過給機付きエンジンの排圧低減装置
【課題】過給時にウェイストゲートバルブのばたつきを防止しつつ、低負荷時の排圧を低減する。
【解決手段】本発明は、排気通路に配置された排気過給機をバイパスする通路を開閉するためのウェイストゲートバルブを備えるエンジンにおいて、排気過給機により過給されている高負荷走行時にウェイストゲートバルブを開閉させるためのアクチュエータのロッドをストロークさせないために、上室にはコンプレッサ上流側の圧力を導き、下室にはスロットルバルブ下流の圧力を導くことを特徴とする。
【解決手段】本発明は、排気通路に配置された排気過給機をバイパスする通路を開閉するためのウェイストゲートバルブを備えるエンジンにおいて、排気過給機により過給されている高負荷走行時にウェイストゲートバルブを開閉させるためのアクチュエータのロッドをストロークさせないために、上室にはコンプレッサ上流側の圧力を導き、下室にはスロットルバルブ下流の圧力を導くことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気過給機付きエンジンの排気圧力抵抗を低減させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気過給機付きのエンジンでは、過給圧が過度に上昇した場合にエンジンが損傷するのを防止するため、タービンをバイパスするバイパス通路を設け、そこに通路を開閉するためのウェイストゲートバルブを設けている。このウェイストゲートバルブは、コンプレッサの出口圧力（過給圧）を導いたアクチュエータにより駆動されて、過給圧力が所定値以上（インターセプト回転以降の過過給運転状態）になった時に開かれるようになっている。従って、ウェイストゲートバルブはアクチュエータ内に設置されたばねの力によって通常閉じられている。
【０００３】
また、下記特許文献１に記載されている発明では、スロットルバルブ下流の吸気圧力が負圧となるときに、ウェイストゲートバルブが開かれ、エンジンに過給機を搭載することによって生じた排気圧力上昇を解消するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１２００３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示された発明では、排気過給機が本来その性能を発揮させる運転状態である、過給領域（高負荷状態）において、アクチュエータ内のダイヤフラム上下にかかる圧力差がほぼ０に等しいため、ウェイストゲートバルブはアクチュエータ内に配置したばねの力のみで閉じているに過ぎず、ウェイストゲートバルブがバタツキを発生するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に着目してなされたものであり、ウェイストゲートバルブが閉じる状況であっても、アクチュエータ内のダイヤフラム上下に作動圧力を導くことにより、ばね力を圧力でアシストし、ウェイストゲートバルブにバタツキを発生させないようにする過給機付きエンジンの排気圧力低減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】
【０００７】
上記目的を達成させるため、本発明における過給機付きエンジンの排圧低減装置においては、吸気通路に配置されるコンプレッサと排気通路に配置されるタービンから成る排気過給機と、上記コンプレッサの下流に配置されたスロットルバルブと、上記タービンをバイパスして排気を流すバイパス通路と、上記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えている。また、ダイヤフラムにより隔成された上室及び下室と、上記ダイヤフラムに連結されたロッドと、上記ロッドを上室側に付勢する手段とを有し、上記ロッドを介して上記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータとを備えている。さらに、コンプレッサ上流側と上室とを接続する通路と、コンプレッサとスロットルバルブの間の吸気通路と上室とを接続する通路と、スロットルバルブ下流側と下室とを接続する通路と、コンプレッサ上流側と上室との連通と、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室との連通と、を切替可能な上室制御弁とを備えている。そして、エンジン負荷に応じて上室制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ウェイストゲートバルブが閉じる状況であっても、アクチュエータ内に作動圧力を導くことによって、ウェイストゲートバルブにバタツキを発生させないようにする過給機付きエンジンの排気圧力低減装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例における過給機付きエンジンの装置概略図である。
【図２】実施例１におけるアクチュエータの構造図である。
【図３】ウェイストゲートバルブの制御マップ概略図である。
【図４】過過給領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図５】低負荷領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図６】高負荷領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図７】遷移領域における作動圧力の導入図である。
【図８】実施例２におけるアクチュエータの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態例を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【実施例】
【００１１】
図１は、実施例における過給機付きエンジンの装置概略図である。
【００１２】
エンジン２の吸気の流れは、矢印で示すように、図示せぬ外気導入ダクトより導入された空気が、同じく図示せぬエアークリーナーを通って、吸気通路３に流れ込み、排気過給機１のコンプレッサ５で圧縮され、インタークーラ６で冷却された上で、吸入空気量を調節するスロットルバルブ７へと到達し、エンジン２のインテークマニフォールド８へと流れていく。
【００１３】
一方、エンジン２から排出された排気ガスは、矢印で示すように、エキゾーストマニフォールド１８から排気過給機１のタービン９又はバイパス通路１０を通って、排気通路４へ至り、図示せぬ３元触媒へと排出されていく。
【００１４】
ここで、排気過給機１は、エンジン２の吸気通路３と排気通路４に跨って装着され、吸気通路３に配置されたコンプレッサ５と排気通路４に配置されたタービン９とからなり、これらコンプレッサ５とタービン９は、タービンシャフト１１により連結されている。
【００１５】
排気通路４には、タービン９をバイパスするバイパス通路１０があり、ウェイストゲートバルブ１２がバイパス通路１０を開閉可能に配置される。
【００１６】
ウェイストゲートバルブ１２は、リンク１３を介しアクチュエータ１５のロッド１４に連結される。
【００１７】
アクチュエータ１５は、ケース本体内にダイヤフラム２１を配置した流体作動ダイヤフラム式アクチュエータである。
【００１８】
ここで、図２に実施例１におけるアクチュエータ１５の構造図を示す。これは、ダイヤフラム２１が内部に１つ配置されたアクチュエータの例である。アクチュエータ１５の本体には、ダイヤフラム２１に連結されたロッド１４の位相（伸び量）を検出するアクチュエータポジショニングセンサ１６が配置されている。
【００１９】
