(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ過給エンジンであって、
複数の気筒と、
各気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、
各気筒から排出される排気が流通する排気通路と、
前記排気通路に設けられ、前記複数の気筒の一部から排出された排気のエネルギーを受けて回転する過給用タービンと、
前記吸気通路に設けられ、前記過給用タービンにより駆動されて吸気を過給するコンプレッサと、
前記排気通路に設けられ、前記一部の気筒とは異なる他の気筒から排出された排気のエネルギーを受けて回転する発電用タービンと、
前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機と、
過給を優先すべき特定の運転領域を除く領域でエンジンが運転されており、かつ前記発電機に対する要求発電量が所定値よりも高い場合に、前記発電用タービンに供給される排気のエネルギーを、前記過給用タービンに供給される排気のエネルギーよりも増大させる排気エネルギー調整制御を実行し、前記特定の運転領域でエンジンが運転されているかまたは前記要求発電量が前記所定値以下である場合に、前記排気エネルギー調整制御の実行を禁止する制御手段とを備えた、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のターボ過給エンジンにおいて、
前記排気エネルギー調整制御には、前記一部の気筒に導入される吸気の流量よりも前記他の気筒に導入される吸気の流量を増大させる制御が含まれる、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のターボ過給エンジンにおいて、
前記排気エネルギー調整制御には、さらに、前記一部の気筒に供給される燃料の量よりも前記他の気筒に供給される燃料の量を増大させる制御が含まれる、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【請求項４】
請求項２または３に記載のターボ過給エンジンにおいて、
前記一部の気筒に導入される吸気の流量と前記他の気筒に導入される吸気の流量とを個別に調整可能な個別吸気量調整手段が前記吸気通路に設けられ、
前記制御手段は、前記排気エネルギー調整制御の実行時、前記一部の気筒に導入される吸気の流量よりも前記他の気筒に導入される吸気の流量が増大するように前記個別吸気量調整手段を制御する、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【請求項５】
請求項１に記載のターボ過給エンジンにおいて、
前記排気エネルギー調整制御には、前記一部の気筒および前記他の気筒に同量の吸気を導入しつつ前記一部の気筒に供給される燃料の量よりも前記他の気筒に供給される燃料の量を増大させる制御が含まれる、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のターボ過給エンジンにおいて、
前記排気通路は、排気行程が重ならない２つ以上の気筒からなる第１気筒群に連通する第１排気マニホールドと、前記第１気筒群とは異なる２つ以上の気筒からなりかつ排気行程が重ならない第２気筒群に連通する第２排気マニホールドとを有し、
前記第１排気マニホールドは、前記第１気筒群からそれぞれ延びる独立した２つ以上の第１枝管と、各第１枝管の下流端がそれぞれ接続された共通の第１集合管とを有し、
前記第２排気マニホールドは、前記第２気筒群からそれぞれ延びる独立した２つ以上の第２枝管と、各第２枝管の下流端がそれぞれ接続された共通の第２集合管とを有し、
前記第１集合管に前記過給用タービンが配設されるとともに、前記第２集合管に前記発電用タービンが配設された、ことを特徴とするターボ過給エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に設けられたタービンと吸気通路に設けられたコンプレッサとを含むターボ過給機を備えたターボ過給エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記ターボ過給エンジンの一例として、下記特許文献１のものが知られている。この特許文献１のターボ過給エンジンでは、排気通路にターボ過給機のタービン（過給用タービン）が配設されるとともに、当該過給用タービンのさらに下流側の排気通路に、発電機を駆動するためのタービン（発電用タービン）が配設されている。
【０００３】
このように、過給用タービンの下流側に発電用タービンが配設された特許文献１のターボ過給エンジンによれば、過給用タービンを通過した後の排気のエネルギーを利用して発電用タービンを駆動し、本来であれば捨てられる排気エネルギーの一部を電力に変換する（発電する）ことができるので、排気エネルギーのより有効な利用を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１０８３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のターボ過給エンジンでは、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールできないという問題があった。すなわち、上記特許文献１では、過給用タービンの下流側に発電用タービンが配設されているため、例えば過給よりも発電を優先させたい状況が生じたとしても、過給用タービンを通過した後の排気しか発電に利用できない以上、十分な発電量を確保することは困難であった。また、可能な範囲で発電量を増やしたとしても、それによって発電用タービンを通過する排気の流通抵抗が増えるため、過給用タービンの下流側の排気の圧力が上昇し、過給能力が低下するおそれがあった。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールすることが可能なターボ過給エンジン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】
【０００７】
