JP5164737B2

JP5164737B2 - エンジン

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Publication number: JP5164737B2
Application number: JP2008210947A
Authority: JP
Inventors: 岳志高橋; 隆夫河辺; 英均野村; 智邦緒方; 功治清水; 智美鵜飼
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-08-19
Also published as: CN102124194B; CN103321738A; CN102124194A; EP2327865A4; EP2327865A1; US8646270B2; JP2010048104A; WO2010021190A1; US20110138806A1

Description

本発明は、複数の過給機を直列に配置するエンジンの技術に関する。

従来、複数の過給機を直列に配置して備えるエンジンとして、二段式過給システムを備えるエンジンは公知である。二段式過給システムは、低圧過給機及び高圧過給機を組み合わせて、吸気経路及び排気経路に流量制御装置を設けるシステムである。流量制御装置として、過給機を短絡するバイパス経路、並びにバイパス経路のバイパス流量を調整するバイパス弁は公知である。特許文献１は、低圧過給機及び高圧過給機を組み合わせて、高圧過給機の吸気経路及び排気経路にバイパス経路を設け、低圧過給機の排気経路にバイパス経路を設ける２段式過給システムを備えるエンジンを開示している。

しかし、特許文献１が開示する２段式過給システムを備えるエンジンは、吸入空気量把握手段としてエアフローセンサー（ブーストセンサー）によって、エンジンの燃焼状態を最適にする過給圧に制御しているのみである。ここで、２段式過給システムにおいて、低圧過給機と高圧過給機とは、１つの過給圧に対して複数の作動状態（流量、過給機回転数、効率）の組み合わせが存在する。そのため、ブーストセンサーのみで制御する２段式過給システムにおいて、エンジンの燃焼状態を最適にする過給圧に制御できるものの、低圧過給機又は高圧過給機について、それぞれ効率の良い流量で制御していない点で不利である。
特開２００４−９２６４６号公報

本発明は、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、エンジンの燃焼状態を最適にする過給圧において、少なくとも１つの過給機について、効率の良い流量で制御する手段を提供することを課題とする。

本発明の解決しようとする課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、直列に配置される複数の過給機として、高圧過給機と低圧過給機を直列に配置するエンジンにおいて、過給圧を検出する過給圧検出手段（７２）と、少なくとも１つの前記過給機は、該過給機の排気経路（３）を短絡するバイパス経路（４）と、過給機回転数を検出する過給機回転数検出手段（７１）とを備え、少なくとも、過給圧に基づいて吸気経路（２）を通過する吸気流量を調整する吸気絞り弁（４０）と、過給機回転数に基づいて、前記バイパス経路（４）を通過するバイパス流量を調整するバイパス弁（２４）とを備え、過給機制御の開始とともに、ＥＣＵ（６０）は、目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）と、目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ) と、目標バイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ) とを算出し、前記ＥＣＵ（６０）は、ブースト圧（Ｂｐａ）と目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α２）より小さいかどうかの第一の条件（１１）と、ターボ回転数（Ｎｔａ）と目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α３）より小さいかどうかの第二の条件（１２）について判断し、前記二つの条件（１１・１２）を満足する場合、前記ＥＣＵ（６０）は、燃焼状態を最適とする過給圧にて最も効率の良い流量を制御していると判断し、目標バイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ）を現在のバイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ａｃｔ）に更新し、前記二つの条件（１１・１２）を満足しない場合、前記ＥＣＵ（６０）は、前記ブースト圧（Ｂｐａ）と目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α２）より小さいかどうかの第一の条件（１１）を満足するまで吸気絞り弁（４０）を増減し、次に前記ＥＣＵ６０は、ターボ回転数（Ｎｔａ）と目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α３）より小さいかどうかの第二の条件（１２）を満足するまでバイパス弁（２４）の開度調整を行うものである。

請求項２においては、請求項１記載のエンジンにおいて、高圧過給機用のバイパス経路（４）と、低圧過給機用のバイパス経路（７）と、両過給機の過給機回転数を検出する過給機回転数検出手段（７１・７５）とを備えることとし、少なくとも、過給圧及び過給機回転数に基づいて前記バイパス経路（４・７）を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整手段（７３・７６）とを備えるものである。

