JP5527171B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、複数の排気ポートの下流端を集合させた排気ポート集合部を有するシリンダヘッドにターボ過給機のタービンハウジングを直接装着（締結）した内燃機関に関するもので、特にシリンダヘッドの内部にウェイストゲートバルブや排気制御バルブ（流路切替バルブ）を搭載した内燃機関に係わる。

［従来の技術］
従来より、シリンダブロックの上部に締結されることで、複数の燃焼室を構成すると共に、各燃焼室に対応して吸気通路および排気通路を設けた内燃機関のシリンダヘッドが公知である（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のシリンダヘッドの内部には、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポートと、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の排気ポートと、これらの排気ポートの下流端を１箇所に集合させた排気集合部と、この排気集合部を冷却する冷却水ジャケットとが設けられている。なお、排気集合部の出口部には、ターボ過給機、排気管、排気浄化触媒が順に連結している。

また、ターボ過給機のタービンハウジングは、シリンダヘッドの外側面に直接締結されている。また、シリンダヘッドの内部には、排気集合部からタービンホイールを迂回してタービンハウジング内の排気通路へ排気を導くバイパス流路の一部となるバイパス孔が形成されている。このバイパス孔の下流部は、シリンダヘッドの外側面で開口している。また、バイパス流路を開閉するウェイストゲートバルブのバルブ本体を内蔵するハウジングは、シリンダヘッドの外側面に直接締結されている。
しかるに、特許文献１に記載のウェイストゲートバルブにおいては、そのハウジングがシリンダヘッドの外側面に直接締結されているので、ウェイストゲートバルブをシリンダヘッドに組み付ける場合に取付位置がズレてしまうと、十分なシール性を確保することができなかった。
ウェイストゲートバルブのハウジング内には、高温の排気ガスの熱（排気熱）を受けて、ウェイストゲートバルブの構成部品（ハウジング、バルブ本体、アーム、支持軸、軸受け部等）の温度がその部品の許容温度よりも上昇（過熱）し、ウェイストゲートバルブの構成部品の耐久性を低下させる要因（原因）となる可能性がある。このため、ウェイストゲートバルブの構成部品（ハウジング、バルブ本体、アーム、支持軸、軸受け部等）の構成材料として高耐熱性合金を使用する必要があるので、ウェイストゲートバルブ全体の製品コストが高くなるという問題がある。

また、複数の排気ポートの排気集合部の１つの排気口とターボ過給機の１つの排気流入口とが連通するように、排気口に排気流入口を合致させてターボ過給機を直接支持するようにしたシリンダヘッドの構造が公知である（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載のシリンダヘッドは、複数の排気ポートを水ジャケットで囲まれる位置で集合させて１つの排気口に連通させている。これにより、複数の排気ポートを流れる排気を冷却することが可能であるが、ターボ過給機を構成する部品の冷却までは考慮していない。このため、仮に過給圧を制御するウェイストゲートバルブがターボ過給機に搭載されている場合、上記と同様に、ウェイストゲートバルブの構成部品の構成材料として高耐熱性合金を使用する必要があるので、ウェイストゲートバルブ全体の製品コストが高くなるという問題がある。

また、複数の燃焼室から延びる複数の排気ポートを集合させて、その排気集合部の排気ポート出口に排気管を接続するようにしたシリンダヘッドの構造が公知である（例えば、特許文献３参照）。
特許文献３に記載のシリンダヘッドは、その排気側端面で開口する排気ポート出口の周囲に所定の深さを有する溝を設けて断熱層を形成している。また、溝の外側には、ガスケットを取り付けて排気管との間をシールするガスケットシール部および排気管を締結するボルトのメネジ部（排気管の締結部）が設けられている。また、排気ポート出口の周囲に溝を設けた上で、排気ポートを挟んで上下に２つのウォータジャケットを形成している。これにより、複数の排気ポートを流れる排気を冷却することが可能であるが、シリンダヘッドの排気側端面に締結される排気管の冷却までは考慮していない。このため、仮に過給圧を制御するウェイストゲートバルブを搭載したターボ過給機が、シリンダヘッドの排気側端面に締結されている場合、上記と同様に、ウェイストゲートバルブの構成部品の構成材料として高耐熱性合金を使用する必要があるので、ウェイストゲートバルブ全体の製品コストが高くなるという問題がある。

また、タービンハウジングに圧入したＳＵＳ焼結材の軸受に、ウェイストゲートバルブの弁軸が嵌合挿入されたターボ過給機が公知である（例えば、特許文献４参照）。
特許文献４に記載のターボ過給機は、弁軸と軸受との間のクリアランスを通じて、タービンハウジングの内部から外部へ排気が洩れ出るのを防止するため、セラミックス製のシールリングを配置している。そして、特許文献４に記載のターボ過給機に冷却水が供給されておらず、タービンハウジングの内部にウェイストゲートバルブが搭載されている。
ところが、特許文献４に記載のターボ過給機においては、タービンハウジングの内部にウェイストゲートバルブが搭載されているのにも関わらず、タービンハウジングを冷却する冷却水通路が形成されていない。このため、ウェイストゲートバルブの構成材料として、高耐熱性の金属材料を使用しているので、ウェイストゲートバルブ全体の製品コストが高くなるという問題がある。

また、エンジンの排気マニホールドの排気集合部に直接取り付けられるターボ過給機が公知である（例えば、特許文献５参照）。
特許文献５に記載のターボ過給機は、タービンへの排気導入通路が、仕切り壁によって２つの第１、第２の通路に仕切られている。第２の通路の入口部には、通路可変機構としての切替バルブ（流量調整バルブ）が設けられている。エンジンの低速時には、切替バルブによって第２の通路の入口を閉鎖して排気を第１の通路のみに流し、エンジンの高速時には、切替バルブを開いて排気を２つの第１、第２の通路の双方に流すように構成されている。
ところが、特許文献５に記載のターボ過給機においては、切替バルブが排気マニホールドに搭載され、ウェイストゲートバルブがタービンハウジングに搭載されており、切替バルブやウェイストゲートバルブが高温の排気に晒されることで、切替バルブやウェイストゲートバルブの構成材料として高耐熱性の金属合金を使用する必要があるので、切替バルブ全体やウェイストゲートバルブ全体の製品コストが高くなるという問題がある。

特開２００８−１９０５０３号公報 特許第２７０９８１５号公報 特開２００８−２６７１８３号公報 特開平５−２４８２５３号公報 実開昭６２−１６２３４９号公報

本発明の目的は、シリンダヘッドの冷却媒体通路を流通する冷却媒体によってシリンダヘッドに設けられるバルブユニットの温度上昇を抑制することでコストを低減することのできる内燃機関を提供することにある。

請求項１に記載の発明（内燃機関）は、エンジン本体とターボ過給機とを備えている。 エンジン本体は、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の排気ポートを集合させた排気集合部（少なくとも１つの排気ポート集合部）を一体形成したシリンダヘッドを有している。
ターボ過給機は、エンジン本体のシリンダヘッドに装着（搭載：例えば直接締結）されて、シリンダヘッドの排気集合部に連通する排気通路（内燃機関の排気通路）を一体形成したタービンハウジングを有している。
そして、エンジン本体のシリンダヘッドには、排気集合部と排気通路とを連通し、排気集合部から排気通路へ排気（内燃機関の排気ガス）を導く流路、この流路を流れる排気を制御するバルブユニット、およびこのバルブユニットを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路が設けられている。
また、シリンダヘッドの内部には、バルブユニットが搭載されている。
また、上記の流路は、シリンダヘッドの内部に形成されて、排気集合部と排気通路とを連通し、バルブ本体により開閉される連通孔を有している。
また、バルブユニットは、連通孔を開閉するバルブ本体、このバルブ本体を開閉動作させるアーム、連通孔の開口周縁に設けられてバルブ本体が着座可能なシート部、およびアームを摺動自在に支持する軸受け部を有している。
また、エンジン本体は、少なくともシリンダヘッドを冷却するための冷却ジャケットを有している。また、冷却媒体通路は、バルブユニットのシート部の近傍または軸受け部の近傍に設けられて、冷却ジャケットに連通している。

