JP2013194541A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】大容量の過給機及び小容量の過給機と、前記小容量の過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記大容量の過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁とを有するエンジンにおいて、前記小容量の過給機の過給作用を効率良く利用する。
【解決手段】エンジン本体１０と、エンジン回転数センサ５１と、大容量の第１過給機２０（１）及び小容量の第２過給機２０（２）と、前記第２過給機の回転数を検出するターボセンサ５２と、前記第１過給機の排気通路２５（１）及び吸気通路２５（２）に設けられた排気制御弁３０及び吸気制御弁４０と、制御装置６０とを備え、前記制御装置６０は、任意に設定される所定エンジン回転数より高回転側においては、前記ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の作動制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、大容量の過給機及び小容量の過給機と、前記小容量の過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記大容量の過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁とを有するエンジンに関する。

吸入空気を過給する過給機として大容量の第１過給機及び小容量の第２過給機の２つの過給機を備え、前記第１及び第２過給機の過給圧に応じて前記第２過給機から前記第１過給機への切替を行うように構成されたエンジンが提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。

詳しくは、前記特許文献１に記載のエンジンは、前記第１過給機及び前記第２過給機と、前記第１過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁とを備え、前記第１過給機の過給圧が設定過給圧に達するまでの間においては前記第２過給機の過給圧の上昇に応じて前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の弁開度を調整しつつ、前記第１過給機の過給圧が前記設定過給圧に達すると前記排気制御弁及び前記吸気制御弁を全開にさせて、前記第２過給機から前記第１過給機への切替を完了させるように構成されている。

前記特許文献１に記載のエンジンは、前記構成によって、エンジン低速回転時には前記第２過給機を作動状態とさせるが、前記第１過給機の過給圧が前記設定過給圧に達した後（特にエンジン中速・高速回転時）には前記第２過給機を作動停止状態としつつ前記第１過給機のみを作動状態とさせており、前記第２過給機の過給作用を十分に利用できるものではなかった。

特許第２５７０４０３号公報

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、大容量の過給機及び小容量の過給機と、前記小容量の過給機の回転数を検出するターボセンサと、前記大容量の過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁とを有するエンジンであって、エンジンの全回転域において前記小容量の過給機の過給作用を効率良く利用することで、効率的な運転状態を得ることができるエンジンの提供を目的とする。

本発明は、前記目的を達成するために、エンジン本体と、エンジン回転数を検出する回転数センサと、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する大容量の第１過給機及び小容量の第２過給機と、前記第２過給機の回転数を検出する小容量側ターボセンサと、前記第１過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁と、前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の作動制御を司る制御装置とを備え、前記制御装置は、任意に設定される所定エンジン回転数より高回転側においては、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の作動制御を行うエンジンを提供する。

好ましくは、前記制御装置に予め記憶されているエンジン性能曲線によって定義される最大トルク発生時のエンジン回転数が前記所定エンジン回転数とされる。

好ましくは、前記制御装置は、前記回転数センサによって検出されるエンジン回転数が前記最大トルク発生時のエンジン回転数に達するまでは前記排気制御弁及び前記吸気制御弁を全閉状態に維持する。

好ましい一態様においては、前記第１及び第２過給機はそれぞれ低圧側及び高圧側として作用するように直列配置されており、前記第１過給機の排気通路は、前記エンジン本体からの排気ガスを前記第２過給機のタービンをバイパスさせて当該第１過給機のタービンに案内し、前記第１過給機の吸気通路は、当該第１過給機のコンプレッサからの圧縮空気を前記第２過給機のコンプレッサをバイパスさせて前記エンジン本体へ供給する。前記エンジンには、前記第１過給機のタービンをバイパスさせる低圧側パイパス通路と前記低圧側パイパス通路に介挿されたウエストゲートバルブとが備えられている。前記制御装置は、前記ウエストゲートバルブの作動制御も司るように構成され、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁に加えて前記ウエストゲートバルブの作動制御を行う。

好ましい他態様においては、前記第１及び第２過給機は並列配置されており、前記第１及び第２過給機の排気通路は、排気ガス流れ方向上流側が前記エンジン本体に流体接続され且つ下流側が他の過給機を介さずに大気に開放されており、前記第１及び第２過給機の吸気通路は、吸入空気流れ方向上流側が他の過給機を介さずに大気に開放され且つ下流側が前記エンジン本体に流体接続されている。前記エンジンには、上流側及び下流側がそれぞれ前記第２過給機のタービンより排気ガス流れ方向上流側及び下流側において前記第２過給機の排気通路に流体接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路に介挿された第２排気制御弁とが備えられている。前記制御装置は、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁に加えて前記第２排気制御弁の作動制御を行う。

本発明に係るエンジンは、任意に設定される所定エンジン回転数より高回転側において、ターボセンサによって検出される小容量の第２過給機の回転数が略一定となるように、大容量の第１過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁の作動制御を行う。
本発明に係るエンジンによれば、エンジン回転数の増加にかかわらず前記第２過給機の回転数を略一定にするので、前記第２過給機の作用を効率良く利用して、前記エンジンの効率的な運転状態を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジンの概略構成図である。 前記エンジンにおけるエンジン回転数と小容量の第２過給機の回転数との関係を示す図である。 前記エンジンに関するエンジン性能曲線図である。 本発明の実施の形態２に係るエンジンの概略構成図である。

