JP7159980B2 - 過給システム - Google Patents

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。

従来、排気経路において高圧段のタービンをバイパスするための経路に設けられたバイパス弁が設けられたシリーズシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいて、バイパス弁とタービンとの開口面積比、吸気圧力および排気ガス流量によって排気マニホールドの排気の圧力を推定する技術があった（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１６－７９８１０号公報

しかし、特許文献１の技術はシリーズシーケンシャルターボに関する技術であるので、特許文献１の技術を用いて、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいて、排気マニホールドの排気の圧力を推定することは困難である。

図１３は、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンの燃料の噴射量と排気マニホールドの排気の圧力との関係を示す図である。図１３を参照して、パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンにおいては、等過給圧でシングル過給とツイン過給とを切替える場合、図で示すヒス領域で切替える。この場合に、シングル過給時とツイン過給時とで排気マニホールドの排気の圧力Ｐ４が異なるため、ポンピングロスが変化することにより、エンジンが発生するトルクに段差が生じる。このトルク段差を解消するために燃料の噴射量で補正する。このため、排気マニホールドの排気の圧力Ｐ４を推定する必要がある。

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、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定することが可能な過給システムを提供することである。

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。

制御装置は、シングル過給モードからツイン過給モードに切替える前に、第２過給機に排気を供給しつつ、第２過給機によって過給された空気を第１過給機に供給する助走運転モードに切替え、シングル過給モード、ツイン過給モードおよび助走運転モードにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定する共通の推定式を用いて排気マニホールドの排気の圧力を算出し、算出した排気マニホールドの排気の圧力を用いてエンジンを制御する。

好ましくは、制御装置は、第１タービンおよび第２タービンの後で合流した排気の圧力を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。

好ましくは、エンジンの排気の一部をエンジンの吸気として還流させる還流路を有する排気再循環装置をさらに備える。

さらに好ましくは、制御装置は、第１タービンおよび第２タービンの後で合流した排気の圧力および還流路の排気の圧力を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。

さらに好ましくは、排気再循環装置は、還流路に備えられ還流される排気の量を調整するバルブを含む。推定式は、第１可変ノズル機構、第２可変ノズル機構およびバルブのそれぞれについてのノズル式ならびに質量保存則から構築される。

好ましくは、制御装置は、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構の開口面積比から、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比を特定し、エンジンから排出される排気流量、ならびに、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比から、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量を特定し、特定した第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量、および、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれの開度から、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構の有効開口面積を特定し、特定した第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれの有効開口面積を推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力を算出する。

この開示に従えば、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定することが可能な過給システムを提供できる。

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。 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。 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。 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。 シングル過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。 φ関数が直線に近似できることを示す図である。 助走モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。 プライマリ過給機およびセカンダリ過給機の可変ノズル機構への排気の流れの概略を示す図である。 プライマリ過給機およびセカンダリ過給機の可変ノズル機構の開口面積比とそれぞれを通過するガス量の比との関係を示す図である。 ツイン過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。 排気マニホールドの排気の圧力が制約値を超えないように可変ノズル機構の開度を算出する手法の概略を示す図である。 この実施の形態における助走中ＶＮ開度算出処理の流れを示すフローチャートである。 パラレルシーケンシャルターボを搭載するエンジンの燃料の噴射量と排気マニホールドの排気の圧力との関係を示す図である。

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。

［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。

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。エンジン１は、さらに、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラ７１と、ＥＧＲバルブ７２とを含む排気再循環装置（ＥＧＲ装置）を備える。

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、エンジン回転速度ＮＥ、吸入空気量Ｇa、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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

排気管５１Ａと排気管５１Ｂとの合流部には、排気再循環装置の還流路７３の一方端が接続される。還流路７３の他方端は、ＥＧＲクーラ７１に接続される。ＥＧＲクーラ７１は、流入した排気を冷却するように構成される。ＥＧＲクーラ７１は、たとえば空冷式または水冷式の熱交換器である。ＥＧＲクーラ７１の流出口には、ＥＧＲバルブ７２を介して、還流路７４の一方端が接続される。ＥＧＲバルブ７２は、制御装置２００からの制御信号ＣＶ４に応じて開度を調整する流量調整弁である。還流路７４の他方端は、吸気管２７Ａと吸気管２７Ｂとの合流部に接続される。

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、第２圧力センサ１０８、温度センサ１１４および第３圧力センサ１１８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、ＥＧＲバルブ７２等）が接続される。

