JPH0536993Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、二基のターボチヤージヤを備え二段
にわたつて過給を行わせるようにした二段ターボ
エンジンのバイパス弁制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、コンプレツサを迂回するバイパス通路を
設けると共に、この通路を開閉するか、あるいは
流量を可変制御するバイパス弁を設け、エンジン
の運転状態に応じて過給を制御する二段ターボエ
ンジンは公知である（特開昭59−82526号、実開
昭61−57135号公報参照）。

このような二段ターボエンジンは、例えば第２
図に示す構成を有している。すなわち、エンジン
１の排気通路２には直列に第１のタービン３及び
第２のタービン４が設けられ、これらのタービン
３，４により夫々駆動される第１のコンプレツサ
５及び第２のコンプレツサ６が吸気通路７に介装
されている。８は昇温した過給気を冷却するため
のインタークーラである。また、第１及び第２タ
ービン３，４を夫々迂回するバイパス通路１３，
１４が設けられ、これらのバイパス通路１３，１
４にはアクチユエータ３３，３４により駆動され
るウエイストゲートバルブ２３，２４が配設され
る。アクチユエータ３３，３４の第１圧力作動室
３３ａ，３４ａは大気に開放され、第２圧力作動
室３３ｂ，３４ｂは第１及び第２コンプレツサ
５，６の出口側にそれぞれ連通されている。この
ため、第１及び第２コンプレツサ５，６の出口の
過給圧P₅，P₆が夫々所定圧力以上になるとアク
チユエータ３３，３４が作動し、ウエイストゲー
トバルブ２３，２４が開いて排気ガスがタービン
３，４をバイパスして流れることにより、過給圧
が設定値となるように制御される。

一方、コンプレツサ側には前述の如くコンプレ
ツサ５，６相互の過給のバランスを維持するため
に第２コンプレツサ６を迂回するバイパス通路１
６が設けられ、このバイパス通路１６にはバイパ
ス弁２６が配設される。バイパス弁２６は切頭円
錐状のプラグ２６ａとこのプラグ２６ａの斜面と
係合する孔２６ｂが形成された仕切部２６ｃとを
有し、このプラグ２６ａはアクチユエータ３６に
よりバイパス流れ方向に往復移動自在である。ア
クチユエータ３６はダイアフラムによつて区画さ
れた第１及び第２圧力作動室３６ａ，３６ｂを有
し、第１圧力作動室３６ａは第１コンプレツサ５
の出口側に連通され、一方、第２圧力作動室３６
ｂはばね３６ｅを内蔵すると共に大気に開放され
ている。このため第１コンプレツサ５の出口の過
給圧P₅ひいてはアクチユエータ３６の第１圧力
作動室３６ａ内の圧力よりもばね３６ｅの付勢力
が勝る場合には、バイパス弁２６の仕切部２６ｃ
に対してプラグ２６ａが押圧されて孔２６ｂが塞
がれることにより、バイパス通路１６が遮断され
る。一方、第１コンプレツサ５の過給圧が所定値
以上となつて、ダイアフラムに作用する力がばね
３６ｅの付勢力に勝る場合には、プラグ２６ａが
孔２６ｂから引き離されて〓間が生じ、第２コン
プレツサ６をバイパスして過給気が流れることに
なる。これにより、第１及び第２コンプレツサ
５，６の過給バランスが保たれる。

〔考案が解決しようとする課題〕

このような構成によつて過給のバランスを保つ
場合、バイパス弁２６からの漏れ及びバイパス弁
２６の開閉のタイミング等が大きな問題となる。
すなわち、バイパス弁２６がバイパス通路１６を
塞いだ時の過給気のバイパス流れを阻止する圧力
（以下、締め切り圧という）は、前述の如くアク
チユエータ３６の第２圧力作動室３６ｂ内の圧縮
ばね３６ｅの力による押圧力と、第１圧力作動室
３６ａ内の圧力（第１コンプレツサ５の出口の過
給圧P₅に等しい）による引戻し力との差に専ら
依存するため、バイパス弁２６の開閉の切り換え
時には締め切り圧が低下して不安定となる結果、
漏れが生じ易く、また開閉のタイミングが狂い易
い。バイパス弁２６の開閉タイミングが狂うと次
のような不都合を生ずる。すなわち、バイパス弁
２６が所定の時期よりも早目に開く場合、第１コ
ンプレツサ５出口の過給圧P₅が第２コンプレツ
サ６出口の過給圧P₆よりも高い（P₅＞P₆）とき
には、第１コンプレツサ５からの過給気がバイパ
ス通路１６を流れて、その一部が第２コンプレツ
サ６の出口に向かつて逆流し、これとは反対に過
給圧P₅が過給圧P₆よりも低い（P₅＜P₆）ときに
は、第２コンプレツサ６から出た過給気の一部が
バイパス通路１６を通つて第１コンプレツサ５に
向かつて逆流し、いずれの場合もサージ現象を起
こすという問題が生じる。一方、バイパス弁２６
が所定の時期よりも遅目に開く場合には、前述の
早目に開く場合と異なりサージ現象は起きにくい
が、前記過給圧P₅が過給圧P₆よりも高い（P₅＞
P₆）ときなどには、第２コンプレツサ６が過給
の抵抗として作用して過給効率が大幅に低下する
のみならず、ターボチヤージヤ相互に無用の負荷
を及ぼし合うことになるので好ましくない。

