(57)【要約】【課題】シングルターボモードからツインターボモードへ適切に移行することが可能な内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関の制御装置（５０）は、内燃機関の吸気系及び排気系において配置され、過給を行う第１過給機（４）と、第１過給機と並列に配置された第２過給機（５）と、主噴射及び副噴射を行う噴射手段（３０Ｒ等）と、第１過給機が動作している動作状態である１個ターボモードから、第１過給機及び第２過給機が共に動作している動作状態である２個ターボモードへ切り替える場合、副噴射の噴射量及び噴射時期を変化させることに加えて又は代えて、主噴射の噴射量及び噴射時期を変化させるように噴射手段を制御する制御手段（５０）とを備える。【選択図】図３
2009030537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気系及び排気系において配置され、過給を行う第１過給機と、
前記吸気系及び前記排気系において前記第１過給機と並列に配置され、前記第１過給機と共に過給可能な第２過給機と、
前記内燃機関において、燃料の一次的な噴射である主噴射、及び前記燃料の副次的な噴射である副噴射を行う噴射手段と、
前記第１過給機が動作している動作状態である１個ターボモードから、前記第１過給機及び前記第２過給機が共に動作している動作状態である２個ターボモードへ切り替える場合、前記副噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化させることに加えて又は代えて、前記主噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化させるように前記噴射手段を制御する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記２個ターボモードへ変化する場合、前記副噴射を停止するように前記噴射手段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制御装置。
【請求項３】
前記吸気系に配置され、前記第２過給機を流れる吸気の流量を変化させる吸気流量変化弁と、
前記排気系に備えられ、前記第２過給機を流れる排気の流量を変化させる排気流量変化弁と、を更に備え、
前記制御手段は、前記２個ターボモードへ変化する場合、前記吸気流量変化弁及び前記排気流量変化弁のうち少なくとも前記排気流量変化弁を開弁した後に、前記噴射手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記副噴射の噴射量及び噴射時期を、前記内燃機関の負荷又は回転数を入力情報とする第１マップに基づいて変化させることに加えて又は代えて、前記主噴射の噴射量及び噴射時期を、前記内燃機関の負荷又は回転数を入力情報とする第２マップに基づいて変化させつつ、前記噴射手段を制御することを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記内燃機関の一又は複数の気筒内の圧力を測定する圧力測定手段を更に備え、
前記制御手段は、前記第１マップを前記測定された圧力に基づいて補正することに加えて又は代えて、前記第２マップを前記測定された圧力に基づいて補正しつつ、前記噴射手段を制御することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記測定された圧力が所定閾値より大きい場合、前記測定された圧力と前記所定閾値との差に基づいて規定される第１オフセット値を前記第１マップに付加して前記第１マップを補正することに加えて又は代えて、前記差に基づいて規定される第２オフセット値を前記第２マップに付加して前記第２マップを補正しつつ、前記噴射手段を制御することを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記第１マップによって規定される前記副噴射の噴射量及び噴射時期の変化量である副変化量が第１所定値より大きい場合、前記副変化量だけ変化させるのに要する時間間隔を第１基準値より長く設定することに加えて又は代えて、前記第２マップによって規定される前記主噴射の噴射量及び噴射時期の変化量である主変化量が第２所定値より大きい場合、前記主変化量だけ変化させるのに要する時間間隔を第２基準値より長く設定することを特徴とする請求項４から６のうちいずれか一項に記載の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おいて、複数の過給機が配置された内燃機関を制御する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。具体的には、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た内燃機関において、セカンダリターボ過給機はプライマリターボ過給機よりも大きい容量になるように構成される。そして、エンジン運転領域が低速域のときには小さい容量のプライマリターボ過給機のみを動作させ（シングルターボモード）、高速域のときには２つの過給機を同時に動作させる（ツインターボモード）。これにより、低速域から高速域にわたって出力性能を向上させる。このような過給システムが提案されている。
【０００３】
具体的には、シングルターボモードからツインターボモードへ移行する際には、セカンダリターボ過給機における排気流量変化弁、所謂、排気切替弁を開弁させるように開度制御を行っている。この際、排気流量の変化に起因される排気系の圧力、所謂、排圧が低下することによって、セカンダリターボ過給機のタービンの回転からコンプレッサの回転へと影響を与え、ひいては、セカンダリターボ過給機に加えてプライマリターボ過給機が内燃機関に過給する際の過給圧が低下してしまう可能性がある。このため、内燃機関に吸入される吸入空気量が低下してしまい、予想していない燃焼状態の下で燃焼が行なわれるため、気筒内で発生する最大圧力が急降下してしまい、ひいては、内燃機関が発生するトルクの急降下、所謂、トルク段差が発生してしまう可能性が生じる。
【０００４】
そこで、一般的に、シングルターボモードからツインターボモードへ移行する際には、最初に、セカンダリターボ過給機において排気流量変化弁を閉弁させた状態で内燃機関を駆動させる助走運転が実施されている。
