JP2012057546A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車等の車両に対する搭載性の向上と重量の軽減化とコストの低減化とを実現することを課題とする。
【解決手段】 流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを連動可能となるように駆動するバルブ駆動装置は、アクチュエータの動力（モータトルク）により回転駆動されるカムプレート４に、その回転に同期して流量調整バルブ１を回転駆動する第１駆動部と、カムプレート４の回転に対応して流量調整バルブ１と異なる動作パターンでウェイストゲートバルブ２を回転駆動する第２駆動部とを設けている。この第２駆動部に、流量調整バルブ１と異なるウェイストゲートバルブ２の動作パターンに対応した形状のカム溝６３を設けたことにより、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを互いに独立して開閉動作させるカムプレート４を回転駆動するアクチュエータ３が１個で済む。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の排気制御装置に関するもので、特にターボ過給機を備え、内燃機関の過給圧を制御する過給圧制御装置に係わる。

［従来の技術］
従来より、内燃機関（エンジン）の吸入空気（吸気）を過給するターボ過給機（ターボチャージャ）を備え、エンジンの過給圧を制御する過給圧制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のターボチャージャは、図７に示したように、エンジン１０１のエキゾーストマニホールド１０２に接続するタービンハウジング１０３と、このタービンハウジング１０３の中央部に設置されるタービンホイール１０４とを備えている。また、タービンハウジング１０３には、排気が導入される入口部からホイール収容室まで延びるタービンスクロール１０５、およびホイール収容室から出口部まで延びる出口管１０６等が設けられている。

タービンスクロール１０５の内部は、仕切り壁１１０によって２つの第１、第２流路１１１、１１２に分割されている。また、第２流路１１２の入口部には、切替バルブ１１３が設けられている。そして、低速時には、切替バルブ１１３によって第２流路１１２の入口部を閉鎖して排気を第１流路１１１のみに流し、高速時には切替バルブ１１３を開いて排気を第１、第２流路１１１、１１２の双方に流すように構成されている。
また、第１流路１１１には、タービンホイール１０４をバイパスして排気を出口部に導くウェイストゲート流路１１５が開口している。このウェイストゲート流路１１５をウェイストゲートバルブ１１６によって開閉することで、過給圧が予め設定した最高過給圧を超えないように制御される。

また、ターボチャージャのタービンホイールよりも上流側のタービン入口排気圧を所定値以下に制御する排気圧制御装置が公知である（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載のターボチャージャは、図８に示したように、タービンハウジング１０３のホイール収容室内にタービンホイール１０４が収容されている。タービンホイール１０４の周囲には、渦巻き状のタービンスクロール１０５が形成されている。エンジンからタービンハウジング１０３の入口部に導入された排気は、タービンスクロール１０５を通過してタービンホイール１０４に導かれる。
そして、タービンスクロール１０５は、隔壁１２０によって第１流路１２１と第２流路１２２とに分岐している。そして、第１流路１２１と第２流路１２２とに分岐する分岐部１２３には、第２流路１２２を流れる排気の流量を調整する流路面積制御バルブ１２４が設けられている。
第２流路１２２には、排気をタービンホイール１０４より迂回させるウェイストゲート流路１２５が接続されている。第２流路１２２とウェイストゲート流路１２５との接続部には、ウェイストゲート流路１２５を流れる排気の流量を調整するウェイストゲートバルブ１２６が設けられている。

また、可変容量ターボチャージャのタービンのロータ入口に設けた可変ノズルの開度制御と、エンジンの排気通路に対してタービンをバイパスするように設けたバイパス通路に設置されたウェイストゲートバルブの開度制御によって、エンジンの過給圧（コンプレッサ出口圧）制御を行う過給圧制御装置が公知である（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３に記載の過給圧制御装置は、図９に示したように、ウェイストゲートバルブと可変ノズルとを備え、単一のアクチュエータ１０７のアクチュエータロッド１３１に可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２とウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３とを連結した装置からなる。

図９（ａ）は、エンジンの低速回転領域におけるアクチュエータロッド１３１と可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２およびウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３との連結構造を示す。
図９（ｂ）は、エンジンの中速回転領域におけるアクチュエータロッド１３１と可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２およびウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３との連結構造を示す。
図９（ｃ）は、エンジンの高速回転領域におけるアクチュエータロッド１３１と可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２およびウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３との連結構造を示す。

また、排気を第１ノズル部に導く第１流路と排気を第２ノズル部に導く第２流路とを有するツインノズル式のターボチャージャを備えた過給圧制御装置が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
特許文献４に記載のターボチャージャのタービンハウジング１０３には、図１０に示したように、隔壁１４０によって第１ノズル部に導く第１流路１４１と第２ノズル部に導く第２流路１４２とに仕切られている。このタービンハウジング１０３には、第１流路１４１と第２流路１４２とを流れる排気の流量を調整する流量調整バルブ１４３が設けられている。また、タービンハウジング１０３には、排気圧が過大とならないように、バイパス流路１４５とウェイストゲートバルブ１４６とが設けられている。

電気制御装置１４７に制御される電動アクチュエータ１０８は、ロッド１４９を介して流量調整バルブ１４３を駆動するように構成されている。
また、流量調整バルブ１４３は、電動アクチュエータ１０８によって第１の位置から第２の位置に駆動されると、第１流路１４１と第２流路１４２とを連通する貫通孔を開くように構成されている。
また、流量調整バルブ１４３は、電動アクチュエータ１０８によって第２の位置から第３の位置に駆動されると、ウェイストゲートバルブ１４６を付勢力に抗して押動してバイパス流路１４５を開くように構成されている。

［従来の技術の不具合］
ところが、特許文献１に記載の過給圧制御装置においては、切替バルブ１１３、ウェイストゲートバルブ１１６を設置しているので、切替バルブ１１３を駆動するアクチュエータと、ウェイストゲートバルブ１１６を駆動するアクチュエータとが必要になる。すなわち、アクチュエータが２つ必要となるので、エンジンの排気流路の構造が複雑化すると共に、コストを上昇させるという問題が生じている。
また、特許文献２に記載の排気圧制御装置においては、流路面積制御バルブ１２４、ウェイストゲートバルブ１２６を設置しているので、流路面積制御バルブ１２４を駆動するアクチュエータと、ウェイストゲートバルブ１２６を駆動するアクチュエータとが必要になる。すなわち、アクチュエータが２つ必要となるので、エンジンの排気流路の構造が複雑化すると共に、コストを上昇させるという問題が生じている。

また、特許文献３に記載の過給圧制御装置においては、アクチュエータロッド１３１と可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２およびウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３との間にクリアランスによる非作動区間を有している。これにより、可変ノズルやバルブの開度が安定しないため、流量の制御精度が低下したり、非作動区間からの作動時に衝突打音が発生したりする可能性がある。また、可変ノズル開閉駆動用ロッド１３２およびウェイストゲートバルブ開閉駆動用リンク１３３を、アクチュエータロッド１３１に押し付ける方向に付勢する付勢力が必要となる。この結果として、アクチュエータ１０７の作動力が増えるという問題が生じている。
また、特許文献４に記載の過給圧制御装置においては、流量調整バルブ１４３とウェイストゲートバルブ１４６との間にガタが存在するため、当接する場合に衝突により打音が発生したり、流量の制御精度が低下したりする可能性がある。また、ウェイストゲートバルブ１４６を流量調整バルブ１４３に押し付ける方向に付勢する付勢力が必要となるので、電動アクチュエータ１０８の作動力が増えるという問題が生じている。

実開昭６２−１６２３４９号公報 特開２００８−１９６３３２号公報 特開平１０−０８９０８１号公報 特開２００９−０２４５８４号公報

本発明の目的は、搭載性の向上と重量の軽減化とコストの低減化とを実現することのできる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。さらに、アクチュエータの作動力を軽減することのできる内燃機関の排気制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、ターボ過給機は、内部にホイール収容室が形成されたタービンハウジングを有している。このタービンハウジングのホイール収容室には、内燃機関の排気により回転駆動されるタービンホイールが収容されている。
また、タービンハウジングには、内燃機関の排気をホイール収容室に導入する排気導入流路を、タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２流路と、内燃機関の排気をホイール収容室から迂回（バイパス）させるバイパス流路とが形成されている。

