JP4375089B2 - ターボ式過給機付き多気筒エンジン - Google Patents

Description

本発明は、ターボ式過給機付きのエンジンに関し、特に、当該エンジンにおける排気浄化技術に属す。

従来、ターボ式過給機を備えたエンジンは知られており、これにより、排気ガスを利用して吸気を過給させ、こうした過給吸気をエンジンの気筒に供給することで、吸気充填量を増大させてエンジン出力を高出力化することが、一般的に行なわれている。

また、例えば、下記の特許文献１のように、ターボ式過給機を備えたエンジンにおいて、エンジンの全気筒の内、一部の気筒である一方側気筒の排気弁に接続されるとともに、ターボ式過給機の排気タービンを設置した過給排気通路（上述の特許文献１の「駆動通路」に相当）と、残りの気筒である他方側気筒の排気弁に接続されるとともに、ターボ式過給機の排気タービンを設置しない非過給排気通路（上述の特許文献１の「放出通路」に相当）とを備えたエンジンは公知である。
特開平５−１４１２５５号公報

ところで、上述のようなターボ式過給機付きエンジンにおいては、こうしたエンジンの空燃比を理論空燃比近傍よりもリーンにすることにより、燃料噴射量を低減させながらエンジンの高出力化を図ることができ、よって、燃費を格段に向上することが可能となる。しかしながら、空燃比を理論空燃比近傍よりリーンに設定すると、排気ガス中の窒素酸化物量が増大しエミッション上好ましくない。

一方、エンジンから排出される排気ガス中に含有される窒素酸化物を浄化するものとして、所謂、ＮＯx吸収材から成るＮＯx浄化手段を排気通路に設置し、これに対応した空燃比制御を行なうことが知られている。このような排気浄化装置によれば、エンジンが通常の運転状態にある時には、燃費向上を図るために空燃比を理論空燃比近傍よりもリーン（Ａ／Ｆを１４．７近傍よりも大きくする）とし、この時、多量に発生する窒素酸化物をＮＯx浄化手段に吸収させるとともに、その後、空燃比を一時的に理論空燃比近傍（Ａ／Ｆを１４．７近傍）若しくはこれよりリッチ（Ａ／Ｆを１４．７近傍以下で、且つ略１２以上にする）にして、吸収した窒素酸化物を放出させて浄化する。これにより窒素酸化物の大気放出を大幅に抑制することができる。

そこで、ターボ式過給機付きエンジンにおいて、こうしたＮＯx浄化手段を利用した排気浄化装置を採用することにより、大気放出される窒素酸化物を低減しつつ、エンジンの高出力化を図ることが考えられる。

しかながら、ターボ式過給機付きエンジンにおいて、ＮＯx浄化手段による排気浄化装置を適用しようとすると、次のような問題があることが判明した。

つまり、通常の運転によりＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出し浄化するためには、上述のように空燃比を一時的に理論空燃比近傍かこれよりリッチにする必要があるが、ターボ式過給機付きエンジンについて、このような空燃比のリッチ化への制御を行なうと、空燃比のリッチ化により急激な排気ガス温度上昇を招き、これによる排気ガス量の増大に起因して、ターボ式過給機による過給動作が過剰におこなわれてしまうのである。このような過剰な過給動作により、主として大きなトルクショックが発生するといった問題が生じる。このようなトルクショックに対して、例えば、点火時期を遅角してトルクダウンを図ることも考えられるが、このような点火時期の遅角化によっても排気ガス温度上昇は上昇するため、更なるトルクショックを引き起こすことになり、何ら有効な解決策とはならない。

本発明は、以上のような課題に勘案してなされたもので、その目的は、ターボ式過給機付き多気筒エンジンにおいて、全気筒の内、ターボ式過給機を設置する過給排気通路に接続された少なくとも一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに設定することで、エンジンの高出力化を図りつつ、燃費を向上させるとともに、こうした空燃比のリーン化により発生する窒素酸化物の大気放出を、ターボ式過給機の過過給によるトルクショックを生じさせることなく抑制することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、エンジンの複数の気筒と、全気筒の内、一部の一方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該気筒から排出される排気ガスを流通させることによりエンジンに供給される吸気を過給可能なターボ式過給機を設置させた過給排気通路と、全気筒の内、残りの他方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該ターボ式過給機を設置させない非過給排気通路とを備えたターボ式過給機付き多気筒エンジンにおいて、上記過給排気通路を通過する排気ガスと上記非過給排気通路を通過する排気ガスとを合流させる共通排気通路と、該共通排気通路に設置され、該共通排気通路内を流通する排気ガスの酸素濃度が大きいときに、この排気ガス中に含有される窒素酸化物を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下するに連れて吸収した窒素酸化物を放出し浄化するＮＯx浄化手段と、少なくとも上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに制御するとともに、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させるため、上記他方側気筒の空燃比のみを、一時的に理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに制御する空燃比制御手段とを備えた構成を前提とする。

このような構成により、全気筒の内、ターボ式過給機が設置された過給排気通路に接続された少なくとも一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに設定することで、エンジンの高出力化を図りつつ、燃費を向上させることができる。

また、こうした一方側気筒の空燃比のリーン化により多量に排出される窒素酸化物をＮＯx浄化手段に吸収させることで、空燃比がリーンな状態における窒素酸化物の大気放出を低減するとともに、ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物は、他方側気筒の空燃比を、一時的に理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチにすることで放出されて浄化されるため、窒素酸化物の大気放出を確実に低減できる。

更に、こうしたＮＯx浄化手段に対する窒素酸化物の放出及び浄化時においては、非過給排気通路に接続されている他方側気筒の空燃比は理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチに設定されるが、一方で、この時、ターボ式過給機が設置された過給排気通路に接続される一方側気筒の空燃比は、理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチには設定されない。従って、一方側気筒の空燃比のリッチ化によってターボ過給機が過剰に過給動作することを防止でき、トルクショック低減が可能となる。

そうして、請求項１記載の発明は、上記前提となる構成において、上記空燃比制御手段が、エンジン回転数が所定回転数以上の高速運転時において、上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに設定し、上記他方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに設定することを特徴とする。

このような構成により、他方側気筒の空燃比を、排気浄化手段が熱劣化し易くなる高速運転時に、理論空燃比近傍よりもリーンにすることで、他方側気筒から比較的低温の排気ガスが排出されて、排気浄化手段の昇温による熱劣化を防止できる。

一方、高速運転時は出力が要求される状態であるが、この時、一方側気筒の空燃比は、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチにすることで、出力不足を抑制できる。また、その際、一方側気筒は、ターボ式過給機が設置された過給排気通路と接続されているため、一方側気筒の空燃比のこのようなリッチ化により排出される高温の排気ガスは、ターボ過給機のタービン駆動により排気ガスのエネルギーが消費されて低下する。つまり、一方側気筒によって、高速運転時における排気浄化手段の熱劣化を防止しつつ、エンジン出力の高出力化が可能となる。

請求項２記載の発明は、上記前提となる構成において、上記空燃比制御手段が、エンジン回転数が所定回転数以下で且つエンジン負荷が所定負荷以下の低回転低負荷運転時において、上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチとするとともに、この低回転低負荷運転時においては、上記他方側気筒の燃焼運転を中止する気筒運転中止手段を備えたことをしたことを特徴とする。