【０００５】
更に、特許文献１や２等では、トルクショックの防止策として、ターボ容量の可変機構の制御により圧力調整してから切替を行なう手法や、燃料噴射量をリッチ方向（Ｑ増量）に持っていく手法に関する技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２９６０５３
【特許文献２】特開平１０−２７４０７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような助走運転を行う過給システムでは、シングルターボモードからツインターボモードへの切り替える際に、モードの切り替えが急に行なわれた場合、内燃機関の駆動状態の変化に迅速に対応することができず、セカンダリターボ過給機の過給圧が直ぐに上昇せず、一時的にトルクが落ち込む現象が発生してしまう。このため、トルク段差が発生し、ドライバーが違和感を覚えることがある。またこの際、燃焼状態の変化に起因して、排気エミッションが悪化してしまったり、騒音や振動の度合い（所謂、Noise Vibration：ノイズバイブレーション）が大きくなってしまったりする。
【０００８】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、シングルターボモードからツインターボモードへ適切に移行することが可能な内燃機関の制御装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明に係る内燃機関の制御装置は、内燃機関の吸気系及
び排気系において配置され、過給を行う第１過給機と、前記吸気系及び前記排気系において前記第１過給機と並列に配置され、前記第１過給機と共に過給可能な第２過給機と、前記内燃機関において、燃料の一次的な噴射である主噴射、及び前記燃料の副次的な噴射である副噴射を行う噴射手段と、前記第１過給機が動作している動作状態である１個ターボモードから、前記第１過給機及び前記第２過給機が共に動作している動作状態である２個ターボモードへ切り替える場合、前記副噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化させることに加えて又は代えて、前記主噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化させるように前記噴射手段を制御する制御手段とを備える。
【００１０】
本発明に係る内燃機関の制御装置によれば、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際に、モードの切り替えが急に行なわれた場合、制御手段の制御下で、噴射手段は、副噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化する。このことに加えて又は代えて、主噴射の噴射量及び噴射時期のうち少なくとも一つを変化する。ここに、本発明に係る噴射時期は、気筒内に噴射される燃料の量を変化させることが可能な全ての時間的なパラメータや変数を意味する。本発明に係る噴射時期は、気筒内に噴射される燃料の量を直接的又は間接的に変化させる、例えば燃料を噴射するタイミングを意味してよいし、燃料の噴射を継続する継続時間を意味してもよい。或いは、燃料の噴射の頻度や単位時間当たりの回数や一の噴射から次の噴射までの時間間隔、所謂、インターバルを意味してよい。特に、副噴射については、騒音や振動の発生をより効果的に抑制する走行領域、及び、気筒内で発生する熱を低減させる走行領域等では、副噴射を停止させる代わりに、副噴射の噴射量は低減させることが好ましい。従って、副噴射及び主噴射における噴射制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。この結果、第２過給機に加えて第１過給機が内燃機関に過給する際の過給圧の低下を効果的に抑制することが可能性である。
【００１１】
以上の結果、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際のトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。更に、１個ターボモードから２個ターボモードへ移行する際の、排気エミッションの悪化、及び、騒音や振動の発生を効果的に抑制することが可能である。更に、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際、トルク段差の発生の低減に対応して、第１及び第２過給機の回転動作が安定化されるので、繰り返しの回転動作に起因した応力を低減させ、内燃機関の耐久性を向上させることが可能である。
【００１２】
本発明に係る内燃機関の制御装置の一の態様では、前記制御手段は、前記２個ターボモードへ変化する場合、前記副噴射を停止するように前記噴射手段を制御する。
【００１３】
この態様によれば、副噴射によって、主噴射の燃焼及び爆発が影響されない。従って、主噴射の燃焼状態の制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切且つ簡便に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを抑制することが可能である。具体的には、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関に特有の副噴射、所謂、パイロット噴射を停止することは、予め、気筒内において主噴射、所謂、メイン噴射の燃焼状態を高精度に制御することが可能であるので好ましい。
【００１４】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記吸気系に配置され、前記第２過給機を流れる吸気の流量を変化させる吸気流量変化弁と、前記排気系に備えられ、前記第２過給機を流れる排気の流量を変化させる排気流量変化弁と、を更に備え、前記制御手段は、前記２個ターボモードへ変化する場合、前記吸気流量変化弁及び前記排気流量変化弁のうち少なくとも前記排気流量変化弁を開弁した後に、前記噴射手段を制御する。
【００１５】
