JPS6034753Y2 - タ−ボチヤ−ジヤ付エンジンの過給圧制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、ターボチャージャ付エンジンの過給圧を制
御する装置に関する。

エンジンの排気ガスのエネルギで駆動される排気タービ
ンにより、吸気通路のコンプレッサを回わし吸気を過給
するようにしたターボチャージャが知られている。

このターボチャージャは、エンジンの動力性能を高める
上で有効であるが、エンジンの加速時には、必要吸気量
が急増するにもかかわらず、過給が遅れ気味となって吸
気が不足し、不完全燃焼をもたらすことがあった。

このため、従来では例えば第１図、第２図に示すように
、排気タービン３のハウジング４のガス導入部５に、両
端をピン支持された薄板状の可動壁６と、この可動壁６
をハウジング４外からロッド７を介して変位させるアク
チュエータ８とを備えた可変ノズル機構９が設けられ、
エンジン１の加速時に、そのガス導入部５の通路面積を
小さくして排気タービン３に導入される排気ガスの流速
を高めるようにしたものがあり、これにより排気タービ
ン３の加速を早め、回転軸１０を介して連動スるコンプ
レッサ１１からの過給が遅れないようにして、吸気不足
によるエンジン１の不完全燃焼を防止している。

これは、ディーゼルエンジンに適用した例であり、この
場合可変ノズル機構９の作動を制御する装置１２には、
エンジン１の回転数を検出する回転検出器１３からの信
号と、アクセル（図示しない）の開度を検出するセンサ
等からの信号が入力されており、例えばエンジン加速初
期のように、アクセル開度に比してエンジン回転数が低
いときには、前記検出信号に基づき制御装置１２は、可
変ノズル機構９のアクチュエータ８を作動して可動壁６
を押し込み、ハウジング４のガス導入部５の通路面積を
小さくするように制御している。

そして、加速が進むにつれエンジン回転数が上昇するよ
うになると、これに伴いガス導入部５の通路面積を徐々
に広げるようにして、もとに戻すようにコントロールし
ている。

このようにして、エンジン加速時、排気タービン３やコ
ンプレッサ１１の慣性によるターボチャ−ジャの過給遅
れを軽減し、応答性を向上しているのである。

なお、エンジン１の回転検出器１３からの信号は、周波
数−電圧変換器１４により電圧に変換された後、前記制
御装置１２に入力される。

ところが、このようにエンジン回転数とアクセル開度と
に応じて可変ノズル機構９を駆動制御する構成だと、ア
クセルを踏み込んでもエンジンの負荷が大きくて回転数
がそれほど上昇しない時には、排気タービン３に導入さ
れる排ガス量が増大するにもかかわらず、常にガス導入
部５の通路面積は最小にコントロールされてしまうので
、例えば、第３図（等吸気量特性を表わす）に示すよう
に、エンジンの負荷状態によって必要吸気量が大きく変
動するようなガソリンエンジンの場合には、最適な過給
圧を得ることができず、ターボチャージャの効率、さら
にはエンジンの効率が著しく悪化するという問題があっ
た。

そこで本考案は、エンジンの負荷に応じて可変ノズル機
構を駆動制御することにより、ガソリンエンジンの場合
の加速時や加速後の定常運転時でも常に最適な過給圧が
得られるようにして上記問題点を解決することを目的と
する。

すなわち本考案は、ガソリンエンジンに塔載されるター
ボチャージャのタービンハウジングのガス導入部に、該
ガス導入部の通路面積を増減する可変ノズル機構を設け
、かつ空気流量を検出する手段を設置すると共に、スロ
ットルバルブの前後にその差圧を検出する手段を設け、
さらに該差圧検出手段により検出した差圧が所定値以上
のときは前記可変ノズル機構をガス導入部の通路面積が
最大となる位置に保持すると共に、差圧が所定値以下の
ときは前記可変ノズル機構を吸入空気量が少ない程ガス
導入部の通路面積が小さくなるように制御する制御装置
を設けたものである。