このような構成により、低回転低負荷運転時においては、他方側気筒の燃焼運転を中止することで、燃費を向上できる。更に、この時、ターボ式過給機に接続される一方側気筒の空燃比を理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチにすることで、ターボ式過給機を予め過給する（予過給）ことができ、よって、低回転低負荷運転状態から加速運転に移行した場合のターボ式過給機の作動応答性を向上して、燃費向上を図りつつ高い加速性を確保できる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２において、上記空燃比制御手段は、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させない時には、上記他方側気筒の空燃比を理論空燃比近傍に設定するとともに、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させる時には、該他方側気筒へ供給される吸気量を減少させることにより、該他方側気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチにすることを特徴とする。

このような構成により、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させる時には、他方側気筒の空燃比は理論空燃比近傍から理論空燃比近傍よりもリッチに変更するため、空燃比を、理論空燃比近傍よりリーンから理論空燃比近傍よりもリッチに変更する場合に比べて、トルクショックの発生を防止できる。

また、この時の空燃比制御は、他方側気筒に供給される吸気量を低減して行なうため、吸気充填量を減少させながら、空燃比をリッチ化することにより、トルク急変も抑制できる。

請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２において、上記空燃比制御手段は、エンジン負荷が全負荷状態近傍にある時は、全気筒において空燃比を理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに設定することを特徴とする。

このような構成により、高出力が要求される全負荷状態近傍にある時は、確実にエンジン出力を増大できる。

以上のように、本発明に係る発明においては、全気筒の内、ターボ式過給機が設置された過給排気通路に接続される少なくとも一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに設定することで、エンジンの高出力化を図りつつ、燃費を向上させることができる。

また、こうした一方側気筒の空燃比のリーン化により多量に排出される窒素酸化物をＮＯx浄化手段に吸収させることで、空燃比がリーンな状態における窒素酸化物の大気放出を低減するとともに、ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物は、他方側気筒の空燃比を、一時的に理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチにすることで放出されて浄化されるため、窒素酸化物の大気放出を確実に低減できる。

更に、こうしたＮＯx浄化手段に対する窒素酸化物の放出及び浄化時においては、非過給排気通路に接続されている他方側気筒の空燃比は理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチに設定されるが、一方で、この時、ターボ式過給機が設置された過給排気通路に接続される一方側気筒の空燃比は、理論空燃比近傍若しくはこれよりリッチには設定されない。従って、一方側気筒の空燃比のリッチ化によってターボ式過給機が過剰に過給動作することを防止でき、トルクショック低減が可能となる。

そうして、上記空燃比制御手段が、エンジン回転数が所定回転数以上の高速運転時において、上記一方側気筒の空燃比を理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに設定し、上記他方側気筒の空燃比を理論空燃比近傍よりもリーンに設定する発明によれば、排気浄化手段が熱劣化し易くなる高速運転時に、他方側気筒から比較的低温の排気ガスが排出されて、排気浄化手段の昇温による熱劣化を防止でき、しかも一方側気筒の空燃比の上記リッチ化により出力不足を抑制できる。また、一方側気筒の空燃比のリッチ化により排出される高温の排気ガスは、ターボ過給機のタービン駆動によりエネルギーが消費されて温度が低下するから、高速運転時における排気浄化手段の熱劣化を防止しつつ、エンジンの高出力化が可能となる。

また、上記空燃比制御手段が、エンジン回転数が所定回転数以下で且つエンジン負荷が所定負荷以下の低回転低負荷運転時において、上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチとするとともに、この低回転低負荷運転時においては、上記他方側気筒の燃焼運転を中止する気筒運転中止手段を備えた発明によれば、低回転低負荷運転時においては、燃費を向上でき、更に、低回転低負荷運転状態から加速運転に移行した場合のターボ式過給機の作動応答性を向上して、燃費向上を図りつつ高い加速性を確保できる。

以下、本発明に係る実施形態を、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態に係る４サイクルの過給機付き多気筒エンジン１の全体を模式的に示す図である。

車両に搭載されるエンジン本体２には、図面の右から、Ｎｏ．（ナンバー）１気筒３ａ、Ｎｏ．２気筒３ｂ、Ｎｏ．３気筒３ｃ、Ｎｏ．４気筒３ｄの４つの気筒３が形成されており、エンジン１の運転中は、各気筒とも独立して、Ｎｏ．１気筒３ａ、Ｎｏ．３気筒３ｃ、Ｎｏ．４気筒３ｄ、Ｎｏ．２気筒３ｂ、Ｎｏ．１気筒３ａの順で、順次着火、燃焼が繰り返される。

各気筒３,・・・,３の気筒は、それぞれ同様な構成をしており、特にＮｏ．４気筒３ｄについて説明すると、各気筒３には図示しない往復動可能なピストンが設置されて、このピストンの頂部と気筒内壁面とにより燃焼室４が形成されている。燃焼室４において、ピストン頂部と対面する内壁面には、２つの吸気弁開口と、２つの排気弁開口とが形成されており、これら２つの吸気弁開口を開閉させる２つの吸気弁５と、２つの排気弁開口を開閉させる２つの排気弁６とが設けられている。尚、以下、エンジン１において、燃焼室４の中心に対してピストン頂部側を指向する方向を、エンジン１の下側と称し、その反対側で吸気弁５や排気弁６側を指向する方向を、エンジンの上側と称すこととする。

これら２つの吸気弁５は、全気筒共通の吸気カム軸７ａによって開閉駆動されるとともに、吸気バルブタイミング機構７によって、その開弁時期と閉弁時期との間の開弁期間の位相を、全体的に進角や遅角することで調整可能となっている。一方、２つの排気弁６は、全気筒共通の排気カム軸８ａによって開閉駆動されるとともに、排気バルブタイミング機構８によって、その開弁時期と閉弁時期との間の開弁期間の位相を、全体的に進角や遅角することで調整可能となっている。尚、本発明においては、吸気バルブタイミング機構７及び排気バルブタイミング機構８に関して、このように開弁期間の位相を調整するタイプに限らず、開弁期間の長さを変更したり、開弁期間中の吸気弁５あるいは排気弁６の開弁リフト量を変更可能なタイプのものであっても構わない。

また、燃焼室４において、ピストン頂部の対面する面の略中央には、燃焼室４内に吸入された混合気を着火する点火プラグ９が設置されている。

全気筒のピストンの往復動の運動により、各ピストンと連結されたクランク軸１０は回転されて、この時の回転トルクは、クランク軸１０と連結したドライブプレート１１を介して、図示しない動力伝達機構から車輪に伝達され、これにより車両は走行可能となる。

全燃焼室４には吸気が供給されており、そのために、大気からエアフィルタ（図示せず）を介して吸入された吸気の吸気量を測定するエアフローセンサ１２と、ターボ式の過給機１３のコンプレッサ１４と、過給機１３により過給された吸気を空気により冷却するインタークーラー１５とから成る共通吸気通路１６が設けられている。

共通吸気通路１６の下流側は、２つに分岐して第1分岐吸気通路１７，第２分岐吸気通路１８が形成されており、第１分岐吸気通路１７には、上流側から、電動式で開度を調整可能な第１スロットル弁１９と、第１サージタンク２０とが設けられており、更に第１サージタンク２０から分岐して、Ｎｏ．２気筒３ｂに吸気を供給するＮｏ．２独立吸気通路２１と、Ｎｏ．３気筒３ｃに吸気を供給するＮｏ．３独立吸気通路２２とが設けられている。

