JP2016142152A - 内燃機関の負圧システム - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の負圧システムにおいて、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくし、かつ漏れの早期検知を可能にする。
【解決手段】 内燃機関１の負圧システム１００であって、負圧源８１と、負圧源に接続されると共に、ブレーキブースタ８６に接続された主通路８４と、主通路から分岐した第１分岐通路８７Ａ、第１分岐通路から分岐した複数の第２分岐通路８７Ｂ、８７Ｃ、及び第１分岐通路に設けられた絞り部９７を備えた副通路８７と、過給装置１２を制御するために、第２分岐通路のそれぞれに接続された複数の圧力式アクチュエータ３２、６６と、第２分岐通路のそれぞれに設けられ、圧力式アクチュエータへの負圧の供給を制御する複数の圧力制御弁９１、９４とを有し、副通路のそれぞれは内燃機関が低負荷域運転状態のときに圧力式アクチュエータに負圧を供給する圧力制御弁９１を少なくとも１つ含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の負圧システムに関し、詳細には圧力式アクチュエータを使用して過給装置を制御する負圧システムに関する。

従来、内燃機関の過給装置のバイパス弁を開閉駆動するために、圧力式アクチュエータを使用した負圧システムが使用されている（例えば、特許文献１）。圧力式アクチュエータは、ダイヤフラムによって区画された複数の部屋を有し、各部屋に圧力制御弁を介して大気圧や、吸気通路の各部における吸気圧が供給されることによって駆動され、パイパス弁を開閉する。

実開平２−１３１０３３号公報

特許文献１に係る負圧システムは、吸気通路の様々な個所から様々な値の吸気圧を取得し、これらを圧力式アクチュエータ毎に選択して供給するため、配管構造が複雑になるという問題がある。この問題に対して、負圧ポンプを有し、ブレーキブースタに負圧を供給する負圧供給装置から負圧を取得し、圧力制御弁を介して各圧力式アクチュエータに供給する構造とする解決策が考えられる。この場合、圧力源が共通化されるため、配管構造が簡素になる。

このようにした場合、圧力式アクチュエータと負圧ポンプとを繋ぐ配管に漏れがあると、ブレーキブースタに供給される負圧が低下し、ブレーキブースタの作動が損なわれる虞がある。この問題は、負圧ポンプと圧力式アクチュエータとを繋ぐ配管に絞り部を設け、圧力式アクチュエータ側の漏れがブレーキブースタに与える影響を小さくすることで解決することができる。このような負圧供給装置において、絞り部より圧力式アクチュエータ側部分の漏れを圧力式アクチュエータの作動によって変化する状態パラメータに基づいて検知する場合がある。この場合、絞り部より圧力式アクチュエータ側部分の漏れは、圧力式アクチュエータの作動にしか影響を与えないため、圧力式アクチュエータが駆動されるまで漏れ等の異常を検知することができず、例えば圧力式アクチュエータが内燃機関の高負荷運転時等の発生頻度が比較的少ない状態でのみ駆動される場合、漏れを検知するまでに時間を要することになる。

本発明は、以上の背景を鑑み、内燃機関の負圧システムにおいて、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知を可能にすることを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関（１）の負圧システム（１００）であって、負圧源（８１）と、前記負圧源に接続されると共に、ブレーキブースタ（８６）に接続された主通路（８４）と、前記主通路から分岐した第１分岐通路（８７Ａ）、前記第１分岐通路から分岐した複数の第２分岐通路（８７Ｂ、８７Ｃ）、及び前記第１分岐通路に設けられた絞り部（９７）を備えた少なくとも１つの副通路（８７）と、過給装置（１２）を制御するために、前記第２分岐通路のそれぞれに接続された複数の圧力式アクチュエータ（３２、６６）と、前記第２分岐通路のそれぞれに設けられ、前記圧力式アクチュエータへの負圧の供給を制御する複数の圧力制御弁（９１、９４）とを有し、前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が低負荷域運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁（９１）を少なくとも１つ含むことを特徴とする。

