(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
偶数個の気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された排気系と、該排気系に設けられた排気ターボ過給機とを有し、かつ該排気系におけるエンジン本体から排気ターボ過給機のタービンに至る部分が、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目のいずれか一方の気筒から導かれた複数の独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第１の排気通路と、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目の他方の気筒に連通する独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第２の排気通路とで構成され、かつ第１の排気通路は第２の排気通路よりも容積が小さくされた過給機付きエンジンであって、
吸気系が、上流側から、前記排気ターボ過給機のコンプレッサが配設された共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐した第１、第２の分岐吸気通路と、該第１の分岐吸気通路から分岐して前記第１の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路と、前記第２の分岐吸気通路から分岐して第２の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路とで構成されており、
かつ、前記第１の分岐吸気通路に電動過給機が設けられていると共に、
エンジン回転数が所定回転数よりも低く、かつエンジン負荷が所定負荷よりも高いときに、前記電動過給機を作動させる電動過給機制御手段が設けられていることを特徴とする過給機付きエンジン。
【請求項２】
前記請求項１に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記エンジンは、筒内噴射式エンジンであり、圧縮工程時に燃料が噴射されるように構成されていることを特徴とする過給機付きエンジン。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載の過給機付きエンジンにおいて、
前記第１、第２の排気通路毎に、前記排気ターボ過給機のタービンの上流側で排気ガスをリリーフするウエストゲート弁が設けられていると共に、
前記第１の分岐吸気通路における電動過給機下流側の過給圧を検出する第１過給圧検出手段と、前記第２の分岐吸気通路の過給圧を検出する第２過給圧検出手段と、前記第１過給圧検出手段で検出された過給圧が所定圧以上となったときに第１の排気通路側のウエストゲート弁を開き、第２過給圧検出手段で検出された過給圧が所定圧以上となったときに第２の排気通路側のウエストゲート弁を開くウエストゲート弁制御手段とが備えられており、
第１の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧は、第２の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧よりも低くされていることを特徴とする過給機付きエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機と電動過給機とを有する過給機付きエンジンに関し、エンジンの技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車用エンジンの出力トルク等の向上を目的として例えば排気ターボ過給機や電動過給機等の過給機を設ける場合があるが、これらのうち排気ターボ過給機を有するエンジンとして、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、図１２に示すように、４個の気筒＃１〜＃４を有する４気筒エンジンＡにおいて、排気系Ｃにおけるエンジン本体Ｂから排気ターボ過給機ＤのタービンＤ１に至る部分を、点火順序が偶数番目の第２気筒＃２及び第３気筒＃３から導かれた複数の独立排気通路Ｅ２，Ｅ３と該独立排気通路Ｅ２，Ｅ３の下流部が集合されてなる集合排気通路Ｆ１とでなる第１の排気通路Ｇ１と、点火順序が奇数番目の第１気筒＃１及び第４気筒＃４から導かれた複数の独立排気通路Ｅ１，Ｅ４と該独立排気通路Ｅ１，Ｅ４の下流部が集合されてなる集合排気通路Ｆ２とでなる第２の排気通路Ｇ２とで構成したものである。
【０００３】
これによれば、各気筒＃１〜＃４から排出された燃焼ガスが過給機ＤのタービンＤ１に導かれるに際して、排気系Ｃ上で排気干渉を生じることがないので、過給効率及び充填効率が高まる。また、第２、第３気筒＃２，＃３用の第１排気通路Ｇ１、及び第１、第４気筒＃１，＃４用の第２排気通路Ｇ２の容積が、排気系Ｃにおけるエンジン本体Ｂから排気ターボ過給機ＤのタービンＤ１に至る部分を分割しない場合と比較していずれも小さくなるので、各気筒＃１〜＃４から排出される排気ガスの膨張率が小さくなり、過給機ＤのタービンＤ１に作用する排気圧力の低下も抑制される。その結果、前記排気干渉の解消とあいまってエンジンの出力トルクが大きく向上することとなる。
【０００４】
