(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の負圧システムであって、
規制部材に突き当たることによって全開又は全閉に保持される開閉弁と、
圧力の供給を受けて前記開閉弁を全開側又は全閉側に駆動する圧力式アクチュエータと、
負圧源である負圧ポンプと、
前記圧力式アクチュエータと前記負圧ポンプとを接続する圧力供給通路と、
前記圧力供給通路において前記圧力式アクチュエータの上流に設けられ、前記負圧ポンプからの負圧又は大気圧を前記圧力式アクチュエータに選択的に供給する制御弁と、
前記内燃機関が低負荷運転状態であるときに、前記制御弁を制御することによって前記開閉弁を開閉して異常診断を行う異常診断装置と、
前記圧力供給通路の前記負圧ポンプと前記制御弁との間の部分に設けられ、内径が前記圧力供給通路の内径よりも小さい第１絞り部と、
前記圧力供給通路の前記圧力式アクチュエータと前記制御弁との間の部分に設けられ、内径が前記圧力供給通路の内径よりも小さい第２絞り部とを有することを特徴とする内燃機関の負圧システム。
【請求項２】
前記圧力供給通路は、前記負圧ポンプに接続された主通路と、前記主通路と前記圧力式アクチュエータとを接続する分岐通路とを有し、
前記主通路は、ブレーキブースタに接続し、
前記制御弁は前記分岐通路に設けられ、
前記第１絞り部は、前記分岐通路において前記主通路と前記制御弁との間の部分に設けられ、
前記第２絞り部は、前記分岐通路において前記制御弁と前記圧力式アクチュエータとの間の部分に設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の負圧システム。
【請求項３】
前記開閉弁は、前記内燃機関の吸気通路又は排気通路に設けられ、
前記異常診断装置は、前記開閉弁の開閉に伴う前記吸気通路の圧力又は前記排気通路の圧力に基づいて異常診断を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の負圧システム。
【請求項４】
前記開閉弁は、高圧段過給装置及び低圧段過給装置を有する多段過給装置の高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路を開閉することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の内燃機関の負圧システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の負圧システムに関し、詳細には圧力の供給を受けて開閉弁を駆動する圧力式アクチュエータを有する負圧システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の過給装置を制御するために複数の開閉弁が使用されている（例えば、特許文献１）。特許文献１に係る開閉弁は、過給装置のタービンやコンプレッサを迂回するバイパス通路を開閉するバイパス弁として使用され、負圧又は大気圧を受けて駆動する圧力式アクチュエータによって駆動されている。このような開閉弁が固着等によって作動不能になると、過給圧の適正な制御ができなくなるだけでなく、ターボチャージャの過回転が生じる虞があるため、特許文献１では内燃機関が所定の運転状態にあるときに開閉弁を開閉駆動し、開閉弁の開閉に伴う吸気圧の変化に基づいて制御バルブの異常診断を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２１６４０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
過給装置に使用される開閉弁には、開度調節が行われず、規制部材に突き当たることによって全開又は全閉に保持されるものがある。このような開閉弁が、負圧又は大気圧の供給を受けて作動する圧力式アクチュエータによって全開側又は全閉側に駆動されると、開閉弁と規制部材との衝突による衝突音が発生する。異常診断がアイドル等の内燃機関の低負荷運転状態において行われると、エンジン音が小さいために乗員が開閉弁の衝突音に気付き易くなるため、乗員が不快に感じる虞がある。また、異常診断は乗員の運転操作と関係なく行われるため、乗員は衝突音から内燃機関の故障を疑う虞がある。
【０００５】
