JPS6027812B2 - タ−ボチヤ−ジヤ機構の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃焼式エンジンと共に使用されるターボチャー
ジャ機構、特に流体駆動によるターボチャージャの動作
を制御する制御装置に関する。

ターボチャージャ並びターボチャージャ機構は一般にエ
ンジンに圧縮空気を供給するのに使用される。ターボチ
ャージャには通常タービン羽根車とコンブレッサ羽根車
とが共通のシャフト上に回転可能に支承されている。タ
ービン羽根車およびコンブレッサ羽根車は夫々タービン
ハウジングおよびコンブレッサハゥジング内に収容され
、各ウジングは中央ハウングを介して連結されており、
且つ中央ハウジング内には共通シャフトを支承するベア
リングが内装されている。一方エンジンからの排気ガス
がタービン羽根車を回転可能にタービンハウジングに送
入可能に設けられており、ターン羽根車が回転されるこ
とによりコンブレッサ羽根車が駆動されこれによりコン
ブレッサに導入した外気が圧縮され圧縮空気がエンジン
の吸気部へ送られる。ターボチャージャ方式によるエン
ジンは従釆方式のエンジンに比べ、極めて高密度の空気
がエンジンの燃焼室則ちシリンダへ供ｖ給されるので極
めて望ましい。

供給空気の密度が増大すると燃焼に多量の空気が取れる
ので、ヱンンが極めて耐性能かつ高効率で作動可能とな
る。一方ターボチャージャ方式はエンジンがある状態に
ある時にエンジンに充分な圧縮空気が供給できない欠点
があった。例えばエンジンが低速度で駆動している時タ
ーボチャージャを介しエンジンへ供給される圧縮空気は
通常不充分であり、このため負荷が比較的大きい時ない
しはエンジンが急加速される時エンジンは好適に駆動で
きない。又２サイクルエンジンでは、エンジンの始動時
ないいま低速時にはターボチージャにより供給される圧
縮空気が不充分であるためエンジンが停止する危倶があ
った。このためエンジンの所定の動作時にターボチャー
ジャにより正常な圧縮空気量を増大したり補助する各種
の構成が提案されている。例えばエンジンの所定の動作
時にエンジンからの排気ガスのェネルギレベルを補足す
る補助燃焼機構が提案されている。又複数のタービンな
いいまコンブレツサを連結して圧縮空気を補足する複合
式ターボチャージャ機構も提案されている。他にターボ
チャージャの回転を機械的に又は油圧的に補助する機械
式又は油圧式装置も提案されている。特に代表的な周知
の機構としては、米国特許第４２８５２０び号に開示さ
れるいわゆる３羽根車式ターボチャージャを用いた油圧
駆動横である。

この場合、非ベンチュリ型のオイルタービンがターボチ
ャージヤのシャフト上のタービン羽根車とコンブレッサ
羽根車との間に支承され、前記オイルタービンに圧縮オ
イルを給してターボチャージャを補助駆動している。こ
のためエンジンの所定の動作時にェンンへ供給される圧
縮空気量が大中に増加される。すなわちオルタービンに
好適に調整された圧油を迅速に供給する制御装置が設け
られており、オイルタービンへのオイル供給量はエンジ
ンの空気供聯合条件に従って調整されこれによりターボ
チャージャが補助駆動される。しかしながら補助駆動が
不要の場合又は補助駆動力を低下して油動力損失を最小
限に抑えたい場合、制御装置を介しオイルポンプ素子に
かかる負荷を解放することが望ましいが、この対策が施
されていなかった。従って本発明の目的は流体圧タービ
ンへ供給される圧縮流体量をエンジンの速度および負荷
に応じて調整し、ターボチャージャの補助駆動力を低下
したい時流体圧ポンプ素子にかかる負荷を実質的に解放
可能な制御装置を提供することにある。本発明によれば
、ターボチャージャへ供給する圧縮流体の流量を調整し
てターボチャージャを補助駆動し燃焼式エンジンへ好適
量の圧縮空気を供給可能な制御方法および装置が提供さ
れる。ターボチャージャにおいてはタービン羽根車およ
びコンブレッサ羽根車が共通のシャフト上に装着され、
タービン羽根車およびコンブレッサ羽根車は又タービン
ハウジングおよびコンブレッサハウジング内の収容され
ている。エンジンからの排気ガスによりタービン羽根車
が駆動されそれに伴いコンプレッサ羽根車が駆動されて
、高密度の圧縮空気がェンンへ供給される。流体圧ター
ビンはターボチャージャのシャフトに連結されており、
エンジンが所定の動作状態の時流体圧タービンには油の
ような圧縮流体が選択的に供給されてターボチャージャ
が補助駆動されこれによりエンジンに圧縮空気が補助供
給される。本発明の制御装置には圧縮流体を流体圧ター
ビン供給するポンプ素子と、エンジンの速度および負荷
に応じて流体圧タービンへ供給する圧縮流体の流量を調
整する制御弁とが包有され、これによりエンジンの供給
気条件に従ってターボチャージャの補助駆動力が調整さ
れる。本発明の一実施態様によれば、ターボチャーャは
ターボチャージャのシャフト上のタービン羽根車とコン
ブレッサ羽根車との間に流体圧タービンを装着したいわ
ゆる３羽根車式ターボチャージャが使用される。

