JP5299390B2 - ターボチャージャ - Google Patents

Description

本発明は、独立した２つのバルブを備えるターボチャージャに関し、特に２つのバルブの駆動技術に関する。

独立した２つのバルブを備えるターボチャージャの一例として、特許文献１および特許文献２に開示される技術が知られている。
特許文献１、２に開示されるターボチャージャは、容量可変バルブ（タービン羽根車に流入する排気の流路面積を可変するバルブ）とウエストゲートバルブとを搭載する。

容量可変バルブは、エンジンの運転状態に応じた目標トルクが得られるように、エンジン回転数やエンジン負荷（アクセル開度）などに応じて開度制御される。
一方、ウエストゲートバルブは、過過給（吸気圧の過剰上昇）を防ぐものであり、過給圧やタービン羽根車の入口の排気圧などに応じて開度制御される。

このように、容量可変バルブとウエストゲートバルブは、それぞれが別の運転要因に基づいて作動制御される。
このため、特許文献１、２の技術では、容量可変バルブを駆動するための「専用のアクチュエータ」と、ウエストゲートバルブを駆動するための「専用のアクチュエータ」とを用いて、容量可変バルブおよびウエストゲートバルブを独立制御するように設けられており、コストアップ、体格アップ、重量アップの要因になっていた。

そこで、小型化、軽量化、コスト削減などの目的で、容量可変バルブとウエストゲートバルブとを、１つのアクチュエータ（例えば、電動モータ＋減速装置で構成される電動アクチュエータ）で駆動する要求がある。

この要求に答えるため、図６に示すように（符号は、後述する［発明を実施するための形態］および［実施例］と関連機能物に対して同一符号を付したものである）、
・１つの電動アクチュエータ４で容量可変バルブ２を駆動するとともに、
・電動アクチュエータ４の出力を、カムプレート５に設けたカム溝３３で変換させ、カム溝３３に係合するリンク３２（トルク伝達ロッド）を用いてウエストゲートバルブ３に伝えることで、
１つの電動アクチュエータ４で容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３の両方を操作する技術が提案されている（この技術は提案技術であり、周知技術ではない）。

この提案技術のカムプレート５は、容量可変バルブ２と一体に回転するように設けられる。このため、カムプレート５は、容量可変バルブ２を装着するタービンハウジング６に設置される。
タービンハウジング６は、エンジンから排出された高温の排気ガスを内部に流すため高温になる。このため、カムプレート５は、タービンハウジング６から高熱を受けて歪みが発生し、カムプレート５とリンク３２との係合部にガタ（規定以上の隙間）が発生する懸念がある。

このガタが発生することにより、ウエストゲートバルブ３の開度精度が低下したり、ウエストゲートバルブ３が作動不良を起こす懸念が生じる。また、ガタが原因でカムプレート５とリンク３２がロックすると、カムプレート５が回転できなくなり、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３の両方が作動不良を起こす可能性がある。

実開昭６２−１６２３４９号公報 特開２００８−１９６３３２号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、独立した２つのバルブ（例えば、容量可変バルブとウエストゲートバルブ）を１つのアクチュエータで駆動するターボチャージャにおいて、熱によるカムプレートの歪みの発生を防ぎ、カムプレートとリンクのガタの発生を防ぐことを目的としている。

〔請求項１の手段〕
請求項１のターボチャージャは、１つのアクチュエータとカムプレートを用いて独立した２つのバルブを駆動するものであり、アクチュエータとカムプレートを、タービンハウジングとは異なる部材（コンプレッサハウジング、センターハウジング等）に取り付けることで、アクチュエータとカムプレートをタービンハウジングから離して低温環境に配置するものである。
このように、アクチュエータを低温環境に配置できるため、アクチュエータの耐熱性を確保する必要が無くなり、アクチュエータのコストを抑えることができる。

また、カムプレートを低温環境に配置できるため、カムプレートがタービンハウジングの高熱によって歪む不具合を回避でき、カムプレートとリンクとの係合部にガタが発生する不具合を回避できる。
このように、ガタの発生が防がれるため、独立した２つのバルブの作動不良や開度精度の劣化を防ぐことができる。このため、１つのアクチュエータによって２つのバルブを駆動するターボチャージャの信頼性を高めることができる
又、請求項１のターボチャージャは、１つのカム溝によって２つのバルブを駆動するものである。そのため、カムプレートを小型化でき、搭載性を向上できるとともに、コストを抑えることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２のターボチャージャにおいて独立した２つのバルブのそれぞれは、常にバルブ開度を初期位置へ戻すためのリターンスプリングを備える。
これにより、独立した２つのバルブに、それぞれのリターンスプリングの付勢力が常時加わる。このため、排気脈動やエンジン振動によって、それぞれのバルブがばたつく不具合を抑えることができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３のターボチャージャのカム溝は、
・カムプレートの回転中心と同一中心の同心円弧溝を備え、
・この同心円弧溝の一端に、２つのバルブのうちの一方のバルブを駆動するカム溝が接続され、
・同心円弧溝の他端に、２つのバルブのうちの他方のバルブを駆動するカム溝が接続される。
このように、カム溝の中央部分に同心円弧溝を配置することで、電動アクチュエータが、２つのバルブを同時に駆動する区間を無くすことができる。
これにより、アクチュエータに要求される駆動力を抑えることができ、アクチュエータを小型化できる。