また、第２図に示すような従来の二段ターボエ
ンジンが軽負荷で運転されるときは、排気ガス量
が少ないためコンプレツサ５，６による過給が殆
んど行なわれないか、あるいは行なわれても僅か
であるため、却つてコンプレツサ５，６自体が流
路抵抗となつて、エンジン１への十分な給気が行
なわれず、エンジン１の回転数の立ち上がりが悪
いという問題があつた。

以上のような問題点に鑑み本考案は、バイパス
弁の締め切り圧を全般的に増加することができ、
特にバイパス弁開閉時において閉じる場合には、
直ちに所定値以上の締め切り圧を確保して漏れを
なくすか、あるいは漏れを最少限に抑えることが
でき、また開く場合にあつても同様に、応答性の
優れたバイパス弁開閉制御を行うことができ、以
つて、サージ現象等が起きないように、運転状態
の変化に応動して過給バランスを最適制御するこ
とにより、出力性能及び燃費等を大幅に改善する
と共に、低負荷時の性能も改善し得る二段ターボ
エンジンのバイパス弁制御装置を提供しようとす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、前記の課題を解決するための手段と
して、吸入空気を加圧する第１のコンプレツサ
と、前記第１のコンプレツサによつて加圧された
空気を更に加圧してエンジンに送る第２のコンプ
レツサとを有し、前記第１のコンプレツサ及び前
記第２のコンプレツサの双方を迂回する第１の吸
気バイパス通路と、前記第２のコンプレツサを迂
回する第２の吸気バイパス通路とを形成し、前記
第１の吸気バイパス通路に第１の吸気バイパス弁
を、また前記第２の吸気バイパス通路に第２の吸
気バイパス弁をそれぞれ介装すると共に、それら
の吸気バイパス弁を作動させるために前記第１の
吸気バイパス弁に第１及び第２の圧力作動室を有
する第１のアクチユエータを、また前記第２の吸
気バイパス弁に第１及び第２の圧力作動室を有す
る第２のアクチユエータをそれぞれ付設し、前記
第１のコンプレツサの出口側の圧力を前記第２の
アクチユエータの前記第１の圧力作動室に導入す
る第１の連通路と、前記第２のコンプレツサの出
口側の圧力を前記第２のアクチユエータの前記第
２の圧力作動室に導入する第２の連通路と、前記
第２のコンプレツサの出口側の圧力を前記第１の
アクチユエータの前記第１の圧力作動室に導入す
る第３の連通路と、前記第１のアクチユエータの
前記第２の圧力作動室に大気圧を導入する大気連
通路とを設け、前記第１及び第２の連通路に、前
記第１のコンプレツサの出口側の圧力と前記第２
のコンプレツサの出口側の圧力との圧力差に応動
して、前記第１及び第２の連通路に前記各コンプ
レツサの出口側の圧力と大気または負圧を切り換
えて導入する第１及び第２の切換弁をそれぞれ介
在させ、前記第２の吸気バイパス弁の開閉作動時
には、前記第２のアクチユエータの前記第１の圧
力作動室と前記第２の圧力作動室との間に大きな
差圧が得られるようにすると共に、過給が不要な
軽負荷時には前記第１の吸気バイパス弁を開弁さ
せることによつて、前記第１のコンプレツサ及び
前記第２のコンプレツサの双方を迂回して吸気を
直接に前記エンジンへ送り得るようにしたことを
特徴とする二段ターボエンジンのバイパス弁制御
装置を提供する。