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。

エアフローメータ１０２は、吸入空気量Ｇaを検出する。エアフローメータ１０２は、検出した吸入空気量Ｇaを示す信号を制御装置２００に送信する。

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。

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。

第３圧力センサ１１８は、吸気マニホールド２８Ａ，２８Ｂにおける圧力（以下、吸気マニホールド圧Ｐimと記載する）を検出する。第３圧力センサ１１８は、吸気マニホールド圧Ｐimを示す信号を制御装置２００に送信する。

温度センサ１１４は、排気マニホールド５０（代表して排気マニホールド５０Ｂ）における圧力（以下、エキマニガス温度Ｔ4と記載する）を検出する。温度センサ１１４は、エキマニガス温度Ｔ4を示す信号を制御装置２００に送信する。

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。

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。

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。

＜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、エンジン回転速度ＮＥおよび吸入空気量Ｇa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。

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。

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。

＜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の回転速度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。

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。

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。

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。

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。

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の回転速度が上昇される。セカンダリ過給機４０の回転速度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。

＜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。

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。

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。

［この実施の形態の前提について］
従来から、図１から図４で示したような２つの過給機を搭載するエンジン１においては、等過給圧でシングル過給とツイン過給とを切替える場合、図１３で示したヒス領域で切替える。この場合に、シングル過給時とツイン過給時とで排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が異なるため、ポンピングロスが変化することにより、エンジン１が発生するトルクに段差が生じる。このトルク段差を解消するために燃料の噴射量で補正する。このため、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する必要がある。

そこで、この実施の形態においては、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前に、セカンダリ過給機４０に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機４０によって過給された空気をプライマリ過給機３０に供給する助走モードに切替え、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において排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する共通の推定式を用いて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を算出し、算出した排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を用いてエンジンを制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定できる。

また、従来、タービンとコンプレッサとを有する過給機においてタービンによるコンプレッサの駆動力を補助するための電動機を備えたものがあった。このような過給機においては、目標過給圧と実過給圧との間に乖離があるときにコンプレッサの駆動を電動機で補助することにより、タービンの駆動力を増加させるためにノズルベーンを急激に開けることを回避して、排気マニホールドの排気の圧力の急激な変動を抑制するようにしていた。

この技術を用いれば、２つの過給機を搭載する過給システムにおいても、排気マニホールドの排気の圧力の急激な変動を抑制できることも考えられる。しかし、このように過給機に付加的な構成である電動機を備えるようにした場合、電動機を備えるためにコストが増加したり、電動機を搭載するためのスペースを確保する必要があったり、電動機の重量のため車両の重量が増加したりする。また、排気マニホールドの排気の圧力が高まり過ぎると、エンジンの各部が損傷してしまう虞がある。

そこで、この実施の形態においては、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前に、セカンダリ過給機４０に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機４０によって過給された空気をプライマリ過給機３０に供給する助走モードに切替え、助走モードの開始時に、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５それぞれの開度から排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する推定式を用いて、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が制約値を超えないように、可変ノズル機構３５，４５それぞれの開度を特定し、可変ノズル機構３５，４５それぞれの開度を、特定した開度となるよう制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が高まり過ぎないようにすることができる。

［排気マニホールドの排気の圧力の推定式の導出について］
まず、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において排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する共通の推定式の導出について説明する。

図５は、シングル過給モードにおけるエンジン１の排気の流れの概略を示す図である。図５を参照して、シングル過給モードである場合、エンジン１から排気マニホールド５０（５０Ａ，５０Ｂ）を介して排出された排気は、プライマリ過給機３０の側と、排気再循環装置の側とに分岐して流れる。

ここで、バルブやノズルなどについては、エネルギ保存則、運動量保存則および状態方程式によりノズルの状態を、数式（１）で示すノズル式で表現することができる。なお、μＡ：有効開口面積、Ｐus：ノズル上流圧力、Ｐds：ノズル下流圧力、Ｔus：ノズル上流温度、Ｒ：気体定数である。

また、数式（１）に含まれるφ関数は、ノズルの流れやすさの特性を示す関数であり、以下の数式（２）で示される。なお、κ：排気の比熱比である。

図６は、φ関数が直線に近似できることを示す図である。図６を参照して、Ｐds／Ｐusのおおよその値に応じて、数式（２）のφ関数は、数式（３）で示すように、直線に近似することができる。なお、ａ，ｂ：定数である。

図５に戻って、排気マニホールド５０から流れ出る排気の単位時間当りの流量ｍoutは、各気筒１２Ａ，１２Ｂに流れ込む空気の単位時間当りの流量Ｇcylと、各気筒１２Ａ，１２Ｂへの単位時間当りの燃料の噴射量Ｇfとの和である。つまり、以下の数式（４）となる。

