JP2005146906A - 過給装置付きエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 ２ステージターボにおいて過給態様の切り替えをスムースに行う。
【解決手段】 エンジン（１５０）、低圧ターボ（４１）及び高圧ターボ（４２）と、前記高圧ターボのタービンをバイパスして前記エンジンからの排気を前記低圧ターボのタービンに導入するバイパス路（１７４）と、該バイパス路の途中に設けられる開閉弁（１７２）と、前記エンジンの回転数が第１所定回転数以上の領域では前記開閉弁の閉弁状態を解除し、かつ、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギをその可変ノズルの開度を制御することによって過給圧を制御する制御手段（１７０）とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、過給装置付きエンジンの技術分野に属する。

過給装置付きエンジンとしては、従来、いわゆる２ステージターボシステムが知られている。これは、エンジンの吸排気管に低圧ターボ及び高圧ターボを備えた構成からなり、第１に低圧ターボによる過給、第２に高圧ターボによる過給という二段の過給が行えるようになっているものである。このような２ステージターボシステムとしては、種々の構成が提案されている。例えば、特許文献１に開示されているように、前記エンジンの回転数に応じて低圧ターボ及び高圧ターボを使い分けるもの、具体的には、エンジンの回転数が低い領域では小流量領域での作動に適した小型ターボ（高圧ターボ）で主に過給を行い、逆に回転数が高い領域では大流量領域での作動に適した大型ターボ（低圧ターボ）のみで過給を行うもの（以下、「過給態様の切り替え」ということがある。）などがある。この場合には、上述のような小型ターボ及び大型ターボの使い分けを実現するために、吸気側及び排気側の適宜の位置にバイパス弁及び切替弁を設ける（ちなみに、特許文献１の発明自体は、インタークーラバイパス制御装置に関する。）。このような構成によれば、エンジンの全負荷領域にわたって適切な過給を得ることが可能になるという効果が得られる。

特開平４−１３６４２４号公報

しかしながら、従来における過給装置付きエンジンには次のような問題点がある。すなわち、前記の特許文献１のように、エンジンの回転数に応じて低圧ターボ及び高圧ターボを使い分ける構成が提案されてはいるものの、当該構成においては、過給態様の切り替えは、基本的には前記バイパス弁あるいは切替弁が、開状態となるか又は閉状態となるかのみに基づいて行うことから、当該切り替えをスムースに行うことが比較的に困難という問題点である。したがって、エンジン回転数に応じた好適な過給圧力の調整ができず、その結果、２ステージターボ本来の効果である全負荷領域にわたる適切な過給を実施するという効果の達成も制約を受けることとなっていたのである。特に、ウエストゲート付きのターボでは、このような弊害がより顕著になる。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、２ステージターボにおいて過給態様の切り替えをスムースに行うことの可能な過給装置付きエンジンを提供することを課題とする。

〔１〕
本発明の過給装置付きエンジンは、上記課題を解決するため、エンジンと、低圧ターボ及び高圧ターボと、前記高圧ターボのタービンをバイパスして前記エンジンからの排気を前記低圧ターボのタービンに導入するバイパス路と、該バイパス路の途中に設けられる開閉弁と、前記エンジンの回転数が第１所定回転数以上の領域では前記開閉弁の閉弁状態を解除し、かつ、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御して過給圧を制御する制御手段とを備えている。

本発明の過給装置付きエンジンによれば、大きく、エンジンから高圧ターボのタービンを経て低圧ターボのタービンへと至る排気ガスの流れと、エンジンからバイパス路を介して直接的に低圧ターボのタービンへと至る排気ガスの流れを実現することができる。このうち前者の状態によると高圧ターボへと供給される排気エネルギはより大きくなり、後者の状態によると小さくなる。このような二つの状態の遷移は、開閉弁の開閉制御による。また、該開閉弁の開度の大きさによって、前記二つの状態の中間的な状態を作り出すことも可能である。

そして、本発明では特に、制御手段は、前記エンジンの回転数が第１所定回転数以上の領域では前記開閉弁の閉弁状態を解除し、かつ、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御して過給圧を制御する。ここで「開閉弁の閉弁状態を解除」というのは、例えば当該開閉弁を所定の開度で一定に維持する場合や、あるいは当該開閉弁の開度について例えば目標過給圧及び現状の過給圧の差に基づいて定められるフィードバック量に基づくフィードバック制御を実施する場合等を考えることができる。

