JP2016044631A - 過給システム - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスのバイパス流量の増加を抑制して過給効率を向上させることができる内燃機関を提供する。【解決手段】気筒３の吸気バルブ５のバルブタイミングを制御する吸排気バルブ制御部１３を備え、吸排気バルブ制御部１３は、ターボチャージャー４の目標圧力比と実圧力比との差分である圧力比偏差が閾値よりも小さいとの第一条件、気筒３に供給する目標吸入ガス量と実吸入ガス量との差分である吸入ガス量偏差が閾値よりも小さいとの第二条件、気筒３の目標吸排気差圧と実吸排気差圧との差分である吸排気差圧偏差が閾値よりも小さいとの第三条件、の少なくとも一つの条件を満たす場合に、気筒３の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更する。【選択図】図２

Description

本発明は、過給機により内燃機関の過給を行う過給システムに関する。

従来、このような過給システムに関する技術文献として、例えば下記の特許文献１が知られている。特許文献１には、高圧段過給機及び低圧段過給機の二段過給システムが開示されている。

特開２００２−５４４８９号公報

このような過給システムは、排気ガスの一部を分流させるウェイストゲートバルブ［WasteGate Valve］を有している。ウェイストゲートバルブは、気筒からの排気ガスを過給機のタービンの下流側にバイパスさせることで過給機のタービンへの流入量を調節し、過給圧を調整するものである。

しかしながら、ウェイストゲートバルブによりバイパスさせる排気ガスの流量が増加すると、タービン効率の低下、ウェイストゲートに流れる排気ガスの流れ損失等により、過給機の過給効率の低下を招き、燃費の向上を十分に図ることができない可能性がある。

そこで、本発明は、排気ガスのバイパス流量の増加を抑制して過給効率を向上させることができる過給システムを提供することを課題とする。

本発明に係る過給システムは、複数の気筒を有する内燃機関と、気筒の吸入空気の過給を行う過給機と、気筒の吸気バルブのバルブタイミングを制御する吸気バルブ制御部と、気筒の排気ガスが通る排気通路において高圧段過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、気筒の排気ガスをバイパス通路に通してタービンの下流側に送るバイパスバルブと、を備え、吸気バルブ制御部は、過給機の目標圧力比と実圧力比との差分である圧力比偏差が閾値よりも小さいとの第一条件、気筒に供給する目標吸入ガス量と実吸入ガス量との差分である吸入ガス量偏差が閾値よりも小さいとの第二条件、気筒の目標吸排気差圧と実吸排気差圧との差分である吸排気差圧偏差が閾値よりも小さいとの第三条件、の少なくとも一つの条件を満たす場合に、気筒の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更することを特徴とする。

本発明に係る過給システムでは、第一から第三の条件の少なくとも一つの条件を満たす場合に、吸気バルブ制御部が、気筒の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更する。これにより、バイパスバルブによる排気ガスのバイパス流量の増加が抑制されるため、過給機の過給効率が向上し、燃費向上が図れる。しかも、この過給システムでは、第一から第三の条件の少なくとも一つの条件を満たす場合にバルブタイミングを変更するため、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力の増大による内燃機関の機械的強度への影響を押さえて長寿命化を実現することができる。

吸気バルブ制御部は、第一条件、第二条件及び第三条件の全ての条件を満たす場合に、気筒の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更してもよい。この過給システムでは、第一から第三の条件の全ての条件を満たす場合にバルブタイミングを変更するため、上記効果を高めることができる。

また、過給機は、低圧段過給機及び高圧段過給機の二段過給システムであり、バイパス通路は、排気通路において高圧段過給機のタービンを迂回し、第一条件における過給機は、高圧段過給機であってもよい。この過給システムでは、過給機を低圧段過給機及び高圧段過給機の二段過給システムとした場合に、バイパスバルブで高圧段過給機のタービンを迂回させ、第一条件における過給機を高圧段過給機としている。これにより、高速域における過剰な排気ガスを低圧段過給機のタービンに逃がすことができるとともに、筒内最高圧力の増加を適切に抑制することができる。