また、排気マニホールド５０から流れ出た排気の単位時間当りの流量ｍoutは、質量保存則より、プライマリ過給機３０の側に流れる排気の単位時間当りの流量ｍVNと、排気再循環装置の側に流れる排気の単位時間当りの流量ｍEGRとの和である。つまり、以下の数式（５）となる。

排気再循環装置の側のＥＧＲバルブ７２に流れる排気について、ノズル式を規定すると、以下の数式（６）となる。なお、μＡEGR：ＥＧＲバルブ７２の有効開口面積、Ｐ４：排気マニホールドの排気の圧力、Ｔ４：排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の温度、Ｐim：吸気マニホールドの吸気の圧力、ａ，ｂ：定数である。ＥＧＲバルブ７２の有効開口面積μＡEGRは、ＥＧＲバルブ７２を通過するガス量ｍEGRごとのＥＧＲバルブ７２の実開度と有効開口面積μＡEGRとの関係を示す２次元マップを用いて特定することができる。この２次元マップは、制御装置２００のＲＯＭに予め記憶される。

プライマリ過給機３０の側のタービン３２の可変ノズル機構３５に流れる排気について、ノズル式を規定すると、以下の数式（７）となる。なお、μＡVN：可変ノズル機構３５の有効開口面積、Ｐ６：タービン後の圧力、ｃ，ｄ：定数である。可変ノズル機構３５の有効開口面積μＡVNは、可変ノズル機構３５を通過するガス量ｍVNごとの可変ノズル機構３５の実開度と有効開口面積μＡVNとの関係を示す２次元マップを用いて特定することができる。この２次元マップは、制御装置２００のＲＯＭに予め記憶される。

数式（４）から数式（７）に基づいて、Ｐ４について整理すると、以下の数式（８）で示すＰ４の推定式となる。

シングル過給モードにおいては、この数式（８）の推定式を用いて排気マニホールド５０の排気の圧力Ｐ４を算出することができる。なお、μＡEGR，μＡVNは、上述した方法で特定できる。Ｇcylは、たとえば過給圧およびエンジン１の回転速度を引数にして計算できる推定のシリンダ流入ガス量であり、基本的には実験によって得られた関係性を用いて計算できる。Ｇfは、エンジン１の回転速度、燃料の噴射量などから公知の方法で特定できる。Ｔ４，Ｐimは、それぞれ、温度センサ１１４，第３圧力センサ１１８からの信号により特定できる。タービン後圧力Ｐ６は、大気圧との予め特定された相関関係から推定できる。なお、ここでは、タービン後圧力Ｐ６は、推定値であることとするが、これに限定されず、圧力センサで検出されるようにしてもよい。

次に、助走モードにおいて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する推定式の導出について説明する。

図７は、助走モードにおけるエンジン１の排気の流れの概略を示す図である。図７を参照して、助走モードである場合、エンジン１から排気マニホールド５０（５０Ａ、５０Ｂ）を介して排出された排気は、プライマリ過給機３０の側と、排気再循環装置の側とに加えて、セカンダリ過給機４０の側に分岐して流れる。

排気再循環装置の側のＥＧＲバルブ７２に流れる排気についてのノズル式は、上述の数式（６）と同様である。上述のシングル過給モードの場合と同様、プライマリ過給機３０の側のタービン３２の可変ノズル機構３５に流れる排気、および、セカンダリ過給機４０の側のタービン４２の可変ノズル機構４５に流れる排気のそれぞれについて、ノズル式を規定すると、以下の数式（９）および数式（１０）となる。なお、μＡVN1，μＡVN2：可変ノズル機構３５，４５の有効開口面積、ｃ，ｄ，ｅ，ｆ：定数である。

また、排気マニホールド５０から流れ出た排気の単位時間当りの流量ｍoutは、質量保存則より、プライマリ過給機３０の側に流れる排気の単位時間当りの流量ｍVN1と、セカンダリ過給機４０の側に流れる排気の単位時間当りの流量ｍVN2と、排気再循環装置の側に流れる排気の単位時間当りの流量ｍEGRとの和である。つまり、以下の数式（１１）となる。

数式（４），数式（６），数式（９）から数式（１１）に基づいて、Ｐ４について整理すると、以下の数式（１２）で示すＰ４の推定式となる。

ＥＧＲバルブ７２の有効開口面積μＡEGRは、シングル過給モードの場合と同様に特定することができる。

可変ノズル機構３５，４５の有効開口面積μＡVN1，μＡVN2は、それぞれ、可変ノズル機構３５，４５を通過するガス量ｍVN1，ｍVN2ごとの可変ノズル機構３５，４５の実開度と有効開口面積μＡVN1，μＡVN2との関係を示す２次元マップを用いて特定することができる。この２次元マップは、制御装置２００のＲＯＭに予め記憶される。可変ノズル機構３５，４５の前後の圧力Ｐ４，Ｐ６は同じであるため、ｃ＝ｅ，ｄ＝ｆである。