例えばエンジンが低速かつ最大負荷状態又は低速の加速
度のようにターボチャージャを補助駆動する必要がある
場合、圧縮流体を流体圧タービンへ供給し流体圧タービ
ンを回転駆動しこれによりターボチャージャが補助駆動
される。本発明の好ましい実施態様によれば、制御装置
にはエンジンを介し駆動されェンン速度に正比例した流
量の圧縮流体を２並行路を経て出力する一対の容積式ギ
ャポソプが包有される。

上記２並行路からの２出力流体は合流されて流体圧ター
ビンへ送られて流体圧タービンが駆動される。制御弁は
エンジンの速度および負荷の上昇に応じて一方のギャポ
ンプの出力流体を次第に分流するすなわち無負荷状態に
し次いでエンジンの速度ないいま負荷の上昇に応じ他方
のギャポンプの出力流体を次第に無負荷状態にし、それ
によりターボチャ−ジャからの２出力流体の一方又は双
方はオイルタービンへの流路から分流されたとき、低圧
流体用の溜め部部に蓮通されるので、２ギャポンプの一
方又は双方が実質的に無負荷状態され最低の油圧力損失
状態にし得る。制御弁は弁胴部と一対のランド部とを有
し圧力を調整するいわゆるスプール弁として設けられ、
両ランド部が弁８同部において移動されてギャポンプの
出力流体の一部が分流され、オイルタービンに供聯合さ
れる流体の圧力がエンジンの全運転状態において実質的
に一定レベルに維持される。

エンジン速度が上昇してギャポンプの出力流体の流量が
増加すると、制御弁のランド部が弁８両部内を移動して
一方のギャポンプの出力流体が次第に分流され次に他方
のギャポンプの出力流体が少なくとも一部分流される。
この場合分流された出力流体は溜め部へ送られる、ギャ
ポンプは最低消費動力で連続駆動され続ける。スプール
弁として設けられた制御弁は更にェンンへ供給される圧
縮空気の圧力（すなわち）エンジンの負荷を表わす）に
応動する。

圧縮空気の圧力を受けて柔軟なダイヤフラムが変位され
、これに連結されたロッドが移動されてランド部と当接
し、ランド部が移動されて、エンジン負荷が上昇するに
応じギャポンプの出力流体が更に分流される。エンジン
が比較的大きな所定の負荷レベルに達すると、ランド部
が完全に移動されて、両ギャポンプの出力流体のオイル
タービンへの供給が完全に断たれる。これによりギャポ
ンプの一方の出力流体の一部がオィポンプの上流側に配
設された油圧作動の閉止弁と連係されて、流体一部のオ
イルタービンへの供給が確実に停止されることになる。
本発明の他の実施態様によれば、急加速する場合のよう
な過渡状態にある間制御弁内のチャンバに一方のギャポ
ンプの出力流体の一部を選択的に供給しランド部を移動
してギャポンプからの出力流体の分流量を減少せしめる
過渡応答を無効にする弁が設けられる。

従ってこのような過渡状態が生じると、ギャポンプから
の出力流体の分流量が減少されて、オイルタービンへ供
聯合される流体の圧力が上昇されこれに伴いターボチャ
ージャが補助駆動力が増加される。以下、本発明を好し
し、実施例に沿って説明する。

第１図に、本発明のターボチャージャ方式によるターボ
チャージャ機構１０を示す。

ターボチャージャ機１０１こは、２又は４サイクル内燃
機関のようなエンジン１４に比較的高密度の圧縮空気を
供給するターボチャージャ１２が具備されている。ター
ボチャージャ１２は、正常時エンジン１４から排気され
るガスにより周知の構成をもって駆動されるが、エンジ
ンが所定の状態にある時は本発明による制御装置１６を
介し調整して供孫舎される圧縮流体により更に補助駆動
される。本発明の好ましい実施例によれば、ターボチャ
ージャ１２は米国特許第４２８５２０び号に開示される
ようないわゆる３羽根車式ターボチャージャが適用され
る。

即ちターボチヤージヤ１２においては、夫々タービンハ
ウジング２２およびコンブレツサハウジング２４内に収
容されたタービン羽根車１８とコンブレツサ羽根車２０
が共通のシャフト３０の両端部に連結されている。又タ
ービンハウジング２２並びにコンブレツサハウング２４
１ま中央ハウジング２６を介し連結され、中央ハウジン
グ２６の内部にはシャフト３０を枢支する周知の構成の
好適なジャーナル軸受およびスラスト軸受のようなベア
リング２８が収容されている。タービン羽根車１８はエ
ンジン１４からマニホルド３２および導管４を経て導入
される排気ガスにより回転駆動される。タービン羽根車
１８が回転することによりシャフト３０、延し、てはコ
ンブレッサ羽根車２０が回転駆動され、これによりコン
ブレッサ羽車２０に外気が導入され圧縮される。この圧
縮空気はブースト空気とも呼ばれ、導管３６を介しエン
ジン１４の吸気マニホルド３８へ導入される。好ましく
は図示のように、周知の構成の熱交換器４０を導管３６
の終端部に配設して、ブースト空気を冷却しエンジンの
全熱負荷を軽減してブ−スト空気を更に高密度化せしめ
る。このように比較高密度のブースト空気をエンジンに
供給することにより、エンジンの性能および効率を向上
できる。エンジン１４には従来、エンジンおよびターボ
チャージャ１２へモ−夕オイルのよう枕園滑剤を供給す
るオイル供給装置が包有されている。