ところで、排気ターボ過給機は、一般にエンジン高回転時を対象とするものであるが、エンジン低回転時においても、エンジンの出力トルクの向上が望まれており、これを実現するため、例えば、特許文献２に記載のエンジンのように排気ターボ過給機に加えて電動過給機を設けることが考えられる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２４７４９号公報
【特許文献２】特開２００２−２１５７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のエンジンは、排気系におけるエンジン本体から排気ターボ過給機のタービンに至る部分が、特許文献２に記載のエンジンとは異なって、第１の排気通路と第２の排気通路とで構成されているので、この構成を有効に活用することについて検討が必要である。
【０００７】
そこで、本発明は、排気系におけるエンジン本体から排気ターボ過給機のタービンに至る部分が、第１の排気通路と第２の排気通路とで構成されてい過給機付きエンジンにおいて、電動過給機を配設するに際し、該排気系の構成を有効活用してエンジン低回転時における出力トルクを向上可能な構成を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、偶数個の気筒を有するエンジン本体と、該エンジン本体に接続された排気系と、該排気系に設けられた排気ターボ過給機とを有し、かつ該排気系におけるエンジン本体から排気ターボ過給機のタービンに至る部分が、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目のいずれか一方の気筒から導かれた複数の独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第１の排気通路と、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目の他方の気筒に連通する独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第２の排気通路とで構成され、かつ第１の排気通路は第２の排気通路よりも容積が小さくされた過給機付きエンジンであって、吸気系が、上流側から、前記排気ターボ過給機のコンプレッサが配設された共通吸気通路と、該共通吸気通路から分岐した第１、第２の分岐吸気通路と、該第１の分岐吸気通路から分岐して前記第１の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路と、前記第２の分岐吸気通路から分岐して第２の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路とで構成されており、かつ、前記第１の分岐吸気通路に電動過給機が設けられていると共に、エンジン回転数が所定回転数よりも低く、かつエンジン負荷が所定負荷よりも高いときに、前記電動過給機を作動させる電動過給機制御手段が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の過給機付きエンジンにおいて、前記エンジンは、筒内噴射式エンジンであり、圧縮工程時に燃料が噴射されるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または請求項２に記載の過給機付きエンジンにおいて、前記第１、第２の排気通路毎に、前記排気ターボ過給機のタービンの上流側で排気ガスをリリーフするウエストゲート弁が設けられていると共に、前記第１の分岐吸気通路における電動過給機下流側の過給圧を検出する第１過給圧検出手段と、前記第２の分岐吸気通路の過給圧を検出する第２過給圧検出手段と、前記第１過給圧検出手段で検出された過給圧が所定圧以上となったときに第１の排気通路側のウエストゲート弁を開き、第２過給圧検出手段で検出された過給圧が所定圧以上となったときに第２の排気通路側のウエストゲート弁を開くウエストゲート弁制御手段とが備えられており、第１の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧は、第２の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧よりも低くされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１３】
まず、請求項１に記載の発明によれば、エンジン回転数が所定回転数よりも低く、かつエンジン負荷が所定負荷よりも高いときに、電動過給機が作動することとなる。
【００１４】
ここで、本発明においては、吸気系が、上流側から、前記排気ターボ過給機のコンプレッサが配設された共通吸気通路と、共通吸気通路から分岐した第１、第２の分岐吸気通路と、該第１の分岐吸気通路から分岐して前記第１の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路と、前記第２の分岐吸気通路から分岐して第２の排気通路に対応する気筒に導かれた複数の独立吸気通路とで構成すると共に、第１の排気通路に対応する気筒に連通する第１の分岐吸気通路に電動過給機を設け、第１の排気通路に対応する気筒に対してのみ電動過給機による過給が行われるようにしたものであるが、これは以下のような理由による。
【００１５】
