(57)【要約】【課題】過給機間冷却器により下流側に設けられた圧縮器の出口温度の制約条件を受けずに高過給化を可能とし、更に、その過給機間冷却器を使用する運転領域を選択することにより燃費などの機関性能の悪化を回避することができる二段過給システム、内燃機関、及び二段過給システムの制御方法を提供する。【解決手段】低圧段コンプレッサ１２ｂと高圧段コンプレッサ１１ｂとの間に、通常吸気通路１３と、その通常吸気通路１３を迂回し、過給機間冷却器１４を備える冷却吸気通路１５とを設けると共に、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも高い場合と、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも小さく、且つ過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きい場合では、冷却吸気通路１５に切り換え、その他の場合では、通常吸気通路１３に切り換える三方向電磁弁１６とその三方向電磁弁１６を制御するＥＣＵ１７を設けて構成される。【選択図】図１
2015200207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機とを備える二段過給システムにおいて、
前記低圧段過給機の低圧段圧縮器と前記高圧段過給機の高圧段圧縮器との間に、通常吸気通路と、該通常吸気通路を迂回し、過給機間冷却器を備える冷却吸気通路とを設けると共に、前記低圧段圧縮器で圧縮された低圧吸気の低圧吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、前記過給機間冷却器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、及び前記高圧段圧縮器の下流の過給圧を検出する過給圧検出手段を設け、
前記低圧吸気温度が予め定めた温度判定値よりも高い場合と、前記冷媒温度が前記低圧吸気温度よりも小さく、且つ前記過給圧が予め定めた圧力判定値よりも大きい場合では、前記低圧吸気の流路を前記冷却吸気通路に切り換え、その他の場合では、前記低圧吸気の流路を前記通常吸気通路に切り換える流路切換手段を設けることを特徴とする二段過給システム。
【請求項２】
前記流路切換手段が、前記圧力判定値を予め測定された前記過給機間冷却器の圧力損失と前記過給機間冷却器の前記冷媒温度に基づいて定めるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の二段過給システム。
【請求項３】
前記流路切換手段が、前記低圧吸気温度が前記温度判定値よりも高いか否かを、前記内燃機関の適合に基づいた高出力領域か否かで判定するように構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の二段過給システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の二段過給システムを備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機との間に過給機間冷却器を備える二段過給システムの制御方法において、
前記低圧段過給機の低圧段圧縮器で圧縮された低圧吸気の低圧吸気温度が予め定めた温度判定値より高い場合と、前記過給機間冷却器の冷媒温度が前記低圧吸気温度よりも小さく、且つ前記高圧段過給機の高圧段圧縮器の下流の過給圧が予め定めた圧力判定値よりも大きい場合では、前記低圧吸気を前記過給機間冷却器で冷却してから前記高圧段過給機の前記高圧段圧縮器に送り、
その他の場合では、前記低圧吸気を前記過給機間冷却器で冷却せずに、前記高圧段圧縮器に送ることを特徴とする二段過給システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二段過給システム、内燃機関、及び二段過給システムの制御方法に関し、より詳細には、内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機との間に過給機間冷却器を備え、高過給化を図ることができる二段過給システム、それを備える内燃機関、及び二段過給システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンにおいて機関の高出力化と低排ガスレベルを両立するためには高過給運転が必須となっており、排ガスで駆動する二つの過給機を用いた二段過給システムが提案されている。
【０００３】
