(57)【要約】【課題】サージを発生させることなく、可変過給機構を利用して過給圧を広範囲に制御可能な内燃機関の過給機制御装置を提供する。【解決手段】第１及び第２の過給機が吸気通路及び排気通路に並列に配置される。また、第１及び第２の過給機の少なくとも一方は可変過給機構を備える。制御手段は、第１及び第２の過給機の目標空気量比を決定し、第１及び第２の過給機の実際の空気量比が前記目標空気量比となるように可変過給機構を制御する。第１及び第２の過給機にそれぞれサージが発生しないような空気量比が目標空気量比として設定され、それを目標として可変過給機構が制御される。【選択図】図５
2008190412.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第１及び第２の過給機と、
前記第１の過給機と前記第２の過給機の空気量比が所定範囲内となるように、前記第１及び第２の過給機の空気量を制御する空気量比制御を実行する制御手段と、を備えることを特徴とする内燃機関の過給機制御装置。
【請求項２】
前記第１及び前記第２の過給機の少なくとも一方は可変過給機構を備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機の目標空気量比を決定し、前記第１及び第２の過給機の実際の空気量比が前記目標空気量比となるように前記可変過給機構を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の過給機制御装置。
【請求項３】
前記第１及び前記第２の過給機の空気量を検出する空気量検出手段を備え、
前記制御手段は、前記空気量検出手段が検出した空気量に基づいて、前記実際の空気量比を決定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の過給機制御装置。
【請求項４】
前記第２の過給機は前記第１の過給機より大容量であり、
前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機の過給圧がそれぞれ目標過給圧となるように空気量をフィードバック制御する過給圧制御を実行し、
前記制御手段は、前記過給圧制御を実行するときには、前記第２の過給機のフィードバック制御量を前記第１の過給機のフィードバック制御量よりも小さくすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
【請求項５】
前記第１及び前記第２の過給機は可変過給機構を備え、
前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機のうちの一方において前記空気量比制御を実行し、前記第１及び第２の過給機のうちの他方において、過給圧が目標過給圧となるように空気量をフィードバック制御する過給圧制御を行うことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記空気量比制御を実行することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の過給機制御装置。
【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つの過給機を制御する装置に関する。
【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、それよりも大容量のセカンダリターボ過給機とを並列に配置した内燃機関の例が記載されており、少なくともプライマリターボ過給機は可変ノズル型の過給機として構成されている。この文献では、内燃機関の回転数に応じてターボ過給機の可変ノズル開度を制御することにより過給圧を適切に制御している。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５５３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような過給システムでは、２つのターボ過給機の容量が異なっているため、ターボ過給機にサージが発生する条件が異なる。よって、２つのターボ過給機が同時に動作するツインターボモードにおいて各ターボ過給機の過給状態が適切となるように制御した場合でも、サージが発生しやすくなってしまう場合がある。
【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、サージを発生させることなく、可変過給機構を利用して過給圧を広範囲に制御可能とする内燃機関の過給機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、内燃機関の過給機制御装置は、吸気通路及び排気通路に並列に配置された第１及び第２の過給機と、前記第１の過給機と前記第２の過給機の空気量比が所定範囲内となるように、前記第１及び第２の過給機の空気量を制御する空気量比制御を実行する制御手段と、を備える。
【０００７】
上記の過給機制御装置では、第１及び第２の過給機が吸気通路及び排気通路に並列に配置されている。そして、第１の過給機と第２の過給機の空気量比が所定範囲内となるように、第１及び第２の過給機の空気量が制御される。これにより、第１及び第２の過給機にサージが発生することが防止される。
【０００８】
