JP2014080898A - Multi-cylinder engine with turbo supercharger - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve fuel consumption performance while enhancing torque in a wide operation region covering from a low speed region to a high speed region of an engine.SOLUTION: An engine includes a plurality of independent exhaust passages 31, 32, 33 corresponding to respective cylinders, an exhaust gathering part 34 where the downstream ends of the respective independent exhaust passages 31, 32, 33 are gathered into one unit, an exhaust throttle valve 40 for variably setting the distribution area of exhaust gas passing through the inside of the independent exhaust passages 31, 32, 33, a turbo supercharger 20 including a turbine 22 disposed on the downstream side of the exhaust gathering part 34, and control means for controlling the opening/closing operation of the exhaust throttle valve 40. The specifications of the turbo supercharger 20 are set so that an intercept revolving speed is 1/3 or higher of the rated revolving speed of the engine. The control means executes independent exhaust throttle control to close the exhaust throttle valve 40, in a predetermined operation region set to the lower speed side than the intercept revolving speed.

Description

本発明は、複数の気筒と、各気筒から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機とを備えたターボ過給機付多気筒エンジンに関する。   The present invention relates to a multi-cylinder engine with a turbocharger that includes a plurality of cylinders and a turbocharger that is driven by the energy of exhaust gas discharged from each cylinder.

従来から、排気エネルギーを利用したエンジンの高出力化をより幅広い運転領域で達成するために、2機のターボ過給機を直列に接続したいわゆる2ステージ式の過給構造を採用することが提案されている(例えば下記特許文献1参照)。   Conventionally, in order to achieve higher engine output using exhaust energy in a wider range of operation, it has been proposed to adopt a so-called two-stage supercharging structure in which two turbochargers are connected in series (For example, see Patent Document 1 below).

具体的に、特許文献1に記載されたターボ過給システムは、高圧段ターボ過給機と低圧段ターボ過給機とを備えている。高圧段ターボ過給機は、エンジンの排気通路に設けられた高圧段タービンと、エンジンの吸気通路に設けられ且つ高圧段タービンにより駆動される高圧段コンプレッサとを有し、低圧段ターボ過給機は、上記高圧段タービンよりも下流側の排気通路に設けられた低圧段タービンと、上記高圧段コンプレッサよりも上流側の吸気通路に設けられ且つ低圧段タービンにより駆動される低圧段コンプレッサとを有している。   Specifically, the turbocharger system described in Patent Literature 1 includes a high-pressure stage turbocharger and a low-pressure stage turbocharger. The high-pressure stage turbocharger has a high-pressure stage turbine provided in the exhaust passage of the engine and a high-pressure stage compressor provided in the intake passage of the engine and driven by the high-pressure stage turbine. Has a low-pressure stage turbine provided in the exhaust passage downstream of the high-pressure stage turbine, and a low-pressure stage compressor provided in the intake passage upstream of the high-pressure compressor and driven by the low-pressure stage turbine. doing.

そして、特許文献1では、エンジン回転速度が低く排気エネルギーが小さい運転領域で、主に高圧段ターボ過給機を作動させる一方、エンジン回転速度が高く排気エネルギーが大きい運転領域では、高圧段タービンをバイパスするバイパス通路に設けられた弁(高圧段タービンバイパス弁)等を開くことにより、低圧段ターボ過給機のみを作動させるようにしている。   In Patent Document 1, the high-pressure turbocharger is mainly operated in an operation region where the engine rotational speed is low and the exhaust energy is small, while the high-pressure turbine is operated in an operation region where the engine rotational speed is high and the exhaust energy is large. Only a low-pressure stage turbocharger is operated by opening a valve (a high-pressure stage turbine bypass valve) or the like provided in a bypass passage to be bypassed.

特開2012−97606号公報JP 2012-97606 A

上記特許文献1のように、2種類のターボ過給機を運転領域に応じて使い分けるようにした場合には、低速域から高速域までの幅広い運転領域で充分な過給圧を得ることができ、高いエンジントルクを発生させることができる。   When the two types of turbochargers are used properly according to the operation region as in Patent Document 1, a sufficient supercharging pressure can be obtained in a wide operation region from the low speed range to the high speed range. High engine torque can be generated.

しかしながら、上記特許文献1の技術では、2種類のターボ過給機が必要であるため、当然ながら、製造コストが嵩む上に、エンジン全体の体積や重量が増加してしまうという問題がある。このため、特に、販売単価の高くないコンパクトカー等には、2機のターボ過給機を用いる上記のような構造を採用するのは困難である。   However, since the technique disclosed in Patent Document 1 requires two types of turbochargers, there is a problem that, as a matter of course, the manufacturing cost increases and the volume and weight of the entire engine increase. For this reason, it is difficult to adopt the above-described structure using two turbochargers, particularly for compact cars and the like whose sales unit price is not high.

そこで、エンジンの扱い易さ(アクセルを踏んだときの応答性の良さ)をより重視する観点から、比較的小型のターボ過給機を1機だけ使用することが考えられる。しかしながら、このようにした場合には、エンジン高速域でのトルクが不足するだけでなく、タービンを通過する排気ガスの流通抵抗が特に大流量時に大きくなるので、高速域での燃費が悪化してしまうという問題が生じる。   Therefore, it is conceivable to use only one relatively small turbocharger from the viewpoint of placing more emphasis on the ease of handling the engine (good response when the accelerator is depressed). However, in this case, not only the torque in the engine high speed region is insufficient, but also the flow resistance of the exhaust gas passing through the turbine becomes large especially at a large flow rate, so that the fuel efficiency in the high speed region deteriorates. Problem arises.

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、エンジンの低速域から高速域までをカバーする幅広い運転領域でトルクを高めることができ、しかも燃費性能に優れたターボ過給機付多気筒エンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and can increase the torque in a wide operating range covering from the low speed range to the high speed range of the engine, and is excellent in fuel efficiency. An object of the present invention is to provide an attached multi-cylinder engine.

上記課題を解決するためのものとして、本発明は、複数の気筒と、各気筒から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機とを備えたターボ過給機付多気筒エンジンであって、1つの気筒もしくは排気順序が連続しない複数の気筒の各排気ポートに上流端部が接続された複数の独立排気通路と、各独立排気通路の下流端部どうしが1つに集合した排気集合部と、上記独立排気通路内を通る排気ガスの流通面積を可変的に設定する排気絞り弁と、排気絞り弁の開閉動作を制御する制御手段とを備え、上記ターボ過給機は、上記排気集合部の下流側に設けられたタービンと、エンジンの吸気通路に設けられ且つ上記タービンにより駆動されるコンプレッサとを有し、エンジン全負荷で上記コンプレッサの過給圧が予め定められた上限値に達するときのエンジン回転速度をインターセプト回転速度としたとき、このインターセプト回転速度がエンジンの定格回転速度の1/3以上になるように上記ターボ過給機の緒元が設定されており、上記制御手段は、上記インターセプト回転速度よりも低速側に設定された所定の運転領域で、上記排気絞り弁を閉じる独立排気絞り制御を実行する、ことを特徴とするものである(請求項1)。   In order to solve the above problems, the present invention is a multi-cylinder engine with a turbocharger comprising a plurality of cylinders and a turbocharger driven by the energy of exhaust gas discharged from each cylinder. A plurality of independent exhaust passages whose upstream ends are connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous, and exhaust in which the downstream ends of each independent exhaust passage are gathered together. A turbocharger comprising: a collecting portion; an exhaust throttle valve that variably sets a flow area of exhaust gas passing through the independent exhaust passage; and a control unit that controls an opening / closing operation of the exhaust throttle valve. A turbine provided on the downstream side of the exhaust collecting portion; and a compressor provided in an intake passage of the engine and driven by the turbine. The supercharging pressure of the compressor is predetermined at a full engine load. When the engine speed at which the upper limit value is reached is defined as the intercept speed, the turbocharger is set so that the intercept speed is 1/3 or more of the rated speed of the engine. The control means executes independent exhaust throttle control for closing the exhaust throttle valve in a predetermined operation region set at a lower speed side than the intercept rotation speed (Claim 1). .

本発明によれば、インターセプト回転速度よりも回転速度の低い運転領域で、排気絞り弁を閉じることにより各独立排気通路内の流通面積を縮小させる独立排気絞り制御が実行されるので、排気弁の開弁直後に高速で排出される排気ガス(ブローダウンガス)の圧力ピーク値を高めることができる。これにより、ターボ過給機のタービンに作用する駆動力を高められるとともに(動圧過給効果)、排気のブローダウンに伴い排気集合部に発生する負圧を強めて、気筒内の残留ガスの掃気を促進することができる(エゼクタ効果)。そして、これらの効果の結果、エンジン低速域での過給能力を改善して、エンジントルクを充分に高めることができる。   According to the present invention, in the operation region where the rotational speed is lower than the intercept rotational speed, the independent exhaust throttle control is performed to reduce the flow area in each independent exhaust passage by closing the exhaust throttle valve. The pressure peak value of exhaust gas (blow-down gas) discharged at high speed immediately after opening the valve can be increased. As a result, the driving force acting on the turbine of the turbocharger can be increased (dynamic pressure supercharging effect), and the negative pressure generated in the exhaust collecting part along with the blow-down of the exhaust can be increased to reduce the residual gas in the cylinder. Scavenging can be promoted (ejector effect). As a result of these effects, it is possible to improve the supercharging capability in the engine low speed range and sufficiently increase the engine torque.

ここで、本発明では、インターセプト回転速度がエンジンの定格回転速度の1/3以上に設定されているが、このことは、ターボ過給機のタービンとして比較的大型のタービンが用いられていることを意味する。タービンが大型である場合、本来は、エンジン低速域での過給能力を充分に確保することが困難であり、低速域でのトルクが低くなりがちである。このような問題に対し、本発明では、上記独立排気絞り制御に基づき動圧過給効果およびエゼクタ効果を発揮させることにより、エンジン低速域での過給能力不足を充分に補うことができるため、上記のような問題を効果的に解消して、低速域でのトルクを高めることができる。   Here, in the present invention, the intercept rotation speed is set to 1/3 or more of the rated rotation speed of the engine. This means that a relatively large turbine is used as the turbine of the turbocharger. Means. When the turbine is large, it is inherently difficult to sufficiently ensure the supercharging capability in the engine low speed range, and the torque in the low speed range tends to be low. In order to solve such a problem, in the present invention, by exhibiting the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect based on the independent exhaust throttle control, it is possible to sufficiently compensate for the lack of supercharging capability in the engine low speed range. The above problems can be effectively solved and the torque in the low speed range can be increased.

一方、インターセプト回転速度よりも高速側では、排気ガスの流量が多くなるので、上記のような独立排気絞り制御等を実行しなくても、タービンには大きな駆動力を作用させることができ、ターボ過給機の過給能力を充分に高めることができる。しかも、本発明では、タービンが大型であるので、エンジンの高速域での過給能力が本来的に高く、過給圧のピーク値を充分に高い値に設定することができる。   On the other hand, since the exhaust gas flow rate is higher on the higher speed side than the intercept rotation speed, a large driving force can be applied to the turbine without performing the above-described independent exhaust throttle control, etc. The supercharging capability of the supercharger can be sufficiently increased. Moreover, in the present invention, since the turbine is large, the supercharging capability in the high speed region of the engine is inherently high, and the peak value of the supercharging pressure can be set to a sufficiently high value.

さらに、タービンが大型であれば、排気ガス流量の多いエンジンの高速域において、排気ガスの流通抵抗がそもそも増大しにくい。その上で、本発明では、インターセプト回転速度よりも高速側の領域で、上記独立排気絞り制御の停止によって独立排気通路内の流通面積が拡大されるので、ポンピングロスを大幅に低減させることができ、エンジン高速域での燃費性能を効果的に向上させることができる。   Furthermore, if the turbine is large, the exhaust gas flow resistance is unlikely to increase in the high speed region of an engine with a large exhaust gas flow rate. In addition, in the present invention, the flow area in the independent exhaust passage is expanded by stopping the independent exhaust throttle control in a region higher than the intercept rotation speed, so that the pumping loss can be greatly reduced. The fuel consumption performance in the engine high speed range can be effectively improved.

以上のように、本発明のエンジンによれば、比較的大型のタービンを用いてエンジン高速域でのトルクおよび燃費を改善しながら、エンジンの低速域においては独立排気絞り制御等を実行することにより、動圧過給効果およびエゼクタ効果よるトルクの向上を図ることができる。これにより、エンジンの低速域から高速域までをカバーする幅広い運転領域で高いトルクを発生させることができ、しかも燃費性能を向上させることができる。   As described above, according to the engine of the present invention, a relatively large turbine is used to improve the torque and fuel consumption in the engine high speed region, while executing the independent exhaust throttle control or the like in the engine low speed region. The torque can be improved by the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect. As a result, high torque can be generated in a wide driving range covering the low speed range to the high speed range of the engine, and the fuel efficiency can be improved.

