JP2004068631A - エンジン排気システム及びエンジン排気システムの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ツインスクロール式過給機による過給を利用しながらも、高回転時において、排気通路における排気ガスの圧力脈動を低減し、過給効率を向上させるとともに、エンジンを良好な燃焼状態とする。
【解決手段】エンジン２における別個の燃焼室に接続され、互いに独立してツインスクロール式過給機３へ排気ガスを案内する第１排気通路８及び第２排気通路９と、各排気通路８，９を連通する接続通路１０と、接続通路１０に設けられた開閉自在の連通制御弁１１と、エンジン２の高回転時に連通制御弁１１を開き、エンジン２の低回転時に連通制御弁１１を閉じる制御部１００とを備え、エンジン２が高回転のときには、各排気通路８，９における排気ガスの圧力脈動が均一化されるようにした。
【選択図】 図１
【解決手段】エンジン２における別個の燃焼室に接続され、互いに独立してツインスクロール式過給機３へ排気ガスを案内する第１排気通路８及び第２排気通路９と、各排気通路８，９を連通する接続通路１０と、接続通路１０に設けられた開閉自在の連通制御弁１１と、エンジン２の高回転時に連通制御弁１１を開き、エンジン２の低回転時に連通制御弁１１を閉じる制御部１００とを備え、エンジン２が高回転のときには、各排気通路８，９における排気ガスの圧力脈動が均一化されるようにした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気側に過給機が配されるエンジン排気システム及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のエンジン排気システムとして、例えば、特開平１０−４７０５３号公報に記載されているものが知られている。このエンジン排気システムによれば、エンジンの排気側に過給機を備え、この過給機のタービンを排気ガスにより回転させ、エンジンの吸気を過給している。
【０００３】
この過給機は、いわゆるツインスクロール式過給機と呼ばれるものであって、エンジンの別個の燃焼室に独立的に接続され、互いに独立した第１排気通路及び第２排気通路がそれぞれ接続される。過給機は、第１排気通路に対応する第１スクロール室と、第２排気通路に対応する第２スクロール室とを独立して有し、各排気通路を流通する排気ガスが独立的に一のタービンを回転させるようになっている。
【０００４】
ここで、各排気通路内の排気ガスの圧力脈動（圧力の疎密波）が大きくなるように、点火タイミングが隣接する燃焼室は、互いに別の排気通路に接続される。例えば、４気筒エンジンにおいて、点火タイミングが１番気筒、３番気筒、２番気筒、４番気筒の順である場合は、１番気筒及び２番気筒が第１排気通路に接続され、３番気筒及び４番気筒が第２排気通路に接続される。
【０００５】
これにより、過給機の各スクロール室には、それぞれ圧力脈動が大きな排気ガスが流入する。従って、ツインスクロール式過給機を備えたエンジン排気システムにおいては、エンジンの低回転時においても、圧力脈動のピークを利用して、タービンを効率よく回転させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記エンジン排気システムでは、高回転時においても、ツインスクロール式過給機のタービンが、排気ガスの圧力脈動の影響を大きく受けることとなる。これにより、圧力脈動のピーク時には、スクロール室に流入する排気ガスがタービンの容量を超えてしまい、エンジンの過給効率が低下するという問題点があった。ここで、圧力脈動のピーク時に対応する大容量のタービンとすることが考えられるが、これでは、低回転時における応答性等が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ツインスクロール式過給機による過給を利用しながらも、高回転時において、排気通路における排気ガスの圧力脈動を低減し、過給効率を向上させるとともに、エンジンを良好な燃焼状態とすることができるエンジン排気システム及びその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの排気側に配された過給機とを有するエンジン排気システムであって、前記エンジンにおける少なくとも１つの燃焼室の排気ガスがそれぞれ流通し、互いに独立した第１排気通路及び第２排気通路を有し、前記過給機は、前記第１排気通路に対応する第１スクロール室と、前記第２排気通路に対応する第２スクロール室とを独立して有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に一のタービンを回転させるツインスクロール式過給機であって、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通する接続通路と、前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁と、前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じる連通弁制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、エンジンの高回転時には、連通制御弁が開かれることから、第１排気通路と第２排気通路とが連通した状態となり、第１排気通路における排気ガスの圧力脈動と、第２排気通路における排気ガスの圧力脈動とが均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
また、エンジンの低回転時には、連通制御弁が閉じられることから、第１排気通路と第２排気通路とは独立した状態となり、各排気通路の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００１０】
従って、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジンの高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機に特有の作用効果を得ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のエンジン排気システムにおいて、前記過給機の下流側に配された触媒と、前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定する活性判定手段と、前記第１排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に設けられた開閉自在の排気制御弁と、前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、前記触媒が活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を開く排気弁制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、触媒が未活性状態である場合は、排気制御弁を閉じて連通制御弁が開かれるので、第１排気通路に排出された排気ガスは、排気制御弁により過給機側への流通が阻止され、接続通路を通じて第２排気通路から過給機側へと流通する。
また、触媒が活性状態である場合は、排気制御弁が開かれるので、第１排気通路の下流側にも排気ガスが流通する。
【００１３】