［実施の形態１］
本発明に係るエンジンの好ましい実施の形態について説明する。
図１に、本実施の形態に係るエンジン１Ａの概略構成を示す。

図１に示すように、前記エンジン１Ａは、エンジン本体１０と、前記エンジン本体１０が吸入する空気を過給する第１過給機２０（１）及び第２過給機２０（２）と、前記第１過給機２０（１）の排気通路２５（１）及び吸気通路２６（１）に設けられた排気制御弁３０及び吸気制御弁４０とを備えている。なお、以下においては、前記第１過給機２０（１）の排気通路２５（１）及び吸気通路２６（１）を適宜第１排気通路及び第１吸気通路という。

前記エンジン本体１０は、気筒（本実施の形態においては６つの気筒）を形成するシリンダブロック１１及びシリンダヘッド（図示せず）と、前記シリンダヘッドに連結された排気マニホールド１５及び吸気マニホールド１６とを有している。前記シリンダブロック１１には、クランク軸５が回転自在に支持されている。

前記第１過給機２０（１）及び前記第２過給機２０（２）は、それぞれ前記エンジン本体１０からの排気エネルギーを利用して空気を前記エンジン本体１０の燃焼室１８へ強制的に送り込むためのものである。前記第１過給機２０（１）は大容量とされ、前記第２過給機２０（２）は小容量とされている。

詳しくは、前記第１過給機２０（１）は、前記第１排気通路２５（１）に介挿された大容量のタービン２１（１）、及びこのタービン２１（１）によって駆動される状態で前記第１吸気通路２６（１）に介挿された大容量のコンプレッサ２２（１）を有している。なお、以下においては、前記第１過給機２０（１）のタービン２１（１）及びコンプレッサ２２（１）を適宜第１タービン及び第１コンプレッサという。

前記第２過給機２０（２）は、その排気通路２５（２）に介挿された小容量のタービン２１（２）、及びこのタービン２１（２）によって駆動される状態で当該第２過給機２０（２）の吸気通路２６（２）に介挿された小容量のコンプレッサ２２（２）を有している。なお、以下においては、前記第２過給機２０（２）の排気通路２５（２）及び吸気通路２６（２）を適宜第２排気通路及び第２吸気通路といい、又、前記第２過給機２０（２）のタービン２１（２）及びコンプレッサ２２（２）を適宜第２タービン及び第２コンプレッサという。

前記第１及び第２タービン２１（１），２１（２）は、それぞれ前記第１及び第２排気通路２５（１），２５（２）を介して導入される排気ガスのエネルギーによって回転されるように構成されている。前記第１及び第２コンプレッサ２２（１），２２（２）は、対応する前記タービン２１（１），２１（２）と共に回転するように当該タービン２１（１），２１（２）に回転軸２３（１），２３（２）を介して連結されている。

前記排気制御弁３０は、前記第１排気通路２５（１）を流れる排気ガスの流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第２排気通路２５（２）を流れる、即ち前記第２タービン２１（２）に導入される排気ガスの流量を調整し得るようになっている。

詳しくは、前記排気制御弁３０は、その弁開度が任意に調整可能とされており、弁開度がゼロとなる全閉状態及び弁開度がゼロを超える開状態を選択的にとり得るように構成されている。
前記排気制御弁３０が全閉状態とされた場合には、前記エンジン本体１０からの全量の排気ガスが前記第２排気通路２５（２）を通過する。前記排気制御弁３０が開状態とされた場合には、前記エンジン本体１０からの排気ガスのうち弁開度に応じた量の排気ガスが前記第１排気通路２５（１）を通過し且つ残りの排気ガスが前記第２排気通路２５（２）を通過する。

前記吸気制御弁４０は、前記第１吸気通路２６（１）を流れる排気ガスの流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第２排気通路２５（２）を流れる、即ち第２コンプレッサ２２（２）に導入される空気流量を調整し得るようになっている。

詳しくは、前記吸気制御弁４０は、その弁開度が任意に調整可能とされており、弁開度がゼロとなる全閉状態及び弁開度がゼロを超える開状態を選択的にとり得るように構成されている。
前記吸気制御弁４０が全閉状態とされた場合には、前記エンジン本体１０に吸入される前に全量の吸入空気が前記第２吸気通路２６（２）を通過する。前記吸気制御弁４０が開状態とされた場合には、前記エンジン本体１０に吸入される空気のうち開度に応じた量の吸入空気が前記第１吸気通路２６（１）を通過し且つ残りの吸入空気が前記第２吸気通路２６（２）を通過する。

なお、本実施の形態においては、前記エンジン１Ａは、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０をそれぞれ作動させる、即ち前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度をそれぞれ変更させる排気アクチュエータ及び吸気アクチュエータ（図示せず）を備えている。

図１に示すように、前記エンジン１は、エンジン回転数を検出する回転数センサ５１と、前記第２過給機２０（２）の回転数を検出する小容量側ターボセンサ５２と、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の作動制御を司る制御装置６０とを備えている。