本発明は、以上の背景を鑑み、内燃機関の負圧システムにおいて、圧力式アクチュエータによって駆動される開閉弁の開閉に伴う衝突音を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、内燃機関（１）の負圧システム（１００）であって、規制部材（６７Ｃ、６８）に突き当たることによって全開又は全閉に保持される開閉弁（６５）と、圧力の供給を受けて前記開閉弁を全開側又は全閉側に駆動する圧力式アクチュエータ（６６）と、前記圧力式アクチュエータと負圧源（８１）とを接続する圧力供給通路（８４、８７）と、前記圧力供給通路に設けられ、前記負圧源からの負圧又は大気圧を前記圧力式アクチュエータに選択的に供給する制御弁（９４）と、前記内燃機関が低負荷運転状態であるときに、前記制御弁を制御することによって前記開閉弁を開閉して異常診断を行う異常診断装置（９５）と、前記圧力供給通路の前記圧力式アクチュエータと前記制御弁との間の部分に設けられ、内径が前記圧力供給通路の内径よりも小さい絞り部（９８）とを有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、絞り部が圧力供給通路の圧力式アクチュエータと制御弁との間の部分に設けられているため、制御弁によって圧力式アクチュエータに供給される圧力が負圧及び大気圧の間で切り換えられるときに、圧力式アクチュエータに生じる圧力変化が緩和されて開閉弁の作動速度が緩やかになり、開閉弁と規制部材との衝突音が低減される。絞り部は、圧力供給通路の一部に設ければよく、圧力供給通路を形成する部材と別部材に形成して組み込むことも可能であるため、圧力供給通路全体を小径化する場合よりも製造が容易であり、コストが抑制される。なお、圧力供給通路の制御弁と負圧源との間の部分ではなく、圧力式アクチュエータと制御弁との間の部分に絞り部が設けられているため、圧力式アクチュエータに供給される圧力が負圧から大気圧に切り換えられる場合にも開閉弁の作動速度を緩やかにすることができる。
【０００８】
また、上記の発明において、前記開閉弁は、前記内燃機関の吸気通路（１１）又は排気通路（１７）に設けられ、前記異常診断装置は、前記開閉弁の開閉に伴う前記吸気通路の圧力又は前記排気通路の圧力に基づいて異常診断を行うとよい。
【０００９】
この構成によれば、吸気通路又は排気通路に設けられた開閉弁が正常に開閉されると、吸気通路の圧力又は排気通路に所定の圧力変化が生じるため、この圧力変化に基づいて異常を診断することができる。
【００１０】
また、上記の発明において、前記開閉弁は、高圧段過給装置（２１）及び低圧段過給装置（２２）を有する多段過給装置（１２）の高圧段コンプレッサ（２１Ｂ）を迂回するバイパス通路（６４）を開閉するとよい。
【００１１】
この構成によれば、高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路を開閉する開閉弁の衝突音を低減することができる。高圧段コンプレッサを迂回するバイパス通路は、高圧段過給装置を使用しない運転状態において高圧段コンプレッサが吸気抵抗とならないように吸気を迂回させるものであるため、このバイパス通路を開閉する開閉弁は全開及び全閉の２つ位置で制御されることが多く、また速い作動速度が要求されることも少ない。そのため、圧力供給通路に絞り部を設けても、要求される作動速度を実現することが容易である。
【発明の効果】
【００１２】
以上の構成によれば、内燃機関の負圧システムにおいて、圧力式アクチュエータによって駆動される開閉弁の開閉に伴う衝突音が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る内燃機関の負圧供給装置の構成図
【図２】コンプレッサバイパス通路の断面図
【図３】第１アクチュエータの断面図
【図４】内燃機関の運転状態、各アクチュエータの負圧消費量、各バルブの開度を示す図
【図５】異常検出制御のフロー図
【図６】異常部特定制御のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明に係る内燃機関の負圧システムを自動車の多段過給装置を備えた内燃機関に適用した実施形態について詳細に説明する。
【００１５】
図１に示すように、自動車の内燃機関１は、内燃機関本体２を有している。内燃機関本体２は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであってよく、シリンダブロックやシリンダヘッド等から構成され、内部に気筒３を有している。
【００１６】
内燃機関本体２には、気筒３に連続する吸気ポート４及び排気ポート５が形成されている。吸気ポート４は内燃機関本体２の一方の側面に開口し、排気ポート５は内燃機関本体２の他方の側面に開口している。内燃機関本体２の一方の側面には吸気装置７が結合され、内燃機関本体２の他方の側面には排気装置８が結合されている。
【００１７】
吸気装置７は、吸気ポート４と共に気筒３に連通する一連の吸気通路１１を形成する。吸気装置７は、上流側から順に、エアインレット、エアクリーナ、多段過給装置１２の吸気側部分、インタークーラ１３、スロットルバルブ１４、吸気マニホールド１５を直列に有し、吸気マニホールド１５において吸気ポート４に接続されている。吸気装置７の多段過給装置１２の吸気側部分よりも下流側（気筒３側）には、この部分の吸気圧を検出する吸気圧センサ１６が設けられている。本実施形態では、スロットルバルブ１４と吸気マニホールド１５の間に、吸気圧センサ１６が設けられている。
【００１８】
排気装置８は、排気ポート５と共に気筒３に連通する一連の排気通路１７を形成する。排気通路１７は、上流側から順に、排気マニホールド１８、多段過給装置１２の排気側部分、触媒コンバータ、マフラー、排気出口を有し、排気マニホールド１８において排気ポート５に接続されている。