従って、触媒が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する排気通路の表面積を減じて排気ガスの温度低下が抑制され、比較的高温の排気ガスにより触媒が早期に活性化される。また、触媒が活性状態である場合は、第１・第２の両排気通路を通じて過給機のタービンを回転させ、過給機に所期の性能を発揮させることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項２記載のエンジン排気システムにおいて、前記エンジンは、可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させるバルブタイミング制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、請求項２の作用に加え、触媒が未活性状態である場合に、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量が減少し、排気管内の圧力変動の影響を受け難い状態となる。これにより、接続通路を開放したことに起因するオーバーラップ中の排圧上昇による残留ガスの増加を抑制し、正常な燃焼状態を維持することが可能となる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン排気システムにおいて、前記エンジンの吸気通路には、吸入空気量を検出する空気量検出部が設けられたものであって、前記活性判定手段は、前記空気量検出部により検出された吸入空気量に基づいて、前記触媒が活性状態が未活性状態かを判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から３の何れか一項の作用に加え、エンジン制御のために吸気通路等に設けられた空気量検出部を利用して、触媒の活性状態を判定することができる。また、エンジンに吸入された空気量を検知することにより、触媒の状態を的確に把握することができる。
【００１８】
従って、触媒の活性・未活性を検出するセンサ等を設けることなく、既存の空気量検出部を用いて精度良く触媒の状態を判定することができ、実用に際して極めて有利である。
【００１９】
請求項５記載の発明では、複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの別個の燃焼室の排気ガスが流通する少なくとも２つの排気通路を有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に過給機の一のタービンを回転させるよう構成され、少なくとも２つの前記各排気通路を連通する接続通路と、前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁とを備えたエンジン排気システムの制御方法であって、前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、エンジンの高回転時には、連通制御弁が開かれることから、接続通路が接続される各排気通路が連通した状態となり、当該各排気通路における排気ガス圧力脈動が均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
また、エンジンの低回転時には、連通制御弁が閉じられることから、各排気通路は独立した状態となり、各排気通路の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００２１】
従って、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが過給機のスクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項５記載のエンジン排気システムの制御方法において、前記エンジン排気システムは、少なくとも１つの前記排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に開閉自在の排気制御弁を備え、前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定し、前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、前記触媒が活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を開くことを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、請求項５の作用に加え、触媒が未活性状態である場合は、排気制御弁を閉じて連通制御弁が開かれるので、排気制御弁が設けられた排気通路に排出された排気ガスは、排気制御弁により過給機側への流通が阻止され、接続通路を通じて他の排気通路から過給機側へと流通する。
また、触媒が活性状態である場合は、排気制御弁が開かれるので、排気制御弁が設けられた排気通路の下流側にも排気ガスが流通する。
【００２４】
従って、触媒が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する排気通路の表面積を減じて排気ガスの温度低下が抑制され、比較的高温の排気ガスにより触媒が早期に活性化される。また、触媒が活性状態である場合は、全排気通路を通じて過給機のタービンを回転させ、過給機に所期の性能を発揮させることができる。
【００２５】
請求項７記載の発明では、請求項６記載のエンジン排気システムの制御方法において、前記エンジンは可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、請求項６の作用に加え、触媒が未活性状態である場合に、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量が減少し、排気管内の圧力変動の影響を受け難い状態となる。これにより、接続通路を開放したことに起因するオーバーラップ中の排圧上昇による残留ガスの増加を抑制し、正常な燃焼状態を維持することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１から図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１はエンジン排気システムの概略構成図、図２はエンジン排気システムの概略構成ブロック図、図３はエンジンの吸気バルブと排気バルブの開放状態を示すタイミングチャート、図４はエンジンの回転数に応じた連通制御弁等の制御動作を示すフローチャート、図５は触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【００２８】
図１に示すように、エンジン排気システム１は、複数の燃焼室を有する多気筒エンジン２と、エンジン２の排気側に配された過給機３とを備えている。
【００２９】
本実施形態においては、エンジン２は、１番気筒４、２番気筒５、３番気筒６、４番気筒７を有する、いわゆる４気筒のエンジンである。また、本実施形態においては、エンジン２は水平対向型であり、１番気筒４の後方に３番気筒６が位置し、１番気筒４及び３番気筒６と対向して、２番気筒５及び４番気筒７が配置される。燃焼室としての各気筒４〜７は、側面視にて、互い違いとなるよう配される。尚、各気筒４〜７の配置は、従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。また、図１においては、説明のため、各気筒４〜７を横一列に並べて図示している。
【００３０】
また、エンジン２は可変バルブタイミング機構２ａを有し、図３に示すように、各気筒４〜７の、吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開閉タイミングを変更できるよう構成されている。図３には、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとが開放されるタイミングがオーバーラップしていない状態を実線にて示し、オーバーラップした状態を破線にて示している。すなわち、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開閉タイミングを進角することにより、開放タイミングがオーバーラップするようになっている。各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開放タイミングは、エンジン２の駆動状態等に応じて可変制御される。
【００３１】
本実施形態においては、各気筒４〜７の点火順序は、１番気筒４から順に、３番気筒６、２番気筒５、４番気筒７となっている。各気筒４〜７には、それぞれ排気ガスが流通する排気通路が接続される。本実施形態では、互いに独立した第１排気通路８と、第２排気通路９とがエンジン２に接続される。図１に示すように、第１排気通路８は、１番気筒４と２番気筒５とに接続し、各気筒４，５の排気ガスを集合して、過給機３側へと導く。また、第２排気通路９は、３番気筒６と４番気筒７とに接続し、各気筒６，７の排気ガスを集合して、過給機３側へと導く。