ダイヤフラム２１は、アクチュエータ１５のケース本体内においてその表裏すなわち、上下にそれぞれ、上室２２と下室２３を隔成している。下室内には圧縮ばねであるばね２５が配置され、ばね２５は、ダイヤフラム２１と後述するロッド１４を上室側に付勢している。
【００２０】
ロッド１４は、アクチュエータ１５の下室側に配置され、下室側にてロッド１４の伸縮が行われる。ばね２５が最も伸びた状態、すなわち、ダイヤフラム２１を最も上室側に付勢している状態において、ロッド１４は最も引っ込んだ状態にあり、このとき、ロッド１４にリンク１３を介して連結されたウェイストゲートバルブ１２は閉じた状態にある。一方、ダイヤフラム２１が作動し、下室側に移動したときは、ロッド１４は伸びた状態となり、ウェイストゲートバルブ１２は開いた状態に変わる。
【００２１】
なお、アクチュエータ１５は、内部の上室２２と下室２３に、吸気通路３の異なる部位から異なる圧力の空気の導入が可能である。ばね２５のばね力と、上室２２と下室２３の差圧によってロッド１４を移動させウェイストゲートバルブ１２の開閉を行うことができる。
【００２２】
また、図１において、上記上室２２は、上室と上室制御弁３０を結ぶ配管３１（以下、「配管Ａ」とする）に接続されている。
【００２３】
上室制御弁は３０は、３方向電磁式ソレノイドバルブであり、コンプレッサ５の上流側の吸気通路から空気を導く配管３２（以下「配管Ｂ」とする）及び、コンプレッサ５とスロットルバルブ７の間の吸気通路から空気を導く配管３３（以下「配管Ｃ」とする）に接続され、配管Ａと配管Ｂの連通と、配管Ａと配管Ｃの連通とを切り換えることが可能である。また、本実施例では更に、後述するコントローラ５０からの信号によって内部のソレノイド開度を変化させ、配管Ｂと配管Ｃからの空気を圧力自在に混合し、配管Ａに流す機能を持っている。
【００２４】
一方、下室２３は、下室と下室制御弁４０を結ぶ配管３５（以下、「配管Ｄ」とする）に接続されている。
【００２５】
下室制御弁４０は、上室と同じく３方向電磁式ソレノイドバルブであり、コンプレッサ５の上流側の吸気通路から空気を導く配管３６（以下「配管Ｅ」とする）及び、スロットルバルブ下流の吸気通路と下室制御弁４０の間に配置されたバキュームタンク４１とをつなぐ配管３７（以下「配管Ｆ」とする）に接続され、配管Ｄと配管Ｅの連通と、配管Ｄと配管Ｆの連通とを切り換えることが可能である。また、本実施例では更に、後述するコントローラ５０からの信号によって内部のソレノイド開度を変化させ、配管Ｅと配管Ｆからの空気を圧力自在に混合し、配管Ｄに流す機能を持っている。
【００２６】
バキュームタンク４１は、車両が低負荷での運転時などにスロットルバルブ７の下流で発達した負圧を貯蔵する機能を持つものである。また、バキュームタンク４１とスロットルバルブ下流の吸気通路の圧力取り出し部との間には、バキュームタンク４１の内圧を制御するための開閉弁４２が配置されている。
【００２７】
また、上室制御弁３０、下室制御弁４０、そして開閉弁４２を制御するために、以下に記載の圧力センサが配置されている。インテークマニフォルド８にはインテークマニフォルド圧力センサ４３が配置され、スロットルバルブ下流の圧力を検出している。コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路３にはコンプレッサ下流圧力センサ４４が配置され、コンプレッサ下流の圧力を検出している。バキュームタンク４１にはバキュームタンク圧力センサ４５が配置され、バキュームタンク内の圧力を検出している。そして、コンプレッサ上流側の吸気通路にはコンプレッサ上流圧力センサ４９が配置され、コンプレッサ上流の圧力を検出している。
【００２８】
ところで、コントローラ５０は、中央演算装置、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、不揮発性メモリ、そして、入出力インターフェイスを備えたマイクロコンピュータで構成される。上述したように、アクチュエータポジションセンサ１６、インテークマニフォルド圧力センサ４３、コンプレッサ下流圧力センサ４４、バキュームタンク圧力センサ４５、そして、コンプレッサ上流圧力センサ４９からの検出信号を受けている。また、コントローラ５０は、上記センサの他にもエンジン２のクランク角に基づいてエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ４６、スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサ４７、車速を検出する車速センサ４８等の信号を受けている。これらの信号を基にコントローラ５０は、内部で処理を行い、上室圧力制御弁３０、下室圧力制御弁４０、そして開閉弁４２の制御を行っている。
【００２９】
以上の構成において、ウェイストゲートバルブ１２は、図３に示されるマップに基づいて制御される。図３は、横軸をエンジン回転速度、縦軸をスロットルバルブ開度等に代表されるエンジン負荷を例に取ったウェイストゲートバルブの制御マップである。それぞれエンジンの回転速度やエンジン負荷によって、４つの領域、すなわち、（ａ）領域（過過給領域）、（ｂ）領域（低負荷領域）、（ｃ）領域（高負荷領域）、そして（ｄ）領域（遷移領域）、に分かれる。
【００３０】
（ａ）領域は、エンジン回転速度が、いわゆるインターセプト回転より高く、かつ、最大負荷曲線付近の領域である。（ａ）領域においては、ウェイストゲートバルブ１２が閉じていると、コンプレッサ５が過過給状態になりノッキング等の問題が発生してしまう。そこで、この領域では、過給機の能力を落とすべく、ウェイストゲートバルブ１２を開いた状態に制御するすることでタービン９の回転数を落とすようにする。
【００３１】
（ｂ）領域は、（ａ）領域〜（ｄ）領域のこれら４領域の中で最も低負荷領域であり、日常運転者が多用する領域でもあるので、燃費向上に欠かせない領域である。また、運転者の意図からすると、排気過給機１による出力向上手段が不要な領域である。そのため、この領域では、エンジンのポンプ損失の原因である、排気抵抗をできるだけ低下させたい。そこで、排気抵抗を低減するために、ウェイストゲートバルブ１２を開いた状態に制御することで排気抵抗の原因となるタービン９をバイパスさせるようにする。
【００３２】
（ｃ）領域は、ブースト圧すなわち、インテークマニフォルド圧力センサ４３のゲージ圧力が０ｋＰａの線より正の値側で、かつ、最大負荷曲線付近の（ａ）領域を除く領域である。（ｃ）領域は、運転者が強くアクセルペダルを踏み込んだ状況であり、レスポンス良く車両を加速させたい運転者の意図がある領域である。そこで、排気過給機１の能力をフルに発揮させるために、ウェイストゲートバルブ１２を閉じる状態に制御することでタービン９を十分に回転させるようにする。
【００３３】
最後に、（ｄ）領域は、（ｂ）領域と（ｃ）領域との間にある、ブースト圧が０ｋＰａよりやや下側の領域である。この領域は、一般に低負荷領域である（ｂ）領域で走行していた運転者が、加速を行う意図をもってアクセルペダルを踏み込んだ際に、ウェイストゲートバルブ１２が開状態から、（ｃ）領域の閉状態に切り換わる際の途中にある、過渡状態の領域（遷移領域）である。この領域では、ウェイストゲートバルブ１２を中間開度の状態に制御することで、閉にすることによる排気抵抗の急激な上昇を抑えつつタービン９を徐々に回しはじめることにより吸入空気量を増やすことができ、その後に続く（ｃ）領域での本格的な過給に備えることができる。
【００３４】
以下、上記４領域について、図４〜図７を用いて、本実施例における、ばね２４のばね力と上室・下室間の差圧によるロッド１４の移動、およびウェイストゲートバルブ１２の開閉と、その作用効果を説明する。
【００３５】
