JP5974806B2 - ターボ過給機付多気筒エンジン - Google Patents

Description

本発明は、複数の気筒と、各気筒に吸入される空気が流通する吸気通路と、各気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、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。

従来から、エンジンの低速域のトルクを確実に高めるために、電気モータによって回転がアシストされるコンプレッサを備えたターボ過給機をエンジンに装備することが提案されている（例えば下記特許文献１参照）。

具体的に、特許文献１のターボ過給システムでは、高圧段ターボ過給機と低圧段ターボ過給機という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が採用されている。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、高圧段コンプレッサの駆動力をアシストする電気モータとを有し、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。

特許文献１において、排気ガスの流量が少ない（よって排気ガスのエネルギーが小さい）エンジンの低速域では、主に高圧段ターボ過給機が作動して、実質的に高圧段コンプレッサのみによる過給が行われる。このとき、排気ガスのエネルギーだけでは過給圧が目標値に達しないことがあるが、その場合には、電気モータが作動して高圧段コンプレッサの回転がアシストされる。これにより、排気ガスの流量が特に少ないエンジンの極低速域においても、過給圧が充分に高められて、エンジントルクの向上が図られる。

特開２０１２−９７６０６号公報

上記特許文献１のように、電気モータを備えたターボ過給機を用いた場合には、排気ガスの流量が少ないエンジン低速域での過給能力が向上する一方、電気モータが余分に必要になるので、エンジンの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、低速域での過給を電気モータに頼る上記のような構造を採用するのは困難である。

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、排気ガスの流量が少ない条件でも排気ガスのエネルギーのみによって充分な過給能力を発揮することが可能な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。

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、各気筒に吸入される空気が流通する吸気通路と、各気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、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、上記排気通路は、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を有し、上記ターボ過給機は、上記複数の独立排気通路の各下流端部に共通に接続されたタービンハウジングと、タービンハウジングの内部に設けられたタービンホイールと、タービンホイールと連結され且つ上記吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、上記各独立排気通路における少なくとも下流部には、開閉可能な排気絞り弁によって遮断または開放される可変流路と、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁によって上記可変流路と区画された常用流路とが形成されるとともに、上記常用流路が可変流路よりも上記タービンホイールの中心軸に近い側に位置しており、上記常用流路を下流側に延長した範囲内に上記タービンホイールの外周部が突出するように、上記タービンハウジング内におけるタービンホイールの配設位置が設定され、上記排気通路には、上記タービンハウジングとそれよりも下流側の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路のタービンハウジング側の開口であるバイパス入口部を開閉可能に遮断するウェストゲート弁とが設けられ、上記ウェストゲート弁によって開閉されるバイパス入口部が、上記独立排気通路の常用流路の中心線を下流側に延長した延長線と交差する位置に設けられており、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、上記排気絞り弁は、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閉じるように制御され、上記ウェストゲート弁は、上記インターセプト回転速度よりも高速側に設定された他の運転領域で開くように制御される、ことを特徴とするものである（請求項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、排気絞り弁により可変流路を遮断して常用流路のみを開放する制御（以下、独立排気絞り制御という）が実行され、それによって各独立排気通路内の流通面積が縮小されるので、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ホイール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タービンハウジング内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。

しかも、本発明では、各独立排気通路の常用流路を下流側に延長した範囲内にタービンホイールの外周部が突出しているので、上記独立排気絞り制御の実行に伴い常用流路から排出されるブローダウンピークの高い排気ガスが、タービンホイールの外周部（常用流路の延長範囲内に突出している部分）に集中的に当たるようになる。これにより、排気ガスの流量が少ない低速域での運転であっても、タービンホイールに充分な駆動力を与えることができ、ターボ過給機の過給能力を最大限に引き出すことができる。
さらに、本発明では、バイパス通路のタービンハウジング側の開口であるバイパス入口部が、常用流路の中心線を下流側に延長した延長線と交差する位置に設けられるとともに、当該バイパス入口部がウェストゲート弁によって開閉されるので、ウェストゲート弁を開いたときに、独立排気通路から排出された排気ガスがほとんど進路を変更することなくバイパス通路に流入する。これにより、タービンハウジング内の排気圧力が無用に高まるのを有効に回避することができ、ウェストゲート弁が開かれる運転領域（他の運転領域）でのポンピングロスを効果的に低減させることができる。

