JP2020197166A - Supercharging system - Google Patents

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Abstract

To provide a supercharging system including superchargers provided in parallel, for estimating exhaust pressure P4 of an exhaust manifold.SOLUTION: The supercharging system includes primary and secondary superchargers including turbines 32, 42 to be driven by exhaust gas from an engine and variable nozzle mechanisms 35, 45 for adjusting the flow speed of exhaust gas to the turbines 32, 42, respectively, for supercharging intake air to the engine, and a control device for switching a supercharging mode from one of a single supercharging mode in which air supercharged by the primary supercharger is supplied to the engine and a twin supercharging mode in which air supercharged by the primary and secondary superchargers is supplied to the engine, to the other. The control device, before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, switches to a run-up mode to supply air supercharged by the secondary supercharger to the primary supercharger while supplying the exhaust gas to the secondary supercharger, uses a common estimated equation for estimating P4 in the three modes to calculate the P4, and controls the engine using the P4.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

この開示は、過給システムに関し、特に、並列に接続された複数の過給機を有する過給システムに関する。 This disclosure relates to a supercharging system, and particularly to a supercharging system having a plurality of superchargers connected in parallel.

従来、排気経路において高圧段のタービンをバイパスするための経路に設けられたバイパス弁が設けられたシリーズシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいて、バイパス弁とタービンとの開口面積比、吸気圧力および排気ガス流量によって排気マニホールドの排気の圧力を推定する技術があった(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, in an engine equipped with a series sequential turbo provided with a bypass valve provided in a path for bypassing a high-pressure stage turbine in the exhaust path, the opening area ratio between the bypass valve and the turbine, intake pressure and exhaust gas flow rate. There was a technique for estimating the exhaust pressure of an exhaust manifold (see, for example, Patent Document 1).

特開2016−79810号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-79810

しかし、特許文献1の技術はシリーズシーケンシャルターボに関する技術であるので、特許文献1の技術を用いて、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいて、排気マニホールドの排気の圧力を推定することは困難である。 However, since the technique of Patent Document 1 is a technique relating to a series sequential turbo, it is difficult to estimate the exhaust pressure of the exhaust manifold in an engine equipped with a parallel sequential turbo by using the technique of Patent Document 1.

図13は、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンの燃料の噴射量と排気マニホールドの排気の圧力との関係を示す図である。図13を参照して、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいては、等過給圧でシングル過給とツイン過給とを切替える場合、図で示すヒス領域で切替える。この場合に、シングル過給時とツイン過給時とで排気マニホールドの排気の圧力P4が異なるため、ポンピングロスが変化することにより、エンジンが発生するトルクに段差が生じる。このトルク段差を解消するために燃料の噴射量で補正する。このため、排気マニホールドの排気の圧力P4を推定する必要がある。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the fuel injection amount of the engine equipped with the parallel sequential turbo and the exhaust pressure of the exhaust manifold. With reference to FIG. 13, in an engine equipped with a parallel sequential turbo, when switching between single supercharging and twin supercharging at an equal supercharging pressure, switching is performed in the hiss region shown in the figure. In this case, since the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold differs between the single supercharging and the twin supercharging, the pumping loss changes, so that the torque generated by the engine has a step. In order to eliminate this torque step, it is corrected by the fuel injection amount. Therefore, it is necessary to estimate the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold.

この開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定することが可能な過給システムを提供することである。 This disclosure was made in order to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the disclosure is to provide a supercharging system capable of estimating the exhaust pressure of the exhaust manifold in a supercharging system equipped with a supercharger in parallel. Is to provide.

この開示による過給システムは、エンジンから排出される排気によって駆動される第1タービンと、第1タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第1可変ノズル機構とを含み、エンジンへの吸気を過給する第1過給機と、エンジンから排出される排気によって駆動される第2タービンと、第2タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第2可変ノズル機構とを含み、エンジンへの吸気を過給する第2過給機と、第1過給機において過給された空気がエンジンに供給されるシングル過給モードと、第1過給機において過給された空気と第2過給機において過給された空気とがエンジンに供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置とを備える。 The supercharging system according to this disclosure includes a first turbine driven by exhaust discharged from the engine and a first variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust flowing into the first turbine according to the opening degree, and is supplied to the engine. Includes a first turbocharger that supercharges intake air, a second turbocharger driven by exhaust from the engine, and a second variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust air flowing into the second turbine according to the opening degree. , The second supercharger that supercharges the intake air to the engine, the single supercharge mode in which the supercharged air is supplied to the engine in the first supercharger, and the supercharged air in the first supercharger. A control device for switching the supercharging mode from one of the twin supercharging mode in which the supercharged air in the second supercharger and the supercharged air is supplied to the engine to the other is provided.

制御装置は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、第2過給機に排気を供給しつつ、第2過給機によって過給された空気を第1過給機に供給する助走運転モードに切替え、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走運転モードにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定する共通の推定式を用いて排気マニホールドの排気の圧力を算出し、算出した排気マニホールドの排気の圧力を用いてエンジンを制御する。 The control device supplies the air supercharged by the second supercharger to the first supercharger while supplying exhaust to the second supercharger before switching from the single supercharge mode to the twin supercharge mode. Switch to the run-up operation mode, calculate the exhaust pressure of the exhaust manifold using a common estimation formula that estimates the exhaust pressure of the exhaust manifold in the single supercharging mode, twin supercharging mode and run-up operation mode, and calculate the exhaust manifold The engine is controlled using the pressure of the exhaust.

好ましくは、制御装置は、第1タービンおよび第2タービンの後で合流した排気の圧力を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。 Preferably, the controller calculates the exhaust pressure of the exhaust manifold by substituting the pressure of the exhaust merging after the first turbine and the second turbine into the estimation formula.

好ましくは、エンジンの排気の一部をエンジンの吸気として還流させる還流路を有する排気再循環装置をさらに備える。 Preferably, it further comprises an exhaust gas recirculation device having a return path that recirculates a part of the engine exhaust as the engine intake.

さらに好ましくは、制御装置は、第1タービンおよび第2タービンの後で合流した排気の圧力および還流路の排気の圧力を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。 More preferably, the control device calculates the exhaust pressure of the exhaust manifold by substituting the exhaust pressure of the exhaust gas merging after the first turbine and the second turbine and the exhaust pressure of the return path into the estimation formula.

さらに好ましくは、排気再循環装置は、還流路に備えられ還流される排気の量を調整するバルブを含む。推定式は、第1可変ノズル機構、第2可変ノズル機構およびバルブのそれぞれについてのノズル式ならびに質量保存則から構築される。 More preferably, the exhaust gas recirculation device includes a valve provided in the return path to regulate the amount of exhaust returned. The estimation formula is constructed from the nozzle formula and the conservation of mass law for each of the first variable nozzle mechanism, the second variable nozzle mechanism and the valve.

好ましくは、制御装置は、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の開口面積比から、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比を特定し、エンジンから排出される排気流量、ならびに、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比から、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量を特定し、特定した第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量、および、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれの開度から、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の有効開口面積を特定し、特定した第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれの有効開口面積を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。 Preferably, the control device specifies the ratio of the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism from the opening area ratio of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, and the engine. Exhaust distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism based on the ratio of the exhaust flow rate discharged from the first variable nozzle mechanism and the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism. The first variable nozzle mechanism is determined from the exhaust flow rate that is specified and distributed to each of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, and the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism. And the effective opening area of the second variable nozzle mechanism is specified, and the effective opening area of each of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism is substituted into the estimation formula to calculate the exhaust pressure of the exhaust manifold.

この開示に従えば、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定することが可能な過給システムを提供できる。 According to this disclosure, it is possible to provide a supercharging system capable of estimating the exhaust pressure of the exhaust manifold in a supercharging system including a supercharger in parallel.

この実施の形態におけるエンジンの概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the schematic structure of the engine in this embodiment. シングル過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the single supercharging mode. 助走モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the approach mode. ツイン過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the twin supercharging mode. シングル過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the exhaust flow of the engine in a single supercharging mode. φ関数が直線に近似できることを示す図である。It is a figure which shows that the φ function can be approximated to a straight line. 助走モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the exhaust flow of the engine in the approach mode. プライマリ過給機およびセカンダリ過給機の可変ノズル機構への排気の流れの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the flow of the exhaust gas to the variable nozzle mechanism of a primary supercharger and a secondary supercharger. プライマリ過給機およびセカンダリ過給機の可変ノズル機構の開口面積比とそれぞれを通過するガス量の比との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the opening area ratio of the variable nozzle mechanism of a primary supercharger and a secondary supercharger, and the ratio of the amount of gas passing through each. ツイン過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the exhaust flow of the engine in the twin supercharging mode. 排気マニホールドの排気の圧力が制約値を超えないように可変ノズル機構の開度を算出する手法の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the method of calculating the opening degree of a variable nozzle mechanism so that the exhaust pressure of an exhaust manifold does not exceed the constraint value. この実施の形態における助走中VN開度算出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the VN opening degree calculation processing during approach running in this embodiment. パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンの燃料の噴射量と排気マニホールドの排気の圧力との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the fuel injection amount of the engine equipped with a parallel sequential turbo, and the exhaust pressure of an exhaust manifold.

以下、図面を参照しつつ、この開示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。 Hereinafter, embodiments of this disclosure will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed explanations about them are not repeated.

[過給システムの構成について]
図1は、この実施の形態におけるエンジン1の概略構成の一例を示す図である。図1を参照して、このエンジン1は、たとえば、走行のための駆動源として車両に搭載される。この実施の形態においては、エンジン1は、ディーゼルエンジンである場合を一例として説明するが、たとえば、ガソリンエンジンであってもよい。
[About the configuration of the supercharging system]
FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an engine 1 in this embodiment. With reference to FIG. 1, the engine 1 is mounted on the vehicle, for example, as a drive source for traveling. In this embodiment, the case where the engine 1 is a diesel engine will be described as an example, but it may be, for example, a gasoline engine.

エンジン1は、バンク10A,10Bと、エアクリーナ20と、インタークーラ25と、吸気マニホールド28A,28Bと、プライマリ過給機30と、セカンダリ過給機40と、排気マニホールド50A,50B(以下「エキマニ」ともいう)と、排気処理装置81と、制御装置200とを備える。エンジン1は、さらに、EGR(Exhaust Gas Recirculation)クーラ71と、EGRバルブ72とを含む排気再循環装置(EGR装置)を備える。 The engine 1 includes banks 10A and 10B, an air cleaner 20, an intercooler 25, intake manifolds 28A and 28B, a primary supercharger 30, a secondary supercharger 40, and an exhaust manifold 50A and 50B (hereinafter, "exhaust manifold"). Also referred to as), an exhaust treatment device 81, and a control device 200. The engine 1 further includes an exhaust gas recirculation device (EGR device) including an EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler 71 and an EGR valve 72.

バンク10Aには、複数の気筒12Aが形成される。バンク10Bには、複数の気筒12Bが形成される。各気筒12A,12B内にはピストン(図示せず)が収納されており、ピストンの頂部と気筒の内壁とによって燃焼室(燃料が燃焼する空間)が形成されている。各気筒12A,12B内をピストンが摺動することによって燃焼室の容積が変化される。各気筒12A,12Bには、インジェクタ(図示せず)が設けられており、エンジン1の動作中においては、制御装置200によって設定されたタイミングおよび量の燃料を各気筒12A,12B内に噴射する。なお、各インジェクタから噴射する燃料の噴射量およびタイミングは、たとえば、エンジン回転速度NE、吸入空気量Ga、アクセルペダルの踏み込み量あるいは車両の速度等から制御装置200によって設定される。 A plurality of cylinders 12A are formed in the bank 10A. A plurality of cylinders 12B are formed in the bank 10B. A piston (not shown) is housed in each of the cylinders 12A and 12B, and a combustion chamber (a space for burning fuel) is formed by the top of the piston and the inner wall of the cylinder. The volume of the combustion chamber is changed by sliding the piston in each of the cylinders 12A and 12B. Injectors (not shown) are provided in the cylinders 12A and 12B, and during the operation of the engine 1, the timing and amount of fuel set by the control device 200 are injected into the cylinders 12A and 12B. .. The injection amount and timing of the fuel injected from each injector are set by the control device 200, for example, from the engine rotation speed NE, the intake air amount Ga, the accelerator pedal depression amount, the vehicle speed, and the like.

各気筒12A,12Bのピストンは、コネクティングロッドを介して共通のクランクシャフト(図示せず)に連結される。各気筒12A,12B内において所定の順序で燃料が燃焼することによってピストンが各気筒12A,12B内を摺動し、ピストンの上下運動がコネクティングロッドを経由してクランクシャフトの回転運動に変換される。 The pistons of the cylinders 12A and 12B are connected to a common crankshaft (not shown) via a connecting rod. When fuel burns in each cylinder 12A and 12B in a predetermined order, the piston slides in each cylinder 12A and 12B, and the vertical movement of the piston is converted into the rotational movement of the crankshaft via the connecting rod. ..