〔請求項４の手段〕
請求項４のターボチャージャのカム溝において、
・一方のバルブを駆動するカム溝は、同心円弧溝より曲率半径の大きい大円弧溝であり、
・他方のバルブを駆動するカム溝は、同心円弧溝より曲率半径の小さい小円弧溝である。
このように、カム溝の全てを円弧の溝で構成することにより、滑らかなカム溝を形成することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５のターボチャージャにおける２つのバルブは、容量可変バルブとウエストゲートバルブである。
このため、カムプレートとリンクとの係合部のガタが防がれることで、容量可変バルブとウエストゲートバルブの作動不良を防ぐことはもちろん、容量可変バルブとウエストゲートバルブの開度精度の劣化を防ぐことができる。
その結果、１つのアクチュエータによって容量可変バルブとウエストゲートバルブを駆動するターボチャージャの信頼性を高めることができる。

バルブ駆動部の作動説明図である（実施例）。 ターボチャージャの軸方向に沿う断面図、およびＡ−Ａ線に沿うタービンハウジングにおける排気入口の断面図である（実施例）。 カムプレートにおけるカム溝の説明図である（実施例）。 カムプレートの回転角度に対する容量可変バルブとウエストゲートバルブのバルブ開度の関係を示すグラフである（実施例）。 エンジン回転数に対する容量可変バルブとウエストゲートバルブのバルブ開度の関係を示すグラフである（実施例） バルブ駆動部の説明図である（提案技術）。

図面を参照して［発明を実施するための形態］を説明する。
ターボチャージャは、
タービン羽根車１に流入する排気の流路面積を可変する容量可変バルブ２と、
タービン羽根車１を迂回する排気の流路面積を可変するウエストゲートバルブ３とを備える。
このターボチャージャは、１つ電動アクチュエータ４と、この電動アクチュエータ４によって駆動されるカムプレート５とを用いて、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３を駆動する。
電動アクチュエータ４およびカムプレート５は、タービン羽根車１を収容するタービンハウジング６とは異なる部材（コンプレッサハウジング７、センターハウジング８等）に取り付けられることで、電動アクチュエータ４およびカムプレート５をタービンハウジング６から離して低温環境に配置する。

以下において本発明が適用された具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。なお、以下の実施例において上記［発明を実施するための形態］と同一符号は、同一機能物を示すものである。

（ターボチャージャの説明）
ターボチャージャは、エンジン（燃料の燃焼により回転動力を発生する内燃機関：ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等を問わない、レシプロエンジン、ロータリーエンジン等を問わない）に搭載されるものであり、この実施例のターボチャージャは、車両走行用エンジンに搭載されるものとして説明する。

ターボチャージャは、エンジンから排出される排気ガスのエネルギーによって、エンジンに吸い込まれる吸気を加圧する過給装置であり、図２（ａ）に示すように、
・排気によって回転駆動されるタービン羽根車１と、
・このタービン羽根車１を収容する渦巻形状を呈するタービンハウジング６と、
・タービン羽根車１の回転力により駆動されて吸気を加圧するコンプレッサ羽根車９と、・このコンプレッサ羽根車９を収容する渦巻形状を呈するコンプレッサハウジング７と、・タービン羽根車１の回転をコンプレッサ羽根車９に伝達するシャフト１０と、
・このシャフト１０を高速回転自在に支持するセンターハウジング８と、
を備える。
そして、ターボチャージャは、タービンハウジング６とコンプレッサハウジング７の間にセンターハウジング８を配置した状態で、スタットボルト等により結合した構成を採用する。

（容量可変バルブ２の説明）
このターボチャージャは、容量可変タイプであり、タービンハウジング６の内部は、図２（ａ）に示すように、仕切壁１１によって区画されており、タービンハウジング６の内部に、第１スクロール流路１２と第２スクロール流路１３（図２中のスクロール１とスクロール２）が形成されている。
この第１、第２スクロール流路１２、１３は、それぞれタービン羽根車１の周囲に形成されて、排気ガスの流れをタービン羽根車１に与えるものである。

仕切壁１１は、図２（ｂ）に示すように、タービンハウジング６における排気流入口（エキマニの接続付近）６ａまで形成されており、第１スクロール流路１２の排気上流が、排気流入口６ａと常時連通するように設けられている。

