特許 6841688 二段過給式排気ターボ過給機、エンジン、及び二段過給式排気ターボ過給機の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6841688

(24)【登録日】2021年2月22日

(45)【発行日】2021年3月10日

(54)【発明の名称】二段過給式排気ターボ過給機、エンジン、及び二段過給式排気ターボ過給機の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F02B 37/24 20060101AFI20210301BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20210301BHJP

   F02B 37/013 20060101ALI20210301BHJP

   F02M 26/08 20160101ALI20210301BHJP

   F02D 41/02 20060101ALI20210301BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20210301BHJP

【ＦＩ】

   F02B37/24

   F02B37/00 500B

   F02B37/013

   F02B37/00 302F

   F02M26/08 301

   F02M26/08 321

   F02M26/08 331

   F02M26/08 351

   F02D41/02

   F02D41/04

【請求項の数】4

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2017-42773(P2017-42773)

(22)【出願日】2017年3月7日

(65)【公開番号】特開2018-145909(P2018-145909A)

(43)【公開日】2018年9月20日

【審査請求日】2019年10月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】冨川 邦弘

【審査官】 沼生 泰伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１０８３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０３３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６３９８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０３８６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０６５５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２４１７６６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３３／００−４１／１０

Ｆ０２Ｂ ４７／０８−４７／１０

Ｆ０２Ｍ ２６／００−２６／７４

Ｆ０２Ｄ ４１／００−４１／４０

Ｆ０２Ｄ ４３／００−４５／００

Ｆ０２Ｄ １３／００−２８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低圧段タービンと低圧段コンプレッサとを有し、エンジン本体の吸排気系に接続された低圧段過給機と、
高圧段タービンと高圧段コンプレッサとを有し、前記低圧段過給機と前記エンジン本体との間の吸排気系に接続された高圧段過給機と、
前記吸排気系における前記高圧段タービンの上流側と前記高圧段コンプレッサの下流側とに接続され、前記エンジン本体の排気ガスを再循環させる高圧排気再循環装置と、
前記低圧段タービン及び前記高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを、前記高圧排気再循環装置による再循環を実行しない場合における開度より小さい第１開度の状態にさせて、前記排気ガスを前記高圧排気再循環装置に再循環させる過給機制御部と、
を備え、
前記過給機制御部は、
前記排気可動ベーンを前記第１開度に絞った状態で、前記高圧排気再循環装置が前記排気ガスを再循環させている場合に、前記エンジン本体の負荷が所定の負荷を超えると、前記排気可動ベーンを前記高圧排気再循環装置による再循環を実行しないの場合における開度より大きく、かつ前記第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更することを特徴とする二段過給式排気ターボ過給機。

【請求項2】

前記吸排気系における前記低圧段タービンの下流側と前記高圧段コンプレッサの上流側とに接続され、前記排気ガスの再循環が可能な状態と再循環が不能な状態とを切り替え可能な低圧排気再循環装置をさらに備え、
前記過給機制御部は、
前記排気可動ベーンを前記第１開度よりも開いた状態の前記第２開度に変更すると、前記排気ガスの再循環が可能な状態に前記低圧排気再循環装置を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の二段過給式排気ターボ過給機。

【請求項3】

請求項１または２に記載の二段過給式排気ターボ過給機と、
前記二段過給式排気ターボ過給機と接続されたエンジン本体と、
前記エンジン本体を制御するエンジン制御部と、
を備え、
前記エンジン制御部は、前記エンジン本体のトルクが低下すると、前記エンジン本体の燃料噴射量を増加させることを特徴とするエンジン。

【請求項4】

低圧段タービンと低圧段コンプレッサとを有し、エンジン本体の吸排気系に接続された低圧段過給機と、
高圧段タービンと高圧段コンプレッサとを有し、前記低圧段過給機と前記エンジン本体との間の吸排気系に接続された高圧段過給機と、
前記吸排気系における前記高圧段タービンの上流側と前記高圧段コンプレッサの下流側とに接続され、前記エンジン本体の排気ガスを再循環させる高圧排気再循環装置と、
を備える二段過給式排気ターボ過給機によって実行される制御方法であって、
前記低圧段タービン及び前記高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを、前記高圧排気再循環装置による再循環を実行しない場合における開度より小さい第１開度の状態にさせて、前記排気ガスを前記高圧排気再循環装置に再循環させるステップと、
前記エンジン本体の負荷が所定の負荷を超えると、前記排気可動ベーンを前記高圧排気再循環装置による再循環を実行しない場合における開度より大きく、かつ前記第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更するステップと、
を含むことを特徴とする二段過給式排気ターボ過給機の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、高圧段過給機と低圧段過給機とを備える二段過給式排気ターボ過給機、エンジン、及び二段過給式排気ターボ過給機の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ディーゼルエンジンでは、ＮＯｘの発生を抑制するために、排気ガスの一部を吸気系に循環させる排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置が適用されている。また、ディーゼルエンジンの出力を向上させる方法として、過給機（ターボチャージャ）が適用されている。例えば、特許文献１には、低圧段ターボチャージャと高圧段機械式過給機とを備えたエンジンにおいて、高圧ＥＧＲ、中圧ＥＧＲ及び低圧ＥＧＲの複数のＥＧＲモードから選択したＥＧＲモードでＥＧＲを行う技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１６−３６１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の二段過給式排気ターボ過給機は、ターボの制限値に近い状態で作動しているエンジンの高負荷時に、ＥＧＲ率を向上させることが困難であった。

【0005】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、エンジンの高負荷時におけるＥＧＲ率を向上させることができる二段過給式排気ターボ過給機、エンジン、及び二段過給式排気ターボ過給機の制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の二段過給式排気ターボ過給機は、低圧段タービンと低圧段コンプレッサとを有し、エンジン本体の吸排気系に接続された低圧段過給機と、高圧段タービンと高圧段コンプレッサとを有し、前記低圧段過給機と前記エンジン本体との間の吸排気系に接続された高圧段過給機と、前記吸排気系における前記高圧段タービンの上流側と前記高圧段コンプレッサの下流側とに接続され、前記エンジン本体の排気ガスを再循環させる高圧排気再循環装置と、前記低圧段タービン及び前記高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを第１開度の状態にさせて、前記排気ガスを前記高圧排気再循環装置に再循環させる過給機制御部と、を備え、前記過給機制御部は、前記排気可動ベーンを第１開度に絞った状態で、前記高圧排気再循環装置が前記排気ガスを再循環させている場合に、前記エンジン本体の負荷が所定の負荷を超えると、前記排気可動ベーンを前記第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更することを特徴とする。

