WO2020246105A1 - 過給システム - Google Patents

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WO2020246105A1
WO2020246105A1 PCT/JP2020/011436 JP2020011436W WO2020246105A1 WO 2020246105 A1 WO2020246105 A1 WO 2020246105A1 JP 2020011436 W JP2020011436 W JP 2020011436W WO 2020246105 A1 WO2020246105 A1 WO 2020246105A1
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WO
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exhaust
pressure
variable nozzle
opening degree
supercharger
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/011436
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
昌幸 楠
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社豊田自動織機 filed Critical 株式会社豊田自動織機
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/007—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust with exhaust-driven pumps arranged in parallel, e.g. at least one pump supplying alternatively
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/22—Control of the pumps by varying cross-section of exhaust passages or air passages, e.g. by throttling turbine inlets or outlets or by varying effective number of guide conduits
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • This disclosure relates to a supercharging system, and particularly to a supercharging system having a plurality of superchargers connected in parallel.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-51619 (hereinafter referred to as "Patent Document 1"). reference).
  • a nozzle vane (variable) is used to increase the driving force of the turbine by assisting the drive of the compressor with an electric motor when there is a discrepancy between the target boost pressure and the actual boost pressure. The nozzle mechanism) was avoided from being opened suddenly, and the sudden fluctuation of the exhaust pressure of the exhaust manifold was suppressed.
  • Patent Document 1 If the technique of Patent Document 1 is used, it is conceivable that even in a parallel sequential turbo, a sudden fluctuation in the exhaust pressure of the exhaust manifold can be suppressed.
  • the supercharger is provided with an electric motor having an additional configuration as in Patent Document 1, it is necessary to increase the cost for providing the electric motor and to secure a space for mounting the electric motor. Or, the weight of the vehicle increases due to the weight of the electric motor. Further, if the exhaust pressure of the exhaust manifold becomes too high, each part of the engine may be damaged.
  • This disclosure is made to solve the above-mentioned problems, and the purpose of the disclosure is to reduce the pressure of the exhaust of the exhaust manifold in a supercharging system including a supercharger in parallel without providing an additional configuration. It is to provide a supercharging system that can prevent it from rising too high.
  • the supercharging system 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.
  • the second supercharger that supercharges the intake air to the engine, the single supercharge mode in which the supercharged air is supplied to the engine in the first supercharger, and the supercharged air in the first supercharger.
  • 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 is provided.
  • the control device supplies the air supercharged by the second supercharger to the first supercharger while supplying exhaust to the second supercharger before switching from the single supercharge mode to the twin supercharge mode.
  • Switch to the run-up operation mode, and at the start of the run-up operation mode use the estimation formula that estimates the exhaust pressure of the exhaust manifold from the opening of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, and use the exhaust pressure of the exhaust manifold.
  • the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism is specified so that the value does not exceed the limit value, and the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism is set to the specified opening degree. Control to be.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a schematic configuration of an engine 1 in this embodiment.
  • the engine 1 is mounted on the vehicle, for example, as a drive source for traveling.
  • 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.
  • the engine 1 includes banks 10A and 10B, an air cleaner 20, an intercooler 25, intake manifolds 28A and 28B, a primary supercharger 30, a secondary supercharger 40, and an exhaust manifold 50A and 50B (hereinafter referred to as "exhaust manifold”). Also referred to as), an exhaust treatment device 81, and a control device 200.
  • the engine 1 further includes an exhaust gas recirculation device (EGR device) including an EGR (Exhaust Gas Recirculation) cooler 71 and an EGR valve 72.
  • EGR device exhaust gas recirculation device
  • 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.
  • Injectors (not shown) are provided in 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 rotation speed NE, the intake air amount Ga, the accelerator pedal depression amount, the vehicle speed, and the like.
  • each cylinder 12A and 12B are connected to a common crankshaft (not shown) via a connecting rod.
  • a connecting rod When fuel burns in each cylinder 12A and 12B in a predetermined order, the piston slides in each cylinder 12A and 12B, and the vertical movement of the piston is converted into the rotational movement of the crankshaft via the connecting rod. ..
  • the primary supercharger 30 is a turbocharger including a compressor 31 and a turbine 32.
  • the compressor 31 of the primary supercharger 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 supercharger 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).
  • the compressor wheel 33 is rotatably stored 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.