第１スクロール流路１２の排気上流は、図２（ｂ）に示すように、仕切壁１１によって排気通路が排気下流方向に向かって絞られている。
この絞り部を形成する仕切壁１１には、第１スクロール流路１２と第２スクロール流路１３とを連通する容量可変用連通穴１４が形成されている。
この容量可変用連通穴１４は、容量可変バルブ２によって開閉される。この容量可変バルブ２が容量可変用連通穴１４の開度調整を行なうことで、第２スクロール流路１３からタービン羽根車１に向かう排気ガスの量をコントロールすることができる。即ち、容量可変バルブ２の開度に応じてタービン羽根車１に流入する排気の流路面積を可変することができる。

容量可変バルブ２は、タービンハウジング６に対して回転自在に支持される第１バルブ回転軸１５の回動操作により回動して容量可変用連通穴１４の開閉を行なうものであり、容量可変用連通穴１４を直接開閉する第１弁体１６と、タービンハウジング６の内部に配置されて第１弁体１６と第１バルブ回転軸１５を結合する第１内部アーム１７と、タービンハウジング６の外部に配置されて第１バルブ回転軸１５と一体に回転する第１外部アーム１８とを備える。
これにより、第１外部アーム１８を回動操作することで、第１弁体１６によって容量可変用連通穴１４の開度を調整でき、結果的に第２スクロール流路１３からタービン羽根車１に向かう排気ガスの量をコントロールすることができる。
なお、この実施例は、第１バルブ回転軸１５と第１内部アーム１７が１つの部品で形成されたものである。

（ウエストゲートバルブ３の説明）
一方、第２スクロール流路１３の外壁には、図２（ｂ）に示すように、排気ガスの一部を、タービン羽根車１を迂回（バイパス）させて排気下流側（マフラー側）に導くウエストゲート用連通穴２１が形成されている。
このウエストゲート用連通穴２１は、ウエストゲートバルブ３によって開閉される。このウエストゲートバルブ３がウエストゲート用連通穴２１の開度調整を行なうことで、タービン羽根車１を迂回する排気ガスの量をコントロールすることができる。

ウエストゲートバルブ３は、上述した容量可変バルブ２と同様の構造を備える。
具体的に、ウエストゲートバルブ３は、タービンハウジング６に対して回転自在に支持される第２バルブ回転軸２２の回動操作により回動してウエストゲート用連通穴２１の開閉を行なうものであり、ウエストゲート用連通穴２１を直接開閉する第２弁体２３と、タービンハウジング６の内部に配置されて第２弁体２３と第２バルブ回転軸２２を結合する第２内部アーム２４と、タービンハウジング６の外部に配置されて第２バルブ回転軸２２と一体に回転する第２外部アーム２５とを備える。
これにより、第２外部アーム２５を回動操作することで、第２弁体２３によってウエストゲート用連通穴２１の開度を調整でき、結果的にタービン羽根車１を迂回する排気ガスの量をコントロールすることができる。
なお、この実施例は、第２バルブ回転軸２２と第２内部アーム２４が１つの部品で形成されたものである｛図２（ａ）参照｝。

ここで、第１バルブ回転軸１５と第２バルブ回転軸２２は、平行に配置されるものである。
また、第１バルブ回転軸１５と第２バルブ回転軸２２は、タービンハウジング６に装着された軸受部（筒状の軸受ブッシュ等）２６によって回転自在に支持されるものであり、内部を流れる排気がタービンハウジング６の外部へ漏れないように設けられている。

（容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の駆動装置の説明）
この実施例では、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３のそれぞれに、常にバルブ開度を初期位置へ戻すためのリターンスプリング（図示しない）が独立して設けられている。
具体的に、容量可変バルブ２には、バルブ開度を初期位置（容量可変用連通穴１４を閉塞する閉弁位置）へ戻すための専用リターンスプリングが設けられている。
同様に、ウエストゲートバルブ３には、バルブ開度を初期位置（ウエストゲート用連通穴２１を閉塞する閉弁位置）へ戻すための専用リターンスプリングが設けられている。

上述した容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３の両方は、１つの電動アクチュエータ４によって駆動される。
具体的に、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３の両方は、
・１つの電動アクチュエータ４と、
・この電動アクチュエータ４の出力トルクを変換して容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３に伝達するリンク装置３０と、
によって駆動されるように設けられている。

（電動アクチュエータ４の説明）
電動アクチュエータ４は、通電により回転出力を発生する電動モータ（例えば、ＤＣモータ）と、この電動モータの回転出力を減速して出力トルクを増大させる減速装置（例えば歯車減速装置）とを組み合わせたものであり、電動モータに印加される通電量に応じた回転出力を発生するものである。
この実施例の電動アクチュエータ４は、一例として、リターンスプリングを内蔵しないものである。