また、タービンハウジングには、排気導入流路（２つの第１、第２流路）およびバイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整する２つの第１、第２バルブと、これらの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させるカム部材を有する連動機構と、カム部材を介して、前記２つの第１、第２バルブを駆動するアクチュエータとが設置されている。そして、２つの第１、第２バルブは、タービンハウジングに回転自在に支持されている。
また、２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させるカム部材に、タービンハウジングに回転自在に支持される回転軸、カム部材の回転に同期して第１バルブを回転駆動する第１駆動部、およびカム部材の回転に対応して第１バルブと異なる動作パターンで第２バルブを回転駆動する第２駆動部を設けている。

請求項１に記載の発明によれば、カム部材に、タービンハウジングに回転自在に支持される回転軸、および２つの第１、第２バルブをそれぞれ駆動する２つの第１、第２駆動部を設けている。そして、第１駆動部に連結された第１バルブは、カム部材の回転に同期して回転駆動されるように構成されている。また、第２駆動部に連結された第２バルブは、カム部材の回転に対応して第１バルブと異なる動作パターンで回転駆動されるように構成されている。
これによって、アクチュエータが１個で済むので、搭載性の向上と重量の軽減化とコストの低減化とを実現することができる。

そして、カム部材の第１駆動部と第１バルブとの間のガタ付きを抑えることができるので、第１バルブの作動時に打音が発生することなく、２つの第１、第２流路またはバイパス流路を流れる排気の流量の制御精度を向上することができる。また、カム部材の第２駆動部と第２バルブとの間のガタ付きを極力抑えることができるので、第２バルブの作動時に打音が発生することなく、２つの第１、第２流路またはバイパス流路を流れる排気の流量の制御精度を向上することができる。
また、２つの第１、第２バルブをカム部材に押し付ける方向に付勢する付勢力が不要となるので、アクチュエータの作動力を軽減することができる。つまり少ない作動力で、２つの第１、第２バルブをゆっくりと動かすことができる。

請求項２に記載の発明によれば、カム部材の第１駆動部は、カム部材の回転軸を中心にして第１バルブとカム部材とが一体回転可能となるように、第１バルブを直接的に連結する直結部を構成されている。この場合、アクチュエータを動作させると、２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、カム部材の第２駆動部は、第１バルブと異なる、第２バルブの動作パターンに対応した形状のカムプロフィールを備えている。この場合、アクチュエータを動作させると、２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、カムプロフィールは、第２バルブを閉弁する閉弁区間および第２バルブを開弁する開弁区間を有している。
ここで、閉弁区間とは、カム部材の回転角度が最小値から中間値まで変化する間、第１バルブの開閉状態に関わらず、第２バルブを閉弁することで、２つの第１、第２バルブが連動しない非連動区間のことである。また、開弁区間とは、カム部材の回転角度が中間値から最大値まで変化する間、２つの第１、第２バルブの開度制御（排気の流量を連続的または段階的に変更する流量制御）を行う連動区間のことである。この場合、アクチュエータを動作させると、２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、第１バルブは、主に２つの第１、第２流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整する第１流量調整バルブとして使用される。この場合、アクチュエータを動作させることにより、第１バルブの開度制御を実施することで、主に２つの第１、第２流路を流れる排気の流量を連続的または段階的に変更することができる。 請求項６に記載の発明によれば、第２バルブは、主にバイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整する第２流量調整バルブ（排気バイパスバルブ、ウェイストゲートバルブ）として使用される。この場合、アクチュエータを動作させることにより、第２バルブの開度制御を実施することで、主にバイパス流路を流れる排気の流量を連続的または段階的に変更することができる。

請求項７に記載の発明によれば、タービンハウジングは、ホイール収容室よりも（内燃機関の）排気の流れ方向の上流側に位置する入口部（タービンハウジングの排気流方向の上流端で開口する入口ポート）、ホイール収容室よりも（内燃機関の）排気の流れ方向の下流側に位置する出口部（タービンハウジングの排気流方向の下流端で開口する出口ポート）、第１流路から第２流路を分岐させる第１分岐部、および第２流路からバイパス流路を分岐させる第２分岐部を有している。
請求項８に記載の発明によれば、第１流路とは、入口部から流入した内燃機関の排気をホイール収容室に導く第１排気導入流路のことである。
また、第２流路とは、第１分岐部から流入した内燃機関の排気をホイール収容室に導く第２排気導入流路のことである。
また、バイパス流路とは、第２分岐部から流入した内燃機関の排気をホイール収容室を迂回させて出口部に導くウェイストゲート流路のことである。
そして、第１分岐部には、第１バルブにより開閉される第１弁孔が設けられている。また、第２分岐部には、第２バルブにより開閉される第２弁孔が設けられている。

ここで、２つの第１、第２バルブによって２つの第１、第２分岐部（第１、第２弁孔）を共に閉鎖した場合、第１流路のみを通ってホイール収容室に内燃機関の排気が導入される。
また、第１バルブによって第１分岐部（第１弁孔）を開放し、第２バルブによって第２分岐部（第２弁孔）を閉鎖した場合、２つの第１、第２流路の双方を通ってホイール収容室に内燃機関の排気が導入される。
また、２つの第１、第２バルブによって２つの第１、第２分岐部（第１、第２弁孔）を共に開放した場合、内燃機関の排気が２つの第１、第２流路の双方を通ってホイール収容室に導入され、且つバイパス流路を通ってホイール収容室を迂回する。
以上のように、第１、第２バルブの開閉動作を制御することで、２つの第１、第２流路およびバイパス流路を流れる排気の流量を調整できるので、内燃機関の過給圧を制御することができる。また、タービンホイールの過回転を防止でき、過給圧が過大とならないようになる。つまり過剰に過給圧が上昇することはない。

請求項９に記載の発明によれば、アクチュエータおよび連動機構は、ターボ過給機のタービンハウジングの外部に露出している。この場合には、タービンハウジングの外部を通過する外気（冷却風）によってアクチュエータおよび連動機構が冷却されるので、アクチュエータおよび連動機構の耐熱性を低く設定することができる。これにより、アクチュエータおよび連動機構の材質として、耐熱性の低い安価な材料を使用することができるので、コストの低減化を図ることができる。
ここで、アクチュエータに、カム部材に直接的に連結し、カム部材をその回転軸を中心にして回転方向に往復移動するように駆動するロッドを設けても良い。また、アクチュエータを、動力源であるモータ、このモータの回転を減速する減速機構、この減速機構の回転運動をロッドの直線運動に変換する変換機構等によって構成しても良い。また、アクチュエータを、動力源であるモータ、このモータの回転運動をロッドの直線運動に変換する変換機構等によって構成しても良い。
請求項１０に記載の発明によれば、内燃機関の運転状況に基づいて、アクチュエータを制御する制御ユニットを備えている。

請求項１１に記載の発明によれば、内燃機関の低速運転時には、２つの第１、第２バルブを共に閉弁する第１駆動モードに設定される。このとき、第１流路のみを通ってホイール収容室に内燃機関の排気が導入される。
また、内燃機関の中速運転時には、第１バルブを開弁し、第２バルブを閉弁する第２駆動モードに設定される。このとき、２つの第１、第２流路の双方を通ってホイール収容室に内燃機関の排気が導入される。なお、内燃機関の運転状況に対応して第１バルブの開度制御を実施しても良い。
また、内燃機関の高速運転時には、２つの第１、第２バルブを共に開弁する第３駆動モードに設定される。このとき、内燃機関の排気が２つの第１、第２流路の双方を通ってホイール収容室に導入され、且つバイパス流路を通ってホイール収容室を迂回する。なお、内燃機関の運転状況に対応して２つの第１、第２バルブの開度制御を実施しても良い。

