DE102011082385A1

DE102011082385A1 - Abgassteuervorrichtung für einen Motor

Info

Publication number: DE102011082385A1
Application number: DE102011082385A
Authority: DE
Inventors: Osamu Sato; Etsugou Yanagida
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2011-09-08
Publication date: 2012-04-26
Also published as: US8695338B2; CN102400776B; CN102400776A; US20120060494A1

Abstract

Ein Strömungsraten-Steuerventil (1) und ein Überströmventil (2) sind wirkverbunden mit einer gemeinsamen Mitnehmerplatte (4), welche von einem Stellglied (3) angetrieben wird. Die Mitnehmerplatte (4) hat einen ersten Antriebsabschnitt zum Rotieren des Strömungsraten-Steuerventils (1) in einer synchronisierten Weise mit einer Rotation der Mitnehmerplatte (4). Die Mitnehmerplatte (4) hat einen zweiten Antriebsabschnitt (63) zum Rotieren des Überströmventils (2) in Übereinstimmung mit der Rotation der Mitnehmerplatte (4), wobei ein Betätigungsmuster für das Überströmventil (2) sich von jenem des Strömungsraten-Steuerventils (1) unterscheidet. Wie oben werden die beiden Ventile von einem einzigen Stellglied betätigt, so dass sie sich unabhängig voneinander bewegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Abgassteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor, und betrifft insbesondere eine Ladedrucksteuervorrichtung zum Steuern eines Ladedruckes eines einen Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotors.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Turbolader mit zwei unabhängigen Ventilen, und betrifft insbesondere eine Antriebseinrichtung für solch zwei Ventile.
Eine Ladedrucksteuervorrichtung ist im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. S62-162349 offenbart (auch als Stand der Technik Offenlegungsschrift 1 bezeichnet), gemäß welcher ein Ladedruck für einen einen Turbolader aufweisenden Verbrennungsmotor gesteuert wird. Der Turbolader vorverdichtet Einlassluft in den Verbrennungsmotor.
Gemäß dem Turbolader des obigen Standes der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 1), wie in 13 gezeigt, besteht dieser aus einem Turbinengehäuse 103, das mit einem Auslasskrümmer 102 eines Verbrennungsmotors 101 verbunden ist, und einem Turbinenlaufrad 104, das in einem Zentrum des Turbinengehäuses 103 angeordnet ist. Das Turbinengehäuse 103 hat eine Turbinenspirale 105, die sich von einem Einlassabschnitt (durch welchen hindurch Abgas in das Turbinengehäuse hinein geliefert wird) bis zu einer Laufradaufnahmekammer erstreckt, und ein Auslassrohr 106, das sich von der Laufradaufnahmekammer bis zu einem Auslassabschnitt hin erstreckt.
Ein Inneres der Turbinenspirale 105 ist von einer Trennwand 110 in zwei Passagenabschnitte unterteilt, das heißt eine erste Passage 111 und eine zweite Passage 112. Ein Schaltventil 113 ist an einem Einlassabschnitt der zweiten Passage 112 vorgesehen. Während eines Niedertouriglaufbetriebs ist der Einlassabschnitt der zweiten Passage 112 von dem Schaltventil 113 geschlossen, so dass das Abgas nur durch die erste Passage 111 hindurch strömt, wohingegen das Schaltventil 113 während eines Hochtouriglaufbetriebs geöffnet ist, so dass das Abgas durch beide von den ersten und zweiten Passagen 111 und 112 hindurch strömt.
Eine „Waste-gate”- bzw. Überströmpassage 115 wird zu der ersten Passage 111 hin geöffnet, wobei die Überströmpassage 115 das Turbinenlaufrad 104 umgeht, so dass das Abgas das Turbinenlaufrad 104 umgeht und zu dem Auslassabschnitt des Auslassrohrs 106 hin strömt. Die Überströmpassage 115 wird von einem Überströmventil 116 geöffnet und/oder geschlossen, so dass der Ladedruck gesteuert wird auf einen Wert, welcher einen vorbestimmten maximalen Ladedruck nicht überschreitet.
Ferner ist eine andere Abgasdrucksteuervorrichtung im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2008-196332 offenbart (auch als Stand der Technik Offenlegungsschrift 2 bezeichnet), gemäß welcher ein Abgasdruck an einem Einlassabschnitt eines Turboladers, das heißt auf einer strömungsaufwärtigen Seite eines Turbinenlaufrades des Turboladers, derart gesteuert wird, dass er einen Wert annimmt, der geringer als ein vorbestimmter Wert ist.
Gemäß dem Turbolader des obigen Standes der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 2), wie in 14 gezeigt, ist ein Turbinenlaufrad 104 in einer Laufradaufnahmekammer eines Turbinengehäuses 103 aufgenommen. Ein Turbinenspiralgehäuse 105 ist an einem Außenumfang des Turbinenlaufrades 104 geformt. Von einem Motor (nicht gezeigt) an einen Einlassabschnitt des Turbinengehäuses 103 geliefertes Abgas wird über die Turbinenspirale 105 in das Turbinenlaufrad 104 hinein eingeleitet.
Die Turbinenspirale 105 ist von einer Trennwand 120 in zwei Passagen, nämlich eine erste Passage 121 und eine zweite Passage 122, unterteilt. An einem Verzweigungsabschnitt 123, an dem sich die ersten und zweiten Passagen 121 und 122 verzweigen, ist ein Strömungssteuerventil 124 zum Steuern einer Durchflussmenge des durch die zweite Passage 122 hindurch strömenden Abgases vorgesehen.
Eine Überströmpassage 125 ist mit der zweiten Passage 122 verbunden, so dass das Abgas das Turbinenlaufrad 104 umgehen kann. Ein Überströmventil 126 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen der zweiten Passage 122 und der Überströmpassage 125 vorgesehen zum Steuern der Durchflussmenge des durch die Überströmpassage 125 hindurch strömenden Abgases.
Eine weitere Ladedrucksteuervorrichtung ist im Stand der Technik bekannt, wie beispielsweise in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. H10-089081 offenbart (auch als Stand der Technik Offenlegungsschrift 3 bezeichnet), gemäß welcher ein Ladedruck für einen einen Turbolader vom Variabel-Kondensator-Typ aufweisenden Verbrennungsmotor gesteuert wird. Bei dem obigen Turbolader wird ein Öffnungsgrad einer variablen Düse gesteuert, welche an einem Einlassabschnitt eines Turbinenrotors vorgesehen ist. Zusätzlich wird auch ein Öffnungsgrad eines Überströmventils gesteuert, welches in einer Umgehungspassage vorgesehen ist, so dass Abgas eine Turbine umgeht.
Gemäß der Ladedrucksteuervorrichtung des obigen Standes der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 3), wie in 15A bis 15C gezeigt, hat diese ein Überströmventil und eine variable Düse. Sie hat ferner ein einziges Stellglied 107 mit einer Stellgliedstange 131, an der jeweils ein Antriebsstab 132 für die variable Düse sowie ein Antriebsstab 133 für das Überströmventil angelenkt sind.
15A zeigt einen Zustand einer Verbindungsstruktur zwischen der Stellgliedstange 131 und den Antriebsstäben 132 und 133, wenn eine Motordrehzahl sich in einem Niederbereich befindet.
15B zeigt einen anderen Zustand der Verbindungsstruktur zwischen der Stellgliedstange 131 und den Antriebsstäben 132 und 133, wenn sich die Motordrehzahl in einem Mittelbereich befindet.
15C zeigt einen weiteren Zustand der Verbindungsstruktur zwischen der Stellgliedstange 131 und den Antriebsstäben 132 und 133, wenn sich die Motordrehzahl in einem Hochbereich befindet.
Eine weitere Ladedrucksteuervorrichtung ist im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in der japanischen Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2009-024584 offenbart (auch als Stand der Technik Offenlegungsschrift 4 bezeichnet), gemäß welcher ein Ladedruck für einen einen Turbolader vom Doppeldüsentyp aufweisenden Verbrennungsmotor gesteuert wird. Bei solch einem Turbolader wird ein Teil des Abgases durch eine erste Passage hindurch zu einer ersten Düse geliefert, wohingegen ein anderer Teil des Abgases durch eine zweite Passage hindurch zu einer zweiten Düse geliefert wird.
Gemäß dem Turbolader des obigen Standes der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 4), wie in 16 gezeigt, ist eine Einlasspassage eines Turbinengehäuses 103 von einer Trennwand 140 in eine erste Passage 141, die mit einem ersten Düsenabschnitt verbunden ist, und eine zweite Passage 142 unterteilt, die mit einem zweiten Düsenabschnitt verbunden ist. In dem Turbinengehäuse 103 ist ein Strömungsraten-Steuerventil 143 vorgesehen zum Steuern einer Durchflussmenge von Abgas, das jeweils durch die ersten und zweiten Passagen 141 und 142 hindurch strömt. Zusätzlich sind in dem Turbinengehäuse 103 eine Umgehungspassage 145 und ein Überströmventil 146 vorgesehen, so dass der Abgasdruck nicht übermäßig ansteigen kann.
Ein elektromagnetisches Stellglied 108, welches von einer Steuereinheit 147 gesteuert wird, treibt das Strömungsraten-Steuerventil 143 über eine Stange 149 an.
Wenn eine Position des Strömungsraten-Steuerventils 143 von dem elektromagnetischen Stellglied 108 von einer ersten Position zu einer zweiten Position hin verlagert wird, wird ein Durchgangsloch geöffnet, so dass die ersten und zweiten Passagen 141 und 142 miteinander in Verbindung gebracht werden.
Wenn die Position des Strömungsraten-Steuerventils 143 von dem elektromagnetischen Stellglied 108 von der zweiten Position zu einer dritten Position hin verlagert wird, wird das Überströmventil 146 gegen eine Vorspannkraft verstellt, so dass die Umgehungspassage 145 geöffnet wird.
Gemäß dem obigen ersten Stand der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 1) ist es, da das Schaltventil 113 und das Überströmventil 116 vorgesehen sind, notwendig, Stellglieder zum jeweiligen Antreiben des Schaltventils 113 und des Überströmventils 116 vorzusehen. Mit anderen Worten kann, da es notwendig wird, zwei Stellglieder vorzusehen, eine Struktur eines Abgasrohres des Motors kompliziert werden, wobei die Kosten ansteigen.
Gemäß dem obigen zweiten Stand der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 2) ist es, da das Strömungssteuerventil 124 und das Überströmventil 126 vorgesehen sind, gleichfalls notwendig, jeweilige Stellglieder zum Antreiben des Strömungssteuerventils 124 und zum Antreiben des Überströmventils 126 vorzusehen. In zum ersten Stand der Technik gleicher Weise ist es notwendig, zwei Stellglieder vorzusehen, wodurch eine Struktur eines Abgasrohrs des Motors kompliziert werden kann und Kosten erhöht werden.
Gemäß dem obigen dritten Stand der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 3) gibt es infolge von Spielen einen Leerhub der Stellgliedstange 131, während dem die Antriebsstäbe 132 und 133 für die variable Düse und das Überströmventil nicht tatsächlich von der Stellgliedstange 131 bewegt werden. Im Ergebnis kann der Öffnungsgrad der variablen Düse oder des Überströmventils nicht stabil gesteuert werden, und dadurch kann eine Steuerungsgenauigkeit für die Strömungsrate vermindert werden und außerdem kann ein Schlaggeräusch erzeugt werden, wenn der Verbindungsmechanismus von dem Leerhub zu einem Arbeitshub hin wechselt. Zusätzlich ist es notwendig, Vorspannkräfte zum jeweiligen Vorspannen der Antriebsstäbe 132 und 133 in Richtung zur Stellgliedstange 131 hin vorzusehen. Im Ergebnis kann eine Betätigungskraft des Stellgliedes 107 für die Stellgliedstange 131 groß bzw. erhöht werden.
Gemäß dem obigen vierten Stand der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschrift 4) gibt es ein Spiel zwischen dem Strömungsraten-Steuerventil 143 und dem Überströmventil 146 und kann ein Schlaggeräusch erzeugt werden, wenn das Strömungsraten-Steuerventil 143 mit dem Überströmventil 146 in Kontakt gebracht wird, oder kann eine Steuerungsgenauigkeit für die Durchflussmenge vermindert werden. Ferner ist es notwendig, eine Vorspannkraft für das Überströmventil 146 vorzusehen, so dass das Überströmventil 146 in Richtung zu dem Strömungsraten-Steuerventil 143 hin gedrückt wird. Es ist daher ein Problem, dass eine Betätigungskraft des elektrischen Stellgliedes 108 groß bzw. erhöht wird.
Ein Turbolader mit zwei unabhängigen Ventilen ist im Stand der Technik bekannt, wie zum Beispiel in den obigen Stand der Technik Offenlegungsschriften 1 und 2 usw. offenbart.
Der im oben genannten Standen der Technik offenbarte Turbolader hat ein Ventil vom Variabel-Kondensator-Typ (ein Ventil zum Ändern einer Querschnittsfläche einer Passage, durch welche hindurch Abgas zu einem Turbinenlaufrad hin strömt) und ein Überströmventil.
Ein Öffnungsgrad des Ventils vom Variabel-Kondensator-Typ wird in Abhängigkeit von einer Motordrehzahl, einer Motorlast (einem Öffnungsgrad einer Drosselklappe eines Gaspedals) usw. gesteuert, so dass ein Solldrehmoment in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors erlangt wird.
Das Überströmventil verhindert einen Überladungszustand (ein übermäßiges Ansteigen bzw. eine übermäßige Erhöhung eines Einlassluftdruckes). Ein Öffnungsgrad des Überströmventils wird in Abhängigkeit von dem Ladedruck, dem Abgasdruck an einem Einlass des Turbinenlaufrades usw. gesteuert.
Das Ventil vom Variabel-Kondensator-Typ und das Überströmventil werden jeweils in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Betriebsparametern betätigt.
Gemäß dem obigen Standen der Technik (Stand der Technik Offenlegungsschriften 1 und 2) sind zwei verschiedene Stellglieder vorgesehen, um das Ventil vom Variabel-Kondensator-Typ und das Überströmventil jeweilig und unabhängig anzutreiben. Dies ist daher ein Faktor zum Erhöhen der Kosten, der Größe und des Gewichts des Turboladers.
Es besteht daher ein Bedarf, dass sowohl das Ventil vom Variabel-Kondensator-Typ als auch das Überströmventil von einem einzigen Stellglied (zum Beispiel einem elektrischen Stellglied, das aus einem Elektromotor und einem Untersetzungsgetriebe besteht) betätigt werden, um eine Miniaturisierung, eine Gewichtsreduzierung und eine Kostenreduzierung für die Vorrichtung zu erreichen.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht. Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Abgassteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor bereitzustellen, welche in einfacher Weise an den Motor montiert werden kann, welche ein geringeres Gewicht hat und welche geringere Kosten hat. Es ist ferner ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Abgassteuervorrichtung für den Motor bereitzustellen, gemäß welcher eine Betätigungskraft für ein Stellglied verringert werden kann.
Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Turbolader bereitzustellen, gemäß welchem zwei unabhängige Ventile (zum Beispiel ein Ventil vom Variabel-Kondensator-Typ und ein Überströmventil) von einem einzigen Stellglied betätigt werden und gemäß welchem ein durch Wärme Verformen einer Mitnehmerplatte verhindert wird und eine mögliche Erzeugung eines Spiels zwischen der Mitnehmerplatte und einem Verbindungsglied verhindert wird.
Gemäß einem Merkmal der Erfindung, wie zum Beispiel in dem Anspruch 1 definiert, hat ein Turbolader für einen Motor ein Turbinengehäuse (15) mit einer Turbinenaufnahmekammer (22) darin. Ein Turbinenlaufrad (14) wird bewegbar in der Turbinenaufnahmekammer (22) abgestützt und von Abgas von dem Motor in Drehbewegung versetzt bzw. rotiert.
Eine erste Passage (11) und eine zweite Passage (12) sind in dem Turbinengehäuse (15) zum Einleiten von Abgas von dem Motor in die Laufradaufnahmekammer (22) ausgebildet, wobei die erste und die zweite Passage (11, 12) dadurch gebildet sind, dass eine Abgaseinströmpassage in einer Rotationsrichtung des Turbinenlaufrades (14) in zwei Passagen unterteilt wird. In dem Turbinengehäuse (15) ist eine Umgehungspassage (13) ausgebildet, so dass das durch die Umgehungspassage (13) hindurchströmende Abgas des Motors die Laufradaufnahmekammer (22) umgeht.
Ein erstes Ventil (1) und ein zweites Ventil (2) sind bewegbar in dem Turbinengehäuse (15) vorgesehen, um Durchflussmengen von jeweils durch die erste und die zweite Passage (11, 12) und die Umgehungspassage (13) hindurch strömenden Abgasen mittels Öffnungs- und/oder Schließbewegungen der jeweiligen ersten und zweiten Ventile (1, 2) zu steuern.
Eine Vorrichtung weist ferner einen Ventilkuppelmechanismus mit einem Mitnehmerelement (4) zum miteinander Kuppeln des ersten und des zweiten Ventils (1, 2), um das erste und das zweite Ventil (1, 2) unabhängig voneinander zu öffnen und/oder zu schließen; und ein Stellglied (3) auf, um das erste und das zweite Ventil (1, 2) mittels des Nocken- bzw. Mitnehmerelements (4) Anzutreiben. Das erste und das zweite Ventil sind bewegbar in dem Turbinengehäuse abgestützt.
Das Mitnehmerelement (4), welches das erste und das zweite Ventil zum unabhängig voneinander Öffnen und/oder Schließen antreibt, hat eine Rotationsachse (44), die drehbar von dem Turbinengehäuse (15) abgestützt ist, einen ersten Antriebsabschnitt zum Rotieren des ersten Ventils (1) in synchronisierter Weise mit einer Rotation des Mitnehmerelements (4), und einen zweiten Antriebsabschnitt zum Rotieren des zweiten Ventils (2) in Übereinstimmung mit der Rotation des Mitnehmerelements (4) und in einem Betätigungsmuster, das sich von jenem des ersten Ventils (1) unterscheidet.
Gemäß dem obigen Merkmal der Erfindung sind sowohl die Rotationsachse, welche drehbar von dem Turbinengehäuse abgestützt ist, als auch der erste und der zweite Antriebsabschnitt zum jeweiligen Antreiben des ersten und des zweiten Ventils in dem Mitnehmerelement vorgesehen. Das mit dem ersten Antriebsabschnitt gekuppelte erste Ventil wird in der mit der Rotation des Mitnehmerelements synchronisierten Weise rotiert. Das mit dem zweiten Antriebsabschnitt gekuppelte zweite Ventil wird in Übereinstimmung mit der Rotation des Mitnehmerelements und in dem Betätigungsmuster rotiert, das sich von jenem des ersten Ventils unterscheidet.
Gemäß solch einer Struktur ist ein einziges Stellglied ausreichend, so dass dadurch eine leichtere Montage verbessert und eine Reduzierung des Gewichts und der Kosten realisiert werden.
Da es möglich ist, das Spiel (zum Beispiel einen Spielraum und/oder ein Getriebespiel) zwischen dem ersten Antriebsabschnitt des Mitnehmerelements und dem ersten Ventil zu reduzieren, wird eine Erzeugung eines Klapperns verhindert, wenn das erste Ventil betätigt wird, und es ist ferner möglich, die Genauigkeit zum Steuern der Durchflussmengen der durch die erste und die zweite Passage und/oder die Umgehungspassage hindurch strömenden Abgase zu erhöhen. Zusätzlich kann, da es möglich ist, den Spielraum (und/oder das Getriebespiel) zwischen dem zweiten Antriebsabschnitt des Mitnehmerelements und dem zweiten Ventil zu reduzieren, ebenfalls eine Erzeugung eines Klapperns unterdrückt werden und kann ebenso die Steuerungsgenauigkeit für die Durchflussmengen der durch die erste und die zweite Passage und die Umgehungspassage hindurch strömenden Abgase erhöht werden.
Da es nicht notwendig ist, das erste und das zweite Ventil auf das bzw. zu dem Mitnehmerelement hin vorzuspannen, kann die Betätigungskraft des Stellgliedes kleiner ausgebildet sein, Mit anderen Worten können das erste und das zweite Ventil mit kleinerer Antriebskraft langsam betätigt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung, wie zum Beispiel in dem Anspruch 14 definiert, hat der Turbolader zwei Ventile (1, 2), welche von einem einzigen Stellglied (3) und einem Mitnehmerelement (4) betätigt werden, wobei das Stellglied (3) und das Mitnehmerelement (4) an solch einem Element (zum Beispiel einem Kompressorgehäuse (17) eines Mittelgehäuses (28) usw.) befestigt sind, welches sich von einem Turbinengehäuse (15) unterscheidet. Und zwar ist sowohl des Stellglied (3) als auch das Mitnehmerelement (4) in einer Niedertemperaturatmosphäre angeordnet.
