JP4692253B2 - 過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置に関し、エンジン制御の技術分野に属する。

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１８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。

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。

特開２００４−１２４７４９号公報

ところで、排気系には排気ガスを浄化する例えばＮＯｘ触媒や三元触媒等の排気浄化装置が備えられる場合があるが、特許文献１のように排気系に排気ターボ過給機が設けられているようなものにおいては、排気浄化装置は、通常、排気ターボ過給機の下流側に設置される。しかし、この場合、以下のような問題がある。

すなわち、排気浄化装置は、一般に、排気浄化装置の温度が活性温度状態にあるときに最も活性化して浄化性能がよくなる特性を有するが、前述のように排気ターボ過給機の下流側に排気浄化装置が設けられている場合、排気ガスが過給機を通過することによりその温度が低下してしまうので、排気浄化装置を十分に活性化させることができないおそれがある。そこで、エンジンから排出される排気ガスの温度を上昇させる制御、例えば点火時期の遅角制御や排気バルブの開時期の進角制御等を行うことが考えられるが、アイドル時等、エンジンの運転安定性が不安定となりやすい状態のときにこのような制御を行うと、エンジンの運転安定性が損なわれ、回転変動や、エンストを招きやすくなる。

そこで、本発明は、排気通路に排気浄化装置が設けられた過給機付きエンジンにおいて、冷間時、エンジンの運転安定性を損なうことなく、効果的に排気ガスの温度を上昇させて排気浄化装置を早期に活性化させることができる排気ガス温度制御装置を提供することを課題とする。

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。

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の排気通路よりも通路長が短くされ、かつ前記タービン下流の排気通路に排気浄化装置が設けられた過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置であって、排気浄化装置に関連する温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第１の排気通路に排出される排気ガスのみを高温化する排気ガス温度制御手段が備えられていることを特徴とする。

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の排気ガス温度制御装置において、前記第１の排気通路は、第２の排気通路よりも容積が小さくされていることを特徴とする。

そして、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の排気ガス温度制御装置において、前記排気ガス温度制御手段は点火時期制御手段であり、該点火時期制御手段は、排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒の点火時期を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の点火時期に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒の点火時期を、前記通常の点火時期よりも遅角側に制御することを特徴とする。

さらに、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過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、前記排気ガス温度制御手段は空気量調整手段であり、該空気量調整手段は、排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒に供給する空気量を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の空気量に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒に供給する空気量を、前記通常の空気量よりも多くすることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、前記排気ガス温度制御手段はバルブタイミング制御手段であり、該バルブタイミング制御手段は、排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒の排気弁の開時期を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の開時期に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒の排気弁の開時期を、前記通常の開時期よりも進角させることを特徴とする。

そして、請求項６に記載の発明は、前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、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。

さらに、請求項７に記載の発明は、前記請求項６に記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、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可能なウエストゲート弁が第１、第２の排気通路に対応して設けられていると共に、このリリーフされた排気ガスを排気浄化装置上流の排気通路にに導くリリーフ通路が設けられており、かつ、前記温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第１の排気通路に対応するウエストゲート弁のみを開くウエストゲート弁制御手段が設けられていることを特徴とする。

次に、本発明の効果について説明する。

まず、請求項１に記載の発明によれば、冷間時、第１の排気通路に排出される排気ガスが排気ガス温度制御手段により高温化されるので、排気ガス浄化装置に供給される排気ガスが高温化され、排気ガス浄化装置が迅速に活性化されることとなる。しかも、高温化されるのは、通路長が短く、排気ガスが温度低下しにくい第１の排気通路の方であるので、前記効果が一層効果的なものとなる。一方、第２の排気通路に対応する気筒については高温化の制御が行われないので、エンジンの運転安定性の低下が抑制される。

