(57)【要約】【課題】蓄圧部に貯留しておいたガスを用いて過給補助を行う際、そのガスが空燃比センサを通過しないようにすることにより、機関に供給される混合気の空燃比が適正な値に維持され得る内燃機関の過給装置を提供すること。【解決手段】過給機３５付き内燃機関１０は、排気通路内のガスを収容する蓄圧タンク５１と、蓄圧タンク５１から供給される補助ガスによって回転される補助タービン５４ｂと、補助タービン５４ｂの回転により吸気通路内の空気流量を増加させる補助コンプレッサ５４ａと、補助タービン５４ｂから流出する補助ガスが空燃比センサ６７を通過しないように外部に放出させる補助ガス排出管５７と、を有する。これにより、補助ガスが空燃比センサ６７を通過しないので、空燃比センサ６７は排ガスの空燃比を精度よく検出することができる。その結果、エミッション悪化を回避することができる。【選択図】  図１
2010024862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室に連通した排気通路を形成する排気管に配設されたタービンと同燃焼室に連通した吸気通路を形成する吸気管に配設され且つ同タービンと一体的に回転するコンプレッサとを有する過給機と、
前記排気通路内を流れるガスの空燃比に応じた信号を出力するように前記排気管に配設された空燃比センサと、
前記空燃比センサの出力に基づいて前記機関の燃焼室に供給されるガスの空燃比を制御する空燃比制御手段と、
所定の蓄圧条件が成立したとき前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する蓄圧部と、前記蓄圧部から供給される前記高圧状態のガスによって回転される補助タービンと、所定の過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給することによって同補助タービンを回転させ同補助タービンの回転により前記吸気通路内を流れる空気の流量を増加させる補助タービン回転手段と、を含む吸気増加機構と、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部から前記補助タービンを回転させるように前記補助タービンに供給され且つ同補助タービンから流出する補助ガスが前記空燃比センサを通過しないように同補助ガスを外部に放出させる補助ガス排出管と、
を備えた内燃機関の過給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の過給装置において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記補助タービンと一体的に回転する補助コンプレッサと、
前記補助コンプレッサに空気を供給する空気通路を構成する大気供給管と、
前記空気通路を通して前記補助コンプレッサに供給され且つ同補助コンプレッサの回転により圧縮された空気を、前記過給機のコンプレッサの回転を補助するように同過給機のコンプレッサに供給する補助空気供給管と、
を備える内燃機関の過給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の内燃機関の過給装置において、
前記補助タービンは前記過給機のコンプレッサと一体的に回転するように構成され、
前記補助タービン回転手段は前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部を備える、
内燃機関の過給装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の過給装置において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記吸気通路の前記過給機のコンプレッサの上流において前記吸気管に配設され且つ前記補助タービンと一体的に回転することにより同過給機のコンプレッサに圧縮された空気を送出する補助コンプレッサと、
を備える内燃機関の過給装置。
【請求項５】
請求項１に記載の内燃機関の過給装置において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記吸気通路の前記過給機のコンプレッサの下流において前記吸気管に配設され且つ前記補助タービンと一体的に回転することにより同過給機のコンプレッサによって圧縮された空気を更に圧縮する補助コンプレッサと、
を備える内燃機関の過給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機と、排気通路内のガスを利用することにより内燃機関の吸入空気量を増加させる吸気増加機構と、を備えた内燃機関の過給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の出力向上を目的として、内燃機関に過給機（ターボチャージャー）を搭載することが知られている。過給機は、排気通路に設けられるとともに排気通路内のガスの流れを利用して回転されるタービンと、タービンと一体的に回転するコンプレッサとにより形成されている。過給機は、コンプレッサの回転により吸入空気を圧縮し吸入空気量を増加する。
【０００３】
更に、従来の技術の一つは、減速フューエルカット運転時に機関から排出されたガス（空気）を貯める蓄圧タンクを備える。そして、この技術は、例えば加速運転時に、蓄圧タンク内の空気を排気タービンの上流側に排ガスに加えて供給する。即ち、過給補助を行う。これによって、加速開始後、コンプレッサ回転数が「望ましい過給に必要な所定の回転数」に達するまでの時間、即ち、過給効果が現れるまでの時間である「ターボラグ」を短縮することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開２００８―２２７６号公報
【０００４】
一方、排気通路に触媒（例えば、三元触媒）と空燃比センサとを備え、この空燃比センサの出力に基づいて「機関に供給される混合気の空燃比」を所定の目標空燃比（例えば、理論空燃比）に一致させるフィードバック制御を実行する「排ガス浄化装置」が知られている。このような排ガス浄化装置は、過給機を備える内燃機関にも適用される。
【０００５】
しかしながら、加速運転時において、蓄圧タンク内の空気がタービンの上流側に供給された場合、空燃比センサは「排ガスとその空気とが混合されたガス」の空燃比を検出する。これによって、空燃比センサにより検出される空燃比は、排ガスの空燃比と大きく異なる空燃比になるので、上述したフィードバック制御により機関に供給されるガスの空燃比が目標空燃比と大きく相違してしまう。この結果、触媒が良好な排ガス浄化性能を発揮できないので、エミッションが悪化するという問題が発生する。
【０００６】
このような問題は、蓄圧タンクに排ガスを貯めておき、必要時にタービンの上流にその排ガスを供給して過給補助を行う場合にも発生する。蓄圧タンクに排ガスを貯めた際の排ガスの空燃比は、現時点における排ガスの空燃比と必ずしも一致しないからである。
【発明の開示】
【０００７】
本発明は上記課題に対処するためになされたものである。即ち、本発明の目的の一つは、蓄圧部に貯留しておいたガスを用いて過給補助を行う際、そのガスが空燃比センサを通過しないようにする（そのガスが空燃比センサの出力に影響を及ぼすことを回避する）ことにより、機関に供給される混合気の空燃比が適正な値に維持され得る内燃機関の過給装置を提供することにある。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明による内燃機関の過給装置は、過給機と、空燃比センサと、空燃比制御手段と、吸気増加機構と、を有する。
【０００９】
前記過給機は、内燃機関の燃焼室に連通した排気通路を形成する排気管に配設されたタービンと、同燃焼室に連通した吸気通路を形成する吸気管に配設され且つ同タービンの回転に伴って回転するコンプレッサと、を有する。
【００１０】
前記空燃比センサは、前記排気通路内を流れるガスの空燃比に応じた信号を出力するように前記排気管に配設されている。
前記空燃比制御手段は、この空燃比センサの出力（即ち、空燃比センサによって検出された空燃比）に基づいて前記機関の燃焼室に供給されるガスの空燃比を制御するようになっている。
【００１１】
前記吸気増加機構は、蓄圧部と、補助タービンと、補助タービン回転手段と、を含む。
【００１２】
前記蓄圧部は、所定の蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する。
前記蓄圧条件は、蓄圧部に収容された高圧状態のガスを「過給補助のために使用する必要のない運転時」に成立する。このような運転時は、例えば、低〜中負荷運転時であり、減速フューエルカット運転時を含んでいても良い。
【００１３】
前記補助タービンは、前記過給機のタービンとは別のタービンであって、前記蓄圧部から供給される前記高圧状態のガスによって回転されるようになっている。
