JPS61275529A - 排気タ−ボ過給装置 - 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） 本発明は自動車用等のエンジンに装備される排気ターボ
過給装置、特にタービンに排気ガスを供給する排気通路
が複数の通路に分割され、これらの通路のうちの少なく
とも１つが開閉可・能とされた排気ターボ過給装置に関
する。

（従　　来　　技　　術） 排気ターボ過給装置は、エンジンから排出される排気ガ
スのエネルギーを利用して吸気を過給することにより、
吸気充填効率ないしエンジン出力を向上させるものであ
るが、この過給装置には、過給圧が該装置のケーシング
やエンジン吸気系構成部材等の耐圧限度を超えて上昇す
ることを防止するため、タービンをバイパスするバイパ
ス通路と該通路を開閉するバイパス弁とが設けられ、過
給圧が所定値を超えた時に該バイパス弁を開いて一部の
排気ガスをタービンに供給することなく放出するように
なっている。

ところで、この種の排気ターボ過給装置には、自動車用
エンジンのように常用運転領域が広いエンジンに適用さ
れた場合に、上記のようなエンジン出力の向上効果が限
られた領域内でしか得られない゛という欠点がある。つ
まり、排気ガス量の多いエンジンの高回転領域で所要の
過給効果が得られるように排気通路やタービンノズルの
寸法、形状等を設定すると、排気ガス量の少ない低回転
領域でタービンに供給される排気ガスの流速が遅くなっ
て十分な過給効果が得られず、また低回転領域で排気ガ
スの流速を高めて所要の過給効果が得られるように排気
通路の通路断面積やタービンノズルの開口面積を小さく
すれば、排気ガス量の多い８回転領域でバイパスしなけ
ればならない排気ガス量が著しく多くなって、排気ガス
の有するエネルギーの有効利用率が低下すると共に、バ
イパス量がバイパス通路のバイパス能力を上回ることに
なって排圧が上昇し、その結果、エンジン出力が却って
低下するのである。

排気ターボ過給装置における上記のような問題に対処す
るものとして、例えば特開昭５８−１８５２２号公報に
開示されているように、タービンに排気ガスを供給する
排気通路を主通路と副通路とに分割すると共に、副通路
に該通路を開通、遮断する開閉弁を設けたものがある。

これによれば、排気ガス量の少ないエンジンの低回転領
域では副通路を遮断して主通路のみからタービンに排気
ガスを供給することにより、該排気ガスの流速を高めて
所要の過給効果を確保し、また排気ガス量の多いエンジ
ンの高回転域では副通路を開通させて該副通路及び主通
路の両者から排気ガスをタービンに供給することにより
、該排気ガスのバイパス量を低減して排気ガスの有する
エネルギーの無駄な放出や排圧の上昇によるエンジン出
力の低下等を防止することができる。その場合に、上記
副通路の開開制御をバイパス通路の間開時期との関係で
どのように行うのが最適であるかが問題となるが、上記
公報に示された排気ターボ過給装置では、この副通路の
ＩＦＩｌ閉制御を次のように行っている。

つまり、第５図に示すように、副通路を閉じれば、エン
ジン回転数に対して過給圧が速かに立上る特性Ｉが得ら
れるので、先ず低回転領域では該副通路を閉じて符号（
イ）で示すように特性Ｉによって過給圧の速かな立上り
を得ると共に、該過給圧が所定値Ｐｏを超えるエンジン
回転数Ｎ１でバイパス通路を開通させて符号（ロ）で示
すように過給圧を所定値Ｐｏに保持する。そして、この
特性Ｉによればエンジン回転数の上昇に従って排気ガス
のバイパス量が著しく増大するので、高回転領域に移行
するエンジン回転数Ｎ２で副通路を開通させて、エンジ
ン回転数の上昇に対する過給圧の上昇が緩かな特性■に
移行させる。その場合に、副通路を開通させるエンジン
回転数が特性■によって所定過給圧Ｐｏが得られる所定
回転数ＮＯ以下の回転数Ｎ２’であると、過給特性の切
換わりに伴って符号（ハ）で示すように過給圧が所定値
Ｐｏより落ち込むことになるので、副通路を開通させる
回転数Ｎ２は上記の所定回転数Ｎｏより高回転側に設定
されるのである。これにより、低回転域で所要の過給圧
が得られ、且つ高回転域では排気ガスのバイパスｍ（第
５図の斜線部の面積に相当する）が著しく増大すること
が防止される。

