(57)【要約】【課題】過給機の作動域を外れるエンジン運転条件においても、エンジンの吸入空気量を増加させてエンジン出力を確保することができる、単一の過給機で対応可能なエンジン運転条件の拡大を図ることができるエンジンシステムを提供する。【解決手段】エンジンシステム１０は、エンジン２０と、エンジン２０の燃焼室に接続する複数の吸気ポート２３，２４と、複数の吸気ポート２３，２４のそれぞれに接続する吸気通路３０と、吸気通路３０を流れる空気を加圧する過給機５０とを備える。吸気通路３０は、過給機５０により加圧された加圧空気を複数の吸気ポート２３，２４に導く第１流路と、自然吸気による空気を第２吸気ポート２４に導く第２流路と、を有する。エンジン運転条件が過給機５０の作動域を外れる場合に、第２吸気ポート２４に自然吸気による空気を導く。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
前記エンジンの燃焼室に接続する複数の吸気ポートと、
前記複数の吸気ポートのそれぞれに接続する吸気通路と、
前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる空気を加圧する過給機と、
を備えるエンジンシステムであって、
前記吸気通路は、
前記過給機により加圧された加圧空気を前記複数の吸気ポートに導く第１流路と、
自然吸気による空気を前記複数の吸気ポートの少なくとも１つに導く第２流路と、
を有するエンジンシステム。
【請求項２】
前記第１流路に設けた第１仕切弁と、
前記第２流路に設けた第２仕切弁と、
を更に備え、
前記第１仕切弁および前記第２仕切弁を開閉し、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに導く空気を、前記過給機による加圧空気および自然吸気による空気のいずれか一方に切り替えるよう構成された、
請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記エンジンの要求空気量が所定値以下である場合、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに前記過給機による加圧空気を導き、
前記エンジンの要求空気量が所定値よりも多い場合、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに自然吸気による空気を導く、
請求項１または２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記過給機が小型の過給機である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記過給機が、前記エンジンの運転が低回転条件にあるときに高い過給効率を有する過給機である、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記燃焼室の排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気を再循環させる再循環装置を更に備える、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンと、エンジンが吸入する空気を加圧する過給機とを備えるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
過給機は、エンジンシステムの吸気通路を流れる空気を加圧することにより、エンジンの燃焼室に吸入される空気の流量を増加させ、エンジンの高出力化を図る装置である。過給機の効率を改善することで、エンジンシステム全体の高効率化が期待できる。ここで、過給機はその容量に応じて作動域が異なり、好適な運転条件が存在する。
【０００３】
特許文献１には、高圧段ターボチャージャと、低圧段ターボチャージャと、を備えたターボ過給システムであって、高圧段ターボチャージャが、高圧段コンプレッサの駆動力をアシストする電気モータを備えた電動アシストターボチャージャである、ターボ過給システムが記載されている。特許文献１によれば、エンジン速度が極低速の領域であっても、電気モータを駆動することで十分なブースト圧を得ることが可能となり、エンジン速度が極低速の領域における動力性能（極低速トルク）を向上できるとされている。
【０００４】