図４は、（ａ）領域（過過給領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域では過過給を防止するために、ウェイストゲートバルブ１２を開状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は上室・下室間の差圧によって、ばね２４を圧縮している状態、すなわち、ロッド１４が伸びている状態にする必要がある。
【００３６】
そこで本実施例では、（ａ）領域のような過過給領域では、コンプレッサ下流側の吸気通路内が正圧になり、逆にコンプレッサにより吸い上げられる側であるコンプレッサ上流側の吸気通路内が、吸気経路内で最も低く大気圧より若干低い圧力になる点に着目した。そこで、配管Ａと配管Ｃを連通させるとともに、配管Ｄと配管Ｅを連通させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、下室２３には上室２２より低い圧力を導入することで、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることにした。
【００３７】
すなわち、上室２２に、コンプレッサ５によって加圧された正圧を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｃを連通させるように制御される。また、下室２３に、大気圧より若干低い圧力を導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｅを連通させるように制御される。これにより、ばね力に勝るダイヤフラム前後差圧をかけることができるので、ロッド１４を好適に押し出すことができる。
【００３８】
図５は、（ｂ）領域（低負荷領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域においては排気抵抗を低減するために、ウェイストゲートバルブ１２を開状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は圧力により作動している状態、すなわち、ロッド１４が伸びている状態にする必要がある。
【００３９】
そこで本実施例では、（ｂ）領域のような低負荷領域では、スロットルバルブ下流側の吸気通路内に負圧が発達している点に着目した。そこで、配管Ｄと配管Ｆを連通させるとともに、配管Ａと配管Ｃを連通させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、下室２３には上室２２より低い圧力を導入することにより、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることにした。
【００４０】
すなわち、下室２３には、吸気経路内の圧力でより低い、スロットルバルブ下流側の圧力を導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｆを連通させるように制御される。また、上室２２には、コンプレッサ５によって加圧された正圧を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｃを連通させるように制御される。これにより、ばね力に勝るダイヤフラム前後差圧をかけることができるので、ロッド１４を好適に押し出すことができる。なお、（ｂ）領域においては、上室２２はコンプレッサ上流側、すなわち、配管Ａと配管Ｂを連通させても、ロッド１４を押し出すことができる。
【００４１】
図６は、（ｃ）領域（高負荷領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。この領域では、排気過給機１の能力をフルに発揮させるためウェイストゲートバルブ１２を閉状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は中立位置、すなわち、ロッド１４が伸びていない状態にする必要がある。
【００４２】
従来、この（ｃ）領域においては、もっぱらアクチュエータに内蔵されたばね等の付勢手段である弾性部材によりロッド１４が伸びない状況を作り出すため、（ａ）領域と（ｂ）領域で用いた配管Ｃを介して上室２２に導入されるコンプレッサ下流圧力とバランスさせるため、配管Ｆを介してコンプレッサ下流圧力を下室２３に導入し、ウェイストゲートバルブ２１を閉じた状態にしていた。しかし、（ｂ）領域にて排気抵抗を低減するためにウェイストゲートバルブ１２を負圧にて開くようにさせるために、下室２３に導入可能な吸気負圧でも圧縮が可能なばねを用いると、しばしば、この（ｃ）領域において、ばね力がアクチュエータを押す力に反抗できなくなり、ウェイストゲートバルブ１２が微小な開閉を繰り返す、いわゆるバルブのバタツキが発生するという問題があった。
【００４３】
そこで本実施例では、（ｃ）領域のような過給領域では、スロットルバルブ下流側の吸気通路内が正圧になることや、コンプレッサ上流側の吸気通路内が吸気経路内で最も低く大気圧より若干低い圧力になることに着目した。そこで、配管Ｄと配管Ｆを連通させるとともに、コンプレッサ上流側と上室との連通が可能な配管Ｂおよび、配管Ｂと配管Ｃを切り替えて連通させることができる上室制御弁３０を新たに設けた。これによって、下室２３には上室２２より高い圧力を導入し、上室２２には下室２３より低い圧力を導入することにより、ダイヤフラム２１が作動するのを妨げるための上室２２と下室２３間の逆の差圧（上室内圧力＜下室内圧力）を与えることを可能とした。
【００４４】
すなわち、下室２３に、コンプレッサ５によって加圧され正圧となった圧力をスロットバルブ下流側から導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｆを連通させるように制御される。また、上室２２に、吸気経路内の圧力でより低い、大気圧付近のコンプレッサ上流側圧力を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｂを連通させるように制御される。これによって、ばね力に付加する形で、ロッド１４をストロークさせない側に圧力アシストするため、ウェストゲートバルブ１２のばたつきを好適に防止することができるようになる。
【００４５】
図７は、（ｄ）領域（遷移領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域においては、排気抵抗の急激な上昇を抑えつつタービン９を徐々に回しはじめることにより吸入空気量を増やすため、ウェイストゲートバルブ１２を中間開度状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は上室圧力と下室圧力によって、中間で作動している状態、すなわち、ロッド１４が中間状態で伸びている状態にする必要がある。
【００４６】
そこで本実施例では、（ｄ）領域のような遷移領域では、過給領域に入る前であるため、コンプレッサ５により加圧されコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路内が大気圧よりやや高い正圧になっている点や、スロットルバルブ下流側負圧が小さくなっている点に着目した。そこで、配管Ａと配管Ｃの連通と、配管Ａと配管Ｂの連通割合を任意に変化させるとともに、配管Ｄと配管Ｆの連通と、配管Ｄと配管Ｅの連通割合を任意に変化させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、また下室２３には上室２２より低い圧力を導入することにより、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることで、ダイヤフラム２１を中間位相に作動させ、ロッド１４を中間位相にストロークさせることができる。