前記補助タービン回転手段は、所定の過給補助条件が成立したとき「前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガス」を前記補助タービンに供給することによって同補助タービンを回転させる。これにより、前記補助タービン回転手段は、前記補助タービンの回転によって前記吸気通路内を流れる空気の流量を増加させるようになっている。
前記過給補助条件は、例えば、加速開始時等のように、機関の負荷が高負荷となったときに成立する。
【００１４】
このように、本過給装置は前記吸気増加機構を備えるので、過給補助条件が成立したときに「燃焼室に吸入される空気の量（吸入空気量）」が速やかに増大する。従って、ターボラグを短縮することができる。
【００１５】
更に、本過給装置は、前記過給補助条件が成立したときに「前記蓄圧部から前記補助タービンに供給され且つ同補助タービンから流出する流出ガス（即ち、補助タービンを回転させるための補助ガス）」が前記空燃比センサを通過しないように、その流出ガスを外部に放出する補助ガス排出管を備える。
【００１６】
従って、蓄圧部から補助タービンへと供給されることにより同補助タービンを回転させ、且つ、その後に補助タービンから排出された流出ガスは、空燃比センサを通過することなく外部に排出される。これによって、空燃比センサは、機関から排出されている排ガスの空燃比を精度よく検出することができる。この結果、空燃比制御手段は、現時点において機関に供給されるガス（混合気）の空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【００１７】
本発明による内燃機関の過給装置の一態様において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記補助タービンと一体的に回転する補助コンプレッサと、
前記補助コンプレッサに空気を供給する空気通路を構成する大気供給管と、
前記空気通路を通して前記補助コンプレッサに供給され且つ同補助コンプレッサの回転により圧縮された空気を、前記過給機のコンプレッサの回転を補助するように同過給機のコンプレッサに供給する補助空気供給管と、
を備えていることが好適である。
【００１８】
これによれば、過給補助条件が成立したとき、蓄圧タンクに貯えられているガスが補助タービンに供給されることによって補助タービンが回転し、その補助タービンと一体的に回転する補助コンプレッサが回転させられる。一方、補助コンプレッサには大気供給管を通して空気が供給されるので、補助コンプレッサは回転しながら大気供給管から供給される空気を圧縮する。更に、その圧縮された空気は、過給機のコンプレッサの回転を補助（促進）するように、補助空気供給管を通して過給機のコンプレッサに供給される。この結果、過給機のコンプレッサの回転速度を迅速に上昇させることができるので、ターボラグを短縮することができる。
【００１９】
本発明による内燃機関の過給装置の他の態様において、
前記補助タービンは前記過給機のコンプレッサと一体的に回転するように構成され、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部を備えていることが好適である。
【００２０】
これによれば、過給機のコンプレッサは補助タービンと一体的に回転する。従って、過給補助条件が成立したとき、過給機のコンプレッサは、過給機自身のタービンによる回転力と、補助タービンによる回転力と、を受けて回転する。この結果、過給機のコンプレッサの回転速度を迅速に上昇させることができるので、ターボラグを短縮することができる。
【００２１】
本発明による内燃機関の過給装置の他の態様において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記吸気通路の前記過給機のコンプレッサの上流において前記吸気管に配設され且つ前記補助タービンと一体的に回転することにより同過給機のコンプレッサに圧縮された空気を送出する補助コンプレッサと、
を備えていることが好適である。
【００２２】
この態様においては、補助タービンと一体的に回転する補助コンプレッサが、吸気通路の「過給機のコンプレッサの上流側」に配設されている。従って、過給補助条件が成立したとき、補助コンプレッサによって圧縮された空気が過給機のコンプレッサに供給され、その空気は過給機のコンプレッサによって更に圧縮される。この結果、過給機のコンプレッサの回転が比較的低い時点においても吸入空気量を増大させることができる。従って、ターボラグを短縮することができる。
【００２３】
本発明による内燃機関の過給装置の他の態様において、
前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを前記補助タービンに供給する補助ガス供給部と、
前記吸気通路の前記過給機のコンプレッサの下流において前記吸気管に配設され且つ前記補助タービンと一体的に回転することにより同過給機のコンプレッサによって圧縮された空気を更に圧縮する補助コンプレッサと、
を備えていることが好適である。
【００２４】
この態様においては、補助タービンと一体的に回転する補助コンプレッサが、吸気通路の「過給機のコンプレッサの下流側」に配設されている。従って、過給補助条件が成立したとき、過給機のコンプレッサによって圧縮された空気が補助コンプレッサに供給され、その空気は補助コンプレッサによって更に圧縮される。この結果、過給機のコンプレッサの回転が比較的低い時点においても吸入空気量を増大させることができる。従って、ターボラグを短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１は、本発明の第一実施形態に係る内燃機関の過給装置（以下、「第一装置」とも称呼する。）を火花点火式・多気筒（本例では４気筒）・ガソリン燃料・内燃機関１０に適用したシステムの概略構成を示している。この内燃機関１０は、本体部２０、吸気系統３０、排気系統４０及び過給補助系統（吸気増加機構、過給補助手段）５０を備えている。
【００２６】
本体部２０は、シリンダブロック部とシリンダヘッド部とを備えている。本体部２０は、ピストン頂面、シリンダ壁面及びシリンダヘッド部の下面からなる燃焼室２１を複数（4個）備えている。シリンダヘッド部には、各燃焼室２１に空気を供給するための図示しない吸気ポートと、各燃焼室２１から排ガスを排出するための図示しない排気ポートと、が形成されている。吸気ポートは図示しない吸気弁により開閉され、排気ポートは図示しない排気弁により開閉されるようになっている。
【００２７】
シリンダヘッド部には図示しない複数（４個）の点火プラグが固定されている。各点火プラグは、その火花発生部が各燃焼室２１の中央部であってシリンダヘッド部の下面近傍位置に露呈するように配設されている。各点火プラグは、点火信号に応答して火花発生部から点火用火花を発生するようになっている。更に、シリンダヘッド部には複数（４個）の燃料噴射弁（インジェクタ）２２が固定されている。各燃料噴射弁２２は、噴射指示信号に応答し、その噴射指示信号に含まれる指示噴射量の燃料を各燃焼室２１内に直接噴射するようになっている。
【００２８】
吸気系統３０は、インテークマニホールド３１、吸気管３２、吸気管３２に配設されたスロットル弁３３、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、インタークーラー３４、過給機３５のコンプレッサ３５ａ及びエアフィルタ３６を備えている。なお、過給機３５は主過給機３５とも称呼される。
【００２９】
インタークーラー３４は、スロットル弁３３の上流位置において吸気管３２に配設されている。インタークーラー３４は吸気通路を通過する吸入空気の冷却を行うようになっている。インタークーラー３４には図示しない冷却水導入経路により機関冷却水が導かれ、機関冷却水によって吸入空気は冷却される。
【００３０】
過給機３５のコンプレッサ３５ａは、インタークーラー３４の上流位置において吸気管３２に配設されている。なお、過給機３５のコンプレッサ３５ａは主コンプレッサ３５ａとも称呼される。エアフィルタ３６は、コンプレッサ３５ａの上流位置であって吸気管３２の端部に配設されている。
【００３１】
排気系統４０は、エキゾーストマニホールド４１、排気管４２、過給機３５のタービン３５ｂ、触媒４３及び排気遮断弁４４を備えている。
【００３２】
エキゾーストマニホールド４１は、各排気ポートに接続された複数の枝部と、それらの枝部が集合した集合部と、を備えている。排気管４２は、エキゾーストマニホールド４１の集合部に接続されている。エキゾーストマニホールド４１、排気管４２及び排気ポートは、排気通路を構成している。
【００３３】
過給機３５のタービン３５ｂは、エキゾーストマニホールド４１の下流位置において排気管４２に配設されている。なお、過給機３５のタービン３５ｂは主タービン３５ｂとも称呼される。
【００３４】
このタービン３５ｂは、回転軸３５ｃを介してコンプレッサ３５ａと連結されている。即ち、タービン３５ｂとコンプレッサ３５ａは一体的に回転するようになっている。タービン３５ｂは、排気通路内のガス（燃焼室２１から排出された排ガス）により回転させられる。これにより、コンプレッサ３５ａは過給動作を行う。
【００３５】
