JP2017075568A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】第１過給機と第２過給機とを用いた過給時にサージの発生を抑制する。
【解決手段】制御装置は、第１目標過給圧および第２目標過給圧を算出するステップ（Ｓ１００）と、第１目標過給圧が第２目標過給圧よりも高い場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、第１目標過給圧を目標過給圧として設定するステップ（Ｓ１０４）と、第１過給機の可変ノズル機構のＶＮ開度を決定するステップ（Ｓ１０６）と、第２目標過給圧が第１目標過給圧以下の場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、第２目標過給圧を目標過給圧として設定するステップ（Ｓ１０８）と、第１過給機の可変ノズル機構のＶＮ開度を決定するステップ（Ｓ１１０）と、オフセット量Ｃを決定するステップ（Ｓ１１２）と、第２過給機の可変ノズル機構のＶＮ開度を決定するステップ（Ｓ１１４）と、ＶＮ開度制御を実行するステップ（Ｓ１１６）と、切替弁制御を実行するステップ（Ｓ１１８）とを含む、制御処理を実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、第１過給機と第２過給機とを用いたツインターボモードと、第１過給機のみを用いたシングルターボモードとを切り替え可能な内燃機関の制御に関する。

従来、第１過給機と第２過給機とを用いたツインターボモードと、第１過給機のみを用いたシングルターボモードとを切り替え可能な内燃機関が公知である。

特開２０１０−２０９８７０号公報（特許文献１）は、シングルターボモードとツインターボモードとの間で制御モードを切り替えるときに発生する過給圧の落ち込みを抑制する内燃機関の制御装置を開示する。

また、過給機として、タービンの周囲に複数のベーンを設けて、ベーン開度を調整することによってタービンへの排気ガスの流速を制御する可変ノズルターボが公知である。

特開２０１０−２０９８７０号公報

ところで、Ｖ型エンジン等の２つのバンクのそれぞれに第１過給機および第２過給機が設けられる内燃機関においては、シングルターボモードとツインターボモードとの間で制御モードを切り替えるために、排気の流通経路を変更するための切替弁が２つのバンクのうちのいずれかの一方に接続される排気通路内に設けられる場合がある。この場合、切替弁が設けられた一方の排気通路の圧力損失が他方の排気通路の圧力損失よりも大きくなる場合がある。その結果、ツインターボモードで内燃機関を動作させる際に、排気通路内に切替弁が設けられた一方の過給機の回転数が他方の過給機の回転数よりも低くなって、サージが発生する虞がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、第１過給機と第２過給機とを用いた過給時にサージの発生を抑制する内燃機関を提供することである。

この発明のある局面に係る内燃機関は、第１バンクと第２バンクとを有するエンジンブロックと、第１タービンと第１コンプレッサと第１タービンへの排気ガスの流速をベーン開度によって調整する第１可変ノズル機構とを含み、第１バンクから排出される排気ガスによって第１タービンを駆動する第１過給機と、第２タービンと第２コンプレッサと第２タービンへの排気ガスの流速をベーン開度によって調整する第２可変ノズル機構とを含み、第２バンクから排出される排気ガスによって第２タービンを駆動する第２過給機と、第１バンクから排出される排気ガスを第１過給機に流通する第１排気通路と、第２バンクから排出される排気ガスを第２過給機に流通する第２排気通路とを接続する接続通路と、第２排気通路内に設けられ、第２バンクから第２過給機への排気ガスの流通を遮断するための切替弁と、第１可変ノズル機構のベーン開度と、第２可変ノズル機構のベーン開度と、切替弁の動作とを制御する制御装置とを備える。制御装置は、第１過給機および第２過給機の両方を作動させる場合には、第２可変ノズル機構のベーン開度が第１可変ノズル機構のベーン開度よりも大きくなるように第２可変ノズル機構の開度を制御する。

このようにすると、第１過給機および第２過給機の両方を作動させる場合において、第２可変ノズル機構のベーン開度が第１可変ノズル機構のベーン開度よりも大きくなるように第２可変ノズル機構のベーン開度が制御される。第２可変ノズル機構のベーン開度を大きくすることにより、第２タービンにおける圧力損失を低下させることができ、排気ガスが流通しやすくなる。これにより、第２過給機への排気ガスの流量の低下を抑制することができる。そのため、第１過給機および第２過給機の回転数が同程度になるように作動させることができるため、第２過給機においてサージが発生することを抑制することができる。

好ましくは、制御装置は、内燃機関の回転数と負荷とに基づいて第１可変ノズル機構のベーン開度を決定し、決定された第１可変ノズル機構のベーン開度を内燃機関の状態に応じた増加分だけ増加させた値を第２可変ノズル機構のベーン開度として決定する。

このようにすると、第１可変ノズル機構のベーン開度と、第２可変ノズル機構のベーン開度とを過給圧等に基づいて別々に制御する場合と比較して、ベーン開度の制御において応答遅れに起因するハンチングが発生することを抑制することができる。

この発明によると、第１過給機および第２過給機の両方を作動させる場合において、第２可変ノズル機構のベーン開度が第１可変ノズル機構のベーン開度よりも大きくなるように第２可変ノズル機構のベーン開度が制御される。第２可変ノズル機構のベーン開度を大きくすることにより、第２タービンにおける圧力損失を低下させることができ、排気ガスが流通しやすくなる。これにより、第２過給機への排気ガスの流量の低下を抑制することができる。そのため、第１過給機および第２過給機の回転数が同程度になるように作動させることができるため、第２過給機においてサージが発生することを抑制することができる。したがって、第１過給機と第２過給機とを用いた過給時にサージの発生を抑制する内燃機関を提供することができる。