いずれにせよ、このような構成を備えることにより、本発明では以下のような過給態様の切り替えを実施することができる。例えば、前記高圧ターボが可変容量方式であるとして、エンジンの回転数が前記第１所定回転数を超えない場合には、当該回転数は比較的低回転であるから高圧ターボの可変ノズルを調整することのみで過給圧の制御を実施することができる一方、エンジンの回転数が前記第１所定回転数以上となる場合、すなわちそのままでは過給圧が高いために前記可変ノズルの調整が困難な状況となるような場合には、前記開閉弁に対する制御を通じて前記の中間的な状態等を作り出すことで、過給圧の調整を行うことができる。後者の場合で過給圧の調整を行うことができるというのは、より詳細には、前記の中間的な状態が作り出されることで過給圧をいったん下げることができ、これによって高圧ターボの可変ノズルの調整を再び行える状況が作り出されることで、当該高圧ターボへ供給される排気エネルギの大きさを変化させることができ、もって過給圧の調整を行うことができる、などという場合が考えられる。

そして、本発明によれば、以上のような処理例からもわかるように、高圧ターボの動作を連続させることができる。したがって、本発明においては、前記の例のような過給態様の切り替えをスムースに行うことができるのである。

なお、「高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御」するとは、前述した当該高圧ターボが可変容量方式でありその可変ノズルの開度を調整することによって具体的に実現することができるほか、高圧ターボについてウエストゲートバルブを設けることでその開度を調整することにより実現することもできる。

〔２〕
本発明の過給装置付きエンジンの一態様では、前記高圧ターボは可変容量方式であり、前記制御手段は、過給圧が所定過給圧以上では前記高圧ターボの可変ノズルの開度を一定とし、かつ、前記前記開閉弁の開度を調整することにより、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御する。

この態様によれば、過給圧が所定過給圧以上、すなわちそのままでは過給圧が比較的高いためにもはや高圧ターボの可変ノズルの調整をしても過給圧の制御が非常に困難な状況となるような場合には、当該可変ノズルの開度を一定、より好ましくは例えばいわゆる全開、あるいは全開近くに設定するとともに、前記開閉弁の開度の調整、例えば具体的には前記のフィードバック制御を通じて、過給圧の制御を実施することができる。このように、本態様によれば、過給圧が比較的高く高圧ターボの可変ノズルの開度の調整を通じた過給圧の制御が困難な場合でも、当該可変ノズルの開度の変化経緯（即ち、典型的な一例としていえば、当該開度は、徐々に大きくなっていき、その後に全開、あるいは全開近くに設定される。）からすると、やはり高圧ターボの動作は連続しているということができるから、過給態様の切り替えをスムースに行うことができる。

〔３〕
本発明の過給装置付きエンジンの他の態様では、前記制御手段は、前記エンジンの回転数が前記第１所定回転数よりも高い第２所定回転数以上の領域では前記開閉弁を開弁状態とし、かつ、前記低圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御して過給圧力を制御する。

この態様によれば、エンジンの回転数が第１所定回転数以上の値となる第２所定回転数以上となる場合、すなわちそのままでは過給圧力が比較的高いためにもはや前記高圧ターボの可変ノズルの調整による過給圧の制御が非常に困難な状況となるような場合には、前記開閉弁を例えば前記エンジン回転数等に応じて定まる開度の開弁状態（いわゆる全開を含む。）とし、かつ、前記低圧ターボへ供給される排気エネルギの大きさを変化させ、過給圧の調整を実施することができる。

なお、本態様にいう「低圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御」するということの意義は、前述の「高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御」するに関して述べたのと同じである。

〔４〕
本発明の過給装置付きエンジンの他の態様では、前記低圧ターボはウエストゲート弁開度可変手段を備えている。

この態様によれば、前述の「低圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御」するというのを、ウエストゲート弁開度可変手段の動作を通じて具体的に実現することができる。また、ウエストゲート弁開度可変手段を利用して「低圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御」する場合は、例えば当該低圧ターボを可変容量方式としその可変ノズルの調整を通じて同じことを具体的に実現する場合に比べて、装置全体の構成を安価に済ますことができる。なお、ウエストゲート弁を設ける形態にしたとしても、低圧ターボのタービンによって過給圧制御すべき範囲はそもそも比較的狭いので、当該過給装置付きエンジンを搭載する車両等が走行している場合などにおいて、ドライバに違和感を与えるなどというおそれはほとんどない。つまり、低圧ターボを可変容量方式とする場合に比べても、遜色のない制御性・安定性その他の利点を得ることができる。