同様にして、第２分岐吸気通路１８には、上流側から、電動式で開度を調整可能な第２スロットル弁２５と、第２サージタンク２６とが設けられており、更に第２サージタンク２６から分岐して、Ｎｏ．１気筒３ａに吸気を供給するＮｏ．１独立吸気通路２７と、Ｎｏ．４気筒３ｄに吸気を供給するＮｏ．４独立吸気通路２８とが設けられている。

このような構成により、着火及び燃焼が連続する気筒同士は、それぞれ第１分岐吸気通路１７か第２分岐吸気通路１８の内、一方の分岐吸気通路により吸気供給されており、換言すれば、着火及び燃焼が連続しない気筒同士（例えば、Ｎｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｃの組（群）と、Ｎｏ．２気筒３ｂとンバー３気筒３ｃの組（群））は、第１分岐吸気通路１７か第２分岐吸気通路１８の内、同じ分岐吸気通路から吸気供給されるよう構成される。

以上の４つの独立吸気通路２１，２２，２７，２８には、それぞれ燃料噴射弁２９（図では、Ｎｏ．４独立吸気通路２８に設けられた燃料噴射弁２９のみに参照番号を付す。）が設けられている。

（排気系の構造について）
次に排気系について説明すると、Ｎｏ．２気筒３ｂに接続された独立排気通路３０（特許請求の範囲に記載の「過給排気通路」に相当）と、Ｎｏ．３気筒３ｃに接続された独立排気通路３１（特許請求の範囲に記載の「過給排気通路」に相当）とは、それぞれ過給機１３の排気タービン３２に排気ガスを供給している。

図２にて概略的に示すように、この過給機１３は、所謂、ツインスクロールターボ式過給機と称されるもので、２つの排気通路３０，３１から導入される排気ガスに対して、区画された２つの部屋３３、３４が形成されており、それぞれの部屋３３，３４に跨るようにタービン３２が設置されている。このように構成することで、Ｎｏ．２気筒３ｂ、Ｎｏ．３気筒３ｃから排出される排気ガス流のエネルギーを、気筒３ｂ，３ｃ毎で効率的に回転エネルギーに変換させることが可能となり、タービン３２とシャフトによって接続された吸気側のコンプレッサ１４による過給効果を高めることを可能にしている。

また、本実施形態の過給機１３は、タービン３２の直ぐ上流側の独立排気通路３０と独立排気通路３１との間を連通する連通路３５が形成されており、連通路３５には連通弁３６が形成されている。

この連通弁３６の構成について、図２のＡ−Ａ断面を示す図３を参照して説明すると、各独立排気通路３０，３１の上方の内壁面には、開口３７，３８が形成されており、開口３７，３８の上方側には、連通路３５となる室が形成されている。各開口３７，３８に対しては、これらの弁を覆う弁体３９が設けられており、この弁体３９は、各独立排気通路３０，３１を形成する壁面の上部に対して、弁体３９のエンジン本体２とは反対側の端部が軸支されており、これにより弁体３９は、軸支部分を中心として上下方向に回動可能となる。この弁体３９を回動動作させるために、弁体３９には、エンジン本体２とは反対側且つ斜め上方側に位置するダイヤフラム４０と機械的に接続されており、このダイヤフラム４０の動作に連動して弁体３９が開閉されることになる。

過給機１３のタービン３２の下流には、第１分岐排気通路４１が設置されており、これによりタービン３２に供給された排気ガスは第１分岐排気通路４１に排出される。

また、Ｎｏ．１気筒３ａに接続された独立排気通路４２（特許請求の範囲に記載の「非過給排気通路」に相当）と、Ｎｏ．４気筒３ｄと接続された独立排気通路４３（特許請求の範囲に記載の「非過給排気通路」に相当）とは、それぞれ下流側において、過給機１３を介さずに第２分岐排気通路４４と接続される。

こうした各独立排気通路の構成により、着火及び燃焼が連続する気筒同士は、それぞれ第１分岐排気通路４１か第２分岐排気通路４４の内、一方の分岐排気通路に接続されている。換言すれば、着火及び燃焼が連続しない気筒同士（例えば、Ｎｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｃの組（群）と、Ｎｏ．２気筒３ｂとンバー３気筒３ｃの組（群））は、第１分岐排気通路４１か第２分岐排気通路４４の内、同じ分岐排気通路に接続されるよう構成されることになる。

このような構成により、一般に分岐排気通路を形成すると、各気筒と分岐排気通路の上流端との間に介在する独立排気通路の排気通路長が短くなるが、この場合における各気筒の掃気性を向上できる。つまり、着火及び燃焼が連続する気筒同士を接続すると、これらの気筒同士では排気行程も連続することから、一方の気筒の排気行程が開始された後に他方気筒の排気行程が開始されることとなる。その際、独立排気通路の排気通路長が短いと、このように近接して前後する各気筒に対して、各独立排気通路を介して他方側の気筒の排気ガス圧力が作用することになり、各気筒の排気ガスの掃気性を悪化させてしまう。

そこで、排気行程が連続しない、つまり着火及び燃焼が連続しない気筒同士を、同じ分岐排気通路に接続させることで、こうした掃気性の悪化を防止している。

以上のような構成に対し、本実施形態では、更に、タービン３２と接続されるＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃにおいて、こられの気筒の各排気弁６に、タービン３２を近接配置している。つまり、図２に示すように、エンジン本体２において、位置的に隣接するとともに着火順序が連続しないＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃが位置する部分の独立排気通路３０，３１側に、過給機１３のタービン３２および連通路３５をケーシングするハウジング１３ａを直結させている。

このような構成により、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃから排出される排気ガスを、そのガス流のエネルギーが大きく低下する前に、タービン３２に接触させることができる。

これについて具体的に説明すると、先ず、一つの気筒３の独立排気通路において、一方の排気弁６からタービン３２までの最短の排気通路長と、他方の排気弁６からタービン３２までの最短の排気通路長との平均長さを、１つの気筒３における排気弁６からタービン３２までの気筒平均排気通路長と定義する。

このような定義に基づき、着火及び燃焼が連続せずタービン３２に接続されるＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとに関し、Ｎｏ．２気筒３ｂに接続される独立排気通路３０の気筒平均排気通路長と、Ｎｏ．３気筒３ｃに接続される独立排気通路３１の気筒平均排気通路長とを求め、この平均を２−３気筒平均排気通路長とする。同様にして、着火及び燃焼が連続せずタービン３２とは接続されないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとに関しても、各気筒３ａ，３ｄの気筒平均排気通路長をそれぞれ求め、これらの平均を、１−４気筒平均排気通路長する。

この場合、２−３気筒平均排気通路長は、１−４気筒平均排気通路長よりも短くなるよう設定されている。

より具体的には、本実施形態においては、Ｎｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとにおける各気筒平均排気通長は７０ｍｍとなる。尚、これらの気筒の気筒平均排気通長は、１００ｍｍ以下がよいとされるが、７０ｍｍ以下が好ましく、下限は、可能な限り短い方が好ましいが、レイアウト上３０ｍｍ程となる。

また、タービン３２に接続される独立排気通路３０と独立排気通路３１とは、それぞれ排気弁６，６からタービン３２までにおける独立排気通路３０，３１の容積が、その独立排気通路３０，３１に接続される気筒３ｂ，３ｃのシリンダ容積（ピストンが下死点にある状態における気筒内容積）と同じか若しくはこれよりも小さくなるよう形成してもよい。この場合、好ましくは、各気筒３において、シリンダ容積に対する、排気弁６，６からタービン３２までにおける独立排気通路３０，３１の容積の割合を、１／２以下にすればよい。

