(57)【要約】【課題】  広い運転領域に亘り吸入効率の良い状態で内燃機関を運転することができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することが可能な内燃機関用多段過給システム及びその設定方法を提供する。【解決手段】  本発明の内燃機関用多段過給システムは、可動ベーン８ｄ，９ｄを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャー８と低圧ターボチャージャー９とを具備し、エンジン１の排気通路６に高圧ターボチャージャー８のタービン８ａとタービン８ａの下流側に低圧ターボチャージャー９のタービン９ａとが配置され、エンジン１の吸気通路７に低圧ターボチャージャー９のコンプレッサ９ｂとコンプレッサ９ｂの下流側に高圧ターボチャージャー８のコンプレッサ８ａとが配置され、エンジン１の低速領域では、高圧ターボチャージャー８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ターボチャージャー９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも閉じ側に偏っており、エンジン１の高速領域では、高圧ターボチャージャー８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ターボチャージャー９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも開き側に偏っている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムにおいて、
前記内燃機関の低速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲が前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲よりも閉じ側に偏っており、前記内燃機関の高速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲が前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲よりも開き側に偏っている、ことを特徴とする内燃機関用多段過給システム。
【請求項２】
前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第１のフィードバック制御領域と前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第２のフィードバック制御領域とに基づいて、目標となる過給圧が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項３】
前記各フィードバック制御領域は、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度の調整範囲及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲のそれぞれの両端を除外した範囲内でフィードバック制御を実行する制御対象が切り替わるように設定されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項４】
前記第１のフィードバック制御領域と前記第２のフィードバック制御領域との境界が、前記範囲内で、かつ前記内燃機関の運転領域の高速側に偏って設定されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項５】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態が前記各フィードバック制御領域以外にある場合には、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度のそれぞれを前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定されたベース開度に制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項６】
フィードバック制御を実行する制御対象が切り替わる際に、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーン及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンのそれぞれの開度の急変を抑えるように、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御するなまし制御手段を更に具備することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項７】
前記なまし制御手段は、前記第１のフィードバック制御領域と前記第２のフィードバック領域との境界を含んで設定されたなまし制御領域内において、前記境界に向かって徐々にフィードバック量が補正されるように前記高圧ターボチャージャー又は前記低圧ターボチャージャーのいずれか一方の前記可動ベーンの開度を制御するとともに、徐々に前記ベース開度に近づくように、他方の前記可動ベーンの開度を制御することを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項８】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記高圧ターボチャージャー及び前記低圧ターボチャージャーのそれぞれの前記可動ベーンの開度を、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量の差に基づいて決定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項９】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記過渡時の前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーン及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの最終開度として、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量との差に基づいて前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定されたベース開度に対する増し閉め量を算出し、前記ベース開度に前記算出された増し閉め量を加算した値とすることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１０】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の低速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を前記ベース開度よりも閉じ側に制御することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１１】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の低速領域では、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を略ベース開度に制御することを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１２】
前記過給圧制御手段は、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量の差に応じ、前記内燃機関の高速領域に行くに従って前記ベース開度よりも閉じ側になるように前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１３】
前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の高速領域では、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を前記ベース開度よりも閉じ側に制御することを特徴とする請求項８又は９に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１４】
前記内燃機関は、排気ガスを該内燃機関の前記吸気通路へ還流させる排気還流を行うための排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられ、前記吸気通路へ還流させる排気ガスの量を調整する排気還流弁と、前記吸気通路に設けられ、吸入空気量を調整するための吸入空気量調整弁とを備え、
前記排気還流を実行すべき領域として設定された排気還流領域に前記内燃機関の運転状態がある場合に、目標となる排気還流率が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御する背圧フィードバック制御手段を具備することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１５】
前記排気還流を実行すべき領域として設定された排気還流領域に前記内燃機関の運転状態がある場合において、前記背圧フィードバック制御手段による前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度のフィードバック制御の実施中に、目標となる排気還流率が得られるように前記排気還流弁の開度及び前記吸入空気量調整弁の開度の少なくとも一方をフィードバック制御する新気量制御手段を更に具備することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１６】
前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第１のフィードバック制御領域と前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第２のフィードバック制御領域とに基づいて、目標となる過給圧が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段を更に具備し、
前記内燃機関の運転状態が前記第２のフィードバック領域であってなおかつ前記排気還流領域にある場合には、前記過給圧制御手段は、前記背圧フィードバック制御手段による前記制御の実施中に前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御することを特徴とする請求項１４又は１５に記載の内燃機関用多段過給システム。
【請求項１７】
可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムの設定方法であって、
