(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機を備えたエンジンに対して、本来は排気圧より過給圧が高くなる運転領域で、エンジン出力を維持しつつ吸気系にＥＧＲガスを供給することを可能にする手段を提供する。【解決手段】エンジンＤＥには、大型の第１排気ターボ過給機１５と小型の第２排気ターボ過給機１６とが直列に配設されている。第１排気ターボ過給機１５に対してウェストゲート通路３３とウェストゲート弁３４とが設けられ、第２排気ターボ過給機１６に対して排気バイパス通路２７と排気バイパス制御弁２８とが設けられている。通常の過給形態では過給圧が排気圧より高くなる高負荷領域では、排気バイパス制御弁２８が閉弁方向に制御され、排気圧が高められてＥＧＲガスの供給が可能となる。これと同時にウェストゲート弁３４が閉弁方向に制御され、過給圧の低下が防止され、エンジン出力が維持される。【選択図】図１
2009235944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大型の第１排気ターボ過給機と小型の第２排気ターボ過給機とが順次直列に過給を行うように配設されているエンジンの過給装置であって、
上記第２排気ターボ過給機のコンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、
上記吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス制御弁と、
上記第２排気ターボ過給機のタービンをバイパスする排気バイパス通路と、
上記排気バイパス通路に配設された排気バイパス制御弁と、
上記第１排気ターボ過給機のタービンをバイパスするウェストゲート通路と、
上記ウェストゲート通路に配設されたウェストゲート弁と、
エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには上記吸気バイパス制御弁を閉弁側に作動させ、上記排気バイパス制御弁を閉弁側に作動させ、かつ上記ウェストゲート弁を閉弁側に作動させる一方、エンジンの運転状態が高負荷状態であるときには上記吸気バイパス制御弁を開弁側に作動させ、上記排気バイパス制御弁を開弁側に作動させ、かつ上記ウェストゲート弁を開弁方向に制御する過給制御手段と、
吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、
上記ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲ弁と、
少なくとも高負荷状態を含む運転条件下で、所定のＥＧＲ実行条件が成立したときには、上記ＥＧＲ弁を介して排気ガス還流を実行させるＥＧＲ制御手段とを備えていて、
上記過給制御手段は、エンジンの運転状態が高負荷状態であり、かつ上記ＥＧＲ制御手段による排気ガス還流の実行条件が成立しているときは、上記排気バイパス制御弁を閉弁方向に制御するとともに、上記ウェストゲート弁をさらに閉弁方向に制御するよう構成されていることを特徴とするエンジンの過給装置。
【請求項２】
上記過給制御手段は、排気圧が過給圧より高くなるように上記排気バイパス制御弁の開度を制御するよう構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の第１排気ターボ過給機と小型の第２排気ターボ過給機とが順次直列に過給を行うように配設されているエンジンの過給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気通路内の排気ガスのエネルギないしは圧力を利用してエンジンを過給する排気ターボ過給機は従来知られている。かかる排気ターボ過給機は、一般に、排気通路に介設され排気ガスの圧力ないしは流動によって回転駆動されるタービンと、吸気通路に介設されタービンによって回転駆動されて吸気圧力を高めるコンプレッサとを備えている。そして、排気ターボ過給機は、エンジンの軸動力を消費しないので、燃費性を損なうことなくエンジン出力を高めることができるといった利点があり、とくにディーゼルエンジンに対して広く用いられている。
【０００３】
さらに、順次直列に過給を行う２つの排気ターボ過給機、例えば排気ガスの流量が多いときに過給効率が高くなる第１排気ターボ過給機と、排気ガスの流量が少ないときに過給効率が高くなる第２排気ターボ過給機とを設け、広い運転領域にわたって過給圧効率を高めてエンジン出力の向上を図るとともに、排気ガスのエネルギの回収効率を高めて燃費性能の向上を図るようにしたエンジンも提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、エンジンの排気ガスには大気汚染物質であるＮＯｘ（窒素酸化物）等が含まれているが、ＮＯｘの発生量は、燃焼室内おける燃料の燃焼温度が高いときほど多くなる。そこで、通常、エンジンには、排気通路内の排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させ、このＥＧＲガスにより燃焼室内における燃料の燃焼温度を低下させてＮＯｘの発生量を低減するＥＧＲ装置が設けられている。
