JPWO2016129036A1

JPWO2016129036A1 - 内燃機関の過給システム及び過給システムの制御方法

Info

Publication number: JPWO2016129036A1
Application number: JP2016574539A
Authority: JP
Inventors: 博義久保
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2015-02-09
Filing date: 2015-02-09
Publication date: 2017-07-06
Also published as: WO2016129036A1; CN107208534A; EP3258079A1; US20170328268A1

Abstract

【解決手段】複数のターボ過給機を備える内燃機関の過給システムにおいて、内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部と、状態量が第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値以上になった場合に第１の運転モードから第２の運転モードに遷移し、状態量が第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値未満になった場合に第２の運転モードから第１の運転モードに遷移するように、吸気流路切換弁及び排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御部とを備える。第１の閾値関数及び第２の閾値関数は互いに異なるように設定されている。

Description

本開示は、複数段に亘って過給を行う内燃機関の過給システム及び該過給システムの制御方法に関する。

内燃機関の排気ガスによって排気タービンを駆動することで、該排気タービンに連結されたターボコンプレッサによって内燃機関を過給するターボ過給機が広く利用されている。また内燃機関の過給効率を向上するために、この種のターボ過給機を高圧側及び低圧側にそれぞれ設けることによって、２段階に亘って過給を行う、いわゆる２ステージターボシステムが知られている。

例えば特許文献１では、この種の２ステージターボシステムにおいて、運転状態に応じて複数の運転モードを選択的に実行することで、排気流路を切り換え制御することが記載されている。特許文献１では特に、排気流路には複数のバルブが設けられており、各運転モードにおいて制御対象となるバルブが異なるように規定されている。

特開２００５−１４６９０６号公報

上記特許文献１では、運転状態をエンジン回転数及び燃料噴射量に基づいて把握している。しかしながら、エンジン回転数及び燃料噴射量はエンジンの特性上、厳密に一定に維持することが困難であり、少なからず変動を伴う。そのため、例えば運転状態が複数の運転モード間の境界付近にある場合、上記変動によってハンチングを引き起こしてしまい、制御が不安定になるおそれがある。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関の運転状態に基づいて複数の運転モードを切り換え制御する際に、運転モード間の切り換えを安定的に実施可能な内燃機関の過給システム及び過給システムの制御方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態にかかる内燃機関の過給システムは上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関の吸気ガスを多段過給可能に構成された複数のターボ過給機と、前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部と、前記内燃機関の吸気ガスの吸気流路を切り替え可能に構成された吸気流路切換弁と、前記内燃機関の排気ガスの排気流路を切り替え可能に構成された排気流路切換弁と、前記状態量が第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値以上になった場合に前記運転状態に対応するように予め規定された複数の運転モードのうち第１の運転モードから第２の運転モードに遷移し、前記状態量が第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値未満になった場合に前記第２の運転モードから前記第１の運転モードに遷移するように、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御部とを備え、前記第１の閾値関数及び第２の閾値関数は互いに異なるように設定されている。

上記（１）の構成によれば、第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する際に基準となる第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値と第２の運転モードから低回転側モードに遷移する際に基準となる第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値とが互いに異なるように設定される。このように第１の閾値関数及び第２の閾値関数間に差を設けることによって、第２の運転モード及び第１の運転モードの一方から他方に遷移した際に、状態量の変動によって再び他方から一方に戻ることでハンチングが発生することを防止できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記運転状態は複数の前記状態量に基づいて規定されている。

上記（２）の構成によれば、内燃機関の運転状態が複数の状態量により規定されている場合において、ハンチングを効果的に防止でき、運転モード間の切り換えを安定的に実施できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記複数のターボ過給機は、第１のターボ過給機と、前記排気流路において前記第１のターボ過給機の排気タービンより下流側に設けられた排気タービンを有する第２のターボ過給機とを含む。