〔作用〕

上記構成からなる本考案の二段ターボエンジン
のバイパス制御装置において第２の吸気バイパス
弁を閉じる場合には、第２のアクチユエータの第
１及び第２圧力作動室に大気圧及び第２コンプレ
ツサの出口過給圧がそれぞれ作用するために、両
作動室間に大きな差圧が発生し、第２の吸気バイ
パス弁の締め切り圧が増大する結果、第２の吸気
バイパス弁からの漏れが減少する。一方、第２の
吸気バイパス弁を開く場合には、第１及び第２圧
力作動室に第１コンプレツサの出口過給圧及び大
気圧がそれぞれ作用するために、応答性良く第２
の吸気バイパス弁が開く。これによりサージ現象
等が起きずに過給バランスを最適制御することが
できるので、出力性能及び燃費等の向上を図るこ
とができる。

また、軽負荷時には第２コンプレツサの出口過
給圧が大気圧と大差がない程度に低くなるので、
第１のアクチユエータが第１の吸気バイパス弁を
開き、吸気は第１コンプレツサ及び第２コンプレ
ツサの双方をバイパスする第１の吸気バイパス通
路を通つて直接にエンジンへ供給されることによ
り、給気抵抗が減少してエンジンの回転数の立ち
上りが良くなる。

〔実施例〕

以下、図示実施例に基づき本考案を説明する。

第１図は本考案の一実施例を示しているが、上
述した従来装置と実質的に同一の部分には第２図
と同一符号を付すことにより、その説明を省略す
る。

本実施例の二段ターボエンジンのバイパス制御
装置は、第１及び第２コンプレツサ５，６を迂回
する第１の吸気バイパス通路１５と、このバイパ
ス通路１５に介装された第１の吸気バイパス弁２
５とを有する。第１の吸気バイパス弁２５は、第
２コンプレツサ６の出口側に第３の連通路１０′
を介して連通された第１圧力作動室２５ａと、そ
れに対してダイアフラム２５ｄによつて隔てられ
内部に圧縮ばね２５ｅを具えていると共に大気開
放されている第２圧力作動室２５ｂとを有してい
る。したがつて、第１の吸気バイパス通路１５
は、第１圧力作動室２５ａ内の圧力（第２コンプ
レツサ６の過給圧P₆に略等しい）がダイアフラ
ム２５ｄに作用する力と、ばね２５ｅの付勢力と
の大小関係により開閉制御される。

第２の吸気バイパス弁２６を開閉駆動する第２
のアクチユエータ３６の第１圧力作動室３６ａ
と、第１コンプレツサ５の出口側とを連通する第
１の連通路９には電磁式の三方弁（第１の切換
弁）１７が介装される。三方弁１７は励磁されて
いないときには例えば白抜きのポート位置をとる
ように設定することができ、このとき第１圧力作
動室３６ａは大気に開放されるか、あるいは負圧
源（例えば、吸気マニホルドまたは吸気管の吸気
負圧領域）に連通される。他方、三方弁１７が励
磁されているときには黒塗りのポート位置をと
り、第１圧力作動室３６ａは第１コンプレツサ５
の出口側に連通される。

また、第２のアクチユエータ３６において、ダ
イアフラム３６ｄによつて第１圧力作動室３６ａ
と隔てられた第２圧力作動室３６ｂは、第２の連
通路１０を介して第２コンプレツサ６の出口側に
連通され、この連通路１０には電磁式の三方弁
（第２の切換弁）１８が介装される。三方弁１８
は励磁されていないときには例えば白抜きのポー
ト位置をとるように設定することができ、このと
き第２圧力作動室３６ｂは大気に開放される。他
方、三方弁１８が励磁されているときには黒塗り
のポート位置をとり、第２圧力作動室３６ｂは第
２コンプレツサ６の出口側に連通される。

さらに、第１コンプレツサ５の出口側の過給圧
P₅と第２コンプレツサ６の出口側の過給圧P₆と
の圧力の大小を検出するために、例えば圧力平衡
式の差圧計４１が設けられ、差圧計４１からは過
給圧P₅及びP₆の一致、あるいはいずれが大（ま
たは小）であるか等の信号S_ioが出力され、この
信号S_ioは制御コンピユータ５１に入力される。
ここで、差圧計４１に代えて、過給圧P₅及びP₆
の絶対値をそれぞれ測定する別個の例えば圧電式
の圧力計（図示せず）を設け、それらが出力する
アナログ信号に基づいて、Ａ／Ｄコンバータ（図
示せず）を介して制御コンピユータ５１内で比
較・演算処理をするようにしてもよい。ところ
で、前述した三方弁１７及び１８は、制御コンピ
ユータ５１からの出力制御信号S₁及びS₂によつ
て、それぞれ別個に制御される。

なお、ウエイストゲートバルブ２４のアクチユ
エータ３４の第１圧力作動室３４ａには、この第
１圧力作動室３４ａを大気に開放するか、あるい
は負圧源（吸気マニホルド等）に連通せしめる三
方弁１９が配設され、三方弁１９は制御コンピユ
ータ５１からの出力信号S₃により制御されるが、
これらの構成は本考案に必須のものではない。