このように、電動アクチュエータ４は、リターンスプリングを内蔵しないものであるが、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３のそれぞれに設けたリターンスプリングの復元力が、リンク装置３０を介して電動アクチュエータ４に伝達されるため、電動アクチュエータ４の出力軸を初期位置に戻すことができる。
なお、この実施例とは異なるが、電動アクチュエータ４に付勢力の小さい補助リターンスプリングを設けて、電動アクチュエータ４の出力軸の開度を初期位置に戻す力を発生させても良い。

電動アクチュエータ４の作動を説明すると、
（ｉ）電動モータの通電量を大きくして電動アクチュエータ４の出力トルクを大きくするに従い、リターンスプリングの付勢力に抗して電動アクチュエータ４の出力軸の回転角度が大きくなり、
（ｉｉ）電動モータの通電量を小さくして電動アクチュエータ４の出力トルクを小さくするに従い、リターンスプリングの付勢力によって電動アクチュエータ４の出力軸の回転角度が小さくなり、
（ｉｉｉ）電動モータの通電を停止することにより、リターンスプリングの付勢力によって電動アクチュエータ４の出力軸の回転角度が初期位置（回転角度０°の位置）に戻される。

なお、電動アクチュエータ４は、出力軸の回転角度を検出する回転角センサ（図示しない）を備える。この回転角センサは、磁気センサ等を用いた非接触型であっても良いし、ポテンショメータなどを用いた接触型であっても良い。
回転角センサのセンサ出力は、電動アクチュエータ４を通電制御することで容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の開度制御を行なうＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニットの略：図示しない）に出力される。

（リンク装置３０の説明）
この実施例は、上述した電動アクチュエータ４と、この電動アクチュエータ４の出力軸に結合されるカムプレート５とが、タービンハウジング６から離れた位置に取り付けられるものである。
具体的には、電動アクチュエータ４およびカムプレート５を、タービンハウジング６から離して低温環境に配置するものであり、電動アクチュエータ４は、コンプレッサハウジング７（またはセンターハウジング８）に、ステー等を介して取り付けられるものである。
なお、電動アクチュエータ４およびカムプレート５をステー等を介して支持する部材は、コンプレッサハウジング７またはセンターハウジング８に限定されるものではなく、電動アクチュエータ４およびカムプレート５を低温環境に配置可能であれば良い。

このように、電動アクチュエータ４およびカムプレート５が、タービンハウジング６から離れた位置に配置されるため、
リンク装置３０は、
・低温環境のカムプレート５と高温環境の第１外部アーム１８（上述したように、容量可変バルブ２を回動操作するアーム）を連結する第１リンク３１と、
・低温環境のカムプレート５と高温環境の第２外部アーム２５（上述したように、ウエストゲートバルブ３を回動操作するアーム）を連結する第２リンク３２と、
を用いる。

（カムプレート５の説明）
カムプレート５は、板状を呈し、耐熱・耐摩耗性に優れた材料（例えば、金属材料あるいは樹脂材料）により形成されたものであり、具体的な一例を開示すると電動アクチュエータ４の出力軸に対して直角に固定配置されるものである。なお、図３の符号５ａは、カムプレート５に形成された二面幅のシャフト挿通穴であり、電動アクチュエータ４の出力軸と嵌まり合うことで、カムプレート５が電動アクチュエータ４の出力軸と一体に回転する。

カムプレート５は、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の両方を駆動する１つのカム溝３３を備える。
このカム溝３３は、図３に示すように、
（ｉ）第１リンク３１（容量可変バルブ２）のみを駆動する第１カム溝領域３３ａと、
（ｉｉ）第１、第２リンク３１、３２（容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３）を非駆動にする第２カム溝領域３３ｂと、
（ｉｉｉ）第２リンク３２（ウエストゲートバルブ３）のみを駆動する第３カム溝領域３３ｃと、
で構成される。

ここで、第１〜第３カム溝領域３３ａ〜３３ｃの各形成範囲（カムプレート５の回転角に対応したカム溝３３の範囲）を説明する。
第１、第２リンク３１、３２は、後述するように棒状を呈するロッド部品であり、この実施例では、図１に示すように、第１、第２リンク３１、３２の各延長線上にカムプレート５の回転中心が位置するように、第１、第２リンク３１、３２がＶ字配置されるものである。

そして、この実施例では、電動アクチュエータ４が、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３（２つのバルブ）を同時に駆動する回動区間を無くすために、
・カム溝３３の中央部分に第２カム溝領域３３ｂを配置する構成に加え、
・第１、第２リンク３１、３２の角度をＸとした場合、
（ｉ）第１カム溝領域３３ａの回動範囲θａが「Ｘ以下」に設けられ、
（ｉｉ）第２カム溝領域３３ｂの回動範囲θｂが「Ｘ以上」に設けられ、
（ｉｉｉ）第３カム溝領域３３ｃの回動範囲θｃが「Ｘ以下」に設けられるものである。

