JPH08200082A - Overspeed preventive device of turbocharger - Google Patents

Overspeed preventive device of turbocharger

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Publication number
JPH08200082A
JPH08200082A JP7013996A JP1399695A JPH08200082A JP H08200082 A JPH08200082 A JP H08200082A JP 7013996 A JP7013996 A JP 7013996A JP 1399695 A JP1399695 A JP 1399695A JP H08200082 A JPH08200082 A JP H08200082A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
turbocharger
closing valve
opening
pressure
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP7013996A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shigeki Tanaka
茂貴 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP7013996A priority Critical patent/JPH08200082A/en
Publication of JPH08200082A publication Critical patent/JPH08200082A/en
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Supercharger (AREA)

Abstract

PURPOSE: To prevent the deterioration of drivability just after actuation when outside air pressure is low without complicating control in an overspeed preventive device of a turbocharger. CONSTITUTION: An overspeed preventive device is provided with a turbocharger 5 having a compressor 5a arranged in an intake air passage 2 and a turbine 5b arranged in an exhaust air passage 4, a fluid outflow port 2b formed at least in one of the compressor downstream of the intake air passage 2 and the turbine upstream of the exhaust air passage 4, a closing valve 11 to close the fluid outflow port 2b and a detecting means 21 to detect that the turbocharger 5 exists in an overspeed area, and is provided with closing valve opening means 10 and 20 to open the closing valve 11 only when the fact that the turbocharger 5 exists in an overspeed area is detected by the detecting means 21 and a sonic nozzle 12 installed in the fluid outflow port 2b.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の過給に使用
されるターボチャージャの過回転防止装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a turbocharger over-rotation preventing device used for supercharging an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】ターボチャージャを有する内燃機関が航
空機に搭載される場合において、この航空機の飛行高度
が高くなると外気圧が低くなるために、低空飛行時と同
様な設定過給圧を実現するには、ターボチャージャを非
常に高速で回転させなければならず、ターボチャージャ
がオーバーラン、すなわち過回転して破損する可能性が
ある。このようなターボチャージャの過回転は、ターボ
チャージャを有する内燃機関が車両に搭載される場合に
おいても、高地と低地との間の外気圧差によって、高地
走行時に低地走行時と同様な設定過給圧を実現しようと
する場合に発生する可能性がある。
2. Description of the Related Art In the case where an internal combustion engine having a turbocharger is mounted on an aircraft, the external pressure becomes low when the flight altitude of the aircraft becomes high. Requires the turbocharger to rotate at a very high speed, which can cause the turbocharger to overrun, i.e., overspeed and be damaged. Even when an internal combustion engine having a turbocharger is mounted on a vehicle, such an over-rotation of the turbocharger is caused by the difference in the external pressure between the highland and the lowland, and the set supercharging during the highland driving is similar to that in the lowland traveling. It can occur when trying to achieve pressure.

【0003】特開平2−163419号公報には、ター
ボチャージャを有する内燃機関に一般的に設けられてい
る過給圧制御装置において、外気圧が低い時ほどその目
標過給圧を低く設定することによりターボチャージャの
過回転を防止することが記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 2-163419, in a supercharging pressure control device generally provided in an internal combustion engine having a turbocharger, the target supercharging pressure is set to be lower as the atmospheric pressure is lower. Describes that the turbocharger is prevented from over-rotating.

【0004】このような過給圧制御装置が正常に機能す
れば、特に問題なくターボチャージャの過回転を防止す
ることができるが、ターボチャージャの過回転はそれを
破損させる可能性を有するものであるために確実に防止
されなければならず、ステップモータ等を使用してウエ
ストゲートバルフを複雑にデューティ制御する過給圧制
御装置だけにこれを依存することはできず、その異常時
に備えて、さらに信頼性の高い独立の過回転防止装置を
設けることが一般的である。
If such a supercharging pressure control device functions normally, it is possible to prevent the turbocharger from over-rotating without any particular problem, but the turbocharger over-rotating may damage it. Because it must be reliably prevented, it is not possible to rely on it only for the supercharging pressure control device that uses a step motor or the like to perform duty control on the wastegate valve in a complicated manner. Further, it is common to provide a highly reliable independent over-rotation preventing device.

