(57)【要約】【課題】複数のターボを有する内燃機関において、過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時に、トルク段差の発生を抑制する装置を提供する。【解決手段】複数のターボと、第１、第２運転制御を行う制御部とを備える。第１運転制御は、複数のターボの使用状態に応じた運転モードの切り替え時に過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生すると推定される場合に、過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間に、切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第１トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第２トルク段差が発生しない状態で、エンジントルクを推移させるための制御用過給圧以上に、過給圧を上昇させる。第２運転制御は、制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行う。【選択図】図６
2009299483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のターボと、
第１、第２運転制御を行う制御部とを備え、
前記第１運転制御は、前記複数のターボの使用状態に応じた運転モードの切り替え時に過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生すると推定される場合に、前記過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間に、前記切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第１トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第２トルク段差が発生しない状態で、エンジントルクを推移させるための制御用過給圧以上に、前記過給圧を上昇させ、
前記第２運転制御は、前記制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１運転制御により前記過給圧が前記制御用過給圧よりも上昇したことを確認した後に、前記第２運転制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項３】
前記制御用過給圧は、前記運転制御期間が開始される時点までのアクセルの踏み込み度合い、及び過給圧の推移に基づいて算出されることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【請求項４】
前記複数のターボのうち前記運転モードが切り替えられる前の状態において使用されているターボのタービンに設けられた可変ベーンの開度を調整するか、アフター噴射とポスト噴射の少なくとも一方を行うことにより、前記第１運転制御が行われることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のターボを有する内燃機関に関し、特に過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時のトルク段差を抑制する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のターボを有する内燃機関では、運転状態に応じて、複数のターボの使用状態が異なる複数の運転モードが設けられる。運転モードが切り替えられる際に、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生しやすいことが知られている。過給圧低下時には、スモークの発生を抑えるため燃料噴射量も抑えられ、これによりエンジントルクが一時的に低下するトルク段差が発生するおそれがある。
【０００３】
特許文献１は、シングルターボモードからツインターボモードへ運転モードが切り替えられる際に、プライマリターボの回転数を上げて過給圧を一時的に上昇させて、上述の過給圧段差、及びトルク段差の発生を抑制する内燃機関を開示する。
【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】
しかしながら、特許文献１の内燃機関では、一時的な過給圧上昇に合わせて燃料噴射量が増加するため、エンジントルクが一時的に上昇するトルク段差が発生するおそれがある。
【０００５】
したがって本発明の目的は、複数のターボを有する内燃機関において、過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時に、トルク段差の発生を抑制する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、複数のターボと、第１、第２運転制御を行う制御部とを備え、第１運転制御は、複数のターボの使用状態に応じた運転モードの切り替え時に過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生すると推定される場合に、過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間に、切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第１トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第２トルク段差が発生しない状態で、エンジントルクを推移させるための制御用過給圧以上に、過給圧を上昇させ、第２運転制御は、制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行う。