しかし、この制御方法においては、副通路を開く回転数
Ｎ２が該副通路を開いた場合の特性■で過給圧が所定値
Ｐａに達するエンジン回転数Ｎ。

より高回転側に設定されているため、談回転数Ｎ０−Ｎ
２の間で排気ガスのバイパス量が著しく増大して排圧が
大きくなり、そのためエンジン回転数の上昇に従って出
力が次第に低下するのである。

そして、このような状態で回転数Ｎ２に達した時に副通
路を開通させると、排圧の急激な低下によりエンジン出
力が増大する方向に急変することに・なり、この時にト
ルグショックが発生するという問題が生じる。

また、副通路を閉じた時の過給特性■及び開いた時の過
給特性■は、いずれもエンジンのスロットルＩＦｌｌｒ
！Ｘによって変化し、スロットル開度が小さくなるに従
ってエンジン回転数の上昇に対する過給圧の上昇の割合
、即ち第５図の特性Ｉ、ＩＩの勾配が小さくなる。従っ
て、常に一定のエンジン回転数Ｎ２で副通路を開くよう
に設定しておくと、低スロツトル間度時に該回転数Ｎ２
が副通路を開いた状態で過給圧が所定値Ｐｏとなる回転
数よりも低くなり、その結果、副通路を開いた時に第５
図に符号（ハ）で示すような過給圧の落込みが発生する
ことになる。

（発　　明　　の　　目　　的） 本発明はタービンに排気ガスを供給する排気通路が複数
の通路に分割され且つこれらの通路の少なくとも１つに
開閉弁が備えられた排気ターボ過給装置における上記の
ような問題に対処するもので、上記開閉弁の開閉制御を
常に最適の時期に行わせることにより、過給圧の落込み
や排圧の上昇等によるエンジン出力の低下を防止し、ま
た上記開閉弁の開閉動作時における出力の急変によるト
ルクショックを防止することを目的とする。

（発　　明　　の　　構　　成） 本発明に係る排気ターボ過給装置は上記目的達成のため
次のように構成したことを特徴とする。

即ち、タービンノズルに至る排気通路が複数の通路に分
割され、且つこれらの通路のうちの少なくとも１つを開
閉する開閉弁装置が備えられた構成において、過給圧が
所定値を超えた時に一部の排気ガスをタービンをバイパ
スさせて流す排気バイパス弁装置と、゛エンジンに吸入
される吸気量を直接又は間接に検出する吸気量検出手段
と、上記開閉弁装置をＩＭＩ　ＩＩＩ　ＩＪ御する制御
装置とを備える。

この制御装置は、上記吸気量検出手段からの信号を受け
て、吸気量が、上記開閉弁装置が開いている状態で排気
バイパス弁装置が開作動を開始する時の吸気量となった
時に開閉弁装置を開作動させる。

ところで、開閉弁装置が問いている状態で排気バイパス
弁装置が開作動を開始する時とは、第５図に示すエンジ
ン回転数Ｎｏに相当する時期であって、＋ｆｆ１ｒａ弁
装置の同作動がこの時期より早過ぎると（低エンジン回
転側）、開閉弁装置を開作動させた時に過給圧が上記所
定値’Ｐｏより落込んでエンジン出力が低下し、またこ
の時期より遅過ぎると（高エンジン回転側）、排圧の上
昇により低下し始めたエンジン出力がｉＪ！ｍ弁装置の
開作動による排圧の減少により急激に増大することにな
る。

