(57)【要約】【課題】連通弁やウェストゲート弁などが有する機能を維持しつつ、内燃機関の排気系統の構造を簡易にすることが可能な弁体を提供する。【解決手段】排気通路切替弁２０は、排気管１３に取り付けられており、排気通路切替弁２０の弁本体２１に対して位置を調節可能に設けられた可動部材２２，２７，２８と、可動部材の位置を調節する駆動機構２３と、を備えている。駆動機構２３は、可動部材２２，２７，２８を、エギゾーストマニホールド１３の複数の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに遮断される第１位置と、エギゾーストマニホールド１３の複数の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通される第２位置と、エギゾーストマニホールド１３の管部Ｅ１，Ｅ２とバイパス通路１５とが連通される第３位置と、に調節する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の複数の気筒から延出する排気管であって、ターボチャージャのタービン前に延設され、複数の管部からなる上流側排気管と、前記タービン後に延設され、単一の管部からなる下流側排気管とで構成された排気管に取り付けられる排気通路切替弁であって、
前記排気通路切替弁の弁本体に対して位置を調節可能に設けられた可動部材と、
前記可動部材の位置を調節する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構は、前記可動部材を、前記上流側排気管の複数の管部が互いに遮断される第１位置と、前記上流側排気管の複数の管部が互いに連通される第２位置と、前記上流側排気管の管部と前記下流側排気管の管部とが連通される第３位置と、に調節することを特徴とする排気通路切替弁。
【請求項２】
前記可動部材は、前記上流側排気管の複数の管部どうしの連通を遮断する第１封止部材と、前記上流側排気管の管部と前記下流側排気管の管部との連通を遮断する第２封止部材と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の排気通路切替弁。
【請求項３】
前記第１封止部材は、前記駆動機構により位置調節され、
前記第２封止部材は、前記第１封止部材に当接して位置調節されることを特徴とする請求項２に記載の排気通路切替弁。
【請求項４】
前記可動部材は、前記駆動機構により位置調節されることにより、前記第１位置に配置された状態から、前記第２位置を経た後に、前記第３位置に至ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気通路切替弁。
【請求項５】
前記可動部材は、弁座部に当接することで、前記管部どうしの連通又は遮断を切り替え可能に構成されており、
前記駆動機構は、前記可動部材が前記弁座部から離れた非当接状態から、前記可動部材が前記弁座部に当接した当接状態に移行する際に、前記可動部材の移動速度を抑制することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気通路切替弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の気筒から流出する排気ガスを外部に排出するための排気管において、既燃ガスの流れを制御するために設けられた排気通路切替弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるターボチャージャ付き内燃機関では、コンプレッサと同軸に２つのタービンを連結し、各タービンへの排気圧力が互いに干渉するのを防止するために２系統の排気通路を分離形成している。そして、これらの排気通路を互いに連通する連通路と、この連通路を開閉する連通弁と、その開閉をエンジン運転状態に応じて制御する手段と、を設けている。
【０００３】
また、特許文献２に記載されるターボチャージャ付き内燃機関では、複数の気筒のそれぞれから延出した排気通路が結合されて２本の排気通路となり、さらにこれら２本の排気通路がタービンの直前で結合されて１本の排気通路となっている。ここで、排気通路が２本となっている部分には、２本の排気通路を互いに連通するための連通弁が設けられている。また、２本の排気通路の一方からタービンの下流側の排気通路まで延びるバイパス通路が設けられており、このバイパス通路には、バイパス通路を開閉するためのウェストゲート弁が設けられている。
【特許文献１】特開平１０−３０４４６号公報
【特許文献２】特公平７−２６５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、排気通路に連通弁やウェストゲート弁を設けた場合には、弁体が複数となるので高価なものとなる。また、エンジンを搭載するためのスペースは限られているため、上述したように排気通路に複数の弁体を設けて複雑な構造とすることは好ましくなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した連通弁やウェストゲート弁などが有する機能を維持しつつ、内燃機関の排気系統の構造を簡易にすることが可能な弁体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】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明は、内燃機関の複数の気筒から延出する排気管であって、ターボチャージャのタービン前に延設され、複数の管部からなる上流側排気管と、タービン後に延設され、単一の管部からなる下流側排気管とで構成された排気管に取り付けられる排気通路切替弁であって、排気通路切替弁の弁本体に対して位置を調節可能に設けられた可動部材と、可動部材の位置を調節する駆動機構と、を備え、駆動機構は、可動部材を、上流側排気管の複数の管部が互いに遮断される第１位置と、上流側排気管の複数の管部が互いに連通される第２位置と、上流側排気管の管部と下流側排気管の管部とが連通される第３位置と、に調節することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、排気通路切替弁の可動部材が、駆動機構により第１位置に調節された時には、上流側排気管の複数の管部が互いに遮断されるため、ターボチャージャのタービンに強い排気流が供給されて、タービンの回転を向上することができる。