特許文献２には、大型ターボ過給機と小型ターボ過給機とを備え、小型ターボ過給機のタービンが大型ターボ過給機のタービンに対し排気通路の上流側に配置され、小型ターボ過給機のコンプレッサが大型ターボ過給機のコンプレッサに対し吸気通路の下流側に配置され、大型ターボ過給機のコンプレッサの回転をアシストするアシスト駆動手段を更に備える、ターボ過給機付エンジンが記載されている。特許文献２によれば、大型ターボ過給機のコンプレッサをアシスト駆動手段により回転駆動して吸気を加圧し、加圧された吸気をさらに小型ターボ過給機のコンプレッサに導入してさらに加圧することで、大型・小型ターボ過給機の両方で分担しながら効率的に過給を行うことができ、アシスト駆動手段によるアシスト力をそれほど大きく設定しなくても、トータルとして高い過給圧を得ることができる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−９７６０６号公報
【特許文献２】特開２０１１−５８４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、一般的なエンジンの常用回転域は３０００ｒｐｍ以下であるが、そのような低回転条件に対して高効率化を図った過給機を有するエンジンシステムにおいて、エンジンを要求空気量が増大する高回転条件で運転させると、過給機の作動流量の上限に達することにより、エンジンの実際の吸入空気量が増加せず、エンジン出力が低下するという課題があった。特許文献１および特許文献２に記載の技術はいずれも、このような課題に対して、異なるエンジン運転条件に適合する複数の過給機をエンジン運転条件に応じて使い分けることで、幅広いエンジン運転条件に対応しようとするものである。
【０００７】
しかしながら、エンジンシステムに複数の過給機を設けると、エンジンあたりのコストが増加するとともに、複数の過給機を制御する機構が複雑になる。よって、より簡素な構成でありながら、幅広いエンジン運転条件においてエンジンの要求空気量を満たし、高出力化および高効率化を図ることができるエンジンシステムが望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、エンジンと、エンジンが吸入する空気を加圧する過給機とを備えるエンジンシステムであって、過給機の作動域を外れるエンジン運転条件においても、エンジンの吸入空気量を増加させてエンジン出力を確保することができるエンジンシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るエンジンシステムは、エンジンと、前記エンジンの燃焼室に接続する複数の吸気ポートと、前記複数の吸気ポートのそれぞれに接続する吸気通路と、前記吸気通路に設けられ、前記吸気通路を流れる空気を加圧する過給機と、を備えるエンジンシステムであって、前記吸気通路は、前記過給機により加圧された加圧空気を前記複数の吸気ポートに導く第１流路と、自然吸気による空気を前記複数の吸気ポートの少なくとも１つに導く第２流路と、を有する。
【００１０】
好適な態様では、前記第１流路に設けた第１仕切弁と、前記第２流路に設けた第２仕切弁と、を更に備え、前記第１仕切弁および前記第２仕切弁を開閉し、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに導く空気を、前記過給機による加圧空気および自然吸気による空気のいずれか一方に切り替えるよう構成されている。
【００１１】
他の好適な態様では、前記エンジンの要求空気量が所定値以下である場合、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに前記過給機による加圧空気を導き、前記エンジンの要求空気量が所定値よりも多い場合、前記第１流路および前記第２流路の両者と連通する吸気ポートに自然吸気による空気を導く。
【００１２】
他の好適な態様では、前記過給機が小型の過給機である。
【００１３】
他の好適な態様では、前記過給機が、前記エンジンの運転が低回転条件にあるときに高い過給効率を有する過給機である。
【００１４】
他の好適な態様では、前記燃焼室の排気通路と前記吸気通路とを接続し、排気を再循環させる再循環装置を更に備える。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るエンジンシステムによれば、エンジンシステムの吸気通路を、過給機による加圧空気を複数の吸気ポートに導く第１流路と、自然吸気による空気を吸気ポートの少なくとも１つに導く第２流路とを有するものとし、エンジン運転条件が過給機の作動域を外れる場合に、少なくとも１つの吸気ポートに自然吸気による空気を導くことによって、エンジンの吸入空気量を増加させてエンジン出力を確保することができる。これにより、単一の過給機で対応可能なエンジン運転条件の拡大を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の一例に係るエンジンシステムの構成を示す図である。
