JP4797946B2

JP4797946B2 - 内燃機関の過給機制御装置

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Publication number: JP4797946B2
Application number: JP2006315300A
Authority: JP
Inventors: 一樹岩谷
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-22
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2026-11-22
Also published as: JP2008128129A

Description

本発明は、吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機に対する作動の切り替えを行う内燃機関の過給機制御装置に関する。

従来から、吸気系及び排気系に２つの過給機を並列に配置し、これらの過給機の作動個数を適宜切り替える技術が提案されている。例えば、特許文献１には、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とを並列に配置し、目標過給圧に基づき過給制御を行う技術が記載されている。この技術では、シングルターボ状態（プライマリターボ過給機のみを作動させる状態）での過給とツインターボ状態（プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機の両方を作動させる状態）での過給の切り替えを、内燃機関の運転領域マップに基づいて制御している。

特開２０００−２４８９５１号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されたような運転領域マップに基づく過給の切り替え制御では、ＥＧＲ率の制御状態や過給機のノズル制御状態などを付加的に加味して切り替えを判断する必要があった。そのため、演算が複雑になったり、切り替え条件の設定に手間がかかったりする傾向にあった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、シングルターボモードとツインターボモードとの切り替え条件の設定に要する時間を短縮しつつ、モードの切り替えを適切に判断することが可能な内燃機関の過給機制御装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの観点では、吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機に対して、前記２つの過給機のうちの１つの過給機のみを作動させるシングルターボモードと、前記２つの過給機の両方を作動させるツインターボモードとを切り替える制御を行う内燃機関の過給機制御装置は、運転状態に基づいて、前記シングルターボモードにおける目標過給圧と前記ツインターボモードにおける目標過給圧とを演算する目標過給圧演算手段と、前記シングルターボモードにおける目標過給圧と前記ツインターボモードにおける目標過給圧とを比較することで、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替え、及び前記ツインターボモードから前記シングルターボモードへの切り替えを判断する切り替え判断手段と、を備える。

上記の内燃機関の過給機制御装置は、吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機に対して、シングルターボモードとツインターボモードとを切り替える制御を行うために好適に用いられる。具体的には、目標過給圧演算手段は、運転状態に基づいて、シングルターボモードにおける目標過給圧と、ツインターボモードにおける目標過給圧とを演算する。そして、切り替え判断手段は、シングルターボモードにおける目標過給圧とツインターボモードにおける目標過給圧とを比較することで、モードの切り替えを判断する。上記の内燃機関の過給機制御装置によれば、モードの切り替えを適切に判断することによって、切り替え時のトルクショックの発生を抑制することが可能となる。また、目標過給圧に基づいてモードの切り替えを判断するため、複雑な付加演算が不要となるため、切り替えの判断に要する時間を短縮することができる。

上記の内燃機関の過給機制御装置の一態様では、前記切り替え判断手段は、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差に基づいて、前記切り替えの判断を行う。

この態様では、切り替え判断手段は、目標過給圧の差に基づいて切り替えの判断を行う。これにより、精度良くモードの切り替えを判断することができ、過給圧落ち込み及びトルクショックの発生を効果的に抑制することができる。

上記の内燃機関の過給機制御装置において好適には、前記切り替え判断手段は、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差の絶対値が第１の所定値未満となった際に、前記切り替えを実行すべきであると判断することができる。

上記の内燃機関の過給機制御装置の他の一態様では、前記切り替え判断手段は、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧から前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧を減算した値が第２の所定値よりも大きくなった際に、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替えを実行すべきであると判断する。

この態様では、切り替え判断手段は、切り替え後の目標過給圧が少なくとも切り替え前の目標過給圧よりも大きいという条件に基づいて切り替えを判断する。これにより、モードの切り替え時に発生する過給圧の落ち込み及びトルクショックを、より効果的に抑制することが可能となる。

上記の内燃機関の過給機制御装置の他の一態様では、前記切り替え判断手段は、センサから実過給圧を取得して、前記実過給圧と、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧とを比較することによって、前記切り替えの判断を行う。