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、少なくとも上記排気絞り弁を閉じ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２）。

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（排気絞り弁を閉じる制御）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ホイール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。

本発明において、好ましくは、上記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諸元が設定されている（請求項３）。

この構成によれば、エンジンの低速域での過給能力を上記独立排気絞り制御（さらにはタービンホイールの特殊なレイアウト）によって担保しながら、エンジンの高速域での過給能力を充分に高めることができ、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エンジントルクを発生させることができる。

本発明において、好ましくは、上記独立排気通路のうち上記常用流路と可変流路とに区画された部分が、上記独立排気通路の上流側の一部とタービンハウジングとの間に挟み込まれる別体の部材によって構成されている（請求項４）。

このように、常用流路と可変流路とに区画された部分を別体化した場合には、途中から内部が２分される比較的複雑な形状の独立排気通路を容易に製造できるという利点がある。

以上説明したように、本発明によれば、排気ガスの流量が少ない低速運転時においても排気ガスのエネルギーのみによって充分な過給能力を発揮することが可能なターボ過給機付多気筒エンジンを提供することができる。

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。 上記エンジンの排気通路内のガス流れを模式的に示す側面図である。 上記エンジンの各気筒から延びる独立排気通路の出口部分を示す斜視図である。 図２の一部を拡大して示す説明図である。 図１の一部を拡大して示す説明図である。 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。 上記エンジンの制御系を示すブロック図である。 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。 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。 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。 本発明の変形実施例を説明するための図である。 従来のターボ過給機の構造を説明するための図である。

（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通路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通路３０とを備えている。

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から排気通路３０へと排出される。

エンジン本体１の上部（シリンダヘッド）には、吸気通路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通路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。

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。

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。

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。

吸気通路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、サージタンク１２の上流側に設けられた単管状の吸気管１３とを有している。吸気管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。

排気通路３０は、図１〜図３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、その下流側に設けられた単管状の排気管３５とを有している。排気管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。

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。

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。

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）をもって並列に配置され、後述するタービンハウジング２１に接続されている。

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。

図２および図３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。

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）、後述するタービンハウジング２１に接続されている。

排気通路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３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。

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。

当実施形態のエンジンには、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ターボ過給機２０が装備されている。

ターボ過給機２０は、第１〜第３独立排気通路３１，３２，３３の各下流端部に共通に接続さ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ホイール２２と、吸気管１３内に配設されたコンプレッサ２３と、これらタービンホイール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、その排気ガスが独立排気通路３１，３２，３３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、タービンホイール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、タービンホイール２２と連結軸２４を介して連結されたコンプレッサ２３がタービンホイール２２と同じ回転速度で駆動されることにより、吸気管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。

タービンハウジング２１の下流側には排気管３５が接続されており、タービンホイール２２を通過した後の排気ガスは排気管３５を通ってさらに下流側へと排出される。

排気通路３０には、ターボ過給機２０のタービンホイール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管３５とを互いに連結するように設けられている。バイパス通路４２のタービンハウジング２１側の開口をバイパス入口部４２ａとすると、このバイパス入口部４２ａにはウェストゲート弁４３が設けられており、このウェストゲート弁４３によってバイパス入口部４２ａが開閉可能に遮断される。ウェストゲート弁４３が開弁されると、エンジン本体１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、タービンホイール２２に流入する排気ガスの量が減り、タービンホイール２２の駆動力が抑制される。

