(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの多段過給システムであって、
互いに異なる容量を有する３つ以上の過給機と、
前記各過給機のうちの少なくとも一つに設けられ該過給機を非稼動とする切替部と、
減筒運転条件が成立したとき、少なくともエンジン回転数に応じて、稼動する前記過給機を複数選択し、稼動しない前記過給機の前記切替部を駆動して、稼動する複数の前記過給機を互いに直列接続する制御装置とを備え、
前記３つ以上の過給機は、
小容量の第１ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機に直列に接続された中容量の第２ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機及び前記第２ターボ過給機に直列に接続された大容量の第３ターボ過給機とを備え、
前記制御装置は、
減筒運転条件が成立したとき、エンジン回転数が低回転域であるときに前記第１ターボ過給機と、前記第２ターボ過給機又は前記第３ターボ過給機とを稼動し、エンジン回転数が前記低回転域を超えるときに前記第２ターボ過給機と前記第３ターボ過給機とを稼動する
多段過給システム。
【請求項２】
前記第１ターボ過給機のタービンを迂回する第１排気側バイパス路、及び当該第１排気側バイパス路を開閉する第１排気側バルブと、
前記第２ターボ過給機のタービンを迂回する第２排気側バイパス路、及び当該第２排気側バイパス路を開閉する第２排気側バルブと、
前記第３ターボ過給機のタービンを迂回する第３排気側バイパス路、及び当該第３排気側バイパス路を開閉する第３排気側バルブと、
前記第１ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第１吸気側バイパス路、及び当該第１吸気側バイパス路を開閉する第１吸気側バルブと、
前記第２ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第２吸気側バイパス路、及び当該第２吸気側バイパス路を開閉する第２吸気側バルブと、
前記第３ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第３吸気側バイパス路、及び当該第３吸気側バイパス路を開閉する第３吸気側バルブと、を備える請求項１に記載の多段過給シ
ステム。
【請求項３】
前記第１ターボ過給機、前記第２ターボ過給機、及び前記第３ターボ過給機に設けられたコンプレッサの下流にはインタークーラが設けられ、
前記第１ターボ過給機、前記第２ターボ過給機、及び前記第３ターボ過給機に設けられた吸気側バイパス路の終端は、前記インタークーラの下流側に接続される請求項２に記載の多段過給システム。
【請求項４】
全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの多段過給システムの制御方法であって、
前記多段過給システムを制御する制御装置が、減筒運転条件が成立したと判断したとき、互いに異なる容量を有する３つ以上の過給機のうち、少なくともエンジン回転数に応じて、稼動する前記過給機を複数選択し、稼動しない過給機に対応する切替部を駆動して、稼動する前記過給機を直列接続し、
前記３つ以上の過給機は、
小容量の第１ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機に直列に接続された中容量の第２ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機及び前記第２ターボ過給機に直列に接続された大容量の第３ターボ過給機とを備え、
前記制御装置は、
減筒運転条件が成立したとき、エンジン回転数が低回転域であるときに前記第１ターボ過給機と、前記第２ターボ過給機又は前記第３ターボ過給機とを稼動し、エンジン回転数が前記低回転域を超えるときに前記第２ターボ過給機と前記第３ターボ過給機とを稼動する
