JP7059949B2 - Supercharging system - Google Patents

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Description

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

従来、並列に接続された2つの過給機を有する過給システムがあった(たとえば、特許文献1参照)。特許文献1の過給システムでは、エンジンの負荷に応じて、1つの過給機でエンジンの吸気を過給するシングル過給モードと、2つの過給機でエンジンの吸気を過給するツイン過給モードとを切替える。 Conventionally, there has been a supercharging system having two superchargers connected in parallel (see, for example, Patent Document 1). In the supercharging system of Patent Document 1, a single supercharging mode in which one supercharger supercharges the engine intake and a twin supercharging in which two superchargers supercharge the engine intake according to the load of the engine are used. Switch to the supply mode.

低速域では、プライマリ過給機のみ駆動するシングル過給モードとする。排気エネルギが小さい速度域では、1つの過給機で過給圧の応答性を向上させるためである。高速域では、プライマリ過給機およびセカンダリ過給機を駆動するツイン過給モードとする。排気エネルギが大きい速度域では、2つの過給機で高過給圧を実現するためである。 In the low speed range, the single supercharging mode is used in which only the primary turbocharger is driven. This is to improve the responsiveness of the supercharging pressure with one supercharger in the speed range where the exhaust energy is small. In the high-speed range, the twin supercharging mode for driving the primary supercharger and the secondary supercharger is used. This is to realize a high supercharging pressure with two superchargers in the speed range where the exhaust energy is large.

特開2009-250191号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-250191

特許文献1においては、シングル過給モードからツイン過給モードへの切替えにおける特徴的な技術が開示されている。しかし、特許文献1においては、ツイン過給モードからシングル過給モードへの切替えの特徴的な技術については開示されていない。このように、従来は、ツイン過給モードからシングル過給モードへの切替えにおいて特徴的な技術はあまり考えられていなかった。よく用いられる技術では、エンジンの回転速度と負荷(燃料の噴射量)とに応じて、ツイン過給モードからシングル過給モードへ切替えられていた。 Patent Document 1 discloses a characteristic technique for switching from a single supercharging mode to a twin supercharging mode. However, Patent Document 1 does not disclose a characteristic technique for switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode. As described above, conventionally, a characteristic technique for switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode has not been considered so much. In a commonly used technique, the twin supercharging mode is switched to the single supercharging mode according to the engine speed and the load (fuel injection amount).

図14は、従来のツイン過給モードからシングル過給モードへの切替えを説明するための図である。図14(A)は、エンジンの回転速度の変化を示す。図14(B)は、燃料の噴射量の変化を示す。図14(C)は、過給圧の変化を示す。時刻T1において、アクセルのオフ等によって、エンジンの回転速度が徐々に減速し始め、燃料の噴射量は、急激にカットされる。このため、エンジンの回転速度および燃料の噴射量で決まる目標過給圧も急激に下がる。しかし、実過給圧の減少には遅れがあり、実過給圧は徐々に減少するため、エンジンの回転速度および燃料の噴射量で決定された目標過給圧と実過給圧とに乖離が生じる。このため、エンジンの回転速度および燃料の噴射量に応じたツイン過給モードからシングル過給モードへの切替は、エンジンの回転速度や燃料の噴射量が変化している過渡的な状態には対応できない。 FIG. 14 is a diagram for explaining switching from the conventional twin supercharging mode to the single supercharging mode. FIG. 14A shows a change in the rotational speed of the engine. FIG. 14B shows changes in the fuel injection amount. FIG. 14C shows the change in boost pressure. At time T1, the engine speed gradually starts to decrease due to the accelerator being off or the like, and the fuel injection amount is sharply cut. Therefore, the target boost pressure determined by the engine speed and the fuel injection amount also drops sharply. However, there is a delay in the decrease in the actual boost pressure, and the actual boost pressure gradually decreases, so there is a discrepancy between the target boost pressure and the actual boost pressure determined by the engine speed and fuel injection amount. Occurs. Therefore, switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode according to the engine speed and fuel injection amount corresponds to the transient state where the engine speed and fuel injection amount are changing. Can not.

この開示は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることが可能な過給システムを提供することである。 This disclosure is made to solve the above-mentioned problems, and the purpose is a supercharging system capable of appropriately switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transient situation. Is to provide.

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

制御装置は、ツイン過給モードに切替えられているときに、第1過給機および第2過給機が目標過給圧を得るために必要な第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の目標開度を、吸気経路および排気経路の状態量から算出し、算出した目標開度が制御可能な範囲外である場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。 The control device of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism required for the first supercharger and the second supercharger to obtain the target supercharging pressure when the twin supercharging mode is switched to. The target opening is calculated from the state quantities of the intake path and the exhaust path, and when the calculated target opening is out of the controllable range, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode.

好ましくは、制御装置は、目標開度を算出する計算式として、エンジンの吸気経路および排気経路の物理法則に基づくシミュレーションの計算式を用いる。 Preferably, the control device uses a simulation formula based on the physical laws of the intake path and the exhaust path of the engine as the calculation formula for calculating the target opening degree.

好ましくは、制御装置は、目標開度を算出するときの吸気経路および排気経路の状態量としては、それぞれ、第1過給機および第2過給機への分岐前の吸気経路の状態量、および、第1過給機および第2過給機からの合流後の排気経路の状態量を用いる。 Preferably, the control device uses the state quantities of the intake path and the exhaust path when calculating the target opening degree as the state quantities of the intake path before branching to the first turbocharger and the second turbocharger, respectively. And, the state quantity of the exhaust path after merging from the first supercharger and the second supercharger is used.

好ましくは、第1過給機および第2過給機は、同じ型式である。制御装置は、第1過給機および第2過給機を1つの過給機と見なし、1つの目標開度を算出し、算出した1つの目標開度を、第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の目標開度とする。 Preferably, the first supercharger and the second supercharger are of the same model. The control device regards the first supercharger and the second supercharger as one supercharger, calculates one target opening degree, and uses the calculated one target opening degree as the first variable nozzle mechanism and the second. The target opening of the variable nozzle mechanism is set.

好ましくは、制御装置は、算出した目標開度が制御可能な範囲外である状態が所定時間、継続した場合、過給モードをシングル過給モードに切換える。 Preferably, the control device switches the supercharging mode to the single supercharging mode when the calculated target opening degree is out of the controllable range for a predetermined time.

さらに好ましくは、第1過給機は、エンジンへの吸気を過給する第1コンプレッサを含む。過給システムは、第1コンプレッサの特性を示すコンプレッサマップを示すデータを記憶する記憶部をさらに備える。コンプレッサマップは、第1過給機の第1コンプレッサに吸入される空気量の第1軸と、第1コンプレッサの吸入圧力に対する吐出圧力の圧力比の第2軸とを含む。 More preferably, the first turbocharger includes a first compressor that supercharges the intake air to the engine. The supercharging system further includes a storage unit for storing data showing a compressor map showing the characteristics of the first compressor. The compressor map includes a first axis of the amount of air sucked into the first compressor of the first turbocharger and a second axis of the pressure ratio of the discharge pressure to the suction pressure of the first compressor.

