JP2009103084A - Control device of internal combustion engine - Google Patents

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Tomoyoshi Ogo
知由 小郷
Akitoshi Tomota
晃利 友田
Shinobu Ishiyama
忍 石山
Tomoyuki Ono
智幸 小野
Koichiro Nakatani
好一郎 中谷
Katsuhiro Ito
勝広 伊藤
Masayoshi Nakagawa
政善 中川
Yoshihiro Hisataka
良裕 久高
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Toyota Motor Corp
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device of an internal combustion engine attaining both improvement of fuel economy and torque increase by properly combining a filling efficiency improving technique using a scavenging effect and a filling efficiency improving technique by a supercharger according to a situation. <P>SOLUTION: The control device of the internal combustion engine according to the invention mainly operates a small turbocharger 16 in a small turbocharger using region and mainly operates a large turbocharger 18 in a large turbocharger using region on a higher rotation and larger load side than the small turbocharger using region. When an exhaust pressure level is low during use of the small turbocharger 16, the filling efficiency can be improved with use of the scavenging effect by agreeing timing in which the pulsation of exhaust pressure becomes a trough with a valve overlapping period. Accordingly, when the exhaust pressure level is low, the small turbocharger using region is expanded in which the torque increase and the fuel economy improvement are both attained by the improvement of the filling efficiency using the scavenging effect and the large turbocharger using region in which a pump loss is relatively large is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.

特開2005−83285号公報には、燃料噴射弁の噴射方向を、第1吸気ポートに指向させると共に、第2吸気ポートを開閉させる第2吸気弁の開弁時期を、第1吸気ポートを開閉させる第1吸気弁の開弁時期に対して所定角度だけ進角させた過給機付エンジンの動弁装置が開示されている。この装置によれば、第2吸気弁の開弁時期を進角させることで、排気弁と吸気弁とが共に開弁するバルブオーバーラップ期間において、先ず第2吸気弁が開弁して燃料を伴わない過給された新気のみにてシリンダ内が掃気され、次いで第1吸気弁が開弁することで、新気と霧化された燃料との混合気がシリンダ内に供給される。このため、新気によるシリンダ内の掃気を効率よく行い、充填効率を高めると共に、燃料の吹き抜けを防止することができると同公報には記載されている。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-83285, the injection direction of the fuel injection valve is directed to the first intake port, the opening timing of the second intake valve that opens and closes the second intake port, and the first intake port is opened and closed. There is disclosed a valve operating device for an engine with a supercharger that is advanced by a predetermined angle with respect to the opening timing of the first intake valve. According to this device, by opening the opening timing of the second intake valve, first, in the valve overlap period in which both the exhaust valve and the intake valve are opened, the second intake valve is opened and the fuel is discharged. The inside of the cylinder is scavenged only with the supercharged fresh air that is not accompanied, and then the first intake valve is opened, so that a mixture of fresh air and atomized fuel is supplied into the cylinder. For this reason, it is described in the publication that scavenging of the cylinder with fresh air can be efficiently performed, the charging efficiency can be improved, and fuel blow-off can be prevented.

また、特開平10−176558号公報には、吸気弁及び排気弁の両方が開いているオーバーラップ期間の中心時期が、エンジンの低速回転低負荷運転域では上死点に略一致し、残りの運転域のうちの大部分においては上死点後となるよう吸気弁,排気弁の開,閉タイミングを可変制御し、もって排気脈動の負圧波をオーバーラップ時に同調させることにより、掃気効果を高めて吸入空気量を増加しトルクを増大するエンジンの運転制御装置が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 10-176558 discloses that the center timing of the overlap period in which both the intake valve and the exhaust valve are open substantially coincides with the top dead center in the low-speed rotation and low-load operation region of the engine. In most of the operating range, the intake and exhaust valve opening and closing timings are variably controlled so that they are after top dead center, and the negative pressure wave of the exhaust pulsation is tuned at the time of overlap, thereby enhancing the scavenging effect. An engine operation control device that increases the amount of intake air and torque is disclosed.

特開2005−83285号公報JP 2005-83285 A 特開2007−154684号公報JP 2007-154684 A 特開平10−176558号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-176558 特開平11−324746号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-324746

上記従来の技術のように、バルブオーバーラップ期間における掃気効果を利用することにより、充填効率を向上し、筒内空気量を増大させることが可能となる。   By using the scavenging effect during the valve overlap period as in the conventional technique, it is possible to improve the charging efficiency and increase the in-cylinder air amount.

ところで、充填効率(筒内空気量)を増大させる方法としては、過給を行う方法もある。しかしながら、過給機を作動させると、ポンプ損失(ターボ過給機の場合)あるいは機械損失(機械式過給機の場合)が増大するので、燃費が悪化する傾向がある。これに対し、掃気効果を利用した充填効率向上の手法は、燃費を悪化させることがなく、好ましい。   By the way, as a method of increasing the charging efficiency (in-cylinder air amount), there is a method of supercharging. However, when the supercharger is operated, the pump loss (in the case of a turbocharger) or the mechanical loss (in the case of a mechanical supercharger) increases, so that the fuel consumption tends to deteriorate. On the other hand, a method for improving the charging efficiency using the scavenging effect is preferable because it does not deteriorate the fuel consumption.

その一方で、掃気効果を利用した充填効率向上の手法には、次のような問題がある。掃気効果が生ずるには、少なくともバルブオーバーラップ期間において排気圧力が吸気圧力より低くなることが条件となる。よって、この条件が満足されない場合には、掃気効果を利用して充填効率を向上することはできない。例えば、PM(Particulate Matter)等の粒子状物質を捕集する排気フィルタを備えたシステムの場合では、排気フィルタの目詰まりが進行すると、排気圧力レベルが上昇するので、バルブオーバーラップ期間において、吸気圧力と排気圧力との差圧が小さくなったり、排気圧力が吸気圧力より高くなったりする場合がある。そのような場合には、掃気効果が発揮されず、トルクの増大が図れないという問題がある。   On the other hand, the method for improving the filling efficiency using the scavenging effect has the following problems. For the scavenging effect to occur, the exhaust pressure must be lower than the intake pressure at least during the valve overlap period. Therefore, when this condition is not satisfied, the filling efficiency cannot be improved by using the scavenging effect. For example, in the case of a system equipped with an exhaust filter that collects particulate matter such as PM (Particulate Matter), if the exhaust filter clogs, the exhaust pressure level rises. In some cases, the differential pressure between the pressure and the exhaust pressure becomes small, or the exhaust pressure becomes higher than the intake pressure. In such a case, there is a problem that the scavenging effect is not exhibited and the torque cannot be increased.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、掃気効果を利用した充填効率向上手法と、過給機による充填効率向上手法とを状況に応じて適切に組み合わせることにより、燃費改善とトルク増大とを両立することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points. By appropriately combining a charging efficiency improvement method using a scavenging effect and a charging efficiency improvement method using a supercharger according to the situation, fuel consumption improvement and torque can be improved. It is an object of the present invention to provide a control device for an internal combustion engine that can achieve both increase.

第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
過給機と、
第1の運転領域では前記過給機を実質的に作動させず、前記第1の運転領域より高回転高負荷側の第2の運転領域では前記過給機を作動させる過給機切替手段と、
排気圧力レベルが所定レベルより低いか否かを判別する排気圧力レベル判別手段と、
排気圧力レベルが前記所定レベルより低い場合には、排気圧力レベルが前記所定レベルより高い場合と比べ、前記第1の運転領域を拡大し、前記第2の運転領域を縮小する領域変更手段と、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上手段と、
を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
A turbocharger,
Supercharger switching means that does not substantially operate the supercharger in the first operation region, and operates the supercharger in the second operation region on the high rotation high load side from the first operation region; ,
Exhaust pressure level determining means for determining whether the exhaust pressure level is lower than a predetermined level;
When the exhaust pressure level is lower than the predetermined level, compared with a case where the exhaust pressure level is higher than the predetermined level, region changing means for expanding the first operating region and reducing the second operating region;
A charging efficiency improving means for providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period overlap, and matching the timing at which the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period;
It is characterized by providing.

また、第2の発明は、内燃機関の制御装置であって、
小過給機と、
前記小過給機より大容量の大過給機と、
小過給機使用領域では前記小過給機を主として作動させ、前記小過給機使用領域より高回転高負荷側の大過給機使用領域では前記大過給機を主として作動させる過給機切替手段と、
排気圧力レベルが所定レベルより低いか否かを判別する排気圧力レベル判別手段と、
排気圧力レベルが前記所定レベルより低い場合には、排気圧力レベルが前記所定レベルより高い場合と比べ、前記小過給機使用領域を拡大し、前記大過給機使用領域を縮小する領域変更手段と、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上手段と、
を備えることを特徴とする。
The second invention is a control device for an internal combustion engine,
A small turbocharger,
A large supercharger having a larger capacity than the small supercharger;
The supercharger that mainly operates the small supercharger in the small supercharger use region, and that mainly operates the large supercharger in the large supercharger use region on the high rotation and high load side from the small supercharger use region. Switching means;
Exhaust pressure level determining means for determining whether the exhaust pressure level is lower than a predetermined level;
Region change means for expanding the small supercharger use region and reducing the large supercharger use region when the exhaust pressure level is lower than the predetermined level, compared to when the exhaust pressure level is higher than the predetermined level When,
A charging efficiency improving means for providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period overlap, and matching the timing at which the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period;
It is characterized by providing.

また、第3の発明は、第2の発明において、
前記小過給機および前記大過給機は、それぞれ、排気ガスによって作動するタービンを有するターボ過給機であり、
前記小過給機のタービンの下流側に前記大過給機のタービンが配置されていることを特徴とする。
The third invention is the second invention, wherein
Each of the small supercharger and the large supercharger is a turbocharger having a turbine operated by exhaust gas,
The turbine of the large supercharger is disposed downstream of the turbine of the small supercharger.

