JPH0433384Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、タービン入口に開度を可変可能なバ
リアブルノズルを設けたバリアブルノズル式ター
ボチヤージヤに関し、とくに冷間時でかつ軽負荷
時の暖機性向上をはかつた制御機構に関する。

〔従来の技術〕

従来から、タービンロータにエンジンからの排
気ガスを導くガス通路に開度を可変可能なノズル
ベーンを設けたバリアブルノズル式ターボチヤー
ジヤが知られている。このようなターボチヤージ
ヤにおいては、ノズルベーンの開度はアクチユエ
ータを用いて制御され、アクチユエータの作動、
つまりノズルベーンの開度は、機関の負荷や回転
数等に応じて制御される、たとえば、実開昭59−
19928号公報に示されるような制御システムが知
られており、さらに高地等における大気圧低下に
伴なう問題にも対処できるようにした実開昭59−
17229号公報に示されるような制御システムも知
られている。

ところが、上述のような従来の制御システムで
は、低温時（エンジン冷間時）についても常温時
（エンジン暖機後）についても、同じ特性で制御
が行われるため、ノズルベーン用のアクチユエー
タやその駆動用リンク系が、十分に暖機されない
うちに作動されることがある。そして、制御条件
によつては、いきなり全開から全閉、またはその
逆の作動を要求されるケースがある。たとえば、
前述の実開昭59−19928号に開示された制御シス
テムでは、低速から全開加速を行うと、ノズルベ
ーンは全開→全閉→中間開度→全開のように作動
し、十分な暖機前に激しい動作を要求されること
がある。

このように、十分に暖機されないうちに作動が
要求されると、アクチユエータやリンク系に無理
な力が加わるおそれがあり、耐久性、信頼性を損
う可能性がある。とくに、極低温時において、リ
ンク系が凍結した場合には、アクチユエータに過
負荷がかかるおそれがある。

そこで上述のようなおそれを除去するために、
また出願未公開の段階であるが先に本出願人によ
り、エンジン水温が一定値以下のときには、負荷
に関係なくバリアブルノイズの開度を全閉と全開
の中間開度に固定し、冷間時にアクチユエータや
リンク機構に過負荷がかからないようにした機構
が提案されている（実願昭60−39777号）。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところが、上記提案（実願昭60−39777号）に
おいては、冷間時にエンジン負荷に関係なくバリ
アブルノズルの開度を中間開度とするため、冷間
時でかつ軽負荷時には、バリアブルノズルの開度
を絞つた場合に比べエンジンの背圧が上がらず、
それだけエンジンのポンピング仕事量が小に抑え
られるので、エンジンの暖機が遅れてしまうとい
う問題が残されていた。エンジンの暖機が遅れる
と、ヒータの効きが遅くなり、また排気ガス浄化
用の触媒や酸素センサの暖機が遅れて、その分排
気の浄化が遅れるという問題がある。

また、冷間時でかつ低速全負荷時には、バリア
ブルノズルが中間開度のためエンジンの背圧が上
がらず、温間時（バリアブルノズル開度は最小開
度に制御される）に比べると、低速でのトルクが
低下し、十分な加速性能が得られないという問題
もあつた。

本考案は、上記のような問題点に着目し、先に
本出願人が提案した機構による冷間時のアクチユ
エータ等の耐久性向上という優れた効果を維持し
つつ、さらに冷間軽負荷時の暖機性向上および冷
間低速高負荷時の出力性能向上をはかることを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に沿う本考案のバリアブルノズル式タ
ーボチヤージヤは、タービンロータに排気ガスを
導くガス通路に開度を可変可能なバリアブルノズ
ルを設けたバリアブルノズル式ターボチヤージヤ
において、前記バリアブルノズルの開度を調節す
るアクチユエータに、エンジンの水温が一定値以
下でかつエンジン負荷が軽負荷領域にあるときに
はバリアブルノズルの開度を最小にし、それ以外
のときにはエンジンの運転条件に応じてバリアブ
ルノズルの開度を制御する制御手段を接続し、前
記制御における前記軽負荷領域を、エンジン回転
数が高い程狭い範囲に設定したものから成つてい
る。

ここで、上記運転条件に応じたバリアブルノズ
ルの開度制御とは、たとえば冷間時の中、高負荷
時において、エンジン回転数が低速のときにはバ
リアブルノズルの開度が最小開度に制御され、中
速のときには中間開度、高速のときには最大開度
とされる。