【0007】

本発明の二段過給式排気ターボ過給機は、前記吸排気系における前記低圧段タービンの下流側と前記高圧段コンプレッサの上流側とに接続され、前記排気ガスの再循環が可能な状態と再循環が不能な状態とを切り替え可能な低圧排気再循環装置をさらに備え、前記過給機制御部は、前記排気可動ベーンを前記第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更すると、前記排気ガスの再循環が可能な状態に前記低圧排気再循環装置を切り替えることができる。

【0008】

本発明のエンジンは、上記の二段過給式排気ターボ過給機と、前記二段過給式排気ターボ過給機と接続されたエンジン本体と、前記エンジン本体を制御するエンジン制御部と、を備え、前記エンジン制御部は、前記エンジン本体のトルクが低下すると、前記エンジン本体の燃料噴射量を増加させることを特徴とする。

【0009】

本発明の二段過給式排気ターボ過給機の制御方法は、低圧段タービンと低圧段コンプレッサとを有し、エンジン本体の吸排気系に接続された低圧段過給機と、高圧段タービンと高圧段コンプレッサとを有し、前記低圧段過給機と前記エンジン本体との間の吸排気系に接続された高圧段過給機と、前記吸排気系における前記高圧段タービンの上流側と前記高圧段コンプレッサの下流側とに接続され、前記エンジン本体の排気ガスを再循環させる高圧排気再循環装置と、を備える二段過給式排気ターボ過給機によって実行される制御方法であって、前記低圧段タービン及び前記高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを第１開度の状態にさせて、前記排気ガスを前記高圧排気再循環装置に再循環させるステップと、前記エンジン本体の負荷が所定の負荷を超えると、前記排気可動ベーンを前記第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更するステップと、を含むことを特徴とする。

【0010】

本発明の二段過給式排気ターボ過給機及び制御方法によれば、低圧段タービン及び高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを第１開度に絞った状態で、高圧排気再循環装置が排気ガスを再循環させている場合に、エンジン本体の負荷が所定の負荷を超えると、過給機の排気可動ベーンを第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更させることができる。これにより、二段過給式排気ターボ過給機及び制御方法は、低圧段タービンの回転数の低下によるマージン分、高圧排気再循環装置の開度を開くことができるため、エンジンの高負荷状態におけるＥＧＲ率を向上させることができる。その結果、二段過給式排気ターボ過給機及び制御方法は、排気ガスの清浄度を改善することができる。

【0011】

本発明の二段過給式排気ターボ過給機によれば、低圧段タービンの排気可動ベーンを第２開度に開いた場合に、低圧排気再循環装置を排気ガスの再循環が可能な状態に切り替えることで、過給機、エンジン等に流れるガスの流量を増加させることができる。これにより、二段過給式排気ターボ過給機は、再循環させる排気ガスを増加させることができるため、エンジンの高負荷状態におけるＥＧＲ率をより一層向上させることができる。

【0012】

本発明のエンジンによれば、二段過給式排気ターボ過給機が低圧段タービン及び高圧段タービンの少なくとも一方の排気可動ベーンを第１開度に絞ったエンジンの高負荷状態で、高圧排気再循環装置が排気ガスを再循環させている場合に、過給機の排気可動ベーンを第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更し、エンジン本体のトルクが低下すると、燃料噴射量を増加させることができる。これにより、エンジンは、エンジン出力を維持しながら、ＥＧＲ率を向上させることができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、エンジンの高負荷時におけるＥＧＲ率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態に係る二段過給式排気ターボ過給機を含むディーゼルエンジンの一例を示す構成図である。

【図2】図２は、ディーゼルエンジンのエンジン回転数とトルクとモードとの関係を示すマップである。

【図3】図３は、低圧段過給機の開度とエンジン負荷との関係を示す図である。

【図4】図４は、ＥＧＲ率とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図5】図５は、高負荷状態におけるディーゼルエンジンの制御と作用との関係を示す図である。

【図6】図６は、ターボ回転数とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図7】図７は、圧力比とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図8】図８は、トルクとディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図9】図９は、燃料噴射量とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図10】図１０は、正味燃料消費率とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。

【図11】図１１は、制御装置による低圧段過給機の開度を切り替える制御の一例の処理手順を示すフローチャートである。

【図12】図１２は、制御装置が実行するマップを用いた二段過給式排気ターボ過給機に対する制御の一例を示す図である。

【図13】図１３は、実施形態に係る二段過給式排気ターボ過給機を含むディーゼルエンジンの他の一例を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。

【0016】

図１を用いて、二段過給式排気ターボ過給機１が適用されるディーゼルエンジン１００について説明する。図１は、実施形態に係る二段過給式排気ターボ過給機１を含むディーゼルエンジン１００の一例を示す構成図である。ディーゼルエンジン１００は、例えば、車両、船舶等に搭載される。ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１と、二段過給式排気ターボ過給機１と、制御装置１０と、を備える。

【0017】

エンジン本体１０１は、燃料室に燃料を噴射するインジェクタ１０２を有する。インジェクタ１０２は、指示された噴射量の燃料を噴射できる。エンジン本体１０１には、吸気ガスをエンジン本体１０１に供給する吸気流路１１３と、エンジン本体１０１から排気ガスを排出する排気流路１２１とが接続されている。

【0018】

二段過給式排気ターボ過給機１は、低圧段過給機２と、高圧段過給機３と、高圧排気再循環装置４と、低圧排気再循環装置５と、吸気バイパス弁６と、排気バイパス弁７と、を備える。本実施形態では、二段過給式排気ターボ過給機１は、制御装置１０の過給機制御部１０Ａを備える。二段過給式排気ターボ過給機１は、外部の過給機制御部１０Ａによって制御される構成としてもよい。