制御装置は、ツイン過給モードに切替えられているときに、算出した目標開度が制御可能な範囲外である状態が所定時間、継続していない場合、記憶部に記憶されたコンプレッサマップにおいて圧力比と空気量とによって特定される動作点が、コンプレッサマップ上の所定ラインを下回ったことが示される場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。 When the control device is switched to the twin supercharging mode, if the calculated target opening is out of the controllable range for a predetermined time, the pressure in the compressor map stored in the storage unit is not maintained. When it is shown that the operating point specified by the ratio and the amount of air is below a predetermined line on the compressor map, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode.

この開示に従えば、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることが可能な過給システムを提供することができる。 According to this disclosure, it is possible to provide a supercharging system capable of appropriately switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transitional situation.

この実施の形態におけるエンジンの概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the schematic structure of the engine in this embodiment. シングル過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the single supercharging mode. 助走モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the approach mode. ツイン過給モード時の過給システムの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation of the supercharging system in the twin supercharging mode. この実施の形態におけるシングル過給モードへの切替処理の流れの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the flow of the switching process to the single supercharging mode in this embodiment. 過給機の物理式を説明するための第1の図である。It is 1st figure for demonstrating the physical formula of a supercharger. 過給機の物理式を説明するための第2の図である。It is the 2nd figure for demonstrating the physical formula of a supercharger. 物理式で算出される目標VN開度の変化の例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example of the change of the target VN opening degree calculated by the physical formula. プライマリ過給機のコンプレッサの吸入空気量とコンプレッサの前後の圧力比との関係を示すコンプレッサ動作マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the compressor operation map which shows the relationship between the intake air amount of the compressor of a primary supercharger, and the pressure ratio before and after a compressor. コンプレッサ動作マップの動作点が切替ラインL1に達した場合と達していない場合との再加速での過給圧の変化を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the change of supercharging pressure by re-acceleration when the operating point of a compressor operation map reaches the switching line L1 and when it does not reach it. コンプレッサ動作マップ上の定常時のアクセル開度による動作点の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference of the operating point by the accelerator opening in a steady state on a compressor operation map. 減速後のアクセル開度ごとの再加速での過給圧の違いを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the difference of supercharging pressure in re-acceleration for each accelerator opening after deceleration. 変形例における目標VN開度の算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation of the target VN opening degree in the modification. 従来のツイン過給モードからシングル過給モードへの切替えを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the switching from the conventional twin supercharging mode to the single supercharging mode.

以下、図面を参照しつつ、この開示の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返されない。 Hereinafter, embodiments of this disclosure will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are designated by the same reference numerals. Their names and functions are the same. Therefore, detailed explanations about them are not repeated.

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

エンジン1は、バンク10A,10Bと、エアクリーナ20と、インタークーラ25と、吸気マニホールド28A,28Bと、プライマリ過給機30と、セカンダリ過給機40と、排気マニホールド50A,50B(以下「エキマニ」ともいう)と、排気処理装置81と、制御装置200とを備える。 The engine 1 includes banks 10A and 10B, an air cleaner 20, an intercooler 25, intake manifolds 28A and 28B, a primary turbocharger 30, a secondary turbocharger 40, and an exhaust manifold 50A and 50B (hereinafter referred to as "exhaust manifolds"). Also referred to as), an exhaust treatment device 81, and a control device 200.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

エンジン回転数センサ104は、エンジン回転数NEを検出する。エンジン回転数センサ104は、検出したエンジン回転数NEを示す信号を制御装置200に送信する。 The engine speed sensor 104 detects the engine speed NE. The engine rotation speed sensor 104 transmits a signal indicating the detected engine rotation speed NE to the control device 200.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[従来の課題について]
従来よく用いられる技術では、エンジンの回転速度と負荷(燃料の噴射量)とに応じて、ツイン過給モードからシングル過給モードへ切替えられていた。前述の図14で説明したように、エンジンの回転速度および燃料の噴射量に応じたツイン過給モードからシングル過給モードへの切替は、エンジンの回転速度や燃料の噴射量が変化している過渡的な状態には対応できない。
[Conventional issues]
In the technique often used in the past, the twin supercharging mode is switched to the single supercharging mode according to the rotation speed of the engine and the load (fuel injection amount). As described in FIG. 14 above, switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode according to the engine rotation speed and the fuel injection amount changes the engine rotation speed and the fuel injection amount. It cannot handle transient conditions.

[この実施の形態での制御について]
そこで、この実施の形態においては、制御装置200は、ツイン過給モードに切替えられているときに、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40が目標過給圧を得るために必要な可変ノズル機構35および可変ノズル機構45の目標開度を、吸気経路および排気経路の状態量から算出し、算出した目標開度が制御可能な範囲外である場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。これにより、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることができる。
[Regarding control in this embodiment]
Therefore, in this embodiment, the control device 200 is a variable nozzle required for the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 to obtain the target supercharging pressure when the twin supercharging mode is switched to. The target opening of the mechanism 35 and the variable nozzle mechanism 45 is calculated from the state quantities of the intake path and the exhaust path, and when the calculated target opening is out of the controllable range, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode. .. This makes it possible to appropriately switch from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transitional situation.

また、この実施の形態においては、制御装置200のメモリは、第1コンプレッサの特性を示すコンプレッサマップを示すデータを記憶する。コンプレッサマップは、第1過給機の第1コンプレッサに吸入される空気量の第1軸と、第1コンプレッサの吸入圧力に対する吐出圧力の圧力比の第2軸とを含む。制御装置200は、ツイン過給モードに切替えられているときに、メモリに記憶されたコンプレッサマップにおいて圧力比と空気量とによって特定される動作点が、コンプレッサマップ上の所定ラインを下回ったことが示される場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。これにより、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることができる。 Further, in this embodiment, the memory of the control device 200 stores data showing a compressor map showing the characteristics of the first compressor. The compressor map includes a first axis of the amount of air sucked into the first compressor of the first turbocharger and a second axis of the pressure ratio of the discharge pressure to the suction pressure of the first compressor. When the control device 200 is switched to the twin supercharging mode, the operating point specified by the pressure ratio and the amount of air in the compressor map stored in the memory is below the predetermined line on the compressor map. If indicated, switch the supercharging mode to single supercharging mode. This makes it possible to appropriately switch from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transitional situation.

このような制御を実行するために、具体的には以下の処理が実行される。図5は、この実施の形態におけるシングル過給モードへの切替処理の流れの一例を示すフローチャートである。図5を参照して、制御装置200は、過給モードフラグがツイン過給モードを示す値であるか否かを判断する(ステップS101)。過給モードフラグは、現在制御されている過給モードを示すフラグであって、制御されている過給モードとして、シングル過給モード、ツイン過給モード、および、助走モードのいずれかを示す値を取り得る。 Specifically, the following processing is executed in order to execute such control. FIG. 5 is a flowchart showing an example of the flow of the switching process to the single supercharging mode in this embodiment. With reference to FIG. 5, the control device 200 determines whether or not the supercharging mode flag has a value indicating the twin supercharging mode (step S101). The supercharging mode flag is a flag indicating the currently controlled supercharging mode, and is a value indicating one of the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the run-up mode as the controlled supercharging mode. Can be taken.