上記（３）の構成によれば、第１のターボ過給機及び第２のターボ過給機を備える、いわゆる多段過給システムにおいて上記効果を享受できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記吸気流路は、外部から前記第１のターボ過給機のターボコンプレッサ及び前記第２のターボ過給機のターボコンプレッサを介して、前記内燃機関に接続される吸気用直列流路と、前記第１のターボ過給機のターボコンプレッサの出口側を前記第２のターボ過給機のターボコンプレッサの出口側に接続する吸気用バイパス流路とを備え、前記排気流路は、前記内燃機関から前記第２のターボ過給機の排気タービン及び前記第１のターボ過給機の排気タービンを介して外部に至るまでの排気用直列流路と、前記第２のターボ過給機の排気タービンの入口側と前記第１のターボ過給器のタービンの入口側とを接続する排気用第１バイパス流路と、前記排気用第１バイパス流路と前記排気用直列流路との下流側の接続ポイントより下流側と前記第２のターボ過給器の排気タービンの出口側とを接続する排気用第２バイパス流路とを備え、前記吸気流路切換弁は、前記吸気用バイパス流路に設けられたコンプレッサバイパスバルブであり、前記排気用切換弁は、前記排気用第１バイパス流路に設けられた排気流量制御バルブと、前記排気用第２バイパス流路に設けられたウエストゲートバルブとを含む。

上記（４）の構成によれば、吸気流路切換弁であるコンプレッサバイパスバルブ、排気用切換弁である排気流量制御バルブ及びウエストゲートバルブを切り替えることによって運転モード間を遷移する制御において、ハンチングを効果的に防止できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、前記制御装置は、前記コンプレッサバイパスバルブ、前記排気流量制御バルブ及び前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御する第１の運転モードと、前記第１の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記排気流量制御バルブ及び前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御しながら、前記コンプレッサバイパスバルブの開度を制御する第２の運転モードと、前記第２の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御しながら、前記コンプレッサバイパスバルブ及び前記排気流量制御バルブを開状態に制御する第３の運転モードと、前記第３の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記コンプレッサバイパスバルブ及び前記排気流量制御バルブに開状態に制御しながら、前記ウエストゲートバルブの開度を制御する第４の運転モードとの間を遷移可能に制御する。

上記（５）の構成によれば、運転状態に応じて第１乃至第４の運転モード間を遷移する制御において、効果的にハンチングを防止できる。

（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る過給システムの制御方法は上記課題を解決するために、内燃機関と、前記内燃機関の吸気ガスを多段過給可能に構成された複数のターボ過給機と、前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部と、前記内燃機関の吸気ガスの吸気流路を切り替え可能に構成された吸気流路切換弁と、前記内燃機関の排気ガスの排気流路を切り替え可能に構成された排気流路切換弁とを備える過給システムの制御方法であって、前記状態量検出部によって、前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出工程と、前記状態量が第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値以上になった場合に前記運転状態に対応するように予め規定された複数の運転モードのうち第１の運転モードから第２の運転モードに遷移し、前記状態量が第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値未満になった場合に前記第２の運転モードから前記第１の運転モードに遷移するように、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御工程とを備え、前記第１の閾値関数及び第２の閾値関数は互いに異なるように設定されている。

上記（６）の構成は、上述の内燃機関の過給システム（上記各種態様を含む）によって好適に実施可能である。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、内燃機関の運転状態に基づいて複数の運転モードを切り換え制御する際に、運転モード間の切り換えを安定的に実施可能な内燃機関の過給システム及び過給システムの制御方法を提供できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の過給システムの全体構成を示す模式図である。内燃機関の運転状態と各運転モードとの関係を示すグラフである。各運転モードにおける制御対象を示す表である。図１の過給システムにおいて、第１の運転モード時の流路を示す模式図である。図１の過給システムにおいて、第２の運転モード時の流路を示す模式図である。図１の過給システムにおいて、第３の運転モード時の流路を示す模式図である。図１の過給システムにおいて、第４の運転モード時の流路を示す模式図である。各運転モード間の関係を遷移判定用の閾値と共に示す模式図である。第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する様子を示す模式図である。第２の運転モードから第１の運転モードに遷移する様子を示す模式図である。閾値関数によって規定されるエンジン回転数と燃料噴射量用閾値との関係の一例である。本発明の一実施形態に係る過給システムの制御方法を工程毎に示すフローチャートである。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関１の過給システム（２ステージターボシステム）２の全体構成を示す模式図である。
内燃機関１は４気筒ディーゼルエンジンであり、吸気系４から取り込まれた吸気が燃焼室６においてコモンレール（不図示）から供給された燃料と圧縮着火燃焼されることによって、動力が発生する。燃焼室６で生じた排気ガスは、排気系８を介して外部に排出される。