多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、全筒運転及び減筒運転を切り替えるエンジンの多段過給システム及び多段過給システムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの過給システムとして、過給効果を高めるために、小容量の高圧段過給機と、大容量の低圧段過給機とを備えた二段過給システムが知られている。その一例として、一対の高圧段ターボチャージャを並列に接続し、高圧段のターボチャージャの各々に、一つの低圧段ターボチャージャを接続するシステムがある（例えば、特許文献１参照）。当該システムでは、減筒運転時に、吸気通路の途中に設けられた三方弁を閉じることによって一方の高圧段ターボチャージャを非稼動にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２３１６８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
減筒運転時に休止気筒の吸排気バルブが閉じられると、全筒運転時に比べ、稼動気筒の吸気量が大きくなるため、コンプレッサの圧力比（出口圧力／入口圧力）が高まる。
図９は、高圧段ターボチャージャを構成するコンプレッサのコンプレッサマップである。グラフ中の破線は、コンプレッサの等効率線であり、外側の破線より内側の破線のほうがコンプレッサの効率が高いことを示す。作動線Ｌ１０，Ｌ１１は、例えば１８００ｒｐｍ等の高回転域のときの補正流量に対する圧力比の変化を示す。作動線Ｌ１２，Ｌ１３は、例えば１０００ｒｐｍ等の低回転域のときの補正流量に対する圧力比の変化を示す。
【０００５】
高回転域の作動線Ｌ１０、Ｌ１１は、高効率領域を通り、減筒運転時の方が全筒運転時よりもコンプレッサ効率がよい。これに対し、低回転域の作動線Ｌ１２，Ｌ１３は、作動線Ｌ１０，Ｌ１１よりも低効率の領域を通るが、減筒運転時の作動線Ｌ１３は、サージングが発生し始める限界を示すサージラインＳＬに近づき、コンプレッサ効率が低下し、空気量を確保することが難しくなる。このため、低回転域においては、全筒運転が余儀なく選択され、減筒運転と比較して燃費が悪化していた。こうした問題は、多段過給システムにおいては概ね共通したものであるため、減筒運転領域のさらなる拡大が要請されている。
【０００６】
本発明は、上記実情を鑑みてなされたものであり、その目的は、減筒運転領域を拡大できる多段過給システム及び多段過給システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する多段過給システムは、全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの多段過給システムであって、互いに異なる容量を有する３つ以上の過給機と、前記各過給機のうち少なくとも一つに設けられ該過給機を非稼動とする切替部と、減筒運転条件が成立したとき、少なくともエンジン回転数に応じて、稼動する前記過給機を複数選択し、稼動しない前記過給機の前記切替部を駆動して、稼動する複数の前記過給機を互いに直列接続する制御装置とを備える。
【０００８】
また、上記課題を解決する多段過給システムの制御方法は、全筒運転と減筒運転とを切り替えるエンジンの多段過給システムの制御方法であって、前記多段過給システムを制御する制御装置が、減筒運転条件が成立したと判断したとき、互いに異なる容量を有する３つ以上の過給機のうち、少なくともエンジン回転数に応じて、稼動する前記過給機を複数選択し、稼動しない過給機に対応する切替部を駆動して、稼動する前記過給機を直列接続する。
【０００９】
これらの態様によれば、そのときのエンジン回転数に応じて複数の過給機を直列接続することができるため、低回転域で減筒運転を実行するときも、その運転領域に見合った過給機を選択することができる。従って、低回転域で減筒運転を実行しても、選択した過給機によりコンプレッサ効率の低下を抑制することが可能となる。また、低回転域を超える回転域では、その運転領域に見合った過給機を新たに選択することによって、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。従って、減筒運転領域を拡大することができる。
【００１０】
上記多段過給システムについて、小容量の第１ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機に直列に接続された中容量の第２ターボ過給機と、前記第１ターボ過給機及び前記第２ターボ過給機に直列に接続された大容量の第３ターボ過給機を備え、前記制御装置は、減筒運転条件が成立したとき、エンジン回転数が低回転域であるときに前記第１ターボ過給機と、前記第２ターボ過給機又は前記第３ターボ過給機とを稼動し、エンジン回転数が前記低回転域を超えるときに前記第２ターボ過給機と前記第３ターボ過給機とを稼動することが好ましい。