すなわち、オィ供給装置４２にはオイルを溜める主タン
ク４４が具備されており、比較的低圧のエンジン駆動に
よるオイルポンプ４６によりオイルが主タンク４４から
エンジンおよびターボチヤージヤへ供Ｖ給される。図示
のように、オイルはフィル夕４８、冷却器５０および好
適な流路網５２を介しエンジンの各部へ供給されている
。オイルは又供給導管５４および導管５５を介しターボ
チャージヤ１２の中央ハウジング２６内のベアリング２
８へ送られこれを潤滑している。この場合導管５５は所
望ならば中央ハウジング２６内部に一部又は全部を収容
可能である。又オィは通常重力をもつてベアリング２８
へ供鰭合された上帰り導管５６を隆主タンク４４へ戻さ
れる。従ってベアリング２８はオイル供給装層４２と蓮
通されることになり、エンジンの全動作状態においてベ
アリングが確実かつ好適に潤滑される。エンジンのある
動作状態においては、エンジンから排気されるガスが充
分なェネルギを有していないので、当該ガスによりター
ボチャージャを所定の速度で駆動し所定量の圧縮空気を
エンジンへ供Ｖ給してエンジンの性能を所定のレベルに
維持することができなかった。

このようなエンジンの動作情態とは、例えば排気ガスの
エネルギーレベルが低過ぎる反面負荷が比較的大きく急
加速できない低速転状態が挙げられよう。又２サイクル
エンジンの場合、エンジンの加速中ターボチヤージャは
充分な圧縮空気を出力できないのでエンジンの起動がで
きず、又低速状態ではエンジンのシリンダから排気ガス
を好適に排出できない。ターボチヤージャを確実に充分
な速度で回転して常にエンジンに充分な量の圧縮空気を
供給するために、ターボチャージャを補助駆動する無ベ
ンチュリのオイルタービン５８が具備されている。図示
の場合、オイルタービン５８は中央ハウジング２６内の
シャフト３０上のベアリング２８間に装着される。

ターボチャージャを補助駆動したい場合、比較的高圧の
流体例えばオイル供給装置４２からのオイルが、本発明
の制御装置１６（以下に詳述する）の一部をなす高圧ポ
ンプ装置６０を介し中央ハウジング２６へ供謙合される
。この場合圧縮流体は供聯合導管６２を経てオイルター
ビン５８を駆動可能に中央ハウジングに流通され、前記
オイルタービン５８が回転駆動されることによりターボ
チャージャが補助駆動されてエンジンへの圧縮空気の供
９篇量が増大される。オイルタービン５８の構成および
動作についての詳細は米国特許第４８５２００号に開示
されているが、ここでは本発明を理解するに必要な程度
に説明する。

即ち、圧縮流体によりオイルタービン５８、延し、ては
シャフト３０が比較的高速で回転駆動され、その結果コ
ンブレツサ羽根車２０がこれに応じて回転せしめられエ
ンジンへの圧縮空気の供給量が増加されることになる。
中央ハウジング２６に導入された圧縮流体は次に導管６
４を経て−方向逆止め弁６６へ送られ、更に供聯合導管
５４を経て高圧ポンプ装置６０の入口側へ送られる。供
給導管５４を流れる流体はターボチャージャが補助駆動
される間逆流せしめられるから、供給導管５４に充分な
背圧が生じてこの背圧し、より充分な流体が導管６４か
らターボチヤージヤのベアリング２８に供給され帰り導
管５６を経て還流されることが望ましい。逆止め弁６６
はターボチャージャが補助駆動される必要がない場合に
流体が供給導管５４からオイルタービン５８へ導入する
ことを防ぐように機能している。一方本発明による制御
装置１６は、ターボチヤージャを補助駆動する時オイル
タービンへの流体の供給量を正確に制御すべ〈設けられ
る。

更に詳述するに、制御装置１６はエンジンの速度並びに
負荷に応じ、エンジンの速度および負荷が比較的低い時
ターボチャージャの補助駆動力を高めるよう機能する。
一方エンジンの速度ないいま負荷が増大するに応じ、エ
ンジンからの排気ガススのェネルギレベルが増加する場
合、ターボチャージャの補助駆動力を次第に低下させる
必要がある。即ち制御装置１６はエンジンの速度ないい
ま負荷が増加するに応じて圧縮流体の供孫途量を調整し
、ターボチャージャの補助駆動力を低下させる。換言す
るに、制御装置１６は所望の圧縮空気量を維持するに必
要なターボチャージャの補助駆動量のみを与えるように
構成される。即ちターボチャージャに必要な駆動力が低
下するに応じ、制御装置１６は高圧ポンプ装置６０を駆
動するに必要なエンジンの出力量を最小にするように高
圧ポンプ装置６０が効果的に作動する。制御装置１６に
は高圧ポンプ装置６０を構成する複数の容積型ポンプ素
子が包有され、各ポンプ素子を介し調整された量の流体
が合流され供給導管６２からオイルタービン５８へ供給
される。

液流体と気流体とにより制御される制御弁７６が各ポン
プ素子からの出力を制御すべ〈行動するように設けられ
ており、エンジンの速度ないしは負荷が増大するに応じ
オイルタービン５８に対し与えられる各ポンプ素子から
の流体出力を次第に低減する。すなわち、制御弁７６に
より各ポンプ素子に次第にエンジン機構の好適な低圧部
出力が与えられ得、各ポンプ素子がオイルタービン５８
に対し実質的に非駆動状態にされ得る。これにより各ポ
ンプ素子を駆動するに必要なェネルギが最小にされ、ポ
ンプ素子は最小の消費ェネルギで連続的に駆動され続け
られる。その後エンジンの速度ないいま負荷が減少さた
とき、各ポンプ素子からの流体出力が実質的に直ちに高
められターボチャージャが再び補助駆動可能にされる。
本発明の好しし、実施例によれば、第１図に示すように
高圧ポンプ装置６０の容積型のポンプ素子は一対のギヤ
ポンプ６８，７０でなり、各ギヤポンプ６８，７０の入
口部が共に低圧のオイルポンプ４６の出口部に対し配設
された比較的小さなオイル溜め部６９に接続されている
。