Da das Mitnehmerelement (4) in der Niedertemperaturatmosphäre angeordnet ist, ist es möglich, solch eine Situation zu vermeiden, in der das Mitnehmerelement (4) durch Wärme von dem Turbinengehäuse (15) verformt werden kann und in der an einem Eingriffspunkt zwischen dem Mitnehmerelement und einem Verbindungselement ein Spiel erzeugt werden kann.
Im Ergebnis dessen, dass die Erzeugung des Spiels vermieden werden kann, ist es möglich, eine Funktionsstörung der unabhängigen beiden Ventile und einer Verschlechterung der Genauigkeit zum Steuern der Öffnungsgrade der Ventile zu verhindern. Demgemäß kann eine Zuverlässigkeit des Turboladers, in dem die beiden Ventile von einem einzigen Stellglied betätigt werden, erhöht werden.
Die obigen und anderen Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren durchgeführten Beschreibung ersichtlicher werden. In den Figuren:
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ladedrucksteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen relevanten Abschnitt gesehen entlang einer Linie II-II in 1 zeigt;
3A ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen relevanten Abschnitt eines Turboladers in einem Ventilzustand (zwei Ventile 1 und 2 sind geschlossen) zeigt;
3B ist eine schematische Seitenansicht, die einen Ventilverbindungsmechanismus entsprechend dem Ventilzustand von 3A zeigt;
4A ist eine schematische Querschnittsansicht, die den relevanten Abschnitt des Turboladers in einem anderen Ventilzustand (das Ventil 1 ist geöffnet, wohingegen das Ventil 2 geschlossen ist) zeigt;
4B ist eine schematische Seitenansicht, die den Ventilverbindungsmechanismus entsprechend dem Ventilzustand von 4A zeigt;
5A ist eine schematische Querschnittsansicht, die den relevanten Abschnitt des Turboladers in einem weiteren Ventilzustand (die Ventile 1 und 2 sind geöffnet) zeigt;
5B ist eine schematische Seitenansicht, die den Ventilverbindungsmechanismus entsprechend dem Ventilzustand von 5A zeigt;
6A ist ein Diagramm, das charakteristische Linien von jeweiligen Ventilen für einen Ventilöffnungsgrad mit Bezug auf einen Mitnehmerrotationswinkel zeigt;
6B ist ein Diagramm, das charakteristische Linien von jeweiligen Ventilen für den Ventilöffnungsgrad mit Bezug auf eine Motordrehzahl zeigt;
7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ladedrucksteuervorrichtung (einen Turbolader) gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
8 ist eine schematische Querschnittansicht, die einen relevanten Abschnitt gesehen entlang einer Linie VIII-VIII in 7 zeigt;
9A bis 9C sind schematische Querschnittsansichten, die jeweils einen relevanten Abschnitt des Turboladers zeigen;
9D bis 9F sind schematische Seitenansichten, die jeweils einen Ventilverbindungsmechanismus jeweils entsprechend Ventilzuständen von 9A bis 9C zeigen;
10 ist eine schematische Draufsicht einer Mitnehmerplatte;
11 ist ein Diagramm, das charakteristische Linien von jeweiligen Ventilen für einen Ventilöffnungsgrad mit Bezug auf einen Mitnehmerrotationswinkel zeigt;
12 ist ein Diagramm, das charakteristische Linien von jeweiligen Ventilen für den Ventilöffnungsgrad mit Bezug auf eine Motordrehzahl zeigt;
13 ist eine schematische Querschnittsansicht, die im Teil eine Ladedrucksteuervorrichtung gemäß einem der Stände der Technik zeigt;
14 ist eine schematische Querschnittsansicht, die einen relevanten Abschnitt einer Abgasdrucksteuervorrichtung gemäß einem anderen Stand der Technik zeigt;
15A bis 15C sind schematische Ansichten, die einen Verbindungsmechanismus eines weiteren Standes der Technik für eine Stellgliedstange zeigen, die mit einem Antriebsstab für eine variable Düse und einem Antriebsstab für ein Überströmventil verbunden ist; und
16 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Ladedrucksteuervorrichtung gemäß einem weiteren Stand der Technik zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
[Erste Ausführungsform]
1 bis 6 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei 1 und 2 eine Ladedrucksteuervorrichtung für einen Verbrennungsmotor zeigen.
Eine Steuervorrichtung für den Motor (ein Motorsteuersystem) gemäß der vorliegenden Ausführungsform besteht aus einer Ladedrucksteuervorrichtung zum Steuern eines Ladedrucks des Motors und einer elektronischen Motorsteuereinheit (ECU) zum Steuern eines Betriebs der Ladedrucksteuervorrichtung. Die Steuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird verwendet als eine Abgassteuervorrichtung für den Motor zum Steuern von von Verbrennungskammern von jeweiligen Zylindern ausgegebenem Abgas.
Wie in 1 bis 5 (5A und 5B) gezeigt, besteht die Ladedrucksteuervorrichtung aus einem Turbolader zum Vorverdichten von Einlassluft in Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder des Motors und einer Ventilantriebseinrichtung. Die Ventilantriebseinrichtung hat ein Strömungsraten-Steuerventil 1 (auch als ein erstes Ventil bezeichnet) zum Öffnen und/oder Schließen einer Abgaseinströmpassage (die eine erste und eine zweite Passage 11 und 12 aufweist) des Turboladers, ein Überströmventil 2 (auch als ein zweites Ventil bezeichnet) zum Öffnen und/oder Schließen einer Überströmpassage (einer Umgehungspassage 13) des Turboladers und ein Stellglied 3 (3B) zum Antreiben (zum Rotieren) des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2.
Die Ventilantriebseinrichtung weist ferner einen Ventilkuppelmechanismus auf zum miteinander Kuppeln des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2, so dass sie zusammenarbeiten, Das Stellglied 3 weist einen Elektromotor auf, welcher als eine Antriebsquelle für die Ventilantriebseinrichtung wirkt.
Der Ventilkuppelmechanismus (wie zum Beispiel in 3B gezeigt) besteht aus einer Mitnehmerplatte 4 (auch als ein Nocken- bzw. Mitnehmerelement bezeichnet), einem Verbindungsmechanismus usw. Die Mitnehmerplatte 4 treibt unabhängig das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 an, so dass jedes dieser unabhängig voneinander geöffnet und/oder geschlossen wird. Der Verbindungsmechanismus kuppelt die Mitnehmerplatte 4 und das Überströmventil 2 miteinander. Der Verbindungsmechanismus besteht aus einem Verbindungshebel 5, der in eine Hubrichtung (hin- und her-bewegend in einer Axialrichtung des Verbindungshebels 5) bewegbar ist, einem Hebellager 6 zum bewegbaren Abstützen des Verbindungshebels 5, so dass der Verbindungshebel 5 hin und her bewegbar ist, einem Verbindungsarm 7 zum Kuppeln des Verbindungshebels 5 mit dem Überströmventil 2, usw.
Das Stellglied 3 besteht aus einer Stange (nicht gezeigt), die in hin und her bewegender Weise in seiner Axialrichtung bewegbar ist, um die Mitnehmerplatte 4 zu rotieren, dem Elektromotor (nicht gezeigt) zum Erzeugen einer Antriebskraft bei Empfang von Elektroenergie, einem Geschwindigkeitsreduziermechanismus (nicht gezeigt) zum Reduzieren der Drehzahl des Elektromotors, einem Wandlermechanismus (nicht gezeigt) zum Umwandeln einer Rotationsbewegung des Geschwindigkeitsreduziermechanismus in eine Hin- und Her-Bewegung der Stange, usw. Ein Betrieb zum Steuern des Öffnungsgrades der Ventilantriebseinrichtung wird nachstehend beschrieben werden.
Die ECU weist einen an sich bekannten Mikrocomputer auf, welcher aus einer CPU zum Durchführen von Steuerungsprozessen und Berechnungsprozessen, einer Speichereinrichtung (ROM, RAM usw.) zum Speichern von Steuerprogrammen, Steuerungslogiken, diversen Arten von Daten usw., einem Zeitgeber usw. besteht. Ausgabesignale von diversen Arten von Sensoren (wie beispielsweise einem Luftmengenmesser, einem Kurbelwinkelsensor, einem Beschleunigungssensor, einem Drosselsensor, einem Ventilöffnungsgradsensor (einem Mitnehmerrotationswinkelsensor), einem Ladedrucksensor, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor usw.) werden in den Mikrocomputer eingegeben, nachdem diese Ausgabesignale von A/D-Wandlerschaltkreisen in digitale Signale umgewandelt wurden.
Der Mikrocomputer misst (berechnet) einen Betriebszustand des Motors (Motorbetriebsinformation) auf Basis der elektrischen Ausgabesignale des Kurbelwinkelsensors, des Ventilöffnungsgradsensors, des Ladedrucksensors usw., um solch berechnete Motorbetriebsinformation für diverse Arten von Motorsteuerungen (zum Beispiel eine Ventilöffnungsgradsteuerung des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2) zu nutzen. Ein Vorgang zum Steuern des Öffnungsgrades des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 wird nachstehend erläutert werden.
Die vorliegende Ausführungsform ist bei einem Mehrzylinder-Benzinmotor verwendet, welcher zusammen mit dem Turbolader in einem Motorraum eines Fahrzeugs montiert ist. Die vorliegende Erfindung sollte jedoch nicht auf den Benzinmotor beschränkt werden.
Der Motor hat einen Zylinderblock, in dem mehrere Zylinder in Reihe angeordnet sind, und einen Zylinderkopf, in dem mehrere Einlassöffnungen und mehrere Auslassöffnungen ausgebildet sind.
In dem Zylinderblock sind in einer Zylinderanordnungsreihe mehrere Brenn- bzw. Verbrennungskammern ausgebildet. Ein Kolben, welcher über eine Pleuelstange mit einer Kurbelwelle verbunden ist, ist bewegbar in jeder Zylinderbohrung abgestützt, welche in dem jeweiligen Zylinder des Zylinderblocks ausgebildet ist. Der Kolben ist in der Zylinderbohrung in hin und her bewegender Weise bewegbar.
Ein Einlassrohr ist mit dem Zylinderkopf verbunden, so dass Einlassluft in die Einlassöffnungen der jeweiligen Zylinder hineinströmt. Ein Kompressor des Turboladers, ein Zwischenkühler, ein Drosselventil, ein Einlasskrümmer usw. sind an einem Zwischenabschnitt des Einlassrohres vorgesehen.
Ein Auslassrohr ist ebenfalls mit dem Zylinderkopf verbunden, so dass Abgas aus den Auslassöffnungen der jeweiligen Zylinder ausströmt und durch das Auslassrohr strömt. Ein Auslasskrümmer, eine Turbine des Turboladers usw. sind an einem Zwischenabschnitt des Auslassrohres vorgesehen.
Zündkerzen sind in dem Zylinderkopf vorgesehen, so dass jedes vorderseitige bzw. vorwärtige Ende der Zündkerze zu der Verbrennungskammer der jeweiligen Zylinder hin freiliegt. Kraftstoffinjektoren sind ebenfalls in dem Zylinderkopf vorgesehen, so dass Kraftstoff in jede der Einlassöffnungen der jeweiligen Zylinder oder direkt in jede Verbrennungskammer zu geeigneten Zeitpunkten eingespritzt wird.
Jede Einlassöffnung des jeweiligen Zylinders wird von einem Einlassventil geöffnet und geschlossen. Gleichermaßen wird jede Auslassöffnung des jeweiligen Zylinders von einem Auslassventil geöffnet und geschlossen.
Der Turbolader hat den Kompressor und die Turbine, um die Einlassluft zu verdichten und solch verdichtete Luft in die Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder zu liefern.
Die Turbine hat ein Turbinenlaufrad 14 und ein Turbinengehäuse 15. Der Kompressor hat ein Kompressorlaufrad 16 und ein Kompressorgehäuse 17.
In dem Turbolader wird, wenn das Turbinenlaufrad 14 von dem Abgas rotiert wird, dadurch das Kompressorlaufrad 16 rotiert, so dass es die Einlassluft komprimiert.
Das Kompressorlaufrad 16 hat in Umfangsrichtung mehrere Kompressorschaufeln. Das Kompressorlaufrad 16 ist mit dem Turbinenlaufrad 14 über eine Turbinenwelle 18 verbunden, so dass das Kompressorlaufrad 16 von dem Turbinenlaufrad 14 direkt angetrieben wird.
Das Kompressorgehäuse 17 ist so eingerichtet, dass es einen Außenumfang des Kompressorlaufrades 16 umgibt. In dem Kompressorgehäuse 17 ist ein Kompressorspiralgehäuse 19 ausgebildet, in dem keine Trennwand vorgesehen ist, um eine Fluidpassage in mehrere Passagen zu unterteilen. In einem Zentrum der Kompressorspirale 19 ist eine Laufradaufnahmekammer 20 ausgebildet, um das Kompressorlaufrad 16 drehbar aufzunehmen.
Die Turbine der vorliegenden Ausführungsform ist eine Turbine vom Doppelspiralentyp (twin-scroll type), welche das Turbinenlaufrad 14 von dem Abgas des Motors rotiert und das Turbinengehäuse 15 einen Außenumfang des Turbinenlaufrades 14 umgebend hat.
Das Turbinenlaufrad 14 hat in Umfangsrichtung mehrere Turbinenschaufeln. Das Turbinenlaufrad 14 ist mit dem Kompressorlaufrad 16 über die Turbinenwelle 18 verbunden, so dass es das Kompressorlaufrad 16 direkt antreibt.
In dem Turbinengehäuse 15 ist ein Turbinenspiralgehäuse 21 ausgebildet, in dem eine Trennwand vorgesehen ist, so dass eine Fluidpassage in mehrere Passagen unterteilt ist. In einem Zentrum der Turbinenspirale 21 ist eine Laufradaufnahmekammer 22 ausgebildet, um das Turbinenlaufrad 14 drehbar aufzunehmen.
Die Abgaseinströmpassage ist in der Turbinenspirale 21 ausgebildet, um das Abgas von dem Motor in die Laufradaufnahmekammer 22 hinein zuzuführen. Die Abgaseinströmpassage der Turbinenspirale 21 ist in einer Rotationsrichtung des Turbinenlaufrades 14 in zwei Passagen (die erste und die zweite Passage 11 und 12) unterteilt.
Die Turbinenspirale 21 hat eine Einlassöffnung (Einlassabschnitt) 23 an einer Position, welche eine strömungsaufwärtige Seite der Laufradaufnahmekammer 22 in einer Strömungsrichtung des Abgases ist.
Ein Einlassabschnitt der Laufradaufnahmekammer 22 steht über eine erste und eine zweite Düse jeweils mit der ersten und der zweiten Passage 11 und 12 in Verbindung, wohingegen ein Auslassabschnitt der Laufradaufnahmekammer 22 mit einer Abgasausströmpassage 24 in Verbindung steht.
Das Turbinengehäuse 15 hat eine Auslassöffnung (Auslassabschnitt) 25 an solch einer Position, welche eine strömungsabwärtige Seite der Laufradaufnahmekammer 22 in der Strömungsrichtung des Abgases ist.
Die Einlassöffnung 23 ist eine Abgaseinlassöffnung, welche in einer Tangentialrichtung der Laufradaufnahmekammer 22 offen ist und welche mit dem Auslasskrümmer des Motors verbunden ist.
Die Auslassöffnung 25 ist eine Abgasabführöffnung, welche sich in das Zentrum der Laufradaufnahmekammer 22 erstreckt und welche an einem Ende in eine Richtung einer Rotationsachse des Turbinenlaufrades 14 offen ist. Die Auslassöffnung 25 ist mit einem Auslassrohr verbunden, in welchem eine Abgasreinigungseinrichtung und ein Schalldämpfer vorgesehen sind.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Turbinengehäuse 15 mit dem Kompressorgehäuse 17 über ein Lagergehäuse 28 (auch als ein Mittelgehäuse bezeichnet) verbunden, welches Lager 26 und 27 aufnimmt zum drehbaren Abstützen der Turbinenwelle 18. In dem Turbinengehäuse 15 ist sowohl die Abgasausströmpassage 24 zum Führen des Abgases des Motors von der Laufradaufnahmekammer 22 zu der Auslassöffnung 25 als auch die Umgehungspassage 13 ausgebildet, so dass das Abgas des Motors die Laufradaufnahmekammer 22 umgeht und durch die Abgasausströmpassage 24 hindurch zu der Auslassöffnung 25 hin strömt.
Eine erste Trennwand 31 ist in dem Turbinengehäuse 15 vorgesehen, um die erste und die zweite Passage 11 und 12 zu definieren. Zusätzlich ist in dem Turbinengehäuse 15 eine zweite Trennwand 32 vorgesehen, um die Umgehungspassage 13 von den ersten und zweiten Passagen 11 und 12 zu separieren.
In der Turbinenspirale 21 ist ein erster Verzweigungsabschnitt ausgebildet, so dass die zweite Passage 12 von der ersten Passage 11 abzweigt. Ferner ist in der Turbinenspirale 21 ein zweiter Verzweigungsabschnitt ausgebildet, so dass die Umgehungspassage 13 von der ersten und der zweiten Passage 11 und 12 (insbesondere von der zweiten Passage 12) abzweigt.
Der erste Verzweigungsabschnitt hat eine erste Ventilöffnung 33 und einen ringförmigen Ventilsitz (einen ersten Ventilsitz), der die erste Ventilöffnung 33 umgibt. Der erste Ventilsitz steht von einer zweiten Passagenseite der ersten Trennwand 31 in Richtung zu dem Strömungsraten-Steuerventil 1 hin vor, so dass ein Sitzabschnitt des Strömungsraten-Steuerventils 1 auf dem ringförmigen Ventilsitz (dem ersten Ventilsitz) aufsitzt oder von diesem separiert ist. Im Ergebnis wird die erste Ventilöffnung 33 von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 geöffnet und/oder geschlossen.
Die erste Ventilöffnung 33 verläuft durch die erste Trennwand 31 hindurch, so dass sie die erste und die zweite Passage 11 und 12 miteinander verbindet. Die erste Ventilöffnung 33 wird auch als ein erstes Verbindungsdurchgangsloch bezeichnet, wobei eine Öffnungsfläche dessen von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 gesteuert wird.
In ähnlicher Weise hat der zweite Verzweigungsabschnitt eine zweite Ventilöffnung 34 und einen ringförmigen Ventilsitz (einen zweiten Ventilsitz), der die zweite Ventilöffnung 34 umgibt. Der zweite Ventilsitz steht von einer Umgehungspassagenseite der zweiten Trennwand 32 in Richtung zu dem Überströmventil 2 hin vor, so dass ein Sitzabschnitt des Überströmventils 2 auf dem ringförmigen Ventilsitz (dem zweiten Ventilsitz) aufsitzt oder davon separiert ist. Im Ergebnis wird die zweite Ventilöffnung 34 von dem Überströmventil 2 geöffnet und/oder geschlossen.
Die zweite Ventilöffnung 34 verläuft durch die zweite Trennwand 32 hindurch, so dass sie die erste und die zweite Passage 11 und 12 (insbesondere die zweite Passage 12) mit der Umgehungspassage 13 verbindet. Die zweite Ventilöffnung 34 wird auch als ein zweites Verbindungsdurchgangsloch bezeichnet, wobei eine Öffnungsfläche dessen von dem Überströmventil 2 gesteuert wird.
Sowohl die erste als auch die zweite Passage 11 und 12 führen das Abgas von dem Motor zu dem Turbinenlaufrad 14 hin, so dass das Turbinenlaufrad 14 von der Kraft des Abgases rotiert wird. Wie oben erläutert, bilden die erste und die zweite Passage 11 und 12 die Abgaseinströmpassage. Die erste und die zweite Passage 11 und 12 sind voneinander durch die erste Trennwand 31 separiert. Die erste Passage 11 bildet einen ersten Spiralgehäuseabschnitt, wohingegen die zweite Passage 12 einen zweiten Spiralgehäuseabschnitt bildet.
Die erste Passage 11 steht über den Auslasskrümmer und die Einlassöffnung 23 mit den jeweiligen Verbrennungskammern und den Auslassöffnungen in Verbindung. Die erste Passage 11 bildet eine erste Abgaseinströmpassage zum Führen des Abgases von der Einlassöffnung 23 aus zu der Laufradaufnahmekammer 22 hin.
Die zweite Passage 12 steht über das erste Verbindungsdurchgangsloch (die erste Ventilöffnung) 33 mit der ersten Passage 11 in Verbindung. Die zweite Passage 12 bildet eine zweite Abgaseinströmpassage zum Führen des Abgases von dem ersten Verbindungsdurchgangsloch 33 aus (dem ersten Verzweigungsabschnitt) zu der Laufradaufnahmekammer 22 hin.
Die Umgehungspassage 13 steht über das zweite Verbindungsdurchgangsloch 34 mit der zweiten Passage 12 in Strömungsverbindung bzw. in Verbindung. Die Umgehungspassage 13 bildet die Überströmpassage, so dass das Abgas aus der zweiten Passage 12 die Laufradaufnahmekammer 22 umgeht und das Abgas zu der Abgasausströmpassage 24 und zu der Auslassöffnung 25 hingeführt wird.
Die Umgehungspassage 13 kann so geformt sein, dass die Passage über die Einlassöffnung 23 mit den Verbrennungskammern der jeweiligen Zylinder in Verbindung steht und das Abgas von der Einlassöffnung 23 aus die Laufradaufnahmekammer 22 umgeht.
In einem Fall, in dem eine Abgasmenge erhöht wird, kann ein Strömungswiderstand erhöht werden, wenn all das Abgas zu dem Turbinenlaufrad 14 hingeführt wird. Daher wird in solch einem Fall das Überströmventil 2 geöffnet (die Umgehungspassage 13 wird geöffnet), so dass ein Teil des Abgases die Laufradaufnahmekammer umgeht, und solches Abgas wird in die Luft abgeführt.