【０００７】
運転モード切り替え時における過給圧の一時的な低下を無くすために、運転制御期間に、過給圧を一時的に上昇させる第１運転制御が行われる。これにより、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生する場合に比べて、スモークの発生を抑えつつエンジントルクの低下を抑制できるだけの燃料噴射量を確保することが可能になる。また、過給圧の一時的な低下に対応した第１トルク段差の発生を抑えることが可能になる。また、過給圧を一時的に上昇させる第１運転制御と並行して、燃料噴射量制御を行う第２運転制御が行われ、第１、第２運転制御が行われている間に、運転モードの切り替えが行われる。第１運転制御により第２過給圧曲線に沿って一時的に過給圧が高められるものの、制御用過給圧に対応する噴射量で燃料噴射が行われるため、第１トルク段差も、第２トルク段差も発生しない状態でエンジントルクを推移させることが可能になる。
【０００８】
好ましくは、制御部は、第１運転制御により過給圧が制御用過給圧よりも上昇したことを確認した後に、第２運転制御を開始する。
【０００９】
第１運転制御を行ったとしても過給圧が想定した通りに上昇せず、過給圧が一時的に低下する過給圧段差が発生してしまうことも起こりうることを想定したものである。
【００１０】
また、好ましくは、制御用過給圧は、運転制御期間が開始される時点までのアクセルの踏み込み度合い、及び過給圧の推移に基づいて算出される。
【００１１】
具体的には、運転制御期間が開始される時点までのアクセルの踏み込み度合いに対応する要求トルクや、過給圧の推移、エンジントルクの推移などから、運転制御期間が開始される時点以降の過給圧段差が発生する場合の過給圧曲線（第１過給圧曲線）が算出される。また、運転制御期間に第１過給圧曲線以上に高い値で推移する過給圧を示す実過給圧曲線（第２実過給圧曲線）、及び運転制御期間に過給圧段差が発生しないで推移する制御用過給圧を示す制御用過給圧曲線（第３過給圧曲線）が算出される。
【００１２】
また、好ましくは、複数のターボのうち運転モードが切り替えられる前の状態において使用されているターボのタービンに設けられた可変ベーンの開度を調整するか、アフター噴射とポスト噴射の少なくとも一方を行うことにより、第１運転制御が行われる。
【００１３】
可変ベーンの開度を小さくすること、若しくは、アフター噴射などを行って排気エネルギーを大きくすることにより、過給圧を上昇させることが出来る。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、複数のターボを有する内燃機関において、過給圧段差が発生すると推定される運転モードの切り替え時に、トルク段差の発生を抑制する装置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】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図１〜８を用いて説明する。内燃機関１は、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４を備える。低圧ターボ１３、高圧ターボ１４は、直列に接続され、すなわち高圧ターボ１４が排気経路において低圧ターボ１３よりも上流に設置された、２ステージターボシステムを構成する（図１〜４参照）。
【００１６】
低圧ターボ１３は、低圧タービン１３ａ、及び低圧コンプレッサ１３ｂを有し、高圧ターボ１４は、高圧タービン１４ａ、及び高圧コンプレッサ１４ｂを有する。高圧ターボ１４は、タービン側が可変ベーンを有する可変ノズルターボであり、内燃機関１の運転状態に応じて可変ベーンの開度が調整される。
【００１７】
低圧コンプレッサ１３ｂの入口側は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１と接続される。低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１には、エアクリーナ（不図示）、吸入空気量Ｇａを測定するために使用されるエアフローメータ６、及び吸入空気の温度ＴＡを測定するために使用される温度センサ７が設けられる。低圧コンプレッサ１３ｂの出口側は、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２と接続される。高圧コンプレッサ１４ｂの入口側は、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２と接続される。高圧コンプレッサ１４ｂの出口側は、エンジン本体３０の吸気マニホールド６１に連通する高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３と接続される。また、吸気マニホールド６１には、過給圧Ｐｉｍを測定するために使用される過給圧センサ８が設けられる。
