JP4962659B2 - 過給機付き内燃機関の制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排ガスのエネルギーによって駆動される過給機(ターボチャージャ)付き内燃機関の制御装置に関する。
従来より、過給機付き内燃機関の制御装置として、2つのターボチャージャが排気通路及び吸気通路に対して直列に介装されたもの(直列式2段過給機)が広く知られている(例えば、特開2007−263033号公報を参照)。具体的には、この文献に記載の装置では、第1ターボチャージャと、第1ターボチャージャよりも大型の第2ターボチャージャが備えられている。第1ターボチャージャは、排気通路に介装されて排ガスのエネルギーにより駆動される第1タービンと、吸気通路に介装されて第1タービンの駆動により駆動される第1コンプレッサと、を備えている。第2ターボチャージャは、第1タービンよりも下流の排気通路に介装されて排ガスのエネルギーにより駆動される第1タービンよりも大型の(容量が大きい、外径が大きい)第2タービンと、第1コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に介装されて第2タービンの駆動により駆動される第1コンプレッサよりも大型の(容量が大きい、外径が大きい)第2コンプレッサと、を備えている。
上記文献に記載の装置では、第1タービンよりも上流の排気通路と第1、第2タービンの間の排気通路とをバイパスする第1排気バイパス通路と、第1、第2コンプレッサの間の吸気通路と第1コンプレッサよりも下流の前記吸気通路とをバイパスする第1吸気バイパス通路とが備えられている。第1排気バイパス通路には、第1排気バイパス通路の最小開口断面積(第1排気バイパス面積)を調整する第1排気制御弁が介装され、第1吸気バイパス通路には、第1吸気バイパス通路の最小開口断面積(第1吸気バイパス面積)を調整する第1吸気制御弁が介装されている。
上記文献に記載の装置では、第1タービンよりも上流の排気通路と第1、第2タービンの間の排気通路とをバイパスする第1排気バイパス通路と、第1、第2コンプレッサの間の吸気通路と第1コンプレッサよりも下流の前記吸気通路とをバイパスする第1吸気バイパス通路とが備えられている。第1排気バイパス通路には、第1排気バイパス通路の最小開口断面積(第1排気バイパス面積)を調整する第1排気制御弁が介装され、第1吸気バイパス通路には、第1吸気バイパス通路の最小開口断面積(第1吸気バイパス面積)を調整する第1吸気制御弁が介装されている。
ところで、上記文献に記載の装置では、通常、図12に示すように、吸入空気流量と過給圧力比との組み合わせに対して、第1ターボチャージャのみの過給効果を利用する領域(第1ターボ利用領域)と、第1、第2ターボチャージャの両方の過給効果を利用する領域(両ターボ利用領域)と、第2ターボチャージャのみの過給効果を利用する領域(第2ターボ利用領域)と、の3つの制御領域が設定される。過給圧力比とは、第2コンプレッサよりも上流の吸気通路の圧力に対する、第1コンプレッサよりも下流の吸気通路の圧力の割合である。吸入空気流量とは、吸気通路を通過する空気の流量(単位時間当たりの空気の量)である。
図12に示す曲線L1、L2はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャの所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線であり、曲線L1,L2で囲まれた領域はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャの過給効果が発揮され得る領域(第1、第2ターボチャージャの使用可能領域)を示している。第1ターボ利用領域は、曲線L1で囲まれた領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量が小さい側に対応し、両ターボ利用領域は、曲線L1で囲まれた領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。第2ターボ利用領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。
第1ターボ利用領域では、第1排気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされ、且つ第1吸気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされる。即ち、全ての排ガスが第1タービンを通過するとともに全ての吸気が第1コンプレッサを通過する。これにより、第1タービンを通過する全ての排ガスのエネルギーにより第1タービンが回転駆動されるとともに第1コンプレッサが回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、第2タービンに流入する排ガスの全ては、第1タービンを既に通過している。排ガスが第1タービンを通過する際、その排ガスのエネルギーは第1タービンの駆動のために消費される。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第2ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、第1ターボ利用領域では、第1タービンが回転する一方で第2タービンが回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第1ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
両ターボ利用領域では、第1ターボ利用領域と同様に第1吸気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされる一方で、第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間値に調整される。即ち、全ての吸気が第1コンプレッサを通過する一方で、一部の排ガスが第1タービンを通過するとともに残りの排ガスが第1タービンを通過することなく(第1排気バイパス通路を通過して)第2タービンに直接流入する。これにより、第1タービンを通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第1タービン(従って、第1コンプレッサ)が回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、「残りの排ガス」は、第1タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービンに流入する。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動され、第2ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、両ターボ利用領域では、第1、第2タービンが共に回転する状態が得られ、第1、第2ターボチャージャの両方の過給効果が発揮される。
第2ターボ利用領域では、第1排気バイパス面積がその最大値とされ、且つ第1吸気バイパス面積がその最大値とされる。即ち、全ての(殆どの)排ガスが第1タービンを通過することなく(第1排気バイパス通路を通過して)第2タービンに直接流入するとともに全ての(殆どの)吸気が第1コンプレッサを通過しない(第1吸気バイパス通路を通過する)。これにより、第1タービン(従って、第1コンプレッサ)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第1ターボチャージャの過給効果が発揮されない。他方、全ての(殆どの)の排ガスは、第1タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービンに流入する。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動され、第2ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、第2ターボ利用領域では、第1タービンが回転しないか又は十分に回転しない一方で第2タービンが回転する状態が得られ、第2ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
ところで、吸入空気流量は、内燃機関の運転速度と強く依存し、運転速度の増大(減少)につれて吸入空気流量が増大(減少)する(後述する図8を参照)。従って、上述した過給機付きの内燃機関を搭載した車両が加速していく過程では、運転速度が増大していくことで吸入空気流量が増大していく。この過程は、図12において、制御領域が第1ターボ利用領域→両ターボ利用領域→第2ターボ利用領域へ移行することに対応する。
いま、吸入空気流量と過給圧力比との組み合わせ(制御領域)が両ターボ利用領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合を想定する(図12において、点a→bを参照)。
この場合、制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行に伴って、第1排気バイパス面積が中間値から最大値へと、第1吸気バイパス面積が最小値から最大値へと直ちに切り替えられる。この第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えにより、排気抵抗が直ちに急減する。これにより、第1タービンの上流の排気圧(以下、単に「排気圧」ともいう。)も直ちに急激する。この結果、前記切り替えの直後において、燃焼効率が高くなる等の理由により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する(後述する図9におけるΔG1を参照)。
また、第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替え、並びに、第1吸気バイパス面積の最小値から最大値への切り替えにより、回転駆動されなくなった第1タービン(従って、第1コンプレッサ)の回転速度は、第1タービン及び第1コンプレッサの慣性に従って、短期間に亘って十分に大きい(過給効果が十分に発揮され得る)領域内に維持された後、比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧(燃焼室に流入する吸気の圧力)も、前記切り替えよりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。この結果、前記切り替え(従って、出力トルクの瞬間的な増大)よりも少し遅れた時点から内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する(後述する図9におけるΔG2を参照)。
以上、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後において、先ず、排気圧の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、その後、過給圧の減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。従って、内燃機関が搭載される車両の乗員には、出力トルクの増減方向が互いに逆となるこの一連の現象が比較的大きなトルク段差として感知され得る。
ここで、「過給圧の減少による出力トルクの減少」のみが発生するのであれば(即ち、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が発生しなければ)、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより前述のトルク段差を極力小さくすることができる。しかしながら、実際には、出力トルクの減少の前に出力トルクの瞬間的な増大が発生するので、アクセルペダル操作により前述のトルク段差を小さくすることは非常に困難である。
以上より、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の発生を抑制することが望まれている。しかしながら、この出力トルクの増大は瞬間的である。従って、出力トルクの検出値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御を用いて出力トルクの瞬間的な増大を抑制することは極めて困難である。以上の問題は、上述の直列式2段過給機のみならず、2つのターボチャージャが排気通路及び吸気通路に対して並列に介装されたもの(並列式2段過給機)においても同様に発生し得る。
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両の加速による両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行の際、「排気圧の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生を適切に抑制し得る、過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明に係る制御装置は、直列式2段過給機のみならず並列式2段過給機にも適用される。先ず、本発明に係る制御装置が直列式2段過給機に適用される場合について説明する。
この場合、本発明に係る制御装置の機械的な構成は、上述した制御装置と同じである。本発明に係る制御装置では、判定手段において、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせ(即ち、制御領域)が、両ターボ利用領域にあるか、第2ターボ利用領域(両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が大きい側に隣接する領域)にあるかが判定される。ここにおいて、判定手段が、運転状態が第1ターボ利用領域(両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が小さい側に隣接する領域)にあるかをも判定するように構成されてもよい。
本発明に係る制御装置では、制御手段において、上述した制御装置と同様、制御領域が両ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値に調整され且つ第1吸気バイパス面積がその最小値とされる(両ターボ利用領域対応制御)。制御領域が第2ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最大値とされ且つ第1吸気バイパス面積がその最大値とされる(第2ターボ利用領域対応制御)。また、制御領域が第1ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最小値とされ且つ第1吸気バイパス面積がその最小値とされる(第1ターボ利用領域対応制御)。ここにおいて、第1排気バイパス面積の最小値、及び、第1吸気バイパス面積の最小値は、例えば、ゼロ、又は、ゼロ近傍の微小値である。
本発明に係る制御装置の特徴は、内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する前記燃料噴射手段が、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を(フィードフォワード的に)少なくする減量制御を所定期間に亘って行うことにある。即ち、燃料噴射手段は、通常(非減量制御中)、内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本燃料噴射量の燃料を噴射し、減量制御中では、前記基本燃料噴射量よりも少ない量の燃料を噴射するように構成される。前記減量制御は、制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域に移行した時点から開始されてもよいし、この制御領域の移行に基づいて実行される第1排気バイパス面積及び第1吸気バイパス面積の切り替えの時点(切り替え指示時点、又は切り替え完了時点)から開始されてもよい。
