JP4872787B2 - ２ステージターボシステム - Google Patents

Description

本発明は、一段過給と二段過給とを切替可能な２ステージターボシステムに関するものである。

従来、車両などのエンジンに二段過給を行うべく２つのターボチャージャー（ターボ）を直列に設けてなる２ステージターボシステムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

そのような２ステージターボシステムの一例を図９および図１０に基づき説明する。

まず、排気側（タービン側）から説明すると、図９の２ステージターボシステム６１では、エンジン６２の排気マニフォールド６３に高圧段ターボチャージャー６４の高圧段タービン６５が接続される。その高圧段タービン６５の下流には排気切替弁（バルブ）６６が設けられ、その排気切替弁６６は、また、排気マニフォールド６３にも接続される。その排気切替弁６６の下流に低圧段ターボチャージャー６７の低圧段タービン６８が接続される。また、高圧段タービン６５の上流と下流とが高圧段タービン６５を迂回するための高圧段タービンバイパス管６９で接続され、その高圧段タービンバイパス管６９に該高圧段タービンバイパス管６９を通る排気量を調整するための高圧段排気調整弁７０が設けられる。

これらの高圧段タービン６５および低圧段タービン６８の動きを説明する。

排気切替弁６６が閉まっている段階で高圧段排気調整弁７０が全閉のときは、排気（排気ガス）の全量が高圧段タービン６５を通る。排気は、高圧段タービン６５で仕事をした後、低圧段タービン６８を通り、更に低圧段タービン６８で仕事をする。

高圧段排気調整弁７０が開きだすと高圧段タービン６５を通る排気の一部は高圧段タービン６５を迂回して直接低圧段タービン６８に流入する。そのため、高圧段タービン６５の仕事は減り、低圧段タービン６８の仕事が増える。更に排気切替弁６６が開きだすと低圧段の仕事分配が増える。

排気切替弁６６が全開になると、排気の全量が高圧段タービン６５を迂回して低圧段タービン６８に流れるので、高圧段タービン６５は仕事をせず、低圧段タービン６８だけが仕事をすることになる。

このように、高圧段排気調整弁７０と排気切替弁６６の開度を調整することで高圧段タービン６５と低圧段タービン６８の仕事の分配が制御される。

次に、吸気側（コンプレッサー側）を説明する。

高圧段ターボチャージャー６４の高圧段コンプレッサー７１と低圧段ターボチャージャー６７の低圧段コンプレッサー７２とが、高圧段コンプレッサー７１を下流側、低圧段コンプレッサー７２を上流側にして各々配置される。

低圧段コンプレッサー７２の出口を出た分岐管７３は、高圧段コンプレッサー７１の手前で二股状に分岐され、一方が高圧段コンプレッサー７１の入口に接続され、他方が高圧段コンプレッサー出口管７４を介して高圧段コンプレッサー７１の出口に接続される。

その高圧段コンプレッサー７１の出口側の高圧段コンプレッサー出口管７４と、分岐管７３との合流部には、吸気切替弁７５が設けられる。

この吸気切替弁７５により吸気の流れを切り替えることで、（イ）低圧段コンプレッサー７２から高圧段コンプレッサー７１を通りエンジン６２に至る経路（以下、高圧段吸気経路という）と、（ロ）低圧段コンプレッサー７２から高圧段コンプレッサー７１を通らずにエンジン６２に至る経路（以下、低圧段吸気経路という）とが各々形成される（図１０参照）。

以後、（イ）の状態を吸気切替弁７５の”ＯＮ”、（ロ）の状態を吸気切替弁７５の”ＯＦＦ”と称する。

図１０に示すように、吸気切替弁７５は、高圧段コンプレッサー出口管７４と分岐管７３との接続部に軸支された弁本体７６を有し、その弁本体７６が図示しないエアシリンダなどで駆動される。

弁本体７６は、吸気切替弁７５がＯＮのとき、分岐管７３（低圧段吸気経路）を閉塞する。これにより吸気の経路は（イ）の高圧段吸気経路となる
他方、吸気切替弁７５がＯＦＦのとき、弁本体７６は低圧段と高圧段の中間位置に位置して、高圧段コンプレッサー出口管７４および分岐管７３の両方を開放する。

この吸気切替弁７５がＯＦＦのとき、分岐管７３と高圧段コンプレッサー出口管７４とは共に全開となるが、高圧段タービン６５が働いていないので高圧段コンプレッサー７１は過給仕事を行わず過給された吸気の経路は（ロ）の低圧段吸気経路となる。

この吸気切替弁７５のＯＮ／ＯＦＦの切替タイミングについて説明する。

高圧段排気調整弁７０と排気切替弁６６とが全閉のときは、コンプレッサー側は吸気切替弁７５がＯＮとなって前記（イ）の高圧段吸気経路をとり、低圧段コンプレッサー７２から高圧段コンプレッサー７１を通る二段過給が行われる。

これは、もし高圧段排気調整弁７０と排気切替弁６６とが全閉のときに、吸気切替弁７５をＯＦＦにして（ロ）の低圧段吸気経路とすると、高圧段タービン６５が回転するにも拘わらず高圧段コンプレッサー７１に導入される空気量が少ない経路（回路）となるため、高圧段コンプレッサー７１を通る空気が流れずに、高圧段タービン６５が過回転となり破壊される虞があるためである。

高圧段排気調整弁７０が或る開度で開き、かつ排気切替弁６６も一定開度（所定開度）未満にあるときは、コンプレッサー側は吸気切替弁７５がＯＮとなって前記（イ）の高圧段吸気経路をとる。このときは、上述の高圧段排気調整弁７０と排気切替弁６６とが全閉のときに対して、高圧段ターボチャージャー６４と低圧段ターボチャージャー６７の仕事分配比率を変えた形で二段過給が行われる。

このときも高圧段吸気経路をとるのは、もし、高圧段排気調整弁７０が或る開度で開き、排気切替弁６６も一定開度未満にあるときに、（ロ）の低圧段吸気経路とすると、高圧段コンプレッサー７１で過給された空気が通る経路が存在しないので、高圧段タービン６５が過回転するか、閉じ込められている空気をかき回すだけの無駄仕事をすることになるためである。

排気切替弁６６が一定開度以上から全開になると、基本的には、低圧段タービン６８のみが仕事をすることになるので、コンプレッサー側を前記（ロ）の低圧段吸気経路（吸気切替弁７５をＯＦＦ）とすることで低圧段ターボチャージャー６７のみの過給となる。

これは、もし（イ）の高圧段吸気経路（吸気切替弁７５をＯＮ）とすると、低圧段コンプレッサー７２で圧送される過給吸気は高圧段コンプレッサー７１を通ってエンジン６２側に向かうことになるが、高圧段タービン６５の仕事は０なので、高圧段コンプレッサー７１により高圧段タービン６５を回すことになるので、エンジン６２への過給圧（高圧段側出口の過給圧）が大幅に低下してしまうためである。

以上の高圧段排気調整弁７０、排気切替弁６６および吸気切替弁７５の制御は、エンジン６２の回転速度と供給燃料量とによって定まる各弁開度、又は弁ＯＮ／ＯＦＦが示されたされたＭＡＰによりコンピュータを用いて制御されている。図４に各弁６６、７０、７５の作動域の一例を示す。

