JP2009191737A

JP2009191737A - エンジンの過給装置

Info

Publication number: JP2009191737A
Application number: JP2008033353A
Authority: JP
Inventors: Keiji Maruyama; 慶士丸山; Yoshimasa Yamaguchi; 能将山口; Hiroshi Hayashibara; 寛林原; Atsuhiro Hatao; 篤宏旗生
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-27

Abstract

【課題】互いに直列に接続された２つの排気ターボ過給機６１，６２と、排気ガスを吸気通路３０に還流するべく、該吸気通路３０及び排気通路４０を接続する排気ガス還流通路５０と、該排気ガス還流通路５０に配設される排気ガス還流弁５１とを備えたエンジンの過給装置において、車両が減速状態から加速状態に切換わる際に、その加速レスポンスの低下を防止しつつ、排気ガス還流弁５１を介した排気ガス還流をタイミング良く確実に行うことで、該加速時におけるＮＯｘの発生を抑制する。
【解決手段】第１排気ターボ過給機６１をバイパスする吸気バイパス通路６４と、該吸気バイパス通路６４に配設される吸気バイパス弁６５とを設けて、車両が減速状態になったときには、排気ガス還流弁５１の開度を、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするとともに、吸気バイパス弁５１の開度をその設定開度よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに直列に接続された２つの排気ターボ過給機と、排気ガスを吸気通路に還流するべく、該吸気通路及び排気通路を接続する排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に配設される排気ガス還流弁とを備えたエンジンの過給装置に関する技術分野に属する。

一般に、このような排気ターボ過給機を備えたエンジンの過給装置では、乗員がアクセルを戻した後に再び踏み込む際に、ターボラグが生じて車両の加速性が悪化するという問題があり、このターボラグを改善するべく現在までに様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１に示す過給装置では、２つの排気ターボ過給機のうちの一方のコンプレッサをバイパスするブロアバイパス通路と、該ブロアバイパス通路に配設されるブロアバイパス弁（吸気バイパス弁）とを設けておき、アクセルが戻されて車両が減速状態になったときには、ブロアバイパス弁を開いてブロアバイパス通路を開通し、且つ排気ガス還流弁を閉じて排気ガス還流通路を閉ざすようになっている。これにより、各ターボ過給機のタービンに供給される排気ガスの流速を高めることができるので、車両が加速状態に切換わったときに、ブロアバイパス弁を閉じるのに伴って該過給機が速やかに立ち上がり、車両の加速性が向上される。
特開２００５−９３１４号公報

ところで、上述の特許文献１に示すエンジンの過給装置において、車両が減速状態から加速状態に切換わったときには、吸気系の空気量が不足するために燃焼時のＮＯｘ発生量が急増することとなる。

そこで、車両が加速状態に切換わった時に、ＥＧＲ弁を開いて吸気通路内への排気ガス還流を行うことで、燃焼時のＮＯｘの発生を抑制することが考えられる。

しかし、特許文献１に示すように、排気ターボ過給機を２つ備えた２段式の過給装置では、吸気に対する排気のエネルギー回収率が高いが故に、排気ターボ過給機を１つだけ設けた場合に比べて吸気通路及び排気通路間の差圧が小さく、このため、車両の加速状態への切換わり時にＥＧＲ弁を開けたとしても、該加速の初期段階では排気ガス還流が十分に行われないという問題がある。そこで、車両の加速初期段階における排気ガス還流を促進させるべく、ＥＧＲ弁の開度をさらに開き側に制御することも考えられるが、この場合、排気ガス還流が一旦開始されるとその還流量が過剰になるため、各排気ターボ過給機のタービンに供給される排気ガス量が一気に低下して、車両の加速レスポンスが悪化するという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、互いに直列に配設された２つの排気ターボ過給機を備えたエンジンの過給装置に対して、その構成及び制御方向に工夫を凝らすことで、車両が減速状態から加速状態に切換わる際に、その加速レスポンスの低下を防止しつつ、排気ガス還流弁（ＥＧＲ弁）を介した排気ガス還流をタイミング良く確実に行うことで、該加速時における有害ガスの発生、特にＮＯｘの発生を抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、車両が減速状態になったときには、排気ガス還流弁の開度を、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするとともに、吸気バイパス弁の開度をその設定開度よりも大きくするようにした。

