JP2017141760A - エンジン及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のターボチャージャが直列に配置されてなり、ターボチャージャの過給状態を切り替えるときの異音の発生を、低コストで回避するエンジン及びその制御方法を提供する。
【解決手段】高圧段ターボチャージャ１１及び低圧段ターボチャージャ１２が直列に配置されてなるエンジン１０において、制御装置４０が、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替えるときに、先に排気バイパスバルブ２３のみを開いた後に、吸気バイパスバルブ２１を排気バイパスバルブ２３が開いたタイミングよりも遅らせて開く制御を行うように構成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジン及びその制御方法に関し、より詳細には、複数のターボチャージャが直列に配置されてなるエンジンにおいて、ターボチャージャの過給状態を切り替えるときの異音の発生を回避するエンジン及びその制御方法に関する。

複数のターボチャージャが直列に配置されて、複数のターボチャージャによる多段過給と、一つのターボチャージャによる単段過給とを切り替えるエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このエンジンにおいては、多段過給では、排気バイパスバルブ及び吸気バイパスバルブの両方を閉じることで、複数のターボチャージャのうちの吸気通路における下流側に配置される高圧段ターボチャージャにも過給させている。一方で、単段過給では、排気バイパスバルブ及び吸気バイパスバルブの両方を開くことで、高圧段ターボチャージャの過給を停止して、残りのターボチャージャで過給させている。

しかし、多段過給から単段過給に切り替えるときに、つまり、高圧段ターボチャージャが過給している状態からその過給を減少させる状態に切り替えるときに、異音が生じるという問題があった。

これに関して、本発明の発明者は、その異音が、高圧段ターボチャージャのコンプレッサの過給圧力が高い状態にあり、そのコンプレッサの前後の圧力差が大きいときに、吸気バイパスバルブを開くことによって発生していることを見出した。

多段過給時は、吸気バイパスバルブと排気バイパスバルブとは略閉じた状態になる。つまり、吸気バイパスバルブによって吸気バイパス通路は二つの区画に区分けされた状態となっている。そのために、その二つの区画には、圧力差が生じている。このように圧力差が生じている状態で吸気バイパスバルブを開き、高い方の圧力が低い方へ抜けると異音が生じるのである。

特開２０１０−１５１０３８号公報

本発明の目的は、複数のターボチャージャが直列に配置されてなるエンジンにおいて、ターボチャージャの過給状態を切り替えるときの圧力差による異音の発生を回避することができるエンジン及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明のエンジンは、直列に配置される複数のターボチャージャと、これらの複数のターボチャージャのうちの吸気通路における下流側に配置される高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、この吸気バイパス通路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、その高圧段ターボチャージャの高圧段タービンをバイパスする排気バイパス通路と、この排気バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブ、を備えるエンジンにおいて、
それらの吸気バイパスバルブ及び排気バイパスバルブの開閉を制御する制御装置を備え、この制御装置が、前記吸気バイパスバルブ及び前記排気バイパスバルブの両方を閉じて前記高圧段ターボチャージャが過給している状態から、前記吸気バイパスバルブ及び前記排気バイパスバルブの両方を開いて前記高圧段ターボチャージャの過給が停止する状態に切り替えるときに、前記排気バイパスバルブのみを開いた後に、前記吸気バイパスバルブを前記排気バイパスバルブが開いたタイミングよりも遅らせて開く制御を行うように構成されることを特徴とするものである。

また、上記の目的を達成する本発明のエンジンの制御方法は、複数のターボチャージャが直列に配置されてなるエンジンの制御方法において、吸気バイパスバルブを閉じて、これらの複数のターボチャージャのうちの吸気通路における下流側に配置される高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路を遮断すると共に、排気バイパスバルブを閉じて、その高圧段ターボチャージャの高圧段タービンをバイパスする排気バイパス通路を遮断して、その高圧段ターボチャージャに過給させる状態から、前記吸気バイパスバルブを開いて、前記吸気バイパス通路を開放すると共に、前記排気バイパスバルブを開いて、前記排気バイパス通路を開放して、前記高圧段ターボチャージャの過給を停止する状態に切り替えるときに、前記排気バイパスバルブのみを開くステップと、前記排気バイパスバルブのみを開いた後に、前記吸気バイパスバルブを前記排気バイパスバルブが開いたタイミングよりも遅らせて開くステップを含むことを特徴とする方法である。

より具体的な吸気バイパスバルブを開くタイミングとしては、吸気通路における高圧段コンプレッサの上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差が閾値以下になったときが好ましく、その圧力差がゼロになったとき、つまり、上流側の圧力と下流側の圧力とが等しくなったときがより好ましい。