上記の過給機制御装置の一態様では、前記第１及び前記第２の過給機の少なくとも一方は可変過給機構を備え、前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機の目標空気量比を決定し、前記第１及び第２の過給機の実際の空気量比が前記目標空気量比となるように前記可変過給機構を制御する。
【０００９】
この態様では、第１及び第２の過給機にそれぞれサージが発生しないような空気量比が目標空気量比として設定され、それを目標として可変過給機構が制御される。
【００１０】
上記の過給機制御装置の好適な例では、前記第１及び前記第２の過給機の空気量を検出する空気量検出手段を備え、前記制御手段は、前記空気量検出手段が検出した空気量に基づいて、前記実際の空気量比を決定する。
【００１１】
上記の過給機制御装置の他の一態様では、前記第２の過給機は前記第１の過給機より大容量であり、前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機の過給圧がそれぞれ目標過給圧となるように空気量をフィードバック制御する過給圧制御を実行し、前記制御手段は、前記過給圧制御を実行するときには、前記第２の過給機のフィードバック制御量を前記第１の過給機のフィードバック制御量よりも小さくする。これにより、過給機の容量の相違に起因するフィードバック制御の感度の相違を調整することができる。
【００１２】
上記の過給機制御装置の他の一態様では、前記第１及び前記第２の過給機は可変過給機構を備え、前記制御手段は、前記第１及び第２の過給機のうちの一方において前記空気量比制御を実行し、前記第１及び第２の過給機のうちの他方において、過給圧が目標過給圧となるように空気量をフィードバック制御する過給圧制御を行う。
【００１３】
この態様では、２つの過給機は、一方が過給圧制御を行い、他方が空気量制御を行うので、サージの発生を防止しつつ広範囲で精度の高い過給圧制御が可能となる。
【００１４】
上記の過給機制御装置の他の一態様では、前記制御手段は、前記内燃機関の減速時に前記空気量比制御を実行する。これにより、サージが発生しやすい車両の減速時においても、確実にサージの発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
［全体構成］
まず、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用されたシステムの全体構成について説明する。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の過給機制御装置が適用された車両の構成を示す概略図である。図１では、実線矢印がガスの流れを示し、破線矢印が信号の入出力を示している。
【００１８】
車両は、主に、エアクリーナ２と、吸気通路３と、第１のターボ過給機４と、第２のターボ過給機５と、吸気切替弁６と、リード弁７と、内燃機関８と、過給圧センサ９と、排気通路１０と、ＥＧＲ通路１１と、ＥＧＲ弁１４と、排気切替弁１５と、排気バイパス弁１６と、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。
【００１９】
エアクリーナ２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。吸気通路３は途中で吸気通路３ａ、３ｂに分岐されている。吸気通路３の分岐位置より上流にはエアフローメータ１７が設けられ、吸気通路３ａにはエアフローメータ１８が設けられている。エアフローメータ１７、１８は、それぞれ吸気通路３、３ａに流れる吸気（新気）の流量を検出し、検出信号Ｓ１７、Ｓ１８をＥＣＵ５０に供給する。本構成では、エアフローメータ１７は吸気通路３ａ、３ｂを流れる吸気流量の合計を示す検出信号Ｓ１７を出力し、エアフローメータ１８は吸気通路３ａを流れる吸気流量を示す検出信号Ｓ１８を出力する。なお、ＥＣＵ５０は、検出信号Ｓ１７とＳ１８の差を演算することにより、吸気通路３ｂに流れる吸気流量を算出することができる。
【００２０】
吸気通路３ａにはターボ過給機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。
【００２１】
吸気通路３ａと３ｂの合流位置より下流側には、スロットルバルブ１９が設けられている。スロットルバルブ１９は吸気流量を制御するバルブであり、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１９によりその開度が制御される。
【００２２】
吸気通路３ｂ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、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ６によって開閉が制御され、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。
【００２３】
吸気通路３のスロットルバルブ１９より下流位置には、過給圧センサ９が設けられている。過給圧センサ９は、過給された吸気の圧力（以下、「実過給圧」とも呼ぶ。）を検出し、この実過給圧に対応する検出信号Ｓ９をＥＣＵ５０に供給する。
【００２４】
内燃機関８は、左右のバンク（気筒群）８Ｌ、８Ｒにそれぞれ４つずつの気筒（シリンダ）８Ｌａ、８Ｒａが設けられたＶ型８気筒のエンジンとして構成されている。内燃機関８は、吸気通路３より供給される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８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。そして、内燃機関８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、本発明は、内燃機関８を８気筒で構成することに限定されない。