過給システム２は第１のターボ過給機１０Ａ及び第２のターボ過給機１０Ｂを有する。第１のターボ過給機１０Ａはターボコンプレッサ１２Ａ及び排気タービン１４Ａを備える。第２のターボ過給機１０Ｂはターボコンプレッサ１２Ｂ及び排気タービン１４Ｂを備える。これら２基のターボ過給機１０Ａ，１０Ｂは、略同一タービン容量のターボ過給機であり、直列過給モードである場合、排気流路上流側に位置する第１のターボ過給機１０Ａは高圧ターボ過給機として機能し、排気流路下流側に位置する第２のターボ過給機１０Ｂは低圧ターボ過給機として機能するように構成されている。

吸気系４は、外部から第１のターボ過給機１０Ａのターボコンプレッサ１２Ａ及び第２のターボ過給機１０Ｂのターボコンプレッサ１２Ｂを介して内燃機関１に接続される吸気用直列流路Ｔ１と、第１のターボ過給機１０Ａのターボコンプレッサ１２Ａの出口側を第２のターボ過給機１０Ｂのターボコンプレッサ１２Ｂの出口側に接続する吸気用バイパス流路Ｔ２とを備える。また、吸気用バイパス流路Ｔ２には吸気流路切換弁であるコンプレッサバイパスバルブＶ１が設けられている。コンプレッサバイパスバルブＶ１は比例制御弁であり、開度に応じて連続的に流量が制御可能に構成されている。

尚、吸気用直列流路Ｔ１と吸気用バイパス流路Ｔ２との下流側の合流地点１３と内燃機関１との間には、ターボ過給機によって圧縮加熱された給気を冷却するためのインタークーラ１６が設けられている。また吸気系４の入口近傍には、吸気を浄化するためのエアクリーナ１８が設けられている。

排気系８は、内燃機関１から第２のターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂ及び第１のターボ過給機１０Ａの排気タービン１４Ａを介して外部に至るまでの排気用直列流路Ｔ３と、第２のターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂの入口側と第１のターボ過給器１０Ａの排気タービン１４Ａの入口側とを接続する排気用第１バイパス流路Ｔ４と、排気用第１バイパス流路Ｔ４と排気用直列流路Ｔ３との下流側の接続ポイントより下流側と第２のターボ過給器１０Ｂの排気タービン１４Ｂの出口側とを接続する排気用第２バイパス流路Ｔ５とを備える。また排気用第１バイパス流路Ｔ４には排気流量制御バルブＶ２が設けられており、排気用第２バイパス流路Ｔ５にはウエストゲートバルブＶ３が設けられている。排気流量制御バルブＶ２及びウエストゲートバルブＶ３は共に排気用切換弁であり、比例制御弁として、開度に応じて連続的に流量が制御可能に構成されている。
尚、排気系８のうち排気用直列流路Ｔ３と排気用第２バイパス流路Ｔ５との下流側の合流地点２１より下流側には、消音用のマフラー１９が設けられている。

過給システム１はコントロールユニットである制御装置２０を備える。制御装置２０は演算処理ユニットであり、例えばマイクロプロセッサのような演算処理装置から構成される。制御装置２０は、コンプレッサバイパスバルブＶ１、排気流量制御バルブＶ２及びウエストゲートバルブＶ３を制御することにより、後述する第１乃至第４の運転モードに応じて吸気系４及び排気系８の流路を切り換え可能に構成されている。
具体的には制御装置２０は、後述の制御を実施するために、内燃機関１の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部２２と、吸気流路切換弁及び排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御部２４とを備える。

ここで第１乃至第４の運転モードについて具体的に説明する。図２は内燃機関１の運転状態と各運転モードとの関係を示すグラフであり、図３は各運転モードにおける制御対象を示す表であり、図４乃至図７はそれぞれ第１乃至第４の運転モードにおける吸気系４及び排気系８の流路を示す模式図である。
尚、図４乃至図７では実現される流路をハッチングで模式的に示している。