そこで、上記のエンジンにおいては、吸気通路における高圧段コンプレッサの上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差を直接的にあるいは間接的に取得する圧力差取得装置を備えることが望ましい。この圧力差取得装置としては、直接的に圧力差を取得するものとして、吸気通路における高圧段コンプレッサの上流側の吸気の圧力と下流側の吸気の圧力とを取得する二つの圧力センサが好ましく例示される。また、間接的に圧力差を取得するものとして、排気バイパスバルブの開弁状態を取得する開弁状態取得装置が好ましく例示される。

二つの圧力センサを用いて吸気バイパスバルブを開くタイミングを図る制御としては、二つの圧力センサを介して取得した圧力差が予め設定した閾値以下になったときに、好ましくはゼロになったときに、吸気バイパスバルブを開く制御が例示される。

また、開弁状態取得装置を用いて吸気バイパスバルブを開くタイミングを図る制御としては、開弁状態取得装置を介して先に開いた排気バイパスバルブの開弁状態を取得して、その開弁状態からその圧力差を予測して、吸気バイパスバルブを開く制御が例示される。なお、ここでいう開弁状態とは、制御装置の制御信号により変化する排気バイパスバルブの状態であり、排気バイパスバルブの開いた開度、その開いている時間などを示す。

より具体的には、排気バイパスバルブの開弁状態として、排気バイパスバルブの開度が予め設定された許可開度以上に維持された維持時間を取得して、その維持時間が予め設定された許可時間に達したときに、吸気バイパスバルブを開く制御である。

上記のエンジン及びその制御方法によれば、高圧段ターボチャージャが過給している状
態からその過給が停止する状態に切り替えるときに、先に排気バイパスバルブのみを開き、その後に吸気バイパスバルブを排気バイパスバルブが開いたタイミングよりも遅らせて開くようにした。

つまり、先に排気バイパスバルブを開くことで、排気ガスが高圧段タービンを迂回して、高圧段ターボチャージャの回転数を低減するので、高圧段コンプレッサの過給圧を下げることが可能になる。そして、その高圧段コンプレッサの前後の圧力差が小さくなった状態で、好ましくはゼロになった状態で吸気バイパスバルブを開くことで、異音の発生を回避することができる。

なお、圧力差を直接的に監査して、圧力差が閾値以下に、好ましくはゼロなったときに吸気バイパスバルブを開くようにすることで、異音の発生を確実に回避することが可能になる。

一方で、圧力差を直接的に監査せずに、排気バイパスバルブの開弁状態から間接的に予測して吸気バイパスバルブを開くようにすることで、その圧力差をセンシングするセンサが必要なくなる。これにより、コストダウンを図ることが可能になる。

本発明の実施形態からなるエンジンの多段過給時の状態を例示する構成図である。 本発明の実施形態からなるエンジンの単段過給時の状態を例示する構成図である。 図１のエンジンの運転状態における多段過給を行う領域と、単段過給を行う領域を例示する特性図である。 時間の経過における圧力差と各バルブの開度との関係を例示する相関図であり、図４（ａ）は従来技術の相関を、図４（ｂ）は本発明の実施形態からなるエンジンの制御方法における相関を示している。 本発明の第一実施例からなるエンジンを例示する構成図である。 本発明の第一実施例からなるエンジンの制御方法を例示するフロー図である。 本発明の第二実施例からなるエンジンを例示する構成図である。 本発明の第二実施例からなるエンジンの制御方法を例示するフロー図である。

以下に、本発明の実施形態とその実施形態に基づいた実施例について、図面を参照して説明する。図１、２は、本発明のエンジン１０の実施形態の構成を例示している。図５は第一実施例の構成を、図７は第二実施例の構成をそれぞれ例示している。

図１、２に示すように、実施形態のエンジン１０は、複数のターボチャージャ、つまり、高圧段ターボチャージャ１１及び低圧段ターボチャージャ１２が直列に配置されてなるものである。

高圧段ターボチャージャ１１は、吸気通路１３における下流側、且つ排気通路１４における上流側に配置されており、高圧段コンプレッサ１５と高圧段タービン１６とが回転軸を介して連結されて構成される。低圧段ターボチャージャ１２は、吸気通路１３における上流側、且つ排気通路１４における下流側に配置されており、低圧段コンプレッサ１７と低圧段タービン１８とが回転軸を介して連結されて構成される。

また、このエンジン１０は、高圧段コンプレッサ１５をバイパスする吸気バイパス通路２０と、この吸気バイパス通路２０を通過する吸気Ａ１の流量を調節する吸気バイパスバ
ルブ２１と、高圧段タービン１６をバイパスする排気バイパス通路２２と、この排気バイパス通路２２を通過する排気ガスＧ１の流量を調節する排気バイパスバルブ２３と、を備えて構成される。

