JP6613601B2 - ターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、ターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法に関し、より詳細には、異音の発生を抑制しながら、ターボチャージャの弁体の固着を防止するターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法に関する。

エンジンに搭載されているターボチャージャでは、タービンの内部に設けられた流路に複数の弁体が配置されており、その複数の弁体を回動することにより、エンジンの運転状態に応じて流路の有効面積を変化させている。

ところが、弁体の開度が長時間に渡って所定角度に維持されると、弁体の可動部にタービンを通過する排気ガスに含有される成分が付着し、弁体の可動部が固着して駆動できなくなるおそれがある。

これに関して、エンジンの運転状態がアイドル状態のときに、弁体を強制的に開閉して、弁体の固着を防止する装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、エンジンの運転状態がアイドル状態のときには、タービンの内部の流路には排気ガスが通過しており、そのときに弁体を強制的に開閉して、流路の有効面積を変化させると、排気ガスのタービンロータへの流入角及び流速が急激に変化し、これにより、異音が生じてしまうという問題がある。

特開２０００−２６５８４６号公報

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、異音の発生を抑制しながら、ターボチャージャの弁体の固着を防止することができるターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法を提供することである。

上記の課題を解決するための本発明のターボチャージャの駆動システムは、内燃機関に搭載されたターボチャージャのタービンの内部に設けられた流路に配置された複数の弁体を駆動する駆動装置と、該駆動装置を制御する制御装置とを備えたターボチャージャの駆動システムにおいて、前記制御装置を、前記タービンに前記排気ガスが流入しない状態になるたびに、前記駆動装置により複数の前記弁体を、少なくとも一回以上、開閉する停止後開閉制御を行う構成にしたことを特徴とするものである。

また、上記の課題を解決するための本発明のターボチャージャの駆動方法は、内燃機関に搭載されたターボチャージャのタービンの内部に設けられた流路に配置された複数の弁体を駆動する方法であって、前記タービンに前記排気ガスの筒内から排気ガスが流入しない状態になるか否かを判定し、前記タービンに前記排気ガスの筒内から排気ガスが流入しない状態になると判定するたびに、複数の前記弁体を、少なくとも一回以上、開閉することを特徴とする方法である。

本発明のターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法によれば、
内燃機関が停止した後、すなわちタービンに排気ガスが流入しない状態で、ターボチャージャのタービンの内部に設けられた流路に配置された複数の弁体を開閉するので、複数の弁体を開閉してもタービンに流入する排気ガスの流量が急激に変化しないため、異音の発生を回避しながら、弁体の固着を防止することができる。

本発明のターボチャージャの駆動システムの第一実施形態を例示する説明図である。 図１のタービンにおける駆動装置を例示する説明図であり、複数の弁体が全開した状態を示す。 図１のタービンにおける駆動装置を例示する説明図であり、複数の弁体が全閉した状態を示す。 本発明のターボチャージャの駆動方法の実施形態を例示するフローチャートである。 本発明のターボチャージャの駆動システムの第二実施形態を例示する説明図である。

以下、本発明のターボチャージャの駆動システム及びターボチャージャの駆動方法について説明する。図１は、本発明のターボチャージャ１２の駆動システム３５の第一実施形態の構成を例示している。この駆動システム３５は、タービン３０の流路３３の円周方向に沿って所定間隔で設けられた複数の弁体３４を駆動するシステムである。

図１に示すように、このエンジン１０においては、車両の走行時などにおいて吸入空気が、外部から吸気通路１１へ吸入されて、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１３により圧縮されて高温になり、インタークーラー１４で冷却されている。その後に、吸気スロットル１５により流量が調節されて、インテークマニホールド１６を経て筒内１７に吸入されている。

そして、その吸入空気と、図示しない燃料噴射弁から筒内１７に噴射された燃料とが混合されて燃焼して、排気ガスとなってエキゾーストマニホールド１８を経由して排気通路１９へ排出されている。

エキゾーストマニホールド１８から排気通路１９へ排気された後に、ターボチャージャ１２のタービン３０を駆動した排気ガスは、排気通路１９の上流から下流に向って順に配置された、酸化触媒２０、捕集装置２１、尿素水噴射弁２２、及びＳＣＲ触媒２３を通過して、各装置で浄化されて大気へと放出されている。また、排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路２４に設けられたＥＧＲクーラー２５で冷却された後に、ＥＧＲバルブ２６により吸気通路１１に供給されて吸入空気に混合されている。

