(57)【要約】【課題】セカンダリターボ過給機の近傍におけるＥＧＲガスの滞留などを適切に抑制する。【解決手段】過給機付き内燃機関の制御装置は、吸気通路及び排気通路に並列に配置されたプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を用いて過給を行う。また、吸気通路の分岐部とプライマリターボ過給機との間の吸気通路上に、還流された排気ガスが導入される。これにより、プライマリターボ過給機側のコンプレッサにのみ、ＥＧＲガスを通過させることができる。即ち、セカンダリターボ過給機にＥＧＲガスが供給されることを抑制することができ、セカンダリターボ過給機に新気のみを通過させることができる。したがって、セカンダリターボ過給機の近傍にＥＧＲガスが滞留してしまうことを適切に抑制できる。【選択図】図１
2008261294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路及び排気通路に並列に配置されたプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を有する過給機付き内燃機関の制御装置であって、
前記プライマリターボ過給機に通じる吸気通路と前記セカンダリターボ過給機に通じる吸気通路とに分かれる分岐部と、前記プライマリターボ過給機が設けられた箇所との間の吸気通路上の位置に、排気ガスを還流させるための導入部が設けられていることを特徴とする過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記分岐部と前記導入部との間の吸気通路上に、吸気量を調整するスロットルバルブが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の過給機付き内燃機関の制御装置。
【請求項３】
排気浄化触媒の下流側の排気通路上における位置から、前記導入部に対して排気ガスが還流されることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付き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、吸気通路及び排気通路に並列に配置された２つの過給機を用いて過給を行う過給機付き内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、吸気系及び排気系に２つの過給機を並列に配置し、これらの過給機の作動個数を適宜切り替える技術が提案されている。例えば、特許文献１には、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機とを並列に配置し、内燃機関の運転状態に基づいて、プライマリターボ過給機のみを作動させる状態（以下、「シングルターボ状態」と呼ぶ。）と、プライマリターボ過給機とセカンダリターボ過給機の両方を作動させる状態（以下、「ツインターボ状態」と呼ぶ。）との切り替えを行う技術が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２４８９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、過給機上流の吸気通路に排気ガスを還流させようとした場合（以下、還流させる排気ガスを「ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス」と呼ぶ。）、シングルターボ状態ではセカンダリターボ過給機が過給動作を行わないため、このセカンダリターボ過給機の近傍にＥＧＲガスが滞留してしまうことが考えられる。このようにＥＧＲガスが滞留してしまった場合、セカンダリターボ過給機が再び過給動作を開始する際に、滞留していたＥＧＲガスにより過渡的に吸気成分が変動して、制御に悪影響を与えてしまうことが考えられる。上記した特許文献１に記載された技術では、このように排気ガスを還流させた場合に発生し得る不具合については考慮していない。
【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、セカンダリターボ過給機の近傍におけるＥＧＲガスの滞留などを適切に抑制することが可能な過給機付き内燃機関の制御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】
【０００６】