本発明において、好ましくは、上記各独立排気通路における少なくとも下流部が、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁によって2つの流路に区分されており、上記排気絞り弁は、上記2つの流路のうちの一方を開閉可能に遮断するように設けられている(請求項2)。   In the present invention, preferably, at least the downstream portion of each independent exhaust passage is divided into two flow paths by a partition extending along the flow direction of the exhaust gas, and the exhaust throttle valve is configured by the two flow paths. One of them is provided so as to be opened and closed (Claim 2).

この構成によれば、隔壁で区画された2つの流路のうちの一方を排気絞り弁によって遮断または開放するという簡単な構成で、独立排気通路内の流通面積を変化させることができ、上記独立排気絞り制御の実行と停止とを迅速かつ確実に切り替えることができる。   According to this configuration, the flow area in the independent exhaust passage can be changed with a simple configuration in which one of the two flow paths partitioned by the partition wall is blocked or opened by the exhaust throttle valve. The execution and stop of the exhaust throttle control can be switched quickly and reliably.

本発明において、好ましくは、各気筒の吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能なバルブ可変機構をさらに備え、上記制御手段は、少なくとも上記独立排気絞り制御を実行する運転領域において、吸気弁および排気弁の双方が開くバルブオーバーラップ期間が所定量以上確保されるように上記バルブ可変機構を制御する(請求項3)。   In the present invention, preferably, it further includes a variable valve mechanism capable of changing an opening / closing timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve of each cylinder, and the control means is at least in an operation region in which the independent exhaust throttle control is executed. The valve variable mechanism is controlled such that a valve overlap period during which both the intake valve and the exhaust valve are opened is ensured by a predetermined amount or more (Claim 3).

この構成によれば、インターセプト回転速度よりも低速側の領域で上記独立排気絞り制御を実行したときに、バルブオーバーラップ期間中の気筒にエゼクタ効果が及ぶことにより、吸気ポートから排気ポートへと吹き抜ける吸入空気の流れ(吹き抜け流)が生じる。これにより、掃気の促進がより一層図られるとともに、排気ガスの流量が増大してタービンの駆動力が高まるので、エンジン低速域でのトルクをより効果的に高めることができる。   According to this configuration, when the above-described independent exhaust throttle control is executed in a region lower than the intercept rotation speed, the ejector effect is exerted on the cylinder during the valve overlap period, so that the exhaust port blows through from the intake port to the exhaust port. Intake air flow (blow-through) occurs. As a result, scavenging is further promoted and the flow rate of the exhaust gas is increased to increase the driving force of the turbine, so that the torque in the engine low speed region can be increased more effectively.

本発明において、好ましくは、電気モータの駆動力によって吸入空気を加圧する電動過給機をさらに備え、上記制御手段は、最も低速かつ高負荷側の領域に設定された特定の運転領域で、上記電動過給機を作動させる(請求項4)。   In the present invention, it is preferable to further include an electric supercharger that pressurizes intake air by a driving force of an electric motor, and the control means is the specific operation region set in the region of the slowest and high load side. The electric supercharger is activated (claim 4).

この構成によれば、ターボ過給機の過給能力が発揮されにくい極低速域において、電動過給機の作動により過給能力が補われるので、極低速域でのトルクを確実に高めることができる。なお、この場合の電動過給機の用い方は、あくまで補助的なものであるから、電動過給機の性能は高いものでなくてよく、電動過給機の追加によるコストアップや重量の増加を最小限に抑えることができる。   According to this configuration, since the supercharging capability is supplemented by the operation of the electric supercharger in the extremely low speed region where the turbocharging capability of the turbocharger is difficult to be exhibited, the torque in the extremely low speed region can be reliably increased. it can. Note that the use of the electric supercharger in this case is only auxiliary, so the performance of the electric supercharger does not have to be high, and the cost increases and the weight increases due to the addition of the electric supercharger. Can be minimized.

以上説明したように、本発明のターボ過給機付多気筒エンジンによれば、エンジンの低速域から高速域までをカバーする幅広い運転領域でトルクを高めることができ、しかも燃費性能を向上させることができる。   As described above, according to the multi-cylinder engine with a turbocharger of the present invention, it is possible to increase the torque in a wide operating range covering the low speed range to the high speed range of the engine, and to improve the fuel efficiency performance. Can do.

本発明の一実施形態にかかるターボ過給機付多気筒エンジンの全体構成を示す図である。1 is a diagram illustrating an overall configuration of a multi-cylinder engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention. 上記エンジンの排気マニホールド内のガス流れを模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the gas flow in the exhaust manifold of the said engine. 上記排気マニホールドの斜視図である。It is a perspective view of the said exhaust manifold. 上記排気マニホールドの独立排気通路の出口部分を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the exit part of the independent exhaust passage of the said exhaust manifold. 上記ターボ過給機のコンプレッサの特性を示す性能曲線のグラフである。It is a graph of the performance curve which shows the characteristic of the compressor of the said turbocharger. 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of the said engine. 上記エンジンの運転領域を制御内容の種類ごとに複数の領域に区分けした制御マップである。It is the control map which divided the operation area | region of the said engine into the several area | region for every kind of control content. 上記エンジンの排気圧力のクランク角に応じた変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change according to the crank angle of the exhaust pressure of the said engine. 上記エンジンの吸排気弁の開閉タイミングを気筒ごとに示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the opening / closing timing of the intake / exhaust valve of the said engine for every cylinder. コンプレッサの性能曲線を模式化したグラフの上に、アクセル全開時におけるコンプレッサの運転ポイントの変化を重ねて示した図である。It is the figure which piled up and showed the change of the operation point of the compressor at the time of an accelerator full opening on the graph which modeled the performance curve of the compressor.

(1)エンジンの全体構成
図1および図2は、本発明の一実施形態にかかるターボ過給機付多気筒エンジンを示している。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る4サイクルの火花点火式多気筒エンジンである。具体的に、当実施形態のエンジンは、列状に並ぶ4つの気筒2A〜2Dを有する直列4気筒型のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための吸気マニホールド10と、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための排気マニホールド30とを備えている。
(1) Overall Configuration of Engine FIGS. 1 and 2 show a multi-cylinder engine with a turbocharger according to an embodiment of the present invention. The engine shown in this figure is a 4-cycle spark ignition type multi-cylinder engine mounted on a vehicle as a power source for traveling. Specifically, the engine of the present embodiment includes an in-line four-cylinder engine body 1 having four cylinders 2A to 2D arranged in a row, an intake manifold 10 for introducing air into the engine body 1, and an engine body. 1 and an exhaust manifold 30 for exhausting the exhaust gas generated in 1.

エンジン本体1の各気筒2A〜2Dには、それぞれピストン(図示省略)が往復摺動可能に挿入されており、各ピストンの上方に燃焼室3が区画形成されている。燃焼室3では、後述するインジェクタ9から噴射される燃料と空気との混合気が燃焼し、その燃焼によって生成された排気ガスは、各気筒2A〜2Dの排気行程において、燃焼室3から排気マニホールド30へと排出される。   A piston (not shown) is inserted into each of the cylinders 2A to 2D of the engine body 1 so as to be reciprocally slidable. A combustion chamber 3 is defined above each piston. In the combustion chamber 3, a mixture of fuel and air injected from an injector 9, which will be described later, burns, and exhaust gas generated by the combustion is discharged from the combustion chamber 3 to the exhaust manifold in the exhaust stroke of each cylinder 2 </ b> A to 2 </ b> D. It is discharged to 30.

エンジン本体1の上部(シリンダヘッド)には、吸気マニホールド10から供給される空気を各気筒2A〜2Dの燃焼室に導入するための吸気ポート4と、吸気ポート4を開閉する吸気弁6と、各気筒2A〜2Dの燃焼室で生成された排気ガスを排気マニホールド30に導出するための排気ポート5と、排気ポート5を開閉する排気弁7とが設けられている。   An upper portion (cylinder head) of the engine body 1 includes an intake port 4 for introducing air supplied from the intake manifold 10 into the combustion chambers of the cylinders 2A to 2D, an intake valve 6 for opening and closing the intake port 4, An exhaust port 5 for leading exhaust gas generated in the combustion chambers of the cylinders 2A to 2D to the exhaust manifold 30 and an exhaust valve 7 for opening and closing the exhaust port 5 are provided.

吸気弁6および排気弁7は、それぞれ、カムシャフトやカム等を含む動弁機構(図示省略)により、エンジン本体1のクランク軸の回転に連動して開閉駆動される。吸気弁6および排気弁7用の各動弁機構には、それぞれVVT16が組み込まれている。VVT16は、可変バルブタイミング機構(Variable Valve Timing Mechanism)の略称であり、吸気弁6および排気弁7の開閉タイミングを可変的に設定するためのバルブ可変機構である。   The intake valve 6 and the exhaust valve 7 are driven to open and close in conjunction with the rotation of the crankshaft of the engine body 1 by a valve operating mechanism (not shown) including a camshaft, a cam and the like. VVT 16 is incorporated in each valve operating mechanism for intake valve 6 and exhaust valve 7. VVT 16 is an abbreviation for Variable Valve Timing Mechanism, and is a variable valve mechanism for variably setting the opening / closing timing of the intake valve 6 and the exhaust valve 7.

エンジン本体1の上部(シリンダヘッド)には、燃焼室3に向けて燃料(ガソリンを含有する燃料)を噴射するインジェクタ9と、インジェクタ9から噴射された燃料と空気との混合気に火花放電による着火エネルギーを供給する点火プラグ8とが、各気筒2A〜2Dにつきそれぞれ1組ずつ設けられている。   At the upper part (cylinder head) of the engine body 1, an injector 9 that injects fuel (fuel containing gasoline) toward the combustion chamber 3, and a mixture of fuel and air injected from the injector 9 is caused by spark discharge. One set of spark plugs 8 for supplying ignition energy is provided for each of the cylinders 2A to 2D.

点火プラグ8は、図外の点火回路からの給電に応じて各気筒2A〜2Dの混合気に対し順に着火エネルギーを供給する。当実施形態のような直列4気筒エンジンでは、第1気筒2A→第3気筒2C→第4気筒2D→第2気筒2Bの順に、180°CAずつずれたタイミングで点火が行われて、この順に排気行程等が実施される(後述する図9も参照)。なお、「°CA」とは、エンジンの出力軸であるクランク軸の回転角(クランク角)を表す。   The spark plug 8 sequentially supplies ignition energy to the air-fuel mixture of each of the cylinders 2A to 2D according to power supply from an ignition circuit (not shown). In the in-line four-cylinder engine as in the present embodiment, ignition is performed at a timing shifted by 180 ° CA in the order of the first cylinder 2A → the third cylinder 2C → the fourth cylinder 2D → the second cylinder 2B. An exhaust stroke or the like is performed (see also FIG. 9 described later). Note that “° CA” represents a rotation angle (crank angle) of a crank shaft that is an output shaft of the engine.

吸気マニホールド10は、各気筒2A〜2Dの吸気ポート4と連通する4つの独立吸気通路11と、各独立吸気通路11の上流側(吸入空気の流れ方向の上流側)に共通に設けられたサージタンク12とを有している。サージタンク12のさらに上流側には、単一の吸気通路13が設けられており、この吸気通路13には、吸入空気量を調節するための開閉可能なスロットル弁14と、後述するターボ過給機20により圧縮された空気を冷却するためのインタークーラ15とが設けられている。   The intake manifold 10 has four independent intake passages 11 communicating with the intake ports 4 of the cylinders 2A to 2D, and a surge provided in common on the upstream side of each independent intake passage 11 (upstream side in the flow direction of intake air). And a tank 12. A single intake passage 13 is provided further upstream of the surge tank 12. The intake passage 13 has an openable / closable throttle valve 14 for adjusting the intake air amount, and a turbocharger described later. An intercooler 15 for cooling the air compressed by the machine 20 is provided.

排気マニホールド30は、図1〜図4に示すように、各気筒2A〜2Dの排気ポート5と連通する複数の独立排気通路31,32,33と、各独立排気通路31,32,33の下流端部(排気ガスの流れ方向下流側の端部)が集合した排気集合部34とを有している。排気集合部34のさらに下流側には、単一の排気通路35が設けられており、この排気通路35には、三元触媒等の触媒が内蔵された触媒コンバータ36やサイレンサー(図示省略)等が設けられる。   As shown in FIGS. 1 to 4, the exhaust manifold 30 includes a plurality of independent exhaust passages 31, 32, 33 communicating with the exhaust ports 5 of the cylinders 2 </ b> A to 2 </ b> D, and downstream of the independent exhaust passages 31, 32, 33. And an exhaust collecting portion 34 in which end portions (end portions on the downstream side in the exhaust gas flow direction) are gathered. A single exhaust passage 35 is provided further downstream of the exhaust collecting portion 34. In the exhaust passage 35, a catalytic converter 36 incorporating a catalyst such as a three-way catalyst, a silencer (not shown), and the like. Is provided.