詳しくは、前記回転数センサ５１は、前記クランク軸５の回転数を検出し、その検出値をエンジン回転数として前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。前記回転数センサ５１は、前記クランク軸５又は該クランク軸５に固定されたギヤ等に設けられている。

前記ターボセンサ５２は、前記第２過給機２０（２）の回転数を検出し、その検出値を前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。前記ターボセンサ５２は、前記第２過給機２０（２）のコンプレッサ２２（２）に設けられている。

前記制御装置６０は、演算部（ＣＰＵ）と、制御プログラムや制御データ等を記憶するＲＯＭ、設定値等を電源を切っても失われない状態で保存し且つ前記設定値等が書き換え可能とされたＥＥＰＲＯＭ、及び前記演算部による演算中に生成されるデータを一時的に保持するＲＡＭ等を含む記憶部とを有している。

本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記排気アクチュエータを介して前記排気制御弁３０の作動制御を行い、且つ前記吸気アクチュエータを介して前記吸気制御弁４０の作動制御を行うように構成されている。即ち、前記制御装置６０は、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度を調整するために前記排気アクチュエータ及び前記吸気アクチュエータを作動させるようになっている。

ところで、一般的に、このように大容量の第１過給機及び小容量の第２過給機と、前記第１過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁とを備えた従来のエンジンにおいては、前記第１過給機の過給圧が設定過給圧に達するまでの間においては前記第２過給機の過給圧の上昇に応じて前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の開度を調整しつつ、前記第１過給機の過給圧が前記設定過給圧に達すると前記排気制御弁及び前記吸気制御弁を全開にさせて、前記第２過給機から前記第１過給機への切替を完了させるように構成されている。

つまり、このような従来のエンジンにおいては、エンジン低速回転時には前記第２過給機を作動状態とさせるが、前記第１過給機の過給圧が前記設定過給圧に達した後（特にエンジン中速・高速回転時）には前記第２過給機を作動停止状態としつつ前記第１過給機のみを作動状態とさせるようになっている。そのため、前記第２過給機の過給作用を十分に利用できるものではなかった。

図２に、本実施の形態に係る前記エンジン１Ａにおけるエンジン回転数と前記第２過給機２０（２）の回転数との関係を示す。
図２に示すように、この点に関し、本実施の形態に係る前記エンジン１Ａは、前記制御装置６０が、任意に設定される所定エンジン回転数より高回転側においては、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の作動制御を行うように構成されている。

なお、前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるとは、前記第２過給機２０（２）の回転数が所定過給機回転数に対し±１０％の範囲に収まることをいう。前記所定の過給機回転数は後述する。

斯かる構成によれば、前記第２過給機２０（２）のタービン２１（２）及びコンプレッサ２２（２）に導入される排気ガス量及び空気量を調整して、エンジン回転数の増加にかかわらず前記第２過給機２０（２）の回転数を略一定に維持することができる。したがって、小容量の前記第２過給機２０（２）の過給作用を効率良く利用することができ、しかもエンジン回転数が前記所定エンジン回転数より高回転側にある場合に前記第１過給機２０（１）及び前記第２過給機２０（２）の過給による完全な２段過給状態を現出させることができる。その結果、前記エンジン１Ａの効率的な運転状態を得ることができる。

図３に、横軸にエンジン回転数、縦軸にエンジントルクをとったエンジン性能曲線図を示す。
本実施の形態においては、前記所定エンジン回転数は、図３に示されるようなエンジン性能曲線によって定義される最大トルクＴ１発生時のエンジン回転数Ｎｅ１とされている。前記エンジン性能曲線は、前記制御装置６０の記憶部に予め記憶されている。なお、前記所定エンジン回転数は、前記最大トルクＴ１発生時のエンジン回転数Ｎｅ１に限定されるものではなく、例えば、このエンジン回転数Ｎｅ１よりも所定回転数だけ高い又は低い回転数であってもよい。

斯かる構成によれば、前記エンジン１Ａが最大トルクＴ１を発生させる運転状態になった時に前記第２過給機２０（２）がとる回転数が略一定に維持されるため、過給作用が高まった状態で前記第２過給機２０（２）を作動状態に保つことができる。したがって、小容量の前記第２過給機２０（２）の過給作用をより効率的に利用することができる。

本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記最大トルクＴ１発生時のエンジン回転数Ｎｅ１に達するまでは前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０を全閉状態に維持するように構成されている。

斯かる構成によれば、前記エンジン１Ａが最大トルクを発生させる運転状態になるまでは、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０が全閉状態に維持されるので、前記エンジン本体１０から排出される全量の排気ガスを前記第２タービン２１（２）に流し、且つ全量の吸入空気を前記第２コンプレッサ２２（２）に導入した後に前記エンジン本体１０へ案内することができる。

したがって、エンジン回転数が前記所定エンジン回転数Ｎｅ１未満であるエンジン低速回転時に、前記第２過給機２０（２）の過給作用を最大限に利用することができる。つまり、前記第２過給機２０（２）の過給機回転数を有効に増加させて、その過給効果を可及的に高めることができる。その結果、エンジン低速回転時のトルクを効率的に向上させることができる。

