JPS6350625A - 排気タ−ビン過給機付エンジンの軽負荷時過給休止装置 - 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、排気タービン過給機を備えたエンジンにおい
て、機関負荷が比較的低い軽負荷時に過給を休止させる
装置に関し、燃料消費率を良好に改善でき、しかも過給
及び無過給を切換えるバイパス弁のチャタリングを防止
し、円滑な切換えを確保できるものを提供する。

〈従来技術及びその問題点〉 この種の過給休止装置としては、従来より例えば実公昭
５３−４６４０４号公報に示すように（第５図参照）、
エンジン１０１の排気マニホールド１０５内を流れる排
気の温度を排気温度検出器１１８で検出し、その検出温
度が高いときには高負荷運転状態であると判別して、作
動装置１１４．１１５で方向切換弁１０８・１０９を実
線矢印で示すように過給側に投入することにより、過給
機１１０を作動させ、逆に検出温度が低いときには、軽
負荷運転状態であると判別して方向切換弁１０８・１０
９を破線矢印で示すようにバイパス１０６・１０７側に
切換えることにより過給！１１０が燃焼室に背圧を与え
ないようにして、吸排気弁のオーバーラツプ期間に排気
ガスが燃焼室へ吹き返さないようにするものがある。

しかしながら、上記構造では、排気温度検出器１１８が
方向切換弁１０８・１０９を切換えるための設定温度が
特定されていない。

従って、上記技術は軽負荷時に排気ガスの吹返しによる
燃焼の悪化を改善できる点ですぐれているが、燃料消費
率を充分に改善できるかどうか不明である。

〈先行技術〉 本発明者は、機関負荷の変化に伴なう燃料消費率の変化
特性及び排気温度の変化特性について実測したところ、
次の知見を得た（第２図参照）。

今、エンジン１の負荷の変化に伴なう燃料消費率の変化
曲線ｂ０のうち排気タービン過給機１０を作動させた状
態での変化曲線を過給側燃費曲線ｂ２、逆に休止させた
状態での変化曲線を無過給側燃費曲線ｂ１と呼び、過給
側燃費曲線ｂ２と無過給側燃費曲線ｂ１とが交差するエ
ンジン負荷の地点を燃費曲線交差負荷地点Ｐ。と呼び、
エンジンの負荷の変化に伴う排気温度の変化曲線を排気
温度曲線Ｌ０と呼ぶとすれば、無過給曲線ｂ１と過給曲
線ｂ２とは一点Ｐ０で交差し、この交差負荷地点Ｐ０よ
りも軽負荷領域では無過給の方が過給した場合よりも燃
料消費率が低く、地点Ｐ０より高負荷領域では過給した
方が無過給の場合よりも燃料消費率が低い。

また、排気温度曲線し。は負荷の増加に伴ない上昇曲線
を描く。

そこで、本発明者はこの知見に基いて、本発明に先行す
る下記技術を開発した。

即ち、上記先行技術は、第２図に示すように徘×タービ
ン過給磯付エンジン１の排気ポート３カ・ら排気タービ
ン過給機１０の排気タービン入口室１２ａまでの開にバ
イパス７を分岐状に設け、バイパス７にバイパス弁９を
開閉可能に設け、エンジン１の排気系統５に排気温度検
出器１８を設け、排気温度検出器１８は排気温度が設定
温度Ｔ。以下であることを検出することに基づきバイパ
ス弁９を開けて排気タービン過給機１０を休止させるが
、設定温度Ｔ。以上であることを検出することに基づき
バイパス弁９を閉じて排気タービン過給機１０を作動さ
せるように構成した休止装置であって、排気温度検出器
１８がバイパス弁９の開閉指令する設定温度Ｔ０を、前
記燃費曲線交差負荷地点Ｐ０に対応する付近の温度Ｔ１
に設定したものである。

このため、交差負荷地点Ｐ０に対応する排気温度Ｔ、を
過給・無過給切換用の設定温度とすることにより、この
他点Ｐ。付近よりも軽負荷領域では過給を休止させ、池
方、この他点Ｐ０よりも高負荷領域では過給を行って燃
費の改善を図ることができる。

〈発明が解決しようとする問題点〉 しかしなが呟上記先行技術では、第２図をみると、無過
給→過給の閉弁切換設定温度及び過給→無過給の開弁切
換設定温度はともに同じ負荷地点Ｐ０上に位置するため
、その負荷地点Ｐ。上でバイパス弁９が開閉を繰返すい
わゆるチャタリング現象を起すおそれがある。