本発明によれば、排気ガスのバイパス流量の増加を抑制して過給効率を向上させることができる。

過給システムの概略構成を示す模式図である。 過給システムの制御形態を示すブロック図である。 過給システムの制御内容を示すフローチャートである。 第一条件判断処理を示すフローチャートである。 第二条件判断処理を示すフローチャートである。 第三条件判断処理を示すフローチャートである。 ウェイストゲートバルブによる排気ガスのバイパス流量と筒内最高圧力及び燃費低減率との関係を示した図である。

以下、実施形態に係る過給システムについて、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、過給システムの概略構成を示す模式図である。図２は、過給システムの制御形態を示すブロック図である。図１及び図２に示すように、本実施形態の過給システム１は、複数の気筒３を有するエンジン２（内燃機関）と、気筒３の吸入空気の過給を行うターボチャージャー４（過給機）と、を備えており、ターボチャージャー４によりエンジン２の過給を行う。

エンジン２は、車両の動力源として使用され、例えば、ディーゼルエンジンとすることができる。気筒３には、吸気バルブ５及び排気バルブ６が設けられている。

ターボチャージャー４は、低圧段ターボチャージャー７（低圧段過給機）及び高圧段ターボチャージャー８（高圧段過給機）の二段過給システムである。

低圧段ターボチャージャー７は、気筒３に供給するガスが通る吸気通路９の入口側に配置された低圧段コンプレッサ７Ａと、気筒３の排気ガスが通る排気通路１０の出口側に配置された低圧段タービン７Ｂと、を有する。低圧段ターボチャージャー７では、低圧段タービン７Ｂが排気ガスの排気エネルギーにより回転されることで、低圧段コンプレッサ７Ａが駆動して吸気通路９内の空気圧縮すなわち過給が行われる。

高圧段ターボチャージャー８は、高圧段コンプレッサ８Ａと、高圧段タービン８Ｂと、を有する。高圧段コンプレッサ８Ａは、吸気通路９において低圧段コンプレッサ７Ａより下流に配置される。高圧段タービン８Ｂは、排気通路１０において低圧段タービン７Ｂより上流に配置される。高圧段ターボチャージャー８では、低圧段ターボチャージャー７と同様に、高圧段タービン８Ｂが排気ガスの排気エネルギーにより回転されることで、高圧段コンプレッサ８Ａが駆動して吸気通路９内の過給が行われる。

高圧段ターボチャージャー８は、低圧段ターボチャージャー７と比べて容量の小さいものが用いられる。換言すると、低圧段ターボチャージャー７は、高圧段ターボチャージャー８と比べて容量の大きいものが用いられる。これは、高圧段ターボチャージャー８において排気エネルギーが一度回収され、膨張した排気ガスを低圧段ターボチャージャー７で扱うためである。

吸気通路９を流れる空気は、低圧段コンプレッサ７Ａ、高圧段コンプレッサ８Ａの順に圧縮されてエンジン２の気筒３内に供給される。なお、吸気通路９には、低圧段コンプレッサ７Ａによる圧縮で温度上昇した空気を冷却するためのインタークーラ（不図示）と、高圧段コンプレッサ８Ａによる圧縮で温度上昇した空気を冷やすためのアフタークーラ（不図示）が設けられている。インタークーラについては、必ずしも設ける必要はない。

また、過給システム１は、ＥＧＲ通路１１と、ウェイストゲート１２（バイパス通路）と、吸排気バルブ制御部１３（吸気バルブ制御部）と、エンジン回転数取得部１４と、ウェイストゲートバルブ開度取得部１５と、燃料流量取得部１６と、過給前吸気圧力取得部１７と、吸気圧力取得部１８と、吸気温度取得部１９と、排気圧力取得部２０と、ＥＣＵ［Engine Control Unit］２１と、を備えている。なお、図１では、吸排気バルブ制御部１３、燃料流量取得部１６及びＥＣＵ２１の図示を省略している。

ＥＧＲ通路１１は、排気通路１０内の排気ガスの一部を吸気通路９に戻すことで再循環させるための通路である。ＥＧＲ通路１１の途中には、ＥＧＲ通路１１を通過する排気ガスの流量を制御するためのＥＧＲバルブ２２と、排気ガスを冷却するためのＥＧＲクーラー２３が設けられている。ＥＧＲバルブ２２は、排気通路１０の排気ガスを吸気通路９に戻すことで、気筒の排気ガスを吸気側に再循環させる。

