(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２の排気通路とで構成されていると共に、前記第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の吸気制御装置であって、
前記第１の排気通路に対応する気筒と、第２の排気通路に対応する気筒とへの吸気の分配を調整可能な吸気制御弁が備えられていると共に、
該吸気制御弁を、全気筒が燃焼運転しているエンジン低回転時、第１の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量が、第２の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量よりも多くなるように制御する吸気制御手段が備えられていることを特徴とする過給機付きエンジンの吸気制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載の過給機付きエンジンの吸気制御装置において、
前記第１の排気通路は、第２の排気通路よりも通路長が短くされており、
前記吸気制御手段は、エンジン高回転時、第１の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量が、第２の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量よりも少なくなるように制御する吸気制御手段が備えられていることを特徴とする過給機付きエンジンの吸気制御装置。
【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の吸気制御装置において、
排気ターボ過給機は、前記第１の排気通路と第２の排気通路とに対応して独立したスクロール部を有するツインスクロールタイプの過給機であることを特徴とする過給機付きエンジンの吸気制御装置。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の過給機付きエンジンの吸気制御装置において、
第１の排気通路に対応する気筒に連通する第１の吸気集合通路と、第２の排気通路に対応する気筒に連通する第２の吸気集合通路とが備えられており、
前記吸気制御弁は、吸気集合通路毎に備えられていることを特徴とする過給機付きエンジンの吸気制御装置。
【請求項５】
前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の過給機付きエンジンの吸気制御装置において、
前記吸気制御弁は、気筒毎に備えられていることを特徴とする過給機付きエンジンの吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機付きエンジンの吸気制御装置に関し、エンジンの吸気技術の分野に属する。
【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の出力向上可能な構成として、例えば特許文献１に記載のものがある。これは、図２１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り、エンジン出力が向上することとなる。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の容積は、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って、過給機ＤのタービンＤ１に作用する排気圧力が高まり、エンジン出力がさらに向上することとなる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２４７４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、排気ターボ過給機Ｄは、一般に主として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、エンジンの高出力化が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明は、過給機付きエンジンにおいて、エンジン低回転時における過給能力を向上可能な吸気制御装置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】
【０００７】
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。
【０００８】
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２の排気通路とで構成されていると共に、前記第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の吸気制御装置であって、前記第１の排気通路に対応する気筒と、第２の排気通路に対応する気筒とへの吸気の分配を調整可能な吸気制御弁が備えられていると共に、該吸気制御弁を、全気筒が燃焼運転しているエンジン低回転時、第１の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量が、第２の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量よりも多くなるように制御する吸気制御手段が備えられていることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載の発明において、前記第１の排気通路は、第２の排気通路よりも通路長が短くされており、前記吸気制御手段は、エンジン高回転時、第１の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量が、第２の排気通路に対応する気筒への吸気の分配量よりも少なくなるように制御する吸気制御手段が備えられていることを特徴とする。
【００１０】
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に記載の発明において、排気ターボ過給機は、前記第１の排気通路と第２の排気通路とに対応して独立したスクロール部を有するツインスクロールタイプの過給機であることを特徴とする。