【0019】

低圧段過給機２は、ディーゼルエンジン１００の吸排気系に接続されている。低圧段過給機２は、低圧段タービン２１と、低圧段コンプレッサ２２とを備える。低圧段タービン２１は、エンジン本体１０１からの排気ガスで駆動される。低圧段タービン２１は、ディーゼルエンジン１００の運転状態が高負荷状態で、排気ガスの流量が多いときに単段で作動する。低圧段タービン２１と低圧段コンプレッサ２２とは、回転軸２３により一体で回転自在に連結されている。低圧段コンプレッサ２２は、回転軸２３を介した低圧段タービン２１からの動力で駆動される。低圧段タービン２１は、上流側が排気流路１２２に接続され、下流側が排気流路１２３に接続されている。低圧段コンプレッサ２２は、上流側が吸気流路１１１に接続され、下流側が吸気流路１１２に接続されている。

【0020】

低圧段過給機２は、低圧段タービン２１の周囲に設けられたノズルベーン（排気可動ベーン）２１ａを有する。例えば、ノズルベーン２１ａは、低圧段タービン２１の周囲の周方向に等間隔で複数配置してもよい。ノズルベーン２１ａは、アクチュエータ等により、その開度が調整可能である。低圧段タービン２１は、ノズルベーン２１ａの開度を小さくする（絞る）ことで、低圧段タービン２１等を流動する排気ガスの流量を増やすことができる。

【0021】

高圧段過給機３は、低圧段過給機２とエンジン本体１０１との間の吸排気系に接続されている。高圧段過給機３は、高圧段タービン３１と、高圧段コンプレッサ３２とを備える。高圧段タービン３１は、ディーゼルエンジン１００の運転状態が低負荷状態で、排気ガスの流量が少ないときに作動する。高圧段タービン３１と高圧段コンプレッサ３２とは、回転軸３３により一体で回転自在に連結されている。高圧段タービン３１は、上流側が排気流路１２１に接続され、下流側が排気流路１２２に接続されている。高圧段コンプレッサ３２は、上流側が吸気流路１１２に接続され、下流側が吸気流路１１３に接続されている。

【0022】

高圧段過給機３は、低圧段過給機２と同様に、高圧段タービン３１のノズルベーン３１ａを有する。例えば、ノズルベーン３１ａは、高圧段タービン３１の周囲の周方向に等間隔で複数配置してもよい。ノズルベーン３１ａは、アクチュエータ等により、その開度が調整可能である。高圧段タービン３１は、ノズルベーン３１ａの開度を小さくする（絞る）ことで、高圧段タービン３１等を流動する排気ガスの流量を増やすことができる。

【0023】

高圧排気再循環装置４は、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ、排気再循環）通路４１と、ＥＧＲ通路４１に設けられたＥＧＲ弁４２とを有する。ＥＧＲ通路４１は、エンジン本体１０１の排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジン本体１０１に環流する。ＥＧＲ通路４１は、高圧段タービン３１とエンジン本体１０１との間の排気流路１２１と、高圧段コンプレッサ３２とエンジン本体１０１との間の吸気流路１１３とに接続される。ＥＧＲ通路４１は、エンジン本体１０１をバイパスする流路である。ＥＧＲ弁４２は、エンジン本体１０１に環流する排気ガスの流量を調整できる。

【0024】

低圧排気再循環装置５は、ＥＧＲ通路５１と、ＥＧＲ通路５１に設けられたＥＧＲ弁５２とを有する。ＥＧＲ通路５１は、低圧段タービン２１を介したエンジン本体１０１の排気ガスを、ＥＧＲガスとしてエンジン本体１０１に低圧段コンプレッサ２２を介して環流する。ＥＧＲ通路５１は、排気流路１２３と吸気流路１１１とに接続される。ＥＧＲ通路５１は、エンジン本体１０１をバイパスする流路である。ＥＧＲ弁５２は、低圧段タービン２１から低圧段コンプレッサ２２に環流する排気ガス等の流量を調整できる。

【0025】

吸気バイパス弁６は、吸気流路１１２と吸気流路１１３とに接続された吸気バイパス流路１３１に設けられている。吸気バイパス流路１３１は、高圧段コンプレッサ３２をバイパスする流路である。吸気バイパス弁６は、図示しないアクチュエータで開閉されるバルブである。吸気バイパス弁６は、開閉することで、吸気バイパス流路１３１を流れる吸気ガスの流量を調節できる。吸気バイパス弁６は、開状態のとき、吸気バイパス流路１３１を吸気ガスが通過し、高圧段コンプレッサ３２をバイパスする。

【0026】

排気バイパス弁７は、排気流路１２１と排気流路１２２とに接続された排気バイパス流路１３２に設けられている。排気バイパス弁７は、高圧段タービン３１をバイパスする流路である。排気バイパス弁７は、図示しないアクチュエータで開閉されるバルブである。排気バイパス弁７は、開閉することで、排気バイパス流路１３２を流れる排気ガスの流量を調節できる。排気バイパス弁７は、開状態のとき、排気バイパス流路１３２を排気ガスが通過し、高圧段タービン３１をバイパスする。

【0027】

制御装置１０は、メモリ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央演算装置）により構成される。制御装置１０は、専用のハードウェアにより実現されるものであっても、制御装置１０の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。

【0028】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００を総合的に制御する。制御装置１０は、過給機制御部１０Ａと、エンジン制御部１０Ｂと、を有する。

【0029】

過給機制御部１０Ａは、二段過給式排気ターボ過給機１の各部の動作を制御する。過給機制御部１０Ａは、エンジン本体１０１の負荷情報を取得する。例えば、負荷情報は、エンジン回転数センサ、アクセル開度センサ、圧力センサ、温度センサなどの検出結果を含む。過給機制御部１０Ａは、エンジンの負荷状態に基づいてノズルベーン２１ａ、３１ａの開度を調節できる。過給機制御部１０Ａは、ＥＧＲ弁４２、５２を制御可能となっており、エンジン運転状態に基づいてＥＧＲ弁４２、５２の開度を調整することができる。