Das Strömungsraten-Steuerventil 1 ist ein erstes Strömungsraten-Steuerventil, welches geöffnet und/oder geschlossen wird, um Mengen der Abgase zu steuern, die jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 hindurchströmen. Das Strömungsraten-Steuerventil 1 sitzt auf dem in der ersten Trennwand 31 gebildeten ersten Ventilsitz auf oder ist von diesem separiert, um dadurch das erste Verbindungsdurchgangsloch 33 (das heißt die erste Ventilöffnung 33) zu schließen und/oder zu öffnen. Zusätzlich ändert das Strömungsraten-Steuerventil kontinuierlich die Öffnungsfläche des ersten Verbindungsdurchgangslochs 33, um die Strömungsraten der jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 hindurch strömenden Abgase zu steuern.
Wie in 6A gezeigt, wird, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 von seinem minimalen Wert (zum Beispiel 0°) auf seinen maximalen Wert (zum Beispiel 90°) geändert wird, der Ventilöffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 kontinuierlich von seiner Vollständig-Geschlossen-Ventilposition (zum Beispiel 0°) aus zu seiner Vollständig-Geöffnet-Ventilposition (zum Beispiel 90°) hin geändert.
Wie in 6B gezeigt, befindet sich das Strömungsraten-Steuerventil 1 in der Ventil-Geschlossen-Position, wenn der Motor mit einer geringen Drehzahl läuft. Das Strömungsraten-Steuerventil 1 wird geöffnet, wenn der Motor mit einer mittleren Drehzahl läuft, und sein Öffnungsgrad wird von seiner Ventil-Geschlossen-Position aus zu einer Ventil-Halboffen-Position hin geändert wie die Motordrehzahl von der geringen Drehzahl zu der mittleren Drehzahl hin geändert wird. Wenn die Motordrehzahl weiter erhöht wird, wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 dementsprechend von der Ventil-Halboffen-Position aus zu der Ventil-Vollständig-Geöffnet-Position hin erhöht.
Das Strömungsraten-Steuerventil 1 ist von einem Ende eines Ventilarms 8 abgestützt, Das Strömungsraten-Steuerventil 1 besteht aus einem scheibenförmigen Dichtelement zum Öffnen und/oder Schließen des ersten Verbindungsdurchgangslochs 33 und einem Vorstehabschnitt 41, der von einer Seitenfläche des scheibenförmigen Dichtelementes vorsteht.
Eine ringförmige Nut 42 ist an einem äußeren Umfangsrand des Vorstehabschnitts 41 ausgebildet. Ein Anschlagelement 43 (wie beispielsweise eine Unterlegscheibe, ein C-Ring usw.) ist in der ringförmigen Nut 42 vorgesehen zum Verhindern, dass der Ventilarm 8 von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 demontiert wird, wenn der Vorstehabschnitt 41 in den Ventilarm 8 eingesetzt ist.
Der Ventilarm 8 hat einen Eingabeabschnitt an seinem anderen Ende gekuppelt mit der Mitnehmerplatte 4 und einen Ausgabeabschnitt an dem einen Ende dessen verbunden mit dem Strömungsraten-Steuerventil 1. Ein Gelenkstift 44 (wie zum Beispiel in 3B gezeigt), welcher an einem ersten Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 befestigt ist, ist einstückig ausgebildet mit (oder integral befestigt an) dem Eingabeabschnitt des Ventilarms 8. Ein Einsetzdurchgangsloch 45, durch welches hindurch der Vorstehabschnitt 41 des Strömungsraten-Steuerventils 1 eingesetzt ist, ist an dem Ausgabeabschnitt des Ventilarms 8 ausgebildet. Der Ventilarm 8 ist von dem Turbinengehäuse 15 über ein Lager (nicht gezeigt) drehbar abgestützt.
Das Überströmventil 2 ist ein zweites Strömungsraten-Steuerventil, welches geöffnet und/oder geschlossen wird, um eine Menge des durch die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgases zu steuern. Das Überströmventil 2 sitzt auf dem in der zweiten Trennwand 32 ausgebildeten zweiten Ventilsitz auf oder ist davon separiert, um dadurch das zweite Verbindungsdurchgangsloch 34 (die zweite Ventilöffnung 34) zu schließen und/oder zu öffnen. Zusätzlich ändert das Überströmventil 2 kontinuierlich die Öffnungsfläche des zweiten Verbindungsdurchgangslochs 34, so dass dadurch die Strömungsrate des durch die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgases gesteuert wird.
Wie in 6A gezeigt, wird das Überströmventil 2 in seiner Ventil-Geschlossen-Position gehalten, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 von seinem minimalen Wert (zum Beispiel 0°) auf einen Zwischenwert (zum Beispiel 45°) geändert wird. Zusätzlich wird der Ventilöffnungsgrad des Überströmventils 2 kontinuierlich von seiner Vollständig-Geschlossen-Ventilposition (zum Beispiel 0°) aus auf seine Vollständig-Geöffnet-Ventilposition (zum Beispiel 45°) geändert, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 von dem Zwischenwert (zum Beispiel 45°) auf den maximalen Wert (zum Beispiel 90°) geändert wird.
Wie in 6B gezeigt, ist das Überströmventil 2 in der Ventil-Geschlossen-Position, wenn der Motor zwischen der niedrigen Drehzahl und der mittleren Drehzahl läuft. Das Überströmventil 2 wird geöffnet, wenn der Motor zwischen der mittleren Drehzahl und der hohen Drehzahl läuft, und sein Öffnungsgrad wird von seiner Ventil-Geschlossen-Position aus auf eine Ventil-Geöffnet-Position geändert wie die Motordrehzahl von der mittleren Drehzahl auf die hohe Drehzahl geändert wird.
Das Überströmventil 2 ist von einem Ende eines Ventilarms 9 abgestützt. Das Überströmventil 2 besteht aus einem scheibenförmigen Dichtelement zum Öffnen und/oder Schließen des zweiten Verbindungsdurchgangslochs 34 und einem Vorstehabschnitt 51, der von einer Seitenfläche des scheibenförmigen Dichtelementes vorsteht.
Eine ringförmige Nut 52 ist an einem äußeren Umfangsrand des Vorstehabschnitts 51 ausgebildet. Ein Anschlagelement 53 (wie beispielsweise eine Unterlegscheibe, ein C-Ring usw.) ist in der ringförmigen Nut 52 vorgesehen, um zu verhindern, dass der Ventilarm 9 von dem Überströmventil 2 demontiert wird, wenn der Vorstehabschnitt 51 in den Ventilarm 9 eingesetzt ist.
Ein Gelenkstift 54 (wie zum Beispiel in 1 und 3B gezeigt), welcher an dem Verbindungsarm 7 befestigt ist, ist einstückig geformt mit (oder integral befestigt an) einem Eingabeabschnitt des Ventilarms 9. Ein Einsetzdurchgangsloch 55, durch welches hindurch der Vorstehabschnitt 51 des Überströmventils 2 eingesetzt ist, ist an einem Ausgabeabschnitt des Ventilarms 9 ausgebildet. Der Ventilarm 9 ist von dem Turbinengehäuse 15 über ein Lager 56 (1) drehbar abgestützt.
Die Ventilantriebseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird nun unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 erläutert.
Die Ventilantriebseinrichtung besteht aus dem Stellglied 3 zum Antreiben der Stange (nicht gezeigt) in der hin und her bewegenden Weise in der Hubrichtung, so dass die Mitnehmerplatte 4 rotiert wird, und dem Ventilkuppelmechanismus, welcher betrieben wird in Abhängigkeit von einem Bewegungsbetrag (einem Hubbetrag) der von dem Stellglied 3 in die Hubrichtung angetriebenen Stange.
Das Stellglied 3 besteht aus einem elektrischen Stellglied zum über die Mitnehmerplatte 4 Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2. Das Stellglied 3 weist, zusätzlich zu der Stange, den Elektromotor, den Geschwindigkeitsreduziermechanismus und den Wandlermechanismus auf. Das Stellglied 3 steuert die Ventil-Öffnungs- und -Schließ-Vorgänge für das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2. Die Stange des Stellgliedes 3 erstreckt sich gerade in die Hubrichtung. Ein Ende der Stange ist mit einer Ausgabeseite des Wandlermechanismus verbunden, wohingegen das andere Ende dieser mit dem Eingabeabschnitt der Mitnehmerplatte 4 verbunden ist.
Der Elektromotor ist mit einer in das Fahrzeug montierten Batterie über einen Motortreiberschaltkreis verbunden, welcher elektronisch von der ECU gesteuert wird.
Der Ventilkuppelmechanismus besteht aus der Mitnehmerplatte 4, dem Verbindungshebel 5, dem Hebellager 6 und dem Verbindungsarm 7. Das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 sind miteinander gekuppelt, so dass die Öffnungs- und Schließ-Vorgänge für das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 unabhängig gesteuert werden.
Die Mitnehmerplatte 4 ist von Metall oder Harz gebildet und in einer vorbestimmten Form hergestellt. Die Mitnehmerplatte 4 befindet sich an einer Außenseite des Turbinengehäuses 15. Die Mitnehmerplatte 4 hat einen einzigen Eingabeabschnitt und zwei (einen ersten und einen zweiten) Antriebsabschnitte. Die Mitnehmerplatte 4 ist entlang der äußeren Seitenfläche des Turbinengehäuses 15 vorgesehen.
Ein Einsetzloch 61 ist an dem Eingabeabschnitt der Mitnehmerplatte 4 ausgebildet. Ein Gelenkstift (nicht gezeigt), der an einem vorwärtigen Ende der Stange des Stellgliedes 3 befestigt ist, ist drehbar in das Einsetzloch 61 eingesetzt.
Die Mitnehmerplatte 4 hat eine Rotationsachse, welche koaxial zu dem Gelenkstift 44 (der Rotationsachse) des Ventilarms 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 ist.
Der erste Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 ist ein erster Ausgabeabschnitt zum Rotieren des Strömungsraten-Steuerventils 1 in synchronisierter Weise zu der Rotation der Mitnehmerplatte 4. Der erste Antriebsabschnitt hat einen Direktverbindungsabschnitt zum direkten Verbinden der Mitnehmerplatte 4 mit dem an dem Ventilarm 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 befestigten Gelenkstift 44, so dass das Strömungsraten-Steuerventil 1 und die Mitnehmerplatte 4 als eine Einheit integral rotieren können. Ein Einsetzloch 62 ist an dem Direktverbindungsabschnitt (dem ersten Antriebsabschnitt) der Mitnehmerplatte 4 ausgebildet, so dass der Gelenkstift 44 des Ventilarms 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 in das Einsetzloch 62 eingesetzt ist.
Der zweite Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 ist ein zweiter Ausgabeabschnitt zum Rotieren des Überströmventils 2 in einem Betätigungsmuster, das sich von jenem des Strömungsraten-Steuerventils 1 unterscheidet, wenn die Mitnehmerplatte 4 rotiert wird. Der zweite Antriebsabschnitt hat einen Führungsabschnitt (eine Mitnehmeraussparung) 63 mit solch einer Form, die dem Betätigungsmuster des Überströmventils 2 entspricht.
Der zweite Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 hat einen ersten Anschlagabschnitt 64 an einem Ende der Mitnehmeraussparung und einen zweiten Anschlagabschnitt 65 an dem anderen Ende der Mitnehmeraussparung. Eine Aussparungswand der Mitnehmeraussparung 63 zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlagabschnitt 64 und 65 hat ein vorbestimmtes Mitnehmerprofil, welches zu dem sich von dem des Strömungsraten-Steuerventils 1 unterscheidenden Betätigungsmuster des Überströmventils 2 korrespondiert. Wie in den 3 bis 6 gezeigt, hat das Mitnehmerprofil einen Ventilschließbereich (einen Basisbogenbereich B, wie in 3B und 6A gezeigt) und einen Ventilöffnungsbereich.
Der Ventilschließbereich (der Basisbogenbereich B), in dem das Überströmventil 2 in dem Geschlossen-Zustand gehalten wird, entspricht einem Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 zwischen dem minimalen Wert (zum Beispiel 0°) und dem Zwischenwert (zum Beispiel 45°). Mit anderen Worten ist das Überströmventil 2 unabhängig von dem Öffnungs- und/oder Schließ-Zustand des Strömungsraten-Steuerventils 1 in dem Ventilschließbereich geschlossen. Und zwar ist der Ventilschließbereich solch ein Bereich, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 nicht miteinander gekuppelt sind.
Andererseits entspricht der Ventilöffnungsbereich, in dem der Öffnungsgrad des Überströmventils 2 wie auch des Strömungsraten-Steuerventils 1 gesteuert wird, einem Rotationswinkel der Mitnehmerplatte zwischen dem Zwischenwert (zum Beispiel 45°) und dem maximalen Wert (zum Beispiel 90°).
Und zwar ist der Ventilöffnungsbereich solch ein Bereich, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 miteinander gekuppelt sind, so dass die Strömungsrate des Abgases kontinuierlich oder stufenweise gesteuert wird.
Der Verbindungshebel 5 der Ventilantriebseinrichtung ist von Metall oder Harz gebildet und in einer vorbestimmten Form hergestellt. Der Verbindungshebel 5 ist an der Außenseite des Turbinengehäuses 15 angeordnet. Der Verbindungshebel 5 hat ein Eingabeende und ein Ausgabeende. Der Verbindungshebel 5 ist entlang der äußeren Seitenfläche des Turbinengehäuses 15 vorgesehen. Der Verbindungshebel 5 ist von dem Hebellager 6 bewegbar abgestützt, so dass der Verbindungshebel 5 sich in seiner Längsrichtung rückwärts und vorwärts bewegt.
Ein Einsetzloch 72, in welches ein Drehstift 71 eingesetzt ist, ist an dem Eingabeende des Verbindungshebels 5 ausgebildet. Ein Schlepphebel (nicht gezeigt) ist drehbar an einem Außenumfang des Drehstiftes 71 abgestützt. Der Schlepphebel ist bewegbar in die Mitnehmeraussparung 63 der Mitnehmerplatte 4 eingesetzt. Ein anderes Einsetzloch 74, in welches ein Gelenkstift 73 eingesetzt ist, ist an dem Ausgabeende des Verbindungshebels 5 ausgebildet.
Das Hebellager 6 ist von Metall oder Harz gebildet und in einer vorbestimmten Form hergestellt und an der äußeren Seitenfläche des Turbinengehäuses 15 vorgesehen. Ein Durchgangsloch ist in dem Hebellager 6 ausgebildet, so dass der Verbindungshebel 5 sich in seiner Längsrichtung rückwärts und vorwärts bewegt. Eine innere Umfangsfläche des Durchgangslochs (das heißt eine in Kontakt mit dem Verbindungshebel 5 befindliche Gleitfläche) hat eine konvex gekrümmte Linie in ihrem Querschnitt, wobei die gekrümmte Linie an einem Mittelabschnitt in einer Axialrichtung des Durchgangslochs in Richtung einer Mittelachse des Durchgangslochs vorsteht. Im Ergebnis wird eine gleichmäßige Hin- und Her-Bewegung des Verbindungshebels 5 durch das Hebellager 6 hindurch erreicht.
Der Verbindungsarm 7 ist von Metall oder Harz gebildet und in einer vorbestimmten Form hergestellt und an der äußeren Seitenfläche des Turbinengehäuses 15 vorgesehen. Der Verbindungsarm 7 hat ein Eingabeende und ein Ausgabeende.
Ein langlochförmiges Einsetzloch 75, in welches der Gelenkstift 73 bewegbar eingesetzt ist, ist an dem Eingabeende des Verbindungsarms 7 ausgebildet. Das Einsetzloch 75 hat die Langlochform, wie beispielsweise eine ovale Form oder eine elliptische Form, so dass der Gelenkstift 73 in eine Langlochrichtung bewegt werden kann. Gemäß der obigen Struktur wird die Bewegung des Verbindungshebels 5 in die Hin- und Her-Richtung ohne ein Spiel (wie beispielsweise ein Getriebespiel oder einen Zwischenraum) an den Verbindungsarm 7 überfragen, so dass die Hin- und Her-Bewegung in eine Rotationsbewegung umgewandelt wird. Ein anderes Einsetzloch 76, in welches der Gelenkstift 54 eingesetzt ist, ist an dem Ausgabeende des Verbindungsarms 7 ausgebildet. Der Gelenkstift 54 ist mit dem Ventilarm 9 des Überströmventils 2 verbunden.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 wird ein Betrieb der ECU zum Steuern der Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 erläutert werden.
Wie oben erläutert, sind der Luftmengenmesser, der Kurbelwinkelsensor, der Beschleunigungssensor, der Drosselsensor, der Mitnehmerrotationswinkelsensor, der Ladedrucksensor, der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor usw. mit der ECU verbunden.
Der Kurbelwinkelsensor ist ein Drehwinkel erfassender Sensor zum Erfassen eines Rotationswinkels einer Kurbelwelle des Motors. Der Kurbelwinkelsensor hat eine Sondenspule zum Umwandeln des Rotationswinkels der Motorkurbelwelle in elektrische Signale, zum Beispiel Ausgeben von NE-Impuls-Signalen für jede 30° CA (der Kurbelwinkel).
Die ECU fungiert als eine Drehzahlerfassungseinheit zum Erfassen der Drehzahl des Motors (die Motordrehzahl: NE) durch Berechnen einer Periodendauer der NE-Impuls-Signale von dem Kurbelwinkelsensor.
Der Beschleunigungssensor ist ein Motorlast erfassendes Mittel zum Erfassen eines Pedalbewegungsbetrages eines Gaspedals (eines Beschleunigungsöffnungsgrades).
Der Drosselsensor ist ein Sensor zum Erfassen eines Öffnungsgrades eines Drosselventils (dies ist ebenfalls eines der Motorlast erfassenden Mittel), welches auf Basis eines elektrischen Signals von dem Beschleunigungssensor betätigt wird. Das Drosselventil und der Drosselsensor brauchen in Abhängigkeit von einem Typ des Motors nicht in diesem montiert sein.
Der Mitnehmerrotationswinkelsensor ist ein Sensor zum Erfassen eines Rotationswinkels der Mitnehmerplatte 4 (eines aktuellen Mitnehmerwinkels), welcher zu einem Ventilöffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 (und des Überströmventils 2) korrespondiert. Der Mitnehmerrotationswinkelsensor weist einen Hall-IC auf, der ein Magnetfeld erfassendes Element vom Kontaktlostyp hat zum Erfassen eines von einem an der Mitnehmerplatte 4 befestigten Magneten erzeugten magnetischen Flusses. Das von dem Hall-IC ausgegebene elektrische Signal ist ein Spannungssignal (ein Analogsignal), das korrespondiert zu einer magnetischen Flussdichte, die eine Magnetflusserfassungsfläche des Hall-Elements kreuzt.
Der Ladedrucksensor ist ein Sensor zum Erfassen eines Ladedrucks (Einlassluftdrucks) der in den Motor hinein vorverdichteten Einlassluft.
Die ECU bestimmt eine Ventilantriebsbetriebsart in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors. Die Speichereinrichtung des Mikrocomputers hat eine Funktion als eine Tabellenspeichereinrichtung, welche Verhältnisse zwischen der Motordrehzahl NE und dem Ventilöffnungsgrad V1 des Strömungsraten-Steuerventils 1 wie auch das Verhältnis zwischen der Motordrehzahl NE und dem Ventilöffnungsgrad V2 des Überströmventils 2 in einer vorbestimmten Form (zum Beispiel in Form eines Berechnungsausdrucks, Kennfelddaten für die charakteristischen Linien, wie in 6B gezeigt) speichert. Mit anderen Worten fungiert die Speichereinrichtung als die Tabellenspeichereinrichtung zum Festlegen der Ventilantriebsbetriebsart.
Eine Betriebsart 1 in 6B entspricht einer ersten Ventilantriebsbetriebsart in dem Motorbetriebszustand niedriger Drehzahl. Eine Betriebsart 2 in 6B entspricht einer zweiten Ventilantriebsbetriebsart in dem Motorbetriebszustand der mittleren Drehzahl. Und eine Betriebsart 3 in 6B entspricht einer dritten Ventilantriebsbetriebsart in dem Motorbetriebszustand der hohen Drehzahl. Die Motordrehzahl, welche einem Knickpunkt für den Ventilöffnungsgrad entspricht, kann frei geändert werden.
Es kann alternativ möglich sein, einen Sollwert (einen Sollmitnehmerwinkel) entsprechend dem Beschleunigungsöffnungsgrad, dem Drosselöffnungsgrad oder der Motordrehzahl zu berechnen und die Energieversorgung für den Elektromotor in einer Regelung auf Basis einer Abweichung zwischen dem Sollmitnehmerwinkel und einem aktuellen Mitnehmerwinkel (dem von dem Mitnehmerrotationswinkelsensor erfassten Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4) zu steuern, so dass der aktuelle Mitnehmerwinkel mit dem Sollmitnehmerwinkel übereinstimmt. Gemäß solch einer Ausgestaltung kann ein Steuerungsansprechen der Mitnehmerplatte 4 verbessert werden, so dass der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 schneller auf den Sollmitnehmerwinkel gesteuert werden kann.
Zusätzlich ist es auch möglich, dass die ECU einen Sollladedruck entsprechend dem Sollmitnehmerwinkel berechnet und die Energieversorgung für den Elektromotor in einer Regelung auf Basis einer Abweichung zwischen dem Sollladedruck und einem von dem Ladedrucksensor erfassten aktuellen Ladedruck steuert, so dass der aktuelle Ladedruck mit dem Sollladedruck übereinstimmt. Der Sollladedruck kann auf Basis des Beschleunigungsöffnungsgrades und/oder der Motordrehzahl berechnet werden. Gemäß solch einer Ausgestaltung kann ein Steuerungsansprechen des Ladedrucks in Bezug auf den Sollladedruck verbessert werden.
Ein Betrieb des Turboladers der vorliegenden Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 erläutert werden.
In dem Motorbetrieb mit der niedrigen Drehzahl, zum Beispiel in dem Betriebsbereich der Motordrehzahl, welche kleiner als 1500 Umdrehungen pro Minute ist, wird die Ventilantriebsbetriebsart in die Betriebsart 1 gesetzt, wie in 6B gezeigt.