【００１１】
そして、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、第１の排気通路に対応する気筒に連通する第１の吸気集合通路と、第２の排気通路に対応する気筒に連通する第２の吸気集合通路とが備えられており、前記吸気制御弁は、吸気集合通路毎に備えられていることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれかに記載の発明において、前記吸気制御弁は、気筒毎に備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１４】
まず、請求項１に記載の発明によれば、第１の排気通路に対応する気筒と第２の排気通路に対応する気筒とへの吸気の分配が調整可能となる。その場合に、全気筒が燃焼運転しているエンジン低回転時は、第１の排気通路に対応する気筒への吸気分配量が、第２の排気通路に対応する気筒への吸気分配量よりも多くなるように制御されるから、全気筒に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路に対応する気筒への吸気分配量は増加し、第２の排気通路に対応する気筒への吸気分配量は減少することとなる。したがって、第１の排気通路の排気圧力は高くなり、第２の排気通路の排気圧力は低下することとなるが、第２の排気通路は、容積が比較的大きいことにより、排気圧力がもともと低く、吸気分配量の減少分による排気圧力の変化（低下）も少ないのに対し、第１の排気通路は、容積が比較的小さいことにより、吸気分配量の増加分による排気圧力の変化（上昇）が大きくなる。したがって、全体としては、過給能力が向上し、エンジンの高出力化が達成されることとなる。
【００１５】
ところで、前記特許文献１に記載のような構成においては、前述のように、第
１、第２の排気通路Ｇ１，Ｇ２（請求項１における第１、第２の排気通路に対応する）における排気ガスの膨張率が、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べて小さくなるので、排気ターボ過給機Ｄに供給される排気の温度低下が少なくなる。特に、第２，第３気筒＃２，＃３用の第１の排気通路Ｇ１は、図２１に示すように第１，第４気筒＃１，＃４用の第２の排気通路Ｇ２に比べて短いので、外部への放熱が少なく、また、容積が小さいので、膨張率がより小さくなって排気の温度低下がさらに少なくなる。つまり、第２，第３気筒＃２，＃３用の第１の排気通路Ｇ１から過給機Ｄに供給される排気の温度の方が、第１，第４気筒＃１，＃４用の第２の排気通路Ｇ２からの排気の温度よりも高くなるのであるが、この場合、以下のような問題が生じる。
【００１６】
すなわち、排気ターボ過給機Ｄには、通常、過熱による破損防止のため耐熱温度が定められているが、前述の構成によると、特にエンジン高回転時には、第２の排気通路Ｇ２の排気温度が耐熱温度に対して余裕があるにもかかわらず、第１の排気通路Ｇ１の排気温度が耐熱温度に達する場合が生じる。したがって、過給機Ｄの保護のために、それ以上のエンジン出力のアップは制限されることとなり、過給機Ｄの過給能力を十分に発揮させることができなくなる。この対策として、例えば、燃料を増量することにより未燃成分の気化熱により排気系の冷却を行うことが可能であるが、この場合、燃費の悪化を招くこととなる。
【００１７】
しかしながら、請求項２に記載の発明によれば、エンジン高回転時、第１の排気通路に対応する気筒への吸気分配量が、第２の排気系に対応する気筒への吸気分配量よりも少なくなるように制御されるから、全気筒に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路に対応する気筒への吸気分配量は減少し、第２の排気通路に対応する気筒への吸気分配量は増加することとなる。したがって、第１の排気通路に対応する気筒からの排気温度は低下し、第２の排気通路対応する気筒からの排気温度は上昇することとなるが、第１の排気通路は容積が比較的小さいことにより、吸気分配量の減少分による排気温度の変化（低下）が大きいので、排気ターボ過給機が過熱しにくくなる。そして、この結果、排気通路長が比較的長くかつ容積が比較的大きいことにより、排気温度がもともと低く、かつ吸気分配量の増加分による排気温度の変化（上昇）も少なく、また排気ターボ過給機の耐熱温度に対して余裕のある第２の排気通路の排気圧力（排気エネルギ）を大きく上昇させることが可能となる。したがって、全体としては、過給能力が向上し、エンジンの高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００１８】
また、請求項３に記載の発明によれば、排気ターボ過給機は、前記第１の排気通路と第２の排気通路とに対応して独立したスクロール部を有するツインスクロールタイプの過給機であるので、該過給機内での排気エネルギのロスも抑制されることとなり、その結果、過給能力が一層向上し、エンジンの更なる高出力化が達成されることとなる。
【００１９】
そして、請求項４に記載の発明によれば、第１、第２の排気通路に対応する第１、第２の吸気通路の吸気量を吸気系毎に制御することができるようになる。
【００２０】
さらに、請求項５に記載の発明によれば、吸気系の構成を大きく変更することなく、気筒への吸気量を気筒毎に制御することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置について説明する。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
共通吸気通路１１の下流端は、第１、第２集合吸気通路１４，１５に接続されている。第１、第２集合吸気通路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集合吸気通路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集合吸気通路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集合吸気通路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。なお、以下、必要に応じて、吸気系１０における独立吸気通路１８ｂ，１８ｃ及び第１集合吸気通路１６をまとめて第１の吸気通路１０ａといい、独立吸気通路１８ａ，１８ｄ及び第２集合吸気通路１７をまとめて第２の吸気通路１０ｂという。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