この態様では、切り替え判断手段は、実過給圧及び目標過給圧に基づいて切り替えの判断を行う。これにより、例えばガス漏れが発生した時や急加速時などにおいて、実過給圧と目標過給圧との間に差が生じた場合（即ち、実過給圧が目標過給圧から低下している場合）においても、モードの切り替えを適切に判断することができる。また、上記のような場合においても、複雑な演算などを行うことなく適切に切り替えを判断することができる。

上記の内燃機関の過給機制御装置において好適には、前記切り替え判断手段は、前記実過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差の絶対値が第３の所定値未満となった際に、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替えを実行すべきであると判断することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［全体構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。なお、図１においては、シングルターボモードに設定した場合のガスの流れを示している。

車両は、主に、エアクリーナ２と、吸気通路３と、ターボ過給機４、５と、吸気切替弁６と、リード弁７と、内燃機関８と、過給圧センサ９と、排気通路１０と、ＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ弁１４と、排気切替弁１５と、排気バイパス弁１６と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。

エアクリーナ２は、外部から取得された空気（吸気）を浄化して、吸気通路３に供給する。吸気通路３は途中で吸気通路３ａ、３ｂに分岐されており、吸気通路３ａにはターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気通路３ｂにはターボ過給機５のコンプレッサ５ａが配設されている。コンプレッサ４ａ、５ａは、それぞれ、吸気通路３ａ、３ｂを通過する吸気を圧縮する。

また、吸気通路３ｂ中には、吸気切替弁６、及びリード弁７が設けられている。吸気切替弁６は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ６によって開閉が制御され、吸気通路３ｂを通過する吸気の流量を調整可能に構成されている。例えば、吸気切替弁６を開閉させることにより、吸気通路３ｂにおける吸気の流通／遮断を切り替えることができる。リード弁７は、通路中の圧力が所定以上となった際に開弁するように構成されている。更に、コンプレッサ４ａ、４ｂの下流側の吸気通路３には、過給圧センサ９が設けられている。過給圧センサ９は、過給された吸気の圧力（以下、「実過給圧」とも呼ぶ。）を検出し、この実過給圧に対応する検出信号Ｓ９をＥＣＵ５０に供給する。

内燃機関８は、左右のバンク（気筒群）８Ｌ、８Ｒにそれぞれ４つずつの気筒（シリンダ）８Ｌａ、８Ｒａが設けられたＶ型８気筒のエンジンとして構成されている。内燃機関８は、吸気通路３より供給される吸気と燃料との混合気を燃焼することによって、動力を発生する装置である。内燃機関８は、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。そして、内燃機関８内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１０に排出される。なお、内燃機関８を、８気筒で構成することに限定はされない。

排気通路１０中には、ＥＧＲ通路１１が接続されている。ＥＧＲ通路１１は、一端が排気通路１０に接続されており、他端が吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路１１は、排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に還流するための通路である。具体的には、ＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲクーラ１２と、ＥＧＲ弁１４と、バイパス通路１１ａと、バイパス弁１３とが設けられている。ＥＧＲクーラ１２はＥＧＲガスを冷却する装置であり、ＥＧＲ弁１４はＥＧＲ通路１１を通過するＥＧＲガスの流量を調節する弁、言い換えると吸気系に還流させるＥＧＲガスの量を調節する（即ちＥＧＲ率を調節する）弁である。この場合、ＥＧＲ弁１４は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１４によって開度が制御される。また、バイパス通路１１ａは、ＥＧＲクーラ１２をバイパスする通路であり、通路上にはバイパス弁１３が設けられている。このバイパス弁１３によって、バイパス通路１１ａを通過するＥＧＲガスの流量が調節される。なお、図１においては、ＥＧＲ弁１４が閉に設定されているため、ＥＧＲガスは還流されない。

排気通路１０は途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されており、排気通路１０ａにはターボ過給機４のタービン４ｂが配設されており、排気通路１０ｂにはターボ過給機５のタービン５ｂが配設されている。タービン４ｂ、５ｂは、それぞれ、排気通路１０ａ、１０ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン４ｂ、５ｂの回転トルクが、ターボ過給機４内のコンプレッサ４ａ及びターボ過給機５内のコンプレッサ５ａに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される（即ち過給される）こととなる。なお、ターボ過給機４は、低中速域で過給能力の大きい小容量の低速型の過給機として構成され、ターボ過給機５は、中高速域で過給能力の大きい大容量の高速型の過給機として構成されている。