図８は、プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５，４５への排気の流れの概略を示す図である。図８を参照して、助走モードの場合、可変ノズル機構３５，４５をそれぞれ通過するガス量ｍWN1，ｍVN2を特定することができない。このため、可変ノズル機構３５，４５の有効開口面積μＡVN1，μＡVN2を特定することができない。

図９は、プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５，４５の開口面積比とそれぞれを通過するガス量の比との関係を示す図である。図９を参照して、プロットは、実験結果を示す。プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５、４５の開口面積比（可変ノズル機構３５の開口面積／可変ノズル機構４５の開口面積）には、通常用いられる使用域がある。この使用域においては、プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５、４５の開口面積比、および、それぞれを通過するガス量の比（ｍVN1／ｍVN2）は、図９より、比例の関係と近似することができる。

また、可変ノズル機構３５，４５の開口面積およびそれぞれの開度は、１対１の関係である。このため、可変ノズル機構３５，４５の開度は特定できるため、可変ノズル機構３５，４５それぞれの開口面積は特定できる。このため、可変ノズル機構３５，４５の開口面積比からそれぞれを通過するガス量の比を特定できる。その結果、可変ノズル機構３５，４５を通過するガス量の合計は特定できるため、それぞれのガス量ｍVN1，ｍVN2を特定でき、ガス量ｍVN1，ｍVN2と可変ノズル機構３５，４５の実開度とから、有効開口面積μＡVN1，μＡVN2を特定できる。これにより、数式（１２）を用いて排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定できる。

次に、ツイン過給モードにおいて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する推定式の導出について説明する。図１０は、ツイン過給モードにおけるエンジンの排気の流れの概略を示す図である。図１０を参照して、ツイン過給モードにおいては、プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５，４５の開度が同じとされる。このため、それぞれを通過するガス量ｍVN1，ｍVN2（＝ｍVN1）を特定でき、ガス量ｍVN1，ｍVN2と可変ノズル機構３５，４５の実開度とから、有効開口面積μＡVN1，μＡVN2（＝μＡVN1）を特定できる。これにより、数式（１２）を用いて排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定できる。

なお、シングル過給モードである場合は、第３制御弁６６が閉じているので、セカンダリ過給機４０のタービン４２を通過する排気の流量は０であるため、数式（１２）においてμＡVN2＝０とすることで、数式（８）と同じとなる。

つまり、共通の数式（１２）を用いて、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における排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定することができる。したがって、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において、それぞれ異なる推定式を用いることなく、特別なセンサなどの部品を追加することなく、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を、高精度に推定することができる。そして、エンジン１の制御において、この排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を用いることができる。

また、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において、ＥＧＲバルブ７２を通過するガス量ｍEGRごとのＥＧＲバルブ７２の実開度と有効開口面積μＡEGRとの関係を示す共通の２次元マップを用いることができる。したがって、このＥＧＲバルブ７２についての２次元マップを、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それぞれについて用意しておくための工数を削減することができる。

また、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において、可変ノズル機構３５，４５を通過するガス量ｍVNごとの可変ノズル機構３５，４５の実開度と有効開口面積μＡVNとの関係を示す共通の２次元マップを用いることができる。したがって、この可変ノズル機構３５，４５についての２次元マップを、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それぞれについて用意しておくための工数を削減することができる。

これにより、ポンピングロスの推定精度を向上させることができることにより、ポンピングロスの変化によるエンジン１の発生トルクの段差を解消するための燃料の噴射量の補正の精度が上がる。その結果、シングル過給モードだけでなく、ツイン過給モードおよび助走モードにおいても、ドライバビリティを向上できる。

［排気マニホールドの排気の圧力の推定式の導出の変形例］
（１） 前述した実施の形態においては、エンジン１が、２つのバンクを有するＶ型エンジンや水平対向エンジンであることとした。しかし、これに限定されず、直列エンジンなど他の形式のエンジンでであってもよい。

（２） 前述した実施の形態においては、排気再循環装置を備えるようにした。しかし、これに限定されず、排気再循環装置を備えないようにしてもよい。この場合、数式（１２）などの排気再循環装置に関連する項は削除する。

［排気マニホールドの排気の圧力の推定式を用いた可変ノズル機構の制御について］
次に、助走モードにおける排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４の推定式を用いた可変ノズル機構３５、４５の制御について説明する。