ギャポンブ６８，７０の数は必要に応じて増加できるが
、いずれの場合も例えばエンジンのクランクシャフト（
図示せず）等に機械的に固設可能な単一のギャポンプ装
置として構成されることが好ましい。２ギヤポンプ６８
，７川こは夫々独立したオイル出力略が設けられ、各々
エンジンの速度に正比例した流量のオイルが出力される
。

前記２オイル出力路は平行な一対の導管７２，７４を介
し制御弁７６に連結されている。エンジンの速度および
負荷が比較的低い場合、制御弁７６を介し、流体はギャ
ポンブ６８から分岐導管７８および逆止め弁８０を経て
導管７４の一部７４′へ送られ、これにより２ギャポン
プ６８，７０からの出力が合流される。・導管７４にお
ける合流体は供給導管６２と蓮適する低圧の閉止弁８２
の入口部８１へ送られる。

更に第３図を併照して詳述するに、閉止弁８２には内部
に弁ピストン８６が収容された中空の弁８同部８４が具
備され、通常、比較的軽量のバネ８８により弁ピストン
８６が押圧されていて、これと一体の、断面積が比較的
小さい弁プラグ９０が変位され環状の弁座９２に着座せ
しめられて入口部８１が閉鎖されている。一方上記の合
流体が送られ入口部８１における流体圧が上昇すると、
弁プラグ９０および弁ピストン８６がバネ８８のバネ力
に抗して押し上げられ第３図のような開位置にされ、流
体は入口部８１を通り弁胴部８４および出口部８５を経
て供給導管６２へ送られる。従って後述するように、供
給装置６２を介し圧縮流体がオイルタービン５８へ供給
されてターボチャージャが補助駆動される。制御弁７６
によって、エンジンの速度ないしは負荷が増加するに応
じギャポンプ６８，７０の流体出力路からの出力を相対
的に次第に分流することにより、供給導管６２を経てオ
イルタービン５８へ供給される流体量を制御している。

即ち図示の実施例の場合、制御弁７６は主にエンジンの
速度変化に応動してエンジンの全作動状態において供給
導管６２への流体圧を実質的に一定レベルに維持する。
オイルタービンに入力されるェネルギをエンジンの全作
動状態において実質的に一定に維持することにより、後
述する如くターボチャージャのコンブレッサが所定時に
補助駆動され得る。この場合エンジンの駆動時には排気
ガスの駆動ェネルギがエンジンの速度に比例して増加す
るので、流体をもって供給される全駆動ヱネルギの相対
比率がエンジン速度の上昇に応じ次第に低減されること
になる。換言すればエンジン速度高い時はターボチャー
ジャの補助駆動力が減じられることになる。また制御弁
７６はエンジンの負荷に応ずる正常な速度応答動作の一
部又は全部を除去できる。すなわち、エンジンの負荷が
比較的大きくなると、ターボチャージャのタービン羽根
車１８を駆動するエンジン排気ガスのェネルギレベルが
上昇し、ターボチャージャによる補助駆動力が低減又は
消去される。即ちエンジンの負荷が大きくなると、制御
弁７６の制御によりギャポンプ６８，７０の流体出力が
分流され供給導管６２の流体圧が低下されるので、ター
ボチャージャの補助駆動力が減少される。ェンジジンの
負荷が充分に大きくターボチャージャをを補助駆動する
必要がない場合には、制御弁７６を介しギャポンプの流
体出力が完全に断たれ、ターボチャージャはエンジンの
排気ガスのみによって駆動される。次にエンジンの負荷
が低くなると、制御弁７６を介しギャポンプ６８，７０
の出力路が再び供給導管６２と蓮通されて速度応動モー
ドに戻される。更に詳述するに、第２図に示すように制
御弁７６は長手中空の弁胴部９６と一対のランド部９４
，９５とを有するスプール弁でなり「ランド部９４，９
５が弁胴部９６内を移動するに応じてギャポンプ６８，
７０の出力路を夫々一対の出口導管９７，９８に適宜に
蓮通可能である。

すなわち２ランド部９４，５は弁眼部９６内に収容され
ると共に、断面積が４・さし、連結部９９を介在して蓮
設されており、且ランド部９４，９５は後述の如くエン
ジンの速度変化および負荷変化に応じ移動可能である。
又ランド部９４，９５は夫々半径方向に拡大されている
環状の一対の出口チャンバ１００，１０２と整合可能に
設けられており、出口チャンバ１００，１０２は更に夫
々出口導管９７，９８と蓮通されている。一方前記ラン
ド部９４，９５はその変位時に第２図に図示するように
出口チャンバ１００，１０２を閉鎖可能に形成され、か
つランド部９４の軸方向外側部と弁胸部の端壁１０６と
の間に配設された、バネを含む位置調整装置１０４によ
り通常ランド部によって出口チャンバを閉塞する閉位置
に位置される。図示の実施例の場合、位置調整装置１０
４は端壁１０６に螺入され、フランジー１０１こ固設さ
れた止めネジ１０８と、フランジ１１０とランド部９４
のフランジ１１０と隣接する外側部との間に配設された
圧縮バネ１１２とを備えている。またフランジ１１０か
らランド部９４内において軸万向に延びる円形の皿穴１
１６へ向って案内シリンダ１１４が延設され、各構成部
材が鞠方向に好適に整合されるように設けることが望ま
しい。上記の導管７２が弁胸部９６の長手幅のほぼ中間
位置に接続され制御弁７６と蓮通される。

