JPH059463Y2

JPH059463Y2 -

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Publication number: JPH059463Y2
Application number: JP1985034624U
Authority: JP
Priority date: 1985-03-13
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1993-03-09
Anticipated expiration: 2000-03-13
Also published as: JPS61151041U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野本考案は、エンジンの運転状態に応じて排気ガ
スタービンのノズル面積を変化させるようにした
可変容量ターボ過給装置に関する。

従来の技術トラツク、バス等の自動車のエンジンは、アイ
ドル回転数から最高回転数まで、極めて広い回転
数域にわたつて、しかも頻繁に回転数を変化しな
がら運転されているので、排気ガスタービンのノ
ズル面積を固定にしたターボ過給装置では、エン
ジンの運転状態に応じたターボ効果を得ることが
できない。

このため、タービン入口圧力を高めるべくノズ
ル面積を可変にする複数の可動ベーンを有する構
造の可変容量ターボ過給装置がある。この装置
は、エンジンの低速高負荷運転時に、またアクセ
ルペダル踏力を解除し且つクラツチペダルを踏み
込んだギヤシヤフト時に、ノズル面積を小とする
ように、ノズル面積が制御されるようになつてい
る。

考案が解決しようとする課題しかし、このような従来のターボ過給装置にお
いては、アクセルペダルを僅かに踏み込んでギヤ
シフトするような発進時には、もはやアクセルペ
ダルは解除状態ではなくなつているため、ノズル
面積を絞る制御が行われず、従つてタービン回転
数の低下により発進加速性が損なわれるという問
題がある。

また、低負荷時にはノズル面積が大となつてい
るので、低負荷状態から加速しようとする場合
に、タービンロータの回転上昇の遅れによりター
ボ効果が有効に得られないという問題がある。

本考案は、上記問題点を解決するためになされ
たもので、運転状態に応じて常に良好なターボ効
果を得るように、排気ガスタービンのノズル面積
を制御できるようにした可変容量ターボ過給装置
を提供することを目的としている。

課題を解決するための手段この目的を達成するため、本考案による可変容
量ターボ過給装置は、単一タービンロータを収容
するタービンハウジングの排気マニホルドとの接
続部に上記接続部から上記タービンロータ近傍ま
で延びるように形成され上記排気マニホルドとタ
ービンハウジングとを連通せしめる少なくとも有
効通路断面が大と小の２つの排気通路、上記排気
通路の排気マニホルド側の開口周縁部全周に設け
られた弁座、上記排気マニホルドに配設され各々
が上記弁座と面一に当接し得る当接面を有し該当
接面が上記弁座に密接されて上記排気通路を気密
に閉鎖し得る２つの弁装置、アクセル開度量が所
定値を下回つた時、エンジン回転数が所定のエン
ジン回転数以下の時及びエンジン回転数が上記所
定のエンジン回転数を超えた場合にあつては過渡
運転時のいずれか１つの条件が成立した時に上記
弁装置を制御し上記排気通路のうちで有効通路断
面が大である方の排気通路を閉じるとともに有効
通路断面が小である方の排気通路を開かしめター
ビンロータを高回転に維持せしめる制御手段を備
えたことを特徴としている。

作用アイドル回転数を含む所定のエンジン回転数以
下の低回転域においては、無条件に有効通路断面
大の排気通路が閉じられるとともに有効通路断面
小の排気通路が開かれるように弁装置が制御さ
れ、タービンロータが高回転に維持されているの
で、上述の如き発進時や低負荷状態からの加速時
において良好な発進加速性が得られる。

また、エンジン回転数が所定のエンジン回転数
を超えた場合にあつては、変速時等のエンジン回
転数が低下するような過渡運転時には、排気通路
の有効通路断面が小さくなるように弁装置が制御
され、タービンロータが高回転に維持されるの
で、良好な過渡応答性が得られる。

さらに、アクセル開度量が所定値よりも小さく
なると、無条件に排気通路の有効通路断面が小と
なるように弁装置が制御され、排気の流通抵抗が
増大されるので、高速走行時等エンジン回転数が
高い状態からアクセルペダルを戻すことによりエ
ンジンブレーキを効果的に働かせることができ
る。