以上説明したように、本発明によれば、過給態様の切り替えをスムースに行うことができることから、これに従い２ステージターボ本来の効果である全負荷領域にわたる適切な過給を実施するという効果の達成もよりよく実現することができる。

本発明のこのような作用及び効果その他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされる。

以下では、本発明の第１の実施の形態について図１乃至図４を参照しつつ説明する。ここに図１は、第１実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。

図１において、過給装置付きエンジンは、制御装置１７０、エンジン１５０、エアクリーナ１０、触媒コンバータ８０、低圧ターボチャージャ４１及び高圧ターボチャージャ４２を備えている（以下、簡単のため、「ターボチャージャ」を「ＴＣ」と表記する。）。このうち制御装置１７０は、エンジン１５０に設けられる図示しない点火プラグの点火時期、あるいは燃料噴射量等を制御する。また、制御装置１７０には、エンジン１５０周囲に付設される図示しないエンジン回転数センサ、燃料噴射量センサ、あるいは冷却温度センサ、また吸気管２０周りに配置される吸気管圧力センサないしエアフローメータ（例えば、エアクリーナ１０からみて下流側に設けられる。）等の各種のセンサに接続されている。制御装置１７０は、これら各種のセンサから送られてくる計測値に基づいて、過給態様の切り替えをはじめ種々の制御を行う。過給態様の切り替えについては、後の作用効果説明の際に改めて触れる。

低圧ＴＣ４１及び高圧ＴＣ４２は、それぞれタービン４１１及び４２１並びにコンプレッサ４１２及び４２２を備えている。第１実施形態において、これら低圧ＴＣ４１及び高圧ＴＣ４２は、図示しない可変ノズル（Variable Nozzle）を備える等いわゆる可変容量方式となっている。この可変ノズルの動力源としては、高圧ＴＣ４２用のものとして高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３、低圧ＴＣ４１用のものとして低圧ＴＣ用アクチュエータ４１３が設けられており、これらは制御装置１７０によってその動作が制御される。かかる構成により、一般的に、前記可変ノズルを絞れば過給圧力を高めてエンジントルクを向上させることができ、該可変ノズルを開けばエンジン１５０の背圧を低めて燃費を向上させることができる、等といった利点が得られる。

前記のエンジン１５０、或いは低圧ＴＣ４１及び高圧ＴＣ４２等は、以下述べるような各種配管によって接続されている。

まず、吸気側において、エアクリーナ１０は、図１において太線で示される吸気管２０に接続されており、該吸気管２０は、低圧ＴＣ４１のコンプレッサ４１２、低圧用インタークーラ２４、高圧ＴＣ４２のコンプレッサ４２１、高圧用インタークーラ２５、スロットルバルブ６０及びエンジン１５０の吸気マニホールド１５１のそれぞれに接続されている。なお、上記では、低圧用インタークーラ２４及び高圧用インタークーラ２５というように二つのインタークーラが設けられているが、高圧側の一つを設けるだけにしてもよいし、場合により全く設けなくてもよい。

他方、排気側において、エンジン１５０の排気マニホールド１５２は、図１において太線で示される排気管３０に接続されており、該排気管３０は、高圧ＴＣ４２のタービン４２１、低圧ＴＣ４１のタービン４１１及び触媒コンバータ８０に接続されている。排気側においては更に、上述の構成に加えて、高圧ＴＣバイパス管１７４及びバイパス管用バルブ１７２が備えられている。高圧ＴＣバイパス管１７４は、エンジン１５０の排気マニホールド１５２から分枝し、高圧ＴＣ４２及び低圧ＴＣ４１間の排気管３０の途中に接続されている。また、バイパス管用バルブ１７２は、この高圧ＴＣバイパス管１７４の途中に設けられており、該バルブ１７２の開閉に応じて、高圧ＴＣ４２を介さないエンジン１５０からの排気が低圧ＴＣ４１に供給されるかどうかが定められるようになっている。バイパス管用バルブ１７２の動力源としてバルブ用アクチュエータ１７１が設けられており、これは制御装置１７０によってその動作が制御される。