特開平４−１６４１２５号公報

高圧段排気調整弁７０、排気切替弁６６および吸気切替弁７５の制御を、図４のようなＭＡＰ制御方式で行う場合、吸気切替弁７５の開閉時期（ＯＮ／ＯＦＦ時期）もエンジン６２の回転速度と燃料量で一義的に決まる。

このＭＡＰ制御には、車両の加速時にエンジン負荷が低負荷から高負荷へと増加する場合に、吸気切替弁７５の切替時に、以下の（１）−（３）のいずれかの現象が発生する。

（１）エンジン負荷が緩やかに増加する場合は、ＭＡＰ制御で吸気系および排気系の変化に充分に対応できる。

（２）エンジン負荷が急激に増加する場合は、図４の吸気切替弁７５の切替遷移領域（ＩＶ）を一瞬にして通過するので、問題は顕著に表れずＭＡＰ制御で問題はない。

（３）（１）と（２）の中間の急加速を行う場合、排気切替弁６６がＭＡＰ指示に従って一定開度（吸気切替弁７５がＯＮからＯＦＦに変わる開度）に設定されても、低圧段ターボチャージャー６７の応答遅れや排気の慣性によって低圧段コンプレッサー７２の過給圧の立ち上がりが遅れる。

低圧段コンプレッサー７２の過給圧が立ち上がる前に、吸気経路が高圧段吸気経路から低圧段吸気経路に切り替わると、高圧段コンプレッサー７１で過給された吸気は、吸気切替弁７５を通して高圧段コンプレッサー７１の入口に再び吸い込まれることになる。

そのため、低圧段コンプレッサー７２の過給圧が一定圧まで上がるか、高圧段タービン６５の回転が十分に落ちるまでは、高圧段コンプレッサー７１の出口から吸気切替弁７５を通り高圧段コンプレッサー７１の入口へと一部の過給吸気が循環する流れが発生する。この循環される吸気は高圧段コンプレッサー７１の仕事により加熱されるだけであり、エンジン６２の過給仕事には寄与しない。この現象は、図４の吸気切替遷移領域（ＩＶ）で顕著となる。

上述の（３）の現象が生じると、低圧段ターボチャージャー６７の過給圧の立ち上がりが更に遅れ、空気不足となり、エンジン６２から煤が発生するという問題があった。

また、ＥＧＲを行っている場合は、十分なＥＧＲ量を掛けられないので、同時にＮＯｘの排出も増えるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、エンジン負荷が増加する過渡時の過給応答性の向上を図った２ステージターボシステムを提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、エンジンの排気通路に設けられた高圧段タービンと上記エンジンの吸気通路に設けられた高圧段コンプレッサーとを有する高圧段ターボチャージャーと、上記高圧段タービンよりも下流の排気通路に設けられた低圧段タービンと上記高圧段コンプレッサーよりも上流の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサーとを有する低圧段ターボチャージャーと、上記高圧段コンプレッサーの下流の吸気通路に設けられると共に上記高圧段コンプレッサーと上記低圧段コンプレッサーとの間の吸気通路に接続され、上記低圧段コンプレッサーの出口を上記高圧段コンプレッサーの入口と上記エンジンの吸気入口とに各々連通させるＯＦＦと、上記低圧段コンプレッサーの出口を上記高圧段コンプレッサーの入口にのみに連通させるＯＮとで切替可能な吸気切替弁と、上記吸気切替弁を制御するための制御手段とを備え、上記制御手段は、エンジン低負荷時には、上記吸気切替弁をＯＮにして上記低圧段コンプレッサーで過給した吸気をさらに上記高圧段コンプレッサーで過給し、他方、エンジン高負荷時には、上記吸気切替弁をＯＦＦにして、上記低圧段コンプレッサーのみで吸気を過給するようにした２ステージターボシステムにおいて、上記高圧段コンプレッサーの出口から吐出された過給吸気の一部がＯＦＦにされた吸気切替弁を通り上記高圧段コンプレッサーの入口に再び吸入される過給吸気の再循環を検出するための再循環検出手段を備え、上記制御手段は、車両の加速時にエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記再循環検出手段により上記過給吸気の再循環を検出したとき、上記吸気切替弁をＯＮに切り替えるものである。

好ましくは、上記低圧段タービンと上記高圧段タービンとの間の排気通路に設けられると共に上記エンジンの排気出口に接続され、全閉時に上記高圧段タービンの出口からの排気のみを上記低圧段タービンの入口に流し、弁開度が大きくなるにつれ上記高圧段タービンの出口から上記低圧段タービンの入口に流れる排気を減らすと共に上記エンジンの排気出口から上記低圧段タービンの入口に流れる排気を増やし、かつ全開時に上記エンジンの排気出口からの排気のみを上記低圧段タービンの入口に流す排気切替弁と、上記高圧段タービンを迂回すべく該高圧段タービンの上流の排気通路を上記高圧段タービンと上記排気切替弁との間の排気通路に接続する高圧段タービンバイパス通路と、その高圧段タービンバイパス通路に設けられ全閉時に上記高圧段タービンバイパス通路を閉塞する高圧段排気調整弁とを備え、上記制御手段は、エンジン低負荷時には、上記排気切替弁と上記高圧段排気調整弁とを全閉にし、エンジン負荷が高まるにつれ上記高圧段排気調整弁の弁開度を大きくし、その高圧段排気調整弁が全開に達したときに上記排気切替弁を開くと共にその弁開度をエンジン負荷が高まるにつれ大きくし、その排気切替弁の弁開度が所定開度に達したときに上記吸気切替弁をＯＦＦにするものである。

好ましくは、上記吸気通路は、上流端が上記低圧段コンプレッサーの出口に接続されると共に、下流側が分岐部にて二股状に分岐し、その分岐した一方の下流端が上記高圧段コンプレッサーの入口に接続され他方の下流端が上記エンジンの吸気入口に接続された分岐通路と、そのエンジン側に分岐した分岐通路に上記高圧段コンプレッサーの出口を接続する高圧段コンプレッサー出口通路とを備え、上記吸気切替弁が、上記エンジン側に分岐した分岐通路と上記高圧段コンプレッサー出口通路との接続部に設けられたものである。

好ましくは、上記再循環検出手段は、上記低圧段コンプレッサーから吐出された吸気の温度を検出するための低圧段コンプレッサー出口温度検出手段と、上記高圧段コンプレッサーに吸入される吸気の温度を検出するための高圧段コンプレッサー入口温度検出手段とを備えたものである。

好ましくは、上記制御手段は、上記高圧段コンプレッサー入口温度検出手段により検出された高圧段コンプレッサー入口温度から上記低圧段コンプレッサー出口温度検出手段により検出された低圧段コンプレッサー出口温度を引いた温度差が所定温度差を超えるときに、上記高圧段コンプレッサーでの上記過給吸気の再循環が発生していると判断するものである。

好ましくは、上記低圧段コンプレッサー出口温度検出手段が、上記低圧段コンプレッサーの出口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられ、上記高圧段コンプレッサー入口温度検出手段が、上記高圧段コンプレッサーの入口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられたものである。

好ましくは、上記再循環検出手段は、上記高圧段コンプレッサーに吸入される吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段と、上記高圧段コンプレッサーから吐出された吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段とを備えたものである。

好ましくは、上記制御手段は、上記高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段により検出された高圧段コンプレッサー出口圧力から上記高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段により検出された高圧段コンプレッサー入口圧力を引いた圧力差が所定圧力差を超えるときに、上記高圧段コンプレッサーでの上記過給吸気の再循環が発生していると判断するものである。