【0005】このようなターボチャージャの過回転防止
装置は、一般的には、吸気通路に設けられた外気への開
口部を閉鎖する閉鎖弁であり、この閉鎖弁は、回転セン
サ等によってターボチャージャの過回転が検出される時
に開弁されて開口部を開放することにより、吸気の一部
を外気へ流出させて気筒内へ流入する吸気流量を減少さ
せ、結果的にターボチャージャに提供される排気ガス圧
力を減少させることによってターボチャージャの回転を
正常回転域に低下させ、その後、閉鎖弁は閉弁されて開
口部が再び閉鎖されるようになっている。
Such an over-rotation preventing device for a turbocharger is generally a closing valve for closing an opening to the outside air provided in the intake passage, and this closing valve is a turbocharger using a rotation sensor or the like. When the over-rotation of the engine is detected, the valve is opened to open the opening, so that a part of the intake air is discharged to the outside air and the flow rate of the intake air flowing into the cylinder is reduced. As a result, it is provided to the turbocharger. By reducing the exhaust gas pressure, the rotation of the turbocharger is reduced to the normal rotation range, and then the closing valve is closed and the opening is closed again.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】このような過回転防止
装置において、閉鎖弁が開弁されてから閉弁されるまで
の時間は、実際にターボチャージャが正常回転域となる
までの時間遅れを含むものであるために比較的長くな
り、特に、外気圧が低く過給圧との差圧が大きい場合に
は、この間で開口部から流出する吸気流量が非常に大き
くなり、ターボチャージャが正常回転域となって閉鎖弁
が閉弁される時には、過給圧がかなり低くなっており、
過回転防止装置の作動以前に比較して機関出力が大幅に
低下し、ドライバビリティがかなり悪化する問題を有し
ている。
In such an overspeed preventive device, the time from the opening of the closing valve to the closing of the closing valve has a time delay until the turbocharger actually reaches the normal rotation range. Since it is included, it becomes relatively long, and especially when the external air pressure is low and the pressure difference from the supercharging pressure is large, the intake flow rate flowing out from the opening during this period becomes very large, and the turbocharger is in the normal rotation range. When the closing valve is closed, the boost pressure is considerably low,
There is a problem that the engine output is significantly reduced and drivability is considerably deteriorated as compared with before the operation of the over-rotation preventing device.

【0007】この問題を解決するために、開口部の開口
面積を比較的小さくして、大きな差圧に対して開口部か
ら流出する吸気流量を適正値にすることも考えられる
が、差圧が小さい場合に、開口部から流出する吸気流量
がかなり小さくなり、ターボチャージャの過回転を抑制
するまでの時間を延長させることになり、実用的ではな
い。また、閉鎖弁をデューティ制御することが考えられ
るが、そのための駆動系及び制御系がかなりコストアッ
プをもたらすだけでなく、このように制御系を複雑化す
ることは信頼性を低下させることになる。従って、本発
明の目的は、制御を複雑化させることなく、外気圧が低
い場合における作動直後のドライバビリティの悪化を防
止することができるターボチャージャの過回転防止装置
を提供することである。
In order to solve this problem, it is possible to make the opening area of the opening relatively small so that the intake flow rate flowing out from the opening becomes an appropriate value for a large differential pressure. When it is small, the flow rate of the intake air flowing out from the opening becomes considerably small, which extends the time until the excessive rotation of the turbocharger is suppressed, which is not practical. Further, duty control of the closing valve is considered, but not only the drive system and the control system for that cause a considerable increase in cost, but also complicating the control system in this way reduces reliability. . Therefore, an object of the present invention is to provide a turbocharger over-rotation preventing device capable of preventing deterioration of drivability immediately after the operation when the external pressure is low without complicating the control.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明による請求項1に
記載のターボチャージャの過回転防止装置は、吸気通路
に配置されたコンプレッサ及び排気通路に配置されたタ
ービンを有するターボチャージャと、吸気通路の前記コ
ンプレッサ下流側及び排気通路の前記タービン上流側の
少なくとも一方に形成された流体流出口と、前記流体流
出口を閉鎖する閉鎖弁と、前記ターボチャージャが過回
転域にあることを検出する検出手段と、前記検出手段に
よって前記ターボチャージャが過回転域にあることが検
出されている時にだけ前記閉鎖弁を開弁させる閉鎖弁開
弁手段と、前記流体流出口に取り付けられたソニックノ
ズル、とを具備することを特徴とする。
A turbocharger over-rotation preventing device according to a first aspect of the present invention is a turbocharger having a compressor arranged in an intake passage and a turbine arranged in an exhaust passage, and an intake passage. A fluid outlet formed on at least one of the compressor downstream side and the turbine upstream side of an exhaust passage, a closing valve that closes the fluid outlet, and detection that detects that the turbocharger is in the over-rotation region. Means, a closing valve opening means for opening the closing valve only when the detection means detects that the turbocharger is in an over-rotation range, and a sonic nozzle attached to the fluid outlet. It is characterized by including.

【0009】また、本発明による請求項2に記載のター
ボチャージャの過回転防止装置は、前述の請求項1に記
載のターボチャージャの過回転防止装置において、前記
流体流出口が形成された通路内と外気との差圧が所定圧
力以下の時には、前記閉鎖弁開弁手段による前記閉鎖弁
の開弁を防止する開弁防止手段をさらに具備することを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a turbocharger over-rotation preventing device according to the first aspect of the present invention, wherein the turbocharger over-rotation preventing device is provided in the passage in which the fluid outlet is formed. It is characterized by further comprising valve opening preventing means for preventing the closing valve opening means from opening the closing valve when the pressure difference between the open air and the outside air is equal to or lower than a predetermined pressure.