つまり、開閉弁装置の開作動によってエンジン出力が変
化しないのは、該開閉弁装置を開いている状態で排気バ
イパス弁装置が開作動を開始する時期だけであって、こ
の時期に開閉弁装置を開作動させることによってトルク
ショックを伴うことなく過給特性を切換えることができ
るのである。そして、このようなりｒＵ開閉弁装置同作
動によってエンジン出力が変化しない時期は、エンジン
回転数等とは無関係で、排気ターボ過給装置の寸法、形
状等と該装置のタービンに供給される排気ガス量（又は
エンジンに供給される吸気量）とによって定まるのであ
る。つまり、排気ガス量もしくは吸気量が所定値より少
ない領域で開閉弁装置を開作動させれば過給圧の落込み
によるエンジン出力の低下が生じ、また排気ガス量もし
くは吸気量が所定侶より多い領域で開閉弁装置を開作動
させれば排圧の低下によりエンジン出力が急激に増大す
るのである。

従って、上記のように吸気量を検出し、該吸気量が、開
閉弁装置が開いている状態でバイパス弁装置が開作動を
開始する時の所定の吸気量となつた時に開閉弁装置を開
作動させるようにすれば、エンジンの運転状態に拘らず
、常にエンジン出力の急変を伴うことなりＷＵ開閉弁装
置開作動、即ち過給特性の切換えを行うことが可能とな
るのである。

（発　　明　　の　　効　　果） 以上のように本発明によれば、複数の排気通路の少なく
とも１つを開閉する開閉弁装置を設けて、排気ガス量の
少ないエンジンの低回転領域では該Ｉｌ！ＩＩＷＩ弁装
置を閏じることにより排気ガスの流速を高めて所要の過
給効果を確保し、また排気ガス量の多い高回転領域では
開閉弁装置を冊くことにより排気ガスのバイパス量を少
なくして排気ガスの有するエネルギーの有効利用率を向
上させ、或いは排圧の著しい上昇を防止するようにした
排気ターボ過給装置において、上記開閉弁装置をエンジ
ン出力の急変を伴うことな（開閉させることが可能とな
る。これにより、この種の排気ターボ過給装置として、
エンジンの広い運転領域で出力向上効果が得られ、しか
も過給特性の切換え時にトルクショックを生じない過給
装置が実現されることになる。

（実　　施　　例） 以下、本発明の実施例について説明する。

第１図に示すように、エンジン１にはエアクリーナ２か
ら吸入した空気を各気筒の吸気ボート３・・・３を経て
燃焼室に供給する吸気通路４と、該燃焼室から排気ボー
ト５・・・５に排出された排気ガスを外部に導く排気通
路６とが設けられている。そして、吸気通路４には、上
流部に吸気量を検出する流量検出器７が、下流部にスロ
ットルバルブ８及びサージタンク９が夫々設けられてお
り、また、排気通路６には、図示しないが、排気浄化装
置や消音器等が設けられている。

、また、このエンジン１には、上記吸気通路４と排気通
路６とに跨って排気ターボ過給機１０が備えられている
。この過給機１０は、吸気通路４内に配置されたブロワ
１１と、排気通路６内に配置されたタービン１２とをタ
ービンシャフト１３を介して連結した構造で、タービン
１２が排気通路６内を通過する排気ガスのエネルギーに
よって駆動されることにより、ブロワ１１が上記エアク
リーナ２から吸入した空気を各気筒の燃焼室に加圧供給
するようになっている。

然して、この過給機１０においては、タービン１２の周
囲に間口するタービンノズル１４に通じる渦巻き状の排
気通路がその通路方向に沿って設けられた仕切壁１５に
より主通路１６と副通路１７とに分割されていると共に
、副通路１７の入口部には該通路１７を開通、遮断する
開閉弁１８が設けられ、また該開閉弁１８を開閉動作さ
せるアクチュエータ１９が備えられている。このアクチ
ュエータ１９には、上記吸気通路４におけるサージタン
ク９から逆止弁２０及び制御弁２１を介して導かれた負
圧導入通路２２が接続されている。

