JP5454437B2 - Wastegate valve device - Google Patents

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Description

本発明は、過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブ装置に関する。   The present invention relates to a wastegate valve device that opens and closes a bypass passage that bypasses a turbine wheel of a supercharger.

車両等に搭載される内燃機関(以下、エンジンともいう)には、排気エネルギを利用した過給機(以下、ターボチャージャともいう)が装備されている。   An internal combustion engine (hereinafter also referred to as an engine) mounted on a vehicle or the like is equipped with a supercharger (hereinafter also referred to as a turbocharger) using exhaust energy.

ターボチャージャは、一般に、エンジンの排気通路を流れる排気ガスによって回転するタービンホイールと、吸気通路内の空気を強制的に燃焼室へと送り込むコンプレッサインペラと、これらタービンホイールとコンプレッサインペラとを連結する連結シャフトとを備えている。このような構造のターボチャージャにおいて、タービンホイールに排気ガスが吹き付けられて当該タービンホイールが回転すると、その回転が連結シャフトを介してコンプレッサインペラに伝達される。こうしてコンプレッサインペラが回転することによって吸気通路内の空気が強制的に燃焼室に送り込まれる。   A turbocharger is generally a turbine wheel that is rotated by exhaust gas flowing through an exhaust passage of an engine, a compressor impeller that forcibly feeds air in the intake passage to a combustion chamber, and a connection that connects the turbine wheel and the compressor impeller. And a shaft. In the turbocharger having such a structure, when exhaust gas is blown onto the turbine wheel and the turbine wheel rotates, the rotation is transmitted to the compressor impeller via the connecting shaft. Thus, the air in the intake passage is forcibly sent into the combustion chamber by the rotation of the compressor impeller.

ターボチャージャにおいて、過給圧を制御する方法として、例えば、タービンホイールをバイパスするバイパス通路を設けるとともに、そのバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを設け、このウエストゲートバルブの開度を調整し、タービンホイールをバイパスする排気ガス量を調整することによって過給圧を制御する方法がある。   In the turbocharger, as a method for controlling the supercharging pressure, for example, a bypass passage that bypasses the turbine wheel is provided, and a wastegate valve that opens and closes the bypass passage is provided, and the opening of the wastegate valve is adjusted, and the turbine There is a method of controlling the supercharging pressure by adjusting the amount of exhaust gas that bypasses the wheel.

このようなウエストゲートバルブを開閉するアクチュエータとして、従来、ダイアフラム式アクチュエータが用いられている。しかしながら、ダイアフラム式アクチュエータを用いた場合、ウエストゲートバルブの開度は過給圧に依存するので、使用域の全域においてウエストゲートバルブの開度を任意に制御することができない。こうした点を考慮し、電動モータを開閉駆動源としてウエストゲートバルブを開閉する装置(以下、「電動式のウエストゲートバルブ装置」ともいう)が用いられている(例えば、特許文献1参照)。このように開閉駆動源を電動モータとすることにより、使用域の全域において過給圧に関係なく、ウエストゲートバルブの開度を制御(アクティブ制御)することが可能となり、エンジン始動時の触媒昇温性、燃料消費率(燃費)及び応答性などの向上を図ることが可能になる。   Conventionally, a diaphragm actuator is used as an actuator for opening and closing such a waste gate valve. However, when the diaphragm type actuator is used, the opening degree of the waste gate valve depends on the supercharging pressure, and therefore the opening degree of the waste gate valve cannot be arbitrarily controlled in the entire use range. In view of these points, a device that opens and closes a wastegate valve using an electric motor as an opening / closing drive source (hereinafter, also referred to as “electric wastegate valve device”) is used (for example, see Patent Document 1). By using an electric motor as the open / close drive source in this way, the opening degree of the wastegate valve can be controlled (active control) regardless of the supercharging pressure in the entire use range, and the catalyst rise at the start of the engine can be controlled. It is possible to improve temperature, fuel consumption rate (fuel consumption), responsiveness, and the like.

特開2006−274833号公報JP 2006-274833 A

ところで、電動式のウエストゲートバルブ装置においては、バルブ全閉時に閉じ不良(密閉不良)が生じる場合がある。つまり、電動モータを制御してウエストゲートバルブを全閉にするときに、モータ荷重が小さいと、機械的ばらつきや渋りなどにより、バルブ全閉時の目標位置(弁体がタービンハウジング(弁座)に適正な荷重で突き当たる位置)に対して、実際の弁体の位置がバルブ開き側にずれる場合があり、こうした状況になると、バルブ閉じ不良(弁体と弁座との間に隙間が生じる不良)が生じて、排気ガスの漏れが発生する場合がある。このようなバルブ閉じ不良が生じないように、従来では、バルブ全閉時には、フルパワーでバルブを閉めている。このため、弁体が弁座に突き当ったときに電動モータに大きな電流が流れる場合があり、電動モータの寿命が低下することが懸念される。   By the way, in an electric waste gate valve device, a closing failure (sealing failure) may occur when the valve is fully closed. In other words, when the electric motor is controlled and the wastegate valve is fully closed, if the motor load is small, the target position when the valve is fully closed (the valve body is the turbine housing (valve seat)) due to mechanical variation or astringency. The position of the actual valve body may shift to the valve opening side with respect to the position where it strikes with an appropriate load on the valve. In such a situation, the valve does not close properly (a gap that creates a gap between the valve body and the valve seat) ) May occur, and exhaust gas leakage may occur. Conventionally, the valve is closed with full power when the valve is fully closed so that such a valve closing failure does not occur. For this reason, when a valve body hits a valve seat, a big electric current may flow into an electric motor and there is a concern that the lifetime of an electric motor may fall.

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、バルブ全閉時に電動モータに流れる電流を低減することが可能なウエストゲートバルブ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a wastegate valve device capable of reducing the current flowing in the electric motor when the valve is fully closed.

本発明は、過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路(排気バイパス通路)を開閉する弁体と、その弁体を開閉方向に移動するアーム(揺動アーム)とを有するウエストゲートバルブと、電動モータの回転運動を弁開閉運動に変換して前記弁体に前記アームを介して伝達する開閉機構とを備えたウエストゲートバルブ装置を前提としており、このようなウエストゲートバルブ装置において、前記弁体は前記アームに対して弁開閉方向に接離可能に取り付けられているとともに、前記弁体と前記アームとの間に前記弁体を前記アームに対し離反する向きに付勢するばねが設けられている。そして、前記開閉機構として、前記電動モータの回転駆動力により回転するウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構と、このギヤ機構と前記ウエストゲートバルブとの間に連結されるリンク機構とを備えているとともに、前記ウォームホイールの回転角度(ギヤ角度)を認識する角度認識手段と、前記ウエストゲートバルブを閉じる際に前記ウォームホイールの回転角度がバルブ全閉時の目標ギヤ角度となるように前記電動モータの駆動(通電)を制御する制御手段とを備えていることを技術的特徴としている。なお、このような構成において、ウォームホイールの回転角度が上記バルブ全閉時の目標ギヤ角度となったときに電動モータへの通電を停止することが好ましい。 The present invention includes a valve body that opens and closes a bypass passage (exhaust bypass passage) that bypasses the turbine wheel of the turbocharger, and an arm (oscillating arm) that moves the valve body in an opening and closing direction; It is premised on a wastegate valve device provided with an open / close mechanism that converts a rotational motion of an electric motor into a valve open / close motion and transmits the valve body to the valve body via the arm. In such a wastegate valve device, the valve The body is attached to the arm so as to be able to contact and separate in the valve opening / closing direction, and a spring is provided between the valve body and the arm to urge the valve body in a direction away from the arm. ing. And, as the opening / closing mechanism, a gear mechanism having a worm gear rotating by the rotational driving force of the electric motor, a worm wheel meshing with the worm gear, and a link mechanism connected between the gear mechanism and the waste gate valve. And an angle recognizing means for recognizing the rotation angle (gear angle) of the worm wheel, so that the rotation angle of the worm wheel becomes a target gear angle when the valve is fully closed when the wastegate valve is closed. And a control means for controlling the drive (energization) of the electric motor . In such a configuration, it is preferable to stop energization of the electric motor when the rotation angle of the worm wheel reaches the target gear angle when the valve is fully closed.