【００２５】
排気通路１０にはＥＧＲ通路１１が接続されている。ＥＧＲ通路１１は、一端が排気通路１０に接続されており、他端が吸気通路３に接続されている。ＥＧＲ通路１１は、排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に還流するための通路である。ＥＧＲ通路１１には、ＥＧＲクーラ１２と、ＥＧＲ弁１４と、バイパス通路１１ａと、バイパス弁１３とが設けられている。ＥＧＲクーラ１２はＥＧＲガスを冷却する装置であり、ＥＧＲ弁１４はＥＧＲ通路１１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。ＥＧＲ弁１４は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１４によって開度が制御される。また、バイパス通路１１ａは、ＥＧＲクーラ１２をバイパスする通路であり、バイパス弁１３が設けられている。バイパス弁１３によって、バイパス通路１１ａを通過するＥＧＲガスの流量が調節される。
【００２６】
排気通路１０は途中で排気通路１０ａ、１０ｂに分岐されており、排気通路１０ａにはターボ過給機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、ターボ過給機４内のコンプレッサ４ａ及びターボ過給機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。なお、第１のターボ過給機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、第２のターボ過給機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。
【００２７】
また、ターボ過給機４、５は、それぞれ可変過給機構としての可変ノズル（ＶＮ：Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｎｏｚｚｌｅ）４ｃ、５ｃを備えている。可変ノズル４ｃ、５ｃは、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ４、Ｓ５により開度が調整される。可変ノズルを閉じることによりターボ過給機の過給圧は上昇し、可変ノズルを開くことにより過給圧は減少する。なお、図１では、ターボ過給機４、５の両方が可変ノズル４ｃ、５ｃを備える可変ターボ過給機として構成されているが、後述する本発明の各実施例においては、ターボ過給機４のみが可変ターボ過給機として構成される場合と、ターボ過給機４、５の両方が可変ターボ過給機として構成される場合とがある。
【００２８】
排気通路１０ｂには、排気切替弁１５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１５は、ＥＣＵ５０から供給される制御信号Ｓ１５によって開閉が制御され、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１５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、排気切替弁１５が設けられた排気通路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１５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１６が設けられており、この排気バイパス弁１６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。
【００２９】
なお、前述した吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６が全て閉である場合には、ターボ過給機４にのみ吸気及び排気ガスが供給され、ターボ過給機５には吸気及び排気ガスが供給されない。そのため、ターボ過給機４のみが作動し、ターボ過給機５は作動しない。一方、吸気切替弁６が開であり、排気切替弁１５及び排気バイパス弁１６のいずれかが開である場合には、ターボ過給機４、５の両方に吸気及び排気ガスが供給される。そのため、ターボ過給機４、５の両方が作動する。
【００３０】
ＥＣＵ５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ５０は、車両内の各種センサから供給される出力等に基づいて、車両内の制御を行う。具体的には、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９から実過給圧を取得し、この実過給圧などに基づいて、吸気切替弁６、ＥＧＲ弁１４、及び排気切替弁１５、並びに排気バイパス弁１６などに対する制御を行う。
【００３１】
特に、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって、第１のターボ過給機４のみを作動させるモード（「１個ターボモード」と呼ぶ。）と、第１及び第２のターボ過給機４、５の両方を作動させるモード（「２個ターボモード」と呼ぶ。）とを切り替える制御を行う。詳しくは、ＥＣＵ５０は、運転状態等、例えばエンジン回転数及び要求トルクに基づいて、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え、及び、２個ターボモードから１個ターボモードへの切り替えを実行する。基本的に、内燃機関の低速回転領域では１個ターボモードで過給がなされ、加速時や高速回転領域では２個ターボモードで過給がなされる。
