JPH0512530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、機関の負荷及び回転数に応じて、機
関の排気系より導入される排ガス流量に対して、
その排ガスの流速を規制して、機関の吸気系への
燃焼空気容量を可変させる可変容量過給機に係
り、特に可変された吸気系の過吸圧を検出して上
記排気系より分岐されたバイパス系を開閉するウ
エストゲート弁の開放設定圧を自在に制御する可
変容量過給機のウエストゲート弁作動装置に関す
る。

［従来の技術］ 一般に内燃機関の排気系にタービン車室を接続
し、吸気系にブロア車室を接続して、燃焼用空気
を内燃機関に供給する過給機は、その過給容量に
応じて機関出力を増加させることができるが、過
給容量が過大となつてしまうと過給機及び内燃機
関に損傷が発生してしまうという問題がある。従
来、上記吸気系内の燃焼用空気容量を適正に設定
すべく、上記吸気系内の内圧によつて適正に作動
するウエストゲートバルブを、上記内燃機関の排
気系に開閉自在に設け、そのウエストゲートバル
ブが開くときに、排ガスの一部をバイパスさせる
バイパス系を設け、これによつて燃焼用空気容量
（以下過給容量という）の制御を行なつていた。

ところで、第７図に示すように過給容量が増大
して上記吸気系の内圧（以下過給圧という）が最
大となるのは、機関が最大回転数を得る時である
ため、これを上限として過給容量または過給圧を
設定すればよい。しかしこの設定では、機関低回
転のときの過給容量の不足によつて、低速トルク
が低下してしまうという問題がある。

そこで従来は可動ノズルベーンによつて過給機
のノズルスロート面積を可変させるようにした可
変容量過給機が案出されている。第６図はこの可
変容量過給機の構成を概略的に示している。渦巻
形状に形成されたタービン車室１内にはこれに回
転自在にタービン２が設けられると共に、そのタ
ービン２を包囲するようにノズルスロート部３に
は排ガスの流速を制御する規制手段１１が設けら
れる。具体的には排ガスの流れ方向に可動されて
排ガスの流路断面積を変えて流速制御するノズル
ベーン４が、そのノズルスロート部３の周方向に
適宜間隔毎に配設されている。このノズルベーン
４は上記タービン車室１の一側壁５に一端部が回
動自在に設けられた軸部材６に一体的に設けられ
ている。また軸部材６の他端部にはこれに一体的
に可動リンク部材７が取り付けられている。この
可動リンク部材７は、その他端部が上記タービン
車室１の外側壁８に設けられ、且つ上記タービン
２の回転方向に対して同一方向に回動自在に設け
られたリング部材９の係合部９ａに嵌合されてい
る。さらに上記軸部材６のいずれかには、その他
端部にリンク手段１０が一体的に設けられ、これ
が回動することにより上記複数のノズルベーン４
はリング部材９を介してその回動方向に作動する
もので、これらで規制手段１１が構成される。

［発明が解決しようとする問題点］ このような構成の可変容量過給機に採用する
と、従来の欠点であつた低回転域での過給容量の
不足を解消することができるようになるが、しか
し次のような問題を解決することはできなかつ
た。これを第８図の過給特性を示す線図で説明す
ると、可変容量過給機は図示の如く、大別して
高・中・低の回転域に対してそれぞれに適する許
容過給圧P_B maxが設定できるが、たとえば、
低回転域を重視して許容過給圧P_B max設定す
ると高回転域では過回転が起き、コンプレツサ、
タービンン翼車のバーストやタービン翼車の変形
による車室との干渉不具合が起きてしまう。

また、上記欠点を補うために従来より過給機内
の排ガスを供給する排気系に、これより分岐され
て所定圧で排気圧を開放するウエスゲートバルブ
を有するバイパス系を設けていたが、そのバルブ
の設定圧は、上記許容過給圧P_B maxに対して
一義的に設定されるもので、可変容量過給機に適
するものではなかつた。

