supercharger 5 is driven in the low rotation range of the engine 2, so when the electric supercharger 5 is driven, the pressure on the exhaust side of the engine 2 is relatively low. Therefore, even if an attempt is made to recirculate the EGR gas to the intake passage 31 through the second EGR passage 72, the pressure on the intake passage 31 side becomes higher than the pressure on the exhaust passage 32 side, so it is impossible to recirculate the EGR gas to the intake passage 31. Can not.

これに対し、エンジンシステム1は、第1EGR通路71を有している。第1EGR通路71は、吸気通路31において、コンプレッサ41と電動過給機5との間の部位に接続されている。このため、電動過給機5が駆動している場合でも、EGRシステム7は、第1EGR通路71を介して、吸気通路31にEGRガスを還流させることができる。ECU100は、図3に示すように、エンジン2の運転状態が第2領域にある場合、換言すると、電動過給機5を運転している場合に、第1EGR弁73を開弁し、第2EGR弁74を閉弁する。エンジン2の運転状態に応じた量のEGRガスが、吸気通路31へ還流する。 In contrast, the engine system 1 has a first EGR passage 71. The first EGR passage 71 is connected to a portion of the intake passage 31 between the compressor 41 and the electric supercharger 5 . Therefore, even when the electric supercharger 5 is driving, the EGR system 7 can recirculate EGR gas to the intake passage 31 via the first EGR passage 71. As shown in FIG. 3, when the operating state of the engine 2 is in the second region, in other words, when the electric supercharger 5 is operating, the ECU 100 opens the first EGR valve 73 and opens the second EGR valve 73. Valve 74 is closed. EGR gas in an amount depending on the operating state of the engine 2 is returned to the intake passage 31.

ここで、図4は、電動過給機5のコンプレッサホイール51の特性を示す性能曲線401を例示している。図4の横軸は、コンプレッサホイール51を通過するガスの流量であり、縦軸は、コンプレッサホイール51の上流圧力と下流圧力との圧力比である。性能曲線401は、コンプレッサホイール51の効率の等高線を示している。 Here, FIG. 4 illustrates a performance curve 401 showing the characteristics of the compressor wheel 51 of the electric supercharger 5. The horizontal axis in FIG. 4 is the flow rate of gas passing through the compressor wheel 51, and the vertical axis is the pressure ratio between the upstream pressure and the downstream pressure of the compressor wheel 51. Performance curve 401 shows the efficiency contours of compressor wheel 51.

前述したように、第1EGR通路71を介してEGRガスを吸気通路31に還流させると、電動過給機5のコンプレッサホイール51に流入するガスの量は、空気とEGRガスとを足し合わせた量になる。ここで、図4の黒丸は、電動過給機5の上流にEGRガスを還流しない場合のコンプレッサホイール51の動作点を例示している。この場合、コンプレッサホイール51には、空気のみが流入する。電動過給機5は、エンジン2の低回転領域で運転するため、コンプレッサホイール51を通過する吸気の流量は少ない。この場合、コンプレッサホイール51の効率は低い。これに対し、図4の白丸は、電動過給機5の上流にEGRガスを還流した場合のコンプレッサホイール51の動作点を例示している。コンプレッサホイール51には、空気及びEGRガスが流入する。つまり、コンプレッサホイール51の通過流量には、EGRガスがプラスされる。コンプレッサホイール51を通過する流量が多くなるため、コンプレッサホイール51の効率は高まる。 As mentioned above, when EGR gas is recirculated to the intake passage 31 via the first EGR passage 71, the amount of gas flowing into the compressor wheel 51 of the electric supercharger 5 is equal to the sum of air and EGR gas. become. Here, the black circles in FIG. 4 illustrate operating points of the compressor wheel 51 when EGR gas is not recirculated upstream of the electric supercharger 5. In this case, only air flows into the compressor wheel 51. Since the electric supercharger 5 operates in a low rotation range of the engine 2, the flow rate of intake air passing through the compressor wheel 51 is small. In this case, the efficiency of the compressor wheel 51 is low. On the other hand, the white circles in FIG. 4 illustrate the operating points of the compressor wheel 51 when EGR gas is recirculated upstream of the electric supercharger 5. Air and EGR gas flow into the compressor wheel 51 . That is, the EGR gas is added to the flow rate passing through the compressor wheel 51. Since more flow passes through the compressor wheel 51, the efficiency of the compressor wheel 51 increases.

従って、電動過給機5を駆動する第2領域において、第1EGR通路71を通じて電動過給機5の上流に、EGRガスを還流させることによって、電動過給機5の効率を高めることができる。 Therefore, in the second region in which the electric supercharger 5 is driven, the efficiency of the electric supercharger 5 can be improved by circulating the EGR gas upstream of the electric supercharger 5 through the first EGR passage 71.