この構成によれば、副通路の絞り部よりも圧力制御弁側に圧力漏れが発生しても、主通路の圧力低下が抑制され、ブレーキブースタの作動への影響が小さくなる。また、絞り部が副通路の第１分岐通路に設けられているため、副通路における絞り部と圧力制御弁との間の部分に圧力漏れが生じている場合、第２分岐通路のいずれに接続された圧力式アクチュエータも負圧の供給を受けることができず作動不能になる。そして、副通路に接続された少なくとも１つの圧力式アクチュエータは、自動車の運転初期に発生する低負荷運転状態において作動するべきものであるため、運転初期において内燃機関の実際の状態と通常あるべき状態との間に差が生じる。そのため、生じる差を検出することによって、運転初期において異常を早期に検出することができる。

また、上記の発明において、前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が高負荷運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁（９４）を少なくとも１つ含むとよい。

この構成によれば、１つの副通路に接続される２つの圧力制御弁が、それぞれ圧力式アクチュエータに負圧を供給するタイミングが異なるため、第１分岐通路に絞り部があっても各圧力式アクチュエータに供給する負圧が不足することが防止される。

また、上記の発明において、前記内燃機関の気筒（３）に供給される吸気圧を検出する吸気圧センサ（１６）と、前記吸気圧センサによって検出された吸気圧と、前記内燃機関の運転状態及び前記圧力制御弁の作動状態に対応して予め設定された吸気圧の正常値との比較によって異常を検出する異常診断手段（９９）とを更に有するとよい。

この構成によれば、吸気圧に基づいて負圧システムの異常を検出することができる。

また、上記の発明において、前記過給装置は、高圧段タービン（２１Ａ）及び高圧段コンプレッサ（２１Ｂ）を備えた高圧段過給装置（２１）と、低圧段タービン（２２Ａ）及び低圧段コンプレッサ（２２Ｂ）を備え、前記高圧段過給装置に対して直列に接続された低圧段過給装置（２２）と、前記高圧段タービンに設けられ、タービンブレード（２５）に供給される排気圧力を変化させる可変ノズル機構（３０）と、前記高圧段タービンを迂回するバイパス通路（４４）に設けられた高圧段タービンバイパスバルブ（４５）と、前記低圧段タービンを迂回するバイパス通路（５１）に設けられた低圧段タービンバイパスバルブ（５２）と、前記高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路（６４）に設けられた高圧段コンプレッサバイパスバルブ（６５）とを有し、前記圧力式アクチュエータは、前記可変ノズル機構を駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第１圧力式アクチュエータ（３２）と、前記高圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第２圧力式アクチュエータ（４６）と、前記低圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第３圧力式アクチュエータ（５４）と、前記高圧段コンプレッサバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第４圧力式アクチュエータ（６６）とを有し、前記副通路は、前記第１圧力式アクチュエータ及び前記第４圧力式アクチュエータに接続された第１副通路（８７）と、前記第２圧力式アクチュエータ及び前記第３圧力式アクチュエータに接続された第２副通路（８８）とを有するとよい。

この構成によれば、多段過給装置を制御するために多くの圧力式アクチュエータを使用する負圧システムにおいても、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知を可能にすることができる。

以上の構成によれば、内燃機関の負圧供給装置において、漏れが生じた場合にブレーキブースタへの影響を小さくすると共に、漏れの早期検知が可能になる。

実施形態に係る内燃機関の負圧供給装置の構成図 第１アクチュエータの断面図 内燃機関の運転状態、各アクチュエータの負圧消費量、各バルブの開度を示す図

以下、図面を参照して、本発明に係る負圧システムを自動車の多段過給装置を備えた内燃機関に適用した実施形態について詳細に説明する。

図１に示すように、自動車の内燃機関１は、内燃機関本体２を有している。内燃機関本体２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであってよく、シリンダブロックやシリンダヘッド等から構成され、内部に気筒３を有している。

内燃機関本体２には、気筒３に連続する吸気ポート４及び排気ポート５が形成されている。吸気ポート４は内燃機関本体２の一方の側面に開口し、排気ポート５は内燃機関本体２の他方の側面に開口している。内燃機関本体２の一方の側面には吸気装置７が結合され、内燃機関本体２の他方の側面には排気装置８が結合されている。

吸気装置７は、吸気ポート４と共に気筒３に連通する一連の吸気通路１１を形成する。吸気装置７は、上流側から順に、エアインレット、エアクリーナ、多段過給装置１２の吸気側部分、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４、吸気マニホールド１５を直列に有し、吸気マニホールド１５において吸気ポート４に接続されている。吸気装置７の多段過給装置１２の吸気側部分よりも下流側（気筒３側）には、この部分の吸気圧を検出する吸気圧センサ１６が設けられている。本実施形態では、スロットルバルブ１４と吸気マニホールド１５の間に、吸気圧センサ１６が設けられている。