また、第１実施形態においては、排気マニホールド１５２に排出されたガスの一部を吸気系統に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation；排気ガス再循環）装置が設けられている。このＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ５０を含む。このＥＧＲ装置によれば、エンジン１５０内における燃焼室内の燃焼温度は下がり、窒素酸化物の生成と、吸入空気量の増加による排気微粒子の生成とを抑制することができる。

このような構成となる第１実施形態の過給装置付きエンジンは、例えば図２及び図３に示すように運用され、その結果、以下に記すような作用効果が得られる。ここに図２は、第１実施形態の過給装置付きエンジンにおける過給態様の切り替えを実施するための処理の流れを示すフローチャートであり、図３は、第１実施形態における過給態様の切り替えの実施の有無、あるいは実施の仕方を規定するマップである。なお、図２に示す処理は、制御装置１７０において、例えば数〔μｓ〕ないし数百〔μｓ〕などといった間隔をおいて、あるいは時宜に応じて実施されるようにしておくとよい。

図２において、まず、制御装置１７０は、前述した各種のセンサにより検出されたエンジン１５０の回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ｊ及び吸気管２０内の圧力Ｐに基づいて目標吸気管圧力、つまり目標とする過給圧力を算出する（図２のステップＳ１０）。ここで現状の吸気管の圧力Ｐが所定の条件、本実施形態では特に当該圧力Ｐと目標吸気管圧力との差が所定値以上である場合には、後述する各種のフィードバック制御に係る処理を実施することなく、当該の処理を終了する（図２のステップＳ１１；ＮＯからＥＮＤ）。そうでない場合は次の処理へ移行する（図２のステップＳ１１；ＹＥＳからステップＳ１２へ）。なお、前述においては、現状の吸気管圧力Ｐと目標吸気管圧力との差が所定値以上であるかどうかが基準となっているが、それに代えて又は加えて、現状の吸気管圧力Ｐが、目標吸気管圧力と一致するかどうか、あるいは当該目標吸気管圧力を中心とした一定の幅の範囲内にあるかどうか等といった各種条件を用いてもよい。

次に、前述で検出されたエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊの検出結果に基づき、当該過給装置付きエンジンが過給圧フィードバック領域であるかどうかが判定される（図２のステップＳ１２）。ここで過給圧フィードバック領域でないと判定される場合は、後述する各種のフィードバック制御に係る処理を実施することなく、当該の処理を終了する（図２のステップＳ１２；ＮＯからＥＮＤへ）。そうでない場合は次の処理へと移行する（図２のステップＳ１２；ＹＥＳからステップＳ１４へ）。

ここで過給圧フィードバック領域とは、例えば図３に示されるようである。この図３は横軸にエンジン回転数Ｎｅ、縦軸に燃料噴射量Ｊをとったマップであって、前記の過給圧フィードバック領域は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊの少なくとも一方が比較的高い領域に該当する。逆にいうと、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊがともに比較的低い領域は、図３においてハッチングされて示されているように、過給圧フィードバックが禁止される領域となる。したがって、エンジン回転数Ｎｅが比較的低く、かつ、燃料噴射量Ｊが比較的低い場合には、前述のように当該の処理が終了されることになる。

過給圧フィードバック領域にあると判定された場合には次に、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊから、フィードバックすべきアクチュエータを決定する（図２のステップＳ１４）。ここで「フィードバックすべきアクチュエータ（以下、「制御対象アクチュエータ」ということがある。）」とは、前述した高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３、低圧ＴＣ用アクチュエータ４１３及びバルブ用アクチュエータ１７１のうちのいずれかが選択される。そして、この選択もまた、前述の過給圧フィードバック領域であるかどうかの判定と同様に、前述の図３のマップに従って行われる。すなわち、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊが図３に示す領域Ｉから領域ＩＶのいずれの領域にあるかに従って、制御対象アクチュエータは下記の表１のように選択される。

このようにして「フィードバックすべきアクチュエータ」が定まったら次に、制御装置１７０は、当該制御対象アクチュエータとして選択されなかったアクチュエータ（図２にいう「フィードバックしないアクチュエータ」）を動作させることで、当該アクチュエータの発生する動力により動作する高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズル、低圧ＴＣ４１のタービン４１１の可変ノズル、あるいはバイパス管用バルブ１７２が、所定の開度に維持されるようにする（図２のステップＳ１６）。なお、ここにいう「所定の開度」は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊに応じて適宜定めておくことができる。具体的には例えば、領域ＩＩＩにおいてはバルブ用アクチュエータ１７１が制御対象アクチュエータとして選択されているときには、その余の高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３及び低圧ＴＣ用アクチュエータ４１３を通じて、高圧ＴＣ４２及び低圧ＴＣ４１のタービン４２３及び４１３の可変ノズルの開度が「所定の開度」に維持される、などということになる。