ウェイストゲート１２は、排気通路１０において高圧段ターボチャージャー８の高圧段タービン８Ｂを迂回するバイパス通路である。ウェイストゲート１２は、気筒３と高圧段タービン８Ｂとの間の排気通路１０と、高圧段タービン８Ｂと低圧段タービン７Ｂとの間の排気通路１０と、を接続している。ウェイストゲート１２の途中には、ウェイストゲート１２を通過する排気ガスの流量を制御するためのウェイストゲートバルブ２４が設けられている。ウェイストゲートバルブ２４は、気筒３の排気ガスの一部をウェイストゲート１２に通して高圧段タービン８Ｂの下流側に送る。

吸排気バルブ制御部１３は、ＥＣＵ２１の制御により、吸気バルブ５及び排気バルブ６のバルブタイミング（バルブ開閉時期）及びリフト量を制御する。なお、このような吸排気バルブ制御部１３の制御を、バルブタイミング制御処理という。吸排気バルブ制御部１３は、エンジン２の可変バルブ機構を駆動させることにより、吸気バルブ５及び排気バルブ６のバルブタイミング及びリフト量を変更する。なお、吸気バルブ５を閉じるバルブタイミングを、特に吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣという。可変バルブ機構の構成は特に限定されず、バルブタイミング及びリフト量を変更できるものであればよい。可変バルブ機構は、例えば油圧や電動モータ等によってカムシャフトの回転角位相を変更することでバルブタイミング等を変更する。

ところで、エンジン２では、吸気バルブ５を下死点よりも早く又は遅く閉じると、気筒３内の圧縮比が膨張比よりも小さくなる。このため、吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを、吸気バルブ５が下死点となるタイミングよりも早める又は遅らせると、気筒３の筒内最高圧力が下がる。そこで、本実施形態では、吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣの初期値として、吸気バルブ５が下死点となるタイミング又は下死点を超えたタイミングが設定されており、吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを遅らせることで、気筒３の筒内最高圧力を下げるものとして説明する。

エンジン回転数取得部１４は、エンジンの回転数Ｎ_Ｅを取得する。エンジン回転数取得部１４としては、例えば、エンジン２に取り付けられて、エンジンの回転数Ｎ_Ｅとしてエンジン２のクランクシャフトの回転数を検出する回転数検出センサを用いることができる。この場合、エンジン回転数取得部１４は、エンジンの回転数Ｎ_Ｅとして、クランクシャフトの回転数を取得する。

ウェイストゲートバルブ開度取得部１５は、ウェイストゲートバルブ２４のバルブ開度Ｖ_ＢＰを取得する。ウェイストゲートバルブ開度取得部１５としては、例えば、ウェイストゲートバルブ２４に取り付けられて、バルブ開度Ｖ_ＢＰとしてウェイストゲートバルブ２４のバルブ開度を機械的に検出する開度検出センサ（ウェイストゲートバルブ開度検出部）を用いることができる。

燃料流量取得部１６は、エンジン２の気筒３に供給する燃料の燃料流量Ｇ_ｆを取得する。燃料流量取得部１６の構成は特に限定されない。燃料流量取得部１６は、例えば、燃料流量マップに基づいて燃料流量Ｇ_ｆを算出するＥＣＵ２１の一機能（燃料流量算出部）であってもよく、エンジン２に取り付けられて燃料流量Ｇ_ｆとしてインジェクションにおける燃料の噴射量を検出するセンサ（燃料流量検出部）であってもよい。

過給前吸気圧力取得部１７は、高圧段コンプレッサ８Ａにより過給される前の吸気通路９における吸気圧力である過給前吸気圧力Ｐ_Ｏを取得する。過給前吸気圧力取得部１７としては、例えば、低圧段コンプレッサ７Ａと高圧段コンプレッサ８Ａとの間の吸気通路９に取り付けられて、過給前吸気圧力Ｐ_Ｏとして吸気通路９を流れる気体の圧力を検出する圧力センサ（過給前吸気圧力検出部）を用いることができる。