本発明の１つの観点では、吸気通路及び排気通路に並列に配置されたプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を有する過給機付き内燃機関の制御装置は、前記プライマリターボ過給機に通じる吸気通路と前記セカンダリターボ過給機に通じる吸気通路とに分かれる分岐部と、前記プライマリターボ過給機が設けられた箇所との間の吸気通路上の位置に、排気ガスを還流させるための導入部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記の過給機付き内燃機関の制御装置は、吸気通路及び排気通路に並列に配置されたプライマリターボ過給機及びセカンダリターボ過給機を用いて過給を行う。また、過給機付き内燃機関の制御装置は、排気通路から排気ガスの一部を吸気系へ還流させるための構造を有する。具体的には、プライマリターボ過給機に通じる吸気通路とセカンダリターボ過給機に通じる吸気通路とに分かれる分岐部と、プライマリターボ過給機が設けられた箇所との間の吸気通路上の位置に、排気ガスを還流させるための導入部が設けられている。つまり、吸気通路の分岐部とプライマリターボ過給機のコンプレッサとの間の吸気通路上に、還流された排気ガスが導入される。
【０００８】
上記の過給機付き内燃機関の制御装置によれば、プライマリターボ過給機側のコンプレッサにのみ、ＥＧＲガスを通過させることができる。即ち、セカンダリターボ過給機にＥＧＲガスが供給されることを抑制することができ、セカンダリターボ過給機に新気のみを通過させることができる。また、セカンダリターボ過給機の近傍にＥＧＲガスが滞留してしまうことを抑制できる。よって、ＥＧＲガスに起因するセカンダリターボ過給機の腐食及び固着を効果的に抑制することができ、セカンダリターボ過給機の信頼性を向上させることが可能となる。更に、上記の過給機付き内燃機関の制御装置によれば、セカンダリターボ過給機に新気のみを通過させることができるので、シングルターボ状態からツインターボ状態に切り替わった際などにおいて、内燃機関への吸入ガス中の成分を適切に操作することが可能となる。
【０００９】
上記の過給機付き内燃機関の制御装置の一態様では、前記分岐部と前記導入部との間の吸気通路上に、吸気量を調整するスロットルバルブが設けられている。
【００１０】
この態様では、吸気通路の分岐部よりも下流側の吸気通路上に、スロットルバルブが配置されている。これにより、スロットルバルブ下流側における容積を減少させることができるので、ＥＧＲガスを適切に吸気系に還流させるために（つまり所望の負圧を発生させるために）、ガスを吸引すべき容積を減少させることができる。よって、上記の過給機付き内燃機関の制御装置によれば、所望の負圧を速やかに発生させることができ、ＥＧＲ制御の応答性を向上させることが可能となる。更に、シングルターボ状態においてスロットルバルブを絞りＥＧＲガスを還流させる場合にも、セカンダリターボ過給機のコンプレッサの近傍を大気圧程度に維持することができる、つまりセカンダリターボ過給機の近傍が負圧になることを抑制できる。これにより、セカンダリターボ過給機におけるオイルシール付近からのオイル漏れなどを抑制することができ、セカンダリターボ過給機の信頼性を更に向上させることが可能となる。
【００１１】
上記の過給機付き内燃機関の制御装置において好適には、排気浄化触媒の下流側の排気通路上における位置から、前記導入部に対して排気ガスが還流される。つまり、上記の過給機付き内燃機関の制御装置は、低圧ループＥＧＲ装置によって排気ガスを還流させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
まず、本発明の第１実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１００の構成を示す概略図である。図１では、実線矢印は、シングルターボ状態に設定した際におけるガスの流れを示している。
【００１５】
過給機付き内燃機関の制御装置１００は、主に、エアクリーナ１と、スロットルバルブ２と、吸気通路３と、プライマリターボ過給機４と、セカンダリターボ過給機５と、吸気切替弁６と、リード弁７と、インタークーラ（Ｉ／Ｃ）８と、内燃機関９と、排気通路１０と、排気切替弁１１と、排気バイパス弁１２と、触媒１４と、ＥＧＲ装置１５と、を備える。
【００１６】
エアクリーナ１は、外部から取得された空気（吸気）を浄化して、吸気通路３に供給する。エアクリーナ１の下流側の吸気通路３上には、吸気通路３を通過する吸気量を調整可能なスロットルバルブ２が設けられている。吸気通路３は、分岐部Ａにおいて吸気通路３ａ、３ｂに分岐される。なお、スロットルバルブ２は、エアクリーナ１と分岐部Ａとの間の吸気通路３上に設けられている。
【００１７】