更に、排気通路１０ｂには、排気切替弁１５が設けられていると共に、排気バイパス通路１０ｂａが接続されている。排気切替弁１５は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１５によって開閉が制御され、排気通路１０ｂを通過する排気ガスの流量を調整可能に構成されている。例えば、排気切替弁１５を開閉させることにより、排気通路１０ｂにおける排気ガスの流通／遮断を切り替えることができる。また、排気バイパス通路１０ｂａは、排気切替弁１５が設けられた排気通路１０ｂをバイパスする通路として構成されている。具体的には、排気バイパス通路１０ｂａは、排気切替弁１５が設けられた排気通路１０ｂよりも、通路の径が小さく構成されている。また、排気バイパス通路１０ｂａ中には排気バイパス弁１６が設けられており、この排気バイパス弁１６によって、排気バイパス通路１０ｂａを通過する排気ガスの流量が調節される。

なお、前述した吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６が全て閉である場合には、ターボ過給機４にのみ吸気及び排気ガスが供給され、ターボ過給機５には吸気及び排気ガスが供給されない。そのため、ターボ過給機４のみが作動し、ターボ過給機５は作動しない。一方、吸気切替弁６が開であり、排気切替弁１５及び排気バイパス弁１６のいずれかが開である場合には、ターボ過給機４、５の両方に吸気及び排気ガスが供給される。そのため、ターボ過給機４、５の両方が作動する。

ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力等に基づいて、車両内の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９から実過給圧を取得し、この実過給圧などに基づいて、吸気切替弁６、ＥＧＲ弁１４、及び排気切替弁１５、並びに排気バイパス弁１６などに対する制御を行う。

本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって、ターボ過給機４のみを作動させるモード（以下、「シングルターボモード」と呼ぶ。）と、ターボ過給機４、５の両方を作動させるモード（以下、「ツインターボモード」と呼ぶ。）とを切り替える制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、運転状態等に基づいて目標過給圧を演算し、この目標過給圧に基づいて、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替え、及びツインターボモードからシングルターボモードへの切り替えを判断する。このように、ＥＣＵ５０は、本発明における内燃機関の過給機制御装置として機能する。具体的には、ＥＣＵ５０は、目標過給圧演算手段、及び切り替え判断手段として動作する。

ここで、シングルターボモードとツインターボモードとを切り替える際に実行される基本的な制御について、簡単に説明する。前述したように、モードの切り替えは、ＥＣＵ５０が、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって行う。具体的には、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を閉から開に制御する。この場合、ＥＣＵ５０は、基本的には、排気バイパス弁１６、排気切替弁１５、吸気切替弁６の順に弁を開にすることによって、切り替えを実行する。より詳しくは、まず排気バイパス弁１６を少しずつ開いていき、この状態において所定の条件が満たされたときに排気切替弁１５を開いていき、その後に吸気切替弁６を開く。この場合、最初に排気バイパス弁１６を少し開くのは、比較的小流量の排気ガス（排気バイパス通路１０ｂａの径が小さいため）をターボ過給機５に供給することで、ターボ過給機５を徐々に作動（即ち、助走）させるためである。言い換えると、最初に排気切替弁１５を開くことによって、比較的大流量の排気ガスがターボ過給機５に一気に流れて、トルクショックなどが生じてしまうことを防止するためである。一方、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、上記と同様にして、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を開から閉に制御する。

［切り替え方法］
次に、本実施形態に係るモードの切り替え方法について、具体的に説明する。本実施形態では、切り替え時における過給圧落ち込み（過給圧変動）、及びそれに伴うトルクショックの発生が抑制されるように、シングルターボモードとツインターボモードとの切り替えの判断を行う。具体的には、過給圧落ち込み及びトルクショックの発生が抑制されるような条件（以下、「切り替え条件」と呼ぶ。）を設定し、この切り替え条件に基づいてモードの切り替えを実行する。

