JP5906724B2

JP5906724B2 - ターボ過給機付エンジンの制御装置

Info

Publication number: JP5906724B2
Application number: JP2011285180A
Authority: JP
Inventors: 健太郎 ▲高▼木; 寛太河野; 真玄丸本
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: JP2013133761A

Description

ここに開示する技術は、ターボ過給機付エンジンの制御装置に関する。

特許文献１には、排気通路の上流側に配置された小型タービンを有する小型ターボ過給機と、小型タービンよりも下流側に配置された大型タービンを有する大型ターボ過給機とを備えたディーゼルエンジンにおいて、エンジンの低速低負荷領域では、小型タービンをバイパスするバイパス路に設けたレギュレートバルブを閉じることによって、低排気エネルギでも小型ターボ過給機を作動させて過給圧を得る一方、エンジンの高速高負荷領域では、レギュレートバルブを開けることによって、小型ターボ過給機を非作動にし、排気抵抗を低減することが記載されている。

特開２００６−７０８７８号公報

ところで、バイパス路に設けられたレギュレートバルブを駆動するアクチュエータは、負圧駆動式に構成される場合があり、その場合、レギュレートバルブは、フェイル時等には自然吸気エンジンとして運転可能なように、ノーマルオープン、つまり、負圧を供給しない状態では全開となるように構成される。レギュレートバルブのアクチュエータに供給される負圧は、負圧タンクに蓄積された負圧が供給され、負圧タンクに接続された真空ポンプを駆動することによって、所定容量の負圧タンク内は、所定の負圧レベルに維持されることになる。

ここで、例えば手動変速機を備えた車両において、シフトアップを行いながら加速する場合を考える。この場合、アクセルペダルを踏み込んでエンジン回転数が次第に高まることで、小型ターボ過給機の作動領域から大型ターボ過給機の作動領域へと移行をすれば、小型ターボ過給機の作動を停止するために、アクチュエータに供給されていた負圧が抜かれてレギュレートバルブが開弁される。

その後、シフトアップが実行されると、そのシフトアップ操作の際にアクセル開度が一旦ゼロになる共に、シフトアップ後には変速段が高速段となること伴いエンジン回転数が低下する。このことにより、大型ターボ過給機の作動領域から小型ターボ領域に戻る場合がある。その場合は、小型ターボ過給機を作動させるために、アクチュエータに負圧を供給してレギュレートバルブを閉弁することになる。

シフトアップ操作後にアクセルペダルを踏み込んで、車両の加速を継続すると、エンジンの回転数が再び上昇するため、小型ターボ過給機の作動領域から、大型ターボ過給機の作動領域へと再び移行をする。このことにより、小型ターボ過給機の作動を停止するために、アクチュエータに供給されていた負圧を開放してレギュレートバルブが開弁される。

その後に、シフトアップが再度実行されると、大型ターボ過給機の作動領域から小型ターボ領域に戻る場合があり、その場合は、前記と同様に、小型ターボ過給機を作動させるためにアクチュエータに負圧を供給してレギュレートバルブを閉弁することになる。

こうして、シフトアップを複数回行いながら加速をするときには、エンジンの運転状態が、小型ターボ過給機の作動領域と大型ターボ過給機の作動領域との間を、短時間の間に、何度も行き来する場合がある。その領域の移行の度に、レギュレートバルブを開閉するために、アクチュエータに対する負圧の給排が繰り返される。

ところが、前述したように、レギュレートバルブに対しては、負圧タンクに蓄積された負圧が供給されるが、その容量には限度があるため、アクチュエータに対する負圧の給排が、短時間の間に、繰り返されてしまうと、負圧タンク内の負圧が不足してしまい、小型ターボ過給機の作動領域であっても、レギュレートバルブを閉弁することができなくなる場合が起こり得る。この場合は、小型ターボ過給機が実質的に非作動となってしまうため、加速性能が悪化してしまう。

特に、小型ターボ過給機をバイパスするバイパス路は、大型ターボ過給機の作動領域においては小型ターボ過給機を非作動にするために、排気ガスの全量を通過させなければならない。このため、バイパス路の径は大きく、そこに配置されるレギュレートバルブもまた大型になる。大型のレギュレートバルブを駆動するアクチュエータは、その駆動に大量の負圧が必要になるため、前述の通り、短時間の間に、アクチュエータに対する負圧の給排が繰り返されてしまうと、負圧タンク内の負圧が不足し易くなるのである。