そして、上記制御弁２１が負圧導入通路２２の上、下流
部２２ａ、２２ｂを連通させた時に、該アクチュエータ
１９の圧力室１９ａにサージタンク９から負圧が導入さ
れることによりダイヤフラム１９ｂがスプリング１９Ｇ
に抗してａ方向に変位し、これによりロッド１９ｄを介
して上記開閉弁１８が閉作動し、また上記制御弁２１が
負圧導入通路２２の上流部２２ａを遮断して下流部２２
ｂを大気解放ボート２１ａに連通させた時に、アクチュ
エータ１９の圧力室１９ａに大気が導入されてダイヤフ
ラム１９ｂがｂ方向に変位することにより、上記ｒＭ閑
弁１８が同作動するようになっている。

ここで、上記逆止弁２０はサージタンク９内が正圧状態
となった時に、この正圧がアクチュエータ１９に流入す
ることを阻止するものであるが、このようにサージタン
ク９内が正圧状態となった後においても制御弁２１の大
気解放ボート２１ａが閉じられている時は、該逆止弁２
０とアクチュエータ１９との間に閉じ込められた負圧に
よって該アクチュエータ１９のダイヤフラム１９ｂがａ
方向に変位した状態に保持される。

また、この排気ターボ過給ＩＥ１１０には、上記主通路
１６を排気通路６のタービシ下流部に直接連通させるバ
イパス通路２３が設けられていると共に、該バイパス通
路２３の主通路１６への開口部を開閉するバイパス弁２
４と、該バイパス弁２４を間開動作させるアクチュエー
タ２５とが備えられている。このアクチュエータ２５の
圧力室２５ａには上記吸気通路４におけるブロワ下流部
から導かれた過給圧導入通路２６が接続され、過給圧が
所定値を超えた時にダイヤフラム２５ｂがスプリング２
５ｃに抗してＣ方向に変位することにより上記バイパス
弁２４が同作動する。これにより、主通路１６に流入し
た排気ガスの一部がバイパス通路２３を通って直接放出
されてタービン１２に供給される排気ガス量が減少され
ると共に、これに伴って上記過給圧が低下すればバイパ
ス弁２４がｄ方向に閉作動し、その結果、過給圧が所定
値に保持されるようになっている。

そして、以上の構成に加えて、この排気ターボ過給装置
には上記制御弁２１に制御信号ｅを送出してアクチュエ
ータ１９に負圧を導入する状態と大気を導入する状態、
即ら開閉弁１８を閉じた状態と問い・た状態とに切換え
る制御装置２７が備えられている。この制御装置２７は
上記流量検出器７から出力される吸気量信号ｆを受け、
該信号ｆが示す吸気量に応じて上記制御信号ｅを出力す
るようになっている。

次に、この実施例の作用を制御装置２７の作動に従って
説明する。

先ず、エンジン１が低回転領域にあって吸気通路４のブ
ロワ下流側における圧力、即ち過給圧が所定値Ｐｏ以下
の場合は、過給機１０においてはバイパス弁２４及びＤ
ｉ閉弁１８が共に閉じている。

この状態でエンジン回転数が上昇すると、過給圧は第２
図に符号（ニ）で示すように開閉弁１８を閉じた時の過
給特性Ｉに従って急速に上昇すると共に、上記所定値Ｐ
ｏに達した時点でバイパス、弁２４が聞き、一部の排気
ガスがタービン１２に供給されることなくバイパス通路
２３を通って直接放出されることにより、符号（ホ）で
示すように過給圧が上記所定値Ｐｏに保持される。