前記課題を解決するためのものとして、本発明のターボ過給エンジンは、複数の気筒と、各気筒に導入される吸気が流通する吸気通路と、各気筒から排出される排気が流通する排気通路と、前記排気通路に設けられ、前記複数の気筒の一部から排出された排気のエネルギーを受けて回転する過給用タービンと、前記吸気通路に設けられ、前記過給用タービンにより駆動されて吸気を過給するコンプレッサと、前記排気通路に設けられ、前記一部の気筒とは異なる他の気筒から排出された排気のエネルギーを受けて回転する発電用タービンと、前記発電用タービンにより駆動されて発電する発電機と、過給を優先すべき特定の運転領域を除く領域でエンジンが運転されており、かつ前記発電機に対する要求発電量が所定値よりも高い場合に、前記発電用タービンに供給される排気のエネルギーを、前記過給用タービンに供給される排気のエネルギーよりも増大させる排気エネルギー調整制御を実行し、前記特定の運転領域でエンジンが運転されているかまたは前記要求発電量が前記所定値以下である場合に、前記排気エネルギー調整制御の実行を禁止する制御手段とを備えた、ことを特徴とするものである（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、過給用タービンと発電用タービンとにそれぞれ異なる気筒から排気エネルギーが供給されるので、気筒間での制御の相違によって各タービンへの排気エネルギーの配分を自在に調整することができ、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールすることができる。具体的に、過給を優先する必要のない領域での運転時であってかつ発電要求が高い（要求発電量が所定値よりも高い）場合には、発電用タービンに供給される排気エネルギーを増大させる排気エネルギー調整制御が実行されることにより、発電用タービンをより高速で回転させて発電量を増やすことができ、発電要求がかなり高い場合であってもその要求に迅速に応えることができる。一方、過給要求が高い状況下では、上記のような制御を禁止して過給用タービンに供給される排気エネルギーを十分に確保することにより、要求に応じた高い過給圧を得ることができる。
【０００９】
本発明において、好ましくは、前記排気エネルギー調整制御には、前記一部の気筒に導入される吸気の流量よりも前記他の気筒に導入される吸気の流量を増大させる制御が含まれる（請求項２）。
【００１０】
この構成によれば、発電用タービンに通じる気筒（他の気筒）から排出される排気の流量が多くなり、発電用タービンに供給される排気エネルギーが増大するので、吸気量を調整するだけの簡単な構成で発電量を増大させることができる。
【００１１】
前記構成において、より好ましくは、前記排気エネルギー調整制御には、前記一部の気筒に供給される燃料の量よりも前記他の気筒に供給される燃料の量を増大させる制御がさらに含まれる（請求項３）。
【００１２】
この構成によれば、発電用タービンに通じる気筒（他の気筒）から排出される排気の熱量が高くなり、発電用タービンに供給される排気エネルギーがより増大するので、発電量の増大を一層効率よく達成することができる。
【００１３】
前記構成において、より好ましくは、前記一部の気筒に導入される吸気の流量と前記他の気筒に導入される吸気の流量とを個別に調整可能な個別吸気量調整手段が前記吸気通路に設けられ、前記制御手段は、前記排気エネルギー調整制御の実行時、前記一部の気筒に導入される吸気の流量よりも前記他の気筒に導入される吸気の流量が増大するように前記個別吸気量調整手段を制御する（請求項４）。
【００１４】
この構成によれば、過給用タービンに通じる気筒の吸気量と発電用タービンに通じる気筒の吸気量とを個別吸気量調整手段によって適正に増減させることができ、これに応じて発電量および過給圧を適正にコントロールすることができる。
【００１５】
前記排気エネルギー調整制御は、前記一部の気筒および前記他の気筒に同量の吸気を導入しつつ前記一部の気筒に供給される燃料の量よりも前記他の気筒に供給される燃料の量を増大させる制御を含むものであってもよい（請求項５）。
【００１６】
このような制御によっても、発電用タービンに供給される排気エネルギーを高めて発電量を増大させることができる。
【００１７】
本発明において、好ましくは、前記排気通路は、排気行程が重ならない２つ以上の気筒からなる第１気筒群に連通する第１排気マニホールドと、前記第１気筒群とは異なる２つ以上の気筒からなりかつ排気行程が重ならない第２気筒群に連通する第２排気マニホールドとを有し、前記第１排気マニホールドは、前記第１気筒群からそれぞれ延びる独立した２つ以上の第１枝管と、各第１枝管の下流端がそれぞれ接続された共通の第１集合管とを有し、前記第２排気マニホールドは、前記第２気筒群からそれぞれ延びる独立した２つ以上の第２枝管と、各第２枝管の下流端がそれぞれ接続された共通の第２集合管とを有し、前記第１集合管に前記過給用タービンが配設されるとともに、前記第２集合管に前記発電用タービンが配設される（請求項６）。
【００１８】
このように、排気行程が重ならない気筒群に接続された第１排気マニホールドに過給用タービンを配設するとともに、排気行程が重ならない別の気筒群に接続された第２排気マニホールドに発電用タービンを配設した場合には、各タービンに供給される排気エネルギーの個別調整を可能にしながら、それぞれの排気マニホールド内において、排気干渉を伴うことなく排気をスムーズに流すことができ、ポンピングロスを効果的に低減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明のターボ過給エンジンによれば、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態にかかるターボ過給エンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。
【図２】上記エンジンの本体部（エンジン本体）の断面図である。
【図３】上記エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図４】ジェネレータ（発電機）での発電に関連して実行される制御の具体例を示すフローチャートである。
【図５】過給が優先される運転領域を説明するためのエンジンの運転マップである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（１）エンジンの全体構成