なお、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を第１の排気通路と第２の排気通路とに分割しない場合、気筒から排出される排気ガスは、第１の排気通路と第２の排気通路とをあわせた分の容積分膨張することによって、温度が低下しやすくなるが、本発明においては、分割されているので、これによっても、温度低下が抑制され、前述した効果がより一層効果的に得られることとなる。

また、請求項２に記載の発明によれば、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から、排気ガスの膨張量が少なくなり、一層第１の排気通路の排気ガス温度を高温化することができる。

そして、請求項３に記載の発明によれば、第１の排気通路に対応する気筒の点火時期が、通常の点火時期よりも遅角側に制御されるので、排気バルブが開くまでの間における放熱が少なくなり、第１の排気通路の排気ガスのみが高温化することとなる。

さらに、請求項４に記載の発明によれば、第１の排気通路に対応する気筒に供給する空気量が、通常の空気量よりも多くされるので、これに伴って燃料噴射量が増加して、気筒内での燃焼ガスの圧力が高くなると共に、燃焼ガスの温度が高くなる。したがって、第１の排気通路の排気ガスのみが高温化することとなる。

また、請求項５に記載の発明によれば、第１の排気通路に対応する気筒の開時期が、通常の開時期よりも進角されるので、気筒内での燃焼ガスの膨張が少ないうちに、つまり燃焼ガスの温度低下が少ないうちに第１の排気通路に排気されることとなり、第１の排気通路の排気ガスのみが高温化することとなる。

そして、請求項６に記載の発明によれば、排気ターボチャージャは、ツインスクロールタイプのものであるので、過給機内での排気干渉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。

さらに、請求項７に記載の発明によれば、排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第１の排気通路に対応するウエストゲート弁のみが開かれることにより、第１の排気通路の排気ガスは、排気ターボ過給機のタービンを経由することなく、リリーフ通路を介して排気浄化装置に導かれることとなる。したがって、排気ガスが排気ターボ過給機で温度低下することなく、排気浄化装置に導かれることとなり、排気浄化装置が早期に活性化することとなる。一方、第２の排気通路の排気ガスは、排気ターボ過給機を経由するので、排気ターボ過給機による過給も行うことができる。

以下、本発明の実施の形態に係る過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

また、共通排気通路２４における排気ターボ過給機１２の下流には、排気ガスを浄化するためのＮＯｘ触媒及び三元触媒でなる排気浄化装置２５が設けられている。なお、この排気浄化装置２５は、公知のものと同様のものであり、そのため、低温状態では、ＮＯｘ触媒及び三元触媒のいずれも浄化性能が低いが、所定の温度以上において適切な浄化性能を発揮する性質を有している。なお、本発明は、ＮＯｘ触媒と三元触媒とのいずれか一方のみを有する排気浄化装置にも適用可能である。

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。

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。

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。

図１に示すように、エンジン１の排気ガス温度制御装置には、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、エンジン１の冷却水温を検出するエンジン水温センサ３２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、水温センサ３２から冷却水温に関する信号を入力し、前記各スロットルバルブ１６，１７に開度の制御信号を出力する。なお、このスロットルバルブ１６，１７としては、全閉位置（全閉時の開度）が調整可能なものが用いられており、後述するアイドル時におけるスロットルバルブ１６，１７の開度の制御は、この全閉位置の制御を行うものである。

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及びエンジン水温センサ３２から現在のエンジン回転数及びエンジン水温に関する信号を入力する。次いで、ステップＳ２，Ｓ３で、排気浄化装置が活性化しているか否かについて間接的に判定を行う。具体的には、ステップＳ２で、エンジン１が冷間状態か否かの判定を行うと共に、ステップＳ３で、エンジン１の始動後所定時間内か否かを判定する。なお、冷間状態か否かは、前記エンジン水温センサ３２で検出されたエンジン水温が、所定水温以下か否かにより判定する。そして、いずれのステップでもＹＥＳのとき、すなわち、エンジン１が冷間状態で、かつ始動後所定時間経過していないときは、排気浄化装置が活性化していないものと判定し、ステップＳ４で、さらに、エンジン１がアイドル状態か否かを判定する。なお、アイドル状態か否かの判定は、スロットルバルブ１６，１７のスロットル開度、及びエンジン回転数に基づいて行う。具体的には、スロットルバルブ１６，１７のスロットル開度が全閉であることと、エンジン回転数が所定回転数以下であることとの２つの条件が満足された場合、アイドル状態と判定する。