吸気圧力取得部１８は、エンジン２の吸気マニホールドにおける吸気圧力である吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂを取得する。吸気圧力取得部１８としては、例えば、エンジン２の吸気マニホールドに取り付けられて、吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂとして吸気マニホールドを流れる気体の圧力を検出する圧力センサ（吸気圧力検出部）を用いることができる。

吸気温度取得部１９は、エンジン２の吸気マニホールドにおける吸気温度である吸気マニホールド吸気温度Ｔ_Ｂを取得する。吸気温度取得部１９としては、例えば、エンジン２の吸気マニホールドに取り付けられて、吸気マニホールド吸気温度Ｔ_Ｂとして吸気マニホールドを流れる気体の温度を検出する温度センサ（吸気温度検出部）を用いることができる。

排気圧力取得部２０は、エンジン２の排気マニホールドにおける排気圧力である排気マニホールド排気圧力Ｐ_Ｅを取得する。排気圧力取得部２０の構成は特に限定されない。例えば、排気圧力取得部２０は、エンジン２の排気マニホールドに取り付けられて、排気マニホールド排気圧力Ｐ_Ｅとして排気マニホールドを流れる気体の圧力を検出する圧力センサ（排気圧力検出部）であってもよく、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ、燃料流量Ｇ_ｆ等に基づき、排気マニホールド排気圧力Ｐ_Ｅを算出するＥＣＵ２１の一機能（排気圧力算出部）であってもよい。

ＥＣＵ２１は、ＣＰＵ[Central Processing Unit]、ＲＯＭ[Read Only Memory]、ＲＡＭ[Random Access Memory]などからなる電子制御ユニットである。ＥＣＵ２１では、ＲＯＭに記憶されているプログラムをＲＡＭにロードし、ＣＰＵで実行することでエンジン制御に関する処理が行われる。

ＥＣＵ２１は、低圧段ターボチャージャー７、高圧段ターボチャージャー８、エンジン回転数取得部１４、ウェイストゲートバルブ開度取得部１５、燃料流量取得部１６、過給前吸気圧力取得部１７、吸気圧力取得部１８、吸気温度取得部１９、及び排気圧力取得部２０で取得した情報に応じて、吸排気バルブ制御部１３、ＥＧＲバルブ２２、及びウェイストゲートバルブ２４を制御する。つまり、ＥＣＵ２１は、低圧段ターボチャージャー７及び高圧段ターボチャージャー８の回転数に応じて、ＥＧＲバルブ２２及びウェイストゲートバルブ２４のバルブ開度を調整する。このＥＧＲバルブ２２及びウェイストゲートバルブ２４のバルブ開度の調整は、周知の制御により行うことができる。

また、ＥＣＵ２１は、エンジン回転数取得部１４、ウェイストゲートバルブ開度取得部１５、燃料流量取得部１６、過給前吸気圧力取得部１７、吸気圧力取得部１８、吸気温度取得部１９、及び排気圧力取得部２０で取得した情報に応じて、吸排気バルブ制御部１３を制御する。具体的には、ＥＣＵ２１は、次の３つの条件のうち、少なくとも一つの条件を満たす場合に、吸排気バルブ制御部１３を制御して、気筒３の筒内最高圧力が下がるように吸気バルブ５のバルブタイミングを変更する。

第一条件は、高圧段ターボチャージャー８の目標圧力比Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}と実圧力比Δπ_Ｃ＿Ｒとの差分である圧力比偏差Δπ_Ｃが閾値Δπ_Ｃ＿ｔｈよりも小さい、との条件である。第二条件は、気筒３に供給する目標吸入ガス量ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}と実吸入ガス量Ｇ_Ａ＿Ｒとの差分である吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａが閾値ΔＧ_Ａ＿ｔｈよりも小さい、との条件である。第三条件は、気筒３の目標吸排気差圧ΔＰ_Ｏと実吸排気差圧ΔＰ_Ｒとの差分である吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆが閾値ΔＰ_{ｄｅｆ＿ｔｈ}よりも小さい、との条件である。

次に、図３〜図６を参照して、ＥＣＵ２１による吸排気バルブ制御部１３の制御内容について具体的に説明する。

図３は、過給システムの制御内容を示すフローチャートである。なお、図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ２１により所定のサイクルで繰り返し行われる。