すなわち導管７２を介しギャポンプ６８の出力略が弁耳
同部９６の内壁部と２ランド部９４，９５と連結部９９
とにより区画される環状室１１６と蓮通可能となる。こ
の場合ギャポンブ６８の出力路の流体圧は２ランド９４
，９５に対し鞠方向に互いに逆方向に作用するので、ラ
ンド部９４，９５は環状室１１８内の流体により錘方向
に変位されることはない。また導管７４の一部７４′も
制御弁７６に連結されている。

すなわちランド部９５と弁胴部の端整１２２との間の圧
力チャンバ１２川こ導管の一部７４′を介して流体の導
入が可能である。従って導管７４の一部７４′を流れる
流体の圧力がランド部９５と端整１２２との間に作用し
て、両ランド部９４，９５がバネ１１２の力に抗して軸
方向に移動せしめられる。比較的軽量のバネ１１２を用
いてランド部の移動を正確に制御するため、圧力チヤン
バ１２０内の圧力は圧力チャンバ１２０内の流体の一部
を小さな中央閉口部１２４を介し別のランド部９４に形
成されたた皿穴１１６に流入させることにより分圧する
ことが好ましい。次いで上述の構成の動作を説明するに
、圧力チャンバ１２０１こ流入された流体の圧力がラン
ド部９５の軸万同外側面に作用したとき２ランド部９４
，９５が圧縮バネ１１２に抗して軸万向に移動せしめら
れる。圧力チャンバ１２０の流体圧が充分な圧力に達す
ると、ランド部９４から出口チャンバ１００が次第に開
放され始めて、ギャポンプ６８によ供給される流体の一
部が逆止め弁８０を通る反面、その主流が環状室１１８
を経て出口チヤンバ１００へ送られる。これによりギヤ
ポンプ６８によって供給される流体の一部が圧力チャン
バ１２０更には供給導管６２に対して流動されない。こ
の場合流体の分流量は圧縮バネ１１２のバネ力により定
まり、圧力チャンバ１２０内の流体圧が実質的に一定に
維持される。ギャポンプにより供給される流体の分流は
出口チャンバ１００から出口導管９７へ、更に供給導管
５４へ流出される。第４図には上記の制御弁の動作に関
するグラフを示す。

すなわちグラフにはギヤポンプ６８，７０の全出力流量
の変化をエンジン速度の函数として示してある。上述し
たように、２ギャポンプ６８，７０がエンジンにより駆
動されると、各々の出力流体はその和で出力されかかる
合流体量はエンジンの速度が上昇するに応じ次第に増大
する（第４図の直線１７０参照）。一方エンジンの始動
時には、ェンジンンの速度とポンプの速度とは共にギャ
ポンプの合流体流量が増大しオイルタービンに蓮通され
る導管内の流体圧が上昇するに応じ、零しベルから上昇
する。この場合、合流体が制御弁７６内の圧力チャンバ
１２０に与えられる。圧力チャンバ１２０内の流体圧が
所定レベル例えば第４図の点線１７２のようにギャポン
プの速度が約１４０仇ｐｍの時約１０００ｐｓｉ（約７
０３トン／力）に達すると、この流体圧によりランド部
９４，９５が移動され、ギャポンプ６８により供給され
る出力流体が分流され始め流体圧の上昇が阻まれて流体
圧が実質的に一定レベルに維持される。エンジン速度お
よびポンプ速度が更に上昇するに従い、２ギャポンプ６
８，７０からの合流体出力も又増加するから、制御弁７
６を制御し供給導管６２外への分流分を増大させる必要
があるが、この場合ランド部９４，９５は圧縮バネ１
１２に抗して更に移動し、ギャポンプ６８からの力流体
を完全に分流するまで、ギャポンプ６８からの流体の分
流量を次第に増大する（第４図の直線１７２上の領域「
Ａ」参照）。

ギャポンプ６８からの流体が完全に分流された場合でも
、他方のギャポンプ７川こより充分な量の流体が供給さ
れる供給導管６２内の圧力が所定レベルに維持される（
ギャポンプ７０‘こよる速度応答流体量を示す第４図の
直線１７４参照）。一方直線１７６で示すように、エン
ジンおよびポンプの速度が更に上昇しある定速速度に達
するとき、ランド部９５から出口チャンバ１０２が次第
に開放されギャポンプ７０からの出力流体の出口導管９
８から供給導管５４への分流が行なわれて、供給導管６
２内の圧力が実質的に一定レベルに維持される。次にエ
ンジン速度が低下した場合、流体量が次第に減少される
ため、ランド部９４，９５が葦縮バネ１１２のバネ力に
より当初の位置へ移動される。

この結果先ずギャポンプ７０の流体出力が次第に供総合
導管６２へ再び与えられ、次いでギャポンプ６８からの
流体出力がターボチャージャの補助駆動に必要な程度に
再び供給導管６２へ供給される。上述のように制御弁７
６を介し、供給導管６２内の流体圧が所定レベルに達す
るまでギャポンプ６８，７０の合流体出力をオイルター
ビン５８へ供給し、始動時を含む相対的にエンジンの速
度が低い状態にターボチャージャを最適に補助駆動動し
うる。