これによって、２つの第１、第２流路を流れる排気の流量およびバイパス流路を流れる排気の流量を調整できるので、内燃機関の過給圧を制御することができる。
また、内燃機関の高速運転時におけるターボ過給機の排気圧を低減することができる。これにより、タービンホイールの過回転を防止できるので、過給圧が過大とならないようになる。つまり過剰に過給圧が上昇することはない。
したがって、内燃機関の低速運転から高速運転に至るまでの広い運転領域に渡ってターボ過給機の効率を向上することができ、且つ内燃機関の広い運転領域に渡って過給圧を最適化できるので、燃費を向上させることができる。

請求項１２に記載の発明によれば、制御ユニットが、カム部材の回転角度を検出する回転角度検出手段を備えている。この回転角度検出手段によって検出される実カム角度が、制御目標値と一致するように、アクチュエータをフィードバック制御することにより、制御目標値（例えば目標カム角度）に対するカム部材の回転角度の応答性（収束性）を向上することができる。
請求項１３に記載の発明によれば、制御ユニットが、過給圧を検出する過給圧検出手段を備えている。この過給圧検出手段によって検出される実過給圧が制御目標値と一致するように、アクチュエータをフィードバック制御することにより、制御目標値（例えば目標過給圧）に対する内燃機関の過給圧の応答性（収束性）を向上することができる。

ここで、回転角度検出手段で検出される実カム角度（カム部材の回転角度）に基づいて２つの第１、第２バルブの実バルブ開度を推定できる。そして、２つの第１、第２バルブの実バルブ開度の推定値に基づいて内燃機関の過給圧を推定できる。この過給圧の推定値を目標過給圧として実過給圧がこの目標過給圧と一致するようにフィードバック制御することにより、製品バラツキ等による制御誤差を抑制できるので、より高精度な２つの第１、第２バルブの開度制御を実施することができる。したがって、内燃機関の運転状況に対応した最適なバルブ挙動を実現できるので、内燃機関の運転状況に対応した最適な過給圧を得ることができ、且つ燃費を向上させることができる。

内燃機関の過給圧制御装置を示した断面図である（実施例１）。 図１のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 （ａ）はターボチャージャの要部を示した断面図で、（ｂ）はバルブ連動機構を示した平面図である（実施例１）。 （ａ）はターボチャージャの要部を示した断面図で、（ｂ）はバルブ連動機構を示した平面図である（実施例１）。 （ａ）はターボチャージャの要部を示した断面図で、（ｂ）はバルブ連動機構を示した平面図である（実施例１）。 （ａ）はカム回転角度（カム角度）に対するバルブ開度を示した特性図で、（ｂ）はエンジン回転速度（エンジン回転数）に対するバルブ開度を示した特性図である（実施例１）。 過給圧制御装置を示した断面図である（従来の技術）。 排気圧制御装置を示した断面図である（従来の技術）。 （ａ）〜（ｃ）はロッドとリンクとの連結構造を示した説明図である（従来の技術）。 過給圧制御装置を示した断面図である（従来の技術）。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、自動車等の車両に対する搭載性の向上と重量の軽減化とコストの低減化とを実現し、且つアクチュエータの作動力を軽減するという目的を、２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させるカム部材に、このカム部材の回転に同期して第１バルブを回転駆動する第１駆動部（直結部）、およびカム部材の回転に対応して第１バルブと異なる動作パターンで第２バルブを回転駆動する第２駆動部（カムプロフィール）を設けたことで実現した。

［実施例１の構成］
図１ないし図６は本発明の実施例１を示したもので、図１および図２は内燃機関の過給圧制御装置を示した図である。

本実施例の内燃機関の制御装置（エンジン制御システム）は、内燃機関（エンジン）の過給圧を制御する過給圧制御装置（内燃機関の過給圧制御装置）と、この過給圧制御装置を制御するエンジン制御ユニット（電子制御装置：ＥＣＵ）とを備え、エンジンの各気筒毎の燃焼室より排出される排気ガス（排気）を制御する内燃機関の排気制御装置として使用されるものである。
過給圧制御装置は、図１ないし図５に示したように、エンジンの各気筒毎の燃焼室に供給される吸入空気（吸気）を過給するターボ過給機（ターボチャージャ）と、このターボチャージャの排気導入流路（２つの第１、第２流路１１、１２）を開閉する流量調整バルブ１と、ターボチャージャのウェイストゲート流路（バイパス流路１３）を開閉するウェイストゲートバルブ２と、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを回転駆動するアクチュエータ３を有するバルブ駆動装置とを備えている。

ここで、バルブ駆動装置は、流量調整バルブ１、ウェイストゲートバルブ２を連動可能となるように連結するバルブ連動機構と、動力源である電動モータを含んで構成されるアクチュエータ３とを備えている。
バルブ連動機構は、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを互いに独立して開閉動作させるカムプレート４、およびこのカムプレート４とウェイストゲートバルブ２とを連結するリンク機構等によって構成されている。このリンク機構は、カムプレート４に連結すると共に、ストローク方向に往復移動するリンクレバー５、このリンクレバー５をその往復移動方向（リンクレバー５のストローク方向、軸線方向）に摺動自在に支持するレバー軸受（ジャーナル軸受）６、およびこのリンクレバー５とウェイストゲートバルブ２とを連結するリンクアーム７等を有している。
アクチュエータ３は、軸線方向に往復移動してカムプレート４を回転駆動するロッド、電力の供給を受けて駆動力（モータトルク）を発生する電動モータ、この電動モータの回転を減速する減速機構、およびこの減速機構の回転運動をロッドの往復直線運動に変換する変換機構等によって構成されている。
なお、バルブ駆動装置の開度制御の詳細は後述する。

ＥＣＵには、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックや各種データを保存する記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリ）、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。このＥＣＵは、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、バルブ開度センサ（カム回転角度センサ）、過給圧センサおよび車速センサ等の各種センサのセンサ出力信号が、Ａ／Ｄ変換回路によってＡ／Ｄ変換された後に、マイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
マイクロコンピュータは、クランク角度センサ、バルブ開度センサ、過給圧センサ等より出力される電気信号に基づいて、エンジンの運転状況（エンジン情報）を計測（算出）し、この算出したエンジン情報を各種エンジン制御（例えば流量調整バルブ１、ウェイストゲートバルブ２の開度制御等）に使用する。
なお、ＥＣＵによる流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開度制御の詳細は後述する。

エンジンは、複数の気筒（シリンダ）を有する多気筒ガソリンエンジンが採用されている。このエンジンは、自動車等の車両のエンジンルーム内にターボチャージャと共に設置されている。但し、ガソリンエンジンに限定するものでない。
エンジンは、複数の気筒が気筒配列方向に直列に配置されたシリンダブロックと、複数の吸気ポートおよび複数の排気ポートを有するシリンダヘッドとを備えている。
シリンダブロックの内部には、気筒配列方向に複数の燃焼室が形成されている。また、シリンダブロックの各気筒の内部に形成されるシリンダボア内には、連接棒を介して、クランクシャフトに連結されたピストンがその摺動方向に摺動自在に支持されている。
シリンダヘッドの各気筒毎の吸気ポートには、吸気が流れる吸気管が接続されている。この吸気管の途中には、ターボチャージャのコンプレッサ、インタークーラ、スロットルバルブおよびインテークマニホールド等が設置されている。
また、シリンダヘッドの各気筒毎の排気ポートには、排気ガス（排気）が流れる排気管が接続されている。この排気管の途中には、エキゾーストマニホールドおよびターボチャージャのタービン等が設置されている。
また、シリンダヘッドには、先端部が各気筒毎の燃焼室内に露出するようにスパークプラグが取り付けられている。そして、シリンダヘッドには、各気筒毎の吸気ポート内または燃焼室内に最適なタイミングで燃料を噴射するインジェクタが取り付けられている。
エンジンの各気筒毎の吸気ポートは、吸気バルブによって開閉される。また、エンジンの各気筒毎の排気ポートは、排気バルブによって開閉される。

