内燃機関の運転制御方法
【課題】２台のターボ過給機を直列に配した従来の内燃機関において、その駆動トルクを増大する必要が生じた場合、出力増大が一時的に途切れる場合がある。
【解決手段】第１のターボ過給機２３と、この第１のターボ過給機２３よりも排気通路２２の上流側にこれと直列に配されてエンジン１０の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機２４と、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅを迂回する第１のバイパス通路３５を開閉するための第１の開閉弁３６と、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回する第３のバイパス通路３０を開閉するための第３の開閉弁３１とを具えた本発明による内燃機関の運転制御方法は、エンジン１０に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１の開閉弁３６を閉じて第１のバイパス通路３５を塞いだ後、第３の開閉弁３１を開いて第３のバイパス通路３０を開放する。
【解決手段】第１のターボ過給機２３と、この第１のターボ過給機２３よりも排気通路２２の上流側にこれと直列に配されてエンジン１０の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機２４と、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅを迂回する第１のバイパス通路３５を開閉するための第１の開閉弁３６と、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回する第３のバイパス通路３０を開閉するための第３の開閉弁３１とを具えた本発明による内燃機関の運転制御方法は、エンジン１０に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１の開閉弁３６を閉じて第１のバイパス通路３５を塞いだ後、第３の開閉弁３１を開いて第３のバイパス通路３０を開放する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機に対して直列に配された第２のターボ過給機とを具えた内燃機関の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力の向上を企図して複数のターボ過給機を組み込んだ内燃機関が特許文献１や特許文献２などで知られている。これらは何れも第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機とを具えている。また、このような構成の場合、第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁や、第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁も一般的に具えている。
【０００３】
特許文献１には、車両が高回転かつ高負荷運転領域にある場合、第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御し、第１のターボ過給機を最大限に機能させるようにした技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両が低回転かつ低負荷運転領域にあって、排気温を上昇させることが望まれる場合、第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９１６６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、第１の開閉弁の閉弁動作と第２の開閉弁の開弁動作とを同時に制御しているため、第１の開閉弁が全閉状態にならないうちに第２の開閉弁を介して第２のバイパス通路から第１のバイパス通路へと排気の一部が流入する可能性がある。この結果、一時的に内燃機関の出力が低下する、いわゆる息継ぎ現象が発生するおそれがある。
【０００７】
特許文献２においては、車両が低回転かつ低負荷運転領域にあるにもかかわらず第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御しているため、すべての吸気が第１のターボ過給機の吸気タービンを通過することとなる。この結果、負圧が発生してタービン回転軸から潤滑油の吸い出しが起こり、潤滑油の消費が増大してしまう問題が生ずる。しかも、過給効率の悪い第１のターボ過給機の排気タービンに敢えて排気を導いているため、燃費も悪化してしまう問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、複数のターボ過給機が組み込まれた内燃機関において、出力の上昇と燃費の抑制とを両立させ得る内燃機関の運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による内燃機関の運転制御方法は、第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機と、前記第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁と、前記第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁と、前記第２のターボ過給機の吸気タービンを迂回する第３のバイパス通路を開閉するための第３の開閉弁とを具えた内燃機関の運転制御方法であって、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求の有無を判定するステップと、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞ぐステップと、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によると、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１の開閉弁を閉じて第１のバイパス通路を塞ぎ、すべての排気が第１のターボ過給機の排気タービンへと導かれ、第１のターボ過給機による過給が始まる。次いで、第３の開閉弁を開いて第３のバイパス通路を開放し、第１のターボ過給機の吸気タービンにて過給された吸気が第３の開閉弁が配された第３のバイパス通路を通って内燃機関へと導かれる。
【００１１】
本発明による内燃機関の運転制御方法において、第３の開閉弁を開いて第３のバイパス通路を開放した後、第２の開閉弁を開いて第２のバイパス通路を開放するステップをさらに具えることができる。
【００１２】
また、第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力を検出するステップをさらに具え、第３の開閉弁の上流側および下流側の第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、第２の開閉弁を開いて第２のバイパス通路を開放するステップを実行することが好ましい。
【００１３】
第１のターボ過給機に連結されてこれを駆動し得る補助駆動モーターをさらに具え、第１の開閉弁を閉じて第１のバイパス通路を塞いだ後、補助駆動モーターを駆動して第１のターボ過給機の回転上昇を補助するステップをさらに具えることができる。この場合、第１の開閉弁を開いて第１のバイパス通路に排気を導くことによって第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップと、この第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップに先立って、補助駆動モーターに対する通電を停止するステップとをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の運転制御方法によると、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１のバイパス通路を塞いだ後、第３のバイパス通路を開放するようにしたので、排気をすべて第１の排気ターボ過給機の排気タービンへと導くことができる。この結果、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。
【００１５】
第３のバイパス通路を開放した後、第２のバイパス通路を開放するようにした場合、第１のターボ過給機によって得られる過給圧が第３のバイパス通路へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００１６】