【００４７】
すなわち、上室２２には、コンプレッサ５によって加圧された大気圧よりやや高い正圧とコンプレッサ上流側の大気圧にやや低い圧力を、上室制御弁３０で任意に連通比率を変えつつ供給される。その際には、吸気通路に配置したコンプレッサ下流圧力センサ４４とコンプレッサ上流側圧力センサ４９により、上室圧力弁のデューティーを変化させることにより行う。他方、下室２３には、バキュームタンク４１の圧力とコンプレッサ上流側の大気圧に近い空気を、下室制御弁で任意に連通比率を変えつつ供給される。その際、バキュームタンク圧力センサ４５とコンプレッサ上流側圧力センサ４９により、下室制御弁４０のデューティーを変化させることにより行う。
【００４８】
ところで、前述したように（ｄ）領域においては、スロットルバルブ下流側に発達した負圧が小さいことで、アクチュエータ１５の下室側の圧力が、十分な負圧にならないことがある。そして、これが原因で、下室制御弁４０の制御自由度が小さくなり、好適な制御をできなくなることがある。そこで、本実施例ではアクチュエータ１５の下室に供給する負圧を貯蔵するために、下室制御弁４０とスロットルバルブ下流部の吸気通路の取り出し部の間にバキュームタンク４１を配置し、さらに、貯蔵した負圧を吸気通路側へ逃さないようにするために、開閉弁４２を設置する。これにより、（ｂ）領域走行中に貯蔵した負圧を、（ｄ）領域での下室制御弁４０の制御に用いることができ、ウェイストゲートバルブ１２の中間開度設定が可能となる。
【００４９】
上記開閉弁４２は、（ｂ）領域走行中には開状態にしておき（ｄ）領域に入ったと同時に閉状態にする。また、バキュームタンク圧力センサを４５の値が所定値を上回ったときに閉状態にしてもよい。
【００５０】
図８に、実施例２におけるアクチュエータの構造図概略を示す。図８のアクチュエータは、２段作動のダイヤフラム式アクチュエータ６０である。アクチュエータ６０の内部は第一の作動部と第二の作動部に分かれており、第一の作動部には、ダイヤフラム６１、上室６２、下室６３、ばね６４を、第二の作動部には、ダイヤフラム７１、上室７２、下室７３、そしてばね７４を備えている。また、第二の作動部のダイヤフラム７１はロッド１４と連結されている。さらに、第一の作動部のダイヤフラム６１にはロッド６５が連結されており、ダイヤフラム６１が作動することで、ロッド６５を介してロッド１４を押し出す形となる。すなわち、ロッド６５とロッド１４は独立して移動させることが可能である。第一の作動部上室６２は、配管Ａと接続され、下室６３は大気に開放されている。一方、第２の作動部上室７２は大気に開放され、下室７３は配管Ｄと接続されている。以上の構成により、実施例１におけるアクチュエータ１５と同様な機能を得ることができ、さらには、ばねが２種内蔵できることにより、ばね定数のセッティングの幅が増えることで好適にロッド１４のストロークを調節することが可能になる。
【００５１】
上記実施例では、上室制御弁３０及び下室制御弁４０においては、電磁式のソレノイドバルブを用いたが、単に３方向の流れを切換えられる弁体であれば、その構造は問わないことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１ 排気過給機
２ エンジン
３ 吸気通路
５ コンプレッサ
７ スロットルバルブ
９ タービン
１０ バイパス通路
１２ ウェイストゲートバルブ
１４ ロッド
１５ アクチュエータ
２１ ダイヤフラム
３０ 上室制御弁
４０ 下室制御弁
４１ バキュームタンク
４２ 開閉弁
５０ コントローラ
６０ ２段作動ダイヤフラム式アクチュエータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気過給機付きエンジンの排気圧力抵抗を低減させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、排気過給機付きのエンジンでは、過給圧が過度に上昇した場合にエンジンが損傷するのを防止するため、タービンをバイパスするバイパス通路を設け、そこに通路を開閉するためのウェイストゲートバルブを設けている。このウェイストゲートバルブは、コンプレッサの出口圧力（過給圧）を導いたアクチュエータにより駆動されて、過給圧力が所定値以上（インターセプト回転以降の過過給運転状態）になった時に開かれるようになっている。従って、ウェイストゲートバルブはアクチュエータ内に設置されたばねの力によって通常閉じられている。
【０００３】
また、下記特許文献１に記載されている発明では、スロットルバルブ下流の吸気圧力が負圧となるときに、ウェイストゲートバルブが開かれ、エンジンに過給機を搭載することによって生じた排気圧力上昇を解消するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭６１−１２００３６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示された発明では、排気過給機が本来その性能を発揮させる運転状態である、過給領域（高負荷状態）において、アクチュエータ内のダイヤフラム上下にかかる圧力差がほぼ０に等しいため、ウェイストゲートバルブはアクチュエータ内に配置したばねの力のみで閉じているに過ぎず、ウェイストゲートバルブがバタツキを発生するという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題に着目してなされたものであり、ウェイストゲートバルブが閉じる状況であっても、アクチュエータ内のダイヤフラム上下に作動圧力を導くことにより、ばね力を圧力でアシストし、ウェイストゲートバルブにバタツキを発生させないようにする過給機付きエンジンの排気圧力低減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】
【０００７】
上記目的を達成させるため、本発明における過給機付きエンジンの排圧低減装置においては、吸気通路に配置されるコンプレッサと排気通路に配置されるタービンから成る排気過給機と、上記コンプレッサの下流に配置されたスロットルバルブと、上記タービンをバイパスして排気を流すバイパス通路と、上記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブとを備えている。また、ダイヤフラムにより隔成された上室及び下室と、上記ダイヤフラムに連結されたロッドと、上記ロッドを上室側に付勢する手段とを有し、上記ロッドを介して上記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータとを備えている。さらに、コンプレッサ上流側と上室とを接続する通路と、コンプレッサとスロットルバルブの間の吸気通路と上室とを接続する通路と、スロットルバルブ下流側と下室とを接続する通路と、コンプレッサ上流側と上室との連通と、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室との連通と、を切替可能な上室制御弁とを備えている。そして、エンジン負荷に応じて上室制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ウェイストゲートバルブが閉じる状況であっても、アクチュエータ内に作動圧力を導くことによって、ウェイストゲートバルブにバタツキを発生させないようにする過給機付きエンジンの排気圧力低減装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例における過給機付きエンジンの装置概略図である。