【００１８】
また、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２と、高圧タービン出口側吸気通路５３とを連通し、高圧コンプレッサ１４ｂをバイパスする高圧コンプレッサバイパス通路５４が設けられる。高圧コンプレッサバイパス通路５４には、吸気バイパスバルブ１７が設けられる。吸気バイパスバルブ１７が開弁状態である場合には、低圧コンプレッサ１３ｂからの空気の多くは、高圧コンプレッサバイパス通路５４を経由してエンジン本体３０に流れ、一部が高圧コンプレッサ１４ｂを経由してエンジン本体３０に流れる。吸気バイパスバルブ１７の開度に応じて、高圧コンプレッサ１４ｂに流入する空気の量が調整される。高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３の、高圧コンプレッサバイパス通路５４との接続点よりも下流には、インタークーラ（不図示）、及びスロットルバルブ（電子制御スロットル）２５が設けられる。
【００１９】
高圧タービン１４ａの入口側は、エンジン本体３０の排気マニホールド６２に連通する高圧タービン入口側排気通路７１と接続される。高圧タービン入口側排気通路７１には、高圧タービン入口圧力Ｐ４を測定するために使用される高圧タービン入口圧力センサ９が設けられる。高圧タービン１４ａの出口側は、高圧タービン出口側排気通路７２と接続される。低圧タービン１３ａの入口側は、高圧タービン出口側排気通路７２と接続される。低圧タービン１３ａの出口側は、排気ガス浄化触媒（不図示）に連通する低圧タービン出口側排気通路７３と接続される。
【００２０】
また、高圧タービン入口側排気通路７１と、高圧タービン出口側排気通路７２とを連通し、高圧タービン１４ａをバイパスする高圧タービンバイパス通路７４が設けられ、高圧タービン出口側排気通路７２と、低圧タービン出口側排気通路７３とを連通し、低圧タービン１３ａをバイパスする低圧タービンバイパス通路７５が設けられる。高圧タービンバイパス通路７４の高圧タービン出口側排気通路７２上の接続点は、低圧タービンバイパス通路７５の高圧タービン出口側排気通路７２上の接続点よりも上流に配置される。高圧タービンバイパス通路７４には、排気制御バルブ３１が設けられ、低圧タービンバイパス通路７５には、排気バイパスバルブ３２が設けられる。
【００２１】
排気制御バルブ３１が開弁状態である場合には、エンジン本体３０からの排気ガスの多くは、高圧タービンバイパス通路７４を経由して高圧タービン出口側排気通路７２に流れ、一部が高圧タービン１４ａを経由して高圧タービン出口側排気通路７２に流れる。排気制御バルブ３１の開度に応じて、高圧タービン１４ａに流入する排気ガスの量が調整される。排気バイパスバルブ３２が開弁状態である場合には、高圧タービン出口側排気通路７２からの排気ガスの多くは、低圧タービンバイパス通路７５を経由して低圧タービン出口側排気通路７３に流れ、一部が低圧タービン１３ａを経由して低圧タービン出口側排気通路７３に流れる。排気バイパスバルブ３２の開度に応じて、低圧タービン１３ａに流入する排気ガスの量が調整される。
【００２２】
また、高圧タービン入口側排気通路７１と、高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３とを連通し、エンジン本体３０から排出された排気ガスの一部を吸気側に帰還するＥＧＲ通路７６が設けられる。ＥＧＲ通路７６には、帰還排気ガスの量を調整するＥＧＲバルブ３９、及びＥＧＲ通路７６を流れる排気ガスを冷却するＥＧＲクーラ（不図示）が設けられる。ＥＧＲバルブ３９の開度は、内燃機関１の運転状態に応じて調整される。
【００２３】
制御部５は、ＣＰＵ、制御プログラムを格納したＲＯＭ、及び各種データを格納するＲＡＭ等を有し、各種センサからの信号が入力され、また、吸気バイパスバルブ１７等に制御信号を出力して内燃機関１を含む車両の各部を制御する。また、制御部５には、大気圧センサ（不図示）が内蔵され、低圧コンプレッサ入口圧力Ｐ１を算出するために使用される。
【００２４】
内燃機関１の運転中、エンジン本体３０の各シリンダーの燃焼室には、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１などを介して、空気が吸入される（図１〜図４の点線矢印参照）。インジェクタから噴射された燃料は、吸入された空気と共に混合気を形成する。混合気の燃焼による爆発力に応じたピストンの往復運動により、クランクシャフト（不図示）が回転する。燃焼により発生した排気ガスは、高圧タービン入口側排気通路７１などを介して排出される（図１〜図４の破線矢印参照）。但し、排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路７６を介して吸気側に帰還する。
【００２５】
次に、エンジン回転数などから導き出される内燃機関１の運転状態に応じて設定された第１〜第４運転モードにおける各バルブの開閉状態について説明する。
【００２６】