【００３２】
ここで、１個ターボモードと２個ターボモードとを切り替える際に実行される基本的な制御について簡単に説明する。前述したように、モードの切り替えは、ＥＣＵ５０が、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を制御することによって行う。具体的には、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を閉から開に制御する。この場合、ＥＣＵ５０は、基本的には、排気バイパス弁１６、排気切替弁１５、吸気切替弁６の順に弁を開にすることによって、切り替えを実行する。より詳しくは、まず排気バイパス弁１６を少しずつ開いていき、この状態において所定の条件が満たされたときに排気切替弁１５を開いていき、その後に吸気切替弁６を開く。この場合、最初に排気バイパス弁１６を少し開くのは、比較的小流量の排気ガス（排気バイパス通路１０ｂａの径が小さいため）をターボ過給機５に供給することで、ターボ過給機５を徐々に作動（即ち、助走）させるためである。言い換えると、最初に排気切替弁１５を開くことによって、比較的大流量の排気ガスがターボ過給機５に一気に流れて、トルクショックなどが生じてしまうことを防止するためである。一方、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える場合には、ＥＣＵ５０は、上記と同様にして、吸気切替弁６、排気切替弁１５、及び排気バイパス弁１６を開から閉に制御する。
【００３３】
図２は、２つのターボ過給機が可変ターボ過給機である場合の、各ターボ過給機の可変ノズル開度と過給圧との関係を示すグラフである。図２において、横軸は第１のターボ過給機４の可変ノズル（ＶＮ）開度を示し、縦軸は過給圧を示す。また、グラフ６０ａは第２のターボ過給機５の可変ノズル開度が全閉である場合の過給圧を示し、グラフ６０ｂは第２のターボ過給機５の可変ノズル開度が中間開度であるときの過給圧を示し、グラフ６０ｃは第２のターボ過給機５の可変ノズル開度が全開であるときの過給圧を示す。なお、各グラフ６０ａ〜６０ｃが示す過給圧は、システム全体の過給圧、即ち２つのターボ過給機による過給圧である。
【００３４】
図２から理解されるように、２つのターボ過給機の可変ノズル開度が全閉であるときに過給圧は最も高くなり、２つのターボ過給機の可変ノズル開度が全開であるときに過給圧は最も低くなる。図２は、２つのターボ過給機をともに可変ターボ過給機として構成することにより、過給圧を広範囲に制御可能となることを示している。即ち、仮に第１のターボ過給機４のみが可変ターボ過給機として構成された場合、第２のターボ過給機５は可変ノズルを全閉にしたのと等価となるので、過給圧の制御可能な範囲はグラフ６０ａで示す範囲、即ち矢印８５で示す過給圧の範囲に限定される。これに対し、第２のターボ過給機５も可変ターボ過給機として構成すれば、２つのターボ過給機の可変ノズル開度を制御することにより、グラフ６０ａ〜６０ｃの範囲、即ち、矢印８６で示す広い範囲で過給圧を制御可能となる。
【００３５】
［第１実施形態］
次に、本発明の第１実施形態について説明する。
【００３６】
まず、２つのターボ過給機が可変ターボ過給機である場合の動作限界及びサージの発生について説明する。図３は、第１のターボ過給機４と第２のターボ過給機５の動作限界特性、具体的にはサージ限界特性及び回転限界特性を示す。図３において、横軸は各ターボ過給機に流れる空気量を示し、縦軸は圧力比を示す。ここで「圧力比」とは、大気圧に対する過給圧の比を指し、２つのターボ過給機で同一の値を有する。
【００３７】
ターボ過給機には回転限界がある。回転限界を超えてターボ過給機の圧力比や空気量が増加するとターボ過給機に破損などが生じうる。図３において、実線のグラフ８１は第１のターボ過給機４の回転限界特性を示し、破線のグラフ８２は第２のターボ過給機の回転限界特性を示す。なお、２つの回転限界特性が異なっている理由は、２つのターボ過給機の容量が異なるからである。ターボ過給機の破損などを防止するため、空気量及び圧力比により決まる動作点を、回転限界特性よりも左下の領域に維持する必要がある。
【００３８】
また、ターボ過給機では、機関の低回転時に吸気の圧力、流量が周期的に変動して運転が不安定となる。この現象は「サージ」と呼ばれる。従って、２つのターボ過給機はサージが発生しない領域で動作させる必要がある。図３において、実線のグラフ７１は第１のターボ過給機４のサージ限界特性を示し、破線のグラフ７２は第２のターボ過給機５のサージ限界特性を示す。なお、２つのサージ限界特性が異なっている理由は、２つのターボ過給機の容量が異なるからである。よって、サージの発生を防止するためには、２つのターボ過給機の動作点をサージ限界特性よりも右側に維持する必要がある。
【００３９】