第３の開閉弁の上流側および下流側の第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、第２のバイパス通路を開放するステップを実行することにより、この第２のバイパス通路を開放するステップを確実に第３のバイパス通路を開放した後に行うことができる。
【００１７】
第１のバイパス通路を塞いだ後、補助駆動モーターを駆動して第１のターボ過給機の回転上昇を補助するようにした場合、第１のターボ過給機による過給圧の迅速な上昇を見込むことができる。
【００１８】
第１のターボ過給機の過回転を抑制する際に、あらかじめ補助駆動モーターに対する通電を停止するようにした場合、無駄な電力消費を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の対象となる内燃機関の吸排気系を模式的に表す概念図である。
【図２】第１および第２のターボ過給機に関する流量と圧力比と効率との関係を模式的に表すグラフである。
【図３】図１に示した実施形態における過給圧の制御手順を表すフローチャートである。
【図４】図１に示した実施形態におけるアクセルペダルの開度と、第１および第２のターボ過給機のタービン軸回転速度と、吸気バイパス弁，第１排気バイパス弁，第２排気バイパス弁の開閉状態と、補助駆動モーターに対する通電のオン／オフとの関係を模式的に表すタイムチャートである。
【図５】図１に示した実施形態における過給圧の別な制御手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による運転制御方法をシーケンシャルタイプの２段式ターボ過給機が組み込まれた圧縮点火方式の内燃機関に対して応用した実施形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００２１】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示すが、吸排気のための動弁機構やスロットル弁およびＥＧＲ装置の他、エンジンの円滑な運転に必要なセンサー類の一部なども便宜的に省略している。
【００２２】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒（図示例では４気筒）内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。この燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料量および噴射時期は、車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１５により制御される。ここで言う車両の運転状態は、クランク角センサー１３によって検出されるエンジン１０のクランク角位相や、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量などを含む。アクセルペダル１４の踏み込み量は、アクセル開度センサー１６によって検出され、その検出情報がＥＣＵ１５に出力される。本実施形態では、ＥＣＵ１５がアクセル開度センサー１６からの検出情報に基づき、アクセルペダル１４の踏み込み量の変化率、つまりアクセル開度の変化率αnを連続的に算出する。そして、これが正の所定値αRを越えた場合、エンジン１０の駆動トルクの増大要求があると判断する。
【００２３】
吸気マニホールド１７を介してエンジン１０に接続する吸気管１８は、吸気マニホールド１７と共に吸気通路１９を画成する。同様に、排気マニホールド２０を介してエンジン１０に接続する排気管２１は、排気マニホールド２０と共に排気通路２２を画成する。
【００２４】
第１および第２のターボ過給機２３，２４は、これら吸気管１８と排気管２１とに跨がって直列に配されている。エンジン１０の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機２４は、第１のターボ過給機２３よりも吸気通路１９の下流側、つまり排気通路２２の上流側に配されている。
【００２５】
本実施形態における第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａには、ＥＣＵ１５により作動が制御される誘導形の補助駆動モーター２５が連結されている。エンジン１０の駆動トルクの増大要求があった場合、ＥＣＵ１５は補助駆動モーター２５に通電して相対的に慣性質量の大きなタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を助ける。本実施形態において、補助駆動モーター２５に対する通電は、後述する第１排気バイパス弁の全閉直後に行うことにより、無駄な電力消費を極力回避している。
【００２６】
第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉが位置する吸気通路１９の上流側および下流側の吸気管１８には、この吸気管１８に対して並列に配される第１吸気バイパス管２６との分岐部２７ｄおよび合流部２７ｃが形成されている。つまり、第１吸気バイパス管２６は、その両端が吸気通路１９の上流側の分岐部２７ｄと下流側の合流部２７ｃとで吸気管１８に接続し、第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉを迂回する第１吸気バイパス通路２７を画成する。従って、分岐部２７ｄにて吸気通路１９から分岐する第１吸気バイパス通路２７は、第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉを迂回した状態でその下流側の合流部２７ｃにて吸気通路１９に再び合流する。
【００２７】
第１吸気バイパス管２６の途中には、第１吸気バイパス通路２７を開閉し得る機械式の逆止め弁２８が組み込まれており、この逆止め弁２８の上流側と下流側との差圧に応じてその開度が自動的に変更されるようになっている。
【００２８】
なお、本発明においては、上述した第１吸気バイパス通路２７や逆止め弁２８を省略することも可能であるが、逆止め弁２８を設けたことにより、タービン軸２３ａの回転を潤滑するための潤滑油が吸気通路１９側に吸い出されるのを防止することができる。
【００２９】
第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉが位置する吸気通路１９の上流側および下流側の吸気管１８には、この吸気管１８に対して並列に配される第２吸気バイパス管２９との分岐部３０ｄおよび合流部３０ｃが形成されている。つまり、第２吸気バイパス管２９は、その両端が吸気通路１９の上流側の分岐部３０ｄと下流側の合流部３０ｃとで吸気管１８に接続し、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回する第２吸気バイパス通路３０を画成する。従って、分岐部３０ｄにて吸気通路１９から分岐する第２吸気バイパス通路３０は、本発明における第３のバイパス通路として機能し、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回した状態でその下流側の合流部３０ｃにて吸気通路１９に再び合流する。なお、吸気管１８と第２吸気バイパス管２９との分岐部３０ｄは、先の第１吸気バイパス管２６と吸気管１８との合流部２７ｃよりも吸気通路１９の下流側に位置している。
【００３０】
第２吸気バイパス管２９の途中には、第２吸気バイパス通路３０を開閉するための吸気バイパス弁３１が本発明の第３の開閉弁として設けられている。この吸気バイパス弁３１２５には、吸気バイパス弁駆動モーター３２が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。なお、この吸気バイパス弁３１の開度を検出するための図示しない弁開度センサーを吸気バイパス弁３１に連結し、その検出情報をＥＣＵ１５に出力することも有効である。この場合、弁開度センサーからの情報に基づいて後述する第２排気バイパス弁駆動モーターの作動開始時期をより適切に制御することが可能となる。
【００３１】
吸気管１８と第２吸気バイパス管２９との合流部２９ｃよりもさらに下流側の吸気管１８には、吸気通路１９を流れる吸気の充填密度を高めるために吸気を冷却するインタークーラー３３が組み込まれている。
【００３２】
一方、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅが位置する排気通路２２の上流側および下流側の排気管２１には、この排気管２１に対して並列に配される第１排気バイパス管３４との分岐部３５ｄおよび合流部３５ｃが形成されている。つまり、第１排気バイパス管３４は、その両端が排気通路２２の上流側の分岐部３５ｄと下流側の合流部３５ｃとで排気管２１に接続し、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅを迂回する第１排気バイパス通路３５を画成する。従って、分岐部３５ｄにて排気通路２２から分岐する第１排気バイパス通路３５は、本発明における第１のバイパス通路として機能し、第１のターボ過給機２３の排気タービン３６ｂを迂回した状態でその下流側の合流部３５ｃにて排気通路２２に合流する。