ここで、前述のように、第１排気系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排気系２０ｂは離間して配置された第１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２の排気通路２０ｂは、第１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、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
図１に示すように、エンジン１の吸気制御装置には、コントロールユニット（ＥＣＵ）３０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からエンジン回転数に関する信号を入力すると共に、前記各スロットルバルブ１６，１７の図示しないアクチュエータに開度の制御信号を出力する。
【００３２】
次に、このコントロールユニット３０による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、エンジン回転センサ３１から現在のエンジン回転数に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ２で、このエンジン回転数に基づいて、第１、第２スロットルバルブ１６，１７の開度を制御する。具体的には、図６に示すように、エンジン低回転時には、第１スロットルバルブ１６の開度が第２スロットルバルブ１７の開度に比べて大きくなるように、各スロットルバルブ１６，１７を制御する。一方、エンジン高回転時は、第１スロットルバルブ１６の開度が第２スロットルバルブ１７の開度に比べて小さくなるように、各スロットルバルブ１６，１７を制御する。なお、バルブ開度は、エンジン回転数に応じてリニアに変化させる。
【００３３】
これによれば、図７に示すように、エンジン低回転時には、第１の排気通路２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量（流入）が、全気筒＃１〜＃４に均等（５０％ずつ）に分配される場合よりも増加すると共に、第２の排気通路２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量が、同じく均等に分配される場合よりも減少することとなる。したがって、図８に示すように、第１の排気通路２０ａの排気圧力は高くなり、第２の排気通路２０ｂの排気圧力は低下することとなるが、第２の排気通路２０ｂは、容積が比較的大きいことにより、排気圧力がもともと低く、吸気分配量の減少分による排気圧力の変化（低下）も少ないのに対し、第１の排気通路２０ａは、容積が比較的小さいことにより、吸気分配量の増加分による排気圧力の変化（上昇）が大きくなる。したがって、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１の高出力化が達成されることとなる。
【００３４】
一方、エンジン高回転時は、全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気分配量は減少し、第２の排気通路２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気分配量は増加することとなる。したがって、第１の排気通路２０ａに対応する気筒＃２，＃３からの排気温度は低下し、第２の排気通路２０ｂに対応する気筒＃１，＃４からの排気温度は上昇することとなるが、第１の排気通路２０ａは容積が比較的小さいことにより、吸気分配量の減少分による排気温度の変化（低下）が大きいので、排気ターボ過給機１２が過熱しにくくなる。そして、この結果、排気通路長が比較的長くかつ容積が比較的大きいことにより、排気温度がもともと低く、また吸気分配量の増加分による排気温度の変化（上昇）が少ない、すなわち排気ターボ過給機１２の耐熱温度に対して余裕がある第２の排気通路２０ａの排気圧力（排気エネルギ）を大きく上昇させることが可能となる。したがって、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１の高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００３５】
次に、第２の実施の形態について図９を用いて説明する。この第２の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置は、第１の実施の形態に対して吸気系１１０の構成を変更したものである。なお、エンジン１０１、排気系１２０は第１の実施の形態のエンジン１、排気系２０と同様の構成とされており、説明は省略する（なお、図面には、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）。
【００３６】
すなわち、図９に示すように、第２の実施の形態の吸気系１１０には、１つの共通吸気通路１１１が設けられている。この共通吸気通路１１１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、エアクリーナ（図示せず）と、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１１２のコンプレッサ１１２ｐと、インタクーラ１１３と、エア量を調節するスロットルバルブ１１６とが設けられている。共通吸気通路１１１におけるスロットルバルブ１１６よりも下流側の部分は、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、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１１８ａ〜１１８ｄが接続されている。
【００３７】