これにより、タービン３２と排気弁６との距離を短くして、排気ガス流の運動エネルギーが大幅に減少される前にタービン３２に接触させることで、排気ガス流の運動エネルギーを、高効率でタービン３２の回転エネルギーに変換できる。

一方、本実施形態では、Ｎｏ．４気筒３ｄの独立排気通路４３はＮｏ．１気筒３ａの独立排気通路４２を指向して湾曲し、過給機１３の下方側を通って、この第２分岐排気通路４４に接続しているが、この集合構造は、本実施形態の構造に限定されない。

第１分岐排気通路４１と第２分岐排気通路４４とは、その下流側において合流することで、共通排気通路４５に連通されており、共通排気通路４５には、排気ガス中のO2（酸素）濃度が略０．５％を挟んで、短時間に反転され続けることで、排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物とを浄化可能とする、貴金属を担持した三元触媒４６が設置されている。

また三元触媒４６の下流の共通排気通路４５には、排気ガス中のO2濃度が継続的に略２％以上の状態では、排気ガス中に含有される窒素酸化物を積極的に吸収して窒素酸化物の大気放出量を低減するとともに、その後、一時的に（例えば３数秒間以内）排気ガス中のO2濃度を１％以下（好ましくは、０．５％以下）にすることで、吸収した窒素酸化物を積極的に放出するアルカリ土類金属などから成るＮＯx吸収材と、放出される窒素酸化物を浄化する貴金属とを担持するＮＯx吸収触媒４７（特許請求の範囲の「ＮＯx浄化手段」に相当）が設置されている。尚、ＮＯx吸収触媒４７に代えて、ＮＯx吸収材を含有する担体と、放出された窒素酸化物とを浄化する担体とがそれぞれ分離されたユニットであっても構わない。

ＮＯx吸収触媒４７を通過した排気ガスは、その後大気放出される。

タービン３２と接続されない第２分岐通路４４を流れる排気ガスの一部は、吸気循環通路４８を通ってコンプレッサ１４上流の共通吸気通路１６に供給されており、この吸気循環通路４８を流通する一部の排気ガスの量（吸気循環量）を調整するための吸気循環バルブ４８ａが設けられている。

（エンジン制御について）
以上のようなエンジン１を駆動するために、エンジン１には各種のセンサと各種のアクチュエータとが設置されており、次にこれについて詳細に説明する。

図1に示すように、エンジン１には、上述の吸入空気量センサ１２の他、第１サージタンク内の過給圧を検出する第１過給圧センサ４９ａ、第２サージタンク内の過給圧を検出する第２過給圧センサ４９ｂ、インタークーラー直ぐ下流の吸気温度を検出する吸気温度センサ（図示せず）、エンジン本体２の冷却水温度を介してエンジン温度を検出可能なエンジン温度センサ（図示せず）、吸気バルブタイミング機構７に内蔵された吸気カム軸７ａの回転位相を検出する吸気カム角度センサ（図示せず）、排気バルブタイミング機構８に内蔵された排気カム軸８ａの回転位相を検出する排気カム角度センサ（図示せず）、ドライブプレート１１の回転状態を検出することで、クランク軸１０の回転数や回転位相を検出可能とするピックアップセンサ５０、第１分岐排気通路４１を流通する排気ガス中のＯ2濃度を線形的に検出可能な第１リニアO2センサ５１ａ、第２分岐排気通路４４を流通する排気ガス中のＯ2濃度を線形的に検出可能な第２リニアO2センサ５１ｂ、車室内のアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ５２が設けられている。これらの検出信号は、車載された制御部５３に出力されている。

また、制御部５３は、これらの検出信号に基づいて、各種各気筒３に供給する燃料の燃料噴射量や燃料噴射時期、各気筒の点火時期、吸気弁５や排気弁６による各開弁期間を演算して、燃料噴射弁２９、点火プラグ９、吸気バルブタイミング機構７、及び排気バルブタイミング機構８を制御するとともに、第１スロットル弁１９及び第２スロットル弁２５の開度、連通弁３６の開度、及び吸気循環バルブ４８ａの開度を演算し、これらのアクチュエータも制御している。

次に、本実施形態に係るエンジン制御について詳細に説明する。

図４は、制御部５３における制御フローチャート図であり、この図に示すように、クランク軸１０の所定のクランク角度毎にスタートされた後、ステップＳ１に進み、上述の各種センサから検出信号を入力して次にステップＳ２に進む。尚、ステップＳ１では、ピックアップセンサ５０からの検出信号に基づいて、エンジン回転数（回転速度）を算出し、ピックアップセンサ５０及び吸気カム軸センサからの検出信号に基づいて、所定の気筒の１サイクルにおける行程を判別している。また、各気筒３内に供給される吸気量は、エアフローセンサ１２で検出された吸気量を、各過給圧センサ４９ａ、４９ｂでの検出値と、吸気温度センサでの検出値とに基づいて補正し、実際に各気筒３内に供給される吸気量を精度よく検出している。

ステップＳ２では、エンジン回転数と、アクセル開度により求まるトルクとに基づいて、図５に示すような多数の運転領域を区画する制御マップにおける現状の運転領域を判定し、判定された領域に基づいて空燃比制御を行なうために、燃料噴射量及びスロットル弁開度を設定している。また、ステップＳ２では、同時に、この制御マップにより規定されるエンジン制御を行なうために、吸気循環バルブ制御の制御量についても設定している。

図５に示す制御マップを詳細に説明すると、エンジン回転数が第１回転数Ｎｅ１以下で、トルクがＴ１以下の運転領域Ｚ１（特許請求の範囲に記載の「低回転低負荷運転時」に相当する領域）の時には、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとは、空燃比（吸気量／燃料供給量）が理論空燃比（１４．７）近傍となるよう制御される（理論空燃比制御）とともに、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとは、燃料噴射弁２９による燃料噴射が実質的に行なわれず、所謂、燃料カットされるよう設定されている。これにより、エンジン１全体から見れば、所謂、減筒運転が実行されることになる。

尚、この時、Ｎｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとで実行されるような空燃比が理論空燃比近傍となるような制御は、所謂、λ＝１制御とも呼ばれるものである。具体的には、第１リニアＯ2センサ５１ａから検出信号に基づいて、各気筒３の空燃比は、理論空燃比（つまり、λ＝１）を挟んで、リッチ（吸気量に対する燃料供給量の割合が多く、燃焼後の排気ガス中のＯ2濃度が略０．５％未満の状態）とリーン（吸気量に対する燃料供給量の割合が少なく、燃焼後の排気ガス中のＯ2濃度が略０．５％以上の状態）とを短期間で反転しながらこれを継続するようＦ／Ｂ制御されている。このようなＦ／Ｂ制御を実行するために、図示しないが、マップは、第1スロットル弁１９の開度を所定開度ＴＶ１１とするよう設定しており、これに対して空燃比の制御に際して応答性の良い燃料噴射量が、Ｆ／Ｂ制御されることになる。