【００３３】
第１排気バイパス管３４の途中には、第１排気バイパス通路３５を開閉するための第１排気バイパス弁３６が本発明における第１の開閉弁として設けられている。この第１排気バイパス弁３６には、第１排気バイパス弁駆動モーター３７が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。なお、この第１排気バイパス弁３６の開度を検出するための図示しない弁開度センサーを第１排気バイパス弁３６に連結し、その検出情報をＥＣＵ１５に出力することも有効である。この場合、弁開度センサーからの情報に基づいて先の吸気バイパス弁駆動モーター３２の作動開始時期をより適切に制御することが可能となる。
【００３４】
第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅが位置する排気通路２２の上流側および下流側の排気管２１には、この排気管２１に対して並列に配される第２排気バイパス管３８との分岐部３９ｄおよび合流部３９ｃが形成されている。つまり、第２排気バイパス管３８は、その両端が排気通路２２の上流側の分岐部３９ｄと下流側の合流部３９ｃとで排気管２１に接続し、第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅを迂回する第２排気バイパス通路３９を画成する。従って、分岐部３９ｄにて排気通路２２から分岐する第２排気バイパス通路３９は、本発明における第２のバイパス通路として機能し、第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅを迂回した状態でその下流側の合流部３９ｃにて排気通路２２に再び合流する。なお、排気管２１と第２排気バイパス管３８との合流部３９ｃは、排気管２１と先の第１排気バイパス管３４との分岐部３５ｄよりも排気通路２２の上流側に位置している。
【００３５】
第２排気バイパス管３８の途中には、第２排気バイパス通路３９を開閉するための第２排気バイパス弁４０が本発明における第２の開閉弁として設けられている。この第２排気バイパス弁４０には、第２排気バイパス弁駆動モーター４１が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。
【００３６】
排気管２１と第１排気バイパス管３４との合流部３５ｃよりも下流側に位置する排気管２１には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置４２が連結されている。この排気浄化装置４２により、エンジン１０から排出される排気中の有害物質が吸着または無害化され、清浄な排気が排気管２１から大気中に放出される。
【００３７】
先のＥＣＵ１５は、アクセル開度センサー１６からの検出情報に基づき、アクセルペダル開度の変化率αnを算出し、これが正の所定値αR以上であると判断した場合、運転者が車両の加速を要求していると判断し、以下に説明する本発明の制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ１５は第１排気バイパス弁３６を閉じて第１排気バイパス通路３５を塞いだ後、吸気バイパス弁３１を開いて第２吸気バイパス通路３０を開放する。さらにその後、第２排気バイパス弁４０を開いて第２排気バイパス通路３９を開放する。これにより、排気をすべて第１の排気ターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導くことができる。この結果、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。しかも、第１のターボ過給機２３によって得られる過給圧が第２吸気バイパス通路３０へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００３８】
ここで、第１および第２のターボ過給機２３，２４の過給効率を図２に模式的に示す。破線の等高線が第１のターボ過給機２３の効率を示し、実線が第２のターボ過給機２４の効率を示しており、実線の等高線で示す第２のターボ過給機２４が有効に働くパーシャル域、つまりエンジン１０の低回転領域である。このパーシャル域においては、第１のターボ過給機２３が機能しないように、ＥＣＵ１５は第１排気バイパス弁３６の開度を全閉以外に制御する。換言すると、エンジン回転速度Ｎeが例えばＮR（一般的な乗用自動車の場合、例えば毎分２２００回転程度）以下のパーシャル域から外れている場合、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａはある程度高速回転しているので、上述した本発明の制御は実行されない。なお、エンジン回転速度Ｎeは、クランク角センサー１３からの検出情報に基づいてＥＣＵ１５にて算出される。
【００３９】
このような過給圧の制御手順を図３に示す。また、アクセルペダル１４の開度と第１排気バイパス弁３６，第２排気バイパス弁４０，吸気バイパス弁３１の開閉状態と第１および第２のターボ過給機２３，２４のタービン軸回転速度と補助駆動モーター２５に対する通電のオン／オフとの関係を模式的に図４に示す。すなわち、まずＳ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定する。アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下である、すなわち運転者が車両の加速を希望していないと判断した場合には、何もせずに終了する。
【００４０】
また、Ｓ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きい、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求があったと判断した場合には、Ｓ２のステップに移行する。そして、エンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さいか否かを判定し、ここでエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮR以上である、すなわちエンジン１０がパーシャル領域にないと判断した場合には、何もせずに終了する。これは、第１のターボ過給機２３の２３ａの回転がすでに上昇しているため、本発明の制御を実行する必要がないからである。
【００４１】
また、Ｓ２のステップにてエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さい、すなわちエンジン１０がパーシャル領域にあると判断した場合には、Ｓ３のステップに移行する。このＳ３のステップでは、第１排気バイパス弁駆動モーター３７を駆動し、第１排気バイパス弁３６を強制的に全閉状態に移行させる。このようにして第１排気バイパス通路３５を完全に閉鎖し、エンジン１０からの排気をすべて第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅに流入させ、第１のターボ過給機２３を作動させる。
【００４２】
次いで、Ｓ４のステップにて補助駆動モーター２５に通電し、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を図る。なお、補助駆動モーター２５を組み込まない場合には、図４中の二点鎖線で示すように、第１のターボ過給機２３のタービン軸回転速度の上昇が緩慢となることに注意されたい。つまり、補助駆動モーター２５を用いることによって、アクセルペダル１４の踏み込み操作に対する出力の応答性を高めることができる。本実施形態では、第１排気バイパス弁３６が全閉状態になった時点で補助駆動モーター２５に対する通電が行われる。
【００４３】
しかる後、Ｓ５のステップに移行して吸気バイパス弁駆動モーター３２を駆動し、吸気バイパス弁３１を強制的に全開状態に移行させる。この結果、第１のターボ過給機２３によって得られる過給圧が吸気バイパス通路３０および第２の過給機２４の吸気タービン２４ｉの両方に供給されることとなり、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。
【００４４】