請求項１に記載の発明によれば、エンジン本体のシリンダヘッド（の内部）に、内部を排気が流通する流路、この流路を流れる排気を制御するバルブユニットおよび内部を冷却媒体が流通する冷却媒体通路を設けているので、冷却媒体通路を流通する冷却媒体からシリンダヘッドへの熱伝導によってバルブユニット（バルブ本体、アーム、シート部、軸受け部）が効率良く冷却される。これにより、バルブユニットの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはバルブユニットの温度を許容温度以下に低減できる。つまりバルブユニットの温度が下がるので、バルブユニットの構成材料として、高耐熱性の金属材料よりも耐熱性が低く、安価な材料を使用することが可能となり、バルブユニットの製品コスト、延いては内燃機関全体の製品コストを低減できる。
また、シリンダヘッドの排気集合部とタービンハウジングの排気通路とを連通する流路を流れる排気を制御するバルブユニットを、シリンダヘッドの内部に搭載することで、冷却媒体通路を流通する冷却媒体によってバルブユニットが効率良く冷却される。これにより、バルブユニットの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはバルブユニットの温度を許容温度以下に低減できるので、製品コストを低減できる。
そして、シート部または軸受け部を冷却するための冷却媒体通路を、シート部の近傍または軸受け部の近傍に設けている。また、冷却媒体通路は、冷却ジャケットに連通している。この場合、冷却媒体通路に循環供給された冷却媒体によってバルブユニット（シート部または軸受け部）が効率良く冷却される。これにより、バルブユニット（シート部または軸受け部）の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはバルブユニット（シート部または軸受け部）の温度を許容温度以下に低減できるので、製品コストを低減できる。

請求項２に記載の発明によれば、シリンダヘッドの内部に冷却媒体通路を形成することで、冷却媒体通路を流通する冷却媒体によってバルブユニットが効率良く冷却される。これにより、バルブユニットの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはバルブユニットの温度を許容温度以下に低減できるので、製品コストを低減できる。

請求項３に記載の発明によれば、エンジン本体のシリンダヘッドの側面にターボ過給機を直接装着（直接締結）することにより、冷却媒体通路（および冷却ジャケット）を流通する冷却媒体によってターボ過給機が効率良く冷却される。これにより、ターボ過給機の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはターボ過給機の温度を許容温度以下に低減できる。この場合、ターボ過給機内の冷却媒体通路（および冷却ジャケット）を廃止することができる。

請求項４に記載の発明によれば、バルブ本体を駆動するロッドを有し、このロッドをその軸線方向に往復移動させるアクチュエータを備えている。シリンダヘッドの側面には、アクチュエータが装着されている。これによって、冷却媒体通路に循環供給された冷却媒体によってアクチュエータが効率良く冷却される。これにより、アクチュエータの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはアクチュエータの温度を許容温度以下に低減できるので、アクチュエータの構成材料として、高耐熱性の金属材料よりも耐熱性が低く、安価な材料を使用することが可能となり、製品コストを低減できる。

請求項５に記載の発明によれば、バルブ本体を駆動する電動モータを有するアクチュエータを備えている。シリンダヘッドの側面には、アクチュエータが直接装着されている。これによって、冷却媒体通路に循環供給された冷却媒体によってアクチュエータが効率良く冷却される。これにより、アクチュエータの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはアクチュエータの温度を許容温度以下に低減できるので、アクチュエータの構成材料として、高耐熱性の金属材料よりも耐熱性が低く、安価な材料を使用することが可能となり、製品コストを低減できる。

請求項６に記載の発明によれば、排気通路の途中に配置されるタービンホイールを有するターボ過給機を備えている。そして、排気通路は、タービンホイールよりも排気流方向の下流側に排気出口通路を有している。
そして、流路は、排気集合部内の排気をタービンホイールを迂回（バイパス）して排気出口通路へ導くバイパス流路のことである。
そして、バルブユニットとは、バイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により制御するウェイストゲートバルブ（ユニット）のことである。
以上の構造によって、冷却媒体通路を流通する冷却媒体からシリンダヘッドへの熱伝導によってウェイストゲートバルブが効率良く冷却される。これにより、ウェイストゲートバルブ（ユニット）の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはウェイストゲートバルブ（ユニット）の温度を許容温度以下に低減できるので、製品コストを低減できる。

請求項７に記載の発明によれば、排気通路の途中に配置されるタービンホイールを有するターボ過給機を備えている。そして、排気通路は、タービンホイールよりも排気流方向の上流側に排気入口通路を有している。この排気入口通路は、タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２入口通路を有している。
そして、流路は、排気集合部内の排気を排気入口通路へ導く排気出口流路を有している。この排気出口流路は、タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２出口流路を有している。
そして、バルブユニットとは、２つの第１、第２出口流路を流れる排気の流量を開閉動作により制御する排気制御バルブ（ユニット）のことである。
以上の構造によって、冷却媒体通路を流通する冷却媒体からシリンダヘッドへの熱伝導によって排気制御バルブが効率良く冷却される。これにより、排気制御バルブ（ユニット）の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいは排気制御バルブ（ユニット）の温度を許容温度以下に低減できるので、製品コストを低減できる。

（ａ）、（ｂ）はシリンダヘッドの側面に装着されたアクチュエータを示した平面図、側面図である（実施例１）。 シリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブを示した断面図である（実施例１）。 シリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブを示した断面図である（実施例１）。 シリンダヘッドに搭載されたウェイストゲートバルブを示した側面図である（実施例１）。 図４のＡ−Ａ断面図である（実施例１）。 シリンダヘッドの側面に装着されたアクチュエータを示した平面図である（実施例２）。 シリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブと排気制御バルブを示した断面図である（実施例２）。 シリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブと排気制御バルブを示した断面図である（実施例２）。 シリンダヘッドの側面に直接装着されたアクチュエータを示した平面図である（実施例３）。

以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、シリンダヘッドの冷却媒体通路を流通する冷却媒体によってシリンダヘッドに設けられるバルブユニットの温度上昇を抑制することで、コストを低減するという目的を、シリンダヘッドの冷却媒体通路を流通する冷却媒体（冷却水、冷却油、冷却オイル）によってシリンダヘッドに設けられるバルブユニットの温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいは排気制御バルブ（ユニット）の温度を許容温度以下に低減することで実現した。これにより、高耐熱性の金属材料よりも耐熱性が低く、安価な材料をバルブユニットの構成材料として使用可能となり、コストを低減できる。

［実施例１の構成］
図１ないし図５は本発明の実施例１を示したもので、図１はシリンダヘッドの側面に装着されたアクチュエータを示した図で、図２および図３はシリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブを示した図で、図４はシリンダヘッドに搭載されたウェイストゲートバルブを示した図で、図５はシリンダヘッドの冷却水通路を示した図である。

本実施例の内燃機関（エンジン）は、複数の気筒（シリンダボア１）を有するシリンダブロック（図示せず）、およびこのシリンダブロックの結合部（結合端面）上に複数の締結ボルト等を用いて締結されるシリンダヘッド２等を有するエンジン本体と、複数の燃焼室より流出した排気ガス（内燃機関の排出ガス：以下排気と呼ぶ）の一部であるＥＧＲガスを吸気通路（内燃機関の吸気通路）へ再循環（還流）させる排気還流管（ＥＧＲガスパイプ）を有する排気循環装置（ＥＧＲシステム）と、シリンダヘッド２の結合部（結合端面）上に複数の締結ボルト等を用いて直接締結（直接搭載）されて、内部にタービンホイール３を収容するタービンハウジング４を有するターボ過給機とを備えている。

エンジン本体は、複数のシリンダボア１を有する多気筒ディーゼルエンジン（例えばＶ型６気筒エンジンまたは直列３気筒エンジン）が採用されている。このエンジン本体は、自動車等の車両のエンジンルーム内にターボ過給機とＥＧＲシステムと共に設置されている。但し、多気筒ディーゼルエンジンに限定されず、多気筒ガソリンエンジンを適用しても構わない。
エンジン本体は、内部に複数のシリンダボア１が形成されたシリンダブロックと、このシリンダブロックの結合端面上に設置されたシリンダヘッド２とを備えており、シリンダヘッド２の上面にエンジンヘッドカバーが結合される。