本実施形態における２ステージターボシステムでは、エンジン回転数などから導き出される内燃機関１の運転状態に応じた第１〜第４運転モードで、過給に使用するターボの使い分けが行われる。エンジン本体３０からの排気流量が極めて少ない場合は、高圧ターボ１４の回転数が極めて高い状態で、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４によって過給が行われる（第１運転モード、図１参照）。この場合、高圧ターボ１４が主ターボとなって過給が行われる。エンジン本体３０からの排気流量が少ない場合は、高圧ターボ１４の回転数が高い状態で、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４によって過給が行われる（第２運転モード、図２参照）。この場合、高圧ターボ１４の回転数は第１運転モードに比べて低く、低圧ターボ１３が主ターボとなって過給が行われる。エンジン本体３０からの排気流量が多い場合は、低圧ターボ１３によって過給が行われる（第３運転モード、図３参照）。この場合、高圧ターボ１４の回転数は第２運転モードに比べて低く、高圧ターボ１４による過給は殆ど行われない。エンジン本体３０からの排気流量が極めて多い場合は、一部の排気ガスが低圧ターボ１３をバイパスした状態で、低圧ターボ１３によって過給が行われる（第４運転モード、図４参照）。この場合も、高圧ターボ１４の回転数は第３運転モードと同様に低く、高圧ターボ１４による過給は殆ど行われない。図５は、全負荷性能グラフで第１〜第４運転モードとエンジン回転数とトルクの関係を示す。
【００２７】
第１運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ１７、排気制御バルブ３１、及び排気バイパスバルブ３２は閉弁状態にされる（図１参照）。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１、低圧コンプレッサ１３ｂ、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２、高圧コンプレッサ１４ｂ、高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３、及び吸気マニホールド６１を介して、エンジン本体３０に供給される（図１の太点線参照）。エンジン本体３０からの排気ガスは、排気マニホールド６２、高圧タービン入口側排気通路７１、高圧タービン１４ａ、高圧タービン出口側排気通路７２、低圧タービン１３ａ、及び低圧タービン出口側排気通路７３を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される（図１の太破線参照）。この場合、低圧コンプレッサ１３ｂからの空気はバイパスせずに高圧コンプレッサ１４ｂに流入し、エンジン本体３０からの排気ガスはバイパスせずに高圧タービン１４ａに流入することにより、高圧コンプレッサ１４ｂでは、第２運転モードに比べて高い高圧コンプレッサ側圧力比Ｐ３／Ｐｃで過給が行われる。一方、排気流量が極めて少ないため、低圧タービン１３ａは高速回転しておらず、低圧コンプレッサ１３ｂでは、第２運転モードに比べて低い低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１で過給が行われる。
【００２８】
第２運転モードで運転される場合は、排気制御バルブ３１は開弁状態にされ、吸気バイパスバルブ１７と排気バイパスバルブ３２は閉弁状態にされる（図２参照）。排気制御バルブ３１の開度は、内燃機関１の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１、低圧コンプレッサ１３ｂ、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２、高圧コンプレッサ１４ｂ、高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３、及び吸気マニホールド６１を介して、エンジン本体３０に供給される（図２の太点線参照）。エンジン本体３０からの排気ガスは、排気マニホールド６２、高圧タービン入口側排気通路７１、高圧タービンバイパス通路７４、高圧タービン出口側排気通路７２、低圧タービン１３ａ、及び低圧タービン出口側排気通路７３を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される（図２の太破線参照）。また、排気ガスの一部は、高圧タービン１３ａを通る経路で排出される（図２の細破線参照）。この場合、低圧コンプレッサ１３ｂからの空気はバイパスせずに高圧コンプレッサ１４ｂに流入し、エンジン本体３０からの排気ガスの一部がバイパスせずに高圧タービン１４ａに流入することにより、高圧ターボ１４による過給が行われる。但し、エンジン本体３０からの排気ガスの多くが高圧タービン１４ａをバイパスするため、第１運転モードと比べて高圧ターボ１４の回転数が低く、高圧コンプレッサ１４ｂでは、第１運転モードと比べて低い高圧コンプレッサ側圧力比Ｐ３／Ｐｃで過給が行われる。一方、第１運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン１３ａに流入するため、低圧コンプレッサ１３ｂでは、第１運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１で過給が行われる。