本発明によれば、ウエストゲートバルブの弁体をアームに対し弁開閉方向に接離可能に取り付けるとともに、これら弁体とアームとの間に弁体をアームに対し離反する向きに付勢するばねを設けているので、バルブ全閉時において弁体が弁座(タービンハウジング)に突き当たるときの荷重をばねによって低減することができ、電動モータにかかる力を小さくすることができる。これによって、バルブ全閉時に電動モータに大きな電流が流れないようにすることができ、電動モータの寿命を延ばすことができる。さらに、バルブ全閉時において弁体が弁座に突き当たるときの衝撃力がばねによって低減されるので、電動モータ、ウエストゲートバルブ(弁体・弁座等)、及び、開閉機構(ギヤやリンク等)などの各部の磨耗を抑制することができる。 According to the present invention, the valve body of the wastegate valve is attached to the arm so as to be able to contact and separate in the valve opening / closing direction, and the spring that biases the valve body between the valve body and the arm in a direction away from the arm. Therefore, when the valve is fully closed, the load applied when the valve body abuts against the valve seat (turbine housing) can be reduced by the spring, and the force applied to the electric motor can be reduced. As a result, it is possible to prevent a large current from flowing through the electric motor when the valve is fully closed, thereby extending the life of the electric motor. Furthermore, since the impact force when the valve body hits the valve seat when the valve is fully closed is reduced by the spring, the electric motor, the wastegate valve (valve body / valve seat, etc.), and the opening / closing mechanism (gear, link, etc.) ) And the like can be suppressed.

さらに、本発明では、電動モータとウエストゲートバルブとの間の開閉機構系に、ウォームギヤとウォームホイールとが噛み合うギヤ機構を連結しているので、バルブ全閉後に電動モータへの通電を停止しても、弁体に作用する排気圧力や上記ばねの力などによって電動モータが逆向きに回転すること、つまり、弁体が弁座から離れてバルブが開くことがなくなる。このようにバルブ全閉時には電動モータへの通電を停止することが可能になるので、電力消費量の低減化を図ることができる。 Furthermore, in the present invention, since the gear mechanism in which the worm gear and the worm wheel mesh with each other is connected to the opening / closing mechanism system between the electric motor and the wastegate valve, the energization to the electric motor is stopped after the valve is fully closed. However, the electric motor does not rotate in the opposite direction due to the exhaust pressure acting on the valve body or the force of the spring, that is, the valve body does not leave the valve seat and the valve is not opened. As described above, since it is possible to stop energization of the electric motor when the valve is fully closed, the power consumption can be reduced.

また、バルブ閉じ時において電動モータへの通電制御により上記バルブ全閉時の目標ギヤ角度に制御したときに、バルブ全閉位置(弁体の実際の閉鎖位置)がばらついても、そのばらつき分をばねにて吸収することができるので、バルブを常に確実に閉じることができる。しかも、弁体とアームとの間にばねを設けているので、上記排気圧力等によりギヤ機構等のバックラッシュ分だけ弁開き側に弁体が戻されても、その戻り分をばねにて吸収することができ、バルブ全閉状態を確実に維持することができる。   Even when the valve fully closed position (actual closing position of the valve body) varies when the valve is closed to control the target gear angle when the valve is fully closed by energization control to the electric motor. Since it can be absorbed by a spring, the valve can always be closed reliably. Moreover, since a spring is provided between the valve body and the arm, even if the valve body is returned to the valve opening side by the backlash of the gear mechanism etc. due to the exhaust pressure etc., the return is absorbed by the spring. It is possible to maintain the valve fully closed state reliably.

なお、上記ウォームホイールの回転角度(ギヤ角度)については、ウォームホイールに角度センサを設けて直接検出するようにしてもよいし、角度センサ付きの電動モータを用い、その角度センサの検出信号(電動モータの回転角度検出信号)からウォームホイールの回転角度を認識するようにしてもよい。   The rotation angle (gear angle) of the worm wheel may be detected directly by providing an angle sensor on the worm wheel, or an electric motor with an angle sensor is used and a detection signal (electric The rotation angle of the worm wheel may be recognized from the motor rotation angle detection signal).

本発明において、上記バルブ閉鎖時の制御に用いるバルブ全閉時の目標ギヤ角度は、ウエストゲートバルブやリンク機構などの機械的ばらつき、ギヤ機構のギヤのバックラッシュ、弁体に作用する排気圧力、及び、ばねの弾性力(ばね力)を考慮して決定する。   In the present invention, the target gear angle when the valve is fully closed used for control when the valve is closed is mechanical variation such as a waste gate valve or a link mechanism, gear backlash of the gear mechanism, exhaust pressure acting on the valve body, And it determines in consideration of the elastic force (spring force) of the spring.

具体的には、予め実験等により、ウエストゲートバルブを全開位置から閉じていき、このバルブ閉じ過程においてモータ荷重が「狙いの荷重」、具体的には、ウエストゲートバルブの弁体に排気圧力がかかっても弁体が開かないモータ荷重([排気圧力+ばね力]に所定量のマージンを加えた荷重)になったときの、ウォームホイールの回転角度(ギヤ角度)を測定する。そして、その測定したギヤ角度測定値に、機械的ばらつき分(弁体のバルブ開き側へのずれ量の最大値)及びギヤ機構等のバックラッシュ分に相当するギヤ角度を加えることにより、目標ギヤ角度を決定する。ここで、上記全閉時のモータ荷重(パワー)は、上述したように、ウエストゲートバルブの弁体に作用する排気圧力と、上記ばねの力とを加えた力よりも所定マージン分だけ大きい値とすればよいので(フルパワーとする必要がないので)、ウエストゲートバルブを全閉にするときに、電動モータに流れる電流値を限界電流値(電動モータの寿命が縮まらない電流値)よりも小さくすることができる。   Specifically, the waste gate valve is closed from the fully open position by an experiment or the like in advance, and the motor load is `` target load '' in this valve closing process, specifically, the exhaust pressure is applied to the valve body of the waste gate valve. Measure the rotation angle (gear angle) of the worm wheel when the motor load (load that adds a predetermined amount of margin to [exhaust pressure + spring force]) that does not open the valve body even when applied. Then, by adding the gear angle corresponding to the mechanical variation (maximum amount of displacement of the valve body to the valve opening side) and the backlash of the gear mechanism etc. to the measured gear angle measurement value, the target gear is obtained. Determine the angle. Here, the motor load (power) when fully closed is a value larger by a predetermined margin than the force obtained by adding the exhaust pressure acting on the valve body of the wastegate valve and the force of the spring, as described above. (Because it does not have to be full power), when the wastegate valve is fully closed, the current value that flows to the electric motor is set to be greater than the limit current value (current value that does not shorten the life of the electric motor). Can be small.

