JPH0791997B2 - タ−ボ過給機の可変ノズル制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はタービンに排気ガスを導びく導入口に開閉弁機
構を設けたターボ過給機の可変ノズル制御装置に関す
る。

＜従来の技術＞ ターボ過給機は、エンジンからの排気ガスの通路内に配
設されたタービンと、このタービンに連結されると共に
エンジンへの吸入空気の通路内に配設されたコンプレツ
サとを備え、エンジンから排出される排気ガスによりタ
ービンが回転駆動されるに伴なつてコンプレツサを回転
駆動し、エンジンの燃焼室へ多量の吸入空気を送給する
ものである。

ところで、上記の如き従来のターボ過給機にあつては、
エンジン回転数が小さいとき、すなわち排気ガスの流量
が少ないときにはタービンの回転速度が低下するため、
吸入空気量の十分なる増大機能を発揮できないという問
題があつた。

そこで、本願出願人は上記問題を解決することを目的と
して、既に第４図に示すような可変ノズル式のターボ過
給機を開発した。

第４図に示すように、ターボ過給機はエンジンの排気ガ
スの排気通路内に配設されたタービン１とエンジンの吸
気通路内に配設されたコンプレツサとから形成されてお
り、エンジンの排気ガスによつてタービン１が回転駆動
され、このタービン１の駆動にともないタービン１と同
軸上に装着されたコンプレツサを回転駆動し、エンジン
の燃焼室内に供給される吸入空気の充填効率を高める構
成になつている。また、タービン１の排気ガスの導入口
には開閉弁機構２が配設されている。この開閉弁機構２
は可動リング３、複数の可動ベーン４…および各可動ベ
ーン４…を可動リング３に連結する複数の連結ロツド５
…によつて形成されている。前記各可動ベーン４…はそ
れぞれピン６…を中心に回動可能に設けられており、可
動リング３が第４図中で時計方向に回動する動作にとも
ない各可動ベーン４…がピン６…を中心に時計方向に回
動操作されるとともに、可動リング３が反時計方向に回
動する動作にともない各可動ベーン４…がピン６…が中
心に反時計方向に回動操作されるようになつている。こ
の開閉弁機構２は駆動機構７によつて駆動されるように
なつている。この駆動機構７はアクチュエータであるシ
リンダ８、第1,第２の各電磁切換弁9,10およびエアタン
ク11によつて形成されている。前記シリンダ８の内部に
は第1,第２の各ピストン12,1が配設されているととも
に、第1,第２の各ストツパ14,15がそれぞれ設けられて
いる。第１のストツパ14はシリンダ８内の中間部に取付
けられており、第１のストツパ14によつてシリンダ８の
内部に第1,第２の各圧力室16,17がそれぞれ形成されて
いる。第２のストツパ15は第２の圧力室17側の端面に突
設されている。第１の圧力室16の内部には第１のピスト
ン12が、第２の圧力室17の内部には第２のピストン13が
それぞれ配置されている。第１のピストン12のピストン
ロッド12aは第１のストツパ14の中央に設けられた挿通
孔18内に挿通されており、このピストンロツド12aが挿
通孔18にガイドされた状態で第１のピストン12が第１の
圧力室17内で往復動作を行なうようになつている。第２
のピストン13のピストンロツド13aはシリンダ８の第２
の圧力室17側の端面に設けられた挿通孔19を介して外部
に突出されており、連結部材20を介して可動リング３に
連結されている。この第２のピストン13のピストンロツ
ド13aにはコイルばね21が巻装されている。そして、第
２のピストン13は第２の圧力室17内で往復動作可能にな
つているとともに、常時はこのコイルばね21の付勢力に
よつて第１のストツパ14に押し付けられた状態で保持さ
れている。シリンダ８には第１の圧力室16側の端面に第
１の通気孔22、第２の圧力室17側の周壁面に第２の通気
孔23がそれぞれ形成されている。そして、第１の通気孔
22には第１の送気管24の一端部、第２の通気孔23には第
２の送気管25の一端部がそれぞれ連結されている。第１
の送気管24の他端部は第１の電磁切換弁９、第２の送気
管25の他端部は第２の切換弁10にそれぞれ連結されてい
る。第１の電磁切換弁９には排気管26および第３の送気
管27、第２の電磁切換弁10には排気管28および第４の送
気管29がそれぞれ連結されている。そして、第１の電磁
切換弁９によつて第１の送気管24と排気管26とが連通さ
れた状態または第１の送気管24と第３の送気管27とが連
通された状態にそれぞれ切換操作されるとともに、第２
の電磁切換弁10によつて第２の送気管25と排気管28とが
連通された状態または第２の送気管25と第４の送気管29
とが連通された状態にそれぞれ切換操作されるようにな
つている。前記第３および第４の各送気管27,29はそれ
ぞれ連通されているとともに、それぞれエアタンク11か
らエアが供給されるようになつている。そして、第1,第
２の各電磁切換弁9,10が第1,第２の各送気管24,25と各
排気管26,28とをそれぞれ連通された状態に切換操作さ
れた場合には第２のピストン13はコイルばね21の付勢力
によつて第１のストツパ14に押し付けられた基準位置に
保持されるようになつている。また、第１の電磁弁９が
第１の送気管24と第３の送気管27とを連通させた状態に
切換操作されるとともに第２の電磁切換弁10が第２の送
気管25と排気管28とを連通させた状態に切換操作された
場合にはエアタンク11から第3,第１の各送気管27,24を
介して第１の圧力室16内に供給されるエアによつて第１
のピストン12が第１のストツパ14に押し付けられるとと
もに、この第１のピストン12のピストンロツド12aによ
つて第２のピストン13がコイルばね21の付勢力に抗して
移動され、第２のピストン13が第1,第２の両ストツパ1
4,15間の第１の変位位置で保持されるようになつてい
る。第1,第２の各電磁切換弁9,10が第1,第２の各送気管
24,25と第3,第４の各送気管27,29とをそれぞれ連通させ
た状態に切換操作された場合にはエアタンク11から第3,
第１の各送気管27,24を介して第１の圧力室16内にエア
が供給されるとともに、第4,第２の各送気管29,25を介
して第２の圧力室17内にもエアが供給されるので、第２
のピストン13が第２のストツパ15に押し付けられた第２
の変位位置で保持されるようになつている。したがつ
て、第２のピストン13は第1,第２の各電磁切換弁9,10の
切換操作にもとづき基準位置、第１の変位位置および第
２の変位位置の３段階に移動操作されるようになつてお
り、この第２のピストン13が基準位置に保持されている
場合には可動リンク３および各可動ベーン４…はその開
度が最大となり、タービン１の排気ガス導入口の開口面
積を大きく開いた通常状態で保持され、また、第２のピ
ストン13が第２の変位位置に移動操作された場合には第
２のピストン13の移動動作にともない可動リング３が第
１図中で時計方向に回動されるとともに各可動ベーン４
…がピン６…を中心にそれぞれ時計方向に回動され、そ
の開度が最小となつてタービン１の排気ガス導入口の開
口面積を絞つた絞り状態で保持され、また、第２のピス
トン13が第１の変位位置に移動操作された場合には第２
のピストン13の移動動作にともない可動リング３および
各可動ベーン４…がそれぞれ中間状態に移動操作され、
その開度が最大と最小の中間であるタービン１の排気ガ
ス導入口の開口面積を通常状態と絞り状態との間の状態
に絞つた中間絞り状態で保持されるようになつている。