この二段過給システムでは、コンプレッサ翼の耐熱性などの観点から下流側に配置されたコンプレッサの出口温度に上限温度（例えば、１６０℃〜２００℃）を設定しており、エンジンの適合（排ガスの有害成分量、燃費、出力トルクなどの複数のパラメータをバランスさせるようにすること）においては、その上限温度を超えないように過給圧の適合が実施されている。
【０００４】
これに関して、高圧段過給機と低圧段過給機との間に過給機間冷却器を設けると共に、その過給機間冷却器をバイパスするバイパス通路を設けた装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この装置は始動時に、バイパス通路を経由させて低圧段過給機の低圧段コンプレッサで圧縮された低圧吸気を高圧段過給機の高圧段コンプレッサに送ることで吸気温度を上昇させてからエンジン本体を始動するように構成されている。
【０００６】
一方、低負荷運転時と高負荷運転時では、過給機間冷却器を経由させて低圧段コンプレッサで圧縮された低圧吸気を高圧段過給機に送ることで吸気の高過給化を図っている。
【０００７】
しかしながら、過給機間冷却器を使用する場合には、過給機間冷却器で圧力損失が発生することによって、過給仕事が増加することがある。また、過給機間冷却器の冷媒温度によっては低圧段コンプレッサで圧縮された低圧吸気の温度が過給機間冷却器を経由させることで上昇することがある。これらの問題が生じることにより、所定の圧力比を得るために必要な過給仕事が増加しまい、燃費などの機関性能が悪化する原因となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公平７−１１１１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、過給機間冷却器により下流側に設けられた圧縮器の出口温度の上限温度の制約を受けずに高過給化を可能とし、更に、その過給機間冷却器を使用する運転領域を選択することにより燃費の悪化などの機関性能の悪化を回避することができる二段過給システム、内燃機関、及び二段過給システムの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するための本発明の二段過給システムは、内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機とを備える二段過給システムにおいて、前記低圧段過給機の低圧段圧縮器と前記高圧段過給機の高圧段圧縮器との間に、通常吸気通路と、該通常吸気通路を迂回し、過給機間冷却器を備える冷却吸気通路とを設けると共に、前記低圧段圧縮器で圧縮された低圧吸気の低圧吸気温度を検出する吸気温度検出手段と、前記過給機間冷却器の冷媒温度を検出する冷媒温度検出手段と、及び前記高圧段圧縮器の下流の過給圧を検出する過給圧検出手段を設け、前記低圧吸気温度が予め定めた温度判定値よりも高い場合と、前記冷媒温度が前記低圧吸気温度よりも小さく、且つ前記過給圧が予め定めた圧力判定値よりも大きい場合では、前記低圧吸気の流路を前記冷却吸気通路に切り換え、その他の場合では、前記低圧吸気の流路を前記通常吸気通路に切り換える流路切換手段を設けて構成される。
【００１１】
なお、ここでいう流路切換手段とは、例えば、通常吸気通路と冷却吸気通路の分岐に設けられた三方向切換弁と、吸気温度検出手段、冷媒温度検出手段、及び過給圧検出手段の検出結果に基づいてその三方向切換弁を制御する制御装置などからなるものである。
【００１２】
この構成によれば、低圧吸気温度、冷媒温度、及び過給圧に基づいて流路切換手段で低圧段過給機の低圧段圧縮器で圧縮された低圧吸気の流路を切り換える。詳しくは、低圧吸気温度が温度判定値よりも高い場合と、冷媒温度が低圧吸気温度よりも小さく、且つ過給圧が圧力判定値よりも大きい場合では、低圧吸気の流路を冷却吸気通路に切り換える。これにより、過給機間冷却器で低圧吸気を冷却するので、高圧段圧縮器で圧縮された高圧吸気の高圧吸気温度が、高圧段圧縮器の耐久性などから定められる上限温度を超えることを回避して、二段過給による高過給化を図ることができる。
【００１３】
また、それ以外の場合、例えば、低圧吸気温度が温度判定値以下で、且つ冷媒温度が低圧吸気温度以上の場合や、低圧吸気温度が温度判定値以下で、且つ冷媒温度が低圧吸気温度よりも小さく、且つ過給圧が圧力判定値以下の場合では、低圧吸気の流路を通常吸気通路に切り換える。これにより、過給機間冷却器で低圧吸気の温度が上昇することや、過給機間冷却器の圧力損失の影響で過給仕事割合が増加することを回避することができる。
【００１４】
従って、下流側の高圧段圧縮器の出口温度の上限温度の制約を受けずに高過給化を可能とし、更に過給機間冷却器を使用する運転領域を選択して制御することにより、過給機間冷却器の圧力損失の影響による仕事割合の増加などを回避して、燃費などの機関性能の悪化を回避することができる。
