JP2009024584A - 内燃機関の排気通路制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のアクチュエータにより流量調整バルブ及びウエストゲートバルブを開閉し得る構造を採用することにより、安価に製造できる排気通路制御装置を提供すること。
【解決手段】ターボチャージャ５０は第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを備える。流量調整バルブ６１は電動アクチュエータ６２により回転移動させられる。流量調整バルブは第１の位置に移動させられたとき（隔壁５２ｃに当接したとき）貫通孔ＴＨ１を閉じ、排ガスは第１ノズル部のみに導入される。流量調整バルブは第１の位置から離れるように移動させられたとき貫通孔ＴＨ１を開き、排ガスは第１及び第２ノズル部に導入される。流量調整バルブは、更に回転移動させられとき、回動可能に支持されたウエストゲートバルブ６３に当接してウエストゲートバルブ６３を押動する。この結果、開口ＴＨ２も開かれ、排ガスは第１及び第２ノズル部並びにバイパス管４４内を通過する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ターボチャージャを備える内燃機関の排気通路制御装置に関する。

従来から、第１ノズル部と第２ノズル部とを有するツインノズル式のターボチャージャが知られている。第１ノズル部はタービンブレード（翼）の一部（例えば、翼の基端部）に内燃機関の排ガスを導入するようになっている。第２ノズル部は、タービンホイールの軸線方向において第１ノズル部と並設されている。第２ノズル部は、タービンブレードの他部（例えば、翼の軸線方向における中間部）に排ガスを導入するようになっている。更に、このようなツインノズル式のターボチャージャは、第１ノズル部と第２ノズル部とに導入する（流入する）排ガス量を調整する流量調整バルブを備えている。流量調整バルブは、排気流量が小さい場合、第１ノズル部のみに排ガスを導入する。流量調整バルブは、排気流量が大きい場合、第１ノズル部及び第２ノズル部の両方へ排ガスを導入する。

従って、このツインノズル式のターボチャージャは、排気流量が小さい場合には第１ノズル部のみから排ガスを導入することにより、タービンを効率良く高い応答性を持たせながら回転させることができる。更に、このツインノズル式のターボチャージャは、排気流量が大きい場合、従来はウエストゲートバルブを介して外部に放出されていた排ガスを第１ノズル部からのみでなく第２ノズル部からも導入することにより、排ガスのエネルギーを有効に利用した過給を行うことができる。従って、このツインノズル式のターボチャージャは、排気流量が小さい運転領域から大きい運転領域までの広い運転領域において効率良く過給を行うことができる（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００６−３７８１８号公報

ところで、排気圧が過大とならないように、ターボチャージャを備えた内燃機関の排気通路にはバイパス通路とウエストゲートバルブとが設けられている。バイパス通路は、排ガスを、ターボチャージャのタービン（タービンハウジング）をバイパスさせるための通路である。ウエストゲートバルブは、このバイパス通路を開閉し得るようにバイパス通路に配設されている。

しかしながら、ツインノズル式のターボチャージャを備えた内燃機関においては、前述した流量調整バルブを駆動するためのアクチュエータと、ウエストゲートバルブを駆動するためのアクチュエータと、が必要となる。その結果、内燃機関の排気通路の構造が複雑化するという問題がある。更に、アクチュエータの個数が多いため、これらのアクチュエータの搭載スペースを確保することが困難となり及び／又は内燃機関の製造コストが増大するという問題がある。

本発明による内燃機関の排気通路制御装置は、上記課題に対処するために為されたものであって、一つのアクチュエータにより流量調整バルブとウエストゲートバルブとを駆動させることができる構造を採用する。

より具体的に述べると、本発明による内燃機関の排気通路制御装置は、
タービンホイールと、同タービンホイールと一体的に回転するコンプレッサホイールと、同タービンホイールのタービンブレードの一部に内燃機関の排気通路を流れる排ガスを導入する第１ノズル部と、同タービンホイールの軸線方向において同第１ノズル部と並設され且つ同タービンブレードの他部に同排気通路を流れる排ガスを導入する第２ノズル部と、を有するツインノズル式のターボチャージャ、
前記排気通路であって前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部よりも前記排ガスの流れの上流側の位置から同排ガスを前記タービンホイールを経由することなく大気に放出するための通路であるバイパス通路、
前記バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ、
前記ウエストゲートバルブが前記バイパス通路を閉じる向きの付勢力を同ウエストゲートバルブに付与する付勢手段、
前記第１ノズル部に導入される排ガスの量と前記第２ノズル部に導入される排ガスの量とを調整するための流量調整バルブ、及び、
前記流量調整バルブの位置を変更するように同流量調整バルブを移動させるアクチュエータ、
を備える。

更に、本発明の内燃機関の排気通路制御装置において、
前記流量調整バルブ、前記ウエストゲートバルブ及び前記アクチュエータは、同流量調整バルブが同アクチュエータにより第１の位置に移動させられたとき前記排気通路を流れる排ガスが前記第１ノズル部のみに導入され、同流量調整バルブが同アクチュエータにより同第１の位置から離れるように移動させられたとき前記排気通路を流れる排ガスが前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部の両ノズル部に導入され、同流量調整バルブが同アクチュエータにより同第１の位置から離れた第２の位置よりも同第１の位置から更に離れた位置に移動させられとき同流量調整バルブが同ウエストゲートバルブを前記付勢力に抗して押動することにより前記バイパス通路が開かれるように構成されている。