上記のように、当実施形態では4つの気筒2A,2B,2C,2Dに対し3つの独立排気通路31,32,33が用意されている。これは、中央の独立排気通路32が、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに対し共通に使用可能なようにY字状に分岐した形状とされているからである。すなわち、独立排気通路32は、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cの各排気ポート5から延びる2つの分岐通路部32a,32bと、各分岐通路部32a,32bが合流することで形成された単一の共通通路部32cとを有している。一方、1番気筒2Aおよび4番気筒2Dの各排気ポート5に接続される独立排気通路31,33については、分岐のない単管状に形成されている。以下では、単管状の独立排気通路31,33を、それぞれ「第1独立排気通路31」および「第3独立排気通路33」といい、二股状に分岐した独立排気通路32を「第2独立排気通路32」ということがある。   As described above, in this embodiment, three independent exhaust passages 31, 32, 33 are prepared for the four cylinders 2A, 2B, 2C, 2D. This is because the central independent exhaust passage 32 has a Y-shaped branch shape so that it can be commonly used for the second cylinder 2B and the third cylinder 2C. That is, the independent exhaust passage 32 is formed by joining two branch passage portions 32a and 32b extending from the exhaust ports 5 of the second cylinder 2B and the third cylinder 2C and the branch passage portions 32a and 32b. And a common passage portion 32c. On the other hand, the independent exhaust passages 31 and 33 connected to the exhaust ports 5 of the first cylinder 2A and the fourth cylinder 2D are formed in a single tube without branching. Hereinafter, the single tubular independent exhaust passages 31 and 33 will be referred to as “first independent exhaust passage 31” and “third independent exhaust passage 33”, respectively, and the independent exhaust passage 32 branched in a bifurcated manner will be referred to as “second independent exhaust passage”. It may be referred to as “passage 32”.

ここで、当実施形態のような4サイクル4気筒エンジンでは、1番気筒2A→3番気筒2C→4番気筒2D→2番気筒2Bの順に点火が行われるので、二股状に形成された第2独立排気通路32の上流端部が接続される2番気筒2Bおよび3番気筒2Cは、排気順序(排気行程が実施される順序)が連続しない関係にある。このため、上記のように2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに共通の独立排気通路32を接続した場合でも、これら両気筒2B,2Cからの排気ガスが同時に第2独立排気通路32に流れることはない。   Here, in the four-cycle four-cylinder engine as in this embodiment, the ignition is performed in the order of the first cylinder 2A → the third cylinder 2C → the fourth cylinder 2D → the second cylinder 2B. The second cylinder 2B and the third cylinder 2C to which the upstream end of the two independent exhaust passages 32 are connected have a relationship in which the exhaust order (the order in which the exhaust stroke is performed) is not continuous. Therefore, even when the common independent exhaust passage 32 is connected to the second cylinder 2B and the third cylinder 2C as described above, the exhaust gas from both the cylinders 2B and 2C flows into the second independent exhaust passage 32 at the same time. There is no.

単管状に形成された第1、第3独立排気通路31,33は、その間に位置する第2独立排気通路32の共通通路部32cに徐々に近接するように、気筒列方向の中央側を指向して延びている。そして、第1、第3独立排気通路31,33の各下流端部と第2独立排気通路32の下流端部(共通通路部32cの下流端部)とが、所定の角度(比較的浅い角度が望ましい)をもって合流することにより、各独立排気通路31〜33の下流側に上記排気集合部34が形成されている。   The first and third independent exhaust passages 31 and 33 formed in a single tubular shape are directed toward the center side in the cylinder row direction so as to gradually approach the common passage portion 32c of the second independent exhaust passage 32 positioned therebetween. And extended. The respective downstream end portions of the first and third independent exhaust passages 31 and 33 and the downstream end portion of the second independent exhaust passage 32 (downstream end portion of the common passage portion 32c) are at a predetermined angle (relatively shallow angle). Therefore, the exhaust collecting portion 34 is formed on the downstream side of each independent exhaust passage 31 to 33.

単管状の第1独立排気通路31および第3独立排気通路33は、2番気筒2Bと3番気筒2Cとの間を通る中心線を挟んで対称の形状を有している。このため、第1独立排気通路31および第3独立排気通路33は、互いに同一の通路長および容積を有している。一方、二股状の第2独立排気通路32は、その分岐通路部32a,32bおよび共通通路部32cの各通路長の合計が、第1、第2独立排気通路31,32のそれぞれの通路長と同一となるように形成されており、第1、第2独立排気通路31,32と同一の容積を有している。   The single tubular first independent exhaust passage 31 and the third independent exhaust passage 33 have symmetrical shapes with a center line passing between the second cylinder 2B and the third cylinder 2C interposed therebetween. For this reason, the first independent exhaust passage 31 and the third independent exhaust passage 33 have the same passage length and volume. On the other hand, in the bifurcated second independent exhaust passage 32, the total length of the branch passage portions 32a and 32b and the common passage portion 32c is equal to the length of each of the first and second independent exhaust passages 31 and 32. It is formed to be the same and has the same volume as the first and second independent exhaust passages 31 and 32.

図2および図4に示すように、第1、第3独立排気通路31,33の各下流部と、第2独立排気通路32の下流部(共通通路部32c)とは、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁37によってそれぞれ2分されている。すなわち、第1、第3独立排気通路31,33の下流部、および第2独立排気通路32の共通通路部32cは、それぞれ、隔壁37によって区画された2つの流路38,39を有している。   As shown in FIGS. 2 and 4, the downstream portions of the first and third independent exhaust passages 31 and 33 and the downstream portion of the second independent exhaust passage 32 (common passage portion 32 c) are in the flow direction of the exhaust gas. Are divided into two parts by partition walls 37 extending along the lines. That is, the downstream portions of the first and third independent exhaust passages 31 and 33 and the common passage portion 32c of the second independent exhaust passage 32 have two flow paths 38 and 39 that are partitioned by the partition wall 37, respectively. Yes.

第1〜第3独立排気通路31,32,33内の各隔壁37は、独立排気通路31,32,33の途中部から下流端部(排気集合部34との接続部)までの範囲に亘って設けられている。言い換えると、各独立排気通路31,32,33は、流路38,39に2分された状態のまま(途中でその分割状態が解消されることなく)、排気集合部34に接続されている。   Each partition wall 37 in the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33 extends over a range from a middle portion of the independent exhaust passages 31, 32, 33 to a downstream end portion (connecting portion with the exhaust collecting portion 34). Is provided. In other words, each of the independent exhaust passages 31, 32, 33 is connected to the exhaust collecting portion 34 while being divided into the flow paths 38, 39 (the division state is not canceled in the middle). .

排気マニホールド30には、その第1〜第3独立排気通路31,32,33内を通る排気ガスの流通面積を変更するための排気絞り弁40が設けられている。この排気絞り弁40は、第1〜第3独立排気通路31,32,33の各下流部に備わる上記流路38,39のうちの一方(当実施形態では図4の下側に位置する流路39)を開閉可能に遮断することにより、各独立排気通路31,32,33内の流通面積を変更する。なお、以下では、排気絞り弁40により開閉される流路39を「可変流路39」といい、もう一方の流路38を「常用流路38」という。   The exhaust manifold 30 is provided with an exhaust throttle valve 40 for changing the flow area of the exhaust gas passing through the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33. The exhaust throttle valve 40 is one of the flow paths 38, 39 provided in the downstream portions of the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33 (in this embodiment, the flow located on the lower side of FIG. 4). The passage area in each independent exhaust passage 31, 32, 33 is changed by blocking the passage 39) so that it can be opened and closed. In the following, the flow path 39 opened and closed by the exhaust throttle valve 40 is referred to as “variable flow path 39”, and the other flow path 38 is referred to as “normal flow path 38”.

排気絞り弁40は、その詳細な図示は省略するが、第1〜第3独立排気通路31,32,33内のそれぞれの可変流路39を遮断するように設けられた3つの弁体と、各弁体どうしを連結するシャフトと、シャフトを回転駆動する駆動源(電気モータ等)を有している。このような構造の排気絞り弁40は、上記駆動源によるシャフトおよび弁体の回転駆動に伴って、各独立排気通路31,32,33内の可変流路39を同時に開閉することが可能である。   Although the exhaust throttle valve 40 is not shown in detail, the three valve bodies provided to block the variable flow paths 39 in the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33, A shaft that connects the valve bodies to each other and a drive source (such as an electric motor) that rotationally drives the shaft are provided. The exhaust throttle valve 40 having such a structure can simultaneously open and close the variable flow passages 39 in the independent exhaust passages 31, 32, 33 as the shaft and the valve body are driven to rotate by the drive source. .

当実施形態のエンジンには、ターボ過給機20および電動過給機26が装備されている。   The engine of this embodiment is equipped with a turbocharger 20 and an electric supercharger 26.

ターボ過給機20は、エンジン本体1から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動される過給機であり、排気マニホールド30の排気集合部34の直下流(排気集合部34と排気通路35との間)に設けられたタービンハウジング21と、タービンハウジング21内に配設されたタービン22と、吸気通路13内に配設されたコンプレッサ23と、これらタービン22およびコンプレッサ23を互いに連結する連結軸24とを有している。エンジンの運転中、エンジン本体1の各気筒2A〜2Dから排気ガスが排出されると、その排気ガスが排気マニホールド30を通じてターボ過給機20のタービンハウジング21内に流入することにより、タービン22が排気ガスのエネルギーを受けて高速で回転する。また、タービン22と連結軸24を介して連結されたコンプレッサ23がタービン22と同じ回転速度で駆動されることにより、吸気通路13を通過する吸入空気が加圧されて、エンジン本体1の各気筒2A〜2Dへと圧送される。   The turbocharger 20 is a supercharger that is driven by the energy of the exhaust gas discharged from the engine body 1, and is located immediately downstream of the exhaust collecting portion 34 of the exhaust manifold 30 (between the exhaust collecting portion 34 and the exhaust passage 35. A turbine housing 21 provided between the turbine housing 21, a turbine 22 provided in the turbine housing 21, a compressor 23 provided in the intake passage 13, and a connecting shaft 24 that connects the turbine 22 and the compressor 23 to each other. And have. When the exhaust gas is exhausted from the cylinders 2A to 2D of the engine body 1 during the operation of the engine, the exhaust gas flows into the turbine housing 21 of the turbocharger 20 through the exhaust manifold 30, thereby causing the turbine 22 to flow. Receiving exhaust gas energy, it rotates at high speed. Further, when the compressor 23 connected to the turbine 22 via the connecting shaft 24 is driven at the same rotational speed as the turbine 22, the intake air passing through the intake passage 13 is pressurized, and each cylinder of the engine body 1 is compressed. Pumped to 2A-2D.

電動過給機26は、上記ターボ過給機20と異なり、電気モータ27によって直接駆動されるコンプレッサ(図示省略)を有しており、電気モータ27の駆動力によって(排気エネルギーによらずに)吸気通路13内の吸入空気を加圧するものである。   Unlike the turbocharger 20, the electric supercharger 26 has a compressor (not shown) that is directly driven by an electric motor 27, and is driven by the driving force of the electric motor 27 (regardless of exhaust energy). The intake air in the intake passage 13 is pressurized.

排気通路35には、ターボ過給機20のタービン22をバイパスするためのバイパス通路42が、タービンハウジング21とその下流側の排気通路35とを互いに連結するように設けられており、このバイパス通路42の途中部には、ウェストゲート弁43が開閉可能に設けられている。ウェストゲート弁43が開弁されると、排気マニホールド30から排出された排気ガスの少なくとも一部がバイパス通路42を通過するので、タービン22に流入する排気ガスの量が減り、タービン22の駆動力が抑制される。   The exhaust passage 35 is provided with a bypass passage 42 for bypassing the turbine 22 of the turbocharger 20 so as to connect the turbine housing 21 and the exhaust passage 35 on the downstream side thereof. A wastegate valve 43 is provided in the middle of 42 so as to be openable and closable. When the wastegate valve 43 is opened, at least a part of the exhaust gas discharged from the exhaust manifold 30 passes through the bypass passage 42, so that the amount of exhaust gas flowing into the turbine 22 is reduced and the driving force of the turbine 22 is reduced. Is suppressed.

排気マニホールド30の排気集合部34と吸気マニホールド10のサージタンク12とは、EGR通路45を介して互いに連結されている。このEGR通路45は、エンジン本体1から排出された排気ガスの一部を吸気系に戻す、いわゆる排気還流(Exhaust Gas Recirculation)を行うための通路である。EGR通路45には、EGRガス(吸気系に戻される排気ガス)を冷却するためのEGRクーラ46と、EGR通路45を通るEGRガスの流量を制御するための開閉可能なEGR弁47とが設けられている。   The exhaust collecting portion 34 of the exhaust manifold 30 and the surge tank 12 of the intake manifold 10 are connected to each other via an EGR passage 45. The EGR passage 45 is a passage for performing so-called exhaust gas recirculation in which a part of the exhaust gas discharged from the engine body 1 is returned to the intake system. The EGR passage 45 is provided with an EGR cooler 46 for cooling the EGR gas (exhaust gas returned to the intake system), and an openable EGR valve 47 for controlling the flow rate of the EGR gas passing through the EGR passage 45. It has been.

(2)ターボ過給機の特性
当実施形態では、ターボ過給機20として、比較的大型のタービン22とコンプレッサ23とを組み合わせたものが用いられる。それは、次のような理由による。
(2) Characteristics of Turbocharger In this embodiment, a combination of a relatively large turbine 22 and a compressor 23 is used as the turbocharger 20. The reason is as follows.