これによれば、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後にて減量制御が開始されて、噴射量の減少により出力トルクが減少する。この出力トルクの減少により、前記制御領域の移行の直後にて発生する「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が抑制され得る。即ち、この噴射量の減少に基づく出力トルクの減少分だけ上述のトルク段差(車両の乗員に感知され得るトルク段差)が小さくされ得る。加えて、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより上述のトルク段差を比較的容易に極力小さくすることができる。
上記本発明に係る制御装置においては、前記減量制御における前記燃料の噴射量の(前記基本燃料噴射量からの)減少量が、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定されることが好適である。
制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行に伴う第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えに起因する排気圧の減少量は、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。加えて、この排気圧の減少量が大きいほど、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度が大きい。従って、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。上記構成によれば、減量制御における燃料の減少量が(減量制御が行われない場合において発生する)「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度に応じて決定され得る。従って、内燃機関の運転状態(運転速度と噴射量との組み合わせ)にかかわらず、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」を安定して極力小さくすることができる。
なお、上記構成は、前記第1排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定され、前記決定された排気圧の減少量に基づいて前記減量制御における前記燃料の噴射量の(前記基本燃料噴射量からの)減少量が決定される、とも記載され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した場合において、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御を実行するか否かが決定されるように構成されることが好適である。前記減量制御を実行すると判定された場合、前記減量制御が実行され、前記減量制御を実行しないと判定された場合、前記減量制御が実行されない。
前記第1排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が十分に小さい場合、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も十分に小さく、従って、減量制御の必要性が極めて低い。上記構成によれば、減量制御の必要性が極めて低い場合において減量制御が不必要に実行される事態の発生が抑制され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した時点で前記減量制御を開始し、その後において前記内燃機関の燃焼室に流入する吸気の圧力(過給圧)が減少を開始したと判定されたことに基づいて前記減量制御を終了するように構成されることが好適である。
上述のように、「過給圧の減少による出力トルクの減少」は、制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行から少し遅れた時点から開始する。他方、排気圧の急減(従って、出力トルクの瞬間的な増大)は、過給圧の減少が開始する時点の近傍で終了する。従って、上記構成によれば、減量制御の終了時期を適切な時期(=排気圧の急減が終了する時期の近傍)に設定することができる。また、これにより、排気圧の急減の終了を検出するための排気圧センサが不要となる。
また、上記本発明に係る制御装置において、第1、第2タービンの間の排気通路と第2タービンよりも下流の前記排気通路とをバイパスする第2排気バイパス通路と、第2排気バイパス通路に介装されて第2排気バイパス通路の最小開口断面積(第2排気バイパス面積)を調整する第2排気制御弁とが備えられてもよい。この場合、通常、第2排気バイパス面積はその最小値(例えば、ゼロ)とされる。一方、運転状態が第2ターボ利用領域における吸入空気流量が大きい側の一部(バイパス領域)にある場合にのみ、第2排気バイパス面積がその最大値とされ得る。
これによれば、運転速度が大きい運転領域において、排ガスの一部が第2排気バイパス通路を通過することで、第2タービンに流入する排ガスの流量の増加を抑制できる。この結果、運転速度の増大に伴う過剰な過給効果の発生を抑制することができる。
以上、本発明に係る制御装置が直列式2段過給機に適用される場合について説明した。以上説明した内容そのもの(及び、以上説明した内容と等価な内容)は、本発明に係る制御装置が並列式2段過給機に適用される場合についても同様に適用され得る。
図12に示す曲線L1、L2はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャの所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線であり、曲線L1,L2で囲まれた領域はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャの過給効果が発揮され得る領域(第1、第2ターボチャージャの使用可能領域)を示している。第1ターボ利用領域は、曲線L1で囲まれた領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量が小さい側に対応し、両ターボ利用領域は、曲線L1で囲まれた領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。第2ターボ利用領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量が大きい側に対応する。
第1ターボ利用領域では、第1排気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされ、且つ第1吸気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされる。即ち、全ての排ガスが第1タービンを通過するとともに全ての吸気が第1コンプレッサを通過する。これにより、第1タービンを通過する全ての排ガスのエネルギーにより第1タービンが回転駆動されるとともに第1コンプレッサが回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、第2タービンに流入する排ガスの全ては、第1タービンを既に通過している。排ガスが第1タービンを通過する際、その排ガスのエネルギーは第1タービンの駆動のために消費される。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第2ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、第1ターボ利用領域では、第1タービンが回転する一方で第2タービンが回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第1ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
両ターボ利用領域では、第1ターボ利用領域と同様に第1吸気バイパス面積がその最小値(例えば、ゼロ)とされる一方で、第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間値に調整される。即ち、全ての吸気が第1コンプレッサを通過する一方で、一部の排ガスが第1タービンを通過するとともに残りの排ガスが第1タービンを通過することなく(第1排気バイパス通路を通過して)第2タービンに直接流入する。これにより、第1タービンを通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第1タービン(従って、第1コンプレッサ)が回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。他方、「残りの排ガス」は、第1タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービンに流入する。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動され、第2ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、両ターボ利用領域では、第1、第2タービンが共に回転する状態が得られ、第1、第2ターボチャージャの両方の過給効果が発揮される。
第2ターボ利用領域では、第1排気バイパス面積がその最大値とされ、且つ第1吸気バイパス面積がその最大値とされる。即ち、全ての(殆どの)排ガスが第1タービンを通過することなく(第1排気バイパス通路を通過して)第2タービンに直接流入するとともに全ての(殆どの)吸気が第1コンプレッサを通過しない(第1吸気バイパス通路を通過する)。これにより、第1タービン(従って、第1コンプレッサ)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第1ターボチャージャの過給効果が発揮されない。他方、全ての(殆どの)の排ガスは、第1タービンの駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービンに流入する。従って、第2タービンに流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第2タービン(従って、第2コンプレッサ)が回転駆動され、第2ターボチャージャの過給効果が発揮される。以上、第2ターボ利用領域では、第1タービンが回転しないか又は十分に回転しない一方で第2タービンが回転する状態が得られ、第2ターボチャージャのみの過給効果が発揮される。
ところで、吸入空気流量は、内燃機関の運転速度と強く依存し、運転速度の増大(減少)につれて吸入空気流量が増大(減少)する(後述する図8を参照)。従って、上述した過給機付きの内燃機関を搭載した車両が加速していく過程では、運転速度が増大していくことで吸入空気流量が増大していく。この過程は、図12において、制御領域が第1ターボ利用領域→両ターボ利用領域→第2ターボ利用領域へ移行することに対応する。
いま、吸入空気流量と過給圧力比との組み合わせ(制御領域)が両ターボ利用領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合を想定する(図12において、点a→bを参照)。
この場合、制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行に伴って、第1排気バイパス面積が中間値から最大値へと、第1吸気バイパス面積が最小値から最大値へと直ちに切り替えられる。この第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えにより、排気抵抗が直ちに急減する。これにより、第1タービンの上流の排気圧(以下、単に「排気圧」ともいう。)も直ちに急激する。この結果、前記切り替えの直後において、燃焼効率が高くなる等の理由により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する(後述する図9におけるΔG1を参照)。
また、第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替え、並びに、第1吸気バイパス面積の最小値から最大値への切り替えにより、回転駆動されなくなった第1タービン(従って、第1コンプレッサ)の回転速度は、第1タービン及び第1コンプレッサの慣性に従って、短期間に亘って十分に大きい(過給効果が十分に発揮され得る)領域内に維持された後、比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧(燃焼室に流入する吸気の圧力)も、前記切り替えよりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。この結果、前記切り替え(従って、出力トルクの瞬間的な増大)よりも少し遅れた時点から内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する(後述する図9におけるΔG2を参照)。
以上、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後において、先ず、排気圧の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、その後、過給圧の減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。従って、内燃機関が搭載される車両の乗員には、出力トルクの増減方向が互いに逆となるこの一連の現象が比較的大きなトルク段差として感知され得る。
ここで、「過給圧の減少による出力トルクの減少」のみが発生するのであれば(即ち、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が発生しなければ)、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより前述のトルク段差を極力小さくすることができる。しかしながら、実際には、出力トルクの減少の前に出力トルクの瞬間的な増大が発生するので、アクセルペダル操作により前述のトルク段差を小さくすることは非常に困難である。
以上より、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の発生を抑制することが望まれている。しかしながら、この出力トルクの増大は瞬間的である。従って、出力トルクの検出値に基づく燃料噴射量のフィードバック制御を用いて出力トルクの瞬間的な増大を抑制することは極めて困難である。以上の問題は、上述の直列式2段過給機のみならず、2つのターボチャージャが排気通路及び吸気通路に対して並列に介装されたもの(並列式2段過給機)においても同様に発生し得る。
本発明は、上記問題に対処するためになされたものであり、その目的は、車両の加速による両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行の際、「排気圧の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生を適切に抑制し得る、過給機付き内燃機関の制御装置を提供することにある。