また、この領域Ｚ１では、Ｎｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄに接続される第２スロットル弁２５の開度は、略全開相当となるよう設定されるとともに、これらの気筒と第２分岐通路４４を介して接続された吸気循環通路４８に設置された吸気循環バルブ４８ａは略全開に制御されるよう設定されており、これにより減筒制御におけるポンピング損失が大幅に低減されることになる。尚、後述する領域Ｚ１以外の領域では、吸気循環バルブ４８ａは略全閉に設定される。

このように領域Ｚ１では、タービン３２に接続されたＮｏ．２気筒３ｂ、Ｎｏ．３気筒３ｃでは、理論空燃比で運転されるため、タービン３２を予回転（つまり、予過給）させておくことができ、この領域Ｚ１での運転中に加速運転がされた場合における過給機１３による過給遅れを抑制できる。一方、低負荷低回転にも拘わらず、理論空燃比による運転が行なわれるため、この技術では燃費向上が図れないが、タービン３２に接続されないＮｏ．１気筒３ａ、Ｎｏ．４気筒３ｄでは、ポンピング損失を低減しながら燃料カットされるため、これにより全体的に燃費向上を図ることが可能となる。

エンジン回転数が第１回転数Ｎｅ１以下で、トルクがＴ１からＴ２との間の低回転部分負荷領域Ｚ２（但し、後述する領域Ｚ３は除く）では、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとは、空燃比（空気／燃料供給量）が理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝２０〜２５）近傍となるよう制御設定される（リーン空燃比制御）。このようなリーン空燃比制御を実行するために、マップには、第１スロットル弁１９の開度を、開度ＴＶ１１よりも大きい開度ＴＶ１２となるよう設定されており、これに対して燃料噴射量は、空燃比がリーンとなるように予め設定された量で噴射されるよう設定されている（フィードフォワード（Ｆ／Ｆ）制御）。尚、このリーン空燃比制御についても、第１リニアＯ2センサ５１ａの検出信号に基づいて、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンな空燃比に設定してＦ／Ｂ制御してもよい。

一方、この低回転部分負荷領域Ｚ２では、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとについても、上述のようなリーン空燃比制御を実行するよう設定される。尚、第２スロットル弁２５の開度ＴＶ２は、略開度ＴＶ１２と同等となる。

また、Ｎｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄにおけるリーン空燃比制御をＦ／Ｂ制御で実行する場合には、排気ガス中のＯ2濃度は、第1リニアＯ2センサ５１ｂによって検出されることになる。

低回転部分負荷領域Ｚ２においては、このように全気筒において、リーン空燃比制御が実行されることで、燃費を向上できる。

エンジン回転数が第１回転数Ｎｅ１付近以下で、トルクが、全開トルクＴoと全開トルクＴoから微小なトルクΔＴoを減算した所定トルクとの間にある低回転全負荷領域Ｚ３では、全気筒に亘って、上述のようなＦ／Ｂ制御による理論空燃比制御を実行するよう設定される。この時、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとについては、排気ガス中のＯ2濃度検出のために、第２リニアＯ2センサ５１ｂが用いられる。

このように低回転全負荷領域Ｚ３では、全気筒において理論空燃比制御が実行されるため、十分なトルクが得られ、例えば加速初期における出力不足を防止できる。また、この時には、アクセル開度に応じて第１及び第２スロットル弁１９，２５の開度も大きく開成されるため吸気量が多い状態となり、合わせて理論空燃比運転されることによる排気ガス流のエネルギーも高いため、過給機１３の過給効率が高い状態にある。よって、更に、高い出力の供給が可能となる。

エンジン回転数が第２回転数Ｎｅ２以下で、上述の領域Ｚ１、Ｚ２、及びＺ３の領域を除いた領域Ｚ４ａと、エンジン回転数が第２回転数Ｎｅ２と第３回転数Ｎｅ３との間で、低トルク側の領域Ｚ４ｂとを合わせた部分負荷領域Ｚ４では、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとは、上述のようにリーン空燃比制御を実行するとともに、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとは、上述のような理論空燃比制御を実行するよう設定されている。

尚、第１及び第２スロットル弁１９，２５の各開度ＴＶ１，ＴＶ２とも、上述の開度ＴＶ１１より大きい開度でエンジン回転数及びトルクが増大するにつれて、開度が大きくなるよう設定されるが、第１スロットル弁１９の開度ＴＶ１と第２スロットル弁２５の開度ＴＶ２とを比較すると、開度ＴＶ２の方が小さくなるよう設定されている。

このような制御により、一部の気筒についてはリーン空燃比制御が実行されることで、燃費を向上することができるとともに、この時、残りの気筒では、理論空燃比制御により排気ガス流のエネルギーを増大させて過給機１３による過給効果を向上することで、高出力化を図っており、つまりは、確実に燃費を向上できる。また、これにより全体的に高出力化が可能となるためエンジン本体２、延いてはエンジン１を全体的に小型化することも可能となる。

エンジン回転数が少なくとも第３回転数Ｎｅ３以上で、上記領域Ｚ４以外の高回転領域Ｚ５（特許請求の範囲に記載の「高速運転時」に相当する領域）では、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとは、上述のような理論空燃比制御を実行するとともに、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとは、上述のようなリーン空燃比制御を実行するよう設定されている。 尚、第１及び第２スロットル弁１９，２５の各開度ＴＶ１，ＴＶ２とも、基本的に領域Ｚ４における各開度ＴＶ１，ＴＶ２よりそれぞれ大きい開度で、エンジン回転数及びトルクが増大するにつれて大きくなるよう設定されるが、第１スロットル弁１９の開度ＴＶ１と第２スロットル弁２５の開度ＴＶ２とを比較すると、ＴＶ１の方が小さくなるよう設定されている。

このような制御により、一般的に、高回転運転状態では、タービン３２に接続されている気筒３をリーン運転すると、出力向上のために過給効率増大が要求される運転域であるにもかかわらず、リーン運転により排気ガス流のエネルギーが増大されずに過給効率を高めることができない状態となってしまい、出力不足が発生する。そこで、本実施形態では、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとに対しては、理論空燃比制御を実行して、過給機１３による過給効率を増大させて出力増大を図るとともに、一方で、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとは、リーン空燃比制御にして、出力及び燃費を向上させている。

また、高速運転である領域Ｚ５では、ＮＯx吸収触媒４７が熱劣化し易いが、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの空燃比を理論空燃比近傍よりもリーンにすることで、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄから比較的低温の排気ガスが排出されて、ＮＯx吸収触媒４７の昇温による熱劣化を防止できる。

一方、理論空燃比制御されるＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃから排出される高温の排気ガスは、熱容量が大きいタービン３２やケース１３ａ等との接触や、ターボ過給機１３のタービン３２の駆動により排気ガスのエネルギーが消費されることで冷却され、ＮＯx吸収触媒４７に導入される。従って、上述のように、Ｎｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとに対する理論空燃比制御により過給効率の増大を図りつつ、ＮＯx吸収触媒４７の昇温による熱劣化を防止できる。

尚、この領域Ｚ５においては、タービン３２に接続されているＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとは、理論空燃比よりもリッチな空燃比で運転されるよう設定してもよく、これにより更なる高出力化が可能となる。

次に、ステップＳ３に進み、全気筒における吸気弁５と排気弁６とのバルブタイミング制御を実行するため、バルブタイミング制御の各種制御量が設定される。

先ずは、排気バルブタイミング機構８による排気バルブタイミング制御について説明すると、図６に示すように、排気弁６の開弁期間ＥＯＰは、開弁時期ＥＯＴと閉弁時期ＥＣＴとの間の期間として規定されている。このように規定された開弁期間ＥＯＰは、エンジン回転数が低回転側で且つトルクが大きい程、カムプロフィールを維持したまま遅角側にシフト設定される（ＥＯＰ１参照）。

