JPH1136877A

JPH1136877A - 負圧アクチュエータ

Info

Publication number: JPH1136877A
Application number: JP9194175A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kimura; 憲治木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1997-07-18
Filing date: 1997-07-18
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は駆動負圧源から供給される負圧により
動作を行なう負圧アクチュエータに関し、エンジン状態
に拘わらず可変容量装置の安定した駆動を実現しするこ
とを課題とする。【解決手段】可変容量型ターボチャージャのタービン２
１側に設けられた容量可変装置３２を駆動する負圧アク
チュエータであって、この容量可変装置３２と接続され
たダイヤフラム４４により内部を隔成することにより第
１及び第２の負圧室４１，４２を形成し、この第１及び
第２の負圧室４１，４２の双方に対し駆動負圧を印加す
る構成とする。また、容量可変装置３２の開度目標値を
エンジンの運転状態に基づき設定する際、この開度目標
値を第１の負圧室４１の負圧値と第２の負圧室４２の負
圧値の差圧として設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は負圧アクチュエータ
に係り、特に駆動負圧源から供給される負圧により動作
を行なう負圧アクチュエータに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ターボチャージャ付エンジンの
出力特性はターボチャージャの容量やタービンホイール
の羽根形状等によって左右される。すなわち、大きな容
量のターボチャージャを使用すると、高速、高負荷時等
の排気ガス量の多い所では、十分効果が得られるが、一
方、低速、中速等の比較的排気ガス量の少ない所では、
効果が十分に発揮されないことになる。そこで、エンジ
ンの運転状態に応じてタービン容量を可変とし、低速で
のトルクアップ及び高速域での燃費向上ができる可変容
量型のターボチャージャが従来より各種提案されてい
る。

【０００３】この種の可変容量型ターボチャージャとし
ては、例えば特開昭６１−４８３０号公報に開示された
ものが知られている。同公報に開示された可変容量型タ
ーボチャージャは、タービンハウジング内に負圧アクチ
ュエータにより駆動される可変容量機構が設けられてお
り、負圧アクチュエータの駆動動作に応じてタービン容
量を可変とする構成とされている。

【０００４】従って、例えばエンジンの運転状態が低速
時或いは中速時等（以下、低中速時という）の比較的排
気ガス量の少ない運転状態下であった場合には、可変容
量機構によりスロート面積を絞る（断面積を小さくす
る）ことにより、タービン室内に流入する排気ガスの速
度は増大する。これにより、低中速時においてもタービ
ンの回転速度を増大させることができ、よって吸気圧力
は向上するため、低中速時におけるトルクの向上を図る
ことができる。

【０００５】一方、上記可変容量機構を駆動する駆動手
段としは、負圧アクチュエータが用いられている。この
負圧アクチュエータは、上記の公報の構成では吸気管負
圧を駆動負圧源とするダイアフラム式アクチュエータと
されている。このダイアフラム式の負圧アクチュエータ
は、ハウジング内にダイヤフラムにより隔成された二つ
の部屋が形成されており、一方の部屋は駆動負圧源とな
る吸気管に接続され（以下、この部屋を負圧室とい
う）、他方の部屋は大気開放とされている（以下、この
部屋を大気室という）。

【０００６】また、吸気管と負圧アクチュエータとを接
続する配管には電磁弁が設けられており、この電磁弁は
エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）により開弁度
をデューティ制御される構成とされている。よって、負
圧アクチュエータに印加される負圧はＥＣＵにより制御
しうる構成とされている。上記構成において、ＥＣＵが
エンジンの運転状態が低中速時であると判断すると、電
磁弁を開弁制御することによりエンジン状態に対応した
駆動負圧を負圧アクチュエータに供給する。これによ
り、負圧アクチュエータは可変容量機構を駆動し、よっ
て上記のように低中速時におけるトルクの向上を図るこ
とができる。尚、負圧アクチュエータの負圧室内には、
負圧の印加後に元の状態に復帰するためのバネが設けら
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】アクチュエータ駆動負
圧は、エンジン運転状態に応じて可変容量装置の開度
（絞り量）が目標値となるように設定されるが、負圧ア
クチュエータは負圧室と大気圧室、または負圧室に設け
られたバネのばね力とのバランスによってストロークが
決定されるが、駆動負圧が変動した場合、開度特性が変
化し、可変容量装置を所望開度に設定できない。また、
負圧変動を規制する手段がないため、負圧アクチュエー
タの安定正が悪いという問題点がある。