このエンジン１０においては、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３の両方が閉じると、吸気バイパス通路２０及び排気バイパス通路２２の両方が遮断される。これにより、複数のターボチャージャで過給する、つまり、低圧段ターボチャージャ１２に加えて、高圧段ターボチャージャ１１が過給する状態の多段過給Ｃｍに切り替えられる。一方で、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３の両方が開くと、吸気バイパス通路２０及び排気バイパス通路２２の両方が開放される。これにより、高圧段ターボチャージャ１１がバイパスされ、低圧段ターボチャージャ１２のみで過給する状態、つまり、高圧段ターボチャージャ１１の過給を停止した状態の単段過給Ｃｓに切り替えられる。

また、このエンジン１０においては、特に単段過給Ｃｓにより吸気Ａ１を過給する場合に、低圧段タービン１８に流入する排気ガスＧ１を分流するウエストゲート通路２４に配置されたウエストゲートバルブ２５により、低圧段タービン１８に流入する排気ガスＧ１の流量が調節される。

なお、吸気バイパスバルブ２１、排気バイパスバルブ２３、及びウエストゲートバルブ２５は、エアシリンダや油圧シリンダ、電気モータが制御信号により作動流体（圧縮空気やオイル）が供給されることで作動しており、その作動流体の流量で、開度が調節される。なお、これらのバルブとしては、電磁石の磁力で弁体を作動させる電磁式バルブでもよい。

より具体的に説明すると、図１に示すように、多段過給Ｃｍ時において、排気通路１４へ排気された排気ガスＧ１は、高圧段タービン１６及び低圧段タービン１８の順に通過し、それらを駆動させる。一方、吸気Ａ１は、外部から吸気通路１３へ吸入されて、低圧段コンプレッサ１７及び高圧段コンプレッサ１５の順に通過し、それらにより圧縮されて高温になり、インタークーラ２７で冷却される。

一方、図２に示すように、単段過給Ｃｓ時において、排気通路１４へ排気された排気ガスＧ１は、排気バイパス通路２２を経由して高圧段タービン１６をバイパスする。これにより、高圧段タービン１６の駆動が停止される。高圧段タービン１６をバイパスした排気ガスＧ１は、ウエストゲートバルブ２５により、その一部が低圧段タービン１８を駆動させる。その残りは、ウエストゲート通路２４を経由して、低圧段タービン１８をバイパスする。一方、吸気Ａ１は、外部から吸気通路１３へ吸入されて、低圧段コンプレッサ１７により圧縮されて高温になり、吸気バイパス通路２０を経由することで高圧段コンプレッサ１５をバイパスした後に、インタークーラ２７で冷却される。

そして、このエンジン１０においては、多段過給Ｃｍ又は単段過給Ｃｓのどちらかにより圧縮された吸気Ａ１が、インテークマニホールド２８からエンジン本体２９の気筒３０に供給される。気筒３０に供給された吸気Ａ１は、インジェクタ３１から噴射された燃料と混合されて燃焼して熱エネルギーを発生させた後に、排気ガスＧ１となって、エキゾーストマニホールド３２から排気通路１４へ排出される。また、このときに発生した熱エネルギーが、クランクシャフト３３を回転させ、その回転動力が、図示しない動力伝達機構により駆動輪に伝達される。

このようなエンジン１０において、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３の開閉を制御する制御装置４０を備えて構成される。そして、この制御装置４０が、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替えるときに、先に排気バイパスバルブ２３のみを開き、吸気バイパスバルブ２１を排気バイパスバルブ２３が開いたタイミングよりも遅らせて開く制御を行うように構成される。

より具体的には、エンジン１０は、更に、吸気通路１３における高圧段コンプレッサ１５の上流側の圧力Ｐ１と下流側の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰｘ（Ｐ２−Ｐ１）を直接的にあるいは間接的に取得する圧力差取得装置５０を備えて構成される。そして、制御装置４０が、先に排気バイパスバルブ２３のみを開いて、取得した圧力差ΔＰｘがゼロになったときに、吸気バイパスバルブ２１を開く制御を行うように構成される。

制御装置４０は、各種処理を行うＣＰＵ、その各種処理を行うために用いられるプログラムや処理結果などを読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成される。この制御装置４０は、信号線を介して吸気バイパスバルブ２１、排気バイパスバルブ２３、ウエストゲートバルブ２５、及びインジェクタ３１に接続されて、それらとの間で制御信号を入出力する。また、この制御装置４０は、信号線を介してアクセル開度センサ４１、エンジン回転数センサ４２、及びＭＡＰセンサ４３などの各種センサに接続されており、これらのセンサの検出値を取得する。加えて、この制御装置４０は、信号線を介して圧力差取得装置５０に接続されており、圧力差ΔＰｘを取得する。

圧力差取得装置５０は、圧力差ΔＰｘを直接的に、あるいは、間接的に取得する装置である。なお、圧力差ΔＰｘを間接的に取得するとは圧力を検知することなく圧力差ΔＰｘを予測することである。この圧力差取得装置５０としては、圧力差ΔＰｘが取得できれば特に限定されるものではないが、図５で説明される第一実施例の開度センサ４５及びタイマー４６からなる開弁状態取得装置５１や、図７で説明される第二実施例の圧力センサ５２、５３が好ましく例示される。

