JP2007040175A - タービン保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ブレーキ作動時に排気脈動がタービンのノズルベーンに強く作用しないようにしてターボチャージャの必要強度を軽減し、該ターボチャージャにかかるコストの削減化を図る。
【解決手段】排気ブレーキ１１より上流の排気管９と排気マニホールド７との間にターボチャージャ２のタービン２ｂを迂回するバイパス流路１２を設けると共に、該バイパス流路１２の途中に開閉可能な第一のバルブ１３を装備し、この第一のバルブ１３を常時閉として排気ブレーキ１１の作動時に開作動し得るように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ブレーキを備えた車両用エンジンに適用するためのタービン保護装置に関するものである。

従来より、タービン側のノズル部に多数の角度調整可能なノズルベーンを環状に備えてノズル開度を任意に変更し得るようにした可変ノズル式のターボチャージャが知られており、このような可変ノズル式のターボチャージャを採用すれば、エンジン回転数や走行状況等に応じて理想的な過給効果を得ることができるが、近年においては、単に過給効果だけを目的とするのではなく、高いＮＯx低減率を実現するための一要素としての重要性が高まってきている。

即ち、燃料の筒内燃焼でのＮＯx発生を低減するべく排気ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）を実行するにあたり、ターボチャージャ付きのエンジンでは、吸気側が過給されているために排気側との圧力差が少なくなってしまい、多量の排気ガスを吸気側へ再循環させることが難しいという事情があるが、ターボチャージャとして可変ノズル式のものを採用し、タービン側で適宜に排気ガスを絞り込んで排気側の圧力を高めるようにすれば、排気側と吸気側との圧力差を確実に確保することができる。

尚、この種の可変ノズル式のターボチャージャを用いた排気ガス再循環の技術に関連する先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献１等がある。
特開２００２−３３２８７号公報

しかしながら、ターボチャージャのタービンに接続された排気管の途中に、制動時に排気流路を閉じて排気抵抗を高めることで排気行程でもピストン圧縮を行わしめてエンジンブレーキの効果を高めるようにした排気ブレーキが装備されている場合、該排気ブレーキの作動時に排気ガスが堰き止められることで高圧化した排気脈動がノズルベーンに強く作用し、該各ノズルベーンに損傷を与える虞れがあったため、このような排気ブレーキ作動時の排気脈動にも耐え得る高価な可変ノズル式のターボチャージャを採用しなければならず、これによりコストの大幅な高騰を招いてしまっていた。

本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、排気ブレーキ作動時に排気脈動がタービンのノズルベーンに強く作用しないようにしてターボチャージャの必要強度を軽減し、該ターボチャージャにかかるコストの削減化を図ることを目的としている。

本発明は、排気ブレーキより上流の排気管と排気マニホールドとの間にターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路を設けると共に、該バイパス流路の途中に開閉可能な第一のバルブを装備し、この第一のバルブを常時閉として排気ブレーキの作動時に開作動し得るように構成したことを特徴とするタービン保護装置、に係るものである。

而して、このようにすれば、排気ブレーキの作動時に第一のバルブが開作動してバイパス流路が開通し、排気脈動がタービン内を通過しなくなって各ノズルベーンに対し殆ど作用しなくなり、ターボチャージャの必要強度が従来よりも軽減されることになる。

また、本発明においては、第一のバルブを排気温度の低い運転領域にも開作動し得るように構成することが好ましく、このようにすれば、始動時等における排気温度の低い運転状態にあっても、排気ガスをタービンを迂回させて流すことで排気温度の上昇を図ることが可能となる。

即ち、排気温度の低い運転領域で第一のバルブが開作動してバイパス流路が開通すると、排気ガスがターボチャージャのタービンを迂回して高い圧力のまま送り出されることになるので、タービンでの仕事を行わずに導かれた排気ガスの圧力が結果的に通常より高められて排気温度の昇温が図られることになる。

そして、このように始動時等における排気温度の低い運転状態でも排気温度の昇温を図ることができれば、排気管の途中に所定の活性温度域を持つ排気浄化用後処理装置を装備しているような場合に、その性能向上を図るための有効な昇温手段として活用することが可能となる。