なお、本実施の形態においては、前記制御装置６０により略一定に維持される前記所定の過給機回転数は、前述の通り前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０が全閉状態に維持された状態で前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記最大トルクＴ１発生時のエンジン回転数Ｎｅ１に達した際に前記第２過給機２０（２）がとる回転数Ｎｔ１とすることができる（図２参照）。
斯かる構成によれば、前記エンジン１Ａの全回転域において前記第２過給機２０（２）の過給作用を最大限に効率良く利用することができる。

ここで、本実施の形態に係る前記エンジン１Ａについて詳述する。
本実施の形態においては、前記第１過給機２０（１）及び前記第２過給機２０（２）は、図１に示すように、それぞれ低圧側及び高圧側として作用するように直列配置されている。

前記第１過給機２０（１）の排気通路２５（１）は、前記エンジン本体１０からの排気ガスを前記第２過給機２０（２）のタービン２１（２）をバイパスさせて当該第１過給機２０（１）のタービン２１（１）に案内し得るように構成されている。

具体的には、前記第１排気通路２５（１）は、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記エンジン本体１０の燃焼室１８と連通するように前記排気マニホールド１５に流体接続され、且つ排気ガス流れ方向下流側の端部が大気に開放されている。

前記第２過給機２０（２）の排気通路２５（２）は、排気ガス流れ方向下流側の端部が前記第１タービン２１（１）よりも排気ガス流れ方向上流側において前記第１排気通路２５（１）に流体接続され、且つ排気ガス流れ方向上流側の端部が前記排気ガス流れ方向下流側の端部と前記第１排気通路２５（１）との接続部２５０ａよりも排気ガス流れ方向上流側において前記第１排気通路２５（１）と流体接続されている。

即ち、図１に示すように、前記第１排気通路２５（１）は、排気ガス流れ方向に関し、当該第１排気通路２５（１）と前記第２排気通路２５（２）の排気ガス流れ方向上流側端部との接続部２５０ｂよりも下流側、且つ当該第１排気通路２５（１）と前記第２排気通路２５（２）の排気ガス流れ方向下流側端部との前記接続部２５０ａよりも上流側の範囲において、前記第２タービン２１（２）を迂回するバイパス通路２５（１）ａとして機能するようになっている。

本実施の形態においては、前記排気制御弁３０は、前記バイパス通路２５（１）ａに介挿されている。前記排気制御弁３０は、前記バイパス通路２５（１）ａを通過する排気ガス流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第２排気通路２５（２）を通過する、即ち前記第２タービン２１（２）に導入される排気ガス流量を調整し得るようになっている。

前記制御装置６０による作動制御によって、前記排気制御弁３０が全閉状態とされた場合には、前記エンジン本体１０からの全量の排気ガスが前記第２排気通路２５（２）を通過する。これに対し、前記排気制御弁３０が開状態とされた場合には、前記エンジン本体１０からの排気ガスのうち弁開度に応じた量の排気ガスが前記バイパス通路２５（１）ａを通過し且つ残りの排気ガスが前記第２排気通路２５（２）を通過する。

本実施の形態においては、前記第２排気通路２５（２）を介して前記第２過給機２０のタービン２１（２）に導入された排気ガスは、その後、前記第１過給機２０（１）のタービン２１（１）に向かって前記第１排気通路２５（１）を流れる。

前記第１過給機２０（１）の吸気通路２６（１）は、当該第１過給機２０（１）のコンプレッサ２２（１）からの圧縮空気を前記第２過給機２０（２）のコンプレッサ２２（２）をバイパスさせて前記エンジン本体１０へ供給し得るように構成されている。

具体的には、前記第１吸気通路２６（１）は、吸入空気流れ方向上流側の端部が大気に開放され、且つ吸入空気流れ方向下流側の端部が前記エンジン本体１０の燃焼室１８と連通するように前記吸気マニホールド１６に流体接続されている。

前記第２過給機２０（２）の吸気通路２６（２）は、吸入空気流れ方向上流側の端部が前記第１コンプレッサ２２（１）よりも吸入空気流れ方向下流側において前記第１吸気通路２６（１）に流体接続され、且つ吸入空気流れ方向下流側の端部が前記吸入空気流れ方向上流側の端部と前記第１吸気通路２６（１）との接続部２６０ａよりも吸入空気流れ方向下流側において前記第１吸気通路２６（１）と流体接続されている。

即ち、図１に示すように、前記第１吸気通路２６（１）は、空気流れ方向に関し、当該第１吸気通路２６（１）と前記第２吸気通路２６（２）の空気流れ方向上流側端部との前記接続部２６０ａよりも下流側、且つ当該第１吸気通路２６（１）と前記第２吸気通路２６（２）の空気流れ方向下流側端部との接続部２６０ｂよりも上流側の範囲において、前記第２コンプレッサ２２（２）を迂回するバイパス通路２６（１）ａとして機能するようになっている。

本実施の形態においては、前記吸気制御弁４０は、前記バイパス通路２６（１）ａに介挿されている。前記吸気制御弁４０は、前記バイパス通路２６（１）ａを通過する空気流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第２吸気通路２６（２）を通過する、即ち第２コンプレッサ２２（２）に導入される空気流量を調整し得るようになっている。