排気装置８は、排気ポート５と共に気筒３に連通する一連の排気通路１７を形成する。排気通路１７は、上流側から順に、排気マニホールド１８、多段過給装置１２の排気側部分、触媒コンバータ、マフラー、排気出口を有し、排気マニホールド１８において排気ポート５に接続されている。

多段過給装置１２は、高圧段過給装置２１と、低圧段過給装置２２とを備え、シーケンシャルターボチャージャシステムを構成している。高圧段過給装置２１は高圧段タービン２１Ａ及び高圧段コンプレッサ２１Ｂを有し、低圧段過給装置２２は低圧段タービン２２Ａ及び低圧段コンプレッサ２２Ｂを有する。

高圧段過給装置２１は、高圧段シャフト２４によって同軸かつ一体回転するように連結された高圧段タービンブレード２５及び高圧段コンプレッサブレード２６と、高圧段タービンブレード２５を収容する高圧段タービンハウジング２７と、高圧段コンプレッサブレード２６を収容する高圧段コンプレッサハウジング２８と、高圧段タービンハウジング２７と高圧段コンプレッサハウジング２８とを連結すると共に高圧段シャフト２４を回転可能に支持する高圧段ベアリングハウジング２９とを備えている。

高圧段過給装置２１は、高圧段タービンハウジング２７に可変ノズル機構３０を有する可変ノズルターボチャージャ（Variable Nozzle Turbo: VNT）である。可変ノズル機構３０は、高圧段タービンハウジング２７にそれぞれ回転可能に支持された複数の可変ノズルベーン３０Ａと、各可変ノズルベーン３０Ａに結合されたリンク部材３０Ｂとを有する。複数の可変ノズルベーン３０Ａは、高圧段シャフト２４の軸線を中心とした円周上に、それぞれの回転軸線が高圧段シャフト２４の軸線と平行になり、かつ先端側が高圧段タービンハウジング２７の径方向内側を向くように配置されている。リンク部材３０Ｂは、例えば円環形状に形成され、高圧段シャフト２４の軸線と同軸に配置されている。リンク部材３０Ｂが変位（回転）することによって、各可変ノズルベーン３０Ａの向きが変化し、各可変ノズルベーン間に形成される排気の流路断面積が変化する。可変ノズルベーン３０Ａは、例えば、エンジン回転数が低い場合に流路断面積を絞る（閉じる）ことによって、排気圧力（排気流速）を大きくして過給効率を高め、エンジン回転数が高い場合に流路断面積を広げる（開く）ことによって排気圧力（排気流速）を下げて排気抵抗を低減する。リンク部材３０Ｂは、第１アクチュエータ３２（ＶＮＴアクチュエータ）によって駆動される。可変ノズル機構３０は、排気を制御するバルブの一種であるため、以下の説明ではバルブ３０と記載する場合がある。

低圧段過給装置２２は、低圧段シャフト３３によって同軸かつ一体回転するように連結された低圧段タービンブレード３４及び低圧段コンプレッサブレード３５と、低圧段タービンブレード３４を収容する低圧段タービンハウジング３６と、低圧段コンプレッサブレード３５を収容する低圧段コンプレッサハウジング３７と、低圧段タービンハウジング３６と低圧段コンプレッサハウジング３７とを連結すると共に低圧段シャフト３３を回転可能に支持する低圧段ベアリングハウジング３８とを備えている。低圧段タービンハウジング３６は高圧段タービンハウジング２７よりも容積が大きく、低圧段コンプレッサハウジング３７は高圧段コンプレッサハウジング２８よりも容積が大きい。

高圧段タービンハウジング２７の排気入口は、第１排気通路４１によって排気マニホールド１８と接続されている。高圧段タービンハウジング２７の排気出口は、排気連結通路４２によって低圧段タービンハウジング３６の排気入口に接続されている。低圧段タービンハウジング３６の排気出口は、第２排気通路４３によって触媒コンバータに接続されている。