吸気バイパス弁３１が全開状態に移行したならば、直ちにＳ６のステップに移行して第２排気バイパス弁４０を全開状態に移行させ、エンジン１０からの排気を第２排気バイパス通路３９から第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導く。これにより、第２のターボ過給機２４に対する負荷が回避され、先の第１のターボ過給機２３の作動によって得られる過給圧が吸気バイパス通路３０へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００４５】
次に、Ｓ７のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αR以下であるか否か、つまりエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求の有無が判定される。ここで、アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下になった、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求がないと判断した場合には、Ｓ８のステップに移行して補助駆動モーター２５に対する通電を停止する。次いで、Ｓ９のステップにて第１排気バイパス弁３６の開度をこの時の運転状態に応じてＥＣＵ１５により第１排気バイパス弁駆動モーター２５を介して制御し、再びＳ１のステップに戻ってアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定する。
【００４６】
このように、エンジン１０のパーシャル域にて駆動トルクの増大要求があった場合、第１排気バイパス弁３６の全閉→吸気バイパス弁３１の全開→第２排気バイパス弁４０の全開の順に制御することにより、吸気の息継ぎを確実に防止することができる。また、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの過回転を抑制するために第１排気バイパス弁３６の全閉状態を解除する場合、第１排気バイパス弁３６の駆動に先立って補助駆動モーター２５に対する通電を停止するため、無駄な電力消費電力を抑制できる。
【００４７】
なお、先の電動式の吸気バイパス弁３１に代えて機械式の差圧開閉弁を組み込むことも可能である。このような差圧開閉弁は、その上流側と下流側との間の第２吸気バイパス通路３０の圧力差、つまり差圧に応じて第２吸気バイパス通路３０を開閉するようになっている。この場合、差圧開閉弁の上流側および下流側の第２吸気バイパス通路３０の圧力を検出してその検出情報をＥＣＵ１５に出力する一対の圧力センサー４３，４４を第２吸気バイパス管２９に組み込み、この検出情報に基づいて先の第２排気バイパス弁４０を駆動する。つまり、ＥＣＵ１５は、圧力センサー４３，４４によって検出される差圧ΔＰが所定値ＰR以下になった場合に差圧開閉弁が全開状態であると判断し、第２排気バイパス弁駆動モーター４１を作動させることができる。本実施形態の場合、吸気バイパス弁駆動モーター３２が不要になる。
【００４８】
このような本発明による他の実施形態の制御手順を図５に示すが、先の実施形態と同一ステップにはこれと同じステップ番号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、Ｓ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定し、ここでアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいと判断した場合には、Ｓ２のステップに移行する。Ｓ２のステップにてエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さいと判断した場合には、Ｓ３のステップに移行して第１排気バイパス弁駆動モーター３７を駆動し、第１排気バイパス弁３６を強制的に全閉状態に移行させる。次いで、Ｓ４のステップにて補助駆動モーター２５に通電し、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を図る。
【００４９】
次に、Ｓ１５のステップにて圧力センサー４３，４４によって検出される圧力の差圧ΔＰが所定値ＰR未満であるか否かを判定し、差圧ΔＰが所定値ＰR以下となるまでこの処理を継続する。そして、差圧ΔＰが所定値ＰR以下である、すなわち吸気バイパス弁３１が全開状態に移行したと判断した場合には、Ｓ６のステップに移行して第２排気バイパス弁駆動モーター４１を作動して第２排気バイパス弁４０を全開状態に移行させる。これにより、エンジン１０からの排気を第２排気バイパス通路３９から第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導く。
【００５０】
次に、Ｓ７のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αR以下であるか否かを判定する。ここで、アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下になった、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求が終了したと判断した場合には、Ｓ８のステップに移行して補助駆動モーター２５に対する通電を停止する。この後は、再びＳ１のステップに戻ってアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定するが、第１排気バイパス弁３６の開度を車両の運転状態に応じて制御する先のＳ９のステップを実行することも当然可能である。
【００５１】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ クランク角センサー
１４ アクセルペダル
１５ ＥＣＵ
１６ アクセル開度センサー
１７ 吸気マニホールド
１８ 吸気管
１９ 吸気通路
２０ 排気マニホールド
２１ 排気管
２２ 排気通路
２３ 第１のターボ過給機
２３ａ タービン軸
２３ｉ 吸気タービン
２３ｅ 排気タービン
２４ 第２のターボ過給機
２４ｉ 吸気タービン
２４ｅ 排気タービン
２５ 補助駆動モーター
２６ 第１吸気バイパス管
２６ｄ 分岐部
２６ｃ 合流部
２７ 第１吸気バイパス通路
２８ 逆止め弁
２９ 第２吸気バイパス管
２９ｄ 分岐部
２９ｃ 合流部
３０ 第２吸気バイパス通路
３１ 吸気バイパス弁
３２ 吸気バイパス弁駆動モーター
３３ インタークーラー
３４ 第１排気バイパス管
３４ｄ 分岐部
３４ｃ 合流部
３５ 第１排気バイパス通路
３６ 第１排気バイパス弁
３７ 第１排気バイパス弁駆動モーター
３８ 第２排気バイパス管
３８ｄ 分岐部
３８ｃ 合流部
３９ 第２排気バイパス通路
４０ 第２排気バイパス弁
４１ 第２排気バイパス弁駆動モーター
４２ 排気浄化装置
４３，４４ 圧力センサー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機に対して直列に配された第２のターボ過給機とを具えた内燃機関の運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力の向上を企図して複数のターボ過給機を組み込んだ内燃機関が特許文献１や特許文献２などで知られている。これらは何れも第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機とを具えている。また、このような構成の場合、第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁や、第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁も一般的に具えている。
【０００３】
特許文献１には、車両が高回転かつ高負荷運転領域にある場合、第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御し、第１のターボ過給機を最大限に機能させるようにした技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、車両が低回転かつ低負荷運転領域にあって、排気温を上昇させることが望まれる場合、第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御するようにした技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１９１６６７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２０３４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１においては、第１の開閉弁の閉弁動作と第２の開閉弁の開弁動作とを同時に制御しているため、第１の開閉弁が全閉状態にならないうちに第２の開閉弁を介して第２のバイパス通路から第１のバイパス通路へと排気の一部が流入する可能性がある。この結果、一時的に内燃機関の出力が低下する、いわゆる息継ぎ現象が発生するおそれがある。