前記制御装置６０による作動制御によって、前記吸気制御弁４０が全閉状態にされた場合には、前記第１コンプレッサ２２（１）からの全量の圧縮空気が前記第２吸気通路２６（２）を通過する。これに対し、前記吸気制御弁４０が開状態にされた場合には、前記第１コンプレッサ２２（１）からの圧縮空気のうち弁開度に応じた量の圧縮空気が前記吸気側バイパス通路２６（１）ａを通過し且つ残りの圧縮空気が前記第２吸気通路２６（２）を通過する。

本実施の形態においては、前記第２吸気通路２６（２）を介して前記第２過給機２０（２）のコンプレッサ２２（２）に導入された、前記第１コンプレッサ２２（１）からの圧縮空気は、前記第２コンプレッサ２２（２）による圧縮後に前記エンジン本体１０の燃焼室１８に向かって前記第１吸気通路２６（１）を流れる。

なお、本実施の形態においては、前記第１吸気通路２６（１）に、前記第１コンプレッサ２２（１）からの圧縮空気を冷却する第１インタークーラ２８（１）が介挿され、前記第２吸気通路２６（２）に、前記第２コンプレッサ２２（２）からの圧縮空気を冷却する第２インタークーラ２８（２）が介挿されている。

図１に示すように、前記エンジン１Ａは、さらに、前記第１過給機２０（１）のタービン２１（１）をバイパスさせる低圧側パイパス通路７５と、前記低圧側パイパス通路７５に介挿されたウエストゲートバルブ８０とを備えている。

具体的には、前記低圧側パイパス通路７５は、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記第１排気通路２５（１）と前記第２排気通路２５（２）の排気ガス流れ方向下流側端部との前記接続部２５０ａよりも排気ガス流れ方向下流側且つ前記第１タービン２１（１）よりも排気ガス流れ方向上流側において前記第１排気通路２５（１）に流体接続されている。前記低圧側パイパス通路７５は、排気ガス流れ方向下流側の端部が前記第１タービン２１（１）よりも排気ガス流れ方向下流側において前記第１排気通路２５（１）に流体接続されている。

前記ウエストゲートバルブ８０は、前記低圧側バイパス通路７５を通過する排気ガス流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第１排気通路２５（１）を通過する、即ち前記第１タービン２１（１）に導入される排気ガス流量を調整し得るようになっている。

詳しくは、前記ウエストゲートバルブ８０は、その弁開度が任意に調整可能とされており、弁開度がゼロである全閉状態及び弁開度がゼロを超える開状態を選択的にとり得るように構成されている。
前記ウエストゲートバルブ８０が全閉状態とされた場合には、全量の排気ガスが前記第１排気通路２５（１）を通過する。前記ウエストゲートバルブ８０が開状態とされた場合には、弁開度に応じた量の排気ガスが前記低圧側パイパス通路７５を通過し且つ残りの排気ガスが前記第１排気通路２５（１）を通過する。

前記制御装置６０は、さらに、前記ウエストゲートバルブ８０の作動制御を司るように構成されている。
本実施の形態においては、前記エンジン１Ａに前記ウエストゲートバルブ８０を作動させる、即ち前記ウエストゲートバルブ８０の弁開度を変更させるアクチュエータ（図示せず）が備えられており、前記制御装置６０は前記アクチュエータを介して前記ウエストゲートバルブ８０の作動制御を行うように構成されている。

そして、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０に加えて前記ウエストゲートバルブ８０の作動制御を行うように構成されている。

詳しくは、本実施の形態においては、前述の通り、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数に達するまでは前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０を全閉状態に維持する。この際、前記制御装置６０は、前記ウエストゲートバルブ８０も全閉状態に維持する。

前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数を超えると、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度を調整する。この際、前記制御装置６０は、前記ウエストゲートバルブ８０を全閉状態に維持する。

そして、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数よりも高く設定された第２所定エンジン回転数を超えると、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０に加えて前記ウエストゲートバルブ８０の弁開度を調整する。

このようにエンジン回転数が前記第２所定エンジン回転数を超えると、前記エンジン本体１０から排気ガスが大量に排出される。この場合には、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度の調整だけでは、前記第２過給機２０（２）の排気通路２５（２）へ流れ込む排気ガスの流量が増加して、前記第２タービン２１（２）へ過剰な量の排気ガスが導入され、これにより、前記第２過給機２０（２）の回転数を略一定に維持することができないおそれがある。

しかしながら、斯かる構成においては、前記エンジン本体１０から排気ガスが大量に排出される場合に、前記ウエストゲートバルブ８０を開状態に変更することにより排気ガスの一部を前記第１過給機２０（１）の排気通路２５（１）から前記低圧側バイパス通路７５に流して、前記エンジン本体１０から前記第２過給機２０（２）の排気通路２５（２）へ流れ込む排気ガスの流量を抑制し、これにより、前記第２タービン２１（２）へ過剰な量の排気ガスが導入されることを防止できる。したがって、より正確に前記第２過給機２０（２）の回転数を略一定に維持することができる。

本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記最大トルクＴ１発生時の所定エンジン回転数Ｎｅ１に達するまでは、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０に加えて前記ウエストゲートバルブ８０も全閉状態に維持することができる。