圧力Ｐ１は、吸気通路１３における高圧段コンプレッサ１５の上流側で、且つ低圧段コンプレッサ１７の下流側の吸気Ａ１の圧力であって、低圧段コンプレッサ１７の出口圧力である。圧力Ｐ２は、吸気通路１３における高圧段コンプレッサ１５の下流側の圧力であって、高圧段コンプレッサ１５の出口圧力である。なお、圧力Ｐ１を吸気バイパス通路２０における吸気バイパスバルブ２１の上流側の圧力とし、圧力Ｐ２を吸気バイパス通路２０における吸気バイパスバルブ２１の下流側の圧力としてもよい。

制御装置４０の実行プログラムとしては、過給制御プログラムが例示される。この過給制御プログラムは、エンジン１０の運転状態に基づく開ループ制御や、目標過給圧と実過給圧とに基づく閉ループ制御により、吸気バイパスバルブ２１、排気バイパスバルブ２３、及びウエストゲートバルブ２５のそれぞれの開度を調節するプログラムである。また、この過給制御プログラムは、多段過給Ｃｍと単段過給Ｃｓとを切り替えるプログラムでもある。

図３は、エンジン１０の運転状態における多段過給Ｃｍにより過給を行う多段過給領域Ｒｍと、単段過給Ｃｓにより過給を行う単段過給領域Ｒｓとを例示している。

制御装置４０は、アクセル開度センサ４１の検出したアクセル開度Ａｐ、つまりアクセルペダル４７の踏み込み量に応じた出力トルクＴｅと、エンジン回転数センサ４２の検出したエンジン回転数Ｎｅとに基づいた閉ループ制御により各バルブの開度を調節する。具体的には、予め実験や試験により作成した図３に示すようなマップデータを内部記憶装置に記憶させておき、そのマップデータを参照することで各バルブの開度を調節して、多段過給Ｃｍと単段過給Ｃｓとを切り替えている。なお、マップデータにおいては、出力トルクＴｅの代わりに、アクセル開度Ａｐや、そのアクセル開度Ａｐに基づいて算出される燃
料噴射量や目標過給圧を用いてもよい。

なお、制御装置４０は、そのエンジン１０の運転状態における目標過給圧を算出し、この目標過給圧と単段過給Ｃｓ時の推定過給圧とを比較して閉ループ制御により各バルブの開度を調節してもよい。加えて、制御装置４０は、その目標過給圧とＭＡＰセンサ４３の検出した実過給圧とを比較して開ループ制御により各バルブの開度を調節してもよい。

以下、このエンジン１０の制御方法、つまり多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替える際の制御方法を、図４を参照しながら制御装置４０の機能として以下に説明する。なお、この制御は、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替えるときに行われるものであり、その切り替えをトリガーとしている。

図４はこの制御方法における経過時間Ｔｘと、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替え指令、並びに、圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２、並びに、吸気バイパスバルブ２１の開度θｙ及び排気バイパスバルブ２３の開度θｘとの相関を例示している。なお、図４（ａ）は従来技術における相関を例示しており、図４（ｂ）はこの実施形態の制御における相関を例示している。

図４（ａ）の従来技術においては、まず、時間Ｔ１で、エンジン１０の運転領域が多段過給領域Ｒｍから単段過給領域Ｒｓになり、制御装置４０が多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替えを開始する。この時間Ｔ１で、制御装置４０が、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３を同時に開き始める。つまり、圧力差ΔＰｘが生じている状態で吸気バイパスバルブ２１を開くことになるので、時間Ｔ５で、圧力差ΔＰｘに起因して圧力Ｐ２が低圧段コンプレッサ１７の方に抜ける。これが、異音が発生するメカニズムである。

一方、上記のエンジン１０の制御方法では、図４（ｂ）に示すように、まず、時間Ｔ１で、エンジン１０の運転領域が多段過給領域Ｒｍから単段過給領域Ｒｓになり、制御装置４０が、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替えを開始する。この時間Ｔ１で、制御装置４０が、排気バイパスバルブ２３のみを開き始める。なお、排気バイパスバルブ２３を開く際には、高圧段ターボチャージャ１１の回転数が急激に変化することを回避するために、排気バイパスバルブ２３を経過時間に応じて徐々に全開側に開くことが好ましい。そして、時間Ｔ２で、制御装置４０が、排気バイパスバルブ２３を、最終的に全開の開度（１００％）にする。

排気バイパスバルブ２３が開くと、排気ガスＧ１が高圧段ターボチャージャ１１の高圧段タービン１６を迂回するので、高圧段ターボチャージャ１１の回転数が低減する。そして、この高圧段ターボチャージャ１１の回転数の低減により、高圧段コンプレッサ１５の過給圧、つまり圧力Ｐ２が低下する。その結果として、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に近づくことになる。

