(57)【要約】【課題】  本発明は、複数のスクロール室を具備した遠心過給器（ターボチャージャ）の過給効果を好適に高めることができる技術を提供することを課題とする。【解決手段】  本発明は、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気をターボチャージャが具備する複数のスクロール室へ各々独立して流入させる構成において、各排気通路から遠心過給器を迂回して排気を流す複数のバイパス通路と、各バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブとを備え、過給圧を上昇させる必要がある場合は各気筒群のバルブオーバーラップ期間に各気筒群の排気通路に設けられたウェストゲートバルブを開弁させるようにした。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒群を具備する内燃機関と、
気筒群と同数のスクロール室を有する遠心過給器と、
複数の気筒群の排気を複数のスクロール室へ各々独立して流入させる複数の排気通路と、
前記各排気通路から前記遠心過給器を迂回して排気を流す複数のバイパス通路と、
前記各バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、
過給圧を上昇させる必要がある時に、各気筒群のバルブオーバーラップ期間において各ウェストゲートバルブを開弁させる制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
【請求項２】
請求項１において、制御手段は、バルブオーバーラップ期間の開始前にウェストゲートバルブの開弁制御を開始することを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２において、制御手段は、バルブオーバーラップ期間の終了後にウェストゲートバルブの閉弁制御を行うことを特徴とする内燃機関の過給制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に取り付けられた遠心過給器（ターボチャージャ）の制御技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、遠心過給器（ターボチャージャ）のタービンハウジングに設けられたスクロール室を複数に区画し、内燃機関の複数の気筒群から排出される排気を前記スクロール室へ各々独立して流入させることにより、排気干渉に起因した過給効果の低下を抑制する技術が知られている（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００３】
遠心過給器（ターボチャージャ）を備えた内燃機関の制御方法としては、加速運転時にウェストゲートバルブを開弁させることによりタービンの回転速度を速やかに上昇させる技術も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特開２００４−６８６３１号公報
【特許文献２】特開昭６３−１６１３０号公報
【特許文献３】特開平１０−４７０５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数のスクロール室を備えた遠心過給器（ターボチャージャ）について内燃機関の加速運転時にウェストゲートバルブが開弁されると、タービンに作用する排気圧力が低下するため、過給効果を高めることは困難となる。
【０００５】
本発明は、上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のスクロール室を具備した遠心過給器（ターボチャージャ）の過給効果を好適に高めることができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記した課題を解決するために、複数の気筒群を具備する内燃機関と、気筒群と同数のスクロール室を有する遠心過給器（ターボチャージャ）と、複数の気筒群の排気を前記した複数のスクロール室へ各々独立して流入させる複数の排気通路と、前記各排気通路から前記遠心過給器を迂回して排気を流す複数のバイパス通路と、前記各バイパス通路に設けられたウェストゲートバルブと、過給圧を上昇させる必要がある場合は各気筒群のバルブオーバーラップ期間に各気筒群の排気通路に設けられたウェストゲートバルブを開弁させる制御手段と、を備えるようにした。
【０００７】
過給圧を上昇させる時にウェストゲートバルブが閉弁されていると、過給圧（吸気圧）が上昇するまでの期間において吸気圧と排気圧との差が僅かとなり、若しくは排気圧が吸気圧より高くなる場合がある。
【０００８】
そのような場合には、バルブオーバーラップ期間において気筒内へ逆流する排気および／または気筒内に残留する排気（以下、これらの排気を総称して内部ＥＧＲガスと称する）が増加するため、吸気の充填効率が低下する。
【０００９】
一方、過給圧を上昇させる時にウェストゲートバルブが継続的に開弁されると、排気圧が上昇し難くなるため、タービン回転数が速やかに上昇しなくなる可能性がある。
【００１０】
これに対し、過給圧を上昇させる必要がある場合において各気筒群のバルブオーバーラップ期間のみウェストゲートバルブが開弁されると、排気圧力の低下を抑えつつ内部ＥＧＲガスの量を減少させることが可能となる。内部ＥＧＲガスの量が減少すると、吸気の充填効率が高まる。吸気の充填効率が高まると、排気圧も高くなるため、タービン回転数が速やかに上昇するようになる。