斯かる構成によれば、前記エンジン１Ａが最大トルクを発生させる運転状態になるまでは、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０が全閉状態に維持されつつ、前記ウエストゲートバルブ８０も全閉状態に維持されるので、前記エンジン本体１０から排出される全量の排気ガスを前記第２排気通路２５（２）に流し、その後に前記第１タービン２１（１）に導入することができる。

即ち、本実施の形態に係る前記エンジン１Ａにおいては、エンジン低速回転時に、高圧側の前記第２過給機２０（２）を作動状態としつつ、低圧側の前記第１過給機２０（１）も作動状態とすることができる。したがって、前記第２過給機２０（２）及び前記第１過給機２０（１）による完全な２段過給状態を現出させることが可能となり、エンジン低速回転時のトルクアップを効率的に図ることができる。

また、本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記所定エンジン回転数より高回転側において前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の作動制御を行うことに加えて、燃料噴射制御を行うこともできる。

即ち、前記制御装置６０は、エンジン回転数及びエンジン負荷等に基づき目標燃料噴射量を設定し、設定された目標燃料噴射量となるように燃料噴射装置９５の作動制御を行う。
具体的には、前記エンジン１Ａに前記回転数センサ５１に加えて負荷センサが備えられており、本実施の形態においては、前記負荷センサがアクセル開度センサ９１とされている（図１参照）。前記アクセル開度センサ９１は、人為操作可能なアクセル操作部材（アクセル操作レバー等）９０の操作量を開度として検出し、その検出値を負荷として前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。

そして、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数より高回転側にある場合には、前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の作動制御を実行しつつ、設定された目標燃料噴射量を所定噴射量補正量だけ増量又は減量側へ補正し、前記目標燃料噴射量に代えて、得られた補正燃料噴射量となるように前記燃料噴射装置９５の作動制御を行う。
斯かる構成によれば、前記第２過給機２０（２）の回転数を素早く略一定に維持することができる。

好ましくは、前記制御装置６０は、目標燃料噴射量の補正が行われた場合には、直近に燃焼した気筒の上死点と次に燃焼する気筒の上死点と間の非上死点タイミングで、次に燃焼する気筒への燃料噴射量が補正燃料噴射量となるように前記燃料噴射装置９５の作動制御を行うことができる。
前記制御装置６０は、前記クランク軸５の回転角度を検出するクランク角センサの検出値に基づいて、各気筒が上死点状態となるタイミングを認識するように構成される。前記燃料噴射装置９５は、各気筒へ燃料を噴射する複数の燃料噴射弁を有し、各気筒毎への燃料噴射量を制御し得るように構成される。なお、前記クランク角センサは前記回転数センサ５１とされ得る。

本実施の形態においては、前記制御装置６０は、目標燃料噴射量に対する噴射量補正量に基づいて前記ターボセンサ５２に関する異常の有無を判断することもできる。
即ち、前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の作動制御を行いつつ燃料噴射制御を行う際に目標燃料噴射量に対し増減させ得る基準範囲が予め設定される。前記制御装置６０は、目標燃料噴射量の補正時に噴射量補正量が前記基準範囲内にあるか否かを判断する。その結果、前記制御装置６０は、噴射量補正量が前記基準範囲内にあれば前記ターボセンサ５２に関し異常無しと判断し、噴射量補正量が前記基準範囲内になければ、前記ターボセンサ５２に関し異常有りと判断する。

なお、前記制御装置６０は、弁開度が最大となるように前記排気制御弁３０の作動制御を行っている状態で、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定に維持されるべき回転数を超えて、噴射量補正量が前記基準範囲内にないとき又は予め設定された許容最大燃料噴射量を超えるきに、前記ターボセンサ５２に関し異常有りと判断し得る。

好ましくは、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５２に関し異常有りと判断した際に予め設定されている量の燃料が各気筒へ噴射されるように目標燃料噴射量を変更することができる。
前記予め設定されている量の燃料とは、例えば、前記エンジン本体１０を運転停止状態に近づけるような（エンジン回転数を所定回転数よりも低下させるような）所定量の燃料とされ得る。つまり、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５２に関し異常有りと判断した際には前記エンジン本体１０を低速回転状態（又は運転停止状態）とするようなフェイルセーフ制御を実行し得る。

また、本実施の形態に係る前記エンジン１Ａにおいては、急加速時には目標燃料噴射量の増量補正を行うことができる。
具体的には、前記エンジン１は、急加速を判別するための急加速判別装置を備えている。前記急加速判別装置は、本実施の形態においては前記アクセル開度センサ９１とされている（図１参照）。前記アクセル開度センサ９１は、前記アクセル操作部材９０の操作量（アクセル開度）に加えて操作時の角速度を検出し、その検出値を前記制御装置６０に入力し得るように構成されている。

前記制御装置６０は、前述の通り前記回転数センサ５１により検出されるエンジン回転数及び前記負荷センサにより検出されるエンジン負荷等に基づき目標燃料噴射量を設定し、且つ操作時の角速度が予め設定された角速度の値を越えた時には、急加速と判断する。前記制御装置６０は、急加速と判断した場合、前記目標燃料噴射量を所定噴射量補正量だけ増加側に補正し、補正された燃料噴射量となるように前記燃料噴射装置９５の作動制御を行う。その後、前記制御装置６０は、急加速と判断しなくなると、補正無しの状態に戻す。

