JPS5937228A - 可変容量型タ−ボ過給機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はエンジンの運転状態に応じてタービン容量を
可変制御するようにしたターボ過給機に関する。

エンジンの排気エネルギで作動するターボ過給機では、
排気流量とタービン容量との関係で過給圧ないしタービ
ン効率が定まり、従って所期の性能を発揮するエンジン
運転域は非常に狭い。

このような性質上、自動車用エンジンのように使用回転
域が広くて運転状態が著しく変動するエンジンに対して
、その全運転域で適正な過給を施すのは非常に難しく１
例えば低速出力特性を重視してタービン容ｉｔ小さく設
定すると、高速域では排気流量に対して容量過小となり
、タービン入口でのチョークなどを起こして排圧が著増
することから、タービン効率及び出力の低下を来たすと
いう問題を生じる。また、容量がそれ砥ど小さくない場
合でも、排気流量の増加に伴ってタービンが過回転し、
過給圧が無用に上昇するという不具合を起こす。

この問題に対して、タービン容量を運転状態に応じて変
化させるようにした可変容量タービンというものが考え
られている。

これを説明すると、第１図に示したようにタービンハウ
ジング１のスクロール状通路２に、その入口部からスク
ロール途中までの領域にかけて半径方向に変位する可動
壁３と、制御回路（図示せず）からの信号に基づいて可
動壁３を変位させるアクチュエータ４などが設けられて
いる。

制御回Ｍｕエンジンの運転状態をアクセル開度や回転速
度について検出し、そのときの運転状態に適したタービ
ン容量になるようにアクチュエータないし可動壁３を駆
動して通路喉部２Ａの面積を加減する。

これは、一般にタービン容量は、上記喉部２Ａの通路断
面積’ｔ−Ａ、この断面の重心からタービン回転中心ま
での距離をＲとするときに両者の比Ａ／Ｒで定まり、こ
の値が大きいほど大容量または大流量型になるので、こ
の装置では喉部２Ａの面積（４）が高速・高負荷時はど
増加し、低速・低負荷時＃１ど減少するように可動壁３
の位置を制御し、これによジエンジンの運転状態に応じ
た適正な過給を行なえるように図っているのである（笑
開昭５３−５０３１０号参照）。

しかしながら、エンジンのほぼ全運転域で適正な過給状
態を確保しようとする場合釦は最小Ａ／Ｒ値金基金基準
て３００チ以上の流量範囲を制御する必要があり、これ
を上記装置のようにタービン容量の機械的な可変手段の
みで実親するのは、高温高圧雰囲気中で使用可能なため
には、構造的に極めて困難なものとなる。

また、上記装置ではタービン容ｆ！：を電子制御する関
係上、制御系の構成が複雑かつ高価になるという欠点が
ある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、
タービンへの排気流量全制御して町変容゛Ｉｋ装置を介
しての流量制御範囲を縮小し、可変容量装置で適正な過
給状態が得られる運転域でのみこれ全作動させることに
よシ全体としてタービン効率を高め、あるいは過給圧の
制御範囲を拡大することを目的とする。

この目的を達成するために本発明では、タービンを迂回
する排気バイパス通路と、この通路を開閉する弁装置と
を備えた排気バイパス装置を形成し、所定の運転域で前
記バイパス通路を開いて排気の一部をタービン下流に迂
回させる。この排気流量の制御に基づき、可変容量装置
が効率的に作動する排気流量をタービン忙付与でき、言
い換えるなら可変容量装置を介しての容量制御が効率の
低下をもたらす運転域では排気バイパスにより前記効率
の低下を回避できるので、全体として効率の良い過給状
態が得られる。

また本発明では、上記可変容量装置と排気バイパス装置
の駆動手段として、それぞれダイアフラム装置を設ける
。ダイアフラム装置はそれ自体構造が簡単であジ、また
上記可変容量制御または排気流量制御にあたってエンジ
ンの負荷ないし回転速度を反映する各種の圧力（例えば
エンジン吸入負圧、コンプレッサ出口圧、排気圧など）
を圧力源として利用できるので、制御系の構成面からも
簡略化に貢献する。