［発明の目的］ 本発明は上記種々の問題点を有効に解消すべく
創案されたもので、本発明の目的は、可変容量過
給機のノズルベーンを機関の回転数及び負荷に応
じて作動させて適切な過給圧の制御を施すと共
に、その過給圧に対して適切にバイパス系を開放
して、過給機並びに機関を保守する可変容量過給
機のウエストゲート弁の作動装置を提供するにあ
る。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成すべく可変容量過給機
の可動ノズルベーンの開度を切り換えるリンク手
段と、作動流体の導入・排出によりシリンダ内の
ピストンロツドを往復動させてピストンロツドに
連結された上記リンク手段を開閉方向に作動する
アクチユエータであつて、そのピストンロツドを
往復動させるためのシリンダ内作動流体室が、シ
リンダ内作動流体室の端部からピストンロツド側
へ所定ストローク移動可能に設けられた第１スプ
ール部材により、その第１スプール部材の前後に
ピストンロツド側のポート室とその反対側のポー
ト室を区画する第１のアクチユエータと、上記過
給機を迂回させて設けられた排気のバイパス系
と、このバイパス系を開閉すべく設けられたウエ
ストゲート弁と、シリンダ内を前後に仕切るダイ
ヤフラムの後方にダイヤフラムを付勢すべく弾発
手段を設けると共にその弾発手段の付勢力を変更
すべく第２スプール部材を移動可能に設け、ダイ
ヤフラムの前方に弾発手段に抗する過給気を導入
して、ダイヤフラムと一体的に連結された上記ウ
エストゲート弁を開弁させるように構成されたダ
イヤフラム式アクチエータであつて、上記シリン
ダが、上記第２スプール部材の弾発手段支持位置
を変更すべく、シリンダの端部からダイヤフラム
側へ向つて所定ストローク移動可能に収容された
第３スプール部材によりその第３スプール部材の
前後に作動流体を導入・排出する弾発手段側のポ
ート室とその反対側のポート室を形成する第２の
アクチユエータと、作動流体供給装置から上記各
反対側のポート室にそれぞれ作動流体を供給すべ
く分岐させて形成された第１の流体供給通路と、
この第１の作動流体通路の分岐部より上流に設け
られたON切換え時に作動流体供給装置と上記各
反対側のポート室とを連通させ、OFF切換時に
第１の流体供給通路からの作動流体の供給を断つ
て各反対側のポート室から作動流体を排出させる
ように構成された第１の切り換え弁と、作動流体
供給装置から上記ピストンロツド側のポート室と
弾発手段側のポート室とにそれぞれ作動流体を供
給すべく分岐させて形成された第２の流体供給通
路と、この第２の作動流体通路の分岐部より上流
に設けられON切換え時に作動流体供給装置と上
記ピストンロツド側のポート室と弾発手段側のポ
ート室とを連通させ、OFF切換時に第２の流体
供給通路からの作動流体の供給を断つて上記ピス
トンロツド側のポート室と弾発手段側のポート室
とからそれぞれ作動流体を排出させるように構成
された第２の切り換え弁と、機関の負荷と回転数
とに基づいて予め入力された負荷−回転数特性と
実際の回転数、負荷とから上記第１、第２の切り
換え弁をそれぞれON−ON、ON−OFF及び
OFF−OFFに切り換えるように構成されたコン
トロールユニツトとを備えたものである。

［実施例］ 以下、本発明の好適−実施例を添付図面に基づ
いて具体的に説明する。

本発明の可変容量過給機５０の規制手段１１に
ついては上記従来例と同様なので、これについて
の詳細な説明はここでは省略する。

本発明の可変容量過給機のウエストゲート弁の
作動装置は第１図乃至第３図に示される如く、主
に可変容量過給機５０の規制手段１１のリンク手
段１０にピン結合されて、そのリンク手段１０を
作動させる切り換え手段１２と、内燃機関の排気
系１３より分岐されたバイパス系４を開閉するウ
エストゲート弁５を開閉作動させるためのバルブ
開放手段１６と、それ等切り換え手段１２とバル
ブ開放手段１６とを機関の負荷及び回転数に応じ
て制御するコントロールユニツト１７とから構成
される。