更に、本発明においては、タービンの出口部に開閉可能な第二のバルブを装備し、この第二のバルブを常時開として第一のバルブの開作動と連動して閉作動し得るように構成することが好ましい。

而して、このようにすれば、第一のバルブが開いたバイパス流路の開通時に第二のバルブを閉じてタービンの出口を塞ぐことが可能となり、バイパス流路の開通時におけるタービンへの排気ガスの出入りをより一層確実に防止することが可能となる。

上記した本発明のタービン保護装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。

（Ｉ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、排気ブレーキの作動時にバイパス流路を開通させて排気脈動がタービンのノズルベーンに強く作用することを未然に防止することができ、これによりターボチャージャの必要強度を従来より著しく軽減することができるので、該ターボチャージャにかかるコストの大幅な削減化を図ることができる。

（ＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、始動時等における排気温度の低い運転状態にあっても、エンジンからの排気ガスをバイパス流路を介しタービンを迂回させて流すことにより排気温度の昇温を図ることができる。

（ＩＩＩ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、バイパス流路の開通時におけるタービンへの排気ガスの出入りをより一層確実に防止することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２は本発明のタービン保護装置を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１は可変ノズル式のターボチャージャ２を搭載したエンジンを示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。

また、このエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を排気管９を通して前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８をパティキュレートフィルタや各種触媒等の後処理装置１０を通し浄化した上で車外へ排出するようにしてある。

そして、本形態例においては、ターボチャージャ２のタービン２ｂに接続された排気管９の途中に排気ブレーキ１１が装備されており、該排気ブレーキ１１より上流の排気管９と排気マニホールド７との間に、ターボチャージャ２のタービン２ｂを迂回するバイパス流路１２が設けられ、該バイパス流路１２の途中に開閉可能なバルブ１３（第一のバルブ）が装備されていると共に、タービン２ｂの出口部にも別のバルブ１４（第二のバルブ）が装備されている。

ここで、各バルブ１３，１４は、エンジン制御コンピュータ（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）を成す制御装置１５からの指令信号１３ｓ，１４ｓを受けたアクチュエータ１６，１７の作動により開閉操作されるようになっており、前記バイパス流路１２のバルブ１３は、常時閉にされて排気ブレーキ１１の作動時と排気温度が低い運転領域で開作動され、前記タービン２ｂの出口部のバルブ１４は、常時開にされて前記バルブ１３の開作動と連動して閉作動されるようになっている。

即ち、前記制御装置１５においては、運転室に装備された排気ブレーキ１１のスイッチ１８からのオン信号１８ｓと、エンジン１の回転数を検出する回転センサ１９からの回転数信号１９ｓと、図示しない運転席のアクセルの開度をエンジン１の負荷として検出するアクセルセンサ２０（負荷センサ）からのアクセル開度信号２０ｓとが夫々入力されるようになっており、これらの各種信号に基づいて排気ブレーキ１１のスイッチ１８がオンで所定回転数以上のアクセルオフ状態にあると判断された時に、排気ブレーキ１１を閉じる指令信号１１ｓと、バルブ１３を開ける指令信号１３ｓと、バルブ１４を閉じる指令信号１４ｓとが出力されるようにしてある。

また、特に本形態例においては、回転数信号１９ｓとアクセル開度信号２０ｓにより判断される現在のエンジン１の回転数と負荷とに基づき制御マップ（回転数と負荷とによる二次元マップ）で運転状態が推定され、排気温度が低い運転領域にあると推定された場合においても、バルブ１３を開ける指令信号１３ｓと、バルブ１４を閉じる指令信号１４ｓとが出力されるようになっている。