【００１９】
多段過給装置１２は、高圧段過給装置２１と、低圧段過給装置２２とを備え、シーケンシャルターボチャージャシステムを構成している。高圧段過給装置２１は高圧段タービン２１Ａ及び高圧段コンプレッサ２１Ｂを有し、低圧段過給装置２２は低圧段タービン２２Ａ及び低圧段コンプレッサ２２Ｂを有する。
【００２０】
高圧段過給装置２１は、高圧段シャフト２４によって同軸かつ一体回転するように連結された高圧段タービンブレード２５及び高圧段コンプレッサブレード２６と、高圧段タービンブレード２５を収容する高圧段タービンハウジング２７と、高圧段コンプレッサブレード２６を収容する高圧段コンプレッサハウジング２８と、高圧段タービンハウジング２７と高圧段コンプレッサハウジング２８とを連結すると共に高圧段シャフト２４を回転可能に支持する高圧段ベアリングハウジング２９とを備えている。
【００２１】
高圧段過給装置２１は、高圧段タービンハウジング２７に可変ノズル機構３０を有する可変ノズルターボチャージャ（Variable Nozzle Turbo: VNT）である。可変ノズル機構３０は、高圧段タービンハウジング２７にそれぞれ回転可能に支持された複数の可変ノズルベーン３０Ａと、各可変ノズルベーン３０Ａに結合されたリンク部材３０Ｂとを有する。複数の可変ノズルベーン３０Ａは、高圧段シャフト２４の軸線を中心とした円周上に、それぞれの回転軸線が高圧段シャフト２４の軸線と平行になり、かつ先端側が高圧段タービンハウジング２７の径方向内側を向くように配置されている。リンク部材３０Ｂは、例えば円環形状に形成され、高圧段シャフト２４の軸線と同軸に配置されている。リンク部材３０Ｂが変位（回転）することによって、各可変ノズルベーン３０Ａの向きが変化し、各可変ノズルベーン間に形成される排気の流路断面積が変化する。可変ノズルベーン３０Ａは、例えば、エンジン回転数が低い場合に流路断面積を絞る（閉じる）ことによって、排気圧力（排気流速）を大きくして過給効率を高め、エンジン回転数が高い場合に流路断面積を広げる（開く）ことによって排気圧力（排気流速）を下げて排気抵抗を低減する。リンク部材３０Ｂは、第１アクチュエータ３２（ＶＮＴアクチュエータ）によって駆動される。
【００２２】
低圧段過給装置２２は、低圧段シャフト３３によって同軸かつ一体回転するように連結された低圧段タービンブレード３４及び低圧段コンプレッサブレード３５と、低圧段タービンブレード３４を収容する低圧段タービンハウジング３６と、低圧段コンプレッサブレード３５を収容する低圧段コンプレッサハウジング３７と、低圧段タービンハウジング３６と低圧段コンプレッサハウジング３７とを連結すると共に低圧段シャフト３３を回転可能に支持する低圧段ベアリングハウジング３８とを備えている。低圧段タービンハウジング３６は高圧段タービンハウジング２７よりも容積が大きく、低圧段コンプレッサハウジング３７は高圧段コンプレッサハウジング２８よりも容積が大きい。
【００２３】
高圧段タービンハウジング２７の排気入口は、第１排気通路４１によって排気マニホールド１８と接続されている。高圧段タービンハウジング２７の排気出口は、排気連結通路４２によって低圧段タービンハウジング３６の排気入口に接続されている。低圧段タービンハウジング３６の排気出口は、第２排気通路４３によって触媒コンバータに接続されている。
【００２４】
第１排気通路４１と排気連結通路４２とは、高圧段タービン２１Ａを迂回するタービンバイパス通路４４によって互いに接続されている。タービンバイパス通路４４には、タービンバイパス通路４４を開閉するタービンバイパスバルブ４５（ＴＢＶ）が設けられている。タービンバイパスバルブ４５は、スイングバルブであり、第２アクチュエータ４６（ＴＢＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。
【００２５】
排気連結通路４２と第２排気通路４３とは、低圧段タービン２２Ａを迂回するウェイストゲート通路５１によって互いに接続されている。ウェイストゲート通路５１には、ウェイストゲート通路５１を開閉するウェイストゲートバルブ５２（ＷＧＶ）が設けられている。ウェイストゲートバルブ５２は、スイングバルブであり、第３アクチュエータ４６（ＷＧＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。
【００２６】
低圧段コンプレッサハウジング３７の吸気入口は、第１吸気通路６１によってエアクリーナに接続されている。低圧段コンプレッサハウジング３７の吸気出口は、吸気連結通路６２によって高圧段コンプレッサハウジング２８の吸気入口に接続されている。高圧段コンプレッサハウジング２８の吸気出口は、第２吸気通路６３によってインタークーラ１３に接続されている。
【００２７】
吸気連結通路６２と第２吸気通路６３とは、高圧段コンプレッサ２１Ｂを迂回するコンプレッサバイパス通路６４によって互いに接続されている。コンプレッサバイパス通路６４には、コンプレッサバイパス通路６４を開閉するコンプレッサバイパスバルブ６５（ＣＢＶ）が設けられている。コンプレッサバイパスバルブ６５は、スイングバルブであり、第４アクチュエータ６６（ＣＢＶアクチュエータ）によって開閉駆動される。