ターボチャージャ１２においては、コンプレッサ１３とタービン３０とがベアリングハウジング２７により連結されて、コンプレッサ１３のインペラ２８とタービン３０のタービンロータ３１とがシャフト２９により直結されており、インペラ２８がタービンロータ３１に連動して駆動している。

図２及び図３は、タービン３０の構成を例示した図であり、図２は、エンジン１０の運転状態が高負荷、高回転の場合を示し、図３は、エンジン１０の運転状態が低負荷、低回転の場合を示す。

タービンハウジング３２の入口から流入した排気ガスは、タービンロータ３１の外周に
配置された渦巻状の流路３３から、流路３３の円周方向に沿って所定間隔で設けられた複数の弁体３４により流入角と流速（容量）とが調節されてタービンロータ３１に流入して、タービンロータ３１を駆動している。

そして、弁体３４は駆動システム３５によって、エンジン１０の運転状態が高負荷、高回転の場合には、流路３３からタービンロータ３１への有効面積が大きくなるように制御され、一方、エンジン１０の運転状態が低負荷、低回転の場合には、流路３３からタービンロータ３１への有効面積が小さくなるように制御されている。

なお、複数の弁体３４においては、図２の開度及び図３の開度以外にも、エンジン１０の運転状態に応じて、より細かく開度を調整できる構成としてもよい。

駆動システム３５は、駆動装置４０と制御装置５０とを備えており、制御装置５０がエンジン１０の運転状態に応じて駆動装置４０を制御し、この駆動装置４０が複数の弁体３４を駆動する。

この駆動装置４０においては、エンジン１０の駆動軸４１により駆動する油圧ポンプ４２から吐出された作動油が、作動油通路４３を経由して油圧式アクチュエータ４４に流入すること、及び油圧式アクチュエータ４４から作動油通路４３に吐出することで、油圧式アクチュエータ４４を伸縮している。この油圧式アクチュエータ４４の伸縮により回動部４５を駆動して複数の弁体３４を回動している。

回動部４５においては、クランク軸４６が所定角度回転することに伴ってクランクレバー４７が回動して、角度調整リング４８が所定角度回転する。これにより、リンクプレート４９を介して複数の弁体３４の開度が調整され、流路３３からタービンロータ３１に流入する排気ガスの流入角と流速が調整される。これにより、タービンロータ３１の回転速度が変化する。

このターボチャージャ１２においては、弁体３４の開度が長時間に渡って所定角度に維持されると、弁体３４の可動部にタービン３０を通過する排気ガスに含有される成分が付着し、弁体３４の可動部が固着して駆動できなくなるという問題がある。また、弁体３４を強制的に開閉して弁体３４の固着を防止する際に、タービン３０に排気ガスが流入すると、排気ガスのタービンロータ３１への流入角及び流速が急激に変化するので、異音が生じるという問題がある。

そこで、本発明のターボチャージャ１２の駆動システム３５においては、作動油の油圧式アクチュエータ４４へ流入と油圧式アクチュエータ４４からの吐出とを制御する制御装置５０を、エンジン１０が停止した後に、駆動装置４０により複数の弁体３４を、少なくとも一回以上、開閉する停止後開閉制御を行う構成にした。

この制御装置５０は、エンジン１０の図示しない燃料噴射弁の制御などを行うエンジン制御装置５１に組み込まれ、エンジン制御装置５１からの燃料噴射弁の制御状況、エンジン回転数センサ５２の検出したエンジン回転数、及び速度センサ５３の検出した車速に基づいて、複数の弁体３４の通常開閉制御と停止後開閉制御とを行っている。

通常開閉制御は、前述したとおりに、複数の弁体３４の開度を駆動装置４０によりエンジン１０の運転状態に基づいた開度、すなわち、エンジン１０の運転状態が高負荷、高回転の場合には、流路３３からタービンロータ３１への有効面積が大きくなる開度にし、一方、エンジン１０の運転状態が低負荷、低回転の場合には、流路３３からタービンロータ３１への有効面積が小さくなる開度にする制御である。

