(57)【要約】【課題】様々な内燃機関の運転状態に応じて排気の浄化率及び燃費を向上することができる過給制御システム及びその制御方法を提供する。【解決手段】多段過給と単段過給とを切り替え可能なシステムであって、排気通路５に排気浄化装置１６を備えて構成される内燃機関の過給制御システム１において、過給制御システム１を制御する制御装置３６が複数のマップを有し、排気Ｇの温度Ｔが予め設定された閾値Ｔ１以下になる場合に、複数のマップのうち単段過給用のマップ３６ａを選択し、排気Ｇの温度Ｔが閾値Ｔ１よりも高くなる場合に、複数のマップのうち単段過給用のマップ３６ａとは異なる多段過給用のマップ３６ｂを選択する制御を行う。【選択図】図６
2020051280.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多段過給と単段過給とを切り替え可能なシステムであって、排気通路に排気浄化装置を備えて構成される内燃機関の過給制御システムにおいて、
前記過給制御システムを制御する制御装置が複数のマップを有し、排気の温度が予め設定された閾値以下になる場合に、前記複数のマップのうち単段過給用のマップを選択し、前記排気の温度が前記閾値よりも高くなる場合に、前記複数のマップのうち前記単段過給用のマップとは異なる多段過給用のマップを選択する制御を行う構成にしたことを特徴とする過給制御システム。
【請求項２】
前記多段過給を２段過給として、前記２段過給に関して、低圧段側のタービンをバイパスするタービン用バイパス弁付きのタービン用バイパス通路と、低圧段側のコンプレッサをバイパスするコンプレッサ用バイパス弁付きのコンプレッサ用バイパス通路を備えて、
前記制御装置が、前記排気の温度が前記閾値以下になる場合に前記タービン用バイパス弁及び前記コンプレッサ用バイパス弁を開状態にし、前記排気の温度が前記閾値よりも高くなる場合に前記タービン用バイパス弁及び前記コンプレッサ用バイパス弁を閉状態にする制御を行う構成にしたことを特徴とする請求項１に記載の過給制御システム。
【請求項３】
前記２段過給に関して高圧段側のタービンを可変容量型のタービンとして構成し、
前記内燃機関のＥＧＲ通路にＥＧＲバルブを備えるとともに、前記制御装置に接続されて前記内燃機関の出力に関するパラメータを取得する出力パラメータ取得装置を備え、
前記制御装置が、前記出力パラメータ取得装置が取得した前記内燃機関の出力が予め設定された高負荷領域になる場合に、前記タービン用バイパス弁及び前記コンプレッサ用バイパス弁を閉状態にするとともに前記多段過給用のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度及び前記高圧段側のタービンの容量を調節する制御を行い、前記内燃機関の出力が前記高負荷領域以外になる場合に、前記タービン用バイパス弁及び前記コンプレッサ用バイパス弁を開状態にするとともに前記単段過給用のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度及び前記高圧段側のタービンの容量を調節する制御を行う構成にした請求項２に記載の過給制御システム。
【請求項４】
前記排気の温度を、前記排気浄化装置を通過する排気の温度を直接的に検知又は間接的に予測する温度取得装置により取得される温度とし、
前記制御装置が、前記温度取得装置が検知した排気の温度が前記閾値よりも高くなるが、前記温度取得装置が予測した排気の温度が前記閾値以下になる場合に、前記タービン用バイパス弁及び前記コンプレッサ用バイパス弁を開状態にするとともに前記単段過給用のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度及び前記高圧段側のタービンの容量を調節する制御を行う構成にしたことを特徴とする請求項３に記載の過給制御システム。
【請求項５】
前記内燃機関を備えた車両が減速状態にあるときに、前記排気の温度が前記閾値以下になると前記温度取得装置により予測する構成にしたことを特徴とする請求項４に記載の過給制御システム。
【請求項６】
前記排気浄化装置の下流の排気の窒素酸化物の含有量を取得する含有量取得装置と、前記内燃機関への吸入に関するパラメータを取得する吸入パラメータ取得装置と、を備え、
前記単段過給用のマップが、前記出力パラメータ取得装置が取得した前記内燃機関の出力に基づいた前記ＥＧＲバルブの目標開度及び前記高圧段側のタービンの目標容量が設定される単段用初期設定のマップと、前記単段用初期設定のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度及び前記高圧段側のタービンの容量が調節された後に前記含有量取得装置が取得した排気の窒素酸化物の含有量に基づいた前記ＥＧＲバルブの目標開度が設定される単段用含有量設定のマップと、前記単段用含有量設定のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度が調節された後に前記吸入パラメータ取得装置が取得した前記吸入に関するパラメータに基づいた前記高圧段側のタービンの目標容量が設定される単段用吸入設定のマップと、を有し、
前記多段過給用のマップが、前記出力パラメータ取得装置が取得した前記内燃機関の出力に基づいた前記ＥＧＲバルブの目標開度及び前記高圧段側のタービンの目標容量が設定される多段用初期設定のマップと、前記多段用初期設定のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度及び前記高圧段側のタービンの容量が調節された後に前記含有量取得装置が取得した排気の窒素酸化物の含有量に基づいた前記ＥＧＲバルブの目標開度が設定される多段用含有量設定のマップと、前記多段用含有量設定のマップに応じて前記ＥＧＲバルブの開度が調節された後に前記吸入パラメータ取得装置が取得した前記吸入に関するパラメータに基づいた前記高圧段側のタービンの目標容量が設定される多段用吸入設定のマップと、を有する請求項３〜５のいずれか１項に記載の過給制御システム。
【請求項７】