この態様によれば、制御手段の制御下で、過給動作を開始する第２過給機の排気流量変化弁が開弁された後、噴射手段によって副噴射及び主噴射の夫々における噴射量及び噴射時期が変化される。従って、第２過給機の回転数が十分に上昇し、排気の量が十分に増加した状態で２個ターボモードへの切り替えが行なわれるので、トルク段差が発生する度合いを効果的に抑制することが可能である。
【００１６】
特に、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際の、第２過給機の適切な過給動作の開始によって、排気エミッションの悪化、及び、騒音や振動の発生をより効果的に抑制することが可能である。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の制御装置の他の態様では、前記制御手段は、前記副噴射の噴射量及び噴射時期を、前記内燃機関の負荷又は回転数を入力情報とする第１マップに基づいて変化させることに加えて又は代えて、前記主噴射の噴射量及び噴射時期を、前記内燃機関の負荷又は回転数を入力情報とする第２マップに基づいて変化させつつ、前記噴射手段を制御する。
【００１８】
この態様によれば、副噴射における第１マップに基づいた噴射制御に加えて又は代えて主噴射における第２マップに基づいた噴射制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切且つ高精度に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを定量的に低減させることが可能である。これらの第１及び第２マップは、理論的、実験的、経験的、シミュレーション等に基づいて、所望となる噴射量及び噴射時期が得られるように規定することが可能である。
【００１９】
上述の制御手段に係る態様では、前記内燃機関の一又は複数の気筒内の圧力を測定する圧力測定手段を更に備え、前記制御手段は、前記第１マップを前記測定された圧力に基づいて補正することに加えて又は代えて、前記第２マップを前記測定された圧力に基づいて補正しつつ、前記噴射手段を制御するようにしてよい。
【００２０】
このように構成すれば、副噴射における、測定された圧力に基づいて補正された第１マップに基づいた噴射制御に加えて又は代えて、主噴射における、測定された圧力に基づいて補正された第２マップに基づいた噴射制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力をより適切且つより高精度に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いをより定量的に低減させることが可能である。
【００２１】
更に、上述の制御手段に係る態様では、前記制御手段は、前記測定された圧力が所定閾値より大きい場合、前記測定された圧力と前記所定閾値との差に基づいて規定される第１オフセット値を前記第１マップに付加して前記第１マップを補正することに加えて又は代えて、前記差に基づいて規定される第２オフセット値を前記第２マップに付加して前記第２マップを補正しつつ、前記噴射手段を制御するようにしてよい。
【００２２】
このように構成すれば、第１マップでの第１オフセット値の付加、及び、第２マップでの第２オフセット値の付加は、例えばインジェクタ等に付着した燃料の量のばらつきなどの内燃機関の内部要因としてのばらつき、又は、例えば内燃機関の外界の温度などの内燃機関の外部要因としてのばらつきによる影響の度合いをより低減させることが可能である。
【００２３】
上述の制御手段に係る態様では、前記制御手段は、前記第１マップによって規定される前記副噴射の噴射量及び噴射時期の変化量である副変化量が第１所定値より大きい場合、前記副変化量だけ変化させるのに要する時間間隔を第１基準値より長く設定することに加えて又は代えて、前記第２マップによって規定される前記主噴射の噴射量及び噴射時期の変化量である主変化量が第２所定値より大きい場合、前記主変化量だけ変化させるのに要する時間間隔を第２基準値より長く設定するようにしてよい。
【００２４】
このように構成すれば、副変化量だけ変化させるのに要する時間間隔が調整される。主変化量だけ変化させるのに要する時間間隔が調整される。この結果、助走運転の際に、内燃機関の負荷や回転数が急激に変化した場合においても、第２過給機のタービンの回転数や回転力の変化を低減させ、回転を安定化させつつ、２個ターボモードへ完全に切り替わる走行状態になることを待機することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。
【００２６】
（１）基本構成  
先ず、本実施形態に係る内燃機関の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。図１は、本実施形態に係る内燃機関の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。なお、図１においては、１個ターボモードに設定した場合のガスの流れを示している。
【００２７】
車両は、主に、エアクリーナ２と、吸気通路３と、ターボ過給機４、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、インジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌと、圧力センサー４０Ｒ及び４０Ｌと、ＥＣＵ（Engine Control Unit）５０と、を備える。
【００２８】
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に分岐されており、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。
【００２９】
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、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。更に、コンプレッサ４ａ、４ｂの下流側の吸気通路３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。尚、この吸気切替弁６によって、本発明に係る吸気流量変化弁の一具体例が構成されている。
【００３０】