エンジン本体のシリンダヘッド２の内部には、各シリンダボア１毎に設けられる複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポート５と、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の排気ポート６と、全ての排気ポート６の下流端を１箇所に集合させた排気ポート集合部７と、この排気ポート集合部７に連通する排気ポート出口流路８とが形成されている。
また、シリンダヘッド２の内部には、複数の吸気ポート５と複数の排気ポート６を冷却するための冷却水ジャケット（ウォータジャケット）、およびこのウォータジャケットに連通する冷却媒体通路（冷却水通路９）が形成されている。
また、シリンダヘッド２の内部には、ウェイストゲート流路（バイパス流路１０）を開閉するウェイストゲートバルブユニット（以下ウェイストゲートバルブと略す）が搭載されている。
また、シリンダヘッド２の一側面には、ウェイストゲートバルブの弁体であるバルブ本体１１およびウェイストゲートバルブの弁軸であるバルブアーム１２を駆動するアクチュエータ１３が搭載されている。このアクチュエータ１３は、バルブアーム１２を介してバルブ本体１１を駆動するロッド１４を有し、このロッド１４をその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置である。
なお、シリンダヘッド２のウォータジャケット（冷却水通路９）、バイパス流路１０、ウェイストゲートバルブおよびアクチュエータ１３の詳細は後述する。

エンジン本体のシリンダブロックは、耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）により形成されている。このシリンダブロックの内部には、複数のシリンダボア１内をそれぞれ往復摺動する複数のピストンが設けられている。複数のピストンは、コネクティングロッドを介して１本のクランクシャフトに連結されており、ピストンの往復運動がコネクティングロッドによってクランクシャフトの回転運動へと変換される。
また、シリンダブロックの内部には、内部をシリンダブロックを冷却する冷却水が流通する冷却水ジャケット（ウォータジャケット）が形成されている。この冷却水ジャケットは、複数のシリンダボア１の周囲を周方向に取り囲むように設けられている。

シリンダヘッド２は、シリンダブロックと同様に、耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）により形成されている。このシリンダヘッド２は、シリンダブロックの結合端面上に締結ボルト等を用いて締め付け固定されている。ここで、Ｖ型６気筒エンジンに適用されている場合、シリンダヘッド２は、シリンダブロックの左右バンクのそれぞれに設けられる。
また、シリンダヘッド２の結合端面とシリンダブロックの各シリンダボア１の内周壁面と各ピストンの上端面とで囲まれた複数の内部空間は、燃焼室を構成する。つまり複数の燃焼室は、エンジン本体の各気筒毎に設けられている。
また、シリンダヘッド２には、各気筒毎の燃焼室内に最適なタイミングで燃料を噴射するインジェクタが取り付けられている。なお、エンジン本体が多気筒ガソリンエンジンの場合には、シリンダヘッド２にインジェクタに加えてスパークプラグおよび点火コイルが取り付けられる。

シリンダヘッド２の一方側（図示上方側）には、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気ポート５が形成されている。複数の吸気ポート５の吸気流方向の上流側には、１つの共通吸気ポートが設けられている。また、各吸気ポート５の吸気流方向の下流側には、１つの共通吸気ポートに対して２つの分岐吸気ポートが設けられている。
そして、２つの分岐吸気ポートの各バルブシートの内部には、それぞれ円形状の吸気ポート開口部（吸気弁口）２１が形成されている。ここで、２つの分岐吸気ポートの各吸気ポート開口部２１は、それぞれ対応したポペット型の吸気バルブ（図示せず）によって開閉される。
そして、複数の吸気ポート５の各共通吸気ポートには、吸気管が接続されている。この吸気管の途中には、ターボ過給機のコンプレッサハウジング、インタークーラ、スロットルバルブおよびインテークマニホールド等が設置されている。吸気管の内部には、各気筒毎の燃焼室内に吸入空気（吸気）を供給するための吸気通路（内燃機関の吸気通路）が形成されている。

シリンダヘッド２の他方側（図示下方側）には、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の排気ポート６が形成されている。これらの排気ポート６は、１つの燃焼室に対して２つの分岐排気ポート、およびこれらの分岐排気ポートに対して１つの共通排気ポートを有している。また、２つの分岐排気ポートの各バルブシートの内部には、それぞれ円形状の排気ポート開口部（排気弁口）２２が形成されている。ここで、２つの分岐排気ポートの各排気ポート開口部２２は、それぞれ対応したポペット型の排気バルブによって開閉される。
複数の排気ポート６は、上述した排気通路の一部（最上流部）を構成するものである。そして、複数の排気ポート６は、複数の共通排気ポートの吸気流方向の下流側に排気ポート集合部７を有している。また、複数の排気ポート６は、排気ポート集合部７よりも排気流方向の下流側に排気ポート出口流路８を有している。

排気ポート集合部７は、全ての共通排気ポートの吸気流方向の下流端を１箇所に集合（合流）させる排気集合部（排気ポート合流部）である。
排気ポート出口流路８は、排気ポート集合部７からターボ過給機の排気通路へ排気を導出させる排気出口流路（排気導入流路）であり、シリンダヘッド２の結合端面（タービンハウジング４との結合端面）で開口している。この排気ポート出口流路８は、排気ポート集合部７内の排気を、排気ポート集合部７からターボ過給機の排気通路へ導く排気出口流路である。
排気ポート集合部７の排気ポート出口流路８には、排気管が接続されている。この排気管の途中には、ターボ過給機のタービンハウジング４、排気浄化装置およびマフラ等が設置されている。排気管の内部には、各気筒毎の燃焼室より流出する排気を排気浄化装置を経由して外部に排出するための排気通路（内燃機関の排気通路）が形成されている。

ここで、本実施例のシリンダヘッド２の内部には、排気ポート集合部７から吸気通路へＥＧＲガスを取り出すためのＥＧＲ導出流路２３が設けられている。ＥＧＲ導出流路２３は、排気ポート集合部７から吸気通路へＥＧＲガスを導出させるＥＧＲガス出口流路であり、シリンダヘッド２の外側面で開口している。このＥＧＲ導出流路２３には、ＥＧＲガスパイプが接続されている。このＥＧＲガスパイプの途中には、ＥＧＲクーラおよびＥＧＲバルブ等が設置されている。ＥＧＲガスパイプの内部には、排気ポート集合部７から導入されたＥＧＲガスを吸気通路へ還流させる排気ガス流路（ＥＧＲガス流路）が形成されている。
また、本実施例のシリンダヘッド２の内部には、排気ポート出口流路８に対して並列してバイパス流路１０が形成されている。
また、排気ポート集合部７から排気ポート出口流路８およびバイパス流路１０が開口するターボ過給機側端面までの部分は、シリンダヘッド２の側面からターボ過給機側に突出した凸状の張り出し部（ブロック体２４）となっている。このブロック体２４の側面であるターボ過給機側端面は、ターボ過給機のタービンハウジング４を直接装着するための取付座面（結合部、結合端面）を構成している。

ここで、エンジンのシリンダヘッド２には、排気圧力を利用して吸気を過給するターボ過給機が搭載されている。このターボ過給機は、コンプレッサ（図示せず）とタービンとを備え、吸気通路を流れる吸入空気（吸気）をコンプレッサで圧縮し、圧縮された空気をエンジンの各気筒毎の燃焼室へ送り込むターボチャージャである。
このターボ過給機は、複数の吸気ポート５を介して、複数の燃焼室に連通する吸気通路の途中に設けられたコンプレッサ（図示せず）と、複数の排気ポート６を介して、複数の燃焼室に連通する排気通路の途中に設けられたタービンとを備えている。ターボ過給機は、タービンホイール３が排気により回転駆動されると、コンプレッサホイールも回転し、このコンプレッサホイールが吸気を圧縮する。