本発明に係る制御装置は、直列式2段過給機のみならず並列式2段過給機にも適用される。先ず、本発明に係る制御装置が直列式2段過給機に適用される場合について説明する。
この場合、本発明に係る制御装置の機械的な構成は、上述した制御装置と同じである。本発明に係る制御装置では、判定手段において、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせ(即ち、制御領域)が、両ターボ利用領域にあるか、第2ターボ利用領域(両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が大きい側に隣接する領域)にあるかが判定される。ここにおいて、判定手段が、運転状態が第1ターボ利用領域(両ターボ利用領域に対して吸入空気流量が小さい側に隣接する領域)にあるかをも判定するように構成されてもよい。
本発明に係る制御装置では、制御手段において、上述した制御装置と同様、制御領域が両ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値に調整され且つ第1吸気バイパス面積がその最小値とされる(両ターボ利用領域対応制御)。制御領域が第2ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最大値とされ且つ第1吸気バイパス面積がその最大値とされる(第2ターボ利用領域対応制御)。また、制御領域が第1ターボ利用領域にあると判定された場合、第1排気バイパス面積がその最小値とされ且つ第1吸気バイパス面積がその最小値とされる(第1ターボ利用領域対応制御)。ここにおいて、第1排気バイパス面積の最小値、及び、第1吸気バイパス面積の最小値は、例えば、ゼロ、又は、ゼロ近傍の微小値である。
本発明に係る制御装置の特徴は、内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する前記燃料噴射手段が、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を(フィードフォワード的に)少なくする減量制御を所定期間に亘って行うことにある。即ち、燃料噴射手段は、通常(非減量制御中)、内燃機関の運転状態に基づいて決定される基本燃料噴射量の燃料を噴射し、減量制御中では、前記基本燃料噴射量よりも少ない量の燃料を噴射するように構成される。前記減量制御は、制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域に移行した時点から開始されてもよいし、この制御領域の移行に基づいて実行される第1排気バイパス面積及び第1吸気バイパス面積の切り替えの時点(切り替え指示時点、又は切り替え完了時点)から開始されてもよい。
これによれば、車両の加速により制御領域が両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域へと移行する場合、その移行の直後にて減量制御が開始されて、噴射量の減少により出力トルクが減少する。この出力トルクの減少により、前記制御領域の移行の直後にて発生する「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が抑制され得る。即ち、この噴射量の減少に基づく出力トルクの減少分だけ上述のトルク段差(車両の乗員に感知され得るトルク段差)が小さくされ得る。加えて、制御領域の移行後において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより上述のトルク段差を比較的容易に極力小さくすることができる。
上記本発明に係る制御装置においては、前記減量制御における前記燃料の噴射量の(前記基本燃料噴射量からの)減少量が、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定されることが好適である。
制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行に伴う第1排気バイパス面積の中間値から最大値への切り替えに起因する排気圧の減少量は、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。加えて、この排気圧の減少量が大きいほど、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度が大きい。従って、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も、内燃機関の運転速度と噴射量との組み合わせと強い相関がある。上記構成によれば、減量制御における燃料の減少量が(減量制御が行われない場合において発生する)「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度に応じて決定され得る。従って、内燃機関の運転状態(運転速度と噴射量との組み合わせ)にかかわらず、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」を安定して極力小さくすることができる。
なお、上記構成は、前記第1排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて決定され、前記決定された排気圧の減少量に基づいて前記減量制御における前記燃料の噴射量の(前記基本燃料噴射量からの)減少量が決定される、とも記載され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した場合において、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御を実行するか否かが決定されるように構成されることが好適である。前記減量制御を実行すると判定された場合、前記減量制御が実行され、前記減量制御を実行しないと判定された場合、前記減量制御が実行されない。
前記第1排気バイパス面積の切り替えに起因する排気圧の減少量が十分に小さい場合、「排気圧の急減による出力トルクの瞬間的な増大」の程度も十分に小さく、従って、減量制御の必要性が極めて低い。上記構成によれば、減量制御の必要性が極めて低い場合において減量制御が不必要に実行される事態の発生が抑制され得る。
また、上記本発明に係る制御装置においては、制御領域が前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した時点で前記減量制御を開始し、その後において前記内燃機関の燃焼室に流入する吸気の圧力(過給圧)が減少を開始したと判定されたことに基づいて前記減量制御を終了するように構成されることが好適である。
上述のように、「過給圧の減少による出力トルクの減少」は、制御領域の両ターボ利用領域から第2ターボ利用領域への移行から少し遅れた時点から開始する。他方、排気圧の急減(従って、出力トルクの瞬間的な増大)は、過給圧の減少が開始する時点の近傍で終了する。従って、上記構成によれば、減量制御の終了時期を適切な時期(=排気圧の急減が終了する時期の近傍)に設定することができる。また、これにより、排気圧の急減の終了を検出するための排気圧センサが不要となる。
また、上記本発明に係る制御装置において、第1、第2タービンの間の排気通路と第2タービンよりも下流の前記排気通路とをバイパスする第2排気バイパス通路と、第2排気バイパス通路に介装されて第2排気バイパス通路の最小開口断面積(第2排気バイパス面積)を調整する第2排気制御弁とが備えられてもよい。この場合、通常、第2排気バイパス面積はその最小値(例えば、ゼロ)とされる。一方、運転状態が第2ターボ利用領域における吸入空気流量が大きい側の一部(バイパス領域)にある場合にのみ、第2排気バイパス面積がその最大値とされ得る。
これによれば、運転速度が大きい運転領域において、排ガスの一部が第2排気バイパス通路を通過することで、第2タービンに流入する排ガスの流量の増加を抑制できる。この結果、運転速度の増大に伴う過剰な過給効果の発生を抑制することができる。
以上、本発明に係る制御装置が直列式2段過給機に適用される場合について説明した。以上説明した内容そのもの(及び、以上説明した内容と等価な内容)は、本発明に係る制御装置が並列式2段過給機に適用される場合についても同様に適用され得る。
図1は、本発明の第1実施形態に係る制御装置を直列式2段過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。
図2は、図1に示した装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
図3は、図1に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
図4は、図1に示した装置により実行される、制御領域の選択の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図5は、図1に示した装置により実行される、排気圧急減期間の判定の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図6は、図1に示した装置により実行される、燃料噴射制御の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図7は、排気圧減少量と、排気圧減少に起因するトルク増加分に相当する噴射量との関係を規定するマップを示したグラフである。
図8は、エンジン回転速度及び噴射量と、吸入空気流量との関係を示したグラフである。
図9は、加速中において制御領域がB領域からC領域へと移行する際における各種物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。
図10は、本発明の第2実施形態に係る制御装置を並列式2段過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。
図11は、図10に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
ートである。
図12は、従来の装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
図2は、図1に示した装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
図3は、図1に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
図4は、図1に示した装置により実行される、制御領域の選択の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図5は、図1に示した装置により実行される、排気圧急減期間の判定の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図6は、図1に示した装置により実行される、燃料噴射制御の実行のためのプログラムを示したフローチャートである。
図7は、排気圧減少量と、排気圧減少に起因するトルク増加分に相当する噴射量との関係を規定するマップを示したグラフである。
図8は、エンジン回転速度及び噴射量と、吸入空気流量との関係を示したグラフである。
図9は、加速中において制御領域がB領域からC領域へと移行する際における各種物理量の変化の一例を示したタイムチャートである。
図10は、本発明の第2実施形態に係る制御装置を並列式2段過給機付き内燃機関に適用したシステム全体の概略構成図である。
図11は、図10に示した装置により実行される、各制御領域についての過給制御の内容を示した図である。
ートである。
図12は、従来の装置に適用される、過給圧力比と吸入空気流量との組み合わせと、選択される制御領域との関係を規定するマップを示したグラフである。
以下、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る直列式2段過給機付き内燃機関の制御装置10の概略構成を示している。この制御装置10は、エンジン(ディーゼル機関)本体20と、吸気系統30と、排気系統40と、第1ターボチャージャ50と、第2ターボチャージャ60とを備えている。
エンジン本体20には、4つの気筒21が直列に配置されている。各気筒21の上部には、各気筒21に向けて燃料を噴射する筒内噴射弁22が配設されている。各気筒21における圧縮行程後半(圧縮上死点近傍)にて、各筒内噴射弁22から燃料が噴射され、ディーゼル燃焼が達成されるようになっている。
吸気系統30は、吸気通路31と、吸気通路31に連通したインテークマニホールド32とを備えている。吸気通路31には、上流から下流に向けて順にエアクリーナ33と、スロットル弁34と、インタークーラ35とが配設されている。この吸気系統30により、エンジン本体20に空気が供給されるようになっている。
排気系統40は、排気通路41と、排気通路41に連通したエキゾーストマニホールド42とを備えている。排気系統40には、EGRガス通路43と、触媒44とが備えられている。EGRガス通路43は、第1タービン51よりも上流の排気通路41とスロットル弁34よりも下流の吸気通路31とを結んでいて、EGRガス通路43にはEGR制御弁が介装されている。触媒44は、所謂NOx吸蔵触媒である。この排気系統40により、エンジン本体20からの排ガスが外部に放出されるようになっている。
第1ターボチャージャ50は、第1タービン51と、第1コンプレッサ52とを備えている。第1タービン51と、第1コンプレッサ52とは、タービンシャフト53により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第1タービン51は、排気通路41に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第1コンプレッサ52は、吸気通路31に介装されていて、第1タービン51により回転駆動されるようになっている。また、第1ターボチャージャ50には、第1タービン51のまわりを囲むように複数のノズルNhが備えられており、排ガスが第1タービン51に向けて流れる際に通過するノズルNhの開口の面積(第1排気流入面積)が可変となっている。このノズルNhは、「第1ターボチャージャ50における、入力される排ガスのエネルギーに対する出力される第1タービン51の回転エネルギーの特性を変更可能な機構」ということもできる。ノズルNhは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第2ターボチャージャ60は、第2タービン61と、第2コンプレッサ62とを備えている。第2タービン61と、第2コンプレッサ62とは、タービンシャフト63により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第2タービン61は、第1タービン51よりも下流の排気通路41に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第2コンプレッサ62は、第1コンプレッサ52よりも上流の吸気通路31に配設されていて、第2タービン61により回転駆動されるようになっている。
第2タービン61の外径は、第1タービン51に比してより大きい。即ち、第2タービン61は第1タービン51よりも大型である(容量が大きい)。同様に、第2コンプレッサ62の外径は、第1コンプレッサ52に比してより大きい。即ち、第2コンプレッサ62は第1コンプレッサ52よりも大型である(容量が大きい)。