In der Betriebsart 1 wird, da sowohl das Strömungsraten-Steuerventil 1 als auch das Überströmventil 2 in ihren Geschlossen-Positionen gehalten sind, die Stromversorgung zu dem Elektromotor des Stellgliedes 3 so gesteuert, dass der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 auf seinem minimalen Wert (zum Beispiel 0°) gehalten wird, wie in 6A gezeigt.
Demgemäß wird jedes von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 und dem Überströmventil 2, mit der Mitnehmerplattenposition des minimalen Wertes, in seiner Geschlossen-Position gehalten. Im Ergebnis sind die zweite Passage 12 und die Umgehungspassage 13 des Turbinengehäuses 15 von den jeweiligen Ventilen 1 und 2 geschlossen, wie in 3A und 3B gezeigt.
Daher strömt all das von dem Motor ausgegebene Abgas über die Einlassöffnung 23 in die erste Passage 11 hinein und wird über die erste Düse in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet. Das Abgas wird dann, nachdem es das Turbinenlaufrad 14 rotiert hat, über die Abgasausströmpassage 24 des Turbinengehäuses 15 aus der Auslassöffnung 25 an die Luft ausgegeben.
Andererseits wird die in das Einlassrohr eingesaugte Einlassluft von dem Kompressorlaufrad 16, welches von der Rotation des Turbinenlaufrades 14 angetrieben wird, verdichtet und dadurch wird der Einlassluftdruck (Ladedruck) erhöht. Solch druckerhöhte Einlassluft wird in den Motor eingesaugt.
Da sogar mit einer geringen Menge des Abgases eine Strömung ausreichend hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann, kann der Ladedruck in dem Niedertourigmotorbetrieb erhöht werden.
In dem Motorbetrieb der mittleren Drehzahl, zum Beispiel in dem Betriebsbereich der Motordrehzahl, welche zwischen 1500 Umdrehungen pro Minute und 2500 Umdrehungen pro Minute ist, wird die Ventilantriebsbetriebsart in die Betriebsart 2 gesetzt, wie in 6B gezeigt.
In der Betriebsart 2 wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 in Abhängigkeit von der Änderung der Motordrehzahl (des Sollmitnehmerwinkels) oder dem Sollladedruck gesteuert, wohingegen das Überströmventil 2 weiterhin in seiner Geschlossen-Position gehalten wird. Daher wird, wie in 6A gezeigt, die Energieversorgung für den Elektromotor des Stellgliedes 3 so gesteuert, dass der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 auf eine Sollposition zwischen dem minimalen Wert (zum Beispiel 0°) und dem Zwischenwert (45°) bewegt wird.
Im Ergebnis wird, da der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 auf einen vorbestimmten Wert (einem vorbestimmten Winkel = die Sollposition) zwischen dem minimalen Wert und dem Zwischenwert geändert wird, das Strömungsraten-Steuerventil 1 um einen zu der Motordrehzahl korrespondierenden Winkel geöffnet, wohingegen das Überströmventil 2 in seiner Ventil-Geschlossen-Position gehalten wird, wie in 4 und 4B gezeigt. Die beiden Passagen (die erste und die zweite Passage) 11 und 12 werden geöffnet, wohingegen die Umgehungspassage 13 weiterhin geschlossen ist.
Gemäß den obigen Ventilpositionen strömt ein Teil des von dem Motor ausgegebenen Abgases über die Einlassöffnung 23 in die erste Passage 11 ein und wird über die erste Düse in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet. Der verbleibende Teil des Abgases strömt durch das erste Verbindungsdurchgangsloch 33 hindurch von der ersten Passage 11 in die zweite Passage 12, und solches Abgas wird über die zweite Düse in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet. Die Abgase, welche über die erste und die zweite Passage 11 und 12 in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet wurden, werden dann, nachdem sie das Turbinenlaufrad 14 rotiert haben, über die Abgasausströmpassage 24 des Turbinengehäuses 15 aus der Auslassöffnung 25 an die Luft ausgegeben.
In der gleichen Weise wie jener von Betriebsart 1 wird die in das Einlassrohr eingesaugte Einlassluft von dem Kompressorlaufrad 16, welches von der Rotation des Turbinenlaufrades 14 angetrieben wird, verdichtet und dadurch wird der Einlassluftdruck (Ladedruck) erhöht. Solch druckerhöhte Einlassluft wird in den Motor eingesaugt.
Da die Abgasmenge erhöht ist, ist in dem Mitteltourigmotorbetrieb der Ladedruck dementsprechend erhöht.
Zusätzlich kann, da der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (dem Sollmitnehmerwinkel) oder dem Sollladedruck gesteuert wird, mit anderen Worten, da der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 erhöht wird wie die Motordrehzahl oder der Sollladedruck erhöht wird, und da die Strömungsraten der jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 strömenden Abgase verändert werden, der Ladedruck für den Motor in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand optimiert werden.
In dem Motorbetrieb hoher Drehzahl, zum Beispiel in dem Betriebsbereich der Motordrehzahl, welche höher als 2500 Umdrehungen pro Minute ist, wird die Ventilantriebsbetriebsart in die Betriebsart 3 gesetzt, wie in 6B gezeigt.
In der Betriebsart 3 wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 wie auch des Überströmventils 2 in Abhängigkeit von der Änderung der Motordrehzahl (des Sollmitnehmerwinkels) oder des Sollladedrucks gesteuert. Daher wird, wie in 6A gezeigt, die Energieversorgung für den Elektromotor des Stellgliedes 3 so gesteuert, dass der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte auf eine Sollposition zwischen dem Zwischenwert (45°) und dem maximalen Wert (90°) bewegt wird.
Im Ergebnis wird, da der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 auf einen vorbestimmten Wert (einen vorbestimmen Winkel = die Sollposition) zwischen dem Zwischenwert und dem maximalen Wert geändert wird, sowohl das Strömungsraten-Steuerventil 1 als auch das Überströmventil 2 um jeweilige zu der Motordrehzahl korrespondierende Winkel geöffnet, wie in 5A und 5B gezeigt. Daher sind alle der beiden Passagen (der ersten und der zweiten Passage) 11 und 12 und der Umgehungspassage 13 geöffnet.
Gemäß den obigen Ventilpositionen strömt ein Teil des von dem Motor ausgegebenen Abgases über die Einlassöffnung 23 in die erste und die zweite Passage 11 und 12 ein und wird über die erste und die zweite Düse in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet. Die Abgase, welche über die erste und die zweite Passage 11 und 12 in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet wurden, werden dann, nachdem sie das Turbinenlaufrad 14 rotiert haben, über die Abgasausströmpassage 24 des Turbinengehäuses 15 aus der Auslassöffnung 25 an die Luft ausgegeben.
In der gleichen Weise wie jener der Betriebsart 1 oder 2 wird die in das Einlassrohr eingesaugte Einlassluft von dem Kompressorlaufrad 16, welches durch die Rotation des Turbinenlaufrades 14 angetrieben wird, verdichtet und dadurch wird der Einlassluftdruck (Ladedruck) erhöht. Solch druckerhöhte Einlassluft wird in den Motor eingesaugt.
Der verbleibende Teil des Abgases strömt von der zweiten Passage 12 aus durch das zweite Verbindungsdurchgangsloch 34 hindurch in die Umgehungspassage 13, so dass solch verbleibendes Abgas die Laufradaufnahmekammer 22 umgeht und aus der Auslassöffnung 25 an die Luft ausgegeben wird. Es ist dadurch möglich, den Ladedruck zu steuern, welcher einen vorbestimmten maximalen Ladedruck nicht überschreiten wird.
Zusätzlich kann, da der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 wie auch des Überströmventils 2 in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (dem Sollmitnehmerwinkel) oder dem Sollladedruck gesteuert wird, mit anderen Worten, da der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 wie auch des Überströmventils 2 erhöht wird wie die Motordrehzahl oder der Sollladedruck erhöht wird, und da die Strömungsraten der jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 und auch durch die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgase verändert werden, der Ladedruck für den Motor in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand optimiert werden.
Wie oben erläutert, wird gemäß der Ladedrucksteuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform die Ventilantriebsbetriebsart in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand geändert.
In dem Niedertourigmotorbetrieb wird die Ventilantriebsbetriebsart auf die Betriebsart 1 gesetzt, in welcher sowohl das Strömungsraten-Steuerventil 1 als auch das Überströmventil 2 geschlossen sind. In dieser Betriebsart 1 wird das Abgas nur durch die erste Passage 11 hindurch in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet.
In dem Mitteltourigmotorbetrieb wird die Ventilantriebsbetriebsart auf die Betriebsart 2 gesetzt, in welcher das Strömungsraten-Steuerventil 1 geöffnet ist und dessen Öffnungsgrad gesteuert wird, wohingegen das Überströmventil 2 in seiner Ventil-Geschlossen-Position gehalten wird. In dieser Betriebsart 2 wird das Abgas durch beide von der ersten und der zweiten Passage 11 und 12 hindurch in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet.
In dem Hochtourigmotorbetrieb wird die Ventilantriebsbetriebsart auf die Betriebsart 3 gesetzt, in welcher sowohl das Strömungsraten-Steuerventil 1 als auch das Überströmventil 2 geöffnet sind und ihre Öffnungsgrade jeweils gesteuert werden. In dieser Betriebsart 3 wird der Teil des Abgases durch beide von der ersten und der zweiten Passage 11 und 12 hindurch in die Laufradaufnahmekammer 22 eingeleitet, wohingegen das verbleibende Abgas durch die Umgehungspassage 13 hindurch strömt, so dass es die Laufradaufnahmekammer 22 umgeht.
Wie oben ist es, da die Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 jeweils in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand (der Motordrehzahl, dem Sollmitnehmerwinkel, dem Sollladedruck, usw.) gesteuert werden, möglich, die Durchflussmengen der jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 sowie die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgase anzupassen, so dass der Ladedruck gesteuert wird.
Zusätzlich ist es in dem Hochtourigmotorbetrieb möglich, den Abgasdruck in dem Turbolader zu vermindern. Es ist dadurch möglich, eine Überrotation des Turbinenlaufrades 14 zu verhindern und zu verhindern, dass der Ladedruck einen übermäßigen Wert annimmt. Mit anderen Worten wird verhindert, dass der Ladedruck übermäßig ansteigt.
Im Ergebnis ist es möglich, die Effizienz des Turboladers in einem breiten Betriebsbereich des Motors vom Niedertourig- bis zum Hochtourigbetrieb zu verbessern. Mit anderen Worten ist es möglich, den Ladedruck in einem breiten Betriebsbereich des Motors zu optimieren, so dass dadurch das Kraftstoffverbrauchsverhältnis verbessert wird.
Gemäß der Ventilantriebseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform, welche in dem Turbolader montiert ist, sind das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 miteinander gekuppelt, aber jedes der Ventile wird betätigt, so dass es unabhängig voneinander öffnet und/oder schließt.
Wie oben erläutert, besteht die Ventilantriebseinrichtung aus dem Stellglied 3, der Mitnehmerplatte 4, dem Schlepphebel, dem Verbindungshebel 5, dem Verbindungsarm 7 usw. Der Ventilarm 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 und der Ventilarm 9 des Überströmventils 2 sind jeweils mit dem Ausgabeabschnitt (der Stange) des Stellgliedes 3 wirkgekuppelt.
Die Rotationsachse der Mitnehmerplatte 4 ist koaxial zu dem Gelenkstift 44 für den Ventilarm 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 angeordnet. Die Mitnehmerplatte 4, welche in ihrer Rotationsrichtung durch die Antriebskraft (das Motordrehmoment) des Stellgliedes 3 um die Rotationsachse rotiert wird, hat den ersten Antriebsabschnitt zum Rotieren des Strömungsraten-Steuerventils 1 in der synchronisierten Weise zu der Rotation der Mitnehmerplatte 4 und den zweiten Antriebsabschnitt zum Rotieren des Überströmventils 2 in dem Betätigungsmuster, das sich von jenem des Strömungsraten-Steuerventils 1 unterscheidet, wenn die Mitnehmerplatte 4 rotiert wird.
Der zweite Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 hat die Mitnehmeraussparung (das Mitnehmerprofil) mit der Form, die zu dem Betätigungsmuster des Überströmventils 2 korrespondiert, welches sich von jenem des Strömungsraten-Steuerventils 1 unterscheidet.
Das Mitnehmerprofil hat den Ventilschließbereich (den Basisbogenbereich B), in dem der Ventil-Geschlossen-Zustand des Überströmventils 2 aufrechterhalten wird, sogar wenn der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 gesteuert wird, und den Ventilöffnungsbereich, in dem die Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors gesteuert werden.
Gemäß solch einem Merkmal ist es möglich, das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 unabhängig voneinander zu betätigen (zu öffnen und/oder zu schließen), sogar in dem Fall, dass das Stellglied zum Betätigen des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 aus einem einzigen Stellglied 3 besteht.
Wie oben ist es gemäß der Ladedrucksteuervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform, da ein einziges Stellglied 3 ausreichend ist, möglich, die Verbesserung des leichteren Montierens der Vorrichtung in den Motorraum des Fahrzeugs, das leichte Gewicht der Vorrichtung und die Kostenreduzierung der Vorrichtung zu realisieren.
Das Einsetzloch 62 ist an dem ersten Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 vorgesehen, so dass der Gelenkstift 44 des Ventilarms 8 des Strömungsraten-Steuerventils 1 in das Einsetzloch 62 eingesetzt ist. Da es möglich ist, das Spiel (wie beispielsweise den Spielraum, das Getriebespiel usw.) zwischen dem ersten Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 und dem Strömungsraten-Steuerventil 1 zu unterdrücken, kann ein Klappern des Strömungsraten-Steuerventils 1 reduziert werden und kann eine Steuerungsgenauigkeit für die Strömungsraten der durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 hindurch strömenden Abgase erhöht werden.
Die Mitnehmeraussparung 63, in welche der von dem Drehstift 71 des Verbindungshebels 5 abgestützte Schlepphebel bewegbar eingesetzt ist, ist an dem zweiten Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 ausgebildet. Das Hebellager 6 ist zum bewegbaren Abstützen des Verbindungshebels 5 vorgesehen. Das langlochförmige Einsetzloch 75, in welches der an dem Ausgabeende des Verbindungshebels 5 drehbar abgestützte Gelenkstift 73 bewegbar eingesetzt ist, ist an dem Eingabeende des Verbindungsarms 7 ausgebildet. Zusätzlich ist der an dem Ventilarm 9 des Überströmventils 2 befestigte Gelenkstift 54 in das Ausgabeende des Verbindungsarms 7 eingepasst.
Gemäß solch einer Struktur ist es möglich, das Spiel (den Zwischenraum, das Getriebespiel usw.) zwischen dem zweiten Antriebsabschnitt der Mitnehmerplatte 4 und dem Überströmventil 2 so viel wie möglich zu reduzieren. Es ist daher so, dass das Klappern nicht generiert wird, wenn das Überströmventil 2 betätigt wird. Ferner ist es möglich, die Steuerungsgenauigkeit für die Durchflussmenge des durch die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgases zu erhöhen.
Es ist nicht notwendig, irgendein Vorspannmittel zum zu der Mitnehmerplatte 4 hin Vorspannen des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 vorzusehen. Das Gewicht der Ventilantriebseinrichtung (insbesondere des Stellgliedes 3) kann reduziert werden. Und zwar ist es möglich, das Strömungsraten-Steuerventil 1 sowie das Überströmventil 2 mit geringerer Antriebskraft langsam zu betätigen.
Gemäß dem Turbolader der vorliegenden Ausführungsform sind das Stellglied 3, die Mitnehmerplatte 4, der Verbindungshebel 5, der Verbindungsarm 7 und andere zugehörige Teile an der Außenfläche des Turbinengehäuses 15 angeordnet. Gemäß solch einer Struktur ist es, da das oben genannte Stellglied 3 und die anderen Teile von der Luft (Kühlluft) abgekühlt werden können, möglich, ein Wärmewiderstandsvermögen der obigen Teile und Komponenten (der Stellglieder usw.) mit niedrigeren Werten auszulegen. Mit anderen Worten ist es möglich, Metall und/oder Harzmaterial, welche ein geringeres Wärmewiderstandsvermögen und geringere Kosten aufweisen, für die oben genannten Teile und Komponenten (die Stellglieder usw.) zu verwenden.
Es ist möglich, die aktuellen Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 auf Basis des von dem Mitnehmerwinkelsensor erfassten aktuellen Mitnehmerwinkels (dem Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4) zu schätzen. Es ist dann außerdem möglich, auf Basis der geschätzten Werte für die Ventilöffnungsgrade für das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 Durchflussmengen der jeweils durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 sowie die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgase zu schätzen. Und dann ist es auf Basis der geschätzten Werte für die jeweiligen Durchflussmengen der durch die erste und die zweite Passage 11 und 12 sowie die Umgehungspassage 13 hindurch strömenden Abgase möglich, die Drehzahl des Turbinenlaufrades 14 zu schätzen. Und schließlich ist es möglich, auf Basis der geschätzten Werte für die Drehzahl des Turbinenlaufrades 14 den Ladedruck für den Motor zu schätzen.
Der geschätzte Wert für den Ladedruck kann als der Sollladedruck festgelegt werden, und die Energieversorgung für den Elektromotor kann in der Regelung auf Basis der Abweichung zwischen dem aktuellen Ladedruck und dem Sollladedruck gesteuert werden, so dass der von dem Ladedrucksensor erfasste aktuelle Ladedruck mit dem Sollladedruck übereinstimmen wird. In solch einem Fall ist es, da es möglich ist, einen durch eine Produktvariation verursachten Steuerungsfehler zu reduzieren, möglich, die Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 mit größerer Genauigkeit zu steuern. Dann kann der optimale Ventilbetrieb in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors realisiert werden. Es ist daher möglich, den optimalen Ladedruck und Abgasdruck in Abhängigkeit von dem Motorbetriebszustand zu realisieren, so dass dadurch das Kraftstoffverbrauchsverhältnis verbessert wird.
Die Produktvariation kann zum Beispiel einen individuellen Unterschied des Turboladers, den individuellen Unterschied des Elektromotors, den individuellen Unterschied des Ventilkuppelmechanismus, Messfehler des Mitnehmerwinkelsensors (eine Abweichung der Sensorausgaben), Fehler in geschätzten Werten usw. umfassen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die Stange zum Rotieren der Mitnehmerplatte um ihre Rotationsachse durch Verwendung der Antriebskraft des Elektromotors in die Axialrichtung (die Hubrichtung) bewegt, und dann wird das Überströmventil 2 durch die Hin- und Her-Bewegung des Verbindungshebels 5 bewegt (rotiert). Anstatt des Elektromotors kann die Stange durch elektromagnetische Kraft oder durch hydraulischen Druck betätigt (in die Hubrichtung bewegt) werden. Zusätzlich kann die Rotationsbewegung des Stellgliedes ohne Umwandlung der Rotationsbewegung in die Hin- und Her-Bewegung der Stange an die Mitnehmerplatte 4 übertragen werden.
Die vorliegende Ausführungsform kann nicht nur bei dem Benzinmotor angewendet werden, sondern auch bei einem Dieselmotor.
(Zweite Ausführungsform)
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 7 bis 12 erläutert werden. Die zu der ersten Ausführungsform gleichen Bezugsziffern werden in der zweiten Ausführungsform zum Bezeichnen der gleichen oder ähnlicher Teile oder Abschnitte verwendet.
Wie bereits in der ersten Ausführungsform erläutert, besteht der Turbolader für den Motor aus (wie in 7 und 8 gezeigt):