過給モードフラグがツイン過給モードであることを示さない(ステップS101でNO)と判断した場合、制御装置200は、実行する処理を、この処理の呼出元の処理に戻す。 If it is determined that the supercharging mode flag does not indicate that the turbocharging mode is in the twin supercharging mode (NO in step S101), the control device 200 returns the process to be executed to the process of the caller of this process.

過給モードフラグがツイン過給モードであることを示す(ステップS101でYES)と判断した場合、制御装置200は、過給機の物理式を用いて各部の状態量から目標VN開度を算出する(ステップS112)。目標VN開度を算出するときの吸気経路および排気経路の状態量としては、それぞれ、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40への分岐前の吸気経路の状態量、および、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40からの合流後の排気経路の状態量を用いる。 When it is determined that the supercharging mode flag indicates that the turbocharging mode is in the twin supercharging mode (YES in step S101), the control device 200 calculates the target VN opening degree from the state quantity of each part using the physical formula of the supercharger. (Step S112). The state quantities of the intake path and the exhaust path when calculating the target VN opening are the state quantities of the intake path before branching to the primary turbocharger 30 and the secondary turbocharger 40, respectively, and the primary turbocharger. The state quantity of the exhaust path after merging from 30 and the secondary turbocharger 40 is used.

図6は、過給機の物理式を説明するための第1の図である。図6を参照して、過給機の物理式においては、まず、目標ディーゼルスロットル前圧と、インタークーラ圧力損失とから目標コンプレッサ後圧力P3を算出する。目標ディーゼルスロットル前圧は、ディーゼルスロットル68とインタークーラ25との間の目標の圧力である。インタークーラ圧力損失は、インタークーラ25による圧力損失である。目標ディーゼルスロットル前圧(以下「目標Dスロ前圧」という)にインタークーラ圧力損失を加算することで、目標コンプレッサ後圧力P3を算出する。 FIG. 6 is a first diagram for explaining the physical formula of the turbocharger. In the physical formula of the turbocharger with reference to FIG. 6, first, the target compressor rear pressure P3 is calculated from the target diesel throttle front pressure and the intercooler pressure loss. The target diesel throttle front pressure is the target pressure between the diesel throttle 68 and the intercooler 25. The intercooler pressure loss is the pressure loss due to the intercooler 25. The target compressor post-pressure P3 is calculated by adding the intercooler pressure loss to the target diesel throttle pre-pressure (hereinafter referred to as “target D slot pre-pressure”).

次に、目標コンプレッサ後圧力P3と、新気量Gaと、吸気温度Thaと、コンプレッサ前圧力P2とから、数式(1)を用いて目標コンプレッサ仕事を算出する。なお、Cpa:定温比熱(0.24)、k:空気の比熱比(1.4)である。吸入空気量Gaは、エアフローメータ102からの検出信号に応じて特定される。 Next, the target compressor work is calculated from the target post-compressor pressure P3, the fresh air amount Ga, the intake air temperature Tha, and the pre-compressor pressure P2 using the mathematical formula (1). Cpa: constant temperature specific heat (0.24), k: specific heat ratio of air (1.4). The intake air amount Ga is specified according to the detection signal from the air flow meter 102.

Figure 0007059949000001
Figure 0007059949000001

次に、目標コンプレッサ仕事と、ターボ総合効率ηtotとから、数式(2)を用いて目標タービン仕事を算出する。なお、ターボ総合効率ηtotは、制御装置200により状態量から公知の計算式を用いて算出される。 Next, the target turbine work is calculated using the mathematical formula (2) from the target compressor work and the total turbo efficiency ηtot. The total turbo efficiency ηtot is calculated by the control device 200 from the state quantity using a known calculation formula.

Figure 0007059949000002
Figure 0007059949000002

次に、目標タービン仕事と、エキマニガス温度T4と、ターボ後圧力P6と、タービン通過ガス量Ga+Gfとから、数式(3)を用いて目標エキマニ圧力を算出する。なお、Cpg:定圧比熱(0.26)、K:排気ガスの比熱比(1.33)である。噴射燃料の質量流量Gfは、燃料の噴射のために制御装置200により算出される燃料噴射量から算出される。 Next, the target exhaust manifold pressure is calculated using the mathematical formula (3) from the target turbine work, the exhaust manifold gas temperature T4, the turbo post-turbo pressure P6, and the turbine passing gas amount Ga + Gf. Cpg: constant pressure specific heat (0.26), K: specific heat ratio of exhaust gas (1.33). The mass flow rate Gf of the injected fuel is calculated from the fuel injection amount calculated by the control device 200 for fuel injection.

Figure 0007059949000003
Figure 0007059949000003

図7は、過給機の物理式を説明するための第2の図である。図7を参照して、目標エキマニ圧力P4に制約ガードを掛ける。この制約ガードでは、目標エキマニ圧力P4が制限エキマニ圧力より高い場合は、P4は制限エキマニ圧力とされる。制限エキマニ圧力は、排気バルブのバルブステムのオイルシールが吹き抜けたり、排気バルブが開弁したりしない値として予め定められる。 FIG. 7 is a second diagram for explaining the physical formula of the turbocharger. With reference to FIG. 7, a constraint guard is applied to the target exhaust manifold pressure P4. In this constraint guard, if the target exhaust manifold pressure P4 is higher than the limit exhaust manifold pressure, P4 is set as the limit exhaust manifold pressure. The limit exhaust manifold pressure is predetermined as a value at which the oil seal of the valve stem of the exhaust valve does not blow through or the exhaust valve does not open.

そして、目標エキマニ圧力P4と、エキマニガス温度T4と、ターボ後圧力P6と、タービン通過ガス量Ga+Gfとから、数式(4)のノズル式を用いて目標有効開口面積μAを算出する。なお、A:実開口面積、μA:目標有効開口面積、R:気体定数(287)、a,b:P6/P4の値ごとに予め定められた定数である。 Then, the target effective opening area μA is calculated from the target exhaust pressure P4, the exhaust gas temperature T4, the turbo post-turbo pressure P6, and the turbine passing gas amount Ga + Gf using the nozzle formula of the equation (4). It should be noted that A: the actual opening area, μA: the target effective opening area, R: the gas constant (287), and a, b: P6 / P4, which are predetermined constants.

Figure 0007059949000004
Figure 0007059949000004

次に、VN開度と有効開口面積との関係を示す開度特性マップを用いて、算出された目標有効開口面積μAから目標VN開度を算出する。 Next, the target VN opening degree is calculated from the calculated target effective opening area μA by using the opening degree characteristic map showing the relationship between the VN opening degree and the effective opening area.

図5に戻って、制御装置200は、算出された目標VN開度が制御可能範囲外か否かを判断する(ステップS113)。VN開度は、ノズルベーンの構造上、完全に閉じた状態(100%)や完全に開いた状態(0%)には制御できない。このため、VN開度の制御可能範囲は、たとえば、10%から96%の範囲である。算出された目標VN開度がこの制御可能範囲外である(ステップS113でYES)と判断した場合、制御装置200は、目標VN開度が制御可能範囲外である状態が、所定期間、継続したか否かを判断する(ステップS114)。 Returning to FIG. 5, the control device 200 determines whether or not the calculated target VN opening degree is out of the controllable range (step S113). Due to the structure of the nozzle vane, the VN opening cannot be controlled to a completely closed state (100%) or a completely open state (0%). Therefore, the controllable range of the VN opening degree is, for example, a range of 10% to 96%. When it is determined that the calculated target VN opening degree is out of this controllable range (YES in step S113), the control device 200 continues the state in which the target VN opening degree is out of the controllable range for a predetermined period. Whether or not it is determined (step S114).