【0010】[0010]

【作用】前述の請求項1に記載のターボチャージャの過
回転防止装置は、検出手段によってターボチャージャが
過回転域にあることが検出されている時にだけ閉鎖弁開
弁手段によって閉鎖弁が開弁され、吸気通路のコンプレ
ッサの下流側及び排気通路のタービン上流側の少なくと
も一方に形成された流体流出口が開放されるために、タ
ーボチャージャのタービンへ提供される排気ガス圧力が
低減されてターボチャージャが正常回転域となり、この
時、流体流出口が閉鎖弁によって再び閉鎖される。閉鎖
弁開弁中において、外気圧が低く流体流出口が形成され
た通路内との差圧が非常に大きくても、流体流出口に取
り付けられたソニックノズルによって流体流出口から流
出する流体の流速が音速に抑制され、その流出流量が音
速時の流量を越えることはなく、過回転防止装置の作動
直前に対して作動直後の機関出力が大幅に低下すること
はない。
In the turbocharger over-rotation preventing device according to the first aspect, the closing valve opening means opens the closing valve only when the detecting means detects that the turbocharger is in the over-rotation range. Since the fluid outlet formed in at least one of the downstream side of the compressor in the intake passage and the upstream side of the turbine in the exhaust passage is opened, the exhaust gas pressure provided to the turbine of the turbocharger is reduced and the turbocharger is reduced. Becomes the normal rotation range, at which time the fluid outlet is closed again by the closing valve. The flow velocity of the fluid flowing out from the fluid outlet by the sonic nozzle attached to the fluid outlet even when the external pressure is low and the pressure difference in the passage where the fluid outlet is formed is very large while the closing valve is open. Is suppressed to the sonic speed, the outflow flow rate does not exceed the flow rate at the sonic speed, and the engine output immediately after the operation does not significantly decrease compared to immediately before the operation of the overspeed prevention device.

【0011】また、前述の請求項2に記載のターボチャ
ージャの過回転防止装置は、前述の請求項1に記載のタ
ーボチャージャの過回転防止装置において、開弁防止手
段が、流体流出口が形成された通路内と外気との差圧が
所定圧力以下の時には、閉鎖弁開弁手段による閉鎖弁の
開弁を防止するために、大気圧が比較的高い時には閉鎖
弁が開弁されることはない。
The turbocharger over-rotation preventing device according to claim 2 is the turbocharger over-rotation preventing device according to claim 1 in which the valve opening preventing means forms the fluid outlet. In order to prevent the closing valve from being opened by the closing valve opening means when the pressure difference between the inside of the passage and the outside air is equal to or lower than the predetermined pressure, the closing valve is not opened when the atmospheric pressure is relatively high. Absent.

【0012】[0012]

【実施例】図1は、本発明による第1実施例のターボチ
ャージャの過回転防止装置が取り付けられた航空機用内
燃機関の概略断面図である。1は内燃機関、2はスロッ
トル弁3を介して内燃機関へ通じる吸気通路、4は排気
通路である。吸気通路2のスロットル弁3上流側にはタ
ーボチャージャ5のコンプレッサ5aが、また排気通路
4にはそのタービン5bが配置されている。吸気通路2
のコンプレッサ5aの上流側はエアクリーナ(図示せ
ず)を介して大気に開放されており、コンプレッサ5a
とスロットル弁3の間には内燃機関1へ供給される吸気
を冷却するためのインタークーラ6が配置されている。
1 is a schematic cross-sectional view of an internal combustion engine for an aircraft equipped with a turbocharger over-rotation preventing device according to a first embodiment of the present invention. Reference numeral 1 is an internal combustion engine, 2 is an intake passage communicating with the internal combustion engine through a throttle valve 3, and 4 is an exhaust passage. A compressor 5a of a turbocharger 5 is arranged upstream of the throttle valve 3 in the intake passage 2, and a turbine 5b thereof is arranged in the exhaust passage 4. Intake passage 2
The upstream side of the compressor 5a is open to the atmosphere via an air cleaner (not shown).
An intercooler 6 for cooling the intake air supplied to the internal combustion engine 1 is arranged between the throttle valve 3 and the throttle valve 3.

【0013】排気通路4のタービン5bの下流側は触媒
コンバータ(図示せず)を介して大気に開放されてお
り、またタービン5bを迂回して触媒コンバータへ通じ
るバイパス通路4aが形成されている。このバイパス通
路4aには、ウエストゲートバルブ7が配置されてい
る。このウエストゲートバルブ7は、一般的に知られて
いるように、ステップモータ(図示せず)等によりデュ
ーティ制御され、現在の機関運転状態における目標過給
圧が実現されるように、タービン5bへ提供される排気
ガス圧力を調整するものである。
A downstream side of the turbine 5b of the exhaust passage 4 is open to the atmosphere via a catalytic converter (not shown), and a bypass passage 4a is formed to bypass the turbine 5b and communicate with the catalytic converter. A wastegate valve 7 is arranged in the bypass passage 4a. As is generally known, the wastegate valve 7 is duty-controlled by a step motor (not shown) or the like, and is connected to the turbine 5b so that the target boost pressure in the current engine operating state is realized. It regulates the exhaust gas pressure provided.