【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、ダイヤフラムに隔成された二つの部屋の夫々に負
圧を導入し、各部屋の負圧差により可変容量装置を駆動
することにより、エンジン状態に拘わらず可変容量装置
の安定した駆動を実現しうる負圧アクチュエータを提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、次に述べ
る手段を講じることにより解決することができる。請求
項１記載の発明に係る負圧アクチュエータでは、内部を
ダイヤフラムにより隔成することにより第１及び第２の
負圧室を形成し、この第１及び第２の負圧室の双方に対
し駆動負圧を印加してリフト量を設定する構成とし、か
つ、前記リフト量の目標値をエンジンの運転状態に基づ
き目標差圧設定手段が設定する構成とすると共に、前記
目標差圧設定手段が設定する前記リフト量の目標値が、
前記第１の負圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧値の差
圧として設定されることを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項２記載の発明に係る負圧アク
チュエータでは、可変容量型ターボチャージャのタービ
ン側に設けられた容量可変手段を駆動する負圧アクチュ
エータであって、前記容量可変手段と接続されたダイヤ
フラムにより内部を隔成することにより第１及び第２の
負圧室を形成し、この第１及び第２の負圧室の双方に対
し駆動負圧を印加して前記容量可変手段の開度を設定す
る構成とし、かつ、前記開度の目標値をエンジンの運転
状態に基づき目標差圧設定手段が設定する構成とすると
共に、前記目標差圧設定手段が設定する前記開度の目標
値が、前記第１の負圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧
値の差圧として設定されることを特徴とするものであ
る。

【００１１】上記した各手段は、次のように作用する。
請求項１及び請求項２記載の負圧アクチュエータによれ
ば、ダイヤフラムにより隔成された第１及び第２の負圧
室の双方に対し駆動負圧を印加してリフト量を設定する
と共に、目標差圧設定手段が設定するリフト量の目標値
が第１の負圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧値の差圧
として設定されることにより、第１及び第２の負圧室に
は常に負圧が印加される構成となる。これにより、駆動
負圧に変動が生じたとしても、その影響が負圧アクチュ
エータの出力に現れることを防止することができる。

【００１２】即ち、従来のように一方の部屋が大気開放
とされた構成では、駆動負圧に変動が生じるとこの変動
が全てダイヤフラムの変位となってしまう。よって、ダ
イヤフラムのリフト量は駆動負圧の変動に伴い変化して
しまい、負圧アクチュエータとしての安定性が大きく劣
化してしまう。しかるに、第１及び第２の負圧室の双方
に駆動負圧を印加し、かつリフト量の目標値を第１の負
圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧値の差圧として設定
することにより、仮に第１の負圧室が駆動負圧の変動に
より昇圧した場合、第２の負圧室も駆動負圧の変動によ
り昇圧することとなる。

【００１３】よって、この変動分は互いに相殺されるこ
ととなり、実際にダイヤフラムを付勢する力となる両負
圧室間の差圧には変化が生じない。これにより、駆動負
圧に変動が生じたとしても、その影響が負圧アクチュエ
ータの出力に現れることは防止され、負圧アクチュエー
タの安定性を向上させることができる。また、上記のよ
うに第１及び第２の負圧室に常に負圧が印加される構成
とすることにより、応答性の向上を図ることができる。
即ち、従来のように一方の部屋が常に大気開放とされた
構成では、他方の部屋をダイヤフラムを変位しうる負圧
まで減圧するまでに時間を要してしまう。

【００１４】これに対し、第１及び第２の負圧室に常に
負圧が印加される構成とすることにより、目標リフト量
が目標値となるよう各負圧室間の差圧を設定する際、一
方の負圧室を昇圧処理し、他方の負圧室を減圧処理する
ことが可能となる。よって、この場合には各負圧室間の
差圧を短時間で目標値に設定することが可能となり、負
圧アクチュエータの応答性を向上させることができる。

【００１５】更に、第１及び第２の負圧室に常に負圧が
印加されることにより、負圧アクチュエータはダッシュ
ポット的な機能を奏することとなり、よって不測の外力
を負圧アクチュエータで干渉することもできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。図１は、本発明の一実施例であ
負圧アクチュエータ４０を搭載した可変容量型ターボチ
ャージャの全体構成を示す図である。同図において、１
０は機関本体であり、１１は可変容量型のターボチャー
ジャである。吸気管１２にはインタークーラー１３、イ
ンペラ室１４、絞り弁１５，吸気温センサ１６，及び吸
気圧センサ１７等が配設されている。

【００１７】インタークーラー１３は、エンジン出力の
増大を図るために吸入空気を冷却する。また、絞り弁１
５は運転者のアクセルペダルに連動して開閉し、吸入空
気量を可変する。また、吸気温センサ１６及び吸気圧セ
ンサ１７はエンジンコントロールユニット６０（以下、
ＥＣＵという）に接続されており、これによりＥＣＵ６
０は吸気温及び過給圧を検知しうる構成とされている。

【００１８】尚、上記の絞り弁１５には、ＥＣＵ６０に
接続された開度センサ（図示せず）が設けられている。
この開度センサの出力により、ＥＣＵ６０はアクセル開
度を検知することができる。一方、排気管１８にはター
ビンホイール室１９が排気マニホルド部の下流に設けら
れている。また、ターボチャージャ１１のコンプレッサ
２０はインペラ室１４に、タービン２１はタービンホイ
ール室１９にそれぞれ収納されている。