  • 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 a plurality of nozzle vanes (not shown) that guide the exhaust gas supplied from the exhaust inlet to the turbine wheel 34, and each of the plurality of nozzle vanes. 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 a drive device in response to the control signal VN1 from the control device 200, for example.
  • the secondary supercharger 40 is a turbocharger including a compressor 41 and a turbine 42.
  • 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 supercharger 40 is provided in parallel with the turbine 32 in the exhaust passage of the engine 1.
  • the compressor wheel 43 is rotatably stored 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.
  • variable nozzle mechanism 45 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, for example, rotating the nozzle vane using a drive device in response to the control signal VN2 from the control device 200.
  • 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 branches and is connected to one end of the intake pipe 21 and one end of the intake pipe 22.
  • the other end of the intake pipe 21 is connected to the intake inlet of the compressor 31 of the primary supercharger 30.
  • One end of the intake pipe 37 is connected to the intake outlet of the compressor 31 of the primary supercharger 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.
  • the other end of the intake pipe 22 is connected to the intake inlet of the compressor 41 of the secondary supercharger 40.
  • One end of the intake pipe 47 is connected to the intake outlet of the compressor 41 of the secondary supercharger 40.
  • the other end of the intake pipe 47 is connected to a connecting 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.
  • 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 in response to the control signal CV1 from the control device 200.
  • VSV negative pressure switching valve
  • 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 reflux 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 supercharger 30. The air that has returned to the intake pipe 21 through the return pipe 48 is supplied to the compressor 31.
  • 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) that is ON (open) / OFF (closed) controlled according to the control signal CV2 from the control device 200.
  • 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 airs merge at the connection portion C3 and flow into the intercooler 25.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 exhaust manifolds 50A and 50B, exhaust pipes 51A and 51B, connection portions C1, exhaust pipes 52A, 52B, 53A and 53B, and connection portions 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.
  • 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.
  • 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.
  • a Normalion VSV negative pressure switching valve
  • 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.
  • One end of the return path 73 of the exhaust gas recirculation device is connected to the confluence of the exhaust pipe 51A and the exhaust pipe 51B.
  • the other end of the return path 73 is connected to the EGR cooler 71.
  • the EGR cooler 71 is configured to cool the inflowing exhaust gas.
  • the EGR cooler 71 is, for example, an air-cooled or water-cooled heat exchanger.
  • One end of the return path 74 is connected to the outlet of the EGR cooler 71 via the EGR valve 72.
  • the EGR valve 72 is a flow rate adjusting valve that adjusts the opening degree according to the control signal CV4 from the control device 200.
  • the other end of the return path 74 is connected to the confluence of the intake pipe 27A and the intake pipe 27B.
  • 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, a temperature sensor 114, a third pressure sensor 118, etc.
  • 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, EGR valve 72, etc.
  • the control device 200 controls various devices so that the engine 1 is in a desired operating state based on signals from each sensor and device, as well as maps and programs stored in the memory. Note that various controls are not limited to software processing, but can also be processed by dedicated hardware (electronic circuits). Further, the control device 200 has a built-in timer circuit (not shown) for measuring the time.
  • the air flow meter 102 detects the intake air amount Ga.
  • the air flow meter 102 transmits a signal indicating the detected intake air amount Ga to the control device 200.
  • 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.
  • 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.
  • the third pressure sensor 118 detects the pressure in the intake manifolds 28A and 28B (hereinafter, referred to as the intake manifold pressure Pim). The third pressure sensor 118 transmits a signal indicating the intake manifold pressure Pim to the control device 200.
  • the temperature sensor 114 detects the pressure (hereinafter referred to as the exhaust manifold gas temperature T4) in the exhaust manifold 50 (typically, the exhaust manifold 50B). The temperature sensor 114 transmits a signal indicating the exhaust manifold temperature T4 to the control device 200.
  • the pressure hereinafter referred to as the exhaust manifold gas temperature T4
  • the temperature sensor 114 transmits a signal indicating the exhaust manifold temperature T4 to the control device 200.
  • the "supercharging system” is configured by the primary supercharger 30, the secondary supercharger 40, and the control device 200.
  • 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 mode 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 raised to a certain level or more from the single supercharging mode. After that, the supercharging mode is switched to the twin 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 rotation speed NE and the intake air amount Ga is a low load operating state.