尚、負圧タンクの容量を十分に大きくすれば、前述した問題を解消し得るものの、そうした場合は、負圧タンクのレイアウトという別の問題が生じることになる。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型ターボ過給機と大型ターボ過給機とを切り替えて作動させるターボ過給機付エンジンにおいて、ターボ過給機の作動切り替えに必要な負圧が不足してしまうことを回避し、必要時には小型ターボ過給機を確実に作動させることにある。

ここに開示するターボ過給機付エンジンの制御装置は、エンジンと、前記エンジンの排気通路に配置された小型タービン、及び、前記エンジンの吸気通路に配置された小型コンプレッサを有する小型ターボ過給機と、前記排気通路に配置されかつ、前記小型タービンよりもイナーシャの大きい大型タービン、及び、前記吸気通路に配置された大型コンプレッサを有する大型ターボ過給機と、前記小型タービンをバイパスするバイパス路に配置されかつ、供給される負圧量に応じてその開度が調整されるように構成されたレギュレートバルブと、前記レギュレートバルブに供給するための負圧を蓄積するよう構成された負圧タンクと、前記負圧タンクから前記レギュレートバルブに供給する負圧量を調整することによって、前記小型ターボ過給機の作動を制御するよう構成された制御器と、を備える。

そして、前記エンジンの運転状態に応じて、前記レギュレートバルブを全閉にすることによって前記小型ターボ過給機を作動させる領域と、前記レギュレートバルブを全開にすることによって前記大型ターボ過給機を作動させる領域とが設定されており、前記制御器は、前記小型ターボ過給機の作動領域から前記大型ターボ過給機の作動領域へと移行したときに、前記レギュレートバルブの開度を全開よりも小さい開度でかつ、全開時とほぼ同量の通過流量が確保される所定開度にすると共に、その所定開度の状態を、前記負圧タンクの負圧が所定値に回復するまで継続し、前記大型ターボ過給機の作動領域への移行後であって、前記負圧タンクの負圧が前記所定値に回復したときに、前記レギュレートバルブの開度を前記所定開度から全開に設定する。

この構成によると、エンジンの運転状態が変化することに応じて、小型ターボ過給機の作動領域から大型ターボ過給機の作動領域へと移行したときには、従来であればレギュレートバルブを直ちに全開にして小型ターボ過給機の作動を停止するところ、レギュレートバルブを全開よりも小さい開度の所定開度にする。

ここで、レギュレートバルブを構成するバルブが、バルブ開度と通過流量とが必ずしも比例せずに、所定開度以上では、全開のときとほぼ同量の通過流量が確保されるようなバルブ（例えばバタフライバルブ）では、前記の「所定開度」を、全開時とほぼ同量の通過流量が確保される開度に設定してもよい。こうすることで、全開よりも開度が小さいため、レギュレートバルブを所定開度にする際の、負圧タンクの負圧の消費量は、レギュレートバルブを全開にする時よりも少なくなる一方で、レギュレートバルブを通過する排気ガス流量は、全開時とほぼ同量を確保可能になる。こうして、移行後の大型ターボ過給機の作動領域においては、小型ターボ過給機は実質的に非作動となる。これは、排気抵抗を低減して燃費の向上に有利になる。

そして、制御器は、負圧タンクの負圧が所定値に回復するまでは、レギュレートバルブの開度を所定開度のままで保持する。この「所定値」は、負圧タンクが維持すべき負圧レベルとして適宜設定される値である。前述の通り、レギュレートバルブを所定開度に開ける際の負圧の消費量は比較的少ないため、負圧タンクの負圧が所定値に回復するまでの時間は比較的短い。こうして、負圧タンクは、所定の負圧状態が、できるだけ維持されるようになる。

また、負圧タンクの負圧が回復する前に、大型ターボ過給機の作動領域から小型ターボ過給機の作動領域に戻ったときには、レギュレートバルブを閉弁しなければならないが、レギュレートバルブは、全開よりも小さい所定開度に設定されているため、レギュレートバルブを全開から全閉に切り替える際に必要な負圧量よりも少ない負圧量で、レギュレートバルブを全閉にすることが可能である。従って、負圧タンク内に蓄積されている負圧によって、所定開度のレギュレートバルブを、迅速かつ確実に、全閉に切り替えることが可能である。

こうして、シフトアップを繰り返しながら車両が加速をするようなときに、言い換えると、小型ターボ過給機の作動領域と大型ターボ過給機の作動領域との間を、短時間の内に、行ったり来たりするような場合であっても、負圧タンクの負圧を、途中で消費しつくしてしまうことが回避され、小型ターボ過給機の作動領域においては、レギュレートバルブを迅速かつ確実に閉弁することが可能になる。その結果、加速性能の向上が図られる。