図４は、図２の一部を拡大して示す説明図である。本図に示すように、ウェストゲート弁４３は、バイパス入口部４２ａを下流側から覆うように形成された椀状の弁体４３ａと、弁体４３ａに一端部が固定され且つ他端部がバイパス通路４２の壁部に枢支された支持片４３ｂと、支持片４３ｂをその他端部を支点に回動させる電動モータ等の駆動源（図示省略）とを有しており、弁体４３ａは、上記駆動源による支持片４３ｂの回動操作に伴ってバイパス入口部４２ａを開閉する。

図５は、図１の一部を拡大して示す説明図である。この図５および先の図４に示すように、バイパス入口部４２ａは、第１〜第３独立排気通路３１，３２，３３内の各常用流路３８の延長上に設けられている。すなわち、各常用流路３８の下流端部の中心線を軸方向に沿って下流側に延長した延長線をＣＥとすると、バイパス入口部４２ａは、この延長線ＣＥとタービンハウジング２１との交差部分を含む位置に設けられている。

図２および図４に示すように、各独立排気通路３１，３２，３３内の常用流路３８と、この常用流路３８と隔壁３７によって区画された可変流路３９との間の位置関係は、常用流路３８の方が可変流路３９よりもタービンホイール２２の中心軸２２ａに近い側に位置するように設定されている。そして、常用流路３８を下流側に延長した範囲、つまり、常用流路３８の下流端部の断面形状を維持したまま軸方向に沿って下流側に延長したときに形成される範囲をＳ（図４参照）とすると、タービンハウジング２１内におけるタービンホイール２２の配設位置は、上記常用流路３８の延長範囲Ｓ内にタービンホイール２２の外周部が突出する（タービンホイール２２の外周部と延長範囲Ｓとが部分的に重なる）ように設定されている。

（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ホイール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。

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ホイール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。タービンホイールは、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、小型のタービンホイールであれば、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。

図６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６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。

従来から多用されてきたように、タービンホイール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、すぐにタービンホイール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６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過給圧制御（ウェストゲート弁を開く制御）が実行されたことを示している。

上記のように、タービンホイール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、タービンホイール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。

これに対し、当実施形態では、タービンホイール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６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。

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、タービンホイール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。

一方、エンジン回転速度がある程度上昇して以降は、タービンホイール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ホイール２２を通過するときの抵抗）はタービンホイール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。

以上のとおり、タービンホイール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等により、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）。

（３）制御系
次に、図７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。

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、吸気管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。

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、およびウェストゲート弁４３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。

（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８の制御マップを参照しつつ説明する。

図８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、エンジンにターボ過給機２０が備わっているので、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。

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の過給圧制御（具体的にはウェストゲート弁４３を開く制御）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。

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。

上述したように、当実施形態では、比較的大型のタービンホイール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の諸元は、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。

図８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２領域Ｒ２が設定されているとともに、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、第３領域Ｒ３が設定されている。また、これら第２、第３領域Ｒ２，Ｒ３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。なお、第２領域Ｒ２は本発明にかかる「所定の運転領域」に相当し、第３運転領域Ｒ３は本発明にかかる「他の運転領域」に相当する。

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８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。

（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。

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。

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のタービンハウジング２１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ホイール２２が回転するとともに、このタービンホイール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。

ただし、第１領域Ｒ１内の低負荷域では、過給を行う必要がないので、ウェストゲート弁４３が開かれる。これにより、タービンホイール２２をバイパスしてバイパス通路４２を通る排気ガスの流れができ、ポンピングロスが低減される。

（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。

すなわち、第２領域Ｒ２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タービンハウジング２１へと流入する。

また、第２領域Ｒ２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のタービンホイール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。

さらに、第２領域Ｒ２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のときよりも長くなるように設定される。すなわち、図９および図１０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。

なお、上記のような制御は、第２領域Ｒ２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２領域Ｒ２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２領域Ｒ２に向かって図８の上方に移動しているときには、第２領域Ｒ２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。

（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。

第３領域Ｒ３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、ターボ過給機２０のタービンホイール２２に流入する排気ガスの量を抑制しないと、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１領域Ｒ１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、ウェストゲート弁４３を開く制御（過給圧制御）が実行される。