【図２】過給機のコンプレッサ特性マップの一例を示すグラフである。
【図３】エンジンの回転数と各吸気ポートの空気流量との関係の一例を示すグラフである。
【図４】エンジンの回転数と出力との関係の一例を示すグラフである。
【図５】本実施形態の変形例に係るエンジンシステムの構成を示す図である。
【図６】従来のエンジンシステムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態に係るエンジンシステムについて、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るエンジンシステム１０の全体構成を示す図である。エンジンシステム１０は、吸気が流れる吸気通路３０と、排気が流れる排気通路６０とを備える。吸気通路３０には過給機５０が設けられており、吸気通路３０は、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４を介してエンジン２０の燃焼室（図示せず）に接続されている。
【００１９】
エンジン２０は、その内部にピストンを備えており、ピストン上面及びシリンダヘッド内面からなる燃焼室が形成される。なお、図１では説明のため便宜的に１気筒のみを有する内燃機関を示しているが、本発明に用いるエンジンは、２個以上の気筒の数を有するもの、例えば４気筒などの列型エンジンであってもよい。
【００２０】
吸気通路３０は、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４を介して燃焼室に連通しており、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４と燃焼室との間にはそれぞれ第１吸気弁２１および第２吸気弁２２が設けられる。これら吸気弁の開閉動作により、大気から取り入れた空気が各吸気ポート２３，２４を介して燃焼室へと供給される。なお、吸気通路３０の詳細な構造については後述する。図１では吸気および排気の流れを白抜き矢印で示す。図１に示すエンジン２０は、１つの燃焼室に対して２個の吸気ポートを有するが、吸気ポートの個数は２個に限定されず、１つの燃焼室に対して３個またはそれ以上の吸気ポートを有していてもよい。
【００２１】
排気通路６０は、排気ポート２６を介して燃焼室に接続されている。排気ポート２６には排気弁２５が設けられ、排気弁２５の動作により、燃焼によって生成する排気ガスが排気ポート２６を通って排気通路６０へと排出される。
【００２２】
本実施形態に係るエンジンシステム１０は、吸気通路３０に設けられ、燃焼室に導入する空気を加圧する過給機５０を備える。図１に示す過給機５０は、コンプレッサ５２とタービン５１とを有するターボ式過給機であり、コンプレッサ５２は後述する主吸気管３２に、タービン５１は排気通路６０に、それぞれ設けられる。
【００２３】
燃焼室から排出された排気ガスは、排気ポート２６および排気通路６０を通ってタービン５１へと導かれる。この排気ガス流が、タービン５１を駆動し、更にはコンプレッサ５２を駆動するための動力源となる。主吸気管３２を流れる空気は、コンプレッサ５２に吸入され、コンプレッサ５２の駆動により圧縮されて加圧空気として送出される。コンプレッサ５２の下流にはインタークーラ５３が設けられ、圧縮直後の高温となった加圧空気が冷却される。冷却された加圧空気は、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４を介して、エンジン２０の燃焼室内に供給される。
【００２４】
図２は、過給機５０のコンプレッサ特性マップの一例を示すグラフであり、横軸で示すコンプレッサ５２の吸入空気量と、縦軸で示すコンプレッサ圧力比との関係を表している。吸入空気量および過給圧は、コンプレッサ回転数が上がるにつれてそれぞれ上昇するが、コンプレッサ回転数には上限があり、これにより吸入空気量および過給圧も制限される。図２で示す破線Ｙは、過給機５０の作動域の上限を示しており、コンプレッサ回転数の上限に対応している。過給機５０の作動域は、破線Ｙの左下側の領域に制限され、破線Ｙより右側および上側の領域で過給機５０は運転されない。なお、過給機５０のコンプレッサ回転数の上限は、例えば、負荷に対する強度や耐熱性能等の構造的な要件と高効率化との両立を鑑みて決定される。
【００２５】