ターボチャージャは、コンプレッサとタービンとを備え、吸気をコンプレッサで圧縮し、圧縮された空気をエンジンの各気筒毎の燃焼室に送り込むターボ過給機である。
タービンは、タービンホイール１４およびタービンハウジング１５を備えている。
コンプレッサは、コンプレッサホイール１６およびコンプレッサハウジング１７を備えている。
ターボチャージャは、タービンホイール１４が排気により回転駆動されると、コンプレッサホイール１６も回転し、このコンプレッサホイール１６が吸気を圧縮する。
コンプレッサホイール１６は、円周方向に複数のコンプレッサブレード（翼）を有している。このコンプレッサホイール１６は、タービンシャフト１８を介して、タービンホイール１４に直接的に連結して回転駆動（直結駆動）される。
コンプレッサハウジング１７は、コンプレッサホイール１６の周囲を取り囲むように設置されている。
コンプレッサハウジング１７には、内部に流路を分割する仕切り壁（隔壁）が設けられていない渦巻き状のコンプレッサスクロール１９が形成されている。このコンプレッサスクロール１９の中央部には、コンプレッサホイール１６を回転自在に収容するホイール収容室２０が形成されている。

タービンは、ツインスクロール型のタービンであって、エンジンの排気により回転駆動されるタービンホイール１４と、このタービンホイール１４の周囲を取り囲むタービンハウジング１５とを備えている。
タービンホイール１４は、円周方向に複数のタービンブレード（翼）を有している。このタービンホイール１４は、タービンシャフト１８を介して、コンプレッサホイール１６と直接的に連結して回転駆動（直結駆動）する。
タービンハウジング１５には、内部に流路を分割する仕切り壁（隔壁）が設けられた渦巻き状のタービンスクロール２１が形成されている。このタービンスクロール２１の中央部には、タービンホイール１４を回転自在に収容するホイール収容室２２が形成されている。

タービンスクロール２１の内部には、エンジンの排気を、ホイール収容室２２に導入する排気導入流路が形成されている。そして、タービンスクロール２１の内部には、排気導入流路を、タービンホイール１４の回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２流路１１、１２が形成されている。
また、タービンスクロール２１は、ホイール収容室２２よりも排気の流れ方向（排気流方向）の上流側に位置する入口ポート（入口部）２３を有している。
ホイール収容室２２の入口部は、２つの第１、第２ノズルを介して、２つの第１、第２流路１１、１２にそれぞれ連通している。また、ホイール収容室２２の出口部は、１つの排気導出流路２４に連通している。
また、タービンハウジング１５は、ホイール収容室２２よりも排気流方向の下流側に位置する出口ポート（出口部）２５を有している。
入口ポート２３は、ホイール収容室２２の接線方向で開口した排気取入口であり、エンジンのエキゾーストマニホールドに接続されている。
出口ポート２５は、ホイール収容室２２の中心部を通り、タービンホイール１４の回転軸方向の一方側で開口した排気排出口であり、排気浄化装置、マフラーへと排気を導く排気管に接続されている。

ここで、本実施例のタービンハウジング１５は、タービンシャフト１８を回転自在に軸支する２つの軸受２６、２７を保持する軸受ハウジング２８を介して、コンプレッサハウジング１７に連結されている。このタービンハウジング１５の内部には、エンジンの排気を、ホイール収容室２２から出口ポート２５に導く排気導出流路２４、およびエンジンの排気を、ホイール収容室２２を迂回（バイパス）させて排気導出流路２４、出口ポート２５に導くバイパス流路１３が形成されている。
また、タービンハウジング１５には、第１流路１１と第２流路１２とを区画する第１隔壁（仕切り壁）３１、および２つの第１、第２流路１１、１２とバイパス流路１３とを区画する第２隔壁（仕切り壁）３２が設けられている。
また、タービンスクロール２１には、第１流路１１から第２流路１２を分岐させる第１分岐部、および２つの第１、第２流路１１、１２、特に第２流路１２からバイパス流路１３を分岐させる第２分岐部が設けられている。

ここで、本実施例の第１分岐部は、流量調整バルブ１により開閉される第１弁孔、およびこの第１弁孔の周囲を取り囲むように流量調整バルブ１のシート部が着座する円環状の第１弁座（第１バルブシート）を有している。この第１バルブシートは、第１隔壁３１の第２流路側壁面から流量調整バルブ１側に突出している。
なお、第１弁孔は、第１流路１１と第２流路１２とを連通するように第１隔壁３１を貫通すると共に、流量調整バルブ１により開口面積が変更される第１連通孔３３となっている。
また、本実施例の第２分岐部は、ウェイストゲートバルブ２により開閉される第２弁孔、およびこの第２弁孔の周囲を取り囲むようにウェイストゲートバルブ２のシート部が着座する円環状の第２弁座（第２バルブシート）を有している。この第２バルブシートは、第２隔壁３２のバイパス流路側壁面からウェイストゲートバルブ２側に突出している。
なお、第２弁孔は、２つの第１、第２流路１１、１２、特に第２流路１２とバイパス流路１３とを連通するように第２隔壁３２を貫通すると共に、ウェイストゲートバルブ２により開口面積が変更される第２連通孔３４となっている。

２つの第１、第２流路１１、１２は、共にタービンホイール１４へ排気を導き、その排気の力でタービンホイール１４を回転させるための排気導入流路である。
２つの第１、第２流路１１、１２は、第１隔壁３１で仕切られている。
第１流路１１は、渦巻き状の第１スクロール部を形成し、また、第２流路１２は、渦巻き状の第２スクロール部を形成している。
第１流路１１は、エンジンの各気筒毎の燃焼室、排気ポートにエキゾーストマニホールドおよび入口ポート２３を介して連通し、且つ入口ポート２３から流入した排気をホイール収容室２２に導く第１排気導入流路である。
第２流路１２は、第１流路１１に第１連通孔３３を介して連通し、且つ第１連通孔（第１分岐部）３３から流入した排気をホイール収容室２２に導く第２排気導入流路である。

バイパス流路１３は、第２連通孔３４を介して連通し、第２流路１２から流入した排気をホイール収容室２２を迂回させて排気導出流路２４、出口ポート２５に導くウェイストゲート流路である。
なお、バイパス流路１３を、エンジンの各気筒毎の燃焼室に入口ポート２３を介して連通し、且つ入口ポート２３から流入した排気をホイール収容室２２を迂回させるウェイストゲート流路としても良い。
ここで、排気の流量が大きくなった場合に、全ての排気をタービンホイール１４を経由して排出していると排気抵抗となる場合がある。その場合にはウェイストゲートバルブ２を全開（バイパス流路１３を開放）して排気を放出する。

流量調整バルブ１は、２つの第１、第２流路１１、１２を流れる排気の流量を開閉動作により調整する第１流量調整弁の弁体であって、第１隔壁３１の第１バルブシートに対して着座、離脱して第１連通孔３３を閉鎖、開放すると共に、第１連通孔３３の開口面積を連続的に変更して２つの第１、第２流路１１、１２を流れる排気の流量を制御している。 流量調整バルブ１は、図６（ａ）に示したように、カムプレート４の回転角度が最小値（例えば０°）から最大値（例えば９０°）まで変化する間、そのバルブ開度が全閉開度（例えば０°）から全開開度（例えば９０°）まで連続的に変化する。
流量調整バルブ１は、図６（ｂ）に示したように、エンジンが全負荷運転時の低速運転時に全閉状態となる。また、流量調整バルブ１は、エンジンの中速運転時に開弁して、エンジン回転速度に対応してバルブ開度が全閉開度から中間開度まで開度制御される。また、流量調整バルブ１は、エンジンの高速運転時に開弁して、エンジン回転速度に対応してバルブ開度が中間開度から全開開度まで開度制御される。