図３に示すように、ＥＣＵ２１は、まず、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ、ウェイストゲートバルブ２４のバルブ開度Ｖ_ＢＰ、燃料流量Ｇ_ｆ、過給前吸気圧力Ｐ_Ｏ、吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂ、吸気マニホールド吸気温度Ｔ_Ｂ、及び排気マニホールド排気圧力Ｐ_Ｅを、それぞれエンジン回転数取得部１４、ウェイストゲートバルブ開度取得部１５、燃料流量取得部１６、過給前吸気圧力取得部１７、吸気圧力取得部１８、吸気温度取得部１９、及び排気圧力取得部２０から読み出す（Ｓ１）。

次に、ＥＣＵ２１は、回転数Ｎ_Ｅが、バルブタイミング制御を許可するエンジン２の最小回転数Ｎ_Ｏよりも大きいか否かを判定する（Ｓ２）。回転数Ｎ_Ｅが最小回転数Ｎ_Ｏよりも大きくない場合は（Ｓ２：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は処理を一旦終了する。

回転数Ｎ_Ｅが最小回転数Ｎ_Ｏよりも大きい場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２１は、次に、バルブ開度Ｖ_ＢＰが、バルブタイミング制御を許可するウェイストゲートバルブ２４の最小バルブ開度Ｖ_ＢＰＯよりも大きいか否かを判定する（Ｓ３）。バルブ開度Ｖ_ＢＰが最小バルブ開度Ｖ_ＢＰＯよりも大きくない場合は（Ｓ３：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は処理を一旦終了する。

バルブ開度Ｖ_ＢＰが最小バルブ開度Ｖ_ＢＰＯよりも大きい場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２１は、次に、第一条件を満たすか否かの判断である第一条件判断処理を行う（Ｓ４）。

図４は、第一条件判断処理を示すフローチャートである。図４に示すように、第一条件判断処理では、まず、ＥＣＵ２１は、高圧段ターボチャージャー８の目標圧力比Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}及び実圧力比Δπ_Ｃ＿Ｒを求める（Ｓ４１）。目標圧力比Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}は、次の式（１）に示すように、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ及び燃料流量Ｇ_ｆを用いた周知の計算式により求めることができる。実圧力比Δπ_Ｃ＿Ｒは、次の式（２）に示すように、吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂを過給前吸気圧力Ｐ_Ｏで割ることにより求めることができる。

Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}＝ｆ（Ｎ_Ｅ，Ｇ_ｆ）…（１）
Δπ_Ｃ＿Ｒ＝Ｐ_Ｂ／Ｐ_Ｏ…（２）
次に、ＥＣＵ２１は、圧力比偏差Δπ_Ｃを求める（Ｓ４２）。圧力比偏差Δπ_Ｃは、次の式（３）に示すように、目標圧力比Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}から実圧力比Δπ_Ｃ＿Ｒを引くことにより求めることができる。

Δπ_Ｃ＝Δπ_{Ｃ＿ｔａｒｇｅｔ}−Δπ_Ｃ＿Ｒ…（３）
次に、ＥＣＵ２１は、圧力比偏差Δπ_Ｃが閾値Δπ_Ｃ＿ｔｈよりも小さいか否かを判定する（Ｓ４３）。そして、圧力比偏差Δπ_Ｃが閾値Δπ_Ｃ＿ｔｈよりも小さい場合は（Ｓ４３：ＹＥＳ），ＥＣＵ２１は、第一条件を満たすと判定する（Ｓ４４）。一方、圧力比偏差Δπ_Ｃが閾値Δπ_Ｃ＿ｔｈよりも小さくない場合は（Ｓ４３：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は、第一条件を満たさないと判定する（Ｓ４５）。

第一条件判断処理が終了すると、図３に示すように、ＥＣＵ２１は、第一条件判断処理において第一条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ５）。そして、第一条件を満たすと判定した場合は（Ｓ５：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２１は、後述するステップＳ１０に進む。