触媒４３は周知の三元触媒である。触媒４３は、タービン３５ｂの下流位置において排気管４２に配設されている。
【００３６】
排気遮断弁４４は、タービン３５ｂと触媒４３との間の位置において排気管４２に配設されている。排気遮断弁４４は指示信号により開閉されるようになっている。排気遮断弁４４は、閉弁したとき、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路と外部（機関の外部である大気）とのガスの通流を遮断するようになっている。これにより、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路内のガスの外部への流出を防ぐ。排気遮断弁４４は、開弁したとき、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路と外部とのガスの通流を許容するようになっている。これにより、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路内のガスが触媒４３を通して外部へ排出される。
【００３７】
過給補助系統５０は、蓄圧タンク５１、補助ガス導入管５２、補助ガス導入弁５３、補助過給機５４、補助ガス供給管５５、補助ガス供給弁５６、補助ガス排出管５７、大気供給管５８及び補助空気供給管５９を備えている。
【００３８】
蓄圧タンク５１は、ガスを高圧状態にて貯留するためのタンクである。
補助ガス導入管５２は、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部とを接続している。
補助ガス導入弁５３は、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部との間の位置において補助ガス導入管５２に配設されている。補助ガス導入弁５３は指示信号により開閉されるようになっている。補助ガス導入弁５３は、閉弁したとき、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部とのガスの通流を遮断するようになっている。補助ガス導入弁５３は、開弁したとき、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部とのガスの通流を許容するようになっている。
【００３９】
補助過給機５４は、コンプレッサ５４ａ、タービン５４ｂ及び回転軸５４ｃを備えている。補助過給機５４の容量は過給機（主過給機）３５の容量よりも小さい。コンプレッサ５４ａ及びタービン５４ｂは、補助コンプレッサ５４ａ及び補助タービン５４ｂとそれぞれ称呼される。補助コンプレッサ５４ａ及び補助タービン５４ｂは、互いに一体的に回転するように回転軸５４ｃによって連結されている。
【００４０】
補助ガス供給管５５は、蓄圧タンク５１と補助タービン５４ｂ（補助タービン５４ｂのハウジングに設けられた補助ガス導入口）とを接続している。補助タービン５４ｂは、補助ガス供給管５５を通して蓄圧タンク５１から供給される補助ガスにより回転させられるようになっている。
【００４１】
補助ガス供給弁５６は、蓄圧タンク５１と補助タービン５４ｂとの間の位置において補助ガス供給管５５に配設されている。補助ガス供給弁５６は指示信号により開閉されるようになっている。補助ガス供給弁５６は、閉弁したとき、蓄圧タンク５１と補助タービン５４ｂとのガスの通流を遮断するようになっている。補助ガス供給弁５６は、開弁したとき、蓄圧タンク５１と補助タービン５４ｂとのガスの通流を許容するようになっている。
【００４２】
このような構成により、補助ガス導入弁５３が閉弁させられ且つ補助ガス供給弁５６が閉弁させられると、蓄圧タンク５１内のガスは蓄圧タンク５１内に保持され、蓄圧タンク５１内の圧力が維持される。更に、補助ガス導入弁５３が開弁させられ且つ補助ガス供給弁５６が閉弁させられると、蓄圧タンク５１内に排気通路（エキゾーストマニホールド４１の集合部）内のガスが蓄圧タンク５１内に流入し、蓄圧タンク５１内のガスの圧力が増大する。加えて、補助ガス導入弁５３が閉弁させられ且つ補助ガス供給弁５６が開弁させられると、蓄圧タンク５１内のガスが補助タービン５４ｂに供給され、補助タービン５４ｂが回転させられる。
【００４３】
補助ガス排出管５７の一端は、補助タービン５４ｂ（補助タービン５４ｂのハウジングに設けられた補助ガス排出口）に接続されている。補助ガス排出管５７の他端は、「触媒４３と排気遮断弁４４との間の位置において排気管４２に配設された空燃比センサ６７」及び「触媒４３」よりも下流位置において排気管４２に接続されている。即ち、補助ガス排出管５７は、蓄圧タンク５１から補助ガス供給管５５を通して補助タービン５４ｂに供給され、且つ、補助タービン５４ｂを回転させた後に補助タービン５４ｂ（補助タービン５４ｂのハウジングに設けられた補助ガス排出口）から排出される（流出する）補助ガスが空燃比センサ６７を通過しないように配設された「空燃比センサ６７をバイパスするバイパス管」である。
【００４４】
大気供給管５８の一端は、コンプレッサ３５ａの上流側位置において吸気管３２に接続されている。大気供給管５８の他端は、補助コンプレッサ５４ａに大気（空気・新気）を供給するように、補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた空気導入口）に接続されている。
【００４５】
補助空気供給管５９は、補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた圧縮空気排出口）と過給機３５のコンプレッサ３５ａ（コンプレッサ３５ａのハウジングに設けられた圧縮空気導入口）とを接続している。即ち、補助空気供給管５９は、大気供給管５８を通して補助コンプレッサ５４ａに供給され且つ補助コンプレッサ５４ａにより加圧された「圧縮空気」を通過させるとともに、その圧縮空気がコンプレッサ３５ａの回転を補助（促進・助成）するように、配置・構成されている。
【００４６】
更に、この制御装置は、スロットル弁ポジションセンサ６１、熱線式エアフローメータ６２、機関回転速度センサ６３、水温センサ６４、蓄圧タンク圧センサ６５、アクセル開度センサ６６、空燃比センサ６７及び電気制御装置７０を備えている。
【００４７】
スロットル弁ポジションセンサ６１は、スロットル弁３３の開度を検出し、スロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
熱線式エアフローメータ６２は、吸気管３２内を流れる吸入空気の質量流量を検出し、その質量流量（機関１０の単位時間あたりの吸入空気量）ＧＡを表す信号を出力するようになっている。
【００４８】
機関回転速度センサ６３は、インテークカムシャフトが５°回転する毎に幅狭のパルスを有するとともにインテークカムシャフトが３６０°回転する毎に幅広のパルスを有する信号を出力するようになっている。機関回転速度センサ６３から出力される信号は電気制御装置７０により機関回転速度ＮＥを表す信号に変換されるようになっている。更に、電気制御装置７０は、機関回転速度センサ６３及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、機関１０のクランク角度（絶対クランク角度）を取得するようになっている。
【００４９】
水温センサ６４は、内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出し、その水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。
【００５０】
蓄圧タンク圧センサ６５は、蓄圧タンク５１内の圧力を取得し、その圧力を表す信号Ｐｉｎを出力するようになっている。
【００５１】
アクセル開度センサ６６は、運転者によって操作されるアクセルペダルの操作量を検出し、アクセルペダルの操作量Ａｃｃｐを表す信号を出力するようになっている。
【００５２】
空燃比センサ６７は、各燃焼室２１から排出されたガス（排気管４２内を通過して空燃比センサ６７に到達するガス）の空燃比を検出し、空燃比ａｂｆを表す信号を出力するようになっている。
【００５３】
電気制御装置７０は、ＣＰＵ７１，ＲＯＭ７２，ＲＡＭ７３、電源が投入された状態でデータを格納するとともに格納したデータを電源が遮断されている間も保持するバックアップＲＡＭ７４，及び、ＡＤコンバータを含むインターフェース７５等からなる周知のマイクロコンピュータである。
【００５４】
電気制御装置７０のインターフェース７５は、前記センサ６１〜６７と接続され、ＣＰＵ７１にセンサ６１〜６７からの信号を供給するとともに、ＣＰＵ７１の指示に応じて、点火プラグ、燃料噴射弁２２、スロットル弁アクチュエータ３３ａ、排気遮断弁４４、補助ガス導入弁５３及び補助ガス供給弁５６に指示信号を送出するようになっている。
【００５５】
次に、上記のように構成された第一装置の作動について場合を分けて説明する。