即ち、負荷の上昇に伴って排気温度が上昇して閉弁用設
定温度Ｔ、を通過する期間において、排気温度検出器１
８が閉弁用設定温度Ｔ１に達した事を検出してバイパス
弁９を閉弁作動させるが、この閉弁直後に開弁用設定温
度Ｔ２上にある事を検出してバイパス弁９を開弁作動さ
せ、再び閉弁用設定温度Ｔ１上にある事を検出してバイ
パス弁９を閉弁させる。

このような弁の開閉が頻繁に繰返され、弁開閉のチャタ
リング現象が起こると、騒音を発生させたり、バイパス
弁及びこれを開閉する制御装置の損耗を来たす。

本発明は、この過給と無過給状態との間を切換える装置
がチャタリングを起こすのを防ぐことを技術的課題とす
る。

く問題点を解決するための手段〉 上記課題を達成するための手段を、第１図乃至第３図を
用いて以下に説明する。

即ち、本発明は、排気温度検出器１８がバイパス弁９の
開閉を指令する設定温度Ｔ。のうち、閉弁を指令するも
のを閉弁用設定温度Ｔ１、開弁を指令するものを開弁用
設定温度Ｔ２と呼び、閉弁用設定温度Ｔ１は燃費曲線交
差負荷地点Ｐ０の付近の閉弁用負荷地点Ｐ１での排気温
度曲線し。上の温度Ｔ１に設定し、開弁用設定温度Ｔ２
は閉弁用負荷地点Ｐ１よりも軽食側へ偏位させた開弁用
負荷地点Ｐ２での排気温度曲線上〇上の温度Ｔ２に設定
し、排気温度検出器１８が閉弁用設定温度Ｔ、を検出す
ることに基づきバイパス弁９を閉じて排気タービン過給
機１０を作動させるのに対し、開弁用設定温度Ｔ２を検
出することに基づきバイパス弁９を開いて排気４タービ
ン過給８１１０を休止させるように構成したことを特徴
とするものである。

く作　用〉 まず、無負荷ないし軽負荷運転から高負荷運転に移行す
るときの作用について説明する。

無負荷ないし軽負荷運転時には、排気温度が低く、バイ
パス弁９が開き、無過給状態になっている。

負荷が上昇していき、開弁用負荷地点Ｐ２を通過したの
ち、閉弁用負荷地点Ｐ、に至ったときに、排気温度検出
器１８が閉弁用設定温度Ｔ、を検出することに基づき、
バイパス弁９を閉じて、排気タービン過給機１０を作動
させ、過給状態に切換える。

閉弁用負荷地点Ｐｌ上の排気温度は、開弁用負荷地点Ｐ
２上の開弁用設定温度Ｔ２から高温側に外れているため
、負荷が閉弁用負荷地点Ｐ、を通過するとき及びこれ以
後には開弁用設定温度Ｔ２にまで低下することがなく、
開弁用設定温度Ｔ２の検出によりバイパス弁９の開き戻
しが起らないので、弁開閉のチャタリングは発生しない
。

これにより、無過給運転から過給運転への移行がスムー
ズに進み、なめらかに高負荷運転に到達する。

次に、高負荷から軽負荷ないし無負荷に移行するときの
作用は、上記とは逆の経過をたどり、開弁用負荷地点Ｐ
２上で開弁用設定温度Ｔ２を検出してバイパス弁９を開
いたのちには、閉弁用設定温度Ｔ１にまで上ることがな
いので、開弁状態に保たれて、弁開閉のチャタリングが
発生することが無く、軽負荷乃至無負荷になめらかに移
行する。

〈発明の効果〉 （１）排気温度検出器の設定温度を無過給及び過給側の
両燃料消突率曲線の交点付近に特定化し、この交点を境
界として過給曲線が無過給曲線より高くなる軽負荷側で
は過給を休止することにより、燃料消費率を従来より低
減できる。

（２）負荷が上昇していくとぎは、開弁用負荷地点Ｐ２
を通過したのち、閉弁用負荷地点Ｐｌで排気温度が閉弁
用設定温度に達することにより、バイパス弁を閉じて、
無過給状態から過給状態に切換えるのである。