図１は、本発明の一実施形態にかかるターボ過給エンジンの全体構成を概略的に示す平面図である。本図に示されるエンジンは、走行用の動力源として車両に搭載された４サイクルのガソリンエンジンであり、列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する直列多気筒型のエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路２０と、エンジン本体１で生成された燃焼ガス（排気）を排出するための排気通路３０と、排気通路３０を流通する排気により駆動されるターボ過給機５０と、同じく排気通路３０を流通する排気により駆動される発電装置６０とを備えている。
【００２２】
図２は、エンジン本体１の断面図である。本図に示すように、エンジン本体１は、円筒状の気筒２Ａ〜２Ｄが内部に形成されたシリンダブロック３と、気筒２Ａ〜２Ｄの上面を塞ぐようにシリンダブロック３に取り付けられたシリンダヘッド４と、各気筒２Ａ〜２Ｄにそれぞれ往復動可能に挿入されたピストン５とを有している。
【００２３】
ピストン５の上方には燃焼室６が画成されており、この燃焼室６には、後述するインジェクタ１１から噴射されるガソリンを主成分とする燃料が供給される。そして、供給された燃料が燃焼室６で燃焼し、その燃焼による膨張力で押し下げられたピストン５が上下方向に往復運動するようになっている。なお、当実施形態のエンジンは、一般的なガソリンエンジンと同じく、基本的にストイキ燃焼で運転される。このため、各気筒２Ａ〜２Ｄでの混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）は、例外的な場合を除いて理論空燃比（１４．７）もしくはその近傍に設定される。
【００２４】
ピストン５の下方には、エンジン本体１の出力軸であるクランク軸１５が配設されている。クランク軸１５は、ピストン５とコネクティングロッド１４を介して連結され、ピストン５の往復運動に応じて中心軸回りに回転する。シリンダブロック３には、クランク軸１５の回転速度つまりエンジン本体１の出力回転速度を検出するエンジン回転センサＳＮ１が設けられている。
【００２５】
シリンダヘッド４には、燃焼室６に向けて燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ１１と、インジェクタ１１から噴射された燃料と空気との混合気に点火する点火プラグ１２とが、各気筒２Ａ〜２Ｄにつき１組ずつ設けられている。
【００２６】
ここで、当実施形態のような４サイクル４気筒のガソリンエンジンでは、各気筒２Ａ〜２Ｄに設けられたピストン５がクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差をもって上下運動する。これに対応して、各気筒２Ａ〜２Ｄでの点火のタイミングも、１８０°ＣＡずつ位相をずらしたタイミングに設定される。具体的には、図１の左側から順に、気筒２Ａを第１気筒、気筒２Ｂを第２気筒、気筒２Ｃを第３気筒、気筒２Ｄを第４気筒とすると、第１気筒２Ａ→第３気筒２Ｃ→第４気筒２Ｄ→第２気筒２Ｂの順に点火（燃焼）が行われるようになっている。
【００２７】
図１および図２に示すように、シリンダヘッド４には、各気筒２Ａ〜２Ｄに対応して、吸気通路２０から供給される空気（吸気）を各気筒２Ａ〜２Ｄに導入するための吸気ポート７と、各気筒２Ａ〜２Ｄで生成された排気を排気通路３０に導出するための排気ポート８と、吸気ポート７を開閉可能に閉鎖する吸気弁９と、排気ポート８を開閉可能に閉鎖する排気弁１０とがそれぞれ設けられている。
【００２８】
図１に示すように、吸気通路２０は、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃに吸気ポート７を介して連通する第１吸気マニホールド２１と、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄに吸気ポート７を介して連通する第２吸気マニホールド２２と、第１吸気マニホールド２１および第２吸気マニホールド２２の各上流端どうしが集合した集合部２３と、集合部２３からさらに上流側に延びる単管状の共通吸気管２４とを有している。なお、本明細書において、吸気通路２０における上流（または下流）とは、吸気通路２０を流通する吸気の流れ方向の上流（または下流）のことをいう。
【００２９】
共通吸気管２４には、吸気中に含まれる異物を除去するエアクリーナ２５と、ターボ過給機５０（後述するコンプレッサ５２）により過給された吸気を冷却するインタークーラ２６と、共通吸気管２４を流通する吸気の流量を調整する開閉可能なメインスロットル弁２７とが、上流側からこの順に配設されている。また、共通吸気管２４におけるエアクリーナ２５よりも下流側（エアクリーナ２５と後述するコンプレッサ５２との間）には、吸気の流量を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられるとともに、共通吸気管２４におけるメインスロットル弁２７よりも下流側（メインスロットル弁２７と集合部２３との間）には、当該位置を通過する吸気の圧力、つまりターボ過給機５０により過給された後の吸気の圧力を検出する過給圧センサＳＮ３が設けられている。
【００３０】
第１吸気マニホールド２１は、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃからそれぞれ延びる独立した２つの枝管２１ａ，２１ｂと、各枝管２１ａ，２１ｂの上流端が集合した集合部２１ｃと、集合部２１ｃから上流側に延びる集合管２１ｄとを有している。集合管２１ｄには、第１吸気マニホールド２１を流通する吸気の流量を調整するための開閉可能な第１サブスロットル弁２８が設けられている。
【００３１】
第２吸気マニホールド２２は、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄからそれぞれ延びる独立した２つの枝管２２ａ，２２ｂと、各枝管２２ａ，２２ｂの上流端が集合した集合部２２ｃと、集合部２２ｃから上流側に延びる集合管２２ｄとを有している。集合管２２ｄには、第２吸気マニホールド２２を流通する吸気の流量を調整するための開閉可能な第２サブスロットル弁２９が設けられている。なお、この第２サブスロットル弁２９と、上述した第１サブスロットル弁２８とは、請求項にいう「個別吸気量調整手段」に相当する。
【００３２】