  • the control device 200 closes (off state) the first control valve 62, the second control valve 64, and the third control valve 66.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the single supercharging mode.
  • the exhaust gas flowing through the exhaust manifolds 50A and 50B flows to the turbine 32 of the primary supercharger 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 as the turbine wheel 34 rotates.
  • 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.
  • 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.
  • 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 closes the first control valve 62 (off state).
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the approach mode.
  • 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 through both 32 and 42, and flows to the exhaust treatment device 81 via the exhaust pipes 53A and 53B.
  • the turbine wheel 34 rotates due to the exhaust supplied to the turbine 32, and the compressor wheel 33 rotates as the turbine wheel 34 rotates.
  • the exhaust supplied to the turbine 42 rotates the turbine wheel 44, and the compressor wheel 43 rotates as the turbine wheel 44 rotates.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • the pressure of the intake air discharged from the compressor 41 of the secondary supercharger 40 increases.
  • 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 approach 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).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the supercharging system in the twin supercharging 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.
  • the intake air discharged from the compressor 41 of the secondary supercharger 40 flows from the intake pipe 47 to the intercooler 25 via the intake pipe 37.
  • the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode.
  • the exhaust manifold is switched to the run-up mode in which air is supplied to the primary supercharger 30, and the exhaust manifold 50A and 50B are estimated by a common estimation formula for estimating the exhaust pressure P4 in the single supercharging mode, the twin supercharging mode and the run-up mode.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is calculated, and the engine is controlled using the calculated exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B. Thereby, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated in the supercharging system including the supercharger in parallel.
  • turbochargers having a turbine and a compressor are equipped with an electric motor for assisting the driving force of the compressor by the turbine.
  • the drive of the compressor is assisted by the electric motor, so that the nozzle vane is suddenly increased in order to increase the driving force of the turbine. It was designed to suppress sudden fluctuations in the exhaust pressure of the exhaust manifold by avoiding opening it.
  • the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode.
  • the run-up mode is switched to supply air to the primary supercharger 30, and at the start of the run-up mode, the exhaust manifold 50A is opened from the opening of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40.
  • the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are specified and variable so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value.
  • the opening degree of each of the nozzle mechanisms 35 and 45 is controlled so as to have a specified opening degree. Thereby, in the supercharging system including the supercharger in parallel, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be prevented from becoming too high without providing an additional configuration.
  • FIG. 5 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine 1 in the single supercharging mode.
  • the exhaust gas discharged from the engine 1 through the exhaust manifolds 50 (50A, 50B) is on the side of the primary supercharger 30 and the side of the exhaust gas recirculation device. It branches into and flows.
  • the state of the nozzle can be expressed by the nozzle formula shown in the mathematical formula (1) by the energy conservation law, the momentum conservation law, and the equation of state.
  • ⁇ A effective opening area
  • Pus nozzle upstream pressure
  • Pds nozzle downstream pressure
  • Tus nozzle upstream temperature
  • R gas constant.
  • ⁇ function included in the mathematical formula (1) is a function indicating the characteristics of the ease of flow of the nozzle, and is represented by the following mathematical formula (2).
  • ⁇ Specific heat ratio of exhaust gas.
  • FIG. 6 is a diagram showing that the ⁇ function can be approximated to a straight line.
  • the ⁇ function of the equation (2) can be approximated to a straight line as shown by the equation (3), depending on the approximate value of Pds / Pus. It should be noted that a and b: constants.
  • the flow rate mout per unit time of the exhaust flowing out from the exhaust manifold 50 is the flow rate Gcyl per unit time of the air flowing into the cylinders 12A and 12B and the fuel per unit time to the cylinders 12A and 12B. Is the sum of the injection amount and Gf. That is, the following mathematical formula (4) is obtained.
  • the flow rate mout per unit time of the exhaust flowing out from the exhaust manifold 50 flows to the side of the exhaust recirculation device and the flow rate mVN per unit time of the exhaust flowing to the side of the primary supercharger 30 according to the mass preservation law. It is the sum of the flow rate mEGR per unit time of exhaust gas. That is, the following mathematical formula (5) is obtained.
  • ⁇ AEGR effective opening area of EGR valve 72
  • P4 exhaust pressure of exhaust manifold
  • T4 exhaust temperature of exhaust manifolds 50A and 50B
  • Pim intake pressure of intake manifold
  • a, b constant.