前記高圧ターボチャージャーと前記低圧ターボチャージャーとの性能差が大きい場合には、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲を前記内燃機関の低速領域において当該性能差が小さい場合に比べてより開き側に設定することを特徴とする内燃機関用多段過給システムの設定方法。
【請求項１８】
可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムの設定方法であって、
前記高圧ターボチャージャーと前記低圧ターボチャージャーとの性能差が大きい場合には、低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲を前記内燃機関の高速領域において前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合に前記性能差が小さい場合に比べてより開き側に設定することを特徴とする内燃機関用多段過給システムの設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用多段過給システム及びその設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、互いに最大容量の異なる高圧ターボターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを直列に配置した内燃機関用多段過給システムが知られている。この種のシステムにおいて高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを適宜に使い分けるため、高圧ターボチャージャーのタービンをバイパスするバイパス通路を設けるとともに、バイパス通路への排気ガスの流量を調整する排気バイパスバルブを設けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来から、可動ベーンの開度を調整可能な容量可変式のターボチャージャーが知られている。その他本発明に関連する先行技術文献として、特許文献２〜４が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１４０６５３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９８４９号公報
【特許文献３】特開２００１−２８０１４２号公報
【特許文献４】特開平４−１３６４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような多段過給システムに可動ベーンを備えた容量可変式のターボチャージャーを組合わせた場合には、それぞれの可動ベーンの開度を適切に制御して、広い運転領域に亘り吸入効率の良い状態で内燃機関を運転させて出力の向上及び燃費の向上を実現することが必要である。また、それぞれの可動ベーンの開度を適切に制御するためには、組合わせるターボチャージャーの性能差を考慮してシステムを設定することも必要である。しかしながら、上記各文献には、可動ベーンを備えた可変容量式のターボチャージャーを多段に接続し、これらの可動ベーンの開度を適切に制御する具体的な制御方法や、多段に接続したターボチャージャーの性能差を考慮したシステムの設定方法については開示されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、広い運転領域に亘り吸入効率の良い状態で内燃機関を運転することができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することが可能な内燃機関用多段過給システム及びその設定方法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】
本発明の内燃機関用多段過給システムは、可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムにおいて、前記内燃機関の低速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲が前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲よりも閉じ側に偏っており、前記内燃機関の高速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲が前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲よりも開き側に偏っていることにより上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、内燃機関の低速領域では、高圧ターボチャージャーの下流であって低圧ターボチャージャーの上流の排気通路内の圧力上昇を抑えることができ、効率的に高圧ターボチャージャーに仕事をさせることができる。そして、内燃機関の高速領域では、吸入空気量が増加して高圧ターボチャージャーの回転数が上昇するが、高圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度が低圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度よりも開き側になるので、低圧ターボチャージャーに効率よく排気エネルギーを伝達することができ、しかも内燃機関の排気マニホールド内の限度を超えた圧力上昇を抑えることができる。従って、広い運転領域に亘り吸入効率の良い状態で内燃機関を運転することができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することができる。しかも、排気マニホールド内の限度を超えた圧力上昇等を抑えることができるので、システムの信頼性を確保することができる。
【０００８】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第１のフィードバック制御領域と前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第２のフィードバック制御領域とに基づいて、目標となる過給圧が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段を具備してもよい（請求項２）。この場合は、内燃機関の運転状態に応じて各可動ベーンの開度を最適に制御できるので、出力及び燃費の更なる向上を実現できる。
【０００９】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記各フィードバック制御領域は、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度の調整範囲及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲のそれぞれの両端を除外した範囲内でフィードバック制御を実行する制御対象が切り替わるように設定されていてもよい（請求項３）。各可動ベーンの開度の調整範囲の両端は過給圧のフィードバック制御の感度が鈍いので、調整範囲の両端を使用して各制御対象を切り替えるとフィードバック制御の追従性が悪化するおそれがある。この態様によれば、当該調整範囲の両端を除外して、各制御対象が切り替わるように制御領域が設定されているので、良好な追従性を確保することができる。この態様においては、前記第１のフィードバック制御領域と前記第２のフィードバック制御領域との境界が、前記範囲内で、かつ前記内燃機関の運転領域の高速側に偏って設定されていてもよい（請求項４）。この場合は、応答性ないし追従性の良好な高圧ターボチャージャーを過給圧の制御に利用することができる。
【００１０】
また、本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態が前記各フィードバック制御領域以外にある場合には、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度のそれぞれを前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定されたベース開度に制御してもよい（請求項５）。例えば、過給遅れが生じた場合にフィードバック項をそのまま保持すると高圧ターボチャージャーの可動ベーンが閉じ側になりすぎて過給のオーバーシュートを招いたり背圧上昇につながる。この態様によれば、制御対象が切り替わるときにフィードバック項が保持されずにクリアされるので、このような事態を抑制できる。
【００１１】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、フィードバック制御を実行する制御対象が切り替わる際に、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーン及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンのそれぞれの開度の急変を抑えるように、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御するなまし制御手段を更に具備してもよい（請求項６）。この場合は、制御対象の切替時に生じる開度の急変を抑えることができるので、この急変に起因する過給圧の変動を抑制できる。このなまし制御を更に具体化した態様として、前記なまし制御手段が、前記第１のフィードバック制御領域と前記第２のフィードバック領域との境界を含んで設定されたなまし制御領域内において、前記境界に向かって徐々にフィードバック量が補正されるように前記高圧ターボチャージャー又は前記低圧ターボチャージャーのいずれか一方の前記可動ベーンの開度を制御するとともに、徐々に前記ベース開度に近づくように、他方の前記可動ベーンの開度を制御するようにしてもよい（請求項７）。
【００１２】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記高圧ターボチャージャー及び前記低圧ターボチャージャーのそれぞれの前記可動ベーンの開度を、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量の差に基づいて決定してもよい（請求項８）。過渡状態における各可動ベーンの開度を目標過給圧と実過給圧との差に応じて定めることにより、制御の応答性と精度とを確保することができる。一方、各可動ベーンの開度を目標吸入空気量と実吸入空気量との差に応じて定めることにより、高背圧状態に陥った時のように過給圧と吸入空気量との関係が一定しない場合でも、必要以上に各可動ベーンが閉め側に制御されて吸入空気量が減少することを抑えることができるので、吸入空気量の減少に伴う黒煙の排出量の増大等の問題を抑制できる。
【００１３】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合には、前記過渡時の前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーン及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの最終開度として、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量との差に基づいて前記内燃機関の運転状態に応じて予め設定されたベース開度に対する増し閉め量を算出し、前記ベース開度に前記算出された増し閉め量を加算した値としてもよい（請求項９）。このように、各可動ベーンの開度が決定されるので、定常状態から過渡状態に移行に伴って、過渡状態の開度として別途設定したベーン開度に切り替える場合と比較して、切替時のギャップが緩和されるのでより滑らかで、なおかつきめ細かな制御を実現することができる。