【００１９】また、前記した吸気管１２と排気管１８と
の間には、ＥＧＲ配管２２が配設されており、排気ガス
はＥＧＲ配管２２を介して吸気管１２に還流可能な構成
とされている。このＥＧＲ配管２２には、ＥＣＵ６０に
より制御されるＥ−ＶＲＶ(3) ２４と接続されたＥＧＲ
バルブ２３が設けられており、エンジンの運転状態に応
じて還流する排気ガス量を制御しうる構成とされてい
る。このように、排気ガスの一部を排気管１８から取り
出し、適当な温度，時期，流量等の制御して吸気管１２
に還流させることにより、ＮＯ_Xの低減を図ることがで
きる。

【００２０】また、排気管１８のタービン２１を挟んだ
上流位置と下流位置との間には、バイパス通路２６が設
けられると共に、このバイパス通路２６にはウェイスト
ゲートバルブ２７（以下、ＷＧバルブという）が設けら
れている。このＷＧバルブ２７は、ＥＣＵ６０により制
御されるＤ−ＶＳＶ２９に接続されたアクチュエータ２
８により駆動する。具体的には、ＥＣＵ６０は過給圧が
既定の圧力を越えた場合にＤ−ＶＳＶ２９を介してアク
チュエータ２８を駆動制御し、ＷＧバルブ２７を開弁す
る。これにより、常に最適な過給圧を維持することがで
きる。

【００２１】また、図中３０で示すのはバキュームポン
プであり、機関本体１０を駆動源として負圧を発生させ
るものである。また、このバキュームポンプ３０にはバ
キュームタンク３１（図では、Ｖ／Ｔと示す）が接続さ
れており、バキュームポンプ３０の駆動制御を行なうこ
とによりバキュームタンク３１内の負圧は常に一定とな
るよう構成されている。このバキュームタンク３１は駆
動負圧源となるものであり、負圧を駆動源とするブレー
キブースタ，及び本発明の要部となる負圧アクチュエー
タ４０等に接続されている。

【００２２】ところで、上記のようにバキュームタンク
３１内の負圧はバキュームポンプ３０の駆動制御を行な
うことにより常に一定となるよう構成されているが、例
えばブレーキ操作を頻繁に行なう走行を行なった場合、
ブレーキブースタで消費される負圧は増大する。そし
て、バキュームポンプ３０で生成される負圧量に対し消
費される負圧量が大きくなった場合、バキュームタンク
３１内の負圧は既定値より高くなってしまう。このよう
に、バキュームタンク３１内の駆動負圧は変動する可能
性のあるものである。

【００２３】一方、前記した排気管２８において、ター
ボチャージャ１１のタービン側位置には、可変容量装置
３２が配設されている。この可変容量装置３２は負圧ア
クチュエータ４０により駆動する構成とされており、機
関本体１０の運転状態が低速時或いは中速時等（以下、
低中速時という）の比較的排気ガス量の少ない運転状態
下にある時、スロート面積を絞る（断面積を小さくす
る）ことによりタービンホイール室１９室内に流入する
排気ガスの速度を増大させる機能を奏するものである。

【００２４】このように、低中速時においてスロート面
積を絞り排気ガスの速度を増大させることにより、低中
速時においてもタービン２１の回転速度を増大させるこ
とができる。よって、吸気圧力は向上し、低中速時にお
けるトルクの向上を図ることができる。ここで、図７及
び図８を用いて可変容量装置３２の構成について詳述す
る。図７は、可変容量装置３２が設けられたターボチャ
ージャ１１の断面図であり、また図８は可変容量装置３
２の正面図である。可変容量装置３２はターボチャージ
ャ１１のハウジング４７内に組み込まれており、大略す
るとユニゾンリング５０，ノズルベーンアーム５２，ノ
ズルベーン５４，及びノズルプレート５５等により構成
されている。

【００２５】ユニゾンリング５０は環状のプレートであ
り、ハウジング４７に固定されたノズルプレート５５に
対し、図８に矢印Ａ１，Ｂ１で示す方向に回転可能な構
成されている。このユニゾンリング５０には複数のピン
５１が立設されている。よって、ユニゾンリング５０が
矢印Ａ１，Ｂ１方向に回転すると、これに伴いピン５１
も矢印Ａ１，Ｂ１方向に変位する構成とされている。

【００２６】また、ノズルプレート５５には複数の挿通
孔が形成されており、この挿通孔には支軸５３が回転可
能な構成で挿通されている。この支軸５３の図７におけ
る左端部（図８における紙面に対し手前側）には、ノズ
ルベーンアーム５２が固定されている。ノズルベーンア
ーム５２は、図８に示されるように、略Ｙ字形状を有し
たアームであり、その二股状に分岐した部分が前記した
ピン５１と係合するよう構成されている。