まず、機関１０が始動された直後における第一装置の作動について説明する。電気制御装置７０のＣＰＵ７１は、各気筒のクランク角が圧縮上死点前の所定クランク角（例えばＢＴＤＣ９０°）に一致する毎に、図２に示した燃料噴射制御ルーチンを繰り返し実行するようになっている。以下、クランク角が圧縮上死点前の前記所定クランク角度に一致した気筒を燃料噴射気筒とも称呼する。
【００５６】
従って、何れかの気筒のクランク角が前期所定クランク角に一致すると、ＣＰＵ７１は、ステップ２００からステップ２０５に進みフューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣが「１」であるか否かの判定を行う。フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは、その値が「１」であるとき、現時点での運転状態が、フューエルカット（燃料噴射停止制御）を行うべき状態であることを示す。フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは、その値が「０」であるとき、現時点の運転状態がフューエルカットを行うべき必要がない状態であることを示す。
【００５７】
このフューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは、機関１０が搭載された車両の図示しないイグニション・キー・スイッチがオフからオンに変更されたとき、ＣＰＵ７１が実行する図示しないイニシャルルーチンにおいて「０」に設定されるようになっている。更に、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは後述する図３に示したルーチンにより変更されるようになっている。
【００５８】
現時点は機関１０の始動直後であるから、前述したイニシャルルーチンによってフューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ２０５において「Ｎｏ」と判定してステップ２１０に進む。
【００５９】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２１０にて筒内吸入空気量Ｍｃを取得する。筒内吸入空気量Ｍｃは、燃料噴射気筒の今回の吸気行程において燃料噴射気筒に流入した空気量（重量）である。筒内吸入空気量Ｍｃは、熱線式エアフローメータ６２から取得される質量流量ＧＡと機関回転速度ＮＥとに基づいて決定される。
【００６０】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２１５に進み、ステップ２１０にて求めた筒内吸入空気量Ｍｃを目標空燃比Ａｂｆｒｅｆにより除することによって基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅを取得する。目標空燃比Ａｂｆｒｅｆは、この実施例においては理論空燃比に設定されている。従って、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅは、燃料噴射気筒に供給される混合気の空燃比を理論空燃比に一致させるための燃料噴射量となる。
【００６１】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２２０に進み、基本燃料噴射量Ｆｂａｓｅに燃料噴射補正量（空燃比フィードバック補正量）ＤＦｉを加えることによって燃料噴射量Ｆｉを取得する。燃料噴射補正量ＤＦｉは、図示しない燃料噴射量フィードバックルーチンにおいて設定されるようになっている。より具体的に述べると、燃料噴射量フィードバックルーチンにおいて、空燃比センサ６７により検出された空燃比ａｂｆが目標空燃比Ａｂｆｒｅｆよりもリーンであるとき（大きいとき）、燃料噴射補正量ＤＦｉは、一定量だけ増大せしめられる。更に、燃料噴射量フィードバックルーチンにおいて、空燃比センサ６７により検出された空燃比ａｂｆが目標空燃比Ａｂｆｒｅｆよりもリッチであるとき（小さいとき）、燃料噴射補正量ＤＦｉは一定量だけ減少せしめられる。この結果、燃料噴射量Ｆｉは、燃料噴射気筒に供給される混合気の空燃比を目標空燃比Ａｂｆｒｅｆ（この場合、理論空燃比）に一致させることができる燃料量へと補正される。
【００６２】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２２５に進み、燃料噴射気筒に対して設けられている燃料噴射弁２２から燃料噴射量Ｆｉだけ燃料の噴射が行われるように、その燃料噴射弁２２に開弁指示を行う。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
更に、ＣＰＵ７１は、図３に示したフューエルカット条件判定ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し実行するようになっている。従って、ＣＰＵ７１は所定のタイミングにてステップ３００からステップ３０５に進み、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣが「０」であるか否かを判定する。
【００６４】
前述の仮定に従うと、現時点においてフューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ３０５にて「Ｙｅｓ」と判定しステップ３１０に進む。
【００６５】
ＣＰＵ７１は、ステップ３１０にてフューエルカット条件が成立しているか否かを判定する。フューエルカット条件は、以下の条件１及び条件２が総て成立した場合に成立する。
（条件１）スロットル弁ポジションセンサ６１により検出されるスロットル弁開度ＴＡが「０」である。
（条件２）機関回転速度センサ６３により検出される機関回転速度ＮＥが第１閾値ＮＥＦＣ以上（ＮＥ≧ＮＥＦＣ）である。
【００６６】
このフューエルカット条件は、機関１０の運転条件がトルクを必要としない運転状態にあるときに成立する。即ち、減速時に成立する条件である。現時点は機関１０の始動直後であるから、減速時ではない。従って、フューエルカット条件は成立していない。このため、ＣＰＵ７１は、ステップ３１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。
【００６７】
ところで、ＣＰＵ７１は、図４に示した蓄圧条件成立フラグ設定ルーチンを所定時間の経過毎に繰り返し行うようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵ７１はステップ４００から処理を開始し、ステップ４０５に進む。
【００６８】
ＣＰＵ７１は、ステップ４０５においてフューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣが「１」であるか否かの判定を行うことにより、蓄圧条件が成立しているか否かを判定する。
【００６９】
現時点において、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「０」である。従って、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４２５に進む。
【００７０】
次いで、ＣＰＵ７１はステップ４２５にて過給補助条件が成立しているか否かを判定する。この過給補助条件は、機関１０の運転条件が過給を必要とする運転状態にあるときに成立する。即ち、過給補助条件は、機関１０の負荷が所定の過給必要負荷閾値よりも大きいときに成立する条件である。
【００７１】
より具体的に述べると、ＣＰＵ７１は、ステップ４２５にて以下の条件３及び条件４が共に成立したときに過給補助条件が成立していると判定する。
（条件３）アクセル開度センサ６６により検出されるアクセルペダル操作量Ａｃｃｐが過給必要負荷閾値Ａｃｃｐｔｈ以上である。
（条件４）蓄圧タンク圧センサ６５により検出される蓄圧タンク内圧Ｐｉｎが閾値Ｐｉｎｔｈ以上である。閾値Ｐｉｎｔｈは、蓄圧タンク内圧Ｐｉｎが閾値Ｐｉｎｔｈ以上であるとき、過給補助制御が可能となる値に選択されている。過給補助制御は、蓄圧タンク５１内のガスを補助タービン５４ｂに供給することにより、補助コンプレッサ５４ａを回転させる制御である。即ち、過給補助制御は蓄圧タンク５１内のガスを利用して、コンプレッサ３５ａの回転を補助し、以って過給圧を増大する制御である。
【００７２】
現時点は機関１０が始動された直後である。従って、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐは過給必要負荷閾値Ａｃｃｐｔｈよりも小さい。
【００７３】
このため、ＣＰＵ７１はステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４４５に進んで補助ガス導入弁５３を閉弁する。これにより、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部とのガスの流通が遮断される。
【００７４】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４５０に進んで排気遮断弁４４を開弁する。これにより、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路と外部との間のガスの流通が許容される。この結果、排気通路内のガス（即ち、排ガス）が触媒４３を通して浄化された後に外部へ排出される。