次に、ステップＳ１１で算出された現状の吸気管の圧力Ｐと目標吸気管圧力との差の大きさに応じてフィードバック量を決定する（図２のステップＳ１８）。このようにしてフィードバック量が決定されたら、実際にフィードバック制御を実施する（図２のステップＳ２０）。

より具体的には、例えばエンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊが図３に示す領域Ｉにある場合、すなわち制御対象アクチュエータが上述のように高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３であり、したがって制御対象そのものは高圧ＴＣ４２のタービンの可変ノズルの開度であるという場合に関して説明すると、この場合、目標とする過給圧力が現実の過給圧力よりも大きい場合には、可変ノズルをより絞る（即ち、その開度を小さくする）べく、現時点における可変ノズルの開度ＶＮから所定値ａを引き（ＶＮ←ＶＮ−ａ）、目標とする過給圧力が現実の過給圧力を下回る場合には、可変ノズルをより開く（即ち、その開度を大きくする）べく、現時点における可変ノズルの開度ＶＮに所定の値ａを足す（ＶＮ←ＶＮ＋ａ）という効果が実現されるように、高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３についての前記フィードバック量が決定され、かつ、該フィードバック量だけ当該高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３が動作されることになる。具体的なフィードバック量は、例えばＰＩ制御（Proportional and Integral Control）の考え方に従って決めることができる。

このような制御が実施される結果、第１実施形態においては以下のような作用効果が得られる。すなわち、第１実施形態においては、図２のステップＳ１４において、制御対象アクチュエータが図３のマップ及び前記表１に従って決定されるようになっている。このことは例えば、エンジン回転数Ｎｅが次第に大きくなっていくという場合であって燃料噴射量Ｊが仮に一定の場合、図３上では、同図に示す点Ｐ及びそれを基点とする矢印に示すような動きがみられることとなり、これに伴い、領域Ｉから領域ＩＶの各領域間で、制御対象アクチュエータが順次変更されていくことを意味している。より具体的には例えば次のようである。

第１に、点Ｐが領域Ｉにある間は、制御対象アクチュエータは上述の表１に示すように高圧ＴＣアクチュエータ４２３である。この領域Ｉでは、エンジン回転数Ｎｅが比較的低い場合であるから、高圧ＴＣアクチュエータ４２３、すなわち高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズル開度のフィードバック制御だけでもって十分に過給圧力の調整を行うことができる。なお、この場合、低圧ＴＣ４１の可変ノズルの開度は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊに応じて定まる所定開度に維持されるとともに、バイパス管用バルブ１７２は完全に閉じられている（図２のステップＳ１６参照）。

第２に、エンジン回転数Ｎｅが比較的高くなって点Ｐが領域ＩＩに至った場合は、過給圧力が高くなるため、高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３の制御だけでは過給圧力の調整を行うことが困難となる。そこで、過給態様の切り替えを行う必要が出てくるが、この領域ＩＩでは、制御対象アクチュエータは高圧ＴＣ用アクチュエータのまま領域Ｉの場合と変更はないものの（図２のステップＳ１４）、バルブ用アクチュエータ１７１を動作させることによってバイパス管用バルブ１７２を適当な開度となるように維持させる（図２のステップＳ１６）。そして、この状態で、高圧ＴＣ用アクチュエータ４２３、すなわち高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズル開度についてフィードバック制御を行うのである（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。この場合、バイパス管用バルブ１７２が適当な開度に設定されることにより、エンジン１５０からの排気ガスが適当量、高圧ＴＣ４２をバイパスすることとなって、いったん過給圧力が低下することになるので、高圧ＴＣ４２の可変ノズル開度のフィードバック制御を通じて過給圧力の調整が可能となるのである。

第３に、エンジン回転数Ｎｅが更に高くなって点Ｐが領域ＩＩＩに至った場合は、過給圧力が更に高くなるため、高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズルの開度の調整では過給圧力の調整を行うことが非常に困難となってくる。そこで、ここでも過給態様の切り替えを行うこととし、具体的には、制御対象アクチュエータをバルブ用アクチュエータ１７１に変更するとともに（図２のステップＳ１４）、高圧ＴＣ用アクチュエータを動作させることによって高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズルの開度を全開近くに設定する（図２のステップＳ１６）。そして、この状態で、当該バルブ用アクチュエータ１７１、すなわちバイパス管用バルブ１７２の開度についてフィードバック制御を行うのである（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。このような各種処理を実施することにより、高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度の調整によって制御し得る過給圧力範囲を超えた、過給圧力の調整を行うことが可能となる。