また、第1EGR通路71には、EGRクーラ75が介設している。EGRクーラ75は、EGRガスを冷却する。エンジン2の負荷が高い場合に、EGRシステム7は、冷却したEGRガスを吸気通路31に還流できる。EGRガスが導入される燃焼室内の温度が、過剰に高くなることが抑制される。エンジン2において異常燃焼の発生が抑制される。 Further, an EGR cooler 75 is interposed in the first EGR passage 71. EGR cooler 75 cools EGR gas. When the load on the engine 2 is high, the EGR system 7 can recirculate the cooled EGR gas to the intake passage 31. The temperature inside the combustion chamber into which EGR gas is introduced is suppressed from becoming excessively high. The occurrence of abnormal combustion in the engine 2 is suppressed.

電動過給機5が駆動していない場合、つまり、エンジン2の運転状態が第1領域内にある場合、ECU100は、第2EGR弁74を開弁する。エンジン2の回転数が高くなれば排気の流量が増大するため、エンジン2の排気側の圧力が吸気側の圧力よりも高くなる。第2EGR通路72を通じて、EGRガスが吸気通路31に還流する。 When the electric supercharger 5 is not being driven, that is, when the operating state of the engine 2 is within the first range, the ECU 100 opens the second EGR valve 74. As the rotational speed of the engine 2 increases, the flow rate of exhaust gas increases, so that the pressure on the exhaust side of the engine 2 becomes higher than the pressure on the intake side. EGR gas is returned to the intake passage 31 through the second EGR passage 72 .

ここで、第2EGR通路72は、EGRクーラ75をバイパスしている。また、第2EGR通路72は、吸気通路31において、インタークーラ43とエンジン2との間の部位に接続されているため、EGRガスはインタークーラ43によって冷却されない。さらに、第2EGR通路72を通じてEGRガスを還流する場合は、第1EGR通路71を通じてEGRガスを還流する場合と比べて、短い通路長でEGRガスを還流できる。加えて、EGRシステム7は、EGRガスを、タービン42よりも上流から抽出している。これらの要因により、EGRシステム7は、第2EGR通路72を通じて、比較的温度の高いEGRガスを、エンジン2に導入できる。 Here, the second EGR passage 72 bypasses the EGR cooler 75. Furthermore, since the second EGR passage 72 is connected to a portion of the intake passage 31 between the intercooler 43 and the engine 2, the EGR gas is not cooled by the intercooler 43. Furthermore, when the EGR gas is recirculated through the second EGR passage 72, the EGR gas can be recirculated with a shorter passage length than when the EGR gas is recirculated through the first EGR passage 71. In addition, the EGR system 7 extracts EGR gas from upstream of the turbine 42. Due to these factors, the EGR system 7 can introduce relatively high temperature EGR gas into the engine 2 through the second EGR passage 72.

エンジン2の負荷が低い場合は、燃焼室内の温度が低くなりがちで、燃料の着火性が低下しやすい。エンジン2が第1領域において低負荷又は軽負荷で運転している場合に、EGRシステム7が、第2EGR通路72を介して、温度の高いEGRガスを吸気通路31に還流することにより、燃焼室内の温度を高めて、燃料の着火性を向上できる。このことは、エンジン2の燃焼安定性を高める。 When the load on the engine 2 is low, the temperature inside the combustion chamber tends to be low, and the ignitability of the fuel tends to decrease. When the engine 2 is operating at low load or light load in the first region, the EGR system 7 recirculates high-temperature EGR gas to the intake passage 31 via the second EGR passage 72. The ignitability of the fuel can be improved by increasing the temperature of the fuel. This increases the combustion stability of the engine 2.

また、図3にハッチングを付して示すように、第1領域においてエンジン2が高回転かつ全負荷で運転している場合に、EGRシステム7が、第2EGR通路72を介してEGRガスを吸気通路31に還流すると、エンジン2のポンプ損失が低減する。図5は、エンジン2のp-v線図501を例示している。EGRシステム7は、排気通路32を流れる排気の一部をEGRガスとして抽出するため、エンジン2の排気圧が低下する。また、EGRシステム7は、EGRガスを吸気通路31に導入するため、エンジン2の吸気圧が上昇する。エンジン2の排気圧が低下しかつ吸気圧が上昇することで、排気圧と吸気圧との差圧が小さくなるため、エンジン2のポンプ損失が低減する。 Further, as shown with hatching in FIG. 3, when the engine 2 is operating at high rotation and full load in the first region, the EGR system 7 intakes EGR gas through the second EGR passage 72. When it flows back into the passage 31, the pumping loss of the engine 2 is reduced. FIG. 5 illustrates a pv diagram 501 of the engine 2. Since the EGR system 7 extracts a portion of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 32 as EGR gas, the exhaust pressure of the engine 2 decreases. Further, since the EGR system 7 introduces EGR gas into the intake passage 31, the intake pressure of the engine 2 increases. As the exhaust pressure of the engine 2 decreases and the intake pressure increases, the differential pressure between the exhaust pressure and the intake pressure becomes smaller, and thus the pumping loss of the engine 2 is reduced.