【００２９】
第３運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ１７と排気制御バルブ３１は開弁状態にされ、排気バイパスバルブ３２は閉弁状態にされる（図３参照）。吸気バイパスバルブ１７と排気制御バルブ３１の開度は、内燃機関１の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１、低圧コンプレッサ１３ｂ、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２、高圧コンプレッサバイパス通路５４、高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３、及び吸気マニホールド６１を介して、エンジン本体３０に供給される（図３の太点線参照）。また、吸入空気の一部は、高圧コンプレッサ１４ｂを通る経路でエンジン本体３０に供給される（図３の細点線参照）。エンジン本体３０からの排気ガスは、排気マニホールド６２、高圧タービン入口側排気通路７１、高圧タービンバイパス通路７４、高圧タービン出口側排気通路７２、低圧タービン１３ａ、及び低圧タービン出口側排気通路７３を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される（図３の太破線参照）。また、排気ガスの一部は、高圧タービン１３ａを通る経路で排出される（図３の細破線参照）。この場合、排気ガスの多くが高圧タービン１４ａをバイパスし、低圧コンプレッサ１３ｂからの空気の多くが高圧コンプレッサ１４ｂをバイパスするため、高圧ターボ１４による過給は殆ど行われない。一方、排気流量が多く、第２運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン１３ａに流入するため、低圧コンプレッサ１３ｂでは、第２運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１で過給が行われる。
【００３０】
第４運転モードで運転される場合は、吸気バイパスバルブ１７、排気制御バルブ３１、及び排気バイパスバルブ３２は開弁状態にされる（図４参照）。吸気バイパスバルブ１７、排気制御バルブ３１、及び排気バイパスバルブ３２の開度は、内燃機関１の運転状態に応じて調整される。エアクリーナを介して吸入された空気は、低圧コンプレッサ入口側吸気通路５１、低圧コンプレッサ１３ｂ、低圧コンプレッサ出口側吸気通路５２、高圧コンプレッサバイパス通路５４、高圧コンプレッサ出口側吸気通路５３、及び吸気マニホールド６１を介して、エンジン本体３０に供給される（図４の太点線参照）。また、吸入空気の一部は、高圧コンプレッサ１４ｂを通る経路でエンジン本体３０に供給される（図４の細点線参照）。エンジン本体３０からの排気ガスは、排気マニホールド６２、高圧タービン入口側排気通路７１、高圧タービンバイパス通路７４、高圧タービン出口側排気通路７２、低圧タービンバイパス通路７５、及び低圧タービン出口側排気通路７３を介して、排気ガス浄化触媒へ排出される（図４の太破線参照）。また、排気ガスの一部は、高圧タービン１３ａを通る経路で排出される（図４の細破線参照）。また、排気ガスの一部は、低圧タービン１３ａを通る経路で排出される（図４の細破線参照）。この場合、排気ガスの多くが高圧タービン１４ａをバイパスし、低圧コンプレッサ１３ｂからの空気の多くが高圧コンプレッサ１４ｂをバイパスするため、高圧ターボ１４による過給は殆ど行われない。一方、排気ガスの多くは低圧タービン１３ａをバイパスするものの、排気流量が極めて多く、第２運転モードに比べて多くの排気ガスが低圧タービン１３ａに流入するため、低圧コンプレッサ１３ｂでは、第２運転モードに比べて高い低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１で過給が行われる。また、低圧コンプレッサ１３ｂでは、第３運転モードに比べて、同等かそれ以上に高い低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１で過給が行われる。
【００３１】
本実施形態では、第２運転モードから第３運転モードに切り替える時、制御部５の制御に基づいて、過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させる第１運転制御と、第１運転制御下において、一時的な上昇や低下の無い状態でエンジントルクを推移させる第２運転制御とが行われる。具体的には、第１運転制御として、高圧タービン１４ａの可変ベーンの開度を小さくするか、または通常の燃料噴射（メイン噴射）に加えてアフター噴射またはポスト噴射を行って排気エネルギーを大きくすることによって、制御用過給圧曲線（図６の第３過給圧曲線参照）に沿った制御用過給圧以上に、過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させる（図６の第２過給圧曲線参照）。なお、制御用過給圧曲線は、第３運転モードへの切り替え時に一時的にエンジントルクが低下する第１トルク段差及び一時的にエンジントルクが上昇する第２トルク段差が発生しない状態でエンジントルクを推移させるための制御用過給圧の推移を示すものである。また、第２運転制御として、制御用過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射が行われる。