【０００７】
特許文献２においては、車両が低回転かつ低負荷運転領域にあるにもかかわらず第１の開閉弁を全閉状態に制御すると共に第２の開閉弁を全開状態に制御しているため、すべての吸気が第１のターボ過給機の吸気タービンを通過することとなる。この結果、負圧が発生してタービン回転軸から潤滑油の吸い出しが起こり、潤滑油の消費が増大してしまう問題が生ずる。しかも、過給効率の悪い第１のターボ過給機の排気タービンに敢えて排気を導いているため、燃費も悪化してしまう問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、複数のターボ過給機が組み込まれた内燃機関において、出力の上昇と燃費の抑制とを両立させ得る内燃機関の運転制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による内燃機関の運転制御方法は、第１のターボ過給機と、この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機と、前記第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁と、前記第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁と、前記第２のターボ過給機の吸気タービンを迂回する第３のバイパス通路を開閉するための第３の開閉弁とを具えた内燃機関の運転制御方法であって、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求の有無を判定するステップと、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞ぐステップと、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放するステップとを具えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明によると、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１の開閉弁を閉じて第１のバイパス通路を塞ぎ、すべての排気が第１のターボ過給機の排気タービンへと導かれ、第１のターボ過給機による過給が始まる。次いで、第３の開閉弁を開いて第３のバイパス通路を開放し、第１のターボ過給機の吸気タービンにて過給された吸気が第３の開閉弁が配された第３のバイパス通路を通って内燃機関へと導かれる。
【００１１】
本発明による内燃機関の運転制御方法において、第３の開閉弁を開いて第３のバイパス通路を開放した後、第２の開閉弁を開いて第２のバイパス通路を開放するステップをさらに具えることができる。
【００１２】
また、第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力を検出するステップをさらに具え、第３の開閉弁の上流側および下流側の第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、第２の開閉弁を開いて第２のバイパス通路を開放するステップを実行することが好ましい。
【００１３】
第１のターボ過給機に連結されてこれを駆動し得る補助駆動モーターをさらに具え、第１の開閉弁を閉じて第１のバイパス通路を塞いだ後、補助駆動モーターを駆動して第１のターボ過給機の回転上昇を補助するステップをさらに具えることができる。この場合、第１の開閉弁を開いて第１のバイパス通路に排気を導くことによって第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップと、この第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップに先立って、補助駆動モーターに対する通電を停止するステップとをさらに具えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の内燃機関の運転制御方法によると、内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、第１のバイパス通路を塞いだ後、第３のバイパス通路を開放するようにしたので、排気をすべて第１の排気ターボ過給機の排気タービンへと導くことができる。この結果、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。
【００１５】
第３のバイパス通路を開放した後、第２のバイパス通路を開放するようにした場合、第１のターボ過給機によって得られる過給圧が第３のバイパス通路へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００１６】
第３の開閉弁の上流側および下流側の第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、第２のバイパス通路を開放するステップを実行することにより、この第２のバイパス通路を開放するステップを確実に第３のバイパス通路を開放した後に行うことができる。
【００１７】
第１のバイパス通路を塞いだ後、補助駆動モーターを駆動して第１のターボ過給機の回転上昇を補助するようにした場合、第１のターボ過給機による過給圧の迅速な上昇を見込むことができる。
【００１８】
第１のターボ過給機の過回転を抑制する際に、あらかじめ補助駆動モーターに対する通電を停止するようにした場合、無駄な電力消費を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の対象となる内燃機関の吸排気系を模式的に表す概念図である。
【図２】第１および第２のターボ過給機に関する流量と圧力比と効率との関係を模式的に表すグラフである。
【図３】図１に示した実施形態における過給圧の制御手順を表すフローチャートである。
【図４】図１に示した実施形態におけるアクセルペダルの開度と、第１および第２のターボ過給機のタービン軸回転速度と、吸気バイパス弁，第１排気バイパス弁，第２排気バイパス弁の開閉状態と、補助駆動モーターに対する通電のオン／オフとの関係を模式的に表すタイムチャートである。
【図５】図１に示した実施形態における過給圧の別な制御手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明による運転制御方法をシーケンシャルタイプの２段式ターボ過給機が組み込まれた圧縮点火方式の内燃機関に対して応用した実施形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。しかしながら、本発明はこのような実施形態のみに限らず、要求される特性に応じてその構成を自由に変更することが可能である。例えば、ガソリンやアルコールまたはＬＮＧ（液化天然ガス）などを燃料としてこれを点火プラグにて着火させる火花点火式内燃機関に対しても本発明は有効である。
【００２１】
本実施形態におけるエンジンシステムの主要部を模式的に図１に示すが、吸排気のための動弁機構やスロットル弁およびＥＧＲ装置の他、エンジンの円滑な運転に必要なセンサー類の一部なども便宜的に省略している。
【００２２】
本実施形態におけるエンジン１０は、燃料である軽油を燃料噴射弁１１から圧縮状態にある燃焼室１２内に直接噴射することにより、自然着火させる圧縮点火式の多気筒（図示例では４気筒）内燃機関である。しかしながら、本発明の特性上、単気筒の内燃機関であってもかまわない。この燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に供給される燃料量および噴射時期は、車両の運転状態に基づいてＥＣＵ(Electronic Control Unit)１５により制御される。ここで言う車両の運転状態は、クランク角センサー１３によって検出されるエンジン１０のクランク角位相や、運転者によるアクセルペダル１４の踏み込み量などを含む。アクセルペダル１４の踏み込み量は、アクセル開度センサー１６によって検出され、その検出情報がＥＣＵ１５に出力される。本実施形態では、ＥＣＵ１５がアクセル開度センサー１６からの検出情報に基づき、アクセルペダル１４の踏み込み量の変化率、つまりアクセル開度の変化率αnを連続的に算出する。そして、これが正の所定値αRを越えた場合、エンジン１０の駆動トルクの増大要求があると判断する。
【００２３】
