(57)【要約】【課題】過給圧を目標過給圧に正確に追従させる。【解決手段】ＬＰ側タービン２１０とＶＮ２１５（可変ノズル）とＬＰ側コンプレッサ２１３とを含むＬＰ側ターボ（第２過給器）及びＨＰ側タービン２１８とＨＰ側コンプレッサ２２１とを含むＨＰ側ターボ（第１過給器）を有するエンジン２００の排気マニホールド２０７には、ＨＰ側タービン２１８が設置されたＨＰ側排気通路２１６及びＥＣＶ２２８（排気切り替え弁）が設置されたＨＰバイパス通路２２７が接続されており、排気合流部２２２において合流する構成となっている。ＥＣＵ１００は、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎの変化方向が、ヒステリシスにより適合値から乖離する適合側である場合、係るヒステリシスによる過給圧の変化分を、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの補正により補償する。ＶＮ２１５のヒステリシスの影響も、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの補正により補償される。【選択図】図６
2010209755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に設置され、排気により駆動される第１タービン、開度に応じて該第１タービンを駆動する排気の圧力を変化させることが可能な可変ノズル及び吸気通路に設置され、前記第１タービンが駆動されるのに伴って吸気を過給可能な第１コンプレッサを含む第１過給器と、
前記排気通路に設置され、排気により駆動される第２タービン及び前記吸気通路に設置され、前記第２タービンが駆動されるのに伴って吸気を過給可能な第２コンプレッサを含む第２過給器と、
前記排気通路に設置され、指令開度の変化に伴う開度の変化に応じて前記第１タービンに供給される排気の流量を変化させることが可能な排気切り替え弁と
を備えた内燃機関の制御装置であって、
目標過給圧と前記排気切り替え弁の指令開度の変化方向とに基づいて前記可変ノズルの指令開度を設定する設定手段と、
前記設定された指令開度に応じて前記可変ノズルを制御する制御手段と
を具備することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記第１タービンは、前記排気通路において前記第２タービンの上流側に設置され、
前記第１コンプレッサは、前記吸気通路において前記第２コンプレッサの下流側に設置され、
前記排気通路は、前記第２タービンの上流側において前記第１タービンを含む第１通路部分と前記第１タービンをバイパスする第２通路部分とを含み、
前記排気切り替え弁は、前記第２通路部分に前記第２通路部分を閉塞及び開放可能に設置される
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記第２過給器は、前記第１過給器よりも体格が大きく構成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記設定手段は、前記目標過給圧に基づいて前記可変ノズルの指令開度の基準値を設定すると共に、前記変化方向が予め前記排気切り替え弁の開度が前記排気切り替え弁の指令開度から乖離するものとして定められた所定の乖離方向に該当する場合に、前記排気切り替え弁の開度が前記排気切り替え弁の指令開度から乖離することによって生じる前記目標過給圧に対する過給圧の偏差が減少するように、前記設定された基準値を補正する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
第１コンプレッサにおける前記吸気の流量を特定する特定手段を更に具備し、
前記設定手段は、前記特定された流量に応じて、前記設定された基準値を補正するに際しての補正方向を決定する
ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記設定手段は更に、前記可変ノズルの指令開度の変化方向に基づいて、前記可変ノズルの指令開度を設定する
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の過給器を備え、排気切り替え弁の開弁状態に応じて過給モードの切り替えが可能に構成された内燃機関の制御装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の装置として、排気切り替え弁のヒステリシスを考慮したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示された過給機付エンジンの制御方法によれば、排気切り替え弁をデューティ制御するに際して、デューティ比にスキップ値が付加されアクチュエータのヒステリシスが補正されるため、開弁及び閉弁遅れが解消され、過給圧の大幅な変動を防止することが可能であるとされている。
【０００３】
尚、可変ノズルの開閉方向のヒステリシスを抑制する技術も提案されている（例えば、特許文献２或いは特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平３−２７５９４１号公報
【特許文献２】特開２００４−３６５２０号公報
【特許文献３】特開２００１−１３２４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数の過給器を備えた内燃機関においては、排気切り替え弁以外にも、可変ノズル等、動作時にこの種のヒステリシスを伴うものがある。従って、過給圧を本来あるべき目標過給圧に収束させるにあたっては、これら各種弁装置各々のヒステリシスを抑制する必要がある。
【０００６】
ここで、特許文献１に開示される発明は、排気切り替え弁の開弁及び閉弁遅れを解消することを念頭に置いており、排気切り替え弁の制御量自体が補正される構成となっている。従って、そのヒステリシスが過給圧に影響を与え得る複数の弁装置が備わる内燃機関において、特許文献１に開示される発明を適用した場合、それら各々について個別に制御量の補正を行うよりなく、過給圧を目標過給圧に収束させるにあたっての制御上の負荷が増大する。このようにヒステリシスが過給圧に与える影響を抑制するためのプロセスが非効率化すれば、必然的に過給圧の制御性は低下する。また、特許文献２及び３に開示される発明においてもこの点は同様である。即ち、上記従来の技術思想の範疇では、排気切り替え弁及び可変ノズルが有するヒステリシスにより生じ得る、目標過給圧からの過給圧の乖離を十分に抑制することが困難である。
【０００７】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、過給圧を目標過給圧に正確に追従させ得る内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、排気通路に設置され、排気により駆動される第１タービン、開度に応じて該第１タービンを駆動する排気の圧力を変化させることが可能な可変ノズル及び吸気通路に設置され、前記第１タービンが駆動されるのに伴って吸気を過給可能な第１コンプレッサを含む第１過給器と、前記排気通路に設置され、排気により駆動される第２タービン及び前記吸気通路に設置され、前記第２タービンが駆動されるのに伴って吸気を過給可能な第２コンプレッサを含む第２過給器と、前記排気通路に設置され、指令開度の変化に伴う開度の変化に応じて前記第１タービンに供給される排気の流量を変化させることが可能な排気切り替え弁とを備えた内燃機関の制御装置であって、目標過給圧と前記排気切り替え弁の指令開度の変化方向とに基づいて前記可変ノズルの指令開度を設定する設定手段と、前記設定された指令開度に応じて前記可変ノズルを制御する制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る内燃機関は、夫々、排気通路に設置されたタービンにより排気エネルギ（例えば、排気熱）の一部を回収して（端的に言えば、排気圧に応じてタービンを回転駆動することを意味する）、吸気通路に設置されたコンプレッサを回転駆動することにより吸気の過給を行うことが可能な、排気駆動型の第１及び第２過給器を備える。また、第１過給器には特に、開度（即ち、開閉の度合いを意味する）に応じて、第１タービンに供給される排気の圧力を変化させ得る可変ノズルが備わっており、第１過給器は、所謂ＶＮターボとして構成される。
【００１０】
尚、複数の過給器を備える構成においては、両者が相互に直列配置される場合（所謂シリーズツインターボである）と、両者が相互に並列配置される場合（所謂パラレルツインターボである）とがあるが、本発明における第１及び第２過給器は、いずれの配置態様の下に内燃機関に備わっていてもよい。必然的に、排気通路及び吸気通路の構成も、これら過給器の設置態様に応じて各種の態様を有してよい。