第２図に示すように、切り換え手段（第１のア
クチユエータ）１２は、第１のシリンダ１８と、
この第１のシリンダ１８内に往復動自在に収容さ
れるピストン部１９を一体に有して形成されたピ
ストンロツド２０と、第１のシリンダ１８内にピ
ストン部１９と同様に往復動自在に収容された第
１のスプール部材２１とから主に構成されてい
る。ピストン部１９及び第１のスプール部材２１
は、これらピストン部１９及び第１のスプール部
材２１との間に作動流体を導入するための第１の
ポート室２２を区画形成すると共に、スプール部
材２１の右側に、作動流体を導入するための第２
のポート室２３を形成し、ピストン部１９の左側
に、ピストン部１９を介してピストンロツド２０
に復帰力を与えるための弾発手段（リターンスプ
リング）３２を収容する第３のポート室２４を形
成する。３０はピストン部１９の閉方向への移動
限界を決定するための段部であり、３１はスプー
ル部材２１の閉方向への移動限界を決定するため
の段部である。２５は、第１のポート室２２と第
２のポート室２３とにそれぞれ作動流体を供給す
るための流体供給装置（エアタンク等）であり、
この流体供給装置２５と第２のポート室２３と
は、作動流体を供給するための流体供給管２６に
より連通接続され、流体供給装置２５と第１のポ
ート室２２とは、作動流体を供給するための流体
供給管２７によつて連通接続されている。流体供
給管２６、流体供給管２７には、その途中に大気
又は外部貯溜装置に作動流体を解放する解放ポー
トを有した電磁弁等の第１の切り換え弁２８、第
２の切り換え弁２９がそれぞれ設けられている。

次に、内燃機関の排気系１３より分岐されたバ
イパス系１４に開閉自在に設けられたウエストゲ
ート弁１５と、これを機関の負荷及び回転数に応
じてその設定開放圧力を制御するバルブ開放手段
１６について説明する。

上記可変容量過給機５０へ排ガスを供給する排
気系１３には、可変容量過給機５０を迂回させて
バイパス系１４が形成され、排気系１３とバイパ
ス系１４との接続部にバイパス系１４を開閉する
ためのウエストゲート弁１５が設けられている。
ウエストゲート弁１５を開閉するためのバルブ開
放手段１６（第２のアクチユエータ）は、第２の
シリンダ３６と、この第２のシリンダ３６内を前
後に仕切るように設けられたダイヤフラム４３
と、そのダイヤフラム４３の右側に往復動自在に
収容された第２のスプール部材３９と第３のスプ
ール部材４０と、これら第２のスプール部材３９
と第３のスプール部材４０とのダイヤフラム側へ
の移動をそれぞれ規制すべく軸方向に間隔をおい
て設けられた第３の段部３４と第４の段部３５
と、第３の段部３４及び第４の段部３５により、
第２のスプール部材３９と第３のスプール部材４
０との間に区画形成された第４のポート室３７
と、第３のスプール部材４０と第２のシリンダ３
６とによつて区画形成された第５のポート室３８
と、ダイヤフラム４３と第２のスプール部材３９
とによつて区画された第６のポート室４１と、こ
の第６のポート室４１内に設けられた第２の弾発
手段（リターンスプリング）４４と、ダイヤフラ
ム４３と第２のシリンダ３６とにより区画形成さ
れた第７のポート室４２と、この第７のポート室
４２内に過給気を導入すべく吸気系３３と第７の
ポート室４２とを連通させて接続するエアパイプ
（過吸気通路）５２とから主に構成されている。
ウエストゲート弁１５は、その軸部先端に上記バ
イパス系１４を開閉するためのポペツト形の弁体
４７を有して形成され、軸部は、その後端側が上
記シリンダ３６内に往復動可能に挿入されて上記
ダイヤフラム４３を挟み込むように設けられてい
る２枚のシート部材４５に一体的に取付けられて
いる。そして上記第５のポート室３８には、上記
流体供給管２６のその第１の切り換え弁２８より
下流において分岐された第３の流体供給管４８が
連通接続され、第４のポート室３７には、上記流
体供給管２７のその第２の切り換え弁２９の下流
において分岐された第４の流体供給管４９が連通
接続されている。５１は第６のポート室４１内の
内圧を外部へ開放させるための通口である。