ここで、前記制御装置６０は、エンジン回転数と過給機回転数に基づいて燃料噴射量を算出するためのエンジン／過給機相関データを有しており、急加速時には、前記回転数センサ５１及び前記ターボセンサ５２からの検出値と前記エンジン／過給機相関データとに基づいて得られる燃料噴射量が、前記補正された燃料噴射量と一致するようにフィードバック制御を行う。
なお、前記制御装置６０は、急加速の加速度合いに応じて噴射量補正量を変更し得る。

斯かる構成によれば、目標燃料噴射量の増量補正により、急加速時における加速性能を向上させることができる。

［実施の形態２］
以下、本発明の他の実施の形態に係るエンジン１Ｂについて添付図面を参照しつつ説明する。
図４に、本実施の形態に係る前記エンジン１Ｂの概略構成を示す。
なお、図中、前記実施の形態１における部材と同一または実質的に同一な部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。

本実施の形態に係る前記エンジン１Ｂは、大容量の第１過給機２０（１）及び小容量の第２過給機２０（２）が並列配置されている点において、主として前記実施の形態１に係る前記エンジン１Ａと相違している。

図４に示すように、本実施の形態においては、前記第１過給機２０（１）の排気通路１０５（１）は、排気ガス流れ方向上流側の端部がエンジン本体１０の排気マニホールド１５に流体接続され、且つ排気ガス流れ方向下流側の端部が大気に開放されている。前記第１過給機２０（１）の排気通路１０５（１）には、前記第１過給機２０（１）の大容量のタービン２１（１）が介挿されると共に、前記第１タービン２１（１）よりも排気ガス流れ方向上流側において排気制御弁３０が介挿されている。

前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）は、排気ガス流れ方向上流側の端部が前記エンジン本体１０の排気マニホールド１５に流体接続され、且つ排気ガス流れ方向下流側の端部が前記第１タービン２１（１）を介さずに大気に開放されている。前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）には、前記第２過給機２０（２）の小容量のタービン２１（２）が介挿されている。

前記第１過給機２０（１）の吸気通路１０６（１）は、吸入空気流れ方向上流側の端部が大気に開放され、且つ吸入空気流れ方向下流側の端部が前記エンジン本体１０の吸気マニホールド１６に流体接続されている。前記第１過給機２０（１）の吸気通路１０６（１）には、前記第１過給機２０（１）の大容量のコンプレッサ２２（１）が介挿されると共に、前記第１コンプレッサ２２（１）よりも排気ガス流れ方向上流側において吸気制御弁４０が介挿されている。

前記第２過給機２０（２）の吸気通路１０６（２）は、吸入空気流れ方向上流側の端部が前記第１コンプレッサ２２（１）を介さずに大気に開放され、且つ吸入空気流れ方向下流側の端部が前記エンジン本体１０の吸気マニホールド１６に流体接続されている。前記第２過給機２０（２）の吸気通路１０６（２）には、前記第２過給機２０（２）の小容量のコンプレッサ２２（２）が介挿されている。

即ち、本実施の形態においては、前記第１過給機２０（１）のコンプレッサ２２（１）及び前記第２過給機２０（２）のコンプレッサ２２（２）には、個別に空気が導入されるようになっている。

図４に示すように、前記エンジン１Ｂは、さらに、前記第２過給機２０（２）のタービン２１（２）をバイパスさせるバイパス通路１１５と、前記バイパス通路１１５に介挿された第２排気制御弁１２０とを備えている。

具体的には、前記パイパス通路１１５は、排気ガス流れ方向上流側及び下流側の端部がそれぞれ前記第２過給機２０（２）のタービン２１（２）よりも排気ガス流れ方向上流側及び下流側において前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）に流体接続されている。

前記第２排気制御弁１２０は、前記バイパス通路１１５を通過する排気ガス流量を調整可能に構成されており、これにより、前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）を通過する、即ち前記第２タービン２１（２）に導入される排気ガス流量を調整し得るようになっている。

詳しくは、前記第２排気制御弁１２０は、その弁開度が任意に調整可能とされており、弁開度がゼロである全閉状態及び弁開度がゼロを超える開状態を選択的にとり得るように構成されている。
前記第２排気制御弁１２０が全閉状態とされた場合には、全量の排気ガスが前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）を通過する。前記第２排気制御弁１２０が開状態とされた場合には、弁開度に応じた量の排気ガスが前記パイパス通路１１５を通過し且つ残りの排気ガスが前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）を通過する。

制御装置６０は、前記第２排気制御弁１２０の作動制御を司るように構成されている。
本実施の形態においては、前記エンジン１Ｂに前記第２排気制御弁１２０を作動させる、即ち前記第２排気制御弁１２０の弁開度を変更させるアクチュエータ（図示せず）が備えられており、前記制御装置６０は前記アクチュエータを介して前記第２排気制御弁１２０の作動制御を行うように構成されている。

そして、前記制御装置６０は、所定エンジン回転数より高回転側においては、前記ターボセンサ５２によって検出される小容量の前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０に加えて前記第２排気制御弁１２０の作動制御を行うように構成されている。

詳しくは、本実施の形態においては、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数に達するまでは前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０を全閉状態に維持する。この際、前記制御装置６０は、前記第２排気制御弁１２０も全閉状態に維持する。