ウェストゲート弁４３が開かれることで、排気ガスの一部がバイパス通路４２を通って排気管３５に流れる（つまりタービンホイール２２をバイパスする）ので、タービンホイール２２の駆動に利用される排気ガスの量が減らされ、それによって過給圧が上限値を超えないように（上限値で一定になるように）制御される。

また、第３領域Ｒ３では、エンジン回転速度が比較的高く排気ガスの流量が多いため、これに対応すべく排気絞り弁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、各気筒２Ａ〜２Ｄからの排気ガスは、各独立排気通路３１，３２，３３内の常用流路３８および可変流路３９の双方を通ってスムーズに下流側へと排出される。

（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に第１、第３独立排気通路３１，３３の各上流端部が接続されるとともに、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に第２独立排気通路３２の上流端部が接続されている。ターボ過給機２０は、第１〜第３独立排気通路３１，３２，３３の各下流端部に共通に接続されたタービンハウジング２１と、タービンハウジング２１の内部に設けられたタービンホイール２２と、タービンホイール２２と連結され且つ吸気通路１０に設けられたコンプレッサ２３とを有している。各独立排気通路３１，３２，３３の下流部には、開閉可能な排気絞り弁４０によって遮断または開放される可変流路３９と、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁３７によって可変流路３９と区画された常用流路３８とが形成されるとともに、常用流路３８が可変流路３９よりもタービンホイール２２の中心軸２２ａに近い側に位置している。タービンハウジング２１内におけるタービンホイール２２の配設位置は、常用流路３８を下流側に延長した範囲Ｓ内にタービンホイール２２の外周部が突出するように設定されている。排気絞り弁４０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８の第２領域Ｒ２）で閉じるように制御される。このような構成によれば、排気ガスの流量が少ない低速域での運転時に、排気ガスのエネルギーのみによってタービンホイールに充分な駆動力を付与することができ、エンジントルクを効果的に高めることができる。

すなわち、上記実施形態では、エンジン低速側の第２領域Ｒ２で、排気絞り弁４０により可変流路３９を遮断して常用流路３８のみを開放する制御（独立排気絞り制御）が実行され、それによって各独立排気通路３１，３２，３３内の流通面積が縮小されるので、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。

図９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（タービンハウジング２１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。

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９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。

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、タービンホイール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。言い換えると、独立排気絞り制御によって排気ガスを短期間で集中的に流し、圧力差の大きいパルス状の流れをつくり出すことで、タービンホイール２２の駆動力がより高まる、ということができる。

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９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。

しかも、上記実施形態では、常用流路３８を下流側に延長した範囲Ｓ（図４参照）内にタービンホイール２２の外周部が突出しているので、上記独立排気絞り制御の実行に伴い常用流路３８からパルス状に排出される排気ガスが、タービンホイール２２の外周部（延長範囲Ｓ内に突出している部分）に集中的に当たるようになる。これにより、排気ガスの流量が少ない低速域での運転であっても、タービンホイール２２に充分な駆動力を与えることができ、ターボ過給機２０の過給能力を最大限に引き出すことができる。

ここで、タービンホイール２２を上記のようにレイアウトすることでタービンホイール２２の駆動力が増大することは、独立排気絞り制御（動圧過給効果）を利用した過給能力の向上を図りつつ更なる改善を目指した本願発明者の研究によって導き出されたものであり、従来の技術常識とは反するものである。図１２は、一般的なターボ過給機におけるタービンハウジング１２１およびその内部のタービンホイール１２２の構造を示している。本図に示すように、ターボ過給機の分野では、通常、タービンホイール１２２の外周部と排気ガスの主流の通過範囲Ｓ’とが重ならないように、タービンホイール１２２の配設位置が設定される。なお、図１２の例では、タービンハウジング１２１の入口部（排気通路Ｅｘとの接続部）１２１ａに絞り部Ｒｓが設けられているので、この絞り部Ｒｓの最小面積部を下流側に延長した範囲を、排気ガスの主流の通過範囲Ｓ’としている。また、図中のＷ／Ｇはウェストゲート弁を示しており、この例では、タービンハウジング１２１の入口部１２１ａ周壁に設けられる開口（バイパス通路の入口部）を開閉するようにウェストゲート弁が設けられている。