また、第4の発明は、第3の発明において、
前記過給機切替手段は、
前記小過給機のタービンをバイパスして排気ガスを通す小タービンバイパス通路と、
前記小タービンバイパス通路を開閉する小タービンバイパス通路開閉弁と、
を含み、
前記小過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を閉じ、前記大過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を開くことを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The supercharger switching means is
A small turbine bypass passage for bypassing the turbine of the small supercharger and passing exhaust gas;
A small turbine bypass passage opening / closing valve for opening and closing the small turbine bypass passage;
Including
The small turbine bypass passage on-off valve is closed in the small turbocharger use region, and the small turbine bypass passage on-off valve is opened in the large supercharger use region.

また、第5の発明は、第4の発明において、
前記過給機切替手段は、
前記大過給機のタービンをバイパスして排気ガスを通す大タービンバイパス通路と、
前記大タービンバイパス通路を開閉する大タービンバイパス通路開閉弁と、
を更に含み、
前記小過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を閉じて前記大タービンバイパス通路開閉弁を開き、前記大過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を開いて前記大タービンバイパス通路開閉弁を閉じることを特徴とする。
The fifth invention is the fourth invention, wherein
The supercharger switching means is
A large turbine bypass passage for bypassing the turbine of the large supercharger and passing exhaust gas;
A large turbine bypass passage opening / closing valve for opening and closing the large turbine bypass passage;
Further including
In the small turbocharger use region, the small turbine bypass passage on / off valve is closed and the large turbine bypass passage on / off valve is opened, and in the large supercharger use region, the small turbine bypass passage on / off valve is opened and the large turbocharger is opened. The turbine bypass passage on-off valve is closed.

第1の発明によれば、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力の脈動が谷となるタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させることにより、バルブオーバーラップ期間において排気圧力を吸気圧力より低くすることができるので、掃気効果を利用して充填効率(トルク)を向上することができる。そこで、第1の発明では、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力レベルが高い場合と比べ、過給機を実質的に使用しない第1の運転領域を拡大し、過給機を使用する第2の運転領域を縮小する。これにより、燃費に悪影響を与えない掃気効果による充填効率向上(トルク増大)の恩恵をより広い領域で享受することができるとともに、ポンプ損失あるいは機械損失の増大をもたらす過給機の使用領域を狭めることができる。このため、燃費改善とトルク増大とを両立することができる。また、排気圧力レベルが高く、掃気効果による充填効率向上(トルク増大)が見込めない場合には、過給機の使用領域を拡大することができる。これにより、排気圧力レベルが高い場合であっても、トルクの低下を確実に抑制することができる。   According to the first invention, when the exhaust pressure level is low, the exhaust pressure is made lower than the intake pressure in the valve overlap period by matching the timing when the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period. Therefore, the charging efficiency (torque) can be improved by utilizing the scavenging effect. Therefore, in the first invention, when the exhaust pressure level is low, the first operating region in which the supercharger is not substantially used is expanded and the supercharger is used, compared with the case where the exhaust pressure level is high. The second operation area is reduced. As a result, the benefits of improved charging efficiency (torque increase) due to the scavenging effect that does not adversely affect fuel consumption can be enjoyed in a wider area, and the use area of the turbocharger that increases pump loss or mechanical loss is narrowed. be able to. For this reason, both fuel consumption improvement and torque increase can be achieved. Further, when the exhaust pressure level is high and the improvement of charging efficiency (torque increase) due to the scavenging effect cannot be expected, the use range of the supercharger can be expanded. Thereby, even if it is a case where an exhaust pressure level is high, the fall of a torque can be suppressed reliably.

第2の発明によれば、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力の脈動が谷となるタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させることにより、バルブオーバーラップ期間において排気圧力を吸気圧力より低くすることができるので、掃気効果を利用して充填効率(トルク)を向上することができる。そこで、第2の発明では、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力レベルが高い場合と比べ、掃気効果による充填効率向上(トルク増大)が可能な小過給機使用領域を拡大し、大過給機使用領域を縮小する。これにより、燃費に悪影響を与えない掃気効果による充填効率向上の恩恵をより広い領域で享受することができるとともに、ポンプ損失あるいは機械損失の増大をもたらす大過給機の使用領域を狭めることができる。このため、燃費改善とトルク増大とを両立することができる。また、排気圧力レベルが高く、掃気効果による充填効率向上(トルク増大)が見込めない場合には、高過給圧の得られる大過給機の使用領域を拡大することができる。これにより、排気圧力レベルが高い場合であっても、トルクの低下を確実に抑制することができる。   According to the second invention, when the exhaust pressure level is low, the exhaust pressure is made lower than the intake pressure in the valve overlap period by matching the timing when the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period. Therefore, the charging efficiency (torque) can be improved by utilizing the scavenging effect. Therefore, in the second invention, when the exhaust pressure level is low, compared with the case where the exhaust pressure level is high, the use range of the small supercharger capable of improving the charging efficiency (torque increase) by the scavenging effect is expanded, and the large Reduce the turbocharger usage area. As a result, the benefits of improved charging efficiency due to the scavenging effect that does not adversely affect fuel consumption can be enjoyed in a wider area, and the use area of large turbochargers that increase pump loss or mechanical loss can be reduced. . For this reason, both fuel consumption improvement and torque increase can be achieved. In addition, when the exhaust pressure level is high and improvement in charging efficiency (torque increase) due to the scavenging effect cannot be expected, the use range of the large turbocharger that can obtain a high supercharging pressure can be expanded. Thereby, even if it is a case where an exhaust pressure level is high, the fall of a torque can be suppressed reliably.

第3の発明では、小ターボ過給機のタービンの下流側に大ターボ過給機のタービンが配置されている。大ターボ過給機の使用時は、タービンまでの排気経路が長くなり、排気系容積が大きくなる。このため、排気圧力の脈動が弱くなり、掃気効果による充填効率向上(トルク増大)が見込めない。一方、小ターボ過給機の使用時は、排気系容積が小さくなり、排気圧力の脈動を強くすることができるので、排気圧力レベルの低い場合であれば、掃気効果による充填効率向上が見込める。第3の発明によれば、排気圧力レベルが低い場合には、掃気効果による充填効率向上が見込め、ポンプ損失の少ない小ターボ過給機使用領域を拡大するので、燃費改善とトルク増大とを両立することができる。また、排気圧力レベルが高く、掃気効果による充填効率向上が見込めない場合には、高過給圧の得られる大ターボ過給機の使用領域を拡大することができる。これにより、排気圧力レベルが高い場合であっても、トルクの低下を確実に抑制することができる。   In the third invention, the turbine of the large turbocharger is disposed downstream of the turbine of the small turbocharger. When a large turbocharger is used, the exhaust path to the turbine becomes long and the exhaust system volume increases. For this reason, the pulsation of the exhaust pressure becomes weak, and an improvement in charging efficiency (torque increase) due to the scavenging effect cannot be expected. On the other hand, when the small turbocharger is used, the exhaust system volume is reduced and the pulsation of the exhaust pressure can be increased. Therefore, if the exhaust pressure level is low, the charging efficiency can be improved by the scavenging effect. According to the third invention, when the exhaust pressure level is low, the charging efficiency can be improved by the scavenging effect, and the usage area of the small turbocharger with low pump loss is expanded. can do. Further, when the exhaust pressure level is high and the improvement of the charging efficiency due to the scavenging effect cannot be expected, the use range of the large turbocharger that can obtain a high supercharging pressure can be expanded. Thereby, even if it is a case where an exhaust pressure level is high, the fall of a torque can be suppressed reliably.

第4の発明によれば、小過給機使用領域では、小タービンバイパス通路開閉弁を閉じ、大過給機使用領域では、小タービンバイパス通路開閉弁を開くことにより、簡単な構造で、小ターボ過給機と大ターボ過給機とを円滑かつ確実に切り替えることができる。   According to the fourth aspect of the present invention, the small turbine bypass passage on-off valve is closed in the small turbocharger use region, and the small turbine bypass passage on-off valve is opened in the large supercharger use region. The turbocharger and the large turbocharger can be switched smoothly and reliably.

第5の発明によれば、小過給機使用領域では、小タービンバイパス通路開閉弁を閉じて大タービンバイパス通路開閉弁を開き、大過給機使用領域では、小タービンバイパス通路開閉弁を開いて大タービンバイパス通路開閉弁を閉じることにより、簡単な構造で、小ターボ過給機と大ターボ過給機とを円滑かつ確実に切り替えることができる。また、小ターボ過給機が使用されているとき、大ターボ過給機のタービンをバイパスして排気ガスを流すことができるので、背圧を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における掃気効果を利用して充填効率(トルク)を向上させる場合に、吸気圧力と排気圧力との差圧を十分に大きくすることができるので、掃気効果をより確実に得ることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the small turbine bypass passage opening / closing valve is closed and the large turbine bypass passage opening / closing valve is opened in the small turbocharger usage region, and the small turbine bypass passage opening / closing valve is opened in the large turbocharger usage region. By closing the large turbine bypass passage on-off valve, the small turbocharger and the large turbocharger can be switched smoothly and reliably with a simple structure. Further, when the small turbocharger is used, the exhaust pressure can be made to flow by bypassing the turbine of the large turbocharger, so that the back pressure can be lowered. For this reason, when the scavenging effect during the valve overlap period is used to improve the charging efficiency (torque), the differential pressure between the intake pressure and the exhaust pressure can be sufficiently increased, so that the scavenging effect is more reliably achieved. Obtainable.

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、4サイクルのディーゼル機関10を備えている。ディーゼル機関10は、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。ディーゼル機関10の各気筒から排出される排気ガスは、排気マニホールド12によって集合され、排気通路14に流入する。なお、本実施形態のディーゼル機関10は、直列4気筒型であるが、本発明におけるディーゼル機関の気筒数および気筒配置はこれに限定されるものではない。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes a four-cycle diesel engine 10. It is assumed that the diesel engine 10 is mounted on a vehicle and used as a power source. The exhaust gas discharged from each cylinder of the diesel engine 10 is collected by the exhaust manifold 12 and flows into the exhaust passage 14. In addition, although the diesel engine 10 of this embodiment is an inline 4-cylinder type, the number of cylinders and cylinder arrangement | positioning of a diesel engine in this invention are not limited to this.