この切換時点以後は排気温度が上昇する一方で、開弁用
設定温度Ｔ２にまで低下することがないので、弁開閉の
チャタリングが発生しない。

逆に負荷が下降していくときも、閉弁用負荷地点Ｐ；を
通過したのち、開弁用負荷地点Ｐ２で排気温度が開弁用
設定温度Ｔ２に下降することにより、バイパス弁を開き
、この切換時点以後は排気温度が下降する一方で、再び
閉弁用設定温度Ｔ１にまで上昇することがないので、弁
開閉のチャタリングが発生しない。

このように、負荷の上昇時も下降時もチャタリングが発
生しないので、バイパス弁及びこの弁の開閉制御装置の
損耗や騒音を解消することができる。

く実　施　例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す概要図である。

上図において符号１はディーゼルエンジンを示し、エン
ジン１の吸気ポート２と排気タービン過給機１０のプロ
ア羽根車Ｘ１の吸気ブロワ吐出室１１ａとを吸気管４で
連通し、吸気管４の途中に吸気用バイパス６を分岐状に
設け、その他端はブロワ吐出室１１ａを迂回してプロア
入口室１１ｂに接続しである。

同様にエンジン１の排気ポート３と過給＠１０の排気タ
ービン１２の入口室１２ａとを排気管５で連通し、排気
管５の途中に排気用バイパス７を分岐状に設け、その他
端は過給機１０の排気タービン入口室１２ｇを迂回して
排気タービン出口室１２ｂに接続しである。

吸気用バイパス弁８・９及び排気用バイパスにはそれぞ
れバイパス弁８・９が内装され、後述する駆動制御回路
１６によって、ソレノイド等の７クチユエータ１４・１
５を介してバイパス弁８・９を開閉操作するようになっ
ている。

排気管５の排気ポート３寄り部に排気温度検出器１８を
設け、バイパス弁８・９を開閉操作するための閉弁用設
定温度Ｔ、及び開弁用設定温度Ｔ２を検出すること１こ
基づき、検知信号Ｋを出力するようにしである。

なお、閉弁用設定温度Ｔ１及び開弁用設定温度Ｔ２は第
２図に示すように、それぞれ無過給側燃費曲線ｂ１と過
給側燃費曲線ｂ２とが交差する負荷地点Ｐ０に対応する
地点付近の温度であって、前者Ｔ１は上記文筆地点Ｐ。

の付近の閉弁用負荷地点Ｐ１に対応する無過給側排気温
度曲線Ｖ１上にある温度値に、また、後者Ｔ２は上記閉
弁用地点Ｐ１よりら軽負荷側に偏位した開弁用負荷地点
Ｐ２に対応する過給側排気温度曲線Ｌ２上にある温度値
に各々設定される。

駆動制御回路１６は上記検知信号Ｋを受けてアクチュエ
ータ１４・１５を駆動制御する駆動信号りを出力する。

従って、負圧の増大につれて排気温が高まり、排気温度
検出器】８が排気温度Ｔ１を検知すれば、制御回路１６
を介してアクチュエータ１４・１５に駆動信号りが出力
され、バイパス弁８・９は閉弁されて、無過給→過給状
態（こ切つ換わるのである。

逆に、負荷の減少に伴って排気温が低下し、上記検出器
１８が排気温度Ｔ２を検知すれば、バイパス弁９・８は
開弁されて、過給→無過給状態に切り換わる。

今、ここで排気温度曲線し。を詳細に分析すると、ｔｌ
、３図に示すように、無過給状態での排気温度曲線１．
は過給状態での排気温度曲線ｔ２に対して、交差負荷地
点Ｐ。の前・後で分岐上昇し、高温側に分離しているの
である。

無過給−過給状態への閉弁切換え温度Ｔ１は閉弁用負荷
地点Ｐ１に対応する無過給側排気曲線ｔ１上の点Ａの温
度値に設定しているが、上述のように、過給側曲線Ｌ２
が無過給側排気曲線Ｌ１から分岐しているために、当該
過給側曲線ｔ２上にも閉弁切換え温度Ｔ１に等しくなる
点Ｂがある。

