JPS61106922A - 可変容量過給機のウエストゲ−ト弁作動装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ｉ関の負荷及び回転数に応じて、機関の排気
系より導入される排ガス流量に対して、その排ガスの流
速を規制して、機関の吸気系への燃焼空気容量を可変さ
せる可変容量過給機に係り、特に可変された吸気系の過
給圧を検出して上記排気系より分岐されたバイパス系を
開閉するウェストゲート弁の開放設定圧を自在に制御す
る可変容量過給機のウェス１〜ゲート弁作動装置に関す
る。

［従来の技術］ 一般に内燃機関の排気系にタービン車室を接続し、吸気
系にブロア単室を接続して、燃焼用空気を系内に圧送す
る過給機は、その過給容■に応じて機関出力を向上でき
るが、その反面では上記吸気系内に送給される燃焼用空
気容量を適正に規制しなければ上記機関を破損させてし
まうことが知られている。　従来、上記吸気系内の燃焼
用空気容量を適正に設定すべく、上記吸気系内の内圧に
よって適正に作動するウェストゲートバルブを、上記内
燃機関の排気系に開閉自在に設け、そのウェストゲート
バルブが聞くときに、排ガスの一部をバイパスさせるバ
イパス系を設け、これによって燃焼用空気容量（以下過
給容■という）の制御を行なっていた。

ところが、第７図に示すように過給容量が増大して上記
吸気系の内圧（以下過給圧という）が最大であるのは、
機関が最大回転数を得る時であるため、これを上限とし
て過給容量または過給圧を設定すれば良いが、その設定
では、機関が低回転である時には過給容量が不足し、低
速トルク等の出力低下を起し問題になっていた。

そこで、第６図に示される如く、渦巻形状に形成された
タービン車室１内にはこれに回転自在にタービン２が設
けられると共に、そのタービン２を包囲するようにノズ
ルスロート部３には排ガスの流速を制御する規制手段１
１が設けられる。具体的には排ガスの流れ方向に可動し
て排ガスの流路断面積を変えて流速制御する複数のノズ
ルベーン４が、そのノズルスロート部３の周方向に適宜
間隔毎に配設されている。このノズルベーン４は上記タ
ービン車室１の一側壁５に一端部が回転自在な軸部材６
に一体的に設けられると共に、その角度は導入される排
ガスの流れ方向に対して所定角度を成すようにされてい
る。また軸部材６の他端部にはこれに一体的に可動リン
ク部材７の一端１・唖　　　　　但りヵ’　ｆｆＱ　４
１．３ゎ、よえユ動、アウ部材、。１１部、よ上記ター
ビン車室１の外側壁８に設けられ、且つ上記タービン２
の回転方向に対して同一方向に回転自在なリング部材９
の係合部９ａに嵌合されている。さらに上記軸部材６の
いずれかには、その他端部にリンク手段１０が一体的に
設けられ、これが回動することにより上記複数のノズル
ベーン４はリング部材９を介してその回動方向に作動す
るちので、これらで規制手段１１が構成される。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、この可変容量過給機は従来の過給機の欠
点である低回転域の過給容量不足は改善できるが、その
ために二次的な欠点が指摘されている。これを第８図の
過給特性を示す線図で説明すると、可変容量過給機は図
示の如く、大別して高・中・低の回転域に対してそれぞ
れに適する許容過給圧ｐＢ　ｍａｘが設定できるが、た
とえば、低回転域を重視して許容過給圧ＰＢｍａ×を設
定すると高回転域では、そのために過給容量が著しく増
大して内燃機関を損１カさせると共に、その排ガス　　
　　　１容量もま１〔増大し、タービン２及びブロアは
過回転させられる。それゆえ、コンプレッサ、タービン
翼車のバーストやタービン翼車の変形による車室との干
渉不具合が起り欠点となっていた。

また、上記欠点を補うために従来より過給機内の排ガス
を供給する排気系に、これより分岐されて所定圧で排気
圧を開放するウェストゲートバルブを有するバイパス系
を設けていたが、そのバルブの設定圧は、上記許容過給
圧ｐＢｍａｘに対して一義的に設定されるもので、可変
容量過給機に適するものではなかった。