吸気系統30には、第1吸入バイパス通路36が備えられている。第1吸入バイパス通路36は、第1コンプレッサ52よりも下流且つスロットル弁34よりも上流の吸気通路31と第1、第2コンプレッサ52,62の間の吸気通路31とをバイパスする。第1吸入バイパス通路36には、制御弁Vhiが介装されている。制御弁Vhiにより、第1吸気バイパス通路36の最小開口断面積(第1吸気バイパス面積)が調整されるようになっている。制御弁Vhiは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
排気系統40には、第1排気バイパス通路46と、第2排気バイパス通路47とが備えられている。第1排気バイパス通路46は、第1タービン51よりも上流の排気通路41と第1、第2タービン51,61の間の排気通路41とをバイパスする。第2排気バイパス通路47は、第1、第2タービン51,61の間の排気通路41と、第2タービン61よりも下流であって触媒44よりも上流の排気通路41とをバイパスする。
第1、第2排気バイパス通路46,47には、制御弁Vhe,Vleがそれぞれ介装されている。制御弁Vhe,Vleにより、第1、第2排気バイパス通路46,47の最小開口断面積(第1、第2排気バイパス面積)がそれぞれ調整されるようになっている。制御弁Vhe,Vleは、図示しないアクチュエータによりそれぞれ駆動される。
一方、この制御装置10は、熱線式エアフローメータ81と、圧力センサ82〜84と、回転速度センサ85と、を備えている。エアフローメータ81は、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31内を流れる吸入空気の空気流量(吸入空気流量)Ga(質量流量、単位時間あたりの質量)を検出するようになっている。圧力センサ82,83はそれぞれ、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31の圧力、及び、第1コンプレッサ52よりも下流且つスロットル弁34よりも上流の吸気通路31の圧力を検出するようになっている。圧力センサ84は、スロットル弁34(且つインタークーラ35)よりも下流の吸気通路31の圧力(インテークマニホールド内の圧力、以下、「過給圧Pim」とも呼ぶ。)を検出するようになっている。回転速度センサ85は、エンジンのクランクシャフト(図示せず)の回転速度(エンジン回転速度)NEを検出するようになっている。
更に、この制御装置10は、CPU等から構成されるECU(電気制御装置)91を備えている。ECU91は、上記センサ81〜85と電気的に接続されている。また、ECU91は、CPUにセンサ81〜85からの信号を供給するとともに、CPUの指示に応じて、ノズルNhのアクチュエータ、制御弁Vhi,Vhe,Vleのアクチュエータ等にそれぞれ駆動信号を送出するようになっている。
(過給制御)
次に、上述のように構成された過給機付き内燃機関の制御装置が実行する、制御弁Vhi,Vhe,Vle、及びノズルNhの制御(過給制御)について、図2〜図7を参照しながら説明する。
本例では、図2に示すように、吸入空気流量Gaと過給圧力比Rとの組み合わせに対して、第1ターボチャージャ50のみの過給効果を利用する領域(A領域)と、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果を利用する領域(B領域)と、第2ターボチャージャ60のみの過給効果を利用する領域(C領域)と、第2ターボチャージャ60のみの過給効果を利用するとともにその過給効果の一部を制限する領域(D領域)と、の4つの制御領域が設定される。
過給圧力比Rとは、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31の圧力P1に対する、第1コンプレッサ52よりも下流(且つスロットル弁34よりも上流)の吸気通路31の圧力P3の割合(P3/P1)である。圧力P1,P3としては、圧力センサ82,83から検出される値がそれぞれ使用されてもよいし、公知の手法の一つに従って推定された値がそれぞれ使用されてもよい。
図2に示す曲線L1、L2(実線)はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャ50,60の所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線である。即ち、曲線L1,L2で囲まれた領域はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャ50,60の過給効果が発揮され得る領域(換言すれば、第1、第2ターボチャージャ50,60の使用可能領域)を示している。第1ターボチャージャ50の使用可能領域における吸入空気流量Gaの最小値は「0」で最大値はG1である。第1ターボチャージャ50の使用可能領域における過給圧力比Rの最大値はR1である。第2ターボチャージャ60の使用可能領域における吸入空気流量Gaの最小値はG3(<G1)で最大値はG4(>G1)である。第2ターボチャージャ60の使用可能領域における過給圧力比Rの最大値はR2(>R1)である。
A領域は、第1ターボチャージャ50の使用可能領域のうち曲線S1(破線)に対して吸入空気流量Gaが小さい側の領域である。従って、A領域における吸入空気流量Gaの最大値はG2である。B領域は、第1ターボチャージャ50の使用可能領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域である。従って、B領域における吸入空気流量Gaの最大値はG1である。
C領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量Gaが大きい側且つ曲線S2(破線)に対して吸入空気流量Gaが小さい側の領域である。従って、C領域における吸入空気流量Gaの最大値はG5である。D領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線S2に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域である。従って、D領域における吸入空気流量Gaの最大値はG4である。
以下、各領域に対応する過給制御について、図3を参照しながら説明する。図3において、「閉」は、開口面積(開度)が最小値(本例では、「0」)で一定に調整される状態を示す。「開」は、開口面積(開度)が最大値で一定に調整される状態を示す。「中間」は、開口面積(開度)が最小値と最大値の間の中間値(変動し得る値)に調整される状態を示す。「任意」は、開口面積(開度)が調整されない状態(いくつであってもよい状態)を示す。
図3に示すように、A領域に対応する制御では、制御弁Vheが「閉」とされ、制御弁Vhiが「閉」とされ、制御弁Vleが「閉」とされ、ノズルNhが「中間」とされる。即ち、制御弁Vheが「閉」であることから全ての排ガスが第1タービン51を通過するとともに、制御弁Vhiが「閉」であることから全ての吸気が第1コンプレッサ52を通過する。第1タービン51を通過する全ての排ガスのエネルギーにより第1タービン51が回転駆動され、この結果、第1コンプレッサ52が回転駆動される。これにより、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮される。この第1ターボチャージャ50の過給効果は、ノズルNhの開度(中間値)の調整により調整され得る。
他方、制御弁Vleが「閉」であることから、第1タービン51を通過した全ての排ガスが第2タービン61に流入する。ここで、排ガスが第1タービン51を通過する際、その排ガスのエネルギーは第1タービン51の駆動のために消費される。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)は回転駆動されないか又は十分に回転駆動されない。この結果、第2ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、A領域に対応する制御では、第1タービン51が回転する一方で第2タービン61が回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第1ターボチャージャ50のみの過給効果が発揮される。
図3に示すように、B領域に対応する制御では、A領域に対応する制御に対して、制御弁Vheが「閉」から「中間」に変更される点のみが異なる。即ち、制御弁Vheが「中間」であることから、一部の排ガスが第1タービン51を通過するとともに、残りの排ガスが(第1タービン51を通過することなく)第1排気バイパス通路46を通過して第2タービン61に直接流入する。これにより、第1タービン51を通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)が回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。
他方、「残りの排ガス」は、第1タービン51の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービン61に流入する。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)が回転駆動され、第2ターボチャージャ60の過給効果が発揮される。以上、B領域に対応する制御では、第1、第2タービン51,61が共に回転する状態が得られ、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果が発揮される。
図3に示すように、C領域に対応する制御では、B領域に対応する制御に対して、制御弁Vheが「中間」から「開」に変更され、制御弁Vhiが「閉」から「開」に変更され、ノズルNhが「中間」から「任意」に変更される点が異なる。即ち、制御弁Vheが「開」であることから、全ての(殆どの)排ガスが(第1タービン51を通過することなく)第1排気バイパス通路46を通過して第2タービン61に直接流入する。このため、ノズルNhを制御する必要がなく、ノズルNhが「任意」となっている。これにより、第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮されない。また、制御弁Vhiが「開」であることから、全ての(殆どの)吸気が第1コンプレッサ52を通過しない(第1吸気バイパス通路36を通過する)。従って、仮に、第1コンプレッサ52が回転駆動されることがあっても、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮されない。
他方、全ての(殆どの)の排ガスは、第1タービン51の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービン61に流入する。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)が回転駆動され、第2ターボチャージャ60の過給効果が発揮される。以上、C領域に対応する制御では、第1タービン51が回転しないか又は十分に回転しない一方で第2タービン61が回転する状態が得られ、第2ターボチャージャ60のみの過給効果が発揮される。
図3に示すように、D領域に対応する制御では、C領域に対応する制御に対して、制御弁Vleが「閉」から「開」に変更される点のみが異なる。即ち、D領域では、C領域と同様、第2ターボチャージャ60のみの過給効果が発揮される一方で、第1排気バイパス通路46を通過した排ガスの一部が(第2タービン61を通過することなく)第2排気バイパス通路47を通過する。これにより、第2タービン61に流入する排ガスの流量の増加が抑制され得る。この結果、エンジン回転速度の増大に伴う過剰な過給効果の一部が制限され得る。
次に、図4〜6に示すフローチャートを参照しながら、本装置による過給制御についての実際の作動について説明する。これらのフローチャートで示されるプログラムは、ECU91内のCPUにより実行される。
先ず、図4に示す「制御領域の選択」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムは、所定のタイミング(例えば、8msec)の経過毎に繰り返し実行される。先ず、ステップ405では、過給圧力比Rと吸入空気流量Gaの現在値が取得されるとともに、取得されたRとGaの組み合わせ(以下、「現在運転状態」とも呼ぶ。)と、図2に示したマップとに基づいて、A領域、B領域、C領域、及びD領域の中から1つの制御領域が選択される。そして、ステップ410では、選択された制御領域に対応する上述した過給制御が実行され(図3を参照)、本プログラムの今回の処理が終了する。
次に、図5に示す、排気圧P4についての「P4急減期間の判定」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムも、所定のタイミング(例えば、8msec)の経過毎に繰り返し実行される。排気圧P4とは、第1タービン51よりも上流の排気通路41の圧力(エキゾーストマニホールド内の圧力)を指す。
先ず、ステップ505では、フラグFが「0」か否かが判定される。ここで、フラグFは、その値が「0」のとき「P4急減期間」でないことを示し、その値が「1」のとき「P4急減期間」であることを示す。「P4急減期間」とは、制御領域のB領域からC領域への移行による制御弁Vheの「中間」から「開」への変更に起因して排気圧P4が急激に減少する期間を指す(後述する図9の時刻t1〜t2を参照)。
いま、P4急減期間でない(F=0)ものとして説明を続ける。この場合(ステップ505にて「Yes」と判定)、ステップ510にて、「加速中」か否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。ここで、「加速中」とは、エンジン回転速度NEが増大している状態(この内燃機関を搭載する車両の速度が増大している状態)をいう。
「加速中」である場合(ステップ510にて「Yes」と判定)、ステップ515にて、制御領域がB領域からC領域に移行した直後であるか否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。このステップ515では、具体的には、図4のステップ405にて選択される制御領域がB領域からC領域に移行した直後であるか否か、ステップ410の実行により制御弁Vheが「中間」から「開」に変更指示され且つ制御弁Vhiが「閉」から「開」に変更指示された直後であるか否か、又は、ステップ410の実行により制御弁Vheが「中間」から「開」に実際に変更完了し且つ制御弁Vhiが「閉」から「開」に実際に変更完了した直後であるか否か等が判定される。
制御領域がB領域からC領域に移行した直後である場合(ステップ515にて「Yes」と判定)、ステップ520にて、制御弁Vheの「中間」から「開」への変更に起因する排気圧P4の減少量ΔPが、テーブルMapΔPと、現在の(最新の)燃料噴射量Fi及び現在のエンジン回転速度NEと、に基づいて決定される。テーブルMapΔPは、ΔPと「Fi及びNEの組み合わせ」との関係を規定するテーブル(マップ)であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。続いて、ステップ525では、ΔPが予め定められた微小値(一定値)Aよりも大きいか否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。
一方、ΔPがAよりも大きい場合(ステップ525にて「Yes」と判定)、ステップ530にて、フラグFの値が「0」から「1」に変更される。続くステップ535では、排気圧P4の急減に起因する瞬間的なトルク増加分に相当する(トルク増加分に等価な)噴射量Fmax(後述する図9を参照)が、テーブルMapΔFmaxと、ステップ520にて取得された排気圧P4の減少量ΔPと、に基づいて決定される。そして、本プログラムの今回の処理が終了する。なお、噴射量Fmaxは、排気圧P4の急減に起因する瞬間的なトルク増加分(ピーク値)と等しいトルク増加を噴射量の増加のみで達成する場合における噴射量の増加分である、と記載することもできる。