  • the effective opening area ⁇ AEGR of the EGR valve 72 can be specified by using a two-dimensional map showing the relationship between the actual opening of the EGR valve 72 and the effective opening area ⁇ AEGR for each gas amount mEGR passing through the EGR valve 72. This two-dimensional map is stored in advance in the ROM of the control device 200.
  • ⁇ AVN effective opening area of variable nozzle mechanism 35
  • P6 pressure after turbine
  • c constant
  • the effective opening area ⁇ AVN of the variable nozzle mechanism 35 shall be specified by using a two-dimensional map showing the relationship between the actual opening of the variable nozzle mechanism 35 and the effective opening area ⁇ AVN for each amount of gas mVN passing through the variable nozzle mechanism 35. Can be done. This two-dimensional map is stored in advance in the ROM of the control device 200.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold 50 can be calculated using the estimation formula of the formula (8).
  • ⁇ AEGR and ⁇ AVN can be specified by the above-mentioned method.
  • Gcyl is an estimated cylinder inflow gas amount that can be calculated by using, for example, the boost pressure and the rotation speed of the engine 1 as arguments, and can be basically calculated using the relationship obtained by the experiment.
  • Gf can be specified by a known method from the rotation speed of the engine 1, the injection amount of fuel, and the like.
  • T4 and Pim can be identified by signals from the temperature sensor 114 and the third pressure sensor 118, respectively.
  • the post-turbine pressure P6 can be estimated from a pre-specified correlation with atmospheric pressure. Although the post-turbine pressure P6 is an estimated value here, the pressure P6 is not limited to this and may be detected by a pressure sensor.
  • FIG. 7 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine 1 in the approach mode.
  • the exhaust gas discharged from the engine 1 through the exhaust manifolds 50 (50A, 50B) is directed to the primary supercharger 30 side and the exhaust gas recirculation device side. In addition, it branches to the side of the secondary supercharger 40 and flows.
  • the nozzle type for the exhaust flowing to the EGR valve 72 on the side of the exhaust gas recirculation device is the same as the above-mentioned formula (6).
  • the exhaust gas flowing through the variable nozzle mechanism 35 of the turbine 32 on the side of the primary turbocharger 30 and the exhaust gas flowing through the variable nozzle mechanism 45 of the turbine 42 on the side of the secondary turbocharger 40 If the nozzle formula is specified for each of the above, the following formulas (9) and (10) are obtained. It should be noted that ⁇ AVN1, ⁇ AVN2: effective aperture areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45, c, d, e, f: constants.
  • the flow rate mout per unit time of the exhaust gas flowing out from the exhaust manifold 50 is determined by the flow rate mVN1 per unit time of the exhaust gas flowing to the primary supercharger 30 side and the secondary supercharger 40 side according to the mass preservation law. It is the sum of the flow rate mVN2 per unit time of the flowing exhaust gas and the flow rate mEGR per unit time of the exhaust gas flowing to the side of the exhaust gas recirculation device. That is, the following mathematical formula (11) is obtained.
  • the effective opening area ⁇ AEGR of the EGR valve 72 can be specified in the same manner as in the single supercharging mode.
  • FIG. 8 is a diagram showing an outline of the flow of exhaust gas to the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40.
  • the gas amounts mWN1 and mVN2 passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45, respectively, cannot be specified. Therefore, the effective opening areas ⁇ AVN1 and ⁇ AVN2 of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 cannot be specified.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the opening area ratio of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each of them.
  • the plot shows the experimental results.
  • the opening area ratio of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 (opening area of the variable nozzle mechanism 35 / opening area of the variable nozzle mechanism 45) has a range of use normally used. In this registered area, the opening area ratios of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each (mVN1 / mVN2) are shown in FIG. It can be approximated to a proportional relationship.
  • the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 and their respective openings have a one-to-one relationship. Therefore, since the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified, the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified. Therefore, the ratio of the amount of gas passing through each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified from the opening area ratio. As a result, since the total amount of gas passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified, the respective gas amounts mVN1 and mVN2 can be specified, and from the gas amounts mVN1 and mVN2 and the actual opening of the variable nozzle mechanisms 35 and 45. , Effective opening area ⁇ AVN1 and ⁇ AVN2 can be specified. As a result, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated using the mathematical formula (12).