【図２】実施例１におけるアクチュエータの構造図である。
【図３】ウェイストゲートバルブの制御マップ概略図である。
【図４】過過給領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図５】低負荷領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図６】高負荷領域におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。
【図７】遷移領域における作動圧力の導入図である。
【図８】実施例２におけるアクチュエータの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態例を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【実施例】
【００１１】
図１は、実施例における過給機付きエンジンの装置概略図である。
【００１２】
エンジン２の吸気の流れは、矢印で示すように、図示せぬ外気導入ダクトより導入された空気が、同じく図示せぬエアークリーナーを通って、吸気通路３に流れ込み、排気過給機１のコンプレッサ５で圧縮され、インタークーラ６で冷却された上で、吸入空気量を調節するスロットルバルブ７へと到達し、エンジン２のインテークマニフォールド８へと流れていく。
【００１３】
一方、エンジン２から排出された排気ガスは、矢印で示すように、エキゾーストマニフォールド１８から排気過給機１のタービン９又はバイパス通路１０を通って、排気通路４へ至り、図示せぬ３元触媒へと排出されていく。
【００１４】
ここで、排気過給機１は、エンジン２の吸気通路３と排気通路４に跨って装着され、吸気通路３に配置されたコンプレッサ５と排気通路４に配置されたタービン９とからなり、これらコンプレッサ５とタービン９は、タービンシャフト１１により連結されている。
【００１５】
排気通路４には、タービン９をバイパスするバイパス通路１０があり、ウェイストゲートバルブ１２がバイパス通路１０を開閉可能に配置される。
【００１６】
ウェイストゲートバルブ１２は、リンク１３を介しアクチュエータ１５のロッド１４に連結される。
【００１７】
アクチュエータ１５は、ケース本体内にダイヤフラム２１を配置した流体作動ダイヤフラム式アクチュエータである。
【００１８】
ここで、図２に実施例１におけるアクチュエータ１５の構造図を示す。これは、ダイヤフラム２１が内部に１つ配置されたアクチュエータの例である。アクチュエータ１５の本体には、ダイヤフラム２１に連結されたロッド１４の位相（伸び量）を検出するアクチュエータポジショニングセンサ１６が配置されている。
【００１９】
ダイヤフラム２１は、アクチュエータ１５のケース本体内においてその表裏すなわち、上下にそれぞれ、上室２２と下室２３を隔成している。下室内には圧縮ばねであるばね２５が配置され、ばね２５は、ダイヤフラム２１と後述するロッド１４を上室側に付勢している。
【００２０】
ロッド１４は、アクチュエータ１５の下室側に配置され、下室側にてロッド１４の伸縮が行われる。ばね２５が最も伸びた状態、すなわち、ダイヤフラム２１を最も上室側に付勢している状態において、ロッド１４は最も引っ込んだ状態にあり、このとき、ロッド１４にリンク１３を介して連結されたウェイストゲートバルブ１２は閉じた状態にある。一方、ダイヤフラム２１が作動し、下室側に移動したときは、ロッド１４は伸びた状態となり、ウェイストゲートバルブ１２は開いた状態に変わる。
【００２１】
なお、アクチュエータ１５は、内部の上室２２と下室２３に、吸気通路３の異なる部位から異なる圧力の空気の導入が可能である。ばね２５のばね力と、上室２２と下室２３の差圧によってロッド１４を移動させウェイストゲートバルブ１２の開閉を行うことができる。
【００２２】
また、図１において、上記上室２２は、上室と上室制御弁３０を結ぶ配管３１（以下、「配管Ａ」とする）に接続されている。
【００２３】
上室制御弁は３０は、３方向電磁式ソレノイドバルブであり、コンプレッサ５の上流側の吸気通路から空気を導く配管３２（以下「配管Ｂ」とする）及び、コンプレッサ５とスロットルバルブ７の間の吸気通路から空気を導く配管３３（以下「配管Ｃ」とする）に接続され、配管Ａと配管Ｂの連通と、配管Ａと配管Ｃの連通とを切り換えることが可能である。また、本実施例では更に、後述するコントローラ５０からの信号によって内部のソレノイド開度を変化させ、配管Ｂと配管Ｃからの空気を圧力自在に混合し、配管Ａに流す機能を持っている。
【００２４】
一方、下室２３は、下室と下室制御弁４０を結ぶ配管３５（以下、「配管Ｄ」とする）に接続されている。
【００２５】
下室制御弁４０は、上室と同じく３方向電磁式ソレノイドバルブであり、コンプレッサ５の上流側の吸気通路から空気を導く配管３６（以下「配管Ｅ」とする）及び、スロットルバルブ下流の吸気通路と下室制御弁４０の間に配置されたバキュームタンク４１とをつなぐ配管３７（以下「配管Ｆ」とする）に接続され、配管Ｄと配管Ｅの連通と、配管Ｄと配管Ｆの連通とを切り換えることが可能である。また、本実施例では更に、後述するコントローラ５０からの信号によって内部のソレノイド開度を変化させ、配管Ｅと配管Ｆからの空気を圧力自在に混合し、配管Ｄに流す機能を持っている。
【００２６】
バキュームタンク４１は、車両が低負荷での運転時などにスロットルバルブ７の下流で発達した負圧を貯蔵する機能を持つものである。また、バキュームタンク４１とスロットルバルブ下流の吸気通路の圧力取り出し部との間には、バキュームタンク４１の内圧を制御するための開閉弁４２が配置されている。
【００２７】
また、上室制御弁３０、下室制御弁４０、そして開閉弁４２を制御するために、以下に記載の圧力センサが配置されている。インテークマニフォルド８にはインテークマニフォルド圧力センサ４３が配置され、スロットルバルブ下流の圧力を検出している。コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路３にはコンプレッサ下流圧力センサ４４が配置され、コンプレッサ下流の圧力を検出している。バキュームタンク４１にはバキュームタンク圧力センサ４５が配置され、バキュームタンク内の圧力を検出している。そして、コンプレッサ上流側の吸気通路にはコンプレッサ上流圧力センサ４９が配置され、コンプレッサ上流の圧力を検出している。
【００２８】
ところで、コントローラ５０は、中央演算装置、読み出し専用メモリ、ランダムアクセスメモリ、不揮発性メモリ、そして、入出力インターフェイスを備えたマイクロコンピュータで構成される。上述したように、アクチュエータポジションセンサ１６、インテークマニフォルド圧力センサ４３、コンプレッサ下流圧力センサ４４、バキュームタンク圧力センサ４５、そして、コンプレッサ上流圧力センサ４９からの検出信号を受けている。また、コントローラ５０は、上記センサの他にもエンジン２のクランク角に基づいてエンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサ４６、スロットルバルブの開度を検出するスロットルバルブ開度センサ４７、車速を検出する車速センサ４８等の信号を受けている。これらの信号を基にコントローラ５０は、内部で処理を行い、上室圧力制御弁３０、下室圧力制御弁４０、そして開閉弁４２の制御を行っている。
【００２９】
以上の構成において、ウェイストゲートバルブ１２は、図３に示されるマップに基づいて制御される。図３は、横軸をエンジン回転速度、縦軸をスロットルバルブ開度等に代表されるエンジン負荷を例に取ったウェイストゲートバルブの制御マップである。それぞれエンジンの回転速度やエンジン負荷によって、４つの領域、すなわち、（ａ）領域（過過給領域）、（ｂ）領域（低負荷領域）、（ｃ）領域（高負荷領域）、そして（ｄ）領域（遷移領域）、に分かれる。