第１排気通路４１と排気連結通路４２とは、高圧段タービン２１Ａを迂回するタービンバイパス通路４４によって互いに接続されている。タービンバイパス通路４４には、タービンバイパス通路４４を開閉するタービンバイパスバルブ４５（ＴＢＶ）が設けられている。タービンバイパスバルブ４５は、スイングバルブであり、第２アクチュエータ４６（ＴＢＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。

排気連結通路４２と第２排気通路４３とは、低圧段タービン２２Ａを迂回するウェイストゲート通路５１によって互いに接続されている。ウェイストゲート通路５１には、ウェイストゲート通路５１を開閉するウェイストゲートバルブ５２（ＷＧＶ）が設けられている。ウェイストゲートバルブ５２は、スイングバルブであり、第３アクチュエータ４６（ＷＧＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。

低圧段コンプレッサハウジング３７の吸気入口は、第１吸気通路６１によってエアクリーナに接続されている。低圧段コンプレッサハウジング３７の吸気出口は、吸気連結通路６２によって高圧段コンプレッサハウジング２８の吸気入口に接続されている。高圧段コンプレッサハウジング２８の吸気出口は、第２吸気通路６３によってインタークーラ１３に接続されている。

吸気連結通路６２と第２吸気通路６３とは、高圧段コンプレッサ２１Ｂを迂回するコンプレッサバイパス通路６４によって互いに接続されている。コンプレッサバイパス通路６４には、コンプレッサバイパス通路６４を開閉するコンプレッサバイパスバルブ６５（ＣＢＶ）が設けられている。コンプレッサバイパスバルブ６５は、スイングバルブであり、第４アクチュエータ６６（ＣＢＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。

可変ノズル機構３０を駆動する第１アクチュエータ３２と、タービンバイパスバルブ４５を駆動する第２アクチュエータ４６と、ウェイストゲートバルブ５２を駆動する第３アクチュエータ５４と、コンプレッサバイパスバルブ６５を駆動する第４アクチュエータ６６とは、それぞれ圧力式アクチュエータである。各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、同様の構成を有するため、以下に第１アクチュエータ３２の構成について説明し、他のアクチュエータ４６、５４、６６の説明を省略する。

図２に示すように、第１アクチュエータ３２は、内室を有する中空の本体７１と、本体７１の内室を大気圧室７２と圧力室７３とに区画する隔壁７４と、隔壁７４に結合された基端と、本体７１から突出して作動対象に接続される先端とを備えた駆動軸７５とを有する。

隔壁７４は、本体７１内において変位可能であり、大気圧室７２及び圧力室７３の圧力差に応じて大気圧室７２及び圧力室７３の体積を変化させる。本実施形態では、隔壁７４は可撓性を有するダイヤフラムであり、縁部が本体７１に結合されている。他の実施形態では、隔壁７４は本体７１の内室に摺動可能に設けられたピストンであってもよい。

駆動軸７５は、隔壁７４に結合された基端から大気圧室７２内を通過して本体７１の外方に突出している。本体７１は、本体７１の外面から大気圧室７２に延びる貫通孔である呼吸孔７７を有している。呼吸孔７７によって大気圧室７２は大気圧に維持される。また、本体７１は、本体７１の外面から圧力室７３に延びる貫通孔である圧力供給孔７８を有している。各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の各圧力供給孔７８は以下に説明する負圧供給装置８０に接続されている。

圧力室７３には、隔壁７４を大気圧室７２側に付勢する付勢部材７９が設けられている。本実施形態では、付勢部材７９は圧縮コイルばねであり、隔壁７４の圧力室７３側部分に当接した一端と、本体７１の隔壁７４と対向する部分に当接した他端とを有している。付勢部材７９により、圧力室７３に大気圧が供給された初期状態では、隔壁７４は大気圧室側に位置し、駆動軸７５は最も突出した位置にある。圧力供給孔７８を介して圧力室７３に負圧が供給されると、隔壁７４は付勢部材７９の付勢力に抗して圧力室７３側に移動し、駆動軸７５の突出長さが小さくなる。

図１に示すように、負圧供給装置８０は、負圧源としての負圧ポンプ８１を有する。負圧ポンプ８１は、公知の負圧ポンプ（真空ポンプ）であり、本実施形態では内燃機関本体２のクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと自身の駆動軸が連結され、カムシャフトの回転力を受けて負圧を発生する。