  • FIG. 10 is a diagram showing an outline of the exhaust flow of the engine in the twin supercharging mode.
  • the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 are the same.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated using the mathematical formula (12).
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approach mode can be estimated by using the common mathematical formula (12). Therefore, in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is increased without using different estimation formulas and without adding parts such as special sensors. It can be estimated accurately. Then, in the control of the engine 1, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be used.
  • a common two-dimensional map showing the relationship between the actual opening degree of the EGR valve 72 and the effective opening area ⁇ AEGR for each gas amount mEGR passing through the EGR valve 72 is provided. Can be used. Therefore, it is possible to reduce the man-hours for preparing the two-dimensional map for the EGR valve 72 for each of the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode.
  • the twin supercharging mode in the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode, the relationship between the actual opening degree of the variable nozzle mechanism 35, 45 for each gas amount mVN passing through the variable nozzle mechanism 35, 45 and the effective opening area ⁇ AVN is shown.
  • a common 2D map can be used. Therefore, it is possible to reduce the man-hours for preparing the two-dimensional maps for the variable nozzle mechanisms 35 and 45 for each of the single supercharging mode, the twin supercharging mode, and the approaching mode.
  • the estimation accuracy of the pumping loss can be improved, so that the accuracy of the correction of the fuel injection amount for eliminating the step in the torque generated by the engine 1 due to the change in the pumping loss is improved.
  • drivability can be improved not only in the single supercharging mode but also in the twin supercharging mode and the approaching mode.
  • the engine 1 is a V-type engine having two banks or a horizontally opposed engine.
  • the present invention is not limited to this, and other types of engines such as an in-line engine may be used.
  • an exhaust gas recirculation device is provided.
  • the present invention is not limited to this, and the exhaust gas recirculation device may not be provided.
  • the terms related to the exhaust gas recirculation device such as the formula (12) are deleted.
  • the pressure P4 in the approach mode is estimated from the physical state of each part before entering the approach mode by using the estimation formula of the pressure P4, and the pressure P4 is restricted.
  • a method of calculating the opening degree of the variable nozzle mechanism 35 that can prevent the value from being exceeded will be described.
  • FIG. 11 is a diagram showing an outline of a method of calculating the opening degree of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value.
  • a provisional value is set as the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30.
  • the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 and their respective openings have a one-to-one relationship.
  • the ratio of the opening areas of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 of the primary supercharger 30 and the secondary supercharger 40 and the ratio of the amount of gas passing through each have a proportional relationship from FIG. Can be approximated.
  • the ratio of the amount of gas passing through each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be specified from the VN opening degree.
  • the total value of the amount of gas passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 at this time is the value of the amount of gas passing through the variable nozzle mechanism 35 immediately before the approach mode switching.
  • the gas amounts G4_1st and G4_2nd passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 can be calculated.
  • the effective opening area ⁇ AVN1 can be specified by using the two-dimensional map showing.
  • the actual opening degree and the effective opening area ⁇ AVN of the variable nozzle mechanism 45 for each gas amount mVN passing through the variable nozzle mechanism 45 can be specified by using a two-dimensional map showing the relationship with.
  • the estimated value of P4 can be calculated by substituting ⁇ AVN1 and ⁇ AVN2, and other sensor values and estimated values into the estimation formula of the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B shown in the mathematical formula (12).
  • the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30 is changed to the open side, and the estimated value of P4 is calculated again.
  • the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 which is closer to the criterion and less than the criterion is found, and the command value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 in the approach mode is set, so that the approach mode is in progress. P4 is controlled.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the flow of the run-up VN opening degree calculation process in this embodiment. This run-up VN opening degree calculation process is called and executed at predetermined intervals from the higher-level process.
  • the control device 200 determines whether or not the supercharging mode flag has been changed from the value indicating the single supercharging mode to the value indicating the approaching mode (step S111). If it is determined that the change has not been made (NO in step S111), the control device 200 returns the process to be executed to the process higher than the caller of this process.
  • the control device 200 determines the intake manifold pressure Pim, the turbine rear pressure P6, and each cylinder.
  • the flow rate Gcyl of the air flowing into the 12A and 12B per unit time and the fuel injection amount Gf per unit time of the cylinders 12A and 12B are specified (step S112).