尚、負圧タンクの負圧が所定に回復した後にも、エンジンの運転状態が、大型ターボ過給機の作動領域にあるときには、レギュレートバルブを、所定開度から全開に変更することが望ましい。こうすることで、エンジンの背圧がさらに低下するから、ポンプ損失を低減して、燃費の向上に有利になる。

前記レギュレートバルブは、ノーマルオープンであって、負圧の供給により閉弁するよう構成されている、としてもよい。

つまり、レギュレートバルブがノーマルオープンに構成されていることで、フェイル時等においては小型ターボ過給機が作動をしなくなり、自然吸気エンジンとして運転可能になる。一方で、小型ターボ過給機の作動時には、レギュレートバルブに負圧を供給することが必要となるが、前述の通り、負圧タンクは、所定の負圧状態となるように、ほぼ維持されているから、必要時には、レギュレートバルブに必要量の負圧を供給して小型ターボ過給機を迅速にかつ、確実に作動させることが可能になる。

以上説明したように、前記のターボ過給機付エンジンの制御装置によると、小型ターボ過給機の作動領域から大型ターボ過給機の作動領域へと移行したときに、レギュレートバルブを、全開よりも小さい所定開度に開くと共に、負圧タンクの負圧が所定値に回復するまでは、レギュレートバルブの開度を所定開度に維持することで、負圧タンク内の負圧が不足することが回避され、必要時には、レギュレートバルブを早期かつ確実に閉弁して小型ターボ過給機を確実に作動させることが可能になり、加速性能の向上に有利になる。

ディーゼルエンジンの構成を示す概略図である。ディーゼルエンジンの制御に係るブロック図である。２ステージターボ過給機の作動マップの一例を示す図である。ＰＣＭが実行するエンジン制御のフローチャートである。バルブ開度と通過流量とに係るレギュレートバルブの特性の一例を示す図である。

以下、実施形態に係るディーゼルエンジンを図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。図１，２は、実施形態に係るエンジン（エンジン本体）１の概略構成を示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、軽油を主成分とした燃料が供給されるディーゼルエンジンである。

エンジン１は、複数の気筒１１ａ（１つのみ図示）が設けられたシリンダブロック１１と、このシリンダブロック１１上に配設されたシリンダヘッド１２と、シリンダブロック１１の下側に配設され、潤滑油が貯溜されたオイルパン１３とを有している。このエンジン１の各気筒１１ａ内には、ピストン１４が往復動可能にそれぞれ嵌挿されていて、このピストン１４の頂面にはリエントラント形燃焼室１４ａを区画するキャビティが形成されている。このピストン１４は、コンロッド１４ｂを介してクランクシャフト１５と連結されている。

前記シリンダヘッド１２には、各気筒１１ａ毎に吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成されているとともに、これら吸気ポート１６及び排気ポート１７の燃焼室１４ａ側の開口を開閉する吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ配設されている。

これら吸排気弁２１，２２をそれぞれ駆動する動弁系において、排気弁側には、当該排気弁２２の作動モードを通常モードと特殊モードとに切り替える油圧作動式の可変機構（図２参照。以下、ＶＶＭ（Variable Valve Motion）と称する）が設けられている。このＶＶＭ７１は、その構成の詳細な図示は省略するが、カム山を１つ有する第１カムとカム山を２つ有する第２カムとの、カムプロファイルの異なる２種類のカム、及び、その第１及び第２カムのいずれか一方のカムの作動状態を選択的に排気弁２２に伝達するロストモーション機構を含んで構成されており、第１カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２は、排気行程中において一度だけ開弁される通常モードで作動するのに対し、第２カムの作動状態を排気弁２２に伝達しているときには、排気弁２２が、排気行程中において開弁すると共に、吸気行程中においても開弁するような、いわゆる排気の二度開きを行う特殊モードで作動する。

ＶＶＭ７１の通常モードと特殊モードとの切り替えは、エンジン駆動の油圧ポンプ（図示省略）から供給される油圧によって行われ、特殊モードは、内部ＥＧＲに係る制御の際に利用される。尚、こうした通常モードと特殊モードとの切り替えを可能にする上で、排気弁２２を電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を採用してもよい。また、内部ＥＧＲの実行としては、排気の二度開きに限定されるものではなく、例えば吸気弁２１を２回開く、吸気の二度開きによって内部ＥＧＲ制御を行ってもよいし、排気行程乃至吸気行程において吸気弁２１及び排気弁２２の双方を閉じるネガティブオーバーラップ期間を設けて既燃ガスを残留させる内部ＥＧＲ制御を行ってもよい。尚、ＶＶＭ７１による内部ＥＧＲ制御は、主に燃料の着火性が低いエンジン１の冷間時に行われる。