シングル過給モードから助走モードに制御されたときに、過給機の仕事低下による過給圧段差の防止のため、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの圧力を上げるため、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５は閉め側を使用する。しかし、その背反として、急加速時においては助走モード中の排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が上昇し、制約値を超えてしまう可能性がある。

このため、この実施の形態においては、以下で示すように、圧力Ｐ４の推定式を用いて、助走モードに入る前の各部の物理状態から助走モード中の圧力Ｐ４を推定し、圧力Ｐ４が制約値を超えないようにすることができる可変ノズル機構３５の開度を算出する手法を説明する。

図１１は、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が制約値を超えないように可変ノズル機構３５，４５の開度を算出する手法の概略を示す図である。図１１を参照して、まず、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度として仮値を設定する。また、この実施の形態においては、助走モード中のセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５のＶＮ開度は、固定開度（＝制御全閉（制御し得る最小開度））とする。

図９で示したように、可変ノズル機構３５，４５の開口面積およびそれぞれの開度は、１対１の関係である。また、プライマリ過給機３０およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構３５、４５の開口面積比、および、それぞれを通過するガス量の比（ｍVN1／ｍVN2）は、図９より、比例の関係と近似することができる。これにより、可変ノズル機構３５，４５のＶＮ開度から、それぞれを通過するガス量の比を特定することができる。このときの可変ノズル機構３５，４５を通過するガス量の合算値は、助走モード切替え直前の可変ノズル機構３５を通過するガス量の値とする。これにより、可変ノズル機構３５、４５を通過するガス量Ｇ４_1st，Ｇ４_2ndを算出できる。

プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度および通過するガス量Ｇ４_1stから、可変ノズル機構３５を通過するガス量ｍVNごとの可変ノズル機構３５の実開度と有効開口面積μＡVNとの関係を示す２次元マップを用いて、有効開口面積μＡVN1を特定できる。

同様に、セカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５のＶＮ開度および通過するガス量Ｇ４_2ndから、可変ノズル機構４５を通過するガス量ｍVNごとの可変ノズル機構４５の実開度と有効開口面積μＡVNとの関係を示す２次元マップを用いて、有効開口面積μＡVN2を特定できる。

数式（１２）で示した排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４の推定式に、μＡVN1およびμＡVN2、ならびに、その他のセンサ値および推定値を代入してＰ４の推定値を算出できる。このＰ４の推定値がＰ４のクライテリア（制約値）を超える場合は、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度を開き側に変更して、再度、Ｐ４の推定値を算出する。この繰返し演算により、よりクライテリアに近く、かつ、クライテリア未満となる可変ノズル機構３５のＶＮ開度を見つけ、助走モード中の可変ノズル機構３５のＶＮ開度の指令値とすることで、助走モード中のＰ４を制御する。

図１２は、この実施の形態における助走中ＶＮ開度算出処理の流れを示すフローチャートである。この助走中ＶＮ開度算出処理は、上位の処理から所定周期ごとに呼出されて実行される。図１２を参照して、制御装置２００は、過給モードフラグがシングル過給モードを示す値から助走モードを示す値に変更されたか否かを判断する（ステップＳ１１１）。変更されていない（ステップＳ１１１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上位の処理に戻す。

過給モードフラグがシングル過給モードを示す値から助走モードを示す値に変更された（ステップＳ１１１でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置２００は、吸気マニホールド圧Ｐim，タービン後圧力Ｐ６，各気筒１２Ａ，１２Ｂに流れ込む空気の単位時間当りの流量Ｇcyl，各気筒１２Ａ，１２Ｂへの単位時間当りの燃料の噴射量Ｇfを特定する（ステップＳ１１２）。

次に、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度の仮値をベース開度に設定する（ステップＳ１１３）。ベース開度は、タービンの仕事および効率から決まる最適開度である。この開度より閉め側では、過給圧段差が悪化し、性能低下してしまうため、助走モード中のＶＮ開度の上限開度をベース開度として考える。

次いで、制御装置２００は、図１１で説明した方法で、可変ノズル機構３５、４５を通過するガス量Ｇ４_1st，Ｇ４_2ndを算出し（ステップＳ１１４）、数式（１２）で示した排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４の推定式を用いて推定圧力Ｐ４を算出する（ステップＳ１１５）。

そして、制御装置２００は、ステップＳ１１５での圧力Ｐ４の演算が規定回目であるか否かを判断する（ステップＳ１２１）。規定回目でない（ステップＳ１２１でＮＯ）と判断した場合、制御装置２００は、ステップＳ１１５での圧力Ｐ４の演算が１回目であるか否かを判断する（ステップＳ１２２）。