具体的な一例（後述する作動説明に関連する数値例）として、
この実施例では、
・第１、第２リンク３１、３２の角度Ｘが「３８°」に設けられ、
・第１カム溝領域３３ａの回動範囲θａが「３８°」に設けられ、
・第２カム溝領域３３ｂの回動範囲θｂが「４０°」に設けられ、
・第３カム溝領域３３ｃの回動範囲θｃが「３５°」に設けられる。
そして、カムプレート５の回動範囲は、後述する第２ローラ３６（第２リンク３２とカム溝３３の係合部）が、第１カム溝領域３３ａと第２カム溝領域３３ｂの境界部から、第３カム溝領域３３ｃの終端部までの範囲（４０°＋３５°）で、回動可能に設けられている。

以下において、カム溝３３の具体例を説明する。
この実施例のカム溝３３は、大円弧溝、同心円弧溝、小円弧溝を繋いで形成されるものである。
大円弧溝は、第１カム溝領域３３ａに相当するものであり、同心円弧溝の一端に連続し、同心円弧溝より曲率半径が大きく設けられている。具体的な大円弧溝の円弧の中心点を図３のＲ１に示す。
同心円弧溝は、第２カム溝領域３３ｂに相当するものであり、カムプレート５の回転中心と同一中心の円弧溝である。同心円弧溝の円弧の中心点を図３のＲ２に示す。
小円弧溝は、第３カム溝領域３３ｃに相当するものであり、同心円弧溝の他端に連続し、同心円弧溝より曲率半径が小さく設けられている。具体的な小円弧溝の円弧の中心点を図３のＲ３に示す。

（第１リンク３１の説明）
第１リンク３１は、カムプレート５のカム溝３３と第１外部アーム１８を駆動連結するものであり、棒状を呈し、耐熱性に優れた材料（例えば、金属材料）により形成されたロッド部品である。
第１リンク３１は、例えば、図示しないガイド手段によって、主に長手方向のみに変位可能に支持される。
具体的に第１リンク３１は、カムプレート５の回転中心と、第１リンク３１と第１外部アーム１８との結合部（後述する第１アーム結合部３５）とを結ぶ軸線上に沿って変位するように設けられている。

第１リンク３１の一端（カムプレート５側）には、カム溝３３に嵌まり合う第１ローラ３４が設けられている。
第１リンク３１の他端（第１外部アーム１８側）には、第１外部アーム１８の外側（第１バルブ回転軸１５の回動中心から離れた部位）と回転自在に係合する第１アーム結合部３５が設けられている。

このため、カムプレート５の回転に伴うカム溝３３の変位によって第１ローラ３４がカムプレート５の回転中心側へ変位すると、第１リンク３１もカムプレート５の回転中心側へ変位し、結果的に容量可変バルブ２が開く側へ回動する。
逆に、カムプレート５の回転に伴うカム溝３３の変位によって第１ローラ３４がカムプレート５の回転中心側とは異なる側へ変位すると、第１リンク３１もカムプレート５の外側へ変位し、結果的に容量可変バルブ２が閉じる側へ回動する。

（第２リンク３２の説明）
第２リンク３２は、カムプレート５のカム溝３３と第２外部アーム２５を駆動連結するものであり、第１リンク３１と同様、棒状を呈し、耐熱性に優れた材料（例えば、金属材料）により形成されたロッド部品である。
第２リンク３２は、例えば、図示しないガイド手段によって、主に長手方向のみに変位可能に支持される。
具体的に第２リンク３２は、カムプレート５の回転中心と、第２リンク３２と第２外部アーム２５との結合部（後述する第２アーム結合部３７）とを結ぶ軸線上に沿って変位するように設けられている。

第２リンク３２の一端（カムプレート５側）には、カム溝３３に嵌まり合う第２ローラ３６が設けられている。
第２リンク３２の他端（第２外部アーム２５側）には、第２外部アーム２５の外側（第２バルブ回転軸２２の回動中心から離れた部位）と回転自在に係合する第２アーム結合部３７が設けられている。

このため、カムプレート５の回転に伴うカム溝３３の変位によって第２ローラ３６がカムプレート５の回転中心側へ変位すると、第２リンク３２もカムプレート５の回転中心側へ変位し、結果的にウエストゲートバルブ３が開く側へ回動する。
逆に、カムプレート５の回転に伴うカム溝３３の変位によって第２ローラ３６がカムプレート５の回転中心側とは異なる側へ変位すると、第２リンク３２もカムプレート５の外側へ変位し、結果的にウエストゲートバルブ３が閉じる側へ回動する。

（作動説明）
次に、電動アクチュエータ４の出力軸の回転角度（カムプレート５の回転角度と同じ）に対する容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の開度との関係を、図４を参照して説明する。
この実施例は、電動アクチュエータ４およびカムプレート５が０°〜７５°（第２カム溝領域３３ｂの４０°＋第３カム溝領域３３ｃの３５°）の回転範囲で回転するものである。なお、図４では、容量可変バルブ２の開度を実線Ａに示し、ウエストゲートバルブ３の開度を実線Ｂに示す。

