JP2009191667A - Supercharging device and supercharging engine system - Google Patents

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Yoshihiro Hotta
義博 堀田
Minoru Ishino
実 石野
Minaji Inayoshi
三七二 稲吉
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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To expand an operation range for providing high efficiency, in a supercharging device having a low pressure stage turbocharger and a high pressure stage turbocharger. <P>SOLUTION: When an engine speed Ne and the torque Te of an internal combustion engine 10 exist in a low speed-low load area small in exhaust energy, a low pressure stage exhaust control valve 24 is controlled in an opening state, and a high pressure stage exhaust control valve 44 is controlled in a closed state. Since exhaust gas from the internal combustion engine 10 passes through a high pressure stage turbine 42 and flows by bypassing a low pressure stage turbine 22, intake air to a low pressure stage compressor 21 is introduced to a high pressure stage compressor 41 by bypassing the low pressure stage compressor 21. The intake air from a low pressure stage compressor bypass flow passage 25 is pressurized by the high pressure stage compressor 41, and is then introduced to the internal combustion engine 10. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンへの吸気を加圧する過給装置、及び過給エンジンシステムに関する。   The present invention relates to a supercharging device that pressurizes intake air into an engine by using exhaust energy of the engine, and a supercharged engine system.

エンジンへの吸気を加圧する過給装置として、ターボチャージャー(ターボ過給機)が用いられている。ターボチャージャーは、エンジンの排気エネルギーを利用してタービンに動力を発生させ、タービンの動力を利用してコンプレッサを駆動することで、エンジンへの吸気を加圧する。   A turbocharger (turbocharger) is used as a supercharging device that pressurizes intake air into the engine. The turbocharger generates power in the turbine using the exhaust energy of the engine, and pressurizes the intake air to the engine by driving the compressor using the power of the turbine.

さらに、大容量の低圧段ターボチャージャーと小容量の高圧段ターボチャージャーを直列に設けた直列2段式のターボチャージャーも提案されている。この直列2段式のターボチャージャーでは、低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーで2段階に加圧された吸気がエンジンへ導入される。ただし、この直列2段式のターボチャージャーにおいて、エンジンの運転状態が排気エネルギーの多い高速・高負荷運転状態にある場合には、高圧段ターボチャージャーの容量が不足するため、作動ガスの全量を高圧段ターボチャージャーに流すことができなくなる。そこで、高圧段ターボチャージャーについては、タービンをバイパスさせるタービンバイパス流路と、コンプレッサをバイパスさせるコンプレッサバイパス流路とを設け、エンジンの高速・高負荷運転時には、高圧段ターボチャージャーのタービンをバイパスさせて排気を流すことで、低圧段ターボチャージャーで加圧され且つ高圧段ターボチャージャーをバイパスした吸気がエンジンへ導入されるようにしている。   Furthermore, a series two-stage turbocharger in which a large-capacity low-pressure stage turbocharger and a small-capacity high-pressure stage turbocharger are provided in series has been proposed. In this series two-stage turbocharger, intake air pressurized in two stages by the low-pressure stage turbocharger and the high-pressure stage turbocharger is introduced into the engine. However, in this series two-stage turbocharger, if the engine is operating at high speed and high load with a lot of exhaust energy, the capacity of the high-pressure stage turbocharger will be insufficient, so the total amount of working gas will be high. Can no longer flow through the stage turbocharger. Therefore, for the high-pressure stage turbocharger, a turbine bypass path that bypasses the turbine and a compressor bypass path that bypasses the compressor are provided, and the high-pressure stage turbocharger turbine is bypassed during high-speed, high-load operation of the engine. By flowing the exhaust gas, the intake air pressurized by the low-pressure stage turbocharger and bypassing the high-pressure stage turbocharger is introduced into the engine.

特開2007−154684号公報JP 2007-154684 A 特開2001−329849号公報JP 2001-329849 A 特開2005−256755号公報JP 2005-256755 A 特開2006−57570号公報JP 2006-57570 A Christoph他,"BMW High Precision Fuel Injection in Conjunction With Twin -Turbo Technology:A Combination for Maximum Dynamic and High Fuel Efficiency",SAE Paper 2007-01-1560,Society of Automotive Engineers,2007Christoph et al., “BMW High Precision Fuel Injection in Conjunction With Twin -Turbo Technology: A Combination for Maximum Dynamic and High Fuel Efficiency”, SAE Paper 2007-01-1560, Society of Automotive Engineers, 2007 Robert C.他,"Series Turbocharging for the Caterpillar(登録商標) Heavy-Duty, On-Highway Truck Engines with ACERT(登録商標) Technology",SAE Paper 2007-01-1561,Society of Automotive Engineers,2007Robert C. et al., "Series Turbocharging for the Caterpillar (R) Heavy-Duty, On-Highway Truck Engines with ACERT (R) Technology", SAE Paper 2007-01-1561, Society of Automotive Engineers, 2007

上記の直列2段式のターボチャージャーにおいては、エンジンへの吸気を低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーで2段階に加圧するため、直列2段式のターボチャージャー全体の効率は、低圧段ターボチャージャーの効率と高圧段ターボチャージャーの効率とを掛け合わせたものとなる。特に小流量領域では、低圧段ターボチャージャーの効率及び高圧段ターボチャージャーの効率が低下して、全体の効率が低下する。エンジンへの吸気を低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーで効率よく加圧するためには、低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーを効率の高い作動領域で作動させることが望ましいが、低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーの両方を広い作動範囲で効率よく作動させることは基本的に難しい。特に、エンジンの運転状態が排気エネルギーの少ない低速・低負荷運転状態にある場合には、大容量の低圧段ターボチャージャーを駆動するのに十分な排気エネルギーがないにもかかわらず、低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーの両方を駆動するため、低圧段ターボチャージャーの駆動がロスとなってエンジンへの吸気を効率よく加圧することが困難となる。   In the above-described series two-stage turbocharger, since the intake air to the engine is pressurized in two stages by the low-pressure stage turbocharger and the high-pressure stage turbocharger, the overall efficiency of the series two-stage turbocharger is as follows. Is the product of the efficiency of the high-pressure turbocharger. Particularly in the small flow rate region, the efficiency of the low-pressure stage turbocharger and the efficiency of the high-pressure stage turbocharger are lowered, and the overall efficiency is lowered. In order to efficiently pressurize the intake air into the engine with the low-pressure stage turbocharger and the high-pressure stage turbocharger, it is desirable to operate the low-pressure stage turbocharger and the high-pressure stage turbocharger in a highly efficient operating region. It is basically difficult to operate both the high-pressure turbocharger and the high-pressure stage turbocharger efficiently over a wide operating range. In particular, when the engine is operating at low speed and low load with low exhaust energy, the low pressure turbocharger is used even though there is not enough exhaust energy to drive a large capacity low pressure turbocharger. Since both the high-pressure stage turbocharger and the high-pressure stage turbocharger are driven, it is difficult to efficiently pressurize the intake air into the engine due to loss of driving of the low-pressure stage turbocharger.

本発明は、低圧段ターボチャージャー及び高圧段ターボチャージャーを備える過給装置において、高い効率の得られる作動範囲を広げることを目的とする。   An object of the present invention is to widen an operating range in which high efficiency can be obtained in a supercharging device including a low-pressure stage turbocharger and a high-pressure stage turbocharger.

本発明に係る過給装置及び過給エンジンシステムは、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。   The supercharging device and the supercharging engine system according to the present invention employ the following means in order to achieve the above-described object.

本発明に係る過給装置は、エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンへの吸気を加圧する過給装置であって、エンジンへの吸気を加圧する低圧段コンプレッサと、低圧段コンプレッサからの吸気を加圧してエンジンへ供給する高圧段コンプレッサと、エンジンの排気エネルギーを利用して低圧段コンプレッサを駆動する低圧段タービンと、エンジンの排気エネルギーを利用して高圧段コンプレッサを駆動する高圧段タービンと、エンジンからの排気を低圧段タービンをバイパスさせて流すことが可能な低圧段タービンバイパス手段と、低圧段タービンバイパス手段が低圧段タービンをバイパスさせて排気を流す場合に、低圧段コンプレッサへの吸気を低圧段コンプレッサをバイパスさせて高圧段コンプレッサへ導入する低圧段コンプレッサバイパス手段と、を備え、低圧段タービンを通って排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサ及び高圧段コンプレッサで加圧された吸気がエンジンへ導入され、低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサをバイパスし且つ高圧段コンプレッサで加圧された吸気がエンジンへ導入されることを要旨とする。   A supercharging device according to the present invention is a supercharging device that pressurizes intake air to the engine by using exhaust energy of the engine, and includes a low-pressure compressor that pressurizes intake air to the engine, and intake air from the low-pressure compressor. A high-pressure compressor that pressurizes and supplies the engine, a low-pressure turbine that drives the low-pressure compressor using the exhaust energy of the engine, a high-pressure turbine that drives the high-pressure compressor using the exhaust energy of the engine, Low-pressure stage turbine bypass means that can flow exhaust gas from the engine by bypassing the low-pressure stage turbine, and when the low-pressure stage turbine bypass means bypasses the low-pressure stage turbine and flows exhaust gas, Low pressure compressor that bypasses the low pressure compressor and introduces it to the high pressure compressor And when the exhaust flows through the low-pressure turbine, the intake air pressurized by the low-pressure compressor and the high-pressure compressor is introduced into the engine, and the exhaust flows by bypassing the low-pressure turbine. The gist is that the intake air that bypasses the low-pressure compressor and is pressurized by the high-pressure compressor is introduced into the engine.

本発明の一態様では、低圧段コンプレッサバイパス手段は、低圧段コンプレッサをバイパスさせて低圧段コンプレッサの入口と出口とを繋ぐ低圧段コンプレッサバイパス流路と、低圧段コンプレッサバイパス流路における吸気のバイパス流れを調整する低圧段吸気調整弁と、を含み、低圧段吸気調整弁は、低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサの入口から出口への吸気のバイパス流れを許容し、低圧段タービンを通って排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサの出口から入口への吸気のバイパス流れを遮断することが好適である。この態様では、低圧段吸気調整弁は一方向弁であることが好適である。   In one aspect of the present invention, the low-pressure compressor bypass means bypasses the low-pressure compressor and connects the inlet and the outlet of the low-pressure compressor, and the intake bypass flow in the low-pressure compressor bypass A low-pressure stage intake regulating valve that, when bypassing the low-pressure stage turbine and the exhaust gas flows, allows the bypass flow of the intake air from the inlet to the outlet of the low-pressure stage compressor, When the exhaust flows through the low-pressure turbine, it is preferable to block the intake bypass flow from the outlet to the inlet of the low-pressure compressor. In this aspect, it is preferable that the low-pressure stage intake adjustment valve is a one-way valve.