また、第１〜第４独立通路１１８ａ〜１１８ｄ上には第１〜第４分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄが設けられていると共に、独立通路１１８ｄの近傍には、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃの開度を調整する第１アクチュエータ１４２と、第１、第４分配バルブ１４１ａ，１４１ｄの開度を調整する第２アクチュエータ１４３とが設けられている。なお、第１〜第４分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄには、それぞれ、閉位置において気筒＃１〜＃４への吸気の流入が完全には遮断されないように切欠が設けられている。
【００３８】
また、本エンジン１０１の吸気制御装置には、コントロールユニット１３０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ１３１とが備えられており、コントロールユニット１３０は、エンジン回転センサ１３１からのエンジン回転数に関する信号を入力すると共に、第１〜第４分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄのアクチユエータ１４２，１４３に開度の制御信号を出力する。なお、スロットルバルブ１１６に対する制御は、エンジン回転数、エンジン負荷等に基づいて別途行われる。
【００３９】
次に、このコントロールユニット１３０による制御の一例について図１０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、エンジン回転センサ１３１から現在のエンジン回転数に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ１２で、このエンジン回転数に基づいて第１〜第４分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄの開度を制御する。具体的には、図１１に示すように、エンジン低回転時においては、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃの開度が第１、第４分配バルブ１４１ａ，１４１ｄの開度に比べて大きくなるように、第１、第２アクチュエータ１４２，１４３を制御する。一方、エンジン高回転時においては、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃの開度が第１、第４バルブ１４１ａ，１４１ｄの開度に比べて小さくなるように、第１、第２アクチュエータ１４２，１４３を制御する。なお、分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄの開度は、エンジン回転数に応じてリニアに変化させる。
【００４０】
これによれば、第１の実施の形態同様、前述の図７に示すように、エンジン低回転時には、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量が、全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも増加すると共に、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量が、同じく均等に分配される場合よりも減少することとなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。
【００４１】
一方、エンジン高回転時は、全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気分配量は減少し、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気分配量は増加することとなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００４２】
そして、特に、この第２の実施の形態によれば、従来一般的に用いられている集合吸気通路が１系統だけでなる吸気系を大きく変更することなく、第１の実施の形態で説明したのと同様の作用効果を得ることができる。
【００４３】
次に、第３の実施の形態について前記図９を用いて説明する。この第３の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置は、第２の実施の形態に対して第１〜第４バルブ１４１ａ〜１４１ｄの開度の制御方法を変更すると共に、第１〜第４バルブ１４１ａ〜１４１ｄのアクチュエータ１４２、１４３を、開位置（ＯＮ）と閉位置（ＯＦＦ）とにのみ制御可能なアクチュエータ１４２′，１４３′に変更したものである。なお、その他の構成は、第２の実施の形態と同様の構成とされており、説明は省略する。なお、説明に際しては、変更部を除き、同一の符号を用いる。
【００４４】
コントロールユニット１３０′による制御の一例について図１２のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ２１で、エンジン回転センサ１３１から現在のエンジン回転数に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ２２で、前記エンジン回転数が所定回転数α以上か否かを判定し、所定回転数α以上のときは、ステップＳ２３で、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃを閉じ（ＯＦＦ）、第１、第４バルブ１４１ａ，１４１ｄを開く（ＯＮ）ように、第１、第２アクチュエータ１４２′、１４３′を制御する。一方、所定回転数α未満のときは、ステップＳ２４で、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃを開き（ＯＮ）、第１、第４バルブ１４１ａ，１４１ｄを閉じる（ＯＦＦ）ように、第１、第２アクチュエータ１４２′，１４３′を制御する。
【００４５】