本実施の形態に係る内燃機関の構成を示す図である。 本実施の形態における制御装置の機能ブロック図である。 目標過給圧の決定方法を説明するための図である。 エンジン回転数とＶＮ開度のオフセット量との関係を示す図である。 制御モードの移行時における各切替弁の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態における制御装置で実行される制御処理を示すフローチャートである。 目標過給圧の変化に応じた制御モードの変化を説明するためのタイミングチャートである。 第１過給機および第２過給機におけるＶＮ開度の変化を説明するためのタイミングチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。

図１に、エンジン１０の概略構成が示される。本実施の形態において、エンジン１０は、２つのバンクを有する内燃機関である。エンジン１０は、たとえば、Ｖ型エンジンであってもよいし、水平対向型エンジンであってもよい。また、エンジン１０は、ガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。

図１に示すように、エンジン１０は、第１バンク１２と、第２バンク１４と、第１燃料噴射装置１７と、第２燃料噴射装置１９と、第１インテークマニホールド２０と、第２インテークマニホールド２２と、第１エキゾーストマニホールド２４と、第２エキゾーストマニホールド２６と、第１過給機５０と、第２過給機５２と、接続通路３０と、制御装置２００とを備える。

第１バンク１２と第２バンク１４とは、エンジン１０のエンジンブロックに設けられる。第１バンク１２には、１つまたは２以上の円孔が気筒１６として設けられる。第１バンク１２の気筒１６の頂部には、吸気ポートと排気ポートとが形成されるシリンダヘッドが設けられる。吸気ポートには、第１燃料噴射装置１７が設けられる。第１燃料噴射装置１７は、制御装置２００の制御信号に基づいて燃料を吸気ポート内に噴射する。なお、第１燃料噴射装置１７は、気筒１６内に直接燃料が噴射可能なように設けられてもよい。

第２バンク１４には、１つまたは２以上の円孔が気筒１８として設けられる。第２バンク１４の気筒１８の頂部には、吸気ポートと排気ポートとが形成されるシリンダヘッドが設けられる。吸気ポートには、第２燃料噴射装置１９が設けられる。第２燃料噴射装置１９は、制御装置２００の制御信号に基づいて燃料を吸気ポート内に噴射する。なお、第２燃料噴射装置１９は、気筒１８内に直接燃料が噴射可能なように設けられてもよい。

また、第１バンク１２の吸気ポートには第１インテークマニホールド２０が接続される。第１バンク１２の排気ポートには第１エキゾーストマニホールド２４が接続される。第２バンク１４の吸気ポートには第２インテークマニホールド２２が接続される。第２バンク１４の排気ポートには第２エキゾーストマニホールド２６が接続される。第１エキゾーストマニホールド２４と、第２エキゾーストマニホールド２６とは、接続通路３０によって連通するように接続される。

第１エキゾーストマニホールド２４は、排気通路３７の一方端に接続される。排気通路３７の他方端には、第１過給機５０が接続される。第１過給機５０は、コンプレッサ５０ａと、タービン５０ｂと、可変ノズル機構５０ｃとを含む。

コンプレッサ５０ａの吸入口には、吸気通路３２の一方端が接続される。コンプレッサ５０ａの排出口には、吸気通路３３の一方端が接続される。吸気通路３２の他方端は、スロットルバルブを経由してエアクリーナに接続される。コンプレッサ５０ａのハウジング内にはコンプレッサホイールが収納される。

タービン５０ｂの吸入口には、排気通路３７の他方端が接続される。タービン５０ｂの排出口には、排気通路３８の一方端が接続される。タービン５０ｂのハウジング内にはタービンホイールが収納される。コンプレッサホイールとタービンホイールとは、連結軸によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイールは、タービンホイールに供給される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動される。コンプレッサホイールが回転駆動されることによって吸気通路３２を流通する吸入空気が圧縮される。コンプレッサ５０ａにおいて圧縮された空気は、吸気通路３３に供給される。

可変ノズル機構５０ｃは、タービンホイールの回転軸を中心とした周囲の排気流入部に配置され、第１エキゾーストマニホールド２４から供給される排気ガスをタービンホイールに導く複数のベーンと、複数のベーンの各々を回転させることによって隣接するベーン間の隙間（以下の説明においてこの隙間をＶＮ開度あるいはベーン開度と記載する）を変化させるアクチュエータとを含む。アクチュエータは、電動モータあるいは油圧アクチュエータであって、制御装置２００からの制御信号に応じて可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度を変化させる。

可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度を変化させることによって、排気流入部における排気ガスの流路が絞られたり、拡げられたりする。これにより、タービンホイールに吹き付けられる排気ガスの流速を変化させることができる。

第２エキゾーストマニホールド２６は、排気通路３９の一方端に接続される。排気通路３９の他方端には、第２過給機５２が接続される。第２過給機５２は、コンプレッサ５２ａと、タービン５２ｂと、可変ノズル機構５２ｃとを含む。

コンプレッサ５２ａの吸入口には、吸気通路３４の一方端が接続される。コンプレッサ５２ａの排出口には、吸気通路３５の一方端が接続される。吸気通路３４の他方端は、吸気通路３２に合流して、スロットルバルブを経由してエアクリーナに接続される。コンプレッサ５２ａのハウジング内にはコンプレッサホイールが収納される。