【特許文献１】特開２００７−１００６２７号公報（段落［００５３］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気ターボ過給機を備えているエンジンでは、過給効率が高くなる運転領域、例えば高負荷領域ないしは高負荷・高回転領域では、過給圧（吸気圧）が排気圧より高くなるといった現象が起こり、このような場合はＥＧＲガスを吸気系に供給することができなくなり、ＮＯｘ発生量が増加するといった問題が生じる。とくに２段式の過給装置を備えているエンジンでは、広い運転領域にわたって過給効率が高くなるので、このような現象が起こる機会が増える。
【０００６】
とくに、米国の排ガス規制Ｔ２Ｂ５（Tier2 Bin5）等に鑑みれば、今後エミッション規制がますます厳しくなるものと予測されるので、高負荷領域ないしは高負荷・高回転領域でも吸気系に支障なくＥＧＲガスを導入することができる手段が必要とされる。そこで、従来の過給形態では過給圧が排気圧より高くなる運転領域では、例えばウェストゲート弁をある程度閉じることにより排気圧を高め、吸気系にＥＧＲを導入するといった対応が考えられる。しかし、このようにすると、排気ターボ過給機の回転数が過上昇し、その信頼性ないしは耐久性が低下するといった問題が生じる。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであって、排気ターボ過給機を備えたエンジンに対して、従来の過給形態では過給圧が排気圧より高くなる運転領域で、排気ターボの信頼性ないしは耐久性を損なうことなく、エンジン出力を維持しつつ吸気系にＥＧＲガスを支障なく供給することを可能にする手段を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた本発明に係るエンジンの過給装置においては、大型の第１排気ターボ過給機と小型の第２排気ターボ過給機とが順次直列に過給を行うように配設されている。そして、第２排気ターボ過給機に対して、コンプレッサをバイパスする吸気バイパス通路と、該吸気バイパス通路に配設された吸気バイパス制御弁と、タービンをバイパスする排気バイパス通路と、該排気バイパス通路に配設された排気バイパス制御弁とが設けられている。また、第１排気ターボ過給機に対して、タービンをバイパスするウェストゲート通路と、該ウェストゲート通路に配設されたウェストゲート弁とが設けられている。
【０００９】
さらに、エンジンに過給制御手段が設けられ、この過給制御手段は、エンジンの運転状態が低負荷状態であるときには、吸気バイパス制御弁を閉弁側に作動させ（又は閉弁させ）、排気バイパス制御弁を閉弁側に作動させ（又は閉弁させ）、かつウェストゲート弁を閉弁側に作動させる（又は閉弁させる）。他方、エンジンの運転状態が高負荷状態（又は高負荷・高回転状態）であるときには、吸気バイパス制御弁を開弁側に作動させ（又は開弁させ）、排気バイパス制御弁を開弁側に作動させ（又は開弁させ）、かつウェストゲート弁を開弁方向に制御する。
【００１０】
さらに、エンジンは、吸気通路と排気通路とを接続するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路に配設されたＥＧＲ弁と、少なくとも高負荷状態を含む運転条件下で、所定のＥＧＲ実行条件が成立したときにはＥＧＲ弁を介して排気ガス還流（ＥＧＲ）を実行させるＥＧＲ制御手段とを備えている。そして、過給制御手段は、エンジンの運転状態が高負荷状態（又は高負荷・高回転状態）であり、かつＥＧＲ制御手段による排気ガス還流の実行条件が成立しているときは、排気バイパス制御弁を閉弁方向に制御するとともに、ウェストゲート弁をさらに閉弁方向に制御するよう構成されている。
【００１１】
本発明に係るエンジンの過給装置においては、過給制御手段は、排気圧が過給圧より高くなるように排気バイパス制御弁の開度を制御するよう構成されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係るエンジンの過給装置によれば、エンジンの運転状態が高負荷状態（又は高負荷・高回転状態）であり、かつ排気ガス還流の実行条件が成立しているときは、排気バイパス制御弁が閉弁方向に制御されるので、排気バイパス通路における排気ガスの流動抵抗が増加し、エンジンの排気圧が上昇する。これにより排気圧が過給圧（吸気圧）より高くなり、ＥＧＲガスを吸気系に支障なく供給することができ、ＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００１３】