第４に、エンジン回転数Ｎｅが最高度に高くなって点Ｐが領域ＩＶに至った場合は、過給圧力が極めて高くなるため、もはや高圧ＴＣ４２のタービン４２１の可変ノズル開度の調整、更にはバイパス管用バルブ１７２の開度の調整を実施したとしても、過給圧力の調整を行うことは困難である。そこで、ここでも過給態様の切り替えを行うこととし、具体的には、制御対象アクチュエータを低圧ＴＣ用アクチュエータ４１３に変更するとともに（図２のステップＳ１４）、高圧ＴＣ用アクチュエータ及びバルブ用アクチュエータ１７１を動作させることによって、高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度を前記の領域ＩＩＩに引き続き全開近くに設定するとともにバイパス管用バルブ１７２の開度も目標過給圧以下になる開度に設定する（図２のステップＳ１６）。そして、この状態で、当該低圧ＴＣ用アクチュエータ４１３、すなわち低圧ＴＣ４１のタービン４１１の可変ノズルの開度についてフィードバック制御を行うのである（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。

以上のように、第１実施形態によれば、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊの経時的な変化に応じて、それぞれ好適な過給態様を実現することができる。しかも、かかる過給態様の切り替えは極めてスムースに行われる。すなわち、第１実施形態では、従来技術のように単にバイパス弁ないしは切替弁の開閉のみに基づいた過給態様の切り替えが行われるのではなく、これに相当するバイパス管用バルブ１７２の開度の調整に加えて、低圧ＴＣ４１及び高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度の調整が行われるようになっているとともに、各要素間の動作に無理が生じない（例えば、領域ＩＩから領域ＩＩＩへの移行期では、領域Ｉないし領域ＩＩを通してフィードバック制御を受ける高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度は概して見れば次第に大きくなっていくということができるが、領域ＩＩＩに至ると、その流れを汲むかたちで当該可変ノズルの開度が全開近くに維持されるとともに、制御対象アクチュエータはバルブ用アクチュエータ１７１に変更される、等）ような配慮がなされているのである。このように、第１実施形態においては、過給態様の切り替えが極めてスムースに行われるようになっており、これに従い２ステージターボ本来の効果である全負荷領域にわたる適切な過給を実施するという効果の達成もよりよく実現することができるのである。

なお、上記においては、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩの区別が設けられていたが、本発明においてはこれに代えて、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩの区別なき制御を実施するようにしてもよい。すなわち、領域ＩＩ及びＩＩＩを一体とみて（以下、「領域ＩＩ´」という）、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊが当該領域ＩＩ´にある場合においては、前記でいう領域ＩＩに該当する制御を実施するか、又は領域ＩＩＩに該当する制御を実施するように構成してもよい。言い換えると、前記の領域ＩＩ又は領域ＩＩＩにおける制御を、当該領域ＩＩ´においていわば代替的に用いてもよいのである。即ち、前記の表１でいえば、領域ＩＩの行を省略して「領域ＩＩＩ」を「領域ＩＩ´」と読み替えるか、又は領域ＩＩＩの行を省略して「領域ＩＩ」を「領域ＩＩ´」と読み替える、という表が構成されることになる。また図３では、領域ＩＩ及び領域ＩＩＩを画する線分を省略して、両者併せて「領域ＩＩ´」とみることになる。このようであっても、前記と略同様な作用効果は得られる。

（第２実施形態）
以下では、本発明の第２実施形態について、図４を参照しながら説明する。ここに図４は、第２実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。なお、第２実施形態における過給装置付きエンジンの構成及び作用効果は、前記の第１実施形態におけるそれと共通する部分を含み、その点については前記と同様であるから、以下では当該部分についての説明については適宜省略ないしは簡略化することとする。また、第１実施形態の説明で参照した図面に付されていた符号で、第２実施形態の説明で参照する図面においても同一の対象を指示する場合には、当該符号と同じ符号を用いることとする。

