JPS6318759Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案はタービンノズルの開度を調節する可
変ノズルベーンが設けられた排気ターボ過給機を
備えたターボ過給エンジンの改良に関する。

一般に、排気ターボ過給機はエンジンの排気通
路内に配設されたタービンとエンジンの吸気通路
内に配設されたコンプレツサとから形成されてお
り、エンジンから排出され排気通路内を流れる排
気ガスによつてタービンを回転駆動するととも
に、このタービンの回転にともないタービンと同
軸上に装着されたコンプレツサを回転駆動し、吸
気通路内を流れる空気を圧縮して過給するように
なつている。ところで、前記タービンのタービン
ノズルに複数の可変ノズルベーンを設け、これら
の可変ノズルベーンを操作機構によつて開閉操作
することにより、タービンノズルの開度を絞り状
態、中間状態、全開状態の３段階に切換え可能に
するとともに、エンジン回転数を検出する回転数
検出器およびエンジン負荷を検出する負荷検出器
等を設け、これらの回転数検出器や負荷検出器に
よつて検出されたエンジン回転数やエンジン負荷
の変化にもとづいて操作機構によつて可変ノズル
ベーンを可変操作し、エンジンの低速回転域では
可変ノズルベーンの開度が中間状態よりも小さく
絞られた絞り状態で保持され、エンジンの高速回
転域では可変ノズルベーンの開度が中間状態より
も大きく開かれた全開状態で保持されるようにし
た構成のものが開発されている。

しかしながら、上記従来構成のものにあつては
エンジンの回転速度の上昇時には回転数検出器に
よつて検出されるエンジン回転数の変化にともな
い操作機構によつて可変ノズルベーンが絞り状
態、中間状態、全開状態に順次切換え操作され、
排気ターボ過給機のタービンの加速が迅速に行な
われるようになつているので、無負荷急加速試験
（フリーアクセル試験）時のようにエンジン回転
数をアイドリング状態から最高回転数状態まで約
１秒以内程度で急激に上昇させる場合にはエンジ
ンの中速回転域でブーストコンペンセータの作用
によつて燃料噴射量が極端に増大する問題があつ
た。そのため、エンジンから排出される排気ガス
中の煙濃度が高くなる欠点があつた。

この考案は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的は、エンジンの無負荷急加速を行な
う場合に燃料噴射量の極端な増加を押えることが
でき、排気ガス中の煙濃度の低減を図ることがで
きるタ−ボ過給エンジンを提供することにある。