タービン５２ｂの吸入口には、排気通路３９の他方端が接続される。タービン５２ｂの排出口には、排気通路４０の一方端が接続される。タービン５２ｂのハウジング内にはタービンホイールが収納される。コンプレッサホイールとタービンホイールとは、連結軸によって連結され、一体的に回転する。そのため、コンプレッサホイールは、タービンホイールに供給される排気ガスの排気エネルギーによって回転駆動される。コンプレッサホイールが回転駆動されることによって吸気通路３４を通過する吸気が圧縮される。コンプレッサ５２ａにおいて圧縮された空気は、吸気通路３５に供給される。

吸気通路３３の他方端と吸気通路３５の他方端とは吸気通路３６の一方端に接続される。吸気通路３６の他方端は、分岐して第１インテークマニホールド２０および第２インテークマニホールド２２の各々に接続される。

排気通路３９には、ＥＣＶ（Exhaust Control Valve）６０が設けられる。ＥＣＶ６０は、排気通路３９の一方端と他方端との間を、制御装置２００からの制御信号に応じて、弁体が開状態になることによって連通状態にしたり、弁体が閉状態になることによって遮断状態にしたりする。排気通路３９の一方端と他方端との間が連通状態になる場合、第２エキゾーストマニホールド２６内の排気ガスは、タービン５２ｂを経由して排気通路４０を流通して、タービン５２ｂのタービンホイールを回転させる。

一方、排気通路３９の一方端と他方端との間が遮断状態になる場合は、第２エキゾーストマニホールド２６内の排気ガスは、排気通路３９を通過できないため、接続通路３０を経由して第１エキゾーストマニホールド２４に流通して、タービン５０ｂのタービンホイールを回転させる。

吸気通路３５には、ＡＣＶ（Air Control Valve）６４が設けられる。ＡＣＶ６４は、吸気通路３５の一方端と他方端との間を、制御装置２００からの制御信号に応じて、弁体が開状態になることによって連通状態にしたり、弁体が閉状態になることによって遮断状態にしたりする。吸気通路３５の一方端と他方端との間が連通状態になる場合、コンプレッサ５２ａからの圧縮した空気が流通可能になる。

一方、吸気通路３５の一方端と他方端との間が遮断状態になる場合は、コンプレッサ５２ａからの圧縮した空気の流通が遮断される。

吸気通路３４と吸気通路３５との間には、コンプレッサ５２ａを経由せずに吸気通路３４と吸気通路３５との間で空気を流通可能にするバイパス通路４２が設けられる。バイパス通路４２の途中には、ＩＢＶ（Intake Bypass Valve）６２が設けられる。ＩＢＶ６２は、バイパス通路４２の一方端と他方端との間を、制御装置２００からの制御信号に応じて、弁体を開状態にすることによって連通状態にしたり、弁体を閉状態にすることによって遮断状態にしたりする。バイパス通路４２の一方端と他方端との間が連通状態になる場合、吸気通路３４と吸気通路３５との間で空気の流通が可能となる。そのため、たとえば、ＡＣＶ６４が吸気通路３５の一方端と他方端との間を遮断状態にしている場合、コンプレッサ５２ａから吸気通路３５に供給される空気を吸気通路３５を通過させずに、バイパス通路４２を経由して吸気通路３４に循環させることができる。そのため、後述する制御モードの切り替え時に、第２過給機５２のタービンホイールの回転数が適切な値まで上昇するまでの間、過給が行なわれないようにバイパス通路４２を経由した空気の流れを形成することができる。

一方、バイパス通路４２の一方端と他方端との間が遮断状態となる場合には、圧縮された空気は、コンプレッサ５２ａから吸気通路３５に供給される。そのため、たとえば、ＡＣＶ６４が吸気通路３５の一方端と他方端との間を連通状態にしている場合、コンプレッサ５２ａから吸気通路３５に供給される空気は、吸気通路３５および吸気通路３６を経由して第１インテークマニホールド２０および第２インテークマニホールド２２の各々に供給される。

また、エンジン１０のクランク軸には、エンジン回転数センサ２０６が設けられる。エンジン回転数センサ２０６は、クランク軸の回転速度（以下、エンジン回転数と記載する）Ｎｅを検出する。エンジン回転数センサ２０６は、検出したエンジン回転数Ｎｅを示す信号を制御装置２００に送信する。

吸気通路３６の他方端の通路が分岐する位置には、過給圧センサ２０８が設けられる。過給圧センサ２０８は、吸気通路３６内の圧力（過給圧）Ｐｂを検出する。過給圧センサ２０８は、検出した過給圧Ｐｂを示す信号を制御装置２００に送信する。

制御装置２００は、エンジン回転数センサ２０６から受信するエンジン回転数Ｎｅ、および、過給圧センサ２０８から受信する過給圧Ｐｂ等のエンジン１０の状態を示す信号を受信して、受信したエンジン１０の状態を示す信号に基づいて第１燃料噴射装置１７、第２燃料噴射装置１９、第１過給機５０、第２過給機５２、ＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４の動作を制御する。

具体的には、制御装置２００は、エンジン１０の負荷およびエンジン回転数Ｎｅに基づいてシングルターボモードと、ツインターボモードとのうちのいずれか一方の制御モードを選択し、選択された制御モードに応じて第１過給機５０、第２過給機５２、ＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４の動作を制御する。

シングルターボモードは、第１過給機５０のみを用いて過給する制御モードである。ツインターボモードは、第１過給機５０および第２過給機５２の両方を用いて過給する制御モードである。