本発明によれば、ウエストゲートバルブの弁体を、当該弁体を移動するアームに対し弁開閉方向に接離可能に取り付けるとともに、その弁体とアームとの間にばねを設けているので、バルブ全閉時において弁体が弁座に突き当たるときの荷重をばねによって低減することが可能となり、これによってバルブ全閉時に電動モータに流れる電流を低減することができる。   According to the present invention, the valve element of the wastegate valve is attached to the arm that moves the valve element so as to be able to contact and separate in the valve opening and closing direction, and a spring is provided between the valve element and the arm. The load when the valve body abuts against the valve seat when the valve is fully closed can be reduced by the spring, whereby the current flowing to the electric motor when the valve is fully closed can be reduced.

本発明を適用するエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic structure figure showing an example of an engine to which the present invention is applied. ウエストゲートバルブ装置の構成を示す図である。なお、図2ではバルブ全閉状態を示している。It is a figure which shows the structure of a wastegate valve apparatus. In FIG. 2, the valve is fully closed. ウエストゲートバルブ装置の構成を示す図である。なお、図3ではバルブ全開状態を示している。It is a figure which shows the structure of a wastegate valve apparatus. FIG. 3 shows the valve fully open. 図2のX−X断面図である。なお、図4ではタービンハウジングの一部は省略している。It is XX sectional drawing of FIG. In FIG. 4, a part of the turbine housing is omitted. ウエストゲートバルブ及びリンク機構の一部の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of a part of waste gate valve | bulb and a link mechanism. ウエストゲートバルブ開閉制御の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of waste gate valve opening / closing control. リンク機構のウォームホイールのギヤ角度とモータ荷重との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the gear angle of the worm wheel of a link mechanism, and a motor load.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

まず、本発明を適用するエンジン(内燃機関)について説明する。   First, an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied will be described.

−エンジン−
図1は車両に搭載されるエンジン1の一例を示す概略構成を示す図である。
-Engine-
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration showing an example of an engine 1 mounted on a vehicle.

この例のエンジン1は、例えば4気筒のディーゼルエンジンであって、シリンダヘッドに、各気筒に吸入空気を分配するためのインテークマニホールド2と、各気筒から排出される排気ガスを集合させるエキゾーストマニホールド3とが接続されている。   The engine 1 of this example is, for example, a four-cylinder diesel engine, and an intake manifold 2 for distributing intake air to each cylinder and an exhaust manifold 3 for collecting exhaust gas discharged from each cylinder in a cylinder head. And are connected.

インテークマニホールド2の入口には、空気を大気中から取り込んで当該インテークマニホールド2に導くための吸気通路4が接続されている。吸気通路4の入口にはエアクリーナ6が取り付けられている。また、インテークマニホールド2の上流(吸気流れの上流)には、エンジンの吸入空気量を調整するスロットルバルブ7が配置されている。スロットルバルブ7はスロットルモータ(図示せず)によって駆動される。スロットルバルブ7の開度はスロットル開度センサ32によって検出される。スロットルバルブ7のスロットル開度はECU(Electronic Control Unit)300によって制御される。一方、エキゾーストマニホールド3の出口には排気通路5が接続されている。排気通路5の途中には触媒9が配置されている。   An intake passage 4 is connected to the inlet of the intake manifold 2 for taking air from the atmosphere and guiding it to the intake manifold 2. An air cleaner 6 is attached to the inlet of the intake passage 4. A throttle valve 7 for adjusting the intake air amount of the engine is disposed upstream of the intake manifold 2 (upstream of the intake flow). The throttle valve 7 is driven by a throttle motor (not shown). The opening degree of the throttle valve 7 is detected by a throttle opening degree sensor 32. The throttle opening degree of the throttle valve 7 is controlled by an ECU (Electronic Control Unit) 300. On the other hand, an exhaust passage 5 is connected to the outlet of the exhaust manifold 3. A catalyst 9 is disposed in the middle of the exhaust passage 5.

さらに、この例のエンジン1には、ターボチャージャ(過給機)100及びEGR装置120が装備されている。これらの構成について説明する。   Further, the engine 1 of this example is equipped with a turbocharger (supercharger) 100 and an EGR device 120. These configurations will be described.

−ターボチャージャ−
ターボチャージャ100は、排気通路5に配置されたタービンホイール101、吸気通路4に配置されたコンプレッサインペラ102、タービンホイール101とコンプレッサインペラ102とを一体に連結する連結シャフト103などによって構成されており、排気通路5に配置のタービンホイール101が排気のエネルギによって回転し、これに伴って吸気通路4に配置のコンプレッサインペラ102が回転する。そして、コンプレッサインペラ102の回転により吸入空気が過給され、エンジン1の各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれる。なお、コンプレッサインペラ102の下流側(吸気流れの下流側)の吸気通路4には、コンプレッサインペラ102によって過給された空気を冷却するインタークーラ8が設けられている。
-Turbocharger-
The turbocharger 100 includes a turbine wheel 101 disposed in the exhaust passage 5, a compressor impeller 102 disposed in the intake passage 4, a connecting shaft 103 that integrally connects the turbine wheel 101 and the compressor impeller 102, and the like. The turbine wheel 101 arranged in the exhaust passage 5 is rotated by the energy of the exhaust, and the compressor impeller 102 arranged in the intake passage 4 is rotated accordingly. Then, the intake air is supercharged by the rotation of the compressor impeller 102, and the supercharged air is forcibly sent into the combustion chamber of each cylinder of the engine 1. In addition, an intercooler 8 that cools the air supercharged by the compressor impeller 102 is provided in the intake passage 4 on the downstream side of the compressor impeller 102 (downstream side of the intake flow).

また、この例のターボチャージャ100においては、図2及び図3にも示すように、タービンハウジング110に排気バイパス通路111が形成されており、その排気バイパス通路111を開閉するウエストゲートバルブ201が設けられている。ウエストゲートバルブ201及びその開閉駆動系(電動モータ204、ギヤ機構203及びリンク機構202等)を備えたウエストゲートバルブ装置200の詳細については後述する。   Further, in the turbocharger 100 of this example, as shown in FIGS. 2 and 3, an exhaust bypass passage 111 is formed in the turbine housing 110, and a wastegate valve 201 for opening and closing the exhaust bypass passage 111 is provided. It has been. Details of the wastegate valve device 200 including the wastegate valve 201 and its opening / closing drive system (electric motor 204, gear mechanism 203, link mechanism 202, etc.) will be described later.

−EGR装置−
EGR装置120はEGR通路(排気還流通路)121を備えている。EGR通路121の一端部はインテークマニホールド2とスロットルバルブ7との間の吸気通路4に接続されている。EGR通路121の他端部はエキゾーストマニホールド3に接続されており、排気ガス(EGRガス)の一部がEGR通路121を通って吸気通路4に導入される。EGRガス(空気に比較して比熱が高く酸素量の少ないガス)を吸気通路4に導入することで、筒内の燃焼温度を低下させてNOxの生成量を低減させることができる。
-EGR device-
The EGR device 120 includes an EGR passage (exhaust gas recirculation passage) 121. One end of the EGR passage 121 is connected to the intake passage 4 between the intake manifold 2 and the throttle valve 7. The other end of the EGR passage 121 is connected to the exhaust manifold 3, and a part of the exhaust gas (EGR gas) is introduced into the intake passage 4 through the EGR passage 121. By introducing EGR gas (a gas having a higher specific heat than that of air and a smaller amount of oxygen) into the intake passage 4, the combustion temperature in the cylinder can be lowered and the amount of NOx produced can be reduced.

