JPH0751898B2 - ターボチャージャの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、車両に搭載されるターボチャージャの制御
装置に係り、詳しくは低速減においても良好な過給を実
施することができるターボチャージャの制御装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

最近のターボチャージャの進歩により小型、軽量、大出
力のものが使用可能となり、これらの高性能ターボチャ
ージャは、エンジンの低速減においても有効な過給を行
なうために、このような高性能難の低速用ターボチャー
ジャを採用した場合は、このターボチャージャがエンジ
ンの高速回転時に過大な回転速度とならないような対策
が必要になる。そこで、ターボチャージャのタービンに
対して迂回するバイパス通路を設け、このバイパス通路
の流通断面積をウェイストゲートバルブにより制御し、
エンジンの高速回転域では、バイパス通路を開いて、排
気ガスをタービンに対して迂回させ、ターボチャージャ
の回転速度が過大にならないようにしている。

従来のターボチャージャの制御装置（例：実開昭58−70
427号公報）では、圧力室をもつアクチュエータにより
ウェイストゲートバルブを操作するとともに、ターボチ
ャージャのコンプレッサより下流のブースト圧を圧力室
へ導いている。これにより、設定エンジン回転速度未満
ではウェイストゲートバルブが全閉状態になり、さら
に、設定エンジン回転速度以上になると、圧力室の圧力
がばねに打ち勝って、ウェイストゲートバルブが全開状
態になり、ターボチャージャの過大な回転を防止してい
る。また、電磁弁を設け、設定エンジン回転速度以上に
おいてアクチュエータの圧力室へブースト圧の代わりに
加圧空気源内の空気圧を供給するものもある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このような従来のターボチャージャの制御装置では、１
個の設定エンジン回転速度によりウェイストゲートバル
ブの開度が切り替わるのみであるので、設定エンジン回
転速度よりさらに小さいエンジン回転速度以下の領域で
は、タービン回転速度も低く、十分な過給圧が得られな
くなっている。

この発明の目的は、ターボチャージャの従来の制御装置
では、過給が不十分である非常に低いエンジン回転速度
領域における過給効果を高めることができるターボチャ
ージャの制御装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明では、ターボチャージャは、吸気通路に配設さ
れているコンプレッサと、排気通路に配設され前記コン
プレッサと一体的に回転するタービンとを備えている。
そして、このターボチャージャの制御装置は、前記ター
ビンが配設されている前記排気通路の部分に対して並列
に接続されているバイパス通路と、このバイパス通路の
流通断面積を制御するウェイストゲートバルブと、圧力
室をもちこの圧力室の圧力に応じて前記ウェイストゲー
トバルブを操作するアクチュエータと、第１の空気圧を
供給し得る第１の空気圧源と、前記第１の空気圧より大
きい第２の空気圧を供給し得る第２の空気圧源と、前記
アクチュエータの前記圧力室へ前記コンプレッサより下
流のブースト圧、前記第１の空気圧又は前記第２の空気
圧を選択的に導く電磁弁装置とを有している。電磁弁装
置は、第１のエンジン回転速度未満では前記圧力室への
前記ブースト圧を供給し、第１のエンジン回転速度以上
及び第２のエンジン回転速度未満の範囲では前記圧力室
へ前記第１の空気圧を供給し、第２のエンジン回転速度
以上では前記圧力室へ前記第２の空気圧を供給するよう
に、ブースト圧、第１及び第２の空気圧を制御する。

〔作用〕

第１のエンジン回転速度未満の領域では、すなわち低速
運転域では、アクチュエータの圧力室はコンプレッサよ
り下流のブースト圧を供給される。これにより、ウェイ
ストゲートバルブは全閉状態に保持され、排気ガスは、
バイパス通路へ流れずに、タービンを駆動する。この低
速運転域では、タービンを駆動する排気ガスの流量は、
エンジン回転速度の増大に伴って、増大し、タービン回
転速度は、エンジン回転速度の上昇に連れて、上昇す
る。

エンジン回転速度が第１のエンジン回転速度に達する
と、アクチュエータの圧力室は第１の空気圧源より第１
の空気圧を供給される。これにより、ウェイストゲート
バルブは半開状態となり、排気ガスの一部はバイパス通
路へ流れ、タービン回転速度は低下する。第１のエンジ
ン回転速度以上で第２のエンジン回転速度未満の領域に
おいて、すなわち中速運転域において、タービンを駆動
する排気ガスの流量は、エンジン回転速度の増大に伴っ
て、増大し、タービン回転速度は、エンジン回転速度の
上昇に連れて、上昇する。