コンプレッサは、コンプレッサホイールおよびコンプレッサハウジングを備えている。 コンプレッサホイールは、円周方向に複数のコンプレッサブレード（翼）を有している。このコンプレッサホイールは、タービンシャフト２５を介して、タービンホイール３に連結して回転駆動（直結駆動）される。
コンプレッサハウジングは、コンプレッサホイールの周囲を取り囲むように設置されている。
コンプレッサハウジングの中央部には、コンプレッサホイールを回転自在に収容するホイール収容室が形成されている。

タービンは、タービンホイール３およびタービンハウジング４を備えている。このタービンホイール３は、円周方向に複数のタービンブレード（翼）を有し、エンジンの排気圧力により回転駆動される。そして、タービンホイール３は、タービンシャフト２５を介して、コンプレッサホイールと直接的に連結して回転駆動（直結駆動）する。
タービンハウジング４は、耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼により形成されている。このタービンハウジング４は、シリンダヘッド２の排気ポート出口流路８およびバイパス流路１０に接続されている。また、タービンハウジング４は、タービンホイール３の周囲を取り囲むように設置されている。そして、タービンハウジング４は、シリンダヘッド２の結合端面に締結ボルト等を用いて直接締結されている。

ここで、本実施例のタービンハウジング４の内部には、ターボ過給機の排気通路を構成する排気入口通路２６、ホイール収容室２７、排気出口通路２８が形成されている。
タービンハウジング４の中央部には、タービンホイール３を回転自在に収容するホイール収容室２７が形成されている。そして、ホイール収容室２７の入口部は、排気入口通路２６に連通している。また、ホイール収容室２７の出口部は、排気出口通路２８に連通している。
タービンハウジング４の内部には、各排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気を、排気ポート出口流路８からホイール収容室２７へ導く排気入口通路２６が形成されている。この排気入口通路２６は、渦巻き状のスクロール部を形成している。
また、タービンハウジング４は、ホイール収容室２７よりも排気流方向の上流側に排気通路入口部を有している。この排気通路入口部は、ホイール収容室２７の接線方向で開口し、且つタービンハウジング４の結合端面（シリンダヘッド２の結合端面に気密的に密着する密着面）で開口した排気取入口であり、排気ポート出口流路８に接続されている。

また、タービンハウジング４の内部には、各排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気を、ホイール収容室２７から外部（排気管内の排気通路）へ導く排気出口通路２８が形成されている。また、タービンハウジング４は、ホイール収容室２７よりも排気流方向の下流側に位置する排気通路出口部を有している。排気通路出口部は、ホイール収容室２７の中心部を通り、タービンホイール３の回転軸方向の一方側で開口した排気排出口であり、排気浄化装置、マフラーへと排気を導く排気管に接続されている。
また、タービンハウジング４の内部には、各排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気を、ホイール収容室２７より迂回（バイパス）させて排気出口通路２８へ導く第４連通孔（バイパス流路孔）３４が形成されている。タービンハウジング４は、バイパス流路孔３４の排気流方向の上流側に排気通路入口部を有している。この排気通路入口部は、タービンハウジング４の結合端面で開口した排気取入口であり、バイパス流路１０に接続されている。
ここで、排気入口通路２６、ホイール収容室２７、排気出口通路２８およびバイパス流路孔３４は、タービンハウジング４に一体形成される排気通路（ターボ過給機の排気通路）を構成する。

次に、本実施例のバイパス流路１０の詳細を図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施例のシリンダヘッド２の内部には、排気ポート集合部７と排気出口通路２８とを連通し、排気ポート集合部７からバイパス流路孔３４を経由して排気出口通路２８へ排気を導くバイパス流路１０が設けられている。
このバイパス流路１０は、各排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気を、ホイール収容室２７をバイパス（迂回）させて排気出口通路２８へ導く。
ここで、バイパス流路１０は、第１〜第３連通孔（バイパス流路孔３１〜３３）、およびバイパス流路孔３４等により構成されている。

シリンダヘッド２の内部に形成されるバイパス流路孔３１〜３３は、バイパス流路孔３４よりも排気流方向の上流側に設けられている。バイパス流路孔３１は、バイパス流路孔３３よりも孔径（流路断面積）が小さい。これにより、バイパス流路孔３１の下流端とバイパス流路孔３３の上流端との間には、円環状の段差部（段差面）３５が形成されている。また、バイパス流路孔３１、３２は、ウェイストゲートバルブにより開閉される弁孔を構成するもので、段差部３５でバイパス流路孔３３側に向けて開口している。
ここで、タービンハウジング４の内部に形成されるバイパス流路孔３４は、バイパス流路孔３１〜３３よりも排気流方向の下流側に設けられている。つまりバイパス流路孔３４は、バイパス流路孔３１〜３３と排気出口通路２８とを連通する第４連通孔を構成する。また、バイパス流路孔３４は、エンジン本体のシリンダヘッド２とターボ過給機のタービンハウジング４との結合部で、バイパス流路孔３３の排気流方向の下流端と接続している。なお、バイパス流路孔３１〜３３と排気出口通路２８とを中継するバイパス流路孔３４を設けず、バイパス流路孔３１〜３３を排気出口通路２８に直結しても良い。

次に、本実施例のウェイストゲートバルブの詳細を図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施例のシリンダヘッド２の内部には、バイパス流路１０、つまりバイパス流路孔３１〜３４を流れる排気の流量を開閉動作により制御するウェイストゲートバルブが搭載されている。このウェイストゲートバルブは、ターボ過給機の過給圧が設定値を越えた際に開弁して、ターボ過給機の過給圧を設定値以下に抑える過給圧制御装置を構成する。
ウェイストゲートバルブは、バイパス流路１０を開閉するバルブ本体１１、このバルブ本体１１を開閉動作させるバルブアーム１２、バイパス流路孔３１の開口周縁に設けられたバルブシート３６、およびバルブアーム１２を回転方向に摺動自在に支持するベアリング３７等により構成されている。

また、シリンダヘッド２の内部には、円環状のバルブシート３６の周囲を周方向に取り囲むと共に、バルブシート３６の外周を嵌合保持する円環状のシート嵌合部が設けられている。シート嵌合部は、シリンダヘッド２の段差部３５の内周に形成される円環状の嵌合溝３８を有している。
また、シリンダヘッド２の内部には、円筒状のベアリング３７の周囲を周方向に取り囲むと共に、バルブシート３６の外周を嵌合保持する円筒状の軸受け保持部が設けられている。この軸受け保持部の内部には、バイパス流路孔３３の流路孔壁面で開口した一方側（内部側）の開口部からシリンダヘッド２の結合部の外側面で開口した他方側（外部側）の開口部に至るまでバルブアーム１２の回転軸方向に延びる軸受け孔３９が設けられている。

バルブ本体１１は、耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）により形成されている。このバルブ本体１１は、バルブアーム１２の出力部に支持固定されている。このバルブ本体１１は、特にバイパス流路孔３１〜３３を開閉する円板状の閉鎖部、およびこの閉鎖部の端面（バルブフェースに対して逆側面）よりターボ過給機側に突出した突出部４１を有している。この突出部４１の外周には、円環状の周方向溝４２が形成されている。この周方向溝４２には、突出部４１の外周にバルブアーム１２を嵌め合わせた際に、バルブ本体１１からのバルブアーム１２の抜け止めを行うワッシャまたはＣリング等のバルブアーム抜け止め手段４３が装着されている。
バルブアーム１２は、バルブ本体１１と同様に、耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）により形成されている。このバルブアーム１２の入力部には、バルブ駆動装置に固定されたヒンジピン４４が一体的に形成（または固定）されている。また、バルブアーム１２の出力部には、ウェイストゲートバルブの突出部４１が嵌合する嵌合孔が形成されている。また、バルブアーム１２は、ベアリング３７を介して、シリンダヘッド２の軸受け孔３９に回転自在に支持されている。

バルブシート３６は、バルブ本体１１やバルブアーム１２と同様に、耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）により形成されている。このバルブシート３６は、シリンダヘッド２のシート嵌合部の嵌合溝３８に圧入固定されている。また、バルブシート３６の内部には、バイパス流路孔３１とバイパス流路孔３３とを連通する連通孔（弁孔）であるバイパス流路孔３２が形成されている。そして、バルブシート３６のバイパス流路孔３３側の端面は、ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１が着座する弁座（シート部）として機能する。これにより、バルブ本体１１は、バルブシート３６に対して着座、離脱してバイパス流路孔３１、３２を閉鎖、開放すると共に、バイパス流路孔３１、３２の開口面積を連続的に変更してバイパス流路１０を流れる排気の流量を制御する。