プライマリ過給機30は、コンプレッサ31とタービン32とを含むターボチャージャである。プライマリ過給機30のコンプレッサ31は、エンジン1の吸気通路(すなわち、エアクリーナ20から吸気マニホールド28A,28Bまでの通路)に設けられる。プライマリ過給機30のタービン32は、エンジン1の排気通路(すなわち、排気マニホールド50A,50Bから排気処理装置81までの通路)に設けられる。 The primary turbocharger 30 is a turbocharger including a compressor 31 and a turbine 32. The compressor 31 of the primary supercharger 30 is provided in the intake passage of the engine 1 (that is, the passage from the air cleaner 20 to the intake manifolds 28A and 28B). The turbine 32 of the primary supercharger 30 is provided in the exhaust passage of the engine 1 (that is, the passage from the exhaust manifolds 50A and 50B to the exhaust treatment device 81).

コンプレッサ31内には、コンプレッサホイール33が回転自在に収納される。タービン32内には、タービンホイール34と可変ノズル機構35とが設けられる。タービンホイール34は、回転自在にタービン32内に収納される。コンプレッサホイール33と、タービンホイール34とは、回転軸36によって連結されており、一体的に回転する。コンプレッサホイール33は、タービンホイール34に供給される排気のエネルギ(排気エネルギ)によって回転駆動される。 The compressor wheel 33 is rotatably housed in the compressor 31. A turbine wheel 34 and a variable nozzle mechanism 35 are provided in the turbine 32. The turbine wheel 34 is rotatably housed in the turbine 32. The compressor wheel 33 and the turbine wheel 34 are connected by a rotating shaft 36 and rotate integrally. The compressor wheel 33 is rotationally driven by the exhaust energy (exhaust energy) supplied to the turbine wheel 34.

可変ノズル機構35は、タービン32を作動させる排気の流速を変化させる。可変ノズル機構35は、タービンホイール34の外周側に配置され、排気流入口から供給される排気をタービンホイール34に導く複数のノズルベーン(図示せず)と、複数のノズルベーンの各々を回転させることによって隣接するノズルベーン間の隙間(以下の説明においてこの隙間をVN開度と記載する)を変化させる駆動装置(図示せず)とを含む。可変ノズル機構35は、たとえば、制御装置200からの制御信号VN1に応じて駆動装置を用いてノズルベーンを回転させることによってVN開度を変化させる。 The variable nozzle mechanism 35 changes the flow velocity of the exhaust gas that operates the turbine 32. The variable nozzle mechanism 35 is arranged on the outer peripheral side of the turbine wheel 34, and by rotating a plurality of nozzle vanes (not shown) that guide the exhaust gas supplied from the exhaust inlet to the turbine wheel 34, and each of the plurality of nozzle vanes. It includes a drive device (not shown) that changes the gap between adjacent nozzle vanes (this gap is referred to as the VN opening in the following description). The variable nozzle mechanism 35 changes the VN opening degree by rotating the nozzle vane using a drive device in response to the control signal VN1 from the control device 200, for example.

セカンダリ過給機40は、コンプレッサ41とタービン42とを含むターボチャージャである。この実施の形態においては、セカンダリ過給機40は、プライマリ過給機30と同じ構造およびサイズであることとする。セカンダリ過給機40のコンプレッサ41は、エンジン1の吸気通路において、コンプレッサ31に並列して設けられ、エンジン1の吸気を過給する。セカンダリ過給機40のタービン42は、エンジン1の排気通路において、タービン32に並列して設けられる。 The secondary supercharger 40 is a turbocharger including a compressor 41 and a turbine 42. In this embodiment, the secondary turbocharger 40 has the same structure and size as the primary turbocharger 30. The compressor 41 of the secondary supercharger 40 is provided in parallel with the compressor 31 in the intake passage of the engine 1 to supercharge the intake air of the engine 1. The turbine 42 of the secondary supercharger 40 is provided in parallel with the turbine 32 in the exhaust passage of the engine 1.

コンプレッサ41内には、コンプレッサホイール43が回転自在に収納される。タービン42内には、タービンホイール44と可変ノズル機構45とが設けられる。タービンホイール44は、回転自在にタービン42内に収納される。コンプレッサホイール43と、タービンホイール44とは、回転軸46によって連結されており、一体的に回転する。コンプレッサホイール43は、タービンホイール44に供給される排気エネルギによって回転駆動される。 The compressor wheel 43 is rotatably housed in the compressor 41. A turbine wheel 44 and a variable nozzle mechanism 45 are provided in the turbine 42. The turbine wheel 44 is rotatably housed in the turbine 42. The compressor wheel 43 and the turbine wheel 44 are connected by a rotating shaft 46 and rotate integrally. The compressor wheel 43 is rotationally driven by the exhaust energy supplied to the turbine wheel 44.

なお、可変ノズル機構45は、可変ノズル機構35と同様の構成を有するため、その詳細な説明は繰り返さない。可変ノズル機構45は、たとえば、制御装置200からの制御信号VN2に応じて駆動装置を用いてノズルベーンを回転させることによってVN開度を変化させる。 Since the variable nozzle mechanism 45 has the same configuration as the variable nozzle mechanism 35, the detailed description thereof will not be repeated. The variable nozzle mechanism 45 changes the VN opening degree by, for example, rotating the nozzle vane using a drive device in response to the control signal VN2 from the control device 200.

エアクリーナ20は、吸気口(図示せず)から吸入された空気から異物を除去する。エアクリーナ20には、吸気管23の一方端が接続される。吸気管23の他方端は、分岐して吸気管21の一方端および吸気管22の一方端に接続される。 The air cleaner 20 removes foreign matter from the air sucked from the intake port (not shown). One end of the intake pipe 23 is connected to the air cleaner 20. The other end of the intake pipe 23 branches and is connected to one end of the intake pipe 21 and one end of the intake pipe 22.

吸気管21の他方端は、プライマリ過給機30のコンプレッサ31の吸気流入口に接続される。プライマリ過給機30のコンプレッサ31の吸気流出口には、吸気管37の一方端が接続される。吸気管37の他方端は、インタークーラ25に接続される。コンプレッサ31は、コンプレッサホイール33の回転によって吸気管21を通じて吸入される空気を過給して吸気管37に供給する。 The other end of the intake pipe 21 is connected to the intake inlet of the compressor 31 of the primary supercharger 30. One end of the intake pipe 37 is connected to the intake outlet of the compressor 31 of the primary supercharger 30. The other end of the intake pipe 37 is connected to the intercooler 25. The compressor 31 supercharges the air sucked through the intake pipe 21 by the rotation of the compressor wheel 33 and supplies the air to the intake pipe 37.

吸気管22の他方端は、セカンダリ過給機40のコンプレッサ41の吸気流入口に接続される。セカンダリ過給機40のコンプレッサ41の吸気流出口には、吸気管47の一方端が接続される。吸気管47の他方端は、吸気管37の途中の接続部C3に接続される。コンプレッサ41は、コンプレッサホイール43の回転によって吸気管22を通じて吸入される空気を過給して吸気管47に供給する。 The other end of the intake pipe 22 is connected to the intake inlet of the compressor 41 of the secondary supercharger 40. One end of the intake pipe 47 is connected to the intake outlet of the compressor 41 of the secondary supercharger 40. The other end of the intake pipe 47 is connected to a connecting portion C3 in the middle of the intake pipe 37. The compressor 41 supercharges the air sucked through the intake pipe 22 by the rotation of the compressor wheel 43 and supplies the air to the intake pipe 47.

吸気管47の途中には第1制御弁62が設けられている。第1制御弁62は、たとえば、制御装置200からの制御信号CV1に応じてON(開)/OFF(閉)制御されるノーマリオフのVSV(負圧切替弁)である。 A first control valve 62 is provided in the middle of the intake pipe 47. The first control valve 62 is, for example, a normally-off VSV (negative pressure switching valve) that is ON (open) / OFF (closed) controlled in response to the control signal CV1 from the control device 200.

また、吸気管47において第1制御弁62よりも上流側(コンプレッサ41側)に位置する接続部C4に、還流管48の一方端が接続されている。また、還流管48の他方端は吸気管21に接続されている。還流管48は、吸気管47を流れる空気の少なくとも一部をプライマリ過給機30のコンプレッサ31よりも上流側に還流させるための通路である。還流管48を通じて吸気管21に還流した空気は、コンプレッサ31に供給される。 Further, one end of the return pipe 48 is connected to the connection portion C4 located on the upstream side (compressor 41 side) of the first control valve 62 in the intake pipe 47. Further, the other end of the reflux pipe 48 is connected to the intake pipe 21. The return pipe 48 is a passage for returning at least a part of the air flowing through the intake pipe 47 to the upstream side of the compressor 31 of the primary supercharger 30. The air that has returned to the intake pipe 21 through the return pipe 48 is supplied to the compressor 31.

還流管48の途中には第2制御弁64が設けられている。第2制御弁64は、たとえば、制御装置200からの制御信号CV2に応じてON(開)/OFF(閉)制御されるノーマリオフの電磁弁(ソレノイドバルブ)である。 A second control valve 64 is provided in the middle of the return pipe 48. The second control valve 64 is, for example, a normally-off solenoid valve (solenoid valve) that is ON (open) / OFF (closed) controlled according to the control signal CV2 from the control device 200.

接続部C3には、コンプレッサ31によって過給された空気と、コンプレッサ41によって過給され、第1制御弁62を通過した空気とが供給される。これらの空気は、接続部C3で合流してインタークーラ25に流入する。 The air supercharged by the compressor 31 and the air supercharged by the compressor 41 and passed through the first control valve 62 are supplied to the connection portion C3. These airs merge at the connection portion C3 and flow into the intercooler 25.

インタークーラ25は、流入した空気を冷却するように構成される。インタークーラ25は、たとえば空冷式又は水冷式の熱交換器である。インタークーラ25の吸気流出口には、ディーゼルスロットル68を介して、吸気管27Aの一方端および吸気管27Bの一方端が接続される。ディーゼルスロットル68は、電動アクチュエータを用いて開度が調整可能に構成され、制御装置200からの制御信号に応じて吸気の流量を調整する。吸気管27Aの他方端は、吸気マニホールド28Aに接続される。吸気管27Bの他方端は、吸気マニホールド28Bに接続される。 The intercooler 25 is configured to cool the inflowing air. The intercooler 25 is, for example, an air-cooled or water-cooled heat exchanger. One end of the intake pipe 27A and one end of the intake pipe 27B are connected to the intake outlet of the intercooler 25 via the diesel throttle 68. The opening degree of the diesel throttle 68 is adjustable by using an electric actuator, and the flow rate of intake air is adjusted according to a control signal from the control device 200. The other end of the intake pipe 27A is connected to the intake manifold 28A. The other end of the intake pipe 27B is connected to the intake manifold 28B.

吸気マニホールド28A、28Bは、それぞれバンク10A、10Bにおける気筒12A、12Bの吸気ポート(図示せず)に連結される。一方、排気マニホールド50A,50Bは、それぞれバンク10A,10Bにおける気筒12A,12Bの排気ポート(図示せず)に連結される。 The intake manifolds 28A and 28B are connected to intake ports (not shown) of cylinders 12A and 12B in banks 10A and 10B, respectively. On the other hand, the exhaust manifolds 50A and 50B are connected to the exhaust ports (not shown) of the cylinders 12A and 12B in the banks 10A and 10B, respectively.

各気筒12A,12Bの燃焼室から排気ポートを通じて気筒外に排出された排気(燃焼後のガス)は、エンジン1の排気通路を経由して外に排出される。上記の排気通路は、排気マニホールド50A,50B、排気管51A,51Bと、接続部C1と、排気管52A,52B,53A,53Bと、接続部C2とを含む。排気管51Aの一方端は、排気マニホールド50Aに接続される。排気管51Bの一方端は、排気マニホールド50Bに接続される。排気管51Aの他方端と、排気管51Bの他方端とは、接続部C1において一旦合流した後に、分岐して排気管52Aの一方端および排気管52Bの一方端に接続される。 Exhaust gas (gas after combustion) discharged from the combustion chambers of the cylinders 12A and 12B to the outside of the cylinder through the exhaust port is discharged to the outside via the exhaust passage of the engine 1. The exhaust passage includes exhaust manifolds 50A and 50B, exhaust pipes 51A and 51B, connection portions C1, exhaust pipes 52A, 52B, 53A and 53B, and connection portions C2. One end of the exhaust pipe 51A is connected to the exhaust manifold 50A. One end of the exhaust pipe 51B is connected to the exhaust manifold 50B. The other end of the exhaust pipe 51A and the other end of the exhaust pipe 51B merge once at the connection portion C1 and then branch off and are connected to one end of the exhaust pipe 52A and one end of the exhaust pipe 52B.

排気管52Aの他方端は、タービン32の排気流入口に接続される。タービン32の排気流出口には、排気管53Aの一方端が接続される。排気管52Bの他方端は、タービン42の排気流入口に接続される。タービン42の排気流出口には、排気管53Bの一方端が接続される。 The other end of the exhaust pipe 52A is connected to the exhaust inlet of the turbine 32. One end of the exhaust pipe 53A is connected to the exhaust outlet of the turbine 32. The other end of the exhaust pipe 52B is connected to the exhaust inlet of the turbine 42. One end of the exhaust pipe 53B is connected to the exhaust outlet of the turbine 42.