圧力Ｐ４の演算が１回目である（ステップＳ１２２でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置２００は、推定Ｐ４がＰ４の制約値未満であるか否かを判断する（ステップＳ１２３）。圧力Ｐ４の演算が１回目でない（ステップＳ１２２でＮＯ）と判断した場合、および、推定Ｐ４がＰ４の制約値以上である（ステップＳ１２３でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置２００は、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度の仮値を更新し（ステップＳ１２４）、ステップＳ１１４からの処理を繰返す。

表１は、ＶＮ仮値の更新を説明するための一例である。ＶＮ開度の仮値の最初の更新においては、ＶＮ開度を最も開き側（40％）とする。その後の更新においては、ＶＮ開度を前々回のＰ４の演算と前回のＰ４の演算との間（この実施の形態では中央）の値とする。

そして、前々回のＶＮ開度と前回のＶＮ開度と今回のＶＮ開度とのそれぞれに対応する推定圧力Ｐ４について、前々回のＶＮ開度に対応する推定圧力Ｐ４と、今回のＶＮ開度に対応する推定圧力Ｐ４との間に、制約値（この実施の形態においては400ｋＰａ）が含まれる場合、前々回のＶＮ開度と今回のＶＮ開度との間（この実施の形態では中央）の値を、次回のＶＮ開度とし、前回のＶＮ開度に対応する推定圧力Ｐ４と、今回のＶＮ開度に対応する推定圧力Ｐ４との間に、制約値（この実施の形態においては400ｋＰａ）が含まれる場合、前回のＶＮ開度と今回のＶＮ開度との間（この実施の形態では中央）の値を、次回のＶＮ開度とする。

たとえば、前々回のＰ４の演算時のＶＮ開度が80％であり、前回のＰ４の演算時のＶＮ開度が40％である場合、ＶＮ開度を（80＋40）／２＝60％とする。そして、前々回のＶＮ開度80％に対する推定Ｐ４＝430ｋＰａであり、前回のＶＮ開度40％に対する推定Ｐ４＝280ｋＰａであり、今回のＶＮ開度60％に対する推定Ｐ４＝310ｋＰａであるので、制約値である400ｋＰａは、前々回のＶＮ開度80％と今回のＶＮ開度60％との間の値と考えられるため、前々回のＶＮ開度80％と今回のＶＮ開度60％との中央の値である（80＋60）／２＝70％を次のＶＮ開度とする。

このようにＶＮ開度を更新することで、７回目のＰ４の演算時のＶＮ開度と８回目のＰ４の演算時のＶＮ開度との差が1.00％未満となる。この実施の形態においては、ＶＮ開度の差が1.00％未満である場合、推定Ｐ４の差があまりないと考えて、８回を規定回としている。

そして、更新したＶＮ開度の仮値に対して、ステップＳ１１５で推定Ｐ４を算出する。圧力Ｐ４の演算が規定回目である（ステップＳ１２１でＹＥＳ）と判断した場合、および、演算が１回目であり推定Ｐ４がＰ４の制約値未満である（ステップＳ１２３でＹＥＳ）と判断した場合、制御装置２００は、助走モード中のプライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度の指令開度を、そのときの演算で用いた仮値とする（ステップＳ１２５）。その後、制御装置２００は、実行する処理をこの処理の呼出元の上位の処理に戻す。

助走モードにおいては、制御装置２００は、算出された指令開度となるように、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５の開度を制御する。

たとえば、規定回の２回前のＰ４の演算時のＶＮ開度が77.5％であり、規定回の１回前のＰ４の演算時のＶＮ開度が78.75である場合、規定回のＶＮ開度を（77.5＋78.75）／２≒78.13％に更新する。そして、規定回の２回前のＶＮ開度77.5％に対する推定Ｐ４＝390ｋＰａであり、規定回の１回前のＶＮ開度78.75％に対する推定Ｐ４＝410ｋＰａであり、規定回のＶＮ開度78.13に対する推定Ｐ４＝402ｋＰａであるので、制約値である400ｋＰａは、規定回の２回前のＶＮ開度77.5％と規定回のＶＮ開度78.13％との間の値と考えられる。制約値400ｋＰａは、77.5％と78.13％との間のＶＮ開度に対応すると考えられるため、制約値を超えない推定Ｐ４＝390ｋＰａに対応するＶＮ開度77.5％を指令開度とする。

これにより、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が制約値を超えない範囲で、できるだけ上げることができる。このため、数式（１３）で示されるように、タービン仕事が上昇し、コンプレッサ仕事が上昇し、プライマリ過給機３０の過給圧Ｐｐの低下を抑制できる。