実施例以下、本考案の実施例について添付図面を参照
して説明する。

第１図において、１０は可変容量ターボ過給装
置を総括的に示すものであつて、１２はその排気
ガスタービン、１４は排気ガスタービン１２によ
つて駆動されるコンプレツサである。排気ガスタ
ービン１２はタービンロータ１６を収容するター
ビンハウジング１８を具え、該ハウジング１８の
内部には、半径方向の隔壁２０によつてロータ軸
線方向に区分された夫々有効通路断面即ち流量特
性を異にした排気通路、即ちスクロールＡ，Ｂが
設けられている。

タービンハウジング１８の排気ガス入口２２に
は、エンジンの排気装置即ち排気マニホルド２６
が連結されている。

また、排気ガス入口２２には、隔壁２０の延長
部分によつて区分され夫々排気通路Ａ，Ｂに連続
する通路の各々に弁装置が設置されている。各弁
装置は排気通路Ａ，Ｂを開閉する弁部材３４ａ，
３４ｂを有し、該弁部材３４ａ，３４ｂは、ター
ビンハウジング１８の排気ガス入口２２における
排気通路Ａ，Ｂの入口開口２２ａ，２２ｂの周縁
部全周に設けられた弁座３２ａ，３２ｂと面一に
当接し得る当接面を有していて、入口開口２２
ａ，２２ｂを気密に閉鎖することができる。弁部
材３４ａ，３４ｂはその背面に突軸３６ａ，３６
ｂを具え、該突軸は半径方向に十分な遊隙を存し
て揺動腕３８ａ，３８ｂの自由端部に支持され、
揺動腕３８ａ，３８ｂは排気マニホルド２６に支
持軸４０ａ，４０ｂを介して枢支されている。流
体圧源からの作動圧の制御で作動されるアクチユ
エータにより、揺動腕３８ａ，３８ｂが揺動され
て弁部材３４ａ，３４ｂを開閉作動させることが
できる。

タービンハウジング１８の排気ガス導入部分
に、隔壁２０によつて仕切られた流量特性の異な
る大、小の排気通路Ａ，Ｂを設けた上記可変容量
ターボ過給装置は、第２図に示されているエンジ
ンの検知された回転数と負荷との関係を基にし
て、入口開口２２ａ，２２ｂの夫々を開閉制御す
る弁装置をコントローラ５２により選択的に制御
することによつて、排気ガスタービンの効果的な
運転を可能にするものである。

即ち、本考案の可変容量ターボ過給装置は、エ
ンジンの低速高負荷運転時（第２図のB₁領域）
には、弁部材３４ａが閉鎖され且つ弁部材３４ｂ
が開かれて、排気マニホルド２６からの排気ガス
が、タービンハウジング１８の入口開口２２ｂか
ら、流量特性の小さい排気通路Ｂを通つてタービ
ンロータ１６の羽根に作用し、排気ガスタービン
１２を効率的に運転させる。

また、エンジンの中速高負荷運転時（第２図の
B₂領域）には、弁部材３４ａが開き且つ弁部材
３４ｂが閉じられて、上記とは逆の態様で、流量
特性の大きい排気通路Ａからタービンロータ１６
に排気ガスが供給されて、排気ガスタービン１２
を運転させる。

さらに、エンジンの高速高負荷運転時、また低
負荷運転時にはエンジン回転数の如何にかかわり
なく（第２図のB₃領域）、２つの弁部材３４ａ，
３４ｂが共に開かれ、流入した排気ガスは、夫々
タービンハウジングの入口開口２２ａ，２２ｂに
流入し、排気通路Ａ，Ｂの両方からタービンロー
タ１６に供給されて、排気ガスタービン１２を運
転させる。

また、弁部材３４ａ，３４ｂを同時に閉作動さ
せた場合には、エキゾーストブレーキ効果を得る
ことができる。

本考案においては、排気ガスタービンの弁装置
を作動するアクチユエータは、エンジンの回転数
及び負荷（即ちアクセル開度）の状態に加え、ア
クセルペダルの踏み込み状態を検知するアクセル
ペダルセンサからの信号にも応じて、コントロー
ラ５２により制御されて、より良い排気ガスター
ビンの制御を行うようになつている。