図7に示すように、テーブルMapΔFmaxはΔFmaxとΔPとの関係を規定するテーブル(マップ)であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。図7に示すように、ΔPが大きいほどΔFmaxが大きい。これは、ΔPが大きいほどP4の急減に起因する瞬間的なトルク増加量が大きいことに基づく。
以上、加速中であって、制御領域がB領域からC領域に移行した直後であって、排気圧P4の減少量ΔPが微小値Aよりも大きい場合、フラグFの値が「0」から「1」に変更される。即ち、「P4急減期間」でない状態から「P4急減期間」である状態に変更される。加えて、この場合、ΔFmaxがΔPに基づいて(従って、FiとNEとに基づいて)算出される。なお、ステップ510及びステップ525の何れか一方又は両方が省略されてもよい。
このように、フラグFの値が「0」から「1」に変更されると、それ以降、ステップ505にて「No」と判定され、ステップ540が実行されるようになる。ステップ540では、P4急減期間が終了したか否かが判定され、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。P4急減期間が終了したとの判定は、例えば、(制御領域がB領域からC領域に移行した後において)過給圧Pimが減少を開始したと判定された時点でなされる(後述する図9の時刻t2を参照)。これは、排気圧P4の急減(従って、出力トルクの瞬間的な増大)が、過給圧が減少を開始する時点の近傍で終了することに基づく。
そして、P4急減期間が終了したとの判定がなされた場合(ステップ540にて「Yes」と判定)、ステップ545にてフラグFの値が「1」から「0」に変更され、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、「P4急減期間」である状態から「P4急減期間」でない状態に変更される。
次に、図6に示す「燃料噴射制御」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムは、燃料が噴射される気筒(燃料噴射気筒)において燃料が噴射される時期(例えば、圧縮上死点近傍)よりも所定クランク角度だけ前の時期が到来する毎に繰り返し実行される。
先ず、ステップ605では、基本燃料噴射量Fbaseが、テーブルMapFbaseと、現在の過給圧Pim及び現在のエンジン回転速度NEとに基づいて決定される。次いで、ステップ610では、フラグF=0であるか否かが判定される。先ず、「P4急減期間」でない場合(ステップ610にて「Yes」と判定)について説明する。この場合、ステップ615にて、燃料噴射量Fiが、Fbaseと等しい値に設定される。そして、ステップ630にて燃料噴射気筒の筒内噴射弁21に対してFiと等しい量の燃料の噴射指示がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。このように、「P4急減期間」でない場合、Fbaseと等しい量の燃料が噴射される。
一方、この状態にて、制御領域のB領域からC領域への移行によりフラグFの値が「0」から「1」へと変化すると(即ち、「P4急減期間」でない場合から「P4急減期間」である場合に移行すると)、ステップ610にて「No」と判定されてステップ620が実行されるようになる。ステップ620では、噴射量の減量分ΔFが、先のステップ535にて算出されているΔFmaxに基づいて算出される。
次いで、ステップ625にて、燃料噴射量Fiが、FbaseからΔFを減じた値に設定される。そして、上述のステップ630の処理がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、P4急減期間では、FbaseからΔFを減じた量の燃料が噴射される。このように、P4急減期間において実行される、「Fbaseと等しい量」に代えて「FbaseからΔFを減じた量」の燃料を噴射する制御を「減量制御」と呼ぶ。
P4急減期間において、減量分ΔFは、ΔFmaxで一定に設定されてもよいし、ΔFmaxを超えない範囲内にて変化するように設定されてもよい。例えば、ΔFは、P4急減期間の開始以降において、ゼロからΔFmaxに向けて徐々に増大するように設定され得る。以上、本装置による過給制御についての実際の作動について説明した。
(減量制御による作用・効果)
以下、P4急減期間において実行される減量制御による作用・効果について説明する。図8に示すように、吸入空気流量Gaは、エンジン回転速度NEと強く依存し、エンジン回転速度NEの増大(減少)につれて吸入空気流量Gaが増大(減少)する。従って、このエンジン10を搭載した車両が加速していく過程では、NEが増大していくことでGaが増大していく。この過程は、図2において、制御領域がA領域→B領域→C領域→D領域へ移行することに対応する。
いま、制御領域がB領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域がB領域からC領域へと移行する場合を想定する(図2において、点a→bを参照)。以下、図9を参照しながら説明する。図9は、時刻t1以前にて制御領域がB領域にあり、この状態にて車両が加速することで、時刻t1にて制御領域がB領域からC領域へと移行する場合における各種物理量の変化の一例を示す。
時刻t1以前では、制御領域がB領域にあることにより、制御弁Vheが「中間」とされ、制御弁Vhiが「閉」とされている。これにより、第1、第2タービン51,61が共に回転駆動されて、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果が発揮されている。
時刻t1になると、制御領域がB領域からC領域に移行することにより、制御弁Vheが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Vhiが「閉」から「開」に切り替えられる。この制御弁Vheの「中間」から「開」への切り替えにより、第1排気バイパス通路46の開口面積が増大し、時刻t1の直後にて排ガスの排気抵抗が直ちに急減する。これにより、時刻t1の直後から時刻t2に亘って排気圧P4も直ちに急激する。
このように排気圧P4が急減する期間(時刻t1〜t2)を「P4急減期間」と呼ぶ。P4急減期間におけるP4の減少量ΔPは、燃料噴射量Fi及びエンジン回転速度NEに大きく依存する。このため、図5のステップ520では、このΔPが、Fi及びNEの組み合わせに基づいて取得されている。
また、制御弁Vheの「中間」から「開」への切り替え、並びに制御弁Vhiの「閉」から「開」への切り替えにより、第1タービン51が回転駆動されなくなる。このように回転駆動されなくなった第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)の回転速度は、主として第1タービン51及び第1コンプレッサ52の慣性に従って減少していく。この結果、第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)の回転速度は、時刻t1以降、短期間に亘って十分に大きい(過給効果が十分に発揮され得る)領域内に維持された後、その領域から逸脱するとともに比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧Pimも、時刻t1よりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。過給圧Pimの減少が開始する時期は、P4急減期間の終期(P4の減少が終了する時期、時刻t2)に略一致する。このため、図5のステップ540では、Pimの減少開始時期に基づいてP4急減期間の終了が判定されている。
ここで、先ず、本例とは異なり、P4急減期間において上述した減量制御が実行されない場合(即ち、P4急減期間中もFiがFbaseに維持される場合、図9における破線を参照)について説明する。この場合、P4急減期間(時刻t1〜t2)では、排気圧P4が急減して燃焼効率が高くなること等に起因して、内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する(図9におけるΔG1を参照)。
加えて、過給圧Pimが時刻t2近傍から比較的緩やかに減少していくことに起因して、時刻t2近傍以降、内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する(図9におけるΔG2を参照)。
このように、上述の減量制御が実行されない場合、先ず、P4急減期間(時刻t1〜t2)にて排気圧P4の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、P4急減期間の終了後(時刻t2以降)、過給圧Pimの減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。換言すれば、出力トルクの増減方向が互いに逆となる一連の現象が発生する。このため、車両の乗員には、この一連の現象が比較的大きなトルク段差(ΔG1+ΔG2)として感知され得る。なお、P4急減期間から十分な時間が経過した後は、過給圧Pimは、第2ターボチャージャ60の過給効果の増大に起因して増大していく。
これに対し、本例では、P4急減期間(時刻t1〜t2)に亘って、上述の減量制御が実行されて、FiがFbaseから減量分ΔFだけ減少することで、出力トルクが減少する(図9における実線を参照)。図9に示す例では、この減量分ΔFが、P4急減期間において、時刻t1にて「0」となり、時刻t2にてΔFmaxとなり、且つ、時間の進行に応じて増大するように設定されている。このように減量分ΔFが設定されているのは、減量制御が実行されない場合においてP4急減期間において出力トルクが時間の進行に応じて増大していくことに基づく。これにより、「排気圧P4の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が極力抑制され得る。
なお、図9に示す例では、P4急減期間終了後(時刻t2以降)において、減量分ΔFが、直ちにゼロに設定されることに代えて、ΔFmaxからゼロに向けて徐々に減少されている。これにより、Fiをステップ的に変更することにより発生し得る新たなトルク段差の発生が抑制され得る。
以上、減量制御の実行により、減量制御が実行されない場合に比して、Fiの減少に基づく出力トルクの減少分(およそΔG1分)だけ上述のトルク段差が小さくされ得る。更には、制御領域の移行後(時刻t1以降)において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより、このトルク段差をより一層小さくすることも可能となる。
以上説明したように、本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置の第1実施形態は、直列式2段過給機を備えている。第1実施形態によれば、車両の加速により制御領域がB領域からC領域へと移行する場合において、減量制御の実行により「排気圧P4の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。この結果、制御領域のB領域からC領域への移行後において、乗員に感知され得るトルク段差を小さくすることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第2実施形態について説明する。図10に示すように、第2実施形態は、並列式2段過給機を備えている点で、直列式2段過給機を備えている上記第1実施形態と異なる。図10において、図1に示す構成と同じ或いは等価な構成については図1における符号と同じ符号が付されている。
図10に示すように、第2実施形態では、吸気通路31が分岐点R1にて第1、第2吸気通路31h,31lに分岐し、これら第1、第2吸気通路31h,31lが合流点R2にて合流している。排気通路41が分岐点Q1にて第1、第2排気通路41h,41lに分岐し、これら第1、第2排気通路41h,41lが合流点Q2にて合流している。
第1、第2タービン51,61はそれぞれ、第1、第2排気通路41h,41lに介装されている。第1、第2コンプレッサ52,62はそれぞれ、第1、第2吸気通路31h,31lに介装されている。なお、第1タービン51のまわりには、ノズルNhが備えられていない。
第1吸入バイパス通路36は、第1コンプレッサ52の上流の第1吸気通路31hと第1コンプレッサ52の下流の第1吸気通路31hとをバイパスする。第1吸入バイパス通路36には、制御弁Vhiが介装されている。同様に、第2吸入バイパス通路37が、第2コンプレッサ62の上流の第2吸気通路31lと第2コンプレッサ62の下流の第2吸気通路31lとをバイパスする。第2吸入バイパス通路37には、制御弁Vliが介装されている。制御弁Vliにより、第2吸気バイパス通路37の最小開口断面積(第2吸気バイパス面積)が調整されるようになっている。制御弁Vliは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第1排気バイパス通路46は、第1タービン51の上流の第1排気通路41hと第1タービン51の下流の第1排気通路41hとをバイパスする。第1排気バイパス通路46には、制御弁Vheが介装されている。同様に、第2排気バイパス通路47が、第2タービン61の上流の第2排気通路41lと第2タービン61の下流の第2排気通路41lとをバイパスする。第2排気バイパス通路47には、制御弁Vleが介装されている。
第2実施形態では、制御弁Vhe,Vhi,Vle,Vliが図3に対応する図11に示すように調整されることにより、A〜Dの各領域に対応する過給制御がそれぞれ達成される。これらの制御弁Vhe,Vhi,Vle,Vliの調整については周知であるので、ここでは、それらの詳細な説明を省略する。
図11に示すように、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、車両の加速により制御領域がB領域からC領域に移行することにより、制御弁Vheが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Vhiが「閉」から「開」に切り替えられる。従って、上記第1実施形態と同様、(上述の減量制御が実行されない場合において)排気圧P4の急減による出力トルクの瞬間的な増大、並びに、その後における過給圧Pimの減少による同出力トルクの減少が発生することで、比較的大きなトルク段差が発生する。
従って、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、制御領域がB領域からC領域へと移行する場合において、上述と同様の減量制御を実行することにより、「排気圧P4の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。即ち、上記第1実施形態と実質的に全く同じ作用・効果が得られる。
本発明は、上記第1、第2実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第1、第2実施形態においては、第2排気バイパス通路47、及び制御弁Vleが設けられているが、これらが省略されていてもよい。また、上記第1実施形態においてノズルNhが省略されていてもよい。
また、上記第1、第2実施形態においては、図2において曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域がC領域とD領域とに区分されているが、C領域とD領域とが1つのC領域に統合されていてもよい。