【００３２】
ここで、図１に示すように、第１排気通路８と、第２排気通路９とは、接続通路１０により連通している。この接続通路１０には、開閉自在の連通制御弁１１が設けられる。すなわち、連通制御弁１１が開いた状態では、第１排気通路８と第２排気通路９とは接続された状態となり、連通制御弁１１が閉じた状態では、第１排気通路８と第２排気通路９とは独立した状態となる。
【００３３】
また、第１排気通路８の接続通路１０との接続部分の下流側には、開閉自在の排気制御弁１３が設けられる。すなわち、排気制御弁１３が閉じた状態で、第１排気通路８の過給機３側への流通が阻止される。
【００３４】
図１に示すように、過給機３は、いわゆるツインスクロール式過給機であって、第１排気通路８に対応する第１スクロール室１４と、第２排気通路９に対応する第２スクロール室１５とを別個独立に有している。各スクロール室１４，１５を流通する排気ガスは、それぞれ独立的に一のタービン１６を回転させ、エンジン２の吸気通路１７に空気を過給するようになっている。過給機３から流出した排気ガスは、一の下流側排気通路１８から流出する。
【００３５】
また、図１に示すように、下流側排気通路１８には、排気ガスを浄化する触媒１９が配置される。この触媒１９は、所定の温度域にて、浄化作用を奏する従来公知のものである。触媒１９にて浄化された排気ガスは、車両外部へと放出される。
【００３６】
また、図２に示すように、このエンジン排気システム１は、制御部１００を有している。制御部１００は、エンジン２の可変バルブタイミング機構２ａと、エンジン２の回転数を検出するクランク角センサ２ｂと、吸気通路１７の上流側に設けられたエアフロセンサ２０と、接続通路１０に配された連通制御弁１１と、第１排気通路８に配された排気制御弁１３とに接続される。
【００３７】
また、制御部１００には、エンジン２の回転数に応じて連通制御弁１１を開閉する連通弁制御プログラム１０１と、空気吸入量により触媒１９が活性状態か未活性状態かを判定する活性判定プログラム１０２と、触媒１９の状態に応じて排気制御弁１３等を開閉する排気弁制御プログラム１０３と、触媒１９の状態に応じてエンジン２のバルブタイミングを変更するバルブタイミング制御プログラム１０４とが記憶されている。本実施形態においては、制御部１００が、連通弁制御手段、活性判定手段、排気弁制御手段、バルブタイミング制御手段をなしている。
【００３８】
連通弁制御プログラム１０１は、エンジン２の高回転時に連通制御弁１１を開き、エンジン２の低回転時に連通制御弁１１を閉じるよう制御するプログラムである。本実施形態においては、エンジン２のクランク角センサ２ａにて検出されたエンジン２の回転数が、予め設定された設定回転数を超えたときにエンジン２が高回転であると判断し、この設定回転数以下のときにエンジン２が低回転であると判断する。
【００３９】
活性判定プログラム１０２は、触媒１９が活性状態から未活性状態かを判定するプログラムである。本実施形態においては、エアフロセンサ２０により取得したエンジン始動時からの空気吸入量の積算により、触媒１９の状態を判定する。
【００４０】
排気弁制御プログラム１０３は、活性判定プログラム１０２により触媒１９が未活性状態であると判定された場合に排気制御弁１３を閉じるとともに連通制御弁１１を開き、触媒１９が活性状態であると判定された場合に排気制御弁１３を開くプログラムである。
【００４１】
バルブタイミング制御プログラム１０４は、活性判定プログラム１０２により触媒１９が未活性状態であると判定された場合に、エンジン２における吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとの開放タイミングのオーバーラップ量を、通常状態に比べて減少させるプログラムである。
【００４２】
以上のように構成されたエンジン排気システム１の制御部１００の連通弁制御プログラム１０１に基づく動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
まず、車両の各センサ等から、車両の運転状態を取得する（ステップＳ１）。このとき、クランク角センサ２ａにより、エンジン２の回転数が取得される。次いで、エンジン２の回転数が、設定回転数より低いか否か、すなわち、エンジン２が低回転か高回転かを判定する（ステップＳ２）。エンジン２が低回転の場合、連通制御弁１１を閉じ（ステップＳ３）、排気制御弁１３を開く（ステップＳ４）。また、エンジン２が高回転の場合、連通制御弁１１を開き（ステップＳ５）、排気制御弁１３を閉じる（ステップＳ６）。
【００４４】
このように、エンジン２の高回転時には、連通制御弁１１が開かれることから、第１排気通路８と第２排気通路９とが連通した状態となり、第１排気通路８における排気ガスの圧力脈動と、第２排気通路９における排気ガスの圧力脈動とが均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
【００４５】
また、エンジン２の低回転時には、連通制御弁１１が閉じられることから、第１排気通路８と第２排気通路９とは独立した状態となり、各排気通路８，９の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００４６】
次に、エンジン排気システム１の制御部１００における活性判定プログラム１０２、排気弁制御プログラム１０３、バルブタイミング制御プログラム１０４に基づく動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。尚、図５は、エンジン２が低回転の場合の動作を示している。
【００４７】
まず、車両の各センサ等から、車両の運転状態を取得する（ステップＳ１１）。このとき、エアフロセンサ２０により空気吸入量が連続的に取得されており、制御部１００にて、エンジン２の始動時からの空気吸入量を積算する。
【００４８】
次いで、空気吸入量の積算に基づいて、活性判定プログラム１０２により触媒１９が活性状態か未活性状態かを判定する（ステップＳ１２）。触媒１９が活性状態、すなわち活性済みであると判定すると、連通制御弁１１を閉じ（ステップＳ１３）、排気制御弁１３を開く（ステップＳ１４）。さらに、エンジン２の各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングを、通常の状態で制御する（ステップＳ１５）。
【００４９】
また、触媒１９が未活性状態であると判定すると、連通制御弁１１を開き（ステップＳ１６）、排気制御弁１３を閉じる（ステップＳ１７）。さらに、エンジン２の各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングを、通常状態に比して、オーバーラップ量が減少するよう制御する（ステップＳ１８）。
【００５０】
このように、触媒１９が未活性状態である場合は、排気制御弁１３を閉じて連通制御弁１１が開かれるので、第１排気通路８に排出された排気ガスは、排気制御弁１３により過給機３側への流通が阻止され、接続通路１０を通じて第２排気通路９から過給機３側へと流通する。また、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングのオーバーラップ量が減少し、エンジン２の燃焼時における熱量が比較的大きくなり、第１排気通路８のエンジン２側と、第２排気通路９には、通常状態に比して高温の排気ガスが流通する。
【００５１】
また、触媒１９が活性状態である場合は、排気制御弁１３が開かれるので、第１排気通路８の下流側にも排気ガスが流通する。尚、このとき、必ずしも連通制御弁１１が閉じられる必要はなく、エンジン２が高回転である場合は、連通制御弁１１を開いたままであってもよい。また、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングのオーバーラップ量は、通常通り、エンジン２の駆動状態に適したものとなる。
【００５２】