【００１４】
本発明の内燃機関用過給システムにおいて、予め設定された定常状態からずれた過渡状態の場合には、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の低速領域では、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を前記ベース開度よりも閉じ側に制御してもよい（請求項１０）。この態様は、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとの性能差が比較的小さい場合に好適であり、例えば過給遅れがあるような過渡時において、高圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度をベーン開度よりも閉め側に制御することにより過給の立ち上がりを助力することができる。
【００１５】
本発明の内燃機関用過給システムにおいて、予め設定された定常状態からずれた過渡状態の場合には、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の低速領域では、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を略ベース開度に制御してもよい（請求項１１）。この態様は、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとの性能差が比較的小さい場合に好適である。過渡時において低圧ターボチャージャーのベーン開度をベース開度よりも閉め側に設定すると、低圧ターボチャージャーと高圧ターボチャージャーとの間の排気通路の温度が上昇し、高圧ターボチャージャーのタービンの上流とその下流との差圧が小さくなり、高圧ターボチャージャーの仕事量が減少して効率が悪化する。この態様によれば、低圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度を略ベース開度に制御されるので、かかる効率悪化を抑えることができる。
【００１６】
本発明の内燃機関用過給システムにおいて、予め設定された定常状態からずれた過渡状態の場合には、前記過給圧制御手段は、目標となる過給圧と実際の過給圧との差又は目標となる吸入空気量と実際の吸入空気量の差に応じ、前記内燃機関の高速領域に行くに従って前記ベース開度よりも閉じ側になるように前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御してもよい（請求項１２）。この態様は、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとの性能差が比較的小さい場合に好適である。この態様によれば、高速領域において過給遅れが生じる過渡状態となった場合に、低圧ターボチャージャーの可動ベーンの制御にて過給の立ち上がりを助力することができる。
【００１７】
本発明の内燃機関用過給システムにおいて、予め設定された定常状態からずれた過渡状態の場合には、前記過給圧制御手段は、前記内燃機関の高速領域では、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を前記ベース開度よりも閉じ側に制御してもよい（請求項１3）。この態様は、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとの性能差が比較的大きい場合に好適である。この態様によれば、高速領域において低圧ターボチャージャーの可動ベーンにて過給の立ち上がりを助力でき、高圧ターボチャージャーの可動ベーンを不必要に閉じ側に制御する必要がなくなるので、高圧ターボチャージャーが絞りになることが防止され、背圧上昇を抑制することができる。
【００１８】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記内燃機関は、排気ガスを該内燃機関の前記吸気通路へ還流させる排気還流を行うための排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられ、前記吸気通路へ還流させる排気ガスの量を調整する排気還流弁と、前記吸気通路に設けられ、吸入空気量を調整するための吸入空気量調整弁とを備え、前記排気還流を実行すべき領域として設定された排気還流領域に前記内燃機関の運転状態がある場合に、目標となる排気還流率が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御する背圧フィードバック制御手段を具備してもよい（請求項１４）。この態様によれば、高圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度を制御して、目標となる排気還流率を実現しているので制御の自由度が増す。その結果、厳密な排気還流率の制御が可能となる。この態様においては、前記排気還流を実行すべき領域として設定された排気還流領域に前記内燃機関の運転状態がある場合において、前記背圧フィードバック制御手段による前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度のフィードバック制御の実施中に、目標となる排気還流率が得られるように前記排気還流弁の開度及び前記吸入空気量調整弁の開度の少なくとも一方をフィードバック制御する新気量制御手段を更に具備してもよい（請求項１５）。
【００１９】
本発明の内燃機関用多段過給システムにおいて、前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第１のフィードバック制御領域と前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をフィードバック制御すべき領域として設定された第２のフィードバック制御領域とに基づいて、目標となる過給圧が得られるように前記高圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度及び前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度をそれぞれ制御する過給圧制御手段を更に具備し、前記内燃機関の運転状態が前記第２のフィードバック領域であってなおかつ前記排気還流領域にある場合には、前記過給圧制御手段は、前記背圧フィードバック制御手段による前記制御の実施中に前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの開度を制御してもよい（請求項１６）。この態様によれば、排気還流領域において、フィードバック制御手段による制御の実施と同時に過給圧制御手段による制御が実施されるので、排気還流領域においても過給を実現することができる。その結果、過給及び排気還流量の増量を実現できるので、予混合圧縮着火燃焼の実行可能領域を拡大することが可能となる。
【００２０】
本発明の内燃機関用多段過給システムの第１の設定方法は、可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムの設定方法であって、前記高圧ターボチャージャーと前記低圧ターボチャージャーとの性能差が大きい場合には、前記低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲を前記内燃機関の低速領域において当該性能差が小さい場合に比べてより開き側に設定することにより、上述した課題を解決する（請求項１７）。
【００２１】
高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーの性能差が大きい場合には、低速領域で低圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度を閉めて過給圧を上昇させようとしても、背圧が上昇して効率が悪くなり易い。この発明によれば、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーの性能差を考慮して、低圧ターボチャージャーの可動ベーンの開度が性能差が小さい場合よりも開き側に設定されるので、低圧ターボチャージャーの効率が悪化する領域では高圧ターボチャージャーにできるだけ仕事をさせることができ多段過給システム全体の効率を向上させることができる。
【００２２】
本発明の内燃機関用多段過給システムの第２の設定方法は、可動ベーンを備えた容量可変式の高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーとを具備し、内燃機関の排気通路に前記高圧ターボチャージャーのタービンと該タービンの下流側に前記低圧ターボチャージャーのタービンとが配置され、前記内燃機関の吸気通路に前記低圧ターボチャージャーのコンプレッサと該コンプレッサの下流側に前記高圧ターボチャージャーのコンプレッサとが配置された内燃機関用多段過給システムの設定方法であって、前記高圧ターボチャージャーと前記低圧ターボチャージャーとの性能差が大きい場合には、低圧ターボチャージャーの前記可動ベーンの調整範囲を前記内燃機関の高速領域において前記内燃機関の運転状態として予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合に前記性能差が小さい場合に比べてより開き側に設定することにより、上述した課題を解決する（請求項１８）。
【００２３】
この発明によれば、低圧ターボチャージャーによる背圧上昇を抑えることができる。このため、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーの性能差に応じて低圧ターボチャージャーよりも多くの仕事を高圧ターボチャージャーに振り分けることができるので、高圧ターボチャージャーによる過給効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、内燃機関の低速領域では、高圧ターボチャージャーの可動ベーンの調整範囲を低圧ターボチャージャーの可動ベーンの調整範囲よりも閉じ側に偏らせるとともに、内燃機関の高速領域では、高圧ターボチャージャーの可動ベーンの調整範囲を低圧ターボチャージャーの可動ベーンの調整範囲よりも開き側に偏らせており、また、高圧ターボチャージャーと低圧ターボチャージャーの性能差を考慮して可動ベーンの開度が設定されるので、広い運転領域に亘り吸入効率の良い状態で内燃機関を運転することができ、出力の向上及び燃費の向上を実現することが可能な内燃機関用多段過給システム及びその設定方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１実施形態）