また、排気通路切替弁の可動部材が、駆動機構により第２位置に調節された時には、上流側排気管の複数の管部が互いに連通されるため、複数の管部の排気を積極的に干渉させて内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を引き起こし、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを低減することができる。また、排気通路切替弁の可動部材が、駆動機構により第３位置に調節された時には、上流側排気管の管部と下流側排気管の管部とが連通されるため、上流側排気管の管部を流れる排気が下流側排気管に逃がされ、ターボチャージャのタービンに供給される排気流を弱めて、タービンの回転を抑制することができる。上述した排気通路切替弁によれば、上記の機能を有する排気通路切替弁が単一の弁体として構成されるため、弁体の搭載スペースを小さくすることができ、また、弁体のコストを安価にすることができる。
【０００８】
上述した排気通路切替弁において、可動部材は、上流側排気管の複数の管部どうしの連通を遮断する第１封止部材と、上流側排気管の管部と下流側排気管の管部との連通を遮断する第２封止部材と、を含んで構成されることが好ましい。この構成によれば、可動部材が第１封止部材と第２封止部材とを含んで構成されるため、排気通路切替弁の設計の自由度が増し、排気通路切替弁の搭載スペースをより小さくすることができる。
【０００９】
また、上述した排気通路切替弁において、第１封止部材は、駆動機構により位置調節され、第２封止部材は、第１封止部材に当接して位置調節されることが好ましい。この構成によれば、第２封止部材は、第１封止部材に当接することで力を受けて位置調節される。よって、可動部材が複数の部材（第１封止部材、第２封止部材）から構成された場合でも、単一の駆動機構によりそれら複数の部材の位置を調節することができるので、排気通路切替弁のコストを安価にすることができる。
【００１０】
また、上述した排気通路切替弁において、可動部材は、駆動機構により位置調節されることにより、第１位置に配置された状態から、第２位置を経た後に、第３位置に至ることが好ましい。この構成によれば、可動部材が第３位置に調節されて、上流側排気管の管部と下流側排気管の管部とが連通されたときに、上流側排気管の複数の管部が互いに連通されていない状況が発生することを、構造的に防止することができる。これにより、可動部材が第３位置に調節されて、上流側排気管の管部と下流側排気管の管部とが連通されたときに、上流側排気管の複数の管部は必ず互いに連通された状態となってため、上流側排気管の複数の管部に圧力を等しく低下させて、燃費の悪化やピストンの摩擦の増大などの不具合が発生することを未然に防止することができる。
【００１１】
また、上述した排気通路切替弁において、可動部材は、弁座部に当接することで、管部どうしの連通又は遮断を切り替え可能に構成されており、駆動機構は、可動部材が弁座部から離れた非当接状態から、可動部材が弁座部に当接した当接状態に移行する際に、可動部材の移動速度を抑制することが好ましい。この構成によれば、駆動機構の調節により、可動部材が弁座部から離れた非当接状態から、可動部材が弁座部に当接した当接状態に移行する際に、可動部材の移動速度が抑制されるため、可動部材と弁座部が衝突する時の衝撃が和らげることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、連通弁やウェストゲート弁などが有する機能を維持しつつ、内燃機関の排気系統の構造を簡易にすることが可能な弁体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の排気通路切替弁に係る好適な実施形態について説明する。図１には、本実施形態の排気通路切替弁が取り付けられるエンジン（内燃機関）１が示されている。エンジン１の吸気通路２では、外気がエアフィルター３を通して吸入空気として取り込まれる。エンジン１にはターボチャージャー４が設けられている。ターボチャージャー４は、コンプレッサホイール４ａを吸気通路２上に配置させ、タービンホイール４ｂを排気通路５上に配置させており、排気流を利用して過給を行う通常のターボチャージャー４である。
【００１４】
吸気通路２上のターボチャージャー４の下流側には、ターボチャージャー４による過給で圧力上昇に伴って温度が上昇した吸入空気の温度を下げる空冷式インタークーラー６が配されている。インタークーラー６によって吸入空気の温度を下げ、充填効率を向上させる。インタークーラー６の下流側には、吸入空気の圧力を検出するための吸気圧センサ７が配設されている。また、インタークーラー６のさらに下流側には、吸入空気量を調節するスロットルバルブ８が配されている。スロットルバルブ８の開度は、運転者によるアクセルペダルの操作量に応じて決定される。また、スロットルバルブ８に付随して、その開度を検出するためのスロットルポジションセンサ９も配設されている。スロットルバルブ８を通過した吸入空気は、インジェクタ（不図示）から噴射された燃料と混合されて混合気となる。