従って、排気温度検出器１８が排気温度Ｔ、を検知した
としても、正しく無過給状態で点へを測定したのか過給
状態に入ってから点Ｂを測定したのか不明である。

また、過給→無過給状態への開弁切換え温度Ｔ２は開弁
用負荷地点Ｐ２に対応する過給側排気曲線ｔ２上の点Ｃ
の温度値に設定しているが、無過給側曲線Ｌ１上にも開
弁切換え温度Ｔ２に等しくなる点りがある。

従って、排気温度検出器１８が排気温度Ｔ２を検知した
としても、正しく過給状態で点Ｃを測定したのか、無過
給状態に入ってから点りを測定したのか不明である。

そこで、吸・排気ポートの過給・無過給状態を検知して
、バイパス弁８・９を正しく開閉するために、次のいず
れかの機構を追加している。

（１）第１図の仮想線に示すようにし、給気管４の排気
ポート２寄り部に吸気圧力検出器１７を設は給気が正圧
か負圧がを識別する信号を前記制御回路１６に出力する
ようにし、給気が正圧であれば吸気ポートが過給状態に
あり、給気が負圧であれば無過給状態にあると制御回路
１６が判断できるようにしている。

そして、吸気圧力検出器１７が負圧を検出している無過
給状態で排気温度検出器１８が閉弁用設定温度Ｔ、を検
出した場合には、バイパス弁８・９を閉じて過給機１０
を作動させ、逆に吸気圧力検出器１７が正圧を検出して
いる過給状態で排気温度検出器１８が閉弁用設定温度Ｔ
１を検出した場合には、駆動信号は出力されずにバイパ
ス弁８・９の閉弁状態をｍ続するのである。

（２）　　第４図に示すように、排気バイパス弁９の開
・閉状態をセンサー２０で検知し、バイパス弁９が開弁
状態にあれば無過給状態にあり、バイパス弁９が閉弁状
態にあれば過給状態にあることを制御回路１６が判断で
きるようになっている。

従って、バイパス弁９が開弁状態にあり、且つ、排気温
度検出器１８が閉弁用設定温度Ｔ１を検出した場合には
、バイパス弁９は開弁→閉弁に駆動され、エンジン１は
無過給→過給状態に切換わる。

逆に、バイパス弁９が閉弁状態にあれば、排気温度検出
器１８が閉弁用設定温度Ｔ、を検出しても、制御回路１
６からは駆動信号りは出力されず、バイパス弁９は元の
状態を維持する。

尚、排気温度検出器１８が開弁用設定温度Ｔ２を検出し
た場合も、バイパス弁９の開弁・閉弁状態で制御回路１
６は異なった対応をし、バイパス弁９が閉弁して過給状
態にある場合だけ制御回路１６からアクチュエータ１５
に信号りが出力されて、バイパス弁９を開弁し、エンジ
ンを過給→無過給状態に切換えるのである。

以下、第３図により、制御回路１６が正しく閉弁切換え
設定温度Ｔ１及び開弁切換設定温度Ｔ２を検知した場合
の機能を述べる。

（１）閉弁用負荷地点Ｐ、に対応する無過給側曲線ｔ１
上の排気温度をＴｌｌ、また、過給側曲線し。上の温度
をＴ　ｌ　２とすると、当該Ｔ　ｌ　ｌは無過給→過給
状態への閉弁切換え温度となる。

開弁用負荷地点Ｐ２（点Ｐ１より軽負荷側に位置する）
に対応する無過給側曲線Ｔ１上の排気温度をＴ、、また
、過給側曲線ｔ２上での温度をＴ、２とすると、当該Ｔ
２゜は過給→無過給状態への開弁切換え温度となる。

今、無過給状態で負荷が増大してゆくと、排気温度は無
過給側曲線Ｌｌに沿って上昇し５、排気温度検出器１８
が閉弁切換用温度］゛１１を検知すると、バイパス弁８
・９は閉弁する。

このとき、排気温度は閉弁用負荷地点Ｐ１に対応する過
給側曲線ｔ２上の温度ＴＩ２まで下がるが、過給側曲線
［２は負荷の増大に伴って略−次的に増加するために当
該Ｔ１２は開弁切換え温度Ｔ２２より高くなるので、バ
イパス弁８・９が再び開弁する虞れはなく、弁のチャタ
リングを防止できる。