【0014】吸気通路2のスロットル弁3とインターク
ーラ6との間には、大気へ通じる二つの開口部が形成さ
れており、その第1開口部2aは、吸気通路2内の圧力
に逆らって第1バネ部材8等によって閉弁方向に付勢さ
れた第1閉鎖弁9によって閉鎖されており、第2開口部
2bにはソニックノズル12が取り付けられ、駆動装置
10により駆動される第2閉鎖弁11によって閉鎖され
ている。
Between the throttle valve 3 of the intake passage 2 and the intercooler 6, two openings communicating with the atmosphere are formed, and the first opening 2a thereof opposes the pressure in the intake passage 2. It is closed by a first closing valve 9 which is biased in a valve closing direction by a first spring member 8 and the like, a sonic nozzle 12 is attached to the second opening 2b, and a second closing is driven by a driving device 10. It is closed by the valve 11.

【0015】第1バネ部材8は、ターボチャージャ5の
コンプレッサ5aによる吸気通路2内の過給圧力が、出
力向上に伴い内燃機関を破損させないように設定された
上限値、例えば、133kPa(1000mmHg)を
越える時には、第1閉鎖弁9の受圧面積を考慮してそれ
がこの圧力によって開弁されるように、そのバネ定数が
選択されており、このように、第1閉鎖弁9は過給圧力
の上限値制御をするものである。また、第1閉鎖弁9の
背面側には、内部を真空としたベローズ22が取り付け
られており、よれにより、第1閉鎖弁9の開弁に際し
て、それに作用する大気圧の影響を受けにくい構造とな
っている。
The first spring member 8 has an upper limit value, for example, 133 kPa (1000 mmHg), which is set so that the supercharging pressure in the intake passage 2 by the compressor 5a of the turbocharger 5 does not damage the internal combustion engine as the output increases. The spring constant of the first closing valve 9 is selected so that it is opened by this pressure when the pressure receiving area of the first closing valve 9 is taken into consideration. The upper limit value of is controlled. Further, a bellows 22 having a vacuum inside is attached to the back surface side of the first closing valve 9, so that when the first closing valve 9 is opened, the bellows 22 is less susceptible to the atmospheric pressure acting thereon. Has become.

【0016】また、第2閉鎖弁11は、ターボチャージ
ャ5の破損をもたらすその過回転を防止するためのもの
であり、第2閉鎖弁11の駆動装置10は、第2閉鎖弁
11が固定されるダイヤフラム10aと、ダイヤフラム
10aを介して第2閉鎖弁11を閉弁方向に付勢する第
2バネ部材10bが配置され外気と連通する第1室10
cと、ダイヤフラム10aを境に第1室10cの反対側
に形成された第2室10dと、第2室10dを吸気通路
2内又は外気の一方と連通させる切換弁10eとを有し
ている。この切換弁10eは、通常時において、第2室
10dを外気と連通させるようになっており、それによ
り、ダイヤフラム10aの両側には外気圧が作用してこ
れらの力は互いに相殺され、ダイヤフラム10aには、
さらに、第2バネ部材10bによって第2閉鎖弁11の
閉弁方向に付勢力が作用するために、第2閉鎖弁11は
閉弁され、第2開口部2bは閉鎖されている。
Further, the second closing valve 11 is for preventing the turbocharger 5 from over-rotating which causes damage to the turbocharger 5, and the drive device 10 of the second closing valve 11 has the second closing valve 11 fixed. The first chamber 10 communicating with the outside air is provided with the diaphragm 10a and the second spring member 10b for urging the second closing valve 11 in the closing direction via the diaphragm 10a.
c, a second chamber 10d formed on the opposite side of the first chamber 10c with the diaphragm 10a as a boundary, and a switching valve 10e for communicating the second chamber 10d with the inside of the intake passage 2 or one of the outside air. . This switching valve 10e is designed to normally communicate the second chamber 10d with the outside air, whereby the outside air pressure acts on both sides of the diaphragm 10a and these forces cancel each other out. Has
Further, since the second spring member 10b exerts an urging force in the valve closing direction of the second closing valve 11, the second closing valve 11 is closed and the second opening 2b is closed.

【0017】20は、前述したウエストゲートバルブ7
のデューティ制御を担当すると共に、駆動装置10の切
換弁10eを切り換えて第2閉鎖弁11を開閉制御する
制御装置であり、機関運転状態を検出するための各セン
サ、例えば、機関回転数を検出するための機関回転セン
サ、及び機関負荷としてのスロットル開度を検出するス
ロットル開度センサ等が接続されると共に、ターボチャ
ージャ5の回転数を検出するためのターボチャージャ回
転センサ21が接続されている。
20 is the waste gate valve 7 described above.
Is a control device that controls the opening / closing of the second closing valve 11 by switching the switching valve 10e of the drive device 10 while being in charge of the duty control of the engine 10. Each sensor for detecting the engine operating state, for example, the engine speed is detected. An engine rotation sensor for detecting the engine speed, a throttle opening sensor for detecting a throttle opening as an engine load, and the like are connected, and a turbocharger rotation sensor 21 for detecting the rotation speed of the turbocharger 5 is connected. .