前記シリンダヘッド１２には、燃料を噴射するインジェクタ１８と、エンジン１の冷間時に各気筒１１ａ内の吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグ１９とが設けられている。前記インジェクタ１８は、その燃料噴射口が燃焼室１４ａの天井面から該燃焼室１４ａに臨むように配設されていて、基本的には圧縮行程上死点付近で、燃焼室１４ａに燃料を直接噴射供給するようになっている。

前記エンジン１の一側面には、各気筒１１ａの吸気ポート１６に連通するように吸気通路３０が接続されている。一方、前記エンジン１の他側面には、各気筒１１ａの燃焼室１４ａからの既燃ガス（つまり、排気ガス）を排出する排気通路４０が接続されている。これら吸気通路３０及び排気通路４０には、詳しくは後述するが、吸入空気の過給を行う大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２とが配設されている。

吸気通路３０の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３１が配設されている。一方、吸気通路３０における下流端近傍には、サージタンク３３が配設されている。このサージタンク３３よりも下流側の吸気通路３０は、各気筒１１ａ毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒１１ａの吸気ポート１６にそれぞれ接続されている。

吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とサージタンク３３との間には、大型及び小型ターボ過給機６１、６２のコンプレッサ６１ａ，６２ａと、該コンプレッサ６１ａ，６２ａにより圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５と、前記各気筒１１ａの燃焼室１４ａへの吸入空気量を調節するスロットル弁３６とが配設されている。このスロットル弁３６は、基本的には全開状態とされるが、エンジン１の停止時には、ショックが生じないように全閉状態とされる。

前記排気通路４０の上流側の部分は、各気筒１１ａ毎に分岐して排気ポート１７の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。

この排気通路４０における排気マニホールドよりも下流側には、上流側から順に、小型ターボ過給機６２のタービン６２ｂ、大型ターボ過給機６１のタービン６１ｂと、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置４１と、サイレンサ４２とが配設されている。

この排気浄化装置４１は、酸化触媒４１ａと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、フィルタという）４１ｂとを有しており、上流側から、この順に並んでいる。酸化触媒４１ａ及びフィルタ４１ｂは１つのケース内に収容されている。前記酸化触媒４１ａは、白金又は白金にパラジウムを加えたもの等を担持した酸化触媒を有していて、排気ガス中のＣＯ及びＨＣが酸化されてＣＯ_２及びＨ_２Ｏが生成する反応を促すものである。また、前記フィルタ４１ｂは、エンジン１の排気ガス中に含まれる煤等の微粒子を捕集するものである。尚、フィルタ４１ｂに酸化触媒をコーティングしてもよい。このエンジン１は、後述するように、低圧縮比化によってＲａｗＮＯｘの生成を大幅に低減乃至無くしており、ＮＯｘ処理用の触媒を省略している。

前記吸気通路３０における前記サージタンク３３とスロットル弁３６との間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型コンプレッサ６２ａよりも下流側部分）と、前記排気通路４０における前記排気マニホールドと小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂとの間の部分（つまり小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりも上流側部分）とは、排気ガスの一部を吸気通路３０に還流するための排気ガス還流通路５１によって接続されている。この排気ガス還流通路５１には、排気ガスの吸気通路３０への還流量を調整するための排気ガス還流弁５１ａ及び排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２とが配設されている。

大型ターボ過給機６１は、吸気通路３０に配設された大型コンプレッサ６１ａと、排気通路４０に配設された大型タービン６１ｂとを有している。大型コンプレッサ６１ａは、吸気通路３０におけるエアクリーナ３１とインタークーラ３５との間に配設されている。一方、大型タービン６１ｂは、排気通路４０における排気マニホールドと酸化触媒４１ａとの間に配設されている。

小型ターボ過給機６２は、吸気通路３０に配設された小型コンプレッサ６２ａと、排気通路４０に配設された小型タービン６２ｂとを有している。小型コンプレッサ６２ａは、吸気通路３０における大型コンプレッサ６１ａの下流側に配設されている。一方、小型タービン６２ｂは、排気通路４０における大型タービン６１ｂの上流側に配設されている。