一方、30は自動車本体のアクセルペダル、31はこのアク
セルペダル30のアクセル開度からエンジン負荷を検出す
る負荷センサ、32はエンジンの回転数Neを検出する回転
数センサである。これらの負荷センサ31および回転数セ
ンサ32からの出力信号はコントローラ33に入力されるよ
うになつている。このコントローラ33はエンジンの回転
数およびエンジン負荷に応じて駆動機構７を制御するも
のである。すなわち、エンジン負荷を検出して、このエ
ンジン負荷が所定値（例えば65％）未満であれば駆動機
構７を制御して可動ベーン４…を前記通常状態に保持す
る。これは、低負荷領域では吸入空気過剰率が十分に大
きく、良好な燃焼が行われるためであり、可動ベーン４
…を前記絞り状態や前記中間絞り状態としてタービン１
の排気ガス導入口の開口面積を絞ると、かえつて吸排気
のポンピング損失が増大して燃費を悪化させてしまうか
らである。

一方、エンジン負荷が所定値以上である場合には、エン
ジン回転数Neを検出して所定値Ne₁,Ne₂,（但し、Ne₁＞N
e₂、例えばNe₁＝1350rpmNe₂＝1750rpm）と比較する。そ
して、Ne＜Ne₁、すなわちエンジン回転数が極めて小さ
いときには、可動ベーン４…を絞り状態に保持する。こ
の結果、第５図中実線で示すように、エンジン回転数の
増大に対応して、エンジンの燃焼室への吸入空気圧（以
下、ブースト圧という）Pbが大きな増大率にて増大し、
吸入空気量の十分なる増大機能が奏せられる。また、Ne
₁≦Ne＜Ne₂,Ne≧Ne₂のときには、可動ベーン４…をそれ
ぞれ中間絞り状態，通常状態に保持する。この結果、第
５図に実線で示すように、エンジン回転数のそれぞれに
適した増大率にてブースト圧Pbが増大し、十分なる増大
機能にて吸入空気量が増大される。