本発明の一態様では、低圧段タービンバイパス手段は、低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合におけるエンジンの回転数及びトルクの少なくとも一方が、低圧段タービンを通って排気が流れる場合よりも低くなるように、低圧段タービンをバイパスさせて排気を流すことが好適である。   In one aspect of the present invention, the low-pressure turbine bypass means is configured such that at least one of the engine speed and torque when the exhaust flows through the low-pressure turbine is lower than when the exhaust flows through the low-pressure turbine. Thus, it is preferable to flow the exhaust gas by bypassing the low-pressure stage turbine.

本発明の一態様では、エンジンからの排気を高圧段タービンをバイパスさせて流すことが可能な高圧段タービンバイパス手段と、高圧段タービンバイパス手段が高圧段タービンをバイパスさせて排気を流す場合に、低圧段コンプレッサからの吸気を高圧段コンプレッサをバイパスさせてエンジンへ導入する高圧段コンプレッサバイパス手段と、をさらに備え、高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサで加圧され且つ高圧段コンプレッサをバイパスした吸気がエンジンへ導入されることが好適である。   In one aspect of the present invention, when the exhaust from the engine can flow by bypassing the high-pressure turbine, and when the high-pressure turbine bypass means bypasses the high-pressure turbine and flows the exhaust, A high-pressure compressor bypass means for introducing the intake air from the low-pressure compressor into the engine by bypassing the high-pressure compressor, and when the exhaust gas flows through the high-pressure turbine, the intake air is pressurized by the low-pressure compressor and It is preferred that the intake air bypassing the high pressure compressor is introduced into the engine.

本発明の一態様では、高圧段コンプレッサバイパス手段は、高圧段コンプレッサをバイパスさせて高圧段コンプレッサの入口と出口とを繋ぐ高圧段コンプレッサバイパス流路と、高圧段コンプレッサバイパス流路における吸気のバイパス流れを調整する高圧段吸気調整弁と、を含み、高圧段吸気調整弁は、高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、高圧段コンプレッサの入口から出口への吸気のバイパス流れを許容し、高圧段タービンを通って排気が流れる場合は、高圧段コンプレッサの出口から入口への吸気のバイパス流れを遮断することが好適である。この態様では、高圧段吸気調整弁は一方向弁であることが好適である。   In one aspect of the present invention, the high-pressure compressor bypass means bypasses the high-pressure compressor and connects the inlet and outlet of the high-pressure compressor, and the intake bypass flow in the high-pressure compressor bypass A high-pressure stage intake regulating valve that, when bypassing the high-pressure stage turbine and exhaust flows, allows the bypass flow of the intake air from the inlet to the outlet of the high-pressure stage compressor, When exhaust flows through the high-pressure turbine, it is preferable to block the intake bypass flow from the outlet to the inlet of the high-pressure compressor. In this aspect, it is preferable that the high-pressure stage intake adjustment valve is a one-way valve.

本発明の一態様では、高圧段タービンバイパス手段は、高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合におけるエンジンの回転数及びトルクの少なくとも一方が、高圧段タービンを通って排気が流れる場合よりも高くなるように、高圧段タービンをバイパスさせて排気を流すことが好適である。   In one aspect of the present invention, the high-pressure turbine bypass means is configured such that at least one of the engine speed and torque when the exhaust flows by bypassing the high-pressure turbine is higher than when the exhaust flows through the high-pressure turbine. Thus, it is preferable to flow exhaust gas by bypassing the high-pressure turbine.

本発明の一態様では、前記エンジンが、燃料を筒内に噴射する筒内噴射式内燃機関であることが好適である。   In one aspect of the present invention, it is preferable that the engine is a cylinder injection internal combustion engine that injects fuel into the cylinder.

また、本発明に係る過給エンジンシステムは、エンジンと、エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンへの吸気を加圧する過給装置と、を備える過給エンジンシステムであって、前記過給装置が、本発明に係る過給装置であることを要旨とする。   The supercharged engine system according to the present invention is a supercharged engine system comprising an engine and a supercharging device that pressurizes intake air into the engine by using exhaust energy of the engine, wherein the supercharging device The gist of the present invention is the supercharging device according to the present invention.

本発明によれば、低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサをバイパスし且つ高圧段コンプレッサで加圧された吸気がエンジンへ導入されることで、エンジンの排気エネルギーの少ないときに、低圧段タービンの駆動によるロスが生じるのを抑制して、排気エネルギーのすべてを高圧段タービンの駆動に使用することができる。そのため、少ない排気エネルギーであっても、高圧段コンプレッサの作動状態を効率の高くなる作動領域へ速やかに移行させることができる。その結果、高い効率の得られる過給装置の作動範囲を広げることができる。   According to the present invention, when exhaust flows by bypassing the low-pressure stage turbine, the intake air pressurized by the high-pressure stage compressor is introduced into the engine, bypassing the low-pressure stage compressor, so that the exhaust energy of the engine is small. Sometimes, it is possible to suppress the loss caused by driving the low-pressure stage turbine and use all of the exhaust energy for driving the high-pressure stage turbine. Therefore, even with a small amount of exhaust energy, the operating state of the high-pressure compressor can be quickly transferred to the operating region where the efficiency is high. As a result, the operating range of the supercharging device with high efficiency can be expanded.

以下、本発明を実施するための形態(以下実施形態という)を図面に従って説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施形態に係る過給装置12を備える過給エンジンシステムの概略構成を示す図である。本実施形態に係る過給装置12は、内燃機関10の排気エネルギーを利用して内燃機関10への吸気を加圧するものであり、大容量の低圧段ターボチャージャー20と小容量の高圧段ターボチャージャー40とを備える。   FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a supercharged engine system including a supercharging device 12 according to an embodiment of the present invention. The supercharging device 12 according to the present embodiment pressurizes intake air to the internal combustion engine 10 using exhaust energy of the internal combustion engine 10, and has a large capacity low pressure stage turbocharger 20 and a small capacity high pressure stage turbocharger. 40.

内燃機関10は、例えばディーゼルエンジンや直噴ガソリンエンジン等、燃料を筒内に直接噴射する筒内噴射式内燃機関により構成することができる。内燃機関10が筒内噴射式内燃機関である場合は、本実施形態に係る過給装置12で加圧される吸気(新気)は空気である。内燃機関10においては、燃焼後の排気の一部が吸気側へEGRガスとして供給される排気再循環(EGR)が行われる。EGRを行うことで、燃焼の際に生成される窒素酸化物(NOx)の抑制を図ることができる。ただし、内燃機関10への吸気における空気量が低下すると、燃焼の際に煤(スモーク)が発生しやすくなる。本実施形態では、内燃機関10への吸気(空気)を過給装置12により加圧することで、内燃機関10へ供給する空気量を増大させることができ、燃焼の際に生成される煤の抑制を図ることができる。   The internal combustion engine 10 can be configured by a direct injection internal combustion engine that directly injects fuel into a cylinder, such as a diesel engine or a direct injection gasoline engine. When the internal combustion engine 10 is a direct injection internal combustion engine, the intake air (new air) pressurized by the supercharging device 12 according to the present embodiment is air. In the internal combustion engine 10, exhaust gas recirculation (EGR) is performed in which part of the exhaust gas after combustion is supplied to the intake side as EGR gas. By performing EGR, nitrogen oxides (NOx) generated during combustion can be suppressed. However, if the amount of air in the intake air to the internal combustion engine 10 decreases, soot is likely to be generated during combustion. In the present embodiment, the amount of air supplied to the internal combustion engine 10 can be increased by pressurizing the intake air (air) to the internal combustion engine 10 with the supercharging device 12, and the soot generated during combustion can be suppressed. Can be achieved.

低圧段ターボチャージャー20は、内燃機関10への吸気を加圧する大容量の低圧段コンプレッサ21と、内燃機関10の排気エネルギーを利用して低圧段コンプレッサ21を回転駆動する大容量の低圧段タービン22と、を備える。低圧段ターボチャージャー20は、大流量で高効率となる特性を有する。高圧段ターボチャージャー40は、低圧段コンプレッサ21の出口21bからの吸気を加圧して内燃機関10へ供給する小容量の高圧段コンプレッサ41と、内燃機関10の排気エネルギーを利用して高圧段コンプレッサ41を回転駆動する小容量の高圧段タービン42と、を備える。高圧段ターボチャージャー40は、小流量で高効率となる特性を有する。低圧段コンプレッサ21と高圧段コンプレッサ41は、内燃機関10の吸気通路に直列に設けられている。図1は、高圧段タービン42と低圧段タービン22が内燃機関10の排気通路に直列に設けられた例を示しており、低圧段タービン22は、高圧段タービン42の出口42bからの排気エネルギーを利用して低圧段コンプレッサ21を回転駆動する。   The low-pressure stage turbocharger 20 includes a large-capacity low-pressure stage compressor 21 that pressurizes intake air to the internal combustion engine 10 and a large-capacity low-pressure stage turbine 22 that rotationally drives the low-pressure stage compressor 21 using the exhaust energy of the internal combustion engine 10. And comprising. The low-pressure stage turbocharger 20 has a characteristic of high efficiency at a large flow rate. The high-pressure turbocharger 40 includes a small-capacity high-pressure compressor 41 that pressurizes intake air from the outlet 21 b of the low-pressure compressor 21 and supplies the pressurized air to the internal combustion engine 10, and a high-pressure compressor 41 that uses the exhaust energy of the internal combustion engine 10. And a high-capacity high-pressure turbine 42 having a small capacity for rotationally driving the engine. The high-pressure stage turbocharger 40 has a characteristic of high efficiency at a small flow rate. The low pressure compressor 21 and the high pressure compressor 41 are provided in series in the intake passage of the internal combustion engine 10. FIG. 1 shows an example in which a high-pressure turbine 42 and a low-pressure turbine 22 are provided in series in the exhaust passage of the internal combustion engine 10, and the low-pressure turbine 22 uses exhaust energy from the outlet 42 b of the high-pressure turbine 42. The low-pressure stage compressor 21 is rotationally driven by using it.

