(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路内に配置された第１タービンにより吸気通路内に配置された第１コンプレッサを駆動する第１過給機と、
前記第１タービンよりも下流側の前記排気通路内に配置された第２タービンにより、前記第１コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内に配置された第２コンプレッサを駆動する第２過給機と、
前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える過給機切替機構と、
エンジンの吸気弁の開弁期間の位相を変更する位相可変機構と、
前記過給機切替機構と前記位相可変機構とを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、前記位相可変機構により前記吸気弁と排気弁とのオーバーラップ期間を拡大し、エンジンの減速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、前記位相可変機構により前記オーバーラップ期間を縮小することを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】
前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記過給機切替機構による過給機の作動切替時期を予め決められた加速運転時の過給機切替時期よりも高回転側へ変更し、エンジンの減速運転時に前記過給機切替機構による過給機の作動切替時期を予め決められた減速運転時の過給機切替時期よりも低回転側へ変更することを特徴とする請求項１記載のエンジンの過給装置。
【請求項３】
前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、主として作動する過給機を前記第１過給機から前記第２過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、前記オーバーラップ期間を拡大してポンプ損失を低減することにより補うように前記位相可変機構により前記吸気弁と排気弁との前記オーバーラップ期間を拡大し、エンジンの減速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、エンジンの減速運転時に主として作動する過給機を前記第２過給機から前記第１過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、前記オーバーラップ期間を縮小して排気を向上することにより補うように前記位相可変機構により前記オーバーラップ期間を縮小することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの吸排気管に設けられ、エンジンの排気エネルギーを利用してタービンを回転し、その回転力により吸気を圧縮し、吸入空気量を増加するターボチャージャが知られている。特許文献１では、２つのターボチャージャをエンジンの吸排気管に直列に配置し、一方のターボチャージャ（高圧側）のタービンを通過した排気を、他方のターボチャージャ（低圧側）のタービンへ導入するターボシステムが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２では、ターボチャージャのタービンの回転数を変更可能な過給圧変更機構と、エンジンの吸気弁もしくは排気弁の少なくとも一方の開弁特性を変更可能な可変動弁機構を備えた過給機付内燃機関が開示されている。特許文献２の過給機付内燃機関では、加速運転時に過給圧変更機構が高過給圧領域に対応した作動をし、可変動弁機構が所定過給圧となるまで低過給圧に対応した開弁特性とし、所定過給圧よりも高くなると高過給圧に対応した開弁特性とする。
【０００４】
また、特許文献３では、ターボチャージャを吸気配管に並列に配置し、エンジンから排出される排気を分岐し、２つのターボチャージャのタービンへ導入する過給機付エンジンが開示されている。特許文献３の過給機付エンジンの制御装置では、吸入空気量に応じてターボチャージャの作動数を変更し、作動するターボチャージャの変更時に、エンジンの出力を高めるようにバルブタイミングを切替える。
【０００５】
このほか本発明と関連性があると考えられる技術として、例えば特許文献４では、ターボチャージャを吸気配管に直列に配置したターボシステムと、ターボチャージャを吸気配管に並列に配置したターボシステムとを組み合わせた過給装置が開示されている。また、特許文献５では、２ステージターボシステムと排気弁の開き時期を変更する排気可変動弁装置を備え、排気圧力の脈動の谷がバルブオーバーラップ期間に一致するように排気弁の開き時期を変更する内燃機関の制御装置が開示されている。また、特許文献６では、ベーン式の可変バルブタイミング調整機構において、応答性を向上した制御装置が開示されている。特許文献７では、油圧駆動車両用機器において、動作位置変更制御時の応答性と動作位置での保持安定性を両立する制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２２１９３２号公報
