(57)【要約】【課題】シーケンシャルターボシステムにおいて、低コスト化および省スペース化を実現すること。【解決手段】プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂおよびセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂへ供給される内燃機関１０の排気の流量制御弁としてロータリ弁１５を使用して、ロータリ弁１５の回転開度に応じて、第１および第２のポート１６，１７ならびにウエイストゲートポート１８への排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれるようにした。【選択図】図１
2010053788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２のターボチャージャへ供給される内燃機関の排気の流量制御弁としてロータリ弁が用いられるシーケンシャルターボシステムであって、
前記ロータリ弁は、
円柱形状をなすボディーと、
ボディーを軸方向に貫通するように形成された第１、第２および第３のゲート室と、
ボディーの一端面であって第１、第２および第３のゲート室が開口する制御面上で軸線周りに回転自在に支持された回転体とを備え、
前記第１のゲート室は、前記第１のターボチャージャとつながる第１のポートに接続され、
前記第２のゲート室は、前記第２のターボチャージャとつながる第２のポートに接続され、
前記第３のゲート室は、触媒につながるウエイストゲートポートに接続され、
前記第１、第２および第３のゲート室は、前記回転体が当該第１、第２および第３のゲート室の各開口を開成する回転方向に沿ってこの順で配置され、
前記回転体の回転開度に応じて、前記第１および第２のポートならびにウエイストゲートポートへの前記排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれることを特徴とするシーケンシャルターボシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシーケンシャルターボシステムにおいて、
前記第１、第２および第３のゲート室は、断面積変化をゆるやかにした形状をなしていることを特徴とするシーケンシャルターボシステム。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシーケンシャルターボシステムにおいて、
前記回転体の駆動源は、モータであることを特徴とするシーケンシャルターボシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１および第２のターボチャージャへ供給される内燃機関の排気の流量制御弁としてロータリ弁が用いられるシーケンシャルターボシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シーケンシャルターボシステムには、パラレルシーケンシャルターボシステムとシリーズシーケンシャルターボシステムとがある。
【０００３】
パラレルシーケンシャルターボシステムでは、プライマリターボチャージャとセカンダリターボチャージャとが並列に配置され、これらプライマリターボチャージャおよびセカンダリターボチャージャに対して、シングルターボモードとツインターボモードとを切り替える制御が行なわれる。
【０００４】
シリーズシーケンシャルターボシステムでは、互いに最大容量の異なる高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとが直列に配置され、これら高圧段ターボチャージャと低圧段ターボチャージャとを適宜に使い分けることができるように構成されている。
【０００５】
上記パラレルシーケンシャルターボシステムの典型的な例としては、特許文献１および２で提案されているものを挙げることができる。
【０００６】
特許文献１にて提案されたパラレルシーケンシャルターボシステムは、機関低速回転域にて単独運転されるターボチャージャを可変ノズル型とし、機関低速回転域における過給効率を可変ノズルの開度調節により高めるとともに、シングルターボモードよりツインターボモードへの切替時に可変ノズルを一旦絞って機関背圧と過給圧の急低下を防止するようになっている。
【０００７】
また、特許文献２にて提案されたパラレルシーケンシャルターボシステムは、吸気通路および排気通路に並列に配置されたプライマリターボチャージャおよびセカンダリターボチャージャに対して、シングルターボモードとツインターボモードとを切り替える制御を行なう際に、運転状態に基づいてシングルターボモードにおける目標過給圧およびツインターボモードにおける目標過給圧を演算し、これらの目標過給圧に基づいてモードの切り替えを判断することにより、切り替えの判断に要する時間を短縮することができるとともに、適切に切り替えを判断することによってトルクショックの発生を抑制するようになっている。
【０００８】
他方、上記シリーズシーケンシャルターボシステムの典型的な例としては、特許文献３〜５で提案されているものを挙げることができる。
【０００９】
特許文献３にて提案されたシリーズシーケンシャルターボシステムは、高圧段ターボチャージャのタービンおよび低圧段ターボチャージャのタービンの少なくとも１つを迂回し、排気通路に設けられたバイパス通路と、このバイパス通路に流れる排気ガスの流量を調整する排気バイパス弁とを備え、目標となる過給圧が得られるように、高圧段ターボチャージャの可動ベーンの開度、低圧段ターボチャージャの可動ベーンの開度、および排気バイパス弁の開度をそれぞれ制御するようになっている。
【００１０】
また、特許文献４にて提案されたシリーズシーケンシャルターボシステムは、２つの隣接する段のコンプレッサの間にインタークーラを設けることなく被加圧媒体を直に送るようになっている。
【００１１】
さらに、特許文献５にて提案されたシリーズシーケンシャルターボシステムは、排気通路に、高圧段タービンから排出された排気ガスを、低圧段タービンをバイパスさせて排気浄化装置へと供給するバイパス流路を設け、このバイパス流路を、高圧段タービンの出口から排気浄化装置の入口まで直線状に形成している。
【特許文献１】特開２００５−１５５３５６号公報
【特許文献２】特開２００８−１２８１２９号公報
【特許文献３】特開２００５−３１５１６３号公報
【特許文献４】特開２００５−２３９０３号公報
