JPH1182036A - Exhaust turbo-charger - Google Patents

Exhaust turbo-charger

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Publication number
JPH1182036A
JPH1182036A JP9246490A JP24649097A JPH1182036A JP H1182036 A JPH1182036 A JP H1182036A JP 9246490 A JP9246490 A JP 9246490A JP 24649097 A JP24649097 A JP 24649097A JP H1182036 A JPH1182036 A JP H1182036A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
supercharging pressure
guide vane
engine
compressor
variable guide
Prior art date
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Granted
Application number
JP9246490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seiji Sakagami
誠二 坂上
Teiji Tanaka
定司 田中
Tsutomu Okazaki
勉 岡崎
Tetsuo Udagawa
哲男 宇田川
Original Assignee
Hitachi Ltd
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd, 株式会社日立製作所 filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP9246490A priority Critical patent/JPH1182036A/en
Publication of JPH1182036A publication Critical patent/JPH1182036A/en
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002Controlling intake air
    • F02D41/0007Controlling intake air for control of turbo-charged or super-charged engines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • 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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide satisfactory supercharging pressure characteristic over the whole range extending from low-speed rotating area to high-speed rotating area of an engine by providing a variable guide vane in a compressor inlet, and pressing the variable guide vane on the side of giving a rotation reverse to the rotating direction of a compressor impeller at the start of the engine. SOLUTION: When the engine rotating speed in starting is low, a variable guide vane 12 is turned and held in a direction of carrying air to a compressor impeller 3 by reverse rotation by the spring of an actuator 13. Thus, the air is carried into the impeller 3 by reverse rotation to enhance the supercharging pressure. When the engine rotating speed is gradually increased, and the supercharging pressure is increased by the spring force of the actuator 13, the spring is contracted to move a rod 14, and the variable guide vane 12 is gradually rotated by a rotating mechanism 15. The inflow angle of the air carried into the impeller 3 by the rotation of the variable guide vane 12 is successively changed from reverse rotation side to axial side and to normal rotation side to prevent the supercharging pressure from being excessively increased.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用エンジン
の排気ガスのエネルギによって回転されるタービンでコ
ンプレッサを回転して過給する排気ターボ過給機に係
り、特にコンプレッサの圧力制御を行い排気ターボ過給
機の過給圧力特性を改善した排気ターボ過給機に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust turbocharger in which a compressor is rotated and supercharged by a turbine rotated by the energy of exhaust gas of an automobile engine, and more particularly to an exhaust turbocharger which controls the pressure of a compressor. The present invention relates to an exhaust turbocharger having improved supercharging pressure characteristics of a turbocharger.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の排気ターボ過給機としては、種々
の形式ものが知られている。
2. Description of the Related Art Various types of conventional exhaust turbochargers are known.
【0003】例えば、自動車用エンジンの排気ガスを利
用する排気ターボ過給機は、通常ラジアルタービンが用
いられる。エンジンの排気シリンダからの排気ガスをラ
ジアルタービンに供給してタービンを回転させ、同一軸
上のコンプレッサを駆動し、このコンプレッサで圧縮さ
せた空気をエンジンの吸気管に送り込む。しかし、エン
ジンの低,中速回転数域では排気量が少ないため、ター
ビン回転数も低く同軸に設けられているコンプレッサの
過給圧力を上げることができず、過給効果を十分に引き
出すことができない問題があった。この問題を解決する
ために、エンジン低回転数域に適合する比較的小容量の
タービンを用い対処している。
[0003] For example, a radial turbine is usually used as an exhaust turbocharger utilizing exhaust gas of an automobile engine. Exhaust gas from an exhaust cylinder of the engine is supplied to a radial turbine to rotate the turbine, drive a compressor on the same shaft, and send air compressed by the compressor to an intake pipe of the engine. However, since the engine displacement is small in the low and medium speed range of the engine, the turbine speed is low and the supercharging pressure of the coaxially mounted compressor cannot be increased. There was a problem that could not be done. In order to solve this problem, a relatively small-capacity turbine adapted to a low engine speed range is used.
【0004】この場合、エンジン高回転数時には、排気
流量が多いためタービン回転数は高くなり過ぎるので、
タービン入口側にウエストゲートバルブを設けて、過給
圧力が所定値以上に高くなるとウエストゲートバルブの
開度を大きくし排気ガスの一部を逃がし過給圧力が過大
となることを抑制している。
In this case, when the engine speed is high, the exhaust gas flow rate is large and the turbine speed becomes too high.
A wastegate valve is provided on the turbine inlet side, and when the supercharging pressure becomes higher than a predetermined value, the opening of the wastegate valve is increased to release a part of the exhaust gas and to suppress the supercharging pressure from becoming excessive. .
【0005】また、タービン羽根車の入口に、角度を可
変にしたノズル翼を設けて、タービンの回転数を調節可
能にし、過給圧力を制御しているものもある。この方式
では、エンジン低回転数時で排気圧が低く排気流量が少
ないときには、ノズル翼と円周方向との成す角を小さく
なるように制御し、排気ガスの流速を増してタービンの
回転数を上げることができるので、エンジン低回転数時
から過給効果が得やすい。またエンジン高回転数時で排
気圧が高く排気流量が多いときには、ノズル翼と円周方
向との成す角を大きくしてノズル面積が大きくなるよう
に制御し、タービンの回転数が高くなり過ぎるのを防止
すると共に、エンジンの排気抵抗を下げるようにしてい
る。
[0005] Further, there is a type in which a nozzle blade having a variable angle is provided at an inlet of a turbine impeller so that the rotation speed of the turbine can be adjusted and the supercharging pressure is controlled. In this system, when the exhaust pressure is low and the exhaust flow rate is low at low engine speeds, the angle between the nozzle blade and the circumferential direction is controlled to be small, and the exhaust gas flow rate is increased to increase the turbine speed. Since it can be increased, the supercharging effect is easily obtained even when the engine speed is low. Also, when the exhaust pressure is high and the exhaust flow rate is high at high engine speed, the angle between the nozzle blade and the circumferential direction is increased to control the nozzle area to increase, and the turbine speed becomes too high. And reduce the exhaust resistance of the engine.
【0006】さらに、特開昭61−205330号公報のよう
に、舶用ディーゼルエンジン用過給機として、過給機の
排気ガス入口に可変ノズルリング,ブロワ入口にインレ
ットガイドベーン,ブロワ出口に可変ディフューザリン
グを設け、それぞれの回転角度,過給機の回転数,ブロ
ワ出口圧力と温度,ブロワ渦巻室外周壁面圧力と内周壁
面圧力との差圧、及びその外周壁面圧力,排気ガス入口
温度,エンジン回転数,燃料流量を検出し、可変ノズル
リング,インレットガイドベーン,可変ディフューザリ
ングの回転角度をそれぞれ連動させエンジンの供給空気
量及び過給圧力をコントロールし、過給機の効率が最高
になるようにしているものが知られている。
Further, as disclosed in JP-A-61-205330, as a supercharger for a marine diesel engine, a variable nozzle ring is provided at an exhaust gas inlet of a supercharger, an inlet guide vane is provided at a blower inlet, and a variable diffuser is provided at a blower outlet. Rings are provided, each rotation angle, turbocharger rotation speed, blower outlet pressure and temperature, differential pressure between blower swirl chamber outer wall pressure and inner wall pressure, and outer wall pressure, exhaust gas inlet temperature, engine Detects the number of revolutions and fuel flow rate, and controls the amount of air supplied to the engine and the supercharging pressure by linking the rotation angles of the variable nozzle ring, inlet guide vane, and variable diffuser ring to maximize the supercharger efficiency. Is known.