多段過給と単段過給とを切り替え可能なシステムであって、排気通路に排気浄化装置を備えて構成される内燃機関の過給制御システムの制御方法において、
排気の温度を取得するステップと、
取得した前記排気の温度が予め設定された閾値以下になるか否かを判定するステップと、
前記排気の温度が前記閾値以下になると判定した場合に、前記過給制御システムを制御する制御装置が有する複数のマップのうち単段過給用のマップを選択するステップと、
前記排気の温度が前記閾値よりも高くなると判定した場合に、前記制御装置が有する前記複数のマップのうち前記単段過給用のマップとは異なる多段過給用のマップを選択するステップと、を有することを特徴とする過給制御システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、過給制御システム及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両に搭載される内燃機関では、その出力増大のために内燃機関の排気エネルギーを利用して内燃機関への吸気を圧縮して過給するターボ式過給システムが備わることがある。近年では、このターボ式過給システムを２つ備えた、いわゆる２段過給システムが内燃機関に備わることもある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９―１９１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、２段（多段）過給システムによる２段（多段）過給では、１段（単段）過給の場合と比較して内燃機関の排気流量（内燃機関への吸気流量）が増加し、排気温度の低下や排気圧力の増加をもたらす。これにより、過給システムの下流に位置する排気浄化装置の触媒温度がこの触媒の活性に十分な温度を確保できずに浄化率が悪化したり、内燃機関のポンピングロスが高まり燃費が悪化したりすることが懸念されている。
【０００５】
本開示の目的は、様々な内燃機関の運転状態に応じて排気の浄化率及び燃費を向上することができる過給制御システム及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するための本発明の態様の過給制御システムは、多段過給と単段過給とを切り替え可能なシステムであって、排気通路に排気浄化装置を備えて構成される内燃機関の過給制御システムにおいて、前記過給制御システムを制御する制御装置が複数のマップを有し、排気の温度が予め設定された閾値以下になる場合に、前記複数のマップのうち単段過給用のマップを選択し、前記排気の温度が前記閾値よりも高くなる場合に、前記複数のマップのうち前記単段過給用のマップとは異なる多段過給用のマップを選択する制御を行う構成にしたことを特徴とする。
【０００７】
また、上記の目的を達成するための本発明の態様の過給制御システムの制御方法は、多段過給と単段過給とを切り替え可能なシステムであって、排気通路に排気浄化装置を備えて構成される内燃機関の過給制御システムの制御方法において、排気の温度を取得するステップと、取得した前記排気の温度が予め設定された閾値以下になるか否かを判定するステップと、前記排気の温度が前記閾値以下になると判定した場合に、前記過給制御システムを制御する制御装置が有する複数のマップのうち単段過給用のマップを選択するステップと、前記排気の温度が前記閾値よりも高くなると判定した場合に、前記制御装置が有する前記複数のマップのうち前記単段過給用のマップとは異なる多段過給用のマップを選択するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、様々な内燃機関の運転状態に応じて排気の浄化率及び燃費を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】過給制御システムの実施形態を例示する模式図である。
【図２】単段過給時の高圧段側のタービンの目標容量制御マップを例示する図である。
【図３】２段過給時の高圧段側のタービンの目標容量制御マップを例示する図である。
【図４】単段過給時のＥＧＲバルブの開度及び高圧段側のタービンの容量の制御マップを例示する図である。
【図５】過給制御システムの制御方法を示す制御フローで、タービン用バイパス弁及びコンプレッサ用バイパス弁の開閉制御を例示する図である。
【図６】過給制御システムの制御方法を示す制御フローで、ＥＧＲバルブの開度と高圧段側のタービンの容量の設定制御を例示する図である。
【図７】エンジン負荷用の制御マップを例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本開示の実施形態の過給制御システム１及びその制御方法について、図面を参照しながら説明する。この過給制御システム１は、その詳細は後述するが、車両に備わるエンジン（内燃機関）２に関して、エンジン本体３への過給状態を制御するシステムである。このシステム１は、多段（２段）過給と単段過給とを切り替え可能なシステムでもある。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態の過給制御システム１では、エンジン本体３に吸気通路４と排気通路５とＥＧＲ（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）通路６が接続されている。
【００１２】
吸気通路４は、エンジン本体３に吸気マニホールド７を介して接続される、エンジン本体３への吸気Ａの導入用の通路である。吸気通路４には、吸気Ａの流れに関して上流側より順に、エアクリーナ８、低圧段コンプレッサ（低圧段側のコンプレッサ）９、高圧段コンプレッサ（高圧段側のコンプレッサ）１０、インタークーラ１１、吸気スロットルバルブ１２が配置される。
【００１３】
排気通路５は、エンジン本体３に排気マニホールド１３を介して接続される、エンジン本体３の各気筒（図１では６気筒）内での燃焼反応により発生する排気Ｇの排出用の通路である。排気通路５には、排気Ｇの流れに関して上流側より順に、可変容量型の高圧段タービン（高圧段側のタービン、可変タービン）１４、低圧段タービン（低圧段側のタービン）１５、排気浄化装置１６が配置される。