– dem Turbinenlaufrad 14, das durch das Abgas von dem Motor rotiert wird;
– dem Turbinengehäuse 15, das in einer Spiralform zum Aufnehmen des Turbinenlaufrades 14 ausgebildet ist;
– dem Kompressorlaufrad 16, das durch die Rotationskraft des Turbinenlaufrades 14 angetrieben wird, so dass es die Einlassluft verdichtet;
– dem Kompressorgehäuse 17 mit einer Spiralform zum Aufnehmen des Kompressorlaufrades 16;
– der Turbinenwelle 18 zum Übertragen der Rotationskraft des Turbinenlaufrades 14 an das Kompressorlaufrad 16; und
– dem Lagergehäuse (auch als das Mittelgehäuse bezeichnet) 28 zum drehbaren Abstützen der Turbinenwelle 18.

Das Mittelgehäuse 28 ist zwischen dem Turbinengehäuse 15 und dem Kompressorgehäuse 17 angeordnet und jene Gehäuse 15, 17 und 28 sind mittels Gewindebolzen oder dergleichen miteinander verbunden.
Der Turbolader ist vom Variabel-Kondensator-Typ. Das Innere des Turbinengehäuses 15 ist von der Trennwand 31 unterteilt, so dass die erste und die zweite Passage 11 und 12 (auch als eine erste Spiralpassage 11 und eine zweite Spiralpassage 12 bezeichnet) definiert sind, wie in den 7 und 8 gezeigt.
Die erste und die zweite Spiralpassage 11 und 12 sind an einem Außenumfang des Turbinenlaufrades 14 ausgebildet, um Abgas zu dem Turbinenlaufrad 14 zu liefern.
Wie in 8 gezeigt, erstreckt sich die Trennwand 31 bis zu der Einlassöffnung 23 des Turbinengehäuses 15 für das Abgas hin (das heißt einer Position nahe an einem Auslasskrümmer des Motors), so dass ein strömungsaufwärtiges Ende der ersten Spiralpassage 11 ständig in Verbindung mit der Einlassöffnung 23 für das Abgas steht.
Wie in 8 gezeigt, ist ein strömungsaufwärtiger Abschnitt der ersten Spiralpassage 11 entlang einer strömungsabwärtigen Richtung allmählich von der Trennwand 31 beschränkt.
Die erste Ventilöffnung (das heißt das erste Verbindungsdurchgangsloch) 33 ist in der Trennwand 31 ausgebildet, welche den obigen Beschränkungsabschnitt bildet. Die erste Spiralpassage 11 ist über die erste Ventilöffnung 33 mit der zweiten Spiralpassage 12 wirkverbunden.
Die erste Ventilöffnung 33 wird von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 geöffnet und/oder geschlossen. Wenn das Strömungsraten-Steuerventil 1 den Öffnungsgrad der ersten Ventilöffnung 33 steuert, wird die Menge des durch die zweite Spiralpassage 12 hindurch zu dem Turbinenlaufrad 14 hin strömenden Abgases gesteuert. Die Passagenfläche für das zu dem Turbinenlaufrad 14 strömende Abgas kann in Abhängigkeit von dem Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 gesteuert werden.
Das Strömungsraten-Ventil 1 wird durch Rotation eines ersten Ventilschaftes 1a rotiert, welcher von dem Turbinengehäuse 15 drehbar abgestützt ist, um die Passagenfläche der ersten Ventilöffnung 33 zu steuern. Das Strömungsraten-Steuerventil 1 besteht aus einem ersten Ventilkörper 1b zum direkten Öffnen oder Schließen der ersten Ventilöffnung 33, einem ersten Innenarm 1c, der im Inneren des Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist zum Verbinden des ersten Ventilkörpers 1b mit dem ersten Ventilschaft 1a, und einem ersten Außenarm 1d (9D bis 9F), der an einer Außenseite des Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist und der mit dem ersten Ventilschaft 1a verbunden ist, so dass der erste Außenarm 1d integral mit dem ersten Ventilschaft 1a rotiert wird.
Gemäß der obigen Struktur wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 (das heißt die Passagenfläche der ersten Ventilöffnung 33) von dem ersten Ventilkörper 1b gesteuert, wenn der erste Außenarm 1d zum Rotieren betätigt wird. Im Ergebnis wird die Menge des durch die zweite Spiralpassage 12 hindurch zu dem Turbinenlaufrad 14 hin strömenden Abgases gesteuert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Ventilschaft 1a und der erste Innenarm 1c als ein einziges Element ausgebildet.
Das Überström-Verbindungsloch 34 (auch als die zweite Ventilöffnung oder das zweite Verbindungsdurchgangsloch bezeichnet) ist an der zweiten Trennwand 32 ausgebildet, so dass ein Teil des durch die zweite Spiralpassage 12 hindurch strömenden Abgases durch das Überström-Verbindungsloch 34 hindurch strömt, wenn das Überström-Verbindungsloch 34 von dem Überströmventil 2 geöffnet wird. Im Ergebnis umgeht solch ein Teil des Abgases das Turbinenlaufrad 14 und strömt zu einem in dem Auslassrohr vorgesehenen Schalldämpfer.
Die Menge des das Turbinenlaufrad 14 umgehenden Abgases wird gesteuert, wenn die Passagenfläche des Überström-Verbindungslochs 34 von dem Überströmventil 2 gesteuert wird.
Das Überströmventil 2 hat eine zu jener des Strömungsraten-Steuerventils 1 ähnliche Struktur.
Das Überströmventil 2 wird durch Rotation eines zweiten Ventilschaftes 2a rotiert, welcher von dem Turbinengehäuse 15 drehbar abgestützt ist, um die Passagenfläche der zweiten Ventilöffnung 34 zu steuern. Das Überströmventil 2 besteht aus einem zweiten Ventilkörper 2b zum direkten Öffnen oder Schließen der zweiten Ventilöffnung 34, einem zweiten Innenarm 2c, der im Inneren des Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist zum Verbinden des zweiten Ventilkörpers 2b mit dem zweiten Ventilschaft 2a, und einem zweiten Außenarm 2d (9D bis 9F), der an der Außenseite des Turbinengehäuses 15 vorgesehen ist und der mit dem zweiten Ventilschaft 2a verbunden ist, so dass der zweite Außenarm 2d integral mit dem zweiten Ventilschaft 2a rotiert wird.
Gemäß der obigen Struktur wird die Passagenfläche der zweiten Ventilöffnung 34 von dem zweiten Ventilkörper 2b gesteuert, wenn der zweite Außenarm 2d zum Rotieren betätigt wird. Im Ergebnis wird die Menge des durch die zweite Ventilöffnung 34 hindurch strömenden (und zwar das Turbinenlaufrad 14 umgehenden) Abgases gesteuert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der zweite Ventilschaft 2a und der zweite Innenarm 2c als ein einziges Teil bzw. Element ausgebildet.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind der erste Ventilschaft 1a und der zweite Ventilschaft 2a parallel zueinander angeordnet.
Der erste und der zweite Ventilschaft 1a und 2a sind von Lagerabschnitten (rohrförmigen Lagerbuchsen) 56 drehbar abgestützt, so dass keine Leckage des Abgases vom Inneren des Turbinengehäuses 15 nach außen hin auftreten kann.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind jeweils Rückstellfedern (nicht gezeigt) vorgesehen zum Rückstellen des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 auf ihre Anfangspositionen.
Eine Rückstellfeder ist vorgesehen zum Rückstellen des Öffnungsgrades des Strömungsraten-Steuerventils 1 auf seine Anfangsposition, das heißt eine Ventilschließposition, bei der die erste Ventilöffnung (das erste Verbindungsdurchgangsloch) 33 geschlossen ist.
In ähnlicher Weise ist eine andere Rückstellfeder vorgesehen zum Rückstellen des Öffnungsgrades des Überströmventils 2 auf seine Anfangsposition, das heißt eine Ventilschließposition, bei der die zweite Ventilöffnung (das zweite Verbindungsdurchgangsloch) 34 geschlossen ist.
Das obige Strömungsraten-Steuerventil 1 wie auch das Überströmventil 2 wird von einem einzigen elektrischen Stellglied 3 angetrieben. Genauer werden das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 von einem einzigen elektrischen Stellglied 3 und der Verbindungseinrichtung angetrieben, welche das Ausgabedrehmoment des elektrischen Stellgliedes 3 umwandelt und solches Drehmoment jeweils an das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 überträgt.
Das elektrische Stellglied 3 besteht aus dem Elektromotor (zum Beispiel einem Gleichstrommotor) und dem Untersetzungsgetriebe (zum Beispiel einer Untersetzungsgetriebeeinrichtung), welches eine Rotationsausgabe des Elektromotors untersetzt, um dadurch das Ausgabedrehmoment zu erhöhen, so dass das elektrische Stellglied 3 die Rotationsausgabe in Abhängigkeit von der dem Elektromotor gelieferten Elektroenergie erzeugt.
Das elektrische Stellglied 3 der vorliegenden Ausführungsform weist keine Rückstellfeder auf.
Obwohl das elektrische Stellglied 3 keine Rückstellfeder aufweist, kann eine Ausgabewelle dessen auf ihre Anfangsposition zurückgestellt werden, da die Rückstellkräfte der jeweiligen Rückstellfedern für das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 über die Verbindungseinrichtung 30 (9D bis 9F) an das elektrische Stellglied 3 übertragen werden.
Eine Rückstellfeder mit einer kleinen Rückstellkraft kann jedoch in dem elektrischen Stellglied 3 vorgesehen sein, so dass die Rückstellkraft zum Rückstellen der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes auf seine Anfangsposition erzeugt wird.
Ein Betrieb des elektrischen Stellgliedes 3 wird nachstehend erläutert:

(i) Wenn die Stromzufuhr für den Elektromotor erhöht wird, um dessen Ausgabedrehmoment zu erhöhen, wird der Rotationswinkel der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes gegen die Vorspannkräfte der Rückstellfedern erhöht.
(ii) Wenn die Stromzufuhr zu dem Elektromotor verringert wird, um dessen Ausgabedrehmoment zu verringern, wird der Rotationswinkel der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes von den Vorspannkräften der Rückstellfedern verringert.
(iii) Wenn die Stromzufuhr zu dem Elektromotor ausgeschaltet wird, wird der Rotationswinkel der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes von den Vorspannkräften der Rückstellfedern auf seine Anfangsposition (das heißt eine Position, bei der der Rotationswinkel 0° ist) zurückgestellt.

Das elektrische Stellglied 3 hat einen Rotationswinkelsensor (nicht gezeigt) zum Erfassen des Rotationswinkels von dessen Ausgabewelle. Der Rotationswinkelsensor kann von einem einen magnetometrischen Sensor usw. nutzenden Kontaktlostyp sein oder kann von einem ein Potentiometer oder dergleichen nutzenden Kontakttyp sein.
Die Ausgabe des Rotationswinkelsensors wird der ECU (nicht gezeigt) zugeführt zum Steuern der Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2, wobei die Stromzufuhr zu dem elektrischen Stellglied 3 gesteuert wird.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 9A bis 9F und 10 die Verbindungseinrichtung 30 erläutert.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind das elektrische Stellglied 3 und die an der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes 3 befestigte Mitnehmerplatte 4 an solchen Positionen angeordnet, die von dem Turbinengehäuse 15 separiert sind.
Genauer sind das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 an solchen von dem Turbinengehäuse 15 separierten Positionen angeordnet, welche sich in einer Niedertemperaturatmosphäre befinden. Das elektrische Stellglied 3 ist an dem Kompressorgehäuse 17 (oder dem Mittelgehäuse 28) mittels einer Befestigungsstrebe (nicht gezeigt) angebracht.
Die Teile und/oder Komponenten, an denen das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 befestigt sind, sollten nicht auf das Kompressorgehäuse 17 oder das Mittelgehäuse 28 beschränkt werden. Das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 können an irgendwelchen Positionen angeordnet sein, solange sich solche Positionen in der Niedertemperaturatmosphäre befinden.
Wie oben besteht, da das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 angeordnet sind in den Positionen, welche von dem Turbinengehäuse 15 separiert sind, die Verbindungseinrichtung 30 aus:

– einem ersten Verbindungselement 310 zum Verbinden der Mitnehmerplatte 4 (welche in der Niedertemperaturatmosphäre angeordnet ist) mit dem Außenarm 1d (welcher das Strömungsraten-Steuerventil 1 rotiert und welcher in einer Hochtemperaturatmosphäre angeordnet ist); und
– einem zweiten Verbindungselement 320 zum Verbinden der Mitnehmerplatte 4 (welche in der Niedertemperaturatmosphäre angeordnet ist) mit dem zweiten Außenarm 2d (welcher das Überströmventil 2 rotiert und welcher in einer Hochtemperaturatmosphäre angeordnet ist).

Die Mitnehmerplatte 4 ist in einer Plattenform ausgebildet und aus solch einem Material hergestellt, das ein hohes Wärmewiderstandsvermögen und ein hohes Verschleißwiderstandsvermögen (zum Beispiel Metall oder Harzmaterial) aufweist. Die Mitnehmerplatte ist an der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes 3 in einem rechten Winkel dazu befestigt. Eine Bezugsziffer 4a in 10 bezeichnet ein Welleneinsetzdurchgangsloch mit zwei gegenüberliegenden flachen Flächen, welches in der Mitnehmerplatte 4 ausgebildet ist. Die Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes 3 ist in das Welleneinsetzdurchgangsloch 4a eingesetzt, so dass die Mitnehmerplatte 4 zusammen mit der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes 3 rotiert wird.
Die Mitnehmerplatte 4 hat eine Mitnehmernut bzw. -aussparung 63 zum Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2.
Wie in 10 gezeigt, weist die Mitnehmeraussparung 63 auf:

(i) einen ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a zum Antreiben von nur dem ersten Verbindungselement 310 (das heißt dem Strömungsraten-Steuerventil 1);
(ii) einen zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b für einen Leerlauf des ersten und des zweiten Verbindungselements 310 und 320 (und zwar Antreiben von weder dem Strömungsraten-Steuerventil 1 noch dem Überströmventil 2); und
(iii) einen dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c zum Antreiben von nur dem zweiten Verbindungselement 320 (das heißt dem Überströmventil 2).

Die oben erwähnten bzw. obigen ersten bis dritten Mitnehmeraussparungsbereiche 63a bis 63c (die zu den jeweiligen Rotationswinkeln der Mitnehmerplatte 4 korrespondieren) werden erläutert werden.
Das erste und das zweite Verbindungselement 310 und 320 sind stangenförmige Elemente und in einer V-Buchstaben-Lage angeordnet, so dass ein Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 sich an solch einer Position befindet, an der Verlängerungen des ersten und des zweiten Verbindungselementes 310 und 320 einander kreuzen, in 9D bis 9F.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform hat die Mitnehmeraussparung 63 den zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b zwischen dem ersten und dem dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63a und 63c. Zusätzlich, wenn ein Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement 310 und 320 durch „X” ausgedrückt wird (9D),

(i) ist ein Rotationswinkel „θa” für den ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a gleich zu oder kleiner als „X” ausgebildet;
(ii) ist ein Rotationswinkel „θb” für den zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b gleich zu oder kleiner als „X” ausgebildet; und
(iii) ist ein Rotationswinkel „θc” für den dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c gleich zu oder kleiner als „X” ausgebildet.