以上の構成からなる本実施例は次のように作動
する。

まず、エンジン１の運転状態が軽負荷時にあつ
ては、第２コンプレツサ６の過給圧P₆が低く、
従つて第１のアクチユエータ２５′の第２圧力作
動室２５ｂ内に設けられたばね２５ｅの付勢力に
より、第１の吸気バイパス弁２５は開いたままと
なる。このため、第１及び第２コンプレツサ５及
び６を通る給気の流れに加えて、流路抵抗の極め
て小さい第１の吸気バイパス通路１５を十分な量
の空気が流れてエンジン１に供給される結果、エ
ンジン１の回転数の立上がりが極めて円滑とな
る。すなわち従来、軽負荷時には排気ガス量が絶
対的に少ないためコンプレツサ５，６による過給
が殆ど行われないか、あるいは行われても僅かで
あるため、却つてコンプレツサ５，６自体が流路
抵抗となり、エンジン１への十分な給気が阻害さ
れがちであつたが、第１の吸気バイパス通路１５
を設けることによつてエンジン１には十分な量の
吸気が無理なく供給される。

そして、エンジン１の運転状態が徐々に活発化
し、過給が進んで第２コンプレツサ６の出口の過
給圧P₆が所定値を越えると、その圧力が第１の
吸気バイパス弁２５を作動させる第１のアクチユ
エータ２５′の第１圧力作動室２５ａに作用して
ダイアフラム２５ｄを押圧し、それに対抗するば
ね２５ｅの付勢力に打ち勝つ結果、第１の吸気バ
イパス弁２５が閉じる。以後、過給圧P₆が前記
の所定値以上であれば第１の吸気バイパス弁２５
は閉じたままとなる。

次に、エンジン１の低速から中速域において
は、バイパス弁２６を開閉駆動する第２のアクチ
ユエータ３６の第１圧力作動室３６ａが三方弁１
７を介して大気に開放（または負圧源に連通）さ
れると共に、第２圧力作動室３６ｂは三方弁１８
を介して第２コンプレツサ６の出口側に連通され
ることによつて、内部に過給圧P₆が作用する。
このため、ばね３６ｅの力を強くしなくても第２
の吸気バイパス弁２６の締め切り圧を従来に比し
て極めて大きく維持することができ、従つて第２
の吸気バイパス弁２６からの過給気の漏れを殆ど
なくすることができる。このとき、締め切り圧を
増加させる観点から、第１圧力作動室３６ａは三
方弁１７を介して大気圧よりも負圧源に連通され
るようになつている方が好ましい。

他方、第２の吸気バイパス弁２６を開閉制御す
る必要があり得る高速域においては、例えば第１
及び第２コンプレツサ５，６による過給圧P₅，
P₆が所定値を越え、且つ両者が略一致するよう
な場合に、バイパス流れがないまま過給圧P₅が
さらに過給圧P₆を上回る（P₅＞P₆）ようなとき
にはバイパス弁２６を開く必要がある。このとき
前述の三方弁１７，１８は略同時に切換えられ、
第２のアクチユエータ３６の第１圧力作動室３６
ａは第１コンプレツサ５の出口側に連通されて内
部に過給圧P₅が供給されると共に、第２圧力作
動室３６ｂは大気に開放される。このため、第２
のアクチユエータ３６の第１圧力作動室３６ａ内
の圧力によつてダイアフラム３６ｄを押圧する力
が、第２圧力作動室３６ｂの内部のばね３６ｅに
よる付勢力に勝るように、過給圧P₅とばね３６
ｅの力との関係を予め所定の値に設定しておくこ
とにより、バイパス弁２６の開閉の切換えを迅速
且つ確実なものとすることができる。しかも第２
の吸気バイパス弁２６が開く直前まで高い締め切
り圧を維持しながらそれを一気に開くことがで
き、漏れを生じにくい応答性の優れた状態で第２
の吸気バイパス弁２６を開閉制御することが可能
となる。また、このとき第２タービン４を迂回す
るバイパス通路１４を設けたウエイストゲートバ
ルブ３４が、第２コンプレツサ６の過給圧P₆に
応動して開閉されて過給圧P₆が所定値となるよ
うに、すなわち過給圧P₅及びP₆が略一致（P₅≒
P₆）するように制御され得るため、サージ現象
等が起きることもない。前述の如く、ウエイスト
ゲートバルブ２４を開閉駆動するアクチユエータ
３４の第１圧力作動室３４ａは三方弁１９を介し
て大気に開放されるか、あるいは負圧源に連通さ
れるが、例えば第２の吸気バイパス弁２６の全開
時には第１圧力作動室３４ａを負圧源に連通し、
それ以外のときは大気に開放するように制御コン
ピユータ５１により三方弁１９を制御することに
よつて、より迅速に、且つ確実に第２コンプレツ
サ６の過給圧P₆を所定の値に近づけることがで
きる。しかしながら、このような構成は本考案を
実施する上で必須の要件でないことは前述の通り
である。