【００７５】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４５５に進んで補助ガス供給弁５６を閉弁する。これにより、蓄圧タンク５１と補助過給機５４とのガスの流通が遮断される。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
以上のように、機関１０の始動直後は、蓄圧タンク５１にガスが導入されないので蓄圧制御が実行されず、且つ、補助タービン５４ｂに蓄圧タンク５１内のガスが供給されないので過給補助制御も実行されない。
【００７６】
次に、機関１０の運転が継続され、前述したフューエルカット条件（従って、蓄圧条件）が成立した場合の第一装置の作動について説明する。
この場合、ＣＰＵ７１が図３のステップ３００から処理を開始して、ステップ３０５に進んだとき、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ３０５において「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１０に進む。
【００７７】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１５に進み、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣを「１」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００７８】
この状態において、ＣＰＵ７１が図２のステップ２００から処理を開始し、ステップ２０５に進むと、ＣＰＵ７１はステップ２０５にて「Ｙｅｓ」と判定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、ＣＰＵ７１はステップ２２５の処理（燃料噴射弁２２への開弁指示）を行わないので、燃料噴射は行われない。即ちフューエルカットが行われる。
【００７９】
この状態（即ち、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣが「１」に設定された状態）において、ＣＰＵ７１が図４のステップ４００から処理を開始すると、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４１０に進んで補助ガス導入弁５３を開弁する。これにより、蓄圧タンク５１とエキゾーストマニホールド４１の集合部とのガスの流通が許容される。フューエルカット条件成立時には燃料噴射が行われないから、排気通路には機関１０（燃焼室２１）から新気（大気）が排出される。従って、フューエルカット条件成立時、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路内のガスである「新気」が蓄圧タンク５１内に貯められる。
【００８０】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４１５に進んで排気遮断弁４４を閉弁する。これにより、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路と外部とのガスの流通が遮断される。
この結果、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路内のガスの外部への流出が防がれ、従って、機関１０から排出された新気が外部へと流出しなくなる。その結果、排気遮断弁４４よりも上流側の排気通路内におけるガスの圧力が上昇するから、蓄圧タンク５１内の圧力が効率よく増大する。即ち、蓄圧タンク５１への蓄圧が実行される。
【００８１】
次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４２０に進んで補助ガス供給弁５６を閉弁する。これにより、蓄圧タンク５１から補助タービン５４ｂへのガスの流通は遮断される。この結果、蓄圧タンク５１内の圧力が効率よく増大し、蓄圧タンク内圧Ｐｉｎは閾値Ｐｉｎｔｈ以上になる。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８２】
次に、フューエルカット条件が成立している状態から不成立の状態に変化した場合の第一装置の作動について説明する。この場合、ＣＰＵ７１が図３のステップ３００から処理を開始して、ステップ３０５に進んだとき、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「１」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１はステップ３０５において「Ｎｏ」と判定してステップ３２０に進む。
【００８３】
ＣＰＵ７１は、ステップ３２０にて燃料噴射再開条件が成立しているか否かを判定する。燃料噴射再開条件は、以下の条件５又は条件６が成立した場合に成立する。
（条件５）スロットル弁ポジションセンサ６１により検出されるスロットル弁開度ＴＡが「０」より大きい（ＴＡ＞０）。
（条件６）機関回転速度センサ６３により検出される機関回転速度ＮＥが第２閾値ＮＥＦＣａ以下（ＮＥ≦ＮＥＦＣａ）である。第２閾値ＮＥＦＣａは、機関回転速度ＮＥが第２閾値ＮＥＦＣａ以下であるとき、燃料噴射を再開する値に選択されている。なお、第２閾値ＮＥＦＣａは第１閾値ＮＥＦＣよりも小さい。
【００８４】
上述の仮定に従うと、条件５及び条件６のいずれかが成立している。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ３２５に進み、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣを「０」に設定する。次いで、ＣＰＵ７１は、ステップ３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８５】
この状態において、ＣＰＵ７１が図２のステップ２００から処理を開始し、ステップ２０５に進むと、ＣＰＵ７１はステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定する。従って、ＣＰＵ７１は、ステップ２１０乃至ステップ２２５の処理を実行する。この結果、フューエルカットが停止される（燃料供給が再開される）。
【００８６】
更に、ＣＰＵ７１は、所定のタイミングにて図４のステップ４００から処理を開始し、ステップ４０５に進む。
【００８７】
現時点において、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣの値は「０」である。従って、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４２５に進む。
【００８８】
現時点は、フューエルカット条件が成立している状態から不成立の状態に変化した直後である。従って、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐは過給必要負荷閾値Ａｃｃｐｔｈに到致していない。このため、ＣＰＵ７１はステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４４５乃至ステップ４５５の処理を実行する。この結果、補助ガス導入弁５３は閉弁させられ排気遮断弁４４は開弁させられ、且つ補助ガス供給弁５６は閉弁させられる。
【００８９】
以上のように、フューエルカット条件が成立している状態から不成立の状態に変化すると、ＣＰＵ７１は、ステップ２１０からステップ２２５までの燃料噴射制御を実行する。この結果、機関１０は通常の運転状態に復帰する。また、蓄圧タンク５１内のガス（新気）の圧力は高圧状態にて維持される。
【００９０】
次に、運転者がアクセルペダルＡＰを踏み込み、アクセルペダル操作量Ａｃｃｐが過給必要負荷閾値Ａｃｃｐｔｈ以上となることに伴って、上記過給補助条件（Ａｃｃｐ≧Ａｃｃｐｔｈ且つＰｉｎ≧Ｐｉｎｔｈ）が成立した場合の第一装置の作動について説明する。この場合、ＣＰＵ７１が図４のステップ４００から処理を開始すると、ＣＰＵ７１はステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ４２５に進む。さらに、ＣＰＵ７１はステップ４２５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４３０に進む。なお、蓄圧タンク内圧Ｐｉｎが閾値Ｐｉｎｔｈよりも小さい場合、ＣＰＵ７１はステップ４２５にて「Ｎｏ」と判定し、前述したステップ４４５乃至ステップ４５５の処理を実行する。従って、過給補助制御は実行されない。
【００９１】
ＣＰＵ７１は、ステップ４３０に進むと、そのステップ４３０にて補助ガス導入弁５３を閉弁する。次いで、ＣＰＵ７１はステップ４３５に進み、排気遮断弁４４を開弁する。更に、ＣＰＵ７１は、ステップ４４０に進み、補助ガス供給弁５６を開弁する。その後、ＣＰＵ７１は、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９２】