排気管52Bの途中には第3制御弁66が設けられる。第3制御弁66は、たとえば、制御装置200からの制御信号CV3に応じてON(開)/OFF(閉)制御されるノーマリオンのVSV(負圧切替弁)である。 A third control valve 66 is provided in the middle of the exhaust pipe 52B. The third control valve 66 is, for example, a Normalion VSV (negative pressure switching valve) that is ON (open) / OFF (closed) controlled according to the control signal CV3 from the control device 200.

排気管53Aの他方端と排気管53Bの他方端とは、接続部C2において合流し、排気処理装置81に接続される。排気処理装置81は、たとえば、SCR触媒、酸化触媒、あるいは、PM除去フィルタ等によって構成され、排気管53Aおよび排気管53Bから流通する排気を浄化する。 The other end of the exhaust pipe 53A and the other end of the exhaust pipe 53B merge at the connection portion C2 and are connected to the exhaust treatment device 81. The exhaust treatment device 81 is composed of, for example, an SCR catalyst, an oxidation catalyst, a PM removal filter, or the like, and purifies the exhaust gas flowing from the exhaust pipe 53A and the exhaust pipe 53B.

排気管51Aと排気管51Bとの合流部には、排気再循環装置の還流路73の一方端が接続される。還流路73の他方端は、EGRクーラ71に接続される。EGRクーラ71は、流入した排気を冷却するように構成される。EGRクーラ71は、たとえば空冷式または水冷式の熱交換器である。EGRクーラ71の流出口には、EGRバルブ72を介して、還流路74の一方端が接続される。EGRバルブ72は、制御装置200からの制御信号CV4に応じて開度を調整する流量調整弁である。還流路74の他方端は、吸気管27Aと吸気管27Bとの合流部に接続される。 One end of the return path 73 of the exhaust gas recirculation device is connected to the confluence of the exhaust pipe 51A and the exhaust pipe 51B. The other end of the return path 73 is connected to the EGR cooler 71. The EGR cooler 71 is configured to cool the inflowing exhaust gas. The EGR cooler 71 is, for example, an air-cooled or water-cooled heat exchanger. One end of the return path 74 is connected to the outlet of the EGR cooler 71 via the EGR valve 72. The EGR valve 72 is a flow rate adjusting valve that adjusts the opening degree according to the control signal CV4 from the control device 200. The other end of the return path 74 is connected to the confluence of the intake pipe 27A and the intake pipe 27B.

エンジン1の動作は、制御装置200によって制御される。制御装置200は、各種処理を行なうCPU(Central Processing Unit)と、プログラムおよびデータを記憶するROM(Read Only Memory)およびCPUの処理結果等を記憶するRAM(Random Access Memory)等を含むメモリと、外部との情報のやり取りを行なうための入出力ポート(いずれも図示せず)とを含む。入力ポートには、各種センサ類(たとえば、エアフローメータ102、第1圧力センサ106、第2圧力センサ108、温度センサ114および第3圧力センサ118等)が接続される。出力ポートには、制御対象となる機器(たとえば、複数のインジェクタ、可変ノズル機構35,45、第1制御弁62、第2制御弁64、第3制御弁66、EGRバルブ72等)が接続される。 The operation of the engine 1 is controlled by the control device 200. The control device 200 includes a CPU (Central Processing Unit) that performs various processes, a memory that includes a ROM (Read Only Memory) that stores programs and data, a RAM (Random Access Memory) that stores the processing results of the CPU, and the like. Includes input / output ports (neither shown) for exchanging information with the outside. Various sensors (for example, an air flow meter 102, a first pressure sensor 106, a second pressure sensor 108, a temperature sensor 114, a third pressure sensor 118, etc.) are connected to the input port. Devices to be controlled (for example, a plurality of injectors, variable nozzle mechanisms 35 and 45, first control valve 62, second control valve 64, third control valve 66, EGR valve 72, etc.) are connected to the output port. To.

制御装置200は、各センサおよび機器からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジン1が所望の運転状態となるように各種機器を制御する。なお、各種制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)により処理することも可能である。また、制御装置200には、時間の計測を行うためのタイマ回路(図示せず)が内蔵されている。 The control device 200 controls various devices so that the engine 1 is in a desired operating state based on signals from each sensor and device, as well as maps and programs stored in memory. Note that various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits). Further, the control device 200 has a built-in timer circuit (not shown) for measuring the time.

エアフローメータ102は、吸入空気量Gaを検出する。エアフローメータ102は、検出した吸入空気量Gaを示す信号を制御装置200に送信する。 The air flow meter 102 detects the intake air amount Ga. The air flow meter 102 transmits a signal indicating the detected intake air amount Ga to the control device 200.

第1圧力センサ106は、吸気管37の接続部C3における圧力(以下、第1過給圧と記載する)Ppを検出する。第1圧力センサ106は、検出した第1過給圧Ppを示す信号を制御装置200に送信する。 The first pressure sensor 106 detects the pressure (hereinafter, referred to as the first boost pressure) Pp at the connection portion C3 of the intake pipe 37. The first pressure sensor 106 transmits a signal indicating the detected first boost pressure Pp to the control device 200.

第2圧力センサ108は、吸気管47の接続部C4における圧力(以下、第2過給圧Psと記載する)を検出する。第2圧力センサ108は、第2過給圧Psを示す信号を制御装置200に送信する。 The second pressure sensor 108 detects the pressure at the connection portion C4 of the intake pipe 47 (hereinafter, referred to as the second boost pressure Ps). The second pressure sensor 108 transmits a signal indicating the second boost pressure Ps to the control device 200.

第3圧力センサ118は、吸気マニホールド28A,28Bにおける圧力(以下、吸気マニホールド圧Pimと記載する)を検出する。第3圧力センサ118は、吸気マニホールド圧Pimを示す信号を制御装置200に送信する。 The third pressure sensor 118 detects the pressure in the intake manifolds 28A and 28B (hereinafter, referred to as the intake manifold pressure Pim). The third pressure sensor 118 transmits a signal indicating the intake manifold pressure Pim to the control device 200.

温度センサ114は、排気マニホールド50(代表して排気マニホールド50B)における圧力(以下、エキマニガス温度T4と記載する)を検出する。温度センサ114は、エキマニガス温度T4を示す信号を制御装置200に送信する。 The temperature sensor 114 detects the pressure (hereinafter referred to as the exhaust manifold gas temperature T4) in the exhaust manifold 50 (typically, the exhaust manifold 50B). The temperature sensor 114 transmits a signal indicating the exhaust manifold temperature T4 to the control device 200.

この実施の形態において、プライマリ過給機30とセカンダリ過給機40と制御装置200とによって「過給システム」が構成される。 In this embodiment, the "supercharging system" is configured by the primary supercharger 30, the secondary supercharger 40, and the control device 200.

制御装置200は、第1制御弁62、第2制御弁64および第3制御弁66を制御することにより、プライマリ過給機30(プライマリターボ)のみで過給を行なうシングル過給モードと、プライマリ過給機30(プライマリターボ)およびセカンダリ過給機40(セカンダリターボ)の両方で過給を行なうツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に切替える切替制御を実行可能に構成される。また、制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える場合には、シングル過給モードから、セカンダリ過給機40による過給圧を一定以上に上昇させる助走モードでの運転を実行した後に、過給モードをツイン過給モードに切替える。 The control device 200 has a single supercharging mode in which supercharging is performed only by the primary supercharger 30 (primary turbo) by controlling the first control valve 62, the second control valve 64, and the third control valve 66, and the primary. It is configured to be able to execute switching control for switching from one of the twin supercharging mode in which supercharging is performed by both the supercharger 30 (primary turbo) and the secondary supercharger 40 (secondary turbo) to the other. Further, when switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, the control device 200 executes the operation in the approach mode in which the supercharging pressure by the secondary supercharger 40 is raised to a certain level or more from the single supercharging mode. After that, the supercharging mode is switched to the twin supercharging mode.

以下、シングル過給モード、助走モードおよびツイン過給モードの各々における過給システムの動作について図2、図3および図4を参照しつつ説明する。 Hereinafter, the operation of the supercharging system in each of the single supercharging mode, the approaching mode, and the twin supercharging mode will be described with reference to FIGS. 2, 3, and 4.

<シングル過給モードについて>
制御装置200は、所定の実行条件が成立する場合に、シングル過給モードで過給システムを動作させる。所定の実行条件とは、たとえば、エンジン回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づくエンジン1の運転状態が低負荷運転状態であるという条件を含む。制御装置200は、過給モードがシングル過給モードである場合には、第1制御弁62、第2制御弁64および第3制御弁66をいずれも閉状態(オフ状態)にする。
<About single supercharging mode>
The control device 200 operates the supercharging system in the single supercharging mode when a predetermined execution condition is satisfied. The predetermined execution condition includes, for example, a condition that the operating state of the engine 1 based on the engine rotation speed NE and the intake air amount Ga is a low load operating state. When the supercharging mode is the single supercharging mode, the control device 200 closes (off state) the first control valve 62, the second control valve 64, and the third control valve 66.

図2は、シングル過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。図2の矢印に示すように、排気マニホールド50A,50Bを流通する排気は、排気管52Aを経由してプライマリ過給機30のタービン32に流れ、排気管53Aを経由して排気処理装置81に流れる。タービン32に供給された排気によって、タービンホイール34が回転し、タービンホイール34の回転にともなってコンプレッサホイール33が回転する。 FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the single supercharging mode. As shown by the arrows in FIG. 2, the exhaust gas flowing through the exhaust manifolds 50A and 50B flows to the turbine 32 of the primary supercharger 30 via the exhaust pipe 52A, and flows to the exhaust treatment device 81 via the exhaust pipe 53A. It flows. The exhaust supplied to the turbine 32 rotates the turbine wheel 34, and the compressor wheel 33 rotates as the turbine wheel 34 rotates.

エアクリーナ20から吸入される空気は、吸気管23および吸気管21を経由してコンプレッサ31に流れる。コンプレッサ31から吐出された吸気は、吸気管37を経由してインタークーラ25に流れる。インタークーラ25に流れた吸気は、吸気管27A,27Bに分岐して吸気マニホールド28A,28Bの各々に流れる。 The air sucked from the air cleaner 20 flows to the compressor 31 via the intake pipe 23 and the intake pipe 21. The intake air discharged from the compressor 31 flows to the intercooler 25 via the intake pipe 37. The intake air flowing through the intercooler 25 branches into the intake pipes 27A and 27B and flows into each of the intake manifolds 28A and 28B.

<助走モードについて>
制御装置200は、たとえば、過給モードがシングル過給モードであって、かつ、プライマリ過給機30の回転速度がしきい値を超える場合に、シングル過給モードからツイン過給モードへの切替要求があると判定する。
<About run-up mode>
The control device 200 switches from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, for example, when the supercharging mode is the single supercharging mode and the rotation speed of the primary supercharger 30 exceeds the threshold value. Determine that there is a request.

制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードへの切替要求がある場合には、ツイン過給モードに切替える前に助走モードを実行する。すなわち、制御装置200は、第2制御弁64および第3制御弁66の両方を開状態(オン状態)にし、第1制御弁62を閉状態(オフ状態)にする。 When there is a request for switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, the control device 200 executes the run-up mode before switching to the twin supercharging mode. That is, the control device 200 puts both the second control valve 64 and the third control valve 66 in the open state (on state) and closes the first control valve 62 (off state).

図3は、助走モード時の過給システムの動作を説明するための図である。図3の矢印に示すように、排気マニホールド50A,50Bを流通する排気は、接続部C1で一旦合流した後に排気管52A,52Bに分岐し、プライマリ過給機30,セカンダリ過給機40のタービン32,42の両方に流れ、排気管53A,53Bを経由して排気処理装置81に流通する。 FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the approach mode. As shown by the arrows in FIG. 3, the exhaust gas flowing through the exhaust manifolds 50A and 50B once merges at the connection portion C1 and then branches into the exhaust pipes 52A and 52B, and the turbines of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40. It flows through both 32 and 42, and flows to the exhaust treatment device 81 via the exhaust pipes 53A and 53B.

タービン32に供給された排気によって、タービンホイール34が回転し、タービンホイール34の回転にともなってコンプレッサホイール33が回転する。タービン42に供給された排気によって、タービンホイール44が回転し、タービンホイール44の回転にともなってコンプレッサホイール43が回転する。 The exhaust supplied to the turbine 32 rotates the turbine wheel 34, and the compressor wheel 33 rotates as the turbine wheel 34 rotates. The exhaust supplied to the turbine 42 rotates the turbine wheel 44, and the compressor wheel 43 rotates as the turbine wheel 44 rotates.