すなわち、まず一点目として、第１の排気通路は、前述のように第２の排気通路よりも容積が小さくされており、これにより、第２排気通路と比べて排気圧力の低下が少なく、排気ターボ過給機のタービンを効率よく駆動することができるのであるが、これは、逆に言うと、第２の排気通路は第１の排気通路に比べて排気圧力が低下しやすく、排気ターボ過給機のタービンを第１の排気通路側ほどには効率よく駆動することができないことを意味する。したがって、全気筒に対して電動過給機により同じだけ過給を行ったとしても、第２の排気通路側では、第１の排気通路側ほどタービンの駆動能力は向上しないのである。
【００１６】
また、二点目として、過給能力に着目すれば電動過給機としてはできるだけ大容量のものを用いるのが好ましいが、この場合、該過給機のモータを駆動するモータの消費電力が増大してバッテリが大型化すると共に、モータ自体の寸法も大きくなるという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明では、タービン駆動効率のよい第１の排気通路に対応する気筒に連通する第１の分岐吸気通路に電動過給機を設け、この第１の排気通路に対応する気筒に対してのみ集中的に電動過給機による過給を行うようにしたものである。これによれば、例えば、全気筒に対して電動過給機により過給を行う場合と同一過給能力の電動過給機を用い、かつ同状態で駆動したものとすると、本発明の場合の方が、圧縮対象となる吸気通路容積が小さいので、吸気をより圧縮することが可能となる。つまり、第１の排気通路に対応する気筒への過給圧をより高めることができ、タービン駆動効率のよい第１の排気通路の排気圧力をより高めることができる。一方、本発明の場合、第２の排気通路に対応する気筒に対しては排気ターボ過給機による過給のみとなってしまうので、第２の排気通路に対応する気筒の過給圧は、全気筒に対して電動過給機による過給を行う場合よりも低下し、その結果、第２の排気通路の排気圧力が低下することとなる。しかし、前述のように、第１の排気通路側は、容積が小さいことにより排気圧力は大きく上昇する一方、第２の排気通路側は、容積が大きいことにより排気圧力は若干低くなるだけである。したがって、全体的には、排気タービンを駆動する能力が増大し、その結果、全気筒に対して電動過給機により過給する場合と同一エンジン回転数で比較した場合、エンジンの出力トルクが高められることとなる。
【００１８】
また、換言すれば、同一の出力トルクを得ようとする場合、相対的に小容量の電動過給機を用いることができるようになる。また、これにより、消費電力が減少し、電動過給機に電力を供給するバッテリ等への悪影響も少なくなる。
【００１９】
ところで、排気ターボ過給機の過給能力は、通常、エンジン回転数が高くなるほど高くなるが、電動過給機の最大過給能力は、エンジン回転数にかかわらずほぼ一定であるので、エンジン回転数が高くなるほど電動過給機による過給効果は相対的に少なくなる。その場合に、電動過給機が比較的小容量で、その最大過給能力が排気ターボ過給機の最大過給能力よりも小さい場合、エンジン回転数がある回転数以上になると、過給能力の不足により電動過給機による過給効果が得られなくなる。しかし、本発明においては、前述のように、第１の排気通路に対応する気筒への過給圧をより高めることができるので、電動過給機による過給効果、及びエンジンの出力トルクの向上効果がより高い回転数の領域にまで拡大することとなる。
【００２０】
ここで、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とは、通常、オーバーラップする期間があり、該オーバーラップ期間には、気筒内に吸気通路から新気が取り込まれつつ燃焼ガスが排気通路に排出されることにより掃気が行われるが、前述のように第１の排気通路は、第２の排気通路よりも容積が小さくされており、排気圧力が高くなりやすいので、燃焼ガスの掃気が行われにくくなる。したがって、掃気しきれず残留した燃焼ガスにより燃焼性が悪化し、ノッキングが発生しやすくなる虞がある。しかし、本発明においては、排気圧力が高くなりやすい第１の排気通路に対応する気筒に対する過給圧が電動過給機により高められるので、押し込み効果により掃気性が改善され、その結果、燃焼性が改善されてノッキングが防止されることとなる。
【００２１】
また、請求項２に記載の発明によれば、前記エンジンは、筒内噴射式エンジンで、圧縮工程に燃料が噴射される、すなわち掃気後に燃料が噴射されるので、掃気時に燃料がポート噴射のように吹き抜けてしまうのが防止され、これにより、燃焼が安定し、ノッキングが良好に防止されることとなる。
【００２２】
ところで、排気圧力は、通常、エンジン回転数が高くなるほど高くなり、そのため、請求項１についての作用効果のところで述べたように、エンジン回転数が所定回転数よりも低い領域内でも、エンジン回転数に対する過給効果には差が存在し、エンジン回転数が高くなるほど電動過給機による過給効果が相対的に低下するのであるが、これはまた、エンジン回転数が高くなるほど、電動過給機によるエアの押し込み能力が相対的に低下することを意味する。したがって、所定回転数に近くなるほど、第１の排気通路に対応する気筒の掃気性が、第２の排気通路側よりも悪化することとなる。
【００２３】