以上の処理により、燃焼室２１からエキゾーストマニホールド４１に排出された排ガスは、補助ガス導入弁５３が閉弁しているので蓄圧タンク５１内に流入することなく、排気管４２を通してタービン３５ｂのハウジングに流入する。これにより、過給機３５が過給動作を開始する。そして、排気遮断弁４４が開弁しているので、タービン３５ｂに流入したガスはタービン３５ｂを回転させた後、排気管４２を通して触媒４３へと流入する。
【００９３】
一方、蓄圧タンク５１内に蓄えられていた高圧のガス（フューエルカット中に蓄えられた新気）は、補助ガス供給弁５６が開弁しているので、補助ガス供給管５５を通して補助タービン５４ｂに供給される。従って、補助タービン５４ｂが回転し、それに伴って補助コンプレッサ５４ａが回転させられる。この結果、大気供給管５８を通して補助コンプレッサ５４ａに供給されている空気が圧縮され、その圧縮された空気は補助空気供給管５９を通してコンプレッサ３５ａに供給される。これにより、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転速度が迅速に上昇する。従って、過給開始時のターボラグを短縮することができる。
【００９４】
更に、蓄圧タンク５１から補助ガス供給管５５を通して補助タービン５４ｂに供給されたガス（新気）は、補助タービン５４ｂを回転させた後に補助ガス排出管５７を通して「空燃比センサ６７及び触媒４３」よりも下流位置にて排気管４２に排出される。
【００９５】
これによって、燃焼室２１からエキゾーストマニホールド４１に排出された排ガスのみが空燃比センサ６７に到達し、蓄圧タンク５１から補助ガス供給管５５を通して補助タービン５４ｂに供給されたガス（新気）は空燃比センサ６７に到達しない。従って、空燃比センサ６７は、現時点において機関１０から排出されている排ガスの空燃比（現時点において機関１０に供給されているガスの空燃比）を精度よく検出することができる。従って、燃料噴射補正量ＤＦｉは機関１０に供給されるガスの空燃比を目標空燃比Ａｂｆｒｅｆに一致させる適切な値となる。
【００９６】
この状態においては、フューエルカット条件成立判定フラグＸＦＣは「０」に設定されている。従って、ＣＰＵ７１は図２のステップ２００から処理を開始すると、ステップ２０５にて「Ｎｏ」と判定し、前述したステップ２１０乃至ステップ２２５の処理を実行する。この結果、通常の燃料噴射が行われ、燃焼室２１に供給される混合気の空燃比が適切な値となる。従って、エミッションが悪化することを回避することができる。
【００９７】
以上、説明したように、第一装置は、
「排気管４２に配設されたタービン３５ｂ」と「吸気管３２に配設され且つタービン３５ｂと一体的に回転するコンプレッサ３５ａ」とを有する過給機３５と、
排気管４２に配設された空燃比センサ６７と、
空燃比センサ６７の出力に基づいて燃焼室２１に供給されるガスの空燃比を制御する空燃比制御手段（燃料噴射補正量ＤＦｉを算出する機能及び図２のステップ２２０を参照。）と、
所定の蓄圧条件が成立したとき前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する蓄圧部（蓄圧タンク５１）と、蓄圧部から供給される前記高圧状態のガスによって回転される補助タービン５４ｂと、所定の過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを補助タービン５４ｂに供給することによって補助タービン５４ｂを回転させその補助タービン５４ｂの回転により吸気通路内を流れる空気の流量を増加させる補助タービン回転手段（補助ガス供給管５５、補助ガス供給弁５６、大気供給管５８及び補助空気供給管５９等）と、を含む吸気増加機構と、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部から補助タービン５４ｂを回転させるように補助タービン５４ｂに供給され且つ補助タービン５４ｂから流出する補助ガスが空燃比センサ６７を通過しないように補助ガスを外部に放出させる補助ガス排出管５７と、
を備える。
【００９８】
従って、蓄圧部（蓄圧タンク５１）から補助タービン５４ｂへと供給され、補助タービン５４ｂを回転させた後に補助タービン５４ｂから排出される流出ガスは、空燃比センサ６７を通過することなく外部に排出される。これによって、空燃比センサ６７は、機関から排出されている排ガスの空燃比を精度よく検出することができる。この結果、空燃比制御手段は、現時点において機関に供給される混合気の空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【００９９】
更に、前記吸気増加機構の補助タービン回転手段は、
前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガスを補助タービン５４ｂに供給する補助ガス供給部（補助ガス供給管５５及び補助ガス供給弁５６）と、
補助タービン５４ｂと一体的に回転する補助コンプレッサ５４ａと、
補助コンプレッサ５４ａに空気を供給する空気通路を構成する大気供給管５８と、
前記空気通路を通して補助コンプレッサ５４ａに供給され且つ補助コンプレッサ５４ａ
の回転により圧縮された空気を、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転を補助するように過給機３５のコンプレッサ３５ａに供給する補助空気供給管５９と、
を備えている。
【０１００】
従って、過給補助条件が成立したとき、蓄圧タンク５１に貯えられているガスが補助タービン５４ｂに供給されることによって補助タービン５４ｂと補助コンプレッサ５４ａとが回転させられる。一方、補助コンプレッサ５４ａには大気供給管５８を通して空気が供給されるので、補助コンプレッサ５４ａは回転しながら大気供給管５８から供給される空気を圧縮する。更に、その圧縮された空気は、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転を補助（促進）するように、補助空気供給管５９を通して過給機３５のコンプレッサ３５ａに供給される。この結果、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転速度を迅速に上昇させることができるので、ターボラグを短縮することができる。
【０１０１】
次に、本発明の第二実施形態に係る内燃機関の過給装置（以下、「第二装置」とも称呼する。）について説明する。第二装置は、第一装置が備える過給補助系統５０に代え、過給補助系統８０を備えている点のみにおいて相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
【０１０２】
図５は、この第二装置の概略構成を示している。図５において第一装置が備える構成部品と同一の構成部品については、第一装置が備える構成部品と同じ符号が付されている。図５に示したように、第二装置の過給補助系統８０は、補助タービン５４ｂに代わる補助タービン５４ｄと、回転軸５４ｅと、を備える。
【０１０３】
補助タービン５４ｄは、回転軸５４ｅを介して過給機３５の「タービン３５ｂ及びコンプレッサ３５ａ」と接続されている。即ち、タービン３５ｂ及びコンプレッサ３５ａは、補助タービン５４ｄと一体的に回転するように構成されている。
【０１０４】
第二装置の補助ガス供給管５５は、蓄圧タンク５１と補助タービン５４ｄ（補助タービン５４ｄのハウジングに設けられた補助ガス導入口）とを接続している。補助タービン５４ｄは、補助ガス供給管５５を通して蓄圧タンク５１から供給される補助ガスにより回転させられるようになっている。
【０１０５】
第二装置の補助ガス排出管５７の一端は、補助タービン５４ｄ（補助タービン５４ｄのハウジングに設けられた補助ガス排出口）に接続されている。補助ガス排出管５７の他端は、第一装置と同様、空燃比センサ６７及び触媒４３よりも下流位置において排気管４２に接続されている。即ち、補助ガス排出管５７は、蓄圧タンク５１から補助ガス供給管５５を通して補助タービン５４ｄに供給され、且つ、補助タービン５４ｄを回転させた後に補助タービン５４ｄ（補助タービン５４ｄのハウジングに設けられた補助ガス排出口）から排出される（流出する）補助ガスが空燃比センサ６７を通過しないように配設された「空燃比センサ６７をバイパスするバイパス管」である。
【０１０６】
このように、第二装置の補助タービン５４ｄは過給機３５のコンプレッサ３５ａと一体的に回転するように構成されている。
また、第二装置の吸気増加機構の補助タービン回転手段は、前記過給補助条件が成立したとき前記蓄圧部（蓄圧タンク５１）に収容されている「高圧状態のガス」を補助タービン５４ｄに供給する補助ガス供給部（補助ガス供給管５５及び補助ガス供給弁５６）を備えている。
更に、第二装置のＣＰＵは、第一装置のＣＰＵ７１と同様、図２乃至図４に示されたルーチンを実行する。
【０１０７】