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。
【００３１】
この内燃機関８の運転状態は、後述されるＥＣＵ５０の制御下で、上述した８つのシリンダに燃料を噴射するためのインジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌ、図示しない燃料ポンプからインジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌへ供給される燃料圧力を蓄えるコモンレールの圧力調整弁といった各種の装置が操作されて、制御される。詳細には、後述されるＥＣＵ５０の制御下で、インジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌは、内燃機関８に吸入される空気とインジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌから添加される燃料との質量比として与えられる空燃比が理論空燃比よりもリーン側になるように燃料を噴射する。
【００３２】
この内燃機関８に設けられた気筒の内部の圧力の状態は、圧力センサー４０Ｒ及び４０Ｌによって、測定される。測定された圧力の値を示す信号Ｓ４０はＥＣＵ５０に供給される。尚、インジェクタ３０Ｒ及び３０Ｌによって、本発明に係る噴射手段の一具体例が構成されている。また、圧力センサー４０Ｒ及び４０Ｌによって、本発明に係る圧力測定手段の一具体例が構成されている。
【００３３】
排気通路１０中には、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。具体的には、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、通路上にはバイパス弁１３が設けられている。このバイパス弁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。
【００３４】
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）。なお、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、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。尚、タービン４ｂ、５ｂよりも下流側には排気浄化手段としての吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の一例であるＤＰＮＲ触媒を含んだ（図示しない）排気浄化ユニットと、そのＤＰＮＲ触媒の上流に還元剤としての燃料を添加する燃料添加手段としての（図示しない）燃料添加弁とが設けられてよい。
【００３５】
ターボ過給機４は可変ノズル（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｎｏｚｚｌｅ：ＶＮ）機構を備える。可変ノズル機能とは、タービンの上流側に設けられたノズルベーンの開度を制御することにより排気ガスの流量を制御して過給量を調整する機構である。ノズルベーンの開度はＥＣＵ５０から供給される信号Ｓ１９により制御される。
【００３６】
また、ターボ過給機４には、ターボ回転数、即ちタービン４ｂの回転数を検出する回転数センサ４ｃが設けられている。回転数センサ４ｃから出力される回転数検出信号Ｓ１８は、ＥＣＵ５０に供給される。
【００３７】
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。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。尚、この排気切替弁１５によって、本発明に係る排気流量変化弁の一具体例が構成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
上記の構成において、ターボ過給機４は、本発明に係る第１過給機の一具体例であり、ターボ過給機５は、本発明に係る第２過給機の一具体例である。ＥＣＵ５０は、本発明に係る制御手段の一具体例である。
【００４１】
本実施形態では、ＥＣＵ５０は、主に、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、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、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。
【００４２】
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、エンジン回転数及び要求トルクに基づいて、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、２個ターボモードから１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。
【００４３】
図２は、１個ターボモードと２個ターボモードの動作領域マップを概略的に示す。図２のグラフにおいて、横軸はエンジン回転数を示し、左縦軸は要求トルク（燃料噴射量）を示し、右縦軸はターボ回転数を示す。図２において、実線７１は１個ターボモードの動作特性を示し、破線７２は２個ターボモードの動作特性を示す。エンジン回転数及び要求トルク（燃料噴射量）によって定まる動作点が実線７１より下側にある場合、内燃機関は１個ターボモードで動作する。また、エンジン回転数及びトルクが増加し、動作点が実線７１より上側の領域に入った場合、内燃機関は２個ターボモードで動作する。即ち、動作点が破線７４で囲まれた切替ラインより下側にある場合は１個ターボモードが選択され、上側にある場合は２個ターボモードが選択される。
【００４４】
実線７３はエンジン回転数と、ターボ過給機４のターボ回転数との関係を示す。基本的に、エンジン回転数の上昇に伴ってターボ回転数も上昇する。ターボ回転数は前述の回転数センサ４ｃにより検出される。
【００４５】