【００１５】
また、上記の二段過給システムにおいて、前記流路切換手段が、前記圧力判定値を予め測定された前記過給機間冷却器の圧力損失と前記過給機間冷却器の前記冷媒温度に基づいて定めるように構成されると、過給機間冷却器の圧力損失と過給機間冷却器の冷媒温度の影響により過給仕事割合が増加する領域を正確に判定して、これを回避することができる。これにより、二段過給による高過給化を図ることができると共に、過給仕事が増加することを回避して、機関性能の悪化を回避することができる。
【００１６】
加えて、上記の二段過給システムにおいて、前記流路切換手段が、前記低圧吸気温度が前記温度判定値よりも高いか否かを、前記内燃機関の適合に基づいた高出力領域か否かで判定するように構成されると、内燃機関の適合により予め低圧吸気温度が温度判定値よりも高くなることが明らかになる高出力領域では、過給機間冷却器により低圧吸気を冷却して、高過給化を図ることができる。
【００１７】
そして、上記の課題を解決するための本発明の内燃機関は、上記の二段過給システムを備えて構成される。この構成によれば、高圧段過給機の出口温度の上限温度の制約を受け
ずに二段過給によって高過給化を図ることができると共に、過給機間冷却器を使用する運転領域を選択することにより高圧段過給機の過給仕事が増加することを回避して、燃費などの機関性能の悪化を回避することができる。
【００１８】
そして、上記の課題を解決するための本発明の二段過給システムの制御方法は、内燃機関からの排気で駆動する高圧段過給機と低圧段過給機との間に過給機間冷却器を備える二段過給システムの制御方法において、前記低圧段過給機の低圧段圧縮器で圧縮された低圧吸気の低圧吸気温度が予め定めた温度判定値より高い場合と、前記過給機間冷却器の冷媒温度が前記低圧吸気温度よりも小さく、且つ前記高圧段過給機の高圧段圧縮器の下流の過給圧が予め定めた圧力判定値よりも小さい場合では、前記低圧吸気を前記過給機間冷却器で冷却してから前記高圧段過給機の前記高圧段圧縮器に送り、その他の場合では、前記低圧吸気を前記過給機間冷却器で冷却せずに、前記高圧段圧縮器に送ることを特徴とする法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の二段過給システム、内燃機関、及び二段過給システムの制御方法によれば、低圧吸気温度が温度判定値よりも高い場合と、冷媒温度が低圧吸気温度よりも小さく、且つ過給圧が圧力判定値よりも大きい場合では、低圧吸気の流路を冷却吸気通路に切り換える。これにより、過給機間冷却器で低圧吸気を冷却するので、高圧段圧縮器で圧縮された高圧吸気の高圧吸気温度が、高圧段圧縮器の耐久性などから定められる上限温度を超えることを回避して、二段過給による高過給化を図ることができる。
【００２０】
また、それ以外の場合では、低圧吸気の流路を通常吸気通路に切り換える。これにより、過給機間冷却器で低圧吸気より温度の高い冷媒から熱を受けて低圧吸気の温度が上昇することや、過給機間冷却器の圧力損失の影響で過給仕事割合が増加することを回避することができる。
【００２１】
従って、下流側の高圧段圧縮器の出口温度の上限温度の制約を受けずに高過給化を可能とし、更に過給機間冷却器を使用する運転領域を選択して制御することにより、仕事割合の増加などを回避して、燃費などの機関性能の悪化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る実施の形態の二段過給システムと、それを備える内燃機関の構成の一例を示した図である。
【図２】図１の過給機間冷却器の影響を示したグラフであり、横軸を過給圧とし、縦軸をそれぞれ高圧段圧縮器の出口温度、過給仕事割合、排気圧力と吸気圧力の差分としたグラフである。
【図３】図１の過給機間冷却器が無い場合に対する過給仕事割合を、圧力損失と圧力比の関係で示したグラフであり、冷媒温度が４０℃の場合と、７０℃の場合を示す。
【図４】本発明に係る実施の形態の二段過給システムの制御方法を示すフローチャートである。
【図５】図１の内燃機関の適合を、内燃機関の回転速度と燃料噴射量の関係で示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明に係る実施の形態の二段過給システム、内燃機関、及び二段過給システムの制御方法について説明する。
【００２４】
まず、実施の形態のエンジン（内燃機関）１について説明する。図１に示すように、このエンジン１は、エンジン本体２から排出される排ガスをイグゾーストマニホールド３か
ら排気通路４を経由させて、図示しない排ガス処理装置で浄化してから排出している。また、このエンジン１は排ガスの一部をＥＧＲクーラー５とＥＧＲバルブ６からなるＥＧＲシステム７によりインテークマニホールド８に環流している。なお、図１の黒塗り矢印は排ガスの流れを示し、白抜き矢印は吸気の流れを示している。