ベアリング３７は、例えば銅や鉄等の金属を焼結した焼結部品または焼結含油軸受け（軸受け部材）であって、円筒形状に形成されている。このベアリング３７は、シリンダヘッド２の軸受け保持部の内周（軸受け孔３９の軸受け孔壁面）に圧入固定されている。また、ベアリング３７の内部には、バルブアーム１２の摺動部４５を回転方向に摺動自在に軸支する摺動孔４６が形成されている。そして、バルブアーム１２の摺動部４５の摺動面とベアリング３７の摺動孔４６の摺動孔壁面との間には、バルブアーム１２をベアリング３７の内部で円滑に回転させるための摺動クリアランスが形成されている。
なお、ウェイストゲートバルブの軸受け部（シリンダヘッド２の軸受け部を兼ねている）として、円筒状のベアリング３７を採用しているが、ウェイストゲートバルブの軸受け部として、ブッシング、オイルシール、ボールベアリング等を選択的に採用しても良い。

次に、本実施例のアクチュエータ１３の詳細を図１ないし図５に基づいて説明する。
本実施例のアクチュエータ１３は、バルブアーム１２を介してバルブ本体１１を駆動するロッド１４を有し、このロッド１４をその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置である。また、アクチュエータ１３は、電力の供給を受けて駆動力（モータトルク）を発生する電動モータ、この電動モータの回転を減速する減速機構、およびこの減速機構の回転運動をロッド１４の往復直線運動に変換する変換機構を含んで構成される電動アクチュエータである。
なお、電動モータは、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

アクチュエータ１３は、金属製のブラケット４７を介して、シリンダヘッド２の一側面に搭載されている。ブラケット４７は、Ｌ字状に形成されている。このブラケット４７は、アクチュエータ１３を保持すると共に、シリンダヘッド２の一側面上に複数の締結ボルト等を用いて締結されている。このように、アクチュエータ１３が、ブラケット４７によりシリンダヘッド２の一側面に一緒に固定される（取り付けられる）。
ロッド１４は、入力部および出力部を有し、シリンダヘッド２の外側面に沿うように設置されている。ロッド１４の入力部は、アクチュエータ１３の変換機構に連結されている。ロッド１４の出力部には、ヒンジピン４８が嵌合する嵌合孔が形成されている。
リンク機構は、金属または合成樹脂により形成されており、シリンダヘッド２の外部に露出して配置されたリンクアーム４９等を有している。このリンクアーム４９は、入力部および出力部を有し、シリンダヘッド２の外側面に沿うように設置されている。
リンクアーム４９の入力部には、ヒンジピン４８が挿入される丸穴形状の嵌合孔が形成されている。この嵌合孔を、ヒンジピン４８の長穴方向への移動を許容する長円形状または楕円形状の長穴としても良い。また、リンクアーム４９の出力部には、ウェイストゲートバルブのバルブアーム１２に固定されたヒンジピン４４が嵌合する嵌合孔が形成されている。

次に、本実施例のウェイストゲートバルブの冷却構造の詳細を図１ないし図５に基づいて説明する。
シリンダヘッド２には、ウォータポンプの作動により例えばシリンダブロックを冷却する冷却水ジャケット（ウォータジャケット）から、シリンダヘッド２を冷却する冷却水ジャケット（ウォータジャケット）へ冷却水を流入させる冷却水入口（図示せず）と、シリンダヘッド２のウォータジャケットからアウトレットパイプを経てラジエータ等に冷却水を流出させる冷却水出口（図示せず）とが設けられている。
シリンダヘッド２のウォータジャケットは、複数の吸気ポート５の周囲に形成される吸気ポート側ウォータジャケットと、複数の排気ポート６の周囲に形成される排気ポート側ウォータジャケットと、排気ポート集合部７の周囲に形成される排気ポート集合部側ウォータジャケットとを備える。
また、シリンダヘッド２の内部には、ウェイストゲートバルブの近傍、特にバルブ本体１１、バルブアーム１２、バルブシート３６およびベアリング３７の近傍に、例えば排気ポート集合部側ウォータジャケットに連通する冷却水通路９が形成されている。
そして、冷却水入口からシリンダヘッド２の内部に流入した冷却水は、それぞれのウォータジャケットに分流し、各部位を冷却した後に合流して冷却水出口から外部へ排出される。

［実施例１の作用］
次に、本実施例の内燃機関（エンジン）のターボ過給機およびウェイストゲートバルブの動作を図１ないし図５に基づいて簡単に説明する。

エンジン本体のシリンダヘッド２の吸気ポート５から燃焼室内に供給された吸気と、インジェクタから噴射された燃料との混合気が燃焼室内で燃焼すると、この燃焼により生じた排気が排気ポート６から排出される。
ここで、例えば吸気管に装着される過給圧（圧力）センサによって検出されるターボ過給機の過給圧が設定値以下の場合、電動モータの通電停止に伴って、アクチュエータ１３のロッド１４が収縮（または伸長）する。このため、ヒンジピン４８、リンクアーム４９、ヒンジピン４４、バルブアーム１２を介して、ロッド１４に連結するバルブ本体１１（ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１）が、図２、図４および図５に示したように、バルブシート３６の弁座に着座してバイパス流路孔３１〜３３を閉鎖する。これにより、バイパス流路孔３１〜３３およびバイパス流路孔３４により構成されるバイパス流路１０は閉鎖される。
この結果、排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気が、排気ポート出口流路８からターボ過給機側に排出される。排気ポート出口流路８からタービンハウジング４の排気入口通路２６に流入した排気は、ホイール収容室２７に導入されて、タービンホイール３を回転駆動した後に、排気出口通路２８を通って外部へ排出される。
一方、吸気管の吸気通路に吸い込まれた吸気は、タービンホイール３の回転により駆動されるコンプレッサホイールによって圧縮されて圧力（過給圧）が上昇する。これにより、吸気ポート５を経て燃焼室に供給される吸気が過給される。

一方、ターボ過給機の過給圧が設定値以上に上昇した場合、電動モータへの通電に伴って、アクチュエータ１３のロッド１４が伸長（または収縮）する。このため、ヒンジピン４８、リンクアーム４９、ヒンジピン４４、バルブアーム１２を介して、ロッド１４に連結するバルブ本体１１（ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１）が、図３に示したように、バルブアーム１２の回転軸を中心にして回転し、バルブシート３６の弁座から離脱してバイパス流路孔３１〜３３を開放する。これにより、バイパス流路孔３１〜３３およびバイパス流路孔３４により構成されるバイパス流路１０は開放される。
この結果、排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気の一部が、バイパス流路１０を通って排気出口通路２８に逃がされる。これにより、ターボ過給機の過給圧が設定値以下に抑えられる。
なお、エンジン回転速度または目標過給圧に応じてウェイストゲートバルブの開度制御を行うことにより、バイパス流路１０を通る排気の流量を可変制御することができるので、ターボ過給機の過給圧をエンジン本体の運転状況に応じて最適化することができる。

上記のようなウェイストゲートバルブの開度制御中に、シリンダヘッド２のウォータジャケット内には、例えばシリンダブロックのウォータジャケットから冷却水入口を介して流入し、シリンダヘッド２の各ウォータジャケットを冷却水が流通して、シリンダヘッド２の各部位を冷却した後に冷却水出口から外部へ排出される。
このとき、例えば排気ポート集合部側ウォータジャケットに流入した冷却水の一部が、排気ポート集合部側ウォータジャケットから冷却水通路９へ流出し、冷却水通路９を流通する際に、ウェイストゲートバルブ近傍のブロック体２４（シリンダヘッド２の所定部位）の熱を奪って、ブロック体２４を冷却する。
そして、ブロック体２４に内蔵されるウェイストゲートバルブ（バルブ本体１１、バルブアーム１２、バルブシート３６、ベアリング３７）も冷却水通路９を流通する冷却水により冷却されるため、シリンダヘッド２、ウェイストゲートバルブの温度上昇（過熱状態）が抑えられる。