［発明の目的］ 本発明は上記種々の問題点を有効に解消ずべく創案さた
もので、本発明の目的は、可変容量過給機のノズルベー
ンを機関の回転数及び負荷に応じて作動させて適切な過
給圧の制御を施すと共に、その過給圧に対して適切にバ
イパス系を開放して、過給機並びに機関を保守する可変
容量過給機のウェストゲート弁の作動装置を提供するに
ある。

［発明の概要］ 本発明は上記目的を達成ずべく可変容量過給機の過給特
性を制御する規制手段と、機関の負荷と回転数とにより
上記規制手段を作動制御ザる切り換え手段と、該切り換
え手段に連動して上記過給機への排ガス流量を制御Ｉ″
ｆｊるウェストゲ−１〜弁の開放設定圧力を制御するバ
ルブ開放手段とを備え、上記規制手段とバルブ開放手段
とにあらかじめ機関の負荷特性を入力されたコントロー
ルユニットがその負荷特性のどの領域内で機関が駆動さ
れているかを判断し、その判断に基づく出力信号を出力
さＶて制御するもので、これによって上記規制手段とバ
ルブ開放手段とが同時に制御され、機関の負荷と回転数
に応じて適切なる過給圧が設定されると共に可変容量過
給機と、これが連結される機関とを好適状態で駆動させ
るものである。

［実施例］ 以下、本発明の好適一実施例を添付図面に基づいて具体
的に説明する。

本発明の可変容量過給機５０の規制手段１１については
上記従来例と同様なので、これについての詳細な説明は
ここでは省略する。

本発明の可変容量過給機のウェストグー１〜弁の作動装
置は第１図乃至第３図に示される如く、主に可変容量過
給１５０の規制手段１１のリンク手段１０にビン結合さ
れて、そのリンク手段１０を作動させる切り換え手段１
２と、内燃機関の排気系１３より分岐されたバイパス系
４に開閉自在なウェストゲート弁５を作動させるバルブ
開放手段１６と、それ等切り換え手段１２とバルブ開放
手段１６とを機関の負荷及び回転数に応じて制御するコ
ントロールユニット１７とから構成される。

具体的には、第２図に示す如く上記切り換え手段１２は
、第１のシリンダ１８内に往復動自在に設けられたピス
トン部１９を有するピストンロッド２０と第１のスプー
ル部材２１を有し、それ等で少なくとも２つ以上のポー
ト室２２．２３．２４が例えばエアタンク等の所定圧力
の作動流体を供給する流体供給装置２５の第１、第２の
流体供給管２６．２７によって連通して接続され、それ
等流体供給管２６．２７には例えば電磁弁等の第１、第
２の切り換え弁２８．２９が流体を供給またはこれより
排出すべく設けられている。

一方、上記ポート室２２，２３．２４を形成する第１の
シリンダ１８は、例えば実施例において第１、第２及び
第３のポート室２２．２３．２４を形成すべくその軸方
向に適宜間隔をおいて順次拡径または縮径されて第１、
第２の段部３０，３１が形成される。これによって、第
１の段部３゜に着座するピストン部１９を一端部に有す
るピストンロッド２０と、第２の段部３１に着座する第
１のスプール部材２１とによって軸方向に容積が可変す
る第２、第３のポート室２２．２３が形成される。また
上記ピストン部１９は第２のポート室２２を形成すると
共に、その反対側に第１のポート室２４を形成し、その
第１のポート室２４には上記ピストン部１つに対して所
定の弾発力をイ」勢する圧縮コイルばね等の第１の弾発
手段こ３２が収容されている。一方、ピストンロッド２
０の他端部は、上記従来例で説明したリンク手段１０に
ビン結合されており、上記第２、第３のポート室２２．
２３に作動流体を上記流体供給装置２５から供給または
、供給される上記流体を排出することによって上記ピス
トンロッド２０が第１のシリンダ１８内を移動して上記
リンク手段１０を作動させる切り換え手段１２が構成さ
れるものである。

次に、内燃機関の排気系１３より分岐されたバイパス系
１４に開閉自在に設けられたウェストゲート弁１５と、
これを機関の負荷及び回転数に応じてその設定開放圧力
を制御するバルブ開放手段１６について説明する。