また、エンジン2が高回転全負荷領域内において運転している場合、コンプレッサ41を通過する空気の流量は多い。コンプレッサ41を通過する空気の流量が多い状態で、仮にEGRガスを吸気通路31におけるコンプレッサ41の上流に導入しようとしても、コンプレッサ41の通過が増えすぎてコンプレッサ41の効率低下を招く。これに対し、前記のエンジンシステム1は、第2EGR通路72を通じて、吸気通路31におけるコンプレッサ41の下流にEGRガスを導入する。これにより、エンジンシステム1は、コンプレッサ41の効率が低下しないという利点も得られる。 Furthermore, when the engine 2 is operating in a high rotation and full load range, the flow rate of air passing through the compressor 41 is large. Even if EGR gas is introduced upstream of the compressor 41 in the intake passage 31 in a state where the flow rate of air passing through the compressor 41 is large, the amount of air passing through the compressor 41 increases too much, resulting in a decrease in the efficiency of the compressor 41. On the other hand, the engine system 1 described above introduces EGR gas downstream of the compressor 41 in the intake passage 31 through the second EGR passage 72 . Thereby, the engine system 1 also has the advantage that the efficiency of the compressor 41 does not decrease.

従来のエンジンシステムは、高圧EGR通路と低圧EGR通路との二つの経路を有していた。これに対し、このエンジンシステム1のEGR通路は、第1EGR通路71と、第1EGR通路71から分岐した第2EGR通路72とによって構成されている。EGRシステム7は、一つの経路によって構成されている。この構成は、エンジンシステム1の構成が簡略化するという利点がある。 Conventional engine systems had two paths: a high pressure EGR path and a low pressure EGR path. On the other hand, the EGR passage of this engine system 1 includes a first EGR passage 71 and a second EGR passage 72 branched from the first EGR passage 71. The EGR system 7 is configured by one path. This configuration has the advantage that the configuration of the engine system 1 is simplified.

また、第1EGR通路71は、排気通路32における排気浄化装置6の下流に接続されている。EGRシステム7は、排気浄化装置6が浄化したクリーンな排気を、EGRガスとして吸気通路31に還流できる。吸気系の構成部材が、例えば粒子状物質に汚染されることが抑制される。 Further, the first EGR passage 71 is connected downstream of the exhaust purification device 6 in the exhaust passage 32. The EGR system 7 can recirculate the clean exhaust gas purified by the exhaust purification device 6 to the intake passage 31 as EGR gas. Contamination of the constituent members of the intake system with, for example, particulate matter is suppressed.

(ECUによる加速要求時の制御)
次に、運転者が加速要求を行った場合の、ECU100によるエンジン2の制御を説明する。図6は、ECU100が実行するエンジン2の制御手順を示すフローチャートである。
(Control at the time of acceleration request by ECU)
Next, the control of the engine 2 by the ECU 100 when the driver requests acceleration will be explained. FIG. 6 is a flowchart showing a control procedure for the engine 2 executed by the ECU 100.

前述したように、運転者が加速要求を行った場合、ECU100は、電動過給機5を駆動する。これにより、エンジン2の過給レスポンスが向上する。運転者の加速要求が高い場合、電動過給機5のみでは、要求過給圧を達成できない場合がある。このエンジンシステム1は、電動過給機5のみでは要求過給圧を達成できない場合、排気ターボ過給機4を駆動させる。 As described above, when the driver requests acceleration, the ECU 100 drives the electric supercharger 5. This improves the supercharging response of the engine 2. When the driver's acceleration request is high, the electric supercharger 5 alone may not be able to achieve the required supercharging pressure. This engine system 1 drives the exhaust turbo supercharger 4 when the required supercharging pressure cannot be achieved with the electric supercharger 5 alone.

排気ターボ過給機4を駆動させる場合に、エンジンシステム1は、排気浄化装置6を利用して排気ターボ過給機4の駆動を促進させる。具体的には、インジェクタ21に、エンジン2への主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を実行させる。尚、インジェクタ21は、圧縮上死点付近において主噴射を行う。排気行程中の燃料噴射は、主噴射の後に行う噴射であるため、以下においては、ポスト噴射と呼ぶ場合がある。 When driving the exhaust turbo supercharger 4, the engine system 1 utilizes the exhaust purification device 6 to promote the drive of the exhaust turbo supercharger 4. Specifically, the injector 21 is caused to perform fuel injection during the exhaust stroke after main injection to the engine 2 . Note that the injector 21 performs main injection near the compression top dead center. Since fuel injection during the exhaust stroke is an injection performed after main injection, it may be referred to as post injection hereinafter.

排気行程中に噴射された燃料は、未燃焼、又は、ほぼ未燃焼のままで排気浄化装置6に供給される。排気浄化装置6のDOCにおいて燃料が反応し、反応熱が発生する。その反応熱によって、排気浄化装置6の下流のタービン42へ供給される排気エネルギが増加する。その結果、排気ターボ過給機4の駆動が促進され、過給圧が速やかに高まる。 The fuel injected during the exhaust stroke is supplied to the exhaust purification device 6 in an unburned or almost unburned state. The fuel reacts in the DOC of the exhaust purification device 6, and reaction heat is generated. The heat of reaction increases the exhaust energy supplied to the turbine 42 downstream of the exhaust gas purification device 6. As a result, the drive of the exhaust turbo supercharger 4 is promoted, and the supercharging pressure increases quickly.