【００１１】
本発明に係る内燃機関は、排気通路に、指令開度の変化に伴う開度の変化に応じて第１タービンに供給される排気の流量を段階的に又は連続的に可変とし得る排気切り替え弁を備える。ここで、第１及び第２過給器が夫々排気駆動型である点に鑑みれば、係る流量は、これら各過給器の稼動態様（稼動／非稼動の別、及び稼動の度合い等を包括する概念である）として定義される過給モードを規定し得る。好適な一形態として、シリーズツインターボにおいては、排気切り替え弁が全開状態及び全閉状態にある場合に、例えば夫々一方及び他方の過給器が稼動するシングルターボモードが実現され、中間開度において双方が稼動するツインターボモードが実現され得る。パラレルツインターボにおいては、例えば排気切り替え弁が全開状態又は中間開度にある場合にツインターボモードが実現され、全閉状態にある場合にシングルターボモードが実現され得る。但し、排気切り替え弁の開閉に伴う過給モードの変化態様は、第１及び第２過給器の配置態様に応じて各種各様に変化し得る。
【００１２】
一方、本発明に係る排気切り替え弁は、その物理構造上、ヒステリシスを有しており、指令開度を得るために要する駆動力が、その動作方向に応じて、即ち、開弁方向と閉弁方向とで異なる構成となっている。排気切り替え弁を駆動する、例えばアクチュエータ等の各種駆動力源の制御量は、この指令開度に基づいて決定されるため、何らこの種のヒステリシスへの対策が講じられることがなければ、ヒステリシス側の動作方向（即ち、予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて指令開度が得られるように制御量が適合された動作方向と異なる側の動作方向）において、排気切り替え弁の開度は指令開度から乖離する。この種の指令開度からの乖離は、指令開度が、全閉或いは全開といった極値を採らない中間開度に該当する場合に顕著に生じ得る。他方、中間開度領域での排気切り替え弁の開度は、第１過給器及び第２過給器の稼動状態に顕著に影響するから、過給圧を目標過給圧に追従させようとした場合、排気切り替え弁には、とりわけ中間開度における高い制御精度が要求される。このため、ヒステリシスにより指令開度からの乖離が生じた場合には、過給圧が目標過給圧から乖離して、過給圧のオーバーシュート或いはアンダーシュートが生じ、ドライバビリティの低下或いはエミッションの悪化等といった事態を招来し得る。
【００１３】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、その動作時には、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit：電子制御ユニット）等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る設定手段により、可変ノズルの指令開度が設定され、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る制御手段が、この設定された指令開度に応じて可変ノズルを制御する。
【００１４】
ここで、設定手段は、目標過給圧と、排気切り替え弁の指令開度の変化方向とに基づいて、可変ノズルの指令開度を設定する。即ち、本発明においては、可変ノズルの指令開度が、ヒステリシスによる、排気切り替え弁における指令開度からの乖離を考慮して設定され、排気切り替え弁の開度が指令開度から乖離することによる、過給圧の目標過給圧からの乖離が好適に補償される構成となっている。このため、過給圧を目標過給圧に正確に追従させることが可能となるのである。
【００１５】
補足すると、本発明に係る技術思想は、排気切り替え弁のヒステリシスを、排気切り替え弁とは異なる可変ノズルの開度制御により補償する点を本質としており、係る技術思想と、排気切り替え弁のヒステリシスを排気切り替え弁自体の制御量の補正によって解消せんとする、例えば上記従来技術に係る技術思想を含む旧来の技術思想との間には、大きな隔たりがある。即ち、これらのように、ヒステリシスの抑制を、当該ヒステリシスを有するデバイス内で実現しようとする技術思想の範疇では、ヒステリシスを生じ得るデバイスの数量に応じて、制御側の負担は飛躍的に増大することになる。例えば、可変ノズルが同様のヒステリシスを有する場合、単純に見積もって制御上の負荷は２倍となる。
【００１６】
翻って本発明によれば、排気切り替え弁のヒステリシスによる過給圧への影響が、排気切り替え弁以外のデバイスの制御量によって抑制される。即ち、本発明は、ヒステリシスを生じるデバイスの数量によらず、ヒステリシスが最終的には過給圧の変動となって現れる点に着眼し、一のデバイスの制御により、全デバイスに係るヒステリシスの影響を抑制することが可能であるといった実践上極めて有益な点を新たに見出したものである。このため、本発明によれば、排気切り替え弁のみならず、他のデバイス、例えば可変ノズル自身に同様のヒステリシスが生じるとしても、可変ノズルの指令開度を、例えば、自身のヒステリシスが過給圧に与える影響を補正する項と、排気切り替え弁のヒステリシスが過給圧に与える影響を補正する項とを用いる等した各種演算処理の結果等として、極めて効率的に且つ有益に決定することが可能となる。即ち、本発明は、係る技術思想と異なる、旧来の如何なる技術思想に対しても、ヒステリシスによる過給圧の変動を抑制するにあたって制御上の負荷を増大させることがなく、過給圧を効率的に目標過給圧に追従せしめることが可能となるといった、実践上極めて高い利益を提供し得る点において、明らかに且つ絶対的に優越するものである。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記第１タービンは、前記排気通路において前記第２タービンの上流側に設置され、前記第１コンプレッサは、前記吸気通路において前記第２コンプレッサの下流側に設置され、前記排気通路は、前記第２タービンの上流側において前記第１タービンを含む第１通路部分と前記第１タービンをバイパスする第２通路部分とを含み、前記排気切り替え弁は、前記第２通路部分に前記第２通路部分を閉塞及び開放可能に設置される。
【００１８】
この態様によれば、排気切り替え弁により第２通路部分が閉塞されれば、排気は実質的に第１タービンのみを駆動する形となり（尚、各タービンは相互に直列に配置されるから、理論上は、第１タービンを通過した排気により第２タービンも幾らかなり駆動され得るが、第１タービンにより排気エネルギが回収された後の排気による駆動となるため、第２タービンは、実践上有益な程度には駆動され難い）、実質的に第１過給器（所謂ＨＰ（High Pressure）側のターボ）のみが稼動するシングルターボモードが実現され得る。一方、第２通路部分が開放された場合、第１タービンが流路抵抗となるため、排気は殆ど第１タービンを経由することなく第２タービンに導かれ、第２過給器（所謂ＬＰ（Low Pressure）側のターボ）のみが稼動するシングルターボが実現され得る。他方、排気切り替え弁を中間開度（全閉と全開との間の任意の開度）とすれば、第１過給器と第２過給器とが、各通路部分の排気の流量比に応じて稼動するツインターボモードが実現される。即ち、過給モードの選択幅が広がり、例えば、第１過給器と第２過給器との体格を異ならしめることにより、内燃機関の広範な運転領域において望ましい過給効果を簡便に得ることが可能となる。従って、必然的に、排気切り替え弁には、中間開度領域における高い制御精度が要求され易く、本発明は、この種シリーズツインターボに対しより顕著な利益を提供し得る。
【００１９】
尚、この種のシリーズツインターボにおいては、吸気通路を、第２コンプレッサの下流側（吸気弁側）において第１コンプレッサを含む通路部分と第１コンプレッサをバイパスする通路部分とを有するように構成し、後者に吸気切り替え弁を備える構成としてもよい。
【００２０】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記第２過給器は、前記第１過給器よりも体格が大きく構成される。
【００２１】
この態様によれば、第２過給器は、第１過給器よりも体格の大きい（即ち、第１過給器よりも高圧側でその動作効率が良好であることを意味し、許容される回転速度もまた第１過給器よりも高いことを意味する）過給器として構成される。
【００２２】