吸気通路３ａ、３ｂ上には、それぞれ、プライマリターボ過給機４及びセカンダリターボ過給機５が並列に配置されている。具体的には、吸気通路３ａにはプライマリターボ過給機４のコンプレッサ４ａが配設されており、吸気通路３ｂにはセカンダリターボ過給機５のコンプレッサ５ａが配設されている。コンプレッサ４ａ、５ａは、それぞれ、吸気通路３ａ、３ｂを通過する吸気を圧縮する。吸気通路３ａ、３ｂは、コンプレッサ４ａ、５ａの下流側の位置において再び合流して、吸気通路３に接続される。この吸気通路３上には、吸気を冷却可能に構成されたインタークーラ８が設けられている。なお、プライマリターボ過給機４は、低中速域で過給能力の大きい小容量の低速型の過給機として構成され、セカンダリターボ過給機５は、中高速域で過給能力の大きい大容量の高速型の過給機として構成されている。
【００１８】
また、吸気通路３ｂ中には、吸気切替弁６、及びリード弁７が設けられている。吸気切替弁６は、吸気通路３ｂを通過する吸気の流量を調整可能に構成されている。例えば、吸気切替弁６を開閉させることにより、吸気通路３ｂにおける吸気の流通／遮断を切り替えることができる。リード弁７は、通路中の圧力が所定以上となった際に開弁するように構成されている。
【００１９】
内燃機関９は、６つの気筒９ａが直列に配置された直列６気筒エンジンとして構成されている。内燃機関９は、吸気通路３より供給された吸気と燃料との混合気を燃焼することによって、動力を発生する装置である。内燃機関９は、例えばガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。内燃機関９内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１０に排出される。なお、内燃機関９を６気筒で構成することに限定はされず、直列エンジンとして構成することにも限定はされない。
【００２０】
排気通路１０は、途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されている。排気通路１０ａにはプライマリターボ過給機４のタービン４ｂが配設されており、排気通路１０ｂにはセカンダリターボ過給機５のタービン５ｂが配設されている。タービン４ｂ、５ｂは、それぞれ、排気通路１０ａ、１０ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン４ｂ、５ｂの回転トルクが、プライマリターボ過給機４内のコンプレッサ４ａ及びセカンダリターボ過給機５内のコンプレッサ５ａに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される（即ち過給される）こととなる。
【００２１】
更に、排気通路１０ｂには、排気切替弁１１が設けられていると共に、排気バイパス通路１０ｂａが接続されている。排気切替弁１１は、排気通路１０ｂを通過する排気ガスの流量を調整可能に構成されている。例えば、排気切替弁１１を開閉させることにより、排気通路１０ｂにおける排気ガスの流通／遮断を切り替えることができる。また、排気バイパス通路１０ｂａは、排気通路１０ｂをバイパスする通路として構成されている。具体的には、排気バイパス通路１０ｂａは、排気切替弁１１が設けられた排気通路１０ｂよりも、通路の径が小さく構成されている。また、排気バイパス通路１０ｂａ中には排気バイパス弁１２が設けられており、この排気バイパス弁１２によって、排気バイパス通路１０ｂａを通過する排気ガスの流量が調節される。
【００２２】
なお、前述した吸気切替弁６、排気切替弁１１、及び排気バイパス弁１２が全て閉である場合には、プライマリターボ過給機４にのみ吸気及び排気ガスが流れ、セカンダリターボ過給機５には吸気及び排気ガスは流れない。そのため、プライマリターボ過給機４のみが作動し、セカンダリターボ過給機５は作動しない。このような状態は、シングルターボ状態に相当する。一方、吸気切替弁６が開であり、排気切替弁１１及び排気バイパス弁１２のいずれかが開である場合には、プライマリターボ過給機４及びセカンダリターボ過給機５の両方に吸気及び排気ガスが流れる。そのため、プライマリターボ過給機４及びセカンダリターボ過給機５の両方が作動する。このような状態は、ツインターボ状態に相当する。なお、上記したスロットルバルブ２、吸気切替弁６、及び排気切替弁１１などは、図示しないＥＣＵ（Engine Control Unit）によって制御される。
【００２３】
ここで、図２を参照して、シングルターボ状態とツインターボ状態との切り替えを行う動作領域について説明する。図２は、シングルターボ状態及びツインターボ状態の動作領域マップの一例を概略的に示す。
【００２４】