第２実施形態においては、図４に示すように低圧ＴＣ４１につきウエストゲートバルブ４１１Ｖが設けられている。このウエストゲートバルブ４１１Ｖが開けば低圧ＴＣ４１はバイパスされる。また、図４においては図示されないが、かかるウエストゲートバルブ４１１Ｖには、これを駆動するためのアクチュエータが付設されている。該アクチュエータの動作は制御装置１７０によって制御されるようになっている。なお、ウエストゲートバルブ４１１Ｖの動力源としては、電力、あるいは油圧等々を用いることができる。

かかる構成となる第２実施形態の過給装置付きエンジンは、例えば次のように運用され、その結果、以下に記す作用効果が得られる。

まず、基本的な運用の仕方は前記の図２と全く同様である。第２実施形態ではしかし、領域ＩＶにおいて、第１実施形態では低圧ＴＣ４１の可変ノズルの開度についてフィードバック制御を行っていたのに代えて、ウエストゲートバルブ４１１Ｖの開度についてフィードバック制御を行う（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。つまり、この場合、領域ＩＩＩから領域ＩＶへの移行期に、制御対象アクチュエータがバルブ用アクチュエータ１７１からウエストゲートバルブ４１１Ｖを駆動するためのアクチュエータへと変更されることになる。なお、当該領域ＩＶにおいて、高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度を領域ＩＩＩに引き続き全開近くに設定するとともにバイパス管用バルブ１７２の開度も目標過給圧以下になる開度となるように設定する（図２のステップＳ１６）のは、上記第１実施形態と同様である。

このような第２実施形態によれば、まず、前記第１実施形態と略同様に、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊの経時的な変化に応じて、それぞれ好適な過給態様を実現することができるとともに、かかる過給態様の切り替えをスムースに行うことができる。また、上記第１実施形態においては低圧ＴＣ４１を可変容量方式とする必要があったところ、第２実施形態では前記ウエストゲートバルブ４１１Ｖを設けることにより、低圧ＴＣ４１を必ずしも可変容量方式とする必要がない。したがって、より安価に装置を構成することができる。なお、このようにウエストゲートバルブ４１１Ｖを設けたとしても、低圧ＴＣ４１側のタービン４１１によって過給圧制御すべき範囲はそもそも比較的狭いので、当該過給装置付きエンジンを搭載する車両等が走行している場合などにおいて、ドライバに違和感を与えるなどというおそれはほとんどない。

なお、第２実施形態では、上述のように低圧ＴＣ４１を可変容量方式とする必要はない。しかし、低圧ＴＣ４１を可変容量方式とすれば、よりワイドなレンジに対応可能となるなどの利点が得られることから、かような構成（ウエストゲートバルブ４１１Ｖを備えながら低圧ＴＣ４１は可変ノズルを持つ構成）も本発明は積極的に排除する意図はない。

（第３実施形態）
以下では、本発明の第３実施形態について、図５を参照しながら説明する。ここに図５は、第３実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。なお、第３実施形態における過給装置付きエンジンの構成及び作用効果は、前記の第１実施形態におけるそれと共通する部分を含み、その点については前記と同様であるから、以下では当該部分についての説明については適宜省略ないしは簡略化することとする。また、第１実施形態の説明で参照した図面に付されていた符号で、第３実施形態の説明で参照する図面においても同一の対象を指示する場合には、当該符号と同じ符号を用いることとする。

第３実施形態においては、図５に示すように低圧ＴＣ４１につきウエストゲートバルブ４１１Ｖが、また圧ＴＣ４２につきウエストゲートバルブ４２１Ｖが設けられている。このうちウエストゲートバルブ４１１Ｖが開けば低圧ＴＣ４１がバイパスされ、ウエストゲートバルブ４２１Ｖが開けば高圧ＴＣ４２がバイパスされる。また、図５においては図示されないが、かかるウエストゲートバルブ４１１Ｖ及び４２１Ｖにはそれぞれ、これらを駆動するためのアクチュエータが付設されている。該アクチュエータの動作は制御装置１７０によって制御されるようになっている。なお、ウエストゲートバルブ４１１Ｖ及び４２１Ｖの動力源としては、電力、あるいは油圧等々を用いることができる。