このように、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、エンジン２の高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機３のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室１４，１５に流入せず、エンジン２の過給効率を向上させ、エンジン２の燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジン２の低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジン２の過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジン２の高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機３の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機３に特有の作用効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、触媒１９が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する各排気通路８，９の表面積を減じて排気ガスの温度低下を抑制し、比較的高温の排気ガスにより触媒１９が早期に活性化される。特に、本実施形態においては、エンジン２は水平対向型であり、エンジン２のレイアウト上、各排気通路８，９が比較的長くなるので、排気ガスの温度が低下し易く、触媒１９の早期活性化に極めて有効である。また、触媒１９が活性状態である場合は、第１・第２の両排気通路８，９を通じて過給機３のタービンを回転させ、過給機３に所期の性能を発揮させることができる。
【００５４】
また、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、エンジン制御のために吸気通路１７に設けられたエアフロセンサ２０を利用して、触媒１９の活性状態を判定することができる。また、エンジン２に吸入された空気量を検知することにより、触媒１９の状態を的確に把握することができる。従って、触媒１９の活性・未活性を検出するセンサ等を新たに設けることなく、既存のエアフロセンサ２０を用いて精度良く触媒１９の状態を判定することができ、実用に際して極めて有利である。
【００５５】
尚、前記実施形態においては、エンジン２が水平対向型のものを示したが、複数の燃焼室を有するものであれば、直列型、Ｖ型等、他の型式のものであってもよいことは勿論である。さらに、エンジンは、複数のロータを有するロータリーエンジンであってもよい。ロータリーエンジンの場合、第１排気通路及び第２排気通路は、各ロータのハウジングの燃焼室に別個に接続されることとなる。
【００５６】
また、前記実施形態においては、エンジン２が４気筒のものを示したが、６気筒、８気筒等、他の気筒数のエンジンであってもよいことはいうまでもない。
【００５７】
また、前記実施形態においては、過給機３としてツインスクロール式過給機を用いたものを示したが、少なくとも２つの排気通路を独立して有するものであれば、排気通路の数は２つに限定されず、例えば３つの排気通路がエンジンの別個の燃焼室に独立的に接続される過給機であってもよい。
【００５８】
また、前記実施形態においては、エンジン２が可変バルブタイミング機構２ａを有するものを示したが、可変バルブタイミング機構を具備しないエンジンであっても、連通制御弁及び排気制御弁の制御により、高回転時の過給効率を向上させ、触媒の早期活性化を図ることができる。この場合のフローチャートを、図６に示す。図６のフローチャートは、図５のフローチャートにおけるステップＳ１５及びステップＳ１８が省略されたものとなっている。
【００５９】
また、前記実施形態においては、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開放タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構２ａを示したが、各排気バルブの開放タイミングを変更するものであってもよいし、両方のバルブの開放タイミングを変更するものであってもよい。
【００６０】
また、前記実施形態においては、エアフロセンサ２０により空気吸入量を検出するものを示したが、空気量検出部は、圧力センサ等、他の検出手段であってもよいことは勿論である。
【００６１】
また、前記実施形態においては、触媒１９の活性状態の判定に、吸入空気量の積算を用いたものを示したが、例えば、エンジン２の水温センサ等により判定するものであってもよいし、さらには、触媒１９の温度を直接的に検出する温度センサを設け、これにより判定するものであってもよい。
【００６２】
また、前記実施形態においては、排気制御弁１３を設けたものを示したが、排気制御弁１３を省略した構成であっても、接続通路１０及び連通制御弁１１を備えていれば、エンジン２の高回転時の過給効率の向上を図ることができるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響が減じるので、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジンの高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機に特有の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、エンジン排気システムの概略構成図である。
【図２】エンジン排気システムの概略構成ブロック図である。
【図３】エンジンの吸気バルブと排気バルブの開放状態を示すタイミングチャートである。
【図４】エンジンの回転数に応じた連通制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態を示したものであって、触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン排気システム
２ エンジン
３ 過給機
４ １番気筒
４ａ 吸気バルブ
４ｂ 排気バルブ
５ ２番気筒
５ａ 吸気バルブ
５ｂ 排気バルブ
６ ３番気筒
６ａ 吸気バルブ
６ｂ 排気バルブ
７ ４番気筒
７ａ 吸気バルブ
７ｂ 排気バルブ
８ 第１排気通路
９ 第２排気通路
１０ 接続通路
１１ 連通制御弁
１３ 排気制御弁
１４ 第１スクロール室
１５ 第２スクロール室
１６ タービン
１７ 吸気通路
１８ 下流側排気通路
１９ 触媒
１００ 制御部
１０１ 連通弁制御プログラム
１０２ 活性判定プログラム
１０３ 排気弁制御プログラム
１０４ バルブタイミング制御プログラム
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気側に過給機が配されるエンジン排気システム及びその制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車のエンジン排気システムとして、例えば、特開平１０−４７０５３号公報に記載されているものが知られている。このエンジン排気システムによれば、エンジンの排気側に過給機を備え、この過給機のタービンを排気ガスにより回転させ、エンジンの吸気を過給している。
【０００３】
この過給機は、いわゆるツインスクロール式過給機と呼ばれるものであって、エンジンの別個の燃焼室に独立的に接続され、互いに独立した第１排気通路及び第２排気通路がそれぞれ接続される。過給機は、第１排気通路に対応する第１スクロール室と、第２排気通路に対応する第２スクロール室とを独立して有し、各排気通路を流通する排気ガスが独立的に一のタービンを回転させるようになっている。
【０００４】
ここで、各排気通路内の排気ガスの圧力脈動（圧力の疎密波）が大きくなるように、点火タイミングが隣接する燃焼室は、互いに別の排気通路に接続される。例えば、４気筒エンジンにおいて、点火タイミングが１番気筒、３番気筒、２番気筒、４番気筒の順である場合は、１番気筒及び２番気筒が第１排気通路に接続され、３番気筒及び４番気筒が第２排気通路に接続される。
【０００５】