［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の内燃機関（エンジン）、特にターボ過給機の過給圧を制御するウェイストゲートバルブを備えた過給圧制御装置（内燃機関の過給圧制御装置）においては、エンジン本体のシリンダヘッド２の内部に、排気ポート集合部７を冷却するためのウォータジャケットと、このウォータジャケットから冷却水が循環供給される冷却水通路９と、ターボ過給機のタービンホイール３を迂回させるバイパス流路１０と、このバイパス流路１０を開閉するバルブ本体１１およびこのバルブ本体１１を支持固定するバルブアーム１２等を有するウェイストゲートバルブとを設けている。
ここで、シリンダヘッド２の冷却水通路９を流通する冷却水は、シリンダヘッド２のブロック体２４だけでなく、ウェイストゲートバルブを構成するバルブ本体１１、バルブアーム１２、バルブシート３６、ベアリング３７を適正温度以下に冷却することが可能となるものである。

以上のようなシリンダヘッド２内蔵のウェイストゲートバルブの冷却構造によって、冷却水通路９を流通する冷却水からシリンダヘッド２のブロック体２４への熱伝導によってウェイストゲートバルブが効率良く冷却される。
これによって、各燃焼室より流出した高温の排気に晒され、高温の排気熱を受けることで、シリンダヘッド２のブロック体２４の内部に設けられるウェイストゲートバルブの温度がそれらの各部品の許容温度よりも上昇する不具合、つまりウェイストゲートバルブの温度上昇（過熱状態）を抑制することができる。あるいはウェイストゲートバルブの温度を許容温度以下に低減できる。つまりウェイストゲートバルブの温度が下がるので、ウェイストゲートバルブの構成材料として、高耐熱性金属（例えば高耐熱性ステンレス鋼等）よりも耐熱性が低く、安価な耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）を使用することが可能となり、ウェイストゲートバルブの製品コスト、延いては内燃機関（エンジン）全体の製品コストを低減することができる。

また、ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１の開弁時にウェイストゲートバルブだけでなく、冷却水通路９を流通する冷却水によってバイパス流路１０を流通する排気も効率良く冷却される。これにより、シリンダヘッド２からターボ過給機の排気通路を経て排気管の排気通路へ流入する排気の温度を低減できるので、シリンダヘッド２、ターボ過給機（タービンホイール３、タービンハウジング４等）およびウェイストゲートバルブの耐久性を向上することができる。
また、シリンダヘッド２のブロック体２４の結合端面にターボ過給機のタービンハウジング４を直接装着（直接締結）することにより、冷却水通路９を流通する冷却水によってターボ過給機が効率良く冷却される。これにより、ターボ過給機のタービンホイール３やタービンハウジング４の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはターボ過給機のタービンホイール３やタービンハウジング４の温度（例えばタービンシャフト２５の軸受け部品（ベアリングやオイルシール等））を許容温度以下に低減できる。
この場合、ターボ過給機内の冷却媒体通路（および冷却ジャケット）を廃止できるので、ターボ過給機の体格（サイズ）を小型化（コンパクト化）することができる。

図６ないし図８は本発明の実施例２を示したもので、図６はシリンダヘッドの側面に装着されたアクチュエータを示した図で、図７および図８はシリンダヘッドに搭載されたターボ過給機とウェイストゲートバルブと排気制御バルブを示した図である。

本実施例のエンジン本体は、実施例１と同様に、シリンダブロックの上面にシリンダヘッド２が締結されている。このシリンダヘッド２のブロック体２４の結合端面上には、ターボ過給機のタービンハウジング４が複数の締結ボルトを用いて直接締結（直接搭載）されている。ターボ過給機のコンプレッサは、内部にコンプレッサホイールが配置されたコンプレッサハウジングを有している。また、ターボ過給機のタービンは、内部にタービンホイール３が配置されたタービンハウジング４を有している。
コンプレッサハウジングの内部には、複数の吸気ポート５に連通する吸気通路が形成されている。また、タービンハウジング４の内部には、排気ポート集合部７に連通する排気通路が形成されている。

シリンダヘッド２の内部には、複数の吸気ポート５および複数の排気ポート６が形成されている。また、シリンダヘッド２の内部には、全ての排気ポート６の下流端を１箇所に集合させた排気ポート集合部７が形成されている。この排気ポート集合部７には、バイパス流路１０および排気ポート出口流路５０が連通している。
バイパス流路１０は、実施例１と同様に、シリンダヘッド２の内部に形成されるバイパス流路孔３１〜３３、およびタービンハウジング４の内部に形成されるバイパス流路孔３４等により構成されている。なお、バイパス流路孔３４は、ターボ過給機の排気通路を兼ねている。
排気ポート出口流路５０は、排気ポート集合部７とターボ過給機の排気通路とを連通し、排気ポート集合部７内の排気を、排気ポート集合部７からターボ過給機の排気通路（排気入口通路２６、ホイール収容室２７、排気出口通路２８）へ導く排気出口流路である。

ここで、本実施例の排気ポート出口流路５０は、タービンホイール３の回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２出口流路５１、５２を有している。これらの第１、第２出口流路５１、５２は、シリンダヘッド２のブロック体２４に一体形成される隔壁５３で仕切られている。この隔壁５３には、排気制御バルブユニットにより開閉される流路孔５４が形成されている。この流路孔５４は、第１出口流路５１と第２出口流路５２とを連通するように隔壁５３を貫通すると共に、排気制御バルブユニットのバルブ本体１５により開口面積が変更される。また、流路孔５４は、タービンハウジング４の内部に形成されて、排気ポート集合部７とターボ過給機の排気通路（特に排気入口通路２６）とを連通する連通孔を構成する。
タービンハウジング４の内部には、ターボ過給機の排気通路（排気入口通路２６、ホイール収容室２７、排気出口通路２８）が形成されている。

ここで、本実施例の排気入口通路２６は、各排気ポート６から排気ポート集合部７内に流入した排気を、排気ポート出口流路５０からホイール収容室２７へ導く排気通路である。排気入口通路２６は、タービンホイール３の回転軸方向に２分割して設けられて、２つの第１、第２出口流路５１、５２にそれぞれ連通する２つの第１、第２入口通路５５、５６を有している。これらの第１、第２入口通路５５、５６は、タービンハウジング４に一体形成される隔壁５７で仕切られている。
そして、第１入口通路５５は、渦巻き状の第１スクロール部を形成し、また、第２入口通路５６は、渦巻き状の第２スクロール部を形成している。
ホイール収容室２７と排気出口通路２８は、実施例１と同様な構造を備えている。

本実施例のシリンダヘッド２の内部には、直列配置されるバイパス流路孔３１〜３４等により構成されるバイパス流路１０を流れる排気の流量を開閉動作により制御するウェイストゲートバルブと、並列配置される２つの第１、第２出口流路５１、５２等により構成される排気ポート出口流路５０を流れる排気の流量を開閉動作により制御する排気制御バルブユニット（流路切替バルブ：以下排気制御バルブと略す）とが搭載されている。
また、シリンダヘッド２には、実施例１と同様に、ウェイストゲートバルブを駆動するロッド１４を有するアクチュエータ１３が搭載されている。
ウェイストゲートバルブは、実施例１と同様に、バルブ本体１１、バルブアーム１２、バルブシート３６およびベアリング３７等により構成されている。ここで、ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１は、排気制御バルブの開閉状態に対して独立してエンジン回転速度または目標過給圧に応じて開閉制御される。

また、シリンダヘッド２の一側面には、排気制御バルブの弁体であるバルブ本体１５および排気制御バルブの弁軸であるバルブアーム１６を駆動するアクチュエータ１７が搭載されている。このアクチュエータ１７は、バルブアーム１６を介してバルブ本体１５を駆動するロッド１８を有し、このロッド１８をその軸線方向に往復移動させるバルブ駆動装置である。また、アクチュエータ１７は、電力の供給を受けて駆動力（モータトルク）を発生する電動モータ、この電動モータの回転を減速する減速機構、およびこの減速機構の回転運動をロッド１８の往復直線運動に変換する変換機構を含んで構成される電動アクチュエータである。
なお、電動モータは、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）によって電子制御されるモータ駆動回路を介して、自動車等の車両に搭載されたバッテリに電気的に接続されている。