停止後開閉制御は、エンジン１０の停止後に、複数の弁体３４の開度を駆動装置４０により少なくとも一回以上、図２に示す開度と図３に示す開度とにする制御である。

この停止後開閉制御においては、複数の弁体３４を少なくとも一回以上、開閉すればよいが、エンジン１０の停止後に、複数の弁体３４を複数回、開閉することが好ましい。エンジン１０が停止すると、油圧ポンプ４２の駆動も停止する。そこで、作動油通路４３を、通路長や通路径を調節して、エンジン１０の停止後に複数の弁体３４を複数回、開閉可能な油圧を確保する通路に形成するとよい。このように構成することで、エンジン１０が停止した後に、油圧ポンプ４２及び作動油通路４３に残留した油圧を油圧式アクチュエータ４４に導入して、その残留した油圧分で油圧式アクチュエータ４４を複数回、伸縮させて、複数の弁体３４を複数回、開閉することができる。

また、複数の弁体３４を開く場合には、全開まで開き、閉じる場合には、全閉まで閉じることが好ましい。エンジン１０の停止後に、複数の弁体３４を複数回、全開まで開くこと、及び全閉まで閉じることにより、複数の弁体３４の稼動部に付着した排気ガスの成分を振り落として、確実に弁体３４の固着を防止できる。なお、この実施形態のタービン３０の弁体３４は、図２の開度が全開の開度であり、図３の開度が全閉の開度となるが、全閉の開度が隣接する弁体３４同士が接触する状態にするものについては、その状態まで閉じるようにする。

ここでいうエンジン１０の停止とは、エンジン１０の筒内１７からタービン３０に排気ガスが流入しない状態であり、エンジン１０の駆動軸４１が駆動していない状態であることが好ましい。例えば、燃料噴射弁から燃料の噴射を停止し、図示しない変速機をニュートラルにした状態で走行する惰性走行時には、駆動軸４１が回転して、筒内１７から吸入空気が排気通路１９に排出され、その排出された吸入空気がタービン３０に流入する。従って、そのような状態においては、駆動装置４０により複数の弁体３４を開閉せずに、駆動軸４１が駆動していない状態で停止後開閉制御を行うことにより、効果的に異音の発生を抑制できる。

従って、制御装置５０においては、燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止されると共に、エンジン回転数及び車速がゼロになったときに、エンジン１０が停止したと判定して、開閉制御を行うように構成されることが好ましい。

このように、燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止されると共に、エンジン回転数及び車速がゼロになったときに、エンジン１０が停止したと判定することで、異常によってエンジン１０が停止した場合には、停止後開閉制御を禁止することができる。

なお、ここでいう異常によるエンジン１０の停止には、例えば、捕集装置２１の再生制御中のエンジン１０の停止を例示できる。捕集装置２１の再生制御中においては、筒内１７から高温の排気ガスが排出されている状態であり、タービン３０にもその高温の排気ガスが流入している。このとき、再生制御中の異常によりエンジン１０が停止した場合に、停止後開閉制御を行うと、高温の排気ガスが流入しているため異音が生じてしまう。

しかし、異常によるエンジン１０の停止後には、停止後開閉制御を禁止することで、すなわち燃料噴射弁からの燃料の噴射が停止されると共に、エンジン回転数及び車速がゼロになったときに停止後開閉制御を行うようにすることで、タービン３０に排気ガスが流入する状況では停止後開閉制御を行わずに、タービン３０に排気ガスが完全に流入しなくなった状況で、停止後開閉制御を行うようにすることで、複数の弁体３４の開閉による異音の発生を確実に回避できる。

次に、駆動システム３５の動作について、図４に示すフローチャートを参照しながら説明する。この図４に示す本発明のターボチャージャ１２の駆動方法は、エンジン１０が停止した後に、複数の弁体３４を、少なくとも一回以上、開閉する方法である。

まず、ステップＳ１０では、エンジン１０が停止したか否かを判定する。このステップＳ１０においては、燃料の噴射が停止し、エンジン回転数がゼロになり、更に、車速がゼロになった場合にエンジン１０が停止したと判定する。このステップＳ１０で、エンジン１０が停止していないと判定した場合には、ステップＳ２０へ進み、ステップＳ２０では、複数の弁体３４は、エンジン１０の運転状態に応じて通常開閉制御を行う。そして、スタートへと戻る。

一方、このステップＳ１０で、エンジン１０が停止したと判定した場合には、ステップＳ３０へ進む。次いで、ステップＳ３０では、停止開閉制御を行う。このステップＳ３０においては、エンジン１０の停止に伴って、油圧ポンプ４２も停止しているが、油圧ポンプ４２及び作動油通路４３に残留している油圧を、制御装置５０が油圧式アクチュエータ４４に導入して、油圧式アクチュエータ４４を伸縮駆動して、複数の弁体３４を複数回、開閉する。そして、この駆動方法は完了する。