EGR通路121の途中には、当該EGR通路121を開閉するEGRバルブ124が設けられている。EGR通路121におけるEGRバルブ124の上流(排気側)には、EGR通路121内を流れるEGRガスを冷却するためのEGRクーラ122が設けられている。このEGRクーラ122による冷却によってEGRガスの密度が高まり、吸入空気量を確保しながらEGR率を向上させることが可能になる。   An EGR valve 124 that opens and closes the EGR passage 121 is provided in the middle of the EGR passage 121. An EGR cooler 122 for cooling the EGR gas flowing in the EGR passage 121 is provided upstream (exhaust side) of the EGR passage 124 in the EGR passage 121. Cooling by the EGR cooler 122 increases the density of the EGR gas, and it is possible to improve the EGR rate while securing the intake air amount.

また、EGR装置120には、EGRクーラ122をバイパスしてEGRガスを流すためのEGRバイパス通路121aが設けられている。このEGRバイパス通路121aとEGR通路121との接続部(EGRガス流れの下流側の接続部)には、EGR通路121の開度とEGRバイパス通路121aの開度とを調整する切替制御バルブ123が設けられている。   Further, the EGR device 120 is provided with an EGR bypass passage 121a for bypassing the EGR cooler 122 and flowing EGR gas. A switching control valve 123 for adjusting the opening degree of the EGR passage 121 and the opening degree of the EGR bypass passage 121a is provided at a connection portion (a connection portion on the downstream side of the EGR gas flow) between the EGR bypass passage 121a and the EGR passage 121. Is provided.

−ECU−
ECU300は、CPU、ROM、RAM及びバックアップRAMなどを備えている。
-ECU-
The ECU 300 includes a CPU, a ROM, a RAM, a backup RAM, and the like.

ROMは、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。CPUは、ROMに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、RAMは、CPUでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップRAMは、例えばエンジンの停止時にその保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。   The ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like. The CPU executes various arithmetic processes based on various control programs and maps stored in the ROM. The RAM is a memory that temporarily stores calculation results from the CPU, data input from each sensor, and the like. The backup RAM is a non-volatile memory that stores data to be saved when the engine is stopped, for example. It is memory.

ECU300の入力部には、エンジン回転数センサ31、スロットル開度センサ32、及び、アクセルペダル踏み込み量(アクセル開度)を検出するアクセル開度センサ33などのエンジン運転状態を示す各種情報を取得するための各種センサ類が接続されている。   Various information indicating the engine operating state such as an engine speed sensor 31, a throttle opening sensor 32, and an accelerator opening sensor 33 that detects an accelerator pedal depression amount (accelerator opening) are acquired at an input unit of the ECU 300. For this purpose, various sensors are connected.

ECU300の出力部には、エンジン1のインジェクタ(図示せず)、スロットルバルブ7(スロットルモータ)、EGRバルブ124、切替制御バルブ123、及び、ウエストゲートバルブ装置200の電動モータ204などが接続されている。   The output portion of the ECU 300 is connected to an injector (not shown) of the engine 1, a throttle valve 7 (throttle motor), an EGR valve 124, a switching control valve 123, an electric motor 204 of the wastegate valve device 200, and the like. Yes.

そして、ECU300は、上記した各種センサの検出信号に基づいて、インジェクタ(燃料噴射弁)の駆動制御(燃料噴射制御)、スロットルバルブ7のスロットルモータの駆動制御(吸入空気量制御)、及び、EGR量の制御(EGRバルブ124及び切替制御バルブ123の制御等)などを含むエンジンの各種制御を実行する。また、ECU300は下記の「ウエストゲートバルブ開閉制御」を実行する。   Then, the ECU 300 controls the drive of the injector (fuel injection valve) (fuel injection control), the drive control of the throttle motor of the throttle valve 7 (intake air amount control), and EGR based on the detection signals of the various sensors described above. Various control of the engine including control of the amount (control of the EGR valve 124 and the switching control valve 123, etc.) is executed. Further, the ECU 300 executes the following “waist gate valve opening / closing control”.

−ウエストゲートバルブ装置−
次に、ウエストゲートバルブ装置200について図1〜図5を参照して説明する。
-Wastegate valve device-
Next, the waste gate valve device 200 will be described with reference to FIGS.

この例のウエストゲートバルブ装置200は、ウエストゲートバルブ201、リンク機構202、ギヤ機構203、及び、電動モータ(例えばDCモータ)204などを備えている。   The waste gate valve device 200 of this example includes a waste gate valve 201, a link mechanism 202, a gear mechanism 203, an electric motor (for example, a DC motor) 204, and the like.

まず、ウエストゲートバルブ装置200を説明する前に、タービンハウジング110の構成の一部について説明する。この例のタービンハウジング110には、図1〜図4に示すように、タービンホイール101をバイパスする排気バイパス通路111が形成されている。排気バイパス通路111は、タービンハウジング110の壁体110bを貫通する円形のウエストゲート穴111aを備えており、タービンホイール101の上流側(排気ガス流れの上流側)と排気ガス出口通路110aとに連通している。上記ウエストゲート穴111aの周縁部(排気ガス出口通路110a側の周縁部)には弁座(バルブシート)112が設けられている。   First, before describing the wastegate valve device 200, a part of the configuration of the turbine housing 110 will be described. As shown in FIGS. 1 to 4, an exhaust bypass passage 111 that bypasses the turbine wheel 101 is formed in the turbine housing 110 of this example. The exhaust bypass passage 111 includes a circular waste gate hole 111a penetrating the wall 110b of the turbine housing 110, and communicates with the upstream side (upstream side of the exhaust gas flow) of the turbine wheel 101 and the exhaust gas outlet passage 110a. doing. A valve seat (valve seat) 112 is provided at the peripheral portion of the waste gate hole 111a (peripheral portion on the exhaust gas outlet passage 110a side).

ウエストゲートバルブ201は、タービンハウジング110に設けられた上記弁座112に着座または離座して上記排気バイパス通路111を開閉する円形の弁体211と、この弁体211を開閉方向(弁座112に対して接離する方向)に移動する揺動アーム212とを備えており、この揺動アーム212の揺動により、弁体211を排気バイパス通路111を閉鎖する位置(全閉位置:図2)と、排気バイパス通路111を完全に開放する位置(全開位置:図3)との間において移動させることができる。なお、タービンハウジング110の弁座112もウエストゲートバルブ201の構成部材に含まれる。   The waste gate valve 201 is a circular valve body 211 that opens and closes the exhaust bypass passage 111 by being seated on or separated from the valve seat 112 provided in the turbine housing 110, and the valve body 211 is opened and closed (the valve seat 112). And a swing arm 212 that moves in the direction of contact with and away from the valve. The swing arm 212 swings the valve body 211 to close the exhaust bypass passage 111 (fully closed position: FIG. 2). ) And a position at which the exhaust bypass passage 111 is completely opened (fully opened position: FIG. 3). The valve seat 112 of the turbine housing 110 is also included in the constituent members of the wastegate valve 201.