内燃機関10からの排気(高圧段タービン42の入口42aへの排気)を高圧段タービン42をバイパスさせて流すために、高圧段タービン42の入口42aと出口42b(低圧段タービン22の入口22a)とを高圧段タービン42をバイパスさせて繋ぐ高圧段タービンバイパス流路43が設けられている。高圧段タービンバイパス流路43には、高圧段タービンバイパス流路43における排気のバイパス流れを制御する高圧段排気制御弁44が設けられている。高圧段排気制御弁44は、高圧段タービンバイパス流路43における排気のバイパス流れを許容する開状態と、高圧段タービンバイパス流路43における排気のバイパス流れを遮断する閉状態と、に選択的に切り替わることが可能である。ここでは、内燃機関10からの排気の全流量を高圧段排気制御弁44を介して流すことができるように高圧段排気制御弁44の容量が設定されている。   In order to flow exhaust from the internal combustion engine 10 (exhaust to the inlet 42a of the high-pressure turbine 42) bypassing the high-pressure turbine 42, the inlet 42a and outlet 42b of the high-pressure turbine 42 (inlet 22a of the low-pressure turbine 22) Are connected to each other by bypassing the high-pressure turbine 42. The high-pressure turbine bypass passage 43 is provided with a high-pressure exhaust control valve 44 that controls the exhaust bypass flow in the high-pressure turbine bypass passage 43. The high-pressure stage exhaust control valve 44 is selectively used in an open state that allows the exhaust bypass flow in the high-pressure stage turbine bypass passage 43 and a closed state that blocks the exhaust bypass flow in the high-pressure turbine bypass passage 43. It is possible to switch. Here, the capacity of the high-pressure stage exhaust control valve 44 is set so that the entire flow rate of the exhaust gas from the internal combustion engine 10 can flow through the high-pressure stage exhaust control valve 44.

そして、低圧段コンプレッサ21の出口21bからの吸気(高圧段コンプレッサ41の入口41aへの吸気)を高圧段コンプレッサ41をバイパスさせて流すために、高圧段コンプレッサ41の入口41a(低圧段コンプレッサ21の出口21b)と出口41bとを高圧段コンプレッサ41をバイパスさせて繋ぐ高圧段コンプレッサバイパス流路45が設けられている。高圧段コンプレッサバイパス流路45には、高圧段コンプレッサバイパス流路45における吸気のバイパス流れを調整する高圧段吸気調整弁として一方向弁(逆止弁)46が設けられている。ここでの一方向弁46は、高圧段コンプレッサ41の入口41aから出口41bへの吸気のバイパス流れ(高圧段コンプレッサバイパス流路45の流れ)を許容するとともに、高圧段コンプレッサ41の出口41bから入口41aへの吸気のバイパス流れ(高圧段コンプレッサバイパス流路45の流れ)を遮断するために設けられている。高圧段タービン42をバイパスして排気が流れ、高圧段コンプレッサ41が吸気を加圧していないときは、一方向弁46が開いて、高圧段コンプレッサ41の入口41aから出口41bへの吸気のバイパス流れが許容される。一方、高圧段タービン42を通って排気が流れ、高圧段コンプレッサ41が吸気を加圧することで出口41bの圧力が入口41aの圧力よりも高くなると、一方向弁46が閉じて、高圧段コンプレッサ41の出口41bから入口41aへの吸気のバイパス流れが遮断される。   In order to flow the intake air from the outlet 21b of the low-pressure stage compressor 21 (intake to the inlet 41a of the high-pressure stage compressor 41) bypassing the high-pressure stage compressor 41, the inlet 41a (the low-pressure stage compressor 21 of the low-pressure stage compressor 21). A high-pressure stage compressor bypass passage 45 is provided that connects the outlet 21b) and the outlet 41b by bypassing the high-pressure compressor 41. The high-pressure stage compressor bypass passage 45 is provided with a one-way valve (check valve) 46 as a high-pressure stage intake adjustment valve that adjusts the bypass flow of the intake air in the high-pressure stage compressor bypass passage 45. Here, the one-way valve 46 allows the intake air bypass flow from the inlet 41a to the outlet 41b of the high-pressure compressor 41 (the flow of the high-pressure compressor bypass passage 45) and the inlet from the outlet 41b of the high-pressure compressor 41 to the inlet. It is provided to block the intake bypass flow (flow in the high-pressure compressor bypass passage 45) to 41a. When the exhaust flows by bypassing the high-pressure turbine 42 and the high-pressure compressor 41 is not pressurizing the intake air, the one-way valve 46 is opened and the bypass flow of the intake air from the inlet 41a to the outlet 41b of the high-pressure compressor 41 Is acceptable. On the other hand, when the exhaust gas flows through the high-pressure turbine 42 and the high-pressure compressor 41 pressurizes the intake air so that the pressure at the outlet 41b becomes higher than the pressure at the inlet 41a, the one-way valve 46 is closed and the high-pressure compressor 41 The intake bypass flow from the outlet 41b to the inlet 41a is blocked.

高圧段排気制御弁44が閉状態にある場合は、内燃機関10からの排気は、高圧段タービン42をバイパスしないで高圧段タービン42を通って流れてから、低圧段タービン22の入口22aへ導入される。その場合は、低圧段コンプレッサ21の出口21bからの吸気は、高圧段コンプレッサ41をバイパスしないで高圧段コンプレッサ41で加圧されてから、内燃機関10へ導入される。その際には、高圧段コンプレッサバイパス流路45における高圧段コンプレッサ41の出口41bから入口41aへの吸気の流れが一方向弁46により遮断される。一方、高圧段排気制御弁44が開状態にある場合は、内燃機関10からの排気は、高圧段タービンバイパス流路43を通って高圧段タービン42をバイパスして流れてから、低圧段タービン22の入口22aへ導入される。その場合は、高圧段コンプレッサバイパス流路45における高圧段コンプレッサ41の入口41aから出口41bへの吸気の流れが一方向弁46により許容され、低圧段コンプレッサ21の出口21bからの吸気は、高圧段コンプレッサ41で加圧されずに高圧段コンプレッサバイパス流路45を通って高圧段コンプレッサ41をバイパスしてから、内燃機関10へ導入される。   When the high-pressure stage exhaust control valve 44 is in the closed state, the exhaust from the internal combustion engine 10 flows through the high-pressure stage turbine 42 without bypassing the high-pressure stage turbine 42 and then introduced into the inlet 22 a of the low-pressure stage turbine 22. Is done. In that case, the intake air from the outlet 21 b of the low-pressure compressor 21 is pressurized by the high-pressure compressor 41 without bypassing the high-pressure compressor 41 and then introduced into the internal combustion engine 10. At that time, the one-way valve 46 blocks the intake air flow from the outlet 41 b of the high-pressure compressor 41 to the inlet 41 a in the high-pressure compressor bypass passage 45. On the other hand, when the high-pressure stage exhaust control valve 44 is in the open state, the exhaust from the internal combustion engine 10 flows through the high-pressure stage turbine bypass passage 43 and bypasses the high-pressure stage turbine 42, and then the low-pressure stage turbine 22. To the inlet 22a. In that case, the one-way valve 46 allows the intake air flow from the inlet 41a to the outlet 41b of the high-pressure compressor 41 in the high-pressure compressor bypass passage 45, and the intake air from the outlet 21b of the low-pressure compressor 21 is The high pressure compressor 41 is bypassed through the high pressure compressor bypass passage 45 without being pressurized by the compressor 41, and then introduced into the internal combustion engine 10.

さらに、内燃機関10からの排気(低圧段タービン22の入口22aへの排気)を低圧段タービン22をバイパスさせて流すために、低圧段タービン22の入口22a(高圧段タービン42の出口42b)と出口22bとを低圧段タービン22をバイパスさせて繋ぐ低圧段タービンバイパス流路23が設けられている。低圧段タービンバイパス流路23には、低圧段タービンバイパス流路23における排気のバイパス流れを制御する低圧段排気制御弁24が設けられている。低圧段排気制御弁24は、低圧段タービンバイパス流路23における排気のバイパス流れを許容する開状態と、低圧段タービンバイパス流路23における排気のバイパス流れを遮断する閉状態と、に選択的に切り替わることが可能である。ここでは、内燃機関10からの排気の全流量を低圧段排気制御弁24を介して流すことができるように低圧段排気制御弁24の容量が設定されている。   Furthermore, in order to flow exhaust gas from the internal combustion engine 10 (exhaust gas to the inlet 22a of the low pressure turbine 22) bypassing the low pressure turbine 22, the inlet 22a of the low pressure turbine 22 (exit 42b of the high pressure turbine 42) and A low-pressure turbine bypass passage 23 is provided to connect the outlet 22b with the low-pressure turbine 22 by bypass. The low-pressure stage turbine bypass passage 23 is provided with a low-pressure stage exhaust control valve 24 that controls the bypass flow of exhaust gas in the low-pressure stage turbine bypass passage 23. The low-pressure stage exhaust control valve 24 is selectively used in an open state that allows an exhaust bypass flow in the low-pressure stage turbine bypass passage 23 and a closed state that blocks an exhaust bypass flow in the low-pressure turbine bypass passage 23. It is possible to switch. Here, the capacity of the low-pressure stage exhaust control valve 24 is set so that the entire flow rate of the exhaust gas from the internal combustion engine 10 can flow through the low-pressure stage exhaust control valve 24.