吸気マニホールド１７を介してエンジン１０に接続する吸気管１８は、吸気マニホールド１７と共に吸気通路１９を画成する。同様に、排気マニホールド２０を介してエンジン１０に接続する排気管２１は、排気マニホールド２０と共に排気通路２２を画成する。
【００２４】
第１および第２のターボ過給機２３，２４は、これら吸気管１８と排気管２１とに跨がって直列に配されている。エンジン１０の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機２４は、第１のターボ過給機２３よりも吸気通路１９の下流側、つまり排気通路２２の上流側に配されている。
【００２５】
本実施形態における第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａには、ＥＣＵ１５により作動が制御される誘導形の補助駆動モーター２５が連結されている。エンジン１０の駆動トルクの増大要求があった場合、ＥＣＵ１５は補助駆動モーター２５に通電して相対的に慣性質量の大きなタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を助ける。本実施形態において、補助駆動モーター２５に対する通電は、後述する第１排気バイパス弁の全閉直後に行うことにより、無駄な電力消費を極力回避している。
【００２６】
第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉが位置する吸気通路１９の上流側および下流側の吸気管１８には、この吸気管１８に対して並列に配される第１吸気バイパス管２６との分岐部２７ｄおよび合流部２７ｃが形成されている。つまり、第１吸気バイパス管２６は、その両端が吸気通路１９の上流側の分岐部２７ｄと下流側の合流部２７ｃとで吸気管１８に接続し、第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉを迂回する第１吸気バイパス通路２７を画成する。従って、分岐部２７ｄにて吸気通路１９から分岐する第１吸気バイパス通路２７は、第１のターボ過給機２３の吸気タービン２３ｉを迂回した状態でその下流側の合流部２７ｃにて吸気通路１９に再び合流する。
【００２７】
第１吸気バイパス管２６の途中には、第１吸気バイパス通路２７を開閉し得る機械式の逆止め弁２８が組み込まれており、この逆止め弁２８の上流側と下流側との差圧に応じてその開度が自動的に変更されるようになっている。
【００２８】
なお、本発明においては、上述した第１吸気バイパス通路２７や逆止め弁２８を省略することも可能であるが、逆止め弁２８を設けたことにより、タービン軸２３ａの回転を潤滑するための潤滑油が吸気通路１９側に吸い出されるのを防止することができる。
【００２９】
第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉが位置する吸気通路１９の上流側および下流側の吸気管１８には、この吸気管１８に対して並列に配される第２吸気バイパス管２９との分岐部３０ｄおよび合流部３０ｃが形成されている。つまり、第２吸気バイパス管２９は、その両端が吸気通路１９の上流側の分岐部３０ｄと下流側の合流部３０ｃとで吸気管１８に接続し、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回する第２吸気バイパス通路３０を画成する。従って、分岐部３０ｄにて吸気通路１９から分岐する第２吸気バイパス通路３０は、本発明における第３のバイパス通路として機能し、第２のターボ過給機２４の吸気タービン２４ｉを迂回した状態でその下流側の合流部３０ｃにて吸気通路１９に再び合流する。なお、吸気管１８と第２吸気バイパス管２９との分岐部３０ｄは、先の第１吸気バイパス管２６と吸気管１８との合流部２７ｃよりも吸気通路１９の下流側に位置している。
【００３０】
第２吸気バイパス管２９の途中には、第２吸気バイパス通路３０を開閉するための吸気バイパス弁３１が本発明の第３の開閉弁として設けられている。この吸気バイパス弁３１２５には、吸気バイパス弁駆動モーター３２が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。なお、この吸気バイパス弁３１の開度を検出するための図示しない弁開度センサーを吸気バイパス弁３１に連結し、その検出情報をＥＣＵ１５に出力することも有効である。この場合、弁開度センサーからの情報に基づいて後述する第２排気バイパス弁駆動モーターの作動開始時期をより適切に制御することが可能となる。
【００３１】
吸気管１８と第２吸気バイパス管２９との合流部２９ｃよりもさらに下流側の吸気管１８には、吸気通路１９を流れる吸気の充填密度を高めるために吸気を冷却するインタークーラー３３が組み込まれている。
【００３２】
一方、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅが位置する排気通路２２の上流側および下流側の排気管２１には、この排気管２１に対して並列に配される第１排気バイパス管３４との分岐部３５ｄおよび合流部３５ｃが形成されている。つまり、第１排気バイパス管３４は、その両端が排気通路２２の上流側の分岐部３５ｄと下流側の合流部３５ｃとで排気管２１に接続し、第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅを迂回する第１排気バイパス通路３５を画成する。従って、分岐部３５ｄにて排気通路２２から分岐する第１排気バイパス通路３５は、本発明における第１のバイパス通路として機能し、第１のターボ過給機２３の排気タービン３６ｂを迂回した状態でその下流側の合流部３５ｃにて排気通路２２に合流する。
【００３３】
第１排気バイパス管３４の途中には、第１排気バイパス通路３５を開閉するための第１排気バイパス弁３６が本発明における第１の開閉弁として設けられている。この第１排気バイパス弁３６には、第１排気バイパス弁駆動モーター３７が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。なお、この第１排気バイパス弁３６の開度を検出するための図示しない弁開度センサーを第１排気バイパス弁３６に連結し、その検出情報をＥＣＵ１５に出力することも有効である。この場合、弁開度センサーからの情報に基づいて先の吸気バイパス弁駆動モーター３２の作動開始時期をより適切に制御することが可能となる。
【００３４】
第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅが位置する排気通路２２の上流側および下流側の排気管２１には、この排気管２１に対して並列に配される第２排気バイパス管３８との分岐部３９ｄおよび合流部３９ｃが形成されている。つまり、第２排気バイパス管３８は、その両端が排気通路２２の上流側の分岐部３９ｄと下流側の合流部３９ｃとで排気管２１に接続し、第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅを迂回する第２排気バイパス通路３９を画成する。従って、分岐部３９ｄにて排気通路２２から分岐する第２排気バイパス通路３９は、本発明における第２のバイパス通路として機能し、第２のターボ過給機２４の排気タービン２４ｅを迂回した状態でその下流側の合流部３９ｃにて排気通路２２に再び合流する。なお、排気管２１と第２排気バイパス管３８との合流部３９ｃは、排気管２１と先の第１排気バイパス管３４との分岐部３５ｄよりも排気通路２２の上流側に位置している。
【００３５】
第２排気バイパス管３８の途中には、第２排気バイパス通路３９を開閉するための第２排気バイパス弁４０が本発明における第２の開閉弁として設けられている。この第２排気バイパス弁４０には、第２排気バイパス弁駆動モーター４１が連結され、その作動が車両の運転状態に応じてＥＣＵ１５により制御される。
【００３６】
排気管２１と第１排気バイパス管３４との合流部３５ｃよりも下流側に位置する排気管２１には、燃焼室１２内での混合気の燃焼により生成する有害物質を無害化するための排気浄化装置４２が連結されている。この排気浄化装置４２により、エンジン１０から排出される排気中の有害物質が吸着または無害化され、清浄な排気が排気管２１から大気中に放出される。
【００３７】
先のＥＣＵ１５は、アクセル開度センサー１６からの検出情報に基づき、アクセルペダル開度の変化率αnを算出し、これが正の所定値αR以上であると判断した場合、運転者が車両の加速を要求していると判断し、以下に説明する本発明の制御を実行する。すなわち、ＥＣＵ１５は第１排気バイパス弁３６を閉じて第１排気バイパス通路３５を塞いだ後、吸気バイパス弁３１を開いて第２吸気バイパス通路３０を開放する。さらにその後、第２排気バイパス弁４０を開いて第２排気バイパス通路３９を開放する。これにより、排気をすべて第１の排気ターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導くことができる。この結果、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。しかも、第１のターボ過給機２３によって得られる過給圧が第２吸気バイパス通路３０へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００３８】