【特許文献５】特開２００７−２６３０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、一般的なシーケンシャルターボシステムでは、ガスの流れの分配を３方向以上に切り替える弁がなかったため、ターボチャージャの作動状態切替用の弁、ウエイストゲートおよび排気絞りが、それぞれ、独立して設置されている。その結果、コスト的に高くなるばかりか、省スペース化が図れないのが実情である。
【００１３】
本発明は、上記実情に鑑みなされたもので、低コスト化および省スペース化を実現できるシーケンシャルターボシステムの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明にかかるシーケンシャルターボシステムは、第１および第２のターボチャージャへ供給される内燃機関の排気の流量制御弁としてロータリ弁が用いられるシーケンシャルターボシステムであって、前記ロータリ弁は、円柱形状をなすボディーと、ボディーを軸方向に貫通するように形成された第１、第２および第３のゲート室と、ボディーの一端面であって第１、第２および第３のゲート室が開口する制御面上で軸線周りに回転自在に支持された回転体とを備え、前記第１のゲート室は、前記第１のターボチャージャとつながる第１のポートに接続され、前記第２のゲート室は、前記第２のターボチャージャとつながる第２のポートに接続され、前記第３のゲート室は、触媒につながるウエイストゲートポートに接続され、前記第１、第２および第３のゲート室は、前記回転体が当該第１、第２および第３のゲート室の各開口を開成する回転方向に沿ってこの順で配置され、前記回転体の回転開度に応じて、前記第１および第２のポートならびにウエイストゲートポートへの前記排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれる。
【００１５】
上記構成によれば、ロータリ弁の回転体の回転開度に応じて、第１および第２のポートならびにウエイストゲートポートへの排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれるので、シーケンシャルターボシステムの低コスト化および省スペース化を実現できる。
【００１６】
ところで、ロータリ弁の回転体の回転開度をいきなり上げると、過給圧が落ちてしまうため、第１および第２のポートならびにウエイストゲートポートへの排気の流量制御と、使用ターボの切替とが行なわれる際に、助走がつくように回転体の回転開度を徐々に上げていく必要がある。
【００１７】
そこで、上記シーケンシャルターボシステムにおいて、前記第１、第２および第３のゲート室は、断面積変化をゆるやかにした形状をなしている。
【００１８】
なお、上記シーケンシャルターボシステムにおいて、前記回転体の駆動源は、モータである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、シーケンシャルターボシステムの低コスト化および省スペース化が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
[第１の実施の形態]
＜全体構成＞
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムの構成を簡略化して示す図である。
【００２２】
図１を参照して、本実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステム１は、パラレルシーケンシャルターボシステムであって、主として、エアクリーナ２、吸気通路３、プライマリターボチャージャ４、セカンダリターボチャージャ５、吸気切替弁６、吸気バイパス通路７、吸気バイパス弁８、インタークーラ９、内燃機関（以下、「エンジン」と称することもある。）１０、排気通路１１、ＥＧＲ通路１２、ＥＧＲ弁１３、ＥＧＲクーラ１４およびロータリ弁１５ならびに図３に示すＥＣＵ（電子制御ユニット）３０を備えている。なお、本システム１では、プライマリターボチャージャ４とセカンダリターボチャージャ５は、並列に配置されている。
【００２３】
エアクリーナ２は、外部から取得された空気（吸気）を浄化して、吸気通路３に供給する。
【００２４】
吸気通路３は、途中で第１の吸気通路部３Ａおよび第２の吸気通路部３Ｂの２系統に分岐されてインタークーラ９に接続されており、このインタークーラ９から１系統の第３の吸気通路部３Ｃとして内燃機関１０に接続されている。
【００２５】
第１の吸気通路部３Ａには、プライマリターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａが配設される一方、第２の吸気通路部３Ｂには、セカンダリターボチャージャ５のコンプレッサ５Ａが配設されている。
【００２６】
プライマリターボチャージャ４のコンプレッサ４Ａは、第１の吸気通路３を通過する吸気を圧縮する一方、セカンダリターボチャージャ５のコンプレッサ５Ａは、第２の吸気通路部３Ｂを通過する吸気を圧縮する。
【００２７】
また、第２の吸気通路３中には、吸気切替弁６が設けられている。この吸気切替弁６は、ＥＣＵ３０から供給される制御信号によって開閉が制御され、第２の吸気通路部３Ｂを通過する吸気の流量を調整可能に構成されている。たとえば、吸気切替弁６を開閉させることにより、第２の吸気通路部３Ｂにおける吸気の流通／遮断を切り替えることができる。
【００２８】
さらに、第２の吸気通路部３Ｂ中には、吸気バイパス通路７が設けられている。この吸気バイパス通路７は、一端が上記２系統に分岐する前の吸気通路３に接続されており、他端がセカンダリターボチャージャ５のコンプレッサ５Ａと吸気切替弁６との間において第２の吸気通路部３Ｂに接続されている。
【００２９】
吸気バイパス通路７中には、吸気バイパス弁８が設けられている。この吸気バイパス弁８は、リード弁であって、吸気バイパス弁８を挟んだ上流側および下流側の吸気バイパス通路７中の差圧が所定以上となった際に開弁するように構成されている。
【００３０】
内燃機関１０は、４気筒エンジンであって、第３の吸気通路部３Ｃ（吸気通路３）より供給される吸気と燃料との混合気を燃焼することによって、動力を発生する。この内燃機関１０、たとえば、ガソリンエンジンやデーゼルエンジンなどによって構成される。そして、内燃機関１０内における燃焼により発生した排気ガスは、排気通路１１に排出される。なお、内燃機関１０を４気筒で構成することに限定はされない。
【００３１】
排気通路１１中には、ＥＧＲ通路１２が設けられている。このＥＧＲ通路１２は、一端が排気通路１１に接続されており、他端が第３の吸気通路部３Ｃに接続されている。
【００３２】