次に第１の切り換え弁２８、第２の切り換え弁
２９の制御について説明する。

内燃機関が第３図に示す位置の低回転、高負荷
時にある場合には上記第１、第２の切り換え弁２
８，２９をOFF位置、つまり開位置に作動させ
ると第２、第３のポート室２２，２３及び第３、
第４のポート室３７，３８内から作動流体が外部
に排出され、上記各ポート室内は減圧される。こ
のため、弾発手段３２は伸長してピストンロツド
２０をその付勢方向に移動し、第６図に示した可
変容量過給機５０のリンク手段１０を開方向に作
動させる。この結果、規制手段１１は上記内燃機
関の排気系１３より導入される排ガスの流速を可
変させて、上記タービン２に与える排気エネルギ
は最小となり、バルブ開放手段１６内の第４、第
５のポート室３７，３８から第３、第４の流体供
給通路４８，４９及び第１、第２の流体供給通路
２６，２７を介して作動流体が開放されるため、
第２の弾発手段４４は伸張して第１、第２のスプ
ール部材３９，４０をその伸長方向に移動させ、
ウエストゲート弁１５に対する付勢力を最小に設
定する。従つて第７のポート室４２の内圧が第４
図に破線で示す許容過給圧P_B1に設定される。こ
の結果、許容過給圧P_B1以上に第７のポート室４
２の内圧が上昇した際に、上記ウエストゲート弁
１５は上記バイパス系１４を開放すべく作動し、
その排ガスの一部をバイパスさせ、上記内燃機関
の吸気系３３の過給圧及び上記第７のポート室４
２の内圧が許容過給圧P_B1以下になつたときに再
び閉作動する。

次に、内燃機関が第３図に示す位置、つまり
機関が中回転域で高負荷時にある場合には、上記
第１の切り換え弁２８をON位置にまた第２の切
り換え弁２９をOFF位置に切り換えられ、上記
切り換え手段１２の第２のポート室２２及びバル
ブ開放手段１６の第４のポート室３７より作動流
体が排出され、ピストンロツド２０及び第２のス
プール部材３９が夫々に付勢する第１、第２の弾
発手段３２，４４によつてその付勢方向に移動さ
れる。従つて、上記切り換え手段１２は、第６図
に示す可変容量過給機５０のリンク手段１０を中
位置に可動して可変容量過給機５０内の規制手段
１１を、上記タービン２に対して適正な回転エネ
ルギを与えるべく調節する。他方、バルブ開放手
段１６は第６のスプール室４１内の第２の弾発手
段４４が伸長した分だけ付勢力が弱められるため
第４図の破線で示す許容過給圧P_B2に設定される。

更に、内燃機関が高回転で、つまり第３図に示
す位置のときには、上記第１、第２の切り換え
弁２８，２９が共にON位置に切り換えられ、第
２、第３のポート室２２，２３及び第４、第５の
ポート室３７，３８内に作動流体が供給される。
この結果第１、第２の弾発手段３２，４４が収縮
され、その付勢力は最大に設定される。即ち、第
４図に破線で示す許容過給圧P_B3に設定される。

コントロールユニツト１７（第１図参照）は、
上記第１の切り換え弁２８及び第２の切り換え弁
２９を制御するように電気的に構成されている。
つまり、コントロールユニツト１７は、第３図に
示すごとき内燃機関の負荷と回転数に基づく回転
数−負荷特性を予め入力されており、その回転数
−負荷特性と、新たに入力された入力データ（実
エンジン回転数及び実エンジン負荷）とから第５
図に示す制御内容を実行するように構成されてい
る。以下具体的に説明する。機関がキースイツチ
により作動されたとき、検知手段によつて冷却水
温Ｔと上記流体供給装置２５内の作動流体圧Ｐと
がコントロールユニツト１７内に入力される。コ
ントロールユニツト１７はこれら入力値とあらか
じめ入力されていた初期設定値T₀、P₀とを比較
演算する。その結果冷却水温Ｔ及び作動流体Ｐが
初期設定値P₀、T₀に対してそれ以下であれば上
記第１、第２の切り換え弁２８，２９をON位置
に作動し、上記の初期設定値T₀、P₀以上になる
までループを繰り返す。即ち機関のアイドル運転
時間がここで決定される。

次に、上記冷却水温Ｔ及び作動流体圧Ｐが初期
設定値T₀、P₀を越えた場合には、コントロール
ユニツト１７は、内燃機関の回転数と負荷とを予
め入力されていた回転数−負荷特性（第３図）に
照合して現在の状況を把握する。つまり、コント
ロールユニツト１７は、現在の運転状況が第３図
の、、の低、中、高領域内のいずれに該当
するかを判断し、上記切り換え手段１２及びバル
ブ開放手段１６を作動させ、その領域、、
に該当する適正な過給圧の初期設定値P_B1、P_B2、
P_B3を越えた際には、ウオーニングを点灯させて
上記冷却水温検出ラインにループした上記第１、
第２の切り換え弁２８，２９を共にOFF位置に
切り換え、初期設定値内であれば上記同様冷却水
温Ｔ検出ループにもどるように制御する。またコ
ントロールユニツト１７は、上記回転数負荷及び
あらかじめ入力されていた第３図のＬ−Ｎグラフ
が読み取り不能である場合には、ウオーニングを
点灯させて上記第１、第２の切り換え弁２８，２
９をOFF位置に作動して再検出させるべくルー
プさせるよう制御する。