上記のターボチャージャの駆動システム３５及びターボチャージャの駆動方法によれば、エンジン１０が停止した後、すなわちタービン３０に排気ガスが流入しない状態で、複数の弁体３４を開閉するので、複数の弁体３４を開閉してもタービン３０に流入する排気ガスの流量が急激に変化しないため、異音の発生を回避しながら、複数の弁体３４の固着を防止することができる。

また、上記のターボチャージャ１２の駆動システム３５においては、制御装置５０を、エンジン１０が停止した直後に、イグニッションセンサ５４によりイグニッションのオフが検出されてからも予め設定された時間Δｔが経過するまでは、停止後開閉制御を行う構成にすることが望ましい。なお、この時間Δｔとしては、例えば、数秒から数十秒の時間を例示できる。

このように、イグニッションがオフになってからも時間Δｔが経過するまでは、制御装置５０が停止後開閉制御を行うことで、エンジン１０が停止した直後にイグニッションがオフになる場合でも、複数の弁体３４を駆動装置４０により回動することができるので、複数の弁体３４の固着を確実に防止することができる。

図５は、本発明のターボチャージャ１２の駆動システム３５の第二実施形態の構成を例示している。この第二実施形態の駆動装置６０においては、第一実施形態の油圧ポンプ４２及び作動油通路４３により供給された作動油が油圧式アクチュエータ４４を伸縮する構成に代えて、駆動軸４１から無端状のベルトを有した動力伝達機構６１により動力が伝達された発電機６２によって発電され、インバータ６３を経由してバッテリ６４に蓄えられた電力が、インバータ６３を経由して電動式アクチュエータ６５に供給されて、電動式アクチュエータ６５を伸縮する構成にしている。

この構成においても、前述した通り、エンジン１０が停止した後に、複数の弁体３４を開閉するので、異音の発生を回避しながら、複数の弁体３４の固着を防止することができる。

１０ エンジン
１２ ターボチャージャ
１３ コンプレッサ
３０ タービン
３１ タービンロータ
３３ 流路
３４ 弁体
４０ 駆動装置
５０ 制御装置

Claims (7)

1. 内燃機関に搭載されたターボチャージャのタービンの内部に設けられた流路に配置された複数の弁体を駆動する駆動装置と、該駆動装置を制御する制御装置とを備えたターボチャージャの駆動システムにおいて、
   前記制御装置を、前記タービンに前記排気ガスが流入しない状態になるたびに、前記駆動装置により複数の前記弁体を、少なくとも一回以上、開閉する停止後開閉制御を行う構成にしたことを特徴とするターボチャージャの駆動システム。
2. 前記停止後開閉制御を、複数の前記弁体を開く場合には全開まで開き、閉じる場合には全閉まで閉じる制御にした請求項１に記載のターボチャージャの駆動システム。
3. 前記制御装置を、イグニッションがオフされてから予め設定された時間が経過するまでは、前記停止後開閉制御を行う構成にした請求項１又は２に記載のターボチャージャの駆動システム。
4. 前記制御装置を、異常によって前記内燃機関が停止した場合には、前記停止後開閉制御を禁止する構成にした請求項１〜３のいずれか１項に記載のターボチャージャの駆動システム。
5. 前記駆動装置を、前記内燃機関により駆動する油圧ポンプと、該油圧ポンプから供給管を経由して供給された油圧で駆動する油圧式アクチュエータと、該油圧式アクチュエータと連結されて複数の前記弁体を回動する回動部とから構成すると共に、
   前記制御装置を、前記内燃機関が停止した後に、前記油圧ポンプ及び前記供給管に残留した油圧で前記油圧式アクチュエータを駆動して、前記停止後開閉制御を行う構成にした請求項１〜４のいずれか１項に記載にターボチャージャの駆動システム。
6. 前記駆動装置を、バッテリにより駆動する電動式アクチュエータと、該電動式アクチュエータと連結されて複数の前記弁体を回動する回動部とから構成した請求項１〜４のいずれか１項に記載のターボチャージャの駆動システム。
7. 内燃機関に搭載されたターボチャージャのタービンの内部に設けられた流路に配置された複数の弁体を駆動する方法であって、
   前記タービンに前記排気ガスの筒内から排気ガスが流入しない状態になるか否かを判定し、
   前記タービンに前記排気ガスの筒内から排気ガスが流入しない状態になると判定するたびに、複数の前記弁体を、少なくとも一回以上、開閉することを特徴とするターボチャージャの駆動方法。