タービンホイール１２２を上記範囲Ｓ’から外すように配置するのは、排気通路Ｅｘから排出された排気ガスのエネルギーをタービンホイール１２２の外周部にまんべんなく作用させるためである。すなわち、タービンホイール１２２を上記範囲Ｓ’から外すことで、タービンハウジング１２１に流入した排気ガスが矢印Ｊに示すように、タービンホイール１２２の外周部に沿ってスムーズに流れるので、その流れによってタービンホイール１２２にまんべんなく駆動力を付与することができる。従来は、このようなレイアウトを採用した方が、タービンホイール１２２の駆動力を増大させる上で好ましいとされていた。

しかしながら、本願発明者の研究によれば、排気ガスの流量が少ないエンジンの低速域では、図１２のような常識的なレイアウトを採用するよりも、排気ガスの流通面積を絞ってパルス状の流れを実現させた上で、そのパルス状の流れをタービンホイールの一部に集中的に当てた方が、より大きな駆動力が得られるという知見が得られた。そこで、上記実施形態では、図４に示したように、独立排気絞り制御の実行時に排気ガスが流れる常用流路３８を下流側に延長した範囲Ｓと、タービンホイール２２の外周部とが重なるようなレイアウトを採用している。これにより、タービンホイール２２の外周部の一部（常用流路３８の延長範囲Ｓ内に突出している部分）に集中して排気ガスが当たるようになり、全体としては排気ガスの流量が少なくても、タービンホイール２２に大きな駆動力を付与することができる。なお、上記実施形態（図４）では、独立排気絞り制御（可変流路３９を遮断する制御）によって排気ガスの流通面積が縮小されるので、タービンハウジング２１に絞り部（図１２の絞り部Ｒｓに相当するもの）は設けられていない。

以上のように、上記実施形態では、可変流路３９を遮断して常用流路３８のみを開放する独立排気絞り制御をエンジンの低速域（第２領域Ｒ２）で実行しつつ、常用流路３８の延長範囲Ｓと重なるようにタービンホイール２２を配設したので、少ない流量の排気ガスを極めて有効に利用してタービンホイール２２に充分な駆動力を付与することができ、ターボ過給機２０の過給能力を最大限に引き出すことができる。

加えて、上記実施形態では、独立排気絞り制御が実行される第２領域Ｒ２での運転時に、図９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９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。

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、タービンハウジング２１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、独立排気通路（３１，３２，３３のいずれか）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１０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。

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。タービンホイール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ホイール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。

また、上記実施形態では、ターボ過給機２０の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、タービンホイール２２として比較的大型のものを用いているので、エンジンの低速域での過給能力を上記独立排気絞り制御（さらには上述したタービンホイール２２の特殊なレイアウト）によって担保しながら、エンジンの高速域での過給能力を充分に高めることができ、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エンジントルクを発生させることができる。

すなわち、上記実施形態のターボ過給機２０は、インターセプト回転速度Ｎｉが定格回転速度Ｎｘの１／３以上になるような比較的大型のタービンホイール２２を有しているので、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。

さらに、タービンホイール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さらに向上させることができる。

また、上記実施形態のエンジンは、タービンハウジング２１とそれよりも下流側の排気通路（排気管３５）とを連結するバイパス通路４２と、バイパス通路４２のタービンハウジング２１側の開口であるバイパス入口部４２ａを開閉可能に遮断するウェストゲート弁４３とを備えており、ウェストゲート弁４３によって開閉されるバイパス入口部４２ａは、各独立排気通路３１，３２，３３の常用流路３８の延長上に設けられている。このような構成によれば、ウェストゲート弁４３を開いたときに、独立排気通路３１，３２，３３から排出された排気ガスがほとんど進路を変更することなくバイパス通路４２に流入するので、タービンハウジング２１内の排気圧力が無用に高まるのを有効に回避することができ、ターボ過給機２０による過給を行わない無過給時のポンピングロスを効果的に低減させることができる。