具体的には、請求項１の発明では、車両のエンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、上記第１排気ターボ過給機又は第２排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、上記吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス弁と、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分と上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分とを接続する排気ガス還流通路と、上記排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁と、上記吸気バイパス弁及び排気ガス還流弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する弁開閉制御手段とを備え、上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になったときには、上記排気ガス還流弁の開度を、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするとともに、上記吸気バイパス弁の開度をその設定開度よりも大きくするよう構成されているものとする。

上記の構成によれば、車両が減速状態になったときには、弁開閉制御手段により、排気ガス還流弁の開度が、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度に設定され、吸気バイパス弁がその設定開度よりも大きくなるように制御される。

この結果、吸気バイパス弁を通って第１排気ターボ過給機（又は第２排気ターボ過給機）のコンプレッサをバイパスするバイパス空気量が増加する一方、該第１排気ターボ過給機に供給される吸入空気量が減少することとなる。このため、該第１排気ターボ過給機が余回転状態となり、この結果、該第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分の吸入空気圧（以下、単に吸入空気圧という）が低下することとなる。

こうして、排気通路における該第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分の排気ガス圧（以下、単に排気ガス圧という）を、吸入空気圧に対して高い状態に維持しつつ、該排気ガス圧と吸入空気圧との差圧を高めることができる。これによって、車両の減速状態において排気ガス還流が行われ易い状態をつくり出すことができる。

従って、車両が減速状態から加速状態に切換わったときに、速やかに排気ガス還流を行い、ＮＯｘの発生を抑制することができる。また、この車両の加速状態への切換わり時において、排気ガス還流を促進させるために、排気ガス還流弁の開度をさらに開き側に補正したりする必要もなく、このため、還流排ガス量が過剰になるのを防止して各ターボ過給機のレスポンスを向上させつつ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になったときにおいて、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分の圧力が、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分の圧力よりも高くなるように、上記吸気バイパス弁をその設定開度よりも大きくするよう構成されているものとする。

この構成によれば、車両が減速状態になったときにおいて、排気ガス還流通路の排気通路側圧がその吸気通路側圧よりも高い状態を維持することができる。従って、請求項１と同様の作用効果をより一層確実に得ることが可能となる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になった後に加速状態に切換わったときには、該切換わり時から所定時間経過するまでの間、上記吸気バイパス弁の開度その設定開度よりも大きい状態に維持するように構成されている
こうすることで、上記車両が加速状態に切換わった後においても、該切換わり時（加速開始時）から所定時間経過するまでは、吸気バイパス弁の開度がその設定開度よりも大きい状態に維持されるので、排気ガス圧が吸入空気圧よりも高い状態を維持することができる。従って、ＮＯｘが急増する車両の加速初期段階において、排気ガス還流を確実に行うことができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの過給装置によると、車両が減速状態になったときには、排気ガス還流弁の開度を、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするとともに、吸気バイパス弁の開度をその設定開度よりも大きくするようにしたことで、車両が減速状態から加速状態に切換わったときに、車両の加速性レスポンスを低下させることなくＮＯｘの発生を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る過給装置を採用したエンジン１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されたディーゼルエンジンであって、複数の気筒２（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４と、シリンダブロック３の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン９とを有している。このエンジン１の各気筒２内には、ピストン５が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン５の頂面には深皿形燃焼室６が形成されている。このピストン５は、コンロッド７を介してクランク軸８と連結されている。

上記シリンダヘッド４には、各気筒２毎に吸気ポート１２及び排気ポート１３が形成されているとともに、これら吸気ポート１２及び排気ポート１３の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１４及び排気弁１５がそれぞれ配設されている。

また、上記シリンダヘッド４には、燃料を噴射するインジェクタ２０と、エンジン１の冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ２５とが設けられている。上記インジェクタ２０は、その燃料噴射口が燃焼室６の天井面から該燃焼室６に臨むように配設されていて、圧縮行程上死点付近で燃焼室６に燃料を直接噴射供給するようになっている。尚、インジェクタ２０は、燃料供給管２１を介して不図示のコモンレールに連結されていて、該燃料供給管２１及びコモンレールを介して不図示の燃料タンクから燃料が供給されるように構成されている。余剰燃料は、リターン管２２を通じて燃料タンクへ戻される。

上記エンジン１の一側面には、各気筒２の吸気ポート１２に連通するように吸気通路３０が接続されている。この吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されており、このエアクリーナ３１で濾過した吸入空気が吸気通路３０及び吸気ポート１２を介して各気筒２の燃焼室６に供給される。