本実施形態のディーゼル機関10は、小ターボ過給機16と、この小ターボ過給機16より大容量の(高流量に適した)大ターボ過給機18とを備えている。後述するように、ディーゼル機関10では、比較的低回転低負荷側の運転領域では小ターボ過給機16が使用され、比較的高回転高負荷側の運転領域では大ターボ過給機18が使用される。   The diesel engine 10 of the present embodiment includes a small turbocharger 16 and a large turbocharger 18 having a larger capacity (suitable for high flow rate) than the small turbocharger 16. As will be described later, in the diesel engine 10, the small turbocharger 16 is used in the operation region on the relatively low rotation / low load side, and the large turbocharger 18 is used in the operation region on the relatively high rotation / high load side. Is done.

大ターボ過給機18のタービン18aは、小ターボ過給機16のタービン16aの下流側に配置されている。すなわち、排気マニホールド12の直下の排気通路14は、小ターボ過給機16のタービン16aの入口に接続されている。そして、小ターボ過給機16のタービン16aの出口から延びる排気通路17は、大ターボ過給機18のタービン18aの入口に接続されている。   The turbine 18 a of the large turbocharger 18 is disposed on the downstream side of the turbine 16 a of the small turbocharger 16. That is, the exhaust passage 14 immediately below the exhaust manifold 12 is connected to the inlet of the turbine 16 a of the small turbocharger 16. The exhaust passage 17 extending from the outlet of the turbine 16 a of the small turbocharger 16 is connected to the inlet of the turbine 18 a of the large turbocharger 18.

小ターボ過給機16のタービン16aの上流側の排気通路14と下流側の排気通路17とは、小タービンバイパス通路20によって接続されている。小タービンバイパス通路20の途中には、この通路を開閉する開閉弁22が設置されている。   The exhaust passage 14 on the upstream side of the turbine 16 a of the small turbocharger 16 and the exhaust passage 17 on the downstream side are connected by a small turbine bypass passage 20. In the middle of the small turbine bypass passage 20, an on-off valve 22 that opens and closes this passage is installed.

また、大ターボ過給機18のタービン18aの上流側の排気通路17と下流側の排気通路19とは、大タービンバイパス通路24によって接続されている。大タービンバイパス通路24の途中には、この通路を開閉する開閉弁26が設置されている。   In addition, the upstream exhaust passage 17 and the downstream exhaust passage 19 of the turbine 18 a of the large turbocharger 18 are connected by a large turbine bypass passage 24. In the middle of the large turbine bypass passage 24, an on-off valve 26 for opening and closing the passage is installed.

大ターボ過給機18のタービン18aの下流側の排気通路19の途中には、排気ガス中の粒子状物質(以下、「PM(Particulate Matter)」で代表する)を捕捉するための排気フィルタ28が設けられている。図示を省略するが、排気フィルタ28の上流側または下流側に排気浄化触媒が設置されていてもよい。また、排気フィルタ28に触媒成分が担持されていてもよい。   In the middle of the exhaust passage 19 on the downstream side of the turbine 18 a of the large turbocharger 18, an exhaust filter 28 for capturing particulate matter in the exhaust gas (hereinafter represented by “PM (Particulate Matter)”). Is provided. Although illustration is omitted, an exhaust purification catalyst may be provided upstream or downstream of the exhaust filter 28. Further, the exhaust filter 28 may carry a catalyst component.

排気フィルタ28の近傍には、排気フィルタ28の上流側の圧力と下流側の圧力との差圧を検出する差圧センサ30が設置されている。排気フィルタ28にPMが蓄積することによって排気フィルタ28の通気抵抗が増大していくと、差圧センサ30で検出される差圧が大きくなっていく。このため、差圧センサ30によって、排気フィルタ28のPM蓄積量(目詰まり度合い)を検知することができる。排気フィルタ28のPM蓄積量(目詰まり度合い)が所定の基準値を超えた場合には、排気フィルタ28に捕集されたPMを燃焼除去するPM再生制御が実施される。PM再生制御では、ポスト噴射や排気系燃料添加等の方法によって排気通路14に未燃燃料を流通させ、その未燃燃料を排気フィルタ28で燃焼させることにより、排気フィルタ28を例えば600℃程度の高温にする。   In the vicinity of the exhaust filter 28, a differential pressure sensor 30 for detecting a differential pressure between the upstream pressure and the downstream pressure of the exhaust filter 28 is installed. As PM accumulates in the exhaust filter 28 and the ventilation resistance of the exhaust filter 28 increases, the differential pressure detected by the differential pressure sensor 30 increases. Therefore, the PM accumulation amount (degree of clogging) in the exhaust filter 28 can be detected by the differential pressure sensor 30. When the amount of accumulated PM (the degree of clogging) in the exhaust filter 28 exceeds a predetermined reference value, PM regeneration control for burning and removing the PM collected in the exhaust filter 28 is performed. In PM regeneration control, unburned fuel is circulated through the exhaust passage 14 by a method such as post-injection or exhaust system fuel addition, and the unburned fuel is burned by the exhaust filter 28 so that the exhaust filter 28 has a temperature of about 600 ° C., for example. Keep it hot.

ディーゼル機関10の吸気通路32の入口付近には、エアクリーナ34が設けられている。吸気通路32は、エアクリーナ34の下流側で、第1通路32aと第2通路32bとに分岐している。第1通路32aの途中には小ターボ過給機16のコンプレッサ16bが配置されており、第2通路32bの途中には大ターボ過給機18のコンプレッサ18bが配置されている。両コンプレッサ16b,18bの下流側で、第1通路32aおよび第2通路32bは再度合流し、インタークーラ36へと接続されている。インタークーラ36の下流側の吸気通路32は、吸気マニホールド38に接続されている。   An air cleaner 34 is provided near the inlet of the intake passage 32 of the diesel engine 10. The intake passage 32 is branched downstream of the air cleaner 34 into a first passage 32a and a second passage 32b. The compressor 16b of the small turbocharger 16 is disposed in the middle of the first passage 32a, and the compressor 18b of the large turbocharger 18 is disposed in the middle of the second passage 32b. The first passage 32 a and the second passage 32 b are joined again on the downstream side of the compressors 16 b and 18 b and connected to the intercooler 36. An intake passage 32 on the downstream side of the intercooler 36 is connected to an intake manifold 38.

エアクリーナ34を通って吸入された空気は、小ターボ過給機16のコンプレッサ16bあるいは大ターボ過給機18のコンプレッサ18bで圧縮された後、インタークーラ36で冷却され、吸気マニホールド38を経て各気筒に流入する。   The air sucked through the air cleaner 34 is compressed by the compressor 16 b of the small turbocharger 16 or the compressor 18 b of the large turbocharger 18, cooled by the intercooler 36, and passed through the intake manifold 38 to each cylinder. Flow into.

また、本実施形態のシステムは、ECU(Electronic Control Unit)50を更に備えている。ECU50には、上述した開閉弁22,26や、差圧センサ30、ディーゼル機関10が搭載された車両のアクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセルポジションセンサ40等、各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。ECU50は、各センサの出力に基づき、所定のプログラムに従って各アクチュエータを作動させることにより、ディーゼル機関10の運転状態を制御する。   The system of the present embodiment further includes an ECU (Electronic Control Unit) 50. The ECU 50 includes various sensors such as the above-described on-off valves 22 and 26, the differential pressure sensor 30, and an accelerator position sensor 40 that detects the depression amount (accelerator opening) of an accelerator pedal of a vehicle on which the diesel engine 10 is mounted. The actuator is electrically connected. The ECU 50 controls the operating state of the diesel engine 10 by operating each actuator according to a predetermined program based on the output of each sensor.

図2は、図1に示すシステムにおけるディーゼル機関10の一つの気筒の断面を示す図である。以下、本実施形態のディーゼル機関10について更に説明する。ディーゼル機関10の気筒には、燃料を筒内に直接噴射するインジェクタ42が設置されている。各気筒のインジェクタ42は、図示しないコモンレールに接続されている。そのコモンレール内には、図示しないサプライポンプによって加圧された高圧の燃料が貯留されている。そして、上記コモンレール内から、各気筒のインジェクタ42へ燃料が供給される。   FIG. 2 is a view showing a cross section of one cylinder of the diesel engine 10 in the system shown in FIG. Hereinafter, the diesel engine 10 of the present embodiment will be further described. The cylinder of the diesel engine 10 is provided with an injector 42 that directly injects fuel into the cylinder. The injector 42 of each cylinder is connected to a common rail (not shown). The common rail stores high-pressure fuel pressurized by a supply pump (not shown). Then, fuel is supplied from the common rail to the injector 42 of each cylinder.

ディーゼル機関10のクランク軸44の近傍には、クランク軸44の回転角度を検出するクランク角センサ46が取り付けられている。ECU50は、クランク角センサ46の信号に基づいて機関回転数を算出することができる。   A crank angle sensor 46 for detecting the rotation angle of the crankshaft 44 is attached in the vicinity of the crankshaft 44 of the diesel engine 10. The ECU 50 can calculate the engine speed based on the signal from the crank angle sensor 46.