好ましくは、上記高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段が、上記高圧段コンプレッサーの入口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられ、上記高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段が、上記高圧段コンプレッサー出口通路に設けられたものである。

好ましくは、上記エンジンの回転速度を検出するためのエンジン回転速度検出手段と、上記エンジンに供給される燃料量を検出するための供給燃料量検出手段とを備え、上記制御手段は、上記供給燃料量検出手段により検出した供給燃料量を基にエンジン負荷を求めると共に、そのエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記エンジン回転速度検出手段により検出したエンジン回転速度が中速域のとき、上記再循環検出手段による上記過給吸気の再循環の検出に基づく上記吸気切替弁のＯＮへの切り替え制御を行うものである。

上記制御手段は、車両の加速時にエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記再循環検出手段により上記過給吸気の再循環を検出したとき、上記吸気切替弁をＯＮに切り替え、所定期間の経過後、上記排気切替弁の弁開度が上記所定開度以上のときは上記吸気切替弁を再びＯＦＦに戻すものでもよい。

本発明によれば、エンジン負荷が増加する過渡時の過給応答性を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。

以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

本実施形態の２ステージターボシステムは、例えば、トラックなどの大型車両に搭載されたディーゼルエンジン（以下、エンジンという）に適用される。

まず、図１から図３に基づき本実施形態の２ステージターボシステムの概略構造を説明する。

本実施形態の２ステージターボシステム１は、エンジン２に吸気を供給するための吸気通路３と、エンジン２の排気を排出するための排気通路４と、エンジン２に過給された吸気（空気）を供給するための高圧段ターボチャージャー５および低圧段ターボチャージャー６と、低圧段ターボチャージャー６を駆動する排気の経路を切り替えるための排気切替弁７と、低圧段ターボチャージャー６にて過給された吸気の経路を切り替えるための吸気切替弁８と、高圧段ターボチャージャー５を通る排気量を調整するための高圧段排気調整弁９と、エンジン２の回転速度を検出するためのエンジン回転速度検出手段１０と、エンジン２に供給される燃料量を検出するための供給燃料量検出手段１１と、それらエンジン回転速度検出手段１０および供給燃料量検出手段１１の検出値に基づき、吸気切替弁８と排気切替弁７と高圧段排気調整弁９とを各々制御する制御手段（以下、コンピュータという）１２とを備える。

エンジン２には、図示しないＥＧＲ装置が設けられ、そのＥＧＲ装置は、ＮＯｘを低減すべく排気通路の排気の一部をＥＧＲ管を介して吸気通路に戻し、かつＥＧＲ管に設けたＥＧＲ弁によりＥＧＲ率を制御するようにしている。

高圧段ターボチャージャー５と低圧段ターボチャージャー６とは、高圧段ターボチャージャー５をエンジン２側にして直列に配置される。

より具体的には、高圧段ターボチャージャー５は、排気通路４に設けられた高圧段タービン１６と吸気通路３に設けられた高圧段コンプレッサー１７とを有し、低圧段ターボチャージャー６は、高圧段タービン１６よりも下流の排気通路４に設けられた低圧段タービン１８と高圧段コンプレッサー１７よりも上流の吸気通路３に設けられた低圧段コンプレッサー１９とを有する。

排気通路４は、エンジン２の各気筒に各々接続された排気マニフォールド２１と、その排気マニフォールド２１を高圧段タービン１６の入口に接続する高圧段タービン入口管２２と、高圧段タービン１６の出口を低圧段タービン１８の入口に接続すると共に排気切替弁７が設けられたタービン接続管２３と、排気切替弁７を排気マニフォールド２１に接続する排気導入管２４と、高圧段タービン１６を迂回すべく高圧段タービン入口管２２（高圧段タービン１６の上流の排気通路４）を、タービン接続管２３（高圧段タービン１６と排気切替弁７との間の排気通路４）に接続する高圧段タービンバイパス管（高圧段タービンバイパス通路）２５とを備える。

排気切替弁７は、低圧段タービン１８と高圧段タービン１６との間の排気通路４をなすタービン接続管２３に設けられると共に、エンジン２の排気出口をなす排気マニフォールド２１に排気導入管２４を介して接続される。

排気切替弁７は、排気マニフォールド２１とタービン接続管２３との間を指定開度で自在に開閉する弁本体（図示せず）を有する。

具体的には、排気切替弁７は、全閉時に高圧段タービン１６の出口からの排気のみを低圧段タービン１８の入口に流し、弁開度が大きくなるにつれ、高圧段タービン１６の出口から低圧段タービン１８の入口に流れる排気を減らすと共に排気マニフォールド２１から低圧段タービン１８の入口に流れる排気を増やし、かつ全開時に排気マニフォールド２１からの排気のみを低圧段タービン１８の入口に流すように構成される。

排気切替弁７は、コンピュータ１２に接続され、そのコンピュータ１２から入力される開度信号（指定開度）に基づき、弁開度が連続的に制御される。

高圧段排気調整弁９は、高圧段タービンバイパス管２５に設けられ、高圧段タービンバイパス管２５を流れる排気の量を調整する。その高圧段排気調整弁９は、指定開度で自在に開閉する弁本体（図示せず）を有する。

高圧段排気調整弁９は、全閉時に高圧段タービンバイパス管２５を閉塞し、弁開度が大きくなるにつれ、高圧段タービンバイパス管２５を通る排気を増やすように構成される。

高圧段排気調整弁９は、コンピュータ１２に接続され、そのコンピュータ１２から入力される開度信号（指定開度）に基づき、弁開度が連続的に制御される。

吸気通路３は、低圧段コンプレッサー１９の入口に吸気（空気、新気）を導入する低圧段コンプレッサー入口管３１と、低圧段コンプレッサー１９の出口を高圧段コンプレッサー１７の入口とエンジン２の吸気入口とに各々接続すべく、上流端が低圧段コンプレッサー１９の出口に接続されると共に、下流側が分岐部３２にて二股状に分岐し、その分岐した一方の下流端が高圧段コンプレッサー１７の入口に接続され他方の下流端がエンジン２の吸気入口に接続された分岐管（分岐通路）３３と、そのエンジン２側に分岐した分岐管３３に高圧段コンプレッサー１７の出口を接続する高圧段コンプレッサー出口管（高圧段コンプレッサー出口通路）３４とを備える。

分岐管３３は、低圧段コンプレッサー１９の出口を分岐部３２に接続する低圧段コンプレッサー出口管３６と、分岐部３２を高圧段コンプレッサー１７の入口に接続する高圧段コンプレッサー入口管３７と、分岐部３２を吸気切替弁８に接続する吸気バイパス管３８と、吸気切替弁８をエンジン２の吸気入口をなす吸気マニフォールド（図示せず）に接続するエンジン入口管３９とで構成される。

以下の説明において、低圧段コンプレッサー１９の出口から順に、低圧段コンプレッサー出口管３６、分岐部３２、高圧段コンプレッサー入口管３７、高圧段コンプレッサー１７、高圧段コンプレッサー出口管３４、吸気切替弁８およびエンジン入口管３９を通り吸気マニフォールドに至る経路を高圧段吸気経路という（図２の白抜き矢印参照）。また、低圧段コンプレッサー１９の出口から、低圧段コンプレッサー出口管３６、吸気バイパス管３８、吸気切替弁８およびエンジン入口管３９を順に通り吸気マニフォールドに至る経路を低圧段吸気経路という（図３の白抜き矢印参照）。