エンジン回転速度が第２のエンジン回転速度に達する
と、アクチュエータの圧力室は第１の空気圧より高い第
２の空気圧を第２の空気圧源より供給される。これによ
り、ウェイストゲートバルブは全開状態となり、バイパ
ス通路へ流れる排気ガスの流量は増大し、タービン回転
速度は低下する。エンジン回転速度が第２のエンジン回
転速度よりさらに上昇すると、すなわち高速運転域で
は、タービンを駆動する排気ガスの流量は増大し、ター
ビン回転速度は、エンジン回転速度の上昇に連れて、上
昇する。

〔実施例〕

以下、この発明を図面の実施例について説明する。

第１図はターボチャージャを装備するエンジン10の全体
の構成図である。エンジン10は、燃焼室12における燃料
の燃焼により往復動するピストン14を備え、吸気通路16
及び排気通路18が燃焼室12へ接続されている。ターボチ
ャージャ20は、吸気通路16に配設され吸入空気を加圧す
るコンプレッサ22と、排気通路18内に配設され排気ガス
により回転させられるタービン24と、両端部においてそ
れぞれコンプレッサ22及びタービン24を固定されタービ
ン24の回転をコンプレッサ22へ伝達する軸26とを有して
いる。バイパス通路28は、タービン24が配設されている
排気通路18の部分に対して並列に接続され、ウェイスト
ゲートバルブ30はバイパス通路28の流通断面積を制御す
る。アクチュエータ32は、ダイヤフラム34により区画さ
れている圧力室36と、ダイヤフラム34を圧力室36の方へ
押圧する圧縮コイルばね38と、ダイヤフラム34の運動に
よりウェイストゲートバルブ30を操作するロッド40とを
有している。切換弁式の第１の電磁弁42は、２個の入力
ポートをそれぞれ、管路44を介してコンプレッサ22より
下流の吸気通路16の個所へ、及び管路46を介して第２の
電磁弁48の出力ポートへ、それぞれ接続されているとと
もに、１個の出力ポートを、管路50を介してアクチュエ
ータ32の圧力室36へ接続され、管路44,46の一方を選択
的に管路50へ接続する。エアタンク52は、加圧空気を貯
蔵し、管路54,56を介して第２の電磁弁48の２個の入力
ポートへ接続されている。第２の電磁弁48は、切換弁式
であり、管路54,56の一方を選択的に管路46へ接続す
る。第１の減圧弁58及び第２の減圧弁60は、それぞれ管
路54,56に設けられ、エアタンク52からの加圧空気をそ
れぞれ第１の空気圧及び第２の空気圧（第１の空気圧＜
第２の空気圧）に減圧して、第２の電磁弁48へ送る。マ
イクロコンピュータ62は、エンジン回転速度及びエンジ
ン負荷等のデータを入力され、これらのデータに基づい
て第１の電磁弁42及び第２の電磁弁48へ制御信号を送
る。

第２図は第１図のターボチャージャ20の制御装置におけ
るエンジン回転速度とタービン回転速度との関係を示し
ている。第２図を参照して、実施例の作用について説明
する。

第１のエンジン回転速度N1未満の領域では、マイクロコ
ンピュータ62からの制御信号により、第１の電磁弁42は
管路50へ管路44を接続し、アクチュエータ32の圧力室36
はコンプレッサ22より下流のブースト圧を供給されてい
る。これにより、アクチュエータ32においてダイヤフラ
ム34は圧縮コイルばね38により圧力室36の方へ変位さ
れ、ウェイストゲートバルブ30は全閉状態に保持される
ので、排気ガスは、バイパス通路28へ流れずに、タービ
ン24を駆動する。この低速回転域では、タービン24を駆
動する排気ガスの流量は、エンジン回転速度の増大に伴
って、増大し、タービン回転速度は、エンジン回転速度
の上昇に連れて、上昇する。

エンジン回転速度が第１のエンジン回転速度N1に達する
と、マイクロコンピュータ62からの制御信号により、第
１の電磁弁42は管路50へ管路46を接続し、第２の電磁弁
48は管路46へ管路54を接続する。これにより、アクチュ
エータ32の圧力室36は第１の減圧弁58からの第１の空気
圧を供給され、アクチュエータ32においてダイヤフラム
34は圧縮コイルばね38に抗して少し戻され、ウェイスト
ゲートバルブ30は半開状態となる。この結果、排気ガス
の一部はバイパス通路28へ流れ、タービン回転速度は第
１のエンジン回転速度N1において低下する。第１のエン
ジン回転速度N1以上で第２の回転速度N2未満の領域にお
いて、タービン24を駆動する排気ガスの流量は、エンジ
ン回転速度の増大に伴って、増大し、タービン回転速度
は、エンジン回転速度の上昇に連れて、上昇する。