次いで、時間Ｔ３で、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが等しくなり、圧力差取得装置５０を介して取得した圧力差ΔＰｘがゼロになったときに、制御装置４０が、吸気バイパスバルブ２１を開く。そして、時間Ｔ４で、制御装置４０が、吸気バイパスバルブ２１を、最終的に全開の開度にする。以上でこの制御方法は完了する。

なお、排気バイパスバルブ２３の開度θｘは、圧力差ΔＰｘがゼロになるまでに全開の開度になることが好ましいが、必ずしも全開の開度にならなくてもよい。圧力差ΔＰｘがゼロになるまでの開度θｘとしては、高圧段タービン１６の回転数が十分に低減可能な全開の開度の手前に設定された許可開度θａ以上であればよい。

また、吸気バイパスバルブ２１は、圧力差ΔＰｘがゼロになったときに開くことが好ましいが、必ずしも圧力差ΔＰｘがゼロになったときに限定されない。例えば、圧力差ΔＰｘが予め設定された閾値ΔＰａ以下になったときに開いてもよい。閾値ΔＰａは、吸気バイパスバルブ２１を開いたときに異音が生じない圧力差になったことを判定可能な値に設定される。この閾値ΔＰａとしては、排気バイパスバルブ２３を開く前の圧力差ΔＰ１よりも小さく設定された値である。

更に、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替えの指令が発せられて排気バイパスバルブ２３を開き始めてから吸気バイパスバルブ２１が開き終わるまでの期間ΔＴｘは、排気バイパスバルブ２３が開いてから圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に近づくために要する許可時間ｔａを含む期間である。

この期間ΔＴｘとしては、このエンジン１０における単段過給Ｃｓに切り替えてから多段過給Ｃｍに切り替えるまでの時間のうちの最短時間よりも短い時間が例示される。なお、最短時間は、予め実験や試験により求めておくとよい。このように、この期間ΔＴｘがその最短時間よりも短くなると、エンジン１０の運転状態が多段過給Ｃｍと単段過給Ｃｓとの切り替えが短時間のうちに頻発する状態で、吸気バイパスバルブ２１の応答遅れを回避可能になる。つまり、多段過給Ｃｍ、単段過給Ｃｓ、及び多段過給Ｃｍの順に切り替えが生じた場合に、単段過給Ｃｓで吸気バイパスバルブ２１が開き終わらないうちに多段過給Ｃｍに切り替わることが回避される。

この期間ΔＴｘにおいては、排気バイパスバルブ２３を開く前の圧力差ΔＰ１と排気バイパスバルブ２３の開度θｘとに応じて設定されることが好ましい。圧力差ΔＰ１は、高圧段タービン１６と低圧段タービン１８との回転状況、すなわち、エンジン１０から排出される排気ガスＧ１の排気流量に基づいて変化するものである。

期間ΔＴｘは、圧力差ΔＰ１に対して正の相関になり、圧力差ΔＰ１が大きければ期間ΔＴｘは拡大される一方、圧力差ΔＰ１が小さければ期間ΔＴｘは短縮される。また、この期間ΔＴｘは、排気バイパスバルブ２３の開度θｘに対して負の相関になり、開度θｘが大きければ期間ΔＴｘは短縮される一方、開度θｘが小さければ期間ΔＴｘは拡大される。

つまり、この期間ΔＴｘの最大値は、多段過給Ｃｍ時における圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との圧力差ΔＰｘの最大値ΔＰｍａｘの状態で切り替えする場合に、排気バイパスバルブ２３の開度θｘを許可開度θａに維持したときの値である。

以上のように、実施形態のエンジン１０においては、時間Ｔ１で、吸気バイパスバルブ２１よりも先に排気バイパスバルブ２３のみが開き始めて、時間Ｔ３で、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが等しくなったときに、吸気バイパスバルブ２１が開き始めるような制御を行うようにした。

このように、吸気バイパスバルブ２１よりも先に排気バイパスバルブ２３のみが開き、そして、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との圧力差ΔＰｘが小さくなった状態で吸気バイパスバルブ２１を開くことで、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓへの切り替え時の圧力差ΔＰｘに起因する異音の発生を回避することができる。

次に、上記の実施形態をより詳しく、図５及び図６に示す第一実施例、並びに図７及び図８に示す第二実施例を参照しながら以下に説明する。

図５に示すように、第一実施例においては、圧力差取得装置として、開度センサ４５とタイマー４６とからなる開弁状態取得装置５１を備えて構成される。そして、制御装置４０が、その開弁状態取得装置５１を介して吸気バイパスバルブ２１を開くよりも前に開いた排気バイパスバルブ２３の開弁状態を取得して、その開弁状態に基づいて吸気バイパスバルブ２１を開くタイミングを調節する制御を行うように構成される。