図１は本発明の多段過給システムを内燃機関としてのディーゼルエンジン（以下エンジンという）１に適用した一実施形態を示した全体構成図である。エンジン１はシリンダブロック２に設けられた４つの気筒３に接続された排気マニホールド４及び吸気マニホールド５をそれぞれ備え、排気マニホールド４には排気通路６が、吸気マニホールド５には吸気通路７がそれぞれ接続されている。排気通路６には、高圧ターボチャージャー（以下高圧ＴＣと略称する）８のタービン８ａが設けられ、このタービン８ａの下流側に低圧ターボチャージャー（以下低圧ＴＣと略称する）９のタービン９ａが設けられている。吸気通路７には、低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂが設けられ、このコンプレッサ９ｂの下流側に高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ｂが設けられている。高圧ＴＣ８のタービン８ａ及びコンプレッサ８ｂは互いに回転軸８ｃを介して連結され、低圧ＴＣ９のタービン９ａ及びコンプレッサ９ｂは互いに回転軸９ｃを介して連結されている。
【００２６】
高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９はそれぞれ可変容量式のターボチャージャーであり、高圧ＴＣ８の最大容量は低圧ＴＣ９の最大容量よりも小さい。高圧ＴＣ８のタービン８ａの入口部には複数の可動ベーン８ｄ・・・８ｄが配置され（図１では模式的に示す）、これにより可変ノズルが構成される。可動ベーン８ｄの傾きを変更することにより可変ノズルの開口面積（可動ベーンの開度）を変化させることができる。低圧ＴＣ９も高圧ＴＣ８と同様に可動ベーン９ｄ・・・９ｄを備え、高圧ＴＣ８と同様の機能を有する。周知のように、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を閉じ側とする（絞る）ことにより、過給圧を上げることができ、反対に可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を開き側にすることにより、エンジン１の背圧を下げることができる。以下、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を最も閉じ側とした場合を全閉又は全閉状態といい、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を最も開き側とした場合を全開又は全開状態という。可動ベーン８ｄ，９ｄを動作させるための機構は周知のものと同様でよいのでここでは詳細を省略する。可動ベーン８ｄ，９ｄは、後述するエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２０の指示に応じて所定の開度に設定される。
【００２７】
図２は、コンプレッサ８ｂ，９ｂの効率マップを示しており、横軸は吸入空気量Ｇａ、縦軸はコンプレッサ８ｂ，９ｂのそれぞれの上流圧力Ｐ１及び下流圧力Ｐ３の圧力比Ｐ３／Ｐ１を示している。高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ｂの下流の圧力Ｐ３はコンプレッサ８ｂ及びコンプレッサ９ｂ間の吸気通路７内の圧力と等しく、低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂの上流の圧力Ｐ１は大気圧と等しい（図１参照）。図２の破線は高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ｂの等効率線を示し、図２の実線は低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂの等効率線をそれぞれ示している。この図から明らかなように、２つのコンプレッサ８ｂ，９ｂの運転領域、言い換えると、高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９との運転領域が重なりあっている。この重なりあう領域では両者のターボチャージャー８，９にて過給を行うことができる。
【００２８】
図１に示したように、排気通路６には、高圧ＴＣ８のタービン８ａをバイパスするためのバイパス通路１０が設けられるとともに、バイパス通路１０へ流入する排気ガスの流量を調整するための排気バイパスバルブ１１がバイパス通路１０に設けられている。排気バイパスバルブ１１は、バイパス通路１０への排気の流入を遮断して排気ガスの全量を高圧ＴＣ８のタービン８ａに導く全閉状態から、高圧ＴＣ８のタービン８ａをバイパスする全開状態までその開度を連続的に調整することができる。この調整機構は周知のものでよく、例えばソレノイドコイルの磁力を利用してバルブ開度を変化させる調整機構を採用することができる。また、排気バイパスバルブ１１の開度を、全閉状態及び全開状態のいずれか一方に選択的に切り替えるようにしてもよい。排気バイパスバルブ１１の開度を開き側にすることにより、上述した可動ベーン８ｄ，９ｄの開度調整をする場合よりもエンジン１の背圧を速やかに下げることができる。
【００２９】
吸気通路７には、低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂにて圧縮された空気を冷却する第１インタークーラ１２が低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂと高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ｂとの間に設けられ、低圧ＴＣ９のコンプレッサ９ｂ及び高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ａにて圧縮された空気を冷却する第２インタークーラ１３が高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ｂと吸気マニホールド５との間に設けられている。これらのインタークーラ１２，１３は過給効率を高めるために設けたものであるが、必ずしも両者を設ける必要はなく、いずれか一方を設けてもよいし、両方とも設けなくてもよい。
【００３０】
その他エンジン１には、排気通路６と吸気通路７とを連通し、排気ガスを吸気通路に還流させる排気還流（ＥＧＲ）を行うための排気還流通路（ＥＧＲ通路）１４と、吸気通路７に還流させる排気ガスの量を調整する排気還流弁（ＥＧＲ弁）１５と、ＥＧＲ通路１４の途中に取り付けられ還流させる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ１６とがそれぞれ設けられている。また、ＥＧＲ通路１４と吸気通路７との接続部よりも上流側の吸気通路７には、吸入空気量を調整するための吸入空気量調整弁としてのスロットル弁１７が設けられている。また、排気通路６には、排気エミッションの悪化を抑制するための浄化触媒１８が設けられ、吸気通路７には、吸入する空気から異物を除去するためのエアクリーナ１９が設けられている。
【００３１】
以上の可動ベーン８ｄ，９ｄの開度及び排気バイパスバルブ１１の開度の制御は、マイクロプロセッサ、ＲＡＭ、及びＲＯＭ等で構成されるＥＣＵ２０により行われる。ＥＣＵ２０は主に燃料の噴射時期等を制御してエンジン１を適切に運転する制御手段として機能するが、本実施形態ではこの他に、目標となる過給圧が得られるように、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を制御する過給圧制御手段としても機能する。図１に示したように、ＥＣＵ２０には、吸気マニホールド５に設けられ過給圧を検出する過給圧センサ２１、排気マニホールド４に設けられタービン８ａの上流の圧力を検出する排気圧力センサ２２、エンジン１の回転数（回転速度）を検出する回転数センサ２３、アクセルの位置情報を検出するアクセル開度センサ２４、吸入空気量（吸入空気流量）を検出するエアフローメータ２５等の各種センサが接続され、これらセンサの信号が入力される。なお、以下の説明では、ＥＣＵ２０が行う可動ベーン８ｄ，９ｄの開度及び排気バイパスバルブ１１の開度の制御について説明し、その他燃料噴射量や噴射時期等の一般的な制御の詳細説明は省略する。
【００３２】
図３は、ＥＣＵ２０が実行する制御ルーチンの一例を示したフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行され、これによりＥＣＵ２０は上述した過給圧制御手段として機能する。ＥＣＵ２０はまずステップＳ１において、エンジン回転数（回転速度）ＮＥ及び燃料噴射量（負荷）Ｑをそれぞれ取得し、現在の運転領域を判定する。エンジン回転数ＮＥは回転数センサ２３（図１）からの入力信号に基づいて取得され、燃料噴射量Ｑは回転数センサ２３及びアクセル開度センサ２４（図１）からの入力信号に基づいて算出される値として取得される。次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２において、ステップＳ１の運転領域に応じた可動ベーン８ｄ，９ｄのベース開度を算出する。例えば、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑをベース開度に対応づけたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに予め記憶させておき、これを参照してベース開度を算出できる。
【００３３】
図４はこのマップの一例を示したもので、（ａ）は高圧ＴＣ８のベース開度、（ｂ）は低圧ＴＣ９のベース開度をそれぞれ示す。なお、図中では、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度について、全開を０％、全閉を１００％として表現している（以下同様）。これらの図から明らかなように、エンジン１の低速領域では、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも閉じ側に偏っている。即ち、可動ベーン８ｄは低速領域において全閉状態にされる一方で、可動ベーン９ｄは閉じ側（この例では７０％）にされている。また、エンジン１の高速領域では、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも開き側に偏っている。即ち、可動ベーン８ｄは高速領域において全開状態にされる一方で、可動ベーン９ｄは全開状態ではなく開き側（この例では３０％）とされている。これにより、エンジン１の低速領域では、高圧ＴＣ８の下流（低圧ＴＣ９の上流）の排気通路６の圧力の上昇を抑えることができ、効率的に高圧ＴＣ８に仕事をさせることができる。そして、エンジン１の高速領域では、吸気流量が増加して高圧ＴＣ８の回転数が上昇するが、可動ベーン８ｄの開度が可動ベーン９ｄの開度よりも開き側になるので、低圧ＴＣ９に効率よく排気エネルギーを伝達することができ、しかも排気マニホールド４内の限度を超えた圧力上昇を抑えることができる。排気マニホールド４内の圧力が極端に上昇すると最悪の場合には排気弁が開弁することも起こり得るが、本実施形態ではこのような事態を防止できる。
【００３４】