従って、例えば第２過給器を駆動するのに十分な排気エネルギを得難い低回転軽負荷領域等においては主として第１過給器により過給を行い、第２過給器を駆動するのに十分な排気エネルギを得易い高回転高負荷領域等においては主として第２過給器により過給を行うと共に、これらの運転領域の中間に位置する中間領域において排気切り替え弁を適切な中間開度に制御する等して、広範な運転領域において、望ましい過給圧を効率的に且つ連続的に得ることが可能となる。また、第１過給器が稼動状態にある運転領域においては、可変ノズルの開度制御により、第１タービンに対しより効率的に排気を供給することが（端的には、少ない排気流量でも高い排気圧を得ることが）可能となる。このような構成が採られる場合、例えば排気通路から吸気通路へ排気の一部を循環させる所謂ＥＧＲ制御がなされるにあたって、軽中負荷領域においてもスモークやスートの発生限界を割り込む程の新気量の低下を招来することなくＥＧＲガスを導入することが可能となり、ＮＯｘ及びＰＭの排出量を好適に抑制することが可能となる。このような効果は、過給圧を目標過給圧へ正確に追従させてこそ得られるものであるから、本発明は、この種の構成に用いられて顕著に効果的である。
【００２３】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記設定手段は、前記目標過給圧に基づいて前記可変ノズルの指令開度の基準値を設定すると共に、前記変化方向が予め前記排気切り替え弁の開度が前記排気切り替え弁の指令開度から乖離するものとして定められた所定の乖離方向に該当する場合に、前記排気切り替え弁の開度が前記排気切り替え弁の指令開度から乖離することによって生じる前記目標過給圧に対する過給圧の偏差が減少するように、前記設定された基準値を補正する。
【００２４】
この態様によれば、排気切り替え弁の指令開度の変化方向（即ち、開弁方向又は閉弁方向のいずれかである）が所定の乖離方向に該当する場合に、可変ノズルの指令開度の基準値が補正される形で指令開度が設定される。従って、比較的簡便に、過給圧の変動を抑制し得る可変ノズルの指令開度を設定することができる。尚、好適な一形態として、排気切り替え弁の指令開度の変化方向が乖離方向ではない場合（即ち、先述した適合側の動作方向に相当する）、可変ノズルの指令開度は、この基準値とされてもよい。
【００２５】
尚、この態様では、第１コンプレッサにおける前記吸気の流量を特定する特定手段を更に具備し、前記設定手段は、前記特定された流量に応じて、前記設定された基準値を補正するに際しての補正方向を決定してもよい。
【００２６】
この態様によれば、例えばＥＣＵ等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る特定手段により、第１コンプレッサにおける吸気流量（コンプレッサ流量）が特定される。排気切り替え弁を開弁（閉弁）した場合に過給システム全体の過給圧が上昇するか低下は、このコンプレッサ流量に応じて変化するため、可変ノズルにより排気切り替え弁のヒステリシスによる影響を補償するに際し、このコンプレッサ流量を考慮することによって、過給圧を正確に目標過給圧に追従させることが可能となる。尚、本発明に係る「特定」とは、検出、推定、算出、導出、同定及び取得等を包括する概念であり、その実践的態様は各種あってよい。
【００２７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記設定手段は更に、前記可変ノズルの指令開度の変化方向に基づいて、前記可変ノズルの指令開度を設定する。
【００２８】
この態様によれば、可変ノズルに排気切り替え弁と同様のヒステリシスが存在する場合にも、目標過給圧と排気切り替え弁の指令開度の変化方向に加え、更に可変ノズルの指令開度の変化方向に基づいて、可変ノズルの指令開度を好適に設定することができる。即ち、排気切り替え弁と可変ノズルとの双方に生じるヒステリシスの影響を、可変ノズルの制御量のみにより簡便に且つ正確に排除することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンシステムの構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【図２】ＡＣＶ、ＥＣＶ及びＥＢＶの各々の開度と過給モードとの関係を表す表である。
【図３】過給マップの模式図である。
【図４】図１のエンジンシステムにおいてＥＣＵにより実行されるＶＮ駆動制御のフローチャートである。
【図５】図４のＶＮ駆動制御において参照されるＨＰ側コンプレッサの効率マップである。
【図６】図４のＶＮ駆動制御において適宜実行される過給圧上昇時ＶＮ補償処理のフローチャートである。
【図７】ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎとＥＣＶ開度との関係を示す模式図である。
【図８】ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎとＶＮ開度との関係を示す模式図である。
【図９】図４のＶＮ駆動制御において適宜実行される過給圧低下時ＶＮ補償処理のフローチャートである。
【００３０】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
＜実施形態＞
＜実施形態の構成＞
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態に係るエンジンシステム１０の構成について説明する。ここに、図１は、エンジンシステム１０の構成を概念的に表してなる概略構成図である。
【００３２】
図１において、エンジンシステム１０は、図示せぬ車両に搭載され、ＥＣＵ１００及びエンジン２００を備える。
【００３３】
ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備え、エンジン２００の動作全体を制御することが可能に構成された電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、本発明に係る「内燃機関の制御装置」の一例であり、ＲＯＭに格納される制御プログラムに従って、後述するＶＮ駆動制御を実行可能に構成されている。
【００３４】
エンジン２００は、軽油を燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列４気筒ディーゼルエンジンである。エンジン２００の概略について説明すると、エンジン２００は、シリンダブロック２０１に４本の気筒２０２が並列配置された構成を有しており、各気筒内において燃料を含む混合気が圧縮自着火した際に生じる熱エネルギが、不図示のピストンの往復運動を生じさせ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト（いずれも不図示）の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン２００の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。尚、本実施形態に係るエンジン２００は、気筒２０２が図１において紙面と垂直な方向に４本並列してなる直列４気筒ディーゼルエンジンであるが、個々の気筒２０２の構成は相互に等しいため、ここでは一の気筒２０２についてのみ説明することとする。
【００３５】
気筒２０２内における混合気の燃焼に際し、外部から吸入された空気たる吸入空気は、各気筒について共通に設置された吸気マニホールド２０３に導かれた後、各気筒について独立に設けられた吸気ポート（不図示）に導かれ、吸気ポートと気筒内部とを連通可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時に気筒２０２内に吸入される。気筒２０２内には、筒内直噴型のインジェクタ２０４から燃料たる軽油が噴射される構成となっており、噴射された燃料が各気筒内部で、気筒内に吸入された吸入ガスと混合され、上述した混合気となる。
【００３６】
エンジン２００において、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されている。この燃料タンクに貯留される燃料は、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して高圧ポンプ（不図示）に圧送される構成となっている。高圧ポンプは、コモンレール２０５に対し燃料を供給することが可能に構成されている。尚、高圧ポンプは、公知の各種態様を採り得、ここでは、その詳細については省略することとする。
【００３７】
コモンレール２０５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、上流側（即ち、高圧ポンプ側）から供給される高圧燃料をＥＣＵ１００により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール２０５には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したインジェクタ２０４は、気筒２０２毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ２０６を介してコモンレール２０５に接続されている。
【００３８】