【0007】この制御方法は、まず、エンジンを作動さ
せるとエンジンの最大連続出力で運転された場合を想定
し、可変ノズルリング,インレットガイドベーン,可変
ディフューザリングの回転角度がセットされる。次にエ
ンジンの燃料流量を検出し、最小燃料流量でエンジンが
運転されるように過給機の可変ノズルリング,インレッ
トガイドベーン,可変ディフューザリングの回転角度の
制御を行っている。
In this control method, first, when the engine is operated, it is assumed that the engine is operated at the maximum continuous output, and the rotation angles of the variable nozzle ring, the inlet guide vane, and the variable diffuser ring are set. Next, the fuel flow rate of the engine is detected, and the rotation angles of the variable nozzle ring, inlet guide vane, and variable diffuser ring of the supercharger are controlled so that the engine is operated with the minimum fuel flow rate.
【0008】[0008]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のタービ
ン入口側にウエストゲート弁による過給圧力制御方法で
は、エンジン高速回転数時にバイパスされる排気と共
に、喪失するエネルギのために過給圧力に対してタービ
ン入口圧力が上昇し、高速性能を損なうという問題があ
った。また、エンジンに対して比較的小容量のタービン
を使用しているため、エンジン容量に合わせたタービン
を製作しなければならず、タービンの種類が多くなり製
作コストが増加するという問題がある。
In the above-described conventional supercharging pressure control method using a wastegate valve on the turbine inlet side, the exhaust pressure that is bypassed when the engine is rotating at a high speed and the energy lost are reduced by the supercharging pressure. Therefore, there has been a problem that the turbine inlet pressure increases and the high-speed performance is impaired. Further, since a relatively small-capacity turbine is used for the engine, the turbine must be manufactured in accordance with the engine capacity, and there is a problem that the number of types of turbines increases and the manufacturing cost increases.
【0009】また、タービン羽根車の入口にノズル翼を
設けて、タービンの回転数を調節可能にした排気ターボ
過給機においては、ノズル翼が流体速度の比較的高い領
域に配設されるために、流体の抵抗損出が大きくなりが
ちでタービンの効率が低下し、タービン入口圧力が上昇
し、高速性能を損なうという問題がある。また、過給機
のタービン側は、エンジンからの排気ガスにより高温と
なる。ノズル翼とスクロールケーシングのクリアランス
は、過給機が高温となった場合に一定に保たれるように
設計されている。そのため、エンジン始動時などの過給
機温度が低い場合は、ノズル翼とスクロールケーシング
のクリアランスが広くなり、タービン効率が大幅に低下
し、十分な過給圧力が得られない問題がある。
Further, in an exhaust turbocharger in which a nozzle blade is provided at an inlet of a turbine impeller so that the rotation speed of the turbine can be adjusted, the nozzle blade is disposed in a region where a fluid velocity is relatively high. In addition, there is a problem that the resistance loss of the fluid tends to increase, the efficiency of the turbine decreases, the turbine inlet pressure increases, and the high-speed performance is impaired. Further, the temperature of the turbine side of the turbocharger becomes high due to exhaust gas from the engine. The clearance between the nozzle vanes and the scroll casing is designed to be kept constant when the turbocharger becomes hot. Therefore, when the supercharger temperature is low, such as when starting the engine, there is a problem that the clearance between the nozzle blades and the scroll casing is widened, the turbine efficiency is significantly reduced, and a sufficient supercharging pressure cannot be obtained.
【0010】また、可変ノズルリング,インレットガイ
ドベーン,可変ディフューザリングを用いた舶用の過給
機の制御方法は、エンジンが一定速運転で運行されるこ
とが多いため、エンジン出力が最大連続出力で運転され
た場合に供給される燃料が最小となるように過給機を制
御している。そのため、自動車用エンジンのように負荷
条件が頻繁に変化するような過給圧力の制御方法につい
ては、考慮されていない。
Further, in a method of controlling a supercharger for a marine vessel using a variable nozzle ring, an inlet guide vane, and a variable diffuser ring, the engine is operated at a constant speed in many cases. The supercharger is controlled so that the fuel supplied when operated is minimized. Therefore, a method of controlling the supercharging pressure in which the load condition changes frequently, such as in an automobile engine, is not considered.
【0011】本発明の目的は、自動車エンジンのエンジ
ン回転数が低いときに排気ターボ過給機のコンプレッサ
の吐出圧力すなわち過給圧力を高くし、エンジン高回転
数では、過給圧力が高くなり過ぎるのを抑制することが
でき、エンジンの低速回転域から高速回転域までの広い
運転条件の全域にわたって、良好な過給圧力特性を簡単
な構造で実現し、さらに安全側に動作するように、過給
圧力が高くなり過ぎるのを防ぐことである。
An object of the present invention is to increase the discharge pressure of the compressor of the exhaust turbocharger, that is, the supercharging pressure, when the engine speed of the automobile engine is low, and to increase the supercharging pressure at the high engine speed. The supercharged pressure characteristic is realized with a simple structure over a wide range of operating conditions from the low speed range to the high speed range of the engine, The purpose is to prevent the supply pressure from becoming too high.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、エンジンの排気ガスによって駆動されるタービン
と、タービンの駆動によってエンジンのシリンダ内に過
給するコンプレッサからなる排気ターボ過給機におい
て、コンプレッサ入口に回転可能に支持された可変ガイ
ドベーンと、過給圧力により可変ガイドベーンを回動さ
せるアクチュエータを備え、エンジンの始動時に可変ガ
イドベーンをコンプレッサ羽根車の回転方向とは逆方向
の旋回を与える側にアクチュエータにより押しつけ、過
給圧力の上昇と共に可変ガイドベーンからの空気の流入
方向を逆旋回側から正旋回側に可変ガイドベーンを回転
駆動させるようにしたものである。
In order to achieve the above object, an exhaust turbocharger comprising a turbine driven by exhaust gas of an engine and a compressor which supercharges a cylinder of the engine by driving the turbine is provided. Equipped with a variable guide vane rotatably supported at the compressor inlet and an actuator that rotates the variable guide vane by supercharging pressure, and when the engine starts, the variable guide vane turns in the direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller. The variable guide vanes are pressed against the application side by an actuator, and the variable guide vanes are rotationally driven from the reverse swivel side to the forward swivel side in the direction of air inflow from the variable guide vanes as the supercharging pressure increases.
【0013】また、排気ターボ過給機により過給圧力が
上昇し、インターセプト点の過給圧力P1よりも少し低
い過給圧力P2までは、可変ガイドベーンをコンプレッ
サ羽根車の回転方向とは逆方向の旋回を与える側にアク
チュエータにより押しつけ、過給圧力P2に達した後に
逆旋回側から正旋回側に可変ガイドベーンを回転駆動さ
せるようにしたものである。
Further, the supercharging pressure is increased by the exhaust turbo supercharger, and the variable guide vane is rotated in a direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller until the supercharging pressure P2 is slightly lower than the supercharging pressure P1 at the intercept point. The variable guide vane is rotated from the reverse turning side to the normal turning side after reaching the supercharging pressure P2 by the actuator.
【0014】さらに、排気ターボ過給機のタービン入口
に、過給圧力により排気ガスの一部を逃がし過給圧力が
過大となることを抑制するウエストゲートバルブを配置
し、そのウエストゲートバルブが作動する過給圧力をイ
ンターセプト点の過給圧力P1よりも高くしたものであ
る。
Further, a waste gate valve is disposed at the turbine inlet of the exhaust turbocharger to prevent a part of the exhaust gas from being released by the supercharging pressure and to suppress the supercharging pressure from becoming excessive, and the wastegate valve is operated. Is higher than the supercharging pressure P1 at the intercept point.