【0030】

エンジン制御部１０Ｂは、エンジン本体１０１の運転を制御する。エンジン制御部１０Ｂは、要求負荷等の各種入力条件及び各種センサで検出した結果に基づいて、エンジン本体１０１の運転を制御する。エンジン制御部１０Ｂは、シリンダへの燃料の噴射タイミングや、噴射量、排気弁の開閉タイミングを制御して、エンジン本体１０１の燃料投入量や回転数、燃焼室での燃焼を制御する。エンジン制御部１０Ｂは、燃料投入量や回転数を制御することで、エンジン本体１０１のエンジン出力を制御する。

【0031】

本実施形態では、ディーゼルエンジン１００は、制御装置１０が過給機制御部１０Ａと、エンジン制御部１０Ｂとを有する場合について説明するが、これに限定されない。例えば、ディーゼルエンジン１００は、過給機制御部１０Ａとエンジン制御部１０Ｂとを独立したハードウェアとしてもよい。

【0032】

制御装置１０は、エンジン本体１０１の運転状態に応じて、吸気バイパス弁６と排気バイパス弁７とを制御する。より詳しくは、制御装置１０は、エンジン本体１０１の運転状態が低負荷状態の場合、アクチュエータを制御し排気バイパス弁７を閉弁させ、エンジン本体１０１の運転状態が高負荷状態の場合、アクチュエータを制御し排気バイパス弁７を開弁させる。

【0033】

次に、エンジン１００における吸気ガスが流れる流路について説明する。吸気ガスが流れる流路は、上流側から順に、吸気流路１１１と、吸気流路１１２と、吸気流路１１３とが接続され構成されている。吸気流路１１１は、外部から空気を吸気する。吸気流路１１１は、上流側が外部に開放され、下流側が低圧段コンプレッサ２２に接続されている。吸気流路１１２は、上流側が低圧段コンプレッサ２２に接続され、下流側が高圧段コンプレッサ３２に接続されている。吸気流路１１３は、上流側が高圧段コンプレッサ３２に接続され、下流側がエンジン本体１０１に接続されている。このように構成された流路を通過して、吸気ガスがエンジン本体１０１に供給される。

【0034】

次に、エンジン１００における排気ガスが流れる流路について説明する。排気ガスが流れる流路は、上流側から順に、排気流路１２１と、排気流路１２２と、排気流路１２３とが接続され構成されている。排気流路１２１は、エンジン本体１０１から排気ガスを排出する。排気流路１２１は、上流側がエンジン本体１０１に接続され、下流側が高圧段タービン３１に接続されている。排気流路１２２は、上流側が高圧段タービン３１に接続され、下流側が低圧段タービン２１に接続されている。排気流路１２３は、上流側が低圧段タービン２１に接続されている。このように構成された流路を通過して、エンジン本体１０１から排気ガスが排出される。

【0035】

このように構成された二段過給式排気ターボ過給機１は、エンジン１００の運転状態が高負荷状態のとき、エンジン本体１０１から排出された排気ガスで低圧段タービン２１が回転する。そして、低圧段タービン２１の回転が回転軸２３を介して伝達されて低圧段コンプレッサ２２が回転する。そして、低圧段コンプレッサ２２が吸気ガスを圧縮して吸気流路１１２を介してエンジン本体１０１に供給する。二段過給式排気ターボ過給機１は、エンジン１００の運転状態が低負荷状態のとき、エンジン本体１０１から排気流路１２１を介して排出された排気ガスで高圧段タービン３１が回転する。そして、高圧段タービン３１の回転が回転軸３３を介して伝達されて高圧段コンプレッサ３２が回転する。そして、高圧段コンプレッサ３２が吸気ガスを圧縮して吸気流路１１３を介してエンジン本体１０１に供給する。

【0036】

図２を用いて、ディーゼルエンジン１００の制御に用いるモードの一例について説明する。図２は、ディーゼルエンジン１００のエンジン回転数とトルクとモードとの関係を示すマップ１１である。図２は、横軸をエンジン回転数とし、縦軸をトルクとしている。

【0037】

制御装置１０は、エンジン回転数とトルクとマップ１１とに基づいて、図２に示すモード１、モード２、モード３を切り替えて、二段過給式排気ターボ過給機１を制御する。モード１は、ディーゼルエンジン１００の作動状態が低速状態である場合のモードである。モード２は、ディーゼルエンジン１００の作動状態が低速状態から高速状態へ移行する途中の状態（以下、「中速状態」という。）である場合のモードである。モード３は、ディーゼルエンジン１００の作動状態が高速状態である場合のモードである。ディーゼルエンジン１００は、マップ１１の全負荷性能曲線は、ターボ制限値に近い状態で作動しているエンジン回転数とトルクとの関係を示している。ターボ制限値は、例えば、ロータ回転数、背温、コンプレッサの出口温度等の制限値を含む。ディーゼルエンジン１００は、エンジン回転数とトルクとの関係がターボ制限値を超えないように、二段過給式排気ターボ過給機１を制御する。

【0038】

制御装置１０は、排気流路１２１の排気圧力が吸気流路１１３の吸気圧力よりも高くなるように、二段過給式排気ターボ過給機１におけるノズルベーン２１ａ、３１ａの開度を調整する。その結果、排気流路１２１の排気ガスは、ＥＧＲ通路４１から吸気流路１１３に流れる。

【0039】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の運転状態、つまり、燃焼温度が高くて高濃度のＮＯｘが発生しやすい高負荷状態時に、ＥＧＲ弁４２の開度を大きくして大量のＥＧＲガスをＥＧＲ通路４１からエンジン本体１０１に戻す。その結果、ディーゼルエンジン１００は、戻されたＥＧＲガスにより燃焼室の燃焼温度が低下し、この燃焼温度の低下に伴ってＮＯｘの発生量を低下させることができる。

【0040】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の運転状態、つまり、出力が不十分となる低負荷状態時に、ノズルベーン２１ａの開度を小さくして低圧段タービン２１に流動する排気ガスの速度を高める。その結果、ディーゼルエンジン１００は、高速の排気ガス流により低圧段タービン２１及び低圧段コンプレッサ２２を高速回転し、この低圧段コンプレッサ２２により吸気を圧縮して充填効率を高め、エンジン出力を向上させることができる。