吸気切替弁８は、高圧段コンプレッサー出口管３４と、吸気バイパス管３８（エンジン２側に分岐した分岐管３３）との接続部に設けられる。その吸気切替弁８は、高圧段コンプレッサー出口管３４を介して高圧段コンプレッサー１７の出口に接続され、吸気バイパス管３８および分岐部３２を介して低圧段コンプレッサー１９の出口に接続される。

図２および図３に示すように、吸気切替弁８は、高圧段コンプレッサー出口管３４と吸気バイパス管３８との合流部に配置されＯＮ／ＯＦＦで切替自在な弁本体４１と、その弁本体４１を切替駆動するための図示しない弁駆動手段（例えば、エアシリンダなど）とを有する。

より詳細には、高圧段コンプレッサー出口管３４の下流部と吸気バイパス管３８の下流部とエンジン入口管３９の上流部とがＹ字状に接続され、その股部に弁本体４１の基端部が回動可能に軸支される。

図２に示すように、吸気切替弁８がＯＮのとき、弁本体４１は、吸気バイパス管３８の下流端を閉塞する閉塞位置に位置して、低圧段コンプレッサー１９の出口を高圧段コンプレッサー１７の入口にのみに連通させる。この吸気切替弁８がＯＮのときに、上述した高圧段吸気経路が形成される。

他方、図３に示すように、吸気切替弁８がＯＦＦのとき、弁本体４１は、吸気バイパス管３８の下流端と高圧段コンプレッサー出口管３４の下流端との両方を開放する中間位置に位置して、低圧段コンプレッサー１９の出口を高圧段コンプレッサー１７の入口とエンジン２の吸気入口とに各々連通させる。中間位置は、例えば、吸気バイパス管３８と高圧段コンプレッサー出口管３４との開口面積が等しくなる位置が考えられる。

この吸気切替弁８がＯＦＦのときは、高圧段コンプレッサーが非作動の場合に、上述した低圧段吸気経路が形成される。

吸気切替弁８は、コンピュータ１２に接続され、そのコンピュータ１２から入力されるＯＮ／ＯＦＦ信号に基づき制御される。

エンジン回転速度検出手段１０は、例えば、エンジン２のクランク角センサなどが考えられる。供給燃料量検出手段１１は、例えば、エンジン２の運転状態（アクセル開度やエンジン回転速度など）に基づいて供給燃料量（燃料噴射量）を決定するエンジンＥＣＵなどが考えられる。

それらエンジン回転速度検出手段１０と供給燃料量検出手段１１とは、コンピュータ１２に接続され、そのコンピュータ１２に検出信号（エンジン回転速度、供給燃料量）を入力する。また、コンピュータ１２には、空気量検出手段（例えば、ＭＡＦセンサ）４２が接続されエンジン空気量が入力される（図１参照）。

コンピュータ１２は、基本的には、入力されたエンジン回転速度や供給燃料量などに基づいて、吸気切替弁８をＯＮ／ＯＦＦ制御すると共に、排気切替弁７および高圧段排気調整弁９を弁開度制御する。

例えば、コンピュータ１２は、供給燃料量検出手段１１により検出した供給燃料量を基にエンジン負荷を求めると共に、そのエンジン負荷の増加に応じて吸気切替弁８を切り替える。

コンピュータ１２は、基本的には、エンジン低負荷時（および／またはエンジン低回転時）には、吸気切替弁８をＯＮにして低圧段コンプレッサー１９で過給した吸気をさらに高圧段コンプレッサー１７で過給する。他方、エンジン高負荷時（および／またはエンジン高回転時）には、吸気切替弁８をＯＦＦにして、低圧段コンプレッサー１９のみで吸気を過給する。

より詳細には、コンピュータ１２は、エンジン低負荷時には、排気切替弁７と高圧段排気調整弁９とを全閉、かつ吸気切替弁８をＯＮにし、車両の加速に伴いエンジン負荷が高まるにつれ、高圧段排気調整弁９の弁開度を大きくし、その高圧段排気調整弁９が全開に達したときに排気切替弁７を開くと共にその弁開度をエンジン負荷が高まるにつれ大きくし、その排気切替弁７の弁開度が所定開度に達したときに吸気切替弁８をＯＦＦにする。

この吸気切替弁８を車両の加速時などにＯＮからＯＦＦに切り替えたときに、吸気切替弁８を通る吸気が吸気バイパス管３８を逆流して高圧段コンプレッサー１７に流れ再循環することで、過給応答性が低下する虞がある。

そこで、本実施形態では、過給吸気の再循環を抑制すべく、再循環を検出すると共に再循環時にＯＦＦに切り替えた吸気切替弁８を再度ＯＮに戻すようにした。

すなわち、本実施形態の２ステージターボシステム１は、高圧段コンプレッサー１７の出口から吐出された過給吸気の一部がＯＦＦにされた吸気切替弁８を通り高圧段コンプレッサー１７の入口に再び吸入される過給吸気の再循環を検出するための再循環検出手段４５を備える。

その再循環検出手段４５はコンピュータ１２に接続され、コンピュータ１２は、車両の加速時にエンジン負荷（および／またはエンジン回転速度）の増加に応じて吸気切替弁８をＯＦＦにした際に、再循環検出手段４５により過給空気の再循環を検出したとき、吸気切替弁８をＯＮに切り替える。

本実施形態の再循環検出手段４５は、低圧段コンプレッサー１９から吐出された吸気の温度を検出するための低圧段コンプレッサー出口温度検出手段（以下、低圧段コンプレッサー出口温度計という）４６と、高圧段コンプレッサー１７に吸入される吸気の温度を検出するための高圧段コンプレッサー入口温度検出手段（以下、高圧段コンプレッサー入口温度計という）４７とで構成される。

低圧段コンプレッサー出口温度計４６は、低圧段コンプレッサー１９の出口下流にて高圧段コンプレッサー１７側と吸気切替弁８側とに分岐する分岐管３３の分岐部３２の上流で、低圧段コンプレッサー１９に近い位置に配置される。つまり、低圧段コンプレッサー出口温度計４６は、低圧段コンプレッサー出口管３６に配置され、好ましくは、低圧段コンプレッサー１９の出口に近接させて配置される。

高圧段コンプレッサー入口温度計４７は、分岐管３３の分岐部３２の下流で高圧段コンプレッサー１７の入口に近い位置に配置される。つまり、高圧段コンプレッサー入口温度計４７は、高圧段コンプレッサー入口管３７に配置され、好ましくは、高圧段コンプレッサー１７の入口に近接させて配置される。

それら低圧段コンプレッサー出口温度計４６と高圧段コンプレッサー入口温度計４７とはコンピュータ１２に各々接続され、コンピュータ１２に検出信号（低圧段コンプレッサー出口温度Ｔｏｕｔ、高圧段コンプレッサー入口温度Ｔｉｎ）を各々入力する。

そのコンピュータ１２は、高圧段コンプレッサー入口温度計４７により検出された高圧段コンプレッサー入口温度Ｔｉｎから低圧段コンプレッサー出口温度計４６により検出された低圧段コンプレッサー出口温度Ｔｏｕｔを引いて温度差ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔを求め、その温度差ΔＴが所定温度差Ｔｒを超えるときに、高圧段コンプレッサー１７での過給吸気の再循環が発生していると判断する。