図２において斜線で示す領域Ｘは、過給機５０が相対的に高い過給効率で過給を行う高効率領域である。過給機５０の吸入空気量およびコンプレッサ圧力比が領域Ｘ内にあると、過給効率が高くなり、エンジンシステム１０全体の効率が向上する。単一の過給機５０が有する高効率領域はあまり広くないため、エンジンシステム１０に用いる過給機５０を選択する際は、エンジン２０の排気量、標的とするエンジン運転条件等を鑑みて、エンジン２０の運転時における過給機５０の運転がなるべく領域Ｘ内に含まれる過給機５０が選択される。例えば、相対的に低い負荷条件で運転するエンジンシステムを標的とする場合は、コンプレッサの容量が小さい小型過給機等の、破線Ｙが低圧・低流量側（図２における左下方向）に移動し、コンプレッサ特性マップの範囲が相対的に小さくなる過給機が選択される。
【００２６】
後述の通り、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、当該小型過給機等の、エンジン２０が低回転条件で運転されているときに過給効率が高くなるよう設定された過給機５０を用いる場合に、特に有用である。
【００２７】
本実施形態に係るエンジンシステム１０が備える吸気通路３０の構造を、図１を参照しながら説明する。
【００２８】
吸気通路３０の最上流側には、１つの共通吸気管３１が設けられている。共通吸気管３１には、上流側から順に、空気取入口（図示せず）と、ダスト等を除去するエアクリーナ（図示せず）と、が設けられている。共通吸気管３１は、その下流端において主吸気管３２と副吸気管３３とに分岐する。
【００２９】
主吸気管３２には、上流から下流に向けて順に、第１スロットルバルブ４３と、コンプレッサ５２と、インタークーラ５３と、第１インジェクタ４５とが設けられる。コンプレッサ５２およびインタークーラ５３については上述の通りである。第１スロットルバルブ４３は、運転者からの出力要求に基づいて駆動し、主吸気管３２の開度を調節することにより、主吸気管３２を流れる空気の流量を制御する。燃料噴射装置である第１インジェクタ４５は、主吸気管３２内に燃料を供給し、燃焼室に供給する混合気を調製する。主吸気管３２には、空気の流量を検知する流量計（図示せず）、空気の圧力を検知する気圧センサ（図示せず）が設けられる。主吸気管３２は、その下流端において第１吸気ポート２３と加圧空気導入管３４とに分岐する。第１吸気ポート２３は、第１吸気弁２１の開閉により、加圧空気を燃焼室内に導く。加圧空気導入管３４は、第２吸気ポート２４の上流端と接続し、主吸気管３２を流れる加圧空気を第２吸気ポート２４に導く。加圧空気導入管３４には第１仕切弁４１が設けられ、第１仕切弁４１の開閉により、過給機５０による加圧空気が第２吸気ポート２４に導入され、或いは遮断される。
【００３０】
副吸気管３３は、共通吸気管３１の下流端から主吸気管３２と分岐し、第２吸気ポート２４の上流端に接続する。副吸気管３３を経て、過給機５０によって加圧されていない空気（以下「低圧空気」ともいう）が自然吸気により第２吸気ポート２４へと導入される。なお、図１に示す通り、副吸気管３３と第２吸気ポート２４の接続部は、加圧空気導入管３４の下流端であり、換言すれば、副吸気管３３と加圧空気導入管３４との合流箇所が、第２吸気ポート２４の上流端である。副吸気管３３には、第２仕切弁４２が設けられる。第２仕切弁４２の開閉により、第２吸気ポート２４に低圧空気が導入され、また遮断される。第２吸気ポート２４には、上流から下流に向けて順に、第２スロットルバルブ４４と、第２インジェクタ４６とが設けられる。
【００３１】
図１に示す吸気通路３０は、過給機５０により加圧された加圧空気を第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４に導く第１流路と、自然吸気による空気を第２吸気ポート２４に導く第２流路とを有する。第１流路は、共通吸気管３１、主吸気管３２および加圧空気導入管３４によって構成され、第２流路は、共通吸気管３１および副吸気管３３によって構成される。
【００３２】
本実施形態に係るエンジンシステム１０では、加圧空気導入管３４に設けた第１仕切弁４１および副吸気管３３に設けた第２仕切弁４２の開閉を組み合わせることで、第２吸気ポート２４および第２吸気弁２２から燃焼室に吸入される空気を、過給機５０による加圧空気および低圧空気のどちらか一方に切り換えることができる。即ち、第１仕切弁４１を開き、第２仕切弁４２を閉じることで、過給機５０による加圧空気が第１流路を介して第２吸気ポート２４に導かれる。また、第１仕切弁４１を閉じ、第２仕切弁４２を開くことで、自然吸気による低圧空気が第２流路を介して第２吸気ポート２４に導かれる。エンジンシステム１０では、第１仕切弁４１および第２仕切弁４２の開閉は、制御部７０による指示に基づいて行われる。