【００２５】
そして、このエンジン１は、吸気通路９からインテークマニホールド８を経由して気筒に供給される吸気を高過給化する二段過給システム１０を備えて構成される。
【００２６】
この実施の形態の二段過給システム１０は、高圧段ターボチャージャー（高圧段過給機：以下、高圧段Ｔ／Ｃという）１１と高圧段Ｔ／Ｃ１１よりも容量の大きい低圧段ターボチャージャー（低圧段過給機：以下、低圧段Ｔ／Ｃという）１２を備え、高圧段Ｔ／Ｃ１１の高圧段タービン１１ａを、低圧段Ｔ／Ｃ１２の低圧段タービン１２ａよりも排気通路４の上流側に配置し、低圧段Ｔ／Ｃ１２の低圧段コンプレッサ１２ｂを、高圧段Ｔ／Ｃ１１の高圧段コンプレッサ１１ｂよりも吸気通路９の上流側に配置して構成される。
【００２７】
また、この二段過給システム１０は、低圧段コンプレッサ１２ｂと高圧段コンプレッサ１１ｂとの間に、通常吸気通路１３と、その通常吸気通路１３を迂回し、過給機間冷却器１４を備えた冷却吸気通路１５とを設けると共に、低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された低圧吸気を高圧段コンプレッサ１１ｂに送る際に、通常吸気通路１３と冷却吸気通路１５のどちらか一方を経由するように切り換える流路切換手段として、三方向電磁弁１６とＥＣＵ（制御装置）１７を備えて構成される。加えて、高圧段コンプレッサ１１ｂの下流には過給後冷却器１８を設ける。
【００２８】
更に、この二段過給システム１０は、吸気温度検出手段として低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度（低圧吸気温度）ＴＬＰＣｏｕｔを検出する出口温度センサ２１と、冷媒温度検出手段として過給機間冷却器１４の冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔを検出する冷媒温度センサ２２と、過給圧検出手段として高圧段コンプレッサ１１ｂの下流の過給圧Ｐｂｏｏｓｔを検出する圧力センサ２３をそれぞれ設ける。
【００２９】
通常吸気通路１３は、低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された低圧吸気を圧力損失の影響を回避した状態で高圧段コンプレッサ１１ｂに送る通路である。一方、冷却吸気通路１５は、過給機間冷却器１４を備える通路であり、低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された低圧吸気を過給機間冷却器１４で冷却して高圧段コンプレッサ１１ｂに送る通路である。
【００３０】
図２は、横軸に過給圧Ｐｂｏｏｓｔ、縦軸にそれぞれ高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔ、過給間冷却器無しに対する過給仕事割合ＲＣＷ（Ｒｅｌａｔｉｖｅ
Ｃｏｍｐ．  Ｗｏｒｋ）、排気圧力と吸気圧力の差分ΔＰとしたグラフである。各グラフのＬ１は過給機間冷却器１４が無い状態の結果を示し、Ｌ２は過給機間冷却器１４がある状態で、高圧段コンプレッサ１１ｂの入口温度が８０℃、且つ過給機間冷却器１４での圧力損失が無い場合の結果を示し、Ｌ３は過給機間冷却器１４がある状態で、高圧段コンプレッサ１１ｂの入口温度が８０℃、且つ過給機間冷却器１４での圧力損失を考慮した場合の結果を示し、Ｌ４は過給機間冷却器１４がある状態で、高圧段コンプレッサ１１ｂの入口温度が３０℃、且つ過給機間冷却器１４での圧力損失を考慮した場合の結果を示している。なお、Ｔｌｉｍｉｔは、高圧段コンプレッサ１１ｂの耐久性などから定められる上限温度のことである。また、過給仕事割合ＲＣＷとは、低圧段コンプレッサ１２ｂの過給仕事と高圧段コンプレッサの過給仕事の合計を過給機間冷却器１４が無い状態と比較したものである。
【００３１】
過給圧Ｐｂｏｏｓｔと高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔとの関係を示す図２の上段のグラフから分かるように、条件Ｌ１の場合は、高圧段コンプレッサ１１
ｂの出口温度の上限温度Ｔｌｉｍｉｔを超えないように過給圧ＰｂｏｏｓｔをＰ４以上にすることができない。一方、過給機間冷却器１４で冷却する条件Ｌ２〜条件Ｌ４の場合は、過給圧ＰｂｏｏｓｔがＰ４以上になっても上限温度Ｔｌｉｍｉｔを超えることがない。つまり、過給機間冷却器１４により冷却することで高圧段コンプレッサ１１ｂの上限温度Ｔｌｉｍｉｔの制約を受けることなく吸気の高過給化を図ることができる。
【００３２】