これにより、過給機の各スクロール室には、それぞれ圧力脈動が大きな排気ガスが流入する。従って、ツインスクロール式過給機を備えたエンジン排気システムにおいては、エンジンの低回転時においても、圧力脈動のピークを利用して、タービンを効率よく回転させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記エンジン排気システムでは、高回転時においても、ツインスクロール式過給機のタービンが、排気ガスの圧力脈動の影響を大きく受けることとなる。これにより、圧力脈動のピーク時には、スクロール室に流入する排気ガスがタービンの容量を超えてしまい、エンジンの過給効率が低下するという問題点があった。ここで、圧力脈動のピーク時に対応する大容量のタービンとすることが考えられるが、これでは、低回転時における応答性等が悪化してしまう。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ツインスクロール式過給機による過給を利用しながらも、高回転時において、排気通路における排気ガスの圧力脈動を低減し、過給効率を向上させるとともに、エンジンを良好な燃焼状態とすることができるエンジン排気システム及びその制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの排気側に配された過給機とを有するエンジン排気システムであって、前記エンジンにおける少なくとも１つの燃焼室の排気ガスがそれぞれ流通し、互いに独立した第１排気通路及び第２排気通路を有し、前記過給機は、前記第１排気通路に対応する第１スクロール室と、前記第２排気通路に対応する第２スクロール室とを独立して有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に一のタービンを回転させるツインスクロール式過給機であって、前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通する接続通路と、前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁と、前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じる連通弁制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、エンジンの高回転時には、連通制御弁が開かれることから、第１排気通路と第２排気通路とが連通した状態となり、第１排気通路における排気ガスの圧力脈動と、第２排気通路における排気ガスの圧力脈動とが均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
また、エンジンの低回転時には、連通制御弁が閉じられることから、第１排気通路と第２排気通路とは独立した状態となり、各排気通路の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００１０】
従って、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジンの高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機に特有の作用効果を得ることができる。
【００１１】
請求項２記載の発明では、請求項１記載のエンジン排気システムにおいて、前記過給機の下流側に配された触媒と、前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定する活性判定手段と、前記第１排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に設けられた開閉自在の排気制御弁と、前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、前記触媒が活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を開く排気弁制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、触媒が未活性状態である場合は、排気制御弁を閉じて連通制御弁が開かれるので、第１排気通路に排出された排気ガスは、排気制御弁により過給機側への流通が阻止され、接続通路を通じて第２排気通路から過給機側へと流通する。
また、触媒が活性状態である場合は、排気制御弁が開かれるので、第１排気通路の下流側にも排気ガスが流通する。
【００１３】
従って、触媒が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する排気通路の表面積を減じて排気ガスの温度低下が抑制され、比較的高温の排気ガスにより触媒が早期に活性化される。また、触媒が活性状態である場合は、第１・第２の両排気通路を通じて過給機のタービンを回転させ、過給機に所期の性能を発揮させることができる。
【００１４】
請求項３記載の発明では、請求項２記載のエンジン排気システムにおいて、前記エンジンは、可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させるバルブタイミング制御手段を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の発明によれば、請求項２の作用に加え、触媒が未活性状態である場合に、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量が減少し、排気管内の圧力変動の影響を受け難い状態となる。これにより、接続通路を開放したことに起因するオーバーラップ中の排圧上昇による残留ガスの増加を抑制し、正常な燃焼状態を維持することが可能となる。
【００１６】
請求項４記載の発明では、請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン排気システムにおいて、前記エンジンの吸気通路には、吸入空気量を検出する空気量検出部が設けられたものであって、前記活性判定手段は、前記空気量検出部により検出された吸入空気量に基づいて、前記触媒が活性状態が未活性状態かを判定することを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明によれば、請求項１から３の何れか一項の作用に加え、エンジン制御のために吸気通路等に設けられた空気量検出部を利用して、触媒の活性状態を判定することができる。また、エンジンに吸入された空気量を検知することにより、触媒の状態を的確に把握することができる。
【００１８】
従って、触媒の活性・未活性を検出するセンサ等を設けることなく、既存の空気量検出部を用いて精度良く触媒の状態を判定することができ、実用に際して極めて有利である。
【００１９】
請求項５記載の発明では、複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの別個の燃焼室の排気ガスが流通する少なくとも２つの排気通路を有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に過給機の一のタービンを回転させるよう構成され、少なくとも２つの前記各排気通路を連通する接続通路と、前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁とを備えたエンジン排気システムの制御方法であって、前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じることを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載の発明によれば、エンジンの高回転時には、連通制御弁が開かれることから、接続通路が接続される各排気通路が連通した状態となり、当該各排気通路における排気ガス圧力脈動が均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
また、エンジンの低回転時には、連通制御弁が閉じられることから、各排気通路は独立した状態となり、各排気通路の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００２１】
従って、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが過給機のスクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
【００２２】