排気通路３０は、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃに排気ポート８を介して連通する第１排気マニホールド３１と、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄに排気ポート８を介して連通する第２排気マニホールド３２と、第１排気マニホールド３１および第２排気マニホールド３２の各下流端どうしが集合した集合部３３と、集合部３３からさらに下流側に延びる単管状の共通排気管３４とを有している。なお、本明細書において、排気通路３０における下流（または上流）とは、排気通路３０を流通する排気の流れ方向の下流（または上流）のことをいう。
【００３３】
共通排気管３４には、排気中に含まれる有害物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ）を浄化するための触媒装置３５が設けられている。
【００３４】
第１排気マニホールド３１は、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃからそれぞれ延びる独立した２つの枝管３１ａ，３１ｂと、各枝管３１ａ，３１ｂの下流端が集合した集合部３１ｃと、集合部３１ｃから下流側に延びる集合管３１ｄとを有している。集合管３１ｄには、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃの空燃比（Ａ／Ｆ）を調べるために排気中に含まれる酸素の濃度を検出するリニアＯ2センサからなる第１Ａ／ＦセンサＳＮ４が設けられている。なお、第１排気マニホールド３１の枝管３１ａ，３１ｂは、請求項にいう「第１枝管」に相当し、第１排気マニホールド３１の集合管３１ｄは、請求項にいう「第１集合管」に相当する。
【００３５】
第２排気マニホールド３２は、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄからそれぞれ延びる独立した２つの枝管３２ａ，３２ｂと、各枝管３２ａ，３２ｂの下流端が集合した集合部３２ｃと、集合部３２ｃから下流側に延びる集合管３２ｄとを有している。集合管３２ｄには、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの空燃比（Ａ／Ｆ）を調べるために排気中に含まれる酸素の濃度を検出するリニアＯ2センサからなる第２Ａ／ＦセンサＳＮ５が設けられている。なお、第２排気マニホールド３２の枝管３２ａ，３２ｂは、請求項にいう「第２枝管」に相当し、第２排気マニホールド３２の集合管３２ｄは、請求項にいう「第２集合管」に相当する。
【００３６】
ターボ過給機５０は、第１排気マニホールド３１に配設された過給用タービン５１と、共通吸気管２４に配設されたコンプレッサ５２と、コンプレッサ５２と過給用タービン５１とを連結する連結軸５３とを有している。より詳しくは、過給用タービン５１は、第１排気マニホールド３１における集合管３１ｄの途中部に配設されており、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃから排出されて集合管３１ｄを通過する排気のエネルギーを受けて回転する。コンプレッサ５２は、過給用タービン５１と連動して回転することにより、共通吸気管２４を流通する空気を加圧（過給）する。
【００３７】
第１排気マニホールド３１には、過給用タービン５１をバイパスするバイパス通路３６と、バイパス通路３６に開閉可能に設けられたウェストゲート弁３７とが設けられている。バイパス通路３６は、第１排気マニホールド３１の集合管３１ｄにおける過給用タービン５１の上流側部位と下流側部位とを互いに連通するように設けられている。ウェストゲート弁３７は、コンプレッサ５２により加圧された吸気の圧力（つまり過給圧）の過上昇を防止するためのものであり、当該過給圧が上限値を超えたときに開弁されてバイパス通路３６内の排気の流れを許容することにより、過給用タービン５１に流入する排気の流量を制限する。
【００３８】
吸気通路２０（共通吸気管２４）におけるコンプレッサ５２の収容部には、コンプレッサ５２の回転速度つまりターボ過給機５０の回転速度を検出するＴ／Ｃ回転センサＳＮ６が設けられている。
【００３９】
発電装置６０は、第２排気マニホールド３２に配設された発電用タービン６１と、発電用タービン６１と連結軸６３を介して連結されたジェネレータ６２（請求項にいう「発電機」に相当）とを有している。より詳しくは、発電用タービン６１は、第２排気マニホールド３２における集合管３２ｄの途中部に配設されており、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄから排出されて集合管３２ｄを通過する排気のエネルギーを受けて回転する。ジェネレータ６２は、発電用タービン６１と連動して回転するロータコイルを有し、当該ロータコイルの回転に伴う電磁誘導により発電を行う。発電された電力は、車両に搭載された図外の各種電気機器に供給されるか、もしくはバッテリに蓄電される。
【００４０】
以上のように、当実施形態では、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃに対し共通の第１吸気マニホールド２１および第１排気マニホールド３１が接続され、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄに対し共通の第２吸気マニホールド２２および第２排気マニホールド３２が接続されている。言い換えると、当実施形態では、吸気通路２０の集合部２３から排気通路３０の集合部３３までの間において、第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃの吸排気経路と、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの吸排気経路とが互いに分離（独立）している。そして、一方の組の排気経路（第１排気マニホールド３１）に過給用タービン５１が配設され、他方の組の排気経路（第２排気マニホールド３２）に発電用タービン６１が配設されている。このように、当実施形態では、過給用タービン５１と発電用タービン６１とに対応して吸排気経路が２系統に分けられているため、過給用タービン５１に供給される排気のエネルギーと、発電用タービン６１に供給される排気のエネルギーとを個別に調整することが可能である。
【００４１】