〔作用〕

このようなターボチヤージヤにおいては、冷間
時でかつ軽負荷時には、バリアブルノズルの開度
は最小にされてエンジン背圧が高く保たれ、エン
ジンのポンピング仕事が増加する分エンジン水温
の上昇が早まり、暖機が早められる。したがつて
ヒータの効きも早くなり、触媒や酸素センサの暖
機も早まつて排気ガス浄化性能が向上される。

また、冷間低速時でかつ中、高負荷時にも、バ
リアブルノズルの開度を最小開度に保つことによ
り、エンジン背圧が高く保たれ、吸気充填効率が
高められて出力トルクが向上される。そして、こ
のようにすれば、始動時等の低速域でかつ冷間時
には、結局負荷にかかわらずバリアブルノズルの
開度が最小の一定値に保たれるので、凍結時等に
あえてアクチユエータやリンク機構に激しい動作
をさせる必要がなくなり、これらの耐久性向上効
果が確保される。

さらに、冷間軽負荷時にバリアブルノズルを最
小開度に制御するための軽負荷領域は、エンジン
回転数が高い程狭い範囲となるように設定される
ので、高速域でのエンジン背圧の過上昇も適切に
防止され、エンジン出力の低下が適切に防止され
る。

〔実施例〕

以下に本考案の望ましい実施例を図面を参照し
て説明する。

第１図は、本考案の一実施例に係るバリアブル
ノズル式ターボチヤージヤを示している。図にお
いて、１はタービンロータを示しており、タービ
ンロータ１に排気ガスを導くタービン入口のガス
通路には、開度を可変可能なバリアブルノズルベ
ーン２が設けられている。本実施例では、ノズル
ベーン２の開度は、駆動リング３の回動をリンク
４を介して伝達することによつて調整されるよう
になつており、駆動リング３は、アクチユエータ
５のロツド６に連結されている。図において、ロ
ツド６が左側に作動されるとノズルベーン２の開
度は大となり、右側に作動されるとノズルベーン
２の開度は小となる。

アクチユエータ５には、ダイヤフラム７，８に
て隔成された２つのダイヤフラム室９，１０が形
成されている。ダイヤフラム７，８は、それぞれ
ロツド６に連結されている。また、ダイヤフラム
７，８は、それぞれスプリング１１，１２によつ
て一方に付勢されている。なお、１３はロツド６
部からのエアの洩れを防止するためのベローズで
ある。

ダイヤフラム室９，１０の入口ポート１４，１
５は、それぞれバキユームスイツチングバルブ
（以下VSVという。）１６，１７に接続されてお
り、VSV１６，１７は負圧原としてのバキユー
ムポンプ１８に接続されている。また、VSV１
６，１７は、コントローラ１９に接続されてお
り、コントローラ１９からの信号に基づいて、ダ
イヤフラム室９，１０に導入する負圧を、バキユ
ームポンプ１８からの負圧と、大気ポート２０，
２１からの大気圧とに切換える。なお、本実施例
では、アクチユエータ５の中間作動位置、すなわ
ちダイヤフラム室９，１０に同時に大気圧が導入
されるか同圧の負圧が同時に導入された場合の作
動位置は、ノズルベーン２の開度が全開と全閉の
中間開度となるような作動位置となつている。

コントローラ１９には、エンジン回転数センサ
２２、エンジン負荷センサ２３、エンジン水温セ
ンサ２４が接続されている。そして、コントロー
ラ１９では、エンジン水温センサ２４およびエン
ジン負荷センサ２３から入力される信号と予め設
定入力されている値とを比較し、機関の温度が予
め設定された温度以下か否かと同時に機関の負荷
が予め設定された軽負荷領域の範囲内か否かを判
断する。

つぎに、上記のように構成された本実施例装置
について作動とともに作用を説明する。

アクチユエータ５の作動により、ロツド６が図
上左右に移動され、ノズルベーン２の開度が制御
されるが、アクチユエータ５の作動は、VSV１
６，１７を介してダイヤフラム室９，１０に導入
される負圧によつて制御される。そして、VSV
１６，１７の作動、つまりオン、オフ制御は、コ
ントローラ１９からの信号に基いて行なわれ、
VSV１６，１７のオン、オフ制御をエンジンの
運転条件に応じて行うか否かは、エンジン水温セ
ンサ２４からの信号およびエンジン負荷センサ２
３からの信号により決められる。