尚、燃料は、個々の気筒２０２において、インジェクタ２０４を介し、目標噴射量に相当する燃料が、燃焼室内の急激な温度上昇を防止するための少量のパイロット噴射と、目標噴射量とパイロット噴射量との差分に相当するメイン噴射とに分割して噴射される構成となっている。
【００３９】
上述した混合気は、圧縮工程において自着火して燃焼し、燃焼済みガスとして、或いは一部未燃の混合気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ（不図示）の開弁時に排気ポート（不図示）を介して排気マニホールド２０７に導かれる構成となっている。この排気マニホールド２０７は、排気通路２０８に連通しており、排気の大部分は、この排気通路２０８に導かれる構成となっている。
【００４０】
排気通路２０８には、ＬＰ側タービンハウジング２０９に収容される形でＬＰ側タービン２１０が設置されている。ＬＰ側タービン２１０は、排気通路２０８に導かれた排気の圧力により所定のＬＰ側回転軸２１１を中心として回転可能に構成された、本発明に係る「第２タービン」の一例である。このＬＰ側回転軸２１１は、ＬＰ側コンプレッサハウジング２１２に収容される形で吸気通路２１４に設置されたＬＰ側コンプレッサ２１３と共有されており、ＬＰ側タービン２１０が排気圧により回転すると、ＬＰ側コンプレッサ２１３も当該ＬＰ側回転軸２１１を中心として回転する構成となっている。ＬＰ側コンプレッサ２１３は、図示せぬクリーナを介して外界から吸気通路２１４に導かれた吸気を、その回転に伴う圧力により吸気マニホールド２０３に圧送する（即ち、過給）可能に構成された、本発明に係る「第２コンプレッサ」の一例である。これらＬＰ側タービン２１０、ＬＰ側回転軸２１１及びＬＰ側コンプレッサ２１３等により、本発明に係る「第２過給器」の一例たるＬＰ側ターボが構成される。
【００４１】
ＨＰ側排気通路２１６は、排気マニホールド２０７と排気通路２０８とを連結する管状部材である。このＨＰ側排気通路２１６には、ＨＰ側タービンハウジング２１７に収容される形でＨＰ側タービン２１８が設置されている。ＨＰ側タービン２１８は、ＬＰ側タービン２１０と相互に直列に配置されており、ＨＰ側排気通路２１６に導かれた排気の圧力によりＨＰ側回転軸２１９を中心として回転可能に構成された、本発明に係る「第１タービン」の一例である。このＨＰ側回転軸２１９は、ＬＰ側コンプレッサ２１３の下流側において吸気通路２１４から分岐するＨＰ側吸気通路２２３にＨＰ側コンプレッサハウジング２２０に収容される形で設置されたＨＰ側コンプレッサ２２１と共有されており、ＨＰ側タービン２１８が排圧により回転すると、ＨＰ側コンプレッサ２２１も当該ＨＰ側回転軸２１９を中心として回転する構成となっている。ＨＰ側コンプレッサ２２１は、ＨＰ側吸気通路２２３に導かれた吸気を過給可能に構成された、本発明に係る「第１コンプレッサ」の一例であり、ＬＰ側コンプレッサ２１３と相互に直列に配置されている。
【００４２】
ＨＰ側タービン２１８とＨＰ側排気通路２１６との接続部位近傍には、ノズルベーンの開度に応じて当該接続部位近傍の流路面積を可変とすることによりＬＰ側タービン２１０を駆動する排気圧を調整可能なＶＮ（Variable Nozzle：可変ノズル）２１５が設けられている。ＶＮ２１５は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され、ＥＣＵ１００によりその駆動状態が制御される、本発明に係る「可変ノズル」の一例である。尚、これ以降、係るノズルベーンの開度を適宜「ＶＮ開度」と称することとする。
【００４３】
補足すると、ＶＮ２１５は、不図示のダイアフラムアクチュエータと圧力調整弁とを備えた不図示の駆動装置により駆動される構成となっており、ＥＣＵ１００は、この駆動装置の駆動状態を制御する構成となっている。このダイアフラムアクチュエータは、制御圧力に応じて、上記ＶＮ開度の変化を伴うＶＮ２１５の駆動を実現し、圧力調整弁は、このダイアフラムアクチュエータに対する制御圧力を指令値に応じて調整する構成となっている。尚、係る指令値は、ＶＮ開度の指令値であるＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎに一対一に対応する制御量である。
【００４４】
尚、ＶＮ２１５は、その構造上、開度が閉弁側に変化する程過給圧の上昇を促すため、ＶＮ開度は、全閉開度が１００（％）、全開開度が０（％）として表される。ＶＮ開度は、これら全開開度と全閉開度との間で連続的に可変に制御される。
【００４５】
また、これらＨＰ側タービン２１８、ＨＰ側回転軸２１９、ＨＰ側コンプレッサ２２１及びＶＮ２１５等により、本発明に係る「第１過給器」の一例たるＨＰ側ターボが構成される。
【００４６】
吸気バイパス通路２２５は、所定の分岐位置においてＨＰ側吸気通路２２３と共に吸気管２１４から分岐する管状部材である。吸気バイパス通路２２５は、吸気合流部２２４においてＨＰ側吸気通路２２３と合流する構成となっている。吸気バイパス通路２２５には、ＡＣＶ（吸気制御弁）２２６が設置されている。ＡＣＶ２２６は、その開度として、吸気バイパス通路２２５を開放する全開開度（１００（％））又は吸気バイパス通路２２５を閉塞させる全閉開度（０（％））を採り得る弁体を備え、当該開度に応じて吸気の供給経路を切り替え可能に構成された電磁開閉弁である。ＡＣＶ２２６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度は、然るべき駆動系を介してＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００４７】
補足すると、このＡＣＶ２２６が全閉開度に制御され、吸気バイパス通路２２５が閉塞された状態では、ＬＰ側コンプレッサ２１３を通過した吸気は、その全量がＨＰ側コンプレッサ２２１に供給される。また、このＡＣＶ２２６が全開開度に制御され、吸気バイパス通路２２５が開放された状態では、ＬＰ側コンプレッサ２１３を通過した吸気は、ＨＰ側コンプレッサ２２１に殆ど供給されることなく（即ち、より流路抵抗の低い吸気バイパス通路２２５を通過して）下流側の吸気マニホールド２０３へ供給される。尚、ＡＣＶ２２６は、その開度が連続的に可変な構造を有していてもよい。
【００４８】
一方、排気マニホールド２０７には、ＨＰバイパス通路２２７が接続されている。ＨＰバイパス通路２２７は、排気合流部２２２において先に述べたＨＰ側排気通路２１６に合流する構成となっている。このＨＰバイパス通路２２７には、ＥＣＶ（排気制御弁）２２８が設置されている。ＥＣＶ２２８は、本発明に係る「排気切り替え弁」の一例であり、ＨＰバイパス通路２２７を開放する全開開度（１００（％））とＨＰバイパス通路２２７を閉塞させる全閉開度（０（％））との間で連続的に可変に制御される弁体の開度（以下、適宜「ＥＣＶ開度」と称する）に応じて、ＨＰバイパス通路２２７における排気の流量（即ち、一義的に、ＨＰ側排気通路２１６における排気の流量である）を変化させることが可能に構成された弁装置である。ＥＣＶ２２８は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度は、然るべき駆動系を介してＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００４９】
補足すると、このＥＣＶ２２８が全閉開度に制御され、ＨＰバイパス通路２２７が閉塞された状態では、排気は、ＨＰ側排気通路２１６のみを介して排気通路２０８に導かれる。一方、ＥＣＶ２２８が全開開度に制御され、ＨＰバイパス通路２２７が開放された状態では、ＨＰ側タービン２１８が圧損となり、またＨＰ側排気通路２１６の管径がＨＰバイパス通路２２７よりも小さいこともあって、排気は殆どＨＰバイパス通路２２７のみを介して排気通路２０８に導かれる。ＥＣＶ２２８が全開開度と全閉開度との間の中間開度を採る場合、ＨＰ側排気通路２１６とＨＰバイパス通路２２７との間の排気の流量比は、ＥＣＶ２２８の開度に応じたものとなる。
【００５０】
尚、ＥＣＶ２２８は、ＶＮ２１５と同様に、不図示のダイアフラムアクチュエータと圧力調整弁とを備えた不図示の駆動装置により駆動される構成となっており、ＥＣＵ１００は、この駆動装置の駆動状態を制御する構成となっている。このダイアフラムアクチュエータは、制御圧力に応じて、上記ＥＣＶ開度の変化を伴うＥＣＶ２２８の駆動を実現し、圧力調整弁は、このダイアフラムアクチュエータに対する制御圧力を指令値に応じて調整する構成となっている。尚、係る指令値は、ＥＣＶ開度の指令値であるＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎに一対一に対応する制御量である。
【００５１】