また、当実施形態では、上記のような気筒の組合せ（気筒２Ｂ，２Ｃ／気筒２Ａ，２Ｄ）に対しそれぞれ排気マニホールド３１，３２が接続されているため、排気干渉の発生を回避することが可能である。すなわち、当実施形態では、上述したように、第１気筒２Ａ→第３気筒２Ｃ→第４気筒２Ｄ→第２気筒２Ｂの順に燃焼順序が設定されている。このため、吸排気経路が分けられた上記２つの気筒群、つまり第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃの組と、第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの組とは、それぞれ、排気順序が連続しない関係、言い換えると、排気行程が互いに重ならない（分断された）関係にある。具体的に、前者の組、つまり第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃについては、排気順序が１つ飛ばしの関係にあるので、一方の気筒（２Ｂまたは２Ｃ）から排気が排出される排気行程の期間と、他方の気筒（２Ｃまたは２Ｂ）から排気が排出される排気行程の期間とが重なり合うことがない。このため、第２気筒２Ｂからの排気と第３気筒２Ｃからの排気とは、第１排気マニホールド３１内で干渉することなくスムーズに排出される。同様に、後者の組、つまり第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄについても、排気順序が１つ飛ばしの関係にあるので、一方の気筒（２Ａまたは２Ｄ）から排気が排出される排気行程の期間と、他方の気筒（２Ｄまたは２Ａ）から排気が排出される排気行程の期間とが重なり合うことがない。このため、第１気筒２Ａからの排気と第４気筒２Ｄからの排気とは、第２排気マニホールド３２内で干渉することなくスムーズに排出される。なお、当実施形態において、第１排気マニホールド３１が接続される第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃの組は、請求項にいう「第１気筒群」もしくは「一部の気筒（複数の気筒の一部）」に相当し、第２排気マニホールド３２が接続される第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの組は、請求項にいう「第２気筒群」もしくは「他の気筒」に相当する。
【００４２】
（２）制御系統
次に、エンジンの制御系統について図３のブロック図を参照しつつ説明する。本図に示されるＥＣＵ７０は、エンジンの各部を統括的に制御するためのマイクロプロセッサであり、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されている。このＥＣＵ７０は、請求項にいう「制御手段」に相当する。
【００４３】
ＥＣＵ７０には各種センサによる検出信号が入力される。例えば、ＥＣＵ７０は、上述したエンジン回転センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、過給圧センサＳＮ３、第１・第２Ａ／ＦセンサＳＮ４，ＳＮ５、およびＴ／Ｃ回転センサＳＮ６と電気的に接続されており、これら各種センサによって検出された情報（つまりエンジン回転速度、吸気流量、過給圧、排気中の酸素濃度、およびターボ過給機５０の回転速度等）が電気信号としてＥＣＵ７０に逐次入力されるようになっている。
【００４４】
また、車両には、当該車両を運転するドライバーにより操作されるアクセルペダル（図示省略）の開度を検出するアクセルセンサＳＮ７と、車両に搭載されたバッテリ（図示省略）の電圧を検出するバッテリセンサＳＮ８とが設けられており、これアクセルセンサＳＮ７およびバッテリセンサＳＮ８による検出信号もＥＣＵ７０に入力される。
【００４５】
ＥＣＵ７０は、上記各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、エンジンの各部を制御する。すなわち、ＥＣＵ７０は、インジェクタ１１、点火プラグ１２、メインスロットル弁２７、第１・第２サブスロットル弁２８，２９、ウェストゲート弁３７、およびジェネレータ６２等の機器と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいて、これらの機器にそれぞれ制御用の信号を出力する。
【００４６】
例えば、エンジン運転中の典型的な制御について簡単に説明しておくと、ＥＣＵ７０は、アクセルセンサＳＮ７により検出されるアクセル開度に基づいて、当該アクセル開度が大きいほど吸気流量が増えるようにメインスロットル弁２７の開度を制御する。また、エアフローセンサＳＮ２により検出される吸気流量等に基づいて、各気筒２Ａ〜２Ｄにおける混合気の空燃比が予め設定された目標空燃比（通常は理論空燃比（１４．７）もしくはその近傍）になるようにインジェクタ１１から各気筒２Ａ〜２Ｄに噴射される燃料の目標噴射量を決定し、当該目標噴射量に一致する量の燃料が噴射されるようにインジェクタ１１を制御する。さらに、第１・第２Ａ／ＦセンサＳＮ４，ＳＮ５により検出される酸素濃度に基づいて各気筒２Ａ〜２Ｄでの空燃比を特定し、当該空燃比が上記目標空燃比から外れる場合にはインジェクタ１１からの目標噴射量を補正する制御（フィードバック制御）を行う。
【００４７】
（３）発電に関する制御動作
次に、ジェネレータ６２での発電に関連してＥＣＵ７０により実行される制御動作について、図４のフローチャート等を参照しつつ説明する。本図のフローチャートに示す制御がスタートすると、ＥＣＵ７０は、各種センサ値を読み込む処理を実行する（ステップＳ１）。具体的には、エンジン回転センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、過給圧センサＳＮ３、第１・第２Ａ／ＦセンサＳＮ４，ＳＮ５、Ｔ／Ｃ回転センサＳＮ６、アクセルセンサＳＮ７、およびバッテリセンサＳＮ８からそれぞれの検出信号を読み込み、これらの信号に基づいて、エンジン回転速度、吸気流量、過給圧、排気中の酸素濃度、ターボ過給機５０の回転速度、アクセル開度、バッテリ電圧等の種々の情報を取得する。
【００４８】
次いで、ＥＣＵ７０は、現在のエンジンの運転状態が過給を優先すべき状態にあるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的に、ＥＣＵ７０は、エンジン回転センサＳＮ１により検出されるエンジン回転速度と、アクセルセンサＳＮ７により検出されるアクセル開度等に基づき決定されるエンジンの要求トルクとに基づいて、エンジンが図５の運転マップに示される低速高負荷域Ｘで運転されているか否かを判定し、当該低速高負荷域Ｘで運転されている場合には、過給を優先すべき状態にあると判定する。なお、低速高負荷域Ｘは、請求項にいう「特定の運転領域」に相当する。
