ウエストゲートバルブ装置
【課題】電動式のウエストゲートバルブ装置において、バルブ全閉時に電動モータに流れる電流を低減する。
【解決手段】ウエストゲートバルブ２０１の弁体２１１を揺動アーム２１２に対し弁開閉方向に接離可能に取り付けるとともに、これら弁体２１１と揺動アームとの間にばね２１３を設ける。このように、ばね２１３を設けることにより、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。また、バルブ全閉時の衝撃力が低減されるので、ウエストゲートバルブ２０１などの各部の磨耗を抑制することができる。
【解決手段】ウエストゲートバルブ２０１の弁体２１１を揺動アーム２１２に対し弁開閉方向に接離可能に取り付けるとともに、これら弁体２１１と揺動アームとの間にばね２１３を設ける。このように、ばね２１３を設けることにより、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。また、バルブ全閉時の衝撃力が低減されるので、ウエストゲートバルブ２０１などの各部の磨耗を抑制することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記弁体とアームとの間にばねが設けられていることを技術的特徴としている。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の具体的な構成として、上記開閉機構を、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、そのギヤ機構と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によって構成するとともに、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、ウエストゲートバルブを閉じる際に上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電動モータの駆動（通電）を制御する制御手段とを設けるという構成を挙げることができる。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。
【００１２】
このような構成によれば、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
−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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
−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。
【００２６】
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。
【００２７】
−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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
−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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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）。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
−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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
−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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２７４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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、前記弁体とアームとの間にばねが設けられていることを技術的特徴としている。
【００１０】
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。
【００１１】
本発明の具体的な構成として、上記開閉機構を、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、そのギヤ機構と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によって構成するとともに、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、ウエストゲートバルブを閉じる際に上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電動モータの駆動（通電）を制御する制御手段とを設けるという構成を挙げることができる。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。
【００１２】
このような構成によれば、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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【発明の効果】
【００１７】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
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。
【００２１】
−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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
−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。
【００２６】
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。
【００２７】
−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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
−ＥＣＵ−
ＥＣＵ３００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭなどを備えている。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
−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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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）。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
−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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
−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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
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。
【符号の説明】
【００６７】
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記弁体とアームとの間にばねが設けられていることを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
請求項２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。
【請求項４】
請求項２または３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。
【請求項１】
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、前記弁体とアームとの間にばねが設けられていることを特徴とするウエストゲートバルブ装置。
【請求項２】
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。
【請求項３】
請求項２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。
【請求項４】
請求項２または３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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−６７６９８（Ｐ２０１２−６７６９８Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１３９９７（Ｐ２０１０−２１３９９７）
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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