以下、本考案の実施例を図面に基づいて説明する。

第４図で、１５はガソリンエンジン、２はターボチャー
ジャであり、排気タービン３のハウジング４のガス導入
部５には前記従来例と同様に可変ノズル機構９が設置さ
れている。

排気タービン３と回転軸１０を介して連動するコンプレ
ッサ１１の下流側の吸気通路１６と吸気マニホールド１
７との間にはスロットルバルブ１８が介装されており、
このスロットルバルブ１８の前後の圧力差を検出する手
段として差圧センサ１９が設けられる一方、コンプレッ
サ１１上流の吸気通路１６には吸入空気量を検出する手
段としての空気流量計２０が取付けられる。

そして、差圧センサ１９と空気流量計２０からの検出信
号は、それぞれ前後可変ノズル機構９を駆動制御するた
めの制御装置２１に入力される。

制御装置２１は、これらの検出信号に基づき、可変ノズ
ル機構９のアクチュエータ８を作動してその可動壁６を
変位させ、ガス導入部５の通路面積を増減させるが、こ
の場合、スロットルバルブ１８の前後差圧が設定値以上
のときには、アクチュエータ８を作動させず、可動壁６
を排気タービン３のハウジング４に密着させたままにし
て、ガス導入部５の通路面積を最大に保つようにしてい
る。

一方、スロットルバルブ１８の前後差圧が設定値以下に
なると制御装置２１は、空気流量計からの検出信号に基
づき、前記アクチュエータ８を作動してガス導入部の通
路面積を増減するようになり、例えば、空気流量が多い
ときには通路面積を大きくするように、この反対に空気
流量が少ないときには、通路面積を小さくするようにコ
ントロールする。

なお、前記空気流量計２０を、排気タービン３の下流の
排気通路２２に取付けて、排気ガス量を検出した信号を
制御装置２１に入力するようにしても良い。

次に、作用を説明する。

エンジンの負荷が小さい時、例えばあまり高速でなく通
常の平坦路をほぼ一定の速度で走行するような時には、
スロットルバルブ１８の開度は比較的小さいので、その
前後の差圧は設定値より大きいものとなる。

したがって、可変ノズル機構９は駆動されず、ガス導入
部５の通路面積が最大に保たれ、ターボチャージャはエ
ンジンの負荷や回転数に適した過給を行なうのである。

この場合、エンジンの負荷または回転数に対するスロッ
トルバルブ１８の上流の圧力、つまりコンプレッサ１１
の吐出圧は、例えば第５図に示すＲ点の位置の圧力とな
り、一方スロットルバルブ１８下流の吸気マニホールド
圧は第６図に示すＲ点の位置となっている。

（ただし、第５図は等コンプレッサ吐出圧力特性、第６
図は等吸気マニホールド圧力特性を示したものであり、
それぞれＲ点が移動する図中の点線イは平坦路を走行す
る時にエンジンにかかる車両の走行抵抗特性を表わした
ものである。

）次に、定速走行状態から加速するために、スロットル
バルブ１８の開度を大きくすると、その前後の差圧が小
さくなって設定値以下となり、これにより制御装置２１
は可変ノズル機構９のアクチュエータ８の作動を開始す
る。

その際加速初期には、空気流量が比較的少ないので、可
変ノズル機構９の可動壁６が押し込められ、排気タービ
ン３のガス導入部５の通路面積を小さくする。

このため、排気タービン３に導入される排気ガスの流速
が高められ、過給が早くなって加速応答性が向上するの
である。

その後、加速が進むにつれ、エンジンの回転数が上昇し
、空気流量が増加するようになると、これに伴い制御装
置２１はガス導入部５の通路面積を徐々に広げていき、
増大する排気ガスを効率良く排気タービン３に導入する
ようにして、ターボチャージャの過給効果を高めるので
ある。

この場合、エンジンの負荷が大きくてエンジンの回転数
がそれほど上昇しないような時でも、空気流量はスロッ
トル開度に応じて増加するので、ガス導入部５の通路面
積が最小のままに制御されることはなく、エンジンの負
荷に応じた最適な過給を行なうことができると共に、排
気ガス量の増大に伴なう背圧の上昇は防止され、ターボ
チャージャさらにはエンジンの効率を著しく向上するこ
とができるのである。