エアクリーナ20から吸入される空気は、吸気管23から吸気管21,22に分岐してコンプレッサ31,41の両方に流れる。コンプレッサ31から吐出された吸気は、吸気管37を経由してインタークーラ25に流れる。コンプレッサ41から吐出された吸気は、吸気管47から接続部C4を経由して還流管48に流れ、還流管48から吸気管21を経由してコンプレッサ31に流れる。 The air sucked from the air cleaner 20 branches from the intake pipe 23 to the intake pipes 21 and 22, and flows to both the compressors 31 and 41. The intake air discharged from the compressor 31 flows to the intercooler 25 via the intake pipe 37. The intake air discharged from the compressor 41 flows from the intake pipe 47 to the reflux pipe 48 via the connection portion C4, and flows from the reflux pipe 48 to the compressor 31 via the intake pipe 21.

インタークーラ25に流れた吸気は、吸気管27A,27Bに分岐して吸気マニホールド28A,28Bの各々に流れる。助走モードにおいては、プライマリ過給機30によってインタークーラ25に流れる吸気を過給しつつ、セカンダリ過給機40の回転速度が上昇される。セカンダリ過給機40の回転速度が上昇するにつれてセカンダリ過給機40のコンプレッサ41から吐出される吸気の圧力が上昇していく。 The intake air flowing through the intercooler 25 branches into the intake pipes 27A and 27B and flows into each of the intake manifolds 28A and 28B. In the approach mode, the rotation speed of the secondary supercharger 40 is increased while supercharging the intake air flowing through the intercooler 25 by the primary supercharger 30. As the rotation speed of the secondary supercharger 40 increases, the pressure of the intake air discharged from the compressor 41 of the secondary supercharger 40 increases.

<ツイン過給モードについて>
制御装置200は、助走モード中におけるセカンダリ過給機40の過給能力が十分高くなったタイミングで、ツイン過給モードで過給システムを動作させる。制御装置200は、過給モードがツイン過給モードである場合には、第1制御弁62を開状態(オン状態)にするとともに、第2制御弁64を閉状態(オフ状態)にする。
<About twin supercharging mode>
The control device 200 operates the supercharging system in the twin supercharging mode at the timing when the supercharging capacity of the secondary supercharger 40 becomes sufficiently high in the approach mode. When the supercharging mode is the twin supercharging mode, the control device 200 sets the first control valve 62 in the open state (on state) and the second control valve 64 in the closed state (off state).

図4は、ツイン過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。助走モード時においては、セカンダリ過給機40のコンプレッサ41から吐出された吸気が吸気管47の途中から還流管48を経由して吸気管21に流れていたのに対して、ツイン過給モード時においては、図4の矢印に示すように、セカンダリ過給機40のコンプレッサ41から吐出された吸気が吸気管47から吸気管37を経由してインタークーラ25に流れる。 FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the twin supercharging mode. In the run-up mode, the intake air discharged from the compressor 41 of the secondary supercharger 40 flows from the middle of the intake pipe 47 to the intake pipe 21 via the return pipe 48, whereas in the twin supercharge mode. In, as shown by the arrow in FIG. 4, the intake air discharged from the compressor 41 of the secondary supercharger 40 flows from the intake pipe 47 to the intercooler 25 via the intake pipe 37.

なお、上述以外の排気および吸気の流れは助走モード時の排気および吸気の流れと同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。 The exhaust and intake flows other than the above are the same as the exhaust and intake flows in the run-up mode. Therefore, the detailed explanation will not be repeated.

[この実施の形態の前提について]
従来から、図1から図4で示したような2つの過給機を搭載するエンジン1においては、等過給圧でシングル過給とツイン過給とを切替える場合、図13で示したヒス領域で切替える。この場合に、シングル過給時とツイン過給時とで排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4が異なるため、ポンピングロスが変化することにより、エンジン1が発生するトルクに段差が生じる。このトルク段差を解消するために燃料の噴射量で補正する。このため、排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する必要がある。
[About the premise of this embodiment]
Conventionally, in an engine 1 equipped with two turbochargers as shown in FIGS. 1 to 4, when switching between single supercharging and twin supercharging at an equal supercharging pressure, the hiss region shown in FIG. 13 has been conventionally used. Switch with. In this case, since the exhaust pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B are different between the single supercharging and the twin supercharging, the pumping loss changes, so that the torque generated by the engine 1 has a step. In order to eliminate this torque step, it is corrected by the fuel injection amount. Therefore, it is necessary to estimate the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B.

そこで、この実施の形態においては、制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、セカンダリ過給機40に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機40によって過給された空気をプライマリ過給機30に供給する助走モードに切替え、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する共通の推定式を用いて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を算出し、算出した排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を用いてエンジンを制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定できる。 Therefore, in this embodiment, the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. The exhaust manifold is switched to the run-up mode in which air is supplied to the primary supercharger 30, and the exhaust manifold is estimated using a common estimation formula for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode and the run-up mode. The exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is calculated, and the engine is controlled using the calculated exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B. Thereby, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated in the supercharging system including the supercharger in parallel.

また、従来、タービンとコンプレッサとを有する過給機においてタービンによるコンプレッサの駆動力を補助するための電動機を備えたものがあった。このような過給機においては、目標過給圧と実過給圧との間に乖離があるときにコンプレッサの駆動を電動機で補助することにより、タービンの駆動力を増加させるためにノズルベーンを急激に開けることを回避して、排気マニホールドの排気の圧力の急激な変動を抑制するようにしていた。 Further, conventionally, some superchargers having a turbine and a compressor are provided with an electric motor for assisting the driving force of the compressor by the turbine. In such a turbocharger, when there is a discrepancy between the target supercharging pressure and the actual supercharging pressure, the drive of the compressor is assisted by the electric motor, so that the nozzle vane is suddenly increased in order to increase the driving force of the turbine. It was designed to suppress sudden fluctuations in the exhaust pressure of the exhaust manifold by avoiding opening it.

この技術を用いれば、2つの過給機を搭載する過給システムにおいても、排気マニホールドの排気の圧力の急激な変動を抑制できることも考えられる。しかし、このように過給機に付加的な構成である電動機を備えるようにした場合、電動機を備えるためにコストが増加したり、電動機を搭載するためのスペースを確保する必要があったり、電動機の重量のため車両の重量が増加したりする。また、排気マニホールドの排気の圧力が高まり過ぎると、エンジンの各部が損傷してしまう虞がある。 By using this technology, it is possible to suppress abrupt fluctuations in the exhaust pressure of the exhaust manifold even in a supercharging system equipped with two turbochargers. However, if the turbocharger is equipped with an electric motor that is an additional configuration in this way, the cost will increase in order to equip the supercharger, it will be necessary to secure a space for mounting the electric motor, and the electric motor will be installed. The weight of the vehicle increases due to the weight of the vehicle. Further, if the exhaust pressure of the exhaust manifold becomes too high, each part of the engine may be damaged.

そこで、この実施の形態においては、制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、セカンダリ過給機40に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機40によって過給された空気をプライマリ過給機30に供給する助走モードに切替え、助走モードの開始時に、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構45それぞれの開度から排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する推定式を用いて、排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4が制約値を超えないように、可変ノズル機構35,45それぞれの開度を特定し、可変ノズル機構35,45それぞれの開度を、特定した開度となるよう制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4が高まり過ぎないようにすることができる。 Therefore, in this embodiment, the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. The run-up mode is switched to supply air to the primary supercharger 30, and at the start of the run-up mode, the exhaust manifold 50A is opened from the opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40. Using an estimation formula that estimates the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B, the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are specified and variable so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value. The opening degree of each of the nozzle mechanisms 35 and 45 is controlled so as to have a specified opening degree. Thereby, in the supercharging system including the supercharger in parallel, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be prevented from becoming too high without providing an additional configuration.

[排気マニホールドの排気の圧力の推定式の導出について]
まず、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する共通の推定式の導出について説明する。
[About the derivation of the estimation formula of the exhaust pressure of the exhaust manifold]
First, the derivation of a common estimation formula for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode will be described.

図5は、シングル過給モードにおけるエンジン1の排気の流れの概略を示す図である。図5を参照して、シングル過給モードである場合、エンジン1から排気マニホールド50(50A,50B)を介して排出された排気は、プライマリ過給機30の側と、排気再循環装置の側とに分岐して流れる。 FIG. 5 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine 1 in the single supercharging mode. With reference to FIG. 5, in the single supercharging mode, the exhaust gas discharged from the engine 1 through the exhaust manifolds 50 (50A, 50B) is on the side of the primary supercharger 30 and the side of the exhaust gas recirculation device. It branches into and flows.

ここで、バルブやノズルなどについては、エネルギ保存則、運動量保存則および状態方程式によりノズルの状態を、数式(1)で示すノズル式で表現することができる。なお、μA:有効開口面積、Pus:ノズル上流圧力、Pds:ノズル下流圧力、Tus:ノズル上流温度、R:気体定数である。 Here, for valves, nozzles, etc., the state of the nozzle can be expressed by the nozzle formula shown by the mathematical formula (1) by the energy conservation law, the momentum conservation law, and the equation of state. In addition, μA: effective opening area, Pus: nozzle upstream pressure, Pds: nozzle downstream pressure, Tus: nozzle upstream temperature, R: gas constant.

Figure 2020197166
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また、数式(1)に含まれるφ関数は、ノズルの流れやすさの特性を示す関数であり、以下の数式(2)で示される。なお、κ:排気の比熱比である。 Further, the φ function included in the mathematical formula (1) is a function showing the characteristics of the ease of flow of the nozzle, and is represented by the following mathematical formula (2). Κ: Specific heat ratio of exhaust gas.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

図6は、φ関数が直線に近似できることを示す図である。図6を参照して、Pds/Pusのおおよその値に応じて、数式(2)のφ関数は、数式(3)で示すように、直線に近似することができる。なお、a,b:定数である。 FIG. 6 is a diagram showing that the φ function can be approximated to a straight line. With reference to FIG. 6, the φ function of the equation (2) can be approximated to a straight line as shown by the equation (3), depending on the approximate value of Pds / Pus. It should be noted that a and b: constants.

Figure 2020197166
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図5に戻って、排気マニホールド50から流れ出る排気の単位時間当りの流量moutは、各気筒12A,12Bに流れ込む空気の単位時間当りの流量Gcylと、各気筒12A,12Bへの単位時間当りの燃料の噴射量Gfとの和である。つまり、以下の数式(4)となる。 Returning to FIG. 5, the flow rate mout per unit time of the exhaust flowing out from the exhaust manifold 50 is the flow rate Gcyl per unit time of the air flowing into the cylinders 12A and 12B and the fuel per unit time to the cylinders 12A and 12B. Is the sum of the injection amount and Gf. That is, the following mathematical formula (4) is obtained.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

また、排気マニホールド50から流れ出た排気の単位時間当りの流量moutは、質量保存則より、プライマリ過給機30の側に流れる排気の単位時間当りの流量mVNと、排気再循環装置の側に流れる排気の単位時間当りの流量mEGRとの和である。つまり、以下の数式(5)となる。 Further, the flow rate mout per unit time of the exhaust flowing out from the exhaust manifold 50 flows to the side of the exhaust recirculation device and the flow rate mVN per unit time of the exhaust flowing to the side of the primary supercharger 30 according to the mass preservation law. It is the sum of the flow rate mEGR per unit time of exhaust gas. That is, the following mathematical formula (5) is obtained.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

排気再循環装置の側のEGRバルブ72に流れる排気について、ノズル式を規定すると、以下の数式(6)となる。なお、μAEGR:EGRバルブ72の有効開口面積、P4:排気マニホールドの排気の圧力、T4:排気マニホールド50A,50Bの排気の温度、Pim:吸気マニホールドの吸気の圧力、a,b:定数である。EGRバルブ72の有効開口面積μAEGRは、EGRバルブ72を通過するガス量mEGRごとのEGRバルブ72の実開度と有効開口面積μAEGRとの関係を示す2次元マップを用いて特定することができる。この2次元マップは、制御装置200のROMに予め記憶される。 If the nozzle type is specified for the exhaust flowing to the EGR valve 72 on the side of the exhaust gas recirculation device, the following mathematical formula (6) is obtained. In addition, μAEGR: effective opening area of EGR valve 72, P4: exhaust pressure of exhaust manifold, T4: exhaust temperature of exhaust manifolds 50A and 50B, Pim: intake pressure of intake manifold, a, b: constant. The effective opening area μAEGR of the EGR valve 72 can be specified by using a two-dimensional map showing the relationship between the actual opening of the EGR valve 72 and the effective opening area μAEGR for each gas amount mEGR passing through the EGR valve 72. This two-dimensional map is stored in advance in the ROM of the control device 200.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

プライマリ過給機30の側のタービン32の可変ノズル機構35に流れる排気について、ノズル式を規定すると、以下の数式(7)となる。なお、μAVN:可変ノズル機構35の有効開口面積、P6:タービン後の圧力、c,d:定数である。可変ノズル機構35の有効開口面積μAVNは、可変ノズル機構35を通過するガス量mVNごとの可変ノズル機構35の実開度と有効開口面積μAVNとの関係を示す2次元マップを用いて特定することができる。この2次元マップは、制御装置200のROMに予め記憶される。 If the nozzle type is specified for the exhaust gas flowing through the variable nozzle mechanism 35 of the turbine 32 on the side of the primary supercharger 30, the following mathematical formula (7) is obtained. In addition, μAVN: effective opening area of variable nozzle mechanism 35, P6: pressure after turbine, c, d: constant. The effective opening area μAVN of the variable nozzle mechanism 35 shall be specified by using a two-dimensional map showing the relationship between the actual opening of the variable nozzle mechanism 35 and the effective opening area μAVN for each amount of gas mVN passing through the variable nozzle mechanism 35. Can be done. This two-dimensional map is stored in advance in the ROM of the control device 200.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

数式(4)から数式(7)に基づいて、P4について整理すると、以下の数式(8)で示すP4の推定式となる。 When P4 is arranged based on the mathematical formulas (4) to (7), it becomes the estimation formula of P4 shown by the following mathematical formula (8).