請求項３においては、請求項１又は請求項２に記載のエンジンにおいて、少なくとも過給機回転数に基づいて燃料噴射特性を制御する燃料噴射特性制御手段（７９）を備えるものである。

請求項４においては、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエンジンにおいて、排気ガスを吸気側へ再循環させるＥＧＲ装置と、少なくとも過給圧及び過給機回転数に基づいて前記ＥＧＲ装置を通過するＥＧＲ流量を調整するＥＧＲ流量調整手段とを備えるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、過給機回転数に基づいてバイパス経路を通過するバイパス流量を調整するため、エンジンの燃焼状態を最適にする過給圧において、少なくとも１つの過給機について、最も効率の良い流量で制御する手段を提供できる。

また、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、従来からある吸気流量調整手段を用いて過給圧を制御するため、吸気経路を短絡するバイパス経路を設ける必要がない。

請求項２においては、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、過給機回転数に基づいてバイパス経路を通過するバイパス流量を調整するため、エンジンの燃焼状態を最適にする過給圧において、全ての過給機について、それぞれ最も効率の良い流量で制御する手段を提供できる。

請求項３においては、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、過給機回転数に基づいて燃料噴射制御も行うため、エンジン出力を精度良く制御する手段を提供できる。

請求項４においては、複数の過給機を直列に配置するエンジンにおいて、少なくとも過給圧及び過給機回転数に基づいて、ＥＧＲ装置を通過するＥＧＲ流量を調整するため、ＥＧＲ装置のＥＧＲ流量に基づくフィードバック制御を実現できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の実施形態１に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示す構成図、図２は同じくエンジンの機能を示す構成図、図３はコンプレッサ性能曲線を示すグラフ図である。図４はエンジンの過給機制御のフローを示すフロー図、図５は本発明の実施形態１に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示した構成図、図６は同じくエンジンの機能を示す構成図である。図７は同じく過給機制御のフローを示すフロー図、図８は本発明の実施形態３に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示した構成図、図９は同じくエンジンの機能を示すフロー図である。図１０は同じくＥＧＲ制御のフローを示すフロー図である。

図１を用いて、本発明の実施形態１であるエンジン１００の構成について説明する。エンジン１００は、直噴式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、コモンレールに蓄圧された燃料をインジェクタによって各気筒に噴射するコモンレール式燃料噴射装置（以下、燃料噴射装置）１５と、を備えている。

また、エンジン１００は、二段式過給システム２０を備えている。二段式過給システム２０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機と、低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機と、を直列に配置して備えている。

吸気経路２は、上流側から吸気マニホールド１２に向かって、低圧コンプレッサ３１と、低圧コンプレッサ３１で過給される空気を冷却するインタークーラー３３と、高圧コンプレッサ２１と、高圧コンプレッサ２１で過給される空気を冷却するインタークーラー２３と、吸気経路２を通過する吸気流量を調整する吸気絞り弁４０と、を備えている。

排気経路３は、排気マニホールド１３から下流側に向かって、高圧ターボ２２と、高圧過給機である高圧ターボ２２を短絡するバイパス経路４と、バイパス経路４のバイパス流量を調整するバイパス弁２４と、低圧ターボ３２と、を備えている。

ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられるターボセンサー６１と、吸気経路２において吸気絞り弁４０の下流に設けられるブーストセンサー６２と、バイパス弁２４と、吸気絞り弁４０と、燃料噴射装置１５と、を接続して構成されている。

図２を用いて、エンジン１００の機能について説明する。エンジン１００は、過給機回転数検出手段７１と、過給圧検出手段７２と、バイパス流量調整手段７３と、吸気流量調整手段７４と、燃料噴射特性制御手段７９と、を備えている。過給機回転数検出手段７１は、ＥＣＵ６０がターボセンサー６１によって高圧過給機の過給機回転数（ターボ回転数Ｎｔａ）を検出する手段である。より詳しくは、過給機回転数検出手段７１は、ターボセンサー６１が高圧コンプレッサ２１の１回転あたりの翼に対応するパルス信号を出力し、アンプ６５がパルス信号をＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ−ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＬｏｇｉｃ（ＴＴＬ）信号に変換し、ＥＣＵ６０がＴＴＬ信号を高圧過給機の過給機回転数として検出する手段である。