【００２７】また、支軸５３の図７における右端部（図
８におけるノズルプレート５５の裏側）には、ノズルベ
ーン５４が固定されている。ノズルベーン５４は、図８
に示されるように翼形状を有しており、後述するように
このノズルベーン５４が回動することにより排気管１８
の断面積が絞られる構成とされている。更に、ユニゾン
リング５０の所定位置には駆動ピン５６が立設されてお
り、この駆動ピン５６には駆動アーム５７が係合してい
る。駆動アーム５７は負圧アクチュエータ４０のダイヤ
フラムロッド３３に接続しており、よって負圧アクチュ
エータ４０により駆動されるものである。尚、図中５８
はストッパピンであり、ダイヤフラムロッド３３の必要
以上の回転を規制するために設けられている。

【００２８】続いて、上記構成とされた可変容量装置３
２の動作について説明する。まず、高速運転状態の動作
について説明する。高速運転状態では、機関本体１０か
ら排出される排気ガス量は多いため、可変容量装置３２
はノズルスロート面積が広くなるよう動作する。即ち、
高速運転状態では、負圧アクチュエータ４０はＥＣＵ６
０からの指示により駆動アーム５７を図８に矢印Ｂ１で
示す方向に変位させる。

【００２９】駆動アーム５７が矢印Ｂ１方向に変位付勢
されると、ユニゾンリング５０もノズルプレート５５に
対し矢印Ｂ１方向に回動変位し、これに伴い各ピン５１
もノズルプレート５５に対し矢印Ｂ１方向に回動変位す
る。これにより、各ピン５１と係合しているノズルベー
ンアーム５２の二股状部分も矢印Ｂ１方向に付勢され、
またノズルベーンアーム５２はノズルプレート５５に軸
承された支軸５３に固定されているため、各支軸５３は
図８において時計方向に回動付勢される。

【００３０】前記したように、支軸５３には翼状のノズ
ルベーン５４が固定されている。従って、上記のように
支軸５３が時計方向に回動付勢されると、各ノズルベー
ン５４は図８に矢印Ｂ２で示す方向に回動する。排気管
１８から導入される排気ガスは、図８に破線で示す矢印
Ｘで示す方向に流入しタービン２１を回転付勢する構成
とされている。よって、各ノズルベーン５４が、図８に
おける矢印Ｂ２方向に回動することにより、可変容量装
置３２はノズルベーン５４が開いた状態となり、よって
排気ガスを絞ることなくタービン２１に供給する。

【００３１】続いて、中低速運転状態の動作について説
明する。中低速運転状態では、機関本体１０から排出さ
れる排気ガス量は少ないため、可変容量装置３２はノズ
ルスロート面積が狭くなるよう動作する。即ち、中低速
運転状態では、負圧アクチュエータ４０はＥＣＵ６０か
らの指示により駆動アーム５７を図８に矢印Ａ１で示す
方向に変位させる。

【００３２】駆動アーム５７が矢印Ａ１方向に変位付勢
されると、ユニゾンリング５０もノズルプレート５５に
対し矢印Ａ１方向に回動変位し、これに伴い各ピン５１
もノズルプレート５５に対し矢印Ａ１方向に回動変位す
る。これにより、各ピン５１と係合しているノズルベー
ンアーム５２の二股状部分も矢印Ａ１方向に付勢され、
各支軸５３は図８において反時計方向に回動付勢され
る。

【００３３】従って、各ノズルベーン５４は図８に矢印
Ａ２で示す方向に回動し、可変容量装置３２はノズルベ
ーン５４を絞った状態となる。これにより、タービンホ
イール室１９内に流入する排気ガスの速度は速くなり、
低中速時におけるタービン２１の回転速度を増大させる
ことができる。よって、吸気圧力は向上し、低中速時に
おけるトルクの向上を図ることができる。

【００３４】続いて、上記構成とされた可変容量装置３
２を駆動する負圧アクチュエータ４０について説明す
る。図２乃至図４は、本発明の一実施例である負圧アク
チュエータ４０の構成図である。図２は負圧アクチュエ
ータ４０が中立状態である場合を示しており、図３は負
圧アクチュエータ４０が全閉した状態を示しており、更
に図４は負圧アクチュエータ４０が全開した状態を示し
ている。

【００３５】負圧アクチュエータ４０は、ハウジング４
３の内部をダイヤフラム４４により隔成することによ
り、第１の負圧室４１と第２の負圧室４２とを形成した
構成とされている。この第１の負圧室４１と第２の負圧
室４２は、ダイヤフラム４４により気密に隔成されてい
る。また、第１の負圧室４１にはコイルスプリング４５
が内設されると共に、第２の負圧室４２には蛇腹状バネ
４６が内設されている。ダイヤフラム４４は、第１及び
第２の負圧室４１，４２の負圧が等しい場合に、コイル
スプリング４５及び蛇腹状バネ４６に付勢されて図２に
示す中立位置に位置するよう構成されている。また、ダ
イヤフラム４４にはダイヤフラムロッド３３が接続され
ており、このダイヤフラムロッド３３は第２の負圧室４
２を貫通して負圧アクチュエータ４０の下方に延出し、
その先端には前記した可変容量装置３２の駆動アーム５
７が接続されている（図１参照）。