請求項６記載の発明では、請求項５記載のエンジン排気システムの制御方法において、前記エンジン排気システムは、少なくとも１つの前記排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に開閉自在の排気制御弁を備え、前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定し、前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、前記触媒が活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を開くことを特徴とする。
【００２３】
請求項６記載の発明によれば、請求項５の作用に加え、触媒が未活性状態である場合は、排気制御弁を閉じて連通制御弁が開かれるので、排気制御弁が設けられた排気通路に排出された排気ガスは、排気制御弁により過給機側への流通が阻止され、接続通路を通じて他の排気通路から過給機側へと流通する。
また、触媒が活性状態である場合は、排気制御弁が開かれるので、排気制御弁が設けられた排気通路の下流側にも排気ガスが流通する。
【００２４】
従って、触媒が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する排気通路の表面積を減じて排気ガスの温度低下が抑制され、比較的高温の排気ガスにより触媒が早期に活性化される。また、触媒が活性状態である場合は、全排気通路を通じて過給機のタービンを回転させ、過給機に所期の性能を発揮させることができる。
【００２５】
請求項７記載の発明では、請求項６記載のエンジン排気システムの制御方法において、前記エンジンは可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させることを特徴とする。
【００２６】
請求項７記載の発明によれば、請求項６の作用に加え、触媒が未活性状態である場合に、吸気バルブと排気バルブのオーバーラップ量が減少し、排気管内の圧力変動の影響を受け難い状態となる。これにより、接続通路を開放したことに起因するオーバーラップ中の排圧上昇による残留ガスの増加を抑制し、正常な燃焼状態を維持することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
図１から図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１はエンジン排気システムの概略構成図、図２はエンジン排気システムの概略構成ブロック図、図３はエンジンの吸気バルブと排気バルブの開放状態を示すタイミングチャート、図４はエンジンの回転数に応じた連通制御弁等の制御動作を示すフローチャート、図５は触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【００２８】
図１に示すように、エンジン排気システム１は、複数の燃焼室を有する多気筒エンジン２と、エンジン２の排気側に配された過給機３とを備えている。
【００２９】
本実施形態においては、エンジン２は、１番気筒４、２番気筒５、３番気筒６、４番気筒７を有する、いわゆる４気筒のエンジンである。また、本実施形態においては、エンジン２は水平対向型であり、１番気筒４の後方に３番気筒６が位置し、１番気筒４及び３番気筒６と対向して、２番気筒５及び４番気筒７が配置される。燃焼室としての各気筒４〜７は、側面視にて、互い違いとなるよう配される。尚、各気筒４〜７の配置は、従来公知のものと同様であるので、ここでは詳述しない。また、図１においては、説明のため、各気筒４〜７を横一列に並べて図示している。
【００３０】
また、エンジン２は可変バルブタイミング機構２ａを有し、図３に示すように、各気筒４〜７の、吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開閉タイミングを変更できるよう構成されている。図３には、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとが開放されるタイミングがオーバーラップしていない状態を実線にて示し、オーバーラップした状態を破線にて示している。すなわち、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開閉タイミングを進角することにより、開放タイミングがオーバーラップするようになっている。各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開放タイミングは、エンジン２の駆動状態等に応じて可変制御される。
【００３１】
本実施形態においては、各気筒４〜７の点火順序は、１番気筒４から順に、３番気筒６、２番気筒５、４番気筒７となっている。各気筒４〜７には、それぞれ排気ガスが流通する排気通路が接続される。本実施形態では、互いに独立した第１排気通路８と、第２排気通路９とがエンジン２に接続される。図１に示すように、第１排気通路８は、１番気筒４と２番気筒５とに接続し、各気筒４，５の排気ガスを集合して、過給機３側へと導く。また、第２排気通路９は、３番気筒６と４番気筒７とに接続し、各気筒６，７の排気ガスを集合して、過給機３側へと導く。
【００３２】
ここで、図１に示すように、第１排気通路８と、第２排気通路９とは、接続通路１０により連通している。この接続通路１０には、開閉自在の連通制御弁１１が設けられる。すなわち、連通制御弁１１が開いた状態では、第１排気通路８と第２排気通路９とは接続された状態となり、連通制御弁１１が閉じた状態では、第１排気通路８と第２排気通路９とは独立した状態となる。
【００３３】
また、第１排気通路８の接続通路１０との接続部分の下流側には、開閉自在の排気制御弁１３が設けられる。すなわち、排気制御弁１３が閉じた状態で、第１排気通路８の過給機３側への流通が阻止される。
【００３４】
図１に示すように、過給機３は、いわゆるツインスクロール式過給機であって、第１排気通路８に対応する第１スクロール室１４と、第２排気通路９に対応する第２スクロール室１５とを別個独立に有している。各スクロール室１４，１５を流通する排気ガスは、それぞれ独立的に一のタービン１６を回転させ、エンジン２の吸気通路１７に空気を過給するようになっている。過給機３から流出した排気ガスは、一の下流側排気通路１８から流出する。
【００３５】
また、図１に示すように、下流側排気通路１８には、排気ガスを浄化する触媒１９が配置される。この触媒１９は、所定の温度域にて、浄化作用を奏する従来公知のものである。触媒１９にて浄化された排気ガスは、車両外部へと放出される。
【００３６】
また、図２に示すように、このエンジン排気システム１は、制御部１００を有している。制御部１００は、エンジン２の可変バルブタイミング機構２ａと、エンジン２の回転数を検出するクランク角センサ２ｂと、吸気通路１７の上流側に設けられたエアフロセンサ２０と、接続通路１０に配された連通制御弁１１と、第１排気通路８に配された排気制御弁１３とに接続される。
【００３７】
また、制御部１００には、エンジン２の回転数に応じて連通制御弁１１を開閉する連通弁制御プログラム１０１と、空気吸入量により触媒１９が活性状態か未活性状態かを判定する活性判定プログラム１０２と、触媒１９の状態に応じて排気制御弁１３等を開閉する排気弁制御プログラム１０３と、触媒１９の状態に応じてエンジン２のバルブタイミングを変更するバルブタイミング制御プログラム１０４とが記憶されている。本実施形態においては、制御部１００が、連通弁制御手段、活性判定手段、排気弁制御手段、バルブタイミング制御手段をなしている。
【００３８】
連通弁制御プログラム１０１は、エンジン２の高回転時に連通制御弁１１を開き、エンジン２の低回転時に連通制御弁１１を閉じるよう制御するプログラムである。本実施形態においては、エンジン２のクランク角センサ２ａにて検出されたエンジン２の回転数が、予め設定された設定回転数を超えたときにエンジン２が高回転であると判断し、この設定回転数以下のときにエンジン２が低回転であると判断する。
【００３９】
活性判定プログラム１０２は、触媒１９が活性状態から未活性状態かを判定するプログラムである。本実施形態においては、エアフロセンサ２０により取得したエンジン始動時からの空気吸入量の積算により、触媒１９の状態を判定する。