また、上記第1実施形態において、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31と第1、第2コンプレッサ52,62の間の吸気通路31とをバイパスする第2吸入バイパス通路と、第2吸入バイパス通路に介装された制御弁Vliが設けられていてもよい。この場合、制御弁Vliは、制御弁Vleの開閉パターンと同じパターンで開閉される。
加えて、上記第1実施形態において、第1タービン51のノズルNhと同様、第2タービン61のまわりを囲むように複数のノズルNlが備えられていてもよい。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る直列式2段過給機付き内燃機関の制御装置10の概略構成を示している。この制御装置10は、エンジン(ディーゼル機関)本体20と、吸気系統30と、排気系統40と、第1ターボチャージャ50と、第2ターボチャージャ60とを備えている。
エンジン本体20には、4つの気筒21が直列に配置されている。各気筒21の上部には、各気筒21に向けて燃料を噴射する筒内噴射弁22が配設されている。各気筒21における圧縮行程後半(圧縮上死点近傍)にて、各筒内噴射弁22から燃料が噴射され、ディーゼル燃焼が達成されるようになっている。
吸気系統30は、吸気通路31と、吸気通路31に連通したインテークマニホールド32とを備えている。吸気通路31には、上流から下流に向けて順にエアクリーナ33と、スロットル弁34と、インタークーラ35とが配設されている。この吸気系統30により、エンジン本体20に空気が供給されるようになっている。
排気系統40は、排気通路41と、排気通路41に連通したエキゾーストマニホールド42とを備えている。排気系統40には、EGRガス通路43と、触媒44とが備えられている。EGRガス通路43は、第1タービン51よりも上流の排気通路41とスロットル弁34よりも下流の吸気通路31とを結んでいて、EGRガス通路43にはEGR制御弁が介装されている。触媒44は、所謂NOx吸蔵触媒である。この排気系統40により、エンジン本体20からの排ガスが外部に放出されるようになっている。
第1ターボチャージャ50は、第1タービン51と、第1コンプレッサ52とを備えている。第1タービン51と、第1コンプレッサ52とは、タービンシャフト53により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第1タービン51は、排気通路41に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第1コンプレッサ52は、吸気通路31に介装されていて、第1タービン51により回転駆動されるようになっている。また、第1ターボチャージャ50には、第1タービン51のまわりを囲むように複数のノズルNhが備えられており、排ガスが第1タービン51に向けて流れる際に通過するノズルNhの開口の面積(第1排気流入面積)が可変となっている。このノズルNhは、「第1ターボチャージャ50における、入力される排ガスのエネルギーに対する出力される第1タービン51の回転エネルギーの特性を変更可能な機構」ということもできる。ノズルNhは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第2ターボチャージャ60は、第2タービン61と、第2コンプレッサ62とを備えている。第2タービン61と、第2コンプレッサ62とは、タービンシャフト63により同軸的、且つ、一体回転可能に接続されている。第2タービン61は、第1タービン51よりも下流の排気通路41に介装されていて、排ガスのエネルギーにより回転駆動されるようになっている。第2コンプレッサ62は、第1コンプレッサ52よりも上流の吸気通路31に配設されていて、第2タービン61により回転駆動されるようになっている。
第2タービン61の外径は、第1タービン51に比してより大きい。即ち、第2タービン61は第1タービン51よりも大型である(容量が大きい)。同様に、第2コンプレッサ62の外径は、第1コンプレッサ52に比してより大きい。即ち、第2コンプレッサ62は第1コンプレッサ52よりも大型である(容量が大きい)。
吸気系統30には、第1吸入バイパス通路36が備えられている。第1吸入バイパス通路36は、第1コンプレッサ52よりも下流且つスロットル弁34よりも上流の吸気通路31と第1、第2コンプレッサ52,62の間の吸気通路31とをバイパスする。第1吸入バイパス通路36には、制御弁Vhiが介装されている。制御弁Vhiにより、第1吸気バイパス通路36の最小開口断面積(第1吸気バイパス面積)が調整されるようになっている。制御弁Vhiは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
排気系統40には、第1排気バイパス通路46と、第2排気バイパス通路47とが備えられている。第1排気バイパス通路46は、第1タービン51よりも上流の排気通路41と第1、第2タービン51,61の間の排気通路41とをバイパスする。第2排気バイパス通路47は、第1、第2タービン51,61の間の排気通路41と、第2タービン61よりも下流であって触媒44よりも上流の排気通路41とをバイパスする。
第1、第2排気バイパス通路46,47には、制御弁Vhe,Vleがそれぞれ介装されている。制御弁Vhe,Vleにより、第1、第2排気バイパス通路46,47の最小開口断面積(第1、第2排気バイパス面積)がそれぞれ調整されるようになっている。制御弁Vhe,Vleは、図示しないアクチュエータによりそれぞれ駆動される。
一方、この制御装置10は、熱線式エアフローメータ81と、圧力センサ82〜84と、回転速度センサ85と、を備えている。エアフローメータ81は、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31内を流れる吸入空気の空気流量(吸入空気流量)Ga(質量流量、単位時間あたりの質量)を検出するようになっている。圧力センサ82,83はそれぞれ、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31の圧力、及び、第1コンプレッサ52よりも下流且つスロットル弁34よりも上流の吸気通路31の圧力を検出するようになっている。圧力センサ84は、スロットル弁34(且つインタークーラ35)よりも下流の吸気通路31の圧力(インテークマニホールド内の圧力、以下、「過給圧Pim」とも呼ぶ。)を検出するようになっている。回転速度センサ85は、エンジンのクランクシャフト(図示せず)の回転速度(エンジン回転速度)NEを検出するようになっている。
更に、この制御装置10は、CPU等から構成されるECU(電気制御装置)91を備えている。ECU91は、上記センサ81〜85と電気的に接続されている。また、ECU91は、CPUにセンサ81〜85からの信号を供給するとともに、CPUの指示に応じて、ノズルNhのアクチュエータ、制御弁Vhi,Vhe,Vleのアクチュエータ等にそれぞれ駆動信号を送出するようになっている。
(過給制御)
次に、上述のように構成された過給機付き内燃機関の制御装置が実行する、制御弁Vhi,Vhe,Vle、及びノズルNhの制御(過給制御)について、図2〜図7を参照しながら説明する。
本例では、図2に示すように、吸入空気流量Gaと過給圧力比Rとの組み合わせに対して、第1ターボチャージャ50のみの過給効果を利用する領域(A領域)と、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果を利用する領域(B領域)と、第2ターボチャージャ60のみの過給効果を利用する領域(C領域)と、第2ターボチャージャ60のみの過給効果を利用するとともにその過給効果の一部を制限する領域(D領域)と、の4つの制御領域が設定される。
過給圧力比Rとは、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31の圧力P1に対する、第1コンプレッサ52よりも下流(且つスロットル弁34よりも上流)の吸気通路31の圧力P3の割合(P3/P1)である。圧力P1,P3としては、圧力センサ82,83から検出される値がそれぞれ使用されてもよいし、公知の手法の一つに従って推定された値がそれぞれ使用されてもよい。
図2に示す曲線L1、L2(実線)はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャ50,60の所謂サージライン及びチョークラインに基づいて描かれる線である。即ち、曲線L1,L2で囲まれた領域はそれぞれ、第1、第2ターボチャージャ50,60の過給効果が発揮され得る領域(換言すれば、第1、第2ターボチャージャ50,60の使用可能領域)を示している。第1ターボチャージャ50の使用可能領域における吸入空気流量Gaの最小値は「0」で最大値はG1である。第1ターボチャージャ50の使用可能領域における過給圧力比Rの最大値はR1である。第2ターボチャージャ60の使用可能領域における吸入空気流量Gaの最小値はG3(<G1)で最大値はG4(>G1)である。第2ターボチャージャ60の使用可能領域における過給圧力比Rの最大値はR2(>R1)である。
A領域は、第1ターボチャージャ50の使用可能領域のうち曲線S1(破線)に対して吸入空気流量Gaが小さい側の領域である。従って、A領域における吸入空気流量Gaの最大値はG2である。B領域は、第1ターボチャージャ50の使用可能領域のうち曲線S1に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域である。従って、B領域における吸入空気流量Gaの最大値はG1である。
C領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量Gaが大きい側且つ曲線S2(破線)に対して吸入空気流量Gaが小さい側の領域である。従って、C領域における吸入空気流量Gaの最大値はG5である。D領域は、曲線L2で囲まれた領域のうち曲線S2に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域である。従って、D領域における吸入空気流量Gaの最大値はG4である。
以下、各領域に対応する過給制御について、図3を参照しながら説明する。図3において、「閉」は、開口面積(開度)が最小値(本例では、「0」)で一定に調整される状態を示す。「開」は、開口面積(開度)が最大値で一定に調整される状態を示す。「中間」は、開口面積(開度)が最小値と最大値の間の中間値(変動し得る値)に調整される状態を示す。「任意」は、開口面積(開度)が調整されない状態(いくつであってもよい状態)を示す。
図3に示すように、A領域に対応する制御では、制御弁Vheが「閉」とされ、制御弁Vhiが「閉」とされ、制御弁Vleが「閉」とされ、ノズルNhが「中間」とされる。即ち、制御弁Vheが「閉」であることから全ての排ガスが第1タービン51を通過するとともに、制御弁Vhiが「閉」であることから全ての吸気が第1コンプレッサ52を通過する。第1タービン51を通過する全ての排ガスのエネルギーにより第1タービン51が回転駆動され、この結果、第1コンプレッサ52が回転駆動される。これにより、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮される。この第1ターボチャージャ50の過給効果は、ノズルNhの開度(中間値)の調整により調整され得る。
他方、制御弁Vleが「閉」であることから、第1タービン51を通過した全ての排ガスが第2タービン61に流入する。ここで、排ガスが第1タービン51を通過する際、その排ガスのエネルギーは第1タービン51の駆動のために消費される。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーは十分に小さくなっている。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)は回転駆動されないか又は十分に回転駆動されない。この結果、第2ターボチャージャの過給効果が発揮されない。以上、A領域に対応する制御では、第1タービン51が回転する一方で第2タービン61が回転しないか又は十分に回転しない状態が得られ、第1ターボチャージャ50のみの過給効果が発揮される。
図3に示すように、B領域に対応する制御では、A領域に対応する制御に対して、制御弁Vheが「閉」から「中間」に変更される点のみが異なる。即ち、制御弁Vheが「中間」であることから、一部の排ガスが第1タービン51を通過するとともに、残りの排ガスが(第1タービン51を通過することなく)第1排気バイパス通路46を通過して第2タービン61に直接流入する。これにより、第1タービン51を通過する「一部の排ガス」のエネルギーにより第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)が回転駆動され、第1ターボチャージャの過給効果が発揮される。
他方、「残りの排ガス」は、第1タービン51の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービン61に流入する。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーはある程度大きい値となる。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)が回転駆動され、第2ターボチャージャ60の過給効果が発揮される。以上、B領域に対応する制御では、第1、第2タービン51,61が共に回転する状態が得られ、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果が発揮される。
図3に示すように、C領域に対応する制御では、B領域に対応する制御に対して、制御弁Vheが「中間」から「開」に変更され、制御弁Vhiが「閉」から「開」に変更され、ノズルNhが「中間」から「任意」に変更される点が異なる。即ち、制御弁Vheが「開」であることから、全ての(殆どの)排ガスが(第1タービン51を通過することなく)第1排気バイパス通路46を通過して第2タービン61に直接流入する。このため、ノズルNhを制御する必要がなく、ノズルNhが「任意」となっている。これにより、第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)が回転駆動されないか又は十分に回転駆動されず、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮されない。また、制御弁Vhiが「開」であることから、全ての(殆どの)吸気が第1コンプレッサ52を通過しない(第1吸気バイパス通路36を通過する)。従って、仮に、第1コンプレッサ52が回転駆動されることがあっても、第1ターボチャージャ50の過給効果が発揮されない。
他方、全ての(殆どの)の排ガスは、第1タービン51の駆動のためにエネルギーを消費されることなく第2タービン61に流入する。従って、第2タービン61に流入する排ガスのエネルギーは十分に大きい。このため、第2タービン61(従って、第2コンプレッサ62)が回転駆動され、第2ターボチャージャ60の過給効果が発揮される。以上、C領域に対応する制御では、第1タービン51が回転しないか又は十分に回転しない一方で第2タービン61が回転する状態が得られ、第2ターボチャージャ60のみの過給効果が発揮される。
図3に示すように、D領域に対応する制御では、C領域に対応する制御に対して、制御弁Vleが「閉」から「開」に変更される点のみが異なる。即ち、D領域では、C領域と同様、第2ターボチャージャ60のみの過給効果が発揮される一方で、第1排気バイパス通路46を通過した排ガスの一部が(第2タービン61を通過することなく)第2排気バイパス通路47を通過する。これにより、第2タービン61に流入する排ガスの流量の増加が抑制され得る。この結果、エンジン回転速度の増大に伴う過剰な過給効果の一部が制限され得る。