そして、この例のウエストゲートバルブ201においては、揺動アーム212の先端部に、この揺動アーム212に対して直交する方向に延びる支持ピン214が設けられており、この支持ピン214に弁体211がスライド自在に設けられている。つまり、弁体211が揺動アーム212の先端部に、この揺動アーム212に対して弁開閉方向に接離可能に取り付けられており、その弁体211と揺動アーム212の先端部との間にばね(この例では「皿ばね」)213が挟み込まれている。さらに、揺動アーム212に対し離反する向きへの弁体211の移動はストッパ(例えば、止め輪やナットなど)215によって規制されており、弁体211に外力(揺動アーム212側への押圧力)が作用しない状態ときには、上記ばね213の力により弁体211がストッパ215に押圧された状態で当接する。   In the wastegate valve 201 of this example, a support pin 214 extending in a direction perpendicular to the swing arm 212 is provided at the tip of the swing arm 212, and a valve body is provided on the support pin 214. 211 is slidably provided. That is, the valve body 211 is attached to the tip of the swing arm 212 so as to be able to contact and separate in the valve opening / closing direction with respect to the swing arm 212. A spring (“belleville spring” in this example) 213 is sandwiched between them. Further, the movement of the valve body 211 in the direction away from the swing arm 212 is regulated by a stopper (for example, a retaining ring, a nut, etc.) 215, and external force (pushing toward the swing arm 212 side) is applied to the valve body 211. When the pressure is not applied, the valve body 211 comes into contact with the stopper 215 by the force of the spring 213.

なお、ストッパ215は、支持ピン214の先端部を「かしめる」ことによって設けておいてもよい。また、この例において、支持ピン214の外径に対して弁体211の貫通穴211aの内径が所定量だけ大きく形成されており、弁体211は支持ピン214に対して傾動可能となっている。   The stopper 215 may be provided by “caulking” the tip of the support pin 214. In this example, the inner diameter of the through hole 211 a of the valve body 211 is formed by a predetermined amount with respect to the outer diameter of the support pin 214, and the valve body 211 can tilt with respect to the support pin 214. .

上記ウエストゲートバルブ201の揺動アーム212は、リンク機構202及びギヤ機構203を介して電動モータ204の回転軸241に連結されている。   The swing arm 212 of the waste gate valve 201 is connected to the rotating shaft 241 of the electric motor 204 via the link mechanism 202 and the gear mechanism 203.

リンク機構202は、リンクシャフト221、駆動アーム222、駆動ロッド223、及び、クランクアーム224などを備えている。   The link mechanism 202 includes a link shaft 221, a drive arm 222, a drive rod 223, a crank arm 224, and the like.

リンクシャフト221の一端部には、上記ウエストゲートバルブ201の揺動アーム212の端部(弁体211とは反対側の端部)が一体的に取り付けられている。リンクシャフト221はタービンハウジング110の壁体110bを貫通してハウジング外部に突出している。また、リンクシャフト221はタービンハウジング110の壁体110bに回転自在に支持されている。   One end of the link shaft 221 is integrally attached to the end of the swing arm 212 of the wastegate valve 201 (the end opposite to the valve body 211). The link shaft 221 passes through the wall 110b of the turbine housing 110 and protrudes outside the housing. Further, the link shaft 221 is rotatably supported by the wall body 110b of the turbine housing 110.

リンクシャフト221の他端部(揺動アーム212とは反対側の端部)には駆動アーム222の一端部が一体的に取り付けられている。駆動アーム222の他端部は駆動ロッド223の一端部に連結ピン(リンク)225を介して回転自在に連結されている。駆動ロッドの他端部はクランクアーム224の先端部に連結ピン(リンク)226を介して回転自在に連結されており、この駆動ロッド223の前進・後退により駆動アーム222が揺動してリンクシャフト212がその軸心を中心として回転する。   One end of the drive arm 222 is integrally attached to the other end of the link shaft 221 (the end opposite to the swing arm 212). The other end of the drive arm 222 is rotatably connected to one end of the drive rod 223 via a connection pin (link) 225. The other end of the drive rod is rotatably connected to the tip of the crank arm 224 via a connecting pin (link) 226, and the drive arm 222 is swung by the forward / backward movement of the drive rod 223 so that the link shaft. 212 rotates about its axis.

ギヤ機構203は、ウォームギヤ231と、このウォームギヤ231に噛み合うウォームホイール(平ギヤ)232とを備えている。ウォームギヤ231は、電動モータ204の回転軸241の先端部に取り付けられており、電動モータ204の回転駆動力によって回転する。ウォームホイール232の一面(ギヤ回転軸と直交する面)には上記リンク機構202のクランクアーム224が取り付けられている。このクランクアーム224はウォームホイール232と一体回転する。ウォームホイール232の裏側(クランクアーム224とは反対側)には、このウォームホイール232の回転角度(ギヤ角度)を検出する角度センサ(例えば、ロータリエンコーダ等)233が設けられている。この角度センサ233の出力信号(角度検出信号)はECU300に入力される。なお、このギヤ機構203及び上記リンク機構202の構成が「開閉機構」に相当する。   The gear mechanism 203 includes a worm gear 231 and a worm wheel (flat gear) 232 that meshes with the worm gear 231. The worm gear 231 is attached to the distal end portion of the rotating shaft 241 of the electric motor 204 and rotates by the rotational driving force of the electric motor 204. A crank arm 224 of the link mechanism 202 is attached to one surface of the worm wheel 232 (a surface orthogonal to the gear rotation axis). The crank arm 224 rotates integrally with the worm wheel 232. An angle sensor (for example, a rotary encoder) 233 for detecting the rotation angle (gear angle) of the worm wheel 232 is provided on the back side of the worm wheel 232 (the side opposite to the crank arm 224). An output signal (angle detection signal) of the angle sensor 233 is input to the ECU 300. The configurations of the gear mechanism 203 and the link mechanism 202 correspond to an “opening / closing mechanism”.

そして、このような構成のウエストゲートバルブ装置200において、図3に示す状態(バルブ全開状態)から、電動モータ204への通電により電動モータ204の回転軸241が回転(正回転または逆回転)してウォームギヤ231が回転すると、ウォームホイール232が回転し、このウォームホイール232の回転つまりクランクアーム224の回転により駆動ロッド223が前進(ウエストゲートバルブ201側に向けて移動)して駆動アーム222が揺動する。この駆動アーム222の揺動によってリンクシャフト221が回転し、これに伴ってウエストゲートバルブ201の揺動アーム212が揺動して弁体211がタービンハウジング110の弁座112に着座する。これにより上記排気バイパス通路111が閉鎖される(図2に示すバルブ全閉状態となる)。   In the wastegate valve device 200 having such a configuration, the rotating shaft 241 of the electric motor 204 rotates (forward or reverse) by energizing the electric motor 204 from the state shown in FIG. 3 (valve fully opened state). When the worm gear 231 rotates, the worm wheel 232 rotates. The rotation of the worm wheel 232, that is, the rotation of the crank arm 224 moves the drive rod 223 forward (moves toward the wastegate valve 201 side), and the drive arm 222 swings. Move. As the drive arm 222 swings, the link shaft 221 rotates, and accordingly, the swing arm 212 of the wastegate valve 201 swings and the valve body 211 is seated on the valve seat 112 of the turbine housing 110. As a result, the exhaust bypass passage 111 is closed (the valve is fully closed as shown in FIG. 2).

なお、この例では、バルブ全閉状態のときには、図2に示すように、ウエストゲートバルブ201の弁体211がストッパ215から所定量だけ離れ、弁体211がタービンハウジング110の弁座112にばね213の力によって押圧された状態で突き当たるようになっている。   In this example, when the valve is fully closed, as shown in FIG. 2, the valve body 211 of the wastegate valve 201 is separated from the stopper 215 by a predetermined amount, and the valve body 211 springs against the valve seat 112 of the turbine housing 110. It hits in the state pressed by the force of 213.