図6のフローチャートにおいて、ECU100は、先ず、ステップS61において、各種センサの信号を読み込み、続くステップS62において、ECU100は、アクセル開度増加率が、予め定めた第1閾値を超えるか否かを判定する。アクセル開度増加率は、アクセル開度センサSW5の信号に基づき検出される。アクセル開度増加率は、運転者のアクセルペダル操作の踏み込み速度に相当する。踏み込み速度が速いとアクセル開度増加率は高く、踏み込み速度が遅いとアクセル開度増加率は低い。 In the flowchart of FIG. 6, the ECU 100 first reads signals from various sensors in step S61, and in the subsequent step S62, the ECU 100 determines whether the accelerator opening increase rate exceeds a predetermined first threshold value. do. The accelerator opening increase rate is detected based on the signal from the accelerator opening sensor SW5. The rate of increase in accelerator opening corresponds to the speed at which the driver presses the accelerator pedal. When the depression speed is high, the accelerator opening increase rate is high, and when the depression speed is slow, the accelerator opening increase rate is low.

図7は、アクセル開度増加率と、過給手段の選択モードとの関係701を例示する図である。当該関係701において、アクセル開度増加率が第1閾値以下の場合、ECU100は、電動過給機5をOFFにする。つまり、電動過給機5を駆動しない。運転者の要求する加速が緩加速であるため、電動過給機5を用いた過給は行わない。尚、エンジン2の運転状態によっては、排気ターボ過給機4が吸気の過給を行う。 FIG. 7 is a diagram illustrating a relationship 701 between the accelerator opening increase rate and the selection mode of the supercharging means. In the relationship 701, if the accelerator opening increase rate is less than or equal to the first threshold value, the ECU 100 turns off the electric supercharger 5. In other words, the electric supercharger 5 is not driven. Since the acceleration requested by the driver is slow acceleration, supercharging using the electric supercharger 5 is not performed. Note that depending on the operating state of the engine 2, the exhaust turbo supercharger 4 supercharges intake air.

関係701において、アクセル開度増加率が第1閾値を超える場合、ECU100は、電動過給機5を駆動する。 In relationship 701, when the accelerator opening increase rate exceeds the first threshold, ECU 100 drives electric supercharger 5.

関係701において、アクセル開度増加率が第2閾値を超える場合、ECU100は、電動過給機5を駆動すると共に、前述した、排気行程中の燃料噴射、つまり、ポスト噴射を実行する。尚、第2閾値は、第1閾値よりも大きい。 In relationship 701, when the accelerator opening increase rate exceeds the second threshold, ECU 100 drives electric supercharger 5 and executes the above-described fuel injection during the exhaust stroke, that is, post injection. Note that the second threshold is larger than the first threshold.

図6のフローチャートに戻り、ステップS62の判定がYESの場合、プロセスはステップS63に進む。ステップS62の判定がNOの場合、プロセスはリターンする。この場合、ECU100は、ステップS63~S66における加速制御を行わずに、通常のエンジン制御を実行する。 Returning to the flowchart of FIG. 6, if the determination in step S62 is YES, the process proceeds to step S63. If the determination in step S62 is NO, the process returns. In this case, ECU 100 performs normal engine control without performing acceleration control in steps S63 to S66.

ステップS63においてECU100は、電動過給機5を駆動する。電動過給機5は、吸気を速やかに過給し、エンジン2の過給レスポンスが向上する。 In step S63, ECU 100 drives electric supercharger 5. The electric supercharger 5 quickly supercharges intake air, improving the supercharging response of the engine 2.

続くステップS64においてECU100は、アクセル開度増加率が、予め定めた第2閾値を超えるか否かを判定する。ステップS62の判定がYESの場合、プロセスはステップS65に進む。ステップS62の判定がNOの場合、プロセスはリターンする。この場合、ECU100は、運転者のアクセルペダル操作に応じて、電動過給機5の駆動を継続する、又は、通常のエンジン制御へ移行する。 In subsequent step S64, the ECU 100 determines whether the accelerator opening increase rate exceeds a predetermined second threshold. If the determination in step S62 is YES, the process proceeds to step S65. If the determination in step S62 is NO, the process returns. In this case, the ECU 100 continues to drive the electric supercharger 5 or shifts to normal engine control depending on the driver's accelerator pedal operation.

ステップS65においてECU100は、排気行程中の燃料噴射が可能か否かを判断する。具体的にECU100は、(1)DOCの温度が制約温度を超えるか否か、(2)タービン42の温度が制約温度を超えるか否か、を判断する。 In step S65, the ECU 100 determines whether fuel injection during the exhaust stroke is possible. Specifically, the ECU 100 determines (1) whether the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature, and (2) whether the temperature of the turbine 42 exceeds the constraint temperature.

ECU100は、例えば触媒温度センサSW8の信号に基づいて、DOCの温度を判断できる。制約温度は、DOCの信頼性を考慮して予め定めておけばよい。 The ECU 100 can determine the temperature of the DOC based on the signal from the catalyst temperature sensor SW8, for example. The constraint temperature may be determined in advance in consideration of the reliability of the DOC.