ここで、吸入空気量に基づいて切り替え条件を設定した場合（以下、吸入空気量に基づいて切り替え条件を設定する方法を「比較例に係る方法」とも呼ぶ。）における不具合について説明する。まず、現在の吸入空気量は、切り替え時の過給圧落ち込み及びトルクショックに対して直接の相関がないため、最適な基準値の設定が困難であると言える。つまり、トルクショックの発生を抑制するためには発生可能なトルクに差が無い条件でモードの切り替えを行う必要があるが、その時々の吸入空気量は切り替え時のトルクとは相関が無いため、最適な設定が困難となる。また、ＥＧＲ量などの設定の仕方によっては、吸入空気量は単純に増加せず、変曲点を持つ可能性があり、トルクショックが最小となる切り替え条件の設定が非常に困難となる。また、切り替え条件の設定にも時間がかかる傾向にある。以上より、比較例に係る方法では、最適な切り替え条件を迅速に設定することは困難であると言える。

したがって、本実施形態では、トルクショックに相関の強い目標過給圧に基づいて、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替え、及びツインターボモードからシングルターボモードへの切り替えを判断する。これにより、最適な切り替え条件を設定して、トルクショックの発生を適切に抑制することが可能となる。また、目標過給圧はもともと過給圧制御のためにＥＧＲ率や可変ノズル制御状態を含めて算出されているものであるので、シングルターボモードにおける目標過給圧及びツインターボモードにおける目標過給圧を継続算出して、これらの目標過給圧に基づいてモードの切り替えを判断することにより、複雑な付加演算が不要となる。よって、モード切り替えの判断に要する時間を短縮することができる。

以下では、本発明の実施形態に係る切り替え方法について、具体的に説明する。

（第１実施形態）
まず、本発明の第１実施形態に係る切り替え方法について説明する。

第１実施形態では、予め設定された現在の状態（シングルターボモード及びツインターボモードのいずれかのモード）における目標過給圧と、同一運転条件の切り替え後の状態における目標過給圧との差に基づいてモードの切り替えを判断し、モードの切り替えを実行する。より具体的には、シングルターボモードにおける目標過給圧（以下、「１個ターボ目標過給圧」と呼ぶ。）と、ツインターボモードにおける目標過給圧（以下、「２個ターボ目標過給圧」と呼ぶ。）との差に基づいて切り替え条件を設定する。詳しくは、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差の絶対値が第１の所定値未満となった際に（言い換えると、概ね「０」となった際に）、切り替えを実行すべきであると判断して、モードの切り替えを実行する。これにより、切り替え前後のトルクが概ね同一となるため、トルクショックの発生を適切に抑制することが可能となる。

ここで、図２を参照して、第１実施形態に係る切り替え方法について具体的に説明する。図２（ａ）は目標過給圧差を示し、図２（ｂ）は目標過給圧を示し、図２（ｃ）は吸入空気量を示している。なお、図２は、横軸にエンジン回転数・負荷を示している。また、ここでは、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合を例に挙げて説明する。

図２（ｂ）は、細い実線６１が１個ターボ目標過給圧を示し、破線６２が２個ターボ目標過給圧を示している。また、図２（ａ）は、図２（ｂ）に示す１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差（目標過給圧差）を示している。第１実施形態では、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になった際に、シングルターボモードからツインターボモードに切り替える。具体的には、図２（ａ）中の符号Ａ１で示す点のエンジン回転数・負荷を、シングルターボモードからツインターボモードに切り替える切り替え点として設定する。このように切り替え条件を設定した場合には、図２（ｂ）中の太い実線６３で示す目標過給圧が制御に用いられることとなる。

ここで、比較例に係る方法（吸入空気量に基づいて切り替え条件を設定する方法）によって切り替え条件を設定する場合を考える。この場合、図２（ｃ）で示すように、ＥＧＲ量などの設定によって吸入空気量に変曲点が存在する場合には、最適な切り替え条件（トルクが等しくなるという条件）に設定することは困難となる。これに対して、第１実施形態に係る方法では、２つの目標過給圧の差に基づいて切り替え条件を設定するため、変曲点が存在していても適切に最適な条件を設定することができる。また、第１実施形態に係る方法では、複雑な付加演算が不要となる。

図３は、第１実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。この処理は、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替えるべき状況であるかを判断するために実行される。なお、切り替え判定処理は、前述したＥＣＵ５０によって繰り返し実行される。

