JPH03111624A - ターボチャージャ付き内燃機関のウェイストゲートバルブ構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はターボチャージャに関し、特に過給圧制御のた
めのウェイストゲートバルブを備えたターボチャージャ
付き内燃機関のウェイストゲートバルブ構造に関する。

〔従来の技術〕

一般にターボチャージャを備えた内燃機関（例えば自動
車用エンジン）においては、ターボチャージャのコンプ
レッサによって圧縮される吸気の圧力、即ち、過給圧の
上限制御のため、過給圧が所定値以上になった時、開弁
してタービンをバイパスするバイパス通路を開きタービ
ンに導入される排気の一部をバイパスさせるウェイスト
ゲートバルブが設けられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで上述したようなウェイストゲートバルブを備え
たターボチャージャ付き内燃機関では、仮りに車両が中
速にある時において高い過給圧を得ようとする場合、ウ
ェイストゲートバルブの開弁作動設定値は、中速時、開
弁じないようにバルブのアクチユエータを設定する必要
がある。しかしながらこのような場合には、第３図実線
に示すように、高速時において排気の一部をバイパスす
ることによる過給圧上昇抑制効果より高速運転に伴う過
給圧上昇度合が勝り、この結果ウェイストゲートバルブ
を開弁し始めても、暫くは過給圧が上昇し、ターボチャ
ージャや燃焼室の構成部品に負担をかけ、しいてはその
耐久性を損なう恐れがある。またこれとは逆に、高速で
のターボチャージャの強度が問題とならないようにウェ
イストゲートバルブの開弁作動設定値を設定すると、図
中点線で示すように機関中速域において目標とする過給
圧が得られないという問題がある。本発明は斯る現状に
鑑み、なされるものであって、高速域でのターボチャー
ジャや燃焼室の構成部品の強度を確保することと、中速
域で高い過給圧を得るこの相反した目的を達成し得るタ
ーボチャージャ付き内燃機関のウェイストゲートバルブ
構造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〕 上記目的のため本発明によれば、ターボチャージャの過
給圧の過上昇を防ぐため、過給圧に応じてタービンに導
入される排気の一部をバイパスする、ターボチャージャ
付き内燃機関のウェイストゲートバルブ構造であって、 上記タービンをバイパスするバイパス通路内に設けられ
、過給圧が車両高速域における第１の所定値に達した際
開弁作動して排気の一部をバイパスする第１のウェイス
トゲートバルブと、上記バイパス通路内に設けられ過給
圧が上記第１の所定値よりも高い第２の所定値に達した
際、開弁作動して上記第１のウェイストゲートバルブの
開弁作動により形成される排気バイパス流路面積を増加
する第２のウェイストゲートバルブとを有するターボチ
ャージャ付き内燃機関のウェイストゲートバルブ構造が
提供される。

〔作　用〕

第１のウェイストゲートバルブは車両が高速域において
開弁作動することにより、中速域に右ける高過給圧を確
保することができる。また第２のウェイストゲートバル
ブは、第１のウェイストゲートバルブの開弁作動設定値
、即ち第１の設定値より高い設定値（第２の設定値）を
以って開弁作動が設定されることにより、その排気バイ
パス量の増加に伴い、過給圧の上昇抑制作用を高めるこ
とができる。

〔実施例〕

図面を参照して本発明の実施例を以下、説明する。

第１図は本発明によるウェイストゲートバルブ構造を備
えたターボチャージャ（含む、吸・排気管）の断面図で
あって、図示しない内燃機関（以下、エンジンと呼ぶ）
の燃焼室に向かって吸気は矢印Ａの方向に流れ、また燃
焼室からの排気は矢印Ｂの方向に流れる。

ターボチャージャ１は、主として吸気通路２内に介装さ
れたコンプレッサ３と、排気通路４内に介装されたター
ビン５と、これらコンプレッサ３及びタービン５を連結
するタービンシャフト６とによって構成されており、こ
れらはコンプレッサハウジング７、センタハウジング８
及びタービンハウジング９内に収納される。

排気通路４において、タービン５より排気上流側と排気
下流側の排気通路４部分は、タービン５をバイパスする
バイパス通路１０によって接続される。このバイパス通
路１０は、コンプレッサ３によって圧縮される吸気の圧
力、即ち過給圧に応じてエンジン本体よりタービン５に
導入される排気の一部ヲタービン５よりバイパスさせ、
コンプレッサ３の駆動源となるタービン５の回転を制御
するために設けられるものであって、バイパス通路１０
と、タービン５より排気上流側の排気通路４との接続部
となるウェイストゲートボート１１には、排気のバイパ
ス通路９への導入を制御するウェイストゲートバルブが
設けられる。

以上のように構成されるターボチャージャのウェイスト
ゲートバルブ構造にあって、本実施例によれば上記ウェ
イストゲートポート１１は排気管壁に形成された２つの
開口部１１ａ、１１ｂより構成され、さらにこれら開口
部１１ａ、１１ｂの夫々を開閉する第１のウェイストゲ
ートバルブ１２及び第２のウェイストゲートバルブ１３
が設けられる。この第１及び第２のウェイストゲートバ
ルブ１２．１３は、不作動時、上述した開口部１ａ及び
１ｂの夫々に着座して、これを塞ぐ弁体１４及び１５と
、この弁体１４．１５を駆動する圧力作動型アクチュエ
ータ１６及び１７と、弁体１４．１５及び圧力作動型ア
クチュエータ１６，１７を連結するリンク１８及び１９
とによって構成されており、さらに各アクチュエータ１
６．１フ内部には、リンク１８．１９の各一端に係止さ
れるダイアフラム２０及び２１と、ダイアフラム２０．
２１を図中、左方に付勢する圧縮ばね２２及び２３とが
設けられており、アクチュエータ１６．１７内に画成さ
れる圧力室２４及び２５は夫々、パイプ２６及び２７を
介して、コンプレッサ３より吸気下流側の吸気通路２部
分、及びタービン５より排気上流側の排気通路４部分に
接続される。