一方、図2に示す状態(バルブ全閉状態)から、バルブ閉鎖時とは逆向きの電流を電動モータ204に流すと、ウォームホイール232(クランクアーム224)がバルブ閉鎖時とは逆向きに回転し、駆動ロッド223が後退して駆動アーム222が揺動し、リンクシャフト221がバルブ閉鎖時とは逆向きに回転する。これによってウエストゲートバルブ201の弁体211が弁座112から離座して上記排気バイパス通路111が開放される(図3に示すバルブ全開状態となる)。なお、ウエストゲートバルブ201を開く場合の動作としては、後述するように、使用域(エンジン回転数・要求トルク)に応じて全開状態にする動作と、ウエストゲートバルブ201の開度をエンジン回転数及び要求トルク等に応じて調整する動作とがある。   On the other hand, in the state shown in FIG. 2 (valve fully closed state), when a current in the direction opposite to that when the valve is closed is supplied to the electric motor 204, the worm wheel 232 (crank arm 224) rotates in the direction opposite to that when the valve is closed. Then, the drive rod 223 moves backward, the drive arm 222 swings, and the link shaft 221 rotates in the direction opposite to that when the valve is closed. As a result, the valve body 211 of the wastegate valve 201 is separated from the valve seat 112 and the exhaust bypass passage 111 is opened (the valve is fully opened as shown in FIG. 3). In addition, as operation | movement when opening the wastegate valve 201, as mentioned later, the operation | movement which makes a fully open state according to a use range (engine speed and required torque), and the opening degree of the wastegate valve 201 are engine speed. In addition, there is an operation of adjusting according to the required torque or the like.

−ウエストゲートバルブ開閉制御−
次に、ECU300が実行するウエストゲートバルブ開閉制御について図2〜図7を参照して説明する。
-Wastegate valve opening / closing control-
Next, waste gate valve opening / closing control executed by the ECU 300 will be described with reference to FIGS.

まず、ウエストゲートバルブ開閉制御に用いるバルブ全閉時の目標ギヤ角度について説明する。ここで、ギヤ角度とは、上記したギヤ機構203のウォームホイール(平ギヤ)232の回転角度(ギヤ角度)のことであり、バルブ全閉時の目標ギヤ角度とは、例えばウエストゲートバルブ201の全開位置を基準(角度=0)として、その基準からバルブ全閉位置までの角度のことである。そのバルブ全閉位置(全閉角度)は、予め実験等によって測定しておく。その具体的な測定方法について図7を参照して説明する。   First, the target gear angle when the valve is fully closed used for wastegate valve opening / closing control will be described. Here, the gear angle is the rotation angle (gear angle) of the worm wheel (flat gear) 232 of the gear mechanism 203 described above, and the target gear angle when the valve is fully closed is, for example, the waste gate valve 201. With the fully open position as a reference (angle = 0), this is the angle from the reference to the valve fully closed position. The valve fully closed position (fully closed angle) is measured in advance by experiments or the like. The specific measuring method will be described with reference to FIG.

図7に示すように、バルブ全開位置(ギヤ角度=0)からウエストゲートバルブ201を閉じていくと、弁体211がタービンハウジング110の弁座112に突き当たった時点P1からモータ荷重が増加しはじめる。その荷重増加過程においてモータ荷重が「狙いの荷重」、具体的には、ウエストゲートバルブ201の弁体211に排気圧力がかかっても弁体211が開かない全閉時の荷重F([排気圧力+ばね213の力]に所定量のマージンを加えた荷重)になったときの、ウォームホイール232の回転角度(ギヤ角度)を測定する。そして、その測定したギヤ角度測定値に、機械的ばらつき分(弁体211のバルブ開き側へのずれ量の最大値)及びギヤ機構203等のバックラッシュ分に相当するギヤ角度を加えることにより目標ギヤ角度θgtを決定する。   As shown in FIG. 7, when the waste gate valve 201 is closed from the valve fully open position (gear angle = 0), the motor load starts to increase from the point P <b> 1 when the valve body 211 hits the valve seat 112 of the turbine housing 110. . In the process of increasing the load, the motor load is the “target load”. Specifically, even when exhaust pressure is applied to the valve body 211 of the wastegate valve 201, the fully closed load F ([exhaust pressure] + The force of the spring 213]), and the rotation angle (gear angle) of the worm wheel 232 is measured. Then, by adding the gear angle corresponding to the mechanical variation (maximum amount of displacement of the valve body 211 to the valve opening side) and the backlash of the gear mechanism 203 and the like to the measured gear angle measurement value, the target is obtained. The gear angle θgt is determined.

ここで、上記全閉時のモータ荷重F(パワー)は、上述したように、タービンハウジング110内の排気圧力(弁体211に作用する排気圧力)と、ばね213の力とを加えた力よりも所定量(マージン分)だけ大きい値とすればよいので(フルパワーとする必要がないので)、ウエストゲートバルブ201を全閉にするときに、電動モータ204に流れる電流値を限界電流値(電動モータ204の寿命が縮まらない電流値)よりも小さくすることができる。   Here, as described above, the motor load F (power) when fully closed is obtained by adding the exhaust pressure in the turbine housing 110 (exhaust pressure acting on the valve body 211) and the force of the spring 213. Can be set to a value that is larger by a predetermined amount (margin) (since it is not necessary to make full power), the current value that flows through the electric motor 204 when the wastegate valve 201 is fully closed is set to the limit current value ( Current value that does not shorten the life of the electric motor 204).

なお、上記目標ギヤ角度θgtの基準となるバルブ全開位置(ギヤ角度=0)については、ウエストゲートバルブ201の弁体211や揺動アーム212(またはリンク機構202の駆動アーム222等)を全開ストッパ(図示せず)に突き当てたときの、ギヤ角度センサ233の検出値を基準角度出力値として学習することにより、バルブ全閉位置(弁体211の実際の閉鎖位置)を常に適正な位置に制御することが可能となり、バルブ閉鎖時の制御性を高めることができる。   For the valve fully open position (gear angle = 0) serving as a reference for the target gear angle θgt, the valve body 211 of the wastegate valve 201 and the swing arm 212 (or the drive arm 222 of the link mechanism 202, etc.) are fully opened. The valve fully closed position (actually closed position of the valve body 211) is always set to an appropriate position by learning the detected value of the gear angle sensor 233 when it hits (not shown) as the reference angle output value. It becomes possible to control, and the controllability at the time of valve closing can be improved.

次に、ウエストゲートバルブ開閉制御の一例について図6のフローチャートを参照して説明する。図6の制御ルーチンはECU300において所定時間毎に繰り返して実行される。   Next, an example of waste gate valve opening / closing control will be described with reference to the flowchart of FIG. The control routine of FIG. 6 is repeatedly executed by the ECU 300 every predetermined time.

図6の制御ルーチンが開始されると、まずは、ステップST101においてウエストゲートバルブ201を閉じる領域であるか否かをマップに基づいて判定する。具体的には、エンジン回転数及び要求トルクをパラメータとし、例えば、フル過給領域(バルブ全閉領域)、過給圧調整領域(バルブ開度調整領域)、過給無し領域(バルブ全開領域)の各領域が設定されたマップを用いて、要求トルク及び現在のエンジン回転数に基づいて、運転領域が「フル過給領域」に入っているか否かを判定し、「フル過給領域」に入っている場合(バルブを閉じる領域であり、ステップST101の判定結果が肯定判定(YES)となった場合)はステップST102に進む。ステップST101の判定結果が否定判定(NO)である場合はリターンする。   When the control routine of FIG. 6 is started, first, in step ST101, it is determined based on the map whether or not it is a region where the waste gate valve 201 is closed. Specifically, the engine speed and the required torque are used as parameters, for example, a full supercharging region (valve fully closed region), a supercharging pressure adjusting region (valve opening adjusting region), and a non-supercharging region (valve fully open region). Based on the required torque and the current engine speed, it is determined whether or not the operating region is in the “full supercharging region” and the “full supercharging region” is set. If it is present (the region where the valve is closed and the determination result in step ST101 is affirmative (YES)), the process proceeds to step ST102. If the determination result in step ST101 is negative (NO), the process returns.