具体的には、図７の制御マップで示されるように、領域Ｚ２の全域と、領域Ｚ３、Ｚ４の低回転且つ高トルク側の領域と、領域Ｚ１の低回転且つ高トルク側の領域とを合わせた領域Ｃ１において、開弁期間ＥＯＰは、それ以外の領域ＣＥにおける開弁期間ＥＯＰよりも遅角側に設定される。また、特に、領域Ｚ２の全域と、領域Ｚ４のより低回転且つ高トルク側の領域とを合わせた領域Ｃ２においては、開弁期間ＥＯＰ１（開弁時期ＥＯＴ１と閉弁時期ＥＣＴ１との間の期間）は、領域ＣＥにおける開弁期間ＥＯＰに対して最大に遅角されている。具体的には、領域ＣＥにおける開弁期間ＥＯＰに対して、領域Ｃ２における開弁期間ＥＯＰ１は、クランク角度にして略１０°から略５０°、燃焼安定性なども考慮して好ましくは略３０°から略４０°程遅角設定される。

これにより、上述のように、排気弁６とタービン３２との間の気筒平均排気通路長の経路が短いＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとにおいては、低回転運転状態であっても排気弁６の開弁期間ＥＯＰを遅角化することで排気ガス流のブローダウン効果を高めることが可能となる。よって、高効率で排気ガス流のエネルギーをタービン３２の回転エネルギーに変換させることができ、全気筒において低回転運転時に高い過給効果を得ることが可能となる。

特に、本実施形態では、過給効果の要求が高い低回転側且つ高トルク側において、開弁期間ＥＯＰを大幅に遅角することにより、高い過給効果を発現させることが可能となる。また、高回転側の領域ＣＥは、このような排気弁６の開弁期間ＥＯＰの遅角化を行わなくても十分過給効果が高いため、過度な過給を防止するため、排気弁６の開弁期間ＥＯＰの遅角化が抑制される。また、低回転側且つ低トルク側は、排気弁６の開弁期間ＥＯＰの大幅な遅角化を行なうと、燃焼室４内に逆流する排気ガスの割合が増大するため、こうした遅角化は抑制される。

尚、吸気バルブタイミング機構７による吸気バルブタイミング制御は、本発明に関しては直接的に影響しないため、説明は省略する。

次に、ステップＳ４に進み、連通通路３５の連通弁３６の開閉制御を実行するための制御量を設定する。

連通弁３６は、エンジン回転数が第４回転数Ｎｅ４（但し、第４回転数Ｎｅ４は第２回転数Ｎｅ２付近の回転数となる）以下であれば閉成され、第４回転数Ｎｅ４より大きければ開成されるよう設定される。

これは、排気弁６とタービン３２との間の気筒平均排気通路長の経路が短いＮｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとにおいては、エンジン回転数が第３回転数Ｎｅ３以下の時には、各気筒からの適切な量の排気ガス流を的確にタービン３２に接触させることができるが、エンジン回転数が第３回転数Ｎｅ３より大きい時には、１気筒当たりの排気ガス流が過剰に増大して、排気ガスがタービン３２直前で詰まるような状態になり、排気ガス流のエネルギーを効率的にタービン３２の回転エネルギーに変換させることができなくなり、これを防止するためである。

このような状態においては、連通弁３６を開成することで、Ｎｏ．２気筒３ｂとＮｏ．３気筒３ｃとの内、過剰に増大した一方側の気筒の排気ガスを、着火サイクル時期の違いから、この時には大量の排気ガスが流れていない他方側の気筒の独立排気通路へ逃がすことができ、これにより排気ガス流のエネルギーをタービン３２の回転エネルギーへ効率的に変換させることが可能となる。

次に、ステップＳ５に進み、ＮＯx吸収触媒４７に吸収されている窒素酸化物吸収量が推定される。この推定方法は、例えば、ＮＯx吸収触媒４７の排気上流と下流とに設置された各ＮＯxセンサ（図示せず）や各Ｏ2センサ（図示せず）の検出結果に基づいて、公知の手法により検出される。尚、本手法は、こうしたセンサに拠らず所定時間毎に窒素酸化物吸収量が多いと判定するものも含む。

その後、ステップＳ６に進み、窒素酸化物吸収量が所定量以下で、まだ十分窒素酸化物を吸収可能であると判断した時には、ステップＳ７に進んで、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４で設定された各気筒の燃料噴射量、第１スロットル弁１９及び第２スロットル弁２５の開度、吸気循環バルブ４８ａの開度、吸気弁５の開弁期間ＩＯＰ、排気弁６の開弁期間ＥＯＰ、連通弁３６の開度に対応して、燃料噴射弁２９や各種アクチュエータ等が駆動され、各制御が実行される。尚、この時、燃料噴射時期や、点火プラグ９の点火時期も予め設定された通りに制御実行されることになる。その後、スタートに戻り、次に着火される気筒に対する制御が行なわれる。

一方、ステップＳ６において、窒素酸化物吸収量が所定量以上であり、ＮＯx吸収触媒４７からＮＯxを放出するよう強制的に空燃比制御する必要があると判断した時には、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、図５の制御マップに拠らず、強制的に、ＮＯx吸収触媒４７に流入する排気ガスのＯ2濃度が略１％以下となるように空燃比制御されるが、本実施形態においては、このような空燃比制御のために、タービン３２に接続されないＮｏ．１気筒３ａとＮｏ．４気筒３ｄとに対して、強制リッチ制御が実行されることになる。但し、この場合、タービン３２に接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃは、図５の制御マップに基づいた空燃比制御が実行される。

強制リッチ制御について具体的に説明すると、先ずは、現時点における全気筒による空燃比制御の実行状況から、強制リッチ制御によりＮＯx吸収触媒４７に流入する排気ガスのＯ2濃度を略１％以下とするには、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの各気筒の燃料噴射量と、吸気量とをどれぐらいに設定すればよいか、つまり、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの各気筒の空燃比をどれくらいに設定するかが演算される。

この結果、例えば、タービン３２に接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃがリーン空燃比制御により理論空燃比よりもリーンな空燃比で運転されている時（領域Ｚ３やＺ４における運転中）には、タービン３２に接続されないＮｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの各気筒の空燃比は、理論空燃比よりもリッチな空燃比（例えば、Ａ／Ｆ＝１２から１４）となるよう設定される。

また、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃが理論空燃比制御により理論空燃比近傍で運転されるとともに、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃは、リーン空燃比制御によりリーンな空燃比で運転されている時（領域Ｚ５）では、全気筒において理論空燃比制御若しくは空燃比が理論空燃比よりもリッチな空燃比となるようなリッチ空燃比制御が設定される。

このような設定により、ＮＯx吸収触媒４７の窒素酸化物の放出及び浄化のために、タービン３２に接続されたＮｏ．２気筒３ｂやＮｏ．３気筒３ｃに対して強制リッチ制御が設定されることがないため、過給機１３の過度な過給を抑制することができ、こうした過過給によるトルクショックの低減が可能となる。