また、排気バイパス制御弁が閉弁方向に制御された場合、第１排気ターボ過給機のタービンに導入される排気ガスのエネルギが減少するので、このままでは第１排気ターボ過給機のタービンの回転数（回転速度）が若干低下することになる。しかしながら、ウェストゲート弁がさらに閉弁方向に制御されるので、第１排気ターボ過給機のタービンには十分に排気ガスのエネルギが供給され、過給圧を所望の状態に維持することができ、エンジン出力を所望の状態に維持することができる。つまり、従来の過給形態では過給圧が排気圧より高くなる運転領域で、排気ターボの信頼性ないしは耐久性を損なうことなく、エンジン出力を維持しつつ吸気系にＥＧＲガスを支障なく供給することができる。
【００１４】
本発明に係るエンジンの過給装置において、過給制御手段が、排気圧が過給圧より高くなるように排気バイパス制御弁の開度を制御するように構成されている場合は、排気バイパス制御弁の閉じ量を最小限に留めることができ、非ＥＧＲ状態への移行時に、排気バイパス制御弁の開作動の遅れを抑制することができ、第１排気ターボ過給機の過回転をより有効に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を具体的に説明する。図１は、本発明に係る過給装置を備えた直噴式のディーゼルエンジンＤＥ（以下、略して「エンジンＤＥ」という。）のシステム構成を示している。なお、エンジンＤＥは多気筒（例えば、４気筒、６気筒…）エンジンであるが、図１では１つの気筒のみを示し、他の気筒の図示は省略している。
【００１６】
図１に示すように、エンジンＤＥの各気筒においては、吸気弁１が開かれる吸気行程で、第１、第２吸気ポート２ａ、２ｂから燃焼室３内に燃料燃焼用の空気が吸入される（以下、この空気を「吸入空気」という。）。なお、第１吸気ポート２ａは、所定の運転領域、例えば低負荷・低回転領域では燃焼室３内にスワールを生成するスワールポートである。この燃焼室３内の吸入空気は、ピストン４により圧縮されて高温・高圧状態となる。そして、圧縮行程上死点付近で、燃料噴射弁５から燃焼室３内の高温・高圧の吸入空気中に燃料（軽油等）が噴射され、この燃料は自己着火して燃焼する。燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁６が開かれる排気行程で排気ポート７に排出される。
【００１７】
これらの一連の動作が繰り返され、ピストン４はシリンダ８内でシリンダ中心軸方向に往復運動を繰り返す。このピストン４の往復運動は、コネクチングロッド、クランクアーム、クランクピン等からなるリンク機構９により、クランクシャフト１０の回転運動（トルク）に変換される。クランクシャフト１０の回転運動は、エンジン出力として取り出され、図示していないが、エンジンＤＥを搭載している車両を駆動するとともに、オルタネータやエアコンなどの補機を駆動する。なお、図示していないが、クランクシャフト１０の駆動力は、変速機、ファイナルギヤ等を介して駆動輪に伝達される。
【００１８】
燃料噴射弁５には、燃料タンク（図示せず）から、燃料供給通路１１を介して燃料が供給される。図示していないが、燃料供給通路１１には、燃料加熱器と、高圧燃料ポンプと、高圧の燃料を蓄えるコモンレール（燃料分配器）とが介設されている。なお、高圧燃料ポンプは、圧カセンサによって検出されるコモンレール内の燃圧が所定値以上に保持されるように作動する。
【００１９】
詳しくは図示していないが、エンジンＤＥにおいて、吸気弁１は、吸気弁開閉カム機構によって、クランクシャフト１０の回転と同期して所定のタイミングで開閉される。また、排気弁６は、排気弁開閉カム機構によってクランクシャフト１０の回転と同期して所定のタイミングで開閉される。なお、吸気弁開閉カム機構及び排気弁開閉カム機構の一方又は両方に対して、それぞれ、コントロールユニットＣからの制御信号に従って開閉タイミングを進角させ又は遅角させることができる可変バルブタイミング制御装置（ＶＶＴ）を設けてもよい。
【００２０】
エンジンＤＥの各気筒の燃焼室３に吸入空気を供給する吸気系（吸気システム）には、全気筒に共通な単一の共通吸気通路１２が設けられている。共通吸気通路１２の先端（上流端）は大気に開放され、その先端部近傍には、吸入空気の流れ方向にみて上流側から順に、吸入空気中のダスト等を除去するエアクリーナ１３と、吸入空気の流量を検出するエアフローセンサ１４とが設けられている。
【００２１】
エアフローセンサ１４より下流側において共通吸気通路１２には、吸入空気の流れ方向にみて順に、それぞれ共通吸気通路１２内を流れる吸入空気を加圧ないしは過給する、大型の第１排気ターボ過給機１５のコンプレッサ１５ａ（以下「第１コンプレッサ１５ａ」という。）と、小型の第２排気ターボ過給機１６のコンプレッサ１６ａ（以下「第２コンプレッサ１６ａ」という。）とが直列に配設されている。なお、大型の排気ターボ過給機とは、空気流量及び圧力比（出力圧／入力圧）が比較的高いときに過給効率が高くなる型式の排気ターボ過給機であり、小型の排気ターボ過給機とは、空気流量及び圧力比が比較的小さいときに過給効率が高くなる型式の排気ターボ過給機であるが、両排気ターボ過給機１５、１６の過給特性は、後で図３を参照しつつ、詳しく説明する。
【００２２】