まず、ステップＳ１０１では、ＥＣＵ５０は、１個ターボ目標過給圧、及び２個ターボ目標過給圧を取得する。この場合、ＥＣＵ５０は、車両の運転状態などに基づいて、１個ターボ目標過給圧及び２個ターボ目標過給圧を演算する。より具体的には、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、燃料噴射量、及びＥＧＲバルブ１４の開度（以下、「ＥＧＲバルブ開度」と呼ぶ。）によって規定されたマップを参照して、現在のエンジン回転数、燃料噴射量、及びＥＧＲバルブ開度に対応する１個ターボ目標過給圧及び２個ターボ目標過給圧を取得する。このマップは、１個ターボ目標過給圧を取得するためのマップと、２個ターボ目標過給圧を取得するためのマップの２つが存在する。なお、エンジン回転数や燃料噴射量などに基づいて演算された開度によってＥＧＲバルブ開度の制御などが実行される場合には、この演算されたＥＧＲバルブ開度を、目標過給圧を取得する際に用いることができる。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ１０２に進む。

ステップＳ１０２では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１で取得された１個ターボ目標過給圧及び２個ターボ目標過給圧に基づいて、切り替え条件が成立しているか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α１未満であるか否かを判定する。なお、所定値α１は、第１の所定値に対応し、概ね「０」である値に設定される。

１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α１未満である場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１０３に進む。この場合には、切り替え条件が成立しているため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを実行する（ステップＳ１０３）。具体的には、ＥＣＵ５０は、ターボ過給機５が適切に作動を開始するように（つまりトルクショックなどが発生しないように）、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を開弁させる制御を行う。そして、処理は当該フローを抜ける。

一方、１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α１以上である場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ１０４に進む。この場合には、切り替え条件が成立していないため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードに保持する（ステップＳ１０４）。具体的には、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を閉に維持する。そして、処理は当該フローを抜ける。

以上の第１実施形態に係る切り替え方法によれば、最適な切り替え条件を適切に設定して、切り替え時のトルクショックの発生を適切に抑制することが可能となる。また、第１実施形態によれば、目標過給圧の設定を行うと自ずと切り替え点を設定することができるので、切り替え条件の設定に要する時間を大きく短縮することができる。

なお、上記では、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替え方法の例について示したが、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替える場合にも、第１実施形態に係る切り替え方法を同様に実行することができる。この場合には、２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が第１の所定値（α１）未満となった際に、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替えることができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る切り替え方法について説明する。

前述した第１実施形態では、１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値が第１の所定値未満となった際に（即ち、概ね「０」となった際に）、モードの切り替えを実行すべきであると判断したが、第２実施形態では、２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が第２の所定値よりも大きくなった際に、モードの切り替えを実行すべきであると判断する。つまり、第２実施形態では、切り替え後の目標過給圧が少なくとも切り替え前の目標過給圧よりも大きいという条件を切り替え条件として用いる。こうするのは、モードの切り替えに起因する過給圧の落ち込み（トルクショック）の発生を抑制するためである。

ここで、図４を参照して、第２実施形態に係る切り替え方法について説明する。図４（ａ）、（ｂ）は、切り替え条件による過給圧の変化の具体例を示している。また、図４（ａ）、（ｂ）は、横軸にエンジン回転数・負荷を示し、縦軸に目標過給圧を示している。なお、ここでは、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合を例に挙げて説明する。

図４（ａ）は、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧とが概ね同一の値になった際に切り替えを実行した場合の過給圧変化の一例を示している。図４（ａ）では、細い実線７１は１個ターボ目標過給圧を示し、破線７２は２個ターボ目標過給圧を示す。そして、太い実線７３は、上記のように切り替えを実行した場合の過給圧の変化を示す。これより、矢印７４で示すように、大きな過給圧の落ち込みが発生していることがわかる。このように、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧とが概ね同一の値になった際に切り替えを実行した場合には、過給圧の落ち込みが発生する可能性がある。

図４（ｂ）は、２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が第２の所定値よりも大きくなった際に（即ち、切り替え後の目標過給圧が少なくとも切り替え前の目標過給圧よりも大きいという切り替え条件が成立した際に）、モードの切り替えを実行した場合の過給圧変化の一例を示している。即ち、第２実施形態に係る切り替え方法を実行した場合の過給圧変化を示している。具体的には、図４（ｂ）では、細い実線７５は１個ターボ目標過給圧を示し、破線７６は２個ターボ目標過給圧を示す。そして、太い実線７７は、第２実施形態に係る切り替えを実行した場合の過給圧の変化を示す。この場合、図４（ａ）に示す切り替え点から、図中の白抜き矢印で示すように切り替え点をずらして、モードの切り替えを実行する。このようにモードの切り替えを実行することによって、矢印７８で示すように、モードの切り替えに起因する過給圧の落ち込みが大きく抑制されていることがわかる。こうなるのは、切り替え直後の目標過給圧が、切り替え前の目標過給圧に比して大きな値に設定されることとなるからである。