【００１５】
エンジン本体１０の直前において、吸気通路２は４本の管部Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４に分岐して、インテークマニホールド１１が形成される。インテークマニホールド１１の各管部Ｂ１〜Ｂ４は、エンジン本体１０の内部にある第１〜第４の気筒♯１，♯２，♯３，♯４のいずれかに１本ずつ連通されている。インテークマニホールド１１の各管部Ｂ１〜Ｂ４と各気筒♯１〜♯４内部との間は、吸気バルブ（不図示）によって開閉される。インテークマニホールド１１を通過して各気筒♯１〜♯４内部に導かれた混合気は、ピストンにより圧縮された後に点火されて燃焼する。図示されないが、燃焼時の気筒♯１〜♯４内の圧力上昇によるピストンの往復運動が、クランクシャフト及びコネクティングロッドを介して出力軸に取り出されている。エンジン１のクランクシャフト近傍には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランクポジションセンサ１２が取り付けられている。クランクポジションセンサ１２は、クランクポジションの位置変化からエンジン回転数Ｎｅを検出することもできる。
【００１６】
エンジン本体１０の排気側には、エギゾーストマニホールド（上流側排気管）１３が取り付けられている。エギゾーストマニホールド１３は４本の管部Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を有し、各管部Ｄ１〜Ｄ４は、第１〜第４の気筒♯１〜♯４のいずれかに１本ずつ連通されている。気筒♯１〜♯４内部とエギゾーストマニホールド１３との間は、排気バルブ（不図示）によって開閉される。排気バルブが開いたときに、ピストンの押し出しにより、気筒♯１〜♯４内の既燃ガスがエギゾーストマニホールド１３に排出される。エギゾーストマニホールド１３において、第１気筒＃１に連通する管部Ｄ１及び第４気筒＃４に連通する管部Ｄ４が集合されると共に、第２気筒＃２に連通する管部Ｄ２及び第３気筒＃３に連通する管部Ｄ３が集合されている。このように４本の管部Ｄ１〜Ｄ４を集合することで、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が構成されている。そして、集合された各系統の管部Ｅ１，Ｅ２は、それぞれ別々にタービンホイール４ｂに排気流を導入させるようにターボチャージャー４に接続されている。なお、第１気筒＃１及び第４気筒＃４のピストンが上死点にあるとき、第２気筒＃２及び第３気筒＃３のピストンは下死点にある。
【００１７】
エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２の途中には、排気通路切替弁２０が配設されている。排気通路切替弁２０は、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２どうしの連通又は遮断を切り替える機能を有する。また、排気通路切替弁２０は、タービンホイール４ｂの下流側に配設された排気管（下流側排気管）１４に連通するバイパス通路１５に接続されており、２系統の管部と下流側排気管１４との連通又は遮断を切り替える機能を有する。排気通路切替弁２０の構造及び動作については、後に詳述する。
【００１８】
電子制御ユニット（Electrical Control Unit：ＥＣＵ）１６は、エンジン１の動作を制御するための制御装置であり、本実施形態では特に排気通路切替弁２０を制御するために用いられる。ＥＣＵ１６は、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ等からなり、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行する。ＥＣＵ１６は、排気通路切替弁２０を制御するために、吸気圧センサ７、スロットルポジションセンサ９、クランクポジションセンサ１２などの検出値を取り込んで、排気通路切替弁２０を所望の状態に制御するための電流指令値（又は電圧指令値）を演算し、この電流指令値（又は電圧指令値）に応じた電流（又は電圧）を排気通路切替弁２０に供給する。なお、ＥＣＵ１６において、スロットルポジションセンサ９の検出値は「エンジン負荷」として利用され、クランクポジションセンサ１２の検出値は「エンジン回転数」として利用される。但し、エンジン負荷及びエンジン回転数は、他の方法により検出されてもよい。
【００１９】
図２には、排気通路切替弁２０の内部構造が示されている。排気通路切替弁２０は、前述したとおり、エギゾーストマニホールド１３の集合後の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２に取り付けられるのであるが、特に２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに接触する部位に取り付けられている。排気通路切替弁２０が取り付けられる部位において、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は平板状となっており、この平板状の部位１７に、排気通路切替弁２０の平面状の取り付け面２１ａが密着して固定される。
【００２０】