また、共通吸気通路１２には、排気ガスの流れ方向にみて第２コンプレッサ１６ａより上流側で共通吸気通路１２から分岐させられ、第２コンプレッサ１６ａより下流側で再び共通吸気通路１２と集合させられ、第２コンプレッサ１６ａをバイパスさせて吸入空気を流す吸気バイパス通路１７が設けられている。この吸気バイパス通路１７には、吸気バイパス制御弁１８が配設されている。吸気バイパス制御弁１８は、全開状態と全閉状態との間でその開度を自在に変化させることができ、吸気バイパス通路１７の通路断面積ひいては吸気バイパス通路１７内を流れる吸入空気の流量を制御する。
【００２３】
さらに、吸気バイパス通路１７と共通吸気通路１２の集合部（吸気バイパス通路１７の下流端）より下流側において共通吸気通路１２には、吸入空気の流れ方向にみて順に、空冷式のインタークーラ２０と、コントロールユニットＣによって弁開度（すなわち、共通吸気通路１２の流路断面積）が制御される電磁式の吸気制御弁２１とが設けられている。インタークーラ２０は、燃焼室３への吸入空気の供給量を増やすために、第１コンプレッサ１５ａあるいは第２コンプレッサ１６ａにより加圧・圧縮（ほぼ断熱圧縮）されて温度が上昇した吸入空気を冷却する。
【００２４】
吸気制御弁２１より下流側において、共通吸気通路１２の下流端は、吸入空気の脈動を減衰させてその流れを安定させるサージタンク２３に接続されている。サージタンク２３には、各気筒の燃焼室３に個別に吸入空気を供給する複数の独立吸気通路２４が接続され、これらの独立吸気通路２４の下流端は、それぞれ対応する気筒の第１、第２吸気ポート２ａ、２ｂに接続されている。なお、この吸気系には、エンジンＤＥ内のブローバイガスを、第１コンプレッサ１５ａより上流側の共通吸気通路１２に導入するブローバイガス通路２５が設けられている。
【００２５】
また、エンジンＤＥには、各燃焼室３から排出された排気ガスを大気中に排出する排気系（排気システム）が設けられ、この排気系には、各気筒に共通な単一の共通排気通路２６が設けられている。ただし、排気ガスの流れ方向にみて上流端近傍部（排気マニホールド）では、排気系は気筒毎に分岐して、対応する気筒の排気ポート７に接続されている。そして、共通排気通路２６には、排気ガスの流れ方向にみて順に、それぞれ共通排気通路２６内を流れる排気ガスによって駆動される、第２排気ターボ過給機１６のタービン１６ｂ（以下「第２タービン１６ｂ」という。）と、第１排気ターボ過給機１５のタービン１５ｂ（以下「第１タービン１５ｂ」という。）とが直列に配設されている。
【００２６】
また、共通排気通路２６には、排気ガスの流れ方向にみて第２タービン１６ｂより上流側で共通排気通路２６から分岐させられ、第２タービン１６ｂより下流側で再び共通排気通路２６と集合させられ、第２タービン１６ｂをバイパスさせて排気ガスを流す排気バイパス通路２７が設けられている。この排気バイパス通路２７には、排気バイパス制御弁２８が配設されている。排気バイパス制御弁２８は、全開状態と全閉状態との間でその開度を自在に変化させることができ、排気バイパス通路２７の通路断面積ひいては排気バイパス通路２７内を流れる排気ガスの流量を制御する。ここで、排気バイパス制御弁２８は、真空ポンプ２９からソレノイドバルブ３０を介して負圧が供給される負圧応動式のアクチュエータ３１によって開閉される。なお、ソレノイドバルブ３０はコントロールユニットＣによって制御される。
【００２７】
さらに、共通排気通路２６には、排気ガスの流れ方向にみて第１タービン１５ｂより上流側（共通排気通路２６と排気バイパス通路２７の集合部より下流側）で共通排気通路２６から分岐させられ、第１タービン１５ｂより下流側で再び共通排気通路２６と集合させられ、第１タービン１５ｂをバイパスさせて排気ガスを流すウェストゲート通路３３が設けられている。このウェストゲート通路３３には、ウェストゲート弁３４が配設されている。ウェストゲート弁３４は、全開状態と全閉状態との間でその開度を自在に変化させることができ、ウェストゲート通路３３の通路断面積ひいてはウェストゲート通路３３内を流れる排気ガスの流量を制御する。ここで、ウェストゲート弁３４は、真空ポンプ２９からソレノイドバルブ３５を介して負圧が供給される負圧応動式のアクチュエータ３６によって開閉される。なお、ソレノイドバルブ３５はコントロールユニットＣによって制御される。
【００２８】
排気ガスの流れ方向にみて、共通排気通路２６とウェストゲート通路３３の集合部より下流側において共通排気通路２６には、順に、排気ガスを浄化する排気ガス浄化触媒３８と、煤（パティキュレート）を捕集するパティキュレートフィルタ３９（ＤＰＦ）とを備えた排気ガス浄化装置４０と、排気音を低減するサイレンサ４１（消音器）とが設けられている。なお、排気ガス浄化触媒３８は、ＨＣ及びＣＯを酸化して浄化する酸化触媒（例えば、白金、ロジウム、パラジウム等からなる触媒）と、ＮＯｘを還元して浄化する還元触媒（白金、バリウム等からなる触媒）とが、例えばゼオライト等からなるサポート材に担持されたものである。また、パティキュレートフィルタ３９に捕集された煤は、適宜に、例えばパティキュレートフィルタ３９の前後の差圧が設定値を超えたときに、排気ガス浄化触媒３８が高温化する運転状態とすることにより、例えば膨張行程で燃料噴射を行うことにより、燃焼させられて除去される。