所定期間、継続した(ステップS114でYES)と判断されると、制御装置200は、過給モードフラグをシングル過給モードを示す値に変更し(ステップS117)、実行する処理を、この処理の呼出元の処理に戻す。これにより、シングル過給モードに切替えられる。 If it is determined that the system has continued for a predetermined period (YES in step S114), the control device 200 changes the supercharging mode flag to a value indicating the single supercharging mode (step S117), and performs the process of this process. Return to the caller's processing. As a result, the mode is switched to the single supercharging mode.

図8は、物理式で算出される目標VN開度の変化の例を説明するための図である。図8を参照して、図8(B)で示されるように、アクセルがオフとされたりして、燃料の噴射量が急激に下げられると、図8(A)で示されるように、エンジン1の回転速度が徐々に減少する。これにより、エンジン1の回転速度および燃料の噴射量で決定される目標Dスロ前圧も急激に下がり、目標過給圧(=目標コンプレッサ後圧力P3)も急激に下がる。これに伴い、上述の物理式で算出される判定用の目標VN開度も減少するが、時刻T1で、目標過給圧が実過給圧を上回ると、判定用の目標VN開度は上昇に転じる。その後、目標VN開度が制御可能範囲の閉め側の上限の所定値を上回った状態で所定期間、継続した時刻T2で、過給モードが、ツイン過給モードからシングル過給モードに切替えられる。 FIG. 8 is a diagram for explaining an example of a change in the target VN opening degree calculated by a physical formula. With reference to FIG. 8, as shown in FIG. 8 (B), when the accelerator is turned off and the fuel injection amount is drastically reduced, the engine is shown in FIG. 8 (A). The rotation speed of 1 gradually decreases. As a result, the target D slot front pressure, which is determined by the rotation speed of the engine 1 and the fuel injection amount, also drops sharply, and the target boost pressure (= target compressor post-pressure P3) also drops sharply. Along with this, the target VN opening for judgment calculated by the above physical formula also decreases, but when the target boost pressure exceeds the actual boost pressure at time T1, the target VN opening for judgment increases. Turn to. After that, the supercharging mode is switched from the twin supercharging mode to the single supercharging mode at the continuous time T2 for a predetermined period in a state where the target VN opening degree exceeds the predetermined value of the upper limit on the closing side of the controllable range.

図5に戻って、算出された目標VN開度が制御可能範囲外でない(ステップS113でNO)と判断した場合、または、算出された目標VN開度が制御可能範囲外である状態が、所定期間、継続していない(ステップS114でNO)と判断した場合、制御装置200は、プライマリ過給機30の吸入空気量Gaが、プライマリ過給機30のコンプレッサ前圧力P2に対するコンプレッサ後圧力P3の圧力比から算出される閾値以下となったか否かを判断する(ステップS115)。 Returning to FIG. 5, it is determined that the calculated target VN opening degree is not out of the controllable range (NO in step S113), or the calculated target VN opening degree is out of the controllable range. If it is determined that the period is not continued (NO in step S114), the control device 200 determines that the intake air amount Ga of the primary supercharger 30 is the post-compressor pressure P3 with respect to the pre-compressor pressure P2 of the primary supercharger 30. It is determined whether or not the pressure ratio is equal to or less than the threshold value calculated from the pressure ratio (step S115).

図9は、プライマリ過給機30のコンプレッサ31の吸入空気量とコンプレッサ31の前後の圧力比との関係を示すコンプレッサ動作マップの一例を示す図である。図9を参照して、コンプレッサ動作マップは、プライマリ過給機30のコンプレッサ31の吸入空気量と圧力比とをパラメータとして、コンプレッサ31の動作領域を示すマップである。このマップの横軸および縦軸は、それぞれコンプレッサ31の吸入空気量および圧力比を示す。なお、コンプレッサ31の吸入空気量は、たとえばエアフローメータ102で検出される吸入空気量から推定することができる。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a compressor operation map showing the relationship between the intake air amount of the compressor 31 of the primary turbocharger 30 and the pressure ratio before and after the compressor 31. With reference to FIG. 9, the compressor operation map is a map showing an operating region of the compressor 31 with the intake air amount and the pressure ratio of the compressor 31 of the primary turbocharger 30 as parameters. The horizontal axis and the vertical axis of this map show the intake air amount and the pressure ratio of the compressor 31, respectively. The intake air amount of the compressor 31 can be estimated from, for example, the intake air amount detected by the air flow meter 102.

「サージライン」(二点鎖線)は、プライマリ過給機30においてサージングが発生しやすいサージ領域との境界線を示す。「等回転速度ライン」(細実線)は、コンプレッサ31の回転速度が等しい動作点を繋ぎ合わせた線を、コンプレッサ31の回転速度ごとに示した線群である。なお、コンプレッサ31の回転速度は、コンプレッサ31の吸入空気量が多いほど、また圧力比が大きいほど、高い値となる。また、コンプレッサ31の回転速度は、シングル過給モード中において、エンジン回転速度が高いほど、高い値となる。 The "surge line" (dashed-dotted line) indicates a boundary line with a surge region where surging is likely to occur in the primary turbocharger 30. The "equal rotation speed line" (fine solid line) is a group of lines connecting operating points having the same rotation speed of the compressor 31 for each rotation speed of the compressor 31. The rotation speed of the compressor 31 becomes higher as the amount of intake air of the compressor 31 is larger and the pressure ratio is larger. Further, the rotation speed of the compressor 31 becomes higher as the engine rotation speed is higher in the single supercharging mode.

「切替ラインL2」(太実線)は、シングル過給モードからツイン過給モードへの切替が行われるラインである。加速時に、コンプレッサ31の動作点が、図9で示す動作線に沿って移動し、切替ラインL2に達すると、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える準備段階の助走モードに切替えられ、その後、ツイン過給モードに切替えられる。 The "switching line L2" (thick solid line) is a line in which switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode is performed. During acceleration, the operating point of the compressor 31 moves along the operating line shown in FIG. 9, and when it reaches the switching line L2, it is switched to the approach mode in the preparatory stage for switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode, and then. , Switch to twin supercharging mode.

「切替ラインL1」(太実線)は、ツイン過給モードからシングル過給モードへの切替が行われるラインである。減速時に、コンプレッサ31の動作点が、図9で示す動作線に沿って移動し、切替ラインL1に達すると、ツイン過給モードからシングル過給モードに切替えられる。 The "switching line L1" (thick solid line) is a line in which the twin supercharging mode is switched to the single supercharging mode. At the time of deceleration, the operating point of the compressor 31 moves along the operating line shown in FIG. 9, and when the switching line L1 is reached, the twin supercharging mode is switched to the single supercharging mode.