上記吸気通路３０におけるエアクリーナ３１の下流側近傍には、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ３２が配設されている。また、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒２の吸気ポート１２にそれぞれ接続されている。

さらに、上記吸気通路３０におけるエアフローセンサ３２とサージタンク３３との間には、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａと第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａとが配設されており、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａの方が第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａよりも下流側に位置する。これら両コンプレッサ６１ａ，６２ａの作動により吸入空気の過給を行う。そして、吸気通路３０には、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａをバイパスする吸気バイパス通路６４が接続され、この吸気バイパス通路６４には、該吸気バイパス通路６４へ流れる空気量を調整するための吸気バイパス弁６５が配設されている。

さらにまた、上記吸気通路３０における第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａとサージタンク３３との間には、上流側から順に、上記両コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、両コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気の圧力を検出する吸気圧力センサ３６と、上記各気筒２の燃焼室６への吸入空気量を調節する吸気絞り弁３７とが配設されている。

上記エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。この排気通路４０の上流側の部分は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１３の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気マニホールドよりも下流側の排気通路４０に、上記第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂと第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂとが配設されており、第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂの方が第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂよりも上流側に位置する。これらタービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これらタービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された上記コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

そして、排気通路４０には、第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂをバイパスする第１排気バイパス通路６７と、第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂをバイパスする第２排気バイパス通路６９とが接続されている。第１排気バイパス通路６７には、該第１排気バイパス通路６７へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６８（第１排気バイパス弁）が配設され、第２排気バイパス通路６９には、該第２排気バイパス通路６９へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ７０（第２排気バイパス弁）が配設されている。

上記排気通路４０における第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりも下流側には、エンジン１から排出された排気ガスの圧力を検出する排気圧力センサ３８が配設されている。

上記排気通路４０における上記第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４３が配設されている。この排気浄化装置４３は、酸化触媒部４３ａ、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４３ｂ及びリーンＮＯｘ触媒部４３ｃで構成されており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒部４３ａ及びフィルタ４３ｂは１つのケース内に収容され、リーンＮＯｘ触媒部４３ｃは、酸化触媒部４３ａ及びフィルタ４３ｂを収容するケースとは別のケース内に収容されている。尚、排気通路４０の下流端（リーンＮＯｘ触媒部４３ｃよりも下流側）には、サイレンサー４８が設けられている。

上記酸化触媒部４３ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、上記フィルタ４３ｂは、排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４３ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。

上記リーンＮＯｘ触媒部４３ｃは、排気ガス中のＮＯｘを吸蔵して還元浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒を有していて、例えば、バリウムを主成分とし、カリウム、マグネシウム、ストロンチウム、ランタン等のアルカリ金属、アルカリ土類金属又は希土類と、白金等の化学反応触媒作用を有する貴金属とが担持されたＮＯｘ吸蔵材を内装する。このリーンＮＯｘ触媒部４３ｃは、排気ガスの空燃比状態が理論空燃比よりもリーンな状態で排気中のＮＯｘを吸蔵する一方、そのようにして吸蔵したＮＯｘを空燃比状態のリッチ化に応じて放出して、そのＮＯｘを排気ガス中のＣＯ及びＨＣと酸化還元反応させて酸素と窒素とに分解する。また、排気の空燃比が理論空燃比近傍にあるときには、ＨＣ、ＣＯ及びＮＯｘを略完全に浄化する。

本実施形態のエンジン１は、ディーゼルエンジンであるため、全運転領域で、空燃比を理論空燃比よりも大きくする（λ＞１）リーン運転を行う。このリーン運転を継続すると、リーンＮＯｘ触媒部に吸蔵されるＮＯｘ量が増加していき、やがて飽和状態になって、ＮＯｘの浄化能力が低下する。これを防止するために、吸蔵したＮＯｘを酸素と窒素とに分解放出させてＮＯｘ吸蔵能力を回復させるべく、空燃比のリッチ化を行う。具体的には、リーンＮＯｘ触媒部４３ｃに吸蔵されるＮＯｘ量は、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン１の運転状態に基づいて、予め作成したＮＯｘ量排出マップにより推定することができ、その推定したＮＯｘ量の積算値が、予め設定した設定量以上になったときに、排気ガスの空燃比をリーン運転時の空燃比よりもリッチ化する（例えば理論空燃比とするか、又はそれ以上にリッチとする）。このリッチ化は、上記吸気絞り弁３７を閉方向に変更して空気量を減量することで行う。そして、リッチ化時間が所定時間を経過したときに、空燃比を元のリーンの状態に復帰させる。尚、上記所定時間は、リッチ化の度合いとの関係で、吸蔵しているＮＯｘ全て（上記設定量）が還元放出される時間に設定される。