【0041】

図３を用いて、ディーゼルエンジン１００による低圧段過給機２の制御の一例を説明する。図３は、低圧段過給機２の開度とエンジン負荷との関係を示す図である。図３は、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸を低圧段過給機２の開度としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほど開き、下側ほど閉じている。

【0042】

図３に示すグラフＧ１１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷と過給機の開度（ＶＧ開度）との関係を示している。グラフＧ１２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った場合のエンジン負荷と過給機の開度（ＶＧ開度）との関係を示している。グラフＧ１３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた場合のエンジン負荷と過給機の開度（ＶＧ開度）との関係を示している。グラフＧ１４は、本実施形態のエンジン負荷と過給機の開度（ＶＧ開度）との関係を示している。

【0043】

ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲなしの場合、ＥＧＲ弁４２を閉じた状態とする。ＥＧＲなしは、ディーゼルエンジン１００がＥＧＲを適用しないことを意味している。図３のグラフＧ１１に示すように、ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲなしの場合、エンジン本体１０１のエンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、過給機の開度を絞っている。ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲありの場合、ＥＧＲ弁４２を開いた状態とする。ＥＧＲありは、ディーゼルエンジン１００がＥＧＲを適用することを意味している。本実施形態のディーゼルエンジン１００は、図３のグラフＧ１４に示すように、ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲありの場合、エンジン負荷が所定の負荷に到達するまで、低圧段過給機２の低圧段タービン２１を絞った第１開度、つまり、グラフＧ１２の関係に沿って、排気ガスを高圧排気再循環装置４に再循環させる。そして、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、低圧段タービン２１を第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更する。具体的には、図３のグラフＧ１３の関係に沿って弁開度を調整する。

【0044】

これにより、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の回転数の低下によるマージン分、高圧排気再循環装置４の開度を開くことができるため、排気流路１２１の排気ガス（ＥＧＲガス）をＥＧＲ通路４１から吸気流路１１３に導入することができる。ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲガスにより燃焼温度が低下してＮＯｘの発生を抑制することができるため、エンジンの高負荷状態におけるＥＧＲ率を向上させることができる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、排気ガスの清浄度を改善することができる。

【0045】

例えば、ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲありの場合、過給機のノズルベーン２１ａ、３１ａ等の開度を絞ることで、排気ガスをエンジン本体１０１に環流させることができる。しかし、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１が高負荷状態である場合、ノズルベーン２１ａ、３１ａの開度を小さくする（絞る）と、低圧段タービン２１等を流動する排気ガスの流量が増えるため、ターボの制限値により、ノズルベーン２１ａ、３１ａの開度を小さくすることができない。これに対し、本実施形態のディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１が高負荷状態である場合、ノズルベーン２１ａ、３１ａの開度を開くため、ターボの制限値を超えることなく、ＥＧＲ率を向上させることができる。

【0046】

図４を用いて、ＥＧＲありで、エンジン負荷が所定の負荷を超えた場合に、ディーゼルエンジン１００が低圧段過給機２の開度を開く場合と、開度を開かない場合との、ＥＧＲ率とエンジン負荷との関係の一例を説明する。図４は、ＥＧＲ率とディーゼルエンジン１００の負荷状態との関係を示す図である。図４は、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸をディーゼルエンジン１００のＥＧＲ率としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほどＥＧＲ率が高く、下側がＥＧＲ率０となっている。グラフＧ２２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）場合のエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示している。グラフＧ２３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示している。グラフＧ２４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示している。

【0047】

本実施形態のディーゼルエンジン１００は、弁開度をグラフＧ１４の関係で変化させることで、図４のグラフＧ２４に示すように、エンジン負荷が所定の負荷に到達するまで、第１の傾斜でＥＧＲ率が低下する。そして、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、第１の傾斜よりも緩やかな第２の傾斜でＥＧＲ率が低下する。これに対し、グラフＧ２２は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、ＥＧＲありで、エンジン負荷が所定の負荷を超えても過給機の開度を開かない場合のエンジン負荷とＥＧＲ率との関係を示している。グラフＧ２２は、エンジン負荷が所定の負荷に到達するまで、グラフＧ１２と同様に、ＥＧＲ率が低下している。そして、グラフＧ２２は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、ＥＧＲ率が０になるまで低下している。以上により、本実施形態のディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えた場合に、過給機の開度を開かない場合の結果よりもＥＧＲ率が向上している。また、本実施形態のディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷以下の場合、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定よりもＥＧＲ率を高くすることができる。

【0048】

次に、図５乃至図１１を用いて、ディーゼルエンジン１００の制御と作用との関係の一例を説明する。図５は、高負荷状態におけるディーゼルエンジン１００の制御と作用との関係を示す図である。本実施形態は、図５に示す関係に基づいて、ＥＧＲ弁４２の開度とエンジン負荷との関係を設定する。

【0049】

ディーゼルエンジン１００は、ディーゼルエンジン１００のエンジン負荷が所定の負荷を超えると、低圧段タービン２１の開度を開く（ステップＳ１００）。例えば、ディーゼルエンジン１００は、図３のグラフＧ１２に基づいて、アクチュエータ等を制御し、閉じた状態の低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａを開かせる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、低圧段過給機２の回転数が低下する（状態ＳＴ１１）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、ターボ回転数が低下する。なお、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の開度を開きすぎると、背温が超過となる。背温は、排気ガスの温度を含む。

【0050】

ディーゼルエンジン１００は、ターボ回転数が低下すると、圧力比が低下する（状態ＳＴ１２）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、吸排気系の空気流量が減少する。ディーゼルエンジン１００は、気圧比が低下すると、エンジンのトルクが低下する（状態ＳＴ１３）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の開度を開くことにより、エンジン出力が低下する。

【0051】

ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の開度が開かれた後、燃料噴射量を増加する（ステップＳ２００）。例えば、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷の状態とに基づいた燃料噴射量をエンジン本体１０１に噴射させる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、状態ＳＴ１３におけるエンジンのトルクの低下を相殺する燃料噴射量をエンジン本体１０１に噴射させることができる。