制御装置２００は、たとえば、シングルターボモードが選択される場合、排気通路３９の一方端と他方端との間が遮断状態になるようにＥＣＶ６０を制御し、バイパス通路４２の一方端と他方端との間が連通状態になるようにＩＢＶ６２を制御し、吸気通路３５の一方端と他方端との間が遮断状態になるようにＡＣＶ６４を制御する。

シングルターボモード時に、ＥＣＶ６０と、ＩＢＶ６２と、ＡＣＶ６４とを上述のように制御することにより、第２バンク１４から第２エキゾーストマニホールド２６に排出される排気ガスは、接続通路３０を経由して第１エキゾーストマニホールド２４に流通する。そのため、第１過給機５０のタービン５０ｂには、第１バンク１２および第２バンク１４の双方から排出される排気ガスが供給される。

第１過給機５０のコンプレッサ５０ａは、タービン５０ｂのタービンホイールの回転によって吸気通路３２からの空気を圧縮して吸気通路３３に供給する。吸気通路３３に供給された空気は、吸気通路３６を経由して第１インテークマニホールド２０および第２インテークマニホールド２２の各々に供給される。

一方、バイパス通路４２の一方端と他方端との間は、連通状態になる。そのため、コンプレッサ５２ａから吸気通路３５に供給される空気は、バイパス通路４２を経由して吸気通路３４に循環可能となる。

一方、制御装置２００は、たとえば、ツインターボモードが選択される場合、排気通路３９の一方端と他方端との間が連通状態になるようにＥＶＣ６０を制御し、バイパス通路４２の一方端と他方端との間が遮断状態になるようにＩＢＶ６２を制御し、吸気通路３５の一方端と他方端との間が連通状態になるようにＡＣＶ６４を制御する。

ツインターボモード時に、ＥＣＶ６０と、ＩＢＶ６２と、ＡＣＶ６４とを上述のように制御することにより、第２バンク１４から第２エキゾーストマニホールド２６に排出される排気ガスは、排気通路３９を経由してタービン５２ｂに供給され、タービン５２ｂのタービンホイールを回転させる。これにより、コンプレッサ５２ａのコンプレッサホイールが回転し、吸気通路３４からの空気が圧縮されて吸気通路３５に供給される。

一方、第１バンク１２から第１エキゾーストマニホールド２４に排出される排気ガスは、タービン５０ｂに供給され、タービン５０ｂのタービンホイールを回転させる。これにより、コンプレッサ５０ａのコンプレッサホイールが回転し、吸気通路３２からの空気が圧縮されて吸気通路３３に供給される。

吸気通路３３および吸気通路３５の各々に供給された空気は、吸気通路３６の一方端において合流した後に吸気通路３６の他方端にて再度分岐して第１インテークマニホールド２０および第２インテークマニホールド２２の各々に供給される。

以上のような構成を有するエンジン１０において、上述したようなシングルターボモードとツインターボモードとの間で制御モードを切り替えて、排気の流通経路を変更するためには、切替弁であるＥＣＶ６０を排気通路３９内に設ける必要がある。しかしながら、排気通路３９内にＥＣＶ６０が設けられる場合には、排気通路３９の方が排気通路３７よりも圧力損失が大きくなる場合がある。そのため、排気通路３９に接続される第２過給機５２のタービンホイールの回転数が第１過給機５０のタービンホイールの回転数よりも低くなる場合がある。その結果、吸気通路３３および吸気通路３５内は、第１過給機５０の動作によって過給圧が高くなるのに対して、排気通路３９の排気流量の低下により第２過給機５２において適切な過給ができない、いわゆる、サージが発生する場合がある。

そこで、本実施の形態においては、制御装置２００は、第１過給機５０および第２過給機５２の両方を作動させる場合において、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度が可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度よりも大きくなるように可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度を制御するものとする。

このようにすると、タービン５２ｂにおける圧力損失を低下させることができ、タービン５２ｂから排気通路４０へと排気ガスが流通しやすくなる。そのため、第２過給機５２への排気ガスの流量の低下を抑制して、第２過給機５２においてサージが発生することを抑制することができる。

図２に、本実施の形態に係るエンジン１０の動作を制御する制御装置２００の機能ブロック図を示す。制御装置２００は、目標過給圧算出部２５０と、目標過給圧決定部２５２と、ＶＮ開度決定部２５４と、ＶＮ開度制御部２５６と、切替弁制御部２５８とを含む。なお、これらの構成は、プログラム等のソフトウェアにより実現されてもよいし、ハードウェアにより実現されてもよい。

目標過給圧算出部２５０は、エンジン回転数Ｎｅと負荷（具体的には、燃料噴射量Ａｆ）とに基づいてシングルターボモード用の第１目標過給圧Ｐｂｔｓを算出する。目標過給圧算出部２５０は、たとえば、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆと第１目標過給圧Ｐｂｔｓとの関係を示すマップを用いて第１目標過給圧Ｐｂｔｓを算出する。

目標過給圧算出部２５０は、さらに、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づいてツインターボモード用の第２目標過給圧Ｐｂｔｔを算出する。目標過給圧算出部２５０は、たとえば、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆと第２目標過給圧Ｐｂｔｔとの関係を示すマップを用いて第２目標過給圧Ｐｂｔｔを算出する。