ECU100はまた、例えば排気温度センサSW3の信号と、予め定めた排気通路32の温度予測モデルとに基づきタービン42の温度を推定してもよい。制約温度は、タービン42の信頼性を考慮して予め定めておけばよい。 The ECU 100 may also estimate the temperature of the turbine 42 based on, for example, a signal from the exhaust temperature sensor SW3 and a predetermined temperature prediction model for the exhaust passage 32. The constraint temperature may be determined in advance in consideration of the reliability of the turbine 42.

例えばECU100のメモリ102は、これらの制約温度の情報及び温度予測モデルを記憶している。 For example, the memory 102 of the ECU 100 stores information on these temperature constraints and a temperature prediction model.

ステップS65の判定がYESの場合、プロセスはステップS66に進む。ステップS65の判定がNOの場合、プロセスはステップS63に戻る。ポスト噴射を行わないことによって、DOC及び/又はタービン42の信頼性が確保される。 If the determination in step S65 is YES, the process proceeds to step S66. If the determination in step S65 is NO, the process returns to step S63. By not performing post-injection, reliability of the DOC and/or turbine 42 is ensured.

ステップS66においてECU100は、インジェクタ21に、排気行程中のポスト噴射を実行させる。前述したように、排気浄化装置6のDOCにおいて燃料が反応し、反応熱が発生する。その反応熱によって、タービン42へ供給される排気エネルギが増加する。その結果、排気ターボ過給機4の駆動が促進される。エンジンシステム1は、排気ターボ過給機4のコンプレッサ41と、電動過給機5との両方により、吸気を過給するから、要求される過給圧に速やかに到達できる。 In step S66, the ECU 100 causes the injector 21 to perform post injection during the exhaust stroke. As described above, the fuel reacts in the DOC of the exhaust gas purification device 6, and reaction heat is generated. The heat of reaction increases the exhaust energy supplied to the turbine 42. As a result, the drive of the exhaust turbo supercharger 4 is promoted. Since the engine system 1 supercharges intake air using both the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4 and the electric supercharger 5, the required supercharging pressure can be quickly reached.

このように、エンジンシステム1は、直列に配置された排気ターボ過給機4のコンプレッサ41と、電動過給機5を用いて、過給レスポンスの向上と、エンジン2の要求トルクの達成とを実現できる。 In this way, the engine system 1 uses the compressor 41 of the exhaust turbo supercharger 4 and the electric supercharger 5 arranged in series to improve the supercharging response and achieve the required torque of the engine 2. realizable.

(加速制御の第1変形例)
図8は、ECU100が実行するエンジン2の制御手順の変形例を示すフローチャートである。このフローチャートのステップS81~S84は、図6のフローチャートのステップS61~S64に対応する。
(First modification of acceleration control)
FIG. 8 is a flowchart showing a modification of the control procedure for the engine 2 executed by the ECU 100. Steps S81 to S84 in this flowchart correspond to steps S61 to S64 in the flowchart of FIG.

ステップS84においてECU100が、アクセル開度増加率が、予め定めた第2閾値を超えると判定した後、プロセスは、ステップS85に進む。ステップS85において、ECU100は、インジェクタ21に、排気行程中のポスト噴射を実行させる。前述したように、排気浄化装置6のDOCにおいて発生した反応熱によって、タービン42へ供給される排気エネルギが増加する。 After the ECU 100 determines in step S84 that the rate of increase in accelerator opening exceeds the predetermined second threshold, the process proceeds to step S85. In step S85, the ECU 100 causes the injector 21 to perform post injection during the exhaust stroke. As described above, the reaction heat generated in the DOC of the exhaust gas purification device 6 increases the exhaust energy supplied to the turbine 42.

続くステップS86においてECU100は、DOCの温度が制約温度を超えるか否かを判断する。この判断は、ステップS65における判断と同じである。DOCの温度が制約温度を超える場合、プロセスは、ステップS87に進み、DOCの温度が制約温度を超えない場合、プロセスは、ステップS88に進む。尚、ステップS86においてECU100は、タービン42の温度が制約温度を超えるか否か、を判断してもよいし、触媒温度とタービン温度との両方を判断してもよい。 In subsequent step S86, the ECU 100 determines whether the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature. This determination is the same as the determination in step S65. If the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature, the process proceeds to step S87; if the temperature of the DOC does not exceed the constraint temperature, the process proceeds to step S88. Note that in step S86, the ECU 100 may determine whether the temperature of the turbine 42 exceeds the constraint temperature, or may determine both the catalyst temperature and the turbine temperature.

ステップS87においてECU100は、第1EGR弁73を開弁する。これにより、EGRガスがEGRクーラ75によって冷却され、低温のEGRガスが吸気通路31に還流する。EGRガスが導入される燃焼室内の温度が低下する。また、EGRガスの還流によって燃焼室内の酸素濃度が低下し、燃焼温度が下がる。 In step S87, the ECU 100 opens the first EGR valve 73. As a result, the EGR gas is cooled by the EGR cooler 75, and the low-temperature EGR gas flows back into the intake passage 31. The temperature inside the combustion chamber into which EGR gas is introduced decreases. Furthermore, the reflux of the EGR gas reduces the oxygen concentration within the combustion chamber and lowers the combustion temperature.