【0052】

ディーゼルエンジン１００は、燃料噴射量を増加させると、正味燃料消費率が悪化する場合がある（状態ＳＴ２１）。正味燃料消費率は、１時間に消費される燃料を１馬力あるいは１ｋｍ当たりの仕事量で示したものである。例えば、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１を閉じた状態でＥＧＲありとすることにより、正味燃料消費率が悪化する場合がある。ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１を閉じた状態における正味燃料消費率の悪化を、低圧段タービン２１を閉じた状態と同じレベルの悪化に抑える範囲で燃料噴射量を増加させてもよい。

【0053】

ディーゼルエンジン１００は、燃料噴射量を増加させたことにより、エンジンのトルクが増加する（状態ＳＴ２２）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の開度を開いて低下したエンジン出力を、増加させたエンジン出力で相殺することができる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、低圧段過給機２の回転数の低下によるマージン分、高圧排気再循環装置４のＥＧＲ弁４２を開くことができるため、ＥＧＲ率を向上させることができる。

【0054】

また、ディーゼルエンジン１００は、低圧排気再循環装置５を備える場合、燃料噴射量を増加させた後に、低圧排気再循環装置５のＥＧＲ弁５２を開く（ステップＳ３００）。例えば、ディーゼルエンジン１００は、アクチュエータ等を制御し、閉じた状態のＥＧＲ弁５２を開かせる。

【0055】

ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、低圧排気再循環装置５のＥＧＲ弁５２を開くことにより、低圧段過給機２の回転数が増加する（状態ＳＴ３１）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、ターボ回転数が上昇する。なお、ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲ弁５２の開度を開きすぎると、低圧段過給機２の回転数と低圧段コンプレッサ２２の出口温度が制限値を超過し、正味燃料消費率の悪化も許容範囲を超過する可能性がある。

【0056】

ディーゼルエンジン１００は、ターボ回転数が増加すると、圧力比が増加する（状態ＳＴ３２）。すなわち、ディーゼルエンジン１００は、吸排気系の空気流量が増加する。そして、ディーゼルエンジン１００は、気圧比が増加すると、エンジンのトルクが増加する（状態ＳＴ２２）。これにより、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１の開度を開いて低下したエンジン出力を、燃料噴射量の増加及びＥＧＲ弁５２を開くことによって増加させたエンジン出力で相殺することができる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、低圧段過給機２の回転数の低下によるマージン分、高圧排気再循環装置４のＥＧＲ弁４２を開くことができるため、ＥＧＲ率を向上させることができる。

【0057】

以上により、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えた場合に、エンジン負荷から第２開度を求めるＶＧテーブルを制御装置１０のメモリ等に記載している。制御装置１０は、エンジン本体１０１の負荷が所定の負荷を超えた場合、当該負荷とＶＧテーブルとに基づいて、低圧段過給機２の第１開度よりも開いた第２開度を求めることができる。

【0058】

また、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａを第１開度に絞った状態で、高圧排気再循環装置４が排気ガスを再循環させている場合に、低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａを第１開度よりも開いた状態の第２開度に変更させると、エンジンの出力が低下する。しかし、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１の燃料噴射量を増加させることで、低下したエンジンの出力を回復させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１００は、エンジンの高負荷状態において、エンジン出力を維持しながら、ＥＧＲ率を向上させることができる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、エンジンの高負荷状態において、排気ガスの清浄度を改善することができる。

【0059】

次に、本実施形態のディーゼルエンジンで制御を行った場合の他のパラメータの関係について説明する。図６は、ターボ回転数とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。図６は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸をターボ回転数としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほど高回転となり、下側ほど低回転となっている。グラフＧ３１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷とターボ回転数との関係を示している。グラフＧ３２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）の場合のエンジン負荷とターボ回転数との関係を示している。グラフＧ３３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷とターボ回転数との関係を示している。グラフＧ３４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷とターボ回転数との関係を示している。

【0060】

ＥＧＲなしの場合、ディーゼルエンジン１００は、図６のグラフＧ３１に示すように、エンジン本体１０１のエンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、ターボ回転数が増加している。これに対し、ＥＧＲありの場合、ディーゼルエンジン１００は、図６のグラフＧ３４に示すように、エンジン負荷が所定の負荷に到達するまで、グラフＧ３２と同様の関係で変化し、グラフＧ３１よりも高回転数で、ターボ回転数が増加している。そして、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、グラフＧ３３と同様の関係で変化し、グラフＧ３１よりも低回転数に低下した後、グラフＧ３１よりも低い状態で、ターボ回転数が増加する。

【0061】

図７は、圧力比とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。図７は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸を圧力比としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほど圧力比が高く、下側ほど圧力比が低くなっている。グラフＧ４１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷と圧力比との関係を示している。グラフＧ４２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）の場合のエンジン負荷と圧力比との関係を示している。グラフＧ４３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷と圧力比との関係を示している。グラフＧ４４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷と圧力比との関係を示している。

【0062】

ＥＧＲなしの場合、ディーゼルエンジン１００は、図７のグラフＧ４１に示すように、エンジン本体１０１のエンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、圧力比が増加している。これに対し、ＥＧＲありの場合、ディーゼルエンジン１００は、図７のグラフＧ４４に示すように、エンジン負荷が所定の負荷に到達するまで、グラフＧ４１よりも高い状態で、圧力比が増加している。そして、ディーゼルエンジン１００は、エンジン負荷が所定の負荷を超えると、グラフＧ４１よりも低い圧力比に低下した後、グラフＧ４１よりも低い状態で、圧力比が増加する。

【0063】

図８は、トルクとディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。図８は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸をトルクとしている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほどトルクが大きく、下側ほどトルクが小さくなっている。グラフＧ５１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷とトルクとの関係を示している。グラフＧ５２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）の場合のエンジン負荷とトルクとの関係を示している。グラフＧ５３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷とトルクとの関係を示している。グラフＧ５４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷とトルクとの関係を示している。

【0064】

ディーゼルエンジン１００は、各種条件を調整することで、いずれの条件の場合でもトルクを一定にすることで、要求された出力を維持する。グラフＧ５１、Ｇ５２、Ｇ５３、Ｇ５４は、エンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、トルクが大きくなっている。

