(57)【要約】【課題】排気ターボ過給機が付帯する内燃機関において、ウェイストゲートバルブとこれを駆動するアクチュエータとを繋ぐリンク機構の固着を予防する。【解決手段】排気通路上に配置したタービンにより吸気通路上に配置したコンプレッサを駆動するとともに、排気通路にタービンを迂回するバイパス通路及び当該バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けた内燃機関であって、吸気通路に設けたスロットルバルブの開度が所定以下となる減速時に、吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブを開動作させる内燃機関を構成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路上に配置したタービンにより吸気通路上に配置したコンプレッサを駆動するとともに、排気通路にタービンを迂回するバイパス通路及び当該バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けた内燃機関であって、
吸気通路に設けたスロットルバルブの開度が所定以下となる減速時に、吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブを開動作させる内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ターボ過給機が付帯した内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
気筒から排出される排気ガスの持つエネルギを利用して排気タービン（タービンホイール）を回転させ、その回転をコンプレッサのインペラ（コンプレッサホイール）に伝達し、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒へと送り込む排気ターボ過給機が周知である。
【０００３】
排気ターボ過給機を備える内燃機関には、ウェイストゲートを付設することが通例である（例えば、下記特許文献１を参照）。ウェイストゲートバルブは、排気通路におけるタービンの上流側と下流側とを接続するバイパスを開閉するものであり、吸気通路を流通する吸気の圧力が過剰に大きくならないよう抑制する役割を担う。ウェイストゲートバルブが開くのは、通常、スロットルバルブが全開または全開に近い全負荷ないし高負荷の運転領域においてである。
【０００４】
一般的なウェイストゲートバルブは、ダイアフラム室に供給される過給気の圧力を利用するダイアフラム式アクチュエータにより駆動する。具体的には、ダイアフラムに接続したロッドを、ウェイストゲートバルブに固定したブラケットまたはウェイストゲートバルブの支軸に連結し、過給圧を受けたダイアフラムの変位をウェイストゲートバルブに伝達することで、当該ウェイストゲートバルブを開動作させる。
【０００５】
ダイアフラムに接続したロッドとウェイストゲートバルブのブラケットまたは支軸との連結部分が腐食して錆び付くと、アクチュエータによりウェイストゲートバルブを適切に開閉駆動することが困難となる。さすれば、ウェイストゲートを介して排気ガスのタービンへの流入を制限することができなくなり、過給圧が過大化して内燃機関が損傷する懸念が生じる。
【０００６】
このような事象を回避するために、従来より、過給圧を常時センシングしておき、過給圧が上限値を超えて大きくなった場合には気筒への燃料供給を一時中断するフェイルセーフを実装している（例えば、下記特許文献２を参照）。しかしながら、フェイルセーフ機能が働いて燃料カットが実施されると、エンジントルクが低下し車両の加速度が低落するいわゆる「息付き」現象が発生して、ドライバビリティが悪化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１５−１６５０９６号公報
【特許文献２】特開平０８−０６１１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、排気ターボ過給機が付帯する内燃機関において、ウェイストゲートバルブとこれを駆動するアクチュエータとを繋ぐリンク機構の固着を予防することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するべく、本発明では、排気通路上に配置したタービンにより吸気通路上に配置したコンプレッサを駆動するとともに、排気通路にタービンを迂回するバイパス通路及び当該バイパス通路を開閉するウェイストゲートバルブを設けた内燃機関であって、吸気通路に設けたスロットルバルブの開度が所定以下となる減速時に、吸気通路におけるスロットルバルブの下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブを開動作させる内燃機関を構成した。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、排気ターボ過給機が付帯する内燃機関において、ウェイストゲートバルブとこれを駆動するアクチュエータとを繋ぐリンク機構の固着を予防することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関に付帯する排気ターボ過給機及びダイアフラム式アクチュエータを示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、排気ターボ過給機５のコンプレッサ５１、インタクーラ３５、吸気絞り用のバルブである電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生する排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２、排気ターボ過給機５の排気タービン５２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。加えて、タービン５２を迂回する排気バイパス通路４３、及びこのバイパス通路４３の入口を開閉するバイパス弁であるウェイストゲートバルブ４４を設けてある。
【００１５】