従来、特に低速域からの加速時にトルクの応答性を高める観点から、コンプレッサに対してタービンのサイズを小型化し、排気ガスの流量が少ない低速域でも高い圧力比が得られるようにすることが多かった。タービンは、ある程度の量の排気ガスがないと高速で回転できないが、小型のタービンであれば、排気ガスの流量が少なくても高速で回転できるので、低速域でのコンプレッサの圧力比を高める(つまり低速域での過給能力を高める)ことができる。   Conventionally, from the viewpoint of improving torque response particularly when accelerating from a low speed range, the size of the turbine is often reduced relative to the compressor so that a high pressure ratio can be obtained even in a low speed range where the flow rate of exhaust gas is small. It was. The turbine cannot rotate at high speed without a certain amount of exhaust gas, but if it is a small turbine, it can rotate at high speed even if the flow rate of exhaust gas is small, so the pressure ratio of the compressor in the low speed range is increased ( In other words, the supercharging ability in the low speed range can be increased).

図5は、コンプレッサの特性を示す性能曲線のグラフであり、その縦軸はコンプレッサの圧力比、横軸はコンプレッサの吐出流量である。この図5のグラフにおいて、各ラインSL、RL、CLは、それぞれ、サージライン、回転限界ライン、チョークラインを表しており、これらのラインで囲まれた領域がコンプレッサの運転可能領域である。また、この運転可能領域内に図示された等高線のような曲線群は、コンプレッサの効率が等しい運転ポイントを結んだ等効率線であり、領域の中央側に位置する曲線ほど効率が高くなることを表している。   FIG. 5 is a performance curve graph showing the characteristics of the compressor, in which the vertical axis represents the pressure ratio of the compressor and the horizontal axis represents the discharge flow rate of the compressor. In the graph of FIG. 5, each line SL, RL, CL represents a surge line, a rotation limit line, and a choke line, respectively, and a region surrounded by these lines is a compressor operable region. In addition, a curve group such as a contour line illustrated in this operable region is an isoefficiency line connecting operating points where the efficiency of the compressor is equal, and the curve located at the center side of the region has a higher efficiency. Represents.

従来から多用されてきたように、タービンとして比較的小型のものを用いた場合には、エンジンの低速域からの加速時に、すぐにタービンの回転速度が上昇し、これに伴いコンプレッサの圧力比も比較的鋭く上昇する。このように、少ない流量でも高い圧力比が得られるので、加速時のコンプレッサの特性としては、図5の曲線L2のような、傾きの大きい曲線が得られる。これにより、エンジンの低速域でも比較的高い過給圧が得られるので、低速域のエンジンのトルクが上昇し、低速域からの加速レスポンスが向上する。なお、曲線L2では、その途中から圧力比が頭打ちになっている(横向きの直線に移行している)が、これは、エンジンや過給機を保護する観点から設けられた上限値に過給圧が達したためにウェストゲート弁が開かれたことを示している。   As has been widely used in the past, when a relatively small turbine is used, the rotational speed of the turbine immediately increases during acceleration from the low speed range of the engine, and the pressure ratio of the compressor also increases accordingly. Rise relatively sharply. Thus, since a high pressure ratio can be obtained even with a small flow rate, as a characteristic of the compressor at the time of acceleration, a curve with a large slope such as the curve L2 in FIG. 5 is obtained. As a result, a relatively high boost pressure can be obtained even in the low speed region of the engine, so that the torque of the engine in the low speed region increases and the acceleration response from the low speed region is improved. In the curve L2, the pressure ratio reaches a peak from the middle (shifts to a horizontal straight line), which is supercharged to the upper limit value provided from the viewpoint of protecting the engine and the turbocharger. This indicates that the Westgate valve has been opened because pressure has been reached.

上記のように、タービンを小型化することは、エンジンの低速域でのトルクを補強する上では有利であるが、その反面、エンジンの高速域では、タービンを通過するときの排気ガスの流通抵抗が高くなり易く、ポンピングロスが増大するという欠点がある。また、コンプレッサのサージラインSLの近傍が多用されることとなるため、コンプレッサ単体でみると、決して効率の良い使い方とはいえない。   As described above, downsizing the turbine is advantageous for reinforcing the torque in the low speed region of the engine, but on the other hand, in the high speed region of the engine, the flow resistance of the exhaust gas when passing through the turbine. However, there is a disadvantage that the pumping loss increases. Further, since the vicinity of the surge line SL of the compressor is frequently used, it cannot be said that it is an efficient usage when viewed from the compressor alone.

これに対し、当実施形態では、タービン22として比較的大型のものを用いている。このため、エンジンの低速域からの加速時には、図5の曲線L1に示すように、コンプレッサ23の効率の高いところ(等高線の尾根の近傍)が多用されるようになり、コンプレッサ単独の使用条件としては好ましいといえる。   In contrast, in this embodiment, a relatively large turbine 22 is used. For this reason, when the engine is accelerated from a low speed region, as shown by a curve L1 in FIG. 5, a portion where the efficiency of the compressor 23 is high (near the contour ridge) is frequently used. Is preferable.

ただし、加速初期のような排気ガスの流量が少ない状況では、タービン22の回転速度がなかなか上昇せず、コンプレッサ23の圧力比は緩やかにしか上昇しない。このことは、エンジン低速域でのトルクが充分に増大せず、低速域からの加速レスポンスが悪くなることを意味する。   However, in a situation where the flow rate of the exhaust gas is small as in the early stage of acceleration, the rotational speed of the turbine 22 does not increase easily, and the pressure ratio of the compressor 23 increases only slowly. This means that the torque in the engine low speed region does not increase sufficiently, and the acceleration response from the low speed region becomes worse.

一方、エンジン回転速度がある程度上昇して以降は、タービン22の回転上昇に応じて大きな圧力比が得られ、充分なトルクを確保することができる。しかも、排気ガスの流量が多いときの流通抵抗(排気ガスがタービン22を通過するときの抵抗)はタービンが小型であるときよりも小さいので、エンジン高速域におけるポンピングロスを低減して燃費を向上させることができる。   On the other hand, after the engine rotational speed has increased to some extent, a large pressure ratio can be obtained in accordance with the rotational increase of the turbine 22, and sufficient torque can be secured. In addition, the flow resistance when the exhaust gas flow rate is high (the resistance when the exhaust gas passes through the turbine 22) is smaller than when the turbine is small, thus reducing the pumping loss in the engine high speed range and improving fuel efficiency. Can be made.

以上のとおり、タービン22を大型化した当実施形態の構成は、高速域でのトルクの確保や燃費の面で有利である一方、低速域でのトルクが充分に出せないという問題がある。そこで、このような問題に対処すべく、当実施形態では、排気絞り弁40を閉弁して可変流路39を遮断する独立排気絞り制御を低速域で実行することにより、低速域でのトルク不足を補うようにしている(その詳細は後述する)。   As described above, the configuration of the present embodiment in which the turbine 22 is enlarged is advantageous in terms of securing torque in the high speed range and fuel consumption, but has a problem that the torque in the low speed range cannot be sufficiently produced. Therefore, in order to cope with such a problem, in the present embodiment, the torque in the low speed range is executed by executing the independent exhaust throttle control in which the exhaust throttle valve 40 is closed and the variable flow path 39 is shut off in the low speed range. The shortage is made up (details will be described later).

(3)制御系
次に、図6を用いて、エンジンの制御系について説明する。当実施形態のエンジンは、その各部がECU(エンジン制御ユニット)50によって統括的に制御される。ECU50は、周知のとおり、CPU、ROM、RAM等から構成されるマイクロプロセッサであり、本発明にかかる制御手段に相当するものである。
(3) Control System Next, the engine control system will be described with reference to FIG. Each part of the engine of this embodiment is comprehensively controlled by an ECU (engine control unit) 50. As is well known, the ECU 50 is a microprocessor including a CPU, a ROM, a RAM, and the like, and corresponds to a control unit according to the present invention.

ECU50には、各種センサからの情報が入力される。例えば、エンジンもしくは車両には、エンジンの回転速度、つまりエンジン本体1のクランク軸の回転速度を検出するためのエンジン速度センサSN1と、エンジンの冷却水の温度を検出するためのエンジン水温センサSN2と、吸気通路13を通過する吸入空気の流量を検出するためのエアフローセンサSN3と、ドライバーにより操作される図外のアクセルペダルの開度(アクセル開度)を検出するためのアクセル開度センサSN4とが設けられており、これらの各センサで検出された情報が電気信号としてECU50に逐次入力されるようになっている。   Information from various sensors is input to the ECU 50. For example, an engine or a vehicle includes an engine speed sensor SN1 for detecting the rotation speed of the engine, that is, the rotation speed of the crankshaft of the engine body 1, and an engine water temperature sensor SN2 for detecting the temperature of engine cooling water. An air flow sensor SN3 for detecting the flow rate of the intake air passing through the intake passage 13, and an accelerator opening sensor SN4 for detecting the opening (accelerator opening) of an unillustrated accelerator pedal operated by the driver; The information detected by each of these sensors is sequentially input to the ECU 50 as an electrical signal.

ECU50は、上記各センサ(SN1〜SN4等)からの入力信号に基づいて種々の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、ECU50は、点火プラグ8、インジェクタ9、吸排気弁用のVVT16,16、スロットル弁14、排気絞り弁40、ウェストゲート弁43、EGR弁47、および電動過給機26用の電気モータ27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駆動用の制御信号を出力する。   ECU50 controls each part of an engine, performing various calculations etc. based on the input signal from said each sensor (SN1-SN4 etc.). That is, the ECU 50 includes the spark plug 8, the injector 9, the VVTs 16 and 16 for intake and exhaust valves, the throttle valve 14, the exhaust throttle valve 40, the wastegate valve 43, the EGR valve 47, and the electric motor 27 for the electric supercharger 26. The control signal for driving is output to each of these devices based on the result of the above calculation and the like.

(4)運転領域に応じた制御
次に、ECU50が行うエンジン制御の具体例について、図7の制御マップを参照しつつ説明する。
(4) Control according to operation region Next, a specific example of engine control performed by the ECU 50 will be described with reference to the control map of FIG.

図7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。当実施形態では、ターボ過給機20および電動過給機26がエンジンに備わっているので、エンジンの全負荷ラインWOTは、自然吸気のとき(過給なしのとき)のエンジントルクの上限である自然吸気ラインNAよりも高く設定されている。   In FIG. 7, WOT represents the full load line of the engine (engine torque when the accelerator is fully opened). In this embodiment, since the turbocharger 20 and the electric supercharger 26 are provided in the engine, the full load line WOT of the engine is the upper limit of the engine torque at the time of natural intake (no supercharging). It is set higher than the natural intake line NA.

全負荷ラインWOT上に存在するポイントICは、いわゆるインターセプトポイントである。このインターセプトポイントICでは、ターボ過給機20のコンプレッサ23による過給圧が予め定められた上限値に達するので、過給圧がそれ以上に上昇するのを防止するために、ウェストゲート弁43を開いて排気ガスの一部をバイパス通路42に流す(タービン22をバイパスさせる)制御が実行される。なお、以下では、インターセプトポイントICに対応するエンジン回転速度Niを、「インターセプト回転速度Ni」と称する。   The point IC existing on the full load line WOT is a so-called intercept point. In this intercept point IC, since the supercharging pressure by the compressor 23 of the turbocharger 20 reaches a predetermined upper limit value, the waste gate valve 43 is set to prevent the supercharging pressure from rising further. Control that opens and flows a part of the exhaust gas to the bypass passage 42 (bypassing the turbine 22) is executed. Hereinafter, the engine rotation speed Ni corresponding to the intercept point IC is referred to as “intercept rotation speed Ni”.

インターセプトポイントICよりも高速側の全負荷ラインWOT上に存在するポイントXは、エンジンの出力が最大になる最高出力点である。なお、以下では、最高出力点Xに対応するエンジン回転速度Nxを、「定格回転速度Nx」という。定格回転速度Nxは、比較的高速側の値をとるが、エンジンの最高許容回転速度(いわゆるレッドゾーンに入る速度)とは必ずしも一致しない。   The point X existing on the full load line WOT on the higher speed side than the intercept point IC is the maximum output point at which the engine output is maximized. Hereinafter, the engine rotation speed Nx corresponding to the maximum output point X is referred to as “rated rotation speed Nx”. The rated rotational speed Nx takes a relatively high speed value, but does not necessarily coincide with the maximum allowable rotational speed of the engine (speed that enters the so-called red zone).

上述したように、当実施形態では、比較的大型のタービン22が用いられているので、エンジン回転速度がある程度上昇しないと、コンプレッサ23による過給圧は上限値に達しない。このため、インターセプトポイントICに対応するエンジン回転速度、つまりインターセプト回転速度Niは、エンジンの定格回転速度Nxの1/3以上の値となる。言い換えると、当実施形態のターボ過給機20の緒元は、インターセプト回転速度Niがエンジンの定格回転速度Nxの1/3以上になるように設定されている。   As described above, in this embodiment, since the relatively large turbine 22 is used, the supercharging pressure by the compressor 23 does not reach the upper limit value unless the engine speed is increased to some extent. For this reason, the engine rotational speed corresponding to the intercept point IC, that is, the intercept rotational speed Ni is a value equal to or more than 1/3 of the rated rotational speed Nx of the engine. In other words, the specification of the turbocharger 20 of the present embodiment is set such that the intercept rotational speed Ni is equal to or higher than 1/3 of the rated rotational speed Nx of the engine.