Figure 2020197166
Figure 2020197166

シングル過給モードにおいては、この数式(8)の推定式を用いて排気マニホールド50の排気の圧力P4を算出することができる。なお、μAEGR,μAVNは、上述した方法で特定できる。Gcylは、たとえば過給圧およびエンジン1の回転速度を引数にして計算できる推定のシリンダ流入ガス量であり、基本的には実験によって得られた関係性を用いて計算できる。Gfは、エンジン1の回転速度、燃料の噴射量などから公知の方法で特定できる。T4,Pimは、それぞれ、温度センサ114,第3圧力センサ118からの信号により特定できる。タービン後圧力P6は、大気圧との予め特定された相関関係から推定できる。なお、ここでは、タービン後圧力P6は、推定値であることとするが、これに限定されず、圧力センサで検出されるようにしてもよい。 In the single supercharging mode, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold 50 can be calculated using the estimation formula of the formula (8). In addition, μAEGR and μAVN can be specified by the above-mentioned method. Gcyl is an estimated cylinder inflow gas amount that can be calculated by using, for example, the boost pressure and the rotation speed of the engine 1 as arguments, and can be basically calculated using the relationship obtained by the experiment. Gf can be specified by a known method from the rotation speed of the engine 1, the injection amount of fuel, and the like. T4 and Pim can be identified by signals from the temperature sensor 114 and the third pressure sensor 118, respectively. The post-turbine pressure P6 can be estimated from a pre-specified correlation with atmospheric pressure. Although the post-turbine pressure P6 is an estimated value here, the pressure P6 is not limited to this and may be detected by a pressure sensor.

次に、助走モードにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する推定式の導出について説明する。 Next, the derivation of the estimation formula for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the approach mode will be described.

図7は、助走モードにおけるエンジン1の排気の流れの概略を示す図である。図7を参照して、助走モードである場合、エンジン1から排気マニホールド50(50A、50B)を介して排出された排気は、プライマリ過給機30の側と、排気再循環装置の側とに加えて、セカンダリ過給機40の側に分岐して流れる。 FIG. 7 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine 1 in the approach mode. With reference to FIG. 7, in the run-up mode, the exhaust gas discharged from the engine 1 through the exhaust manifolds 50 (50A, 50B) is directed to the primary supercharger 30 side and the exhaust gas recirculation device side. In addition, it branches to the side of the secondary supercharger 40 and flows.

排気再循環装置の側のEGRバルブ72に流れる排気についてのノズル式は、上述の数式(6)と同様である。上述のシングル過給モードの場合と同様、プライマリ過給機30の側のタービン32の可変ノズル機構35に流れる排気、および、セカンダリ過給機40の側のタービン42の可変ノズル機構45に流れる排気のそれぞれについて、ノズル式を規定すると、以下の数式(9)および数式(10)となる。なお、μAVN1,μAVN2:可変ノズル機構35,45の有効開口面積、c,d,e,f:定数である。 The nozzle type for the exhaust flowing to the EGR valve 72 on the side of the exhaust gas recirculation device is the same as the above-mentioned formula (6). As in the case of the single supercharging mode described above, the exhaust gas flowing through the variable nozzle mechanism 35 of the turbine 32 on the side of the primary turbocharger 30 and the exhaust gas flowing through the variable nozzle mechanism 45 of the turbine 42 on the side of the secondary turbocharger 40. If the nozzle formula is specified for each of the above, the following formulas (9) and (10) are obtained. It should be noted that μAVN1, μAVN2: effective aperture areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45, c, d, e, f: constants.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

Figure 2020197166
Figure 2020197166

また、排気マニホールド50から流れ出た排気の単位時間当りの流量moutは、質量保存則より、プライマリ過給機30の側に流れる排気の単位時間当りの流量mVN1と、セカンダリ過給機40の側に流れる排気の単位時間当りの流量mVN2と、排気再循環装置の側に流れる排気の単位時間当りの流量mEGRとの和である。つまり、以下の数式(11)となる。 Further, the flow rate mout per unit time of the exhaust gas flowing out from the exhaust manifold 50 is determined by the flow rate mVN1 per unit time of the exhaust gas flowing to the primary supercharger 30 side and the secondary supercharger 40 side according to the mass preservation law. It is the sum of the flow rate mVN2 per unit time of the flowing exhaust gas and the flow rate mEGR per unit time of the exhaust gas flowing to the side of the exhaust gas recirculation device. That is, the following mathematical formula (11) is obtained.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

数式(4),数式(6),数式(9)から数式(11)に基づいて、P4について整理すると、以下の数式(12)で示すP4の推定式となる。 When P4 is arranged based on the mathematical formula (4), the mathematical formula (6), and the mathematical formula (9) to the mathematical formula (11), it becomes the estimation formula of P4 shown by the following mathematical formula (12).

Figure 2020197166
Figure 2020197166

EGRバルブ72の有効開口面積μAEGRは、シングル過給モードの場合と同様に特定することができる。 The effective opening area μAEGR of the EGR valve 72 can be specified as in the case of the single supercharging mode.

可変ノズル機構35,45の有効開口面積μAVN1,μAVN2は、それぞれ、可変ノズル機構35,45を通過するガス量mVN1,mVN2ごとの可変ノズル機構35,45の実開度と有効開口面積μAVN1,μAVN2との関係を示す2次元マップを用いて特定することができる。この2次元マップは、制御装置200のROMに予め記憶される。可変ノズル機構35,45の前後の圧力P4,P6は同じであるため、c=e,d=fである。 The effective opening areas μAVN1 and μAVN2 of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are the actual opening and effective opening areas μAVN1 and μAVN2 of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 for each of the gas amounts mVN1 and mVN2 passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45, respectively. It can be specified using a two-dimensional map showing the relationship with. This two-dimensional map is stored in advance in the ROM of the control device 200. Since the pressures P4 and P6 before and after the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are the same, c = e and d = f.

図8は、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35,45への排気の流れの概略を示す図である。図8を参照して、助走モードの場合、可変ノズル機構35,45をそれぞれ通過するガス量mWN1,mVN2を特定することができない。このため、可変ノズル機構35,45の有効開口面積μAVN1,μAVN2を特定することができない。 FIG. 8 is a diagram showing an outline of the flow of exhaust gas to the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40. With reference to FIG. 8, in the run-up mode, the gas amounts mWN1 and mVN2 passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45, respectively, cannot be specified. Therefore, the effective opening areas μAVN1 and μAVN2 of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 cannot be specified.

図9は、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35,45の開口面積比とそれぞれを通過するガス量の比との関係を示す図である。図9を参照して、プロットは、実験結果を示す。プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35、45の開口面積比(可変ノズル機構35の開口面積/可変ノズル機構45の開口面積)には、通常用いられる使用域がある。この使用域においては、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35、45の開口面積比、および、それぞれを通過するガス量の比(mVN1/mVN2)は、図9より、比例の関係と近似することができる。 FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the opening area ratio of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each of them. With reference to FIG. 9, the plot shows the experimental results. The opening area ratio of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 (opening area of the variable nozzle mechanism 35 / opening area of the variable nozzle mechanism 45) has a range of use normally used. In this registered area, the opening area ratios of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each (mVN1 / mVN2) are shown in FIG. It can be approximated to a proportional relationship.

また、可変ノズル機構35,45の開口面積およびそれぞれの開度は、1対1の関係である。このため、可変ノズル機構35,45の開度は特定できるため、可変ノズル機構35,45それぞれの開口面積は特定できる。このため、可変ノズル機構35,45の開口面積比からそれぞれを通過するガス量の比を特定できる。その結果、可変ノズル機構35,45を通過するガス量の合計は特定できるため、それぞれのガス量mVN1,mVN2を特定でき、ガス量mVN1,mVN2と可変ノズル機構35,45の実開度とから、有効開口面積μAVN1,μAVN2を特定できる。これにより、数式(12)を用いて排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を推定できる。 Further, the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 and their respective openings have a one-to-one relationship. Therefore, since the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified, the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified. Therefore, the ratio of the amount of gas passing through each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified from the opening area ratio. As a result, since the total amount of gas passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified, the respective gas amounts mVN1 and mVN2 can be specified, and from the gas amounts mVN1 and mVN2 and the actual opening of the variable nozzle mechanisms 35 and 45. , Effective opening area μAVN1 and μAVN2 can be specified. As a result, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated using the mathematical formula (12).

次に、ツイン過給モードにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する推定式の導出について説明する。図10は、ツイン過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。図10を参照して、ツイン過給モードにおいては、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35,45の開度が同じとされる。このため、それぞれを通過するガス量mVN1,mVN2(=mVN1)を特定でき、ガス量mVN1,mVN2と可変ノズル機構35,45の実開度とから、有効開口面積μAVN1,μAVN2(=μAVN1)を特定できる。これにより、数式(12)を用いて排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を推定できる。 Next, the derivation of the estimation formula for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the twin supercharging mode will be described. FIG. 10 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine in the twin supercharging mode. With reference to FIG. 10, in the twin supercharging mode, the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 are the same. Therefore, the gas amounts mVN1 and mVN2 (= mVN1) passing through each can be specified, and the effective opening areas μAVN1 and μAVN2 (= μAVN1) can be obtained from the gas amounts mVN1 and mVN2 and the actual opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45. Can be identified. As a result, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated using the mathematical formula (12).

なお、シングル過給モードである場合は、第3制御弁66が閉じているので、セカンダリ過給機40のタービン42を通過する排気の流量は0であるため、数式(12)においてμAVN2=0とすることで、数式(8)と同じとなる。 In the single supercharging mode, since the third control valve 66 is closed, the flow rate of the exhaust gas passing through the turbine 42 of the secondary supercharger 40 is 0. Therefore, in the formula (12), μAVN2 = 0. By setting, it becomes the same as the mathematical formula (8).

つまり、共通の数式(12)を用いて、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおける排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定することができる。したがって、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて、それぞれ異なる推定式を用いることなく、特別なセンサなどの部品を追加することなく、排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を、高精度に推定することができる。そして、エンジン1の制御において、この排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を用いることができる。 That is, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode can be estimated by using the common mathematical formula (12). Therefore, in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is increased without using different estimation formulas and without adding parts such as special sensors. It can be estimated accurately. Then, in the control of the engine 1, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be used.

また、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて、EGRバルブ72を通過するガス量mEGRごとのEGRバルブ72の実開度と有効開口面積μAEGRとの関係を示す共通の2次元マップを用いることができる。したがって、このEGRバルブ72についての2次元マップを、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードのそれぞれについて用意しておくための工数を削減することができる。 In addition, in the single supercharging mode, twin supercharging mode, and run-up mode, a common two-dimensional map showing the relationship between the actual opening degree of the EGR valve 72 and the effective opening area μAEGR for each gas amount mEGR passing through the EGR valve 72 is provided. Can be used. Therefore, it is possible to reduce the man-hours for preparing the two-dimensional map for the EGR valve 72 for each of the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode.

また、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて、可変ノズル機構35,45を通過するガス量mVNごとの可変ノズル機構35,45の実開度と有効開口面積μAVNとの関係を示す共通の2次元マップを用いることができる。したがって、この可変ノズル機構35,45についての2次元マップを、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードのそれぞれについて用意しておくための工数を削減することができる。 Further, in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode, the relationship between the actual opening degree of the variable nozzle mechanism 35, 45 for each gas amount mVN passing through the variable nozzle mechanism 35, 45 and the effective opening area μAVN is shown. A common 2D map can be used. Therefore, it is possible to reduce the man-hours for preparing the two-dimensional maps for the variable nozzle mechanisms 35 and 45 for each of the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode.

これにより、ポンピングロスの推定精度を向上させることができることにより、ポンピングロスの変化によるエンジン1の発生トルクの段差を解消するための燃料の噴射量の補正の精度が上がる。その結果、シングル過給モードだけでなく、ツイン過給モードおよび助走モードにおいても、ドライバビリティを向上できる。 As a result, the accuracy of estimating the pumping loss can be improved, so that the accuracy of correcting the fuel injection amount for eliminating the step in the torque generated by the engine 1 due to the change in the pumping loss is improved. As a result, drivability can be improved not only in the single supercharging mode but also in the twin supercharging mode and the approaching mode.