図５は、第２実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって実行され、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替えるべき状況であるかを判断するために実行される。なお、図５中のステップＳ２０１、Ｓ２０３、Ｓ２０４の処理は、それぞれ、前述した第１実施形態に係る切り替え判定処理におけるステップＳ１０１、Ｓ１０３、Ｓ１０４の処理（図３参照）と同様であるため、ここでは、ステップＳ２０２の処理について詳細に説明する。

ステップＳ２０２では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ２０１で取得された１個ターボ目標過給圧及び２個ターボ目標過給圧に基づいて、切り替え条件が成立しているか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α２よりも大きいか否かを判定する。なお、所定値α２は、第２の所定値に対応し、前述した所定値α１よりも少なくとも大きな値に設定される。

２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α２よりも大きい場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２０３に進む。この場合には、切り替え条件が成立しているため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを実行する（ステップＳ２０３）。一方、２個ターボ目標過給圧から１個ターボ目標過給圧を減算した値が所定値α２以下である場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ２０４に進む。この場合には、切り替え条件が成立していないため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードに保持する（ステップＳ２０４）。以上のステップＳ２０３及びＳ２０４の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上の第２実施形態に係る切り替え方法によれば、モードの切り替えに起因する過給圧の落ち込み及びトルクショックを、より効果的に抑制することが可能となる。

なお、上記では、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替え方法の例について示したが、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替える場合にも、第２実施形態に係る切り替え方法を同様に実行することができる。この場合には、１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値が第２の所定値（α２）よりも大きくなった際に、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替えることができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る切り替え方法について説明する。

前述した第１及び第２実施形態では、１個ターボ目標過給圧から２個ターボ目標過給圧に基づいて切り替えを判断したが、第３実施形態では、過給圧センサ９が検出した実過給圧、１個ターボ目標過給圧、及び２個ターボ目標過給圧を比較することによって、モードの切り替えを判断する。詳しくは、第３実施形態では、現在の状態（シングルターボモード及びツインターボモードのいずれかのモード）における実過給圧と、同一運転条件の切り替え後の状態における目標過給圧との差に基づいて切り替え条件を設定する。具体的には、シングルターボモードにおける実過給圧と、ツインターボモードにおける２個ターボ目標過給圧との差の絶対値が第３の所定値未満となった際に（言い換えると、概ね「０」となった際に）、シングルターボモードからツインターボモードに切り替えを実行すべきであると判断する。

ここで、上記のような第３実施形態に係る切り替え方法を行う理由を説明する。上記のようにシングルターボモードとツインターボモードとが切り替え可能なシステムでは、吸気切替弁６及び排気切替弁１５からのガス漏れが発生した場合、シングルターボモードに設定されている際には、実過給圧が１個ターボ目標過給圧よりも低下する傾向にある。この場合には、過給圧を向上させるために、速やかにツインターボモードに切り替えることが好ましい。一方、急加速時においては、過給遅れが生じることによって、実過給圧が２個ターボ目標過給圧よりも低下する傾向にある。この場合には、排気圧損を低下させて加速性を向上させるために、通常よりも低過給圧（低空気量・低トルク）の状態において、シングルターボモードからツインターボモードに切り替えることが好ましい。

したがって、第３実施形態では、上記したような状況においてツインターボモードへの切り替えが速やかに行われるように、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」となった際に、シングルターボモードからツインターボモードに切り替える。この場合、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」に達するほうが、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」に達するよりも早くなる。よって、速やかにモードを切り替えることが可能となる。以上より、第３実施形態に係る切り替え方法によれば、ガス漏れによる過給圧落ち込みや急加速による過給遅れが生じた場合において、最適な切り替え条件を設定でき、速やかにツインターボモードに切り替えることができる。なお、ガス漏れや急加速などが生じていない場合には、実過給圧は１個ターボ目標過給圧に概ね一致するため、上記した第３実施形態に係る切り替え方法によれば、このような場合においても、モードの切り替えを適切に実行することができる。