【0065】

図９は、燃料噴射量とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。図９は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸を燃料噴射量としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほど燃料噴射量が大きく、下側が燃料噴射量０となっている。グラフＧ６１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷と燃料噴射量との関係を示している。グラフＧ６２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）の場合のエンジン負荷と燃料噴射量との関係を示している。グラフＧ６３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷と燃料噴射量との関係を示している。グラフＧ６４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷と燃料噴射量との関係を示している。

【0066】

ディーゼルエンジン１００は、ＥＧＲなしの場合、図９のグラフＧ６１に示すように、エンジン本体１０１のエンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、燃料噴射量が大きくなっている。ＥＧＲありの場合、ディーゼルエンジン１００は、本実施形態の制御を実行した場合、図９のグラフＧ６４に示すように、グラフＧ６１よりも高い燃料噴射量で、エンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、燃料噴射量が大きくなっている。また、ディーゼルエンジン１００は、本実施形態の制御を実行した場合、ＥＧＲ弁の開度を大きくした場合のグラフＧ６３と同様の燃料噴射量となり、高負荷帯域で、ＥＧＲ弁の開度を絞った場合のグラフＧ６２よりも燃料噴射量が多くなる。

【0067】

図１０は、正味燃料消費率とディーゼルエンジンの負荷状態との関係を示す図である。図１０は、ディーゼルエンジン１００について、シミュレーションまたはエンジン試験を行い、横軸をディーゼルエンジン１００のエンジン負荷、縦軸を正味燃料消費率としている。横軸は、左側を低負荷状態、右側を高負荷状態としている。縦軸は、上側ほど正味燃料消費率が高く、下側が正味燃料消費率０となっている。グラフＧ７１は、再循環を実行しない場合のエンジン負荷と正味燃料消費率との関係を示している。グラフＧ７２は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を絞った設定（グラフＧ１２の設定）の場合のエンジン負荷と正味燃料消費率との関係を示している。グラフＧ７３は、再循環を実行し、かつ、ＥＧＲ弁４２の開度を開いた設定（グラフＧ１３の設定）の場合のエンジン負荷と正味燃料消費率との関係を示している。グラフＧ７４は、本実施形態でＥＧＲ弁４２の開度を設定（グラフＧ１４の設定）した場合のエンジン負荷と正味燃料消費率との関係を示している。

【0068】

ＥＧＲなしの場合、ディーゼルエンジン１００は、図１０のグラフＧ７１に示すように、エンジン本体１０１のエンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、正味燃料消費率が大きくなっている。ディーゼルエンジン１００は、本実施形態の制御の場合、図１０のグラフＧ７４に示すように、グラフＧ７１よりも高い燃料噴射量で、エンジン負荷が低負荷状態から高負荷状態になるにつれて、正味燃料消費率が高くなっている。ディーゼルエンジン１００は、正味燃料消費率が悪化した場合、グラフＧ７２とエンジン負荷の状態とに基づいた燃料噴射量をエンジン本体１０１に噴射させる。その結果、ディーゼルエンジン１００は、状態ＳＴ１３におけるエンジンのトルクの低下を相殺する燃料噴射量をエンジン本体１０１に噴射させることができる。

【0069】

図１１は、制御装置１０による低圧段過給機２の開度を切り替える制御の一例の処理手順を示すフローチャートである。図１１に示す処理手順は、制御装置１０が制御プログラム等を実行することによって実現される。図１１に示す処理手順は、ディーゼルエンジン１００がＥＧＲありの場合に、制御装置１０によって実行される。

【0070】

図１１に示すように、ディーゼルエンジン１００の制御装置１０は、低圧段過給機２の開度を第１開度に絞る（ステップＳ５１）。例えば、制御装置１０は、低圧段過給機２のアクチュエータ等を制御することにより、低圧段過給機２の開度を第１開度に閉じさせる。制御装置１０は、高圧排気再循環装置４のＥＧＲ弁４２を開く（ステップＳ５２）。その結果、ディーゼルエンジン１００は、高負荷状態において、エンジン本体１０１の排気ガスをＥＧＲガスとしてエンジン本体１０１に環流させることができる。

【0071】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の状態を検出する（ステップＳ５３）。例えば、制御装置１０は、図示しないエンジン回転数センサ、アクセル開度センサ、圧力センサ、温度センサなどの検出結果からディーゼルエンジン１００の負荷状態を検出する。

【0072】

制御装置１０は、検出したディーゼルエンジン１００の負荷状態に基づいて、負荷が所定の負荷を超えたか否かを判定する（ステップＳ５４）。制御装置１０は、負荷が所定の負荷を超えていないと判定した場合（ステップＳ５４でＮｏ）、処理を既に説明したステップＳ５３に戻す。制御装置１０は、負荷が所定の負荷を超えたと判定した場合（ステップＳ５４でＹｅｓ）、処理をステップＳ５５に進める。

【0073】

制御装置１０は、低圧段過給機２の開度を第１開度から第２開度に開く（ステップＳ５５）。例えば、制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の負荷状態と上記ＶＧテーブルとに基づいて第２開度を求め、当該第２開度に低圧段過給機２の開度を開かせる。そして、制御装置１０は、低圧段過給機２の開度を開いた量に対応した燃料噴射量を特定する（ステップＳ５６）。例えば、制御装置１０は、図９に示す燃料噴射量と負荷との関係と第２開度とから燃料噴射量を特定するテーブル、算出プログラム等を用いて燃料噴射量を特定する。

【0074】

制御装置１０は、特定した燃料噴射量の噴射をエンジン本体１０１に要求する（ステップＳ５７）。例えば、制御装置１０のエンジン制御部１０Ｂは、エンジン本体１０１のインジェクタ１０２に当該燃料噴射量で燃料噴射させる。そして、制御装置１０は、低圧排気再循環装置５のＥＧＲ弁５２を開く（ステップＳ５８）。その結果、ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１からの排気ガスをＥＧＲガスとして低圧段コンプレッサ２２に環流させることができる。そして、制御装置１０は、ＥＧＲ弁５２を開くと、図１１に示す処理手順を終了させる。