【００２８】
図２に示すように、コンプレッサバイパス通路６４は、管部材６７によって形成されている。管部材６７の長手方向における中間部には、管部材６７の他の部分に対して径方向外方に膨出したバルブ収容部６７Ａが形成されている。バルブ収容部６７Ａの内側に形成されるバルブ室６７Ｂは、コンプレッサバイパス通路６４の一部をなし、コンプレッサバイパス通路６４の他の部分の内径よりも幅が広く形成されている。バルブ室６７Ｂの下流端と、バルブ室６７Ｂの下流側におけるコンプレッサバイパス通路６４の他の部分との境界には、コンプレッサバイパス通路６４を囲み、上流側（バルブ室６７Ｂ側）を向く環状の弁座６８が形成されている。
【００２９】
コンプレッサバイパスバルブ６５は、弁座６８に着座してコンプレッサバイパス通路６４を閉じる弁体６５Ｂと、一端において弁体６５Ｂに結合されたアーム６５Ｃと、アーム６５Ｃの他端に結合され、アーム６５Ｃの長手方向と直交する方向に延びる軸６５Ｄとを有する。軸６５Ｄは、バルブ収容部６７Ａに回転可能に支持され、その一端がバルブ収容部６７Ａの外方に突出している。軸６５Ｄの一端（外端）は、リンク部材６９を介して第４アクチュエータ６６の後述する駆動軸７５に結合されている。
【００３０】
コンプレッサバイパスバルブ６５は、弁体６５Ｂが弁座６８に着座した（突き当たった）全閉位置と、軸６５Ｄを中心として回転し、弁体６５Ｂが弁座６８から離れてバルブ収容部６７Ａの内壁６７Ｃに突き当たった全開位置との間で変位可能である。弁座６８及び内壁６７Ｃは、弁体６５Ｂに突き当たることによって、弁体６５Ｂを全開位置及び全閉位置に保持する規制部材（ストッパ）として機能する。
【００３１】
可変ノズル機構３０を駆動する第１アクチュエータ３２と、タービンバイパスバルブ４５を駆動する第２アクチュエータ４６と、ウェイストゲートバルブ５２を駆動する第３アクチュエータ５４と、コンプレッサバイパスバルブ６５を駆動する第４アクチュエータ６６とは、それぞれ圧力式アクチュエータである。各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、同様の構成を有するため、以下に第１アクチュエータ３２の構成について説明し、他のアクチュエータ４６、５４、６６の説明を省略する。
【００３２】
図３に示すように、第１アクチュエータ３２は、内室を有する中空の本体７１と、本体７１の内室を大気圧室７２と圧力室７３とに区画する隔壁７４と、隔壁７４に結合された基端と、本体７１から突出して作動対象に接続される先端とを備えた駆動軸７５とを有する。
【００３３】
隔壁７４は、本体７１内において変位可能であり、大気圧室７２及び圧力室７３の圧力差に応じて大気圧室７２及び圧力室７３の体積を変化させる。本実施形態では、隔壁７４は可撓性を有するダイヤフラムであり、縁部が本体７１に結合されている。他の実施形態では、隔壁７４は本体７１の内室に摺動可能に設けられたピストンであってもよい。
【００３４】
駆動軸７５は、隔壁７４に結合された基端から大気圧室７２内を通過して本体７１の外方に突出している。本体７１は、本体７１の外面から大気圧室７２に延びる貫通孔である呼吸孔７７を有している。呼吸孔７７によって大気圧室７２は大気圧に維持される。また、本体７１は、本体７１の外面から圧力室７３に延びる貫通孔である圧力供給孔７８を有している。各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の各圧力供給孔７８は以下に説明する負圧供給装置８０に接続されている。
【００３５】
圧力室７３には、隔壁７４を大気圧室７２側に付勢する付勢部材７９が設けられている。本実施形態では、付勢部材７９は圧縮コイルばねであり、隔壁７４の圧力室７３側部分に当接した一端と、本体７１の隔壁７４と対向する部分に当接した他端とを有している。付勢部材７９により、圧力室７３に大気圧が供給された初期状態では、隔壁７４は大気圧室側に位置し、駆動軸７５は最も突出した位置にある。圧力供給孔７８を介して圧力室７３に負圧が供給されると、隔壁７４は付勢部材７９の付勢力に抗して圧力室７３側に移動し、駆動軸７５の突出長さが小さくなる。
【００３６】
図１に示すように、負圧供給装置８０は、負圧源としての負圧ポンプ８１を有する。負圧ポンプ８１は、公知の負圧ポンプ（真空ポンプ）であり、本実施形態では内燃機関本体２のクランクシャフトと同期して回転するカムシャフトと自身の駆動軸が連結され、カムシャフトの回転力を受けて負圧を発生する。
【００３７】
負圧ポンプ８１には主通路８４が接続されている。主通路８４は、負圧ポンプ８１の吸引作用によって負圧となる。主通路８４には、一方向弁８５を介してブレーキブースタ８６（倍力装置）が接続されている。ブレーキブースタ８６は、公知のブレーキブースタであり、供給される負圧を利用して、乗員によるブレーキペダルの踏み込みをアシストする。一方向弁８５はブレーキブースタ８６側から主通路８４側への気体の流れを許容する一方、逆の流れを阻止する。