ここで、図６及び図７を参照して、第３実施形態に係る切り替え方法について具体的には説明する。

図６は、ガス漏れ時における過給圧の挙動を示す図である。図６（ａ）は過給圧差を示し、図６（ｂ）は過給圧を示す。また、図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、横軸に時間を示している。なお、ここでは、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合を例に挙げて説明する。

図６（ａ）では、太い実線８５は実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差を示し、破線８６は１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差を示している。また、図６（ｂ）では、細い実線８１が１個ターボ目標過給圧を示し、破線８２が２個ターボ目標過給圧を示し、一点鎖線８３が実過給圧を示す。そして、太い実線８４が第３実施形態に係る切り替え方法を実行した場合における過給圧の変化を示す。

図６（ｂ）中の細い実線８１及び一点鎖線８３より、実過給圧が１個ターボ目標過給圧よりも低下していることがわかる。このような実過給圧の低下は、ガス漏れなどによって発生し得る。第３実施形態では、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になった際に、シングルターボモードからツインターボモードに切り替える。この場合、時刻ｔ１１において、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になるため（太い実線８５参照）、モードの切り替えが行われる。これに対して、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になった際にモードの切り替えを行う場合、時刻ｔ１２において、モードの切り替えが行われる（破線８６参照）。

ここで、第３実施形態に係る切り替え方法による切り替えを行った場合（太い実線８４参照）と、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差に基づいて切り替えを行った場合（一点鎖線８３参照）とを比較すると、第３実施形態に係る切り替え方法によれば、速やかにツインターボモードに切り替わっていることがわかる。そのため、図６（ｂ）中の白抜き矢印で示すように、過給圧が速やかに上昇することとなる。即ち、第３実施形態に係る切り替え方法によれば、ガス漏れなどが発生した場合において、モードを速やかに切り替えることができ、過給圧を効果的に上昇させることができる。

次に、図７を参照して、急加速時における過給圧の挙動について説明する。図７（ａ）は過給圧差を示し、図７（ｂ）は過給圧を示す。また、図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、横軸に時間を示している。なお、ここでは、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替える場合を例に挙げて説明する。

図７（ａ）では、太い実線９５は実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差を示し、破線９６は１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差を示している。また、図７（ｂ）では、細い実線９１が１個ターボ目標過給圧を示し、破線９２が２個ターボ目標過給圧を示し、一点鎖線９３が実過給圧を示す。そして、太い実線９４が第３実施形態に係る切り替え方法を実行した場合における過給圧の変化を示す。

図７（ｂ）中の細い実線９１及び一点鎖線９３より、実過給圧が、１個ターボ目標過給圧だけでなく２個ターボ目標過給圧よりも低下していることがわかる。このような実過給圧の低下は、急加速により過給遅れが大きい場合に発生し得る。第３実施形態では、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になった際に、シングルターボモードからツインターボモードに切り替える。この場合、時刻ｔ２１において、実過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になるため（太い実線９５参照）、モードの切り替えが行われる。これに対して、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差が概ね「０」になった際にモードの切り替えを行う場合、時刻ｔ２２において、モードの切り替えが行われる（破線９６参照）。

ここで、第３実施形態に係る切り替え方法による切り替えを行った場合（太い実線９４参照）と、１個ターボ目標過給圧と２個ターボ目標過給圧との差に基づいて切り替えを行った場合（一点鎖線９３参照）とを比較すると、第３実施形態に係る切り替え方法によれば、速やかにツインターボモードに切り替わっていることがわかる。そのため、図７（ｂ）中の白抜き矢印で示すように、過給圧が速やかに上昇することとなる。即ち、第３実施形態に係る切り替え方法によれば、急加速により過給遅れが大きい場合において、モードを速やかに切り替えることができ、過給圧を効果的に上昇させることができる。

図８は、第３実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ５０によって実行され、シングルターボモードからツインターボモードへ切り替えるべき状況であるかを判断するために実行される。