ステップST102では、電動モータ204に通電を行ってウエストゲートバルブ201を閉じていく。このバルブ閉じ過程において、角度センサ233の出力信号から得られるウォームホイール232のギヤ角度θgr(バルブ全開位置(ギヤ角度=0)からの実際のギヤ角度)と、上記バルブ全閉時の目標ギヤ角度θgtとを比較し、その実際のギヤ角度θgrが目標ギヤ角度θgtに一致した時点(ステップST103の判定結果が肯定判定(YES)となった時点)で、ウエストゲートバルブ201が全閉状態になったと判断して電動モータ204への通電を停止する(ステップST104)。なお、このバルブ閉じ制御において、実際のギヤ角度θgrが目標ギヤ角度θgtに一致するまでは電動モータ204への通電を継続する。   In step ST102, the electric motor 204 is energized to close the waste gate valve 201. In this valve closing process, the gear angle θgr (actual gear angle from the valve fully open position (gear angle = 0)) obtained from the output signal of the angle sensor 233 and the target gear angle when the valve is fully closed. When the actual gear angle θgr matches the target gear angle θgt (when the determination result in step ST103 is affirmative (YES)), the wastegate valve 201 is fully closed. It is determined that the power supply to the electric motor 204 is stopped (step ST104). In this valve closing control, energization of the electric motor 204 is continued until the actual gear angle θgr matches the target gear angle θgt.

次に、ステップST105において、ウエストゲートバルブ201を開く領域であるか否かを判定する。具体的には、運転状態が変化して領域が、上記「過給圧調整領域」または「過給無し領域」に遷移した場合(バルブを開く領域となり、ステップST105の判定結果が肯定判定(YES)となった場合)は、上記バルブ閉鎖時とは逆向きの電流を電動モータ204に通電してウエストゲートバルブ201を開く(ステップST106)。このとき、運転領域が上記過給圧調整領域(バルブ開度調整領域)である場合は、エンジン回転数及び要求トルクに応じた過給圧となるように、電動モータ204への通電制御を行ってウエストゲートバルブ201の開度を調整する。また、運転領域が上記過給無し領域(バルブ全開領域)である場合は、ウエストゲートバルブ201を全開位置(ギヤ角度=0)まで開く。なお、ウエストゲートバルブ201を全開位置にした後に電動モータ304への通電を停止するようにしてもよい。   Next, in step ST105, it is determined whether or not it is an area where the waste gate valve 201 is opened. Specifically, when the operating state changes and the region transitions to the “supercharging pressure adjustment region” or “no supercharging region” (the valve is opened, the determination result in step ST105 is affirmative (YES) ), The electric current is applied to the electric motor 204 in the direction opposite to that when the valve is closed to open the wastegate valve 201 (step ST106). At this time, when the operation region is the above-described supercharging pressure adjustment region (valve opening adjustment region), energization control to the electric motor 204 is performed so that the supercharging pressure according to the engine speed and the required torque is obtained. Then, the opening degree of the waste gate valve 201 is adjusted. Further, when the operation region is the above-described supercharging-free region (valve fully open region), the wastegate valve 201 is opened to the fully open position (gear angle = 0). Note that energization of the electric motor 304 may be stopped after the waste gate valve 201 is fully opened.

このように、この例の開閉制御では、ウエストゲートバルブ201を開いた状態から全閉にする場合には上記ステップST101〜ST104の処理を実行し、ウエストゲートバルブ201が全閉の状態からバルブを開く場合にはステップST105〜ST106の処理を実行する。   As described above, in the opening / closing control of this example, when the waste gate valve 201 is fully closed from the opened state, the processing of steps ST101 to ST104 is executed, and the waste gate valve 201 is opened from the fully closed state. When opening, the process of step ST105-ST106 is performed.

以上説明したように、この例のウエストゲートバルブ装置によれば、ウエストゲートバルブ201の弁体211を、当該弁体211を移動する揺動アーム212に対し弁開閉方向に接離可能に取り付けるとともに、その弁体211と揺動アーム212との間にばね213を設けているので、バルブ全閉時において弁体211がタービンハウジング110の弁座112に突き当たるときの荷重をばね213によって低減することができ、電動モータ204にかかる力を小さくすることができる。これによってバルブ全閉時に電動モータ204に大きな電流が流れないようにすることができ、電動モータ204の寿命を延ばすことができる。さらに、バルブ全閉時において弁体211が弁座112に突き当たるときの衝撃力をばね213にて低減することができるので、電動モータ204、ウエストゲートバルブ201(弁体211や弁座112等)、ギヤ機構203、及び、リンク機構202の各部の磨耗を抑制することができる。   As described above, according to the wastegate valve device of this example, the valve body 211 of the wastegate valve 201 is attached to the swing arm 212 that moves the valve body 211 so as to be able to contact and separate in the valve opening / closing direction. Since the spring 213 is provided between the valve body 211 and the swing arm 212, the load when the valve body 211 hits the valve seat 112 of the turbine housing 110 when the valve is fully closed is reduced by the spring 213. The force applied to the electric motor 204 can be reduced. As a result, a large current can be prevented from flowing through the electric motor 204 when the valve is fully closed, and the life of the electric motor 204 can be extended. Furthermore, since the impact force when the valve body 211 hits the valve seat 112 when the valve is fully closed can be reduced by the spring 213, the electric motor 204, the wastegate valve 201 (the valve body 211, the valve seat 112, etc.) The wear of each part of the gear mechanism 203 and the link mechanism 202 can be suppressed.

また、バルブ閉じ時において電動モータ204への通電制御により上記バルブ全閉時の目標ギヤ角度θgtに制御したときに、バルブ全閉位置(弁体211の実際の閉鎖位置)がばらついても、そのばらつき分をばね213にて吸収することができるので、バルブを常に確実に閉じることができる。   In addition, even when the valve fully closed position (actual closed position of the valve body 211) varies when the valve is closed to control the target gear angle θgt when the valve is fully closed by energization control to the electric motor 204, Since the variation can be absorbed by the spring 213, the valve can always be closed reliably.

しかも、この例では、電動モータ204とウエストゲートバルブ201との間の開閉機構系に、ウォームギヤ231とウォームホイール232とが噛み合うギヤ機構203を連結しているので、バルブ全閉後に電動モータ204への通電を停止しても、ウエストゲートバルブ201の弁体211に作用する排気圧力やばね213の力などによって電動モータ204が逆向きに回転すること、つまり、弁体211が弁座112から離れてバルブが開くことがなくなる。このようにバルブ全閉時には電動モータ204への通電を停止することが可能になることにより、電力消費量の低減化を図ることができる。さらに、弁体211と揺動アーム212との間にばね213を設けているので、上記排気圧力等によりギヤ機構203等のバックラッシュ分だけ弁開き側に弁体211が戻されても、その戻り分をばね213にて吸収することが可能となり、バルブ全閉状態を確実に維持することができる。   In addition, in this example, the gear mechanism 203 in which the worm gear 231 and the worm wheel 232 are engaged is connected to the opening / closing mechanism system between the electric motor 204 and the wastegate valve 201. The electric motor 204 rotates in the opposite direction due to the exhaust pressure acting on the valve body 211 of the wastegate valve 201 or the force of the spring 213, that is, the valve body 211 is separated from the valve seat 112 even if the energization of the valve is stopped. This prevents the valve from opening. As described above, when the valve is fully closed, it is possible to stop energization of the electric motor 204, thereby reducing power consumption. Further, since the spring 213 is provided between the valve body 211 and the swing arm 212, even if the valve body 211 is returned to the valve opening side by the backlash of the gear mechanism 203 or the like due to the exhaust pressure or the like, The return amount can be absorbed by the spring 213, and the valve fully closed state can be reliably maintained.