【0015】そして、可変ガイドベーンを回動させるア
クチュエータに過給圧力を導入する導入口、または導入
通路にインターセプト点の過給圧力P1になった場合に
開くバルブを設け、排気ターボ過給機により過給圧力が
上昇し過給圧力P1になるまで可変ガイドベーンをコン
プレッサ羽根車の回転方向とは逆方向の旋回を与える側
にアクチュエータにより押しつけ、過給圧力P1でバル
ブが開き過給圧力が導入され可変ガイドベーンを逆旋回
側から正旋回側に回転駆動させるようにしたものであ
る。
An introduction port for introducing a supercharging pressure to an actuator for rotating the variable guide vane, or a valve which opens when the supercharging pressure P1 at the intercept point is obtained, is provided in the introduction passage. The variable guide vane is pressed by an actuator on the side that gives a turn in the direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller by an actuator until the supercharging pressure increases and reaches the supercharging pressure P1, and the valve opens at the supercharging pressure P1 and the supercharging pressure is introduced. The variable guide vane is driven to rotate from the reverse turning side to the normal turning side.
【0016】さらに、エンジンの排気ガスによって駆動
されるタービンと、タービンの駆動によってエンジンの
シリンダ内に過給するコンプレッサからなる排気ターボ
過給機において、コンプレッサ入口に回転可能に支持さ
れた可変ガイドベーンと、過給圧力により可変ガイドベ
ーンを回動させるアクチュエータを備え、アクチュエー
タはコンプレッサ羽根車上の圧力と、コンプレッサ出口
圧力の2つの過給圧力を導く圧力導入通路が接続され、
コンプレッサ出口圧力を導入する圧力導入通路にスロッ
トルバルブが開から閉になった場合に過給圧力を導入す
る方向に開くバルブ手段を設け、通常運転ではコンプレ
ッサ羽根車上の圧力により可変ガイドベーンを回転駆動
させ、スロットルバルブが開から閉になった場合にコン
プレッサ出口圧力により正旋回側に該可変ガイドベーン
を回転駆動させるようにしたものである。
Further, in an exhaust turbocharger comprising a turbine driven by exhaust gas of an engine and a compressor which supercharges a cylinder of the engine by driving the turbine, a variable guide vane rotatably supported at a compressor inlet. And an actuator for rotating the variable guide vane by the supercharging pressure, and the actuator is connected to a pressure introduction passage for guiding two supercharging pressures of a pressure on the compressor impeller and a compressor outlet pressure,
A valve means that opens in the direction to introduce the supercharging pressure when the throttle valve opens to close is provided in the pressure introduction passage that introduces the compressor outlet pressure.In normal operation, the variable guide vane is rotated by the pressure on the compressor impeller. The variable guide vane is driven to rotate forward by the compressor outlet pressure when the throttle valve is opened and closed.
【0017】上記のように排気ターボ過給機のコンプレ
ッサ入口には、過給圧力が加わると作動するアクチュエ
ータにより回転駆動する可変ガイドベーンが設置されて
いる。この可変ガイドベーンは、エンジンの始動時には
アクチュエータによって、コンプレッサ羽根車の回転方
向とは逆方向の旋回を与える側に保持されている。エン
ジンが始動しエンジンの排気ガスによって、排気ターボ
過給機のタービンが駆動するとコンプレッサにより過給
圧力が上昇し、アクチュエータに過給圧力が加えられる
と可変ガイドベーンを、コンプレッサ羽根車に流入する
空気の流入方向を逆旋回側から軸方向側へ、そして正旋
回側になるように回転駆動するように構成されている。
また、さらに正旋回方向からコンプレッサ入口の流路を
塞ぐ方向へは可変ガイドベーンが回転しないようにアク
チュエータで規制されている。
As described above, at the compressor inlet of the exhaust turbocharger, a variable guide vane that is rotationally driven by an actuator that operates when a supercharging pressure is applied is installed. When the engine is started, the variable guide vane is held by an actuator on a side that gives a turn in a direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller. When the engine is started and the exhaust gas of the engine drives the turbine of the exhaust turbocharger, the supercharging pressure is increased by the compressor. When the supercharging pressure is applied to the actuator, the variable guide vanes move the air flowing into the compressor impeller. Is driven to rotate in such a manner that the inflow direction is from the reverse turning side to the axial direction side, and then to the forward turning side.
Further, the actuator is regulated so that the variable guide vane does not rotate from the forward turning direction to the direction closing the flow path of the compressor inlet.
【0018】このように構成された排気ターボ過給機
で、エンジンが低回転数で運転されているときは、コン
プレッサの羽根車に逆旋回で空気が流入するため、可変
ガイドベーンを配置していない排気ターボ過給機と比較
すると、タービン回転数が同じ場合、コンプレッサの排
気圧力すなわち過給圧力を高くすることができる。そし
て、エンジン回転数が高くなり、可変ガイドベーンが回
転駆動すると、コンプレッサの羽根車に流入する空気の
流入角は、逆旋回側から軸方向側へ、そして正旋回側へ
と変化する。コンプレッサに軸方向側から空気が流入し
た場合は、可変ガイドベーンを配置していない排気ター
ボ過給機と同じ過給圧力が得られ、正旋回で流入するこ
とで、過給圧力が高くなり過ぎるのを抑制することがで
きる。
When the engine is operated at a low rotational speed in the exhaust turbocharger configured as described above, air flows into the impeller of the compressor in reverse rotation, so that a variable guide vane is provided. When the turbine speed is the same, the exhaust pressure of the compressor, i.e., the supercharging pressure, can be increased as compared with a turbocharger having no exhaust gas. Then, when the engine speed increases and the variable guide vanes rotate, the inflow angle of the air flowing into the impeller of the compressor changes from the reverse turning side to the axial direction side, and then to the forward turning side. When air flows into the compressor from the axial direction side, the same supercharging pressure as that of an exhaust turbocharger without variable guide vanes is obtained, and the supercharging pressure becomes too high by flowing in a forward swirl. Can be suppressed.
【0019】また、排気ターボ過給機により過給圧力が
上昇し、エンジンが必要とする過給圧力、すなわちイン
ターセプト点の過給圧力P1よりも少し低い過給圧力P
2になるまでコンプレッサ羽根車に逆旋回で空気を流入
するようにアクチュエータで可変ガイドベーンを保持
し、過給圧力P2に達した後に逆旋回側から正旋回側に
可変ガイドベーンを回転駆動させるようにしたことで、
可変ガイドベーンは過給圧力P2までコンプレッサ羽根
車に一番逆旋回が与えられた状態で空気を流入すること
ができるので、エンジンの低速回転域から中速回転域ま
での過給圧力をさらに高くすることができる。すなわ
ち、エンジン低,中速回転数域でのレスポンス性能が良
好になる。そして、過給圧力がP2を越えると可変ガイ
ドベーンは逆旋回側から正旋回側に回転駆動されるた
め、過給圧力が高くなり過ぎるのを抑制することができ
る。
Further, the supercharging pressure is increased by the exhaust turbo supercharger, and the supercharging pressure P slightly lower than the supercharging pressure required by the engine, that is, the supercharging pressure P1 at the intercept point.
The variable guide vane is held by an actuator so that air flows into the compressor impeller in reverse rotation until the pressure reaches 2, and after reaching the supercharging pressure P2, the variable guide vane is driven to rotate from the reverse rotation side to the forward rotation side. By doing
The variable guide vanes allow air to flow in a state in which the compressor impeller is most reversely swirled up to the supercharging pressure P2. Therefore, the supercharging pressure from the low speed range to the medium speed range of the engine is further increased. can do. In other words, the response performance in the low and middle engine speed range is improved. When the supercharging pressure exceeds P2, the variable guide vane is driven to rotate from the reverse turning side to the normal turning side, so that the supercharging pressure can be prevented from becoming too high.