【００３８】
主通路８４には、第１副通路８７及び第２副通路８８が接続されている。第１副通路８７は、主通路８４から分岐した第１分岐通路８７Ａと、第１分岐通路８７Ａから分岐した２つの第２分岐通路８７Ｂ、８７Ｃとを有する。同様に、第２副通路８８は、主通路８４から分岐した第１分岐通路８８Ａと、第１分岐通路８８Ａから分岐した２つの第２分岐通路８８Ｂ、８８Ｃとを有する。第１副通路８７の一方の第２分岐通路８７Ｂの端部は第１アクチュエータ３２の圧力供給孔７８に接続され、他方の第２分岐通路８７Ｃの端部は第４アクチュエータ６６の圧力供給孔７８に接続されている。第２副通路８８の一方の第２分岐通路８８Ｂの端部は第２アクチュエータ４６の圧力供給孔７８に接続され、他方の第２分岐通路８８Ｃの端部は第３アクチュエータ５４の圧力供給孔７８に接続されている。
【００３９】
第２分岐通路８７Ｂには第１圧力制御弁９１が設けられ、第２分岐通路８８Ｂには第２圧力制御弁９２が設けられ、第２分岐通路８８Ｃには第３圧力制御弁９３が設けられ、第２分岐通路８７Ｃには第４圧力制御弁９４が設けられている。第１〜第３圧力制御弁９１〜９３は、主通路８４側から供給される元圧（負圧）と大気圧とが入力され、元圧から大気圧の間の任意の値に調圧された圧力を出力として各アクチュエータ３２、４６、５４側に供給するＥＶＲＶ（Electric Vacuum Regulating Valve、又はリニアソレノイドバルブ）である。第４圧力制御弁９４は、主通路８４側から供給される元圧（負圧）と大気圧とが入力され、元圧又は大気圧を第４アクチュエータ６６側に供給するＶＳＶ（Vacuum Switching Valve）である。各圧力制御弁９１〜９４は、ＥＣＵ９５によって制御され、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６に指令に応じた圧力を供給する。ＥＣＵ９５は、後述するように内燃機関１の運転状態に応じて圧力制御弁９１〜９４への指令信号を生成する。
【００４０】
各アクチュエータ３２、４６、５４、６６は、第１〜第４圧力制御弁９１〜９４から大気圧が供給されたときに、駆動軸７５の突出長さが最大になり、第１〜第４圧力制御弁９１〜９４から負圧が供給されたときに駆動軸７５の突出長さが小さくなる。駆動軸７５の突出長さが最大となるときをアクチュエータ３２、４６、５４、６６の初期状態とし、突出長さが最小となるときを最駆動状態とする。第１〜第３圧力制御弁９１〜９３は、第１〜第３アクチュエータ３２、４６、５４に供給する負圧の大きさを調整可能であるため、第１〜第３アクチュエータ３２、４６、５４は初期状態と最駆動状態との間の任意の駆動状態となることができる。一方、第４圧力制御弁９１〜９３は、第４アクチュエータ６６に供給可能な圧力が元圧と大気圧の２つのみであるため、第４アクチュエータ６６は初期状態及び最駆動状態の２つの状態となることができる。
【００４１】
可変ノズル機構３０では、第１アクチュエータ３２が初期状態であるときに各可変ノズルベーン３０Ａ間の流路断面積が最大となり、第１アクチュエータ３２が最駆動状態であるときに各可変ノズルベーン３０Ａ間の流路断面積が最小となる。タービンバイパスバルブ４５は、第２アクチュエータ４６が初期状態であるときに全開となり、第２アクチュエータ４６が最駆動状態であるときに全閉となる。ウェイストゲートバルブ５２は、第３アクチュエータ５４が初期状態であるときに全閉となり、第２アクチュエータ５４が最駆動状態であるときに全開となる。コンプレッサバイパスバルブ６５は、第４アクチュエータ６６が初期状態であるときに全閉となり、第４アクチュエータ６６が最駆動状態であるときに全開となる。
【００４２】
図４は、内燃機関１の運転状態、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の負圧消費量、各バルブ３０、４５、５２、６５の開度を示す図である。図４に示すように、可変ノズル機構３０は、エンジン回転数が低い内燃機関１の低負荷運転状態で開度を小さくし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、エンジン回転数が高い内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。可変ノズル機構３０の作動によって、多段過給装置１２に供給される排気圧が低い低負荷運転状態では、可変ノズルベーン３０Ａ間の流路が絞られて高圧段タービンブレード２５に供給される排気圧力が増加し、排気圧が高い高負荷運転状態では、可変ノズルベーン３０Ａ間の流路が開かれて高圧段タービンブレード２５に供給される排気圧力が低下する。可変ノズル機構３０の作動を行うために、第１アクチュエータ３２は、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。
【００４３】