【００１４】
ＥＧＲ通路６は、排気マニホールド１３と吸気通路４を接続して、排気Ｇの一部をＥＧＲガスＧｅとして排気系統（排気マニホールド１３または排気通路５）から吸気系統（吸気マニホールド７または吸気通路４）に還流する通路である。ＥＧＲ通路６には、ＥＧＲガスＧｅの流れに関して上流側より順に、第１ＥＧＲクーラ１７、第２ＥＧＲクーラ１８、ＥＧＲバルブ１９が配置される。
【００１５】
ここで、エアクリーナ８は、車両の外部から吸気通路４に導入される新気に含まれる塵や埃等の異物を取り除くフィルタをその筐体の内部に備える装置である。インタークーラ１１は、高圧段コンプレッサ１０を通過後の吸気Ａをその内部を通過する冷却媒体（例えばエンジン冷却水）と熱交換して冷却する装置である。本実施形態では、インタークーラ１１により、高圧段コンプレッサ１０のみで過給された吸気Ａ、または、高圧段コンプレッサ１０と低圧段コンプレッサ９の両方で過給された吸気Ａを冷却する。吸気スロットルバルブ１２は、その開度を調節することでエンジン本体３への吸気Ａの流入量（吸気流量）を調節する装置である。
【００１６】
排気浄化装置１６は、その内部に少なくとも一つ以上の触媒を担持しており、この触媒により排気Ｇに含まれるＮＯｘ（窒素酸化物）や炭化水素の還元浄化や微粒子状物質（ＰＭ：Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ）の捕集等を行う装置である。
触媒としては、炭化水素の還元浄化用の酸化触媒、ＰＭ補修用の微粒子捕集フィルタ、ＮＯｘ還元浄化用の選択還元型触媒等が例示される。
【００１７】
第１ＥＧＲクーラ１７及び第２ＥＧＲクーラ１８はともに、排気マニホールド１３から吸気通路４に還流されるＥＧＲガスＧｅをこれらの内部を通過する冷却媒体（例えばエンジン冷却水）と熱交換して冷却する装置である。第１ＥＧＲクーラ１７を通過する冷却媒体と第２ＥＧＲクーラ１８を通過する冷却媒体は、同じ種類の冷却媒体としても異なる種類の冷却媒体としてもよい。例えば、第１ＥＧＲクーラ１７及び第２ＥＧＲクーラ１８の両方を通過する冷却媒体をエンジン冷却水としてもよい。あるいは、第１ＥＧＲクーラ１７を通過する冷却媒体をエンジン冷却水とし、第２ＥＧＲクーラ１８を通過する冷却媒体をエンジン冷却水の流路とは独立した流路を循環する、エンジン冷却水より低温の冷却水としてもよい。ＥＧＲバルブ１９は、その開度を調節することで排気マニホールド１３から吸気通路４に還流されるＥＧＲガスＧｅの流量を調節する開閉弁である。
【００１８】
排気通路５には、低圧段タービン１５をバイパスするタービン用バイパス通路２０が接続される。タービン用バイパス通路２０にはタービン用バイパス弁２１が配置される。タービン用バイパス弁２１は、その全開状態のときに高圧段タービン１４を通過後の排気Ｇを全量タービン用バイパス通路２０側に流し、その全閉状態のときにこの排気Ｇを全量低圧段タービン１５側に流す機能を有する開閉弁である。タービン用バイパス弁２１は後述する制御装置３６からの制御信号を基に駆動する空気駆動の開閉弁である。なお、タービン用バイパス弁２１は制御装置３６からの制御信号を基に駆動できればよく、モータ駆動等他の駆動方式でもよい。
【００１９】
吸気通路４には、低圧段コンプレッサ９をバイパスするコンプレッサ用バイパス通路２２が接続される。コンプレッサ用バイパス通路２２にはコンプレッサ用バイパス弁２３が配置される。コンプレッサ用バイパス弁２３は、その全開状態のときにエアクリーナ８を通過後の吸気Ａを全量コンプレッサ用バイパス通路２２側に流し、その全閉状態のときにこの吸気Ａを全量低圧段コンプレッサ９側に流す機能を有する開閉弁である。コンプレッサ用バイパス弁２３は制御装置３６からの制御信号を基に駆動する空気駆動の開閉弁である。なお、コンプレッサ用バイパス弁２３は制御装置３６からの制御信号を基に駆動できればよく、モータ駆動等他の駆動方式でもよい。
【００２０】
低圧段コンプレッサ９と低圧段タービン１５とは低圧段用シャフトで連結されている。排気Ｇのエネルギーにより低圧段タービン１５のタービンハウジングの内部に配置されるタービンインペラを回転させて、このタービンインペラの回転動力は低圧段用シャフトを介して低圧段コンプレッサ９のコンプレッサハウジングの内部に配置されるコンプレッサインペラに伝達させる。これにより、このコンプレッサインペラは回転駆動して、エアクリーナ８を通過後の吸気Ａを圧縮する。
【００２１】
高圧段コンプレッサ１０と高圧段タービン１４とは高圧段用シャフトで連結されている。排気Ｇのエネルギーにより高圧段タービン１４のタービンハウジングの内部に配置されるタービンインペラを回転させて、このタービンインペラの回転動力は高圧段用シャフトを介して高圧段コンプレッサ１０のコンプレッサハウジングの内部に配置されるコンプレッサインペラに伝達させる。これにより、このコンプレッサインペラは回転駆動して、低圧段コンプレッサ９またはコンプレッサ用バイパス通路２２を通過後の吸気Ａを圧縮する。
【００２２】
高圧段タービン１４は、そのタービンハウジングに関してタービンハウジング内に配置された可変ノズルが備わっている、可変容量型のタービンである。このノズルの開度を変化させてタービンハウジング内の排気Ｇの通路面積を変化させることで、タービンインペラへの排気Ｇの流速を変化させて過給回転数と効率を変化させることが可能で、エンジン性能を向上させることができる。
【００２３】
本実施形態では、低圧段コンプレッサ９、低圧段タービン１５、高圧段コンプレッサ１０、及び、高圧段タービン１４、を有する装置を多段過給装置２４と称す。多段過給装置２４は、高圧段コンプレッサ１０及び高圧段タービン１４による高圧段過給のみを行う単段過給機能と、この高圧段過給に加え、必要に応じて、さらに、低圧段コンプレッサ９及び低圧段タービン１５による低圧段過給を行う２段（多段）過給機能を有する装置である。単段過給機能と２段過給機能の切替は制御装置３６により行われる。