【0020】また、タービン入口にウエストゲートバル
ブを配置し、ウエストゲートバルブが作動する過給圧力
をインターセプト点の過給圧力P1よりも高くしたこと
で、可変ガイドベーンが何らかの原因で正旋回を流す方
向に回転できなくなった場合、エンジンの回転数に伴っ
て過給圧力がインターセプト点での過給圧力P1よりも
高くなる。しかし、タービン入口にインターセプト点で
の過給圧力P1よりも高くなった場合に、エンジンの排
気ガスを逃がすウエストゲートバルブが作動するため、
タービン回転数が低下し過給圧力が高くなり過ぎること
を防止できる。すなわち、確実にエンジン保護上定めら
れる最大過給圧力以上に高くならずエンジンを保護する
ことができる。
In addition, a wastegate valve is disposed at the turbine inlet, and the supercharging pressure at which the wastegate valve operates is set higher than the supercharging pressure P1 at the intercept point, so that the variable guide vane causes a forward swirl for some reason. If the engine cannot rotate in the direction, the supercharging pressure becomes higher than the supercharging pressure P1 at the intercept point according to the engine speed. However, when the boost pressure at the turbine inlet becomes higher than the supercharging pressure P1 at the intercept point, the wastegate valve that allows the exhaust gas of the engine to escape operates.
It is possible to prevent the turbine speed from decreasing and the supercharging pressure from becoming too high. That is, it is possible to protect the engine without increasing the pressure to a level higher than the maximum supercharging pressure determined for engine protection.
【0021】さらに、可変ガイドベーンを回動させるア
クチュエータの過給圧力を導入する導入口、または導入
通路に、インターセプト点の過給圧力P1になった場合
に開くバルブを設けることで、過給圧力P1になるまで
はバルブは閉となるためアクチュエータには過給圧力が
加わらない。そのため、可変ガイドベーンはコンプレッ
サ羽根車の回転方向とは逆方向の旋回を与える側にアク
チュエータにより押しつけられ保持される。すなわち、
インターセプト点の過給圧力P1に達するまでのエンジ
ン回転数を低くでき、過給圧力P1に達するまでの所用
時間が大幅に短縮される。インターセプト点での過給圧
力P1よりも高くなると、バルブは開きアクチュエータ
に過給圧力P1が急激に加わるため、速い回転速度で可
変ガイドベーンは空気を逆旋回側から正旋回側に流す方
向に回転駆動する。
Further, by providing a valve which opens when the supercharging pressure P1 at the intercept point is provided in the inlet or the introduction passage for introducing the supercharging pressure of the actuator for rotating the variable guide vane, the supercharging pressure is increased. Until P1, the valve is closed, so that no supercharging pressure is applied to the actuator. Therefore, the variable guide vane is pressed and held by the actuator on the side that gives a turn in the direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller. That is,
The engine speed until reaching the supercharging pressure P1 at the intercept point can be reduced, and the time required until the supercharging pressure P1 is reached is greatly reduced. When the charging pressure becomes higher than the supercharging pressure P1 at the intercept point, the valve opens and the supercharging pressure P1 is rapidly applied to the actuator, so that the variable guide vane rotates in a direction in which air flows from the reverse turning side to the forward turning side at a high rotation speed. Drive.
【0022】さらに、可変ガイドベーンを回転駆動する
アクチュエータには、コンプレッサ羽根車上の圧力と、
コンプレッサ出口圧力の2つの過給圧力を導く圧力導入
通路が接続されている。通常運転ではコンプレッサ羽根
車上の圧力によって、アクチュエータを回動し、コンプ
レッサの羽根車に逆旋回側から正旋回側へ、または正旋
回側から逆旋回側へと可変ガイドベーンを回転駆動させ
ている。また、コンプレッサ出口圧力を導入する圧力導
入通路にはスロットルバルブと連動し、スロットルバル
ブが開から閉になった場合に過給圧力を導入する方向に
開くバルブ手段が設けられている。
Further, the actuator for rotatingly driving the variable guide vane includes a pressure on the compressor impeller,
A pressure introduction passage for leading two supercharging pressures of the compressor outlet pressure is connected. In normal operation, the actuator rotates by the pressure on the compressor impeller, and the variable guide vane is rotationally driven by the impeller of the compressor from the reverse turning side to the forward turning side or from the forward turning side to the reverse turning side. . The pressure introduction passage for introducing the compressor outlet pressure is provided with a valve means that is linked to the throttle valve and opens in a direction for introducing the supercharging pressure when the throttle valve is closed from open.
【0023】自動車の運転状態、例えば、高速運転中に
急制動を行った場合、スロットルバルブが開から閉にな
るためコンプレッサ流量は突然少なくなり、排気ターボ
過給機が高回転で運転されているため、コンプレッサの
サージング領域に近づいたり、過給圧力が急上昇するこ
とがある。このような運転状態において、コンプレッサ
出口圧力を導入する圧力導入通路のバルブが開き、可変
ガイドベーンを正旋回方向に回転駆動することによっ
て、サージングを防止する方向に過給圧力を抑制するこ
とができる。
When the vehicle is in an operating state, for example, when sudden braking is performed during high-speed operation, the throttle valve is changed from open to closed, so that the compressor flow rate suddenly decreases, and the exhaust turbocharger is operated at high speed. As a result, the compressor may approach the surging region of the compressor or the boost pressure may rise rapidly. In such an operation state, the valve in the pressure introduction passage for introducing the compressor outlet pressure is opened, and the variable guide vane is driven to rotate in the forward turning direction, whereby the supercharging pressure can be suppressed in a direction to prevent surging. .
【0024】従って、コンプレッサ入口に過給圧力によ
り回転駆動する可変ガイドベーンを配置し、エンジンの
始動時に可変ガイドベーンをコンプレッサ羽根車の回転
方向とは逆方向の旋回を与える側にアクチュエータによ
り押しつけ、過給圧力により可変ガイドベーンからの空
気の流入方向を逆旋回側から正旋回側に可変ガイドベー
ンを回転駆動させることで、コンプレッサの過給圧力を
制御でき、エンジン回転数が低いときに過給圧力を高く
し、エンジン高回転数では、過給圧力が高くなり過ぎる
のを抑制することができる。よって、エンジンの低速回
転域から高速回転域までの広い運転条件の全域にわたっ
て良好な過給圧力特性が得られ、さらに過給圧力が高く
なり過ぎるのを防ぎ安全側に動作する排気ターボ過給機
を得ることができる。
Therefore, a variable guide vane, which is driven to rotate by the supercharging pressure, is disposed at the compressor inlet, and when the engine is started, the variable guide vane is pressed by an actuator against a side that gives a rotation in a direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller. The supercharging pressure controls the compressor's supercharging pressure by rotating the variable guide vane from the reverse swivel side to the forward swivel side to change the air inflow direction from the variable guide vane, thereby supercharging when the engine speed is low. When the pressure is increased and the engine speed is high, the supercharging pressure can be prevented from becoming too high. Therefore, good supercharging pressure characteristics can be obtained over a wide range of operating conditions from a low-speed rotation range to a high-speed rotation range of the engine, and an exhaust turbocharger that operates on the safe side by preventing the supercharging pressure from becoming too high. Can be obtained.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
より説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0026】図1は本発明の一実施例における排気ター
ボ過給機の概略構成を示す。この図に示すように、排気
ターボ過給機1には、回転軸5の両端部にタービン羽根
車4とコンプレッサ羽根車3が連結されている。タービ
ン羽根車4はタービンケーシング6内に収容され、ター
ビンケーシング6には、エンジン2からの排気ガスを導
入する入口部7と排気ガスを放出する出口部8とが具備
されている。コンプレッサ羽根車3はコンプレッサケー
シング9内に収容され、コンプレッサケーシング9には
空気を導入する入口部10とコンプレッサ羽根車3とコ
ンプレッサケーシング9により圧縮された空気をエンジ
ン2に供給する出口部11が形成されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, a turbine impeller 4 and a compressor impeller 3 are connected to both ends of a rotating shaft 5 of the exhaust turbocharger 1. The turbine impeller 4 is housed in a turbine casing 6, and the turbine casing 6 is provided with an inlet 7 for introducing exhaust gas from the engine 2 and an outlet 8 for discharging exhaust gas. The compressor impeller 3 is housed in a compressor casing 9, and the compressor casing 9 has an inlet 10 for introducing air, and an outlet 11 for supplying air compressed by the compressor impeller 3 and the compressor casing 9 to the engine 2. Have been.