タービンバイパスバルブ４５は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくし、内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。タービンバイパスバルブ４５の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、タービンバイパス通路４４が閉じられて排気の全量が高圧段タービン２１Ａを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、タービンバイパスバルブ４５によってタービンバイパス通路４４が開かれ、排気の大部分が高圧段タービン２１Ａを迂回して低圧段タービン２２Ａに直接に流れる。これにより、排気圧が高い状態では、高圧段過給装置２１よりも低圧段過給装置２２が使用される。タービンバイパスバルブ４５は初期状態において全開であるため、第２アクチュエータ４６は、タービンバイパスバルブ４５の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が多くなり、高負荷運転状態で負圧消費量が少なくなる。
【００４４】
ウェイストゲートバルブ５２は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、エンジン回転数の上昇に応じて開度を大きくする。ウェイストゲートバルブ５２の作動によって、排気圧が低い低負荷運転状態では、ウェイストゲート通路５１が閉じられて排気の全量が低圧段タービン２２Ａを通過する。その後、運転状態が高負荷に変化すると、ウェイストゲートバルブ５２によってウェイストゲート通路５１が開かれ、排気の一部が低圧段タービン２２Ａを迂回して下流側に流れるようになる。これにより、過給圧の制御が可能になると共に、低圧段過給装置２２の過回転が防止される。ウェイストゲートバルブ５２は初期状態において全閉であるため、第３アクチュエータ５４は、ウェイストゲートバルブ５２の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。
【００４５】
コンプレッサバイパスバルブ６５は、内燃機関１の低負荷運転状態で開度を全閉にし、内燃機関１の高負荷運転状態で開度を全開にする。コンプレッサバイパスバルブ６５の作動によって、低負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路６４が閉じられて吸気の全量が高圧段コンプレッサ２１Ｂを通過し、高負荷運転状態ではコンプレッサバイパス通路６４が開かれて吸気の大部分が高圧段コンプレッサ２１Ｂを迂回して流れる。これにより、高圧段コンプレッサ２１Ｂが吸気抵抗となることが防止される。コンプレッサバイパスバルブ６５は初期状態において全閉であるため、第４アクチュエータ６６は、コンプレッサバイパスバルブ６５の作動を行うために、低負荷運転状態で負圧消費量が少なくなり、高負荷運転状態で負圧消費量が多くなる。
【００４６】
第１及び第２副通路８７、８８の第１分岐通路８７Ａ、８８Ａには、それぞれ絞り部９７が設けられている。絞り部９７は、第１分岐通路８７Ａ、８８Ａの内径よりも小さい内径を有する。絞り部９７は、第１分岐通路８７Ａ、８８Ａを形成する管部材と一体に形成されてもよく、管部材に対して別体に形成された部品を管部材に組み込むことによって形成されてもよい。
【００４７】
絞り部９７は、各副通路８７、８８の絞り部９７よりも第２分岐通路８７Ｂ、８７Ｃ、８８Ｂ、８８Ｃ側が破損して大気圧になる場合に、絞り部９７よりも主通路８４側の負圧に与える影響を小さくする目的で設けられている。絞り部９７の内径は、各副通路８７、８８の主通路側がブレーキブースタ８６の作動を可能にする圧力以上に維持されるように設定されているとよい。また、絞り部９７の内径は、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の応答時間を考慮して設定されるとよい。
【００４８】
第１副通路８７の第２分岐通路８７Ｃの第４圧力制御弁９４と第４アクチュエータ６６との間の部分には、絞り部９８が設けられている。絞り部９８は、第１副通路８７の他の部分の内径よりも小さい内径を有する。絞り部９８は、第２分岐通路８７Ｃを形成する管部材と一体に形成されてもよく、管部材に対して別体に形成された部品を管部材に組み込むことによって形成されてもよい。例えば、絞り部９８は、第２分岐通路８７Ｃの内部に挿入される筒形のチップ部材の内孔によって形成されるとよい。絞り部９８は、第４圧力制御弁９４から第４アクチュエータ６６に負圧又は大気圧が供給されるときに、圧力の伝達速度を低下させ、第４アクチュエータ６６の開閉速度を低下させる。
【００４９】
以上のように、内燃機関１の多段過給装置１２を制御するための負圧システム１００は、各アクチュエータ３２、４６、５４、６６と、負圧ポンプ８１、主通路８４、第１及び第２副通路８７、８８、及び第１〜第４圧力制御弁９１〜９４を含む負圧供給装置８０とによって構成される。