図5に戻って、動作点が切替ラインL1に達したときに、プライマリ過給機30の吸入空気量Gaが、プライマリ過給機30の圧力比から算出される閾値以下となった(ステップS115でYES)と判断し、制御装置200は、過給モードフラグをシングル過給モードを示す値に変更し(ステップS117)、実行する処理を、この処理の呼出元の処理に戻す。これにより、シングル過給モードに切替えられる。 Returning to FIG. 5, when the operating point reached the switching line L1, the intake air amount Ga of the primary turbocharger 30 became equal to or less than the threshold value calculated from the pressure ratio of the primary turbocharger 30 (step S115). The control device 200 changes the supercharging mode flag to a value indicating the single supercharging mode (step S117), and returns the process to be executed to the process of the caller of this process. As a result, the mode is switched to the single supercharging mode.

一方、動作点が切替ラインL1に達しておらず、吸入空気量Gaがプライマリ過給機30の圧力比から算出される閾値以下となっていない(ステップS115でNO)と判断した場合、制御装置200は、過給モードフラグをツイン過給モードを示す値のままとし(ステップS116)実行する処理を、この処理の呼出元の処理に戻す。 On the other hand, when it is determined that the operating point has not reached the switching line L1 and the intake air amount Ga is not equal to or less than the threshold value calculated from the pressure ratio of the primary turbocharger 30 (NO in step S115), the control device The 200 returns the process of leaving the supercharging mode flag to the value indicating the twin supercharging mode (step S116) to the process of the caller of this process.

図10は、コンプレッサ動作マップの動作点が切替ラインL1に達した場合と達していない場合との再加速での過給圧の変化を説明するための図である。図10を参照して、図10(A)で示されるように、アクセル開度が100%から20%に減少されると、図10(B)で示されるように、目標過給圧が急激に下げられる。しかし、図10(B)で示されるように、実過給圧は、徐々に減少する。 FIG. 10 is a diagram for explaining a change in boost pressure during reacceleration between the case where the operating point of the compressor operation map reaches the switching line L1 and the case where the operating point does not reach the switching line L1. With reference to FIG. 10, as shown in FIG. 10 (A), when the accelerator opening is reduced from 100% to 20%, the target boost pressure suddenly increases as shown in FIG. 10 (B). Can be lowered to. However, as shown in FIG. 10B, the actual boost pressure gradually decreases.

従来のように、エンジン1の回転速度および燃料の噴射量に応じてツイン過給モードからシングル過給モードへの切替を判定する場合、目標過給圧が急激に下げられた時刻T1において、シングル過給モードに切替えられる。切替え後、すぐに再加速する場合、目標過給圧が実過給圧と乖離しているため過給圧の応答性が悪い。 When determining the switching from the twin supercharging mode to the single supercharging mode according to the rotation speed of the engine 1 and the fuel injection amount as in the conventional case, the single supercharging pressure is suddenly lowered at the time T1. Switch to supercharging mode. When re-accelerating immediately after switching, the responsiveness of the boost pressure is poor because the target boost pressure deviates from the actual boost pressure.

一方、この実施の形態においては、コンプレッサ動作マップの動作点が切替ラインL1を下回ったとき(図10で時刻T3)にツイン過給モードからシングル過給モードへ切替える。図10の(I)の太破線で示すように、時刻T3の直前の時刻T2で、アクセル開度を100%として再加速した場合、動作点が切替ラインL1に達する前であるので、ツイン過給モードのままであっても、過給圧の応答性が良い。 On the other hand, in this embodiment, when the operating point of the compressor operation map falls below the switching line L1 (time T3 in FIG. 10), the twin supercharging mode is switched to the single supercharging mode. As shown by the thick broken line in FIG. 10 (I), when the accelerator opening is set to 100% and the vehicle is re-accelerated at the time T2 immediately before the time T3, the operating point is before the switching line L1 is reached. Even if the feeding mode remains, the responsiveness of the boost pressure is good.

また、図10の(II)の太実線で示すように、時刻T3でシングル過給モードに切替えられた後の時刻T4で、アクセル開度を100%として再加速した場合、動作点が切替ラインL1を下回った後であるので、シングル過給モードで再加速が開始されるため、過給圧の応答性が良い。その後、時刻T5で、シングル過給モードである程度、コンプレッサ31の回転速度が上がり、吸入空気量が増えたときに、ツイン過給モードへの切替えのための助走モードへ切替えられるため、過給圧を上昇させることができる。 Further, as shown by the thick solid line in FIG. 10 (II), when the accelerator opening is re-accelerated at time T4 after switching to the single supercharging mode at time T3, the operating point is the switching line. Since it has fallen below L1, reacceleration is started in the single supercharging mode, so that the responsiveness of the supercharging pressure is good. After that, at time T5, when the rotation speed of the compressor 31 increases to some extent in the single supercharging mode and the intake air amount increases, the supercharging pressure is switched to the approach mode for switching to the twin supercharging mode. Can be raised.

図11は、コンプレッサ動作マップ上の定常時のアクセル開度による動作点の違いを説明するための図である。図11を参照して、アクセル開度は、A1%~A5%で示され、A1>A2>A3>A4>A5である。コンプレッサ動作マップにおいて、定常時にはアクセル開度が大きい程、動作点が吸入空気量および圧力比P3/P2が高い右上の方向に移動する。アクセル開度A3%の動作点は、切替ラインL1上となる。アクセル開度A4%の動作点は、切替ラインL1を下回った位置となる。 FIG. 11 is a diagram for explaining the difference in operating points depending on the accelerator opening degree in a steady state on the compressor operation map. With reference to FIG. 11, the accelerator opening degree is indicated by A1% to A5%, and is A1> A2> A3> A4> A5. In the compressor operation map, the larger the accelerator opening is in steady state, the more the operating point moves in the upper right direction where the intake air amount and the pressure ratio P3 / P2 are higher. The operating point of the accelerator opening A3% is on the switching line L1. The operating point of the accelerator opening A4% is a position below the switching line L1.

図12は、減速後のアクセル開度ごとの再加速での過給圧の違いを説明するための図である。図12を参照して、図12(A)で示されるように、ツイン過給モードのまま、時刻T1でアクセル開度A4%から再加速した場合、太実線で示されるようにコンプレッサ後圧力P3が上昇する。シングル過給モードに切替えられた後に、時刻T1でアクセル開度A4%から再加速した場合、太破線で示されるようにコンプレッサ後圧力P3が上昇する。図12(A)で示されるように、アクセル開度A4%から再加速する場合は、シングル過給モードに切替えた後の方が、ツイン過給モードのままよりも、過給圧の応答性が良い。 FIG. 12 is a diagram for explaining the difference in boost pressure in re-acceleration for each accelerator opening after deceleration. With reference to FIG. 12, as shown in FIG. 12 (A), when the vehicle is re-accelerated from the accelerator opening A4% at time T1 in the twin supercharging mode, the post-compressor pressure P3 is shown by the thick solid line. Rise. When the accelerator opening A4% is re-accelerated at time T1 after switching to the single supercharging mode, the post-compressor pressure P3 increases as shown by the thick broken line. As shown in FIG. 12A, when reaccelerating from the accelerator opening A4%, the responsiveness of the supercharging pressure is better after switching to the single supercharging mode than in the twin supercharging mode. Is good.