【0027】コンプレッサ入口10には、可変ガイドベ
ーン12が設けられている。可変ガイドベーン12は、
羽根を回転駆動する可変ガイドベーン用アクチュエータ
13と可変ガイドベーン用ロッド14を介して回転機構
15に連結されている。可変ガイドベーン用アクチュエ
ータ13の圧力作動室16には、コンプレッサ排気側の
過給圧力が過給圧導入口17Aから過給圧力導入通路1
7Bを介して導かれるようになっている。過給圧力が導
入されるとロッド14が動き回転機構15により可変ガ
イドベーン12が回転される。
A variable guide vane 12 is provided at the compressor inlet 10. The variable guide vane 12
The blade is connected to a rotation mechanism 15 via a variable guide vane actuator 13 for rotatingly driving the blades and a variable guide vane rod 14. In the pressure operating chamber 16 of the variable guide vane actuator 13, the supercharging pressure on the compressor exhaust side is supplied from the supercharging pressure inlet 17A to the supercharging pressure introducing passage 1.
7B. When the supercharging pressure is introduced, the rod 14 moves and the rotating mechanism 15 rotates the variable guide vane 12.
【0028】コンプレッサ入口10から流入する空気
は、可変ガイドベーン12によってコンプレッサ羽根車
3に流入する空気の流入角が変えられ、コンプレッサ羽
根車3とコンプレッサケーシング9によって圧縮され、
コンプレッサ出口11より、エンジン2の吸気通路18
からエンジン2に供給される。エンジン2から排出され
た排気ガスは、排気通路19を介して排気ターボ過給機
1のタービンケーシング6に導かれる。
The air flowing from the compressor inlet 10 changes the inflow angle of the air flowing into the compressor impeller 3 by the variable guide vanes 12 and is compressed by the compressor impeller 3 and the compressor casing 9.
From the compressor outlet 11, the intake passage 18 of the engine 2
From the engine 2. Exhaust gas discharged from the engine 2 is guided to the turbine casing 6 of the exhaust turbocharger 1 via an exhaust passage 19.
【0029】次に、本発明の一実施例の動作について説
明する。
Next, the operation of one embodiment of the present invention will be described.
【0030】エンジン始動時の低回転数の場合、可変ガ
イドベーン12は、可変ガイドベーン用アクチュエータ
13のばね13Aのばね力によって、コンプレッサ羽根
車3に逆旋回で空気が流入する方向に向いて保持されて
いる。これによって、コンプレッサ羽根車3に逆旋回で
空気が流入するため、コンプレッサの排気圧力すなわち
過給圧力を高くすることができる。ここで、可変ガイド
ベーン12によりコンプレッサ羽根車3に流入する空気
の流入角、及びアクチュエータ13のばね力はエンジン
1の特性によって選定される。
When the engine speed is low at the time of starting the engine, the variable guide vane 12 is held by the spring force of the spring 13A of the actuator 13 for the variable guide vane in the direction in which air flows into the compressor impeller 3 in reverse rotation. Have been. As a result, air flows into the compressor impeller 3 in reverse rotation, so that the exhaust pressure of the compressor, that is, the supercharging pressure can be increased. Here, the inflow angle of the air flowing into the compressor impeller 3 by the variable guide vanes 12 and the spring force of the actuator 13 are selected according to the characteristics of the engine 1.
【0031】そして、エンジン回転数が徐々に高くなる
と、可変ガイドベーン用アクチュエータ13のばね力よ
りも過給圧力が大きくなり、ばね13Aが縮められるこ
とによって、ロッド14が動き回転機構15により可変
ガイドベーン12が徐々に回転される。可変ガイドベー
ンの可動状態を示す概念図を図2に示す。図2(a)は
正旋回側、(b)は軸方向側、(c)は逆旋回側を示
す。可変ガイドベーン12が回転駆動すると、コンプレ
ッサ羽根車3に流入する空気の流入角は、逆旋回側から
軸方向側へ、そして正旋回側へと変化する。ただし、正
旋回方向からさらに回転駆動し流路を塞ぐことのないよ
うに可変ガイドベーン用アクチュエータ13で規制され
ている。
When the engine speed gradually increases, the supercharging pressure becomes larger than the spring force of the variable guide vane actuator 13, and the spring 13A is contracted. The vane 12 is gradually rotated. FIG. 2 is a conceptual diagram showing a movable state of the variable guide vane. 2A shows a forward turning side, FIG. 2B shows an axial direction side, and FIG. 2C shows a reverse turning side. When the variable guide vane 12 is driven to rotate, the inflow angle of the air flowing into the compressor impeller 3 changes from the reverse turning side to the axial direction side, and then to the forward turning side. However, the actuator is regulated by the variable guide vane actuator 13 so as not to be further rotated and driven to block the flow path from the forward turning direction.
【0032】図3に、可変ガイドベーン12を回転駆動
した時の本発明の一実施例の排気ターボ過給機コンプレ
ッサの流量特性を示す。横軸にコンプレッサ空気流量、
縦軸に圧縮比を示す。実線はコンプレッサ入口10に可
変ガイドベーン12を配置したもので、破線はないもの
を示している。逆旋回を与えている場合、同一回転数、
同じ空気流量で比較すると、可変ガイドベーン12を取
り付けた方が過給圧力が高く、回転数が高くなるに従っ
て過給圧力の差は小さくなっていく。軸方向から流入し
た場合は、可変ガイドベーンを配置していないものと同
じ過給圧力となり、正旋回を与えると、過給圧力は可変
ガイドベーン12を配置していないものより小さくな
る。
FIG. 3 shows the flow rate characteristics of the exhaust turbocharger compressor according to one embodiment of the present invention when the variable guide vane 12 is driven to rotate. The horizontal axis shows the compressor air flow,
The vertical axis shows the compression ratio. The solid line indicates that the variable guide vanes 12 are arranged at the compressor inlet 10, and the one without the broken line is shown. When reverse turning is given, the same rotation speed,
When compared at the same air flow rate, the supercharging pressure is higher when the variable guide vane 12 is attached, and the difference between the supercharging pressures decreases as the rotation speed increases. When flowing in from the axial direction, the supercharging pressure is the same as that without the variable guide vanes. When the forward rotation is given, the supercharging pressure becomes smaller than that without the variable guide vanes 12.
【0033】このように、可変ガイドベーン12が回転
駆動し、コンプレッサ羽根車3に逆旋回で空気が流入し
た場合は、可変ガイドベーン12を配置していないもの
より過給圧力を高くすることができる。また、軸方向か
ら空気が流入した場合は、可変ガイドベーンを配置して
いない場合と同じ過給圧力が得られ、正旋回で流入した
場合、過給圧力が高くなり過ぎるのを抑制することがで
きる。
As described above, when the variable guide vane 12 is driven to rotate and air flows into the compressor impeller 3 in reverse rotation, the supercharging pressure can be made higher than that without the variable guide vane 12. it can. In addition, when air flows in from the axial direction, the same supercharging pressure as when the variable guide vanes are not provided is obtained, and when the air flows in forward rotation, it is possible to suppress the supercharging pressure from becoming too high. it can.