排気通路切替弁２０の本体である基体２１は、円筒に近い形状をした部材であり、エギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７から立設されており、その内部には排気通路切替弁２０を構成する部品を配置するための空間が形成されている。基体２１の内部空間の中央には、エギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７に対して垂直な方向に移動可能なロッド２２が配置されており、このロッド２２は基体２１の遠位端に配置されたアクチュエータ（駆動機構）２３により駆動力を付与されて移動する。ロッド２２の位置は、ロッドストロークセンサ３２により検出されている。
【００２１】
基体２１には、基体２１の内部で遠位端側からエギゾーストマニホールド１３に向けて延びる支持部２１ｂが形成されている。支持部２１ｂは、ロッド２２と同心状に配置された円筒形状をしており、その先端のには、２つのブッシュ２５，２６が固定されている。２つのブッシュ２５，２６のそれぞれは、リング状をしており、焼結合金などの摺動材を材質としている。一方のブッシュ２５は、支持部２１ｂの内側表面に固定されており、他方のブッシュ２６は、支持部２１ｂの外側表面に固定されている。ロッド２２の中間部分は、支持部２１ｂの内側表面に固定されたブッシュ２５により若干のクリアランスをもって支持されており、ロッド２２の遠位端は、アクチュエータ２３により支持されている。なお、支持部２１ｂの外側表面に固定されたブッシュ２６は、後述する第２封止部材２７を支持するために用いられる。
【００２２】
ロッド２２に駆動力を与えるアクチュエータ２３は、ソレノイドを含んで構成され、このソレノイドに電流を流すことによりロッド２２に駆動力を与える。この原理は、一般的な電磁弁と同様である。但し、ロッド２２に駆動力を与えるために、アクチュエータ２３は他の方式を採用してもよい。例えば、アクチュエータ２３をモータを含んで構成して、ねじ送り機構などの機械的機構を利用してロッド２２に駆動力を与えてもよい。また、アクチュエータ２３を、ダイヤフラムなどの機械的要素を組み合わせて構成して、ロッド２２に駆動力を与えてもよい。
【００２３】
エギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７には、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２の内部まで貫通する２つの開口１８Ａ，１８Ｂが形成されている。エギゾーストマニホールド１３から排気通路切替弁２０を取り外してから、２つの開口１８Ａ，１８Ｂを見ると、図３に示されるようになっている。２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は平行に延設されており、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに接触する部位付近に２つの開口１８Ａ，１８Ｂが形成されている。一方の開口１８Ａは、２つの気筒♯１，♯４から排出された排気が流れる管部Ｅ１に形成されており、他方の開口１８Ｂは、２つの気筒♯２，♯３から排出された排気が流れる管部Ｅ２に形成されている。
【００２４】
再び図２に戻ると、ロッド２２の先端には、円板状の第１封止部材２８が固定されている。第１封止部材２８の円板面の大きさは、エギゾーストマニホールド１３に形成された２つの開口１８Ａ，１８Ｂよりも大きく、第１封止部材２８がエギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７に突き当てられると、第１封止部材２８は２つの開口１８Ａ，１８Ｂを覆う（図３参照）。このように第１封止部材２８が２つの開口１８Ａ，１８Ｂを覆った際には、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は互いに遮断される。一方、ロッド２２がエギゾーストマニホールド１３から離れるように移動して、第１封止部材２８が２つの開口１８Ａ，１８Ｂから離れたときには、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は排気通路切替弁２０の内部空間を介して互いに連通される。
【００２５】
ロッド２２において、エギゾーストマニホールド１３から遠い部分２２ａは、エギゾーストマニホールド１３に近い部分２２ｂに対して直径が小さくなっており、この直径が小さくされた部分２２ｂには、中央に貫通穴が形成された円板状の押さえ部材２９が、両部分２２ａ，２２ｂの段差の位置まで嵌め込まれている。この押さえ部材２９とアクチュエータ２３との間には、コイルバネ３０が圧縮状態が配設されており、ロッド２２はコイルバネ３０からエギゾーストマニホールド１３の方向に押圧力を受ける。ロッド２２は、コイルバネ３０による押圧力、前述のアクチュエータ２３による駆動力などを受けて、これらの力がつり合う位置に調節される。なお、ロッド２２がアクチュエータ２３から駆動力を受けない状態では、ロッド２２はコイルバネ３０の押圧力によりエギゾーストマニホールド１３方向に押し付けられ、第１封止部材２８は２系統の管部Ｅ１，Ｅ２を遮断する（図２参照）。なお、上述したように、エギゾーストマニホールド１３の第１封止部材２８が押し付けられる平板状部位１７は、排気通路切替弁２０の弁座部として利用されている。
【００２６】