すなわち、第２図に示すように、冷間時エンジ
ン水温が一定値以下（たとえば20℃以下）で、か
つエンジン負荷が予め設定された軽負荷領域の範
囲内の場合には、コントローラ１９からの出力信
号により、VSV１７がオン（VSV１６はオフ）
とされ、ダイヤフラム室１０に負圧が導かれてロ
ツド６が第１図の右方へ変位され、バリアブルノ
ズル２の開度が最小開度Ａとされる。これによ
り、エンジン背圧が高く保たれ、エンジンのポン
ピング仕事が大となつて、エンジン水温の上昇、
エンジン暖機が早められる。この制御において
は、第２図に示すように、バリアブルノズル２の
開度を最小開度に制御する軽負荷領域は、エンジ
ン回転数が高い程狭い範囲となるように設定され
るので、高速域での背圧過上昇が抑制され、高速
域での動力性能の向上も同時に満足される。

冷間時で、エンジン負荷が軽負荷以外のときに
は、エンジン回転数に応じて開度制御される。つ
まり、低速時には最小開度Ａ、中速時には中間開
度Ｂ、高速時には最大開度Ｃとされる。したがつ
て、冷間低速時には、高負荷でも最小開度Ａとさ
れるので、高負荷時にもエンジン背圧が高く保た
れ、吸気効率が高くなつてエンジン出力が向上さ
れる。また、冷間始動時（低速時）はエンジン負
荷にかかわらず最小開度Ａに制御することなるの
で、アクチユエータ５は一定の状態に保たれ、激
しい作動は必要ない。したがつて、バリアブルノ
ズル作動機構に過負荷はかからない。

エンジン水温が一定値以上の温間時において
は、第３図に示すように、エンジン回転数とエン
ジン負荷とに応じて最適なバリアブルノズル２の
開度制御が行われる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案のバリアブルノズ
ル式ターボチヤージヤにおいては、冷間軽負荷時
にバリアブルノズル開度を最小にしてエンジンの
ポンピング仕事を増加させ、エンジン水温の上昇
を早めるようにしたので、エンジンの暖機を早め
てヒータの効きを早めることができるとともに、
触媒や酸素センサの暖機も早めて低温時の排気ガ
ス浄化性能を高めることができるという効果が得
られる。

また、冷間低速時で中、高負荷域においても、
バリアブルノズル開度を最小とすることにより、
冷間始動時等のエンジンの出力トルクを高めるこ
とができ、加速性能を向上できるという効果も得
られる。

さらに、冷間軽負荷時にバリアブルノズルを最
小開度に制御するための軽負荷領域を、エンジン
回転数が高い程狭い範囲になるように設定したの
で、冷間時の高速域におけるエンジン動力性能の
向上も同時に満足させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るバリアブルノ
ズル式ターボチヤージヤの機器系統図、第２図は
第１図の装置のバリアブルノズルの開度制御パタ
ーンを示す冷間時の制御特性図、第３図は第１図
の装置の温間時の制御特性図、である。 １……タービンロータ、２……バリアブルノズ
ル、３……駆動リング、４……リンク、５……ア
クチユエータ、６……ロツド、９，１０……ダイ
ヤフラム室、１１，１２……スプリング、１６，
１７……バキユームスイツチングバルブ、１８…
…バキユームポンプ、１９……コントローラ、２
０，２１……大気ポート、２２……エンジン回転
数センサ、２３……エンジン負荷センサ、２４…
…エンジン水温センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. タービンロータに排気ガスを導くガス通路に開
   度を可変可能なバリアブルノズルを設けたバリア
   ブルノズル式ターボチヤージヤにおいて、前記バ
   リアブルノズルの開度を調節するアクチユエータ
   に、エンジンの水温が一定値以下でかつエンジン
   負荷が軽負荷領域にあるときにはバリアブルノズ
   ルの開度を最小にし、それ以外のときにはエンジ
   ンの運転条件に応じてバリアブルノズルの開度を
   制御する制御手段を接続し、前記制御における前
   記軽負荷領域を、エンジン回転数が高い程狭い範
   囲に設定したことを特徴とするバリアブルノズル
   式ターボチヤージヤ。