上記排気浄化装置４３におけるフィルタ４３ｂの上流側及び下流側には、フィルタ４３ｂに流入する直前及び流出した直後の排気ガスの圧力をそれぞれ検出する上流側及び下流側圧力検出部４５，４６が設けられ、これら上流側及び下流側圧力検出部４５，４６には、該両圧力検出部４５，４６の差圧を検出する差圧センサ４７が接続されている。この差圧は、フィルタ４３ｂに捕集された微粒子量（つまり捕集量）に対応しており、差圧が大きいほど捕集量が多いことになる。この捕集量が多くなると、フィルタ４３ｂが目詰まりすることになり、これを防止するために、捕集量が所定量（例えば最大捕集量の７０％）以上になったとき、つまり、上記差圧が該所定量に対応する所定値になったときに、微粒子を燃焼させてフィルタ４３ｂを再生する。このフィルタ４３ｂを再生するために、排気浄化装置４３の酸化触媒部４３ａに未燃燃料を供給し、この未燃燃料の酸化反応熱によりフィルタ４３ｂの温度を上昇させて、該フィルタ４３ｂに捕集された微粒子を燃焼除去する。酸化触媒部４３ａへの未燃燃料の供給は、燃焼室６での燃焼を意図した、圧縮行程上死点付近で燃料を噴射する主噴射よりも遅れた時期（膨張行程又は排気行程）に燃料を噴射するポスト噴射によって行う。このポスト噴射は、複数回に分けての分割噴射が好ましい。尚、ポスト噴射を行う際には、後述の排気ガス還流弁５１を全閉状態にして、ポスト噴射による燃料が吸気通路３０へ流れないようにすることが好ましい。

上記吸気通路３０における上記サージタンク３３と吸気絞り弁３７との間の部分（つまり第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分）と、上記排気通路４０における上記排気マニホールドと第１排気ターボ過給機のタービンとの間の部分（つまり第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５０によって接続されている。この排気ガス還流通路５０には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１と、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。

上記第１排気ターボ過給機６１は小型のものであり、第２排気ターボ過給機６２は大型のものである。すなわち、第２排気ターボ過給機６２のタービン６２ｂの方が第１排気ターボ過給機６１のタービン６１ｂよりもイナーシャが大きい。ここで、第１排気ターボ過給機６１のＴ／Ｃ効率マップ（タービン６１ｂの回転エネルギーをどれだけコンプレッサ６１ａによる圧力上昇に変換できるかを示すもの）を、図２に実線で示し、第２排気ターボ過給機６２のＴ／Ｃ効率マップを、図２で破線で示す。図２における横軸の「空気流量」は、エアフローセンサ３２により検出される空気量であり、縦軸の「圧力比」は、コンプレッサへの流入直前の空気圧力に対するコンプレッサからの流出直後の空気圧力の比である。そして、各排気ターボ過給機毎に描かれている複数の環状の線が、空気流量と圧力比との関係から求まる効率であり、中心側の線ほど効率が高くなる。図２から分かるように、大型の第２排気ターボ過給機６２の方が、高効率の領域が広い。

図３に示すように、上記エアフローセンサ３２、吸気圧力センサ３６、排気圧力センサ３８及び差圧センサ４７による各検出値の信号が、エンジン１を制御するエンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵという）８１に入力される。また、ＥＣＵ８１には、それらの他に、エンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ７３、クランク角を検出するクランク角センサ７４、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ７５、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ７６等の各検出値の信号が入力され、これら入力信号に基づいて、インジェクタ２０、吸気絞り弁３７，排気ガス還流弁５１、吸気バイパス弁６５、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０を制御する。