ここで、仮に２つのターボ過給機の容量が等しい場合には、２つのターボ過給機の空気量が等しくなるように制御すればよい。しかし、本実施形態では、上述のように２つのターボ過給機は容量が異なっている。よって、２つのターボ過給機の空気量を等しくすると、図３から理解されるように、第２のターボ過給機５のサージ限界特性７２の方が第１のターボ過給機４のサージ限界特性７１より右側の領域にあるため、大容量である第２のターボ過給機５の方がサージしやすくなる。そこで、本発明では、２つのターボ過給機がそれぞれのサージ限界に対して同等の余裕を持つように、各ターボ過給機の空気量を制御する。具体的には、図３に示すように、第１のターボ過給機４は、サージ限界特性７１から所定の余裕（以下、「サージ余裕」と呼ぶ。）Ｍ１を有する動作点Ｐ１で動作するように空気量を制御する。同時に、第２のターボ過給機５は、サージ限界特性７２から同一のサージ余裕Ｍ２（＝Ｍ１）を有する動作点Ｐ２で動作するように空気量を制御する。この空気量の制御は可変ノズル開度の制御により実現される。これにより、２つのターボ過給機は、それぞれのサージ限界に対して同等の余裕を持った状態で動作することになり、いずれのターボ過給機においてもサージが発生することを防止できる。
【００４０】
制御方法としては、図３において、第１のターボ過給機４を動作点Ｐ１で動作させるための空気量ＧＡ１と、第２のターボ過給機５を動作点Ｐ２で動作させるための空気量ＧＡ２との空気量比が所定範囲内の値になるように、より好ましくは所定の目標空気量比（ＧＡ１／ＧＡ２）となるように、第１のターボ過給機の可変ノズル開度、又は、第１及び第２のターボ過給機の可変ノズル開度を制御する。これにより、広範囲で過給圧を制御しつつ、サージの発生を防止することができる。以下、各実施例における具体的な制御について説明する。
【００４１】
（第１実施例）
第１実施例では、第１のターボ過給機４のみを可変ターボ過給機として構成し、第２のターボ過給機５は可変ノズルを有しないターボ過給機とする。この場合、１個ターボモードにおいては、ＥＣＵ５０は、第１のターボ過給機４の実過給圧が、目標過給圧と一致するように可変ノズル４ｃの開度を制御する。なお、目標過給圧は、運転状態等、例えばエンジン回転数及び要求トルクに基づいて決定される。この制御を、「過給圧制御」又は「過給圧フィードバック（Ｆ／Ｂ）制御」と呼ぶ。
【００４２】
一方、２個ターボモードにおいては、ターボ過給機４の可変ノズル４ｃの開度に応じて各ターボ過給機４、５に流れる空気量の比が変動する。具体的に、可変ノズル４ｃを閉じると第１のターボ過給機４の空気量が減少し、その分第２のターボ過給機５の空気量が増加する。逆に、可変ノズルを開くと第１のターボ過給機４の空気量が増加し、その分第２のターボ過給機５の空気量が減少する。ここで、いずれの場合でも、空気量が減少しすぎると前述のようにサージが発生してしまう。そこで、２個ターボモードにおいては、２つのターボ過給機のサージ余裕が同等となるように、具体的には図３を参照して説明したように、２つのターボ過給機の空気量比が所定の目標空気量比となるように、第１のターボ過給機の可変ノズル４ｃの開度を制御する。この制御を「空気量比制御」と呼ぶ。
【００４３】
図４は、第１実施例による第１のターボ過給機の動作状態を示すグラフである。図４（Ａ）は第１のターボ過給機の過給圧の時間変化を示し、図４（Ｂ）は全体の空気量ＧＡａｌｌ（第１及び第２のターボの空気量の合計）に対する第１のターボの空気量ＧＡ１の比（即ち空気量比ＧＡ１／ＧＡａｌｌ）の時間変化を示し、図４（Ｃ）は第１のターボ過給機の可変ノズル開度の時間変化を示す。なお、図４（Ａ）〜（Ｃ）において、時刻ｔｃまでは１個ターボモードで動作し、時刻ｔｃにおいて２個ターボモードに切り替えられたものとする。
【００４４】
図４（Ａ）において、時刻ｔｃまでは、１個ターボモードであるので、過給圧は１個ターボモードの特性９１に従って変化する。そして、時刻ｔｃ以後は、過給圧は２個ターボモードの特性９２に従って変化する。よって、過給圧は実際には特性９３に従って推移する。
【００４５】
図４（Ｂ）において、時刻ｔｃまでは、第１のターボ過給機４では、過給圧制御により、実過給圧が目標過給圧となるように可変ノズル４ｃの開度が制御される。図４（Ｂ）における破線９４ａは１個ターボモードにおける第１のターボ過給機４の空気量比を示している。この空気量比は、実過給圧が目標過給圧と等しくなるときの空気量に相当する。一方、時刻ｔｃ以後は、第１及び第２のターボ過給機の空気量は、それぞれのサージ余裕が同等となる所定の空気量比と一致するように可変ノズル４ｃが制御される。破線９４ｂは、このときの第１のターボ過給機の空気量比を示している。
【００４６】
図４（Ｃ）において、時刻ｔｃまでは、第１のターボ過給機４は、過給圧制御により可変ノズル４ｃの開度が制御されている。そして、時刻ｔｃからは、第１及び第２のターボ過給機は、それぞれのサージ余裕が同等となる所定の目標空気量比となるように、可変ノズル４ｃ、５ｃの開度が制御される。
【００４７】
図５は、第１実施例による過給機制御のフローチャートである。まず、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が１個ターボモードの作動域であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。１個ターボモードの作動域である場合、ＥＣＵ５０は過給圧制御を実行する（ステップＳ１０３）。一方、１個ターボモードの作動域でない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は２個ターボモードの作動域であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。２個ターボモードの作動域である場合、ＥＣＵ５０は空気量比制御を実行する（ステップＳ１０４）。一方、２個ターボモードの作動域でない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、１個ターボモードと２個ターボモードの間のモード切替制御を実施する（ステップＳ１０５）。