まず、ステップＳ３０１では、ＥＣＵ５０は、実過給圧を取得すると共に、２個ターボ目標過給圧を取得する。この場合、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９から実過給圧を取得する。そして、ＥＣＵ５０は、エンジン回転数、燃料噴射量、及びＥＧＲ開度によって規定されたマップを参照して、２個ターボ目標過給圧を取得する。以上の処理が終了すると、処理はステップＳ３０２に進む。

ステップＳ３０２では、ＥＣＵ５０は、ステップＳ３０１で取得された実過給圧及び２個ターボ目標過給圧に基づいて、切り替え条件が成立しているか否かの判定を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、実過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値の絶対値が所定値α３未満であるか否かを判定する。なお、所定値α３は、第３の所定値に対応し、概ね「０」である値に設定される。

実過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値の絶対値が所定値α３未満である場合（ステップＳ３０２；Ｙｅｓ）、処理はステップＳ３０３に進む。この場合には、切り替え条件が成立しているため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替えを実行する（ステップＳ３０３）。一方、実過給圧から２個ターボ目標過給圧を減算した値の絶対値が所定値α３以上である場合（ステップＳ３０２；Ｎｏ）、処理はステップＳ３０４に進む。この場合には、切り替え条件が成立していないため、ＥＣＵ５０は、シングルターボモードに保持する（ステップＳ３０４）。以上のステップＳ３０３及びＳ３０４の処理が終了すると、処理は当該フローを抜ける。

以上の第３実施形態に係る切り替え方法によれば、ガス漏れが発生した時や急加速時において、複雑な演算などを行うことなく最適な切り替え条件を設定でき、速やかにツインターボモードに切り替えることができる。言い換えると、ガス漏れや急加速の発生の有無に拠らずに適切なモードの切り替えを判断することができる。

なお、上記では、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替え方法の例について示したが、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替える場合にも、第３実施形態に係る切り替え方法を同様に実行することができる。この場合には、実過給圧と１個ターボ目標過給圧との差の絶対値が第３の所定値（α３）未満となった際に、ツインターボモードからシングルターボモードへ切り替えることができる。

本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。第１実施形態に係る切り替え方法について説明するための図である。第１実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。第２実施形態に係る切り替え方法について説明するための図である。第２実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。ガス漏れ時における過給圧の挙動を示す図である。急加速時における過給圧の挙動を示す図である。第３実施形態に係る切り替え判定処理を示すフローチャートである。

符号の説明

２エアクリーナ
３吸気通路
４、５ターボ過給機
４ａ、５ａコンプレッサ
４ｂ、５ｂタービン
６吸気切替弁
８内燃機関
８ａ気筒
９過給圧センサ
１０排気通路
１１ＥＧＲ通路
１４ＥＧＲ弁
１５排気切替弁
１６排気バイパス弁
５０ＥＣＵ

Claims

吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機に対して、前記２つの過給機のうちの１つの過給機のみを作動させるシングルターボモードと、前記２つの過給機の両方を作動させるツインターボモードとを切り替える制御を行う内燃機関の過給機制御装置において、
運転状態に基づいて、前記シングルターボモードにおける目標過給圧と前記ツインターボモードにおける目標過給圧とを演算する目標過給圧演算手段と、
前記シングルターボモードにおける目標過給圧と前記ツインターボモードにおける目標過給圧とを比較することで、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替え、及び前記ツインターボモードから前記シングルターボモードへの切り替えを判断する切り替え判断手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
前記切り替え判断手段は、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差に基づいて、前記切り替えの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給機制御装置。
前記切り替え判断手段は、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差の絶対値が第１の所定値未満となった際に、前記切り替えを実行すべきであると判断することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給機制御装置。
前記切り替え判断手段は、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧から前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧を減算した値が第２の所定値よりも大きくなった際に、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替えを実行すべきであると判断することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給機制御装置。
前記切り替え判断手段は、センサから実過給圧を取得して、前記実過給圧と、前記シングルターボモードにおける前記目標過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧とを比較することによって、前記切り替えの判断を行うことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給機制御装置。
前記切り替え判断手段は、前記実過給圧と、前記ツインターボモードにおける前記目標過給圧との差の絶対値が第３の所定値未満となった際に、前記シングルターボモードから前記ツインターボモードへの切り替えを実行すべきであると判断することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の過給機制御装置。