ＬＰ側タービン２１０の上流側且つ排気合流部２２２の下流側には、排気バイパス通路２３８の一端部が接続されている。排気バイパス通路２３８の他端部は、ＬＰ側タービン２１０の下流側において排気通路２０８に連結されている。
【００５２】
この排気バイパス通路２３８には、ＥＢＶ（排気バイパス弁）２３９が設置されている。３ＥＢＶ２３９は、その開度として、排気バイパス通路２３８を開放する全開開度（１００（％））又は排気バイパス通路２３８を閉塞させる全閉開度（０（％））を採り得る弁体を備え、当該開度に応じて排気の供給経路を切り替え可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＢＶ２３９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その開度は、然るべき駆動系を介してＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。
【００５３】
尚、エンジン２００では、排気マニホールド２０７、排気通路２０８、ＨＰ側排気通路２１６、ＨＰバイパス通路２２７及び排気バイパス通路２３８により、本発明に係る「排気通路」の一例が構成される。
【００５４】
吸気通路２１４には、吸入空気の量を調節可能なディーゼルスロットルバルブ２２９が配設されている。このディーゼルスロットルバルブ２２９は、ＥＣＵ１００と電気的に接続され且つＥＣＵ１００により上位に制御されるスロットルバルブモータ２３０から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、ディーゼルスロットルバルブ２２９を境にした吸気通路２１４の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。尚、エンジン２００は、ディーゼルエンジンであり、その出力は、ガソリン等を燃料とするエンジンにおける空燃比制御（吸入空気量制御）と異なり、噴射量の増減制御を介してコントロールされる。従って、ディーゼルスロットルバルブ２２９は、エンジン２００の動作期間において、基本的に全開位置（図示するディーゼルスロットルバルブ２２９の位置が全開位置に相当する）に制御される。尚、吸気通路２１４には、過給された吸入空気を冷却することが可能なインタークーラ２３１が設置されており、吸入空気の充填効率の向上が図られる構成となっている。
【００５５】
また、吸気通路２１４には、過給圧センサ２３２が設置されている。過給圧センサ２３２は、吸気マニホールド２０３における吸気の圧力たる過給圧Ｐ３を検出可能に構成されたセンサである。過給圧センサ２３２は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された過給圧Ｐ３は、ＥＣＵ１００により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。
【００５６】
排気マニホールド２０７には、排気圧センサ２３４が設置されている。排気圧センサ２３４は、排気マニホールド２０７における排気の圧力たる排気圧Ｐ４（所謂エンジン背圧である）を検出可能に構成されたセンサである。排気圧センサ２３４は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、検出された排気圧Ｐ４は、ＥＣＵ１００により一定又は不定のタイミングで参照される構成となっている。
【００５７】
エンジン２００には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気マニホールド２０３へ還流させるＥＧＲ装置が備わる。ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路２３３、ＥＧＲクーラ２３５、切り替え弁２３６及びＥＧＲバルブ２３７を備える。
【００５８】
ＥＧＲ通路２３３は、排気マニホールド２０７と吸気マニホールド２０３とを連通させる管状部材である。ＥＧＲ通路２３３は、一端部が排気マニホールド２０７に接続され、その内部において排気マニホールド２０７に連通する中空且つ金属製の管状部材である。ＥＧＲ通路２３３の他端部は、吸気マニホールド２０３との接続部位近傍において吸気通路２１４に接続されている。
【００５９】
ＥＧＲクーラ２３５は、ＥＧＲ通路２３３に設けられたＥＧＲガスの冷却装置である。ＥＧＲクーラ２３５は、外周部にエンジン２００の冷却水配管が張り巡らされた構成を有し、ＥＧＲ通路２３３に導かれＥＧＲクーラ２３５を通過するＥＧＲガスは、この冷却水との熱交換により冷却され、下流側（即ち、吸気通路２１４側）へ導かれる構成となっている。ＥＧＲクーラ２３５には、夫々が上述したウォータジャケットに連通するインレットパイプ及びアウトレットパイプ（いずれも不図示）が接続されており、冷却水は、当該インレットパイプから当該冷却水配管に流入し、当該アウトレットパイプを介して当該冷却水配管の外に排出される。排出された冷却水は、エンジン２００の冷却水循環系に還流され、所定の経路を経て再びインレットパイプから供給される。
【００６０】
ＥＧＲ通路２３３には、ＥＧＲクーラ２３５の上流側及び下流側を連通させるバイパス通路（符合省略）が形成されている。ＥＧＲガスが、このバイパス通路に導かれた場合、ＥＧＲガスは、このバイパス通路によりバイパスされるＥＧＲ通路２３３の被バイパス区間に設置されたＥＧＲクーラ２３５を通過することなく吸気系に還流する構成となっている。
【００６１】
切り替え弁２３６は、ＥＧＲ通路２３３において、ＥＧＲクーラ２３５の上流側（即ち、排気マニホールド側）端部付近に設置され（尚、このような構成は一例であり、下流側端部近傍であってもよい）、弁体の位置制御により、ＥＧＲ通路２３３におけるＥＧＲガスの供給経路を、ＥＧＲクーラ２３５を通過する経路と、ＥＧＲクーラ２３５をバイパス経路との間で二値的に切り替え可能に構成された弁装置である。切り替え弁２３６は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その弁体位置は、ＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。より具体的には、切り替え弁２３６は、その弁体の位置が、上述した被バイパス区間へのＥＧＲガスの流入を遮断してＥＧＲガスをバイパス通路のみへ導くバイパス側弁体位置と、それとは逆にバイパス通路へのＥＧＲガスの流入を遮断して、被バイパス区間のみにＥＧＲガスを導くクーラ側弁体位置との間で二値的に且つ選択的に切り替えられる構成となっている。
【００６２】
尚、バイパス通路及び切り替え弁２３６の構成は、ここで述べる形態に限定されない。例えば、切り替え弁２３６は、単数又は複数の弁体の開閉状態の段階的又は連続的な制御により、ＥＧＲクーラ２３５をバイパスするＥＧＲガスの量を段階的又は連続的に変化させ得るように構成されていてもよい。
【００６３】
ＥＧＲバルブ２３７は、先に述べた吸気通路２１４との接続位置よりも上流側においてＥＧＲ通路２３３に設置され、弁体の開閉状態の制御によりＥＧＲガスの量（即ち、ＥＧＲ量）を変化させることが可能に構成された電磁開閉弁である。ＥＧＲバルブ２３７は、ＥＣＵ１００と電気的に接続されており、その駆動状態はＥＣＵ１００により上位に制御される構成となっている。補足すると、ＥＧＲ通路２３３に導かれたＥＧＲガスは、先に述べた切り替え弁２３６の弁体位置が、上述した二種類の弁体位置のいずれであるにせよ、最終的には、このＥＧＲバルブ２３７の開度（即ち、開弁の度合いであり、例えば、全開を１００（％）、全閉を０（％）等として規格化された数値として表され得る）に応じた量が吸気マニホールド２０３に供給される。
【００６４】
また、図面の煩雑化を防ぐ目的から図示は省略されるが、エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００には、エンジン２００の、或いはエンジン２００が搭載される車両の運転条件を規定する各種の指標値が、各指標値について設置された各種のセンサ（不図示）を介して電気的に入力される構成となっている。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の機関回転速度ＮＥをＮＥセンサから、またアクセル開度ＡＣＣをアクセルポジションセンサから夫々取得可能に構成されている。また、ＥＣＵ１００は、ＬＰ側コンプレッサ２１３の入り口側における吸気管２１４の圧力Ｐ１及びＨＰ側コンプレッサ２２１における吸気の流量たるコンプレッサ流量Ｑを、夫々圧力センサ及び流量センサから取得可能に構成されている。
【００６５】
＜実施形態の動作＞
エンジン２００は、排気により駆動されるタービンを夫々有する、排気駆動型のＬＰ側コンプレッサ２１３及びＨＰ側コンプレッサ２２１を備えており、ＡＣＶ２２６、ＥＣＶ２２８及びＥＢＶ２３９の各々の開度に応じてそれらの動作態様を表す各種の過給モードが実現される。
【００６６】