【００４０】
排気弁制御プログラム１０３は、活性判定プログラム１０２により触媒１９が未活性状態であると判定された場合に排気制御弁１３を閉じるとともに連通制御弁１１を開き、触媒１９が活性状態であると判定された場合に排気制御弁１３を開くプログラムである。
【００４１】
バルブタイミング制御プログラム１０４は、活性判定プログラム１０２により触媒１９が未活性状態であると判定された場合に、エンジン２における吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａと、排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂとの開放タイミングのオーバーラップ量を、通常状態に比べて減少させるプログラムである。
【００４２】
以上のように構成されたエンジン排気システム１の制御部１００の連通弁制御プログラム１０１に基づく動作を、図４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４３】
まず、車両の各センサ等から、車両の運転状態を取得する（ステップＳ１）。このとき、クランク角センサ２ａにより、エンジン２の回転数が取得される。次いで、エンジン２の回転数が、設定回転数より低いか否か、すなわち、エンジン２が低回転か高回転かを判定する（ステップＳ２）。エンジン２が低回転の場合、連通制御弁１１を閉じ（ステップＳ３）、排気制御弁１３を開く（ステップＳ４）。また、エンジン２が高回転の場合、連通制御弁１１を開き（ステップＳ５）、排気制御弁１３を閉じる（ステップＳ６）。
【００４４】
このように、エンジン２の高回転時には、連通制御弁１１が開かれることから、第１排気通路８と第２排気通路９とが連通した状態となり、第１排気通路８における排気ガスの圧力脈動と、第２排気通路９における排気ガスの圧力脈動とが均一化される。これにより、圧力脈動の振幅が小さくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が小さくなる。
【００４５】
また、エンジン２の低回転時には、連通制御弁１１が閉じられることから、第１排気通路８と第２排気通路９とは独立した状態となり、各排気通路８，９の圧力脈動の振幅が大きくなり、タービンにおける圧力脈動の影響が大きくなる。
【００４６】
次に、エンジン排気システム１の制御部１００における活性判定プログラム１０２、排気弁制御プログラム１０３、バルブタイミング制御プログラム１０４に基づく動作を、図５に示すフローチャートを参照して説明する。尚、図５は、エンジン２が低回転の場合の動作を示している。
【００４７】
まず、車両の各センサ等から、車両の運転状態を取得する（ステップＳ１１）。このとき、エアフロセンサ２０により空気吸入量が連続的に取得されており、制御部１００にて、エンジン２の始動時からの空気吸入量を積算する。
【００４８】
次いで、空気吸入量の積算に基づいて、活性判定プログラム１０２により触媒１９が活性状態か未活性状態かを判定する（ステップＳ１２）。触媒１９が活性状態、すなわち活性済みであると判定すると、連通制御弁１１を閉じ（ステップＳ１３）、排気制御弁１３を開く（ステップＳ１４）。さらに、エンジン２の各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングを、通常の状態で制御する（ステップＳ１５）。
【００４９】
また、触媒１９が未活性状態であると判定すると、連通制御弁１１を開き（ステップＳ１６）、排気制御弁１３を閉じる（ステップＳ１７）。さらに、エンジン２の各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングを、通常状態に比して、オーバーラップ量が減少するよう制御する（ステップＳ１８）。
【００５０】
このように、触媒１９が未活性状態である場合は、排気制御弁１３を閉じて連通制御弁１１が開かれるので、第１排気通路８に排出された排気ガスは、排気制御弁１３により過給機３側への流通が阻止され、接続通路１０を通じて第２排気通路９から過給機３側へと流通する。また、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングのオーバーラップ量が減少し、エンジン２の燃焼時における熱量が比較的大きくなり、第１排気通路８のエンジン２側と、第２排気通路９には、通常状態に比して高温の排気ガスが流通する。
【００５１】
また、触媒１９が活性状態である場合は、排気制御弁１３が開かれるので、第１排気通路８の下流側にも排気ガスが流通する。尚、このとき、必ずしも連通制御弁１１が閉じられる必要はなく、エンジン２が高回転である場合は、連通制御弁１１を開いたままであってもよい。また、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａ及び各排気バルブ４ｂ，５ｂ，６ｂ，７ｂの開放タイミングのオーバーラップ量は、通常通り、エンジン２の駆動状態に適したものとなる。
【００５２】
このように、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、エンジン２の高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響を減じて、過給機３のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室１４，１５に流入せず、エンジン２の過給効率を向上させ、エンジン２の燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジン２の低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジン２の過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジン２の高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機３の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機３に特有の作用効果を得ることができる。
【００５３】
また、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、触媒１９が未活性状態である場合は、排気ガスが流通する各排気通路８，９の表面積を減じて排気ガスの温度低下を抑制し、比較的高温の排気ガスにより触媒１９が早期に活性化される。特に、本実施形態においては、エンジン２は水平対向型であり、エンジン２のレイアウト上、各排気通路８，９が比較的長くなるので、排気ガスの温度が低下し易く、触媒１９の早期活性化に極めて有効である。また、触媒１９が活性状態である場合は、第１・第２の両排気通路８，９を通じて過給機３のタービンを回転させ、過給機３に所期の性能を発揮させることができる。
【００５４】
また、本実施形態のエンジン排気システム１及びその制御方法によれば、エンジン制御のために吸気通路１７に設けられたエアフロセンサ２０を利用して、触媒１９の活性状態を判定することができる。また、エンジン２に吸入された空気量を検知することにより、触媒１９の状態を的確に把握することができる。従って、触媒１９の活性・未活性を検出するセンサ等を新たに設けることなく、既存のエアフロセンサ２０を用いて精度良く触媒１９の状態を判定することができ、実用に際して極めて有利である。
【００５５】
尚、前記実施形態においては、エンジン２が水平対向型のものを示したが、複数の燃焼室を有するものであれば、直列型、Ｖ型等、他の型式のものであってもよいことは勿論である。さらに、エンジンは、複数のロータを有するロータリーエンジンであってもよい。ロータリーエンジンの場合、第１排気通路及び第２排気通路は、各ロータのハウジングの燃焼室に別個に接続されることとなる。
【００５６】
また、前記実施形態においては、エンジン２が４気筒のものを示したが、６気筒、８気筒等、他の気筒数のエンジンであってもよいことはいうまでもない。
【００５７】
また、前記実施形態においては、過給機３としてツインスクロール式過給機を用いたものを示したが、少なくとも２つの排気通路を独立して有するものであれば、排気通路の数は２つに限定されず、例えば３つの排気通路がエンジンの別個の燃焼室に独立的に接続される過給機であってもよい。