ＥＧＲ通路１２は、排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に還流するための通路である。それゆえ、ＥＧＲ通路１２には、ＥＧＲクーラ１４およびＥＧＲ弁１３が設けられている。
【００３３】
ＥＧＲクーラ１４は、ＥＧＲガスを冷却する装置である。一方、ＥＧＲ弁１３は、ＥＧＲ通路１２を通過するＥＧＲガスの流量を調節する弁、換言すると吸気系に還流させるＥＧＲガスの量を調節する（すなわち、ＥＧＲ率を調節する）弁である。このＥＧＲ弁１３は、ＥＣＵ３０から供給される制御信号によって開度が制御される。
【００３４】
排気通路１１は、途中で第１の排気通路部１１Ａおよび第２の排気通路部１１Ｂの２系統に分岐されている。第１の排気通路部１１Ａには、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂが配設される一方、第２の排気通路部１１Ｂには、セカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂが配設されている。
【００３５】
プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂは、第１の排気通路部１１Ａを通過する排気ガスによって回転される一方、セカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂは、第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン４Ａ，５Ｂの回転トルクが、プライマリターボチャージャ４内のコンプレッサ４Ａおよびセカンダリターボチャージャ５内のコンプレッサ５Ａに伝達されて回転することによって、吸気が圧縮される（すなわち、過給される）こととなる。
【００３６】
排気通路１１が第１の排気通路部１１Ａおよび第２の排気通路部１１Ｂとに分岐する分岐部には、ロータリ弁１５が設けられている。このロータリ弁１５は、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂおよびセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂへ供給される内燃機関１０の排気ガスの流量制御弁として機能するものであって、後述する回転体２６の回転角度（以下、「回転開度」という。）に応じて、第１の排気通路部１１Ａを介してプライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂにつながる第１のポート１６、および第２の排気通路部１１Ｂを介してセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂにつながる第２のポート１７、ならびに連通路１９を介して触媒につながるウエイストゲートポート１８への上記排気ガスの流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれる。
【００３７】
＜ロータリ弁＞
図２はロータリ弁の構成を示す平面図である。
【００３８】
図２を参照して、ロータリ弁１５は、円柱形状をなすボディー２０と、ボディー２０を軸方向に貫通するように形成された第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３と、ボディー２０の上端面であって第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が開口する制御面２４上で軸２５周りに回転自在に支持された回転体２６とを備えている。
【００３９】
第１のゲート室２１は、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂとつながる第１のポート１６に接続され、第２のゲート室２２は、セカンダリターボチャージャ５とつながる第２のポート１７に接続され、第３のゲート室２３は、触媒につながるウエイストゲートポート１８に接続されている。これら第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３は、回転体２６が第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口を開成する回転方向（本実施の形態においては時計周り方向）に沿ってこの順で隣接して配置されている。
【００４０】
また、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口の形状は、ボディー２０と同心のほぼ扇形形状をなしている。第１および第２のゲート室２１，２２の開口面積は、ほぼ同じであり、第３のゲート室２３の開口面積は、第１および第２のゲート室２１，２２の開口面積よりも小に設定されている。そして、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口形成領域は、軸２５を中心として１８０度の範囲に設定されている。
【００４１】
回転体２６は、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口を全閉および全開できるように、半円形状の板状部材とされている。この回転体２６の駆動源は、出力軸が軸２５に結合されたステッピングモータ３７（図３参照）である。このステッピングモータ３７は、ＥＣＵ３０から供給される制御信号により駆動が制御される。
【００４２】
＜電気的構成＞
図３はシーケンシャルターボシステムの電気的構成を示す図である。
【００４３】
本シーケンシャルターボシステム１は、上述したように、ＥＣＵ３０を含む。このＥＣＵ３０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびバックアップＲＡＭなどを備えている。ＣＰＵは、ＥＣＵ３０の制御中枢を司るものであって、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演算処理を実行する。また、ＲＯＭには、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などが記憶されている。さらに、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や後述する各センサ３１，３２，３３，３４から入力されたデータなどを一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭは、内燃機関１０の停止時にその保存すべきデータなどを記憶する不揮発性メモリである。
【００４４】