  • the provisional value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 is set as the base opening degree (step S113).
  • the base opening is the optimum opening determined by the work and efficiency of the turbine. On the closed side from this opening, the boost pressure step deteriorates and the performance deteriorates. Therefore, the upper limit opening of the VN opening in the approach mode is considered as the base opening.
  • control device 200 calculates the gas amounts G4_1st and G4_2nd passing through the variable nozzle mechanisms 35 and 45 by the method described with reference to FIG. 11 (step S114), and the exhaust manifolds 50A and 50B shown in the mathematical formula (12).
  • the estimated pressure P4 is calculated using the estimation formula of the exhaust pressure P4 (step S115).
  • control device 200 determines whether or not the calculation of the pressure P4 in step S115 is the specified time (step S121). If it is determined that it is not the specified time (NO in step S121), the control device 200 determines whether or not the calculation of the pressure P4 in step S115 is the first time (step S122).
  • step S122 When it is determined that the calculation of the pressure P4 is the first time (YES in step S122), the control device 200 determines whether or not the estimated P4 is less than the constraint value of P4 (step S123). When it is determined that the calculation of the pressure P4 is not the first time (NO in step S122), and when it is determined that the estimated P4 is equal to or greater than the constraint value of P4 (YES in step S123), the control device 200 determines the primary supercharging. The temporary value of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the machine 30 is updated (step S124), and the processing from step S114 is repeated.
  • Table 1 is an example for explaining the update of the VN temporary value.
  • the VN opening is set to the most open side (40%).
  • the VN opening degree is set to the value between the calculation of P4 two times before and the calculation of P4 last time (center in this embodiment).
  • the estimated pressure P4 corresponding to the VN opening of the previous time, the previous VN opening, and the current VN opening are supported.
  • a constraint value (400 kPa in this embodiment) is included between the estimated pressure and P4
  • the value between the VN opening before the previous time and the VN opening this time (center in this embodiment) is set.
  • the next VN opening degree, and a constraint value (400 kPa in this embodiment) is included between the estimated pressure P4 corresponding to the previous VN opening degree and the estimated pressure P4 corresponding to the current VN opening degree. If so, the value between the previous VN opening degree and the current VN opening degree (center in this embodiment) is defined as the next VN opening degree.
  • the VN opening degree at the time of the calculation of P4 two times before is 80% and the VN opening degree at the time of the calculation of P4 last time is 40%
  • the estimated P4 430 kPa for the VN opening 80% two times before
  • the estimated P4 280 kPa for the previous VN opening 40%
  • the estimated P4 310 kPa for the current VN opening 60%, so the constraint value.
  • the difference between the VN opening at the time of the 7th P4 calculation and the VN opening at the time of the 8th P4 calculation becomes less than 1.00%.
  • the difference in VN opening degree is less than 1.00%, it is considered that the difference in estimated P4 is not so much, and 8 times is set as the specified time.
  • the estimated P4 is calculated in step S115 with respect to the updated temporary value of the VN opening degree.
  • Control when it is determined that the calculation of the pressure P4 is the specified time (YES in step S121), and when it is determined that the calculation is the first time and the estimated P4 is less than the constraint value of P4 (YES in step S123).
  • the device 200 sets the command opening degree of the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 in the approach mode as a temporary value used in the calculation at that time (step S125). After that, the control device 200 returns the process to be executed to a process higher than the caller of this process.
  • control device 200 controls the opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 so as to have the calculated command opening degree.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be increased as much as possible within the range where the constraint value is not exceeded. Therefore, as shown by the mathematical formula (13), the turbine work increases, the compressor work increases, and the decrease in the boost pressure Pp of the primary supercharger 30 can be suppressed.
  • the step of the VN opening becomes smaller, and it is possible to calculate to the required accuracy in which the VN opening can be controlled. Moreover, it is possible to calculate the estimated P4 that is closer to the constraint value of P4 and less than the constraint value.
  • the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 is feed-forward (F / F) controlled by using the estimated P4 calculated from the physical quantity in the single supercharging mode immediately before the approach mode.
  • the third control valve 66 is opened, and the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be controlled when the approach mode in which the flow rate of the exhaust gas to the turbine 42 of the secondary supercharger 40 increases is entered.