【００２４】
本実施形態の過給制御システム１には、燃料噴射量センサ２５、エンジン回転数センサ２６、ブースト圧力センサ２７、吸気流量センサ２８、排気温度センサ２９、触媒温度センサ３０、ＮＯｘ濃度センサ３１、車速センサ３２が備わる。
【００２５】
燃料噴射量センサ２５は、エンジン本体３の各気筒内で燃料噴射装置から噴射される燃料噴射量Ｑを取得する装置である。エンジン回転数センサ２６は、エンジン本体３の近傍に配置されて、エンジン本体３の各気筒内での吸気Ａと燃料の燃焼反応を基に発生するクランク軸の回転動力を回転数Ｎｅとして取得する装置である。ブースト圧力センサ２７は、吸気マニホールド６に配置されて、低圧段コンプレッサ９や高圧段コンプレッサ１０により過給された吸気Ａの圧力Ｐを取得する装置である。吸気流量センサ２８は、エアクリーナ８に配置されて、車両の外部より吸気通路４に流入する吸気Ａの流量Ｖを取得する装置である。なお、吸気流量センサ２８は吸気通路４に配置されればよく、その配置位置はエアクリーナ８に限定されない。排気温度センサ２９は、低圧段コンプレッサ１５と排気浄化装置１６の間の排気通路５に配置されて、この配置箇所を通過する排気Ｇの温度Ｔａを取得する装置である。触媒温度センサ３０は、排気浄化装置１６に配置されて、この装置１６を通過する排気Ｇの温度Ｔｂを取得する装置である。ＮＯｘ濃度センサ（含有量取得装置）３１は、排気浄化装置１６より下流側の排気通路５に配置されて、この装置１６を通過後の排気Ｇに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）の含有量の指標となるＮＯｘ濃度Ｄを取得する装置である。車速センサ３２は、車両に配置されて、車両の速度（車速）ｖを取得する装置である。
【００２６】
本実施形態の過給制御システム１では、温度取得装置３３、出力パラメータ取得装置３４及び吸入パラメータ取得装置３５を備える。温度取得装置３３は、排気浄化装置１６を通過する排気Ｇの温度Ｔを取得する装置、より詳細には、排気Ｇの温度Ｔｄを直接的に検知するか、又は、排気Ｇの温度Ｔｅを間接的に予測する装置である。温度取得装置３３には、燃料噴射量センサ２５、排気温度センサ２９、触媒温度センサ３０及び車速センサ３２が接続される。直接的に検知した温度Ｔｄは、排気温度センサ２９の取得値Ｔａ、触媒温度センサ３０の取得値Ｔｂ、または、これらの平均値Ｔｃ（＝（Ｔａ＋Ｔｂ）／２）のいずれかが例示される。間接的に予測した温度Ｔｅは、温度Ｔｄを検知した時刻よりも数秒（１〜３秒後）経過後の時刻での排気Ｇの温度を予測した値である。車両が減速状態にある場合には、各気筒内での燃焼反応は殆ど発生しないため、この温度Ｔｅは温度Ｔｄより低下した値となる。車両が減速状態であるか否かは、車速ｖと燃料噴射量Ｑに基づいて後述する制御装置３６により判定可能である。したがって、この予測値Ｔｅの算出は、燃料噴射量センサ２５の取得値Ｑと車速センサ３２の取得値ｖに基づいて行われる。なお、温度Ｔｅを算出する必要はなく、温度Ｔｅと後述する閾値Ｔ１との大小関係を予測するだけでもよい。また、温度取得装置３３は、温度Ｔｄの検知機能を有していればよく、温度Ｔｅの予測機能については有していると好ましい。
【００２７】
出力パラメータ取得装置３４は、エンジン２の出力に関するパラメータを取得する装置である。このパラメータとしては、燃料噴射量センサ２５の取得値Ｑ及びエンジン回転数センサ２６の取得値Ｎｅの組み合わせが例示される。
【００２８】
吸入パラメータ取得装置３５は、エンジン２への吸入に関するパラメータを取得する装置である。このパラメータとしては、ブースト圧力センサ２７の取得値Ｐと吸気流量センサ２８の取得値Ｖが例示される。あるいは、取得値Ｐ、Ｖに基づいて算出される吸気Ａの酸素濃度Ｏｃとしてもよい。本実施形態では吸気Ａの酸素濃度Ｏｃとする。
【００２９】
本実施形態の過給制御システム１には、このシステム１を制御する制御装置（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）３６が備わる。制御装置３６は、各
種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置３６は、含有量取得装置３１、温度取得装置３３、出力パラメータ取得装置３４及び吸入パラメータ取得装置３５等の各種取得装置や、吸気スロットルバルブ１２、高圧段タービン１４、ＥＧＲバルブ１９、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３等の各種装置に電気的に接続される。
【００３０】
本実施形態では、制御装置３６が単段過給用のマップ３６ａ及び多段過給用のマップ３６ｂを含む複数のマップを有している（記憶している）。単段過給用のマップ３６ａは、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３の両方が開状態になった場合のＥＧＲバルブ１９の目標開度及び高圧段タービン１４の目標容量が設定されたマップである。多段過給用のマップ３６ｂは、単段過給用のマップ３６ａとは異なるマップで、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３の両方が閉状態になった場合のＥＧＲバルブ１９の目標開度及び高圧段タービン１４の目標容量が設定されたマップである。
【００３１】
制御装置３６は、温度取得装置３３が直接的に検知した排気Ｇの温度Ｔｄが予め設定された閾値Ｔ１以下になる場合に、単段過給用のマップ３６ａを選択し、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を開状態にして、高圧段過給のみで単段過給を行う。この単段過給は、単段過給用のマップ３６ａに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節しながら行う。一方、排気Ｇの温度Ｔｄが閾値Ｔ１よりも高くなる場合に、多段過給用のマップ３６ｂを選択し、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を閉状態にして、高圧段過給及び低圧段過給の両方で多段（２段）過給を行う。この多段過給は、多段過給用のマップ３６ｂに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節しながら行う。なお、閾値Ｔ１は、排気浄化装置１６に担持した各種触媒の活性化温度範囲を基に設定される値である。