これによれば、図１３に示すように、エンジン回転数が所定回転数α未満のとき（エンジン低回転時）は、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量が全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも増加すると共に、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量が、同じく均等に分配される場合よりも減少することとなる。したがって、第1、第２の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。
【００４６】
一方、エンジン回転数が所定回転数α以上のとき（エンジン高回転時）は、全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量は減少し、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量は増加することとなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００４７】
なお、この制御によれば、第１、第２の実施の形態と比較して、エンジン回転数が中回転の領域で急激に過給分配割合が変化することとなるというデメリットがあるが、その一方で、第１〜第４分配バルブ１４１ａ〜１４１ｄを駆動するアクチュエータ１４２′，１４３′として、ＯＮ，ＯＦＦ制御のみ可能な安価なものを利用することができるというメリットがある。
【００４８】
次に、第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置は、第３の実施の形態に対して、第１〜第４バルブ１４１ａ〜１４１ｄの開度の制御方法のみを変更したものである。なお、コントロールユニットのみ１３０″による制御以外は、第３の実施の形態と同様の構成とされており、説明は省略する。
【００４９】
このコントロールユニット１３０″による制御の一例について図１４のフローチャートを用いて説明すると、まず、ステップＳ３１で、エンジン回転センサ１３１から現在のエンジン回転数に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ３２で、前記エンジン回転数が所定回転数α１以上か否かを判定し、所定回転数α１以上のときは、ステップＳ３３で、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃを閉じ（ＯＦＦ）、第１、第４バルブ１４１ａ，１４１ｄを開く（ＯＮ）ように、第１、第２アクチュエータ１４２′、１４３′を制御する。一方、所定回転数α１未満のときは、ステップＳ３４で、前記エンジン回転数が第２所定回転数α２以上か否かを判定する。そして、第２所定回転数α２以上のときは、ステップＳ３５で、第１〜第４バルブ１４１ａ〜１４１ｄの全てを開く（ＯＮ）ように、第１、第２アクチュエータ１４２′、１４３′を制御する。これに対し、第２所定回転数α２未満のときは、ステップＳ３６で、第２、第３分配バルブ１４１ｂ，１４１ｃを開き（ＯＮ）、第１、第４バルブ１４１ａ，１４１ｄを閉じる（ＯＦＦ）ように、第１、第２アクチュエータ１４２′、１４３′を制御する。
【００５０】
これによれば、図１５に示すように、エンジン回転数が第２所定回転数α２未満のとき（エンジン低回転時）は、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量が全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも増加すると共に、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量が、同じく均等に分配される場合よりも減少することとなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。
【００５１】
一方、エンジン回転数が第１所定回転数α１以上のとき（エンジン高回転時）は、全気筒＃１〜＃４に均等に分配される場合よりも、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒＃２，＃３への吸気の分配量が減少し、第２の排気通路１２０ｂに対応する気筒＃１，＃４への吸気の分配量が増加することとなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００５２】
他方、エンジン回転数が第２所定回転数α２以上で第１所定回転数α１未満のとき（エンジン中回転時）は、全気筒＃１〜＃４にほぼ均等に吸気が分配されることとなる。
【００５３】
このような第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態と比較して、特に、ほぼ同様のハードウェアを用いつつ制御（コントロールユニット）のみを変更するだけで、吸気（過給）の分配割合を、エンジン回転数に基づいて小刻みに段階的に変化することができ、分配割合の急変が緩和される。
【００５４】
次に、第５の実施の形態について図１６を用いて説明する。この第５の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置は、第２の実施の形態に対して、第１〜第４独立通路上に設けられた第１〜第４分配バルブ及びアクチュエータの構成を変更すると共に、第１の排気通路２２０ａに対応する第１の吸気通路２１０ａの独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃの通路面積を、第２の吸気通路２１０ｂの独立吸気通路２１８ａ，２１８ｄの通路面積に比較して小さくしたものである。なお、これ以外のエンジン２０１、吸気系２１０、排気系２２０は第２の実施の形態のエンジン１０１、吸気系１１０、排気系１２０とほぼ同様の構成とされており、説明は省略する（なお、図面には、同様の構成のものについても、第２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）。
【００５５】