  • the boost pressure step at the time of switching to the approach mode can be minimized regardless of the operation. Can be done. Therefore, the boost pressure step can be reduced without adding parts such as a special sensor, and the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be prevented from exceeding the constraint value. In addition, drivability can be improved, and reliability of control of the engine 1 can be ensured.
  • the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 is set to the fixed opening degree on the most closed side.
  • the present invention is not limited to this, and the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 may be a fixed opening degree different from the most closed side, or the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 may be set. It may be calculated in the same manner as the opening degree.
  • the optimum pressure of the exhaust gas of the exhaust manifolds 50A and 50B and the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 corresponding to the optimum pressure are used by the optimization method described with reference to FIGS. 11 and 12.
  • the optimum VN opening degree of is calculated.
  • the present invention is not limited to this, and the optimum pressure of the exhaust manifolds 50A and 50B and the optimum VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 may be optimized by other methods.
  • 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.
  • the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. It is shown by the formula (12) for estimating the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B in the single supercharging mode, the twin supercharging mode and the approach mode by switching to the approach mode in which the generated air is supplied to the primary supercharger 30.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B is calculated using a common estimation formula, and the engine is controlled using the calculated exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B. Thereby, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated in the supercharging system including the supercharger in parallel.
  • the control device 200 calculates the exhaust pressure P6 merged after the turbine 32 of the primary supercharger 30 and the turbine 42 of the secondary supercharger 40. Substituting into the estimation formula shown in (12), the exhaust pressure P4 of the exhaust turbines 50A and 50B is calculated. Thereby, the pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be calculated from the identifiable post-turbine pressure P6.
  • an exhaust gas recirculation device having return paths 73 and 74 for returning a part of the exhaust gas of the engine 1 as the intake air of the engine 1 is further provided.
  • the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be estimated even when the exhaust recirculation device capable of improving the efficiency of the engine 1 is provided.
  • the exhaust pressure P6 and the return path merged after the turbine 32 of the primary supercharger 30 and the turbine 42 of the secondary supercharger 40.
  • the exhaust pressure Pim of the exhaust manifolds 73 and 74 is calculated by substituting the exhaust pressure Pim of 73 and 74 into the estimation formula shown by the equation (12).
  • the pressures P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B can be calculated from the identifiable post-turbine pressure P6 and the exhaust pressure Pim of the return passages 73 and 74 of the exhaust gas recirculation device.
  • the exhaust gas recirculation device includes an EGR valve 72 provided in the return passages 73 and 74 to adjust the amount of exhaust gas returned.
  • the estimation formula shown by the mathematical formula (12) is the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30, the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40, and the EGR valve 72. It is constructed from the nozzle formulas and mass conservation rules of formulas (9), formulas (10) and formulas (6) for each.
  • the control device 200 has an opening area ratio (variable nozzle mechanism) of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40. From the opening area of 35 / opening area of the variable nozzle mechanism 45), the ratio of the exhaust flow rate (mVN1 / mVN2) distributed to each of the variable nozzle mechanism 35 and the variable nozzle mechanism 45 is specified, and the exhaust flow rate discharged from the engine. , And the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism from the ratio of the exhaust flow rate distributed to each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism (mVN1 / mVN2).
  • mVN1 and mVN2 are specified, and the exhaust flow rate mVN1 and mVN2 distributed to each of the specified first variable nozzle mechanism and second variable nozzle mechanism, and the opening degree of each of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism.
  • the effective opening areas ⁇ AVN1 and ⁇ AVN2 of the first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism are specified, and the effective opening areas ⁇ AVN1 and ⁇ AVN2 of the specified first variable nozzle mechanism and the second variable nozzle mechanism, respectively, are calculated by the mathematical formula (12). Substituting into the estimation formula shown, the exhaust pressure P4 of the exhaust manifold is calculated.
  • 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.
  • the control device 200 is supercharged by the secondary supercharger 40 while supplying exhaust to the secondary supercharger 40 before switching from the single supercharging mode to the twin supercharging mode. It is switched to the approach mode in which the generated air is supplied to the primary supercharger 30, and at the start of the approach mode, the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 are exhausted from their respective openings. Using an estimation formula that estimates the exhaust pressure P4 of the manifolds 50A and 50B, the opening degrees of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 are specified so that the exhaust pressure P4 of the exhaust manifolds 50A and 50B does not exceed the constraint value.