排気ターボ過給機５は、排気タービン５２とコンプレッサのインペラ５１とをシャフト５３を介して同軸で連結し連動するように構成したものである。そして、タービン５２及びインペラ５１を排気のエネルギを利用して回転駆動し、その回転力を以てコンプレッサにポンプ作用を営ませることにより、吸入空気を加圧圧縮（過給）して気筒１に送り込む。
【００１６】
ウェイストゲートバルブ４４は、ダイアフラム式のアクチュエータ６により開閉駆動する。アクチュエータ６は、ダイアフラム６０により隔てられたダイアフラム室６１及び定圧室６２を有し、ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧を利用してダイアフラム６０を変位させる。ダイアフラム６０とウェイストゲートバルブ４４とは、リンク機構６３、４４２を介して連結している。具体的には、図１及び図２に示すように、ダイアフラム６０の変位を伝動するためのバルブロッド６３をダイアフラム６０に接続するとともに、このロッド６３をウェイストゲートバルブ４４の支軸４４１に固定したブラケット４４２に連結している。
【００１７】
ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧が所定のセット圧を超えると、ダイアフラム６０及びバルブロッド６３が、スプリング６４の弾性付勢力に抗して、ダイアフラム室６１側から定圧室６２側に向かって変位する。結果、バイパス４３を閉鎖していたウェイストゲートバルブ４４が支軸４４１回りに回動して、バイパス通路４３を開放する。これに対し、ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧がセット圧以下であるときには、スプリング６４の弾性付勢力によりダイアフラム６０及びバルブロッド６３が元の位置に復帰し、ウェイストゲートバルブ４４が完全に閉じる。
【００１８】
アクチュエータ６のダイアフラム室６１には、吸気通路３におけるコンプレッサ５１の下流側かつスロットルバルブ３２の上流側の部位の吸気の圧力、つまりは過給圧を導入する。そのために、ダイアフラム室６１と吸気通路３の当該部位とを連通させる過給圧導入流路７１と、過給圧導入流路７１ひいてはダイアフラム室６１を大気に開放する圧抜流路７２と、圧抜流路７２を開閉する調整バルブ（Ｖａｃｕｕｍ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ  Ｖａｌｖｅ）７３とを設けている。
【００１９】
ＶＳＶ７３は、制御信号ｌを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の既知の流量制御弁である。ＶＳＶ７３の開度を操作すれば、吸気通路３から過給圧導入流路７１に流入する過給気の一部を圧抜流路７２経由で大気に逃がし、ダイアフラム室６１の圧力の大きさを制御することができる。
【００２０】
アクチュエータ６の定圧室６２には、通常、大気圧を導入する。但し、本実施形態の内燃機関にあっては、必要時に、アクチュエータ６の定圧室６２に、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の部位に生じる吸気の負圧を導入できるようにしている。そのために、定圧室６２と吸気通路３の当該部位とを連通させる負圧導入流路７４と、負圧導入通路７４を開閉するＶＳＶ７５と、定圧室６２を大気に開放する圧抜流路７６と、圧抜流路７６を開閉するＶＳＶ７７とを設けている。
【００２１】
ＶＳＶ７５、ＶＳＶ７７はそれぞれ、制御信号ｍ、ｎを受けてその開度を変化させるソレノイドバルブ等の既知の流量制御弁である。ＶＳＶ７５の開度を操作すれば、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側から吸気負圧を負圧導入通路７４経由で定圧室６２に導入することができる。並びに、ＶＳＶ７７の開度を操作すれば、定圧室６２に導入した吸気負圧を圧抜通路７６経由で大気に逃がすことができる。ひいては、定圧室６２の圧力の大きさを制御することができる。
【００２２】
本実施形態の内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２３】
ＥＣＵ０の入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧（過給圧）を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、バッテリの充電状態を示唆する指標（バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧）を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ等が入力される。
【００２４】
ＥＣＵ０の出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＶＳＶ７３に対して開度操作信号ｌ、ＶＳＶ７５に対して開度操作信号ｍ、ＶＳＶ７７に対して開度操作信号ｎ等を出力する。
【００２５】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。
【００２６】
ＥＣＵ０は、運転状況に応じて、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実施する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつエンジン回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断し、インジェクタ１１からの燃料噴射を一時的に中断する。その後、ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、エンジン回転数が燃料カット復帰回転数まで低下した等のうちの何れかが成立したときに、燃料カット終了条件が成立したものと判断して、燃料カットを終了、インジェクタ１１からの燃料噴射を再開する。
【００２７】
加えて、ＥＣＵ０は、排気ターボ過給機５により過給された吸気圧が所要の上限値を超えた場合にも、フェイルセーフ制御として、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実施する。