【００２９】
また、エンジンＤＥには、燃料の燃焼に起因するＮＯｘの発生量を低減することを主な目的として、共通排気通路２６内の排気ガスの一部を、ＥＧＲガスとして吸気系に還流させるＥＧＲ装置４３が設けられている。このＥＧＲ装置４３には、ＥＧＲガスの流路となるＥＧＲ通路４４が設けられている。ここで、ＥＧＲガスの流れ方向にみてＥＧＲ通路４４の上流端は、排気ガスの流れ方向にみて第２タービン１６ｂより上流側の部位で共通排気通路２６に接続されている。他方、ＥＧＲガスの流れ方向にみてＥＧＲ通路４４の下流端は、吸入空気の流れ方向にみて、吸気制御弁２１とサージタンク２３との間の部位で共通吸気通路１２に接続されている。そして、ＥＧＲ通路４４には、ＥＧＲガスの流れ方向にみて上流側から順に、高温（例えば、６００〜８００℃）のＥＧＲガスを冷却する水冷式のＥＧＲクーラ４５と、ＥＧＲガスの流量（供給量）を制御するＥＧＲ弁４６とが設けられている。
【００３０】
以下、エンジンＤＥの制御システムを説明する。
図２に示すように、エンジンＤＥには、その運転状態に関する各種情報を収集するために、種々のセンサが設けられている。すなわち、前記のエアフローセンサ１４のほか、インタークーラ２０より下流側の吸入空気の温度（吸気温）を検出する吸気温センサ５１、サージタンク２３内の吸入空気の圧力（吸気圧）を検出する吸気圧センサ５２、エンジンＤＥの冷却水温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ５３、クランクシャフト１０の回転数（回転速度）すなわちエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ５４、クランク角を検出するクランク角センサ５５、アクセルペダル（図示せず）の開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ５６、第１排気ターボ過給機１５（第１タービン１５ｂ）の回転数（回転速度）を検出するタービン回転数センサ５７等が設けられている。これらの各センサの検出信号は、エンジンＤＥ等の制御情報としてコントロールユニットＣに入力される。
【００３１】
コントロールユニットＣは、課題を解決するための手段の欄に記載された「過給制御手段」及び「ＥＧＲ制御手段」を含む、エンジンＤＥないしはその付属機器の総合的な制御手段である。詳しくは図示していないが、コントロールユニットＣは、制御信号の入出力を行う入出力部（インターフェース）、データや制御情報等を記憶する記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ等）、各種演算処理を行う中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマ、カウンタ等を備えたコンピュータである。
【００３２】
そして、コントロールユニットＣは、前記各センサ１４、５１〜５７によって検出された各種データに基づいて、燃料噴射弁５、吸気バイパス制御弁１８、吸気制御弁２１、排気バイパス制御弁２８、ウェストゲート弁３４、ＥＧＲ弁４６等を制御ないしは駆動することにより、燃料噴射制御、通常の過給圧制御、通常のＥＧＲ制御、パティキュレートフィルタ３９の再生制御等の普通のエンジン制御を行うようになっている。さらに、コントロールユニットＣは、排気バイパス制御弁２８、ウェストゲート弁３４及びＥＧＲ制御弁４６の開度を調整することにより、エンジンＤＥの全運転領域にわたって吸気系にＥＧＲガスを支障なく供給することができるように過給態様を補正するといった制御（以下、便宜的に「ＥＧＲ供給用過給制御」という。）を行うようになっている。
【００３３】
なお、普通のエンジン制御については、その制御手法は当業者にはよく知られており、またこのような普通のエンジン制御は本発明の要旨とするところでもないのでその説明を省略する。したがって、以下では本発明に係るＥＧＲ供給用過給制御のみを説明する。まず、本発明に係るＥＧＲ供給用過給制御の概要を説明する。前記のとおり、このエンジンＤＥには、大型の第１排気ターボ過給機１５及び小型の第２排気ターボ過給機１６が設けられているが、まず第１排気ターボ過給機１５及び第２排気ターボ過給機１６の過給特性ないしは過給効率を説明する。
【００３４】
図３は、空気流量（体積流れ）及び圧力比をパラメータとする、両排気ターボ過給機１５、１６の過給効率マップを示している。図３において、閉じられた曲線群Ｒ１は大型の第１排気ターボ過給機１５の過給効率を示し、閉じられた曲線群Ｒ２は小型の第２排気ターボ過給機１６の過給効率を示している。なお、両曲線群Ｒ１、Ｒ２において、各曲線は過給効率が等しい点を結んだ線であり、各曲線群Ｒ１、Ｒ２においては、それぞれ、内側に位置する曲線ほど過給効率が高くなっている。
【００３５】