エンジン回転速度が第２の回転速度N2に達すると、マイ
クロコンピュータ62からの制御信号により、第１の電磁
弁42は管路50へ管路46を接続し、第２の電磁弁48は管路
46へ管路56を接続する。これにより、アクチュエータ32
の圧力室36は第２の減圧弁60からの第２の空気圧を供給
され、アクチュエータ32においてダイヤフラム34は圧縮
コイルばね38に抗して十分に戻され、ウェイストゲート
バルブ30は全開状態となる。この結果、バイパス通路28
へ流れる排気ガスの流量は増大し、タービン回転速度は
低下する。エンジン回転速度が第２の回転速度N2よりさ
らに上昇すると、タービン24を駆動する排気ガスの流量
は増大し、タービン回転速度は、エンジン回転速度の上
昇に連れて、上昇する。

なお、第２図において破線は、第１図の第２の電磁弁4
8,54及び第１の減圧弁58を省略し、管路56を管路46へ直
接接続したときの、エンジン回転速度とタービン回転速
度との関係を示し、従来技術のように、第１のエンジン
回転速度N1以上で第２のエンジン回転速度N2未満の範囲
において、第２のエンジン回転速度N2以上の範囲と同様
に第２の空気圧をアクチュエータ32の圧力室36へ供給す
る場合には、この範囲においてもウェイストゲートバル
ブ30が全開状態になり、タービン回転速度は許容最大回
転速度Ｔより大幅に低い値となり、過給効率が低くな
る。

〔発明の効果〕

この発明では、ウェイストゲートバルブを操作するアク
チュエータの圧力室は、コンプレッサより下流のブース
ト圧、第１の空気圧源からの第１の空気圧、又は第２の
空気圧源からの第２の空気圧をエンジン回転速度に応じ
て供給され、ターボチャージャの過大な回転速度を回避
しつつ、エンジン回転速度の全範囲において最大許容回
転速度に近い回転速度でタービンを回転させることがで
きる。したがって、従来は１個の設定エンジン回転速度
により、それ未満及び以上ではそれぞれウェイストゲー
トバルブの開度が閉か開かになっていたために、ウェイ
ストゲートバルブの閉の領域におけるエンジン回転速度
の低い方の範囲において、ターボチャージャが最大許容
回転速度よりはるかに低い回転速度で駆動されていたの
に対し、この発明では、そのような運転域においても、
大きなタービン回転速度、したがって過給圧を得ること
ができ、非常に低いエンジン回転速度域における過給効
果を改善することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の実施例に関し、第１図はターボチャー
ジャを装備するエンジンの全体の構成図、第２図は第１
図のターボチャージャの制御装置におけるエンジン回転
速度とタービン回転速度との関係を示すグラフである。 16……吸気通路、18……排気通路、20……ターボチャー
ジャ、22……コンプレッサ、24……タービン、28……バ
イパス通路、30……ウェイストゲートバルブ、32……ア
クチュエータ、36……圧力室、42……第１の電磁弁（電
磁弁装置）、48……第２の電磁弁（電磁弁装置）、58…
…第１の減圧弁（第１の空気圧源）、60……第２の減圧
弁（第２の空気圧源）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路に配設されているコンプレッサ
   と、排気通路に配設され前記コンプレッサと一体的に回
   転するタービンとを備えるターボチャージャにおいて、
   前記タービンが配設されている前記排気通路の部分に対
   して並列に接続されているバイパス通路と、このバイパ
   ス通路の流通断面積を制御するウェイストゲートバルブ
   と、圧力室をもちこの圧力室の圧力に応じて前記ウェイ
   ストゲートバルブを操作するアクチュエータと、第１の
   空気圧を供給し得る第１の空気圧源と、前記第１の空気
   圧より大きい第２の空気圧を供給し得る第２の空気圧源
   と、前記アクチュエータの前記圧力室へ前記コンプレッ
   サより下流のブースト圧、前記第１の空気圧又は前記第
   ２の空気圧を選択的に導く電磁弁装置とを有し、第１の
   エンジン回転速度未満では前記圧力室への前記ブースト
   圧を供給し、第１のエンジン回転速度以上及び第２のエ
   ンジン回転速度未満の範囲では前記圧力室へ前記第１の
   空気圧を供給し、第２のエンジン回転速度以上では前記
   圧力室へ前記第２の空気圧を供給することを特徴とする
   ターボチャージャの制御装置。