【0034】図4に本発明の一実施例の排気ターボ過給
機コンプレッサの運転特性の概念図を示す。図3のコン
プレッサ流量特性から同じ流量での圧縮比をプロットし
たもので、横軸に空気流量、縦軸にコンプレッサの圧縮
比を示す。図の(a)は標準形の排気ターボ過給機の運
転特性、(b)は本発明の一実施例のコンプレッサ入口
10に可変ガイドベーン12を配置したものを示してい
る。図中Aで示した点は、コンプレッサ羽根車3に軸方
向から流入した時のものである。可変ガイドベーン12
を配置し、コンプレッサ羽根車3に逆旋回を与えること
で、少ない空気流量、すなわちエンジン低回転数でのコ
ンプレッサの圧縮比を高くでき、エンジン低速域での過
給圧力特性がすぐれることがわかる。また、大流量側、
すなわちエンジン高回転数域で正旋回を与えることで圧
縮比を抑制することができる。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the operating characteristics of the exhaust turbocharger compressor according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a plot of the compression ratio at the same flow rate from the compressor flow rate characteristics in FIG. 3, where the horizontal axis indicates the air flow rate and the vertical axis indicates the compression ratio of the compressor. (A) of the drawing shows the operating characteristics of a standard type exhaust turbocharger, and (b) shows a variable guide vane 12 disposed at a compressor inlet 10 according to an embodiment of the present invention. The point indicated by A in the figure is the one when it flows into the compressor impeller 3 from the axial direction. Variable guide vane 12
By providing reverse rotation to the compressor impeller 3, it is possible to increase the compression ratio of the compressor at a low air flow rate, that is, at a low engine speed, and to improve the supercharging pressure characteristics at a low engine speed range. . Also, on the large flow side,
That is, the compression ratio can be suppressed by giving the normal turning in the high engine speed range.
【0035】図示しないが、さらに、本発明の他の一実
施例の排気ターボ過給機について説明する。図1の発明
との違いは、可変ガイドベーン12の回転駆動させる方
法が異なる。すなわち、本発明はエンジン始動時からイ
ンターセプト点の過給圧力P1よりも低い過給圧力P2
までは、アクチュエータ13のばね13Aのばね力が過
給圧力P2より大きくなるように、ばね13Aのばね定
数を設定している。
Although not shown, an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention will be described. The difference from the invention of FIG. 1 is in the method of driving the variable guide vane 12 to rotate. That is, according to the present invention, the supercharging pressure P2 lower than the supercharging pressure P1 at the intercept point from the start of the engine.
Up to this point, the spring constant of the spring 13A is set so that the spring force of the spring 13A of the actuator 13 is larger than the supercharging pressure P2.
【0036】これにより、始動時から過給圧力P2まで
の間は、可変ガイドベーン12が最初に設定されたベー
ン角度でばね13Aのばね力により保持される。すなわ
ち、コンプレッサ羽根車3に流入する空気の流入角は、
一番逆旋回が加えられた方向を維持できる。過給圧力P
2に達した後は、過給圧力がばね13Aのばね力よりも
大きくなるため、ロッド14が移動し回転機構15によ
り、空気の流入方向が逆旋回側から正旋回側へなるよう
に可変ガイドベーン12を回転駆動するようにしたもの
である。
Thus, during the period from the start to the supercharging pressure P2, the variable guide vane 12 is held at the initially set vane angle by the spring force of the spring 13A. That is, the inflow angle of the air flowing into the compressor impeller 3 is:
The direction in which the most reverse turn was applied can be maintained. Supercharging pressure P
After reaching 2, the supercharging pressure becomes larger than the spring force of the spring 13A, so that the rod 14 is moved and the rotating mechanism 15 is used to change the air inflow direction from the reverse turning side to the forward turning side. The vane 12 is driven to rotate.
【0037】前述のような構造とした本発明の他の一実
施例の排気ターボ過給機のコンプレッサ流量特性を図5
に示す。逆旋回を与えたままコンプレッサ回転数が高く
なると、同じ空気流量で比較すると圧縮比は大きくなる
ことがわかる。このコンプレッサ流量特性での運転特性
を図4の(c)に示す。図4の(b)と比較すると、
低,中流量側での過給圧力を大きくでき、すなわちエン
ジン低,中回転数域での過給圧力特性を改善でき、エン
ジン低、中回転数域でのレスポンス性能を良好にするこ
とができる。
FIG. 5 shows the compressor flow characteristics of the exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention having the above-described structure.
Shown in When the rotation speed of the compressor is increased while the reverse rotation is given, it can be seen that the compression ratio increases when compared at the same air flow rate. The operating characteristics based on the compressor flow characteristics are shown in FIG. Compared to FIG. 4B,
It is possible to increase the supercharging pressure on the low and medium flow rates, that is, to improve the supercharging pressure characteristics in the low and medium engine speed ranges and to improve the response performance in the low and medium engine speed ranges. .
【0038】さらに、本発明の他の一実施例の排気ター
ボ過給機の概略構造を図6に示す。図1と同じ機能のも
のは、同一番号とし説明は省略する。排気ターボ過給機
1は、コンプレッサ羽根車3と、タービン羽根車4と、
回転軸5と、ウエストゲートバルブ21と、ウエストゲ
ートバルブ21を駆動するアクチュエータ22と、可変
ガイドベーン12と、可変ガイドベーン12を駆動する
アクチュエータ13とを備えている。エンジン2から排
出された排気ガスは、排気通路19を介して排気ターボ
過給機1のタービンケーシング6に導かれる。タービン
ケーシング6には排気タービン羽根車4をバイパスする
バイパス通路20が形成され、バイパス通路20にはウ
エストゲートバルブ21が設けられている。
FIG. 6 shows a schematic structure of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention. 1 having the same functions as those in FIG. The exhaust turbocharger 1 includes a compressor impeller 3, a turbine impeller 4,
The rotary shaft 5, a wastegate valve 21, an actuator 22 for driving the wastegate valve 21, a variable guide vane 12, and an actuator 13 for driving the variable guide vane 12 are provided. Exhaust gas discharged from the engine 2 is guided to the turbine casing 6 of the exhaust turbocharger 1 via an exhaust passage 19. A bypass passage 20 that bypasses the exhaust turbine impeller 4 is formed in the turbine casing 6, and a waste gate valve 21 is provided in the bypass passage 20.
【0039】ウエストゲートバルブ21は、ウエストゲ
ートバルブ21を開閉駆動するウエストゲートバルブ用
アクチュエータ22とウエストゲートバルブ用ロッド2
3を介して連結されている。ウエストゲートバルブ用ア
クチュエータ22の圧力作動室24には、コンプレッサ
の排気側の過給圧力が過給圧導入口25Aから過給圧力
導入通路25Bを介して導かれるようになっている。過
給圧導入口25Aから過給圧力導入通路25を介して圧
力作動室24に過給圧力が導入され、インターセプト点
の過給圧力以上になるとロッド23が動きウエストゲー
トバルブ21が開放されるようになっている。
The wastegate valve 21 includes a wastegate valve actuator 22 for opening and closing the wastegate valve 21 and a wastegate valve rod 2.
3 are connected. The supercharging pressure on the exhaust side of the compressor is introduced into the pressure operating chamber 24 of the wastegate valve actuator 22 from a supercharging pressure inlet 25A via a supercharging pressure introducing passage 25B. The supercharging pressure is introduced from the supercharging pressure inlet 25A into the pressure working chamber 24 via the supercharging pressure introducing passage 25, and when the supercharging pressure exceeds the supercharging pressure at the intercept point, the rod 23 moves to open the waste gate valve 21. It has become.