さらに、コンピュータ１２は、吸気切替弁８をＯＦＦにした際に、低圧段コンプレッサー出口温度計４６と高圧段コンプレッサー入口温度計４７とにより過給吸気の再循環を検出したとき、吸気切替弁８をＯＮに切り替え、所定期間の経過後、排気切替弁７の弁開度が所定開度以上のときは、吸気切替弁８を再びＯＦＦに戻す。

また、本実施形態の２ステージターボシステム１は、低圧段コンプレッサー出口温度計４６、高圧段コンプレッサー入口温度計４７の検出信号を、コンピュータ１２に伝達（送信）するための伝達手段４９を備える。伝達手段４９は、例えば、電気ケーブルなどが考えられる。

次に、本実施形態の２ターボシステムの作動を図４、図５および図６の制御フローチャートを用いて説明する。

図４は、供給燃料量とエンジン回転速度とを基に決定される排気切替弁７、高圧段排気調整弁９および吸気切替弁８の弁開度（指示開度）のＭＡＰの一例である。このＭＡＰは、例えば、コンピュータ１２のメモリに格納され、そのコンピュータ１２がＭＡＰに基づき排気切替弁７、高圧段排気調整弁９および吸気切替弁８をＭＡＰ制御する。

図４において、ラインＬＱは全負荷燃料量を示すラインである。このラインＬＱと縦軸（供給燃料量Ｑ）と横軸（エンジン回転速度ｒｐｍ）とにより区画された領域が領域（Ｉ）−（Ｖ）に分割され、各領域（Ｉ）−（Ｖ）ごとに、排気切替弁７、高圧段排気調整弁９および吸気切替弁８の弁開度が各々設定される。

領域（Ｉ）は、排気切替弁７が全閉、高圧段排気調整弁９が全閉、かつ吸気切替弁８がＯＮに設定される領域である。

領域（ＩＩ）は、排気切替弁７が全閉、高圧段排気調整弁９が開弁状態、かつ吸気切替弁８がＯＮに設定される領域である。この領域（ＩＩ）において、高圧段排気調整弁９の弁開度は、ラインＬ１で全閉であり、エンジン回転速度が高いほど、また供給燃料量が多いほど大きく設定され、ラインＬ２で全開に達する。

領域（ＩＩＩ）は、排気切替弁７が所定開度以下の開弁状態、高圧段排気調整弁９が全開、かつ吸気切替弁８がＯＮに設定される領域である。この領域（ＩＩＩ）において、排気切替弁７の弁開度は、ラインＬ２で全閉であり、エンジン回転速度が高いほど、また供給燃料量が多いほど大きく設定され、ラインＬ３で所定開度に達する。

以上の領域（Ｉ）から領域（ＩＩＩ）では、基本的には、高圧段ターボチャージャー５と低圧段ターボチャージャー６との両方が作動する。

領域（ＩＶ）は、排気切替弁７が所定開度を超える開弁状態、高圧段排気調整弁９が全開、かつ吸気切替弁８がＯＦＦに設定され、遷移する領域である。この領域（ＩＶ）において、排気切替弁７の弁開度は、ラインＬ３で所定開度であり、エンジン回転速度が高いほど、また供給燃料量が多いほど大きく設定され、ラインＬ４で全開に達する。

領域（Ｖ）は、排気切替弁７が全開、高圧段排気調整弁９が全開、かつ吸気切替弁８がＯＦＦに設定される領域である。

以上の領域（ＩＶ）および領域（Ｖ）では、基本的には、低圧段ターボチャージャー６のみが作動する。

この低圧段ターボチャージャー６による一段過給に、高圧段ターボチャージャー５と低圧段ターボチャージャー６とによる二段過給から切り替えた際に、領域（ＩＶ）で高圧段コンプレッサー１７での過給吸気の再循環が発生する虞がある。

すなわち、図中の領域（ＩＩＩ）と領域（ＩＶ）とは、高圧段排気調整弁９が全開になり、かつ排気切替弁７が開きだしてから全開になるまでの間の領域である。領域（ＩＩＩ）では、吸気切替弁８がＯＮであり、この領域（ＩＩＩ）において排気切替弁７が所定開度まで開くと、領域（ＩＶ）に入り吸気切替弁８はＯＦＦになる。

ここで、エンジン負荷が低負荷から高負荷に緩やかに増加する場合、全ての弁がＭＡＰで設定された開度で開閉を行っても過給系は追従するので問題はない。また、エンジン負荷が瞬間的に低負荷から高負荷に急激に増加する場合、吸気切替弁８の遷移領域（ＩＶ）を瞬間的に通るので過給系の応答遅れがあるとしても実害は少ない。

しかしながら、エンジン負荷が前記２つの場合の中間の速度で増加すると、高圧段排気調整弁９が全開になり排気切替弁７が所定開度まで開いても、高圧段タービン１６を通る排気は慣性で流れ、高圧段コンプレッサー１７は瞬時には回転速度が下がらない。

そのため、高圧段コンプレッサー１７はまだ働き出口の圧力（吐出圧）がある程度高い状態が続く。他方、低圧段コンプレッサー１９は立ち上がりの応答が遅れ、低圧段コンプレッサー１９の吐出圧はすぐには上昇しない。

このときに、図４のＭＡＰ制御に基づき吸気切替弁８を即座にＯＦＦにすると、高圧段コンプレッサー１７の出口から吐出された一部の過給吸気が、吸気切替弁８を通して高圧段コンプレッサー１７の入口から吸入され、過給吸気が高圧段コンプレッサー１７を再循環してしまう（図５参照）。

そこで、この再循環を抑制するために、本実施形態では、高圧段コンプレッサー１７の入口吸気温度（入口空気温度）Ｔｉｎが低圧段コンプレッサー１９の出口吸気温度（出口空気温度）Ｔｏｕｔよりも規定値（所定温度差Ｔｒ）を超えて上がった場合、再循環が発生していると判断して、ＭＡＰ上は吸気切替弁８がＯＦＦであっても所定期間、吸気切替弁８をＯＮにして（後述する図６のフロチャートでは１秒を例に取り説明する）高圧段吸気経路を生かす。つまり、吸気バイパス管３８の下流端を吸気切替弁８にて閉塞することで、高圧段コンプレッサー１７から吐出された過給空気が吸気バイパス管３８を逆流することを防止する。

より詳細に説明すると、低圧段コンプレッサー１９から吐出された吸気は高圧段コンプレッサー１７で過給されると温度がさらに上がることから、高圧段コンプレッサー１７の出口の吸気温度は、低圧段コンプレッサー１９で過給された吸気の温度Ｔｏｕｔに対して高い。

この高圧段コンプレッサー１７から吐出された高温空気が吸気切替弁８を介して高圧段コンプレッサー１７の入口に再循環すると、その高圧段コンプレッサー入口吸気温度Ｔｉｎは低圧段コンプレッサー出口吸気温度Ｔｏｕｔよりも上昇する。

本実施形態では、この現象を検知して吸気切替弁８を制御することで、高圧段コンプレッサー１７の出口から高圧段コンプレッサー１７の入口に吸い戻される吸気の再循環を防ぎ、これにより、エンジン２への過給吸気（空気）の供給が吸気切替遷移領域（ＩＶ）で悪化することを抑制できる。