図12(B)で示されるように、ツイン過給モードのまま、時刻T1でアクセル開度A3%から再加速した場合、太実線で示されるようにコンプレッサ後圧力P3が上昇する。シングル過給モードに切替えられた後に、時刻T1でアクセル開度A3%から再加速した場合、太破線で示されるようにコンプレッサ後圧力P3が上昇する。図12(B)で示されるように、アクセル開度A3%から再加速する場合は、シングル過給モードに切替えた後と、ツイン過給モードのままとで、過給圧の応答性がほぼ等しい。 As shown in FIG. 12B, when the vehicle is re-accelerated from the accelerator opening A3% at time T1 in the twin supercharging mode, the post-compressor pressure P3 increases as shown by the thick solid line. When the accelerator opening A3% is re-accelerated at time T1 after switching to the single supercharging mode, the post-compressor pressure P3 increases as shown by the thick broken line. As shown in FIG. 12B, when reaccelerating from the accelerator opening A3%, the responsiveness of the supercharging pressure is almost the same after switching to the single supercharging mode and in the twin supercharging mode. equal.

なお、図12(A)および図12(B)で示されるように、アクセル開度A3%およびA4%のいずれの場合も、シングル過給モードで再加速される場合は、コンプレッサ後圧力P3が、ある程度、上昇した後、第2制御弁64が開状態に切替えられ、助走モードとされた後に、第1制御弁62が開状態に切替えられることで、ツイン過給モードに切替えられる。 As shown in FIGS. 12A and 12B, the post-compressor pressure P3 is increased when the accelerator opening is re-accelerated in the single supercharging mode in both cases of accelerator opening A3% and A4%. After rising to some extent, the second control valve 64 is switched to the open state, and after the run-up mode is set, the first control valve 62 is switched to the open state, so that the twin supercharging mode is switched.

図12の結果より、定常時のアクセル開度A3%の動作点を通る等回転速度ラインを下回った場合は、シングル過給モードに切替えた方が過給圧の応答性が良くなるため、この等回転速度ラインを切替ラインL1と定めることができる。 From the results shown in FIG. 12, when the speed falls below the constant rotation speed line passing through the operating point of the accelerator opening A3% in the steady state, switching to the single supercharging mode improves the responsiveness of the supercharging pressure. The constant rotation speed line can be defined as the switching line L1.

[変形例]
(1) 前述した実施の形態においては、図6および図7で説明したように、Dスロ前圧力から算出したコンプレッサ後圧力P3をそのまま用いて目標VN開度を算出するようにした。図13は、変形例における目標VN開度の算出を説明するための図である。図13を参照して、この場合、図13(A)で示されるように、アクセル開度が増加されたときに、図12(B)で示されるように、実過給圧は徐々に上昇するが、目標過給圧は、急激に上昇させられる。これにより、図13(C)で示されるように、図6および図7で説明した物理式で目標VN開度を算出すると、目標VN開度が急激に閉め側の値として算出されてしまう。その結果、図5のステップS113の目標VN開度の判定が不安定となってしまう。
[Modification example]
(1) In the above-described embodiment, as described with reference to FIGS. 6 and 7, the target VN opening degree is calculated by using the post-compressor pressure P3 calculated from the pre-D slot pressure as it is. FIG. 13 is a diagram for explaining the calculation of the target VN opening degree in the modified example. With reference to FIG. 13, in this case, as shown in FIG. 13 (A), when the accelerator opening is increased, the actual boost pressure gradually increases as shown in FIG. 12 (B). However, the target boost pressure is raised sharply. As a result, as shown in FIG. 13C, when the target VN opening degree is calculated by the physical formula described with reference to FIGS. 6 and 7, the target VN opening degree is suddenly calculated as a value on the closing side. As a result, the determination of the target VN opening degree in step S113 of FIG. 5 becomes unstable.

このような状況に対処するために、図13(D)で示されるように、目標過給圧になまし処理を施したものを目標VN開度の算出に用いるようにしてもよい。これにより、目標VN開度の判定を安定化させることができる。 In order to deal with such a situation, as shown in FIG. 13D, the target boost pressure that has been subjected to the tampering treatment may be used for calculating the target VN opening degree. This makes it possible to stabilize the determination of the target VN opening degree.

(2) 前述した実施の形態では、エンジン1の吸気通路には、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40が設けられるものとして説明したが、エンジン1の吸気通路には、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40に加えて、たとえば、吸気絞り弁や排気再循環装置のEGR(Exhaust Gas Recirculation)ガス流入口が設けられてもよい。 (2) In the above-described embodiment, the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 are provided in the intake passage of the engine 1, but the primary supercharger 30 is provided in the intake passage of the engine 1. In addition to the 30 and the secondary turbocharger 40, for example, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) gas inlet of an intake throttle valve or an exhaust recirculation device may be provided.

(3) 前述した実施の形態では、エンジン1は、V型6気筒のエンジンを一例として説明したが、たとえば、その他の気筒レイアウト(たとえば、直列型あるいは水平型)のエンジンであってもよい。 (3) In the above-described embodiment, the engine 1 has been described using a V-type 6-cylinder engine as an example, but may be, for example, an engine having another cylinder layout (for example, in-line type or horizontal type).

(4) 前述した実施の形態では、過給システムとして2つの過給機を備えるものとして説明したが、3つ以上の過給機を有するものであってもよい。 (4) In the above-described embodiment, the supercharging system has been described as having two superchargers, but it may have three or more superchargers.

(5) 前述した実施の形態を、プライマリ過給機30とセカンダリ過給機40と制御装置200とによって構成される過給システムの開示、エンジン1等の内燃機関の開示、エンジン1等の内燃機関のECU100等の制御装置の開示、このような制御装置による制御方法の開示、または、このような内燃機関と制御装置とを含む内燃機関システムの開示として捉えることができる。 (5) Disclosure of a supercharging system including a primary supercharger 30, a secondary supercharger 40, and a control device 200, disclosure of an internal combustion engine such as an engine 1, internal combustion of an engine 1 or the like, according to the above-described embodiment. It can be regarded as disclosure of a control device such as an engine ECU 100, disclosure of a control method by such a control device, or disclosure of an internal combustion engine system including such an internal combustion engine and a control device.

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

図5のステップS112,ステップS113,ステップS117、図6および図7で示したように、制御装置200は、ツイン過給モードに切替えられているときに、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40が目標過給圧を得るために必要な可変ノズル機構35および可変ノズル機構45の目標VN開度を、吸気経路および排気経路の状態量から算出し、算出した目標VN開度が制御可能な範囲外である場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。 As shown in step S112, step S113, step S117, FIG. 6 and FIG. 7 of FIG. 5, when the control device 200 is switched to the twin supercharging mode, the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 30 are used. The target VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 and the variable nozzle mechanism 45 required for 40 to obtain the target boost pressure is calculated from the state quantities of the intake path and the exhaust path, and the calculated target VN opening degree can be controlled. If it is out of range, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode.

これにより、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることができる。また、従来のエンジンの回転速度および噴射量を用いた制御では環境変化に対して補正マップを用いていたが、この開示では、判定に用いる目標VN開度を物理式で算出しているので、環境補正の必要を無くすることができる。また、補正マップを作成する手間を削減することができる。 This makes it possible to appropriately switch from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transitional situation. Further, in the conventional control using the engine rotation speed and injection amount, a correction map is used for environmental changes, but in this disclosure, the target VN opening degree used for the determination is calculated by a physical formula. The need for environmental correction can be eliminated. In addition, it is possible to reduce the trouble of creating a correction map.