【００４９】
図５において、ＷＯＴは、エンジンの全負荷ライン（アクセル全開のときのエンジントルク）を表している。当実施形態のエンジンでは、ターボ過給機５０による過給が行われるので、エンジンの全負荷ラインＷＯＴは、自然吸気のとき（過給しかなった場合）のエンジントルクの上限である自然吸気ラインＮＡよりも高負荷側に位置している。この全負荷ラインＷＯＴ上のポイントＩＣは、ターボ過給機５０による過給圧が予め設定された上限値に達するインターセプトポイントであり、このインターセプトポイントＩＣよりも排気流量が多くなる高速側の運転領域では、過給圧が上記上限値を超えないようにウェストゲート弁３７を開く過給圧制御が実行される。上述した低速高負荷域Ｘは、インターセプトポイントＩＣに対応する回転速度Ｎｉよりも低速側でかつ自然吸気ラインＮＡよりも高負荷側の領域に設定されている。このような低速高負荷域Ｘは、エンジンの低速運転中にアクセルペダルが大きく踏み込まれた状態に対応しており、ターボ過給機５０を最大限作動させてエンジントルクを迅速に立ち上げる必要のある運転領域、つまり発電よりも過給を優先すべき運転領域である。
【００５０】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定されて低速高負荷域Ｘでの運転に該当することが確認された場合、ＥＣＵ７０は、第１排気マニホールド３１を流通する排気の全量が過給用タービン５１に流入するように、ウェストゲート弁３７の開度を全閉に設定する（ステップＳ３）。
【００５１】
また、上記のようなウェストゲート弁３７の全閉制御と併せて、ＥＣＵ７０は、第１サブスロットル弁２８の開度と第２サブスロットル弁２９の開度とを同一に設定する均等吸気制御を実行する（ステップＳ４）。すなわち、この均等吸気制御では、第１吸気マニホールド２１を通じて第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃに導入される吸気の流量と、第２吸気マニホールド２２を通じて第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄに導入される吸気の流量とが互いに同一になるように、第１・第２サブスロットル弁２８，２９がそれぞれ同一開度まで開かれる。なお、当実施形態では、各気筒２Ａ〜２Ｄに導入される平均的な吸気量はメインスロットル弁２７によって調整することが可能であり、第１・第２サブスロットル弁２８，２９は専ら吸気流量に差をつけるために使用される。このため、上記均等吸気制御では、第１サブスロットル弁２８および第２サブスロットル弁２９の開度がともにほぼ全開に設定される。
【００５２】
ここで、低速高負荷域Ｘでの過給能力を高めることを目的に、上記のような均等吸気制御（ステップＳ４）に代えて、第１サブスロットル弁２８の開度を第２サブスロットル弁２９の開度よりも大きくする制御を実行することが考えられる。このようにすれば、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに導入される吸気の流量が、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに導入される吸気の流量よりも増えることにより、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃから第１排気マニホールド３１を通じて過給用タービン５１に供給される排気エネルギーが増大するからである。しかしながら、低速高負荷域Ｘでこのような制御を実行した場合には、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃにおいてノッキングが発生し易くなり、当該ノッキングを回避するために点火タイミングをリタードする必要などが生じる結果、結局のところエンジンの正味の出力トルクを増大させることにつながらない。このため、当実施形態では、過給要求の高い低速高負荷域Ｘにおいて、第１・第２サブスロットル弁２８，２９の開度を同一にする均等吸気制御を実行するようにしている。
【００５３】
次に、上記ステップＳ２でＮＯと判定された場合、つまりエンジンが低速高負荷域Ｘで運転されていない場合の制御について説明する。この場合、ＥＣＵ７０は、現時点でジェネレータ６２に対し要求される発電量（要求発電量）を満足できない発電量不足の状態にあるか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００５４】
具体的に、ＥＣＵ７０は、エンジン回転センサＳＮ１やアクセルセンサＳＮ７等の検出値から特定されるエンジンの運転状態（回転速度・負荷）と、バッテリセンサＳＮ８の検出値から特定されるバッテリの残容量と、車両に搭載された各種電気機器の負荷（消費電力）とを含む各種条件に基づいて、ジェネレータ６２に対する要求発電量を逐次決定し、この要求発電量を、上述した均等吸気の状態（第１吸気マニホールド２１および第２吸気マニホールド２２に同量の吸気が流通する状態）のままで達成できるか否かを判定する。そして、均等吸気の状態のままでは要求発電量を達成できない場合、つまり、均等吸気の状態でジェネレータ６２の発電量を最大限高めたとしても（つまりジェネレータ６２のロータコイルに印加される磁化用の電流を最大限高めたとしても）要求発電量に届かない場合に、発電量不足の状態にあると判定する。このように、当実施形態では、各種条件に応じて逐次決定される要求発電量と、均等吸気の状態でジェネレータ６２の発電量を最大限高めた場合の発電量（これが請求項にいう「所定値」に相当する）とを比較して、前者が後者よりも高い場合に、発電量不足の状態にあると判定する。
【００５５】
上記ステップＳ５でＮＯと判定されて発電量不足の状態にないことが確認された場合、ＥＣＵ７０は、上述したステップＳ４に移行して、第１・第２サブスロットル弁２８，２９の開度を同一にする均等吸気制御を実行する。なお、このときのウェストゲート弁３７の開度は、過給圧センサＳＮ３により検出される過給圧に応じて適宜の値に設定される。例えば、ウェストゲート弁３７を全閉にしたままでは過給圧が上限を超えるような排気流量の多い条件下では、過給圧が当該上限以下に収まるような開度までウェストゲート弁３７が開かれる。