制御装置２０は内燃機関１の運転状態に応じて第１乃至第４の運転モードを選択的に実行する。運転状態は複数の状態量によって規定されており、図２に示される例では特に、エンジン回転数及び燃料噴射量の２つの状態量によって規定されている。第１の運転モードはエンジン回転数及び燃料噴射量が比較的小さい運転状態で実行され、エンジン回転数及び燃料噴射量が増加するに従って、第２乃至第４の運転モードに順に遷移するように規定されている。
尚、図２では運転モード間の関係を簡略的に示すために運転モード間の遷移判定用の第１の閾値関数Ｊ_１２、Ｊ_２３、Ｊ_３４と、第２の閾値関数Ｊ_２１，Ｊ_３２、Ｊ_４３とがそれぞれ等しくなるように記載しているが、後述しているようにこれらの閾値関数は互いに異なるように設定されている（図９Ａ、図９Ｂを参照）。

第１の運転モードでは、コンプレッサバイパスバルブＶ１、排気流量制御バルブＶ２及びウエストゲートバルブＶ３は全て閉状態になるように制御される（図３を参照）。このとき吸気系４における流路は、図４に示されるように、外部からエアクリーナ１８を介して導入された給気が、ターボ過給機１０Ｂのターボコンプレッサ１２Ｂ及びターボ過給機１０Ａのターボコンプレッサ１０Ａを介してインタークーラ１６に流入し、その後、内燃機関２に流入するように構成される。一方、排気系８における流路は、内燃機関１からの排気ガスがターボ過給機１０Ａの排気タービン１４Ａ及びターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂを介してマフラー１９に流入し、その後、外部へ排出されるように構成される。
このように第１の運転モードでは、２基のターボ過給機１０Ａ，１０Ｂが直列的に接続される直列過給モードが実施される。

第２の運転モードでは、コンプレッサバイパスバルブＶ１及びウエストゲートバルブＶ３は閉状態に制御される一方で、排気流量制御バルブＶ２の開度が制御される（図３を参照）。このとき吸気系４における流路は、図５に示されるように、上記第１の運転モードと同様であるが、排気系８における流路では、排気流量制御バルブＶ２の開度に応じて排気ガスの流量制御がなされる。すなわち、排気流量制御バルブＶ２の開度制御によって第１のターボ過給機１０Ａの排気タービン１４Ａへの排気ガスの流量が制御され、タービン出力が制御される。そして、第１のターボ過給機１０Ａを経由した排気ガスと、排気流量制御バルブＶ２を経由した排気ガスとは、合流した後、第２のターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂに流入する。第２のターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂに流入した排気ガスは、マフラー１９を通過した後、外部に排出される。

第３の運転モードでは、ウエストゲートバルブＶ３は閉状態に制御される一方で、コンプレッサバイパスバルブＶ１及び排気流量制御バルブＶ２は開状態に制御される（図３を参照）。このとき、図６に示されるように、コンプレッサバイパスバルブＶ１及び排気流量制御バルブＶ２がある流路は、第１のターボ過給機１０Ａを通過する流路に比べて流路断面積が大きくなるので、大部分のエアと排気ガスはコンプレッサバイパスバルブＶ１及び排気流量制御バルブＶ２側を流れる。そのため、第１のターボ過給機１０Ａはあまり作動せず、アイドリング状態となる。

第４の運転モードでは、コンプレッサバイパスバルブＶ１及び排気流量制御バルブＶ２は開状態に制御される一方で、ウエストゲートバルブＶ３の開度が制御される（図３を参照）。このとき、図７に示されるように、ウエストゲートバルブＶ３の制御具合により第２のターボ過給機１０Ｂの排気タービン１４Ｂ側に流れる排気ガスの流量が制御され、第２のターボ過給機１０Ｂの出力が制御される。

続いて、上述した運転モード間の遷移について図８乃至図１０を参照して説明する。図８は各運転モード間の関係を遷移判定用の閾値と共に示す模式図であり、図９Ａは第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する様子を示す模式図であり、図９Ｂは第２の運転モードから第１の運転モードに遷移する様子を示す模式図であり、図１０は閾値関数によって規定されるエンジン回転数と燃料噴射量用閾値との関係の一例である。

各運転モードは、上述したように、運転状態を規定するエンジン回転数及び燃料噴射量が大きくなるに従って、第１の運転モードから第４の運転モードに向かって遷移する。図８に示されるように、隣り合う運転モード間の遷移は、運転状態を規定する状態量を予め設定された遷移判定用の閾値と比較することによって行われる。ここで遷移判定用の閾値は、隣り合う運転モードのうち第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移判定に用いられる第１の閾値関数Ｊ_１２、Ｊ_２３、Ｊ_３４と、第２の運転モードから第１の運転モードへの遷移判定に用いられる第２の閾値関数Ｊ_２１，Ｊ_３２、Ｊ_４３と、に基づいて設定されるように用意されている。