図６は高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９の性能差が図２よりも大きい場合のベース開度マップの一例を示したもので、（ａ）は高圧ＴＣ８の可動ベーンのベース開度を、（ｂ）は低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄのベース開度をそれぞれ示している。この場合の効率マップは、図５に示したように、高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の運転領域の重なる領域が図２の場合よりも小さくなっている。この場合でも、図６に示したように、エンジン１の低速領域では、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも閉じ側に偏っており、エンジン１の高速領域では、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの調整範囲が低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの調整範囲よりも開き側に偏っている。
【００３５】
但し、この場合は図２とは異なり、低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの調整範囲がエンジン１の低速領域において図２の場合と比べてより開き側に設定されている。即ち、図２の場合の低速領域では、図４（ｂ）に示したように、可動ベーン９ｄのベース開度は、閉じ側（７０％）であるが、図５のように各ターボチャージャーの性能差が図２の場合よりも大きい場合には、図６（ｂ）に示したように、可動ベーン９ｄのベース開度をこれよりも開き側（この例では閉じ側５０％）に設定することが好ましい。図５のように性能差が大きい場合には、低速領域で低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの開度を閉めて過給圧を上昇させようとしても、背圧が上昇して効率が悪くなり易い。そこで、低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの開度を性能差が小さい図２の場合よりも開き側にすることにより、低圧ＴＣ９の効率が悪化する領域では高圧ＴＣ８にできるだけ仕事をさせて、多段過給システム全体の効率を向上させることができる。なお、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９の性能差は、例えば、図２及び図５のそれぞれに示したターボチャージャーの最高効率点ｅ１，ｅ２におけるＧａ比（Ｇａ１／Ｇａ２）により規定できる。Ｇａ比によって性能差を規定した場合には、Ｇａ１／Ｇａ２＜０．５〜０．６の範囲内にある場合を性能差が比較的小さい場合、Ｇａ１／Ｇａ２＞０．５〜０．６の範囲内にある場合を性能差が比較的大きい場合とそれぞれ定義することが好ましい。
【００３６】
図３に戻り、ＥＣＵ２０は続くステップＳ３において、フィードバック（以下必要に応じてＦｂと略称する）制御の実施の可否を判定する。この制御は、目標となる過給圧（目標過給圧）となるように、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度をフィードバック制御するものである。ＥＣＵ２０がステップＳ３でＦｂ制御を禁止する条件に適合すると判定した場合には、処理をステップＳ８に進める。一方、ステップＳ３でＦｂ制御を実施する条件に適合すると判定した場合には、処理をステップＳ４に進めて目標過給圧と実際の過給圧（実過給圧）との差ΔＰｉｍを算出する。実過給圧は吸気マニホールド５に設けられた過給圧センサ２１（図１）からの入力信号に応じてその値を取得することができる。続くステップＳ５では、ＥＣＵ２０は各可動ベーン８ｄ，９ｄのいずれの開度をＦｂ制御すべきか否かを判断するため、Ｆｂ制御領域判定を行う。
【００３７】
例えば、図７に示したように、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに応じて、可動ベーン８ｄの開度をＦｂ制御する制御領域ＡＲ１及び可動ベーン９ｄの開度をＦｂ制御する制御領域ＡＲ２に区分したマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておき、これを参照して制御領域を特定しＦｂ制御を実施する制御対象を判定する。制御領域ＡＲ１と制御領域ＡＲ２との境界Ｌ１の位置は高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣの性能差に応じて適宜に定めればよい。もっとも、可動ベーン８ｄ，９ｄの調整範囲の上限及び下限付近は、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれのＦｂ制御に対する感度がが低いので、この感度が十分に確保できる範囲内に境界Ｌ１、即ち制御対象の切替箇所を設定することが好ましい。言い換えると、これら可動ベーン８ｄ，９ｄの調整範囲のそれぞれの両端を除外した範囲内で制御対象が切り替わるように制御領域ＡＲ１及びＡＲ２を設定することが好ましい。このように設定することにより、Ｆｂ制御の追従性を十分に確保することができる。更に、低圧ＴＣ９のＦｂ制御の感度は高圧ＴＣ８のそれよりも鈍いので、境界Ｌ１（切替箇所）は上記感度を確保できる範囲内でできる限り高速側に設定することがより好ましい。図７に示したマップは図２の場合に適した制御領域マップである。
【００３８】
図８は高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９との性能差が図２の場合よりも大きい場合（図５）に適した制御領域マップを示している。図８のマップでは、性能差に応じて可動ベーン８ｄの開度をＦｂ制御する制御領域ＡＲ１が図７の場合よりも狭くなるように、境界Ｌ１が定められている。なお、図７及び図８に示されている破線Ｌ２はバイパスバルブ１１を開き始める境界を示し、破線Ｌ２よりも低速、低負荷側ではバイパスバルブ１１は全閉状態とされる。破線Ｌ２よりも高速、高負荷側はバイパスバルブ１１の開度を制御する制御領域ＡＲ３であり、この領域ＡＲ３内ではバイパスバルブ１１は全開状態に制御してもよいし、運転状態に応じて徐々に開度を大きくするように制御してもよい。更にこの制御領域ＡＲ３内で目標過給圧を目標値としてバイパスバルブ１１の開度をＦｂ制御してもよい。なお、図７の場合にはバイパスバルブ１１の開度の制御、即ち領域ＡＲ３の設定は必須ではなく必要に応じて設定すればよい。
【００３９】
図３に戻り、ＥＣＵ２０はステップＳ５で判定した領域に応じて、ステップＳ６で高圧ＴＣ８のＦｂ量を算出するとともに、ステップＳ７で低圧ＴＣ９のＦｂ量を算出する。これらのＦｂ量はステップＳ４で算出した目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じて算出される。次に、ＥＣＵ２０は各可動ベーン８ｄ，９ｄに最終的に指示するベーン開度（最終ベーン開度）をそれぞれ算出する（ステップＳ８〜ステップ１０）。ステップＳ８では、上述したようにＦｂ制御の禁止条件に適合した場合であるので、ステップＳ２で算出されたベース開度が各可動ベーン８ｄ，９ｄの最終ベーン開度とされる。ステップＳ９では、運転状態が制御領域ＡＲ２にあるので、高圧ＴＣ８の最終ベーン開度はステップＳ２で算出されたベース開度とされ、低圧ＴＣ９の最終ベーン開度はステップＳ２で算出されたベース開度にステップＳ７で算出されたＦｂ量を加算した値とされる。ステップＳ１０では、これとは反対に、高圧ＴＣ８の最終ベーン開度はステップＳ２で算出されたベース開度にステップＳ６で算出されたＦｂ量を加算した値とされ、低圧ＴＣ９の最終ベーン開度はステップＳ２で算出されたベース開度とされる。以上のように、運転状態が制御領域ＡＲ１にあるときには低圧ＴＣ９の最終ベーン開度がベース開度とされ、他方制御領域ＡＲ２にあるときには高圧ＴＣ８の最終ベーン開度がベース開度とされる。つまり、制御対象が切り替わるときにＦｂ項を保持せずにＦｂ項がクリアされるようにして最終ベーン開度が算出される。例えば過給遅れが生じた場合にＦｂ項をそのまま保持すると、高圧ＴＣ８が閉じ側になりすぎて過給のオーバーシュートを招いたり、背圧の上昇につながるが、本実施形態ではこのＦｂ項がクリアされるのでこのような事態を抑制できる。
【００４０】
次に、ＥＣＵ２０はステップＳ１１において、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度がステップＳ８〜ステップＳ１０で算出した最終ベーン開度に設定されるように、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれに最終ベーン開度を指示し、今回の制御ルーチンを終了する。
【００４１】
図９は、上記制御ルーチンの実行結果を示した図である。この図は、アクセル開度、エンジン回転数、過給圧、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの開度（高圧ＴＣベーン開度）、及び低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの開度（低圧ＴＣベーン開度）をそれぞれ共通の時間軸で併記したものである。この図から明らかなように、全ての運転領域において過給圧の制御を精度良く実施することができ、しかも制御対象の切替がスムーズに行われ、加速レスポンスの悪化が防止されていることが分かる。
【００４２】
（第２実施形態）
次に本発明に係る第２実施形態について説明する。この実施形態では、制御対象の切替に伴う過給圧の変動を第１実施形態よりも抑えるため、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度の制御とともに、なまし制御が実施される。エンジン１及びその付属装置の構成は図１と同じである。このなまし制御は、可動ベーン８ｄ，９ｄのそれぞれの開度の急変を抑えるように、これらの開度をそれぞれ制御するものである。まず始めに、このなまし制御の概要について図１０〜図１２を参照しながら説明する。図１０は、本実施形態に係る制御領域マップを示したものである。図１１は図９のＡ部及びＢ部の拡大図であり、図１２は本実施形態に係るなまし制御の一例をＡ部及びＢ部に対応させてそれぞれ示したものである。図１０に示したように、本実施形態では制御領域ＡＲ１及びＡＲ２の境界Ｌ１上になまし制御領域ＡＲ４が設定されており、この領域ＡＲ４は更に境界Ｌ１を挟んで低速、低負荷側に領域ＡＲ４ａ及び高速、高負荷側に領域ＡＲ４ｂがそれぞれ設定されている。
【００４３】