第一条件を満たしていないと判定した場合は（Ｓ５：ＮＯ）、次に、ＥＣＵ２１は、第二条件判断処理を行なう（Ｓ６）。

図５は、第二条件判断を示すフローチャートである。図５に示すように、第二条件判断処理では、まず、ＥＣＵ２１は、気筒３に供給する目標吸入ガス量ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}及び実吸入ガス量Ｇ_Ａ＿Ｒを求める（Ｓ６１）。目標吸入ガス量ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}は、次の式（４）に示すように、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ及び燃料流量Ｇ_ｆを用いた周知の計算式により求めることができる。実吸入ガス量Ｇ_Ａ＿Ｒは、次の式（５）に示すように、吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂと気筒３の吸入ガス容積Ｖ_Ｏとの積を、定数Ｒと過給前吸気圧力Ｐ_Ｏとの積で割ることにより求めることができる。

ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}＝ｆ（Ｎ_Ｅ，Ｇ_ｆ）…（４）
Δπ_Ｃ＿Ｒ＝（Ｐ_Ｂ・Ｖ_Ｏ）／（Ｒ・Ｐ_Ｏ）…（５）
式（５）の吸入ガス容積Ｖ_Ｏは、次の式（６）に示すように、気筒３の容積Ｖ_ｋと気筒３の容積効率η_Ｖとの積により求めることができる。なお、気筒３の容積Ｖ_ｋは、固定値となり、気筒３の容積効率η_Ｖは、予め実験等により求めておく。容積効率η_Ｖは、次の式（７）に示すように、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ及びバルブタイミング制御処理における前回の吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣ_ｎを用いた周知の計算式により求めることができる。

Ｖ_Ｏ＝Ｖ_ｋ・η_Ｖ…（６）
η_ｖ＝ｆ（Ｎ_Ｅ，ＩＶＣ_ｎ）…（７）
次に、ＥＣＵ２１は、吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａを求める（Ｓ６２）。吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａは、次の式（８）に示すように、目標吸入ガス量ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}から実吸入ガス量Ｇ_Ａ＿Ｒを引くことにより求めることができる。

ΔＧ_Ａ＝ΔＧ_{Ａ＿ｔａｒｇｅｔ}−Ｇ_Ａ＿Ｒ…（８）
次に、ＥＣＵ２１は、吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａが閾値ΔＧ_Ａ＿ｔｈよりも小さいか否かを判定する（Ｓ６３）。そして、吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａが閾値ΔＧ_Ａ＿ｔｈよりも小さい場合は（Ｓ６３：ＹＥＳ），ＥＣＵ２１は、第二条件を満たすと判定する（Ｓ６４）。一方、吸入ガス量偏差ΔＧ_Ａが閾値ΔＧ_Ａ＿ｔｈよりも小さくない場合は（Ｓ６３：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は、第二条件を満たさないと判定する（Ｓ６５）。

第二条件判断処理が終了すると、図３に示すように、ＥＣＵ２１は、第二条件判断処理において第二条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ７）。そして、第二条件を満たすと判定した場合は（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＥＣＵ２１は、後述するステップＳ１０に進む。

第二条件を満たしていないと判定した場合は（Ｓ７：ＮＯ）、次に、ＥＣＵ２１は、第三条件判断処理を行なう（Ｓ８）。

図６は、第三条件判断を示すフローチャートである。図６に示すように、第三条件判断処理では、まず、ＥＣＵ２１は、気筒３の実吸排気差圧ΔＰ_Ｒ及び目標吸排気差圧ΔＰ_Ｏを求める（Ｓ８１）。実吸排気差圧ΔＰ_Ｒは、次の式（９）に示すように、排気マニホールド排気圧力Ｐ_Ｅから吸気マニホールド吸気圧力Ｐ_Ｂを引くことにより求めることができる。目標吸排気差圧ΔＰ_Ｏは、次の式（１０）に示すように、エンジンの回転数Ｎ_Ｅ及び燃料流量Ｇ_ｆを用いた周知の計算式により求めることができる。

ΔＰ_Ｒ＝Ｐ_Ｅ−Ｐ_Ｂ…（９）
ΔＰ_Ｏ＝ｆ（Ｎ_Ｅ，Ｇ_ｆ）…（１０）
次に、ＥＣＵ２１は、吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆを求める（Ｓ８２）。吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆは、次の式（１１）に示すように、実吸排気差圧ΔＰ_Ｒから目標吸排気差圧ΔＰ_Ｏを引くことにより求めることができる。