【００３０】
（ａ）領域は、エンジン回転速度が、いわゆるインターセプト回転より高く、かつ、最大負荷曲線付近の領域である。（ａ）領域においては、ウェイストゲートバルブ１２が閉じていると、コンプレッサ５が過過給状態になりノッキング等の問題が発生してしまう。そこで、この領域では、過給機の能力を落とすべく、ウェイストゲートバルブ１２を開いた状態に制御するすることでタービン９の回転数を落とすようにする。
【００３１】
（ｂ）領域は、（ａ）領域〜（ｄ）領域のこれら４領域の中で最も低負荷領域であり、日常運転者が多用する領域でもあるので、燃費向上に欠かせない領域である。また、運転者の意図からすると、排気過給機１による出力向上手段が不要な領域である。そのため、この領域では、エンジンのポンプ損失の原因である、排気抵抗をできるだけ低下させたい。そこで、排気抵抗を低減するために、ウェイストゲートバルブ１２を開いた状態に制御することで排気抵抗の原因となるタービン９をバイパスさせるようにする。
【００３２】
（ｃ）領域は、ブースト圧すなわち、インテークマニフォルド圧力センサ４３のゲージ圧力が０ｋＰａの線より正の値側で、かつ、最大負荷曲線付近の（ａ）領域を除く領域である。（ｃ）領域は、運転者が強くアクセルペダルを踏み込んだ状況であり、レスポンス良く車両を加速させたい運転者の意図がある領域である。そこで、排気過給機１の能力をフルに発揮させるために、ウェイストゲートバルブ１２を閉じる状態に制御することでタービン９を十分に回転させるようにする。
【００３３】
最後に、（ｄ）領域は、（ｂ）領域と（ｃ）領域との間にある、ブースト圧が０ｋＰａよりやや下側の領域である。この領域は、一般に低負荷領域である（ｂ）領域で走行していた運転者が、加速を行う意図をもってアクセルペダルを踏み込んだ際に、ウェイストゲートバルブ１２が開状態から、（ｃ）領域の閉状態に切り換わる際の途中にある、過渡状態の領域（遷移領域）である。この領域では、ウェイストゲートバルブ１２を中間開度の状態に制御することで、閉にすることによる排気抵抗の急激な上昇を抑えつつタービン９を徐々に回しはじめることにより吸入空気量を増やすことができ、その後に続く（ｃ）領域での本格的な過給に備えることができる。
【００３４】
以下、上記４領域について、図４〜図７を用いて、本実施例における、ばね２４のばね力と上室・下室間の差圧によるロッド１４の移動、およびウェイストゲートバルブ１２の開閉と、その作用効果を説明する。
【００３５】
図４は、（ａ）領域（過過給領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域では過過給を防止するために、ウェイストゲートバルブ１２を開状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は上室・下室間の差圧によって、ばね２４を圧縮している状態、すなわち、ロッド１４が伸びている状態にする必要がある。
【００３６】
そこで本実施例では、（ａ）領域のような過過給領域では、コンプレッサ下流側の吸気通路内が正圧になり、逆にコンプレッサにより吸い上げられる側であるコンプレッサ上流側の吸気通路内が、吸気経路内で最も低く大気圧より若干低い圧力になる点に着目した。そこで、配管Ａと配管Ｃを連通させるとともに、配管Ｄと配管Ｅを連通させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、下室２３には上室２２より低い圧力を導入することで、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることにした。
【００３７】
すなわち、上室２２に、コンプレッサ５によって加圧された正圧を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｃを連通させるように制御される。また、下室２３に、大気圧より若干低い圧力を導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｅを連通させるように制御される。これにより、ばね力に勝るダイヤフラム前後差圧をかけることができるので、ロッド１４を好適に押し出すことができる。
【００３８】
図５は、（ｂ）領域（低負荷領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域においては排気抵抗を低減するために、ウェイストゲートバルブ１２を開状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は圧力により作動している状態、すなわち、ロッド１４が伸びている状態にする必要がある。
【００３９】
そこで本実施例では、（ｂ）領域のような低負荷領域では、スロットルバルブ下流側の吸気通路内に負圧が発達している点に着目した。そこで、配管Ｄと配管Ｆを連通させるとともに、配管Ａと配管Ｃを連通させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、下室２３には上室２２より低い圧力を導入することにより、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることにした。
【００４０】
すなわち、下室２３には、吸気経路内の圧力でより低い、スロットルバルブ下流側の圧力を導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｆを連通させるように制御される。また、上室２２には、コンプレッサ５によって加圧された正圧を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｃを連通させるように制御される。これにより、ばね力に勝るダイヤフラム前後差圧をかけることができるので、ロッド１４を好適に押し出すことができる。なお、（ｂ）領域においては、上室２２はコンプレッサ上流側、すなわち、配管Ａと配管Ｂを連通させても、ロッド１４を押し出すことができる。
【００４１】
図６は、（ｃ）領域（高負荷領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。この領域では、排気過給機１の能力をフルに発揮させるためウェイストゲートバルブ１２を閉状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は中立位置、すなわち、ロッド１４が伸びていない状態にする必要がある。
【００４２】
従来、この（ｃ）領域においては、もっぱらアクチュエータに内蔵されたばね等の付勢手段である弾性部材によりロッド１４が伸びない状況を作り出すため、（ａ）領域と（ｂ）領域で用いた配管Ｃを介して上室２２に導入されるコンプレッサ下流圧力とバランスさせるため、配管Ｆを介してコンプレッサ下流圧力を下室２３に導入し、ウェイストゲートバルブ２１を閉じた状態にしていた。しかし、（ｂ）領域にて排気抵抗を低減するためにウェイストゲートバルブ１２を負圧にて開くようにさせるために、下室２３に導入可能な吸気負圧でも圧縮が可能なばねを用いると、しばしば、この（ｃ）領域において、ばね力がアクチュエータを押す力に反抗できなくなり、ウェイストゲートバルブ１２が微小な開閉を繰り返す、いわゆるバルブのバタツキが発生するという問題があった。
【００４３】