【００４８】
次に、ステップＳ１０３の過給圧制御について詳しく説明する。図６は過給圧制御のフローチャートである。まず、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態、具体的にはエンジン回転数や要求トルクなどに基づいて、目標過給圧を決定する（ステップＳ２０１）。次に、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９からの検出信号Ｓ９から実過給圧を取得する（ステップＳ２０２）。そして、ＥＣＵ５０は、実過給圧が目標過給圧と等しくなるようにターボ過給機の可変ノズル開度をフィードバック制御する。具体的には、実過給圧が目標過給圧より低い場合（ステップＳ２０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０はターボ過給機の可変ノズル開度を所定量閉じる（ステップＳ２０４）。一方、実過給圧が目標過給圧より高い場合（ステップＳ２０４；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０はターボ過給機の可変ノズル開度を所定量開く（ステップＳ２０５）。こうして、実過給圧が目標過給圧と等しくなるように、可変ノズル開度がフィードバック制御される。なお、実際の車両の運転中には、運転状態は時々刻々と変化し、目標過給圧は変動するので、それに追従するように可変ノズル開度が調整されることになる。
【００４９】
次に、ステップＳ１０４の空気量比制御について詳しく説明する。図７は、空気量比制御のフローチャートである。まず、ＥＣＵ５０は、目標空気量比を決定する（ステップＳ３０１）。これは、具体的には図３及び図４を参照して説明したように行われる。即ち、ＥＣＵ５０は、図３に例示する２つのターボ過給機の限界特性７１、７２、８１、８２を予め取得し、マップなどの状態で保持している。そして、ＥＣＵ５０は、過給圧センサ９からの検出信号Ｓ９と大気圧とに基づいて現在の圧力比を決定する。これにより、図３における破線７５が決定する。そして、ＥＣＵ５０は、破線７５上で、サージ限界特性７１が示すサージ限界から所定のサージ余裕Ｍ１を有するように第１のターボ過給機４の動作点Ｐ１を決定するとともに、サージ限界特性７２が示すサージ限界から同等のサージ余裕Ｍ２（＝Ｍ１）を有するように第２のターボ過給機５の動作点Ｐ２を決定し、それぞれの動作点Ｐ１、Ｐ２における空気量ＧＡ１、ＧＡ２の比を目標空気量比とする。なお、この場合、目標空気量比は、各ターボ過給機の空気量の比：ＧＡ１／ＧＡ２としてもよく、各ターボ過給機の空気量の合計に対する一方の過給機の空気量の比：ＧＡ１／ＧＡａｌｌ（＝ＧＡ１＋ＧＡ２）としてもよい。図４の説明は後者の場合である。
【００５０】
こうして目標空気量比が決定されると、ＥＣＵ５０は、エアフローメータ１７、１８からの検出信号Ｓ１７、Ｓ１８に基づいて実際の空気量比（「実空気量比」とも呼ぶ。）を求める（ステップＳ３０２）。そして、ＥＣＵ５０は、実空気量比が目標空気量比と等しくなるように、ターボ過給機の可変ノズル開度を制御する。具体的には、実空気量比が目標空気量比より小さい場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０はターボ過給機の可変ノズル開度を所定量閉じる（ステップＳ３０４）。一方、実空気量比が目標空気量比より大きい場合（ステップＳ３０４；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０はターボ過給機の可変ノズル開度を所定量開く（ステップＳ３０５）。こうして、実空気量比が目標空気量比と等しくなるように、可変ノズル開度がフィードバック制御される。なお、実際の車両の運転中に過給圧が変動し、それに応じて目標空気量比は変化するので、それに追従するように可変ノズル開度が調整されることになる。
【００５１】
なお、上記の例では、まず目標空気量比を決定し、実空気量比が目標空気量比と等しくなるように可変ノズル開度を制御している。その代わりに、結果的に許容できる所定範囲の空気量比が得られるように、可変ノズル開度に対してフィードフォワード型の制御を行うこととしてもよい。
【００５２】
以上説明したように、第１実施例では、第１のターボ過給機のみが可変ターボ過給機である場合に、２個ターボモードにおいては空気量比制御を実行するので、過給圧を広範囲で制御することができるとともに、各ターボ過給機のサージ発生を防止することができる。
【００５３】
（第２実施例）
第２実施例は、２つのターボ過給機がともに可変ターボ過給機である場合の例である。１個ターボモードでは第１実施例と同様に過給圧制御を実行する。一方、２個ターボモードでは、２つのターボ過給機のうちの一方で過給圧制御を実行し、他方で空気量比制御を実行する。なお、過給圧制御及び空気量比制御の内容は第１実施例と同様である。
【００５４】