これによれば、アクチュエータは、流量調整バルブを、第１の位置、第１の位置から離れるとともに第２の位置に到達するまでの位置、第２の位置、及び、第２の位置よりも第１の位置から更に離れた位置へと移動させる。そして、流量調整バルブは、
（１）第１の位置にあるとき、第１ノズル部のみに排ガスを導入させ、
（２）第１の位置から離れるとともに第２の位置に到達するまでの位置にあるとき（中間位置にあるとき）、第１ノズル部及び第２ノズル部の両ノズル部に排ガスを導入させ、
（３）第１の位置から離れた第２の位置よりも第１の位置から更に離れた位置にあるとき（第３の位置にあるとき）、第１ノズル部及び第２ノズル部の両ノズル部に排ガスを導入させるとともに、ウエストゲートバルブを押動してバイパス通路を開く。

即ち、上記構成を備えた排気通路制御装置は、単一のアクチュエータにより、流量調整バルブ及びウエストゲートバルブを開閉させることができるので、上述した問題（構造が複雑化するという問題、アクチュエータを搭載する上でスペース確保が困難になるという問題及び／又は製造コストが上昇する等の問題）を解決することができる。

この内燃機関の排気通路制御装置において、
前記流量調整バルブは、前記排気通路内にて回動し得るように支持され、且つ、前記アクチュエータにより前記第２の位置及び同第２の位置よりも前記第１の位置から更に離れた位置に回転移動させられたとき同流量調整バルブの少なくとも一部が前記ウエストゲートバルブに当接しながら同ウエストゲートバルブを押動するように構成されていることが好適である。

これによれば、簡単な構成により、一つのアクチュエータを用いて流量調整バルブ及びウエストゲートバルブを駆動することができる排気通路制御装置が提供され得る。

この態様において、
前記排気通路は、前記第１ノズル部に通じる第１通路と前記第２ノズル部に通じる第２通路とに分離されており、
前記流量調整バルブは、弁体部と突出部とを有し、前記第１の位置に移動させられたとき前記第１通路の排ガスの入口部を開いた状態にて前記第２通路の排ガスの入口部を同弁体部によって閉じるように形成され、同第１の位置から離れたとき同弁体部が同第２通路の排ガスの入口部から離れることにより同第１通路の排ガスの入口部を開いた状態にて同第２通路の排ガスの入口部を開くように構成され、同第１の位置から離れた第２の位置よりも同第１の位置から更に離れた位置に移動させられとき同突出部が前記ウエストゲートバルブに当接しながら同ウエストゲートバルブを押動することにより前記バイパス通路が開かれるように構成されている。

更に、上記何れかの内燃機関の排気通路制御装置は、
前記排気通路内であって前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部よりも前記排ガスの流れの上流側における前記排ガスの圧力を排気圧として取得する排気圧取得手段と、
前記内燃機関の過給圧を取得する過給圧取得手段と、
前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より小さい場合には前記流量調整バルブが前記第１の位置に移動するように、前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きい場合には前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れるように、前記アクチュエータを作動させるアクチュエータ制御手段と、
を備えることが好適である。

排気圧が過給圧より大きくなると、内燃機関から燃焼ガス（即ち、排ガス）が排出され難くなる。従って、所謂、内燃機関の筒内残留ガスの量（内部ＥＧＲガスの量）が増大する。筒内残留ガスは高温である。加えて、筒内残留ガス量は次の圧縮行程において圧縮され、更に高温となる。その結果、燃焼に供される混合気の温度が過度に高くなり、ノッキングが発生する虞がある。

これに対し、上記構成によれば、排気圧が過給圧を上回らないように、排気圧を制御することができ、且つ、第２ノズル部を通過する排ガスのエネルギーを有効に利用することができる。従って、ノッキングの発生を抑制することができるとともに、機関の最大トルクを増大させることができる。その一方、排ガス量が小さい領域（例えば、低回転領域等）においては、第１ノズル部の流速を高めることができるので、応答性良く過給圧を制御することが可能となる。

なお、上記排気圧取得手段は、上記排ガスの圧力を圧力センサにより直接的に取得してもよく、内燃機関の運転状態に基づいて推定してもよい。同様に、上記過給圧取得手段は、上記過給圧を、圧力センサにより直接的に取得してもよく、内燃機関の運転状態に基づいて推定してもよい。

上記アクチュエータ制御手段は、更に、前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れ且つ前記第２の位置には到達していない場合であって前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きいとき、前記流量調整バルブが前記第２の位置よりも前記第１の位置から更に離れた位置に移動するように、前記アクチュエータを作動させるように構成され得る。