また、ディーゼル機関10は、排気弁56のバルブタイミングを可変とする排気VVT機構(排気可変動弁装置)58を備えている。本実施形態の排気VVT機構58は、排気弁56を駆動するカムシャフトの位相を変化させることにより、排気弁56の開弁期間の位相を早くしたり遅くしたりすることができる。すなわち、排気VVT機構58によれば、開弁期間一定のままで排気弁開き時期(Exhaust Valve Open:EVO)および排気弁閉じ時期(Exhaust Valve Close:EVC)を連続的に進角したり遅角したりすることができる。この排気VVT機構58は、ECU50に接続されている。   The diesel engine 10 also includes an exhaust VVT mechanism (exhaust variable valve operating device) 58 that makes the valve timing of the exhaust valve 56 variable. The exhaust VVT mechanism 58 of the present embodiment can increase or decrease the phase of the valve opening period of the exhaust valve 56 by changing the phase of the camshaft that drives the exhaust valve 56. That is, according to the exhaust VVT mechanism 58, the exhaust valve opening timing (Exhaust Valve Open: EVO) and the exhaust valve closing timing (Exhaust Valve Close: EVC) are continuously advanced or retarded while the valve opening period remains constant. You can do it. The exhaust VVT mechanism 58 is connected to the ECU 50.

なお、本発明における排気可変動弁装置は、排気VVT機構58に限定されるものではない。すなわち、本発明における排気可変動弁装置は、排気弁56の少なくとも開き時期を連続的または段階的に変化させることのできるものであれば、いかなる構成のものでもよく、例えば次に例示するようなものを用いることもできる。
(1)排気弁56とカムシャフトとの間に揺動カムなどを介在させることにより、排気弁56の開き時期を作用角(開弁期間)とともに変化させる作用角可変機構。
(2)排気弁56を開くためのカムを電気モータによって回転駆動することにより、排気弁56を任意の時期に開閉可能とする機構。
(3)排気弁56を電磁力によって駆動することにより任意の時期に開閉可能とする機構(電磁駆動弁)。
The exhaust variable valve operating apparatus according to the present invention is not limited to the exhaust VVT mechanism 58. That is, the exhaust variable valve operating apparatus according to the present invention may have any configuration as long as it can change at least the opening timing of the exhaust valve 56 continuously or stepwise. Things can also be used.
(1) A working angle variable mechanism that changes the opening timing of the exhaust valve 56 together with the working angle (valve opening period) by interposing a swing cam or the like between the exhaust valve 56 and the camshaft.
(2) A mechanism that allows the exhaust valve 56 to be opened and closed at an arbitrary time by rotationally driving a cam for opening the exhaust valve 56 by an electric motor.
(3) A mechanism (electromagnetically driven valve) that can open and close at any time by driving the exhaust valve 56 by electromagnetic force.

また、図2の構成では、ディーゼル機関10は、吸気弁52のバルブタイミングを可変とする吸気VVT機構(吸気可変動弁装置)54を更に備えているが、本発明では、吸気弁52の開弁特性は固定とされていてもよい。すなわち、本発明では、吸気VVT機構54を設けず、通常の動弁機構により吸気弁52を駆動してもよい。   In the configuration of FIG. 2, the diesel engine 10 further includes an intake VVT mechanism (intake variable valve operating device) 54 that makes the valve timing of the intake valve 52 variable, but in the present invention, the intake valve 52 is opened. The valve characteristic may be fixed. That is, in the present invention, the intake valve 52 may be driven by a normal valve mechanism without providing the intake VVT mechanism 54.

[実施の形態1の特徴]
(過給機切替制御)
一般に、ターボ過給機を備えた内燃機関では、排気エネルギの小さい低回転低負荷側の運転領域においてタービンが有効に作動しないため、トルク不足、燃費悪化、応答性悪化(いわゆるターボラグ)等を生じ易いという課題がある。
[Features of Embodiment 1]
(Supercharger switching control)
In general, in an internal combustion engine equipped with a turbocharger, the turbine does not operate effectively in the low-revolution / low-load operation region where the exhaust energy is small, resulting in torque shortage, fuel consumption deterioration, response deterioration (so-called turbo lag), etc. There is a problem that it is easy.

これに対し、本実施形態のディーゼル機関10では、排気エネルギの小さい低回転低負荷側の運転領域では小ターボ過給機16を使用し、排気エネルギの大きい高回転高負荷側の運転領域では大ターボ過給機18を使用する。小ターボ過給機16は、大ターボ過給機18に比して小容量とされているため、小さい排気エネルギでも有効に作動する。このため、本実施形態のディーゼル機関10では、低回転低負荷側の運転領域においても、過給を良好に行うことができ、トルク、燃費、応答性等の特性を十分に改善することができる。この点について、図3を参照して更に説明する。   On the other hand, in the diesel engine 10 of the present embodiment, the small turbocharger 16 is used in the operation region on the low rotation / low load side where the exhaust energy is small, and the operation region on the high rotation / high load side where the exhaust energy is large. A turbocharger 18 is used. Since the small turbocharger 16 has a smaller capacity than the large turbocharger 18, it operates effectively even with a small exhaust energy. For this reason, in the diesel engine 10 of the present embodiment, supercharging can be performed satisfactorily even in the operation region on the low rotation and low load side, and characteristics such as torque, fuel consumption, and responsiveness can be sufficiently improved. . This point will be further described with reference to FIG.

図3は、小ターボ過給機16および大ターボ過給機18の各々の過給特性を示す図である。同図に示すように、小ターボ過給機16は、低排気エネルギ側(低回転低負荷側)の領域では、大ターボ過給機18に比して高い過給圧を発生させる。これに対し、高排気エネルギ側の領域では、小ターボ過給機16の過給圧は頭打ちとなる。その一方で、大ターボ過給機18の過給圧は、排気エネルギの上昇とともに増大する。よって、低排気エネルギ側の領域では小ターボ過給機16を作動させ、高排気エネルギ側の領域では大ターボ過給機18を作動させることにより、全域において高い過給圧を得ることができる。   FIG. 3 is a diagram illustrating the supercharging characteristics of the small turbocharger 16 and the large turbocharger 18. As shown in the figure, the small turbocharger 16 generates a higher supercharging pressure than the large turbocharger 18 in the low exhaust energy side (low rotation, low load side) region. In contrast, in the region on the high exhaust energy side, the supercharging pressure of the small turbocharger 16 reaches a peak. On the other hand, the supercharging pressure of the large turbocharger 18 increases as the exhaust energy increases. Therefore, by operating the small turbocharger 16 in the region on the low exhaust energy side and operating the large turbocharger 18 in the region on the high exhaust energy side, a high supercharging pressure can be obtained in the entire region.

なお、図3の横軸の排気エネルギは、排気ガスの量、温度および圧力によって定まり、高回転高負荷側ほど増大する値である。また、図3中の小ターボ過給機16の過給特性は、後述する充填効率向上制御を実行しなかった場合のものである。   The exhaust energy on the horizontal axis in FIG. 3 is determined by the amount, temperature, and pressure of the exhaust gas, and is a value that increases as the engine speed increases with high rotation. Further, the supercharging characteristic of the small turbocharger 16 in FIG. 3 is obtained when the charging efficiency improvement control described later is not executed.

以下、小ターボ過給機16を作動させる運転領域を「小ターボ使用領域」と称し、大ターボ過給機18を作動させる運転領域を「大ターボ使用領域」と称する。ECU50には、小ターボ使用領域と大ターボ使用領域とを定めたマップが記憶されている。そして、ECU50は、クランク角センサ46およびアクセルポジションセンサ40の検出信号からディーゼル機関10の回転数および負荷を算出し、その回転数および負荷で規定される動作点が小ターボ使用領域にある場合には小ターボ過給機16を使用し、同動作点が大ターボ使用領域にある場合には大ターボ過給機18を使用する過給機切替制御を実行する。   Hereinafter, an operation region in which the small turbocharger 16 is operated is referred to as a “small turbo use region”, and an operation region in which the large turbocharger 18 is operated is referred to as a “large turbo use region”. The ECU 50 stores a map that defines a small turbo usage area and a large turbo usage area. Then, the ECU 50 calculates the rotational speed and load of the diesel engine 10 from the detection signals of the crank angle sensor 46 and the accelerator position sensor 40, and when the operating point defined by the rotational speed and load is in the small turbo use region. Uses the small turbocharger 16 and executes the supercharger switching control using the large turbocharger 18 when the operating point is in the large turbo use region.

小ターボ使用領域においては、小タービンバイパス通路20に設けられた開閉弁22を閉状態とするとともに、大タービンバイパス通路24に設けられた開閉弁26を開状態とする。この状態では、排気マニホールド12からの排気ガスは、まず、小ターボ過給機16のタービン16aに流入し、このタービン16aを作動させる。タービン16aを出た排気ガスの流路は、開閉弁26が開いているため、大ターボ過給機18のタービン18aと、大タービンバイパス通路24とに分かれている。しかしながら、タービン16aを出た排気ガスのほとんどは、通気抵抗の小さい大タービンバイパス通路24に流入する。このため、大ターボ過給機18のタービン18aは実質的に作動しない。このようにして、小ターボ使用領域においては、小ターボ過給機16が主として作動する。   In the small turbo usage region, the open / close valve 22 provided in the small turbine bypass passage 20 is closed and the open / close valve 26 provided in the large turbine bypass passage 24 is opened. In this state, the exhaust gas from the exhaust manifold 12 first flows into the turbine 16a of the small turbocharger 16 to operate the turbine 16a. The exhaust gas flow path exiting the turbine 16 a is divided into a turbine 18 a of the large turbocharger 18 and a large turbine bypass passage 24 because the on-off valve 26 is open. However, most of the exhaust gas exiting the turbine 16a flows into the large turbine bypass passage 24 having a small ventilation resistance. For this reason, the turbine 18a of the large turbocharger 18 does not substantially operate. In this way, the small turbocharger 16 mainly operates in the small turbo usage region.