高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄから低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄへ制御対象が切り替わる場合には、領域ＡＲ４ａが切替前領域を、領域ＡＲ４ｂが切替後領域をそれぞれ意味する。他方、低圧ＴＣの可動ベーン９ｄから高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄへ制御対象が切り替わる場合には、「切替前」及び「切替後」が反対になり、領域ＡＲ４ｂが切替前領域を、領域ＡＲ４ａが切替後領域をそれぞれ意味する。図１１に示したように、例えば可動ベーン８ｄの制御から可動ベーン９ｄの制御へ切り替わる際には、境界Ｌ１を境にして可動ベーン８ｄの開度制御がＦｂ制御からベース開度の制御に切り替わり、可動ベーン９ｄの開度制御がベース開度の制御からＦｂ制御に切り替わる。このため、この制御対象の切替時において、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度が急変する。そこで、図１２に示したように、領域ＡＲ４ａ（切替前領域）では、境界Ｌ１に向かって補正量（なまし量）が０になるようにして徐々に可動ベーン９ｄの開度のＦｂ量の演算結果（正規Ｆｂ量）を補正し、その補正結果に基づいて最終ベーン開度を算出し、その最終ベーン開度を低圧ＴＣ９に指示する。そして、領域ＡＲ４ｂ（切替後領域）では、徐々に可動ベーン８ｄのベース開度に近づくようになまし量を算出し、このなまし量に基づいて最終ベーン開度を高圧ＴＣ８に指示する。これにより、図１２から明らかなように、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度の急変が抑制され、その結果、図１１の場合よりも過給圧の変動が緩和される。
【００４４】
図１３及び図１４は、上記なまし制御を実現するための制御ルーチンの一例を示したものであり、この制御ルーチンはＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行される。本制御ルーチンをＥＣＵ２０が実行することにより、ＥＣＵ２０は過給圧制御手段及びなまし制御手段としてそれぞれ機能する。これらの図に示したように、ＥＣＵ２０はまずステップＳ２１において、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑ（負荷）により運転領域を判定し、続くステップＳ２２において、可動ベーン８ｄ，９ｄのベース開度を算出する。そして、ステップＳ２３にてＦｂ制御の実施の可否を判定する。これらのステップＳ２１〜ステップＳ２３は、図３のステップＳ１〜ステップＳ３と同様の処理でよい。ＥＣＵ２０がステップＳ２３でＦｂ制御を禁止する条件に適合すると判定した場合には、処理をステップＳ３５に進める。
【００４５】
一方、ステップＳ２３でＦｂ制御を実施する条件に適合すると判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ２４に進め、目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍを算出する。この処理（ステップＳ２４）は、図３のステップＳ４と同様である。続いて、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２５において、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれのＦｂ量を算出する。このＦｂ量は図３のステップＳ６及びステップＳ７と同様に、ステップＳ２４で算出した目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じて算出される。次に、ＥＣＵ２０は、ステップＳ２６において、各可動ベーン８ｄ，９ｄのいずれの開度をＦｂ制御すべきか否かを判断するため、Ｆｂ制御領域判定を行う。この処理では、図１０に示したマップを参照して、制御領域の判定を行う。ステップＳ２６において、制御領域がＡＲ１にあると判定した場合は、続くステップＳ２７にてなまし制御領域ＡＲ４の判定を行う。この判定処理により、領域ＡＲ４ａ、領域ＡＲ４ｂ、及び領域外のいずれであるかが判定される。領域ＡＲ４ａ及び領域ＡＲ４ｂの各領域が切替前領域又は切替後領域のいずれに該当するかは、前回の領域判定の履歴をＥＣＵ２０のＲＡＭ等に記憶させ、この履歴を参照して現在の状態が領域ＡＲ１からなまし制御領域ＡＲ４に移行した状態か、又は領域ＡＲ２からなまし領域ＡＲ４に移行した状態かを考慮することにより判断することができる。そして、ＥＣＵ２０はステップＳ２７の判定結果に応じてなまし量を算出する（ステップＳ２８〜ステップＳ３０）。なお、領域外のなまし量は、なまし量＝０とされる。
【００４６】
一方、ステップＳ２６において、制御領域がＡＲ２にあると判定された場合には、上記と同様に、続くステップＳ３１にてなまし制御領域ＡＲ４の判定を行い、この判定結果に応じてなまし量を算出する（ステップＳ３２〜ステップＳ３４）。なお、領域外のなまし量は、上記と同様に、なまし量＝０とされる。
【００４７】
次に、ＥＣＵ２０は算出されたなまし量を考慮して、最終ベーン開度を決定する（ステップＳ３５〜ステップＳ３７）。ステップＳ３５では、上述したようにＦｂ制御の禁止条件に適合した場合であるので、ステップＳ２２で算出されたベース開度が各可動ベーン８ｄ，９ｄの最終ベーン開度とされる。ステップＳ３６では、高圧ＴＣ８の最終ベーン開度はステップＳ２２で算出されたベース開度にステップＳ３２又はステップＳ３３で算出されたなまし量を加算した値とされ、低圧ＴＣ９の最終ベーン開度はステップＳ２２で算出されたベース開度にステップＳ２５で算出されたＦｂ量を加算した値とされる。ステップＳ３７では、これとは反対に、高圧ＴＣ８の最終ベーン開度はステップＳ２２で算出されたベース開度にステップＳ２５で算出されたＦｂ量を加算した値とされ、低圧ＴＣ９の最終ベーン開度はステップＳ２２で算出されたベース開度にステップＳ２８又はステップＳ２９で算出されたなまし量を加算した値とされる。
【００４８】
次に、ＥＣＵ２０はステップＳ３８において、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度がステップＳ３５〜ステップＳ３８で算出した最終ベーン開度に設定されるように、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれに最終ベーン開度を指示し、今回の制御ルーチンを終了する。以上の制御ルーチンを実行することにより、上述したなまし制御が実現される。
【００４９】
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について説明する。この実施形態は、エンジン１の運転状態が予め設定された定常状態からずれた過渡状態にある場合に、可動ベーン８ｄ，９ｄの開度の制御内容を変更する実施形態である。エンジン１及びその付属装置は図１と同じである。図１５に本実施形態に係る第１の制御ルーチンのフローチャートを示す。この制御ルーチンは、ＥＣＵ２０のＲＯＭ内に格納されたプログラムに従って所定間隔で繰り返し実行されるものであり、この制御ルーチンをＥＣＵ２０が実行することによりＥＣＵ２０は過給圧制御手段として機能する。まず、ＥＣＵ２０はステップＳ４１において、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑ（負荷）により運転領域を判定し、続くステップＳ４２において、可動ベーン８ｄ，９ｄのベース開度を算出する。これらの処理は、図３のステップＳ１及びステップＳ２と同一である。
【００５０】
次に、ＥＣＵ２０はステップＳ４３において、エンジン１の運転状態が過渡状態か、又は定常状態であるかを判定する。この判定は、適宜に条件を設定して実行すればよいが、例えば、エンジン回転数ＮＥの単位時間当たりの変化量、アクセル開度の単位時間当たりの変化量、目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍの大きさ、実過給圧の大きさ、又は車速の単位時間当たりの変化量等にそれぞれ閾値を設定し、この閾値を超えるか否かを基準とすればよい。また、これらの判断要素を適宜に組合わせて過渡状態か否かを判別してもよい。ステップＳ４３にて過渡状態であると判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ４４に進め、過渡時における可動ベーン８ｄ，９ｄの開度（ベーン過度開度）を算出する。ベーン過渡開度の算出は、例えば目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍ及びエンジン回転数ＮＥをベーン過渡開度に対応付けたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させておき、これを参照することにより実現できる。ベーン過渡開度を目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じて定めることにより、制御の応答性と精度とを確保することができる。図１６にこのマップの一例を示す。この図に示したマップは高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が比較的小さい図２のような場合に適したマップであり、（ａ）は可動ベーン８ｄのベーン過渡開度を、（ｂ）は可動ベーン９ｄのベーン過渡開度をそれぞれ示している。図１６（ａ）に示した高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄのベーン過渡開度と、図４（ａ）に示したベース開度とを比較すると明らかなように、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄのベーン過渡開度は、低速領域においてベース開度よりも閉め側となるように設定されている。特に図１６（ａ）の左下側の領域で顕著である。このようにベーン過渡開度が設定されているため、例えば過給遅れがある場合等の過渡状態では、可動ベーン８ｄの開度が定常状態の場合よりも閉め側に制御されることになるので、過給の立ち上がりを助力することができる。
【００５１】
一方、図１６（ｂ）及び図４（ｂ）から明らかなように、低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄのベーン過渡開度は、低速領域において略ベース開度に設定されている。可動ベーン９ｄのベーン過渡開度をベース開度よりも閉め側に設定すると、低圧ＴＣ９及び高圧ＴＣ８間の排気通路６内の温度が上昇し、高圧ＴＣ８のタービン８ａの上流とその下流との差圧が小さくなる。その結果、高圧ＴＣ８の仕事量が減少して効率が悪化するためである。従って、低速領域においては、可動ベーン９ｄのベーン過渡開度を効率よい略ベース開度に設定することが好ましい。また、可動ベーン９ｄのベーン過渡開度の設定は、図１６（ｂ）から明らかなように、高速領域に行くに従い目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じてベース開度よりも閉じ側の開度に設定されている。
【００５２】