(1) 可変容量過給の切り換えに応じてウエストゲ
ート弁の開弁力を段階的に調節することがで
き、可変容量過給機及び内燃機関に損傷を与え
ることなく、低回転領域から高回転領域にわた
つて高い機関出力を得ることができる。

(2) 可変容量過給及びウエストゲート弁を段階的
に制御する装置を機械的に構成したので、メン
テナンスを容易に行うことができ、信頼性を大
巾に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適−実施例を示す図、第２
図は第１図の要部詳細断面図、第３図は内燃機関
の負荷と回転数との関係を示す性能特性図、第４
図は内燃機関の回転数をパラメータに許容過給圧
の設定値を示す図、第５図は本発明の制御内容を
示すフローチヤート図、第６図は従来例の可変容
量過給機と規制手段を示す図、第７図は従来の過
給機の過給特性を示す図、第８図は従来の可変容
量過給機の過給特性を示す図である。 図中、１１は規制手段、１２は切り換え手段、
１５はウエストゲート弁、１６はバルブ開放手段
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可変容量過給機の可動ノズルベーンの開度を
   切り換えるリンク手段と、 作動流体の導入・排出によりシリンダ内のピス
   トンロツドを往復動させてピストンロツドに連結
   された上記リンク手段を開閉方向に作動するアク
   チユエータであつて、そのピストンロツドを往復
   動させるためのシリンダ内作動流体室が、シリン
   ダ内作動流体室の端部からピストンロツド側へ所
   定ストローク移動可能に設けられた第１スプール
   部材により、その第１スプール部材の前後にピス
   トンロツド側のポート室とその反対側のポート室
   を区画する第１のアクチユエータと、 上記過給機を迂回させて設けられた排気のバイ
   パス系と、該バイパス系を開閉すべく設けられた
   ウエストゲート弁と、 シリンダ内を前後に仕切るダイヤフラムの後方
   にダイヤフラムを付勢すべく弾発手段を設けると
   共にその弾発手段の付勢力を変更すべく第２スプ
   ール部材を移動可能に設け、ダイヤフラムの前方
   に弾発手段に抗する過給気を導入して、ダイヤフ
   ラムと一体的に連結された上記ウエストゲート弁
   を開弁させるように構成されたダイヤフラム式ア
   クチユエータであつて、上記シリンダが、上記第
   ２スプール部材の弾発手段支持位置を変更すべ
   く、シリンダの端部からダイヤフラム側へ向かつ
   て所定ストローク移動可能に収容された第３スプ
   ール部材によりその第３スプール部材の前後に作
   動流体を導入・排出する弾発手段側のポート室と
   その反対側のポート室を形成する第２のアクチユ
   エータと、 作動流体供給装置から上記各反対側のポート室
   にそれぞれ作動流体を供給すべく分岐させて形成
   された第１の流体供給通路と、 該第１の作動流体通路の分岐部より上流に設け
   られON切換え時に作動流体供給装置と上記各反
   対側のポート室とを連通させ、OFF切換時に第
   １の流体供給通路からの作動流体の供給を断つて
   各反対側のポート室から作動流体を排出させるよ
   うに構成された第１の切り換え弁と、 作動流体供給装置から上記ピストンロツド側の
   ポート室と弾発手段側のポート室とにそれぞれ作
   動流体を供給すべく分岐させて形成された第２の
   流体供給通路と、 該第２の作動流体通路の分岐部より上流に設け
   られON切換え時に作動流体供給装置と上記ピス
   トンロツド側のポート室と弾発手段側のポート室
   とを連通させ、OFF切換時に第２の流体供給通
   路からの作動流体の供給を断つて上記ピストンロ
   ツド側のポート室と弾発手段側のポート室とから
   それぞれ作動流体を排出させるように構成された
   第２の切り換え弁と、 機関の負荷と回転数とに基づいて予め入力され
   た負荷−回転数特性と実際の回転数、負荷とから
   上記第１、第２の切り換え弁をそれぞれON−
   ON、ON−OFF及びOFF−OFFに切り換えるよ
   うに構成されたコントロールユニツトと、 を備えたことを特徴とする可変容量過給機のウエ
   ストゲート弁作動装置。