そして、ステップＳ４でアイドル状態のときは、ステップＳ５で、各気筒＃１〜＃４の点火時期を設定する。この場合、第１、第４気筒＃１，＃４の点火時期はアイドル状態における通常の点火時期に設定され、第２、第３気筒＃２，＃３の点火時期は、アイドル状態における通常の点火時期に対して所定量遅角した点火時期に設定される。ここで、図６は、点火時期に対する排気ガス温度の特性を実測したものであり、本図に示すように、点火時期を遅角させると、一般に、排気ガス温度は高くなる。また、図７は、点火時期に対するエンジンの回転安定性の特性を実測したものであり、本図に示すように、点火時期を遅角させると、一般に、エンジンの回転安定性は悪くなる。

また、ステップＳ６で、各気筒＃１〜＃４への空気供給量を設定する。この場合、第１、第４気筒＃１，＃４への空気供給量はアイドル状態における通常の空気量に設定され、第２、第３気筒＃２，＃３への空気供給量は、アイドル状態における通常の空気量よりも所定量多い量に設定される。ここで、図８は、空気供給量に対する排気ガス温度の特性を示したものであり、本図に示すように、空気供給量を増加させると、一般に、排気ガス温度は高くなる。

そして、ステップＳ７で、各気筒＃１〜＃４への空気供給量が前記設定した空気量となるように、各スロットルバルブ１６，１７を制御すると共に、前記設定した点火時期に点火プラグに点火信号を出力する。

一方、ステップＳ２，Ｓ３，Ｓ４のいずれか１つでもＮＯのときは、排気浄化装置２５が活性化しているか、またはアイドル状態でもないので、ステップＳ８で、各気筒＃１〜＃４の点火時期を、エンジン運転状態に基づいて設定すると共に、ステップＳ９で、各気筒＃１〜＃４への空気供給量を、エンジン運転状態に基づいて設定し、前記ステップＳ７を実行する。

次に、本制御による作用・効果について説明すると、エンジン水温が所定温度以下等の冷間時において、エンジン１がアイドル状態であるときは、第１の排気通路２０ａに対応する気筒＃２，＃３の点火時期が、通常の点火時期よりも遅角側に制御されるから、排気バルブが開くまでの間における放熱が少なくなり、第１の排気通路２０ａに排出される排気ガスが高温化することとなる。一方、第２の排気通路２０ｂに対応する気筒＃１，＃４の点火時期は、通常の点火時期のままであるから、第２の排気通路２０ｂに排出される排気ガスが、高温化されることはない。

また、第１の排気通路２０ａに対応する気筒＃２，＃３に供給する空気量が、通常の空気量よりも多くされるから、これに伴って燃料噴射量が増加し、燃焼ガスの温度が高くなる。したがって、第１の排気通路２０ａに排出される排気ガス（燃焼ガス）が、さらに高温化することとなる。一方、第２の排気通路２０ｂに対応する気筒＃１，＃４のに供給する空気量は、通常の空気量のままであるから、第２の排気通路２０ｂに排出される排気ガスが、高温化されることはない。

その場合に、第２の排気通路２０ｂに排出される排気ガスの温度はもとの状態に維持されるものの、第１の排気通路２０ａに排出される排気ガスの温度は高温化されるので、全体としては、排気ガス浄化装置２５に供給される排気ガス温度が高温化され、排気ガス浄化装置２５が迅速に活性化されることとなる。しかも、高温化されるのは、通路長が短く、排気ガスが温度低下しにくい第１の排気通路２０ａの方であるので、前記効果が一層効果的なものとなる。一方、第２の排気通路２０ａに対応する気筒については高温化の制御が行われないので、エンジン１のアイドル時等の運転安定性の低下が抑制される。