【００５８】
また、前記実施形態においては、エンジン２が可変バルブタイミング機構２ａを有するものを示したが、可変バルブタイミング機構を具備しないエンジンであっても、連通制御弁及び排気制御弁の制御により、高回転時の過給効率を向上させ、触媒の早期活性化を図ることができる。この場合のフローチャートを、図６に示す。図６のフローチャートは、図５のフローチャートにおけるステップＳ１５及びステップＳ１８が省略されたものとなっている。
【００５９】
また、前記実施形態においては、各吸気バルブ４ａ，５ａ，６ａ，７ａの開放タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構２ａを示したが、各排気バルブの開放タイミングを変更するものであってもよいし、両方のバルブの開放タイミングを変更するものであってもよい。
【００６０】
また、前記実施形態においては、エアフロセンサ２０により空気吸入量を検出するものを示したが、空気量検出部は、圧力センサ等、他の検出手段であってもよいことは勿論である。
【００６１】
また、前記実施形態においては、触媒１９の活性状態の判定に、吸入空気量の積算を用いたものを示したが、例えば、エンジン２の水温センサ等により判定するものであってもよいし、さらには、触媒１９の温度を直接的に検出する温度センサを設け、これにより判定するものであってもよい。
【００６２】
また、前記実施形態においては、排気制御弁１３を設けたものを示したが、排気制御弁１３を省略した構成であっても、接続通路１０及び連通制御弁１１を備えていれば、エンジン２の高回転時の過給効率の向上を図ることができるし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００６３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、エンジンの高回転時には、排気ガスの圧力脈動の影響が減じるので、過給機のタービンの容量を超えた過度の排気ガスが各スクロール室に流入せず、エンジンの過給効率を向上させ、エンジンの燃焼状態を良好にすることができる。また、エンジンの低回転時には、圧力脈動を利用して、タービンを効率良く回転させることができ、エンジンの過給効率を向上させることができる。
すなわち、エンジンの高回転時においては、圧力脈動を低減してツインスクロール式過給機の欠点を解消し、低回転時においては、圧力脈動を利用してツインスクロール式過給機に特有の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すもので、エンジン排気システムの概略構成図である。
【図２】エンジン排気システムの概略構成ブロック図である。
【図３】エンジンの吸気バルブと排気バルブの開放状態を示すタイミングチャートである。
【図４】エンジンの回転数に応じた連通制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【図５】触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態を示したものであって、触媒の活性状態に応じた排気制御弁等の制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ エンジン排気システム
２ エンジン
３ 過給機
４ １番気筒
４ａ 吸気バルブ
４ｂ 排気バルブ
５ ２番気筒
５ａ 吸気バルブ
５ｂ 排気バルブ
６ ３番気筒
６ａ 吸気バルブ
６ｂ 排気バルブ
７ ４番気筒
７ａ 吸気バルブ
７ｂ 排気バルブ
８ 第１排気通路
９ 第２排気通路
１０ 接続通路
１１ 連通制御弁
１３ 排気制御弁
１４ 第１スクロール室
１５ 第２スクロール室
１６ タービン
１７ 吸気通路
１８ 下流側排気通路
１９ 触媒
１００ 制御部
１０１ 連通弁制御プログラム
１０２ 活性判定プログラム
１０３ 排気弁制御プログラム
１０４ バルブタイミング制御プログラム
Claims (7)
- 複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの排気側に配された過給機とを有するエンジン排気システムであって、
前記エンジンにおける少なくとも１つの燃焼室の排気ガスがそれぞれ流通し、互いに独立した第１排気通路及び第２排気通路を有し、
前記過給機は、前記第１排気通路に対応する第１スクロール室と、前記第２排気通路に対応する第２スクロール室とを独立して有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に一のタービンを回転させるツインスクロール式過給機であって、
前記第１排気通路と前記第２排気通路とを連通する接続通路と、
前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁と、
前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じる連通弁制御手段とを備えた
ことを特徴とするエンジン排気システム。 - 前記過給機の下流側に配された触媒と、
前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定する活性判定手段と、
前記第１排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に設けられた開閉自在の排気制御弁と、
前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、前記触媒が活性状態であると判定された場合に前記排気制御弁を開く排気弁制御手段とを備えた
ことを特徴とする請求項１記載のエンジン排気システム。 - 前記エンジンは、可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、
前記活性判定手段により前記触媒が未活性状態であると判定された場合に、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させるバルブタイミング制御手段を備えた
ことを特徴とする請求項２記載のエンジン排気システム。 - 前記エンジンの吸気通路には、吸入空気量を検出する空気量検出部が設けられたものであって、
前記活性判定手段は、前記空気量検出部により検出された吸入空気量に基づいて、前記触媒が活性状態が未活性状態かを判定する
ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のエンジン排気システム。 - 複数の燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの別個の燃焼室の排気ガスが流通する少なくとも２つの排気通路を有し、前記各排気通路を流通する排気ガスが独立的に過給機の一のタービンを回転させるよう構成され、少なくとも２つの前記各排気通路を連通する接続通路と、前記接続通路に設けられた開閉自在の連通制御弁とを備えたエンジン排気システムの制御方法であって、
前記エンジンの高回転時に前記連通制御弁を開き、前記エンジンの低回転時に前記連通制御弁を閉じる
ことを特徴とするエンジン排気システムの制御方法。 - 前記エンジン排気システムは、少なくとも１つの前記排気通路における前記接続通路の接続部の下流側に開閉自在の排気制御弁を備え、
前記触媒が、活性状態か未活性状態かを判定し、
前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を閉じるとともに前記連通制御弁を開き、
前記触媒が活性状態であると判定した場合には、前記排気制御弁を開く
ことを特徴とする請求項５記載のエンジン排気システムの制御方法。 - 前記エンジンは可変バルブタイミング機構を有する多気筒エンジンであって、前記触媒が未活性状態であると判定した場合には、前記エンジンにおける吸気バルブ及び排気バルブの各開放タイミングのオーバーラップ量を減少させる
ことを特徴とする請求項６記載のエンジン排気システムの制御方法。
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