なお、目標過給圧算出部２５０は、たとえば、アクセル開度、スロットル開度と吸入空気量等に基づいて燃料噴射量Ａｆを決定する。

目標過給圧決定部２５２は、第１目標過給圧Ｐｂｔｓと、第２目標過給圧Ｐｂｔｔとを比較し、いずれか大きい方を目標過給圧Ｐｂｔとして決定する。たとえば、図３に、第１目標過給圧Ｐｂｔｓと第２目標過給圧Ｐｂｔｔとの変化を示す。図３の横軸は、時間を示し、図３の縦軸は、過給圧を示す。

図３に示すように、時間Ｔ（０）になる前の期間において、第１目標過給圧Ｐｂｔｓ（図３の破線）は、第２目標過給圧Ｐｂｔｔ（図３の細実線）よりも大きい。そのため、当該期間においては、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが目標過給圧Ｐｂｔ（図３の太実線）として決定される。

一方、時間Ｔ（０）以後の期間においては、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも大きくなる。そのため、当該期間においては、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが目標過給圧Ｐｂｔとして決定される。

図２に戻って、ＶＮ開度決定部２５４は、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）および可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）を決定する。本実施の形態においては、ＶＮ開度決定部２５４は、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが目標過給圧Ｐｂｔとして決定された場合には、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）を決定し、決定された同じＶＮ開度を可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）として決定する。

ＶＮ開度決定部２５４は、たとえば、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づくベース開度と、過給圧センサ２０８によって検出される実過給圧Ｐｂｒと目標過給圧Ｐｂｔとの差分に基づくフィードバック補正値（たとえば、ＰＩＤ制御による補正値）とを加算してＶＮ開度Ｄ（１）を算出する。ＶＮ開度決定部２５４は、たとえば、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとベース開度との関係を示すマップを用いてベース開度を決定する。マップは、たとえば、実験等によって適合される。

マップにおいて、エンジン回転数Ｎｅとベース開度とは、たとえば、エンジン回転数Ｎｅが高いほどベース開度が大きくなり、エンジン回転数Ｎｅが低いほどベース開度が小さくなるように設定される。また、マップにおいて、燃料噴射量Ａｆとベース開度とは、たとえば、燃料噴射量Ａｆが高くなるほどベース開度が大きくなり、燃料噴射量Ａｆが小さくなるほどベース開度が小さくなるように設定される。なお、マップにおいて、エンジン回転数Ｎｅが低い領域においては、燃料噴射量Ａｆにかかわらずベース開度が一定値となる領域を設定してもよい。

本実施の形態において、ＶＮ開度決定部２５４は、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが目標過給圧Ｐｂｔとして決定された場合には、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）と、ＶＮ開度Ｄ（１）からのオフセット量Ｃとを決定するとともに、決定されたＶＮ開度Ｄ（１）にオフセット量Ｃを加算して可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）を決定する。

ＶＮ開度決定部２５４は、たとえば、上述したとおり、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づくベース開度と、過給圧センサ２０８によって検出される実過給圧Ｐｂｒと目標過給圧Ｐｂｔとの差分に基づくフィードバック補正値とを加算してＶＮ開度Ｄ（１）を算出する。ＶＮ開度決定部２５４は、たとえば、マップを用いてベース開度を決定する。マップについては上述したとおりであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

ＶＮ開度決定部２５４は、さらに、エンジン回転数Ｎｅに基づいてＶＮ開度Ｄ（１）からのオフセット量Ｃを決定する。

ＶＮ開度決定部２５４は、たとえば、図４に示すように、エンジン回転数Ｎｅとオフセット量Ｃとの関係を示すマップを用いて可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（１）からのオフセット量Ｃを決定する。マップは、たとえば、実験等により適合される。

図４の横軸は、エンジン回転数Ｎｅを示し、図４の縦軸は、オフセット量Ｃを示す。図４に示すように、エンジン回転数ＮｅがＮｅ（０）ときには、オフセット量Ｃは、ゼロとされる。エンジン回転数ＮｅがＮｅ（０）よりも大きいＮｅ（１）のときには、オフセット量Ｃは、Ｃ（１）とされる。エンジン回転数ＮｅがＮｅ（１）よりも大きいＮｅ（３）のときには、オフセット量Ｃは、Ｃ（１）よりも小さいＣ（０）とされる。

なお、図４に示すマップは、一例であって、特に図４に示すマップに限定されるものではない。なお、オフセット量Ｃ（０）およびＣ（１）は、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（１）からの増加量を示す。

ＶＮ開度決定部２５４は、決定された可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）にオフセット量Ｃを加算した値を可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）として決定する。

ＶＮ開度制御部２５６は、ＶＮ開度決定部２５４によって決定されたＶＮ開度Ｄ（１）になるようにＶＮ制御信号（１）を生成して、生成したＶＮ制御信号（１）を可変ノズル機構５０ｃのアクチュエータの駆動回路に送信する。当該駆動回路によって可変ノズル機構５０ｃのアクチュエータが駆動される。また、ＶＮ開度制御部２５６は、ＶＮ開度決定部２５４によって決定されたＶＮ開度Ｄ（２）になるようにＶＮ制御信号（２）を生成して、生成したＶＮ制御信号（２）を可変ノズル機構５２ｃのアクチュエータの駆動回路に送信する。当該駆動回路によって可変ノズル機構５２ｃのアクチュエータが駆動される。

切替弁制御部２５８は、たとえば、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高い場合には、シングルターボモードを選択する。切替弁制御部２５８は、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも高くなる場合には、ツインターボモードを選択する。