内燃機関の排気系１３は上記可変容量過給機５０内に第
１図、第２図の如く排気管等で接続され、これより排気
される排ガスが上記過給機５０内に導入され、その過給
１５０のタービン４を回転駆動させた後、その過給１１
５０外に排出される。一方、上記過給機５０の上流側に
は、これより分岐されて排気管から形成されるバイパス
系１４が設けられている。また上記排気管には内燃機関
に接続され吸気管によって形成される吸気系３３の内圧
、即ち過給圧が所定の許容過給圧を越える場合にエアパ
イプ５２によって空気室４２に過給圧が加わることによ
って排気系１３に導入される排ガスの一部をバイパスさ
せて残部を第６図に示した上記可変容量過給機５０のタ
ービン車室１に供給するためのウェストゲート弁１５が
開閉自在に設けられる。他方、このウェストゲート弁１
５を開閉作動すべく本発明の実施例のバルブ開放手段１
６が設けられる。具体的には上記バルブ開放手段１６は
上記切り換え手段１２と同様に軸方向に適宜間隔をおい
て順次拡径または縮径されて第３、第４の段部３４．３
５を形成された第２のシリンダ３６と、その第３、第４
の段部３４，３５に着座して第４、第５のポート室３７
．３８を形成する第２、第３のスプール部材３９．４．
０と、第４のポート室３７へ仕切る上記第２のスプール
部材３つのその第４のポート室３７の反対側に第６、第
７のポート室４１．４２を形成すべく周側部にダイヤフ
ラム４３を有し第２のシリンダ３６内に移動自在に設け
られ、且つ上記第６のボート室４１内で所定の弾発力を
付勢する圧縮コイルばね等から成る第２の弾発手段４４
を収容する形状に形成されたシート部材４５と、そのシ
ート部材４５−１０＝ に弁棒４６の一端が設けられると共に、その弁棒４６が
上記第２のシリンダ３６内に往復動自在に収容され且つ
その弁棒４６の他端部に上記バイパス系１４を開閉すべ
く設けられたポペット形の弁体４７を有するウェストゲ
ート弁１５とから主に構成される。また、上記第４、第
５のポート室３７．３８に作動流体を供給または、これ
より排出すべく上記第４のポート室３７には上記第２の
流体供給管２８より分岐された第３の流体供給管４８が
連通して設けられ、かつ第５のポート室３８には、上記
第１の流体供給管２９より分岐された第４の流体供給管
４つが連通して設けられている。

一方、第２のシリンダ３６の第６のポート室４１には外
部と連通して第６のボート室４１内の内圧を外部に開放
する通気口５１が設けられる共に、第７のポート室４２
には、上記内燃機関の吸気系３３に連通してその吸気系
の過給流体を採り込むための圧力管５２が連通して設け
られている。

”ｌ　　　　ｔ　、３ｃ、よ、ワ、えよ、１２お７．２
．７．１段１６とはコントロールユニット１７によって
制御されるもので、このコントロールユニット１７は、
第１図及び第６図に示す内燃機関の負荷と回転数等の負
荷特性をあらかじめ入力されており、その入力された諸
データに対して機関駆動時に得る出力信号を入力して比
較演算し、その演算結果に対して最適な制御を施すべく
形成されて、上記機関の好適位置に取り付【プられる。

従ってコントロールユニット１７によって機関の負荷及
び回転域に応じて上記切り換え手段１２が可変容量過給
機５ｏの上記規制手段１１を作動し、同時に上記ウェス
トゲート弁１５の上記バイパス系１４に対しての設定開
放圧力を制御して上記機関を好適に駆動するものである
。

以下、本発明の作用について第１図乃至第６図に基づい
て説明する。

第１図及び第２図に示す如く、上記流体供給装置２５内
には常時、所定圧の作動流体が蓄圧されており、この作
動流体が上記第１、第２の流体供給通路２６．２７及び
、これより分岐された第３、第４の流体供給通路４８．
４９を介してそれぞれのポート室に作動流体を供給する
。一方、上記第１、第２の流体供給通路２６．２７に設
けられた第１、第２の切り換え弁２８．２９は後述する
コントロールユニット１７によって制御される。具体的
に内燃機関が第３図に示す■位置の低回転、高負荷時に
ある場合には上記第１、第２の切り換え弁２８．２９を
０ＦＦ４ｆｌｌａ、’）４り開位置に作動させ上記切り
換え手段１２の第２、第３のポート室２２．２３及びバ
ルブ開放手段１６の第３、第４のボート室３７．３８内
から作動流体を外部に排出すべく大気またはタンク等に
開放させる。