【特許文献２】特開２００６−１３２４１０号公報
【特許文献３】特開平５−２８８０８９号公報
【特許文献４】特開２００５−９８２５０号公報
【特許文献５】特開２００９−１１４９４４号公報
【特許文献６】特開２００７−３３２９５６号公報
【特許文献７】特開２００７−２９２００１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、２つのターボチャージャを備える過給装置では、作動する過給機の切替時に過給圧の低下が生じ、過給圧の応答性が悪化する。上記の特許文献３では、ターボチャージャを吸排気管に並列に配置した過給機付エンジンにおいて、作動する過給機の切替が行われる場合、エンジン出力が高まるようにバルブタイミングを変更することにより、ターボチャージャの切替時に生じる過給圧の低下が吸入効率の上昇によって補われ、ターボチャージャ切替時のトルクショックが低減される。
【０００８】
しかしながら、２つのターボチャージャを吸排気管に並列に配置した過給装置と、直列に配置した過給装置とでは、ターボチャージャの配置構成が異なるため、当然、ターボチャージャの作動方針が異なる。このため、ターボチャージャを吸排気管に直列に配置した過給装置において、上記の特許文献３の作動方針を適用することは相応でない。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、２つのターボチャージャを吸排気管に直列に配置し、作動する過給機の切替時において過給圧の急降下を抑制したエンジンの過給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
かかる課題を解決する本発明のエンジンの過給装置は、エンジンの排気通路内に配置された第１タービンにより吸気通路内に配置された第１コンプレッサを駆動する第１過給機と、前記第１タービンよりも下流側の前記排気通路内に配置された第２タービンにより、前記第１コンプレッサよりも上流側の前記吸気通路内に配置された第２コンプレッサを駆動する第２過給機と、前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える過給機切替機構と、エンジンの吸気弁の開弁期間の位相を変更する位相可変機構と、前記過給機切替機構と前記位相可変機構とを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、前記位相可変機構により前記吸気弁と排気弁とのオーバーラップ期間を拡大し、エンジンの減速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、前記位相可変機構により前記オーバーラップ期間を縮小することを特徴とする。
【００１１】
これにより、エンジンの加速運転時に、主として作動する過給機を第１過給機から第２過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、バルブオーバーラップ期間を拡大してポンプ損失を低減することにより補い、過給圧の急降下を抑制することができる。反対に、エンジンの減速運転時に、主として作動する過給機を第２過給機から第１過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、オーバーラップ期間を縮小して掃気を向上することにより補い、過給圧の急降下を抑制することができる。
【００１２】
上記のエンジンの過給機において、前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記過給機切替機構による過給機の作動切替時期を予め決められた加速運転時の過給機切替時期よりも高回転側へ変更し、エンジンの減速運転時に前記過給機切替機構による過給機の作動切替時期を予め決められた減速運転時の過給機切替時期よりも低回転側へ変更することとしてもよい。このように、過給機の切替時期を変更することにより、過給圧が上昇してから過給機を切替えることができ、過給圧の応答性が向上できる。また、上記のエンジンの過給装置において、前記制御部は、エンジンの加速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、主として作動する過給機を前記第１過給機から前記第２過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、前記オーバーラップ期間を拡大してポンプ損失を低減することにより補うように前記位相可変機構により前記吸気弁と排気弁との前記オーバーラップ期間を拡大し、エンジンの減速運転時に前記第１過給機及び前記第２過給機の作動を切替える場合、エンジンの減速運転時に主として作動する過給機を前記第２過給機から前記第１過給機へ変更する際に低下するトルク相当分の過給圧を、前記オーバーラップ期間を縮小して排気を向上することにより補うように前記位相可変機構により前記オーバーラップ期間を縮小することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のエンジンの過給装置は、作動する過給機の切替時における過給圧の急降下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エンジンの過給装置を示した図である。