負圧ポンプ８１には主通路８４が接続されている。主通路８４は、負圧ポンプ８１の吸引作用によって負圧となる。主通路８４には、一方向弁８５を介してブレーキブースタ８６（倍力装置）が接続されている。ブレーキブースタ８６は、公知のブレーキブースタであり、供給される負圧を利用して、乗員によるブレーキペダルの踏み込みをアシストする。一方向弁８５はブレーキブースタ８６側から主通路８４側への気体の流れを許容する一方、逆の流れを阻止する。

主通路８４には、第１副通路８７及び第２副通路８８が接続されている。第１副通路８７は、主通路８４から分岐した第１分岐通路８７Ａと、第１分岐通路８７Ａから分岐した２つの第２分岐通路８７Ｂ、８７Ｃとを有する。同様に、第２副通路８８は、主通路８４から分岐した第１分岐通路８８Ａと、第１分岐通路８８Ａから分岐した２つの第２分岐通路８８Ｂ、８８Ｃとを有する。第１副通路８７の一方の第２分岐通路８７Ｂの端部は第１アクチュエータ３２の圧力供給孔７８に接続され、他方の第２分岐通路８７Ｃの端部は第４アクチュエータ６６の圧力供給孔７８に接続されている。第２副通路８８の一方の第２分岐通路８８Ｂの端部は第２アクチュエータ４６の圧力供給孔７８に接続され、他方の第２分岐通路８８Ｃの端部は第３アクチュエータ５４の圧力供給孔７８に接続されている。

第２分岐通路８７Ｂには第１圧力制御弁９１が設けられ、第２分岐通路８８Ｂには第２圧力制御弁９２が設けられ、第２分岐通路８８Ｃには第３圧力制御弁９３が設けられ、第２分岐通路８７Ｃには第４圧力制御弁９４が設けられている。第１〜第３圧力制御弁９１〜９３は、主通路８４側から供給される元圧（負圧）と大気圧とが入力され、元圧から大気圧の間の任意の値に調圧された圧力を出力として各アクチュエータ３２、４６、５４側に供給するＥＶＲＶ（Electric Vacuum Regulating Valve、またはリニアソレノイドバルブ）である。第４圧力制御弁９４は、主通路８４側から供給される元圧（負圧）と大気圧とが入力され、元圧又は大気圧を第４アクチュエータ６６側に供給するＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）である。各圧力制御弁９１〜９４は、ＥＣＵ９５によって制御され、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６に指令に応じた圧力を供給する。ＥＣＵ９５は、後述するように内燃機関１の運転状態に応じて圧力制御弁９１〜９４への指令信号を生成する。

各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、第１〜第４圧力制御弁９１〜９４から大気圧が供給されたときに、駆動軸７５の突出長さが最大になり、第１〜第４圧力制御弁９１〜９４から負圧が供給されたときに駆動軸７５の突出長さが小さくなる。駆動軸７５の突出長さが最大となるときをアクチュエータ３２、４６、５４、６６の初期状態とし、突出長さが最小となるときを最駆動状態とする。第１〜第３圧力制御弁９１〜９３は、第１〜第３アクチュエータ３２、４６、５４に供給する負圧の大きさを調整可能であるため、第１〜第３アクチュエータ３２、４６、５４は初期状態と最駆動状態との間の任意の駆動状態となることができる。一方、第４圧力制御弁９１〜９３は、第４アクチュエータ６６に供給可能な圧力が元圧と大気圧の２つのみであるため、第４アクチュエータ６６は初期状態及び最駆動状態の２つの状態となることができる。

可変ノズル機構３０では、第１アクチュエータ３２が初期状態であるときに各可変ノズルベーン３０Ａ間の流路断面積が最大となり、第１アクチュエータ３２が最駆動状態であるときに各可変ノズルベーン３０Ａ間の流路断面積が最小となる。タービンバイパスバルブ４５は、第２アクチュエータ４６が初期状態であるときに全開となり、第２アクチュエータ４６が最駆動状態であるときに全閉となる。ウェイストゲートバルブ５２は、第３アクチュエータ５４が初期状態であるときに全閉となり、第２アクチュエータ５４が最駆動状態であるときに全開となる。コンプレッサバイパスバルブ６５は、第４アクチュエータ６６が初期状態であるときに全閉となり、第４アクチュエータ６６が最駆動状態であるときに全開となる。