また、過給圧Ｐｂｏｏｓｔと過給仕事割合ＲＣＷとの関係を示す図２の中段のグラフと過給圧Ｐｂｏｏｓｔと差分ΔＰとの関係を示す図２の下段のグラフから分かるように、条件Ｌ２の場合は、条件Ｌ１と比べて過給圧ＰｂｏｏｓｔがＰ２になるまでは高圧段コンプレッサ１１ｂの過給仕事が増える。更に、圧力損失を考慮した条件Ｌ３の場合は、過給圧ＰｂｏｏｓｔがＰ３になるまでは高圧段コンプレッサ１１ｂの過給仕事が増える。つまり、過給機間冷却器１４を経由させることで発生する圧力損失の影響により、高圧段コンプレッサ１１ｂの過給仕事が増えることが分かる。
【００３３】
従って、通常吸気通路１３は冷却吸気通路１５と比較して圧力損失の影響が少なく高圧段コンプレッサ１１ｂの過給仕事の増加を抑制することができ、一方、冷却吸気通路１５は通常吸気通路１３と比較して冷媒温度が吸気温度よりも低い場合に吸気の温度を下げることができるので、高過給化を図ることができる。
【００３４】
三方向電磁弁１６は、低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された吸気の流路を通常吸気通路１３と冷却吸気通路１５のどちらか一方に切り換えるように構成された電磁弁であり、ＥＣＵ１７により制御されている。
【００３５】
ＥＣＵ１７は、エンジン本体２の燃料噴射量やＥＧＲバルブ６の制御などを行っている制御装置であり、特にこの実施の形態では、各センサ２１〜２３の検出結果に基づいて三方向電磁弁１６を制御している。詳しくは、このＥＣＵ１７は、図１に示すように、三方向電磁弁１６を切り換える判定を行う第一判定部ＤＰ１、第二判定部ＤＰ２、及び第三判定部ＤＰ３を備えて構成される。
【００３６】
第一判定部ＤＰ１は、出口温度センサ２１で検出された出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが予め定めた温度判定値Ｔ’よりも大きいか否かを判定する判定部である。この第一判定部ＤＰ１で出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも大きいと判定されると、ＥＣＵ１７は、低圧吸気の流路を冷却吸気通路１５にするように三方向電磁弁１６を切り換える制御を行う。一方、この第一判定部ＤＰ１で出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’以下と判定されると、第二判定部ＤＰ２で判定を行う。
【００３７】
この温度判定値Ｔ’は、高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔが予め定めた上限温度Ｔｌｉｍｉｔを超えないように、且つ二段過給システム１０による過給圧Ｐｂｏｏｓｔが図２に示すＰ４を超える高過給圧となるように定められた判定値である。
【００３８】
例えば、同一の過給圧Ｐｂｏｏｓｔと、同一の低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度ＴＬＰＣｏｕｔでも、低圧段コンプレッサ１２ｂの仕事割合（低圧段コンプレッサ仕事／（低圧段コンプレッサ仕事＋高圧段コンプレッサ仕事））によって、高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔが変化する。この低圧段コンプレッサ１２ｂの仕事割合は、低圧段Ｔ／Ｃ１２の容量、運転条件、及びエンジン適合値によって変化する。例えば、図１に示す実施の形態では、比較的容量の大きい低圧段Ｔ／Ｃ１２を低圧段に配置していることから、低圧段コンプレッサ１２ｂの仕事割合は５０％程度が合理的である。従って、この低圧段コンプレッサ１２ｂの仕事割合とエンジン１の全負荷時の過給圧Ｐｂｏｏｓｔ（図２に示すＰ４以上の高過給圧）を考慮すると、温度判定値Ｔ’の上下限値は９０℃〜１６０℃となる。なお、この実施の形態ではこの温度判定値Ｔ’を１６０℃とした。
【００３９】
第二判定部ＤＰ２は、冷媒温度センサ２２で検出された冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも低いか否かを判定する判定部である。この第二判定部ＤＰ２で冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも低いと判定されると、第三判定部ＤＰ３で判定を行う。一方、第二判定部ＤＰ２で冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ以上と判定されると、ＥＣＵ１７が低圧吸気の流路を通常吸気通路１３にするように三方向電磁弁１６を切り換える制御を行う。これは、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ以上の場合は過給機間冷却器１４で低圧吸気の温度が上昇してしまうことを回避するためである。