【００２８】
ところで、アクチュエータ６のロッド６３とウェイストゲートバルブ４４のブラケット４４２（または、支軸４４１）とを繋ぐ連結部分には、車両のエンジンルーム内に流入する水がかかることがある。車両が沿岸地域で運用されるときには、塩分を含んだ水がこの連結部分にかかる。また、車両が降雪地帯で運用されるときには、融雪剤の成分を含んだ水がこの連結部分にかかる。レアケースであるが、それらに起因してロッド６３とブラケット４４２との連結部分が錆び付き、アクチュエータ６によるウェイストゲートバルブ４４の駆動の妨げとなる可能性がある。
【００２９】
とりわけ、運転者がアクセルペダルを強く踏み込まないエコロジカルな運転を日常的に行っている場合、即ち内燃機関が全負荷ないし高負荷運転を行う頻度が少ない場合には、排気ターボ過給機５があまり仕事をせず過給圧が顕著に高まらないことから、アクチュエータ６がウェイストゲートバルブ４４を開動作させる機会も乏しくなる。それ故に、ロッド６３とブラケット４４２との連結部分が錆びて固着する懸念が生じる。
【００３０】
このような問題を回避するべく、本実施形態では、吸気の圧力が低く本来ウェイストゲートバルブ４４を開く必要のない状況下においても、敢えてアクチュエータ６によりウェイストゲートバルブ４４を開動作させ、リンク機構６３、４４２の錆び付きを予防するようにしている。
【００３１】
ＥＣＵ０は、通常、ＶＳＶ７５を閉弁して負圧導入通路７４を遮断し、かつＶＳＶ７７を開弁して圧抜通路７６を開通させ、アクチュエータ６の定圧室６２を大気圧に開放する。その上で、ＶＳＶ７３の開度を操作することで、ウェイストゲートバルブ４４が開弁する条件となる過給圧の大きさを制御する。これにより、内燃機関を全負荷ないし高負荷運転している最中における過給圧を、所要の上限値以下に抑制することができる。
【００３２】
一方で、ＥＣＵ０は、スロットルバルブ３２の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となる減速時に、ＶＳＶ７７を閉弁して圧抜通路７６を遮断しつつ、ＶＳＶ７５を開弁して負圧導入通路７４を開通させることで、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側に発生する吸気負圧をアクチュエータ６の定圧室６２に導入する。さすれば、吸気通路３のコンプレッサ５１とスロットルバルブ３２との間の領域の吸気の圧力が高くなく、ダイアフラム室６１が大気圧より高圧でないとしても、ダイアフラム室６１と定圧室６２との差圧が拡大し、アクチュエータ６によりウェイストゲートバルブ４４を開くことができる。このようなウェイストゲートバルブ４４の開弁は、燃料カット条件が成立しインジェクタ１１からの燃料噴射を中断している最中に実行することが望ましい。
【００３３】
既に述べた通り、スロットルバルブ３２の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となる減速時にウェイストゲートバルブ４４を開くのは、あくまでもロッド６３とブラケット４４２との連結部分の錆び付きを防止する意図である。従って、スロットルバルブ３２の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったときに、常にウェイストゲートバルブ４４を開動作させる必要はない。
【００３４】
よって、例えば、一トリップ（イグニッションスイッチがＯＮとなり内燃機関を始動してから、イグニッションスイッチがＯＦＦとなり内燃機関を停止するまでの期間）中に所定回数（一回ないし数回）だけウェイストゲートバルブ４４を開動作させることとし、トリップ中に所定回数の開動作を行った後はスロットルバルブ３２の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったとしても最早ウェイストゲートバルブ４４の開動作を実施せず、ＶＳＶ７５を閉弁しかつＶＳＶ７７を開弁した状態を維持する。
【００３５】
あるいは、ウェイストゲートバルブ４４の開動作に、一定のインターバルを設けてもよい。即ち、ウェイストゲートバルブ４４の開動作を実施した後、所定の時間が経過するまでは、スロットルバルブ３２の開度が全閉または全閉に近い所定開度以下となったとしてもウェイストゲートバルブ４４の開動作を実施せず、ＶＳＶ７５を閉弁しかつＶＳＶ７７を開弁した状態を維持する。
【００３６】
本実施形態では、排気通路４上に配置したタービン５２により吸気通路３上に配置したコンプレッサ５１を駆動するとともに、排気通路４にタービン５２を迂回するバイパス通路４４３及び当該バイパス通路４３を開閉するウェイストゲートバルブ４４を設けた内燃機関であって、吸気通路３に設けたスロットルバルブ３２の開度が所定以下となる減速時に、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側に発生する負圧を利用してウェイストゲートバルブ４４を開動作させる内燃機関を構成した。
【００３７】
本実施形態によれば、ウェイストゲートバルブ４４とアクチュエータ６とを繋ぐリンク機構６３、４４２の固着を効果的に予防することが可能である。アクチュエータ６によりウェイストゲートバルブ４４を適切に開閉駆動できなくなる事態を回避でき、過給圧が上限値を超えて大きくなることを防止できるので、過給圧の過大化を是正するフェイルセーフ機能が働くことによる「息付き」現象が発生せず、ドライバビリティを高く保つことができる。
【００３８】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００４０】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
４…排気通路
４３…バイパス通路
４４…ウェイストゲートバルブ
４４１…支軸
４４２…ブラケット
５…排気ターボ過給機
５１…コンプレッサ
５２…タービン
６…アクチュエータ
６０…ダイアフラム
６１…ダイアフラム室
６２…定圧室
６３…ロッド
【図１】
2018031283.tif 000003
【図２】
2018031283.tif 000004