【0018】制御装置20によるウエストゲートバルブ
7のデューティ制御において、機関運転状態毎の目標過
給圧は、前述した上限値以下に設定されると共に、外気
圧を考慮してそれが低いほど低くなるように設定されて
おり、第1閉鎖弁9及び第2閉鎖弁11は、このデュー
ティ制御が意図する通りに実現されれば作動することは
ないが、例えば、実際の動作におけるウエストゲートバ
ルブ7のデューティ比が指令通りに実現されない場合
に、過給圧が上限値を越えたり、またターボチャージャ
5が過回転域となる可能性があり、このような時に作動
してこれらを確実に抑制し、内燃機関1及びターボチャ
ージャ5の破損を確実に防止するためのものである。
In the duty control of the waste gate valve 7 by the control device 20, the target supercharging pressure for each engine operating state is set to the above-mentioned upper limit value or lower in consideration of the external atmospheric pressure and becomes lower. Therefore, the first closing valve 9 and the second closing valve 11 will not operate if this duty control is realized as intended, but for example, in the actual operation, If the duty ratio is not realized as instructed, the boost pressure may exceed the upper limit value, or the turbocharger 5 may be in the overspeed range. This is for surely preventing damage to the internal combustion engine 1 and the turbocharger 5.

【0019】制御装置20による駆動装置10を介して
の第2閉鎖弁11の開閉制御は、ターボチャージャ回転
センサ21により検出されるターボチャージャ5の回転
数が所定回転数を越えて過回転領域となっている時にだ
け、駆動装置10の切換弁10eを、第2室10dが吸
気通路2内へ連通するように切り換えるものである。そ
れにより、第2室10dには吸気通路2内の過給圧が提
供され、ターボチャージャ5が過回転域にある時の過給
圧はかなり高くなっているために、ダイヤフラム10a
の反対側に作用する外気圧と第2バネ部材10bの付勢
力とに逆らってダイヤフラム10aを第2閉鎖弁11の
開弁方向に押圧し、第2閉鎖弁11は開弁される。
The opening / closing control of the second closing valve 11 via the drive unit 10 by the control unit 20 causes the turbocharger 5 detected by the turbocharger rotation sensor 21 to be in the over-rotation region when the rotational speed of the turbocharger 5 exceeds a predetermined rotational speed. The switching valve 10e of the drive device 10 is switched so that the second chamber 10d communicates with the inside of the intake passage 2 only when it is set. As a result, the supercharging pressure in the intake passage 2 is provided to the second chamber 10d, and the supercharging pressure when the turbocharger 5 is in the overspeed range is considerably high.
The diaphragm 10a is pressed in the valve opening direction of the second closing valve 11 against the external air pressure acting on the opposite side to the biasing force of the second spring member 10b, and the second closing valve 11 is opened.

【0020】第2閉鎖弁11の開弁により、第2開口部
2bは開放され、過給された吸気の一部が第2開口部2
bより外気側に流出するために内燃機関1へ供給される
吸気流量が減少し、それにより、内燃機関1から排出さ
れる排気ガス流量が減少してターボチャージャ5のター
ビンへ提供される排気圧力が低下し、ターボチャージャ
5の回転数を正常回転域に低下させることができる。タ
ーボチャージャ回転センサ21により、ターボチャージ
ャ5の回転が正常回転域となったことが検出されると、
駆動装置10の切換弁10eは再び外気圧側に切り換え
られて第2閉鎖弁11が閉弁され、第2開口部2bは閉
鎖される。
When the second closing valve 11 is opened, the second opening 2b is opened and a part of the supercharged intake air is supplied to the second opening 2b.
The flow rate of intake air supplied to the internal combustion engine 1 in order to flow to the outside air side from b is reduced, whereby the flow rate of exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is reduced and the exhaust pressure provided to the turbine of the turbocharger 5 is reduced. Is reduced, and the rotation speed of the turbocharger 5 can be reduced to the normal rotation range. When the turbocharger rotation sensor 21 detects that the rotation of the turbocharger 5 has reached the normal rotation range,
The switching valve 10e of the drive device 10 is switched again to the atmospheric pressure side, the second closing valve 11 is closed, and the second opening 2b is closed.

【0021】このようなターボチャージャ5の過回転防
止において、第2閉鎖弁11が開弁されてから閉弁され
るまでの時間は、過回転域にあるターボチャージャ5の
回転数が実際に正常回転域となるまでの時間であるため
に、ターボチャージャ5に提供される排気圧力が実際に
低下するまでの時間にターボチャージャ5の慣性力が衰
える時間が加わって比較的長くなる。それにより、この
間で第2開口部2bから流出する吸気流量が外気圧と過
給圧との差圧に応じた値となって過給圧を下げるため
に、第2閉鎖弁11の開弁直前に比較して閉弁直後の機
関出力は低下する。
In the prevention of excessive rotation of the turbocharger 5 as described above, the rotational speed of the turbocharger 5 in the overspeed region is actually normal during the time from the opening of the second closing valve 11 to the closing thereof. Since it is the time until the rotational range is reached, the time until the inertial force of the turbocharger 5 declines is added to the time until the exhaust pressure provided to the turbocharger 5 actually decreases, which is relatively long. As a result, the intake flow rate flowing out from the second opening 2b becomes a value according to the pressure difference between the external atmospheric pressure and the supercharging pressure during this period, so that the supercharging pressure can be reduced immediately before the opening of the second closing valve 11. Compared to, the engine output immediately after closing the valve decreases.