ロッド２２がアクチュエータ２３から駆動力を受けると、第１封止部材２８はエギゾーストマニホールド１３から離れ、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は連通される。そして、ロッド２２がアクチュエータ２３からさらに強い駆動力を受けると、図４に示されるように、第１封止部材２８は、排気通路切替弁２０の内部空間に配置される第２封止部材２７に当接する。なお、第１封止部材２８が第２封止部材２７に当接するまでは、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２のそれぞれは、バイパス通路１５に連通されない。第２封止部材２７は、ロッド２２と同心状に配置された円筒部２７ａと、この円筒部２７ａの一端に形成されたリング状の鍔部２７ｂとを有しており、円筒部２７ａ及び鍔部２７ｂを切断した断面はＬ字状となっている。基体２１の外表部２１ｃと支持部２１ｂとの間には溝が形成されており、その溝の底面と第２封止部材２７との間には、コイルバネ３１が配置されている。コイルバネ３１は圧縮状態で配置されており、基体２１の内部に形成された弁座部２１ｄに押し付けられる。
【００２７】
ロッド２２がアクチュエータ２３からさらに強い駆動力を受けると、図５に示されるように、第１封止部材２８が第２封止部材２７を押して、第２封止部材２７を遠位端側に移動させる。第２封止部材２７が移動させられた結果、第２封止部材２７は弁座部２１ｄから離れて、エギゾーストマニホールド１３の２つの開口１８Ａ，１８Ｂが、排気通路切替弁２０に接続されたバイパス通路１５に連通される。なお、第２封止部材２７は、支持部２１ｂの外側表面に固定されたブッシュ２６により支持されているおり、第２封止部材２７が第１封止部材２８により押された際には、第２封止部材２７はブッシュ２６上を摺動して、エギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７に垂直な方向に移動する。
【００２８】
また、基体２１の遠位端側には、冷却水を循環させるため通路を内部に有するウォータージャケット２１ｅが形成されている。ウォータージャケット２１ｅに冷却水を循環させることにより、アクチュエータ２３が過度に昇温することが防止するため、アクチュエータ２３の動作を保障することができる。
【００２９】
上述した実施形態において、ロッド２２、第１封止部材２８、第２封止部材２７などのように、弁本体２１に対して移動可能に構成された部材が、特許請求の範囲における可動部材に対応している。図２に示されるように、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに遮断されるように第１封止部材２８及び第２封止部材２７が配置されるとき、第１封止部材２８及び第２封止部材２７の位置を第１位置と呼ぶ。また、図４に示されるように、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通されるように第１封止部材２８及び第２封止部材２７が配置されるとき、第１封止部材２８及び第２封止部材２７の位置を第２位置と呼ぶ。また、図５に示されるように、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２と下流側管部とが連通されるように第１封止部材２８及び第２封止部材２７が配置されるとき、第１封止部材２８及び第２封止部材２７の位置を第３位置と呼ぶ。
【００３０】
排気通路切替弁２０の可動部材２２，２７，２８が、アクチュエータ２３により第１位置に制御された時には、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに遮断されるため、ターボチャージャー４のタービンホイール４ｂに強い排気流が供給されて、タービンホイール４ｂの回転を向上することができる。また、排気通路切替弁２０の可動部材２２，２７，２８が、アクチュエータ２３により第２位置に制御された時には、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通されるため、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２の排気を積極的に干渉させて内部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を引き起こし、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを低減することができる。また、排気通路切替弁２０の可動部材２２，２７，２８が、アクチュエータ２３により第３位置に制御された時には、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２と下流側排気管１４とが連通されるため、エギゾーストマニホールド１３を流れる排気が下流側排気管１４に逃がされ、ターボチャージャー４のタービンホイール４ｂに供給される排気流を弱めて、タービンホイール４ｂの回転を抑制することができる。上述した排気通路切替弁２０によれば、上記の機能を有する排気通路切替弁２０が単一の弁体として構成されるため、弁体の搭載スペースを小さくすることができるし、弁体のコストを安価にすることもできる。
【００３１】
また、上述した実施形態では、可動部材２２，２７，２８は、アクチュエータ２３により位置調節されることにより、第１位置に配置された状態から、第２位置を経た後に、第３位置に至る。この構成によれば、可動部材２２，２７，２８が第３位置に調節されて、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２と下流側排気管１４とが連通されたときに、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通されていない状況が発生することを、構造的に防止することができる。