【００５０】
ＥＣＵ９５は、負圧供給装置８０の異常を検出する異常診断部９９を有する。異常診断部９９は、内燃機関１の状態量に応じて予め設定された吸気圧の正常値のマップを有する。内燃機関１の状態量は、エンジン回転数や燃料噴射量、アクセルペダル踏込量や、車速等を含む。本実施形態では、状態量としてエンジン回転数及び燃料噴射量が採用され、これらに対して吸気圧の正常値が設定されている。なお、各バルブ３０、４５、５２、６５は、内燃機関１の状態量に応じて制御されるため、吸気圧の正常値のマップは各バルブ３０、４５、５２、６５の作動を考慮したものとなっている。
【００５１】
異常診断部９９は、所定の制御周期毎（例えば、１００ｍｓ）に図５に示すフロー図に従って異常診断制御を行う。ステップＳ１において、異常診断部９９は、内燃機関１の状態量であるエンジン回転数及び燃料噴射量を取得し、これらに基づいてマップを参照して吸気圧の正常値を取得する。また、異常診断部９９は、吸気圧センサ１６によって検出された実際の吸気圧を取得する。そして、異常診断部９９は、吸気圧の正常値と実際の吸気圧とに基づいて判断を行う。異常診断部９９は、吸気圧の正常値と実際の吸気圧の差の絶対値が所定値以下の場合に、吸気圧が正常であり、各バルブ３０、４５、５２、６５が正常に作動していると判断し、異常診断を終了する。一方、異常診断部９９は、吸気圧の正常値と実際の吸気圧の差の絶対値が所定値より大きい場合に、吸気圧が異常であり、各バルブ３０、４５、５２、６５のいずれかに異常が生じていると判断し、ステップＳ２に進んで異常部特定制御を行う。
【００５２】
異常診断部９９は、図６に示す異常部特定制御のフロー図に従って、各バルブ３０、４５、５２、６５の内で異常が発生しているバルブを特定する。異常診断部９９は、最初にステップＳ１１において、内燃機関１の状態量に基づいて内燃機関１が、異常部特定制御に適した所定の低負荷運転状態であるか否かを判断する。以下の制御では、診断のために各バルブ３０、４５、５２、６５が開閉され、吸気圧が変動するため運転への影響が少ない低負荷運転状態において診断を行うものとする。本実施形態では、内燃機関１の状態量をエンジン回転数及び燃料噴射量とし、所定の低負荷運転状態をアイドル状態とする。異常診断部９９は、内燃機関１が所定の低負荷運転状態でない場合には、エンドに進んで異常部特定制御を終了し、内燃機関１が所定の低負荷運転状態である場合にはステップＳ１２に進む。
【００５３】
ステップＳ１２以降は、可変ノズル機構３０をバルブ１、タービンバイパスバルブ４５をバルブ２、ウェイストゲートバルブ５２をバルブ３、コンプレッサバイパスバルブ６５をバルブ４として順に作動させ、作動に伴う吸気圧変化から各バルブ３０、４５、５２、６５の診断を行う。
【００５４】
異常診断部９９は、ステップＳ１２において、バルブの番号に対応したＮを１とし、診断対象を可変ノズル機構３０（バルブ１）に特定する。そして、異常診断部９９は、ステップＳ１３において、特定したバルブを開閉制御する。具体的には、通常時に閉じているバルブは、一度開き、その後に閉じるようにバルブに対応した圧力制御弁９１〜９４を制御する。通常時に開いているバルブは、一度閉じ、その後に開くようにバルブに対応した圧力制御弁９１〜９４を制御する。
【００５５】
異常診断部９９は、ステップＳ１４において、バルブを開閉制御したときの吸気圧の変化量が所定値以上であるか否かを判定する。すなわち、バルブが正常に開閉されたときに予想される吸気圧の変化が生じているか否かを判定することによって、バルブの作動が正常に行われたか否かを判定する。異常診断部９９は、吸気圧の変化量が所定値未満である場合、特定したバルブに異常があると判断してエンドに進み、異常部特定制御を終了する。
【００５６】
異常診断部９９は、ステップＳ１４において、吸気圧の変化量が所定値以上である場合、特定したバルブに異常がないと判断してステップＳ１５に進み、バルブの番号に対応したＮに１を加えて診断対象となるバルブを変更する。この処理によって、診断対象となるバルブは、可変ノズル機構３０（バルブ１）、タービンバイパスバルブ４５（バルブ２）、ウェイストゲートバルブ５２（バルブ３）、コンプレッサバイパスバルブ６５（バルブ４）の順で変化する。
【００５７】
異常診断部９９は、ステップＳ１５の処理を行った後に、ステップＳ１６においてバルブの番号に対応したＮが４より大きいか否かを判定し、全てのバルブ３０、４５、５２、６５の診断が終了したか否かを判定する。異常診断部９９は、Ｎが４以下の場合、ステップＳ１３に戻り、新たに特定されたバルブについて診断を行い、Ｎが４より大きい場合、エンドに進み、異常部特定制御を終了する。
【００５８】
図５の異常診断制御及び図６の異常部特定制御によって、各バルブ３０、４５、５２、６５の固着等や各アクチュエータ３２、４６、５４、６６の破損等によって作動不良が生じているバルブを特定することができる。
【００５９】