[排気マニホールドの排気の圧力の推定式の導出の変形例]
(1) 前述した実施の形態においては、エンジン1が、2つのバンクを有するV型エンジンや水平対向エンジンであることとした。しかし、これに限定されず、直列エンジンなど他の形式のエンジンでであってもよい。
[Modified example of deriving the estimation formula of the exhaust pressure of the exhaust manifold]
(1) In the above-described embodiment, the engine 1 is a V-type engine having two banks or a horizontally opposed engine. However, the present invention is not limited to this, and other types of engines such as an in-line engine may be used.

(2) 前述した実施の形態においては、排気再循環装置を備えるようにした。しかし、これに限定されず、排気再循環装置を備えないようにしてもよい。この場合、数式(12)などの排気再循環装置に関連する項は削除する。 (2) In the above-described embodiment, an exhaust gas recirculation device is provided. However, the present invention is not limited to this, and the exhaust gas recirculation device may not be provided. In this case, the terms related to the exhaust gas recirculation device such as the formula (12) are deleted.

[排気マニホールドの排気の圧力の推定式を用いた可変ノズル機構の制御について]
次に、助走モードにおける排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4の推定式を用いた可変ノズル機構35、45の制御について説明する。
[Regarding the control of the variable nozzle mechanism using the exhaust pressure estimation formula of the exhaust manifold]
Next, the control of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 using the estimation formula of the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the approach mode will be described.

シングル過給モードから助走モードに制御されたときに、過給機の仕事低下による過給圧段差の防止のため、排気マニホールド50A、50Bの圧力を上げるため、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35は閉め側を使用する。しかし、その背反として、急加速時においては助走モード中の排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4が上昇し、制約値を超えてしまう可能性がある。 Variable nozzle mechanism of the primary turbocharger 30 to increase the pressure of the exhaust manifolds 50A and 50B in order to prevent the boost pressure step due to the work reduction of the turbocharger when controlled from the single supercharger mode to the approach mode. 35 uses the closed side. However, as a trade-off, at the time of sudden acceleration, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the approach mode may increase and exceed the constraint value.

このため、この実施の形態においては、以下で示すように、圧力P4の推定式を用いて、助走モードに入る前の各部の物理状態から助走モード中の圧力P4を推定し、圧力P4が制約値を超えないようにすることができる可変ノズル機構35の開度を算出する手法を説明する。 Therefore, in this embodiment, as shown below, the pressure P4 in the approach mode is estimated from the physical state of each part before entering the approach mode by using the estimation formula of the pressure P4, and the pressure P4 is restricted. A method of calculating the opening degree of the variable nozzle mechanism 35 that can prevent the value from being exceeded will be described.

図11は、排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4が制約値を超えないように可変ノズル機構35,45の開度を算出する手法の概略を示す図である。図11を参照して、まず、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度として仮値を設定する。また、この実施の形態においては、助走モード中のセカンダリ過給機40の可変ノズル機構45のVN開度は、固定開度(=制御全閉(制御し得る最小開度))とする。 FIG. 11 is a diagram showing an outline of a method of calculating the opening degree of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value. With reference to FIG. 11, first, a provisional value is set as the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30. Further, in this embodiment, the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary turbocharger 40 in the approach mode is a fixed opening degree (= controlled fully closed (minimum controllable opening degree)).

図9で示したように、可変ノズル機構35,45の開口面積およびそれぞれの開度は、1対1の関係である。また、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構35、45の開口面積比、および、それぞれを通過するガス量の比(mVN1/mVN2)は、図9より、比例の関係と近似することができる。これにより、可変ノズル機構35,45のVN開度から、それぞれを通過するガス量の比を特定することができる。このときの可変ノズル機構35,45を通過するガス量の合算値は、助走モード切替え直前の可変ノズル機構35を通過するガス量の値とする。これにより、可変ノズル機構35、45を通過するガス量G4_1st,G4_2ndを算出できる。 As shown in FIG. 9, the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 and their respective openings have a one-to-one relationship. Further, the ratio of the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each (mVN1 / mVN2) have a proportional relationship from FIG. Can be approximated. Thereby, the ratio of the amount of gas passing through each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified from the VN opening degree. The total value of the amount of gas passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 at this time is the value of the amount of gas passing through the variable nozzle mechanism 35 immediately before the approach mode switching. Thereby, the gas amounts G4_1st and G4_2nd passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be calculated.

プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度および通過するガス量G4_1stから、可変ノズル機構35を通過するガス量mVNごとの可変ノズル機構35の実開度と有効開口面積μAVNとの関係を示す2次元マップを用いて、有効開口面積μAVN1を特定できる。 Relationship between the actual opening of the variable nozzle mechanism 35 and the effective opening area μAVN for each gas amount mVN passing through the variable nozzle mechanism 35 from the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30 and the amount of gas passing through G4_1st. The effective opening area μAVN1 can be specified by using the two-dimensional map showing.

同様に、セカンダリ過給機40の可変ノズル機構45のVN開度および通過するガス量G4_2ndから、可変ノズル機構45を通過するガス量mVNごとの可変ノズル機構45の実開度と有効開口面積μAVNとの関係を示す2次元マップを用いて、有効開口面積μAVN2を特定できる。 Similarly, from the VN opening degree and the passing gas amount G4_2nd of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary turbocharger 40, the actual opening degree and the effective opening area μAVN of the variable nozzle mechanism 45 for each gas amount mVN passing through the variable nozzle mechanism 45. The effective opening area μAVN2 can be specified by using a two-dimensional map showing the relationship with.

数式(12)で示した排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4の推定式に、μAVN1およびμAVN2、ならびに、その他のセンサ値および推定値を代入してP4の推定値を算出できる。このP4の推定値がP4のクライテリア(制約値)を超える場合は、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度を開き側に変更して、再度、P4の推定値を算出する。この繰返し演算により、よりクライテリアに近く、かつ、クライテリア未満となる可変ノズル機構35のVN開度を見つけ、助走モード中の可変ノズル機構35のVN開度の指令値とすることで、助走モード中のP4を制御する。 The estimated value of P4 can be calculated by substituting μAVN1 and μAVN2, and other sensor values and estimated values into the estimation formula of the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B shown in the equation (12). When the estimated value of P4 exceeds the criteria (constraint value) of P4, the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30 is changed to the open side, and the estimated value of P4 is calculated again. By this iterative calculation, the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 which is closer to the criterion and less than the criterion is found, and the command value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 in the approach mode is set, so that the approach mode is in progress. P4 is controlled.

図12は、この実施の形態における助走中VN開度算出処理の流れを示すフローチャートである。この助走中VN開度算出処理は、上位の処理から所定周期ごとに呼出されて実行される。図12を参照して、制御装置200は、過給モードフラグがシングル過給モードを示す値から助走モードを示す値に変更されたか否かを判断する(ステップS111)。変更されていない(ステップS111でNO)と判断した場合、制御装置200は、実行する処理をこの処理の呼出元の上位の処理に戻す。 FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the run-up VN opening degree calculation process in this embodiment. This run-up VN opening degree calculation process is called and executed at predetermined intervals from the higher-level process. With reference to FIG. 12, the control device 200 determines whether or not the supercharging mode flag has been changed from the value indicating the single supercharging mode to the value indicating the approaching mode (step S111). If it is determined that the change has not been made (NO in step S111), the control device 200 returns the process to be executed to the process higher than the caller of this process.

過給モードフラグがシングル過給モードを示す値から助走モードを示す値に変更された(ステップS111でYES)と判断した場合、制御装置200は、吸気マニホールド圧Pim,タービン後圧力P6,各気筒12A,12Bに流れ込む空気の単位時間当りの流量Gcyl,各気筒12A,12Bへの単位時間当りの燃料の噴射量Gfを特定する(ステップS112)。 When it is determined that the supercharging mode flag has been changed from the value indicating the single supercharging mode to the value indicating the approaching mode (YES in step S111), the control device 200 determines the intake manifold pressure Pim, the turbine rear pressure P6, and each cylinder. The flow rate Gcyl of the air flowing into the 12A and 12B per unit time and the fuel injection amount Gf per unit time of the cylinders 12A and 12B are specified (step S112).

次に、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度の仮値をベース開度に設定する(ステップS113)。ベース開度は、タービンの仕事および効率から決まる最適開度である。この開度より閉め側では、過給圧段差が悪化し、性能低下してしまうため、助走モード中のVN開度の上限開度をベース開度として考える。 Next, a temporary value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 is set as the base opening degree (step S113). The base opening is the optimum opening determined by the work and efficiency of the turbine. On the closed side from this opening, the boost pressure step deteriorates and the performance deteriorates. Therefore, the upper limit opening of the VN opening in the approach mode is considered as the base opening.

次いで、制御装置200は、図11で説明した方法で、可変ノズル機構35、45を通過するガス量G4_1st,G4_2ndを算出し(ステップS114)、数式(12)で示した排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4の推定式を用いて推定圧力P4を算出する(ステップS115)。 Next, the control device 200 calculates the gas amounts G4_1st and G4_2nd passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 by the method described with reference to FIG. 11 (step S114), and the exhaust manifolds 50A and 50B shown in the mathematical formula (12). The estimated pressure P4 is calculated using the estimation formula of the exhaust pressure P4 (step S115).

そして、制御装置200は、ステップS115での圧力P4の演算が規定回目であるか否かを判断する(ステップS121)。規定回目でない(ステップS121でNO)と判断した場合、制御装置200は、ステップS115での圧力P4の演算が1回目であるか否かを判断する(ステップS122)。 Then, the control device 200 determines whether or not the calculation of the pressure P4 in step S115 is the specified time (step S121). If it is determined that it is not the specified time (NO in step S121), the control device 200 determines whether or not the calculation of the pressure P4 in step S115 is the first time (step S122).

圧力P4の演算が1回目である(ステップS122でYES)と判断した場合、制御装置200は、推定P4がP4の制約値未満であるか否かを判断する(ステップS123)。圧力P4の演算が1回目でない(ステップS122でNO)と判断した場合、および、推定P4がP4の制約値以上である(ステップS123でYES)と判断した場合、制御装置200は、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度の仮値を更新し(ステップS124)、ステップS114からの処理を繰返す。 When it is determined that the calculation of the pressure P4 is the first time (YES in step S122), the control device 200 determines whether or not the estimated P4 is less than the constraint value of P4 (step S123). When it is determined that the calculation of the pressure P4 is not the first time (NO in step S122), and when it is determined that the estimated P4 is equal to or greater than the constraint value of P4 (YES in step S123), the control device 200 determines the primary supercharging. The temporary value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the machine 30 is updated (step S124), and the processing from step S114 is repeated.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

表1は、VN仮値の更新を説明するための一例である。VN開度の仮値の最初の更新においては、VN開度を最も開き側(40%)とする。その後の更新においては、VN開度を前々回のP4の演算と前回のP4の演算との間(この実施の形態では中央)の値とする。 Table 1 is an example for explaining the update of the VN temporary value. In the first update of the provisional value of the VN opening, the VN opening is set to the most open side (40%). In the subsequent update, the VN opening degree is set to the value between the calculation of P4 two times before and the calculation of P4 last time (center in this embodiment).

そして、前々回のVN開度と前回のVN開度と今回のVN開度とのそれぞれに対応する推定圧力P4について、前々回のVN開度に対応する推定圧力P4と、今回のVN開度に対応する推定圧力P4との間に、制約値(この実施の形態においては400kPa)が含まれる場合、前々回のVN開度と今回のVN開度との間(この実施の形態では中央)の値を、次回のVN開度とし、前回のVN開度に対応する推定圧力P4と、今回のVN開度に対応する推定圧力P4との間に、制約値(この実施の形態においては400kPa)が含まれる場合、前回のVN開度と今回のVN開度との間(この実施の形態では中央)の値を、次回のVN開度とする。 Then, regarding the estimated pressure P4 corresponding to each of the VN opening of the previous time, the previous VN opening, and the current VN opening, the estimated pressure P4 corresponding to the VN opening of the previous time and the current VN opening are supported. When a constraint value (400 kPa in this embodiment) is included between the estimated pressure and P4, the value between the VN opening before the previous time and the VN opening this time (center in this embodiment) is set. , The next VN opening degree, and a constraint value (400 kPa in this embodiment) is included between the estimated pressure P4 corresponding to the previous VN opening degree and the estimated pressure P4 corresponding to the current VN opening degree. If so, the value between the previous VN opening degree and the current VN opening degree (center in this embodiment) is defined as the next VN opening degree.