ＥＣＵ３０には、エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ（エアフローメータ）３４からの各検出信号が与えられ、これら各検出信号に基づいて、ＥＣＵ３０は、吸気切替弁６、ＥＧＲ弁１３およびロータリ弁１５の駆動を制御する。
【００４５】
特に、ＥＣＵ３０は、ＶＳＶ（バキュームスイッチング弁）３５により駆動されるアクチュエータ３６を制御することによって、吸気切替弁６を開閉させる。また、ＥＣＵ３０は、上述したロータリ弁１５の軸２５の出力軸が結合されたステッピングモータ３７の駆動を制御することによってロータリ弁１５の回転体２６の回転開度を調整する。
【００４６】
＜マップ＞
図４はシーケンシャルターボシステムのモード切替マップの構成を示す図である。
【００４７】
図４を参照して、エンジン１０の挙動状態が第１の切替ライン４１で区画される領域（１）にあるときには、モードは、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモードとされる。ここに、「排気絞りモード」とは、排気ガスの通路を絞って背圧を上げ、それによってＥＧＲを入れやすくしたり、触媒の早期暖機を行なったりするモードである。
【００４８】
エンジン１０の挙動状態が第１の切替ライン４１と第２の切替ライン４２とで区画される領域（２）にあるときには、モードは、シングルターボモードとされる。
【００４９】
エンジン１０の挙動状態が第２の切替ライン４２と第３の切替ライン４３とで区画される領域（３）にあるときには、モードは、使用するターボチャージャを切り替える切替モードとされる。
【００５０】
エンジン１０の挙動状態が第３の切替ライン４３と第４の切替ライン４４とで区画される領域（４）にあるときには、モードは、ツインターボモードとされる。
【００５１】
エンジン１０の挙動状態が第４の切替ライン４４と第５の切替ライン４５とで区画される領域（５）にあるときには、ツインターボモードおよびウエイストゲートオープンモードとされる。
【００５２】
＜モード切替動作＞
ここでは、モードが、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモード→シングルターボモード→使用するターボチャージャをプライマリターボチャージャ４からプライマリターボチャージャ４およびセカンダリターボチャージャ５の両者に切り替える切替モード→ツインターボモード→ツインターボモードおよびウエイストゲートオープンモードの順で切り替えられるものとして説明する。
【００５３】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図４に示す領域（１）にある、すなわちアイドル回転でギアポジションがニュートラルポジションであるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図５に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度を第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口を閉成する全閉状態とする。これにより、モードは、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモードとされる。
【００５４】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図４に示す領域（２）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図６に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図５の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１のゲート室２１の開口を開成するとともに第２および第３のゲート室２２，２３の各開口を閉成する状態とする。これにより、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂに排気ガスが第１のゲート室２１、第１のポート１６および第１の排気通路部１１Ａを通じて供給され、当該タービン４Ｂが第１の排気通路部１１Ａを通過する排気ガスによって回転する。その結果、モードはシングルターボモードとなる。
【００５５】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図４に示す領域（３）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図７に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図６の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１のゲート室２１の開口および第２のゲート室２２の開口の一部領域を開成するとともに第２のゲート室２２の開口の残りの領域および第３のゲート室２３の開口を閉成する状態とする。これにより、上記プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂへの排気ガスの供給に加えて、センカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂに第２のゲート室２２の開口の開成面積に応じた量の排気ガスが第２のポート１７および第２の排気通路部１１Ｂを通じて供給され、当該タービン５Ｂも第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転する。その結果、モードは、使用ターボチャージャをプライマリターボチャージャ４からプライマリターボチャージャ４およびセカンダリターボチャージャ５の両者に切り替える切替モードとなる。