図１７は、高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適したベーン過渡開度マップの一例を示したものであり、（ａ）は可動ベーン８ｄのベーン過渡開度を、（ｂ）は可動ベーン９ｄのベーン過渡開度をそれぞれ示している。これらの図から明らかなように、高速領域では可動ベーン８ｄのベーン過渡開度が余り閉められずに開き気味に設定されるとともに、可動ベーン９ｄのベーン過渡開度が図６（ｂ）に示したベース開度よりも閉め側に設定される。これにより、高速領域において可動ベーン８ｄが不必要に閉じ側に制御されることが防止される。また、図１７（ｂ）と図１６（ｂ）とを比較すると明らかなように、低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄのベーン過渡開度は、低速領域において図１６（ｂ）の場合よりも更に開き側に設定されている。このように設定することにより、高圧ＴＣ８による過給効率を高めることができる。言い換えると、高圧ＴＣ８のコンプレッサ８ａの上流とその下流との圧力比を高めることができる。
【００５３】
図１５に戻り、ＥＣＵ２０は続くステップＳ４５にて、最終ベーン開度を算出する。この場合、最終ベーン開度はステップＳ４４にて算出されたベーン過渡開度とされる。次にＥＣＵ２０は、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度がステップＳ４５で算出した最終ベーン開度に設定されるように、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれに最終ベーン開度を指示し、今回の制御ルーチンを終了する。なお、上記ステップＳ４３でＥＣＵ２０が通常状態であると判定した場合には、通常制御を行う。この通常制御は図３のステップＳ３〜ステップＳ１１、又は図１３及び図１４のステップＳ２３〜ステップＳ３８のいずれかを実行すればよい。
【００５４】
次に本実施形態に係る第２の制御ルーチンについて図１８のフローチャートを参照して説明する。第２の制御ルーチンは、図１８から明らかなように、過渡状態のベーン開度の算出方法が図１５と相違する。図１５に示した制御ルーチンと共通する処理については、同一の符号を付して重複する説明は省略し、以下相違点のみを説明する。図１８に示したように、ＥＣＵ２０はステップＳ５１において、ベース開度から更に増し締めする量（増し締め量）を算出する。この増し締め量の算出は、例えばエンジン回転数ＮＥ及び目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍを増し締め量に対応付けたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させ、これを参照することにより実現できる。このマップの一例を図１９に示す。この図に示したマップは高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が比較的小さい図２のような場合に適したマップであり、（ａ）は可動ベーン８ｄの増し締め量を、（ｂ）は可動ベーン９ｄの増し締め量をそれぞれ示している。これらの各マップにおける増し締め量の設定は、図１６の場合と同様である。即ち、過渡状態における高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの開度が低速領域においてベース開度よりも閉め側となるように増し締め量が設定される。つまり、この領域において、増し締め量が０以上に設定される。また、過渡状態における低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの開度が、低速領域において略ベース開度となるように増し締め量が設定されている。つまり増し締め量が略０に設定される。そして、可動ベーン９ｄの増し締め量は、図１９（ｂ）から明らかなように、高速領域に行くに従い目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じてベース開度よりも閉じ側の開度になるように、即ち増し締め量が増加するように設定されている。
【００５５】
また、図２０は高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適した増し締め量のマップの一例を示したものであり、（ａ）は可動ベーン８ｄのベーン過渡開度を、（ｂ）は可動ベーン９ｄのベーン過渡開度をそれぞれ示している。この場合も上記と同様に、これらの各マップにおける増し締め量は、図１７の場合と同様に設定される。即ち、高速領域では過渡状態における可動ベーン８ｄの開度が余り閉め側にならず、開き気味になるように増し締め量が設定されるとともに、可動ベーン９ｄの開度が図６（ｂ）に示したベース開度よりも閉め側になるように増し締め量が設定される。そして、図２０（ｂ）に示したように、過渡状態における低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄの開度が低速領域において図１９（ｂ）の場合よりも更に開き側になるように増し締め量が設定されている。
【００５６】
図１８に戻り、ＥＣＵ２０は次のステップＳ５２において最終ベース開度を算出する。各可動ベーン８ｄ，９ｄの最終ベース開度は、ステップＳ４１で算出したベース開度にステップＳ５１で算出した増し締め量を加えた値とされる。次のステップＳ４６でこの最終開度が高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９にそれぞれ指示し、今回のルーチンを終了する。
【００５７】
図１５及び図１８に示した第１及び第２の制御ルーチンでは、各可動ベーン８ｄ，９ｄのベーン過渡開度及び増し締め量の算出にあたり、目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍを採用したが、この代わりに目標となる吸入空気量（目標吸入空気量）と実際の吸入空気量（実吸入空気量）との差ΔＧａを採用してもよい。目標吸入空気量の算出は、例えばエンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに目標吸入空気量を対応付けたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させ、これを参照することにより実現できる。また、実吸入空気量はエアフローメータ２５（図１）からの入力信号に基づいて取得できる。一般に、高背圧状態に陥った時のように過給圧と吸入空気量との関係が一定でない場合がある。このような場合に、目標過給圧と実過給圧との差ΔＰｉｍに応じて可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を制御すると、これらが閉め側に制御され吸入空気量が減少する。その結果、黒煙の排出量の増大を招く等のおそれがある。目標吸入空気量と実吸入空気量との差ΔＧａに応じて可動ベーン８ｄ，９ｄの開度を制御すれば、かかる問題を抑制することができる。
【００５８】
図２１及び図２２に、エンジン回転数ＮＥ及び目標吸入空気量と実吸入空気量との差ΔＧａにベーン過渡開度を対応付けたマップの一例を、図２３及び図２４に、エンジン回転数ＮＥ及び目標吸入空気量と実吸入空気量との差ΔＧａに増し締め量を対応付けたマップの一例をそれぞれ示す。これらのマップは、ΔＰｉｍをΔＧａに変更した点を除き、図１６、図１７、図１９及び図２０のマップと技術的意義は同一であるので、重複する説明は省略する。なお、図２１は図１６に、図２２は図１７に、図２３は図１９に、及び図２４は図２０にそれぞれ対応する。
【００５９】
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について説明する。周知のように、ＥＧＲは筒内燃焼温度を下げて窒素酸化物の排出を抑制する手段として実行される。最近では、ＥＧＲと予混合圧縮着火燃焼（ＨＣＣＩ燃焼）とを組合わせ、ＨＣＣＩ燃焼領域を拡大する試みが行われている。この場合には、ＥＧＲ率の精度良い制御が要求される。本実施形態は、この要求に応えるため、ＥＧＲ弁１５の開度及びスロットル弁１７の開度の制御に加え、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの開度を制御することにより目標となるＥＧＲ率を実現するものである。エンジン１及びその付属装置の構成は図１と同じである。図２５及び図２６はＥＣＵ１５を過給圧制御手段及び背圧フィードバック制御手段として機能させるための制御ルーチンの内容を示すフローチャートである。この制御ルーチンはＥＣＵ２０のＲＯＭに格納されたプログラムに従って、所定間隔で繰り返し実行される。また、公知の制御ルーチンと同様であるので図示はしないが、ＥＣＵ２０をＥＧＲ弁１５の開度及びスロットル弁１７の開度の少なくとも一方を制御する新気量制御手段として機能させる制御ルーチンも図２５及び図２６の制御ルーチンと併行して実行される。
【００６０】
図２５及び図２６に示したように、まずＥＣＵ２０は、ステップＳ６１においてエンジン回転数（回転速度）ＮＥ及び燃料噴射量Ｑ（負荷）をそれぞれ取得し、現在の運転領域を判定する。これは上述した図３のステップＳ１及びステップＳ２と同一処理である。次にステップＳ６２において、ＥＣＵ２０は可動ベーン８ｄ，９ｄのベース開度を算出する。ベース開度の算出は、例えばエンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑをベース開度に対応付けたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させ、これを参照することにより実現できる。図２７はこのマップ一例を示したものであり、高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が比較的小さい図２の場合に適したものである。図２７（ａ）が可動ベーン８ｄのベース開度を、図２７（ｂ）が可動ベーン９ｄのベース開度をそれぞれ示している。また、理解を容易にする目的で、ＥＧＲを実行すべき領域として設定されたＥＧＲ領域（排気還流領域）ＡＲ５が重ねて表示されている。このＥＧＲ領域ＡＲ５と上述したＨＣＣＩ燃焼を行う領域（ＨＣＣＩ領域）とを一致、即ち、ＥＧＲ領域ＡＲ５＝ＨＣＣＩ領域としてもよい。なお、ＥＧＲ領域ＡＲ５以外の領域は、ＥＧＲを実施しないＥＧＲカット領域ＡＲ６に相当する。
【００６１】
図２７（ａ）と図２７（ｂ）とを比較すると明らかなように、可動ベーン８ｄの調整範囲は、低速領域で可動ベーン９ｄの調整範囲よりも閉じ側に偏っており、他方、高速領域では、可動ベーン９ｄの調整範囲よりも開き側に偏っている。また、図２７（ａ）から明らかなように、可動ベーン８ｄのベース開度は、図中左端の中間付近の低速領域において全閉状態に設定され、図中右上方の高速領域においては全開状態に設定される。さらに、図中左下方では、開き側の中間開度（この例では４０％）に設定されている。
【００６２】
図２８は高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が図２よりも大きい場合（図５）のベース開度マップの一例を示したものである。図２８（ａ）と図２７（ａ）とを比較すると明らかなように、図２８（ａ）は、可動ベーン８ｄのベース開度が全開状態に設定される領域が図２７（ａ）よりも拡大され、可動ベーン８ｄの調整範囲が低速領域側に偏っている。また、図２８（ｂ）と図２７（ｂ）とを比較すると、図２８（ａ）の中央付近には可動ベーン９ｄの開度を閉じ側（この例では８０％）とする領域が形成されている。このことから、図２８（ｂ）の場合には、低圧ＴＣ９により過給圧を高めるために、図２７（ｂ）に示した場合よりも広範囲に亘り可動ベーン９ｄが制御される。