過給圧検出手段７２は、ＥＣＵ６０がブーストセンサー６２によって過給圧（ブースト圧Ｂｐａ）を検出する手段である。バイパス流量調整手段７３は、ＥＣＵ６０が、少なくとも高圧過給機の過給機回転数に基づいて、バイパス弁２４によってバイパス経路４のバイパス流量を調整する手段である。吸気流量調整手段７４は、ＥＣＵ６０が、少なくとも過給圧に基づいて、吸気絞り弁４０によって吸気経路２を通過する吸気流量を調整する手段である。燃料噴射特性制御手段７９については、詳しくは後述する。

ここで、後述する過給機制御を行うにあたって、エンジン１００の運転状態について説明する。まず、エンジン１００は、バイパス弁２４を全閉とし、吸気絞り弁４０を全開としている。そのため、排気ガスは、全て高圧ターボ２２に流入し、膨張した後に低圧ターボ３２に流入して過給圧を発生させている。また、エンジン１００は、上記状態から排気流量が増加すれば、バイパス弁２４の開度を増加する。そのため、排気ガスの一部は、低圧ターボ３２に直接流入し、低圧過給機の流量は増加する。

さらに、エンジン１００は、上記状態からさらに排気流量が増加すれば、高圧過給機は最高回転数に達するため、バイパス弁２４の開度を増加する。そのため、余剰の排気ガスの全ては、低圧ターボ３２に流入する。ここで、エンジン１００は、後述する過給機制御によって、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧において、高圧過給機について、最も効率の良い流量で制御する。

図３に示すコンプレッサ性能曲線を用いて、後述する過給機制御におけるターボ回転数の役割について説明する。一般に過給機において、圧力比（過給圧）と、流量Ｑと、ターボ回転数Ｎｔａと、過給機効率ηと、は複雑な相関を示している。また、コンプレッサ性能曲線は、過給機効率ηは中心に向かうほど効率が良く、ターボ回転数Ｎｔａは圧力比（過給圧）と流量Ｑとに比例して大きくなることを示している。

さらに、コンプレッサ性能曲線は、過給機において、１つの過給圧に対して複数の作動状態（流量、過給機回転数、効率）の組み合わせが存在することを示している。そこで、過給機は、過給圧が決定した場合に、過給機回転数に基づいて、効率を最大とする流量を決定することができる。

図４を用いて、エンジン１００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇと、目標ターボ回転数ωｃｔｒｇと、目標バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇと、を算出する（Ｓ１１０）。目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇは、エンジン１００の燃焼状態を最適にする過給圧として、指令噴射量と、エンジン回転数と、に基づいて、予めＥＣＵ６０に記憶されているマップから最適な過給圧が算出される。目標ターボ回転数ωｃｔｒｇは、高圧過給機について、最も効率良く作動する過給機回転数として、目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇと、コンプレッサ性能曲線（図３参照）と、に基づいて算出される。目標バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇは、ターボ回転数Ｎｔａが目標ターボ回転数ωｃｔｒｇとなる開度として、ブースト圧Ｂｐａと、指令噴射量と、エンジン回転数と、に基づいて予め記憶されている開度が算出される。

ＥＣＵ６０は、条件（１）として、ブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α２より小さいかどうか、条件（２）として、ターボ回転数Ｎｔａと目標ターボ回転数ωｃｔｒｇとの差の絶対値が所定値α３より小さいかどうか、について判断する（Ｓ１２０）。

ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１）及び条件（２）を満足する場合は、現在エンジン１００が燃焼状態を最適とする過給圧において、高圧過給機について、最も効率の良い流量を制御していると判断する。そこで、ＥＣＵ６０は、目標バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇを現在のバイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ａｃｔに更新する（Ｓ１３０）。このようにして、エンジン１００の経年劣化に対応した目標バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇを設定できる。