ΔＰ_ｄｅｆ＝ΔＰ_Ｒ−ΔＰ_Ｏ…（１１）
次に、ＥＣＵ２１は、吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆが閾値ΔＰ_{ｄｅｆ＿ｔｈ}よりも小さいか否かを判定する（Ｓ８３）。そして、吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆが閾値ΔＰ_{ｄｅｆ＿ｔｈ}よりも小さい場合は（Ｓ８３：ＹＥＳ），ＥＣＵ２１は、第三条件を満たすと判定する（Ｓ８４）。一方、吸排気差圧偏差ΔＰ_ｄｅｆが閾値ΔＰ_{ｄｅｆ＿ｔｈ}よりも小さくない場合は（Ｓ８３：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は、第三条件を満たさないと判定する（Ｓ８５）。

第三条件判断処理が終了すると、図３に示すように、ＥＣＵ２１は、第三条件判断処理において第三条件を満たしたか否かを判定する（Ｓ９）。そして、第三条件を満たしていないと判定した場合は（Ｓ９：ＮＯ）、ＥＣＵ２１は、一旦処理を終了する。

上述した第一条件を満たすと判定した場合（５：ＹＥＳ）、上述した第二条件を満たすと判定した場合（７：ＹＥＳ）、又は第三条件を満たすと判定した場合は（Ｓ９：ＹＥＳ）、次に、ＥＣＵ２１は、吸排気バルブ制御部１３を制御して、気筒３の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミング（吸気バルブ５の閉弁時期）を変更する（Ｓ１０）。つまり、気筒３の筒内最高圧力が下がるように吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを遅らす。具体的には、次の式（１２）に示すように、今回の吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣ_ｎに吸気バルブ閉弁時期増分ｄＩＶＣを加えた時期を、次回の吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣ_ｎ＋１とする。吸気バルブ閉弁時期増分ｄＩＶＣは、予め設定された固定値である。そして、ＥＣＵ２１は、一旦処理を終了する。

このようにして吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを遅らすと、気筒３内の圧縮比が膨張比よりも小さくなるため、気筒３の筒内最高圧力が下がる。その結果、ウェイストゲートバルブ２４による排気ガスのバイパス流量の増加が抑制されるとともに、ＥＧＲバルブ２２による排気ガスの再循環量の増加が抑制される。

図７は、ウェイストゲートバルブによる排気ガスのバイパス流量と筒内最高圧力及び燃費低減率との関係を示した図である。図７に示すように、吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを遅らすと、ウェイストゲートバルブ２４による排気ガスのバイパス流量が減る。すると、吸気バルブ閉弁時期ＩＶＣを遅らせない場合に比べて、気筒３の筒内最高圧力が低下するとともに、燃費低減率が向上する。

このように、本実施形態に係る過給システム１では、第一条件、第二条件、第三条件のうち少なくとも一つの条件を満たす場合に、吸排気バルブ制御部１３が、気筒３の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更する。これにより、ウェイストゲートバルブ２４による排気ガスのバイパス流量の増加が抑制されるため、高圧段ターボチャージャー８の過給効率が向上し、燃費向上が図れる。また、ＥＧＲバルブ２２による排気ガスの再循環量の増加が抑制されるため、ＥＧＲが有効に機能し、燃費向上が図れる。しかも、この過給システム１では、第一条件、第二条件、第三条件のうち少なくとも一つの条件を満たす場合にバルブタイミングを変更するため、過給による高出力化を図りながら、筒内最高圧力の増大によるエンジン２の機械的強度への影響を押さえて長寿命化を実現することができる。

また、この過給システム１では、ターボチャージャー４を低圧段ターボチャージャー７及び高圧段ターボチャージャー８の二段過給システムとした場合に、ウェイストゲートバルブ２４で高圧段ターボチャージャー８の高圧段タービン８Ｂを迂回させ、第一条件におけるターボチャージャー４を高圧段ターボチャージャー８としている。これにより、高速域における過剰な排気ガスを低圧段ターボチャージャー７の低圧段タービン７Ｂに逃がすことができるとともに、筒内最高圧力の増加を適切に抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態では、第一条件、第二条件、第三条件のうち何れか一つの条件を満たす場合に、吸排気バルブ制御部１３が、気筒３の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更するものとして説明した。しかしながら、第一条件、第二条件、第三条件の全ての条件を満たす場合に、吸排気バルブ制御部１３が、気筒３の筒内最高圧力が下がるようにバルブタイミングを変更するものとしてもよい。これにより、上記実施形態の作用効果を更に高めることができる。