たとえば、前々回のP4の演算時のVN開度が80%であり、前回のP4の演算時のVN開度が40%である場合、VN開度を(80+40)/2=60%とする。そして、前々回のVN開度80%に対する推定P4=430kPaであり、前回のVN開度40%に対する推定P4=280kPaであり、今回のVN開度60%に対する推定P4=310kPaであるので、制約値である400kPaは、前々回のVN開度80%と今回のVN開度60%との間の値と考えられるため、前々回のVN開度80%と今回のVN開度60%との中央の値である(80+60)/2=70%を次のVN開度とする。 For example, if the VN opening degree at the time of the calculation of P4 two times before is 80% and the VN opening degree at the time of the calculation of P4 last time is 40%, the VN opening degree is set to (80 + 40) / 2 = 60%. Then, the estimated P4 = 430 kPa for the VN opening 80% two times before, the estimated P4 = 280 kPa for the previous VN opening 40%, and the estimated P4 = 310 kPa for the current VN opening 60%, so the constraint value. Since 400 kPa is considered to be a value between the VN opening of 80% two times before and the VN opening of 60% this time, the median value between the VN opening of 80% of the previous time and the VN opening of 60% this time. (80 + 60) / 2 = 70% is set as the next VN opening degree.

このようにVN開度を更新することで、7回目のP4の演算時のVN開度と8回目のP4の演算時のVN開度との差が1.00%未満となる。この実施の形態においては、VN開度の差が1.00%未満である場合、推定P4の差があまりないと考えて、8回を規定回としている。 By updating the VN opening degree in this way, the difference between the VN opening degree at the time of the seventh calculation of P4 and the VN opening degree at the time of the eighth calculation of P4 becomes less than 1.00%. In this embodiment, when the difference in VN opening degree is less than 1.00%, it is considered that the difference in estimated P4 is not so much, and 8 times is set as the specified time.

そして、更新したVN開度の仮値に対して、ステップS115で推定P4を算出する。圧力P4の演算が規定回目である(ステップS121でYES)と判断した場合、および、演算が1回目であり推定P4がP4の制約値未満である(ステップS123でYES)と判断した場合、制御装置200は、助走モード中のプライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度の指令開度を、そのときの演算で用いた仮値とする(ステップS125)。その後、制御装置200は、実行する処理をこの処理の呼出元の上位の処理に戻す。 Then, the estimated P4 is calculated in step S115 with respect to the updated temporary value of the VN opening degree. Control when it is determined that the calculation of the pressure P4 is the specified time (YES in step S121), and when it is determined that the calculation is the first time and the estimated P4 is less than the constraint value of P4 (YES in step S123). The device 200 sets the command opening degree of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 in the approach mode as a temporary value used in the calculation at that time (step S125). After that, the control device 200 returns the process to be executed to a process higher than the caller of this process.

助走モードにおいては、制御装置200は、算出された指令開度となるように、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35の開度を制御する。 In the approach mode, the control device 200 controls the opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 so as to have the calculated command opening degree.

たとえば、規定回の2回前のP4の演算時のVN開度が77.5%であり、規定回の1回前のP4の演算時のVN開度が78.75である場合、規定回のVN開度を(77.5+78.75)/2≒78.13%に更新する。そして、規定回の2回前のVN開度77.5%に対する推定P4=390kPaであり、規定回の1回前のVN開度78.75%に対する推定P4=410kPaであり、規定回のVN開度78.13に対する推定P4=402kPaであるので、制約値である400kPaは、規定回の2回前のVN開度77.5%と規定回のVN開度78.13%との間の値と考えられる。制約値400kPaは、77.5%と78.13%との間のVN開度に対応すると考えられるため、制約値を超えない推定P4=390kPaに対応するVN開度77.5%を指令開度とする。 For example, if the VN opening at the time of calculation of P4 two times before the specified time is 77.5% and the VN opening at the time of calculation of P4 one time before the specified time is 78.75, the VN opening at the specified time is 78.75. Is updated to (77.5 + 78.75) /2≈78.13%. Then, the estimated P4 = 390 kPa for the VN opening degree 77.5% two times before the specified time, the estimated P4 = 410 kPa for the VN opening degree 78.75% one time before the specified time, and the VN opening degree 78.13 for the specified time. Since the estimated P4 = 402 kPa, the constraint value of 400 kPa is considered to be a value between the VN opening degree of 77.5% two times before the specified time and the VN opening degree of 78.13% of the specified time. Since the constraint value of 400 kPa is considered to correspond to the VN opening degree between 77.5% and 78.13%, the command opening degree is 77.5%, which corresponds to the estimated P4 = 390 kPa that does not exceed the constraint value.

これにより、排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4が制約値を超えない範囲で、できるだけ上げることができる。このため、数式(13)で示されるように、タービン仕事が上昇し、コンプレッサ仕事が上昇し、プライマリ過給機30の過給圧Ppの低下を抑制できる。 As a result, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be increased as much as possible within a range that does not exceed the constraint value. Therefore, as shown by the mathematical formula (13), the turbine work increases, the compressor work increases, and the decrease in the boost pressure Pp of the primary supercharger 30 can be suppressed.

Figure 2020197166
Figure 2020197166

なお、Cpg:定圧比熱(=0.26)、κ:排気の比熱比(1.33)、G4:過給機を通過する排気の流量、T4:排気マニホールド50A、50Bの排気の温度、P4:排気マニホールド50A、50Bの圧力、P6:タービン後の圧力である。 Cpg: constant pressure specific heat (= 0.26), κ: specific heat ratio of exhaust (1.33), G4: flow rate of exhaust passing through supercharger, T4: exhaust temperature of exhaust manifolds 50A and 50B, P4: exhaust manifold 50A , 50B pressure, P6: pressure after turbine.

このようにVN開度の仮値を更新しながら繰返して推定P4を算出することで、VN開度の刻みが小さくなっていき、VN開度を制御可能な必要精度まで計算が可能であり、かつ、よりP4の制約値に近く、制約値未満の推定P4の算出が可能となる。これにより、助走モード直前のシングル過給モード時の物理量から算出した推定P4を用いて、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度をフィードフォワード(F/F)制御することで、第3制御弁66が開かれ、セカンダリ過給機40のタービン42への排気の流量が増える助走モードに入った際の排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を制御できる。 By repeatedly calculating the estimated P4 while updating the temporary value of the VN opening in this way, the step of the VN opening becomes smaller, and it is possible to calculate to the required accuracy in which the VN opening can be controlled. Moreover, it is possible to calculate the estimated P4 that is closer to the constraint value of P4 and less than the constraint value. As a result, the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 is feed-forward (F / F) controlled by using the estimated P4 calculated from the physical quantity in the single supercharging mode immediately before the approach mode. The third control valve 66 is opened, and the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be controlled when the approach mode in which the flow rate of the exhaust gas to the turbine 42 of the secondary supercharger 40 increases is entered.

これにより、助走モード中の排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を制御することで、どんな運転がされたときであっても、助走モードへの切替え時の過給圧段差を最小にすることができる。したがって、特別なセンサなどの部品を追加することなく、過給圧段差を低減することができ、排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4が制約値を超えないようにできる。また、ドライバビリティを向上でき、エンジン1の制御の信頼性を確保することができる。 As a result, by controlling the exhaust pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the approach mode, the boost pressure step at the time of switching to the approach mode can be minimized regardless of the operation. Can be done. Therefore, the boost pressure step can be reduced without adding parts such as a special sensor, and the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be prevented from exceeding the constraint value. In addition, drivability can be improved, and reliability of control of the engine 1 can be ensured.

[可変ノズル機構の制御における変形例]
(1) ここでは、助走モードにおける制御について説明したが、シングル過給モードおよびツイン過給モードにおいても上述の可変ノズル機構の制御を用いることができる。
[Modification example in control of variable nozzle mechanism]
(1) Although the control in the approach mode has been described here, the control of the variable nozzle mechanism described above can also be used in the single supercharging mode and the twin supercharging mode.

(2) ここでは、セカンダリ過給機40の可変ノズル機構45のVN開度を最も閉じ側の固定開度とした。しかし、これに限定されず、セカンダリ過給機40の可変ノズル機構45のVN開度を、最も閉じ側とは異なる固定開度としてもよいし、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度と同様に算出してもよい。 (2) Here, the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 is set to the fixed opening degree on the most closed side. However, the present invention is not limited to this, and the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 may be a fixed opening degree different from the most closed side, or the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 may be set. It may be calculated in the same manner as the opening degree.

(3) ここでは、図11および図12で説明した最適化方法で、排気マニホールド50A,50Bの排気の最適な圧力、および、その最適な圧力に対応するプライマリ過給機30の可変ノズル機構35の最適なVN開度を算出するようにした。しかし、これに限定されず、排気マニホールド50A、50Bの最適な圧力および可変ノズル機構35の最適なVN開度は、他の方法で最適化するようにしてもよい。 (3) Here, the optimum pressure of the exhaust of the exhaust manifolds 50A and 50B and the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 corresponding to the optimum pressure by the optimization method described with reference to FIGS. 11 and 12 are used. The optimum VN opening degree of is calculated. However, the present invention is not limited to this, and the optimum pressure of the exhaust manifolds 50A and 50B and the optimum VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 may be optimized by other methods.

[まとめ]
(1−1) 図1から図4で示したように、過給システムは、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン32と、タービン32へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構35とを含み、エンジン1への吸気を過給するプライマリ過給機30と、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン42と、タービン42へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構45とを含み、エンジン1への吸気を過給するセカンダリ過給機40と、プライマリ過給機30において過給された空気がエンジン1に供給されるシングル過給モードと、プライマリ過給機30において過給された空気とセカンダリ過給機40において過給された空気とがエンジン1に供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置200とを備える。
[Summary]
(1-1) As shown in FIGS. 1 to 4, the supercharging system adjusts the flow velocity between the turbine 32 driven by the exhaust discharged from the engine 1 and the exhaust flowing into the turbine 32 according to the opening degree. The primary supercharger 30, which includes a variable nozzle mechanism 35 and supercharges the intake air to the engine 1, the turbine 42 driven by the exhaust discharged from the engine 1, and the flow velocity of the exhaust flowing into the turbine 42 are opened. A secondary supercharger 40 that supercharges the intake air to the engine 1 and a single supercharge mode in which the supercharged air in the primary supercharger 30 is supplied to the engine 1 including a variable nozzle mechanism 45 adjusted by , The supercharging mode is set from one of the twin supercharging mode in which the supercharged air in the primary supercharger 30 and the supercharged air in the secondary supercharger 40 are supplied to the engine 1. A control device 200 for switching is provided.

図5から図10で示したように、制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、セカンダリ過給機40に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機40によって過給された空気をプライマリ過給機30に供給する助走モードに切替え、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走モードにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する数式(12)で示される共通の推定式を用いて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を算出し、算出した排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を用いてエンジンを制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定できる。 As shown in FIGS. 5 to 10, the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. It is shown by the formula (12) for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode and the approaching mode by switching to the approach mode in which the generated air is supplied to the primary supercharger 30. The exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is calculated using a common estimation formula, and the engine is controlled using the calculated exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B. Thereby, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated in the supercharging system including the supercharger in parallel.

(1−2) 図5から図10で示したように、制御装置200は、プライマリ過給機30のタービン32およびセカンダリ過給機40のタービン42の後で合流した排気の圧力P6を、数式(12)で示される推定式に代入して排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を算出する。これにより、特定可能なタービン後の圧力P6から排気マニホールド50A、50Bの圧力P4を算出できる。 (1-2) As shown in FIGS. 5 to 10, the control device 200 calculates the exhaust pressure P6 merged after the turbine 32 of the primary supercharger 30 and the turbine 42 of the secondary supercharger 40. Substituting into the estimation formula shown in (12), the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is calculated. Thereby, the pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be calculated from the identifiable post-turbine pressure P6.

(1−3) 図1から図4で示したように、エンジン1の排気の一部をエンジン1の吸気として還流させる還流路73,74を有する排気再循環装置をさらに備える。これにより、エンジン1の効率を向上できる排気再循環装置を備える場合であっても排気マニホールド50A、50Bの排気の圧力P4を推定できる。 (1-3) As shown in FIGS. 1 to 4, an exhaust gas recirculation device having return paths 73 and 74 for refluxing a part of the exhaust gas of the engine 1 as the intake air of the engine 1 is further provided. As a result, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated even when the exhaust recirculation device capable of improving the efficiency of the engine 1 is provided.

(1−4) 図5から図10で示したように、制御装置200は、プライマリ過給機30のタービン32およびセカンダリ過給機40のタービン42の後で合流した排気の圧力P6および還流路73,74の排気の圧力Pimを、数式(12)で示される推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力P4を算出する。これにより、特定可能なタービン後の圧力P6および排気再循環装置の還流路73,74の排気の圧力Pimから排気マニホールド50A、50Bの圧力P4を算出できる。 (1-4) As shown in FIGS. 5 to 10, in the control device 200, the exhaust pressure P6 and the return path merged after the turbine 32 of the primary supercharger 30 and the turbine 42 of the secondary supercharger 40. The exhaust pressure Pim of the exhaust manifolds 73 and 74 is calculated by substituting the exhaust pressure Pim of 73 and 74 into the estimation formula shown by the equation (12). Thereby, the pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be calculated from the identifiable post-turbine pressure P6 and the exhaust pressure Pim of the return passages 73 and 74 of the exhaust gas recirculation device.