なお、排気系２０におけるエンジン本体２から排気ターボ過給機１２のタービン１２ｔに至る部分を第１の排気通路２０ａと第２の排気通路２０ｂとに分割しない場合、気筒＃１〜＃４から排出される排気ガスは、第１の排気通路２０ａと第２の排気通路２０ｂとを略あわせた分の容積分膨張し、また排気通路長が長くなることによって、温度が低下しやすくなるが、本実施の形態においては、分割したことにより、前述した効果がより一層効果的に得られることとなる。

次に、第２の実施の形態について説明する。すなわち、本第２の実施の形態においては、第１の実施の形態の構成に加えて、各気筒＃１〜＃４の排気バルブの開時期を個々に制御するための可変バルブタイミング機構が備えられている。この可変バルブタイミング機構４０は、図９に示すような公知の電磁駆動式のものであり詳細な説明は主略するが、電磁石４１へ通電されたときに排気バルブ４２が開き、電磁石４１への通電４２が解除されたときに排気バルブ４２が閉じるように構成されている。そして、コントロールユニット３０′は、前記電磁石４１…４１への通電時期を制御することにより、排気バルブ４２…４２の開時期を制御する。なお、これ以外の構成については、図１に示す第１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。

次に、コントロールユニット３０′による制御について、図１０のフローチャートを用いて説明する。なお、ステップＳ１１〜Ｓ１６まで、及びステップＳ１９，Ｓ２０については、第１の実施の形態におけるステップＳ１〜Ｓ６、およびステップＳ７，Ｓ８と同様であり、詳細な説明は省略する。

すなわち、ステップＳ１１で各種信号を入力後、ステップＳ１２〜Ｓ１４で前記各種判定を行い、すべてＹＥＳのとき、すなわち排気浄化装置１２が活性化しておらず、かつアイドル状態であるときは、ステップＳ１５，Ｓ１６を実行すると共に、ステップＳ１７で、各気筒＃１〜＃４の排気バルブ４２…４２の開時期を設定する。この場合、第１、第４気筒＃１，＃４の排気バルブ４２…４２の開時期はアイドル状態における通常の開時期に設定され、第２、第３気筒＃２，＃３の排気バルブ４２…４２の開時期は、アイドル状態における通常の開時期に対して所定量進角側の時期に設定される。ここで、図１１は、排気バルブの開時期に対する排気ガス温度の特性を示したものであり、本図に示すように、排気バルブの開時期を進角させると、一般に、排気ガス温度は高くなる。

次いで、ステップＳ１８で、各気筒＃１〜＃４の空気供給量が前記設定した空気量となるようにスロットルバルブ１６，１７を制御すると共に、前記設定した点火時期に点火プラグに点火信号を出力し、かつ前記設定した開時期に電磁石４１…４１に通電する。

これに対し、ステップＳ１２〜Ｓ１４のいずれか１つでもＮＯのときは、ステップＳ１９，Ｓ２０の実行後、ステップＳ２１で、各気筒＃１〜＃４の排気バルブ４２…４２の開時期をエンジン運転状態に基づいて設定し、前述のステップＳ１８を実行する。

次に、本制御による作用・効果について説明すると、エンジン水温が所定温度以下等の冷間時において、エンジン１がアイドル状態であるときは、第１の排気通路１２０ａに対応する気筒の開時期が、通常の開時期よりも進角されるので、気筒＃２，＃３内での燃焼ガスの膨張が少ないうちに、つまり燃焼ガスの温度低下が少ないうちに第１の排気通路１２０ａに排気されることとなり、第１の排気通路１２０ａの排気ガスのみが高温化することとなる。したがって、第１の実施の形態の効果がより一層顕著に得られることとなる。