＜発明が解決しようとする問題点＞ 上述した可変ノズル式のターボ過給機は、定常状態にお
いては第５図中実線で示すような特性を奏し、十分なる
吸入空気量の増大機能を達成するものであるが、例えば
車両の発進加速時や追抜き加速時等のようにエンジン負
荷が小さく且つブースト圧が低い状態から一気にアクセ
ルペダルを踏込むような過渡時にあつては次のような不
具合があつた。すなわち、第５図中に点線で示すよう
に、ブースト圧Pbが十分に上昇していないにもかかわら
ず、エンジン回転数Neの増大に応じて可動ベーンの開度
が最大側へ移行してしまい、ターボ過給機による所期の
加速性能を得られなかつた。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、燃費を
悪化させることなく発進加速性能や追抜加速性能等の過
度時における性能向上を達成するターボ過給機の可変ノ
ズル制御装置を提供すること目的とする。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明に係るターボ過給機の可変ノズル制御装置は、エ
ンジンからの排気ガスによつて駆動されるターボ過給機
のタービンへ該排気ガスを導びく導入口に配設された開
閉弁機構と、前記開閉弁機構を駆動して前記導入口の面
積を可変する駆動機構と、エンジン回転数を検出する回
転数センサと、エンジン負荷を検出する負荷センサと、
前記ターボ過給機から前記エンジンへ送給される吸気空
気圧を検出するブースト圧センサと、前記エンジンと前
記タービンとの間の排気ガス圧を検出する排気圧センサ
と、前記回転数センサ、前記負荷センサ、前記ブースト
圧センサ及び前記排気圧センサからの出力信号が入力さ
れて、エンジン負荷が所定値以上である場合において吸
入空気圧が所定値以上若しくは吸入空気圧が所定値未満
且つ排気ガス圧が所定値以上のときには前記駆動機構を
制御してエンジン回転数の増大に対応して前記導入口の
面積を増大させる一方、エンジン負荷が所定値以上であ
る場合において吸入空気圧が所定値未満且つ排気ガス圧
が所定値未満のときには前記駆動機構を制御してエンジ
ン回転数に係わらず前記導入口の面積を最小の状態に保
持させるコントローラとを備えたことを特徴とする。

＜作用＞ エンジン負荷が所定値以上の場合において、吸入空気圧
（ブースト圧）が所定値未満且つ排気ガス圧が所定値未
満であるときには、エンジン回転数に係わらずタービン
の排気ガス導入口の開口面積を最小の状態に保持し、ブ
ースト圧の増大率を大きくして発進加速性能等の向上を
達成する。また、このように制御するのは、排気ガス圧
が所定未満のときとして排気ガス導入口の開口面積を最
小に絞つてしまうことにより排気ガス圧が所定値以上と
ならないようにしているため、排気ガス圧が高圧状態と
なることにより生ずる燃費の悪化をも防止している。

＜実施例＞ 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
尚、従来と同一部分については同一符号を付して重複す
る説明は省略する。

本実施例に係るターボ過給機の可変ノズル制御装置の概
略構成を表す第１図に示すように、従来のものに較べ
て、ブースト圧Pbを検出するブースト圧センサ41と、エ
ンジンの排気気口とタービン１への排気導入口との間に
おける排気ガス圧を検出する排気圧センサ42とが設けら
れている。ブースト圧センサ41は例えばエンジンのイン
テークマニホウルド内からブースト圧Pbを検出し、排気
圧センサ42はエグゾーストマニホウルド内、例えばター
ビン１への排気導入口部分での排気ガス圧Pitを検出す
る。

また、コントローラ40にはブースト圧センサ41、排気圧
センサ42それぞれからの出力信号も入力されるようにな
つており、従つて、このコントローラ40は従来のコント
ローラ33に較べてブースト圧Pb及び排気ガス圧Pitに基
づいた制御機能が付加されている。尚、コントローラ40
のその他の機能は前記コントローラ33と同一である。

上記構成の可変ノズル制御装置の作用は第２図に示すフ
ローチャートに従つてなされる。

まず、エンジン負荷を検出して、このエンジン負荷が所
定値（例えば65％）未満であれば、駆動機構７を制御し
て可動ベーン４…を開度最大の状態（通常状態）に保持
する。一方、エンジン負荷が所定値以上である場合に
は、ブースト圧Pbを検出して最大ブースト圧Pb maxと比
較する。ここに、最大ブースト圧Pb maxはエンジンのシ
リンダ筒内圧上限等の条件から、エンジンの機種毎に定
められるものであるが、他の条件により適宜定めても良
い。この比較の結果、Pb≧Pb maxの場合にはエンジン回
転数Neを検出して所定値Ne₂と比較し、駆動機構７を制
御して、Ne＜Ne₂のときには可動ベーン４…を中間の開
度（中間絞り状態）に、Ne≧Ne₂のときには可動ベーン
４…を最大の開度に保持する。この結果、第３図中実線
で示すように、最大ブースト圧Pb max以下の範囲でエン
ジン回転数Neの増大に応じて大きな増大率にてブースト
圧Pbが増大し、吸入空気量の十分なる増大機能が奏せら
れる。