【００３２】
制御装置３６による単段過給と多段過給の選択は、エンジン２の出力にも依存する。すなわち、出力パラメータ取得装置３４が取得したエンジン２の出力が実験等により予め設定された高負荷領域にあるか、高負荷領域以外（中負荷領域、低負荷領域）にあるかを判定する。より詳細には、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数Ｎｅを両軸として、エンジン２の高負荷、中負荷、低負荷に対応する領域（高負荷領域、中負荷領域、低負荷領域）を設定した制御マップを制御装置３６に記憶しておく。そして、燃料噴射量センサ２５の取得値Ｑとエンジン回転数センサ２６の取得値Ｎｅの組み合わせをこの制御マップ上にプロットして、このプロット点が高負荷領域、中負荷領域、低負荷領域のいずれの領域にあるかを制御装置３６により判定する。高負荷領域にある場合には多段過給を、中負荷領域または低負荷領域（高負荷領域以外）にある場合には単段過給を制御装置３６により選択する。多段過給を選択したときには、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を閉状態にして、多段過給用のマップ３６ｂに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節する。一方、単段過給を選択したときには、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を開状態にして、単段過給用のマップ３６ａに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節する。
【００３３】
なお、温度取得装置３３の取得値Ｔｄに基づく多段過給または単段過給の選択判定の結果と、出力パラメータ取得装置３４の取得値Ｑ、Ｎｅに基づく多段過給又は単段過給の選択判定の結果とが矛盾した場合は、温度取得装置３３の取得値Ｔｄに基づく選択判定の結果を優先する。
【００３４】
温度取得装置３３が排気Ｇの温度Ｔｅを間接的に予測する機能を有する場合には、この温度Ｔｅに基づく多段過給または単段過給の選択判定の結果を、排気Ｇの温度を直接的に検知した値Ｔｄに基づく多段過給または単段過給の選択判定の結果より優先する。温度取得装置３３が予測した排気Ｇの温度Ｔｅが閾値Ｔ１以下になる場合には、車両が減速状態にあり排気Ｇの温度が急激に低下することが予測される。この場合に、温度取得装置３３が直接的に検知した排気Ｇの温度Ｔｄに基づいて制御装置３６により多段過給を選択すると、排気Ｇの流量が過大となり、排気Ｇの温度Ｔの低下を促進することとなる。したがって、この場合には、制御装置３６により、温度取得装置３３が直接的に検知した排気Ｇの温度Ｔｄや出力パラメータ取得装置３４の取得値Ｑ、Ｎｅに依らず、単段過給を選択する。単段過給を選択したときには、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を開状態にして、単段過給用のマップ３６ａに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節する。一方、温度取得装置３３により予測した排気Ｇの温度Ｔｅが閾値Ｔ１よりも高くなる場合には、多段過給を選択する。多段過給を選択したときには、タービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３を閉状態にして、多段過給用のマップ３６ｂに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量を制御装置３６により調節する。
【００３５】
なお、温度取得装置３３により排気Ｇの温度Ｔｅの値を算出するのではなく、燃料噴射量センサ２５の取得値Ｑがゼロ近傍（０〜５ｃｃ／ｍｉｎ）で、かつ、車速セン
サ３２の取得値ｖが設定速度ｖ１以上である場合に、温度取得装置３３により、車両が減速状態にあり、排気Ｇの温度Ｔｅが閾値Ｔ１以下であると予測して、単段過給を選択するとしてもよい。
【００３６】
単段過給用のマップ３６ａは、単段用初期設定のマップ３６ａａと、単段用含有量設定のマップ３６ａｂと、単段用吸入設定のマップ３６ａｃと、を有するマップである。単段用初期設定のマップ３６ａａは、出力パラメータ取得装置３４が取得した燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅの組み合わせに基づいたＥＧＲバルブ１９の目標開度ＥＢＯａ及び高圧段タービン１４の目標容量ＶＢｏａ（図２参照）が設定されるマップである。目標開度ＥＢＯａ、目標容量ＶＢＯａは、制御装置３６により単段過給を選択した場合に最初に設定される開度、容量となる。単段用含有量設定のマップ３６ａｂは、この単段用初期設定のマップ３６ａａに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量が調節された後に、ＮＯｘ濃度センサ３１が取得した排気ＧのＮＯｘ濃度Ｄに基づいたＥＧＲバルブ１９の目標開度が設定されるマップである。単段用吸入設定のマップ３６ａｃは、この単段用含有量設定のマップ３６ａｂに応じてＥＧＲバルブ１９の開度が調節された後に吸入パラメータ取得装置３５が取得した吸入に関するパラメータに基づいた高圧段タービン１４の目標容量が設定されるマップである。
【００３７】