一方、大ターボ使用領域においては、小タービンバイパス通路20に設けられた開閉弁22を開状態とするとともに、大タービンバイパス通路24に設けられた開閉弁26を閉状態とする。この状態では、開閉弁22が開いているため、排気マニホールド12から流入した排気ガスの流路は、小ターボ過給機16のタービン16aと、小タービンバイパス通路20とに分かれている。しかしながら、排気マニホールド12からの排気ガスのほとんどは、通気抵抗の小さい小タービンバイパス通路20に流入する。このため、小ターボ過給機16のタービン16aは実質的に作動しない。小タービンバイパス通路20を通過して排気通路17に流入した排気ガスは、次に、大ターボ過給機18のタービン18aに流入し、このタービン18aを作動させる。このようにして、大ターボ使用領域においては、大ターボ過給機18が主として作動する。   On the other hand, in the large turbo usage region, the open / close valve 22 provided in the small turbine bypass passage 20 is opened, and the open / close valve 26 provided in the large turbine bypass passage 24 is closed. In this state, since the on-off valve 22 is open, the flow path of the exhaust gas flowing in from the exhaust manifold 12 is divided into the turbine 16 a of the small turbocharger 16 and the small turbine bypass passage 20. However, most of the exhaust gas from the exhaust manifold 12 flows into the small turbine bypass passage 20 having a low ventilation resistance. For this reason, the turbine 16a of the small turbocharger 16 does not substantially operate. The exhaust gas that has passed through the small turbine bypass passage 20 and has flowed into the exhaust passage 17 then flows into the turbine 18a of the large turbocharger 18 to operate the turbine 18a. In this way, the large turbocharger 18 mainly operates in the large turbo usage region.

(充填効率向上制御)
また、本実施形態のシステムは、排気弁56の開弁期間と吸気弁52の開弁期間とが重なったバルブオーバーラップ期間(吸排気上死点付近)における掃気効果を利用することによってディーゼル機関10の充填効率ηvを向上させる充填効率向上制御を実行可能になっている。図4は、充填効率向上制御を説明するための図である。
(Filling efficiency improvement control)
In addition, the system of the present embodiment uses a scavenging effect in a valve overlap period (near intake and exhaust top dead center) where the valve opening period of the exhaust valve 56 and the valve opening period of the intake valve 52 overlap. The filling efficiency improvement control for improving the filling efficiency η v of 10 can be executed. FIG. 4 is a diagram for explaining the filling efficiency improvement control.

排気圧力(排気マニホールド圧力)は、各気筒の排気弁56から排気ガスが間欠的に排出されるのに伴って、脈動(変動)する。図4中の破線の波形は、排気弁開き時期がベースの時期となるように排気VVT機構58が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。この波形に示すように、排気弁開き時期がベースの時期となるように制御されている場合には、排気圧力の脈動の谷のタイミングは、吸気弁52の開き時期(Intake Valve Open:IVO)よりも前の時期になっている。   The exhaust pressure (exhaust manifold pressure) pulsates (fluctuates) as the exhaust gas is intermittently discharged from the exhaust valve 56 of each cylinder. The broken line waveform in FIG. 4 indicates the pulsation of the exhaust pressure when the exhaust VVT mechanism 58 is controlled so that the exhaust valve opening timing becomes the base timing. As shown in this waveform, when the exhaust valve opening timing is controlled to be the base timing, the exhaust pressure pulsation valley timing is the intake valve opening timing (Intake Valve Open: IVO). It is the time before.

これに対し、図4中の実線の波形は、排気弁開き時期がベースの時期よりも遅い時期となるように排気VVT機構58が制御されている場合における排気圧力の脈動を示す。排気弁開き時期を遅くするほど、排気ガスが排気ポートへ放出されるタイミングが遅くなるので、排気圧力の波形(位相)は、図4中で右側にシフトする。よって、排気弁開き時期を遅らせる量を適度に設定することにより、図4に示すように、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させることができる。充填効率向上制御においては、上記のように、排気弁開き時期をベースより遅くすることにより、排気圧力の脈動の谷のタイミングがバルブオーバーラップ期間に一致するように制御される。   On the other hand, the solid line waveform in FIG. 4 shows the pulsation of the exhaust pressure when the exhaust VVT mechanism 58 is controlled so that the exhaust valve opening timing is later than the base timing. As the exhaust valve opening timing is delayed, the timing at which the exhaust gas is discharged to the exhaust port is delayed. Therefore, the waveform (phase) of the exhaust pressure shifts to the right in FIG. Therefore, by appropriately setting the amount by which the exhaust valve opening timing is delayed, as shown in FIG. 4, the timing of the valley of the pulsation of the exhaust pressure can be matched with the valve overlap period. In the charging efficiency improvement control, as described above, the exhaust valve pulsation valley timing is controlled to coincide with the valve overlap period by delaying the exhaust valve opening timing from the base.

一方、図4中の一点鎖線は、吸気圧力(吸気マニホールド圧力)を示している。図4に示すように、吸気圧力はクランク角によらずほぼ一定である。このため、充填効率向上制御の実行によって排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させると、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力を排気圧力より高くすることができる。このため、吸気弁52が開いたとき、吸気弁52から筒内に流入する新気によって筒内の既燃ガスを速やかに排気ポートへ追い出すことができる。このようにして、高い掃気効果が得られ、筒内の既燃ガスを円滑かつ確実に新気に置換することができる。その結果、残留ガスを十分に低減することができ、その分、筒内に充填される新気の量を増やすことができる。つまり、充填効率ηvを増大させることができ、ディーゼル機関10のトルクを増大することができる。 On the other hand, the alternate long and short dash line in FIG. 4 indicates the intake pressure (intake manifold pressure). As shown in FIG. 4, the intake pressure is substantially constant regardless of the crank angle. For this reason, if the timing of the trough of the exhaust pressure pulsation coincides with the valve overlap period by executing the filling efficiency improvement control, the intake pressure can be made higher than the exhaust pressure in the valve overlap period. For this reason, when the intake valve 52 is opened, the burned gas in the cylinder can be quickly expelled to the exhaust port by the fresh air flowing into the cylinder from the intake valve 52. In this way, a high scavenging effect can be obtained, and the burned gas in the cylinder can be smoothly and reliably replaced with fresh air. As a result, the residual gas can be sufficiently reduced, and the amount of fresh air filled in the cylinder can be increased accordingly. That is, the charging efficiency η v can be increased, and the torque of the diesel engine 10 can be increased.

本実施形態のシステムでは、小ターボ過給機16が使用されている状態では、上記のような充填効率向上制御の効果を十分に得ることができる。これに対し、大ターボ過給機18が使用されている状態では、上記充填効率向上制御の効果を十分に得ることができない。その理由は次の通りである。   In the system of the present embodiment, the effect of the charging efficiency improvement control as described above can be sufficiently obtained when the small turbocharger 16 is used. On the other hand, in the state where the large turbocharger 18 is used, the effect of the above-described charging efficiency improvement control cannot be sufficiently obtained. The reason is as follows.

排気圧力の脈動は、排気マニホールド12およびこれに連通する空間の容積(これらを合わせて以下「排気系容積」と称する)が小さいほど、強くなる(振幅が小さくなる)。これは、排気系容積が小さいほど、排気弁56から排気ガスが排出されたときに排気マニホールド圧力がより高く上昇し、その反作用として排気行程後期の排気マニホールド圧力がより低くなるからである。逆に、排気系容積が大きいほど、排気圧力の脈動は、弱くなる(振幅が小さくなる)。   The pulsation of the exhaust pressure becomes stronger (the amplitude becomes smaller) as the volume of the exhaust manifold 12 and the space communicating with the exhaust manifold 12 (hereinafter collectively referred to as “exhaust system volume”) is smaller. This is because the smaller the exhaust system volume, the higher the exhaust manifold pressure when exhaust gas is discharged from the exhaust valve 56, and the lower the exhaust manifold pressure in the latter stage of the exhaust stroke. Conversely, the larger the exhaust system volume, the weaker the exhaust pressure pulsation (the smaller the amplitude).

小ターボ過給機16が使用されている状態では、開閉弁20が閉じられるので、小タービンバイパス通路20には排気ガスが流れない。そして、排気の圧力波は、小ターボ過給機16のタービン16aの入口で反射する。このため、小ターボ過給機16のタービン16aの入口までが排気系容積となるので、排気系容積は小さくなる。よって、排気圧力の脈動の振幅が大きくなり、脈動の谷での排気圧力は十分に低くなる。このため、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力と排気圧力との差圧を十分に大きくすることができるので、掃気効果が十分に発揮され、充填効率およびトルクを十分に向上することができる。   In the state where the small turbocharger 16 is used, the on-off valve 20 is closed, so that the exhaust gas does not flow through the small turbine bypass passage 20. The exhaust pressure wave is reflected at the inlet of the turbine 16 a of the small turbocharger 16. For this reason, since the exhaust system volume reaches the inlet of the turbine 16a of the small turbocharger 16, the exhaust system volume becomes small. Therefore, the amplitude of the pulsation of the exhaust pressure becomes large, and the exhaust pressure at the valley of the pulsation becomes sufficiently low. For this reason, since the differential pressure between the intake pressure and the exhaust pressure can be sufficiently increased during the valve overlap period, the scavenging effect is sufficiently exhibited, and the charging efficiency and torque can be sufficiently improved.

一方、大ターボ過給機18が使用されている状態では、開閉弁20が開かれるので、小タービンバイパス通路20を介して排気通路17が排気マニホールド12と連通する。この場合、排気の圧力波は、大ターボ過給機18のタービン18aの入口で反射する。このため、大ターボ過給機18のタービン18aの入口までが排気系容積となる。よって、小タービンバイパス通路20や排気通路17が排気系容積に加わることとなり、排気系容積が拡大する。その結果、排気圧力の脈動の振幅が小さくなり、脈動の谷での排気圧力が低くならず、バルブオーバーラップ期間において吸気圧力と排気圧力との差圧を十分に大きくすることができない。このため、掃気効果が十分に発揮されず、充填効率およびトルクを十分に向上することができない。   On the other hand, when the large turbocharger 18 is used, the on-off valve 20 is opened, so that the exhaust passage 17 communicates with the exhaust manifold 12 via the small turbine bypass passage 20. In this case, the pressure wave of the exhaust is reflected at the inlet of the turbine 18 a of the large turbocharger 18. For this reason, the exhaust system volume is up to the inlet of the turbine 18a of the large turbocharger 18. Therefore, the small turbine bypass passage 20 and the exhaust passage 17 are added to the exhaust system volume, and the exhaust system volume is expanded. As a result, the amplitude of the pulsation of the exhaust pressure is reduced, the exhaust pressure at the valley of the pulsation is not lowered, and the differential pressure between the intake pressure and the exhaust pressure cannot be sufficiently increased during the valve overlap period. For this reason, the scavenging effect is not sufficiently exhibited, and the filling efficiency and the torque cannot be sufficiently improved.