なお、Ｃｐｇ：定圧比熱（＝0.26）、κ：排気の比熱比（1.33）、Ｇ４：過給機を通過する排気の流量、Ｔ４：排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の温度、Ｐ４：排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの圧力、Ｐ６：タービン後の圧力である。

このようにＶＮ開度の仮値を更新しながら繰返して推定Ｐ４を算出することで、ＶＮ開度の刻みが小さくなっていき、ＶＮ開度を制御可能な必要精度まで計算が可能であり、かつ、よりＰ４の制約値に近く、制約値未満の推定Ｐ４の算出が可能となる。これにより、助走モード直前のシングル過給モード時の物理量から算出した推定Ｐ４を用いて、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度をフィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御することで、第３制御弁６６が開かれ、セカンダリ過給機４０のタービン４２への排気の流量が増える助走モードに入った際の排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を制御できる。

これにより、助走モード中の排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を制御することで、どんな運転がされたときであっても、助走モードへの切替え時の過給圧段差を最小にすることができる。したがって、特別なセンサなどの部品を追加することなく、過給圧段差を低減することができ、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が制約値を超えないようにできる。また、ドライバビリティを向上でき、エンジン１の制御の信頼性を確保することができる。

［可変ノズル機構の制御における変形例］
（１） ここでは、助走モードにおける制御について説明したが、シングル過給モードおよびツイン過給モードにおいても上述の可変ノズル機構の制御を用いることができる。

（２） ここでは、セカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５のＶＮ開度を最も閉じ側の固定開度とした。しかし、これに限定されず、セカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５のＶＮ開度を、最も閉じ側とは異なる固定開度としてもよいし、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度と同様に算出してもよい。

（３） ここでは、図１１および図１２で説明した最適化方法で、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の最適な圧力、および、その最適な圧力に対応するプライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５の最適なＶＮ開度を算出するようにした。しかし、これに限定されず、排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの最適な圧力および可変ノズル機構３５の最適なＶＮ開度は、他の方法で最適化するようにしてもよい。

［まとめ］
（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。

図５から図１０で示したように、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前に、セカンダリ過給機４０に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機４０によって過給された空気をプライマリ過給機３０に供給する助走モードに切替え、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において排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する数式（１２）で示される共通の推定式を用いて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を算出し、算出した排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を用いてエンジンを制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定できる。

（１－２） 図５から図１０で示したように、制御装置２００は、プライマリ過給機３０のタービン３２およびセカンダリ過給機４０のタービン４２の後で合流した排気の圧力Ｐ６を、数式（１２）で示される推定式に代入して排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を算出する。これにより、特定可能なタービン後の圧力Ｐ６から排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの圧力Ｐ４を算出できる。

（１－３） 図１から図４で示したように、エンジン１の排気の一部をエンジン１の吸気として還流させる還流路７３，７４を有する排気再循環装置をさらに備える。これにより、エンジン１の効率を向上できる排気再循環装置を備える場合であっても排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定できる。

（１－４） 図５から図１０で示したように、制御装置２００は、プライマリ過給機３０のタービン３２およびセカンダリ過給機４０のタービン４２の後で合流した排気の圧力Ｐ６および還流路７３，７４の排気の圧力Ｐimを、数式（１２）で示される推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力Ｐ４を算出する。これにより、特定可能なタービン後の圧力Ｐ６および排気再循環装置の還流路７３，７４の排気の圧力Ｐimから排気マニホールド５０Ａ、５０Ｂの圧力Ｐ４を算出できる。

（１－５） 図１から図４で示したように、排気再循環装置は、還流路７３，７４に備えられ還流される排気の量を調整するＥＧＲバルブ７２を含む。図５から図１０で示したように、数式（１２）で示される推定式は、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５、セカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５、および、ＥＧＲバルブ７２のそれぞれについての数式（９）、数式（１０）および数式（６）のノズル式ならびに質量保存則から構築される。

（１－６） 図７から図９で示したように、制御装置２００は、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５の開口面積比（可変ノズル機構３５の開口面積／可変ノズル機構４５の開口面積）から、可変ノズル機構３５および可変ノズル機構４５のそれぞれに分配される排気流量の比（ｍVN1／ｍVN2）を特定し、エンジンから排出される排気流量、ならびに、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比（ｍVN1／ｍVN2）から、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量ｍVN1，ｍVN2を特定し、特定した第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量ｍVN1，ｍVN2、および、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれの開度から、第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構の有効開口面積μＡVN1，μＡVN2を特定し、特定した第１可変ノズル機構および第２可変ノズル機構それぞれの有効開口面積μＡVN1，μＡVN2を、数式（１２）で示される推定式に代入して排気マニホールドの排気の圧力Ｐ４を算出する。