流量調整バルブ１は、バルブアーム８の出力部に支持固定されている。この流量調整バルブ１は、第１連通孔３３を開閉する円板状の閉鎖部、およびこの閉鎖部の端面より突出した突出部４１を有している。
突出部４１の外周には、円環状の周方向溝４２が形成されている。この周方向溝４２には、突出部４１の外周にバルブアーム８を嵌め合わせた際に、流量調整バルブ１からのバルブアーム８の抜け止めを行うワッシャまたはＣリング等のバルブアーム抜け止め手段４３が装着されている。
バルブアーム８は、一端側にカムプレート４に連結する入力部を有し、且つ他端側に流量調整バルブ１に連結する出力部を有している。バルブアーム８の入力部には、カムプレート４の第１駆動部に固定されたヒンジピン４４が一体的に形成（または固定）されている。また、バルブアーム８の出力部には、流量調整バルブ１の突出部４１が嵌合する嵌合孔４５が形成されている。また、バルブアーム８は、図示しないベアリングを介して、タービンハウジング１５に回転自在に支持されている。

ウェイストゲートバルブ２は、バイパス流路１３を流れる排気の流量を開閉動作により調整する第２流量調整弁の弁体であって、第２隔壁３２の第２連通孔３４の開口周縁部に対して着座、離脱して第２連通孔３４を閉鎖、開放すると共に、第２連通孔３４の開口面積を連続的に変更してバイパス流路１３を流れる排気の流量を制御している。
ウェイストゲートバルブ２は、図６（ａ）に示したように、カムプレート４の回転角度が最小値（例えば０°）から中間値（例えば４５°）まで変化する間、全閉状態に維持される。また、ウェイストゲートバルブ２は、カムプレート４の回転角度が中間値（例えば４５°）から最大値（例えば９０°）まで変化する間、そのバルブ開度が全閉開度（例えば０°）から全開開度（例えば４５°）まで連続的に変化する。
ウェイストゲートバルブ２は、図６（ｂ）に示したように、エンジンの低速、中速運転時に全閉状態となる。また、ウェイストゲートバルブ２は、エンジンの高速運転時に開弁して、エンジン回転速度に対応してバルブ開度が全閉開度から全開開度まで開度制御される。

ウェイストゲートバルブ２は、バルブアーム９の出力部に支持固定されている。このウェイストゲートバルブ２は、第２連通孔３４を開閉する円板状の閉鎖部、およびこの閉鎖部の端面より突出した突出部５１を有している。
また、ウェイストゲートバルブ２の突出部５１の外周には、円環状の周方向溝５２が形成されている。この周方向溝５２には、突出部５１の外周にバルブアーム９を嵌め合わせた際に、ウェイストゲートバルブ２からのバルブアーム９の抜け止めを行うワッシャまたはＣリング等のバルブアーム抜け止め手段５３が装着されている。
バルブアーム９の入力部には、リンクアーム７に固定されたヒンジピン５４が一体的に形成（または固定）されている。また、バルブアーム９の出力部には、ウェイストゲートバルブ２の突出部５１が嵌合する嵌合孔５５が形成されている。また、バルブアーム９は、ベアリング５６を介して、タービンハウジング１５に回転自在に支持されている。

次に、本実施例のバルブ駆動装置の詳細を図１ないし図５に基づいて簡単に説明する。 バルブ駆動装置は、ロッドをその軸線方向に往復移動させてカムプレート４を回転駆動するアクチュエータ３と、このアクチュエータ３のロッドの往復移動方向（ストローク方向）への移動量（ロッドのストローク量）に応じて駆動されるバルブ連動機構とを備えている。
アクチュエータ３は、カムプレート４を介して、流量調整バルブ１、ウェイストゲートバルブ２を駆動する電動アクチュエータであって、ロッドの他に、電動モータ、減速機構および変換機構を備え、流量調整バルブ１、ウェイストゲートバルブ２の開閉制御を行う。このアクチュエータ３のロッドは、そのストローク方向に真っ直ぐに延びている。このロッドは、一端部が変換機構の出力部に連結し、他端部がカムプレート４の入力部に連結している。
電動モータは、ＥＣＵによって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

バルブ連動機構は、カムプレート４、リンクレバー５、レバー軸受６およびリンクアーム７を備え、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを連動可能となるように連結すると共に、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを独立して開閉動作させる。
カムプレート４は、金属材料または樹脂材料によって所定の形状に形成されており、タービンハウジング１５の外部に露出して配置されている。このカムプレート４は、入力部および２つの第１、第２駆動部を有し、タービンハウジング１５の外壁面に沿うように設置されている。
カムプレート４の入力部には、アクチュエータ３のロッドの先端部（カム装着部）に固定されたヒンジピン（図示せず）が回転自在に嵌合する嵌合孔６１が形成されている。

また、カムプレート４は、流量調整バルブ１のバルブアーム８のヒンジピン（回転中心軸）４４と同一軸心上に回転軸（カムプレート４の回転中心）を有している。
また、カムプレート４の第１駆動部は、カムプレート４の回転に同期して流量調整バルブ１を回転駆動する第１出力部である。この第１駆動部は、カムプレート４の回転軸を中心にして流量調整バルブ１とカムプレート４とが一体回転可能となるように、流量調整バルブ１のバルブアーム８に固定されたヒンジピン４４を直接的に連結（直結）する直結部を有している。この第１駆動部（直結部）には、流量調整バルブ１のバルブアーム８のヒンジピン４４が嵌合する嵌合孔６２が形成されている。

また、カムプレート４の第２駆動部は、カムプレート４の回転に対応して流量調整バルブ１と異なる動作パターンでウェイストゲートバルブ２を回転駆動する第２出力部である。この第２駆動部は、ウェイストゲートバルブ２の動作パターンに対応した形状のガイド部（カム溝）６３を有している。
第２駆動部には、カム溝６３の溝形成方向の一端側を閉塞する円弧状の閉鎖部６４、およびカム溝６３の溝形成方向の他端側を閉塞する円弧状の閉鎖部６５が設けられている。そして、閉鎖部６４、６５間の溝壁面には、流量調整バルブ１と異なるウェイストゲートバルブ２の動作パターンに対応した形状のカムプロフィールが設けられている。このカムプロフィールは、図３ないし図６に示したように、閉弁区間（ベース円区間Ｂ）および開弁区間を有している。
ここで、閉弁区間（ベース円区間Ｂ）とは、カムプレート４の回転角度が、最小値（例えば０°）から中間値（例えば４５°）まで変化する間、流量調整バルブ１の開閉状態に関わらず、ウェイストゲートバルブ２を閉弁することで、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とが連動しない非連動区間のことである。
また、開弁区間とは、カムプレート４の回転角度が、中間値（例えば４５°）から最大値（例えば９０°）まで変化する間、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開度制御（排気の流量を連続的または段階的に変更する流量制御）を行う連動区間のことである。

リンク機構のリンクレバー５は、金属材料または樹脂材料によって所定の形状に形成されており、タービンハウジング１５の外部に露出して配置されている。このリンクレバー５は、入力部および出力部を有し、タービンハウジング１５の外壁面に沿うように設置されている。また、リンクレバー５は、レバー軸受６により摺動自在にガイドされている。 リンクレバー５の入力部には、ピボットピン７１が嵌合する嵌合孔７２が形成されている。このピボットピン７１の外周には、図示しないカムフォロワが回転自在に支持されている。このカムフォロワは、カムプレート４のカム溝６３内に移動自在に挿入されている。また、リンクレバー５の出力部には、ヒンジピン７３が嵌合する嵌合孔７４が形成されている。
レバー軸受６は、金属材料または樹脂材料によって所定の形状に形成されており、タービンハウジング１５の外部に露出して配置されている。このレバー軸受６は、入力部および出力部を有し、タービンハウジング１５の外壁面に沿うように設置されている。そして、レバー軸受６の内部には、リンクレバー５の軸線方向に貫通する貫通孔（摺動孔）が形成されている。また、レバー軸受６の内周面（リンクレバー５と摺動する摺動面）は、レバー軸受６の軸受中心付近で最もリンクレバー５の中心線側に突出する凸曲面となっている。これにより、リンクレバー５の往復移動方向の動きが許容される。
リンク機構のリンクアーム７は、金属材料または樹脂材料によって所定の形状に形成されており、タービンハウジング１５の外部に露出して配置されている。このリンクレバー５は、入力部および出力部を有し、タービンハウジング１５の外壁面に沿うように設置されている。
リンクアーム７の入力部には、ヒンジピン７３が移動自在に挿入される長穴形状の嵌合孔７５が形成されている。この嵌合孔７５は、ヒンジピン７３の長穴方向への移動を許容する長円形状または楕円形状の長穴である。これにより、リンクレバー５の往復移動方向の動きが、ガタがない状態でリンクアーム７に伝達され、回転方向の動きに変換できる。また、リンクアーム７の出力部には、ウェイストゲートバルブ２のバルブアーム９に固定されたヒンジピン５４が嵌合する嵌合孔７６が形成されている。