なお、第２の実施の形態においては、可変バルブタイミング機構を、電磁駆動式のものにより構成したが、図１２に示すような、カム切換式のものを用いてもよい。すなわち、カムプロフィールの異なる２つのカム５１…５１，５２…５２（いずれか一方が通常の開時期を実現可能なカムで、他方が開時期が進角状態となるカム）と、第２、第３気筒＃２，＃３への油圧の給排をＬｉｎｅ１を介して制御する油圧アクチュエータ５３と、第１、第４気筒＃１，＃４への油圧の給排をＬｉｎｅ２を介して制御する油圧アクチュエータ５４とを設け、前記ステップＳ１２〜Ｓ１４の条件が成立したときは、コントロールユニット３０″により、油圧アクチュエータ５３を制御することにより、第２、第３気筒＃２，＃３の排気バルブ４２′…４２′の開時期が進角されるように、カム５１…５１，５２…５２を切り換えるのである。

次に、第３の実施の形態について説明する。この第３の実施の形態は、第１の実施の形態の排気系に変更を加えたものである。

すなわち、第３の実施の形態においては、図１３に示すように、排気ターボ過給機１１２のタービン１１２ｔの上流側に、排気ガスをリリーフ可能な第１、第２ウエストゲートバルブ１２６，１２７が、第１、第２の排気通路１２０ａ，１２０ｂに対応して設けられていると共に、このリリーフされた排気ガスを排気浄化装置１２５の上流の共通排気通路１２４に導く第１、第２リリーフ通路１２８，１２９が設けられている。

また、共通吸気通路１１におけるインタークーラ１１３の下流側には、吸気圧（過給圧）を検出する吸気圧センサ１３３が設けられている。そして、コントロールユニット１３０は、前述のエンジン回転センサ１３１及び水温センサ１３２からの信号、及び吸気圧センサ１３３からの信号に基づいて、各ウエストゲートバルブ１２６，１２７に制御信号を出力するようになっている。なお、これ以外の構成については、第１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、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）。

次に、コントロールユニット１３０による第１、第２ウエストゲートバルブ１２６，１２７の開閉制御について図１４のフローチャートを用いて説明する。なお、コントロールユニット１３０は、第１の実施の形態で説明した図１のフローチャートによる制御と同様の制御を、本フローチャートによる制御と並行して行うが、その説明については省略する。

まず、ステップＳ３１で、各種の信号を読み込み、ステップＳ３２で、吸気圧センサ１３３からの信号に基づいて過給圧が所定圧より大きいか否かを判定する。そして、過給圧が所定圧以下のとき（ＮＯのとき）は、ステップＳ３３，Ｓ３４で、排気浄化装置１２５が活性化しているか否かについて、前記図１のフローチャートのステップＳ２，Ｓ３同様の判定を行う。具体的には、ステップＳ３３で、エンジン１０１が冷間状態か否かの判定を行うと共に、ステップＳ３４で、エンジン１０１の始動後所定時間内か否かを判定する。そして、いずれのステップでもＹＥＳのとき、すなわち、エンジン１０１が冷間状態で、かつ始動後所定時間内のときは、排気浄化装置１２５が活性化していないと推測されるので、ステップＳ３５で、第１ウエストゲートバルブ１２６を開くと共に、第２ウエストゲートバルブ１２７を閉じる。これに対し、ステップＳ３３，Ｓ３４のいずれか１つでもＮＯのとき、すなわち、冷間でもなく、始動後所定時間内でもないときは、排気浄化装置１２５が活性化していると推測されるので、ステップＳ３６で、両ウエストゲートバルブ１２６，１２７を閉じる。