すなわち、第１〜第４独立吸気通路２１８ａ〜２１８ｄ上には第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄが設けられていると共に、独立吸気通路２１８ｄの近傍には、これらの分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度を調整する単一のアクチュエータ２４２とが設けられている。第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄには、それぞれ、閉状態において気筒への吸気の流入を完全には遮断させないように切欠が設けられている。なお、その切欠量は、第２、第３バルブ２４１ｂ，２４１ｃの方が、第１、第４バルブ２４１ａ，２４１ｄよりも大きくされており、全バルブ２４１ａ〜２４１ｄが閉じられて各独立吸気通路２１８ａ〜２１８ｄが絞られた状態では、開かれた状態とは逆に、第１の排気通路２２０ａに対応する独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃの通路面積が、第２の排気通路２２０ｂに対応する独立吸気通路２１８ａ，２１８ｄの通路面積に比較して大きくなるような量に設定されている。
【００５６】
また、本エンジン２０１の吸気制御装置には、コントロールユニット２３０と、エンジン回転数を検出するエンジン回転センサ２３１とが備えられており、コントロールユニット２３０は、エンジン回転センサ２３１からのエンジン回転数に関する信号を入力すると共に、第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄのアクチュエータ２４２に開度の制御信号を出力する。なお、スロットルバルブ２１６に対する制御は、エンジン回転、エンジン負荷等に基づいて別途行われる。
【００５７】
次に、このコントロールユニット２３０による制御の一例について説明する。なお、制御フローは、図１０のフローチャートと同様であり、図１０を用いて説明すると、まず、ステップＳ１１で、エンジン回転センサ２３１から現在のエンジン回転数に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ１２で、このエンジン回転数に基づいて第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度を制御する。具体的には、図１７に示すように、エンジン回転数が高くなるほど、第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度が大きくなるように、第１、第２アクチュエータ２４２を制御する。なお、分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度は、エンジン回転数に応じてリニアに変化させる。
【００５８】
これによれば、エンジン低回転時には、第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度が小さくされるので、前記図７に示すように、第１の排気通路２２０ａに対応する独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃの通路面積が、第２の排気通路２２０ｂに対応する独立吸気通路２１８ａ，２１８ｄの通路面積に比較して大きくなり、第１の排気通路２２０ａに対応する気筒＃２，＃３に、第２の排気通路２２０ｂに対応する気筒＃１，＃４へよりも多くの吸気が流入する（分配される）。したがって、第１の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン１０１の高出力化が達成されることとなる。
【００５９】
一方、エンジン高回転時は、第１〜第４分配バルブ２４１ａ〜２４１ｄの開度が大きく大きくされるので、第１の排気通路２２０ａに対応する独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃの通路面積が、第２の排気通路２２０ｂに対応する独立吸気通路２１８ａ，２１８ｄの通路面積に比較して小さくなり、第１の排気通路２２０ａに対応する気筒＃２，＃３に流入する吸気の量（分配量）が、第２の排気通路２２０ｂに対応する気筒＃１，＃４に流入する吸気の量（分配量）よりも少なくなる。したがって、第1の実施の形態同様の理由により、全体としては、過給能力が向上し、エンジン２０１の高出力化が達成されることとなる。また、燃料増量による冷却の必要性が減少して燃費の悪化が抑制される。
【００６０】
そして、特に、この第５の実施の形態によれば、第４の実施の形態と比較して、アクチュエータを削減することができ、コストを安くすることができる。
【００６１】
なお、この第５の実施の形態においては、第１、第４独立吸気通路２１８ａ，２１８ｄの通路面積と第２、第３独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃの通路面積とを異ならせたが、同一の場合でも適用可能である。この場合、気筒毎に吸気バルブの開閉期間、開閉タイミングを異ならせることができるものを用い、該吸気バルブの開閉時期、開閉タイミングを、第２、第３気筒には第１、第４気筒よりも多くの吸気が分配可能なように設定することによっても対応可能である。
【００６２】
次に、第６の実施の形態について図１８を用いて説明する。この第６の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置は、第５の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置から、第１の排気通路２２０ａに対応する独立吸気通路２１８ｂ，２１８ｃ上の第２、第３分配バルブ２４１ｂ，２４１ｃを削除したものである。なお、制御は、第５の実施の形態とほぼ同様の制御を行えばよい。これによれば、第２、第３分配バルブ２４１ｂ，２４１ｃの分のコストを削減しつつ、第５の実施の形態と類似の作用効果を達成することができる。
【００６３】