これによれば、第１ノズル部及び第２ノズル部に排ガスを導入した状態であっても、なお排気圧が過給圧を上回るとき、ウエストゲートバルブによってバイパス通路が開かれる。従って、排気圧が過給圧を上回らないように、排気圧を制御することができる。その結果、ノッキングの発生を抑制すること及び／又は排気通路を構成する部材を保護することができる。

更に、前記アクチュエータ制御手段は、前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れ且つ前記第２の位置には到達していない場合であって前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きいときであっても、前記内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態である場合、前記流量調整バルブの位置を前記第１の位置と前記第２の位置との間に維持するように構成されることが好適である。

これによれば、内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態である場合、過給圧を高めることができるので、内燃機関は大きなトルクを発生することが可能となる。

なお、前記アクチュエータ制御手段は、前記流量調整バルブが前記第２の位置よりも前記第１の位置から更に離れた位置にあり（即ち、バイパス通路が開かれていて）且つ前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きいときであっても、前記内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態である場合、前記流量調整バルブの位置を前記第１の位置と前記第２の位置との間に移動させるように構成されてもよい。これによっても、内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態である場合に過給圧を高めることができるので、内燃機関は大きなトルクを発生することが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気通路制御装置（以下、単に「本制御装置」と称呼する場合もある。）について図面を参照しながら説明する。図１は、本制御装置及び本制御装置が適用される内燃機関１０の概略構成図である。内燃機関１０は、機関本体部２０、吸気系統３０、排気系統４０及びターボチャージャ（過給機）５０を備えている。

機関本体部２０は、クランクケース、シリンダブロック及びシリンダヘッド等を含む周知の内燃機関の本体である。機関本体部２０は、図示しない燃料噴射弁を備え、燃料噴射弁から供給される燃料を含む混合気を燃焼させるようになっている。

吸気系統３０は、第１吸気管３１、第２吸気管３２及びサージタンクを含むインテークマニホールド３３を含んでいる。
第１吸気管３１はエアフィルタ３１ａを備えている。第１吸気管３１はターボチャージャ５０のコンプレッサハウジング５１の入口部に接続されている。
第２吸気管３２は、コンプレッサハウジング５１の出口部とインテークマニホールド３３とを接続している。第２吸気管３２はインタークーラ３２ａを介装している。
インテークマニホールド３３は分枝し、分枝した先端部において各気筒の図示しない吸気ポートに接続されている。

排気系統４０は、エギゾーストマニホールド４１、第１排気管４２、第２排気管４３及びバイパス管（バイパス通路を構成するバイパス通路構成部材）４４を含んでいる。
エギゾーストマニホールド４１は各気筒の図示しない排気ポートに接続されている。
第１排気管４２は、エギゾーストマニホールド４１の排気集合部とターボチャージャ５０のタービンハウジング構成部５２の入口部（排ガス導入部）Ｐ１とを接続している。

第２排気管４３の一端はタービンハウジング構成部５２の出口部（排ガス排出部）Ｐ２に接続されている。第２排気管４３の他端は図示しない装置（触媒装置及び微粒子捕獲装置等の排気浄化装置）を介して大気に開放されている。
バイパス管４４は、タービンハウジング構成部５２の入口部Ｐ１の近傍と第２排気管４３とを接続している。

ターボチャージャ５０は、前述したコンプレッサハウジング５１、前述したタービンハウジング構成部５２、コンプレッサホイール５３、シャフト５４及びタービンホイール５５を含んでいる。ターボチャージャ５０は所謂「ツインノズル式のターボチャージャ」であり、例えば、前述した特許文献１に詳細に開示されている。

コンプレッサハウジング５１はコンプレッサホイール５３を収容している。
タービンハウジング構成部５２はタービンホイール５５を収容している。
コンプレッサホイール５３はシャフト５４によりタービンホイール５５に連結されている。コンプレッサホイール５３及びタービンホイール５５は一体的に回転するようになっている。タービンホイール５５はタービンブレード（翼）５５ａを有している。

タービンハウジング構成部５２及びその周辺部の拡大断面図である図２に示したように、タービンハウジング構成部５２は円筒部５２ａとタービンホイール収容部５２ｂとからなっている。なお、図２はタービンホイール５５及び第２排気管４３の中心軸線ＣＬよりも上部側のみを示している。

円筒部５２ａの排ガスの流れ方向（図２に白抜きの矢印にて示す方向）における上流側（上流側）の端部は、前述したように、第１排気管４２と接続される入口部Ｐ１を構成している。円筒部５２ａは隔壁５２ｃを備えている。隔壁５２ｃは円筒部５２ａを第１通路５２１及び第２通路５２２に分離している。

隔壁５２ｃは、その一端が入口部Ｐ１よりも僅かな距離だけ排ガスの流れ方向における下流側（下流側）の位置にてタービンハウジング構成部５２（円筒部５２ａ）の壁面に連接されていて、第１通路５２１の流路断面積を下流に向かうに連れて入口部Ｐ１の面積から次第に小さくする傾斜部５２ｃ１を有している。この結果、上記入口部Ｐ１は第１通路５２１の排ガスの入口部をも兼ねている。第１通路５２１の下流側先端部は、タービンブレード５５ａの一部である基端部（シャフト側部分）に対向する第１ノズル部５２１ａを形成している。第１ノズル部５２１ａには固定ベーン５２１ｂが配設されている。