そして、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気を低圧段コンプレッサ21をバイパスさせて流すために、低圧段コンプレッサ21の入口21aと出口21b(高圧段コンプレッサ41の入口41a)とを低圧段コンプレッサ21をバイパスさせて繋ぐ低圧段コンプレッサバイパス流路25が設けられている。低圧段コンプレッサバイパス流路25には、低圧段コンプレッサバイパス流路25における吸気のバイパス流れを調整する低圧段吸気調整弁として一方向弁(逆止弁)26が設けられている。ここでの一方向弁26は、低圧段コンプレッサ21の入口21aから出口21bへの吸気のバイパス流れ(低圧段コンプレッサバイパス流路25の流れ)を許容するとともに、低圧段コンプレッサ21の出口21bから入口21aへの吸気のバイパス流れ(低圧段コンプレッサバイパス流路25の流れ)を遮断するために設けられている。低圧段タービン22をバイパスして排気が流れ、低圧段コンプレッサ21が吸気を加圧していないときは、一方向弁26が開いて、低圧段コンプレッサ21の入口21aから出口21bへの吸気のバイパス流れが許容される。一方、低圧段タービン22を通って排気が流れ、低圧段コンプレッサ21が吸気を加圧することで出口21bの圧力が入口21aの圧力よりも高くなると、一方向弁26が閉じて、低圧段コンプレッサ21の出口21bから入口21aへの吸気のバイパス流れが遮断される。   Then, in order to flow the intake air to the inlet 21a of the low-pressure stage compressor 21 bypassing the low-pressure stage compressor 21, the inlet 21a and the outlet 21b (the inlet 41a of the high-pressure stage compressor 41) of the low-pressure stage compressor 21 are connected to the low-pressure stage compressor 21. Is provided with a low-pressure compressor bypass passage 25 for bypassing and connecting the two. The low-pressure stage compressor bypass passage 25 is provided with a one-way valve (check valve) 26 as a low-pressure stage intake adjustment valve that adjusts the bypass flow of intake air in the low-pressure stage compressor bypass passage 25. Here, the one-way valve 26 allows the intake air bypass flow from the inlet 21a to the outlet 21b of the low-pressure compressor 21 (the flow of the low-pressure compressor bypass passage 25) and the inlet of the low-pressure compressor 21 from the outlet 21b. It is provided to block the intake bypass flow (flow in the low-pressure compressor bypass flow path 25) to 21a. When the low-pressure stage turbine 22 bypasses the exhaust gas and the low-pressure stage compressor 21 does not pressurize the intake air, the one-way valve 26 is opened, and the intake air bypass flow from the inlet 21a to the outlet 21b of the low-pressure stage compressor 21 is opened. Is acceptable. On the other hand, when the exhaust gas flows through the low-pressure turbine 22 and the low-pressure compressor 21 pressurizes the intake air so that the pressure at the outlet 21b becomes higher than the pressure at the inlet 21a, the one-way valve 26 is closed and the low-pressure compressor 21 The intake bypass flow from the outlet 21b to the inlet 21a is blocked.

低圧段排気制御弁24が閉状態にある場合は、内燃機関10(高圧段タービン42の出口42b)からの排気は、低圧段タービン22をバイパスしないで低圧段タービン22を通って流れてから、低圧段タービン22の出口22bへ導入される。その場合は、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気は、低圧段コンプレッサ21をバイパスしないで低圧段コンプレッサ21で加圧されてから、高圧段コンプレッサ41の入口41aへ導入される。その際には、低圧段コンプレッサバイパス流路25における低圧段コンプレッサ21の出口21bから入口21aへの吸気の流れが一方向弁26により遮断される。一方、低圧段排気制御弁24が開状態にある場合は、内燃機関10(高圧段タービン42の出口42b)からの排気は、低圧段タービンバイパス流路23を通って低圧段タービン22をバイパスして流れてから、低圧段タービン22の出口22bへ導入される。その場合は、低圧段コンプレッサバイパス流路25における低圧段コンプレッサ21の入口21aから出口21bへの吸気の流れが一方向弁26により許容され、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気は、低圧段コンプレッサ21で加圧されずに低圧段コンプレッサバイパス流路25を通って低圧段コンプレッサ21をバイパスしてから、高圧段コンプレッサ41の入口41aへ導入される。   When the low-pressure stage exhaust control valve 24 is in the closed state, the exhaust gas from the internal combustion engine 10 (the outlet 42b of the high-pressure stage turbine 42) flows through the low-pressure stage turbine 22 without bypassing the low-pressure stage turbine 22, It is introduced into the outlet 22 b of the low pressure turbine 22. In that case, the intake air to the inlet 21 a of the low-pressure compressor 21 is pressurized by the low-pressure compressor 21 without bypassing the low-pressure compressor 21 and then introduced into the inlet 41 a of the high-pressure compressor 41. At that time, the one-way valve 26 blocks the intake air flow from the outlet 21 b to the inlet 21 a of the low-pressure compressor 21 in the low-pressure compressor bypass passage 25. On the other hand, when the low-pressure stage exhaust control valve 24 is in the open state, the exhaust from the internal combustion engine 10 (the outlet 42b of the high-pressure stage turbine 42) bypasses the low-pressure stage turbine 22 through the low-pressure stage turbine bypass passage 23. And then introduced into the outlet 22 b of the low-pressure turbine 22. In that case, the flow of intake air from the inlet 21a to the outlet 21b of the low-pressure compressor 21 in the low-pressure compressor bypass passage 25 is allowed by the one-way valve 26, and the intake air to the inlet 21a of the low-pressure compressor 21 is The low pressure compressor 21 bypasses the low pressure compressor 21 through the low pressure compressor bypass passage 25 without being pressurized by the compressor 21, and is then introduced into the inlet 41 a of the high pressure compressor 41.

電子制御ユニット50は、内燃機関10の運転状態に基づいて、低圧段排気制御弁24の開閉状態及び高圧段排気制御弁44の開閉状態をそれぞれ制御することで、過給装置12の動作状態を制御する。以下、本実施形態に係る過給装置12の動作について、図2〜6を用いて説明する。   The electronic control unit 50 controls the operating state of the supercharger 12 by controlling the open / close state of the low-pressure stage exhaust control valve 24 and the open / close state of the high-pressure stage exhaust control valve 44 based on the operating state of the internal combustion engine 10. Control. Hereinafter, operation | movement of the supercharging apparatus 12 which concerns on this embodiment is demonstrated using FIGS.

電子制御ユニット50は、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが図2に示す特性線Aを超えない領域である低速・低負荷領域内にある場合は、図3,6に示すように、低圧段排気制御弁24を開状態且つ高圧段排気制御弁44を閉状態に制御する。ここでの特性線Aは、図2に示すように、内燃機関10の回転数Neが高くなるにつれてトルクTeが低くなる特性線である。ここでは、特性線A上での内燃機関10の出力が所定の一定値WAとなるように特性線Aを設定することもできる。低圧段排気制御弁24を開状態に制御することで、図3に示すように、低圧段タービンバイパス流路23を通って(低圧段タービン22をバイパスして)排気が流れるため、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気が低圧段コンプレッサバイパス流路25を通って(低圧段コンプレッサ21をバイパスして)高圧段コンプレッサ41の入口41aへ導入される。そして、高圧段排気制御弁44を閉状態に制御することで、図3に示すように、高圧段タービン42を通って排気が流れるため、低圧段コンプレッサバイパス流路25からの吸気が高圧段コンプレッサ41で加圧されてから内燃機関10へ導入される。したがって、この場合は、低圧段ターボチャージャー20が作動しないで高圧段ターボチャージャー40のみが作動し、低圧段コンプレッサ21をバイパスし且つ高圧段コンプレッサ41で加圧された吸気が内燃機関10へ導入される。以下、この過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードとする。なお、内燃機関10の回転数Neについては、例えば図示しないセンサにより検出することができ、内燃機関10のトルクTe(負荷)については、例えば燃料噴射量から演算することができる。   When the electronic control unit 50 is in the low speed / low load region where the rotational speed Ne and torque Te of the internal combustion engine 10 do not exceed the characteristic line A shown in FIG. 2, as shown in FIGS. The low-pressure stage exhaust control valve 24 is opened and the high-pressure stage exhaust control valve 44 is closed. The characteristic line A here is a characteristic line in which the torque Te decreases as the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 increases, as shown in FIG. Here, the characteristic line A can also be set so that the output of the internal combustion engine 10 on the characteristic line A becomes a predetermined constant value WA. By controlling the low-pressure stage exhaust control valve 24 to the open state, as shown in FIG. 3, the exhaust gas flows through the low-pressure stage turbine bypass flow path 23 (bypassing the low-pressure stage turbine 22). 21 is introduced into the inlet 41a of the high pressure compressor 41 through the low pressure compressor bypass passage 25 (bypassing the low pressure compressor 21). Then, by controlling the high-pressure stage exhaust control valve 44 to the closed state, as shown in FIG. 3, the exhaust gas flows through the high-pressure stage turbine 42, so that the intake air from the low-pressure stage compressor bypass passage 25 is taken in by the high-pressure stage compressor. After being pressurized at 41, it is introduced into the internal combustion engine 10. Therefore, in this case, the low-pressure stage turbocharger 20 does not operate and only the high-pressure stage turbocharger 40 operates, and the intake air that bypasses the low-pressure stage compressor 21 and is pressurized by the high-pressure stage compressor 41 is introduced into the internal combustion engine 10. The Hereinafter, the operation mode of the supercharging device 12 is referred to as a high-pressure stage single operation mode. The rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 can be detected by, for example, a sensor (not shown), and the torque Te (load) of the internal combustion engine 10 can be calculated from, for example, the fuel injection amount.