その結果、エンジン2から排出される排気の温度が低下する。DOCの温度が制約温度を超えることが抑制される。エンジンシステム1は、DOCの信頼性を確保しつつ、排気エネルギを増加させて、過給レスポンスを向上できる。 As a result, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 2 decreases. The temperature of the DOC is suppressed from exceeding the constraint temperature. The engine system 1 can increase exhaust energy and improve supercharging response while ensuring reliability of DOC.

ステップS88においてECU100は、第1EGR弁73を閉弁する。これにより、第2EGR通路72を通じて、EGRガスが吸気通路31に還流する。EGRガスの温度が高いため、燃焼温度も高まる。 In step S88, the ECU 100 closes the first EGR valve 73. As a result, EGR gas flows back into the intake passage 31 through the second EGR passage 72 . Since the temperature of EGR gas is high, the combustion temperature also increases.

その結果、排気ターボ過給機4のタービン42に供給される排気エネルギが増加し、過給レスポンスが向上する。 As a result, the exhaust energy supplied to the turbine 42 of the exhaust turbocharger 4 increases, and the supercharging response improves.

(加速制御の第2変形例)
図9は、ECU100が実行するエンジン2の制御手順の別の変形例を示すフローチャートである。このフローチャートのステップS91~S96は、図8のフローチャートのステップS81~S86に対応する。
(Second modification of acceleration control)
FIG. 9 is a flowchart showing another modification of the control procedure for the engine 2 executed by the ECU 100. Steps S91 to S96 in this flowchart correspond to steps S81 to S86 in the flowchart of FIG.

第2変形例においては、エンジンシステム1のウォーターポンプ82は、エンジン2によって駆動されるのではなく、電気モータによって駆動される。ECU100が、電気モータを制御することにより、ウォーターポンプ82は、冷却水の循環流量を変更できる。 In the second variant, the water pump 82 of the engine system 1 is not driven by the engine 2 but by an electric motor. By controlling the electric motor by the ECU 100, the water pump 82 can change the circulating flow rate of cooling water.

また、EGRシステム7は、加速要求があった際に、第1EGR弁73を開弁し、EGRクーラ75が冷却したEGRガスを、吸気通路31へ還流させる。 Further, the EGR system 7 opens the first EGR valve 73 when there is an acceleration request, and causes the EGR gas cooled by the EGR cooler 75 to flow back to the intake passage 31.

図9のフローチャートのステップS96においてECU100が、DOCの温度が制約温度を超えると判断した後、プロセスは、ステップS97に進む。ステップS97においてECU100は、ウォーターポンプ82を制御することにより、EGRクーラ75へ供給する冷却水の流量を増加する。これにより、EGRクーラ75における熱交換が促進するから、吸気通路31へ還流されるEGRガスの温度がさらに低下する。その結果、エンジン2から排出される排気の温度が低下する。DOCの温度が制約温度を超えることが抑制される。エンジンシステム1は、DOCの信頼性を確保しつつ、排気エネルギを増加させて、過給レスポンスを向上できる。 After the ECU 100 determines in step S96 of the flowchart of FIG. 9 that the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature, the process proceeds to step S97. In step S97, the ECU 100 increases the flow rate of cooling water supplied to the EGR cooler 75 by controlling the water pump 82. This promotes heat exchange in the EGR cooler 75, so that the temperature of the EGR gas returned to the intake passage 31 is further reduced. As a result, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 2 decreases. The temperature of the DOC is suppressed from exceeding the constraint temperature. The engine system 1 can increase exhaust energy and improve supercharging response while ensuring reliability of DOC.

一方、ステップS96の判定がNOの場合、プロセスはステップS98へ移行する。ECU100は、EGRクーラ75へ供給する冷却水の流量増加を停止する。これにより、吸気通路31へ還流されるEGRガスの温度が下がりすぎない。その結果、エンジン2から排出される排気の温度が相対的に高くなるから、DOCから排出される排気の温度も高まる。排気ターボ過給機4のタービン42に供給される排気エネルギが増加し、過給レスポンスが向上する。 On the other hand, if the determination in step S96 is NO, the process moves to step S98. ECU 100 stops increasing the flow rate of cooling water supplied to EGR cooler 75. Thereby, the temperature of the EGR gas recirculated to the intake passage 31 does not drop too much. As a result, the temperature of the exhaust gas discharged from the engine 2 becomes relatively high, so the temperature of the exhaust gas discharged from the DOC also increases. The exhaust energy supplied to the turbine 42 of the exhaust turbo supercharger 4 increases, and the supercharging response improves.

(加速制御の第3変形例)
図10は、ECU100が実行するエンジン2の制御手順のさらに別の変形例を示すフローチャートである。このフローチャートのステップS101~S104、S106、S107は、図9のフローチャートのステップS91~S94、S95、S96に対応する。
(Third modification example of acceleration control)
FIG. 10 is a flowchart showing yet another modification of the control procedure for the engine 2 executed by the ECU 100. Steps S101 to S104, S106, and S107 of this flowchart correspond to steps S91 to S94, S95, and S96 of the flowchart of FIG.