図２のグラフにおいて、横軸は内燃機関９の回転数（エンジン回転数）を示し、縦軸は要求トルクを示す。図２において、細い実線６１及び太い実線６３は小容量であるプライマリターボ過給機４の動作特性を示し、破線６２及び太い実線６４は大容量であるセカンダリターボ過給機５の動作特性を示す。エンジン回転数及び要求トルクによって定まる動作点が実線６１より下側にある場合、プライマリターボ過給機４のみを用いたシングルターボ状態で動作する。また、エンジン回転数及びトルクが増加し、動作点が実線６１より上側の斜線領域に入った場合、プライマリターボ過給機４及びセカンダリターボ過給機５の両方を用いたツインターボ状態で動作する。
【００２５】
図１に戻って、過給機付き内燃機関の制御装置１００の他の構成要素について説明する。タービン４ｂ、５ｂの下流側の排気通路１０には、排気浄化触媒として機能する触媒１４が設けられている。例えば、触媒１４として、酸化触媒やＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）などを用いることができる。
【００２６】
更に、触媒１４の下流側の排気通路１０上には、ＥＧＲ装置１５が設けられている。ＥＧＲ装置１５は、触媒１４の下流側からコンプレッサ４ａの上流側に排気ガスを還流させる装置である（ＥＧＲ装置１５は、低圧ループＥＧＲ装置に相当する）。ＥＧＲ装置１５は、ＥＧＲ通路１６と、ＥＧＲクーラ１７と、ＥＧＲバルブ１８とを有する。ＥＧＲ通路１６は、一端が触媒１４の下流側の排気通路１０に接続されており、他端がコンプレッサ４ａの上流側の吸気通路３ａに接続されている。詳しくは、ＥＧＲ通路１６は、分岐部Ａとコンプレッサ４ａとの間の吸気通路３ａ上に設けられた導入部Ｂに接続されている。また、ＥＧＲクーラ１７はＥＧＲガスを冷却する装置であり、ＥＧＲバルブ１８はＥＧＲ通路１６を通過するＥＧＲガスの流量を調節する弁、言い換えると吸気系に還流させるＥＧＲガスの量を調節する弁である。なお、ＥＧＲバルブ１８も、前述したＥＣＵ（不図示）によって制御される。
【００２７】
このように、第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１００は、プライマリターボ過給機４に通じる吸気通路３ａとセカンダリターボ過給機５に通じる吸気通路３ｂとに分かれる分岐部Ａと、プライマリターボ過給機４が設けられた箇所との間の吸気通路３ａ上の位置に、吸気系に排気ガスを還流させるための導入部Ｂが設けられている。このように構成することにより、プライマリターボ過給機４側のコンプレッサ４ａにのみ、ＥＧＲガスを通過させることができる。即ち、セカンダリターボ過給機５にＥＧＲガスが供給されることを抑制することができる。言い換えると、セカンダリターボ過給機５に新気のみを通過させることができる。また、セカンダリターボ過給機５の近傍にＥＧＲガスが滞留してしまうことを抑制できる。
【００２８】
したがって、第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１００によれば、ＥＧＲガスに起因するセカンダリターボ過給機５（具体的にはセカンダリターボ過給機５のコンプレッサ５ａ）の腐食及び固着を効果的に抑制することができる。特に、シングルターボ状態が継続してもセカンダリターボ過給機５には新気のみが通過するため（つまりＥＧＲガスはほとんど滞留しないため）、ＥＧＲガス滞留に起因する腐食及び固着を効果的に抑制することができる。よって、コンプレッサ５ａの破損などを防止して、セカンダリターボ過給機５の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２９】
更に、過給機付き内燃機関の制御装置１００によれば、セカンダリターボ過給機５に新気のみを通過させることができるので、シングルターボ状態からツインターボ状態に切り替わった際などにおいて、内燃機関９への吸入ガス中の成分を適切に操作することが可能となる。つまり、ツインターボ状態への切り換え時に、滞留していたＥＧＲガスが吸気に流入することによってＥＧＲガス中のＣＯ２やＯ２などの濃度を適切に管理・制御することが困難となり、失火やエミッション悪化などが発生してしまうことを確実に防止することができる。
【００３０】
なお、前述したように、ＥＧＲガスによってセカンダリターボ過給機５が腐食・固着してしまうことを効果的に抑制できるので、プライマリターボ過給機４に対してのみ、ＥＧＲガスによる腐食・固着対策を行うことが好ましい。つまり、ＥＧＲガスによる腐食・固着対策を、セカンダリターボ過給機５に対しては行わずに、プライマリターボ過給機４に対してのみ行うことが好ましい。言い換えると、プライマリターボ過給機４のコンプレッサ４ａとセカンダリターボ過給機５のコンプレッサ５ａとを異なる材料・表面処理によって構成することができる。これにより、プライマリターボ過給機４の信頼性を確保することができると共に、プライマリターボ過給機４及びセカンダリターボ過給機５の両方に対してＥＧＲガスによる腐食・固着対策を行う場合と比較して、コストやレスポンスの悪化を抑制することが可能となる。例えば、腐食・固着対策のための表面処理を行うことによるセカンダリターボ過給機５のコストアップを抑制できると共に、セカンダリターボ過給機５を肉厚増にしたり、重い材料を用いたりして構成する必要がなくなる。