【００３６】尚、第２の負圧室４２に内設された蛇腹状
バネ４６はダイヤフラム４４に気密に固定されており、
かつダイヤフラムロッド３３は蛇腹状バネ４６の内部に
位置するよう構成とれさているため、ダイヤフラムロッ
ド３３を設けても第２の負圧室４２内は気密状態を維持
している。ところで、本実施例に係る負圧アクチュエー
タ４０は、第１の負圧室４１と第２の負圧室４２の双方
に対して負圧を導入することを特徴としている。この点
において、従来のようにダイヤフラムによって隔成され
た一方の部屋のみに負圧を導入する負圧アクチュエータ
に比べ、本実施例に係る負圧アクチュエータ４０はその
構成を大きく異にする。以下、第１の負圧室４１、及び
第２の負圧室４２に負圧を導入する機構について、図２
乃至４に加えて図１を用いて説明する。

【００３７】図１に示されるように、第１の負圧室４１
は第１の負圧配管３６を介してＥＣＵ６０により駆動制
御されるＥ−ＶＲＶ(1) ３８に接続されている。また、
第２の負圧室４２は第２の負圧配管３７を介してＥＣＵ
６０により駆動制御されるＥ−ＶＲＶ(2) ３９に接続さ
れている。このＥ−ＶＲＶ(1) ３８及びＥ−ＶＲＶ(2)
３９は、前記したバキュームタンク３１に接続されてい
る。そして、ＥＣＵ６０により制御されることにより、
Ｅ−ＶＲＶ(1) ３８は第１の負圧配管３６を介して第１
の負圧室４１に、またＥ−ＶＲＶ(2) ３９は第２の負圧
配管３７を介して第２の負圧室４２に駆動負圧を導入す
る。

【００３８】図３は、第１の負圧室４１内の負圧値Ｐ_A
に対し、第２の負圧室４２内の負圧値Ｐ_Bが高い負圧と
なるよう設定した状態を示している。この場合、ダイヤ
フラム４４は下方向に変位し、よって負圧アクチュエー
タ４０は全閉の状態となる。これに対し、図４は第２の
負圧室４２内の負圧値Ｐ_Bに対し、第１の負圧室４１内
の負圧値Ｐ_Aが高い負圧となるよう設定した状態を示し
ている。この場合、ダイヤフラム４４は上方向に変位
し、よって負圧アクチュエータ４０は全開の状態とな
る。

【００３９】このように、ダイヤフラム４４の変位に伴
いダイヤフラムロッド３３も変位し、またダイヤフラム
ロッド３３の変位量（以下、リフト量という）は、第１
の負圧室４１内における負圧値Ｐ_Aと、第２の負圧室４
２内における負圧値Ｐ_Bとの差圧により決定されること
となる。よって、第１の負圧室４１に導入する駆動負圧
の負圧値と、第２の負圧室４２に導入する駆動負圧の負
圧値を制御することにより、可変容量装置３２を駆動制
御することが可能となる。

【００４０】更に、負圧アクチュエータ４０を構成する
第１の負圧室４１には第１の圧力センサ３４が接続され
ており、また第２の負圧室４２には第１の圧力センサ３
５が接続されている。よって、各圧力センサ３４，３５
は、各負圧室４１，４２に印加されている負圧値Ｐ_A，
Ｐ_Bを夫々独立して検出しうる構成とされている。各圧
力センサ３４，３５で検出された負圧値Ｐ_A，Ｐ_BはＥ
ＣＵ６０に送信される構成とされている。

【００４１】続いて、可変容量装置３２を駆動するため
に実施される負圧アクチュエータ４０の駆動制御処理に
ついて、図５及び図６を用いて説明する。図５は負圧ア
クチュエータ４０の駆動制御処理を示すフローチャート
である。同図に示す駆動制御処理は、ＥＣＵ６０がソフ
トウェアープログラムとして実行するものである。同図
に示す駆動制御処理は、ステップ１０（図では、ステッ
プをＳと略称している）において機関本体１０が始動す
ることにより起動する処理である。続くステップ１２で
は、ＥＣＵ６０は各種センサからエンジン回転数（Ｎ
ｅ），アクセル開度（ＴＨ），及びエンジン水温
（Ｔ_W) を求める。

【００４２】続くステップ１４では、水温Ｔ_Wが６０℃
を越えた値であるか否かが判断され、６０℃以下である
場合には処理をステップ１６に進める。ステップ１６で
は、エンジン回転数Ｎｅが1000rpm を越えた値であるか
否かが判断され、1000rpm 以下である場合には処理をス
テップ１８に進める。ステップ１８では、ＥＣＵ６０は
各Ｅ−ＶＲＶ(1) ３８及びＥ−ＶＲＶ(2) ３９を制御す
ることにより、第１の負圧室４１内を大気圧とすると共
に第２の負圧室４２内に所定の負圧とする。これによ
り、前記したように負圧アクチュエータ４０は全閉状態
となる。可変容量装置３２は、負圧アクチュエータ４０
が閉弁側に駆動することによりノズルベーン５４を絞る
よう構成されている。よって、上記のように負圧アクチ
ュエータ４０が全閉状態となることにより、可変容量装
置３２は吸気管１８を大きく絞った状態となる。