また、領域Ｚ４を運転中の場合にＮＯx吸収触媒からＮＯx放出を行なう必要が生じた場合には、理論空燃比制御が実行されているＮｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄに対して、強制リッチ制御が実行されることになるため、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの空燃比は、理論空燃比近傍とこれよりリッチ側との間で移行させればよく、空燃比を、理論空燃比近傍を挟んでリッチとリーンとの間で大幅に移行させる場合に比べて空燃比移行制御に伴うトルクショックが低減される。

更に、こうしたＮｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄに対する強制リッチ制御における空燃比の移行制御では、燃料噴射量の増量のみで移行が行なう場合には、応答性よく空燃比を移行させることができる。また、吸気量を減量してよりリッチ度合を高めるために、第２スロットル弁２５を、所定開度分だけ閉弁する場合があるが、このような場合においても、上述のように、空燃比の変更度合が小さいために、第２スロットル弁２５の開度の変更量も低減でき、これにより空燃比の移行における応答性を高めつつ、更にトルクショックを低減することが可能となる。

次に、ステップＳ７に進んで、ステップＳ８の設定結果に基づいて、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄの燃料噴射量、第２スロットル弁２５の開度が変更されて制御実行される。尚、ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ４で設定した、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃの燃料噴射量、第１スロットル弁１９の開度、吸気循環バルブ４８ａの開度、吸気弁５の開弁期間ＩＯＰ、排気弁６の開弁期間ＥＯＰ、連通弁３６の開度は、変更されずに、実行される。尚、このような強制リッチ制御は、０．５秒から３秒ぐらい実行することで、ＮＯx吸収触媒４７から殆どの窒素酸化物を放出及び浄化さあせることができる。

ステップＳ７の実行後は、スタートに戻る。

（本実施形態における作用及び効果）
次に、本実施形態における作用及び効果を説明する。
本実施形態においては、ターボ式の過給機１３のタービン３２と接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃに対して、リーン空燃比制御を実行することで、エンジン１の 高出力化を図りつつ、燃費を向上させることができる。
また、こうしたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃにおけるリーン空燃比制御により、多量に排出される窒素酸化物を、共通排気通路４５に配したＮＯx吸収触媒４７に吸収させることで、空燃比がリーンな状態における窒素酸化物の大気放出を低減できる。また、こうした一部気筒によるリーン空燃比制御の後、タービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄに対して一時的に強制リッチ制御が実行されることで、ＮＯx吸収触媒４７に吸収された窒素酸化物を放出、浄化させており、これにより、窒素酸化物の大気放出を確実に低減している。

特に、本実施形態においては、こうしたＮＯx吸収触媒４７に対する窒素酸化物の放出、浄化のために、上述のようにタービン３２に接続されていないＮｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄに対して強制リッチ制御を実行しているが、この時、タービン３２と接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃに対しては、リーン空燃比制御を継続させている。従って、タービン３２と接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃが強制リッチ制御されることによって発生する過給機１３の過過給を防止でき、トルクショックの低減が可能となる。

また、一般的に、ターボ式過給機１３には、コンプレッサ１４の下流の過給圧に基づいて、該過給圧が信頼性上問題となるような過給圧より大きくなると、タービン３２に流入する排気ガスをタービン３２の下流にバイパスするウエスト・ゲート・バルブ機構が設けられている。このようなウエスト・ゲート・バルブ機構により、過給機１３の過過給を防止することが考えられるが、タービン３２に接続された気筒３ｂ、３ｃに対して強制リッチ制御を実行すると、排気ガス流のエネルギーは膨大となり、通常のウエスト・ゲート・バルブ機構では、対応できない。

これに対して、本実施形態により、確実に過過給を防止してトルクショック低減が図れる。

次に、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃの各排気弁６に対して、タービン３２を近接配置することによる作用及び効果を、実験結果を参照して説明する。

図８は、１気筒当たりの気筒平均排気通路長（１気筒において、２つの排気弁６におけるそれぞれの排気弁６とタービン３２との最短の各排気通路長の平均長さ）と、過給圧及びタービン３２上流の排気ガス圧力との関係について示したものである。尚、実験は、シミュレーションにより行い、その際、２リッターの４気筒エンジンのモデルを使用した（以下の実験も同様）。

このグラフにて示すように、気筒平均排気通長が短くなるほど、過給圧（実線）及び排気ガス圧力（破線）は急増しており、気筒平均排気通長は１００ｍｍ以下、好ましくは７０ｍｍ以下に設定すれば、高い過給効率が得られている。尚、下限は、可能な限り短い方が好ましいが、レイアウト上３０ｍｍ程が限度である。

また、この実験結果から、一般的な独立排気通路の断面積を参照すると、シリンダ容積（ピストンが下死点にある状態における気筒内容積）に対する、排気弁６，６からタービン３２までの独立排気通路３０，３１の容積の割合を、１以下、好ましくは１／２以下にすれば、高い過給圧が得られる。

図９は、排気弁６の開弁期間ＥＯＰや開弁プロフィールを変化させずに、開弁時期ＥＯＴを変更した場合における、過給圧特性について示したグラフである。開弁時期ＥＯＴの数値は、排気下死点前のクランク角度を示しており、クランク角度がＢＴＤＣ５２°の時が、高回転時における一般的な排気弁６の開弁時期ＥＯＴとなる。また、実線は、気筒平均排気通路長を３０ｍｍにした条件での当該特性で、破線は、気筒平均排気通路長を３００ｍｍとした条件での当該特性を示している。

このグラフにて示すように、気筒平均排気通路長が短いときには、排気弁６の開弁時期ＥＯＴを遅角させることで、過給圧が増大するが、気筒平均排気通路長が長いときには、排気弁６の開弁時期ＥＯＴを遅角させても、過給圧の増大は見られない。これにより高い過給効果を得るためには、気筒平均排気通路長を短くして、排気弁６の開弁時期ＥＯＴを、ＢＴＤＣ４２°から１２°（ＢＴＤＣ５２°よりも１０°から４０°遅角側）、好ましくはＢＴＤＣ２２°から１２°（ＢＴＤＣ５２°よりも３０°から４０°遅角側）に設定すればよい。

図１０は、本実施形態における連通路３５の連通弁３６を全閉した時におけるエンジン回転数とトルクとの関係（実線）、及び連通弁３６を全開した時におけるエンジン回転数とトルクとの関係（破線）について示すグラフである。

この図に示すように、エンジン回転数が３０００ｒｐｍ以下の場合には、連通弁３６を全閉にした方がトルクは高い。これは、上述したように、気筒平均排気通路長の経路が短い場合において、低回転時では、１気筒当たりの少ない排気ガス流を確実にタービン３２に導くことで、排気ガス流のエネルギーを効率的にタービン３２の回転エネルギーに変換させることができるためである。一方、エンジン回転数が３０００ｒｐｍより大きい場合には、連通弁３６を全開にした方がトルクは高い。これは、高回転時では、１気筒当たりの排気ガス流が過剰に増大して、排気ガスがタービン３２直前で詰まるような状態になり、排気ガス流のエネルギーを効率的にタービン３２の回転エネルギーに変換させることができなくなるためである。よって、高回転時には、過剰に増大した一方側の気筒の排気ガスを、着火サイクル時期の違いから、この時には大量の排気ガスが流れていない他方側の気筒の独立排気通路へ逃がすことにより、排気ガスがタービン３２直前で詰まるような状態を解消し、排気ガス流のエネルギーをタービン３２の回転エネルギーへ効率的に変換させることが可能となる。