それによって、上記各ポート室内の流体圧力は減圧され
ると同時に、上記切り換え手段１２の第１のポート室２
４内の弾発手段３２が伸長してピストンロッド２０をそ
の付勢方向に移動し、第６図に示した可変容量過給機５
０のリンク手段１０を開方向に作動させる。ゆえに可変
容量過給ＩＩ！５０内の規制手段１１は上記内燃機関の
排気系１３より導入される排ガスの流速を可変させて、
上記タービン２に与える流体エネルギが最小であるよう
に作動されることになる。他方、上記切り換え手段１０
の作動と同時にバルブ開放手ｇ２１６内の第４、第５の
ポート室３７．３８から第３．第４の流体供給通路４８
．４９及び第１、第２の流体供給通路２６．２７を介し
て作動流体が開放されるため、ウェストゲート弁１５に
設けられたスプリングシート４５と第２のスプール部材
３９との間に設けられた第２の弾発手段４４は伸長して
第１、第２のスプール部材３９．４０をその伸長方向に
移動させてスプリングシート４５及びこれに一体内に設
けられたウェストゲート弁１５に対する付勢力を最小に
設定する。従ってウェストゲート弁１５は、バルブ開放
手段１６の第７のポート室４２の内圧が第４図に破線で
示す許容過給圧ＰＢ□に設定され、この許容過給圧ＰＨ
１以上に第７のポート室４２の内圧が上昇した際に、上
記ウェストゲート弁１５は上記バイパス系１４を開放す
べく作動し、その排ガスの一部をバイパスさせて上記内
燃機関の吸気系３３の過給圧及び上記第７のポート室４
２の内圧が許容過給圧ｐＢ１以下になったときに再び上
記バイパス系１４を閉塞するものである。

次に、内燃機関が第３図に示す■位置、つまり機関が中
回転域で高負荷時にある場合には、上記第１の切り換え
弁２８をＯＮ位置にまた第２の切り換え弁２９をＯＦＦ
位置に切り換えられると、上記切り換え手段１２の第２
のポート室２２及びバルブ開放手段１６の第４のポート
室３７より作動流体が排出され、それによって上記第１
のシリンダ１８内のピストンロッド２０及び第２のシリ
ンダ３６内の第２のスプール部材３９が夫々に付勢する
第１、第２の弾発手段３２．４４によってその付勢方向
に移動される。従って、上記切り換え手段１２は、第６
図に示す可変容量過給機５０のリンク手段１０を中位置
に可動して可変容量過給機５０内の規制手段１１を、そ
れに導入される排ガスが上記タービン２に対して適正な
回転エネルギを与えるべく規制される。他方、バルブ開
放手段１６は第６のスプール室４１内の第２の弾発手段
４４が伸長した分だけ付勢力が弱められるため第４図の
破線で示す許容過給圧Ｐ８２でウェストゲート弁１５が
上記バイパス系１４を開放すべ（設定されることになる
。

更に、内燃機関が高回転で、つまり第３図に示す位置■
位置の低負荷時にある場合には、上記第１、第２の切り
換え弁２８．２９が共にＯＮ位置に切り換えられた場合
、それぞれ第１、第２のシリンダ１８．３６内の第２、
第３のポート室２２゜２３及び第４、第５のボート室３
７．３８内に作動流体が供給され、それぞれのシリンダ
１８．３６内の第１、第２の弾発手段３２．４４が収縮
され、その付勢力は最大に設定される。即ち、第４図に
破線で示す許容過給圧ＰＢ３に設定されるもので、これ
によれば、上記リンク手段１０及び切り換え手段１２を
介して規制手段１１が第６図に示す上記タービン車室１
内に導入される排ガスに対してタービン２を最大に回転
させるべく、その流速を可変させ、またバルブ開放手段
１６によって内燃機関の上記バイパス系１４を開放する
ウェストゲート弁１５を上記許容過給圧ＰＢ３以上で開
放させるものである。

このように構成される可変容量過給機のウェストゲート
弁作動装置は、それに設けられたコントロールユニット
１７によって作動されるもので、その制御内容を第５図
に基づいて説明する。