【図２】エンジン本体の断面図である。
【図３】吸気弁の位相の変更前後のバルブリフト特性を示した図である。
【図４】ＥＣＵと、ＥＣＵに接続する機器を示したブロック図である。
【図５】エンジンの回転数と過給機作動時のエンジンのトルクについて示した図である。
【図６】加速時の過給機の切替時期を説明した図である。
【図７】ＥＣＵにより実行される加速運転時の過給機の切替制御のフローチャートである。
【図８】加速運転要求時の制御シーケンスを示した図である。
【図９】減速時の過給機の切替時期を説明した図である。
【図１０】ＥＣＵにより実行される減速運転時の過給機の切替制御のフローチャートである。
【図１１】減速運転要求時の制御シーケンスを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例】
【００１６】
図１は実施例のエンジンの過給装置１を示した図である。エンジンは複数の気筒を直列に配置した内燃機関である。エンジンの気筒の数を特に限定する必要はないが、本実施例では、直列４気筒のエンジンについて説明する。過給装置１は、第１過給機１０、第２過給機２０、エンジン本体３０、位相可変機構４０を備えている。エンジン本体３０には、エンジン本体３０に吸気を供給する吸気通路５０とエンジン本体３０から排気を排出する排気通路６０が接続している。なお、図１中の矢印は吸気または排気の流路方向を示している。
【００１７】
第１過給機１０と第２過給機２０とは、吸気通路５０及び排気通路６０に直列に配置されて、いわゆる２ステージターボシステムを構成している。第１過給機１０は排気通路６０内に配置された第１タービン１１と、吸気通路５０内に配置された第１コンプレッサ１２を有している。第１タービン１１は、排気のエネルギーにより回転し、第１コンプレッサ１２を駆動する。また、第１タービン１１には複数の可変ベーン１３が設けられている。可変ベーン１３は、ベーン開度調整機構１４により開度が調整されることにより、第１タービン１１へ導入する排気の流量、流速を調整し、第１タービン１１の回転数を調整する。これにより、第１コンプレッサ１２により圧縮される空気量が調整され、第１過給機１０による過給圧が調整される。第２過給機２０は排気通路６０内に配置された第２タービン２１と、吸気通路５０内に配置された第２コンプレッサ２２を有している。第２タービン２１は、排気のエネルギーにより回転し、第２コンプレッサ２２を駆動する。第２タービン２１は第１タービン１１よりも下流側に位置し、第２コンプレッサ２２は第１コンプレッサ１２よりも上流側に位置している。すなわち、第１過給機１０はいわゆる高圧ターボに相当し、第２過給機２０はいわゆる低圧ターボに相当する。第２過給機２０は第１過給機１０よりも大型の過給機として構成されている。
【００１８】
吸気通路５０には、第１コンプレッサ１２をバイパスするように吸気バイパス通路５１が接続されている。吸気バイパス通路５１内には、吸気切替弁（ＡＣＶ）５３が配置されている。吸気切替弁５３の開度が大きくなる場合、吸気バイパス通路５１を流れる吸気が増加し、吸気切替弁５３の開度が小さくなる場合、吸気バイパス通路５１を流れる吸気が減少する。吸気切替弁５３の開度が最小となる場合、吸気バイパス通路５１の流量が最小となり、吸気の大部分が第１コンプレッサ１２へ流れこむ。
【００１９】
排気通路６０には、第１排気バイパス通路６１と第２排気バイパス通路６２が接続されている。第１排気バイパス通路６１は第１タービン１１をバイパスする。第２排気バイパス通路６２は第２タービン２１をバイパスする。第１排気バイパス通路６１内には、排気切替弁（ＥＣＶ）６３が配置されている。この排気切替弁６３の開度により、第１排気バイパス通路６１を流れる排気量を調節し、第１タービン１１が配置されている排気通路６０へ供給する排気量を調整する。すなわち、排気切替弁６３の開度を大きくする場合、第１排気バイパス通路６１を流れる排気が増加するため、第１タービン１１が配置されている排気通路６０へ供給する排気量が減少する。反対に、排気切替弁６３の開度を小さくする場合、第１排気バイパス通路６１を流れる排気が減少するため、第１タービン１１の配置されている排気通路６０へ供給する排気量が増加する。排気切替弁６３の開度を最大とすると、排気の大部分が第１排気バイパス通路６１へ流れ込むため、第１タービン１１へ導入される排気量が減少して第１過給機１０は停止する。第２排気バイパス通路６２内には、排気バイパス弁（ＥＢＶ）６４が配置されている。この排気バイパス弁６４の開度により、第２排気バイパス通路６２を流れる排気量を調節し、第２タービン２１へ供給する排気量を調整する。すなわち、排気バイパス弁６４の開度を大きくする場合、第２排気バイパス通路６２を流れる排気が増加するため、第２タービン２１へ供給する排気量が減少する。反対に、排気バイパス弁６４の開度を小さくする場合、第２排気バイパス通路６２を流れる排気が減少するため、第２タービン２１へ供給する排気量が増加する。