仮に、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２と下流側排気管１４を連通して過給圧を制御しているときに、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通されない状態になっているとすると、下流側排気管１４に連通されないいずれかの管部Ｅ１，Ｅ２において、エギゾーストマニホールド１３内の圧力が高くなってポンピングロスが大きくなり、エンジン１の燃費が悪化してしまう。また、下流側排気管１４に連通されないいずれかの管部Ｅ１，Ｅ２において、エギゾーストマニホールド１３内の圧力が高くなることにより、気筒♯１〜♯４とピストンの摺動摩擦が大きくなってしまう。これに対して、上述したように、可動部材２２，２７，２８を第１位置、第２位置、第３位置の順序で位置調節した場合には、エギゾーストマニホールド１３の管部Ｅ１，Ｅ２と下流側排気管１４とが連通されたときには、必ず、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２が互いに連通されており、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２の圧力が等しく低下されている。これにより、燃費の悪化や摩擦の増大などの不具合が発生することを未然に防止することができる。
【００３２】
また、上述した実施形態では、第１封止部材２８と第２封止部材２７とが別部材として構成されているため、排気通路切替弁２０の設計の自由度が増し、排気通路切替弁２０の搭載スペースをより小さくすることが可能となっている。但し、他の実施形態では、単一の封止部材により、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２及びバイパス通路１５の連通又は遮断を切り替えるように、排気通路切替弁２０を構成してもよい。例えば、図２に示される排気通路切替弁２０から、第２封止部材２７を排除して、第１封止部材２８の外周面２８ａと基体２１の内周面２１ｆとの間のクリアランスが極小となるまで、第１封止部材２８の直径を増大すればよい。このように排気通路切替弁２０を構成すれば、第１封止部材２８の位置を調節するのみで、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２及びバイパス通路１５の連通又は遮断を切り替えることができる。
【００３３】
次に、図６及び図７を参照して、排気通路切替弁２０の動作設定について説明する。図６には、エンジン回転数に対する過給圧の制御目標である過給圧設定値が示されている。エンジン１の低回転領域では、エンジン回転数の上昇に応じて過給圧設定値が上昇し、エンジン出力を増加させている。一方、エンジン回転数が所定の回転数閾値ＴＨ１を超えて高回転領域に至ると、エンジン回転数の上昇に応じて過給圧設定値は緩やかに減少する。このように過給圧を設定することにより、エンジン１の高回転領域において過給圧が過度に上昇することを回避している。
【００３４】
上述した過給圧の設定を実現するために、図７に示されるようなリフト量の設定で、第１封止部材２８が制御される。ここで、リフト量とは、エギゾーストマニホールド１３の平板状部位１７に垂直な方向に、平板状部位１７と第１封止部材２８とが離間する距離Ｌのことである。エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１より小さいときのリフト量の設定が符号Ｓ１で示されており、エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１より大きいときのリフト量の設定が符号Ｓ２で示されている。
【００３５】
エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１より小さい場合には、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２より小さいときに、第１封止部材２８のリフト量設定値はＬ１に設定され、一方、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２より大きいときに、第１封止部材２８のリフト量設定値は０に設定される。また、エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１より大きい場合には、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２より小さいときに、第１封止部材２８のリフト量設定値はＬ１に設定され、一方、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２より大きいときに、第１封止部材２８のリフト量設定値の上限はＬ２に設定される。
【００３６】
ここで、距離Ｌ１とは、図４に示されるように、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２を連通する通路の開度が最大となるときの、平板状部位１７と第１封止部材２８との離間距離Ｌのことである。一方、距離Ｌ２とは、図５に示されるように、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２とバイパス通路１５とを連通する通路の開度が最大となるときの、平板状部位１７と第１封止部材２８との離間距離Ｌのことである。なお、第１封止部材２８のリフト量設定値の上限はＬ２に設定されたときには、第１封止部材２８はＬ１とＬ２の間で制御されることとなる。
【００３７】