一方、過給圧が所定圧より大きいときは、ステップＳ３７で、両ウエストゲートバルブ１２６，１２７を開き、過給圧が上限圧力を越すのを防止する。

次に、本制御による作用・効果について説明すると、エンジン始動後所定時間内で、該排気浄化装置１２５に関連する温度が低い場合、すなわち排気浄化装置１２５が活性化していない場合で、エンジンの過給圧が所定圧以上でもない場合は、第１ウエストゲートバルブ１２６が開かれることにより、第１の排気通路１２０ａの排気ガスは、排気ターボ過給機１１２のタービン１１２ｔを経由することなく、第１リリーフ通路１２８を介して排気浄化装置１２５に導かれることとなる。したがって、高温化された排気ガスが排気ターボ過給機１１２で温度低下することなく、排気浄化装置１２５に導かれることとなり、排気浄化装置１２５が、第１、第２の実施の形態と比較して、より早期に活性化することとなる。なお、第１、第２の実施の形態はアイドル状態のときを対象としていたが、本第３の実施の形態では、アイドル状態を条件としていないので、排気浄化装置１２５が活性化しないうちに車両が走行し始めた場合でも、第１の排気通路１２０ａの排気ガスが、第１リリーフ通路１２８を介して排気浄化装置１２５に導かれ、排気浄化装置１２５の活性化が続行される。また、第２の排気通路１２０ｂの排気ガスは排気ターボ過給機１１２を経由するので、良好に過給を行うこともできる。また、

一方、エンジンの過給圧が所定圧以上でない場合において、エンジン始動後所定時間以上経過しており、該排気浄化装置１２５に関連する温度が所定値より高いとき、すなわち、排気浄化装置１２５が活性化しているときは、両ウエストゲートバルブ１２６，１２７が閉じられて、全ての排気ガスが排気ターボ過給機１１２のタービン１１２ｔに導かれるので、最大限に過給効果を発揮可能となる。そして、エンジン負荷等が大きくなり、エンジンの過給圧が所定圧以上となると、両ウエストゲートバルブ１２６，１２７が開かれ、エンジン１０１等の保護がなされることとなる。

なお、第１実施の形態においては、排気ガス温度上昇のために、空気量と点火時期との２つのパラメータについて制御し、また、第２の実施の形態においては、空気量、点火時期、及び排気バルブの開時期の３つのパラメータについて制御するようにしたが、空気量と、点火時期と、排気バルブの開時期とのうちのいずれか１つのパラメータについて、または点火時期と排気バルブの開時期との２つのパラメータについて、あるいは空気量と排気バルブの開時期との２つのパラメータについて制御するようにしてもよい。なお、この場合の、制御は、第１、第２の実施の形態に準じて行えばよい。また、空気量をパラメータとしない場合は、第２、第３気筒＃２，＃３用の独立吸気通路１８ｂ，１８ｃが接続される第１集合吸気通路１４と、第１、第４気筒＃１，＃４用の独立吸気通路１８ａ，１８ｄが接続される第２集合共通吸気通路１５と、２つのスロットルバルブ１６，１７とは設ける必要はなく、図１８に記載のような、共通吸気通路に第１〜第４気筒用の独立吸気通路が接続される一般的な吸気系においても適用可能である。また、排気バルブの開時期をパラメータとしない場合は、第２の実施の形態で説明したような可変バルブタイミング機構を設ける必要はない。

なお、図１５に示すように、第２の排気通路２２０ｂを構成する第１、第４独立排気通路２２１ａ，２２１ｄに、それぞれ放熱用フィン２２１ｆ，２２１ｇを設けてもよい。これによれば、第１、第４独立排気通路２２１ａ，２２１ｄからの放熱が増進されるので、エンジン高回転時における、排気冷却のための燃料増量を抑制することができる。

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１６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。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、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。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２００を加算した符号を付している）。また、第３の実施の形態のようにウエストゲートバルブ及びリリーフ通路を設け、第３の実施の形態と同様の制御を行うことも可能である。

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。

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１７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。