傾斜部５２ｃ１には円形の貫通孔（開口）ＴＨ１が形成されている。第２通路５２２は隔壁５２ｃにより貫通孔ＴＨ１を除いて入口部Ｐ１と遮断されている。換言すると、貫通孔ＴＨ１は第２通路５２２の排ガスの入口部を構成している。第２通路５２２の下流側先端部は、タービンブレード５５ａの他部である中間部（タービンブレード５５ａの基端部と先端部との間の部分）に対向する第２ノズル部５２２ａを形成している。第２ノズル部５２２ａには固定ベーン５２２ｂが配設されている。なお、第２ノズル部５２２ａの流路面積は第１ノズル部５２１ａの流路面積より大きい。

円筒部５２ａの第２通路５２２を構成している壁面にはバイパス管４４の内部と連通する円形の開口（貫通孔）ＴＨ２が設けられている。この開口ＴＨ２はバイパス管４４の入口部を構成している。バイパス管４４の出口部（下流側端部）は前述したように第２排気管４３と接続されている。

本制御装置は、流量調整バルブ６１、電動アクチュエータ６２、ウエストゲートバルブ６３、電気制御装置７０、過給圧センサ７１、排気圧センサ７２及びアクセル操作量センサ７３を備えている。

流量調整バルブ６１は、排気通路を構成する円筒部５２ａ内にて回動し得るように、その一端（回転軸部）が後に詳述する連結部材６２ｄを介して円筒部５２ａの入口部Ｐ１近傍に支持されている。これにより、流量調整バルブ６１は、流量調整バルブ６１及びウエストゲートバルブ６３の拡大断面図である図３に示した点Ｐを中心として回転できるようになっている。流量調整バルブ６１は、板状の弁体部６１ａと、弁体部６１ａから直角に屈曲した突出部６１ｂと、を備えている。即ち、流量調整バルブ６１の断面視における形状はＬ字状である。流量調整バルブ６１は円筒部５２ａに対して支持されたとき、突出部６１ｂの先端が弁体部６１ａよりも開口ＴＨ２側になるように配置されている。

弁体部６１ａの正面視における形状は、貫通孔ＴＨ１の直径よりも大きい直径を有する円形である。弁体部６１ａは、流量調整バルブ６１が図３において点Ｐを中心として反時計方向に回転させられて隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１に当接したとき、貫通孔ＴＨ１を閉じるようになっている。

電動アクチュエータ６２は、図２及び図４に示したように、駆動部６２ａ、進退ロッド６２ｂ、連結ロッド６２ｃ及び連結部材６２ｄを備えている。
駆動部６２ａは、電気制御装置７０からの駆動信号に応答して正転及び逆転する直流電動モータと、回転−直線運動変換機構と、を含んでいる。駆動部６２ａはその直流電動モータの動作により進退ロッド６２ｂを進退するようになっている。

図４に明示したように、進退ロッド６２ｂの先端部は連結ロッド６２ｃの一端と相対回転可能に連結されている。
連結ロッド６２ｃの他端は連結部材６２ｄの一端と相対回転可能に連結されている。
連結部材６２ｄの他端（回転軸部）は、図２及び図３に示したように、円筒部５２ａの壁に回転可能に支持されている。この連結部材の他端（回転軸部）は流量調整バルブ６１の一端（回転軸部）と固定連結されている。

このような構造により、アクチュエータ６２が図４の（Ａ）に示した状態から進退ロッド６２ｂを前進させると（紙面左方向に移動させると）、図４の（Ｂ）及び（Ｃ）の矢印により示したように連結部材６２ｄが他端（回転軸部）の軸心Ｐの回りに回転させられ、その結果、流量調整バルブ６１も軸心Ｐ周りに回転する。同様に、アクチュエータ６２が図４の（Ｃ）に示した状態から進退ロッド６２ｂを後退させると（紙面右向に移動させると）、流量調整バルブ６１も軸心Ｐ周りに図４の（Ｂ）及び（Ａ）に示した矢印と反対の向きに回転する。

図５は、図２及び図３に示した１−１線に沿う平面にてバイパス管４４を切断した断面図である。
ウエストゲートバルブ６３は、図２、図３及び図５に示したように、アーム部６３ａ、弁体部６３ｂ、回転軸部６３ｃ及び付勢部材（付勢手段）６３ｄからなっている。

アーム部６３ａは板状である。アーム部６３ａの正面視における形状は略長方形である。アーム部６３ａの一端は回転軸部６３ｃを保持し、その回転軸部６３ｃと一体的になっている。アーム部６３ａは断面視において略Ｌ字状に屈曲している。アーム部６３ａの先端（アーム部６３ａの他端）は弁体部６３ｂの背面に連接されている。