（カムプレート５の回転角度が０°の時）
電動アクチュエータ４の通電停止時は、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３のそれぞれのリターンスプリングの作用によって、図１（ａ）、（ａ’）に示すように、第１外部アーム１８（第１内部アーム１７）と第２外部アーム２５（第２内部アーム２４）が、ともに閉弁側へ付勢され、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３が、容量可変用連通穴１４およびウエストゲート用連通穴２１を閉じる。
これにより、エキマニからタービンハウジング６に流入した排気ガスの全てが第１スクロール流路１２を流れる。これにより、タービン羽根車１は、第１スクロール流路１２を流れる排気ガスのみによって回転駆動される。

（カムプレート５の回転角度が０°より大きく３８°以下の時）
電動アクチュエータ４の通電が行なわれてカムプレート５が回動する場合で、且つカムプレート５の回転角度が３８°以下の場合は、
・容量可変バルブ２を駆動する第１ローラ３４が大円弧溝（第１カム溝領域３３ａ）の範囲内で変位し、
・ウエストゲートバルブ３を駆動する第２ローラ３６が同心円弧溝（第２カム溝領域３３ｂ）の範囲内で変位する。

これにより、図４に示すように、カムプレート５の回転角度が３８°以下の範囲では、カムプレート５の回転角度が大きくなるに従い、容量可変バルブ２の開度が大きくなるが、ウエストゲートバルブ３は閉弁状態に維持される。
即ち、カムプレート５の回転角度が３８°以下の範囲では、ウエストゲートバルブ３がウエストゲート用連通穴２１を閉じた状態のままで、カムプレート５の回動に伴って容量可変バルブ２の開度制御を実施できる。

このため、エキマニからタービンハウジング６に流入した排気ガスが第１スクロール流路１２を流れるとともに、第２スクロール流路１３を流れる排気ガスの流量が容量可変バルブ２の開度に応じて制御される。
このようにして、カムプレート５の回動制御によりタービン羽根車１を駆動する排気ガスの圧力をコントロールすることができる。

（カムプレート５の回転角度が３８°より大きく４０°以下の時）
電動アクチュエータ４の通電によりカムプレート５の回転角度が３８°より大きく４０°以下の場合は、
容量可変バルブ２を駆動する第１ローラ３４と、ウエストゲートバルブ３を駆動する第２ローラ３６とが、ともに同心円弧溝（第２カム溝領域３３ｂ）の範囲内で変位する。
これにより、カムプレート５の回転角度が３８°より大きく４０°以下の範囲では、容量可変バルブ２が全開開度（バルブ開度３０°）に維持されるとともに、ウエストゲートバルブ３が閉弁状態に維持される。

（カムプレート５の回転角度が４０°より大きく７５°以下の時）
電動アクチュエータ４の通電によりカムプレート５の回転角度が４０°より大きい場合は、
・容量可変バルブ２を駆動する第１ローラ３４が同心円弧溝（第２カム溝領域３３ｂ）の範囲内で変位し、
・ウエストゲートバルブ３を駆動する第２ローラ３６が小円弧溝（第３カム溝領域３３ｃ）の範囲内で変位する。

これにより、図４に示すように、カムプレート５の回転角度が４０°より大きい範囲では、カムプレート５の回転角度が大きくなるに従い、ウエストゲートバルブ３の開度が大きくなるが、容量可変バルブ２は全開開度（バルブ開度３０°）に維持される。
即ち、カムプレート５の回転角度が４０°以上の範囲では、容量可変バルブ２が全開開度のままで、カムプレート５の回動に伴ってウエストゲートバルブ３の開度制御を実施できる。

このため、エキマニからタービンハウジング６に流入した排気ガスが第１スクロール流路１２および第２スクロール流路１３に流れる状態のままで、タービン羽根車１をバイパスする排気ガス量をコントロールできる。

（制御例の説明）
次に、ＥＣＵによる電動アクチュエータ４の制御例を、図５を参照して説明する。なお、図５では、容量可変バルブ２の開度を実線Ａに示し、ウエストゲートバルブ３の開度を実線Ｂに示す。
ＥＣＵは、車両の運転状態に応じて、
・容量可変バルブ２が容量可変用連通穴１４を閉じるとともに、ウエストゲートバルブ３がウエストゲート用連通穴２１を閉じるモード１と｛図１（ａ）、（ａ’）参照｝、
・ウエストゲートバルブ３がウエストゲート用連通穴２１を閉じた状態で、容量可変バルブ２の開度制御を行なうモード２｛図１（ｂ）、（ｂ’）参照｝と、
・容量可変バルブ２を全開にした状態で、ウエストゲートバルブ３の開度制御を行なうモード３｛図１（ｃ）、（ｃ’）参照｝とを実行する。