【００１１】
本発明において、制御手段は、バルブオーバーラップ期間の開始前にウェストゲートバルブの開弁制御を開始するようにしてもよい。これは、ウェストゲートバルブの制御開始から実際にウェストゲートバルブが動作するまでに応答遅れが生じるからである。
【００１２】
本発明において、制御手段は、バルブオーバーラップ期間の終了後にウェストゲートバルブの閉弁制御を行うようにしてもよい。このような制御によれば、バルブオーバーラップ期間が終了するまで排気圧の上昇を抑えることができるため、気筒内へ逆流する排気及び気筒内に残留する排気の量を減少させ易くなる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数のスクロール室を備えた遠心過給器（ターボチャージャ）による過給効果を好適に高めることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の具体的な実施形態について図１〜図３に基づいて説明する。図１は、本発明を適用する内燃機関の概略構成を示す図である。図１において、内燃機関１は、直列４気筒のエンジンである。
【００１５】
内燃機関１は、１番気筒（＃１）２ａ、２番気筒（＃２）２ｂ、３番気筒（＃３）２ｃ、及び４番気筒（＃４）２ｄの４つの気筒を有している。各気筒２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄには、吸気弁３及び排気弁４が設けられている。尚、上記した４つの気筒２ａ〜２ｄの燃焼順序（着火順序）は、１番気筒（＃１）２ａ、３番気筒（＃３）２ｃ、４番気筒（＃４）２ｄ、２番気筒（＃２）２ｂの順とする。
【００１６】
内燃機関１には、エキゾーストマニフォルド５が接続されている。エキゾーストマニフォルド５は、１番気筒（＃１）２ａに連通する第１分岐管５ａと、２番気筒（＃２）２ｂに連通する第２分岐管５ｂと、３番気筒（＃３）２ｃに連通する第３分岐管５ｃと、４番気筒（＃４）２ｄに連通する第４分岐管５ｄを備えている。
【００１７】
第１分岐管５ａと第４分岐管５ｄは、相互に合流して第１合流管５０を形成している。第２分岐管５ｂと第３分岐管５ｃも相互に合流して第２合流管５１を形成している。第１合流管５０と第２合流管５１は、遠心過給器（ターボチャージャ）６のタービンハウジング６０に設けられた２つのエントリ６１、６２（以下、第１エントリ６１、第２エントリ６２と記す）に各々接続されている。
【００１８】
タービンハウジング６０は、スクロール室が２つに区画されたツインスクロール式のタービンハウジングであり、第１エントリ６１及び第２エントリ６２は２本のスクロール室と各々連通している。このように、排気行程が相互に連続若しくは重複しない気筒（１番気筒（＃１）２ａと４番気筒（＃４）２ｄ、２番気筒（＃２）２ｂと３番気筒（＃３）２ｃ）の排気を合流させ、且つ、合流後の排気を独立したスクロール室に流通させると、排気干渉が抑制されるため、タービンブレードに対して大きな排気脈動を作用させることが可能となる。
【００１９】
タービンハウジング６０のスクロール室を通過した排気は、相互に合流して排気管７へ
流入するようになっている。第１合流管５０と第２合流管５１には、タービンハウジング６０をバイパスして排気管７へ排気を導く第１バイパス通路８と第２バイパス通路９が各々接続されている。
【００２０】
第１バイパス通路８と第２バイパス通路９の途中には、第１ウェストゲートバルブ１０と第２ウェストゲートバルブ１１が各々設けられている。第１ウェストゲートバルブ１０及び第２ウェストゲートバルブ１１は、図示しない電動アクチュエータにより開閉駆動されるバルブであり、それらの開度はＥＣＵ１２によって制御される。
【００２１】
ＥＣＵ１２は、内燃機関１に取り付けられたクランクポジションセンサ１３やアクセルポジションセンサ１４等の各種センサの出力信号に基づいて、内燃機関１の運転状態や第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１を制御する。
【００２２】
以下、ＥＣＵ１２による第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１の制御方法について述べる。ＥＣＵ１２は、過給圧を上昇させる必要がある時、すなわちアクセル開度Ａｃｃｐ（アクセルポジションセンサ１４の出力信号）が増加傾向にある時（例えば、加速運転時）において、各気筒２ａ〜２ｄの吸気弁３と排気弁４が同時に開弁している期間（バルブオーバーラップ期間）と同期して第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１を開弁させる。
【００２３】
例えば、第１ウェストゲートバルブ１０については、ＥＣＵ１２は、１番気筒（＃１）２ａと４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間にのみ第１ウェストゲートバルブ１０を開弁させる。
【００２４】
図２は、第１エントリ６１における排気圧を計測した結果を示す図である。図中の点線は第１ウェストゲートバルブ１０が終始閉弁しているときの排気圧を示しており、実線は第１ウェストゲートバルブ１０が１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのオーバーラップ期間にのみ開弁したときの排気圧を示している。