より具体的には、制御装置４０が、開弁状態として、排気バイパスバルブ２３の開度θｘが予め設定された許可開度θａ以上に維持された維持時間ｔｘを取得して、その維持時間ｔｘが予め設定された許可時間ｔａに達したときに、吸気バイパスバルブ２１を開く制御を行うように構成される。

開弁状態取得装置５１は、先に開いた排気バイパスバルブ２３の開弁状態として、開度θｘや開いてからの維持時間ｔｘを取得する装置である。この開弁状態取得装置５１は、排気バイパスバルブ２３の開弁状態を取得できれば特に限定されないが、開度センサ４５とタイマー４６とから構成されるものが好ましく例示される。

開度センサ４５は、排気バイパスバルブ２３の開度θｘを取得するセンサである。この開度センサ４５は、吸気バイパスバルブ２１の開度θｙを取得する開度センサ４４と同様に、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３を開閉するためには必要なセンサである。つまり、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３の開閉を制御する場合には、必ず設けられているものである。この開度センサ４５としては、開度θｘを直接的に取得可能なセンサの他に、エアシリンダや油圧シリンダへの作動流体の供給量（流入調節弁の開度）やそれらのシリンダの作動長、あるいは、制御装置４０からの指示電流から間接的に取得するセンサも例示される。

タイマー４６は、制御装置４０に内蔵されていて、排気バイパスバルブ２３の開いた時間ｔｘをカウントするタイマーである。なお、このタイマー４６は、この他にもエンジン１０の制御に使用されている。

以下、この第一実施例におけるエンジン１０の制御方法について、図６のフロー図を参照しながら制御装置４０の機能として以下に説明する。

エンジン１０の運転状態が単段過給領域Ｒｓになり、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替える場合に、まず、制御装置４０が、排気バイパスバルブ２３のみを開く（Ｓ１０）。

次いで、制御装置４０が、開度センサ４５を介して排気バイパスバルブ２３の開度θｘを取得する（Ｓ２０）。次いで、制御装置４０が、取得した開度θｘが予め設定された許可開度θａ以上になったか否かを判定する（Ｓ３０）。このステップで、開度θｘが許可開度θａ以上と判定した場合は、次へ進む。一方で、開度θｘが許可開度θａを下回ると判定した場合は、再度、開度θｘを取得する（Ｓ２０）。

次いで、制御装置４０が、タイマー４６により開度θｘが許可開度θａ以上になってからの維持時間ｔｘを取得する。具体的には、開度θｘが許可開度θａ以上になった時間をゼロとして、タイマー４６が、その時間に単位時間ｔごとにその単位時間ｔを加算していき、維持時間ｔｘをカウントする（Ｓ４０）。

次いで、制御装置４０が、開度θｘが許可開度θａ以上になってからの維持時間ｔｘが予め設定された許可時間ｔａ以上になったか否かを判定する（Ｓ５０）。このステップで、維持時間ｔｘが許可時間ｔａ以上と判定した場合は、次へ進む。一方、維持時間ｔｘが許可時間ｔａを下回ると判定した場合は、再度、開度θｘを取得する（Ｓ２０）。

許可時間ｔａは、高圧段タービン１６と高圧段コンプレッサ１５の回転数が低下して、圧力Ｐ２が圧力Ｐ１に近づくために要する時間に設定される。より好ましくは、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが等しくなる、つまり圧力差ΔＰｘがゼロになるために要する時間に設定される。

圧力差ΔＰｘがゼロになるために要する時間は、排気バイパスバルブ２３が開く前の圧力差ΔＰ１に対して正の相関になり、圧力差ΔＰ１が大きければ拡大する一方、圧力差ΔＰ１が小さければ短縮する。また、圧力差ΔＰｘがゼロになるために要する時間は、排気バイパスバルブ２３の開度θｘに対して負の相関になり、開度θｘが大きければ短縮する一方、開度θｘが小さければ拡大する。加えて、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２とが等しくなるために要する時間よりも遅い時間では、圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との乖離が生じることがない。

そこで、予め実験や試験により、排気バイパスバルブ２３が開くときの圧力差として多段過給Ｃｍ時における圧力Ｐ１と圧力Ｐ２との圧力差ΔＰｘの最大値ΔＰｍａｘが、開度θｘとして許可開度θａが設定された状況においてこの許可時間ｔａを測定しておくとよい。このように許可時間ｔａを多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替える際の最大値に設定しておくことで、確実に圧力差ΔＰｘがゼロになったことを判定可能になる。