【００３１】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置は、吸気量を調整するスロットルバルブが、上記した分岐部Ａと導入部Ｂとの間の吸気通路３ａ上に設けられている点で、第１実施形態と異なる。
【００３２】
図３は、第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１０１の構成を示す概略図である。図３では、実線矢印は、シングルターボ状態に設定した際におけるガスの流れを示している。なお、第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１００と同一の構成要素に対しては同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３３】
第２実施形態では、スロットルバルブ２ａが、吸気通路３ａと吸気通路３ｂとに分かれる分岐部Ａと、ＥＧＲガスが導入される導入部Ｂとの間の吸気通路３ａ上に設けられている点で、第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１００（図１参照）と異なる。つまり、第２実施形態では、スロットルバルブ２ａを分岐部Ａよりも下流側の吸気通路３ａ上に配置する。
【００３４】
上記の第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１０１によれば、スロットルバルブ２ａ下流側における容積を減少させることができるので、ＥＧＲガスを適切に吸気系に還流させるために（つまり所望の負圧を発生させるために）、ガスを吸引すべき容積を減少させることができる。よって、所望の負圧を速やかに発生させることができ、ＥＧＲ制御の応答性を向上させることが可能となる。
【００３５】
更に、第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１０１によれば、シングルターボ状態においてスロットルバルブ２ａを絞り、ＥＧＲガスを還流させる場合にも、セカンダリターボ過給機５のコンプレッサ５ａの近傍を大気圧程度に維持することができる。つまり、コンプレッサ５ａの近傍が負圧になることを抑制できる。これにより、セカンダリターボ過給機５におけるオイルシール付近からのオイル漏れなどを抑制することができる。即ち、セカンダリターボ過給機５が停止している状態でコンプレッサ５ａ付近が負圧になることによって発生し得る、オイル漏れなどを抑制することができる。したがって、セカンダリターボ過給機５の信頼性を更に向上させることが可能となる。
【００３６】
なお、第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置１０１においても、プライマリターボ過給機４に対してのみ、ＥＧＲガスによる腐食・固着対策を行うことが好ましい。つまり、第２実施形態でも、ＥＧＲガスによってセカンダリターボ過給機５が腐食・固着してしまうことを効果的に抑制できるので、ＥＧＲガスによる腐食・固着対策を、セカンダリターボ過給機５に対しては行わずに、プライマリターボ過給機４に対してのみ行うことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】第１実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置の概略構成図を示す。
【図２】シングルターボ状態及びツインターボ状態の動作領域マップを概略的に示す。
【図３】第２実施形態に係る過給機付き内燃機関の制御装置の概略構成図を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  エアクリーナ
２、２ａ  スロットルバルブ
３、３ａ、３ｂ  吸気通路
４  プライマリターボ過給機
５  セカンダリターボ過給機
４ａ、５ａ  コンプレッサ
４ｂ、５ｂ  タービン
９  内燃機関
１０  排気通路
１４  触媒
１５  ＥＧＲ装置
１６  ＥＧＲ通路
１８  ＥＧＲバルブ
１００、１０１  過給機付き内燃機関の制御装置
【図１】
2008261294.tif 000003
【図２】
2008261294.tif 000004
【図３】
2008261294.tif 000005