【００２５】
図２に示すように、第１ウェストゲートバルブ１０が閉弁されている場合は、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）において排気圧が吸気圧と近似している。
【００２６】
この場合、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）において、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄの内部ＥＧＲガス量が増加するため、吸気の充填効率が低下する。
【００２７】
一方、過給圧を上昇させる時に第１ウェストゲートバルブ１０が継続的に開弁されると、排気圧が上昇し難くなるため、タービン回転数が速やかに上昇しなくなる可能性がある。
【００２８】
これに対し、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）のみ第１ウェストゲートバルブ１０が開弁されると、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）において排気圧が吸気圧に比して十分に低くなるとともにバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）以外の期間では排気圧が高く保たれるようになる。
【００２９】
バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）において排気圧が吸気圧に対して十分に低くなると、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄの内部ＥＧＲガス量が減少する。内部ＥＧＲガス量が減少すると、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄの吸入空気量が増加するため、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）以外の期間における排気圧が
上昇する。その結果、ターボチャージャ６のタービン回転数が速やかに上昇するようになる。
【００３０】
従って、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間のみ第１ウェストゲートバルブ１０が開弁されると、吸気の充填効率向上とタービン回転数の速やかな上昇との相乗効果により、吸気の充填効率が一層向上するとともに過給圧が一層速やかに上昇するようになる。
【００３１】
尚、図２に示す例では、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）の開始時期より所定期間α前に第１ウェストゲートバルブ１０の開弁制御が開始されている。これは、ＥＣＵ１２が第１ウェストゲートバルブ１０の開弁指令を出力してから第１ウェストゲートバルブ１０が実際に開弁するまでに応答遅れが生じるためである。
【００３２】
また、図２に示す例では、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）の終了時期より所定期間β後に第１ウェストゲートバルブ１０の開弁制御が終了されている。これは、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）の終了時期より前に第１ウェストゲートバルブ１０の閉弁動作が開始されると、バルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）の終了間際に排気圧が上昇して内部ＥＧＲガス量が増加する虞があるからである。
【００３３】
一方、第２ウェストゲートバルブ１１についても、ＥＣＵ１２は、１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄと同様に、２番気筒（＃２）２ｂと３番気筒（＃３）２ｃのバルブオーバーラップ期間に同期して第２ウェストゲートバルブ１１を開弁させることにより、２番気筒（＃２）２ｂ及び３番気筒（＃３）２ｃに対する吸気の充填効率向上と過給圧の速やかな上昇を実現することが可能となる。
【００３４】
次に、第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１の制御手順について図３のフローチャートに沿って説明する。図３は、第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１の制御ルーチン（以下、ウェストゲートバルブ制御ルーチンと称する）を示すフローチャートである。ウェストゲートバルブ制御ルーチンは、ＥＣＵ１２のＲＯＭ等に予め記憶されているルーチンであり、ＥＣＵ１２によって所定時間毎に繰り返し実行される。
【００３５】
ウェストゲートバルブ制御ルーチンでは、ＥＣＵ１２は、先ずＳ１０１においてアクセルポジションセンサ１４の出力信号に基づいて内燃機関１が加速運転状態にあるか否かを判別する。すなわち、ＥＣＵ１２は、過給圧を速やかに上昇させる必要があるか否かを判別する。
【００３６】