そこで、請求項３に記載の発明では、前記第１、第２の排気通路毎に、排気ターボ過給機のタービンの上流側で排気ガスをリリーフするウエストゲート弁を設けると共に、第１の排気通路における電動過給機下流側の過給圧が所定圧以上となったときに第１の排気通路側のウエストゲート弁を開き、第２の排気通路の過給圧が所定圧以上となったときに第２の排気通路側のウエストゲート弁を開き、かつ第１の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧を、第２の排気通路側のウエストゲート弁を開くときの所定圧よりも低くしたものであり、これによれば、第１の排気通路側のウエストゲート弁が第２の排気通路側のウエストゲート弁よりも先に開き、第１の排気通路の排気圧力の上昇が抑制され、これによっても、掃気性が一層改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンについて説明する。
【００２５】
図１に示すように、本発明にかかる過給機付エンジン１（以下、「エンジン１」という。）は、直列配置された第１〜第４の４つの気筒＃１〜＃４を備えた筒内噴射式の直列４気筒エンジンである。このエンジン１の本体２に設けられた各気筒＃１〜＃４においては、それぞれ、吸気弁（図示せず）が開かれたときに、吸気系１０から吸気ポートを経由して燃焼室２ａ〜２ｄ内に燃料燃焼用のエアが吸入される。そして、各燃焼室２ａ〜２ｄ内のエア中に、圧縮行程時に所定のタイミングで燃料噴射弁（図示せず）から吸入エア量に対応する量の燃料（ガソリン）が直接噴射され、混合気が形成される。この混合気は、ピストン（図示せず）によって圧縮され、所定のタイミングで点火プラグ（図示せず）により点火されて燃焼する。なお、このエンジン１においては、点火は、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第２気筒＃２の順に行われる。そして、燃焼ガスすなわち排気ガスは、排気弁（図示せず）が開かれたときに、排気ポートを経由して排気系２０に排出される。なお、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とは、一部オーバーラップしている。
【００２６】
吸気系１０には、１つの共通吸気通路１１が設けられている。この共通吸気通路１１には、エアの流れ方向にみて、上流側から順に、エア取入口（図示せず）と、エア中のダスト等を除去するエアクリーナ（図示せず）と、エアの流量を検出するエアフローセンサ（図示せず）と、ツインスクロール式のターボ過給機１２のコンプレッサ１２ｐと、コンプレッサ１２ｐにより加圧されて高温となったエアを冷却するインタクーラ１３とが設けられている。
【００２７】
共通吸気通路１１の下流端は、第１、第２分岐吸気通路１４，１５に接続されている。第１、第２分岐吸気通路１４，１５における共通吸気通路１１との接続部近傍には、エア量を調整する第１、第２スロットルバルブ１６，１７が設けられている。第１、第２分岐吸気通路１４，１５におけるスロットルバルブ１６，１７よりも下流側の部分は、それぞれ、エアの流れを安定させるサージタンクとしての機能を有しており、第１分岐吸気通路１４には、下流端が第２、第３気筒＃２，＃３の吸気ポートに接続された、第２、第３気筒＃２，＃３用の独立吸気通路１８ｂ，１８ｃが接続され、第２分岐吸気通路１５には、下流端が第１、第４気筒＃１，＃４の吸気ポートに接続された、第１、第４気筒＃１，＃４用の独立吸気通路１８ａ，１８ｄが接続されている。
【００２８】
また、第１分岐吸気通路１４における第１スロットルバルブ１６の上流側には、電動過給機１９が設けられている。この電動過給機１９は、詳しくは図示していないが、コンプレッサと該コンプレッサを駆動するモータとで構成された公知のものであり、エンジン低中回転、高負荷時（請求項１におけるエンジン回転数が所定回転数よりも低くかつエンジン負荷が所定負荷よりも高いときに対応）に排気ターボ過給機１２による過給をアシストしてエンジントルクをさらに向上させることを目的として設けられている。ここで、電動過給機１５による過給領域をエンジン低中回転領域としているのは、エンジン高回転領域では、吸気流量が多く、排気ターボ過給機１４による過給圧も高いので、さらに吸気の圧縮を行うには消費電力が大きく寸法や重量も大きなモータを用いる必要が生じるが、この場合、コストの上昇、該モータに電力を供給するバッテリに対する悪影響、車体寸法の大型化、車両重量の増加等の問題が生じるので、これを回避するためである。
【００２９】
また、第１分岐吸気通路１４における第１スロットルバルブ１６の下流側、及び第２分岐吸気通路１５における第２スロットルバルブ１７の下流側には、第１過給圧センサ３２及び第２過給圧センサ３３が設けられている。
【００３０】
排気系２０には、それぞれ上流端が第１〜第４気筒＃１〜＃４の排気ポートに接続された、第１〜第４気筒＃１〜＃４用の独立排気通路２１ａ〜２１ｄが設けられている。ここで、独立排気通路２１ａ〜２１ｄは、点火順序が連続せず、かつ排気行程が隣り合わない気筒の独立排気通路同士が同一の排気グループに属するようにして、第１、第２の２つの排気グループにグルーピング（グループ分け）されている。具体的には、点火順序が偶数番目の第２、第３気筒＃２、＃３から導かれた独立排気通路２１ｂ，２１ｃは第１グループに属し、点火順序が奇数番目の第１、第４気筒＃１、＃４から導かれた独立排気通路２１ａ，２１ｄは第２排気グループに属している。
【００３１】
第１排気グループに属する独立排気通路２１ｂ，２１ｃの下流部は集合して第１集合排気通路２２に接続され、第２排気グループに属する独立排気通路２１ａ，２１ｄの下流部は第２集合排気通路２３に接続されている。そして、第１集合排気通路２２の下流端はツインスクロール式ターボ過給機１２の第１スクロール部１２ａに接続され、第２集合排気通路２３の下流端は集合して第２スクロール部１２ｂに接続されている。両スクロール部１２ａ，１２ｂの下流端は１つの共通排気通路２４に接続されている。なお、以下、必要に応じて、第１排気グループに属する独立排気通路２１ｂ，２１ｃ及び第１集合排気通路２２をまとめて第１排気通路２０ａといい、第２排気グループに属する独立排気通路２１ａ，２１ｄ及び第２集合排気通路２３をまとめて第２排気通路２０ｂという。