具体的に、ＥＣＵは、エンジン回転数とエンジン負荷（アクセル開度）から目標トルクを算出し、その目標トルクとエンジン回転数から目標吸気量を算出し、この目標吸気量から目標過給圧を算出する。そして、算出された目標過給圧とエンジン回転数との関係から容量可変バルブ２の開度を算出する。
そして、算出された容量可変バルブ２の開度が得られるように、電動アクチュエータ４の通電量を回転角センサの検出値に基づいてフィードバック制御する。

一方、ＥＣＵは、コンプレッサにより加圧された吸気圧力を検出する過給圧センサ、あるいはタービン羽根車１の排気入口の排気圧力を検出するタービン排気圧センサの少なくとも一方の信号を入力する。
そして、過給圧センサによって検出される過給圧が所定過給圧を超えないように、電動アクチュエータ４の通電量を過給圧センサの検出値に基づいてフィードバック制御する。あるいは、排気圧センサによって検出される排気圧力が所定排気圧力を超えないように、電動アクチュエータ４の通電量を排気圧センサの検出値に基づいてフィードバック制御する。
なお、ＥＣＵは、容量可変バルブ２の開度制御より、ウエストゲートバルブ３の開度制御を優先するように設けられている。

（実施例の効果１）
本実施例のターボチャージャは、上述したように、それぞれが異なる運転要因に基づいて作動制御される容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の両方を、１つの電動アクチュエータ４で駆動制御する。このため、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３を、独立した２つの専用アクチュエータを用いて制御する場合に比較して、コストを抑えることができる。

（実施例の効果２）
本実施例のターボチャージャは、上述したように、電動アクチュエータ４とカムプレート５を、タービンハウジング６とは異なるコンプレッサハウジング７（またはセンターハウジング８等）に取り付け、電動アクチュエータ４とカムプレート５を低温環境に配置するものである。
このように、電動アクチュエータ４を低温環境に配置するため、電動アクチュエータ４の耐熱性を確保する必要が無くなり、電動アクチュエータ４のコストを抑えることができる。

（実施例の効果３）
カムプレート５を低温環境に配置するため、カムプレート５がタービンハウジング６の高熱に晒されて歪む不具合を回避でき、カムプレート５と第１リンク３１の係合部、およびカムプレート５と第２リンク３２の係合部のそれぞれにガタが発生する不具合を回避することができる。
このように、ガタの発生が防がれるため、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３の作動不良および開度精度の劣化を防ぐことができる。
その結果、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３を１つの電動アクチュエータ４で駆動するターボチャージャの信頼性を高めることができる。

（実施例の効果４）
本実施例のターボチャージャは、上述したように、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３のそれぞれに、常にバルブ開度を初期位置へ戻すためのリターンスプリングを独立して設けている。
これにより、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３には、それぞれの専用リターンスプリングによって閉弁位置へ戻すための付勢力が常に作用する。
このため、排気脈動やエンジン振動等によって、容量可変バルブ２およびウエストゲートバルブ３のそれぞれがばたつく不具合を回避できる。

（実施例の効果５）
本実施例のターボチャージャは、上述したように、１つのカム溝３３に第１リンク３１と第２リンク３２の２つを係合させて、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３を駆動する。
このため、カムプレート５を小型化でき、車両への搭載性を向上できるとともに、コストを抑えることができる。

（実施例の効果６）
本実施例のターボチャージャは、上述したように、カム溝３３の中央部分に同心円弧溝（第２カム溝領域３３ｂ）を配置したことにより、電動アクチュエータ４が、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３（２つのバルブ）を同時に駆動する回動区間を無くすことができる。
具体的には、第１、第２リンク３１、３２の角度Ｘに対し、
（ｉ）第１カム溝領域３３ａの回動範囲θａを「Ｘ以下」に設け、
（ｉｉ）第２カム溝領域３３ｂの回動範囲θｂを「Ｘ以上」に設け、
（ｉｉｉ）第３カム溝領域３３ｃの回動範囲θｃを「Ｘ以下」に設けることで、
電動アクチュエータ４が、容量可変バルブ２とウエストゲートバルブ３を同時に駆動する回動区間を無くすことができる。
これにより、電動アクチュエータ４に要求される駆動力を抑えることができ、電動アクチュエータ４を小型化できる。

（実施例の効果７）
本実施例のターボチャージャのカム溝３３は、上述したように、大円弧溝、同心円弧溝、小円弧溝を接続して設けたものである。
このように、カム溝３３の全てを円弧の溝で構成することにより、滑らかなカム溝３３を形成することができる。
そして、滑らかなカム溝３３を用いることにより、カム溝３３によるひっかかりを防いで信頼性を高めることができるとともに、電動アクチュエータ４の駆動負荷を軽減することができ、電動アクチュエータ４の小型化を図ることができる。