ここで、図２を参照し、各弁の開度と過給モードとの関係について説明する。ここに、図２は、ＡＣＶ２２６、ＥＣＶ２２８及びＥＢＶ２３９の各々の開度と過給モードとの関係を表す表である。
【００６７】
エンジン２００では、ＡＣＶ２２６、ＥＣＶ２２８及びＥＢＶ２３９の開度に応じて、（１）ＡＣＶ２２６、ＥＣＶ２２８及びＥＢＶ２３９を夫々全閉状態に維持することにより実現される、主として、ＨＰ側コンプレッサ２２１を使用するＨＰ過給モード、（２）ＡＣＶ２２６及びＥＢＶ２３９を閉弁状態とし、ＥＣＶ２２８を中間開度とすることにより実現される、ＨＰ側コンプレッサ２２１とＬＰ側コンプレッサ２１３とを併用した切り替えモード、（３）ＡＣＶ２２６及びＥＣＶ２２８を全開状態とし、ＥＢＶ２３９を全閉状態に維持することにより実現される、主としてＬＰ側コンプレッサ２１３のみを使用するＬＰ過給モード並びに（４）ＡＣＶ２２６、ＥＣＶ２２８及びＥＢＶ２３９を夫々全開状態に維持することにより実現される、バイパスモードの四種類の過給モードが実現される。
【００６８】
ＨＰ側コンプレッサ２２１は、ＬＰ側コンプレッサ２１３と較べて小体格であり、ＬＰ側コンプレッサ２１３よりも到達過給圧が低いものの、回転慣性が小さいことに起因して、ＬＰ側コンプレッサ２１３よりも排気に対する感度が高く、低回転且つ軽負荷の運転領域においても良好な過給を行うことが可能となっている。反対に、ＬＰ側コンプレッサ２１３は、ＨＰ側コンプレッサ２２１よりも回転慣性が大きいため、ＨＰ側コンプレッサ２２１と較べてその到達過給圧は高く、高回転領域において良好な過給が行うことが可能となっている。このため、エンジンシステム１０では、ＥＣＵ１００により、ＡＣＶ２２６及びＥＣＶ２２８の開閉状態が制御され、エンジン２００の広範な運転領域において望ましい過給効果を得ることが可能となっている。
【００６９】
これら四種類の過給モードの切り替えに係る切り替え条件は、ＲＯＭに格納された過給マップに規定される。ここで、図３を参照し、エンジン２００の過給マップについて説明する。ここに、図３は、過給マップの模式図である。
【００７０】
図３において、過給マップは、縦軸及び横軸に、夫々目標エンジントルクＴｅｔｇ（一義的に燃料噴射量）及び機関回転速度ＮＥを配してなる二次元マップとして構成される。尚、エンジン２００において、目標エンジントルクＴＥｔｇは、機関回転速度ＮＥとアクセル開度ＡＣＣとに基づいて、予め設定された目標トルクマップから選択的に決定される。過給マップ上において、図示最大トルク線は、エンジントルクＴＥの上限値を規定する特性線である。即ち、最大トルク線よりも高トルク側の領域では、エンジン２００が、スモークの発生を促す噴射量過多の状態に陥るため、エンジン２００の運転領域は、実質的に最大トルク線よりも下方の領域に限定される。また、エンジン２００には、構造上或いは制御上定まり得る下限回転速度ＮＥＬと上限回転速度（所謂レブリミットである）ＮＥＨとが存在する。エンジン２００の運転領域は、この下限回転速度ＮＥＬと上限回転速度ＮＥＨとの間の領域に限定される。
【００７１】
過給マップ上には、上記四種類の過給モードに対応する四種類の領域が規定される。即ち、（１）最低回転速度ＮＥＬと図示ＨＰラインとにより規定される、上記ＨＰ過給モードを実行すべきＨＰ領域、（２）最大トルク線、ＨＰライン及び図示ＬＰラインにより規定される、上記切り替えモードを実行すべき切り替え領域、（３）ＬＰライン、最大トルク線、図示バイパスライン及び上限回転速度ＮＥＨにより規定される上記ＬＰ過給モードを実行すべきＬＰ領域並びに（４）最大トルク線、バイパスライン及び上限回転速度ＮＥＨにより規定される、上記バイパスモードを実行すべきバイパス領域である。
【００７２】
エンジンシステム１０において、ＥＣＵ１００は、その時点の機関回転速度ＮＥ及び目標エンジントルクＴＥｔｇにより規定される運転条件が、ＨＰ領域、切り替え領域、ＬＰ領域及びバイパス領域のうちいずれの領域に該当するかを、係る過給マップに基づいて判別し、該当する領域に応じてＡＣＶ２２６及びＥＣＶ２２８を駆動制御することにより、該当する領域に応じた過給を実現する構成となっている。尚、図示する過給マップは説明を分かり易くするための模式図であり、過給マップは、実際には、図３に示された関係が数値化されたものとしてＲＯＭに格納されている。
【００７３】
尚、ＶＮ２１５は、ＨＰ側タービン２１８に対する排気圧を可変とする装置であり、十分な排気が存在する領域ではＶＮ開度を絞ることによりかえって背圧の増大を招くこともあって、ＶＮ開度は、総じて低回転側及び軽負荷側で絞られ（ＶＮ開度が増加せしめられ）、総じて高回転側及び高負荷側で開放せしめられる（ＶＮ開度が減少せしめられる）。ＶＮ開度は、上記過給マップと同様のＶＮ開度マップに基づいて設定される。このＶＮ開度マップは、機関回転速度ＮＥと目標エンジントルクＴＥｔｇとに基づいて設定される目標過給圧とＶＮ開度とを一対一又は多対一に対応付けたマップである。但し、ＶＮ２１５の制御に関しては、公知の各種制御態様を適用可能である。
【００７４】
＜実施形態の動作＞
次に、図４を参照し、本実施形態の動作として、ＥＣＵ１００により実行されるＶＮ駆動制御の詳細について説明する。ここに、図４は、ＶＮ駆動制御のフローチャートである。
【００７５】
図４において、ＥＣＵ１００は、ＥＣＶ開度の変更が必要であるか否かを判別する（ステップＳ１０１）。ＥＣＶ開度の変更が不要である場合（ステップＳ１０１：ＮＯ）、例えば、過給モードがＨＰ過給モード、ＬＰ過給モード或いはバイパスモードに収束している等の場合、ＥＣＵ１００は、ステップＳ１０１を繰り返し実行し、実質的に処理を待機状態とする。
【００７６】
一方、ＥＣＶ開度の変更が必要である場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、例えば、過給モードが切り替えモードであり且つ運転条件が過渡的に変化している等の場合、ＥＣＵ１００は更に、ＥＣＶ開度の増加が過給圧の上昇を招くか否かを判別する（ステップＳ１０２）。
【００７７】
ここで、ＥＣＶ２２８を開弁させた場合に過給圧が上昇するか否かは、ＨＰ側コンプレッサ２２１における先述したコンプレッサ流量に応じて変化する。ここで、図５を参照し、コンプレッサ２２１流量と過給圧との関係について説明する。ここに、図５は、ＨＰ側コンプレッサ２２１の効率マップである。
【００７８】
図５において、縦軸には吸気マニホールド２０３における吸気圧Ｐ３とＨＰ側コンプレッサ２２１の入り口側における吸気圧Ｐ１との比たる圧力比が表され、横軸には、ＨＰ側コンプレッサ２２１における吸気の流量たるコンプレッサ流量が表されている。これらにより規定される平面内において、ＨＰ側コンプレッサ２２１の効率は、図示楕円により示される等効率線によって規定される。等効率線は、効率が等しい点を結んで得られる特性線であり、楕円の面積が小さくなる図示中央部分へ向かう程、効率が良好となることを示す。
【００７９】
一方、ＥＣＶ２２８を開弁すると、コンプレッサ流量は減少するから、効率マップ上の動作点は、定性的には図示右側から左側へ移行する。従って、図示矢線ａのように、効率が良好な側から効率が低下する側へ移行する場合には、ＥＣＶ２２８が開弁するのに伴って過給圧は低下し、反対に、図示矢線ｂに示すように、効率がより良好な側へ移行する場合には、ＥＣＶ２２８が開弁するのに伴って過給圧は上昇する。ＥＣＵ１００は、予めＲＯＭに、図５に例示する関係を数値化する形で効率マップを保持しており、ステップＳ１０２において、各センサから取得される指標値を参照して、ＨＰ側コンプレッサ２２１の動作点が、効率マップ上のどのように動くかを判断し、ＥＣＶ２２８の開弁に伴って過給圧が上昇するか否かを判別する。
【００８０】
図４に戻り、ＥＣＵ１００は、ＥＣＶ２２８の開弁に伴って過給圧が上昇する場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、過給圧上昇時ＶＮ開度補償処理を実行する（ステップＳ２００）一方で、ＥＣＶ２２８の開弁に伴って過給圧が低下する場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、過給圧低下時ＶＮ補償処理を実行する（ステップＳ３００）。いずれかの処理が実行されると、処理はステップＳ１０１に戻され、一連の処理が繰り返される。
【００８１】
次に、図６を参照し、過給圧上昇時ＶＮ開度補償処理の詳細について説明する。ここに、図６は、過給圧上昇時ＶＮ開度補償処理のフローチャートである。
【００８２】