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。

本発明の第１、第２の実施の形態に係る過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置の構成図である。 排気マニホールド長に対する過給圧、排気圧力の特性図である。 クランクアングルに対する過給機入口の排気温度の特性図である。 排気マニホールド長に対する過給機入口の排気温度の特性図である。 コントロールユニットによる制御の一例を示すフローチャートである。 点火時期に対する排気ガス温度の特性図である。 点火時期に対するエンジン回転変動の特性図である。 空気量に対する排気ガス温度の特性図である。 可変バルブタイミング機構の構成概要図である。 第２の実施の形態に係るコントロールユニットによる制御の一例を示すフローチャートである。 排気バルブ開時期に対する排気ガス温度の特性図である。 可変バルブタイミング機構の他の例の構成概要図である。 本発明の第３の実施の形態に係る過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置の構成図である。 第３の実施の形態に係るコントロールユニットによる制御の一例を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に係る過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置の構成図である。 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排気ガス温度制御装置の構成図である。 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排気ガス温度制御装置の構成図である。 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

１，１０１，３０１ エンジン
２，１０２，３０２ エンジン本体
１０，１１０，３１０ 吸気系
１２，１１２，２１２，３１２，４１２ 過給機
１６，１７，１１６，１１７，３１６，３１７ スロットルバルブ（空気量調整手段）
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
２２，２３，１２２，１２３，３２２，３２３ 集合排気通路
３０，３０′，３０″，１３０ ＥＣＵ（排気ガス温度制御手段、点火時期制御手段、空気量調整手段、バルブタイミング制御手段）
３１，１３１，３３１ エンジン回転センサ
３２，１３２，３３２ 水温センサ（温度検出手段）
１２６，１２７ ウエストゲートバルブ
１２８，１２９ リリーフ通路
＃１〜＃６ 気筒

Claims (7)

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の排気通路よりも通路長が短くされ、かつ前記タービン下流の排気通路に排気浄化装置が設けられた過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置であって、
   排気浄化装置に関連する温度を検出する温度検出手段と、
   該温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第１の排気通路に排出される排気ガスのみを高温化する排気ガス温度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排気ガス温度制御装置。
2. 前記請求項１に記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、
   前記第１の排気通路は、第２の排気通路よりも容積が小さいことを特徴とする過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置。
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排気ガス温度制御装置において、
   前記排気ガス温度制御手段は点火時期制御手段であり、
   該点火時期制御手段は、前記温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒の点火時期を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の点火時期に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒の点火時期を、前記通常の点火時期よりも遅角側に制御することを特徴とする過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置。
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排気ガス温度制御装置において、
   前記排気ガス温度制御手段は空気量調整手段であり、
   該空気量調整手段は、前記温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒に供給する空気量を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の空気量に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒に供給する空気量を、前記通常の空気量よりも多くすることを特徴とする過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置。
   
5. 前記請求項１から請求項４のいずれかに記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、
   前記排気ガス温度制御手段はバルブタイミング制御手段であり、
   該バルブタイミング制御手段は、前記温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第２の排気通路に対応する気筒の排気弁の開時期を、エンジン運転状態に基づいて定まる通常の開時期に制御すると共に、第１の排気通路に対応する気筒の開時期を、前記通常の開時期よりも進角させることを特徴とする過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置。
6. 前記請求項１から請求項５のいずれかに記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、
   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排気ガス温度制御装置。
7. 前記請求項６に記載の過給機付きエンジンの排気ガス温度制御装置において、
   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可能なウエストゲート弁が第１、第２の排気通路に対応して設けられていると共に、
   このリリーフされた排気ガスを排気浄化装置上流の排気通路に導くリリーフ通路が設けられており、
   かつ、前記温度検出手段で検出された排気浄化装置に関連する温度が低いときは、第１の排気通路に対応するウエストゲート弁のみを開くウエストゲート弁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の排気ガス温度制御装置。

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