【0040】このように構成された排気ターボ過給機で
は、可変ガイドベーン12が何らかの原因で、正旋回を
流す方向に回転できなくなった場合、エンジンの回転数
に伴って過給圧力がインターセプト点での過給圧力より
も高くなる。この場合、タービン入口7にインターセプ
ト点での過給圧力よりも高くなった場合に、エンジン2
の排気ガスを逃がすウエストゲートバルブ21を配置し
ているため、過給圧力が高くなり過ぎることを防止する
ことができる。
In the exhaust turbocharger configured as described above, if the variable guide vane 12 cannot rotate in the direction of flowing forward turning for any reason, the supercharging pressure increases with the engine speed. Higher than the supercharging pressure at In this case, when the supercharging pressure at the turbine inlet 7 becomes higher than the supercharging pressure at the intercept point, the engine 2
Since the wastegate valve 21 for releasing the exhaust gas is disposed, it is possible to prevent the supercharging pressure from becoming too high.
【0041】さらに、本発明の他の一実施例の排気ター
ボ過給機の概略構造を図7に示す。図1との違いは、可
変ガイドベーン12を回動させるアクチュエータ13の
過給圧力を導入する導入口17A、または過給圧力導入
通路17Bにインターセプト点の過給圧力P1になった
場合に開くバルブ手段26を設け、過給圧力P1になる
までコンプレッサ羽根車3の回転方向とは逆方向の旋回
を与える側に、可変ガイドベーン12をアクチュエータ
により押しつけ保持し、過給圧力P1で逆旋回側から正
旋回側に可変ガイドベーン12を回転駆動するようにし
たものである。
FIG. 7 shows a schematic structure of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention. The difference from FIG. 1 is that a valve that opens when the supercharging pressure P1 at the intercept point reaches the supercharging pressure introduction passage 17B or the inlet 17A for introducing the supercharging pressure of the actuator 13 that rotates the variable guide vane 12. Means 26 is provided, and the variable guide vane 12 is pressed and held by an actuator on the side that gives a turn in the direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller 3 until the supercharging pressure P1 is reached. The variable guide vane 12 is driven to rotate toward the forward turning side.
【0042】これにより、インターセプト点の過給圧力
P1までは、バルブは閉となるためアクチュエータ13
の圧力作動室16には過給圧力が加わらない。そのた
め、可変ガイドベーン12が最初に設定されたベーン角
度でアクチュエータ13のばね13Aのばね力により保
持される。過給圧力がインターセプト点での過給圧力P
1よりも高くなると、バルブは開きアクチュエータ13
の圧力作動室16に過給圧力P1が急激に加わるため、
速い回転速度で可変ガイドベーン12は空気を逆旋回側
から正旋回側に流す方向に回転駆動することができる。
As a result, the valve is closed up to the supercharging pressure P1 at the intercept point.
No supercharging pressure is applied to the pressure working chamber 16. Therefore, the variable guide vane 12 is held at the initially set vane angle by the spring force of the spring 13A of the actuator 13. The supercharging pressure is the supercharging pressure P at the intercept point.
If it is higher than 1, the valve opens and the actuator 13
Because the supercharging pressure P1 is suddenly applied to the pressure working chamber 16 of
At a high rotation speed, the variable guide vane 12 can be driven to rotate in a direction in which air flows from the reverse turning side to the normal turning side.
【0043】本発明のコンプレッサの運転特性を図4
(d)に示す。図4の(c)と比較すると、中流量域で
の圧縮比を高くできる。すなわち、インターセプト点の
過給圧力P1に達するエンジン回転数を低くすることが
でき、インターセプト点の過給圧力P1に達するまでの
時間を短縮することができる。したがって、エンジンの
低,中速トルク特性や加速時の応答性を改善できる効果
がある。
FIG. 4 shows the operating characteristics of the compressor of the present invention.
(D). As compared with FIG. 4C, the compression ratio in the middle flow rate region can be increased. That is, the engine speed at which the supercharging pressure P1 at the intercept point is reached can be reduced, and the time required to reach the supercharging pressure P1 at the intercept point can be shortened. Therefore, there is an effect that the low and medium speed torque characteristics of the engine and the response during acceleration can be improved.
【0044】さらに、本発明の他の一実施例における排
気ターボ過給機の概略構成を図8に示す。同じ機能のも
のは、同一番号とし説明は省略する。図6において、排
気ターボ過給機1は、コンプレッサ羽根車3と、タービ
ン羽根車4と、回転軸5と、ウエストゲートバルブ21
と、可変ガイドベーン12と、可変ガイドベーン12を
駆動するアクチュエータ13とを備え、可変ガイドベー
ン12を回転駆動するアクチュエータ13には、コンプ
レッサ羽根車3上の圧力を導く圧力導入通路27と、コ
ンプレッサ出口圧力の過給圧力を導く圧力導入通路17
Bが接続されている。また、コンプレッサ出口圧力を導
入する圧力導入通路17Bにはスロットルバルブと連動
し、スロットルバルブが開から閉になった場合に過給圧
力を導入する方向に開くバルブ手段28が設けられてい
る。
FIG. 8 shows a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention. Those having the same function are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. In FIG. 6, the exhaust turbocharger 1 includes a compressor impeller 3, a turbine impeller 4, a rotating shaft 5, a wastegate valve 21
And a variable guide vane 12, and an actuator 13 for driving the variable guide vane 12. The actuator 13 for rotating and driving the variable guide vane 12 includes a pressure introducing passage 27 for introducing pressure on the compressor impeller 3, Pressure introduction passage 17 for guiding the supercharging pressure of the outlet pressure
B is connected. Further, a valve means 28 is provided in the pressure introducing passage 17B for introducing the compressor outlet pressure, in conjunction with the throttle valve, and opening in a direction for introducing the supercharging pressure when the throttle valve is opened to closed.
【0045】このように構成された排気ターボ過給機1
で、通常運転ではコンプレッサ羽根車3上の圧力によっ
て、アクチュエータ13を回動し、コンプレッサ羽根車
3に逆旋回側から正旋回側へ、または正旋回側から逆旋
回側へと可変ガイドベーン12を回転駆動させている。
自動車の運転状態、例えば、高速運転中に急制動を行っ
た場合、スロットルバルブが開から閉になるためコンプ
レッサ流量は突然少なくなり、排気ターボ過給機1が高
回転で運転されているため、コンプレッサのサージング
領域に近づいたり、過給圧力が急上昇することがある。
The exhaust turbocharger 1 configured as described above
In the normal operation, the actuator 13 is rotated by the pressure on the compressor impeller 3, and the variable guide vane 12 is moved to the compressor impeller 3 from the reverse turning side to the normal turning side or from the normal turning side to the reverse turning side. It is driven to rotate.
In the driving state of the automobile, for example, when sudden braking is performed during high-speed operation, the throttle valve is changed from open to closed, so that the compressor flow rate suddenly decreases, and the exhaust turbocharger 1 is operated at high speed. It may approach the surging region of the compressor or the boost pressure may rise sharply.
【0046】このような運転状態において、コンプレッ
サ出口圧力を導入する圧力導入通路27のバルブ28が
開くと、コンプレッサ羽根車上の圧力よりもコンプレッ
サ出口圧力の方が大きいため、可変ガイドベーン12を
さらに正旋回方向に回転駆動することができる。これに
よって、過給圧力を抑制することができるので、コンプ
レッサのサージング領域に近づいたりすることがなくな
る。
In such an operation state, when the valve 28 of the pressure introducing passage 27 for introducing the compressor outlet pressure is opened, the compressor outlet pressure is larger than the pressure on the compressor impeller. It can be driven to rotate in the forward turning direction. As a result, the supercharging pressure can be suppressed, so that it does not approach the surging region of the compressor.