アクチュエータ１７は、金属製のブラケット５８を介して、シリンダヘッド２の一側面にアクチュエータ１３と一緒に搭載されている。ブラケット５８は、Ｌ字状に形成されている。このブラケット５８は、アクチュエータ１３、１７を保持すると共に、シリンダヘッド２の一側面上に複数の締結ボルト等を用いて締結されている。このように、アクチュエータ１３、１７が、ブラケット５８によりシリンダヘッド２の一側面に一緒に固定される（取り付けられる）。
ロッド１８は、入力部および出力部を有し、シリンダヘッド２の外側面に沿うように設置されている。ロッド１８の入力部は、アクチュエータ１７の変換機構に連結されている。ロッド１８の出力部には、ヒンジピン６１が嵌合する嵌合孔が形成されている。
リンク機構は、金属または合成樹脂により形成されており、シリンダヘッド２の外部に露出して配置されたリンクアーム６２等を有している。このリンクアーム６２は、入力部および出力部を有し、シリンダヘッド２の外側面に沿うように設置されている。
リンクアーム６２の入力部には、ヒンジピン６１が挿入される丸穴形状の嵌合孔が形成されている。この嵌合孔を、ヒンジピン６１の長穴方向への移動を許容する長円形状または楕円形状の長穴としても良い。また、リンクアーム６２の出力部には、排気制御バルブのバルブアーム１６に固定されたヒンジピン６３が嵌合する嵌合孔が形成されている。

排気制御バルブは、排気ポート出口流路５０、特に隔壁５３に形成される流路孔５４を開閉するバルブ本体１５、このバルブ本体１５を開閉動作させるバルブアーム１６、流路孔５４の開口周縁に設けられたバルブシート（図示せず）、およびバルブアーム１６を回転方向に摺動自在に支持するベアリング（図示せず）等により構成されている。
エンジン本体が全負荷運転時の低速運転時には、図７に示したように、排気制御バルブのバルブ本体１５がバルブシートに着座して流路孔５４を閉鎖する全閉状態となる。また、エンジン本体の中速運転時には、図８に示したように、バルブ本体１５がバルブシートより離脱して流路孔５４を開放する開弁状態となる。このとき、エンジン回転速度またはターボ過給機の過給圧に対応してバルブ本体１５の開度が全閉開度から中間開度まで開度制御される。また、エンジン本体の高速運転時には、バルブ本体１５が更に開弁して、エンジン回転速度またはターボ過給機の過給圧に対応してバルブ本体１５の開度が中間開度から全開開度まで開度制御される。さらに、エンジン本体の高速運転時には、ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１の開弁制御も実施して、ターボ過給機の過給圧をエンジン本体の運転状況に応じて最適化することができる。

そして、バルブ本体１５は、ウェイストゲートバルブのバルブ本体１１と同様な構造を備えている。また、バルブアーム１６は、ウェイストゲートバルブのバルブアーム１２と同様な構造を備えている。また、バルブシートは、ウェイストゲートバルブのバルブシート３６と同様な構造を備えている。また、ベアリングは、ウェイストゲートバルブのベアリング３７と同様な構造を備えている。
また、シリンダヘッド２の内部には、複数の吸気ポート５、複数の排気ポート６、排気ポート集合部７を冷却するための冷却水ジャケット（ウォータジャケット）が形成されている。また、シリンダヘッド２の内部には、ウェイストゲートバルブおよび排気制御バルブの近傍、特にバルブ本体１１、１５、バルブアーム１２、１６、バルブシート３６およびベアリング３７の近傍に、例えば排気ポート集合部側ウォータジャケットに連通する冷却媒体通路（冷却水通路９：図５参照）が形成されている。
そして、冷却水入口からシリンダヘッド２の内部に流入した冷却水は、それぞれのウォータジャケットに分流し、各部位を冷却した後に合流して冷却水出口から外部へ排出される。

以上のように、本実施例の内燃機関（エンジン）、特にターボ過給機の過給圧を制御するウェイストゲートバルブと排気制御バルブを備えた過給圧制御装置においては、エンジン本体のシリンダヘッド２の内部に、排気ポート集合部７を冷却するためのウォータジャケットと、このウォータジャケットから冷却水が循環供給される冷却水通路９と、ターボ過給機のタービンホイール３を迂回させるバイパス流路１０と、このバイパス流路１０を開閉するバルブ本体１１およびこのバルブ本体１１を支持固定するバルブアーム１２等を有するウェイストゲートバルブと、２つの第１、第２出口流路５１、５２に分割されたぶ排気ポート出口流路５０と、第１出口流路５１と第２出口流路５２とを連通する流路孔５４を開閉するバルブ本体１５およびこのバルブ本体１５を支持固定するバルブアーム１６等を有する排気制御バルブとを設けている。
ここで、シリンダヘッド２の冷却水通路９を流通する冷却水は、シリンダヘッド２のブロック体２４だけでなく、ウェイストゲートバルブおよび排気制御バルブを構成するバルブ本体１１、１５、バルブアーム１２、１６、バルブシート３６、ベアリング３７を適正温度以下に冷却することが可能となるものである。

以上のようなシリンダヘッド２内蔵のウェイストゲートバルブの冷却構造によって、冷却水通路９を流通する冷却水からシリンダヘッド２のブロック体２４への熱伝導によってウェイストゲートバルブが効率良く冷却される。
これによって、各燃焼室より流出した高温の排気に晒され、高温の排気熱を受けることで、シリンダヘッド２のブロック体２４の内部に設けられるウェイストゲートバルブや排気制御バルブの温度がそれらの各部品の許容温度よりも上昇する不具合、つまりウェイストゲートバルブや排気制御バルブの温度上昇（過熱状態）を抑制することができる。あるいはウェイストゲートバルブや排気制御バルブの温度を許容温度以下に低減できる。つまりウェイストゲートバルブや排気制御バルブの温度が下がるので、ウェイストゲートバルブや排気制御バルブの構成材料として、高耐熱性金属（例えば高耐熱性ステンレス鋼等）よりも耐熱性が低く、安価な耐熱性金属（例えば耐熱アルミニウム合金や耐熱鋼等）を使用することが可能となり、ウェイストゲートバルブや排気制御バルブの製品コスト、延いては内燃機関（エンジン）全体の製品コストを低減することができる。

また、ウェイストゲートバルブと排気制御バルブの開弁時に排気制御バルブとウェイストゲートバルブだけでなく、シリンダヘッド２の冷却水通路９を流通する冷却水によってバイパス流路１０および排気ポート出口流路５０を流通する排気も効率良く冷却できるので、これにより、シリンダヘッド２からターボ過給機の排気通路を経て排気管の排気通路へ流入する排気の温度を低減できるので、シリンダヘッド２、ターボ過給機（タービンホイール３、タービンハウジング４等）、ウェイストゲートバルブおよび排気制御バルブの耐久性を向上することができる。
また、シリンダヘッド２のブロック体２４の結合端面にターボ過給機のタービンハウジング４を直接装着（直接締結）することにより、冷却水通路９を流通する冷却水によってターボ過給機が効率良く冷却される。これにより、ターボ過給機のタービンホイール３やタービンハウジング４の温度上昇（過熱状態）を抑制できる、あるいはターボ過給機のタービンホイール３やタービンハウジング４の温度（例えばタービンシャフト２５の軸受け部品（ベアリングやオイルシール等））を許容温度以下に低減できる。
この場合、ターボ過給機内の冷却媒体通路（および冷却ジャケット）を廃止できるので、ターボ過給機の体格（サイズ）を小型化（コンパクト化）することができる。