図7のマップによると、インターセプト回転速度Niよりも低回転側の速度域における高負荷側(トルクの高い側)に、第3領域R3が設定されているとともに、この第3領域R3よりもさらに高負荷側に、第4領域R4が設定されている。一方、インターセプト回転速度Niよりも高回転側の速度域における高負荷側には、第2領域R2が設定されている。また、これら第2、第3、第4領域R2,R3,R4を除いた残余の領域、つまりインターセプトポイントICを頂点とした下拡がり状の領域および自然吸気ラインNAよりも低負荷側の領域には、第1領域R1が設定されている。   According to the map of FIG. 7, the third region R3 is set on the high load side (the higher torque side) in the speed region on the lower rotation side than the intercept rotation speed Ni, and further than the third region R3. A fourth region R4 is set on the high load side. On the other hand, the second region R2 is set on the high load side in the speed range higher than the intercept rotation speed Ni. In addition, the remaining areas excluding the second, third, and fourth areas R2, R3, and R4, that is, the area extending downward with the intercept point IC as the apex, and the area on the lower load side than the natural intake line NA The first region R1 is set.

エンジンの運転中、ECU50は、エンジン速度センサSN1、エアフローセンサSN3、およびアクセル開度センサSN4等から得られる情報に基づいて、エンジンが図7の制御マップにおけるどの領域で運転されているかを逐次判断し、その判断結果に応じてそれぞれ次のような制御を実行する。   During engine operation, the ECU 50 sequentially determines in which region the engine is operated in the control map of FIG. 7 based on information obtained from the engine speed sensor SN1, airflow sensor SN3, accelerator opening sensor SN4, and the like. Then, the following control is executed according to the determination result.

(i)第1領域R1
まず、第1領域R1でエンジンが運転されているときの制御について説明する。第1領域R1での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を開く(独立排気絞り制御の非実行)。
・ウェストゲート弁43を閉じる。
・電動過給機26を停止させる。
(I) First region R1
First, control when the engine is operated in the first region R1 will be described. During operation in the first region R1, the ECU 50 executes the following control.
-Open the exhaust throttle valve 40 (non-execution of independent exhaust throttle control).
-Close the wastegate valve 43.
-The electric supercharger 26 is stopped.

すなわち、第1領域R1では、排気絞り弁40が開かれて、第1〜第3独立排気通路31,32,33内のそれぞれの可変流路39が開放される。これにより、各独立排気通路31,32,33内では、常用流路38および可変流路39の双方を排気ガスが流通し得るようになり、排気ガスの流通抵抗が低減される。このため、特に第1領域R1内の高速域のように、各気筒2A〜2Dから単位時間あたりに排出される排気ガスの量が多くなる運転条件であっても、排気ガスがスムーズに排出され、ポンピングロスが低減される。   That is, in the first region R1, the exhaust throttle valve 40 is opened, and the variable flow paths 39 in the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33 are opened. Thereby, in each independent exhaust passage 31,32,33, exhaust gas can distribute | circulate through both the regular flow path 38 and the variable flow path 39, and the distribution | circulation resistance of exhaust gas is reduced. For this reason, exhaust gas is discharged smoothly even under operating conditions in which the amount of exhaust gas discharged from each cylinder 2A to 2D per unit time increases, such as in the high speed region in the first region R1. Pumping loss is reduced.

また、第1領域R1では、各独立排気通路31,32,33を通じて排出された排気ガスが全てターボ過給機20のタービン22に流入するように、ウェストゲート弁43が閉じられる。これにより、排気ガスのエネルギーを受けてタービン22が回転するとともに、このタービン22によってコンプレッサ23が駆動され、コンプレッサ23による過給が行われる。   In the first region R1, the wastegate valve 43 is closed so that all the exhaust gas discharged through the independent exhaust passages 31, 32, 33 flows into the turbine 22 of the turbocharger 20. As a result, the turbine 22 rotates in response to the energy of the exhaust gas, and the compressor 23 is driven by the turbine 22 and supercharging by the compressor 23 is performed.

また、第1領域R1では、電動過給機26の電気モータ27が停止され、電動過給機26による過給は行われない。   In the first region R1, the electric motor 27 of the electric supercharger 26 is stopped, and supercharging by the electric supercharger 26 is not performed.

なお、EGR弁47については、少なくとも第1領域R1内の低負荷側で開かれる。これにより、EGR通路45を通じた排気ガスの還流操作が行われ、低負荷域でのポンピングロスの低減が図られる。   The EGR valve 47 is opened at least on the low load side in the first region R1. Thereby, the exhaust gas recirculation operation through the EGR passage 45 is performed, and the pumping loss in the low load region is reduced.

(ii)第2領域R2
第2領域R2での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を開く(独立排気絞り制御の非実行)。
・ウェストゲート弁43を開く。
・電動過給機26を停止させる。
(Ii) Second region R2
During operation in the second region R2, the ECU 50 executes the following control.
-Open the exhaust throttle valve 40 (non-execution of independent exhaust throttle control).
-Open the wastegate valve 43.
-The electric supercharger 26 is stopped.

第2領域R2は、インターセプト回転速度Niよりも高速側の全負荷ラインWOTを含む領域であり、ウェストゲート弁43を開かないとターボ過給機20のコンプレッサ23による過給圧が過大になる領域である。そこで、第2領域R2では、エンジン本体1およびターボ過給機20を保護するために、過給圧が上限値を超えないような開度までウェストゲート弁43が開かれる。   The second region R2 is a region including the full load line WOT on the higher speed side than the intercept rotational speed Ni, and a region in which the supercharging pressure by the compressor 23 of the turbocharger 20 becomes excessive unless the wastegate valve 43 is opened. It is. Therefore, in the second region R2, in order to protect the engine body 1 and the turbocharger 20, the wastegate valve 43 is opened to such an opening that the supercharging pressure does not exceed the upper limit value.

なお、ウェストゲート弁43が開かれる点を除けば、第2領域R2での制御は、上述した第1領域R1での制御と基本的に同じである。   The control in the second region R2 is basically the same as the control in the first region R1 described above except that the wastegate valve 43 is opened.

ところで、過給圧の上昇は、EGR弁47を開くことによっても抑制することができる。このため、第2領域R2の一部において、ウェストゲート弁43の開弁に代えて、あるいはウェストゲート弁43の開弁と同時に、EGR弁47を開く制御を実行してもよい。   By the way, the increase in the supercharging pressure can also be suppressed by opening the EGR valve 47. For this reason, in part of the second region R2, control for opening the EGR valve 47 may be executed instead of opening the waste gate valve 43 or simultaneously with opening the waste gate valve 43.

(iii)第3領域R3
第3領域R3での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を閉じる(独立排気絞り制御の実行)。
・吸排気弁6,7のバルブオーバーラップ期間を拡大する。
・ウェストゲート弁43を閉じる。
・電動過給機26を停止させる。
(Iii) Third region R3
During operation in the third region R3, the ECU 50 executes the following control.
Close the exhaust throttle valve 40 (execution of independent exhaust throttle control).
・ Expand the valve overlap period of intake and exhaust valves 6 and 7.
-Close the wastegate valve 43.
-The electric supercharger 26 is stopped.

すなわち、第3領域R3では、排気絞り弁40を閉じる独立排気絞り制御が実行されることにより、第1〜第3独立排気通路31,32,33内のそれぞれの可変流路39が遮断される。このことは、各独立排気通路31,32,33内の流通面積が実質的に減少したことを意味する。すると、エンジン本体1の各気筒2A〜2Dから排出された排気ガスは、各独立排気通路31,32,33内の常用流路38のみを通って、高い流速を保ったまま排気集合部34およびタービン22へと流入する。   That is, in the third region R3, the independent exhaust throttle control for closing the exhaust throttle valve 40 is executed, whereby the variable flow paths 39 in the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33 are blocked. . This means that the flow area in each independent exhaust passage 31, 32, 33 has been substantially reduced. Then, the exhaust gas discharged from each of the cylinders 2A to 2D of the engine main body 1 passes through only the regular flow path 38 in each independent exhaust passage 31, 32, 33, and maintains the high flow rate, and the exhaust collecting portion 34 and It flows into the turbine 22.

また、第3領域R3では、ウェストゲート弁43が閉じられる。これにより、各気筒2A〜2Dから排出された排気ガスは、全てターボ過給機20のタービン22に流入し、コンプレッサ23による過給が最大限行われる。   In the third region R3, the waste gate valve 43 is closed. As a result, all the exhaust gas discharged from each of the cylinders 2A to 2D flows into the turbine 22 of the turbocharger 20, and the supercharging by the compressor 23 is performed to the maximum extent.

さらに、第3領域R3では、吸気弁6および排気弁7用の各VVT16が駆動されることにより、吸気弁6および排気弁7の双方が開くバルブオーバーラップ期間が、第1領域R1および第2領域R2のときよりも長くなるように設定される。すなわち、図8および図9に示すように、各気筒2A〜2Dの排気行程の後半から吸気行程の前半にかけた比較的長い期間OLに亘って、吸気弁6および排気弁7の双方が開かれるように、吸排気弁6,7の開閉タイミングが設定される。   Further, in the third region R3, each VVT 16 for the intake valve 6 and the exhaust valve 7 is driven, so that the valve overlap period in which both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened is the first region R1 and the second region R3. It is set to be longer than that in the region R2. That is, as shown in FIGS. 8 and 9, both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened over a relatively long period OL from the latter half of the exhaust stroke of each cylinder 2A to 2D to the first half of the intake stroke. Thus, the opening / closing timing of the intake / exhaust valves 6 and 7 is set.

なお、上記のような制御は、第3領域R3での定常運転時はもちろんのこと、エンジンの運転ポイントが低負荷域から第3領域R3に移行しようとする過渡期にも実行される。すなわち、エンジンの低速域での運転中に負荷(アクセル開度に基づく要求トルク)が増大し、これに伴ってエンジンの運転ポイントが第3領域R3に向かって図7の上方に移動しているときには、第3領域R3への実際の移行に先立って、排気絞り弁40を閉じるとともにバルブオーバーラップ期間を拡大させる制御が実行される。   The above-described control is executed not only during steady operation in the third region R3, but also during a transition period in which the engine operating point tends to shift from the low load region to the third region R3. That is, the load (required torque based on the accelerator opening) increases during operation in the low speed region of the engine, and accordingly, the engine operation point moves upward in FIG. 7 toward the third region R3. Sometimes, prior to the actual transition to the third region R3, control is performed to close the exhaust throttle valve 40 and expand the valve overlap period.

(iii)第4領域R4
第4領域R4での運転時、ECU50は次のような制御を実行する。
・排気絞り弁40を閉じる(独立排気絞り制御の実行)。
・吸排気弁6,7のバルブオーバーラップ期間を拡大する。
・ウェストゲート弁43を閉じる。
・電動過給機26を作動させる。
(Iii) Fourth region R4
During operation in the fourth region R4, the ECU 50 executes the following control.
Close the exhaust throttle valve 40 (execution of independent exhaust throttle control).
・ Expand the valve overlap period of intake and exhaust valves 6 and 7.
-Close the wastegate valve 43.
-The electric supercharger 26 is operated.

第4領域R4は、最も低回転かつ高負荷の条件であるため、ターボ過給機20に加えて電動過給機26による過給を行い、低回転であるにもかかわらず充分なトルクが得られるようにする。すなわち、第4領域R4では、ウェストゲート弁43が閉じられるとともに、電動過給機26用の電気モータ27が駆動される。   Since the fourth region R4 is the condition of the lowest rotation and the highest load, supercharging is performed by the electric supercharger 26 in addition to the turbocharger 20, and sufficient torque is obtained despite the low rotation. To be able to. That is, in the fourth region R4, the waste gate valve 43 is closed and the electric motor 27 for the electric supercharger 26 is driven.

なお、電動過給機26による過給(電気モータ27の駆動)は、第4領域R4での定常運転時だけでなく、エンジンの運転ポイントが低負荷域から第4領域R4に移行しようとする過渡期にも実行される。すなわち、エンジンの低速域での運転中に負荷(アクセル開度に基づく要求トルク)が増大し、これに伴ってエンジンの運転ポイントが第4領域R4に向かって図7の上方に移動しているときには、第4領域R4への実際の移行に先立って、電動過給機26用の電気モータ27が駆動される。   Note that the supercharging by the electric supercharger 26 (drive of the electric motor 27) is not only during steady operation in the fourth region R4, but the engine operating point tends to shift from the low load region to the fourth region R4. It is also executed during the transition period. That is, the load (required torque based on the accelerator opening) increases during operation in the low speed region of the engine, and accordingly, the engine operating point moves upward in FIG. 7 toward the fourth region R4. Sometimes, prior to the actual transition to the fourth region R4, the electric motor 27 for the electric supercharger 26 is driven.