【００４０】
第三判定部ＤＰ３は、圧力センサ２３で検出された過給圧Ｐｂｏｏｓｔが予め定めた圧力判定値Ｐ’より大きいか否かを判定する判定部である。この第三判定部ＤＰ３で過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きいと判定されると、ＥＣＵ１７が低圧吸気の流路を冷却吸気通路１５にするように三方向電磁弁１６を切り換える制御を行う。一方、過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’以下と判定されると、ＥＣＵ１７が低圧吸気の流路を通常吸気通路１３にするように三方向電磁弁１６を切り換える制御を行う。
【００４１】
この圧力判定値Ｐ’は、過給機間冷却器１４の圧力損失の影響で高圧段コンプレッサ１１ｂの仕事割合が、過給機間冷却器１４が無い状態と比較して増加しないように定められた判定値である。
【００４２】
図３は、過給機間冷却器１４が無い状態に対する過給仕事割合ＲＣＷを、横軸を過給機間冷却器１４の圧力損失、縦軸を圧力比として計算した結果を示したグラフである。このグラフから分かるように、過給圧Ｐｂｏｏｓｔは過給機間冷却器１４の圧力損失と冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔに影響されることが分かる。従って、圧力判定値Ｐ’は、予め測定しておいた過給機間冷却器１４の圧力損失と冷媒温度センサ２２で検出された冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔに基づいて定められる。詳しくは、図３の過給仕事割合ＲＣＷが１．０を超えない値、つまり過給機間冷却器１４が無い状態よりも過給仕事が大きくならない値に設定される。
【００４３】
圧力判定値Ｐ’は、予め測定しておいた過給機間冷却器１４の圧力損失と冷媒温度センサ２２で検出された冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔに基づいて定められる。このとき図３のグラフの関係、すなわち圧力比と圧力損失に対するＲＣＷを冷媒温度毎にＥＣＵ１７に把握させる。これより計測した圧力比（過給圧力を大気圧力で除した値）、と冷媒温度、加えて予め計測しておいた圧力損失から、ＲＣＷが１．０を超えない領域をその運転条件において一義的に決定される。なお、圧力損失は、過給機関冷却器１４を流れる吸入空気量によって変化するため、予め計測する圧力損失は、エンジン１の運転条件（燃料噴射量とエンジン回転速度）ごとに整理しておくことが望ましい。
【００４４】
上記の第一判定部ＤＰ１、第二判定部ＤＰ２、及び第三判定部ＤＰ３により過給機間冷却器１４の使用あるいは不使用を判定することにより、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも高い場合と、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも低く、且つ過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きい場合では、低圧吸気の流路を冷却吸気通路１５に切り換え、その他の場合では、低圧吸気の流路を通常吸気通路１３に切り換える。
【００４５】
次に、本願発明に係る実施の形態の二段過給システム１０の制御方法について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４６】
まず、各センサ２１〜２３で検出（出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎ
ｔ、過給圧Ｐｂｏｏｓｔ）を検出するステップＳ１０を行う。この各センサ２１〜２３で検出された検出値はＥＣＵ１７に送られる。
【００４７】
次に、第一判定部ＤＰ１で、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも大きいか否かを判定するステップＳ２０を行う。このステップＳ２０で出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも大きいと判定すると、ステップＳ５０へ進む。
【００４８】
一方、ステップＳ２０で出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’以下と判定すると、次に、第二判定部ＤＰ２で、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも小さいか否かを判定するステップＳ３０を行う。このステップＳ３０で冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ以上と判定されるとステップＳ６０へ進む。