上記の実施例では、容量可変バルブ２を駆動する第１カム溝領域３３ａのカムプロフィールを大円弧溝（円弧溝の一例）に設ける例を示したが、第１カム溝領域３３ａのカムプロフィールは円弧溝に限定されるものではなく、直線状やサインカーブなど、他の形状に設けても良い。

同様に、上記の実施例では、ウエストゲートバルブ３を駆動する第３カム溝領域３３ｃのカムプロフィールを小円弧溝（円弧溝の一例）に設ける例を示したが、第３カム溝領域３３ｃのカムプロフィールは円弧溝に限定されるものではなく、直線状やサインカーブなど、他の形状に設けても良い。

上記の実施例では、アクチュエータ（実施例では電動アクチュエータ４）の負荷を軽減する目的で、２つのバルブを同時に駆動しないように設ける例を示したが、２つのバルブを同時に駆動するように設けても良い。具体的な一例を開示すると、ウエストゲートバルブ３の開度上昇に連動して、さらに容量可変バルブ２の開度が大きくなるようにカム溝３３のカムプロフィールを設けても良い。

上記の実施例では、アクチュエータの一例として電動アクチュエータ４を用いる例を示したが、ＥＣＵによって制御可能は油圧アクチュエータや負圧アクチュエータなど、他のアクチュエータを用いても良い。

上記の実施例では、アクチュエータの出力軸（実施例では電動アクチュエータ４の出力軸）にカムプレート５を直接固定する例を示したが、アクチュエータ（例えば、電動アクチュエータ４）とカムプレート５を離して配置しても良い。

上記の実施例では、カムプレート５を回動変位させる例を示したが、カムプレート５をスライド変位するように設けても良い。
具体的に、アクチュエータとして油圧アクチュエータや負圧アクチュエータを用いる場合や、離れた位置のカムプレート５を電動アクチュエータ４で駆動する場合などでは、カムプレート５が回動変位するものであっても、スライド変位するものであっても良い。

１ タービン羽根車
２ 容量可変バルブ（２つのバルブの一方）
３ ウエストゲートバルブ（２つのバルブの他方）
４ 電動アクチュエータ
５ カムプレート
６ タービンハウジング
７ コンプレッサハウジング（タービンハウジングとは異なる部材）
８ センターハウジング（タービンハウジングとは異なる部材）
３３ カム溝
３３ａ 第１カム溝領域（大円弧溝、一方のバルブを駆動するカム溝）
３３ｂ 第２カム溝領域（同心円弧溝）
３３ｃ 第３カム溝領域（小円弧溝、他方のバルブを駆動するカム溝）

Claims (5)

1. 独立した２つのバルブ（２、３）を備えるターボチャージャにおいて、
   このターボチャージャは、
   通電制御可能な１つのアクチュエータ（４）と、このアクチュエータ（４）によって駆動されるカムプレート（５）とを用いて、独立した前記２つのバルブ（２、３）を駆動するものであり、
   前記アクチュエータ（４）および前記カムプレート（５）は、タービン羽根車（１）を収容するタービンハウジング（６）とは異なる部材に取り付けられることで、前記タービンハウジング（６）から離して低温環境に配置されていると共に、
   独立した前記２つのバルブ（２、３）は、前記カムプレート（５）に形成された１つのカム溝（３３）によって駆動されることを特徴とするターボチャージャ。
2. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、
   独立した前記２つのバルブ（２、３）のそれぞれは、常にバルブ開度を初期位置へ戻すためのリターンスプリングを備えることを特徴とするターボチャージャ。
3. 請求項１に記載のターボチャージャにおいて、
   前記カム溝（３３）は、
   前記カムプレート（５）の回転中心と同一中心の同心円弧溝（３３ｂ）を備え、
   この同心円弧溝（３３ｂ）の一端に一方のバルブ（２）を駆動するカム溝（３３ａ）が接続され、
   前記同心円弧溝（３３ｂ）の他端に他方のバルブ（３）を駆動するカム溝（３３ｃ）が接続されることを特徴とするターボチャージャ。
4. 請求項３に記載のターボチャージャにおいて、
   前記一方のバルブ（２）を駆動するカム溝（３３ａ）は、前記同心円弧溝（３３ｂ）より曲率半径の大きい大円弧溝（３３ａ）であり、
   前記他方のバルブ（３）を駆動するカム溝（３３ｃ）は、前記同心円弧溝（３３ｂ）より曲率半径の小さい小円弧溝（３３ｃ）であることを特徴とするターボチャージャ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載のターボチャージャにおいて、
   前記２つのバルブ（２、３）のうちの一方のバルブは、前記タービン羽根車（１）に流入する排気ガスを制御する容量可変バルブ（２）であり、
   前記２つのバルブ（２、３）のうちの他方のバルブは、前記タービン羽根車（１）を迂回する排気ガスを制御するウエストゲートバルブ（３）であることを特徴とするターボチャージャ。
   

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