【００４３】ここで、ステップ１４及びステップ１６で
共に否定判断がされた機関状態を考察すると、エンジン
水温が６０℃以下で、かつエンジン回転数Ｎｅが1000rp
m 以下の機関状態は、いわゆる冷間始動状態である。こ
のような冷間始動状態において可変容量装置３２により
吸気管１８を大きく絞ると、これにより高温の排気ガス
は機関本体１０内に長く留まることとなる。よって、機
関本体１０の温度を速く上昇させることができ、暖機性
を向上させることができる。尚、このステップ１４〜ス
テップ１８の処理は、ステップ１４或いはステップ１６
において肯定判断が行なわれるまで実施される。

【００４４】一方、ステップ１４或いはステップ１６に
おいて肯定判断が行なわれると、換言すれば十分な暖機
が行なわれたと判断されると、処理はステップ２０に進
む。ステップ２０では、エンジン回転数Ｎｅとエンジン
トルクに基づき、図６に示すマップより最適過給圧を決
定する。図６に示すマップおいて、横軸はエンジン回転
数（Ｎｅ）であり、縦軸はエンジントルクを示してい
る。また、図中破線で示す特性線は最適過給圧であり、
図６に示す例ではＴＰ１〜ＴＰ５の５本の最適過給圧線
を有している。更に、図中一点鎖線で示すのは目標差圧
ΔＰであり、図６に示す例ではΔＰ１〜ΔＰ５の７本の
最適過給圧線を有している。この目標差圧ΔＰ１〜ΔＰ
５は、例えばΔＰ１＝100mHg, ΔＰ２＝150mHg, ΔＰ３
＝200mHg，…のように設定されている。尚、図中ハッチ
ングで示される領域Ｘ１はＥＧＲ領域であり、同じくハ
ッチングで示すされる領域Ｘ２はウエイストゲートバル
ブ可変領域（ＷＧＶ領域）である。

【００４５】ステップ２０において、エンジン回転数Ｎ
ｅとエンジントルクに基づき、図６に示すマップより最
適過給圧を決定する具体例を説明する。いま、エンジン
回転数ＮｅがＮｅ＝2000rpm であり、またエンジントル
クが図中Ｑ１で示す値であったとする。そこで、図６に
示すマップにおいて、Ｎｅ＝2000rpm とトルクＱ１が交
差する位置における最適過給圧線を探すと、最適過給圧
線ＴＰ３がこれに該当する。よって、上記した例のよう
に、Ｎｅ＝2000rpm ，エンジントルク＝Ｑ１である場合
には、ステップ２０の処理により最適過給圧線ＴＰ３が
決定される。

【００４６】続くステップ２２では、ステップ２０で求
められた最適過給圧（最適過給圧線）に基づき、図６に
示すマップより容量可変装置３２の開度（これは、ダイ
ヤフラムロッド３３のリフト量と等価である）の目標値
を設定する。この際、本実施例では、開度の目標値（以
下、目標開度という）を第１の負圧室４１の負圧値と第
２の負圧室４２の負圧値の差圧ΔＰ（以下、この差圧を
目標差圧ΔＰという）として設定する構成としている。

【００４７】ステップ２２において、目標差圧ΔＰを求
める具体的方法について説明する。先ずステップ２２で
は、前記したステップ２０の処理において最適過給圧線
が求められているため、この最適過給圧線と交差する目
標差圧ΔＰ１〜ΔＰ５を探す処理を行なう。前記した具
体例（Ｎｅ＝2000rpm ，エンジントルク＝Ｑ１）をここ
でも適用して説明すると、ステップ２０では最適過給圧
線ＴＰ３が決定されているため、この最適過給圧線ＴＰ
３と交差する目標差圧はΔＰ１〜ΔＰ５となる。また、
前記のように機関本体１０の運転状態はエンジン回転数
Ｎｅが2000rpm ，エンジントルクがＱ１であるため、こ
れに対応する目標差圧はΔＰ３となる。よって、ステッ
プ２２の処理により目標差圧はΔＰ３と決定され、例え
ば前記のようにΔＰ３が200mHgの場合には、目標差圧Δ
ＰはΔＰ200mHgと設定される。