即ち、第２図の作動特性図及び第４図、第５図
の運転モード図に示すように、エンジン回転数が
予め設定された低回転数Neo以下の場合には、ア
クセルペダルの踏み込み状態あるいは負荷状態の
如何にかかわらず、排気ガスタービン１２がその
流路面積を最小の状態B₁に設定されて運転され
る。

このように設定することにより、第２図におけ
る領域B₁が大幅に拡張されることとなり、その
結果、車両を停止状態から通常の態様で発進させ
る場合のみならず、アクセルペダルを僅かに踏み
込んでギヤシフトするような発進時にも、タービ
ンロータ１６を高回転に維持して、コンプレツサ
１４のブースト圧の立上りを早くさせ、車両の発
進加速性を改善することができる。また、低負荷
状態から加速しようとする場合に、タービンロー
タ１６は既に高速回転状態にあり、従つてターボ
効果が有効に作用して良好な応答性が得られる。

一方、エンジン回転数がNeo以上のときには、
アクセルペダルセンサが作動すると、つまり、ア
クセルペダルの踏み込みが解除されると、第４
図、第５図に示すように、排気ガスタービン１２
がその流路面積を最小の状態B₁に設定されて運
転される。この結果、タービンロータ１６が高回
転に維持されているので、ギヤチエンジ後に再度
アクセルペダルが踏み込まれた場合に、コンプレ
ツサ１４のブースト圧が、回転数及びトルクも落
ち込みがさほど起きない状態から立上るので、ギ
ヤチエンジ後の過渡応答性が改善されることにな
る。

なお、第４図でわかるように、Ne＞Neoにお
いて、アクセルペダル解放後に再び踏み込んでか
らの所定時間ｔは、流路面積を最小の状態B₁に
維持するようにしてもよい。

また、本考案によると、第３図に示すように、
アクセルペダルのアクセル開度に応じて排気ガス
タービン１２の弁装置を制御することができる。
即ち、アクセル開度が第１設定値α₁より小さくエ
ンジン負荷が小さい低負荷運転時には、エンジン
回転数の如何にかかわらず、排気ガスタービン１
２がその流路面積を最小の状態B₁に設定されて
運転されるようになつている。アクセル開度が第
１設定値α₁あるいは第２設定値α₂よりも大きい場
合には、排気ガスタービン１２は、第２図の特性
図と同様に、その流路面積を制御される。

このように設定することにより、アクセル開度
が小さくエンジン負荷が小さい場合には、排気ガ
スタービン１２の流路面積が最小の状態B₁に保
持されているので、排気ガスタービンに導入され
る排気ガスの流速を従来に比べ著しく高めること
ができる。そのため、アクセル踏み込み時即ちエ
ンジン負荷の増大時にタービンロータ１６の回転
速度を高めることができ、コンプレツサ１４のブ
ースト圧の立上りを早め、エンジンの応答性を向
上させることができる。また、高速走行時等エン
ジン回転数が高い状態からアクセルペダルを戻
し、アクセル開度を第１設定値α₁以下にすること
により、流路面積が最小の状態B₁となるので、
タービン側に導入される排気ガスの流通抵抗が急
激に上昇し、エンジンブレーキを効果的に働かせ
ることができる。

さらに、トラツク、バス等において、運転者が
ダブルクラツチ操作を行つてシフトダウン操作す
る場合に、トランスミツシヨンのニユートラルで
アクセルペダルを踏んでエンジン回転数を上げて
変速を行うが、この際にエンジン回転数と負荷の
みによる排気ガスタービン１２の制御であると、
アクセルペダルを踏んでエンジン回転数が上がつ
たときに、流量特性の大きい排気通路Ａが開いて
タービンロータ１６の回転数が下がり、次にアク
セルペダルを踏み込んだときのエンジンの応答性
が悪くなる。