【００５６】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図４に示す領域（４）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図８に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図７の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１および第２のゲート室２１，２２の各開口を開成するとともに第３のゲート室２３の開口を閉成する状態とする。これにより、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂに排気ガスが第１のゲート室２１、第１のポート１６および第１の排気通路部１１Ａを通じて供給され、当該タービン４Ｂが第１の排気通路部１１Ａを通過する排気ガスによって回転する。これと同時に、セカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂに排気ガスが第２のゲート室２２、第２のポート１７および第２の排気通路部１１Ｂを通じて供給され、当該タービン５Ｂが第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転する。その結果、モードはツインターボモードとなる。
【００５７】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図４に示す領域（５）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図９に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図８の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口を開成する全開またはほぼ全開状態とする。これにより、上記プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂおよびセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂへの排気ガスの供給に加えて、第３のゲート室２３、ウエイストゲートポート１８および連通路１９を通じて触媒に排気ガスが供給される。その結果、モードは、ツインターボモードおよびウエイストゲートオープンモードとなる。
【００５８】
特に、上記シングルターボ時、ならびに使用ターボチャージャをプライマリターボチャージャ４からプライマリターボチャージャ４およびセカンダリターボチャージャ５の両者に切り替える切替モード時においては、吸気切替弁６は閉弁状態にあるので、吸気バイパス弁８を挟んだ上流側および下流側の吸気バイパス通路７中の差圧が所定以上となり吸気バイパス弁８が開弁し、吸気が第２の吸気通路部３Ｂおよび吸気バイパス通路７間で循環する。これにより、セカンダリターボチャージャ５のコンプレッサ５Ａの焼きつきが防止される。
【００５９】
また、上記ツインターボ時においては、吸気切替弁６が開弁するので、吸気バイパス弁８を挟んだ上流側および下流側の吸気バイパス通路７中の差圧が所定以下となり吸気バイパス弁８が閉じる。そのため、吸気は、第２の吸気通路部３Ｂと通じてインタークーラ９に供給される。
【００６０】
以上の説明から明らかな通り、本実施の形態によると、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂおよびセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂへ供給される内燃機関１０の排気の流量制御弁としてロータリ弁１５を使用して、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度に応じて、第１および第２のポート１６，１７ならびにウエイストゲートポート１８への排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれるようにしているので、パラレルシーケンシャルターボシステムの低コスト化および省スペース化を実現できる。
【００６１】
[第２の実施の形態]
図１０は本発明の第２の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムに適用されるロータリ弁の構成を示す平面図である。
【００６２】
図１０を参照して、本実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムの特徴は、ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が、断面積変化をゆるやかにした形状をなしている点にあり、その他の構成は第１の実施の形態と同様である。
【００６３】
図１０に示す例では、第１、第２および第３のゲート室２３の各開口部は、軸２５と同心のほぼ扇形形状なす主要領域５１，５２，５３の左側縁の上端部から反時計周り方向にバーズビーク状（鳥の嘴状）に突出した突出領域５４，５５，５６を有する形状をなしている。第２のゲート室２２の開口部の突出領域５５は、第１のゲート室２１の開口部の右側縁の上端部にオーバーラップしており、第３のゲート室２３の開口部の突出領域５６は、第２のゲート室２２の開口部の右側縁の上端部にオーバーラップしている。なお、第１および第２のゲート室２１，２２の各開口部の主要領域５４，５５を、第２および第３のゲート室２２，２３の開口部の突出部５５，５６がオーバーラップしない形状とし、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の断面積変化がゆるやかなるようにしてもかまわない。
【００６４】
本実施の形態では、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度をいきなり上げると、過給圧が落ちてしまうが、第１、第２および第３のゲート室２３の各開口部に、軸２５と同心のほぼ扇形形状なす主要領域５１，５２，５３と、主要領域５１，５２，５３の左側縁の上端部から反時計周り方向にバーズビーク状に突出した突出領域５４，５５，５６とを設けることにより、ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が断面積変化をゆるやかにした形状とされているので、第１および第２のポート１６，１７ならびにウエイストゲートポート１８への排気ガスの流量制御と、使用ターボの切替とが行なわれる際に、助走がつくように回転体２６の回転開度を徐々に上げていくことができる。その結果、排気絞りモードからシングルターボモードへの助走、使用ターボ切替時の助走、およびウエイストゲートポート１８へのガス導入の制御がスムーズとなる。
【００６５】
[第３の実施の形態]
＜全体構成＞
図１１は本発明の第３の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムの構成を簡略化して示す図である。
【００６６】