ここで、第１および第２のターボ過給機２３，２４の過給効率を図２に模式的に示す。破線の等高線が第１のターボ過給機２３の効率を示し、実線が第２のターボ過給機２４の効率を示しており、実線の等高線で示す第２のターボ過給機２４が有効に働くパーシャル域、つまりエンジン１０の低回転領域である。このパーシャル域においては、第１のターボ過給機２３が機能しないように、ＥＣＵ１５は第１排気バイパス弁３６の開度を全閉以外に制御する。換言すると、エンジン回転速度Ｎeが例えばＮR（一般的な乗用自動車の場合、例えば毎分２２００回転程度）以下のパーシャル域から外れている場合、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａはある程度高速回転しているので、上述した本発明の制御は実行されない。なお、エンジン回転速度Ｎeは、クランク角センサー１３からの検出情報に基づいてＥＣＵ１５にて算出される。
【００３９】
このような過給圧の制御手順を図３に示す。また、アクセルペダル１４の開度と第１排気バイパス弁３６，第２排気バイパス弁４０，吸気バイパス弁３１の開閉状態と第１および第２のターボ過給機２３，２４のタービン軸回転速度と補助駆動モーター２５に対する通電のオン／オフとの関係を模式的に図４に示す。すなわち、まずＳ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定する。アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下である、すなわち運転者が車両の加速を希望していないと判断した場合には、何もせずに終了する。
【００４０】
また、Ｓ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きい、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求があったと判断した場合には、Ｓ２のステップに移行する。そして、エンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さいか否かを判定し、ここでエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮR以上である、すなわちエンジン１０がパーシャル領域にないと判断した場合には、何もせずに終了する。これは、第１のターボ過給機２３の２３ａの回転がすでに上昇しているため、本発明の制御を実行する必要がないからである。
【００４１】
また、Ｓ２のステップにてエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さい、すなわちエンジン１０がパーシャル領域にあると判断した場合には、Ｓ３のステップに移行する。このＳ３のステップでは、第１排気バイパス弁駆動モーター３７を駆動し、第１排気バイパス弁３６を強制的に全閉状態に移行させる。このようにして第１排気バイパス通路３５を完全に閉鎖し、エンジン１０からの排気をすべて第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅに流入させ、第１のターボ過給機２３を作動させる。
【００４２】
次いで、Ｓ４のステップにて補助駆動モーター２５に通電し、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を図る。なお、補助駆動モーター２５を組み込まない場合には、図４中の二点鎖線で示すように、第１のターボ過給機２３のタービン軸回転速度の上昇が緩慢となることに注意されたい。つまり、補助駆動モーター２５を用いることによって、アクセルペダル１４の踏み込み操作に対する出力の応答性を高めることができる。本実施形態では、第１排気バイパス弁３６が全閉状態になった時点で補助駆動モーター２５に対する通電が行われる。
【００４３】
しかる後、Ｓ５のステップに移行して吸気バイパス弁駆動モーター３２を駆動し、吸気バイパス弁３１を強制的に全開状態に移行させる。この結果、第１のターボ過給機２３によって得られる過給圧が吸気バイパス通路３０および第２の過給機２４の吸気タービン２４ｉの両方に供給されることとなり、過給圧の低下を抑制して過給のいわゆる息継ぎ現象を防止し、より自然な加速感を得ることができる。
【００４４】
吸気バイパス弁３１が全開状態に移行したならば、直ちにＳ６のステップに移行して第２排気バイパス弁４０を全開状態に移行させ、エンジン１０からの排気を第２排気バイパス通路３９から第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導く。これにより、第２のターボ過給機２４に対する負荷が回避され、先の第１のターボ過給機２３の作動によって得られる過給圧が吸気バイパス通路３０へと導かれる結果、吸気のポンピングロスを低減して燃費の向上を図ることができる。
【００４５】
次に、Ｓ７のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αR以下であるか否か、つまりエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求の有無が判定される。ここで、アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下になった、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求がないと判断した場合には、Ｓ８のステップに移行して補助駆動モーター２５に対する通電を停止する。次いで、Ｓ９のステップにて第１排気バイパス弁３６の開度をこの時の運転状態に応じてＥＣＵ１５により第１排気バイパス弁駆動モーター２５を介して制御し、再びＳ１のステップに戻ってアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定する。
【００４６】
このように、エンジン１０のパーシャル域にて駆動トルクの増大要求があった場合、第１排気バイパス弁３６の全閉→吸気バイパス弁３１の全開→第２排気バイパス弁４０の全開の順に制御することにより、吸気の息継ぎを確実に防止することができる。また、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの過回転を抑制するために第１排気バイパス弁３６の全閉状態を解除する場合、第１排気バイパス弁３６の駆動に先立って補助駆動モーター２５に対する通電を停止するため、無駄な電力消費電力を抑制できる。
【００４７】
なお、先の電動式の吸気バイパス弁３１に代えて機械式の差圧開閉弁を組み込むことも可能である。このような差圧開閉弁は、その上流側と下流側との間の第２吸気バイパス通路３０の圧力差、つまり差圧に応じて第２吸気バイパス通路３０を開閉するようになっている。この場合、差圧開閉弁の上流側および下流側の第２吸気バイパス通路３０の圧力を検出してその検出情報をＥＣＵ１５に出力する一対の圧力センサー４３，４４を第２吸気バイパス管２９に組み込み、この検出情報に基づいて先の第２排気バイパス弁４０を駆動する。つまり、ＥＣＵ１５は、圧力センサー４３，４４によって検出される差圧ΔＰが所定値ＰR以下になった場合に差圧開閉弁が全開状態であると判断し、第２排気バイパス弁駆動モーター４１を作動させることができる。本実施形態の場合、吸気バイパス弁駆動モーター３２が不要になる。
【００４８】
このような本発明による他の実施形態の制御手順を図５に示すが、先の実施形態と同一ステップにはこれと同じステップ番号を記すに止め、重複する説明は省略するものとする。すなわち、Ｓ１のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定し、ここでアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいと判断した場合には、Ｓ２のステップに移行する。Ｓ２のステップにてエンジン回転速度Ｎeが所定値ＮRよりも小さいと判断した場合には、Ｓ３のステップに移行して第１排気バイパス弁駆動モーター３７を駆動し、第１排気バイパス弁３６を強制的に全閉状態に移行させる。次いで、Ｓ４のステップにて補助駆動モーター２５に通電し、第１のターボ過給機２３のタービン軸２３ａの迅速な回転上昇を図る。
【００４９】