前記Ｓ１０１において否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、本ルーチンを終了する。この場合、ＥＣＵ１２は、第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１を通常通りに制御（例えば、過給圧が所定の上限値を超えないように第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１を開閉制御）する。
【００３７】
一方、前記Ｓ１０１において肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０２〜Ｓ１０９において前述した図２の説明で述べたように第１及び第２ウェストゲートバルブ１０、１１を制御する。
【００３８】
Ｓ１０２では、ＥＣＵ１２は、クランクポジションセンサ１３の出力信号（クランク角度）ＣＡが１番気筒（＃１）２ａ又は４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間の開始時期Ｖ／Ｏｓ１、Ｖ／Ｏｓ４より所定期間α前（ＣＡ＝Ｖ／Ｏｓ１−α又はＣＡ＝Ｖ／Ｏｓ４−α）であるか否かを判別する。
【００３９】
前記Ｓ１０２で肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０３へ進み、第１ウェストゲートバルブ１０の開弁制御を開始する。
【００４０】
前記Ｓ１０２で否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０４へ進み、クランクポジションセンサ１３の出力信号ＣＡが１番気筒（＃１）２ａ又は４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間の終了時期Ｖ／Ｏｅ１、Ｖ／Ｏｅ４より所定期間β後（ＣＡ＝Ｖ／Ｏｅ１＋β又はＣＡ＝Ｖ／Ｏｅ４＋β）であるか否かを判別する。
【００４１】
前記Ｓ１０４で肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０５へ進み、第１ウェストゲートバルブ１０の閉弁制御を行う。
【００４２】
前記Ｓ１０４で否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０６へ進み、クランクポジションセンサ１３の出力信号ＣＡが２番気筒（＃２）２ｂ又は３番気筒（＃３）２ｃのバルブオーバーラップ期間の開始時期Ｖ／Ｏｓ２、Ｖ／Ｏｓ３より所定期間α前（ＣＡ＝Ｖ／Ｏｓ２−α又はＣＡ＝Ｖ／Ｏｓ３−α）であるか否かを判別する。
【００４３】
前記Ｓ１０６で肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０７へ進み、第２ウェストゲートバルブ１１の開弁制御を開始する。
【００４４】
前記Ｓ１０６で否定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０８へ進み、クランクポジションセンサ１３の出力信号ＣＡが２番気筒（＃２）２ｂ又は３番気筒（＃３）２ｃのバルブオーバーラップ期間の終了時期Ｖ／Ｏｅ２、Ｖ／Ｏｅ３より所定期間β後（ＣＡ＝Ｖ／Ｏｅ２＋β又はＣＡ＝Ｖ／Ｏｅ３＋β）であるか否かを判別する。
【００４５】
前記Ｓ１０８で肯定判定された場合は、ＥＣＵ１２は、Ｓ１０９へ進み、第２ウェストゲートバルブ１１の閉弁制御を行う。
【００４６】
このようにＥＣＵ１２がウェストゲートバルブ制御ルーチンを実行することにより、第１ウェストゲートバルブ１０が１番気筒（＃１）２ａ及び４番気筒（＃４）２ｄのバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）のみ開弁するとともに、第２ウェストゲートバルブ１１が２番気筒（＃２）２ｂ及び３番気筒（＃３）２ｃのバルブオーバーラップ期間（Ｖ／Ｏ）のみ開弁するようになる。
【００４７】
依って、各気筒２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの吸気の充填効率向上とタービン回転数の速やかな上昇とを図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を適用する内燃機関の実施例を示す図である。
【図２】第１エントリにおける排気の圧力を計測した結果を示す図である。
【図３】ウェストゲートバルブ制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・・・内燃機関
２ａ・・・・１番気筒（＃１）
２ｂ・・・・２番気筒（＃２）
２ｃ・・・・３番気筒（＃３）
２ｄ・・・・４番気筒（＃４）
３・・・・・吸気弁
４・・・・・排気弁
５ａ・・・・第１分岐管
５ｂ・・・・第２分岐管
５ｃ・・・・第３分岐管
５ｄ・・・・第４分岐管
６・・・・・遠心過給器（ターボチャージャ）
８・・・・・第１バイパス通路
９・・・・・第２バイパス通路
１０・・・・第１ウェストゲートバルブ
１１・・・・第２ウェストゲートバルブ
１２・・・・ＥＣＵ（制御手段）
５０・・・・第１合流管（排気通路）
５１・・・・第２合流管（排気通路）
６０・・・・タービンハウジング
６１・・・・第１エントリ
６２・・・・第２エントリ
【図１】
2007046487.tif 000003
【図２】
2007046487.tif 000004
【図３】
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