【００１１】
この態様によれば、低回転域において減筒運転を実行するとき、この回転域に見合った小容量のターボ過給機と中容量又は大容量のターボ過給機との組み合わせを選択するため、低回転域且つ減筒運転時であってもコンプレッサ効率の低下を抑制することができる。また、低回転域を超える回転域で減筒運転を実行するとき、この回転域に見合った中容量及び大容量のターボ過給機を組み合わせて稼動するため、コンプレッサ効率の低下を抑制することができる。
【００１２】
上記多段過給システムについて、前記第１ターボ過給機のタービンを迂回する第１排気側バイパス路、及び当該第１排気側バイパス路を開閉する第１排気側バルブと、前記第２ターボ過給機のタービンを迂回する第２排気側バイパス路、及び当該第２排気側バイパス路を開閉する第２排気側バルブと、前記第３ターボ過給機のタービンを迂回する第３排気側バイパス路、及び当該第３排気側バイパス路を開閉する第３排気側バルブと、前記第１ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第１吸気側バイパス路、及び当該第１吸気側バイパス路を開閉する第１吸気側バルブと、前記第２ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第２吸気側バイパス路、及び当該第２吸気側バイパス路を開閉する第２吸気側バルブと、前記第３ターボ過給機のコンプレッサを迂回する第３吸気側バイパス路、及び当該第３吸気側バイパス路を開閉する第３吸気側バルブと、を備えることが好ましい。
【００１３】
この態様によれば、排気側バルブの各々、吸気側バルブの各々を制御することによって、各ターボ過給機のうち２つのターボ過給機を稼動させる組み合わせ、３つのターボ過給機を稼動させる組み合わせが選択可能となるとともに、各ターボ過給機を単体で稼動させることも可能となる。このため、運転状況に見合った組み合わせを適宜選択できる。
【００１４】
上記多段過給システムについて、前記第１ターボ過給機、前記第２ターボ過給機、及び前記第３ターボ過給機に設けられたコンプレッサの下流にはインタークーラが設けられ、前記第１ターボ過給機、前記第２ターボ過給機、及び前記第３ターボ過給機に設けられた吸気側バイパス路の終端は、前記インタークーラの下流側に接続されることが好ましい。
【００１５】
この態様によれば、吸気側バイパス路の終端は、インタークーラの下流側に接続されているので、稼動しないターボ過給機の直下に設けられたインタークーラは迂回する。即ち、稼動するターボ過給機の直下に設けられたインタークーラのみ通過するので、圧力損失に伴う過給圧の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】多段過給システムの一実施形態であって、その一部を示す概略図。
【図２】同実施形態における選択可能な過給機の組み合わせを示す表。
【図３】同実施形態における過給機を選択するためのマップ。
【図４】過給機が選択された同システムの一部を示す概略図。
【図５】過給機が選択された同システムの一部を示す概略図。
【図６】低回転域におけるコンプレッサ効率を示すグラフ。
【図７】高回転域におけるコンプレッサ効率を示すグラフ。
【図８】同システムの低回転域における正味燃料消費率を示すグラフ。
【図９】従来の低回転域及び高回転域におけるコンプレッサ効率を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、多段過給システム及びその制御方法の一実施形態を説明する。本実施形態では、多段過給システムが設けられたエンジンを、ディーゼルエンジンに具体化して説明する。
図１に示すように、エンジン１０は、直列６気筒のエンジンであって、シリンダヘッド１２には、シリンダ１１内に燃料を噴射する図示しないインジェクタが備えられている。また、シリンダヘッド１２には、シリンダ１１内に連通する吸気マニホールドＩＮと、排気マニホールドＥＸとが連結されている。また、排気マニホールドＥＸには図示しないＥＧＲ管が連結され、排気の一部を吸気マニホールドＩＮ側に還流している。