以下、この考案の一実施例を図面を参照して説
明する。第１図において、１は排気ターボ過給機
のタービンである。排気ターボ過給機はエンジン
の排気ガスの排気通路内に配設されたこのタービ
ン１とエンジンの吸気通路内に配設されたコンプ
レツサとから形成されており、エンジンの排気ガ
スによつてタービン１が回転駆動され、このター
ビン１の回転にともないタービン１と同軸上に装
着されたコンプレツサを回転駆動し、エンジン内
に供給される空気または混合気の充填効率を高め
る構成になつている。また、タービン１のタービ
ンノズル（排気ガスの導入口）には可変ノズルベ
ーンシステム２が配設されている。この可変ノズ
ルベーンシステム２は可動リング３、複数の可動
ベーン４…および各可動ベーン４…を可動リング
３に連結する複数の連結ロツド５…によつて形成
されている。前記各可動ベーン４…はそれぞれピ
ン６…を中心に回動可能に設けられており、可動
リング３が第１図中で時計方向に回動する動作に
ともない各可動ベーン４…がピン６…を中心に時
計方向に回動操作されるとともに、可動リング３
が反時計方向に回動する動作にともない各可動ベ
ーン４…がピン６…を中心に反時計方向に回動操
作されるようになつている。また、この可変ノズ
ルベーンシステム２は操作機構７によつて操作さ
れるようになつている。この操作機構７はアクチ
ユエータであるシリンダ８、第１，第２の各電磁
切換弁９，１０およびエアタンク１１によつて形
成されている。前記シリンダ８の内部には第１，
第２の各ピストン１２，１３が配設されていると
ともに、第１，第２の各ストツパ１４，１５がそ
れぞれ設けられている。第１のストツパ１４はシ
リンダ８内の中間部に取付けられており、第１の
ストツパ１４によつてシリンダ８の内部に第１，
第２の各圧力室１６，１７がそれぞれ形成されて
いる。また、第２のストツパ１５は第２の圧力室
１７側の端面に突設されている。そして、第１の
圧力室１６の内部には第１のピストン１２、第２
の圧力室１７の内部には第２のピストン１３がそ
れぞれ配置されている。また、第１のピストン１
２のピストンロツド１２ａは第１のストツパ１４
の中央に設けられた挿通孔１８内に挿通されてお
り、このピストンロツド１２ａが挿通孔１８にガ
イドされた状態で第１のピストン１２が第１の圧
力室１７内で往復動作を行なうようになつてい
る。さらに、第２のピストン１３のピストンロツ
ド１３ａはシリンダ８の第２の圧力室１７側の端
面に設けられた挿通孔１９を介して外部に突出さ
れており、連結部材２０を介して可動リング３に
連結されている。また、この第２のピストン１３
のピストンロツド１３ａにはコイルばね２１が巻
装されている。そして、第２のピストン１３は第
２の圧力室１７内で往復動作可能になつていると
ともに、常時はこのコイルばね２１の付勢力によ
つて第１のストツパ１４に押し付けられた状態で
保持されている。また、シリンダ８には第１の圧
力室１６側の端面に第１の通気孔２２、第１のス
トツパ１４とシリンダ８の周壁面との間に第２の
通気孔２３がそれぞれ形成されている。そして、
第１の通気孔２２には第１の送気管２４の一端
部、第２の通気孔２３には第２の送気管２５の一
端部がそれぞれ連結されている。また、第１の送
気管２４の他端部は第１の電磁切換弁９、第２の
送気管２５の他端部は第２の電磁切換弁１０にそ
れぞれ連結されている。さらに、第１の電磁切換
弁９には排気管２６および第３の送気管２７、第
２の電磁切換弁１０には排気管２８および第４の
送気管２９がそれぞれ連結されている。そして、
第１の電磁切換弁９によつて第１の送気管２４と
排気管２６とが連通された状態または第１の送気
管２４と第３の送気管２７とが連通された状態に
それぞれ切換操作されるとともに、第２の電磁切
換弁１０によつて第２の送気管２５と排気管２８
とが連通された状態または第２の送気管２５と第
４の送気管２９とが連通された状態にそれぞれ切
換操作されるようになつている。また、前記第３
および第４の各送気管２７，２９はそれぞれ連通
されているとともに、それぞれエアタンク１１か
らエアが供給されるようになつている。そして、
第１，第２の各電磁切換弁９，１０が第１，第２
の各送気管２４，２５と各排気管２６，２８とを
それぞれ連通させた状態に切換え操作された場合
には第２のピストン１３はコイルばね２１の付勢
力によつて第１のストツパ１４に押し付けられた
基準位置に保持されるようになつている。また、
第１の電磁弁９が第１の送気管２４と第３の送気
管２７とを連通させた状態に切換え操作されると
ともに第２の電磁切換弁１０が第２の送気管２５
と排気管２８とを連通させた状態に切換え操作さ
れた場合にはエアタンク１１から第３，第１の各
送気管２７，２４を介して第１の圧力室１６内に
供給されるエアによつて第２図に示すように第１
のピストン１２が第１のストツパ１４に押し付け
られるとともに、この第１のピストン１２のピス
トンロツド１２ａによつて第２のピストン１３が
コイルばね２１の付勢力に抗して移動され、第
１，第２の両ストツパ１４，１５間の第１の変位
位置で保持されるようになつている。さらに、第
１，第２の各電磁切換弁９，１０が第１，第２の
各送気管２４，２５と第３，第４の各送気管２
７，２９とをそれぞれ連通させた状態に切換え操
作された場合にはエアタンク１１から第３，第１
の各送気管２７，２４を介して第１の圧力室１６
内にエアが供給されるとともに、第４，第２の各
送気管２９，２５を介して第２の圧力室１７内に
もエアが供給されるので、第３図に示すように第
２のピストン１３が第２のストツパ１５に押し付
けられた第２の変位位置で保持されるようになつ
ている。したがつて、第２のピストン１３は第
１，第２の各電磁切換弁９，１０の切換操作にも
とづき基準位置、第１の変位位置および第２の変
位位置の３段階に移動操作されるようになつてお
り、この第２のピストン１３が基準位置に保持さ
れている場合には可動リング３および各可動ベー
ン４…はタービン１のタービンノズルの開口面積
を大きく開いた全開状態A₃で保持され、第２の
ピストン１３が第２の変位位置に移動操作された
場合には第２のピストン１３の移動操作にともな
い可動リング３が第１図中で時計方向に回動され
るとともに各可動ベーン４…がピン６…を中心に
それぞれ時計方向に回動され、タービン１のター
ビンノズルの開口面積を絞つた絞り状態A₁で保
持され、第２のピストン１３が第１の変位位置に
移動操作された場合には第２のピストン１３の移
動動作にともない可動リング３および各可動ベー
ン４…がそれぞれ中間状態に移動操作され、ター
ビン１のタービンノズルの開口面積を全開状態
A₃と絞り状態A₁との間の中間状態に絞つた中間
絞り状態A₂で保持されるようになつている。