（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。

図１１および図１２で示したように、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前に、セカンダリ過給機４０に排気を供給しつつ、セカンダリ過給機４０によって過給された空気をプライマリ過給機３０に供給する助走モードに切替え、助走モードの開始時に、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５およびセカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５それぞれの開度から排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４を推定する推定式を用いて、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が制約値を超えないように、可変ノズル機構３５，４５それぞれの開度を特定し、可変ノズル機構３５，４５それぞれの開度を、特定した開度となるよう制御する。これにより、過給機を並列で備える過給システムにおいて、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力Ｐ４が高まり過ぎないようにすることができる。

（２－２） 図１１で示したように、制御装置２００は、セカンダリ過給機４０の可変ノズル機構４５のＶＮ開度を制御可能な開度のうち最も閉じ側の開度と特定する。これにより、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５のＶＮ開度を算出しやすくできる。

（２－３） 図１１および図１２で示したように、制御装置２００は、プライマリ過給機３０の可変ノズル機構３５の第１開度と第１開度より開き側の第２開度と第１開度および第２開度の間の第３開度とのそれぞれに対応する排気マニホールド５０Ａ，５０Ｂの排気の圧力である第１圧力、第２圧力および第３圧力を算出し、第１圧力と第３圧力との間に制限値が含まれる場合、当該第３圧力に対応する第３開度を新たな第２開度に変更し、第３圧力と第２圧力との間に制限値が含まれる場合、当該第３圧力に対応する第３開度を新たな第１開度に変更し、第１開度と第３開度との差および第３開度と第２開度との差が所定値未満となったときの第１圧力、第２圧力および第３圧力のうち制限値を超えず最も大きい圧力に対応する開度を、可変ノズル機構３５のＶＮ開度として特定する。これにより、最適なＶＮ開度を効率よく特定することができる。

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。

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、５０，５０Ａ，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、７１ ＥＧＲクーラ、７２ ＥＧＲバルブ、７３，７４ 還流路、８１ 排気処理装置、１０２ エアフローメータ、１０６ 第１圧力センサ、１０８ 第２圧力センサ、１１４ 温度センサ、１１８ 第３圧力センサ、２００ 制御装置。

Claims (4)

1. 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、
   前記エンジンの排気の一部を前記エンジンの吸気として還流させる還流路を有する排気再循環装置とを備え、
   前記排気再循環装置は、前記還流路に備えられ還流される排気の量を調整するバルブを含み、
   前記制御装置は、
   前記シングル過給モードから前記ツイン過給モードに切替える前に、前記第２過給機に排気を供給しつつ、前記第２過給機によって過給された空気を前記第１過給機に供給する助走運転モードに切替え、
   前記シングル過給モード、前記ツイン過給モードおよび前記助走運転モードにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定する共通の推定式を用いて前記排気マニホールドの排気の圧力を算出し、
   算出した前記排気マニホールドの排気の圧力を用いて前記エンジンを制御し、
   前記推定式は、前記第１可変ノズル機構、前記第２可変ノズル機構および前記バルブのそれぞれについてのノズル式ならびに質量保存則から構築される、過給システム。
2. 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、
   前記シングル過給モードから前記ツイン過給モードに切替える前に、前記第２過給機に排気を供給しつつ、前記第２過給機によって過給された空気を前記第１過給機に供給する助走運転モードに切替え、
   前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構の開口面積比から、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比を特定し、
   前記エンジンから排出される排気流量、ならびに、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量の比から、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構のそれぞれに分配される排気流量を特定し、
   特定した前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構それぞれに分配される排気流量、および、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構それぞれの開度から、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構の有効開口面積を特定し、
   特定した前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構それぞれの有効開口面積を、前記シングル過給モード、前記ツイン過給モードおよび前記助走運転モードにおいて排気マニホールドの排気の圧力を推定する共通の推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出し、
   算出した前記排気マニホールドの排気の圧力を用いて前記エンジンを制御する、過給システム。
3. 前記制御装置は、前記第１タービンおよび前記第２タービンの後で合流した排気の圧力を前記推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出する、請求項１または請求項２に記載の過給システム。
4. 前記制御装置は、前記第１タービンおよび前記第２タービンの後で合流した排気の圧力および前記還流路の排気の圧力を前記推定式に代入して前記排気マニホールドの排気の圧力を算出する、請求項１に記載の過給システム。

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