【００５６】
一方、上記ステップＳ５でＹＥＳと判定されて発電量不足の状態にあることが確認された場合、ＥＣＵ７０は、第１サブスロットル弁２８の開度よりも第２サブスロットル弁２９の開度を大きくする不均等吸気制御を実行する（ステップＳ６）。すなわち、この不均等吸気制御では、第２サブスロットル弁２９の開度が相対的に大きくされることにより、第１吸気マニホールド２１を通じて第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃに導入される吸気の流量よりも、第２吸気マニホールド２２を通じて第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄに導入される吸気の流量が多くされる。
【００５７】
上記のようにして第２吸気マニホールド２２から第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに導入される吸気量が増やされると、これに伴って第１・第４気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射量も増やされる結果、当該気筒２Ａ，２Ｄから第２排気マニホールド３２に排出される排気の熱量および流量が増大する（つまり排気エネルギーが増大する）。逆に、第１吸気マニホールド２１から第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに導入される吸気量は減少するので、これに伴って第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃへの燃料噴射量も減らされ、第１排気マニホールド３１に排出される排気の熱量および流量が減少する（つまり排気エネルギーが減少する）。そして、このような排気エネルギーの増減設定（特に第２排気マニホールド３２に排出される排気エネルギーの増大）により、第２排気マニホールド３２に配設された発電用タービン６１がより高速で回転するようになり、ジェネレータ６２での発電能力（最大発電量）が高められる。このように、上記ステップＳ６での不均等吸気制御は、発電用タービン６１に供給される排気エネルギーを高めてジェネレータ６２での発電量を増やすことにつながり、発電量不足を解消する方向に作用する。なお、上記不均等吸気制御は、請求項にいう「排気エネルギー調整制御」に相当する。
【００５８】
上記不均等吸気制御（ステップＳ６）において、第１サブスロットル弁２８と第２サブスロットル弁２９との開度差は、発電量が不足するほど大きくされる。すなわち、発電量が不足するほど、第２排気マニホールド３２を通じて発電用タービン６１に供給される排気エネルギーを増大させる（それによって発電能力を高める）必要があり、そのために第２吸気マニホールド２２を通じた吸気流量を増やす（逆に第１吸気マニホールド２１を通じた吸気流量を減らす）必要がある。そこで、当実施形態では、発電量が不足するほど、第１サブスロットル弁２８の開度が第２サブスロットル弁２９に比べて小さくなるように、両サブスロットル弁２８，２９がそれぞれ制御される。ただし、両サブスロットル弁２８，２９の開度差をむやみに大きくすると、エンジンの挙動が不安定になったりセットロスが増大するなどの問題が生じるので、当該開度差は、予め設定された上限を超えない範囲に設定される。
【００５９】
一方で、上記のような不均等吸気制御の実行および発電量の増大に伴い、第１排気マニホールド３１を通じて過給用タービン５１に供給される排気エネルギーが減少するとともに、発電用タービン６１による排気抵抗が増大する（つまりポンピングロスが増大する）。そこで、ＥＣＵ７０は、このような事象に伴ってエンジンの出力不足が生じることがないように、各種の補正制御を実行する。
【００６０】
例えば、ＥＣＵ７０は、ウェストゲート弁３７の開度を閉じ側に補正したり、メインスロットル弁２７の開度を開き側に補正したりする等により、不均等吸気制御の実行前と同等のエンジン出力を発生させる。なお、ここでの補正制御は、例えば、過給圧センサＳＮ３により検出される過給圧と、Ｔ／Ｃ回転センサＳＮ６により検出されるターボ過給機５０の回転速度と、ジェネレータ６２での発電量（もしくはジェネレータ６２の回転速度）とをパラメータとしたフィードバック制御に基づいて行うことが可能である。これにより、所望の発電量を確保しつつ、エンジン出力を安定化させることが可能になる。
【００６１】
（４）作用効果
以上説明したように、当実施形態のターボ過給エンジンは、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに連通する第１排気マニホールド３１に設けられた過給用タービン５１と、過給用タービン５１により駆動されて吸気を過給するコンプレッサ５２と、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに連通する第２排気マニホールド３２に設けられた発電用タービン６１と、発電用タービン６１により駆動されて発電するジェネレータ６２とを備える。そして、このエンジンの低速高負荷域Ｘを除く運転領域において、発電要求が十分に高い（ジェネレータ６２に対する要求発電量が現時点で発電可能な発電量を上回る）ことが確認された場合には、第２サブスロットル弁２９の開度を第１サブスロットル弁２８の開度よりも大きくする不均等吸気制御（排気エネルギー調整制御）が実行される。これにより、第２吸気マニホールド２２を流通する吸気の流量が第１吸気マニホールド２１に比べて多くされ、その結果、第２排気マニホールド３２を通じて発電用タービン６１に供給される排気のエネルギーが、第１排気マニホールド３１を通じて過給用タービン５１に供給される排気のエネルギーよりも増大される。このような構成によれば、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールできるという利点がある。
【００６２】