かかる構成となる第３実施形態の過給装置付きエンジンは、例えば次のように運用され、その結果、以下に記す作用効果が得られる。

まず、基本的な運用の仕方は前記の図２と全く同様である。第３実施形態ではしかし、領域Ｉにおいて、第１実施形態では高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度についてフィードバック制御を行っていたのに代えて、ウエストゲートバルブ４２１Ｖの開度についてフィードバック制御を行う（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。この場合、低圧ＴＣ４１の可変ノズルの開度は、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊに応じて定まる所定開度に維持されるとともに、バイパス管用バルブ１７２は完全に閉じられている（図２のステップＳ１６参照）のは、上記第１実施形態と同様である。

このように、第３実施形態では、領域Ｉにおいてウエストゲートバルブ４２１Ｖについてのフィードバック制御を行い、領域ＩＩにおいて、上記第１実施形態と同様、高圧ＴＣ４２の可変ノズルの開度についてのフィードバック制御を行うのである。つまり、この場合、領域Ｉから領域ＩＩへの移行期に、制御対象アクチュエータは、ウエストゲートバルブ４２１Ｖを駆動するためのアクチュエータから高圧ＴＣ用アクチュエータへと変更されることになる（表１参照）。

また、第３実施形態では、領域ＩＶにおいて、第１実施形態では低圧ＴＣ４１の可変ノズルの開度についてフィードバック制御を行っていたのに代えて、ウエストゲートバルブ４１１Ｖの開度についてフィードバック制御を行う（図２のステップＳ１８及びＳ２０）。つまり、この場合は、前記の第２実施形態と全く同様である。

このような第３実施形態によれば、まず、前記第１実施形態と略同様に、エンジン回転数Ｎｅ及び燃料噴射量Ｊの経時的な変化に応じて、それぞれ好適な過給態様を実現することができるとともに、かかる過給態様の切り替えをスムースに行うことができる。また、ウエストゲートバルブ４１１Ｖが設けられている点は、上記第２実施形態と同様であるので、この点に係る前述の作用効果も第３実施形態において同様に得られる。さらに、第３実施形態においては特に、ウエストゲートバルブ４２１Ｖが設けられていることから、上記第２実施形態に比べても更に安価に装置を構成することが可能である。

なお、第３実施形態では、高圧ＴＣ４２は、ウエストゲートバルブ４２１Ｖでバイパスされるとともに前記第１及び第２実施形態と同様に、高圧ＴＣバイパス管１７４及びバイパス管用バルブ１７２によってもバイパスされるようになっている。このようないわば２段構えの構成とすることにより、単にウエストゲートバルブ４２１Ｖを設けることで高圧ＴＣ４２のバイパスを実現するよりも、制御性を改善することができ、もって過給圧力値のスムースな遷移をも実現することができる。

本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨、あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う過給装置付きエンジンもまた、本発明の技術的範囲に含まれるものである。

第１実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。 第１実施形態の過給装置付きエンジンにおける過給態様の切り替えを実施するための処理の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態における過給態様の切り替えの実施の有無、あるいは実施の仕方を規定するマップである。 第２実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。 第３実施形態における過給装置付きエンジンの概念的な構成例を示す図である。

符号の説明

１５０…エンジン
１７０…制御装置
４１…低圧ターボチャージャ
４１１…タービン
４１２…コンプレッサ
４２…高圧ターボチャージャ
４２１…タービン
４２２…コンプレッサ
１７４…高圧ターボチャージャバイパス管
１７２…バイパス管用バルブ

Claims (4)

1. エンジンと、
   低圧ターボ及び高圧ターボと、
   前記高圧ターボのタービンをバイパスして前記エンジンからの排気を前記低圧ターボのタービンに導入するバイパス路と、
   該バイパス路の途中に設けられる開閉弁と、
   前記エンジンの回転数が第１所定回転数以上の領域では前記開閉弁の閉弁状態を解除し、かつ、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御して過給圧を制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする過給装置付きエンジン。
2. 前記高圧ターボは可変容量方式であり、
   前記制御手段は、
   過給圧が所定過給圧以上では前記高圧ターボの可変ノズルの開度を一定とし、かつ、前記前記開閉弁の開度を制御することにより、前記高圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御することを特徴とする請求項１に記載の過給装置付きエンジン。
3. 前記制御手段は、
   前記エンジンの回転数が前記第１所定回転数よりも高い第２所定回転数以上の領域では前記開閉弁を開弁状態とし、かつ、前記低圧ターボのタービンに供給される排気エネルギを制御して過給圧力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の過給装置付きエンジン。
4. 前記低圧ターボはウエストゲート弁開度可変手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載の過給装置付きエンジン。
   

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