JPH09502781A - パイロツト弁付き油圧作動器を備えたターボチヤージヤ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤの排気ガスを制御する油圧作動器には圧縮空気の圧力レベルに応動し所望の圧力レベルに達したときにのみ開放するパイロツトピストンが包有される。従つて主な作動器ピストンは所望の作動圧に達すれるまで大気圧に維持され、排気弁の早期の開放が避けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 パイロツト弁付き油圧作動器を備えたターボチヤージヤ （技術分野） 本発明は排気ガスで駆動され、低速エンジン速度で高圧のターボチヤージヤに 関する。 （背景技術） 排気ガスで駆動されるターボチヤージヤは、エンジンからの排気ガスを用いて シヤフトの一端部に装着されたタービンホイールを回転させ、これにより同一の シヤフトの他端部に装着されたコンプレツサホイールを回転せしめることにより 、圧縮空気をエンジンに供給する。コンプレツサホイールで空気を圧縮して高圧 の圧縮空気を作成し、この圧縮空気をエンジンの吸込マニホルドに供給してエン ジン出力を増加させる。圧縮空気の圧縮レベルが高すぎる場合、エンジンは過度 な高圧を受け損傷する恐れがあるので、通常高圧の圧縮空気の圧縮レベルが所定 値まで上昇したとき、タービンホイールの周囲のバイパス路を開く排気弁を設け ることにより、ターボチヤージヤを制御することが一般に行われている。排気弁 は正常時にはコンプレツサホイールから供給される高圧の圧縮空気で作動される 油圧作動器により動作する。 一般に低いエンジン速度でできるだけ迅速に圧力レベルを高圧まで増加するこ とが望れる。一方、従来のターボチヤージヤでは、低いエンジン速度での圧力レ ベルは排気弁が早期に開放するため失われる。これは油圧作動器により次第に増 加する圧力を受ける排気弁が制御され、排気弁を開放する所 望の圧力レベルになる前に排気弁が次第に開放されてしまい、またターボチヤー ジヤのタービン部の排気弁に対する排気ガスの圧力により排気弁も開放し勝ちに なるためである。後者の作用は、エンジンの正常動作中排気ガスの圧力レベルが 脈動するため、増加される。高圧の圧縮空気が減少されるため、エンジンが低速 のときのエンジンの性能が低下する。 （発明の開示） 本発明によれば、圧縮空気の圧力レベルが排気弁を開放する所定値に達するま で、圧縮空気が油圧作動器内に給気することを防止するパイロツト弁を設けるこ とにより、上述した問題が解決される。従つてエンジンの低速度動作中、圧縮空 気により油圧作動器が作動されることが防止され、これにより圧縮空気が排気弁 を開放する所定レベルに達するまで、作動器内が実質的に大気圧が維持される。 この圧力レベルにおいてパイロツト弁は開放していて圧縮空気が作動器内に導入 され、従来の作動ピストンに抗して動作し、排気作動リンク部材が動作する。所 定圧力レベルに達するまで排気弁は、閉鎖状態に維持されるので、低速エンジン 速度でのエンジン性能が大幅に増加される。 本発明のこれら利点および他の利点は添付図面に沿う以下の説明から明らかと なろう。 （図面の簡単な説明） 図１は本発明により製造されるターボチヤージヤの、一部を切開いて示す側面 図、図２は図１のターボチヤージヤの性能を同様の、従来のターボチヤージヤの 性能と対照させて示 したグラフ、図３は圧縮空気の圧力レベルが排気弁を開放する所定レベルに達す る前に、油圧作動器の構成部材のとる位置を示す、図１の実質的に線３−３に沿 つた断面図、図４は図３の実質的に線４−４に沿つた断面図、図５および図６は 排気弁の動作中、油圧作動器の構成部材がとる位置を示す図３と同様の断面図、 図７および図８は本発明の他の実施例を示す図３と同様の断面図である。 （発明を実施するための最良の形態） 図面を参照するに、ターボチヤージヤ10には中央ハウジング12と、中央ハウジ ング12の一端部に装着されるタービンハウジング14と、中央ハウジング12の反対 端部に装着されるコンプレツサハウジング16とが包有される。シヤフト18は軸方 向に離間した一対のベアリング（一方が番号20で示される）により中央ハウジン グ12内に回転可能に装着される。シヤフト18の一端部はタービンハウジング14内 に延び、タービンハウジング14内の周知のタービンホイール22を支承している。 タービンハウジング14には更に排気ガスを円周方向に延びる渦室26内へ連通させ る入口部が設けられ、渦室26はタービンホイール22を外囲し、高エネルギ排気ガ スをタービンホイール22内へ送る。タービンホイール22を通過した後、排気ガス は出口部28からエンジンの排気システム内に放出される。バイパス路30は渦室26 を出日部28と直結することによりタービンホイール22の周囲をバイパスする。排 気弁32のレバー作動器34はタービンハウジング14に、例えば枢支点36において旋 回可能に装着される。