すなわち、吸気通路３０においては、上流側から順に大型コンプレッサ６１ａと小型コンプレッサ６２ａとが直列に配設され、排気通路４０においては、上流側から順に小型タービン６２ｂと大型タービン６１ｂとが直列に配設されている。これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂが排気ガス流により回転し、これら大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂの回転により、該大型及び小型タービン６１ｂ，６２ｂとそれぞれ連結された前記大型及び小型コンプレッサ６１ａ，６２ａがそれぞれ作動する。

小型ターボ過給機６２は、相対的に小型のものであり、大型ターボ過給機６１は、相対的に大型のものである。すなわち、大型ターボ過給機６１の大型タービン６１ｂの方が小型ターボ過給機６２の小型タービン６２ｂよりもイナーシャが大きい。

吸気通路３０には、小型コンプレッサ６２ａをバイパスする小型吸気バイパス通路６３が接続されている。この小型吸気バイパス通路６３には、該小型吸気バイパス通路６３へ流れる空気量を調整するための小型吸気バイパス弁６３ａが配設されている。この小型吸気バイパス弁６３ａは、無通電時には全閉状態（つまり、ノーマルクローズ）となるように構成されている。

一方、排気通路４０には、小型タービン６２ｂをバイパスする小型排気バイパス通路６４と、大型タービン６１ｂをバイパスする大型排気バイパス通路６５とが接続されている。小型排気バイパス通路６４には、該小型排気バイパス通路６４へ流れる排気量を調整するためのレギュレートバルブ６４ａが配設され、大型排気バイパス通路６５には、該大型排気バイパス通路６５へ流れる排気量を調整するためのウエストゲートバルブ６５ａが配設されている。

レギュレートバルブ６４ａの弁開度を調整するためのアクチュエータ、及び、ウエストゲートバルブ６５ａの弁開度を調整するためのアクチュエータはそれぞれ、所定容量の負圧タンク８に接続されている。これらのアクチュエータは、負圧タンク８から供給される負圧に応じて駆動される負圧駆動式に構成されている。尚、負圧タンク８には、他の負圧駆動式アクチュエータが接続されることもある（例えば小型吸気バイパス弁６３ａのアクチュエータ等）。レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａは共に、ノーマルオープンとなるように構成されており、負圧タンク８からの負圧がアクチュエータに供給されていないときには開弁する。フェイル時等には、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａが共に開弁することで、このエンジン１は、自然吸気エンジンとして運転可能である。一方、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａのアクチュエータに負圧が供給されたときには、その供給される負圧量に応じて、バルブの開度が閉方向に変更される。負圧タンク８には、図示を省略する真空ポンプが接続されており、真空ポンプが適宜駆動することにより、負圧タンク８内は、所定の負圧レベルを維持するように構成されている。

ここで、小型排気バイパス通路６４は、後述する大型ターボ過給機６１の作動領域においては、小型タービン６２ｂをバイパスして排気ガスの全量を抵抗なく流すために、比較的大径の通路に構成されているのに対し、大型排気バイパス通路６５は、大型ターボ過給機６１の過回転を防止するために排気ガスの一部をバイパスする通路であるため、比較的小径の通路に構成されている。これに伴い、レギュレートバルブ６４ａは大型のバタフライバルブであって、それを駆動するアクチュエータもまた、大型であるのに対し、ウエストゲートバルブ６５ａは小型のバタフライバルブであって、それを駆動するアクチュエータも小型である。そのため、詳しくは後述するが、レギュレートバルブ６４ａの開閉を行う際には、比較的大量の負圧が、そのアクチュエータに対し給排される。

これら大型ターボ過給機６１と小型ターボ過給機６２は、それらが配設された吸気通路３０及び排気通路４０の部分も含めて、一体的にユニット化されて、過給機ユニット６０を構成している。この過給機ユニット６０がエンジン１に取り付けられている。

このように構成されたディーゼルエンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）１０によって制御される。ＰＣＭ１０は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ１０が制御器を構成する。ＰＣＭ１０には、図２に示すように、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１、サージタンク３３に取り付けられて、燃焼室１４ａに供給される空気の圧力を検出する過給圧センサＳＷ２、吸入空気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ３、クランクシャフト１５の回転角を検出するクランク角センサＳＷ４、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ５、排気中の酸素濃度を検出するＯ_２センサＳＷ６、及び、小型タービン６２ｂよりも上流側における排気圧力を検出する排気圧力センサＳＷ７の検出信号が入力され、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ１８、グロープラグ１９，動弁系のＶＶＭ７１、各種の弁３６、５１ａのアクチュエータへ制御信号を出力する。