弁体部６３ｂは板状である。弁体部６３ｂの正面視における形状は円形である。弁体部６３ｂの直径は開口ＴＨ２の直径よりも僅かに大きい。弁体部６３ｂは、ウエストゲートバルブ６３が図３において反時計方向に回転させられて円筒部５２ａの壁の外面に当接したとき、開口ＴＨ２を閉じるようになっている。

回転軸部６３ｃは円柱状であり、バイパス管４４に設けられた孔に回転可能に挿入されている。
付勢部材（付勢手段）６３ｄはねじりコイルばねである。付勢部材（付勢手段）６３ｄは例えばインコネル等の高温に耐える材質からなる。図３において、付勢部材６３ｄは回転軸部６３ｃを「回転軸部６３ｃの軸心Ｑの周りの反時計方向」に回転させる付勢力を回転軸部６３ｃに付与している。換言すると、ウエストゲートバルブ６３は、バイパス管４４を閉じる向きの付勢力（貫通孔ＴＨ２を弁体部６３ｂが閉じる向きの付勢力）を受けている。

以上の構成により、流量調整バルブ６１は、アクチュエータ６２によって弁体部６１ａが隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１に当接させられたとき貫通孔ＴＨ１を閉じるようになっている。この結果、図６の（Ａ）に示したように、排ガスは第１通路５２１（第１ノズル部５２１ａ）のみを通過し、且つ、第２通路５２２及びバイパス管４４が形成するバイパス通路を通過しない。以下において、「弁体部６１ａが隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１に当接させられる位置にある」ことを「流量調整バルブ６１が第１の位置にある」とも表現する。

流量調整バルブ６１は、アクチュエータ６２によって弁体部６１ａが隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１から離れ（貫通孔ＴＨ１から離れ）、且つ、突出部６１ｂの先端がウエストゲートバルブ６３（弁体部６３ｂ）に当接しない位置に移動されているとき、貫通孔ＴＨ１を開くようになっている。但し、この場合、ウエストゲートバルブ６３は付勢部材６３ｄからの付勢力によって開口ＴＨ２を閉じている。この結果、図６の（Ｂ）に示したように、排ガスは第１通路５２１（第１ノズル部５２１ａ）及び第２通路５２２（第２ノズル部５２２ａ）を通過するが、バイパス管４４が形成するバイパス通路を通過しない。

なお、以下において、弁体部６１ａが隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１から離れた位置に移動させられることを「流量調整バルブ６１が第１の位置から離れた位置に移動させられる」とも表現する。更に、アクチュエータ６２によって弁体部６１ａが隔壁５２ｃの傾斜部５２ｃ１から離れ且つ突出部６１ｂの先端がウエストゲートバルブ６３（弁体部６３ｂ）に丁度当接する位置に移動させられたことを、「流量調整バルブ６１が第２の位置に移動させられた」と表現する。加えて、流量調整バルブ６１が第１の位置と第２の位置との間の位置にあることを「流量調整バルブ６１が中間位置にある」とも表現する。

流量調整バルブ６１は、アクチュエータ６２によって、第２の位置よりも、更に第１の位置から離れた位置に移動させられると、突出部６１ｂがウエストゲートバルブ６３（弁体部６３ｂ）に当接しながらウエストゲートバルブ６３に付与されている付勢力に抗してウエストゲートバルブ６３を押動する。この結果、図６の（Ｃ）に示したように、開口ＴＨ２（従って、バイパス通路）は開かれ、排ガスは第１通路５２１（第１ノズル部５２１ａ）、第２通路５２２（第２ノズル部５２２ａ）及びバイパス管４４が形成するバイパス通路を通過する。以下において、流量調整バルブ６１が、第２の位置よりも、更に第１の位置から離れた位置に移動させられてウエストゲートバルブ６３を押動する位置にあることを「流量調整バルブ６１は第３の位置にある」とも表現する。

再び、図１及び図２を参照すると、電気制御装置７０はＣＰＵを含む周知のマイクロコンピュータである。電気制御装置７０は、過給圧センサ７１、排気圧センサ７２、アクセル操作量センサ７３及び電動アクチュエータ６２の駆動部６２ａに接続されている。電気制御装置７０は、各センサから受信した信号を処理し、駆動部６２ａ及び図示しないインジェクタ等に駆動信号等を付与するようになっている。

過給圧センサ７１は、インテークマニホールド３３内の圧力を過給圧Ｐinとして検出するようになっている。
排気圧センサ７２は、第１排気管４２内の圧力（即ち、排気通路内であって第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａよりも排ガスの流れの上流側における排ガスの圧力）を排気圧Ｐexとして取得するようになっている。
アクセル操作量センサ７３は、運転者によって操作されるアクセルペダル７４の操作量ＡＰを取得するようになっている。

次に、このように構成された本制御装置の作動について説明する。先ず、内燃機関１０が始動されると、電気制御装置７０のＣＰＵは図示しないイニシャルルーチンを実行することにより、流量調整バルブ６１の位置を第１の位置に設定する。これにより、貫通孔ＴＨ１及び開口ＴＨ２は閉じられる。