  • the opening degree of each of the variable nozzle mechanisms 35 and 45 is controlled so as to have a specified opening degree.
  • control device 200 specifies the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 45 of the secondary supercharger 40 as the opening degree on the most closed side among the controllable opening degree. This makes it easier to calculate the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary turbocharger 30.
  • the control device 200 includes the first opening degree of the variable nozzle mechanism 35 of the primary supercharger 30 and the second opening degree on the opening side of the first opening degree.
  • the first pressure, the second pressure, and the third pressure which are the pressures of the exhausts of the exhaust manifolds 50A and 50B corresponding to the third opening between the first opening and the second opening, are calculated, and the first pressure is calculated. If a limit value is included between the pressure and the third pressure, the third opening corresponding to the third pressure is changed to a new second opening, and the limit is set between the third pressure and the second pressure.
  • the third opening corresponding to the third pressure is changed to a new first opening, the difference between the first opening and the third opening, and the third opening and the second opening.
  • the opening degree corresponding to the largest pressure among the first pressure, the second pressure, and the third pressure when the difference between the pressure and the pressure is less than the predetermined value is specified as the VN opening degree of the variable nozzle mechanism 35. To do. Thereby, the optimum VN opening degree can be efficiently specified.

Abstract

過給システムは、排気で駆動されるタービンとタービンへの排気の流速を調整する可変ノズル機構とをそれぞれ含み吸気を過給するプライマリ，セカンダリ過給機と、プライマリ過給機での過給空気がエンジンに供給されるシングル過給モードと、プライマリ，セカンダリ過給機での過給空気がエンジンに供給されるツイン過給モードとの一方から他方に切替える制御装置とを備える。制御装置は、ツイン過給モードに切替える前に、セカンダリ過給機に排気を供給しつつセカンダリ過給機で過給された空気をプライマリ過給機に供給する助走モードに切替え、その開始時に両可変ノズル機構の開度から圧力Ｐ４を推定する推定式を用いて、圧力Ｐ４が制約値を超えないように、両開度を特定し、特定した開度となるよう制御する（Ｓ１１２～１２５）。

Description

過給システム
　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、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（たとえば、特開２００７－５１６１９号公報（以下「特許文献１」という）参照）。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（可変ノズル機構）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。
特開２００７－５１６１９号公報
　特許文献１の技術を用いれば、パラレルシーケンシャルターボにおいても、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、特許文献１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。
　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、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールドの排気の圧力が高まり過ぎないように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、助走運転モードの開始時に、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排気マニホールドの排気の圧力を推定する推定式を用いて、排気マニホールドの排気の圧力が制限値を超えないように、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を特定し、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を、特定した開度となるよう制御する。
　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、付加的な構成を設けることなく、排気マニホールドの排気の圧力が高まり過ぎないように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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　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請求の範囲によって示され、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、
    　　前記助走運転モードの開始時に、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構それぞれの開度から排気マニホールドの排気の圧力を推定する推定式を用いて、前記排気マニホールドの排気の圧力が制限値を超えないように、前記第１可変ノズル機構および前記第２可変ノズル機構それぞれの開度を特定し、
    　　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を、特定した開度となるよう制御する、過給システム。
  2. 　前記制御装置は、前記第２可変ノズル機構の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、請求項１に記載の過給システム。
  3. 　前記制御装置は、
    　　前記第１可変ノズル機構の第１開度と前記第１開度より開き側の第２開度と前記第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前記排気マニホールド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、
    　　前記第１圧力と前記第３圧力との間に前記制限値が含まれる場合、当該第３圧力に対応する前記第３開度を新たな第２開度に変更し、
    　　前記第３圧力と前記第２圧力との間に前記制限値が含まれる場合、当該第３圧力に対応する前記第３開度を新たな第１開度に変更し、
    　　前記第１開度と前記第３開度との差および前記第３開度と前記第２開度との差が所定値未満となったときの前記第１圧力、前記第２圧力および前記第３圧力のうち前記制限値を超えず最も大きい圧力に対応する開度を、前記第１可変ノズル機構の開度として特定する、請求項１に記載の過給システム。
  4. 　前記推定式は、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であり、
    　前記制御装置は、
    　　前記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する、請求項１に記載の過給システム。
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