切替弁制御部２５８は、シングルターボモードの選択中に、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも高くなる場合には、シングルターボモードからツインターボモードへの移行モードを経由した後にツインターボモードに制御モードを移行させる。

切替弁制御部２５８は、ツインターボモードの選択中に、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高くなる場合には、ツインターボモードからシングルターボモードへの移行モードを経由した後にシングルターボモードに制御モードを移行させる。

切替弁制御部２５８は、制御モードにしたがってＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４の動作を制御する。具体的には、切替弁制御部２５８は、制御モードに応じてＥＣＶ６０を制御するためのＥＣＶ制御信号と、ＩＢＶ６２を制御するためのＩＢＶ制御信号と、ＡＣＶ６４を制御するためのＡＣＶ制御信号とを生成して、生成したＥＣＶ制御信号と、ＩＢＶ制御信号と、ＡＣＶ制御信号とをＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４のそれぞれの駆動回路に送信する。各駆動回路によってＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４が駆動される。

以下、図５を用いて、切替弁制御部２５８によって実行される、制御モードに応じたＥＣＶ６０、ＩＢＶ６２およびＡＣＶ６４の制御の一例について説明する。図５に示すように、切替弁制御部２５８は、シングルターボモードの選択中においては、ＥＣＶ６０およびＡＣＶ６４の双方が閉状態になり、ＩＢＶ６２が開状態になるように各切替弁を制御する。

切替弁制御部２５８は、たとえば、時間Ｔ（１）に、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも高くなる場合には、シングルターボモードからツインターボモードへの移行モードを選択する。この場合、切替弁制御部２５８は、ＥＣＶ６０を閉状態から開状態に切り替えるとともに、ＡＣＶ６４の閉状態およびＩＢＶ６２の開状態を維持する。ＥＣＶ６０が開状態になることにより、第２エキゾーストマニホールドから排気通路３９を経由してタービン５２ｂに排気ガスが流れるため、タービン５２ｂのタービンホイールが回転する。このとき、コンプレッサ５２ａにおいて圧縮された空気は、バイパス通路４２を経由して吸気通路３４に循環される。

切替弁制御部２５８は、時間Ｔ（２）にて、タービンホイールの回転数が過給に適切な回転数まで上昇した時点で、ＡＣＶ６４を閉状態から開状態に切り替えるとともに、ＩＢＶ６２を開状態から閉状態に切り替えることによって、ツインターボモードに移行する。このとき、コンプレッサ５２ａにおいて圧縮された空気は、吸気通路３５に供給される。すなわち、第１過給機５０および第２過給機５２を用いて過給が行なわれる。

切替弁制御部２５８は、時間Ｔ（３）にて、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高くなる場合には、ツインターボモードからシングルターボモードへの移行モードを選択する。この場合、切替弁制御部２５８は、ＩＢＶ６２を閉状態から開状態に切り替えるとともに、ＥＣＶ６０の開状態およびＡＣＶ６４の開状態を維持する。ＩＢＶ６２が開状態になることにより、コンプレッサ５２ａから吸気通路３５に供給される空気は、バイパス通路４２を流通可能になる。

時間Ｔ（４）にて、切替弁制御部２５８は、ＡＣＶ６４を開状態から閉状態に切り替えることによって、シングルターボモードに移行する。ＡＣＶ６４が閉状態になることにより吸気通路３５の一方端と他方端との間が遮断状態になる。

時間Ｔ（５）にて、切替弁制御部２５８は、ＥＣＶ６０を開状態から閉状態に切り替える。これにより、第２バンク１４から第２エキゾーストマニホールド２６に排出された排気ガスは、接続通路３０および第１エキゾーストマニホールド２４を経由してタービン５０ｂに流通する。すなわち、第１過給機５０を用いて過給が行なわれる。

図６を参照して、本実施の形態に係るエンジン１０に搭載された制御装置２００で実行される制御処理について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置２００は、第１目標過給圧Ｐｂｔｓおよび第２目標過給圧Ｐｂｔｔを算出する。

Ｓ１０２にて、制御装置２００は、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも大きいか否かを判定する。第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも大きいと判定される場合（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４に移される。もしそうでない場合（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１０８に移される。

Ｓ１０４にて、制御装置２００は、第１目標過給圧Ｐｂｔｓを目標過給圧Ｐｂｔとして決定する。Ｓ１０６にて、制御装置２００は、第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃにおけるＶＮ開度Ｄ（１）を決定する。なお、制御装置２００は、第２過給機５２の可変ノズル機構５２ｃにおけるＶＮ開度Ｄ（２）は、ＶＮ開度Ｄ（１）と同じ値に決定する。

Ｓ１０８にて、制御装置２００は、第２目標過給圧Ｐｂｔｔを目標過給圧Ｐｂｔとして決定する。Ｓ１１０にて、制御装置２００は、第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃにおけるＶＮ開度Ｄ（１）を決定する。Ｓ１１２にて、制御装置２００は、エンジン回転数Ｎｅに基づいてオフセット量Ｃを決定する。Ｓ１１４にて、制御装置２００は、第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃにおけるＶＮ開度Ｄ（１）に、決定されたオフセット量Ｃを加算して第２過給機５２の可変ノズル機構５２ｃにおけるＶＮ開度Ｄ（２）を決定する。Ｓ１１６にて、制御装置２００は、決定されたＶＮ開度になるように第１過給機５０および第２過給機５２を制御する。Ｓ１１８にて、制御装置２００は、制御モードに応じた切替弁の制御を実行する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態に係るエンジン１０の制御装置２００の動作について図７および図８を用いて説明する。たとえば、エンジン１０が搭載された車両が走行する場合を想定する。