更に、ＣＰＵは内燃機関１０の始動後において図７のフローチャートにより示したルーチンを所定時間（例えば、数秒）が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになるとＣＰＵはステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５にて流量調整バルブ６１の位置が第１の位置にあるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ７０５にて「排ガスが第１ノズル部５２１ａのみを通過している状態にあるか否か（図６の（Ａ）の状態であるか否か）」を判定する。

現時点は始動直後であるから、上述したように流量調整バルブ６１は第１の位置に移動させられている。従って、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７１０に進んで排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きいか否かを判定する。始動直後においては内燃機関１０の回転速度は低いから、排気圧Ｐexは高くなっていない。従って、ＣＰＵはステップ７１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７１５に進む。

ＣＰＵはステップ７１５にて流量調整バルブ６１が中間位置にあるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは「排ガスが第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを通過し、且つ、バイパス通路を通過していない状態にあるか否か（図６の（Ｂ）の状態であるか否か）」を判定する。この場合、流量調整バルブ６１は第１の位置にあるから、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７２０に進む。

ＣＰＵはステップ７２０にて流量調整バルブ６１が第３の位置にあるか否かを判定する。即ち、ＣＰＵは「排ガスが第１ノズル部５２１ａ、第２ノズル部５２２ａ及びバイパス通路の総てを通過している状態にあるか否か（図６の（Ｃ）の状態であるか否か）」を判定する。この場合、流量調整バルブ６１は第１の位置にあるから、ＣＰＵはステップ７２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。このように、流量調整バルブ６１が第１の位置に移動させられていて且つ排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより小さい場合、流量調整バルブ６１は第１の位置に維持される。この結果、排ガス流量が小さい場合であっても、効率良く且つ応答性良く過給圧を調整することができる。

その後、内燃機関１０の回転速度が上昇せしめられて排ガスの流量が増大すると、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きくなる。このとき、ＣＰＵはステップ７００に続くステップ７０５及びステップ７１０の両ステップにて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７２５に進んで流量調整バルブ６１を中間位置へと移動させるように電動アクチュエータ６２に駆動信号を送出する。

この結果、排ガスは第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを通過し、且つ、バイパス通路を通過しない状態（図６の（Ｂ）の状態）となる。これにより、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinよりも大きくなることが抑制されるので、筒内残留ガス量が過大とならない。従って、ノッキングの過度の発生が回避され得る。また、排ガスのエネルギーの総てがタービンホイール５５を回転させるために使用されるので、効率良く過給を行うことができる。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。

次に、ＣＰＵが図７のルーチンを開始すると、流量調整バルブ６１の位置は中間位置に変更されているので、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定し、流量調整バルブ６１が中間位置にあるか否かを判定するステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２５に進む。

ＣＰＵはステップ７２５にて排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きいか否かを判定する。このとき、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きければ、ＣＰＵは７２５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７３０に進み、流量調整バルブ６１を第３の位置に移動させるように電動アクチュエータ６２に駆動信号を送出する。

この結果、排ガスは第１ノズル部５２１ａ、第２ノズル部５２２ａ及びバイパス通路を通過する状態（図６の（Ｃ）の状態）となる。これにより、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinよりも大きくなることが抑制されるので、筒内残留ガス量が過大とならない。従って、ノッキングの過度の発生が回避され得る。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。この結果、次にＣＰＵが図７のルーチンを開始すると、ＣＰＵはステップ７０５及びステップ７１５の両ステップにて「Ｎｏ」と判定してステップ７２０に進むように作動する。

一方、ステップ７２５の判定時において、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより小さいと、ＣＰＵはステップ７２５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７３５に進み、流量調整バルブ６１を第１位置へと移動させるように電動アクチュエータ６２に駆動信号を送出する。この結果、排ガスは第１ノズル部５２１ａのみを通過するようになる（図６の（Ａ）を参照。）。その後、ＣＰＵはステップ７９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。更に、ＣＰＵは次の本ルーチンの実行タイミングにおいてステップ７０５に進むと、そのステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定して上述したステップ７１０へと進むように作動する。

更に、ＣＰＵはステップ７２０に進んだ場合、流量調整バルブ６１が第３の位置にあるか否かを判定する。そして、流量調整バルブ６１が第３の位置にあると、ＣＰＵはステップ７２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ７４０に進んで排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きいか否かを判定する。このとき、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きければ、ＣＰＵは７４０にて「Ｙｅｓ」と判定して直接ステップ７９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

これに対し、ＣＰＵがステップ７４０に進んだとき、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより小さければ、ＣＰＵはステップ７４０にて「Ｎｏ」と判定してステップ７４５に進み、流量調整バルブ６１を中間位置に移動させるように電動アクチュエータ６２に駆動信号を送出する。この結果、排ガスは、第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを通過し、且つ、バイパス通路を通過しなくなる。