次に、図4〜6に示すフローチャートを参照しながら、本装置による過給制御についての実際の作動について説明する。これらのフローチャートで示されるプログラムは、ECU91内のCPUにより実行される。
先ず、図4に示す「制御領域の選択」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムは、所定のタイミング(例えば、8msec)の経過毎に繰り返し実行される。先ず、ステップ405では、過給圧力比Rと吸入空気流量Gaの現在値が取得されるとともに、取得されたRとGaの組み合わせ(以下、「現在運転状態」とも呼ぶ。)と、図2に示したマップとに基づいて、A領域、B領域、C領域、及びD領域の中から1つの制御領域が選択される。そして、ステップ410では、選択された制御領域に対応する上述した過給制御が実行され(図3を参照)、本プログラムの今回の処理が終了する。
次に、図5に示す、排気圧P4についての「P4急減期間の判定」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムも、所定のタイミング(例えば、8msec)の経過毎に繰り返し実行される。排気圧P4とは、第1タービン51よりも上流の排気通路41の圧力(エキゾーストマニホールド内の圧力)を指す。
先ず、ステップ505では、フラグFが「0」か否かが判定される。ここで、フラグFは、その値が「0」のとき「P4急減期間」でないことを示し、その値が「1」のとき「P4急減期間」であることを示す。「P4急減期間」とは、制御領域のB領域からC領域への移行による制御弁Vheの「中間」から「開」への変更に起因して排気圧P4が急激に減少する期間を指す(後述する図9の時刻t1〜t2を参照)。
いま、P4急減期間でない(F=0)ものとして説明を続ける。この場合(ステップ505にて「Yes」と判定)、ステップ510にて、「加速中」か否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。ここで、「加速中」とは、エンジン回転速度NEが増大している状態(この内燃機関を搭載する車両の速度が増大している状態)をいう。
「加速中」である場合(ステップ510にて「Yes」と判定)、ステップ515にて、制御領域がB領域からC領域に移行した直後であるか否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。このステップ515では、具体的には、図4のステップ405にて選択される制御領域がB領域からC領域に移行した直後であるか否か、ステップ410の実行により制御弁Vheが「中間」から「開」に変更指示され且つ制御弁Vhiが「閉」から「開」に変更指示された直後であるか否か、又は、ステップ410の実行により制御弁Vheが「中間」から「開」に実際に変更完了し且つ制御弁Vhiが「閉」から「開」に実際に変更完了した直後であるか否か等が判定される。
制御領域がB領域からC領域に移行した直後である場合(ステップ515にて「Yes」と判定)、ステップ520にて、制御弁Vheの「中間」から「開」への変更に起因する排気圧P4の減少量ΔPが、テーブルMapΔPと、現在の(最新の)燃料噴射量Fi及び現在のエンジン回転速度NEと、に基づいて決定される。テーブルMapΔPは、ΔPと「Fi及びNEの組み合わせ」との関係を規定するテーブル(マップ)であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。続いて、ステップ525では、ΔPが予め定められた微小値(一定値)Aよりも大きいか否かが判定されて、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。
一方、ΔPがAよりも大きい場合(ステップ525にて「Yes」と判定)、ステップ530にて、フラグFの値が「0」から「1」に変更される。続くステップ535では、排気圧P4の急減に起因する瞬間的なトルク増加分に相当する(トルク増加分に等価な)噴射量Fmax(後述する図9を参照)が、テーブルMapΔFmaxと、ステップ520にて取得された排気圧P4の減少量ΔPと、に基づいて決定される。そして、本プログラムの今回の処理が終了する。なお、噴射量Fmaxは、排気圧P4の急減に起因する瞬間的なトルク増加分(ピーク値)と等しいトルク増加を噴射量の増加のみで達成する場合における噴射量の増加分である、と記載することもできる。
図7に示すように、テーブルMapΔFmaxはΔFmaxとΔPとの関係を規定するテーブル(マップ)であり、実験・シミュレーション等を通して予め取得され得る。図7に示すように、ΔPが大きいほどΔFmaxが大きい。これは、ΔPが大きいほどP4の急減に起因する瞬間的なトルク増加量が大きいことに基づく。
以上、加速中であって、制御領域がB領域からC領域に移行した直後であって、排気圧P4の減少量ΔPが微小値Aよりも大きい場合、フラグFの値が「0」から「1」に変更される。即ち、「P4急減期間」でない状態から「P4急減期間」である状態に変更される。加えて、この場合、ΔFmaxがΔPに基づいて(従って、FiとNEとに基づいて)算出される。なお、ステップ510及びステップ525の何れか一方又は両方が省略されてもよい。
このように、フラグFの値が「0」から「1」に変更されると、それ以降、ステップ505にて「No」と判定され、ステップ540が実行されるようになる。ステップ540では、P4急減期間が終了したか否かが判定され、「No」と判定される場合、本プログラムの今回の処理が終了する。P4急減期間が終了したとの判定は、例えば、(制御領域がB領域からC領域に移行した後において)過給圧Pimが減少を開始したと判定された時点でなされる(後述する図9の時刻t2を参照)。これは、排気圧P4の急減(従って、出力トルクの瞬間的な増大)が、過給圧が減少を開始する時点の近傍で終了することに基づく。
そして、P4急減期間が終了したとの判定がなされた場合(ステップ540にて「Yes」と判定)、ステップ545にてフラグFの値が「1」から「0」に変更され、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、「P4急減期間」である状態から「P4急減期間」でない状態に変更される。
次に、図6に示す「燃料噴射制御」プログラム(ルーチン)について説明する。このプログラムは、燃料が噴射される気筒(燃料噴射気筒)において燃料が噴射される時期(例えば、圧縮上死点近傍)よりも所定クランク角度だけ前の時期が到来する毎に繰り返し実行される。
先ず、ステップ605では、基本燃料噴射量Fbaseが、テーブルMapFbaseと、現在の過給圧Pim及び現在のエンジン回転速度NEとに基づいて決定される。次いで、ステップ610では、フラグF=0であるか否かが判定される。先ず、「P4急減期間」でない場合(ステップ610にて「Yes」と判定)について説明する。この場合、ステップ615にて、燃料噴射量Fiが、Fbaseと等しい値に設定される。そして、ステップ630にて燃料噴射気筒の筒内噴射弁21に対してFiと等しい量の燃料の噴射指示がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。このように、「P4急減期間」でない場合、Fbaseと等しい量の燃料が噴射される。
一方、この状態にて、制御領域のB領域からC領域への移行によりフラグFの値が「0」から「1」へと変化すると(即ち、「P4急減期間」でない場合から「P4急減期間」である場合に移行すると)、ステップ610にて「No」と判定されてステップ620が実行されるようになる。ステップ620では、噴射量の減量分ΔFが、先のステップ535にて算出されているΔFmaxに基づいて算出される。
次いで、ステップ625にて、燃料噴射量Fiが、FbaseからΔFを減じた値に設定される。そして、上述のステップ630の処理がなされ、本プログラムの今回の処理が終了する。これにより、P4急減期間では、FbaseからΔFを減じた量の燃料が噴射される。このように、P4急減期間において実行される、「Fbaseと等しい量」に代えて「FbaseからΔFを減じた量」の燃料を噴射する制御を「減量制御」と呼ぶ。
P4急減期間において、減量分ΔFは、ΔFmaxで一定に設定されてもよいし、ΔFmaxを超えない範囲内にて変化するように設定されてもよい。例えば、ΔFは、P4急減期間の開始以降において、ゼロからΔFmaxに向けて徐々に増大するように設定され得る。以上、本装置による過給制御についての実際の作動について説明した。
(減量制御による作用・効果)
以下、P4急減期間において実行される減量制御による作用・効果について説明する。図8に示すように、吸入空気流量Gaは、エンジン回転速度NEと強く依存し、エンジン回転速度NEの増大(減少)につれて吸入空気流量Gaが増大(減少)する。従って、このエンジン10を搭載した車両が加速していく過程では、NEが増大していくことでGaが増大していく。この過程は、図2において、制御領域がA領域→B領域→C領域→D領域へ移行することに対応する。
いま、制御領域がB領域にある状態にて、車両が加速することにより、制御領域がB領域からC領域へと移行する場合を想定する(図2において、点a→bを参照)。以下、図9を参照しながら説明する。図9は、時刻t1以前にて制御領域がB領域にあり、この状態にて車両が加速することで、時刻t1にて制御領域がB領域からC領域へと移行する場合における各種物理量の変化の一例を示す。
時刻t1以前では、制御領域がB領域にあることにより、制御弁Vheが「中間」とされ、制御弁Vhiが「閉」とされている。これにより、第1、第2タービン51,61が共に回転駆動されて、第1、第2ターボチャージャ50,60の両方の過給効果が発揮されている。
時刻t1になると、制御領域がB領域からC領域に移行することにより、制御弁Vheが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Vhiが「閉」から「開」に切り替えられる。この制御弁Vheの「中間」から「開」への切り替えにより、第1排気バイパス通路46の開口面積が増大し、時刻t1の直後にて排ガスの排気抵抗が直ちに急減する。これにより、時刻t1の直後から時刻t2に亘って排気圧P4も直ちに急激する。
このように排気圧P4が急減する期間(時刻t1〜t2)を「P4急減期間」と呼ぶ。P4急減期間におけるP4の減少量ΔPは、燃料噴射量Fi及びエンジン回転速度NEに大きく依存する。このため、図5のステップ520では、このΔPが、Fi及びNEの組み合わせに基づいて取得されている。
また、制御弁Vheの「中間」から「開」への切り替え、並びに制御弁Vhiの「閉」から「開」への切り替えにより、第1タービン51が回転駆動されなくなる。このように回転駆動されなくなった第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)の回転速度は、主として第1タービン51及び第1コンプレッサ52の慣性に従って減少していく。この結果、第1タービン51(従って、第1コンプレッサ52)の回転速度は、時刻t1以降、短期間に亘って十分に大きい(過給効果が十分に発揮され得る)領域内に維持された後、その領域から逸脱するとともに比較的緩やかに減少していく。従って、過給圧Pimも、時刻t1よりも少し遅れた時点から比較的緩やかに減少していく。過給圧Pimの減少が開始する時期は、P4急減期間の終期(P4の減少が終了する時期、時刻t2)に略一致する。このため、図5のステップ540では、Pimの減少開始時期に基づいてP4急減期間の終了が判定されている。
ここで、先ず、本例とは異なり、P4急減期間において上述した減量制御が実行されない場合(即ち、P4急減期間中もFiがFbaseに維持される場合、図9における破線を参照)について説明する。この場合、P4急減期間(時刻t1〜t2)では、排気圧P4が急減して燃焼効率が高くなること等に起因して、内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大する現象が発生する(図9におけるΔG1を参照)。
加えて、過給圧Pimが時刻t2近傍から比較的緩やかに減少していくことに起因して、時刻t2近傍以降、内燃機関の出力トルクが比較的緩やかに減少していく現象が発生する(図9におけるΔG2を参照)。
このように、上述の減量制御が実行されない場合、先ず、P4急減期間(時刻t1〜t2)にて排気圧P4の急減により内燃機関の出力トルクが瞬間的に増大し、P4急減期間の終了後(時刻t2以降)、過給圧Pimの減少により同出力トルクが比較的緩やかに減少する現象が発生する。換言すれば、出力トルクの増減方向が互いに逆となる一連の現象が発生する。このため、車両の乗員には、この一連の現象が比較的大きなトルク段差(ΔG1+ΔG2)として感知され得る。なお、P4急減期間から十分な時間が経過した後は、過給圧Pimは、第2ターボチャージャ60の過給効果の増大に起因して増大していく。
これに対し、本例では、P4急減期間(時刻t1〜t2)に亘って、上述の減量制御が実行されて、FiがFbaseから減量分ΔFだけ減少することで、出力トルクが減少する(図9における実線を参照)。図9に示す例では、この減量分ΔFが、P4急減期間において、時刻t1にて「0」となり、時刻t2にてΔFmaxとなり、且つ、時間の進行に応じて増大するように設定されている。このように減量分ΔFが設定されているのは、減量制御が実行されない場合においてP4急減期間において出力トルクが時間の進行に応じて増大していくことに基づく。これにより、「排気圧P4の急減による出力トルクの瞬間的な増大」が極力抑制され得る。
なお、図9に示す例では、P4急減期間終了後(時刻t2以降)において、減量分ΔFが、直ちにゼロに設定されることに代えて、ΔFmaxからゼロに向けて徐々に減少されている。これにより、Fiをステップ的に変更することにより発生し得る新たなトルク段差の発生が抑制され得る。
以上、減量制御の実行により、減量制御が実行されない場合に比して、Fiの減少に基づく出力トルクの減少分(およそΔG1分)だけ上述のトルク段差が小さくされ得る。更には、制御領域の移行後(時刻t1以降)において車両の運転者がアクセルペダルをより大きく踏み込むことにより、このトルク段差をより一層小さくすることも可能となる。
以上説明したように、本発明に係る過給機付き内燃機関の制御装置の第1実施形態は、直列式2段過給機を備えている。第1実施形態によれば、車両の加速により制御領域がB領域からC領域へと移行する場合において、減量制御の実行により「排気圧P4の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。この結果、制御領域のB領域からC領域への移行後において、乗員に感知され得るトルク段差を小さくすることができる。
(第2実施形態)
次に、本発明による過給機付き内燃機関の制御装置の第2実施形態について説明する。図10に示すように、第2実施形態は、並列式2段過給機を備えている点で、直列式2段過給機を備えている上記第1実施形態と異なる。図10において、図1に示す構成と同じ或いは等価な構成については図1における符号と同じ符号が付されている。
図10に示すように、第2実施形態では、吸気通路31が分岐点R1にて第1、第2吸気通路31h,31lに分岐し、これら第1、第2吸気通路31h,31lが合流点R2にて合流している。排気通路41が分岐点Q1にて第1、第2排気通路41h,41lに分岐し、これら第1、第2排気通路41h,41lが合流点Q2にて合流している。
第1、第2タービン51,61はそれぞれ、第1、第2排気通路41h,41lに介装されている。第1、第2コンプレッサ52,62はそれぞれ、第1、第2吸気通路31h,31lに介装されている。なお、第1タービン51のまわりには、ノズルNhが備えられていない。