しかも、このようにエンジンの負荷に応じて可変ノズル
機構９を駆動するようにしたので、加速時に限らず、通
常の高負荷運転時でも最適な過給圧が得られるのである
。

第７図は本考案の他の実施例であり、スロットルバルブ
１８の前後の差圧が設定値以上の時でも、コンプレッサ
１１の吐出圧が負圧の時には、可変ノズル機構９を駆動
してガス導入部５の通路面積を小さくするようにしたも
のである。

コンプレッサ１１の吐出圧が負圧の時は、第５図のよう
にエンジンの負荷がかなり小さい時であり、排気タービ
ン３に導入される排気ガス量も小さい。

このため、コンプレッサ１１の吐出圧を検出するように
圧力センサ２３を取付け、この検出信号を、前記空気流
量計２０や差圧センサ１９からの信号と同様に制御装置
２１Ａに入力味スロットルバルブ１８の前後の差圧が設
定値以上の時に、コンプレッサ１１の吐出圧が負圧であ
れば、排気タービン３のガス導入部５の通路面積を小さ
くして排気タービン３に導入される排気ガスの流速を高
め、その吐出圧が正圧になるように制御している。

このようにすれば、排気ガス量がきわめて少ない時でも
、ターボチャージャの効率を一層高めることができるの
である。

ただし、スロットルバルブ１８の前後の差圧が設定値以
下の時には、前記実施例と同様にして過給圧の制御が行
なわれる。

以上、説明した通り本考案によれば、エンジンの負荷に
応じてターボチャージャの可変ノズル機構を駆動制御し
、加速時や定常運転時でもエンジンの運転状態に適した
過給圧が得られるようにしたので、ガソリンエンジンの
加速性を一段と高めることができるばかりか、ターボチ
ャージャの能力を充分に発揮して、エンジンの効率を著
しく向上することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略構成断面図、第２図は可変ノズ
ル機構の断面図、第３図はガソリンエンジンの等吸気流
量線図、第４図は本考案の実施例を示す概略構成断面図
、第５図はガソリンエンジンの等コンプレッサ吐出圧力
特性を示すグラフ、第６図はガソリンエンジンの等吸気
マニホールド圧力特性を示すグラフ、第７図は本考案の
他の実施例を示す制御ブロック図である。 １・・・・・・エンジン、２・・・・・・ターボチャー
ジャ、３・・・・・・排気タービン、４・・・・・・ハ
ウジング、５・・・・・・ガス導入部、６・・・・・・
可動壁、７・・・・・・ロッド、８・・・・・・アクチ
ュエータ、９・・・・・・可変ノズル機構、１０・・・
・・・回転軸、１１・・・・・・コンプレッサ、１２・
・・・・・制御装置、１５・・・・・・ガソリンエンジ
ン、１６・・・・・・吸気通路、１７・・・・・・吸気
マニホールド、１８・・・・・・スロットルバルブ、１
９・・・・・・差圧センサ、２０・・・・・・空気流量
計、２１，２１Ａ・・・・・・制御装置、２２・・・・
・・排気通路、２３・・・・・・圧力センサ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ガソリンエンジンに塔載されるターボチャージャーのタ
   ービンハウジングのガス導入部に、該ガス導入部の通路
   面積を増減する可変ノズル機構を設け、かつ空気流量を
   検出する手段を設置すると共に、スロットルバルブの前
   後にその差圧を検出する手段を設け、さらに該差圧検出
   手段により検出した差圧が所定値以上のときは前記可変
   ノズル機構をガス導入部の通路面積が最大となる位置に
   保持すると共に、差圧が所定値以下のときは前記可変ノ
   ズル機構を吸入空気量が少ない程ガス導入部の通路面積
   が小さくなるように制御する制御装置を設けたことを特
   徴とするターボチャージャ付エンジンの過給圧制御装置
   。