以下１本発明を第２図に示した実施例に基づいて説明す
る。

との実施例は５本出願人が先に提案した可変容量装置（
特願昭５６−９１５２６号などンに本発明を適用したも
のである。

上記可変容量装置は５図示したようにスクロール状通路
２の末尾部２Ｂを軸方向に横切るように摺動回部なロッ
ド５を設け、末尾部２Ｂに対するロッド５の侵入量に応
じて当該部分の開口面積が変化する構成である。この装
置によると、ロッド５が侵入して末尾部２Ｂの開口面積
が減少するほどタービンホイール６の周囲での排気の再
循還量が減少し、その分タービンホイール５への流量が
増加するので、流量特性としては大になシ、笑質的にＡ
／Ｒ１ｉ？拡大したのと同様の効果を生じる。

上記ロッド５の位置制御を行なうためのアクチュエータ
は、タービンハウジング１と接続する出口配管７にブラ
ケット８を介して取シ付けられたダイアフラム装置９で
ある。このダイアフラム装置９は、ブラケット８に固着
された筒状の本体９Ａと、本体９Ａを２つの圧力室１０
．１１に仕切るように設けられたダイアフラム９Ｂと、
ダイアフラム９Ｂと共に進退しうるようにブラケット８
に摺動自由に支持されたシャフト９Ｃ及びとのシャ７）
９Ｃ＃Ｃ対して背面側の圧力室１１に介装されたコイル
バネ９Ｄなどからなる。

可変容量装置のロッド５は、出口配管７の内側（排気通
路１２）Ｋてプレート１３を介して上記ダイアフラム装
置９のシャフト９ｃに連接され。

またコイルバネ９Ｄの弾力に基づきスクロール状通路末
尾部２Ｂの開口面積を絞る方向（侵入方向）に付勢され
ている。

ロッド５の位置はダイアクラム装置９の第１の圧力重工
０に導入される圧力と、これに対抗するコイルバネ９Ｄ
の弾発力並びに第２の圧力室１１に導入される圧力との
釣合いで決まるが１例えば第１の圧力室１ｏに排気圧（
タービン入口圧）を、第２の圧力室１１に吸気絞ジ弁（
図示せず）の下流側におけるマニフォルド圧を導入した
場合のタービン容量制御は次のようになる。

すなわち、絞シ弁開度の小さい低負荷状態にあっては、
マニフォルド圧が強い負圧になるためダイアフラム９Ｂ
及びロッド５はコイルバネ９Ｄに抗して退避し、スクロ
ール末尾部２Ｂ″を大きく開いている（Ａ／Ｒとしては
小）が、負荷が増大するはど前記マニフオルド負圧が減
少するためロッド５は末尾部２Ｂに侵入してその開口面
積を減じる（　Ａ／Ｒは増大）。絞り弁開度の小さい領
域では、その開度の増加に対してマニフオルド負圧が急
激に減少する性質があるが、同時に第１の圧力室１０に
作用する排気圧が発達するので、前記ロッド５の侵入方
向への作動は徐々になされ、ある程度の負荷状態に至っ
たところで末尾部２Ｂの開口面積が最小もしくはゼロに
なる。このように。

基本的には負荷つ″ｉ！ｐ排気流量の増大に伴ってター
ビン容量も増大するという好ましい特性になる。

また、エンジン負荷及び回転速度が上昇して排気流量が
増大するにつれ、Ａ／Ｒｔ−大にする必要がある。この
場合には、タービン回転が充分に高まって過給作用を生
じるようになるので、第２の圧力室１１に作用するマニ
フオルド圧は次第に正圧となる。

従ってロッド５の位置は、との正圧による作用力とコイ
ルバネ９Ｄの弾発力との合力により基本的には、正圧の
増大に伴い、ロッド５の侵入量が増し、Ａ／Ｒが実質的
に大きくなるがこれに対抗して排気圧を作用させロッド
５の位置調整をより精確なものにするように図っている
。

本発明はこのような可変容量装置を備えたターボ過給機
に排気バイパス装置Ｖ設けるのであり。

この実施例では、図示したようにタービンノ１ウジング
１の入口部２Ｃと出口配管、７の排気通路１２とをター
ビンホイール６を迂回して連通ずる排気バイパス通路１
５と、この通路１５會開閉するスイングパルプ型の弁装
置１６とで前記ノ（イノ（ス装置を形成する。