多段過給用のマップ３６ｂは、多段用初期設定のマップ３６ｂａと、多段用含有量設定のマップ３６ｂｂと、多段用吸入設定のマップ３６ｂｃと、で構成されるマップである。多段用初期設定のマップ３６ｂａは、出力パラメータ取得装置３４が取得した燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅの組み合わせに基づいたＥＧＲバルブ１９の目標開度ＥＢＯｂ及び高圧段タービン１４の目標容量ＶＢｏｂ（図３参照）が設定されるマップである。目標開度ＥＢＯｂ、目標容量ＶＢＯｂは、制御装置３６により多段過給を選択した場合に最初に設定される開度、容量となる。多段用含有量設定のマップ３６ｂｂは、この多段用初期設定のマップ３６ｂａに応じてＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量が調節された後に、ＮＯｘ濃度センサ３１が取得した排気ＧのＮＯｘ濃度Ｄに基づいたＥＧＲバルブ１９の目標開度が設定されるマップである。多段用吸入設定のマップ３６ｂｃは、この多段用含有量設定のマップ３６ｂｂに応じてＥＧＲバルブ１９の開度が調節された後に吸入パラメータ取得装置３５が取得した吸入に関するパラメータに基づいた高圧段タービン１４の目標容量が設定されるマップである。
【００３８】
図４の制御マップは、縦軸に吸気Ａの酸素濃度Ｏｃを、横軸にＥＧＲバルブ１９の開度を設定した、単段過給用のマップ３６ａである。プロット点Ｓ１は、単段用初期設定のマップ３６ａａに基づいて、ＥＧＲバルブ１９の開度を目標開度ＥＢＯａに、高圧段タービン１４の容量を目標容量ＶＢＯａに調節したときにおける、ＥＧＲバルブ１９の開度ＥＢＯａと吸気Ａの酸素濃度Ｏｃの組み合わせである。ラインＬは、高圧段タービン１４の容量を一定とした状態で、ＥＧＲバルブ１９の開度のみを変化した場合にプロット点Ｓ１が沿って移動するラインで、プロット点Ｓ１の位置に応じてこのマップ上に複数本互いに平行に設定される。本実施形態では、ＥＧＲバルブ１９の開度の変化に応じて、プロット点Ｓ１はラインＬ１に沿って移動する。
【００３９】
プロット点Ｓ１の時点で、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが実験等により予め設定された設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１以上である場合には、制御装置３６により、ＥＧＲバルブ１９の開度を大きく調節して、プロット点Ｓ１をラインＬ１に沿ってプロット点Ｓ２まで移動させる。このプロット点Ｓ１からＳ２までの移動を行うときのＥＧＲバルブ１９の開度調節は単段用含有量設定のマップ３６ａｂを用いて行われる。
【００４０】
プロット点Ｓ２は、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１未満となる点である。しかしながら、プロット点Ｓ２では、吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが実験等により予め設定された設定酸素濃度閾値Ｏｃ１未満である。したがって、制御装置３６により、高圧段タービン１４の容量を大きく調節して、吸気Ａの酸素濃度を増加させる。高圧段タービン１４の容量の変化に応じて、プロット点Ｓ２はラインＬ２に沿って移動する。ラインＬ２は、ＥＧＲバルブ１９の開度を一定とした状態で、高圧段タービン１４の容量のみを変化した場合にプロット点Ｓ２が沿って移動する、縦軸に平行のラインである。本実施形態では、プロット点Ｓ２をラインＬ２に沿ってプロット点Ｓ３まで移動させる。このプロット点Ｓ２からＳ３までの移動を行うときの高圧段タービン１４の容量調節は単段用吸入設定のマップ３６ａｃを用いて行われる。プロット点Ｓ３は、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１未満であり、かつ、吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが設定酸素濃度閾値Ｏｃ１以上となる点である。
【００４１】
なお、プロット点Ｓ１が図４に示すＳ１’の位置にある場合には、ラインＬ２’に沿ってプロット点Ｓ２’までの移動のみ行う。すなわち、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１未満であるが、吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが設定酸素濃度閾値Ｏｃ１未満となる場合には、単段用含有量設定のマップ３６ａｂに基づくＥＧＲバルブ１９の開度調節は行わず、単段用吸入設定のマップ３６ａｃに基づく高圧段タービン１４の容量調節のみを行う。また、プロット点Ｓ１が図４に示すＳ２’の位置にある場合には、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１未満で、かつ、吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが設定酸素濃度閾値Ｏｃ１以上であるので、単段用含有量設定のマップ３６ａｂに基づくＥＧＲバルブ１９の開度調節も、単段用吸入設定のマップ３６ａｃに基づく高圧段タービン１４の容量調節も行わない。
【００４２】
以上、図４に示す単段過給用のマップ３６ａについての説明をしたが、多段過給用のマップ３６ｂについても図４の制御マップと同様である。この場合、プロット点Ｓ１は、多段用初期設定のマップ３６ｂａに基づいて、ＥＧＲバルブ１９の開度を目標開度ＥＢＯｂに、高圧段タービン１４の容量を目標容量ＶＢＯｂに調節したときにおける、ＥＧＲバルブ１９の開度ＥＢＯｂと吸気Ａの酸素濃度Ｏｃの組み合わせとなる。プロット点Ｓ１の時点で、ＮＯｘ濃度センサ３１の取得値Ｄが設定ＮＯｘ濃度閾値Ｄ１以上である場合には、制御装置３６により、ＥＧＲバルブ１９の開度を大きく調節して、プロット点Ｓ１からラインＬ１に沿ってプロット点Ｓ２まで移動させる。このプロット点Ｓ１からＳ２までの移動を行うときのＥＧＲバルブ１９の開度調節は多段用含有量設定のマップ３６ｂｂを用いて行われる。しかしながら、プロット点Ｓ２では、吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが設定酸素濃度閾値Ｏｃ１未満である。したがって、制御装置３６により、高圧段タービン１４の容量を大きく調節して、プロット点Ｓ２からラインＬ２に沿ってプロット点Ｓ３まで移動させる。このプロット点Ｓ２からＳ３までの移動を行うときの高圧段タービン１４の容量調節は多段用吸入設定のマップ３６ｂｃを用いて行われる。