上記ＥＣＵ８１（弁開閉制御手段）は、上記吸気バイパス弁６５、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０の各開度を、上記エンジン１の運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する。本実施形態では、図４に示す、エンジン回転数とエンジン負荷とをパラメータとするマップにおける低負荷かつ低回転側の領域Ａ（エンジン負荷が所定負荷（エンジ回転数が大きいほど小さくなる）以下の領域）では、第１及び第２排気ターボ過給機６１，６２の両方を作動させるようにし、こうするために、吸気バイパス弁６５及びレギュレートバルブ６８は全開以外の開度とし、ウエストゲートバルブ７０は全閉状態とする。一方、高負荷かつ高回転側の領域Ｂ（エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい領域）では、第１排気ターボ過給機６１が排気抵抗になるため、第２排気ターボ過給機６２のみを作動させるようにし、こうするために、吸気バイパス弁６５及びレギュレートバルブ６８は全開状態とし、ウエストゲートバルブ７０は全閉状態に近い開度にする。尚、ウエストゲートバルブ７０を常に全閉状態にしてもよい（或いは第２排気バイパス通路６９及びウエストゲートバルブ７０をなくしてもよい）が、過回転を防止するために、上記領域Ｂでは少し開き気味にしている。

上記領域Ａにおける上記吸気バイパス弁６５の開度は、エンジン１の運転状態及びアクセル開度により設定される目標吸気圧により決まる。また、レギュレートバルブ６８は、図５に示すように、高負荷（高トルク）になるに連れて開度を次第に大きくする。図５において開度が１００％のラインよりも高トルク側は、上記領域Ｂに対応する領域であり、この領域では開度は１００％となる。さらに、ウエストゲートバルブ７０の開度は、図６のようになる。図６において開度が１０％のラインよりも低トルク側は、上記領域Ａに対応する領域であり、この領域では開度は０％となる。尚、図５及び図６における実線のラインは、エンジン１に発生する最大トルクラインである。

図４において破線で示すラインを含めてそれよりも低負荷かつ低回転側の領域（上記領域Ａを含む）では、排気ガス還流弁５１が開かれて、排気ガスの一部が吸気通路３０に還流されるようになっている。以下、この領域をＥＧＲ領域という。このＥＧＲ領域における排気ガス還流弁５１の開度は、エンジン１の運転状態に応じて設定される。一方、上記ラインよりも高負荷かつ高回転側では、排気ガス還流弁５１が全閉状態とされ、排気ガスの吸気通路３０への還流は行われない。

尚、第１及び第２排気ターボ過給機６１，６２の両方を作動させる領域Ａ、第２排気ターボ過給機のみを作動させる領域Ｂ、及びＥＧＲ領域を、図２の排気ターボ過給機のＴ／Ｃ効率マップを用いて設定するようにしてもよい。すなわち、上記領域Ａに対応する領域が、図７（ａ）の太線で囲む領域であり、上記領域Ｂに対応する領域が、図７（ｂ）の太線で囲む領域であり、上記ＥＧＲ領域に対応する領域が、図７（ｃ）の太線で囲む領域である。これにより、エアフローセンサ３２により検出される空気量と、コンプレッサへの流入直前の空気圧力に対するコンプレッサからの流出直後の空気圧力の比との関係から、第１及び第２排気ターボ過給機６１，６２の両方を作動させるか、第２排気ターボ過給機６２のみを作動させるか、或いは、排気ガスの吸気通路３０への還流を行うかが決まることになる。

上記ＥＣＵ８１は、車両が減速状態になったときには、排気ガス還流弁５１及び吸気バイパス弁６５の開度をその設定開度（エンジン１の運転状態に応じて設定される開度）よりも大きくする弁開度変更制御を実行する（図９参照）。

ここで、ＥＣＵ８１は、弁開度変更制御の実行に際して、排気通路４０における上記第１排気ターボ過給機６１のタービン６１よりも上流側部分の圧力（排気圧力センサ３８の検出圧に略等しい。以下、単に吸入空気圧という）が、上記吸気通路３０における上記第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａよりも下流側部分の圧力（吸気圧力センサ３６の検出圧に略等しい。以下、単に排気ガス圧という）よりも高くなるように、吸気バイパス弁の開方向制御を行う。

そして、ＥＣＵ８１は、車両が減速状態になった後に加速状態に切換わったときには、該切換わり時から所定時間Ｔａ経過するまでの間、上記吸気バイパス弁の開度を一定に維持するとともに、該所定時間Ｔａ経過時に吸気バイパス弁６５を全閉する。尚、ＥＣＵ８１は、該吸気バイパス弁６５の全閉により過給量が増加してエンジン回転数が高回転側に移行した後（エンジン１の運転状態が領域Ｂになった後）は、上述の如く、第１排気ターボ過給機６１が排気抵抗として作用しないように吸気バイパス弁６５の開度を全開状態にする。