【００１８】
排気マニホールドＥＸよりも下流の排気通路１５には、３つのターボ過給機のタービンが直列に接続されている。ターボ過給機は、第１過給機ＨＰ、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰから構成されている。尚、第１過給機ＨＰ、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを区別しないで説明する場合には、単に過給機Ｐとして説明する。
【００１９】
第１過給機ＨＰは、小容量の過給機であって、容量を可変としない固定翼のターボチャージャである。第１過給機ＨＰは、排気通路１５に連結された図示しないタービンハウジング内にタービンホイールＴ１を備えている。タービンホイールＴ１には、ローターシャフトＳ１の一端が連結され、ローターシャフトＳ１の他端には、コンプレッサホイールＣ１が設けられている。コンプレッサホイールＣ１は、図示しないコンプレッサハウジングとともに第１過給機ＨＰのコンプレッサを構成している。コンプレッサハウジングには、吸気マニホールドＩＮよりも上流の吸気通路１６が連結されている。
【００２０】
また、排気通路１５には、タービンホイールＴ１の上流側と下流側とを連結する、切替部を構成する第１排気側バイパス路２１が設けられている。第１排気側バイパス路２１の途中には、切替部を構成する第１排気側バルブＶｅ１が設けられている。この排気側バルブＶｅ１は、アクチュエータを備え、制御装置としてのＥＣＵ２０からの指令に基づき、第１排気側バイパス路２１を開閉する。また、第１排気側バルブＶｅ１は、ウェイストゲートバルブを兼ねており、制御装置としてのＥＣＵ２０からの指令に基づき、第１排気側バイパス路２１を開く。
【００２１】
また、吸気通路１６のうち、コンプレッサホイールＣ１よりも下流には、第１インタークーラＣＬ１が設けられている。さらに、吸気通路１６には、コンプレッサホイールＣ１の上流側と第１インタークーラＣＬ１の下流側とを連結する、切替部を構成する第１吸気側バイパス路３１が設けられている。第１吸気側バイパス路３１の途中には、切替部を構成する第１吸気側バルブＶｉ１が設けられている。第１吸気側バルブＶｉ１は、アクチュエータを備え、ＥＣＵ２０からの指令に基づき、第１吸気側バイパス路３１を開閉する。
【００２２】
第２過給機ＭＰは、第１過給機ＨＰよりも容量が大きい中容量の過給機である他は、第１過給機ＨＰと同じ構成である。排気通路１５には、タービンホイールＴ２の上流側と下流側とを連結する、切替部を構成する第２排気側バイパス路２２が設けられている。第２排気側バイパス路２２の途中には、当該バイパス路２２を開閉する切替部としての第２排気側バルブＶｅ２が設けられている。
【００２３】
また、吸気通路１６のうち、第２過給機ＭＰの下流には、第２インタークーラＣＬ２が設けられている。さらに、吸気通路１６には、コンプレッサホイールＣ２の上流側と、第２インタークーラＣＬ２の下流側とを連結する、切替部を構成する第２吸気側バイパス路３２が設けられている。第２吸気側バイパス路３２の途中には、当該第２吸気側バイパス路３２を開閉する切替部としての第２吸気側バルブＶｉ２が設けられている。
【００２４】
第３過給機ＬＰは、第２過給機ＭＰよりも容量が大きい大容量の過給機である他は、第１過給機ＨＰ及び第２過給機ＭＰと同じ構成である。排気通路１５には、タービンホイールＴ３の上流側と下流側とを連結する、切替部を構成する第３排気側バイパス路２３が設けられている。第３排気側バイパス路２３の途中には、当該バイパス路２３を開閉する切替部としての第３排気側バルブＶｅ３が設けられている。
【００２５】
また、吸気通路１６のうち、第３過給機ＬＰの下流には、第３インタークーラＣＬ３が設けられている。さらに、吸気通路１６には、コンプレッサホイールＣ３の上流側と、第３インタークーラＣＬ３の下流側とを連結する、切替部を構成する第３吸気側バイパス路３３が設けられている。第３吸気側バイパス路３３の途中には、当該第３吸気側バイパス路３３を開閉する切替部としての第３吸気側バルブＶｉ３が設けられている。
【００２６】