上述したように、本実施形態では、小ターボ過給機16が使用されている場合には、充填効率向上制御によって空気量およびトルクを増大することができる。ただし、充填効率向上制御の効果が生ずるには、バルブオーバーラップ期間において排気圧力が吸気圧力より十分に低くなることが必要である。このため、排気フィルタ28の目詰まり等の原因によって排気圧力レベル(平均的な排気圧力)が上昇した場合には、バルブオーバーラップ期間において排気圧力が吸気圧力より十分に低くならず、充填効率向上制御の効果が減退する。   As described above, in the present embodiment, when the small turbocharger 16 is used, the air amount and the torque can be increased by the charging efficiency improvement control. However, in order for the effect of the filling efficiency improvement control to occur, the exhaust pressure needs to be sufficiently lower than the intake pressure during the valve overlap period. For this reason, when the exhaust pressure level (average exhaust pressure) increases due to clogging of the exhaust filter 28, the exhaust pressure is not sufficiently lower than the intake pressure during the valve overlap period, and the charging efficiency is improved. The effectiveness of the control is reduced.

すなわち、排気フィルタ28のPM蓄積量が多くなり、排気フィルタ28の通気抵抗が大きくなった状況下では、図4に示すような排気圧力の波形が圧力増大方向(図4中の上方向)にシフトする。このため、排気圧力の脈動の谷のタイミングをバルブオーバーラップ期間に一致させたとしても、吸気圧力を排気圧力より十分に低くすることができなかったり、あるいは吸気圧力よりも排気圧力の方が大きくなったりする。このような場合には、掃気効果が発揮されにくいので、空気量およびトルクを十分に高めることができない。   That is, under the situation where the PM accumulation amount of the exhaust filter 28 increases and the ventilation resistance of the exhaust filter 28 increases, the waveform of the exhaust pressure as shown in FIG. 4 increases in the pressure increasing direction (upward in FIG. 4). shift. For this reason, even if the timing of the pulsation valley of the exhaust pressure is matched with the valve overlap period, the intake pressure cannot be made sufficiently lower than the exhaust pressure or the exhaust pressure is larger than the intake pressure. It becomes. In such a case, since the scavenging effect is hardly exhibited, the air amount and torque cannot be sufficiently increased.

以上説明したようなことから、小ターボ過給機16使用時および大ターボ過給機18使用時の空気量特性は、図5に示すようになる。図5中の実線のグラフは、排気圧力レベルが高い場合(排気フィルタ28のPM蓄積量が多い場合)における小ターボ過給機16使用時の空気量特性であり、図5中の破線のグラフは、排気圧力レベルが低い場合(排気フィルタ28のPM蓄積量が少ない場合)における小ターボ過給機16使用時の空気量特性であり、図5中の一点鎖線のグラフは、大ターボ過給機18使用時の空気量特性である。   As described above, the air amount characteristics when the small turbocharger 16 is used and when the large turbocharger 18 is used are as shown in FIG. The solid line graph in FIG. 5 is the air amount characteristic when the small turbocharger 16 is used when the exhaust pressure level is high (when the PM accumulation amount of the exhaust filter 28 is large), and the broken line graph in FIG. Fig. 5 is an air amount characteristic when the small turbocharger 16 is used when the exhaust pressure level is low (when the PM accumulation amount of the exhaust filter 28 is small), and the one-dot chain line graph in Fig. 5 shows the large turbocharger. This is an air amount characteristic when the machine 18 is used.

前述したように、小ターボ過給機16使用時において、排気圧力レベルが低い場合には充填効率向上制御の効果が十分に発揮されるのに対し、排気圧力レベルが高い場合には充填効率向上制御の効果が発揮されにくい。このため、図5から分かるように、小ターボ過給機16使用時において、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力レベルが高い場合と比べ、空気量およびトルクを増大させることができる。   As described above, when the small turbocharger 16 is used, when the exhaust pressure level is low, the effect of the charging efficiency improvement control is sufficiently exhibited, whereas when the exhaust pressure level is high, the charging efficiency is improved. The control effect is difficult to be demonstrated. Therefore, as can be seen from FIG. 5, when the small turbocharger 16 is used, the air amount and torque can be increased when the exhaust pressure level is low compared to when the exhaust pressure level is high.

一方、大ターボ過給機18使用時には、前述したように、充填効率向上制御の効果はほとんど得られない。このため、大ターボ過給機18使用時の空気量特性は、排気圧力レベルが高い場合であっても低い場合であっても同じである。   On the other hand, when the large turbocharger 18 is used, as described above, the effect of the charging efficiency improvement control is hardly obtained. For this reason, the air quantity characteristics when the large turbocharger 18 is used are the same whether the exhaust pressure level is high or low.

過給機切替制御において、小ターボ過給機16使用状態から大ターボ過給機18使用状態へ切り替える最適なポイントは、両者の空気量特性が逆転するポイントである。従って、排気圧力レベルが高い場合の最適切替ポイントは、図5中で実線と一点鎖線とが交差する点Aとなる。これに対し、排気圧力レベルが低い場合の最適切替ポイントは、図5中で破線と一点鎖線とが交差する点Bとなる。図5から分かるように、点B(排気圧力レベルが低い場合の最適切替ポイント)は、点A(排気圧力レベルが高い場合の最適切替ポイント)に比して、排気エネルギが高い側、すなわち高回転高負荷側にある。このように、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力レベルが高い場合と比べ、最適な過給機切替ポイントが高回転高負荷側へシフトする。このため、排気圧力レベルが低い場合には、排気圧力レベルが高い場合と比べ、小ターボ過給機16と大ターボ過給機18との切替ポイントを高回転高負荷側へシフトさせることが理想である。   In the supercharger switching control, the optimum point for switching from the state where the small turbocharger 16 is used to the state where the large turbocharger 18 is used is a point where the air quantity characteristics of both are reversed. Therefore, the optimum switching point when the exhaust pressure level is high is a point A where the solid line and the alternate long and short dash line intersect in FIG. On the other hand, the optimum switching point when the exhaust pressure level is low is a point B where the broken line and the alternate long and short dash line intersect in FIG. As can be seen from FIG. 5, the point B (optimal switching point when the exhaust pressure level is low) is higher than the point A (optimal switching point when the exhaust pressure level is high). It is on the rotating high load side. Thus, when the exhaust pressure level is low, the optimum supercharger switching point is shifted to the high rotation high load side as compared with the case where the exhaust pressure level is high. For this reason, when the exhaust pressure level is low, it is ideal to shift the switching point between the small turbocharger 16 and the large turbocharger 18 to the high rotation and high load side as compared with the case where the exhaust pressure level is high. It is.

図6は、上記の理想を実現するために本実施形態においてECU50が用いるマップである。図6中の実線は、排気圧力レベルが高い場合における最適な過給機切替ポイントを連ねたラインである。ECU50は、排気圧力レベルが所定の判定レベルより高いことが検知された場合には、図6中の実線を境に、低回転低負荷側を小ターボ使用領域、高回転高負荷側を大ターボ使用領域として、過給機切替制御を実行する。   FIG. 6 is a map used by the ECU 50 in the present embodiment to realize the above ideal. The solid line in FIG. 6 is a line connecting the optimum supercharger switching points when the exhaust pressure level is high. When the ECU 50 detects that the exhaust pressure level is higher than a predetermined determination level, the ECU 50 detects that the low rotation and low load side is the small turbo use region and the high rotation and high load side is the large turbo, with the solid line in FIG. As a use area, supercharger switching control is executed.

一方、図6中の破線は、排気圧力レベルが低い場合における最適な過給機切替ポイントを連ねたラインである。ECU50は、排気圧力レベルが上記判定レベルより低いことが検知された場合には、図6中の破線を境に、低回転低負荷側を小ターボ使用領域、高回転高負荷側を大ターボ使用領域として、過給機切替制御を実行する。   On the other hand, the broken line in FIG. 6 is a line connecting optimum turbocharger switching points when the exhaust pressure level is low. When it is detected that the exhaust pressure level is lower than the above judgment level, the ECU 50 uses the low-revolution / low-load side as a small turbo use area and the high-revolution / high load side as a large turbo, with the broken line in FIG. As a region, supercharger switching control is executed.

すなわち、本実施形態では、排気圧力レベルが判定レベルより低い場合には、排気圧力レベルが判定レベルより高い場合と比べ、小ターボ使用領域を拡大し、大ターボ使用領域を縮小することとしている。これにより、排気圧力レベルが高い場合と低い場合との何れの場合であっても、最適な切替ポイント、つまり過渡的な空気量を最大にできるようなポイントで、小ターボ過給機16と大ターボ過給機18とを切り替えることができる。   That is, in the present embodiment, when the exhaust pressure level is lower than the determination level, the small turbo use area is expanded and the large turbo use area is reduced as compared with the case where the exhaust pressure level is higher than the determination level. Thus, whether the exhaust pressure level is high or low, the small turbocharger 16 and the large turbocharger 16 are large at the optimum switching point, that is, the point at which the transient air amount can be maximized. The turbocharger 18 can be switched.