【0022】図2は、飛行高度に対するこの機関出力低
下量を示すグラフであり、実線は本実施例、点線は従来
例の場合である。両者とも飛行高度が比較的低い時に
は、機関出力低下量はゼロであり、これは、この時の外
気圧が比較的高く、ターボチャージャ5の回転数がそれ
ほど高くなることなく所望過給圧が実現されるために、
ターボチャージャ5が過回転域とはならず、第2閉鎖弁
11が開弁されないためである。
FIG. 2 is a graph showing this engine output reduction amount with respect to the flight altitude. The solid line is for this embodiment and the dotted line is for the conventional example. In both cases, when the flight altitude is relatively low, the engine output reduction amount is zero, which means that the external pressure at this time is relatively high and the desired supercharging pressure is achieved without the rotational speed of the turbocharger 5 increasing so much. To be done
This is because the turbocharger 5 does not enter the overspeed range and the second closing valve 11 is not opened.

【0023】本実施例における第2閉鎖弁11の駆動装
置10において、第2バネ部材10bのバネ定数は、飛
行高度が比較的低い時の外気圧、例えば73.2kPa
(550mmHg)以上の外気圧が第1室10cに提供
される時には、第2室10dに上限過給圧133kPa
(1000mmHg)が提供されても第2閉鎖弁11が
開弁しないように選択されており、それにより、何らか
の原因によって航空機の飛行高度が比較的低い時にター
ボチャージャ5が過回転域となっていると誤判断されて
駆動装置10の切換弁10eが吸気通路2側に切り換え
られても第2閉鎖弁11は開弁されることなく、不必要
な機関出力の低下を防止するようになっている。
In the drive device 10 for the second closing valve 11 in the present embodiment, the spring constant of the second spring member 10b is the external pressure when the flight altitude is relatively low, for example, 73.2 kPa.
When the external pressure of (550 mmHg) or more is provided to the first chamber 10c, the upper limit boost pressure 133 kPa is supplied to the second chamber 10d.
The second closing valve 11 is selected so as not to open even when (1000 mmHg) is provided, so that the turbocharger 5 is in the over-rotation range when the flight altitude of the aircraft is relatively low for some reason. Even if the switching valve 10e of the drive unit 10 is switched to the intake passage 2 side due to the erroneous determination that the second closing valve 11 is not opened, an unnecessary reduction in engine output is prevented. .

【0024】飛行高度がさらに高くなると、外気圧は比
較的低くなり、ターボチャージャ5が過回転域となる可
能性があり、過回転防止装置が作動する時には、外気圧
の低下に伴い過給圧との差圧が大きくなって第2開口部
2bから流出する吸気流量が大きくなり、第2閉鎖弁1
1の閉弁時における機関出力低下量は、本実施例及び従
来例のいずれにおいても、第2開口部2bから流出する
吸気の流速が音速に達するまでは、飛行高度が高くなる
ほど増大する。
When the flight altitude is further increased, the external pressure becomes relatively low, and the turbocharger 5 may be in the over-rotation range. When the over-rotation preventing device operates, the supercharging pressure decreases as the external pressure decreases. And the flow rate of intake air flowing out from the second opening 2b increases, and the second closing valve 1
In both the present embodiment and the conventional example, the engine output reduction amount when the valve 1 is closed increases as the flight altitude increases until the flow velocity of the intake air flowing out from the second opening 2b reaches the sonic velocity.

【0025】飛行高度が所定高度H1となって第2開口
部2bから流出する吸気の流速が音速に達するまで外気
圧が低下しても、従来例においては、さらに飛行高度が
高まるほど第2開口部2bから流出する吸気流速が速ま
って流出流量が大きくなるために、第2閉鎖弁11の閉
弁時における機関出力低下量はさらに大きくなる。一
方、本実施例においては、第2開口部2bにソニックノ
ズル12が取り付けられているために、飛行高度がこの
所定高度H1を越えても、開口部2bから流出する吸気
流速が音速に抑制され、音速時の吸気流量以上になるこ
とは防止されるために、第2閉鎖弁11の閉弁時におけ
る機関出力低下量は、所定高度H1の時の値以上に増加
することはなく、過回転防止装置の作動直前に対して作
動直後の機関出力が大幅に低下することは防止される。
Even if the atmospheric pressure decreases until the flight altitude reaches the predetermined altitude H1 and the flow velocity of the intake air flowing out from the second opening 2b reaches the sonic speed, in the conventional example, the second opening increases as the flight altitude further increases. Since the intake air flow velocity flowing out of the portion 2b is accelerated and the outflow flow amount is increased, the engine output reduction amount when the second closing valve 11 is closed is further increased. On the other hand, in this embodiment, since the sonic nozzle 12 is attached to the second opening 2b, even if the flight altitude exceeds the predetermined altitude H1, the intake flow velocity flowing out from the opening 2b is suppressed to the sonic velocity. Since the intake flow rate at the time of sound velocity is prevented from becoming higher than the intake flow rate, the engine output reduction amount when the second closing valve 11 is closed does not increase above the value at the predetermined altitude H1, and the engine speed decreases. It is possible to prevent the engine output immediately after the operation from being significantly reduced as compared to immediately before the operation of the protective device.