一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ１２０において、条件（１）又は条件（２）を満足しない場合は、現在エンジン１００が燃焼状態を最適とする過給圧ではない、或いは高圧過給機について、最も効率の良い流量で制御していないと判断する。そこで、ＥＣＵ６０は、吸気流量調整手段７４によって（１）を満足するまで吸気絞り弁４０を増減する（Ｓ１４０）。次にＥＣＵ６０は、バイパス流量調整手段７３によって条件（１２）を満足するまでバイパス弁２４の開度調整を行う（Ｓ１５０）。

ＥＣＵ６０は、Ｓ１５０を１０回繰り返すことによっても条件（１２）を満足しない場合は、ターボセンサー６１が異常であると判断する（Ｓ１６０）。

このようにして、二段式過給システム２０を備えるエンジン１００において、少なくともターボ回転数Ｎｔａに基づいてバイパス経路４を通過するバイパス流量を調整するため、エンジンの燃焼状態を最適にする目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇにおいて、高圧過給機について、最も効率の良い流量で制御できる手段を提供できる。また、従来からある吸気流量調整手段７４を用いてブースト圧Ｂｐａを制御するため、高圧過給機の吸気経路を短絡するバイパス経路を設ける必要がない。

また、エンジン１００の燃料噴射特性制御手段７９について説明する（図２参照）。燃料噴射特性制御手段７９は、ＥＣＵ６０が、エンジン回転数と、ブースト圧Ｂｐａと、ターボ回転数Ｎｔａとにより、指令噴射量を算出し、燃料噴射装置１５によって噴射する。なお、この燃料噴射制御については、後述する実施形態２であるエンジン２００、並びに実施形態３であるエンジン３００についても適用できる。

このようにして、二段式過給システム２０を備えるエンジン１００において、ターボ回転数Ｎｔａに基づいて燃料噴射制御も行うため、エンジン出力を精度良く制御する手段を提供することができる。例えば、エンジン１００を２台並列して備えるプレジャーボートにおいて、２台のエンジン出力を精度良く同一とすることができる。

図５を用いて、本発明の実施形態２であるエンジン２００について説明する。エンジン２００は、直墳式６気筒ディーゼルエンジンであって、吸気経路２が接続される吸気マニホールド１２と、排気経路３が接続される排気マニホールド１３と、コモンレールに蓄圧された燃料を各気筒に備えられるインジェクタによって噴射する燃料噴射装置１５と、を備えている。

また、エンジン２００は、二段式過給システム２０を備えている。二段式過給システム２０は、高圧コンプレッサ２１と高圧ターボ２２とからなる高圧過給機、並びに低圧コンプレッサ３１と低圧ターボ３２とからなる低圧過給機を直列に配置して構成されている。

吸気経路２は、上流側から吸気マニホールド１２に向かって、上述した低圧コンプレッサ３１と、低圧コンプレッサ３１で過給される空気を冷却するインタークーラー３３と、上述した高圧コンプレッサ２１と、高圧コンプレッサ２１で過給される空気を冷却するインタークーラー２３と、を備えている。

排気経路３は、排気マニホールド１３から下流側に向かって、上述した高圧ターボ２２と、高圧過給機である高圧ターボ２２を短絡する高圧バイパス経路４と、高圧バイパス経路４のバイパス流量を調整する高圧バイパス弁２４と、上述した低圧ターボ３２と、低圧過給機である低圧ターボ３２を短絡する低圧バイパス経路７と、低圧バイパス経路７のバイパス流量を調整する低圧バイパス弁３４と、を備えている。

ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下、ＥＣＵ）６０は、アンプ６５を介して高圧コンプレッサ２１に設けられる高圧ターボセンサー６１と、吸気経路２に設けられるブーストセンサー６２と、アンプ６５を介して低圧コンプレッサ３２に設けられる低圧ターボセンサー６３と、高圧バイパス弁２４と、低圧バイパス弁３４と、燃料噴射装置１５と、を接続して構成されている。