上記のような電動過給機26による過給が追加される点を除けば、第4領域R4での制御は、上述した第3領域R3での制御と基本的に同じである。   Except for the point that supercharging by the electric supercharger 26 is added as described above, the control in the fourth region R4 is basically the same as the control in the third region R3 described above.

(5)作用等
以上説明したように、当実施形態のターボ過給機付多気筒エンジンでは、1つの気筒(2Aまたは2D)の排気ポート5に上流端部が接続された第1、第3独立排気通路31,33と、排気順序が連続しない複数の気筒(2Bおよび2C)の各排気ポート5に上流端部が接続された第2独立排気通路32と、これら各独立排気通路31,32,33の下流端部どうしが1つに集合した排気集合部34と、独立排気通路31,32,33内を通る排気ガスの流通面積を可変的に設定する排気絞り弁40とを備えたものが、排気マニホールド30として用いられる。ターボ過給機20は、排気集合部34の下流側に設けられたタービン22と、吸気通路13に設けられ且つタービン22により駆動されるコンプレッサ23とを有しており、このターボ過給機20のインターセプト回転速度Niは、エンジンの定格回転速度Nxの1/3以上に設定されている。エンジンには、排気絞り弁40を含む各部を制御するECU50が備えられ、このECU50は、インターセプト回転速度Niよりも低速側に設定された所定の運転領域(図7の領域R3,R4)で、排気絞り弁40を閉じる独立排気絞り制御を実行するとともに、吸気弁6および排気弁7の双方が開くバルブオーバーラップ期間を拡大させる制御を実行する。このような構成によれば、エンジンの低速域から高速域までをカバーする幅広い運転領域でトルクを高めることができ、しかも燃費性能を向上させることができる。
(5) Operation, etc. As described above, in the multi-cylinder engine with a turbocharger of this embodiment, the first and third upstream ends connected to the exhaust port 5 of one cylinder (2A or 2D). Independent exhaust passages 31, 33, a second independent exhaust passage 32 having an upstream end connected to each exhaust port 5 of a plurality of cylinders (2B and 2C) in which the exhaust order is not continuous, and these independent exhaust passages 31, 32 , 33 are provided with an exhaust collecting portion 34 in which the downstream end portions gather together, and an exhaust throttle valve 40 for variably setting the exhaust gas flow area passing through the independent exhaust passages 31, 32, 33. Is used as the exhaust manifold 30. The turbocharger 20 includes a turbine 22 provided on the downstream side of the exhaust collecting portion 34 and a compressor 23 provided in the intake passage 13 and driven by the turbine 22. The intercept rotational speed Ni is set to 1/3 or more of the rated rotational speed Nx of the engine. The engine is provided with an ECU 50 that controls each part including the exhaust throttle valve 40. This ECU 50 is in a predetermined operation region (regions R3 and R4 in FIG. 7) set at a lower speed side than the intercept rotation speed Ni. Independent exhaust throttle control for closing the exhaust throttle valve 40 is executed, and control for expanding the valve overlap period in which both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened is executed. According to such a configuration, it is possible to increase the torque in a wide driving range covering from the low speed range to the high speed range of the engine, and improve the fuel efficiency.

すなわち、上記実施形態では、インターセプト回転速度Niよりも回転速度の低い運転領域(第3領域R3および第4領域R4)で、排気絞り弁40を閉じることにより各独立排気通路31,32,33内の流通面積を縮小させる独立排気絞り制御が実行されるので、排気ガスのブローダウンを利用したいわゆる動圧過給効果により、ターボ過給機20の過給能力をより高めることができる。   That is, in the above embodiment, the exhaust throttle valve 40 is closed in the operation region (the third region R3 and the fourth region R4) where the rotational speed is lower than the intercept rotational speed Ni, so that the inside of each independent exhaust passage 31, 32, 33 Since the independent exhaust throttle control for reducing the distribution area of the turbocharger 20 is executed, the supercharging capability of the turbocharger 20 can be further enhanced by the so-called dynamic pressure supercharging effect utilizing the exhaust gas blowdown.

図8は、ある特定の気筒のクランク角を横軸にとり、各気筒2A〜2Dから排出された排気ガスの圧力(排気集合部34での測定値)を縦軸にとったグラフである。このグラフにおいて、横軸のBDC,TDCは、それぞれ上記特定気筒の下死点および上死点を示しており、BDCからTDCまでの間隔はクランク角にして180°CAである。また、図示の特性線Aは、上記独立排気絞り制御を実行した場合の排気ガスの圧力を示しており、特性線Bは、上記独立排気絞り制御を実行しなかった場合の排気ガスの圧力を示している。   FIG. 8 is a graph in which the abscissa indicates the crank angle of a specific cylinder and the ordinate indicates the pressure of exhaust gas discharged from each of the cylinders 2A to 2D (measured value at the exhaust collecting portion 34). In this graph, BDC and TDC on the horizontal axis indicate the bottom dead center and top dead center of the specific cylinder, respectively, and the interval from BDC to TDC is 180 ° CA in terms of crank angle. The characteristic line A shown in the figure shows the pressure of the exhaust gas when the independent exhaust throttle control is executed, and the characteristic line B shows the pressure of the exhaust gas when the independent exhaust throttle control is not executed. Show.

当実施形態のエンジンは4気筒エンジンであり、気筒2A〜2D間の点火間隔が180°CAであるため、これに合わせて、排気弁7を開いた直後に発生する排気ガスのブローダウン(高圧・高速の排気流れ)も180°CAごとに発生する。図8のグラフによれば、ブローダウンによる排気圧力のピーク値は、独立排気絞り制御を伴う特性線Aの方が、独立排気絞り制御を伴わない特性線Bよりも高くなっている。これは、独立排気絞り制御を実行することで、各独立排気通通路31,32,33内の可変流路39が遮断されて排気ガスの流通面積が縮小し、排気ガスが短期間に集中的に流れるようになったからである。   The engine of this embodiment is a four-cylinder engine, and the ignition interval between the cylinders 2A to 2D is 180 ° CA. Accordingly, in accordance with this, blow-down (high pressure) of exhaust gas generated immediately after the exhaust valve 7 is opened.・ High-speed exhaust flow) also occurs every 180 ° CA. According to the graph of FIG. 8, the peak value of the exhaust pressure due to blowdown is higher on the characteristic line A with independent exhaust throttle control than on the characteristic line B without independent exhaust throttle control. This is because the independent exhaust throttling control is performed, whereby the variable flow passage 39 in each of the independent exhaust passages 31, 32, 33 is blocked, the exhaust gas flow area is reduced, and the exhaust gas is concentrated in a short time. This is because it began to flow through.

ここで、1回の排気行程当たりの有効な排気時間(ブローダウン期間)は、排気弁7の開弁直後に現れる排気圧力のピーク値(ブローダウンピーク)が高いほど、短くなる。一方で、動圧過給による効果は、ブローダウンピークに対して二次曲線的な特性を有することが知られている。そのため、特性線Aに示したように、独立排気絞り制御によってブローダウンピークを高めた場合には、ブローダウンピークが低い特性線Bの場合(独立排気絞り制御を実行しなかった場合)と比べて、ブローダウン期間の短縮による目減り分を差引いても、タービン22が排気ガスから受け取る平均的な駆動力(駆動力の時間平均値)が増大することになる。   Here, the effective exhaust time (blow-down period) per exhaust stroke becomes shorter as the exhaust pressure peak value (blow-down peak) appearing immediately after the exhaust valve 7 is opened is higher. On the other hand, it is known that the effect of dynamic pressure supercharging has a quadratic characteristic with respect to the blowdown peak. Therefore, as shown by the characteristic line A, when the blowdown peak is increased by the independent exhaust throttle control, compared to the characteristic line B having a low blowdown peak (when the independent exhaust throttle control is not executed). Thus, even if the reduction due to the shortening of the blowdown period is subtracted, the average driving force (time average value of the driving force) received by the turbine 22 from the exhaust gas increases.

また、独立排気絞り制御を伴う特性線Aのように、ブローダウン期間が短縮されると、ブローダウンピーク後に発生する排気圧力のボトム値がより低い値(吸気側の圧力である過給圧を大きく下回る値)まで低下する。したがって、独立排気絞り制御を実行した場合には、排気圧力のピーク値からボトム値までの落差(図8にΔHpとして示す)がより大きくなる。このことは、排気ガスがよりスムーズに排出されて気筒2A〜2D内の残留ガスが減少すること(掃気の促進)につながり、ひいてはエンジントルクの向上につながる。   Further, as shown in the characteristic line A with independent exhaust throttle control, when the blow-down period is shortened, the bottom value of the exhaust pressure generated after the blow-down peak is lower (the boost pressure that is the pressure on the intake side). The value is greatly reduced). Therefore, when the independent exhaust throttle control is executed, the drop (shown as ΔHp in FIG. 8) from the peak value to the bottom value of the exhaust pressure becomes larger. This leads to the exhaust gas being discharged more smoothly and the residual gas in the cylinders 2A to 2D being reduced (accelerating scavenging), which in turn leads to an improvement in engine torque.

加えて、上記実施形態では、独立排気絞り制御を実行する第3領域R3および第4領域R4での運転時に、図8にOLで示すバルブオーバーラップ期間が拡大され、排気上死点(排気行程と吸気行程との間の上死点;図8のTDC)の前後にかけた比較的長い期間に亘って吸気弁6および排気弁7の双方が開かれるので、いわゆるエゼクタ効果を効果的に発揮させて掃気をより促進することができる。エゼクタ効果とは、高速の噴流の周囲に発生する負圧を利用して被駆動流体を吸引する作用のことである。   In addition, in the above embodiment, during the operation in the third region R3 and the fourth region R4 that execute the independent exhaust throttle control, the valve overlap period indicated by OL in FIG. 8 is expanded, and the exhaust top dead center (exhaust stroke) is increased. Since both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are opened over a relatively long period before and after the top dead center between the intake stroke and the intake stroke (TDC in FIG. 8), the so-called ejector effect is effectively exhibited. Scavenging can be further promoted. The ejector effect is an action of sucking a driven fluid using a negative pressure generated around a high-speed jet.

すなわち、ある気筒が排気上死点(TDC)の近傍にあるとき(以下、この気筒のことを先行気筒という)、当該先行気筒の次に排気行程を迎える後続気筒からは、ブローダウンによって高速の排気ガスが噴出される(図2の矢印We0参照)。このブローダウンガスは、排気集合部34に流入したときにその周囲に強い負圧を発生させるが、この強い負圧は、排気マニホールド30を遡って上記先行気筒の排気ポート5に作用し、当該先行気筒から排気ガスを吸い出そうとする(エゼクタ効果)。しかもこのとき、先行気筒では、図9に示すように、バルブオーバーラップ期間(OL)が形成されており、吸気弁6および排気弁7の双方が開いているので、吸気ポート4から気筒内に吸入された空気がそのまま排気ポート5へと吹き抜けるような流れが生じ(図2の矢印Wi,We参照)、この吸入空気の吹き抜けによってより一層掃気が促進される。   That is, when a certain cylinder is in the vicinity of the exhaust top dead center (TDC) (hereinafter, this cylinder is referred to as a preceding cylinder), a subsequent cylinder that reaches the exhaust stroke next to the preceding cylinder has a high speed by blowdown. Exhaust gas is ejected (see arrow We0 in FIG. 2). When this blowdown gas flows into the exhaust collecting portion 34, a strong negative pressure is generated around the blowdown gas, and this strong negative pressure travels back to the exhaust manifold 30 and acts on the exhaust port 5 of the preceding cylinder. It tries to suck exhaust gas from the preceding cylinder (ejector effect). In addition, at this time, in the preceding cylinder, as shown in FIG. 9, a valve overlap period (OL) is formed, and both the intake valve 6 and the exhaust valve 7 are open, so that the intake port 4 enters the cylinder. A flow is generated in which the sucked air is blown directly into the exhaust port 5 (see arrows Wi and We in FIG. 2), and scavenging is further promoted by the blow-in of the sucked air.

また、エゼクタ効果によって上記のような吹き抜け流(吸気ポート4から排気ポート5へと吹き抜ける吸入空気の流れ)が生じると、その吹き抜け流が既燃ガス(混合気の燃焼により生成されたガス)に付加されることにより、各気筒2A〜2Dからの排気ガスの流量が増大する。タービン22の駆動力は、排気ガスの流量に比例するので、エゼクタ効果によって排気ガスの流量が増大すると、これに比例してタービン22の駆動力が増大し、ターボ過給機20の過給能力が向上する。   Further, when the above-described blow-through flow (the flow of intake air blown from the intake port 4 to the exhaust port 5) is generated by the ejector effect, the blow-through flow is converted into burned gas (gas generated by combustion of the air-fuel mixture). By adding, the flow rate of the exhaust gas from each of the cylinders 2A to 2D increases. Since the driving force of the turbine 22 is proportional to the flow rate of the exhaust gas, when the flow rate of the exhaust gas increases due to the ejector effect, the driving force of the turbine 22 increases in proportion to this and the supercharging capability of the turbocharger 20 Will improve.