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、より具体的には、前述のように、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え時にはターボ過給機５の助走を行うが、ターボ過給機５の回転は直ぐには上昇しないため、一時的にトルクが低下し、いわゆるトルク段差が生じることがある。このように、トルク段差はターボ過給機５の回転上昇に時間を要することが原因であるが、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替えが比較的ゆっくり行われる場合には、トルク段差はほとんど発生しないか、発生してもその段差は小さい。これに対し、急加速時など、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替えが急に行われる場合にはトルク段差は大きくなり、一般的に問題となってしまう。また、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替えは、低速（低トルク）の領域で行うとトルク段差が大きくなり、高トルク（高吸入空気量）の領域で行うとトルク段差は小さくなる。そこで、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替え時には、ターボ過給機４で十分にトルクを上げておいてから２個ターボモードへの切り替えを行うことが好ましい。
【００４６】
（２）１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御方法
次に、図３から図６を参照して、本実施形態に係る、内燃機関の制御装置に適用される１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御方法について説明する。
【００４７】
（２−１）動作原理  （全体処理）  
先ず、図３及び図４を参照して、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の動作原理における全体処理について説明する。ここに、図３は、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御処理の全体処理の流れを示したフローチャートである。尚、モードの切り替えの際の燃料噴射の制御処理は、ＥＣＵによって、例えば、数十μ秒、又は数μ秒等の所定の周期で繰り返し実行される。図４は、本実施形態に係る噴射系の操作量を、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報として規定した所定マップを示した模式図である。
【００４８】
図３に示されるように、ＥＣＵ５０の制御下で、排気切替弁１５の開度の状態が検出される（ステップＳ１０１）。
【００４９】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、検出された排気切替弁１５の開度の状態が開弁状態であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。この判定の結果、排気切替弁１５の開度の状態が開弁状態である場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の制御下で、吸気切替弁６の開度の状態が検出される（ステップＳ１０３）。
【００５０】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、検出された吸気切替弁６の開度の状態が閉弁状態であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。この判定の結果、吸気切替弁６の開度の状態が閉弁状態である場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の制御下で、例えば内燃機関の走行領域に基づいて決定される、噴射系の操作量が一定値より大きいか否かが判定される（ステップＳ１０５）。特に、このように、排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が閉弁状態にある走行状態は、上述した助走運転を意味してよい。
【００５１】
ここに、本実施形態に係る噴射系の操作量とは、副噴射（所謂、パイロット噴射）の噴射量、副噴射の噴射時期、主噴射（所謂、メイン噴射）の噴射量、及び、主噴射の噴射時期のうち少なくとも一つを示す物理量を意味してよい。このパイロット噴射は、予め気筒内において、一種の火種を発生させ、メイン噴射による燃焼や爆発を圧力変化を緩やかにすることができる。具体的には、噴射系の操作量の一例としては、パイロット噴射の噴射量、パイロット噴射を行なう時間間隔、メイン噴射の噴射量、及び、メイン噴射の噴射時期を進角側へ変化させる変化量などを挙げることができる。より具体的には、図４に示されるように、これらの噴射系の操作量は、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報とした所定マップに基づいて、一義的に規定されてよい。更に、より具体的には、所定マップにおいては、例えばメイン噴射の噴射量は、内燃機関の負荷が大きいほど、内燃機関の回転数が大きいほど、大きくなるように規定される。尚、上述の所定マップは、理論的、実験的、経験的、シミュレーション等に基づいて、所望の噴射系の操作量が得られるように規定することが可能である。また、この所定マップによって、本発明に係る第１マップ又は第２マップの一具体例が構成されている。また、上述の噴射系の操作量によって、本発明に係る噴射量及び噴射時期の一具体例が構成されている。
【００５２】
上述したステップＳ１０５の判定の結果、例えば内燃機関の走行領域に基づいて決定される、噴射系の操作量が一定値より大きいと判定される場合（ステップＳ１０５：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の制御下で、副噴射又は主噴射における操作量が所定値になるまでの時間間隔、言い換えると、操作に要する時間間隔が、噴射系の操作量と一定値との差に基づいて、例えば相対的に長くなるように算出される（ステップＳ１０６）。他方、上述したステップＳ１０５の判定の結果、例えば内燃機関の走行領域に基づいて決定される、噴射系の操作量が一定値より大きいと判定されない場合（ステップＳ１０５：Ｎｏ）、上述した噴射系の操作量がゼロになるように設定される（ステップＳ１０７）。