【００３２】
第１運転制御は、第２運転モードから第３運転モードに切り替える直前であって、切り替えを行うと過給圧Ｐｉｍが一時的に低下する過給圧段差が発生すると判断された第１時点ｔ１（図５、図６、及び図７のステップＳ１３参照）から行われる。第１時点ｔ１までは、第２運転モードにおける通常の運転制御が行われる。第２運転モードから第３運転モードに切り替わる直前とは、内燃機関１の運転状態、すなわちエンジン回転数とエンジントルクとの関係が、第２運転モードに対応する運転領域にあって、且つ第３運転モードに対応する運転領域に切り替わる境界に近い一定の運転領域にある状態を言う（図５参照）。
【００３３】
第２運転制御は、第１運転制御が行われることにより過給圧Ｐｉｍの第２過給圧曲線に沿った上昇が確認された第２時点ｔ２から行われる。これは、第１運転制御を行ったが過給圧Ｐｉｍが想定した通りに上昇せず、第２運転モードから第３運転モードに切り替えた時に過給圧段差が発生してしまうことも起こりうることを想定したものである。第１、第２運転制御は、第３運転モードへの切り替えが行われた第３時点ｔ３の後であって、且つ第２過給圧曲線に沿った過給圧Ｐｉｍと第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が少なくなる第４時点ｔ４まで行われ、その後は第３運転モードにおける通常の運転制御が行われる。
【００３４】
第１、第２運転制御を行わない場合は、第２運転モードから第３運転モードに切り替える時、吸気バイパスバルブ１７の開閉状態の変化によって、過給圧Ｐｉｍが一時的に低下する過給圧段差が発生する（図６の第１過給圧曲線参照）ことがある。かかる過給圧段差を有する第１過給圧曲線に沿った過給圧Ｐｉｍに対応した噴射量で燃料噴射が行われると、スモークの発生を抑えるために過給圧低下時に燃料噴射量も抑えられるため、エンジントルクが一時的に低下する第１トルク段差が発生する（図６の第１トルク曲線参照）。第１トルク段差によって大きな加速度変化が生じると運転者が違和感を覚えるおそれがある。
【００３５】
これに対して本実施形態は、かかる過給圧Ｐｉｍの一時的な低下を無くすために、過給圧段差が発生すると推定される期間を含む運転制御期間（第１時点ｔ１〜第４時点ｔ４）に、過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させる第１運転制御が行われる。これにより、過給圧段差が発生する場合に比べて、スモークの発生を抑えつつエンジントルクの低下を抑制出来るだけの燃料噴射量を確保することが可能になる。但し、第１運転制御を行った状態で、第２過給圧曲線に沿った過給圧Ｐｉｍに対応した噴射量で燃料噴射が行われると、過給圧Ｐｉｍの上昇時に燃料噴射量が増加するため、エンジントルクが一時的に上昇する第２トルク段差が発生する（図６の第２トルク曲線参照）。第１トルク段差と同様に、第２トルク段差によって大きな加速度変化が生じると運転者が違和感を覚えるおそれがある。
【００３６】
第２トルク段差を抑えるため、本実施形態では、過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させる第１運転制御と並行して、第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射を行う第２運転制御が行われ、第１、第２運転制御が行われている間に、第２運転モードから第３運転モードへの切り替えが行われる。第１運転制御により第２過給圧曲線に沿って一時的に過給圧Ｐｉｍが高められるものの、第３過給圧曲線に沿って一時的な上昇や低下のない制御用過給圧に対応した噴射量で燃料噴射が行われるため、第３運転モードに切り替えられても、第１トルク段差及び第２トルク段差が発生しない状態でエンジントルクを推移させることが可能になる。（図６の第３トルク曲線参照）。すなわち、第１運転制御により、過給圧Ｐｉｍは、第２過給圧曲線に沿って推移し、第２運転制御により、エンジントルクは、第２過給圧曲線に対応した第３トルク曲線に沿って推移する。
【００３７】
なお、第２、第３過給圧曲線の形状、すなわち時間幅（第１時点ｔ１〜第４時点ｔ４までの長さ）や、第１時点ｔ１〜第４時点ｔ４の間における過給圧Ｐｉｍや制御用過給圧の変化度合いは、第１時点ｔ１までのアクセルの踏み込み度合い、過給圧Ｐｉｍやエンジントルクの推移などから算出される（図７のステップＳ１２参照）。具体的には、第１時点ｔ１までのアクセルの踏み込み度合いに対応する要求トルクや、過給圧Ｐｉｍの推移、エンジントルクの推移などから、第１時点ｔ１以降の第１過給圧曲線が算出される。また、第１時点ｔ１から第４時点ｔ４の間は、第１過給圧曲線以上に高い値で推移する過給圧Ｐｉｍを示す第２過給圧曲線（実過給圧曲線）、及び第１時点ｔ１から第３時点ｔ３の間は第１過給圧曲線に沿って推移し、第３時点ｔ３以降は過給圧段差が発生しないで推移する制御用過給圧を示す第３過給圧曲線（制御用過給圧曲線）が算出される。第１時点ｔ１から第４時点ｔ４の間は、第１運転制御による実際の過給圧Ｐｉｍは、第２運転制御のために使用される制御用過給圧以上の値を示す。