【００３３】
第２吸気ポート２４に設けた第２スロットルバルブ４４は、第１スロットルバルブ４３と同様の機能を有し、第２吸気ポート２４を介して自然吸気による吸気を行う場合に使用される。第２吸気ポート２４に加圧空気を導入する場合は、第１スロットルバルブ４３により吸気量が調整されるため、第２スロットルバルブ４４は、例えば、全開状態を維持するように制御される。第２吸気ポート２４に設けた第２インジェクタ４６についても同様に、第１インジェクタ４５と同様の機能を有し、第２吸気ポート２４を介して自然吸気による吸気を行う場合に使用される。第２吸気ポート２４に加圧空気を導入する場合、燃料噴射量等は第１インジェクタ４５により調整されるため、第２インジェクタ４６は、例えば、燃料を噴射しないように制御される。
【００３４】
制御部７０は、エンジンシステム１０を制御するための制御装置である。制御部７０は、例えばマイクロコンピュータから構成されてもよく、電子制御装置（Electronical Control Unit：ＥＣＵ）にプログラムとして組み込まれていてもよい。制御部７０は、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶素子からなる記憶部、及び、各仕切弁等への通電を行うための駆動回路等を備える。記憶部には、種々の制御プログラム、データ、マップ等が記憶されており、制御部７０はこれら制御プログラム等を実行することにより種々の制御を実行する。
【００３５】
制御部７０は、第１仕切弁４１および第２仕切弁４２の開閉を制御し、第２吸気ポート２４への吸気方法の切り替えを行う。この第１仕切弁４１および第２仕切弁４２の開閉は、エンジン２０の要求空気量に応じて制御される。また、制御部７０は、例えば、第１インジェクタ４５、第２インジェクタ４６、第１スロットル、第２スロットル、吸気弁、排気弁２５を含む各種アクチュエータ類に対する制御信号を出力し、これらを制御する。また、制御部７０は、吸気通路３０に設けた流量計、吸気圧センサ、アクセル開度センサおよびクランク角センサ（エンジン回転数センサ）を含む各種センサから各種信号を受信する。
【００３６】
エンジン２０の要求空気量は、燃焼室が吸入する空気の理論的な流量であり、例えば、高い出力を要する高負荷条件でエンジン２０を運転する場合、要求空気量は多くなり、低い出力で足りる低負荷条件で運転する場合、要求空気量は少なくなる。要求空気量は、例えば、エンジン回転数、第１スロットルの開度、主吸気管３２の気圧（過給圧）および流量等に基づいて、予め定められたマップまたは関数によって算出される。
【００３７】
以下、本実施形態に係るエンジンシステム１０における吸気通路３０および各仕切弁の開閉制御について、図２〜図４および図６を参照しながら、詳細に説明する。
【００３８】
図６は、従来のエンジンシステム９０の一例の構成を示す図である。図６に示すエンジンシステム９０については、図１に示すエンジンシステム１０と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。図６に示すエンジンシステム９０は、吸気通路２０として主吸気管３２のみを有し、第１仕切弁４１、第２仕切弁４２、第２スロットルおよび第２インジェクタ４６を有さない点で、図１に示すエンジンシステム１０と異なる。
【００３９】
従来のエンジンシステム９０において、例えば図２において点Ａで示すように、エンジン２０の要求空気量が過給機５０の吸入空気量の上限を超えない場合、過給機５０によって当該要求空気量の加圧空気を供給することができる。一方、図２において点Ｂで示すように、エンジン２０の要求空気量が、過給機５０の吸入空気量の上限を超える場合を考える。この場合、過給機５０による加圧空気を第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４の双方から燃焼室に導入しようとしても、要求空気量が過給機５０の作動域を超えているため、実際に燃焼室に導入される加圧空気は点Ｃに示す量にとどまり、それ以上の流量を供給することはできない。
【００４０】
図３は、エンジン回転数と各吸気ポート２３，２４を実際に流れる実時間当たりの空気流量との関係の一例を示すグラフである。図４は、エンジン回転数と出力可能な最大負荷（トルク）との関係の一例を示すグラフである。図３および図４において、従来のエンジンシステム９０の特性を破線で示し、本実施形態に係るエンジンシステム１０の特性を実線で示す。また、図３および図４における点Ａ〜点Ｄは、図２における点Ａ〜点Ｄに対応している。