【００３２】
排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔにおいては、そのハウジング内に、タービン軸線とほぼ垂直な方向に広がる仕切壁が設けられ、この仕切壁によって排気渦巻室ないしスクロールがタービン軸線方向に２分されている。このように２分された排気渦巻室ないしスクロールの一方（コンプレッサ１２ｐに近い方）が第１スクロール部１２ａとされ、他方が第２スクロール部１２ｂとされている。したがって、この排気ターボ過給機１２ないしタービン１２ｔでは、排気干渉が起こるのが防止され、過給効率が高まることとなる。
【００３３】
ここで、前述のように、第１の排気通路２０ａは隣接して配置された第２、第３気筒＃２，＃３をグループ化したものであり、第２の排気通路２０ｂは離間して配置された第１、第４気筒＃１，＃４をグループ化したものであるため、図１からも明らかなように、第１の排気通路２０ｂは、第２の排気通路２０ａと比べて、通路長が長く、かつ容積が大きくなっている。なお、本実施の形態に係るエンジン１においては、エンジン本体２のシリンダブロック側面における第２、第３気筒＃２，＃３の中間位置に過給機１２が取り付けられており、第１の排気通路２０ａを構成する排気マニホルド部分の通路長は約３ｃｍと極短く、第２の排気通路２０ｂを構成する排気マニホルド部分の通路長は約４０ｃｍと長くされている。これは、後述する作用・効果が顕著にあらわれるようにするためである。なお、容積とは、エンジン本体２の排気ポートと排気系２０における第１の排気通路２０ａ部分とを合せた部分の容積、エンジン本体２の排気ポートと排気系２０における第２の排気通路２０ｂ部分とを合せた部分の容積をいう。
【００３４】
図２は、この排気通路の容積（通路長）と、過給圧及び排気通路内の排気圧力との一般的関係を示しており、この図から明らかなように、過給圧及び排気通路内の排気圧力はいずれも排気通路長が長くなるほど低下する傾向にある。したがって、図１に示す本実施の形態の構成においては、図３に実線で示すように、排気通路長が短く排気容積が小さな第１の排気通路２０ａ内の排気圧力の方が、排気通路長が長く排気容積が大きな第２の排気通路２０ｂ内の排気圧力よりも大きくなる。
【００３５】
図４は、排気通路長と過給機のタービン直前位置における排気温度との一般的関係を示しており、この図から明らかなように、タービン直前位置における排気温度は排気通路長が長くなるほど低くなる傾向にある。また、図示していないが、排気容積が大きいほど膨張して低くなる傾向にある。したがって、図１に示す本実施の形態の構成においては、ターボ過給機１２のタービン１２ｔ直前位置における排気温度は、排気通路長が短く排気容積が小さな第１の排気通路２０ａの方が、排気通路長が長く排気容積が大きな第２の排気通路２０ｂよりも高くなる。
【００３６】
排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔの上流側には、排気ガスをリリーフする第１、第２ウエストゲート弁２５，２６が、第１、第２の排気通路２０ａ，２０ｂ毎に設けられていると共に、リリーフされた排気ガスを前記タービン１２ｔの下流で共通排気通路２４に導く第１、第２リリーフ通路２７，２８が設けられている。
【００３７】
図１に示すように、エンジン１には、コントロールユニット３０（ＥＣＵ）と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ３１とが備えられており、該コントロールユニット３０は、エンジン回転センサ３１からのエンジン回転数に関する信号と、第１、第２過給圧センサ３２，３３からの過給圧に関する信号とを入力し、前記各スロットルバルブ１６，１７、電動過給機１９、及び第１、第２ウエストゲート弁２５，２６に制御信号を出力する。
【００３８】
次に、このコントロールユニット３０による電動過給機１９の制御の一例について図５のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ１で、各種センサ類からの信号を入力する。次いで、ステップＳ２で、電動過給機１９の作動領域にあるか否かを判定する。ここで、作動領域か否かは、コントロールニット３０に記憶されている図６に示すマップに基づいて判定される。このマップでは、エンジン回転数が所定回転数よりも低くかつエンジン負荷が所定負荷よりも高いエンジン低中回転高負荷領域（請求項１におけるエンジン回転数が所定回転数よりも低くかつエンジン負荷が所定負荷よりも高い領域）が電動過給機作動領域に設定され、それ以外の領域が電動過給機非作動領域に設定されている。なお、コントロールユニット３０（ＥＣＵ）は、少なくとも電動過給機作動領域では、第１スロットルバルブ１６の開度と第２スロットルバルブ１７とを同じ開度に制御するようになっている。
【００３９】
次いで、ステップＳ３で、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、電動過給機１９の目標回転数を算出し、ステップＳ４で、この目標回転数で電動過給機１９を作動させるための供給電流を設定し、ステップＳ５で、この電流を電動過給機１９のモータに出力する。