【0047】以上の実施例の可変ガイドベーン12を回
動させるアクチュエータ13は、過給圧力とばね13A
のばね力をバランスさせる構造としたが、これに限定さ
れるものではなく、ばねと等価な動作がされるものなら
ば良い。
The actuator 13 for rotating the variable guide vane 12 in the above embodiment is provided with a supercharging pressure and a spring 13A.
Although the structure for balancing the spring force is adopted, the present invention is not limited to this, and any structure may be used as long as an operation equivalent to a spring is performed.
【0048】従って、コンプレッサ入口10に回転駆動
する可変ガイドベーン12を配置し、可変ガイドベーン
12を回転駆動することで、コンプレッサの過給圧力を
制御でき、エンジン回転数が低いときに過給圧力を高く
し、エンジン高回転数では、過給圧力が高くなり過ぎる
のを抑制することができる。よって、エンジン1の低速
回転域から高速回転域までの広い運転条件の全域にわた
って良好な過給圧力特性が得られ、さらに過給圧力が高
くなり過ぎるのを防ぎ安全側に動作する排気ターボ過給
機1を得ることができる。
Accordingly, the variable guide vane 12 which is driven to rotate at the compressor inlet 10 is arranged, and the variable guide vane 12 is driven to rotate, so that the supercharging pressure of the compressor can be controlled. At a high engine speed, it is possible to prevent the boost pressure from becoming too high. Therefore, good supercharging pressure characteristics can be obtained over a wide range of operating conditions from a low-speed rotation range to a high-speed rotation range of the engine 1, and further, the supercharging pressure is prevented from becoming too high, and the exhaust turbocharging that operates on the safe side Machine 1 can be obtained.
【0049】[0049]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、エンジ
ン2の始動時やエンジン回転数が低いときにコンプレッ
サの過給圧力を高くすることができ、エンジン高回転数
では過給圧力が高くなり過ぎるのを抑制することができ
る。よって、エンジン2の低速回転域から高速回転域ま
での広い運転条件の全域にわたって良好な過給圧力特性
が得られ、さらに過給圧力が高くなり過ぎるのを防ぎ安
全側に動作する排気ターボ過給機1を得ることができ
る。
As described above, according to the present invention, the supercharging pressure of the compressor can be increased when the engine 2 is started or when the engine speed is low. It can be suppressed that the height becomes too high. Therefore, good supercharging pressure characteristics can be obtained over a wide range of operating conditions from a low-speed rotation range to a high-speed rotation range of the engine 2, and further, the turbocharged turbocharger that operates on the safe side by preventing the supercharging pressure from becoming too high Machine 1 can be obtained.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】本発明の一実施例における排気ターボ過給機の
概略構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の可変ガイドベーンの可動状態を示す概念
図である。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing a movable state of a variable guide vane of FIG.
【図3】本発明の一実施例の排気ターボ過給機のコンプ
レッサ流量特性を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a compressor flow rate characteristic of an exhaust turbocharger according to one embodiment of the present invention.
【図4】本発明の一実施例のコンプレッサの運転特性の
概念図を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a conceptual diagram of operating characteristics of a compressor according to one embodiment of the present invention.
【図5】本発明の一実施例の排気ターボ過給機のコンプ
レッサ流量特性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a compressor flow rate characteristic of the exhaust turbocharger of one embodiment of the present invention.
【図6】本発明の他の一実施例における排気ターボ過給
機の概略構成を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention.
【図7】本発明の他の一実施例における排気ターボ過給
機の概略構成を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention.
【図8】本発明の他の一実施例における排気ターボ過給
機の概略構成を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a schematic configuration of an exhaust turbocharger according to another embodiment of the present invention.
【符号の説明】[Explanation of symbols]
1…排気ターボ過給機、2…エンジン、3…コンプレッ
サ羽根車、4…タービン羽根車、5…回転軸、6…ター
ビンケーシング、7…排気ガス入口、8…排気ガス出
口、9…コンプレッサケーシング、10…コンプレッサ
入口、11…コンプレッサ出口、12…可変ガイドベー
ン、13…可変ガイドベーン用アクチュエータ、13A
…ばね、14…ロッド、15…回転機構、16…可変ガ
イドベーン用圧力作動室、17A…可変ガイドベーン用
過給圧力導入口、17B…可変ガイドベーン用過給圧力
導入通路、18…吸入通路、19…排気通路、20…バ
イパス通路、21…ウエストゲートバルブ、22…ウエ
ストゲートバルブ用アクチュエータ、23…ウエストゲ
ートバルブ用ロッド、24…ウエストゲートバルブ用圧
力作動室、25A…ウエストゲートバルブ用過給圧力導
入口、25B…ウエストゲートバルブ用過給圧力導入通
路、26…バルブ手段、27…圧力導入通路、28…バ
ルブ手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Exhaust turbocharger, 2 ... Engine, 3 ... Compressor impeller, 4 ... Turbine impeller, 5 ... Rotating shaft, 6 ... Turbine casing, 7 ... Exhaust gas inlet, 8 ... Exhaust gas outlet, 9 ... Compressor casing Reference numeral 10: compressor inlet, 11: compressor outlet, 12: variable guide vane, 13: actuator for variable guide vane, 13A
... Spring, 14 ... Rod, 15 ... Rotating mechanism, 16 ... Pressure working chamber for variable guide vane, 17A ... Charging pressure inlet for variable guide vane, 17B ... Charging pressure introducing passage for variable guide vane, 18 ... Suction passage , 19 ... exhaust passage, 20 ... bypass passage, 21 ... wastegate valve, 22 ... wastegate valve actuator, 23 ... wastegate valve rod, 24 ... wastegate valve pressure working chamber, 25A ... wastegate valve excess Supply pressure introduction port, 25B ... Supercharge pressure introduction passage for waste gate valve, 26 ... Valve means, 27 ... Pressure introduction passage, 28 ... Valve means.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田川 哲男 茨城県ひたちなか市大字高場2520番地 株 式会社日立製作所自動車機器事業部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Tetsuo Udagawa 2520 Odaiba, Hitachinaka-shi, Ibaraki Prefecture Within the Automotive Equipment Division of Hitachi, Ltd.

Claims (1)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】エンジンの排気ガスによって駆動されるタ
    ービンと、該タービンの駆動によってエンジンのシリン
    ダ内に過給するコンプレッサからなる排気ターボ過給機
    において、該コンプレッサ入口に回転可能に支持された
    可変ガイドベーンと、過給圧力により該可変ガイドベー
    ンを回動させるアクチュエータを備え、エンジンの始動
    時に該可変ガイドベーンをコンプレッサ羽根車の回転方
    向とは逆方向の旋回を与える側に該アクチュエータによ
    り押しつけ、過給圧力の上昇と共に該可変ガイドベーン
    からの空気の流入方向を逆旋回側から正旋回側に該可変
    ガイドベーンを回転駆動させることを特徴とする排気タ
    ーボ過給機。
    An exhaust turbocharger comprising a turbine driven by exhaust gas of an engine and a compressor charged into a cylinder of the engine by driving the turbine, a variable turbocharger rotatably supported at an inlet of the compressor. A guide vane, an actuator for rotating the variable guide vane by a supercharging pressure, and when the engine is started, the variable guide vane is pressed by the actuator against a side that gives a rotation in a direction opposite to the rotation direction of the compressor impeller, An exhaust turbocharger characterized by rotating the variable guide vane from a reverse swivel side to a forward swivel side with respect to the direction of inflow of air from the variable guide vane as the supercharging pressure increases.
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