【００４１】
図３に破線で示す通り、従来のエンジンシステム９０では、要求空気量を満たすためにエンジン２０の回転数を上げたとしても、過給機５０の吸入空気量の上限を超える量の加圧空気を供給することはできないため、各吸気ポート２３，２４を実際に流れる実時間当たりの空気流量は一定のままとなる。エンジン２０の出力に至っては、実時間あたりの空気流量が一定であるため、エンジン２０の１サイクル当たりの空気流量が低下し、図４に破線で示す通り、回転数が高いほどエンジン２０の出力可能な最大負荷が低下してしまう。
【００４２】
それに対して、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、第２吸気ポート２４を介して自然吸気をさせる第２流路を備えるとともに、エンジン２０の要求空気量と所定の基準値とを対比し、対比の結果に応じて、第１仕切弁４１および第２仕切弁４２の開閉を制御することで、第２吸気ポート２４からの吸気方法の切り替えを行う。
【００４３】
具体的には、要求空気量が所定の基準値を超える場合、第１仕切弁４１を閉じ、第２仕切弁４２を開いて、第２流路および第２吸気ポート２４を介して自然吸気による空気を燃焼室内に導入する。これにより、燃焼室の要求空気量が過給機５０の吸入空気量の上限を超えたとしても、第２吸気ポート２４から自然吸気をさせ、過給機５０による加圧空気を第１吸気ポート２３のみに導入する。なお、要求空気量と対比される所定の基準値は、例えば、過給機５０の吸入空気量の上限（図２中、破線Ｙで示す）に基づいて定められる。
【００４４】
第２吸気ポート２４から自然吸気を行うと、エンジン回転数に比例して低圧空気の流量が増加するため、第２吸気ポート２４から燃焼室に導入する低圧空気の流量を増やすことができる（図３における実線Ｑ参照）。一方、過給機５０が供給する加圧空気の流量は、第１吸気ポート２３から燃焼室に導入する分で足りるため、図２において点Ｄで示す通り、点Ｃで示す従来のエンジンシステム９０と比較して、コンプレッサ５２の吸入空気量が格段に少ない量で済む。よって、コンプレッサ回転数の上限を超えない作動域内で過給機５０を運転でき、第１吸気ポート２３から燃焼室に導入する加圧空気の流量を増やすことができる（図３における実線Ｐ参照）。さらに、第２吸気ポート２４からの自然吸気によってエンジン２０の吸入空気量が増加する結果、タービン５１に導入される排気ガスの流量が増えて、コンプレッサ圧力比が増加する。これにより、従来のエンジンシステム９０と比較して、１つの吸気ポート当たりの加圧空気の流量も増加する。
【００４５】
その結果、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、図３に実線で示す通り、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４のいずれにおいても、実際に流れる実時間当たりの空気流量が、エンジン回転数の上昇に伴って増加する。また、図４に実線で示す通り、本実施形態に係るエンジンシステム１０は、回転数が高い高負荷条件の運転であっても、エンジン２０の出力可能な最大負荷を向上し、或いは低下を抑制することができ、また、図４に破線で示す従来のエンジンシステム９０に対して、出力可能な最大負荷を格段に向上させることができる。
【００４６】
また、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、エンジン２０の要求空気量と所定の基準値とを対比した結果、要求空気量が所定の基準値以下であった場合、第１仕切弁４１を開き、第２仕切弁４２を閉じて、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４の両者から過給機５０による加圧空気を燃焼室内に導入する。これにより、エンジン２０の要求空気量が過給機５０の吸入空気量の上限を超えない限りにおいて、過給機５０による過給を性能限界の近くまで行い、エンジン２０の出力可能な最大負荷を増大させることができる。
【００４７】
以下、本実施形態に係るエンジンシステム１０における各仕切弁の開閉制御について、より具体的に説明する。この制御は、制御部７０によって、例えばエンジン２０が動作している間、所定時間ごとに繰返し実行される。
【００４８】
先ず、エンジン回転数、第１スロットルの開度、主吸気管３２の気圧（過給圧）および流量等に基づいて算出されたエンジン２０の要求空気量と、記憶部に記憶されていた基準値とを対比する。
【００４９】