ＥＣＵ１６は、上述したリフト量設定に従って、第１封止部材２８のリフト量を制御する。ＥＣＵ１６による処理を、図８のフローチャートを参照して説明する。図８に示される処理は、エンジン１の動作中にＥＣＵ１６により繰り返し実行される。先ず、ＥＣＵ１６は、クランクポジションセンサ１２の検出値、スロットルポジションセンサ９の検出値、及びロッドストロークセンサ３２の検出値を取り込む（Ｓ８０１）。ここで、クランクポジションセンサ１２の検出値はエンジン回転数として利用され、スロットルポジションセンサ９の検出値はエンジン負荷として利用される。次に、ＥＣＵ１６は、図７のリフト量設定を参照して、検出されたエンジン回転数及びエンジン負荷の組み合わせに対応するリフト量設定値を決定する（Ｓ８０２）。
【００３８】
そして、ＥＣＵ１６は、第１封止部材２８のリフト量が、決定されたリフト量設定値となるようにアクチュエータ２３を制御する（Ｓ８０３）。具体的には、リフト量設定値として０が決定された場合には、ＥＣＵ１６は、アクチュエータ２３に通電せず、ロッド２２に駆動力を与えない。また、リフト量設定値としてＬ１が決定された場合には、ＥＣＵ１６は、アクチュエータ２３に通電して、ロッド２２に駆動力を与えて、第１封止部材２８のリフト量がＬ１となるように制御する。また、リフト量設定値としてＬ２が決定された場合には、ＥＣＵ１６は、吸気圧センサ７の検出値が、許容される最大の過給圧となるように、アクチュエータ２３に通電して、第１封止部材２８のリフト量をＬ１とＬ２の間で制御する。
【００３９】
次に、図９を参照して、車両が加速しつつ走行する時に、ＥＣＵ１６が上述した制御を行う状況を説明する。図９には、車両が加速しつつ走行する時におけるエンジン１及び排気通路切替弁２０の諸特性の経時変化が示されている。
【００４０】
車両が未だ加速していない時（時間ｔ０前）には、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量が小さいためスロットル開度は小さく、エンジン負荷は負荷閾値ＴＨ２よりも小さくなっている。ＥＣＵ１６は、エンジン負荷が小さくなっていることからリフト量設定値としてＬ１を選択し、第１封止部材２８のリフト量をＬ１に制御する。これにより、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部は連通されるため、２系統の管部の排気を積極的に干渉させて内部ＥＧＲを引き起こし、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを低減することができる。
【００４１】
車両が加速を始めた時（時間ｔ０〜ｔ１）には、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量が大きいためスロットル開度は大きく、エンジン負荷は負荷閾値ＴＨ２よりも大きくなっている。一方、エンジン回転数は、回転数閾値ＴＨ１まで上昇していない。ＥＣＵ１６は、エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１よりも小さく、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２よりも大きいことから、リフト量設定値として０を選択し、第１封止部材２８のリフト量を０に制御する。これにより、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は遮断されるため、タービンホイール４ｂに強い排気流を供給して、タービンホイール４ｂの回転を向上することができる。
【００４２】
車両の速度が上昇してエンジン回転数が閾値ＴＨ１に至ると、過給圧が上限値Ｐｍａｘとなるため、過給圧の調節を開始する。この時（時間ｔ１〜ｔ２）には、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量が大きいためスロットル開度は大きく、エンジン負荷は負荷閾値ＴＨ２よりも大きくなっている。また、エンジン回転数は上昇して、回転数閾値ＴＨ１を超えている。ＥＣＵ１６は、エンジン回転数が回転数閾値ＴＨ１よりも大きく、エンジン負荷が負荷閾値ＴＨ２よりも大きいことから、リフト量設定値の上限としてＬ２を選択し、吸気圧センサ７の検出値が過給圧の上限値Ｐｍａｘに維持されるように、第１封止部材２８のリフト量をＬ１からＬ２の間で制御する。
【００４３】
車両が加速し終えた時（時間ｔ２後）には、運転者によるアクセルペダルの踏み込み量が小さいためスロットル開度は小さく、エンジン負荷は負荷閾値ＴＨ２よりも小さくなっている。ＥＣＵ１６は、エンジン負荷が小さくなっていることからリフト量設定値としてＬ１を選択し、第１封止部材２８のリフト量をＬ１に制御する。これにより、エギゾーストマニホールド１３の２系統の管部Ｅ１，Ｅ２は連通されるため、２系統の管部Ｅ１，Ｅ２の排気を積極的に干渉させて内部ＥＧＲを引き起こし、排気中の窒素酸化物ＮＯｘを低減することができる。
【００４４】
なお、時間Ｔ０の直後には、第１封止部材２８のリフト量はＬ１から０に急激に変化するため、第１封止部材２８は弁座部１７に強く衝突する。また、時間Ｔ２の直後にも同様に、第１封止部材２８のリフト量はＬ２からＬ１に急激に変化するため、第２封止部材２７は弁座部２１ｄに強く衝突する。このように第１、第２封止部材２７，２８が弁座部１７，２１ｄに強く衝突すると、第１、第２封止部材２７，２８及び弁座部１７，２１ｄの磨耗が早く、排気通路切替弁２０の耐久性が悪化してしまう。
【００４５】
そこで、図９のタイミングチャートにおいて点線Ｕ１，Ｕ２で示すように、第１、第２封止部材２７，２８が弁座部１７，２１ｄに近づいた時に、第１、第２封止部材２７，２８の速度を抑制することが好ましい。第１、第２封止部材２７，２８の速度を抑制することにより、第１、第２封止部材２７，２８が弁座部１７，２１ｄに与える衝撃を緩和することができる。衝撃を緩和することにより、第１、第２封止部材２７，２８及び弁座部１７，２１ｄに要求される強度が小さくなるので、第１、第２封止部材２７，２８及び弁座部１７，２１ｄを薄肉化するなどして、排気通路切替弁２０を軽量化することができる。