第1吸入バイパス通路36は、第1コンプレッサ52の上流の第1吸気通路31hと第1コンプレッサ52の下流の第1吸気通路31hとをバイパスする。第1吸入バイパス通路36には、制御弁Vhiが介装されている。同様に、第2吸入バイパス通路37が、第2コンプレッサ62の上流の第2吸気通路31lと第2コンプレッサ62の下流の第2吸気通路31lとをバイパスする。第2吸入バイパス通路37には、制御弁Vliが介装されている。制御弁Vliにより、第2吸気バイパス通路37の最小開口断面積(第2吸気バイパス面積)が調整されるようになっている。制御弁Vliは、図示しないアクチュエータにより駆動される。
第1排気バイパス通路46は、第1タービン51の上流の第1排気通路41hと第1タービン51の下流の第1排気通路41hとをバイパスする。第1排気バイパス通路46には、制御弁Vheが介装されている。同様に、第2排気バイパス通路47が、第2タービン61の上流の第2排気通路41lと第2タービン61の下流の第2排気通路41lとをバイパスする。第2排気バイパス通路47には、制御弁Vleが介装されている。
第2実施形態では、制御弁Vhe,Vhi,Vle,Vliが図3に対応する図11に示すように調整されることにより、A〜Dの各領域に対応する過給制御がそれぞれ達成される。これらの制御弁Vhe,Vhi,Vle,Vliの調整については周知であるので、ここでは、それらの詳細な説明を省略する。
図11に示すように、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、車両の加速により制御領域がB領域からC領域に移行することにより、制御弁Vheが「中間」から「開」に切り替えられ、制御弁Vhiが「閉」から「開」に切り替えられる。従って、上記第1実施形態と同様、(上述の減量制御が実行されない場合において)排気圧P4の急減による出力トルクの瞬間的な増大、並びに、その後における過給圧Pimの減少による同出力トルクの減少が発生することで、比較的大きなトルク段差が発生する。
従って、第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、制御領域がB領域からC領域へと移行する場合において、上述と同様の減量制御を実行することにより、「排気圧P4の急減による内燃機関の出力トルクの瞬間的な増大」の発生が抑制され得る。即ち、上記第1実施形態と実質的に全く同じ作用・効果が得られる。
本発明は、上記第1、第2実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記第1、第2実施形態においては、第2排気バイパス通路47、及び制御弁Vleが設けられているが、これらが省略されていてもよい。また、上記第1実施形態においてノズルNhが省略されていてもよい。
また、上記第1、第2実施形態においては、図2において曲線L2で囲まれた領域のうち曲線L1に対して吸入空気流量Gaが大きい側の領域がC領域とD領域とに区分されているが、C領域とD領域とが1つのC領域に統合されていてもよい。
また、上記第1実施形態において、第2コンプレッサ62よりも上流の吸気通路31と第1、第2コンプレッサ52,62の間の吸気通路31とをバイパスする第2吸入バイパス通路と、第2吸入バイパス通路に介装された制御弁Vliが設けられていてもよい。この場合、制御弁Vliは、制御弁Vleの開閉パターンと同じパターンで開閉される。
加えて、上記第1実施形態において、第1タービン51のノズルNhと同様、第2タービン61のまわりを囲むように複数のノズルNlが備えられていてもよい。
Claims (9)
- 内燃機関の排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される第1タービンと、前記内燃機関の吸気通路に介装されて前記第1タービンの駆動により駆動される第1コンプレッサと、を備えた第1ターボチャージャと、
前記第1タービンよりも下流の前記排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される前記第1タービンよりも大型の第2タービンと、前記第1コンプレッサよりも上流の前記吸気通路に介装されて前記第2タービンの駆動により駆動される前記第1コンプレッサよりも大型の第2コンプレッサと、を備えた第2ターボチャージャと、
前記第1タービンよりも上流の前記排気通路と前記第1、第2タービンの間の前記排気通路とをバイパスする第1排気バイパス通路と、
前記第1、第2コンプレッサの間の前記吸気通路と前記第1コンプレッサよりも下流の前記吸気通路とをバイパスする第1吸気バイパス通路と、
前記第1排気バイパス通路に介装されて前記第1排気バイパス通路の最小開口断面積である第1排気バイパス面積を調整する第1排気制御弁と、
前記第1吸気バイパス通路に介装されて前記第1吸気バイパス通路の最小開口断面積である第1吸気バイパス面積を調整する第1吸気制御弁と、
前記第2コンプレッサよりも上流の前記吸気通路の圧力に対する、前記第1コンプレッサよりも下流の前記吸気通路の圧力の割合である過給圧力比を取得する圧力比取得手段と、
前記吸気通路を通過する空気の流量を取得する流量取得手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記第1、第2ターボチャージャの両方の過給効果を利用するための両ターボ利用領域にあるか、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が大きい側に隣接する前記第2ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第2ターボ利用領域にあるかを判定する判定手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり且つ前記第1吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第1排気制御弁及び前記第1吸気制御弁を制御し、前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第2ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最大値になり且つ前記第1吸気バイパス面積がその最大値になるように前記第1排気制御弁及び前記第1吸気制御弁を制御する制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を少なくする減量制御を所定期間に亘って行うように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 途中で第1排気通路と第2排気通路とに分岐する排気通路と、途中で第1吸気通路と第2吸気通路とが合流する吸気通路とを備える内燃機関に適用され、
前記第1排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される第1タービンと、前記第1吸気通路に介装されて前記第1タービンの駆動により駆動される第1コンプレッサと、を備えた第1ターボチャージャと、
前記第2排気通路に介装されて前記内燃機関の排ガスのエネルギーにより駆動される前記第1タービンよりも大型の第2タービンと、前記第2吸気通路に介装されて前記第2タービンの駆動により駆動される前記第1コンプレッサよりも大型の第2コンプレッサと、を備えた第2ターボチャージャと、
前記第1タービンよりも上流の前記第1排気通路と前記第1タービンよりも下流の前記第1排気通路とをバイパスする第1排気バイパス通路と、
前記第1コンプレッサよりも上流の前記第1吸気通路と前記第1コンプレッサよりも下流の前記第1吸気通路とをバイパスする第1吸気バイパス通路と、
前記第2タービンよりも上流の前記第2排気通路と前記第2タービンよりも下流の前記第2排気通路とをバイパスする第2排気バイパス通路と、
前記第2コンプレッサよりも上流の前記第2吸気通路と前記第2コンプレッサよりも下流の前記第2吸気通路とをバイパスする第2吸気バイパス通路と、
前記第1排気バイパス通路に介装されて前記第1排気バイパス通路の最小開口断面積である第1排気バイパス面積を調整する第1排気制御弁と、
前記第1吸気バイパス通路に介装されて前記第1吸気バイパス通路の最小開口断面積である第1吸気バイパス面積を調整する第1吸気制御弁と、
前記第2排気バイパス通路に介装されて前記第2排気バイパス通路の最小開口断面積である第2排気バイパス面積を調整する第2排気制御弁と、
前記第2吸気バイパス通路に介装されて前記第2吸気バイパス通路の最小開口断面積である第2吸気バイパス面積を調整する第2吸気制御弁と、
前記第1、第2コンプレッサよりも上流の前記吸気通路の圧力に対する、前記第1、第2吸気通路の合流部よりも下流の前記吸気通路の圧力の割合である過給圧力比を取得する圧力比取得手段と、
前記吸気通路を通過する空気の流量を取得する流量取得手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記第1、第2ターボチャージャの両方の過給効果を利用するための両ターボ利用領域にあるか、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が大きい側に隣接する前記第2ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第2ターボ利用領域にあるかを判定する判定手段と、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり前記第1吸気バイパス面積がその最小値になり前記第2排気バイパス面積がその最小値と最大値の間の中間の値になり且つ前記第2吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第1、第2排気制御弁及び前記第1、第2吸気制御弁を制御し、前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第2ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最大値になり前記第1吸気バイパス面積がその最大値になり前記第2排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第2吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第1、第2排気制御弁及び前記第1、第2吸気制御弁を制御する制御手段と、
前記内燃機関の運転状態に基づいて決定される量の燃料を噴射する燃料噴射手段と、
を備えた過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行したことに基づいて、前記燃料の噴射量を少なくする減量制御を所定期間に亘って行うように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲1又は請求の範囲2に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御において前記燃料の噴射量を少なくする量を決定するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲1乃至請求の範囲3の何れか一つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した場合において、前記内燃機関の運転速度と前記燃料の噴射量とに基づいて、前記減量制御を実行するか否かを決定するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲1乃至請求の範囲4の何れか一つに記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記燃料噴射手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記両ターボ利用領域から前記第2ターボ利用領域に移行した時点で前記減量制御を開始し、その後において前記内燃機関の燃焼室に流入する吸気の圧力が減少を開始したと判定されたことに基づいて前記減量制御を終了するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲1に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記判定手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が小さい側に隣接する前記第1ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第1ターボ利用領域にあるかをも判定するように構成され、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第1ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第1吸気バイパス面積がその最小値になるように前記第1排気制御弁及び前記第1吸気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲2に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記判定手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが、前記両ターボ利用領域に対して前記空気流量が小さい側に隣接する前記第1ターボチャージャのみの過給効果を利用するための第1ターボ利用領域にあるかをも判定するように構成され、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第1ターボ利用領域にあると判定された場合、前記第1排気バイパス面積がその最小値になり且つ前記第1吸気バイパス面積がその最小値になり前記第2排気バイパス面積がその最大値になり且つ前記第2吸気バイパス面積がその最大値になるように前記第1、第2排気制御弁及び前記第1、第2吸気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲1に記載の過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記第1、第2タービンの間の前記排気通路と前記第2タービンよりも下流の前記排気通路とをバイパスする第2排気バイパス通路と、
前記第2排気バイパス通路に介装されて前記第2排気バイパス通路の最小開口断面積である第2排気バイパス面積を調整する第2排気制御弁と、
を備え、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第2ターボ利用領域における前記空気流量が大きい側の一部であるバイパス領域にある場合にのみ前記第2排気バイパス面積がその最大値になり、それ以外の場合には前記第2排気バイパス面積がその最小値になるように前記第2排気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。 - 請求の範囲2に記載の過給機付き内燃機関の制御装置において、
前記制御手段は、
前記過給圧力比と前記空気流量との組み合わせが前記第2ターボ利用領域における前記空気流量が大きい側の一部であるバイパス領域にある場合、前記第2排気バイパス面積がその最小値に代えてその最大値になるように前記第2排気制御弁を制御するように構成された過給機付き内燃機関の制御装置。
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