上記の対比の結果、要求空気量が所定の基準値以下であった場合、主吸気管３２に配置した第１仕切弁４１を開状態とし、副吸気管３３に配置した第２仕切弁４２を閉状態とする。また、第２吸気ポート２４に設けた第２スロットルを全開とする。これにより、共通吸気管３１、主吸気管３２、加圧空気導入管３４、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４で構成され、過給機５０のコンプレッサ５２で加圧した加圧空気を、第１吸気弁２１および第２吸気弁２２より燃焼室内へと導入する第１流路が形成される。エンジン２０に供給する加圧空気の流量は、第１スロットルにより調量する。調量後の加圧空気は、第１インジェクタ４５により燃料が噴射されて、予混合気として第１吸気弁２１および第２吸気弁２２より燃焼室内へ吸入される。このように、第１吸気ポート２３および第２吸気ポート２４の双方から加圧空気を燃焼室内に吸入させることで、高効率な過給条件でのエンジン運転が可能となる。
【００５０】
上記の対比の結果、要求空気量が所定の基準値を超えていた場合、主吸気管３２に配置した第１仕切弁４１を閉状態とし、副吸気管３３に配置した第２仕切弁４２を開状態とする。また、第２吸気ポート２４に設けた第２スロットルを全開とする。これにより、共通吸気管３１、主吸気管３２および加圧空気導入管３４で構成され、過給機５０のコンプレッサ５２で加圧した加圧空気を第１吸気ポート２３から燃焼室内に導く第１流路と、共通吸気管３１および副吸気管３３で構成され、自然吸気である低圧空気を第２吸気ポート２４から燃焼室内に導く第２流路とが形成される。これにより、第１吸気ポート２３と第２吸気ポート２４とは吸気を導入する流路が分離される。
【００５１】
第１吸気ポート２３から供給される加圧空気は、第１スロットルにより流量が調量され、第１インジェクタ４５により燃料が噴射されて、予混合気として第１吸気弁２１より燃焼室内に吸入される。第２吸気ポート２４から供給される低圧空気は、第２スロットルにより流量が調量され、第２インジェクタ４６により燃料が噴射されて、予混合気として第２吸気弁２２より燃焼室内に吸入される。このように、第１吸気ポート２３からは加圧空気を燃焼室内に吸入させ、第２吸気ポート２４からは自然吸気である低圧空気を燃焼室内に吸入させることで、高効率な過給条件でのエンジン運転が可能となる。これにより、自然吸気させるバイパスを有さない従来のエンジンシステム９０と比較して、要求空気量が高く、回転速度が高いエンジン運転条件であったとしても、燃焼室内に供給する空気流量の総量を増やし、エンジン２０の出力可能な最大負荷を格段に向上させることができる。
【００５２】
本実施形態に係るエンジンシステム１０は、コンプレッサ容量の小さい小型の過給機５０等の、エンジン２０が低回転条件で運転されているときに過給効率が高くなるよう設定された過給機５０を用いる場合に、特に有用である。従来のエンジンシステム９０では、低回転条件のエンジン運転に対して高効率化を図った過給機５０を用いると、高回転条件でエンジン２０を運転させた場合に、エンジン２０の実際の吸入空気量が増加せず、エンジン出力が低下することがあった。それに対して、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、第２吸気ポート２４では自然吸気を行い、第１吸気ポート２３のみに過給を行うことにより、エンジン２０の要求空気量が増大した場合でも、実際の吸入空気量を確保し、従来のエンジンシステム９０に比してエンジン出力を大幅に向上することができる。即ち、低回転条件での高効率化を図った過給機５０を使用する場合であっても、発進時や加速時等の高回転／高負荷条件でのエンジン出力の向上を図ることができ、当該過給機５０の使用可能範囲を高回転側に拡大することができる。
【００５３】
以上説明した本実施形態によれば、過給機５０による加圧空気を複数の吸気ポート２３，２４に導く第１流路と、自然吸気による空気を第２吸気ポート２４に導く第２流路とを有するものとし、エンジン２０の要求空気量が増大して過給機５０の作動域を外れるようなエンジン運転条件となる場合に、第２吸気ポート２４に自然吸気による空気を導き、過給機５０による加圧空気を第１吸気ポート２３のみに導くことができる。これにより、過給機５０が供給する加圧空気の流量を抑え、過給機５０の作動域内での運転を可能とする。また、第２吸気ポート２４から導かれる空気の流量を自然吸気により増加できるため、エンジン２０の吸入空気量の総量が増加して要求空気量を満たし、エンジン出力を確保することができる。その結果、単一の過給機５０で対応可能なエンジン運転条件の拡大を図ることができる。
【００５４】