図３は、内燃機関１の運転状態、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の負圧消費量、各バルブ３０、４５、５２、６５の開度を示す図である。図３に示すように、可変ノズル機構３０は、エンジン回転数が低い内燃機関１の低負荷運転状態で開度を小さくし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、エンジン回転数が高い内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。可変ノズル機構３０の作動によって、多段過給装置１２に供給される排気圧が低い低負荷運転状態では、可変ノズルベーン３０Ａ間の流路が絞られて高圧段タービンブレード２５に供給される排気圧力が増加し、排気圧が高い高負荷運転状態では、可変ノズルベーン３０Ａ間の流路が開かれて高圧段タービンブレード２５に供給される排気圧力が低下する。可変ノズル機構３０の作動を行うために、第１アクチュエータ３２は、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。

タービンバイパスバルブ４５は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。タービンバイパスバルブ４５の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、タービンバイパス通路４４が閉じられて排気の全量が高圧段タービン２１Ａを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、タービンバイパスバルブ４５によってタービンバイパス通路４４が開かれ、排気の大部分が高圧段タービン２１Ａを迂回して低圧段タービン２２Ａに直接に流れる。これにより、排気圧が高い状態では、高圧段過給装置２１よりも低圧段過給装置２２が使用される。タービンバイパスバルブ４５は初期状態において全開であるため、第２アクチュエータ４６は、タービンバイパスバルブ４５の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。

ウェイストゲートバルブ５２は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくする。ウェイストゲートバルブ５２の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、ウェイストゲート通路５１が閉じられて排気の全量が低圧段タービン２２Ａを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、ウェイストゲートバルブ５２によってウェイストゲート通路５１が開かれ、排気の一部が低圧段タービン２２Ａを迂回して下流側に流れるようになる。これにより、過給圧の制御が可能になると共に、低圧段過給装置２２の過回転が防止される。ウェイストゲートバルブ５２は初期状態において全閉であるため、第３アクチュエータ５４は、ウェイストゲートバルブ５２の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。

コンプレッサバイパスバルブ６５は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。コンプレッサバイパスバルブ６５の作動によって、低負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路６４が閉じられて吸気の全量が高圧段コンプレッサ２１Ｂを通過し、高負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路６４が開かれて吸気の大部分が高圧段コンプレッサ２１Ｂを迂回して流れる。これにより、高圧段コンプレッサ２１Ｂが吸気抵抗となることが防止される。コンプレッサバイパスバルブ６５は初期状態において全閉であるため、第４アクチュエータ６６は、コンプレッサバイパスバルブ６５の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。

第１及び第２副通路８７、８８の第１分岐通路８７Ａ、８８Ａには、それぞれ絞り部９７が設けられている。絞り部９７は、第１分岐通路８７Ａ、８８Ａの内径よりも小さい内径を有する。絞り部９７は、第１分岐通路８７Ａ、８８Ａを形成する管部材と一体に形成されてもよく、管部材に対して別体に形成された部品を管部材に組み込むことによって形成されてもよい。

絞り部９７は、各副通路８７、８８の絞り部９７よりも第２分岐通路８７Ｂ、８７Ｃ、８８Ｂ、８８Ｃ側が破損して大気圧になる場合に、絞り部９７よりも主通路８４側の負圧に与える影響を小さくする目的で設けられている。絞り部９７の内径は、各副通路８７、８８の主通路側がブレーキブースタ８６の作動を可能にする圧力以上に維持されるように設定されているとよい。また、絞り部９７の内径は、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の応答時間を考慮して設定されるとよい。

以上のように、内燃機関１の多段過給装置１２を制御するための負圧システム１００は、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６と、負圧ポンプ８１、主通路８４、第１及び第２副通路８７、８８、及び第１〜第４圧力制御弁９１〜９４を含む負圧供給装置８０とによって構成される。

ＥＣＵ９５は、負圧供給装置８０の異常を検出する異常診断部９９を有する。異常診断部９９は、内燃機関１の状態量に応じて予め設定された吸気圧の正常値のマップを有する。内燃機関１の状態量は、エンジン回転数や燃料噴射量、アクセルペダル踏込量や、車速等を含む。本実施形態では、状態量としてエンジン回転数及び燃料噴射量が採用され、これらに対して吸気圧の正常値が設定されている。なお、各バルブ３０、４５、５２、６５は、内燃機関１の状態量に応じて制御されるため、吸気圧の正常値のマップは各バルブ３０、４５、５２、６５の作動を考慮したものとなっている。