以上、説明したように、本制御装置においては、単一のアクチュエータ６２が流量調整バルブ６１を、第１の位置、第１の位置から離れるとともに第２の位置に到達するまでの位置（中間位置）、第２の位置、及び、第２の位置よりも第１の位置から更に離れた位置（第３の位置）へと移動させる。従って、本制御装置は、単一のアクチュエータ６２によって、流量調整バルブ６１及びウエストゲートバルブ６３の二つのバルブを開閉作動させることができる。その結果、排気通路を制御するための構造が複雑化するという問題、複数のアクチュエータを搭載することに起因するアクチュエータ搭載用スペースの確保が困難になるという問題及び／又は内燃機関の製造コストが上昇する等の問題を解決することができる。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、図８に示したように、ＣＰＵが図７に示したステップ７２５にて「Ｙｅｓ」と判定したとき（即ち、流量調整バルブ６１が中間位置にあり、且つ、排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きいとき）、ＣＰＵがステップ８００に進んでアクセルペダル操作量ＡＰに基いて別途算出されている要求トルクが閾値よりも大きいか否か（即ち、内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態であるか否か）を判定するように構成してもよい。

そして、ＣＰＵは、要求トルクが閾値よりも小さければ上記ステップ７３０に進んで流量調整バルブ６１を第３の位置へ移動させ、排ガスを第１ノズル部５２１ａ、第２ノズル部５２２ａ及びバイパス通路を通過させる。一方、ＣＰＵは、ステップ８００において要求トルクが閾値よりも大きいと判定すると、ステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。この結果、流量調整バルブ６１は中間位置に維持されるので、排ガスが第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを通過し、且つ、バイパス通路を通過しない状態（図６の（Ｂ）の状態）が維持される。従って、排ガスのエネルギーの総てが過給を行うために使用されるから、内燃機関１０は高出力を発生することが可能となる。

更に、図８に示したステップ８００に代え、又は、ステップ８００に加え、図９に示したステップ９００を追加しても良い。詳細に述べると、ＣＰＵは図７のステップ７４０にて「Ｙｅｓ」と判定した場合（即ち、流量調整バルブ６１が第３の位置にあり且つ排気圧Ｐexが過給圧Ｐinより大きい場合）、ステップ９００に進んでアクセルペダル操作量ＡＰに基いて別途算出されている要求トルクが閾値よりも大きいか否かを判定するように構成してもよい。

そして、ＣＰＵは、要求トルクが閾値よりも小さければステップ７９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。これに対し、ＣＰＵは、ステップ９００において要求トルクが閾値よりも大きいと判定すると、上記ステップ７４５に進んで流量調整バルブ６１を中間位置に移動させるように電動アクチュエータ６２に駆動信号を送出する。この結果、排ガスは、第１ノズル部５２１ａ及び第２ノズル部５２２ａを通過し、且つ、バイパス通路を通過しなくなる。従って、排ガスのエネルギーの総てが過給を行うために使用されるから、内燃機関１０は高出力を発生することが可能となる。

加えて、上記実施形態においては排気圧センサ７２が排気圧取得手段を構成していたが、排気圧センサ７２に代えて、内燃機関の運転状態（吸入空気量等の負荷及び機関回転速度等）に基づいて排気圧を推定する排気圧推定手段を排気圧取得手段として採用してもよい。同様に、上記実施形態においては過給圧センサ７１が過給圧取得手段を構成していたが、過給圧センサ７１に代えて内燃機関の運転状態（吸入空気量等の負荷及び機関回転速度等）に基づいて過給圧を推定する過給圧推定手段を過給圧取得手段として採用してもよい。また、上記実施形態のアクチュエータ６２は電動アクチュエータであったが油圧駆動式のアクチュエータであってもよい。また、上記アクチュエータ６２は進退ロッド６２ｂを進退させることにより流量調整バルブ６１を回転移動させていたが、流量調整バルブ６１を直接回転移動させるアクチュエータであってもよい。その場合、アクチュエータはステップモータや直流モータ等の正逆回転可能な電動モータであってもよく、更に、アクチュエータは流量調整バルブ６１の一端（回転軸部）に回転トルクを付与して同回転軸部を直接又は歯車機構等の減速機を介して回転させるように構成されていればよい。

本発明の実施形態に係る内燃機関の排気通路制御装置及び同制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。 図１に示したタービンハウジング構成部及びその周辺部の拡大断面図である。 図１に示した流量調整バルブ、ウエストゲートバルブ及びそれらの周辺部の拡大断面図である 図１に示した電動アクチュエータの作動を説明するための図である。 図２及び図３に示した１−１線に沿う平面にてバイパス管を切断した断面図である。 図１に示した排気通路制御装置の作動を説明するための図である。 図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置の変形例のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。 図１に示した電気制御装置の別の変形例のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。