図６を用いて、エンジン２００の機能について説明する。エンジン２００は、高圧過給機回転数検出手段７１と、低圧過給機回転数検出手段７５と、過給圧検出手段７２と、高圧バイパス流量調整手段７３と、低圧バイパス流量調整手段７６と、を備えている。高圧過給機回転数検出手段７１は、ＥＣＵ６０が高圧ターボセンサー６１によって高圧過給機の過給機回転数（高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐ）を検出する手段である。より詳しくは、高圧過給機回転数検出手段７１は、高圧ターボセンサー６１が高圧コンプレッサ２１の１回転あたりの翼に対応するパルス信号を出力し、アンプ６５がパルス信号をＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ−ＴｒａｎｓｉｓｔｏｒＬｏｇｉｃ（ＴＴＬ）信号に変換し、ＥＣＵ６０がＴＴＬ信号を高圧過給機の過給機回転数として検出する手段である。低圧過給機回転数検出手段７５は、ＥＣＵ６０が低圧ターボセンサー６３によって低圧過給機の過給機回転数（低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐ）を検出する手段である。

過給圧検出手段７２は、ＥＣＵ６０がブーストセンサー６２によって過給圧（ブースト圧Ｂｐａ）を検出する手段である。高圧バイパス流量調整手段７３は、ＥＣＵ６０が、少なくとも高圧過給機の過給機回転数に基づいて、高圧バイパス弁２４によって高圧バイパス経路４のバイパス流量を調整する手段である。低圧バイパス流量調整手段７６は、ＥＣＵ６０が、少なくとも低圧過給機の過給機回転数に基づいて、低圧バイパス弁３４によって低圧バイパス経路７のバイパス流量を調整する手段である。

ここで、エンジン２００の運転状態について説明する。ＥＣＵ６０は、エンジン回転数が低くかつエンジン負荷が低い場合は、高圧バイパス弁２４及び低圧バイパス弁３４を全閉としている。ＥＣＵ６０は、上記状態からエンジン負荷が増加すれば、後述する過給機制御によって、高圧バイパス弁２４及び低圧バイパス弁３４を開き側に作動し、エンジン２００の燃焼状態を最適にする過給圧において、高圧過給機及び低圧過給機を最も効率の良い流量で制御する。

図７を用いて、エンジン２００の過給機制御について説明する。ＥＣＵ６０は、目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇと、目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐと、目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐと、目標高圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ＿ｈｐと、目標低圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ＿ｌｐと、を算出する（Ｓ２１０）。なお、それぞれの目標値の算出については実施形態１と同様であるため説明を省略する。

ＥＣＵ６０は、ブースト圧Ｂｐａと目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇとの差の絶対値が所定値α６より小さいかどうかを判断する（Ｓ２２０）。ここで、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０を満足する場合は、現在エンジン２００が燃焼状態を最適とする過給圧に制御されていると判断する。一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０を満足しない場合は、現在エンジン２００が燃焼状態を最適とする過給圧に制御されていないと判断する。そこで、ＥＣＵ６０は、Ｓ２２０を満足するまで、高圧バイパス流量調整手段７３と低圧バイパス流量調整手段７６とによって、高圧バイパス弁２４と低圧バイパス弁３４との開度を調整する。

ＥＣＵ６０は、条件（２１）として、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐと目標高圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｈｐとの差の絶対値が所定値α７より小さいかどうか、条件（２２）として、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐと目標低圧ターボ回転数ωｃｔｒｇ＿ｌｐとの差の絶対値が所定値α８より小さいかどうかについて判断する（Ｓ２４０）。

ここで、ＥＣＵ６０は、Ｓ２４０を満足する場合は、高圧過給機及び低圧過給機について、最も効率良い流量で制御していると判断する。そこで、ＥＣＵ６０は、目標高圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ＿ｈｐを現在の高圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ａｃｔ＿ｈｐに、目標低圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ＿ｌｐを現在の低圧バイパス弁開度Ｅｂｙｐ＿ａｃｔ＿ｌｐに更新する（Ｓ２７０）。一方、ＥＣＵ６０は、Ｓ２４０を満足しない場合は、高圧過給機及び低圧過給機について、最も効率の良い流量で制御していないと判断する。そこで、ＥＣＵ６０は、高圧バイパス流量調整手段７３によって条件（２１）を満足するまで高圧バイパス弁２４の開度を調整し、低圧バイパス流量調整手段７６によって条件（２２）を満足するまで低圧バイパス弁３４の開度を調整する（Ｓ２５０）。