Gemäß der obigen Struktur der Mitnehmerplatte 4 (der Mitnehmeraussparung 63) ist solch ein Betätigungsbereich, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 gleichzeitig betätigt werden, vermieden.
Beispiele für die obigen Winkel „X”, „θa”, „θb” und „θc” sind wie nachstehend:

– der Winkel „X” zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement 310 und 320 ist „38°”;
– der Rotationswinkel „θa” für den ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a ist „38°”;
– der Rotationswinkel „θb” für den zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b ist „40°”; und
– der Rotationswinkel „θc” für den dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c ist „35°”

Der Rotationswinkelbereich der Mitnehmerplatte 4 deckt solch einen Bereich ab, in dem eine zweite Rolle 360 (ein Eingriffspunkt zwischen dem zweiten Verbindungselement 320 und der Mitnehmeraussparung 63) sich von einer Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63a und 63b zu einem linksseitigen Ende des dritten Mitnehmeraussparungsbereichs 63c hin bewegen kann. Mit anderen Worten entspricht der Rotationswinkelbereich der Mitnehmerplatte 4 den zweiten und dritten Mitnehmeraussparungsbereichen 63b und 63c (40° + 35°).
Die Mitnehmeraussparung 63 wird nachstehend weiter erläutert werden.
Die Mitnehmeraussparung 63 hat einen Großbogenabschnitt, einen Konzentrischbogenabschnitt und einen Kleinbogenabschnitt, welche kontinuierlich miteinander verbunden sind.
Der Großbogenabschnitt entspricht dem ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a und ist kontinuierlich mit einem Ende des Konzentrischbogenabschnitts verbunden. Ein Krümmungsradius des Großbogenabschnitts (63a) ist größer als jener des Konzentrischbogenabschnitts (63b). Ein Zentrumspunkt des Großbogenabschnitts ist in 10 durch R1 bezeichnet.
Der Konzentrischbogenabschnitt entspricht dem zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b und entspricht ferner solch einem Bogenabschnitt, der einen Zentrumspunkt hat, welcher identisch mit einem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 ist. Der Zentrumspunkt des Konzentrischbogenabschnitts ist in 10 durch R2 bezeichnet.
Der Kleinbogenabschnitt entspricht dem dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c und ist kontinuierlich mit dem anderen Ende des Konzentrischbogenabschnitts (63b) verbunden. Ein Krümmungsradius des Kleinbogenabschnitts (63c) ist kleiner als jener des Konzentrischbogenabschnitts (63b). Ein Zentrumspunkt des Kleinbogenabschnitts ist in 10 durch R3 bezeichnet.
Das erste Verbindungselement 310 ist in einer Stangenform ausgebildet zum Wirkkuppeln der Mitnehmeraussparung 63 der Mitnehmerplatte 4 mit dem ersten Außenarm 1d. Das erste Verbindungselement 310 ist ein Stangenelement, das aus solch einem Material hergestellt ist, das ein großes Wärmewiderstandsvermögen und ein großes Verschleißwiderstandsvermögen (zum Beispiel Metall oder Harzmaterial) aufweist.
Das erste Verbindungselement 310 ist von einem Führungselement (nicht gezeigt) bewegbar abgestützt, so dass es sich in seiner Längsrichtung in einer hin und her bewegenden Weise bewegt.
Genauer bewegt sich das erste Verbindungselement 310 in eine Richtung, welche mit einer Linie übereinstimmt, die das Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 mit einem Eingriffspunkt (einem ersten Armeingriffspunkt) 350 zwischen dem ersten Verbindungselement 310 und dem ersten Außenarm 1d (9D) verbindet.
Eine erste Rolle 340 ist an einem Ende des ersten Verbindungselementes 310 (auf einer Seite der Mitnehmerplatte 4) vorgesehen, so dass die erste Rolle 340 mit der Mitnehmeraussparung 63 in Eingriff steht.
Der erste Armeingriffspunkt 350 ist an dem anderen Ende des ersten Verbindungselements 310 (auf einer Seite des ersten Außenarms 1d) ausgebildet. Der erste Armeingriffspunkt 350 ist drehbar an einem Ende des ersten Außenarms 1d angelenkt, welches von dem Rotationszentrum (dem ersten Ventilschaft 1a) des Strömungsraten-Steuerventils 1 separiert ist.
Wenn die Mitnehmerplatte 4 in eine Uhrzeigersinnrichtung rotiert wird (die Mitnehmeraussparung 63 wird verlagert), wird die erste Rolle 340 in eine Richtung näher zum Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 hin bewegt. Dann wird das erste Verbindungselement 310 in Richtung zum Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 hin verlagert, so dass das Strömungsraten-Steuerventil 1 in eine Ventilöffnungsrichtung (9E) rotiert wird.
Andererseits wird, wenn die Mitnehmerplatte 4 in eine Gegenuhrzeigersinnrichtung rotiert wird, die erste Rolle 340 in eine Richtung separiert von dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 bewegt. Dann wird das erste Verbindungselement 310 ebenfalls in die Richtung weg von dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 bewegt, so dass das Strömungsraten-Steuerventil 1 in eine Ventilschließrichtung (9D) rotiert wird.
Das zweite Lenker- bzw. Verbindungselement 320 ist gleichermaßen in einer Stangenform geformt zum Wirkkuppeln der Mitnehmeraussparung 63 der Mitnehmerplatte 4 mit dem zweiten Außenarm 2d. Das zweite Verbindungselement 320 ist ein Stangenelement, das aus solch einem Material hergestellt ist, das ein hohes Wärmewiderstandsvermögen und ein hohes Verschleißwiderstandsvermögen (zum Beispiel Metall oder Harzmaterial) aufweist.
Das zweite Verbindungselement 320 ist ebenfalls von einem Führungselement (nicht gezeigt) bewegbar abgestützt, so dass es sich in seiner Längsrichtung in einer sich hin und her bewegenden Weise bewegt.
Genauer bewegt sich das zweite Verbindungselement 320 in eine Richtung, welche mit einer Linie übereinstimmt, die das Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 mit einem Eingriffspunkt (einem zweiten Armeingriffspunkt) 370 zwischen dem zweiten Verbindungselement 320 und dem zweiten Außenarm 2d (9D) verbindet.
In einer zu dem ersten Verbindungselement 310 ähnlichen Weise ist die zweite Rolle 360 an einem Ende des zweiten Verbindungselementes 320 (auf der Seite der Mitnehmerplatte 4) vorgesehen, so dass die zweite Rolle 360 mit der Mitnehmeraussparung 63 in Eingriff steht.
Der zweite Armeingriffspunkt 370 ist an dem anderen Ende des zweiten Verbindungselementes 320 (auf einer Seite des zweiten Außenarms 2d) ausgebildet. Der zweite Armeingriffspunkt 370 ist drehbar an einem Ende des zweiten Außenarms 2d angelenkt, welches von dem Rotationszentrum (dem zweiten Ventilschaft 2a) des Überströmventils 2 separiert ist.
In einer zum ersten Verbindungselement 310 ähnlichen Weise wird, wenn die Mitnehmerplatte 4 in die Uhrzeigersinnrichtung rotiert wird (die Mitnehmeraussparung 63 wird verlagert), die zweite Rolle 360 in die Richtung näher zu dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 hin bewegt. Dann wird das zweite Verbindungselement 320 in Richtung zu dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 hin bewegt, so dass das Überströmventil 2 in eine Ventilöffnungsrichtung (9F) rotiert wird.
Andererseits wird, wenn die Mitnehmerplatte 4 in die Gegenuhrzeigersinnrichtung rotiert wird, die zweite Rolle 360 in die Richtung separiert von dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 bewegt. Dann wird das zweite Verbindungselement 320 ebenfalls in die Richtung weg von dem Rotationszentrum der Mitnehmerplatte 4 bewegt, so dass das Überströmventil 2 in eine Ventilschließrichtung (9E) rotiert wird.
Eine Beziehung bzw. ein Verhältnis zwischen den Ventilöffnungsgraden des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 in Bezug auf den Rotationswinkel der Ausgabewelle des elektrischen Stellgliedes 3 (das heißt den Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4) wird unter Bezugnahme auf 11 erläutert werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform rotiert das elektrische Stellglied 3 wie auch die Mitnehmerplatte 4 innerhalb des Winkelbereichs zwischen 0° und 75° (das heißt einer Summe des Winkelbereichs des zweiten Mitnehmeraussparungsbereichs 63b (40°) und des dritten Mitnehmeraussparungsbereichs 63c (35°)). In 11 bezeichnet eine durchgezogene Linie A den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1, wohingegen eine durchgezogene Linie B den Öffnungsgrad des Überströmventils 2 bezeichnet.
(Betrieb, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 „0°” ist).
Wie in den 9A und 9D gezeigt, wird, wenn dem elektrischen Stellglied 3 keine Elektroenergie zugeführt wird, jeder von dem ersten Außenarm 1d (dem ersten Innenarm 1c) und dem zweiten Außenarm 2d (dem zweiten Innenarm 2c) von den jeweiligen Rückstellfedern für das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 in die Ventilschließrichtung vorgespannt. Daher werden die erste und die zweite Ventilöffnung (das erste und das zweite Verbindungsdurchgangsloch) 33 und 34 von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 bzw. dem Überströmventil 2 geschlossen.
Ein Ergebnis strömt all das Abgas, welches von dem Auslasskrümmer in das Turbinengehäuse 15 einströmt, durch die erste Spiralpassage 11 hindurch. Das Turbinenlaufrad 14 wird dadurch von dem nur durch die erste Spiralpassage 11 hindurch strömenden Abgas zum Rotieren angetrieben.
(Betrieb, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 zwischen „0°” und „38°” ist).
Wenn dem elektrischen Stellglied 3 Elektroenergie zugeführt wird, so dass es die Mitnehmerplatte 4 rotiert, und wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 kleiner als „38°” ist,

– bewegt sich die erste Rolle 340 zum Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1 nur innerhalb des Bereichs des Großbogenabschnitts (das heißt des ersten Mitnehmeraussparungsbereichs 63a), und
– bewegt sich die zweite Rolle 360 zum Antreiben des Überströmventils 2 innerhalb des Bereichs des Konzentrischbogenabschnitts (das heißt des zweiten Mitnehmeraussparungsbereichs 63b).

Gemäß dem obigen Betrieb wird der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 erhöht wie der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 erhöht wird, wohingegen das Überströmventil 2 in seinem Ventil-Geschlossen-Zustand gehalten wird, wenn die Mitnehmerplatte 4 in dem Bereich kleiner als „38°” bewegt wird, wie in 11 gezeigt.
Mit anderen Worten ist es möglich, den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 in Abhängigkeit von der Rotation der Mitnehmerplatte 4 zu steuern, wohingegen die zweite Ventilöffnung (das zweite Verbindungsdurchgangsloch) 34 von dem Überströmventil 2 geschlossen ist, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 kleiner als „38°” ist.
Wie oben strömt das von dem Auslasskrümmer in das Turbinengehäuse 15 einströmende Abgas durch die erste Spiralpassage 11 hindurch und wird die Menge des durch die zweite Spiralpassage 12 hindurch strömenden Abgases von dem Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 gesteuert.
Demgemäß kann der Abgasdruck zum Antreiben des Turbinenlaufrades 14 durch die Rotation der Mitnehmerplatte 4 gesteuert werden.
(Betrieb, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 zwischen „38°” und „40°” ist)
Wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 zwischen „38°” und „40°” ist, bewegt sich nicht nur die erste Rolle 340 für das Strömungsraten-Steuerventil 1, sondern auch die zweite Rolle 360 für das Überströmventil 2 innerhalb des Bereichs des Konzentrischbogenabschnitts (das heißt des zweiten Mitnehmeraussparungsbereichs 63b).
Im Ergebnis wird das Strömungsraten-Steuerventil 1 in seinem Vollständig-Geöffnet-Zustand (der Öffnungsgrad ist 30°) gehalten, wohingegen das Überströmventil 2 in seinem Ventil-Geschlossen-Zustand gehalten wird.
(Betrieb, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 zwischen „40°” und „75°” ist)
Wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 größer als „40°” ist,

– bewegt sich die erste Rolle 340 zum Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1 innerhalb des Bereichs des Konzentrischbogenabschnitts (das heißt des zweiten Mitnehmeraussparungsbereichs 63b), und
– bewegt sich die zweite Rolle 360 zum Antreiben des Überströmventils 2 innerhalb des Bereichs des Kleinbogenabschnitts (das heißt des dritten Mitnehmeraussparungsbereichs 63c).

Gemäß dem oben beschriebenen bzw. obigen Betrieb wird der Öffnungsgrad des Überströmventils 2 erhöht wie der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 erhöht wird, wohingegen das Strömungsraten-Steuerventil 1 in seinem Ventil-Vollständig-Geöffnet-Zustand (der Öffnungsgrad dessen ist „30°”) gehalten wird, wenn die Mitnehmerplatte 4 in dem Bereich größer als „40°” bewegt wird, wie in 11 gezeigt.
Mit anderen Worten ist es möglich, den Öffnungsgrad des Überströmventils 2 in Abhängigkeit von der Rotation der Mitnehmerplatte 4 zu steuern, wohingegen das Strömungsraten-Steuerventil 1 in seinem Ventil-Vollständig-Geöffnet-Zustand gehalten wird, wenn der Rotationswinkel der Mitnehmerplatte 4 größer als „40°” ist.
Im Ergebnis wird, während das von dem Auslasskrümmer in das Turbinengehäuse 15 einströmende Abgas durch die erste und die zweite Spiralpassage 11 und 12 hindurch strömt, die Menge solchen Abgases, das das Turbinenlaufrad 14 umgeht, von dem Öffnungsgrad des Überströmventils 2 gesteuert.
Ein Betrieb des von der ECU gesteuerten elektrischen Stellgliedes 3 wird unter Bezugnahme auf 12 erläutert werden. In 12 bezeichnet eine durchgezogene Linie A den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1, wohingegen eine durchgezogene Linie B den Öffnungsgrad des Überströmventils 2 bezeichnet.
Die ECU führt in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Fahrzeugs eine der folgenden drei Betriebsarten durch.

– eine erste Betriebsart (eine Betriebsart 1), in der die erste und die zweite Ventilöffnung 33 und 34 von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 bzw. dem Überströmventil 2 geschlossen sind (entsprechend den 9A und 9D),
– eine zweite Betriebsart (eine Betriebsart 2), in der der Öffnungsgrad der ersten Ventilöffnung 33 von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 gesteuert wird, wohingegen die zweite Ventilöffnung 34 geschlossen ist (entsprechend den 9B und 9E), und
– eine dritte Betriebsart (eine Betriebsart 3), in der der Öffnungsgrad der zweiten Ventilöffnung 34 von dem Überströmventil 2 gesteuert wird, wohingegen die erste Ventilöffnung 33 in ihrem Vollständig-Geöffnet-Zustand gehalten wird (entsprechend den 9C und 9F).

Die ECU berechnet ein Solldrehmoment auf Basis der Motordrehzahl und der Motorlast (dem Öffnungsgrad des Gaspedals). Dann berechnet die ECU eine Solleinlassluftmenge auf Basis der Motordrehzahl und des Solldrehmoments und berechnet ferner einen Sollladedruck auf Basis der Solleinlassluftmenge. Schließlich berechnet die ECU einen Sollöffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 auf Basis des Sollladedrucks und der Motordrehzahl.
Der Stromzufuhrbetrag zu dem elektrischen Stellglied 3 wird auf Basis der erfassten Werte des Rotationswinkelsensors geregelt, so dass der Sollöffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 erreicht wird.
Wenigstens eines der Sensorsignale von dem Ladedrucksensor (zum Erfassen des von der Kompressorturbine verdichteten Einlassluftdruckes) und dem Abgasdrucksensor (zum Erfassen des Abgasdrucks an dem Einlassabschnitt des Turbinenlaufrades 14) wird in die ECU eingegeben.
Der Stromzufuhrbetrag zu dem elektrischen Stellglied 3 wird ferner auf Basis der erfassten Werte des Ladedrucksensors geregelt, so dass der von dem Ladedrucksensor erfasste Ladedruck einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet. Alternativ wird der Stromzufuhrbetrag zu dem elektrischen Stellglied 3 ähnlich auf Basis der erfassten Werte des Abgasdrucksensors geregelt, so dass der von dem Abgasdrucksensor erfasste Abgasdruck einen vorbestimmten Wert nicht überschreitet.
Die ECU gibt der Steuerung für den Öffnungsgrad des Überströmventils 2 den Vorzug gegenüber der Steuerung für den Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1.
(Vorteile der zweiten Ausführungsform)
Die vorliegende Ausführungsform hat die folgenden Vorteile:

(1) Das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2, welche in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsfaktoren betätigt werden, werden von einem einzigen elektrischen Stellglied 3 angetrieben. Es ist daher möglich, die Kosten zu reduzieren, wenn mit dem Fall verglichen, in dem unabhängig zwei Stellglieder vorgesehen sind zum jeweiligen Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2.
(2) Das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 sind an dem Kompressorgehäuse 17 (oder an dem Mittelgehäuse 28) angebracht, welches sich von dem Turbinengehäuse 15 unterscheidet, so dass das elektrische Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 in der Niedertemperaturatmosphäre angeordnet sind. Im Ergebnis ist es nicht notwendig, das Wärmewiderstandsvermögen des elektrischen Stellgliedes 3 zu erhöhen, so dass dadurch die Kasten des elektrischen Stellgliedes 3 reduziert werden.
(3) Da die Mitnehmerplatte 4 in der Niedertemperaturatmosphäre angeordnet ist, ist es möglich solch einen Fall zu vermeiden, dass die Mitnehmerplatte im Ergebnis dessen, dass die Mitnehmerplatte hoher Temperatur ausgesetzt wird, verformt wird. Es ist ferner möglich, solch nachteilige Situation zu vermeiden, dass ein Spiel an dem Eingriffspunkt zwischen der Mitnehmerplatte 4 und dem ersten Verbindungselement 310 und an dem Eingriffspunkt zwischen der Mitnehmerplatte 4 und dem zweiten Verbindungselement 320 erzeugt wird.