図７の横軸は、時間を示し、図７の縦軸は、制御モードと、エンジン回転数Ｎｅと、燃料噴射量Ａｆと、過給圧Ｐｂとを示す。図８の横軸は、時間を示し、図８の縦軸は、ＶＮ開度を示す。

図７に示すように、たとえば、シングルターボモードが選択され、エンジン回転数Ｎｅ、燃料噴射量Ａｆおよび過給圧Ｐｂがそれぞれアイドル状態に対応するエンジン回転数、燃料噴射量および過給圧である場合を想定する。

時間Ｔ（６）にて、運転者がアクセルペダルを踏み込むなどすると、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとが増加して、車両が発進する。このとき、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づいて第１目標過給圧Ｐｂｔｓおよび第２目標過給圧Ｐｂｔｔが算出される（Ｓ１００）。

第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高い場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが目標過給圧Ｐｂｔとして決定される（Ｓ１０４）。そのため、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づくベース開度に、実過給圧Ｐｂｒと目標過給圧Ｐｂｔとの差に基づくフィードバック補正値が加算されて可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）が決定される（Ｓ１０６）。決定されたＶＮ開度Ｄ（１）になるように第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃが制御される（Ｓ１１６）。

第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高い場合には、制御モードとしてシングルターボモードが選択される。そのため、図５を用いて説明したように、ＥＣＶ６０およびＡＣＶ６４はいずれも閉状態となり、ＩＢＶ６２は、開状態となる（Ｓ１１８）。

時間Ｔ（７）にて、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも高くなる場合には（Ｓ１０２にてＮＯ）、第２目標過給圧Ｐｂｔｔが目標過給圧Ｐｂｔとして決定される（Ｓ１０８）。そのため、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づくベース開度に、実過給圧Ｐｂｒと目標過給圧Ｐｂｔとの差に基づくフィードバック補正値が加算された値が、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）として決定される（Ｓ１１０）。そして、エンジン回転数Ｎｅに基づいてオフセット量Ｃが決定される（Ｓ１１２）。ＶＮ開度Ｄ（１）にオフセット量Ｃが加算された値が可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）として決定される（Ｓ１１４）。決定されたＶＮ開度Ｄ（１）になるように第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度が制御されるとともに、決定されたＶＮ開度Ｄ（２）になるように第２過給機５２の可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度が制御される（Ｓ１１６）。

第２目標過給圧Ｐｂｔｔが第１目標過給圧Ｐｂｔｓよりも高い場合には、制御モードとして、シングルターボモードからツインターボモードへの移行モードが選択され、切替弁制御が実行される（Ｓ１１８）。すなわち、シングルターボモードからツインターボモードへの移行モードにおいては、図５を用いて説明したように、ＥＣＶ６０が閉状態から開状態に切り替えられる。ＥＣＶ６０が開状態に切り替えられることにより、第２エキゾーストマニホールド２６からタービン５２ｂに排気ガスが流通するため、タービン５２ｂのタービンホイールが回転を開始する。

ＡＣＶ６４は閉状態でありＩＢＶ６２が開状態であるため、コンプレッサ５２ａにおいて圧縮された空気は、吸気通路３５からバイパス通路４２を経由して吸気通路３４に循環される。

時間Ｔ（７）〜（８）においては、図７に示すように、時間の経過とともにエンジン回転数Ｎｅが増加していく。そのため、時間の経過とともにオフセット量Ｃが増加していくことになり、図８の実線と破線とに示すように、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度と、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度とは、乖離していく。

時間Ｔ（８）にて、第２過給機５２の回転数が適切な回転数になるタイミングで制御モードがツインターボモードに移行される。そのため、図５を用いて説明したように、ＩＢＶ６２が開状態から閉状態に切り替えられるとともに、ＡＣＶ６４が閉状態から開状態に切り替えられる。

時間Ｔ（８）〜時間（９）においては、図８の破線に示す可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）は、図８の実線に示す可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）よりもオフセット量Ｃだけ大きい値となる。

ＶＮ開度Ｄ（２）がＶＮ開度Ｄ（１）よりも大きくなることによりタービン５２ｂにおける圧力損失がタービン５０ｂにおける圧力損失よりも低下する。その結果、タービン５２ｂにおける排気流量がタービン５０ｂにおける排気流量と同程度になる。そのため、第１過給機５０の回転数と第２過給機５２の回転数とが同程度になる。これにより、第２過給機５２におけるサージの発生が抑制される。

図７に戻って、時間Ｔ（９）にて、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高くなる場合には（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、第１目標過給圧Ｐｂｔｓが目標過給圧Ｐｂｔとして決定される（Ｓ１０４）。そのため、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）が決定される（Ｓ１０６）。決定されたＶＮ開度Ｄ（１）になるように第１過給機５０の可変ノズル機構５０ｃが制御される（Ｓ１１６）。

第１目標過給圧Ｐｂｔｓが第２目標過給圧Ｐｂｔｔよりも高い場合には、制御モードとして、ツインターボモードからシングルターボモードへの移行モードが選択され、切替弁制御が実行される（Ｓ１１８）。ツインターボモードからシングルターボモードへの移行モードにおいては、図５を用いて説明したように、ＩＢＶ６２が閉状態から開状態に切り替えられる。ＩＢＶ６２が閉状態から開状態に切り替えられることにより、コンプレッサ５２ａにおいて圧縮された空気は、吸気通路３５からバイパス通路４２を経由して吸気通路３４に循環可能となる。