また、電子制御ユニット50は、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが図2に示す特性線Aを超え且つ特性線Bを超えない領域である中速・中負荷領域内にある場合は、図4,6に示すように、低圧段排気制御弁24を閉状態且つ高圧段排気制御弁44を閉状態に制御する。ここでの特性線Bは、図2に示すように、特性線Aよりも高速・高トルク側に設定されており、内燃機関10の回転数Neが高くなるにつれてトルクTeが低くなる特性線である。ここでは、特性線B上での内燃機関10の出力が所定の一定値WB(WB>WA)となるように特性線Bを設定することもできる。低圧段排気制御弁24を閉状態に制御することで、図4に示すように、低圧段タービン22を通って排気が流れるため、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気が低圧段コンプレッサ21で加圧されてから高圧段コンプレッサ41の入口41aへ導入される。そして、高圧段排気制御弁44を閉状態に制御することで、図4に示すように、高圧段タービン42を通って排気が流れるため、低圧段コンプレッサ21で加圧された吸気が高圧段コンプレッサ41でさらに加圧されてから内燃機関10へ導入される。したがって、この場合は、低圧段ターボチャージャー20及び高圧段ターボチャージャー40の両方が作動し、低圧段コンプレッサ21及び高圧段コンプレッサ41で二段階に加圧された吸気が内燃機関10へ導入される。以下、この過給装置12の動作モードを直列作動モードとする。なお、図2に示すように、低速・低負荷領域においては、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeの少なくとも一方が中速・中負荷領域よりも低くなる。そのため、低圧段排気制御弁24は、高圧段単独作動モード(低圧段タービン22をバイパスして排気が流れる状態)における内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeの少なくとも一方が直列作動モード(低圧段タービン22を通って排気が流れる状態)よりも低くなるように、低圧段タービン22をバイパスさせて排気を流す。   Further, when the electronic control unit 50 is in a medium speed / medium load region in which the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 exceed the characteristic line A shown in FIG. As shown in FIGS. 4 and 6, the low-pressure stage exhaust control valve 24 is closed and the high-pressure stage exhaust control valve 44 is closed. As shown in FIG. 2, the characteristic line B here is set at a higher speed / higher torque side than the characteristic line A, and the characteristic line B decreases as the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 increases. is there. Here, the characteristic line B can also be set so that the output of the internal combustion engine 10 on the characteristic line B becomes a predetermined constant value WB (WB> WA). By controlling the low-pressure stage exhaust control valve 24 to the closed state, as shown in FIG. 4, the exhaust gas flows through the low-pressure stage turbine 22, so that the intake air to the inlet 21 a of the low-pressure stage compressor 21 is received by the low-pressure stage compressor 21. After being pressurized, it is introduced into the inlet 41 a of the high-pressure compressor 41. Then, by controlling the high-pressure stage exhaust control valve 44 to the closed state, as shown in FIG. 4, the exhaust gas flows through the high-pressure stage turbine 42, so that the intake air pressurized by the low-pressure stage compressor 21 is supplied to the high-pressure stage compressor. After being further pressurized at 41, it is introduced into the internal combustion engine 10. Accordingly, in this case, both the low-pressure stage turbocharger 20 and the high-pressure stage turbocharger 40 operate, and the intake air pressurized in two stages by the low-pressure stage compressor 21 and the high-pressure stage compressor 41 is introduced into the internal combustion engine 10. Hereinafter, the operation mode of the supercharging device 12 is referred to as a series operation mode. As shown in FIG. 2, in the low speed / low load region, at least one of the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 is lower than that in the medium speed / medium load region. Therefore, the low-pressure stage exhaust control valve 24 is configured so that at least one of the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 is in the series operation mode (low-pressure stage) in the high-pressure stage single operation mode (the state where the exhaust flows by bypassing the low-pressure stage turbine 22) The low-pressure stage turbine 22 is bypassed so that the exhaust gas flows to a lower level than the state where the exhaust gas flows through the turbine 22.

また、電子制御ユニット50は、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが図2に示す特性線Bを超える領域である高速・高負荷領域内にある場合は、図5,6に示すように、低圧段排気制御弁24を閉状態且つ高圧段排気制御弁44を開状態に制御する。低圧段排気制御弁24を閉状態に制御することで、図5に示すように、低圧段タービン22を通って排気が流れるため、低圧段コンプレッサ21の入口21aへの吸気が低圧段コンプレッサ21で加圧されてから高圧段コンプレッサ41の入口41aへ導入される。そして、高圧段排気制御弁44を開状態に制御することで、図5に示すように、高圧段タービンバイパス流路43を通って(高圧段タービン42をバイパスして)排気が流れるため、低圧段コンプレッサ21で加圧された吸気が高圧段コンプレッサバイパス流路45を通って(高圧段コンプレッサ41をバイパスして)内燃機関10へ導入される。したがって、この場合は、高圧段ターボチャージャー40が作動しないで低圧段ターボチャージャー20のみが作動し、低圧段コンプレッサ21で加圧され且つ高圧段コンプレッサ41をバイパスした吸気が内燃機関10へ導入される。以下、この過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードとする。なお、図2に示すように、高速・高負荷領域においては、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeの少なくとも一方が中速・中負荷領域よりも高くなる。そのため、高圧段排気制御弁44は、低圧段単独作動モード(高圧段タービン42をバイパスして排気が流れる状態)における内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeの少なくとも一方が直列作動モード(高圧段タービン42を通って排気が流れる状態)よりも高くなるように、高圧段タービン42をバイパスさせて排気を流す。   Further, when the electronic control unit 50 is in the high speed / high load region where the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 exceed the characteristic line B shown in FIG. 2, as shown in FIGS. The low-pressure stage exhaust control valve 24 is closed and the high-pressure stage exhaust control valve 44 is controlled to be open. By controlling the low-pressure stage exhaust control valve 24 to the closed state, as shown in FIG. 5, exhaust gas flows through the low-pressure stage turbine 22, so that the intake air to the inlet 21 a of the low-pressure stage compressor 21 is received by the low-pressure stage compressor 21. After being pressurized, it is introduced into the inlet 41 a of the high-pressure compressor 41. Since the exhaust flows through the high-pressure turbine bypass passage 43 (bypassing the high-pressure turbine 42) by controlling the high-pressure exhaust control valve 44 to the open state, as shown in FIG. The intake air pressurized by the stage compressor 21 is introduced into the internal combustion engine 10 through the high-pressure stage compressor bypass passage 45 (bypassing the high-pressure stage compressor 41). Therefore, in this case, the high-pressure stage turbocharger 40 is not operated, and only the low-pressure stage turbocharger 20 is operated, and the intake air pressurized by the low-pressure stage compressor 21 and bypassing the high-pressure stage compressor 41 is introduced into the internal combustion engine 10. . Hereinafter, the operation mode of the supercharging device 12 is referred to as a low-pressure stage single operation mode. As shown in FIG. 2, in the high speed / high load region, at least one of the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 is higher than that in the medium speed / medium load region. Therefore, the high-pressure stage exhaust control valve 44 is configured so that at least one of the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 in the low-pressure stage single operation mode (a state in which exhaust flows by bypassing the high-pressure stage turbine 42) The high-pressure turbine 42 is bypassed so that the exhaust gas flows higher than the exhaust gas flowing through the turbine 42.

高圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替えについては、低圧段排気制御弁24を開状態から閉状態へ切り替えることで行うことができ、直列作動モードから高圧段単独作動モードへの切り替えについては、低圧段排気制御弁24を閉状態から開状態へ切り替えることで行うことができる。低圧段排気制御弁24の切り替え動作の際には、低圧段排気制御弁24の開度を徐々に変化させることも可能である。また、高圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる特性線Aと、直列作動モードから高圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる特性線Aとの間に、ヒステリシスを設けることもできる。例えば、図7に示すように、直列作動モードから高圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる特性線A2を、高圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる特性線A1よりも低速・低トルク側に設定することができる。これによって、高圧段単独作動モードと直列作動モードとの間の切り替えが短時間で繰り返されるのが防止される。   The switching from the high-pressure stage single operation mode to the series operation mode can be performed by switching the low-pressure stage exhaust control valve 24 from the open state to the closed state. The low-pressure stage exhaust control valve 24 can be switched from the closed state to the open state. During the switching operation of the low-pressure stage exhaust control valve 24, the opening degree of the low-pressure stage exhaust control valve 24 can be gradually changed. In addition, a hysteresis may be provided between the characteristic line A used for switching determination from the high pressure stage single operation mode to the series operation mode and the characteristic line A used for switching determination from the series operation mode to the high pressure stage single operation mode. it can. For example, as shown in FIG. 7, the characteristic line A2 used for determination of switching from the series operation mode to the high-pressure stage single operation mode is slower than the characteristic line A1 used for determination of switching from the high-pressure stage single operation mode to the series operation mode.・ It can be set to the low torque side. This prevents the switching between the high-pressure stage single operation mode and the series operation mode from being repeated in a short time.

また、直列作動モードから低圧段単独作動モードへの切り替えについては、高圧段排気制御弁44を閉状態から開状態へ切り替えることで行うことができ、低圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替えについては、高圧段排気制御弁44を開状態から閉状態へ切り替えることで行うことができる。高圧段排気制御弁44の切り替え動作の際には、高圧段排気制御弁44の開度を徐々に変化させることも可能である。また、直列作動モードから低圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる特性線Bと、低圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる特性線Bとの間に、ヒステリシスを設けることもできる。例えば、図7に示すように、低圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる特性線B2を、直列作動モードから低圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる特性線B1よりも低速・低トルク側に設定することができる。これによって、直列作動モードと低圧段単独作動モードとの間の切り替えが短時間で繰り返されるのが防止される。   Further, switching from the series operation mode to the low pressure stage single operation mode can be performed by switching the high pressure stage exhaust control valve 44 from the closed state to the open state, and switching from the low pressure stage single operation mode to the series operation mode. This can be performed by switching the high-pressure stage exhaust control valve 44 from the open state to the closed state. During the switching operation of the high pressure exhaust control valve 44, the opening degree of the high pressure exhaust control valve 44 can be gradually changed. In addition, a hysteresis may be provided between the characteristic line B used for determination of switching from the series operation mode to the low pressure stage single operation mode and the characteristic line B used for determination of switching from the low pressure stage single operation mode to the series operation mode. it can. For example, as shown in FIG. 7, the characteristic line B2 used for determining switching from the low pressure stage single operation mode to the series operation mode is slower than the characteristic line B1 used for determining switching from the series operation mode to the low pressure stage single operation mode.・ It can be set to the low torque side. This prevents the switching between the series operation mode and the low pressure stage single operation mode from being repeated in a short time.

直列作動モードにおいては、内燃機関10への吸気を低圧段コンプレッサ21及び高圧段コンプレッサ41で2段階に加圧するため、過給装置12全体の効率は、低圧段ターボチャージャー20の効率と高圧段ターボチャージャー40の効率とを掛け合わせたものとなる。特に小流量領域では、低圧段ターボチャージャー20の効率及び高圧段ターボチャージャー40の効率が低下して、過給装置12全体の効率が低下する。内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが排気エネルギーの少ない低速・低負荷領域内にある場合に、過給装置12の動作モードが直列作動モードにあると、大容量の低圧段ターボチャージャー20を駆動するのに十分な排気エネルギーがないにもかかわらず、低圧段ターボチャージャー20及び高圧段ターボチャージャー40の両方を駆動することになるため、低圧段ターボチャージャー20の駆動がロスとなる。その結果、内燃機関10への吸気を効率よく加圧することが困難となり、十分な過給圧を得ることが困難となる。   In the series operation mode, the intake air to the internal combustion engine 10 is pressurized in two stages by the low-pressure stage compressor 21 and the high-pressure stage compressor 41. Therefore, the overall efficiency of the supercharging device 12 is equal to the efficiency of the low-pressure stage turbocharger 20 and the high-pressure stage turbo. This is multiplied by the efficiency of the charger 40. Particularly in the small flow rate region, the efficiency of the low-pressure stage turbocharger 20 and the efficiency of the high-pressure stage turbocharger 40 are reduced, and the efficiency of the entire supercharging device 12 is reduced. When the rotational speed Ne and torque Te of the internal combustion engine 10 are in the low speed / low load region where the exhaust energy is low, if the operation mode of the supercharger 12 is in the series operation mode, the large-capacity low-pressure turbocharger 20 is Even though there is not enough exhaust energy to drive, both the low-pressure stage turbocharger 20 and the high-pressure stage turbocharger 40 are driven, so that the driving of the low-pressure stage turbocharger 20 is lost. As a result, it becomes difficult to efficiently pressurize the intake air to the internal combustion engine 10, and it becomes difficult to obtain a sufficient boost pressure.