図示される如く、例えば、機関がキースイッチにより作
動された場合に、機関の好適位置に設けられた検知手段
によって冷却水ＩＴと上記流体供給装置２５内の作動流
体圧Ｐとがコントロールユニット１７内に入力されそれ
ぞれあらかじめ入力されていた初期設定値Ｔｏ　、Ｐａ
に対して比較演算する。その結果冷却水温下及び作動流
体圧Ｐが初期設定値Ｐａ　、Ｔｏに対してそれ以下であ
れば上記第１、第２の切り換え弁２８．２９をＯＮ位置
に作動し、上記の初期設定値Ｔｏ　、Ｐａ以上になるま
でループを繰り返す。即ち機関のアイドル運転時間がこ
こで決定される。

次に、上記冷却水ＩＴ及び作動流体圧Ｐが初期設定値Ｔ
ｏ　、Ｐａを越えた場合には、コントロールユニット１
７により駆動された内燃機関の回転数と負荷とを検出す
ると同時にあらかじめコントロールユニット１７内に入
力された例えば第３図に示す負荷と回転数とから区分さ
れる１、　Ｉｌ、　ＩＩＩの低、中、高領域内のいずれ
に該当するかを判断し、上記切り換え手段１２及びバル
ブ開放手段１６を作動させ、その領域工、■、■に該当
する適正な過給圧の初期設定値ＰＲ□、ＰＨ１、ＰＨ１
を越えた際には、ウオーニングを点灯させて上記冷却水
温検出ラインにループし上記第１、第２の切り換え弁２
８．２９を共にＯＦＦ位置に切り換え、初期設定値内で
あれば上記同様冷却水部下検出ループにもどるように制
御される。また上記回転数負荷及びあらかじめ入力され
ていた第３図のＬ−Ｎグラフが読み取り不能である場合
には、ウオーニングを点灯させて上記第１、第２の切り
換え弁２８．２９をＯＦＦ位置に作動して再検出させる
べくループさせるように制御されるものである。

［発明の効果］ 以上要するに本発明によれば可変容量過給機に、タービ
ン車室に導入される排ガス流量に対して、その流速を規
制してタービンの回転を可変させる規制手段とこれを作
動する切り換え手段とを設け、またこれを取り付ける内
燃機関の排気系を分岐してバイパス系を形成しそのバイ
パス系に上記可変容量過給機より過給される内燃機関の
吸気系内の過給圧を検出し、機関の回転数と負荷に応じ
て適正にバイパスさせるバルブ開放手段よって作動する
ウェストゲート弁を設け、それらをあらかじめデータと
して入力されたコントロールユニットにて制御させるの
で、内燃機関の負荷及び回転数に対して適正な過給を施
して低負荷回転域から高負荷回転域で好適な出力を得る
と共に、異常な過給圧（過給容量）を防止し且つ機関の
安全性と保守性を向上できる等優れた効果を秦すること
ができる。。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好適一実施例を示す図、第ｉ、　　　
　”　”°”１１　ｒｊＡｒｙ＞’ｆ！ｅＩ′Ｗｍ％Ｗ
ｒ１８３＠ｃ“１機関の負荷と回転数との関係を示す性
能特性図、第４図は内燃機関の回転数をパラメータに許
容過給圧の設定値を示す図、第５図は本発明の制御内容
を示すフローチャート図、第６図は従来例の可変容量過
給機と規制手段を示す図、第７図は従来の過給機の過給
特性を示す図、第８図は従来の可変容量過給機の過給特
性を示す図である。 図中、１１は規制手段、１２は切り換え手段、１５はウ
ェストゲート弁、１６はバルブ開放手段である。 特許出願人　　いすず自動車株式会社 代理人弁理士　絹　　谷　　信　　雄 噌龜討 」　ユ払 勺’ｆ７ｒＧ河 筑ρＭ ４３　１　　目 榊゛関回勅改 議゛関回蛛

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可変容量過給機の過給特性を制御する規制手段と、機関
   の負荷と回転数とにより上記規制手段を作動制御する切
   り換え手段と、該切り換え手段に連動して上記過給機へ
   の排ガス流量を制御するウェストゲート弁の開放設定圧
   力を制御するバルブ開放手段とを備えたことを特徴とす
   る可変容量過給機のウェストゲート弁作動装置。