図１１を参照して、本実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステム１は、シリーズシーケンシャルターボシステムであって、上記のエアクリーナ２、吸気通路３、インタークーラ９、エンジン１０、排気通路１１、ＥＧＲ通路１２、ＥＧＲ弁１３、ＥＧＲクーラ１４およびロータリ弁１５に加えて、低圧段ターボチャージャ６０、高圧段ターボチャージャ６１、高圧段コンプレッサバイパス通路６２および高圧段コンプレッサバイパス弁６３を備えている。このシステム１では、低圧段ターボチャージャ６０と高圧段ターボチャージャ６１は、直列に配置されている。
【００６７】
吸気通路３は、第１の実施の形態のように途中で分岐することなく、インタークーラ９を介してエンジン１０に接続されている。この吸気通路３には、低圧段ターボチャージャ６０のコンプレッサ６０Ａおよび高圧段ターボチャージャ６１のコンプレッサ６０Ｂが吸気流路に関して上流側から下流側に向かってこの順で配設されている。
【００６８】
また、吸気通路３中には、高圧段コンプレッサバイパス通路６２が設けられている。この高圧段コンプレッサバイパス通路６２は、一端が低圧段ターボチャージャ６０のコンプレッサ６０Ａと高圧段ターボチャージャ６１のコンプレッサ６０Ｂとの間において吸気通路３に接続されており、他端が高圧段ターボチャージャ６１のコンプレッサ６０Ｂとインタークーラ９との間において吸気通路３に接続されている。
【００６９】
高圧段コンプレッサバイパス通路６２中には、高圧段コンプレッサバイパス弁６３が接続されている。この高圧段コンプレッサバイパス弁６３は、図１３に示すＥＣＵ３０から供給される制御信号によって開閉が制御される。
【００７０】
排気通路１１中には、ＥＧＲ通路１２が接続されている。このＥＧＲ通路１２は、一端が排気通路１１に接続されており、他端が吸気通路３に接続されている。
【００７１】
また、排気通路１１は、第１の実施の形態と同様に、途中で第１の排気通路部１１Ａおよび第２の排気通路部１１Ｂの２系統に分岐されている。第１の排気通路部１１Ａには、高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ａが配設される一方、第２の排気通路部１１Ｂには、低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ａが配設されている。
【００７２】
高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ａは、第１の排気通路部１１Ａを通過する排気ガスによって回転される一方、低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂは、第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転される。このようなタービン６０Ｂ，６１Ａの回転トルクが、低圧段ターボチャージャ６０内のコンプレッサ６０Ａおよび高圧段ターボチャージャ６１内のコンプレッサ６０Ｂに伝達されて回転することによって過給されることとなる。
【００７３】
排気通路１１が第１の排気通路部１１Ａおよび第２の排気通路部１１Ｂとに分岐する分岐部には、ロータリ弁１５が設けられている。このロータリ弁１５は、高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ｂおよび低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂへ供給されるエンジン１０の排気ガスの流量制御弁として機能するものであって、図１２に示す回転体２６の回転角度（回転開度）に応じて、第１の排気通路部１１Ａを介して高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ｂにつながる第１のポート１６、および第２の排気通路部１１Ｂを介して低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂにつながる第２のポート１７、ならびに連通路１９を介して触媒につながるウエイストゲートポート１８への上記排気ガスの流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれる。
【００７４】
＜ロータリ弁＞
図１２はロータリ弁の構成を示す平面図である。
【００７５】
図１２を参照して、ロータリ弁１５は、第１のゲート室２１が第２のゲート室２２から離間して配置されるとともに第３のゲート室２３が第２のゲート室２２に隣接して配置されている。これら第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口形成領域は、軸２５を中心として１８０度以上の範囲に設定されている。これに対応して、回転体２６は、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口を全閉および全開できるように、１８０度以上のカバー面を有する板状部材とされている。その他の構成は、第２の実施の形態で示したロータリ弁と同様の構成を有している。すなわち、このロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口部は、主要領域５１，５２，５３および突出領域５４，５５，５６を備えることによって、その断面積変化がゆるやかとなる形状をなしている。
【００７６】
＜電気的構成＞
図１３はシーケンシャルターボシステムの電気的構成を示す図である。
【００７７】
本シーケンシャルターボシステム１は、第１の実施の形態と同様に、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびバックアップＲＡＭなどを備えたＥＣＵ３０を含む。このＥＣＵ３０は、エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号が与えられ、これら各検出信号に基づいて、ＥＣＵ３０は、ＥＧＲ弁１３、ロータリ弁１５および高圧段コンプレッサバイパス弁６３の駆動を制御する。
【００７８】
特に、ＥＣＵ３０は、ＶＳＶ７１により駆動されるアクチュエータ７２を制御することによって、高圧段コンプレッサバイパス弁６３を開閉させる。
【００７９】
＜マップ＞
図１４はシーケンシャルターボシステムのモード切替マップの構成を示す図である。なお、このマップはＥＣＵ３０内のＲＯＭに記憶されている。
【００８０】
図１４を参照して、エンジン１０の挙動状態が第１の切替ライン８１で区画される領域（１１）にあるときには、モードは、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモードとされる。