前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数を超えると、前記制御装置６０は、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度を調整する。この際、前記制御装置６０は、前記第２排気制御弁１２０を全閉状態に維持する。

そして、前記制御装置６０は、前記回転数センサ５１によって検出されるエンジン回転数が前記所定エンジン回転数よりも高く設定された第３所定エンジン回転数を超えると、前記ターボセンサ５２によって検出される前記第２過給機２０（２）の回転数が略一定となるように、前記排気制御弁３０、前記吸気制御弁４０及び前記第２排気制御弁１２０の弁開度を調整する。

このようにエンジン回転数が前記第３所定エンジン回転数を超えると、前記エンジン本体１０から排気ガスが大量に排出される。この場合には、前記排気制御弁３０及び前記吸気制御弁４０の弁開度の調整だけでは、前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）へ流れ込む排気ガスの流量が増加して、前記第２タービン２１（２）へ過剰な量の排気ガスが導入され、これにより、前記第２過給機２０（２）の回転数を略一定に維持することができないおそれがある。

しかしながら、斯かる構成においては、前記エンジン本体１０から排気ガスが大量に排出される場合に、前記第２排気制御弁１２０を開状態に変更することにより前記第２過給機２０（２）の排気通路１０５（２）へ流れ込んだ排気ガスの一部を前記バイパス通路１１５に流して、前記第２タービン２１（２）へ過剰な量の排気ガスが導入されることを防止できる。したがって、より正確に前記第２過給機２０（２）の回転数を略一定に維持することができる。

１Ａ，１Ｂ エンジン
１０ エンジン本体
２０（１） 第１過給機
２０（２） 第２過給機
２１（１） 第１過給機のタービン
２１（２） 第２過給機のタービン
２２（１） 第１過給機のコンプレッサ
２２（２） 第２過給機のコンプレッサ
２５（１） 第１過給機の排気通路
２５（２） 第２過給機の排気通路
２６（１） 第１過給機の吸気通路
２６（２） 第２過給機の吸気通路
３０ 排気制御弁
４０ 吸気制御弁
５１ 回転数センサ
５２ ターボセンサ
６０ 制御装置
７５ 低圧側バイパス通路
８０ ウエストゲートバルブ
１０５（１） 第１過給機の排気通路
１０５（２） 第２過給機の排気通路
１０６（１） 第１過給機の吸気通路
１０６（２） 第２過給機の吸気通路
１１５ バイパス通路
１２０ 第２排気制御弁

Claims (5)

1. エンジン本体と、エンジン回転数を検出する回転数センサと、前記エンジン本体が吸入する空気を過給する大容量の第１過給機及び小容量の第２過給機と、前記第２過給機の回転数を検出する小容量側ターボセンサと、前記第１過給機の排気通路及び吸気通路に設けられた排気制御弁及び吸気制御弁と、前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の作動制御を司る制御装置とを備え、
   前記制御装置は、任意に設定される所定エンジン回転数より高回転側においては、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁の作動制御を行うことを特徴とするエンジン。
2. 前記制御装置に予め記憶されているエンジン性能曲線によって定義される最大トルク発生時のエンジン回転数が前記所定エンジン回転数とされていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記制御装置は、前記回転数センサによって検出されるエンジン回転数が前記最大トルク発生時のエンジン回転数に達するまでは前記排気制御弁及び前記吸気制御弁を全閉状態に維持することを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
4. 前記第１及び第２過給機はそれぞれ低圧側及び高圧側として作用するように直列配置されており、
   前記第１過給機の排気通路は、前記エンジン本体からの排気ガスを前記第２過給機のタービンをバイパスさせて当該第１過給機のタービンに案内し、
   前記第１過給機の吸気通路は、当該第１過給機のコンプレッサからの圧縮空気を前記第２過給機のコンプレッサをバイパスさせて前記エンジン本体へ供給しており、
   さらに、前記第１過給機のタービンをバイパスさせる低圧側パイパス通路と前記低圧側パイパス通路に介挿されたウエストゲートバルブとを備え、
   前記制御装置は、前記ウエストゲートバルブの作動制御も司るように構成され、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁に加えて前記ウエストゲートバルブの作動制御を行うことを特徴とするエンジン特徴とする請求項１から３の何れかに記載のエンジン。
5. 前記第１及び第２過給機は並列配置されており、
   前記第１及び第２過給機の排気通路は、排気ガス流れ方向上流側が前記エンジン本体に流体接続され且つ下流側が他の過給機を介さずに大気に開放されており、
   前記第１及び第２過給機の吸気通路は、吸入空気流れ方向上流側が他の過給機を介さずに大気に開放され且つ下流側が前記エンジン本体に流体接続されており、
   上流側及び下流側がそれぞれ前記第２過給機のタービンより排気ガス流れ方向上流側及び下流側において前記第２過給機の排気通路に流体接続されたバイパス通路と、前記バイパス通路に介挿された第２排気制御弁とを備え、
   前記制御装置は、前記小容量側ターボセンサによって検出される前記第２過給機の回転数が略一定となるように前記排気制御弁及び前記吸気制御弁に加えて前記第２排気制御弁の作動制御を行うことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載のエンジン。

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