【００２０】
以上の説明の通り、可変ベーン１３の開度、及び排気切替弁６３の開度に応じて、第１タービン１１へ流れ込む排気の流量、流速が調整され、第１過給機１０による過給圧が調整される。可変ベーン１３の開度、及び排気切替弁６３の開度によっては、第１過給機１０が停止する。また、排気バイパス弁６４の開度を調整することにより、第２タービン２１へ流れ込む排気の流量、流速が調整され、第２過給機２０による過給圧が調整される。したがって、可変ベーン１３、排気切替弁６３、排気バイパス弁６４の開度を調整することにより、第１過給機１０及び第２過給機２０の作動が切り替わる。また、吸気切替弁５３の開度に応じて、第１コンプレッサ１２へ流れ込む吸気量が調整される。
【００２１】
次に、エンジン本体３０及び位相可変機構４０について説明する。図２はエンジン本体３０の断面図である。図２の切断面は気筒の直列方向に垂直な面であり、気筒の１つを通る面である。なお、他の３つの気筒も図２で示す気筒と同様の構成を成している。図２に示すように、エンジン本体３０はシリンダブロック３１と、シリンダヘッド３２と、ピストン３３とを備えている。シリンダブロック３１には気筒３１ａが形成されている。シリンダヘッド３２は、シリンダブロック３１の上側に固定され、ピストン３３は気筒３１ａ内を摺動可能にシリンダブロック３１内に収容されている。シリンダブロック３１、シリンダヘッド３２、ピストン３３が囲む空間として燃焼室３４が形成されている。また、シリンダヘッド３２には吸気ポート３２ａと排気ポート３２ｂが形成されている。吸気ポート３２ａには吸気弁３５が設けられ、排気ポート３２ｂには排気弁３６が設けられている。さらに、シリンダヘッド３２には、燃焼室３４に燃料を噴射する燃料噴射弁３７が設けられている。この燃料噴射弁３７は吸気通路５０内に設けてもよい。この場合、燃焼室３４には新気と燃料噴霧の混合気が供給され、燃焼室３４に設けた点火プラグにより点火されることとしてもよい。
【００２２】
位相可変機構４０は吸気弁３５の開弁期間の位相を変更する。位相可変機構４０はシリンダヘッド３２に設けられている。位相可変機構４０は、エンジンのクランクシャフト（図示しない）に対して、吸気カムシャフト（図示しない）の相対的な位相を変更する機構である。例えば、前述の特許文献６で開示されているように、位相可変機構４０は、クランクシャフトに同期して回転するハウジング（図示しない）の内部に、吸気カムシャフトに連結されたベーンロータ（図示しない）をハウジングと同軸上に配置し、ベーンロータの外周に形成された複数のベーンによりハウジングの内部を複数の油圧室（図示しない）に区画した構成とする。そして、複数の油圧室への油圧の供給を制御することにより、ベーンロータを回転して、クランクシャフトに対し、吸気カムシャフトの相対的な位相を変更する。吸気弁３５のバルブリフト特性は、吸気カムシャフトの位相に従うため、吸気カムシャフトの位相がクランクシャフトに対して相対的に変更されることにより、吸気弁３５の開弁期間の位相が変更される。
【００２３】
図３は、吸気弁３５の位相の変更前後のバルブリフト特性を示した図である。図３中、位相変更前のバルブリフト特性を破線で示し、位相変更後のバルブリフト特性を実線で示している。また、一点鎖線で排気弁３６のバルブリフト特性を示している。図３に示すように、変更前後の吸気弁３５のバルブリフト特性は、最大リフト量や開弁から閉弁までの時間（開弁期間）を変更することなく、開弁期間の位相（クランクアングル）が変更される。なお、図３中では、位相を進角させる様子を説明しているが、位相可変機構４０は、同様に、最大リフト量や開弁期間を変更することなく、開弁期間の位相を遅角させることも行う。
【００２４】
過給装置１は、さらに、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）７０を備えている。ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、入出力ポートを双方向バスで接続した公知の形式のディジタルコンピュータからなり、エンジンの制御のために設けられた各種センサや作動装置と信号をやり取りしてエンジンを制御する。
【００２５】