これに対して本実施形態では、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが排気エネルギーの少ない低速・低負荷領域内にある場合は、過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードに制御することで、大容量の低圧段ターボチャージャー20(低圧段タービン22)の駆動によるロスが生じるのを抑制して、内燃機関10からの排気エネルギーのすべてを小容量の高圧段ターボチャージャー40(高圧段タービン42)の駆動に使用することができる。そのため、少ない排気エネルギーであっても、高圧段ターボチャージャー40の作動状態を高圧段コンプレッサ41の効率が高くなる作動領域へ速やかに移行させることができる。したがって、過給装置12全体の効率を速やかに高めて内燃機関10への吸気を効率よく加圧することができ、十分な過給圧を速やかに得ることができる。その結果、低速・低負荷領域であっても、燃費の低下を招くことなく内燃機関10の充填効率を高めることができ、煤の抑制等、低エミッション化を図ることができる。   On the other hand, in the present embodiment, when the rotational speed Ne and torque Te of the internal combustion engine 10 are in the low speed / low load region where the exhaust energy is low, the operation mode of the supercharger 12 is controlled to the high pressure stage single operation mode. Thus, loss due to driving of the large-capacity low-pressure stage turbocharger 20 (low-pressure stage turbine 22) is suppressed, and all of the exhaust energy from the internal combustion engine 10 is reduced to the small-capacity high-pressure stage turbocharger 40 (high pressure). It can be used to drive a stage turbine 42). Therefore, even with a small amount of exhaust energy, the operating state of the high-pressure stage turbocharger 40 can be quickly transferred to an operating region where the efficiency of the high-pressure stage compressor 41 is increased. Accordingly, the efficiency of the entire supercharging device 12 can be quickly increased to efficiently pressurize the intake air to the internal combustion engine 10, and a sufficient supercharging pressure can be quickly obtained. As a result, even in the low speed / low load region, the charging efficiency of the internal combustion engine 10 can be increased without causing a reduction in fuel consumption, and so the emission can be reduced such as suppression of soot.

そして、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが中速・中負荷領域内にある場合は、過給装置12の動作モードを直列作動モードに制御することで、十分な排気エネルギーで低圧段ターボチャージャー20及び高圧段ターボチャージャー40を駆動することができ、低圧段ターボチャージャー20及び高圧段ターボチャージャー40の作動状態を低圧段コンプレッサ21の効率及び高圧段コンプレッサ41の効率がそれぞれ高くなる作動領域へ速やかに移行させることができる。その結果、過給装置12全体の効率を高めて内燃機関10への吸気を効率よく加圧することができるとともに、吸気を2段階に加圧して過給圧を高めることができる。   When the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 are in the medium speed / medium load region, the operation mode of the supercharger 12 is controlled to the series operation mode, so that the low-pressure stage turbo can be generated with sufficient exhaust energy. The charger 20 and the high-pressure stage turbocharger 40 can be driven, and the operating state of the low-pressure stage turbocharger 20 and the high-pressure stage turbocharger 40 is changed to an operating region where the efficiency of the low-pressure stage compressor 21 and the efficiency of the high-pressure stage compressor 41 are increased. It can be transferred quickly. As a result, the overall efficiency of the supercharging device 12 can be increased to efficiently pressurize the intake air to the internal combustion engine 10, and the intake air can be pressurized in two stages to increase the supercharging pressure.

また、内燃機関10の回転数Ne及びトルクTeが排気エネルギーの多い高速・高負荷領域内にある場合は、高圧段ターボチャージャー40の容量が不足するため、作動ガスの全量を高圧段ターボチャージャー40に流すことができなくなる。その場合は、過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードに制御することで、十分な排気エネルギーで大容量の低圧段ターボチャージャー20を駆動することができ、低圧段ターボチャージャー20の作動状態を低圧段コンプレッサ21の効率が高くなる作動領域へ移行させることができる。その結果、過給装置12全体の効率を高めて内燃機関10への吸気を効率よく加圧することができるとともに、十分な過給圧を得ることができる。   Further, when the rotational speed Ne and the torque Te of the internal combustion engine 10 are in the high speed / high load region where the exhaust energy is high, the capacity of the high pressure stage turbocharger 40 is insufficient. Can no longer flow. In that case, by controlling the operation mode of the supercharging device 12 to the low-pressure stage single operation mode, the large-capacity low-pressure stage turbocharger 20 can be driven with sufficient exhaust energy, and the operation of the low-pressure stage turbocharger 20 is performed. The state can be shifted to an operating region where the efficiency of the low-pressure compressor 21 is increased. As a result, the efficiency of the entire supercharging device 12 can be increased to efficiently pressurize the intake air to the internal combustion engine 10, and a sufficient supercharging pressure can be obtained.

したがって、本実施形態によれば、高い効率の得られる過給装置12の作動範囲を広げることができるとともに、広い作動範囲で十分な過給圧を得ることができる。その結果、広い作動範囲で内燃機関10の充填効率を高めることができ、煤の抑制等、低エミッション化を図ることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the operating range of the supercharging device 12 that can obtain high efficiency can be expanded, and a sufficient supercharging pressure can be obtained in a wide operating range. As a result, it is possible to increase the charging efficiency of the internal combustion engine 10 in a wide operating range, and to achieve low emissions such as suppression of soot.

本実施形態では、電子制御ユニット50は、内燃機関10の回転数Neに基づいて過給装置12の動作モードを切り替えることもできる。例えば、電子制御ユニット50は、内燃機関10の回転数Neが設定値Ne1よりも低い低速領域内にある場合に過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードに制御し、内燃機関10の回転数Neが設定値Ne1以上で且つ設定値Ne2(Ne2>Ne1)よりも低い中速領域内にある場合に過給装置12の動作モードを直列作動モードに制御し、内燃機関10の回転数Neが設定値Ne2以上の高速領域内にある場合に過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードに制御することもできる。この例では、低圧段排気制御弁24は、高圧段単独作動モード(低圧段タービン22をバイパスして排気が流れる状態)における内燃機関10の回転数Neが直列作動モード(低圧段タービン22を通って排気が流れる状態)よりも低くなるように、低圧段タービン22をバイパスさせて排気を流す。そして、高圧段排気制御弁44は、低圧段単独作動モード(高圧段タービン42をバイパスして排気が流れる状態)における内燃機関10の回転数Neが直列作動モード(高圧段タービン42を通って排気が流れる状態)よりも高くなるように、高圧段タービン42をバイパスさせて排気を流す。   In the present embodiment, the electronic control unit 50 can also switch the operation mode of the supercharging device 12 based on the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10. For example, the electronic control unit 50 controls the operation mode of the supercharging device 12 to the high-pressure stage single operation mode when the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 is in a low speed region lower than the set value Ne1. When the rotational speed Ne is equal to or higher than the set value Ne1 and is in a medium speed range lower than the set value Ne2 (Ne2> Ne1), the operation mode of the supercharger 12 is controlled to the series operation mode, and the rotational speed of the internal combustion engine 10 It is also possible to control the operation mode of the supercharging device 12 to the low-pressure stage single operation mode when Ne is in a high speed region equal to or greater than the set value Ne2. In this example, the low-pressure stage exhaust control valve 24 is configured so that the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 in the high-pressure stage single operation mode (a state in which exhaust flows through the low-pressure stage turbine 22) passes through the series operation mode (the low-pressure stage turbine 22). Therefore, the low-pressure turbine 22 is bypassed so that the exhaust gas flows. The high-pressure stage exhaust control valve 44 is configured so that the rotational speed Ne of the internal combustion engine 10 in the low-pressure stage single operation mode (state in which exhaust flows through the high-pressure stage turbine 42) is exhausted through the series operation mode (through the high-pressure stage turbine 42). The high-pressure turbine 42 is bypassed and the exhaust gas is allowed to flow so as to be higher than that in a state where

また、本実施形態では、電子制御ユニット50は、内燃機関10の出力Pe(=Te×Ne)に基づいて過給装置12の動作モードを切り替えることもできる。例えば、電子制御ユニット50は、内燃機関10の出力Peが設定値Pe1よりも低い低出力領域内にある場合に過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードに制御し、内燃機関10の出力Peが設定値Pe1以上で且つ設定値Pe2(Pe2>Pe1)よりも低い中出力領域内にある場合に過給装置12の動作モードを直列作動モードに制御し、内燃機関10の出力Peが設定値Pe2以上の高出力領域内にある場合に過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードに制御することもできる。この例では、低圧段排気制御弁24は、高圧段単独作動モードにおける内燃機関10の出力Peが直列作動モードよりも低くなるように、低圧段タービン22をバイパスさせて排気を流す。そして、高圧段排気制御弁44は、低圧段単独作動モードにおける内燃機関10の出力Peが直列作動モードよりも高くなるように、高圧段タービン42をバイパスさせて排気を流す。   In the present embodiment, the electronic control unit 50 can also switch the operation mode of the supercharging device 12 based on the output Pe (= Te × Ne) of the internal combustion engine 10. For example, the electronic control unit 50 controls the operation mode of the supercharging device 12 to the high-pressure stage single operation mode when the output Pe of the internal combustion engine 10 is in a low output region lower than the set value Pe1. When the output Pe is equal to or higher than the set value Pe1 and in the middle output range lower than the set value Pe2 (Pe2> Pe1), the operation mode of the supercharger 12 is controlled to the series operation mode, and the output Pe of the internal combustion engine 10 is The operation mode of the supercharger 12 can also be controlled to the low pressure stage single operation mode when it is in a high output region that is equal to or greater than the set value Pe2. In this example, the low pressure stage exhaust control valve 24 bypasses the low pressure stage turbine 22 and flows exhaust gas so that the output Pe of the internal combustion engine 10 in the high pressure stage single operation mode is lower than that in the series operation mode. The high-pressure stage exhaust control valve 44 causes the high-pressure stage turbine 42 to bypass and flow exhaust gas so that the output Pe of the internal combustion engine 10 in the low-pressure stage single operation mode is higher than that in the series operation mode.