そこで本実施例では、（ｃ）領域のような過給領域では、スロットルバルブ下流側の吸気通路内が正圧になることや、コンプレッサ上流側の吸気通路内が吸気経路内で最も低く大気圧より若干低い圧力になることに着目した。そこで、配管Ｄと配管Ｆを連通させるとともに、コンプレッサ上流側と上室との連通が可能な配管Ｂおよび、配管Ｂと配管Ｃを切り替えて連通させることができる上室制御弁３０を新たに設けた。これによって、下室２３には上室２２より高い圧力を導入し、上室２２には下室２３より低い圧力を導入することにより、ダイヤフラム２１が作動するのを妨げるための上室２２と下室２３間の逆の差圧（上室内圧力＜下室内圧力）を与えることを可能とした。
【００４４】
すなわち、下室２３に、コンプレッサ５によって加圧され正圧となった圧力をスロットバルブ下流側から導入するために、下室制御弁４０は、配管Ｄと配管Ｆを連通させるように制御される。また、上室２２に、吸気経路内の圧力でより低い、大気圧付近のコンプレッサ上流側圧力を導入するために、上室制御弁３０は、配管Ａと配管Ｂを連通させるように制御される。これによって、ばね力に付加する形で、ロッド１４をストロークさせない側に圧力アシストするため、ウェストゲートバルブ１２のばたつきを好適に防止することができるようになる。
【００４５】
図７は、（ｄ）領域（遷移領域）におけるアクチュエータ作動圧力の導入図である。図中の太線は連通状態を示す。上述したように、この領域においては、排気抵抗の急激な上昇を抑えつつタービン９を徐々に回しはじめることにより吸入空気量を増やすため、ウェイストゲートバルブ１２を中間開度状態に制御する。そこで、ダイヤフラム２１は上室圧力と下室圧力によって、中間で作動している状態、すなわち、ロッド１４が中間状態で伸びている状態にする必要がある。
【００４６】
そこで本実施例では、（ｄ）領域のような遷移領域では、過給領域に入る前であるため、コンプレッサ５により加圧されコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路内が大気圧よりやや高い正圧になっている点や、スロットルバルブ下流側負圧が小さくなっている点に着目した。そこで、配管Ａと配管Ｃの連通と、配管Ａと配管Ｂの連通割合を任意に変化させるとともに、配管Ｄと配管Ｆの連通と、配管Ｄと配管Ｅの連通割合を任意に変化させることにより、上室２２には下室２３より高い圧力を導入し、また下室２３には上室２２より低い圧力を導入することにより、上室２２と下室２３間の差圧（上室内圧力＞下室内圧力）を与えることで、ダイヤフラム２１を中間位相に作動させ、ロッド１４を中間位相にストロークさせることができる。
【００４７】
すなわち、上室２２には、コンプレッサ５によって加圧された大気圧よりやや高い正圧とコンプレッサ上流側の大気圧にやや低い圧力を、上室制御弁３０で任意に連通比率を変えつつ供給される。その際には、吸気通路に配置したコンプレッサ下流圧力センサ４４とコンプレッサ上流側圧力センサ４９により、上室圧力弁のデューティーを変化させることにより行う。他方、下室２３には、バキュームタンク４１の圧力とコンプレッサ上流側の大気圧に近い空気を、下室制御弁で任意に連通比率を変えつつ供給される。その際、バキュームタンク圧力センサ４５とコンプレッサ上流側圧力センサ４９により、下室制御弁４０のデューティーを変化させることにより行う。
【００４８】
ところで、前述したように（ｄ）領域においては、スロットルバルブ下流側に発達した負圧が小さいことで、アクチュエータ１５の下室側の圧力が、十分な負圧にならないことがある。そして、これが原因で、下室制御弁４０の制御自由度が小さくなり、好適な制御をできなくなることがある。そこで、本実施例ではアクチュエータ１５の下室に供給する負圧を貯蔵するために、下室制御弁４０とスロットルバルブ下流部の吸気通路の取り出し部の間にバキュームタンク４１を配置し、さらに、貯蔵した負圧を吸気通路側へ逃さないようにするために、開閉弁４２を設置する。これにより、（ｂ）領域走行中に貯蔵した負圧を、（ｄ）領域での下室制御弁４０の制御に用いることができ、ウェイストゲートバルブ１２の中間開度設定が可能となる。
【００４９】
上記開閉弁４２は、（ｂ）領域走行中には開状態にしておき（ｄ）領域に入ったと同時に閉状態にする。また、バキュームタンク圧力センサを４５の値が所定値を上回ったときに閉状態にしてもよい。
【００５０】
図８に、実施例２におけるアクチュエータの構造図概略を示す。図８のアクチュエータは、２段作動のダイヤフラム式アクチュエータ６０である。アクチュエータ６０の内部は第一の作動部と第二の作動部に分かれており、第一の作動部には、ダイヤフラム６１、上室６２、下室６３、ばね６４を、第二の作動部には、ダイヤフラム７１、上室７２、下室７３、そしてばね７４を備えている。また、第二の作動部のダイヤフラム７１はロッド１４と連結されている。さらに、第一の作動部のダイヤフラム６１にはロッド６５が連結されており、ダイヤフラム６１が作動することで、ロッド６５を介してロッド１４を押し出す形となる。すなわち、ロッド６５とロッド１４は独立して移動させることが可能である。第一の作動部上室６２は、配管Ａと接続され、下室６３は大気に開放されている。一方、第２の作動部上室７２は大気に開放され、下室７３は配管Ｄと接続されている。以上の構成により、実施例１におけるアクチュエータ１５と同様な機能を得ることができ、さらには、ばねが２種内蔵できることにより、ばね定数のセッティングの幅が増えることで好適にロッド１４のストロークを調節することが可能になる。
【００５１】
上記実施例では、上室制御弁３０及び下室制御弁４０においては、電磁式のソレノイドバルブを用いたが、単に３方向の流れを切換えられる弁体であれば、その構造は問わないことはいうまでもない。
【符号の説明】
【００５２】
１ 排気過給機
２ エンジン
３ 吸気通路
５ コンプレッサ
７ スロットルバルブ
９ タービン
１０ バイパス通路
１２ ウェイストゲートバルブ
１４ ロッド
１５ アクチュエータ
２１ ダイヤフラム
３０ 上室制御弁
４０ 下室制御弁
４１ バキュームタンク
４２ 開閉弁
５０ コントローラ
６０ ２段作動ダイヤフラム式アクチュエータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に配置されるコンプレッサと排気通路に配置されるタービンから成る排気過給機と、
上記コンプレッサの下流に配置されたスロットルバルブと、
上記タービンをバイパスして排気を流すバイパス通路と、
上記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
ダイヤフラムにより隔成された上室及び下室と、上記ダイヤフラムに連結されたロッドと、上記ロッドを上室側に付勢する手段と、を有し、上記ロッドを介して上記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータと、
コンプレッサ上流側と上室と、を接続する通路と、コンプレッサとスロットルバルブの間の吸気通路と上室と、を接続する通路と、
スロットルバルブ下流側と下室と、を接続する通路と、
コンプレッサ上流側と上室と、の連通と、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室と、の連通と、を切替可能な上室制御弁と、を備え、
エンジン負荷に応じて上室制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴とする過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項２】
エンジン高負荷運転時に、コンプレッサ上流側と上室と、を連通させることにより、上記ウェイストゲートバルブを閉状態にすることを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項３】