【0026】図3は、本発明による第2実施例のターボ
チャージャの過回転防止装置が取り付けられた航空機用
内燃機関の概略断面図である。第1実施例との違いにつ
いてのみ以下に説明する。本実施例において、第2閉鎖
弁11’によって閉鎖される第2開口部4b’が、吸気
通路2ではなく、排気通路4のバイパス通路4aの分岐
部上流側に形成されている。この第2開口部4b’に
は、ソニックノズル12’を介して接続管13が接続さ
れ、第2閉鎖弁11’の開弁時において第2開口部4
b’から流出する排気ガスをこの接続管13によって触
媒コンバータへ導くようになっている。
FIG. 3 is a schematic sectional view of an internal combustion engine for an aircraft equipped with a turbocharger over-rotation preventing device according to a second embodiment of the present invention. Only the differences from the first embodiment will be described below. In the present embodiment, the second opening 4b ′ closed by the second closing valve 11 ′ is formed not on the intake passage 2 but on the upstream side of the branch portion of the bypass passage 4a of the exhaust passage 4. The connection pipe 13 is connected to the second opening 4b 'through a sonic nozzle 12', and the second opening 4b 'is opened when the second closing valve 11' is opened.
The exhaust gas flowing out from b'is guided to the catalytic converter by this connecting pipe 13.

【0027】この第2開口部4b’を閉鎖するための第
2閉鎖弁11’は、第1実施例と同様な外気圧と過給圧
との差圧を利用する駆動装置10’により駆動され、制
御装置20’によって第1実施例と同様に開閉制御され
るものである。ターボチャージャ5が過回転域にある時
に、第2閉鎖弁11’が開弁されると、排気ガスの一部
が第2開口部4b’から流出するために、ターボチャー
ジャ5のタービン5bへ供給される排気ガス圧力が低下
し、第1実施例と同様にターボチャージャ5の回転数を
正常回転域に低下させることができる。
The second closing valve 11 'for closing the second opening 4b' is driven by the driving device 10 'which utilizes the differential pressure between the external pressure and the supercharging pressure as in the first embodiment. The control device 20 'controls opening / closing similarly to the first embodiment. When the second closing valve 11 ′ is opened while the turbocharger 5 is in the overspeed range, a part of the exhaust gas is supplied to the turbine 5b of the turbocharger 5 in order to flow out from the second opening 4b ′. The exhaust gas pressure generated is reduced, and the rotational speed of the turbocharger 5 can be reduced to the normal rotational range as in the first embodiment.

【0028】このような排気ガスの流出に際して第2開
口部4b’にはソニックノズル12’が取り付けられて
いるために、飛行高度がかなり高く外気圧が非常に低く
なっていても、排気ガスの流出流速は音速に抑制され、
流出流量がこの音速時の流量以上とはならないために、
第2閉鎖弁11’の閉弁時における排気ガス圧力が低下
し過ぎてターボチャージャ5による十分な過給が実施で
きずに、この過回転防止装置の作動直前に対して作動直
後に機関出力が大幅に低下することは防止される。
Since the sonic nozzle 12 'is attached to the second opening 4b' when the exhaust gas flows out, even if the flight altitude is considerably high and the external pressure is extremely low, the exhaust gas The outflow velocity is suppressed to the speed of sound,
Since the outflow rate does not exceed the flow rate at this sound speed,
When the second closing valve 11 'is closed, the exhaust gas pressure is too low to perform sufficient supercharging by the turbocharger 5, and the engine output is increased immediately after the operation just before the operation of the over-rotation preventing device. It is prevented from dropping significantly.

【0029】二つの実施例において、第2閉鎖弁を駆動
する駆動装置は、過給圧と大気圧との差圧を利用するも
のに限定されず、油圧及び電磁力等の他の力を利用する
ものであってもよい。
In the two embodiments, the drive device for driving the second closing valve is not limited to the one that uses the differential pressure between the supercharging pressure and the atmospheric pressure, but uses other forces such as hydraulic pressure and electromagnetic force. It may be one that does.

【0030】[0030]

【発明の効果】このように本発明による請求項1に記載
のターボチャージャの過回転防止装置によれば、検出手
段によってターボチャージャが過回転域にあることが検
出されている時にだけ閉鎖弁開弁手段によって閉鎖弁が
開弁され、吸気通路のコンプレッサの下流側及び排気通
路のタービン上流側の少なくとも一方に形成された流体
流出口が開放されるために、ターボチャージャのタービ
ンへ提供される排気ガス圧力が低減されてターボチャー
ジャが正常回転域となる。閉鎖弁開弁中において、外気
圧が低く流体流出口が形成された通路内との差圧が非常
に大きくても、流体流出口に取り付けられたソニックノ
ズルによって流体流出口から流出する流体の流速が音速
に抑制され、その流出流量が音速時の流量以上となるこ
とはなく、この過回転防止装置の作動直前に対して作動
直後の機関出力が大幅に低下することはなく、それによ
るドライバビリティの悪化を防止することができる。
As described above, according to the overcharge preventing device for a turbocharger according to the first aspect of the present invention, the closing valve is opened only when the detecting means detects that the turbocharger is in the overspeed range. The exhaust provided to the turbine of the turbocharger for opening the fluid outlet formed on at least one of the intake passage downstream of the compressor and the exhaust passage upstream of the turbine by the valve means opening the closing valve. The gas pressure is reduced and the turbocharger enters the normal rotation range. The flow velocity of the fluid flowing out from the fluid outlet by the sonic nozzle attached to the fluid outlet even when the external pressure is low and the pressure difference in the passage where the fluid outlet is formed is very large while the closing valve is open. Is suppressed to the speed of sound, and the outflow flow rate does not exceed the flow rate at the time of sound speed, and the engine output immediately after the operation does not significantly decrease compared to immediately before the operation of this over-rotation prevention device. Can be prevented from worsening.