また、本実施形態では、電子制御ユニット50は、内燃機関10に供給される吸気量Aeに基づいて過給装置12の動作モードを切り替えることもできる。例えば、電子制御ユニット50は、内燃機関10への吸気量Aeが設定値Ae1よりも少ない場合に過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードに制御し、内燃機関10への吸気量Aeが設定値Ae1以上で且つ設定値Ae2(Ae2>Ae1)よりも少ない場合に過給装置12の動作モードを直列作動モードに制御し、内燃機関10への吸気量Aeが設定値Ae2以上の場合に過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードに制御することもできる。この例では、低圧段排気制御弁24は、高圧段単独作動モードにおける内燃機関10への吸気量Aeが直列作動モードよりも低くなるように、低圧段タービン22をバイパスさせて排気を流す。そして、高圧段排気制御弁44は、低圧段単独作動モードにおける内燃機関10への吸気量Aeが直列作動モードよりも高くなるように、高圧段タービン42をバイパスさせて排気を流す。なお、内燃機関10に供給される吸気量Aeについては、例えば図示しないセンサにより検出することができる。   In the present embodiment, the electronic control unit 50 can also switch the operation mode of the supercharging device 12 based on the intake air amount Ae supplied to the internal combustion engine 10. For example, when the intake air amount Ae to the internal combustion engine 10 is smaller than the set value Ae1, the electronic control unit 50 controls the operation mode of the supercharger 12 to the high-pressure stage single operation mode, and the intake air amount Ae to the internal combustion engine 10 is controlled. Is set value Ae1 or more and less than set value Ae2 (Ae2> Ae1), the operation mode of supercharger 12 is controlled to the series operation mode, and intake air amount Ae to internal combustion engine 10 is set value Ae2 or more. In addition, the operation mode of the supercharging device 12 can be controlled to the low pressure stage single operation mode. In this example, the low-pressure stage exhaust control valve 24 flows the exhaust by bypassing the low-pressure stage turbine 22 so that the intake air amount Ae to the internal combustion engine 10 in the high-pressure stage single operation mode is lower than in the series operation mode. The high-pressure stage exhaust control valve 44 causes the high-pressure stage turbine 42 to bypass and flow exhaust gas so that the intake air amount Ae to the internal combustion engine 10 in the low-pressure stage single operation mode is higher than that in the series operation mode. The intake air amount Ae supplied to the internal combustion engine 10 can be detected by, for example, a sensor (not shown).

上記に説明した例においても、直列作動モードから高圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる設定値Ne1(あるいは設定値Pe1や設定値Ae1)を、高圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる設定値Ne1(あるいは設定値Pe1や設定値Ae1)よりも小さく設定してヒステリシスを設けることもできる。同様に、低圧段単独作動モードから直列作動モードへの切り替え判定に用いる設定値Ne2(あるいは設定値Pe2や設定値Ae2)を、直列作動モードから低圧段単独作動モードへの切り替え判定に用いる設定値Ne2(あるいは設定値Pe2や設定値Ae2)よりも小さく設定してヒステリシスを設けることもできる。   Also in the example described above, the set value Ne1 (or the set value Pe1 or the set value Ae1) used for the switching determination from the series operation mode to the high pressure stage single operation mode is switched from the high pressure stage single operation mode to the series operation mode. Hysteresis can be provided by setting smaller than the set value Ne1 (or set value Pe1 or set value Ae1) used for the determination. Similarly, a set value Ne2 (or set value Pe2 or set value Ae2) used for switching determination from the low-pressure stage single operation mode to the series operation mode is used as a setting value used for switching determination from the series operation mode to the low-pressure stage single operation mode. Hysteresis can be provided by setting smaller than Ne2 (or set value Pe2 or set value Ae2).

また、本実施形態では、例えば図8に示すように、低圧段タービン22及び高圧段タービン42を内燃機関10の排気通路に並列に設けることもできる。図8に示す構成例では、高圧段タービンバイパス流路43は、高圧段タービン42の入口42aと低圧段タービン22の入口22aとを高圧段タービン42をバイパスさせて接続し、低圧段タービンバイパス流路23は、高圧段タービンバイパス流路43(低圧段タービン22の入口22a)と低圧段タービン22の出口22bとを低圧段タービン22をバイパスさせて接続する。低圧段タービン22は、高圧段タービンバイパス流路43からの排気エネルギーを利用して低圧段コンプレッサ21を回転駆動する。図8に示す構成例の動作も、図1に示す構成例と同様である。   Further, in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 8, the low-pressure turbine 22 and the high-pressure turbine 42 may be provided in parallel with the exhaust passage of the internal combustion engine 10. In the configuration example shown in FIG. 8, the high-pressure turbine bypass flow path 43 connects the inlet 42 a of the high-pressure turbine 42 and the inlet 22 a of the low-pressure turbine 22 by bypassing the high-pressure turbine 42, and the low-pressure turbine bypass flow The passage 23 connects the high-pressure turbine bypass passage 43 (the inlet 22a of the low-pressure turbine 22) and the outlet 22b of the low-pressure turbine 22 by bypassing the low-pressure turbine 22. The low-pressure stage turbine 22 rotationally drives the low-pressure stage compressor 21 using the exhaust energy from the high-pressure stage turbine bypass passage 43. The operation of the configuration example shown in FIG. 8 is the same as that of the configuration example shown in FIG.

また、本実施形態では、低圧段コンプレッサバイパス流路25における吸気のバイパス流れを調整する低圧段吸気調整弁として、一方向弁26の代わりに、低圧段コンプレッサバイパス流路25における吸気のバイパス流れを許容する開状態と、低圧段コンプレッサバイパス流路25における吸気のバイパス流れを遮断する閉状態と、に選択的に切り替わることが可能な低圧段吸気制御弁を用いることも可能である。その際には、内燃機関10への吸気の全流量を低圧段吸気制御弁を介して流すことができるように低圧段吸気制御弁の容量を設定する。同様に、高圧段コンプレッサバイパス流路45における吸気のバイパス流れを調整する高圧段吸気調整弁として、一方向弁46の代わりに、高圧段コンプレッサバイパス流路45における吸気のバイパス流れを許容する開状態と、高圧段コンプレッサバイパス流路45における吸気のバイパス流れを遮断する閉状態と、に選択的に切り替わることが可能な高圧段吸気制御弁を用いることも可能である。その際には、内燃機関10への吸気の全流量を高圧段吸気制御弁を介して流すことができるように高圧段吸気制御弁の容量を設定する。電子制御ユニット50は、低圧段排気制御弁24を開状態、高圧段排気制御弁44を閉状態、低圧段吸気制御弁を開状態、且つ高圧段吸気制御弁を閉状態に制御することで、過給装置12の動作モードを高圧段単独作動モードに制御することができる。また、電子制御ユニット50は、低圧段排気制御弁24を閉状態、高圧段排気制御弁44を閉状態、低圧段吸気制御弁を閉状態、且つ高圧段吸気制御弁を閉状態に制御することで、過給装置12の動作モードを直列作動モードに制御することができる。また、電子制御ユニット50は、低圧段排気制御弁24を閉状態、高圧段排気制御弁44を開状態、低圧段吸気制御弁を閉状態、且つ高圧段吸気制御弁を開状態に制御することで、過給装置12の動作モードを低圧段単独作動モードに制御することができる。一方向弁26,46を低圧段吸気制御弁及び高圧段吸気制御弁にする場合は、高圧段排気制御弁44、高圧段吸気制御弁46、低圧段排気制御弁24、及び低圧段吸気制御弁26の中間開度位置を用いて、より連続的に過給装置12の各動作モードを移行させることができる。   Further, in the present embodiment, as a low-pressure stage intake adjustment valve that adjusts the bypass flow of intake air in the low-pressure stage compressor bypass passage 25, the bypass flow of intake air in the low-pressure stage compressor bypass passage 25 is used instead of the one-way valve 26. It is also possible to use a low-pressure stage intake control valve that can be selectively switched between an allowable open state and a closed state in which the intake-bypass flow in the low-pressure compressor bypass passage 25 is blocked. At that time, the capacity of the low-pressure stage intake control valve is set so that the entire flow rate of the intake air to the internal combustion engine 10 can flow through the low-pressure stage intake control valve. Similarly, as a high-pressure stage intake adjustment valve that regulates the bypass flow of intake air in the high-pressure stage compressor bypass passage 45, an open state that allows the bypass flow of intake air in the high-pressure stage compressor bypass passage 45 instead of the one-way valve 46 It is also possible to use a high-pressure stage intake control valve that can be selectively switched between a closed state in which the bypass flow of intake air in the high-pressure stage compressor bypass passage 45 is blocked. At that time, the capacity of the high-pressure stage intake control valve is set so that the entire flow rate of the intake air to the internal combustion engine 10 can flow through the high-pressure stage intake control valve. The electronic control unit 50 controls the low pressure stage exhaust control valve 24 to be opened, the high pressure stage exhaust control valve 44 to be closed, the low pressure stage intake control valve to be opened, and the high pressure stage intake control valve to be closed. The operation mode of the supercharging device 12 can be controlled to the high pressure stage single operation mode. The electronic control unit 50 controls the low pressure stage exhaust control valve 24 to be closed, the high pressure stage exhaust control valve 44 to be closed, the low pressure stage intake control valve to be closed, and the high pressure stage intake control valve to be closed. Thus, the operation mode of the supercharging device 12 can be controlled to the series operation mode. The electronic control unit 50 controls the low pressure stage exhaust control valve 24 to be closed, the high pressure stage exhaust control valve 44 to be opened, the low pressure stage intake control valve to be closed, and the high pressure stage intake control valve to be opened. Thus, the operation mode of the supercharging device 12 can be controlled to the low pressure stage single operation mode. When the one-way valves 26 and 46 are a low-pressure stage intake control valve and a high-pressure stage intake control valve, the high-pressure stage exhaust control valve 44, the high-pressure stage intake control valve 46, the low-pressure stage exhaust control valve 24, and the low-pressure stage intake control valve The operation modes of the supercharging device 12 can be shifted more continuously using the 26 intermediate opening positions.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