【００４０】
一方、ステップＳ２で、電動過給機作動領域にない場合は、電動過給機１９を作動させることなく、そのままリターンする。
【００４１】
また、コントロールユニット３０による第１、第２ウエストゲート弁２５，２６の制御の一例について図７のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ１１で、各種センサ類からの信号を入力する。次いで、ステップＳ１２で、第２過給圧センサ３３で検出された過給圧が第１所定圧α以上か否かを判定し、第１所定圧α以上の場合は、ステップＳ１３で、第１、第２ウエストゲート弁２５，２６の両方に開信号を出力する。一方、第１所定圧α以上でない場合は、ステップＳ１４で、第１過給圧センサ３２で検出された過給圧が第２所定圧β以上か否かを判定する。ここで、第１所定圧αは、第２所定圧βよりも大きな値である。また、第１、第２所定圧α，βは、各気筒＃１〜＃４の掃気性がほぼ同じとなるように設定されている。詳しくは、第２分岐吸気通路１５の過給圧（第２過給圧センサ３３で検出された過給圧）が第１所定圧αのときの第２排気通路２０ｂの排気圧力と、第１分岐吸気通路１４の過給圧（第１過給圧センサ３２で検出された過給圧）が第２所定圧βのときの第１排気通路２０ａの排気圧力とが、ほぼ等しくなるように設定されている（図９、図１０参照）。そして、第２所定圧β以上の場合は、ステップＳ１５で、第１ウエストゲート弁２５に開信号を、第２ウエストゲート弁２６に閉信号を出力し、第２所定圧β以上でない場合は、第１、第２ウエストゲート弁２５，２６の両方に閉信号を出力する。なお、コントロールユニット３０は、第１、第２ウエストゲート弁２５，２６の開弁後、各分岐吸気通路１４，１５の過給圧が一定となるように、第１、第２スロットルバルブの開度等を制御する。
【００４２】
次に、本過給機付きエンジン１についての作用及び効果について説明すると、エンジン１の運転状態が、電動過給機非作動領域にある場合、電動過給機１９は作動しないが、排気ターボ過給機１２により全気筒＃１〜＃４に対して過給される。
【００４３】
一方、エンジン１の運転状態が、電動過給機作動領域にある場合、電動過給機１９が作動し、排気ターボ過給機１２と電動過給機１９とにより過給が行われることとなる。その場合に、本実施の形態に係るエンジン１においては、電動過給機１９は第１の分岐吸気通路１４上に設けられているので、電動過給機１９による過給は、第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３に対してのみ行われることとなる。
【００４４】
ここで、図８は、エンジン回転数に対するエンジントルクの特性を示している。実線は、本実施の形態に係るエンジン１との比較のために表示したもので、電動過給機１９がなく排気ターボ過給機１２のみの場合のエンジントルクを示している。この場合、エンジントルクは、おおよそ、中回転領域では、エンジン回転数にかかわらずほぼ一定の高い値となり、低回転領域では、エンジン回転数が高くなるにつれて急激に上昇するが、中回転領域と比較すると相対的に低く、高回転領域では、エンジン回転数が高くなるにつれて徐々に低下する特性を示す。
【００４５】
二点鎖線も、同じく比較のために表示したもので、本実施の形態に係る電動過給機１９と同一の電動過給機を用いて全気筒に対してアシストした場合を示している。この場合、排気ターボ過給機１２のみの場合と比べ、低回転領域におけるエンジントルクが低回転側で大きく上昇している。なお、中回転領域及び高回転領域では、排気ターボ過給機１２のみの場合と同様の特性となっている。
【００４６】
点線は、本実施の形態に係るエンジン１の場合、すなわち電動過給機１９により第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３に対してのみアシスト（過給）した場合を示している。この場合、全気筒に対してアシストした場合（二点鎖線の場合）に対し、低回転領域及び中回転領域におけるエンジントルクが大きく上昇している。なお、高回転領域では、排気ターボ過給機１２のみの場合と同様の特性となっている。
【００４７】
このように、全気筒に対してアシストした場合（二点鎖線の場合）と、第２、第３気筒に対してのみアシストした場合（点線の場合）とでエンジン低中回転領域でエンジントルクに差が生じるのは、以下のような理由による。
【００４８】
すなわち、第１の排気通路２０ａは、前述のように、第２の排気通路２０ｂよりも容積が小さくされており、これにより、第２排気通路２０ｂと比べて排気圧力の低下が少なく、排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔを効率よく駆動することができるが、これは、逆に言うと、第２の排気通路２０ｂは第１の排気通路２０ａに比べて排気圧力が低下しやすく、排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔを第１の排気通路２０ａ側ほどには効率よく駆動することができないことを意味する。したがって、全気筒＃１〜＃４に対して電動過給機１９により過給を行った場合、第２の排気通路２０ｂ側では、第１の排気通路２０ａ側ほどタービン１２ｔを駆動する能力は向上しないのである。
【００４９】