次に、本実施例のＥＣＵによる流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開度制御を図１ないし図６に基づいて説明する。
ＥＣＵには、上述したように、エアフロメータ、クランク角度センサ、アクセル開度センサ、スロットル開度センサ、カム回転角度センサ、過給圧センサおよび車速センサ等が接続されている。
クランク角度センサは、エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出する回転角度検出手段である。このクランク角度センサは、エンジンのクランクシャフトの回転角度を電気信号に変換するピックアップコイルよりなり、例えば３０°ＣＡ（クランク角度）毎にＮＥパルス信号が出力される。
また、ＥＣＵは、クランク角度センサより出力されたＮＥパルス信号の間隔時間を計測することによってエンジン回転速度（エンジン回転数：ＮＥ）を検出するための回転速度検出手段として機能する。

アクセル開度センサは、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するエンジン負荷検出手段である。
スロットル開度センサは、アクセル開度センサより出力される電気信号（アクセル開度信号）に基づいて変更されるスロットルバルブのバルブ開度であるスロットル開度を検出するスロットル開度検出手段（エンジン負荷検出手段）である。なお、エンジンによっては、スロットルバルブおよびスロットル開度センサが搭載されていない場合もある。
カム回転角度センサは、流量調整バルブ１（ウェイストゲートバルブ２）のバルブ開度に相当するカムプレート４の回転角度（実カム角度）を検出するバルブ開度検出手段である。このカム回転角度センサは、カムプレート４に固定された磁石（マグネット）より放出される磁束を検出する非接触式の磁気検出素子を有するホールＩＣを主体として構成されている。このホールＩＣより出力される電気信号は、ホール素子の感磁面を鎖交する磁束密度に対応した電圧信号（アナグロ信号）である。
過給圧センサは、エンジンの過給圧（吸気圧）を検出する過給圧検出手段である。

ＥＣＵは、エンジンの運転状況に基づいてバルブ駆動モードを決定するように構成されている。ここで、マイクロコンピュータのメモリは、エンジン回転数ＮＥと流量調整バルブ１のバルブ開度Ｖ１およびウェイストゲートバルブ２のバルブ開度Ｖ２との対応関係を所定の形式（演算式またはマップデータ（特性線）等の形式：図６（ｂ）参照）で表したバルブ駆動モード設定用テーブルを記憶保持するテーブル記憶手段としての機能を有している。なお、図６（ｂ）中のモード１とは、エンジンの低速運転時に相当するバルブ駆動モードである第１駆動モードのことである。また、図６（ｂ）中のモード２とは、エンジンの中速運転時に相当するバルブ駆動モードである第２駆動モードのことである。また、図６（ｂ）中のモード３とは、エンジンの高速運転時に相当するバルブ駆動モードである第３駆動モードのことである。また、バルブ開度の遷移点（切り替え点）のエンジン回転数は、任意に変更できる。

ここで、アクセル開度またはスロットル開度またはエンジン回転数に対応した制御目標値（目標カム角度）を演算（算出）し、カム回転角度センサによって検出されるカムプレート４の回転角度（実カム角度）と目標カム角度とが一致するように、実カム角度と目標カム角度との偏差に基づいて、電動モータへの供給電力をフィードバック制御するように構成しても良い。この場合には、制御目標値（例えば目標カム角度）に対するカムプレート４の回転角度（実カム角度）の応答性（収束性）を向上することができる。
また、ＥＣＵは、目標カム角度に対応した制御目標値（目標過給圧）を演算（算出）し、過給圧センサによって検出される実過給圧と目標過給圧とが一致するように、実過給圧と目標過給圧との偏差に基づいて、電動モータへの供給電力をフィードバック制御するように構成しても良い。なお、アクセル開度（スロットル開度）、エンジン回転数（車速）から目標過給圧を演算しても良い。この場合には、制御目標値（例えば目標過給圧）に対する内燃機関の過給圧の応答性（収束性）を向上することができる。

［実施例１の作用］
次に、本実施例のターボチャージャの動作を図１ないし図６に基づいて簡単に説明する。

エンジンの全負荷の低速運転時、つまりエンジン回転数が１５００ｒｐｍ未満の低速回転領域の場合には、図６（ｂ）に示したように、バルブ駆動モードがモード１に設定される。
モード１の場合には、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを共に閉弁状態に維持するため、図６（ａ）に示したように、カムプレート４の回転角度が最小値（例えば０°）となるように、アクチュエータ３の電動モータへの電力供給を制御する。
これによって、カムプレート４の回転角度が最小値に止まるため、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とが共に全閉状態を継続する。これにより、ターボチャージャのタービンハウジング１５の第２流路１２およびバイパス流路１３は閉鎖される。

この結果、エンジンより排出された排気の全量は、タービンハウジング１５の入口ポート２３から第１流路１１に流入し、第１ノズルからホイール収容室２２に導入される。これにより、タービンホイール１４を回転駆動した後に、タービンハウジング１５の排気導出流路２４を通って出口ポート２５から排出される。
一方、吸気管内に吸い込まれた吸気は、タービンホイール１４の回転により駆動されるコンプレッサホイール１６によって圧縮されて圧力（過給圧）が上昇する。そして、圧力が上昇した吸気は、エンジンに吸い込まれる。
したがって、少ない排気流量でも十分な高速な流れが得られるので、エンジンの低速運転時における過給圧を高めることができる。

エンジンの中速運転時、つまりエンジン回転数が１５００ｒｐｍ以上で、且つ２５００ｒｐｍ未満の中速回転領域の場合には、図６（ｂ）に示したように、バルブ駆動モードがモード２に設定される。
モード２の場合には、エンジン回転数（目標カム角度）または目標過給圧の変化に対応して流量調整バルブ１の開閉制御を実施すると共に、ウェイストゲートバルブ２の閉弁状態を維持するため、図６（ａ）に示したように、カムプレート４の回転角度が最小値（例えば０°）から中間値（例えば４５°）までの範囲内の所定値となるように、アクチュエータ３の電動モータへの電力供給を制御する。
これによって、カムプレート４の回転角度が、最小値から中間値までの範囲内の所定値（所定角度）に変更されるため、流量調整バルブ１がエンジン回転数に対応した開度分だけ開き、ウェイストゲートバルブ２が全閉状態を継続する。これにより、２つの第１、第２流路１１、１２は開放され、バイパス流路１３は閉鎖される。

この結果、エンジンより排出された排気の一部は、タービンハウジング１５の入口ポート２３から第１流路１１に流入し、第１ノズルからホイール収容室２２に導入される。また、排気の残部は、第１流路１１から第１連通孔３３を通って第２流路１２に流入し、第２ノズルからホイール収容室２２に導入される。これにより、２つの第１、第２流路１１、１２の双方を通ってホイール収容室２２に導入された排気は、タービンホイール１４を回転駆動した後に、タービンハウジング１５の排気導出流路２４を通って出口ポート２５から排出される。
一方、吸気管内に吸い込まれた吸気は、タービンホイール１４の回転により駆動されるコンプレッサホイール１６によって圧縮されて圧力（過給圧）が上昇する。そして、圧力が上昇した吸気は、エンジンに吸い込まれる。
したがって、排気流量が増大し、エンジンの中速運転時における過給圧を高めることができる。
さらに、エンジン回転数（目標カム角度）または目標過給圧に応じて流量調整バルブ１の開度制御を行う、つまりエンジン回転数または目標過給圧が増加するに従って流量調整バルブ１のバルブ開度を徐々に増大させることにより、２つの第１、第２流路１１、１２を通る排気の流量を可変制御することができるので、エンジンの過給圧をエンジンの運転状況に応じて最適化することができる。