また、ＰＣＭ１０は、エンジンの運転状態において大型及び小型ターボ過給機６１、６２の動作を制御している。具体的には、ＰＣＭ１０は、小型吸気バイパス弁６３ａ、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａの各開度を、エンジン１の運転状態に応じて設定された目標過給圧となるように制御する。詳しくは、図３に作動マップの一例を示すように、ＰＣＭ１０は、低回転側の第１領域（Ａ）では、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開以外の開度とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態とすることによって、小型ターボ過給機６２のみ、又は、大型及び小型ターボ過給機６１、６２の両方を作動させる。一方、高回転側の第２領域（Ｂ）では、小型ターボ過給機６２が排気抵抗になるため、小型吸気バイパス弁６３ａ及びレギュレートバルブ６４ａを全開状態とし、ウエストゲートバルブ６５ａを全閉状態に近い開度にすることによって、小型ターボ過給機６２をバイパスさせて大型ターボ過給機６１のみを作動させる。尚、ウエストゲートバルブ６５ａは、大型ターボ過給機６１の過回転を防止するために少し開き気味に設定している。

そうして、このエンジン１は、その幾何学的圧縮比を１２以上１６未満（例えば１４）とした、比較的低圧縮比となるように構成されており、これによって排気エミッション性能の向上及び熱効率の向上を図るようにしている。

（エンジンの燃焼制御の概要）
前記ＰＣＭ１０によるエンジン１の基本的な制御は、主にアクセル開度に基づいて目標トルク（言い換えると目標となる負荷）を決定し、これに対応する燃料の噴射量や噴射時期等をインジェクタ１８の作動制御によって実現するものである。目標トルクは、アクセル開度が大きくなるほど、またエンジン回転数が高くなるほど、大きくなるように設定され、目標トルクとエンジン回転数とに基づいて燃料の噴射量が設定される。噴射量は、目標トルクが高くなるほど、また、エンジン回転数が高くなるほど大きくなるように設定される。また、スロットル弁３６、及び排気ガス還流弁５１ａの開度の制御（つまり、外部ＥＧＲ制御）や、ＶＶＭ７１の制御（つまり、内部ＥＧＲ制御）によって、気筒１１ａ内への排気の還流割合を制御する。

さらに、ＰＣＭ１０は、定常時には、エンジン１の運転状態に応じて目標過給圧を設定し、その目標過給圧が達成されるように、レギュレートバルブ６４ａ及びウエストゲートバルブ６５ａの開度調整を行うと共に、小型吸気バイパス弁６３ａの開閉を制御する過給圧フィードバック制御を行う。

（ターボ過給機の切り替え制御）
前述の通り、このエンジン１は、小型ターボ過給機６２及び大型ターボ過給機６１を有しかつ、エンジン１の運転状態に応じてレギュレートバルブ６４ａの開度を調整することにより、小型ターボ過給機６２の作動及び非作動を切り替える。

ここで、例えばシフトアップを伴う車両の加速時には、アクセルペダルの踏み込みに伴いエンジン回転数が次第に高まることで、図３に示す小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から、大型ターボ過給機６１の領域（Ｂ）へと移行をする場合がある。この領域の移行に伴い、ＰＣＭ１０は、従来であれば、レギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに供給されている負圧を、直ちに排出してこれを大気圧とすることで、レギュレートバルブ６４ａを開弁する。こうして、小型ターボ過給機６２を非作動にする。

その大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）において、シフトアップ操作が行われたときには、アクセル開度が一旦、ゼロになると共に、変速段が高速段なるため、エンジン回転数は低下することになる。その結果、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）から小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に戻る場合がある。その場合、ＰＣＭ１０は、レギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに、直ちに負圧を供給して、レギュレートバルブ６４ａを閉弁し、小型ターボ過給機６２を作動させる。

そのシフトアップ操作後、アクセルペダルを踏み込んで車両の加速を継続すると、エンジン回転数は再び上昇するから、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）に再び移行するようになる。ＰＣＭ１０は、従来であれば、レギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに供給されている負圧を直ちに排出して、レギュレートバルブ６４ａを開弁し、小型ターボ過給機６２を非作動にする。

その後、さらにシフトアップ操作が行われたときには、前述の通りエンジン回転数が低下することに伴い、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に再び戻る場合もあり、その場合、ＰＣＭ１０は、レギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに、直ちに負圧を供給して、レギュレートバルブ６４ａを閉弁し、小型ターボ過給機６２を作動させなければならない。