供給導管６２の流体圧が所定レベルに蓬すと、制御弁７
６を介し、ギャポンプの各出力流を次第に分流せしめエ
ンジン速度が更に上昇されたとき圧力を実質的に一定に
維持する。またエンジンからの排気ガスのェネルギレベ
ルはエンジン速度に応じ増加するので、エンジン速度が
上昇するに応じターボチャージャの補助駆動力が低下さ
れることになる。この場合、ギャポンプからの各出力流
体が適宜に供給管５４へ分流される、即ち各ギャポンプ
は比例的に分流されかつ低消費量電力で連続駆動され得
る。一方供給導管５４を介し、分流された出力流体はギ
ャポンプ６８，７０の入口側に配設された小さなオイル
溜め部６９へ還流されることになる。制御弁７６には更
にエンジンの負荷の函数としてランド部９４，９８の位
置を調整するランド位畳調整装置が具備されている。

更に詳述するに、エンジンへ供給される圧縮空気の圧力
（エンジンの負荷状態を表わす）に応じてランド部の位
置を調整するためロッド１３０を具備した空気圧により
駆動される作動器が具備される。ランド位置調整装置は
第２図に示すように、圧力チャンバ１２０と隣接する弁
胴部９６の端部に形成された拡大ハウジング１３２を有
しており、前記拡大ハウジング１３２内は弾性のダイヤ
フラム１３４により鼠方向に一対のチャンバ１３６，１
３８が区画されている。

またチヤンバ１３６は例えば導管１４０を介し帰り導管
５６と運速され、帰り導管を流通する流体が導入されて
低圧の基準圧に保たれており、一方チャンバ１３８は例
えば空気導管１４２を介してターボチャージャのコンブ
レッサハウジング２４の放出側に蓬通されてこの放出側
の圧縮空気圧にされている。この構成によりダイヤフラ
ム１３４はエンジン負荷を表わす圧力差を受けて軸万向
へランド部９４，９５に向って変位され得る。作動器の
ッド１３川ま例えば保持プレート１４４を介してダイヤ
フラム１３４と好適に連結され、かつ弁腕部の端整１２
２を貫通する小さな関口部１４６を挿通し圧力チャンバ
１２０内に突出せしめられている。

またロッド１３０はランド部９５と連結してもよいが、
エンジン負荷と独立して制御弁が正常に速度に応動し得
るようロッド１３０とランド部９５との間に好適な間隔
を置くことが好しし、。この場合エンジン負荷が上昇す
るに応じ、ロッド１３０がランド部９５の外側部へ向っ
て移動し当該外側部に当接して、ランド部９４，９５が
円滑に分流位置へ移動せしめられる。この結果、オイル
タービン５８へ供給される流体の圧力が相対的に低下し
又はターボチヤージャの補助駆動力が低下する。無論エ
ンジン負荷が低下すると、チャンバ１３８内の空気圧が
減少しロッド１３０が軸万向外側へ移動されランド部９
５と離間して、制御弁がエンジンの速度に対してのみ応
動することになる。又導管４２には圧縮空気圧の短時間
に変動にダイヤフラムが即動しないよう流量制限器１４
５が配設されることが好ましい。又エンジン負荷が所定
の最大レベルに達したとき、ロッド１３０を介し圧力チ
ャンバ１２０を閉止弁８２と選速させ、閉止弁８２を確
実に閉鎖してオイルタービンへの流体の供Ｖ給を停止す
るように設けることができる。更に詳述するに、ロッド
１３川こは負荷が所定の最大レベルに達したとき圧力チ
ヤンバ１２０と蓮適する環状のくぼみ部１４８が設けら
れている。負荷が所定の最大レベルに達すると、圧力チ
ャンバ１２０内の流体は制御導管１５０、延し、ては閉
止弁８２の弁ピストン８６の弁プラグ９０と反対側に区
画されたチャンバ５２（第３図参照）と導入されるので
、弁ピストン８６に働く流体圧が等しくなり、従ってバ
ネ８８のバネ力の実質的に全てが弁ピトン８６に加わり
弁プラグ９０が弁座９２に適確に着座せしめられる。ま
このとき当該流体はチヤンバ１５２かの流量制限器１５
６を含む導管１５４を経て低圧の供給導管５４へと放出
される。このようにしてオイルタービン５８への流体の
供給は、エンジン負荷が減少しロッド１３０の移動によ
りくぼみ１４８と圧力チャンバ１２０との流路が遮断さ
れるまで、確実に停止される。オイルタービンへの流体
の供給が停止されている間上述の如くターボチャージャ
はエンジンの排気ガスのみにより連続駆動されることに
なる。上・の く本発明による制御装置によれば、エン
ジンの速度および負荷の函数としてターボチャージャへ
供給する流体の流量および圧力が制御され調整されうる
。

すなわち制御装置により流体量が銚整されターボチャー
ジャが所定のレベル以下で補助駆動される。制御装置の
各ポンプ素子は、エンジンの全動作状態において連続的
に作動し所定量の流体をターボチャージャへ迅速に供Ｖ
給可能であることが望ましい。一方各ポンプ素子は、各
ポンプ素子のターボチャージヤへの出力流体が分流され
る時その期間夫々最小の動力で作動されるように設けら
れる。又本制御装置はエンジンの速度およびび負荷に応
じターボチャージャを補助駆動する、特にディーゼルエ
ンジンのような４サイクル又は２サイクルエンジンに好
適である。