（２）過給状態で負荷が減少してゆくと、排気温度は過
給側曲線ｔ２に沿って下降し、検出器１８が開弁切換用
温度Ｔ　２２を検知すると、バイパス弁８・９は開弁す
る。

このとき、排気温度は開弁用負荷地点Ｐ２に対応する無
過給曲線ＬＩ上の温度Ｔ　２　＋まで上がるが、無過給
側曲線ｔ１は負荷の増大に伴って増加するために、当該
Ｔ２１は閉弁用切換え温度Ｔ　ｌ　＋より低くなるので
、バイパス弁８・９が再び閉弁する虞れはなく、弁のチ
ャタリングを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概要図、第２図は本発
明に係る設定温度を特定するための説明図であって、機
関負荷の変化に伴なう燃費曲線及び排気温度曲線を表わ
すグラフ、第３図は第２図を詳細に分析した対応図、第
４図は排気ポート周辺の一部切欠平面図、第５図は従来
例を示す概略説明図である。 １・・・エンジン、　　２・・・吸気ポート、３・・・
排気ポート、　４・・・吸気管、　５・・・排気管、６
・・・吸気用バイパス、　７・・・排気用バイパス、８
・９・・・バイパス弁、　　１０・・・排気タービン過
給機、　　１８・・・排気温度検出器、　ｂ、・・・燃
料消費率曲線、　ｂｌ・・・無過給側燃費曲線、　ｂ２
・・・過給側燃管曲線、　ｔｏ・・・排気温度、　Ｔｏ
・・・排気設定温度、Ｔ１・・・閉弁用設定温度、　Ｔ
２・・・開弁用設定温度、Ｐｏ・・・燃費曲線交差負荷
地点、　Ｐｌ・・・閉弁用負荷地点、　Ｐ２・・・開弁
用負荷地点。 特許出願人　　久保田鉄工株式会社 第４図 ＋２ａ 第３図 但尚いＳ）− 第２図 をｔ０ ｉ荷（ＰＳ）　−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気タービン過給機付エンジン１の排気ポート３か
   ら排気タービン過給機１０の排気タービン入口室１２ａ
   までの間にバイパス７を分岐状に設け、バイパス７にバ
   イパス弁９を開閉可能に設け、エンジン１の排気系統５
   に排気温度検出器１８を設け、排気温度検出器１８は排
   気温度が設定温度Ｔ＿０以下であることを検出すること
   に基づきバイパス弁９を開けて排気タービン過給機１０
   を休止させるが、設定温度Ｔ＿０以上であることを検出
   することに基づきバイパス弁９を閉じて排気タービン過
   給機１０を作動させるように構成した排気タービン過給
   機付エンジンの軽負荷時過給休止装置において、 エンジン１の負荷の変化に伴なう燃料消費率の変化曲線
   ｂ＿０のうち排気タービン過給機１０を作動させた状態
   での変化曲線を過給側燃費曲線ｂ＿２、逆に休止させた
   状態での変化曲線を無過給側燃費曲線ｂ＿１と呼び、過
   給側燃費曲線ｂ＿２と無過給側燃費曲線ｂ＿１とが交差
   するエンジン負荷の地点を燃費曲線交差負荷地点Ｐ＿０
   と呼び、エンジンの負荷の変化に伴う排気温度の変化曲
   線を排気温度曲線をｔ＿０と呼び、排気温度検出器１８
   がバイパス弁９の開閉を指令する設定温度Ｔ＿０のうち
   、閉弁を指令するものを閉弁用設定温度Ｔ＿１、開弁を
   指令するものを開弁用設定温度Ｔ＿２と呼び、閉弁用設
   定温度Ｔ＿１は燃費曲線交差負荷地点Ｐ＿０の付近の閉
   弁用負荷地点Ｐ＿１での排気温度曲線をｔ＿０上の温度
   Ｔ＿１に設定し、開閉弁用設定温度Ｔ＿２は閉弁用負荷
   地点Ｐ＿１よりも軽負側へ偏位させた開弁用負荷地点Ｐ
   ＿２での排気温度曲線ｔ＿０上の温度Ｔ＿２に設定し、
   排気温度検出器１８が閉弁用設定温度Ｔ＿１を検出する
   ことに基づきバイパス弁９を閉じて排気タービン過給機
   １０を作動させるのに対し、開弁用設定温度Ｔ＿２を検
   出することに基づきバイパス弁９を開いて排気タービン
   過給機１０を休止させるように構成したことを特徴とす
   る排気タービン過給機付エンジンの軽負荷時過給休止装
   置