〔考案の効果〕

以上のように本考案においては、軽負荷時には
二つのコンプレツサを迂回する第１の吸気バイパ
ス通路を介して流路抵抗の少ないいわゆる自然給
気を行い得ると共に、所定値以上の中高負荷時に
は第１の吸気バイパス通路を閉じて、第２の吸気
バイパス通路を開閉することにより、過給バラン
スの調和維持を図り得ることから、軽負荷から高
負荷までのエンジン１の運転範囲の全域にわたつ
て極めて効果的に出力性能の改善と燃費の向上を
達成することができる。

また、本考案によれば、極めて応答性の優れた
精度の良いバイパス弁開閉制御を行うことができ
るので、サージ現象を起こさずに、運転状態に応
じて二基のターボチヤージヤの過給バランスを最
適に制御することができる結果、出力性能及び燃
費等が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る二段ターボエンジンのバ
イパス弁制御装置の一実施例の全体概略構成図、
第２図は従来の二段ターボエンジンのバイパス弁
制御装置の全体概略構成図である。 １……エンジン、３……第１タービン、４……
第２タービン、５……第１コンプレツサ、６……
第２コンプレツサ、１５……第１の吸気バイパス
通路、１６……第２の吸気バイパス通路、１７…
…三方弁（第１の切換弁）、１８……三方弁（第
２の切換弁）、２５……第１の吸気バイパス弁、
２５′……第１のアクチユエータ、２６……第２
の吸気バイパス弁、３６……第２のアクチユエー
タ、２５ａ，３６ａ……第１圧力作動室、２５
ｂ，３６ｂ……第二圧力作動室、４１……差圧
計、５１……制御コンピユータ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 吸入空気を加圧する第１のコンプレツサと、前
   記第１のコンプレツサによつて加圧された空気を
   更に加圧してエンジンに送る第２のコンプレツサ
   とを有し、前記第１のコンプレツサ及び前記第２
   のコンプレツサの双方を迂回する第１の吸気バイ
   パス通路と、前記第２のコンプレツサを迂回する
   第２の吸気バイパス通路とを形成し、前記第１の
   吸気バイパス通路に第１の吸気バイパス弁を、ま
   た前記第２の吸気バイパス通路に第２の吸気バイ
   パス弁をそれぞれ介装すると共に、それらの吸気
   バイパス弁を作動させるために前記第１の吸気バ
   イパス弁に第１及び第２の圧力作動室を有する第
   １のアクチユエータを、また前記第２の吸気バイ
   パス弁に第１及び第２の圧力作動室を有する第２
   のアクチユエータをそれぞれ付設し、前記第１の
   コンプレツサの出口側の圧力を前記第２のアクチ
   ユエータの前記第１の圧力作動室に導入する第１
   の連通路と、前記第２のコンプレツサの出口側の
   圧力を前記第２のアクチユエータの前記第２の圧
   力作動室に導入する第２の連通路と、前記第２の
   コンプレツサの出口側の圧力を前記第１のアクチ
   ユエータの前記第１の圧力作動室に導入する第３
   の連通路と、前記第１のアクチユエータの前記第
   ２の圧力作動室に大気圧を導入する大気連通路と
   を設け、前記第１及び第２の連通路に、前記第１
   のコンプレツサの出口側の圧力と前記第２のコン
   プレツサの出口側の圧力との圧力差に応動して、
   前記第１及び第２の連通路に前記各コンプレツサ
   の出口側の圧力と大気または負圧を切り換えて導
   入する第１及び第２の切換弁をそれぞれ介在さ
   せ、前記第２の吸気バイパス弁の開閉作動時に
   は、前記第２のアクチユエータの前記第１の圧力
   作動室と前記第２の圧力作動室との間に大きな差
   圧が得られるようにすると共に、過給が不要な軽
   負荷時には前記第１の吸気バイパス弁を開弁させ
   ることによつて、前記第１のコンプレツサ及び前
   記第２のコンプレツサの双方を迂回して吸気を直
   接に前記エンジンへ送り得るようにしたことを特
   徴とする二段ターボエンジンのバイパス弁制御装
   置。