【００５３】
他方、上述したステップＳ１０４の判定の結果、吸気切替弁６の開度の状態が閉弁状態でなく、開弁状態である場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の制御下で、噴射系の操作対象を操作する初回でないか否か、言い換えると、噴射系の操作対象を操作する２回目であるか否かが判定される（ステップＳ１０８）。特に、このように、排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が開弁状態にある走行状態は、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替わっている最中の走行状態を意味してよい。
【００５４】
上述したステップＳ１０８の判定の結果、噴射系の操作対象を操作する初回でない、言い換えると、噴射系の操作対象を操作する２回目である場合（ステップＳ１０８：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の制御下で、気筒内の圧力を測定する圧力センサーによって、気筒内の圧力の最大値が測定される（ステップＳ１０９）。
【００５５】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際に、一般的な気筒内の圧力を示す値が取得される（ステップＳ１１０）。具体的には、このモード切り替えの際の一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値は、例えば内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報として規定したマップや関数に基づいて、一義的に取得されてよい。
【００５６】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、測定された気筒内の圧力の最大値が、一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値より小さいか否かが判定される（ステップＳ１１１）。ここで、測定された気筒内の圧力の最大値が、一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値より小さいと判定される場合（ステップＳ１１１：Ｙｅｓ）、ＥＣＵ５０の制御下で、上述した噴射系の操作量を規定可能な所定マップを加算又は減算させるためのオフセット量が算出される（ステップＳ１１２）。具体的には、ＥＣＵ５０の制御下で、測定された気筒内の圧力の最大値と、一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値との差分に基づいて、パイロット噴射の噴射量を減少させる方向に変化させるようなオフセット量が算出されてよい。この算出されたオフセット量を考慮して噴射量が設定された燃料が、例えばインジェクタ等の噴射手段に噴射されることで、気筒内での騒音や振動の発生をより効果的に抑制させつつ、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切に上昇させるように制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。詳細には、噴射手段による燃料の噴射において、オフセット量を考慮することは、例えばインジェクタ等に付着した燃料の量のばらつきなどの内燃機関の内部要因としてのばらつき、又は、例えば内燃機関の外界の温度などの内燃機関の外部要因としてのばらつきによる影響の度合いを低減させる観点において、大変好ましい。
【００５７】
他方、ステップＳ１１１の判定の結果、測定された気筒内の圧力の最大値が、一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値より小さいと判定されない場合（ステップＳ１１１：Ｎｏ）、更に、ＥＣＵ５０の制御下で、測定された気筒内の圧力の最大値が、内燃機関の耐久性又は機構性の観点において決定された許容範囲の上限値より大きいか否かが判定される（ステップＳ１１３）。ここで、測定された気筒内の圧力の最大値が、内燃機関の耐久性又は機構性の観点において決定された許容範囲の上限値より大きいと判定される場合（ステップＳ１１３：Ｙｅｓ）、上述した噴射系の操作量がゼロになるように設定される（ステップＳ１１４）。他方、上述したステップＳ１１３の判定の結果、測定された気筒内の圧力の最大値が、内燃機関の耐久性又は機構性の観点において決定された許容範囲の上限値より大きいと判定されない場合（ステップＳ１１３：Ｎｏ）、ステップＳ１１４は省略される。この結果、ＥＣＵ５０は、上述した所定マップをそのまま用いて噴射系の操作量を取得することができる。
【００５８】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、噴射系の操作量が実際に操作される処理が行われる（ステップＳ１１５）。
【００５９】
（２−２）動作原理  （噴射系の操作処理）  
次に、図５に加えて図６を参照して、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の動作原理における噴射系の操作処理について説明する。ここに、図５は、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御処理の一部の流れを示したフローチャートである。図６は、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の動作タイミングを模式的に示したタイミングチャートである。
【００６０】
図５に示されるように、先ず、ＥＣＵ５０の制御下で、上述したステップＳ１０７又はＳ１１４において噴射系の操作量がゼロになるように設定されているか否かが判定される（ステップＳ２０１）。ここで、噴射系の操作量がゼロになるように設定されている場合（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）、実際に操作量がゼロに設定される（ステップＳ２０２）。他方、ステップＳ２０１の判定の結果、噴射系の操作量がゼロになるように設定されていない場合（ステップＳ２０１：Ｎｏ）、ＥＣＵ５０の制御下で、上述の図４に示される、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報とした所定マップに基づいて、噴射系の操作量が決定される（ステップＳ２０３）。