図４はＥＣＵ７０と、ＥＣＵ７０に接続する機器を示したブロック図である。図４に示すように、ＥＣＵ７０は、高圧用過給圧センサ７１、低圧用過給圧センサ７２、アクセル開度センサ７３と電気的に接続されている。高圧用過給圧センサ７１は、吸気通路５０における第１コンプレッサ１２の下流側、かつ吸気バイパス通路５１の合流部５０ａの上流側に設けられた圧力センサである。低圧用過給圧センサ７２は、吸気通路５０における第２コンプレッサ２２の下流側、かつ吸気バイパス通路５１の分岐部５０ｂの上流側に設けられた圧力センサである。アクセル開度センサ７３は、ドライバが踏み込むアクセルの開度を検出するセンサである。また、ＥＣＵ７０は、位相可変機構４０、ベーン開度調整機構１４、吸気切替弁５３、排気切替弁６３、排気バイパス弁６４と電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は位相可変機構４０を制御し、吸気弁３５の位相を変更する。また、ＥＣＵ７０は、ベーン開度調整機構１４、吸気切替弁５３、排気切替弁６３、排気バイパス弁６４の開度を制御することにより、吸気、排気の流路を変更して、第１過給機１０及び第２過給機２０の作動を切替える。なお、アクセル開度センサ７３は、アクセル開度またはエンジンの加速要求を検出できる他の計器に代替してもよい。例えば、吸気通路５０上に配置したエアフロメータにより吸入空気を検出して、エンジンの加速要求を検出してもよい。また、ここで説明したセンサや機器は本実施例の説明に関するものであり、ＥＣＵ７０にこれ以外のセンサや機器が接続することを妨げない。
【００２６】
次に、エンジンの運転状態と第１過給機１０、第２過給機２０の作動との関係について説明する。図５は、エンジンの回転数と過給機作動時のエンジンのトルクについて示した図である。図５の破線は、第１過給機１０を主として作動させた場合のエンジントルクを示し、一点鎖線は、第２過給機２０を作動させた場合のエンジントルクを示している。なお、第１過給機１０を主として作動させた場合とは、第１過給機１０と第２過給機２０との両方を作動させているが、主に第１過給機１０により過給が行われ、第２過給機２０が補助的に過給をする作動状態である。図５に示すように、エンジンの低回転領域では、排気の流量が少ないため、過給装置１は、少流量の排気での作動に適した小型の第１過給機１０を主として作動し過給する。このとき、第２過給機２０が補助的に過給する。一方、エンジンの回転数が高く、大型の第２過給機２０の第２タービン２１を十分に回転させることができる領域では、過給装置１は、第１過給機１０の作動を停止し、第２過給機２０のみにより過給を行う。したがって、過給装置１は、第１過給機１０の作動が有利なエンジン回転数の領域と第２過給機２０の作動が有利なエンジン回転数の領域とが入れ替わる場合に、作動する過給機を切替える。なお、作動する過給機を切替えるとは、第１過給機１０を主として作動させる状態（この場合、第２過給機２０が補助的に作動していてもよい）と、第２過給機２０を主として作動させる状態（この場合、第１過給機１０は停止している）とを切替えることを意味する。
【００２７】
次に、過給装置１における過給機の切替について説明する。過給装置１は、低回転の運転状態からエンジンの回転数が上昇し、過給機の切替領域に達すると、作動する過給機を第１過給機１０から第２過給機２０へ切替える。反対に、高回転の運転状態からエンジンの回転数が低下し、過給機の切替領域に達すると、過給装置１は、作動する過給機を第２過給機２０から第１過給機１０へ変更する。ここでは、まず、エンジンの加速運転時に過給機を切替える場合について説明する。
【００２８】
図６は、加速時の過給機の切替時期を説明した図である。図６の破線は、第１過給機１０を主として作動させ、吸気弁３５の開弁時期を変化させない場合のエンジントルクを示し、実線は、第１過給機１０を主として作動させ、吸気弁３５の開弁時期を進角させた場合のエンジンのトルクを示している。また、一点鎖線は、第２過給機２０を作動させた場合のエンジントルクを示している。ここで、第１過給機１０を主として作動させ、吸気弁３５の開弁時期を変化させない場合のエンジントルクと、第２過給機２０を作動させた場合のエンジントルクとが交わるときのエンジン回転数をＮｅ０とする。
【００２９】
エンジンの加速運転時に作動する過給機を第１過給機１０から第２過給機２０へ切替える場合、位相可変機構４０により吸気弁３５の開弁期間の位相を進角する。図３に示したように、吸気弁３５の開弁時期が早まることにより、吸気弁３５と排気弁３６とのバルブオーバーラップ期間が拡大する。バルブオーバーラップ期間が拡大することにより、エンジンのポンプロスが低減し、チョークが回避されるため、図６の実線で示すように、エンジンのトルクが上昇する。この場合、第１過給機１０から第２過給機２０への切替時期をエンジンの回転数が高回転となる側に変更する。すなわち、第１過給機１０を主として作動する期間を長くする。これにより、第２過給機２０の過給圧上昇までの時間が確保されて、過給圧の低下を抑制することができる。図６に示すように、切替時期を遅らせる（エンジンの高回転側へ変更する）ことにより、エンジンのトルクが高い位置で過給機を切替ることができる（図６中の回転数Ｎｅ１）。これにより、過給機の切替時においてエンジンのトルクが急降下することが抑制される。
【００３０】
次に、加速運転時における過給機の切替に関する制御フローを説明する。過給機の切替に関する制御は、ＥＣＵ７０により実行される。図７は、ＥＣＵ７０により実行される制御のフローチャートである。