また、ＥＣＵ２０は、各シリンダ１１の吸気バルブ及び排気バルブの開閉を制御する可変動弁機構１７を駆動する。減筒運転条件が成立したと判断すると、ＥＣＵ２０は、６つの気筒のうち休止させる気筒を選択し、該気筒に設けられた可変動弁機構１７を制御して、休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを閉じる。
【００２７】
ＥＣＵ２０は、第１〜第３排気側バルブＶｅ１〜Ｖｅ３及び第１〜第３吸気側バルブＶｉ１〜Ｖｉ３を開閉制御することにより、駆動する過給機の組み合わせを変更することができる。即ち、過給機Ｐを単体で稼動させるモード、２つの過給機Ｐを稼動させるモード、３つの過給機Ｐを稼動させるモードを選択することが可能であり、２つの過給機Ｐを稼動させるモードでは、その組み合わせを変更できる。
【００２８】
図２の表に示すように、高圧段の第１過給機ＨＰと低圧段の第３過給機ＬＰとを稼動させる場合には、第２過給機ＭＰを非稼動とするため、第２排気側バルブＶｅ２及び第２吸気側バルブＶｉ２を開弁し、残りの各排気側バルブＶｅ１，Ｖｅ３及び各吸気側バルブＶｉ１，Ｖｉ３を閉弁する。その結果、第２排気側バイパス路２２及び第２吸気側バイパス路３２が開路され、第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰは直列に接続される。即ち、第１過給機ＨＰのタービンホイールＴ１を回転させた排気は、第２排気側バイパス路２２を通過して第３過給機ＬＰのタービンホイールＴ３を回転させる。また、第３過給機ＬＰのコンプレッサホイールＣ３に圧縮されインタークーラＣＬ３によって冷却された吸気は、第２吸気側バイパス路３２を通過して、第１過給機ＨＰのコンプレッサホイールＣ１によって圧縮される。
【００２９】
また、第２過給機ＭＰと第３過給機ＬＰとを稼動させる場合には、第１過給機ＨＰを非稼動とするため、第１排気側バルブＶｅ１及び第１吸気側バルブＶｉ１を開弁し、残りの各排気側バルブＶｅ２，Ｖｅ３及び各吸気側バルブＶｉ２，Ｖｉ３を閉弁する。その結果、第２過給機ＭＰと第３過給機ＬＰとが直列に接続される。
【００３０】
さらに、第１過給機ＨＰと第２過給機ＭＰとを稼動させる場合には、第３過給機ＬＰを非稼動とするため、第３排気側バルブＶｅ３及び第３吸気側バルブＶｉ３を開弁し、残りの各排気側バルブＶｅ１，Ｖｅ２及び各吸気側バルブＶｉ１，Ｖｉ２を閉弁する。その結果、第１過給機ＨＰと第２過給機ＭＰとが直列に接続される。
【００３１】
また、第１過給機ＨＰ、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを１つずつ稼動させる場合には、非稼動の過給機に対応する吸気側バルブ及び排気側バルブを開く。例えば、第１過給機ＨＰのみ稼動させる場合には、各排気側バルブＶｅ２，Ｖｅ３及び各吸気側バルブＶｉ２，Ｖｉ３を開き、第１排気側バルブＶｅ１及び第１吸気側バルブＶｉ１を閉じる。
【００３２】
さらに、第１過給機ＨＰ、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰ全てを稼動させる場合には、全ての排気側バルブＶｅ１〜Ｖｅ３及び吸気側バルブＶｉ１〜Ｖｉ３を閉じる。
（多段過給システムの制御）
次に、本実施形態の多段過給システムの減筒運転時における動作について説明する。まずＥＣＵ２０は、減筒運転条件が成立したか否かを判断する。このときＥＣＵ２０は、アクセル開度とエンジン回転数とから演算した要求燃料量と、エンジン回転数と、稼動気筒数を選択するためのマップとから、稼動気筒数を算出する。稼動気筒数が全気筒数であるとき、要求燃料量に従って全筒運転を行う。
【００３３】
稼動気筒数が全気筒数未満であるとき、即ち減筒運転条件が成立したとき、ＥＣＵ２０は、稼動過給機を選択するためのマップに基づき、各過給機Ｐのうち、２つを選択する。図３に示すように、稼動過給機の判定マップＭは、エンジン回転数と、エンジン１０が出力するトルクとに応じて、稼動過給機を切り替えている。この判定マップＭでは、例えば５００ｒｐｍ〜１７００ｒｐｍ等といった低回転側には、第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰが関連付けられた稼動領域Ｚ１０が設けられている。稼動領域Ｚ１０のうち、低トルク側に設けられた第１領域Ｚ１１は、減筒運転が実行されるときの領域であって、高トルク側に設けられた第２領域Ｚ１２は全筒運転領域である。