一方、３０はエンジン負荷を検出する負荷検出
器、３１はエンジンの回転数を検出する回転数検
出器である。この回転数検出器３１には本体３２
の内部に遅延回路（遅延機構）３３が設けられて
おり、回転数検出器３１によつて検出されたエン
ジン回転数の検出信号がこの遅延回路３３によつ
て所定時間、例えば1.5秒以下程度遅延された状
態で出力されるようになつている。また、前記負
荷検出器３０から出力された出力信号および回転
数検出器３１から遅延回路３３を介して出力され
た出力信号はコントローラ３４に入力されるよう
になつている。このコントローラ３４はエンジン
の回転数Ｎおよびエンジン負荷に応じて操作機構
７を制御するものである。すなわち、第４図に示
すようにエンジン回転数が第１の設定値N₁以下
の低速回転域で保持された状態でアクセル開度が
所定開度を越した場合には第１，第２の各電磁切
換弁９，１０を第１，第２の各送気管２４，２５
と第３，第４の各送気管２７，２９とをそれぞれ
連通させた状態に切換え、第２ピストン１３を第
３図に示す第２の変位位置に移動操作して各可動
ベーン４…を絞り状態A₁で保持し、エンジン回
転数が第１の設定値N₁とこの第１の設定値N₁よ
りも高い第２の設定値N₂との間の中速回転域で
保持された状態でアクセル開度が所定開度を越え
た場合には第１の電磁切換弁９を第１の送気管２
４と第３の送気管２７とを連通させた状態に切換
えるとともに、第２の電磁切換弁１０を第２の送
気管２５と排気管２８とを連通させた状態に切換
え、各可動ベーン４…を中間絞り状態A₂で保持
するようになつている。また、エンジン回転数が
第２の設定値N₂を越える高速回転域に達した状
態および中，低速回転域でアクセル開度が所定開
度以下の場合には第１，第２の各電磁切換弁９，
１０を第１，第２の各送気管２４，２５と各排気
管２６，２８とをそれぞれ連通させた状態に切換
え、第２のピストン１３を第１図に示す基準位置
に移動操作して各可動ベーン４…を全開状態A₃
で保持するように制御するようになつている。