そこで、本実施の形態においては、電動過給機１９による過給は、第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３に対してのみ集中的に行うようにしたものである。これによれば、全気筒＃１〜＃４に対して電動過給機１９により過給を行う場合と同一過給能力の電動過給機を用い、かつ同状態で駆動したものとすると、第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３に対してのみ過給した方が、圧縮対象となる吸気通路容積が小さいので、吸気をより圧縮することが可能となる。つまり、第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３の過給圧をより高めることができ、タービン駆動効率のよい第１の排気通路２０ａの排気圧力をより高めることができる。一方、このように第２、第３気筒＃２，＃３に対してのみ電動過給機１９による過給を行った場合、第２の排気通路２０ｂに対応する第１、第４気筒＃１，＃４に対しては排気ターボ過給機１２による過給のみとなってしまうので、第２の排気通路２０ｂに対応する第１、第４気筒＃１，＃４への過給圧は、全気筒＃１〜＃４に対して電動過給機１９による過給を行う場合よりも低下し、その結果、第２の排気通路２０ｂの排気圧力が低下することとなる。しかし、前述のように、第１の排気通路２０ａ側は相対的に容積が小さいことにより排気圧力が大きく高くなる一方、第２の排気通路２０ｂ側は相対的に容積が大きいことにより排気圧力が若干低くなるだけである。したがって、全体的には、タービン１２ｔを駆動する能力が増大し、その結果、全気筒に対して電動過給機により過給する場合と同一エンジン回転数で比較した場合、エンジン１の出力トルクが高められることとなる。
【００５０】
そして、これは、換言すれば、同一の出力トルクを得ようとした場合、相対的に小容量の電動過給機を用いることができるようになることを意味するので、消費電力が減少し、電動過給機１９に電力を供給するバッテリ等への悪影響も少なくなる。
【００５１】
ところで、排気ターボ過給機の過給能力は、通常、エンジン回転数が高くなるほど高くなるが、電動過給機の最大過給能力は、エンジン回転数にかかわらずほぼ一定であるので、エンジン回転数が高くなるほど電動過給機による過給効果は相対的に少なくなる。そして、電動過給機が比較的小容量で、その最大過給能力が排気ターボ過給機の最大過給能力よりも小さい場合、エンジン回転数がある回転数以上になると、過給能力の不足により電動過給機による過給効果が得られなくなる。しかし、本実施の形態においては、前述のように、第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３への過給圧をより高めることができるので、電動過給機１９による過給効果、及びエンジン１の出力トルクの向上効果がより高い回転数の領域にまで拡大することとなる。
【００５２】
ここで、吸気弁の開期間と排気弁の開期間とは、前述のように、オーバーラップする期間があり、該オーバーラップ期間には、気筒内に吸気通路から新気が取り込まれつつ燃焼ガスが排気通路に排出されることにより掃気が行われるが、本実施の形態においては、前述のように第１の排気通路２０ａ側は、第２の排気通路２０ｂよりも容積が小さくされており、排気圧力が高くなりやすいので、燃焼ガスの掃気が行われにくくなって、掃気しきれず残留した燃焼ガスにより燃焼性が悪化し、ノッキングが発生しやすくなる虞がある。しかし、本実施の形態においては、排気圧力が高くなりやすい第１の排気通路２０ａに対応する第２、第３気筒＃２，＃３に対する過給圧が電動過給機１９により高められるようになっているので、押し込み効果により掃気性が改善され、その結果、燃焼性が改善されてノッキングが防止されることとなる。
【００５３】
また、本実施の形態に係るエンジン１においては、筒内噴射式エンジンで、圧縮工程に燃料が噴射される、すなわち掃気後に燃料が噴射されるので、掃気時に燃料がポート噴射のように吹き抜けてしまうのが防止され、これにより、燃焼が安定し、ノッキングが良好に防止されることとなる。
【００５４】
また、本実施の形態においては、前記第１、第２の排気通路２０ａ，２０ｂ毎に、排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔの上流側で排気ガスをリリーフするウエストゲート弁２５，２６を設けると共に、図９に示すように、第１の排気通路２０ａにおける電動過給機１９下流側の過給圧が所定圧α以上となったときに第１の排気通路２０ａ側のウエストゲート弁２５を開き、第２の排気通路２０ｂの過給圧が所定圧β以上となったときに第２の排気通路２０ｂ側のウエストゲート弁２６を開くようにしたが、その場合に、第１の排気通路２０ａ側のウエストゲート弁２５を開くときの所定圧βが、第２の排気通路２０ｂ側のウエストゲート弁２６を開くときの所定圧αよりも低くされているので、第１の排気通路２０ａ側の第１ウエストゲート弁２５が第２の排気通路２０ｂ側の第２ウエストゲート弁２６よりも先に開くこととなる。したがって、図１０に示すように、第１の排気通路２０ａの排気圧力の上昇（実線で示す）は、例えば該第１の排気通路２０ａ側のウエストゲート弁２５を開くときの所定圧を第２通路側２０ｂと同じαとした場合（比較例として二点鎖線で示す）と比較して抑制され、これによっても、掃気性が一層改善されることとなる。
【００５５】