ここで、過給効率とは、タービンの回転エネルギの圧力上昇エネルギへの変換率であり、単位は無次元であり、その最大値は１である。なお、排気タービンにも効率があり、タービン効率とコンプレッサ効率の積（タービン効率×コンプレッサ効率）は、一般に総合効率と呼ばれている。したがって、排気エネルギと総合効率の積（排気エネルギ×総合効率）が排気ターボ過給機で回収されるエネルギである。なお、圧力比は、コンプレッサ前後の圧力比（出力圧／入力圧）であり、空気流量は、エンジンに供給される空気の量、すなわちエアフローセンサによって検出される空気の流量である。
【００３６】
そして、排気ターボ過給機の大型、小型を識別する指標は、おおむね下記のとおりである。
（１）  例えば図３に示す過給効率マップ中において、過給効率が高い領域の面積が大きいものは「大型排気ターボ過給機」である。
（２）  タービンの慣性（イナーシャ）が大きいものは「大型排気ターボ過給機」である。
【００３７】
図４は、エンジンＤＥの通常の運転時におけるウェストゲート弁３４の開度を、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして示したマップである。また、図５は、エンジンＤＥの通常の運転時における排気バイパス制御弁２８の開度を、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとして示したマップである。図４及び図５から明らかなとおり、このエンジンＤＥでは、ウェストゲート弁３４は、おおむね低負荷領域ないし中負荷領域では閉じられ、高負荷領域ではトルク（エンジン負荷）に応じて部分的に開かれる。他方、排気バイパス制御弁２８は、おおむね低負荷領域では閉じられ、中負荷領域ないし高負荷領域ではトルク（エンジン負荷）に応じて部分的に開かれ又は全開される。
【００３８】
つまり、エンジンＤＥでは、基本的には、低負荷領域では両排気ターボ１５、１６によって過給が行われ、高負荷領域では大型の第１排気ターボ過給機１５のみによって過給が行われる。具体的には、エンジンＤＥの運転状態が低負荷状態であるときには、吸気バイパス制御弁１８を閉弁し又は閉弁側に作動させ、排気バイパス制御弁２８を閉じ又は閉弁側に作動させ、かつ、ウェストゲート弁３４を閉じ又は閉弁側に作動させる。他方、エンジンＤＥの運転状態が高負荷状態であるときには、吸気バイパス制御弁１８を開き又は開弁側に作動させ、排気バイパス制御弁２８を開き又は開弁側に作動させ、かつ、ウェストゲート弁３４を、適切な過給圧が得られるよう開弁方向に制御する。
【００３９】
図４又は図５において、領域Ｐは、通常の過給を行った場合、過給圧（吸気圧）が排気圧よりも高くなり、そのままでは吸気系にＥＧＲガスを供給することができない領域である。そこで、このＥＧＲ供給用過給制御では、エンジンＤＥの運転状態が図４又は図５において領域Ｐないしこの領域Ｐを含む高負荷領域に入っている場合において、ＥＧＲガスの供給を実行すべき条件が成立しているときは、ウェストゲート弁３４と排気バイパス制御弁２８とを閉弁方向に制御して、第１排気ターボ１５の信頼性と確保するともにエンジン出力を低下させることなく、吸気系にＥＧＲガスを供給するようにしている。
【００４０】
以下、図６に示すフローチャートに従って、コントロールユニットＣによって実行される、本発明に係るＥＧＲ供給用過給制御の具体的な制御手順を説明する。このＥＧＲ供給用過給制御においては、エンジンＤＥの運転状態が図４又は図５中の領域Ｐ（又は、領域Ｐを含む高負荷領域もしくは高負荷・高回転領域）に入ると、制御が開始される（スタート）。そして、まずステップＳ１で、エンジン回転数とアクセル開度とに基づいて目標トルクが決定される。続いて、ステップＳ２で、ステップＳ１で決定された目標トルクとエンジン回転数とに基づいて、目標ＥＧＲ供給量が決定される。
【００４１】
次に、ステップＳ３で、ウェストゲート弁３４が閉弁方向に制御される。すなわち、ウェストゲート弁３４の開度が所定量だけ低減される。続いて、ステップＳ４で、排気バイパス制御弁２８が閉弁方向に制御される。すなわち、排気バイパス制御弁２８の開度が所定量だけ低減される。なお、先に排気バイパス制御弁２８を閉弁方向に制御し、続いてウェストゲート弁３４を閉弁方向に制御するようにしてもよい。
【００４２】
このように、排気バイパス制御弁２８の開度が低減されるので、該排気バイパス制御弁２８の流動抵抗が増加し、その分排気バイパス制御弁２８より上流側の排気圧が上昇する。なお、後で説明するように、このような排気バイパス制御弁２８の開度の低減は、排気バイパス制御弁２８の上流側の排気圧が過給圧（吸気圧）より高くなるまで、フィードバック制御により漸次繰り返されるので、最終的には、排気バイパス制御弁２８の開度は、該排気バイパス制御弁２８より上流側の排気圧が過給圧より高くなるまで低減される。これにより、エンジンの運転状態が図４又は図５中の領域Ｐに入っているのにもかかわらず、排気ガスをＥＧＲガスとして共通吸気通路１２に支障なく供給することができる。なお、このように排気バイパス制御弁２８の開度を低減しても、これにより第１排気ターボ過給機１５（第１タービン１５ｂ）の回転数が上昇することはない（第１排気ターボ過給機１５の回転数の過上昇は生じない）。