これによれば、過給機３５のコンプレッサ３５ａは補助タービン５４ｄと一体的に回転する。従って、過給補助条件が成立したとき、過給機３５のコンプレッサ３５ａは、過給機３５自身のタービン３５ｂによる回転力と、補助タービン５４ｄによる回転力と、を受けて回転する。この結果、過給を開始する際におけるコンプレッサ３５ａの回転速度を迅速に上昇させることができるので、ターボラグを短縮することができる。
【０１０８】
また、補助タービン５４ｄを回転させた補助ガスは、補助ガス排出管５７を通して空燃比センサ６７及び触媒４３よりも下流位置において排気管４２に排出される。これにより、補助タービン５４ｄを回転させた後に補助タービン５４ｄから排出される補助ガス（蓄圧タンク５１内に蓄積されていた新気）は、空燃比センサ６７を通過しないように外部に放出される。この結果、ＣＰＵ７１は、現時点において機関１０に供給されるガスの空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【０１０９】
次に、本発明の第三実施形態に係る内燃機関の過給装置（以下、「第三装置」とも称呼する。）について説明する。第三装置は、第一装置が備える過給補助系統５０に代え、過給補助系統９０を備えている点のみにおいて相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
【０１１０】
図６は、この第三装置の概略構成を示している。図６において第一装置が備える構成部品と同一の構成部品については、第一装置が備える構成部品と同じ符号が付されている。図６に示したように、第三装置の過給補助系統９０は、第一装置の過給補助系統５０と同様、補助過給機５４を備える。但し、第三装置は、第一装置の吸気管３２に代わる吸気管３２ａ、３２ｂ及び３２ｃを備えている。
【０１１１】
吸気管３２ａは最も上流側の吸気管を構成している。吸気管３２ａの一端にはエアフィルタ３６が配設されている。吸気管３２ａの他端は補助過給機５４の補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた空気導入口）に直接接続されている。
【０１１２】
吸気管３２ｂの一端は、補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた圧縮空気排出口）に接続されている。吸気管３２ｂの他端は過給機３５のコンプレッサ３５ａ（コンプレッサ３５ａのハウジングに設けられた空気導入口）に接続されている。
【０１１３】
吸気管３２ｃの一端は、コンプレッサ３５ａ（コンプレッサ３５ａのハウジングに設けられた圧縮空気排出口）に接続されている。吸気管３２ｃの他端はインテークマニホールド３１に接続されている。吸気管３２ｃには、上流から下流に向けてインタークーラー３４とスロットル弁３３とが配設されている。
【０１１４】
即ち、第三装置においては、吸気通路において補助過給機５４の補助コンプレッサ５４ａが過給機３５のコンプレッサ３５ａの上流側に配置されている。更に、第三装置のＣＰＵは、第一装置のＣＰＵ７１と同様、図２乃至図４に示されたルーチンを実行する。
【０１１５】
これによれば、過給補助条件が成立したとき、吸気管３２ａを通して補助コンプレッサ５４ａに流入するとともに補助コンプレッサ５４ａによって圧縮された空気は、過給機３５のコンプレッサ３５ａに供給される。更に、その空気は過給機３５のコンプレッサ３５ａによって圧縮される。この結果、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転が比較的低い時点（即ち、過給動作開始直後）においても吸入空気量を迅速に増大させることができる。従って、ターボラグを短縮することができる。
【０１１６】
また、補助タービン５４ｂを回転させた補助ガスは、補助ガス排出管５７を通して空燃比センサ６７及び触媒４３よりも下流位置において排気管４２に排出される。これにより、補助タービン５４ｂを回転させた後に補助タービン５４ｂから排出される補助ガス（蓄圧タンク５１内に蓄積されていた新気）は、空燃比センサ６７を通過しないように外部に放出される。この結果、ＣＰＵ７１は、現時点において機関１０に供給されるガスの空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【０１１７】
次に、本発明の第四実施形態に係る内燃機関の過給装置（以下、「第四装置」とも称呼する。）について説明する。第四装置は、第一装置が備える過給補助系統５０に代え、過給補助系統１００を備えている点のみにおいて相違している。従って、以下、この相違点を中心として説明を加える。
【０１１８】
図７は、この第四装置の概略構成を示している。図７において第一装置が備える構成部品と同一の構成部品については、第一装置が備える構成部品と同じ符号が付されている。図７に示したように、第四装置の過給補助系統１００は、第一装置の過給補助系統５０と同様、補助過給機５４を備える。但し、第四装置は、第一装置の吸気管３２に代わる吸気管３２ｄ、３２ｅ及び３２ｆを備えている。
【０１１９】
吸気管３２ｄは最も上流側の吸気管を構成している。吸気管３２ｄの一端にはエアフィルタ３６が配設されている。吸気管３２ｄの他端は過給機３５のコンプレッサ３５ａ（コンプレッサ３５ａのハウジングに設けられた空気導入口）に直接接続されている。
【０１２０】
吸気管３２ｅの一端は、コンプレッサ３５ａ（コンプレッサ３５ａのハウジングに設けられた圧縮空気排出口）に接続されている。吸気管３２ｅの他端は補助過給機５４の補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた空気導入口）に接続されている。
【０１２１】
吸気管３２ｆの一端は、補助コンプレッサ５４ａ（補助コンプレッサ５４ａのハウジングに設けられた圧縮空気排出口）に接続されている。吸気管３２ｆの他端はインテークマニホールド３１に接続されている。吸気管３２ｆには、上流から下流に向けてインタークーラー３４とスロットル弁３３とが配設されている。
【０１２２】
即ち、第四装置においては、吸気通路において過給機３５のコンプレッサ３５ａが補助過給機５４の補助コンプレッサ５４ａの上流側に配置されている。更に、第四装置のＣＰＵは、第一装置のＣＰＵ７１と同様、図２乃至図４に示されたルーチンを実行する。
【０１２３】
これによれば、過給補助条件が成立したとき、吸気管３２ｄを通してコンプレッサ３５ａに流入するとともにコンプレッサ３５ａによって圧縮された空気は、補助過給機５４の補助コンプレッサ５４ａに供給される。更に、その空気は補助コンプレッサ５４ａによって圧縮される。この結果、過給機３５のコンプレッサ３５ａの回転が比較的低い時点（即ち、過給動作開始直後）においても吸入空気量を迅速に増大させることができる。従って、ターボラグを短縮することができる。
【０１２４】
また、補助タービン５４ｂを回転させた補助ガスは、補助ガス排出管５７を通して空燃比センサ６７及び触媒４３よりも下流位置において排気管４２に排出される。これにより、補助タービン５４ｂを回転させた後に補助タービン５４ｂから排出される補助ガス（蓄圧タンク５１内に蓄積されていた新気）は、空燃比センサ６７を通過しないように外部に放出される。この結果、ＣＰＵ７１は、現時点において機関１０に供給されるガスの空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【０１２５】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る過給装置（第一乃至第四装置）は、
過給機（３５）と、空燃比センサ（６７）と、空燃比制御手段と、吸気増加機構と、を有する。
【０１２６】
前記過給機（３５）は、内燃機関の燃焼室（２１）に連通した排気通路を形成する排気管（４２）に配設されたタービン（３５ｂ）と、同燃焼室（２１）に連通した吸気通路を形成する吸気管（３２）に配設され且つ同タービン（３５ｂ）の回転に伴って回転するコンプレッサ（３５ａ）と、を有する。
【０１２７】
前記空燃比センサ（６７）は、前記排気通路内を流れるガスの空燃比に応じた信号を出力するように前記排気管（４２）に配設されている。
前記空燃比制御手段は、この空燃比センサ（６７）の出力に基づいて前記機関の燃焼室（２１）に供給されるガスの空燃比を制御するようになっている。
【０１２８】
前記吸気増加機構は、蓄圧部（５１）と、補助タービン（５４ｂ）と、補助タービン回転手段と、を含む。
【０１２９】
前記蓄圧部（５１）は、所定の蓄圧条件が成立したとき、前記排気通路内のガスを導入することにより同ガスを高圧状態にて収容する（図４のステップ４０５乃至４２０を参照。）。
前記蓄圧条件は、蓄圧部（５１）に収容された高圧状態のガスを「過給補助のために使用する必要のない運転時」に成立する。このような運転時は、例えば、低〜中負荷運転時であり、減速フューエルカット運転時を含んでいても良い（図３のステップ３１０及び図４のステップ４０５を参照。）。
【０１３０】
前記補助タービン（５４ｂ）は、前記過給機のタービン（３５ｂ）とは別のタービンであって、前記蓄圧部（５１）から供給される前記高圧状態のガスによって回転されるようになっている。