異常診断部９９は、マップを参照して内燃機関１の状態量に基づいて吸気圧の正常値を取得し、吸気圧の正常値と、吸気圧センサ１６によって検出された吸気圧との比較によって、負圧供給装置８０の異常を検出する。例えば、異常診断部９９は、吸気圧の正常値と、実際の吸気圧との差が所定値以上の場合に異常が生じていると判断する。この判断手法は、通常であれば作動するべき各バルブ３０、４５、５２、６５のいずれかが圧力漏れや固着等によって作動しない場合、吸気圧の正常値と実際の吸気圧との間に所定値以上の差が生じることに基づいている。

異常診断部９９は、内燃機関１の運転状態に関わらず、主通路８４の異常、第１副通路８７の第１及び第４圧力制御弁９１、９４よりも主通路側部分の異常、第２副通路８８の第２及び第３圧力制御弁９２、９３よりも主通路側部分の異常を検出することができる。また、異常診断部９９は、内燃機関１の運転状態が低負荷領域の場合、第１圧力制御弁９１の異常、第１副通路８７における第１圧力制御弁９１と第１アクチュエータ３２との間の部分の異常、第１アクチュエータ３２の異常、可変ノズル機構３０の異常、第２圧力制御弁９２の異常、第２副通路８８における第２圧力制御弁９２と第２アクチュエータ４６との間の部分の異常、第２アクチュエータ４６の異常、タービンバイパスバルブ４５の異常を更に検出することができる。また、異常診断部９９は、内燃機関１の運転状態が高負荷領域の場合、第４圧力制御弁９４の異常、第１副通路８７における第４圧力制御弁９４と第４アクチュエータ６６との間の部分の異常、第４アクチュエータ６６の異常、コンプレッサバイパスバルブ６５の異常、第３圧力制御弁９３の異常、第２副通路８８における第３圧力制御弁９３と第３アクチュエータ５４との間の部分の異常、第３アクチュエータ５４の異常、ウェイストゲートバルブ５２の異常を更に検出することができる。ここでの各通路の異常は圧力漏れを伴う破損を含み、各バルブや各圧力制御弁の異常は圧力漏れを伴う破損や固着等による作動不良を含む。

以上のように構成した実施形態に係る負圧システム１００の効果について説明する。負圧システム１００では、絞り部９７が第１及び第２副通路８７、８８の第１分岐通路８７Ａ、８８Ａに設けられているため、各副通路８７、８８の絞り部９７よりも第２分岐通路側に圧力漏れが発生しても、主通路８４の圧力低下が抑制され、ブレーキブースタ８６の作動への影響が小さくなる。

また、絞り部９７が第１副通路８７の第１分岐通路８７Ａに設けられているため、副通路８７における絞り部９７と第１及び第４圧力制御弁９１、９４との間の部分に圧力漏れが生じている場合、第１及び第４アクチュエータ３２、６６のいずれも負圧の供給を受けることができず作動不能になる。そして、第１圧力式アクチュエータが、自動車の運転初期に発生する低負荷運転状態において作動するものであるため、運転初期において想定される吸気圧と、実際の吸気圧との間に差が生じ、異常診断部９９によって検出される。そのため、運転初期において異常を早期に検出することができる。仮に、第１副通路８７に後負荷運転状態時に負圧を消費する第３アクチュエータ５４及び第４アクチュエータ６６のみが接続されていると、低負荷運転状態である運転初期には、副通路８７における絞り部９７と第１及び第４圧力制御弁９１、９４との間の部分に圧力漏れは異常診断部９９によって検知することができない。なお、第２副通路８８についても第１副通路８７と同様の効果を奏する。

第１副通路８７に接続された第１及び第４圧力制御弁９１、９４は、各アクチュエータ３２、６６に負圧を供給するタイミングが異なるため、第１分岐通路８７Ａに絞り部９７があっても各アクチュエータ３２、６６に供給する負圧が不足することが防止される。なお、第２副通路８８についても第１副通路８７と同様の効果を奏する。