Wie oben ist es, da die Erzeugung des Spiels vermieden werden kann, möglich, eine Störung des Betriebs und/oder eine Verschlechterung der Genauigkeit zum Steuern der Öffnungsgrade des Strömungsraten-Steuerventils 1 und des Überströmventils 2 zu vermeiden.
Im Ergebnis kann die Zuverlässigkeit des Turboladers, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 von einem einzigen elektrischen Stellglied gesteuert werden, erhöht werden.

(4) Die Rückstellfedern sind in jedem von dem Strömungsraten-Steuerventil 1 und dem Überströmventil 2 vorgesehen, um den Ventilöffnungsgrad auf den Anfangszustand zu bringen.

In jedem der Ventile wird die Vorspannkraft beaufschlagt, um das Ventil auf seine Ventil-Geschlossen-Position zurückzustellen.
Demgemäß ist es möglich, solch eine nachteilige Situation zu vermeiden, dass das Strömungsraten-Steuerventil 1 wie auch das Überströmventil 2 durch Pulsieren des Abgases, Vibration des Motors usw. zum schnellen Flattern gebracht werden kann.

(5) Gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind das erste und das zweite Verbindungselement 310 und 320 mit der einzigen Mitnehmeraussparung 63 in Eingriff, um das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 anzutreiben. Daher ist es möglich, die Mitnehmerplatte 4 größenmäßig kleiner auszubilden, um ein einfaches Montieren der Vorrichtung an dem Fahrzeug zu verbessern und die Kostenerhöhung zu unterdrücken.
(6) Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist der Konzentrischbogenabschnitt (der zweite Mitnehmeraussparungsbereich 63b) in der Mitte der Mitnehmeraussparung 63 ausgebildet. Es ist daher möglich, solch einen Bereich zu vermeiden, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 gleichzeitig betätigt werden.

Genauer sind die jeweiligen Mitnehmeraussparungsbereiche wie nachstehend ausgebildet, wobei der zwischen dem ersten und dem zweiten Verbindungselement 310 und 320 gebildete Winkel durch „X” bezeichnet ist:

(i) der Rotationswinkel „θa” für den ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a ist gleich zu oder kleiner als „X” ausgebildet;
(ii) der Rotationswinkel „θb” für den zweiten Mitnehmeraussparungsbereich 63b ist gleich zu oder größer als „X” ausgebildet; und
(iii) der Rotationswinkel „θc” für den dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c ist gleich zu oder kleiner als „X” ausgebildet.

Gemäß der obigen Struktur der Mitnehmerplatte (der Mitnehmeraussparung 63) ist solch ein Betätigungsbereich, in dem das Strömungsraten-Steuerventil 1 und das Überströmventil 2 gleichzeitig betätigt werden, vermieden.
Im Ergebnis ist es möglich, die notwendige Antriebskraft, die für das elektrische Stellglied 3 erforderlich ist, zu drücken und dadurch das elektrische Stellglied größenmäßig kleiner auszubilden.

(7) Die Mitnehmeraussparung 63 ist von dem Großbogenabschnitt, dem Konzentrischbogenabschnitt und dem Kleinbogenabschnitt gebildet, wobei diese kontinuierlich miteinander verbunden sind.

Da alle Abschnitte der Mitnehmeraussparung 63 von Bogenabschnitten gebildet sind, ist es möglich, eine leichtgängige Mitnehmeraussparung auszubilden.
Es ist dadurch möglich, jegliches Festfahren in der Mitnehmeraussparung 63 zu verhindern und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Zusätzlich ist es möglich, die Antriebslast für das elektrische Stellglied 3 zu vermindern, um dadurch das Stellglied größenmäßig kleiner auszubilden.
(Modifikationen)
In der obigen Ausführungsform ist das Mitnehmerprofil für den ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a (zum Antreiben des Strömungsraten-Steuerventils 1) in der Bogenform ausgebildet. Jedoch sollte das Profil für den ersten Mitnehmeraussparungsbereich 63a nicht auf die Bogenform beschränkt werden, sondern es kann jede andere Form, wie beispielsweise eine gerade Form, eine Sinuskurvenform usw., verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform ist das Mitnehmerprofil für den dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c (zum Antreiben des Überströmventils 2) in der Bogenform ausgebildet. Jedoch sollte das Profil für den dritten Mitnehmeraussparungsbereich 63c nicht auf die Bogenform beschränkt werden, sondern es kann jede andere Form, wie beispielsweise eine gerade Form, eine Sinuskurvenform usw., gleichermaßen verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform ist solch ein Betätigungsbereich, in dem die beiden Ventile nicht gleichzeitig betätigt werden, vorgesehen, um die Antriebslast für das elektrische Stellglied 3 zu reduzieren, Es kann natürlich möglich sein, die beiden Ventile gleichzeitig anzutreiben. Zum Beispiel kann das Mitnehmerprofil der Mitnehmeraussparung 63 so ausgebildet sein, dass der Öffnungsgrad des Strömungsraten-Steuerventils 1 weiter erhöht wird, wenn der Öffnungsgrad des Überströmventils erhöht wird.
In der obigen Ausführungsform ist das elektrische Stellglied 3 verwendet. Jedoch können jegliche andere Typen von Stellgliedern, zum Beispiel ein hydraulisches Stellglied, ein Unterdruckstellglied usw., verwendet werden.
In der obigen Ausführungsform ist die Ausgabewelle des Stellgliedes 3 direkt an der Mitnehmerplatte 4 befestigt. Jedoch ist es möglich, das Stellglied 3 und die Mitnehmerplatte 4 an solchen Positionen anzuordnen, die voneinander separiert sind.
In der obigen Ausführungsform wird die Mitnehmerplatte 4 rotiert. Jedoch kann die Mitnehmerplatte 4 in einer linearen Richtung bewegt werden.
Wenn ein hydraulisches Stellglied oder ein Unterdruckstellglied als das Stellglied für die Mitnehmerplatte verwendet wird oder wenn die Mitnehmerplatte von dem elektrischen Stellglied von einer Position entfernt von der Mitnehmerplatte aus betätigt wird, kann die Mitnehmerplatte rotiert oder in einer Gleitbewegung verlagert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 62-162349 [0003]
JP 2008-196332 [0007]
JP 10-089081 [0011]
JP 2009-024584 [0016]

Claims

Abgassteuervorrichtung für einen Motor mit einem Turbolader, mit: einem Turbinengehäuse (15) mit einer Turbinenaufnahmekammer (22) darin; einem Turbinenlaufrad (14), das bewegbar in der Turbinenaufnahmekammer (22) abgestützt ist und das von Abgas von dem Motor rotiert wird; einer ersten Passage (11) und einer zweiten Passage (12), die in dem Turbinengehäuse (15) ausgebildet sind, um Abgas von dem Motor in die Laufradaufnahmekammer (22) einzuleiten, wobei die erste und die zweite Passage (11, 12) dadurch gebildet sind, dass eine Abgaseinströmpassage in einer Rotationsrichtung des Turbinenlaufrades (14) in zwei Passagen unterteilt wird; einer Umgehungspassage (13), die in dem Turbinengehäuse (15) ausgebildet ist, so dass das durch die Umgehungspassage (13) hindurchströmende Abgas von dem Motor die Laufradaufnahmekammer (22) umgeht; einem ersten Ventil (1) und einem zweiten Ventil (2), von denen jedes bewegbar in dem Turbinengehäuse (15) vorgesehen ist, um Durchflussmengen von jeweils durch die erste und die zweite Passage (11, 12) und die Umgehungspassage (13) hindurch strömenden Abgasen mittels Öffnungs- und/oder Schließbewegungen der jeweiligen ersten und zweiten Ventile (1, 2) zu steuern; einem Ventilkuppelmechanismus mit einem Mitnehmerelement (4) zum miteinander Kuppeln des ersten und des zweiten Ventils (1, 2), so dass das erste und das zweite Ventil (1, 2) unabhängig voneinander geöffnet und/oder geschlossen werden; und einem Stellglied (3) zum Antreiben des ersten und des zweiten Ventils (1, 2) mittels des Mitnehmerelements (4), wobei das Mitnehmerelement (4) eine Rotationsachse (44), die drehbar von dem Turbinengehäuse (15) abgestützt ist, einen ersten Antriebsabschnitt zum Rotieren des ersten Ventils (1) in einer synchronisierten Weise mit einer Rotation des Mitnehmerelements (4), und einen zweiten Antriebsabschnitt (63) hat, um das zweite Ventil (2) in Übereinstimmung mit der Rotation des Mitnehmerelements (4) und in einem Betätigungsmuster, das sich von jenem des ersten Ventils (1) unterscheidet, zu drehen.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der erste Antriebsabschnitt direkt mit dem ersten Ventil (1) gekuppelt ist, so dass das erste Ventil (1) und das Mitnehmerelement (4) einheitlich um die Rotationsachse (44) des Mitnehmerelements (4) rotiert werden.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite Antriebsabschnitt ein Mitnehmerprofil hat, das dem Betätigungsmuster für das zweite Ventil (2) entspricht.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei das Mitnehmerprofil einen Ventilschließbereich (B) hat, gemäß dem das zweite Ventil (2) geschlossen wird, wenn ein Rotationswinkel der Mitnehmerplatte (4) von einem minimalen Wert auf einen Zwischenwert geändert wird, und das Mitnehmerprofil einen Ventilöffnungsbereich hat, gemäß dem das zweite Ventil (2) geöffnet wird, wenn ein Rotationswinkel der Mitnehmerplatte (4) von dem Zwischenwert auf einen maximalen Wert geändert wird.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das erste Ventil (1) die Durchflussmengen der hauptsächlich durch die erste und die zweite Passage (11, 12) hindurch strömenden Abgase durch seine Öffnungs- und/oder Schließbewegung steuert.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Ventil (2) die Durchflussmenge des hauptsächlich durch die Umgehungspassage (13) hindurch strömenden Abgases durch seine Öffnungs- und/oder Schließbewegung steuert.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Turbinengehäuse (15) aufweist: einen Einlassabschnitt (23), der in einer Strömungsrichtung des Abgases auf einer strömungsaufwärtigen Seite der Laufradaufnahmekammer (22) ausgebildet ist; einen Auslassabschnitt (25), der in der Strömungsrichtung des Abgases auf einer strömungsabwärtigen Seite der Laufradaufnahmekammer (22) ausgebildet ist; einen ersten Verzweigungsabschnitt, an dem die zweite Passage (12) von der ersten Passage (11) abgezweigt ist; und einen zweiten Verzweigungsabschnitt, an dem die Umgehungspassage (13) von der zweiten Passage (12) abgezweigt ist.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei: die erste Passage (11) eine erste Abgaseinströmpassage bildet zum Einleiten des Abgases von dem Einlassabschnitt in die Laufradaufnahmekammer (22), die zweite Passage (12) eine zweite Abgaseinströmpassage bildet zum Einleiten des Abgases von dem ersten Verzweigungsabschnitt in die Laufradaufnahmekammer (22), die Umgehungspassage (13) eine Überströmpassage bildet zum Umgehen der Laufradaufnahmekammer (22) und Einleiten des Abgases von dem zweiten Verzweigungsabschnitt in den Auslassabschnitt (25), der erste Verzweigungsabschnitt ein erstes Verbindungsdurchgangsloch (33) hat, das von dem ersten Ventil (1) geöffnet und/oder geschlossen wird, und der zweite Verzweigungsabschnitt ein zweites Verbindungsdurchgangsloch (34) hat, das von dem zweiten Ventil (2) geöffnet und/oder geschlossen wird.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Stellglied (3) und der Ventilkuppelmechanismus an einer Außenseite des Turbinengehäuses (15) angeordnet sind.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner mit einer elektronischen Steuereinheit zum Steuern des Stellgliedes in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Motors.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei: die elektronische Steuereinheit eine Ventilantriebsbetriebsart auf eine erste Betriebsart setzt, wenn der Motorbetriebszustand in einem Niedertourigbetrieb ist, in dem beide von dem ersten und dem zweiten Ventil (1, 2) geschlossen sind, die elektronische Steuereinheit die Ventilantriebsbetriebsart auf eine zweite Betriebsart setzt, wenn der Motorbetriebszustand in einem Mitteltourigbetrieb ist, in dem das erste Ventil (1) geöffnet ist und das zweite Ventil (2) geschlossen ist, und die elektronische Steuereinheit die Ventilantriebsbetriebsart auf eine dritte Betriebsart setzt, wenn der Motorbetriebszustand in einem Hochtourigbetrieb ist, in dem beide von dem ersten und dem zweiten Ventil (1, 2) geöffnet sind.
Abgassteuervorrichtung gemäß Anspruch 10 oder 11, wobei: die elektronische Steuereinheit einen Mitnehmerwinkelsensor zum Erfassen eines Rotationswinkels des Mitnehmerelements (4) hat, und die elektronische Steuereinheit das Stellglied (3) in der Art und Weise einer Regelung steuert, so dass ein von dem Mitnehmerwinkelsensor erfasster aktueller Rotationswinkel der Mitnehmerplatte (4) mit einem Sollwert übereinstimmen wird.
Abgassteuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei: die elektronische Steuereinheit einen Ladedrucksensor zum Erfassen eines Ladedrucks des Motors hat, und die elektronische Steuereinheit das Stellglied (3) in der Art und Weise einer Regelung steuert, so dass ein von dem Ladedrucksensor erfasster aktueller Ladedruck mit einem Sollwert übereinstimmen wird.
Turbolader mit: einem Turbinenlaufrad (14), das von Abgas von einem Motor angetrieben wird; einem Turbinengehäuse (15) zum drehbaren Aufnehmen des Turbinenlaufrades (14); einer ersten Abgaspassage (11), die in dem Turbinengehäuse (15) ausgebildet ist, zum Zuführen des Abgases zu dem Turbinenlaufrad (14); einer zweiten Abgaspassage (12), die ebenfalls in dem Turbinengehäuse (15) ausgebildet ist, zum Zuführen des Abgases zu dem Turbinenlaufrad (14); einem ersten Ventil (1), das in dem Turbinengehäuse (15) vorgesehen ist, zum Steuern einer Menge des durch eine erste Ventilöffnung (33) hindurch passierenden Abgases; einem zweiten Ventil (2), das ebenfalls in dem Turbinengehäuse (15) vorgesehen ist, zum Steuern einer Menge des durch eine zweite Ventilöffnung (34) hindurch passierenden Abgases; und einem einzigen elektrischen Stellglied (3) und einem Mitnehmerelement (4), das von dem elektrischen Stellglied (3) angetrieben wird zum unabhängigen Betätigen des ersten und des zweiten Ventils (1 und 2), wobei das Stellglied (3) und das Mitnehmerelement (4) an einem Element (17, 28) des Turboladers angebracht sind, welches sich von dem Turbinengehäuse (15) unterscheidet.
Turbolader gemäß Anspruch 14, wobei jedes von dem ersten und dem zweiten Ventil (1, 2) eine Rückstellfeder hat zum auf seinen Anfangszustand Bringen eines Öffnungsgrades des Ventils.
Turbolader gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei jedes von dem ersten und dem zweiten Ventil (1, 2) jeweils von einer in dem Mitnehmerelement (4) ausgebildeten Mitnehmeraussparung (63) angetrieben wird.
Turbolader gemäß Anspruch 16, wobei die Mitnehmeraussparung (63) besteht aus: einem Konzentrischbogenabschnitt (63b) mit einem Zentrum (R2), welches mit einem Rotationszentrum des Mitnehmerelements (4) übereinstimmt; einem Mitnehmerabschnitt (63a), der mit einem Ende des Konzentrischbogenabschnitts (63b) verbunden ist, zum Antreiben des ersten Ventils (1); und einem anderen Mitnehmerabschnitt (63c), der mit dem anderen Ende des Konzentrischbogenabschnitts (63b) verbunden ist, zum Antreiben des zweiten Ventils (2).
Turbolader gemäß Anspruch 17, wobei: der erstgenannte Mitnehmerabschnitt (63a) von einem Bogenabschnitt gebildet ist, wobei ein Krümmungsradius dessen gleich oder größer als jener des Konzentrischbogenabschnitts (63b) ist, und der zweitgenannte Mitnehmerabschnitt (63c) von einem Bogenabschnitt gebildet ist, wobei ein Krümmungsradius dessen gleich oder kleiner als jener des Konzentrischbogenabschnitts (63b) ist.
Turbolader gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei: das erste Ventil (1) ein Strömungsraten-Steuerventil zum Steuern der Menge des zu dem Turbinenlaufrad (14) zu liefernden Abgases ist; und das zweite Ventil (2) ein Überströmventil zum Steuern der Menge des das Turbinenlaufrad (14) umgehenden Abgases ist.