図８は、第２実施例による過給機制御フローチャートである。まず、ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が１個ターボモードの作動域であるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。１個ターボモードの作動域である場合、ＥＣＵ５０は過給圧制御を実行する（ステップＳ４０３）。一方、１個ターボモードの作動域でない場合（ステップＳ４０１；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は２個ターボモードの作動域であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。２個ターボモードの作動域でない場合（ステップＳ４０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は１個ターボモードと２個ターボモードの間のモード切替制御を実施する（ステップＳ４０６）。
【００５５】
２個ターボモードの作動域である場合、ＥＣＵ５０は一方のターボ過給機で空気量比制御を実行する（ステップＳ４０４）とともに、他方のターボ過給機で過給圧制御を実行する（ステップＳ４０５）。この場合、空気量比制御を実行しているターボ過給機側で可変ノズル開度が変更されると、それに応じて過給圧制御を実行しているターボ過給機側の実過給圧が変化するが、そのターボ過給機ではその変化を受け入れた上で目標過給圧が得られるように可変ノズル開度を制御して過給圧制御を行う。同様に、過給圧制御を実行しているターボ過給機側で可変ノズル開度が変更されると、それに応じて空気量比制御を実行しているターボ過給機側の空気量比が変化するが、そのターボ過給機ではその変化を受け入れた上で目標空気量比が得られるように可変ノズル開度を制御して空気圧比制御を行う。こうして、２つのターボ過給機は常に相手側による制御の影響を受け入れつつ自己の制御を実行する。よって、過給圧を広範囲に精度よく制御しつつ、サージの発生を防止することができる。
【００５６】
（第３実施例）
第３実施例は、車両が加速状態から減速状態に移行するときのサージ発生を防止するものである。図９は減速時にサージが発生する様子を説明する図である。グラフ７１はサージ限界特性を示し、グラフ８１は回転限界特性を示す。
【００５７】
一般的に、ターボ過給機を備える内燃機関において急加速から減速する場合、スロットルが瞬時に閉じられて空気量が減少するが、排気ガスのエネルギーでターボ過給機はしばらく回り続けるため、圧力比ほとんど下がらず、場合によってはむしろ上昇する。図９において、サージ余裕のある動作点Ｐ３で内燃機関が動作しているときに減速モードに移行すると、空気量が減少するとともに圧力比はほとんど下がらないか多少上昇するため、動作点はＰｘへ以降し、サージが発生する。特に、図１に示すような２つのターボ過給機で吸排気系を共有するシステムでは、圧力比に対して各ターボ過給機の空気量が小さいため、サージが発生しやすい。ここで、各ターボ過給機が可変ターボ過給機であれば、可変ノズルを開くことにより圧力比を低下させ、サージを防止することができるのであるが、２つのターボ過給機の容量が異なる場合、単純に２つのターボ過給機の可変ノズルを全開にすると、排気ガス量の偏りにより逆に過給圧が上昇し、サージが発生しやすくなる。そこで、第３実施例では、内燃機関の減速時に各ターボ過給機のサージ余裕を確保するように空気量比制御を行う。
【００５８】
まず、第１のターボ過給機４のみが可変ターボ過給機である場合について説明する。図１０は、第３実施例による過給機制御のフローチャートである。ＥＣＵ５０は、内燃機関の運転状態が２個ターボモードの作動域であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。２個ターボモードの作動域である場合、ＥＣＵ５０は車両が減速状態であるか否かを判定する（ステップＳ５０２）。例えばスロットル開度が全閉であり、エンジン回転数が所定回転数以下であるときに、ＥＣＵ５０は車両が減速状態であると判定する。そして、減速状態であると判定した場合（ステップＳ５０２；Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０は空気量比制御を実行する（ステップＳ５０４）。ここでの空気量比制御の手法は基本的に第１及び第２実施例と同様である。なお、第３実施例では、目標空気量比の決定方法として、第１及び第２実施例と同様に２つのターボ過給機のサージ余裕が同等となるという条件に加え、２つのターボ過給機のタービンに流れる排気ガス量が同一又は近い量となるという条件を付加してもよい。この条件を付加することにより、２つのターボ過給機間の排気ガス流量の偏りを抑えることができ、確実に圧力比を低下させてサージを防止することができる。
【００５９】
一方、２個ターボモードの作動域でない場合（ステップＳ５０１；Ｎｏ）及び減速状態でない場合（ステップＳ５０２；Ｎｏ）、ＥＣＵ５０は過給圧制御を実行する（ステップＳ５０３）。この過給圧制御は第１及び第２実施例と同様である。なお、図１０に示した例では、車両が減速状態でない場合には過給圧制御を実行することとしているが、その代わりに減速状態でない場合にも空気量比制御を実行することとしてもよい。その場合には、減速状態と減速状態で無い場合とでは、基本的な制御内容は同様となるが、例えば上記の２つのターボ過給機のタービンに流れる排気ガス量が同一又は近い量となるという条件付加するなどして、目標空気量比を異ならせてもよい。
【００６０】