尚、第１の閾値関数Ｊ_１２、Ｊ_２３、Ｊ_３４及び第２の閾値関数Ｊ_２１，Ｊ_３２、Ｊ_４３は、予めメモリ等の記憶装置に記憶しておき、これら制御のために適宜読み出し可能に構成されるとよい。この場合、第１の閾値関数Ｊ_１２、Ｊ_２３、Ｊ_３４及び第２の閾値関数Ｊ_２１，Ｊ_３２、Ｊ_４３は、例えばエンジン回転数と燃料噴射量用閾値との関係を示す関数として規定されており、例えば図１０に示される閾値関数の一例では、エンジン回転数の実測値に対応する燃料噴射量用閾値が選択されるように設定されている。

例えば第１の運転モード及び第２の運転モード間の遷移判定用の閾値としては、第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移判定に用いられる第１の閾値関数Ｊ_１２と、第２の運転モードから第１の運転モードへの遷移判定に用いられる第２の閾値関数Ｊ_２１とが用意されており、それぞれエンジン回転数の実測値に対応する燃料噴射用閾値が選択される。また第２の運転モード及び第３の運転モード間の遷移判定用の閾値としては、第２の運転モードから第３の運転モードへの遷移判定に用いられる第１の閾値関数Ｊ_２３と、第３の運転モードから第２の運転モードへの遷移判定に用いられる第２の閾値関数Ｊ_３２とが用意されており、それぞれエンジン回転数の実測値に対応する燃料噴射用閾値が選択される。また第３の運転モード及び第４の運転モード間の遷移判定用の閾値としては、第３の運転モードから第４の運転モードへの遷移判定に用いられる第１の閾値関数Ｊ_３４と、第４の運転モードから第３の運転モードへの遷移判定に用いられる第２の閾値関数Ｊ_４３とが用意されており、それぞれエンジン回転数の実測値に対応する燃料噴射用閾値が選択される。

例えば図９Ａに示されるように、内燃機関１の運転状態がＰ１（エンジン回転数Ｒ１、燃料噴射量Ｆ１）からＰ２（エンジン回転数Ｒ２、燃料噴射量Ｆ２）に変化することで状態量が第１の閾値関数Ｊ_１２に基づいて設定される閾値以上になると、第１の運転モードから第２の運転モードに遷移する。このとき内燃機関１の運転状態（すなわちエンジン回転数及び燃料噴射量）には少なからず変動成分が含まれる。そのため、仮にある特定のエンジン回転数の実測値が得られる場合に、第２の閾値関数Ｊ_２１に基づいて設定される閾値が第１の閾値関数Ｊ_１２に基づいて設定される閾値と等しい場合、第１の閾値関数Ｊ_１２に基づいて設定される閾値に対してＰ２が十分に近いと、当該変動成分によって第１の運転モードに戻ってしまい、ハンチングを招くおそれがある。

そこで本実施形態では、図９Ｂに示されるように、ある特定のエンジン回転数の実測値が得られる場合に、第２の閾値関数Ｊ_２１に基づいて設定される閾値を第１の閾値関数Ｊ_１２に基づいて設定される閾値より小さく設定することで、第１の閾値関数Ｊ_１２及び第２の閾値関数Ｊ_２１が互いに異なるように設定されている。これにより、内燃機関１の運転状態（すなわちエンジン回転数及び燃料噴射量）に変動成分が含まれていてもハンチングが防止できる。

また図９Ｂに示されるように、内燃機関１の運転状態がＰ２（エンジン回転数Ｒ２、燃料噴射量Ｆ２）からＰ３（エンジン回転数Ｒ３、燃料噴射量Ｆ３）に変化することで燃料噴射量の実測値が第２の閾値関数Ｊ_２１に基づいて設定される閾値未満になると、第２の運転モードから第１の運転モードに遷移する。この場合も第１の閾値関数Ｊ_１２が第２の閾値関数Ｊ_２１と異なるように設定されているので、内燃機関１の運転状態（すなわちエンジン回転数及び燃料噴射量）に変動成分が含まれていても、ハンチングが防止される。