【００６１】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、例えば上述したステップＳ１１２において算出されたオフセット量などだけ、決定された噴射系の操作量が加減算される（ステップＳ２０４）。
【００６２】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、例えば上述したステップＳ１０６において算出された操作に要する時間間隔などの各種のパラメータや変数が実際に設定される（ステップＳ２０５）。
【００６３】
次に、ＥＣＵ５０の制御下で、上述したように実際に設定された、噴射系の各種の操作量に基づいて、例えばインジェクタ等の噴射手段が駆動される（ステップＳ２０６）。
【００６４】
以上のように、（i）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が開弁状態にある１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替わっている最中の走行状態と、（ii）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が閉弁状態にある助走運転とにおいて、燃料噴射の制御処理を異ならせる。従って、パイロット噴射及びメイン噴射における噴射制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。この結果、第２過給機に加えて第１過給機が内燃機関に過給する際の過給圧の低下を効果的に抑制することが可能性である。
【００６５】
具体的には、図６に示されるように、（i）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が開弁状態にある１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わっている最中の走行状態においては、噴射系の操作カウンタによってカウントされる初回においては、上述の図４に示される、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報とした所定マップに基づいて決定される噴射系の操作量に基づいて、インジェクタ等の噴射手段が駆動される。続いて、２回目以降においては、所定マップに基づいて決定される噴射系の操作量にオフセット量だけ加減算されつつ、インジェクタ等の噴射手段が駆動される。
【００６６】
他方、図６に示されるように、（ii）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が閉弁状態にある助走運転においては、ＥＣＵ５０の制御下で、副噴射又は主噴射における操作量（即ち、本発明に係る副変化量又は主変化量の一具体例）が所定値になるまでの時間間隔が調整される。この結果、助走運転の際に、内燃機関の負荷や回転数が急激に変化した場合においても、第２過給機のタービンの回転数や回転力の変化を低減させ、回転を安定化させつつ、２個ターボモードへ完全に切り替わる走行状態になることを待機することが可能である。
【００６７】
（３）本実施形態の作用と効果の検討  
次に、図７及び図８を参照して、本実施形態に係る作用と効果とについて検討する。ここに、図７は、比較例と本実施形態とに係る、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わる際の、パイロッット噴射及びメイン噴射に夫々対応した噴射量及び噴射時期と、気筒内の圧力の変化との関係を示した模式図（図７（ａ）及び図７（ｂ））である。尚、図７（ａ）及び図７（ｂ）中において、点線は、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わった後の気筒内の圧力の変化を示し、実線は、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わった後の気筒内の圧力の変化を示す。図８は、本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わる際の、排気切替弁又は吸気切替弁が開弁状態になる時期、内燃機関で発生するトルクの変化、第１過給機及び第２過給機における可変ノズルの開度の変化、ＥＧＲ弁のリフト量、Ｎｏｘの発生量の変化、及びＳｍｏｋｅの発生量の変化を時系列的に示したグラフである。
【００６８】
図７（ａ）中の点線に示されるように、本願発明者らによる研究によれば、比較例に係る、燃料の噴射制御においては、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わった後、気筒内の圧力は減少側に変化することが判明している。具体的には、1個ターボモードから２個ターボモードへ移行する際には、第２過給機における排気流量変化弁、所謂、排気切替弁を開弁させるように開度制御を行っている。この際、排気流量の変化に起因される排気系の圧力、所謂、排圧が低下することによって、第２過給機のタービンの回転からコンプレッサの回転へと影響を与え、ひいては、第２過給機に加えて第１過給機が内燃機関に過給する際の過給圧が低下してしまう可能性がある。このため、内燃機関に吸入される吸入空気量が低下してしまい、予想していない燃焼状態の下で燃焼が行なわれるため、気筒内で発生する最大圧力が急降下してしまい、ひいては、内燃機関が発生するトルクの急降下、所謂、トルク段差が発生してしまう可能性が生じる。
【００６９】
これに対して、本実施形態によれば、図７（ｂ）に示されるように、パイロット噴射を停止したり、パイロット噴射の噴射量を減少側に変化させる。このことに加えて又は代えて、メイン噴射の噴射時期を変化させたり、メイン噴射の噴射時間を変化させることで、メイン噴射の噴射量を増加側に変化させる。従って、パイロット噴射及びメイン噴射における噴射制御によって、気筒内での熱発生率や最大圧力を適切に制御し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。この結果、第２過給機に加えて第１過給機が内燃機関に過給する際の過給圧の低下を効果的に抑制することが可能性である。