【００４３】
また、この場合、排気バイパス制御弁２８の開度が低減され、該排気バイパス制御弁２８の流動抵抗が増加し、その分排気ガスのエネルギが失われるので、そのままでは第１排気ターボ過給機１５（第１タービン１５ｂ）の回転数が低下し、過給圧が低下することになる。しかしながら、前記のとおりウェストゲート弁３４の開度が低減されるので、その分第１タービン１５ｂに流入する排気ガスの流量ないしはエネルギが増加し、これによって第１タービン１５ｂの回転数の低下は防止される。なお、後で説明するように、このようなウェストゲート弁３４の開度の低減は、所望の過給圧ひいてはトルクが得られるまで、フィードバック制御により漸次繰り返されるので、最終的には、過給圧ひいてはエンジンＤＥの出力トルクの低下は防止され、所望の値に維持される。
【００４４】
次に、ステップＳ５で、タービン回転数センサ５７によって検出される第１排気ターボ過給機１５の回転数が予め設定された基準回転数α（例えば、１５００００ｒｐｍ）未満であるか否かが判定される。ここで、第１排気ターボ過給機１５の回転数が基準回転数α以上であると判定された場合は（ＮＯ）、第１排気ターボ過給機１５の信頼性ないしは耐久性が低下するおそれがあるので、ステップＳ４に戻って排気バイパス制御弁２８の開度がさらに低減される。これにより、排気バイパス制御弁２８の流動抵抗がさらに増加し、その分排気ガスのエネルギが失われるので、第１排気ターボ過給機１５の回転数が低下する。このような排気バイパス制御弁２８の開度の低減は、第１排気ターボ過給機１５の回転数が基準回転数α未満となるまで繰り返される。
【００４５】
他方、ステップＳ５で第１排気ターボ過給機１５の回転数が基準回転数α未満であると判定された場合は（ＹＥＳ）、ステップＳ６でＥＧＲ弁４６が制御され、共通吸気通路１２にＥＧＲガスが供給される。続いて、ステップＳ７で、ステップＳ２で決定された目標ＥＧＲ量が確保できているか否かが判定される。ここで、目標ＥＧＲ量が確保できていないと判定された場合は（ＮＯ）、ＥＧＲガスの供給量を増やすため、ステップＳ４に戻って排気バイパス制御弁２８の開度がさらに低減され、排気圧がより高められる。この排気バイパス制御弁２８の開度の低減は、目標ＥＧＲ量が確保できてまで繰り返される。
【００４６】
次に、ステップＳ８で、目標トルクに対するトルクの低下がないか否か、すなわち目標トルクが確保されているか否かが判定される。ここで、トルクの低下があると判定された場合は（ＮＯ）、ステップＳ３に戻ってウェストゲート弁３４の開度がさらに低減され、第１タービン１５ｂの回転数が上昇させられ、過給圧が高められ、エンジンＤＥの出力トルクが高められる。このようなウェストゲート弁３４の開度の低減は、目標トルクが確保されるまで繰り返される。なお、ステップＳ８で目標トルクに対するトルクの低下がないと判定された場合（ＹＥＳ）、すなわち目標トルクが確保されている場合は、今回の制御ルーチンは終了する（エンド）。
【００４７】
図７（ａ）〜（ｅ）に、このようなＥＧＲ供給用過給制御が行われた場合における、第１排気ターボ過給機１５の回転数、過給圧（吸気圧）及び排気圧の態様を示す。図７（ａ）は、第１排気ターボ過給機１５の回転数とウェストゲート弁３４の開度（以下「ウェストゲート開度」という。）の関係を示している。また、図７（ｂ）は、エンジンＤＥの過給圧及び排気圧とウェストゲート開度の関係を示している。
【００４８】
図７（ａ）に示すように、このＥＧＲ供給用過給制御では、ウェストゲート開度は、第１排気ターボ過給機１５の回転数が、限界回転数に対して余裕をもつように開度Ｓｗｏに設定されている。そして、図７（ｂ）から明らかなとおり、ウェストゲート開度が開度Ｓｗｏであるときには、過給圧Ｐｉｏは排気圧Ｐｅｏより高くなっている。したがって、この状態のままでは、ＥＧＲガスを吸気系に供給することができない。
【００４９】
そこで、排気バイパス制御弁２８が閉弁方向に制御される。その結果、図７（ｃ）中に実線で示されているように、排気圧が上昇する。具体的には、ウェストゲート開度を開度Ｓｗｏに設定している場合、排気圧ＰｅｏはＰｅに上昇する。なお、図７（ｃ）中で一点鎖線は排気バイパス制御弁２８が閉弁方向に制御される前の排気圧を示している。
【００５０】
しかしながら、このように排気バイパス制御弁２８を閉弁方向に制御すると、前記のとおり第１タービン１５ｂに流入する排気ガスのエネルギが減少するので、図７（ｄ）中に実線で示されているように、過給圧ひいてはエンジンＤＥの出力トルクが低下する。そこで、ウェストゲート開度を開度Ｓｗｏから開度Ｓｗまで低減するようにしている。これにより、図７（ｄ）中に示されているように、過給圧はＰｉｏに回復し、ないしはこのような過給圧の低下が起こらず、元の過給圧Ｐｉｏが維持される。また、第１排気ターボ過給機１５の回転数も、図７（ｅ）に示されているように回復し、ないしはこのような回転数の低下は起こらず、元の回転数が維持される。