ＥＣＵ６０は、Ｓ２５０を１０回繰り返すことによってもＳ２４０を満足しない場合は、高圧ターボセンサー６１又は低圧ターボセンサー６３が異常であると判断する（Ｓ２６０）。

このようにして、二段式過給システム２０を備えるエンジン２００において、高圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｈｐに基づいて高圧バイパス経路４を通過するバイパス流量を調整し、低圧ターボ回転数Ｎｔａ＿ｌｐに基づいて低圧バイパス経路７を通過するバイパス流量を調整するため、エンジンの燃焼状態を最適にする目標ブースト圧Ｂｐａｔｒｇにおいて、最も効率の良い流量で高圧過給機及び低圧過給機を制御できる。

図８及び図９を用いて、本発明の実施形態３であるエンジン３００について説明する。エンジン３００は、実施形態１であるエンジン１００において、ＥＧＲ装置５０と、ＥＧＲ流量調整手段７７と、を備えるエンジンである。図８に示すように、ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部を吸気側へ再循環させる装置である。また、ＥＧＲ装置５０は、排気マニホールド１３と吸気マニホールド１２とを短絡するＥＧＲ経路５において、排気マニホールド１３から吸気マニホールド１２に向かって、排気ガスを冷却するＥＧＲクーラー５３と、ＥＧＲ流量を調整するＥＧＲ弁５１を接続して構成されている。図９に示すように、ＥＧＲ流量調整手段７７は、ＥＣＵ６０が、少なくとも過給機回転数に基づいて、ＥＧＲ弁５１によってＥＧＲ装置５０を通過するＥＧＲ流量を調整する手段である。

図１０を用いて、エンジン３００のＥＧＲ制御について説明する。まず、ＥＧＲ制御における過給機回転数の役割について説明する。上述したように、一般に過給機において、１つの過給圧に対して複数の作動状態（流量、過給機回転数、効率）の組み合わせが存在する。そこで、過給圧及び過給機回転数が決定されれば、過給機を通過する流量が既存の計算式により求められる。

ＥＣＵ６０は、目標ＥＧＲ率ＥＧＲ＿１と、ＥＧＲ率ＥＧＲａｃｔと、を算出する（Ｓ３１０）。目標ＥＧＲ率ＥＧＲ＿１は、エンジン３００の燃焼状態を最適にするＥＧＲ率として、ブースト圧Ｂｐａと、指令噴射量と、エンジン回転数と、に基づいて、予め記憶されている最適なＥＧＲ率が算出される。ＥＧＲ率ＥＧＲａｃｔは、排気流量Ｑａｉｒ＿ｗｏｔとＥＧＲ流量Ｑａｉｒ＿ａｃｔとによって算出される。排気流量Ｑａｉｒ＿ｗｏｔは、ＥＧＲ率が０のときの排気流量として、ブースト圧Ｂｐａと、指令噴射量と、エンジン回転数とに基づいて、予め記憶されている流量が算出される。ＥＧＲ流量Ｑａｉｒ＿ａｃｔは、ブースト圧Ｂｐａと、ターボ回転数Ｎｔａと、排気ガス温度と排気ガス圧力とによって補正された密度と、に基づいて既存の計算式より流量が算出される。

ＥＣＵ６０は、ＥＧＲ率ＥＧＲａｃｔと目標ＥＧＲ率ＥＧＲ＿１との差の絶対値が所定値α５より小さいかどうかについて判断する（Ｓ３２０）。次に、ＥＣＵ６０は、Ｓ３２０を満足しない場合は、ＥＧＲ弁５１の開度を調整する（Ｓ３３０）。次に、ＥＣＵ６０は、Ｓ３３０を１０回繰り返すことによってもＳ３２０を満足しない場合は、ＥＧＲ弁５１が異常であると判断する（Ｓ３４０）。

このようにして、二段式過給システム２０を備えるエンジン３００において、少なくともブースト圧Ｂｐａ及びターボ回転数Ｎｔａに基づいて、ＥＧＲ装置５０を通過するＥＧＲ流量を調整するため、ＥＧＲ装置５０のＥＧＲ流量に基づくフィードバック制御を実現できる。