【0031】また、本発明による請求項2に記載のター
ボチャージャの過回転防止装置によれば、前述の請求項
1に記載のターボチャージャの過回転防止装置におい
て、開弁防止手段が、流体流出口が形成された通路内と
外気との差圧が所定圧力以下の時には、閉鎖弁開弁手段
による閉鎖弁の開弁を防止するために、大気圧が比較的
高くターボチャージャの過回転が発生しない時には、検
出手段がターボチャージャの過回転を誤判断しても閉鎖
弁が開弁されることはなく、不必要な機関出力の低下を
防止することができる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the turbocharger over-rotation preventing device according to the first aspect of the present invention, wherein the turbocharger over-rotation preventing device according to the first aspect is characterized in that When the differential pressure between the inside of the passage where the outlet is formed and the outside air is less than or equal to the predetermined pressure, the atmospheric pressure is relatively high to prevent the closing valve from being opened by the closing valve opening means, and the turbocharger is excessively rotated. If not, the closing valve will not be opened even if the detecting means erroneously determines that the turbocharger is excessively rotating, and it is possible to prevent an unnecessary reduction in engine output.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による第一実施例のターボチャージャの
過回転防止装置が取り付けられた内燃機関の概略断面図
である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an internal combustion engine equipped with a turbocharger over-rotation preventing device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】飛行高度に対する過回転防止装置作動直後の機
関出力低下量を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the engine output reduction amount immediately after the operation of the over-rotation preventing device with respect to the flight altitude.

【図3】本発明による第二実施例のターボチャージャの
過回転防止装置が取り付けられた内燃機関の概略断面図
である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an internal combustion engine equipped with a turbocharger over-rotation preventing device according to a second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…内燃機関 2…吸気通路 4…排気通路 5…ターボチャージャ 7…ウエストゲートバルブ 9…第1閉鎖弁 10,10’…駆動装置 11,11’…第2閉鎖弁 12,12’…ソニックノズル 20,20’…制御装置 21…ターボチャージャ回転センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine 2 ... Intake passage 4 ... Exhaust passage 5 ... Turbocharger 7 ... Wastegate valve 9 ... First closing valve 10, 10 '... Drive device 11, 11' ... Second closing valve 12, 12 '... Sonic nozzle 20, 20 '... Control device 21 ... Turbocharger rotation sensor

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸気通路に配置されたコンプレッサ及び
排気通路に配置されたタービンを有するターボチャージ
ャと、吸気通路の前記コンプレッサ下流側及び排気通路
の前記タービン上流側の少なくとも一方に形成された流
体流出口と、前記流体流出口を閉鎖する閉鎖弁と、前記
ターボチャージャが過回転域にあることを検出する検出
手段と、前記検出手段によって前記ターボチャージャが
過回転域にあることが検出されている時にだけ前記閉鎖
弁を開弁させる閉鎖弁開弁手段と、前記流体流出口に取
り付けられたソニックノズル、とを具備することを特徴
とするターボチャージャの過回転防止装置。
1. A turbocharger having a compressor arranged in an intake passage and a turbine arranged in an exhaust passage, and a fluid flow formed in at least one of the compressor downstream side of the intake passage and the turbine upstream side of the exhaust passage. An outlet, a closing valve that closes the fluid outlet, a detection unit that detects that the turbocharger is in the overspeed range, and a detection unit that detects that the turbocharger is in the overspeed range. A turbocharger over-rotation prevention device comprising: a closing valve opening means for opening the closing valve only occasionally; and a sonic nozzle attached to the fluid outlet.
【請求項2】 前記流体流出口が形成された通路内と外
気との差圧が所定圧力以下の時には、前記閉鎖弁開弁手
段による前記閉鎖弁の開弁を防止する開弁防止手段をさ
らに具備することを特徴とする請求項1に記載のターボ
チャージャの過回転防止装置。
2. A valve opening prevention means for preventing the closing valve opening means from opening the closing valve when the pressure difference between the inside of the passage in which the fluid outlet is formed and the outside air is not more than a predetermined pressure. The turbocharger over-rotation preventing device according to claim 1, further comprising:
JP7013996A 1995-01-31 1995-01-31 Overspeed preventive device of turbocharger Pending JPH08200082A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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