但し、この許可時間ｔａを長くすると、期間ΔＴｘが長くなり、吸気バイパスバルブ２１を開くまでに応答遅れが生じるおそれがある。そこで、この許可時間ｔａは期間ΔＴｘから吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３が全閉から全開になるまでの時間をそれぞれ減算した時間を最大値とすることが好ましい。このように、この許可時間ｔａに対して、吸気バイパスバルブ２１及び排気バイパスバルブ２３が全閉から全開になるまでの時間を加味することで、エンジン１０の運転状態が短時間のうちに変化しても、吸気バイパスバルブ２１の応答遅れを回避可能になる。

なお、圧力差ΔＰ１と開度θｘとをパラメータとして、この許可時間ｔａが設定されたマップデータを求めて、内部記憶装置に記憶させておき、そのマップデータからこの許可時間ｔａを算出してもよい。この場合には、吸気バイパスバルブ２１を開くまでに生じる応答遅れの回避に有利になる。

次いで、制御装置４０が、吸気バイパスバルブ２１を開く（Ｓ６０）。このステップが完了するとこの制御方法は完了する。

以上のように、この第一実施例では、吸気バイパスバルブ２１を開くよりも前に開いた排気バイパスバルブ２３の開弁状態を取得し、取得したその開弁状態に基づいて許可時間Ｔａを設定してこの許可時間Ｔａの経過後に吸気バイパスバルブ２１を開くようした。これにより、直接的に圧力Ｐ１及び圧力Ｐ２を取得せずに、間接的に圧力差ΔＰｘがゼロになったこと予測できる。その結果として、実際にその圧力差が小さくなったときに吸気バイパスバルブ２１を開くことが可能になり、高圧段ターボチャージャ１１の過給を切り替えるときの異音の発生を回避することができる。

また、開弁状態取得装置５１は、開度センサ４５及びタイマー４６というエンジン１０に標準的に設けられている装置から構成することが可能であるので、特別なセンサを設ける必要がなく、コストダウンを図ることが可能になる。

図７に示すように、第二実施例においては、圧力差取得装置として、圧力センサ５２、５３を備えて構成される。そして、制御装置４０が、それらの圧力センサ５２、５３を介して圧力差ΔＰｘを監査し、その圧力差ΔＰｘが予め設定された閾値ΔＰａ以下になった
ときに、好ましくはゼロになったときに、吸気バイパスバルブ２１を開く制御を行うように構成される。

圧力センサ５２は、低圧段コンプレッサ１７の出口から高圧段コンプレッサ１５の入口までの間の吸気通路１３に配置され、圧力Ｐ１を取得するセンサである。なお、この圧力センサ５２は、吸気通路１３と吸気バイパス通路２０との分岐部から吸気バイパスバルブ２１までの吸気バイパス通路２０に配置されてもよい。

圧力センサ５３は、高圧段コンプレッサ１５の出口からインタークーラ２７までの間の吸気通路１３に配置され、圧力Ｐ２を取得するセンサである。なお、この圧力センサ５３は、吸気バイパスバルブ２１から吸気通路１３と吸気バイパス通路２０との合流部までの吸気バイパス通路２０に配置されてもよい。また、この圧力センサ５３に代えて、インタークーラ２７の下流側の吸気通路１３に配置されたＭＡＰセンサ４３が圧力Ｐ２を検出するように構成してもよい。但し、インタークーラ２７を経由することによる温度変化や圧損などによる変化を考慮すると、インタークーラ２７よりも上流側に配置されることが望ましい。

以下、この第二実施例におけるエンジン１０の制御方法について、図８のフロー図を参照しながら制御装置４０の機能として以下に説明する。

エンジン１０の運転状態が単段過給領域Ｒｓになり、多段過給Ｃｍから単段過給Ｃｓに切り替える場合に、まず、制御装置４０が、排気バイパスバルブ２３のみを開く（Ｓ１０）。

次いで、制御装置４０が、圧力センサ５２、５３を介して圧力差ΔＰｘを取得する（Ｓ７０）。次いで、制御装置４０が、圧力差ΔＰｘがゼロになったか否かを判定する（Ｓ８０）。このステップで、圧力差ΔＰｘがゼロになったと判定した場合は、次に進む。一方、圧力差ΔＰｘがゼロになっていない、つまりゼロを超えた値と判定した場合は、再度、圧力差ΔＰｘを取得する（Ｓ７０）。

次いで、制御装置４０が、吸気バイパスバルブ２１を開く（Ｓ６０）。このステップが完了するとこの制御方法は完了する。

以上のように、この第二実施例では、圧力差取得装置５０として圧力センサ５２、５３を別途設ける必要があるが、直接的に圧力差ΔＰｘを取得することが可能になる。そして、取得したその圧力差ΔＰｘがゼロになったときに吸気バイパスバルブ２１を開くことで、圧力差ΔＰｘがゼロを超えるような状態で、吸気バイパスバルブ２１を開くことが確実に回避されるので、高圧段ターボチャージャ１１の過給を切り替えるときの異音の発生をより確実に回避することができる。