エンジンの高速運転時、つまりエンジン回転数が２５００ｒｐｍ以上の高速回転領域の場合には、図６（ｂ）に示したように、バルブ駆動モードがモード３に設定される。
モード３の場合には、エンジン回転数（目標カム角度）または目標過給圧の変化に対応して流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開閉制御を実施するため、図６（ａ）に示したように、カムプレート４の回転角度が中間値（例えば４５°）から最大値（例えば９０°）までの範囲内の所定値となるように、アクチュエータ３の電動モータへの電力供給を制御する。
これによって、カムプレート４の回転角度が、中間値から最大値までの範囲内の所定値（所定角度）に変更されるため、流量調整バルブ１がエンジン回転数に対応した開度分だけ開き、ウェイストゲートバルブ２がエンジン回転数に対応した開度分だけ開く。これにより、２つの第１、第２流路１１、１２およびバイパス流路１３は全て開放される。

この結果、エンジンより排出された排気の一部は、タービンハウジング１５の入口ポート２３から２つの第１、第２流路１１の双方を通って２つの第１、第２ノズルからホイール収容室２２に導入される。これにより、２つの第１、第２流路１１、１２の双方を通ってホイール収容室２２に導入された排気は、タービンホイール１４を回転駆動した後に、タービンハウジング１５の排気導出流路２４を通って出口ポート２５から排出される。
一方、吸気管内に吸い込まれた吸気は、タービンホイール１４の回転により駆動されるコンプレッサホイール１６によって圧縮されて圧力（過給圧）が上昇する。そして、圧力が上昇した吸気は、エンジンに吸い込まれる。
また、排気の残部は、第２流路１２から第２連通孔３４（＝バイパス流路１３）に流入した排気を、ホイール収容室２２から迂回させて出口部に排出させる。これにより、過給圧が予め設定した最高過給圧を超えないように制御される。
さらに、エンジン回転数（目標カム角度）または目標過給圧に応じて流量調整バルブ１の開度制御を行う、つまりエンジン回転数または目標過給圧が増加するに従って流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とのバルブ開度を徐々に増大させることにより、２つの第１、第２流路１１、１２およびバイパス流路１３を通る排気の流量を可変制御することができるので、エンジンの過給圧をエンジンの運転状況に応じて最適化することができる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の過給圧制御装置においては、エンジンの運転状況に対応してバルブ駆動モードが変更される。
エンジンの低速運転時には、バルブ駆動モードが、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを共に閉弁するモード１に設定される。このとき、第１流路１１のみを通ってホイール収容室２２に排気が導入される。
また、エンジンの中速運転時には、バルブ駆動モードが、流量調整バルブ１を開弁して流量調整バルブ１の開度制御を行い、ウェイストゲートバルブ２を閉弁する駆動モード２に設定される。このとき、２つの第１、第２流路１１、１２の双方を通ってホイール収容室２２に排気が導入される。
また、エンジンの高速運転時には、バルブ駆動モードが、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを共に開弁して流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開度制御を行うモード３に設定される。このとき、２つの第１、第２流路１１、１２の双方を通ってホイール収容室２２に排気が導入され、且つバイパス流路１３を通ってホイール収容室２２を排気が迂回する。

これによって、エンジンの運転状況（エンジン回転数、目標カム角度、目標過給圧等）に対応して流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開閉動作を制御することで、２つの第１、第２流路１１、１２を流れる排気の流量およびバイパス流路１３を流れる排気の流量を調整できるので、エンジンの過給圧を制御することができる。
また、エンジンの高速運転時におけるターボチャージャの排気圧を低減することができる。これにより、タービンホイール１４の過回転を防止できるので、過給圧が過大とならないようになる。つまり過剰に過給圧が上昇することはない。
したがって、エンジンの低速運転から高速運転に至るまでの広い運転領域に渡ってターボチャージャの効率を向上することができ、且つエンジンの広い運転領域に渡って過給圧を最適化できるので、燃費を向上させることができる。

また、本実施例のターボチャージャに搭載されるバルブ駆動装置は、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを連動可能となるように、しかも流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを互いに独立して開閉動作させるように構成されている。
そして、バルブ駆動装置は、上述したように、アクチュエータ３、カムプレート４、カムフォロワ、リンクレバー５、リンクアーム７等を備え、アクチュエータ３の出力部（ロッド）に流量調整バルブ１のバルブアーム８とウェイストゲートバルブ２のバルブアーム９とを連動可能となるように連結している。
そして、カムプレート４の回転軸は、流量調整バルブ１のバルブアーム８のヒンジピン４４と同一軸心上に配置されている。また、アクチュエータ３の動力（モータトルク）により、回転軸を中心にして回転方向に駆動されるカムプレート４は、そのカムプレート４の回転に同期して流量調整バルブ１を回転駆動する第１駆動部、およびカムプレート４の回転に対応して流量調整バルブ１と異なる動作パターンでウェイストゲートバルブ２を回転駆動する第２駆動部を有している。

そして、カムプレート４の第２駆動部は、流量調整バルブ１と異なるウェイストゲートバルブ２の動作パターンに対応した形状のカム溝（カムプロフィール）６３を有している。なお、カムプロフィールは、流量調整バルブ１の開度制御中であってもウェイストゲートバルブ２の全閉状態を維持する閉弁区間（ベース円区間Ｂ）、および流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを共にエンジンの運転状況に対応して開度制御を行う開弁区間を有している。
これによって、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを互いに独立して開閉動作させるアクチュエータを、１つのアクチュエータ３で構成した場合であっても、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とを互いに独立して開閉動作させることができる。
以上のように、本実施例の過給圧制御装置においては、アクチュエータ３が１個で済むので、自動車等の車両のエンジンルームに対する搭載性の向上と重量の軽減化とコストの低減化とを実現することができる。

また、カムプレート４の第１駆動部に、流量調整バルブ１のバルブアーム８のヒンジピン４４を嵌合固定するための嵌合孔６２を設けている。これにより、カムプレート４の第１駆動部と流量調整バルブ１との間のガタ付きを抑えることができるので、流量調整バルブ１の作動時に打音が発生することなく、２つの第１、第２流路１１、１２を流れる排気の流量の制御精度を向上することができる。
また、カムプレート４の第２駆動部に、リンクレバー５のピボットピン７１に支持されるカムフォロワが摺動自在に移動可能なカム溝６３を設けている。また、リンクレバー５には、このリンクレバー５を摺動自在にガイドするレバー軸受６を設けている。さらに、リンクアーム７の入力部に、リンクレバー５の出力部を回転自在に取り付けるヒンジピン７３が嵌合する長穴形状の嵌合孔７５が形成されている。さらに、リンクアーム７の出力部に、ウェイストゲートバルブ２のバルブアーム９に固定されたヒンジピン５４が嵌合固定されている。これにより、カムプレート４の第２駆動部とウェイストゲートバルブ２との間のガタ付きを極力抑えることができるので、ウェイストゲートバルブ２の作動時に打音が発生することなく、バイパス流路１３を流れる排気の流量の制御精度を向上することができる。