弁装置１６は、ターピノ・ウジング１の排気通路１２側
に面したバイパス通路開口部１５Ａに接離する板状の弁
体１６Ａと、この弁体１６Ａを〕）ウジング１に対し揺
動自由に支持する弁軸１６Ｂと、この弁軸１６Ｂの一端
部に固着されるクランクアーム１６Ｃなどからなり、前
記クランクアーム１６Ｃの揺動端部はロッド１７を介し
て第２のダイアフラム装置（図示せず２に連接する。前
記第２のダイアフラム装置はスイングツ（ルプコントロ
ーラとして周知のものと同様であり、すなわち通常は弁
体１６Ａを弾性的に閉弁保持しているが。

例えばコンプレッサ出口圧（絞り弁上流側圧力）がある
所定値を超えると弁体１６Ａｔ−開方向に駆動してター
ビンホイール６へと流入しようとする排気の一部をその
下流側へとバイパスするように図る。

これにより１次に述べるように広いエンジン運転域にわ
たって効率よく過給制御を行なうことが可能になる。

第３図は、排気タービンの種々のＡ／Ｒ値に対する過給
機の特性を示したもので、仮にＡ／Ｒが排気流量とこれ
に対応したスクロール形状との最適な組合せにより理想
的に無段階変化しえたとすれば図の包絡線で示されるよ
うな特性が得られることを表わしているが、従来からの
可変容量装置によるＡ／Ｒの制御では、タービンハウジ
ングエないしスクロール状通路２（第１図または第２図
参照）の基本的な形状及び寸法は固定的であるので、前
記固定的基本形状等で決められる特定の流量点（設計流
量）から大きく外れる流量域までＡ／Ｒの制御を行なお
うとすると、第４図に示したようにタービン効率が著し
く低下し、エンジン効率ないし燃費に悪影響を及ぼす。

これ釦対して、排気流量がある程度に達して以降排気の
一部をバイパスすることＫより、タービンへの流量忙つ
いては設計流量に近づき、タービン排圧も所定限度以上
に上昇することはないので。

可変容量装置のみで過給圧を制御する場合に較べてター
ビン効率の低下を抑えることができる。

つまり、Ａ／Ｈの可変制御がタービン効率の低下をもた
らす比較的高い流量域では排気バイパスにより効率低下
を抑えられ、それ以外の流量域すなわち設計流量の近傍
でＨＡ／Ｒの制御によ）無理なく過給制御を行ない得る
ことから、綜合すればターボ過給機上広いエンジン運転
域にわたって効率よく作動させることができるのである
。因みに、このよう托して過給制御を行なった場合のエ
ンジン全開性能曲線を第５図として示す。

以上のようにして、本発明によれば広いエンジン運転域
において効率の良い過給制御が可能であるが、また本発
明ではこのための可変容量装置並びに排気バイパス装置
の駆動手段としてエンジン運転状態を代表する圧力釦応
動するダイアフラム装置を設けるようにした仁とから、
前記効率の良い過給制御を単純かつ安価に実現すること
ができる。

なお、言うまでもなく本発明は実施例で示した可変容９
装＃に限らず１例えば第１図に示した可変容量機構にも
容易に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の断面図である。第２図は本発明の一実
施例の断面図である。第３図はＡ／Ｒ（タービン各号）
の異なる各種のターボ過給機についての全開性能曲線図
である。第４図は本発明による排気流量とタービン効率
の関係を従来との比較において示した特性線図である。 第５図は本発明による全開性能曲線図である。 １・・・ターボ過給機のタービンハウジング、２・・・
スフ四−ル状辿路、５・・・可変容量装置のロンド。 ６・・・タービンホイール、９・・・可変容量装置のダ
イアフラム装置（駆動手段）、１２・・・排気通路。 １５・・・排気バイパス通路、１６・・・弁装置。 特許出願人　　日産自動車株式会社 Ｈ，Ｘ；ｘ、＼ＨＡ　−Ｌ　−！＞ 緊−道・＼寂優

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 エンジン運転状態に応じてタービン容ｔを増減する可変
   容量装置を備えたターボ過給機において。 タービンを迂回する排気バイパス通路と、この排気バイ
   パス通路を開閉する弁装置とを備えた排気バイパス装置
   Ｖ形成するとともに、前記可変容量装置並びに排気バイ
   パス装置の駆動手段として、エンジン運転状態を代表す
   る圧力に応動するダイアフラム装置を各々設けたことを
   特徴とする可変容量型ターボ過給機。