従つて排気弁がバイパス路30を介する 連通を開放および閉鎖する位置間を移動可能であることは図１から理解されよう 。タービンホイール22はシヤフト18に固定され、渦室26と連通された排気ガスに よりタービンホイールが回転されるときシヤフト18も回転される。 コンプレツサホイール38はコンプレツサハウジング16内に延びるシヤフト18の 反対端部に装着される。空気はコンプレツサホイール38の回転により入口部40か ら導入され、出口渦室42内へ放出され、出口渦室42自体はエンジンの吸込マニホ ルドと連結された出口部（図示せず）と連通している。コンプレツサホイール38 には周知の構成のものが用いられ、シヤフト18に固定されており、これによりタ ービンホイール22によつてシヤフト18が回転されるときコンプレツサホイール38 も回転される。従つてコンプレツサホイール38の回転により、入口部40を介して 導入された空気を圧縮して得られた高圧圧縮空気が出口部へ供給される。 圧力で作動される作動器46はコンプレツサハウジング16に装着され、作動器46 の出力リンク部材48が排気弁32を作動するレバー34に連結されている。出口渦室 42内に放出される圧縮空気はホース52を介し作動器46の入口突出部50に連通され る。作動器46はハウジング54を備え、ハウジング54は円周方向に延びる壁部56と 端壁58、60とで構成される。ハウジング54は２個の半体からなり、この半体は円 周方向に延びるクリンプ部62により相連結される。入口突出部50が端壁58に設け られ、リンク部材48は端壁60を貫通して延びる。作動器のバネ64によりスタンピ ング加工された金属の作動器のピストン 66が図３の上方へ押される。ピストン66には円周方向に延びる外側スカート部68 と、外側スカート部68と連係してバネ64の一端部を受容する空洞部を形成する内 側スカート部70と、横断延長部72とが包有される。横断延長部72は締め部材74を 介し作動リンク部材48に固定される。 ピストン66には更に円周方向に離間され、半径方向内側へ突出する３個の突出 部76が包有され、この突出部76は横断延長部72および作動器のピストン66の内側 スカート部70により区画されたくぼみ部80内において摺動可能に受容されるパイ ロツトピストン78を案内する。パイロツトピストン78には横断方向に延びる部分 81と軸方向に突出し円周方向に延びるスカート部82とが含まれる。スカート部82 は突出部76により案内されるパイロツトピストン78の一部をなしている。作動器 のピストン66の横断方向に延びる横断延長部72は更に円周方向に延びる面部84を 有し、面部84はスカート部82の下側端部に係合されてパイロツトピストン78の作 動器のピストン66に対する相対移動を制限する。パイロツトピストン78はピスト ン66の横断延長部72とパイロツトピストン78の横断方向に延びる部分80との間を 延びるパイロツトバネ85により、図の上側へ押される。柔軟なダイアフラム86が クリンプ部62内で壁部56に対しクリンプ保持される周部88を有し、スカート部68 、70を連結する作動器のピストン66の横断延長部90を越えて延び、更にパイロツ トピストン78の横断方向に延びる部分81を越えて延長されている。パイロツトバ ネ85によりパイロツトピストン78が押され、端壁58に形成され、内側へ突出する リ ツプ部96上に区画された弁座94と緊密に当接され得る。弁座94は入口突出部50を 囲設する。パイロツトピストン78が弁座94に対し緊密に当接した後、端壁58の漏 れ穴95を通してハウジング54から残留する圧力が排出される。漏れ穴95の大きさ は、パイロツトピストン78が弁座94から離れて移動した後、ハウジング54内を十 分な圧力に維持するに好適な時間内に残留圧力が排出されるように十分大にされ る。 エンジンの吸込圧縮空気の圧力とエンジン速度との関係を示すグラフである図 ２を参照するに、エンジン速度と圧縮空気の圧力との望ましい関係が図２の実線 ＡＢＣの如くなる。このとき図示のように圧縮空気の圧力はエンジンに対する最 大許容圧力を示す点Ｂまで線ＡＢに沿つてエンジン速度と共に増加することが望 ましい。点Ｂでは排気弁が開放し、線ＢＣに沿う上昇が制限されてエンジン速度 が更に増加することが望ましい。従来の排気弁を備えたターボチヤージヤでは、 上述したように図２の点Ｘにより示されるエンジン速度より高い速度で排気弁が 早期に開放してしまう傾向にあり、点線ＸＹに沿つていた。従つて高圧の圧縮空 気が最適のエンジン速度範囲内でエンジンの上昇が大幅に損なわれていた。本発 明によるパイロツトピストンは、圧力が点Ｂで示される所定値に達するまで、圧 縮空気が作動器46に導入することを防止することは理解されよう。従つて本発明 の構成により製造されたターボチヤージヤは、パイロツトバネ85のプリロード校 正により曲線Ｑで示されるように所望の圧力より高くなつたり、あるいは曲線Ｒ により示されるように所望の圧力より低 下したりすることがあつても、実質的に曲線ＡＢＣに沿つたものになる。 