【００４９】
一方、ステップＳ３０で冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも小さいと判定されると、次に、第三判定部ＤＰ３で過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きいか否かを判定するステップＳ４０を行う。このステップＳ４０で過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きいと判定されるとステップＳ５０へ進み、過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’以下と判定されるとステップＳ６０へ進む。
【００５０】
以上のステップＳ２０〜ステップＳ４０の判定で、低圧吸気の流路として冷却吸気通路１５を使用する判定を行うステップＳ５０が行われると、ＥＣＵ１７が三方向電磁弁１６を制御して、低圧吸気の流路を冷却吸気通路１５にする。一方、以上のステップＳ２０〜ステップＳ４０の判定で、低圧吸気の流路として通常吸気通路１３を使用する判定を行うステップＳ６０が行われると、ＥＣＵ１７が三方向電磁弁１６を制御して、低圧吸気の流路を通常吸気通路１３にする。以上でこの制御方法は完了する。なお、この制御方法は、予め定めた時間毎にステップＳ１０を行う、あるいは常にステップＳ１０を行って、検出値に変化があった場合にステップＳ２０が行うようになっている。
【００５１】
なお、ステップＳ４０で過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きいか否かを判定する場合には、予め測定した過給機間冷却器１４の圧力損失と冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔの関係から圧力判定値Ｐ’を求めてから判定を行っている。
【００５２】
上記の二段過給システム１０、それを備えるエンジン１、及び二段過給システム１０の制御方法によれば、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔ、及び過給圧Ｐｂｏｏｓｔに基づいて三方向電磁弁１６とＥＣＵ１７からなる流路切換手段により低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された低圧吸気の流路を切り換える。これにより、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも高い場合と、冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔよりも小さく、且つ過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’よりも大きい場合では、低圧吸気の流路を冷却吸気通路１５に切り換えて、低圧吸気を冷却するので、高圧段コンプレッサ１１ｂで圧縮された高圧吸気の温度、つまり高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔが、高圧段コンプレッサ１１ｂの耐久性などから定められる上限温度Ｔｌｉｍｉｔを超えることを回避することができるので、二段過給による高過給化を図ることができる。
【００５３】
また、それ以外の場合、詳しくは、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’以下で、且つ冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔ以上の場合では、低圧吸気の流路を通常吸気通路１３に切り換えて、過給機間冷却器１４の冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが高くなることにより低圧吸気の温度が上昇してしまうことを回避することができる。また、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’以下で、且つ冷媒温度Ｔｃｏｏｌａｎｔが出口温度ＴＬＰＣｏｕｔより小さく、且つ過給圧Ｐｂｏｏｓｔが圧力判定値Ｐ’以下の場合では、低圧吸気の流路を通常吸気通路１３に切り換えて、過給機間冷却器１４での圧力損失の影響を回避することができる。よって、二段過給システム１０の過給仕事の増加を抑制することができる。
【００５４】