図１１、図１２は、比較例となるエンジンＡに対する、比較例のエンジンＢと本実施形態のエンジンＣとにおける、部分負荷運転状態でのそれぞれ過給圧増大量と、燃費改善率とを示したグラフである。

尚、エンジンＣは、Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃの各排気弁６に対してタービン３２を近接配置したエンジン１において、上述のような領域Ｚ４での部分負荷運転（Ｎｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃはリーン空燃比制御で、Ｎｏ．１気筒３ａ及びＮｏ．４気筒３ｄは、理論空燃比制御を実行）を行った時のデータである。これに対して、エンジンＡは、過給機を具備しない通常のエンジンにおいて、本実施形態と同様の部分負荷での理論空燃比制御を、４気筒全てに対して実行した時のデータである。また、エンジンＢは、４気筒全てからの排気ガス供給を受けて吸気を過給するターボ式過給機を具備するエンジンにおいて、本実施形態と同様の部分負荷でのリーン空燃比制御（Ａ／Ｆ＝２２）を、４気筒全てに対して、実行した時のデータである。

これらの図により、本実施形態であるエンジンＣは、高い過給圧により過給効率を高めることで、エンジンＢと同等の燃費性能を確保しつつ、高い過給効率を利用して加速時の加速応答性を向上できることが容易に判断される。

（他の実施形態）
尚、本実施形態においては、燃料噴射弁２９を各気筒３に対応する独立吸気通路に設置させた、所謂、ポート噴射により、各気筒３に燃料を供給したが、本発明はこれに限定されず、各気筒３内に直接燃料噴射弁を配置して、吸気行程や圧縮行程で燃料噴射を実行する、所謂、直噴によって燃料供給をおこなってもよい。

また、本実施形態においては、４気筒エンジンについて適応したが、６気筒エンジンやそれ以上の多気筒エンジンにも適応可能である。

また、本実施形態において、排気バルブタイミング制御は、全気筒に対しておこなったが、タービン３２に接続されたＮｏ．２気筒３ｂ及びＮｏ．３気筒３ｃに対してのみおこなってもよい。

また、本実施形態においては、２つの独立排気通路３０，３１を合流させた第１分岐排気通路４１と、２つの独立排気通路４２，４３を合流させた第２分岐排気通路４４とを設けたが、このような構造に代えて、２つの独立排気通路３０，３１を合流させたタービン３２の直ぐ下流に２つの独立排気通路４２，４３を直接合流させてもよい。

また、本発明はディーゼルエンジンにも適応可能である。

本実施形態に係るエンジン１の全体構成を模式的に示す全体構成図。 エンジン１の過給機１３周辺の構造を概略的に示す概略図。 図２のＡ−Ａ断面図。 本実施形態に係るエンジン制御を示す制御フローチャート図。 空燃比制御等の制御マップを概略的に示す図。 バルブタイミング制御の動作を説明する動作説明図。 バルブタイミング制御の制御マップを概略的に示す図。 気筒平均排気通路長と、過給圧及び排気ガス圧力との関係を示すグラフ。 排気弁の開弁時期と、過給圧との関係を示すグラフ。 連通弁３６の開閉状態における、エンジン回転数とトルクとの関係を示すグラフ。 本実施形態にかかるエンジンＣと、比較例となるエンジンＡ、エンジンＢとの過給圧増大量を比較したグラフ。 本実施形態にかかるエンジンＣと、比較例となるエンジンＡ、エンジンＢとの燃費改善率を比較したグラフ。

１：エンジン
３ａ：Ｎｏ．１気筒（他方側気筒）
３ｂ：Ｎｏ．２気筒（一方側気筒）
３ｃ：Ｎｏ．３気筒（一方側気筒）
３ｄ：Ｎｏ．４気筒（他方側気筒）
４：燃焼室
６：排気弁
８：排気バルブタイミング機構
１３：過給機（ターボ式過給機）
１４：コンプレッサ
３０、３１：独立排気通路（過給排気通路）
３２：タービン
３５：連通通路
３６：連通弁
４１：第１分岐排気通路
４２，４３：独立排気通路（非過給排気通路）
４４：第２分岐排気通路
４５：共通排気通路
４７：ＮＯx吸収触媒（ＮＯx排気浄化手段）
４８：吸気循環通路
４８ａ：吸気循環バルブ
５３：制御部

Claims (4)

1. エンジンの複数の気筒と、
   全気筒の内、一部の一方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該気筒から排出される排気ガスを流通させることによりエンジンに供給される吸気を過給可能なターボ式過給機が設置された過給排気通路と、
   全気筒の内、残りの他方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該ターボ式過給機が設置されない非過給排気通路とを備えたターボ式過給機付き多気筒エンジンにおいて、
   上記過給排気通路を通過する排気ガスと上記非過給排気通路を通過する排気ガスとを合流させる共通排気通路と、
   該共通排気通路に設置され、該共通排気通路内を流通する排気ガスの酸素濃度が大きいときに、この排気ガス中に含有される窒素酸化物を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下するに連れて吸収した窒素酸化物を放出し浄化するＮＯx浄化手段と、
   少なくとも上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに制御するとともに、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させるため、上記他方側気筒の空燃比のみを、一時的に理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに制御する空燃比制御手段とを備え、
   上記空燃比制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以上の高速運転時において、上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに設定し、上記他方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに設定することを特徴とするターボ式過給機付き多気筒エンジン。
2. エンジンの複数の気筒と、
   全気筒の内、一部の一方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該気筒から排出される排気ガスを流通させることによりエンジンに供給される吸気を過給可能なターボ式過給機が設置された過給排気通路と、
   全気筒の内、残りの他方側気筒の排気弁に接続されるとともに、該ターボ式過給機が設置されない非過給排気通路とを備えたターボ式過給機付き多気筒エンジンにおいて、
   上記過給排気通路を通過する排気ガスと上記非過給排気通路を通過する排気ガスとを合流させる共通排気通路と、
   該共通排気通路に設置され、該共通排気通路内を流通する排気ガスの酸素濃度が大きいときに、この排気ガス中に含有される窒素酸化物を吸収し、排気ガスの酸素濃度が低下するに連れて吸収した窒素酸化物を放出し浄化するＮＯx浄化手段と、
   少なくとも上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍よりもリーンに制御するとともに、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させるため、上記他方側気筒の空燃比のみを、一時的に理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに制御する空燃比制御手段とを備え、
   上記空燃比制御手段は、エンジン回転数が所定回転数以下で且つエンジン負荷が所定負荷以下の低回転低負荷運転時において、上記一方側気筒の空燃比を、理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチとするとともに、
   この低回転低負荷運転時においては、上記他方側気筒の燃焼運転を中止する気筒運転中止手段を備えたことを特徴とするターボ式過給機付き多気筒エンジン。
3. 上記空燃比制御手段は、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させない時には、上記他方側気筒の空燃比を理論空燃比近傍に設定するとともに、該ＮＯx浄化手段に吸収された窒素酸化物を放出させる時には、該他方側気筒へ供給される吸気量を減少させることにより、該他方側気筒の空燃比を理論空燃比よりもリッチにすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のターボ式過給機付き多気筒エンジン。
4. 上記空燃比制御手段は、エンジン負荷が全負荷状態近傍にある時は、全気筒において空燃比を理論空燃比近傍若しくは理論空燃比近傍よりもリッチに設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のターボ式過給機付き多気筒エンジン。

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