【００４３】
本実施形態の過給制御システム１を基にした制御フローについて、言い換えれば、過給制御システム１の制御方法の一例について、図５、図６を参照しながら説明する。図５、図６に示す制御フローは、エンジン２の運転中に周期的に行われる制御フローである。
【００４４】
図５に示す制御フローがスタートすると、ステップＳ１０にて、温度取得装置３３により排気Ｇの検知温度Ｔｄと予測温度Ｔｅを取得し、出力パラメータ取得装置３４により燃料噴射量Ｑ及びエンジン回転数Ｎｅを取得する。取得した値は制御装置３６に送信する。ステップＳ１０を実施後、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０にて、ステップＳ１０で取得した予測温度Ｔｅが閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する。この判定は車両が減速状態にあるか否かを判断するために主に行われるものである。予測温度Ｔｅが閾値Ｔ１以下である場合（ＮＯ）は、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、制御装置３６はタービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３の両方を開状態にする単段過給を選択して、ステップＳ７０に進む。一方、ステップＳ２０で、予測温度Ｔｅが閾値Ｔ１よりも高い場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ３０に進む。
【００４５】
ステップＳ３０にて、ステップＳ１０で取得した検知温度Ｔｄが閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する。検知温度Ｔｄが閾値Ｔ１以下である場合（ＮＯ）はステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、制御装置３６は単段過給を選択して、ステップＳ７０に進む。一方、ステップＳ３０で、検知温度Ｔｄが閾値Ｔ１よりも高い場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ４０に進む。
【００４６】
ステップＳ４０にて、ステップＳ１０で取得した燃料噴射量Ｑとエンジン回転数Ｎｅに基づくエンジン負荷が高負荷領域にあるか否かを判定する。この判定は、燃料噴射量Ｑとエンジン回転数Ｎｅに基づいて予め設定されたエンジン負荷用の制御マップ（図７参照）を用いて行う。高負荷領域は車両の走行状態に応じて変化する。例えば、車両の通常走行時（例えば時速６０ｋｍ以下での走行時）では、図７の制御マップの全領域でエンジンの運転状態を制御し、この制御マップの全領域の上側部分を高負荷領域としてステップＳ４０の判定を行う。一方、車両の高速走行時（例えば時速６０ｋｍを超えた走行時）では、図７の制御マップ中央の縦長の楕円領域でエンジンの運転状態を制御し、この楕円領域の上側部分を高負荷領域としてステップＳ４０の判定を行う。エンジン負荷が高負荷領域にある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ５０に進み、ステップＳ５０にて、制御装置３６はタービン用バイパス弁２１及びコンプレッサ用バイパス弁２３の両方を閉状態にする多段（２段）過給を選択して、ステップＳ７０に進む。一方、エンジン負荷が高負荷領域にない場合（ＮＯ）には、ステップＳ６０に進み、ステップＳ６０にて、制御装置３６は単段過給を選択して、ステップＳ７０に進む。
【００４７】
なお、ステップＳ２０の判定をステップＳ４０とステップＳ５０の間で行ってもよいがステップＳ１０とステップＳ３０の間で行うと、排気浄化装置１６の浄化率を優先した制御を行うことができる。
【００４８】
図６のステップＳ７０にて、図５のステップＳ５０で単段過給を選択した場合には制御装置３６はその内部に記憶した複数のマップのうち単段過給用のマップ３６ａを選択し（ステップＳ７０ａ）、図５のステップＳ６０で多段過給を選択した場合には制御装置３６はその内部に記憶した多段過給用のマップ３６ｂを選択する（ステップＳ７０ｂ）。多段過給用のマップ３６ｂは単段過給用のマップ３６ａとは異なる。ステップＳ７０を実施後、ステップＳ８０に進む。
【００４９】
ステップＳ８０にて、ステップＳ７０で選択した過給用のマップに含まれる初期設定のマップ３６ａａ、３６ｂａに基づいて、ＥＧＲバルブ１９の開度と高圧段タービン１４の容量を調節する。単段過給用のマップ３６ａを選択した場合は、ＥＧＲバルブ１９の開度を目標開度ＥＢＯａに、高圧段タービン１４の容量を目標容量ＶＢＯａに調節する。多段過給用のマップ３６ｂを選択した場合は、ＥＧＲバルブ１９の開度を目標開度ＥＢＯｂに、高圧段タービン１４の容量を目標容量ＶＢＯｂに調節する。ステップＳ８０を実施後、ステップＳ９０に進む。
【００５０】
ステップＳ９０にて、ＮＯｘ濃度センサ３１によりＮＯｘ濃度Ｄを取得する。取得したＮＯｘ濃度Ｄは制御装置３６に送信する。ステップＳ９０を実施後、ステップＳ１００に進む。ステップＳ１００にて、ステップＳ９０で取得したＮＯｘ濃度Ｄが閾値Ｄ１未満であるか否かを判定する。ＮＯｘ濃度Ｄが閾値Ｄ１未満である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１０に進む。一方、ＮＯｘ濃度Ｄが閾値Ｄ１以上である場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２０に進む。ステップＳ１２０にて、ステップＳ７０で選択した過給用のマップにおける含有量設定のマップ３６ａｂ、３６ｂｂに基づいて、ＥＧＲバルブ１９の開度を調節する。ステップＳ１２０を実施後、ステップＳ９０に戻り、以後、ステップＳ１００の判定がＹＥＳとなるまで、ステップＳ９０、１００、１２０を繰り返す。