図３を参照するに、エンジンへ供給される圧縮空気の圧力が図２の点Ｂである 所望値より低いとき排気弁が開放され、作動器46の各構成部材のとる位置が図示 されている。この場合パイロツトバネ85によりパイロツトピストン78が降伏可能 に押されて、弁座94と緊密に当接されることになる。従つてバネ64は図面の上方 位置に作動器のピストン66を維持し、これにより排気弁のリンク部材48が排気弁 を閉鎖位置に維持する。パイロツトピストン78の有効面積が図３の面積Ａ₁ で示 されることは理解されよう。 次に図５を参照するに、所望の最大許容高圧を示す図２の点Ｂに相当する作動 器46の各構成部材の位置が示される。この場合入口突出部50を介して連通され面 積Ａ₁ に作用する高圧はパイロツトバネ85に打ち勝つように十分大に、これによ りパイロツトバネ85は降伏し、スカート部82の端部が面部84と当接するまで図面 の下方にパイロツトピストン78が駆動される。パイロツトピストンが弁座94から 離間して移動した後、ピストンの有効面積が図５の面積Ａ₂ により示されるピス トンの全横断面積になることが理解されよう。面積Ａ₂ は面積Ａ₁ より大幅に大 きいので、パイロツトピストン78を最初に開放するために、パイロツトピストン 78が再び閉鎖する圧力に比べ大きな圧力が必要となる。従つて過渡的な圧力変動 に応動して、パイロツトピストン78の開閉により引き起こされる弁の“チヤタリ ング”が最小限に抑えられる。 パイロツトピストン78が弁の弁座から離間し移動した後、作動器のピストン66 の有効面積はスカート部68の全外径になる。従つてバネ64力が打ち負かされ、ピ ストン78、66が図３、図５、図６の下方に、さらに図６の位置へと駆動される。 ピストンが下方に移動するに応じ、作動器のピストン66の動きがリンク部材48を 介して排気弁に伝達され、排気弁が開放される。 図２に示す曲線Ｒで示す低下は多くの場合許容し得るものであるが、図２の曲 線Ｑで示される超過は許容できない。従つてある場合にはパイロツトバネ85によ り加わる力を調整可能にして、超過あるいは低下を最小にすべくパイロツトバネ が調整可能であることが望ましい。図７を参照するにネジ山付き部材98が作動器 のピストン66の横断延長部72に固定される。ネジ山付き部材98のネジ山が作動リ ンク部材48のネジ山100 と噛み合う。従つて作動リンク部材は（ターボチヤージ ヤを組み立てるとき排気弁に固定される前に）回転され、パイロツトバネ85の長 さを調整可能である。図８を参照するに調整カツプ部材102 にはネジ山104 が設 けられ、このネジ山は入口突出部50の内側の、これと対応するネジ山と噛み合う 。ここでねじ回し等の工具は入口突出部の開口端部に挿入されてカツプ部材102 を回転し、バネ85に加わる力を調整可能である。このときカツプ部材102 の横断 面106 はパイロツトピストン78が緊密に当接する図３の実施例の弁座94に相当す る弁座となる。ハウジング54からの漏れを厳密に制限することは重要であり、カ ツプ部材102 のネジ山104 は入口突出部50 のネジ山に対し密封作用のある少し大きめのナイロンネジ山であることが好まし い。またＯリング密封体（図示せず）を装着してもよい。あるいはＯリング密封 体（図示せず）をカツプ部材102 の溝（図示せず）に装着して突出部50に対し密 封することも可能である。 米国特許第 4,643,640号に開示されるようなターボチヤージヤにはタービンハ ウジング14の一部として可変構成機構が具備され得る。可変構成機構はこの先行 発明では低速エンジン速度で次第に増加する圧縮空気の圧力を受ける油圧作動器 により作動される、則ち可変構成機構は油圧作動されている。作動器46は従来の リンク機構を介し可変構成機構を動作して可変構成機構の早期の作動するこを避 けるために有効に採用できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブレイク，ジエイムズ エドワード トー マス アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90274，ランコ パロス バーデス，ブル ツクフイールド ドライブ 7011