なお、上記実施形態では、独立排気通路３１，３２，３３のそれぞれを、その上流端部から下流端部までが一体の連続した管状部材によって構成したが、例えば図１１に示すように、常用流路３８と可変流路３９とに区画された部分（下流側の一部）のみを別体の部材Ｆによって構成し、この部材Ｆを独立排気通路３１，３２，３３の残余の部分（上流側の一部）とタービンハウジング２１との間に挟み込むように配置してもよい。このように、常用流路３８と可変流路３９とに区画された部分を別体化した場合には、途中から内部が２分される比較的複雑な形状の独立排気通路３１，３２，３３を容易に製造できるという利点がある。

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を接続するとともに、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を設けるようにしたが、第１、第３独立排気通路３１，３３と同様の単管状の排気通路を全ての気筒２Ａ〜２Ｄに接続することにより、気筒２Ａ〜２Ｄと同数の４つの独立排気通路を設けるようにしてもよい。

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。

また、上記実施形態では、タービンハウジング２１の内部を区画する隔壁を特に設けなかったが、各独立排気通路３１，３２，３３の下流部に設けられた隔壁３７（常用流路３８と可変流路３９との間の隔壁３７）と連続して延びる隔壁を、タービンハウジング２１の上流側の一部にのみ設けてもよい。

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）
１０ 吸気通路
２０ ターボ過給機
２１ タービンハウジング
２２ タービンホイール
２２ａ （タービンホイールの）中心軸
２３ コンプレッサ
３０ 排気通路
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
３７ 隔壁
３８ 常用流路
３９ 可変流路
４０ 排気絞り弁
４２ バイパス通路
４２ａ バイパス入口部
４３ ウェストゲート弁
Ｎｉ インターセプト回転速度
Ｎｘ （エンジンの）定格回転速度
Ｆ 別体の部材

Claims (4)

1. 複数の気筒と、各気筒に吸入される空気が流通する吸気通路と、各気筒から排出される排気ガスが流通する排気通路と、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、
   上記排気通路は、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を有し、
   上記ターボ過給機は、上記複数の独立排気通路の各下流端部に共通に接続されたタービンハウジングと、タービンハウジングの内部に設けられたタービンホイールと、タービンホイールと連結され且つ上記吸気通路に設けられたコンプレッサとを有し、
   上記各独立排気通路における少なくとも下流部には、開閉可能な排気絞り弁によって遮断または開放される可変流路と、排気ガスの流れ方向に沿って延びる隔壁によって上記可変流路と区画された常用流路とが形成されるとともに、上記常用流路が可変流路よりも上記タービンホイールの中心軸に近い側に位置しており、
   上記常用流路を下流側に延長した範囲内に上記タービンホイールの外周部が突出するように、上記タービンハウジング内におけるタービンホイールの配設位置が設定され、
   上記排気通路には、上記タービンハウジングとそれよりも下流側の排気通路とを連結するバイパス通路と、バイパス通路のタービンハウジング側の開口であるバイパス入口部を開閉可能に遮断するウェストゲート弁とが設けられ、
   上記ウェストゲート弁によって開閉されるバイパス入口部が、上記独立排気通路の常用流路の中心線を下流側に延長した延長線と交差する位置に設けられており、
   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、上記排気絞り弁は、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閉じるように制御され、
   上記ウェストゲート弁は、上記インターセプト回転速度よりも高速側に設定された他の運転領域で開くように制御される、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
2. 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、
   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、少なくとも上記排気絞り弁を閉じ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。
3. 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、
   上記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諸元が設定されている、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
4. 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、
   上記独立排気通路のうち上記常用流路と可変流路とに区画された部分が、上記独立排気通路の上流側の一部とタービンハウジングとの間に挟み込まれる別体の部材によって構成された、ことを特徴とするターボ過給機付多気筒エンジン。
   

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