そして、エンジン回転数の上昇に対応して第１図に示す
流量検出器７によって検出される吸気量が成る所定量Ｑ
Ｏとなった時に、吸気量信号「が入力されている制御装
置２７から制御弁２１に制御信号ｅが出力されることに
より、該制御弁２１がアクチュエータ１９に大気を導入
して上記開閉弁１８を開作動させる。これにより、過給
機１０の過給特性は第２図の特性Ｉから特性■に移行す
ることになるが、上記の所定吸気量Ｑｏは、開閉弁１８
が開いている場合の特性■によって過給圧が所定値Ｐｏ
となる時の吸気量であって、例えばスロットルバルブの
全開時においては第２図及び第５図に示すエンジン回転
数Ｎｏとなった時の吸気量であり、この所定吸気ＩＱｏ
となった時に開ｂ１弁１８を開作動させれば、その作動
の前後でエンジン１の出力トルクが一定に保持されるの
である。つまり、吸気量が上記所定ＩＱｏに達する前に
（エンジン回転数Ｎｏより低回転側で）開閉弁１８を開
いて過給特性■から特性■に移行させると、過給圧が所
定値Ｐｏ以下に落込んで出力トルクが低下し、また吸気
量が所定Ｉ　Ｑ　ｏを超えてから（エンジン回転数Ｎｏ
より高回転側で）ｊｌｌｌｌｌｌｌｌｌ開弁と排圧の上
昇により一旦低下した出力トルクが排圧の減少により急
激に増大することになる。これを第３図の出力トルクの
特性で見ると、開閉弁１８を■じている時には低エンジ
ン回転側でピークを有するトルク特性■′が得られ、開
閉弁１８を聞いている時には高エンジン回転側でピーク
を有するトルク特性■′が得られるので、例えば同図（
ａｌに示すスロットルバルブ全開時において吸気量が所
定ＩＱｏとなるエンジン回転数Ｎ。

より低回転側で開閉弁１８を開【プば矢印（へ）で示す
ように出力トルクが低下し、また上記回転数Ｎｏより高
回転側で開閉弁１８を開けば矢印（ト）で示すように出
力トルクが増大することになる。

従って、両特性Ｉ’　、Ｈ’　が交わる時のエンジン回
転数Ｎ　ｏ　ｚ即ち吸気ｍが所定ＩＱｏとなる時に開閉
弁１８を開けば、その前後で出力トルクが一定に保持さ
れるのである。

ところで、上記のように開閉弁１８の開時及び開時の出
力トルク特性Ｉ’　、Ｈ’が交わる時期は、エンジン回
転数には無関係で、過給機１０のタービン１２に供給さ
れる排気ガス伝、換言すればエンジン１に吸入される吸
気量によって定まり、エンジン１の運転領域に拘らず常
に吸気量が所定量Ｑｏとなった時に両特性Ｉ’　、Ｉ’
が交わる。そして、吸気量がこの所定ＩＱｏとなる時期
は、第３図に曲線■で示すように出力トルクが低いほど
高エンジン回転数側に移行するが、この所定吸気量曲線
■を超える時に開閉弁１８を開作動させれば、同図（ｂ
）、（Ｃ）に示すようにスロットルバルブ開度が小さい
場合にも常に出力トルクを一定に保持しながら過給特性
を切換えることができるのである。これにより、広いエ
ンジン運転領域で出力向上効果が得られ、しかも過給特
性の切換え時におけるトルクショックが防止されること
になる。

以上のように、この排気ターボ過給装置においては、開
閉弁１８を閉じている時の出力トルク特性■′と開いて
いる時の出力トルク特性■′が交わる時、換言すればｒ
ｉｒＩ閉弁１８が開いている状態で過給圧がバイパス弁
２４の間き始める所定値ＰＯとなる時の吸気量を所定吸
気Ｉ　Ｑ　ｏとして設定し、この所定吸気ｆｆ１Ｑｏ以
下では開閉弁１８を閉じ、以上では開閉弁１８を開くよ
うに制御するのであるが、具体的には種々の不具合が生
じるので、この実施例では以下のような修正が行われる
。