前記補助タービン回転手段は、所定の過給補助条件が成立したとき「前記蓄圧部に収容されている前記高圧状態のガス」を前記補助タービン（５４ｂ）に供給することによって同補助タービン（５４ｂ）を回転させる。これにより、前記補助タービン回転手段は、前記補助タービン（５４ｂ）の回転によって前記吸気通路内を流れる空気の流量を増加させるようになっている。
前記過給補助条件は、例えば、加速開始時等のように、機関の負荷が高負荷となったときに成立する（図４のステップ４２５を参照。）。
【０１３１】
このように、本過給装置は前記吸気増加機構を備えるので、過給補助条件が成立したときに燃焼室（２１）に吸入される空気の量（吸入空気量）が速やかに増大する。従って、ターボラグを短縮することができる。
【０１３２】
更に、本過給装置は、前記過給補助条件が成立したときに前記蓄圧部（５１）から前記補助タービン（５４ｂ）に供給され且つ同補助タービン（５４ｂ）から流出する流出ガスが前記空燃比センサ（６７）を通過しないように、その流出ガスを外部に放出する補助ガス排出管（５７）を備える。
【０１３３】
従って、蓄圧部（５１）から補助タービン（５４ｂ）へと供給されることにより同補助タービン（５４ｂ）を回転させ、且つ、その後に補助タービン（５４ｂ）から排出された流出ガスは、空燃比センサ（６７）を通過することなく外部に排出される。これによって、空燃比センサ（６７）は、機関から排出されている排ガスの空燃比を精度よく検出することができる。この結果、空燃比制御手段は、現時点において機関に供給されるガスの空燃比を適切に制御することができるので、エミッションが悪化することを回避することができる。
【０１３４】
本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記各実施形態においては、フューエルカット条件（蓄圧条件）が成立した際、蓄圧タンク５１内に新気が貯められる。これに対し、フューエルカットを行わない別の条件が成立したときに、蓄圧タンク５１内へ排ガスを貯めてもよい。ここで、別の条件が成立したときとは、たとえば機関１０が低〜中低速負荷時での運転状態にある時である。これにより、フューエルカットが行われる条件以外においても蓄圧を行うことができ、蓄圧タンク５１内の圧力をより早く高めることができる。
この場合、蓄圧タンク５１内部には燃焼室２１での混合気の燃焼によって生じた排ガスが貯められる。
【０１３５】
しかしながら、蓄圧タンク５１内に蓄積されていた排ガスの空燃比は、過給補助条件成立中の排ガスの空燃比と相違する可能性が高い。一方、燃料噴射補正量（空燃比フィードバック補正量）ＤＦｉは、現時点において機関に供給されるガスの空燃比をフィードバック制御する量である。従って、蓄圧タンク５１内に蓄積されていた排ガスが空燃比センサ６７によって検出される空燃比に影響を及ぼすことは好ましくない。
【０１３６】
この場合、補助ガス排出管５７は、「補助タービン５４ｂ及び補助コンプレッサ５４ａを回転させた補助ガス（この場合、過去の排ガス）が、補助ガス排出管５７を通して空燃比センサ６７の下流且つ触媒４３の上流の排気通路に排出される。」ように構成されることができる。これによって、蓄圧タンク５１から供給された補助ガス（即ち、過去の排ガス）は触媒４３によって浄化されて外部に放出される。この結果、蓄圧タンク５１から供給される補助ガスによってエミッションが悪化することなく過給補助が可能となる。さらに、蓄圧タンク５１から供給される補助ガスが現時点の機関に供給されるガスの空燃比に悪影響を及ぼさないので、現時点の機関に供給されるガスの空燃比を適値に維持することができる。
【０１３７】
なお、補助ガス排出管５７に別の触媒を設けてもよく、補助ガス排出管５７と排気管４２とが合流する位置よりも下流位置において排気管４２に別の触媒を配置してもよい。
【０１３８】
また、触媒４３の下流の排気管４２に下流側空燃比センサが備えられている場合、補助ガス排出管５７はその下流側空燃比センサよりも下流側において排気管４２に合流するように構成されることが好ましい。
【０１３９】
さらに、上記各実施形態の過給装置において、
前記蓄圧部は、
蓄圧タンク（５１）と、
一端が前記排気通路の前記過給機のコンプレッサ（３５ａ）の上流において前記排気管（エキゾーストマニホールド４１）に接続され他端が前記蓄圧タンク（５１）に接続された補助ガス導入管（５２）と、
前記補助ガス導入管に配設されるとともに指示信号に応じて開弁したとき同補助ガス導入管内のガスの通流を許容し且つ指示信号に応じて閉弁したとき同補助ガス導入管内のガスの通流を遮断する補助ガス導入弁（５３）と、
前記蓄圧条件が成立したとき前記補助ガス導入弁を開弁する信号を同補助ガス導入弁に送出し且つ同蓄圧条件が成立していないとき同補助ガス導入弁を閉弁する信号を同補助ガス導入弁に送出する補助ガス導入弁制御手段（図４のステップ４１０、４３０、４４５）と、
前記排気通路であって前記排気管と前記補助ガス導入管との接続箇所よりも下流において前記排気管に配設される排気遮断弁（４４）であって指示信号に応じて開弁したとき同排気遮断弁（４４）よりも上流の排ガスを同排気遮断弁（４４）よりも下流に通流させ且つ指示信号に応じて閉弁したとき同排気遮断弁（４４）よりも上流の排ガスを同排気遮断弁（４４）よりも下流に通流させない排気遮断弁（４４）と、
前記蓄圧条件が成立したとき前記排気遮断弁を閉弁する信号を同排気遮断弁に送出し且つ同蓄圧条件が成立していないとき同排気遮断弁を開弁する信号を同排気遮断弁に送出する排気遮断弁制御手段（図４のステップ４１５、４３５、４５０）と、
を含み、
前記補助ガス供給部は、
前記蓄圧タンク（５１）と前記補助タービン（５４ｂ、５４ｄ）とを接続する補助ガス供給管（５５）と、
前記補助ガス供給管に配設されるとともに指示信号に応じて開弁したとき同補助ガス供給管内のガスの通流を許容し且つ指示信号に応じて閉弁したとき同補助ガス供給管内のガスの通流を遮断する補助ガス供給弁（５６）と、
前記過給補助条件が成立したとき前記補助ガス供給弁を開弁する信号を同補助ガス供給弁に送出し且つ同過給補助条件が成立していないとき同補助ガス供給弁を閉弁する信号を同補助ガス供給弁に送出する補助ガス供給弁制御手段（図４のステップ４２０、４４０、４５５）と、
を含み、
前記空燃比センサ（６７）は、
前記排気通路の前記過給機（３５）のコンプレッサ（３５ａ）の下流において前記排気管（４２）に配設され、
前記補助ガス排出管（５７）は、
その一端が前記補助タービン（５４ｂ、５４ｄ）の前記補助ガスを排出する排出口に接続され且つその他端が前記排気通路の前記空燃比センサ（６７）の下流において前記排気管（４２）に接続されたバイパス管（５７）であるように構成されていると言うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４０】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る内燃機関の過給装置が適用された内燃機関の概略図である。
【図２】図１に示したＣＰＵが実行する燃料噴射制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図１に示したＣＰＵが実行するフューエルカット条件判定ルーチンを示したフローチャートである。
【図４】図１に示したＣＰＵが実行する弁制御ルーチンを示したフローチャートである。
【図５】本発明の第二の実施形態に係る内燃機関の過給装置が適用された内燃機関の概略図である。
【図６】本発明の第三の実施形態に係る内燃機関の過給装置が適用された内燃機関の概略図である。
【図７】本発明の第四の実施形態に係る内燃機関の過給装置が適用された内燃機関の概略図である。
【符号の説明】
【０１４１】
１０…内燃機関、２０…本体部、２１…燃焼室、２２…燃料噴射弁、３０…吸気系統、３１…インテークマニホールド、３２…吸気管、３５…過給機、３５ａ…コンプレッサ、３５ｂ…タービン、３５ｃ…回転軸、３６…エアフィルタ、４０…排気系統、４１…エキゾーストマニホールド、４２…排気管、４３…触媒、４４…排気遮断弁、５０…過給補助系統、５１…蓄圧タンク、５２…補助ガス導入管、５３…補助ガス導入弁、５４…補助過給機、５４ａ…補助コンプレッサ、５４ｂ…補助タービン、５４ｃ…回転軸、５４ｄ…補助タービン、５４ｅ…回転軸、５５…補助ガス供給管、５６…補助ガス供給弁、５７…補助ガス排出管、５８…大気供給管、５９…補助空気供給管、６７…空燃比センサ、７０…電気制御装置、８０…過給補助系統、９０…過給補助系統、１００…過給補助系統。
【図１】
2010024862.tif 000003
【図２】
2010024862.tif 000004
【図３】
2010024862.tif 000005
【図４】
2010024862.tif 000006
【図５】
2010024862.tif 000007
【図６】
2010024862.tif 000008
【図７】
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