ようするに、定常運転や過渡状態などの過給機系の状態によって加圧された吐出空気を吸入側が吸い戻す状態が発生する場合があるので、吸気切替弁８のＯＮ／ＯＦＦ切替の可否判断が極めて重要になり、その可否判断は、エンジン回転速度や燃料負荷などで一義的に決められるものではない。

また、本実施形態では、図４に示すように、エンジン２の中速域にて２段過給から１段過給への切替（吸気切替弁８のＯＮからＯＦＦへの切替）を行っている。そのため、コンピュータ１２は、エンジン回転速度検出手段１０により検出したエンジン回転速度が中速域のときに、再循環検出手段４５による過給空気の再循環の検出に基づく吸気切替弁８のＯＮへの切り替え制御を行うことになる。

次に、図６のフローチャートに基づき本実施形態の２ステージターボシステム１の作動の一例を詳細に説明する。図６のフローチャートは、コンピュータ１２により実行される。

ステップＳ１では、キースイッチがＯＮにされ、作動が開始される。

このステップＳ１の後、コンピュータ１２は、排気切替弁７、吸気切替弁８および高圧段排気調整弁９を図４のＭＡＰに基づきＭＡＰ制御する。そのＭＡＰ制御の際に、エンジン回転速度と供給燃料量とが図４における領域（ＩＶ）内に入ったとき、コンピュータ１２は、吸気切替弁８をＯＦＦに切り替えて、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、エンジン回転速度検出手段１０がエンジン回転速度Ｎｒｐｍを測定し、供給燃料量検出手段１１がエンジン２に投入された供給燃料量Ｑｍｍ³／ｓｔを測定し、それらの測定値がコンピュータ１２に入力される。

ステップＳ３では、コンピュータ１２は、ステップＳ２で測定した条件（エンジン回転速度、供給燃料量）を基に図４のＭＡＰから高圧段排気調整弁９の弁開度、排気切替弁７の弁開度および吸気切替弁８のＯＮ／ＯＦＦを読み取る。

ステップＳ４では、コンピュータ１２は、高圧段排気調整弁９および排気切替弁７をＭＡＰで読み取った値に制御する。

ステップＳ５では、コンピュータ１２は、ステップＳ３で読み取った排気切替弁７開度が中間開度（本例では、０％（全閉）を超え１００％（全開）未満の開度）にあるときに、ステップＳ６に進む。

そのステップＳ６では、コンピュータ１２は、低圧段コンプレッサー出口温度計４６から低圧段コンプレッサー出口温度Ｔｏｕｔを読み込むと共に、高圧段コンプレッサー入口温度計４７から高圧段コンプレッサー入口温度Ｔｉｎを読み込む。

ステップＳ７では、コンピュータ１２は、ステップＳ６で読み込んだ低圧段コンプレッサー出口温度Ｔｏｕｔと高圧段コンプレッサー入口温度Ｔｉｎを基に、高圧段コンプレッサー入口温度Ｔｉｎから低圧段コンプレッサー出口温度Ｔｏｕｔを引いた温度差ΔＴ＝Ｔｉｎ−Ｔｏｕｔを演算する。

ステップＳ８では、コンピュータ１２は、温度差ΔＴが所定温度（規定値ともいう、図例では、５℃）Ｔｒを超えるか否か判断する。温度差ΔＴが所定温度Ｔｒを超える場合は、高圧段ターボチャージャー５がまだ働いているので、ステップＳ９にてＭＡＰ指示の如何にかかわらず高圧段空気経路を開く。すなわち、ステップＳ９では、コンピュータ１２は、吸気切替弁８をＯＮに設定する。

一方、ステップＳ８で温度差ΔＴがほとんどない場合は高圧段ターボチャージャー５は既に働いていないので、ステップＳ１０にて低圧段吸気経路を開く。すなわち、ステップＳ８で温度差ΔＴが所定温度Ｔｒ以下の場合は、コンピュータ１２は、ステップＳ１０にて吸気切替弁８をＯＦＦに設定する。

ステップＳ１１およびステップＳ１３では、吸気切替弁８を、所定期間（本例の場合は１秒間）ＯＮまたはＯＦＦに固定する。この所定期間は、実際は実験によって決定される。

具体的には、コンピュータ１２は、ステップＳ１１でタイマーＴ０が０秒であるか否か（０秒を超えるか否か）を判断する。タイマーが０秒である場合は、初めて吸気切替遷移領域（ＩＶ）に突入したことになるのでステップＳ１２でタイマーＴ０を作動させてステップＳ２に戻り、再度エンジン回転速度および供給燃料量の測定を開始する。

一方、タイマーＴ０が０秒を超えるときは、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、コンピュータ１２は、タイマーＴ０が１秒未満か否かを判断する。タイマーＴ０が作動していて１秒以上の場合、ステップＳ１４にてタイマーＴ０を停止、リセットし、ステップＳ１５にて吸気切替弁８をＭＡＰで指示されるＯＮまたはＯＦＦに設定、制御する。その後、ステップＳ２に戻り再度計測を開始する。

ステップＳ１３で、タイマーＴ０が１秒未満の場合、コンピュータ１２は、吸気切替弁８の状態をＯＮまたはＯＦＦに固定して再度ステップＳ２に戻り計測を開始する。

また、ステップＳ５で排気切替弁７が中間開度にない場合、コンピュータ１２は、ステップＳ１６に進みタイマー作動中か否か判断する。そのステップＳ１６で、タイマーＴ０が作動中で１秒未満の場合は、吸気切替弁８がＯＮまたはＯＦＦに固定される期間であるため、ステップＳ２に戻り高圧段排気調整弁９と排気切替弁７の制御のみを行う。

これにより、車両の加速に伴いエンジン負荷が増加する過渡時に、吸気切替弁８が固定されることになる。

例えば、車両加速中の過渡時、まず、始めの制御サイクルでは、ステップＳ５で排気切替弁７が中間開度（領域ＩＩＩまたは領域ＩＶ）であると判断されると共にステップＳ９で吸気切替弁８がＯＮに切り替えられる。次の制御サイクルでは、ステップＳ５で排気切替弁７が全開（領域Ｖ）と判断され、ステップＳ１６を経てステップＳ２に戻る。このステップＳ２からステップＳ１６が、タイマーＴ０が１秒以上になるまで（所定期間が経過するまで）繰り返され、その所定期間は、吸気切替弁８がＯＮに固定される。

一方、ステップＳ１６で、タイマーＴ０が１秒以上の場合は、ステップＳ１４でタイマーＴ０を停止、リセットした後、ステップＳ１５に移行し、吸気切替弁８をＭＡＰで指示されるＯＮまたはＯＦＦに制御する。

このように、本実施形態の２ステージターボシステムでは、高圧段コンプレッサー１７の出口から吸気切替弁８を経て高圧段コンプレッサー１７の入口に至る経路で、過給吸気（空気）の一部が再循環する場合に、吸気切替弁８の遷移領域（ＩＶ）でも吸気切替弁８をＯＦＦにせず、高圧段吸気経路を所定時間生かすことで過給圧の異常な応答遅れを回避し、煤の発生を抑えることができる。

すなわち、エンジン負荷が増加する過渡時に、過渡状態に合わせて過給応答性を改良することができ、煤を抑制することができる。また、ＥＧＲを作動させる場合は、ＮＯｘを抑制することができる。