先ず、第１図に示すように、この実施例では開閉弁１８
に排気通路６内の排圧が常時閉方向に作用するので、該
開閉弁１８の開時にはこの排圧に抗して該弁１８を同か
なければならない。そして、今、エンジン１の運転状態
が第４図に符号Ｘで示す領域、即ち低負荷高回転領域で
あって、開閉弁１８が閉じられる所定吸気量曲線■の低
吸気量側の領域にあり、この状態からスロットルバルブ
８が急に開動されたものとすると、吸気量の急増に伴っ
て開開弁１８に閉方向に作用する排圧も急上昇するため
、該開閉弁１８がこれに抗して開作動できない状態が生
じる。一方、上記のような領域Ｘは一般に減速領域であ
って高い過給圧を要しない領域であり、従って開開弁１
８゛を開いておいても実害を生じないのである。そこで
、この実施例では、第１図に示すエンジン回転センサ２
８からの回転信号Ｏを制御装置２７に入力し、エンジン
回転数が第４図に示す回転数Ｎ３以上の領域では、所定
吸気量曲線■より低吸気量側であっても開開弁１８を開
くように制御する。つまり、開閉弁１８の開閉制御ライ
ンを第４図の太線■で示すように設定する。

また、エンジン１の運転状態が上記のようにして設定さ
れた開閉制御ライン■上に頂度位置し或いはその近傍に
位置した時には開閉弁１８がハンチングを生じることに
なる。そこで、この実施例では上記開閉制御ライン■の
低吸気量側に鎖線で示すように一定のヒステリシスゾー
ンを設けて第２開閉制御ライン■′を設定し、開開弁１
８の開領域から閉領域への移行時には、吸気量が第２開
閏制御ライン■′の低吸気」側まで低下した時点で閉じ
るように制御する。　更に、エンジン１の急加速時にお
いては、運転領域が開閉弁１８の閉領域から開領域に移
行する際に該開閉弁１８の開作動が遅れることがあり、
その場合、開開弁１８の開く直前に排圧が著しり高りな
ってエンジン出力が一時的に落込むことになる。そこで
、この実施例においては、第１図に示すようにエンジン
１の急加速を検出する加速センサ２９がらの加速信号り
を制御装Ｈ２７に入力し、急加速時には第４図に破ｍｖ
で示すようにＩＦｆｌ閏制御ラインを正規のライン■よ
り低吸気量側に移行させ、Ｗｉｒ１１弁１８の開作動の
遅れを防止するようになっている。

尚、以上の実施例では、ＩＩ　ｆｉｔの基準となる吸気
量を流量検出器７により直接検出するようにしたが、こ
れに代えて吸気量に対応する排気ガス量、或いはタービ
ン下流側の排圧等を検出するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の実施例を示すもので、第１図は制
御システム図′、第２．３図は基本制御特性を示す過給
圧特性図及び出力トルク特性図、第４図は修正制御を示
す特性図である。第５図は従来例のＩＩＩＩｊ御特性を
示す特性図である。 ７・・・流量検出手段（流量検出器）、１ｏ・・・過給
機、１２・・・タービン、１４・・・タービンノズル、
１６．１７・・・排気通路（１６・・・主通路、１７・
・・副通路）、１８・・・開閉弁装置（開閉弁）、２４
・・・排気バイパス弁装置（バイパス弁）、２７・・・
制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）タービンノズルに至る排気通路を複数の通路に分
   割し、これらの通路のうちの少なくとも１つを開閉する
   開閉弁装置を備えた排気ターボ過給装置であって、過給
   圧が所定値を超えた時に一部の排気ガスをタービンをバ
   イパスさせて流す排気バイパス弁装置と、エンジンに吸
   入される吸気量を直接又は間接に検出する吸気量検出手
   段と、該検出手段によって検出される吸気量が、上記開
   閉弁装置が開いている状態で排気バイパス弁装置が開作
   動を開始する時の所定吸気量となった時に、上記開閉弁
   装置を開作動させる制御装置とを備えたことを特徴とす
   る排気ターボ過給装置。