次に、２つのターボ過給機が可変ターボ過給機である場合について説明する。この場合も、基本的には図１０に示すフローチャートと同様の制御が実行される。ただし、目標空気量比を決定するための条件として、２つのターボ過給機のサージ余裕が同等となるという条件、２つのターボ過給機のタービンに流れる排気ガス量が同一又は近い量となるという条件に加え、各ターボ過給機の可変ノズルを過給圧が低くなるようにできる限り全開に近い開度に設定するという条件を加えてもよい。この場合、実際には２つのターボ過給機は容量が異なるので、容量が小さい第１のターボ過給機４の可変ノズルを全開とし、容量が大きい第２のターボ過給機５の可変ノズルを全開より少し閉じた開度とすることが好ましい。これにより、２つのターボ過給機間の排気ガス流量の偏りを抑えることができ、確実に圧力比を低下させてサージを防止することができる。
【００６１】
なお、２つのターボ過給機がともに可変ターボ過給機である場合、本実施例では、原則として一方のターボ過給機により上記の空気量比制御を行えば、他方のターボ過給機による制御方法は問わない。よって、他方のターボ過給機でも同様の空気量比制御を行ってもよいし、第２実施例のように他方のターボ過給機では過給圧制御を行ってもよい。例えば、車両の減速状態以外では２つのターボ過給機でともに過給圧制御を実行し、減速状態になったときに一方のターボ過給機は過給圧制御を継続するとともに、他方のターボ過給機で上記の空気量比制御を実行することとしてもよい。
【００６２】
以上説明したように、第３実施例では、特にサージが発生しやすい車両の減速時に空気量比制御を実行することによりサージの発生を確実に防止する。
【００６３】
［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実施形態では、２つのターボ過給機をともに可変ターボ過給機として構成する。そして、２個ターボモードでは２つのターボ過給機でともに過給圧制御を実行する。
【００６４】
図２を参照して説明したように、２つのターボ過給機をともに可変ターボ過給機として構成すると、グラフ６０ａ〜６０ｃがカバーする広範囲で過給圧を精度よく制御できる。よって、第２実施形態では、過給圧の制御範囲を最大とするために、２個ターボモードでは２つのターボ過給機で過給圧制御を実行する。
【００６５】
ただし、この場合、ターボ過給機の容量の相違に基づいて制御量を調整する。つまり、容量が大きいターボ過給機ほど、可変ノズルの制御量に対する過給圧の感度が高いので、可変ノズル開度の制御量（フィードバック制御量）を小さくする。上記の例では、大容量である第２のターボ過給機の制御量を、小容量である第１のターボ過給機の制御量より小さくする。なお、過給圧制御の内容は第１実施例で説明したものと同様である。
【００６６】
上記の例は、２つのターボ過給機がともに過給圧制御を行う場合のものであるが、同様の考え方を上記の第２実施例に適用してもよい。この場合、２つのターボ過給機でそれぞれ異なる目標値、即ち目標過給圧と目標空気量比に対して制御を行うため、一方の制御により他方に与える影響が大きくなり、干渉を生じやすくなることが考えられる。この対策として各過給圧制御のゲインを下げる方法が考えられるが、そうすると目標に対する追従性が低下する。
【００６７】
そこで、一方のターボ過給機で過給圧制御を実行し、他方のターボ過給機で空気量比制御を実行する場合に、それぞれのターボ過給機の容量に応じて制御量を調整する。具体的には、大容量である第２のターボ過給機による制御量を、第１のターボ過給機の制御量より小さくする。これにより、２つの制御を同時に行う場合の干渉を抑制することができ、２つのターボ過給機間の干渉を抑制しつつ、広範囲の過給圧制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の過給機制御装置が適用された車両の概略構成を示す図である。
【図２】２つのターボ過給機の可変ノズル開度と過給圧制御範囲との関係を示す図である。
【図３】２つのターボ過給機の限界特性及びサージ余裕を示す図である。
【図４】第１実施例によるターボ過給機の可変ノズル制御方法を説明する図である。
【図５】第１実施例による過給機制御のフローチャートである。
【図６】過給圧制御のフローチャートである。
【図７】空気圧比制御のフローチャートである。
【図８】第２実施例による過給機制御のフローチャートである。
【図９】車両の減速時にサージが発生する様子を説明する図である。
【図１０】第３実施例による過給機制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６９】
２  エアクリーナ
３  吸気通路
４、５  ターボ過給機
４ａ、５ａ  コンプレッサ
４ｂ、５ｂ  タービン
４ｃ、５ｃ  可変ノズル
６  吸気切替弁
８  内燃機関
８ａ  気筒
９  過給圧センサ
１０  排気通路
１１  ＥＧＲ通路
１４  ＥＧＲ弁
１５  排気切替弁
１６  排気バイパス弁
５０  ＥＣＵ
【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】
2008190412.tif 000008
【図７】
2008190412.tif 000009
【図８】
2008190412.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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