次に、ＥＣＵ８１における弁開度変更制御処理について、図８のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１では、各種センサからの入力信号を読み込み、次のステップＳ２で、目標吸気圧並びに排気ガス還流弁５１、吸気バイパス弁６５、レギュレートバルブ６８及びウエストゲートバルブ７０の目標開度を設定する。

次のステップＳ３では、エンジン１の運転状態がＥＧＲ領域にあるか否かを判定し、このステップＳ３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４に進んで、排気ガス還流弁５１（図８では、ＥＧＲ弁と記載）を全閉状態とし、しかる後にステップＳ６に進む。一方、ステップＳ３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５に進んで、排気ガス還流弁５１の開度を、エンジン１の運転状態に応じた開度（上記設定した目標開度）とし、しかる後にステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、エンジン１の運転状態が第１及び第２排気ターボ過給機６１，６２の両方を作動させる領域Ａにあるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ７に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ１にて読み込んだアクセルペダルセンサ７６及びエンジン回転数センサ７３からの信号を基に、車両が減速状態にあるか否かを判定する。ここで、本実施形態では一例として、車両の減速状態を、アクセル開度が略全閉状態にあり且つエンジン回転数が所定回転数（アイドル回転数よりも高い回転数）以上の状態と定義して（図９（ａ）参照）該ステップＳ７の判定を行う。そして、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、吸気バイパス弁６５の開度を、ステップＳ２にて設定した設定開度よりも大きくなるように補正する。ここで、この補正量は、吸気圧力センサ３６及び排気圧力センサ３８により検出される検出圧を基に、排気ガス圧が、吸入空気圧に対して目標差圧Ｐｄ分だけ高くなるように設定される。

ステップＳ９では、排気ガス還流弁５１の開度を、ステップＳ４又はＳ５にて設定した設定開度（ステップＳ４では設定開度は０（つまり全閉）に設定される）よりも大きくなるように補正する。この補正量は、排気ガス還流を促進するために必要な最小限の補正量とされる。

ステップＳ１０では、車両が加速状態にあるか否かを判定する。ここで、本実施形態では一例として、車両の加速状態を、アクセル開度の変化量が所定量以上の状態と定義して（図９（ａ）参照）該ステップＳ１０の判定を行う。そして、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１では、車両が減速状態から加速状態に切換わった時（ステップＳ１０でＹＥＳと判定された時）から所定時間Ｔａが経過したか否かを判定し、この判定がＮＯであるときには該判定を再度行う一方、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ１２に進む。ここで、所定時間Ｔａは、例えばエンジン１の１サイクルに相当する時間に設定される。

ステップＳ１２では、吸気バイパス弁６５の開度を上記補正後の開度よりも小さくなるように補正し（本実施形態では、吸気バイパス弁６５を全閉し）、しかる後にステップＳ１３に進む。

以上のように構成されたエンジンの過給装置の動作について、図８及び図９を参照しながら説明する。すなわち、乗員がアクセルペダルを戻すことで車両が減速状態（時刻ｔ１からｔ２までの状態）に入ると（ステップＳ７でＹＥＳと判定されると）、ＥＣＵ８１により、ステップＳ８の処理が実行されて、排気ガス還流弁５１の開度がその設定開度Ｖｂ１よりも開き側のＶｂ２（＞Ｖｂ１）に補正される（図９（ｅ）参照）。

また、この排気ガス還流弁５１の開度補正とともに、上記吸気バイパス弁６５の開度がその設定開度Ｖｅ１よりも開き側のＶｅ２に補正される（図９（ｃ）参照）。より詳細には、吸気バイパス弁６５の開度は、車両が減速状態になった時（時刻ｔ＝ｔ２）には、その時の開度である設定開度Ｖｅ１から所定変化率でリニアに増加してＶｅ２に達し、その後は後述の時刻ｔ３まで一定開度Ｖｅ２を維持する。尚、この所定変化率は、減速ショック等が起きないように車速に応じて設定される。

こうして、吸気バイパス弁６５の開度が開き側に補正されると、該吸気バイパス弁６５を通過する吸入空気量が増加する一方で、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａに供給される吸入空気量が減少し、このため、該コンプレッサ６１ａが余回転状態となってエンジン１の吸入空気圧が低下する。こうして、排気ガス圧が吸入空気圧に対して高い状態を維持しつつ、該排気ガス圧と吸入空気圧との差圧（吸排気差圧）が次第に増加して目標差圧Ｐｄに達する（図９（ｄ）参照）。そして、この吸排気差圧の増加と上記排気ガス還流弁５１の開方向補正とによって、吸気通路３０内に還流される還流排ガス量も次第に増加する（図９（ｆ）参照）。