１０ エンジン
１１ 高圧段ターボチャージャ
１２ 低圧段ターボチャージャ
２０ 吸気バイパス通路
２１ 吸気バイパスバルブ
２２ 排気バイパス通路
２３ 排気バイパスバルブ
４０ 制御装置
５０ 圧力差取得装置

Claims (9)

1. 直列に配置される複数のターボチャージャと、これらの複数のターボチャージャのうちの吸気通路における下流側に配置される高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、この吸気バイパス通路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、その高圧段ターボチャージャの高圧段タービンをバイパスする排気バイパス通路と、この排気バイパス通路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブと、を備えるエンジンにおいて、
   それらの吸気バイパスバルブ及び排気バイパスバルブの開閉を制御する制御装置を備え、
   この制御装置が、前記吸気バイパスバルブ及び前記排気バイパスバルブの両方を閉じて前記高圧段ターボチャージャが過給している状態から、前記吸気バイパスバルブ及び前記排気バイパスバルブの両方を開いて前記高圧段ターボチャージャの過給が停止する状態に切り替えるときに、前記排気バイパスバルブのみを開いた後に、前記吸気バイパスバルブを前記排気バイパスバルブが開いたタイミングよりも遅らせて開く制御を行うように構成されることを特徴とするエンジン。
2. 前記吸気通路における前記高圧段コンプレッサの上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差を直接的にあるいは間接的に取得する圧力差取得装置を備え、
   前記制御装置が、前記排気バイパスバルブのみを開いた後で、前記圧力差取得装置を介して取得した圧力差が予め設定された閾値以下になったときに、前記吸気バイパスバルブを開く制御を行うように構成される請求項１に記載のエンジン。
3. 前記制御装置が、前記圧力差がゼロになったときに、前記吸気バイパスバルブを開く制御を行うように構成される請求項２に記載のエンジン。
4. 前記圧力差取得装置として、前記吸気バイパスバルブを開くよりも前に開いた前記排気バイパスバルブの開弁状態を取得する開弁状態取得装置を備え、
   前記制御装置が、前記開弁状態取得装置を介して取得した開弁状態に基づいて前記吸気バイパスバルブを開くタイミングを調節する制御を行うように構成される請求項２又は３に記載のエンジン。
5. 前記制御装置が、前記開弁状態取得装置を介して、前記開弁状態として前記排気バイパスバルブの開度が予め設定された許可開度以上に維持された維持時間を取得して、その維持時間が予め設定された許可時間に達したときに、前記吸気バイパスバルブを開く制御を行うように構成される請求項４に記載のエンジン。
6. 前記許可時間が、前記吸気通路における前記高圧段コンプレッサの下流側の吸気の圧力と上流側の吸気の圧力とが等しくなるために要する時間に設定される請求項５に記載のエンジン。
7. 前記圧力差取得装置として、前記吸気通路における前記高圧段コンプレッサの上流側の吸気の圧力と下流側の吸気の圧力とを取得する二つの圧力センサを備え、
   前記制御装置が、それらの圧力センサを介して取得した前記圧力差が前記閾値以下になったときに、前記吸気バイパスバルブを開く制御を行うように構成される請求項２又は３に記載のエンジン。
8. 複数のターボチャージャが直列に配置されてなるエンジンの制御方法において、
   吸気バイパスバルブを閉じて、これらの複数のターボチャージャのうちの吸気通路における下流側に配置される高圧段ターボチャージャの高圧段コンプレッサをバイパスする吸
   気バイパス通路を遮断すると共に、排気バイパスバルブを閉じて、その高圧段ターボチャージャの高圧段タービンをバイパスする排気バイパス通路を遮断して、その高圧段ターボチャージャに過給させる状態から、前記吸気バイパスバルブを開いて、前記吸気バイパス通路を開放すると共に、前記排気バイパスバルブを開いて、前記排気バイパス通路を開放して、前記高圧段ターボチャージャの過給を停止する状態に切り替えるときに、
   前記排気バイパスバルブのみを開くステップと、
   前記排気バイパスバルブのみを開いた後に、前記吸気バイパスバルブを前記排気バイパスバルブが開いたタイミングよりも遅らせて開くステップを含むことを特徴とするエンジンの制御方法。
9. 前記高圧段ターボチャージャに過給させる状態からその高圧段ターボチャージャの過給を停止する状態に切り替えるときに、
   前記排気バイパスバルブのみを開くステップと、
   前記排気バイパスバルブのみを開いた後に、前記吸気通路における前記高圧段コンプレッサの上流側の圧力と下流側の圧力との圧力差を直接的に、あるいは間接的に取得するステップと、
   前記圧力差が予め設定された閾値以下になったか否かを判定するステップと、
   前記圧力差が前記閾値以下になったときに、前記吸気バイパスバルブを開くステップと、を含む請求項８に記載のエンジンの制御方法。