【００４８】上記のようにステップ２０及びステップ２
２の処理により目標差圧ΔＰが決定されると、続くステ
ップ２４では求められた目標差圧ΔＰを実現するため
に、第１の負圧室４１に導入する駆動負圧の負圧値Ｐ_A1
と、第２の負圧室４２に導入する駆動負圧の負圧値Ｐ_B1
とを決定する。そして、ＥＣＵ６０は、第１の負圧室４
１内の負圧が負圧値Ｐ_A1となるように、また第２の負圧
室４２内の負圧が負圧値Ｐ_B1となるよう、各Ｅ−ＶＲＶ
(1) ３８及びＥ−ＶＲＶ(2) ３９を制御する。

【００４９】続くステップ２６では、Ｅ−ＶＲＶ(1) ３
８及びＥ−ＶＲＶ(2) ３９を駆動制御した後の、即ち第
１及び第２の負圧室４１，４２に駆動負圧が導入された
後の現在の第１の負圧室４１内の負圧値Ｐ_Aと第２の負
圧室４２内の負圧値Ｐ_Bとの差圧ΔＰ_iを算出する
（尚、以下の説明において、この現在における実際の差
圧を実差圧ΔＰ_iというものとする。ΔＰ₀＝Ｐ_A−Ｐ
_B）。

【００５０】続くステップ２８では、ステップ２２で求
められた目標差圧ΔＰと、ステップ２６で算出された実
差圧ΔＰ_iとを比較する。そして、目標差圧ΔＰと実差
圧ΔＰ_iとが異なっている場合には、処理をステップ２
４に戻し、第１及び第２の負圧室４１，４２に導入する
駆動負圧の負圧値Ｐ_A1，Ｐ_B1を新たに設定し、目標差圧
ΔＰと実差圧ΔＰ_iとが一致するまで、ステップ２４〜
ステップ２８の処理を繰り返し実施する。

【００５１】また、ステップ２８で目標差圧ΔＰと実際
の差圧ΔＰ_iとが一致したと判断された場合には、容量
可変装置３２は最適な開度となっており、よって次の運
転状態の変化による目標差圧ΔＰの変更に備えるため、
処理はステップ２０に戻る。尚、上記の処理において、
ステップ２０及びステップ２２は前記した目標差圧設定
手段を構成する。

【００５２】また、ステップ２０の処理において、機関
本体１０の運転状態がＥＧＲ領域Ｘ１となっている場合
には、図５に示すフローチャートには示されていない
が、上記した目標差圧ΔＰは既定の固定値に固定され
る。これは、ＥＧＲ制御実施時には排気管圧力を一定に
保つことが望ましいからである。更に、ステップ２０の
処理において、機関本体１０の運転状態がＷＧＶ領域Ｘ
２となっている場合には、負圧アクチュエータ４０を全
開状態とする。即ち、第１の負圧室４１に所定の負圧を
導入すると共に、第２の負圧室４２に大気圧を導入す
る。これにより、容量可変装置３２も全開状態となり排
気ガスの速度が低減するため、タービン２１の回転速度
を低減させることができる。

【００５３】上記したように、本実施例による負圧アク
チュエータ４０及びこの駆動制御処理では、ダイヤフラ
ム４４により隔成された第１及び第２の負圧室４１，４
２の双方に対し駆動負圧を印加するため、第１及び第２
の負圧室４１，４２には常に負圧が印加される構成とな
る（上記した冷間始動時，ＥＧＲ領域，及びＷＧＶ領域
を除く）。

【００５４】これにより、前記したようにブレーキ操作
を頻繁に行なう等により駆動負圧源となるバキュームタ
ンク３１内の駆動負圧に変動が生じたとしても、その影
響が負圧アクチュエータ４０の出力（即ち、リフト量の
変化）に現れることを防止することができる。即ち、従
来のようにダイヤフラムにより隔成された一対の部屋の
内、一方の部屋が大気開放とされた構成では、駆動負圧
に変動が生じるとこの変動が全てダイヤフラムの変位と
なってしまう。よって、この構成ではダイヤフラムのリ
フト量は駆動負圧の変動に伴い変化してしまい、負圧ア
クチュエータとしての安定性が大きく劣化してしまう。

【００５５】これに対し、本実施例のように、第１及び
第２の負圧室４１，４２の双方に駆動負圧を印加し、か
つ容量可変装置３２の目標開度を第１の負圧室４１の負
圧値Ｐ_Aと第２の負圧室４２の負圧値Ｐ_Bの差圧（目標
差圧ΔＰ）として設定することにより、仮に第１の負圧
室４１が駆動負圧の変動により昇圧した場合、第２の負
圧室４２も同一の駆動負圧源を用いているため同様に昇
圧することとなる。

【００５６】よって、この変動分は互いに相殺されるこ
ととなり、実際にダイヤフラム４４を付勢する力となる
両負圧室４１，４２間の差圧には変化が生じない。これ
により、上記のように駆動負圧に変動が生じたとして
も、その影響が負圧アクチュエータ４０の出力に現れる
ことは防止され、負圧アクチュエータ４０の安定性を向
上させることができる。