【００８１】
エンジン１０の挙動状態が第１の切替ライン８１と第２の切替ライン８２とで区画される領域（１２）にあるときには、モードは、高圧段ターボモードとされる。
【００８２】
エンジン１０の挙動状態が第２の切替ライン８２と第３の切替ライン８３とで区画される領域（１３）にあるときには、モードは、使用するターボチャージャを切り替える切替モードとされる。
【００８３】
エンジン１０の挙動状態が第３の切替ライン８３と第４の切替ライン８４とで区画される領域（１４）にあるときには、モードは、低圧段ターボモードとされる。
【００８４】
エンジン１０の挙動状態が第４の切替ライン８４と第５の切替ライン８５とで区画される領域（１５）にあるときには、低圧段ターボモードおよびウエイストゲートオープンモードとされる。
【００８５】
＜モード切替動作＞
ここでは、モードが、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモード→高圧段ターボモード→使用するターボチャージャを高圧段ターボチャージャ６１から低圧段ターボチャージャ６０に切り替える切替モード→低圧段ターボモード→低圧段ターボモードおよびウエイストゲートオープンモードの順で切り替えられるものとして説明する。
【００８６】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図１４に示す領域（１）にある、すなわちアイドル回転でギアポジションがニュートラルポジションであるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図１５に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度を第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口を閉成する全閉状態とする。これにより、モードは、冷間時のターボバイパスモードおよび排気絞りモードとされる。
【００８７】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図１４に示す領域（１２）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図１６に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図１５の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１のゲート室２１の開口を開成するとともに第２および第３のゲート室２２，２３の各開口を閉成する状態とする。これにより、高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ａに排気ガスが第１のゲート室２１、第１のポート１６および第１の排気通路部１１Ａを通じて供給され、当該タービン６１Ａが第１の排気通路部１１Ａを通過する排気ガスによって回転する。その結果、モードは低圧段ターボモードとなる。
【００８８】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図１４に示す領域（１３）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図１７に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図１６の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１のゲート室２１の開口および第２のゲート室２２の開口の一部領域を開成するとともに第２のゲート室２２の開口の残りの領域および第３のゲート室２３の開口を閉成する状態とする。これにより、上記高圧段ターボチャージャ６１のタービン６１Ａへの排気ガスの供給に加えて、低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂに第２のゲート室２２の開口の開成面積に応じた量の排気ガスが第２のポート１７および第２の排気通路部１１Ｂを通じて供給され、当該タービン６０Ｂも第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転する。このとき、高圧段コンプレッサバイパス通路６２中の高圧段コンプレッサバイパス弁６３は、ＥＣＵ３０によって開弁される。その結果、モードは、使用ターボチャージャを高圧段ターボチャージャ６１から低圧段ターボチャージャ６０に切り替える切替モードとなる。
【００８９】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図１４に示す領域（１４）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図１８に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図１７の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１および第３のゲート室２１，２３の各開口を閉成するとともに第２のゲート室２２の開口を開成する状態とする。これにより、低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂに排気ガスが第２のゲート室２２、第２のポート１７および第２の排気通路部１１Ｂを通じて供給され、当該タービン６０Ｂが第２の排気通路部１１Ｂを通過する排気ガスによって回転する。その結果、モードは低圧段ターボモードとなる。
【００９０】
エンジン回転数センサ３１、アクセル開度センサ３２、ギアポジションセンサ３３および吸気圧センサ３４からの各検出信号の読み込みにより、エンジン１０の挙動状態が図１４に示す領域（１５）にあるとＥＣＵ３０が判断したときには、ＥＣＵ３０は、図１９に示すように、ロータリ弁１５の回転体２６を図１８の状態から時計周り方向に所定角度回転させ、それによって回転体２６の回転開度を第１のゲート室２１を閉成するとともに第２および第３のゲート室２２，２３の各開口を開成する状態とする。これにより、上記低圧段ターボチャージャ６０のタービン６０Ｂへの排気ガスの供給に加えて、第３のゲート室２３、ウエイストゲートポート１８および連通路１９を通じて触媒に排気ガスが供給される。その結果、モードは、低圧段ターボモードおよびウエイストゲートオープンモードとなる。
【００９１】