上記の説明では、エンジン２０の要求空気量に応じて各仕切弁の開閉制御を行う例により、本実施形態に係るエンジンシステム１０を説明したが、エンジン２０の要求空気量以外の各種数値に基づいて各仕切弁の開閉制御を行ってもよく、例えば、エンジン回転数、主吸気管３２内の圧力もしくは流量等の、要求空気量に対応または相関する数値に基づいて、各仕切弁の開閉制御を行ってよい。また、本実施形態に係るエンジンシステム１０では、制御部７０による各仕切弁の開閉制御は、例えば、コンプレッサ５２の回転数、コンプレッサ５２前後での圧力比、およびコンプレッサ５２の吸入空気量等、過給機５０の運転状況に関連する数値に基づいて行ってもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、過給機５０がコンプレッサ５２とタービン５１とを有するターボ式過給機である構成により、本実施形態に係るエンジンシステム１０を説明したが、本発明は、過給機５０が排気タービン式の過給機であるエンジンシステム１０に制限されず、例えば機械式過給機または電動式過給機を用いてもよい。
【００５６】
図５は、本実施形態の変形例に係るエンジンシステム８０の構成を示す図である。図５に示すエンジンシステム８０については、図１に示すエンジンシステム１０と同様の構成または対応する構成には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５７】
図５に示すエンジンシステム８０は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）装置８１を備える。ＥＧＲ装置８１は、ＥＧＲ導入管８２、ＥＧＲ導入管８２に設けたＥＧＲクーラ８３およびＥＧＲバルブ８４により構成される。ＥＧＲ導入管８２は、排気通路６０がタービン５１側へ通じる流路と分岐してなる流路である。これにより、燃焼室から排出された排気ガスの一部がＥＧＲガスとしてＥＧＲ導入管８２へ導かれ、残りはタービン５１へと導かれる。導入された高温のＥＧＲガスは、まずＥＧＲクーラ８３にて冷却される。冷却されたＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ８４によりその流量が調整される。ＥＧＲバルブ８４の開度を制御部７０によって調整することで、エンジン２０の排気ガス再循環率（ＥＧＲ率）が制御される。次いで、ＥＧＲガスは、合流部８５にて第２吸気ポート２４に供給される。
【００５８】
エンジン２０の低回転条件では、第１仕切弁４１を開け、第２仕切弁４２を閉じ、第２スロットルを全開とする。これにより、加圧空気、ＥＧＲガスおよび燃料の混合気が、第１吸気弁２１および第２吸気弁２２の双方から燃焼室内に吸入される。エンジン２０の高回転条件では、第１仕切弁４１を閉じ、第２仕切弁４２を開ける。これにより、第１吸気弁２１からは、加圧空気および燃料の混合気が燃焼室内に吸入され、第２吸気弁２２からは、低圧空気、ＥＧＲおよび燃料の混合気が燃焼室内に吸入される。このようなＥＧＲ装置８１により、燃焼後の排気ガスの一部を燃焼室に再び吸気させることで、燃焼温度の低下による、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生の抑制およびエンジン２０からの熱損失の低減、並びに、吸気管の負圧減少およびスロットル損失の減少による燃料消費率の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００５９】
１０，８０，９０  エンジンシステム、２０  エンジン、２１  第１吸気弁、２２  第２吸気弁、２３  第１吸気ポート、２４  第２吸気ポート、２５  排気弁、２６  排気ポート、３０  吸気通路、３１  共通吸気管、３２  主吸気管、３３  副吸気管、３４  加圧空気導入管、４１  第１仕切弁、４２  第２仕切弁、４３  第１スロットルバルブ、４４  第２スロットルバルブ、４５  第１インジェクタ、４６  第２インジェクタ、５０  過給機、５１  タービン、５２  コンプレッサ、５３  インタークーラ、６０  排気通路、７０  制御部、８１  排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）、８２  ＥＧＲ導入管、８３  ＥＧＲクーラ、８４  ＥＧＲバルブ、８５  合流部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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