つまり、図４のステップＳ２０〜ステップＳ４０に示す判定を行うことにより過給機間冷却器１４を使用する領域を判定し、その判定に基づいて通常吸気通路１３と冷却吸気通路１５を切り換えるので、下流側に配置された高圧段コンプレッサ１１ｂの出口温度ＴＨＰＣｏｕｔの上限温度Ｔｌｉｍｉｔの制約を受けずに高過給化を可能とし、更に過給機間冷却器１４を使用する運転領域を選択して制御することにより過給仕事の増加を回避することで、燃費の悪化などの機関性能の悪化を回避することができる。
【００５５】
図５は、エンジン１の適合により定められたエンジン回転速度Ｎｅと燃料噴射量Ｑｅの関係を示した図である。この図５の示す領域Ａが、エンジン１の適合により予め低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも高くなることが明らかになっている領域である。なお、この図５では温度判定値Ｔ’を１６０℃とした。
【００５６】
また、図５の示す領域Ｂが、出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’以下になる領域であり、第二判定部ＤＰ２と第三判定部ＤＰ３の判定結果により過給機間冷却器１４の使用あるいは不使用を判定する領域である。
【００５７】
この図５から分かるように、第一判定部ＤＰ１で行っている判定については、この図５を用いて低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度ＴＬＰＣｏｕｔが温度判定値Ｔ’よりも大きいか否かを判定してもよい。
【００５８】
なお、上記の実施の形態の二段過給システムは車両に搭載されるエンジンに設けられたものを例に説明したが、本発明はこれに限定されない。
【００５９】
また、上記の実施の形態では、流路切換手段として三方向電磁弁１６とＥＣＵ１７を用いた例を説明したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、電磁弁の代わりに油圧式の弁を用いるなど、流路を切り換えることができる構成であればよい。
【００６０】
また、上記の実施の形態では、吸気温度検出手段として低圧段コンプレッサ１２ｂの出口温度ＴＬＰＣｏｕｔを検出する出口温度センサ２１を設ける構成を例に説明したが、低圧段コンプレッサ１２ｂで圧縮された低圧吸気の低圧吸気温度を検出することができればよく、例えば、温度センサを低圧段コンプレッサ１２ｂの出口から三方向電磁弁１６までの間に設ければよい。
【００６１】
また、図１に示す二段過給システム１０の一例では、通常吸気通路１３を直線的な流路となるように形成して、通常吸気通路１３の圧力損失が極力抑制するようにしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、冷却吸気通路１５を迂回するように通常吸気通路１３を設けてもよい。
【００６２】
また、上記の実施の形態では、過給機間冷却器１４の冷媒として冷却水を用いたものを例に説明したが、より冷却効率が高い冷媒を用いてもよい。その場合は、上記では１６０℃とした温度判定値Ｔ’の上限を高くすることができる。
【００６３】
また、上記の実施の形態では、第三判定部ＤＰ３は、圧力センサ２３で検出された過給圧Ｐｂｏｏｓｔを用いて判定したが、図５に示すようなエンジン１の適合（エンジン回転速度と燃料噴射量）により正確な目標過給圧が算出することができれば、圧力センサ２３で検出された過給圧Ｐｂｏｏｓｔの代わりにその目標過給圧を用いて判定することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の二段過給システムは、過給機間冷却器により下流側に設けられた圧縮器の出口温度の制約条件を受けずに高過給化を可能とし、更に、その過給機間冷却器を使用する運転領域を選択することにより燃費の悪化などの機関性能の悪化を回避することができるので、低圧段圧縮器と高圧段圧縮器との間に過給機間冷却器を備える二段過給システムを備える内燃機関に利用することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  エンジン（内燃機関）
２  エンジン本体
１０  二段過給システム
１１  高圧段Ｔ／Ｃ（高圧段過給機）
１１ａ  高圧段タービン
１１ｂ  高圧段コンプレッサ（高圧段圧縮器）
１２  低圧段Ｔ／Ｃ（低圧段過給機）
１２ａ  低圧段タービン
１２ｂ  低圧段コンプレッサ（低圧段圧縮器）
１３  通常吸気通路
１４  過給機間冷却器
１５  冷却吸気通路
１６  三方向電磁弁
１７  ＥＣＵ（制御装置）
１８  過給後冷却器
２１  出口温度センサ
２２  冷媒温度センサ
２３  圧力センサ
【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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