一方、乗員がアクセルペダルを踏み込むことにより車両が減速状態から加速状態（時刻ｔ２からｔ４までの状態）に切換わると（ステップＳ１０でＹＥＳと判定されると）、ＥＣＵ８１により、ステップＳ１１の処理が実行されて、該加速状態への切換り時から所定時間Ｔａを経過するまでの間、吸気バイパス弁６５の開度がＶｂ２に維持され、これに伴い、吸排気差圧が目標差圧Ｐｄに維持され（図９（ｅ）参照）、還流排ガス量は排気ガス慣性により増加し続けることとなる（図９（ｆ）参照）。

そして、車両が加速状態に切換わってから所定時間Ｔａが経過した時（時刻ｔ＝ｔ３）には、ＥＣＵ８１により、ステップＳ１２の処理が実行されることで、吸気バイパス弁６５が全閉されてその開度が０（図のＶｅ１に相当）となる。そうすると、第１排気ターボ過給機６１のコンプレッサ６１ａに供給される吸入空気が増加して、該第１排気ターボ過給機６１が余回転状態から一転、過給状態に切換わるので、吸入空気圧が上昇することとなって吸排気差圧が減少し始める（図９（ｄ）参照）。そして、還流排ガス量は、排気ガス慣性により吸気バイパス弁６５の全閉時（時刻ｔ＝ｔ３）よりも若干遅れてピークを迎え、その後、吸排気差圧の減少に連動して緩やかに低下する（図９（ｆ））。

こうして、車両が加速状態に切換わった後の初期段階において、還流排ガス量がそのピークを迎えて排気ガス還流が十分に行われる結果、該加速初期段階におけるＮＯｘ発生量（図９（ｇ）の実線で示す）を、弁開度変更制御を行わない場合（図９（ｇ）の二点鎖線で示す場合）に比べて十分に低減することができる。

このように、上記実施形態では、車両が減速状態になったときに、排気ガス還流弁５１を開き且つ吸気バイパス弁６５の開度をその設定開度よりも大きくするようしたことで、
該減速状態においても排気ガス還流を緩やかに行われるため、車両が加速状態に切換わった直後に還流排ガス量が急激に増加するのを防止することができて、加速レスポンスの向上と加速初期のＮＯｘ発生量の低減との両立を図ることができる。すなわち、例えば、車両が減速状態になったときに、吸気バイパス弁６５の開度を補正せずに一定に維持するようにしたとすると、上記のような２段式の過給装置ではエネルギー回収率が高いが故に吸排気差圧が比較的小さくなり、このため、排気ガス還流弁５１を開いたとしても排気ガス還流を十分に行うことができない。そこで、ＮＯｘが急増する加速初期段階において、排気ガス還流弁５１を促進させるべく、排気ガス還流弁５１をさらに開き側に補正（図９（ｅ）の２点鎖線で示す補正）したとすると、還流排ガス量が一気に増加して、車両の加速レスポンスが悪化することとなるが、本実施形態では上述のごとく、車両が加速状態に切換わった時の還流排ガス量の変化率を小さくすることができるので、このような問題が生じることもない。

また、上記実施形態では、車両が減速状態から加速状態に切換わったときには、該切換わり時から所定時間Ｔａ経過が経過するまでの間は、吸気バイパス弁６５の開状態を維持するようにしたことで、ＮＯｘが発生し易い車両の加速初期段階において、吸排気差圧が高い状態を維持して排気ガス還流を十分に行うことができる。また、この所定時間Ｔａを、エンジンの１サイクルに対応する時間としたことで、吸気バイパス弁６５の開状態が不必要に長くなって第１排気ターボ過給機６１の過給開始が遅れるのを防止することができる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、車両が減速状態になっときには、排気ガス還流弁５１の開度をその設定開度よりも大きくするようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、排気ガス還流弁５１の開度をその設定開度に維持するようにしてもよい。また、車両が減速状態になった場合において、エンジン１の運転状態がＥＧＲ領域にないとき（排気ガス還流弁５１の設定開度が０のとき）には、排気ガス還流弁５１の開度をその設定開度よりも大きくして全閉状態以外の開度にすればよい。すなわち、車両が減速状態になったときにＥＣＵ８１にて実行される弁開度変更制御は、排気ガス還流弁５１の開度をその設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするものであればよい。