これに対し、本発明と異なり、過給機切替ラインを常に一定にした場合には、過渡的な空気量を最大とすることができない。例えば、図5中で、排気圧力レベルが低い場合、つまり掃気効果による充填効率向上が見込める場合に、排気圧力レベルが高い場合の最適切替ポイントで過給機を切り替えたと仮定すると、空気量は点C→点A→点Bの経路で変化する。このため、本来の最適切替ポイントである点Bで小ターボ過給機16に切り替えた場合と比べ、図5中で三角形ABCで表される面積の分だけ、過渡的な空気量の低下が生ずる。これに対し、本実施形態の制御によれば、点Bまで小ターボ過給機16の使用を継続するので、点Bまで充填効率向上制御の恩恵を受けることができる。その結果、空気量は点C→点Bの経路で変化する。すなわち、過渡的な空気量の低下を回避することができる。   On the other hand, unlike the present invention, when the supercharger switching line is always constant, the transient air amount cannot be maximized. For example, in FIG. 5, assuming that the turbocharger is switched at the optimum switching point when the exhaust pressure level is low, that is, when the charging efficiency can be improved due to the scavenging effect, the exhaust pressure level is high, the air amount is The route changes from C to point A to point B. For this reason, compared with the case where it switches to the small turbocharger 16 at the point B which is the original optimum switching point, a transient decrease in the air amount is caused by the area represented by the triangle ABC in FIG. . On the other hand, according to the control of the present embodiment, since the use of the small turbocharger 16 is continued up to the point B, the benefit of the charging efficiency improvement control can be obtained up to the point B. As a result, the amount of air changes along the path from point C to point B. That is, it is possible to avoid a transient decrease in the air amount.

逆に、図5中で、排気圧力レベルが高い場合、つまり掃気効果による充填効率向上が見込めない場合に、排気圧力レベルが低い場合の最適切替ポイントで過給機を切り替えたと仮定すると、空気量は点A→点D→点Bのように変化する。このため、本来の最適切替ポイントである点Aで大ターボ過給機18に切り替えた場合と比べ、図5中で三角形ABDで表される面積の分だけ、過渡的な空気量が低下する。これに対し、本実施形態の制御によれば、点Aで大ターボ過給機18に切り替えることにより、大ターボ過給機18による過給を早期に開始することができる。その結果、掃気効果を利用した充填効率向上が不十分であることを大ターボ過給機18による過給によって補うことができ、空気量は点A→点Bの経路で変化する。すなわち、上記のような過渡的な空気量の低下を回避することができる。   On the other hand, in FIG. 5, assuming that the turbocharger is switched at the optimum switching point when the exhaust pressure level is high, that is, when the charging efficiency cannot be improved due to the scavenging effect, the exhaust pressure level is low. Changes as point A → point D → point B. For this reason, compared with the case where it switches to the large turbocharger 18 at the point A which is the original optimum switching point, the transient air amount is reduced by the area represented by the triangle ABD in FIG. On the other hand, according to the control of the present embodiment, by switching to the large turbocharger 18 at the point A, the supercharging by the large turbocharger 18 can be started early. As a result, insufficient improvement of the charging efficiency using the scavenging effect can be compensated for by supercharging by the large turbocharger 18, and the air amount changes along the path from point A to point B. That is, it is possible to avoid a transient decrease in the air amount as described above.

ところで、ターボ過給機を作動させると、一般に、内燃機関のポンプ損失が増大する。このポンプ損失の増大は、内燃機関の燃費を悪化させる方向に作用する。本実施形態のシステムでは、小ターボ過給機16を使用している状態の方が大ターボ過給機18を使用している状態よりもポンプ損失が小さい。このため、燃費の観点からは、小ターボ過給機16を使用する方が有利である。一方、掃気効果を利用した充填効率向上制御は、燃費に悪影響を及ぼすことはない。   By the way, when the turbocharger is operated, the pump loss of the internal combustion engine generally increases. This increase in pump loss acts in the direction of worsening the fuel consumption of the internal combustion engine. In the system of the present embodiment, the pump loss is smaller in the state where the small turbocharger 16 is used than in the state where the large turbocharger 18 is used. For this reason, it is more advantageous to use the small turbocharger 16 from the viewpoint of fuel consumption. On the other hand, the charging efficiency improvement control using the scavenging effect does not adversely affect the fuel consumption.

上述したように、本実施形態によれば、排気圧力レベルが判定レベルより低い場合、つまり掃気効果を利用した充填効率向上制御が有効である場合には、燃費性能がより良好な小ターボ過給機18の使用領域を拡大し、充填効率向上制御の恩恵をより広範囲で享受することができる。このため、燃費を十分に低減することができる。   As described above, according to the present embodiment, when the exhaust pressure level is lower than the determination level, that is, when the charging efficiency improvement control using the scavenging effect is effective, the small turbocharger with better fuel efficiency is provided. The use area of the machine 18 can be expanded, and the benefits of filling efficiency improvement control can be enjoyed in a wider range. For this reason, fuel consumption can be reduced sufficiently.

なお、排気圧力レベルの検出方法については、本実施形態では、差圧センサ30で検出される排気フィルタ28の前後の差圧と、排気圧力レベルとの間に相関があることを利用して、差圧センサ30で検出される差圧から排気圧力レベルを算出することができる。本発明では、排気圧力レベルの検出方法は上記の方法に限定されるものではなく、例えば、排気マニホールド圧力を検出するセンサを設け、そのセンサでの検出値から排気圧力レベル(平均排気圧力)を算出するようにしてもよい。   Regarding the detection method of the exhaust pressure level, in the present embodiment, utilizing the fact that there is a correlation between the differential pressure before and after the exhaust filter 28 detected by the differential pressure sensor 30 and the exhaust pressure level, The exhaust pressure level can be calculated from the differential pressure detected by the differential pressure sensor 30. In the present invention, the method of detecting the exhaust pressure level is not limited to the above method. For example, a sensor for detecting the exhaust manifold pressure is provided, and the exhaust pressure level (average exhaust pressure) is determined from the detection value of the sensor. You may make it calculate.

また、図6に示す例では、排気圧力レベルの高低に応じて過給機切替ライン(小ターボ使用領域と大ターボ使用領域との境界)を2段階に変化させているが、本発明では、排気圧力レベルに応じて過給機切替ラインをより多段階に、あるいは連続的に、変化させるようにしてもよい。   In the example shown in FIG. 6, the supercharger switching line (the boundary between the small turbo use area and the large turbo use area) is changed in two stages according to the level of the exhaust pressure level. The supercharger switching line may be changed in multiple stages or continuously according to the exhaust pressure level.

また、本実施形態では、小ターボ過給機16が使用されているとき、大ターボ過給機18のタービン18aをバイパスして排気ガスを流すことができるので、背圧を低くすることができる。このため、バルブオーバーラップ期間における掃気効果を利用して充填効率(トルク)を向上させる場合に、吸気圧力と排気圧力との差圧を十分に大きくすることができるので、掃気効果をより確実に得ることができる。一方、本発明では、大タービンバイパス通路24およびこれを開閉する開閉弁26を備えない構成であってもよい。大タービンバイパス通路24および開閉弁26を備えない構成の場合、小ターボ使用領域では、小ターボ過給機16のタービン16aによってエネルギが回収された後の排気ガス(つまり排気エネルギの小さい排気ガス)が大ターボ過給機18のタービン18aに流入することとなるので、大ターボ過給機18は有効に作動せず、小ターボ過給機16が主として作動することとなる。また、大タービンバイパス通路24および開閉弁26を備えない構成の場合であっても、小ターボ使用領域において、大ターボ過給機18のタービン18aの入口面積を可変とする可変ノズル(図示せず)を開くなどの方法によって背圧を低減することにより、大タービンバイパス通路24がある場合に比較的近い効果を得ることも可能である。   Further, in this embodiment, when the small turbocharger 16 is used, the exhaust gas can be allowed to flow by bypassing the turbine 18a of the large turbocharger 18, so that the back pressure can be lowered. . For this reason, when the scavenging effect during the valve overlap period is used to improve the charging efficiency (torque), the differential pressure between the intake pressure and the exhaust pressure can be sufficiently increased, so that the scavenging effect is more reliably achieved. Obtainable. On the other hand, in this invention, the structure which is not provided with the large turbine bypass channel 24 and the on-off valve 26 which opens and closes this may be sufficient. In the case where the large turbine bypass passage 24 and the on-off valve 26 are not provided, in the small turbo usage region, the exhaust gas after the energy is recovered by the turbine 16a of the small turbocharger 16 (that is, the exhaust gas having a small exhaust energy). Will flow into the turbine 18a of the large turbocharger 18, the large turbocharger 18 will not operate effectively, and the small turbocharger 16 will mainly operate. Further, even in the case where the large turbine bypass passage 24 and the on-off valve 26 are not provided, a variable nozzle (not shown) that makes the inlet area of the turbine 18a of the large turbocharger 18 variable in the small turbo use region. It is also possible to obtain an effect that is relatively close to the case where there is the large turbine bypass passage 24 by reducing the back pressure by a method such as opening).

また、本実施形態では、本発明をディーゼル機関(圧縮着火内燃機関)の制御に適用した場合について説明したが、本発明は、ディーゼル機関の制御に限定されるものではなく、火花点火内燃機関の制御に適用することも可能である。   Moreover, although this embodiment demonstrated the case where this invention was applied to control of a diesel engine (compression ignition internal combustion engine), this invention is not limited to control of a diesel engine, and is a spark ignition internal combustion engine. It is also possible to apply to control.

また、本実施形態では、過給機がターボ過給機である場合について説明したが、本発明は、過給機が内燃機関の出力軸によって駆動される機械式過給機である場合にも適用可能である。本実施形態のシステムのように小過給機と大過給機とを備える場合には、何れか一方が機械式過給機で他方がターボ過給機であっても、両方が機械式過給機であってもよい。   In the present embodiment, the case where the supercharger is a turbocharger has been described. However, the present invention also applies to a case where the supercharger is a mechanical supercharger driven by the output shaft of the internal combustion engine. Applicable. When a small supercharger and a large supercharger are provided as in the system of this embodiment, even if one is a mechanical supercharger and the other is a turbocharger, both are mechanical superchargers. It may be a feeder.