また、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とをカムプレート４に押し付ける方向に付勢する付勢力が不要となるので、バルブ駆動装置（特にアクチュエータ３）の作動力を軽減することができる。つまり少ない作動力で、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２とをゆっくりと動かすことができる。
ここで、本実施例のターボチャージャにおいては、アクチュエータ３、カムプレート４、リンクレバー５、リンクアーム７および各連結部品が、タービンハウジング１５の外部に露出するように配置されている。この場合には、タービンハウジング１５の外部を通過する外気（冷却風）によってアクチュエータ３、カムプレート４、リンクレバー５、レバー軸受６、リンクアーム７および各連結部品が冷却されるので、アクチュエータ３、カムプレート４、リンクレバー５、レバー軸受６、リンクアーム７および各連結部品の耐熱性を低く設定することができる。これにより、アクチュエータ３、カムプレート４、リンクレバー５、レバー軸受６、リンクアーム７および各連結部品の材質として、耐熱性の低い安価な金属材料（または樹脂材料）を使用することができるので、コストの低減化を図ることができる。

ここで、カム角度センサで検出される実カム角度（カムプレート４の回転角度）に基づいて流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との実バルブ開度を推定できる。そして、流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との実バルブ開度の推定値に基づいて２つの第１、第２流路１１、１２およびバイパス流路１３を流れる排気の流量を推定できる。そして、２つの第１、第２流路１１、１２およびバイパス流路１３を流れる排気の流量の推定値に基づいてタービンホイール１４の回転速度を推定できる。そして、タービンホイール１４の回転速度の推定値に基づいてエンジンの過給圧を推定できる。
この過給圧の推定値を目標過給圧とし、この目標過給圧と過給圧センサで検出される実過給圧とが一致するように、実過給圧と目標過給圧との偏差に基づいて電動モータへの供給電力をフィードバック制御するようにしても良い。この場合には、製品バラツキ等による制御誤差を抑制できるので、より高精度な流量調整バルブ１とウェイストゲートバルブ２との開度制御を実施することができる。したがって、エンジンの運転状況に対応した最適なバルブ挙動を実現できるので、エンジンの運転状況に対応した最適な過給圧および排気圧を得ることができ、且つ燃費を向上させることができる。
なお、製品バラツキとしては、ターボチャージャの機差バラツキ、電動モータの機差バラツキ、バルブ連動機構の製品バラツキ、カム角度センサの測定誤差（センサ出力バラツキ）、各推定値の推定誤差などが挙げられる。

［変形例］
本実施例では、アクチュエータとして、回転軸を中心にして回転するカムプレート４を駆動するロッドを、電動モータの駆動力を利用して軸線方向（ストローク方向）に往復移動させることでウェイストゲートバルブ２を駆動する電動アクチュエータを用いているが、アクチュエータとして、回転軸を中心にして回転するカム部材を駆動する駆動部材（ロッド）を、電磁力または流体圧力を利用して軸線方向（ストローク方向）に往復移動させることでバルブを駆動する電磁アクチュエータまたは流体圧アクチュエータを用いても良い。また、アクチュエータから回転駆動力を出力するようにしてカム部材を回転駆動しても良い。
また、内燃機関（エンジン）として、ガソリンエンジンだけでなく、ディーゼルエンジンを用いても良い。

１ 流量調整バルブ（第１バルブ）
２ ウェイストゲートバルブ（第２バルブ）
３ アクチュエータ（バルブ駆動手段）
４ カムプレート（バルブ連動機構、カム部材）
５ リンクレバー（バルブ連動機構、リンク機構）
７ リンクアーム（バルブ連動機構、リンク機構）
１１ 排気導入流路の第１流路
１２ 排気導入流路の第２流路
１３ バイパス流路
１４ ターボチャージャのタービンホイール
１５ ターボチャージャのタービンハウジング
２１ タービンハウジングのタービンスクロール
２２ タービンハウジングのホイール収容室
２３ タービンハウジングの入口ポート（入口部）
２５ タービンハウジングの出口ポート（出口部）
３１ タービンハウジングの第１隔壁
３２ タービンハウジングの第２隔壁
３３ 第１連通孔（第１分岐部）
３４ 第２連通孔（第２分岐部）
６３ カムプレートのカム溝（カムプロフィール）

Claims (13)

1. 内燃機関の排気により回転駆動されるタービンホイール、および内部にホイール収容室が形成されたタービンハウジングを有し、前記ホイール収容室に前記タービンホイールを収容したターボ過給機を備えた内燃機関の排気制御装置において、
   前記タービンハウジングは、
   前記内燃機関の排気を、前記ホイール収容室に導入する排気導入流路を、前記タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２流路と、
   前記内燃機関の排気を、前記ホイール収容室から迂回させるバイパス流路と、
   前記タービンハウジングに回転自在に支持されて、前記２つの第１、第２流路および前記バイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整する２つの第１、第２バルブと、
   前記２つの第１、第２バルブを互いに独立して開閉動作させるカム部材を有し、前記２つの第１、第２バルブを連動可能となるように連結する連動機構と、
   前記カム部材を介して、前記２つの第１、第２バルブを駆動するアクチュエータと
   を備え、
   前記カム部材は、前記タービンハウジングに回転自在に支持される回転軸、前記カム部材の回転に同期して前記第１バルブを回転駆動する第１駆動部、および前記カム部材の回転に対応して前記第１バルブと異なる動作パターンで前記第２バルブを回転駆動する第２駆動部を有していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記第１駆動部は、前記カム部材の回転軸を中心にして前記第１バルブと前記カム部材とが一体回転可能となるように、前記第１バルブを直接的に連結していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記第２駆動部は、前記第２バルブの動作パターンに対応した形状のカムプロフィールを有していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
4. 請求項３に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記カムプロフィールは、前記カム部材の回転角度が最小値から中間値まで変化する間、前記第２バルブを閉弁する閉弁区間、および前記カム部材の回転角度が中間値から最大値まで変化する間、前記第２バルブを開弁する開弁区間を有していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記第１バルブは、主に前記２つの第１、第２流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記第２バルブは、主に前記バイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により調整することを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記タービンハウジングは、前記ホイール収容室よりも排気の流れ方向の上流側に位置する入口部、前記ホイール収容室よりも排気の流れ方向の下流側に位置する出口部、前記第１流路から前記第２流路を分岐させる第１分岐部、および前記第２流路から前記バイパス流路を分岐させる第２分岐部を有していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
8. 請求項７に記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記第１流路は、前記入口部から流入した排気を前記ホイール収容室に導く第１排気導入流路であって、
   前記第２流路は、前記第１分岐部から流入した排気を前記ホイール収容室に導く第２排気導入流路であって、
   前記バイパス流路は、前記第２分岐部から流入した排気を前記ホイール収容室を迂回させて前記出口部に導くウェイストゲート流路であって、
   前記第１分岐部は、前記第１バルブにより開閉される第１弁孔を有し、
   前記第２分岐部は、前記第２バルブにより開閉される第２弁孔を有していることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
9. 請求項１ないし請求項８のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
   前記アクチュエータおよび前記連動機構は、前記タービンハウジングの外部に露出して配置されていることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
10. 請求項１ないし請求項９のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
    前記内燃機関の運転状況に基づいて、前記アクチュエータを制御する制御ユニットを備えたことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
11. 請求項１０に記載の内燃機関の排気制御装置において、
    前記制御ユニットは、
    前記内燃機関の低速運転時、前記２つの第１、第２バルブを共に閉弁する第１駆動モードに設定し、
    前記内燃機関の中速運転時、前記第１バルブを開弁し、前記第２バルブを閉弁する第２駆動モードに設定し、
    前記内燃機関の高速運転時、前記２つの第１、第２バルブを共に開弁する第３駆動モードに設定するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
12. 請求項１０または請求項１１に記載の内燃機関の排気制御装置において、
    前記制御ユニットは、
    前記カム部材の回転角度を検出する回転角度検出手段を有し、
    前記回転角度検出手段によって検出される実カム角度が、制御目標値と一致するように、前記アクチュエータをフィードバック制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
13. 請求項１０ないし請求項１２のうちのいずれか１つに記載の内燃機関の排気制御装置において、
    前記制御ユニットは、
    前記内燃機関の過給圧を検出する過給圧検出手段を有し、
    前記過給圧検出手段によって検出される実過給圧が制御目標値と一致するように、前記アクチュエータをフィードバック制御するように構成されていることを特徴とする内燃機関の排気制御装置。

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