次に、Ｓ１５のステップにて圧力センサー４３，４４によって検出される圧力の差圧ΔＰが所定値ＰR未満であるか否かを判定し、差圧ΔＰが所定値ＰR以下となるまでこの処理を継続する。そして、差圧ΔＰが所定値ＰR以下である、すなわち吸気バイパス弁３１が全開状態に移行したと判断した場合には、Ｓ６のステップに移行して第２排気バイパス弁駆動モーター４１を作動して第２排気バイパス弁４０を全開状態に移行させる。これにより、エンジン１０からの排気を第２排気バイパス通路３９から第１のターボ過給機２３の排気タービン２３ｅへと導く。
【００５０】
次に、Ｓ７のステップにてアクセル開度の変化率αnが所定値αR以下であるか否かを判定する。ここで、アクセル開度の変化率αnが所定値αR以下になった、すなわちエンジン１０に関する駆動トルクの増大要求が終了したと判断した場合には、Ｓ８のステップに移行して補助駆動モーター２５に対する通電を停止する。この後は、再びＳ１のステップに戻ってアクセル開度の変化率αnが所定値αRよりも大きいか否かを判定するが、第１排気バイパス弁３６の開度を車両の運転状態に応じて制御する先のＳ９のステップを実行することも当然可能である。
【００５１】
なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。
【符号の説明】
【００５２】
１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ クランク角センサー
１４ アクセルペダル
１５ ＥＣＵ
１６ アクセル開度センサー
１７ 吸気マニホールド
１８ 吸気管
１９ 吸気通路
２０ 排気マニホールド
２１ 排気管
２２ 排気通路
２３ 第１のターボ過給機
２３ａ タービン軸
２３ｉ 吸気タービン
２３ｅ 排気タービン
２４ 第２のターボ過給機
２４ｉ 吸気タービン
２４ｅ 排気タービン
２５ 補助駆動モーター
２６ 第１吸気バイパス管
２６ｄ 分岐部
２６ｃ 合流部
２７ 第１吸気バイパス通路
２８ 逆止め弁
２９ 第２吸気バイパス管
２９ｄ 分岐部
２９ｃ 合流部
３０ 第２吸気バイパス通路
３１ 吸気バイパス弁
３２ 吸気バイパス弁駆動モーター
３３ インタークーラー
３４ 第１排気バイパス管
３４ｄ 分岐部
３４ｃ 合流部
３５ 第１排気バイパス通路
３６ 第１排気バイパス弁
３７ 第１排気バイパス弁駆動モーター
３８ 第２排気バイパス管
３８ｄ 分岐部
３８ｃ 合流部
３９ 第２排気バイパス通路
４０ 第２排気バイパス弁
４１ 第２排気バイパス弁駆動モーター
４２ 排気浄化装置
４３，４４ 圧力センサー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のターボ過給機と、
この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機と、
前記第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁と、
前記第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁と、
前記第２のターボ過給機の吸気タービンを迂回する第３のバイパス通路を開閉するための第３の開閉弁と
を具えた内燃機関の運転制御方法であって、
内燃機関に関する駆動トルクの増大要求の有無を判定するステップと、
内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞ぐステップと、
前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放するステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
【請求項２】
前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放した後、前記第２の開閉弁を開いて前記第２のバイパス通路を開放するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項３】
前記第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力を検出するステップをさらに具え、前記第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、前記第２の開閉弁を開いて前記第２のバイパス通路を開放するステップが実行されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項４】
前記第１のターボ過給機に連結されてこれを駆動し得る補助駆動モーターをさらに具え、
前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記補助駆動モーターを駆動して前記第１のターボ過給機の回転上昇を補助するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項５】
前記第１の開閉弁を開いて前記第１のバイパス通路に排気を導くことによって前記第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップと、
この第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップに先立って、前記補助駆動モーターに対する通電を停止するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項１】
第１のターボ過給機と、
この第１のターボ過給機よりも排気通路の上流側にこれと直列に配されて内燃機関の低回転領域にて主として用いられる第２のターボ過給機と、
前記第１のターボ過給機の排気タービンを迂回する第１のバイパス通路を開閉するための第１の開閉弁と、
前記第２のターボ過給機の排気タービンを迂回する第２のバイパス通路を開閉するための第２の開閉弁と、
前記第２のターボ過給機の吸気タービンを迂回する第３のバイパス通路を開閉するための第３の開閉弁と
を具えた内燃機関の運転制御方法であって、
内燃機関に関する駆動トルクの増大要求の有無を判定するステップと、
内燃機関に関する駆動トルクの増大要求があった場合、前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞ぐステップと、
前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放するステップと
を具えたことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
【請求項２】
前記第３の開閉弁を開いて前記第３のバイパス通路を開放した後、前記第２の開閉弁を開いて前記第２のバイパス通路を開放するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項３】
前記第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力を検出するステップをさらに具え、前記第３の開閉弁の上流側および下流側の前記第３のバイパス通路の圧力差が所定値以下の場合、前記第２の開閉弁を開いて前記第２のバイパス通路を開放するステップが実行されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項４】
前記第１のターボ過給機に連結されてこれを駆動し得る補助駆動モーターをさらに具え、
前記第１の開閉弁を閉じて前記第１のバイパス通路を塞いだ後、前記補助駆動モーターを駆動して前記第１のターボ過給機の回転上昇を補助するステップをさらに具えたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の内燃機関の運転制御方法。
【請求項５】
前記第１の開閉弁を開いて前記第１のバイパス通路に排気を導くことによって前記第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップと、
この第１のターボ過給機の過回転を抑制するステップに先立って、前記補助駆動モーターに対する通電を停止するステップと
をさらに具えたことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の運転制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０８４７５（Ｐ２０１３−１０８４７５Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５６０４６（Ｐ２０１１−２５６０４６）
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]