また、上記実施形態では、排気ガス還流弁５１の開度を、車両が加速状態に切換わった後も一定に維持するようにしているが、これに限ったものではなく、該加速状態への切換わりとともにより開き側に補正するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第２排気ターボ過給機６２のコンプレッサ６２ａをバイパスするバイパス通路は設けられてはいないが、このようなバイパス通路を設けるとともに、該バイパス通路に吸気バイパス弁６５と同様の弁を設けるようにしてもよい。そして、車両が減速状態になったときには、この弁の開度を吸気バイパス弁６５に代えて開き側に補正するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、２つの排気ターボ過給機６１，６２を設けるようにしているが、これに限ったものではなく、排気ターボ過給機６１，６２を３つ以上設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、第１排気ターボ過給機６１を小型のものとし、第２排気ターボ過給機６２を大型のものとしているが、これに限ったものではなく、例えば、両排気ターボ過給機６１，６２の過給能力を同等にするようにしてもよい。

また、上記実施形態では、上記エンジン１はディーゼルエンジンとされているが、これに限ったものではなく、例えばガソリンエンジンであってもよい。

本発明は、互いに直列に接続された２つの排気ターボ過給機と、排気ガスを吸気通路に還流するべく、該吸気通路及び排気通路を接続する排気ガス還流通路と、該排気ガス還流通路に配設される排気ガス還流弁とを備えたエンジンの過給装置に有用であり、特に排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路を備えた過給装置に有用である。

本発明の実施形態に係る過給装置を採用したエンジンの構成を示す概略図である。第１及び第２排気ターボ過給機のＴ／Ｃ効率マップである。過給装置の概略構成を示すブロック図である。第１及び第２排気ターボ過給機並びに排気ガス還流弁の作動マップである。レギュレートバルブの開度を示すマップである。ウエストゲートバルブの開度を示すマップである。第１及び第２排気ターボ過給機並びに排気ガス還流弁の、図４とは別の作動マップである。エンジン制御ユニットにおける弁開度変更制御処理の前半を示すフローチャートである。弁開度変更制御処理についての説明用のタイムチャートであり、（a)は車速の時間変化を示し、（ｂ）はアクセルペダル開度の時間変化を示し、（ｃ）は、吸気バイパス弁の開度の時間変化を示し、（ｄ）は、吸排気差圧の時間変化を示し、（ｅ）は、排気ガス還流弁の開度の時間変化を示し、（ｆ）は、還流排ガス量（ＥＧＲ量）の時間変化を示し、（ｇ）は、燃焼室内の燃焼反応に伴うＮＯｘ発生量の時間変化を示す。

符号の説明

１エンジン
３０吸気通路
４０排気通路
５０排気ガス還流通路
５１排気ガス還流弁
６１第１排気ターボ過給機
６１ａコンプレッサ
６１ｂタービン
６２第２排気ターボ過給機
６２ａコンプレッサ
６２ｂタービン
６４吸気バイパス通路
６５吸気バイパス弁
８１エンジン制御ユニット（弁開閉制御手段）

Claims

車両のエンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する第１排気ターボ過給機と、
上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも上流側に配設されたコンプレッサと、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも下流側に配設されたタービンとを有する第２排気ターボ過給機と、
上記第１排気ターボ過給機又は第２排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、
上記吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス弁と、
上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分と上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分とを接続する排気ガス還流通路と、
上記排気ガス還流通路に配設された排気ガス還流弁と、
上記吸気バイパス弁及び排気ガス還流弁の開度を、上記エンジンの運転状態に応じて設定した開度にそれぞれ制御する弁開閉制御手段とを備え、
上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になったときには、上記排気ガス還流弁の開度を、その設定開度以上で且つ全閉状態以外の開度にするとともに、上記吸気バイパス弁の開度をその設定開度よりも大きくするよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
請求項１記載のエンジンの過給装置において、
上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になったときにおいて、上記排気通路における上記第１排気ターボ過給機のタービンよりも上流側部分の圧力が、上記吸気通路における上記第１排気ターボ過給機のコンプレッサよりも下流側部分の圧力よりも高くなるように、上記吸気バイパス弁をその設定開度よりも大きくするよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
請求項１又は２記載のエンジンの過給装置において、
上記弁開閉制御手段は、上記車両が減速状態になった後に加速状態に切換わったときには、該切換わり時から所定時間経過するまでの間、上記吸気バイパス弁の開度をその設定開度よりも大きい状態に維持するように構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。