本発明の実施形態に係る過給装置を備える過給エンジンシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a supercharged engine system provided with a supercharging device concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作状態を切り替える条件の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the conditions which switch the operation state of the supercharging device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the supercharging apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the supercharging apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the supercharging apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作を説明する図である。It is a figure explaining operation | movement of the supercharging apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置の動作状態を切り替える条件の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of the conditions which switch the operation state of the supercharging device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る過給装置を備える過給エンジンシステムの他の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of a supercharged engine system provided with the supercharging device which concerns on embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 内燃機関、12 過給装置、20 低圧段ターボチャージャー、21 低圧段コンプレッサ、22 低圧段タービン、23 低圧段タービンバイパス流路、24 低圧段排気制御弁、25 低圧段コンプレッサバイパス流路、26,46 一方向弁、40 高圧段ターボチャージャー、41 高圧段コンプレッサ、42 高圧段タービン、43 高圧段タービンバイパス流路、44 高圧段排気制御弁、45 高圧段コンプレッサバイパス流路、50 電子制御ユニット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Internal combustion engine, 12 Supercharging device, 20 Low pressure stage turbocharger, 21 Low pressure stage compressor, 22 Low pressure stage turbine, 23 Low pressure stage turbine bypass flow path, 24 Low pressure stage exhaust control valve, 25 Low pressure stage compressor bypass flow path, 26, 46 One-way valve, 40 High-pressure stage turbocharger, 41 High-pressure stage compressor, 42 High-pressure stage turbine, 43 High-pressure stage turbine bypass flow path, 44 High-pressure stage exhaust control valve, 45 High-pressure stage compressor bypass flow path, 50 Electronic control unit.

Claims (10)

エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンへの吸気を加圧する過給装置であって、
エンジンへの吸気を加圧する低圧段コンプレッサと、
低圧段コンプレッサからの吸気を加圧してエンジンへ供給する高圧段コンプレッサと、
エンジンの排気エネルギーを利用して低圧段コンプレッサを駆動する低圧段タービンと、
エンジンの排気エネルギーを利用して高圧段コンプレッサを駆動する高圧段タービンと、
エンジンからの排気を低圧段タービンをバイパスさせて流すことが可能な低圧段タービンバイパス手段と、
低圧段タービンバイパス手段が低圧段タービンをバイパスさせて排気を流す場合に、低圧段コンプレッサへの吸気を低圧段コンプレッサをバイパスさせて高圧段コンプレッサへ導入する低圧段コンプレッサバイパス手段と、
を備え、
低圧段タービンを通って排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサ及び高圧段コンプレッサで加圧された吸気がエンジンへ導入され、
低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサをバイパスし且つ高圧段コンプレッサで加圧された吸気がエンジンへ導入される、過給装置。
A supercharging device that pressurizes intake air into the engine using engine exhaust energy,
A low-pressure stage compressor that pressurizes the intake air to the engine;
A high-pressure compressor that pressurizes intake air from the low-pressure compressor and supplies it to the engine;
A low-pressure turbine that drives the low-pressure compressor using the exhaust energy of the engine;
A high-pressure turbine that drives the high-pressure compressor using the exhaust energy of the engine;
Low-pressure turbine bypass means capable of flowing exhaust gas from the engine by bypassing the low-pressure turbine;
A low-pressure stage bypass means for bypassing the low-pressure stage compressor and introducing the intake air to the low-pressure stage compressor to the high-pressure stage compressor when the low-pressure stage turbine bypass means bypasses the low-pressure stage turbine and flows exhaust gas;
With
When exhaust flows through a low-pressure turbine, intake air pressurized by the low-pressure compressor and the high-pressure compressor is introduced into the engine,
A supercharging device that bypasses the low-pressure stage compressor and introduces the intake air pressurized by the high-pressure stage compressor to the engine when the exhaust gas flows through the low-pressure stage turbine.
請求項1に記載の過給装置であって、
低圧段コンプレッサバイパス手段は、
低圧段コンプレッサをバイパスさせて低圧段コンプレッサの入口と出口とを繋ぐ低圧段コンプレッサバイパス流路と、
低圧段コンプレッサバイパス流路における吸気のバイパス流れを調整する低圧段吸気調整弁と、
を含み、
低圧段吸気調整弁は、
低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサの入口から出口への吸気のバイパス流れを許容し、
低圧段タービンを通って排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサの出口から入口への吸気のバイパス流れを遮断する、過給装置。
The supercharging device according to claim 1,
The low pressure stage compressor bypass means
A low-pressure compressor bypass passage that bypasses the low-pressure compressor and connects the inlet and outlet of the low-pressure compressor;
A low-pressure stage intake regulating valve that regulates the bypass flow of the intake air in the low-pressure stage compressor bypass flow path;
Including
The low-pressure stage intake adjustment valve
If the exhaust flows through the low-pressure stage turbine, allow the bypass flow of the intake air from the inlet to the outlet of the low-pressure compressor,
A supercharger that shuts off the bypass flow of intake air from the outlet to the inlet of a low-pressure compressor when exhaust flows through the low-pressure turbine.
請求項2に記載の過給装置であって、
低圧段吸気調整弁は一方向弁である、過給装置。
The supercharging device according to claim 2,
The supercharging device, wherein the low-pressure stage intake regulating valve is a one-way valve.
請求項1〜3のいずれか1に記載の過給装置であって、
低圧段タービンバイパス手段は、低圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合におけるエンジンの回転数及びトルクの少なくとも一方が、低圧段タービンを通って排気が流れる場合よりも低くなるように、低圧段タービンをバイパスさせて排気を流す、過給装置。
The supercharging device according to any one of claims 1 to 3,
The low pressure stage turbine bypass means is configured so that at least one of the engine speed and torque when the exhaust gas flows through the low pressure stage turbine is lower than when the exhaust gas flows through the low pressure stage turbine. A turbocharger that bypasses the exhaust and flows exhaust gas.
請求項1〜4のいずれか1に記載の過給装置であって、
エンジンからの排気を高圧段タービンをバイパスさせて流すことが可能な高圧段タービンバイパス手段と、
高圧段タービンバイパス手段が高圧段タービンをバイパスさせて排気を流す場合に、低圧段コンプレッサからの吸気を高圧段コンプレッサをバイパスさせてエンジンへ導入する高圧段コンプレッサバイパス手段と、
をさらに備え、
高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、低圧段コンプレッサで加圧され且つ高圧段コンプレッサをバイパスした吸気がエンジンへ導入される、過給装置。
The supercharging device according to any one of claims 1 to 4,
High-pressure turbine bypass means capable of flowing exhaust gas from the engine by bypassing the high-pressure turbine;
When the high-pressure turbine bypass means bypasses the high-pressure turbine and flows exhaust gas, the high-pressure compressor bypass means for introducing the intake air from the low-pressure compressor into the engine by bypassing the high-pressure compressor;
Further comprising
A supercharging device in which, when exhaust flows by bypassing a high-pressure turbine, intake air pressurized by a low-pressure compressor and bypassing the high-pressure compressor is introduced into the engine.
請求項5に記載の過給装置であって、
高圧段コンプレッサバイパス手段は、
高圧段コンプレッサをバイパスさせて高圧段コンプレッサの入口と出口とを繋ぐ高圧段コンプレッサバイパス流路と、
高圧段コンプレッサバイパス流路における吸気のバイパス流れを調整する高圧段吸気調整弁と、
を含み、
高圧段吸気調整弁は、
高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合は、高圧段コンプレッサの入口から出口への吸気のバイパス流れを許容し、
高圧段タービンを通って排気が流れる場合は、高圧段コンプレッサの出口から入口への吸気のバイパス流れを遮断する、過給装置。
The supercharging device according to claim 5,
High pressure compressor bypass means
A high-pressure compressor bypass passage that bypasses the high-pressure compressor and connects the inlet and outlet of the high-pressure compressor;
A high-pressure stage intake regulating valve that regulates the bypass flow of the intake air in the high-pressure stage compressor bypass flow path;
Including
The high-pressure stage intake adjustment valve
When exhaust flows by bypassing the high-pressure turbine, allow bypass flow of intake air from the inlet to the outlet of the high-pressure compressor,
A turbocharger that shuts off the bypass flow of intake air from the outlet to the inlet of the high-pressure compressor when the exhaust flows through the high-pressure turbine.
請求項6に記載の過給装置であって、
高圧段吸気調整弁は一方向弁である、過給装置。
The supercharging device according to claim 6, wherein
The supercharging device, wherein the high-pressure stage intake regulating valve is a one-way valve.
請求項5〜7のいずれか1に記載の過給装置であって、
高圧段タービンバイパス手段は、高圧段タービンをバイパスして排気が流れる場合におけるエンジンの回転数及びトルクの少なくとも一方が、高圧段タービンを通って排気が流れる場合よりも高くなるように、高圧段タービンをバイパスさせて排気を流す、過給装置。
The supercharging device according to any one of claims 5 to 7,
The high-pressure stage turbine bypass means is configured so that at least one of the engine speed and torque when the exhaust gas flows by bypassing the high-pressure turbine is higher than when the exhaust gas flows through the high-pressure turbine. A turbocharger that bypasses the exhaust and flows exhaust gas.
請求項1〜8のいずれか1に記載の過給装置であって、
前記エンジンが、燃料を筒内に噴射する筒内噴射式内燃機関である、過給装置。
The supercharging device according to any one of claims 1 to 8,
A supercharging device, wherein the engine is a cylinder injection internal combustion engine that injects fuel into a cylinder.
エンジンと、
エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンへの吸気を加圧する過給装置と、
を備える過給エンジンシステムであって、
前記過給装置が、請求項1〜9のいずれか1に記載の過給装置である、過給エンジンシステム。
Engine,
A supercharging device that pressurizes intake air into the engine using engine exhaust energy;
A supercharged engine system comprising:
A supercharged engine system, wherein the supercharger is the supercharger according to any one of claims 1 to 9.
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