【0075】

ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａを第１開度に絞ったエンジン負荷の状態で、高圧排気再循環装置４が排気ガスを再循環させている。この場合、ディーゼルエンジン１００は、高圧段過給機３と低圧段過給機２との２ステージターボの制限値に基づいて、低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａ（排気可動ベーン）を第２開度に変更させるとともに、エンジンの出力を回復させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１００は、ターボの制限値等によりＥＧＲ率を大きくできないエンジンの高負荷状態において、ＥＧＲ率をより一層向上させることができる。

【0076】

ディーゼルエンジン１００は、低圧段タービン２１のノズルベーン２１ａを第２開度に開いた場合に、低圧排気再循環装置５を排気ガスの再循環が可能な状態に切り替えることで、低圧段コンプレッサ２２、エンジン本体１０１等に流れるガスの流量を増加させることができる。これにより、ディーゼルエンジン１００は、高負荷状態におけるＥＧＲ率を向上させることができるとともに、燃料消費量の増加を抑制することができる。

【0077】

次に、図１２を用いて、ディーゼルエンジン１００の運転モードと過給機の作動状態との一例について説明する。図１２は、制御装置１０が実行する上記マップ１１を用いた二段過給式排気ターボ過給機１に対する制御の一例を示す図である。

【0078】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の運転モードがモード１である場合、ディーゼルエンジン１００の作動状態が低速状態で二段過給式排気ターボ過給機１を制御する。制御装置１０は、排気バイパス弁７及び吸気バイパス弁６を閉じ、高圧段タービン３１を小開から中開とし、低圧段タービン２１を中開とする。中開は、小開よりも開いた状態である。これにより、排気ガスは、高圧段タービン３１及び低圧段タービン２１に流入する。その結果、二段過給式排気ターボ過給機１は、低圧段過給機２及び高圧段過給機３の２ステージが作動する。

【0079】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の運転モードがモード２である場合、ディーゼルエンジン１００の作動状態が中速状態で二段過給式排気ターボ過給機１を制御する。中速状態は、低速状態よりも速い状態である。制御装置１０は、排気バイパス弁７を開き、吸気バイパス弁６を閉じ、高圧段タービン３１を全開とし、低圧段タービン２１を小開から中開とする。これにより、排気ガスは、高圧段タービン３１及び低圧段タービン２１に流入する。その結果、二段過給式排気ターボ過給機１は、低圧段過給機２及び高圧段過給機３の２ステージが作動する。この場合、高圧段過給機３は、低圧段過給機２の補助として作動する。

【0080】

制御装置１０は、ディーゼルエンジン１００の運転モードがモード３である場合、ディーゼルエンジン１００の作動状態が高速状態で二段過給式排気ターボ過給機１を制御する。高速状態は、中速状態よりも速い状態である。制御装置１０は、排気バイパス弁７を全開とし、吸気バイパス弁６を開き、高圧段タービン３１を全開とし、低圧段タービン２１を中開から全開とする。すなわち、制御装置１０は、低圧段タービン２１の開度を第１開度と第２開度とに切り替えることができる。これにより、排気ガスは、低圧段タービン２１に流入する。その結果、二段過給式排気ターボ過給機１は、低圧段過給機２の１ステージが作動する。この場合、高圧段過給機３は、停止している。

【0081】

上記の実施形態では、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１の負荷が所定の負荷を超えた場合に、低圧段タービン２のノズルベーン２１ａの開度を開く場合について説明したが、これに限定されない。本実施形態のディーゼルエンジン１００は、過給機のベーン開度を拡大してタービンの回転数を低下させ、この低下によって生じる余裕により、ＥＧＲ弁の開度を拡大してＥＧＲ率を稼ぐ場合について説明した。本願発明のディーゼルエンジン１００は、エンジンと過給機の仕様等によって、ベーンの開度を開かせる対象の過給機を変更することができる。例えば、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１の負荷が所定の負荷を超えた場合に、高圧段タービン３のノズルベーン３１ａの開度を開くことにより、タービンの回転数を低下させてもよい。例えば、ディーゼルエンジン１００は、エンジン本体１０１の負荷が所定の負荷を超えた場合に、低圧段タービン２のノズルベーン２１ａ及び高圧段タービン３のノズルベーン３１ａの双方の開度を開くことにより、タービンの回転数を低下させてもよい。

【0082】

上記の実施形態では、ディーゼルエンジン１００は、二段過給式排気ターボ過給機１が低圧排気再循環装置５を備える場合について説明したが、これに限定されない。図１３は、実施形態に係る二段過給式排気ターボ過給機を含むディーゼルエンジン１００の他の一例を示す構成図である。図１３は、図１と同様の構成要素について同一の符号を付している。図１３に示すように、ディーゼルエンジン１００は、二段過給式排気ターボ過給機１が低圧排気再循環装置５を備えなくてもよい。すなわち、二段過給式排気ターボ過給機１は、低圧段過給機２と、高圧段過給機３と、高圧排気再循環装置４と、吸気バイパス弁６と、排気バイパス弁７と、制御装置１０とを備える構成としてもよい。この場合、制御装置１０は、図１１に示す所定手順のステップＳ５１からステップＳ５７を実行し、ステップＳ５８の処理を実行しない。

【0083】

上記の実施形態では、二段過給式排気ターボ過給機１をディーゼルエンジン１００に用いる場合について説明したが、これに限定されない。例えば、二段過給式排気ターボ過給機１は、ガソリンエンジンに適用してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１ 二段過給式排気ターボ過給機
２ 低圧段過給機
２１ 低圧段タービン
２２ 低圧段コンプレッサ
３ 高圧段過給機
３１ 高圧段タービン
３２ 高圧段コンプレッサ
４ 高圧排気再循環装置
４１ ＥＧＲ通路
４２ ＥＧＲ弁
５ 低圧排気再循環装置
５１ ＥＧＲ通路
５２ ＥＧＲ弁
６ 吸気バイパス弁
７ 排気バイパス弁
１０ 制御装置
１０Ａ 過給機制御部
１０Ｂ エンジン制御部
１００ ディーゼルエンジン（エンジン）
１０１ エンジン本体

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】