【００３４】
また、低回転域を超えた高回転域側では、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰが関連付けられた稼動領域Ｚ２０が設けられている。この稼動領域Ｚ２０は、高回転域及び低トルクの領域と、低回転域且つ高トルクの領域とを含む。稼動領域Ｚ２０のうち、低トルク側に設けられた第３領域Ｚ２１は、減筒運転が実行されるときの領域であって、高トルク側に設けられた第４領域Ｚ２２は、全筒運転が実行されるときの領域である。
【００３５】
ＥＣＵ２０は、例えばエンジン回転数、スロットル開度、そのときの稼動過給機等のパラメータによってトルクを変化させた特性マップから、現在のトルクを算出する。そして算出したトルクとエンジン回転数が、上述した判定マップＭのうちどの領域に該当するかを判断する。
【００３６】
例えば、トルクとエンジン回転数とに基づくエンジンの状態が第１領域Ｚ１１に相当する場合、稼動過給機として第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰを選択する。即ち、低回転域側では、その回転域におけるコンプレッサ効率の高い小容量の第１過給機ＨＰを稼動することができる。さらに第３過給機ＬＰを稼動することによって、第１過給機ＨＰのコンプレッサの入口圧力を高め、過給圧をさらに高めることができる。
【００３７】
一方、エンジンの状態が第３領域Ｚ２１に相当すると判断すると、ＥＣＵ２０は、稼動過給機として第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを選択する。即ち、エンジン回転数が所定の低回転域を超えると、その回転域での効率の高い第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを稼動する。
【００３８】
図４に示すように、稼動過給機として、第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰを選択すると、ＥＣＵ２０は、第２排気側バルブＶｅ２及び第２吸気側バルブＶｉ２を開き、その他の各排気側バルブＶｅ１，Ｖｅ３及び各吸気側バルブＶｉ１，Ｖｉ３を閉じる。その結果、排気マニホールドＥＸから送り出された排気は、第１過給機ＨＰのタービンホイールＴ１を回転させた後、第２排気側バイパス路２２を通って第２過給機ＭＰのタービンを迂回する。第２過給機ＭＰのタービンを迂回した排気は、第３過給機ＬＰのタービンホイールＴ３を回転させた後、タービンホイールＴ２よりも下流に設けられた図示しない排気浄化装置側に送り出される。
【００３９】
また、吸気は、第３過給機ＬＰのコンプレッサによって圧縮された後、第３インタークーラＣＬ３によって冷却されて密度が高められる。冷却された吸気は、第２吸気側バイパス路３２を通って第２過給機ＭＰのコンプレッサを迂回した後、第１過給機ＨＰのコンプレッサによって圧縮される。このとき、第２インタークーラＣＬ２も迂回するので、過給圧の低下が抑制される。コンプレッサホイールＣ１によって圧縮された吸気は、第１インタークーラＣＬ１に冷却されて吸気マニホールドＩＮに送り出される。
【００４０】
図５に示すように、稼動過給機として、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを選択すると、ＥＣＵ２０は、第１排気側バルブＶｅ１及び第１吸気側バルブＶｉ１を開き、その他の各排気側バルブＶｅ２，Ｖｅ３及び各吸気側バルブＶｉ２，Ｖｉ３を閉じる。その結果、排気は、第１排気側バイパス路２１を通って、第１過給機ＨＰのタービンを迂回し、第２過給機ＭＰのタービンホイールＴ２を回転させる。タービンホイールＴ２を回転させた排気は、さらに第３過給機ＬＰのタービンホイールＴ３を回転させて、排気浄化装置側に送り出される。
【００４１】
また、吸気は、第３過給機ＬＰのコンプレッサホイールＣ３によって圧縮された後、さらに第２過給機ＭＰのコンプレッサホイールＣ２によって圧縮される。さらに吸気は、第１吸気側バイパス路３１を通って、第１過給機ＨＰのコンプレッサを迂回し、吸気マニホールドＩＮに送り出される。このとき、第１インタークーラＣＬ１も迂回するので、過給圧の低下が抑制される。
【００４２】