(1-2) 図6および図7で示したように、制御装置200は、目標VN開度を算出する計算式として、エンジン1の吸気経路および排気経路の物理法則に基づくシミュレーションの計算式を用いる。これにより、適切に判定用の目標VN開度を算出することができる。 (1-2) As shown in FIGS. 6 and 7, the control device 200 uses a simulation formula based on the physical laws of the intake path and the exhaust path of the engine 1 as a calculation formula for calculating the target VN opening degree. Use. As a result, the target VN opening degree for determination can be appropriately calculated.

(1-3) 制御装置200は、目標VN開度を算出するときの吸気経路および排気経路の状態量としては、それぞれ、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40への分岐前の吸気経路の状態量、および、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40からの合流後の排気経路の状態量を用いる。これにより、適切に判定用の目標VN開度を算出することができる。 (1-3) The control device 200 uses the intake path before branching to the primary turbocharger 30 and the secondary turbocharger 40 as the state quantities of the intake path and the exhaust path when calculating the target VN opening degree, respectively. And the state amount of the exhaust path after merging from the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 are used. As a result, the target VN opening degree for determination can be appropriately calculated.

(1-4) 図1から図4で示したように、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40は、同じ型式である。制御装置200は、プライマリ過給機30およびセカンダリ過給機40を1つの過給機と見なし、1つの目標VN開度を算出し、算出した1つの目標VN開度を、可変ノズル機構35,45の目標VN開度として判定する。これにより、目標VN開度の算出および過給モードの制御を簡略化できる。 (1-4) As shown in FIGS. 1 to 4, the primary turbocharger 30 and the secondary turbocharger 40 have the same model. The control device 200 considers the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 as one supercharger, calculates one target VN opening degree, and uses the calculated one target VN opening degree as the variable nozzle mechanism 35, Determined as the target VN opening degree of 45. This makes it possible to simplify the calculation of the target VN opening degree and the control of the supercharging mode.

(1-5) 図5のステップS114で示したように、制御装置200は、算出した目標VN開度が制御可能な範囲外である状態が所定期間、継続した場合、過給モードをシングル過給モードに切換える。これにより、過給モードの切替のハンチングを防止することができる。 (1-5) As shown in step S114 of FIG. 5, when the calculated target VN opening degree is out of the controllable range for a predetermined period of time, the control device 200 singles the supercharging mode. Switch to feed mode. This makes it possible to prevent hunting for switching the supercharging mode.

(2-1) 図1から図4で示したように、過給システムは、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン32と、タービン32へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構35と、エンジン1への吸気を過給するコンプレッサ31とを含むプライマリ過給機30と、エンジン1から排出される排気によって駆動されるタービン42と、タービン42へ流入する排気の流速を開度によって調整する可変ノズル機構45とを含み、エンジン1への吸気を過給するセカンダリ過給機40と、プライマリ過給機30において過給された空気がエンジン1に供給されるシングル過給モードと、プライマリ過給機30において過給された空気とセカンダリ過給機40において過給された空気とがエンジン1に供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置200と、コンプレッサ31の特性を示すコンプレッサ動作マップを示すデータを記憶するメモリとを備える。図9で示したように、コンプレッサ動作マップは、プライマリ過給機30のコンプレッサ31に吸入される吸入空気量の第1軸と、コンプレッサ31の吸入圧力に対する吐出圧力の圧力比P3/P2の第2軸とを含む。 (2-1) As shown in FIGS. 1 to 4, the supercharging system adjusts the flow velocity between the turbine 32 driven by the exhaust discharged from the engine 1 and the exhaust flowing into the turbine 32 according to the opening degree. A primary supercharger 30 including a variable nozzle mechanism 35 and a compressor 31 that supercharges intake air to the engine 1, a turbocharger 42 driven by exhaust gas discharged from the engine 1, and a flow velocity of exhaust water flowing into the turbine 42. A single turbocharger 40 that supercharges the intake air to the engine 1 and a single turbocharger 40 that supercharges the air supercharged in the primary supercharger 30 are supplied to the engine 1. One of the supercharging mode and the twin supercharging mode in which the supercharged air in the primary supercharger 30 and the supercharged air in the secondary supercharger 40 are supplied to the engine 1 is supercharged to the other. It includes a control device 200 for switching the supply mode and a memory for storing data showing a compressor operation map showing the characteristics of the compressor 31. As shown in FIG. 9, the compressor operation map shows the first axis of the intake air amount sucked into the compressor 31 of the primary turbocharger 30 and the pressure ratio P3 / P2 of the discharge pressure to the suction pressure of the compressor 31. Includes 2 axes.

図5のステップS115,ステップS117で示したように、制御装置200は、ツイン過給モードに切替えられているときに、メモリに記憶されたコンプレッサ動作マップにおいて圧力比P3/P2と吸入空気量とによって特定される動作点が、コンプレッサ動作マップ上の切替ラインL1を下回ったことが示される場合、過給モードをシングル過給モードに切替える。 As shown in steps S115 and S117 of FIG. 5, when the control device 200 is switched to the twin supercharging mode, the pressure ratio P3 / P2 and the intake air amount are displayed in the compressor operation map stored in the memory. When it is shown that the operating point specified by is below the switching line L1 on the compressor operation map, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode.

これにより、過渡的な状況であっても適切にツイン過給モードからシングル過給モードに切替えることができる。また、従来のエンジンの回転速度および噴射量を用いた制御では環境変化に対して補正マップを用いていたが、この開示では、コンプレッサ動作マップを用いて判定しているので、環境補正の必要を無くすることができる。また、補正マップを作成する手間を削減することができる。 This makes it possible to appropriately switch from the twin supercharging mode to the single supercharging mode even in a transitional situation. In addition, in the conventional control using the engine speed and injection amount, a correction map was used for environmental changes, but in this disclosure, since the judgment is made using the compressor operation map, it is necessary to correct the environment. Can be eliminated. In addition, it is possible to reduce the trouble of creating a correction map.

(2-2) 図11および図12で示したように、切替ラインL1は、エンジン1で燃料の噴射が再開されたときに、シングル過給モードよりもツイン過給モードの方が圧力比の上昇が速い領域と、ツイン過給モードよりもシングル過給モードの方が圧力比の上昇が速い領域との境界線である。これにより、切替ラインL1を適切に設定することができる。 (2-2) As shown in FIGS. 11 and 12, the switching line L1 has a pressure ratio in the twin supercharging mode rather than the single supercharging mode when the fuel injection is restarted in the engine 1. This is the boundary between the region where the rise is fast and the region where the pressure ratio rises faster in the single supercharging mode than in the twin supercharging mode. This makes it possible to appropriately set the switching line L1.

(2-3) 図9で示したように、切替ラインL1は、プライマリ過給機30の定常走行時の等回転速度のラインである。 (2-3) As shown in FIG. 9, the switching line L1 is a line having a constant rotation speed during steady running of the primary turbocharger 30.