このため、本考案では、トランスミツシヨンの
変速段信号のニユートラル信号にも応じて排気ガ
スタービン１２の弁装置を制御することができる
ようになつている。変速段のニユートラル信号が
検知されると、流量特性大の排気通路Ａの弁部材
３４ａが閉鎖され且つ流量特性小の排気通路Ｂの
弁部材３４ｂが開かれ、排気ガスタービン１２が
その流路面積を最小の状態B₁に設定されて運転
される。この結果、タービンロータ１６は高回転
に維持されて、次のアクセルペダルの踏み込み時
の応答性が向上することになる。

考案の効果本考案によれば、次のような効果を奏するもの
である。

(a) 排気通路の有効通路断面が大と小であるか
ら、流量特性が互いに異なり、ここでの排気流
量が弁装置の切換えにより有効通路断面がそれ
ぞれ大と小、大のみ、小のみの３通りに制御で
き、運転状態に応じて適切に弁装置を切換え制
御することにより、運転域の広範囲にわたつて
運転性能の向上が図れる。

(b) 弁装置は排気通路を気密に閉鎖するように弁
座に密接して、排気漏れを確実に防止している
ので、排気通路の流量特性に対応して運転状態
に応じた所望の特性が確実に得られる。

(c) 有効通路断面が小のみに制御された場合、有
効通路断面は総通路断面の半分よりも小さいの
で、ノズル出口の排気流速を極めて高くでき、
従つて発進時やエンジンの低回転域からの加速
時および走行中の過渡運転状態で変速等により
エンジン回転数が低下した時にも、高流速とな
つた排気によりタービンロータを高回転に維持
せしめることができ、エンジンの応答性の向上
が図れる。

(d) 高速走行時等エンジン回転数が高い状態から
アクセル開度量が所定値よりも小さくなるまで
アクセルペダルを戻すと、排気通路の有効通路
断面が小になるように弁装置が制御され、排気
流通抵抗が増大してエンジンブレーキを効果的
に働かせることができる。

(e) ダブルクラツチ操作を行つてシフトダウン操
作する場合に、トランスミツシヨンのニユート
ラルでアクセルペダルを踏んでエンジン回転数
を上げて変速を行う時にも、排気通路の有効通
路断面が小になるように弁装置が制御され、エ
ンジンの応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による可変容量ターボ過給装置
の縦断面図、第２図はエンジン回転数とトルクと
の関係を示すターボ過給装置の作動特性図、第３
図はエンジン回転数とアクセル開度との関係を示
すターボ過給装置の作動特性図、第４図及び第５
図はそれぞれターボ過給装置の運転モードを示す
図である。１０……ターボ過給機、１２……排気ガスター
ビン、１４……コンプレツサ、１６……タービン
ロータ、１８……タービンハウジング、２０……
隔壁、２２……排気ガス入口、２２ａ，２２ｂ…
…入口開口、２６……排気マニホルド、３２ａ，
３２ｂ……弁座、３４ａ，３４ｂ……弁部材、３
６ａ，３６ｂ……突軸、３８ａ，３８ｂ……揺動
腕、４０ａ，４０ｂ……支持軸、Ａ，Ｂ……排気
通路。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

単一タービンロータを収容するタービンハウジ
ングの排気マニホルドとの接続部に上記接続部か
ら上記タービンロータ近傍まで延びるように形成
され上記排気マニホルドとタービンハウジングと
を連通せしめる少なくとも有効通路断面が大と小
の２つの排気通路、上記排気通路の排気マニホル
ド側の開口周縁部全周に設けられた弁座、上記排
気マニホルドに配設され各々が上記弁座と面一に
当接し得る当接面を有し該当接面が上記弁座に密
接されて上記排気通路を気密に閉鎖し得る２つの
弁装置、アクセル開度量が所定値を下回つた時、
エンジン回転数が所定のエンジン回転数以下の時
及びエンジン回転数が上記所定のエンジン回転数
を超えた場合にあつては過渡運転時のいずれか１
つの条件が成立した時に上記弁装置を制御し上記
排気通路のうちで有効通路断面が大である方の排
気通路を閉じるとともに有効通路断面が小である
方の排気通路を開かしめタービンロータを高回転
に維持せしめる制御手段を備えたことを特徴とす
る可変容量ターボ過給装置。