【００５７】また、上記のように第１及び第２の負圧室
４１，４２に常に負圧が印加される構成とすることによ
り、応答性の向上を図ることができる。即ち、従来のよ
うに一方の部屋が常に大気開放とされた構成では、他方
の部屋をダイヤフラムを変位しうる負圧まで減圧するま
でに時間を要してしまう。これに対し、本実施例の構成
では、第１及び第２の負圧室４１，４２に常に負圧が印
加されているため、前記した図５のステップ２４の処理
において、目標差圧ΔＰを実現するために、第１の負圧
室４１内の負圧が負圧値Ｐ_A1となるよう、また第２の負
圧室４２内の負圧が負圧値Ｐ_B1となるよう各負圧室４
１，４２への駆動負圧を設定する際、一方の負圧室を昇
圧処理し、他方の負圧室を減圧処理することが可能とな
る。よって、この場合には各負圧室４１，４２間の差圧
を短時間で目標値に設定することが可能となり、負圧ア
クチュエータ４０の応答性を向上させることができる。

【００５８】更に、第１及び第２の負圧室４１，４２に
常に負圧が印加されることにより、負圧アクチュエータ
４０はダッシュポット的な機能を奏することとなり、よ
って不測の外力を負圧アクチュエータ４０で干渉するこ
ともできる。これにより、容量可変装置３２の構成要素
等に直接外力が印加さることを防止でき、これらの構成
要素が損傷してしまうことを防止することができる。

【００５９】

【発明の効果】上述したように本発明によれば、駆動負
圧の変動は互いに相殺されることとなり、実際にダイヤ
フラムを付勢する力となる両負圧室間の差圧には変化が
生じないため、駆動負圧に変動が生じたとしても、その
影響が負圧アクチュエータの出力に現れることは防止さ
れ、負圧アクチュエータの安定性を向上させることがで
きる。

【００６０】また、第１及び第２の負圧室に常に負圧が
印加される構成とすることにより、各負圧室間の差圧を
短時間で目標値に設定することが可能となり、負圧アク
チュエータの応答性を向上させることができる。更に、
第１及び第２の負圧室に常に負圧が印加されることによ
り、負圧アクチュエータはダッシュポット的な機能を奏
することとなり、よって不測の外力を負圧アクチュエー
タで干渉することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である負圧アクチュエータを
用いたエンジンの全体構成図である。

【図２】本発明の一実施例である負圧アクチュエータの
構成図である。

【図３】本発明の一実施例である負圧アクチュエータの
動作を説明するための図である（その１）。

【図４】本発明の一実施例である負圧アクチュエータの
動作を説明するための図である（その２）。

【図５】本発明の一実施例である負圧アクチュエータの
制御処理を示すフローチャートである。

【図６】本発明の一実施例である負圧アクチュエータの
制御処理で用いるマップを示す図である。

【図７】ターボチャージャーの断面図である。

【図８】可変容量装置を説明するための図である。

【符号の説明】

１０機関本体１１ターボチャージャー１２吸気管１３インタークーラー１５絞り弁１６吸気音センサ１７吸気圧センサ１８排気管２０コンプレッサ２１タービン２３ＥＧＲバルブ２４Ｅ−ＶＲＶ３２６バイパス通路２７ＷＧバルブ２９Ｄ−ＶＳＶ３０バキュームポンプ３１バキュームタンク３２可変容量装置３３ダイヤフラムロッド３４第１の圧力センサ３５第２の圧力センサ３６第１の負圧配管３７第２の負圧配管３８Ｅ−ＶＲＶ１３９Ｅ−ＶＲＶ２４０負圧アクチュエータ４１第１の負圧室４２第２の負圧室４３，４７ハウジング４４ダイヤフラム４５コイルスプリング４６蛇腹状バネ５０ユニゾンリング５１ピン５２ノズルベーンアーム５４ノズルベーン５６駆動ピン５７駆動アーム６０ＥＣＵ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部をダイヤフラムにより隔成すること
により第１及び第２の負圧室を形成し、該第１及び第２
の負圧室の双方に対し駆動負圧を印加してリフト量を設
定する構成とし、かつ、前記リフト量の目標値をエンジンの運転状態に基
づき目標差圧設定手段が設定する構成とすると共に、前記目標差圧設定手段が設定する前記リフト量の目標値
が、前記第１の負圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧値
の差圧として設定されることを特徴とする負圧アクチュ
エータ。
【請求項２】可変容量型ターボチャージャのタービン
側に設けられた容量可変手段を駆動する負圧アクチュエ
ータであって、前記容量可変手段と接続されたダイヤフラムにより内部
を隔成することにより第１及び第２の負圧室を形成し、
該第１及び第２の負圧室の双方に対し駆動負圧を印加し
て前記容量可変手段の開度を設定する構成とし、かつ、前記開度の目標値をエンジンの運転状態に基づき
目標差圧設定手段が設定する構成とすると共に、前記目標差圧設定手段が設定する前記開度の目標値が、
前記第１の負圧室の負圧値と第２の負圧室の負圧値の差
圧として設定されることを特徴とする負圧アクチュエー
タ。