図９は本発明の実施例３を示したもので、図９はシリンダヘッドの側面に直接装着されたアクチュエータを示した図である。

本実施例のシリンダヘッド２の一側面には、ウェイストゲートバルブのバルブアーム１２を介してバルブ本体１１を駆動する電動モータを含んで構成されるアクチュエータ１３と、排気制御バルブのバルブアーム１６を介してバルブ本体１５を駆動する電動モータを含んで構成されるアクチュエータ１７とが直接搭載（直接装着）されている。
これによって、冷却水通路９に循環供給された冷却水によってアクチュエータ１３、１７が効率良く冷却される。これにより、アクチュエータ１３、１７の温度を低減できるので、各燃焼室より流出した高温の排気に晒され、高温の排気熱を受けることで、アクチュエータ１３、１７が過熱する不具合の発生を阻止することができる。
したがって、アクチュエータ１３、１７の構成材料として、高耐熱性の金属材料よりも耐熱性が低く、安価な材料を使用することが可能となるので、アクチュエータ１３、１７の製品コスト、延いては内燃機関（エンジン）全体の製品コストを低減することができる。

［変形例］
本実施例では、バルブユニット（例えばウェイストゲートバルブまたは排気制御バルブの構成部品）を冷却する冷却媒体として、シリンダヘッド２を冷却するための冷却水ジャケット（ウォータジャケット）に連通する冷却水通路９を流通する冷却水（冷却水通路９に循環供給されるエンジン冷却水）を用いているが、バルブユニット（バルブの構成部品）を冷却する冷却媒体として、シリンダヘッド２に設けられる冷却ジャケット（冷却媒体通路）を流通する冷却油、冷却オイル、冷却風等の他の冷却媒体を用いても良い。
本実施例（実施例２及び３）では、シリンダヘッド２の内部に排気制御バルブとウェイストゲートバルブを搭載しているが、シリンダヘッド２の内部にウェイストゲートバルブまたは排気制御バルブのうちの何れか一方のバルブを搭載し、タービンハウジング４の内部にウェイストゲートバルブまたは排気制御バルブのうちの何れか他方のバルブを搭載しても良い。

本実施例では、バルブの構成部品であるバルブユニットを、バルブ本体１１、１５、バルブアーム１２、１６、バルブシート３６、ベアリング３７等により構成しているが、バルブユニットを、バルブ本体のみで構成しても良い。また、バルブユニットを、バルブ本体と、これを支持するシャフト（回転軸、バルブアーム）により構成しても良い。また、バルブユニットを、バルブ本体と、これが着座可能なシート部により構成しても良い。また、バルブユニットを、バルブ本体と、これを支持するシャフト（回転軸、バルブアーム）と、このシャフトを回転方向（または軸線方向）に摺動自在に支持する軸受け部により構成しても良い。
なお、エンジン本体として、複数の気筒（シリンダボア）を有するシリンダブロック、およびこのシリンダブロックの結合端面上に締結されて、上記の排気集合部を一体形成したシリンダヘッド等を有するエンジン本体（多気筒ディーゼルエンジン、多気筒ガソリンエンジン）を使用することが可能となる。
また、バルブ本体１１、１５の構造として、バタフライ型バルブ、ポペット型バルブ、スプール型バルブ等を採用しても良い。

１ シリンダボア（気筒）
２ シリンダヘッド
３ タービンホイール（ターボ過給機）
４ タービンハウジング（ターボ過給機）
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 排気ポート集合部
８ 排気ポート出口流路
９ シリンダヘッドの冷却水通路（冷却媒体通路）
１０ バイパス流路
１１ ウェイストゲートバルブ（バルブユニット）のバルブ本体（弁体）
１２ ウェイストゲートバルブ（バルブユニット）のバルブアーム（弁軸）
１３ アクチュエータ
１４ アクチュエータのロッド
１５ 排気制御バルブ（バルブユニット）のバルブ本体（弁体）
１６ 排気制御バルブ（バルブユニット）のバルブアーム（弁軸）
１７ アクチュエータ
１８ アクチュエータのロッド
２６ タービンハウジングの排気入口通路（ターボ過給機の排気通路）
２７ タービンハウジングのホイール収容室（ターボ過給機の排気通路、中空部）
２８ タービンハウジングの排気出口通路（ターボ過給機の排気通路）
３１ シリンダヘッドのバイパス流路孔（第１連通孔）
３２ シリンダヘッドのバイパス流路孔（第２連通孔）
３３ シリンダヘッドのバイパス流路孔（第３連通孔）
３４ タービンハウジングのバイパス流路孔（第４連通孔）
３６ ウェイストゲートバルブのバルブシート（シート部）
３７ ウェイストゲートバルブのベアリング（軸受け部）
５０ 排気ポート出口流路
５１ 第１出口流路
５２ 第２出口流路
５４ シリンダヘッドの流路孔（連通孔）
５５ 第１入口通路
５６ 第２入口通路

Claims (7)

1. （ａ）複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の排気ポートを集合させた排気集合部を一体形成したシリンダヘッドを有するエンジン本体と、
   （ｂ）前記シリンダヘッドに装着されて、前記排気集合部に連通する排気通路を一体形成したタービンハウジングを有するターボ過給機と
   を備えた内燃機関において、
   前記シリンダヘッドには、前記排気集合部と前記排気通路とを連通し、前記排気集合部から前記排気通路へ排気を導く流路、この流路を流れる排気を制御するバルブユニット、およびこのバルブユニットを冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体通路が設けられており、
   前記シリンダヘッドの内部には、前記バルブユニットが搭載されており、
   前記流路は、前記シリンダヘッドの内部に形成されて、前記排気集合部と前記排気通路とを連通する連通孔を有し、
   前記バルブユニットは、前記連通孔を開閉するバルブ本体、このバルブ本体を開閉動作させるアーム、前記連通孔の開口周縁に設けられて前記バルブ本体が着座可能なシート部、および前記アームを摺動自在に支持する軸受け部を有し、
   前記エンジン本体は、少なくとも前記シリンダヘッドを冷却するための冷却ジャケットを有し、
   前記冷却媒体通路は、前記シート部の近傍または前記軸受け部の近傍に設けられて、前記冷却ジャケットに連通していることを特徴とする内燃機関。
2. 請求項１に記載の内燃機関において、
   前記シリンダヘッドの内部には、前記冷却媒体通路が形成されていることを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または請求項２に記載の内燃機関において、
   前記シリンダヘッドの側面には、前記ターボ過給機が直接装着されていることを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の内燃機関において、
   前記バルブ本体を駆動するロッドを有し、このロッドをその軸線方向に往復移動させるアクチュエータを備え、
   前記シリンダヘッドの側面には、前記アクチュエータが装着されていることを特徴とする内燃機関。
5. 請求項１ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の内燃機関において、
   前記バルブ本体を駆動する電動モータを有するアクチュエータを備え、
   前記シリンダヘッドの側面には、前記アクチュエータが直接装着されていることを特徴とする内燃機関。
6. 請求項１ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の内燃機関において、
   前記ターボ過給機は、前記排気通路の途中に配置されるタービンホイールを有し、
   前記排気通路は、前記タービンホイールよりも排気流方向の下流側に排気出口通路を有し、
   前記流路は、前記排気集合部内の排気を前記タービンホイールを迂回して前記排気出口通路へ導くバイパス流路を有し、
   前記バルブユニットとは、前記バイパス流路を流れる排気の流量を開閉動作により制御するウェイストゲートバルブのことであることを特徴とする内燃機関。
7. 請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の内燃機関において、
   前記ターボ過給機は、前記排気通路の途中に配置されるタービンホイールを有し、
   前記排気通路は、前記タービンホイールよりも排気流方向の上流側に排気入口通路を有し、
   前記排気入口通路は、前記タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられる２つの第１、第２入口通路を有し、
   前記流路は、前記排気集合部内の排気を前記排気入口通路へ導く排気出口流路を有し、 前記排気出口流路は、前記タービンホイールの回転軸方向に２分割して設けられて、前記２つの第１、第２入口通路にそれぞれ連通する２つの第１、第２出口流路を有し、
   前記バルブユニットとは、前記２つの第１、第２出口流路を流れる排気の流量を開閉動作により制御する排気制御バルブのことであることを特徴とする内燃機関。

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