次にターボチャージャ付きエンジンのウェイストゲート
バルブの一般的作動を第１図における第１のウェイスト
ゲートバルブ１２に例をとり説明する。排気のもつ熱力
学エネルギは、タービン５の運動エネルギとなり、これ
よりコンプレッサ３を駆動する。この結果、外部より取
り込まれた吸気は圧縮され、エンジン本体に過給される
。そしてこの過給圧がある値を超えるとバイブ２６を介
して高められた圧力室２４の圧力が圧縮ばね２２の付勢
力に打ち勝ち、リンク１８を介して弁体１４を開口部１
１ａよりリフトしてバイパス通路１０と排気通路４とを
連通させ、以って排気の一部がタービン５をバイパスし
、過給圧の過上昇が抑えられることになる。

第２図は、上述したウェイストゲートバルブの作動に関
し、本発明の特徴なる第１及び第２のウェイストゲート
バルブ１２及び１３の開弁作動圧力値を示している。本
図から明らかなように本実施例によれば、この２つのウ
ェイストゲートバルブ１２及び１３の開弁作動圧力は同
一ではなく、即ち、第１のウェイストゲートバルブ１２
の開弁作動圧力は、車両の中速運転域において目標とす
る高過給圧が得られるように、同一目的を持つ従来の１
個のウェイストゲートバルブ付きターボチャージャや燃
焼室の構成部品の高速時耐久性確保を無視した圧力値と
ほぼ等しく設定される（この値を以下、第１の所定値と
呼ぶ）。そして第２のウェイストゲートバルブ１３の開
弁作動圧力は、上記第１の所定値よりも高い値であって
、車両が高速域に達したとしても第２のウェイストゲー
トバルブ１３開弁による排気バイパス流路断面積の増加
により過給圧が第２図点線で示す程、上昇しないような
値（以下、第２の所定値）に設定される。尚、この異な
る設定値は、例えば各ウェイストゲートバルブ１２゜１
３に対応するアクチュエータ１６．１フ内部の圧縮ばね
２１，２２の初期設定荷重を変えることによって達成す
ることができ、また、第２のウェイストゲートバルブ１
３開弁開始後の過給圧カーブに関しても、ウェイストゲ
ートバルブ１２．１３の弁体１４．１５の径やリンク１
８・１９のアーム比、ダイアフラム２０．２１の形状・
材料、或いは開口部１１ａ、１１ｂの形状を変えること
により理想とするカーブを得るようにしても良い。

本実施例によれば以上説明したように第１の設定値を以
って第１のウェイストゲートバルブ１１が開弁すること
により、第２図実線に示したように中速域において高い
過給圧が得られ、続いて第２の設定値を以って第２のウ
ェイストゲートバルブ１２が開弁し、それまでの排気バ
イパス流路断面積を増加することで過給圧が急激に下降
し高速域でのターボチャージャや燃焼室の構成部品の耐
久性を満足することができる。また図示した実施例のよ
うに第２ウエイストゲートバルブ１２のアクチュエータ
１６の入力として排気圧を用いた場合、一般に高速域内
におけるエンジン回転数変動に伴う排気圧変動は、過給
圧の変動に比べ迅速であるため、高速域における過給圧
制御レスポンスを高めることができる。

〔効　果〕

以上説明したように本発明によれば異なる開弁作動設定
値を持つ２つのウェイストゲートバルブを設けたことに
より、双方のバルブが開弁した状態においては急激に過
給圧を下降させることができ、ターボチャージャや燃焼
室の構成部品の耐久性を確保することができる。また、
第１のウェイストゲートバルブの開弁設定値を高速域に
おける第１の所定値に設定したため中速時間高過給圧の
確保が達成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるターボチャージャのウェイストゲ
ートバルブ構造を示す概略図：第２図は本発明構造によ
る過給圧カーブを示す図：第３図は従来構造における過
給圧カーブを示す図。 １・・・ターボチャージャ、５・・・タービン、１０・
・・バイパス通路、 １２・・・第１のウェイストゲートバルブ、１３・・・
第２のウェイストゲートバルブ。 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ターボチャージャの過給圧の過上昇を防ぐため、過
   給圧に応じてタービンに導入される排気の一部をバイパ
   スする、ターボチャージャ付き内燃機関のウェイストゲ
   ートバルブ構造であって、上記タービンをバイパスする
   バイパス通路内に設けられ、過給圧が車両高速域におけ
   る第１の所定値に達した際、開弁作動して排気の一部を
   バイパスする第１のウェイストゲートバルブと、上記バ
   イパス通路内に設けられ過給圧が上記第１の所定値より
   も高い第２の所定値に達した際、開弁作動して上記第１
   のウェイストゲートバルブの開弁作動により形成される
   排気バイパス流路面積を増加する第２のウェイストゲー
   トバルブとを有するターボチャージャ付き内燃機関のウ
   ェイストゲートバルブ構造。