【００４６】
第１、第２封止部材２７，２８の速度を抑制するためにＥＣＵ１６により実行される処理を、図１０のフローチャートを参照して説明する。図１０に示される処理は、排気通路切替弁２０が制御される間に、ＥＣＵ１６により繰り返し実行される。
【００４７】
先ず、ＥＣＵ１６は、ロッドストロークセンサ３２の検出値を取り込んで、第１封止部材２８のリフト量Ｌを取得する（Ｓ１０１）。次に、ＥＣＵ１６は、第１封止部材２８のリフト量Ｌの時間微分ｄＬ／ｄｔを算出して、この時間微分が０より小さいか否かを判定する（Ｓ１０２）。ここで、時間微分ｄＬ／ｄｔが０より小さい場合には、第１封止部材２８が弁座部１７に衝突し得る状況であるのか、又は第２封止部材２７が弁座部２１ｄに衝突し得る状況であるのかを判定するために、ステップ１０３に進む。一方、時間微分ｄＬ／ｄｔが０より大きい場合には、第１、第２封止部材２７，２８が弁座部１７，２１ｄに衝突する状況ではないため、ＥＣＵ１６は処理を終了する。
【００４８】
次に、ＥＣＵ１６は、第１封止部材２８のリフト量ＬがＬ１より小さいか否かを判定する（Ｓ１０３）。ここで、リフト量ＬがＬ１より小さい場合には、第１封止部材２８が弁座部１７に衝突し得る状況であるため、第１封止部材２８の衝突に対処すべくステップ１０４に進む。一方、リフト量がＬ１より大きい場合には、第２封止部材２７が弁座部２１ｄに衝突し得る状況であるため、第２封止部材２７の衝突に対処すべくステップ１０５に進む。
【００４９】
ステップ１０４では、ＥＣＵ１６は、第１封止部材２８のリフト量ＬがＬｎより小さいか否かを判定する。ここで、リフト量ＬがＬｎより小さい場合には、第１封止部材２８が弁座部１７に近い位置にあり、第１封止部材２８と弁座部１７との衝突が間近であるため、ｄＬ／ｄｔ＝ＬＴ（一定値）となるように、第１封止部材２８のリフト量を制御する（Ｓ１０６）。ここで、一定値ＬＴとは、第１封止部材２８と弁座部１７の衝突を緩和するために用意された第１封止部材２８の速度の設定値である。第１封止部材２８のリフト量がＬ１から０に急激に変化した場合と比較して、ｄＬ／ｄｔ＝ＬＴとなるように制御された場合には、第１封止部材２８の速度は小さく、第１封止部材２８及び弁座部１７に与えられる衝撃を小さくすることができる。一方、リフト量ＬがＬｎより大きい場合には、第１封止部材２８が弁座部１７から遠い位置にあるため、ＥＣＵ１６は処理を終了する。
【００５０】
ステップ１０５では、ＥＣＵ１６は、第１封止部材２８のリフト量Ｌが（Ｌ１＋Ｌｎ）より小さいか否かを判定する。ここで、リフト量Ｌが（Ｌ１＋Ｌｎ）より小さい場合には、第２封止部材２７が弁座部２１ｄに近い位置にあり、第２封止部材２７と弁座部２１ｄとの衝突が間近であるため、ｄＬ／ｄｔ＝ＬＴ（一定値）となるように、第１封止部材２８のリフト量を制御する（Ｓ１０６）。第１封止部材２８のリフト量がＬ２からＬ１に急激に変化した場合と比較して、ｄＬ／ｄｔ＝ＬＴとなるように制御された場合には、第２封止部材２７の速度は小さく、第２封止部材２７及び弁座部２１ｄに与えられる衝撃を小さくすることができる。一方、リフト量Ｌが（Ｌ１＋Ｌｎ）より大きい場合には、第２封止部材２７が弁座部２１ｄから遠い位置にあるため、ＥＣＵ１６は処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】内燃機関の概略的な構成を示す構成図である。
【図２】排気通路切替弁の内部構造を示す第１の断面図である。
【図３】エギゾーストマニホールドに形成された開口を示す正面図である。
【図４】排気通路切替弁の内部構造を示す第２の断面図である。
【図５】排気通路切替弁の内部構造を示す第３の断面図である。
【図６】エンジン回転数に対する過給圧設定値を示すグラフである。
【図７】エンジン負荷に対するリフト量設定値を示すグラフである。
【図８】第１封止部材のリフト量を制御するための処理を示すフローチャートである。
【図９】加速走行時における諸特性を示すタイミングチャートである。
【図１０】第１、第２封止部材の衝突を緩和する処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５２】
１…エンジン、２…吸気通路、４…ターボチャージャー、４ａ…コンプレッサホイール、４ｂ…タービンホイール、５…排気通路、６…インタークーラー、７…吸気圧センサ、８…スロットルバルブ、９…スロットルポジションセンサ、１０…エンジン本体、１１…インテークマニホールド、１２…クランクポジションセンサ、１３…エギゾーストマニホールド（上流側排気管）、１４…下流側排気管、１５…バイパス通路、１７…平板状部位（弁座部）、１８Ａ，１８Ｂ…開口、２０…排気通路切替弁、２１…基体（弁本体）、２１ａ…取り付け面、２１ｂ…支持部、２１ｃ…外表部、２１ｄ…弁座部、２１ｅ…ウォータージャケット、２１ｆ…内周面、２２…ロッド（可動部材）、２３…アクチュエータ（駆動機構）、２５，２６…ブッシュ、２７…第２封止部材（可動部材）、２８…第１封止部材（可動部材）、２９…押さえ部材、３０，３１…コイルバネ、３２…ロッドストロークセンサ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｅ１，Ｅ２…管部。
【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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