【００５１】
図７（ａ）〜（ｅ）に示す制御を要約すれば、次のとおりである。すなわち、図４又は図５中の領域Ｐにおいて、ウェストゲート開度は、図７（ａ）に示すように第１排気ターボ過給機１５の回転数などといったエンジンＤＥの制約条件から決定される。ここで、過給圧が排気圧より高い場合、吸気系にＥＧＲガスを導入するには、単純にウェストゲート弁３４を閉弁方向に制御し、排気圧を高めるといった対応も考えられる（図７（ｂ））。しかし、第１排気ターボ過給機１５の回転数についての制約条件により、ウェストゲート弁３４を単純に閉弁方向に制御することはできない。
【００５２】
そこで、このＥＧＲ供給用過給制御では、２段式の排気ターボ過給システムの特徴（過給圧制御バルブが２つある）を活かし、ウェストゲート弁３４ではなく、排気バイパス制御弁２８を閉弁方向に制御する（振る）ことにより、排気圧を高めるようにしている（図７（ｃ））。このとき大型の第１排気ターボ過給機１５が排気ガスの流動抵抗となっているので、小型の第２排気ターボ過給機１６は過回転とはならない。ただし、このままでは新気吸入量も減少してしまうので、ウェストゲート弁３４を閉弁方向に制御することにより、過給圧を制御し、新気吸入量を維持する（図７（ｄ））。このとき、小型の第２排気ターボ過給機１６で排気ガスのエネルギを消費しているので、大型の第１排気ターボ過給機１５の過回転も起こらない（図７（ｅ））。つまり、排気バイパス制御弁２８とウェストゲート弁３４とを協調して制御することにより、新気吸入量を減少させることなく、ＥＧＲガスを吸気系に導入することができる。
【００５３】
以上、本発明の実施の形態に係るエンジンＤＥの過給装置ないしはＥＧＲ供給用過給制御によれば、本来は過給圧が排気圧より高くなる運転領域で、第１排気ターボ過給機１５及び第２排気ターボ過給機１６の信頼性ないしは耐久性を損なうことなく、かつエンジンＤＥ出力トルクを維持しつつ、吸気系にＥＧＲガスを支障なく供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態に係るディーゼルエンジンのシステム構成を示す模式図である。
【図２】図１に示すエンジンの制御システムの構成を示すブロック図である。
【図３】大型及び小型の排気ターボ過給機の過給効率を、空気流量及び圧力比をパラメータとしてあらわした図である。
【図４】図１に示すエンジンの通常の運転時におけるウェストゲート弁の開度を、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとしてあらわした図である。
【図５】図１に示すエンジンの通常の運転時における排気バイパス制御弁の開度を、エンジン回転数及びエンジントルクをパラメータとしてあらわした図である。
【図６】図１に示すエンジンのＥＧＲ供給用過給制御の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係るＥＧＲ供給用過給制御が行われた場合における、第１排気ターボ過給機の回転数、過給圧及び排気圧の態様を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
ＤＥ  ディーゼルエンジン、Ｃ  コントロールユニット、１  吸気弁、２ａ  第１吸気ポート、２ｂ  第２吸気ポート、３  燃焼室、４  ピストン、５  燃料噴射弁、６  排気弁、７  排気ポート、８  シリンダ（気筒）、９  リンク機構、１０  クランクシャフト、１１  燃料供給通路、１２  共通吸気通路、１３  エアクリーナ、１４  エアフローセンサ、１５  第１排気ターボ過給機（大型）、１５ａ  第１コンプレッサ、１５ｂ  第１タービン、１６  第２排気ターボ過給機（小型）、１６ａ  第２コンプレッサ、１６ｂ  第２タービン、１７  吸気バイパス通路、１８  吸気バイパス制御弁、２０  インタークーラ、２１  吸気制御弁、２３  サージタンク、２４  独立吸気通路、２５  ブローバイガス通路、２６  共通排気通路、２７  排気バイパス通路、２８  排気バイパス制御弁、２９  真空ポンプ、３０  ソレノイドバルブ、３１  アクチュエータ、３３  ウェストゲート通路、３４ウェストゲート弁、３５  ソレノイドバルブ、３６  アクチュエータ、３８  排気ガス浄化触媒、３９  パティキュレートフィルタ、４０  排気ガス浄化装置、４１  サイレンサ、４３  ＥＧＲ装置、４４  ＥＧＲ通路、４５  ＥＧＲクーラ、４６  ＥＧＲ弁、５１  吸気温センサ、５２  吸気圧センサ、５３  エンジン水温センサ、５４  エンジン回転数センサ、５５  クランク角センサ、５６  アクセル開度センサ、５７  タービン回転数センサ。
【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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