尚、図９Ａ及び図９Ｂでは第１の運転モード及び第２の運転モード間の遷移を例に説明したが、第２の運転モード及び第３の運転モード間の遷移、並びに、第３の運転モード及び第４の運転モード間の遷移についても、第１の閾値関数Ｊ_２３、Ｊ_３４及び第２の閾値関数Ｊ_３２、Ｊ_４３が異なるように設定されているため、ハンチングが効果的に防止される。

続いて上記構成を有する過給システム２の制御方法について、具体的に説明する。図１１は本発明の一実施形態に係る過給システム２の制御方法を工程毎に示すフローチャートである。

まず状態量検出部２２は、内燃機関１の運転状態に関する状態量を検出する（ステップＳ１）。本実施形態では状態量検出部２２は、状態量としてエンジン回転数及び燃料噴射量を取得する。
尚、エンジン回転数は例えば内燃機関１に設けられた回転数センサから取得し、燃料噴射量は内燃機関１の燃料供給装置（不図示）に送信される制御信号に基づいて取得される。

続いて制御部２４は、不図示のメモリ等の記憶装置から、予め記憶された運転状態と運転モードとの関係（図２を参照）を取得する（ステップＳ２）。そして、ステップＳ１で検出した状態量に基づいて、現在の運転状態が第１乃至第４の運転モードのいずれにあるかを特定する（ステップＳ３）。

続いて制御部２４は運転状態を監視し（ステップＳ４）、当該運転モードに対応する第１の閾値及び第２の閾値との大小関係を比較することにより、遷移条件の成否を判定する（ステップＳ５）。その結果、遷移条件が成立した場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、条件に応じた運転モードへの遷移を実行する（ステップＳ６）。
尚、遷移条件が成立しない場合（ステップＳ５：ＮＯ）、運転モードの遷移は行われず、処理が戻される（ＲＥＴＵＲＮ）。

ここで図９Ａのように第１の運転モードから第２の運転モードへの遷移が行われる場合について具体的に説明すると、制御部２４は第１の閾値関数Ｊ_１２を取得し、燃料噴射量の実測値が当該第１の閾値関数Ｊ_１２に基づいてエンジン回転数の実測値に対応するように選択された閾値を超えた場合に遷移が実行される。このとき、第２の閾値関数Ｊ_２１は第１の閾値関数Ｊ_１２と異なるように設定されているため、ハンチングが生じることはない。一方、図９Ｂのように第２の運転モードから第１の運転モードへの遷移が行われる場合について具体的に説明すると、制御部２４は第２の閾値関数Ｊ_２１を取得し、状態量が当該第２の閾値関数Ｊ_２１に基づいてエンジン回転数の実測値に対応するように選択された閾値を下回った場合に遷移が実行される。このとき、第２の閾値関数Ｊ_２１は第１の閾値関数Ｊ_１２と異なるように設定されているため、ハンチングが生じることはない。

尚、上記実施形態では図９Ａの場合において、状態量が閾値関数Ｊ_１２に基づいてエンジン回転数の実測値に対応するように選択された閾値を超えた状態が予め設定された所定期間以上に亘って継続したときに遷移が実行されるようにしてもよい。このように状態量が閾値関数Ｊ_１２を継続的に超えた状態が継続すると、少なからずハンチングによる揺らぎの影響があるにしても、遷移条件が明確に成立しているとして遷移が実行される。同様に、図９Ｂの場合においても、状態量が閾値関数Ｊ_２１に基づいてエンジン回転数の実測値に対応するように選択された閾値を下回った状態が予め設定された所定期間以上に亘って継続したときに遷移が実行されるようにしてもよい。
尚、この場合に判定に用いられる所定期間は、ハンチングによる揺らぎ周期に比べて十分長く設定されることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態によれば、内燃機関１の運転状態に基づいて複数の運転モードを切り換え制御する際に、運転モード間の切り換えを安定的に実施可能な内燃機関の過給システム及び過給システムの制御方法を提供できる。

本開示は、複数段に亘って過給を行う内燃機関の過給システム及び該過給システムの制御方法に利用可能である。

１過給システム
２内燃機関（エンジン）
４吸気系
６燃焼室
８排気系
１０Ａ高圧側ターボ過給機
１０Ｂ低圧側ターボ過給機
１２Ａ高圧側ターボコンプレッサ
１２Ｂ低圧側ターボコンプレッサ
１３合流地点
１４Ａ高圧側排気タービン
１４Ｂ低圧側排気タービン
１６インタークーラ
１８エアクリーナ
１９マフラー
２０制御装置
２１合流地点
２２状態量検出部
２４制御部