以上の説明から明らかな通り、本実施の形態によると、プライマリターボチャージャ４のタービン４Ｂおよびセカンダリターボチャージャ５のタービン５Ｂへ供給される内燃機関１０の排気の流量制御弁としてロータリ弁１５を使用して、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度に応じて、第１および第２のポート１６，１７ならびにウエイストゲートポート１８への排気の流量制御と、使用ターボチャージャの切替とが行なわれるようにしているので、シリーズシーケンシャルターボシステムの低コスト化および省スペース化を実現できる。
【００９２】
また、ロータリ弁１５の回転体２６の回転開度をいきなり上げると、過給圧が落ちてしまうが、第１、第２および第３のゲート室２３の各開口部に主要領域５１，５２，５３および突出領域５４，５５，５６を設けることにより、ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が断面積変化をゆるやかにした形状とされているので、第１および第２のポート１６，１７ならびにウエイストゲートポート１８への排気ガスの流量制御と、使用ターボの切替とが行なわれる際に、助走がつくように回転体２６の回転開度を徐々に上げていくことができる。その結果、排気絞りモードから高圧段ターボモードへの助走、使用ターボ切替時の助走、およびウエイストゲートポート１８へのガス導入の制御がスムーズとなる。
【００９３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００９４】
たとえば、第１の実施の形態においては、ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口形成領域を、軸２５を中心として１８０度の範囲に設定し、回転体２６を、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口を全閉および全開できるように、半円形状の板状部材とした例について記載した。しかし、本発明はそのような構成には限定されない。図２０に示すように、軸２５を中心として１８０度以下の範囲に設定し、回転体２６を、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の開口を全閉および全開できるように、１８０度以上のカバー面を有する板状部材としても、本発明の目的は十分に達成し得る。
【００９５】
また、第３の実施の形態においては、ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口部に主要領域５１，５２，５３および突出領域５４，５５，５６を設けることによって、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が断面積変化をゆるやかにした形状とされている例について記載した。しかし、本発明はそのような構成に限定されない。ロータリ弁１５の第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３の各開口部に突出領域５４，５５，５６を設けないで、第１、第２および第３のゲート室２１，２２，２３が断面積変化をゆるやかにしない形状をなす構成としてもかまわない。
【００９６】
その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムの構成を簡略化して示す図である。
【図２】ロータリ弁の構成を示す平面図である。
【図３】同シーケンシャルターボシステムの電気的構成を示す図である。
【図４】同シーケンシャルターボシステムのモード切替マップの構成を示す図である。
【図５】ターボバイパスモードおよび排気絞りモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図６】シングルターボモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図７】使用ターボチャージャ切替時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図８】ツインターボモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図９】ツインターボモードおよびウエイストゲートオープンモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムに適用されるロータリ弁の構成を示す平面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムの構成を簡略化して示す図である。
【図１２】ロータリ弁の構成を示す平面図である。
【図１３】同シーケンシャルターボシステムの電気的構成を示す図である。
【図１４】同シーケンシャルターボシステムのモード切替マップの構成を示す図である。
【図１５】ターボバイパスモードおよび排気絞りモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図１６】高圧段ターボモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図１７】使用ターボ切替時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図１８】低圧段ターボモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図１９】低圧段ターボモードおよびウエイストゲートオープンモード時のロータリ弁の状態を示す図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態にかかるシーケンシャルターボシステムに適用されるロータリ弁の変形例の構成を示す平面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１  シーケンシャルターボシステム
４  プライマリターボチャージャ
５  セカンダリターボチャージャ
１０  内燃機関（エンジン）
１５  ロータリ弁
１６  第１のポート
１７  第２のポート
１８  ウエイストゲートポート
２１  第１のゲート室
２２  第２のゲート室
２３  第３のゲート室
６０  低圧段ターボチャージャ
６１  高圧段ターボチャージャ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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