符号の説明

１０…内燃機関、２０…機関本体部、３０…吸気系統、３１…第１吸気管、３２…第２吸気管、３３…インテークマニホールド、４０…排気系統、４１…エギゾーストマニホールド、４２…第１排気管、４３…第２排気管、４４…バイパス管、５０…ターボチャージャ、５１…コンプレッサハウジング、５２…タービンハウジング構成部、５２ａ…円筒部、５２ｂ…タービンホイール収容部、５２ｃ…隔壁、５２ｃ１…傾斜部、５３…コンプレッサホイール、５４…シャフト、５５…タービンホイール、５５ａ…タービンブレード、６１…流量調整バルブ、６１ａ…弁体部（基部）、６１ｂ…突出部、６２…アクチュエータ、６２ａ…駆動部、６２ｂ…進退ロッド、６２ｃ…連結ロッド、６２ｄ…連結部材、６３…ウエストゲートバルブ、６３ａ…アーム部、６３ｂ…弁体部、６３ｃ…回転軸部、６３ｄ…付勢部材、７０…電気制御装置、７１…過給圧センサ、７２…排気圧センサ、７３…アクセル操作量センサ、５２１…第１通路、５２１ａ…第１ノズル部、５２１ｂ…固定ベーン、５２２…第２通路、５２２ａ…第２ノズル部、５２２ｂ…固定ベーン。

Claims (6)

1. タービンホイールと、同タービンホイールと一体的に回転するコンプレッサホイールと、同タービンホイールのタービンブレードの一部に内燃機関の排気通路を流れる排ガスを導入する第１ノズル部と、同タービンホイールの軸線方向において同第１ノズル部と並設され且つ同タービンブレードの他部に同排気通路を流れる排ガスを導入する第２ノズル部と、を有するツインノズル式のターボチャージャ、
   前記排気通路であって前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部よりも前記排ガスの流れの上流側の位置から同排ガスを前記タービンホイールを経由することなく大気に放出するための通路であるバイパス通路、
   前記バイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ、
   前記ウエストゲートバルブが前記バイパス通路を閉じる向きの付勢力を同ウエストゲートバルブに付与する付勢手段、
   前記第１ノズル部に導入される排ガスの量と前記第２ノズル部に導入される排ガスの量とを調整するための流量調整バルブ、及び、
   前記流量調整バルブの位置を変更するように同流量調整バルブを移動させるアクチュエータ、
   を備えた内燃機関の排気通路制御装置において、
   前記流量調整バルブ、前記ウエストゲートバルブ及び前記アクチュエータは、同流量調整バルブが同アクチュエータにより第１の位置に移動させられたとき前記排気通路を流れる排ガスが前記第１ノズル部のみに導入され、同流量調整バルブが同アクチュエータにより同第１の位置から離れるように移動させられたとき前記排気通路を流れる排ガスが前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部の両ノズル部に導入され、同流量調整バルブが同アクチュエータにより同第１の位置から離れた第２の位置よりも同第１の位置から更に離れた位置に移動させられとき同流量調整バルブが同ウエストゲートバルブを前記付勢力に抗して押動することにより前記バイパス通路が開かれるように構成されていることを特徴とする排気通路制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気通路制御装置において、
   前記流量調整バルブは、前記排気通路内にて回動し得るように支持され、且つ、前記アクチュエータにより前記第２の位置及び同第２の位置よりも前記第１の位置から更に離れた位置に回転移動させられたとき同流量調整バルブの少なくとも一部が前記ウエストゲートバルブに当接しながら同ウエストゲートバルブを押動するように構成されていることを特徴とする排気通路制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の排気通路制御装置において、
   前記排気通路は、前記第１ノズル部に通じる第１通路と前記第２ノズル部に通じる第２通路とに分離されており、
   前記流量調整バルブは、弁体部と突出部とを有し、前記第１の位置に移動させられたとき前記第１通路の排ガスの入口部を開いた状態にて前記第２通路の排ガスの入口部を同弁体部によって閉じるように形成され、同第１の位置から離れたとき同弁体部が同第２通路の排ガスの入口部から離れることにより同第１通路の排ガスの入口部を開いた状態にて同第２通路の排ガスの入口部を開くように構成され、同第１の位置から離れた第２の位置よりも同第１の位置から更に離れた位置に移動させられとき同突出部が前記ウエストゲートバルブに当接しながら同ウエストゲートバルブを押動することにより前記バイパス通路が開かれるように構成されていることを特徴とする排気通路制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の内燃機関の排気通路制御装置であって、
   前記排気通路内であって前記第１ノズル部及び前記第２ノズル部よりも前記排ガスの流れの上流側における前記排ガスの圧力を排気圧として取得する排気圧取得手段と、
   前記内燃機関の過給圧を取得する過給圧取得手段と、
   前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より小さい場合には前記流量調整バルブが前記第１の位置に移動するように、前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きい場合には前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れるように、前記アクチュエータを作動させるアクチュエータ制御手段と、
   を備えた排気通路制御装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の排気通路制御装置において、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れ且つ前記第２の位置には到達していない場合であって前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きいとき、前記流量調整バルブが前記第２の位置よりも前記第１の位置から更に離れた位置に移動するように、前記アクチュエータを作動させる排気通路制御装置。
6. 請求項５に記載の内燃機関の排気通路制御装置において、
   前記アクチュエータ制御手段は、前記流量調整バルブが前記第１の位置から離れ且つ前記第２の位置には到達していない場合であって前記取得された排気圧が前記取得された過給圧より大きいときであっても、前記内燃機関の運転状態が所定値以上のトルクを要求する運転状態である場合、前記流量調整バルブの位置を前記第１の位置と前記第２の位置との間に維持するように構成された排気通路制御装置。

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