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関の吸気ガスを多段過給可能に構成された複数のターボ過給機と、
前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部と、
前記内燃機関の吸気ガスの吸気流路を切り替え可能に構成された吸気流路切換弁と、
前記内燃機関の排気ガスの排気流路を切り替え可能に構成された排気流路切換弁と、
前記状態量が第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値以上になった場合に前記運転状態に対応するように予め規定された複数の運転モードのうち第１の運転モードから第２の運転モードに遷移し、前記状態量が第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値未満になった場合に前記第２の運転モードから前記第１の運転モードに遷移するように、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御部と
を備え、
前記第１の閾値関数及び第２の閾値関数は互いに異なるように設定されていることを特徴とする内燃機関の過給システム。
前記運転状態は複数の前記状態量により規定されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給システム。
前記複数のターボ過給機は、
第１のターボ過給機と、
前記排気流路において前記第１のターボ過給機の排気タービンより下流側に設けられた排気タービンを有する第２のターボ過給機と
を含むことを特徴とする請求項１又は２項に記載の内燃機関の過給システム。
前記吸気流路は、
外部から前記第１のターボ過給機のターボコンプレッサ及び前記第２のターボ過給機のターボコンプレッサを介して、前記内燃機関に接続される吸気用直列流路と、
前記第１のターボ過給機のターボコンプレッサの出口側を前記第２のターボ過給機のターボコンプレッサの出口側に接続する吸気用バイパス流路と
を備え、
前記排気流路は、
前記内燃機関から前記第２のターボ過給機の排気タービン及び前記第１のターボ過給機の排気タービンを介して外部に至るまでの排気用直列流路と、
前記第２のターボ過給機の排気タービンの入口側と前記第１のターボ過給器のタービンの入口側とを接続する排気用第１バイパス流路と、
前記排気用第１バイパス流路と前記排気用直列流路との下流側の接続ポイントより下流側と前記第２のターボ過給器の排気タービンの出口側とを接続する排気用第２バイパス流路と
を備え、
前記吸気流路切換弁は、前記吸気用バイパス流路に設けられたコンプレッサバイパスバルブであり、
前記排気用切換弁は、
前記排気用第１バイパス流路に設けられた排気流量制御バルブと、
前記排気用第２バイパス流路に設けられたウエストゲートバルブと
を含むことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の過給システム。
前記制御装置は、
前記コンプレッサバイパスバルブ、前記排気流量制御バルブ及び前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御する第１の運転モードと、
前記第１の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記排気流量制御バルブ及び前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御しながら、前記コンプレッサバイパスバルブの開度を制御する第２の運転モードと、
前記第２の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記ウエストゲートバルブを閉状態に制御しながら、前記コンプレッサバイパスバルブ及び前記排気流量制御バルブを開状態に制御する第３の運転モードと、
前記第３の運転モードより前記内燃機関が高回転側において、前記コンプレッサバイパスバルブ及び前記排気流量制御バルブに開状態に制御しながら、前記ウエストゲートバルブの開度を制御する第４の運転モードと
の間を遷移可能に制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の過給システム。
内燃機関と、
前記内燃機関の吸気ガスを多段過給可能に構成された複数のターボ過給機と、
前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出部と、
前記内燃機関の吸気ガスの吸気流路を切り替え可能に構成された吸気流路切換弁と、
前記内燃機関の排気ガスの排気流路を切り替え可能に構成された排気流路切換弁と
を備える過給システムの制御方法であって、
前記状態量検出部によって、前記内燃機関の運転状態に関する状態量を検出する状態量検出工程と、
前記状態量が第１の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値以上になった場合に前記運転状態に対応するように予め規定された複数の運転モードのうち第１の運転モードから第２の運転モードに遷移し、前記状態量が第２の閾値関数に基づいて前記状態量に対応して選択される閾値未満になった場合に前記第２の運転モードから前記第１の運転モードに遷移するように、前記吸気流路切換弁及び前記排気流路切替弁の少なくとも一方を制御する制御工程と
を備え、
前記第１の閾値関数及び第２の閾値関数は互いに異なるように設定されていることを特徴とする過給システムの制御方法。