本発明の実施形態１に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示す構成図。同じくエンジンの機能を示す構成図。コンプレッサ性能曲線を示すグラフ図。エンジンの過給機制御のフローを示すフロー図。本発明の実施形態１に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示した構成図。同じくエンジンの機能を示す構成図。同じく過給機制御のフローを示すフロー図。本発明の実施形態３に係る２段式過給機システムを備えるエンジンの全体的な構成を示した構成図。同じくエンジンの機能を示すフロー図。同じくＥＧＲ制御のフローを示すフロー図。

２吸気経路
３排気経路
４バイパス経路
１２吸気マニホールド
１３排気マニホールド
１５燃料噴射装置
２０二段式過給システム
２１高圧コンプレッサ
２２高圧ターボ
２４バイパス弁
３１低圧コンプレッサ
３２低圧ターボ
４０吸気絞り弁
５０ＥＧＲ装置
６０ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ
６１ターボセンサー
６２ブーストセンサー
７１過給機回転数検出手段
７２過給圧検出手段
７３バイパス流量調整手段
７４吸気流量調整手段
７７ＥＧＲ流量調整手段
７９燃料噴射特性制御手段
１００エンジン
２００エンジン
３００エンジン

Claims

直列に配置される複数の過給機として、高圧過給機と低圧過給機を直列に配置するエンジンにおいて、過給圧を検出する過給圧検出手段（７２）と、少なくとも１つの前記過給機は、該過給機の排気経路（３）を短絡するバイパス経路（４）と、過給機回転数を検出する過給機回転数検出手段（７１）とを備え、少なくとも、過給圧に基づいて吸気経路（２）を通過する吸気流量を調整する吸気絞り弁（４０）と、過給機回転数に基づいて、前記バイパス経路（４）を通過するバイパス流量を調整するバイパス弁（２４）とを備え、過給機制御の開始とともに、ＥＣＵ（６０）は、目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）と、目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ) と、目標バイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ) とを算出し、前記ＥＣＵ（６０）は、ブースト圧（Ｂｐａ）と目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α２）より小さいかどうかの第一の条件（１１）と、ターボ回転数（Ｎｔａ）と目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α３）より小さいかどうかの第二の条件（１２）について判断し、前記二つの条件（１１・１２）を満足する場合、前記ＥＣＵ（６０）は、燃焼状態を最適とする過給圧にて最も効率の良い流量を制御していると判断し、目標バイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ｔｒｇ）を現在のバイパス弁開度（Ｅｂｙｐ＿ａｃｔ）に更新し、前記二つの条件（１１・１２）を満足しない場合、前記ＥＣＵ（６０）は、前記ブースト圧（Ｂｐａ）と目標ブースト圧（Ｂｐａｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α２）より小さいかどうかの第一の条件（１１）を満足するまで吸気絞り弁（４０）を増減し、次に前記ＥＣＵ６０は、ターボ回転数（Ｎｔａ）と目標ターボ回転数（ωｃｔｒｇ）との差の絶対値が所定値（α３）より小さいかどうかの第二の条件（１２）を満足するまでバイパス弁（２４）の開度調整を行うことを特徴とするエンジン。
請求項１記載のエンジンにおいて、高圧過給機用のバイパス経路（４）と、低圧過給機用のバイパス経路（７）と、両過給機の過給機回転数を検出する過給機回転数検出手段（７１・７５）とを備えることとし、少なくとも、過給圧及び過給機回転数に基づいて前記バイパス経路（４・７）を通過するバイパス流量を調整するバイパス流量調整手段（７３・７６）とを備えることを特徴とするエンジン。
請求項１又は請求項２に記載のエンジンにおいて、少なくとも過給機回転数に基づいて燃料噴射特性を制御する燃料噴射特性制御手段（７９）を備えることを特徴とするエンジン。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のエンジンにおいて、排気ガスを吸気側へ再循環させるＥＧＲ装置と、少なくとも過給圧及び過給機回転数に基づいて前記ＥＧＲ装置を通過するＥＧＲ流量を調整するＥＧＲ流量調整手段とを備えることを特徴とするエンジン。