さらに、エゼクタ効果が存在すると、各気筒2A〜2Dから独立排気通路31,32,33のいずれかを通って排気集合部34に流入したブローダウンガスが他の独立排気通路に回り込む(逆流する)現象が防止されるので、動圧過給効果がより促進されるという利点もある。すなわち、ブローダウンガスの回り込みが生じると、排気マニホールド30の見かけ上の容積が増大したのと同じことになるので、ブローダウンによる排気圧力のピーク値(ブローダウンピーク)が低下し、タービン22の駆動力が減少してしまう。これに対し、上記実施形態のように、独立排気絞り制御を実行しつつバルブオーバーラップ期間を拡大することにより、エゼクタ効果を充分に発揮させるようにした場合には、先行気筒からの排気ガスの吸い出しが行われる結果、上記のようなブローダウンピークの低下が防止されるので、タービン22の駆動力を充分に得ることができ、動圧過給効果をより促進することができる。   Further, when the ejector effect is present, blowdown gas that has flowed into the exhaust collecting portion 34 through any one of the independent exhaust passages 31, 32, 33 from each of the cylinders 2A to 2D flows into the other independent exhaust passage (reverses flow). Since the phenomenon is prevented, there is an advantage that the dynamic pressure supercharging effect is further promoted. That is, when the blowdown gas wraps around, the apparent volume of the exhaust manifold 30 increases, so the peak value of the exhaust pressure due to the blowdown (blowdown peak) decreases, and the turbine 22 The driving force will decrease. On the other hand, as shown in the above embodiment, when the valve overlap period is extended while executing the independent exhaust throttle control, the ejector effect from the preceding cylinder is sufficiently increased. As a result of the suction, the above-described reduction in the blowdown peak is prevented, so that the driving force of the turbine 22 can be sufficiently obtained, and the dynamic pressure supercharging effect can be further promoted.

ここで、上記実施形態では、ターボ過給機20のタービン22として比較的大型のタービンを用いることにより、インターセプト回転速度Niがエンジンの定格回転速度Nxの1/3以上となるように設定している。このため、排気ガス流量の少ない低速側の領域R3で、仮に、上記のような独立排気絞り制御(排気絞り弁40を閉じて流路39を遮断する制御)を実行しなかった場合には、タービン22を高速で回転させるための駆動力が充分に得られず、第1領域R1と第3領域R3との境界である図7のラインPのようなトルクしか得ることができない。これに対し、上記実施形態のように、独立排気絞り制御を実行しつつバルブオーバーラップ期間を拡大することにより、動圧過給効果およびエゼクタ効果を発揮させるようにした場合には、タービン22に作用する平均的な駆動力が増大するので、大型のタービン22であってもこれを充分に高速で回転させることができる。これにより、ターボ過給機20による低速域での過給能力を充分に高めることができるので、上記ラインPよりもトルクの高い上記領域R3を実現させることが可能となる。   Here, in the above embodiment, by using a relatively large turbine as the turbine 22 of the turbocharger 20, the intercept rotational speed Ni is set to be 1/3 or more of the rated rotational speed Nx of the engine. Yes. For this reason, if the above-described independent exhaust throttle control (control to close the exhaust throttle valve 40 and shut off the flow path 39) is not executed in the low speed region R3 where the exhaust gas flow rate is small, A driving force for rotating the turbine 22 at a high speed cannot be obtained sufficiently, and only a torque such as a line P in FIG. 7 which is a boundary between the first region R1 and the third region R3 can be obtained. On the other hand, when the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect are exhibited by expanding the valve overlap period while executing the independent exhaust throttle control as in the above embodiment, the turbine 22 Since the average driving force that acts is increased, even the large turbine 22 can be rotated at a sufficiently high speed. Thereby, since the supercharging capability in the low speed region by the turbocharger 20 can be sufficiently increased, the region R3 having a torque higher than that of the line P can be realized.

上記のような過給能力の向上は、コンプレッサ23の性能曲線を用いて、次のような理論で説明することもできる。図10は、コンプレッサ23の性能曲線を模式化したグラフの上に、アクセル全開時におけるコンプレッサの運転ポイントの変化(特性線C)を重ねて示したものである。本図の特性線Cのうち相対的に低流量側に位置する右上がりの立上り部に示すように、コンプレッサ23の圧力比は、本来、ある程度流量が増大しないと(つまりエンジン回転速度が上昇しないと)高くならない。特に、上記実施形態のように、タービン22として比較的大型のものを用いた場合には、この傾向は顕著になる。   The improvement of the supercharging capability as described above can be explained by the following theory using the performance curve of the compressor 23. FIG. 10 shows the change (characteristic line C) of the operating point of the compressor when the accelerator is fully opened on the graph schematically showing the performance curve of the compressor 23. As shown in the rising portion of the characteristic curve C in the figure, which is located on the relatively low flow rate side, the pressure ratio of the compressor 23 does not naturally increase unless the flow rate increases to some extent (that is, the engine speed does not increase). And not) In particular, when a relatively large turbine 22 is used as in the above embodiment, this tendency becomes significant.

しかしながら、上記実施形態では、動圧過給効果およびエゼクタ効果によって掃気を促進し、吸気ポート4から排気ポート5へと吹き抜ける吸入空気の流れをつくり出しているので、この吸入空気の吹き抜け分(言い換えれば気筒外に捨てる分)を差し引くと、コンプレッサ23の運転ポイントは、より流量の低い図10の左側に移動することになる。例えば、特性線Cの立上り部に設定したポイントC1を始点にすると、このポイントC1は、上記吸入空気の吹き抜け分を差し引くことで、相対的に左側のポイントC2に移動する。このポイントC2への移動は、流量が少なくても大きい圧力比を稼げることを意味するから、あたかもタービン22およびコンプレッサ23を小型化したのと同じ効果を生む。しかも、ポイントC1からC2への移動分の流量、つまり吸気ポート4から排気ポート5へと吹き抜けさせた吸入空気の流量は、タービン22の駆動力を増大させるので、コンプレッサ23は無駄な仕事をしているわけではない。このように、動圧過給効果およびエゼクタ効果を利用した上記実施形態の構成によれば、大型のタービン22を用いているにもかかわらず、低速域でのコンプレッサ23の運転ポイントを図10の左側に移動させることができ、低速域での圧力比(過給圧)を効果的に向上させることができる。   However, in the above embodiment, scavenging is promoted by the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect, and a flow of intake air that blows from the intake port 4 to the exhaust port 5 is created. When the amount to be discarded outside the cylinder) is subtracted, the operating point of the compressor 23 moves to the left side of FIG. 10 where the flow rate is lower. For example, when the point C1 set at the rising portion of the characteristic line C is set as the starting point, the point C1 moves to the point C2 on the left side relatively by subtracting the amount of the blown-in air. Since the movement to the point C2 means that a large pressure ratio can be achieved even if the flow rate is small, the same effect as if the turbine 22 and the compressor 23 are downsized is produced. In addition, the flow rate of the movement from point C1 to C2, that is, the flow rate of the intake air blown through from the intake port 4 to the exhaust port 5, increases the driving force of the turbine 22, so that the compressor 23 performs useless work. I don't mean. Thus, according to the configuration of the above-described embodiment using the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect, the operating point of the compressor 23 in the low speed region is shown in FIG. The pressure ratio (supercharging pressure) in the low speed region can be effectively improved.

以上のように、上記実施形態では、インターセプト回転速度Niよりも回転速度の低い所定の運転領域(第3領域R3および第4領域R4)で、排気絞り弁40を閉じる独立排気絞り制御とバルブオーバーラップ期間の拡大制御とが合わせて実行されるため、動圧過給効果およびエゼクタ効果を発揮させてターボ過給機20の過給能力を充分に高めることができ、低速域でのエンジントルクを効果的に向上させることができる。   As described above, in the above embodiment, independent exhaust throttle control and valve over which close the exhaust throttle valve 40 in a predetermined operation region (third region R3 and fourth region R4) whose rotational speed is lower than the intercept rotational speed Ni. Since the lap period expansion control is executed together, the turbocharger 20 can sufficiently increase the supercharging capability by exerting the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect, and the engine torque in the low speed range can be increased. It can be improved effectively.

一方、インターセプト回転速度Niよりも高速側では、排気ガスの流量が多くなるので、上記のような独立排気絞り制御等を実行しなくても、タービン22には大きな駆動力を作用させることができ、ターボ過給機20の過給能力を充分に高めることができる。しかも、上記実施形態では、インターセプト回転速度Niがエンジンの定格回転速度Nxの1/3以上に設定されている(つまりタービン22が大型である)ので、エンジンの高速域での過給能力が本来的に高く、過給圧のピーク値を充分に高い値に設定することができる。このことは、高速域での頭打ち感(加速の伸びが鈍ること)のない商品性に優れたエンジンが実現されることを意味する。   On the other hand, since the exhaust gas flow rate is higher on the higher speed side than the intercept rotation speed Ni, a large driving force can be applied to the turbine 22 without performing the above-described independent exhaust throttle control or the like. In addition, the supercharging capability of the turbocharger 20 can be sufficiently increased. Moreover, in the above embodiment, since the intercept rotational speed Ni is set to 1/3 or more of the rated rotational speed Nx of the engine (that is, the turbine 22 is large), the supercharging capability in the high speed region of the engine is inherently high. The peak value of the supercharging pressure can be set to a sufficiently high value. This means that an engine with excellent merchantability that does not have a peaking feeling in the high speed range (slow acceleration growth) is realized.

さらに、タービン22が大型であれば、排気ガス流量の多いエンジンの高速域において、排気ガスの流通抵抗がそもそも増大しにくい。その上で、上記実施形態では、インターセプト回転速度Niよりも高速側の領域で、上記独立排気絞り制御の停止によって独立排気通路31,32,33内の流通面積が拡大されるので、ポンピングロスを大幅に低減させることができ、エンジン高速域での燃費性能を効果的に向上させることができる。   Furthermore, if the turbine 22 is large, the exhaust gas flow resistance is unlikely to increase in the high speed range of an engine having a large exhaust gas flow rate. In addition, in the above embodiment, the flow area in the independent exhaust passages 31, 32, 33 is expanded by stopping the independent exhaust throttle control in a region higher than the intercept rotation speed Ni, so that the pumping loss is reduced. This can greatly reduce the fuel efficiency in the engine high speed range.

以上のように、上記実施形態のエンジンによれば、比較的大型のタービン22を用いてエンジン高速域でのトルクおよび燃費を改善しながら、エンジンの低速域においては独立排気絞り制御等を実行することにより、動圧過給効果およびエゼクタ効果よるトルクの向上を図ることができる。これにより、エンジンの低速域から高速域までをカバーする幅広い運転領域で高いトルクを発生させることができ、しかも燃費性能を向上させることができる。   As described above, according to the engine of the above-described embodiment, the independent exhaust throttle control or the like is executed in the low speed region of the engine while using the relatively large turbine 22 to improve the torque and fuel consumption in the high speed region of the engine. As a result, the torque can be improved by the dynamic pressure supercharging effect and the ejector effect. As a result, high torque can be generated in a wide driving range covering the low speed range to the high speed range of the engine, and the fuel efficiency can be improved.

また、上記実施形態では、排気順序が連続しない2つの気筒(2番気筒2Bおよび3番気筒2C)の排気ポート5に、上流側が二股状に分岐した第2独立排気通路32を接続し、他の気筒(1番気筒2Aまたは4番気筒2D)の排気ポート5に単管状の第1、第3独立排気通路31,33を接続することにより、4つの気筒2A〜2Dに対し3つの独立排気通路31,32,33を用意するとともに、これら各独立排気通路31,32,33の容積を互いに同一に設定した。このような独立排気通路31,32,33を含む排気マニホールド30のレイアウトによれば、上述した動圧過給効果およびエゼクタ効果が気筒間でばらつくのを効果的に防止でき、各気筒2A〜2Dでのトルクの向上代を均等に揃えることができる。   Further, in the above-described embodiment, the second independent exhaust passage 32 having a bifurcated upstream side is connected to the exhaust port 5 of two cylinders (second cylinder 2B and third cylinder 2C) whose exhaust order is not continuous. By connecting single tubular first and third independent exhaust passages 31 and 33 to the exhaust port 5 of the first cylinder 2A or the fourth cylinder 2D, three independent exhausts are provided for the four cylinders 2A to 2D. The passages 31, 32, and 33 were prepared, and the volumes of the independent exhaust passages 31, 32, and 33 were set to be the same. According to the layout of the exhaust manifold 30 including such independent exhaust passages 31, 32, 33, the above-described dynamic pressure supercharging effect and ejector effect can be effectively prevented from varying among the cylinders, and each cylinder 2A to 2D can be prevented. The torque improvement allowance can be evenly aligned.