また、本実施形態では、小過給機と大過給機とを備えるシステムを例に説明したが、本発明では、過給機が一つで、低回転低負荷側の運転領域では過給機を使用せず、高回転高負荷側の運転領域で過給機を使用するシステムにも適用可能である。   Further, in the present embodiment, a system including a small supercharger and a large supercharger has been described as an example. However, in the present invention, there is one supercharger, and supercharging is performed in an operation region on a low rotation / low load side. It is also applicable to a system that uses a supercharger in the operating region on the high rotation high load side without using a machine.

また、本実施形態では、小ターボ過給機16が前記第2の発明における「小過給機」に、大ターボ過給機18が前記第1の発明における「過給機」および前記第2の発明における「大過給機」に、小ターボ使用領域が前記第1の発明における「第1の運転領域」および前記第2の発明における「小過給機使用領域」に、大ターボ使用領域が前記第1の発明における「第2の運転領域」および前記第2の発明における「大過給機使用領域」に、それぞれ相当している。また、ECU50が、図6に示すマップに従って小ターボ過給機16使用状態と大ターボ過給機18使用状態とを切り替えることにより前記第1および第2の発明における「過給機切替手段」が、差圧センサ30で検出される差圧から算出した排気圧力レベルが所定の判定レベルより高いか低いかを判定することにより前記第1および第2の発明における「排気圧力レベル判別手段」が、排気圧力レベルに基づいて図6に示すマップの過給機切替ラインを変化させることより前記第1および第2の発明における「領域変更手段」が、バルブオーバーラップ期間において掃気が生ずるように排気VVT機構58(必要に応じて更に吸気VVT機構54)を制御することにより前記第1および第2の発明における「充填効率向上手段」が、それぞれ実現されている。   In the present embodiment, the small turbocharger 16 is the “small supercharger” in the second invention, and the large turbocharger 18 is the “supercharger” and the second in the first invention. In the “large turbocharger” in the invention of the present invention, the small turbo use area is in the “first operation area” in the first invention and the “small turbocharger use area” in the second invention. Corresponds to the “second operating region” in the first invention and the “large turbocharger use region” in the second invention, respectively. Further, the “supercharger switching means” in the first and second aspects of the present invention is obtained when the ECU 50 switches between the usage state of the small turbocharger 16 and the usage state of the large turbocharger 18 according to the map shown in FIG. By determining whether the exhaust pressure level calculated from the differential pressure detected by the differential pressure sensor 30 is higher or lower than a predetermined determination level, the “exhaust pressure level determining means” in the first and second inventions By changing the supercharger switching line in the map shown in FIG. 6 on the basis of the exhaust pressure level, the “region changing means” in the first and second inventions causes the exhaust VVT so that scavenging occurs during the valve overlap period. The “filling efficiency improving means” in the first and second inventions by controlling the mechanism 58 (further, if necessary, the intake VVT mechanism 54), respectively. It has been realized.

本発明の実施の形態1のシステム構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the system configuration | structure of Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1のシステムにおけるディーゼル機関の一つの気筒の断面を示す図である。It is a figure which shows the cross section of one cylinder of the diesel engine in the system of Embodiment 1 of this invention. 小ターボ過給機および大ターボ過給機の各々の過給特性を示す図である。It is a figure which shows each supercharging characteristic of a small turbocharger and a large turbocharger. 充填効率向上制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating filling efficiency improvement control. 小ターボ過給機使用時および大ターボ過給機使用時の空気量特性を示す図である。It is a figure which shows the air quantity characteristic at the time of use of a small turbocharger and a large turbocharger. 小ターボ使用領域および大ターボ使用領域を示すマップである。It is a map which shows a small turbo use area and a large turbo use area.

符号の説明Explanation of symbols

10 ディーゼル機関
12 排気マニホールド
14,17,19 排気通路
16 小ターボ過給機
16a タービン
16b コンプレッサ
18 大ターボ過給機
18a タービン
18b コンプレッサ
20 小タービンバイパス通路
22 開閉弁
24 大タービンバイパス通路
26 開閉弁
28 排気フィルタ
30 差圧センサ
32 吸気通路
34 エアクリーナ
36 インタークーラ
38 吸気マニホールド
50 ECU
52 吸気弁
54 吸気VVT機構
56 排気弁
58 排気VVT機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Diesel engine 12 Exhaust manifold 14, 17, 19 Exhaust passage 16 Small turbocharger 16a Turbine 16b Compressor 18 Large turbocharger 18a Turbine 18b Compressor 20 Small turbine bypass passage 22 Open / close valve 24 Large turbine bypass passage 26 Open / close valve 28 Exhaust filter 30 Differential pressure sensor 32 Intake passage 34 Air cleaner 36 Intercooler 38 Intake manifold 50 ECU
52 Intake Valve 54 Intake VVT Mechanism 56 Exhaust Valve 58 Exhaust VVT Mechanism

Claims (5)

過給機と、
第1の運転領域では前記過給機を実質的に作動させず、前記第1の運転領域より高回転高負荷側の第2の運転領域では前記過給機を作動させる過給機切替手段と、
排気圧力レベルが所定レベルより低いか否かを判別する排気圧力レベル判別手段と、
排気圧力レベルが前記所定レベルより低い場合には、排気圧力レベルが前記所定レベルより高い場合と比べ、前記第1の運転領域を拡大し、前記第2の運転領域を縮小する領域変更手段と、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A turbocharger,
Supercharger switching means that does not substantially operate the supercharger in the first operation region, and operates the supercharger in the second operation region on the high rotation high load side from the first operation region; ,
Exhaust pressure level determining means for determining whether the exhaust pressure level is lower than a predetermined level;
When the exhaust pressure level is lower than the predetermined level, compared with a case where the exhaust pressure level is higher than the predetermined level, region changing means for expanding the first operating region and reducing the second operating region;
A charging efficiency improving means for providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period overlap, and matching the timing at which the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
小過給機と、
前記小過給機より大容量の大過給機と、
小過給機使用領域では前記小過給機を主として作動させ、前記小過給機使用領域より高回転高負荷側の大過給機使用領域では前記大過給機を主として作動させる過給機切替手段と、
排気圧力レベルが所定レベルより低いか否かを判別する排気圧力レベル判別手段と、
排気圧力レベルが前記所定レベルより低い場合には、排気圧力レベルが前記所定レベルより高い場合と比べ、前記小過給機使用領域を拡大し、前記大過給機使用領域を縮小する領域変更手段と、
吸気弁開弁期間と排気弁開弁期間とが重なるバルブオーバーラップ期間を設けるとともに、排気圧力の脈動が谷となるタイミングを前記バルブオーバーラップ期間に一致させる充填効率向上手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
A small turbocharger,
A large supercharger having a larger capacity than the small supercharger;
The supercharger that mainly operates the small supercharger in the small supercharger use region, and that mainly operates the large supercharger in the large supercharger use region on the high rotation and high load side from the small supercharger use region. Switching means;
Exhaust pressure level determining means for determining whether the exhaust pressure level is lower than a predetermined level;
Region change means for expanding the small supercharger use region and reducing the large supercharger use region when the exhaust pressure level is lower than the predetermined level, compared to when the exhaust pressure level is higher than the predetermined level When,
A charging efficiency improving means for providing a valve overlap period in which the intake valve opening period and the exhaust valve opening period overlap, and matching the timing at which the pulsation of the exhaust pressure becomes a valley with the valve overlap period;
A control device for an internal combustion engine, comprising:
前記小過給機および前記大過給機は、それぞれ、排気ガスによって作動するタービンを有するターボ過給機であり、
前記小過給機のタービンの下流側に前記大過給機のタービンが配置されていることを特徴とする請求項2記載の内燃機関の制御装置。
Each of the small supercharger and the large supercharger is a turbocharger having a turbine operated by exhaust gas,
The control device for an internal combustion engine according to claim 2, wherein the turbine of the large supercharger is disposed downstream of the turbine of the small supercharger.
前記過給機切替手段は、
前記小過給機のタービンをバイパスして排気ガスを通す小タービンバイパス通路と、
前記小タービンバイパス通路を開閉する小タービンバイパス通路開閉弁と、
を含み、
前記小過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を閉じ、前記大過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を開くことを特徴とする請求項3記載の内燃機関の制御装置。
The supercharger switching means is
A small turbine bypass passage for bypassing the turbine of the small supercharger and passing exhaust gas;
A small turbine bypass passage opening / closing valve for opening and closing the small turbine bypass passage;
Including
4. The internal combustion engine according to claim 3, wherein the small turbine bypass passage on-off valve is closed in the small supercharger use region, and the small turbine bypass passage on-off valve is opened in the large supercharger use region. Control device.
前記過給機切替手段は、
前記大過給機のタービンをバイパスして排気ガスを通す大タービンバイパス通路と、
前記大タービンバイパス通路を開閉する大タービンバイパス通路開閉弁と、
を更に含み、
前記小過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を閉じて前記大タービンバイパス通路開閉弁を開き、前記大過給機使用領域では、前記小タービンバイパス通路開閉弁を開いて前記大タービンバイパス通路開閉弁を閉じることを特徴とする請求項4記載の内燃機関の制御装置。
The supercharger switching means is
A large turbine bypass passage for bypassing the turbine of the large supercharger and passing exhaust gas;
A large turbine bypass passage opening / closing valve for opening and closing the large turbine bypass passage;
Further including
In the small turbocharger use region, the small turbine bypass passage on / off valve is closed and the large turbine bypass passage on / off valve is opened, and in the large supercharger use region, the small turbine bypass passage on / off valve is opened and the large turbocharger is opened. 5. The control device for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the turbine bypass passage on-off valve is closed.
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