本制御装置を２サイクルエンジンに使用する場合、ター
ボチヤージャを補助駆動しかつ周知の排気用の送風機に
必要な条件を満たすことなく制御弁を作動しうるので特
に望ましい。又高圧ポンプ装置６０の入口側に４・さな
溜め部６９を設けてあるので、始動の際充分な量の流体
がターボチャージヤへ送られ充分な量の圧縮空気が与え
られる。従って従釆のような始動用の始動補助装置が不
要となる。第５図には本発明による制御装置１６に使用
する気体並びに流体作動の制御弁の他の実施例を示す。

この場合第２図の制御弁と同一の部材には同一符号を付
してある。第５図の制御弁２７６、速度および負荷に応
動する他に、急加速状態のような過渡動作状態時にター
ボチャージャの補助駆動力を一時的に上昇させる過渡速
度応答装置が包有される。第５図に示す制御弁２７６に
は弁８同部９６が具備され、弁腕部９６の内部には２ギ
ャポンプからの出力流体を速度に応じて分流し得るよう
ランド部９４，９５が収容されている。

又制御弁２７６のッド１３川こは、第２図の例と全く同
様に負荷に応じて変位されギャポンプの出力流体を分流
してターボチャージャの補助駆動力を低下させる弾性の
ダイヤフラム１３４が装着されている。速度および負荷
に応じギャポンプからの出力流体を分流する機能は圧縮
バネ１１２を含む位置調整装鷹１０４により抑制されう
る。圧縮バネ１ １２はランド部９４とフランジー１０
との間に配設され、調整用の止めネジ１０８がフランジ
１１０外側に当接されている。第５図の実施例の場合、
所定の過渡状態の発生をを検知しこれに応答してフラン
ジー１０の外側に区画された弁胴部９６内部のチャンバ
２０２に圧縮流体を供給する過渡応答無効用の電磁弁装
置２００が設けられる。

電磁弁装置２００を介しチャンバ２０２に圧縮流体が供
給されると、圧縮バネ１１２のバネ力に更に加圧力が加
わり圧力チヤンバ１２０内に流体圧を上昇させる軸方向
の力が生じて、ランド部９４，９５がギャポンプからの
出力流体の分流量を減少する方向へと移動せしめられる
。この結果圧力チャンバ１２０からオイルタービン５８
へ送られる流体の圧力がかかる過渡状態中上昇され得得
、ターボチャージャの補助駆動力が上昇される。好まし
い実施例によれば、電磁弁装置２０川まエンジンの急加
速状態のような過渡状態に応答するそれ自体は周知の構
成の２位置電磁弁装置でなる。

かかる過渡応答機能は電磁弁装置２００と周知の電子式
の燃料制御装置２０４とを協働させて実現する。すなわ
ち、燃料制御装置２０４が導線２０６を介し電気信号を
電磁弁菱瞳２００へ送り亀滋弁装置２００のソレノィド
の付勢を制御するように設けられている。従って過渡状
態では、電磁弁装瞳２００が付勢され少なくとも最低圧
しベルの供給流体路と弁胴部９６内のチヤンバ２０２と
の間の流路が開成ごろ。