図６は、低回転域における第１過給機ＨＰのコンプレッサマップを示している。作動線Ｌ１は全筒運転実行時の補正流量に対する圧力比の変化、作動線Ｌ２は減筒運転実行時の補正流量に対する圧力比の変化を示す。作動線Ｌ２は、低回転域であっても、従来の作動線Ｌ１３に比べ比較的高い効率の領域を通っている。
【００４３】
図７は、高回転域での第２過給機ＭＰのコンプレッサマップである。作動線Ｌ３は全筒運転実行時の補正流量に対する圧力比の変化、作動線Ｌ４は減筒運転実行時の補正流量に対する圧力比の変化を示す。高回転域では、従来と同様に、減筒運転時及び全筒運転時の両方で第２過給機ＭＰが高効率領域で稼動していることがわかる。
【００４４】
このように、低回転域で減筒運転を実行しても過給効果が得られるので、減筒運転による燃費向上を図ることができる。図８中、曲線Ｌ６は、例えば１０００ｒｐｍ等の低回転域において第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰを稼動させたときの単位出力あたりの燃料量を示す正味燃料消費率（ＢＳＦＣ：Brake Specific Fuel Consumption）の推移を示している。この曲線Ｌ６が、同一回転数における全筒運転時の正味燃料消費率を示す曲線Ｌ５を下回る点までが減筒運転領域となる。また、従来の二段過給システムにおける正味燃料消費率を示す曲線Ｌ７が、上記曲線Ｌ５を下回る点までは、従来の減筒運転領域となる。第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰを稼動させたときの減筒運転領域と、従来の減筒運転領域とを比較すると、前者の領域の方が拡大されていることがわかる。
【００４５】
以上説明したように、多段過給システム及びその制御方法の一実施形態によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）上記実施形態によれば、多段過給システムは、互いに異なる容量を有する３つの過給機Ｐと、ＥＣＵ２０に駆動され各過給機Ｐの稼動及び非稼動を切り替える排気側バルブＶｅ１〜Ｖｅ３及び吸気側バルブＶｉ１〜Ｖｉ３とを備えた。さらに多段過給システムは、減筒運転条件が成立したとき、エンジン回転数及びトルクに応じて稼動する過給機Ｐを２つ選択し、稼動しない過給機Ｐの排気側バルブ及び吸気側バルブを駆動して、稼動する２つの過給機Ｐを互いに直列接続するＥＣＵ２０を備えた。即ち、低回転域に減筒運転を実行するときも、その運転領域に見合った第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰを選択することができる。また、低回転域を超える回転域では、その運転領域に見合った第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰを新たに選択することができる。従って、従来の二段過給システムと比較して、減筒運転領域を拡大することができる。
【００４６】
（２）上記実施形態によれば、多段過給システムは、小容量の第１過給機ＨＰと、第１過給機ＨＰに直列に接続された中容量の第２過給機ＭＰと、第１過給機ＨＰ及び第２過給機ＭＰに直列に接続された大容量の第３過給機ＬＰを備える。ＥＣＵ２０は、減筒運転条件が成立したとき、エンジン回転数が低回転域であるときに第１過給機ＨＰと、第３過給機ＬＰとを稼動する。このため、第１過給機ＨＰによって高いコンプレッサ効率を実現するとともに、第３過給機ＬＰによって、第１過給機ＨＰの入口圧力を高めることによって、さらに過給圧を高めることができる。また、エンジン回転数が高回転域であるときに第２過給機ＭＰと第３過給機ＬＰとを稼動する。このため、エンジン回転数の増加に伴い、第１過給機ＨＰから、第２過給機ＭＰに切り替えるので、当該回転域で最も高いコンプレッサ効率を実現することができる。
【００４７】