以上のように構成した実施形態に係る負圧システム１００の効果について説明する。負圧システム１００では、絞り部９８が第１副通路８７の第４圧力制御弁９４と第４アクチュエータ６６の間の部分に設けられているため、第４圧力制御弁９４によって第４アクチュエータ６６に供給される圧力が負圧及び大気圧の間で切り換えられるときに、第４アクチュエータ６６に生じる圧力変化が緩和されて、コンプレッサバイパスバルブ６５の作動速度が緩やかになり、コンプレッサバイパスバルブ６５と弁座６８及び内壁６７Ｃとの衝突音が低減される。
【００６０】
本実施形態では、異常診断のために低負荷運転状態においてコンプレッサバイパスバルブ６５が開閉される。低負荷運転状態では内燃機関１の騒音が小さいため、比較的小さな音でも乗員に聞こえ易くなるが、絞り部９８によってコンプレッサバイパスバルブ６５の衝突音が低減されているため、この衝突音が乗員に感知され難く、かつ不快感を与え難くなる。
【００６１】
絞り部９８は、第１副通路８７の第２分岐通路８７Ｃの一部に設ければよく、第２分岐通路８７Ｃを形成する部材と別部材に形成して組み込むことも可能であるため、第２分岐通路８７Ｃを小径化する場合よりも製造が容易であり、コストが抑制される。
【００６２】
絞り部９８は、負圧ポンプ８１と第４圧力制御弁９４との間の部分ではなく、第４アクチュエータ６６と第４圧力制御弁９４との間の部分に設けられているため、第４アクチュエータ６６に供給される圧力が負圧から大気圧に切り換えられる場合にもコンプレッサバイパスバルブ６５の作動速度を緩やかにすることができる。大気圧は第４圧力制御弁９４から入力されるため、仮に絞り部９８が負圧ポンプ８１と第４圧力制御弁９４との間の部分に設けられた場合には、圧力が負圧から大気圧に切り換えられる場合にコンプレッサバイパスバルブ６５の作動速度を緩やかにすることができない。
【００６３】
第１〜第３圧力制御弁９１〜９３は、リニアソレノイドであり、各バルブ３０、４５、５２に調圧した圧力を供給することができるため、第１〜第３圧力制御弁９１〜９３と対応するアクチュエータ３２、４６、５４の間に絞り部を設ける必要はない。
【００６４】
コンプレッサバイパス通路６４は、高圧段過給装置２１を使用しない運転状態において高圧段コンプレッサ２１Ｂが吸気抵抗とならないように吸気を迂回させるものであるため、このコンプレッサバイパスバルブ６５は全開及び全閉の２つ位置で制御されることが多く、また速い作動速度が要求されることも少ない。そのため、絞り部９８を設けても、要求される作動速度を実現することが容易である。
【００６５】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。上記実施形態では、本発明に係る開閉弁を多段過給装置１２のコンプレッサバイパスバルブ６５とした例について説明したが、開閉弁をタービンバイパスバルブ４５やウェイストゲートバルブ５２とし、第２副通路８８の第２アクチュエータ４６と第２圧力制御弁９２との間の部分、及び第２副通路８８の第３アクチュエータ５４と第３圧力制御弁９３との間の部分に絞り部９８を設けてもよい。この場合、第２及び第３圧力制御弁９２、９３は、供給される元圧（負圧）と大気圧のいずれかを対応するアクチュエータ４６、５４に供給するＶＳＶとすることができる。また、本発明に係る開閉弁は、多段過給装置１２のバルブに限らず、排気通路１７と吸気通路１１とを繋ぐＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブ等に適用することもできる。
【符号の説明】
【００６６】
１      ：内燃機関
１２    ：多段過給装置
１６    ：吸気圧センサ
２１    ：高圧段過給装置
２１Ａ  ：高圧段タービン
２１Ｂ  ：高圧段コンプレッサ
２２    ：低圧段過給装置
２２Ａ  ：低圧段タービン
２２Ｂ  ：低圧段コンプレッサ
３０    ：可変ノズル機構
３２    ：第１アクチュエータ
４４    ：タービンバイパス通路
４５    ：タービンバイパスバルブ
４６    ：第２アクチュエータ
５１    ：ウェイストゲート通路
５２    ：ウェイストゲートバルブ
５４    ：第３アクチュエータ
６４    ：コンプレッサバイパス通路
６５    ：コンプレッサバイパスバルブ
６６    ：第４アクチュエータ
６７    ：管部材
６７Ｃ  ：内壁（規制部材）
６８    ：弁座（規制部材）
８０    ：負圧供給装置
８１    ：負圧ポンプ（負圧源）
９２    ：第２圧力制御弁
８４    ：主通路
８６    ：ブレーキブースタ
８７、８８    ：副通路
８７Ａ、８８Ａ    ：第１分岐通路
８７Ｂ、８７Ｃ、８８Ｂ、８８Ｃ    ：第２分岐通路
９１〜９４    ：圧力制御弁
９５    ：ＥＣＵ
９７    ：絞り部
９８    ：絞り部
９９    ：異常診断部
１００  ：負圧システム
【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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