なお、前記各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１９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３２０におけるエンジン本体３０２と排気ターボ過給機３１２のタービン３１２ｔ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３２１ｄ〜３２１ｆと該独立排気通路３２１ｄ〜３２１ｆの下流側に接続された集合排気通路３２３とでなる第１の排気通路３２０ａ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３２１ａ〜３２１ｃと該独立排気通路３２１ａ〜３２１ｃの下流側に接続された集合排気通路３２２とでなる第２の排気通路３２０ｂとで構成されていると共に、第１の排気通路３２０ａの容積が第２の排気通路３２０ｂの容積よりも小さく設定されたＶ型６気筒エンジン３０１にも適用可能である。なお、この場合、第１集合吸気通路３１４上に第１スロットルバルブ３１６を設けると共に、第２集合吸気通路３１５上に第２スロットルバルブ３１７を設け、これらスロットルバルブ３１６，３１７をコントロールユニット３３０により第１の実施の形態同様の制御を行えばよい。また、第２〜第６の実施の形態同様に各独立排気通路３２１ａ〜３２１ｆに分配バルブを設けた構成とすることも可能である。
【００６４】
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、該排気系におけるエンジン本体と排気ターボ過給機のタービンとを接続する部分が、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に連通する独立排気通路と該独立排気通路の下流側に接続された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側に接続された集合排気通路とでなる第２の排気通路とで構成されていると共に、前記第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いるエンジンに広く適用可能である。
【００６５】
なお、前記各実施の形態においては、ツインスクロールタイプの過給機を用いた場合について説明したが、本発明は、図２０に示すような、排気タービン４１２ｔのスクロール部に仕切り壁を有さないシングルスクロールタイプの過給機４１２を用いた場合についても適用可能である。この場合、前記各実施の形態で説明したツインスクロールタイプのものによる効果が若干低下するが、類似の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、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】
【００６７】
【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吸気制御装置の構成図である。
【図２】排気通路容積（通路長）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圧力の特性図である。
【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】吸気制御の一例を示すフローチャートである。
【図６】エンジン回転数に対するバルブ開度の特性図である。
【図７】本吸気制御により達成されるエンジン回転数に対する過給分配割合の特性図である。
【図８】本吸気制御により達成されるクランクアングルに対するタービン前排気圧力の特性図である。
【図９】本発明の第２〜第４の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る吸気制御の一例を示すフローチャートである。
【図１１】エンジン回転数に対するバルブ開度の特性図である。
【図１２】第３の実施の形態に係る吸気制御の一例を示すフローチャートである。
【図１３】第３の実施の形態に係る吸気制御により達成されるエンジン回転数に対する過給分配割合の特性図である。
【図１４】第４の実施の形態に係る吸気制御の一例を示すフローチャートである。
【図１５】第４の実施の形態に係る吸気制御により達成されるエンジン回転数に対する過給分配割合の特性図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図１７】エンジン回転数に対するバルブ開度の特性図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図１９】本発明の第７の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図２０】本発明の第８の実施の形態に係る過給機付きエンジンの吸気制御装置の構成図である。
【図２１】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】
【００６８】
１，１０１，２０１，３０１        エンジン
２，１０２，２０２，３０２        エンジン本体
１０，１１０，２１０，３１０      吸気系
１４，３１４    第１の吸気集合通路
１５，３１５    第２の吸気集合通路
１２，１１２，２１２，３１２，４１２      過給機
１６，１７，３１６，３１７    スロットルバルブ（吸気制御弁）
１４１ａ〜１４１ｄ，２４１ａ〜２４１ｄ    分配バルブ（吸気制御弁）
２０ａ，１２０ａ，２２０ａ，３２０ａ    第１の排気通路
２０ｂ，１２０ｂ，２２０ｂ，３２０ｂ    第２の排気通路
２１ａ〜２１ｄ，１２１ａ〜１２１ｄ，２２１ａ〜２２１ｄ，３２１ａ〜３２１ｆ    独立排気通路
２２，２３，１２２，１２３，２２２，２２３，３２２，３２３    集合排気通路
３０，１３０，１３０′，１３０″，２３０，２３０″，３３０      ＥＣＵ（吸気制御手段）
３１，１３１，２３１，３３１      エンジン回転センサ
＃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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
0004548323.tif 000016
【図１６】
0004548323.tif 000017
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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