もちろん、独立排気通路の容積を揃えることは、上記のようなレイアウトでなくても実現可能である。例えば、各気筒2A〜2Dの排気ポート5にそれぞれ単管状の(合計4本の)独立排気通路を接続し、その容積を全て同一にすることも当然に考えられる。しかしながら、このようにした場合には、気筒列方向中央側の2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに接続される独立排気通路(その外側の気筒2A,2D用の独立排気通路よりも小容積になり易い)を不自然に迂回させる等のレイアウトが必要となる。このことは、排気抵抗の増大を招く上に、排気マニホールドのコンパクト化を阻害するので、好ましくない。   Of course, it is possible to make the volumes of the independent exhaust passages uniform without using the layout as described above. For example, it is naturally possible to connect single tubular (total of four) independent exhaust passages to the exhaust ports 5 of the cylinders 2A to 2D, and to make the volumes all the same. However, in this case, the independent exhaust passage connected to the second cylinder 2B and the third cylinder 2C on the center side in the cylinder row direction (with a smaller volume than the independent exhaust passage for the cylinders 2A and 2D outside thereof) A layout that makes it unnaturally circumvents) is necessary. This is not preferable because it causes an increase in exhaust resistance and hinders downsizing of the exhaust manifold.

これに対し、上記実施形態に示したような排気マニホールド30のレイアウトを採用した場合(つまり2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに対し共用の独立排気通路32を設けた場合)には、上述したような問題が生じないので、排気マニホールド30を効果的にコンパクト化しつつ、各独立排気通路31,32,33の容積を容易に揃えることができる。   On the other hand, when the layout of the exhaust manifold 30 as shown in the above embodiment is adopted (that is, when the common independent exhaust passage 32 is provided for the second cylinder 2B and the third cylinder 2C), the above-mentioned is described. Since such a problem does not occur, the volumes of the independent exhaust passages 31, 32, and 33 can be easily made uniform while the exhaust manifold 30 is effectively made compact.

また、上記実施形態では、各独立排気通路31,32,33の下流部が、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁37によって常用流路38と可変流路39とに区分されており、排気絞り弁40は、上記2つの流路38,39のうちの一方(可変流路39)を開閉可能に遮断するように設けられている。このような構成によれば、隔壁37で区画された2つの流路38,39のうちの一方を排気絞り弁40によって遮断または開放するという簡単な構成で、独立排気通路31,32,33内の流通面積を変化させることができ、上記独立排気絞り制御の実行と停止とを迅速かつ確実に切り替えることができる。   Moreover, in the said embodiment, the downstream part of each independent exhaust passage 31,32,33 is divided into the regular flow path 38 and the variable flow path 39 by the partition 37 extended along the flow direction of exhaust gas, and exhaust gas The throttle valve 40 is provided so as to block one of the two flow paths 38 and 39 (the variable flow path 39) so that it can be opened and closed. According to such a configuration, one of the two flow paths 38 and 39 partitioned by the partition wall 37 is blocked or opened by the exhaust throttle valve 40, and the inside of the independent exhaust passages 31, 32, and 33 The distribution area can be changed, and the execution and stop of the independent exhaust throttle control can be switched quickly and reliably.

また、上記実施形態では、最も低速かつ高負荷側の領域に設定された特定の運転領域、つまり図7に示した第4領域R4で、電気モータ27を作動させて電動過給機26による過給を行うようにしたため、ターボ過給機20の過給能力が発揮されにくい極低速域でのトルクを確実に高めることができる。   Further, in the above embodiment, the electric motor 27 is operated in the specific operation region set in the region of the slowest speed and the high load side, that is, the fourth region R4 shown in FIG. Since the charging is performed, it is possible to reliably increase the torque in the extremely low speed region in which the supercharging capability of the turbocharger 20 is difficult to be exhibited.

ところで、上記実施形態では、独立排気絞り制御等の実行によって低速域でのトルクが補強されるので、電動過給機26によるトルクの向上代はそれほど大きくなくてもよい。このため、電動過給機26として高性能の過給機を使用する必要がなく、電動過給機26の追加によるコストアップや重量の増加を最小限に抑えることができる。   By the way, in the said embodiment, since the torque in a low speed region is reinforced by execution of independent exhaust throttle control etc., the improvement margin of the torque by the electric supercharger 26 does not need to be so large. For this reason, it is not necessary to use a high-performance supercharger as the electric supercharger 26, and an increase in cost and weight due to the addition of the electric supercharger 26 can be minimized.

なお、上記実施形態では、第1〜第3独立排気通路31,32,33とタービンハウジング21との間に別体の排気集合部34を設けたが、別体の排気集合部34を省略して、各独立排気通路31,32,33の下流端部をタービンハウジング21に直接接続するようにしてもよい。この場合は、タービンハウジング21の上流部(タービン22よりも上流側に位置する部分)が、排気集合部として機能することになる。   In the above embodiment, the separate exhaust collecting portion 34 is provided between the first to third independent exhaust passages 31, 32, 33 and the turbine housing 21, but the separate exhaust collecting portion 34 is omitted. Thus, the downstream end of each independent exhaust passage 31, 32, 33 may be directly connected to the turbine housing 21. In this case, the upstream portion of the turbine housing 21 (the portion located upstream of the turbine 22) functions as an exhaust collecting portion.

また、上記実施形態では、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cに二股状に分岐した第2独立排気通路32を接続し、1番気筒2Aまたは4番気筒2Dに単管状の第1、第3独立排気通路31,33を接続したが、既に述べたとおり、全ての気筒2A〜2Dに対し、第1、第3独立排気通路31,33と同様の単管状の通路を接続してもよい。   In the above-described embodiment, the second independent exhaust passage 32 branched in a bifurcated manner is connected to the second cylinder 2B and the third cylinder 2C, and the first and third single tubes are connected to the first cylinder 2A or the fourth cylinder 2D. Although the independent exhaust passages 31 and 33 are connected, as described above, a single tubular passage similar to the first and third independent exhaust passages 31 and 33 may be connected to all the cylinders 2A to 2D.

また、上記実施形態では、吸気弁6および排気弁7用の各動弁機構に、バルブ開閉タイミングを変更するためのVVT16(バルブ可変機構)をそれぞれ設けたが、バルブオーバーラップ期間を運転条件に応じて変更できればよく、吸気弁6および排気弁7のいずれか一方の動弁機構にのみVVT16を設けてもよい。   In the above embodiment, each valve mechanism for the intake valve 6 and the exhaust valve 7 is provided with a VVT 16 (valve variable mechanism) for changing the valve opening / closing timing. However, the valve overlap period is used as an operating condition. The VVT 16 may be provided only in either one of the intake valve 6 and the exhaust valve 7.

2A〜2D 気筒
4 排気ポート
5 吸気弁
6 排気弁
9 VVT(バルブ可変機構)
13 吸気通路
20 ターボ過給機
22 タービン
23 コンプレッサ
26 電動過給機
27 電気モータ
31 第1独立排気通路
32 第2独立排気通路
33 第3独立排気通路
34 排気集合部
37 隔壁
38 常用流路(流路)
39 可変流路(流路)
40 排気絞り弁
50 ECU(制御手段)
Ni インターセプト回転速度
Nx (エンジンの)定格回転速度
2A to 2D Cylinder 4 Exhaust port 5 Intake valve 6 Exhaust valve 9 VVT (Valve variable mechanism)
13 Intake Passage 20 Turbocharger 22 Turbine 23 Compressor 26 Electric Supercharger 27 Electric Motor 31 First Independent Exhaust Passage 32 Second Independent Exhaust Passage 33 Third Independent Exhaust Passage 34 Exhaust Collecting Section 37 Bulkhead 38 Regular Use Flow (Flow Road)
39 Variable flow path (flow path)
40 Exhaust throttle valve 50 ECU (control means)
Ni intercept speed Nx (engine) rated speed

Claims (4)

複数の気筒と、各気筒から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機とを備えたターボ過給機付多気筒エンジンであって、
1つの気筒もしくは排気順序が連続しない複数の気筒の各排気ポートに上流端部が接続された複数の独立排気通路と、各独立排気通路の下流端部どうしが1つに集合した排気集合部と、上記独立排気通路内を通る排気ガスの流通面積を可変的に設定する排気絞り弁と、排気絞り弁の開閉動作を制御する制御手段とを備え、
上記ターボ過給機は、上記排気集合部の下流側に設けられたタービンと、エンジンの吸気通路に設けられ且つ上記タービンにより駆動されるコンプレッサとを有し、
エンジン全負荷で上記コンプレッサの過給圧が予め定められた上限値に達するときのエンジン回転速度をインターセプト回転速度としたとき、このインターセプト回転速度がエンジンの定格回転速度の1/3以上になるように上記ターボ過給機の緒元が設定されており、
上記制御手段は、上記インターセプト回転速度よりも低速側に設定された所定の運転領域で、上記排気絞り弁を閉じる独立排気絞り制御を実行する、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
A multi-cylinder engine with a turbocharger comprising a plurality of cylinders and a turbocharger driven by the energy of exhaust gas discharged from each cylinder,
A plurality of independent exhaust passages whose upstream ends are connected to exhaust ports of one cylinder or a plurality of cylinders whose exhaust order is not continuous; and an exhaust collecting portion in which the downstream ends of each independent exhaust passage are gathered together. An exhaust throttle valve that variably sets the flow area of the exhaust gas passing through the independent exhaust passage, and control means for controlling the opening / closing operation of the exhaust throttle valve,
The turbocharger has a turbine provided on the downstream side of the exhaust collecting portion, and a compressor provided in an intake passage of an engine and driven by the turbine,
When the engine rotation speed when the supercharging pressure of the compressor reaches a predetermined upper limit value at the full load of the engine is defined as the intercept rotation speed, the intercept rotation speed is 1/3 or more of the rated rotation speed of the engine. The specifications of the turbocharger are set in
The turbocharger-equipped multi-cylinder engine characterized in that the control means executes independent exhaust throttle control for closing the exhaust throttle valve in a predetermined operation region set at a lower speed side than the intercept rotation speed. .
請求項1記載のターボ過給機付多気筒エンジンにおいて、
上記各独立排気通路における少なくとも下流部が、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁によって2つの流路に区分されており、
上記排気絞り弁は、上記2つの流路のうちの一方を開閉可能に遮断するように設けられている、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine with a turbocharger according to claim 1,
At least the downstream part in each of the independent exhaust passages is divided into two flow paths by a partition extending along the flow direction of the exhaust gas,
The multi-cylinder engine with a turbocharger, wherein the exhaust throttle valve is provided so as to shut off one of the two flow paths so as to be openable and closable.
請求項1または2記載のターボ過給機付多気筒エンジンにおいて、
各気筒の吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを変更可能なバルブ可変機構をさらに備え、
上記制御手段は、少なくとも上記独立排気絞り制御を実行する運転領域において、吸気弁および排気弁の双方が開くバルブオーバーラップ期間が所定量以上確保されるように上記バルブ可変機構を制御する、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine with a turbocharger according to claim 1 or 2,
A valve variable mechanism capable of changing the opening / closing timing of at least one of the intake valve and the exhaust valve of each cylinder;
The control means controls the variable valve mechanism so that a valve overlap period during which both the intake valve and the exhaust valve are open is secured a predetermined amount or more at least in an operation region where the independent exhaust throttle control is executed. Features a multi-cylinder engine with turbocharger.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のターボ過給機付多気筒エンジンにおいて、
電気モータの駆動力によって吸入空気を加圧する電動過給機をさらに備え、
上記制御手段は、最も低速かつ高負荷側の領域に設定された特定の運転領域で、上記電動過給機を作動させる、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
The multi-cylinder engine with a turbocharger according to any one of claims 1 to 3,
An electric supercharger that pressurizes intake air by the driving force of the electric motor;
The turbocharger-equipped multi-cylinder engine characterized in that the control means operates the electric supercharger in a specific operation region set in the region of the slowest and high load side.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017020362A (en) * 2015-07-07 2017-01-26 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3341087B2 (en) * 1993-03-02 2002-11-05 マツダ株式会社 Exhaust recirculation system for turbocharged engines
JP2006328980A (en) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp Ignition control device of internal combustion engine with exhaust turbo supercharger
JP2007170220A (en) * 2005-12-20 2007-07-05 Mazda Motor Corp Turbocharged engine
JP2009097335A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Mazda Motor Corp Supercharging device of engine
JP2009097336A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Mazda Motor Corp Supercharging device for in-line four cylinder engine
JP2009114991A (en) * 2007-11-07 2009-05-28 Mazda Motor Corp Supercharging device for engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3341087B2 (en) * 1993-03-02 2002-11-05 マツダ株式会社 Exhaust recirculation system for turbocharged engines
JP2006328980A (en) * 2005-05-23 2006-12-07 Toyota Motor Corp Ignition control device of internal combustion engine with exhaust turbo supercharger
JP2007170220A (en) * 2005-12-20 2007-07-05 Mazda Motor Corp Turbocharged engine
JP2009097335A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Mazda Motor Corp Supercharging device of engine
JP2009097336A (en) * 2007-10-12 2009-05-07 Mazda Motor Corp Supercharging device for in-line four cylinder engine
JP2009114991A (en) * 2007-11-07 2009-05-28 Mazda Motor Corp Supercharging device for engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017020362A (en) * 2015-07-07 2017-01-26 トヨタ自動車株式会社 Control device for internal combustion engine

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