時間Ｔ（９）〜（１０）においては、図７に示すように、時間の経過とともにエンジン回転数Ｎｅが減少していく。そのため、時間の経過とともにオフセット量Ｃが減少していくこととなり、図８の実線と破線とに示すように、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）と、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度とは、近づいていく。

時間Ｔ（１０）にて、ＡＣＶ６４が開状態から閉状態に切り替えられて、シングルターボモードに移行する。その後、ＥＣＶ６０が開状態から閉状態に切り替えられる。

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジン１０によると、第１過給機５０および第２過給機５２の両方を作動させる場合において、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度が可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度よりも大きくなるように可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度が制御される。可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度を大きくすることにより、タービン５２ｂにおける圧力損失を低下させることができ、タービン５２ｂから排気通路４０へと排気ガスが流通しやすくなる。これにより、第２過給機５２への排気ガスの流量の低下を抑制することができる。そのため、第１過給機５０および第２過給機５２の回転数が同程度になるように作動させることができるため、第２過給機５２においてサージが発生することを抑制することができる。したがって、第１過給機と第２過給機とを用いた過給時にサージの発生を抑制する内燃機関を提供することができる。

さらに、エンジン回転数Ｎｅと燃料噴射量Ａｆとに基づいて可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度を決定し、決定された可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度をエンジン１０の状態に応じた増加分だけ増加させた値が可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度として決定される。これにより、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度と、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度とを過給圧等に基づいて別々に制御する場合と比較して、ＶＮ開度の制御において応答遅れに起因するハンチングが発生することを抑制することができる。

以下、変形例について説明する。
上述した実施の形態では、第１目標過給圧と第２目標過給圧との大小によって制御モードを変更するものとして説明したが、第１目標過給圧と第２目標過給圧との比較にヒステリシスを設定してもよい。

上述した実施の形態では、オフセット量Ｃは、エンジン回転数Ｎｅに基づいて決定するものとして説明したが、たとえば、エンジン回転数Ｎｅと負荷（すなわち、燃料噴射量Ａｆ）とに基づいて決定してもよい。この場合、たとえば、燃料噴射量Ａが大きいほどオフセット量Ｃの値を大きくしてもよい。

上述した実施の形態では、ＶＮ開度制御を実行した後に、切替弁制御が実行されるものとして説明したが、第１目標過給圧と第２目標過給圧との比較結果に基づいて切替弁制御が実行されればよく、ＶＮ開度制御の実行後に限定して実行されるものではない。

上述した実施の形態では、シングルターボモードにおいては、可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）は、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）と同じ値であるものとして説明したが、特に、可変ノズル機構５０ｃのＶＮ開度Ｄ（１）と同じ値であることに限定されるものではない。たとえば、シングルターボモードにおける可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度Ｄ（２）は、予め定められた開度であってもよいし、現在の可変ノズル機構５２ｃのＶＮ開度と同じ開度であってもよい。

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ エンジン、１２，１４ バンク、１６，１８ 気筒、１７，１９ 燃料噴射装置、２０，２２ インテークマニホールド、２４，２６ エキゾーストマニホールド、３０ 接続通路、３２，３３，３４，３５，３６ 吸気通路、３７，３８，３９，４０ 排気通路、４２ バイパス通路、５０，５２ 過給機、５０ａ，５２ａ コンプレッサ、５０ｂ，５２ｂ タービン、５０ｃ，５２ｃ 可変ノズル機構、２００ 制御装置、２０６ エンジン回転数センサ、２０８ 過給圧センサ、２５０ 過給圧算出部、２５２ 過給圧決定部、２５４ 開度決定部、２５６ 開度制御部、２５８ 切替弁制御部。

Claims (2)

1. 第１バンクと第２バンクとを有するエンジンブロックと、
   第１タービンと第１コンプレッサと前記第１タービンへの排気ガスの流速をベーン開度によって調整する第１可変ノズル機構とを含み、前記第１バンクから排出される排気ガスによって前記第１タービンを駆動する第１過給機と、
   第２タービンと第２コンプレッサと前記第２タービンへの排気ガスの流速をベーン開度によって調整する第２可変ノズル機構とを含み、前記第２バンクから排出される排気ガスによって前記第２タービンを駆動する第２過給機と、
   前記第１バンクから排出される排気ガスを前記第１過給機に流通する第１排気通路と、前記第２バンクから排出される排気ガスを前記第２過給機に流通する第２排気通路とを接続する接続通路と、
   前記第２排気通路内に設けられ、前記第２バンクから前記第２過給機への排気ガスの流通を遮断するための切替弁と、
   前記第１可変ノズル機構のベーン開度と、前記第２可変ノズル機構のベーン開度と、前記切替弁の動作とを制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記第１過給機および前記第２過給機の両方を作動させる場合には、前記第２可変ノズル機構のベーン開度が前記第１可変ノズル機構のベーン開度よりも大きくなるように前記第２可変ノズル機構の開度を制御する、内燃機関。
2. 前記制御装置は、前記内燃機関の回転数と負荷とに基づいて前記第１可変ノズル機構のベーン開度を決定し、決定された前記第１可変ノズル機構のベーン開度を前記内燃機関の状態に応じた増加分だけ増加させた値を前記第２可変ノズル機構のベーン開度として決定する、請求項１に記載の内燃機関。

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