図６において、ＥＣＵ１００は、現時点のＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎ（ｉ）が前回値ｅｃｖｆｉｎ（ｉ−１）よりも大きいか否か、即ち、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎの変化方向が、開弁側であるか否かを判別する（ステップＳ２０１）。ここで、図７を参照し、ＥＣＶ２２８に生じるヒステリシスについて説明する。ここに、図７は、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎとＥＣＶ開度との関係を示す模式図である。
【００８３】
図７において、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎが増加する方向へ変化する開弁時は、図示実線で示すように、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎが１００％（即ち、全開指示）である場合に、ＥＣＶ開度もまた１００％となる。別言すれば、開弁時にＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎとＥＣＶ２２８の実開度たるＥＣＶ開度が整合するように、先に述べたＥＣＶ２２８の駆動装置に対する制御量が適合されている。
【００８４】
一方、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎが減少方向へ変化する閉弁時は、ＥＣＶ２２８の弁体が排気反力に抗する形となるため、全開開度付近に一種の不感帯領域が形成され、図示破線で示すように、開弁時に適合されたＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎに対し、実際のＥＣＶ開度が大きくなる。例えば、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎ＝Ａとすると、適合側である開弁時にはＥＣＶ開度がＡとなるが、ヒステリシス側である閉弁時には、ＥＣＶ開度がＡ＋Ｘとなる。即ち、ＥＣＶ２２８は、閉弁時には開弁側にＸ（％）のヒステリシスを伴う。尚、このＥＣＶ２２８のヒステリシス値Ｘは、予め実験的に算出されている。
【００８５】
図６に戻り、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎの変化方向が開弁側、即ち適合側である場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、現時点のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）が前回値ｖｎｆｉｎ（ｉ−１）未満であるか否か、即ち、ＥＣＶ指令開度ｖｎｆｉｎの変化方向が、開弁側であるか否か（既に述べたように、ＶＮ開度は、１００（％）が全閉である）を判別する（ステップＳ２０２）。ここで、図８を参照し、ＶＮ２１５に生じるヒステリシスについて説明する。ここに、図８は、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎとＶＮ開度との関係を示す模式図である。
【００８６】
図８において、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが減少する方向へ変化する開弁時は、図示実線で示すように、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが０％（即ち、全開指示）である場合に、ＶＮ開度もまた０％となる。別言すれば、開弁時にＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎとＶＮ２１５の実開度たるＶＮ開度が整合するように、先に述べたＶＮ２１５の駆動装置に対する制御量が適合されている。
【００８７】
一方、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが増加方向へ変化する閉弁時は、ＶＮ２１５の弁体が排気反力に抗する形となるため、全開開度付近に一種の不感帯領域が形成され、図示破線で示すように、開弁時に適合されたＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎに対し、実際のＶＮ開度が小さくなる。例えば、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ＝Ｂとすると、適合側である開弁時にはＶＮ開度がＢとなるが、ヒステリシス側である閉弁時には、ＶＮ開度がＢ−Ｙとなる。即ち、ＶＮ２１５は、閉弁時には開弁側にＹ（％）のヒステリシスを伴う。尚、このＶＮ２１５のヒステリシス値Ｙは、予め実験的に算出されている。
【００８８】
図６に戻り、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの変化方向が開弁側、即ち適合側である場合（ステップＳ２０２：ＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、ＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５が夫々適合側で動作しているため、補正の必要はないものとして処理を終了する。一方、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが閉弁側、即ちヒステリシス側である場合（ステップＳ２０２：ＮＯ）、処理はステップＳ２０４に移行される。
【００８９】
ステップＳ２０１に戻り、ＥＣＶ指令開度ｅｃｖｆｉｎの変化方向が閉弁側、即ちヒステリシス側である場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０２と同様に、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの変化方向が開弁側であるか否かを判別する（ステップＳ２０３）。その結果、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの変化方向が開弁側、即ち適合側である場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ２０５に移行され、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが閉弁側、即ちヒステリシス側である場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、処理はステップＳ２０６に移行される。ステップＳ２０４、２０５及び２０６では、夫々ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正される。
【００９０】
ＥＣＶ２２８が適合側且つＶＮ２１５がヒステリシス側で動作する場合、ＶＮ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｙ％だけ開弁側に乖離している。即ち、Ｙ％の開度偏差に対応する過給圧の低下が生じていることになる。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０４において、現在のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）をヒステリシス値Ｙだけ加算側（即ち、閉弁側）にオフセットさせた値「ｖｎｆｉｎ（ｉ）＋Ｙ」を、ＶＮ指令開度の最新値ｖｎｆｉｎ（ｉ＋１）として設定する。このようにＶＮ２１５に生じるヒステリシスに基づいてＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正された結果、ＶＮ２１５の実開度たるＶＮ開度は、本来の指令開度と一致し、過給圧は目標過給圧に収束する。
【００９１】
ＥＣＶ２２８がヒステリシス側且つＶＮ２１５が適合側で動作する場合、ＥＣＶ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｘ％だけ開弁側に乖離している。ここで、先にステップＳ１０２において判別されたように、ＨＰ側コンプレッサ２２１は、ＥＣＶ２２８の開弁時に過給圧が上昇する動作領域にあり、係るＸ％の開度偏差に対応する過給圧の上昇が生じていることになる。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０５において、現在のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）を、このヒステリシス値Ｘに対応する値として、予めエンジン２００の運転領域毎に実験による適合を経て決定された、補正値Ｚだけ減少側（即ち、開弁側）にオフセットさせた値「ｖｎｆｉｎ（ｉ）−Ｚ」を、ＶＮ指令開度の最新値ｖｎｆｉｎ（ｉ＋１）として設定する。このようにＥＣＶ２２８に生じるヒステリシスに基づいてＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正された結果、ＥＣＶ２２８の実開度たるＥＣＶ開度は、本来の指令開度と一致し、過給圧は目標過給圧に収束する。