【００３１】
まず、ＥＣＵ７０は、加速要求があるか否かを判断する（ステップＳ１１）。ここで、ＥＣＵ７０は、例えば、アクセル開度センサ７３により検出するアクセル開度のアクセル変化率が０より大きい場合、加速要求があると判断する。ＥＣＵ７０は、ステップＳ１１で肯定判断すると、次にエンジンの回転数が加速時過給機切替領時期か否かを判断する（ステップＳ１２）。加速時過給機切替時期は、エンジンの回転数が図６における回転数Ｎｅ０以上となる時期である。このステップＳ１２での処理を言い換えると、ＥＣＵ７０は、第１過給機１０を主として作動した状態で、加速したエンジンの回転数がＮｅ０以上となると肯定判断をする。ＥＣＵ７０は、ステップＳ１２で肯定判断すると、排気切替弁６３の開度を縮小するよう（閉弁方向）に制御する（ステップＳ１３）。この場合、排気の大部分が第１タービン１１へ流れ込む状態である。すなわち、第１過給機１０が作動した状態を維持する。
【００３２】
ＥＣＵ７０はステップＳ１３の次に位相可変機構４０を制御し、吸気弁３５の位相を進角する（ステップＳ１４）。これにより、図６の実線で示すようにエンジントルクが上昇する。次に、ＥＣＵ７０は第２過給機２０の過給圧が第１目標値を超えるか否かを判断する（ステップＳ１５）。この状況では、エンジンの回転数が高く、エンジンの排気量も増加しているため、補助的に作動していた第２過給機２０の第２タービン２１の回転数も上昇することが考えられる。このとき、第２過給機２０による過給圧が第１目標値に達しているならば、作動する過給機を切替える。したがって、ＥＣＵ７０はステップＳ１５で肯定判断すると、排気切替弁６３の開度を拡大するよう（開弁方向）に制御する（ステップＳ１６）。これにより、作動する過給機が第１過給機１０から第２過給機２０へ切替わる。なお、第２過給機２０の過給圧は、低圧用過給圧センサ７２で検出した値を用いる。ステップＳ１５において、否定判断する場合、すなわち、第２過給機２０の過給圧が第１目標値に達していない場合には、ＥＣＵ７０はステップＳ１３へ戻り、ステップＳ１３，Ｓ１４，Ｓ１５の処理を繰り返す。
【００３３】
第１過給機１０から第２過給機２０への切替時に、エンジンの加速要求が終了するなどのように運転状態が変化する場合、再度、第１過給機１０を主として作動する場合が生じる。過給機の切替動作が繰り返されるとハンチングが生じるため、ハンチングの回避を目的に、第２過給機２０の過給圧がある程度まで上昇し安定するまで、過給機の切替を行わない。ステップＳ１５の第１目標値は、このようなハンチングが問題とならない安定した過給圧の値を採用する。このように第１過給機１０及び第２過給機２０の運転の切替えを判断する閾値にヒステリシスを設けることにより、ハンチングを回避する。
【００３４】
ＥＣＵ７０は、ステップＳ１６の処理を終えると、排気バイパス弁６４の開度を調整する（ステップＳ１７）。すなわち、排気バイパス弁６４を制御対象として、第２過給機２０による過給圧を調整する制御を実行する。ＥＣＵ７０はステップＳ１７の処理を終えるとリターンする。また、ＥＣＵ７０はステップＳ１１で否定判断する場合、リターンする。同様に、ＥＣＵ７０はステップＳ１２で否定判断する場合、リターンする。
【００３５】
次に、上記の制御の効果について説明する。図８は加速運転要求時の制御シーケンスを示した図である。図８（ａ）は吸気弁３５の位相、図８（ｂ）はエンジンの過給圧、図８（ｃ）は第２過給機２０の回転数、図８（ｄ）は第１過給機１０の回転数、図８（ｅ）は排気切替弁６３の状態、図８（ｆ）はアクセル開度を示している。図８の横軸は時間を示している。図８（ａ），（ｂ），（ｄ），（ｅ）について、実線は上記の加速時の切替の制御を実行した場合を示し、破線は加速時の切替の制御を実行していない場合を示している。図８（ｃ）について、点線は定常運転時の理想状態を示し、破線は加速時の切替の制御を実行していない場合に過給機を切替たときの実際の過渡遅れを示している。図８中のｔ０は、図６中のＮｅ０の回転数となった時刻を示し、ｔ１は第２過給機２０の過給圧が第１目標値となるときの時刻である。ｔ０からｔ１の期間は過給機切替領域（加速時）である。
【００３６】
経過時間が過給機切替領域（加速時）未満（ｔ０未満）の場合、吸気弁３５の位相は変更されておらず、排気切替弁６３は閉じた状態である。排気切替弁６３が閉じた状態なので、このとき、第１過給機１０が主として作動している。加速時の切替の制御を実行していない場合（破線の場合）、ドライバがアクセルを踏むなどして、アクセル開度が上昇し、過給機切替領域（加速時）ｔ０に達すると、主として作動する過給機を第１過給機１０から第２過給機２０へ切替える。すなわち、排気切替弁６３を開き、第１過給機１０の作動を停止する（図８（ｄ），（ｅ））。この時点では、また第２過給機２０の回転数が低いため、過給圧が急降下する（図８（ｂ），（ｃ））。一方、加速時の切替の制御を実行した場合（実線の場合）、ｔ０の時点では、過給機の切替が行われず、吸気弁３５の位相が進角される（図８（ａ））。この時点では、排気切替弁６３は閉じた状態なので、第１過給機１０が作動しており、過給圧の急降下が生じない（図８（ｄ），（ｅ））。本実施例の制御を実行した場合、第２過給機２０の回転数が十分に上昇したｔ１に達する時点で、排気切替弁６３が開かれ、第１過給機１０が作動を停止する（図８（ｄ），（ｅ））。このとき、第２過給機２０の回転数が上昇しているため、過給圧の急降下が生じない。このように、本実施例の制御を実行することにより、エンジンの加速運転に伴う第１過給機１０から第２過給機２０への切替実行時においても、過給圧の急降下が抑制される。これにより、エンジンのトルク変動を抑制し、応答性を良好にすることができる。