【００３８】
次に、第１、第２運転制御を行う手順について、図７のフローチャートを用いて説明する。ステップＳ１１で、エンジン回転数やエンジントルクなどから、内燃機関１の運転状態が、第２運転モードから第３運転モードに切り替える直前の状態であるか否かが判断される。切り替える直前でない場合には、手順を終了する。切り替える直前である場合には、ステップＳ１２に進められる。
【００３９】
ステップＳ１２で、現時点（第１時点ｔ１）における過給圧Ｐｉｍなどに基づいて、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４の運転状態として、コンプレッサ間圧力Ｐｃ、高圧コンプレッサ出口圧力Ｐ３などが算出される。高圧コンプレッサ出口圧力Ｐ３は、過給圧Ｐｉｍとインタークーラの圧損などに基づいて算出される。コンプレッサ間圧力Ｐｃは、低圧コンプレッサ１３ｂと高圧コンプレッサ１４ｂとの間の圧力であり、吸入空気量Ｇａ、吸入空気の温度ＴＡ、低圧コンプレッサ入口圧力Ｐ１、高圧コンプレッサ出口圧力Ｐ３、高圧タービン入口圧力Ｐ４、燃料噴射量、エンジン回転数などを使ったモデル演算により算出される（図８参照）。
【００４０】
コンプレッサ間圧力Ｐｃと低圧コンプレッサ入口圧力Ｐ１から求められる低圧コンプレッサ側圧力比Ｐｃ／Ｐ１、吸入空気量Ｇａ、及び低圧ターボ１３のコンプレッサマップに基づいて、低圧ターボ１３の回転数が算出される。高圧コンプレッサ出口圧力Ｐ３とコンプレッサ間圧力Ｐｃから求められる高圧コンプレッサ側圧力比Ｐ３／Ｐｃ、吸入空気量Ｇａ、及び高圧ターボ１４のコンプレッサマップに基づいて、高圧ターボ１４の回転数が算出される。また、第１時点ｔ１までのアクセルの踏み込み度合い、過給圧Ｐｉｍやエンジントルクの推移などに基づいて、第２、第３過給圧曲線が算出される。第１時点ｔ１における低圧ターボ１３の回転数、高圧ターボ１４の回転数、及びそれぞれのコンプレッサマップから、第２過給圧曲線に沿って過給圧Ｐｉｍが推移するような、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４の運転状態推移が算出され、かかる運転状態推移を実現させるための、可変ベーンの開度を小さくする度合い、及びアフター噴射などの噴射量や噴射時期などが算出される。また、第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧の推移に対応したメイン噴射における噴射量が算出される。
【００４１】
ステップＳ１３で、コンプレッサ間圧力Ｐｃと高圧コンプレッサ出口圧力Ｐ３との圧力差が第１閾値以上であるか否かが判断される。圧力差が第１閾値以上でない場合は、第２運転モードから第３運転モードに切り替えたとしても、過給圧段差が殆ど発生しないと推定されて、手順を終了する。圧力差が第１閾値以上である場合には、第２運転モードから第３運転モードに切り替えると、過給圧段差が発生し、これに伴って第１トルク段差が発生すると推定されて、ステップＳ１４に進められる。
【００４２】
ステップＳ１４で、高圧タービン１４ａの可変ベーンの開度を小さくすることにより過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。排気制御バルブ３１が全開状態にされている場合など、可変ベーン１４ａの開度を小さくしたとしても過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが出来ない場合には、ステップＳ１６に進められる。可変ベーン１４ａの開度を小さくすることにより過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップＳ１５で、第１運転制御として、過給圧Ｐｉｍが第２過給圧曲線に沿って推移するように、可変ベーン１４ａの開度が調整される。
【００４３】
ステップＳ１６で、メイン噴射と共にアフター噴射またはポスト噴射を行うことにより過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。ＮＯｘの排出状況など、排気の制約により、アフター噴射などを行うことが出来ない場合は、手順を終了する。アフター噴射などを行うことにより過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップＳ１７で、第１運転制御として、過給圧Ｐｉｍが第２過給圧曲線に沿って推移するように、アフター噴射などの噴射制御が行われる。
【００４４】
ステップＳ１８で、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４の運転状態として、現時点（第２時点ｔ２）における過給圧Ｐｉｍが検出される。ステップＳ１９で、第２時点ｔ２における過給圧Ｐｉｍが、第２過給圧曲線に沿った値であること、すなわち、第２時点ｔ２における過給圧Ｐｉｍと、第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が発生しているか否かが判断される。第２時点ｔ２における過給圧Ｐｉｍが、第２過給圧曲線に沿った値でない場合には、ステップＳ１５またはステップＳ１７における第１運転制御によって、過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが出来ないとして、手順を終了する。第２時点ｔ２における過給圧Ｐｉｍが、第２過給圧曲線に沿った値である場合には、ステップＳ１５またはステップＳ１７における第１運転制御によって、実際に過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させること出来るとして、ステップＳ２０に進められる。