(1−5) 図1から図4で示したように、排気再循環装置は、還流路73,74に備えられ還流される排気の量を調整するEGRバルブ72を含む。図5から図10で示したように、数式(12)で示される推定式は、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35、セカンダリ過給機40の可変ノズル機構45、および、EGRバルブ72のそれぞれについての数式(9)、数式(10)および数式(6)のノズル式ならびに質量保存則から構築される。 (1-5) As shown in FIGS. 1 to 4, the exhaust gas recirculation device includes an EGR valve 72 provided in the return passages 73 and 74 to adjust the amount of exhaust gas returned. As shown in FIGS. 5 to 10, the estimation formula shown by the mathematical formula (12) is the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30, the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40, and the EGR valve 72. It is constructed from the nozzle formulas and mass conservation rules of formulas (9), formulas (10) and formulas (6) for each.

(1−6) 図7から図9で示したように、制御装置200は、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構45の開口面積比(可変ノズル機構35の開口面積/可変ノズル機構45の開口面積)から、可変ノズル機構35および可変ノズル機構45のそれぞれに分配される排気流量の比(mVN1/mVN2)を特定し、エンジンから排出される排気流量、ならびに、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比(mVN1/mVN2)から、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量mVN1,mVN2を特定し、特定した第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量mVN1,mVN2、および、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれの開度から、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の有効開口面積μAVN1,μAVN2を特定し、特定した第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構それぞれの有効開口面積μAVN1,μAVN2を、数式(12)で示される推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力P4を算出する。 (1-6) As shown in FIGS. 7 to 9, the control device 200 has an opening area ratio (variable nozzle mechanism) of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40. The ratio of the exhaust flow rate (mVN1 / mVN2) distributed to each of the variable nozzle mechanism 35 and the variable nozzle mechanism 45 is specified from the opening area of 35 / the opening area of the variable nozzle mechanism 45), and the exhaust flow rate discharged from the engine. , And the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism from the ratio of the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism (mVN1 / mVN2). mVN1 and mVN2 are specified, and the exhaust flow rate mVN1 and mVN2 distributed to each of the specified first variable nozzle mechanism and second variable nozzle mechanism, and the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism. The effective opening areas μAVN1 and μAVN2 of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism are specified, and the effective opening areas μAVN1 and μAVN2 of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, respectively, are calculated by the mathematical formula (12). Substituting into the estimation formula shown, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold is calculated.

(2−1) 図1から図4で示したように、過給システムは、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン32と、タービン32へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構35とを含み、エンジン1への吸気を過給するプライマリ過給機30と、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン42と、タービン42へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構45とを含み、エンジン1への吸気を過給するセカンダリ過給機40と、プライマリ過給機30において過給された空気がエンジン1に供給されるシングル過給モードと、プライマリ過給機30において過給された空気とセカンダリ過給機40において過給された空気とがエンジン1に供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置200とを備える。 (2-1) As shown in FIGS. 1 to 4, the supercharging system adjusts the flow velocity between the turbine 32 driven by the exhaust discharged from the engine 1 and the exhaust flowing into the turbine 32 according to the opening degree. The primary supercharger 30, which includes a variable nozzle mechanism 35 and supercharges the intake air to the engine 1, the turbine 42 driven by the exhaust discharged from the engine 1, and the flow velocity of the exhaust flowing into the turbine 42 are opened. A secondary supercharger 40 that supercharges the intake air to the engine 1 and a single supercharge mode in which the supercharged air in the primary supercharger 30 is supplied to the engine 1 including a variable nozzle mechanism 45 adjusted by , The supercharging mode is set from one of the twin supercharging mode in which the supercharged air in the primary supercharger 30 and the supercharged air in the secondary supercharger 40 are supplied to the engine 1. A control device 200 for switching is provided.

図11および図12で示したように、制御装置200は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、セカンダリ過給機40に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機40によって過給された空気をプライマリ過給機30に供給する助走モードに切替え、助走モードの開始時に、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35およびセカンダリ過給機40の可変ノズル機構45それぞれの開度から排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4を推定する推定式を用いて、排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4が制約値を超えないように、可変ノズル機構35,45それぞれの開度を特定し、可変ノズル機構35,45それぞれの開度を、特定した開度となるよう制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力P4が高まり過ぎないようにすることができる。 As shown in FIGS. 11 and 12, the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. It is switched to the approach mode in which the generated air is supplied to the primary supercharger 30, and at the start of the approach mode, the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 are exhausted from their respective openings. Using an estimation formula that estimates the exhaust pressure P4 of the manifolds 50A and 50B, the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are specified so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value. , The opening degree of each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 is controlled so as to have a specified opening degree. Thereby, in the supercharging system including the supercharger in parallel, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be prevented from becoming too high without providing an additional configuration.

(2−2) 図11で示したように、制御装置200は、セカンダリ過給機40の可変ノズル機構45のVN開度を制御可能な開度のうち最も閉じ側の開度と特定する。これにより、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35のVN開度を算出しやすくできる。 (2-2) As shown in FIG. 11, the control device 200 specifies the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 as the opening degree on the most closed side among the controllable opening degree. This makes it easier to calculate the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30.

(2−3) 図11および図12で示したように、制御装置200は、プライマリ過給機30の可変ノズル機構35の第1開度と第1開度より開き側の第2開度と第1開度および第2開度の間の第3開度とのそれぞれに対応する排気マニホールド50A,50Bの排気の圧力である第1圧力、第2圧力および第3圧力を算出し、第1圧力と第3圧力との間に制限値が含まれる場合、当該第3圧力に対応する第3開度を新たな第2開度に変更し、第3圧力と第2圧力との間に制限値が含まれる場合、当該第3圧力に対応する第3開度を新たな第1開度に変更し、第1開度と第3開度との差および第3開度と第2開度との差が所定値未満となったときの第1圧力、第2圧力および第3圧力のうち制限値を超えず最も大きい圧力に対応する開度を、可変ノズル機構35のVN開度として特定する。これにより、最適なVN開度を効率よく特定することができる。 (2-3) As shown in FIGS. 11 and 12, the control device 200 includes a first opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and a second opening degree on the opening side of the first opening degree. The first pressure, the second pressure, and the third pressure, which are the pressures of the exhausts of the exhaust manifolds 50A and 50B corresponding to the third opening between the first opening and the second opening, are calculated, and the first pressure is calculated. If a limit value is included between the pressure and the third pressure, the third opening corresponding to the third pressure is changed to a new second opening, and the limit is set between the third pressure and the second pressure. If a value is included, the third opening corresponding to the third pressure is changed to a new first opening, the difference between the first opening and the third opening, and the third opening and the second opening. The opening degree corresponding to the largest pressure among the first pressure, the second pressure, and the third pressure when the difference between the pressure and the pressure is less than the predetermined value is specified as the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35. To do. Thereby, the optimum VN opening degree can be efficiently specified.

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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。本開示の範囲は、上記した実施の形態の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。 Each of the embodiments disclosed this time is also planned to be implemented in combination as appropriate. And it should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is indicated by the scope of claims rather than the description of the embodiment described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

1 エンジン、10A,10B バンク、12A,12B 気筒、20 エアクリーナ、21,22,23,27A,27B,37,47 吸気管、25 インタークーラ、28A,28B 吸気マニホールド、30 プライマリ過給機、31,41 コンプレッサ、32,42 タービン、33,43 コンプレッサホイール、34,44 タービンホイール、35,45 可変ノズル機構、36,46 回転軸、40 セカンダリ過給機、48 還流管、50,50A,50B 排気マニホールド、51A,51B,52A,52B,53A,53B 排気管、62 第1制御弁、64 第2制御弁、66 第3制御弁、68 ディーゼルスロットル、71 EGRクーラ、72 EGRバルブ、73,74 還流路、81 排気処理装置、102 エアフローメータ、106 第1圧力センサ、108 第2圧力センサ、114 温度センサ、118 第3圧力センサ、200 制御装置。 1 engine, 10A, 10B bank, 12A, 12B cylinder, 20 air cleaner, 21,22,23,27A, 27B, 37,47 intake pipe, 25 intercooler, 28A, 28B intake manifold, 30 primary supercharger, 31, 41 Compressor, 32,42 Turbine, 33,43 Compressor wheel, 34,44 Turbine wheel, 35,45 Variable nozzle mechanism, 36,46 Rotating shaft, 40 Secondary turbocharger, 48 Recirculation pipe, 50, 50A, 50B Exhaust manifold , 51A, 51B, 52A, 52B, 53A, 53B Exhaust pipe, 62 1st control valve, 64 2nd control valve, 66 3rd control valve, 68 Diesel throttle, 71 EGR cooler, 72 EGR valve, 73,74 Circulation path , 81 Exhaust gas recirculation device, 102 Air flow meter, 106 1st pressure sensor, 108 2nd pressure sensor, 114 temperature sensor, 118 3rd pressure sensor, 200 control device.

Claims (6)

エンジンから排出される排気によって駆動される第1タービンと、前記第1タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第1可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する第1過給機と、
前記エンジンから排出される排気によって駆動される第2タービンと、前記第2タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第2可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する第2過給機と、
前記第1過給機において過給された空気が前記エンジンに供給されるシングル過給モードと、前記第1過給機において過給された空気と前記第2過給機において過給された空気とが前記エンジンに供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記シングル過給モードから前記ツイン過給モードに切替える前に、前記第2過給機に排気を供給しつつ、前記第2過給機によって過給された空気を前記第1過給機に供給する助走運転モードに切替え、
前記シングル過給モード、前記ツイン過給モードおよび前記助走運転モードにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定する共通の推定式を用いて前記排気マニホールドの排気の圧力を算出し、
算出した前記排気マニホールドの排気の圧力を用いて前記エンジンを制御する、過給システム。
A first turbine driven by exhaust gas discharged from the engine and a first variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust gas flowing into the first turbine according to an opening degree to supercharge the intake air to the engine. 1 supercharger and
It includes a second turbine driven by exhaust gas discharged from the engine and a second variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust gas flowing into the second turbine according to the opening degree, and supercharges the intake air to the engine. The second supercharger and
The single supercharging mode in which the supercharged air in the first supercharger is supplied to the engine, the air supercharged in the first supercharger and the air supercharged in the second supercharger. Is equipped with a control device that switches the supercharging mode from one of the twin supercharging modes supplied to the engine to the other.
The control device
Before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, the air supercharged by the second supercharger is supplied to the first supercharger while supplying exhaust gas to the second supercharger. Switch to the run-up operation mode,
The exhaust pressure of the exhaust manifold is calculated using a common estimation formula for estimating the exhaust pressure of the exhaust manifold in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching operation mode.
A supercharging system that controls the engine using the calculated exhaust pressure of the exhaust manifold.
前記制御装置は、前記第1タービンおよび前記第2タービンの後で合流した排気の圧力を前記推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出する、請求項1に記載の過給システム。 The supercharging system according to claim 1, wherein the control device calculates the exhaust pressure of the exhaust manifold by substituting the pressure of the exhaust gas merged after the first turbine and the second turbine into the estimation formula. .. 前記エンジンの排気の一部を前記エンジンの吸気として還流させる還流路を有する排気再循環装置をさらに備える、請求項1に記載の過給システム。 The supercharging system according to claim 1, further comprising an exhaust gas recirculation device having a reflux path for returning a part of the exhaust gas of the engine as intake air of the engine. 前記制御装置は、前記第1タービンおよび前記第2タービンの後で合流した排気の圧力および前記還流路の排気の圧力を前記推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出する、請求項3に記載の過給システム。 The control device calculates the exhaust pressure of the exhaust manifold by substituting the exhaust pressure of the exhaust gas merging after the first turbine and the second turbine and the exhaust pressure of the recirculation path into the estimation formula. Item 3. The supercharging system according to item 3. 前記排気再循環装置は、前記還流路に備えられ還流される排気の量を調整するバルブを含み、
前記推定式は、前記第1可変ノズル機構、前記第2可変ノズル機構および前記バルブのそれぞれについてのノズル式ならびに質量保存則から構築される、請求項3に記載の過給システム。
The exhaust gas recirculation device includes a valve provided in the return path to adjust the amount of exhaust returned.
The supercharging system according to claim 3, wherein the estimation formula is constructed from the nozzle formula and the law of conservation of mass for each of the first variable nozzle mechanism, the second variable nozzle mechanism, and the valve.
前記制御装置は、
前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構の開口面積比から、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比を特定し、
前記エンジンから排出される排気流量、ならびに、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比から、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量を特定し、
特定した前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量、および、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構それぞれの開度から、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構の有効開口面積を特定し、
特定した前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構それぞれの有効開口面積を前記推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出する、請求項1に記載の過給システム。
The control device
From the opening area ratio of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, the ratio of the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism is specified.
From the ratio of the exhaust flow rate discharged from the engine and the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism Identify the exhaust flow rate to be distributed to each,
The first variable nozzle mechanism is based on the exhaust flow rate distributed to each of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, and the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism. And the effective opening area of the second variable nozzle mechanism was specified.
The supercharging system according to claim 1, wherein the effective opening area of each of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism is substituted into the estimation formula to calculate the exhaust pressure of the exhaust manifold.
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