内燃機関１が低負荷運転状態のときに、負圧を供給する第１及び第２圧力制御弁９１、９２が第１及び第２副通路８７、８８に分散されて配置されているため、絞り部９７があっても各アクチュエータ３２、４６に供給する負圧が不足することが防止される。なお、第３及び第４圧力制御弁９３、９４についても同様の効果を奏する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、２つの副通路８７、８８を有する負圧システム１００の例を示したが、副通路の数はアクチュエータの数に応じて任意の数にすることができる。また、副通路８７、８８に設ける第２分岐通路の数は２以上の任意の数であればよい。

１ ：内燃機関
１２ ：多段過給装置
１６ ：吸気圧センサ
２１ ：高圧段過給装置
２１Ａ ：高圧段タービン
２１Ｂ ：高圧段コンプレッサ
２２ ：低圧段過給装置
２２Ａ ：低圧段タービン
２２Ｂ ：低圧段コンプレッサ
３０ ：可変ノズル機構
３２ ：第１アクチュエータ
４４ ：タービンバイパス通路
４５ ：タービンバイパスバルブ
４６ ：第２アクチュエータ
５１ ：ウェイストゲート通路
５２ ：ウェイストゲートバルブ
５４ ：第３アクチュエータ
６４ ：コンプレッサバイパス通路
６５ ：コンプレッサバイパスバルブ
６６ ：第４アクチュエータ
８０ ：負圧供給装置
８１ ：負圧ポンプ（負圧源）
９２ ：第２圧力制御弁
８４ ：主通路
８６ ：ブレーキブースタ
８７、８８ ：副通路
８７Ａ、８８Ａ ：第１分岐通路
８７Ｂ、８７Ｃ、８８Ｂ、８８Ｃ ：第２分岐通路
９１〜９４ ：圧力制御弁
９５ ：ＥＣＵ
９７ ：絞り部
９９ ：異常診断部
１００ ：負圧システム

Claims (4)

1. 内燃機関の負圧システムであって、
   負圧源と、
   前記負圧源に接続されると共に、ブレーキブースタに接続された主通路と、
   前記主通路から分岐した第１分岐通路、前記第１分岐通路から分岐した複数の第２分岐通路、及び前記第１分岐通路に設けられた絞り部を備えた少なくとも１つの副通路と、
   過給装置を制御するために、前記第２分岐通路のそれぞれに接続された複数の圧力式アクチュエータと、
   前記第２分岐通路のそれぞれに設けられ、前記圧力式アクチュエータへの負圧の供給を制御する複数の圧力制御弁とを有し、
   前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が低負荷域運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁を少なくとも１つ含むことを特徴とする内燃機関の負圧システム。
2. 前記副通路のそれぞれは、前記内燃機関が高負荷運転状態のときに前記圧力式アクチュエータに負圧を供給する前記圧力制御弁を少なくとも１つ含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の負圧システム。
3. 前記内燃機関の気筒に供給される吸気圧を検出する吸気圧センサと、
   前記吸気圧センサによって検出された吸気圧と、前記内燃機関の運転状態及び前記圧力制御弁の作動状態に対応して予め設定された吸気圧の正常値との比較によって異常を検出する異常診断手段とを更に有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の負圧システム。
4. 前記過給装置は、高圧段タービン及び高圧段コンプレッサを備えた高圧段過給装置と、低圧段タービン及び低圧段コンプレッサを備え、前記高圧段過給装置に対して直列に接続された低圧段過給装置と、前記高圧段タービンに設けられ、タービンブレードに供給される排気圧力を変化させる可変ノズル機構と、前記高圧段タービンを迂回するバイパス通路に設けられた高圧段タービンバイパスバルブと、前記低圧段タービンを迂回するバイパス通路に設けられた低圧段タービンバイパスバルブと、前記高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路に設けられた高圧段コンプレッサバイパスバルブとを有し、
   前記圧力式アクチュエータは、前記可変ノズル機構を駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第１圧力式アクチュエータと、前記高圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、高負荷運転状態よりも低負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第２圧力式アクチュエータと、前記低圧段タービンバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第３圧力式アクチュエータと、前記高圧段コンプレッサバイパスバルブを駆動するべく、低負荷運転状態よりも高負荷運転状態のときに負圧消費量が多い第４圧力式アクチュエータとを有し、
   前記副通路は、前記第１圧力式アクチュエータ及び前記第４圧力式アクチュエータに接続された第１副通路と、前記第２圧力式アクチュエータ及び前記第３圧力式アクチュエータに接続された第２副通路とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の負圧システム。

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