また、高圧段コンプレッサー１７での過給空気の再循環を早期に中止することで、エンジン２の過給吸気の低下を抑制して過給吸気を確実に確保することができる。

また、過給空気の一部が再循環する状況にあるか否かの判断を、高圧段コンプレッサー１７の入口の吸気温度と低圧段コンプレッサー１９の出口の吸気温度とを比較して行うことで、再循環を確実に検出することができる。

［他の実施形態］
次に、図７および図８に基づき他の実施形態の２ステージターボシステムを説明する。

本実施形態は、上述の図１の実施形態とは、再循環検出手段の構成が異なり、その他は実質的に同じである。したがって、上述の実施形態と同一の要素については、図中同一符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。

図７に示すように、本実施形態の２ステージターボシステム５１では、高圧段コンプレッサー１７の入口側と出口側との圧力差により、高圧段コンプレッサー１７が作動しているか否かを判断して、過給吸気の再循環を判断する。

すなわち、再循環検出手段５２は、高圧段コンプレッサー１７に吸入される吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段（以下、高圧段コンプレッサー入口圧力計という）５３と、高圧段コンプレッサー１７から吐出された吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段（以下、高圧段コンプレッサー出口圧力計という）５４とを備える。

高圧段コンプレッサー入口圧力計５３は、低圧段コンプレッサー１９の出口下流にて高圧段コンプレッサー１７側と吸気切替弁８側とに分岐する分岐管３３の分岐部３２の下流で、高圧段コンプレッサー１７に近い位置に配置される。つまり、高圧段コンプレッサー入口圧力計５３は、高圧段コンプレッサー入口管３７に配置され、好ましくは、高圧段コンプレッサー１７の入口に近接させて配置される。

高圧段コンプレッサー出口圧力計５４は、高圧段コンプレッサー１７の出口下流で吸気切替弁８よりも上流に配置される。つまり、高圧段コンプレッサー出口管３４に配置され、好ましくは、高圧段コンプレッサー１７の出口に近接させて配置される。

それら高圧段コンプレッサー入口圧力計５３と高圧段コンプレッサー出口圧力計５４とは電気ケーブルなどの伝達手段４９を介してコンピュータ１２に接続され、コンピュータ１２に検出信号（高圧段コンプレッサー入口圧力Ｐｉｎ、高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔ）を各々入力する。

そのコンピュータ１２は、高圧段コンプレッサー出口圧力計５４により検出された高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔから高圧段コンプレッサー入口圧力計５３により検出された高圧段コンプレッサー入口圧力Ｐｉｎを引いて圧力差ΔＰ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎを求め、その圧力差ΔＰが所定圧力差Ｐｒを超えるときに、高圧段コンプレッサー１７での過給吸気の再循環が発生していると判断する。なお、所定圧力差Ｐｒは、高圧段コンプレッサー１７の吸い込み負圧分未満であるので、高くても数ｋＰａ程度である。

さらに、コンピュータ１２は、吸気切替弁８をＯＦＦに切り替えた際に、高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔが入口圧力Ｐｉｎよりも所定圧力差Ｐｒ（規定値）高い場合には、一定期間（後述する図８のフロチャートでは１秒を例に取り説明する）吸気切替弁８をＯＮにして、高圧段吸気経路を生かす。

この結果、高圧段コンプレッサー１７の出口から入口に戻る吸気の再循環が防止され、エンジン２への吸気の供給が吸気切替遷移領域（ＩＶ）で悪化することを防止できる。

ようするに、定常運転や過渡状態などの過給機系の状態によって加圧された吐出吸気（空気）を吸入側が吸い戻す状態が発生する場合があるので、吸気切替弁８のＯＮ／ＯＦＦ切替の可否判断が極めて重要になり、その可否判断は、エンジン回転速度や燃料負荷などで一義的に決められるものではない。

次に、図８のフローチャートに基づき本実施形態の２ステージターボシステム５１の作動の一例を詳細に説明する。

図８のフローチャートは、上述した図６のフローチャートとは、ステップＳ１０６からステップＳ１０８が異なる。そこで、ステップＳ１０６からステップＳ１０８のみを説明する。

ステップＳ１０６では、コンピュータ１２は、高圧段コンプレッサー入口圧力計５３から高圧段コンプレッサー入口圧力Ｐｉｎを読み込むと共に、高圧段コンプレッサー出口圧力計５４から高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔを読み込む。

ステップＳ１０７では、コンピュータ１２は、ステップＳ１０６で読み込んだ高圧段コンプレッサー入口圧力Ｐｉｎと高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔを基に、高圧段コンプレッサー出口圧力Ｐｏｕｔから高圧段コンプレッサー入口圧力Ｐｉｎを引いた圧力差ΔＰ＝Ｐｏｕｔ−Ｐｉｎを演算する。

ステップＳ１０８では、コンピュータ１２は、求めた圧力差ΔＰが所定圧力（規定値ともいう、図例では、２ｋＰａ）Ｐｒを超えるか否か判断する。圧力差ΔＰが所定圧力Ｐｒを超える場合は、高圧段ターボチャージャー５がまだ働いているので、ステップＳ９にてＭＡＰ指示の如何にかかわらず高圧段空気経路を開く。すなわち、ステップＳ９では、コンピュータ１２は、吸気切替弁８をＯＮに設定する。

一方、ステップＳ１０８で圧力差ΔＰがほとんどない場合は高圧段ターボチャージャー５は既に働いていないので、ステップＳ１０にて低圧段吸気経路を開く。すなわち、ステップＳ１０８で圧力差ΔＰが所定圧力Ｐｒ以下の場合は、コンピュータ１２は、ステップＳ１０にて吸気切替弁８をＯＦＦに設定する。

本実施形態でも上述の図１の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。

例えば、図１の実施形態では、吸気切替弁８から高圧段コンプレッサー１７の入口に逆流する再循環吸気の温度により、高圧段コンプレッサー１７が作動しているか否か（再循環が発生しているか否か）を判断した。そこで、高圧段コンプレッサー入口管３７に設けた高圧段コンプレッサー入口温度計４７の代わりに、吸気バイパス管３８に温度計を設けることも考えられる。

また、図７の実施形態では、高圧段コンプレッサー１７の入口圧と出口圧との圧力差により高圧段コンプレッサー１７が作動しているか否か（再循環が発生しているか否か）を判断したが、これに限定されず、低圧段コンプレッサー１９の出口圧と高圧段コンプレッサー１７の入口圧との圧力差により再循環の発生を判断するようにしてもよい。例えば、高圧段コンプレッサー入口管３７に設けた高圧段コンプレッサー入口圧力計５３の代わりに、低圧段コンプレッサー出口管３６に圧力計を設けることが考えられる。

図１は、本発明に係る一実施形態による２ステージターボシステムの概略構成図である。 図２は、本実施形態の吸気切替弁の作動を説明するための図であり、吸気切替弁のＯＮ時を示す。 図３は、本実施形態の吸気切替弁の作動を説明するための図であり、吸気切替弁のＯＦＦ時を示す。 図４は、本実施形態の排気切替弁、高圧段排気調整弁および吸気切替弁の制御ＭＡＰの一例を説明するための図である。 図５は、吸気の再循環を説明するための図である。 図６は、本実施形態の２ステージターボシステムのフローチャートの一例である。 図７は、他の実施形態に係る２ステージターボシステムの概略構成図である。 図８は、他の実施形態の２ステージターボシステムのフローチャートの一例である。 図９は、従来の２ステージターボシステムの概略構成図である。 図１０は、従来の吸気切替弁の作動を説明するための図である。