ECU100は、排気行程中の燃料噴射、つまりポスト噴射の実行を決定した後、ステップS105において、DPFの堆積量に応じた、ポスト噴射の燃料噴射量を設定する。DPFの堆積量は、前述したように、DPF差圧センサSW8の信号に基づいて推定される。ECU100は、DPFの堆積量が多い場合は、ポスト噴射の燃料噴射量を少なくする。排気浄化装置6において反応熱を発生させ過ぎると、排気浄化装置6の温度が高くなりすぎる恐れがあるためである。DPFの堆積量が少ない場合、ECU100は、排気浄化装置6の温度が高くなりすぎないため、ポスト噴射の燃料噴射量を多くする。 After determining the execution of fuel injection during the exhaust stroke, that is, the post injection, the ECU 100 sets the fuel injection amount of the post injection according to the amount of accumulation in the DPF in step S105. As described above, the amount of DPF accumulation is estimated based on the signal from the DPF differential pressure sensor SW8. If the amount of DPF accumulation is large, the ECU 100 reduces the amount of fuel injection for post injection. This is because if too much reaction heat is generated in the exhaust gas purification device 6, the temperature of the exhaust gas purification device 6 may become too high. When the amount of DPF accumulation is small, the ECU 100 increases the amount of fuel injection in the post injection to prevent the temperature of the exhaust purification device 6 from becoming too high.

続くステップS106において、ECU100は、設定した噴射量に従ってポスト噴射を実行する。そして、ステップS107において、DOCの温度が制約温度を超えるか否かを判断する。DOCの温度が制約温度を超える場合、プロセスは、ステップS108に進む。ECU100は、ポスト噴射を中止する。DOCの温度が制約温度を超えない場合、プロセスは、リターンする。これにより、DOCの信頼性を確保しつつ、可能な範囲で排気エネルギを増加させて、過給レスポンスを向上できる。 In subsequent step S106, ECU 100 executes post injection according to the set injection amount. Then, in step S107, it is determined whether the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature. If the temperature of the DOC exceeds the constraint temperature, the process proceeds to step S108. ECU 100 cancels post injection. If the temperature of the DOC does not exceed the constraint temperature, the process returns. Thereby, while ensuring the reliability of the DOC, the exhaust energy can be increased to the extent possible and the supercharging response can be improved.

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 embodiments described above, and substitutions may be made without departing from the scope of the claims.

例えば、加速要求時に、ECU100は、電動過給機5を駆動しないで、排気行程中のポスト噴射を行い、排気ターボ過給機4の駆動を促進してもよい。 For example, at the time of an acceleration request, the ECU 100 may perform post-injection during the exhaust stroke without driving the electric supercharger 5 to promote the drive of the exhaust turbo supercharger 4.

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 application to diesel engines, but can also be applied to engines that use gasoline or fuel containing 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 above-described embodiments are merely illustrative and should not be construed as limiting the scope of the present invention. The scope of the invention is defined by the claims, and all modifications and changes that come within the range of equivalents of the claims are intended to be within the scope of the invention.

1 エンジンシステム
100 ECU(制御ユニット)
2 エンジン
21 インジェクタ(燃料噴射弁)
31 吸気通路
4 排気ターボ過給機
41 コンプレッサ
42 タービン
5 電動過給機
53 バイパス通路
6 排気浄化装置
7 EGRシステム
71 第1EGR通路
72 第2EGR通路
75 EGRクーラ
1 Engine system 100 ECU (control unit)
2 Engine 21 Injector (fuel injection valve)
31 Intake passage 4 Exhaust turbo supercharger 41 Compressor 42 Turbine 5 Electric supercharger 53 Bypass passage 6 Exhaust purification device 7 EGR system 71 First EGR passage 72 Second EGR passage 75 EGR cooler

Claims (6)

エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、
前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するEGR通路と、前記EGR通路に設けられかつ、前記EGR通路を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラと、を有しかつ、排気の一部をEGRガスとして、前記吸気通路に還流するEGRシステムと、を備え、
前記制御ユニットは、アクセル開度の増加に伴う車両加速時に、前記エンジンへの主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させ
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させた場合であって、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記EGRシステムに、前記EGRガスの還流を実行させる
過給機付きエンジン。
A fuel injection valve that supplies fuel to the engine;
an exhaust purification device that is installed in an exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas discharged from the engine;
a turbine of an exhaust turbo supercharger provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust passage;
a control unit that outputs a control signal to a controlled object;
an EGR passage that connects a portion of the exhaust passage between the exhaust purification device and the turbine and an intake passage of the engine; and an EGR passage that is provided in the EGR passage and cools EGR gas flowing through the EGR passage. an EGR cooler, and an EGR system that returns part of the exhaust gas to the intake passage as EGR gas,
The control unit causes the fuel injection valve to perform fuel injection during an exhaust stroke after main injection to the engine when accelerating the vehicle due to an increase in accelerator opening ;
The control unit controls the EGR system when the fuel injection valve executes fuel injection during the exhaust stroke when the vehicle accelerates, and when the temperature of the exhaust purification device exceeds a constraint temperature. , execute the reflux of the EGR gas.
Engine with supercharger.
エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、
前記排気通路における前記排気浄化装置と前記タービンとの間の部位と、前記エンジンの吸気通路とを互いに接続するEGR通路と、前記EGR通路に設けられかつ、前記EGR通路を流れるEGRガスを冷却する液冷式のEGRクーラと、を有しかつ、排気の一部をEGRガスとして、前記吸気通路に還流するEGRシステムと、を備え、
前記制御ユニットは、アクセル開度の増加に伴う車両加速時に、前記エンジンへの主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させ
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記EGRシステムに、前記EGRガスの還流を実行させ、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させた場合であって、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記EGRシステムに、前記EGRクーラへの冷却液の供給量を増大させる
過給機付きエンジン。
A fuel injection valve that supplies fuel to the engine;
an exhaust purification device that is installed in an exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas discharged from the engine;
a turbine of an exhaust turbo supercharger provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust passage;
a control unit that outputs a control signal to a controlled object;
an EGR passage that connects a portion of the exhaust passage between the exhaust purification device and the turbine and an intake passage of the engine; and an EGR passage that is provided in the EGR passage and cools EGR gas flowing through the EGR passage. a liquid-cooled EGR cooler, and an EGR system that recirculates part of the exhaust gas to the intake passage as EGR gas,
The control unit causes the fuel injection valve to perform fuel injection during an exhaust stroke after main injection to the engine when accelerating the vehicle due to an increase in accelerator opening ;
The control unit causes the EGR system to recirculate the EGR gas when the vehicle accelerates,
The control unit controls the EGR system when the fuel injection valve executes fuel injection during the exhaust stroke when the vehicle accelerates, and when the temperature of the exhaust purification device exceeds a constraint temperature. , increasing the amount of coolant supplied to the EGR cooler.
Engine with supercharger.
エンジンへ燃料を供給する燃料噴射弁と、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンから排出された排気を浄化する排気浄化装置と、
前記排気通路において、前記排気浄化装置よりも下流に設けられた、排気ターボ過給機のタービンと、
制御対象に制御信号を出力する制御ユニットと、を備え、
前記排気浄化装置は、排気中の有害物質を反応させる触媒装置と、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ装置と、を含み、
前記制御ユニットは、アクセル開度の増加に伴う車両加速時に、前記エンジンへの主噴射の後に、排気行程中の燃料噴射を前記燃料噴射弁に実行させ
前記制御ユニットは、前記フィルタ装置の粒子状物質の堆積量が多いと、排気行程中の噴射量を減らし、前記粒子状物質の堆積量が少ないと、排気行程中の噴射量を増やす
過給機付きエンジン。
A fuel injection valve that supplies fuel to the engine;
an exhaust purification device that is installed in an exhaust passage of the engine and purifies exhaust gas discharged from the engine;
a turbine of an exhaust turbo supercharger provided downstream of the exhaust purification device in the exhaust passage;
A control unit that outputs a control signal to a controlled object,
The exhaust purification device includes a catalyst device that reacts harmful substances in the exhaust gas, and a filter device that collects particulate matter in the exhaust gas,
The control unit causes the fuel injection valve to perform fuel injection during an exhaust stroke after main injection to the engine when accelerating the vehicle due to an increase in accelerator opening ;
The control unit reduces the amount of injection during the exhaust stroke when the amount of deposited particulate matter in the filter device is large, and increases the amount of injection during the exhaust stroke when the amount of deposited particulate matter is small.
Engine with supercharger.
請求項1~3のいずれか1項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記エンジンの吸気通路に設けられかつ、前記エンジンに供給する吸気を過給する前記排気ターボ過給機のコンプレッサと、
前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流に設けられた電動過給機と、を備え、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記電動過給機を駆動させる
過給機付きエンジン。
The supercharged engine according to any one of claims 1 to 3 ,
a compressor for the exhaust turbo supercharger that is provided in the intake passage of the engine and supercharges intake air supplied to the engine;
an electric supercharger provided downstream of the compressor in the intake passage,
The control unit is a supercharged engine that drives the electric supercharger when the vehicle accelerates.
請求項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記制御ユニットは、前記車両加速時に、前記電動過給機を駆動させると共に、前記電動過給機の駆動のみでは前記アクセル開度に応じた要求加速度が不足する場合に、前記燃料噴射弁に、前記排気行程中の燃料噴射を実行させる
過給機付きエンジン。
The supercharged engine according to claim 4 ,
The control unit drives the electric supercharger when the vehicle accelerates, and when driving the electric supercharger alone is insufficient to provide a required acceleration according to the accelerator opening, the control unit causes the fuel injection valve to: An engine with a supercharger that performs fuel injection during the exhaust stroke.
請求項に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記制御ユニットは、前記排気浄化装置の温度が制約温度を超える場合には、前記排気行程中の燃料噴射を禁止する
過給機付きエンジン。
The supercharged engine according to claim 5 ,
In the supercharged engine, the control unit prohibits fuel injection during the exhaust stroke when the temperature of the exhaust purification device exceeds a restriction temperature.
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