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It is also planned that the embodiments disclosed this time will be implemented in combination as appropriate. And it should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present disclosure is set forth by the claims rather than the description of the embodiments described above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

1 エンジン、10A,10B バンク、12A,12B 気筒、20 エアクリーナ、21,22,23,27A,27B,37,47 吸気管、25 インタークーラ、28A,28B 吸気マニホールド、30 プライマリ過給機、31,41 コンプレッサ、32,42 タービン、33,43 コンプレッサホイール、34,44 タービンホイール、35,45 可変ノズル機構、36,46 回転軸、40 セカンダリ過給機、48 還流管、50A,50B 排気マニホールド、51A,51B,52A,52B,53A,53B 排気管、62 第1制御弁、64 第2制御弁、66 第3制御弁、68 ディーゼルスロットル、81 排気処理装置、102 エアフローメータ、104 エンジン回転数センサ、106 第1圧力センサ、108 第2圧力センサ、200 制御装置。 1 engine, 10A, 10B bank, 12A, 12B cylinder, 20 air cleaner, 21,22,23,27A, 27B, 37,47 intake pipe, 25 intercooler, 28A, 28B intake manifold, 30 primary supercharger, 31, 41 Compressor, 32,42 Turbine, 33,43 Compressor Wheel, 34,44 Turbine Wheel, 35,45 Variable Nozzle Mechanism, 36,46 Rotating Shaft, 40 Secondary Supercharger, 48 Recirculation Pipe, 50A, 50B Exhaust Manifold, 51A , 51B, 52A, 52B, 53A, 53B Exhaust pipe, 62 1st control valve, 64 2nd control valve, 66 3rd control valve, 68 Diesel throttle, 81 Exhaust treatment device, 102 Airflow meter, 104 Engine rotation speed sensor, 106 1st pressure sensor, 108 2nd pressure sensor, 200 control device.

Claims (6)

エンジンから排出される排気によって駆動される第1タービンと、前記第1タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第1可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する第1過給機と、
前記エンジンから排出される排気によって駆動される第2タービンと、前記第2タービンへ流入する排気の流速を開度によって調整する第2可変ノズル機構とを含み、前記エンジンへの吸気を過給する第2過給機と、
前記第1過給機において過給された空気が前記エンジンに供給されるシングル過給モードと、前記第1過給機において過給された空気と前記第2過給機において過給された空気とが前記エンジンに供給されるツイン過給モードとのうちのいずれか一方から他方に過給モードを切替える制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記ツイン過給モードに切替えられているときに、前記第1過給機および前記第2過給機が目標過給圧を得るために必要な前記第1可変ノズル機構および第2可変ノズル機構の目標開度を、吸気経路および排気経路の状態量から算出し、算出した目標開度が制御可能な範囲外である場合、過給モードを前記シングル過給モードに切替える、過給システム。
A first turbine driven by exhaust gas discharged from the engine and a first variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust gas flowing into the first turbine according to the opening degree, and supercharges the intake air to the engine. 1 supercharger and
It includes a second turbine driven by the exhaust gas discharged from the engine and a second variable nozzle mechanism that adjusts the flow velocity of the exhaust gas flowing into the second turbine according to the opening degree, and supercharges the intake air to the engine. With the second supercharger,
The single supercharging mode in which the supercharged air in the first supercharger is supplied to the engine, the air supercharged in the first supercharger and the air supercharged in the second supercharger. Is equipped with a control device for switching the supercharging mode from one of the twin supercharging modes supplied to the engine to the other.
The control device has the first variable nozzle mechanism and the first variable nozzle mechanism required for the first supercharger and the second supercharger to obtain a target supercharging pressure when the twin supercharging mode is switched to. 2 The target opening of the variable nozzle mechanism is calculated from the state quantities of the intake path and the exhaust path, and when the calculated target opening is out of the controllable range, the supercharging mode is switched to the single supercharging mode. Salary system.
前記制御装置は、目標開度を算出する計算式として、前記エンジンの吸気経路および排気経路の物理法則に基づくシミュレーションの計算式を用いる、請求項1に記載の過給システム。 The supercharging system according to claim 1, wherein the control device uses a simulation formula based on the physical laws of the intake path and the exhaust path of the engine as a calculation formula for calculating the target opening degree. 前記制御装置は、目標開度を算出するときの吸気経路および排気経路の状態量としては、それぞれ、前記第1過給機および前記第2過給機への分岐前の吸気経路の状態量、および、前記第1過給機および前記第2過給機からの合流後の排気経路の状態量を用いる、請求項1に記載の過給システム。 The control device has, as the state quantities of the intake path and the exhaust path when calculating the target opening degree, the state quantities of the intake path before branching to the first supercharger and the second supercharger, respectively. The supercharging system according to claim 1, wherein the state quantity of the exhaust path after merging from the first supercharger and the second supercharger is used. 前記第1過給機および前記第2過給機は、同じ型式であり、
前記制御装置は、前記第1過給機および前記第2過給機を1つの過給機と見なし、1つの目標開度を算出し、算出した1つの目標開度を、前記第1可変ノズル機構および前記第2可変ノズル機構の目標開度とする、請求項1に記載の過給システム。
The first supercharger and the second supercharger are of the same model and have the same model.
The control device regards the first supercharger and the second supercharger as one supercharger, calculates one target opening degree, and uses the calculated target opening degree as the first variable nozzle. The supercharging system according to claim 1, wherein the mechanism and the target opening degree of the second variable nozzle mechanism are set.
前記制御装置は、算出した目標開度が制御可能な範囲外である状態が所定時間、継続した場合、過給モードを前記シングル過給モードに切換える、請求項1に記載の過給システム。 The supercharging system according to claim 1, wherein the control device switches the supercharging mode to the single supercharging mode when the calculated target opening degree is out of the controllable range for a predetermined time. 前記第1過給機は、前記エンジンへの吸気を過給する第1コンプレッサを含み、
前記第1コンプレッサの特性を示すコンプレッサマップを示すデータを記憶する記憶部をさらに備え、
前記コンプレッサマップは、前記第1過給機の前記第1コンプレッサに吸入される空気量の第1軸と、前記第1コンプレッサの吸入圧力に対する吐出圧力の圧力比の第2軸とを含み、
前記制御装置は、前記ツイン過給モードに切替えられているときに、算出した目標開度が制御可能な範囲外である状態が前記所定時間、継続していない場合、前記記憶部に記憶された前記コンプレッサマップにおいて前記圧力比と前記空気量とによって特定される動作点が、前記コンプレッサマップ上の所定ラインを下回ったことが示される場合、過給モードを前記シングル過給モードに切替える、請求項5に記載の過給システム。
The first supercharger includes a first compressor that supercharges the intake air to the engine.
Further, a storage unit for storing data showing a compressor map showing the characteristics of the first compressor is provided.
The compressor map includes a first axis of the amount of air sucked into the first compressor of the first turbocharger and a second axis of the pressure ratio of the discharge pressure to the suction pressure of the first compressor.
When the control device is switched to the twin supercharging mode, if the calculated target opening degree is out of the controllable range for the predetermined time, the control device is stored in the storage unit. The single supercharging mode is switched to the single supercharging mode when it is shown that the operating point specified by the pressure ratio and the air amount in the compressor map is below a predetermined line on the compressor map. The supercharging system according to 5.
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