更に、図２は図１のターボチャージャ２のタービン２ｂにおけるノズルベーンの角度調整機構の一例を示すもので、タービン２ｂのノズルベーン２１は、タービン翼車２２周囲のノズルリングプレート２３にピン２４を介し傾動自在に取り付けられており、これら各ノズルベーン２１の角度が前記ノズルリングプレート２３に対するリンクプレート２５の円周方向への相対変位により連動して変更されるようになっていて、このリンクプレート２５が電動機２６によるレバー２７の傾動操作でリンク２８を介し回動操作されるようになっている。

尚、斯かる可変ノズル式のターボチャージャ２に関し、排気ブレーキ１１の作動時における排気脈動にも耐え得る強度を持たせようとすれば、ノズルベーン２１のピン２４の両端部を強固に支持した構造を採用する必要があるが、そのような構造の採用はコストの大幅な高騰を招いてしまうことになるため、本形態例にあっては、ノズルベーン２１のピン２４の一方の端部のみを支持した片持ち式の簡易な構造を採用したものとしている。

而して、このようにタービン保護装置を構成すれば、排気ブレーキ１１の作動時に制御装置１５からの指令信号１３ｓによりバルブ１３が開作動してバイパス流路１２が開通すると共に、制御装置１５からの指令信号１４ｓによりバルブ１４が閉作動してタービン２ｂの出口部が塞がれることになるので、排気脈動がタービン２ｂ内を通過しなくなって各ノズルベーン２１（図２参照）に対し殆ど作用しなくなり、ターボチャージャ２の必要強度が従来よりも軽減されることになる。

また、特に本形態例においては、現在のエンジン１が排気温度の低い運転領域にあると推定された場合にも、制御装置１５によりバルブ１３が開き且つバルブ１４が閉じるようにしてあるので、エンジン１からの排気ガス８をタービン２ｂを迂回させて流すことで排気温度の上昇が図られることになる。

即ち、排気温度の低い運転領域でバルブ１３が開作動してバイパス流路１２が開通すると、排気ガス８がターボチャージャ２のタービン２ｂを迂回して高い圧力のまま送り出されることになるので、タービン２ｂでの仕事を行わずに導かれた排気ガス８の圧力が結果的に通常より高められて排気温度の昇温が図られる。

従って、上記形態例によれば、排気ブレーキ１１の作動時にバイパス流路１２を開通させ且つタービン２ｂの出口部を塞いで、排気脈動がタービン２ｂのノズルベーンに強く作用することを未然に防止することができ、これによりターボチャージャ２の必要強度を従来より著しく軽減することができるので、例えば、ターボチャージャ２に対しノズルベーン２１のピン２４の一方の端部のみを支持した片持ち式の簡易な構造を採用して、ターボチャージャ２にかかるコストの大幅な削減化を図ることができる。

更に、始動時等における排気温度の低い運転状態にあっても、エンジン１からの排気ガス８をバイパス流路１２を介しタービン２ｂを迂回させて流すことにより排気温度の昇温を図ることができるので、排気管９の途中に装備されている後処理装置１０の排気温度が低い運転領域における性能向上を図ることができる。

尚、本発明のタービン保護装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、可変ノズル式のターボチャージャにおけるタービンのノズルベーンを角度調整する機構は必ずしも図示例に限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１のタービンのノズルベーンについての詳細図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ターボチャージャ
２ｂ タービン
７ 排気マニホールド
８ 排気ガス
９ 排気管
１０ 後処理装置
１１ 排気ブレーキ
１２ バイパス流路
１３ バルブ（第一のバルブ）
１４ バルブ（第二のバルブ）
１５ 制御装置
２１ ノズルベーン

Claims (3)

1. 排気ブレーキより上流の排気管と排気マニホールドとの間にターボチャージャのタービンを迂回するバイパス流路を設けると共に、該バイパス流路の途中に開閉可能な第一のバルブを装備し、この第一のバルブを常時閉として排気ブレーキの作動時に開作動し得るように構成したことを特徴とするタービン保護装置。
2. 第一のバルブを排気温度の低い運転領域にも開作動し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載のタービン保護装置。
3. タービンの出口部に開閉可能な第二のバルブを装備し、この第二のバルブを常時開として第一のバルブの開作動と連動して閉作動し得るように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のタービン保護装置。

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