【００４５】
ステップＳ２０で、高圧タービン１４ａの可変ベーンの開度を小さくすることにより過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。排気制御バルブ３１が全開状態にされている場合など、可変ベーン１４ａの開度を小さくしたとしても過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが出来ない場合には、ステップＳ２２に進められる。可変ベーン１４ａの開度を小さくすることにより過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップＳ２１で、第１運転制御として、過給圧Ｐｉｍが第２過給圧曲線に沿って推移するように、可変ベーン１４ａの開度が調整される。
【００４６】
ステップＳ２２で、メイン噴射と共にアフター噴射またはポスト噴射を行うことにより過給圧Ｐｉｍを第２過給圧曲線に沿って一時的に上昇させることが可能な状態であるか否かが判断される。ＮＯｘの排出状況など、排気の制約により、アフター噴射などを行うことが出来ない場合は、手順を終了する。アフター噴射などを行うことにより過給圧Ｐｉｍを一時的に上昇させることが可能である場合には、ステップＳ２３で、第１運転制御として、過給圧Ｐｉｍが第２過給圧曲線に沿って推移するように、アフター噴射などの噴射制御が行われる。
【００４７】
ステップＳ２４で、第２運転制御として、第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧に対応する噴射量で燃料噴射（メイン噴射）制御が行われる。ステップＳ２５で、低圧ターボ１３、及び高圧ターボ１４の運転状態として、現時点（第２時点ｔ２から第４時点ｔ４までの間における時点）における過給圧Ｐｉｍが検出される。ステップＳ２６で、第２運転モードから第３運転モードへの切り替えが完了し、且つ一時的な過給圧Ｐｉｍの上昇が終了し、ステップＳ２５で検出した過給圧Ｐｉｍと、第３過給圧曲線に沿った制御用過給圧との過給圧差異が第２閾値以下になったか否かが判断される。両条件の少なくとも一方を満たさない場合は、ステップＳ２０に戻り、ステップＳ２０〜２５が繰り返し行われる。両条件を満たす場合は、手順を終了する。第２運転モードから第３運転モードへの切り替えは、ステップＳ２０〜２５が繰り返される間に行われる。
【００４８】
なお、本実施形態では、低圧ターボ１３と高圧ターボ１４とが直列に接続された内燃機関１におけるトルク段差を抑制する形態を説明したが、複数のターボが並列に接続された内燃機関において、各ターボの使用状態に応じた運転モードを切り替える際に発生するトルク段差を抑制する形態に用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本実施形態における排気制御バルブなどが第１運転モードに対応した開閉状態にある内燃機関の構成図である。
【図２】排気制御バルブなどが第２運転モードに対応した開閉状態にある内燃機関の構成図である。
【図３】排気制御バルブなどが第３運転モードに対応した開閉状態にある内燃機関の構成図である。
【図４】排気制御バルブなどが第４運転モードに対応した開閉状態にある内燃機関の構成図である。
【図５】エンジン全負荷性能を示すグラフである。
【図６】第１〜第３過給圧曲線、及び第１〜第３トルク曲線を示す図である。
【図７】第１、第２運転制御を行う手順を示すフローチャートである。
【図８】コンプレッサ間圧力を算出するモデル演算を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１  内燃機関
５  制御部
６  エアフローメータ
７  温度センサ
８  過給圧センサ
９  高圧タービン入口圧力センサ
１３  低圧ターボ
１３ａ  低圧タービン
１３ｂ  低圧コンプレッサ
１４  高圧ターボ
１４ａ  高圧タービン
１４ｂ  高圧コンプレッサ
１７  吸気バイパスバルブ
２５  スロットルバルブ
３０  エンジン本体
３１  排気制御バルブ
３２  排気バイパスバルブ
３９  ＥＧＲバルブ
５１  低圧コンプレッサ入口側吸気通路
５２  低圧コンプレッサ出口側吸気通路
５３  高圧コンプレッサ出口側吸気通路
５４  高圧コンプレッサバイパス通路
６１  吸気マニホールド
６２  排気マニホールド
７１  高圧タービン入口側排気通路
７２  高圧タービン出口側排気通路
７３  低圧タービン出口側排気通路
７４  高圧タービンバイパス通路
７５  低圧タービンバイパス通路
７６  ＥＧＲ通路
【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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