また、前記比較の結果、Pb＜Pb maxの場合には、排気ガ
ス圧Pitを検出して最大排気ガス圧Pitmaxと比較する。
ここに、最大排気ガス圧Pitmaxは燃費悪化を引き起さな
い範囲の最大値であり、エンジンの機種毎に定められる
ものである。この比較の結果、Pit＜Pitmaxの場合には
駆動機構７を制御して、可動ベーン４…をエンジンの回
転数Neに係わりなく最小の開度（絞り状態）に保持す
る。この結果、ブースト圧Pbはエンジン回転数の増大に
伴つて極めて大きな増大率にて増大することとなる。従
つて、発進加速時や追抜き加速時等のようにブースト圧
が低い状態から一気にアクセルペダルを踏込むような過
渡時にあつても、第３図中点線で示すようにブースト圧
Pbの増大が持続され、燃費を悪化させることなくターボ
過給機による所期の加速性能を得ることができる。

また、上記比較の結果、Pit≧Pitmaxの場合には、エン
ジン回転数Neを検出して前述と同じ条件により可動ベー
ン４…を開度を中間又は最大に保持する。すなわち、排
気ガス圧Pitが高圧状態にあるにも係わらず可動ベーン
４…の開度を最小にしてしまうことはなく、排気ガス圧
Pitの更なる上昇を回避することができる。この結果、
第３図中一点鎖線で示すように、排気ガス圧PitはPitma
x以下の範囲内に抑えられ、排気抵抗の増大による燃費
の悪化が防止される。

尚、エンジン負荷に対する所定値及びエンジン回転数に
対する所定値は上記実施例に限定されるものではなく、
これらはエンジンやターボ過給機の機種毎に設定される
ものである。また、可動ベーン開度の切換段数は２段以
上であれば良く、無段階的に可動ベーン開度を可変とす
るものであつても良い。また、コントローラはコンパレ
ータやマイコン制御を用いたものを用いたものである
が、他に電子ガバナ等の公知の手段を応用することもで
きる。また、駆動機構７は空気圧式以外にも例えば油圧
式，電気式等のものでも良い。

＜発明の効果＞ 本発明によれば、ブースト圧が比較的低い状態にあつて
も排気ガス圧があまり高圧とならない範囲で、タービン
の排気ガス導入口の開口面積を絞るようにしたため、燃
費を悪化させてしまうことなく、発進加速時や追抜き加
速時等の過渡時においてターボ過給機の機能を十分に発
揮させた加速性能を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例に係り、第１図はタ
ーボ過給機の可変ノズル制御装置の概略構成図、第２図
はフローチャート、第３図はブースト圧及び排気ガス圧
の特性図、第４図は従来のターボ過給機の可変ノズル制
御装置の概略構成図、第５図はそのブースト圧の特性図
である。 図面中、 １はタービン、 ２は開閉弁機構、 ７は駆動機構、 31は負荷センサ、 32は回転数センサ 40はコントローラ、 41はブースト圧センサ、 42は排気圧センサである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンからの排気ガスによつて駆動され
   るターボ過給機のタービンへ該排気ガスを導びく導入口
   に配設された開閉弁機構と、前記開閉弁機構を駆動して
   前記導入口の面積を可変する駆動機構と、エンジン回転
   数を検出する回転数センサと、エンジン負荷を検出する
   負荷センサと、前記ターボ過給機から前記エンジンへ送
   給される吸入空気圧を検出するブースト圧センサと、前
   記エンジンと前記タービンとの間の排気ガス圧を検出す
   る排気圧センサと、前記回転数センサ、前記負荷セン
   サ、前記ブースト圧センサ及び前記排気圧センサからの
   出力信号が入力されて、エンジン負荷が所定値以上であ
   る場合において吸入空気圧が所定値以上若しくは吸入空
   気圧が所定値未満且つ排気ガス圧が所定値以上のときに
   は前記駆動機構を制御してエンジン回転数の増大に対応
   して前記導入口の面積を増大させる一方、エンジン負荷
   が所定値以上である場合において吸入空気圧が所定値未
   満且つ排気ガス圧が所定値未満のときには前記駆動機構
   を制御してエンジン回転数に係わらず前記導入口の面積
   を最小の状態に保持させるコントローラとを備えたこと
   を特徴とするターボ過給機の可変ノズル制御装置。