符号の説明

１、５１ ２ステージターボシステム
２ エンジン
３ 吸気通路
４ 排気通路
５ 高圧段ターボチャージャー
６ 低圧段ターボチャージャー
７ 排気切替弁
８ 吸気切替弁
９ 高圧段排気調整弁
１２ 制御手段
１６ 高圧段タービン
１７ 高圧段コンプレッサー
１８ 低圧段タービン
１９ 低圧段コンプレッサー
２５ 高圧段タービンバイパス通路
４５、５２ 再循環検出手段

Claims (11)

1. エンジンの排気通路に設けられた高圧段タービンと上記エンジンの吸気通路に設けられた高圧段コンプレッサーとを有する高圧段ターボチャージャーと、
   上記高圧段タービンよりも下流の排気通路に設けられた低圧段タービンと上記高圧段コンプレッサーよりも上流の吸気通路に設けられた低圧段コンプレッサーとを有する低圧段ターボチャージャーと、
   上記高圧段コンプレッサーの下流の吸気通路に設けられると共に上記高圧段コンプレッサーと上記低圧段コンプレッサーとの間の吸気通路に接続され、上記低圧段コンプレッサーの出口を上記高圧段コンプレッサーの入口と上記エンジンの吸気入口とに各々連通させるＯＦＦと、上記低圧段コンプレッサーの出口を上記高圧段コンプレッサーの入口にのみに連通させるＯＮとで切替可能な吸気切替弁と、
   上記吸気切替弁を制御するための制御手段とを備え、
   上記制御手段は、エンジン低負荷時には、上記吸気切替弁をＯＮにして上記低圧段コンプレッサーで過給した吸気をさらに上記高圧段コンプレッサーで過給し、他方、エンジン高負荷時には、上記吸気切替弁をＯＦＦにして、上記低圧段コンプレッサーのみで吸気を過給するようにした２ステージターボシステムにおいて、
   上記高圧段コンプレッサーの出口から吐出された過給吸気の一部がＯＦＦにされた吸気切替弁を通り上記高圧段コンプレッサーの入口に再び吸入される過給吸気の再循環を検出するための再循環検出手段を備え、
   上記制御手段は、車両の加速時にエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記再循環検出手段により上記過給吸気の再循環を検出したとき、上記吸気切替弁をＯＮに切り替えることを特徴とする２ステージターボシステム。
2. 上記低圧段タービンと上記高圧段タービンとの間の排気通路に設けられると共に上記エンジンの排気出口に接続され、全閉時に上記高圧段タービンの出口からの排気のみを上記低圧段タービンの入口に流し、弁開度が大きくなるにつれ上記高圧段タービンの出口から上記低圧段タービンの入口に流れる排気を減らすと共に上記エンジンの排気出口から上記低圧段タービンの入口に流れる排気を増やし、かつ全開時に上記エンジンの排気出口からの排気のみを上記低圧段タービンの入口に流す排気切替弁と、
   上記高圧段タービンを迂回すべく該高圧段タービンの上流の排気通路を上記高圧段タービンと上記排気切替弁との間の排気通路に接続する高圧段タービンバイパス通路と、その高圧段タービンバイパス通路に設けられ全閉時に上記高圧段タービンバイパス通路を閉塞する高圧段排気調整弁とを備え、
   上記制御手段は、エンジン低負荷時には、上記排気切替弁と上記高圧段排気調整弁とを全閉にし、エンジン負荷が高まるにつれ上記高圧段排気調整弁の弁開度を大きくし、その高圧段排気調整弁が全開に達したときに上記排気切替弁を開くと共にその弁開度をエンジン負荷が高まるにつれ大きくし、その排気切替弁の弁開度が所定開度に達したときに上記吸気切替弁をＯＦＦにする請求項１記載の２ステージターボシステム。
3. 上記吸気通路は、上流端が上記低圧段コンプレッサーの出口に接続されると共に、下流側が分岐部にて二股状に分岐し、その分岐した一方の下流端が上記高圧段コンプレッサーの入口に接続され他方の下流端が上記エンジンの吸気入口に接続された分岐通路と、そのエンジン側に分岐した分岐通路に上記高圧段コンプレッサーの出口を接続する高圧段コンプレッサー出口通路とを備え、
   上記吸気切替弁が、上記エンジン側に分岐した分岐通路と上記高圧段コンプレッサー出口通路との接続部に設けられた請求項１または２記載の２ステージターボシステム。
4. 上記再循環検出手段は、上記低圧段コンプレッサーから吐出された吸気の温度を検出するための低圧段コンプレッサー出口温度検出手段と、上記高圧段コンプレッサーに吸入される吸気の温度を検出するための高圧段コンプレッサー入口温度検出手段とを備えた請求項１から３いずれかに記載の２ステージターボシステム。
5. 上記制御手段は、上記高圧段コンプレッサー入口温度検出手段により検出された高圧段コンプレッサー入口温度から上記低圧段コンプレッサー出口温度検出手段により検出された低圧段コンプレッサー出口温度を引いた温度差が所定温度差を超えるときに、上記高圧段コンプレッサーでの上記過給吸気の再循環が発生していると判断する請求項４記載の２ステージターボシステム。
6. 上記低圧段コンプレッサー出口温度検出手段が、上記低圧段コンプレッサーの出口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられ、上記高圧段コンプレッサー入口温度検出手段が、上記高圧段コンプレッサーの入口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられた請求項４または５記載の２ステージターボシステム。
7. 上記再循環検出手段は、上記高圧段コンプレッサーに吸入される吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段と、上記高圧段コンプレッサーから吐出された吸気の圧力を検出するための高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段とを備えた請求項１から３いずれかに記載の２ステージターボシステム。
8. 上記制御手段は、上記高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段により検出された高圧段コンプレッサー出口圧力から上記高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段により検出された高圧段コンプレッサー入口圧力を引いた圧力差が所定圧力差を超えるときに、上記高圧段コンプレッサーでの上記過給吸気の再循環が発生していると判断する請求項７記載の２ステージターボシステム。
9. 上記高圧段コンプレッサー入口圧力検出手段が、上記高圧段コンプレッサーの入口と上記分岐部との間の分岐通路に設けられ、上記高圧段コンプレッサー出口圧力検出手段が、上記高圧段コンプレッサー出口通路に設けられた請求項７または８記載の２ステージターボシステム。
10. 上記エンジンの回転速度を検出するためのエンジン回転速度検出手段と、上記エンジンに供給される燃料量を検出するための供給燃料量検出手段とを備え、
    上記制御手段は、上記供給燃料量検出手段により検出した供給燃料量を基にエンジン負荷を求めると共に、そのエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記エンジン回転速度検出手段により検出したエンジン回転速度が中速域のとき、上記再循環検出手段による上記過給吸気の再循環の検出に基づく上記吸気切替弁のＯＮへの切り替え制御を行う請求項１から９いずれかに記載の２ステージターボシステム。
11. 上記制御手段は、車両の加速時にエンジン負荷の増加に応じて上記吸気切替弁をＯＦＦにした際に、上記再循環検出手段により上記過給吸気の再循環を検出したとき、上記吸気切替弁をＯＮに切り替え、所定期間の経過後、上記排気切替弁の弁開度が上記所定開度以上のときは上記吸気切替弁を再びＯＦＦに戻す請求項２記載の２ステージターボシステム。

Images