なお、この例のウエストゲートバルブ装置200では、ウエストゲートバルブ201の開閉の駆動力源を電動モータ204としているので、ウエストゲートバルブ201のアクティブ制御が可能であり、エンジン始動時の触媒昇温性、燃費及び応答性などの向上を図ることができるという効果も達成することができる。   In the waste gate valve device 200 of this example, since the driving force source for opening and closing the waste gate valve 201 is the electric motor 204, active control of the waste gate valve 201 is possible, and the catalyst temperature rise performance at the time of engine start-up is possible. Moreover, the effect that improvement of a fuel consumption, responsiveness, etc. can be aimed at can also be achieved.

−他の実施形態−
以上の例では、ウエストゲートバルブ201の弁体211と揺動アーム212との間に設けるばねとして皿ばねを用いているが、これに替えて、例えば圧縮コイルばねなどの他の形態のばねを用いてもよい。
-Other embodiments-
In the above example, a disc spring is used as a spring provided between the valve element 211 and the swing arm 212 of the wastegate valve 201. Instead of this, for example, a spring of another form such as a compression coil spring is used. It may be used.

以上の例では、ウォームホイール232に角度センサ233を設けて、ウォームホイール232のギヤ角度を直接検出するようにしているが、これに限られることなく、例えば角度センサ付きの電動モータ204を用い、その角度センサの検出信号(電動モータ204の回転角度検出信号)からウォームホイール232のギヤ角度(回転角度)を認識するようにしてもよい。   In the above example, the angle sensor 233 is provided in the worm wheel 232 so as to directly detect the gear angle of the worm wheel 232. However, the present invention is not limited to this. For example, the electric motor 204 with an angle sensor is used. You may make it recognize the gear angle (rotation angle) of the worm wheel 232 from the detection signal (rotation angle detection signal of the electric motor 204) of the angle sensor.

なお、本発明を適用するエンジン(内燃機関)としては、4気筒ディーゼルエンジンのほか、例えば6気筒や8気筒などの他の任意の気筒数のディーゼルエンジンであってもよいし、任意気筒数のガソリンエンジンであってもよい。また、車両の動力源については、エンジン(内燃機関)単体のほか、エンジンと電動モータの両方を備えているハイブリッド形動力源であってもよい。   As an engine (internal combustion engine) to which the present invention is applied, in addition to a four-cylinder diesel engine, for example, a diesel engine having any other number of cylinders such as six or eight cylinders may be used. A gasoline engine may be used. In addition to the engine (internal combustion engine) alone, the vehicle power source may be a hybrid power source including both an engine and an electric motor.

本発明は、過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路を開閉するウエストゲートバルブを電動モータで開閉駆動する装置に利用可能である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for an apparatus that opens and closes a wastegate valve that opens and closes a bypass passage that bypasses a turbine wheel of a supercharger using an electric motor.

1 エンジン
5 排気通路
100 ターボチャージャ(過給機)
101 タービンホイール
110 タービンハウジング
111 排気バイパス通路
112 弁座
200 ウエストゲートバルブ装置
201 ウエストゲートバルブ
211 弁体
212 揺動アーム
213 ばね
202 リンク機構
203 ギヤ機構
231 ウォームギヤ
232 ウォームホイール
233 角度センサ
204 電動モータ
300 ECU
1 Engine 5 Exhaust passage 100 Turbocharger (supercharger)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Turbine wheel 110 Turbine housing 111 Exhaust bypass passage 112 Valve seat 200 Waste gate valve apparatus 201 Waste gate valve 211 Valve body 212 Oscillating arm 213 Spring 202 Link mechanism 203 Gear mechanism 231 Worm gear 232 Warm wheel 233 Angle sensor 204 Electric motor 300 ECU

Claims (3)

過給機のタービンホイールをバイパスするバイパス通路を開閉する弁体と、前記弁体を開閉方向に移動するアームとを有するウエストゲートバルブと、
電動モータの回転運動を弁開閉運動に変換して前記弁体に前記アームを介して伝達する開閉機構とを備えたウエストゲートバルブ装置において、
前記弁体は前記アームに対して弁開閉方向に接離可能に取り付けられているとともに、前記弁体と前記アームとの間に前記弁体を前記アームに対し離反する向きに付勢するばねが設けられており、
前記開閉機構として、前記電動モータの回転駆動力により回転するウォームギヤ及びこのウォームギヤに噛み合うウォームホイールを有するギヤ機構と、このギヤ機構と前記ウエストゲートバルブとの間に連結されるリンク機構とを備えているとともに、
前記ウォームホイールの回転角度を認識する角度認識手段と、前記ウエストゲートバルブを閉じる際に前記ウォームホイールの回転角度がバルブ全閉時の目標ギヤ角度となるように前記電動モータの駆動を制御する制御手段とを備えていることを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
A wastegate valve having a valve body that opens and closes a bypass passage that bypasses the turbine wheel of the supercharger, and an arm that moves the valve body in an opening and closing direction;
In a wastegate valve device comprising an opening / closing mechanism that converts a rotational movement of an electric motor into a valve opening / closing movement and transmits it to the valve body via the arm,
The valve body is attached to the arm so as to be able to contact and separate in a valve opening / closing direction, and a spring that biases the valve body in a direction away from the arm between the valve body and the arm. Provided ,
The opening / closing mechanism includes a gear mechanism having a worm gear rotating by a rotational driving force of the electric motor, a worm wheel meshing with the worm gear, and a link mechanism connected between the gear mechanism and the waste gate valve. And
Angle recognition means for recognizing the rotation angle of the worm wheel, and control for controlling the driving of the electric motor so that the rotation angle of the worm wheel becomes a target gear angle when the valve is fully closed when the wastegate valve is closed. waste gate valve apparatus characterized by comprising a means.
請求項1記載のウエストゲートバルブ装置において、
前記バルブ全閉時の目標ギヤ角度は、機械的ばらつき、前記ギヤ機構のギヤのバックラッシュ、前記弁体に作用する排気圧力、及び、前記ばねの弾性力を考慮して決定することを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
The wastegate valve device according to claim 1,
Target gear angle of the valve is fully closed, the mechanical variation, the gear backlash of the gear mechanism, the exhaust pressure acting on the valve body, and, characterized that you determined in consideration of the elastic force of the spring A wastegate valve device.
請求項1または2記載のウエストゲートバルブ装置において、
前記ウォームホイールの回転角度が前記バルブ全閉時の目標ギヤ角度となったときに、前記電動モータへの通電を停止することを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
The wastegate valve device according to claim 1 or 2,
A wastegate valve device , wherein energization of the electric motor is stopped when a rotation angle of the worm wheel becomes a target gear angle when the valve is fully closed .
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