すなわち、上記実施形態では、過給用タービン５１と発電用タービン６１とにそれぞれ異なる気筒（第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃまたは第１・第４気筒２Ａ，２Ｄ）から排気エネルギーが供給されるようになっているので、気筒間での制御の相違によって各タービン５１，６１への排気エネルギーの配分を自在に調整することができ、発電要求および過給要求の軽重に応じて柔軟に発電量および過給圧をコントロールすることができる。具体的に、発電要求（要求発電量）が高いことに伴って発電用タービン６１に供給される排気エネルギーを増大させた場合には、発電用タービン６１をより高速で回転させて発電量を増やすことができ、発電要求がかなり高い場合であってもその要求に迅速に応えることができる。一方、低速高負荷域Ｘで運転されているときのように過給要求が高い状況下では、上記のような制御を禁止して過給用タービン５１に供給される排気エネルギーを十分に確保することにより、要求に応じた高い過給圧を得ることができる。
【００６３】
特に、上記実施形態では、発電要求が高い場合に、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに連通する第１吸気マニホールド２１に設けられた第１サブスロットル弁２８と、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに連通する第２吸気マニホールド２２に設けられた第２サブスロットル弁２９とを用いて、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに導入される吸気の流量が、第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに導入される吸気の流量よりも増やされる。これにより、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄから第２排気マニホールド３２を通じて排出される排気の流量が多くなり、発電用タービン６１に供給される排気エネルギーが増大するので、吸気量を調整するだけの簡単な構成で発電量を増大させることができる。
【００６４】
また、上記実施形態のエンジンはストイキ燃焼を行うガソリンエンジンであるため、上記のように第１・第４気筒２Ａ，２Ｄへの吸気流量が増やされるのに伴い、同気筒への燃料噴射量も増やされる。これにより、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄから第２排気マニホールド３２を通じて排出される排気の熱量が高くなり、発電用タービン６１に供給される排気エネルギーがさらに増大するので、発電量の増大を一層効率よく達成することができる。
【００６５】
また、上記実施形態では、第１気筒２Ａ→第３気筒２Ｃ→第４気筒２Ｄ→第２気筒２Ｂの順に燃焼が行われる４気筒エンジンにおいて、排気順序が連続しない（排気行程が重ならない）第２気筒２Ｂおよび第３気筒２Ｃの組に第１排気マニホールド３１が接続されるとともに、同じく排気順序が連続しない（排気行程が重ならない）第１気筒２Ａおよび第４気筒２Ｄの組に第２排気マニホールド３２が接続され、これら第１・第２排気マニホールド３１，３２に過給用タービン５１および発電用タービン６１が片方ずつ分かれて配設されているので、各タービン５１，６１に供給される排気エネルギーの個別調整を可能にしながら、それぞれの排気マニホールド３１，３２内において、排気干渉を伴うことなく排気をスムーズに流すことができ、ポンピングロスを効果的に低減することができる。
【００６６】
（５）変形例
上記実施形態では、第１吸気マニホールド２１と第２吸気マニホールド２２とにそれぞれサブスロットル弁２８，２９を配設したが、各吸気マニホールド２１，２２を流通する吸気の流量に差を生じさせることができればよく、いずれか一方のサブスロットル弁２８，２９を省略することも可能である。例えば、発電量を増やすために第２吸気マニホールド２２を流通する吸気の流量を第１吸気マニホールド２１に比べて多くしたいときは、少なくとも第１吸気マニホールド２１の断面積を絞ればよい（第２吸気マニホールド２２の断面積は最大のままでよい）ので、第２サブスロットル弁２９は必須ではなく、省略することができる。
【００６７】
また、上記実施形態では、ストイキ燃焼を行うガソリンエンジンであることを前提に、発電量不足が起きたときの制御、つまり発電用タービン６１に供給される排気エネルギーを増大させる制御（請求項にいう排気エネルギー調整制御）を、第１・第４気筒２Ａ，２Ｄに導入される吸気の流量を第２・第３気筒２Ｂ，２Ｃに比べて増やし、かつ第１・第４気筒２Ａ，２Ｄへの燃料噴射量を増やすことによって実現したが、例えば理論空燃比よりもリーンな空燃比で燃焼を行うリーンバーンガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジンである場合には、各気筒に導入される吸気量を均等にしながら燃料噴射量のみを増減させることで、同様の作用を得ることが可能である。すなわち、リーンバーンガソリンエンジンもしくはディーゼルエンジンにおいて発電量不足が起きた場合には、各気筒に同等の吸気を導入しつつ、発電用タービンにつながる気筒に対する燃料噴射量を増やして空燃比を相対的にリッチする（それ以外の気筒の空燃比は相対的にリーンにする）ことにより、上記実施形態と同様に、発電用タービンに供給される排気エネルギーを高めて発電量を増大させることが可能である。
【００６８】
また、上記実施形態では、４つの気筒２Ａ〜２Ｄを有する４気筒エンジンに本発明を適用した例について説明したが、本発明は、４気筒エンジンに限らず、５気筒や６気筒など、種々の多気筒エンジンに適用することが可能である。例えば６気筒エンジンである場合には、排気行程が重ならない３つの気筒と、排気行程が重ならない別の３つの気筒とに分けて、一方の気筒群から排出される排気を過給用タービンに供給し、他方の気筒群から排出される排気を発電用タービンに供給することが考えられる。
【符号の説明】
【００６９】
２Ａ〜２Ｄ  気筒
２０  吸気通路
２８，２９  第１・第２サブスロットル弁（個別吸気量調整手段）
３０  排気通路
３１  第１排気マニホールド
３１ａ，３１ｂ  枝管（第１枝管）
３１ｄ  集合管（第１集合管）
３２  第２排気マニホールド
３２ａ，３２ｂ  枝管（第２枝管）
３２ｄ  集合管（第２集合管）
５１  過給用タービン
５２  コンプレッサ
６１  発電用タービン
６２  ジェネレータ（発電機）
７０  ＥＣＵ（制御手段）
【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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