【００６３】
図２５及び図２６に戻り、ＥＣＵ２０はステップＳ６３において、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度に対するＦｂ制御の実施の可否を判定する。ステップＳ６３において、Ｆｂ制御を禁止すると判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ７７に進め、各可動ベーン８ｄ，９ｄの最終ベーン開度として、ステップＳ６２で算出したベース開度を用い、続くステップＳ７８にてこの最終ベーン開度を指示し、今回のルーチンを終了する。一方、ステップＳ６３において、Ｆｂ制御を実施すると判定した場合には、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ６４に進め、エンジン１の運転状態がＥＧＲ領域ＡＲ５又はＥＧＲカット領域ＡＲ６のいずれに該当するかを判定する。ステップＳ６４においてＥＧＲカット領域に該当すると判定したときは、ＥＣＵ２０はステップＳ６５〜ステップＳ７０の処理を実行する。ステップＳ６６におけるＦｂ制御領域の判定は、エンジン回転数ＮＥ及び燃料噴射量Ｑに対応させて制御領域が設定されたマップをＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶させ、このマップを参照することにより実現できる。図２９及び図３０はこのマップの一例を示したものである。このうち、図２９は高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が図２のように比較的小さい場合に適したマップであり、図３０は高圧ＴＣ８と低圧ＴＣ９の性能差が図５のように比較的大きい場合に適したマップである。ステップＳ６６を除くステップＳ６５、及びステップＳ６７〜ステップＳ７０の処理は、図３のステップＳ４、及びステップＳ６〜ステップＳ１０と同一であるので、重複する説明を省略する。
【００６４】
一方、ステップＳ６４にてＥＧＲ領域ＡＲ５に該当すると判定したときは、ＥＣＵ２０は処理をステップＳ７１に進め、可動ベーン９ｄの開度の制御領域ＡＲ２に該当するか否かを判定する。ステップＳ６４及びステップＳ６５の処理によって、エンジン１の運転状態が領域ＡＲ２とＥＧＲ領域ＡＲ５との重複部分Ｓ（図２９及び図３０の実線と一点鎖線とに囲まれた部分）に該当するか否かが判断される。なお、ＥＧＲ領域ＡＲ５においては、目標過給圧を得るために高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの開度をフィードバック制御しないので、開度領域ＡＲ１とＥＧＲ領域ＡＲ５との重複部分への属否は判定されない。
【００６５】
ステップＳ７１において領域ＡＲ２に該当すると判定したときは、続くステップＳ７２にて低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄのＦｂ量を算出し、処理をステップＳ７４に進める。一方、ステップＳ７１において領域ＡＲ２に該当しないと判定したときは、ステップＳ７３にて低圧ＴＣ９の可動ベーン９ｄのＦｂ量を、Ｆｂ量＝０として、処理をステップＳ７４に進める。ステップＳ７４では、高圧ＴＣ８のタービン８ｂ上流の圧力（以下背圧という）を制御するため、目標となる背圧（目標背圧）と実際の背圧（実背圧）との差ΔＰｅｍを算出する。本実施形態においては、背圧として排気マニホールド４（図１）内の圧力を採用している。
【００６６】
なお、目標背圧は、ＥＣＵ２０は図２５及び図２６の制御ルーチンと並行して実行される制御ルーチンにおいて、目標となるＥＧＲ率（目標ＥＧＲ率）に応じて算出される。目標ＥＧＲ率はＥＣＵ１５のＲＯＭに記憶された所定のマップを参照することによりエンジン１の運転状態に応じて決定される。ＥＧＲ率は新気量と吸気通路に還流する排気ガス量（ＥＧＲ量）とを合わせた全吸入ガス量に対する排気ガス量の割合を意味する。従って、背圧が変動するとこれに伴いＥＧＲ量及び新気量も変動する。このため、図２５及び図２６の制御ルーチンと並行して実行される制御ルーチンにおいては、目標背圧の算出と共に目標ＥＧＲ率を実現するための目標新気量及び目標ＥＧＲ量がそれぞれ算出され、目標新気量及び目標ＥＧＲ率が得られるように、スロットル弁１７の開度及びＥＧＲ弁１５の開度の少なくとも一方が制御される。
【００６７】
ＥＣＵ２０は、続くステップＳ７５にて、ステップＳ７４で算出した目標背圧と実背圧との差ΔＰｅｍに応じた可動ベーン８ｄのＦｂ量（背圧Ｆｂ量）を算出する。そして、続くステップ７６において、ＥＣＵ２０は各可動ベーン８ｄ，９ｄのそれぞれの最終ベーン開度を算出する。高圧ＴＣ８の最終ベーン開度はステップＳ６２で算出されたベース開度にステップＳ７５で算出された背圧Ｆｂ量を加算した値とされ、低圧ＴＣ９の最終ベーン開度はステップＳ６２で算出されたベース開度にステップＳ７２又はステップＳ７３で算出されたＦｂ量を加算した値とされる。
【００６８】
そして、ＥＣＵ２０はステップＳ７８において、各可動ベーン８ｄ，９ｄの開度がステップＳ７６、ステップＳ６９、及びステップＳ７０で算出した最終ベーン開度に設定されるように、高圧ＴＣ８及び低圧ＴＣ９のそれぞれに最終ベーン開度を指示し、今回の制御ルーチンを終了する。
【００６９】
本実施形態によれば、ＥＧＲ弁１５の開度及びスロットル弁１７の開度の制御に加え、高圧ＴＣ８の可動ベーン８ｄの開度を制御して、目標ＥＧＲ率を実現しているので、制御対象が増えてＥＧＲ率の制御の自由度が増すので、厳密なＥＧＲ率の制御が可能となる。また、ＥＧＲ領域ＡＲ５においては、目標過給圧を得るために可動ベーン８ｄの開度をフィードバック制御しないので、ＥＧＲ率の制御と過給圧の制御との干渉が抑制される。その結果、加速レスポンスの悪化や排気エミッションの悪化を防止することができる。さらに、ＥＧＲ領域ＡＲ５において、目標背圧（目標ＥＧＲ率）を得るための可動ベーン８ｄの開度のＦｂ制御の実施と同時に、目標過給圧を得るための可動ベーン９ｄの開度のＦｂ制御が実施されるので、ＥＧＲ領域においても過給を実現することができる。このため、過給及びＥＧＲ量の増量を実現することができるので、ＨＣＣＩ燃焼の実行可能領域を拡大することが可能となる。
【００７０】
以上本発明の多段過給システムについて上記各実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。本発明が適用される内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の多段過給システムを内燃機関としてのディーゼルエンジンに適用した一実施形態を示した全体構成図。
【図２】高圧ＴＣ及び低圧ＴＣのそれぞれのコンプレッサの効率マップを示した図。
【図３】第１実施形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図４】ベース開度を算出するためのマップの一例を示した図。
【図５】高圧ＴＣ及び低圧ＴＣの性能差が図２よりも大きい場合の高圧ＴＣ及び低圧ＴＣのそれぞれのコンプレッサの効率マップの一例を示した図。
【図６】高圧ＴＣ及び低圧ＴＣの性能差が図２よりも大きい場合のベース開度マップの一例を示した図。
【図７】第１実施形態に係る制御領域マップの一例を示した図。
【図８】高圧ＴＣと低圧ＴＣ９の性能差が図２の場合よりも大きい場合の制御領域マップの一例を示した図。
【図９】第１実施形態に係る制御ルーチンの実行結果を示した図。
【図１０】第２実施形態に係る制御領域マップの一例を示した図。
【図１１】図９のＡ部及びＢ部の拡大図。
【図１２】第２実施形態に係るなまし制御の一例を図９のＡ部及びＢ部に対応させてそれぞれ示した図。
【図１３】第２実施形態に係るなまし制御を実現するための制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
【図１４】図１３の続きのフローチャート。
【図１５】第３実施形態に係る第１の制御ルーチンのフローチャート。
【図１６】ベーン過渡開度を算出するためのマップの一例を示した図。
【図１７】高圧ＴＣと低圧ＴＣの性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適したベーン過渡開度マップの一例を示した図。
【図１８】第３実施形態に係る第２の制御ルーチンのフローチャート。
【図１９】増し締め量を算出するためのマップの一例を示した図。
【図２０】高圧ＴＣと低圧ＴＣの性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適した増し締め量のマップの一例を示した図。
【図２１】ベーン過渡開度を算出するためのマップの一例を示し、（ａ）は高圧ＴＣのベーン過渡開度を、（ｂ）は低圧ＴＣのベーン過渡開度をそれぞれ示した図。
【図２２】高圧ＴＣと低圧ＴＣの性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適したベーン過渡開度マップの一例を示し、（ａ）は高圧ＴＣのベーン過渡開度を、（ｂ）は低圧ＴＣのベーン過渡開度をそれぞれ示した図。
【図２３】増し締め量を算出するためのマップの一例を示し、（ａ）は高圧ＴＣの増し締め量を、（ｂ）は低圧ＴＣの増し締め量をそれぞれ示した図。
【図２４】高圧ＴＣと低圧ＴＣの性能差が図２の場合と比べて大きい場合（図５）に適した増し締め量のマップの一例を示し、（ａ）は高圧ＴＣの増し締め量を、（ｂ）は低圧ＴＣの増し締め量をそれぞれ示した図。
【図２５】第４実施形態に係る制御ルーチンを示すフローチャート。
【図２６】図２６の続きのフローチャート。
【図２７】ベース開度を算出するためのマップの一例を示した図。
【図２８】高圧ＴＣと低圧ＴＣ９の性能差が図２よりも大きい場合（図５）のベース開度マップの一例を示した図。
【図２９】第４実施形態に係る制御領域マップの一例を示した図。
【図３０】高圧ＴＣと低圧ＴＣ９の性能差が図２よりも大きい場合（図５）の制御領域マップの一例を示した図。
【符号の説明】
【００７２】
１  ディーゼルエンジン（内燃機関）
６  排気通路
７  吸気通路
８  高圧ターボチャージャー
９  低圧ターボチャージャー
８ａ、９ａ  タービン
８ｂ、９ｂ  コンプレッサ
８ｄ、９ｄ  可動ベーン
ＥＧＲ通路（排気還流通路）
ＥＧＲ弁（排気還流弁）
スロットル弁（吸入空気量調整弁）
２０  ＥＣＵ（過給圧制御手段、背圧フィードバック制御手段、新気量フィードバック制御手段）
ＡＲ１  第１のフィードバック制御領域
ＡＲ２  第２のフィードバック制御領域
ＡＲ４  なまし制御領域
ＡＲ５  ＥＧＲ領域（排気還流領域）
Ｌ１  境界
【図１】
2005330811.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005330811.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005330811.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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