【００５１】
ステップＳ１１０にて、ブースト圧力センサ２７の取得値Ｐと吸気流量センサ２８の取得値Ｖに基づいて算出される吸気Ａの酸素濃度Ｏｃを取得する。取得した酸素濃度Ｏｃは制御装置３６に送信する。ステップＳ１１０を実施後、ステップＳ１３０に進む。ステップＳ１３０にて、ステップＳ１１０で取得した酸素濃度Ｏｃが閾値Ｏｃ１以上であるか否かを判定する。酸素濃度Ｏｃが閾値Ｏｃ１以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１０に戻る。一方、酸素濃度Ｏｃが閾値Ｏｃ１未満である場合（ＮＯ）には、ステップＳ１４０に進む。ステップＳ１４０にて、ステップＳ７０で選択した過給用のマップにおける吸入設定のマップ３６ａｃ、３６ｂｃに基づいて、高圧段タービン１４の容量を調節する。ステップＳ１４０を実施後、ステップＳ１１０に戻り、以後、ステップＳ１３０の判定がＹＥＳとなるまで、ステップＳ１１０、１３０、１４０を繰り返す。
【００５２】
以上より、本実施形態の過給制御システム１及びその制御方法では、排気Ｇの検知温度Ｔｄや予測温度Ｔｅに応じて単段過給または多段過給を選択する。そして、選択した過給状態に応じた過給用のマップ３６ａ、３６ｂに基づいて、ＥＧＲバルブ１９の開度と高圧段タービン１４の容量を調節する。これにより、単段過給または多段過給のそれぞれの過給状態に応じて、エンジン２への吸気Ａの酸素濃度Ｏｃと排気浄化装置１６を通過後の排気ＧのＮＯｘ濃度Ｄを適切に制御することができる。したがって、様々な内燃機関の運転状態に応じて排気Ｇの浄化率及び燃費を向上することができる。
【００５３】
また、排気Ｇの予測温度Ｔｅを検知温度Ｔｄと比較して優先的に単段過給または多段過給の選択判定の指標とすることで、排気Ｇの低温化が抑制されるとともに、ＥＧＲバルブ１９の開閉回数や高圧段タービン１４の容量の変化回数を少なくすることができる。
【００５４】
また、車両が減速状態にあるときに、排気Ｇの予測温度Ｔｅが閾値Ｔ１以下になると予測することで、予測温度Ｔｅを制御装置３６により随時算出する必要がなくなり、制御装置３６の負担を低減することができる。
【００５５】
また、排気Ｇの温度だけでなく、エンジン負荷にも応じて単段過給または多段過給を選択してもよい。これにより、エンジン２の運転状態に応じた適切な過給状態を選択することができる。
【００５６】
また、制御装置３６により単段過給または多段過給を選択してＥＧＲバルブ１９の開度及び高圧段タービン１４の容量の両方を過給状態に応じた初期設定値に調節した後に、排気ＧのＮＯｘ濃度Ｄが閾値Ｄ１以上である場合には、ＮＯｘ濃度Ｄが閾値Ｄ１未満となるまで、ＥＧＲバルブ１９の開度を過給状態に応じて大きく調節する。そして、ＥＧＲバルブ１９の開度の調節により低下した吸気Ａの酸素濃度Ｏｃが閾値Ｏｃ１未満である場合には、酸素濃度Ｏｃが閾値Ｏｃ１以上となるまで、高圧段タービン１４の容量を過給状態により大きく調節する。これにより、過給状態に応じて、排気浄化装置１６の浄化能力の維持とエンジン２の出力性能の確保を両立することができる。特に、ＥＧＲバルブ１９の開度調節を高圧段タービン１４の容量調節よりも先に行うことで、ＥＧＲバルブ１９の開度調節に伴う吸気Ａの酸素濃度Ｏｃの低下分も含めて吸気Ａの酸素濃度Ｏｃを調節することが可能となるので好ましい。
【００５７】
なお、タービン用バイパス弁２１が制御装置３６の制御信号に基づき開閉動作されると、コンプレッサ用バイパス弁２３は制御装置３６の制御信号がなくともバルブ２３の前後の圧力差によりタービン用バイパス弁２１と同じ状態に開閉動作する。したがって、コンプレッサ用バイパス弁２３については制御装置３６の制御信号に基づく電制バルブである必要はなく、制御装置３６の制御信号に依らない機械式バルブとすると低コストにすることができる。
【００５８】
ただし、温度取得装置３３が温度Ｔｅの予測機能を有する場合、すなわち、車両が減速状態であるか否かも含めて単段過給または多段過給の選択を行う場合には、車両が減速状態で単段過給を選択するときにコンプレッサ用バイパス弁２３に高い応答性があると車両の走行状態に応じて適切な過給状態を実現できる。したがって、この場合は、コンプレッサ用バイパス弁２３を電制バルブとすると好ましい。
【符号の説明】
【００５９】
１  過給制御システム
２  エンジン（内燃機関）
３  エンジン本体
４  吸気通路
５  排気通路
６  ＥＧＲ通路
７  吸気マニホールド
８  エアクリーナ
９  低圧段コンプレッサ
１０  高圧段コンプレッサ
１１  インタークーラ
１２  吸気スロットルバルブ
１３  排気マニホールド
１４  高圧段タービン
１５  低圧段タービン
１６  排気浄化装置
１７  第１ＥＧＲクーラ
１８  第２ＥＧＲクーラ
１９  ＥＧＲバルブ
２０  タービン用バイパス通路
２１  タービン用バイパス弁
２２  コンプレッサ用バイパス通路
２３  コンプレッサ用バイパス弁
２４  多段過給装置
２５  燃料噴射量センサ
２６  エンジン回転数センサ
２７  ブースト圧力センサ
２８  吸気流量センサ
２９  排気温度センサ
３０  触媒温度センサ
３１  ＮＯｘ濃度センサ
３２  車速センサ
３３  温度取得装置
３４  出力パラメータ取得装置
３５  吸入パラメータ取得装置
３６  制御装置
【図１】
2020051280.tif 000003
【図２】
2020051280.tif 000004
【図３】
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【図４】
2020051280.tif 000006
【図５】
2020051280.tif 000007
【図６】
2020051280.tif 000008
【図７】
2020051280.tif 000009