【００７０】
以上の結果、本実施形態によれば、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際のトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。更に、１個ターボモードから２個ターボモードへ移行する際の、排気エミッションの悪化、及び、騒音や振動の発生を効果的に抑制することが可能である。更に、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際、トルク段差の発生の低減に対応して、第１及び第２過給機の回転動作が安定化されるので、繰り返しの回転動作に起因した応力を低減させ、内燃機関の耐久性を向上させることが可能である。
【００７１】
具体的には、図８（ａ）中の点線の楕円に示されるように、本実施形態に係る、排気切替弁の開度が全開状態になった後、排気切替弁と共に、吸気切替弁が全開状態になる期間を含む１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わる走行期間において、内燃機関の気筒内での熱発生率や最大圧力を適切に制御し、内燃機関で発生するトルクの大きな変化を抑制し、ひいてはトルク段差が発生する度合いを低減させることが可能である。尚、図８（ａ）の点線の楕円内の点線は、上述した比較例に係るトルクの変化を示す。また、図８（ｂ）中では、上述した図８（ａ）に対応した第１過給機の可変ノズルの開度の変化、第２過給機の可変ノズルの開度の変化、及び、ＥＧＲ弁の開度の変化を示す。また、図８（ｃ）中では、上述した図８（ａ）に対応したＮＯｘの発生量の変化、及び、Ｓｍｏｋｅ（所謂、煤）の発生量の変化を示す。そして、ＮＯｘの発生量及びＳｍｏｋｅの発生量も、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替える際のトルク段差が発生する度合いが低減させるに従って、低減させることが可能である。
【００７２】
また、上述した実施形態の他の実施形態としては、（i）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が開弁状態にある１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わっている最中の走行状態と、（ii）排気切替弁１５が開弁状態にあると共に、吸気切替弁６が閉弁状態にある助走運転とにおいて、燃料噴射の制御処理を異ならせることなくてよい。例えば、排気切替弁１５が開弁状態にある場合、吸気切替弁６が閉弁状態にあるか開弁状態にあるかに関係なく、常に、上述したステップＳ１０８以降の処理、即ち、測定された圧力の最大値が、一般的な気筒内の圧力の最大値を示す値より小さいか否かに基づく燃料噴射の制御処理を行ってよい。この結果、燃料噴射の制御処理を簡便且つ迅速にさせ、ＥＣＵ５０等に格納されるメモリ容量を節約することが可能である。
【００７３】
本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、本発明はディーゼルエンジンに限らず、ガソリンその他の燃料を利用する各種の内燃機関に適用してよい。
【００７４】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う内燃機関の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施形態に係る内燃機関の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２】１個ターボモードと２個ターボモードの動作領域マップを概略的に示す。
【図３】本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御処理の全体処理の流れを示したフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る噴射系の操作量を、内燃機関の負荷又は内燃機関の回転数を入力情報として規定した所定マップを示した模式図である。
【図５】本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の制御処理の一部の流れを示したフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへの切り替える際の燃料噴射の動作タイミングを模式的に示したタイミングチャートである。
【図７】比較例と本実施形態とに係る、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わる際の、パイロッット噴射及びメイン噴射に夫々対応した噴射量及び噴射時期と、気筒内の圧力の変化との関係を示した模式図（図７（ａ）及び図７（ｂ））である。
【図８】本実施形態に係る、１個ターボモードから２個ターボモードへ切り替わる際の、排気切替弁又は吸気切替弁が開弁状態になる時期、内燃機関で発生するトルクの変化、第１過給機及び第２過給機における可変ノズルの開度の変化、ＥＧＲ弁のリフト量、Ｎｏｘの発生量の変化、及びＳｍｏｋｅの発生量の変化を時系列的に示したグラフである。
【符号の説明】
【００７６】
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
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
１５  排気切替弁
１６  排気バイパス弁
３０Ｒ、３０Ｌ  インジェクタ
４０Ｒ、４０Ｌ  圧力センサー
５０  ＥＣＵ
【図１】
2009030537.tif 000003
【図２】
2009030537.tif 000004
【図３】
2009030537.tif 000005
【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】
2009030537.tif 000010