なお、第１の実施の形態においては、直列４気筒エンジンの場合について説明したが、図１１に示すような、第１〜第６の６つの気筒＃１〜＃６を有し、点火順序が第１気筒＃１、第４気筒＃４、第２気筒＃２、第５気筒＃５、第３気筒＃３、第６気筒＃６の順で行われ、排気系１２０におけるエンジン本体１０２と排気ターボ過給機１１２のタービン１１２ｔとを接続する部分が、点火順序が偶数番目の第４〜第６気筒＃４〜＃６に連通する独立排気通路１２１ｄ〜１２１ｆと該独立排気通路１２１ｄ〜１２１ｆの下流側に接続された集合排気通路１２３とでなる第１の排気通路１２０ａと、点火順序が奇数番目の第１〜第３気筒＃１〜＃３に連通する独立排気通路１２１ａ〜１２１ｃと該独立排気通路１２１ａ〜１２１ｃの下流側に接続された集合排気通路１２２とでなる第２の排気通路１２０ｂとで構成されていると共に、第１の排気通路１２０ａは、容積が第２の排気通路１２０ｂよりも小さく、かつ通路長が短く設定されたＶ型６気筒エンジン１０１にも適用可能である。なお、この場合、第１分岐吸気通路１１４上に電動過給機１９を設け、コントロールユニット１３０により第１の実施の形態同様の制御を行えばよい。なお、これ以外の構成については、第１の実施の形態と類似の構成とされており、説明は省略する（なお、図面には、文中に登場しない同様の構成のものについても、第１の実施の形態において対応するものの符号に１００を加算した符号を付している）。
【００５６】
また、本発明は、前記直列４気筒エンジン、Ｖ型６気筒エンジン以外にも、例えば、直列６気筒エンジンや、８個以上の偶数個の気筒を有する直列、Ｖ型、水平対向配置のエンジンにも適用可能である。また、４気筒エンジン及び６気筒エンジンにおいて説明した点火順序は一例であり、点火順序が異なる場合でも、排気系におけるエンジン本体から排気ターボ過給機のタービンに至る部分が、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目のいずれか一方の気筒から導かれた複数の独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第１の排気通路と、前記偶数個の気筒のうち点火順序が奇数番目または偶数番目の他方の気筒に連通する独立排気通路と該独立排気通路の下流部が集合されてなる集合排気通路とでなる第２の排気通路とで構成された過給機付きエンジンに広く適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、排気ターボ過給機付きエンジンに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る過給機付きエンジンの構成図である。
【図２】排気通路容積（長）に対する過給圧、排気圧力の特性図である。
【図３】クランクアングルに対するタービン前排気温度の特性図である。
【図４】排気通路長に対するタービン前排気温度の特性図である。
【図５】コントロールユニットによる電動過給機制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】電動過給機の制御マップである。
【図７】コントロールユニットによるウエストゲート弁制御の一例を示すフローチャートである。
【図８】本エンジンにより実現されるエンジン回転数に対する出力トルクの特性図である。
【図９】本エンジンにより実現されるエンジン回転数に対する過給圧の特性図である。
【図１０】本エンジンにより実現されるエンジン回転数に対する排気圧力の特性図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る過給機付きエンジンの構成図である。
【図１２】背景技術に係る過給機付きエンジンの構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１，１０１      エンジン
２，１０２      エンジン本体
１０，１１０      吸気系
１１，１１１      共通吸気通路
１２，１１２      過給機
１４，１５，１１４，１１５      第１、第２の分岐吸気通路
１６，１７，１１６，１１７    スロットルバルブ（吸気制御弁）
１８ａ〜１８ｄ，１１８ａ〜１１８ｆ      独立吸気通路
１９，１１９      電動過給機
２０，１２０      排気系
２０ａ，１２０ａ      第１の排気通路
２０ｂ，１２０ｂ      第２の排気通路
２１ａ〜２１ｄ，１２１ａ〜１２１ｆ      独立排気通路
２２，２３，１２２，１２３      集合排気通路
２５，２６，１２５，１２６      第１、第２ウエストゲート弁
２７，２８，１２７，１２８      第１、第２リリーフ通路（リリーフ通路）
３０，１３０      ＥＣＵ（電動過給機制御手段、ウエストゲート弁制御手段）
３１，１３１      エンジン回転センサ
３２，３３，１３２，１３３      第１、第２過給圧センサ（第１、第２過給圧検出手段）
＃１〜＃６      気筒
【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】
0004631694.tif 000007
【図７】
0004631694.tif 000008
【図８】
0004631694.tif 000009
【図９】
0004631694.tif 000010
【図１０】
0004631694.tif 000011
【図１１】
0004631694.tif 000012
【図１２】
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