このように、例えば複数回のシフトアップを伴う車両の加速時には、エンジンの運転状態が小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）と大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）との間を行ったり来たりするようになり、その度にレギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに対し、負圧の給排が繰り返されることにある。このように短時間の間に負圧の給排が繰り返す結果、負圧タンク８内の負圧レベルが大幅に低下してしまう場合がある。特にレギュレートバルブ６４ａのアクチュエータは大型であって、負圧の給排量が大きいため、負圧タンク８の負圧が不足しやすくなる。負圧タンク８の負圧が不足してしまうと、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）であるにも拘わらず、レギュレートバルブ６４ａを閉じることができなくなったり、レギュレートバルブ６４ａの閉弁が遅れてしまったりするから、所望の過給圧が得られずに、加速性能が悪化することになる。

そこで、このエンジンシステムでは、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）へと移行したときには、レギュレートバルブ６４ａを直ちに全開にするのではなく、全開よりも小さい開度の所定開度（制限開度）となるようにレギュレートバルブ６４ａを開弁すると共に、その制限開度の状態を、負圧タンク８の負圧が回復するまで継続する。

具体的に、ＰＣＭ１０は、図４に示すようなフローチャートに従って、レギュレートバルブ６４ａの制御を行う。先ず、スタート後のステップＳ１では、各種の信号を読み込む。ここで読み込み信号は、例えばエンジン回転数、アクセル開度、及びレギュレートバルブ６４ａの開度等である。続くステップＳ２では、エンジン１の運転状態が変化するに伴い、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）へと切り替わったか否かを判定する。大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）に切り替わっていないとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ１に戻る一方、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）に切り替わったとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳ３に移行する。

ステップＳ３では、待機時間のカウントを開始する。待機時間の詳細は後述する。続くステップＳ４では、レギュレートバルブ６４ａの開度を、制限開度に設定する。この制限開度は、図５に示すように、レギュレートバルブ６４ａを構成するバタフライバルブの特性に基づいて設定される開度である。図５は、バルブ開度とバルブを通過する通過流量とに係るバタフライバルブの特性の一例を示している。バタフライバルブは、全閉から全開までの間で、バルブ開度と通過流量とが比例せず、所定の開度になれば、全開時とほぼ同じ通過流量となる特性を有している。ステップＳ４で設定する制限開度は、図５に示すように、全開時とほぼ同じ通過流量となる開度として、適宜設定される。また、このバルブ特性は、大気圧によっても変更されるものであり、同図に一点鎖線で示すように大気圧が高いときには、より小さいバルブ開度でも、全開時とほぼ同じ通過流量となる一方、同図に二点鎖線で示すように大気圧が低いときには、より大きいバルブ開度にしなければ、全開時とほぼ同じ通過流量とならない。そこで、ステップＳ４では、大気圧に応じて制限開度を設定し、その制限開度となるように、レギュレートバルブ６４ａを開弁する。こうすることでステップＳ４では、レギュレートバルブ６４ａの開弁によって排出される負圧量を少なくしつつ、レギュレートバルブ６４ａを全開にした場合と同様に、小型ターボ過給機６２を非作動にして排気抵抗を低減することが可能になる。

ステップＳ５では、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）から小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に切り替わったか否かを判定する。小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に切り替わっていないとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ６に移行する。一方、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に切り替わったとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳ７に移行して、レギュレートバルブ６４ａのアクチュエータに負圧を供給して、制限開度であったレギュレートバルブ６４ａを全閉にする。ステップＳ７では、レギュレートバルブ６４ａを、全開から全閉にするのではなく、制限開度から全閉にするため、少ない負圧量でレギュレートバルブ６４ａを全閉にすることが可能であり、負圧タンク８の負圧の消費を抑制しつつ、レギュレートバルブ６４ａを迅速にかつ確実に全閉にすることが可能である。フローは、ステップＳ７の後、ステップＳ１に戻る。

これに対し、ステップＳ６では、予め設定した待機時間が経過したか否かを判定する。この待機時間とは、負圧タンク８の負圧が所定値まで回復するまでに要する時間である。負圧の所定値は、負圧タンク８が維持すべき負圧レベルに相当する。待機時間は、真空ポンプの作動特性や、前述したレギュレートバルブ６４ａの制限開度、言い換えるとアクチュエータにおける負圧を排出することによって低下した、負圧タンク８内の負圧の低下量に基づいて設定される。ステップＳ６において待機時間が経過していないとき（ＮＯのとき）には、負圧タンク８の負圧が未だ回復していないため、ステップＳ４に戻り、レギュレートバルブ６４ａの開度を制限開度のままで維持する。これに対し、所定時間が経過したとき（ＹＥＳのとき）には、負圧タンク８の負圧が所定値にまで回復したと推定されるため、ステップＳ８に移行する。ステップＳ８では、レギュレートバルブ６４ａを、制限開度から全開にし（尚、エンジン１の運転状態は、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）のままである）、フローはリターンする。