エンジン低負荷運転時に、上室にはコンプレッサ上流側又はコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路のどちらか一方を連通させ、下室に発達した負圧により上記ウェイストゲートバルブを開状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項４】
上記過給機付きエンジンの排圧低減装置は、さらに、
コンプレッサ上流側と下室と、を接続する通路と、
コンプレッサ上流側と下室と、の連通と、スロットルバルブ下流側と下室と、の連通とを切替可能な下室制御弁と、を備え、
エンジン負荷に応じて上記２つの制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴とする請求項１〜３に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項５】
エンジン過過給運転時に、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室と、を連通させ、コンプレッサ上流と下室と、を連通させることにより、上記ウェイストゲートバルブを開状態にすることを特徴とする請求項４に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項６】
上記下室制御弁とスロットルバルブ下流部の吸気通路の圧力取り出し部の間に、負圧を貯蔵するためのバキュームタンクを備え、上記バキュームタンクと上記圧力取り出し部の間に、開閉弁を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項７】
エンジン負荷に応じて、上記２つの制御弁及び開閉弁を制御することにより、上室圧力と下室圧力の差圧を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開度を中間開度に設定することを特徴とする請求項６に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項８】
上記アクチュエータは、それぞれ一つのダイヤフラムとその両側に形成された上室及び下室から成る第一と第二の作動部を備える２段作動のダイヤフラム式アクチュエータであって、
第一の作動部上室はコンプレッサ上流側又はコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と接続され、下室は大気に開放される一方で、
第二の作動部上室は大気に開放され、下室はスロットルバルブ下流側又はコンプレッサ上流側の吸気通路と接続されることを特徴とする請求項１〜７に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項１】
吸気通路に配置されるコンプレッサと排気通路に配置されるタービンから成る排気過給機と、
上記コンプレッサの下流に配置されたスロットルバルブと、
上記タービンをバイパスして排気を流すバイパス通路と、
上記バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブと、
ダイヤフラムにより隔成された上室及び下室と、上記ダイヤフラムに連結されたロッドと、上記ロッドを上室側に付勢する手段と、を有し、上記ロッドを介して上記ウェイストゲートバルブを開閉駆動するアクチュエータと、
コンプレッサ上流側と上室と、を接続する通路と、コンプレッサとスロットルバルブの間の吸気通路と上室と、を接続する通路と、
スロットルバルブ下流側と下室と、を接続する通路と、
コンプレッサ上流側と上室と、の連通と、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室と、の連通と、を切替可能な上室制御弁と、を備え、
エンジン負荷に応じて上室制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴とする過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項２】
エンジン高負荷運転時に、コンプレッサ上流側と上室と、を連通させることにより、上記ウェイストゲートバルブを閉状態にすることを特徴とする請求項１に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項３】
エンジン低負荷運転時に、上室にはコンプレッサ上流側又はコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路のどちらか一方を連通させ、下室に発達した負圧により上記ウェイストゲートバルブを開状態にすることを特徴とする請求項１又は２に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項４】
上記過給機付きエンジンの排圧低減装置は、さらに、
コンプレッサ上流側と下室と、を接続する通路と、
コンプレッサ上流側と下室と、の連通と、スロットルバルブ下流側と下室と、の連通とを切替可能な下室制御弁と、を備え、
エンジン負荷に応じて上記２つの制御弁を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開閉を行うことを特徴とする請求項１〜３に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項５】
エンジン過過給運転時に、コンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と上室と、を連通させ、コンプレッサ上流と下室と、を連通させることにより、上記ウェイストゲートバルブを開状態にすることを特徴とする請求項４に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項６】
上記下室制御弁とスロットルバルブ下流部の吸気通路の圧力取り出し部の間に、負圧を貯蔵するためのバキュームタンクを備え、上記バキュームタンクと上記圧力取り出し部の間に、開閉弁を備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項７】
エンジン負荷に応じて、上記２つの制御弁及び開閉弁を制御することにより、上室圧力と下室圧力の差圧を制御することで、上記ウェイストゲートバルブの開度を中間開度に設定することを特徴とする請求項６に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【請求項８】
上記アクチュエータは、それぞれ一つのダイヤフラムとその両側に形成された上室及び下室から成る第一と第二の作動部を備える２段作動のダイヤフラム式アクチュエータであって、
第一の作動部上室はコンプレッサ上流側又はコンプレッサとスロットルバルブ間の吸気通路と接続され、下室は大気に開放される一方で、
第二の作動部上室は大気に開放され、下室はスロットルバルブ下流側又はコンプレッサ上流側の吸気通路と接続されることを特徴とする請求項１〜７に記載の過給機付きエンジンの排圧低減装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２８５８７２（Ｐ２０１０−２８５８７２Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３７９４２（Ｐ２００９−１３７９４２）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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