【００３７】
次に、エンジンの減速運転時に過給機を切替える場合について説明する。図９は、減速時の過給機の切替時期を説明した図である。図９の一点鎖線は、第２過給機２０を作動させ、吸気弁３５の開弁時期を変化させない場合のエンジントルクを示し、実線は、第２過給機２０を作動させ、吸気弁３５の開弁時期を遅角させた場合のエンジンのトルクを示している。また、破線は、第１過給機１０を主として作動させた場合のエンジントルクを示している。ここで、第１過給機１０を主として作動させた場合のエンジントルクと、第２過給機２０を作動させ、吸気弁３５の開弁時期を変化させない場合のエンジントルクとが交わるときのエンジン回転数をＮｅ０とする。
【００３８】
エンジンの減速運転時に作動する過給機を第２過給機２０から第１過給機１０へ切替える場合、位相可変機構４０により吸気弁３５の開弁期間の位相を遅角する。吸気弁３５の開弁期間が遅れることにより、吸気圧が排気圧より高くなり、気筒３１ａ内の掃気が促進する。掃気が促進されることにより、サージが回避され、エンジンのトルクが上昇する。この場合、第２過給機２０から第１過給機１０への切替時期をエンジンの回転数が低回転となる側に変更する。すなわち、第２過給機２０から第１過給機１０への切替を遅らせる。図９に示すように、切替時期を遅らせる（エンジンの低回転側へ変更する）ことにより、エンジンのトルクが高い位置で過給機を切替ることができる（図９中の回転数Ｎｅ２）。これにより、過給機の切替時においてエンジンのトルクが低下することを抑制できる。
【００３９】
次に、減速運転時における過給機の切替に関する制御フローを説明する。過給機の切替に関する制御は、ＥＣＵ７０により実行される。図１０は、ＥＣＵ７０により実行される制御のフローチャートである。
【００４０】
まず、ＥＣＵ７０は、減速要求があるか否かを判断する（ステップＳ２１）。ここで、ＥＣＵ７０は、例えば、アクセル開度センサ７３により検出するアクセル開度のアクセル変化率が０より小さい場合、減速要求があると判断する。ＥＣＵ７０は、ステップＳ１１で肯定判断すると、次にエンジンの回転数が減速時過給機切替時期か否かを判断する（ステップＳ２２）。減速時過給機切替時期は、エンジンの回転数が図９における回転数Ｎｅ０以下となる時期である。このステップＳ２２での処理を言い換えると、ＥＣＵ７０は、第２過給機２０を主として作動した状態（第１過給機１０を停止した状態）で、減速したエンジンの回転数がＮｅ０以下となると肯定判断をする。ＥＣＵ７０は、ステップＳ２２で肯定判断すると、排気切替弁６３の開度を拡大するよう（開弁方向）に制御する（ステップＳ２３）。この場合、排気の大部分が第１排気バイパス通路６１へ流れ込む状態にある。
【００４１】
次に、ＥＣＵ７０はステップＳ２３の次に位相可変機構４０を制御し、吸気弁３５の位相を遅角する（ステップＳ２４）。これにより、図９の実線で示すようにエンジントルクが上昇する。次に、ＥＣＵ７０は、第１タービン１１の可変ベーン１３の開度を拡大する（ステップＳ２５）。これにより、排気が第１タービン１１へ取り込まれ、第１過給機１０の回転数が徐々に上昇するようにする。なお、この場合、第２過給機２０の回転数が減少することがないように可変ベーン１３の開度を急激に変更することはしない。次に、ＥＣＵ７０は第１過給機１０の過給圧が第２目標値を超えるか否かを判断する（ステップＳ２６）。ステップＳ２５において、第１タービン１１へ排気を取り込み始めるため、第１過給機１０の回転数が上昇する。このとき、第１過給機１０による過給圧が第２目標値に達しているならば、作動する過給機を切り替える。したがって、ＥＣＵ７０はステップＳ２６で肯定判断すると、排気切替弁６３の開度を縮小するよう（閉弁方向）に制御する（ステップＳ２７）。これにより、作動する過給機が第２過給機２０から第１過給機１０へ切替わる（このとき、第２過給機２０は補助的に作動している）。なお、第１過給機１０の過給圧は、高圧用過給圧センサ７１で検出した値を用いる。ステップＳ２６において、否定判断する場合、すなわち、第１過給機１０の過給圧が第２目標値に達していない場合には、ＥＣＵ７０はステップＳ２３へ戻り、ステップＳ２３，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６の処理を繰り返す。
【００４２】