（３）上記実施形態では、多段過給システムは、タービンホイールＴ１〜Ｔ３を迂回する第１〜第３排気側バイパス路２１〜２３、及び当該排気側バイパス路２１〜２３を開閉する第１〜第３排気側バルブＶｅ１〜Ｖｅ３を備えた。さらに、多段過給システムは、コンプレッサホイールＣ１〜Ｃ３を迂回する第１〜第３吸気側バイパス路３１〜３３、及び当該吸気側バイパス路３１〜３３を開閉する第１〜第３吸気側バルブＶｉ１〜Ｖｉ３を備えた。このため、排気側バルブＶｅ１〜Ｖｅ３の各々、吸気側バルブＶｉ１〜Ｖｉ３の各々を制御することによって、各過給機Ｐのうち２つの過給機を稼動させる組み合わせ、３つの過給機Ｐを稼動させる組み合わせが選択可能となるとともに、各過給機Ｐを単体で稼動させることも可能となる。このため、エンジン１０の特性に応じて、減筒運転時に例えば第１過給機ＨＰ及び第２過給機ＭＰを駆動させることもできる。また、全筒運転時にも運転領域に応じて、過給機Ｐの組み合わせを変更することができる。
【００４８】
（４）上記実施形態では、過給機ＰのコンプレッサホイールＣ１〜Ｃ３の下流にはインタークーラＣＬ１〜ＣＬ３がそれぞれ設けられ、各吸気側バイパス路３１〜３３の終端は、インタークーラＣＬ１〜ＣＬ３の下流側に接続される。即ち、稼動する過給機Ｐの直下に設けられたインタークーラのみ通過するので、圧力損失に伴う過給圧の低下を抑制することができる。
【００４９】
尚、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、過給機Ｐは、固定翼式のターボチャージャとしたが、可変容量ターボチャージャとしてもよい。可変容量ターボチャージャは、例えば角度を変更可能な可変ベーンを備え、角度を変更することで排気の導入角度と通路面積とを変更する。このようにすると、減筒運転領域のさらなる拡大を図ることができる。
【００５０】
・上記実施形態では、全ての過給機Ｐに、排気側バイパス路２１〜２３及び吸気側バイパス路３１〜３３を設けたが、一部の過給機Ｐにのみ、減筒運転時に開閉可能なバイパス路を設けるようにしてもよい。例えば、第３過給機ＬＰは常に稼動する場合、第３過給機ＬＰには、各バイパス路を設けなくてもよい。
【００５１】
・上記実施形態では、減筒運転実行時に、第１過給機ＨＰ及び第３過給機ＬＰの組み合わせ、第２過給機ＭＰ及び第３過給機ＬＰの組み合わせの一方を選択したが、各過給機Ｐの容量等の特性や、エンジン１０との相性に応じて、これ以外の組み合わせを選択可能にしてもよい。例えば、上記２つの組み合わせのうち一方と、第１過給機ＨＰ及び第２過給機ＭＰの組み合わせとのいずれか一つを選択可能にしてもよいし、上記２つの組み合わせと第１過給機ＨＰ及び第２過給機ＭＰの組み合わせの３つからいずれか一つを選択可能にしてもよい。或いは、過給機Ｐを単体で稼動させてもよいし、全ての過給機Ｐを稼動させてもよい。
【００５２】
・上記実施形態では、各排気側バルブは、ウェイストゲートバルブを兼ねる構成としたが、ウェイストゲートバルブとは別に設けられてもよい。
・上記実施形態では、多段過給システムを、３つのターボ過給機から構成したが、少なくとも１つの過給機をスーパーチャージャーから構成してもよい。この場合、特許請求の範囲の切替部は、クランクシャフトからの動力の伝達を切り替える電磁クラッチ等から構成される。
【００５３】
・上記実施形態では、エンジン１０は直列６気筒としたが、これ以外の気筒配置であってもよい。また、直列６気筒のエンジン１０に対して、３つの過給機Ｐを直列に接続したが、気筒を３つずつ２つの気筒群に分け、各気筒群に対して３つの過給機Ｐを直列にそれぞれ接続してもよい。
【００５４】
・上記実施形態では、多段過給システムは、３つの過給機Ｐを備えたが、４つ以上の過給機Ｐを備えていてもよい。
・上記実施形態では、多段過給システムを、ディーゼルエンジンに適用するシステムに具体化したが、ガソリンエンジンに適用するシステムに具体化してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１０…エンジン、２０…制御装置としてのＥＣＵ、２１〜２３…切替部を構成する排気側バイパス路、３１〜３３…切替部を構成する吸気側バイパス路、Ｃ１〜Ｃ３…コンプレッサを構成するコンプレッサホイール、ＣＬ１〜ＣL３…インタークーラ、ＨＰ…第１過給機、ＭＰ…第２過給機、ＬＰ…第３過給機、Ｐ…過給機、Ｔ１〜Ｔ３…タービンを構成するタービンホイール、Ｖｅ１〜Ｖｅ３…切替部を構成する排気側バルブ、Ｖｉ１〜Ｖｉ３…切替部を構成する吸気側バルブ。
【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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