また、上記実施形態では、バルブタイミング制御処理は、ＥＣＵ２１が吸排気バルブ制御部１３を制御することにより行われるものとして説明したが、ＥＣＵ２１を介さずに吸排気バルブ制御部１３が行ってもよい。この場合、図３〜図６に示した処理は、吸排気バルブ制御部１３が行う。

また、上記実施形態では、Ｓ１においてＥＣＵ２１が読み込む各情報の検出手段を具体的に示したが、これらの検出手段は一例であって、他の検出手段により実現してもよい。

また、上記実施形態では、二段過給システムであるものとして説明したが、過給機が一段のみであってもよく、過給機が三段以上であってもよい。なお、過給機が三段以上である場合は、バイパス通路及びバイパスバルブにより排気ガスを何れかの過給機のタービンを迂回させるものとする。この場合、最も高圧段の過給機のタービンを迂回させることが好ましい。

また、上記実施形態では、エンジン回転数取得部１４、ウェイストゲートバルブ開度取得部１５、燃料流量取得部１６、過給前吸気圧力取得部１７、吸気圧力取得部１８、吸気温度取得部１９及び排気圧力取得部２０の具体的な構成を説明したが、これらは如何なる構成であってもよく、例えば、燃料流量取得部１６及び排気圧力取得部２０のように、各情報を算出するＥＣＵ２１の一機能であってもよい。

１…過給システム、２…エンジン、３…気筒、４…ターボチャージャー、５…吸気バルブ、６…排気バルブ、７…低圧段ターボチャージャー、７Ａ…低圧段コンプレッサ、７Ｂ…低圧段タービン、８…高圧段ターボチャージャー、８Ａ…高圧段コンプレッサ、８Ｂ…高圧段タービン、９…吸気通路、１０…排気通路、１１…ＥＧＲ通路、１２…ウェイストゲート（バイパス通路）、１３…吸排気バルブ制御部（吸気バルブ制御部）、１４…エンジン回転数取得部、１５…ウェイストゲートバルブ開度取得部、１６…燃料流量取得部、１７…過給前吸気圧力取得部、１８…吸気圧力取得部、１９…吸気温度取得部、２０…排気圧力取得部、２１…ＥＣＵ（吸気バルブ制御部）、２２…ＥＧＲバルブ、２３…ＥＧＲクーラー、２４…ウェイストゲートバルブ（バイパスバルブ）。

Claims (3)

1. 複数の気筒を有する内燃機関と、
   前記気筒の吸入空気の過給を行う過給機と、
   前記気筒の吸気バルブのバルブタイミングを制御する吸気バルブ制御部と、
   前記気筒の排気ガスが通る排気通路において前記過給機のタービンを迂回するバイパス通路と、
   前記気筒の排気ガスを前記バイパス通路に通して前記タービンの下流側に送るバイパスバルブと、を備え、
   前記吸気バルブ制御部は、前記過給機の目標圧力比と実圧力比との差分である圧力比偏差が閾値よりも小さいとの第一条件、前記気筒に供給する目標吸入ガス量と実吸入ガス量との差分である吸入ガス量偏差が閾値よりも小さいとの第二条件、前記気筒の目標吸排気差圧と実吸排気差圧との差分である吸排気差圧偏差が閾値よりも小さいとの第三条件、の少なくとも一つの条件を満たす場合に、前記気筒の筒内最高圧力が下がるように前記バルブタイミングを変更することを特徴とする、
   内燃機関の過給システム。
2. 前記吸気バルブ制御部は、前記第一条件、前記第二条件及び前記第三条件の全ての条件を満たす場合に、前記気筒の筒内最高圧力が下がるように前記バルブタイミングを変更することを特徴とする、
   請求項１に記載の過給システム。
3. 前記過給機は、低圧段過給機及び高圧段過給機の二段過給システムであり、
   前記バイパス通路は、前記排気通路において前記高圧段過給機のタービンを迂回し、
   前記第一条件における前記過給機は、前記高圧段過給機である、
   請求項１又は２に記載の過給システム。

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