第２過給機２０から第１過給機１０への切替時にエンジンの加速要求があるなどのように運転状態が変化する場合、再度、第２過給機２０を主として作動する場合が生じる。過給機の切替動作が繰り返されるとハンチングが生じるため、ハンチングの回避を目的に、第１過給機１０の過給圧がある程度、上昇して安定するまで、第１過給機１０を作動させることを避ける。ステップＳ２６の第２目標値は、このようなハンチングが問題とならない安定した過給圧の値を採用する。このように第１過給機１０及び第２過給機２０の運転の切替えを判断する閾値にヒステリシスを設けることにより、ハンチングを回避する。
【００４３】
ＥＣＵ７０は、ステップＳ２７の処理を終えると、排気バイパス弁６４の開度を調整する（ステップＳ２８）。すなわち、排気バイパス弁６４を制御対象として、第２過給機２０による過給圧を調整する制御を実行する。ＥＣＵ７０はステップＳ２８の処理を終えるとリターンする。また、ＥＣＵ７０はステップＳ２１で否定判断する場合、リターンする。同様に、ＥＣＵ７０はステップＳ２２で否定判断する場合、リターンする。
【００４４】
次に、上記の制御の効果について説明する。図１１は減速運転要求時の制御シーケンスを示した図である。図１１（ａ）は吸気弁３５の位相、図１１（ｂ）はエンジンの過給圧、図１１（ｃ）は第２過給機２０の回転数、図１１（ｄ）は第１過給機１０の回転数、図１１（ｅ）は可変ベーン１３の開度、図１１（ｆ）は排気切替弁６３の状態、図１１（ｇ）はアクセル開度を示している。図１１の横軸は時間を示している。図１１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｆ）について、実線は上記の減速時の切替の制御を実行した場合、破線は減速時の切替の制御を実行していない場合を示している。図１１（ｄ）について、点線は定常運転時の理想状態を示し、破線は加速時の切替の制御を実行していない場合に過給機を切替たときの実際の過渡遅れを示している。図１１中のｔ０は、図９中のＮｅ０の回転数となった時刻を示し、ｔ２は第１過給機１０の過給圧が第２目標値となるときの時刻である。ｔ０からｔ２は過給機切替領域（減速時）である。
【００４５】
経過時間が過給機切替領域（減速時）未満（ｔ０未満）の場合、吸気弁３５の位相は変更されておらず、排気切替弁６３は開いた状態である。排気切替弁６３が開いた状態なので、このとき、第１過給機１０は停止し、第２過給機２０が作動している。減速時の切替の制御を実行していない場合（破線の場合）、ドライバがアクセルを離すなどしてアクセル開度が低下し、過給機切替領域（減速時）ｔ０に達するとき、作動する過給機を第２過給機２０から第１過給機１０へ切り替える。すなわち、排気切替弁６３を閉じて、第１過給機１０を作動する（図１１（ｄ），（ｆ））。この時点では、第１過給機１０の回転数は応答性が遅れるため、過給圧が急降下する（図１１（ｂ））。一方、減速時の切替の制御を実行した場合（実線の場合）、ｔ０の時点では、過給機の切替は行われず、吸気弁３５の位相が遅角される（図１１（ａ））。このとき、可変ベーン１３の開度が少しずつ拡大される（図１１（ｅ））。この時点では、排気切替弁６３は開いた状態で、第２過給機２０が主として作動しているため、過給圧の急降下が生じない（図１１（ｄ），（ｆ））。本実施例の減速時の切替の制御を実行した場合、第１過給機１０の回転数が十分に上昇したｔ２に達する時点で、排気切替弁６３が開かれ、第１過給機１０が作動を停止する（図１１（ｄ），（ｆ））。このとき、すでに可変ベーン１３が開き、十分に排気が取り込まれて第１過給機１０の回転数が上昇しているため、過給圧の急降下が生じない。このように、本実施例の制御を実行することにより、エンジンの減速運転に伴う第２過給機２０から第１過給機１０への切替実行時においても、過給圧の急降下が抑制される。これにより、エンジンのトルク変動を抑制し、応答性を良好にすることができる。
【００４６】
上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。
【符号の説明】
【００４７】
１  過給装置
１０  第１過給機
１１  第１タービン
１２  第１コンプレッサ
１３  可変ベーン（過給機切替機構の一部）
２０  第２過給機
２１  第２タービン
２２  第２コンプレッサ
３５  吸気弁
３６  排気弁
４０  位相可変機構
５０  吸気通路
６０  排気通路
６１  第１排気バイパス通路（過給機切替機構の一部）
６２  第２排気バイパス通路（過給機切替機構の一部）
６３  排気切替弁（過給機切替機構の一部）
６４  排気バイパス弁（過給機切替機構の一部）
７０  ＥＣＵ（制御部）
【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】
0005754389.tif 000009
【図９】
0005754389.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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