このように、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）に切り替わったときに、レギュレートバルブ６４ａの開度を直ちに全開にするのではなく、レギュレートバルブ６４ａの開度を、全開相当の通過流量が確保される制限開度に抑えると共に、その制限開度状態を、所定の待機時間だけ継続する。

このことにより、大型ターボ過給機６１の作動領域に移行した直後は、負圧タンク８の負圧の消費を抑制することが可能になると共に、制限開度状態のときに、大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）から小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）に戻ったときには、レギュレートバルブ６４ａを、少ない負圧量で、素早くかつ確実に閉弁することが可能になり、小型ターボ過給機６２を確実に作動させて、所望の過給圧を得ることができる。すなわち、複数回のシフトアップ操作を行う車両の加速時等において、エンジン１の運転状態が、比較的短時間の間に、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）と大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）との間を行ったり来たりするときにも、負圧タンク８の負圧が不足してしまうことを回避して、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）においては、レギュレートバルブ６４ａを確実かつ迅速に閉弁することが可能になる。その結果、特に小型ターボ過給機６２の作動領域、言い換えると低回転側における加速性能が良好になる。

また、負圧タンク８の負圧が所定値に回復した後であって、エンジン１の運転状態が大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）にあるときには、レギュレートバルブ６４ａの開度を制限開度から全開にすることで、背圧がさらに低下することになり、ポンピングロスを低減して、燃費の向上に有利になる。

尚、前記の構成では、小型ターボ過給機６２の作動領域（Ａ）から大型ターボ過給機６１の作動領域（Ｂ）に移行したときに、レギュレートバルブ６４ａを制限開度にした上で、所定の待機時間を待機するようにしているが、負圧タンク８に、その内部の負圧を検知するセンサ等を配置した構成においては、センサが検知した負圧に基づいて、レギュレートバルブ６４ａの制御、つまり、制限開度から全開への変更を行ってもよい。

１ディーゼルエンジン（エンジン）
１０ＰＣＭ（制御器）
１１ａ気筒
３０吸気通路
４０排気通路
６１大型ターボ過給機
６１ａ大型コンプレッサ
６１ｂ大型タービン
６２小型ターボ過給機
６２ａ小型コンプレッサ
６２ｂ小型タービン
６４小型排気バイパス通路（バイパス路）
６４ａレギュレートバルブ
８負圧タンク

Claims

エンジンと、
前記エンジンの排気通路に配置された小型タービン、及び、前記エンジンの吸気通路に配置された小型コンプレッサを有する小型ターボ過給機と、
前記排気通路に配置されかつ、前記小型タービンよりもイナーシャの大きい大型タービン、及び、前記吸気通路に配置された大型コンプレッサを有する大型ターボ過給機と、
前記小型タービンをバイパスするバイパス路に配置されかつ、供給される負圧量に応じてその開度が調整されるように構成されたレギュレートバルブと、
前記レギュレートバルブに供給するための負圧を蓄積するよう構成された負圧タンクと、
前記負圧タンクから前記レギュレートバルブに供給する負圧量を調整することによって、前記小型ターボ過給機の作動を制御するよう構成された制御器と、を備え、
前記エンジンの運転状態に応じて、前記レギュレートバルブを全閉にすることによって前記小型ターボ過給機を作動させる領域と、前記レギュレートバルブを全開にすることによって前記大型ターボ過給機を作動させる領域とが設定されており、
前記制御器は、前記小型ターボ過給機の作動領域から前記大型ターボ過給機の作動領域へと移行したときに、前記レギュレートバルブの開度を全開よりも小さい開度でかつ、前記レギュレートバルブの特性上、全開時とほぼ同量の通過流量が確保可能な開度として設定される所定開度にすると共に、その所定開度の状態を、前記負圧タンクの負圧が所定値に回復するまで継続し、前記大型ターボ過給機の作動領域への移行後であって、前記負圧タンクの負圧が前記所定値に回復したときに、前記レギュレートバルブの開度を前記所定開度から全開に設定するターボ過給機付エンジンの制御装置。
請求項１に記載のターボ過給機付エンジンの制御装置において、
前記レギュレートバルブは、ノーマルオープンであって、負圧の供給により閉弁するよう構成されているターボ過給機付エンジンの制御装置。