この場合、供総合流体は導管２０８および出口導管９８
を経て圧力チャンバ１２０へ送られる。過渡状態の終期
には、電磁弁装置が消勢されて導管２０８が閉鎖され、
例えば導管２１０が帰り導管５６と連結されていること
によりチャンバ２０２内の流体が放出される。又好まし
くはフランジ１１０から圧縮バネ１１２側へ漏入した流
体は別の導管２１２を介し帰り導管５６へ戻される。こ
のように電磁弁２７６により、急加速状態にあってもオ
イルタービン５８へ高圧の流体が供給されてターボチャ
ージャが一時的に補助駆動される。この場合、圧縮バネ
１２を第２図の実施例のものよりバネ力が小さいものを
選択して実質的に大半運転状態にわたって前記のバネ力
によって定まる流体の定圧レベルを僅かに低下せる（第
４図の点線で示す直線２１４参照）。この結果、補助駆
動力を増加したい場合のような過渡状態時に補助駆動力
を増加したい場合のような過渡状態に補助駆動力を直ち
に増大でき、過渡状態以外の状態での性能を損うことな
くターボチャージャの補助駆動を有効に実現できる。す
なわち過渡状態が検出されたとき、制御弁２７６により
、ギャポンプの出力流体の分流度が低下されオイルター
ビンへ供９溝される流体の圧力が上昇される（第４図の
点線で示す直線２１６参照）。無論過渡状態が終了する
と、流体圧が直線２１４で示す低圧レベルへ戻されるこ
とになる。以上、本発明を図示の実施例に沿って説明し
たが本発明は当該実施例に限定されるものではなく特許
請求の範囲の技術的思想に含まれるすべての設計変更を
包有することは当業者には理解されよつ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による制御装置を含むターボチャージ機
構の簡略説明図、第２図は第１図の制御装置内の制御弁
の拡大断面図、第３図は同制御装魔内の閉止弁の拡大断
面図、第４図は同制御装置の動作を説明するグラフ、第
５図は第２図の制御弁の他の実施例の拡大断面図である
。 １０・・・ターボチャージャ機構、１２・・．ターボチ
ャージャ、１４…エンジン、６・・・制御装置、１８・
・・タービン羽車、２０・・・コンブレッサ羽根車、２
２…ターンハウジング、２４…コンブレサハウジング、
２６…中央ハウジング、２８…ベアリング、３０…シヤ
フト、３２…マニホルド、３４，３６・・・導管、３８
・・・吸気マニホルド「 ４０・・・熱交換器、４２・
・・オイル供給装置、４４…主タンク、４６…オイルポ
ンプ、４８…フィル夕、５０…冷却器、５２・・・流路
絹、５４・・・供給導管、５５・・・導管、５６・・・
帰り導管、５８…オイルタービン、６０・・・高圧ポン
プ装置、３２・・・供給導管、６４…導管、６６・・・
逆止め弁、６８，７０・・・ギヤポンプ、６９・・・オ
イル溜め部、７２，７４，７４′・・・導管、７６・・
・制御弁、７８・・・分岐導管、８０・・・逆止め弁、
８１・・・入口部、８２・・・閉止弁、８４・・・弁桐
部、８５・・・出口部、８６・・・弁ピストン、８８・
・・バネ、９０・・・弁プラグ、９２・・・弁座、９４
，９５・・・ランド部、９６…弁胸部、９７，９８…出
口導管、９９・・・連結部、１００，１０２・・・出口
チャンバ、１０４…位置調整装置、１０６・・・端壁、
１０８・・・止めネジ、１１０・・・フランジ、１１２
・・・圧縮バネ、１１４・・・案内シリンダ、１１６・
・・皿穴、１１８・・・環状室、１２０・・・圧力チャ
ンバ、２２・・・端整、１２４・・・中央開□部、１３
０・・・ロッド、１３２・・・拡大ハウジング、１３４
・・・ダイヤフラム、１３６，１３８…チャンバ、１４
０，１４２…導管、１４４…保持プレート、１４５・・
・流量制限器、１４６…開口部、１４８…くぼみ部、１
５０・・・制御導管、１５２・・・チャンバ、１５４・
・・導管、１５６・・・流量制限器、２００・・・電磁
弁装置、２０２・・・チャンバ、２０４・・・燃料制御
装置、２０６・・・導線、２０８，２１０，２１２・・
・導管、２１４・・・導管、２７６・・・制御弁。 必Ｃ．２ 好ｂ−３ 「 選 必こ．２ 必。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ コンプレツサを回転駆動する排気ガス駆動のタービ
   ンと圧縮流体が供給されて回動されコンプレツサを補助
   駆動する流体圧タービンとを備えたターボチヤージヤ機
   構に用いられ、前記流体タービンへの流体供給量を制御
   して前記流体圧タービンを回転駆動する制御装置におい
   て、二以上の導管が接続され流体溜め部から各導管に圧
   縮流体を供給する高圧ポンプ装置と、前記二以上の導管
   に接続され二以上の導管からの圧縮流体が同時に流入す
   るとき開放する閉止弁と、閉止弁に接続され閉止弁の開
   放時に閉止弁を経て二以上の導管から流入する圧縮流体
   を流体圧タービンに給送する供給導管と、二以上の導管
   の一方に対し高圧ポンプ装置と閉止弁との間において前
   記二以上の導管の一方からの圧縮流体が流入可能に配設
   され且つエンジン速度の増大に応じて開放動作する制御
   弁と、制御弁に接続され制御弁の開放時に二以上の導管
   の一方から流入する圧縮流体を制御弁を経て流体溜め部
   に対し回帰させる別の導管とを備えてなることを特徴と
   する制御装置。 ２ 高圧ポンプ装置は夫々導管の一に接続される二以上
   の容積型のポンプを包有してなる特許請求の範囲第１項
   記載の制御装置。 ３ 容積型のポンプはターボチヤージヤ気構が具備され
   るエンジンによつて駆動せしめられるギアポンプである
   特許請求の範囲第２項記載の制御装置。 ４ 制御弁に接続される別の導管は制御弁の開放時に二
   以上の導管の一方からの圧縮流体の少なくとも一部を流
   出する少なくとも出口導管と、この出口導管に接続され
   流体圧タービンから環流される圧縮流体を流体溜めに回
   帰せしめる導管とを含む特許請求の範囲第１項記載の制
   御装置。 ５ 制御弁には、閉止弁に接続され制御弁の開放時に二
   以上の導管の一方からの圧縮流体の少なくとも一部を閉
   止弁に流入し閉止弁を鎖させる制御導管が接続されてな
   る特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 ６ 制御弁には出口導管が接続される弁胴部と弁胴部内
   に収容され出口導管への流路に対して開閉動作するラン
   ド部が具備され、コンプレツサと制御弁との間にはラン
   ンド位置調節装置が配設され、ランド位置調節装置はダ
   イヤフラムが内装される拡大ハウジングを有し、拡大ハ
   ウジング内にはダイヤフラムを挾んで一対のチヤンバが
   区画され、一方のチヤンバは基準圧力に維持されると共
   に他方のチヤンバはコンプレツサの放出圧力を受けるよ
   うにコンプレツサに連通され、且つダイヤフラムにはラ
   ンド部を作動するロツドが連結されてなる特許請求の範
   囲第４項記載の制御装置。 ７ 弁胴部は出口導管と連通する出口チヤンバを有し、
   ランド部は弁胴部内に、ロツドの作動時に出口チヤンバ
   に対し開位置に位置し、且つロツドの非作動時にバネ力
   を受けて出口チヤンバに対し閉位置に位置するように摺
   動可能に配設されてなる特許請求の範囲第６項記載の制
   御装置。