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コンプレツサハウジング（16）とタービンハウジング（14）と一端部でター ビンハウジング（14）を、他端部でコンプレツサハウジング（16）を支承する中 央ハウジング（12）と中央ハウジング（12）内で回転可能に支承されるシヤフト （18）とを備え、シヤフト（18）の一端部はコンプレツサハウジング（16）内に 延びコンプレツサハウジング（16）に対し回転可能にコンプレツサホイール（38 ）を支承し、シヤフト（18）の他端部はタービンハウジング（14）内に延びター ビンハウジング（14）に対し回転可能にタービンホイール（22）を支承し、ター ビンハウジング（14）にはエンジンの排気ガスをタービンホイール（22）を介し て送りシヤフト（18）を回転させる装置が包有され、コンプレツサハウジング（ 16）には空気をコンプレツサの入口部（40）へ、並びにコンプレツサホイール（ 38）へ送つて圧縮し圧縮空気を発生してコンプレツサハウジング（16）から圧縮 空気を出口部（26）へ送る装置が包有され、タービンハウジング（14）には機械 的に作動され、圧縮空気の圧力を制限する装置（32）が包有され、圧縮空気の圧 力レベルに応動して機械的に作動される装置（32）を動作させる圧力作動の作動 器（46）を備え、作動器（46）には圧縮空気と連通される作動器入口部（50）を 有する作動器ハウジング（54）が包有され、且つ作動器入口部（50）を経て作動 器ハウジング（54）と連通される圧力レベルに応動する作動器ピストン（66）と 作動器ピストン（66）を機械的に作動する装置（32）に連結するリンク装置（48 ）と作動器ハ ウジング（54）内に設けられ圧縮空気の圧力レベルが所定値に達するまで作動器 入口部（50）を閉鎖する制御装置（78）とを備える排気ガスにより駆動されるタ ーボチヤージヤ。 ２．制御装置（78）は作動器ハウジング（54）内に摺動可能に装着されるパイロ ツトピストン（78）であり、パイロツト制御バネ（85）によりパイロツトピスト ン（78）が降伏可能に押圧され、弁座（94）と密封当接され作動器入口部（50） を経ての作動器ハウジング（54）内への連通を制御可能に設けられてなる請求項 １の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。 ３．パイロツトピストン（78）は作動器ピストン（66）と同軸に設けられ、作動 器ピストン（66）が作動器バネ（64）により作動器入口部（50）へ押圧されてな る請求項２の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。 ４．作動器ハウジング（54）には円周方向に延び作動器入口部（50）を囲設する リツプ部（94）が包有され、リツプ部（94）はパイロツトピストン（78）と係合 される弁座（94）を区画し作動器入口部（50）を経ての連通を制御可能に設けら れてなる請求項３の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。 ５．作動器ハウジング（54）は円周方向に延び軸を外囲する壁部（56）と軸に対 し横断方向に延びる一対の端壁（58、60）とを有し、ピストン（66、78）の夫々 は軸に沿つて移動可能であり、作動器入口部（50）は端壁（58、60）の一方によ り支承されピストン（66、78）と同軸であり、リンク装置（48）が他方の端壁を 貫通して延長されてなる請求項４の排気ガス により駆動されるターボチヤージヤ。 ６．各ピストン（66、78）には流圧応動面と、円周方向に延びる壁部（56）に固 定され周部（88）を有し両方のピストン（66、78）の流圧応動面を横切つて延び るダイアフラム（86）と、ダイアフラム（86）をパイロツトピストン（78）に対 し固定する装置（91）とが包有されてなる請求項５の排気ガスにより駆動される ターボチヤージヤ。 ７．各ピストン（66、78）は軸に沿つて移動可能であり、パイロツトピストン（ 78）は軸方向に突出し円周方向に延びるスカート部（82）を有し、スカート部（ 82）の端部が作動器ピストン（66）の円周方向に延びる面と当接し作動器ピスト ン（66）に対するパイロツトピストン（78）の相対軸方向移動を制限可能に設け られてなる請求項３の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。 ８．各ピストン（66、78）は軸に沿つて移動可能であり、連係する案内装置（76 、82）が作動器ピストン（66）に対しパイロツトピストン（78）を中心決めし案 内するピストン（66、78）により支承されてなる請求項３の排気ガスにより駆動 されるターボチヤージヤ。 ９．パイロツトピストン（78）を弁座（94）から離間して移動するときの圧力レ ベルを制御する校正装置（104）が設けられてなる請求項３の排気ガスにより駆 動されるターボチヤージヤ。 10．校正装置にはリンク装置（48）と作動器ピストン（66）との連結を調整する 装置が包有されてなる請求項10の排気ガス により駆動されるターボチヤージヤ。 11．校正装置（104）には作動器入口部（50）とネジ山係合され、パイロツトピ ストン（78）と当接可能なカツプ部材が包有され、カツプ部材が作動器ハウジン グ（54）に対し調整されパイロツト制御バネ（85）の力を制御可能に設けられて なる請求項10の排気ガスにより駆動されるターボチヤージヤ。