そこで、上記構成のものにあつてはエンジン回
転数を検出する回転数検出器３１の本体３２内に
遅延回路３３を設け、回転数検出器３１によつて
検出された検出信号がこの遅延回路３３によつて
所定時間遅延された状態でコントロ−ラ３４に入
力されるようにしたので、無負荷急加速試験時の
ようにエンジン回転数をアイドリング状態から最
高回転数状態まで急激に上昇させる場合に、エン
ジン回転数が１秒以下の時間内で低速回転域から
中速回転域、高速回転域に順次切換わる際に、可
変ノズルベーン２を全開状態A₃で保持すること
ができる。そのため、従来に比べてタービン１の
加速を抑制することができるので、コンプレツサ
から送り出される過給気のブースト圧の上昇を抑
えることができ、ブーストコンペンセータの動作
を抑えて燃料噴射量の極端な増加を確実に抑える
ことができ、エンジンから排出される排気ガス中
の煙濃度の低減を図ることができる。

なお、この考案は上記実施例に限定されるもの
ではない。例えば、遅延機構は第１，第２の各電
磁切換弁９，１０とシリンダ８との間に配設され
た第１，第２の各送気管２４，２５の中間部に内
部を流れるエアの流路面積を絞るオリフイスを設
け、このオリフイスによつて第１，第２の各送気
管２４，２５内のエアの流通抵抗を増加すること
によりシリンダ８内の第１，第２の各ピストン１
２，１３の動作を遅延させる構成にしてもよい。
さらに、その他この考案の要旨を逸脱しない範囲
で種々変形実施できることは勿論である。

以上説明したように、この考案によれば回転数
検出器によつて検出されるエンジン回転数の変化
を所定時間遅らせて可変ノズルベ−ンの操作機構
に伝達する遅延機構を設け、エンジンの無負荷急
加速時に可変ノズルベ−ンの開度を開き状態で保
持するようにしたので、エンジンの無負荷急加速
時に燃料噴射量の極端な増加を抑え、排気ガス中
の煙濃度の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの考案の一実施例を示すもので、第１
図は全体の概略構成図、第２図および第３図は操
作機構の動作を説明するための縦断面図、第４図
はエンジン回転数、アクセル開度および可変ノズ
ルベ−ンの開口面積の関係を示す関係図である。 １……タ−ビン、２……可変ノズルベ−ンシス
テム、７……操作機構、３１……回転数検出器、
３３……遅延回路（遅延機構）。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気ターボ過給機のタービンノズルに可変ノズ
   ルベーンが設けられるとともに、この可変ノズル
   ベーンを開閉操作する操作機構が設けられ、回転
   数検出器および負荷検出器によつて検出されたエ
   ンジン回転数およびエンジン負荷の変化にもとづ
   いて前記操作機構によつて前記可変ノズルベーン
   の開度が可変操作され、前記エンジン回転数が低
   速回転域でかつ前記エンジン負荷が所定値以上で
   は前記可変ノズルベーン開度は最大絞り状態に、
   前記エンジン回転数が中速回転域でかつ前記エン
   ジン負荷が所定値以上では前記可変ノズルベーン
   開度は中間絞り状態に、さらに前記エンジン回転
   数が低速および中速の各回転域でかつ前記エンジ
   ン負荷が所定値以下のときと前記エンジン回転数
   が高速回転域でかつ前記エンジン負荷が全範囲に
   あるときにおいては前記可変ノズルベーン開度は
   最小絞り状態で保持されるターボ過給エンジンに
   おいて、前記回転数検出器によつて検出されるエ
   ンジン回転数の変化を所定時間遅らせて前記操作
   機構に伝達する遅延機構を設け、エンジンの無負
   荷急加速時に前記可変ノズルベーンの開度を開き
   状態で保持するようにしたことを特徴とするター
   ボ過給エンジン。