【００９２】
ＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５が共にヒステリシス側で動作する場合、ＥＣＶ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｘ％だけ開弁側に乖離し、ＶＮ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｙ％だけ開弁側に乖離している。ＶＮ２１５ではＹ％の開度偏差に対する過給圧の低下が生じており、逆にＥＣＶ２２８ではＸ％の開度偏差に対応する過給圧の上昇が生じていることになる。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ２０６において、現在のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）を、先述した補正値Ｚと、ヒステリシス値Ｙとに基づいて補正し、「ｖｎｆｉｎ（ｉ）＋Ｙ−Ｚ」を、ＶＮ指令開度の最新値ｖｎｆｉｎ（ｉ＋１）として設定する。このようにＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５に生じるヒステリシスに基づいてＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正された結果、ＥＣＶ２２８の実開度たるＥＣＶ開度は、本来の指令開度と一致し、過給圧は目標過給圧に収束する。
【００９３】
ステップＳ２０４、２０５又は２０６が実行されると、過給圧上昇時ＶＮ補償処理は終了する。
【００９４】
続いて、図９を参照し、過給圧低下時ＶＮ開度補償処理の詳細について説明する。ここに、図９は、過給圧低下時ＶＮ開度補償処理のフローチャートである。尚、同図において、図６と重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
【００９５】
図９において、ステップＳ２０１乃至ステップＳ２０４に係る処理は、図６に示した過給圧上昇時ＶＮ開度補償処理と同様である。
【００９６】
一方、過給圧低下時ＶＮ補償処理において、ステップＳ２０３が実行された結果、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの変化方向が開弁側、即ち適合側である場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、処理はステップＳ３０１に移行され、ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが閉弁側、即ちヒステリシス側である場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、処理はステップＳ３０２に移行される。ステップＳ３０１及び３０２では、夫々ＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正される。
【００９７】
ＥＣＶ２２８がヒステリシス側且つＶＮ２１５が適合側で動作する場合、ＥＣＶ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｘ％だけ開弁側に乖離している。ここで、先にステップＳ１０２において判別されたように、ＨＰ側コンプレッサ２２１は、ＥＣＶ２２８の開弁時に過給圧が低下する動作領域にあり、係るＸ％の開度偏差に対応する過給圧の低下が生じていることになる。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０１において、現在のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）を、このヒステリシス値Ｘに対応する値として、予めエンジン２００の運転領域毎に実験による適合を経て決定された、補正値Ｗだけ増加側（即ち、閉弁側）にオフセットさせた値「ｖｎｆｉｎ（ｉ）＋Ｗ」を、ＶＮ指令開度の最新値ｖｎｆｉｎ（ｉ＋１）として設定する。このようにＥＣＶ２２８に生じるヒステリシスに基づいてＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正された結果、ＥＣＶ２２８の実開度たるＥＣＶ開度は、本来の指令開度と一致し、過給圧は目標過給圧に収束する。
【００９８】
ＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５が共にヒステリシス側で動作する場合、ＥＣＶ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｘ％だけ開弁側に乖離し、ＶＮ開度は、指令開度に対しヒステリシス値Ｙ％だけ開弁側に乖離している。ＶＮ２１５ではＹ％の開度偏差に対する過給圧の低下が生じており、同様にＥＣＶ２２８ではＸ％の開度偏差に対応する過給圧の低下が生じていることになる。従って、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３０２において、現在のＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎ（ｉ）を、先述した補正値Ｗと、ヒステリシス値Ｙとに基づいて補正し、「ｖｎｆｉｎ（ｉ）＋Ｙ＋Ｗ」を、ＶＮ指令開度の最新値ｖｎｆｉｎ（ｉ＋１）として設定する。このようにＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５に生じるヒステリシスに基づいてＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎが補正された結果、ＥＣＶ２２８の実開度たるＥＣＶ開度は、本来の指令開度と一致し、過給圧は目標過給圧に収束する。ステップＳ３０１又はステップＳ３０２が実行されると、過給圧低下時ＶＮ補償処理は終了する。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態に係るＶＮ駆動制御によれば、ＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５に生じるヒステリシスに起因する、目標過給圧からの過給圧の乖離が、ＶＮ２１５の開度補正により好適に抑制され、過給圧を目標過給圧に収束させることが可能となっている。ここで特に、ＥＣＶ２２８のヒステリシスをＶＮ２１５の指令開度ｖｎｆｉｎの補正により補償することによって、ＥＣＶ２２８及びＶＮ２１５の各々において、指令開度を補正する場合と較べて、明らかにＥＣＵ１００の負担が軽減され、従って、各弁の応答性が担保されている。従って、良好な制御性が確保されている。また、このように、複数の弁装置のヒステリシスを、全てＶＮ指令開度ｖｎｆｉｎの補正により補償し得る点に着眼してなされた本実施形態によれば、エンジン２００において、過給圧の乖離を招くヒステリシスを有する弁装置がどれだけ備わっていようとも、ＥＣＵ１００の負担がそれらの数量に応じてリニアに増加するといった事態は生じ得ない。即ち、単に各弁の開弁遅れや閉弁遅れを解消せんとする旧来の技術思想からは到底想達し得ない高度な技術思想により、効率的に、迅速に且つ正確に過給圧を制御し得るといった、実践上の高い利益が提供されるのである。
【０１００】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、可変ノズルを備えた過給器を含む複数の過給器と、これら複数の過給器の稼動態様を切り替える排気切り替え弁とを有する内燃機関の駆動制御に利用可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０…エンジンシステム、１００…ＥＣＵ、２００…エンジン、２０８…排気通路、２０９…ＬＰ側タービンハウジング、２１０…ＬＰ側タービン、２１１…ＬＰ側回転軸、２１２…ＬＰ側コンプレッサハウジング、２１３…ＬＰ側コンプレッサ、２１４…吸気通路、２１６…ＨＰ側排気通路、２１７…ＨＰ側タービンハウジング、２１８…ＨＰ側タービン、２１９…ＨＰ側回転軸、２２０…ＨＰ側コンプレッサハウジング、２２１…ＨＰ側コンプレッサ、２２２…排気合流部、２２４…吸気合流部、２２５…吸気切り替え通路、２２６…吸気切り替え弁、２２７…排気切り替え通路、２２８…排気切り替え弁、２３２…過給圧センサ、２３３…ＥＧＲ通路、２３４…排気圧センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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